JP2017145704A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタの過昇温を抑制しながらフィルタ及びＮＯｘ触媒の再生を効率的に行うものを提供すること。【解決手段】排気浄化システムは、酸化機能及び排気中のＮＯｘを浄化する機能を有するＮＳＣと、排気中のＰＭを捕集するフィルタと、ポスト噴射の実行を許可又は禁止するポスト噴射禁止手段と、フィルタに高温かつ酸化雰囲気の排気を供給することによってフィルタに堆積したＰＭを燃焼除去するとともに、ポスト噴射禁止手段によって許可されている期間内ではポスト噴射を実行して排気を昇温するフィルタ再生運転と、ＮＳＣに高温かつ還元雰囲気の排気を供給することによってＳＯｘを脱離するＤｅＳＯｘ運転と、を交互に行う再生制御手段と、を備える。ポスト噴射禁止手段は、ＤｅＳＯｘ運転からフィルタ再生運転に切り換わってから、直前のＤｅＳＯｘ運転の実行時間に応じて設定したポスト噴射禁止時間が経過するまでポスト噴射の実行を禁止する。【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。より詳しくは、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒と排気中の粒子状物質を捕集するフィルタとを組み合わせた内燃機関の排気浄化システムに関する。

従来より、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒と粒子状物質（以下、「ＰＭ（パティキュレートマター）」ともいう）を捕集するフィルタとを、内燃機関の排気通路に沿って直列に設けることにより、内燃機関の排気に含まれるＮＯｘとＰＭとの両方を浄化する内燃機関の排気浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

フィルタにおけるＰＭの捕集量が大きくなると、フィルタの前後での圧損が増加してしまい、燃費が悪化するおそれがある。このため、フィルタにある程度の量のＰＭが捕集されると、高温かつ酸化雰囲気の排気をフィルタへ供給することによって、フィルタに捕集されたＰＭを燃焼除去するフィルタ再生運転が行われる。

一方、ＮＯｘ触媒は、排気中のＮＯｘを浄化することを主な機能としているが、燃料やオイルに含まれていたＳＯｘを捕捉する機能も有する。ＮＯｘ触媒に捕捉されているＳＯｘの量が多くなると、ＮＯｘ浄化性能が低下するおそれがある。このため、ＮＯｘ触媒にある程度の量のＳＯｘが捕捉されると、上記フィルタ再生運転と同程度に高温かつ還元雰囲気の排気をＮＯｘ触媒へ供給することによって、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＳＯｘを脱離除去し、ＮＯｘ触媒の機能を回復させるＮＯｘ触媒再生運転（以下、「ＤｅＳＯｘ運転」ともいう）が行われる。以上のように、フィルタとＮＯｘ触媒とを組み合わせた排気浄化システムでは、各々の本来の機能を発揮できる状態に維持すべく、フィルタ再生運転とＤｅＳＯｘ運転との両方を適切なタイミングで実行する必要がある。

特許文献１の排気浄化システムでは、フィルタの再生とＮＯｘ触媒の再生との両方が必要と判断された場合には、排気の温度を上昇させるフィルタ再生運転を開始するとともに、ＮＯｘ触媒に流入する排気を還元雰囲気にするＤｅＳＯｘ運転をパルス的に繰り返し行う。上述のようにＮＯｘ触媒に捕捉されたＳＯｘを脱離するためには還元雰囲気にしかつ排気を高温にしなければならない。特許文献１の排気浄化システムによれば、フィルタ再生運転を行うことによってフィルタとともにＮＯｘ触媒も昇温できる。したがって、フィルタを昇温するためのエネルギーを利用してＮＯｘ触媒を昇温できるので、フィルタ再生運転とＤｅＳＯｘ運転とをそれぞれ別々のタイミングで実行した場合と比較して、フィルタ及びＮＯｘ触媒の再生による燃費の悪化を抑制できる。

特開２００５−１５５３７４号公報

フィルタに堆積したＰＭを燃焼除去するにはフィルタの温度を強制的に上昇させる必要があるが、その際に用いる昇温手段としては、所謂ポスト噴射を採用する場合が多い。ポスト噴射とは主噴射後の所定期間以降の燃料噴射をいう。ポスト噴射を行うことによって供給された燃料の多くは燃焼室内での燃焼には寄与せずにそのまま排気通路へ供給され、排気通路内に設けられた触媒で燃焼し、フィルタの昇温に寄与する。フィルタ再生運転では、ポスト噴射を行うことによってフィルタに堆積したＰＭの温度を上昇させるとともに、リーン制御を行い酸素を多く含んだ酸化雰囲気の排気を供給することによって、ＰＭを燃焼除去する。

一方、ＤｅＳＯｘ運転では、フィルタ再生運転を行うことによってＮＯｘ触媒の温度が上昇した状態でリーン制御からリッチ制御に切り換え、未燃ＨＣやＣＯ等の還元成分を多く含んだ還元雰囲気の排気をＮＯｘ触媒に供給することによって、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＳＯｘを脱離させる。しかしながらＤｅＳＯｘ運転を行い、ＮＯｘ触媒に還元雰囲気の排気を供給し続けると、フィルタに堆積しているＰＭには排気中の未燃ＨＣの一部が燃焼しないまま付着する。このため上記特許文献１の発明のように、ＤｅＳＯｘ運転を行った後、フィルタ再生運転を行うべくリッチ制御からリーン制御に切り換え、さらにポスト噴射を行うと、フィルタには酸化雰囲気の排気が供給され、ＰＭに付着していた未燃ＨＣが短時間で急速に燃焼してしまい、フィルタの温度が急激に上昇するおそれがある。

本発明は、フィルタとＮＯｘ触媒とを組み合わせて排気を浄化する内燃機関の排気浄化システムであって、フィルタの過昇温を抑制しながらフィルタ及びＮＯｘ触媒の再生を効率的に行うものを提供すること目的とする。

（１）内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気浄化システム（例えば、後述の排気浄化システム２）は、前記内燃機関の排気通路（例えば、後述の排気管１１）に設けられ、酸化機能及び排気中のＮＯｘを浄化する機能を有するＮＯｘ触媒（例えば、後述の触媒コンバータ３１のＮＳＣ）と、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ触媒の下流側に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ（例えば、後述のフィルタ３２）と、主噴射後の所定期間以降の燃料噴射であるポスト噴射の実行を許可又は禁止するポスト噴射禁止手段（例えば、後述のＥＣＵ７）と、前記フィルタに高温かつ酸化雰囲気の排気を供給することによって当該フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するとともに、前記ポスト噴射禁止手段によって許可されている期間内では前記ポスト噴射を実行し、前記酸化機能を利用して未燃燃料を燃焼させることによって排気を昇温するフィルタ再生運転（例えば、後述の図４のＳ２３のフィルタ再生運転）と、前記ＮＯｘ触媒に高温かつ還元雰囲気の排気を供給することによって前記ＮＯｘ触媒におけるＳＯｘを脱離するＮＯｘ触媒再生運転（例えば、後述の図４のＳ２４のＤｅＳＯｘ運転）と、を交互に行う再生制御手段（例えば、後述のＥＣＵ７）と、を備える。前記ポスト噴射禁止手段は、前記ＮＯｘ触媒再生運転から前記フィルタ再生運転に切り換わってから、直前の前記ＮＯｘ触媒再生運転の実行時間及び当該ＮＯｘ触媒再生運転の実行時における排気の空燃比の少なくとも何れかに応じて設定した禁止時間（例えば、後述の図６のＳ３７のポスト噴射禁止時間）が経過するまで前記ポスト噴射の実行を禁止することを特徴とする。

なお本発明で排気の空燃比とは、排気中のＨＣやＣＯ等の還元成分に対する酸素の比をいう。なお以下では、空燃比との用語の代わりに、この空燃比を理論空燃比で除して得られる空気過剰率との用語を用いる場合もある。また本発明で酸化雰囲気とは、フィルタ又はＮＯｘ触媒における排気中の酸素濃度が上記還元成分の濃度に対して相対的に高い状態をいい、具体的には、例えば内燃機関における燃焼空燃比をストイキよりリーンにすることによって実現される。また本発明で還元雰囲気とは、フィルタ又はＮＯｘ触媒における排気中の酸素濃度が上記還元成分の濃度に対して相対的に低い状態をいう。この還元雰囲気は、具体的には、例えばアフター噴射等を行うことによって燃焼空燃比をストイキよりリッチにすることによって実現される。

なお、主噴射の後に行う燃料噴射は、アフター噴射とこのアフター噴射よりさらに後に行うポスト噴射とに分けられる。本発明では、主噴射の後であって、例えば４５〜６５［ｄｅｇＡＴＤＣ］内の燃料噴射をアフター噴射と定義し、これ６５［ｄｅｇＡＴＤＣ］以降の燃料噴射をポスト噴射と定義する。

（２）この場合、前記ポスト噴射禁止手段は、前記ＮＯｘ触媒再生運転の実行中における前記ポスト噴射の実行を禁止することが好ましい。

（３）この場合、前記ポスト噴射禁止手段は、前記直前のＮＯｘ触媒再生運転の実行時間が長いほど前記禁止時間を長く設定することが好ましい。

（４）この場合、前記ポスト噴射禁止手段は、前記直前のＮＯｘ触媒再生運転の実行時における排気の空燃比が小さいほど前記禁止時間を長く設定することが好ましい。

（５）この場合、前記ポスト噴射禁止手段は、前記ＮＯｘ触媒再生運転から前記フィルタ再生運転に切り換わった時における前記フィルタの温度が高いほど前記禁止時間を長く設定することが好ましい。

（６）この場合、前記排気浄化システムは、前記フィルタに捕集されている粒子状物質量を推定する捕集量推定手段（例えば、後述の差圧センサ３４及びＥＣＵ７）と、前記ＮＯｘ触媒に捕捉されているＳＯｘ量を推定するＳＯｘ量推定手段（例えば、後述のＥＣＵ７）と、をさらに備え、前記再生制御手段は、前記粒子状物質量が、前記ＳＯｘ量に基づいて設定された所定の閾値（例えば、後述の図２の再生開始閾値）を超えたことに応じて前記フィルタ再生運転及び前記ＮＯｘ触媒再生運転の交互の実行を開始することが好ましい。

（７）この場合、前記再生制御手段は、前記ＳＯｘ量が多いほど前記閾値を小さな値に設定することが好ましい。

（１）本発明では、フィルタにおける粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生運転と、ＮＯｘ触媒におけるＳＯｘを脱離するＮＯｘ触媒再生運転とを交互に行う。またフィルタ再生運転では、ポスト噴射禁止手段によって許可されている期間内でポスト噴射を実行し、ＮＯｘ触媒における酸化機能を利用してポスト噴射によって供給された燃料を燃焼させることによってフィルタやＮＯｘ触媒の温度を上昇させる。またポスト噴射禁止手段は、ＮＯｘ触媒再生運転からフィルタ再生運転に切り換わってから、所定の禁止時間が経過するまでポスト噴射の実行を禁止する。これにより、ＮＯｘ触媒再生運転を行っている間にフィルタの粒子状物質に付着した未燃ＨＣとともにフィルタに堆積しているＰＭが、ＮＯｘ触媒再生運転からフィルタ再生運転に切り換わった後、急激に燃焼するのを防止できるので、フィルタの過昇温を防止できる。また本発明では、直前のＮＯｘ触媒再生運転の実行時間及び実行時の排気の空燃比の少なくとも何れかに応じて上記禁止時間の長さを設定する。これら実行時間や排気の空燃比は、ＮＯｘ触媒再生運転からフィルタ再生運転に切り換えた時に、フィルタに堆積している粒子状物質に付着する未燃ＨＣの量と相関があることから、このようなパラメータに応じて禁止時間の長さを設定することにより、フィルタの過昇温をより確実に防止できる。また本発明では、ＮＯｘ触媒再生運転からフィルタ再生運転に切り換えてから上記禁止時間が経過するまでの間は、ポスト噴射を実行しない代わりに直前のＮＯｘ触媒再生運転によって供給された未燃ＨＣを利用してフィルタの温度を高温に維持できるので、フィルタの過昇温を回避しながら、ポスト噴射に利用する燃料の消費を抑制できる。

（２）本発明では、フィルタ再生運転とＮＯｘ触媒再生運転とを交互に行うことから、フィルタ再生運転を行った後しばらくの間は、ポスト噴射を行わずともＮＯｘ触媒の温度はＳＯｘが脱離する程度の温度に維持される。そこで本発明では、ＮＯｘ触媒再生運転からフィルタ再生運転に切り換わった直後だけでなく、ＮＯｘ触媒再生運転を実行している間のポスト噴射も禁止する。これにより、ポスト噴射を禁止する期間をさらに長くできるので、ポスト噴射に利用する燃料の消費をさらに抑制できる。

（３）フィルタ再生運転の開始時点において粒子状物質に付着している未燃ＨＣの量は、直前のＮＯｘ触媒再生運転の実行時間が長くなるほど多くなる。よって直前のＮＯｘ触媒再生運転の実行時間が長いほど、粒子状物質に付着した未燃ＨＣが酸化雰囲気の排気の下で穏やかに燃焼させるために必要な時間も長くなる。本発明では、直前のＮＯｘ触媒再生運転の実行時間が長いほどポスト噴射の禁止時間を長く設定する。これにより、直前のＮＯｘ触媒再生運転の実行時間に応じてポスト噴射の禁止時間を過不足のない適切な長さに設定できる。

（４）フィルタ再生運転の開始時点において粒子状物質に付着している未燃ＨＣの量は、直前のＮＯｘ触媒再生運転の実行時における排気の空燃比が小さくなるほど（すなわち、リッチ側に深くなるほど）多くなる。よって直前のＮＯｘ触媒再生運転における排気の空燃比が小さいほど、粒子状物質に付着した未燃ＨＣが酸化雰囲気の排気の下で穏やかに燃焼させるために必要な時間も長くなる。本発明では、直前のＮＯｘ触媒再生運転における排気の空燃比が小さいほどポスト噴射の禁止時間を長く設定する。これにより、直前のＮＯｘ触媒再生運転における排気の空燃比に応じてポスト噴射の禁止時間を過不足のない適切な長さに設定できる。

（５）フィルタ再生運転の開始時点におけるフィルタの温度が高いほど、フィルタに堆積している粒子状物質は直前のＮＯｘ触媒再生運転によって付着した未燃ＨＣとともに急激に燃焼しやすくなる。本発明では、フィルタ再生運転の開始時点でのフィルタの温度が高いほど、禁止時間を長く設定し、フィルタの温度を低下又は温度のさらなる上昇を抑制させるための期間を長く設ける。これにより、フィルタ再生運転の開始時点におけるフィルタの温度に応じてポスト噴射の禁止時間を過不足のない適切な長さに設定できる。

（６）フィルタ再生運転には昇温するために余分な燃料が必要となることから、燃料の消費をできるだけ抑制するため、フィルタ再生運転はフィルタに捕集されている粒子状物質量がある閾値を超えてから開始する。ここで本発明のようにフィルタ再生運転とＮＯｘ触媒再生運転とを交互に同じ期間内に行う場合、上記閾値をフィルタの粒子状物質の許容能力に合わせて大きな値に設定すると、その分だけ燃料の消費を抑制できるが、ＮＯｘ触媒にはＳＯｘが捕捉された状態が維持されがちになり、十分なＮＯｘ浄化性能を発揮できなくなるおそれがある。本発明では、ＮＯｘ触媒に捕捉されているＳＯｘ量を推定し、このＳＯｘ量に基づいてフィルタ再生運転を開始するための閾値を設定する。これにより、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能が低下しすぎないような適切なタイミングでフィルタ再生運転及びＮＯｘ触媒再生運転を実行できる。

（７）本発明では、ＮＯｘ触媒におけるＳＯｘ量が多いほどフィルタ再生運転の閾値を小さな値に設定する。これにより、ＮＯｘ触媒におけるＳＯｘ量が多い場合には、少ない場合よりも速いタイミングでフィルタ再生運転及びＮＯｘ触媒再生運転を実行できるので、多くのＳＯｘを捕捉することによるＮＯｘ浄化性能の低下を抑制できる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化システムの構成を示す図である。 フィルタ及びＮＳＣを再生するタイミングを決定するフローチャートである。 ＳＯｘ捕捉量とこれに応じた再生開始閾値との関係を規定したマップの一例である。 交互再生運転の具体的な手順を示すフローチャートである。 交互再生運転の一例を示すタイムチャートである。 ポスト噴射禁止処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 ポスト噴射禁止時間決定テーブルの一例を示す図である。 交互再生運転中に図６のポスト噴射禁止処理を適用した場合におけるポスト噴射量の変化の一例を示すタイムチャートである。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関（以下、「エンジン」という）１及びその排気浄化システム２の構成を示す図である。排気浄化システム２は、エンジン１の排気ポートから延びる排気管１１に設けられた触媒浄化装置３と、エンジン１及び触媒浄化装置３を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７と、を備える。

エンジン１は、燃焼空燃比をストイキよりもリーンとする所謂リーン燃焼を基本とするもの、より具体的には例えばディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジン等を言うが、これに限るものではない。エンジン１には、各シリンダに燃料を噴射する燃料噴射弁１７が設けられている。この燃料噴射弁１７を駆動するアクチュエータは、ＥＣＵ７からの制御信号に応じて電磁的に接続されている。ＥＣＵ７は、図示しない燃料噴射制御の下で燃料噴射弁１７からの燃料噴射量や燃料噴射時期を決定し、これが実現されるように燃料噴射弁１７を駆動する。

触媒浄化装置３は、それぞれ排気管１１に設けられた触媒コンバータ３１と、フィルタ３２と、フィルタ前温度センサ３３と、差圧センサ３４と、空燃比センサ３５と、を備える。

触媒コンバータ３１は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材にＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下では、「ＮＳＣ」との略称を用いる）を担持して構成される。ＮＳＣは、酸化雰囲気下では排気中のＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気下では吸蔵しているＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ浄化機能と、酸化雰囲気下では排気中のＨＣ、ＣＯ、及び後述のポスト噴射によって供給された未燃燃料等を燃焼する酸化機能と、を備える。ＮＳＣで吸蔵できるＮＯｘの量には上限がある。またＮＳＣのＮＯｘ吸蔵量が増加すると、ＮＳＣによるＮＯｘ浄化性能が低下する。このためＥＣＵ７は、ＮＳＣに還元雰囲気の排気を供給することによってＮＳＣに吸蔵されているＮＯｘを還元浄化するＤｅＮＯｘ運転を所定のタイミングで実行し、ＮＳＣのＮＯｘ浄化性能を高く維持する。

ＮＳＣは、エンジン１の燃料やオイルに含まれていたＳＯｘを捕捉する機能も有しており、またＳＯｘ捕捉量が増加すると、ＮＳＣによるＮＯｘ浄化性能が低下する。そこでＥＣＵ７は、ＮＳＣに高温かつ還元雰囲気の排気を供給することによってＮＳＣに捕捉されているＳＯｘの脱離を促進するＤｅＳＯｘ運転を所定のタイミングで実行し、ＮＳＣのＮＯｘ浄化性能を高く維持する。このＤｅＳＯｘ運転の具体的な手順や実行タイミング等については、後に図２〜図８等を参照しながら詳細に説明する。

フィルタ３２は、排気管１１のうち触媒コンバータ３１の下流側に設けられる。フィルタ３２は、多孔質壁で区画形成された複数のセルを有するウォールフロー型のハニカム構造体と、各セルに対し上流側と下流側とで互い違いに設けられた目封じと、を備える。エンジン１から排出された排気に含まれるスート及びＳＯＦ等のＰＭは、フィルタ３２の多孔質壁の細孔を通過する過程で捕集される。フィルタ３２に過剰な量のＰＭが堆積すると、フィルタ３２の前後の圧力降下が増加し、これによってエンジン１における燃料噴射量が増加し、結果として燃費が悪化するおそれがある。また、過剰な量のＰＭが堆積すると異常昇温が起こり、フィルタ３２が溶損するおそれもある。そこでＥＣＵ７は、フィルタ３２に高温かつ酸化雰囲気の排気を供給することによってフィルタ３２に堆積したＰＭの燃焼除去を促進するフィルタ再生運転を所定のタイミングで実行し、フィルタ３２には過剰な量のＰＭが堆積しないようにする。このフィルタ再生運転の具体的な手順や実行タイミング等については、後に図２〜図８等を参照しながら詳細に説明する。

フィルタ前温度センサ３３は、排気管１１のうちフィルタ３２の上流側に設けられる。フィルタ前温度センサ３３は、フィルタ３２に流入する排気の温度を検出し、検出値に応じた信号をＥＣＵ７に送信する。ＥＣＵ７では、フィルタ前温度センサ３３の出力信号に基づいて、フィルタ３２の温度（以下、単に「フィルタ温度」ともいう）を算出する。

差圧センサ３４は、フィルタ３２の前後で発生する差圧（圧力降下）を検出し、検出値に応じた信号をＥＣＵ７に送信する。ＥＣＵ７では、差圧センサ３４の出力信号に基づいて、フィルタ３２のＰＭ堆積量を算出する。

空燃比センサ３５は、例えば排気管１１のうち触媒コンバータ３１の上流側に設けられる。空燃比センサ３５は、触媒コンバータ３１に流入する排気の空燃比を検出し、検出値に応じた信号をＥＣＵ７に送信する。

ＥＣＵ７は、センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、後述の図２、図４及び図６等に示すフローチャートに沿った処理を実行するＣＰＵ、この処理の下で決定した態様で各種デバイスを駆動する駆動回路、及び後述の図３のマップや禁止時間決定テーブル等の各種データを記憶するＲＡＭやＲＯＭ等で構成されるマイクロコンピュータである。

図２は、フィルタ及びＮＳＣを再生するタイミングを決定するフローチャートである。より具体的には、図２は、フィルタ再生運転及びＮＳＣを再生するためのＤｅＳＯｘ運転を実行するタイミングを規定する交互再生フラグ及びＤｅＳＯｘ許可フラグの値を更新する手順を示すフローチャートであり、ＥＣＵにおいて所定の周期で繰り返し実行される。ここで交互再生フラグとは、フィルタ再生運転及びＤｅＳＯｘ運転の交互の実行（以下ではこれを、「交互再生運転」ともいう）が許可された状態であることを明示するフラグである。ＤｅＳＯｘ許可フラグとは、ＤｅＳＯｘ運転の実行が許可された状態であることを明示するフラグである。ＥＣＵでは、後に図３を参照して説明するように、交互再生フラグのみが１にセットされている場合にはフィルタ再生運転を行い、交互再生フラグ及びＤｅＳＯｘ許可フラグの両方が１にセットされている場合にはＤｅＳＯｘ運転を行う。

始めにＳ１では、ＥＣＵは、現在のフィルタのＰＭ堆積量を推定し、Ｓ２に移る。このＰＭ堆積量は、例えば差圧センサの出力を用いて直接取得することもできるし、燃料噴射量や排気温度等のエンジンの運転状態の履歴に基づいて推定することもできる。Ｓ２では、ＥＣＵは、交互再生フラグが１であるか否かを判定する。Ｓ２の判定がＮＯである場合、交互再生運転を開始する時期に達したか否かを判断すべくＳ３以降の処理を実行し、Ｓ２の判定がＹＥＳである場合、実行中の交互再生運転を終了する時期に達したか否かを判断すべくＳ１１以降の処理を実行する。

Ｓ３では、ＥＣＵは、現在のＮＳＣに捕捉されているＳＯｘの量であるＳＯｘ捕捉量を推定し、Ｓ４に移る。ＮＳＣのＳＯｘ捕捉量は、例えば燃料噴射量の積算値や車両の走行距離等に基づいて推定できるが、ＳＯｘ捕捉量を推定する手段はこれに限らない。ＮＳＣにおけるＮＯｘ浄化率はＳＯｘ捕捉量に応じて低下することから、ＳＯｘ捕捉量はＮＳＣのＮＯｘ浄化率を用いて間接的に取得できる。

Ｓ４では、ＥＣＵは、Ｓ３で取得したＳＯｘ捕捉量に基づいて、交互再生運転を開始するタイミングを決定するためにＰＭ堆積量に対して設定される閾値である再生開始閾値を設定する。Ｓ４では、例えば、ＳＯｘ捕捉量とこれに応じた再生開始閾値との関係を規定したマップ（例えば、図３参照）を用いることによって、Ｓ３で取得したＳＯｘ捕捉量に応じた再生開始閾値を設定する。ここで再生開始閾値は、図３に例示するように、ＳＯｘ捕捉量が多いほど小さな値に設定することが好ましい。これにより、ＮＳＣに多くのＳＯｘが捕捉されているほど速いタイミングで交互再生運転が開始するので、再生開始閾値を固定した場合と比較して、ＮＳＣのＮＯｘ浄化性能を安定化することができる。特に本実施形態のように交互再生運転を行う場合、フィルタのＰＭの許容能力に合わせて再生開始閾値を大きな値で固定すると、その分だけ燃料の消費を抑制できるが、ＮＳＣにはＳＯｘが捕捉された状態が維持されがちになり、十分なＮＯｘ浄化性能を発揮できなくなるおそれがある。本実施形態では、ＳＯｘ捕捉量が多いほど再生開始閾値を小さな値に設定することにより、ＮＳＣのＮＯｘ浄化性能が低下しすぎないような適切なタイミングで交互再生運転を実行できる。

Ｓ５では、ＥＣＵは、Ｓ１で取得したＰＭ堆積量がＳ４で設定した再生開始閾値を超えたか否かを判定する。Ｓ５の判定がＹＥＳである場合、ＥＣＵは、交互再生運転を開始する時期に達したと判断し、交互再生フラグを０から１にセットし（Ｓ６参照）、この処理を終了する。ここで交互再生フラグを１にセットすることにより、フィルタ再生運転とＤｅＳＯｘ運転の交互再生運転が開始する（後述の図４のＳ２１参照）。またＳ５の判定がＮＯである場合、交互再生フラグ及びＤｅＳＯｘ許可フラグを共に０に維持したまま、この処理を終了する。

Ｓ１１では、ＥＣＵは、フィルタに堆積していたＰＭがほぼ全て燃焼除去されたか否か、より具体的には、Ｓ１で取得したＰＭ堆積量が０より僅かに大きな値に設定された所定の再生終了閾値以下になったか否かを判定する。Ｓ１１の判定がＹＥＳである場合、ＥＣＵは、交互再生運転を終了する時期に達したと判断し、交互再生フラグを０にリセットし（Ｓ１２参照）、さらにＤｅＳＯｘ許可フラグも０にリセットし（Ｓ１３参照）、この処理を終了する。Ｓ１１の判定がＮＯである場合、すなわちフィルタに堆積したＰＭが未だ十分に除去されていない場合には、Ｓ１４に移る。

Ｓ１４では、ＥＣＵは、ＤｅＳＯｘ許可フラグが１であるか否かを判定する。Ｓ１４の判定がＮＯである場合、すなわちフィルタ再生運転の実行中である場合には、ＥＣＵは、ＤｅＳＯｘ運転を開始する時期に達したか否かを判断すべく、Ｓ１５に移る。Ｓ１４の判定がＹＥＳである場合には、ＥＣＵは、実行中のＤｅＳＯｘ運転を終了する時期に達したか否かを判断すべく、Ｓ１８に移る。

Ｓ１５では、ＥＣＵは、所定のＤｅＳＯｘ運転条件を充足しているか否かを判定する。ここでＤｅＳＯｘ運転条件とは、ＤｅＳＯｘ運転を開始するための条件を規定したものであり、例えば以下の（Ａ）〜（Ｅ）の５つの条件で構成される。

（Ａ）前回のＤｅＳＯｘ運転が終了してから所定の最低インターバル時間が経過したこと。
（Ｂ）ＰＭ堆積量が再生開始閾値より小さな所定値以下であること。
（Ｃ）エンジンの運転状態が、少なくともアイドル運転領域を除いた所定の領域内であること。
（Ｄ）フィルタの上流側の排気の温度が、少なくともＮＳＣのＳＯｘ脱離温度を含む所定のＤｅＳＯｘ許可温度範囲内であること。
（Ｅ）脱離すべきＳＯｘが所定量以上、ＮＳＣに捕捉されていること。

ＤｅＳＯｘ運転を長時間にわたって連続して実行したり、フィルタに多くのＰＭが堆積した状態でＤｅＳＯｘ運転を実行したりすると、多くのＰＭに未燃ＨＣが付着するため、ＤｅＳＯｘ運転からフィルタ再生運転に切り換えた際に、フィルタが過昇温に至るおそれがある。Ｓ１５の処理では、条件（Ａ）や（Ｂ）を課すことによって、このような理由によってフィルタが過昇温に至るのを防止する。またＤｅＳＯｘ運転からフィルタ再生運転に切り換わった際に、例えばエンジンの運転状態がアイドル状態であると、フィルタには低流量かつ高酸素濃度の排気が流入するため、フィルタが過昇温に至る可能性がさらに高くなる。そこでＳ１５の処理では、条件（Ｃ）をさらに課すことにより、エンジンの運転状態が所定の領域内である場合にＤｅＳＯｘ運転を開始できるようにしている。また、実行しようとするＤｅＳＯｘ運転において、ＮＳＣから効率的にＳＯｘを脱離させるため、Ｓ１５の処理では、条件（Ｄ）や（Ｅ）をさらに課している。

ＥＣＵは、上記（Ａ）〜（Ｅ）の５つの条件の全てが満たされた場合には、ＤｅＳＯｘ運転が許可されたと判断し、ＤｅＳＯｘ許可フラグを０から１にセットし（Ｓ１６参照）、さらにＤｅＳＯｘ運転を継続して実行する時間に相当する目標リッチ時間を設定し、この処理を終了する。またＥＣＵは、（Ａ）〜（Ｅ）の何れかの条件が満たされていない場合には、ＤｅＳＯｘ運転を開始する時期には達していないと判断し、ＤｅＳＯｘ許可フラグを０に維持したまま、この処理を終了する。

Ｓ１８では、ＥＣＵは、ＤｅＳＯｘ運転を開始してからＳ１７で設定した目標リッチ時間が経過したか否かを判定する。Ｓ１８の判定がＹＥＳである場合、ＥＣＵは、ＤｅＳＯｘ運転からフィルタ再生運転に切り換えるべく、ＤｅＳＯｘ許可フラグを１から０にリセットし（Ｓ１３参照）、この処理を終了する。Ｓ１８の判定がＮＯである場合、ＥＣＵは、ＤｅＳＯｘ運転を継続すべくＤｅＳＯｘ許可フラグを１に維持したまま、この処理を終了する。

図４は、交互再生運転の具体的な手順を示すフローチャートである。図４の処理は、図２の処理で更新される交互再生フラグ及びＤｅＳＯｘ許可フラグや、後述の図６において更新されるポスト噴射禁止フラグ等を参照しながら、ＥＣＵにおいて所定の周期で繰り返し実行される。

Ｓ２１では、ＥＣＵは、交互再生フラグが１であるか否かを判定する。Ｓ２１の判定がＮＯである場合、ＥＣＵは、フィルタ再生運転及びＤｅＳＯｘ運転を行わずに直ちにこの処理を終了する。Ｓ２１の判定がＹＥＳである場合、ＥＣＵは、Ｓ２２に移る。

Ｓ２２では、ＥＣＵは、ＤｅＳＯｘ許可フラグが１であるか否かを判定する。Ｓ２２の判定がＮＯである場合、すなわち交互再生フラグのみ１である場合には、ＥＣＵは、フィルタにＰＭの燃焼温度より高温かつ酸化雰囲気の排気を供給することによって、フィルタに堆積したＰＭの燃焼除去を促進するフィルタ再生運転を実行する（Ｓ２３参照）。より具体的には、フィルタ再生運転では、燃焼空燃比をストイキよりリーンにするリーン制御を行うとともに、後述のポスト噴射禁止フラグが０である期間内ではポスト噴射を実行し、ＮＳＣの酸化機能を利用してポスト噴射で供給した未燃燃料を燃焼させることによって排気を昇温する。ポスト噴射量は、フィルタ温度がＰＭの燃焼温度に維持されるように、例えばフィルタ前温度センサの出力を用いて制御される。ここで、ポスト噴射禁止フラグとはポスト噴射の実行が禁止された状態であることを明示するフラグであり、その値は、後述の図６の処理において、フィルタの過昇温が防止されるような適切なタイミングで更新される。

Ｓ２２の判定がＹＥＳである場合、すなわち交互再生フラグ及びＤｅＳＯｘ許可フラグの両方が１である場合には、ＥＣＵは、ＮＳＣにおけるＳＯｘの脱離温度より高温かつ還元雰囲気の排気をＮＳＣに供給することによって、ＮＳＣにおけるＳＯｘの脱離を促進するＤｅＳＯｘ運転を実行する（Ｓ２４参照）。より具体的には、ＤｅＳＯｘ運転では、空燃比センサの出力を用いることによってＮＳＣに流入する排気の空燃比がストイキよりリッチ側に設定された所定の目標リッチ空燃比になるように、燃焼空燃比をストイキよりリッチにするリッチ制御を行うことによって、上記のような高温かつ還元雰囲気の排気をＮＳＣに供給し、ＳＯｘを脱離させる。

図５は、図２〜図４の交互再生運転の一例を示すタイムチャートである。図５の上段にはＰＭ堆積量（図５中、線５１参照）とＮＳＣの温度（図５中、線５２参照）と車速（図５中、線５３参照）とを示し、中段には空気過剰率λを示し、下段にはＳＯｘ捕捉量を示す。また図５では、フィルタ再生運転が実行されている期間をハッチングで示し、ＤｅＳＯｘ運転が実行されている期間をグレーで示す。

始めに時刻ｔ１では、ＰＭ堆積量がＳＯｘ捕捉量に応じて設定された再生開始閾値を超えたことに応じて交互再生フラグが１になり（図２のＳ３〜Ｓ６参照）、これにより、フィルタ再生運転とＤｅＳＯｘ運転とを交互に実行する交互再生運転が開始する（図４のＳ２１参照）。初めは、フィルタ再生運転が実行される（図４のＳ２３参照）。フィルタ再生運転では、後述の図６のポスト噴射禁止処理によって許可されている期間内でのみポスト噴射を行うことによってフィルタに高温かつ酸化雰囲気の排気を供給する。これによって、フィルタの温度が上昇し、堆積していたＰＭが徐々に燃焼除去され、ＰＭ堆積量が減少し始める。またフィルタ再生運転ではポスト噴射によって供給した未燃燃料をＮＳＣの酸化機能を利用して燃焼することによって排気の温度を上昇させるため、フィルタの温度上昇とともにＮＳＣの温度も上昇する。

時刻ｔ２では、図２のＳ１５におけるＤｅＳＯｘ運転が充足したと判定されることにより、ＤｅＳＯｘ許可フラグが１になり（図２のＳ１５，Ｓ１６参照）、これによりＤｅＳＯｘ運転が開始する（図４のＳ２４参照）。ＤｅＳＯｘ運転では、ＮＳＣに高温かつ還元雰囲気の排気を供給する。これによって、ＮＳＣに捕捉されていたＳＯｘが脱離し、ＳＯｘ捕捉量が減少する。図２のＳ１７で設定した目標リッチ時間にわたってＤｅＳＯｘ運転を行うとＤｅＳＯｘ許可フラグが０にリセットされ（図２のＳ１８，Ｓ１３参照）、ふたたびフィルタ再生運転が開始する。その後は図２のＳ１５のＤｅＳＯｘ運転条件が充足される度にＤｅＳＯｘ運転が実行され、これにより時刻ｔ３においてＰＭ堆積量が再生終了閾値を下回るまでフィルタ再生運転とＤｅＳＯｘ運転が交互に実行される。ここでＤｅＳＯｘ運転条件では最低インターバル時間を設けていることから、各ＤｅＳＯｘ運転の間隔は、少なくとも最低インターバル時間以上空けられる。

図６は、ポスト噴射の実行を許可又は禁止するポスト噴射禁止処理の具体的な手順を示すフローチャートであり、ＥＣＵにおいて、所定の周期で繰り返し実行される。

Ｓ３１では、ＥＣＵは、交互再生フラグが１であるか否かを判定する。Ｓ３１の判定がＮＯである場合には、ＥＣＵは、ポスト噴射の実行を許可すべくポスト噴射禁止フラグを０にセットし（Ｓ３２参照）、この処理を終了する。Ｓ３１の判定がＹＥＳである場合、ＥＣＵは、ＤｅＳＯｘ許可フラグが１であるか否かを判定する（Ｓ３３参照）。

Ｓ３３の判定がＹＥＳである場合、すなわち現在ＤｅＳＯｘ運転が行われている場合には、ＥＣＵは、フィルタの過昇温を防止するためにポスト噴射の実行を禁止すべくポスト噴射禁止フラグを１にセットし（Ｓ３４参照）、この処理を終了する。

Ｓ３３の判定がＮＯである場合、ＥＣＵは、ＤｅＳＯｘ許可フラグが前回から今回にかけて１から０に切り換わったか否か、換言すれば前回から今回にかけてＤｅＳＯｘ運転からフィルタ再生運転に切り換わった否かを判定する（Ｓ３５参照）。Ｓ３５の判定がＹＥＳである場合、ＥＣＵは、Ｓ３６に移り、直前まで実行していたＤｅＳＯｘ運転の実行時間と現時点でのフィルタ温度とを取得し、Ｓ３７に移る。Ｓ３７では、ＥＣＵは、Ｓ３６で取得した実行時間とフィルタ温度とに応じて、後述のポスト噴射禁止時間の長さを設定した後、Ｓ３４に移り、ポスト噴射禁止フラグを１にセットし、この処理を終了する。

Ｓ３７では、ＥＣＵは、ＤｅＳＯｘ運転の実行時間とフィルタ温度を用いて、例えば図７に示すようなポスト噴射禁止時間決定テーブルを検索することによってポスト噴射禁止時間の長さを設定する。図７のテーブルに示すように、ポスト噴射禁止時間は、フィルタ温度が高いほど長く設定し、また直前のＤｅＳＯｘ運転の実行時間が長いほど長く設定することが好ましい。

Ｓ３５の判定がＮＯである場合、ＥＣＵは、ＤｅＳＯｘ運転からフィルタ再生運転に切り換わってから、Ｓ３７でその長さを設定したポスト噴射禁止時間が経過したか否かを判定する（Ｓ３８参照）。ＥＣＵは、ＤｅＳＯｘ運転からフィルタ再生運転に切り換わってからポスト噴射禁止時間が経過するまでの間（すなわち、Ｓ３８の判定がＮＯである間）は、ポスト噴射禁止フラグを１にセットし（Ｓ３４参照）、ポスト噴射禁止時間が経過した後（すなわち、Ｓ３８の判定がＹＥＳとなった後）は、ポスト噴射禁止フラグを０にセットする（Ｓ３２参照）。

以上のようなポスト噴射禁止処理によれば、ＤｅＳＯｘ運転の実行中と、フィルタ再生運転中であってＤｅＳＯｘ運転からフィルタ再生運転に切り換わってからＳ３７で設定したポスト噴射禁止時間が経過するまでの間ではポスト噴射の実行が禁止され、フィルタ再生運転中であって上記ポスト噴射禁止時間が経過した後ではポスト噴射の実行が許可される。

図８は、交互再生運転中に図６のポスト噴射禁止処理を適用した場合におけるポスト噴射量の変化の一例を示すタイムチャートである。図８の上段にはフィルタ温度（図８中、線８１参照）と空気過剰率（図８中、線８２参照）とＤｅＳＯｘ許可フラグ（図８中、線８３参照）とを示し、下段にはポスト噴射量を示す。図８には、従来のポスト噴射量、すなわち上述のポスト噴射禁止処理を適用しなかった場合におけるポスト噴射量の変化を比較のため破線で示す。また図８には、薄いグレーで示す期間、すなわち時刻ｔ１〜ｔ２の間と、時刻ｔ４〜ｔ５の間と、時刻ｔ７〜ｔ８の間とで、ＤｅＳＯｘ運転を実行し、それ以外の期間ではフィルタ再生運転を行った場合の例を示す。

先ず、ＤｅＳＯｘ運転を実行している間は、ポスト噴射の実行が禁止される（図６のＳ３３，Ｓ３４参照）。このため、図８に示すようにＤｅＳＯｘ運転を実行する時刻ｔ１〜ｔ２，ｔ４〜ｔ５，ｔ７〜ｔ８では、ポスト噴射量は０になる。またＤｅＳＯｘ運転を行っている間は、ＮＳＣには高温かつ空気過剰率が１より小さな還元雰囲気の排気が供給されるので（図４のＳ２４参照）、ＮＳＣの下流側のフィルタに堆積したＰＭには排気中の未燃ＨＣが付着する。

またＤｅＳＯｘ運転が終了しフィルタ再生運転に切り換わった後、フィルタ再生運転を開始した直後は、図６のＳ３７で設定したポスト噴射禁止時間が経過するまでポスト噴射の実行が禁止される（図６のＳ３８参照）。図８では、ポスト噴射の実行が禁止される期間を濃いグレーで示す。このため、ＤｅＳＯｘ運転からフィルタ再生運転に切り換わってからポスト噴射禁止時間（図８中、時刻ｔ２〜ｔ３，ｔ５〜ｔ６，ｔ８〜ｔ９）は、フィルタ再生運転中であってもポスト噴射の実行が禁止され、ポスト噴射量は０になる。このようにＤｅＳＯｘ運転からフィルタ再生運転に切り換わった直後にポスト噴射禁止時間にわたりポスト噴射の実行を禁止することにより、ＰＭに付着した未燃ＨＣをこの禁止時間の間で穏やかに燃焼させることができるので、ＤｅＳＯｘ運転からフィルタ再生運転に切り換わった直後にＰＭが急速燃焼し、フィルタが過昇温に至るのを防止できる（図８中、破線８４ａ，８４ｂ，８４ｃ参照）。またこのようにポスト噴射の実行を禁止する期間ではＰＭに付着した未燃ＨＣを用いてＰＭの燃焼が促進されるので、ポスト噴射を禁止しても直ちにフィルタ温度が低下することもないので、その分だけポスト噴射に消費する燃料の量を抑制できる（図８中、破線８５ａ，８５ｂ，８５ｃ参照）。また、フィルタ温度及び直前のＤｅＳＯｘ運転の実行時間に応じてポスト噴射禁止時間の長さを設定することにより（図７参照）、ポスト噴射禁止時間を過不足のない適切な長さに設定できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。
例えば、上記実施形態では、ポスト噴射禁止時間の長さを直前のＤｅＳＯｘ運転の実行時間に応じて変更したが（図６のＳ３７参照）、本発明はこれに限らない。ポスト噴射禁止時間の長さは、直前のＤｅＳＯｘ運転の実行時における排気の空燃比に応じて変更してもよいし、実行時間と排気の空燃比との両方に応じて変更してよく、このようにしてもほぼ同じ効果を奏する。また排気の空燃比に応じて変更する場合、直前のＤｅＳＯｘ運転の実行時の排気の空燃比が小さいほどＰＭに付着する未燃ＨＣの量も増えることから、ポスト噴射禁止時間はより長く設定することが好ましい。

１…エンジン（内燃機関）
１１…排気管（排気通路）
２…排気浄化システム
３１…触媒コンバータ（ＮＯｘ触媒）
３２…フィルタ
３４…差圧センサ（捕集量推定手段）
７…ＥＣＵ（ポスト噴射禁止手段、再生制御手段、捕集量推定手段、ＳＯｘ量推定手段）

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、酸化機能及び排気中のＮＯｘを浄化する機能を有するＮＯｘ触媒と、
   前記排気通路のうち前記ＮＯｘ触媒の下流側に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
   主噴射後の所定期間以降の燃料噴射であるポスト噴射の実行を許可又は禁止するポスト噴射禁止手段と、
   前記フィルタに高温かつ酸化雰囲気の排気を供給することによって当該フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するとともに、前記ポスト噴射禁止手段によって許可されている期間内では前記ポスト噴射を実行し、前記酸化機能を利用して未燃燃料を燃焼させることによって排気を昇温するフィルタ再生運転と、前記ＮＯｘ触媒に高温かつ還元雰囲気の排気を供給することによって前記ＮＯｘ触媒におけるＳＯｘを脱離するＮＯｘ触媒再生運転と、を交互に行う再生制御手段と、を備え、
   前記ポスト噴射禁止手段は、前記ＮＯｘ触媒再生運転から前記フィルタ再生運転に切り換わってから、直前の前記ＮＯｘ触媒再生運転の実行時間及び当該ＮＯｘ触媒再生運転の実行時における排気の空燃比の少なくとも何れかに応じて設定した禁止時間が経過するまで前記ポスト噴射の実行を禁止することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記ポスト噴射禁止手段は、前記ＮＯｘ触媒再生運転の実行中における前記ポスト噴射の実行を禁止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記ポスト噴射禁止手段は、前記直前のＮＯｘ触媒再生運転の実行時間が長いほど前記禁止時間を長く設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記ポスト噴射禁止手段は、前記直前のＮＯｘ触媒再生運転の実行時における排気の空燃比が小さいほど前記禁止時間を長く設定することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記ポスト噴射禁止手段は、前記ＮＯｘ触媒再生運転から前記フィルタ再生運転に切り換わった時における前記フィルタの温度が高いほど前記禁止時間を長く設定することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
6. 前記フィルタに捕集されている粒子状物質量を推定する捕集量推定手段と、
   前記ＮＯｘ触媒に捕捉されているＳＯｘ量を推定するＳＯｘ量推定手段と、をさらに備え、
   前記再生制御手段は、前記粒子状物質量が、前記ＳＯｘ量に基づいて設定された所定の閾値を超えたことに応じて前記フィルタ再生運転及び前記ＮＯｘ触媒再生運転の交互の実行を開始することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
7. 前記再生制御手段は、前記ＳＯｘ量が多いほど前記閾値を小さな値に設定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化システム。