JP6504339B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１の排気浄化触媒と第２の排気浄化触媒とを備えるエンジンの排気浄化装置に関し、特に、これら第１の排気浄化触媒及び第２の排気浄化触媒の再生処理技術に関する。

自動車等に搭載されるエンジンから排出される排気ガス中には、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）や、微粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）等の排気ガス成分が含まれている。このため、エンジンの排気通路には、上記のような物質を分解（還元等）するための三元触媒や、ＰＭを捕捉するためのパティキュレートフィルタ等が設けられている。

また、例えば、ディーゼルエンジン等のように、空燃比を理論空燃比（ストイキ）よりリーン空燃比側に制御して酸化雰囲気で燃焼を行うエンジンの場合、三元触媒では排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を充分に浄化できない。このため、この種のエンジンの排気通路には、排気浄化触媒としてのＮＯｘ吸蔵触媒が設けられているものがある。ＮＯｘ吸蔵触媒は、排気の空燃比がリーンであると排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の空燃比がリッチであると吸蔵されているＮＯｘを放出還元する。ディーゼルエンジン等においては、通常、排気の空燃比がリーンであるため、窒素酸化物はＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。このため、所定のタイミングで排気の空燃比をリッチ化させてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを分解（還元）する再生処理（ＮＯｘパージ）を行う必要がある。

また燃料中には硫黄成分が有害成分として含まれているため、硫黄成分は酸素と反応して硫黄酸化物（ＳＯｘ）となってＮＯｘの代わりにＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される（Ｓ被毒）。このため、所定のタイミングで、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する再生処理（Ｓパージ）を行う必要がある。この再生処理（Ｓパージ）では、例えば、ＮＯｘパージの場合と同様に排気の空燃比をリッチ化させると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒を所定温度以上の高温にする必要がある。

再生処理（Ｓパージ）の方法については、様々な提案があるが、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒をリッチの雰囲気に維持しつつ、燃料（還元剤）を噴射する燃料噴射手段を制御して燃料添加期間が密の期間と疎の期間とを交互に繰り返すことで、ＮＯｘ吸蔵触媒を高温化するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許第３９７２８６４号公報

ところで、エンジンの排気浄化装置としては、複数の排気浄化触媒（例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒）を備えているものがある。例えば、エンジン近傍位置に第１の排気浄化触媒を備えると共に、第１の排気浄化触媒の下流側の車両の床下等に第２の排気浄化触媒を備えているものがある。

このように第１の排気浄化触媒及び第２の排気浄化触媒を備えている排気浄化装置で再生処理（Ｓパージ）を行うと、第１の排気浄化触媒での発熱は起こり易いが、第２の排気浄化触媒での発熱が起こり難く、第１の排気浄化触媒と第２の排気浄化触媒とで温度差が生じてしまう虞がある。第１の排気浄化触媒と第２の排気浄化触媒とで温度差が大きくなると、第１の排気浄化触媒と第２の排気浄化触媒とを同時に再生処理できなくなる虞がある。

一方で、第１の排気浄化触媒のみの再生処理が必要となる場合もある。例えば、硫黄酸化物は、上流側の第１の排気浄化触媒から吸着されるとすると、第１の排気浄化触媒の再生処理に要する時間は第２の排気浄化触媒のそれよりも長くなる。また例えば、第１の排気浄化触媒の容量が第２の排気浄化触媒のそれよりも大きいと、第１の排気浄化触媒の再生処理に要する時間は第２の排気浄化触媒のそれよりも長くなる。この場合、第１の排気浄化触媒と第２の排気浄化触媒とを同時に再生処理するだけでは、第１の排気浄化触媒を十分に再生処理できない虞がある。

このため、第１の排気浄化触媒と第２の排気浄化触媒とを同時に再生処理すると共に、必要に応じて第１の排気浄化触媒のみの再生処理を行うことが好ましい。しかしながら、これらの再生処理を適切に行うことができていないのが現状である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、第１の排気浄化触媒及び第２の排気浄化触媒のそれぞれを適切に再生処理することができるエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、エンジンの筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記エンジンの排気通路に設けられ昇温して再生される第１の排気浄化触媒と、前記排気通路の前記第１の排気浄化触媒よりも下流側に設けられ昇温して再生される第２の排気浄化触媒と、前記第１の排気浄化触媒に流入させる還元剤を供給する還元剤供給手段と、少なくとも前記還元剤供給手段によって供給される還元剤量を調整して、前記第１の排気浄化触媒及び前記第２の排気浄化触媒から流出する排気の空燃比をリッチ化させるリッチ期間と、前記第１の排気浄化触媒及び前記第２の排気浄化触媒から流出する排気の空燃比をリーン化させるリーン期間と、を交互に繰り返して前記第１の排気浄化触媒及び前記第２の排気浄化触媒の再生処理を実行する再生処理実行手段と、を有し、前記再生処理実行手段は、前記第１の排気浄化触媒のみを再生させる第１の再生処理を実行する際には、前記リッチ期間を前記リーン期間よりも長くし、前記第２の排気浄化触媒を再生させる第２の再生処理を実行する際には、前記リッチ期間を前記リーン期間よりも短くし、前記第２の再生処理を実行する際に、前記第１の排気浄化触媒の劣化度合いが大きいほど前記リーン期間の長さを短くすることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。

本発明の第２の態様は、第１の態様のエンジンの排気浄化装置において、前記再生処理実行手段は、前記第１の再生処理を一回又は複数回実行する毎に前記第２の再生処理を実行することを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様のエンジンの排気浄化装置において、前記再生処理実行手段は、前記第１の再生処理で前記還元剤供給手段から噴射させる還元剤量を、前記第２の再生処理で前記還元剤供給手段から噴射させる還元剤量よりも少なくすることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。

本発明の第４の態様は、第１から３の何れか一つの態様のエンジンの排気浄化装置において、前記燃料噴射手段が、前記還元剤供給手段を兼ねており、前記再生処理実行手段は、前記還元剤量の調整として、前記燃料噴射手段の主噴射後のポスト噴射により噴射させる燃料量を調整することを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。

本発明の第５の態様は、第１から４の何れか一つの態様のエンジンの排気浄化装置において、前記第１の排気浄化触媒及び前記第２の排気浄化触媒がＮＯｘ吸蔵触媒であることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。

本発明の第６の態様は、第５の態様のエンジンの排気浄化装置において、前記再生処理実行手段により実行される前記再生処理が、前記第１の排気浄化触媒及び前記第２の排気浄化触媒に吸蔵された硫黄酸化物を除去する処理であることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。

かかる本発明では、第１の排気浄化触媒のみを再生させる第１の再生処理と、第２の排気浄化触媒を再生させる第２の再生処理とを必要に応じて実行することができる。したがって、第１の排気浄化触媒と第２の排気浄化触媒とのそれぞれを適切に再生処理することができる。

本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を含むエンジンを示す概略構成図である。 第２の再生処理におけるリッチフラグと入口空燃比及び出口空燃比との対応関係を示すグラフである。 第２の再生処理における燃料噴射タイミングの一例を示す図である。 第２の再生処理におけるリッチ期間のポスト噴射量の設定手順を説明する図である。 第１の再生処理におけるリッチフラグと入口空燃比及び出口空燃比との対応関係を示すグラフである。 第１の再生処理における燃料噴射タイミングの一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
まずは本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を含むエンジン１０の全体構成について説明する。図１に示すエンジン１０は、ディーゼルエンジンであり、エンジン本体１１は、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１３とを有し、シリンダブロック１３の各シリンダボア１４内には、ピストン１５が収容されている。ピストン１５は、コンロッド１６を介してクランクシャフト１７に接続されている。このピストン１５とシリンダボア１４とシリンダヘッド１２とで燃焼室１８が形成されている。

シリンダヘッド１２には吸気ポート１９が形成され、吸気ポート１９には吸気マニホールド２０を含む吸気管（吸気通路）２１が接続されている。吸気ポート１９内には吸気弁２２が設けられ、この吸気弁２２によって吸気ポート１９が開閉されるようになっている。またシリンダヘッド１２には排気ポート２３が形成され、排気ポート２３内には、排気マニホールド２４を含む排気管（排気通路）２５が接続されている。排気ポート２３には排気弁２６が設けられており、吸気ポート１９と同様に、排気ポート２３はこの排気弁２６によって開閉されるようになっている。

これら吸気管２１及び排気管２５の途中には、ターボチャージャ２７が設けられている。ターボチャージャ２７の下流側の吸気管２１には、インタークーラ２８が配されている。インタークーラ２８の下流側の吸気管２１には、吸気管（吸気通路）２１を開閉するスロットルバルブ２９が設けられている。スロットルバルブ２９の下流側の吸気管２１には、ターボチャージャ２７の上流側の排気管２５に連通するＥＧＲ管（ＥＧＲ通路）３０が接続されている。ＥＧＲ管３０にはＥＧＲクーラ３１が設けられ、ＥＧＲ管３０の吸気管２１との接続部分にはＥＧＲ弁３２が設けられている。

なおシリンダヘッド１２には、各気筒の燃焼室１８内に燃料を噴射する燃料噴射弁（燃料噴射手段）３３が設けられている。燃料噴射弁３３にはコモンレール３４から燃料が供給される。コモンレール３４にはサプライポンプ３５により燃料タンク（図示なし）の燃料が供給され、エンジン本体１１の回転速度に応じてサプライポンプ３５から所定圧で燃料がコモンレール３４に供給される。コモンレール３４では燃料が所定の燃圧に調整され、コモンレール３４から所定の燃圧に制御された高圧燃料が燃料噴射弁３３に供給される。

ターボチャージャ２７の下流側の排気管２５には、排気浄化装置５０を構成する第１の排気浄化触媒である第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）５２と、第２の排気浄化触媒である第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３と、が上流側から順に設けられている。第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及びＤＰＦ５２は、本実施形態では、エンジン本体１１に近接して設けられており、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３は、車両の床下に設けられている。

なおこれら第１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５１，５３、ＤＰＦ５２は、既存の構造であるため、ここでの詳細な説明は省略する。またこれら第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１、ＤＰＦ５２及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の配置は、特に限定されるものではなく、例えば、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の配置は床下でなくてもよい。

また第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１の出口近傍（例えば、ＤＰＦ５２の出口近傍）と、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の出口近傍には、それぞれ、排気の空燃比を検出する空燃比センサ５４，５５が設けられている。すなわち空燃比センサ５４は、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１から流出する排気の空燃比（第１の触媒空燃比）を検出し、空燃比センサ５５は、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３から流出する排気の空燃比（第２の触媒空燃比）を検出する。なお空燃比センサ５４，５５は、排気中の酸素濃度を検出するものであってもよい。また第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１には、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１の温度を検出する温度センサ５６が設けられ、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３には、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の温度を検出する温度センサ５７が設けられている。

第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持されると共に、吸蔵剤としてバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属が担持されてなる。そして第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３は、酸化雰囲気において排気成分である窒素酸化物（ＮＯｘ）を一旦吸蔵し、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を含む還元雰囲気中において、ＮＯｘを放出して窒素（Ｎ_２）等に還元する。本実施形態に係るエンジン１０は、ディーゼルエンジンであるため、通常は、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３ではＮＯｘが吸蔵されるのみで吸蔵されたＮＯｘが分解（還元）されることはない。

このため所定のタイミング、例えば、エンジン１０を所定期間運転させる毎に、吸蔵されたＮＯｘを除去するための再生処理（ＮＯｘパージ）が実行される。この再生処理（ＮＯｘパージ）では、所定のタイミングで第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１に還元剤としての燃料（軽油）が供給される。その際、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３にも還元剤としての燃料が供給されることになる。これにより第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３内が還元雰囲気となり、吸蔵されたＮＯｘが分解（還元）されて第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３から除去される。

また第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様、排気成分である硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸蔵するため、所定のタイミングでＳＯｘを除去するための再生処理（Ｓパージ）が実行される。この再生処理（Ｓパージ）では、排気に還元剤としての燃料（軽油）を適宜供給し、それに伴い第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３を所定温度（例えば、７００℃程度）以上に昇温させる。これにより、吸蔵された硫黄酸化物（ＳＯｘ）が分解（還元）されて第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３から除去される。

ＤＰＦ５２は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造のフィルタである。ＤＰＦ５２に捕捉されたＰＭは、排気ガス中のＮＯ_２によって酸化（燃焼）されてＣＯ_２として排出され、ＮＯ_２はＮ_２に分解されて排出される。

またエンジン１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０を備えており、ＥＣＵ７０には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。このＥＣＵ７０が、各種センサ類（図示は省略）からの情報に基づいて、排気浄化装置５０が搭載されたエンジン１０の総合的な制御を行っている。

ＥＣＵ７０は排気浄化装置５０の一部としても機能し、空燃比センサ５４，５５、温度センサ５６，５７等の各種センサ類からの情報に基づいて燃料噴射弁３３を適宜制御する。具体的には、ＥＣＵ７０は再生処理実行手段７１を備え、この再生処理実行手段７１が、燃料噴射手段と還元剤供給手段とを兼ねる燃料噴射弁３３を制御し、燃料噴射弁３３から噴射される燃料量（還元剤量）を調整することで、上述した第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３のＳパージ等の再生処理を実行する。

ここで、再生処理実行手段７１は、再生処理として、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１のみを再生させる第１の再生処理と、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３を再生させる第２の再生処理とを実行する。なお第２の再生処理時には、本実施形態では、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１と第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３とを同時に再生処理する。勿論、この第２の再生処理は、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３のみを再生させる処理であってもよい。

上述のように再生処理実行手段７１は、エンジン１０を所定期間運転させる毎に再生処理（例えば、Ｓパージ）を実行するが、その際に第１の再生処理又は第２の再生処理の何れを実行するかは、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３に溜まっている硫黄酸化物（ＳＯｘ）の量に基づいて判断している。

具体的には、再生処理を行う際に、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３のそれぞれに溜まっているＳＯｘの量を推定し、これらの差が所定量以上であるか否かによって、第１の再生処理又は第２の再生処理の何れを実行するかを判断している。そして、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３のそれぞれに溜まっているＳＯｘの量の差が所定量以上である場合、すなわち第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１に第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３よりも所定量以上多くのＳＯｘが溜まっている場合には、第１の再生処理を実行し、所定量よりも小さい場合には、第２の再生処理を実行する。

これにより、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３のそれぞれを適切に再生処理することができる。

なお第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３に溜まっているＳＯｘの量の推定方法は、特に限定されないが、例えば、燃料消費量、各触媒の容量等に基づいて推定することができる。

また、第１の再生処理及び第２の再生処理の何れを実行するかの判断は、上述のように適宜行ってもよいが、予め決めておいてもよい。例えば、第１の再生処理を一回又は複数回実行する毎に、第２の再生処理を実行するようにしてもよい。

硫黄酸化物は上流側の第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１から吸着されると考えられる。このため、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１の再生処理に要する時間は、第２の排気浄化触媒５３の再生処理に要する時間よりも長くなる。このため、第１の再生処理を一回又は複数回実行する毎に、第２の再生処理を実行することによっても、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３のそれぞれを適切に再生処理することができる。

以下、第１の再生処理及び第２の再生処理について詳しく説明する。まずは、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１と第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３とを同時に再生させる第２の再生処理について説明する。

再生処理実行手段７１によって第２の再生処理（Ｓパージ）が実行されると、図２に示すように、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とするリッチ期間（リッチフラグがＯＮの期間）Ｔａ１と、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３に流入する排気の空燃比をリーン空燃比とするリーン期間（リッチフラグがＯＦＦの期間）Ｔｂ１とからなるサイクルが繰り返される。すなわち１回のリッチ期間Ｔａ１と１回のリーン期間Ｔｂ１とを１サイクル期間Ｔｃとして、これらリッチ期間Ｔａ１とリーン期間Ｔｂ１とが交互に繰り返される。また第２の再生処理では、いわゆる短周期でリッチ期間Ｔａ１とリーン期間Ｔｂ１との切換を行っており、リッチ期間Ｔａ１はリーン期間Ｔｂ１よりも短く設定されている。

このような第２の再生処理の実行中、空燃比センサ５４で検出される第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の入口付近の排気空燃比（入口空燃比）は、リッチ期間Ｔａ１及びリーン期間Ｔｂ１に応じてリッチ空燃比とリーン空燃比とに切り換わる。一方、空燃比センサ５５で検出される第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の出口付近の空燃比（出口空燃比）は、リッチ期間Ｔａ１とリーン期間Ｔｂ１との切り換わりに応じて変化するが常にリッチ空燃比に維持される。

また図３（ａ）に示すように、リッチ期間Ｔａ１中は、燃料噴射弁３３による主噴射であるプレ噴射Ｐｕ及びメイン噴射Ｍａと、主噴射後のポスト噴射である早期ポスト噴射Ｐｏ１及び燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２とが実施される。

早期ポスト噴射Ｐｏ１は、主噴射による燃焼に継続して燃焼可能なタイミングで実施されるポスト噴射であり、燃焼室１８内の全ての酸素（Ｏ_２）が実質的に消費される量の燃料を噴射する。すなわち計算上の筒内空燃比がストイキ若しくは若干リッチとなる量の燃料を早期ポスト噴射Ｐｏ１により噴射する。

燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２は、早期ポスト噴射Ｐｏ１の後、燃焼室１８内での燃焼が終了したタイミングで実施されるポスト噴射である。この燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２が実施されることで、排気に対して還元剤としての燃料（炭化水素：ＨＣ）が添加される。これにより、リッチ期間Ｔａ１に第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３に流入する排気の空燃比はリッチ空燃比となる。

一方、リーン期間Ｔｂ１中は、燃料噴射弁３３による主噴射としてのプレ噴射Ｐｕ及びメイン噴射Ｍａのみが実施され、ポスト噴射は実施されない。このため、リーン期間Ｔｂに第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３に流入する排気の空燃比はリーン空燃比となる。

そして、このような第２の再生処理の実行中、つまりリッチ期間Ｔａ１とリーン期間Ｔｂ１とが繰り返される間、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３のそれぞれは、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とに切り換わる際の発熱により昇温する。これにより、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１と第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３とを略同等の温度に昇温させることができる。

ところで、再生処理実行手段７１は、第２の再生処理（Ｓパージ）を実行する際、例えば、図４に示すように、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３から排出される排気の空燃比（第２の排気空燃比）の１サイクル期間Ｔｃ中の目標平均空燃比を設定し、この目標平均空燃比に基づいてリッチ期間Ｔａ１中に燃料噴射弁３３から噴射する燃料量（添加剤量）、本実施形態ではポスト噴射（早期ポスト噴射Ｐｏ１及び燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２）による燃料量、を決定している。

このように決定した燃料量を燃料噴射弁３３からポスト噴射として噴射させることで、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３を目標温度により確実に昇温させる際、その精度を向上することができる。さらには、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１の温度変化を抑えつつ、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の温度調整を行うことができる。リーン期間Ｔｂ１中に燃料噴射弁３３から噴射する噴射量を変更しなくても、リッチ期間Ｔａ１中に燃料噴射弁３３から噴射する燃料量を変更することで第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１に吸蔵されるＨＣ量が変化し、リッチ期間Ｔａ１からリーン期間Ｔｂ１に移行する際の第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１の下流がリーン化する速度が変わることで第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３に流入するＯ_２量を調整でき、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の温度を比較的容易に調整することができる。

したがって、何らかの要因により、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１と第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３との温度差が生じてしまった場合にも、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の温度調整を行うことで、両者の温度差を小さく抑えることができる。

再生処理実行手段７１は、第２の再生処理を行う際、まず第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の状態、例えば、第１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５１，５３の温度等に基づいて、１サイクル期間Ｔｃ（リッチ期間Ｔａ１及びリーン期間Ｔｂ１）の長さを設定する。その際、再生処理実行手段７１は、リッチ期間Ｔａ１がリーン期間Ｔｂ１よりも短くなるように設定する。これにより、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１と第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３とを略同等の温度に昇温させることができる。

また１サイクル期間Ｔｃ（リッチ期間Ｔａ１及びリーン期間Ｔｂ１）の長さは常に一定としてもよいが、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１の劣化度合いが大きいほどリーン期間Ｔｂ１の長さを短くすることが好ましい。劣化度合いが大きいほど第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１の昇温が遅くなるため、リーン期間Ｔｂ１の長さを短くしてリッチ空燃比とリーン空燃比との切り換えのタイミングを増やすことで、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１を昇温させ易くなる。

ここで、リーン期間Ｔｂ１の長さを短くすると第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３に供給されるＯ_２量が少なくなり第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３が昇温されにくくなる虞があるものの、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１の劣化度合いが大きいほど一般的にＨＣ吸蔵能も低下するため、リーン期間Ｔｂ１に第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３に供給されるＯ_２量はさほど減少せず、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の昇温は確保することができる。

なお第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１の劣化度合いの判定方法は、特に限定されないが、例えば、累積の使用時間等に基づいて判定することができる。

さらに、外気温が低いほどリーン期間の長さを短くすることが好ましい。外気温が低い場合には、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１と共に第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の昇温も遅くなるため、リーン期間Ｔｂ１の長さを短くしてリッチ空燃比とリーン空燃比との切り換えのタイミングを増やすことで、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３を昇温させ易くなる。ただし、過度にリーン期間Ｔｂ１の長さを短くすると第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３に供給されるＯ_２量が少なくなり第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３が昇温されにくくなる虞があるため、リーン期間Ｔｂ１を適切に設定する必要がある。

その後、再生処理実行手段７１は、第２の再生処理（Ｓパージ）に必要な第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３を目標温度まで昇温させられるように、１サイクル期間Ｔｃ（リッチ期間Ｔａ１及びリーン期間Ｔｂ１）に基づいて目標平均空燃比を設定する。このとき、目標平均空燃比も第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１の劣化度合いを考慮して設定することが好ましい。例えば、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１の劣化度合いが大きいほど目標平均空燃比をリーン側に設定することが好ましい。劣化度合いが大きいほど第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１の昇温が遅くなる。このため、目標平均空燃比をリーン側として第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３に供給されるＯ_２の量を増やすことで、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３を昇温させ易くなる。

そして、設定した目標平均空燃比に基づいて、リッチ期間Ｔａ１中に還元剤供給手段としての燃料噴射弁３３から噴射する燃料量（還元剤量）を決定する。すなわち目標平均空燃比に基づいて、リッチ期間Ｔａ１中に燃料噴射弁３３からポスト噴射として噴射される燃料量を決定する。

例えば、図４に示すように、目標平均空燃比が設定されると、それを達成するために必要な総燃料噴射量Ｆａが決まる。この総燃料噴射量Ｆａとは、１サイクル期間Ｔｃ中の主噴射（プレ噴射Ｐｕ及びメイン噴射Ｍａ）による燃料噴射量Ｆｍと、ポスト噴射（早期ポスト噴射Ｐｏ１及び燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２）による燃料噴射量Ｆｐ１と、の合計である。したがって、この総燃料噴射量Ｆａから主噴射による燃料噴射量Ｆｍを減算することで、１サイクル期間Ｔｃ中に必要なポスト噴射による燃料噴射量Ｆｐ１が算出される。この１サイクル期間Ｔｃ中に必要なポスト噴射による燃料噴射量Ｆｐ１が、リッチ期間Ｔａ１中にポスト噴射により噴射される燃料噴射量Ｆｐ２として設定される。そして、早期ポスト噴射Ｐｏ１及び燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２として噴射される。

なおリーン期間Ｔｂ１中は、上述のようにポスト噴射は実施されず、燃料噴射弁３３による主噴射であるプレ噴射Ｐｕ及びメイン噴射Ｍａのみが実施される。

以上のように本実施形態では、第２の再生処理時に、第２の触媒空燃比の１サイクル期間Ｔｃ中の目標平均空燃比に基づいて、リッチ期間Ｔａ１中のポスト噴射による燃料噴射量（還元剤量）Ｆｐ２を決定するようにした。これにより、第２の再生処理（Ｓパージ）中に、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３を、それぞれ所望の目標温度に昇温させることができる。すなわち目標平均空燃比からリッチ期間Ｔａ１中のポスト噴射による燃料噴射量Ｆｐを演算することで、必要な燃料噴射量Ｆｐを高精度に設定することができ、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３を昇温させた際、目標温度との誤差を小さく抑えることができる。

また第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１と第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３との温度差が生じてしまった場合には、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の温度調整（発熱の調整）を行うことで、両者の温度差を小さく抑えることができる。例えば、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の温度が低下してしまった場合には、目標平均空燃比をリーン側に設定することで、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１の昇温を抑制しつつ第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３を早期に昇温させることができる。

したがって、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３をそれぞれ適切に再生処理することができる。

次に、第１の排気浄化触媒のみを再生させる第１の再生処理について説明する。
再生処理実行手段７１によって第１の再生処理（Ｓパージ）が実行されると、図５に示すように、第２の再生処理が実行された場合と同様、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とするリッチ期間（リッチフラグがＯＮの期間）Ｔａ２と、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１及び第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３に流入する排気の空燃比をリーン空燃比とするリーン期間（リッチフラグがＯＦＦの期間）Ｔｂ２とからなるサイクルが繰り返される。

ただし、第１の再生処理では、第２の再生処理の場合とは異なり、いわゆる短周期でリッチ期間Ｔａ２とリーン期間Ｔｂ２とを切り換えることは行わず、リッチ期間Ｔａ２はリーン期間Ｔｂ２よりも長く設定されている。すなわち第１の再生処理では、リッチ期間Ｔａ２が大部分を占めるが、リッチ期間Ｔａ２とリッチ期間Ｔａ２よりも短いリーン期間Ｔｂ２とを繰り返すことで、硫化水素の発生を抑制している。

また第１の再生処理中、空燃比センサ５４で検出される第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の入口付近の排気空燃比（入口空燃比）及び空燃比センサ５５で検出される第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の出口付近の空燃比（出口空燃比）は、何れもリッチ期間Ｔａ２及びリーン期間Ｔｂ２に応じてリッチ空燃比とリーン空燃比とに切り換わる。

また第２の再生処理と同様に第１の再生処理においても、リッチ期間Ｔａ２中は、図６に示すように、燃料噴射弁３３による主噴射であるプレ噴射Ｐｕ及びメイン噴射Ｍａと、主噴射後のポスト噴射である早期ポスト噴射Ｐｏ３及び燃焼後ポスト噴射Ｐｏ４とが実施される。ただし第１の再生処理における早期ポスト噴射Ｐｏ３の噴射量は第２の再生処理における早期ポスト噴射Ｐｏ１の噴射量（図中点線で示す）よりも少ない。すなわち第１の再生処理における早期ポスト噴射Ｐｏ３の噴射期間は第２の再生処理における早期ポスト噴射Ｐｏ１の噴射期間よりも短い。

したがって第１の再生処理においては、早期ポスト噴射Ｐｏ３により燃料が噴射されても、燃焼室１８内の酸素（Ｏ_２）が残存する。そして燃焼後ポスト噴射Ｐｏ４が実行されると、燃焼室１８内には酸素（Ｏ_２）と共に、未燃燃料が存在することになる。なお第１の再生処理における燃焼後ポスト噴射Ｐｏ４の噴射量は、第２の再生処理における燃焼後ポスト噴射Ｐｏ２の噴射量（図中点線で示す）よりも少なくてよい。

一方、リーン期間Ｔｂ２中は、第２の再生処理と同様に燃料噴射弁３３による主噴射としてのプレ噴射Ｐｕ及びメイン噴射Ｍａのみが実施され、ポスト噴射は実施されない（図３（ｂ）参照）。

そして、このような第１の再生処理においては、リッチ期間Ｔａ２中に、排気に含まれるＯ_２と共に燃料に含まれるＨＣが同時に第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１に供給され、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１は、これらＨＣとＯ_２との反応による発熱によって昇温する。一方、下流側に配置された第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３は、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１でＯ_２が消費されていることからＨＣとＯ_２とが同時に供給されることによる発熱は極めて少ない。また第１の再生処理では、リッチ期間Ｔａ２とリーン期間Ｔｂ２との切り換わりも少ない。このため第１の再生処理においては、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１と第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３とは何れも、リッチ空燃比とリーン空燃比との切り替わりによる発熱は極めて少ない。したがって、第１の再生処理では、第２のＮＯｘ吸蔵触媒５３の昇温を抑えつつ、第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１のみを効率的に昇温させることができる。つまり第１のＮＯｘ吸蔵触媒５１のみを効率的に再生処理することができる。

また第１の再生処理では、リッチ期間Ｔａ２が第２の再生処理のリッチ期間Ｔａ１よりも長く設定されている。このため、第１の再生処理は第２の再生処理に比べて、処理時間が短くて済む。このため、第２の再生処理のみではなく、所定のタイミングで第１の再生処理を実行することで、常に第２の再生処理を実行するよりも燃費を向上することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、目標平均空燃比に基づいてポスト噴射による燃料噴射量を変更するようにしたが、例えば、エンジンの発生トルクの変化の影響が、車両の走行に問題ない程度であれば、主噴射による燃料噴射量をさらに変更するようにしてもよい。

また例えば、上述した実施形態では再生処理としてＳパージを例示したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、ＮＯｘパージに際しても本発明を適用することができる。

また上述の実施形態では、燃料噴射弁からポスト噴射を行うことで還元剤としての燃料を供給するようにしたが、排気管の所定位置、例えば、第１のＮＯｘ吸蔵触媒の入口付近に別途インジェクタを設け、ポスト噴射の代わりにこのインジェクタから還元剤としての燃料を排気管内に噴射させるようにしてもよい。この場合には、インジェクタから燃料以外の還元剤（炭化水素）を噴射するようにしてもよい。

また、上述した実施形態ではディーゼルエンジンを例示したが、本発明は、理論空燃比よりもリーン空燃比側に制御して酸化雰囲気で燃焼を行うガソリンエンジンにも適用することができる。

１０ エンジン
１１ エンジン本体
１２ シリンダヘッド
１３ シリンダブロック
１４ シリンダボア
１５ ピストン
１６ コンロッド
１７ クランクシャフト
１８ 燃焼室
１９ 吸気ポート
２０ 吸気マニホールド
２１ 吸気管
２２ 吸気弁
２３ 排気ポート
２４ 排気マニホールド
２５ 排気管
２６ 排気弁
２７ ターボチャージャ
２８ インタークーラ
２９ スロットルバルブ
３０ ＥＧＲ管
３１ ＥＧＲクーラ
３２ ＥＧＲ弁
３３ 燃料噴射弁
３４ コモンレール
３５ サプライポンプ
５０ 排気浄化装置
５１ 第１のＮＯｘ吸蔵触媒
５２ ＤＰＦ
５３ 第２のＮＯｘ吸蔵触媒
５４，５５ 空燃比センサ
５６，５７ 温度センサ
７１ 再生処理実行手段

Claims (6)

1. エンジンの筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
   前記エンジンの排気通路に設けられ昇温して再生される第１の排気浄化触媒と、
   前記排気通路の前記第１の排気浄化触媒よりも下流側に設けられ昇温して再生される第２の排気浄化触媒と、
   前記第１の排気浄化触媒に流入させる還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   少なくとも前記還元剤供給手段によって供給される還元剤量を調整して、前記第１の排気浄化触媒及び前記第２の排気浄化触媒から流出する排気の空燃比をリッチ化させるリッチ期間と、前記第１の排気浄化触媒及び前記第２の排気浄化触媒から流出する排気の空燃比をリーン化させるリーン期間と、を交互に繰り返して前記第１の排気浄化触媒及び前記第２の排気浄化触媒の再生処理を実行する再生処理実行手段と、を有し、
   前記再生処理実行手段は、
   前記第１の排気浄化触媒のみを再生させる第１の再生処理を実行する際には、前記リッチ期間を前記リーン期間よりも長くし、前記第２の排気浄化触媒を再生させる第２の再生処理を実行する際には、前記リッチ期間を前記リーン期間よりも短くし、
   前記第２の再生処理を実行する際に、前記第１の排気浄化触媒の劣化度合いが大きいほど前記リーン期間の長さを短くする
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記再生処理実行手段は、前記第１の再生処理を一回又は複数回実行する毎に前記第２の再生処理を実行する
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記再生処理実行手段は、前記第１の再生処理で前記還元剤供給手段から噴射させる還元剤量を、前記第２の再生処理で前記還元剤供給手段から噴射させる還元剤量よりも少なくする
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記燃料噴射手段が、前記還元剤供給手段を兼ねており、
   前記再生処理実行手段は、前記還元剤量の調整として、前記燃料噴射手段の主噴射後のポスト噴射により噴射させる燃料量を調整する
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記第１の排気浄化触媒及び前記第２の排気浄化触媒がＮＯｘ吸蔵触媒である
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
6. 請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記再生処理実行手段により実行される前記再生処理が、前記第１の排気浄化触媒及び前記第２の排気浄化触媒に吸蔵された硫黄酸化物を除去する処理である
   ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。