JP2017040165A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気通路にＮＯｘ浄化触媒および排気浄化フィルタが配設された内燃機関に適用され、ＤＰＦ再生処理、ＮＯｘ浄化処理等の各処理を効果的に行うことが可能な制御装置を提供する。【解決手段】ＤＰＦの再生要求時、ＮＳＲ触媒の端面詰まり率が所定値Ａ以上である場合には、インジェクタからのアフタ噴射量によりＮＳＲ触媒の入口温度を高く設定し且つ燃料添加弁からの燃料添加量を減量する（ＳＴ４）。これにより、ＮＳＲ触媒の端面詰まり解消処理とＤＰＦ再生制御とを並行させる。ＤＰＦの再生要求時、ＮＳＲ触媒の端面詰まり率が所定値Ａ未満である場合には、インジェクタからのアフタ噴射量を減量してＮＳＲ触媒の入口温度を低く設定し且つ燃料添加弁からの燃料添加量を増量する（ＳＴ３）。これにより、Ｄｉ−ＡｉｒによるＮＯｘ浄化とＤＰＦ再生制御とを並行させる。【選択図】図３

Description

本発明は内燃機関の制御装置に係る。特に、本発明は、排気通路にＮＯｘ浄化触媒および排気浄化フィルタが配設された内燃機関に適用される制御装置に関する。

従来、例えば自動車等に搭載されるディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという場合もある）の排気通路に、ＮＯｘ浄化触媒（例えばＮＳＲ（NOx Storage Reduction）触媒）、および、排気浄化フィルタ（例えばＤＰＦ（Diesel Particulate Filter））が配設された構成が知られている（例えば特許文献１を参照）。ＮＯｘ浄化触媒は、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵する。排気浄化フィルタは、排気ガス中のＰＭ（Particulate Matter）を捕集する。

この種のエンジンでは、ＮＯｘ浄化触媒および排気浄化フィルタの上流側に燃料添加弁が設けられ、この燃料添加弁により燃料が添加可能となっている。ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量に達すると、燃料添加弁から添加された燃料によって、このＮＯｘ浄化触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元処理する（ＮＯｘ浄化処理）。また、ＮＯｘ浄化触媒に硫黄成分（ＳＯｘ）が吸着しＳ被毒が生じた場合には、燃料添加弁からの間欠的な燃料添加によるリッチスパイクを行って、硫黄成分を除去し、ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる（Ｓ再生処理）。また、排気浄化フィルタのＰＭ堆積量が所定量に達すると、燃料添加弁から添加された燃料の酸化反応によってフィルタ内温度を高温化する。これにより、排気浄化フィルタに堆積しているＰＭを酸化（燃焼）させて除去する（フィルタ再生処理）。

特開２００６−２９１８２３号公報

ところで、ＮＯｘ浄化触媒の端面にデポジット等が付着して端面詰まりが生じた場合、このＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ吸蔵能力が低下してしまうことになる。このため、このＮＯｘ浄化触媒の端面詰まりを解消する処理が求められている。

しかしながら、前記フィルタ再生処理および前記Ｓ再生処理の少なくとも一方が要求されている場合に、この要求を満たしながらもＮＯｘ浄化処理または端面詰まり解消処理を効果的に行うといった技術については未だ提案されていない。

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、排気通路にＮＯｘ浄化触媒および排気浄化フィルタが配設された内燃機関に適用され、前記各処理のうちの複数を効果的に行うことが可能な制御装置を提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、排気通路における排気ガス流れ方向の上流側から下流側に亘ってＮＯｘ浄化触媒および排気浄化フィルタが順に配設されていると共に、前記排気通路に設けられて前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側から燃料を供給する燃料添加弁と、内燃機関の燃焼室内に燃料を供給する燃料噴射弁とを備えた内燃機関に適用され、前記燃料添加弁からの燃料の供給および前記燃料噴射弁からの燃料の供給それぞれを制御する制御装置を対象とする。この制御装置に対し、端面詰まり認識部および制御部を備えさせる。端面詰まり認識部は、前記ＮＯｘ浄化触媒の排気ガス流入側の端面詰まり度合いを推定または検出する。制御部は、前記排気浄化フィルタの再生要求および前記ＮＯｘ浄化触媒の再生要求の少なくとも一方が生じているとき、前記端面詰まり認識部によって推定または検出された前記ＮＯｘ浄化触媒の端面詰まり度合いが所定値以上である場合には、その端面詰まり度合いが前記所定値未満である場合に比べて、前記燃料噴射弁から供給される燃料によって調整される前記ＮＯｘ浄化触媒の入口温度を高く設定し且つ前記燃料添加弁からの燃料の供給量を少なく設定する。

この特定事項により、排気浄化フィルタの再生要求およびＮＯｘ浄化触媒の再生要求の少なくとも一方が生じているとき、端面詰まり認識部によって推定または検出されたＮＯｘ浄化触媒の端面詰まり度合いが所定値以上である場合には、燃料噴射弁から供給される燃料によって調整されるＮＯｘ浄化触媒の入口温度は高く設定され（端面詰まり度合いが所定値未満である場合に比べて高く設定され）、且つ燃料添加弁からの燃料の供給量は少なく設定される（端面詰まり度合いが所定値未満である場合に比べて少なく設定される）。これにより、ＮＯｘ浄化触媒の端面詰まり（ＮＯｘ浄化触媒の入口部分での端面詰まり）の原因となっている物質（デポジット等）を酸化除去することができる。また、ＮＯｘ浄化触媒の入口温度は高く設定されているので、燃料添加弁からの燃料の供給量を少なく設定していても、ＮＯｘ浄化触媒の内部温度や排気浄化フィルタに導入される排気ガス温度を高くでき、ＮＯｘ浄化触媒の再生要求時にあってはＮＯｘ浄化触媒の再生が可能となり、排気浄化フィルタの再生要求時にあっては排気浄化フィルタの再生が可能となる。このように、ＮＯｘ浄化触媒の端面詰まり度合いが所定値以上である場合にあっては、ＮＯｘ浄化触媒の入口温度を高く設定し且つ燃料添加弁からの燃料の供給量を少なく設定することで、ＮＯｘ浄化触媒に対する端面詰まり解消処理と、ＮＯｘ浄化触媒の再生処理および排気浄化フィルタの再生処理の少なくとも一方とを効率良く並行させることができる。

一方、排気浄化フィルタの再生要求およびＮＯｘ浄化触媒の再生要求の少なくとも一方が生じているとき、端面詰まり認識部によって推定または検出されたＮＯｘ浄化触媒の端面詰まり度合いが所定値未満である場合には、燃料噴射弁から供給される燃料によって調整されるＮＯｘ浄化触媒の入口温度は低く設定され（端面詰まり度合いが所定値以上である場合に比べて低く設定され）、且つ燃料添加弁からの燃料の供給量は多く設定される（端面詰まり度合いが所定値以上である場合に比べて多く設定される）。これにより、ＮＯｘ浄化触媒に流れ込む排気ガス温度はＮＯｘ浄化処理（ＮＯｘ浄化触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する処理）に適した温度に調整することができる。また、燃料添加弁からの燃料の供給量を多く設定していることで、ＮＯｘ浄化触媒内部での燃料の酸化反応（燃焼）に起因して、ＮＯｘ浄化触媒の内部温度や排気浄化フィルタに導入される排気ガス温度が高くなり、ＮＯｘ浄化触媒の再生要求時にあってはＮＯｘ浄化触媒の再生が可能となり、排気浄化フィルタの再生要求時にあっては排気浄化フィルタの再生が可能となる。このように、ＮＯｘ浄化触媒の端面詰まり度合いが所定値未満である場合にあっては、ＮＯｘ浄化触媒の入口温度を低く設定し且つ燃料添加弁からの燃料の供給量を多く設定することで、ＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘ浄化処理と、ＮＯｘ浄化触媒の再生処理および排気浄化フィルタの再生処理の少なくとも一方とを効率良く並行させることができる。

また、前記燃料噴射弁が、内燃機関の膨張行程から排気行程に亘る期間における燃料噴射時期および燃料噴射量を調整することによって前記ＮＯｘ浄化触媒の入口温度を調整可能とすることが好ましい。

これによれば、ＮＯｘ浄化触媒の入口温度の調整を、燃料添加弁からの燃料の供給動作から独立して行われる燃料噴射弁の燃料噴射制御によって行うことができる。つまり、燃料噴射弁からの燃料噴射時期および燃料噴射量を調整することによってＮＯｘ浄化触媒の入口温度を高い精度で調整することができる。このため、ＮＯｘ浄化触媒の端面詰まりを解消する処理を行う際のＮＯｘ浄化触媒の入口温度、および、ＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘ浄化処理を行う際のＮＯｘ浄化触媒の入口温度それぞれを、その処理に適した温度に調整することができ、効率良く処理（端面詰まりを解消する処理またはＮＯｘ浄化処理）を行うことができる。

また、前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側において前記排気通路は第１排気通路と第２排気通路とに分岐されており、前記第１排気通路には第１過給機のタービンホイールが、前記第２排気通路には前記第１過給機よりも体格が大きく構成された第２過給機のタービンホイールがそれぞれ配設されている。また、前記排気通路には、前記第１排気通路を流れる排気ガスの流量と前記第２排気通路を流れる排気ガスの流量との比率を調整可能な流量調整手段が設けられている。この場合に、前記制御部は、内燃機関の負荷が所定値以下である際における前記排気浄化フィルタの再生要求および前記ＮＯｘ浄化触媒の再生要求の少なくとも一方が生じているとき、前記端面詰まり認識部によって推定または検出された前記ＮＯｘ浄化触媒の端面詰まり度合いが所定値以上である場合には、その端面詰まり度合いが前記所定値未満である場合に比べて、前記第１排気通路を流れる排気ガスの流量に対する前記第２排気通路を流れる排気ガスの流量の比率を大きくするように前記流量調整手段を制御する構成となっていることが好ましい。

これによれば、内燃機関の負荷が所定値以下である際における排気浄化フィルタの再生要求およびＮＯｘ浄化触媒の再生要求の少なくとも一方が生じているとき、ＮＯｘ浄化触媒の端面詰まり度合いが所定値以上である場合には、第２排気通路を流れる排気ガスの流量の比率を大きく設定する（端面詰まり度合いが所定値未満である場合に比べて大きく設定する）。この場合、内燃機関の負荷が所定値以下であることから、体格が大きく構成された第２過給機の仕事量は少なく（タービンホイールが回転し難いため仕事量は少なく）、この第２過給機のタービンホイールでの熱回収量は少ない。また、第１排気通路を流れる排気ガスの流量は少なくなっているので第１過給機のタービンホイールでの熱回収量も少なくなっている。つまり、過給機全体としての熱回収量を少なく抑えることができる。その結果、ＮＯｘ浄化触媒の入口に流れ込む排気ガスの温度を高くすることができ、ＮＯｘ浄化触媒の端面詰まりの原因となっている物質を効果的に酸化除去することができる。このため、前記端面詰まりを効果的に解消することができる。

また、前記制御部は、前記排気浄化フィルタの再生要求および前記ＮＯｘ浄化触媒の再生要求の少なくとも一方が生じているとき、前記端面詰まり認識部によって推定または検出された前記ＮＯｘ浄化触媒の端面詰まり度合いが前記所定値未満である場合には、前記燃料添加弁からの前記燃料の供給動作として、数秒毎に前記燃料を間欠的に添加するようになっていることが好ましい。

この燃料添加弁からの燃料の供給動作によれば、ＮＯｘ浄化触媒に流入する燃料の濃度を高くすることにより還元性中間体が生成され、その後、ＮＯｘ浄化触媒に流入する燃料の濃度を低くして酸素濃度を高くすることにより活性ＮＯｘが還元性中間体と反応し、ＮＯｘが浄化されるものとなる。このＮＯｘ浄化処理のための燃料の添加制御はＤｉ−Ａｉｒ（Diesel NOx Aftertreatment by Adsorbed Intermediate Reductants）制御と呼ばれるものであって、ＮＯｘ浄化処理が可能な温度帯を高温域まで拡大することができ、効果的なＮＯｘ浄化処理を可能とするものである。

本発明では、排気浄化フィルタの再生要求およびＮＯｘ浄化触媒の再生要求の少なくとも一方が生じているとき、ＮＯｘ浄化触媒の端面詰まり度合いに応じてＮＯｘ浄化触媒の入口温度および燃料添加弁からの燃料の供給量を設定するようにしている。これにより、ＮＯｘ浄化触媒および排気浄化フィルタに対する複数の処理を効率良く並行させることが可能になる。

実施形態に係るディーゼルエンジンおよびその制御系統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。 排気浄化処理切替制御の手順を示すフローチャート図である。 触媒入口ガス温度とＮＯｘ浄化率との関係の一例を示す図である。 触媒入口ガス温度と昇温噴射量との関係を示す噴射量設定マップを示す図である。 第１の処理並行制御および第２の処理並行制御それぞれにおけるＮＳＲ触媒およびＤＰＦそれぞれの温度を示す図である。 変形例におけるエンジンの排気系の概略構成を示す図である。 変形例における基本過給マップを示す図である。 変形例における端面詰まり解消処理過給マップを示す図である。 変形例におけるＤｉ−Ａｉｒ過給マップを示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、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（内燃機関）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−
まず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１およびその制御系統の概略構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を備えている。

燃料供給系２は、コモンレール２２と、各気筒毎に配設されて燃焼室３に燃料を供給するインジェクタ（燃料噴射弁）２３とを備えている。前記コモンレール２２には、燃料タンク（図示省略）から汲み上げられてサプライポンプ２１（図２参照）によって昇圧された燃料が供給される。この燃料は各インジェクタ２３に分配される。インジェクタ２３は例えばピエゾインジェクタである。

前記サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、燃料添加弁２６に供給する。この燃料添加弁２６は、ＥＣＵ１００による燃料添加制御により、必要に応じて排気系７へ燃料を添加する電子制御式の開閉弁により構成されている。

吸気系６は、吸気マニホールド６３に連通する吸気通路６４を備えている。この吸気通路６４には、吸気流れ方向の上流側から下流側に亘って、エアクリーナ６５、後述するターボチャージャ５のコンプレッサインペラ５３、インタークーラ６１、吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）６２が順に配設されている。

排気系７は、排気マニホールド７２に連通する排気通路７３を備えている。この排気通路７３には、排気ガス流れ方向の上流側から下流側に亘って、ターボチャージャ５のタービンホイール５２、前記燃料添加弁２６、ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ浄化触媒）７４、ＤＰＦ（排気浄化フィルタ）７６が順に配設されている。このため、前記燃料添加弁２６から添加される燃料は、ＮＳＲ触媒７４の上流側から、このＮＳＲ触媒７４およびＤＰＦ７６に向けて供給されることになる。

ＮＳＲ触媒７４は、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がリーンな状態で排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵材により吸蔵する一方、排気ガスの空燃比がリッチ化すると、ＮＯｘ吸蔵材から放出されるＮＯｘを排気ガス中の水素（Ｈ₂）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等の還元剤成分と反応させる。すなわち、ＮＯｘは還元されて窒素Ｎ₂になり、Ｈ₂、ＣＯ、ＨＣは酸化されて水（Ｈ₂Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ₂）になる。本実施形態では、このような排気ガスの空燃比の調整を、前記燃料添加弁２６の燃料添加制御によって行うようになっている。

ＤＰＦ７６は、多孔質セラミックス構造体において、多数のセルのうち隣り合うものの前端部と後端部とを交互に目封じした構造である。排気ガスは、ＤＰＦ７６の排気上流側の端部が開放したセルに流入し、隣のセルとの間の多孔質の壁を通過するようになっており、このときに排気ガス中のＰＭが捕集される。また、本実施形態のＤＰＦ７６には白金等の貴金属が担持されており、後述するＤＰＦ再生処理（フィルタ再生処理）の際には、この貴金属が、堆積したＰＭの酸化反応を促進する酸化触媒として機能する。

エンジン１には、ターボチャージャ（過給機）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１によって連結されたタービンホイール５２およびコンプレッサインペラ５３を備えている。このターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサインペラ５３を回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行う。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。図２に示すように、ＥＣＵ１００の入力回路には、クランクポジションセンサ４０、レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、ＮＳＲ触媒７４の上流側（燃料添加弁２６の下流側）に設けられたＡ／Ｆセンサ４４、同じくＮＳＲ触媒７４の上流側（燃料添加弁２６の下流側）に設けられた排気温センサ４５、水温センサ４６、アクセル開度センサ４７、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９、ＤＰＦ７６の上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサ４Ａなどが接続されている。

一方、ＥＣＵ１００の出力回路には、前記サプライポンプ２１、インジェクタ２３、燃料添加弁２６、吸気絞り弁６２が接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、前記各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値に基づき、必要に応じて前記ＲＯＭに記憶された各種マップを参照して、エンジン１の各種制御を実行する。一例としてＥＣＵ１００は、インジェクタ２３による燃料噴射制御（パイロット噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射それぞれの噴射量・噴射時期の制御）、燃料添加弁２６の燃料添加制御等を含むエンジン１の各種制御を実行する。

−排気浄化処理−
次に、本実施形態において、ＮＳＲ触媒７４およびＤＰＦ７６に対して行われる処理である、ＮＯｘ浄化処理、Ｓ再生処理、ＤＰＦ再生処理、および、端面詰まり解消処理それぞれの基本動作の概略について個別に説明する。なお、本実施形態は、これら処理のうちの複数を並行することに特徴があるが、この複数の処理を並行する場合の実行タイミング、および、その制御については後述する。

（ＮＯｘ浄化処理）
ディーゼルエンジン１においては、大部分の運転領域で排気ガスの空燃比はリーンとなり、通常の運転状態ではＮＳＲ触媒７４の周囲雰囲気は酸素濃度が高い状態になって、排気ガス中のＮＯｘがＮＳＲ触媒７４に吸蔵される。そして、ＮＳＲ触媒７４の周囲雰囲気が低酸素濃度となる状況は非常に少ないため、ＮＯｘの吸蔵量は徐々に増大し、これに連れてＮＳＲ触媒７４のＮＯｘ吸蔵能力が低下していく。

ＮＯｘ浄化処理は、前記燃料添加弁２６からの燃料添加によって排気ガス中に燃料を供給することにより、その空燃比（Ａ／Ｆ）を一時的にリッチ化させて、還元剤成分（ＨＣ等）の量を増大させることにより行われる。これにより、ＮＳＲ触媒７４の周囲が還元雰囲気になって、吸蔵されているＮＯｘが放出され、還元浄化されることで、ＮＳＲ触媒７４のＮＯｘ吸蔵能力が回復する。

本実施形態におけるＮＯｘ浄化処理では、燃料添加弁２６からの燃料添加を数秒毎に間欠的に実行するようになっている。この燃料添加動作は、Ｄｉ−Ａｉｒ制御と呼ばれるものである。このＤｉ−Ａｉｒ制御は、例えば国際公開ＷＯ２０１２／１４０７８４号公報にも開示されているように、燃料添加弁２６からの燃料添加を数秒毎に間欠的に実行し、ＮＳＲ触媒７４に流入する炭化水素の濃度を一時的に高くすることにより還元性中間体を生成させ、その後、ＮＳＲ触媒７４に流入する炭化水素の濃度を低くして酸素濃度を高くすることにより活性ＮＯｘと還元性中間体とを反応させて、ＮＯｘを浄化するものである。このＤｉ−Ａｉｒ制御によれば、ＮＯｘ浄化処理が可能な温度帯を高温域（例えば４５０℃）まで拡大することができ、効果的なＮＯｘ浄化処理が可能となる。

このＮＯｘ浄化処理は、基本的には、エンジン運転状態などに基づいて推定されるＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値（ＮＳＲ触媒７４のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前の所定値）に達した場合（ＮＯｘ浄化処理要求が生じた場合）に実行される。ＮＳＲ触媒７４におけるＮＯｘ吸蔵量を推定する手法としては、エンジン回転速度とインジェクタ２３からの燃料噴射量とに応じたＮＯｘ吸蔵量を予め実験等により求めてマップ化してＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶しておき、このマップにより求められるＮＯｘ吸蔵量を積算することでＮＳＲ触媒７４におけるＮＯｘ吸蔵量を推定するようにしている。また、燃料添加弁２６からの燃料添加量に応じたＮＯｘ吸蔵量を予め実験等により求めてマップ化してＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶しておき、このマップにより求められるＮＯｘ吸蔵量の積算値と、前記エンジン回転速度とインジェクタ２３からの燃料噴射量とに応じて求められているＮＯｘ吸蔵量の積算値との和を、ＮＳＲ触媒７４におけるＮＯｘ吸蔵量として推定するようにしてもよい。

本実施形態では、後述するように、ＮＯｘ浄化処理要求が生じていない場合に、端面詰まり解消処理やＳ再生処理が行われる場合がある。この場合、これらの処理（端面詰まり解消処理やＳ再生処理）によってＮＳＲ触媒７４から放出されるＮＯｘ量を減算して（例えば、予め作成されたＮＯｘ量減算マップによって求められるＮＯｘ量を減算して）ＮＳＲ触媒７４におけるＮＯｘ吸蔵量を推定するようにしている。

（Ｓ再生処理）
ＮＳＲ触媒７４では、ＮＯｘを吸蔵するのと同様のメカニズムで硫黄成分（ＳＯｘ）の吸着が生じている。一旦、吸着されたＳＯｘはＮＯｘよりも離脱し難いので、前記ＮＯｘ浄化処理が行われてもＳＯｘは離脱せずに、次第にＮＳＲ触媒７４内に蓄積されていき、これによりＮＳＲ触媒７４のＮＯｘ吸蔵能力が低下していく（Ｓ被毒）。なお、ＮＳＲ触媒７４内におけるＳＯｘの蓄積量の推定は、基本的には、前回のＳ再生処理の終了時点からのインジェクタ２３の総燃料噴射量と燃料中における硫黄濃度とに基づいて行われる。

前記Ｓ被毒を解消する方法としては、ＳＯｘの蓄積量が所定量に達してＳ再生処理の要求が生じた場合に、燃料添加弁２６から間欠的な燃料添加を行い、リッチスパイクを行って、ＮＳＲ触媒７４の雰囲気温度をおよそ６００〜７００℃の高温域まで昇温させる。これにより、ＮＳＲ触媒７４に吸着されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）を熱分解して、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させ、気体状のＳＯ₂等に還元して、ＮＳＲ触媒７４のＮＯｘ吸蔵能力の回復を図る。

（ＤＰＦ再生処理）
ディーゼルエンジン１においては、排気ガス中に含まれるＰＭをＤＰＦ７６によって捕集するが、こうして捕集されたＰＭはＤＰＦ７６のセルの壁面に堆積して排気ガスの流れの妨げとなり、徐々に通気抵抗が大きくなってゆく。

ＤＰＦ再生処理（ＰＭ再生処理）は、前記燃料添加弁２６からの燃料添加によって排気ガス中に燃料を供給することにより、ＤＰＦ７６に堆積したＰＭを燃焼除去するものである。すなわち、燃料添加弁２６から添加された燃料は排気ガスとともにＮＳＲ触媒７４に達して酸化され、この酸化反応に伴う発熱で排気ガス温度が上昇し、ＤＰＦ７６の温度が上昇する。ＤＰＦ７６の温度がＰＭの燃焼を可能にする温度（例えば６００℃以上）まで昇温すれば、ＤＰＦ７６に堆積したＰＭが燃焼を始め、この燃焼に伴う発熱でＤＰＦ７６の温度は更に上昇する。このような状態を所定時間維持することにより、堆積したＰＭは除去され、ＤＰＦ７６のＰＭ捕集能力が回復する。

このＤＰＦ再生処理は、基本的には、ＤＰＦ７６のＰＭ堆積量が所定値に達したことが推定された場合（ＤＰＦ再生処理要求が生じた場合）に実行される。つまり、前記差圧センサ４Ａの出力信号（差圧）とＰＭの堆積量との関係をマップ化してＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶しておき、このマップによりＰＭの堆積量を求め、この堆積量が所定値に達した場合にＤＰＦ再生処理は実行される。

本実施形態では、後述するように、ＰＭ再生処理要求が生じていない場合に、端面詰まり解消処理やＳ再生処理が行われる場合がある。この場合、これらの処理（端面詰まり解消処理やＳ再生処理）によってＤＰＦ７６から除去されるＰＭ量を減算して（例えば、予め作成されたＰＭ量減算マップによって求められるＰＭ量を減算して）ＤＰＦ７６におけるＰＭ堆積量を推定するようにしている。

（端面詰まり解消処理）
排気温度が比較的低い状況（例えば３５０℃以下）でエンジン１の運転が継続されると、排気ガス中の煤とＨＣとが結合することによるデポジットが生成され、このデポジットがＮＳＲ触媒７４に堆積することになる。また、前記ＰＭもＮＳＲ触媒７４に堆積する場合がある。この際、デポジットやＰＭはＮＳＲ触媒７４の排気ガス流入側（排気流れ方向の上流側）の端面部分に集中して堆積し、この端面に詰まりを生じさせることになる。このようにＮＳＲ触媒７４の端面に詰まりが生じてしまうと、ＮＳＲ触媒７４内においてＮＯｘを吸蔵できる領域が制限され、ＮＯｘ吸蔵可能量が低下してしまうことになる。

端面詰まり解消処理は、ＮＳＲ触媒７４の端面詰まり率が所定値以上となった場合（端面詰まり解消処理要求が生じた場合）に実行される。具体的には、前記インジェクタ２３からアフタ噴射（エンジン１の膨張行程から排気行程に亘る期間における燃料噴射）を行うことにより、ＮＳＲ触媒７４の上流側の排気ガス温度を上昇させ、この高温の排気ガスをＮＳＲ触媒７４に流入させることによって、この端面詰まりの原因となっているデポジットやＰＭを酸化除去するものである。より具体的には、インジェクタ２３からアフタ噴射を行いながら、前記排気温センサ４５によって、ＮＳＲ触媒７４に流入される排気ガス温度（入口ガス温度）を検出し、この排気ガス温度が端面詰まり解消処理に必要な温度（例えば５００℃）に達するように、アフタ噴射の噴射量および噴射タイミングをフィードバック制御するようにしている。また、アフタ噴射の噴射量および噴射タイミングと、ＮＳＲ触媒７４に流入される排気ガス温度との関係を実験またはシミュレーションよって求めてマップ化してＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶しておき、このマップにより求められる噴射量および噴射タイミングでアフタ噴射を実行するようにしてもよい。このようにしてＮＳＲ触媒７４の上流側の排気ガス温度を調整して端面詰まり解消処理を行うようになっているため、前記インジェクタ２３が、本発明でいう燃料噴射弁（ＮＳＲ触媒７４（ＮＯｘ浄化触媒）の入口温度を調整するための燃料を供給する手段）を構成している。

なお、ＮＳＲ触媒７４における端面詰まり率を推定する手法としては、エンジン回転速度とインジェクタ２３からの燃料噴射量と排気ガス温度とをパラメータとしたデポジット堆積量マップを実験またはシミュレーションによって作成して前記ＥＣＵ１００のＲＯＭに格納しておく。そして、このデポジット堆積量マップに基づいてデポジット堆積量を求める。また、このデポジット堆積量からＮＳＲ触媒７４における端面詰まり率を求める端面詰まり率マップを実験またはシミュレーションによって作成して前記ＥＣＵ１００のＲＯＭに格納しておく。そして、この端面詰まり率マップからＮＳＲ触媒７４の端面詰まり率を求める。この端面詰まり率を求める動作は前記ＥＣＵ１００において行われる。このため、このＥＣＵ１００における端面詰まり率を求める機能部分が本発明でいう端面詰まり認識部（ＮＳＲ触媒７４の端面詰まり度合いを推定する端面詰まり認識部）に相当することになる。また、この端面詰まり認識部としては、ＮＳＲ触媒７４の上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサを設けておき、この差圧センサの出力信号（差圧）と端面詰まり率との関係をマップ化してＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶しておき、このマップによりＮＳＲ触媒７４の端面詰まり率を求めるようにしてもよい（本発明でいう端面詰まり度合いの検出）。

本実施形態では、後述するように、端面詰まり解消処理要求が生じていない場合に、Ｓ再生処理やＤＰＦ再生処理が行われる場合がある。この場合、これらの処理（Ｓ再生処理やＤＰＦ再生処理）によってＮＳＲ触媒７４の端面から除去されるデポジット量を減算して（例えば、予め作成されたデポジット量減算マップによって求められるデポジット量を減算して）ＮＳＲ触媒７４における端面詰まり率を推定するようにしている。

−排気浄化処理切替動作−
次に、本実施形態の特徴である排気浄化処理切替動作について説明する。この排気浄化処理切替動作は、前記ＤＰＦ再生処理の要求および前記Ｓ再生処理の要求の少なくとも一方が生じている際に、ＮＳＲ触媒７４の端面詰まり度合いに応じて、前記インジェクタ２３からの燃料噴射制御（より具体的にはアフタ噴射の制御）によるＮＳＲ触媒７４の入口温度の調整、および、燃料添加弁２６からの燃料添加量の制御を行うものである。以下、本実施形態における排気浄化処理切替動作の概要について説明する。

前記ＤＰＦ７６におけるＰＭの堆積量が所定の閾値に達したことでＤＰＦ再生処理の要求が生じた際や、ＮＳＲ触媒７４のＳＯｘ堆積量が所定値に達したことでＳ再生処理の要求が生じた際、この時点におけるＮＳＲ触媒７４の端面詰まり率が所定値未満（端面詰まり度合いが所定値未満）である場合には、ＤＰＦ再生処理およびＳ再生処理のうち要求されている処理と、ＮＯｘ浄化処理（前記Ｄｉ−Ａｉｒ制御）との並行が可能となるように、インジェクタ２３の燃料噴射制御および燃料添加弁２６の燃料添加制御が実行される。以下、この制御を第１の処理並行制御という。

一方、前記ＤＰＦ再生処理の要求が生じた際や、前記Ｓ再生処理の要求が生じた際、この時点におけるＮＳＲ触媒７４の端面詰まり率が所定値以上（端面詰まり度合いが所定値以上）である場合には、ＤＰＦ再生処理およびＳ再生処理のうち要求されている処理と、端面詰まり解消処理との並行が可能となるように、インジェクタ２３の燃料噴射制御および燃料添加弁２６の燃料添加制御が実行される。以下、この制御を第２の処理並行制御という。

具体的に、前記第１の処理並行制御におけるインジェクタ２３の燃料噴射制御としては、アフタ噴射量およびアフタ噴射タイミングが、ＮＳＲ触媒７４に流れ込む排気ガス温度をＤｉ−Ａｉｒ制御に適した温度（例えば４５０℃）に調整することができる値に制御される。例えば、アフタ噴射量およびアフタ噴射タイミングとＮＳＲ触媒７４に流れ込む排気ガス温度との関係を実験またはシミュレーションによって求めてマップ化してＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶しておき、この排気ガス温度がＤｉ−Ａｉｒ制御に適した温度になるアフタ噴射量およびアフタ噴射タイミングをこのマップから求めるようにしている。

また、この第１の処理並行制御における燃料添加弁２６の燃料添加制御としては、Ｓ再生処理要求およびＤＰＦ再生処理要求が共に生じている場合には、燃料添加量が、ＮＳＲ触媒７４の内部温度をＳ再生処理が可能な温度（例えば６５０℃）まで上昇させることができ且つＤＰＦ７６に導入される排気ガスの温度をＤＰＦ再生処理が可能な温度（例えば６００℃）まで上昇させることができる量に制御される。例えば、ＮＳＲ触媒７４に流れ込む排気ガス温度と燃料添加量とＮＳＲ触媒７４の内部温度とＤＰＦ７６に導入される排気ガスの温度との関係を実験またはシミュレーションによって求めてマップ化してＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶しておき、ＮＳＲ触媒７４の内部温度がＳ再生処理が可能な温度になり、且つＤＰＦ７６に導入される排気ガス温度がＤＰＦ再生処理が可能な温度になる燃料添加量をこのマップから求めるようにしている。なお、ＤＰＦ再生処理要求が生じており、Ｓ再生処理要求が生じていない場合には、ＤＰＦ再生処理要求のみを満たす（ＤＰＦ７６に導入される排気ガスの温度をＤＰＦ再生処理が可能な温度まで上昇させる）燃料添加弁２６の燃料添加制御が行われる。一方、Ｓ再生処理要求が生じており、ＤＰＦ再生処理要求が生じていない場合には、Ｓ再生処理要求のみを満たす（ＮＳＲ触媒７４の内部温度をＳ再生処理が可能な温度まで上昇させる）燃料添加弁２６の燃料添加制御が行われる。

一方、前記第２の処理並行制御におけるインジェクタ２３の燃料噴射制御としては、アフタ噴射量およびアフタ噴射タイミングが、ＮＳＲ触媒７４に流れ込む排気ガス温度を端面詰まり解消処理が可能な温度（例えば５００℃）まで上昇させることができる値に制御される。例えば、前述したようにアフタ噴射量およびアフタ噴射タイミングとＮＳＲ触媒７４に流れ込む排気ガス温度との関係を実験またはシミュレーションによって求めてマップ化してＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶しておき、この排気ガス温度が端面詰まり解消処理を可能とする温度になるアフタ噴射量およびアフタ噴射タイミングをこのマップから求めるようにしている。

また、この第２の処理並行制御における燃料添加弁２６の燃料添加制御としては、燃料添加量が、前記第１の処理並行制御における燃料添加量よりも少なく設定される。これは、前述したようにＮＳＲ触媒７４に流れ込む排気ガス温度が高くなっているので、燃料添加弁２６の燃料添加量を少なく設定しても、ＮＳＲ触媒７４の内部温度をＳ再生処理が可能な温度まで上昇させることができたり、ＤＰＦ７６に導入される排気ガスの温度をＤＰＦ再生処理が可能な温度まで上昇させることができたりするためである。なお、この場合にも、Ｓ再生処理要求およびＤＰＦ再生処理要求が共に生じている場合には、Ｓ再生処理要求を満たし且つＤＰＦ再生処理要求を満たす燃料添加弁２６の燃料添加制御が行われる。一方、ＤＰＦ再生処理要求が生じており、Ｓ再生処理要求が生じていない場合には、ＤＰＦ再生処理要求のみを満たす（ＤＰＦ７６に導入される排気ガスの温度をＤＰＦ再生処理が可能な温度まで上昇させる）燃料添加弁２６の燃料添加制御が行われる。また、Ｓ再生処理要求が生じており、ＤＰＦ再生処理要求が生じていない場合には、Ｓ再生処理要求のみを満たす（ＮＳＲ触媒７４の内部温度をＳ再生処理が可能な温度まで上昇させる）燃料添加弁２６の燃料添加制御が行われる。

このように、ＤＰＦ再生処理の要求（本発明でいう排気浄化フィルタの再生要求）およびＳ再生処理の要求（本発明でいうＮＯｘ浄化触媒の再生要求）の少なくとも一方が生じているとき、ＮＳＲ触媒７４の端面詰まり度合いが所定値以上である場合には、その端面詰まり度合いが所定値未満である場合に比べて、インジェクタ２３から供給される燃料によって調整されるＮＳＲ触媒７４の入口温度を高く設定し且つ燃料添加弁２６からの燃料の供給量を少なく設定するようにしている。この制御は、前記ＥＣＵ１００において行われる。このため、このＥＣＵ１００における前記制御を行う機能部分（ＤＰＦ再生処理の要求およびＳ再生処理の要求の少なくとも一方が生じているとき、ＮＳＲ触媒７４の端面詰まり度合いが所定値以上である場合には、その端面詰まり度合いが所定値未満である場合に比べて、インジェクタ２３から供給される燃料によって調整されるＮＳＲ触媒７４の入口温度を高く設定し且つ燃料添加弁２６からの燃料の供給量を少なく設定する機能部分）が本発明でいう制御部に相当することになる。

以下、この排気浄化処理切替制御の具体的な手順について図３のフローチャートに沿って説明する。このフローチャートは、エンジン１の始動後、前記ＥＣＵ１００において所定時間毎に繰り返し実行される。

まず、ステップＳＴ１において、ＤＰＦ再生処理要求およびＳ再生処理要求の少なくとも一方が有るか否かを判定する。前述したように、ＤＰＦ７６におけるＰＭの堆積量が所定の閾値に達している場合にはＤＰＦ再生処理要求が生じる。また、ＮＳＲ触媒７４におけるＳＯｘ堆積量が所定の閾値に達している場合にはＳ再生処理要求が生じる。

何れの要求も無く、ステップＳＴ１でＮＯ判定された場合には、そのままリターンされる。

一方、ＤＰＦ再生処理要求およびＳ再生処理要求の少なくとも一方が有り、ステップＳＴ１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ２に移り、前記ＮＳＲ触媒７４の端面詰まり率が所定値Ａを超えているか否かを判定する。つまり、前述したデポジット堆積量マップおよび端面詰まり率マップから求められるＮＳＲ触媒７４の端面詰まり率が所定値Ａを超えているか否かを判定する。このステップＳＴ２においてＮＳＲ触媒７４の端面詰まり率を求める処理が、本発明でいう端面詰まり認識部におけるＮＯｘ浄化触媒の端面詰まり度合いを推定する処理または端面詰まり度合いを検出する処理に相当する。

ＮＳＲ触媒７４の端面詰まり率が所定値Ａ未満であって、ステップＳＴ２でＮＯ判定された場合、つまり、例えばＤＰＦ再生処理要求およびＳ再生処理要求の少なくとも一方は生じているもののＮＳＲ触媒７４における端面詰まり解消処理要求は生じていない場合には、ステップＳＴ３に移り、前述した第１の処理並行制御が実行される。つまり、前記インジェクタ２３からアフタ噴射を実行せず、または、アフタ噴射の噴射量を少なくする等して排気ガス温度を必要以上に上昇させず、ＮＳＲ触媒７４に流入する排気ガス温度をＤｉ−Ａｉｒ制御に適した温度に調整する。また、それに伴い、燃料添加弁２６の燃料添加量を増量制御する。例えば、ＤＰＦ再生処理要求およびＳ再生処理要求が共に生じている場合には、燃料添加弁２６の燃料添加量の増量制御としては、ＮＳＲ触媒７４の内部温度をＳ再生処理が可能な温度まで上昇させることができ、且つＤＰＦ７６に導入される排気ガスの温度をＤＰＦ再生処理が可能な温度まで上昇させることができる量に制御する。これにより、ＮＳＲ触媒７４内部での燃料（炭化水素）の酸化反応に起因して、ＮＳＲ触媒７４の内部温度が、Ｓ再生処理が可能な温度まで上昇され、また、ＤＰＦ７６に導入される排気ガスの温度が、ＤＰＦ再生処理が可能な温度まで上昇されることになる。また、ＤＰＦ再生処理要求が生じており、Ｓ再生処理要求が生じていない場合には、ＤＰＦ再生処理要求のみを満たす燃料添加弁２６の燃料添加制御が行われる。また、Ｓ再生処理要求が生じており、ＤＰＦ再生処理要求が生じていない場合には、Ｓ再生処理要求のみを満たす燃料添加弁２６の燃料添加制御が行われる。

このように、ＮＳＲ触媒７４の端面詰まり率が所定値Ａ未満である場合には、ＮＳＲ触媒７４の入口温度を低く設定し、且つ燃料添加弁２６からの燃料添加量を多く設定することで、ＮＳＲ触媒７４におけるＮＯｘ浄化処理（Ｄｉ−Ａｉｒ制御）と、ＮＳＲ触媒７４のＳ再生処理およびＤＰＦ７６のＤＰＦ再生処理の少なくとも一方とを効率良く並行させることができる。

一方、ＮＳＲ触媒７４の端面詰まり率が所定値Ａ以上であって、ステップＳＴ２でＹＥＳ判定された場合、つまり、例えばＤＰＦ再生処理要求およびＳ再生処理要求の少なくとも一方と、ＮＳＲ触媒７４における端面詰まり解消処理要求とが共に生じている場合には、ステップＳＴ４に移り、前述した第２の処理並行制御が実行される。つまり、前記インジェクタ２３からのアフタ噴射の噴射量および噴射時期を制御して（ＮＳＲ触媒７４に流れ込む排気ガス温度を端面詰まり解消処理が可能な温度まで上昇させることができる値に制御して）、ＮＳＲ触媒７４に流入する排気ガス温度を上昇させる。これにより、端面詰まりの原因となっているデポジット等を酸化除去する。また、それに伴い、燃料添加弁２６の燃料添加量を減量制御し、ＮＳＲ触媒７４に向けて供給される燃料を減量する。これは、前述したようにＮＳＲ触媒７４の入口温度は高く設定されているので、燃料添加弁２６からの燃料添加量を少なく設定していても、ＮＳＲ触媒７４の内部温度をＳ再生処理が可能な温度まで上昇させることができ、ＤＰＦ７６に導入される排気ガス温度をＤＰＦ再生処理が可能な温度を確保することができるので、必要以上に燃料添加を行わないようにするものである。具体的には、例えば、ＤＰＦ再生処理要求およびＳ再生処理要求が共に生じている場合には、燃料添加弁２６の燃料添加量の減量制御としては、ＮＳＲ触媒７４の内部温度をＳ再生処理が可能な温度まで上昇させることができ、且つＤＰＦ７６に導入される排気ガスの温度をＤＰＦ再生処理が可能な温度まで上昇させることができる量に制御する。また、ＤＰＦ再生処理要求が生じており、Ｓ再生処理要求が生じていない場合には、ＤＰＦ再生処理要求のみを満たす燃料添加弁２６の燃料添加制御（燃料添加の減量制御）が行われる。また、Ｓ再生処理要求が生じており、ＤＰＦ再生処理要求が生じていない場合には、Ｓ再生処理要求のみを満たす燃料添加弁２６の燃料添加制御（燃料添加の減量制御）が行われる。

このように、ＮＳＲ触媒７４の端面詰まり率が所定値Ａ以上である場合には、ＮＳＲ触媒７４の入口温度を高く設定し、且つ燃料添加弁２６からの燃料添加量を少なく設定することで、ＮＳＲ触媒７４における端面詰まり解消処理と、ＮＳＲ触媒７４のＳ再生処理およびＤＰＦのＤＰＦ再生処理の少なくとも一方とを効率良く並行させることができる。

これらステップＳＴ３，ＳＴ４の処理が本発明でいう制御部でのＮＯｘ浄化触媒の入口温度の調整および燃料添加弁からの燃料の供給量の設定に相当する。

このような排気浄化処理切替制御が行われるようになっているため、前記ＥＣＵ１００によって本発明に係る内燃機関の制御装置が構成される。この制御装置は、ＤＰＦ再生処理要求が有るか否かの情報（排気浄化フィルタの再生要求の有無の情報）およびＳ再生処理要求が有るか否かの情報（ＮＯｘ浄化触媒の再生要求の有無の情報）等を入力信号として受信する。また、この制御装置は、インジェクタ２３への燃料噴射指令信号および燃料添加弁２６への燃料添加指令信号を出力信号として出力する構成となっている。

図４はＮＳＲ触媒７４に導入される排気ガス温度（以下、触媒入口ガス温度という）とＮＳＲ触媒７４におけるＮＯｘ浄化率との関係の一例を示す図である。また、図５は前記第１の処理並行制御および前記第２の処理並行制御それぞれにおける触媒入口ガス温度と燃料添加弁２６の燃料添加量（以下、昇温噴射量（ＤＰＦ７６を昇温するための噴射量）という）を示す噴射量設定マップである。また、図６は、ＤＰＦ再生処理要求が有る場合（Ｓ再生処理要求が生じていない場合）における前記第１の処理並行制御および第２の処理並行制御それぞれにおけるＮＳＲ触媒７４およびＤＰＦ７６それぞれの温度を示す図である。この図６中のＰ１は、第１の処理並行制御が行われた場合のＮＳＲ触媒７４およびＤＰＦ７６それぞれにおける温度を示している。また、図６中のＰ２は、第２の処理並行制御が行われた場合のＮＳＲ触媒７４およびＤＰＦ７６それぞれにおける温度を示している。

前記第１の処理並行制御では、触媒入口ガス温度が低い値に設定され且つ燃料添加弁２６の燃料添加量（昇温噴射量）は多く設定される。つまり、触媒入口ガス温度が低い値（図４および図５におけるＴ１）とされることで、前記Ｄｉ−Ａｉｒ制御の実行によって高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。また、この場合の燃料添加弁２６の燃料添加量（昇温噴射量）は多く設定されることで（図５におけるＱ１）、図６にＰ１で示すように、ＤＰＦ７６に導入される排気ガス温度を、ＤＰＦ再生処理が可能な温度まで上昇させることができる。

また、前記第２の処理並行制御では、触媒入口ガス温度が高い値に設定され且つ燃料添加弁２６の燃料添加量（昇温噴射量）は少なく設定される。つまり、触媒入口ガス温度が高い値（図４および図５におけるＴ２やＴ３）とされることで、ＮＳＲ触媒７４における端面詰まりの解消は良好に行われるものとなる。また、この場合の燃料添加弁２６の燃料添加量（昇温噴射量）は少なく設定されることで（図５におけるＱ２やＱ３）、図６にＰ２で示すように、ＤＰＦ７６に導入される排気ガス温度は、ＤＰＦ再生処理が可能な温度に維持される。つまり、必要以上に燃料添加を行う必要はない。

以上説明したように、本実施形態では、ＤＰＦ再生処理要求およびＳ再生処理要求の少なくとも一方が生じているとき、ＮＳＲ触媒７４の端面詰まり度合いに応じて、前記インジェクタ２３からの燃料噴射制御（より具体的にはアフタ噴射の制御）によるＮＳＲ触媒７４の入口温度の制御、および、燃料添加弁２６からの燃料添加量の制御を行うようにしている。これにより、ＤＰＦ７６のＤＰＦ再生処理およびＮＳＲ触媒７４のＳ再生処理のうち要求されている処理（一方または両方）と、ＮＳＲ触媒７４に対する処理（ＮＯｘ浄化処理または端面詰まり解消処理）とを効率良く並行させることが可能である。

−変形例−
上述した実施形態では、インジェクタ２３からのアフタ噴射の制御によってＮＳＲ触媒７４に導入される排気ガス温度を調整するようにしていた。本変形例では、これに加えて、排気系に備えられたターボチャージャ５での熱回収量を制御することによってＮＳＲ触媒７４に導入される排気ガス温度を調整するようにしたものである。その他の構成および動作は前記実施形態のものと同様であるので、ここでは、ターボチャージャ５の構成およびこのターボチャージャ５での熱回収量を制御する動作について主に説明する。

まず、本例におけるターボチャージャ５の構成について説明する。図７は本例に係るエンジン１の排気系の概略構成を示す図である。この図７に示すように、本例に係るエンジン１に備えられたターボチャージャ５はパラレル型のシーケンシャルターボチャージャで構成されている。

具体的に、エンジン１の排気通路７３は、ＮＳＲ触媒７４およびＤＰＦ７６の上流側において第１排気通路７３ａと第２排気通路７３ｂとに分岐されている。

第１排気通路７３ａには、この第１排気通路７３ａを流れる排気ガスのエネルギを駆動源として作動する第１ターボチャージャ５５のタービンホイール５５ａが配設されている。また、第２排気通路７３ｂには、この第２排気通路７３ｂを流れる排気ガスのエネルギを駆動源として作動する第２ターボチャージャ５６のタービンホイール５６ａが配設されている。この第２ターボチャージャ５６は、第１ターボチャージャ５５よりも体格が大きく（タービンホイール５６ａの外径が大きく）構成されている。このため、機関負荷が小さく、この第２ターボチャージャ５６のタービンホイール５６ａに流れ込む排気ガスのエネルギが小さい場合には、この第２ターボチャージャ５６のタービンホイール５６ａが回転しないか、または、その回転速度が低いことで、この第２ターボチャージャ５６仕事量は少なく排気ガスのエネルギの回収量は少なくなる。

各ターボチャージャ５５，５６のタービンホイール５５ａ，５６ａよりも下流において、第１排気通路７３ａと第２排気通路７３ｂとは合流している。この合流箇所よりも下流の排気通路に、前記実施形態のものと同様のＮＳＲ触媒７４およびＤＰＦ７６が配設されている。

各ターボチャージャ５５，５６の上流側における第１排気通路７３ａと第２排気通路７３ｂとの分岐部分には流量調整弁（流量調整手段）７７が設けられている。この流量調整弁７７は前記ＥＣＵ１００によって制御され、第１排気通路７３ａでの排気ガスの流量と第２排気通路７３ｂでの排気ガスの流量との比率を調整可能となっている。つまり、この流量調整弁７７は、第２排気通路７３ｂを閉鎖することで第１排気通路７３ａのみに排気ガスを流す状態（第１ターボチャージャ５５のタービンホイール５５ａのみに排気ガスを流す状態）、第１排気通路７３ａを閉鎖することで第２排気通路７３ｂのみに排気ガスを流す状態（第２ターボチャージャ５６のタービンホイール５６ａのみに排気ガスを流す状態）、第１排気通路７３ａおよび第２排気通路７３ｂの両方に排気ガスを流し、これら流量の比率を調整する状態（第１ターボチャージャ５５のタービンホイール５５ａおよび第２ターボチャージャ５６のタービンホイール５６ａの両方に排気ガスを流す状態）とが切り替え可能となっている。

本例における燃料添加弁２６は、第１排気通路７３ａと第２排気通路７３ｂとの分岐箇所よりも上流側に配設されている。このため、第１排気通路７３ａおよび第２排気通路７３ｂのうち一方のみに排気ガスが流れる状態であっても、燃料添加弁２６から燃料添加が行われた場合には、この燃料がＮＳＲ触媒７４およびＤＰＦ７６に向けて流されるようになっている。また、この燃料添加弁２６は、排気マニホールド７２内部に燃料を添加するものであってもよい。

前述の如く構成されたターボチャージャ５５，５６の基本的な制御としては、機関負荷が小さいときや機関回転速度が低いときには、体格の小さい第１ターボチャージャ５５による過給動作が行われる。これにより、機関負荷が小さいときや機関回転速度が低いときの過給動作の応答性を高める（ターボラグを小さくする）ようにしている。一方、機関負荷が大きいときや機関回転速度が高いときには、体格の大きい第２ターボチャージャ５６による過給動作が行われる。これにより、要求トルクに応じた高い過給圧が得られるようにしている。

図８は、ターボチャージャ５５，５６の基本的な制御において使用される基本過給マップの一例を示している。この基本過給マップにおいて「ＨＰ」は第１ターボチャージャ５５のみを使用する運転領域、つまり、第１排気通路７３ａのみに排気ガスを流す運転領域を示している。また、「ＬＰ」は第２ターボチャージャ５６のみを使用する運転領域、つまり、第２排気通路７３ｂのみに排気ガスを流す運転領域を示している。また、「ＨＰ＋ＬＰ」は第１ターボチャージャ５５および第２ターボチャージャ５６の両方を使用する運転領域、つまり、第１排気通路７３ａおよび第２排気通路７３ｂの両方に排気ガスを流す運転領域を示している。

この基本過給マップに示すように、機関負荷が小さいときや機関回転速度が低いときには第１ターボチャージャ５５のみによる過給動作が行われる。そして、機関負荷および機関回転速度が高くなるに従って、第１ターボチャージャ５５および第２ターボチャージャ５６を併用した過給動作から、第２ターボチャージャ５６のみによる過給動作に移っていく。

本例の特徴としては、前記ＤＰＦ再生処理要求および前記Ｓ再生処理要求の少なくとも一方があった場合に、ＮＳＲ触媒７４の端面詰まり率が所定値Ａ以上である場合および詰まり率が所定値Ａ未満である場合のそれぞれにおけるターボチャージャ５５，５６の使用形態が、前述したターボチャージャ５５，５６の基本制御のものとは異なっている。以下、具体的に説明する。

図９は、ＤＰＦ再生処理要求およびＳ再生処理要求の少なくとも一方があった際のＮＳＲ触媒７４の端面詰まり率が所定値Ａ以上である場合に使用される（前記第２の処理並行制御で使用される）過給マップ（端面詰まり解消処理過給マップ）である。この過給マップでは、機関負荷および機関回転速度が共に低い運転領域から、機関負荷および機関回転速度が共に高い運転領域に移っていくに従って、ターボチャージャ５５，５６の使用形態として４つのモードが切り替えられるようになっている。ここでは、機関負荷および機関回転速度が共に低い運転領域から、機関負荷および機関回転速度が共に高い運転領域に移っていくに従って第１過給モードから第４過給モードに移っていくものとして説明する。

第１過給モード（図中における低回転および低負荷側の「ＬＰ」）では、第２ターボチャージャ５６のみを使用する。つまり、第２排気通路７３ｂのみに排気ガスを流すように流量調整弁７７が開度制御される。この場合、機関負荷および機関回転速度が共に低いため、排気ガスが流れても第２ターボチャージャ５６は作動しない。このため、第２ターボチャージャ５６によって排気ガスの熱が回収される量は少ない。また、第１排気通路７３ａには排気ガスが流れていないので、第１ターボチャージャ５５によって排気ガスの熱が回収されることはない。その結果、ＮＳＲ触媒７４に高い温度の排気ガスを流入させることができ、良好に端面詰まり解消処理が行われることになる。

第２過給モード（図中における「ＬＰ＋ＨＰ」）では、第１排気通路７３ａおよび第２排気通路７３ｂの両方に排気ガスを流す。この場合、第２排気通路７３ｂに流す排気ガスの量を第１排気通路７３ａに流す排気ガスの量よりも多くするように流量調整弁７７が開度制御される。これにより、第２ターボチャージャ５６によって回収される排気ガスの熱量を抑えながら（前記第１過給モードの場合と同様に回収される排気ガスの熱量を抑えながら）、機関負荷に応じた必要な過給圧を第１ターボチャージャ５５によって得るようにしている。

第３過給モード（図中における「ＨＰ＋ＬＰ」）でも、第１排気通路７３ａおよび第２排気通路７３ｂの両方に排気ガスを流す。この場合、第１排気通路７３ａに流す排気ガスの量を第２排気通路７３ｂに流す排気ガスの量よりも多くするように流量調整弁７７が開度制御される。これにより、第１ターボチャージャ５５を使用して高い効率で十分な過給圧を得ながら、余剰となるエネルギを第２ターボチャージャ５６に流すことで、回収される排気ガスの熱量を抑え、ＮＳＲ触媒７４に高い温度の排気ガスを流入させるようにしている。

第４過給モード（図中における高回転および高負荷側の「ＬＰ」）では、第２ターボチャージャ５６のみを使用する。つまり、第２排気通路７３ｂのみに排気ガスを流すように流量調整弁７７が開度制御される。この場合、高い機関負荷に応じた過給圧が高い効率で得られることになる。

図１０は、ＤＰＦ再生処理要求およびＳ再生処理要求の少なくとも一方があった際のＮＳＲ触媒７４の端面詰まり率が所定値Ａ未満である場合に使用される（前記第１の処理並行制御で使用される）過給マップ（Ｄｉ−Ａｉｒ制御過給マップ）である。この過給マップでも、機関負荷および機関回転速度が共に低い運転領域から、機関負荷および機関回転速度が共に高い運転領域に移っていくに従って、ターボチャージャ５５，５６の使用形態として４つのモードが切り替えられるようになっている。ここでも、機関負荷および機関回転速度が共に低い運転領域から、機関負荷および機関回転速度が共に高い運転領域に移っていくに従って第１過給モードから第４過給モードに移っていくものとして説明する。

第１過給モード（図中における低回転および低負荷側の「ＬＰ」）では、前述した端面詰まり率が所定値Ａ以上である場合の第１過給モードと同様に、第２ターボチャージャ５６のみを使用する。つまり、第２排気通路７３ｂのみに排気ガスを流すように流量調整弁７７が開度制御される。この場合、前述したように、第２ターボチャージャ５６によって排気ガスの熱が回収される量は少ない。また、第１排気通路７３ａには排気ガスが流れていないので、第１ターボチャージャ５５によって排気ガスの熱が回収されることはない。

第２過給モード（図中における「ＨＰ」）では、第１ターボチャージャ５５のみを使用する。つまり、第１排気通路７３ａのみに排気ガスを流すように流量調整弁７７が開度制御される。この場合、第１ターボチャージャ５５による排気ガスの熱の回収量は多くなり、ＮＳＲ触媒７４に低い温度の排気ガスを流入させることができ、前記Ｄｉ−Ａｉｒ制御の実行に適した温度に設定される。なお、この場合、必要以上に過給圧が高くなる場合には、吸気絞り弁６２の開度調整によって燃焼室３内に流入する空気量を調整する。

第３過給モード（図中における「ＬＰ＋ＨＰ」）では、第１排気通路７３ａおよび第２排気通路７３ｂの両方に排気ガスを流すように流量調整弁７７が開度制御される。この場合、第２排気通路７３ｂに流す排気ガスの量を第１排気通路７３ａに流す排気ガスの量よりも多くする。これにより、第２ターボチャージャ５６によって回収される排気ガスの熱量を抑えながら、必要な過給圧を第１ターボチャージャ５５によって得るようにしている。

第４過給モード（図中における高回転および高負荷側の「ＬＰ」）では、前述した端面詰まり率が所定値Ａ以上である場合の第４過給モードと同様に、第２ターボチャージャ５６のみを使用する。つまり、第２排気通路７３ｂのみに排気ガスを流すように流量調整弁７７が開度制御される。この場合、高い機関負荷に応じた過給圧が高い効率で得られることになる。

このように、本例では、ターボチャージャ５での熱回収量を制御することによってＮＳＲ触媒７４に導入される排気ガス温度を調整するようにしている。このため、ＮＳＲ触媒７４に導入される排気ガス温度をより高い精度で調整することができ、前記端面詰まり解消処理およびＤｉ−Ａｉｒ制御それぞれに適した温度に設定することができる。

そして、図９の端面詰まり解消処理過給マップと図１０のＤｉ−Ａｉｒ制御過給マップとを比較した場合、機関負荷が低い運転領域（本発明でいう機関負荷が所定値以下である際；例えば前記第２過給モード）にあっては、端面詰まり解消処理過給マップの方が、第２排気通路７３ｂに排気ガスを流す領域が拡大している。つまり、第２ターボチャージャ５６の使用頻度が拡大している。このように第２ターボチャージャ５６の使用頻度が拡大すると、機関負荷が低い運転領域であることから、体格が大きく構成された第２ターボチャージャ５６の仕事量は少なく（タービンホイール５６ａが回転し難いため仕事量は少なく）、この第２ターボチャージャ５６のタービンホイール５６ａでの熱回収量は少なくなる。また、第１排気通路７３ａを流れる排気ガスの流量は少なくなっているので第１ターボチャージャ５５のタービンホイール５５ａでの熱回収量も少なくなっている。このように、端面詰まり解消処理過給マップでは、ターボチャージャ５５，５６全体としての熱回収量を少なく抑えることができる。その結果、ＮＳＲ触媒７４に流れ込む排気ガスの温度を高くすることができ、ＮＳＲ触媒７４の端面詰まりの原因となっている物質を効果的に酸化除去することができる。

このように、機関負荷が所定値以下である際におけるＤＰＦ７６の再生要求（ＤＰＦ再生要求）およびＮＳＲ触媒７４の再生要求（Ｓ再生要求）のうち少なくとも一方が生じているとき、ＮＳＲ触媒７４の端面詰まり度合いが所定値以上である場合には、その端面詰まり度合いが前記所定値未満である場合に比べて、第１排気通路７３ａを流れる排気ガスの流量に対する第２排気通路７３ｂを流れる排気ガスの流量の比率を大きくすることで（本発明でいう、制御部による流量調整手段の制御が行われることで）、ＮＳＲ触媒７４の端面詰まりを効果的に解消することができる。

−他の実施形態−
以上説明した実施形態および変形例は、排気系７に、ＮＯｘ浄化触媒としてＮＳＲ触媒７４が備えられたエンジン１に本発明を適用した場合について説明した。本発明は、ＮＳＲ触媒７４に代えて、または、これに加えてＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）を備えたエンジンに対しても適用が可能である。

また、ＮＳＲ触媒７４の入口ガス温度を調整するためのインジェクタ２３からの燃料噴射としては、アフタ噴射に限らず、ポスト噴射であってもよい。

本発明は、排気通路にＮＯｘ浄化触媒および排気浄化フィルタが配設されると共に、これらの上流側から燃料添加を行うようにした内燃機関の制御装置に適用可能である。

１ エンジン（内燃機関）
２３ インジェクタ（燃料噴射弁）
２６ 燃料添加弁
３ 燃焼室
７３ 排気通路
７４ ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ浄化触媒）
７６ ＤＰＦ（排気浄化フィルタ）
１００ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 排気通路における排気ガス流れ方向の上流側から下流側に亘ってＮＯｘ浄化触媒および排気浄化フィルタが順に配設されていると共に、前記排気通路に設けられて前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側から燃料を供給する燃料添加弁と、内燃機関の燃焼室内に燃料を供給する燃料噴射弁とを備えた内燃機関に適用され、前記燃料添加弁からの燃料の供給および前記燃料噴射弁からの燃料の供給それぞれを制御する制御装置であって、
   前記ＮＯｘ浄化触媒の排気ガス流入側の端面詰まり度合いを推定または検出する端面詰まり認識部と、
   前記排気浄化フィルタの再生要求および前記ＮＯｘ浄化触媒の再生要求の少なくとも一方が生じているとき、前記端面詰まり認識部によって推定または検出された前記ＮＯｘ浄化触媒の端面詰まり度合いが所定値以上である場合には、その端面詰まり度合いが前記所定値未満である場合に比べて、前記燃料噴射弁から供給される燃料によって調整される前記ＮＯｘ浄化触媒の入口温度を高く設定し且つ前記燃料添加弁からの燃料の供給量を少なく設定する制御部とを備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
   前記燃料噴射弁は、内燃機関の膨張行程から排気行程に亘る期間における燃料噴射時期および燃料噴射量を調整することによって前記ＮＯｘ浄化触媒の入口温度が調整可能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または２記載の内燃機関の制御装置において、
   前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側において前記排気通路は第１排気通路と第２排気通路とに分岐されており、前記第１排気通路には第１過給機のタービンホイールが、前記第２排気通路には前記第１過給機よりも体格が大きく構成された第２過給機のタービンホイールがそれぞれ配設されており、
   前記排気通路には、前記第１排気通路を流れる排気ガスの流量と前記第２排気通路を流れる排気ガスの流量との比率を調整可能な流量調整手段が設けられており、
   前記制御部は、内燃機関の負荷が所定値以下である際における前記排気浄化フィルタの再生要求および前記ＮＯｘ浄化触媒の再生要求の少なくとも一方が生じているとき、前記端面詰まり認識部によって推定または検出された前記ＮＯｘ浄化触媒の端面詰まり度合いが所定値以上である場合には、その端面詰まり度合いが前記所定値未満である場合に比べて、前記第１排気通路を流れる排気ガスの流量に対する前記第２排気通路を流れる排気ガスの流量の比率を大きくするように前記流量調整手段を制御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１、２または３記載の内燃機関の制御装置において、
   前記制御部は、前記排気浄化フィルタの再生要求および前記ＮＯｘ浄化触媒の再生要求の少なくとも一方が生じているとき、前記端面詰まり認識部によって推定または検出された前記ＮＯｘ浄化触媒の端面詰まり度合いが前記所定値未満である場合には、前記燃料添加弁からの前記燃料の供給動作として、数秒毎に前記燃料を間欠的に添加するようになっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

Images