JP2017115640A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、窒素酸化物の浄化効率を維持しつつも尿素水の消費量を抑制することを、その目的とする。【解決手段】本発明に係る排気浄化装置３０は、内燃機関１から排出される排気が流れる排気通路１６Ａ内に尿素水４６を供給する尿素水供給部４２と、尿素水供給部４２よりも排気上流側に配置され、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を酸化雰囲気下で吸蔵するとともに還元雰囲気下で還元するＮＯｘトラップ触媒３１と、尿素水供給部よりも排気下流側に配置され、尿素水供給部から供給された尿素水を還元剤として排気に含まれている窒素酸化物を還元するＳＣＲ触媒４２と、尿素水供給部４２からの尿素水の供給量を制御する制御部５０と、通常モードＭ１と、通常モードよりも尿素水供給部４１からの尿素水の供給量を抑制する低減モードＭ２とを運転者により切り替える切替部５５を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、選択還元触媒を備えた排気浄化装置に関する。

内燃機関であるディーゼルエンジンから排出されるリーン排気中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」と記す）を浄化するものとして、窒素酸化物トラップ触媒（以下「ＮＴＣ」と記す）あるいは選択還元触媒（以下「ＳＣＲ触媒」）を排気通路に設けて使用する排気浄化装置が知られている。
ＮＴＣは、排気のリーン雰囲気でバリウム（Ｂａ）等の吸蔵材にＮＯｘを硝酸塩の形で吸蔵し、排気のリッチ雰囲気で流入する一酸化炭素（ＣＯ）と吸蔵材が炭酸塩を形成する過程でＮＯｘを放出し、さらに放出されたＮＯｘを余剰ＣＯと炭化水素（ＨＣ）等を用いて還元・浄化するものである。
ＳＣＲ触媒は、触媒よりも排気上流から排気通路内に供給した尿素水を触媒上で加水分解させてアンモニア（ＮＨ_３）を生成させ、そのアンモニア（ＮＨ_３）により排気のリーン雰囲気下でＮＯｘを選択還元・浄化するものである。このようなＳＣＲ触媒を用いた排気浄化装置としては、例えば特許文献１が挙げられる。

特開２００６−２７４９８６号公報

ＳＣＲ触媒は、触媒温度の高温域ではアンモニア（ＮＨ_３）によるＮＯｘ還元反応に対して副次的に進行するアンモニア（ＮＨ_３）の酸化反応速度が上昇する。このため、ＮＯｘ還元に用いられるアンモニア（ＮＨ_３）量が減少し、結果としてＮＯｘ浄化性能を維持するために多量の尿素水が必要となり、尿素水消費量が多くなる。
本発明は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化効率を維持しつつも尿素水の消費量を抑制することを、その目的とする。

本発明に係る排気ガス浄化装置は、内燃機関から排出される排気が流れる排気通路内に尿素水を供給する尿素水供給部と、尿素水供給部よりも排気上流側に配置され、排気中の窒素酸化物を酸化雰囲気下で吸蔵するとともに還元雰囲気下で還元する窒素酸化物トラップ触媒と、尿素水供給部よりも排気下流側に配置され、尿素水供給部から供給された尿素水を還元剤として排気に含まれている窒素酸化物を還元する選択還元触媒と、尿素水供給部からの尿素水の供給量を制御する制御部と、通常モードと、通常モードよりも尿素水供給部からの尿素水の供給量を抑制する低減モードとを運転者により切り替える切替部を備えることを特徴としている。

本発明によれば、窒素酸化物トラップ触媒と選択還元触媒と、通常モードよりも尿素水供給部からの尿素水の供給量を抑制する低減モードとを任意に切り替える切替部を備えているので、切替部によって通常モードから低減モードとに任意に切替えられて尿素水の供給量が抑制されても、窒素酸化物トラップ触媒側で窒素酸化物の浄化を行えるため、窒素酸化物の浄化効率を維持しつつも尿素水の消費量を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る排気浄化装置の概略構成を示す図。 触媒温度と尿素水の供給目標値とＮＯｘトラップ触媒の吸蔵率の特性を示すマップ。 本発明に係る排気浄化装置の排気浄化工程の１つである通常ＮＯｘパージ処理の内容を示すフローチャート。 本発明に係る排気浄化装置の排気浄化工程の１つである低減ＮＯｘパージ処理の内容を示すフローチャート。 本発明に係る排気浄化装置の排気浄化工程の１つであるＤＰＦ再生処理の内容を示すフローチャート。 本発明に係る排気浄化装置の第１の実施形態となる排気浄化工程の１つである尿素水噴射処理の内容を示すフローチャート。 本発明に係る排気浄化装置の第２の実施形態となる排気浄化工程の１つである尿素水噴射処理の内容を示すフローチャート。 本発明に係る排気浄化装置の第３の実施形態となる排気浄化工程の１つである尿素水噴射処理の内容を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、図面の見やすさを考慮して、構成要件を部分的に省略あるいは破断等して記載することもある。
本実施形態に係る排気浄化装置３０は、車両に搭載された内燃機関である多気筒のディーゼルエンジン（以下「エンジン」と記す）１に適用される。図１には、エンジン１に設けられる複数のシリンダ２のうちの一つを示すが、他のシリンダ２も同様の構成である。エンジン１のシリンダ２内には、頂面にキャビティが形成されたピストン３が上下方向に往復摺動するように、シリンダ２内に配置されている。

シリンダ２の上部に位置するシリンダヘッドには、燃料噴射用のインジェクタである筒内噴射弁４が設けられている。筒内噴射弁４にはコモンレールで所定の燃圧に調整された高圧の燃料が供給される。この燃料は炭化水素（ＨＣ）の混合物である軽油である。筒内噴射弁４は、その先端部がシリンダ２の筒内空間に突出して設けられていて、高圧の燃料を筒内空間に噴射する。筒内噴射弁４からの燃料噴射量及びその噴射タイミングは、制御部としてのエンジン制御装置５０で制御される。

シリンダヘッドには、シリンダ２の筒内空間と連通する吸気ポート５及び排気ポート６と、これら吸気ポート５と排気ポート６を開閉するための吸気弁７及び排気弁８が設けられている。吸気ポート５よりも吸気上流側には、インテークマニホールド（以下、「インマニ」と記す）９が接続されている。インマニ９には、吸気ポート５側へと流れる白矢印で示す空気を一時的に溜めるためのサージタンク１０が設けられている。インマニ９よりも吸気上流端には、電子制御式のスロットルバルブ１１を内蔵したスロットルボディ２９が接続されている。インマニ９側へと流通する空気量は、このスロットルバルブ１１の開度（スロットル開度）に応じて調節される。なお、スロットル開度は、スロットルボディ２９がエンジン制御装置５０で制御されることで調整される。スロットルボディ２９の上流側には、吸気通路１２が接続されている。吸気通路１２の最上流には、エアフィルタ１３が設けられていて、エアフィルタ１３で濾過された新気（空気）が吸気通路１２に導入される。

排気ポート６よりも排気下流側には、複数のシリンダ２から合流するように形成されたエキゾーストマニホールド（以下、「エキマニ」という）１５が接続されている。エキマニ１５よりも排気下流側には、エンジン１から排出される黒矢印で示す排気が流れる排気通路１６が接続されている。エンジン１の吸排気系には、排気圧を利用してシリンダ２内に吸気を過給するターボチャージャ（過給機）１７が設けられている。ターボチャージャ１７は、吸気通路１２と排気通路１６との両方にまたがって介装された過給機である。ターボチャージャ１７は、排気通路１６内の排気圧で排気通路１６上のタービンを回転させ、その回転力を利用して吸気通路１２上のコンプレッサを駆動することにより、吸気通路１２側の吸気を圧縮してエンジン１への過給を行う。なお、吸気通路１２におけるコンプレッサよりも吸気下流側には、インタクーラ１４が設けられ、圧縮された空気が冷却される。

本実施形態に係るエンジン１には、排気通路１６を流通する排気を吸気通路１２へ還流させるＥＧＲ通路１８（排気再循環通路や還流通路ともいう）が設けられている。ＥＧＲ通路１８は、ターボチャージャ１７のタービンよりも排気上流側の排気通路１６とコンプレッサよりも吸気下流側の吸気通路１２とを連通し、いわゆる高圧ＥＧＲ通路を構成する。ＥＧＲ通路１８と吸気通路１２との接続部には、ＥＧＲ弁１９が配置されている。ＥＧＲ通路１８を流通する還流ガス量はＥＧＲ弁１９の開度に応じて調節される。ＥＧＲ弁１９の開度は、エンジン制御装置５０によって制御される。例えば、後述の再生制御中において、エンジン制御装置５０は、ＥＧＲ弁１９の開度を０に制御し（閉弁し）、還流ガスをカットする。ＥＧＲ通路１８には、還流ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２０が設けられている。
ＥＧＲ弁１９が開弁制御されると、ターボチャージャ１７の上流側の排気通路１６を流れる排気の一部がＥＧＲ通路１８に導入され、ＥＧＲ通路１８に導入された排気はＥＧＲクーラ２０で冷却されてターボチャージャ１７の下流側の吸気通路１２に供給される。このように、排気の一部を吸気に還流させることで、エンジン１の燃焼室内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの排出量を低減させることができる。

車両には、排気浄化装置３０が搭載されている。排気浄化装置３０は、窒素酸化物トラップ触媒３１（以下「ＮＯｘトラップ触媒」と記す）と、尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システム４０とを併用したものである。
タービンよりも排気下流側の排気通路１６Ａには、排気浄化装置３０を構成する、排気流れ方向の上流側から順に、ＮＯｘトラップ触媒３１、フィルタ３２、尿素ＳＣＲシステム４０の構成要素の１つである選択還元触媒（以下「ＳＣＲ触媒」と記す）４１が介装されて設けられている。排気通路１６Ａを流通する排気は、排気浄化装置３０において浄化された後、図示しないマフラーなどを介して車外へと排出される。なお、排気浄化装置３０には、エンジン制御装置５０が含まれる。

ＮＯｘトラップ触媒３１は、酸化雰囲気下（排気空燃比が理論空燃比よりもリーンな状態）において排気中のＮＯｘを硝酸塩として担体上に吸蔵し、還元雰囲気下（排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな状態）において吸蔵したＮＯｘを放出して窒素（Ｎ_２）に還元するもので機能を有する周知のものである。これらの機能に対応して、ＮＯｘトラップ触媒３１には、ＮＯｘの吸蔵機能を担う吸蔵材と、還元機能を担う貴金属元素等とがそれぞれ担持される。
ＮＯｘトラップ触媒３１は、ある温度領域（触媒活性領域）で優れたＮＯｘ浄化性能を持つ（ある触媒活性領域にＮＯｘ浄化性能のピークを有する）という性質がある。言い換えると、ＮＯｘ浄化性能は常に一定ではなく、ＮＯｘトラップ触媒３１の触媒温度Ｔａに応じて変化するものであり、ある温度域で最も高いＮＯｘ浄化性能を発揮する。
本実施形態では、ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵したＮＯｘの量が最大量（飽和状態）に近づくと、ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵したＮＯｘを放出して窒素（Ｎ_２）に還元する制御（以下、これを「ＮＯｘパージ制御」という）がエンジン制御装置５０により実施される。また、本実施形態においては、ＳＣＲ触媒４２で利用する尿素水４６の供給量を調整する際にも、ＮＯｘパージ制御が実施される。

ＮＯｘトラップ触媒３１には、排気中の硫黄成分（所定成分単にＳとも表す）が吸蔵しうる性質がある。ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵してしまった硫黄成分は、上記のＮＯｘパージ制御では僅かな量しか放出されない。このため、本実施形態では、ＮＯｘトラップ触媒３１は徐々に増加する硫黄成分によって本来の機能であるＮＯｘを吸蔵するという能力（性能）が低下する。これはＳ被毒と呼ばれ、ＮＯｘトラップ触媒３１のＳ被毒を解消すべく、この硫黄成分をＮＯｘトラップ触媒３１から放出させる制御（以下、これをＳパージ制御という）が、ＮＯｘパージ制御とは別でエンジン制御装置５０によって実施される。

フィルタ３２は、排気中の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、以下、「ＰＭ」と記す）を捕集する多孔質フィルタであり、排気が多孔質フィルタの壁体の近傍や内部を通過する際に壁体内、壁体表面にＰＭが捕集される。フィルタ３２では、捕集されたＰＭが連続的に酸化される連続再生と、エンジン制御装置５０によってＰＭが強制的に燃焼されてフィルタ３２を再生する再生制御とが実施される。フィルタ３２で捕集されたＰＭは、連続再生や再生処理において排気中の二酸化窒素（ＮＯ_２）によって酸化（燃焼）され、二酸化炭素（ＣＯ_２）として排出される。また、フィルタ３２に残存する二酸化窒素（ＮＯ_２）は、窒素（Ｎ_２）に分解されて排出される。このため、排気が浄化されてＰＭ及びＮＯｘの排出量を大幅に低減することができる。

本実施形態では、ＮＯｘパージ制御を実施する場合、排気を還元雰囲気下（排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな状態）にすべく、筒内噴射弁４によるポスト噴射が行われる。すなわち、筒内噴射弁４からトルクに寄与しないタイミング（例えば膨張行程後半や排気工程）で燃料を筒内に噴射させることで、排気通路１６へ還元剤としての未燃燃料（軽油）を供給する。また、排気を還元雰囲気下（排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな状態）するためには、ＮＯｘトラップ触媒３１の直上流の排気通路１６Ａにインジェクタを配置し、当該インジェクタから還元剤となる炭化水素（ＨＣ）等を含む燃料（軽油）を噴射し、ＮＯｘトラップ触媒３１を昇温してもよい。すなわち、ＮＯｘパージ制御を実施する環境条件となる排気を還元雰囲気下とする浄化率上昇手段としては、例えばポスト噴射を実行するための構成である筒内噴射弁４や、ＮＯｘトラップ触媒３１の直上流の排気通路１６Ａに燃料（軽油）を噴射するための構成が挙げられる。つまり、ＮＯｘパージ制御を実施する環境条件となる排気を還元雰囲気下として、ＮＯｘトラップ触媒３１でのＮＯｘの目標浄化率を増加させる浄化率上昇手段は、特定の構成に限定するものではない。

尿素ＳＣＲシステム４０は、排気中に還元剤（添加剤）として尿素水４６を供給する尿素水供給部としての尿素水噴射弁４１と、排気に含まれるＮＯｘを、尿素水４６から生成されるアンモニア（ＮＨ_３）を利用して低減するためのＳＣＲ触媒４２と、尿素水噴射弁４１から噴射するための尿素水４６を貯留する尿素水タンク４５と、尿素水噴射弁４１とＳＣＲ触媒４２の間に配置されたミキサ４７と、尿素水噴射弁４１や尿素水ポンプ４４の作動を制御する尿素水噴射制御部５４とを備えている。本実施形態において、尿素水噴射制御部５４は、エンジン制御装置５０が備えている形態として説明するが、エンジン制御装置５０とは、個別な構成であってもよい。
尿素水噴射弁４１には、尿素水４６が貯留されている尿素水タンク４５が供給ライン４３を介して接続されている。尿素水タンク４５には尿素水ポンプ４４が設けられていて、尿素水ポンプ４４の駆動により尿素水噴射弁４１まで尿素水４６が供給される。尿素水タンク４５には、タンク内の尿素水４６の残量（尿素水残量Ｌ）を検出する尿素残量検出部として残量検出センサ２７が設けられている。

尿素水噴射弁４１は、ＳＣＲ触媒４２よりも排気上流側の排気通路１６Ａに配置されていて、排気通路１６Ａ内に尿素水４６を噴射することで排気中及びＳＣＲ触媒４２へ供給する。尿素水噴射弁４１は、オン／オフする電磁弁であって、閉時においては尿素水４６の噴射が絶たれ、開状態においては尿素水４６の噴射が行われる。尿素水噴射弁４１は、エンジン負荷とＳＣＲ触媒４２の触媒温Ｔｂから、エンジン１から排出されるＮＯｘを還元処理するために必要な尿素水４６の噴射量となる基本噴射量が噴射されるように、その開弁状態が制御される。

ミキサ４７は、尿素水噴射弁４１とＳＣＲ触媒４２の間の排気通路１６Ａ内に配置されている。尿素水噴射弁４１から噴霧状に噴射される尿素水４６は、ミキサ４７で拡散されることにより、霧化を促進され、排気中に蒸発及び微粒子となって混合されてＳＣＲ触媒４２に均等に流入されてＳＣＲ触媒４２に接触する。

ＳＣＲ触媒４２は、セラミックスや酸化チタンなどで形成されたハニカム構造の担持体に、活性触媒成分として、バナジウム、モリブデン、タングステン、ゼオライトあるいは貴金属を付着させた周知のものである。ＳＣＲ触媒４２は、排気通路１６Ａ内に尿素水噴射弁４１から噴射されてミキサ４７で拡散された尿素水４６が、排気の熱により加水分解および熱分解される（ＣＯ（ＮＨ_２）_２→ＮＨ_３＋ＨＯＣＮ、ＨＯＣＮ＋Ｈ_２Ｏ→ＮＨ_３＋ＣＯ_２）ことで生成されるアンモニア（ＮＨ_３）を還元剤としている。そして、ＳＣＲ触媒４２は、触媒上で排気中のＮＯｘと反応し、ＮＯｘを窒素（Ｎ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）に還元（浄化）するものである。ＳＣＲ触媒４２は、活性触媒成分の種類によっても異なるが、およそ１７０℃〜６００℃前後で理想的な反応温度帯（活性温度域）となる。

尿素ＳＣＲシステム４０では、アンモニア（ＮＨ_３）の一部がそのまま大気中に排出されるという（アンモニアスリップ）の課題があることが知られている。このため、尿素水噴射制御部５４で尿素水噴射弁４１を制御することで、尿素水４６の添加量（噴射量）が、ＮＯｘ浄化に必要な最適量となるように調整されている。この最適な量が基本噴射量である。尿素水噴射制御部５４では、ＮＯｘ排出量を予め推定するとともに、ＳＣＲ触媒４２の活性温度及び吸脱着を考慮して、尿素水４６の噴射時期や噴射タイミングがマップなどによって設定されている。このため、本実施形態に係る尿素ＳＣＲシステム４０では、最適な噴射量や噴射タイミングで尿素水４６が排気通路１６Ａ内に供給されるように、尿素水噴射制御部５４により、尿素水噴射弁４１の開閉時期が制御される。このため、アンモニアスリップを抑えつつ高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。

吸気通路１２のエアフィルタ１３とコンプレッサとの間には、吸気流量を検出するエアフローセンサ２１が設けられている。吸気流量は、エアフィルタ１３を通過した空気の流量に対応するパラメータである。吸気通路１２のＥＧＲ弁１９とサージタンク１０との間には、吸気の空燃比を検出するための空燃比センサ２２が設けられている。空燃比センサ２２は、吸気通路１２を流通する吸気の酸素濃度を検出し、酸素濃度に比例する値を出力する、いわゆるリニア空燃比センサである。また、サージタンク１０内には、インマニ圧センサ２３及び吸気温センサ２４が設けられる。インマニ圧センサ２３はサージタンク１０内の圧力をインマニ圧として検出し、吸気温センサ２４はサージタンク１０内の吸気温度を検出する。

排気通路１６ＡのＮＯｘトラップ触媒３１の上流側には、ＮＯｘトラップ触媒３１に流入する排気の空燃比を検出する空燃比センサ２５Ａ及び排気温度（ＮＯｘトラップ触媒３１の触媒温度Ｔａ）を検出する温度センサ２６Ａが設けられる。また、排気通路１６ＡのＳＣＲ触媒４２の直上流には、ＳＣＲ触媒４２に流入する排気の空燃比を検出する空燃比センサ２５Ｂ及び排気温度（ＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｂ）を検出する温度センサ２６Ｂが設けられる。なお、これらのほかにも、例えばエンジン１の回転速度を検出するエンジン回転速度センサや、エンジン１の冷却水の温度を検出する冷却水温センサ、筒内噴射弁４から噴射される燃料の圧力を検出する燃圧センサ等を設けてもよい。各種センサ２１〜２８で検出された各種情報は、エンジン制御装置５０に伝達され、制御のパラメータとして使用される。

エンジン１を搭載する車両には、エンジン制御装置（制御部）５０が搭載されている。このエンジン制御装置５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を集積したＬＳＩデバイスや組み込み電子デバイスとして構成され、車両に設けられた車載ネットワーク網の通信ラインに接続されている。エンジン制御装置５０は、エンジン１に関する点火系、燃料系、吸排気系及び動弁系といった広汎なシステムを総合的に制御する電子制御装置であり、エンジン１の各シリンダ２に対して供給される空気量や燃料噴射量、各シリンダ２の点火時期、過給圧等を制御するものである。エンジン制御装置５０の入力ポートには、上述の各種センサ２１〜２８が信号線を介して接続されている。エンジン制御装置５０の出力ポートには、上述の筒内噴射弁４、ＥＧＲ弁１９、スロットルボディ２９、尿素水噴射弁４１及び尿素水ポンプ４４がそれぞれ信号線を介して接続されている。
本実施形態において、エンジン制御装置５０の具体的な制御対象としては、筒内噴射弁４から噴射される燃料噴射量とその噴射タイミング、ターボチャージャ１７の作動状態、スロットル開度、ＥＧＲ弁１９の開度、尿素水噴射弁４１から噴射される還元剤噴射量としての尿素水４６の噴射量とその噴射タイミング等が挙げられる。
本実施形態では、特に、エンジン制御装置５０が実施する、ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘパージ制御、フィルタ３２の再生制御及び、後述する尿素水噴射制御について、詳細に説明する。尿素水噴射制御モードは、通常モードＭ１と低減モードＭ２を備えていて、それぞれ異なる制御内容とされている。

排気温度は、エンジン１の運転領域（エンジン負荷）に応じて変化し、高負荷ほど排気温度は高くなる傾向がある。エンジン負荷とは、例えば、エンジン回転数とアクセル開度などから求められる。また、本実施形態に係る排気浄化装置３０では、還元方式が異なり、触媒活性温度帯も異なる複数のＮＯｘ触媒として、ＮＯｘトラップ触媒３１とＳＣＲ触媒４２を備えている。排気浄化装置３０では、ＮＯｘトラップ触媒３１とＳＣＲ触媒４２により排気中のＮＯｘが浄化され、フィルタ３２でＰＭが浄化される。本実施形態において、エンジン１の高負荷運転領域では、高温域でのＮＯｘ浄化性能の高いＳＣＲ触媒４２で浄化されるＮＯｘの割合が、ＮＯｘトラップ触媒３１よりも高く設定されている。また、本実施形態において、エンジン１の低負荷運転領域では、低温域でのＮＯｘ浄化性能がＳＣＲ触媒４２よりも高いＮＯｘトラップ触媒３１で浄化されるＮＯｘの割合が高く設定されている。このため、排気浄化装置３０の全体で見ると、エンジン１の運転領域全体に亘って高いＮＯｘ浄化性能を確保することができる。
しかし、ＳＣＲ触媒４２は、触媒活性温度域の触媒温度Ｔｂが、第１の所定温度Ｔ１以上となると、アンモニア（ＮＨ_３）によるＮＯｘ還元反応に対して副次的に進行するアンモニア（ＮＨ_３）の酸化反応速度が上昇する。このため、ＮＯｘ還元に用いられるアンモニア（ＮＨ_３）量が減少し、結果としてＮＯｘ浄化性能を維持するためには、尿素水４６の添加量（噴射量）が増大して、尿素水消費量が多くなってしまう。

そこで、本実施形態では、ＮＯｘの浄化効率を維持しつつも尿素水４６の消費量を抑制するために、ＳＣＲ触媒４２でＮＯｘの浄化に必要なアンモニア量を確保するための尿素水４６の供給量を排気通路１６Ａ内に尿素水噴射弁４１から噴射する通常モードＭ１と、通常モードＭ１よりも尿素水噴射弁４１から排気通路１６Ａ内に噴射される尿素水４６の供給量を抑制する低減モードＭ２を備えているとともに、通常モードＭ１と低減モードＭ２とを運転者により切り替える切替部５５を備えている。これら通常モードＭ１と低減モードＭ２はエンジン制御装置５０が備えている。通常モードＭ１と低減モードＭ２とは、ＲＯＭに予め記憶設定されている。
つまり、排気浄化装置３０は、ＮＯｘパージ制御とフィルタ３２の再生制御及び、尿素水噴射制御の通常モードＭ１と低減モードＭ２を実施するための構成として、エンジン制御装置５０を備えている。本実施形態において、エンジン制御装置５０は、推定部５１、パージ制御部としてのＮＯｘパージ制御部５２、再生制御部５３、尿素水噴射制御部５４と、通常モードＭ１と低減モードＭ２とを備えている。これらの各要素部は電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、ソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。

推定部５１は、ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵されたＮＯｘの量（ＮＯｘ吸蔵率Ａという）と、ＳＣＲ触媒４２に吸蔵されたＮＯｘの量（ＮＯｘ吸蔵率Ｂという）と、フィルタ３２に堆積したＰＭの量（ＰＭ堆積量Ｄという）とを推定するものである。ＮＯｘ吸蔵率Ａ、Ｂの推定手法には、種々の公知技術を適用可能であり、例えばエンジン１の運転領域や排気の温度、空燃比、流量等の情報を上述のセンサから取り込み、その情報に基づいて推定することができる。
一般にＮＯｘトラップ触媒３１及びＳＣＲ触媒４２のＮＯｘ吸蔵率Ａ、Ｂは、それぞれエンジン１の排気温度が高く触媒温度が高くなるに従い増大する。ＮＯｘトラップ触媒３１は、ＮＯｘパージ制御が実施されると、吸蔵されたＮＯｘが放出されて還元されるため、ＮＯｘ吸蔵量Ａは所定の速さで減少し、再度ＮＯｘを効率的に吸蔵することができる。つまり吸蔵量が上昇する。また、ＮＯｘトラップ触媒３１は、触媒温度Ｔａが第１の所定温度Ｔ１よりも高温となる第２の所定温度Ｔ２となると、吸蔵率が低下する特性を有している。このため、ＮＯｘトラップ触媒３１を効率的に機能させるためには、第２の所定温度Ｔ２以下で使用するのが望ましい。

一方、ＳＣＲ触媒４２は、触媒温度Ｔｂが第１の所定温度Ｔ１よりも高温となる第２の所定温度Ｔ２を超えても、吸蔵率はＮＯｘトラップ触媒３１よりも低下し難い。ＳＣＲ触媒４２は、尿素水噴射弁４１から噴射された尿素水４６が加水分解されて還元に必要なアンモニア（ＮＨ_３）が生成されると、吸蔵されたＮＯｘが放出されて還元される。このため、ＮＯｘ吸蔵量Ｂは所定の速さで減少し、再度ＮＯｘを効率的に吸蔵することができる。
しかし、触媒温度Ｔｂが第１の所定温度Ｔ１以上となると、上述したように尿素水４６の消費量が増大するため、尿素水４６の消費量を抑制する場合、触媒温度Ｔｂが第１の所定温度Ｔ１以上の場合には尿素水噴射弁４１からの噴射量を抑制するのが望ましい。また車両の使用地域によっては、尿素タンク４５内の尿素水４６の残量が少なくなると、ドライバーに警告を行うことや、エンジン再始動を禁止させなければならないため、このような観点からも尿素水４６の消費量を抑制することが要望されている。

また、ＰＭ堆積量Ｄの推定手法の一例として、推定部５１は、エンジン１の回転速度やエンジン負荷等に基づき、エンジン１から排出されるＰＭの量を推定して、これを前回の再生制御の終了後から積算することでＰＭ堆積量Ｄを推定する。あるいは、フィルタ３２の上下流の差圧を検出又は推定して、この差圧に基づいてＰＭ堆積量Ｄを推定する手法も公知であり、推定部５１はこのような手法によりＰＭ堆積量Ｄを推定してもよい。推定部５１は、推定したＮＯｘ吸蔵量Ａ，Ｂ及びＰＭ堆積量Ｄを、ＮＯｘパージ制御部５２、再生制御部５３、尿素水噴射制御部５４に伝達する。

図２は、ＮＯｘトラップ触媒３１とＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔａ、Ｔｂと、尿素水４６の噴射量（目標供給量）とＮＯｘトラップ触媒３１の吸蔵率の特性を示すマップである。図２において、破線は通常モードＭ１時の尿素水４６の噴射量（目標供給量）の特性を示し、実線は低減モードＭ２時の尿素水４６の噴射量（目標供給量）の特性をそれぞれ示している。通常モードＭ１時の噴射量（目標供給量）は平均噴射量であり、低減モードＭ２時の噴射量（目標供給量）は通常モードＭ１時の噴射量（目標供給量）よりある特定の触媒温度域（Ｔ１〜Ｔ２）においては低減した噴射量（目標供給量）となるよう設定されている。また、低減モードＭ２においては、第２の所定温度Ｔ２以上にＮＯｘトラップ触媒３１の触媒温度Ｔａが上昇すると、温度上昇に伴い尿素水４６の噴射量（目標供給量）を徐々に上昇するようにしている。この第２の所定温度Ｔ２以上において尿素水４６の噴射量（目標供給量）を増大する補正を、低減戻りモードＭ３とする。低減戻りモードＭ３は、エンジン制御装置５０が備えている。無論、低減モードＭ２と低減戻りモードＭ３とを区別することなく、低減モードＭ２において、ＮＯｘトラップ触媒３１の触媒温度Ｔａが第２の所定温度Ｔ２以上の場合には、噴射量（目標供給量）を第２の所定温度Ｔ２の時よりも徐々に上昇させることを、低減モードＭ２において実施するようにしてもよい。

尿素水４６の噴射量（目標供給量）とは、図２に示すように、平均尿素水消費速度の目標値である。これは、尿素水噴射弁４１は全開又は全閉式の弁のため、開弁時の単位時間当たりの噴射量は一定である。また、尿素水噴射弁４１に供給される尿素水４６の送圧は尿素水ポンプ４４によって定圧で供給される。このため、尿素水４６を必要量だけ噴射するためには、開弁時間を調整することになり、これは尿素水タンク４５内の尿素水４６の主要素量に相当するからである。

尿素水噴射制御部５４は、図２に破線で示す通常モードＭ１時における、尿素水噴射弁４１からの尿素水４６の目標供給量（平均尿素水消費速度の目標値）を、ＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｂが活性温度の下限温度Ｔ３に到達すると徐々に増大し、第１の所定温度Ｔ１になると、さらに増大するように尿素水噴射弁４１の作動を制御する。一方、尿素水噴射制御部５４は、低減モードＭ２時では、実線で示すように、触媒温度Ｔｂが第１の所定温度Ｔ１以上となると、尿素水噴射弁４１からの尿素水４６の目標供給量を徐々に低減するように制御する。本実施形態では、この尿素水４６の目標供給量を徐々に低減させる低減モードＭ２時においては、ＳＣＲ触媒４２でのＮＯｘ浄化率が尿素水不足により低減するため、ＮＯｘトラップ触媒３１でのＮＯｘ浄化率（吸蔵率）を向上させるようにＮＯｘパージ制御を実施するようにしている。つまり、尿素水噴射制御部５４は、低減モードＭ２が選択された場合、尿素水の平均尿素水消費速度の目標値が通常モードＭ１より減少するように、尿素水噴射弁４１からの尿素水の供給量を制御する。（クレーム４の変更）
また、尿素水噴射制御部５４は、ＮＯｘトラップ触媒３１の触媒温度Ｔａが第２の所定温度Ｔ２を超えると、ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘ浄化率が低減するため、本実施形態では、ＮＯｘトラップ触媒３１でのＮＯｘ浄化率の低下分を、ＳＣＲ触媒４２で補うために、低下させた尿素水４６の目標供給量をＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｂの上昇に伴い増大するように尿素水噴射弁４１の作動を制御する。

ＮＯｘパージ制御部５２は、ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵したＮＯｘの吸蔵状態（ＮＯｘ吸蔵量Ａ）に基づき、還元剤を供給してＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵されたＮＯｘを還元する制御を実施するものである。具体的には、通常モードＭ１が設定されている場合のＮＯｘパージ制御と、低減モードＭ２が設定されている場合のＮＯｘパージ制御とを実施する。以下、通常モードＭ１の場合のＮＯｘパージ制御を「通常パージ制御」と称し、低減モードＭ２の場合のＮＯｘパージ制御を「低減パージ制御」と称す。

エンジン制御装置５０が備えるＮＯｘパージ制御部５２は、推定部５１で推定されたＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘ吸蔵量Ａが所定の上限閾値Ａｈ以上（Ａ≧Ａｈ）の場合に、ＮＯｘパージの要求あり（ＮＯｘパージ制御が必要）と判断し、ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態のときにＮＯｘパージ制御を実施する。ここでは、筒内噴射弁４によりポスト噴射を実施する。ＮＯｘパージ制御部５２は、ＮＯｘパージ制御を実施するに際し、低減モードＭ２の設定の有無に応じてＮＯｘパージ制御を通常パージ制御か低減パージ制御かのいずれかで実施する。
通常パージ制御とは、ポスト噴射してＮＯｘトラップ触媒３１の周辺雰囲気をリッチ化するとともにＮＯｘトラップ触媒３１をＮＯｘパージ可能温度以上に昇温させて、ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘを放出させて還元する処理内容である。なお、ＮＯｘパージ制御を実施可能な運転状態も、例えばＮＯｘトラップ触媒３１の触媒温度やエンジン負荷等から判断される。
ＮＯｘパージ制御部５２は、低減モードＭ２が設定されている場合、通常パージ制御とは異なる低減パージ制御を実施する。低減パージ制御では、通常パージ制御よりもポスト噴射による燃料噴射量を多くする、通常パージ制御よりも長い時間パージ制御を実施する、通常パージ制御よりも短い間隔でパージ制御を実施するうちの、少なくとも何れか１つを実施する。無論、これら３つの内の複数を組み合わせて実施しても良い。本実施形態においては、低減モードＭ２が設定されている場合、通常パージ制御時よりもポスト噴射による燃料噴射量を多くする低減パージ制御をＮＯｘパージ制御部５２が実施するものとする。

上限閾値Ａｈは、ＮＯｘトラップ触媒３１に吸蔵されたＮＯｘを除去する必要性があるか否か（ＮＯｘトラップ触媒３１の飽和状態）を判定するための閾値であり、ＮＯｘトラップ触媒３１の容量等に基づいて予め設定されてＲＯＭに記憶されている。ＮＯｘパージ制御部５２は、ＮＯｘパージ制御を開始した後に推定部５１で推定されたＮＯｘ吸蔵量Ａが所定の終了閾値Ａｆ未満（Ａ＜Ａｆ）になった場合に、筒内噴射弁４からのポスト噴射を停止させてＮＯｘパージ制御を停止する。このように、ＮＯｘパージ制御部５２は、通常モードＭ１が設定されている場合には、通常パージ制御を実施し、低減モードＭ２が設定されている場合には、通常時とは異なる低減パージ制御を実施する。終了閾値Ａｆは予めＲＯＭに記憶されて設定されている。

再生制御部５３は、フィルタ３２に捕集されたＰＭの量（ＰＭ堆積量Ｄ）に基づいて、フィルタ３２からＰＭを除去するＤＰＦの再生要求の有無（再生制御の必要性）を判断し、再生要求（実施要求）に応じて再生制御（ＤＰＦ再生処理）を実施するものである。具体的には、再生制御部５３は、推定部５１で推定されたＰＭ堆積量Ｄが、予め設定した所定の再生開始閾値Ｄｆ以上の場合に再生制御が必要であると判断し、ＰＭ堆積量Ｄが再生開始閾値Ｄｆ未満の場合に再生制御が不要であると判断する。この再生開始閾値Ｄｆは、ＲＯＭに予め設定されている。

再生制御部５３は、再生要求があると判断したときに、ＮＯｘパージ制御部５２によってＮＯｘパージ制御が実施される場合は、ＮＯｘパージ制御部５２による制御を優先させる。つまりこの場合、再生制御部５３は、ＮＯｘパージ制御部５２によってＮＯｘパージ制御が実施される場合にはＮＯｘパージ制御の終了した後に、再生制御を開始する。
再制御中は、エンジン１が高負荷運転状態であることに加えてＥＧＲ弁１９が閉弁されて還流ガスがカットされることで、シリンダ２から排出されるＮＯｘの量が増大するため、再生制御前にＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘ吸蔵能力を確保しておく必要がある。そこで、再生要求があるときにＮＯｘパージ制御が必要である場合は、ＮＯｘパージ制御を再生制御に先行して実施することで、再生制御中のＮＯｘの排出量を低減することができる。
再生制御部５３は、再生制御を開始した後に推定部５１で推定されたＰＭ堆積量Ｄが所定の再生終了閾値Ｄｆ未満（Ｄ＜Ｄｆ）になった場合に、筒内噴射弁４によるポスト噴射を停止させて、再生制御を終了する。なお、再生終了閾値は、０に近い小さな値に予め設定されている。

切替部５５は、通常モードＭ１を選択する際に操作する通常モード選択部としての通常モードスイッチ５６と、低減モードＭ２を選択する際に操作する低減モード選択部としての低減モードスイッチ５７とを備えている。本実施形態においては、通常モードＭ１と低減モードＭ２を選択して切り替える切替部５５として、通常モードスイッチ５６と低減モードスイッチ５７の２つのスイッチを用いて切り替えているが、このような構成に切替部５５は限定されるものではない。例えば、切替部５５を１つのスイッチで構成しても良い。この場合、デフォルトの状態では、通常モードＭ１を設定しておき、切替部５５を一度操作すると、低減モードＭ２に切替り、もう一度操作すると、通常モードＭ１に切替るようにしても良い。
この切替部５５は、車両の運転席から操作可能な位置に配置されている。切替部５５は、エンジン制御装置５０の入力ポートに信号線を介して接続されている。また、尿素水噴射制御部５４は、通常モードスイッチ５６が操作されると通常モードＭ１を設定し、低減モードスイッチ５７が操作されると低減モードＭ２を設定するように構成されている。

つまり、本実施形態に係る排気浄化装置３０は、ＮＯｘトラップ触媒３１とＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔａ、Ｔｂを検出する温度センサ、２６Ａ、２６Ｂと、尿素水４６を排気通路１６Ａに噴射することで供給する尿素水噴射弁４１と、尿素水噴射弁４１よりも排気上流側に配置されたＮＯｘトラップ触媒３１、尿素水噴射弁４１よりも排気下流側に配置されＳＣＲ触媒４２と、尿素水噴射弁４１からの尿素水４６の供給量を制御する尿素水噴射制御部５４と、尿素水の残量を検出する残量検出センサ２７と、浄化率上昇手段としての筒内噴射弁４と、切替部５５とを備えている。
また、エンジン制御装置５０は、通常モードＭ１と、通常モードＭ１よりも尿素水噴射弁４１からの尿素水４６の供給量を抑制する低減モードＭ２と、排気の還元雰囲気が濃くなるように、すなわち、還元雰囲気の度合いが高くなるように、排気の還元雰囲気の実施期間が通常時よりも長くなるように、あるいは排気の還元雰囲気の実施間隔が通常時よりも短くなるように、浄化率上昇手段（筒内噴射弁４）の作動を制御するパージ制御部５２と、尿素水噴射制御部５４を備えている。

以下、エンジン制御装置５０による排気浄化処理の内容について、図３〜図８に示すフローチャートを用いる。これらのフローチャートは、エンジン制御装置５０において所定の演算周期で繰り返し実施される。なお、これらのフローチャートとは別に、上記の推定部５１によるＮＯｘ吸蔵量Ａ，Ｂ及びＰＭ堆積量Ｄの推定は常に実施されており、ＮＯｘパージ制御部５２及び再生制御部５３及び尿素水噴射制御部５４は、推定された各推定値や各種センサからの検出情報を読み込んでＮＯｘパージ処理、ＤＰＦ再生処理及び尿素水噴射量処理の制御をそれぞれ実施する。また、本実施形態において、エンジン１は既に始動しているものとする。

ＮＯｘパージ制御部５２において実施される通常ＮＯｘパージ処理について、図３を用いて説明する。図３に示すように、ＮＯｘパージ制御部５２は、推定部５１で推定されたＮＯｘ吸蔵量Ａ等の必要情報を読み込み、ステップＳＴ１において、ＮＯｘ吸蔵量Ａと上限閾値Ａｈとを比較することでＮＯｘパージ要求の有無を判定する。ＮＯｘパージ制御部５２は、ＮＯｘ吸蔵量Ａが上限閾値Ａｈ以上（Ａ≧Ａｈ）の場合には、ＮＯｘパージ要求有り（ＮＯｘパージ時期）であるものと判定し、ステップＳＴ２に進んで通常パージ制御を開始する。ＮＯｘパージ制御部５２は、通常パージ制御の開始後、ステップＳＴ３において、ＮＯｘ吸蔵量Ａが所定の終了閾値Ａｆ未満（Ａ＜Ａｆ）であるか否かを判定し、終了閾値Ａｆ未満になった場合には、ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘ吸蔵率が上昇して浄化効率が向上したものとしてステップＳＴ４に進んで通常パージ制御を停止し、通常ＮＯｘパージ処理を終える。

ＮＯｘパージ制御部５２において実施される低減ＮＯｘパージ処理について、図４を用いて説明する。図４に示す低減ＮＯｘパージ処理は、低減モードＭ２が設定されている場合には実施されるものである。図４に示すように、ＮＯｘパージ制御部５２は、ステップＳＴ５において、低減モードＭ２が設定されているか否かを判定し、低減モードＭ２が設定されている場合にはステップＳＴ６に進んで低減パージ制御を開始する。このため、ＮＯｘトラップ触媒３１でのＮＯｘ浄化率（吸蔵率）が通常パージ制御時よりも上昇する。ＮＯｘパージ制御部５２は、低減パージ制御の開始後、ステップＳＴ７において、ＮＯｘ吸蔵量Ａが所定の終了閾値Ａｆ未満（Ａ＜Ａｆ）であるか否かを判定し、終了閾値Ａｆ未満になった場合には、ステップＳＴ８に進んで低減パージ制御を停止し、低減ＮＯｘパージ処理を終える。

次に、再生制御部５３において実施されるＤＦＰ再生処理について、図５を用いて説明する。再生制御部５３は、推定部５１で推定されたＰＭ堆積量Ｄ等の必要情報を読み込み、ステップＳＴ１１において、ＤＦＰ再生要求の有無をＰＭ堆積量Ｄと再生開始閾値Ｄｓとを比較することで判定する。再生制御部５３は、ＰＭ堆積量Ｄが再生開始閾値Ｄｓ以上（Ｄ≧Ｄｓ）の場合には、ＤＦＰ再生要求の有り（フィルタ３２の再生時期）であるものと判定し、ステップＳＴ１２に進んでＤＰＦ再生を開始する。再生制御部５３は、ＤＰＦ再生開始後、ステップＳＴ１３において、ＰＭ堆積量Ｄが所定の終了閾値Ｄｆ未満（Ｄ＜Ｄｆ）であるか否かを判定し、終了閾値Ｄｆ未満になった場合には、フィルタ３２のＰＭ除去が完了したものとして、ステップＳＴ１４に進んでＤＦＰ再生を停止して、ＤＦＰ再生処理を終える。

（第１の実施形態）
次に、尿素水噴射制御部５４において実施される尿素水噴射処理の第１の実施形態について図６を用いて説明する。図６では、尿素水噴射処理１と表記している。
本実施形態では、通常モードＭ１と低減モードＭ２との切替えを、運転者による切替部５５の操作によって行うようにしている。尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ２１において切替部５５の通常モードスイッチ５６が操作されてオン状態であるか否かを、通常モードスイッチ５６の操作によって発生される信号の有無によって判定する。ここで信号出力がある場合には、ステップＳＴ２２において通常モードＭ１を設定する。
尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ２２で通常モードＭ１が設定されると、ステップＳＴ２３において通常モードＭ１で尿素水噴射弁４１を作動し、尿素水４６を排気通路１６Ａに供給してＳＣＲ触媒４２に供給する。このため、ＳＣＲ触媒４２では、加水分解されて生成されたアンモニア（ＮＨ_３）を還元剤としたＮＯｘの還元が行われる。尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ２４でエンジン１が停止したか否かを例えばエンジン回転数の有無やイグニッションスイッチの操作状態から判定し、エンジン１が停止すると、尿素水噴射弁４１を作動が停止して尿素水噴射処理を終える。
尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ２１において、通常モードスイッチ５６がオン状態でない場合、ステップＳＴ２５に進んで低減モードスイッチ５７のオン状態を判定する。尿素水噴射制御部５４は、低減モードスイッチ５７が操作されて信号が出されたオン状態である場合には、ステップＳＴ２６に進んで低減モードＭ２を設定する。

尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ２６で低減モードＭ２が設定されると、ステップＳＴ２７において低減モードＭ２で尿素水噴射弁４１を作動し、通常モードＭ１時よりも量が抑制された尿素水４６を排気通路１６Ａに噴射してＳＣＲ触媒４２に供給する。このため、ＳＣＲ触媒４２では、加水分解されて生成されたアンモニア（ＮＨ_３）を還元剤としたＮＯｘの還元が行われる。ただし、低減モードＭ２の場合、通常モードＭ１よりもＳＣＲ触媒４２に供給される単位時間当たりの尿素水４６の噴射量（目標供給量）が抑制されるので、ＳＣＲ触媒４２でのＮＯｘ浄化率を低下する。しかし、図４で説明したように、低減モードＭ２が設定されるとＮＯｘトラップ触媒３１に対するＮＯｘパージ処理（低減パージ制御）が平行して実施される。このため、ＳＣＲ触媒４２で低下したＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘトラップ触媒３１側での浄化率（吸蔵率）向上によって補われるため、ＮＯｘの浄化効率を維持しつつも尿素水４６の消費量を抑制することができるとともに、アンモニアスリップの発生も防止することができる。この結果、運転者が尿素水不足による、エンジン１の再始動停止や尿素水４６の補充作業をすることを抑制することになり、ドライバビリティの向上につながる。

尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ２８においてＮＯｘトラップ触媒３１の触媒温度Ｔａと第２の所定温度Ｔ２とを比較し、ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘの浄化率（吸蔵率）の状態を判定する。尿素水噴射制御部５４は、ＮＯｘトラップ触媒３１の触媒温度Ｔａが第２の所定温度Ｔ２以上（Ｔａ≧Ｔ２）となった場合、ＮＯｘトラップ触媒３１側でのＮＯｘ吸蔵率が低下領域になったものと判定し、ステップＳＴ２９に進む。尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ２９において低減戻りモードで尿素水噴射弁を作動する。このため、低減モードＭ２よりもＳＣＲ触媒４２に供給される単位時間当たりの尿素水４６の噴射量（目標供給量）が増大されるので、ＳＣＲ触媒４２でのＮＯｘ浄化率が上昇し、ＮＯｘトラップ触媒３１の浄化率（吸蔵率）の低下分が、ＳＣＲ触媒４２側でのＮＯｘ浄化率（還元率）の上昇によって補われる。このため、ＮＯｘの浄化効率を維持しつつも尿素水４６の消費量を抑制することができ、アンモニアスリップも発生も防止することができる。
低減モードＭ２及び低減モードＭ２と連続して行われる低減戻りモードは、尿素水噴射制御部５４がステップＳＴ２９においてエンジン１が停止するまで実施され、エンジン１が停止すると終了する。
このように切替部５５の低減モードスイッチ５７の操作によって通常モードＭ１から低減モードＭ２に任意に切替えられて尿素水４６の噴射量（目標供給量）が抑制されても、ＮＯｘトラップ触媒３１側でＮＯｘの浄化を行えるため、ＮＯｘの浄化効率を維持しつつも尿素水４６の消費量を抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、尿素水噴射制御部５４において実施される尿素水噴射処理の第２の実施形態について図７を用いて説明する。図７では、尿素水噴射処理２と表記している。
本実施形態では、低減モードＭ２を設定するに際し、低減モードスイッチ５７の操作状態と尿素水タンク４５内の尿素水残量Ｌをパラメータとして用いる。これ以外は図６で示した尿素水噴射処理１と同様の内容となっているので、同様のステップ（ＳＴ３２〜ＳＴ３４、ＳＴ３７〜ＳＴ４１）については適宜簡略化して記載することにする。
尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ３１で通常モードスイッチ５６がオン状態の場合には、ステップＳＴ３２に進んで通常モードＭ１を設定し、ステップＳＴ３３で通常モードＭ１で尿素水噴射弁４１を作動し、ステップＳＴ３４でエンジン１が停止したことが判定されるまで通常モードＭ１を実施し、エンジン１の停止が判定されると尿素水噴射処理を終える。

尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ３１で通常モードスイッチ５６がオン状態でない場合ステップＳＴ３５において、低減モードスイッチ５７のオン状態を判定し、オン状態である場合には、ステップＳＴ３６に進む。尿素水噴射制御部５４は、残量検出センサ２７で検出された尿素水タンク４５内の尿素水残量Ｌ等の必要情報を読み込み、ステップＳＴ３６において、尿素水残量Ｌと判定値となる所定値Ｌ１とを比較する。尿素水噴射制御部５４は、尿素水残量Ｌが所定値Ｌ１以下（Ｌ≦Ｌ１）の場合には、尿素水４６の残量が少なくなったものとしてステッフＳＴ３７に進んで低減モードＭ２を設定し、尿素水残量Ｌが所定値Ｌ１よりも大きい（Ｌ>Ｌ１）場合には、ステップＳＴ３２に進む。つまり、低減モードスイッチ５７が操作されて低減モードが選択されたとしても、尿素水残量Ｌが所定値Ｌ１よりも大きい（Ｌ>Ｌ１）場合には、低減モードを禁止する。
尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ３７で低減モードＭ２が設定されると、ステップＳＴ３８において低減モードＭ２で尿素水噴射弁４１を作動し、通常モードＭ１時よりも単位時間当たりの噴射量（目標供給量）が抑制された尿素水４６を排気通路１６Ａに噴射してＳＣＲ触媒４２に供給する。このため、ＳＣＲ触媒４２でのＮＯｘ浄化率は通常モードＭ１を低下する。しかし、図４で説明したように、低減モードＭ２が設定されるとＮＯｘトラップ触媒３１に対するＮＯｘパージ処理（低減パージ制御）が平行して実施される。このため、ＳＣＲ触媒４２で低下したＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘトラップ触媒３１側での浄化率（吸蔵率）向上によって補われるため、ＮＯｘの浄化効率を維持しつつも尿素水４６の消費量を抑制することができるとともに、アンモニアスリップの発生も防止することができる。この結果、運転者が尿素水不足による、エンジン１の再始動停止や尿素水４６の補充作業をすることを抑制することになり、ドライバビリティの向上につながる。

尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ３９おいて、ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘの浄化率（吸蔵率）の状態を判定し、ＮＯｘトラップ触媒３１の触媒温度Ｔａが第２の所定温度Ｔ２以上（Ｔａ≧Ｔ２）となった場合、ＮＯｘトラップ触媒３１側でのＮＯｘ吸蔵率が低下領域になったものと判定し、ステップＳＴ４０に進む。尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ４０において低減戻りモードで尿素水噴射弁を作動する。このため、低減モードＭ２よりもＳＣＲ触媒４２に供給される単位時間当たりの尿素水４６の噴射量（目標供給量）が増大されるので、ＳＣＲ触媒４２でのＮＯｘ浄化率が上昇し、ＮＯｘトラップ触媒３１の浄化率（吸蔵率）の低下分が、ＳＣＲ触媒４２側でのＮＯｘ浄化率（還元率）の上昇によって補われる。このため、ＮＯｘの浄化効率を維持しつつも尿素水４６の消費量を抑制することができ、アンモニアスリップも発生も防止することができる。
低減モードＭ２及び低減モードＭ２と連続して行われる低減戻りモードは、尿素水噴射制御部５４がステップＳＴ４１においてエンジン１が停止するまで実施され、エンジン１が停止すると終了する。
このような本実施形態では、低減モードスイッチ５７のオン状態の場合でも、残量検出センサ２７で検出された尿素水タンク４５内の尿素水残量Ｌが所定値Ｌ１未満（Ｌ≦Ｌ１）でなければ、ただちに低減モードＭ２を設定しないので、低減モードスイッチ５７の誤操作による低減モードの設定を抑止することができる。また、低減モードＭ２が設定されて尿素水４６の供給量が抑制されても、ＮＯｘトラップ触媒３１側でＮＯｘの浄化を行えるため、ＮＯｘの浄化効率を維持しつつも尿素水４６の消費量を抑制することができる。

（第３の実施形態）
次に、尿素水噴射制御部５４において実施される尿素水噴射処理の第３の実施形態について図８を用いて説明する。図８では、尿素水噴射処理３と表記している。
本実施形態では、低減モードＭ２を設定するに際し、低減モードスイッチ５７の操作状態とＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｂの状態をパラメータとして用いる。これ以外は図６で示した尿素水噴射処理１と同様の内容となっているので、同様のステップ（ＳＴ５２〜ＳＴ５４、ＳＴ５７〜ＳＴ６１）については適宜簡略化して記載することにする。
尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ５１で通常モードスイッチ５６がオン状態の場合には、ステップＳＴ５２に進んで通常モードＭ１を設定し、ステップＳＴ５３で通常モードＭ１で尿素水噴射弁４１を作動し、ステップＳＴ５４でエンジン１が停止したことが判定されるまで通常モードＭ１を実施し、エンジン１停止と判定されると尿素水噴射処理を終える。

尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ５１で通常モードスイッチ５６がオン状態でない場合には、ステップＳＴ５５において低減モードスイッチ５７のオン状態を判定し、オン状態である場合には、ステップＳＴ５６に進む。尿素水噴射制御部５４は、温度センサ２６ｂで検出されたＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｂと第１の所定温度Ｔ１とを比較し、触媒温度Ｔｂが第１の所定温度Ｔ１以上（Ｔｂ≧Ｔ１）の場合には、ＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｂが、尿素水４６を大量に消費する温度領域になったものとし、ステップＳＴ５７で低減モードＭ２を設定する。一方、触媒温度Ｔｂが第１の所定温度Ｔ１未満（Ｔｂ<Ｔ１）の場合には、ステップＳＴ５２に進む。つまり、低減モードスイッチ５７が操作されて低減モードが選択されたとしても、触媒温度Ｔｂが第１の所定温度Ｔ１未満（Ｔｂ<Ｔ１）の場合には低減モードを禁止する。

尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ５７で低減モードＭ２が設定されると、ステップＳＴ５８において低減モードＭ２で尿素水噴射弁４１を作動し、通常モードＭ１時よりも単位時間当たりの噴射量（目標供給量）が抑制された尿素水４６を排気通路１６Ａに噴射してＳＣＲ触媒４２に供給する。このため、ＳＣＲ触媒４２でのＮＯｘ浄化率は通常モードＭ１を低下する。しかし、図４で説明したように、低減モードＭ２が設定されるとＮＯｘトラップ触媒３１に対するＮＯｘパージ処理（低減パージ制御）が平行して実施される。このため、ＳＣＲ触媒４２で低下したＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘトラップ触媒３１側での浄化率（吸蔵率）向上によって補われるため、ＮＯｘの浄化効率を維持しつつも尿素水４６の消費量を抑制することができるとともに、アンモニアスリップの発生も防止することができる。この結果、運転者が尿素水不足による、エンジン１の再始動停止や尿素水４６の補充作業をすることを抑制することになり、ドライバビリティの向上につながる。

尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ５９において、ＮＯｘトラップ触媒３１のＮＯｘの浄化率（吸蔵率）の状態を判定し、ＮＯｘトラップ触媒３１の触媒温度Ｔａが第２の所定温度Ｔ２以上（Ｔａ≧Ｔ２）となった場合、ＮＯｘトラップ触媒３１側でのＮＯｘ吸蔵率が低下領域になったものと判定し、ステップＳＴ６０に進む。尿素水噴射制御部５４は、ステップＳＴ６０において低減戻りモードで尿素水噴射弁を作動する。このため、低減モードＭ２よりもＳＣＲ触媒４２に供給される単位時間当たりの尿素水４６の噴射量（目標供給量）が増大されるので、ＳＣＲ触媒４２でのＮＯｘ浄化率が上昇し、ＮＯｘトラップ触媒３１の浄化率（吸蔵率）の低下分が、ＳＣＲ触媒４２側でのＮＯｘ浄化率（還元率）の上昇によって補われる。このため、ＮＯｘの浄化効率を維持しつつも尿素水４６の消費量を抑制することができ、アンモニアスリップも発生も防止することができる。
低減モードＭ２及び低減モードＭ２と連続して行われる低減戻りモードは、尿素水噴射制御部５４がステップＳＴ６１においてエンジン１が停止するまで実施され、エンジン１が停止すると終了する。

このような本実施形態では、低減モードスイッチ５７が運転者によって選択操作されてオン状態の場合でも、ＳＣＲ触媒４２の触媒温度Ｔｂが第１の所定温度Ｔ１以上（Ｔｂ≧Ｔ１）でなければ、ただちに低減モードＭ２を設定しないので、低減モードスイッチ５７の誤操作による低減モードの設定を抑止することができる。また、低減モードＭ２が設定されて尿素水４６の供給量が抑制されても、ＮＯｘトラップ触媒３１側でＮＯｘの浄化を行えるため、ＮＯｘの浄化効率を維持しつつも尿素水４６の消費量を抑制することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、第2の実施形態と第3の実施形態とを１つの制御フロー上で実施すようにしても良い。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１・・・内燃機関、４・・・浄化率上昇手段（筒内噴射弁）、１６Ａ・・・排気通路、２６Ａ・・・トラップ触媒温度検出部、２６Ｂ・・・尿素触媒温度検出部、２７・・・尿素残量検出部、３０・・・排気浄化装置、３１・・・窒素酸化物トラップ触媒、４１・・・尿素水供給部、４２・・・選択還元触媒、４６・・・尿素水、５０・・・制御部、５２・・・パージ制御部、５４・・・尿素水噴射制御部、５５・・・切替部、５６・・・通常モード選択部、５７・・・低減モード選択部、６０・・・浄化率上昇手段、Ｌ・・・尿素水残量、Ｌ１・・・所定値、Ｍ１・・・通常モード、Ｍ２・・・低減モード、Ｔａ・・・窒素酸化物トラップ触媒の温度、Ｔｂ・・・選択還元触媒の温度、Ｔ１・・・第１の所定温度、Ｔ２・・・第２の所定温度

Claims (9)

1. 内燃機関から排出される排気が流れる排気通路内に尿素水を供給する尿素水供給部と、
   前記尿素水供給部よりも排気上流側に配置され、前記排気中の窒素酸化物を酸化雰囲気下で吸蔵するとともに還元雰囲気下で還元する窒素酸化物トラップ触媒と、
   前記尿素水供給部よりも排気下流側に配置され、前記尿素水供給部から供給された前記尿素水を還元剤として前記排気に含まれている窒素酸化物を還元する選択還元触媒と、
   前記尿素水供給部からの前記尿素水の供給量を制御する制御部と、
   通常モードと、該通常モードよりも尿素水供給部からの尿素水の供給量を抑制する低減モードとを運転者により切り替える切替部を備えることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記選択還元触媒の温度を検出する尿素触媒温度検出部を備え、
   前記制御部は、前記切替部により前記低減モードが選択されたとしても、前記尿素触媒温度検出部で検出された前記選択還元触媒の温度が第１の所定温度未満の場合には前記低減モードの実施を禁止することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記尿素水の残量を検出する尿素残量検出部を備え、
   前記制御部は、前記切替部により前記低減モードが選択されたとしても、前記尿素残量検出部で検出された尿素水の残量が所定値より大きい場合には前記低減モードの実施を禁止することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
4. 前記制御部は、前記低減モードが選択された場合、前記尿素水の平均尿素水消費速度の目標値が前記通常モードより減少するように、前記尿素水供給部からの尿素水の供給量を制御する尿素水噴射制御部を有することを特徴とする請求項１〜３の内の何れか１項に記載の排気浄化装置。
5. 前記窒素酸化物トラップ触媒での窒素酸化物の目標浄化率を増加させる浄化率上昇手段を備え、
   前記制御部は、前記切替部により前記低減モードが選択された場合、前記浄化率上昇手段を作動することを特徴とする請求項１〜４の内の何れか１項に記載の排気浄化装置。
6. 前記浄化率上昇手段は、排気が、前記窒素酸化物トラップ触媒に吸蔵された窒素酸化物を放出還元させる還元雰囲気となるように前記内燃機関を作動するものであり、
   前記制御部は、前記還元雰囲気の度合いが高くなるように、前記浄化率上昇手段の作動を制御するパージ制御部を有することを特徴とする請求項５に記載の排気浄化装置。
7. 前記浄化率上昇手段は、排気が、前記窒素酸化物トラップ触媒に吸蔵された窒素酸化物を放出還元させる還元雰囲気となるように前記内燃機関を作動するものであり、
   前記制御部は、前記還元雰囲気の実施期間が通常時よりも長くなるように、前記浄化率上昇手段の作動を制御するパージ制御部を有することを特徴とする請求項５に記載の排気浄化装置。
8. 前記浄化率上昇手段は、排気が、前記窒素酸化物トラップ触媒に吸蔵された窒素酸化物を放出還元させる還元雰囲気となるように前記内燃機関を作動するものであり、
   前記制御部は、前記還元雰囲気の実施間隔が通常時よりも短くなるように、前記浄化率上昇手段の作動を制御するパージ制御部を有することを特徴とする請求項７に記載の排気浄化装置。
9. 前記窒素酸化物トラップ触媒の温度を検出するトラップ触媒温度検出部を有し、
   前記制御部は、前記トラップ触媒温度検出部で検出された前記窒素酸化物トラップ触媒の温度が第２の所定温度以上の場合には、前記尿素水供給部からの尿素水の供給量を増大するように前記尿素水供給部を制御することを特徴とする請求項１〜８の内の何れか１項に記載の排気浄化装置。

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