JP6958155B2 - 内燃機関の排気処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気処理装置に関し、特に、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、燃料の燃焼により内燃機関から排出される粒子状物質（ＰＭ）を、排気通路に設けられた粒子フィルタによっ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、粒子フィルタに対し２次エアポンプによって酸素を供給することにより、粒子フィルタに堆積したＰＭを燃焼除去してフィルタ再生を行うことが開示されている。また、特許文献１には、粒子フィルタに堆積したＰＭを燃焼除去する際に、内燃機関における燃焼の際の空燃比をリッチとすることにより、燃え残った燃料（ＨＣ）と、２次エアポンプから供給される酸素とを、粒子フィルタの上流側に配置した三元触媒上で反応させ、その反応熱によって粒子フィルタを昇温させることが開示されている。

米国特許第８４６４５２３号明細書

排気中の残存燃料を燃焼させて粒子フィルタを昇温させる場合、三元触媒による窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元によって生成した窒素（Ｎ２）が、フィルタ再生のために２次エアポンプにより排気中に供給された酸素によって酸化されて再びＮＯｘに戻り、車外に排出されることが懸念される。

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触媒（２６、３６）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）とを排気通路（２２）に備える内燃機関（１０）に適用され、前記粒子フィルタにおいて前記粒子状物質が所定の堆積状態となった場合に、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、前記排気通路に接続された供給通路（４６）を介して前記触媒及び前記粒子フィルタに酸素を供給する酸素供給部と、前記粒子フィルタを昇温させる昇温要求が発生していることを判定する昇温判定部と、前記粒子フィルタにおいて前記粒子状物質が前記所定の堆積状態であり、かつ前記昇温判定部により前記昇温要求が発生していると判定された場合に、前記酸素供給部により前記触媒及び前記粒子フィルタに酸素を供給するとともに、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となるように前記内燃機関の空燃比をリッチ側で制御する再生制御部と、を備える。

内燃機関から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量は、内燃機関の燃焼の際の空燃比に応じて異なり、空燃比を理論空燃比からリッチ側に近付けるほど、内燃機関から排出される窒素酸化物の量は少なくなる。この点に着目し、上記構成では、粒子フィルタを昇温させるべく空燃比をリッチ化する場合には、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範囲で空燃比を制御する。これにより、内燃機関から排出される窒素酸化物の量を抑えることができる。したがって、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量と燃焼Ａ／Ｆとの関係を示す図。 再生中燃焼Ａ／Ｆ値の設定方法を説明する図。 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。 排気中の酸素濃度と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。 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具体的態様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、基材表面に酸化触媒３６（例えばＰｔ等）がコーティングされた触媒コート付きフィルタである。なお、三元触媒２６及び酸化触媒３６が、「排気に含まれる成分を酸化又は還元する触媒」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の下流側であってＧＰＦ２７の上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、ＥＣＵ５０は、算出した噴射時期に所望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。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。

ＥＣＵ５０は、ＧＰＦ２７が捕集したＰＭが所定の堆積状態になったと判断した場合に、その堆積した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。フィルタ再生は、ＧＰＦ２７の温度（以下、「フィルタ温度」ともいう。）が目標温度Ｔｐｍ（例えば６００℃又はその近傍）以上であり、かつＧＰＦ２７に酸素が存在している状況下で行われる。

本システムには、ＧＰＦ２７に酸素を供給する酸素供給部としてエアポンプ４５が設けられている。エアポンプ４５は、供給管４６を介して排気管２２に接続されており、ＥＣＵ５０によりその駆動が制御されることにより、排気管２２内へのエア（以下、「２次エア」という。）の供給量が制御される。

ＥＣＵ５０は、ＧＰＦ２７が捕集したＰＭが所定の堆積状態になったと判断した場合に、フィルタ温度が目標温度Ｔｐｍに満たないと判断される状況では、エンジン１０の燃焼時における空燃比（以下「燃焼Ａ／Ｆ」ともいう。）を、理論空燃比よりもリッチ側で制御するとともに、エアポンプ４５を駆動してＧＰＦ２７に酸素を供給する。これにより、エンジン１０で燃焼しきれなかった残存燃料と酸素とを酸化触媒３６上で反応させ、その反応熱によって排気温度を上昇させる。こうした処理により、ＰＭの燃焼除去に必要な温度を確保するとともに、ＰＭを燃焼させるのに必要な量の酸素をＧＰＦ２７に供給することとしている。

エンジン１０から排出されたＮＯｘは、三元触媒２６で浄化されることにより窒素（Ｎ２）に変換される。ところが、酸素供給部により排気管２２内に酸素を供給してフィルタ再生制御を行う場合、三元触媒２６の浄化作用によって生成した窒素（Ｎ２）が酸化されてＮＯｘに戻ることがある。この場合、車外へのＮＯｘ排出を十分に抑制できないことが懸念される。

ここで、燃料の燃焼によってエンジン１０から排出されるＮＯｘ量は、エンジン１０の燃焼時の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、フィルタ再生要求に伴いＧＰＦ２７を昇温させる場合には、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、エンジン１０の燃焼時における空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）を理論空燃比よりもリッチ側で制御することとしている。これにより、フィルタ昇温期間では、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量自体が十分に少なくなるようにしている。

具体的には、図２に示すように、リッチ側において、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上限値であるＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘ（例えば、Ａ／Ｆ≒１１．８）と、エンジン１０において正常燃焼が可能な空燃比のリッチ限界であるＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎ（例えば、Ａ／Ｆ≒１０．３）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さらに詳しく説明する。ＥＣＵ５０は、フィルタ再生要求があった場合にフィルタ温度が所定温度よりも低いと判断される状況では、ＧＰＦ２７に堆積したＰＭを燃焼するために十分に高い温度（例えば６００℃程度）までＧＰＦ２７を昇温するための昇温要求を満たし、かつエンジン１０からのＮＯｘの排出量を排出許容値ＮＯｔｈ以下に抑制するためのＮＯｘ抑制要求を満たすように燃焼Ａ／Ｆを制御する。

具体的には、フィルタ温度と目標温度Ｔｐｍとの差分に基づいて、昇温要求を満たすための空燃比である昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐを算出するとともに、その算出した昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐと、Ａ／Ｆ上限値Ａｍａｘとを比較する。そして、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、よりリッチ側の空燃比を用いて燃焼を行う。例えば、昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐが、Ａ／Ｆ上限値Ａｍａｘよりもリッチ側の所定値Ａ２である場合には、昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐを燃焼Ａ／Ｆに設定する。一方、昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐが、Ａ／Ｆ上限値Ａｍａｘよりもリーン側の所定値Ａ１である場合には、ＮＯｘ抑制要求を満たすＡ／Ｆのうち、よりリーン側に設定された境界値であるＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘを燃焼Ａ／Ｆに設定する。また、その設定した燃焼Ａ／Ｆとなるようにエンジン１０の燃料噴射量を制御する。なお、「昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐ」が第１要求空燃比に相当し、「Ａ／Ｆ上限値Ａｍａｘ」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Ｓ１００では、フィルタ再生要求が生じてい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、フィルタ再生要求の有無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）ＧＰＦ２７に堆積したＰＭ量を検出するＰＭセンサを取り付け、ＰＭセンサにより検出した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、及び（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、の条件の少なくとも１つを満たしている場合に、ＧＰＦ２７にＰＭが所定量以上堆積した状態となっており、フィルタ再生要求有りと判定してもよい。

フィルタ再生要求有りと判定されると、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４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Ｓ１０１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Ｓ１０２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の暖機完了後か否かを判定する。

エンジン１０の暖機完了後であればステップＳ１０３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か否かを判定する。本実施形態では、図５に示すように、フィルタ再生を実施可能なエンジン運転領域が、エンジン回転速度とエンジン負荷（例えば、吸気管内圧力）とに対応したマップとして予め定められている。このマップを用いて、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、低回転／低負荷領域Ａではフィルタ再生が禁止され、低〜中回転／低〜中負荷領域Ｂ、中〜高回転／中〜高負荷領域Ｃ、及び高回転／高負荷領域Ｄではフィルタ再生が許可される。領域Ａは、燃焼安定性の要求からＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘまでリッチ化できないエンジン運転領域である。領域Ｂは、昇温要求が大きくなりやすいエンジン運転領域であり、領域Ｃは、ＮＯｘ抑制要求が大きくなりやすいエンジン運転領域である。領域Ｄは、排気温度が高く、フィルタ再生のための昇温が不要なエンジン運転領域である。

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Ｓ１０４へ進み、現在のＧＰＦ２７の温度（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。開始温度Ｔｓｔａｒｔは、燃料の着火温度又はそれ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。フィルタ温度は、エンジン運転状態（エンジン負荷及びエンジン回転速度）や、排気温度センサ３２で検出した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。

ステップＳ１０１〜Ｓ１０４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Ｓ１０１〜Ｓ１０４の全てで肯定判定された場合、ステップＳ１０５へ進み、フィルタ再生処理の実施条件が成立したとしてフィルタ再生を許可し、ステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０６では、Ａ／Ｆ上限値Ａｍａｘを算出する。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以下となるリッチ側空燃比範囲の上限値が理論空燃比に近くなる。そこで本実施形態では、エンジン負荷に基づいてＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘ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上限値Ａｍａｘ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上限値Ａｍａｘとしては理論空燃比に近い値が設定される。

ステップＳ１０７では、フィルタ再生時におけるＧＰＦ２７の目標温度Ｔｐｍと、フィルタ温度（現在温度）との差分から昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐを算出する。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。なお、目標温度Ｔｐｍとフィルタ温度との差分が、フィルタ温度を目標温度Ｔｐｍまで昇温させるための昇温要求量に相当する。昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐは、目標温度Ｔｐｍとフィルタ温度との差分が大きいほど、小さい値（つまり、よりリッチ側の値）が設定される。

本実施形態では、エアポンプ４５によって排気通路に導入される２次エアによる温度低下を考慮して、昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐを算出する。具体的には、目標温度Ｔｐｍとフィルタ温度との差分が大きいほど、排気通路に導入される２次エア流量Ｑが多くなり、２次エア導入による排気温度の低下が大きくなる。この温度低下分を補償するように昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐを設定する。

続くステップＳ１０８では、排気温度センサ３２により検出した排気温度が、昇温判定温度Ｔｒｅｇｅｎｅ（例えば７００℃又はその近傍）よりも低いか否かを判定する（昇温判定処理）。排気温度が昇温判定温度Ｔｒｅｇｅｎｅ未満であれば、ステップＳ１０９へ進み、昇温要求Ａ／Ｆ値ＡｕｐがＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘよりも小さいか否か、つまり昇温要求Ａ／Ｆ値ＡｕｐがＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘよりもリッチ側の値であるか否かを判定する。昇温要求Ａ／Ｆ値ＡｕｐがＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘよりもリッチ側の値であれば、ステップＳ１１０へ進み、フィルタ再生中における燃焼Ａ／Ｆ（以下、「再生中燃焼Ａ／Ｆ」ともいう。）として昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐを設定する。

一方、昇温要求Ａ／Ｆ値ＡｕｐがＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘよりもリーン側の値である場合には、ステップＳ１１１へ進み、再生中燃焼Ａ／ＦとしてＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘを設定する。その後、ステップＳ１１２へ進む。

ステップＳ１１２では、再生中燃焼Ａ／Ｆと排気中の酸素濃度要求値とに基づいて２次エア流量Ｑを算出する。酸素濃度要求値は、ＧＰＦ２７に供給される排気中の酸素濃度を、排気通路に排出された残存燃料の燃焼後においてもＰＭの燃焼速度の要求に基づき定めた所定濃度以上にするための酸素濃度である。

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。図７に示すように、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、ＧＰＦ２７に供給される排気中の酸素濃度を十分に高くする必要がある。そこで本実施形態では、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）を酸素濃度要求値としている。２次エア流量Ｑの設定に際しては、燃焼Ａ／Ｆのリッチ化により排気側に排出された燃料を燃焼させるのに必要な酸素量を確保でき、かつ、ＧＰＦ２７に供給される排気中の酸素濃度が残存燃料の燃焼後においても下限値Ｄ１となるように２次エア流量Ｑの値を算出する。２次エア流量Ｑとしては、再生中燃焼Ａ／Ｆがリッチ側の値であるほど大きい値が設定される。

ステップＳ１０８で排気温度が昇温判定温度Ｔｒｅｇｅｎｅ以上であると判定された場合には、ステップＳ１１３へ進み、再生中燃焼Ａ／Ｆをストイキに設定する。また、ステップＳ１１４では、酸素濃度要求値を満たすように２次エア流量Ｑを算出する。

ステップＳ１１５では、空燃比が再生中燃焼Ａ／Ｆとなるように燃料噴射量を制御するとともに、ステップＳ１１２又はＳ１１４で算出した２次エア流量ＱがＧＰＦ２７の上流側に導入されるようにエアポンプ４５を駆動する。ステップＳ１１６では、差圧センサ３１の検出値に基づいて、フィルタ再生処理によるＰＭ燃焼量を算出し、ステップＳ１１７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Ｓ１１７で否定判定された場合には、ステップＳ１０１以降の処理を再度実行する。ステップＳ１１７で肯定判定されると、ステップＳ１１８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中、（ａ）は車速、（ｂ）はエンジン１０の吸気量、（ｃ）はフィルタ再生要求の有無、（ｄ）はフィルタ再生許可の有無、（ｅ）は排気温度センサ３２で検出された排気温度、（ｆ）はフィルタ温度、（ｇ）は燃焼Ａ／Ｆ、（ｈ）はエアポンプ４５から排気管２２内に供給される２次エア流量Ｑ、（ｉ）は酸素濃度要求値、（ｊ）はＰＭ堆積量の推移をそれぞれ示している。

図８において、ＰＭ堆積量が再生判定値Ｗｔｈ以上となり、時刻ｔ１０でフィルタ再生要求有りと判定された場合、フィルタ温度が開始温度Ｔｓｔａｒｔよりも低い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開始温度Ｔｓｔａｒｔよりも高温になると、その時刻ｔ１１でエアポンプ４５が駆動される。また、時刻ｔ１１での排気温度が昇温判定温度Ｔｒｅｇｅｎｅよりも低ければ、再生中燃焼Ａ／Ｆとしてストイキよりもリッチ側の値が設定される。

フィルタ再生中は、フィルタ温度と目標温度Ｔｐｍとの差分に基づき算出された昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐと、Ａ／Ｆ上限値Ａｍａｘとが比較される。時刻ｔ１１において、昇温要求Ａ／Ｆ値ＡｕｐがＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘよりもリッチ側であれば、図８（ｇ）に示すように、再生中燃焼Ａ／Ｆとして昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐが設定され、ストイキよりもリッチ側で空燃比が制御される。また、エンジン１０から排出された燃料を燃焼させるのに必要な酸素量と、酸素濃度要求値とを満たす酸素が排気通路に供給されるようにエアポンプ４５が駆動される。

燃焼Ａ／Ｆのリッチ化によりエンジン１０で燃え残った燃料がエンジン１０から排出され、その排出された燃料が燃焼されて、フィルタ温度が目標温度Ｔｐｍまで上昇すると（時刻ｔ１２）、ＧＰＦ２７に堆積したＰＭが燃焼してＰＭ堆積量が徐々に減少していく。

その後、時刻ｔ１３で、運転者のアクセル操作によりエンジン負荷及びエンジン回転速度が上昇したことに伴い排気温度が上昇し、昇温要求Ａ／Ｆ値ＡｕｐがＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘよりもリーン側になると、再生中燃料Ａ／Ｆが、昇温要求Ａ／Ｆ値ＡｕｐからＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘに切り替えられる。なお、図８（ｇ）には、時刻ｔ１３〜ｔ１６の期間における昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐを一点鎖線で示している。

また、エンジン運転領域がさらに高回転・高負荷の領域に移行し、排気温度が更に上昇して昇温判定温度Ｔｒｅｇｅｎｅよりも高温になると、フィルタ昇温のための空燃比のリッチ化は不要と判断され、再生中燃焼Ａ／Ｆがストイキに変更される（時刻ｔ１４）。これによりＧＰＦ２７が過昇温することが抑制される。

なお、車両の加速により吸気量が多くなると、そのままの２次エア流量では排気中の酸素濃度が低下して、ＰＭ燃焼のための酸素が不足することが懸念される。そのため、フィルタ再生中にストイキで制御している期間では、図８（ｈ）に示すように、２次エア流量Ｑを増量側に変更することにより酸素濃度要求値を満たすようにする。排気温度が昇温判定温度Ｔｒｅｇｅｎｅ以下になると、その時刻ｔ１５で、再生中燃料Ａ／Ｆがストイキよりもリッチ側（図８ではＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘ）に変更される。

車両の減速によりエンジン運転領域がより低回転・低負荷の運転領域に移行し、フィルタ温度が低下すると、昇温要求Ａ／Ｆ値ＡｕｐがＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘよりもリッチ側の値となり、再生中燃焼Ａ／ＦがＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘから昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐに切り替えられる（時刻ｔ１６）。そして、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ｔ１７で空燃比のリッチ化が終了され、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。

エンジン１０から排出されるＮＯｘ量は、エンジン１０の燃焼の際の空燃比に応じて異なり、空燃比をストイキからリッチ側に近付けるほど、エンジン排出ＮＯｘ量は少なくなる点に着目し、ＧＰＦ２７を昇温させるべく空燃比をリッチ化する場合には、エンジン排出ＮＯｘ量が排出許容値ＮＯｔｈ以下になる範囲で空燃比を制御する。これにより、エンジン排出ＮＯｘ量をできるだけ抑えることができる。したがって、排気エミッションの悪化を抑制しながら、ＧＰＦ２７に捕集されたＰＭを燃焼除去することができる。

ＧＰＦ２７を目標温度Ｔｐｍに昇温するための空燃比である昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐと、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Ａ／Ｆ上限値Ａｍａｘとを算出し、昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐ及びＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘのうち、よりリッチ側の値を用いた空燃比制御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、昇温要求Ａ／Ｆ値ＡｕｐではＮＯｘ抑制要求を満たさない場合には、Ａ／Ｆ上限値Ａｍａｘでフィルタ再生を行うことにより、排気エミッションの悪化抑制を図ることができる。また、昇温要求Ａ／Ｆ値ＡｕｐがＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘよりもリッチ側にあり、昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐによって昇温要求とＮＯｘ抑制要求とを満たすことができる場合には、再生中燃焼Ａ／Ｆを昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐとするため、燃焼安定性を確保しながら排気エミッションの悪化を抑制することができる。

エンジン負荷に基づいてＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘを設定する構成とした。このため、エンジン負荷に応じてエンジン排出ＮＯｘ量が異なる場合でも、ＮＯｘ抑制のための適切なリッチ空燃比でフィルタ再生を行うことができる。

フィルタ再生速度は、ＧＰＦ２７に供給される酸素濃度が高いほど速くなる傾向がある。したがって、ＮＯｘ排出抑制要求に基づき再生中燃焼Ａ／Ｆを設定するとともに、フィルタ再生速度を確保するために必要な酸素濃度を考慮して酸素を供給することにより、ＮＯｘ排出を抑制しつつ、迅速なフィルタ再生を行うことができる。

（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、再生中燃焼Ａ／Ｆと酸素濃度要求値とに基づいて２次エア流量Ｑを可変に設定したが、本実施形態では２次エア流量Ｑを固定流量とする点で第１実施形態と相違する。ＰＭ燃焼速度は排気中の酸素濃度に依存する点を考慮し、本実施形態では、できるだけ２次エア流量Ｑを多くすることによりフィルタ再生を効率的に行う。

本実施形態のフィルタ再生処理の処理手順について、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。なお、図９の説明では、図４と同じ処理については図４のステップ番号を付してその説明を省略する。

図９において、ステップＳ２００〜Ｓ２０６では、図４のステップＳ１００〜Ｓ１０６と同じ処理を実行する。続くステップＳ２０７では、２次エア流量Ｑを固定流量Ｑ１に設定するとともに、２次エアを排気通路に導入した後の排気温度の推定値である推定フィルタ温度Ｔｒｅを算出する。固定流量Ｑ１としては、再生中燃料Ａ／ＦをＮＯｘ抑制範囲Ｒａｆ内にして排気通路内で残余の燃料を燃焼させた場合にも、ＧＰＦ２７に供給される排気中の酸素濃度が下限値Ｄ１（例えば５％程度）以上となるように十分に大きい値が設定されている。

ステップＳ２０８では、目標温度Ｔｐｍと推定フィルタ温度Ｔｒｅとの差分から昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐを算出する。なお、目標温度Ｔｐｍと推定フィルタ温度Ｔｒｅとの差分が、フィルタ温度を目標温度Ｔｐｍまで昇温させるための昇温要求量に対応する。昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐとしては、目標温度Ｔｐｍと推定フィルタ温度Ｔｒｅとの差分が大きいほど、小さい値（つまり、よりリッチ側の値）が設定される。

続くステップＳ２０９では、排気温度が昇温判定温度Ｔｒｅｇｅｎｅよりも低いか否かを判定する（昇温判定処理）。排気温度が昇温判定温度Ｔｒｅｇｅｎｅ未満であれば、ステップＳ２１０へ進み、昇温要求Ａ／Ｆ値ＡｕｐがＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘよりもリッチ側の値であるか否かを判定する。Ａｕｐ＜Ａｍａｘであれば、ステップＳ２１１へ進み、再生中燃焼Ａ／Ｆとして昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐを設定する。一方、昇温要求Ａ／Ｆ値ＡｕｐがＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘよりもリーン側の値である場合には、ステップＳ２１２へ進み、再生中燃焼Ａ／ＦとしてＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘを設定する。その後、ステップＳ２１４へ進む。

ステップＳ２０９で、排気温度が昇温判定温度Ｔｒｅｇｅｎｅ以上であれば、ステップＳ２１３へ進み、再生中燃料Ａ／Ｆを理論空燃比（ストイキ）に設定する。その後、ステップＳ２１４へ進む。

ステップＳ２１４では、空燃比が再生中燃焼Ａ／Ｆとなるように燃料噴射量を制御するとともに、固定流量Ｑ１の２次エアがＧＰＦ２７の上流側に導入されるようにエアポンプ４５を駆動する。その後のステップＳ２１５〜Ｓ２１７では、図４のステップＳ１１６〜Ｓ１１８と同じ処理を実施し、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１０のタイムチャートを用いて説明する。図１０中の（ａ）〜（ｊ）は上記図８と同じである。

図１０において、時刻ｔ２０でフィルタ再生要求があり、時刻ｔ２１でフィルタ再生が許可されると、エアポンプ４５が駆動されて固定流量Ｑ１に対応する二次エアが排気中に供給されるとともに、再生中燃焼Ａ／Ｆとしてストイキよりもリッチ側の値が設定され、フィルタ再生が開始される。なお、フィルタ再生要求が生じた後に、排気温度が着火温度Ｔｂｕｒｎ未満の場合には、点火遅角等によって排気の昇温制御を実施してもよい。

燃焼Ａ／Ｆのリッチ化によってエンジン１０から排出された残存燃料と酸素とが反応し、その燃焼熱によりフィルタ温度が目標温度Ｔｐｍまで上昇すると（時刻ｔ２２）、ＧＰＦ２７に堆積したＰＭが燃焼してＰＭ堆積量が徐々に減少していく。

その後の時刻ｔ２３で、エンジン負荷及びエンジン回転速度の上昇に伴い排気温度が上昇し、昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐ（図１０（ｇ）中の一点鎖線）がＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘよりもリーン側になると、再生中燃料Ａ／Ｆが、昇温要求Ａ／Ｆ値ＡｕｐからＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘに切り替えられる（時刻ｔ２３〜２４）。また、排気温度が昇温判定温度Ｔｒｅｇｅｎｅ以上である時刻ｔ２４〜ｔ２５の期間では、昇温のための空燃比のリッチ化は不要と判断され、再生中燃焼Ａ／Ｆがストイキに変更される。

そして、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で空燃比のリッチ化が終了され、ストイキ制御に切り替えられる。

以上詳述した第２実施形態によれば、エアポンプ４５により供給される２次エア流量Ｑを固定流量Ｑ１で一定にしてフィルタ再生を実施するため、流量調整のための複雑な制御を行わずに排気エミッションの低減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１実施形態及び第２実施形態との相違点を中心に説明する。第１実施形態及び第２実施形態では、昇温要求Ａ／Ｆ値ＡｕｐとＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘとを比較し、よりリッチ側の値を再生中燃料Ａ／Ｆに設定したが、本実施形態では、再生中燃料Ａ／Ｆを、ＮＯｘ抑制範囲Ｒａｆのうちリッチ限界で固定する点で第１実施形態及び第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１１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。なお、図１１の説明では、図４と同じ処理については図４のステップ番号を付してその説明を省略する。

図１１において、ステップＳ３００〜Ｓ３０５では、図４のステップＳ１００〜Ｓ１０５と同じ処理を実行する。続くステップＳ３０６では、排気温度センサ３２で検出された排気温度が昇温判定温度Ｔｒｅｇｅｎｅよりも低いか否かを判定する（昇温判定処理）。

排気温度が昇温判定温度Ｔｒｅｇｅｎｅ未満であれば、ステップＳ３０７へ進み、再生中燃焼Ａ／Ｆとして、空燃比のリッチ限界であるＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎを設定する。続くステップＳ３０８では、図４のステップＳ１１２と同様にして、再生中燃焼Ａ／Ｆと酸素濃度要求値とから２次エア流量Ｑを算出する。

一方、排気温度が昇温判定温度Ｔｒｅｇｅｎｅ以上であれば、ステップＳ３０９へ進み、再生中燃料Ａ／Ｆをストイキに設定する。続くステップＳ３１０では、図４のステップＳ１１４と同様にして、酸素濃度要求値から２次エア流量Ｑを算出する。その後のステップＳ３１１〜Ｓ３１４では、図４のステップＳ１１５〜Ｓ１１８と同じ処理を実施し、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１２のタイムチャートを用いて説明する。図１２中の（ａ）〜（ｊ）は上記図８と同じである。なお、図１２（ｆ）のＴｍａｘは、ＧＰＦ２７の熱保護の観点から予め設定されている上限温度であり、例えば８５０℃又はその近傍が設定されている。

図１２において、時刻ｔ３０でフィルタ再生要求があり、時刻ｔ３１でフィルタ再生が許可されると、再生中燃焼Ａ／ＦとしてＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎが設定される。また、時刻ｔ３１では、排気通路に排出された残存燃料を燃焼させるのに必要な酸素量と、酸素濃度要求値とを満たす酸素が排気通路に供給されるようにエアポンプ４５が駆動される。

時刻ｔ３２で、エンジン負荷及びエンジン回転速度の上昇に伴い排気温度が上昇し、昇温判定温度Ｔｒｅｇｅｎｅよりも高温になると、昇温のための空燃比のリッチ化は不要と判断され、再生中燃料Ａ／Ｆとしてストイキが設定される（時刻ｔ３２〜３３）。そして、フィルタ再生によりＧＰＦ２７に堆積したＰＭが燃焼除去された時刻ｔ３４で空燃比のリッチ化が終了され、ストイキ制御に切り替えられる。

以上詳述した第３実施形態では、フィルタ昇温要求がある場合には、再生中燃焼Ａ／ＦをＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎに設定し、Ａ／Ｆ下限値Ａｍｉｎで空燃比を制御してフィルタ再生処理を実施するため、ＮＯｘ排出の抑制効果を一層高くすることができる。また、排気中の残存燃料が多く、フィルタ昇温を速やかに行うことができる。これにより、ＰＭの燃焼速度を速くすることができ、フィルタ再生処理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、三元触媒２６の下流側に触媒コート付きの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、触媒コート付きのＧＰＦ２７が上流側に配置され、三元触媒２６が下流側に配置されていてもよい。この場合、エアポンプ４５については、ＧＰＦ２７の上流側に２次エアを供給するように配置する。

・ＧＰＦ２７として、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。この場合、例えば、三元触媒２６の下流側であってＧＰＦ２７の上流側に、別の三元触媒を更に配置するとともに、別の三元触媒の上流側に対してエアポンプ４５から二次エアが供給されるようにしてもよい。また、さらに別の構成として、三元触媒２６の下流側に、触媒コートなしのＧＰＦ２７を配置するとともに、三元触媒２６の上流側に対してエアポンプ４５から二次エアが供給されるようにしてもよい。

・図１のシステムにおいて、エアポンプ４５が排気通路に２次エアを供給する位置は、三元触媒２６とＧＰＦ２７との間に限定されず、三元触媒２６の上流側に２次エアを供給するようにエアポンプ４５を配置してもよい。

・上記実施形態では、排気通路に酸素を供給する酸素供給部としてエアポンプ４５を備えるシステムについて説明したが、酸素供給部としてエアポンプ４５以外の構成を備えていてもよい。例えば、エンジン１０の排気を吸気系に還流させるＥＧＲ装置を備えるシステムにおいて、ＥＧＲポンプの駆動により吸気を排気通路に導入可能にすることによりＥＧＲ装置を酸素供給部として利用し、ＥＧＲ通路を介してＧＰＦ２７の上流側に酸素を供給するようにしてもよい。あるいは、過給機を備えるシステムにおいて、吸気通路の排気タービン３４の下流側と、排気通路のＧＰＦ２７の上流側とを供給通路で連結するとともに、その供給通路の途中に開閉バルブを取り付ける。そして、加給圧を利用して、供給通路を介してＧＰＦ２７の上流側に吸気を供給するようにしてもよい。

・上記第２実施形態では、２次エア流量Ｑを固定流量Ｑ１の１段階で固定したが、エンジン１０の吸気量に応じて多段（例えば２段階や３段階）で２次エア流量Ｑを変更してもよい。

・エンジン負荷及びエンジン回転速度の少なくとも一方に基づいて、ＧＰＦ２７に堆積したＰＭを燃焼除去する際のエンジン１０の空燃比を設定してもよい。フィルタ温度は排気温度に依存し、排気温度が高いほどフィルタ温度も高くなる。また、排気温度はエンジン運転状態から推定することができ、エンジン１０が高回転であるほど、又は高負荷であるほど、排気温度が高くなる傾向にある。具体的には、図５の領域Ｂでは、昇温要求により再生中燃焼Ａ／Ｆが決定され、領域Ｃでは、ＮＯｘ抑制要求により再生中燃焼Ａ／Ｆが決定される。この点を考慮し、エンジン負荷とエンジン回転速度と再生中燃焼Ａ／Ｆとを対応付けたマップ（例えば図５のマップ）を記憶部に記憶させておき、このマップを用いて、都度のエンジン負荷及びエンジン回転速度から再生中燃焼Ａ／Ｆを設定する構成としてもよい。図５のマップによれば、フィルタ再生要求時のエンジン運転領域が領域Ｂである場合には、再生中燃焼Ａ／Ｆとして昇温要求Ａ／Ｆ値Ａｕｐが選択される。また、エンジン運転領域が領域Ｃである場合には、再生中燃焼Ａ／ＦとしてＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘが選択される。

・上記第３実施形態では、再生中燃料Ａ／Ｆをリッチ限界であるＡ／Ｆ下限値Ａｍｉｎに固定してフィルタ昇温及びフィルタ再生処理を行ったが、ＮＯｘ抑制範囲Ｒａｆ内の任意の空燃比（例えば、Ａ／Ｆ上限値Ａｍａｘや、Ａ／Ｆ下限値ＡｍｉｎとＡ／Ｆ上限値Ａｍａｘとの間の中間値）を再生中燃料Ａ／Ｆに設定してもよい。

・上記実施形態では、排気温度と昇温判定温度Ｔｒｅｇｅｎｅとの比較結果に基づいて、ＧＰＦ２７を昇温させる昇温要求が発生していることを判定したが、フィルタ温度と判定値（例えば、目標温度Ｔｐｍよりも所定値だけ高温側の値、又は上限値Ｔｍａｘ）との比較結果に基づいて昇温要求が発生していることを判定してもよい。

・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、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）、２６…三元触媒、２７…ＧＰＦ（粒子フィルタ）、３６…酸化触媒、４５…エアポンプ（酸素供給部）、５０…ＥＣＵ（排気処理装置、昇温判定部、再生制御部、第１空燃比算出部、第２空燃比算出部）。

Claims (5)

1. 排気に含まれる成分を酸化又は還元する触媒（２６、３６）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）とを排気通路（２２）に備える内燃機関（１０）に適用され、
   前記粒子フィルタにおいて前記粒子状物質が所定の堆積状態となった場合に、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、
   前記排気通路に接続された供給通路（４６）を介して前記触媒及び前記粒子フィルタに酸素を供給する酸素供給部と、
   前記粒子フィルタを昇温させる昇温要求が発生していることを判定する昇温判定部と、
   前記粒子フィルタにおいて前記粒子状物質が前記所定の堆積状態であり、かつ前記昇温判定部により前記昇温要求が発生していると判定された場合に、前記酸素供給部により前記触媒及び前記粒子フィルタに酸素を供給するとともに、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となるように前記内燃機関の空燃比をリッチ側で制御する再生制御部と、
   を備え、
   前記再生制御部は、前記排気中の燃料を燃焼させるのに必要な量の酸素が前記触媒に供給され、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燃料の燃焼後においても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、前記酸素供給部により前記触媒及び前記粒子フィルタに酸素を供給する、内燃機関の排気処理装置。
2. 前記粒子フィルタの温度を目標温度まで昇温させるための昇温要求量に基づいて第１要求空燃比を算出する第１空燃比算出部と、
   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、
   前記再生制御部は、前記第１要求空燃比及び前記第２要求空燃比のうちリッチ側の空燃比で前記内燃機関の運転状態を制御する、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２に記載の内燃機関の排気処理装置。
4. 前記再生制御部は、前記内燃機関の負荷及び回転速度の少なくとも一方に基づいて、前記粒子フィルタに堆積した前記粒子状物質を燃焼除去する際の前記内燃機関の空燃比を設定する、請求項１に記載の内燃機関の排気処理装置。
5. 前記再生制御部は、前記内燃機関において正常燃焼が可能な空燃比のリッチ側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に記載の内燃機関の排気処理装置。

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