WO2013136463A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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伊津也 栗阪
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine represented by an automobile engine or the like.
  • the present invention relates to an improvement in the control of an internal combustion engine provided with an NOx storage reduction catalyst in an exhaust system.
  • the EGR system includes a high-pressure EGR mechanism (hereinafter referred to as “HPL-EGR mechanism”) and a low-pressure EGR mechanism (hereinafter referred to as “LPL-EGR mechanism”).
  • HPL-EGR mechanism high-pressure EGR mechanism
  • LPL-EGR mechanism low-pressure EGR mechanism
  • MPL (Middle Pressure Loop) -EGR system” is known.
  • the HPL (High Pressure Loop) -EGR mechanism recirculates the exhaust gas from the exhaust passage upstream of the turbocharger turbine (for example, the exhaust manifold) to the intake passage downstream of the turbocharger compressor. ing.
  • An LPL (Low Pressure Loop) -EGR mechanism recirculates exhaust gas from the exhaust passage downstream of the turbocharger turbine to the intake passage upstream of the turbocharger compressor.
  • the exhaust system of this type of engine is provided with a NOx occlusion reduction type catalyst that occludes (absorbs) NOx contained in the exhaust gas, and the NOx occlusion reduction type catalyst is used to purify the exhaust gas.
  • a NOx occlusion reduction type catalyst that occludes (absorbs) NOx contained in the exhaust gas
  • the NOx occlusion reduction type catalyst is used to purify the exhaust gas.
  • NOx occlusion reduction type catalyst for example, an NSR (NOx Storage Reduction) catalyst, a DPNR (Diesel Particulate-NOx Reduction system) catalyst, or the like is used.
  • NSR NOx Storage Reduction
  • DPNR Diesel Particulate-NOx Reduction system
  • This NOx occlusion reduction type catalyst occludes NOx in the exhaust when the exhaust air-fuel ratio (exhaust A / F) is lean, that is, when the atmosphere of the exhaust system is in a high oxygen concentration state.
  • the exhaust air-fuel ratio becomes rich, specifically, the atmosphere of the exhaust system becomes a low oxygen concentration state, and the exhaust gas contains hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), and the like.
  • the NOx storage reduction catalyst reduces and releases the stored NOx (execution of NOx reduction process).
  • the exhaust air-fuel ratio is made rich by supplying fuel to the exhaust system (fuel supply by post injection or fuel addition). Reduce oxygen concentration.
  • NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is reduced and purified by reaction with the unburned fuel component contained in the exhaust.
  • the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is recovered.
  • the NOx occlusion reduction type catalyst has a noble metal such as platinum Pt as a catalyst component and a NOx occlusion component (hereinafter referred to as “NOx occlusion material”) on the surface of a base material made of an oxide such as alumina Al 2 O 3.
  • NOx occlusion material a NOx occlusion component
  • the NOx storage material is selected from, for example, alkali metals such as potassium K, sodium Na, and lithium Li, alkaline earths such as barium Ba and calcium Ca, and rare earths such as lanthanum La, yttrium Y, and cerium Ce.
  • the NOx storage material a material that has a high NOx storage performance (a large amount of NOx can be stored) is obtained in a situation where the catalyst temperature (catalyst bed temperature) is relatively low.
  • low-temperature type NOx storage material and a material (hereinafter referred to as “high-temperature type NOx storage material”) having high NOx storage performance under a relatively high catalyst temperature.
  • An example of the low-temperature NOx storage material is cerium Ce.
  • An example of the high-temperature NOx storage material is barium Ba.
  • the NOx occlusion performance of the low-temperature NOx occlusion material is mainly exerted and NOx is occluded, while the high load of the engine
  • the NOx occlusion performance of the high-temperature NOx occlusion material is mainly exhibited and NOx is occluded.
  • FIG. 16 shows the relationship between the catalyst temperature and the NOx storable amount.
  • the alternate long and short dash line in the figure shows the relationship between the catalyst temperature and the NOx occlusion amount in the low temperature type NOx occlusion material
  • the alternate long and two short dashes line in the figure shows the relationship between the catalyst temperature and the NOx occlusion amount in the high temperature type NOx occlusion material.
  • the solid line in the figure shows the relationship between the catalyst temperature and the NOx storable amount as a whole of the NOx occlusion reduction catalyst obtained by the characteristics of each NOx occlusion material.
  • the NOx occlusion amount of the low temperature type NOx occlusion material is large in the temperature range where the catalyst temperature is relatively low, and the high temperature type NOx occlusion material is in the temperature range where the catalyst temperature is relatively high.
  • the amount of NOx occlusion is increasing.
  • the catalyst temperature when the catalyst temperature is relatively low, a relatively large amount of NOx is occluded in the low-temperature NOx occlusion material, so that the catalyst temperature rapidly increases due to an increase in engine load or the like. Can be mentioned.
  • the low-temperature NOx occlusion material has a reduced NOx occlusion amount, so that the NOx occlusion state cannot be maintained, and this NOx is released.
  • the NOx emission amount from the NOx occlusion reduction catalyst at this time fluctuates according to the increase amount (temperature gradient) of the catalyst temperature per unit time.
  • the reason is as follows.
  • the amount of increase in the catalyst temperature per unit time is relatively small, the amount of NOx released per unit time from the low-temperature type NOx storage material is relatively small. Therefore, the released NOx is reduced by the high-temperature type NOx storage material. It is possible to occlude.
  • the amount of increase in the catalyst temperature per unit time is relatively large, the amount of NOx released per unit time from the low-temperature NOx storage material becomes large, so that most of the released NOx has a high temperature.
  • the NOx occlusion material is not occluded (because there is a limit to the amount of NOx occluded by the high-temperature type NOx occlusion material per unit time), and is exhausted from the NOx occlusion reduction catalyst.
  • the phenomenon in which NOx is exhausted from the NOx occlusion reduction catalyst as described above is the case where the catalyst temperature rapidly rises from the state where NOx is occluded in the low temperature NOx occlusion material in the situation where the catalyst temperature is relatively low as described above.
  • the present invention is not limited to this, and may occur even when the catalyst temperature rapidly drops from a state where NOx is occluded in the high-temperature NOx occlusion material in a situation where the catalyst temperature is relatively high.
  • the discharged NOx is provided in the LPL-EGR mechanism.
  • An acid liquid may be generated by being dissolved in dew condensation water (condensation water resulting from cooling by the cooler) in an intercooler provided in the EGR cooler or the intake passage.
  • dew condensation water condensation water resulting from cooling by the cooler
  • intercooler provided in the EGR cooler or the intake passage.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can reduce the NOx emission amount from the NOx occlusion reduction type catalyst accompanying a temperature change. There is.
  • the solution principle of the present invention taken in order to achieve the above object is to determine whether or not NOx is released according to changes in the catalyst temperature for each of the plurality of NOx storage materials constituting the NOx storage reduction catalyst. Assuming that this released NOx is exhausted from the NOx storage reduction catalyst, NOx reduction processing is executed to reduce the NOx emission from the NOx storage reduction catalyst.
  • an exhaust system is provided with a NOx occlusion reduction type catalyst having a plurality of NOx occlusion materials having different NOx occlusion characteristics according to temperature.
  • the NOx occlusion reduction type catalyst reduces NOx occluded by the NOx occlusion reduction type catalyst.
  • An internal combustion engine control device capable of performing NOx reduction processing is presupposed.
  • a high-temperature NOx storage material in which the catalyst temperature range where the NOx storage performance is highest is higher than other NOx storage materials, and the NOx storage performance
  • the catalyst temperature range in which the temperature becomes the highest includes at least a low-temperature NOx storage material that is on a lower temperature side than the other NOx storage materials.
  • the description “when the catalyst temperature exceeds a predetermined temperature and the temperature increase gradient exceeds a predetermined value” is described as “the catalyst temperature is estimated to exceed the predetermined temperature and the temperature increase gradient exceeds the predetermined value. It is a concept that includes “when it is estimated”.
  • the catalyst temperature falls below a predetermined temperature and the temperature decrease gradient exceeds a predetermined value. The NOx reduction process is executed.
  • the description “when the catalyst temperature is lower than the predetermined temperature and the temperature decrease gradient exceeds the predetermined value” is similar to the above description, “the catalyst temperature is estimated to be lower than the predetermined temperature and the temperature decrease gradient. It is a concept including “when it is estimated that the value exceeds a predetermined value”.
  • predetermined temperature of the catalyst temperature and the “predetermined value of the temperature rise gradient” at which the NOx reduction process is performed depend on the characteristics of the NOx storage material and the amount of NOx stored in the NOx storage material. It is preset by experiment or simulation.
  • NOx is released from the NOx occlusion material in accordance with the temperature change of the NOx occlusion reduction catalyst, and the released NOx is hardly occluded by other NOx occlusion materials. In this case, the NOx reduction process is executed.
  • the low temperature type NOx is stored. Even if NOx is not released from the occlusion material, or NOx is released, the NOx reduction treatment is not performed because most of the NOx is occluded by the high-temperature NOx occlusion material.
  • NOx is absorbed from the low temperature type NOx occlusion material. The NOx reduction process is executed assuming that most of the released NOx cannot be stored by the high-temperature NOx storage material and is discharged from the NOx storage reduction catalyst.
  • the high temperature type NOx is not released from the NOx storage material, or even if NOx is released, most of the NOx is not stored because it can be stored by the low-temperature NOx storage material.
  • NOx is absorbed from the high temperature type NOx occlusion material. The NOx reduction process is executed assuming that most of the released NOx cannot be stored by the low-temperature NOx storage material and is discharged from the NOx storage reduction catalyst.
  • the NOx reduction process is performed in a situation where NOx is discharged from the NOx storage reduction catalyst, the NOx reduction process is performed despite the situation where NOx is not discharged from the NOx storage reduction catalyst. Is not executed, and wasteful NOx reduction processing can be prevented, and the fuel consumption rate can be improved.
  • the internal combustion engine is provided with an EGR mechanism that recirculates part of the exhaust gas that has passed through the NOx storage reduction catalyst to the intake system, whereas NOx is stored in the low temperature NOx storage material.
  • the NOx reduction process cannot be performed when the catalyst temperature exceeds a predetermined temperature and the temperature increase gradient exceeds a predetermined value In this case, the exhaust gas recirculation by the EGR mechanism is not performed on condition that the NOx emission amount from the NOx occlusion reduction type catalyst exceeds a predetermined amount.
  • the catalyst temperature falls below a predetermined temperature.
  • the condition is that the amount of NOx discharged from the NOx storage reduction catalyst exceeds a predetermined amount. As described above, exhaust gas recirculation by the EGR mechanism is not performed.
  • the amount of NOx discharged from the NOx occlusion reduction catalyst that does not perform exhaust gas recirculation is appropriately set. For example, it is set to a value that can avoid adverse effects on the EGR mechanism and the components of the intake system (EGR cooler and intercooler).
  • the exhaust gas recirculation by the EGR mechanism when the exhaust gas recirculation by the EGR mechanism is not performed, specifically, as a subsequent control operation, when the amount of NOx occluded in the low temperature type NOx occlusion material reaches a predetermined threshold value
  • the NOx discharged from the exhaust system when the exhaust gas recirculation by the EGR mechanism is not performed is more than a predetermined amount.
  • the threshold value is changed to a smaller side.
  • the amount of NOx discharged from the exhaust system by canceling the exhaust gas recirculation by the EGR mechanism and the amount of NOx discharged by changing the threshold value to the smaller side can be offset. , Adverse effects on the environment can be suppressed.
  • the reduction amount of the NOx emission amount from the NOx occlusion reduction type catalyst resulting from the change of the threshold value to the smaller side is the exhaust gas resulting from the non-execution of the exhaust gas recirculation by the EGR mechanism.
  • the above threshold value is restored to the original value when it substantially coincides with the NOx emission amount from the system.
  • the period during which the execution frequency of the NOx reduction process becomes high due to the change of the threshold value to the smaller side can be set to the minimum necessary, and the NOx reduction process is performed as necessary. Can be avoided, and the fuel consumption rate can be improved.
  • the present invention it is possible to avoid that the NOx emission amount increases due to the temperature change of the NOx occlusion reduction type catalyst.
  • FIG. 1 It is a figure showing a schematic structure of an engine concerning an embodiment. It is a block diagram which shows the structure of control systems, such as ECU. It is a figure which shows the map which sets the mode of an MPL-EGR system at the time of engine warm. It is a figure which shows the map which sets the mode of an MPL-EGR system at the time of engine cold. It is a figure which shows the relationship between the catalyst temperature in a low temperature type NOx occlusion material, and NOx occlusion amount. It is a figure which shows the relationship between the catalyst temperature and NOx occlusion amount in a high temperature type NOx occlusion material.
  • FIG. 7A shows the relationship between the NOx occlusion rate and NOx occlusion rate in each NOx occlusion material in the catalyst low temperature range
  • FIG. 7B shows the NOx occlusion rate in each NOx occlusion material in the catalyst intermediate temperature range.
  • FIG. 7C is a diagram showing the relationship between the NOx storage rate and the NOx storage rate in each NOx storage material in the catalyst high temperature range. It is a flowchart figure which shows a part of procedure of NOx discharge
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine (internal combustion engine) 1 according to the present embodiment.
  • the engine 1 shown in FIG. 1 is a diesel engine having four cylinders 11, 11,..., And each cylinder 11 has an injector (fuel injection valve) 2 capable of directly injecting fuel into the cylinder 11.
  • injectors 2 are constituted by piezoelectric injectors (piezo elements) inside, for example, piezo injectors that are appropriately opened to inject and supply fuel into the cylinder 11. Further, the fuel boosted by the high-pressure fuel pump P is supplied to the injector 2 through the common rail 21.
  • Each cylinder 11 is connected to an intake passage 3 constituting an intake system.
  • An air cleaner 31 is provided at the upstream end of the intake passage 3.
  • a compressor 41, an intercooler 32, and an intake throttle valve (diesel throttle) 33 of a turbocharger (centrifugal supercharger) 4 are provided in order along the intake air flow direction along the intake passage 3.
  • the intake air introduced into the intake passage 3 is purified by the air cleaner 31, then supercharged by the compressor 41 and cooled by the intercooler 32. Thereafter, the intake air passes through the intake throttle valve 33 and is introduced into each cylinder 11.
  • the intake air introduced into each cylinder 11 is compressed in the compression stroke, and fuel is burned by being injected into the cylinder 11 from the injector 2.
  • a piston (not shown) reciprocates in the cylinder, and an engine output is obtained by rotating the crankshaft via the connecting rod.
  • the intake throttle valve 33 is fully open during normal operation. For example, when the vehicle is decelerating or the like, it is necessary (for example, when it is necessary to prevent the temperature drop of the NSR catalyst 51 described below). ) Closed to a predetermined opening.
  • Each cylinder 11 is connected to an exhaust passage 5 constituting an exhaust system.
  • a turbine 42 of the turbocharger 4 is provided in the middle of the exhaust passage 5.
  • the turbocharger 4 in the present embodiment is a variable nozzle type turbocharger, and a variable nozzle vane mechanism 43 is provided on the turbine 42 side, and a nozzle vane (not shown) provided in the variable nozzle vane mechanism 43 is opened.
  • the supercharging pressure of the engine 1 can be adjusted. Specifically, the supercharging pressure at the compressor 41 is increased by decreasing the opening degree of the nozzle vane, and conversely, the supercharging pressure at the compressor 41 is decreased by increasing the opening degree of the nozzle vane. Since the configuration of the variable nozzle vane mechanism 43 is well known (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-127561, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-7544, etc.), description thereof is omitted here.
  • an NSR catalyst 51 as a NOx occlusion reduction catalyst, a particulate filter (DPF; exhaust purification filter) 52, an exhaust throttle valve 53, and a muffler 54 are arranged along the exhaust flow direction.
  • DPF particulate filter
  • the exhaust gas (burned gas) generated by the combustion in each cylinder 11 is discharged to the exhaust passage 5.
  • the exhaust gas discharged to the exhaust passage 5 passes through a turbine 42 provided in the middle of the exhaust passage 5 and is then purified by the NSR catalyst 51 and the DPF 52. Thereafter, the exhaust gas passes through the exhaust throttle valve 53 and the muffler 54 to the atmosphere. It is released inside.
  • the NSR catalyst 51 occludes NOx in a state where a large amount of oxygen is present in the exhaust gas, has a low oxygen concentration in the exhaust gas, and has a reducing component (for example, fuel).
  • a state where a large amount of unburned component (HC)) is present NOx is reduced to NO 2 or NO and released. NOx released as NO 2 or NO is further reduced to N 2 by reacting quickly with HC and CO in the exhaust.
  • HC and CO are oxidized to H 2 O and CO 2 by reducing NO 2 and NO. That is, HC, CO, and NOx in the exhaust can be purified by appropriately adjusting the oxygen concentration and HC component in the exhaust introduced into the NSR catalyst 51.
  • the oxygen concentration and HC component in the exhaust gas are adjusted by the fuel injection operation (post injection) from the injector 2 and the opening degree control of the intake throttle valve 33.
  • the NSR catalyst 51 is configured such that a noble metal such as platinum Pt as a catalyst component and a NOx occlusion material are supported on the surface of a base material made of an oxide such as alumina Al 2 O 3 .
  • the NOx storage material is selected from a plurality selected from alkali metals such as potassium K, sodium Na and lithium Li, alkaline earths such as barium Ba and calcium Ca, and rare earths such as lanthanum La, yttrium Y and cerium Ce. Become.
  • the NOx occlusion performance becomes the highest (the NOx occlusion amount increases; the NOx occlusion performance increases) when the catalyst temperature (catalyst bed temperature) is relatively low (for example, 200 ° C.).
  • the highest temperature range of the catalyst is lower temperature than other NOx storage materials (high temperature type NOx storage materials described later), and NOx in a situation where the catalyst temperature is relatively high (for example, 400 ° C.).
  • a high-temperature NOx storage material that has the highest storage performance the catalyst temperature range where the NOx storage performance is highest is higher than other NOx storage materials (the above low-temperature NOx storage materials)) .
  • cerium Ce is applied as the low-temperature NOx storage material
  • barium Ba is applied as the high-temperature NOx storage material.
  • the combination of the low temperature type NOx storage material and the high temperature type NOx storage material is not limited to this and is appropriately selected.
  • the NOx occlusion of the high temperature type NOx occlusion material is mainly performed in a situation where the catalyst temperature is relatively high, such as during high load operation of the engine 1. NOx is occluded depending on performance. Thereby, the NOx occlusion ability of the NSR catalyst 51 can be obtained in a wide temperature range.
  • FIG. 5 shows the relationship between the catalyst temperature and the NOx storable amount in the low temperature type NOx storage material.
  • the one-dot chain line in the figure shows the relationship between the catalyst temperature and the NOx occlusion capacity in the low temperature type NOx occlusion material
  • the solid line in the figure shows the catalyst temperature and NOx occlusion of the NSR catalyst 51 as a whole obtained by the characteristics of each NOx occlusion material. The relationship with the possible amount is shown.
  • the broken line in a figure has shown the reduction
  • This reduction control required value is the NOx occlusion amount for determining that it is necessary to start NOx reduction control (hereinafter also referred to as “NOx reduction treatment”) when NOx is occluded in the low temperature type NOx occlusion material.
  • NOx reduction treatment the NOx reduction control
  • the current NOx occlusion amount becomes the reduction control requirement value (low temperature type NOx occlusion) at the changed catalyst temperature as the catalyst temperature rises. If the material reduction control value) is exceeded, NOx reduction control is started on the condition that NOx released from the low-temperature NOx storage material is discharged from the NSR catalyst 51, and the low-temperature NOx storage is started. NOx occluded in the material is reduced. Details will be described later.
  • FIG. 6 shows the relationship between the catalyst temperature and the NOx storable amount in the high temperature type NOx storage material.
  • the two-dot chain line in the figure shows the relationship between the catalyst temperature and the NOx storable amount in the high-temperature NOx storage material
  • the solid line in the figure shows the catalyst temperature and NOx of the NSR catalyst 51 as a whole obtained by the characteristics of each NOx storage material. The relationship with the storable amount is shown.
  • the broken line in a figure has shown the reduction control request value in this high temperature type NOx storage material.
  • This reduction control requirement value is the threshold value of the NOx occlusion amount that determines that it is necessary to start the NOx reduction control when NOx is occluded in the high-temperature NOx occlusion material, as described above. That is, NOx is occluded in the high-temperature NOx occlusion material, and when the NOx occlusion amount reaches this reduction control requirement value, NOx reduction control is started to reduce NOx occluded in the high-temperature NOx occlusion material. And release.
  • the current NOx occlusion amount becomes the reduction control requirement value (high temperature type NOx occlusion) at the changed catalyst temperature as the catalyst temperature decreases.
  • NOx reduction control is started on the condition that NOx released from the high-temperature NOx storage material is discharged from the NSR catalyst 51, and the high-temperature NOx storage is started. NOx occluded in the material is reduced. This will also be described in detail later.
  • the low-temperature NOx storage material and the high-temperature NOx storage material change in the NOx storage speed according to their respective NOx storage rates.
  • the NOx storage rate is the ratio of the actual NOx storage amount to the maximum NOx storage amount for each NOx storage material (actual NOx storage amount / NOx maximum storage amount).
  • the NOx occlusion speed is the amount of NOx that can be occluded per unit time in each NOx occlusion material.
  • FIG. 7 (a) shows the relationship between the NOx occlusion rate and the NOx occlusion speed in each NOx occlusion material in the catalyst low temperature region (for example, the catalyst bed temperature is 200 ° C.).
  • the low temperature type NOx storage material indicated by the alternate long and short dash line in the figure
  • the high temperature type NOx storage material indicated by the double dotted line in the figure. Since the NOx occlusion performance is higher, the NOx occlusion speed is higher for the low temperature type NOx occlusion material even if the NOx occlusion rate is the same. In any NOx occlusion material, the lower the NOx occlusion rate, the higher the NOx occlusion speed.
  • FIG. 7 (b) shows the relationship between the NOx occlusion rate and the NOx occlusion speed in each NOx occlusion material in the middle temperature range of the catalyst (for example, the catalyst bed temperature is 300 ° C.).
  • the NOx occlusion performance of each NOx occlusion material is substantially the same, so the NOx occlusion speed is also substantially the same.
  • the lower the NOx occlusion rate the higher the NOx occlusion speed.
  • FIG. 7C shows the relationship between the NOx occlusion rate and the NOx occlusion speed in each NOx occlusion material in the catalyst high temperature range (for example, the catalyst bed temperature is 400 ° C.).
  • the NOx occlusion performance of the high temperature type NOx occlusion material is higher than that of the low temperature type NOx occlusion material.
  • the high-temperature NOx storage material has a higher NOx storage rate. In any NOx occlusion material, the lower the NOx occlusion rate, the higher the NOx occlusion speed.
  • the DPF 52 disposed on the downstream side of the NSR catalyst 51 is made of, for example, a porous ceramic structure, and when exhaust gas passes through the porous wall, PM ( It collects particulate matter (particulate matter).
  • the DPF 52 carries a catalyst (for example, an oxidation catalyst mainly composed of a noble metal such as platinum) that oxidizes and burns the collected PM during the DPF regeneration process.
  • the engine 1 according to the present embodiment is provided with an MPL-EGR system including an HPL-EGR mechanism (high pressure EGR mechanism) 6 and an LPL-EGR mechanism (low pressure EGR mechanism) 7.
  • HPL-EGR mechanism high pressure EGR mechanism
  • LPL-EGR mechanism low pressure EGR mechanism
  • the HPL-EGR mechanism 6 sends exhaust gas from the exhaust passage 5 (for example, the exhaust manifold) upstream of the turbine 42 of the turbocharger 4 to the intake passage 3 downstream of the compressor 41 (downstream of the intake throttle valve 33).
  • a high-pressure EGR passage 61 that leads a part (high-pressure EGR gas) and a high-pressure EGR valve 62 that can change the flow passage area of the high-pressure EGR passage 61 are provided.
  • the amount of high-pressure EGR gas recirculated (recirculated) by the HPL-EGR mechanism 6 is adjusted by the opening degree of the high-pressure EGR valve 62. Further, if necessary, the opening degree of the intake throttle valve 33 is decreased (the degree of closing is increased), and thereby the recirculation amount of the high-pressure EGR gas may be increased.
  • the LPL-EGR mechanism 7 transfers a part of the exhaust gas (low pressure EGR gas) from the exhaust passage 5 downstream of the DPF 52 and upstream of the exhaust throttle valve 53 to the intake passage 3 upstream of the compressor 41.
  • a low pressure EGR passage 71 for guiding, a low pressure EGR valve 72 capable of changing a flow area of the low pressure EGR passage 71, and a low pressure EGR cooler 73 for cooling the low pressure EGR gas flowing through the low pressure EGR passage 71 are provided.
  • the amount of low-pressure EGR gas recirculated (recirculated) by the LPL-EGR mechanism 7 is adjusted by the opening degree of the low-pressure EGR valve 72. Further, the opening degree of the exhaust throttle valve 53 is reduced as necessary, and thereby the recirculation amount of the low pressure EGR gas may be increased.
  • the injector 2 the intake throttle valve 33, the variable nozzle vane mechanism 43, the exhaust throttle valve 53, the high pressure EGR valve 62, and the low pressure EGR valve 72 are electrically connected to the ECU (Electronic Control Unit) 10. ing.
  • ECU Electronic Control Unit
  • the ECU 10 includes an A / F sensor 80, an air flow meter 81, an intake air temperature sensor 82, a supercharging pressure sensor 83, a plurality of exhaust gas temperature sensors 84a to 84d, a water temperature sensor 85, a crank position sensor 86, an accelerator opening sensor 87, an intake air throttle. It is electrically connected to various sensors such as a valve opening sensor 88, an LPL differential pressure sensor 89a, a DPF differential pressure sensor 89b, a compressor outlet temperature sensor 8A, a high pressure EGR valve opening sensor 8H, and a low pressure EGR valve opening sensor 8L. Yes.
  • the A / F sensor 80 is a sensor that detects the oxygen concentration in the exhaust gas upstream of the NSR catalyst 51 and downstream of the turbine 42, and outputs a detection signal that continuously changes in accordance with the oxygen concentration.
  • the air flow meter 81 is a sensor that measures the amount of air (fresh air amount) that flows into the intake passage 3 from the atmosphere.
  • the intake air temperature sensor 82 is a sensor that detects the temperature of the air flowing through the intake passage 3 (specifically, the temperature downstream of the intercooler 32 and upstream of the intake throttle valve 33).
  • the supercharging pressure sensor 83 is a sensor that detects the pressure on the downstream side of the intake throttle valve 33 (the pressure of the intake air supercharged by the turbocharger 4).
  • the exhaust temperature sensors 84a to 84d are connected to the upstream side of the NSR catalyst 51, the downstream side of the NSR catalyst 51, the downstream side of the DPF 52, the downstream side of the low pressure EGR cooler 73 in the low pressure EGR passage 71 (the upstream side of the low pressure EGR valve 72). ) To detect the temperature of the exhaust gas at each location.
  • the water temperature sensor 85 is a sensor that detects the temperature of the cooling water circulating inside the engine 1.
  • the crank position sensor 86 is a sensor that detects the rotational position of the crankshaft of the engine 1.
  • the accelerator opening sensor 87 is a sensor that detects an operation amount (accelerator opening) of the accelerator pedal by the driver.
  • the intake throttle valve opening sensor 88 is a sensor that detects the opening of the intake throttle valve 33.
  • the LPL differential pressure sensor 89 a is a sensor that measures the differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the low pressure EGR cooler 73 in the LPL-EGR mechanism 7.
  • the DPF differential pressure sensor 89b is a sensor that measures the differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the DPF 52, and is used to estimate the amount of PM accumulated in the DPF 52.
  • the compressor outlet temperature sensor 8A is a sensor that detects the temperature of the intake air flowing out of the compressor 41 (the mixture of supercharged fresh air and low-pressure EGR gas).
  • the high pressure EGR valve opening sensor 8H is a sensor that detects the opening of the high pressure EGR valve 62.
  • the low pressure EGR valve opening sensor 8L is a sensor that detects the opening of the low pressure EGR valve 72.
  • the ECU 10 controls the injector 2, the intake throttle valve 33, the variable nozzle vane mechanism 43, the exhaust throttle valve 53, the high-pressure EGR valve 62, and the like based on the detected values and measured values of the various sensors 80 to 89a, 89b, 8A, 8H, and 8L.
  • the low pressure EGR valve 72 is controlled.
  • the ECU 10 controls the HPL-EGR mechanism 6 and the LPL-EGR mechanism 7 in accordance with the operating state (engine load or the like) of the engine 1.
  • the EGR mechanisms 6 and 7 to be used are selected according to the map of FIG. That is, when the engine 1 is in the low load operation state, the ECU 10 recirculates the exhaust gas using the HPL-EGR mechanism 6 (recirculation operation in the high pressure EGR region). When the engine 1 is in a high load operation state, the ECU 10 recirculates the exhaust gas by the LPL-EGR mechanism 7 (reflux operation in the low pressure EGR region).
  • the ECU 10 When the engine 1 is in the medium load operation state, the ECU 10 performs exhaust gas recirculation by using both the HPL-EGR mechanism 6 and the LPL-EGR mechanism 7 (reflux operation in the MPL region). These specific controls will be described later.
  • 3 is an operation region where both the high pressure EGR valve 62 of the HPL-EGR mechanism 6 and the low pressure EGR valve 72 of the LPL-EGR mechanism 7 are closed, that is, an operation region where EGR gas is not recirculated. It is. This is an operation region when the amount of smoke in the exhaust gas increases or when system reliability such as EGR gas temperature restriction is required.
  • the usage mode of the HPL-EGR mechanism 6 and the LPL-EGR mechanism 7 is switched according to the operating state of the engine 1, or when the EGR mechanisms 6 and 7 are used together, Therefore, an appropriate amount of EGR gas can be recirculated in a proper operation region, and the NOx concentration in the exhaust gas can be suitably reduced.
  • the ECU 10 uses the HPL-EGR mechanism 6 to recirculate the exhaust gas in the operation region other than the region X, as shown in the map of FIG. I do. This is because the HPL-EGR mechanism 6 that does not include an EGR cooler is used to recirculate the exhaust gas at a relatively high temperature, thereby prematurely warming up the engine 1 and activating the NSR catalyst 51 early. Because.
  • control of the EGR gas amount in the HPL-EGR mechanism 6 and the control of the EGR gas amount in the LPL-EGR mechanism 7 will be described.
  • the control of the EGR gas amount in the HPL-EGR mechanism 6 and the control of the EGR gas amount in the LPL-EGR mechanism 7 are independent controls.
  • the target EGR gas recirculation amount (hereinafter referred to as “target high-pressure EGR gas return”).
  • the flow rate ”) and the estimated EGR gas recirculation amount (hereinafter referred to as“ estimated high pressure EGR gas recirculation amount ”), and the high pressure EGR gas recirculation amount approaches the target high pressure EGR gas recirculation amount.
  • the opening degree of the EGR valve 62 and the opening degree of the intake throttle valve 33 are feedback controlled (hereinafter referred to as “EGR feedback control”).
  • the target high-pressure EGR gas recirculation amount in this case is set according to the operating state of the engine 1 (particularly the engine load).
  • the estimated high pressure EGR gas recirculation amount is detected by the opening of the high pressure EGR valve 62 detected by the high pressure EGR valve opening sensor 8H, the temperature of the intake air detected by the intake air temperature sensor 82, and the supercharging pressure sensor 83. It is obtained from a predetermined arithmetic expression or map stored in advance in a ROM (Read Only Memory) of the ECU 10 with the differential pressure between the intake pressure and the pressure in the exhaust manifold as a parameter.
  • the pressure in the exhaust manifold is obtained from a predetermined arithmetic expression or map stored in advance in the ROM of the ECU 10 with the intake pressure, the operating state amount of the engine 1 and the like as parameters.
  • the target EGR gas recirculation amount (hereinafter referred to as “target low pressure EGR”).
  • Gas recirculation amount) and the estimated EGR gas recirculation amount (hereinafter referred to as “estimated low pressure EGR gas recirculation amount"), and the estimated low pressure EGR gas recirculation amount approaches the target low pressure EGR gas recirculation amount.
  • the opening degree of the low pressure EGR valve 72 and the opening degree of the exhaust throttle valve 53 are feedback controlled (EGR feedback control).
  • the target low-pressure EGR gas recirculation amount in this case is set according to the operating state of the engine 1 (particularly the engine load).
  • the estimated low-pressure EGR gas recirculation amount is the opening of the low-pressure EGR valve 72 detected by the low-pressure EGR valve opening sensor 8L, the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensors 84a to 84d, and the LPL differential pressure sensor. Using the differential pressure between the upstream side pressure and the downstream side pressure of the low pressure EGR cooler 73 detected by 89a as a parameter, it is obtained from a predetermined arithmetic expression or map stored in the ROM of the ECU 10 in advance.
  • the EGR feedback control in the HPL region is performed so that the intake air amount detected by the air flow meter 81 matches the target intake air amount set according to the engine load, the engine speed (engine speed), and the like.
  • a target high-pressure EGR gas recirculation amount is set, and as described above, the opening degree of the high-pressure EGR valve 62 is feedback-controlled so that the estimated high-pressure EGR gas recirculation amount matches the target high-pressure EGR gas recirculation amount.
  • the low pressure EGR valve 72 is maintained fully closed.
  • the intake air amount obtained by the air flow meter 81 is smaller than the target value and the actual EGR rate is higher than the target EGR rate (EGR rate determined according to the operating state of the engine 1 or the like)
  • the opening degree of the high pressure EGR valve 62 is increased so as to increase the amount of EGR gas. If the estimated high pressure EGR gas recirculation amount does not reach the target high pressure EGR gas recirculation amount even if the opening amount of the high pressure EGR valve 62 is increased in this way, the opening amount of the intake throttle valve 33 is decreased ( The amount of EGR gas recirculated through the high pressure EGR passage 61 is increased by decreasing the pressure on the downstream side of the intake throttle valve 33. This brings the actual EGR rate closer to the target EGR rate.
  • the target low-pressure EGR gas return is performed so that the intake air amount detected by the air flow meter 81 matches the target intake air amount set in accordance with the engine load, the engine speed, and the like.
  • the flow rate is set, and as described above, the opening degree of the low pressure EGR valve 72 is feedback-controlled so that the estimated low pressure EGR gas recirculation amount matches the target low pressure EGR gas recirculation amount.
  • the high pressure EGR valve 62 is kept fully closed (unless the amount of EGR gas is insufficient).
  • the opening degree of the low pressure EGR valve 72 is reduced so as to reduce the amount of EGR gas.
  • the opening degree of the low pressure EGR valve 72 is increased so as to increase the amount of EGR gas.
  • the opening amount of the low pressure EGR valve 72 is increased in this way, the opening amount of the high pressure EGR valve 62 is increased, Alternatively, the opening amount of the exhaust throttle valve 53 is decreased (the degree of closeness is increased), and the amount of EGR gas recirculated through the low pressure EGR passage 71 is increased. This brings the actual EGR rate closer to the target EGR rate.
  • the opening degree of the high pressure EGR valve 62 is controlled so that the estimated high pressure EGR gas recirculation amount reaches the target high pressure EGR gas recirculation amount.
  • the opening degree control for the high pressure EGR valve 62 is the same as that in the low load operation described above.
  • the opening degree of the low pressure EGR valve 72 is controlled so that the estimated low pressure EGR gas recirculation amount reaches the target low pressure EGR gas recirculation amount.
  • the opening degree control for the low-pressure EGR valve 72 is the same as in the above-described high-load operation.
  • the oxygen concentration of the mixture of fuel and air used for combustion in the combustion chamber is in a high concentration state in most operating regions.
  • the oxygen concentration of the air-fuel mixture supplied for combustion is usually reflected in the oxygen concentration in the exhaust gas as it is after subtracting the oxygen supplied for combustion, and the oxygen concentration in the air-fuel mixture (air-fuel ratio: combustion A / If F) is high, the oxygen concentration in the exhaust gas (air-fuel ratio: exhaust A / F) basically becomes similarly high.
  • the NSR catalyst 51 has a characteristic of storing NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, and reducing NOx to NO 2 or NO and releasing it when the oxygen concentration is low.
  • NOx As long as is in a high concentration state, NOx is occluded. However, there is a limit amount in the NOx occlusion amount of the NSR catalyst 51. When the NSR catalyst 51 occludes the limit amount of NOx, NOx in the exhaust gas is not occluded in the NSR catalyst 51 and passes through the catalyst casing. It becomes.
  • the ECU 10 performs post injection by the injector 2, thereby temporarily reducing the oxygen concentration in the exhaust gas and reducing components.
  • the amount of (HC, etc.) is increased.
  • the NSR catalyst 51 reduces and releases the stored NOx, and recovers (regenerates) its own NOx storage capability. Details of the conditions under which this NOx reduction process is executed will be described later.
  • the operation of estimating the NOx amount stored in the NSR catalyst 51 is performed by recognizing the total NOx generation amount based on the history information of the engine speed and the fuel injection amount into each cylinder.
  • the estimated NOx amount exceeds a predetermined value set in advance (appropriate value before the NOx storage capacity of the NSR catalyst 51 is saturated: the above-described reduction control requirement value)
  • the post injection is executed.
  • the NOx reduction process is performed to recover (regenerate) the NOx storage capacity of the NSR catalyst 51 as described above.
  • NOx release amount control which is control characteristic in the present embodiment, will be described.
  • the NSR catalyst 51 supporting a plurality of NOx occlusion materials having different temperature characteristics
  • the low temperature type NOx occlusion material or the high temperature type NOx occlusion material is obtained.
  • the NOx stored in the catalyst may be released, and this NOx may be discharged from the NSR catalyst 51.
  • the catalyst temperature in a situation where the catalyst temperature is relatively low, there is a case where the catalyst temperature rises rapidly due to a high engine load or the like from a state where a relatively large amount of NOx is occluded in the low-temperature type NOx occlusion material.
  • the low-temperature NOx occlusion material has a reduced NOx occlusion amount, so that the NOx occlusion state cannot be maintained, and this NOx is released.
  • FIG. 10 shows changes in the vehicle speed (one-dot chain line), the inlet gas temperature of the NSR catalyst 51 (broken line), and the temperature of the NSR catalyst 51 (solid line) when the operating state of the engine shifts to high load operation.
  • the inlet gas temperature of the NSR catalyst 51 increases as the amount of heat generated in the combustion chamber increases, and a slight increase from the increase in the inlet gas temperature of the NSR catalyst 51 occurs.
  • the temperature of the NSR catalyst 51 will also rise with a time delay. This time delay is caused by the heat capacity of the NSR catalyst 51 and the like.
  • the NOx emission amount from the NSR catalyst 51 varies according to the increase amount (temperature gradient) of the catalyst temperature per unit time. This is because when the amount of increase in the catalyst temperature per unit time is relatively small, the amount of NOx released per unit time from the low-temperature NOx storage material is relatively small. This is because the occlusion material occludes. However, when the amount of increase in the catalyst temperature per unit time is relatively large, the amount of NOx released per unit time from the low-temperature NOx storage material becomes large, so that most of the released NOx has a high temperature. It is not stored in the NOx storage material and is discharged from the NSR catalyst 51.
  • the rate of increase in the catalyst temperature is relatively high (in the case of the present invention, “when the temperature of the NOx storage reduction catalyst increases, the catalyst temperature exceeds a predetermined temperature and the temperature increase gradient is a predetermined value).
  • the NOx storage material is discharged from the NSR catalyst 51 without being stored in the high-temperature NOx storage material. It will be.
  • the catalyst temperature rapidly decreases from a state where a relatively large amount of NOx is stored in the high-temperature NOx storage material in a situation where the catalyst temperature is relatively high, the catalyst temperature rapidly increases. Accordingly, the high-temperature type NOx occlusion material has a reduced NOx occlusion amount, so that the NOx occlusion state cannot be maintained, and this NOx is released.
  • the NOx emission amount from the NSR catalyst 51 varies in accordance with the amount of decrease (temperature gradient) per unit time of the catalyst temperature. This is because when the amount of decrease in the catalyst temperature per unit time is relatively small, the amount of NOx released per unit time from the high-temperature NOx storage material is relatively small. This is because the occlusion material occludes. However, when the amount of decrease in the catalyst temperature per unit time is relatively large, the amount of NOx released per unit time from the high-temperature NOx storage material becomes large, so that most of the released NOx is low in temperature. It is not stored in the NOx storage material and is discharged from the NSR catalyst 51.
  • the rate of decrease in the catalyst temperature is relatively high (in the present invention, “when the temperature of the NOx storage reduction catalyst decreases, the catalyst temperature falls below a predetermined temperature, and the temperature decrease gradient reaches a predetermined value).
  • the NOx storage material is discharged from the NSR catalyst 51 without being stored in the low-temperature NOx storage material. It will be.
  • NOx is released from the low-temperature NOx storage material or the high-temperature NOx storage material, and the NOx is discharged from the NSR catalyst 51.
  • NOx is predicted (when NOx is predicted to be discharged from the NSR catalyst 51)
  • NOx is reduced on the NSR catalyst 51 by executing the above-described NOx reduction process, and thereby NSR The amount of NOx released from the catalyst 51 is reduced.
  • the amount of change per unit time of the catalyst temperature is relatively small, even if NOx is released from one NOx storage material (for example, a low-temperature NOx storage material), the amount per unit time Therefore, the NOx occlusion amount is occluded by the other NOx occlusion material (for example, the high temperature type NOx occlusion material), and the NOx emission amount from the NSR catalyst 51 is slight. For this reason, it is determined that it is not necessary to execute the NOx reduction process.
  • the amount of change in the catalyst temperature per unit time is relatively large, if NOx is released from one NOx storage material (for example, a low-temperature NOx storage material), the amount released per unit time.
  • the other NOx occlusion material (for example, the high temperature type NOx occlusion material) cannot be entirely occluded, and the NOx emission amount from the NSR catalyst 51 increases. For this reason, when this situation is caused, NOx reduction processing is performed to reduce NOx on the NSR catalyst 51, thereby reducing the amount of NOx released from the NSR catalyst 51.
  • FIGS. 8 and 9 The flowcharts shown in FIG. 8 and FIG. 9 are executed every predetermined time after an unillustrated ignition switch (start switch) is turned on and the engine 1 is started.
  • start switch unillustrated ignition switch
  • step ST1 the amount of NOx discharged from the engine 1 in this routine (the amount of engine exhausted NOx) is estimated.
  • This engine exhaust NOx amount is estimated based on the engine operation state amount such as the engine rotation speed and the fuel injection amount into each cylinder 11, 11,. Further, the heat generation rate in each cylinder 11, 11,... Is estimated from the estimated value or actual measurement value (sensing value when the in-cylinder pressure sensor is provided) of the in-cylinder pressure, and the change in the heat generation rate or fuel injection is estimated.
  • the engine exhaust NOx amount may be estimated from the engine operation state amount such as the amount, or the engine operation state amount such as the maximum value (peak value) of the heat generation rate and the fuel injection amount.
  • step ST2 After estimating the engine exhaust NOx amount, the process proceeds to step ST2, and the NOx occlusion accumulated values of the low temperature type NOx occlusion material and the high temperature type NOx occlusion material accumulated up to the previous routine are obtained from a RAM (Random Access Memory) of the ECU 10. Read.
  • This NOx occlusion integrated value is reset when the NOx reduction process is executed (when the NOx reduction process is executed in step ST9 described later). Therefore, the NOx occlusion integrated values read in step ST2 are the NOx occlusion accumulated values of the low temperature type NOx occlusion material and the high temperature type NOx occlusion material accumulated up to the previous routine after the previous NOx reduction process is completed. It is.
  • the process proceeds to step ST3 and the temperature of the NSR catalyst 51 is estimated.
  • the temperature of the NSR catalyst 51 is estimated based on the temperature of the exhaust detected by the exhaust temperature sensors 84a and 84b. Further, from the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensors 84a and 84b, the fuel injection amount from the injector 2, the fuel injection timing, and the like as parameters, a predetermined arithmetic expression or map stored in advance in the ROM of the ECU 10 is used. The temperature of the NSR catalyst 51 may be estimated.
  • step ST4 the NOx occlusion speed of each NOx occlusion material is calculated.
  • This NOx occlusion speed is obtained by mapping a map for obtaining the NOx occlusion speed in accordance with the temperature of the NSR catalyst 51 (NSR catalyst temperature estimated in step ST3; catalyst bed temperature) and the NOx occlusion rate as shown in FIG. It is calculated by storing the temperature of the NSR catalyst 51 and the NOx occlusion rate in this map.
  • a NOx occlusion speed calculation formula obtained in advance by experiments or simulations may be stored in the ROM of the ECU 10, and the NOx occlusion speed of each NOx occlusion material may be calculated by this NOx occlusion speed calculation formula.
  • the NOx occlusion rate is obtained for each NOx occlusion material by dividing the NOx occlusion integrated value of the NOx occlusion material read in step ST2 by the NOx occlusion amount of the NOx occlusion material.
  • step ST5 the NOx occlusion amount (instantaneous NOx occlusion amount) newly occluded by each NOx occlusion material in the current routine is calculated.
  • NOx occlusion of each NOx occlusion material uses the engine exhaust NOx amount estimated in step ST1 and the NOx occlusion speed of each NOx occlusion material.
  • NOx occlusion of each NOx occlusion material uses the engine exhaust NOx amount estimated in step ST1 and the NOx occlusion speed of each NOx occlusion material.
  • the amount is calculated.
  • Instantaneous NOx occlusion amount of low temperature type NOx occlusion material engine exhaust NOx amount x NOx occlusion speed of low temperature type NOx occlusion material (1)
  • Instantaneous NOx occlusion amount of high temperature type NOx occlusion material engine exhaust NOx amount x NOx occlusion speed of high temperature type NOx occlusion material (2)
  • the process proceeds to step ST6, where the instantaneous NOx occlusion amount (the NOx occlusion amount calculated in step ST5) is added to the NOx occlusion integrated value read in step ST2, thereby each NOx occlusion material.
  • a NOx occlusion integrated value is calculated. Thereby, the latest NOx occlusion integrated value in each of the low temperature type NOx occlusion material and the high temperature type NOx occlusion material is obtained.
  • step ST7 After calculating the NOx occlusion integrated value of each NOx occlusion material as described above, the process proceeds to step ST7 to determine whether or not the NOx reduction condition is satisfied.
  • NOx reduction condition the temperature of the NSR catalyst 51 is not changed, and the NOx occlusion integrated value of at least one of the low temperature type NOx occlusion material and the high temperature type NOx occlusion material exceeds the above reduction control requirement value.
  • NOx reduction conditions NOx reduction execution conditions resulting from NOx occlusion amount
  • NOx reduction conditions NOx reduction execution conditions caused by catalyst temperature change
  • the NOx reduction execution condition caused by the NOx occlusion amount is, for example, when the catalyst temperature is in a relatively low temperature range, the NOx occlusion amount of the low-temperature NOx occlusion material increases from TA to TB in FIG. This is established when the value reaches the reduction control requirement value of the low temperature type NOx storage material. Further, when the catalyst temperature is in a relatively high temperature range, the NOx occlusion amount of the high temperature type NOx occlusion material increases from TC to TD in FIG. 6, and the NOx occlusion integrated value is the reduction control requirement value of the high temperature type NOx occlusion material. This is also true when the value is reached.
  • the NOx reduction execution condition due to the catalyst temperature change is, for example, when the catalyst temperature is in a relatively low temperature range, from a state where a relatively large amount of NOx is occluded in the low-temperature NOx occlusion material. This is established when it is estimated that the catalyst temperature rapidly rises due to, for example, an increase in the temperature (as described above, when the catalyst temperature is estimated to rise rapidly from Ta to Tb in FIG. 5). That is, in this case, the low-temperature NOx storage material cannot maintain the NOx storage state, and releases this NOx (the amount of Nc (FIG. 5)).
  • step ST7 the NOx reduction execution condition resulting from the catalyst temperature change is satisfied.
  • an engine calculated based on the change amount of the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 87 and the output signal from the crank position sensor 86 is used as an operation for estimating whether or not the catalyst temperature rises rapidly. Estimated changes in catalyst temperature (changes taking into account time delay of catalyst temperature rise) based on engine load calculated from rotational speed, fuel injection amount from injector 2, heat capacity of NSR catalyst 51, etc. Is done.
  • the NOx emission amount from the NSR catalyst 51 is the amount of NOx occluded in the low-temperature NOx occlusion material so far and the catalyst after the increase. Varies with temperature. That is, as the amount of NOx stored in the low-temperature NOx storage material increases, the amount of NOx discharged from the NSR catalyst 51 increases. Further, the higher the catalyst temperature after the increase, the larger the NOx emission amount from the NSR catalyst 51. Therefore, the NOx reduction condition is established according to the amount of NOx stored in the low-temperature NOx storage material, the catalyst temperature after the increase, and the amount of increase in the catalyst temperature per unit time.
  • the NOx reduction execution condition resulting from the catalyst temperature change is that when the temperature of the NSR catalyst 51 rises while NOx is occluded in the low-temperature type NOx occlusion material, the catalyst temperature exceeds the predetermined temperature and This is established when the temperature rise gradient exceeds a predetermined value (when it is estimated that it will exceed).
  • the NOx reduction execution condition resulting from the catalyst temperature change is that, for example, when the catalyst temperature is in a relatively high temperature range, a relatively large amount of NOx is stored in the high-temperature NOx storage material. This is established when it is estimated that the catalyst temperature rapidly decreases due to a decrease in load or the like (when the catalyst temperature is estimated to rapidly decrease from Td to Te in FIG. 6 as described above). That is, in this case, the high-temperature NOx storage material cannot maintain the NOx storage state, and releases this NOx (amount of Nf). In addition, since the catalyst temperature has dropped rapidly, most of the NOx released from the high-temperature NOx storage material is not stored in the low-temperature NOx storage material, but is discharged from the NSR catalyst 51.
  • the NOx reduction execution condition resulting from the catalyst temperature change is satisfied (YES is determined in step ST7).
  • the estimation operation as to whether or not the catalyst temperature rapidly decreases is also calculated based on the amount of change in the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 87 and the output signal from the crank position sensor 86.
  • the catalyst temperature a change taking into account the time delay of the decrease in the catalyst temperature
  • the engine load calculated from the engine rotation speed
  • the fuel injection amount from the injector 2 the heat capacity of the NSR catalyst 51, etc. This is done by estimating the transition.
  • the amount of NOx discharged from the NSR catalyst 51 is the amount of NOx stored in the high-temperature NOx storage material so far, Varies with temperature. That is, as the amount of NOx stored in the high-temperature NOx storage material increases, the amount of NOx discharged from the NSR catalyst 51 increases. Further, the lower the catalyst temperature after lowering, the larger the NOx emission amount from the NSR catalyst 51. Therefore, the NOx reduction condition is satisfied according to the amount of NOx stored in the high-temperature NOx storage material, the catalyst temperature after the decrease, and the amount of decrease in the catalyst temperature per unit time.
  • the NOx reduction execution condition resulting from the change in the catalyst temperature is that when the temperature of the NSR catalyst 51 falls while NOx is occluded in the high-temperature NOx occlusion material, the catalyst temperature falls below a predetermined temperature and This is established when the temperature descending gradient exceeds a predetermined value.
  • step ST7 If the NOx reduction condition is not satisfied and NO is determined in step ST7, it is returned that the NOx emission from the NSR catalyst 51 is small or almost none and the NOx reduction process is not performed.
  • step ST7 the process proceeds to step ST8, where the current operating state of the engine 1 is in a state where the NOx reduction process is possible (the air-fuel ratio of the post-injection execution). It is determined whether or not the operation state is such that further richness can be permitted. For example, when the engine load obtained based on the accelerator opening, the engine speed, etc. is smaller than a predetermined load, it is determined that the NOx reduction process is possible.
  • step ST8 NOx reduction process is possible, and if YES is determined in step ST8, the process proceeds to step ST9, and the NOx reduction process is executed by performing the post injection from the injector 2 described above.
  • the NSR catalyst 51 By performing the NOx reduction process in this way, the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced and the amount of reducing components (HC, etc.) is increased. As a result, the NSR catalyst 51 reduces and releases the stored NOx on the catalyst, and recovers (regenerates) its own NOx storage capability. That is, it is possible to avoid a situation in which NOx is discharged from the NSR catalyst 51 with the temperature change.
  • step ST10 it is determined whether or not the NOx reduction process termination condition is satisfied.
  • the NOx reduction process termination condition when the NOx reduction process is executed due to the establishment of the NOx reduction execution condition due to the NOx storage amount, the NOx currently stored in the NSR catalyst 51 is stored. When the total amount or almost the entire amount is discharged, the NOx reduction process termination condition is satisfied.
  • the NSR catalyst 51 is discharged due to the rapid change in the catalyst temperature.
  • the amount of NOx (the above amounts Nc and Nf) to be estimated is estimated, and when the fuel supply (reduction of the reducing agent) that enables reduction of the estimated amount of NOx is performed, the NOx reduction process termination condition is satisfied. It will be established.
  • the amount of fuel supply that satisfies this NOx reduction process termination condition is set in advance based on experiments or simulations.
  • the NOx reduction process is continued until the NOx reduction process termination condition is satisfied (until YES is determined in step ST10), and the process returns when the NOx reduction process termination condition is satisfied.
  • step ST7 if the NOx reduction condition is satisfied (YES is determined in step ST7), but the current operating state of the engine 1 is not in a state where NOx reduction processing is possible and NO is determined in step ST8, step ST11 is performed. Move to (FIG. 9).
  • the temperature reached by the NSR catalyst 51 (the temperature finally reached in the current engine operation state due to the change in the catalyst temperature) is estimated.
  • the estimation of the temperature reached by the NSR catalyst 51 is stored in advance in the ROM of the ECU 10 using the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensors 84a and 84b, the fuel injection amount from the injector 2, the fuel injection timing, and the like as parameters. It is estimated from a predetermined arithmetic expression or a map.
  • the process proceeds to step ST12, and the NOx emission amount from the NSR catalyst 51 is estimated based on the estimated temperature reached by the NSR catalyst 51.
  • the NOx emission amount from the NSR catalyst 51 depends on the NOx occlusion amount in the NOx occlusion material, the changed catalyst temperature (the reached temperature of the NSR catalyst 51), and the change amount of the catalyst temperature per unit time. Change. Therefore, the NOx emission amount from the NSR catalyst 51 is estimated from these parameters.
  • the predetermined amount ⁇ is a threshold value for determining whether or not the concentration of the acidic liquid generated when the discharged NOx flows into the low pressure EGR passage 71 and the intake passage 3 of the LPL-EGR mechanism 7 exceeds a predetermined value. For example, it is set to 70 mg. This value is not limited to this. In other words, when the NOx emission amount exceeds the predetermined amount ⁇ , the concentration of the acidic liquid exceeds the predetermined value, which may adversely affect the low pressure EGR cooler 73 and the intercooler 32. .
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the NOx concentration and the pH of the condensed water.
  • the higher the NOx concentration the lower the pH of the condensed water and the higher the concentration of the acidic liquid.
  • the pH of the condensed water becomes equal to or less than a value X that adversely affects the low pressure EGR cooler 73 and the intercooler 32.
  • the predetermined amount ⁇ is set based on experiments or simulations in advance as a value at which the pH of the condensed water reaches the value X.
  • the NOx discharged is relatively small, and even if the NOx flows into the low pressure EGR passage 71 and the intake passage 3 of the LPL-EGR mechanism 7, the low pressure EGR Assuming that there is almost no adverse effect on the cooler 73 and the intercooler 32, the opening of the low pressure EGR valve 72 is maintained (without limiting the opening of the low pressure EGR valve 72), and the EPL gas is recirculated by the LPL-EGR mechanism 7. to approve.
  • step ST13 if the estimated NOx emission amount exceeds the predetermined amount ⁇ , YES is determined in step ST13, and there is a possibility that the low pressure EGR cooler 73 and the intercooler 32 may be adversely affected.
  • the low-pressure EGR valve 72 is set to be fully closed, and the recirculation of EGR gas by the LPL-EGR mechanism 7 is prohibited.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the amount of gas passing through the NSR catalyst 51 and the NOx concentration. Even if the amount of NOx discharged is a predetermined amount, the NOx concentration is low when the amount of gas passing through the NSR catalyst 51 is large. That is, even if the NOx emission amount is the same, when the passing gas amount of the NSR catalyst 51 is GA (NOx concentration is NA), the passing gas amount is GB (NOx concentration is NB). The NOx concentration is lowered. For this reason, when the NOx concentration is less than the predetermined value based on the NOx emission amount and the passing gas amount of the NSR catalyst 51, the opening degree of the low pressure EGR valve 72 is not limited, and the NOx concentration exceeds the predetermined value.
  • the low pressure EGR valve 72 is set to be fully closed, and the recirculation of EGR gas by the LPL-EGR mechanism 7 is prohibited.
  • the amount of gas passing through the NSR catalyst 51 includes the amount of air detected by the air flow meter 81, the amount of EGR gas recirculation in each of the EGR mechanisms 6 and 7 (the aforementioned estimated high pressure EGR gas recirculation amount and estimated low pressure EGR gas return). Flow rate) and the like as parameters.
  • step ST15 in a state where the recirculation of the EGR gas is prohibited, and the NOx occlusion integrated value of each NOx occlusion material is calculated in the same manner as in step ST6, and the process returns to step ST11.
  • step ST11 to step ST15 are repeated until the estimated NOx release amount becomes equal to or less than the predetermined amount ⁇ , that is, until the low pressure EGR valve 72 can be permitted to be opened.
  • the low pressure EGR valve 72 is permitted to be opened and the process returns. The above operation is repeated.
  • NOx is released from the low-temperature NOx storage material or the high-temperature NOx storage material, and the NOx is discharged from the NSR catalyst 51.
  • NOx reduction processing is performed to reduce NOx on the NSR catalyst 51. Therefore, it is possible to reduce the NOx emission amount from the NSR catalyst 51 due to the temperature change, prevent the generation of the acidic liquid, and avoid the adverse effects on the low pressure EGR cooler 73 and the intercooler 32.
  • the NOx reduction process is executed only in a situation where NOx is discharged from the NSR catalyst 51, the wasteful NOx reduction process can be prevented, the fuel consumption rate can be improved, and the fuel can be improved.
  • the oil dilution due to (the dilution of engine oil due to the injection fuel adhering to the cylinder inner wall surface) can be suppressed.
  • the reduction control request value is set to a low value to increase the frequency of NOx reduction processing, and before the reduction control request value is changed (reduction control request value).
  • the amount of NOx emissions into the atmosphere is reduced compared to the case where the
  • the NOx emission amount to the atmosphere when the recirculation of EGR gas by the LPL-EGR mechanism 7 is prohibited is calculated, and the reduction control request is calculated until the NOx amount corresponding to the amount can be reduced.
  • the value is set low to increase the frequency of NOx reduction treatment.
  • FIG. 13 shows the relationship between the temperature of the NSR catalyst and the NOx occlusion amount when the reduction control requirement value in the low temperature type NOx occlusion material is changed.
  • the reduction control request value becomes a relatively high value as shown by the broken line in the figure. Is set.
  • the reduction control request value is a relatively low value as shown by the solid line in the figure. This increases the frequency of the NOx reduction process.
  • FIG. 14 shows the relationship between the temperature of the NSR catalyst and the NOx occlusion amount when the reduction control requirement value in the high temperature type NOx occlusion material is changed.
  • the reduction control request value is set to a relatively high value as shown by the broken line in the figure.
  • the reduction control request value is a relatively low value as shown by the solid line in the figure. This increases the frequency of the NOx reduction process.
  • the reduction control request value is returned to the original value (the value indicated by the broken line in FIGS. 13 and 14). Return.
  • both the reduction control requirement value in the low temperature type NOx occlusion material and the reduction control requirement value in the high temperature type NOx occlusion material may be changed, or one of them depending on the catalyst temperature. Only the reduction control request value may be changed. That is, when the catalyst temperature is relatively low (for example, less than 300 ° C.) and the performance of the low-temperature NOx storage material is high, only the reduction control request value in the low-temperature NOx storage material is changed, When the catalyst temperature is relatively high (for example, 300 ° C. or higher) and the performance of the high-temperature NOx storage material is high, only the reduction control requirement value in the high-temperature NOx storage material is changed.
  • FIG. 15 shows the NOx emission amount to the atmosphere per unit travel distance and the reduction control request value before correcting the reduction control request value (when the reduction control request value indicated by the broken line in FIGS. 13 and 14). Is the amount of NOx discharged into the atmosphere per unit travel distance (when the reduction control requirement value indicated by the solid line in FIGS. 13 and 14 is used). Thus, the NOx emission amount into the atmosphere is reduced by correcting the reduction control request value (the reduction amount per unit travel distance is indicated by Y in the figure). In other words, the reduction amount Y per unit travel distance is integrated, and when the total reduction amount coincides with the NOx amount discharged into the atmosphere due to the prohibition of the recirculation of the EGR gas, the reduction control is performed. The request value is restored to the original value.
  • the amount of NOx discharged into the atmosphere accompanying the prohibition of the recirculation of the EGR gas is Z (g)
  • the reduction amount per unit travel distance by correcting the reduction control request value is When Y (g / km) is set, the reduction control request value is returned to the original value when the vehicle travels Z / Y (km).
  • the present invention is applied to the engine 1 including the two EGR mechanisms 6 and 7 .
  • the present invention is not limited to this, and can also be applied to an engine having one EGR mechanism (only an LPL-EGR mechanism) or an engine having three or more EGR mechanisms.
  • the present invention can also be applied when three or more types of NOx storage materials having different temperature characteristics are supported on the NSR catalyst 51. In this case, the NOx release amount corresponding to the change in the catalyst temperature is calculated for each NOx storage material.
  • the NSR catalyst 51 is applied as the NOx occlusion reduction catalyst.
  • the present invention is not limited to this, and a DPNR catalyst may be applied.
  • the post-injection from the injector 2 is executed as the NOx reduction process.
  • the exhaust system is provided with a fuel addition valve, and NOx reduction is performed by adding fuel from the fuel addition valve. Processing may be executed.
  • the present invention is applicable to control of a diesel engine equipped with an LPL-EGR mechanism that recirculates EGR gas from the downstream side of the NSR catalyst to the intake system.

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Abstract

　排気系のＮＳＲ触媒下流側からＥＧＲクーラを経て吸気系に低圧ＥＧＲガスを還流させるＬＰＬ－ＥＧＲ機構を備えたエンジンに対し、ＮＳＲ触媒に担持されている低温型ＮＯｘ吸蔵材料および高温型ＮＯｘ吸蔵材料それぞれのＮＯｘ吸蔵量を算出する（ステップＳＴ６）。ＮＳＲ触媒の温度が急上昇した場合に、低温型ＮＯｘ吸蔵材料から放出されるＮＯｘの大部分が高温型ＮＯｘ吸蔵材料で吸蔵されず、ＮＳＲ触媒から排出されてしまう状況を推定してＮＯｘ還元処理を実行する（ステップＳＴ９）。これにより、ＮＯｘがＬＰＬ－ＥＧＲ機構へ流れ込む量を削減でき、ＮＯｘに起因する酸性水溶液の発生を抑制してＥＧＲクーラの腐食を防止する。

Description

内燃機関の制御装置
　本発明は、自動車用エンジン等に代表される内燃機関の制御装置に係る。特に、本発明は、排気系にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた内燃機関の制御の改良に関する。
　従来より、ディーゼルエンジン等のように希薄燃焼を行うエンジンでは、窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）が比較的多く排出されることが懸念される。その対策として、排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気還流（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システムを備えさせることが知られている（例えば下記の特許文献１を参照）。
　また、ＥＧＲシステムとして、特許文献２に開示されているように、高圧ＥＧＲ機構（以下、「ＨＰＬ－ＥＧＲ機構」という）と低圧ＥＧＲ機構（以下、「ＬＰＬ－ＥＧＲ機構」という）とを備えた「ＭＰＬ（Ｍｉｄｄｌｅ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｌｏｏｐ）－ＥＧＲシステム」が知られている。
　上記ＨＰＬ（Ｈｉｇｈ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｌｏｏｐ）－ＥＧＲ機構は、ターボチャージャのタービンよりも上流側の排気通路（例えばエキゾーストマニホールド）から、ターボチャージャのコンプレッサよりも下流側の吸気通路へ排気ガスを還流するようになっている。また、ＬＰＬ（Ｌｏｗ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｌｏｏｐ）－ＥＧＲ機構は、ターボチャージャのタービンよりも下流側の排気通路から、ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気通路へ排気ガスを還流するようになっている。
　また、このＭＰＬ－ＥＧＲシステムの使用形態としては、エンジンの低負荷運転領域では、ＨＰＬ－ＥＧＲ機構のみを使用する。これにより、比較的高温度の排気ガスを還流させて燃焼の安定化を図り、ＨＣやＣＯの排出を抑制する。また、エンジンの高負荷運転領域では、ＬＰＬ－ＥＧＲ機構のみを使用する。これにより、比較的低温度の排気ガスを還流させ、吸気の高温化にともなって発生するスモークを抑制する。このため、比較的低温度の排気ガスを還流させることを目的としている上記ＬＰＬ－ＥＧＲ機構にはＥＧＲクーラが設けられている。
　一方、この種のエンジンの排気系には、排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵（吸収）するＮＯｘ吸蔵還元型触媒が配設されており、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒によって排気を浄化するようにしている（例えば、下記の特許文献３を参照）。
　ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としては、例えばＮＳＲ（ＮＯｘ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒や、ＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ－ＮＯｘ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ）触媒などが用いられている。
　このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）がリーンである場合、つまり、排気系の雰囲気が高酸素濃度状態である場合には排気中のＮＯｘを吸蔵する。一方、排気空燃比がリッチになった場合、詳しくは、排気系の雰囲気が低酸素濃度状態となって、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などが含まれる状態になった場合に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、吸蔵しているＮＯｘを還元および放出する（ＮＯｘ還元処理の実行）。このＮＯｘ還元処理として具体的には、特許文献３に開示されているように、排気系に燃料を供給すること（ポスト噴射や燃料添加による燃料供給）によって排気空燃比をリッチにして排気系の酸素濃度を低下させる。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯｘが、排気に含まれる未燃燃料成分との反応によって還元浄化される。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力が回復する。
特開２００１－２０７９１６号公報 特開２０１１－８９４７０号公報 特開２００９－８５０１８号公報 特開２００６－１５０２５８号公報
　ところで、上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、アルミナＡｌ2Ｏ3等の酸化物からなる基材表面に、触媒成分としての白金Ｐｔ等の貴金属と、ＮＯｘ吸蔵成分（以下、「ＮＯｘ吸蔵材料」という場合もある）とが担持されて構成されている。ＮＯｘ吸蔵材料は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹ、セリウムＣｅのような希土類から選ばれる。
　一般に、特許文献４にも開示されているように、上記ＮＯｘ吸蔵材料としては、触媒温度（触媒床温）が比較的低い状況でＮＯｘ吸蔵性能が高くなる（ＮＯｘ吸蔵可能量が多くなる）材料（以下、「低温型ＮＯｘ吸蔵材料」という）と、触媒温度が比較的高い状況でＮＯｘ吸蔵性能が高くなる材料（以下、「高温型ＮＯｘ吸蔵材料」という）とが組み合わされる。低温型ＮＯｘ吸蔵材料としては例えばセリウムＣｅが挙げられる。また、高温型ＮＯｘ吸蔵材料としては例えばバリウムＢａが挙げられる。
　つまり、エンジンの低負荷運転時等のように触媒温度が比較的低い状況にあっては、主に低温型ＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ吸蔵性能が発揮されてＮＯｘが吸蔵される一方、エンジンの高負荷運転時等のように触媒温度が比較的高い状況にあっては、主に高温型ＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ吸蔵性能が発揮されてＮＯｘが吸蔵されることになる。これにより、広い温度範囲で、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力が得られるようにしている。
　図１６は、触媒温度とＮＯｘ吸蔵可能量との関係を示している。図中の一点鎖線は低温型ＮＯｘ吸蔵材料における触媒温度とＮＯｘ吸蔵可能量との関係を示し、図中の二点鎖線は高温型ＮＯｘ吸蔵材料における触媒温度とＮＯｘ吸蔵可能量との関係を示している。そして、図中の実線は、各ＮＯｘ吸蔵材料の特性によって得られるＮＯｘ吸蔵還元型触媒全体としての触媒温度とＮＯｘ吸蔵可能量との関係を示している。このように、触媒温度が比較的低い温度域にあっては低温型ＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ吸蔵可能量が多くなっており、触媒温度が比較的高い温度域にあっては高温型ＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ吸蔵可能量が多くなっている。
　ところで、このように温度特性の異なる複数のＮＯｘ吸蔵材料を担持したＮＯｘ吸蔵還元型触媒にＮＯｘが吸蔵されている状態で、触媒温度が急速に変化する状況になると、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘが排出されてしまうことがある。
　具体的には、例えば触媒温度が比較的低い状況において低温型ＮＯｘ吸蔵材料に比較的多量のＮＯｘが吸蔵されている状態から、エンジン負荷が高くなるなどして触媒温度が急速に上昇した場合が挙げられる。この場合、触媒温度の急速な上昇にともなって、上記低温型ＮＯｘ吸蔵材料は、ＮＯｘ吸蔵可能量が少なくなることからＮＯｘ吸蔵状態が維持できなくなり、このＮＯｘを放出することになる。この際のＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＮＯｘ排出量は、触媒温度の単位時間当たりの上昇量（温度勾配）に応じて変動する。
　その理由は次のとおりである。触媒温度の単位時間当たりの上昇量が比較的小さい場合には、低温型ＮＯｘ吸蔵材料からの単位時間当たりのＮＯｘ放出量が比較的少ないため、この放出されたＮＯｘを、高温型ＮＯｘ吸蔵材料によって吸蔵することが可能である。ところが、触媒温度の単位時間当たりの上昇量が比較的大きい場合には、低温型ＮＯｘ吸蔵材料からの単位時間当たりのＮＯｘ放出量が大量になるため、この放出されたＮＯｘの大部分は、高温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されず（高温型ＮＯｘ吸蔵材料が単位時間当たりに吸蔵可能なＮＯｘ量には限界があるため）、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から排出されることになってしまう。例えば、図１６において、触媒温度がＴａの状態でのＮＯｘ吸蔵量がＮａとなっている状態から、触媒温度がＴｂまで急速に上昇すると、この触媒温度ＴｂでのＮＯｘ吸蔵可能量Ｎｂと上記ＮＯｘ吸蔵量Ｎａとの差である図中のＮｃだけＮＯｘが低温型ＮＯｘ吸蔵材料から放出され、その大部分がＮＯｘ吸蔵還元型触媒から排出されることになる。
　このようにＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘが排出される現象は、上述した如く触媒温度が比較的低い状況において低温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態から触媒温度が急速に上昇した場合に限らず、触媒温度が比較的高い状況において高温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態から触媒温度が急速に下降した場合においても生じる可能性がある。
　このように、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘが排出される状況において、上記ＬＰＬ－ＥＧＲ機構によってＥＧＲガスの還流が行われていると、この排出されたＮＯｘが、ＬＰＬ－ＥＧＲ機構に備えられた上記ＥＧＲクーラや吸気通路に備えられたインタクーラでの結露水（クーラで冷却されることに起因する結露水）に溶解されることにより、酸性液体が発生することがある。特に、ＮＯ2は高い可溶性を有しているため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯ2が多量に排出される状況では高濃度の酸性液体が発生してしまうことになる。
　このようにして酸性液体が発生する状況では、ＥＧＲクーラやインタクーラへの悪影響が懸念されることになる。このため、これらＥＧＲクーラやインタクーラを耐食性の高い材料で構成しておかねばならなくなってしまう。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、温度変化にともなうＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＮＯｘ排出量を削減することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
　－発明の解決原理－
　上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を構成している複数のＮＯｘ吸蔵材料それぞれに対し、触媒温度の変化に応じてＮＯｘの放出の有無を推定し、この放出されるＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元型触媒から排出される場合には、ＮＯｘ還元処理を実行して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＮＯｘ排出量を削減するようにしている。
　－解決手段－
　具体的に、本発明は、温度に応じたＮＯｘ吸蔵特性が互いに異なる複数のＮＯｘ吸蔵材料を有するＮＯｘ吸蔵還元型触媒が排気系に備えられ、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒が吸蔵したＮＯｘを還元するためのＮＯｘ還元処理が可能な内燃機関の制御装置を前提とする。この内燃機関の制御装置に対し、上記複数のＮＯｘ吸蔵材料として、ＮＯｘ吸蔵性能が最も高くなる触媒温度域が、他のＮＯｘ吸蔵材料よりも高温側である高温型ＮＯｘ吸蔵材料と、ＮＯｘ吸蔵性能が最も高くなる触媒温度域が、他のＮＯｘ吸蔵材料よりも低温側である低温型ＮＯｘ吸蔵材料とを少なくとも備えさせる。そして、上記低温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態で上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が上昇する際、その触媒温度が所定温度を超え且つその温度上昇勾配が所定値を超える場合に、上記ＮＯｘ還元処理を実行する構成としている。
　ここでいう、「触媒温度が所定温度を超え且つその温度上昇勾配が所定値を超える場合」の記載は、「触媒温度が所定温度を超えることが推定され且つその温度上昇勾配が所定値を超えることが推定された場合」を含む概念である。
　また、上記高温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態で上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が下降する際、その触媒温度が所定温度を下回り且つその温度下降勾配が所定値を超える場合に、上記ＮＯｘ還元処理を実行する構成としている。
　ここでいう、「触媒温度が所定温度を下回り且つその温度下降勾配が所定値を超える場合」の記載は、上記と同様に、「触媒温度が所定温度を下回ることが推定され且つその温度下降勾配が所定値を超えることが推定された場合」を含む概念である。
　なお、上記ＮＯｘ還元処理が実行される「触媒温度の所定温度」および「温度上昇勾配の所定値」は、ＮＯｘ吸蔵材料の特性や、そのＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されているＮＯｘ量に応じて、実験やシミュレーションによって予め設定されている。
　これら特定事項により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度変化にともなってＮＯｘ吸蔵材料からＮＯｘが放出される状況であって、且つ、この放出されるＮＯｘが他のＮＯｘ吸蔵材料で殆ど吸蔵できない状況である場合には、ＮＯｘ還元処理が実行されることになる。
　つまり、低温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態で、上記触媒温度が所定温度を超えていない場合や、触媒温度の上昇勾配が所定値を超えていない場合には、この低温型ＮＯｘ吸蔵材料からはＮＯｘが放出されないか、または、ＮＯｘが放出されたとしても、その大部分は高温型ＮＯｘ吸蔵材料によって吸蔵可能であるとしてＮＯｘ還元処理を実行しない。これに対し、低温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態で、上記触媒温度が所定温度を超え且つその温度上昇勾配が所定値を超える場合には、この低温型ＮＯｘ吸蔵材料からＮＯｘが放出され、その放出されるＮＯｘの大部分は高温型ＮＯｘ吸蔵材料によって吸蔵できずＮＯｘ吸蔵還元型触媒から排出されるとして、ＮＯｘ還元処理を実行する。
　同様に、高温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態で、上記触媒温度が所定温度を下回っていない場合や、触媒温度の下降勾配が所定値を超えていない場合には、この高温型ＮＯｘ吸蔵材料からはＮＯｘが放出されないか、または、ＮＯｘが放出されたとしても、その大部分は低温型ＮＯｘ吸蔵材料によって吸蔵可能であるとしてＮＯｘ還元処理を実行しない。これに対し、高温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態で、上記触媒温度が所定温度を下回り且つその温度下降勾配が所定値を超える場合には、この高温型ＮＯｘ吸蔵材料からＮＯｘが放出され、その放出されるＮＯｘの大部分は低温型ＮＯｘ吸蔵材料によって吸蔵できずＮＯｘ吸蔵還元型触媒から排出されるとして、ＮＯｘ還元処理を実行することになる。
　これにより、温度変化にともなうＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＮＯｘ排出量を削減することができる。また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘが排出されてしまう状況で、上記ＮＯｘ還元処理を実行するようにしているので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘが排出されない状況であるにも拘わらずＮＯｘ還元処理が実行されてしまうといったことはなく、無駄なＮＯｘ還元処理を防止することができて燃料消費率の改善を図ることもできる。
　特に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過した排気ガスを吸気系に還流させるＥＧＲ機構を備えた内燃機関に適用した場合には、ＮＯｘ排出に起因する酸性液体の発生を防止することができ、ＥＧＲ機構や吸気系の構成部材（ＥＧＲクーラやインタクーラ）への悪影響が回避できる。
　より具体的には、上記内燃機関に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過した排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ機構が設けられたものに対し、上記低温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態で上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が上昇する際、その触媒温度が所定温度を超え且つその温度上昇勾配が所定値を超える場合において、上記ＮＯｘ還元処理が実行できない内燃機関運転状態である場合には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＮＯｘ排出量が所定量を超えていることを条件として上記ＥＧＲ機構による排気ガスの還流を非実施とするようにしている。
　同様に、上記ＥＧＲ機構が設けられたものに対し、上記高温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態で上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が下降する際、その触媒温度が所定温度を下回り且つその温度下降勾配が所定値を超える場合において、上記ＮＯｘ還元処理が実行できない内燃機関運転状態である場合には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＮＯｘ排出量が所定量を超えていることを条件として上記ＥＧＲ機構による排気ガスの還流を非実施とするようにしている。
　なお、排気ガスの還流を非実施とするＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＮＯｘ排出量（上記所定量）は適宜設定される。例えば、ＥＧＲ機構や吸気系の構成部材（ＥＧＲクーラやインタクーラ）への悪影響が回避できる値に設定される。
　このようにＥＧＲ機構に比較的多量のＮＯｘが流れ込む可能性がある状況では排気ガスの還流を非実施とすることで、ＥＧＲ機構や吸気系での酸性液体の発生を防止することができ、これらＥＧＲ機構や吸気系の構成部材への悪影響が確実に回避できる。
　上述した如くＥＧＲ機構による排気ガスの還流を非実施とした場合に、その後の制御動作として具体的には、上記低温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されているＮＯｘの量が所定の閾値に達した際に上記ＮＯｘ還元処理を実行するようにしたものに対し、上記ＥＧＲ機構による排気ガスの還流を非実施とした場合に排気系から排出されるＮＯｘの量が所定量以上であった場合に、上記閾値を小さい側に変更するようにする。
　これによれば、ＥＧＲ機構による排気ガスの還流を非実施としたことで排気系から排出されたＮＯｘの量と、上記閾値を小さい側に変更したことによるＮＯｘ排出量とを相殺することができ、環境への悪影響を抑制することができる。
　また、この場合、上記閾値を小さい側に変更したことに起因するＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＮＯｘ排出量の削減量が、上記ＥＧＲ機構による排気ガスの還流を非実施としたことに起因する排気系からのＮＯｘ排出量に略一致した時点で、上記閾値を元の値に復帰させる構成としている。
　これによれば、上記閾値を小さい側に変更したことに起因してＮＯｘ還元処理の実行頻度が高くなる期間を必要最小限に設定することができ、必要上にＮＯｘ還元処理が実施されることが回避できて、燃料消費率の改善を図ることができる。
　本発明では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度変化に起因してＮＯｘ排出量が増大してしまうといったことを回避できる。
実施形態に係るエンジンの概略構成を示す図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 エンジンの温間時においてＭＰＬ－ＥＧＲシステムのモードを設定するマップを示す図である。 エンジンの冷間時においてＭＰＬ－ＥＧＲシステムのモードを設定するマップを示す図である。 低温型ＮＯｘ吸蔵材料における触媒温度とＮＯｘ吸蔵可能量との関係を示す図である。 高温型ＮＯｘ吸蔵材料における触媒温度とＮＯｘ吸蔵可能量との関係を示す図である。 図７（ａ）は触媒低温度域での各ＮＯｘ吸蔵材料におけるＮＯｘ吸蔵率とＮＯｘ吸蔵速度との関係を、図７（ｂ）は触媒中温度域での各ＮＯｘ吸蔵材料におけるＮＯｘ吸蔵率とＮＯｘ吸蔵速度との関係を、図７（ｃ）は触媒高温度域での各ＮＯｘ吸蔵材料におけるＮＯｘ吸蔵率とＮＯｘ吸蔵速度との関係をそれぞれ示す図である。 ＮＯｘ放出量制御の手順の一部を示すフローチャート図である。 ＮＯｘ放出量制御の手順の他の一部を示すフローチャート図である。 車両加速時におけるＮＳＲ触媒入り口ガス温度およびＮＳＲ触媒温度の変化の一例を示す図である。 ＮＯｘ濃度と凝縮水のｐＨとの関係を示す図である。 ＮＳＲ触媒の通過ガス量とＮＯｘ濃度との関係を示す図である。 変形例において低温型ＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ還元要求値の変更動作を説明するための図である。 変形例において高温型ＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ還元要求値の変更動作を説明するための図である。 変形例において通常時およびＮＯｘ排出後それぞれにおけるＮＯｘ排出量の一例を示す図である。 ＮＳＲ触媒の温度とＮＯｘ吸蔵可能量との関係を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。また、ＥＧＲシステムとして、高圧ＥＧＲ機構および低圧ＥＧＲ機構を備えたＭＰＬ－ＥＧＲシステムを搭載したディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明する。
　－エンジンの構成－
　図１は、本実施形態に係るエンジン（内燃機関）１の概略構成を示す図である。この図１に示すエンジン１は、４つの気筒１１，１１，…を有するディーゼルエンジンであって、各気筒１１には、その気筒１１内へ燃料を直接噴射可能なインジェクタ（燃料噴射弁）２がそれぞれ設けられている。これらインジェクタ２は、例えば内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して気筒１１内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。また、このインジェクタ２には、高圧燃料ポンプＰによって昇圧された燃料がコモンレール２１を介して供給されている。
　各気筒１１には吸気系を構成する吸気通路３が接続されている。この吸気通路３の上流端にはエアクリーナ３１が設けられている。また、この吸気通路３の途中には、吸気の流れ方向に沿って、ターボチャージャ（遠心過給装置）４のコンプレッサ４１、インタクーラ３２および吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）３３が順に設けられている。吸気通路３に導入された吸気は、エアクリーナ３１によって浄化された後、コンプレッサ４１によって過給され、インタクーラ３２によって冷却される。その後、吸気は、吸気絞り弁３３を通過して各気筒１１内へ導入される。各気筒１１内へ導かれた吸気は圧縮行程において圧縮され、この気筒１１内にインジェクタ２から燃料が噴射されることにより燃料の燃焼が行われる。この燃料の燃焼にともない各気筒１１において図示しないピストンがシリンダ内で往復運動し、コネクティングロッドを介してクランクシャフトを回転させることでエンジン出力が得られるようになっている。
　なお、上記吸気絞り弁３３は、通常運転時には全開とされており、例えば車両の減速時等において必要に応じて（例えば、下記のＮＳＲ触媒５１の温度低下を防止する必要が生じた場合等において）所定開度まで閉鎖される。
　各気筒１１には排気系を構成する排気通路５が接続されている。この排気通路５の途中には、ターボチャージャ４のタービン４２が設けられている。
　なお、本実施形態におけるターボチャージャ４は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービン４２側に可変ノズルベーン機構４３が設けられており、この可変ノズルベーン機構４３に備えられたノズルベーン（図示省略）の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができるようになっている。具体的には、ノズルベーンの開度を小さくすることでコンプレッサ４１での過給圧が高くなり、逆に、ノズルベーンの開度を大きくすることでコンプレッサ４１での過給圧が低くなる。なお、この可変ノズルベーン機構４３の構成については周知であるため（例えば、特開２０１１－１２７５６１号公報や特開２０１２－７５４４号公報等を参照）、ここでの説明は省略する。
　上記タービン４２より下流の排気通路５には、排気の流れ方向に沿って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としてのＮＳＲ触媒５１、パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ；排気浄化フィルタ）５２、排気絞り弁５３、マフラ５４が順に設けられている。
　各気筒１１内での燃焼により発生した排気ガス（既燃ガス）は、排気通路５へ排出される。この排気通路５へ排出された排気ガスは、排気通路５の途中に設けられたタービン４２を経た後、ＮＳＲ触媒５１およびＤＰＦ５２によって浄化され、その後、排気絞り弁５３およびマフラ５４を経由して大気中へ放出される。
　具体的な排気浄化のための手法として、上記ＮＳＲ触媒５１は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによって更に還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。即ち、ＮＳＲ触媒５１に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を上記インジェクタ２からの燃料噴射動作（ポスト噴射）や吸気絞り弁３３の開度制御によって行うようになっている。
　ここで、上記ＮＳＲ触媒５１の構成について説明する。このＮＳＲ触媒５１は、アルミナＡｌ2Ｏ3等の酸化物からなる基材表面に、触媒成分としての白金Ｐｔ等の貴金属と、ＮＯｘ吸蔵材料とが担持されて構成されている。ＮＯｘ吸蔵材料は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹ、セリウムＣｅのような希土類から選ばれた複数から成る。また、上記担持されるＮＯｘ吸蔵材料としては、触媒温度（触媒床温）が比較的低い状況（例えば２００℃）でＮＯｘ吸蔵性能が最も高くなる（ＮＯｘ吸蔵可能量が多くなる；ＮＯｘ吸蔵性能が最も高くなる触媒温度域が、他のＮＯｘ吸蔵材料（後述する高温型ＮＯｘ吸蔵材料）よりも低温側である）低温型ＮＯｘ吸蔵材料と、触媒温度が比較的高い状況（例えば４００℃）でＮＯｘ吸蔵性能が最も高くなる（ＮＯｘ吸蔵性能が最も高くなる触媒温度域が、他のＮＯｘ吸蔵材料（上記低温型ＮＯｘ吸蔵材料）よりも高温側である）高温型ＮＯｘ吸蔵材料とが組み合わされている。本実施形態に係るＮＳＲ触媒５１では、低温型ＮＯｘ吸蔵材料として例えばセリウムＣｅが適用され、高温型ＮＯｘ吸蔵材料として例えばバリウムＢａが適用されている。なお、この低温型ＮＯｘ吸蔵材料と高温型ＮＯｘ吸蔵材料との組み合わせはこれに限定されるものではなく適宜選択される。
　このように温度に応じたＮＯｘ吸蔵特性が互いに異なる複数のＮＯｘ吸蔵材料を備えていることにより、エンジン１の低負荷運転時等のように触媒温度が比較的低い状況にあっては、主に低温型ＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ吸蔵性能によってＮＯｘが吸蔵される一方、エンジン１の高負荷運転時等のように触媒温度が比較的高い状況にあっては、主に高温型ＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ吸蔵性能によってＮＯｘが吸蔵されることになる。これにより、広い温度範囲で、ＮＳＲ触媒５１のＮＯｘ吸蔵能力が得られるようになっている。
　図５は、低温型ＮＯｘ吸蔵材料における触媒温度とＮＯｘ吸蔵可能量との関係を示している。図中の一点鎖線は低温型ＮＯｘ吸蔵材料における触媒温度とＮＯｘ吸蔵可能量との関係を示し、図中の実線は各ＮＯｘ吸蔵材料の特性によって得られるＮＳＲ触媒５１全体としての触媒温度とＮＯｘ吸蔵可能量との関係を示している。また、図中の破線は、この低温型ＮＯｘ吸蔵材料における還元制御要求値を示している。この還元制御要求値は、低温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されていく場合に、ＮＯｘ還元制御（以下、「ＮＯｘ還元処理」という場合もある）を開始する必要があると判断するＮＯｘ吸蔵量の閾値である。つまり、低温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されていき、そのＮＯｘ吸蔵量が、この還元制御要求値に達すると、ＮＯｘ還元制御を開始して低温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されているＮＯｘを還元して放出させる。また、本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵量が変化しない状況であっても、触媒温度の上昇にともなって、現在のＮＯｘ吸蔵量が、その変化後の触媒温度における還元制御要求値（低温型ＮＯｘ吸蔵材料の還元制御要求値）を超える場合には、低温型ＮＯｘ吸蔵材料から放出されるＮＯｘがＮＳＲ触媒５１から排出されてしまう状況であることを条件としてＮＯｘ還元制御を開始し、低温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されているＮＯｘを還元するようにしている。詳しくは後述する。
　一方、図６は、高温型ＮＯｘ吸蔵材料における触媒温度とＮＯｘ吸蔵可能量との関係を示している。図中の二点鎖線は高温型ＮＯｘ吸蔵材料における触媒温度とＮＯｘ吸蔵可能量との関係を示し、図中の実線は各ＮＯｘ吸蔵材料の特性によって得られるＮＳＲ触媒５１全体としての触媒温度とＮＯｘ吸蔵可能量との関係を示している。また、図中の破線は、この高温型ＮＯｘ吸蔵材料における還元制御要求値を示している。この還元制御要求値は、上述のものと同様に、高温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されていく場合に、ＮＯｘ還元制御を開始する必要があると判断するＮＯｘ吸蔵量の閾値である。つまり、高温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されていき、そのＮＯｘ吸蔵量が、この還元制御要求値に達すると、ＮＯｘ還元制御を開始して高温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されているＮＯｘを還元して放出させる。また、本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵量が変化しない状況であっても、触媒温度の下降にともなって、現在のＮＯｘ吸蔵量が、その変化後の触媒温度における還元制御要求値（高温型ＮＯｘ吸蔵材料の還元制御要求値）を超える場合には、高温型ＮＯｘ吸蔵材料から放出されるＮＯｘがＮＳＲ触媒５１から排出されてしまう状況であることを条件としてＮＯｘ還元制御を開始し、高温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されているＮＯｘを還元するようにしている。これについても詳しくは後述する。
　また、これら低温型ＮＯｘ吸蔵材料および高温型ＮＯｘ吸蔵材料は、それぞれのＮＯｘ吸蔵率に応じてＮＯｘ吸蔵速度が変化する。ＮＯｘ吸蔵率は、各ＮＯｘ吸蔵材料それぞれにおいてＮＯｘの最大吸蔵量に対する実際のＮＯｘ吸蔵量の比（実際のＮＯｘ吸蔵量／ＮＯｘ最大吸蔵量）である。ＮＯｘ吸蔵速度は、各ＮＯｘ吸蔵材料それぞれにおいて単位時間当たりに吸蔵可能なＮＯｘの量である。
　図７（ａ）は触媒低温度域（例えば触媒床温が２００℃）での各ＮＯｘ吸蔵材料におけるＮＯｘ吸蔵率とＮＯｘ吸蔵速度との関係を示している。この図７（ａ）に示すように、触媒低温度域にあっては、高温型ＮＯｘ吸蔵材料（図中に二点鎖線で示す）に比べて低温型ＮＯｘ吸蔵材料（図中に一点鎖線で示す）の方がＮＯｘ吸蔵性能が高いため、同一ＮＯｘ吸蔵率であっても低温型ＮＯｘ吸蔵材料の方がＮＯｘ吸蔵速度は高くなっている。また、何れのＮＯｘ吸蔵材料においてもＮＯｘ吸蔵率が低いほどＮＯｘ吸蔵速度は高くなっている。
　また、図７（ｂ）は触媒中温度域（例えば触媒床温が３００℃）での各ＮＯｘ吸蔵材料におけるＮＯｘ吸蔵率とＮＯｘ吸蔵速度との関係を示している。この図７（ｂ）に示すように、触媒中温度域にあっては、各ＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ吸蔵性能は略同一であるため、ＮＯｘ吸蔵速度も略同一となっている。また、何れのＮＯｘ吸蔵材料においてもＮＯｘ吸蔵率が低いほどＮＯｘ吸蔵速度は高くなっている。
　さらに、図７（ｃ）は触媒高温度域（例えば触媒床温が４００℃）での各ＮＯｘ吸蔵材料におけるＮＯｘ吸蔵率とＮＯｘ吸蔵速度との関係を示している。この図７（ｃ）に示すように、触媒高温度域にあっては、低温型ＮＯｘ吸蔵材料に比べて高温型ＮＯｘ吸蔵材料の方がＮＯｘ吸蔵性能が高いため、同一ＮＯｘ吸蔵率であっても高温型ＮＯｘ吸蔵材料の方がＮＯｘ吸蔵速度は高くなっている。また、何れのＮＯｘ吸蔵材料においてもＮＯｘ吸蔵率が低いほどＮＯｘ吸蔵速度は高くなっている。
　一方、上記ＮＳＲ触媒５１の下流側に配設されている上記ＤＰＦ５２は、例えば多孔質セラミック構造体で成り、排気ガスが多孔質の壁を通過する際に、この排気ガス中に含まれるＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）を捕集するようになっている。また、このＤＰＦ５２には、ＤＰＦ再生処理時に、上記捕集したＰＭを酸化・燃焼する触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。
　－ＥＧＲシステム－
　本実施形態に係るエンジン１には、ＨＰＬ－ＥＧＲ機構（高圧ＥＧＲ機構）６およびＬＰＬ－ＥＧＲ機構（低圧ＥＧＲ機構）７を備えたＭＰＬ－ＥＧＲシステムが設けられている。
　ＨＰＬ－ＥＧＲ機構６は、上記ターボチャージャ４のタービン４２よりも上流の排気通路５（例えばエキゾーストマニホールド）から、コンプレッサ４１よりも下流（吸気絞り弁３３よりも下流）の吸気通路３へ排気ガスの一部（高圧ＥＧＲガス）を導く高圧ＥＧＲ通路６１と、この高圧ＥＧＲ通路６１の流路面積を変更可能とする高圧ＥＧＲバルブ６２とを備えている。
　このＨＰＬ－ＥＧＲ機構６により還流（再循環）される高圧ＥＧＲガスの量は、上記高圧ＥＧＲバルブ６２の開度により調量される。また、必要に応じて吸気絞り弁３３の開度が小さくされ（閉度が大きくされ）、これによって高圧ＥＧＲガスの還流量が増量されることもある。
　一方、ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７は、上記ＤＰＦ５２よりも下流で且つ排気絞り弁５３よりも上流の排気通路５から、コンプレッサ４１よりも上流の吸気通路３へ排気ガスの一部（低圧ＥＧＲガス）を導く低圧ＥＧＲ通路７１と、この低圧ＥＧＲ通路７１の流路面積を変更可能とする低圧ＥＧＲバルブ７２と、低圧ＥＧＲ通路７１を流れる低圧ＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ７３とを備えている。
　このＬＰＬ－ＥＧＲ機構７により還流（再循環）される低圧ＥＧＲガスの量は、上記低圧ＥＧＲバルブ７２の開度により調量される。また、必要に応じて排気絞り弁５３の開度が小さくされ、これによって低圧ＥＧＲガスの還流量が増量されることもある。
　－制御系－
　図２に示すように、上記インジェクタ２、吸気絞り弁３３、可変ノズルベーン機構４３、排気絞り弁５３、高圧ＥＧＲバルブ６２および低圧ＥＧＲバルブ７２は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１０と電気的に接続されている。
　ＥＣＵ１０は、Ａ／Ｆセンサ８０、エアフローメータ８１、吸気温センサ８２、過給圧センサ８３、複数の排気温センサ８４ａ～８４ｄ、水温センサ８５、クランクポジションセンサ８６、アクセル開度センサ８７、吸気絞り弁開度センサ８８、ＬＰＬ差圧センサ８９ａ、ＤＰＦ差圧センサ８９ｂ、コンプレッサ出口温度センサ８Ａ、高圧ＥＧＲバルブ開度センサ８Ｈ、低圧ＥＧＲバルブ開度センサ８Ｌ等の各種センサと電気的に接続されている。
　上記Ａ／Ｆセンサ８０は、上記ＮＳＲ触媒５１の上流側で且つタービン４２の下流側において排気中の酸素濃度を検出するセンサであって、酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。エアフローメータ８１は、大気中から吸気通路３へ流入された空気量（新気量）を測定するセンサである。吸気温センサ８２は、吸気通路３を流れる空気の温度（具体的には上記インタクーラ３２の下流側で且つ吸気絞り弁３３の上流側の温度）を検出するセンサである。過給圧センサ８３は、吸気絞り弁３３の下流側の圧力（ターボチャージャ４によって過給された吸気の圧力）を検出するセンサである。排気温センサ８４ａ～８４ｄは、上記ＮＳＲ触媒５１の上流側、ＮＳＲ触媒５１の下流側、上記ＤＰＦ５２の下流側、上記低圧ＥＧＲ通路７１における低圧ＥＧＲクーラ７３の下流側（低圧ＥＧＲバルブ７２の上流側）にそれぞれ配設され、各所における排気ガスの温度を検出する。水温センサ８５は、エンジン１の内部を循環する冷却水の温度を検出するセンサである。クランクポジションセンサ８６は、エンジン１のクランクシャフトの回転位置を検出するセンサである。アクセル開度センサ８７は、運転者によるアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するセンサである。吸気絞り弁開度センサ８８は、上記吸気絞り弁３３の開度を検出するセンサである。ＬＰＬ差圧センサ８９ａは、上記ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７における低圧ＥＧＲクーラ７３の上流側圧力と下流側圧力との差圧を測定するセンサである。ＤＰＦ差圧センサ８９ｂは、上記ＤＰＦ５２の上流側圧力と下流側圧力との差圧を測定するセンサであって、ＤＰＦ５２内部におけるＰＭの堆積量の推定に利用される。コンプレッサ出口温度センサ８Ａは、コンプレッサ４１から流出する吸気（過給された新気および低圧ＥＧＲガスの混合気）の温度を検出するセンサである。高圧ＥＧＲバルブ開度センサ８Ｈは、高圧ＥＧＲバルブ６２の開度を検出するセンサである。低圧ＥＧＲバルブ開度センサ８Ｌは、低圧ＥＧＲバルブ７２の開度を検出するセンサである。
　ＥＣＵ１０は、上記した各種センサ８０～８９ａ，８９ｂ，８Ａ，８Ｈ，８Ｌの検出値や測定値に基づいてインジェクタ２、吸気絞り弁３３、可変ノズルベーン機構４３，排気絞り弁５３、高圧ＥＧＲバルブ６２および低圧ＥＧＲバルブ７２を制御する。
　例えば、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態（エンジン負荷など）に応じてＨＰＬ－ＥＧＲ機構６およびＬＰＬ－ＥＧＲ機構７を制御する。
　具体的には、エンジン１の温間時（例えば冷却水温度が８０℃以上の場合）には、図３のマップに従って、使用するＥＧＲ機構６，７が選択される。つまり、エンジン１が低負荷運転状態にある場合は、ＥＣＵ１０はＨＰＬ－ＥＧＲ機構６を利用して排気ガスの還流を行う（高圧ＥＧＲ領域での還流動作）。エンジン１が高負荷運転状態にある場合は、ＥＣＵ１０はＬＰＬ－ＥＧＲ機構７により排気ガスの還流を行う（低圧ＥＧＲ領域での還流動作）。エンジン１が中負荷運転状態にある場合は、ＥＣＵ１０はＨＰＬ－ＥＧＲ機構６とＬＰＬ－ＥＧＲ機構７とを併用して排気ガスの還流を行う（ＭＰＬ領域での還流動作）。これらの具体的な制御については後述する。なお、図３における領域Ｘは、ＨＰＬ－ＥＧＲ機構６の高圧ＥＧＲバルブ６２およびＬＰＬ－ＥＧＲ機構７の低圧ＥＧＲバルブ７２が共に閉鎖される運転領域、つまり、ＥＧＲガスの還流が行われない運転領域である。これは、排気ガス中のスモーク量が多くなる場合や、ＥＧＲガス温度制約等のシステム信頼性が要求される場合の運転領域である。
　このようにしてエンジン１の運転状態に応じて、ＨＰＬ－ＥＧＲ機構６とＬＰＬ－ＥＧＲ機構７との使用形態が切り換えられ、或いは、各ＥＧＲ機構６，７が併用されると、エンジン１の広範囲な運転領域において適量のＥＧＲガスを還流させることが可能となり、排気中のＮＯｘ濃度を好適に減少させることが可能となる。
　一方、エンジン１の冷間時には、図４のマップに示すように、上記領域Ｘ以外の運転領域では、エンジン１の負荷に関わりなく、ＥＣＵ１０はＨＰＬ－ＥＧＲ機構６を利用して排気ガスの還流を行う。これは、ＥＧＲクーラを備えていないＨＰＬ－ＥＧＲ機構６を利用することで、比較的高温度の排気ガスを還流させることにより、エンジン１の早期暖機や、ＮＳＲ触媒５１の早期活性化を図るためである。
　－ＭＰＬ－ＥＧＲシステムの基本制御－
　次に、上記ＭＰＬ－ＥＧＲシステムの基本制御について説明する。
　まず、ＨＰＬ－ＥＧＲ機構６におけるＥＧＲガス量の制御、および、ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７におけるＥＧＲガス量の制御について説明する。これらＨＰＬ－ＥＧＲ機構６におけるＥＧＲガス量の制御と、ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７におけるＥＧＲガス量の制御とは、それぞれ独立した制御となっている。
　ＨＰＬ－ＥＧＲ機構６を用いてＥＧＲガスを還流させている場合（ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７を併用している場合を含む）には、目標とするＥＧＲガス還流量（以下、「目標高圧ＥＧＲガス還流量」という）と、推定されたＥＧＲガス還流量（以下、「推定高圧ＥＧＲガス還流量」という）とを比較し、この推定高圧ＥＧＲガス還流量が目標高圧ＥＧＲガス還流量に近づくように高圧ＥＧＲバルブ６２の開度や吸気絞り弁３３の開度がフィードバック制御（以下、「ＥＧＲフィードバック制御」という）される。この場合の目標高圧ＥＧＲガス還流量は、エンジン１の運転状態（特にエンジン負荷）に応じて設定される。また、推定高圧ＥＧＲガス還流量は、上記高圧ＥＧＲバルブ開度センサ８Ｈによって検出された高圧ＥＧＲバルブ６２の開度、上記吸気温センサ８２によって検出された吸気の温度、過給圧センサ８３によって検出された吸気圧力とエキゾーストマニホールド内の圧力との差圧をパラメータとして、予めＥＣＵ１０のＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）に記憶された所定の演算式またはマップから求められる。なお、エキゾーストマニホールド内の圧力は、吸気圧力やエンジン１の運転状態量等をパラメータとして予めＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶された所定の演算式またはマップから求められる。
　一方、ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７を用いてＥＧＲガスを還流させている場合（ＨＰＬ－ＥＧＲ機構６を併用している場合を含む）には、目標とするＥＧＲガス還流量（以下、「目標低圧ＥＧＲガス還流量」という）と、推定されたＥＧＲガス還流量（以下、「推定低圧ＥＧＲガス還流量」という）とを比較し、この推定低圧ＥＧＲガス還流量が目標低圧ＥＧＲガス還流量に近づくように低圧ＥＧＲバルブ７２の開度や排気絞り弁５３の開度がフィードバック制御（ＥＧＲフィードバック制御）される。この場合の目標低圧ＥＧＲガス還流量は、エンジン１の運転状態（特にエンジン負荷）に応じて設定される。また、推定低圧ＥＧＲガス還流量は、上記低圧ＥＧＲバルブ開度センサ８Ｌによって検出された低圧ＥＧＲバルブ７２の開度、上記排気温センサ８４ａ～８４ｄによって検出された排気の温度、上記ＬＰＬ差圧センサ８９ａによって検出された低圧ＥＧＲクーラ７３の上流側圧力と下流側圧力との差圧をパラメータとして、予めＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶された所定の演算式またはマップから求められる。
　以下、エンジン１の負荷に応じたＭＰＬ－ＥＧＲシステムの基本動作（ＨＰＬ－ＥＧＲ機構６およびＬＰＬ－ＥＧＲ機構７の基本動作）について説明する。
　（低負荷運転時）
　上述した如く、エンジン負荷が比較的低いとき（低負荷領域）には、ＨＰＬ－ＥＧＲ機構６のみを用いてＥＧＲガスが還流される。この運転領域をＨＰＬ領域という。なお、冷却水温度が低いときにもＨＰＬ－ＥＧＲ機構６のみを用いてＥＧＲガスが還流される。
　このＨＰＬ領域でのＥＧＲフィードバック制御は、エアフローメータ８１によって検出される吸入空気量が、エンジン負荷やエンジン回転速度（エンジン回転数）等に応じて設定される目標吸入空気量に一致するように上記目標高圧ＥＧＲガス還流量が設定され、上述した如く、上記推定高圧ＥＧＲガス還流量が、この目標高圧ＥＧＲガス還流量に一致するように高圧ＥＧＲバルブ６２の開度がフィードバック制御される。このとき、低圧ＥＧＲバルブ７２は全閉のまま維持される。
　例えば、エアフローメータ８１により得られる吸入空気量が目標値よりも少なく、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率（エンジン１の運転状態等に応じて決定されるＥＧＲ率）よりも高い場合には、推定高圧ＥＧＲガス還流量が目標高圧ＥＧＲガス還流量よりも多くなっているので、ＥＧＲガス量を減少させるように高圧ＥＧＲバルブ６２の開度を小さくする。
　また、エアフローメータ８１により得られる吸入空気量が目標値よりも多く、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも低い場合には、推定高圧ＥＧＲガス還流量が目標高圧ＥＧＲガス還流量よりも少なくなっているので、ＥＧＲガス量を増加させるように高圧ＥＧＲバルブ６２の開度を大きくする。そして、このように高圧ＥＧＲバルブ６２の開度を大きくしても、推定高圧ＥＧＲガス還流量が目標高圧ＥＧＲガス還流量に達しない場合には、上記吸気絞り弁３３の開度を小さくし（閉度を大きくし）、この吸気絞り弁３３の下流側の圧力を低下させることによって、高圧ＥＧＲ通路６１を経て還流されるＥＧＲガスの量を増加させるようにする。これにより、実ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に近付ける。
　（高負荷運転時）
　上述した如く、エンジン負荷が比較的高いとき（高負荷領域）には、ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７のみを用いてＥＧＲガスが還流される。この運転領域をＬＰＬ領域という。
　このＬＰＬ領域でのＥＧＲフィードバック制御は、エアフローメータ８１によって検出される吸入空気量が、エンジン負荷やエンジン回転速度等に応じて設定される目標吸入空気量に一致するように上記目標低圧ＥＧＲガス還流量が設定され、上述した如く、上記推定低圧ＥＧＲガス還流量が、この目標低圧ＥＧＲガス還流量に一致するように低圧ＥＧＲバルブ７２の開度がフィードバック制御される。このときに、基本的には（ＥＧＲガス量が不足しない限りは）、高圧ＥＧＲバルブ６２は全閉のまま維持される。
　例えば、エアフローメータ８１により得られる吸入空気量が目標値よりも少なく、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも高い場合には、推定低圧ＥＧＲガス還流量が目標低圧ＥＧＲガス還流量よりも多くなっているので、ＥＧＲガス量を減少させるように低圧ＥＧＲバルブ７２の開度を小さくする。
　また、エアフローメータ８１により得られる吸入空気量が目標値よりも多く、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも低い場合には、推定低圧ＥＧＲガス還流量が目標低圧ＥＧＲガス還流量よりも少なくなっているので、ＥＧＲガス量を増加させるように低圧ＥＧＲバルブ７２の開度を大きくする。そして、このように低圧ＥＧＲバルブ７２の開度を大きくしても、推定低圧ＥＧＲガス還流量が目標低圧ＥＧＲガス還流量に達しない場合には、高圧ＥＧＲバルブ６２の開度を大きくしたり、または、上記排気絞り弁５３の開度を小さくして（閉度を大きくして）、低圧ＥＧＲ通路７１を経て還流されるＥＧＲガスの量を増加させるようにする。これにより、実ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に近付ける。
　（中負荷運転時）
　上述した如く、エンジンが中負荷運転であるとき（中負荷領域）には、ＨＰＬ－ＥＧＲ機構６とＬＰＬ－ＥＧＲ機構７とを併用してＥＧＲガスが還流される。このＨＰＬ領域とＬＰＬ領域との間の領域をＭＰＬ領域という。
　このＭＰＬ領域でのＥＧＲフィードバック制御は、エンジン負荷やエンジン回転速度等に応じて目標吸入空気量および目標ＥＧＲ率（＝高圧ＥＧＲガス還流量＋低圧ＥＧＲガス還流量／高圧ＥＧＲガス還流量＋低圧ＥＧＲガス還流量＋吸入空気量）が決定され、これら値からＥＧＲガス量の総量が設定される。また、エンジン負荷等に応じてＥＧＲ分配率（ＨＰＬ－ＥＧＲ機構６により還流される高圧ＥＧＲガスの量とＬＰＬ－ＥＧＲ機構７により還流される低圧ＥＧＲガスの量との比率）が決定される。そして、高圧ＥＧＲガスの分配率（＝高圧ＥＧＲガス還流量／高圧ＥＧＲガス還流量＋低圧ＥＧＲガス還流量）および低圧ＥＧＲガスの分配率（＝低圧ＥＧＲガス還流量／高圧ＥＧＲガス還流量＋低圧ＥＧＲガス還流量）を上記ＥＧＲガス量の総量にそれぞれ乗算することで、目標とする高圧ＥＧＲガスの量（目標高圧ＥＧＲガス還流量）と目標とする低圧ＥＧＲガスの量（目標低圧ＥＧＲガス還流量）とを求める。
　そして、ＨＰＬ－ＥＧＲ機構６の制御としては、推定高圧ＥＧＲガス還流量が上記目標高圧ＥＧＲガス還流量に達するように高圧ＥＧＲバルブ６２の開度を制御する。この高圧ＥＧＲバルブ６２に対する開度制御は上述した低負荷運転時の場合と同様である。
　一方、ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７の制御としては、推定低圧ＥＧＲガス還流量が上記目標低圧ＥＧＲガス還流量に達するように低圧ＥＧＲバルブ７２の開度を制御する。この低圧ＥＧＲバルブ７２に対する開度制御は上述した高負荷運転時の場合と同様である。
　－ＮＯｘ還元処理－
　次に、上記ＮＯｘ還元処理について説明する。
　一般に、ディーゼルエンジン１では、燃焼室内で燃焼に供される燃料と空気との混合気の酸素濃度が、殆どの運転領域で高濃度状態にある。燃焼に供される混合気の酸素濃度は、燃焼に供された酸素を差し引いてそのまま排気中の酸素濃度に反映されるのが通常であり、混合気中の酸素濃度（空燃比：燃焼Ａ／Ｆ）が高ければ、排気中の酸素濃度（空燃比：排気Ａ／Ｆ）も基本的には同様に高くなる。一方、上述したように、ＮＳＲ触媒５１は排気中の酸素濃度が高ければＮＯｘを吸蔵し、酸素濃度が低ければＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出する特性を有するため、排気中の酸素が高濃度状態にある限りＮＯｘを吸蔵することとなる。ただし、ＮＳＲ触媒５１のＮＯｘ吸蔵量には限界量が存在し、このＮＳＲ触媒５１が限界量のＮＯｘを吸蔵した状態では、排気中のＮＯｘがＮＳＲ触媒５１に吸蔵されず触媒ケーシングを素通りすることとなる。
　そこで、上記ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒５１のＮＯｘ吸蔵量が所定値に達した場合には、インジェクタ２によるポスト噴射を実行し、これにより、一時的に排気中の酸素濃度を低減し、かつ還元成分（ＨＣ等）の量を増大させるようにしている。これによりＮＳＲ触媒５１は、吸蔵していたＮＯｘを還元して放出し、自身のＮＯｘ吸蔵能力を回復（再生）するようになる。なお、このＮＯｘ還元処理が実行される条件の詳細については後述する。
　なお、ＮＳＲ触媒５１の内部に吸蔵されているＮＯｘ量の推定動作としては、エンジン回転速度や各気筒内への燃料噴射量の履歴情報に基づいて総ＮＯｘ生成量を認識することにより行われる。そして、その推定ＮＯｘ量が、予め設定しておいた所定値（ＮＳＲ触媒５１のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前の適宜値：上述した還元制御要求値）を越えたときに、上記ポスト噴射の実行によるＮＯｘ還元処理を行って上述した如くＮＳＲ触媒５１のＮＯｘ吸蔵能力を回復（再生）させる。
　－ＮＯｘ放出量制御－
　次に、本実施形態において特徴とする制御であるＮＯｘ放出量制御について説明する。
　上述した如く温度特性の異なる複数のＮＯｘ吸蔵材料を担持したＮＳＲ触媒５１にＮＯｘが吸蔵されている状態で、触媒温度が急速に変化する状況になると、低温型ＮＯｘ吸蔵材料または高温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されていたＮＯｘが放出され、このＮＯｘがＮＳＲ触媒５１から排出されてしまうといった状況を招くことがある。
　例えば触媒温度が比較的低い状況において低温型ＮＯｘ吸蔵材料に比較的多量のＮＯｘが吸蔵されている状態から、エンジン負荷が高くなるなどして触媒温度が急速に上昇する場合が挙げられる。この場合、触媒温度の急速な上昇にともなって、上記低温型ＮＯｘ吸蔵材料は、ＮＯｘ吸蔵可能量が少なくなることからＮＯｘ吸蔵状態が維持できなくなり、このＮＯｘを放出することになる。
　図１０は、エンジンの運転状態が高負荷運転に移行する際における車速（一点鎖線）、ＮＳＲ触媒５１の入り口ガス温度（破線）、ＮＳＲ触媒５１の温度（実線）の変化を示している。この図１０に示すように、高負荷運転に移行すると、燃焼室内での発生熱量の増大にともなってＮＳＲ触媒５１の入り口ガス温度が上昇し、このＮＳＲ触媒５１の入り口ガス温度の上昇から僅かな時間遅れをもってＮＳＲ触媒５１の温度も上昇していくことになる。この時間遅れは、ＮＳＲ触媒５１の熱容量等に起因する。
　そして、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘの排出量は、触媒温度の単位時間当たりの上昇量（温度勾配）に応じて変動する。これは、触媒温度の単位時間当たりの上昇量が比較的小さい場合には、低温型ＮＯｘ吸蔵材料からの単位時間当たりのＮＯｘ放出量が比較的少ないため、この放出されたＮＯｘを、高温型ＮＯｘ吸蔵材料が吸蔵することになるからである。ところが、触媒温度の単位時間当たりの上昇量が比較的大きい場合には、低温型ＮＯｘ吸蔵材料からの単位時間当たりのＮＯｘ放出量が大量になるため、この放出されたＮＯｘの大部分は、高温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されず、ＮＳＲ触媒５１から排出されることになってしまう。
　例えば、図５において、触媒温度がＴａの状態でのＮＯｘ吸蔵量がＮａとなっている状態から、触媒温度がＴｂまで上昇すると、この触媒温度ＴｂでのＮＯｘ吸蔵可能量Ｎｂと上記ＮＯｘ吸蔵量Ｎａとの差である図中のＮｃだけＮＯｘが低温型ＮＯｘ吸蔵材料から放出されることになるが、触媒温度の上昇速度（単位時間当たりの上昇量）が比較的低い場合には、その放出されたＮＯｘの大部分は高温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されることになる。これに対し、触媒温度の上昇速度が比較的高い場合には（本発明でいう「ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が上昇する際、その触媒温度が所定温度を超え且つその温度上昇勾配が所定値を超える場合」に相当）、低温型ＮＯｘ吸蔵材料から放出されたＮＯｘ（図中のＮｃの量のＮＯｘ）の大部分は高温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されることなくＮＳＲ触媒５１から排出されることになる。
　同様に、触媒温度が比較的高い状況において高温型ＮＯｘ吸蔵材料に比較的多量のＮＯｘが吸蔵されている状態から、エンジン負荷が低くなるなどして触媒温度が急速に下降すると、触媒温度の急速な下降にともなって、上記高温型ＮＯｘ吸蔵材料は、ＮＯｘ吸蔵可能量が少なくなることからＮＯｘ吸蔵状態が維持できなくなり、このＮＯｘを放出することになる。
　そして、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘの排出量は、触媒温度の単位時間当たりの下降量（温度勾配）に応じて変動する。これは、触媒温度の単位時間当たりの下降量が比較的小さい場合には、高温型ＮＯｘ吸蔵材料からの単位時間当たりのＮＯｘ放出量が比較的少ないため、この放出されたＮＯｘを、低温型ＮＯｘ吸蔵材料が吸蔵することになるからである。ところが、触媒温度の単位時間当たりの下降量が比較的大きい場合には、高温型ＮＯｘ吸蔵材料からの単位時間当たりのＮＯｘ放出量が大量になるため、この放出されたＮＯｘの大部分は、低温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されず、ＮＳＲ触媒５１から排出されることになってしまう。
　例えば、図６において、触媒温度がＴｄの状態でのＮＯｘ吸蔵量がＮｄとなっている状態から、触媒温度がＴｅまで下降すると、この触媒温度ＴｅでのＮＯｘ吸蔵可能量Ｎｅと上記ＮＯｘ吸蔵量Ｎｄとの差である図中のＮｆだけＮＯｘが高温型ＮＯｘ吸蔵材料から放出されることになるが、触媒温度の下降速度（単位時間当たりの下降量）が比較的低い場合には、その放出されたＮＯｘの大部分は低温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されることになる。これに対し、触媒温度の下降速度が比較的高い場合には（本発明でいう「ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が下降する際、その触媒温度が所定温度を下回り且つその温度下降勾配が所定値を超える場合」に相当）、高温型ＮＯｘ吸蔵材料から放出されたＮＯｘ（図中のＮｆの量のＮＯｘ）の大部分は低温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されることなくＮＳＲ触媒５１から排出されることになる。
　このようにＮＳＲ触媒５１からＮＯｘが排出された場合において、上記ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７によってＥＧＲガスの還流が行われていると、この排出されたＮＯｘがＬＰＬ－ＥＧＲ機構７に備えられた低圧ＥＧＲクーラ７３や吸気通路３に備えられたインタクーラ３２での結露水に溶解されることで、酸性液体が発生し、低圧ＥＧＲクーラ７３やインタクーラ３２への悪影響が懸念されることになる。
　本実施形態では、この点に鑑み、触媒温度が急速に変化することにともなって低温型ＮＯｘ吸蔵材料または高温型ＮＯｘ吸蔵材料からＮＯｘが放出され、そのＮＯｘがＮＳＲ触媒５１から排出されてしまう状況になった場合（ＮＯｘがＮＳＲ触媒５１から排出されてしまうことが予測される場合）には、上述したＮＯｘ還元処理を実行することで、ＮＳＲ触媒５１上でＮＯｘを還元し、これにより、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘの放出量を削減するようにしている。
　より具体的には、触媒温度の単位時間当たりの変化量が比較的小さい場合には、仮に一方のＮＯｘ吸蔵材料（例えば低温型ＮＯｘ吸蔵材料）からＮＯｘが放出されたとしても、その単位時間当たりの放出量は少ないため、他方のＮＯｘ吸蔵材料（例えば高温型ＮＯｘ吸蔵材料）によって吸蔵され、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量は僅かである。このため、ＮＯｘ還元処理を実行する必要はないと判断する。これに対し、触媒温度の単位時間当たりの変化量が比較的大きい場合には、仮に一方のＮＯｘ吸蔵材料（例えば低温型ＮＯｘ吸蔵材料）からＮＯｘが放出された場合、その単位時間当たりの放出量が多いため、他方のＮＯｘ吸蔵材料（例えば高温型ＮＯｘ吸蔵材料）で全てを吸蔵することはできず、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量が多くなってしまう。このため、このような状況を招く場合には、ＮＯｘ還元処理を実行することにより、ＮＳＲ触媒５１上でＮＯｘを還元し、これにより、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘの放出量を削減する。
　さらに、本実施形態では、エンジン１の運転状態によってはＮＯｘ還元処理を実行することができない状況があることを考慮し、上述の如くＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量が多くなってしまう場合に、ＮＯｘ還元処理を実行することができない状況である場合には、ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７によるＥＧＲガスの還流を禁止し、低圧ＥＧＲ通路７１にＥＧＲガスが流れ込まないようにすることで、上記酸性液体の発生を抑制し、低圧ＥＧＲクーラ７３やインタクーラ３２に対する悪影響を回避するようにしている。
　以下、上記ＮＯｘ放出量制御の具体的な手順について図８および図９のフローチャートに沿って説明する。この図８および図９に示すフローチャートは、図示しないイグニッションスイッチ（スタートスイッチ）がＯＮされてエンジン１が始動した後、所定時間毎に実行される。
　まず、ステップＳＴ１において、今回のルーチンにおいてエンジン１から排出されたＮＯｘ量（エンジン排出ＮＯｘ量）を推定する。このエンジン排出ＮＯｘ量は、エンジン回転速度や各気筒１１，１１，…内への燃料噴射量等のエンジン運転状態量に基づいて推定される。また、筒内圧力変化の推定値または実測値（筒内圧センサを設けた場合のセンシング値）から各気筒１１，１１，…内の熱発生率を推定し、この熱発生率の変化や燃料噴射量等のエンジン運転状態量、または、熱発生率の最大値（ピーク値）や燃料噴射量等のエンジン運転状態量からエンジン排出ＮＯｘ量を推定するようにしてもよい。
　このエンジン排出ＮＯｘ量を推定した後、ステップＳＴ２に移り、前回ルーチンまでに積算された上記低温型ＮＯｘ吸蔵材料および高温型ＮＯｘ吸蔵材料それぞれのＮＯｘ吸蔵積算値をＥＣＵ１０のＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）から読み込む。このＮＯｘ吸蔵積算値は、上記ＮＯｘ還元処理が実行された場合（後述するステップＳＴ９でＮＯｘ還元処理が実行された場合）にリセットされる。このため、このステップＳＴ２で読み込まれるＮＯｘ吸蔵積算値は、前回のＮＯｘ還元処理が完了した後、前回ルーチンまでに積算された上記低温型ＮＯｘ吸蔵材料および高温型ＮＯｘ吸蔵材料それぞれのＮＯｘ吸蔵積算値である。
　上記ＮＯｘ吸蔵積算値が読み込まれた後、ステップＳＴ３に移り、ＮＳＲ触媒５１の温度を推定する。このＮＳＲ触媒５１の温度は、上記排気温センサ８４ａ，８４ｂによって検出された排気の温度に基づいて推定される。また、これら排気温センサ８４ａ，８４ｂによって検出された排気の温度、および、インジェクタ２からの燃料噴射量、燃料噴射タイミング等をパラメータとして、予めＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶された所定の演算式またはマップからＮＳＲ触媒５１の温度を推定するようにしてもよい。
　その後、ステップＳＴ４に移り、各ＮＯｘ吸蔵材料それぞれのＮＯｘ吸蔵速度を算出する。このＮＯｘ吸蔵速度は、図７に示したような、ＮＳＲ触媒５１の温度（ステップＳＴ３で推定されたＮＳＲ触媒温度；触媒床温）およびＮＯｘ吸蔵率に応じてＮＯｘ吸蔵速度を求めるマップを上記ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶させておき、このマップにＮＳＲ触媒５１の温度およびＮＯｘ吸蔵率を当て嵌めることによって求められる。また、予め実験やシミュレーションによって求められたＮＯｘ吸蔵速度演算式を上記ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶させておき、このＮＯｘ吸蔵速度演算式によって各ＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ吸蔵速度を算出するようにしてもよい。なお、上記ＮＯｘ吸蔵率は、上記ステップＳＴ２で読み込まれたＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ吸蔵積算値をＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ最大吸蔵量で除算することにより各ＮＯｘ吸蔵材料それぞれについて求められる。
　その後、ステップＳＴ５に移り、今回のルーチンにおいて新たに各ＮＯｘ吸蔵材料が吸蔵したＮＯｘ吸蔵量（瞬時ＮＯｘ吸蔵量）の算出を行う。
　具体的には、上記ステップＳＴ１において推定されたエンジン排出ＮＯｘ量と、上記各ＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ吸蔵速度とを用い、以下の式（１），（２）によって各ＮＯｘ吸蔵材料それぞれのＮＯｘ吸蔵量（瞬時ＮＯｘ吸蔵量）が算出されることになる。
　低温型ＮＯｘ吸蔵材料の瞬時ＮＯｘ吸蔵量＝エンジン排出ＮＯｘ量×低温型ＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ吸蔵速度　　…（１）
　高温型ＮＯｘ吸蔵材料の瞬時ＮＯｘ吸蔵量＝エンジン排出ＮＯｘ量×高温型ＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ吸蔵速度　　…（２）
　次に、ステップＳＴ６に移り、上記ステップＳＴ２で読み込まれたＮＯｘ吸蔵積算値に、上記瞬時ＮＯｘ吸蔵量（上記ステップＳＴ５で算出されたＮＯｘ吸蔵量）を加算することによって、各ＮＯｘ吸蔵材料それぞれのＮＯｘ吸蔵積算値を算出する。これにより、低温型ＮＯｘ吸蔵材料および高温型ＮＯｘ吸蔵材料それぞれにおける最新のＮＯｘ吸蔵積算値が求められることになる。
　以上のようにして各ＮＯｘ吸蔵材料それぞれのＮＯｘ吸蔵積算値を算出した後、ステップＳＴ７に移り、ＮＯｘ還元条件が成立したか否かを判定する。
　このＮＯｘ還元条件としては、ＮＳＲ触媒５１の温度変化を伴うことなく、低温型ＮＯｘ吸蔵材料および高温型ＮＯｘ吸蔵材料のうちの少なくとも一方のＮＯｘ吸蔵積算値が上記還元制御要求値を超えた場合に成立するＮＯｘ還元条件（ＮＯｘ吸蔵量に起因するＮＯｘ還元実行条件）と、ＮＳＲ触媒５１の温度変化に起因して成立するＮＯｘ還元条件（触媒温度変化に起因するＮＯｘ還元実行条件）とがある。以下、それぞれについて説明する。
　上記ＮＯｘ吸蔵量に起因するＮＯｘ還元実行条件は、例えば触媒温度が比較的低い温度域である場合において、低温型ＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ吸蔵量が図５においてＴＡからＴＢまで増加し、ＮＯｘ吸蔵積算値が低温型ＮＯｘ吸蔵材料の還元制御要求値に達した場合に成立する。また、触媒温度が比較的高い温度域である場合において、高温型ＮＯｘ吸蔵材料のＮＯｘ吸蔵量が図６においてＴＣからＴＤまで増加し、ＮＯｘ吸蔵積算値が高温型ＮＯｘ吸蔵材料の還元制御要求値に達した場合にも成立する。
　一方、上記触媒温度変化に起因するＮＯｘ還元実行条件は、例えば触媒温度が比較的低い温度域である場合において、低温型ＮＯｘ吸蔵材料に比較的多量のＮＯｘが吸蔵されている状態から、エンジン負荷が高くなるなどして触媒温度が急速に上昇することが推定された場合（上述した如く、図５において触媒温度がＴａからＴｂまで急速に上昇することが推定された場合）に成立する。つまり、この場合、低温型ＮＯｘ吸蔵材料は、ＮＯｘの吸蔵状態が維持できなくなり、このＮＯｘ（Ｎｃ（図５）の量）を放出することになる。また、触媒温度が急速に上昇したことで、低温型ＮＯｘ吸蔵材料から放出されたＮＯｘの大部分は高温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されず、ＮＳＲ触媒５１から排出されることになる。このような状況が推定された場合に、触媒温度変化に起因するＮＯｘ還元実行条件が成立する（ステップＳＴ７でＹＥＳ判定される）ことになる。上記触媒温度が急速に上昇するか否かの推定動作としては、上記アクセル開度センサ８７によって検出されるアクセル開度の変化量および上記クランクポジションセンサ８６からの出力信号に基づいて算出されるエンジン回転速度から算出されるエンジン負荷や、インジェクタ２からの燃料噴射量や、ＮＳＲ触媒５１の熱容量等に基づいて触媒温度の変化（触媒温度の上昇の時間遅れなどを考慮した変化）の推移を推定することにより行われる。
　一方、触媒温度が比較的低い温度域である場合において、低温型ＮＯｘ吸蔵材料に比較的多量のＮＯｘが吸蔵されている状態から、エンジン負荷が高くなるなどして触媒温度が上昇したとしても、その触媒温度の単位時間当たりの上昇量が比較的小さい場合には、低温型ＮＯｘ吸蔵材料から放出されたＮＯｘを高温型ＮＯｘ吸蔵材料によって吸蔵可能となり、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量は僅かであるかまたは殆ど無い。このため、このような状況が推定された場合には、触媒温度変化に起因するＮＯｘ還元実行条件は成立しない（ステップＳＴ７でＮＯ判定される）ことになる。
　また、触媒温度の単位時間当たりの上昇量が同じであっても、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量は、それまでの低温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されているＮＯｘの量や、上昇後の触媒温度に応じて変化する。つまり、低温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されているＮＯｘの量が多いほど、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量は多くなる。また、上昇後の触媒温度が高いほど、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量は多くなる。このため、上記ＮＯｘ還元条件としては、低温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されているＮＯｘの量、上昇後の触媒温度、および、触媒温度の単位時間当たりの上昇量に応じて成立することになる。つまり、上記触媒温度変化に起因するＮＯｘ還元実行条件は、低温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態でＮＳＲ触媒５１の温度が上昇する際に、その触媒温度が所定温度を超え且つその温度上昇勾配が所定値を超える場合（超えることが推定される場合）に成立することになる。
　同様に、上記触媒温度変化に起因するＮＯｘ還元実行条件は、例えば触媒温度が比較的高い温度域である場合において、高温型ＮＯｘ吸蔵材料に比較的多量のＮＯｘが吸蔵されている状態から、エンジン負荷が低くなるなどして触媒温度が急速に下降することが推定された場合（上述した如く、図６において触媒温度がＴｄからＴｅまで急速に下降することが推定された場合）に成立する。つまり、この場合、高温型ＮＯｘ吸蔵材料は、ＮＯｘの吸蔵状態が維持できなくなり、このＮＯｘ（Ｎｆの量）を放出することになる。また、触媒温度が急速に下降したことで、高温型ＮＯｘ吸蔵材料から放出されたＮＯｘの大部分は低温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されず、ＮＳＲ触媒５１から排出されることになる。このような状況が推定された場合に、触媒温度変化に起因するＮＯｘ還元実行条件が成立する（ステップＳＴ７でＹＥＳ判定される）ことになる。この場合における上記触媒温度が急速に下降するか否かの推定動作としても、上記アクセル開度センサ８７によって検出されるアクセル開度の変化量および上記クランクポジションセンサ８６からの出力信号に基づいて算出されるエンジン回転速度から算出されるエンジン負荷や、インジェクタ２からの燃料噴射量や、ＮＳＲ触媒５１の熱容量等に基づいて触媒温度の変化（触媒温度の下降の時間遅れなどを考慮した変化）の推移を推定することにより行われる。
　一方、触媒温度が比較的高い温度域である場合において、高温型ＮＯｘ吸蔵材料に比較的多量のＮＯｘが吸蔵されている状態から、エンジン負荷が低くなるなどして触媒温度が下降したとしても、その触媒温度の単位時間当たりの下降量が比較的小さい場合には、高温型ＮＯｘ吸蔵材料から放出されたＮＯｘを低温型ＮＯｘ吸蔵材料によって吸蔵可能となり、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量は僅かであるかまたは殆ど無い。このため、このような状況が推定された場合には、触媒温度変化に起因するＮＯｘ還元実行条件は成立しない（ステップＳＴ７でＮＯ判定される）ことになる。
　また、触媒温度の単位時間当たりの下降量が同じであっても、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量は、それまでの高温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されているＮＯｘの量や、下降後の触媒温度に応じて変化する。つまり、高温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されているＮＯｘの量が多いほど、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量は多くなる。また、下降後の触媒温度が低いほど、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量は多くなる。このため、上記ＮＯｘ還元条件としては、高温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されているＮＯｘの量、下降後の触媒温度、および、触媒温度の単位時間当たりの下降量に応じて成立することになる。つまり、上記触媒温度変化に起因するＮＯｘ還元実行条件は、高温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態でＮＳＲ触媒５１の温度が下降する際に、その触媒温度が所定温度を下回り且つその温度下降勾配が所定値を超える場合に成立することになる。
　上記ＮＯｘ還元条件が成立しておらず、ステップＳＴ７でＮＯ判定された場合には、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量は僅かであるかまたは殆ど無いとして、ＮＯｘ還元処理を実施することなくリターンされる。
　一方、ＮＯｘ還元条件が成立し、ステップＳＴ７でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ８に移って、現在のエンジン１の運転状態がＮＯｘ還元処理が可能な状態（ポスト噴射の実行による空燃比の更なるリッチを許可できる運転状態）であるか否かを判定する。例えば、アクセル開度やエンジン回転速度等に基づいて求められるエンジン負荷が所定負荷よりも小さい場合にはＮＯｘ還元処理が可能であると判定する。
　ＮＯｘ還元処理が可能であり、ステップＳＴ８でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ９に移り、上述したインジェクタ２からのポスト噴射の実行によるＮＯｘ還元処理を実行する。
　このようにしてＮＯｘ還元処理が実行されることにより、排気中の酸素濃度が低減し、かつ還元成分（ＨＣ等）の量が増大される。これによりＮＳＲ触媒５１は、吸蔵していたＮＯｘを触媒上において還元して放出し、自身のＮＯｘ吸蔵能力を回復（再生）することになる。つまり、上記温度変化にともなってＮＳＲ触媒５１からＮＯｘが排出されてしまうといった状況を回避できる。
　ステップＳＴ１０では、ＮＯｘ還元処理終了条件が成立したか否かを判定する。このＮＯｘ還元処理終了条件としては、上記ＮＯｘ吸蔵量に起因するＮＯｘ還元実行条件が成立したことに起因してＮＯｘ還元処理が実行された場合には、現在、ＮＳＲ触媒５１に吸蔵されているＮＯｘの全量、または、略全量が排出された場合に、ＮＯｘ還元処理終了条件が成立することになる。
　一方、上記触媒温度変化に起因するＮＯｘ還元実行条件が成立したことに起因してＮＯｘ還元処理が実行された場合には、この触媒温度が急速に変化したことに起因してＮＳＲ触媒５１から排出されるＮＯｘの量（上記量ＮｃやＮｆ）を推定し、その推定された量のＮＯｘの還元を可能とする燃料の供給（還元剤の供給）が行われた時点でＮＯｘ還元処理終了条件が成立することになる。このＮＯｘ還元処理終了条件が成立する燃料の供給量は、予め実験またはシミュレーションに基づいて設定されている。
　そして、ＮＯｘ還元処理終了条件が成立するまで（ステップＳＴ１０でＹＥＳ判定されるまで）、ＮＯｘ還元処理が継続され、ＮＯｘ還元処理終了条件が成立するとリターンされる。
　一方、ＮＯｘ還元条件が成立した（ステップＳＴ７でＹＥＳ判定された）ものの、現在のエンジン１の運転状態がＮＯｘ還元処理が可能な状態ではなく、ステップＳＴ８でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ１１（図９）に移る。
　このステップＳＴ１１では、ＮＳＲ触媒５１の到達温度（触媒温度の変化により現在のエンジン運転状態において最終的に到達する温度）を推定する。このＮＳＲ触媒５１の到達温度の推定は、排気温センサ８４ａ，８４ｂによって検出された排気の温度、および、インジェクタ２からの燃料噴射量、燃料噴射タイミング等をパラメータとして、予めＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶された所定の演算式またはマップから推定される。
　その後、ステップＳＴ１２に移り、上記推定されたＮＳＲ触媒５１の到達温度に基づきＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量を推定する。上述した如く、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量は、ＮＯｘ吸蔵材料におけるＮＯｘ吸蔵量、変化後の触媒温度（ＮＳＲ触媒５１の到達温度）、および、触媒温度の単位時間当たりの変化量に応じて変化する。このため、これらパラメータにより、ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量を推定する。
　その後、ステップＳＴ１３に移り、この推定されたＮＯｘ排出量が所定量αを超えているか否かを判定する。この所定量αは、排出されたＮＯｘがＬＰＬ－ＥＧＲ機構７の低圧ＥＧＲ通路７１や吸気通路３に流れ込んだ場合に発生する酸性液体の濃度が所定値を越えるか否かを判定する閾値であって、例えば７０ｍｇに設定される。この値はこれに限定されるものではない。つまり、ＮＯｘ排出量が所定量αを超えた場合には、酸性液体の濃度が所定値を越えてしまい、低圧ＥＧＲクーラ７３やインタクーラ３２に対して悪影響を与えてしまう可能性のあるものである。図１１は、ＮＯｘ濃度と凝縮水のｐＨとの関係を示す図である。この図１１からも解るように、ＮＯｘ濃度が高いほど凝縮水のｐＨは低下し、酸性液体の濃度が高くなっていく。この場合、ＮＯｘ濃度が図中のＤａを超えると、凝縮水のｐＨは、低圧ＥＧＲクーラ７３やインタクーラ３２に対して悪影響を与える値Ｘ以下となる。上記所定量αは、この凝縮水のｐＨが、この値Ｘに達する値として予め実験またはシミュレーションに基づいて設定されている。
　上記推定されたＮＯｘ排出量が所定量α以下である場合には、排出されるＮＯｘは比較的少なく、そのＮＯｘがＬＰＬ－ＥＧＲ機構７の低圧ＥＧＲ通路７１や吸気通路３に流れ込んでも、低圧ＥＧＲクーラ７３やインタクーラ３２に対して悪影響は殆ど無いとして、低圧ＥＧＲバルブ７２の開度を維持して（低圧ＥＧＲバルブ７２の開度を制限することなく）ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７によるＥＧＲガスの還流を許可する。
　一方、上記推定されたＮＯｘ排出量が所定量αを超える場合には、ステップＳＴ１３でＹＥＳ判定され、低圧ＥＧＲクーラ７３やインタクーラ３２に対して悪影響を与えてしまう可能性があるとして、ステップＳＴ１４において、低圧ＥＧＲバルブ７２を全閉に設定し、ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７によるＥＧＲガスの還流を禁止する。
　図１２は、ＮＳＲ触媒５１の通過ガス量とＮＯｘ濃度との関係を示す図である。排出されるＮＯｘ量が所定量であったとしても、ＮＳＲ触媒５１を通過するガス量が多い場合にはＮＯｘ濃度は低くなる。つまり、同一ＮＯｘ排出量であっても、ＮＳＲ触媒５１の通過ガス量がＧＡであった場合（ＮＯｘ濃度はＮＡ）には、通過ガス量がＧＢであった場合（ＮＯｘ濃度はＮＢ）よりもＮＯｘ濃度は低くなる。このため、ＮＯｘ排出量とＮＳＲ触媒５１の通過ガス量とに基づきＮＯｘ濃度が所定値以下である場合には低圧ＥＧＲバルブ７２の開度の制限を行わず、ＮＯｘ濃度が所定値を超える場合には低圧ＥＧＲバルブ７２を全閉に設定して、ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７によるＥＧＲガスの還流を禁止するようにしている。なお、上記ＮＳＲ触媒５１を通過するガス量は、上記エアフローメータ８１によって検出される空気量、各ＥＧＲ機構６，７におけるＥＧＲガス還流量（上述した推定高圧ＥＧＲガス還流量および推定低圧ＥＧＲガス還流量）等をパラメータとして算出される。
　このようにしてＥＧＲガスの還流を禁止した状態でステップＳＴ１５に移り、上記ステップＳＴ６の場合と同様に、各ＮＯｘ吸蔵材料それぞれのＮＯｘ吸蔵積算値を算出し、ステップＳＴ１１に戻る。これにより、上記推定されるＮＯｘ放出量が所定量α以下になるまで、つまり、低圧ＥＧＲバルブ７２の開放が許可できる状態となるまで、ステップＳＴ１１～ステップＳＴ１５の動作を繰り返す。そして、上記推定されるＮＯｘ排出量が所定量α以下になり、ステップＳＴ１３でＮＯ判定された場合には、低圧ＥＧＲバルブ７２の開放を許可してリターンされる。以上の動作が繰り返して実行される。
　以上の如く、本実施形態では、触媒温度が急速に変化することにともなって低温型ＮＯｘ吸蔵材料または高温型ＮＯｘ吸蔵材料からＮＯｘが放出され、そのＮＯｘがＮＳＲ触媒５１から排出されてしまう状況が推定される場合には、ＮＯｘ還元処理を実行することで、ＮＳＲ触媒５１上でＮＯｘを還元するようにしている。このため、温度変化にともなうＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘ排出量を削減することができ、上記酸性液体の発生を防止して、低圧ＥＧＲクーラ７３やインタクーラ３２への悪影響を回避することができる。
　また、ＮＳＲ触媒５１からＮＯｘが排出されてしまう状況においてのみ上記ＮＯｘ還元処理を実行するようにしているので、無駄なＮＯｘ還元処理を防止することができ、燃料消費率の改善が図れ、且つ燃料によるオイル希釈（噴射燃料が筒内壁面に付着することによるエンジンオイルの希釈）を抑制することができる。
　また、ＮＯｘ還元処理が実施できない状況では、ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７による排気ガスの還流を非実施としている。これによっても、ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７や吸気通路３での酸性液体の発生を防止することができ、低圧ＥＧＲクーラ７３やインタクーラ３２への悪影響を回避することができる。
　（変形例）
　次に、変形例について説明する。この変形例は、上述した実施形態において、ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７によるＥＧＲガスの還流を禁止（低圧ＥＧＲバルブ７２を全閉）したことで、大気中へＮＯｘが排出されてしまった場合の制御に関する。
　具体的に、大気中へＮＯｘが排出されてしまった場合には、上記還元制御要求値を低く設定することでＮＯｘ還元処理の頻度を高くし、還元制御要求値の変更前（還元制御要求値が高い場合）に比べて大気中へのＮＯｘ排出量を少なくするようにしている。
　上記ＮＳＲ触媒５１におけるＮＯｘ吸蔵量が上記還元制御要求値に達するまでの期間中において、全てのＮＯｘをＮＳＲ触媒５１で吸蔵することはできず、僅かなＮＯｘ量が大気中に排出されている。そして、この大気中へのＮＯｘ排出量は、ＮＯｘ還元処理の頻度が低いほど多くなる。つまり、ＮＯｘ還元処理の頻度が高いほど大気中へのＮＯｘ排出量は少なくなる。
　このため、本変形例では、ＬＰＬ－ＥＧＲ機構７によるＥＧＲガスの還流を禁止したことで、大気中へＮＯｘが排出されてしまった場合には、還元制御要求値を低く設定することでＮＯｘ還元処理の頻度を高くし、これによって大気中へのＮＯｘ排出量を削減する（還元制御要求値が高く設定されていた場合に対して削減する）ようにしている。以下、具体的に説明する。
　上述した実施形態の如くＬＰＬ－ＥＧＲ機構７によるＥＧＲガスの還流を禁止した場合における大気中へのＮＯｘ排出量を算出しておき、その量に相当するＮＯｘ量が削減できるまで、上記還元制御要求値を低く設定してＮＯｘ還元処理の頻度を高くする。
　図１３は、低温型ＮＯｘ吸蔵材料における還元制御要求値を変更する場合におけるＮＳＲ触媒の温度とＮＯｘ吸蔵量との関係を示している。ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘが大気中に排出されない状況（上記ＥＧＲガスの還流を禁止していない状況）にあっては、還元制御要求値は、図中の破線で示すように比較的高い値に設定される。これに対し、ＥＧＲガスの還流を禁止したことに伴ってＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘが大気中に排出された場合には、還元制御要求値は、図中の実線で示すように比較的低い値に変更され、これによってＮＯｘ還元処理の頻度を高くする。
　同様に、図１４は、高温型ＮＯｘ吸蔵材料における還元制御要求値を変更する場合におけるＮＳＲ触媒の温度とＮＯｘ吸蔵量との関係を示している。ＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘが大気中に排出されない状況にあっては、還元制御要求値は、図中の破線で示すように比較的高い値に設定される。これに対し、ＥＧＲガスの還流を禁止したことに伴ってＮＳＲ触媒５１からのＮＯｘが大気中に排出された場合には、還元制御要求値は、図中の実線で示すように比較的低い値に変更され、これによってＮＯｘ還元処理の頻度を高くする。
　このようにしてＮＯｘ還元処理の頻度を高くすることにより、ＮＯｘ還元処理の頻度が低い場合に比べて、ＮＳＲ触媒５１から大気中へのＮＯｘ排出量を削減し、その削減したＮＯｘ量の総量が、上記ＥＧＲガスの還流を禁止したことに伴って大気中に排出されたＮＯｘ量に相当する量に達すると、還元制御要求値を元の値（図１３および図１４において破線で示す値）に復帰させる。
　これにより、ＥＧＲガスの還流を禁止したことに伴う環境への悪影響は相殺されることになる。
　なお、本変形例にあっては、上記低温型ＮＯｘ吸蔵材料における還元制御要求値および上記高温型ＮＯｘ吸蔵材料における還元制御要求値をともに変更するようにしてもよいし、触媒温度に応じて一方の還元制御要求値のみを変更するようにしてもよい。つまり、触媒温度が比較的低く（例えば３００℃未満である場合）低温型ＮＯｘ吸蔵材料の性能が高い状況である場合には、この低温型ＮＯｘ吸蔵材料における還元制御要求値のみを変更する一方、触媒温度が比較的高く（例えば３００℃以上である場合）高温型ＮＯｘ吸蔵材料の性能が高い状況である場合には、この高温型ＮＯｘ吸蔵材料における還元制御要求値のみを変更するものである。
　図１５は、還元制御要求値を補正する前（図１３および図１４において破線で示す還元制御要求値とした場合）の単位走行距離当たりにおける大気中へのＮＯｘ排出量、および、還元制御要求値を補正した後（図１３および図１４において実線で示す還元制御要求値とした場合）の単位走行距離当たりにおける大気中へのＮＯｘ排出量である。このように、還元制御要求値を補正することにより大気中へのＮＯｘ排出量が削減されることになる（単位走行距離当たりの削減量を図中のＹで示す）。つまり、この単位走行距離当たりの削減量Ｙを積算していき、その削減総量が、上記ＥＧＲガスの還流を禁止したことに伴って大気中に排出されたＮＯｘ量に一致した時点で、還元制御要求値を元の値に復帰させるようにする。
　より具体的には、上記ＥＧＲガスの還流を禁止したことに伴って大気中に排出されたＮＯｘ量をＺ（ｇ）とし、還元制御要求値を補正したことによる単位走行距離当たりの削減量をＹ（ｇ／ｋｍ）とした場合、Ｚ／Ｙ（ｋｍ）を走行した時点で、還元制御要求値を元の値に復帰させるようにする。
　－他の実施形態－
　以上説明した実施形態および変形例は、自動車に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。
　また、上記実施形態および変形例では、２つのＥＧＲ機構６，７を備えたエンジン１に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、１つのＥＧＲ機構（ＬＰＬ－ＥＧＲ機構のみ）を備えたエンジンや３つ以上のＥＧＲ機構を備えたエンジンに対しても適用が可能である。
　また、上記実施形態および変形例では、温度特性の異なる２種類のＮＯｘ吸蔵材料がＮＳＲ触媒５１に担持された場合について説明した。本発明は、温度特性の異なる３種類以上のＮＯｘ吸蔵材料がＮＳＲ触媒５１に担持された場合にも適用が可能である。この場合、それぞれのＮＯｘ吸蔵材料に対して、触媒温度の変化に応じたＮＯｘ放出量を算出することになる。
　また、上記実施形態および変形例では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としてＮＳＲ触媒５１を適用したが、本発明はこれに限らず、ＤＰＮＲ触媒を適用してもよい。
　また、上記実施形態および変形例では、ＮＯｘ還元処理として、インジェクタ２からのポスト噴射を実行するようにしたが、排気系に燃料添加弁を備えさせ、この燃料添加弁からの燃料添加によってＮＯｘ還元処理を実行するようにしてもよい。
　本発明は、ＮＳＲ触媒下流側から吸気系にＥＧＲガスを還流させるＬＰＬ－ＥＧＲ機構を備えたディーゼルエンジンの制御に適用可能である。
１　　　　　　　エンジン（内燃機関）
２　　　　　　　インジェクタ
３　　　　　　　吸気通路（吸気系）
３２　　　　　　インタクーラ
５　　　　　　　排気通路（排気系）
５１　　　　　　ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）
７　　　　　　　ＬＰＬ－ＥＧＲ機構
７１　　　　　　低圧ＥＧＲ通路
７２　　　　　　低圧ＥＧＲバルブ
７３　　　　　　低圧ＥＧＲクーラ
１０　　　　　　ＥＣＵ
８４ａ，８４ｂ　排気温センサ

Claims (7)

  1. 　温度に応じたＮＯｘ吸蔵特性が互いに異なる複数のＮＯｘ吸蔵材料を有するＮＯｘ吸蔵還元型触媒が排気系に備えられ、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒が吸蔵したＮＯｘを還元するためのＮＯｘ還元処理が可能な内燃機関の制御装置において、
    　上記複数のＮＯｘ吸蔵材料として、ＮＯｘ吸蔵性能が最も高くなる触媒温度域が、他のＮＯｘ吸蔵材料よりも高温側である高温型ＮＯｘ吸蔵材料と、ＮＯｘ吸蔵性能が最も高くなる触媒温度域が、他のＮＯｘ吸蔵材料よりも低温側である低温型ＮＯｘ吸蔵材料とを少なくとも備えており、
    　上記低温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態で上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が上昇する際、その触媒温度が所定温度を超え且つその温度上昇勾配が所定値を超える場合に、上記ＮＯｘ還元処理を実行する構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 　温度に応じたＮＯｘ吸蔵特性が互いに異なる複数のＮＯｘ吸蔵材料を有するＮＯｘ吸蔵還元型触媒が排気系に備えられ、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒が吸蔵したＮＯｘを還元するためのＮＯｘ還元処理が可能な内燃機関の制御装置において、
    　上記複数のＮＯｘ吸蔵材料として、ＮＯｘ吸蔵性能が最も高くなる触媒温度域が、他のＮＯｘ吸蔵材料よりも高温側である高温型ＮＯｘ吸蔵材料と、ＮＯｘ吸蔵性能が最も高くなる触媒温度域が、他のＮＯｘ吸蔵材料よりも低温側である低温型ＮＯｘ吸蔵材料とを少なくとも備えており、
    　上記高温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態で上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が下降する際、その触媒温度が所定温度を下回り且つその温度下降勾配が所定値を超える場合に、上記ＮＯｘ還元処理を実行する構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  3. 　請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
    　上記内燃機関には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過した排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ機構が設けられており、
    　上記低温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態で上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が上昇する際、その触媒温度が所定温度を超え且つその温度上昇勾配が所定値を超える場合において、上記ＮＯｘ還元処理が実行できない内燃機関運転状態である場合には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＮＯｘ排出量が所定量を超えていることを条件として上記ＥＧＲ機構による排気ガスの還流を非実施とする構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  4. 　請求項２記載の内燃機関の制御装置において、
    　上記内燃機関には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過した排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ機構が設けられており、
    　上記高温型ＮＯｘ吸蔵材料にＮＯｘが吸蔵されている状態で上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が下降する際、その触媒温度が所定温度を下回り且つその温度下降勾配が所定値を超える場合において、上記ＮＯｘ還元処理が実行できない内燃機関運転状態である場合には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＮＯｘ排出量が所定量を超えていることを条件として上記ＥＧＲ機構による排気ガスの還流を非実施とする構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  5. 　請求項３記載の内燃機関の制御装置において、
    　上記低温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されているＮＯｘの量が所定の閾値に達した際に上記ＮＯｘ還元処理を実行するようになっており、
    　上記ＥＧＲ機構による排気ガスの還流を非実施とした場合に排気系から排出されるＮＯｘの量が所定量以上であった場合には、上記閾値を小さい側に変更する構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  6. 　請求項４記載の内燃機関の制御装置において、
    　上記高温型ＮＯｘ吸蔵材料に吸蔵されているＮＯｘの量が所定の閾値に達した際に上記ＮＯｘ還元処理を実行するようになっており、
    　上記ＥＧＲ機構による排気ガスの還流を非実施とした場合に排気系から排出されるＮＯｘの量が所定量以上であった場合には、上記閾値を小さい側に変更する構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  7. 　請求項５または６記載の内燃機関の制御装置において、
    　上記閾値を小さい側に変更したことに起因するＮＯｘ吸蔵還元型触媒からのＮＯｘ排出量の削減量が、上記ＥＧＲ機構による排気ガスの還流を非実施としたことに起因する排気系からのＮＯｘ排出量に略一致した時点で、上記閾値を元の値に復帰させる構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
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