JP2018021471A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上であっても排気ガス流量が多い場合には、ＮＯｘ還元制御の実行を確保してＮＯｘの排出を適切に抑制する。
【解決手段】エンジンの排気浄化装置は、空燃比がリーンな状態においてＮＯｘを吸蔵し、このＮＯｘを空燃比が理論空燃比近傍或いはリッチな状態において還元するＮＯｘ触媒４５と、アンモニアとの反応によってＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒４７と、空燃比をＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘを還元可能な目標空燃比に設定するＮＯｘ還元制御を実行するＰＣＭ６０とを有する。ＰＣＭ６０は、ＳＣＲ温度が所定温度未満である場合にＮＯｘ還元制御を実行し、ＳＣＲ温度が所定温度以上である場合にはＮＯｘ還元制御の実行を制限する。しかし、ＰＣＭ６０は、ＳＣＲ温度が所定温度以上であっても排気ガス流量が所定流量以上である場合には、ＮＯｘ還元制御の実行の制限を緩和する。
【選択図】図８

Description

本発明は、エンジンの排気浄化装置に係り、特に、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒及びＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒を排気通路上に備えるエンジンの排気浄化装置に関する。

従来から、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンな状態（λ＞１）において排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、この吸蔵したＮＯｘを、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である状態（λ≒１）あるいは理論空燃比よりも小さいリッチな状態（λ＜１）において還元する、ＮＯｘ吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が知られている。通常の運転領域では、燃費を向上させる観点から、空燃比をリーンな状態（λ＞１）に設定してエンジンを運転しているが、このリーンな運転状態が継続すると、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が限界に達して、ＮＯｘ触媒が排気ガス中のＮＯｘを吸蔵できなくなる（この場合ＮＯｘが放出されてしまう）。そのため、空燃比を理論空燃比あるいは理論空燃比よりもリッチな状態（λ≦１）に適宜設定して、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるようにしている（以下ではＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるための制御を適宜「ＮＯｘ還元制御」と呼ぶ）。なお、「λ」は、理論空燃比を基準として表した空燃比を示す指標であり、いわゆる空気過剰率に相当する。

また、近年、このようなＮＯｘ触媒に加えて、還元剤としてのアンモニア（ＮＨ₃）の存在下で排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元浄化するＳＣＲ触媒を併用した排気浄化システムが開発されている。例えば、特許文献１には、エンジンの運転状態が高回転・高負荷運転状態であるときにはＳＣＲ触媒を機能させるよう制御を行い、エンジンの運転状態が高回転・高負荷運転状態でないときにはＮＯｘを機能させるよう制御を行う技術が開示されている。その他にも、例えば特許文献２には、ＮＯｘ還元制御時にＮＯｘ触媒から発生したアンモニアをＳＣＲ触媒に吸着させて、このＳＣＲ触媒に吸着されたアンモニアを用いてＮＯｘを浄化させる技術が開示されている。

特許第３５１８３９８号公報 特開２０１０−１１２３４５号公報

上記した特許文献１に開示された技術では、エンジンの運転状態が高回転・高負荷運転状態である場合に、ＳＣＲ触媒のみで排気ガス中のＮＯｘを浄化させるようにしている。これは、エンジンの運転状態が高回転・高負荷運転状態である場合には、ＳＣＲ触媒が比較的高温になっており、ＳＣＲ触媒が活性状態にあるため、ＮＯｘ触媒の代わりにＳＣＲ触媒によってＮＯｘを浄化させるようにしたものである。しかしながら、このようにＳＣＲ触媒が比較的高温であっても、排気ガスの流量が多い場合には、ＳＣＲ触媒のみでは排気ガス中のＮＯｘを適切に浄化しきれなくなる。そのため、特許文献１に開示された技術のように、排気ガスの流量を考慮せずに、ＳＣＲ触媒が比較的高温であるときに一律にＳＣＲ触媒のみでＮＯｘを浄化させようとすると、ＳＣＲ触媒がＮＯｘを十分に浄化しきれずにＮＯｘが排出されてしまう場合がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、ＮＯｘ触媒及びＳＣＲ触媒を有するエンジンの排気浄化装置において、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上であっても排気ガスの流量が多い場合には、ＮＯｘ還元制御の実行を確保して、ＮＯｘの排出を適切に抑制することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、エンジンの排気通路上に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな状態であるときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、この吸蔵したＮＯｘを、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりもリッチな状態であるときに還元するＮＯｘ触媒を有するエンジンの排気浄化装置であって、ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路上に設けられ、アンモニアとの反応によって排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、排気ガスの空燃比をＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元可能な目標空燃比に設定して、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるＮＯｘ還元制御を実行するＮＯｘ還元制御手段と、を有し、ＮＯｘ還元制御手段は、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度未満である場合に、ＮＯｘ還元制御を実行し、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上である場合には、ＮＯｘ還元制御の実行を制限し、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上であっても、排気ガスの流量が所定流量以上となるエンジンの運転状態では、ＮＯｘ還元制御の実行の制限を緩和する、ことを特徴とする。

このように構成された本発明によれば、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上である場合には、基本的には、ＳＣＲ触媒によってＮＯｘを浄化させることとし、ＮＯｘ還元制御の実行を制限することとするが、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上であっても、排気ガス流量が所定流量以上となるエンジンの運転状態では、ＮＯｘ還元制御の実行の制限を緩和するようにする。これにより、排気ガス流量が多いためにＳＣＲ触媒がＮＯｘを十分に浄化できないような状況において、ＮＯｘ還元制御を適切に行って、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能を確保することができる。したがって、ＮＯｘの排出を適切に抑制することが可能となる、つまりＮＯｘに関するエミッションを改善することが可能となる。

本発明において、好ましくは、ＮＯｘ還元制御手段は、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を判定するための吸蔵量判定値を設定し、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が吸蔵量判定値以上である場合にＮＯｘ還元制御の実行を許可し、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上である場合において、排気ガスの流量が所定流量以上となるエンジンの運転状態では、排気ガスの流量が所定流量未満となるエンジンの運転状態よりも小さな吸蔵量判定値を設定して、ＮＯｘ還元制御の実行の制限を緩和する。
このように構成された本発明によれば、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上である場合において、排気ガス流量が多いときには、排気ガス流量が少ないときよりも、ＮＯｘ還元制御の実行要否を判定するための吸蔵量判定値（ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を判定するための閾値）を小さくするので、排気ガス流量が多いときにＮＯｘ還元制御の実行が許可されやすくなる。

本発明において、好ましくは、ＮＯｘ還元制御手段は、排気ガスの流量が多くなるほど、小さな吸蔵量判定値を設定する。
このように構成された本発明によれば、排気ガス流量が多くなるほど、小さな値を有する吸蔵量判定値を設定するので、そのように設定された吸蔵量判定値に応じてＮＯｘ還元制御を実行して、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を適切に制御することができる。具体的には、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能（排気ガス流量に対応するものとなる）に応じた吸蔵量判定値を設定して、ＮＯｘ還元制御によってＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を当該吸蔵量判定値まで低下させることができ、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能に応じてＮＯｘ触媒が発揮すべきＮＯｘ浄化性能を適切に確保することが可能となる。

本発明において、好ましくは、ＮＯｘ還元制御手段は、エンジン回転数及び／又はエンジン負荷が高いほど、小さな吸蔵量判定値を設定する。
このように構成された本発明によれば、エンジン回転数及び／又はエンジン負荷に基づき排気ガス流量を判断して、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能に応じた適切な吸蔵量判定値を設定することができる。これによっても、ＮＯｘ還元制御によってＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を適切に低下させて、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能を効果的に確保することができる。

本発明において、好ましくは、排気ガスの流量が所定流量以上となるエンジンの運転状態として、エンジン回転数が所定回転数以上で且つエンジン負荷が所定負荷以上である高回転且つ高負荷領域に対応する運転状態を適用するのがよい。

本発明において、好ましくは、ＮＯｘ還元制御手段は、車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するときに、排気ガスの空燃比を目標空燃比に一時的に設定すべく、ＮＯｘ還元制御を実行する。
このように構成された本発明によれば、排気ガスの空燃比がリッチ側に変化する加速時にＮＯｘ還元制御を実行するので、排気ガスの空燃比がリッチ側に変化しない状況でＮＯｘ還元制御を実行する場合と比較して、燃費悪化を抑制しつつＮＯｘ還元制御を行うことができると共に、比較的高頻度でＮＯｘ還元制御を行って、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を効率的に低下させることができる。

本発明において、好ましくは、ＮＯｘ還元制御手段は、ＮＯｘ還元制御として、（１）車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するときに、排気ガスの空燃比を目標空燃比に一時的に設定するための第１ＮＯｘ還元制御と、（２）車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するか否かに関わらずに、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定の判定量以上である場合に、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させてＮＯｘ吸蔵量を所定量未満にまで低下させるべく、排気ガスの空燃比を目標空燃比に継続的に設定するための第２ＮＯｘ還元制御と、を実行し、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上である場合に、第２ＮＯｘ還元制御については、排気ガスの流量が所定流量以上であるか否かに関わらず当該制御の実行を制限し、第１ＮＯｘ還元制御については、排気ガスの流量が所定流量以上となるエンジンの運転状態では当該制御の実行の制限を緩和する。
このように構成された本発明では、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度以上で且つ排気ガス流量が多い場合におけるＮＯｘ還元制御の制限の緩和を、車両の加速時（典型的には回転数や負荷が上昇するようなとき）に実行するようにした第１ＮＯｘ還元制御に適用する。これにより、排気ガス流量が多い領域（特に高回転且つ高負荷領域）において第１ＮＯｘ還元制御を適切に実行させて、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能を効果的に確保することができる。他方で、車両加速によらずに実行させることとした第２ＮＯｘ還元制御については、上記のような実行制限の緩和を行わないので、ＳＣＲ触媒がＮＯｘを十分に浄化できるような領域において第２ＮＯｘ還元制御が実行されてしまうことを適切に抑制することができる。

本発明において、好ましくは、ＮＯｘ還元制御手段は、ＮＯｘ還元制御の実行の制限として、ＮＯｘ還元制御の実行を禁止する。
このように構成された本発明によれば、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上であり、ＳＣＲ触媒がＮＯｘを十分に浄化できるような状況において、ＮＯｘ還元制御を禁止して、ＳＣＲ触媒のみを適切に機能させるようにすることができる。

本発明によれば、ＮＯｘ触媒及びＳＣＲ触媒を有するエンジンの排気浄化装置において、ＳＣＲ触媒の温度が所定温度以上であっても排気ガスの流量が多い場合には、ＮＯｘ還元制御の実行を確保して、ＮＯｘの排出を適切に抑制することができる。

本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態による燃料噴射制御を示すフローチャートである。 本発明の実施形態においてパッシブＤｅＮＯｘ制御及びアクティブＤｅＮＯｘ制御のそれぞれを実行するエンジンの運転領域についての説明図である。 ＮＯｘ触媒及びＳＣＲ触媒のそれぞれの触媒温度と排気浄化率との関係についての説明図である。 本発明の実施形態によるアクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグの設定処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態によるパッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグの設定処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による第４吸蔵量判定値の設定方法についての説明図である。 本発明の実施形態によるアクティブＤｅＮＯｘ制御を示すフローチャートである。 本発明の実施形態によるパッシブＤｅＮＯｘ制御を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置について説明する。

＜システム構成＞
最初に、図１を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。

図１に示すように、エンジンシステム２００は、主に、ディーゼルエンジンとしてのエンジンＥと、エンジンＥに吸気を供給する吸気系ＩＮと、エンジンＥに燃料を供給するための燃料供給系ＦＳと、エンジンＥの排気ガスを排出する排気系ＥＸと、エンジンシステム２００に関する各種の状態を検出するセンサ１００〜１１９と、エンジンシステム２００の制御を行うＰＣＭ（Power-train Control Module）６０と、ＳＣＲ触媒４７に関する制御を行うＤＣＵ（Dosing Control Unit）７０とを有する。

まず、吸気系ＩＮは、吸気が通過する吸気通路１を有しており、この吸気通路１上には、上流側から順に、外部から導入された空気を浄化するエアクリーナ３と、通過する吸気を圧縮して吸気圧を上昇させる、ターボ過給機５のコンプレッサと、外気や冷却水により吸気を冷却するインタークーラ８と、通過する吸気流量を調整する吸気シャッター弁７（スロットルバルブに相当する）と、エンジンＥに供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク１２と、が設けられている。
また、吸気系ＩＮにおいて、エアクリーナ３の直下流側の吸気通路１上には吸入空気量を検出するエアフローセンサ１０１及び吸気温度を検出する温度センサ１０２が設けられ、ターボ過給機５には吸気の圧力を検出する圧力センサ１０３が設けられ、インタークーラ８の直下流側の吸気通路１上には吸気温度を検出する温度センサ１０６が設けられ、吸気シャッター弁７には当該吸気シャッター弁７の開度を検出するポジションセンサ１０５が設けられ、サージタンク１２には吸気マニホールドにおける吸気の圧力を検出する圧力センサ１０８が設けられている。これらの吸気系ＩＮに設けられた各種センサ１０１〜１０８は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１０１〜Ｓ１０８をＰＣＭ６０に出力する。

次に、エンジンＥは、吸気通路１（詳しくは吸気マニホールド）から供給された吸気を燃焼室１７内に導入する吸気バルブ１５と、燃焼室１７に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２０と、通電により発熱する発熱部を燃焼室１７内に備えたグロープラグ２１と、燃焼室１７内での混合気の燃焼により往復運動するピストン２３と、ピストン２３の往復運動により回転されるクランクシャフト２５と、燃焼室１７内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路４１へ排出する排気バルブ２７と、を有する。また、エンジンＥには、クランクシャフト２５における上死点などを基準とした回転角としてのクランク角を検出するクランク角センサ１００が設けられており、このクランク角センサ１００は、検出したクランク角に対応する検出信号Ｓ１００をＰＣＭ６０に出力し、ＰＣＭ６０は、この検出信号Ｓ１００に基づきエンジン回転数を取得する。

燃料供給系ＦＳは、燃料を貯蔵する燃料タンク３０と、燃料タンク３０から燃料噴射弁２０に燃料を供給するための燃料供給通路３８とを有する。燃料供給通路３８には、上流側から順に、低圧燃料ポンプ３１と、高圧燃料ポンプ３３と、コモンレール３５とが設けられている。

次に、排気系ＥＸは、排気ガスが通過する排気通路４１を有しており、この排気通路４１上には、通過する排気ガスによって回転され、この回転によって上記したようにコンプレッサを駆動するターボ過給機５のタービンが設けられている。更に、このタービンの下流側の排気通路４１上には、上流側から順に、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒４５と、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel particulate filter）４６と、ＤＰＦ４６の下流側の排気通路４１中に尿素（典型的には尿素水）を噴射する尿素インジェクタ５１と、尿素インジェクタ５１から噴射された尿素を加水分解してアンモニアを生成し、このアンモニアを排気ガス中のＮＯｘと反応（還元）させてＮＯｘを浄化するＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒４７と、ＳＣＲ触媒４７から放出されたアンモニアを酸化させて浄化するスリップ触媒４８と、が設けられている。なお、尿素インジェクタ５１は、ＤＣＵ７０から供給される制御信号Ｓ５１によって、排気通路４１中に尿素を噴射するための制御が行われる。

ここで、ＮＯｘ触媒４５及びＳＣＲ触媒４７についてより具体的に説明する。ＮＯｘ触媒４５は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンな状態（λ＞１）において排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、この吸蔵したＮＯｘを、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である状態（λ≒１）あるいは理論空燃比よりも小さいリッチな状態（λ＜１）において還元する、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＣ：NOx Storage Catalyst）である。ＮＯｘ触媒４５は、このように吸蔵したＮＯｘを還元する際にアンモニアを発生し、発生したアンモニアを放出する。具体的には、ＮＯｘ還元制御時に、ＮＯｘ触媒４５が吸蔵しているＮＯｘ中の「Ｎ」と、ＮＯｘ触媒４５に還元剤として供給された未燃燃料などの「ＨＣ」中の「Ｈ」とが結合することで、アンモニア（ＮＨ₃）が生成される。
また、ＮＯｘ触媒４５は、上記のＮＳＣとしての機能だけでなく、排出ガス中の酸素を用いて炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などを酸化して水と二酸化炭素に変化させるディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）としての機能も有するように構成されている。具体的には、ＮＯｘ触媒４５は、ＤＯＣの触媒材層の表面をＮＳＣの触媒材によりコーティングすることで作られている。
他方で、ＳＣＲ触媒４７は、尿素インジェクタ５１から噴射された尿素より生成されたアンモニア、及び、ＮＯｘ触媒４５におけるＮＯｘの還元により生成されたアンモニアを吸着し、こうして吸着したアンモニアを排気ガス中のＮＯｘと反応させてＮＯｘを還元浄化する。例えば、ＳＣＲ触媒４７は、アンモニアによってＮＯｘを還元する触媒金属を、アンモニアをトラップするゼオライトに担持させて触媒成分を形成し、この触媒成分をハニカム担体のセル壁に担持させることで作られている。ＮＯｘ還元用の触媒金属としては、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｗなどが用いられる。
なお、上記したＤＣＵ７０は、ＳＣＲ触媒４７によるＮＯｘ浄化性能の確保と、ＳＣＲ触媒４７からのアンモニアの放出（スリップ）の抑制とを両立する観点から、ＳＣＲ触媒４７に適量のアンモニアが吸着されるように、尿素インジェクタ５１から尿素を噴射させる制御を行う。この場合、ＳＣＲ触媒４７の温度に応じてアンモニア吸着能力が変化するので（具体的にはＳＣＲ触媒４７の温度が高くなるとＳＣＲ触媒４７からアンモニアが放出されやすくなる）、ＤＣＵ７０は、ＳＣＲ触媒４７の温度も考慮に入れて、尿素インジェクタ５１から尿素を噴射させる制御を行う。

また、図１に示すように、排気系ＥＸにおいては、ターボ過給機５のタービンの上流側の排気通路４１上には排気ガスの圧力を検出する圧力センサ１０９及び排気ガスの温度を検出する温度センサ１１０が設けられ、ターボ過給機５のタービンの直下流側の排気通路４１上には酸素濃度を検出するＯ₂センサ１１１が設けられている。更に、排気系ＥＸには、ＮＯｘ触媒４５の直上流側の排気ガスの温度を検出する温度センサ１１２と、ＮＯｘ触媒４５とＤＰＦ４６との間の排気ガスの温度を検出する温度センサ１１３と、ＤＰＦ４６の直上流側と直下流側との排気ガスの圧力差を検出する差圧センサ１１４と、ＤＰＦ４６の直下流側の排気ガスの温度を検出する温度センサ１１５と、ＤＰＦ４６の直下流側の排気ガス中のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ１１６と、ＳＣＲ触媒４７の直上流側の排気ガスの温度を検出する温度センサ１１７と、ＳＣＲ触媒４７の直下流側の排気ガス中のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ１１８と、スリップ触媒４８の直上流側の排気ガス中のＰＭを検出するＰＭセンサ１１９と、が設けられている。これらの排気系ＥＸに設けられた各種センサセンサ１０９〜１１９は、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１０９〜Ｓ１１９をＰＣＭ６０に出力する。

更に、本実施形態では、ターボ過給機５は、排気エネルギーが低い低回転域から高回転域まで全域で効率よく高過給を得られる２段過給システムとして構成されている。即ち、ターボ過給機５は、高回転域において多量の空気を過給するための大型ターボチャージャー５ａと、低い排気エネルギーでも効率よく過給を行える小型ターボチャージャー５ｂと、小型ターボチャージャー５ｂのコンプレッサへの吸気の流れを制御するコンプレッサバイパスバルブ５ｃと、小型ターボチャージャー５ｂのタービンへの排気の流れを制御するレギュレートバルブ５ｄと、大型ターボチャージャー５ａのタービンへの排気の流れを制御するウェイストゲートバルブ５ｅとを備えており、エンジンＥの運転状態（エンジン回転数及び負荷）に応じて各バルブを駆動することにより、大型ターボチャージャー５ａと小型ターボチャージャー５ｂによる過給を切り替える。

本実施形態によるエンジンシステム２００は、ＥＧＲ装置４３を更に有する。このＥＧＲ装置４３は、ターボ過給機５のタービンの上流側の排気通路４１とターボ過給機５のコンプレッサの下流側（詳しくはインタークーラ８の下流側）の吸気通路１とを接続するＥＧＲ通路４３ａと、ＥＧＲ通路４３ａを通過する排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ４３ｂと、ＥＧＲ通路４３ａを通過させる排気ガスの流量を調整する第１ＥＧＲバルブ４３ｃと、ＥＧＲクーラ４３ｂをバイパスさせて排気ガスを流すためのＥＧＲクーラバイパス通路４３ｄと、ＥＧＲクーラバイパス通路４３ｄを通過させる排気ガスの流量を調整する第２ＥＧＲバルブ４３ｅと、を有する。

次に、図２を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置の電気的構成について説明する。図２は、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置の電気的構成を示すブロック図である。

本発明の実施形態によるＰＣＭ６０は、上述した各種センサ１００〜１１９の検出信号Ｓ１００〜Ｓ１１９に加えて、アクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１５０、及び車速を検出する車速センサ１５１のそれぞれが出力した検出信号Ｓ１５０、Ｓ１５１に基づいて、主に、燃料噴射弁２０に対する制御を行うべく制御信号Ｓ２０を出力し、吸気シャッター弁７に対する制御を行うべく制御信号Ｓ７を出力する。

特に、本実施形態では、ＰＣＭ６０は、排気ガスの空燃比を目標空燃比（具体的には理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりも小さい所定の空燃比）に設定するように燃料噴射弁２０からポスト噴射させて、ＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘを還元させるための制御（ＮＯｘ還元制御）を行う。つまり、ＰＣＭ６０は、ドライバのアクセル操作に応じたエンジントルクを出力させるために気筒内に燃料を噴射するメイン噴射に加えて（基本的にはメイン噴射においては排気ガスの空燃比がリーンになるように燃料噴射量等が設定される）、このメイン噴射の後に、エンジントルクの出力に寄与しないタイミング（具体的には膨張行程）で燃料を噴射するポスト噴射を行って、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である状態（λ≒１）あるいは理論空燃比よりも小さいリッチな状態（λ＜１）に設定されるようにして、ＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘを還元させる。以下では、このようなＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘを還元させるための制御を「ＤｅＮＯｘ制御」と呼ぶ。なお、「ＤｅＮＯｘ」の文言中の「Ｄｅ」は分離や除去を意味する接頭語である。

また、詳細は後述するが、ＰＣＭ６０は、「ＮＯｘ還元制御手段」として機能する。

なお、ＰＣＭ６０は、ＣＰＵ、当該ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを記憶するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。

＜燃料噴射制御＞
次に、図３を参照して、本発明の実施形態による燃料噴射制御について説明する。図３は、本発明の実施形態による燃料噴射制御を示すフローチャート（燃料噴射制御フロー）である。この燃料噴射制御フローは、車両のイグニッションがオンにされてＰＣＭ６０に電源が投入された場合に開始され、所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＰＣＭ６０は、車両の運転状態を取得する。具体的には、ＰＣＭ６０は、少なくとも、アクセル開度センサ１５０が検出したアクセル開度、車速センサ１５１が検出した車速、クランク角センサ１００が検出したクランク角、及び車両の変速機に現在設定されているギヤ段を取得する。

次いで、ステップＳ１０２では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１０１で取得されたアクセルペダルの操作等を含む車両の運転状態に基づき、目標加速度を設定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、種々の車速及び種々のギヤ段について規定された加速度特性マップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から、現在の車速及びギヤ段に対応する加速度特性マップを選択し、選択した加速度特性マップを参照して現在のアクセル開度に対応する目標加速度を決定する。

次いで、ステップＳ１０３では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１０２で決定された目標加速度を実現するためのエンジンＥの目標トルクを決定する。この場合、ＰＣＭ６０は、現在の車速、ギヤ段、路面勾配、路面μなどに基づき、エンジンＥが出力可能なトルクの範囲内で、目標トルクを決定する。

次いで、ステップＳ１０４では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１０３で決定された目標トルクをエンジンＥから出力させるべく、当該目標トルク及びエンジン回転数に基づいて、燃料噴射弁２０から噴射させるべき燃料噴射量を算出する。この燃料噴射量は、メイン噴射において適用する燃料噴射量（メイン噴射量）である。

他方で、上記したステップＳ１０２〜Ｓ１０４の処理と並行して、ステップＳ１０５において、ＰＣＭ６０は、エンジンＥの運転状態に応じた燃料の噴射パターンを設定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、上記したＤｅＮＯｘ制御を行う場合には、メイン噴射に加えてポスト噴射を少なくとも行う燃料噴射パターンを設定する。この場合、ＰＣＭ６０は、ポスト噴射において適用する燃料噴射量（ポスト噴射量）や、ポスト噴射を行うタイミング（ポスト噴射タイミングなど）も決定する。これらについては、詳細は後述する。

ステップＳ１０４及びＳ１０５の後、ステップＳ１０６に進み、ＰＣＭ６０は、ステップＳ１０４で算出されたメイン噴射量及びステップＳ１０５で設定された燃料噴射パターンに基づき（ポスト噴射を行う場合にはポスト噴射量やポスト噴射タイミングも含む）、燃料噴射弁２０を制御する。つまり、ＰＣＭ６０は、所望の燃料噴射パターンにおいて所望の量の燃料が噴射されるように燃料噴射弁２０を制御する。

ここで、本発明の実施形態においてＤｅＮＯｘ制御時に適用するポスト噴射量（以下では「ＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量」と呼ぶ。）の算出方法について説明する。このＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量の算出は、図３に示した燃料噴射制御フローと並行して実行される。つまり、燃料噴射制御が行われている最中に、ＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量が随時算出される。

まず、ＰＣＭ６０は、少なくとも、エアフローセンサ１０１によって検出された吸入空気量（新気量）、Ｏ₂センサ１１１によって検出された排気ガスの酸素濃度、図３のステップＳ１０４で算出されたメイン噴射量を取得する。加えて、ＰＣＭ６０は、所定のモデルなどにより求められた、ＥＧＲ装置４３によって吸気系ＩＮに還流される排気ガス量（ＥＧＲガス量）も取得する。そして、ＰＣＭ６０は、取得された新気量及びＥＧＲガス量に基づき、エンジンＥに導入される空気量（つまり充填量）を算出し、この充填量から、エンジンＥに導入される空気の酸素濃度を算出する。

次いで、ＰＣＭ６０は、メイン噴射に加えてポスト噴射することで、ＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘを還元させるために排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍あるいは理論空燃比以下の目標空燃比に設定するのに必要なポスト噴射量（ＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量）を算出する。つまり、ＰＣＭ６０は、排気ガスの空燃比を目標空燃比にするためにメイン噴射量に加えてどれだけのポスト噴射量を適用すればよいかを決定する。この場合、ＰＣＭ６０は、Ｏ₂センサ１１１によって検出された酸素濃度と、上記のように算出された酸素濃度との差を考慮して、ＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量を算出する。具体的には、ＰＣＭ６０は、メイン噴射した燃料を燃焼させたときに発生する排気ガスの空燃比から、検出された酸素濃度と算出された酸素濃度との差に応じてフィードバック処理を適宜行って、排気ガスの空燃比を目標空燃比にするためのＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量を算出する。このようにＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量を算出することで、ＤｅＮＯｘ制御におけるポスト噴射によって、排気ガスの空燃比を精度良く目標空燃比に設定して、ＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘを確実に還元させるようにしている。

＜ＤｅＮＯｘ制御＞
以下では、本発明の実施形態によるＤｅＮＯｘ制御について具体的に説明する。

最初に、本発明の実施形態によるＤｅＮＯｘ制御の基本概念について説明する。本実施形態では、ＰＣＭ６０は、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量が所定量以上である場合、典型的にはＮＯｘ吸蔵量が限界付近にある場合に、ＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘをほぼ０にまで低下させるべく、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍あるいは理論空燃比以下の目標空燃比に継続的に設定するように燃料噴射弁２０からポスト噴射させるＤｅＮＯｘ制御（以下では適宜「アクティブＤｅＮＯｘ制御」と呼ぶ。）を実行する。こうすることで、ＮＯｘ触媒４５に多量に吸蔵されたＮＯｘを強制的に還元して、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ浄化性能を確実に確保するようにする。

また、本実施形態では、ＰＣＭ６０は、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量が所定量未満であっても、車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するときに、ＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘを還元させるべく、排気ガスの空燃比を目標空燃比に一時的に設定するように燃料噴射弁２０からポスト噴射させるＤｅＮＯｘ制御（以下では適宜「パッシブＤｅＮＯｘ制御」と呼ぶ。）を実行する。このパッシブＤｅＮＯｘ制御は、加速時のようなメイン噴射量が増加して排気ガスの空燃比が低下するような状況に乗じて、空燃比を理論空燃比近傍あるいは理論空燃比以下の目標空燃比に設定するようにポスト噴射を行うので、排気ガスの空燃比が低下しない状況（つまり非加速時）においてＤｅＮＯｘ制御を行う場合よりも、空燃比を目標空燃比に設定するためのポスト噴射量が少なくなる。また、パッシブＤｅＮＯｘ制御は、車両の加速に乗じて行われるので、比較的高頻度で行われることとなる。

本実施形態では、このようなパッシブＤｅＮＯｘ制御を適用することで、ＤｅＮＯｘによる燃費悪化などを抑制しつつ、ＤｅＮＯｘを高頻度で行うようにする。パッシブＤｅＮＯｘ制御は比較的短い期間しか行われないが、高頻度で行われるので、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量を効率的に低下させることができる。その結果、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量が所定量以上になりにくくなるので、パッシブＤｅＮＯｘ制御よりも多量のポスト噴射量を要するアクティブＤｅＮＯｘ制御の実行頻度を低下させることができ、ＤｅＮＯｘによる燃費悪化を効果的に改善することが可能となる。

更に、本実施形態では、上記のアクティブＤｅＮＯｘ制御を実行する場合、ポスト噴射させた燃料をエンジンＥの筒内において燃焼させることで、排気ガスの空燃比を目標空燃比に設定するようにする。この場合、ＰＣＭ６０は、ポスト噴射された燃料が筒内において燃焼されるタイミングにおいてポスト噴射を行う。具体的には、ＰＣＭ６０は、エンジンＥの膨張行程前半における所定のタイミングを、アクティブＤｅＮＯｘ制御でのポスト噴射タイミングとして設定する。このようなポスト噴射タイミングをアクティブＤｅＮＯｘ制御において適用することで、ポスト噴射された燃料がそのまま未燃燃料（つまりＨＣ）として排出されることや、ポスト噴射された燃料によるオイル希釈を抑制するようにしている。

他方で、本実施形態では、ＰＣＭ６０は、上記のパッシブＤｅＮＯｘ制御を実行する場合には、ポスト噴射させた燃料をエンジンＥの筒内において燃焼させずに未燃燃料として排気通路４１に排出させることで、排気ガスの空燃比を目標空燃比に設定するようにする。この場合、ＰＣＭ６０は、ポスト噴射された燃料が筒内において燃焼されずに未燃燃料として排気通路４１に排出されるタイミングにおいてポスト噴射を行う。具体的には、ＰＣＭ６０は、エンジンＥの膨張行程後半における所定のタイミングを、パッシブＤｅＮＯｘ制御でのポスト噴射タイミングとして設定する。このようなポスト噴射タイミングをパッシブＤｅＮＯｘ制御において適用することで、ポスト噴射された燃料が筒内において燃焼してスモーク（煤）が発生することを抑制するようにしている。

ここで、図４を参照して、本発明の実施形態においてパッシブＤｅＮＯｘ制御及びアクティブＤｅＮＯｘ制御のそれぞれを実行するエンジンＥの運転領域について説明する。図４は、横軸にエンジン回転数を示し、縦軸にエンジン負荷を示している。また、図４において、曲線Ｌ１は、エンジンＥの最大トルク線を示している。

図４に示すように、本実施形態では、ＰＣＭ６０は、エンジン負荷が第１所定負荷Ｌｏ１以上で第２所定負荷Ｌｏ２（＞第１所定負荷Ｌｏ１）未満である中負荷域にあり、且つ、エンジン回転数が第１所定回転数Ｎ１以上で第２所定回転数Ｎ２（＞第１所定回転数Ｎ１）未満である中回転域にある場合に、つまりエンジン負荷及びエンジン回転数が符号Ｒ１２に示す運転領域（以下では「アクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２」と呼ぶ。）に含まれる場合に、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実行する。このようなアクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２を採用する理由は以下の通りである。

上述したように、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実行する場合、ポスト噴射された燃料がそのまま排出されることによるＨＣの発生やポスト噴射された燃料によるオイル希釈などを抑制する観点から、ポスト噴射された燃料が筒内において燃焼されるタイミングにおいてポスト噴射を行う。この場合、本実施形態では、ポスト噴射された燃料を燃焼させたときに、スモークの発生を抑制すると共に、ＨＣの発生（つまり不完全燃焼による未燃燃料の排出）を抑制するようにする。具体的には、ポスト噴射された燃料が燃焼するまでの時間をできるだけかせぐようにし、つまり空気と燃料が適切に混合された状態で着火が生じるようにして、スモーク及びＨＣの発生を抑制している。このために、アクティブＤｅＮＯｘ制御時には適量のＥＧＲガスを導入することで、ポスト噴射された燃料の着火を効果的に遅延させるようにしている。

なお、アクティブＤｅＮＯｘ制御時にＨＣの発生を抑制する理由は、上記のようにＥＧＲガスを導入する場合に、ＨＣもＥＧＲガスとして吸気系ＩＮに還流されて、このＨＣがバインダとなって煤と結合してガスの通路が閉塞してしまうのを防止するためである。加えて、ＮＯｘ触媒４５の温度が低く、ＨＣの浄化性能（ＮＯｘ触媒４５中のＤＯＣによるＨＣの浄化性能）が確保されないような領域においてアクティブＤｅＮＯｘ制御を実行したときに、ＨＣが浄化されずに排出されてしまうのを防止するためである。因みに、アクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２には、そのようなＨＣの浄化性能が確保されないようなＮＯｘ触媒４５の温度が比較的低い領域も含めている。
また、アクティブＤｅＮＯｘ制御時にスモークの発生を抑制する理由は、スモークに対応するＰＭはＤＰＦ４６に捕集されるが、このＤＰＦ４６に捕集されたＰＭを燃焼除去するためのＤＰＦ再生（ＤｅＮＯｘ制御と同様にポスト噴射させる制御）が高頻度で行われて、燃費などが悪化してしまうのを抑制するためである。

ところで、エンジン負荷が高くなると、目標空燃比を実現するためにエンジンＥに導入する空気を絞ることで、ポスト噴射された燃料を適切に燃焼させるのに必要な酸素が足りなくなってスモークやＨＣが発生する傾向にある。特に、エンジン負荷が高くなると、筒内温度が高くなり、ポスト噴射された燃料が着火するまでの時間を適切に確保することができずに途中で着火が生じ、つまり空気と燃料が適切に混合されていない状態で燃焼が生じ、スモークやＨＣが発生してしまう。他方で、エンジン負荷がかなり低い領域では、ＮＯｘ触媒４５の温度が低く、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ還元機能が十分に発揮されなくなる。加えて、この領域では、ポスト噴射された燃料が適切に燃焼しなくなる、つまり失火が発生してしまう。
なお、上記ではエンジン負荷に関する現象を述べたが、エンジン回転数についても同様の現象が生じる。

以上のことから、本実施形態では、中負荷域且つ中回転域に対応するエンジンＥの運転領域を、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実行するアクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２として採用している。換言すると、本実施形態では、アクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２でのみ、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実行することとし、アクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２以外の運転領域では、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止する。このようにアクティブＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止することとしたエンジンＥの運転領域では、特にアクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２よりも高負荷側又は高回転側の領域では（符号Ｒ１３を付した領域）では、ＳＣＲ触媒４７のＮＯｘ浄化性能が十分に確保されているので、ＳＣＲ触媒４７がＮＯｘを浄化することとなり、ＤｅＮＯｘ制御を実行しなくても車両からのＮＯｘの排出を防止することができる。

また、本実施形態では、ＳＣＲ触媒４７でＮＯｘを浄化させる領域Ｒ１３よりも更に高負荷側の領域（符号Ｒ１１を付した領域であり、以下では「パッシブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１１」と呼ぶ。）では、排気ガス量が大きくなり、ＳＣＲ触媒４７でＮＯｘを浄化しきれなくなるので、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実行する。このパッシブＤｅＮＯｘ制御では、上記したように、ポスト噴射された燃料が筒内において燃焼されずに未燃燃料として排気通路４１に排出されるタイミングにおいてポスト噴射を行う。パッシブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１１では、ＮＯｘ触媒４５の温度が十分に高く、ＨＣの浄化性能（ＮＯｘ触媒４５中のＤＯＣによるＨＣの浄化性能）が確保されているので、このように排出された未燃燃料をＮＯｘ触媒４５で適切に浄化することができる。
なお、パッシブＤｅＮＯｘ制御において、アクティブＤｅＮＯｘ制御のようにポスト噴射された燃料を筒内において燃焼させると、スモークが発生してしまう。その理由は、上述したように、エンジン負荷が高くなるとアクティブＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止することとした理由と同様である。そのため、パッシブＤｅＮＯｘ制御では、ポスト噴射された燃料を筒内において燃焼させずに未燃燃料として排気通路４１に排出している。

ここで、図４中の矢印Ａ１１に示すようにエンジンの運転状態が変化したときのアクティブＤｅＮＯｘ制御の具体例について説明する。まず、エンジンの運転状態がアクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２に入ると（符号Ａ１２参照）、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実行する。そして、エンジンの運転状態がアクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２を外れると（符号Ａ１３参照）、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御を一旦中止する。このときには、ＳＣＲ触媒４７がＮＯｘを浄化することとなる。そして、エンジンの運転状態がアクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２に再度入ると（符号Ａ１４参照）、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御を再開する。こうすることで、ＮＯｘ触媒４５に吸蔵されたＮＯｘがほぼ０に低下するまで、アクティブＤｅＮＯｘ制御を終了させないようにする。

次に、図５を参照して、本発明の実施形態においてパッシブＤｅＮＯｘ制御及びアクティブＤｅＮＯｘ制御を行う温度範囲について説明する。図５は、触媒温度（横軸）と排気浄化率（縦軸）との関係を示している。

具体的には、グラフＧ１１は、ＮＯｘ触媒４５の温度（以下では「ＮＯｘ触媒温度」と呼ぶ。）と、ＮＯｘ触媒４５によるＮＯｘ浄化率との関係を示し、グラフＧ１２は、ＳＣＲ触媒４７の温度（以下では「ＳＣＲ温度」と呼ぶ。）と、ＳＣＲ触媒４７によるＮＯｘ浄化率との関係を示している。また、符号Ｒ２１で示す範囲は、グラフＧ１１に示すようなＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ浄化特性に応じた、ＮＯｘ触媒４５により所定以上のＮＯｘ浄化率が得られる温度範囲を示し、符号Ｒ２２で示す範囲は、グラフＧ１２に示すようなＳＣＲ触媒４７のＮＯｘ浄化特性に応じた、ＳＣＲ触媒４７により所定以上のＮＯｘ浄化率が得られる温度範囲を示している。後者の温度範囲Ｒ２２は、ＳＣＲ触媒４７の温度Ｔ１１によって規定される。この温度Ｔ１１は、ＳＣＲ触媒４７の活性温度域に少なくとも含まれる温度であり、例えばＳＣＲ触媒４７により所定以上のＮＯｘ浄化率が得られる温度範囲Ｒ１２の下側の境界値に相当する。以下では、温度Ｔ１１を適宜「ＳＣＲ判定温度」と呼ぶ。

図５に示すように、ＮＯｘ触媒４５は比較的低温域においてＮＯｘ浄化性能を発揮し、ＳＣＲ触媒４７は比較的高温域においてＮＯｘ浄化性能を発揮する。したがって、排気ガスが比較的低温域にある場合にはＮＯｘ触媒４５によって排気ガス中のＮＯｘを浄化させるようにし、排気ガスが比較的高温域にある場合にはＳＣＲ触媒４７によって排気ガス中のＮＯｘを浄化させるようにするのがよい。そのため、本実施形態では、基本的には、ＰＣＭ６０は、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度未満である場合にのみ、パッシブＤｅＮＯｘ制御及びアクティブＤｅＮＯｘ制御を実行し、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度以上である場合には、パッシブＤｅＮＯｘ制御及びアクティブＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止する。こうするのは、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度以上である場合には、排気ガス中のＮＯｘをＳＣＲ触媒４７によって適切に浄化させることができるので、ＮＯｘ触媒４５によるＮＯｘの浄化性能を確保すべくＤｅＮＯｘ制御を敢えて行う必要がないからである。そのため、基本的には、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度以上である場合には、ＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止して、ＤｅＮＯｘ制御の実行に起因する燃費悪化を抑制するようにしている。

以下では、上記した本発明の実施形態によるアクティブＤｅＮＯｘ制御及びパッシブＤｅＮＯｘ制御について具体的に説明する。

まず、図６を参照して、本発明の実施形態によるアクティブＤｅＮＯｘ制御の実行要否を判定するために用いるアクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグの設定処理について説明する。図６は、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグの設定処理を示すフローチャート（アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグ設定フロー）である。このアクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグ設定フローは、ＰＣＭ６０によって所定の周期で繰り返し実行されると共に、図３に示した燃料噴射制御フローなどと並行して実行される。

最初に、ステップＳ２０１では、ＰＣＭ６０は、車両における各種情報を取得する。具体的には、ＰＣＭ６０は、少なくとも、ＮＯｘ触媒温度と、ＳＣＲ温度と、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量と、を取得する。この場合、ＮＯｘ触媒温度は、例えば、ＮＯｘ触媒４５の直上流側に設けられた温度センサ１１２によって検出された温度に基づいて推定される（ＮＯｘ触媒４５とＤＰＦ４６との間に設けられた温度センサ１１３によって検出された温度も用いてもよい）。また、ＳＣＲ温度は、例えば、ＳＣＲ触媒４７の直上流側に設けられた温度センサ１１７によって検出された温度に基づいて推定される。また、ＮＯｘ吸蔵量は、例えば、エンジンＥの運転状態や排気ガスの流量や排気ガスの温度などに基づいて、排気ガス中のＮＯｘ量を推定し、このＮＯｘ量を積算していくことで求められる。

次いで、ステップＳ２０２では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ２０１で取得されたＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度未満であるか否かを判定する。この判定の結果、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度未満である場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０３に進む。これに対して、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度以上である場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、処理はステップＳ２０９に進む。この場合には、排気ガス中のＮＯｘをＳＣＲ触媒４７によって適切に浄化させることができるので、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止すべく、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグを「０」に設定する（ステップＳ２０９）。そして、処理は終了する。

次いで、ステップＳ２０３では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ２０１で取得されたＮＯｘ触媒温度が所定温度以上であるか否かを判定する。ＮＯｘ触媒温度が低い場合には、排気ガスの空燃比を目標空燃比に設定しても、ＮＯｘ触媒４５は吸蔵しているＮＯｘをほとんど還元しない。したがってステップＳ２０３では、ＮＯｘ触媒４５が吸蔵しているＮＯｘを還元可能な状態であるか否かを判定している。そのために、ステップＳ２０３の判定で用いる所定温度は、ＮＯｘ触媒４５が吸蔵しているＮＯｘを還元可能なＮＯｘ触媒温度に基づき設定される。ステップＳ２０３の判定の結果、ＮＯｘ触媒温度が所定温度以上である場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０４に進む。これに対して、ＮＯｘ触媒温度が所定温度未満である場合（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、処理はステップＳ２０９に進む。この場合には、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止すべく、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグを「０」に設定する（ステップＳ２０９）。

次いで、ステップＳ２０４では、ＰＣＭ６０は、エンジン始動後にアクティブＤｅＮＯｘ制御を一度も実行していないか否かを判定する。このステップＳ２０４の判定は、エンジン始動後にアクティブＤｅＮＯｘ制御を一度も実行していない場合には、エンジン始動後にアクティブＤｅＮＯｘ制御を実行したことがある場合よりも、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実行条件を緩和して、アクティブＤｅＮＯｘ制御を優先的に実行する目的から行っている。具体的には、エンジン始動後にアクティブＤｅＮＯｘ制御を実行したことがある場合には、比較的条件が厳しいステップＳ２０７の実行条件及びステップＳ２０８の実行条件を用いるのに対して、エンジン始動後にアクティブＤｅＮＯｘ制御を一度も実行していない場合には、比較的条件の緩いステップＳ２０５の実行条件のみを用いる（これらの詳細は後述する）。このようなステップＳ２０４の判定の結果、エンジン始動後にアクティブＤｅＮＯｘ制御を実行していない場合（ステップＳ２０４：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０５に進む。

次いで、ステップＳ２０５では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ２０１で取得されたＮＯｘ吸蔵量が第１吸蔵量判定値以上であるか否かを判定する。例えば、第１吸蔵量判定値は、ＮＯｘ吸蔵量の限界値よりもある程度低い値に設定される。この判定の結果、ＮＯｘ吸蔵量が第１吸蔵量判定値以上である場合（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０６に進む。この場合には、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実行を許可すべく、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグを「１」に設定する（ステップＳ２０６）。こうすることで、エンジン始動後にアクティブＤｅＮＯｘ制御を実行してＮＯｘ触媒４５にある程度吸蔵されたＮＯｘを強制的に還元することで、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ浄化性能を確実に確保するようにする。これに対して、ＮＯｘ吸蔵量が第１吸蔵量判定値未満である場合（ステップＳ２０５：Ｎｏ）、処理はステップＳ２０９に進む。この場合には、ＰＣＭ６０は、無駄なアクティブＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止すべく、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグを「０」に設定する（ステップＳ２０９）。そして、処理は終了する。

他方で、ステップＳ２０４の判定の結果、エンジン始動後にアクティブＤｅＮＯｘ制御を実行したことがある場合（ステップＳ２０４：Ｎｏ）、処理はステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ２０１で取得されたＮＯｘ吸蔵量が第２吸蔵量判定値以上であるか否かを判定する。第２吸蔵量判定値は、上記した第１吸蔵量判定値よりも少なくとも大きな値が適用され、例えば、ＮＯｘ吸蔵量の限界値付近の値（１つの例では限界値の２／３程度の値）に設定される。この判定の結果、ＮＯｘ吸蔵量が第２吸蔵量判定値以上である場合（ステップＳ２０７：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０８に進む。これに対して、ＮＯｘ吸蔵量が第２吸蔵量判定値未満である場合（ステップＳ２０７：Ｎｏ）、処理はステップＳ２０９に進む。この場合には、ＰＣＭ６０は、無駄なアクティブＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止すべく、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグを「０」に設定する（ステップＳ２０９）。そして、処理は終了する。

次いで、ステップＳ２０８では、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御の前回実行時点からの走行距離が所定の判定距離以上であるか否かを判定する。ステップＳ２０８の判定の結果、アクティブＤｅＮＯｘ制御の前回実行時点からの走行距離が判定距離以上である場合（ステップＳ２０８：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０６に進む。この場合には、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実行を許可すべく、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグを「１」に設定する（ステップＳ２０６）。こうすることで、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実行してＮＯｘ触媒４５に多量に吸蔵されたＮＯｘを強制的に還元することで、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ浄化性能を確実に確保するようにする。これに対して、アクティブＤｅＮＯｘ制御の前回実行時点からの走行距離が判定距離未満である場合（ステップＳ２０８：Ｎｏ）、処理はステップＳ２０９に進む。この場合には、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止すべく、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグを「０」に設定する（ステップＳ２０９）。そして、処理は終了する。

アクティブＤｅＮＯｘ制御の前回実行時点からの走行距離が短い状況においてアクティブＤｅＮＯｘ制御を実行すると（つまりアクティブＤｅＮＯｘ制御の実行インターバルが短い場合）、ポスト噴射に起因するオイル希釈が発生する可能性が高くなる。そのため、本実施形態では、アクティブＤｅＮＯｘ制御の前回実行時点からの走行距離が判定距離未満である場合には（ステップＳ２０８：Ｎｏ）、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止して、アクティブＤｅＮＯｘ制御におけるポスト噴射に起因するオイル希釈を抑制するようにしている。他方で、アクティブＤｅＮＯｘ制御の前回実行時点からの走行距離が長い場合（つまりアクティブＤｅＮＯｘ制御の実行インターバルが長い場合）には、これからアクティブＤｅＮＯｘ制御を実行しても、ポスト噴射に起因するオイル希釈が発生する可能性は低い。そのため、本実施形態では、アクティブＤｅＮＯｘ制御の前回実行時点からの走行距離が判定距離以上である場合には（ステップＳ２０８：Ｙｅｓ）、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止しない。
また、本実施形態では、筒内温度が高くなると、ポスト噴射された燃料の気化が進んでオイル希釈が生じにくくなることを考慮して、筒内温度が高くなるほど、ステップＳ２０８で用いる判定距離を小さな値に設定して、アクティブＤｅＮＯｘ制御の前回実行時点からの走行距離に応じた当該制御の制限を緩和する。

次に、図７を参照して、本発明の実施形態によるパッシブＤｅＮＯｘ制御の実行要否を判定するために用いるパッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグの設定処理について説明する。図７は、本発明の実施形態によるパッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグの設定処理を示すフローチャート（パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグ設定フロー）である。このパッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグ設定フローは、ＰＣＭ６０によって所定の周期で繰り返し実行されると共に、図３に示した燃料噴射制御フローや図６に示したアクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグ設定フローなどと並行して実行される。

まず、ステップＳ３０１では、ＰＣＭ６０は、車両における各種情報を取得する。具体的には、ＰＣＭ６０は、少なくとも、エンジン負荷と、エンジン回転数と、ＮＯｘ触媒温度と、ＳＣＲ温度と、図３に示した燃料噴射制御フローで決定された目標トルクと、上述したように算出されたＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量と、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量と、図６に示したアクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグ設定フローで設定されたアクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグの値と、を取得する。なお、ＮＯｘ触媒温度、ＳＣＲ温度及びＮＯｘ吸蔵量の求め方は、上述した通りである。

次いで、ステップＳ３０２では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ３０１で取得されたＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度未満であるか否かを判定する。この判定の結果、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度未満である場合には（ステップＳ３０２：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３０３に進む。この場合には、ＳＣＲ触媒４７が活性状態にないため、ＮＯｘ触媒４５によってＮＯｘ浄化を行わせるときにＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ浄化性能を確保するためにパッシブＤｅＮＯｘ制御を実行するか否かを、後述する種々の条件を用いて判定を行うようにする。

ステップＳ３０３では、ステップＳ３０１で取得されたＮＯｘ吸蔵量が第３吸蔵量判定値以上であるか否かを判定する。例えば、第３吸蔵量判定値は、ＮＯｘ吸蔵量の限界値の１／３程度の値に設定される。この判定の結果、ＮＯｘ吸蔵量が第３吸蔵量判定値以上である場合（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３０７に進む。この場合には、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ浄化性能を確保すべくＮＯｘ吸蔵量を第３吸蔵量判定値未満に低下させるためにパッシブＤｅＮＯｘ制御を実行するか否かを、後述する条件を用いて更なる判定を行うようにする。これに対して、ＮＯｘ吸蔵量が第３吸蔵量判定値未満である場合（ステップＳ３０３：Ｎｏ）、処理はステップＳ３１０に進む。この場合には、ＰＣＭ６０は、ＮＯｘ吸蔵量が比較的少ないため、無駄なパッシブＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止して、パッシブＤｅＮＯｘ制御の実行に起因する燃費悪化を抑制すべく、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグを「０」に設定する（ステップＳ３１０）。そして、処理は終了する。

他方で、ステップＳ３０２の判定の結果、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度以上である場合には（ステップＳ３０２：Ｎｏ）、処理はステップＳ３０４に進む。ステップＳ３０４では、ＰＣＭ６０は、エンジンの運転状態（エンジン負荷及びエンジン回転数）がパッシブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１１（図４参照）に含まれているか否かを判定する。この判定は、典型的には、エンジンの運転状態が高回転且つ高負荷領域にあるか否かを判定していることに相当する。ステップＳ３０４の判定の結果、エンジンの運転状態がパッシブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１１に含まれている場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３０５に進む。
これに対して、エンジンの運転状態がパッシブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１１に含まれていない場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、処理はステップＳ３１０に進む。この場合には、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実行すべき状況ではなく、また、ＳＣＲ触媒４７がＳＣＲ判定温度以上で且つ排気ガス流量が比較的少なく、ＳＣＲ触媒４７によってＮＯｘを適切に浄化させることができる状況であるので、ＰＣＭ６０は、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグを「０」に設定する（ステップＳ３１０）。そして、処理は終了する。

次いで、ステップＳ３０５では、ＰＣＭ６０は、ＮＯｘ吸蔵量を更に判定するための第４吸蔵量判定値を、排気ガス流量に基づき設定する。例えば、ＰＣＭ６０は、エアフローセンサ１０１が検出した吸入空気量や燃料噴射弁２０からの燃料噴射量などに基づき、排気ガス流量を推定し、この排気ガス流量に基づき第４吸蔵量判定値を設定する。ここで、第４吸蔵量判定値の設定方法について、図８を参照して具体的に説明する。

図８は、本発明の実施形態による第４吸蔵量判定値の設定方法についての説明図である。図８は、横軸に排気ガス流量を示し、縦軸に第４吸蔵量判定値を示している。基本的には、ＮＯｘ吸蔵量が第４吸蔵量判定値以上である場合に、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグを「１」に設定してパッシブＤｅＮＯｘ制御の実行が許可されるようにする。そのため、縦軸に示す第４吸蔵量判定値が小さくなるほど、パッシブＤｅＮＯｘ制御の実行が許可されやすくなる。

図８中のグラフＧ３は、排気ガス流量に応じて設定すべき第４吸蔵量判定値を示している。このグラフＧ３は、排気ガス流量に応じて設定すべき第４吸蔵量判定値を規定したマップに相当する。グラフＧ３に示すように、本実施形態では、排気ガス流量が多くなるほど、小さい値を有する第４吸蔵量判定値を設定する。具体的には、排気ガス流量が比較的多い領域Ｒ３１では、比較的小さな第４吸蔵量判定値Ｔｈ１が設定され、排気ガス流量が比較的少ない領域Ｒ３３では、比較的大きな第４吸蔵量判定値Ｔｈ２が設定され、これら領域Ｒ３１と領域Ｒ３２との間の領域Ｒ３２では、Ｔｈ１とＴｈ２との間の、排気ガス流量に応じて変化する第４吸蔵量判定値が設定される。例えば、第４吸蔵量判定値Ｔｈ１には、ほぼ０が適用され（ＮＯｘ吸蔵量がほぼ０に相当する）、第４吸蔵量判定値Ｔｈ２には、ＮＯｘ吸蔵量の限界値付近の値が適用される。上記したステップＳ３０３で用いた第３吸蔵量判定値は、これらＴｈ１、Ｔｈ２の間の値となる。

このようにして設定される第４吸蔵量判定値は、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実行してＮＯｘ吸蔵量を低下させるべき、ＮＯｘ吸蔵量の目標値に相当する。本実施形態では、排気ガス流量に応じて第４吸蔵量判定値を設定して当該第４吸蔵量判定値を用いてパッシブＤｅＮＯｘ制御の実行要否を判定することで、パッシブＤｅＮＯｘ制御の実行によりＮＯｘ吸蔵量を制御するようにしている。
具体的には、排気ガス流量が比較的多い領域Ｒ３１では、ＳＣＲ触媒４７がほとんどＮＯｘ浄化機能を発揮しないので、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ浄化性能を確実に確保すべく、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実行してＮＯｘ吸蔵量を比較的小さな第４吸蔵量判定値Ｔｈ１（例えばほぼ０）まで低下させるようにしている。また、領域Ｒ３１よりも排気ガス流量が少ない領域Ｒ３２では、ＳＣＲ触媒４７がＮＯｘ浄化機能を幾らか発揮するが、ＳＣＲ触媒４７のＮＯｘ浄化機能が低下するような状況であるため、そのようなＳＣＲ触媒４７のＮＯｘ浄化機能に応じてＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量を適宜低下させるべく（具体的には排気ガス流量が多くなるほどＮＯｘ吸蔵量を低下させるべく）、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実行してＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ浄化性能を確保するようにしている。
他方で、領域Ｒ３２よりも更に排気ガス流量が少ない領域Ｒ３３では、ＳＣＲ触媒４７が十分にＮＯｘ浄化機能を発揮するため、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実行しなくてもよい、つまりＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量を低下させる必要はない。そのため、領域Ｒ３３では、パッシブＤｅＮＯｘ制御の実行許可が発せられないような比較的大きな第４吸蔵量判定値Ｔｈ２（例えばＮＯｘ吸蔵量の限界値付近の値）を適用している。

図７に戻って、ステップＳ３０６以降の処理について説明する。ステップＳ３０６では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ３０１で取得されたＮＯｘ吸蔵量が、上記のステップＳ３０５で設定された第４吸蔵量判定値以上であるか否かを判定する。この判定の結果、ＮＯｘ吸蔵量が第４吸蔵量判定値以上である場合（ステップＳ３０６：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３０７に進む。この場合には、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ浄化性能を確保すべくＮＯｘ吸蔵量を第４吸蔵量判定値未満に低下させるためにパッシブＤｅＮＯｘ制御を実行するか否かを、後述する条件を用いて更なる判定を行うようにする。これに対して、ＮＯｘ吸蔵量が第４吸蔵量判定値未満である場合（ステップＳ３０６：Ｎｏ）、処理はステップＳ３１０に進む。この場合には、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実行してＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量を低下させる必要はないので、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグを「０」に設定する（ステップＳ３１０）。そして、処理は終了する。

次いで、ステップＳ３０７では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ３０１で取得されたアクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「０」であるか否かを判定する。つまり、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実行すべき状況でないか否かを判定する。この判定の結果、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「０」である場合（ステップＳ３０７：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３０８に進む。これに対して、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「０」でない場合、つまり「１」である場合（ステップＳ３０７：Ｎｏ）、処理はステップＳ３１０に進む。この場合には、ＰＣＭ６０は、パッシブＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止して、アクティブＤｅＮＯｘ制御を優先的に実行すべく、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグを「０」に設定する（ステップＳ３１０）。つまり、たとえパッシブＤｅＮＯｘ制御の実行条件が成立したとしても、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実行条件が成立した場合には、アクティブＤｅＮＯｘ制御を優先的に実行するようにする。そして、処理は終了する。

次いで、ステップＳ３０８では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ３０１で取得されたＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量が第１ポスト噴射量判定値未満であるか否かを判定する。このステップＳ３０８では、上記したようにポスト噴射によって目標空燃比を実現するのに必要な燃料量として算出されたＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量に基づいて、排気ガスの空燃比がリッチ側の所定値以下まで低下するような状況、つまり所定の加速状態であるか否かを判定している。こうすることで、燃費悪化をできるだけ抑えてＤｅＮＯｘ制御を実行することができる状況であるか否かを判定すると共に、ポスト噴射によってオイル希釈が生じる可能性がないか否かを判定している。このような観点に基づき、ステップＳ３０８の判定に適用される第１ポスト噴射量判定値が設定される。

ステップＳ３０８の判定の結果、ＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量が第１ポスト噴射量判定値未満である場合（ステップＳ３０８：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３０９に進む。この場合には、上記した種々の条件の全てが成立するので、ＰＣＭ６０は、パッシブＤｅＮＯｘ制御の実行を許可すべく、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグを「１」に設定する（ステップＳ３０９）。そして、処理は終了する。これに対して、ＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量が第１ポスト噴射量判定値以上である場合（ステップＳ３０８：Ｎｏ）、処理はステップＳ３１０に進む。この場合には、ＰＣＭ６０は、パッシブＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止して、パッシブＤｅＮＯｘ制御の実行に起因する燃費悪化やオイル希釈を抑制すべく、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグを「０」に設定する（ステップＳ３１０）。そして、処理は終了する。

次に、図９を参照して、上記したように設定されたアクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグに基づき実行される、本発明の実施形態によるアクティブＤｅＮＯｘ制御について説明する。図９は、本発明の実施形態によるアクティブＤｅＮＯｘ制御を示すフローチャート（アクティブＤｅＮＯｘ制御フロー）である。このアクティブＤｅＮＯｘ制御フローは、ＰＣＭ６０によって所定の周期で繰り返し実行されると共に、図３に示した燃料噴射制御フローや図６に示したアクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグ設定フローなどと並行して実行される。

まず、ステップＳ４０１では、ＰＣＭ６０は、車両における各種情報を取得する。具体的には、ＰＣＭ６０は、少なくとも、エンジン負荷と、エンジン回転数と、ＮＯｘ触媒温度と、上述したように算出されたＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量と、図６に示したアクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグ設定フローで設定されたアクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグの値と、を取得する。

次いで、ステップＳ４０２では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ４０１で取得されたアクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「１」であるか否かを判定する。つまり、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実行すべき状況であるか否かを判定する。この判定の結果、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「１」である場合（ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ４０３に進む。これに対して、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「０」である場合（ステップＳ４０２：Ｎｏ）、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実行せずに、処理は終了する。

次いで、ステップＳ４０３では、ＰＣＭ６０は、エンジンの運転状態（エンジン負荷及びエンジン回転数）がアクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２（図４参照）に含まれているか否かを判定する。ステップＳ４０３の判定の結果、エンジンの運転状態がアクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２に含まれている場合（ステップＳ４０３：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ４０５に進む。これに対して、エンジンの運転状態がアクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２に含まれていない場合（ステップＳ４０３：Ｎｏ）、処理はステップＳ４０４に進む。

ステップＳ４０４では、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御を実行せずに、つまり排気ガスの空燃比を目標空燃比に設定するためのポスト噴射を含む燃料噴射制御を行わずに、当該ポスト噴射を含まない通常の燃料噴射制御を行う（ステップＳ４０４）。基本的には、ＰＣＭ６０は、目標トルクに応じた燃料噴射量をメイン噴射させる制御のみを行う。実際には、ＰＣＭ６０は、このステップＳ４０４の処理を、図３に示した燃料噴射制御フローのステップＳ１０６において実行する。そして、処理はステップＳ４０３に戻って、上記したステップＳ４０３の判定を再度行う。つまり、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「１」である場合には、エンジンの運転状態がアクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２に含まれていない間は、通常の燃料噴射制御を行うようにし、エンジンの運転状態がアクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２に含まれるようになると、通常の燃料噴射制御からアクティブＤｅＮＯｘ制御における燃料噴射制御に切り替えるようにする。例えば、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御における燃料噴射制御中にエンジンの運転状態がアクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２から外れると、当該燃料噴射制御を中断して通常の燃料噴射制御を行い、この後に、エンジンの運転状態がアクティブＤｅＮＯｘ実行領域Ｒ１２に入ると、アクティブＤｅＮＯｘ制御における燃料噴射制御を再開する。

次いで、ステップＳ４０５では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ４０１で取得されたＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量が第２ポスト噴射量判定値未満であるか否かを判定する。この第２ポスト噴射量判定値は、上記の第１ポスト噴射量判定値（図７のステップＳ３０８参照）よりも大きな値に設定される。こうすることで、アクティブＤｅＮＯｘ制御においてパッシブＤｅＮＯｘ制御よりも多量のポスト噴射量を噴射できるようにし、エンジンＥの運転状態によらずに（例えば加速時のような空燃比が低下するような状況でなくても）、排気ガスの空燃比を確実に目標空燃比に設定可能にする。

ステップＳ４０５の判定の結果、ＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量が第２ポスト噴射量判定値未満である場合（ステップＳ４０５：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ４０６に進む。ステップＳ４０６では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ４０１で取得されたＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量をポスト噴射するように燃料噴射弁２０を制御する。実際には、ＰＣＭ６０は、このステップＳ４０６の処理を、図３に示した燃料噴射制御フローのステップＳ１０６において実行する。そして、処理はステップＳ４０９に進む。

他方で、ＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量が第２ポスト噴射量判定値以上である場合（ステップＳ４０５：Ｎｏ）、処理はステップＳ４０７に進む。ステップＳ４０７では、ＰＣＭ６０は、第２ポスト噴射量判定値を超えないポスト噴射量（具体的には第２ポスト噴射量判定値そのものをＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量として適用する）によって排気ガスの空燃比を目標空燃比に設定すべく、エンジンＥに導入される空気の酸素濃度を低下させる制御を行う。この場合、ＰＣＭ６０は、吸気シャッター弁７を閉弁方向に駆動する制御、ＥＧＲガス量を増加させる制御、及び、ターボ過給機５による過給圧を低下させる制御のうちの少なくともいずれかを実行して、エンジンＥに導入される空気の酸素濃度を低下させる、つまり充填量を低下させる。例えば、ＰＣＭ６０は、第２ポスト噴射量判定値を適用したＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量によって排気ガスの空燃比を目標空燃比にするのに必要な過給圧を求め、この過給圧を実現するように、実際の過給圧（圧力センサ１０８によって検出された圧力）とＥＧＲガス量に基づき、吸気シャッター弁７を閉側の所望の開度に制御する。そして、処理はステップＳ４０８に進む。
なお、吸気シャッター弁７は、通常のエンジンＥの運転状態においては全開に設定される。他方で、ＤｅＮＯｘ時、ＤＰＦ再生時及びアイドル運転時などにおいては、基本的には、吸気シャッター弁７は予め定められたベース開度に設定される。また、ＥＧＲガスを導入しない運転状態においては、吸気シャッター弁７は過給圧に基づきフィードバック制御される。

ステップＳ４０８では、ＰＣＭ６０は、第２ポスト噴射量判定値をＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量に適用して、つまりＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量を第２ポスト噴射量判定値に設定して、このＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量をポスト噴射するように燃料噴射弁２０を制御する。実際には、ＰＣＭ６０は、このステップＳ４０８の処理を、図３に示した燃料噴射制御フローのステップＳ１０６において実行する。そして、処理はステップＳ４０９に進む。

ステップＳ４０９では、ＰＣＭ６０は、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量がほぼ０になったか否かを判定する。具体的には、ＰＣＭ６０は、エンジンＥの運転状態や排気ガスの流量や排気ガスの温度などに基づいて推定したＮＯｘ吸蔵量がほぼ０になり、且つ、ＤＰＦ４６の直下流側に設けられたＮＯｘセンサ１１６の検出値が変化した場合に、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量がほぼ０になったと判断する。ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量がほぼ０になった場合（ステップＳ４０９：Ｙｅｓ）、処理は終了する。この場合、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御を終了する。また、ＰＣＭ６０は、当該アクティブＤｅＮＯｘ制御フロー及び図６のアクティブＤｅＮＯｘ制御実行フラグ設定フローにおいて用いるＮＯｘ吸蔵量を０にリセットする。

これに対して、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量がほぼ０になっていない場合（ステップＳ４０９：Ｎｏ）、処理はステップＳ４０３に戻る。この場合には、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御を継続する。つまり、ＰＣＭ６０は、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量がほぼ０になるまで、アクティブＤｅＮＯｘ制御を継続する。特に、ＰＣＭ６０は、アクティブＤｅＮＯｘ制御中にアクティブＤｅＮＯｘ制御の実行条件（具体的にはステップＳ４０３の条件）が成立しなくなり、アクティブＤｅＮＯｘ制御を中止したとしても、その後にアクティブＤｅＮＯｘ制御の実行条件が成立したときにアクティブＤｅＮＯｘ制御を速やかに再開して、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量がほぼ０になるようにする。

ここで、ＮＯｘセンサ１１６の検出値に基づき、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量がほぼ０になったことを判断できる理由は、以下の通りである。ＮＯｘセンサ１１６は、酸素濃度センサとしての機能も有することから、ＮＯｘセンサ１１６の検出値は、ＮＯｘセンサ１１６に供給される排気ガスの空燃比に対応するものとなる。ＮＯｘ触媒４５の還元が行われている間は、つまりＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量がほぼ０になっていないときには、ＮＯｘが還元されることで生成された酸素がＮＯｘセンサ１１６に供給される。一方で、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量がほぼ０になると、そのような還元によって生成された酸素がＮＯｘセンサ１１６に供給されなくなる。したがって、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量がほぼ０になったタイミングにおいて、ＮＯｘセンサ１１６に供給される排気ガスの空燃比が低下することで、ＮＯｘセンサ１１６の検出値が変化するのである。

次に、図１０を参照して、上記したように設定されたパッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグに基づき実行される、本発明の実施形態によるパッシブＤｅＮＯｘ制御について説明する。図１０は、本発明の実施形態によるパッシブＤｅＮＯｘ制御を示すフローチャート（パッシブＤｅＮＯｘ制御フロー）である。このパッシブＤｅＮＯｘ制御フローは、ＰＣＭ６０によって所定の周期で繰り返し実行されると共に、図３に示した燃料噴射制御フローや図７に示したパッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグ設定フローと並行して実行される。

まず、ステップＳ５０１では、ＰＣＭ６０は、車両における各種情報を取得する。具体的には、ＰＣＭ６０は、少なくとも、上述したように算出されたＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量と、図７に示したパッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグ設定フローで設定されたパッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグの値と、を取得する。

次いで、ステップＳ５０２では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ５０１で取得されたパッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「１」であるか否かを判定する。つまり、ＰＣＭ６０は、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実行すべき状況であるか否かを判定する。この判定の結果、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「１」である場合（ステップＳ５０２：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５０３に進む。これに対して、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「０」である場合（ステップＳ５０２：Ｎｏ）、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実行せずに、処理は終了する。

次いで、ステップＳ５０３では、ＰＣＭ６０は、ステップＳ５０１で取得されたＤｅＮＯｘ用ポスト噴射量をポスト噴射するように燃料噴射弁２０を制御する。つまり、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実行する。実際には、ＰＣＭ６０は、このステップＳ５０３の処理を、図３に示した燃料噴射制御フローのステップＳ１０６において実行する。そして、処理はステップＳ５０４に進む。

ステップＳ５０４では、ＰＣＭ６０は、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「０」になったか否かを判定する。その結果、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「０」になった場合（ステップＳ５０４：Ｙｅｓ）、処理は終了する。この場合、ＰＣＭ６０は、パッシブＤｅＮＯｘ制御を終了する。これに対して、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「０」になっていない場合（ステップＳ５０４：Ｎｏ）、即ちパッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「１」に維持されている場合、処理はステップＳ５０３に戻る。この場合には、ＰＣＭ６０は、パッシブＤｅＮＯｘ制御を継続する。つまり、ＰＣＭ６０は、パッシブＤｅＮＯｘ制御実行フラグが「１」から「０」に切り替わるまで、パッシブＤｅＮＯｘ制御を継続する。

＜作用効果＞
次に、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置の作用効果について説明する。

本実施形態によれば、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度以上である場合には、基本的には、ＳＣＲ触媒４７によってＮＯｘを浄化させることとし、ＤｅＮＯｘ制御の実行を制限（禁止）するが、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度以上であっても、排気ガス流量が多い場合には、ＤｅＮＯｘ制御の実行の制限を緩和するようにする。これにより、排気ガス流量が多いためにＳＣＲ触媒４７がＮＯｘを十分に浄化できないような状況において、ＤｅＮＯｘ制御を行ってＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ浄化性能を確保することができ、ＮＯｘの排出を適切に抑制することが可能となる。つまり、ＮＯｘに関するエミッションを改善することが可能となる。

特に、本実施形態では、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度以上である場合において、排気ガス流量が多いときには、排気ガス流量が少ないときよりも、ＤｅＮＯｘ制御の実行要否を判定するために用いる第４吸蔵量判定値（ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量を判定するための閾値）を小さくするので、排気ガス流量が多いときにＤｅＮＯｘ制御の実行が許可されやすくなる。この場合、本実施形態では、排気ガス流量が多くなるほど、小さな値を有する第４吸蔵量判定値を設定するので、そのように設定された第４吸蔵量判定値に応じてＤｅＮＯｘ制御を実行して、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量を適切に制御することができる。具体的には、ＳＣＲ触媒４７のＮＯｘ浄化性能（排気ガス流量に対応したものとなる）に応じた第４吸蔵量判定値を設定して、ＤｅＮＯｘ制御によってＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ吸蔵量を当該第４吸蔵量判定値まで低下させることができ、ＳＣＲ触媒４７のＮＯｘ浄化性能に応じてＮＯｘ触媒４５が発揮すべきＮＯｘ浄化性能を適切に確保することが可能となる。

また、本実施形態では、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度以上で且つ排気ガス流量が多い場合におけるＤｅＮＯｘ制御の制限の緩和を、パッシブＤｅＮＯｘ制御に適用するので、排気ガス流量が多い領域（特に高回転且つ高負荷領域）において実行させるようにしたパッシブＤｅＮＯｘ制御を確実に実行させて、ＮＯｘ触媒４５のＮＯｘ浄化性能を効果的に確保することができる。他方で、中回転且つ中負荷領域において実行させるようにしたアクティブＤｅＮＯｘ制御については、上記のような実行制限の緩和を行わないので、ＳＣＲ触媒４７がＮＯｘを十分に浄化できるような領域においてアクティブＤｅＮＯｘ制御が実行されてしまうことを適切に抑制することができる。

＜変形例＞

上記した実施形態では、ＮＯｘ吸蔵量を判定するための第４吸蔵量判定値を排気ガス流量に基づき設定していたが（図８参照）、排気ガス流量の代わりに、エンジン回転数及び／又はエンジン負荷に基づき第４吸蔵量判定値を設定してもよい。この場合にも、エンジン回転数が高くなるほど、及び／又はエンジン負荷が高くなるほど、小さい値を有する第４吸蔵量判定値を設定すればよい。

また、上記した実施形態では、ＮＯｘ吸蔵量が第４吸蔵量判定値以上である場合には、パッシブＤｅＮＯｘ制御の実行を許可するようにして、ＮＯｘ吸蔵量が第４吸蔵量判定値未満である場合には、パッシブＤｅＮＯｘ制御の実行を禁止するようにしていた（図７のステップＳ３０６参照）。他の例では、ＮＯｘ吸蔵量が第４吸蔵量判定値未満である場合に、パッシブＤｅＮＯｘ制御の実行を完全に禁止することに限定はされず、パッシブＤｅＮＯｘ制御の実行を制限するようにしてもよい。例えば、ＮＯｘ吸蔵量が第４吸蔵量判定値未満である場合には、ＮＯｘ吸蔵量が第４吸蔵量判定値以上である場合よりも、パッシブＤｅＮＯｘ制御において適用する目標空燃比をリーン側に設定して（ＤｅＮＯｘが確保される空燃比は維持するものとする）、パッシブＤｅＮＯｘ制御によるＮＯｘ還元効率を低下させるようにしてもよい。

１ 吸気通路
５ ターボ過給機
７ 吸気シャッター弁
１７ 燃焼室
２０ 燃料噴射弁
４１ 排気通路
４３ ＥＧＲ装置
４５ ＮＯｘ触媒
４６ ＤＰＦ
４７ ＳＣＲ触媒
６０ ＰＣＭ
２００ エンジンシステム
Ｅ エンジン
ＥＸ 排気系
ＩＮ 吸気系

Claims (8)

1. エンジンの排気通路上に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな状態であるときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、この吸蔵したＮＯｘを、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりもリッチな状態であるときに還元するＮＯｘ触媒を有するエンジンの排気浄化装置であって、
   上記ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路上に設けられ、アンモニアとの反応によって排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、
   排気ガスの空燃比を上記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元可能な目標空燃比に設定して、上記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるＮＯｘ還元制御を実行するＮＯｘ還元制御手段と、
   を有し、
   上記ＮＯｘ還元制御手段は、
   上記ＳＣＲ触媒の温度が所定温度未満である場合に、上記ＮＯｘ還元制御を実行し、上記ＳＣＲ触媒の温度が上記所定温度以上である場合には、上記ＮＯｘ還元制御の実行を制限し、
   上記ＳＣＲ触媒の温度が上記所定温度以上であっても、排気ガスの流量が所定流量以上となるエンジンの運転状態では、上記ＮＯｘ還元制御の実行の制限を緩和する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 上記ＮＯｘ還元制御手段は、
   上記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を判定するための吸蔵量判定値を設定し、上記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が上記吸蔵量判定値以上である場合に上記ＮＯｘ還元制御の実行を許可し、
   上記ＳＣＲ触媒の温度が上記所定温度以上である場合において、排気ガスの流量が上記所定流量以上となるエンジンの運転状態では、排気ガスの流量が上記所定流量未満となるエンジンの運転状態よりも小さな上記吸蔵量判定値を設定して、上記ＮＯｘ還元制御の実行の制限を緩和する、請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
3. 上記ＮＯｘ還元制御手段は、排気ガスの流量が多くなるほど、小さな上記吸蔵量判定値を設定する、請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
4. 上記ＮＯｘ還元制御手段は、エンジン回転数及び／又はエンジン負荷が高いほど、小さな上記吸蔵量判定値を設定する、請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
5. 排気ガスの流量が上記所定流量以上となるエンジンの運転状態は、エンジン回転数が所定回転数以上で且つエンジン負荷が所定負荷以上である高回転且つ高負荷領域に対応する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置。
6. 上記ＮＯｘ還元制御手段は、車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するときに、排気ガスの空燃比を上記目標空燃比に一時的に設定すべく、上記ＮＯｘ還元制御を実行する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置。
7. 上記ＮＯｘ還元制御手段は、
   上記ＮＯｘ還元制御として、（１）車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するときに、排気ガスの空燃比を上記目標空燃比に一時的に設定するための第１ＮＯｘ還元制御と、（２）車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するか否かに関わらずに、上記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定の判定量以上である場合に、上記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させて上記ＮＯｘ吸蔵量を所定量未満にまで低下させるべく、排気ガスの空燃比を上記目標空燃比に継続的に設定するための第２ＮＯｘ還元制御と、を実行し、
   上記ＳＣＲ触媒の温度が上記所定温度以上である場合に、上記第２ＮＯｘ還元制御については、排気ガスの流量が上記所定流量以上であるか否かに関わらず当該制御の実行を制限し、上記第１ＮＯｘ還元制御については、排気ガスの流量が上記所定流量以上となるエンジンの運転状態では当該制御の実行の制限を緩和する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置。
8. 上記ＮＯｘ還元制御手段は、上記ＮＯｘ還元制御の実行の制限として、上記ＮＯｘ還元制御の実行を禁止する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置。

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