JP2018178981A - 内燃機関の排気処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気エミッションの悪化を抑制しながら、粒子フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去することができる内燃機関の排気処理装置を提供する。【解決手段】エンジン１０の排気通路には、排気に含まれる成分を酸化又は還元する三元触媒２６と、排気に含まれる粒子状物質を捕集するＧＰＦ２７とが設けられている。ＥＣＵ５０は、所定の実施条件が成立した場合に、ＧＰＦ２７に捕集された粒子状物質を燃焼除去する。また、ＥＣＵ５０は、また、ＧＰＦ２７に捕集された粒子状物質の燃焼除去の実施期間においてエンジン１０から排出される窒素酸化物の量が所定の排出許容値以下になるようにエンジン１０の空燃比を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気処理装置に関し、特に、排気を浄化するための排気浄化装置として三元触媒と粒子フィルタとを備える内燃機関の排気処理装置に関する。

従来、燃料の燃焼によって内燃機関から排出される粒子状物質（ＰＭ）を排気通路において捕集する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、ストイキエンジンにおいて、粒子フィルタの再生のためにリーン燃焼を行うことが開示されている。ストイキ燃焼中では、エンジンの排気中に含まれる酸素の量は非常に少ないため、特許文献１に記載のものでは、リーン燃焼を行うことにより、ＰＭの燃焼除去に必要な酸素を粒子フィルタに供給するようにしている。

米国特許出願公開第２０１６／０１２３２００号明細書

三元触媒を用いた排気浄化システムの場合、粒子フィルタの再生のために単にリーン化するだけでは、空燃比が三元触媒の浄化ウィンドからリーン側に外れることに起因してＮＯｘ浄化率が低下し、排気エミッションの悪化を招くことが懸念される。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、排気エミッションの悪化を抑制しながら、粒子フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去することができる内燃機関の排気処理装置を提供することを一つの目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、排気に含まれる成分を酸化又は還元する三元触媒（２６）と、前記排気に含まれる粒子状物質を捕集する粒子フィルタ（２７）とが排気通路（２２）に設けられた内燃機関（１０）に適用され、所定の実施条件が成立した場合に、前記粒子フィルタに捕集された前記粒子状物質を燃焼除去する排気処理装置に関する。請求項１に記載の発明は、前記粒子フィルタに捕集された前記粒子状物質の燃焼除去の実施期間において、前記内燃機関から排出される窒素酸化物の量が所定の排出許容値以下になるように前記内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御部を備えることを特徴とする。

上記構成では、粒子フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去する際には、内燃機関から排出される窒素酸化物の量が排出許容値以下になるように空燃比を制御するため、粒子状物質の燃焼除去に際し、窒素酸化物の排出を抑制することができる。これにより、排気エミッションの悪化を抑制しながら、粒子フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去することができる。

エンジン制御システムの全体概略構成図。 エンジン排出ＮＯｘ量と空燃比との関係を示す図。 再生中燃焼Ａ／Ｆ値の設定方法を示す図。 第１実施形態のフィルタ再生処理の処理手順を示すフローチャート。 フィルタ再生を実施可能なエンジン運転領域を示す図。 エンジン負荷に応じたエンジン排出ＮＯｘ量を示す図。 酸素濃度とＰＭ燃焼速度との関係を示す図。 第１実施形態のフィルタ再生処理の具体的態様を示すタイムチャート。 ポスト噴射制御の処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態のフィルタ再生処理の処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態のフィルタ再生処理の具体的態様を示すタイムチャート。 第３実施形態のフィルタ再生処理の処理手順を示すフローチャート。 第３実施形態のフィルタ再生処理の処理手順を示すタイムチャート。 ポスト噴射における最大噴射量を説明するための図。 第４実施形態のフィルタ再生処理の処理手順を示すフローチャート。 第４実施形態のフィルタ再生処理の処理手順を示すタイムチャート。

（第１実施形態）
以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、内燃機関である車載多気筒４サイクルガソリンエンジンであって、筒内噴射式かつ火花点火式のエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしている。当該制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として、燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施する。このエンジン制御システムの全体概略構成図を図１に示す。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１３によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１３に内蔵されたスロットル開度センサにより検出される。

スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１５が設けられ、サージタンク１５において、吸気管内圧力を検出するための吸気管内圧力センサ１６が設けられている。サージタンク１５には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１７が接続されている。吸気マニホールド１７は、各気筒の吸気ポートに接続されている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気バルブ１８及び排気バルブ１９が設けられている。吸気バルブ１８の開動作によりサージタンク１５内の空気が燃焼室２１内に導入され、排気バルブ１９の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２２に排出される。吸気バルブ１８及び排気バルブ１９の開閉タイミング（バルブタイミング）は、可変バルブタイミング装置２０によりそれぞれ可変制御される。

エンジン１０の各気筒の上部には、燃焼室２１内に燃料を直接供給する燃料噴射弁２３が取り付けられている。燃料噴射弁２３は、図示しない燃料配管を介して燃料タンクに接続されている。燃料タンク内の燃料は各気筒の燃料噴射弁２３に供給され、燃料噴射弁２３から燃焼室２１内に噴射される。

エンジン１０のシリンダヘッドには点火プラグ２４が取り付けられている。点火プラグ２４には、点火コイル等よりなる点火装置２５を通じて、所望とする点火時期に高電圧が印加される。点火プラグ２４に対する高電圧の印加により、各点火プラグ２４の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２１内における燃料と吸気との混合気が着火されて燃焼に供される。エンジン１０の燃焼制御は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を１燃焼サイクルとして行われる。

排気管２２には、排気を浄化するための排気浄化装置として、三元触媒２６とＧＰＦ（ガソリンパティキュレートフィルタ）２７とが設けられている。三元触媒２６は、排気中の成分である一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を酸化又は還元するための触媒である。ＧＰＦ２７は、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ装置であり、三元触媒２６の下流側に設けられている。ＧＰＦ２７は、酸化触媒（例えばＰｔ等）が表面コーティングされた触媒コート付きフィルタである。

排気管２２において三元触媒２６の上流側及び下流側には、排気を検出対象として混合気の酸素濃度を検出する酸素濃度センサが設けられている。酸素濃度センサとして本実施形態では、三元触媒２６の上流側にリニア検出式のＡ／Ｆセンサ２８が配置され、三元触媒２６の下流側に二値検出式のＯ２センサ２９が配置されている。また、排気管２２には、ＧＰＦ２７の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサ３１が設けられている。差圧センサ３１により、ＧＰＦ２７に堆積したＰＭ量を検出可能である。排気管２２において三元触媒２６の下流側であってＧＰＦ２７の上流側には、排気温度を検出する排気温度センサ３２が設けられている。

本システムには、排気を利用して空気の圧縮を行う過給機が設けられている。過給機は、吸気管１１においてスロットルバルブ１４の上流側に配置された吸気コンプレッサ３３と、排気管２２において排気ポートの出口付近であって三元触媒２６の上流側に配置された排気タービン３４と、を備えている。吸気コンプレッサ３３と排気タービン３４とは回転軸３５によって連結されている。排気管２２内を流れる排気によって排気タービン３４が回転されると、その回転に伴い吸気コンプレッサ３３が回転される。このとき、吸気コンプレッサ３３の回転により生じる遠心力によって吸気管１１内の吸気が圧縮される。吸気管１１には、吸気コンプレッサ３３の下流側に、熱交換器としてのインタクーラ１２が配置されている。過給された吸気がインタクーラ１２によって冷却されることで、圧縮効率の低下が抑制される。

その他、エンジン１０には、冷却水温を検出する冷却水温センサ４１や、エンジン１０の所定クランク角毎に矩形状のクランク角信号を出力するクランク角センサ４２などが設けられている。

ＥＣＵ５０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ５０は、前述した各種センサなどから各々検出信号を入力し、それら入力した各種検出信号に基づいて、燃料噴射量や燃料噴射時期、点火時期等を演算して燃料噴射弁２３や点火装置２５の駆動等を制御する。燃料噴射制御について、ＥＣＵ５０は、都度のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度やエンジン負荷）に基づいて、噴射時期及び噴射量を算出する。また、算出した噴射時期に所望の噴射量の燃料が噴射されるよう燃料噴射弁２３の駆動を制御する。

ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ１４の開度（以下、「スロットル開度」ともいう。）や、燃料噴射弁２３から燃焼室２１内に噴射される燃料の量を調整することで空燃比制御を実施している。具体的には、通常時には、エンジン１０の空燃比が理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）となるようにスロットル開度及び燃料噴射量を制御するストイキ運転を行っている。

なお、エンジン１０はストイキエンジンであるが、リーン空燃比でも運転可能である。具体的には、リーン燃焼の空気過剰分をＥＧＲ率に置き換えると、エンジン１０の全運転領域において、昇温のみを実施する場合には１８％以上のＥＧＲ率で運転可能であり、昇温とフィルタ再生とを実施する場合には２５％以上のＥＧＲ率で運転可能である。

ＥＣＵ５０は、ＧＰＦ２７にＰＭが所定量以上堆積したと判断した場合に、ＧＰＦ２７に堆積したＰＭを燃焼除去するフィルタ再生制御を実施する。これにより、ＧＰＦ２７のＰＭ捕集機能の再生（フィルタ再生）を行う。フィルタ再生を行うには、ＧＰＦ２７の温度（以下、「フィルタ温度」ともいう。）が所定温度以上であって、かつＧＰＦ２７に酸素が存在していることが必要である。

理論空燃比での燃焼（ストイキ燃焼）が行われている状況下では、排気に含まれる酸素は極めて少ない。そのため、ストイキ燃焼中はフィルタ再生に必要な量の酸素がＧＰＦ２７に供給されず、フィルタ再生を実施できない。そこで、フィルタ再生時には、理論空燃比よりも一時的にリーンとなるように空燃比を制御することにより、フィルタ再生に必要な量の酸素をＧＰＦ２７に供給することが考えられる。しかしながら、三元触媒２６を用いた排気浄化システムの場合、フィルタ再生のために単にリーン化するだけでは、空燃比が三元触媒２６の浄化ウィンドからリーン側に外れることによってＮＯｘ浄化率が低下し、ＮＯｘエミッションの悪化を招くことが懸念される。

ここで、燃料の燃焼によってエンジン１０から排出される排気中のＮＯｘ量は空燃比に応じて異なり、図２に示すように、空燃比をストイキからリーン限界又はリッチ限界に近付けると減少する。この点に着目し、本実施形態では、ＧＰＦ２７で捕集されたＰＭの燃焼除去を実施する期間では、エンジン１０から排出されるＮＯｘの量（以下、「エンジン排出ＮＯｘ量」ともいう。）が、予め定めた排出許容値ＮＯｔｈ以下になるように空燃比を制御することとしている。これにより、ＰＭの燃焼除去の実施期間では、ＧＰＦ２７に十分な量の酸素を供給しつつ、エンジン１０から排出されるＮＯｘ量自体が少なくなるようにしている。

特に本実施形態では、エンジン１０の燃焼時における空燃比を理論空燃比よりもリーン側で制御することによって、ＰＭの燃焼除去の実施期間においてエンジン排出ＮＯｘ量が排出許容値ＮＯｔｈ以下となるようにしている。具体的には、図２に示すように、リーン側において、エンジン排出ＮＯｘ量が排出許容値ＮＯｔｈ以下となる空燃比範囲の下限値であるＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎ（例えば、Ａ／Ｆ≒１９）と、エンジン１０において正常燃焼が可能な空燃比の限界（リーン限界）であるＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘ（例えば、Ａ／Ｆ≒２３）とによって定められる範囲をＮＯｘ抑制範囲Ｒａｆとしている。そして、フィルタ再生時には、燃焼Ａ／ＦがＮＯｘ抑制範囲Ｒａｆ内となるように制御している。

図３を用いて、本実施形態のフィルタ再生処理について説明する。フィルタ再生時には、ＮＯｘの排出を抑制可能な酸素濃度を確保しつつ、ＧＰＦ２７に供給される排気中の酸素濃度が、ＰＭの燃焼速度の要求に基づき定めた所定濃度以上になるように空燃比を制御する。これにより、ＮＯｘ排出抑制要求と、ＰＭの燃焼速度を所定値以上とするために必要とされる排気中の酸素濃度に基づく要求（以下、単に「酸素濃度要求」ともいう。）と、を満たすように空燃比を制御する。

具体的には、酸素濃度要求を満たすための空燃比であるＯ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２と、Ａ／Ｆ下限値Ａｍｉｎとを比較し、これらのうち、理論空燃比（ストイキ）からの乖離量が大きい空燃比、すなわち、よりリーン側の空燃比を用いて燃焼を行う。例えば、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２が、Ａ／Ｆ下限値Ａｍｉｎよりも理論空燃比から離れており、リーン側の値Ａ２である場合にはＯ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２を燃焼Ａ／Ｆに設定する。一方、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２が、Ａ／Ｆ下限値Ａｍｉｎよりも理論空燃比に近く、リッチ側の所定値Ａ１である場合には、ＮＯｘ抑制要求を満たすＡ／Ｆのうち、リッチ側の境界値であるＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎを燃焼Ａ／Ｆに設定する。そして、その設定した燃焼Ａ／Ｆとなるようにエンジン１０の吸気量や燃料噴射量を制御する。なお、「Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２」が第１要求空燃比に相当し、「Ａ／Ｆ下限値Ａｍｉｎ」が第２要求空燃比に相当する。

次に、本実施形態のフィルタ再生処理の処理手順について、図４のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ５０により所定時間毎に実行される。

図４において、ステップＳ１０１では、ＰＭ堆積量に基づいてフィルタ再生要求が有るか否かを判定する。ここでは、ＧＰＦ２７にＰＭが再生判定値Ｗｔｈ以上堆積しているか否かを判定する。具体的には、差圧センサ３１の検出値を用い、ＧＰＦ２７の上流側と下流側との差圧が所定圧以上になった場合に肯定判定される。

なお、フィルタ再生の要否を判定する方法としては、差圧センサ３１を用いる方法に限らない。例えば、（１）ＰＭセンサを用いて検出したＰＭ量が所定値以上になったこと、（２）前回のフィルタ再生処理から所定時間以上が経過したこと、（３）前回のフィルタ再生処理から所定距離以上走行したこと、等といった条件を満たすか否かを判定することによってフィルタ再生の要否を判定してもよい。

フィルタ再生要求有りと判定されると、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５で、フィルタ再生処理の実施条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、まずステップＳ１０２で、エンジン１０が稼働中であるか否かを判定する。エンジン稼働中であれば、ステップＳ１０３へ進み、冷却水温センサ４１の検出値等を用いて、エンジン１０の暖機が完了したか否かを判定する。暖機が完了していればステップＳ１０４へ進み、現在のエンジン運転状態が、フィルタ再生を実施可能な運転領域内にあるか否かを判定する。ここでは、エンジン回転速度とエンジン負荷（例えば、吸気管内圧力）とに対応させて、フィルタ再生を実施可能なエンジン運転領域がマップ等（例えば、図５のマップ）として予め定められている。このマップ等を用いて、エンジン回転速度及びエンジン負荷の検出値から、フィルタ再生を実施可能なエンジン運転領域にあるか否かを判定する。

図５のマップによれば、所定の中回転／中・高負荷領域及び中・高回転／中負荷領域である領域Ａではフィルタ再生が許可され、所定の低回転／低負荷領域Ｂ、及び所定の高回転／高負荷領域Ｃではフィルタ再生が禁止される。領域Ａは、要求通りに空燃比をリーン側に制御可能な運転領域である。

フィルタ再生を実施可能なエンジン運転領域にあると判定されると、ステップＳ１０５へ進み、ＧＰＦ２７の温度（以下、「フィルタ温度」ともいう。）が目標温度Ｔｐｍよりも高温であるか否かを判定する。目標温度Ｔｐｍは、ＰＭの着火温度に基づき予め定められており、例えば６００℃又はその近傍の値が設定されている。フィルタ温度は、エンジン運転状態や排気温度から推定してもよいし、あるいはフィルタ温度を検出する温度センサを設けて直接検出してもよい。このステップＳ１０５では、フィルタ再生開始前のフィルタ温度を対象として判定を行う。

ステップＳ１０２〜Ｓ１０５の少なくともいずれかで否定判定された場合には、フィルタ再生処理の実施条件が全て成立するまでフィルタ再生を開始せずにそのまま待機する。ステップＳ１０２〜Ｓ１０５の全てで肯定判定された場合、フィルタ再生処理の実施条件が成立したとしてステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０６では、Ａ／Ｆ下限値Ａｍｉｎを算出する。ここで、エンジン排出ＮＯｘ量はエンジン運転状態に応じて異なり、図６に示すように、エンジン負荷が高負荷であるほどエンジン排出ＮＯｘ量が多くなる。また、これに伴い、エンジン１０が高負荷であるほど、エンジン排出ＮＯｘ量が排出許容値ＮＯｔｈ以下となる空燃比範囲の下限値がリーン側になる。そこで本実施形態では、エンジン負荷に基づいてＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎを算出する。具体的には、図６に示すマップを予め定めて記憶させておき、このマップを用いて、都度のエンジン負荷に対応するＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎを読み出す。図６のマップによれば、エンジン１０が高負荷ほどＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎとしてはリーン側の値が設定される。

ステップＳ１０７では、酸素濃度要求を満たすための空燃比としてＯ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２を算出する。図７に、ＧＰＦ２７に供給される排気中の酸素濃度とＰＭ燃焼速度との関係を示す。排気中の酸素濃度が低濃度の範囲では、ＰＭ燃焼速度が大きく低下する。このため、限られた時間内に確実にフィルタ再生を行うようにするためには、排気中の酸素濃度をある程度確保できるように空燃比を制御する必要がある。

この点に鑑み、本実施形態では、最低限確保すべき燃焼速度Ｖｍｉｎを補償するための酸素濃度（以下、「最低Ｏ２濃度Ｄｍｉｎ」ともいう。）を予め設定しておき、最低Ｏ２濃度Ｄｍｉｎを確保することが可能な値にＯ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２を設定する。ここでは、排気中の酸素濃度を増大側へ変化させた場合にＰＭ燃焼速度の変化量が所定値以下に収束する酸素濃度範囲の下限値Ｄ１（例えば５％程度）をＯ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２に設定する。リーン限界に近付くほど、排気温度が低下したり燃焼安定性が低下したりしやすいため、本実施形態では過剰なリーン化を抑制するべく、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２を下限値Ｄ１に設定している。

続くステップＳ１０８では、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２がＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎよりも大きいか否か、つまりＯ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２がＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎよりもリーン側の値であるか否かを判定する。Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２がＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎよりもリーン側の値であれば、ステップＳ１０９へ進み、フィルタ再生中における燃焼空燃比（以下、「再生中燃焼Ａ／Ｆ」ともいう。）としてＯ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２を設定する。一方、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２がＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎよりもリッチ側の値である場合には、ステップＳ１１０へ進み、再生中燃焼Ａ／ＦとしてＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎを設定する。その後、ステップＳ１１１へ進む。

ステップＳ１１１では、リーン化の開始後において排気温度が目標温度Ｔｐｍよりも高いか否かを判定する。排気温度が目標温度Ｔｐｍよりも高い場合にはステップＳ１１３へ進む。一方、排気温度が目標温度Ｔｐｍ以下である場合には、ステップＳ１１２へ進み、排気昇温制御を実施する。これにより、フィルタ温度が目標温度Ｔｐｍよりも高温である状態を補償している。排気昇温制御としては、例えば点火遅角等が挙げられる。排気昇温制御は、図示しない別ルーチンにより実行される。なお、排気温度については、排気温度センサ３２の検出値を用いてもよいし、エンジン運転状態から推定される推定値を用いてもよい。リーン化の開始前又はリーン化開始直後の所定時間内では、ステップＳ１１１及びＳ１１２の処理を実施せずにステップＳ１１３へ進む。あるいは、リーン化開始直後の所定時間においては、リーン化を開始してから所定時間後の排気温度を推定し、その推定値に基づいて排気昇温制御を実施してもよい。

続くステップＳ１１３では、空燃比が再生中燃焼Ａ／Ｆとなるように例えばエンジン１０の吸気量を制御することにより、フィルタ再生処理を実施する。ステップＳ１１４では、フィルタ再生処理によるＰＭ燃焼量を算出し、ステップＳ１１５で、所定のＰＭ量（例えば、フィルタ再生処理の開始時のＰＭ堆積量）を燃焼できたかどうかを判定する。ステップＳ１１５で否定判定された場合には、ステップＳ１０２以降の処理を再度実行する。ステップＳ１１５で肯定判定されると、ステップＳ１１６へ進み、フィルタ再生を終了して、本ルーチンを終了する。

次に、本実施形態のフィルタ再生処理の具体的態様について、図８のタイムチャートを用いて説明する。図８では、ＰＭ堆積量が再生判定値Ｗｔｈ以上となり、フィルタ再生要求があった場合を想定している。

フィルタ再生要求が有った後においてフィルタ温度が目標温度Ｔｐｍよりも低いと、暫くの間はフィルタ再生処理が開始されず、燃焼Ａ／Ｆはストイキで制御される。そして、排気温度が上昇してフィルタ温度が目標温度Ｔｐｍよりも高温になると、その時刻ｔ１１で再生中燃焼Ａ／Ｆとしてストイキよりもリーン側の値が設定され、フィルタ再生が開始される。

このとき、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２（図８中の一点鎖線参照）よりもＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎの方がリーン側である場合には、図８に示すように、エミッション要求に基づきＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎが再生中燃焼Ａ／Ｆに設定されて、Ａ／Ｆ下限値Ａｍｉｎとなるように吸気量が制御される。つまり、フィルタ温度が十分に高く、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２で制御すれば堆積ＰＭを燃焼除去可能であっても、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２がＮＯｘ抑制範囲Ｒａｆよりもリッチ側である場合には、さらにリーン化した状態でフィルタ再生を行う。これにより、エンジン１０から排出されるＮＯｘ量を許容範囲に収めながらフィルタ再生が行われる。なお、図８の「Ａ／Ｆ」及び「排気中Ｏ２濃度」中の一点鎖線は、フィルタ再生時にＯ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２で空燃比制御を行った場合を示している。フィルタ再生によりＧＰＦ２７に堆積したＰＭが燃焼除去されると、その時刻ｔ１２でリーン化が終了され、ストイキ制御に切り替えられる。

以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

フィルタ再生時には、エンジン排出ＮＯｘ量が排出許容値ＮＯｔｈ以下になるように空燃比を制御するため、ＧＰＦ２７に堆積したＰＭの燃焼除去に際し、窒素酸化物の排出を抑制することができる。これにより、排気エミッションの悪化を抑制しながらＰＭを燃焼除去することができる。

堆積ＰＭの燃焼速度はＧＰＦ２７に供給される酸素濃度に依存し、酸素濃度が高いほどＰＭ燃焼速度が速くなる。この点に鑑み、ＮＯｘ排出抑制に基づく要求（ＮＯｘ抑制要求）に加え、ＰＭ燃焼除去のための酸素濃度要求を考慮して再生中燃焼Ａ／Ｆを設定するため、ＮＯｘ排出を抑制しながら迅速にフィルタ再生を行うことができる。

具体的には、ＧＰＦ２７に供給される排気中の酸素濃度を、ＰＭの燃焼速度の要求を満たす酸素濃度とするための空燃比である第１要求空燃比としてＯ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２を算出するとともに、ＰＭの燃焼除去の実施期間においてエンジン１０から排出されるＮＯｘ量を排出許容値ＮＯｔｈ以下とするための空燃比である第２要求空燃比としてＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎを算出し、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２及びＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎのうち、リーン側の値を用いて空燃比制御を行うことによりフィルタ再生処理を実施する構成とした。この構成によれば、第１要求空燃比が第２要求空燃比よりもリーン側であり、第１要求空燃比での制御によって酸素濃度要求とＮＯｘ抑制要求とを満たす場合には、それ以上のリーン化を行わないため、過剰なリーン化を抑制しつつ排気エミッションの悪化を抑制することができる。逆に、第１要求空燃比ではＮＯｘ抑制要求を満たさない場合には、第２要求空燃比でフィルタ再生を行うため、フィルタ再生を迅速に行いつつ排気エミッションの悪化を抑制することができる。

また、第２要求空燃比としてＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎを用いるため、第１要求空燃比が第２要求空燃比よりもリッチ側であり、第１要求空燃比よりもリーン側の空燃比でフィルタ再生を行う場合に、過剰なリーン化を抑制することができる。これにより、リーン化に起因する排気温度の低下を抑制でき、また、燃焼安定性を確保することができる。

エンジン負荷に基づいてＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎを設定するため、エンジン排出ＮＯｘ量が排出許容値ＮＯｔｈ以下となる空燃比がエンジン負荷に応じて異なる場合にも、ＮＯｘ抑制のための適切な空燃比でフィルタ再生を行うことができる。具体的には、エンジン１０が高負荷運転状態のときには、Ａ／Ｆ下限値Ａｍｉｎがよりリーン側に設定されるため、高負荷運転時にもＮＯｘ排出を十分に抑制することができる。また、エンジン１０が低負荷運転状態のときには、Ａ／Ｆ下限値Ａｍｉｎが比較的リッチ側に設定されるため、失火の発生をできるだけ抑制しつつＮＯｘの排出を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。第１実施形態では、フィルタ再生要求が有った場合に、フィルタ温度が目標温度Ｔｐｍになるのを待ってフィルタ再生処理を実施したが、本実施形態では、フィルタ温度を上昇させるべくポスト噴射を行う点で第１実施形態と相違する。

ＥＣＵ５０は、燃料噴射制御において、主噴射の後に（例えば、膨張行程又は排気行程に）燃焼室２１内に燃料を供給するポスト噴射を実施して排気温度を昇温させる昇温制御を実施する。ポスト噴射に際しては、ＧＰＦ２７に供給される排気の温度が目標温度Ｔｐｍ以上となるようにポスト噴射量Ｇｐが設定される。ここでは、目標温度Ｔｐｍと排気温度の実際値又は推定値との差分と、排気流量とに基づいてポスト噴射量Ｇｐを算出する。

ポスト噴射制御について、図９のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ５０により所定周期毎に実行される。図９において、ステップＳ５０１では、ＰＭ堆積量に基づいてフィルタ再生要求の有無を判定する。フィルタ再生要求が有ればステップＳ５０２へ進み、フィルタ温度が開始温度Ｔｓｔａｒｔよりも高いか否かを判定する。開始温度Ｔｓｔａｒｔは、ポスト噴射した燃料の着火温度よりも高温側に設定された値であり、例えば３００℃又はその近傍の値が設定されている。ステップＳ５０２で否定判定された場合には一旦本ルーチンを終了し、肯定判定された場合にはステップＳ５０３へ進む。

ステップＳ５０３では、排気温度が昇温判定温度Ｔｒｎ以下であるか否かを判定する。排気温度が昇温判定温度Ｔｒｎ以下であればステップＳ５０４へ進み、目標温度Ｔｐｍと現在の排気温度との差分、及び排気流量に基づいてポスト噴射量Ｇｐを算出し、ステップＳ５０５でポスト噴射を実施する。一方、排気温度が昇温判定温度Ｔｒｎよりも高い場合には、ステップＳ５０６へ進み、ポスト噴射量Ｇｐをゼロに設定して本ルーチンを終了する。

次に、本実施形態のフィルタ再生処理の処理手順について、図１０のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ５０により所定時間毎に実行される。なお、図１０の説明では、図４と同様の処理については、図４のステップ番号を付してその説明を省略する。

図１０において、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４では、図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０４と同様の処理を実行する。続くステップＳ２０５では、フィルタ温度が開始温度Ｔｓｔａｒｔよりも高温であるか否かを判定する。ステップＳ２０２〜Ｓ２０５の少なくともいずれかで否定判定された場合には、フィルタ再生処理の実施条件が全て成立するまで待機する。一方、ステップＳ２０２〜Ｓ２０５の全てで肯定判定された場合、フィルタ再生処理の実施条件が成立したとしてステップＳ２０６へ進む。

ステップＳ２０６では、図４のステップＳ１０６と同様にしてＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎを算出する。続くステップＳ２０７では、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２を算出する。ここで、ポスト噴射を実施してフィルタ再生処理を行う場合には、ＰＭの燃焼除去のためだけでなく、ポスト噴射の燃料を燃焼させるためにも酸素が必要である。この点に鑑み、本実施形態では、ポスト噴射量と酸素濃度要求とに基づいてＯ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２を算出する。例えば、ポスト噴射量Ｇｐに応じて下限値Ｄ１を補正し、その補正後の酸素濃度に対応するＯ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２を算出する。このとき、ポスト噴射量Ｇｐが多いほど、排気中の酸素濃度として高い濃度が設定され、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２がリーン側に設定される。

続くステップＳ２０８〜Ｓ２１０では、図４のステップＳ１０８〜Ｓ１１０と同様の処理を実行する。すなわち、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２がＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎよりもリーン側の値であれば、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２を再生中燃焼Ａ／Ｆに設定する。これに対し、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２がＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎよりもリッチ側の値である場合にはＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎを再生中燃焼Ａ／Ｆに設定する。

ステップＳ２１１では、リーン化開始後の排気温度が、ポスト噴射した燃料の着火温度（以下、「燃料着火温度Ｔｂｕｒｎ」という。）よりも高いか否かを判定する。燃料着火温度Ｔｂｕｒｎは、例えば２５０℃又はその近傍の値である。排気温度が燃料着火温度Ｔｂｕｒｎよりも高い場合にはステップＳ２１３へ進み、排気温度が燃料着火温度Ｔｂｕｒｎ以下である場合にはステップＳ２１２へ進み、排気昇温制御を実施した後、ステップＳ２１３へ進む。ステップＳ２１３〜Ｓ２１６では、図４のステップＳ１１３〜Ｓ１１６と同様の処理を実行し、本ルーチンを終了する。

次に、本実施形態のフィルタ再生処理の具体的態様について、図１１のタイムチャートを用いて説明する。

フィルタ再生要求の発生後において、フィルタ温度が開始温度Ｔｓｔａｒｔよりも高温になると、その時刻ｔ２１でポスト噴射が開始されるとともに、空燃比がリーン側に制御されてフィルタ再生処理が開始される。このとき、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２はＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎよりもリッチ側であるため、再生中燃焼Ａ／ＦとしてはＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎが設定される（時刻ｔ２１〜ｔ２３）。そして、時刻ｔ２３において、アクセル操作量の増大により、Ｏ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２がＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎよりもリーン側になると、再生中燃焼Ａ／ＦとしてＯ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２が設定される（時刻ｔ２３〜ｔ２６）。これにより、エンジン１０から排出されるＮＯｘ量を許容範囲に収めながらフィルタ再生が行われる。なお、時刻ｔ２４〜ｔ２５では、排気温度が昇温判定温度Ｔｒｎよりも高いため、ポスト噴射が中断されている。フィルタ再生によりＧＰＦ２７に堆積したＰＭが燃焼除去されると、その時刻ｔ２６でリーン化が終了され、ストイキ制御に移行される。

以上詳述した本実施形態によれば、フィルタ再生に際してポスト噴射によりフィルタ昇温させる場合には、エンジン排出ＮＯｘ量が排出許容値ＮＯｔｈ以下となり、かつポスト噴射により噴射された燃料の燃焼後においてＧＰＦ２７に供給される排気中の酸素濃度が酸素濃度要求を満たすように再生中燃焼Ａ／Ｆを設定する構成とした。こうした構成とすることにより、ポスト噴射によりフィルタ昇温を行う場合にも、ＰＭの燃焼除去を迅速に行うために必要な量の酸素をＧＰＦ２７に供給しつつ、ＮＯｘ排出量の抑制を図ることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、第２実施形態との相違点を中心に説明する。第３実施形態では、再生中燃焼Ａ／Ｆを、リーン限界であるＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘとする点で第２実施形態と相違する。

本実施形態のフィルタ再生処理の処理手順について、図１２のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ５０により所定時間毎に実行される。なお、図１２の説明では、図４と同様の処理については、図４のステップ番号を付してその説明を省略する。

図１２において、ステップＳ３０１〜Ｓ３０４では、図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０４と同様の処理を実行する。続くステップＳ３０５では、フィルタ温度が開始温度Ｔｓｔａｒｔよりも高温であるか否かを判定する。ステップＳ３０２〜Ｓ３０５の少なくともいずれかで否定判定された場合には、フィルタ再生処理の実施条件が全て成立するまで待機する。一方、ステップＳ３０２〜Ｓ３０５の全てで肯定判定された場合、フィルタ再生処理の実施条件が成立したとしてステップＳ３０６へ進む。

ステップＳ３０６では、Ａ／Ｆ上限値Ａｍａｘを算出し、その算出したＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘを再生中燃焼Ａ／Ｆに設定する。ここでは、エンジン運転状態（例えば、エンジン回転速度及びエンジン負荷）に応じてＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘを算出する。なお、Ａ／Ｆ上限値Ａｍａｘについて、エンジン運転状態にかかわらず固定値としてもよい。再生中燃焼Ａ／ＦをＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘで制御する際には、トルク不足が生じないように、燃料噴射量は変えずにスロットルバルブ１４を開くなどの方法により吸入空気を増やすようにする。

続くステップＳ３０７では、リーン化開始後の排気温度が燃料着火温度Ｔｂｕｒｎよりも高いか否かを判定する。排気温度が燃料着火温度Ｔｂｕｒｎよりも高ければステップＳ３０９へ進む。一方、排気温度が燃料着火温度Ｔｂｕｒｎ以下であればステップＳ３０８へ進み、排気昇温制御を実施した後、ステップＳ３０９へ進む。ステップＳ３０９では、最低Ｏ２濃度Ｄｍｉｎを確保可能か否かを判定し、確保可能であればステップＳ３１０〜Ｓ３１３に進み、図４のステップＳ１１３〜Ｓ１１６と同様の処理を実行する。そして本ルーチンを終了する。

次に、本実施形態のフィルタ再生処理の具体的態様について、図１３のタイムチャートを用いて説明する。

フィルタ再生要求の発生後において、フィルタ温度が開始温度Ｔｓｔａｒｔよりも高温になると、その時刻ｔ３１でポスト噴射が開始される。ポスト噴射量については、第２実施形態と同様、目標温度Ｔｐｍに基づいて算出される。また、時刻ｔ３１では、再生中燃焼Ａ／ＦとしてＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘが設定され、フィルタ再生処理が開始される。これにより、時刻ｔ３１以降では、ＧＰＦ２７に供給される排気中の酸素濃度が下限値Ｄ１よりも高くなり、速い燃焼速度でＰＭが燃やされる。なお、時刻ｔ３２〜ｔ３３では、排気温度が昇温判定温度Ｔｒｎよりも高いため、ポスト噴射が中断されている。フィルタ再生によりＧＰＦ２７に堆積したＰＭが燃焼除去されると、その時刻ｔ３４でリーン化を終了し、ストイキ制御に切り替えられる。

以上詳述した第３実施形態では、再生中燃焼Ａ／ＦをＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘとしてフィルタ再生処理を実施するため、ＮＯｘ排出の抑制効果をより高くしつつ、フィルタ再生を行うことができる。また、排気中の酸素濃度が高いため、ＰＭの燃焼速度が速く、フィルタ再生処理を短期間で終了させることができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、第３実施形態との相違点を中心に説明する。第４実施形態では、第３実施形態と同様に再生中燃焼Ａ／ＦにＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘを設定してフィルタ再生処理を行うが、ポスト噴射に際しできるだけ多くの燃料を供給する点で第３実施形態と相違する。

ＰＭ燃焼速度は、排気中の酸素濃度及びフィルタ温度に感度があり、両者に依存して変化するが、フィルタ温度への感度の方が高い。この点を考慮し、本実施形態では、フィルタ温度が開始温度Ｔｓｔａｒｔよりも低い場合には、ポスト噴射燃料の燃焼後においてＧＰＦ２７に供給される排気中の酸素濃度が最低Ｏ２濃度以上になる範囲で許容される最大の噴射量の燃料をポスト噴射によって供給する。これにより、フィルタ温度を速やかに高温化させて、効率的なフィルタ再生を行うようにしている。

図１４を用いて、本実施形態のフィルタ再生処理について説明する。図１４中、（ａ）は、エンジン１０の気筒内のガス構成を示し、（ｂ）は、ＧＰＦ２７に供給される排気の用途の内訳を示している。フィルタ再生中では、Ａ／Ｆ上限値Ａｍａｘを再生中燃焼Ａ／Ｆとして可能な限りリーン化することにより、主噴射燃料の燃焼後の排気中に酸素を残存させる。本実施形態では、リーン化により追加で供給した空気量Ｑ１のうち、ＰＭ燃焼用の最低Ｏ２濃度Ｄｍｉｎを確保し、残りの酸素を用いて可能な限り多くの燃料をポスト噴射で供給することにより昇温を図る。

具体的には、最低Ｏ２濃度Ｄｍｉｎ分の空気量Ｑ２を空気量Ｑ１から差し引いた残りの空気量（Ｑ１−Ｑ２）を基に、ポスト噴射によって噴射可能な最大噴射量Ｇｍａｘを、ポスト噴射量の上下限、及びＧＰＦ２７の基材温度の上限を考慮して算出する。この場合、最大噴射量Ｇｍａｘを燃焼させるのに必要な酸素と、最低Ｏ２濃度Ｄｍｉｎ分の酸素とを差し引いた残りの酸素が、ＰＭ燃焼用の酸素として用いられる。ＰＭ燃焼に使われる酸素量は、ポスト噴射燃料を燃焼させた後に残る酸素濃度から算出される。この酸素濃度は、エンジン運転状態から推定してもよいし、Ｏ２センサ等により検出してもよい。

なお、本実施形態において、図９のステップＳ５０４では、空気量Ｑ１から最低Ｏ２濃度Ｄｍｉｎ分の空気量Ｑ２を差し引いた残りの空気量を基に、ポスト噴射量の上下限、及びＧＰＦ２７の基材温度の上限を考慮して、ポスト噴射量として最大噴射量Ｇｍａｘが算出される。

次に、本実施形態のフィルタ再生処理の処理手順について、図１５のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ５０により所定時間毎に実行される。なお、図１５の説明では、図４と同様の処理については、図４のステップ番号を付してその説明を省略する。

図１５において、ステップＳ４０１〜Ｓ４０４では、図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０４と同様の処理を実行する。続くステップＳ４０５では、フィルタ温度が開始温度Ｔｓｔａｒｔよりも高温であるか否かを判定する。ステップＳ４０２〜Ｓ４０５の少なくともいずれかで否定判定された場合には、フィルタ再生処理の実施条件が全て成立するまで待機する。一方、ステップＳ４０２〜Ｓ４０５の全てで肯定判定された場合、フィルタ再生処理の実施条件が成立したとしてステップＳ４０６へ進む。

ステップＳ４０６では、Ａ／Ｆ上限値Ａｍａｘを算出し、その算出したＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘを再生中燃焼Ａ／Ｆに設定する。なお、Ａ／Ｆ上限値Ａｍａｘは、第３実施形態と同じく可変値でもよいし、固定値でもよい。続くステップＳ４０７では、リーン化開始後の排気温度が燃料着火温度Ｔｂｕｒｎよりも高いか否かを判定する。排気温度が燃料着火温度Ｔｂｕｒｎよりも高ければステップＳ４０９へ進む。また、燃料着火温度Ｔｂｕｒｎ以下であればステップＳ４０８へ進み、排気昇温制御を実施した後、ステップＳ４０９へ進む。ステップＳ４０９では、燃焼空燃比が再生中燃焼Ａ／Ｆとなるようにエンジン１０の吸気量を制御することにより、フィルタ再生処理を実施する。ステップＳ４１０〜Ｓ４１２では、図４のステップＳ１１４〜Ｓ１１６と同様の処理を実行し、本ルーチンを終了する。

次に、本実施形態のフィルタ再生処理の具体的態様について、図１６のタイムチャートを用いて説明する。

フィルタ再生要求の発生後において、フィルタ温度が開始温度Ｔｓｔａｒｔよりも高温になると、その時刻ｔ４１でポスト噴射が開始される。また、時刻ｔ４１では、再生中燃焼Ａ／ＦとしてＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘが設定され、フィルタ再生処理が開始される。ポスト噴射では最大噴射量Ｇｍａｘの燃料が噴射される。これにより、フィルタ温度がＰＭ着火温度（Ｔｐｍ）よりもさらに昇温され、フィルタ温度の上限値Ｔｍａｘ付近（例えば、８５０℃付近）まで昇温される。また、フィルタ再生中では、ＧＰＦ２７に供給される排気中の酸素濃度が最低Ｏ２濃度Ｄｍｉｎを下回らないように制御される。なお、時刻ｔ４２〜ｔ４３では、排気温度が昇温判定温度Ｔｒｎよりも高いため、ポスト噴射が中断されている。フィルタ再生によりＧＰＦ２７に堆積したＰＭが燃焼除去されると、その時刻ｔ４４でリーン化が終了され、ストイキ制御に切り替えられる。

以上詳述した第４実施形態では、再生中燃焼Ａ／ＦをＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘし、かつポスト噴射による燃料噴射量を最大噴射量Ｇｍａｘとしてフィルタ再生処理を実施するため、ＮＯｘ排出の抑制効果をより高くしつつ、フィルタ再生を短期間で終了させることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実行されてもよい。

・上記実施形態では、Ａ／Ｆ下限値Ａｍｉｎ及びＯ２要求Ａ／Ｆ値Ａｏ２を可変値としたが、これらのうち少なくとも一方を固定値としてもよい。

・上記第１実施形態及び第２実施形態では、第２要求空燃比をＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎとしたが、Ａ／Ｆ下限値Ａｍｉｎよりもリーン側であって、Ａ／Ｆ上限値Ａｍａｘよりもリッチ側の値としてもよい。

・上記実施形態において、エンジン１０の燃焼制御を行うに当たっては、実空燃比を目標空燃比に一致させるべく空燃比フィードバック制御を実施してもよい。具体的には、フィルタ再生時であれば、再生中燃焼Ａ／Ｆを目標空燃比に設定し、酸素濃度センサで検出した実空燃比が再生中燃焼Ａ／Ｆに一致するように空燃比フィードバック制御を実施する構成としてもよい。

・上記実施形態では、三元触媒２６の下流側にＧＰＦ２７を配置する排気系システムに適用する場合を一例に挙げて説明したが、排気系の構成はこれに限定されない。例えば、図１のシステムにおいて、三元触媒２６の上流側又は下流側に別の三元触媒を更に配置してもよい。この場合、ＧＰＦ２７としては、酸化触媒がコーティングされていないフィルタを用いることもできる。また、ＧＰＦ２７として触媒コート付きフィルタを用いる場合には、三元触媒２６の上流側にＧＰＦ２７を配置してもよい。

・上記実施形態では、火花点火式のエンジン１０に適用する場合について説明したが、圧縮自着火式のエンジンに適用してもよい。また、過給機を備えるエンジンに適用したが、過給機を備えない自然吸気エンジン（Ｎ／Ａ）に適用してもよい。

・上記の各構成要素は概念的なものであり、上記実施形態に限定されない。例えば、一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散して実現したり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素で実現したりしてもよい。

１０…エンジン（内燃機関）、２３…燃料噴射弁、２６…三元触媒、２７…ＧＰＦ（粒子フィルタ）、５０…ＥＣＵ（排気処理装置、空燃比制御部、第１空燃比算出部、第２空燃比算出部、昇温制御部）。

Claims (6)

1. 排気に含まれる成分を酸化又は還元する三元触媒（２６）と、前記排気に含まれる粒子状物質を捕集する粒子フィルタ（２７）とが排気通路（２２）に設けられた内燃機関（１０）に適用され、
   所定の実施条件が成立した場合に、前記粒子フィルタに捕集された前記粒子状物質を燃焼除去する排気処理装置であって、
   前記粒子フィルタに捕集された前記粒子状物質の燃焼除去の実施期間において前記内燃機関から排出される窒素酸化物の量が所定の排出許容値以下になるように前記内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御部を備える、内燃機関の排気処理装置。
2. 前記空燃比制御部は、前記燃焼除去の実施期間において前記内燃機関から排出される窒素酸化物の量が前記所定の排出許容値以下となり、かつ前記粒子フィルタに供給される前記排気中の酸素濃度が、前記粒子状物質の燃焼速度の要求に基づき定めた所定濃度以上になるように前記空燃比を制御する、請求項１に記載の内燃機関の排気処理装置。
3. 前記粒子フィルタに供給される前記排気中の酸素濃度を、前記粒子状物質の燃焼速度の要求を満たす酸素濃度とするための空燃比である第１要求空燃比を算出する第１空燃比算出部と、
   前記燃焼除去の実施期間において前記内燃機関から排出される窒素酸化物の量を前記所定の排出許容値以下とするための空燃比である第２要求空燃比を算出する第２空燃比算出部と、を備え、
   前記空燃比制御部は、前記第１要求空燃比及び前記第２要求空燃比のうち理論空燃比からの乖離量が大きい方の空燃比となるように前記内燃機関の空燃比を制御する、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気処理装置。
4. 前記第２空燃比算出部は、前記内燃機関の負荷に基づいて前記第２要求空燃比を算出する、請求項３に記載の内燃機関の排気処理装置。
5. 前記内燃機関の主噴射の後に前記内燃機関に燃料を供給するポスト噴射を実施して前記粒子フィルタを昇温させる昇温制御部を備え、
   前記空燃比制御部は、前記燃焼除去の実施期間において前記内燃機関から排出される窒素酸化物の量が前記所定の排出許容値以下となり、かつ前記ポスト噴射により噴射された燃料の燃焼後において前記粒子フィルタに供給される前記排気中の酸素濃度が前記所定濃度以上になるように前記空燃比を制御する、請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気処理装置。
6. 前記空燃比制御部は、前記内燃機関において正常燃焼が可能な空燃比の限界である失火限界空燃比で前記内燃機関の空燃比を制御する、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気処理装置。

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