JP4479141B2 - エンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エンジンの燃焼室から排気通路に排出される排ガスには、ＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＰＭ（大気浮遊物質）等の大気汚染物質が含まれているので、これらの大気汚染物質を浄化するため、排気通路には排気浄化触媒を用いた排気浄化装置が設けられる。そして、かかる排気浄化触媒を用いて、ＮＯｘは還元により浄化され、ＨＣ、ＣＯ及びＰＭは酸化により浄化される。なお、ＮＯｘは還元により浄化される関係上、その浄化にはＮＯｘから酸素を奪う還元剤が不可欠であるが、自動車用エンジンでは、排ガス中のＨＣが還元剤として利用される。
【０００３】
そして、ＮＯｘは、排ガス中のＯ_２濃度が低いときに還元剤を利用してＮ_２に還元され、浄化される。しかしながら、従来の普通の排気浄化触媒（例えば、三元触媒）では、排ガス中のＯ_２濃度が高いときにはＮＯｘを還元するのが困難である。そこで、近年、排ガス中のＯ_２濃度が高いときにＮＯｘを吸収する一方、排ガス中のＯ_２濃度が低くなったときにＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材を用いたＮＯｘトラップ触媒が普及しつつある。
【０００４】
かかるＮＯｘトラップ触媒は、通常の運転時、すなわち排ガス中のＯ_２濃度が比較的高くＮＯｘを還元するのが困難なときにはＮＯｘ吸収材にＮＯｘを吸収させ、ＮＯｘの大気中への放出を防止する。そして、ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収量が飽和状態に達したときに、例えば膨張行程噴射を行うなどして排ガス中のＯ_２濃度を低下させるとともにＨＣ濃度を高め、ＮＯｘ吸収材にＮＯｘを放出させ、この放出されたＮＯｘを排ガス中の還元剤を利用してＮ_２に還元するようにしている（例えば、特開平１１−０５０８９４号公報参照）。なお、特開平１１−０５０８９４号公報に開示された排気浄化装置では、ＮＯｘトラップ触媒の上流に酸化触媒を配置し、ＮＯｘトラップ触媒の熱劣化を抑制しつつ排気空燃比をリッチにして、ＮＯｘ吸収材から放出されたＮＯｘを還元するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば特開平１１−０５０８９４号公報に開示されているＮＯｘトラップ触媒を用いた従来の排気浄化装置では、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させる際、排ガス中のＯ_２濃度を低下させ、ないしはＨＣ濃度を高めるために膨張行程で余分な燃料を噴射しなければならないので、燃費性能が低下するといった問題がある。また、膨張行程で噴射された燃料によって煤が発生するといった問題もある。
なお、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させる際に、膨張行程噴射ではなく、点火時期の遅角あるいは排気系への燃料噴射などを行うことによっても排ガス中のＯ_２濃度を低下させることができるが、これらの場合でも、燃費性能の低下ないしは煤の発生が起こる。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、燃費性能の低下あるいは煤の発生などといった不具合を招くことなく、ＮＯｘトラップ触媒を用いてＮＯｘを有効に浄化することができるエンジンの排気浄化装置ないしは排気浄化方法を提供することを解決すべき課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた本発明にかかるエンジンの排気浄化装置は、（ｉ）排ガス中のＯ_２濃度が高いとき（例えば、３％以上）に、すなわちＯ_２過剰雰囲気で、ＮＯｘを吸収し、この後排ガス中のＯ_２濃度が低下したとき（例えば、１％以下）に、吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材と、（ii）ＮＯｘ吸収材の上流で排ガスに還元剤（ＨＣ等）を供給する主還元剤供給手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、（iii）ＮＯｘ吸収材の上流に配置され、所定の着脱反転温度以下では排ガス中のＨＣを吸着する一方着脱反転温度を超えると吸着しているＨＣを放出するＨＣ吸着材と触媒金属とを含有するＨＣ吸着触媒を備えていて、（iv）主還元剤供給手段が、少なくともＮＯｘ吸収材にＮＯｘが吸収され、かつＨＣ吸着触媒にＨＣが吸着されている状態で、ＨＣ吸着触媒に吸着されているＨＣの燃焼によって排ガス中のＯ_２濃度が低下したときに、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるべく還元剤（ＨＣ等）を増量するようになっていることを特徴とするものである。
【０００８】
ここで、主還元剤供給手段は、例えば、膨張行程噴射、点火時期の遅角、空燃比のリッチ化、排気系への燃料噴射等により、排ガスに還元剤（ＨＣ等）を供給する。また、ＮＯｘ吸収材は、貴金属等の触媒金属を含有していてもよい。
この排気浄化装置では、ＨＣ吸着触媒に吸着されているＨＣが燃焼して排ガス中のＯ_２濃度が大きく低下したときに、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させ、ひいては還元させるために主還元剤供給手段によって還元剤が増量される。したがって、ＨＣの燃焼により排ガス中のＯ_２濃度が低下した分だけ、排ガス中のＯ_２濃度を低下させ、ないしは還元剤濃度を高めるための還元剤の増量を抑制することができる。このため、燃費性能の低下あるいは煤の発生を抑制ないしは防止しつつ、ＮＯｘを有効に浄化することができる。
【０００９】
上記エンジンの排気浄化装置においては、主還元剤供給手段が、ＨＣ吸着触媒の上流で排ガスに還元剤（ＨＣ等）を供給するようになっていて、ＨＣ吸着触媒の温度が、該ＨＣ吸着触媒（ＨＣ吸着材）に吸着されているＨＣが燃焼するような所定の吸着ＨＣ燃焼温度範囲内にあるときに、排ガス中の還元剤を増量状態から減量させる副還元剤供給手段を備えているのが好ましい。なお、主還元剤供給手段が副還元剤供給手段を兼ねるようにしてもよい。この場合、排ガス中の還元剤を増量状態から減量状態に早急に切り替えることにより、ＨＣ吸着触媒に吸着されているＨＣを急激に燃焼させることができ、排ガス中のＯ_２濃度を大幅に低下させることができる。
【００１０】
上記エンジンの排気浄化装置において、副還元剤供給手段は、ＨＣ吸着触媒の触媒金属による酸化触媒性能が所定度合い以下であり、かつＨＣ吸着触媒の温度が吸着ＨＣ燃焼温度範囲内にあるとき（すなわち、ＨＣ吸着触媒のＨＣ浄化率が所定値となる温度（ライトオフ）より低い所定温度範囲のとき）に、還元剤を増量させ、その後減量させるようになっているのが好ましい。この還元剤の増量ないしは減量は、ＮＯｘ吸収量が多いとき、又は触媒温度が上昇して吸着ＨＣ燃焼温度範囲を移行する毎に行われる。この場合も、排ガス中の還元剤を増量状態から減量状態に早急に切り替えることにより、ＨＣ吸着触媒に吸着されているＨＣを急激に燃焼させることができ、排ガス中のＯ_２濃度を大幅に低下させることができる。
【００１１】
上記エンジンの排気浄化装置において、主還元剤供給手段は、副還元剤供給手段による還元剤の上記減量の開始から所定期間経過後（すなわち、排ガス中のＯ_２濃度が低下したとき）に、ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘを放出させるべく還元剤を増量するようになっているのが好ましい。この場合、排ガス中のＯ_２濃度の低下時に限って還元剤の増量が行われるので、燃費性能の低下をより有効に抑制ないしは防止することができる。
【００１２】
上記エンジンの排気浄化装置において、ＨＣ吸着触媒の吸着ＨＣ燃焼温度範囲を判定する燃焼温度判定手段を備えているのが好ましい。吸着ＨＣ燃焼温度範囲は、ＨＣ吸着触媒の劣化に伴って高温側に移行する。このため、ＨＣ吸着触媒のモニタシステムにより、あるいは該エンジンを搭載した車両の走行距離等により、ＨＣ吸着触媒の劣化状況を判定し、これに基づいて吸着ＨＣ燃焼温度範囲を把握するのが好ましい。このようにすれば、吸着ＨＣ燃焼温度範囲を的確に検出して、還元剤の増減を実行することができるので、還元剤の消費量をより有効に抑制することができる。
【００１３】
上記エンジンの排気浄化装置においては、ＮＯｘ吸収材に吸収されているＮＯｘ量を推定するＮＯｘ量推定手段を備えていて、副還元剤供給手段（ないしは主還元剤供給手段）が、ＮＯｘ量の推定値が所定量以上のときに還元剤の供給を実行するようになっているのが好ましい。このようにすれば、ＮＯｘ吸収材のＮＯｘ吸収量が大きいときにのみ、ＮＯｘを放出するための還元剤の増量を実行することができるので、還元剤の消費量をさらに有効に抑制することができる。
【００１４】
上記エンジンの排気浄化装置においては、ＨＣ吸着触媒の触媒金属がＰｔであり、ＨＣ吸着材がゼオライトであるのが好ましい。この場合、Ｐｔはゼオライト（サポート材）に担持される。すなわち、ゼオライトはサポート材として機能する。
【００１５】
本発明にかかるエンジンの排気浄化方法は、（ｉ）排ガス中のＯ_２濃度が高いときにＮＯｘを吸収しこの後吸収したＮＯｘを排ガス中のＯ_２濃度が低下したときに放出するＮＯｘ吸収材と、ＮＯｘ吸収材の上流で排ガスに還元剤を供給する主還元剤供給手段と、ＮＯｘ吸収材の上流に配置され所定の着脱反転温度以下では排ガス中のＨＣを吸着する一方着脱反転温度を超えると吸着しているＨＣを放出するＨＣ吸着材と触媒金属とを含有するＨＣ吸着触媒とを用いて排ガスを浄化するようにしたエンジンの排気浄化方法であって、（ii）少なくともＮＯｘ吸収材にＮＯｘが吸収され、かつＨＣ吸着触媒にＨＣが吸着されている状態で、ＨＣ吸着触媒に吸着されているＨＣの燃焼によって排ガス中のＯ_２濃度が低下したときに、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるべく、還元剤を増量するようにしたことを特徴とするものである。
【００１６】
この排気浄化方法によれば、上記排気浄化装置の場合と同様に、ＨＣの燃焼により排ガス中のＯ_２濃度低下した分だけ、排ガス中のＯ_２濃度を低下させ、ないしは還元剤濃度を高めるための還元剤の増量を抑制することができ、燃費性能の低下あるいは煤の発生を抑制ないしは防止しつつ、ＮＯｘを有効に浄化することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体的に説明する。
図１に示すように、自動車用の多気筒ディーゼルエンジン１（以下、「エンジン１」という。）の各気筒（１つのみ図示）おいては、吸気行程で吸気通路２から燃焼室３内に燃料燃焼用のエアが吸入される。この燃焼室３内のエアは、圧縮行程でピストン４によって圧縮され、高温・高圧状態となる。そして、圧縮行程上死点付近ないし膨張行程で、燃料噴射弁５から燃焼室３内の高温・高圧のエア中に燃料（軽油等）が噴射され、この燃料は自己着火して燃焼する。なお、後で説明するように、燃料噴射は基本噴射（メイン噴射）とポスト噴射とに２分割して行われる。燃料の燃焼によって生じた燃焼ガスすなわち排ガスは、排気行程で排気通路６に排出される。このような行程が繰り返されてピストン４が往復運動し、このピストン４の往復運動はクランク軸７の回転運動に変換される。
【００１８】
燃料噴射弁５は噴射口が燃焼室３に臨むように配置され、燃焼室３内に直接燃料を噴射する。ここで、燃料噴射弁５は燃料供給通路８に接続されている。燃料供給通路８には、クランク軸７によって駆動される高圧燃料ポンプ９と、各気筒に燃料を分配する燃料分配器１０とが介設されている。高圧燃料ポンプ９は、燃料供給通路８内の燃料圧が所定値以上に保持されるように作動する。
【００１９】
吸気通路２には、該吸気通路２から燃焼室３へのエアの流れを調整する調整弁１１（開閉弁）が設けられている。また、図示していないが、吸気通路２には、エアの流れ方向にみて、上流側から順に、エア中のダスト等を除去するエアクリーナと、エア流量を検出するエアフローセンサとが設けられている。なお、エンジン１には、エンジン水温（エンジン温度）を検出する水温センサ１９が設けられている。
【００２０】
排気通路６には、排ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を浄化するために、排ガス流れ方向にみて上流側から順に、第１排気浄化装置１２（触媒コンバータ）と第２排気浄化装置１３（触媒コンバータ）とが介設されている。第１排気浄化装置１２には、その触媒温度を検出する触媒温度センサ１４が付設されている。そして、第１排気浄化装置１２（触媒）の上流には、排気通路６内の排ガス中のＯ_２濃度を検出する上流側O_２センサ１５（リニアＯ_２センサ）が設けられている。また、第１排気浄化装置１２の下流（第２排気浄化装置１３の上流）にも、排気通路６内の排ガス中のＯ_２濃度を検出する下流側O_２センサ１６（リニアＯ_２センサ）が設けられている。
【００２１】
第１排気浄化装置１２には、酸化性能を有し、主として排ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化して浄化するＨＣ吸着触媒が用いられている。このＨＣ吸着触媒においては、触媒金属がサポート材であるゼオライトに担持されている。そして、触媒金属担持ゼオライトは、コージェライト製ハニカム担体の表面にコートされる。また、サポート材であるゼオライトは、ＨＣ吸着材として機能し、所定温度範囲（着脱反転温度範囲）以下では排ガス中のＨＣを吸着する一方、該所定温度範囲を超えると吸着しているＨＣを放出する。
【００２２】
具体的には、ＨＣ吸着触媒のサポート材（母材）には、多孔性のＭＦＩ（ゼオライト）が用いられている。そして、このＭＦＩは、触媒金属としてＰｔ（白金）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｄ（パラジウム）等を担持している。なお、ＨＣ吸着触媒のサポート材として、ＭＦＩに代えて、多孔性のβ型ゼオライト、あるいは多孔性のＹ型ゼオライトを用いてもよい。ＭＦＩ、βゼオライト、Ｙ型ゼオライト等のゼオライトは、いずれも、所定温度（例えば、２００〜２４０℃）以下ではＨＣを吸着（トラップ）する一方、該所定温度を超えるとこのＨＣを放出するといった性質を有している。
【００２３】
また、第２排気浄化装置１３には、還元性能を有し、主として排ガス中のＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘトラップ触媒が用いられている。このＮＯｘトラップ触媒は、触媒金属と、排ガス中のＯ_２濃度が高いときにＮＯｘを吸収しこの後排ガス中のＯ_２濃度が低下したときに、吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材とを含有している。
【００２４】
具体的には、ＮＯｘトラップ触媒は、触媒成分であるＰｔと、ＮＯｘ吸収材であるＢａと、サポート材であるＡｌ_２Ｏ_３とを含んでいる。ここで、Ｂａは排ガス中のＯ_２濃度が比較的低いとき（リーン）は、排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ_２）を吸収する。なお、Ｂａは、Ｂａ（ＮＯ_３）_２の形態でＮＯｘを吸収することが多い。他方、Ｂａは、排ガス中のＯ_２濃度が高いとき（リッチ）は、吸収しているＮＯｘを、排気ガス中にＮＯあるいはＮＯ_２の形態で放出する。そして、このときＰｔは、排ガス中のＨＣを還元剤として利用し、ＮＯｘをＮ_２に還元する。なお、Ｂａは、その温度（触媒温度）がおおむね２００℃未満ではＮＯｘをよく吸収するが、２００℃以上となると、吸収しているＮＯｘを放出する傾向が強くなる。なお、ＮＯｘトラップ触媒は、ＮＯｘトラップ性能が活性状態のときにＨＣ吸着触媒がＨＣを脱離する温度域となるようにＨＣ触媒と近接して配置されるか、あるいは低温活性に優れるＮＯｘトラップ材と高温でＨＣを脱離するＨＣ吸着材とが使用される。
【００２５】
また、エンジン１には、排気通路６内の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路２に還流させるＥＧＲ通路１７が設けられている。このＥＧＲ通路１７には、ＥＧＲガス流量を制御するＥＧＲ制御弁１８が介設されている。これにより、排気通路６内の排気ガスの一部を、ＥＧＲ制御弁１８により流量調節しながら吸気通路２に還流させることができる。したがって、燃焼室３にはエンジン外部から導入されるエア（新気）と、ＥＧＲ制御弁１８を経由するＥＧＲガス（排気ガス）とが吸入される。
【００２６】
さらに、エンジン１には、燃料制御等の各種エンジン制御を行うとともに、第１排気浄化装置１２（ＨＣ吸着触媒）のモニタ制御を行い、かつ第２排気浄化装置１３（ＮＯｘトラップ触媒）のＮＯｘトラップ制御を行うコントロールユニット２０が設けられている。このコントロールユニット２０は、特許請求の範囲に記載された第１還元剤供給手段、第２還元剤供給手段、ＨＣ燃焼温度判定手段等を含むエンジン１の総合的な制御装置であって、各種制御情報に基づいて、後で説明するモニタ制御、燃料制御（ＮＯｘトラップ制御を含む）等の各種制御を行うようになっている。以下、図２〜図８に示すフローチャートを参照しつつ、コントロールユニット２０によって実行されるモニタ制御及び燃料制御（ＮＯｘトラップ制御を含む）の具体的な制御手法を説明する。
【００２７】
まず、図２〜図３に示すフローチャートを参照しつつ、ＨＣ吸着触媒のモニタ制御の制御手法を説明する。このモニタ制御では、第１排気浄化装置１２内のＨＣ吸着触媒の吸着ＨＣ燃焼温度（範囲）が判定される。吸着ＨＣ燃焼温度範囲は、ＨＣ吸着触媒の劣化に伴って高温側に移行する。そこで、ＨＣ吸着触媒の劣化状況に応じて、吸着ＨＣ燃焼温度範囲を正確に判定するようにしている。
【００２８】
このモニタ制御では、ステップＳ１で、触媒温度センサ１４によって検出される第１排気浄化装置１２内のＨＣ吸着触媒の温度Tcat（以下、単に「触媒温度Tcat」という。）、上流側O_２センサ１５によって検出される上流側O_２濃度Oxup(n）、下流側O_２センサ１６によって検出される下流側O_２濃度Oxdn(n)等の各種制御情報（データ）が入力される。
【００２９】
次に、ステップＳ２で、触媒温度Tcatが、第１触媒温度Tcat₁₀より高くかつ第２触媒温度Tcat_{２ 0}より低い（Tcat₁₀＜Tcat＜Tcat_{２ 0}）か否かが判定される。
図９（ｂ）に示すように、フレッシュ触媒（全く劣化していないＨＣ吸着触媒）は、触媒温度Tcatが活性化開始温度（例えば、２００℃）より低いときには不活性状態にあり、ＨＣ浄化率はほぼ０であるが、触媒温度Tcatが活性化開始温度以上になると触媒温度Tcatの上昇に伴って触媒活性ないしはＨＣ浄化率が上昇する。そして、ＨＣ吸着触媒は、触媒温度Tcatが活性化完了温度（例えば、２２０℃）以上になると完全に活性状態となり、ＨＣ浄化率はほぼ１００％となる。なお、ＨＣ浄化率が所定値（例えば、５０％）に達するライトオフ温度は、活性化開始温度と活性化完了温度の間となる（例えば、２１０℃）。
【００３０】
そして、ＨＣ吸着触媒が劣化すると、その劣化度が大きくなるほど、活性化開始温度、活性化完了温度及びライトオフ温度が高くなる。例えば、完全に劣化したＨＣ吸着触媒では、活性化開始温度、活性化完了温度及びライトオフ温度は、フレッシュ触媒に比べて数１０℃（例えば、４０℃）高くなる。なお、劣化触媒では、触媒温度が活性化完了温度以上となっても、ＨＣ浄化率は１００％には達しない。
ここで、第１触媒温度Tcat₁₀は、フレッシュ触媒のライトオフ温度よりやや低い温度に設定され、第２触媒温度Tcat_{２ 0}は、ほぼ完全に劣化したＨＣ吸着触媒のライトオフ温度、あるいはこれよりやや高い温度に設定される。
【００３１】
ステップＳ２で、Tcat₁₀＜Tcat＜Tcat_{２ 0}であると判定された場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ３〜Ｓ１４で、Ｏ_２濃度変化量差ΔOxが所定の閾値ΔOxav_０を超える場合の触媒温度Tcat(n)を記憶するといったデータ処理が行われる。
まず、ステップＳ３〜Ｓ６では、モニタ制御開始後に第１基準時間ｔ_１０が経過するまでの期間（ＨＣ濃度が高濃度状態にある期間）における上流側Ｏ_２濃度平均値Oxup_１avと下流側Ｏ_２濃度平均値Oxdn_１avとが算出される。
【００３２】
図９（ａ）に示すように、モニタ制御が行われているときには、ＨＣ添加制御信号が所定の周期でオン・オフされ、これに伴って触媒上流のＨＣ濃度は、高濃度状態と低濃度状態とを所定の周期で交代させる。ここで、ＨＣ添加制御信号がオンとなりＨＣ吸着触媒上流のＨＣ濃度が高濃度状態となる時間幅をτ_１（例えば、０.５〜５ｓ）とし、ＨＣ添加制御信号がオフとなり触媒上流のＨＣ濃度が低濃度状態となる時間幅をτ_２（例えば、０.５〜５ｓ）とすれば、第１基準時間ｔ_１０は、時間幅τ_１に対応する。なお、後で説明する第２基準時間ｔ_２０は、時間幅（τ_１＋τ_２）に対応する。
【００３３】
具体的には、ステップＳ３で、モニタ制御開始後の経過時間ｔが第１基準時間ｔ_１０未満であるか否かが判定され、第１基準時間ｔ_１０未満であれば（ＹＥＳ）、第１基準時間ｔ_１０に達するまでステップＳ４で繰り返し上流側Ｏ_２濃度Oxup(n）と下流側Ｏ_２濃度Oxdn(ｎ)とが記憶される。
【００３４】
そして、ステップＳ５で、経過時間ｔが第１基準時間ｔ_１０に達したか否かが判定され、第１基準時間ｔ_１０に達していれば（ＹＥＳ）、ステップＳ６で、期間（０〜ｔ_１０）すなわちＨＣ濃度が高濃度状態である期間における上流側Ｏ_２濃度平均値Oxup_１avと下流側Ｏ_２濃度平均値Oxdn_１avとが算出される（平均化）。
【００３５】
次に、ステップＳ７〜Ｓ１０では、第１基準時間ｔ_１０が経過した後、第２基準時間ｔ_２０が経過するまでの期間（ＨＣ濃度が低濃度状態にある期間）における上流側Ｏ_２濃度平均値Oxup_２avと下流側Ｏ_２濃度平均値Oxdn_２avとが算出される。
具体的には、ステップＳ７で、モニタ制御開始後の経過時間ｔが第１基準時間ｔ_１０を超えかつ第２基準時間ｔ_２０未満である（ｔ_１０＜ｔ＜ｔ_２０）か否かが判定され、ｔ_１０＜ｔ＜ｔ_２０であれば（ＹＥＳ）、第２基準時間ｔ_２０に達するまでステップＳ８で繰り返し上流側Ｏ_２濃度Oxup(n）と下流側Ｏ_２濃度Oxdn(ｎ)とが記憶される。
【００３６】
そして、ステップＳ９で、経過時間ｔが第２基準時間ｔ_２０に達したか否かが判定され、第２基準時間ｔ_２０に達していれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０で、期間（ｔ_１０〜ｔ_２０）すなわちＨＣ濃度が低濃度状態である期間における上流側Ｏ_２濃度平均値Oxup_２avと下流側Ｏ_２濃度平均値Oxdn_２avとが算出される（平均化）。
【００３７】
次に、ステップＳ１１で、次の式１、式２により、ＨＣ濃度が低濃度状態であるときの上流側Ｏ_２濃度平均値Oxup_２avと高濃度状態であるときの上流側Ｏ_２濃度平均値Oxup_１avとの差ΔOxup（以下、「上流側Ｏ_２濃度差ΔOxup」という。）と、ＨＣ濃度が低濃度状態であるときの下流側Ｏ_２濃度平均値Oxdn_２avと高濃度状態であるときの下流側Ｏ_２濃度平均値Oxdn_１avとの差ΔOxdn（以下、「下流側Ｏ_２濃度差ΔOxdn」という）とが算出される。
ΔOxup←Oxup_２av− Oxup_１av…………………………………式１
ΔOxdn←Oxdn_２av− Oxdn_１av…………………………………式２
【００３８】
続いて、ステップＳ１２で、次の式３により、上流側Ｏ_２濃度差ΔOxupと下流側Ｏ_２濃度差ΔOxdnとに基づいて、Ｏ_２濃度変化量差ΔOxが算出される。
ΔOx←ΔOxup−ΔOxdn…………………………………………式３
【００３９】
そして、ステップＳ１３で、Ｏ_２濃度変化量差ΔOxが所定の閾値ΔOxav_０を超えているか否かが判定され、超えていれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１４で今回の触媒温度Tcat(n）が記憶される。なお、Ｏ_２濃度変化量差ΔOxが閾値ΔOxav_０以下であれば、ステップＳ１４をスキップして、ステップＳ１に復帰する。
このように、ステップＳ２〜Ｓ１４では、Tcat_１０〜Tcat_２０の範囲内で、Ｏ_２濃度変化量差ΔOxが閾値ΔOxav_０を超える場合の触媒温度Tcat(n）が記憶され続ける。
【００４０】
ところで、前記ステップＳ２で、触媒温度Tcatが、第１触媒温度Tcat₁₀以下であるか、又は第２触媒温度Tcat_{２ 0}以上であると判定された場合は（ＮＯ）、ステップＳ１５〜Ｓ１８で、ＨＣ吸着触媒の劣化度合いに応じた吸着ＨＣ燃焼温度が判定ないし設定される。
具体的には、ステップＳ１５でＯ_２濃度変化量差ΔOxがリセットされた後、ステップＳ１６で、前回はTcat₁₀＜Tcat＜Tcat_{２ 0}であったか否かが判定される。そして、前回Tcat₁₀＜Tcat＜Tcat_{２ 0}であった場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１７〜Ｓ１８で、吸着ＨＣ燃焼温度が判定ないし設定される。なお、前回Tcat₁₀＜Tcat＜Tcat_{２ 0}でなかった場合は（ＮＯ）、ステップＳ１に復帰する。
【００４１】
ステップＳ１７では、前記のステップＳ１４で記憶された各触媒温度Tcat(n）が読み出される。続いて、ステップＳ１８で、これらの触媒温度Tcat(n）の中から最小値が選択され、この最小値が吸着ＨＣ燃焼温度Tcat(n)min（以下、「ＨＣ燃焼温度Tcat(n)min」という。）とされる。これにより、今回のモニタ制御は終了する。つまり、この判定は、１回の走行で１回だけ行われる。ＨＣ吸着触媒はさほど急速に劣化することはないからである。
【００４２】
ＨＣ吸着触媒においては、触媒温度TcatがＨＣ燃焼温度Tcat(n)minないしはその近傍範囲より低いときには、ゼオライト（ＨＣ吸着材）はＨＣを吸着する。この後、触媒温度Tcatが上昇して、ＨＣ燃焼温度Tcat(n)min近傍の吸着ＨＣ燃焼温度範囲内に入っているときに、排ガス中のＨＣ濃度が急低下すると、触媒金属であるＰｔの周囲に吸着されていたＨＣは着火して急激に燃焼する。そして、この着火により生成された熱により、Ｐｔから離れた部位でゼオライトに吸着されているＨＣが着火（延焼）し、燃焼する。なお、単に触媒温度Tcatの上昇によりＨＣが着火することもありうる。このようなＨＣの燃焼により、排ガス中のＯ_２が急激に消費され、排ガス中のＯ_２濃度は急激にかつ大幅に低下する。そして、後記のＮＯｘトラップ制御（燃料制御）においては、このようなＨＣの燃焼により排ガス中のＯ_２濃度が急低下したときに、ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘを放出させて還元するようにしている。
【００４３】
図１０（ａ）〜（ｃ）に、それぞれ、図９（ｂ）に示す浄化特性をもつフレッシュ触媒について、触媒上流のＨＣ濃度を図９（ａ）に示すようなパターンで増減させた場合における、１６０℃付近、２００℃付近及び２４０℃付近での上流側Ｏ_２濃度Oxup及び下流側Ｏ_２濃度Oxdnの時間に対する変化特性を示す。なお、図１０（ａ）〜（ｃ）は、上流側Ｏ_２濃度と下流側Ｏ_２濃度とについて、Ｏ_２濃度が低い状態を基準としてそろえて相対比較したものである（図１１（ａ）〜（ｃ）も同様）。つまり、ライトオフ時や活性時には、ＨＣ吸着触媒が活性化しているため、上流側Ｏ_２濃度に対する下流側Ｏ_２濃度の平均Ｏ_２濃度の絶対値は平均的に減少しているので、これを是正してΔＯxの判断が容易となるようにデータに加工処理を施している。
【００４４】
図９（ｂ）から明らかなとおり、このフレッシュ触媒は、１６０℃付近では不活性状態であり、２００℃付近ではほぼライトオフ状態であり、２４０℃付近では完全な活性状態である。また、図１０（ａ）〜（ｃ）から明らかなとおり、このフレッシュ触媒では、そのライトオフ温度付近（２００℃付近）、すなわち吸着ＨＣ燃焼温度範囲では、Ｏ_２濃度変化量差ΔOx（＝ΔOxup−ΔOxdn）が非常に大きくなっている。これは、ＨＣ吸着触媒のサポート材であるゼオライトに吸着されていたＨＣが急激に燃焼したことを示している。
【００４５】
また、図１１（ａ）〜（ｃ）に、それぞれ、図９（ｂ）に示す浄化特性をもつ劣化触媒について、触媒上流のＨＣ濃度を図９（ａ）に示すようなパターンで増減させた場合における、２００℃付近、２４０℃付近及び２８０℃付近での上流側Ｏ_２濃度Oxup及び下流側Ｏ_２濃度Oxdnの時間に対する変化特性を示す。図９（ｂ）から明らかなとおり、この劣化触媒は、２００℃付近では不活性状態にあり、２４０℃付近ではほぼライトオフ状態にあり、２８０℃付近では完全な活性状態にある。また、図１１（ａ）〜（ｃ）から明らかなとおり、この劣化触媒では、そのライトオフ温度付近（２４０℃付近）では、Ｏ_２濃度変化量差ΔOx（＝ΔOxup−ΔOxdn）が非常に大きくなっている。これは、ＨＣ吸着触媒のサポート材であるゼオライトに吸着されていたＨＣが急激に燃焼したことを示している。
【００４６】
このように、ＨＣ吸着触媒においては、その劣化度合いにかかわらず、そのライトオフ温度付近、すなわち吸着ＨＣ燃焼温度範囲では、ＨＣ吸着触媒のサポート材であるゼオライトに吸着されていたＨＣが急激に燃焼し、その結果排ガス中のＯ_２濃度が急激にかつ大幅に低下する。
【００４７】
図１２（ａ）、（ｂ）に、ＨＣ吸着触媒上流のＨＣ濃度を所定の周期で繰り返し増減させた場合における、上流側Ｏ_２濃度及び下流側Ｏ_２濃度の変化特性を示す。なお、図１２（ａ）、（ｂ）、（ｄ）は、上流側及び下流側のＯ_２濃度を、それぞれ、ＨＣ増量時の値を基準としてそろえて、相対比較したものである。ここで、図１２（ａ）はライトオフ時のものであり、図１２（ｂ）は活性時のものである。また、図１２（ｃ）に、ＨＣ吸着触媒上流のＨＣ濃度を所定の周期で繰り返し増減させつつ触媒温度を上昇させた場合における、Ｏ_２濃度変化量差ΔOxの時間に対する変化特性を示す。
【００４８】
図１２（ａ）〜（ｃ）から明らかなとおり、ＨＣ吸着触媒では、Ｏ_２濃度変化量差ΔOxは、そのライトオフ温度付近で最も大きくなっている。つまり、ゼオライトに吸着されていたＨＣが急激に燃焼している。なお、これより低温側及び高温側では、いずれもＯ_２濃度変化量差ΔOxは小さくなっている。このように、Ｏ_２濃度変化量差ΔOxがライトオフ温度付近で最大となるのは、必ずしも明らかではないが、およそ次の理由によるものと考えられる。すなわちライトオフ時には、触媒金属（Ｐｔ）は完全には活性化しておらず、ＨＣ増量時にゼオライト上に一時的に取り込まれたＨＣが燃焼せずにたまる。この後ＨＣカットによりＯ_２濃度が増加することにより、たまったＨＣが一気にＯ_２と反応する。このたまったＨＣが燃焼する分だけ多くＯ_２が反応して減少する。
これに対して、活性時は、触媒金属も完全に活性化しており、ＨＣ増量時にゼオライト上にたまるＨＣも少ないので、上流側と下流側とでＯ_２濃度に大きな差はなくなるものと考えられる。
【００４９】
図１２（ｄ）に、ライトオフ時においてＨＣ吸着触媒上流のＨＣ濃度を低濃度状態から高濃度状態に変化させた後、高濃度状態を継続した場合における、上流側Ｏ_２濃度及び下流側Ｏ_２濃度の変化特性の相対比較を示す。図１２（ｄ）から明らかなとおり、Ｏ_２濃度を高濃度状態にした直後からしばらくは下流側Ｏ_２濃度は大きく低下している。これは、Ｏ_２濃度を高濃度状態にした直後は、ＨＣ吸着触媒の表面に付着していたＨＣの放出により急激な燃焼が起こるからである。しかしながら、この後、時間の経過に伴って下流側Ｏ_２濃度は上昇し、最終的には上流側Ｏ_２濃度と下流側Ｏ_２濃度の差はほとんでなくなる。これは、ＨＣ吸着触媒に付着していたＨＣが次第になくなり、Ｏ_２消費量が減少するからである。
【００５０】
以下、図４〜図８に示すフローチャートを参照しつつ、燃料制御（ＮＯｘトラップ制御を含む）の制御手法を説明する。
この燃料制御では、まずステップＳ２１で、触媒温度センサ１４によって検出される触媒温度Tcat、上流側O_２センサ１５によって検出される上流側O_２濃度Oxup(n）、下流側O_２センサ１６によって検出される下流側O_２濃度Oxdn(n)、水温センサ１９によって検出されるエンジン水温Tw等の各種制御情報（データ）が入力される。
【００５１】
次に、ステップＳ２２で、アクセル開度（負荷）とエンジン回転数とに応じて、燃料の基本噴射量Qmb（メイン噴射量）と基本噴射時期Imb（メイン噴射時期）とが演算（セット）される。続いて、ステップＳ２３で、燃料のポスト噴射量Qpbとポスト噴射時期Ipbとが演算（セット）される。燃料の基本噴射とポスト噴射とは、０.０５〜１.０ｍｓの休止間隔でもって実行される。ポスト噴射は、高負荷・高回転時におけるスモークの発生を低減するためのフォローアップ噴射として行われ、あるいはＮＯｘ還元触媒に対してＮＯｘ還元用のＨＣを供給するために行われる。なお、燃料を多段噴射してもよく、またポスト噴射を行わない（１段噴射）ようにしてもよい。
【００５２】
そして、ステップＳ２４で、第２排気浄化触媒１３内のＮＯｘトラップ触媒（ＮＯｘ吸収材）のＮＯｘトラップ量NOが推定（検出）される。続いて、ステップＳ２５で、推定されたＮＯｘトラップ量NOが所定の閾値NO_０を超えているか否かが判定される。ここで、NO≦NO_０であれば（ＮＯ）、後記のステップＳ４４以下の各ステップが実行される。
【００５３】
他方、ステップＳ２５で、NO＞NO_０であると判定された場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ２６で、触媒温度Tcatが、ＨＣ燃焼温度Tcat(n)minから所定値ΔTcat_１を引いた値を超え、かつＨＣ燃焼温度Tcat(n)minに所定値ΔTcat_２を加えた値未満であるか否かが判定される。つまり、触媒温度Tcatが、ＨＣ燃焼温度Tcat(n)minをはさむ所定の温度範囲内、すなわち吸着ＨＣ燃焼温度範囲内に入っているか否かが判定される。もし、触媒温度Tcatが吸着ＨＣ燃焼温度範囲内に入っていれば、以下の各ステップで、ＮＯｘトラップ触媒に吸収されているＮＯｘが放出され、還元される。なお、ＮＯｘトラップ量NOにかかわりなく、触媒温度Tcatが吸着ＨＣ燃焼温度範囲内に入っているときには必ずＮＯｘ放出を行うようにしてもよい。この場合、例えば、触媒温度Tcatが上昇する場合にだけ、ＮＯｘ放出を行うようにしてもよい。また、（Tcat＜Tcat(n)min＋ΔTcat_２）であれば、所定期間毎にＮＯｘ放出を行うようにしてもよい。
【００５４】
ここで、（Tcat(n)min−ΔTcat_１＜Tcat＜Tcat(n)min＋ΔTcat_２）であれば（ＹＥＳ）、さらにステップＳ２７で、前回は、Tcatが（Tcat(n)min−ΔTcat_１）以下であったか否かが判定される。つまり、触媒温度Tcatが上昇して、今回初めて吸着ＨＣ燃焼温度範囲内に入ったか否かが判定される。ここで、（Tcat(n)min−ΔTcat_１≧Tcat）であれば（ＹＥＳ）、触媒温度Tcatは今回初めて吸着ＨＣ燃焼温度範囲内に入ったことになるので、ステップＳ２８で昇温フラグＦ_Ｒに１がセットされ、後記のステップＳ２９が実行される。この昇温フラグＦ_Ｒは、触媒温度Tcatが上昇して吸着ＨＣ燃焼温度範囲内に入ったときに１がセットされる一方、吸着ＨＣ燃焼温度範囲から離脱したときに０にリセットされるフラグである。
【００５５】
ステップＳ２７で、前回は（Tcat＞Tcat(n)min−ΔTcat_１）であると判定された場合は（ＮＯ）、ステップＳ３０で昇温フラグＦ_Ｒが１であるか否かが判定され、昇温フラグＦ_Ｒが１であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２８をスキップして、後記のステップＳ２９が実行される。他方、昇温フラグＦ_Ｒが１でなければ（ＮＯ）、後記のステップＳ４４以下の各ステップが実行される
【００５６】
前記のステップＳ２６で、（Tcat(n)min−ΔTcat_１≧Tcat）又は（Tcat≧Tcat(n)min＋ΔTcat_２）であると判定された場合は（ＮＯ）、触媒温度Tcatが吸着ＨＣ燃焼温度範囲から離脱しているので、ステップＳ３１で昇温フラグＦ_Ｒが０にリセットされた後、後記のステップＳ４４以下の各ステップが実行される。
【００５７】
ステップＳ２９では、カウンタTupが１だけインクリメントされる。カウンタTupは、Ｏ_２濃度を低減するためにＨＣを増量すべき時間を設定ないしはカウントするためのカウンタである。つまり、カウンタTupがインクリメントを繰り返して設定値Tup_１０を超えるまでＨＣの増量が継続される。続いて、ステップＳ３２で、カウンタTupが設定値Tup_１０を超えているか否かが判定される。ここで設定値Tup_１０は、例えば０.５〜１０秒に設定される（図１３参照）。
【００５８】
ステップＳ３２でTup≦Tup_１０であると判定された場合は（ＮＯ）、ステップＳ３４で、ＨＣを増量するために、ポスト噴射増量値Qpprに設定値α’がセットされ、又は基本噴射時期遅角値Imprに設定値γ’がセットされる（両方セットしてもよい）。なお、ポスト噴射増量値Qppr又は基本噴射時期遅角値Imprを用いるのではなく、基本噴射増量値Qmprに設定値β’をセットし、又はポスト噴射時期遅角値Ipprに設定値δ’をセットしてもよい。これにより、ＨＣ吸着触媒上流の排ガス中のＨＣ濃度が高濃度状態にセットされる。この後、後記のステップＳ５９〜Ｓ６１で燃料噴射が実行される。
【００５９】
ステップＳ３２でTup＞Tup_１０であると判定された場合は（ＹＥＳ）、ＨＣを増量すべき期間を経過しているので、ステップＳ３３で、ＨＣを減量するため、ポスト噴射増量値Qpprに０がセットされ、又は基本噴射時期遅角値Imprに０がセットされる。なお、ポスト噴射増量値Qppr又は基本噴射時期遅角値Imprを用いるのではなく、基本噴射増量値Qmpr又はポスト噴射時期遅角値Ipprを用いる場合は、これらに０がセットされる。
【００６０】
このようにして、ステップＳ３３でＨＣの増量が停止された（ＨＣが減量された）後、ステップＳ３５〜Ｓ４３で、Ｏ_２濃度変化量差ΔOxが設定値ΔOx_１を超えている状態、すなわち第１排気浄化装置１２（ＨＣ吸着触媒）下流における排ガス中のＯ_２濃度が大きく低下している状態で、ＮＯｘトラップ触媒（ＮＯｘ吸収材）にＮＯｘを放出させるためのＨＣ増量が行われる。
【００６１】
具体的には、まずステップＳ３５で、Ｏ_２濃度変化量差ΔOxが設定値ΔOx_１を超えているか否かが判定される。そして、ΔOx＞ΔOx_１であれば（ＹＥＳ）、ＮＯｘを放出させるためのＨＣの増量が開始される。この場合、まずステップＳ３６で、タイマカウンタＴ_ＮＯが１だけインクリメントされる。このタイマカウンタＴ_ＮＯは、ＮＯｘを放出させるためのＨＣ増量を行う期間を設定ないしはカウントするカウンタである（図１３参照）。なお、ＮＯｘを放出させるためのＨＣの増量を、ΔOx＞ΔOx_１となったときに開始するのではなく、ステップＳ３３でＨＣの増量が停止された後一定時間経過後に開始するようにしてもよい。
【００６２】
ここでは、基本的には、タイマカウンタＴ_ＮＯが設定値Ｔ_ＮＯ０を超えるまで、ＮＯｘを放出させるためのＨＣ増量を行うようにしている。ただし、後で説明するように、タイマカウンタＴ_ＮＯのカウント値が設定値Ｔ_ＮＯ０を超えていない場合でも、ΔOx≦ΔOx_１となったときには、ＮＯｘの放出は完了していないのにもかかわらず、ＮＯｘを放出させるためのＨＣの増量は一旦完了させられる。なお、設定値Ｔ_ＮＯ０は、例えば０.５〜５秒に設定される。
【００６３】
次に、ステップＳ３７で、タイマカウンタＴ_ＮＯのカウント値が設定値Ｔ_ＮＯ０を超えているか否かが判定される。ここで、Ｔ_ＮＯ≦Ｔ_ＮＯ０であれば（ＮＯ）、ステップＳ４０で、空気過剰率λがほぼ１となるように、基本噴射量Qmbが所定値Qm_λだけ増量され、又はポスト噴射量Qpbが所定値Qp_λだけ増量される。なお、基本噴射量Qmbの増量に代えて、あるいはこれとともに基本噴射時期Imbを遅角させてもよい。これにより、排ガス中のＯ_２濃度が大幅に低下し、また還元剤であるＨＣの濃度が高くなり、ＮＯｘトラップ触媒（ＮＯｘ吸収材）からＮＯｘが放出される。なお、このとき、触媒温度も上昇する。放出されたＮＯｘは、ＮＯｘトラップ触媒の触媒金属によって、ＨＣ（還元剤）を利用してＮ_２に還元される。この後、ステップＳ５９〜Ｓ６１で燃料噴射が実行される。
【００６４】
他方、ステップＳ３７で、Ｔ_ＮＯ＞Ｔ_ＮＯ０であると判定された場合は（ＮＯ）、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ放出ないしは浄化が完了しているので、ステップＳ３８でＮＯｘトラップ量NOが０にリセットされ、続いてステップＳ３９で昇温フラグＦ_Ｒが０にリセットされる。この後、ステップＳ５９〜Ｓ６１で燃料噴射が実行される。
【００６５】
ところで、前記のステップＳ３５で、ΔOx≦ΔOx_１であると判定された場合は（ＮＯ）、ステップＳ４１で、タイマカウンタＴ_ＮＯがカウント中であるか否かが判定される。ここで、タイマカウンタＴ_ＮＯがカウント中であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ４２で、この時点におけるタイマカウンタＴ_ＮＯのカウント値に基づいて、ＮＯｘトラップ量NOがリセットされ、続いてステップＳ４３でカウンタTupがリセットされる。この場合、ＮＯｘの放出は不完全な状態で一旦完了させられることになるので、ＮＯｘトラップ量NOを０にリセットすることは適切ではない。そこで、タイマカウンタＴ_ＮＯのカウント値に応じてＮＯｘトラップ量NOを０より大きい値にリセットするようにしている。なお、このリセット値は、タイマカウンタＴ_ＮＯのカウント値が大きいときほど小さくなるように設定される。この後、後記のステップＳ５９〜Ｓ６１で、燃料噴射が実行される。
【００６６】
図１３に、前記のようにＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ放出が行われる際の、昇温フラグＦ_Ｒ、ポスト噴射増量値Qppr、基本噴射時期遅角値Impr、Ｏ_２濃度変化量差ΔOx及び所定値Qmλ（Qpλ）の、時間に対する変化特性を示す。なお、図１３においては、時刻ｔ_１でＨＣが増量された後、時刻ｔ_２でこのＨＣの増量が停止され（減量され）、時刻ｔ_３でＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘを放出させるためのＨＣの増量が開始され、時刻ｔ_４でＮＯｘを放出させるためのＨＣの増量が完了している。
【００６７】
ところで、前記のステップＳ２５でNO≦NO₀であると判定された場合（ＮＯ）、ステップＳ２６で（Tcat(n)min−ΔTcat_１≧Tcat）もしくは（Tcat≧Tcat(n)min＋ΔTcat_２）であると判定された場合（ＮＯ）、又はステップＳ３０で昇温フラグＦ_Ｒが１でないと判定された場合（ＮＯ）は、ステップＳ４４〜Ｓ６８が実行される。
【００６８】
ステップＳ４４では、ポスト噴射増量値Qpprに０がセットされ、又は基本噴射時期遅角値Imprに０がセットされる。なお、ポスト噴射増量値Qppr又は基本噴射時期遅角値Imprを用いるのではなく、基本噴射増量値Qmpr又はポスト噴射時期遅角値Ipprを用いる場合は、これらに０がセットされる。続いて、ステップＳ４５で、カウンタTupとタイマカウンタT_NOとが、０にリセットされる。
【００６９】
次に、ステップＳ４６で、モニタ制御（ライトオフモニタ）が終了したか否かが判定される。モニタ制御が終了していなければ（ＮＯ）、ステップＳ４７で、触媒温度Tcatが、第１触媒温度Tcat₁₀より高くかつ第２触媒温度Tcat_{２ 0}より低い（Tcat₁₀＜Tcat＜Tcat_{２ 0}）か否かが判定される。そして、Tcat₁₀＜Tcat＜Tcat_{２ 0}であれば（ＹＥＳ）、モニタ制御を補助するための燃料制御（以下、「モニタ補助燃料制御」という。）が行われる。つまり、今回の走行（エンジン１の運転）において、モニタ制御がまだ終了しておらず、かつモニタ制御においてステップＳ１〜Ｓ１４が繰り返し実行されているときにのみ、モニタ補助燃料制御が行われる。その他の場合は、ステップＳ５９〜Ｓ６１で、普通の燃料噴射が行われる。
【００７０】
モニタ補助燃料制御が行われる場合は、まず、ステップＳ４８で、前回は触媒温度Tcatが第１触媒温度Tcat₁₀以下であったか否かが判定される。前回Tcat≦Tcat₁₀であった場合（ＹＥＳ）、すなわち前回はモニタ補助燃料制御がまだ行われていなかった場合は、ステップＳ４９でフラグFcatinに１がセットされた後、ステップＳ５１〜Ｓ６１でモニタ補助燃料制御が実行される。フラグFcatinは、モニタ補助燃料制御が行われているときに１がセットされるフラグである。
【００７１】
ステップＳ４８で前回Tcat＞Tcat₁₀であった場合は（ＮＯ）、ステップＳ５０でフラグFcatinが１であるか否かが判定される。そして、フラグFcatinが１であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ５１〜Ｓ６１でモニタ補助燃料制御が実行される。なお、フラグFcatinが１でなければ（ＮＯ）、ステップＳ６２が実行される。
【００７２】
モニタ補助燃料制御が行われる場合は、まず、ステップＳ５１とステップＳ５２とで、それぞれ、アクセル開度変化量Δαが所定値Δα_０１を超えているか否かと、アクセル開度αが所定値α_０１を超えているか否かとが判定される。ここで、Δα≦Δα_０１でありかつα≦α_０１であれば（ステップＳ５１、Ｓ５２ともＮＯ）、すなわち定常状態（非加速状態）でありかつ中・低負荷状態である場合は、触媒の温度上昇速度が小さいので、ステップＳ５３で、ポスト噴射量Qpbが所定値Qpcqだけ増量され、又は基本噴射時期Imbが所定値Imcqだけ遅角させられ、排ガスないし触媒の温度上昇が促進される。この場合、所定値Qpcqは、排ガス中のＯ_２濃度が低下するよう好ましく設定される。
【００７３】
ここで、ポスト噴射量Qpb又は基本噴射時期Imbを変更するのではなく、基本噴射量Qmbを所定値Qmcqだけ増量し、又は排ガス温度が上昇する方向にポスト噴射時期Iｐbを所定値Iｐcqだけ遅角又は進角させてもよい（IｐbがATDC１５°CAより進角していれば遅角させ、ATDC１５°CAより遅角していれば進角させる。）。この場合、所定値Qmcqは、排ガス中のＯ_２濃度が低下するよう好ましく設定される。また、ポスト噴射がフォローアップ噴射であれば、基本噴射時期Imbの遅角に合わせてポスト噴射時期Ipbも遅角される。
なお、ＥＧＲ量を増加させ、あるいは調整弁１１（スロットル弁）を開弁して触媒温度上昇を促進してもよい。
【００７４】
他方、ステップＳ５１でΔα＞Δα_０１であると判定された場合（ＹＥＳ）、又はステップＳ５２でα＞α_０１であると判定された場合（ＹＥＳ）、すなわち加速状態又は高負荷状態である場合は、排気ガス温度ないし触媒温度は自然に上昇するので、ステップＳ５３をスキップする。
【００７５】
次に、ステップＳ５４でモニタ制御開始後の経過時間ｔのカウント値が１だけインクリメントされる（ｔ←ｔ＋１）。続いて、ステップＳ５５で、経過時間ｔが第１基準時間ｔ_１０を超えているか否かが判定される。経過時間ｔが第１基準時間ｔ_１０を超えていなければ（ＮＯ）、ステップＳ５８で、ＨＣ吸着触媒上流の排ガス中のＨＣ濃度を高めるためにポスト噴射増量値Qpobdに設定値αがセットされ、又は基本噴射時期遅角値Imobdに設定値γがセットされる（両方セットしてもよい）。なお、ポスト噴射増量値Qpobd又は基本噴射時期遅角値Imobdを用いるのではなく、基本噴射増量値Qmobdに設定値βをセットし、又はポスト噴射時期遅角値Ipobdに設定値δをセットしてもよい。これにより、ＨＣ吸着触媒上流の排ガス中のＨＣ濃度が高濃度状態にセットされる。
【００７６】
ステップＳ５５で、経過時間ｔが第１基準時間ｔ_１０を超えていると判定された場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ５６で、経過時間ｔが第２基準時間ｔ_２０であるか否かが判定される。経過時間ｔが第２基準時間ｔ_２０でなければ（ＮＯ）、ステップＳ５９で、ＨＣ吸着触媒上流の排ガス中のＨＣ濃度を低濃度状態にするため、ポスト噴射増量値Qpobdに０がセットされ、又は基本噴射時期遅角値Imobdに０がセットされる。なお、ポスト噴射増量値Qpobd又は基本噴射時期遅角値Imobdを用いるのではなく、基本噴射増量値Qmobd又はポスト噴射時期遅角値Ipobdを用いる場合は、これらに０がセットされる。
また、ステップＳ５６で、ｔ＝ｔ_２０であると判定された場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ５７で経過時間ｔが０にリセットされる（ｔ←０）。
【００７７】
次に、ステップＳ６０で、次の式４〜式７により、最終基本噴射量Qmt、最終基本噴射時期Imt、最終ポスト噴射量Qpt及び最終ポスト噴射時期Iptが設定される。この後、ステップＳ６１で、最終基本噴射量Qmt及び最終基本噴射時期Imtで基本噴射が実行され、最終ポスト噴射量Qpt及び最終ポスト噴射時期Iptでポスト噴射が実行される。
Qmt←Qmb＋Qmobd＋Qmpr……………………………………式４
Qpt←Qpb＋Qpobd＋Qppr ………………………………………式５
Imt←Imb＋Imobd＋Impr…………………………………………式６
Ipt←Ipb＋Ipobd＋Ippr……………………………………………式７
【００７８】
ところで、前記のステップＳ５０で、フラグFcatinが１でないと判定された場合は（ＮＯ）、ステップＳ６２で、前回は触媒温度Tcatが第２触媒温度Tcat_{２ 0}以上であったか否かが判定される。前回Tcat≧Tcat_{２ 0}であった場合（ＹＥＳ）、すなわち触媒温度Tcatが前回以前に第２基準温度Tcat_{２ 0}以上となった後、今回再び第２基準温度Tcat_{２ 0}未満となっている場合は、ステップＳ６３でフラグFcatdeに１がセットされた後、ステップＳ６５〜Ｓ６７で排ガス温度ないしは触媒温度が低下するよう、燃料噴射量又は燃料噴射時期が補正される。フラグFcatdeは、かかる補正が行われているときに１がセットされるフラグである。
【００７９】
ステップＳ６２で、前回Tcat＜Tcat_{２ 0}であったと判定された場合は（ＮＯ）、ステップＳ６４で、フラグFcatdeが１であるか否かが判定される。そして、フラグFcatdeが１であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ６５〜Ｓ６７で、排ガス温度ないしは触媒温度が低下するよう、燃料噴射量又は燃料噴射時期が補正される。
【００８０】
排ガス温度ないし触媒温度が低下するよう、燃料噴射量又は燃料噴射時期が補正される場合は、まず、ステップＳ６５とステップＳ６６とで、それぞれ、アクセル開度変化量Δαが所定値Δα_０２（負の値）より小さいか否かと、アクセル開度αが所定値α_０２より小さいか否かとが判定される。ここで、Δα≧Δα_０２でありかつα≧α_０２であれば（ステップＳ６５、Ｓ６６ともＮＯ）、すなわち非減速状態でありかつ中・高負荷状態である場合は、触媒の温度低下速度が小さいので、ステップＳ６７でポスト噴射量Qpbが所定値Qpcq’だけ減量され、又は基本噴射時期Imbが所定値Imcq’だけ進角させられ、触媒の温度低下が促進される。この後、前記のステップＳ５４〜Ｓ６１が実行され、燃料噴射が実行される。
【００８１】
ここで、ポスト噴射量Qpb又は基本噴射時期Imbを変更するのではなく、基本噴射量Qmbを所定値Qmcq’だけ減量し、又は排気ガス温度が低下する方向にポスト噴射時期Iｐbを所定値Iｐcq’だけ遅角又は進角させてもよい。
なお、２次エアを供給又は増加させて、触媒温度の低下を促進してもよい。
【００８２】
また、ステップＳ６５でΔα＜Δα_０２であると判定された場合（ＹＥＳ）、又はステップＳ６６でα＜α_０２であると判定された場合（ＹＥＳ）、すなわち減速状態又は低負荷状態である場合は、排気ガス温度ないし触媒温度は自然に低下するので、ステップＳ６７をスキップする。この後、前記のステップＳ５４〜Ｓ６１が実行され、燃料噴射が実行される。
なお、前記のステップＳ６４で、フラグFcatdeが１でないと判定された場合は（ＮＯ）、ステップＳ６８でフラグFcatinが０にリセットされ、ステップＳ６５〜Ｓ６７をスキップする。この後、前記のステップＳ５４〜Ｓ６１が実行され、燃料噴射が実行される。
【００８３】
なお、上記実施の形態では、ＮＯｘトラップ量NOが所定の閾値NO_０を超えているか否かと、触媒温度Tcatが（Tcat(ｎ)min−ΔTcat₁）から（Tcat(ｎ)min＋ΔTcat_２）までの範囲内に入っているか否かとを判定した後、ＨＣ吸着触媒にＨＣを吸着させるようにしているが、このようにせず、次のようにしてもよい。
【００８４】
すなわち、触媒温度Tcatが、ＨＣを吸着する温度又はＨＣを吸着する温度域となってから、ポスト噴射を行わない通常の燃焼により供給されるＨＣの吸着量を推定し、この推定値が所定量以上であって、Ｏ_２濃度の低減が十分実行できると判断される場合は、前記期間Tup_１０におけるＨＣの供給を行わないようにしてもよい。
また、このようなＨＣの推定量が上記所定量に満たない場合は、その不足量だけＨＣを供給できるよう、上記期間Tup_１０を設定してもよい。
さらには、触媒温度Tcatが、ＨＣを吸着する温度域に低下した直後から所定期間、ポスト噴射によりＨＣ吸着触媒にＨＣを吸着させるようにしてもよい。
【００８５】
以上、本発明によれば、燃費性能の低下あるいは煤の発生などといった不具合を招くことなく、ＮＯｘトラップ触媒を用いてＮＯｘを有効に浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかる排気浄化装置を備えたディーゼルエンジンのシステム構成図である。
【図２】 第１排気浄化装置（ＨＣ吸着触媒）のモニタ制御の制御手法を示すフローチャートである。
【図３】 第１排気浄化装置（ＨＣ吸着触媒）のモニタ制御の制御手法を示すフローチャートである。
【図４】 燃料制御及びＮＯｘトラップ制御の制御手法を示すフローチャートである。
【図５】 燃料制御及びＮＯｘトラップ制御の制御手法を示すフローチャートである。
【図６】 燃料制御及びＮＯｘトラップ制御の制御手法を示すフローチャートである。
【図７】 燃料制御及びＮＯｘトラップ制御の制御手法を示すフローチャートである。
【図８】 燃料制御及びＮＯｘトラップ制御の制御手法を示すフローチャートである。
【図９】 （ａ）はＨＣ吸着触媒上流のＨＣ濃度の、時間に対する変化特性を示すグラフであり、（ｂ）はフレッシュなＨＣ吸着触媒及び劣化したＨＣ吸着触媒のＨＣ浄化率の、触媒温度に対する変化特性を示す図である。
【図１０】 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、フレッシュなＨＣ吸着触媒を用いた場合における、不活性状態、ライトオフ状態及び活性状態での、上流側Ｏ_２濃度及び下流側Ｏ_２濃度の、時間に対する変化特性を示すグラフである。
【図１１】 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、劣化したＨＣ吸着触媒を用いた場合における、不活性状態、ライトオフ状態及び活性状態での、上流側Ｏ_２濃度及び下流側Ｏ_２濃度の、時間に対する変化特性を示すグラフである。
【図１２】 （ａ）〜（ｂ）はそれぞれＨＣ吸着触媒を用いた場合におけるライトオフ状態及び活性状態での、上流側Ｏ_２濃度及び下流側Ｏ_２濃度の、時間に対する変化特性を示すグラフであり、（ｃ）はＨＣ吸着触媒におけるＯ_２濃度変化量差ΔOxの時間に対する変化特性を示すグラフであり、（ｄ）はＨＣ濃度を繰り返し増減させない場合における、ライトオフ状態での上流側Ｏ_２濃度及び下流側Ｏ_２濃度の、時間に対する変化特性を示すグラフである。
【図１３】 ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ放出が行われる際の、フラグＦ_Ｒ、ポスト噴射増量値Qppr、基本噴射時期遅角値Impr、Ｏ_２濃度変化量差ΔOx及び所定値Qmλ（Qpλ）の、時間に対する変化特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…エンジン（ディーゼルエンジン）、２…吸気通路、３…燃焼室、４…ピストン、５…燃料噴射弁、６…排気通路、７…クランク軸、８…燃料供給通路、９…高圧燃料ポンプ、１０…燃料分配器、１１…調整弁、１２…第１排気浄化装置、１３…第２排気浄化装置、１４…触媒温度センサ、１５…上流側Ｏ_２センサ、１６…下流側Ｏ_２センサ、１７…ＥＧＲ通路、１８…ＥＧＲ制御弁、１９…水温センサ、２０…コントロールユニット。

Claims (8)

1. 排ガス中のＯ_２濃度が高いときにＮＯｘを吸収し、この後排ガス中のＯ_２濃度が低下したときに、吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材と、
   ＮＯｘ吸収材の上流で排ガスに還元剤を供給する主還元剤供給手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、
   ＮＯｘ吸収材の上流に配置され、所定の着脱反転温度以下では排ガス中のＨＣを吸着する一方着脱反転温度を超えると吸着しているＨＣを放出するＨＣ吸着材と触媒金属とを含有するＨＣ吸着触媒を備えていて、
   主還元剤供給手段が、少なくともＮＯｘ吸収材にＮＯｘが吸収され、かつＨＣ吸着触媒にＨＣが吸着されている状態で、ＨＣ吸着触媒に吸着されているＨＣの燃焼によって排ガス中のＯ_２濃度が低下したときに、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるべく還元剤を増量するようになっていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 主還元剤供給手段が、ＨＣ吸着触媒の上流で排ガスに還元剤を供給するようになっていて、
   ＨＣ吸着触媒の温度が、該ＨＣ吸着触媒に吸着されているＨＣが燃焼するような所定の吸着ＨＣ燃焼温度範囲内にあるときに、排ガス中の還元剤を増量状態から減量させる副還元剤供給手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
3. 副還元剤供給手段は、ＨＣ吸着触媒の触媒金属による酸化触媒性能が所定度合い以下であり、かつＨＣ吸着触媒の温度が吸着ＨＣ燃焼温度範囲内にあるときに還元剤を増量させ、その後減量させるようになっていることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
4. 主還元剤供給手段は、副還元剤供給手段による還元剤の上記減量の開始から所定期間経過後に、ＮＯｘ吸収材に吸収されたＮＯｘを放出させるべく還元剤を増量するようになっていることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
5. ＨＣ吸着触媒の吸着ＨＣ燃焼温度範囲を判定する燃焼温度判定手段を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
6. ＮＯｘ吸収材に吸収されているＮＯｘ量を推定するＮＯｘ量推定手段を備えていて、
   副還元剤供給手段が、ＮＯｘ量の推定値が所定量以上のときに、還元剤の供給を実行するようになっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
7. ＨＣ吸着触媒の触媒金属がＰｔであり、ＨＣ吸着材がゼオライトであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
8. 排ガス中のＯ_２濃度が高いときにＮＯｘを吸収しこの後吸収したＮＯｘをＯ_２濃度が低下したときに放出するＮＯｘ吸収材と、ＮＯｘ吸収材の上流で排ガスに還元剤を供給する主還元剤供給手段と、ＮＯｘ吸収材の上流に配置され所定の着脱反転温度以下では排ガス中のＨＣを吸着する一方着脱反転温度を超えると吸着しているＨＣを放出するＨＣ吸着材と触媒金属とを含有するＨＣ吸着触媒とを用いて排ガスを浄化するようにしたエンジンの排気浄化方法であって、
   少なくともＮＯｘ吸収材にＮＯｘが吸収され、かつＨＣ吸着触媒にＨＣが吸着されている状態で、ＨＣ吸着触媒に吸着されているＨＣの燃焼によってＯ_２濃度が低下したときに、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるべく、還元剤を増量するようにしたことを特徴とするエンジンの排気浄化方法。

Images