JP5257333B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置に関する。

従来、内燃機関から排出される排気中に含まれる窒素酸化物を低減させるための触媒として、吸蔵還元触媒（別称、NOx吸蔵触媒，NOxトラップ触媒，NOx Trap Catalyst等）が知られている。すなわち、通常運転時の酸化雰囲気中において窒素酸化物（NOx）を硝酸塩の形で吸蔵するとともに、還元剤の供給を受けて間欠的に窒素酸化物を窒素（N₂）へと還元するものである。

吸蔵還元触媒への還元剤の供給手法としては、内燃機関の筒内において燃料を余分に噴射することによって排気中に未燃燃料を残留させ、これを窒素酸化物の還元剤として利用するものや、排気通路の中途にインジェクタを配し、このインジェクタから還元剤（軽油等の炭化水素やアルコール等の水酸基化合物）を排気中に噴射することにより供給するもの等が存在する。前者の手法では、排気通路の装置構成の簡素化が可能であるものの、内燃機関のトルク補正が必要とされる。また、後者の手法では、排気通路に還元剤の供給装置が要求される一方で、内燃機関で生成されるトルクに影響を与えることなく排気成分を制御することが可能である。

また、吸蔵還元触媒よりも排気通路の上流側に酸化触媒を設けた排気浄化システムも知られている。すなわち、窒素酸化物の還元に際して悪影響を及ぼす余剰酸素を、酸化触媒上で還元剤と反応させることで除去し、還元効率を向上させたものである。例えば、特許文献１の技術では、酸化触媒の上流側、あるいは酸化触媒及び吸蔵還元触媒のそれぞれの上流側に還元剤のインジェクタを設け、エンジン排気温度に応じて還元剤の供給量を制御することにより、排気中の窒素酸化物を効率的に除去している。

特開平８−４９５３３号公報

ところで、排気中の炭素を主成分とする粒子状物質（PM，パティキュレートマター，すす）を捕集するフィルタを吸蔵還元触媒に対して直列に接続した排気浄化システムが知られている。一般に、フィルタに捕集された粒子状物質は排気通路の物理的な流通抵抗となるため、定期的にフィルタ上で燃焼させて除去するための再生操作が必要となる。一方、粒子状物質を燃焼させてフィルタから除去するための環境条件は、窒素酸化物を吸蔵還元触媒から除去するための環境条件とは異なり、例えば還元雰囲気にする必要がない一方、雰囲気温度が高温でなければならない。したがって、同一の排気通路に配置された吸蔵還元触媒及びフィルタのそれぞれに再生操作を行う場合には、それぞれの化学反応に適した環境を生成することが望ましい。

本件の目的の一つは、このような課題に鑑み創案されたもので、吸蔵還元触媒及びフィルタのそれぞれにおける反応性を向上させて再生効率を高めることである。
なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

開示の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の成分に対する酸化能を有する酸化触媒と、該酸化触媒よりも下流側の該排気通路に設けられ、酸化雰囲気下で該排気中の窒素酸化物を吸蔵するとともに還元雰囲気下で該窒素酸化物を還元する吸蔵還元触媒と、少なくとも該酸化触媒よりも下流側の該排気通路に設けられ、該排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、該酸化触媒へ流れ込む排気に、該酸化触媒によって酸化される第一の還元剤を供給する第一供給手段と、該酸化触媒と該吸蔵還元触媒の間の該排気通路に設けられ、該吸蔵還元触媒で該窒素酸化物を還元する第二の還元剤を該排気中に供給する第二供給手段と、所定の第一再生制御開始条件の成立時に該吸蔵還元触媒に吸蔵又は付着した該排気中の物質を取り除くパージ制御を実施するとともに、該第一再生制御開始条件の非成立時かつ所定の第二再生制御開始条件の成立時に該フィルタに捕集された該粒子状物質を燃焼させるフィルタ燃焼制御を実施する還元剤制御手段とを備え、該フィルタが、該吸蔵還元触媒よりも下流側の該排気通路に設けられ、該還元剤制御手段が、該第一供給手段から供給される該第一の還元剤及び該第二供給手段から供給される該第二の還元剤のそれぞれの供給量を、該パージ制御と該フィルタ燃焼制御とで個別に制御し、該パージ制御の実施時に、少なくとも該第一供給手段から該第一の還元剤を噴射させ、該フィルタ燃焼制御の実施時に、該第二供給手段のみから該第二の還元剤を噴射させることを特徴としている。

また、開示の排気浄化装置は、該第一供給手段及び該第二供給手段のそれぞれが、該第
一の還元剤及び該第二の還元剤として未燃燃料を噴射することを特徴としている。

また、開示の排気浄化装置は、該フィルタの入口におけるフィルタ入口排気温度を検出するフィルタ入口排気温度検出手段をさらに備え、該還元剤制御手段が、該フィルタ燃焼制御の実施時、かつ、該フィルタ入口排気温度検出手段で検出された該フィルタ入口排気温度が所定温度以上となってから所定時間が経過したときに、該フィルタ燃焼制御を終了することを特徴としている。

開示の排気浄化装置によれば、第一の還元剤及び第二の還元剤のそれぞれの供給量を個別に制御することにより、吸蔵還元触媒及びフィルタにおけるそれぞれの再生制御にかかる還元剤の供給量を適切に制御することができ、燃費の悪化を抑制することができる。

一実施形態に係る排気浄化装置の構成を示す模式図である。 図１の排気浄化装置の制御内容を説明するためのフローチャート（メインフロー）である。 図１の排気浄化装置の制御内容を説明するためのフローチャート（第一パージ制御フロー）である。 図１の排気浄化装置の制御内容を説明するためのフローチャート（第二パージ制御フロー）である。 図１の排気浄化装置の制御内容を説明するためのフローチャート（フィルタ燃焼制御フロー）である。 図１の排気浄化装置の制御作用を説明するためのタイムチャートであり、（ａ）は第一パージ制御の実施状態を示し、（ｂ）は第二パージ制御の実施状態を示し、（ｃ）は酸素濃度Ｃの変動を示し、（ｄ）は第二インジェクタからの未燃燃料の噴射状態を示し、（ｅ）は吸蔵還元触媒の出口側の空燃比の変動を示す。 変形例に係る排気浄化装置の構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して排気浄化装置の実施形態を説明する。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも例示に過ぎず、以下に示す実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。すなわち、その趣旨を逸脱しない範囲で本実施形態を種々変形して実施してもよい。

［１．全体構成］
図１に示すエンジン１２（内燃機関）は、種々の炭素量の炭化水素（HC）を含有する軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。このエンジン１２には排気通路１１及び吸気通路１４が接続されている。エンジン１２の気筒の燃焼室へは、吸気通路１４を介して吸気が導入され、燃焼後の排気ガス（以下、単に排気という）は排気通路１１を介して車両の外部へ排出される。

エンジン１２の筒内には燃料噴射用の筒内インジェクタ１６が設けられる。筒内インジェクタ１６から噴射される燃料の噴射量は、エンジンＥＣＵ１５によって制御される。エンジンＥＣＵ１５は、周知のマイクロプロセッサやＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積した電子制御装置である。このエンジンＥＣＵ１５は、図示しない各種センサ情報を用いて吸入空気質量流量Ｍ_air及び燃料質量流量Ｍ_fuelを算出するとともに、これに応じた燃料が噴射されるように筒内インジェクタ１６を制御するものである。なお、吸入空気質量流量Ｍ_air及び燃料質量流量Ｍ_fuelの具体的な算出手法は任意である。ここで算出された吸入空気質量流量Ｍ_air及び燃料質量流量Ｍ_fuelは、後述する再生制御装置９へ入力される。

排気通路１１上には、排気の流れの上流側から順に、ターボチャージャ１３，酸化触媒１，吸蔵還元触媒２及びフィルタ３が介装されている。
ターボチャージャ１３は、排気通路１１及び吸気通路１４のそれぞれを跨ぐように介装された過給器である。このターボチャージャ１３は、排気通路１１における排気圧でタービンを回転させ、その回転力を利用してコンプレッサを駆動することにより、吸気通路１４からの吸気を圧縮してエンジン１２への過給を行う。

酸化触媒１はその表面に触媒貴金属を含有し、排気中の成分に対する酸化能を有する触媒である。酸化触媒１によって酸化される排気中の成分には、酸化窒素（NO），未燃燃料中の炭化水素等が挙げられる。なお、ここでいう炭化水素には、炭素骨格が単結合のみで構成される飽和炭化水素、あるいは二重結合や三重結合を持つ不飽和炭化水素が含まれる。一般に、不飽和炭化水素の方が飽和炭化水素よりも化学的に不安定であり酸化触媒１上での反応性が高い。

例えば、酸化窒素は酸化触媒１上で酸化されると二酸化窒素（NO₂）になる。また、炭化水素は酸化触媒１上で酸化されると発熱を伴いつつ二酸化炭素（CO₂）や水（H₂O）になる。
吸蔵還元触媒２は、カリウム（K）やバリウム（Ba）等の窒素酸化物吸蔵材（トラップ剤）を触媒表面に担持した触媒であり、二酸化窒素を硝酸塩（NO₃ ^-）の形で吸蔵する機能を備えている。吸蔵還元触媒２の表面には、上記の窒素酸化物吸蔵材だけでなく、酸化触媒１と同様の触媒貴金属の微粒子も担持されている。これにより吸蔵還元触媒２は、吸蔵還元触媒２自身が生成した二酸化窒素を酸化雰囲気下で吸蔵する。一方、吸蔵還元触媒２は、触媒の周囲が還元雰囲気になると吸蔵された硝酸塩を二酸化窒素へ還元して、窒素酸化物吸蔵材から放出する。

ここでいう酸化雰囲気とは、排気中の酸素濃度が還元成分（炭化水素，一酸化炭素等）の濃度に対して相対的に高い状態を意味する。また、還元雰囲気とは、排気中の還元成分の濃度が酸素濃度に対して相対的に高い状態であり、かつ、酸素濃度（絶対濃度）が所定濃度以下（例えば、1.0[％]以下）である状態を意味する。
還元雰囲気下において、吸蔵還元触媒２は自らが放出した二酸化窒素と排気中の一酸化炭素，炭化水素をともに酸化させて、二酸化炭素，窒素及び水を生成する。つまり、吸蔵還元触媒２は、酸化雰囲気下で排気中の窒素酸化物を吸蔵するとともに還元雰囲気下で窒素酸化物を還元する三元触媒としての機能を有する。なお、吸蔵還元触媒２における炭化水素の酸化過程にも発熱が伴う。

また、吸蔵還元触媒２の窒素酸化物吸蔵材には、二酸化窒素だけでなく、排気中に含まれる硫黄成分が硫酸塩（SO₄ ^2-）の形で付着する場合がある。吸蔵還元触媒２に対して硫黄化合物が付着することを硫黄被毒と呼ぶ。硫黄被毒が進行すると二酸化窒素の吸蔵能力が低下するため、定期的に吸蔵還元触媒２から硫黄化合物を取り除く操作が必要である。本排気浄化装置１０では、吸蔵還元触媒２からの硫酸塩を脱離させるための雰囲気温度として650[℃]程度の温度を想定している。

フィルタ３は、排気中に含まれる炭素を主体とする粒子状物質（PM，パティキュレートマター，すす）を捕集する多孔質フィルタ（例えば、セラミックフィルタ）である。フィルタ３の内部は壁体によって排気の流通方向に沿って複数に分割されており、排気がこの壁体を通過する際に壁体内や壁体表面へ粒子状物質が捕集されて、排気が濾過される。吸蔵還元触媒２と同様に、フィルタ３においてもその表面に捕集された粒子状物質を定期的に取り除く操作が要求される。本排気浄化装置１０では、フィルタ３から粒子状物質を取り除くための雰囲気温度として550[℃]程度の温度を想定している。

酸化触媒１よりも上流側の排気通路１１には、第一インジェクタ４（第一供給手段）が介装される。第一インジェクタ４は、酸化触媒１で酸化される第一の還元剤としての未燃燃料を排気中に噴射供給するものである。未燃燃料とは、筒内インジェクタ１６からエンジン１２の筒内へ噴射される燃料と同じものである。ここで噴射された未燃燃料が排気中の酸素と結びついて酸化触媒１及び吸蔵還元触媒２の表面で酸化されると、排気温度が上昇する。

酸化触媒１と吸蔵還元触媒２との間の排気通路１１には、第二インジェクタ５（第二供給手段）が介装される。第二インジェクタ５は、吸蔵還元触媒２において二酸化窒素を窒素に還元するための第二の還元剤として、未燃燃料を排気中に噴射供給するものである。第一インジェクタ４及び第二インジェクタ５から噴射される未燃燃料は同種のものであり、かつ、エンジン１２の筒内に噴射される未燃燃料と同種のものである。

酸化触媒１と吸蔵還元触媒２との間の排気通路１１には、酸素濃度センサ６（酸素濃度検出手段）及び触媒入口温度センサ７（触媒入口排気温度検出手段）が介装される。酸素濃度センサ６は、酸化触媒１と吸蔵還元触媒２との間の排気通路１１における排気中の酸素濃度Ｃを検出するものである。また、触媒入口温度センサ７は、吸蔵還元触媒２に流入する排気温度Ｔ₁を検出するものである。これらの酸素濃度Ｃ及び排気温度Ｔ₁はともに、後述する再生制御装置９へ入力される。

吸蔵還元触媒２とフィルタ３との間の排気通路１１には、フィルタ入口温度センサ８（フィルタ入口温度検出手段）が介装される。フィルタ入口温度センサ８は、フィルタ３に流入する排気温度Ｔ₂を検出するものである。以下、前記の二種類の排気温度を区別すべく、それぞれ触媒入口排気温度Ｔ₁，フィルタ入口排気温度Ｔ₂と呼ぶ。

［２．制御の種類］
排気浄化装置１０には、再生制御装置９（還元剤制御手段）が設けられる。再生制御装置９は、第一インジェクタ４及び第二インジェクタ５から噴射される未燃燃料量を制御する電子制御装置であり、周知のマイクロプロセッサやＲＯＭ，ＲＡＭ等を集積したＬＳＩデバイスとして提供されている。再生制御装置９は、酸素濃度センサ６で検出された酸素濃度Ｃ，触媒入口温度センサ７及びフィルタ入口温度センサ８で検出された触媒入口排気温度Ｔ₁，フィルタ入口排気温度Ｔ₂のほか、エンジンＥＣＵ１５から入力される吸入空気質量流量Ｍ_air，燃料質量流量Ｍ_fuelを用いて、第一インジェクタ４及び第二インジェクタ５を制御する。

吸入空気質量流量Ｍ_airは、エンジン１２の筒内への吸入空気の質量流量である。再生制御装置９は、排気通路１１を流通する排気流量として吸入空気質量流量Ｍ_airの値を流用する。また、燃料質量流量Ｍ_fuelは、エンジン１２の筒内で噴射された燃料の質量流量である。再生制御装置９は、筒内インジェクタ１６が筒内へ噴射した燃料量を流用して、第一インジェクタ４及び第二インジェクタ５からの未燃燃料の噴射量を算出する。

再生制御装置９は、以下に示す三種類の制御を実施する。
〔Ａ〕第一パージ制御
〔Ｂ〕第二パージ制御
〔Ｃ〕フィルタ燃焼制御
第一パージ制御とは、吸蔵還元触媒２に吸蔵された二酸化窒素を放出させるパージ制御である。第一パージ制御の開始条件は以下の通りである。

〔Ａ−１〕前回の第一パージ制御の終了後、所定のサイクル時間Ｔ（例えば20[s]）が経過した
また、第一パージ制御において所定のパージ効率を得るために必要な環境条件を以下に列挙する。以下の環境条件が全て成立したことを以て、第一パージ制御の終了条件が満たされたものとする。

〔Ａ−２〕吸蔵還元触媒２の入口における酸素濃度Ｃが第一所定濃度Ｃ_T1未満である
〔Ａ−３〕吸蔵還元触媒２の近傍に反応性の高い炭化水素が存在する
〔Ａ−４〕上記の条件〔Ａ−２〕及び〔Ａ−３〕が所定の継続時間Ｘ_T1（例えば1.0[s]）継続する
ここでいう第一所定濃度Ｃ_T1は、上述の還元雰囲気に必要な酸素濃度と同一であり1.0[％]である。なお、吸蔵還元触媒２の特性や排気通路１１の形状等に応じて、第一所定濃度Ｃ_T1の具体的な数値をこれとは異なる値に設定してもよい。また、第一パージ制御では吸蔵還元触媒２の雰囲気温度は任意である。

第二パージ制御とは、吸蔵還元触媒２に付着した硫黄化合物を取り除くパージ制御である。第二パージ制御の開始条件は以下の通りである。

〔Ｂ−１〕前回の第二パージ制御の終了後、走行距離が所定距離（例えば1000[km]）を超えた
また、第二パージ制御において所定のパージ効率を得るために必要な環境条件を以下に列挙する。以下の環境条件が全て成立したことを以て、第二パージ制御の終了条件が満たされたものとする。

〔Ｂ−２〕吸蔵還元触媒２の近傍における酸素濃度Ｃが第二所定濃度Ｃ_T2未満である
〔Ｂ−３〕吸蔵還元触媒２の雰囲気温度が第一所定温度Ｔ_T1以上である
〔Ｂ−４〕上記の条件〔Ｂ−２〕及び〔Ｂ−３〕が所定の継続時間Ｘ_T2（例えば、120[s]）継続する
ここでいう第二所定濃度Ｃ_T2は、例えば1.0[％]としてもよいし、あるいは空燃比が14.5の予混合ガスをエンジン１２で燃焼させた後の排気中における酸素濃度相当の値としてもよい。また、ここでいう第一所定温度Ｔ_T1は、例えば吸蔵還元触媒２からの硫黄化合物の脱離温度である650[℃]とすることが考えられる。なお、第二パージ制御では活性の高い還元剤が不要である。
フィルタ燃焼制御とは、フィルタ３に捕集された粒子状物質を燃焼させる制御である。

〔Ｃ−１〕前回のフィルタ燃焼制御の終了後、走行距離が第二所定距離（例えば500[km]）を超えた
また、フィルタ燃焼制御において所定の燃焼効率を得るために必要な環境条件を以下に列挙する。以下の環境条件が全て成立したことを以て、フィルタ燃焼制御の終了条件が満たされたものとする。

〔Ｃ−２〕フィルタ３が酸化雰囲気である
〔Ｃ−３〕フィルタ３に流入する排気温度Ｔ₂が第二所定温度Ｔ_T2以上である
〔Ｃ−４〕上記の条件〔Ｃ−２〕及び〔Ｃ−３〕が所定の継続時間Ｘ_T3（例えば、600[s]）継続する
ここでいう第二所定温度Ｔ_T2は、例えば粒子状物質の燃焼状態が良好となる550[℃]とすることが考えられる。また、フィルタ燃焼制御では、粒子状物質の燃焼に係る酸素が多いほど好ましい。

排気浄化装置１０で実施される制御内容は、以下の表１に示すように分類される。すなわち、排気浄化装置１０の再生制御は、主にパージ制御及びフィルタ燃焼制御に大別され、パージ制御の中に第一パージ制御及び第二パージ制御が含まれる。ここで、パージ制御の開始条件〔Ａ−１〕又は〔Ｂ−１〕を第一再生開始条件と呼び、フィルタ燃焼制御の開始条件〔Ｃ−１〕を第二再生開始条件とも呼ぶ。また、第一パージ制御の開始条件〔Ａ−１〕を第一パージ開始条件と呼び、第二パージ制御の開始条件〔Ｂ−１〕を第二パージ開始条件と呼ぶ。

第一パージ制御，第二パージ制御及びフィルタ燃焼制御はそれぞれ、他の制御と同時に実施されることはなく、各制御に優先順位が設定されている。排気浄化装置１０における優先順序は、最も優先されるものから順に、第二パージ制御，フィルタ燃焼制御，第一パージ制御の順である。

［３．制御装置の構成］
上記の各制御を実施するためのソフトウェア構成として、再生制御装置９は、判定部９ａ，供給量演算部９ｂ及び還元剤制御部９ｃを備えている。ここに示された各ソフトウェアは図示しないメモリや記憶装置に記録されおり、随時ＣＰＵに読み込まれることによって以下に説明する機能を実現する。

判定部９ａは、上記の各制御の開始条件及び終了条件を判定するものであり、上記の各制御に対応して、パージ制御判定部２１及びフィルタ燃焼制御判定部２４を有する。また、パージ制御判定部２１には、第一パージ制御判定部２２及び第二パージ制御判定部２３が含まれる。
第一パージ制御判定部２２は、第一パージ制御の開始条件及び終了条件を判定するものであり、前述の条件〔Ａ−１〕〜〔Ａ−４〕を判定する。また、第二パージ制御判定部２３は、第二パージ制御の開始条件及び終了条件を判定するものであり、前述の条件〔Ｂ−１〕〜〔Ｂ−４〕を判定する。さらに、フィルタ燃焼制御判定部２４は、フィルタ燃焼制御の開始条件及び終了条件を判定するものであり、前述の条件〔Ｃ−１〕〜〔Ｃ−４〕を判定する。それぞれの条件の判定結果は、供給量演算部９ｂ及び還元剤制御部９ｃへ伝達される。

［３−１．供給量演算部］
供給量演算部９ｂは、上記の各制御において、第一インジェクタ４及び第二インジェクタ５から噴射される未燃燃料の供給量（噴射量）を演算するものである。例えば、供給量演算部９ｂは、パージ制御における未燃燃料の供給量とフィルタ燃焼制御における未燃燃料の供給量とを個別に演算する。また、第一パージ制御及び第二パージ制御では、吸蔵還元触媒２の上流側の酸素濃度に応じて、それぞれのパージ制御の一環として未燃燃料の供給量（噴射量）を個別に演算する。

［Ａ．第一パージ制御時の演算］
供給量演算部９ｂは、条件〔Ａ−１〕の成立時に、以下の式１を用いて第一インジェクタ４からの供給量Ｍ_ex1を演算する。式１中におけるＭ_airは吸入空気質量流量 [g/s]であり、Ｍ_fuelは燃料質量流量 [g/s]である。

式１は、空燃比をストイキ（軽油の炭水比を1.8として、空燃比14.5）にするために必要な燃料量から、筒内インジェクタ１６で実際に筒内へ噴射された燃料量を減算した値を与えるものである。換言すれば、供給量Ｍ_ex1の演算時における燃焼サイクルでエンジン１２の筒内に噴射された燃料量に加え、酸化触媒１に流入する排気の空燃比をストイキにするために第一インジェクタ４から噴射すべき燃料量の加算値を与える式である。

次に、条件〔Ａ−２〕の成立時には、以下の式２を用いて、第二インジェクタ５からの供給量Ｍ_ex2を演算する。

式２は、空燃比を目標第一パージ空燃比にするために必要な燃料量から、筒内インジェクタ１６で実際に筒内へ噴射された燃料量を減算し、さらに、第一インジェクタ１から噴射された燃料量を減算した値を与えるものである。換言すれば、供給量Ｍ_ex2の演算時における燃焼サイクルでエンジン１２の筒内に噴射された燃料量と第一インジェクタ１から噴射された燃料量とに加えて、吸蔵還元触媒２に流入する排気の空燃比を目標第一パージ空燃比にするために第二インジェクタから噴射すべき燃料量の加算値を与える式である。

なお、ここでいう目標第一パージ空燃比は、吸蔵還元触媒２から二酸化窒素を脱離させるのに適した空燃比であって、予め設定された固定値としてもよいし、任意の手法を用いて算出された変動値としてもよい。この実施形態では、目標第一パージ空燃比が式１中に記載されたストイキの値（14.5）よりもさらに小さい値〔（目標第一パージ空燃比）＜14.5〕として設定されている。

また、供給量演算部９ｂは、条件〔Ａ−２〕〜〔Ａ−４〕の全てが成立した場合に上記の供給量Ｍ_ex1，Ｍ_ex2の演算を停止する。

［Ｂ．第二パージ制御時の演算］
供給量演算部９ｂは、条件〔Ｂ−１〕の成立時に、以下の式３を用いて第一インジェクタ４からの供給量Ｍ_ex3を演算する。

式３は、空燃比を目標第二パージ空燃比にするために必要な燃料量から、筒内インジェクタ１６で実際に筒内へ噴射された燃料量を減算した値を与えるものである。換言すれば、供給量Ｍ_ex2の演算時における燃焼サイクルでエンジン１２の筒内に噴射された燃料量に加え、酸化触媒１に流入する排気の空燃比を目標第二パージ空燃比にするために第一インジェクタ４から噴射すべき燃料量の加算値を与える式である。

なお、ここでいう目標第二パージ空燃比は、吸蔵還元触媒２から硫黄化合物を脱離させるのに適した空燃比であって、予め設定された固定値としてもよいし、任意の手法を用いて算出された変動値としてもよい。ここでは、目標第二パージ空燃比を14.0未満の範囲で設定された固定値（いわゆるオーバーリッチであり、ストイキよりもリッチ側の空燃比）とする。

また、供給量演算部９ｂは、条件〔Ｂ−２〕及び〔Ｂ−３〕がともに成立し、かつ第二インジェクタ５の噴射口に燃料固着が懸念される状態である場合には、第二インジェクタ５からの供給量Ｍ_ex4を演算する。供給量Ｍ_ex4は、吸蔵還元触媒２へ流入する排気の空燃比及び排気温度に影響を与えない程度の極微量であり、好ましくは第二インジェクタ５が噴射可能な最小量とする。つまり、ここで演算される供給量Ｍ_ex4は、第二インジェクタ５の噴射口近傍における燃料の固着を防止することのみを意図された燃料量であり、排気浄化に寄与しないものである。なお、燃料固着が懸念される状態の判断条件については後述する。

一方、条件〔Ｂ−２〕が成立し、条件〔Ｂ−３〕が成立しない場合には、吸蔵還元触媒２の近傍における排気温度を上昇させるための第二インジェクタ５からの供給量Ｍ_ex5を演算する。この供給量Ｍ_ex5の具体的な演算方法は任意であり、例えば、触媒入口温度センサ７で検出された排気温度Ｔ₁（あるいは、排気温度Ｔ₁と第一所定温度Ｔ_T1との偏差）及び排気流量に対応する吸入空気質量流量Ｍ_airに基づいて供給量Ｍ_ex5を演算してもよい。

また、供給量演算部９ｂは、条件〔Ｂ−２〕〜〔Ｂ−４〕の全てが成立した場合に上記の供給量Ｍ_ex3〜Ｍ_ex5の演算を停止する。

［Ｃ．フィルタ燃焼制御時の演算］
供給量演算部９ｂは、条件〔Ｃ−１〕の成立時に、第二インジェクタ５からの供給量Ｍ_ex6を演算する。供給量Ｍ_ex6は、フィルタ３に流入する排気温度Ｔ₂を第二所定温度Ｔ_T2以上にするのに必要な燃料量であり、すなわち条件〔Ｃ−３〕を成立させるために要するものである。この供給量Ｍ_ex6の具体的な演算方法は任意であり、例えば、フィルタ入口温度センサ８で検出された排気温度Ｔ₂（あるいは、排気温度_Ｔ2と第二所定温度Ｔ_T2との偏差）及び排気流量に対応する吸入空気質量流量Ｍ_airに基づいて供給量Ｍ_ex6を演算してもよい。

また、供給量演算部９ｂは、条件〔Ｃ−２〕〜〔Ｃ−４〕の全てが成立した場合に上記の供給量Ｍ_ex6の演算を停止する。

［３−２．還元剤制御部］
還元剤制御部９ｃは、判定部９ａでの判定結果に応じて、供給量演算部９ｂで演算された供給量の未燃燃料が第一インジェクタ４及び第二インジェクタ５から噴射されるように、それぞれのインジェクタ４，５を個別に制御するものである。すなわち、還元剤制御部９ｃは、パージ制御とフィルタ燃焼制御とでは異なる態様で排気通路１１での燃料噴射を実施する。また、第一パージ制御と第二パージ制御とでも、未燃燃料の供給量を相違させる。

［Ａ．第一パージ制御時の制御］
還元剤制御部９ｃは、条件〔Ａ−１〕の成立時に、供給量演算部９ｂで演算された供給量Ｍ_ex1の未燃燃料が第一インジェクタ４から排気中に噴射されるように、第一インジェクタ４を制御する。第一インジェクタ４からの燃料噴射は、第一パージ制御が終了するまで継続される。

また、条件〔Ａ−２〕の成立時には、供給量演算部９ｂで演算された供給量Ｍ_ex2の未燃燃料が第二インジェクタ５から排気中に噴射されるように、第二インジェクタ５を制御する。これにより、吸蔵還元触媒２の直上流に未燃燃料が供給され、条件〔Ａ−３〕が成立することになる。第二インジェクタ５からの燃料噴射は、第一インジェクタ４と同様に、第一パージ制御が終了するまで継続される。また、還元剤制御部９ｃは、条件〔Ａ−２〕〜〔Ａ−４〕の全てが成立すると第一インジェクタ４及び第二インジェクタ５の制御を終了する。

このように、第一インジェクタ４及び第二インジェクタ５からの燃料噴射量に着目すれば、第一パージ制御には、酸化触媒１のみに未燃燃料を供給する制御状態と、酸化触媒１及び吸蔵還元触媒２の双方に未燃燃料を供給する制御状態とが設けられる。
すなわち、上記の条件〔Ａ−２〕に係る酸素濃度Ｃが第一所定濃度Ｃ_T1未満である場合には、還元剤制御手段９ｃが第一インジェクタ４から供給量Ｍ_ex1の未燃燃料を噴射させるとともに、第二インジェクタ５からの未燃燃料の供給を保留させる。一方、酸素濃度Ｃが第一所定濃度Ｃ_T1以上である場合には、還元剤制御手段９ｃが第一インジェクタ４から供給量Ｍ_ex1の未燃燃料を噴射させるとともに、第二インジェクタ５から供給量Ｍ_ex2の未燃燃料を噴射させる。

したがって、酸素濃度Ｃが第一所定濃度Ｃ_T1以上である場合には、吸蔵還元触媒２よりも酸化触媒１に対して優先的に未燃燃料が供給される。

［Ｂ．第二パージ制御時の制御］
還元剤制御部９ｃは、条件〔Ｂ−１〕の成立時に、供給量演算部９ｂで演算された供給量Ｍ_ex3の未燃燃料が第一インジェクタ４から排気中に噴射されるように、第一インジェクタ４を制御する。第一インジェクタ４からの燃料噴射は、第二パージ制御が終了するまで継続される。

また、条件〔Ｂ−２〕が成立した場合には、以下の三種類のうち制御のうちの何れかが実施される
（ａ）引き続き、第一インジェクタ４のみから燃料噴射する制御
（ｂ）第一インジェクタの燃料噴射に加え、固着防止用の燃料噴射を第二インジェクタ５で行う制御
（ｃ）第一インジェクタの燃料噴射に加え、昇温用の燃料噴射を第二インジェクタ５で行う制御
上記の（ｂ）で第二インジェクタ５から噴射されるのが供給量Ｍ_ex4の未燃燃料であり、上記の（ｃ）で第二インジェクタ５から噴射されるのが供給量Ｍ_ex5の未燃燃料である。また、上記の（ｃ）は条件〔Ｂ−３〕の不成立時に実施されるものである。上記の（ｂ）は、条件〔Ｂ−３〕が成立し、かつ、第二インジェクタ５の噴射口に燃料固着が懸念される状態である場合にのみ実施される。

燃料固着が懸念される状態であるか否かの具体的な判断条件としては、例えば、第二パージ制御が実施された累計時間ｋを計測して、第二インジェクタ５の先端サック部の形状，材質等に応じて設定される固着耐久時間Ｋが経過したか否かを判断することが考えられる。この場合、累計時間ｋ≧固着耐久時間Ｋである場合に、燃料固着が懸念される状態であると判断する。また、上記の（ａ）は、上記の（ｂ）及び（ｃ）が実施されない場合の制御であり、条件〔Ｂ−３〕が成立し、かつ、第二インジェクタ５の噴射口に燃料固着が懸念されない場合に実施される。

また、還元剤制御部９ｃは、条件〔Ｂ−２〕〜〔Ｂ−４〕の全てが成立すると第一インジェクタ４及び第二インジェクタ５の制御を終了する。
このように、第一インジェクタ４及び第二インジェクタ５からの燃料噴射量に着目すれば、第二パージ制御においては酸化触媒１のみに未燃燃料が供給され、吸蔵還元触媒２には原則的に未燃燃料の供給が保留される。すなわち、第二パージ制御下において第二インジェクタ５からの燃料噴射がなされるのは、条件〔Ｂ−３〕の不成立時又は第二インジェクタ５に燃料固着のおそれが生じた場合のみである。

なお、ここでいう「未燃燃料の供給の保留」とは、他の条件が成立しない限り、第二インジェクタ５からの未燃燃料の供給を停止する（すなわち、第二インジェクタ５からの燃料噴射量を０にする）ことを意味する。

［Ｃ．フィルタ燃焼制御時の制御］
還元剤制御部９ｃは、条件〔Ｃ−１〕の成立時に、供給量演算部９ｂで演算された供給量Ｍ_ex6の未燃燃料が第二インジェクタ５から排気中に噴射されるように、第二インジェクタ５を制御する。このとき、第一インジェクタ４は停止状態（第一インジェクタ４からの燃料噴射量が０）に保持され、酸化触媒１への未燃燃料の供給が保留される。第二インジェクタ５からの燃料噴射は、フィルタ燃焼制御が終了するまで継続される。すなわち、還元剤制御部９ｃは、条件〔Ｃ−２〕〜〔Ｃ−４〕の全てが成立すると第二インジェクタ５の制御を終了する。

排気浄化装置１０の判定部９ａで判定される制御条件と制御対象のインジェクタとの関係をまとめると、以下の表２の通りとなる。

［４．フローチャート］
図２〜５は、排気浄化装置１０における制御の一例を説明するフローチャートである。図２のフローは三種類の制御のうちの何れか一つを選択するメインフローであり、図３〜５のフローは図２のフローに従属するサブフローである。

［４−１．メインフロー］
図２のメインフローにおけるステップＡ１０では、第二パージ制御判定部２３において、第二パージ制御の開始条件〔Ｂ−１〕が成立したか否かが判定される。ここで、条件〔Ｂ−１〕が成立した場合には、図４の第二パージ制御フローへと進む。一方、条件〔Ｂ−１〕が成立しない場合にはステップＡ２０へ進む。

ステップＡ２０では、フィルタ燃焼制御判定部２４において、フィルタ燃焼制御の開始条件〔Ｃ−１〕が成立したか否かが判定される。ここで、条件〔Ｃ−１〕が成立した場合には、図５のフィルタ燃焼フローへと進む。また、条件〔Ｃ−１〕が成立しない場合にはステップＡ３０へ進む。
ステップＡ３０では、第一パージ制御判定部２２において、第一パージ制御の開始条件〔Ａ−１〕が成立したか否かが判定される。ここで、条件〔Ａ−１〕が成立した場合には、図３の第一パージ制御フローへと進む。一方、条件〔Ａ−１〕が成立しない場合には再びステップＡ１０へと進み、所定の周期で本フローを繰り返す。

このように、排気制御装置１０における三種類の制御は、何れか一つが選択的に実施される。例えば、車両の走行状態により、条件〔Ａ−１〕，〔Ｂ−１〕及び〔Ｃ−１〕が同時に成立したとしても、最初に第二パージ制御が実施され、その後フィルタ燃焼制御が実施され、最後に第一パージ制御が実施される。

［４−２．第一パージ制御フロー］
図３の第一パージ制御フローにおけるステップＢ１では、エンジンＥＣＵ１５で算出された吸入空気質量流量Ｍ_air，燃料質量流量Ｍ_fuelが再生制御装置９の供給量演算部９ｂへ入力される。続くステップＢ２では、式１にしたがって第一インジェクタ４からの未燃燃料の供給量Ｍ_ex1が演算される。そして続くステップＢ３において、還元剤制御部９ｃにより第一インジェクタ４が制御され、供給量Ｍ_ex1の未燃燃料が酸化触媒１の上流側に噴射される。

ここで、酸化触媒１における未燃燃料の酸化反応により、排気中に含まれる酸素が消費されるとともに排気温度が上昇する。続くステップＢ４では、酸化触媒１の直下流側である吸蔵還元触媒２の入口の酸素濃度Ｃが酸素濃度センサ６によって検出され、再生制御装置９の第一パージ制御判定部２２へと入力される。
ステップＢ５では、第一パージ制御判定部２２において条件〔Ａ−２〕が判定される。ここで、酸素濃度Ｃが第一所定濃度Ｃ_T1以上である場合には再びステップＢ１へと進み、第一所定濃度Ｃ_T1未満である場合にはステップＢ６へと進む。つまり、吸蔵還元触媒２の入口の酸素濃度Ｃが第一所定濃度Ｃ_T1未満となるまでの間は第一インジェクタ４のみから未燃燃料が供給され、酸化触媒１での酸素消費が継続される。

条件〔Ａ−２〕が成立してステップＢ６へ進むと、供給量演算部９ｂにおいて、式２にしたがって第二インジェクタ５からの未燃燃料の供給量Ｍ_ex2が演算される。そして続くステップＢ７では、還元剤制御部９ｃによって第二インジェクタ５が制御され、供給量Ｍ_ex2の未燃燃料が吸蔵還元触媒２の上流側に噴射される。
このとき、吸蔵還元触媒２の近傍には酸素がほとんどない（第一所定濃度Ｃ_T1未満の）状態であり、かつ、第二インジェクタ５から供給された反応性の高い炭化水素を含有する未燃燃料が豊富な状態となるため、吸蔵還元触媒２に吸蔵されている二酸化窒素が脱離しやすく、二酸化窒素の還元作用が促進される。

続くステップＢ８では、第一パージ制御判定部２２において、第一パージ制御の終了条件の一つである条件〔Ａ−４〕が成立したか否かが判定される。なお、条件〔Ａ−２〕はステップＢ５において成立しており、条件〔Ａ−３〕はステップＢ７において成立しているものとみなすことができる。
ここで条件〔Ａ−４〕が成立した場合にはステップＢ９へ進み、第一パージ制御が終了する。すなわち、還元剤制御部９ｃによる第一インジェクタ４及び第二インジェクタ５からの未燃燃料の供給が停止され、制御がメインフローへと復帰する。一方、条件〔Ａ−４〕が不成立の場合にはステップＢ１へ進み、このサブフローが繰り返される。

第一パージ制御のおよその合計継続時間は、条件〔Ａ−４〕に規定される所定の継続時間Ｘ_T1（例えば1.0[s]）となり、第一パージ制御が実施される繰り返しのサイクルは、条件〔Ａ−１〕に規定される所定のサイクル時間Ｔ（例えば20[s]）となる。

［４−３．第二パージ制御フロー］
図４の第二パージ制御フローにおけるステップＣ１では、エンジンＥＣＵ１５で算出された吸入空気質量流量Ｍ_air，燃料質量流量Ｍ_fuelが再生制御装置９の供給量演算部９ｂへ入力される。続くステップＣ２では、式３にしたがって第一インジェクタ４からの未燃燃料の供給量Ｍ_ex3が演算される。そして続くステップＣ３において、還元剤制御部９ｃにより第一インジェクタ４が制御され、供給量Ｍ_ex3の未燃燃料が酸化触媒１の上流側に噴射される。

ここで、第一パージ制御を実施した場合と同様に、酸化触媒１で未燃燃料が酸化し、排気温度が上昇する。続くステップＣ４では、酸化触媒１の直下流側である吸蔵還元触媒２の入口の酸素濃度Ｃが酸素濃度センサ６によって検出され、再生制御装置９の第二パージ制御判定部２３へと入力される。
ステップＣ５では、第二パージ制御判定部２３において条件〔Ｂ−２〕が判定される。ここで、酸素濃度Ｃが第二所定濃度Ｃ_T2以上である場合には再びステップＣ１へと進み、第二所定濃度Ｃ_T2未満である場合にはステップＣ６へと進む。つまり、吸蔵還元触媒２の入口の酸素濃度Ｃが第二所定濃度Ｃ_T2未満になるまでの間は第一インジェクタ４のみから未燃燃料が供給され、酸化触媒１での酸素消費が継続される。

条件〔Ｂ−２〕が成立してステップＣ６へ進むと、吸蔵還元触媒２に流入する排気温度Ｔ₁が触媒入口温度センサ７で検出される。続くステップＣ７では、前ステップで検出された排気温度Ｔ₁に基づき、第二パージ制御判定部２３において条件〔Ｂ−３〕が判定される。ここで、排気温度Ｔ₁が第一所定温度Ｔ_T1以上である場合にはステップＣ８へ進む。一方、排気温度Ｔ₁が第一所定温度Ｔ_T1未満である場合には、排気温度を上昇させるためのステップＣ２１へ進む。

なお、ステップＣ１〜Ｃ５の制御の繰り返しによって排気温度Ｔ₁が上昇するため、通常はステップＣ７において排気温度Ｔ₁が第一所定温度Ｔ_T1未満となることはない。ステップＣ２１以降のフローは、上記の（ｃ）の制御に対応するものであり、何らかの理由により排気温度Ｔ₁が十分に上昇しなかった場合のフェイルセーフとして設けられた制御フローである。

まず、ステップＣ２１では、供給量演算部９ｂにおいて第二インジェクタ５からの燃料の供給量Ｍ_ex5が演算される。ここでは例えば、排気温度Ｔ₁と第一所定温度Ｔ_T1との偏差及び吸入空気質量流量Ｍ_airに基づいて、供給量Ｍ_ex5が算出される。続くステップＣ２２では、還元剤制御部９ｃにより第二インジェクタ５が制御され、供給量Ｍ_ex5の未燃燃料が吸蔵還元触媒２の上流側に噴射される。また、続くステップＣ２３では、還元剤制御部９ｃによる第一インジェクタ４の制御が継続され、供給量Ｍ_ex3の未燃燃料が酸化触媒１の上流側に噴射される。その後、再びステップＣ７へと進み、排気温度Ｔ₁が第一所定温度Ｔ_T1以上になるとステップＣ８以降へと進む。

ステップＣ８では、第二パージ制御判定部２３において、第二インジェクタ５の噴射口に燃料固着が懸念される状態であるか否かが判定される。例えば、第二パージ制御の累積時間ｋが第二インジェクタ５の固着耐久時間Ｋ以上である場合に、燃料固着が懸念されるものとしてステップＣ１０へ進む。また、累積時間ｋが固着耐久時間Ｋ未満である場合には、燃料固着が懸念されないものとしてステップＣ９へ進む。

ステップＣ９では、還元剤制御部９ｃにより第二インジェクタ５からの燃料噴射が保留され、その後ステップＣ１１へ進む。一方、ステップＣ１０では、還元剤制御部９ｃにより第二インジェクタ５から供給量Ｍ_ex4の燃料が噴射され、ステップＣ１１へ進む。
続くステップＣ１１では、第一インジェクタ４から供給量Ｍ_ex3の燃料が噴射される。ここで噴射される供給量Ｍ_ex3は、上記のステップＣ１〜Ｃ３で演算された値としてもよいし、エンジンＥＣＵ１５から入力される吸入空気質量流量Ｍ_air，燃料質量流量Ｍ_fuelを用い、ステップＣ１１の中で改めて演算してもよい。ステップＣ９及びＣ１１の制御は、上記の（ａ）の制御に対応するものである。また、ステップＣ１０及びＣ１１の制御は、上記の（ｂ）の制御に対応するものである。これにより、第二インジェクタ５の噴射口が第一所定温度Ｔ_T1以上の高温の排気に曝された状態で放置されることがなくなり、燃料固着が防止される。

また、上記の（ａ）及び（ｂ）の何れの制御が実施された場合であっても、吸蔵還元触媒２の近傍には酸素がほとんどない（第二所定濃度Ｃ_T2未満の）状態であり、かつ、吸蔵還元触媒２へ流入する排気温度Ｔが第一所定温度Ｔ_T1以上の状態であるため、吸蔵還元触媒２に付着している硫黄化合物が脱離しやすく、硫黄化合物の還元作用が促進される。
続くステップＣ１２では、第二パージ制御判定部２３において、第二パージ制御の終了条件の一つである条件〔Ｂ−４〕に係る継続時間のカウントが開始される。なお、すでに第二パージ制御の継続時間のカウントが開始されている場合には、このステップＣ１２がスキップされてカウントのみが継続される。そして続くステップＣ１３では、第二パージ制御の継続時間が所定の継続時間Ｘ_T2以上であるか否かが判定される。なお、条件〔Ｂ−２〕はステップＣ５で成立しており、条件〔Ｂ−３〕はステップＣ７で成立しているものとみなすことができる。

ここで、条件〔Ｂ−４〕が成立した場合にはステップＣ１４へ進み、第二パージ制御が終了する。すなわち、還元剤制御部９ｃによる第一インジェクタ４及び第二インジェクタ５からの未燃燃料の供給が停止され、制御がメインフローへと復帰する。一方、条件〔Ｂ−４〕が不成立の場合にはステップＣ８へ進み、第二パージ制御が継続される。
第二パージ制御のおよその合計継続時間は、吸蔵還元触媒２に流入する排気温度Ｔ₁が第一所定温度Ｔ_T1以上となるのに要した時間と、条件〔Ｂ−４〕に規定される所定の継続時間Ｘ_T2（例えば、120[s]）とを加算した時間となる。また、第二パージ制御は、車両が条件〔Ｂ−１〕に規定される所定距離（例えば1000[km]）を走行する毎に、周期的に実施される。

［４−４．フィルタ燃焼制御フロー］
図５のフィルタ燃焼制御フローにおけるステップＤ１では、フィルタ入口温度センサ８で検出された排気温度Ｔ₂とエンジンＥＣＵ１５で算出された吸入空気質量流量Ｍ_airとが再生制御装置９の供給量演算部９ｂへ入力される。続くステップＤ２では、第二インジェクタ５からの未燃燃料の供給量Ｍ_ex6が演算される。そして続くステップＤ３において、還元算制御部９ｃにより第二インジェクタ５が制御され、供給量Ｍ_ex6の未燃燃料が吸蔵還元触媒２の上流側に噴射される。

これにより、フィルタ３に流入する排気温度Ｔ₂が上昇する。また、第一インジェクタ４と比較してフィルタ３に近い位置に配置された第二インジェクタ５から未燃燃料が供給されるため、フィルタ３に流入する排気が迅速に酸化雰囲気となる。
一方、続くステップＤ４では、還元算制御部９ｃにより第一インジェクタ４からの燃料噴射が保留される。つまり、酸化触媒１には未燃燃料が供給されない。

続くステップＤ５では、ステップＤ１で検出された排気温度Ｔ₂に基づき、フィルタ燃焼制御判定部２４において条件〔Ｃ−３〕が判定される。ここで、排気温度Ｔ₂が第二所定温度Ｔ_T2以上である場合にはステップＤ６へ進む。一方、排気温度がＴ₂が第二所定温度Ｔ_T2未満である場合には、排気温度Ｔ₂をさらに上昇させるべくステップＤ１へ戻り、第二インジェクタ５からの燃料噴射が繰り返される。

ステップＤ６では、フィルタ燃焼制御判定部２４において、フィルタ燃焼制御の終了条件の一つである条件〔Ｃ−４〕に係る継続時間のカウントが開始される。なお、すでにフィルタ燃焼制御の継続時間のカウントが開始されている場合には、このステップＤ６がスキップされてカウントのみが継続される。そして続くステップＤ７では、フィルタ燃焼制御の継続時間が所定の継続時間Ｘ_T3以上であるか否かが判定される。なお、条件〔Ｃ−２〕はステップＤ３で成立しており、条件〔Ｃ−３〕はステップＤ５で成立しているものとみなすことができる。

ここで、条件〔Ｃ−４〕が成立した場合にはステップＤ８へ進み、フィルタ燃焼制御が終了する。すなわち、第二インジェクタ５からの未燃燃料の供給が停止され、制御がメインフローへと復帰する。一方、条件〔Ｃ−４〕が不成立の場合にはステップＤ１へ進み、フィルタ燃焼制御が継続される。
フィルタ燃焼制御のおよその合計継続時間は、フィルタ３に流入する排気温度Ｔ₂が第二所定温度Ｔ_T2以上となるのに要した時間と、条件〔Ｃ−４〕に規定される所定の継続時間Ｘ_T3（例えば、600[s]）とを加算した時間となる。また、フィルタ燃焼制御は、車両が条件〔Ｃ−１〕に規定される所定距離（例えば、500[km]）を走行する度に繰り返し実施される。

［５．作用，効果］
［５−１．第一パージ制御時］
車両走行時における排気浄化装置１０の制御作用を説明する。
図６（ａ）に示すように、時刻ｔ₁までは第一パージ制御，第二パージ制御及びフィルタ燃焼制御の何れの開始条件も成立せず、時刻ｔ₁に条件〔Ａ−１〕が成立して第一パージ制御の開始条件が成立したと仮定する。再生制御装置９では、時刻ｔ₁までは図２に示すメインフローが実施され、時刻ｔ₁以降は図３に示す第一パージ制御フローが実施される。

まず時刻ｔ₁の直後には、吸蔵還元触媒２の入口における酸素濃度Ｃが十分に低下しておらず、まだ第一所定濃度Ｃ_T1よりも高い状態である。つまり、条件〔Ａ−２〕が成立していないため、供給量演算部９ｂでは第一インジェクタ４の供給量Ｍ_ex1が演算されるとともに、還元剤制御部９ｃによって酸化触媒１の上流側に未燃燃料が供給量Ｍ_ex1で噴射される。このとき、図６（ｂ），（ｄ）に示すように、第一インジェクタ４のみから未燃燃料が排気中に供給され、第二インジェクタ５は停止している。

第一インジェクタ４から噴射された未燃燃料は酸化触媒１上で酸素を消費して酸化するとともに、排気温度を上昇させる。図６（ｃ）に示すように、吸蔵還元触媒２の入口における酸素濃度Ｃは徐々に低下する。また、図６（ｅ）に示すように、吸蔵還元触媒２の出口側の空燃比も低下してストイキ（例えば、14.5）の値に漸近する。
酸素濃度Ｃが時刻ｔ₂に第一所定濃度Ｃ_T1未満まで低下すると、条件〔Ａ−２〕が成立し、供給量演算部９ｂで第二インジェクタ５の供給量Ｍ_ex2が演算されるとともに、還元剤制御部９ｃによって吸蔵還元触媒２の上流側にも未燃燃料が供給量Ｍ_ex2で噴射される。つまり、図６（ｂ），（ｄ）に示すように、第一インジェクタ４及び第二インジェクタ５の双方から未燃燃料が噴射される。

ここで、第二インジェクタ５からの未燃燃料の噴射により、吸蔵還元触媒２の近傍に反応性の高い炭化水素が供給されることになり、条件〔Ａ−３〕が成立する。また、酸素濃度Ｃは、第一所定濃度Ｃ_T1よりも低い所定値（ほとんど０％に近い、微少な所定値）となり、条件〔Ａ−３〕の成立状態が維持される。吸蔵還元触媒２の出口側の空燃比は、図６（ｅ）に示すように、時刻ｔ₂よりもやや遅れてさらに低下し、目標第一パージ空燃比の値に漸近する。図６（ｅ）中の領域Ｓ１の面積は第一インジェクタ４から噴射された燃料の供給量Ｍ_ex1に対応し、領域Ｓ２の面積は第二インジェクタ５から噴射された燃料の供給量Ｍ_ex2に対応する。

時刻ｔ₂から所定の継続時間Ｘ_T1が経過した時刻ｔ₃になると、条件〔Ａ−４〕が成立し、第一パージ制御が終了する。これにより、図６（ｃ）に示すように、酸素濃度Ｃは徐々に増大する。また、図６（ｅ）に示すように、吸蔵還元触媒２の出口側の空燃比も増大し、燃焼空燃比へと漸近する。
このように、開示の排気浄化装置１０によれば、第一パージ制御の開始時に酸化触媒１の上流側のみに未燃燃料を供給することにより、吸蔵還元触媒２へ流入する排気中の酸素を大幅に減少させることができ、二酸化窒素の還元に有利な環境を提供することができる。

なお、酸化触媒１を通過した排気中に含まれる炭化水素は低級炭化水素が多く、二酸化窒素の還元性に乏しい場合がある。これに対し、開示の排気浄化装置１０では、酸素濃度Ｃを低下させた後に吸蔵還元触媒２の上流側に未燃燃料を供給することにより、反応性の高い炭化水素を吸蔵還元触媒２の近傍に存在させることができ、二酸化窒素の還元性を向上させることができる。

また、酸素濃度Ｃが十分に低下していない状態では吸蔵還元触媒２の上流側に未燃燃料が供給されないため、燃費を向上させることができる。
また、第一インジェクタ４からの供給量Ｍ_ex1が、空燃比をストイキとする量に設定されているため、吸蔵還元触媒２の上流側の酸素濃度を迅速に低下させることができ、二酸化窒素の再生効率をさらに向上させることができる。

［５−２．第二パージ制御時］
また、開示の排気浄化装置１０では、第二パージ制御時にも酸化触媒１の上流側のみに未燃燃料が供給される。これにより、吸蔵還元触媒２の近傍における還元雰囲気を確実に形成することができ、硫黄化合物の還元に有利な環境を提供することができる。このとき、第一インジェクタ４からの供給量Ｍ_ex3が、空燃比をオーバーリッチ（目標第二パージ空燃比）とする量に設定されているため、硫黄化合物の還元反応を促進することができ、吸蔵還元触媒２の再生効率を向上させることができる。

また、吸蔵還元触媒２に流入する排気温度Ｔ₁が第一所定温度Ｔ_T1以上になるまでは第二パージ制御の継続時間のカウントが開始されずに排気昇温操作が繰り返されるため、吸蔵還元触媒２の雰囲気温度を硫黄化合物を効率的に還元可能な温度まで確実に昇温させることができ、硫黄化合物の還元性を向上させることができる。
また、燃料固着が懸念される状態である場合には、第二インジェクタ５から最小量の未燃燃料を噴射するため、排気の空燃比や燃費にほとんど影響を与えることなく第二インジェクタ５の性能を確保することができる。

また、たとえ酸素濃度Ｃが第二所定濃度Ｃ_T2未満となったときに排気温度Ｔ₁が第一所定温度Ｔ_T1以上まで昇温していなかったとしても、燃料噴射が保留状態に制御されている第二インジェクタ５から供給量Ｍ_ex5の燃料を追加噴射することにより、確実に排気温度Ｔ₁を第一所定温度Ｔ_T1以上にすることができる。
また、第二パージ制御では、吸蔵還元触媒２の雰囲気温度が第一所定温度Ｔ_T1以上である状態が所定の継続時間Ｘ_T2持続されるため、硫黄化合物を確実に吸蔵還元触媒２の表面から除去することができる。

［５−３．フィルタ燃焼制御時］
また、開示の排気浄化装置１０によれば、フィルタ燃焼制御時には第一インジェクタ４からの燃料噴射を保留するとともに、第二インジェクタ５のみから燃料が供給される。これにより、フィルタ３の近傍での発熱量（すなわち、吸蔵還元触媒２での発熱量）を増大させることができ、フィルタ３に対する熱損失を減少させて燃費を改善することができる。また、酸化触媒１には未燃燃料が供給されず、すなわち酸化触媒１に排気管路上での熱損失を考慮した温度上昇を期待する必要がなくなるため、酸化触媒１の熱劣化を抑制することができ、ひいては触媒貴金属コストを抑制することができる。

また、フィルタ燃焼制御では、フィルタ３の雰囲気温度が第二所定温度Ｔ_T2以上である状態が所定の継続時間Ｘ_T3持続されるため、フィルタ３に捕集された粒子状物質を確実に燃焼させて取り除くことができる。

［５−４．相乗作用，相乗効果］
さらに、開示の排気浄化装置１０によれば、排気中の酸素濃度Ｃに基づいて第一インジェクタ４及び第二インジェクタ５から噴射される未燃燃料の供給量Ｍ_ex1，Ｍ_ex2，Ｍ_ex3，Ｍ_ex4をそれぞれ制御することにより、図６（ｃ），（ｅ）に示すように、還元場を自在に制御することができ、吸蔵還元触媒２の近傍における還元反応性及び再生効率を向上させることができる。

特に、第一パージ制御及び第二パージ制御に着目すれば、パージの種類（すなわち、吸蔵還元触媒２からのパージ対象が二酸化窒素であるか、それとも硫黄化合物であるか）に応じて未燃燃料の供給態様及び供給量が変更されるため、吸蔵還元触媒２の上流における排気温度Ｔ₁をそれぞれの制御に適した温度にすることができ、それぞれの制御における再生効率を高めることができる。

また、パージ制御及びフィルタ燃焼制御に着目すれば、再生対象（すなわち、吸蔵還元触媒２であるか、それともフィルタ３であるか）に応じて未燃燃料の供給態様及び供給量が変更されるため、フィルタ３の再生効率を確保しつつその上流側に配置される酸化触媒１及び吸蔵還元触媒２の熱劣化を抑制することができ、それぞれの制御に対して最適な状態を実現することができる。

また、排気浄化装置１０は第一インジェクタ４及び第二インジェクタ５の双方が未燃燃料を還元剤として噴射するため、構成が簡素であり、例えば同一の燃料配管材をそれぞれのインジェクタに接続してコストを削減することができる。

［６．その他］
上述の実施形態では、酸化触媒１及び吸蔵還元触媒２での触媒反応の還元剤として未燃燃料を用いたものを例示したが、還元剤の種類はこれに限定されない。例えば、未燃燃料の代わりに反応性の高い不飽和炭化水素（オレフィン）のみを抽出した還元剤液を使用してもよいし、あるいは、種々のオレフィン炭化水素（アルケン）やアルカンを含有する溶液を使用してもよい。あるいは、酸化触媒１及び吸蔵還元触媒２の種類に応じた成分の還元剤を使用することが考えられる。

また、上述の実施形態で例示されたもの以外の演算式を用いることも可能である。例えば、上記の式１では、第一パージ制御時に第一インジェクタ４から供給される供給量Ｍ_ex1の算定に際し、吸入空気質量流量Ｍ_airと燃料質量流量Ｍ_fuelとを用いているが、別のパラメータを用いて供給量Ｍ_ex1を算出することも考えられる。また、排気通路１１上に排気流量を算出又は検出する手段を介装し、これを吸入空気質量流量Ｍ_airの代用としてもよい。

また、上述の実施形態に記載された第一パージ制御，第二パージ制御及びフィルタ燃焼制御のそれぞれの開始条件及び終了条件もこれに限定されない。例えば、第一パージ制御の開始条件として、吸蔵還元触媒２に吸蔵された二酸化窒素量や、排気通路１１を流通した排気流量の累積値を考慮してもよい。また、第二パージ制御の開始条件としては、排気流量や吸蔵還元触媒２を通過した燃料成分の累計を考慮することが考えられる。また、フィルタ燃焼制御の開始条件としては、フィルタ３の上流側及び下流側の差圧や流路抵抗値を考慮することが考えられる。各制御の終了条件に関しても同様に種々の条件を設定可能である。

また、酸素濃度センサ６の具体例としては、酸素濃度を直接検出する酸素ガスセンサやレーザー式分析センサ等を用いてもよいし、あるいは窒素酸化物濃度センサやアンモニアセンサを用いてその検出結果から酸素濃度を推定するものとしてもよい。
また、上述の実施形態及び変形例では、第一供給手段として酸化触媒１よりも上流側の排気通路に設けられた第一インジェクタ４を用いたものを例示したが、還元剤の供給手法はこれに限定されない。例えば、排気通路に設けた第一インジェクタ４の代わりに筒内インジェクタ１６を用い、主燃焼後の排気行程において追加の燃料噴射（いわゆるレイトポスト噴射）等を行うようにしてもよい。

また、上述の実施形態では排気の流れの上流側から順に、酸化触媒１，吸蔵還元触媒２及びフィルタ３が介装されているが、フィルタ３の設置位置はこれに限定されない。例えば、酸化触媒１と吸蔵還元触媒２の間の該排気通路にフィルタ３を設け、第一の還元剤及び第二の還元剤のそれぞれの供給量をパージ制御とフィルタ制御とで個別に制御してもよい。この場合、図７に例示されたようなレイアウトの排気浄化装置に適用することが可能である。

また、上述の実施形態ではディーゼルエンジン１２の排気系に本発明を適用したものが例示されているが、ガソリンエンジンを備えた車両への適用も可能である。

１ 酸化触媒
２ 吸蔵還元触媒
３ フィルタ
４ 第一インジェクタ（第一供給手段）
５ 第二インジェクタ（第二供給手段）
６ 酸素濃度センサ（酸素濃度検出手段）
７ 触媒入口温度センサ（触媒入口排気温度検出手段）
８ フィルタ入口温度センサ（フィルタ入口温度検出手段）
９ 再生制御装置（還元剤制御手段）
９ａ 判定部
９ｂ，９ｄ 供給量演算部
９ｃ，９ｅ 還元剤制御部
１０ 排気浄化装置
１１ 排気通路
１２ エンジン（内燃機関）
１３ ターボチャージャ
１４ 吸気通路
１５ エンジンＥＣＵ
１６ 筒内インジェクタ
２１ パージ制御判定部
２２ 第一パージ制御判定部
２３ 第二パージ制御判定部
２４ フィルタ燃焼制御判定部
Ｃ 酸素濃度
Ｔ₁ 触媒入口排気温度
Ｔ₂ フィルタ入口排気温度

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の成分に対する酸化能を有する酸化触媒と、
   該酸化触媒よりも下流側の該排気通路に設けられ、酸化雰囲気下で該排気中の窒素酸化物を吸蔵するとともに還元雰囲気下で該窒素酸化物を還元する吸蔵還元触媒と、
   少なくとも該酸化触媒よりも下流側の該排気通路に設けられ、該排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
   該酸化触媒へ流れ込む排気に、該酸化触媒によって酸化される第一の還元剤を供給する第一供給手段と、
   該酸化触媒と該吸蔵還元触媒の間の該排気通路に設けられ、該吸蔵還元触媒で該窒素酸化物を還元する第二の還元剤を該排気中に供給する第二供給手段と、
   所定の第一再生制御開始条件の成立時に該吸蔵還元触媒に吸蔵又は付着した該排気中の物質を取り除くパージ制御を実施するとともに、該第一再生制御開始条件の非成立時かつ所定の第二再生制御開始条件の成立時に該フィルタに捕集された該粒子状物質を燃焼させるフィルタ燃焼制御を実施する還元剤制御手段とを備え、
   該フィルタが、該吸蔵還元触媒よりも下流側の該排気通路に設けられ、
   該還元剤制御手段が、
   該第一供給手段から供給される該第一の還元剤及び該第二供給手段から供給される該第二の還元剤のそれぞれの供給量を、該パージ制御と該フィルタ燃焼制御とで個別に制御し、
   該パージ制御の実施時に、少なくとも該第一供給手段から該第一の還元剤を噴射させ、
   該フィルタ燃焼制御の実施時に、該第二供給手段のみから該第二の還元剤を噴射させる
   ことを特徴とする、排気浄化装置。
2. 該第一供給手段及び該第二供給手段のそれぞれが、該第一の還元剤及び該第二の還元剤として未燃燃料を噴射する
   ことを特徴とする、請求項１記載の排気浄化装置。
3. 該フィルタの入口におけるフィルタ入口排気温度を検出するフィルタ入口排気温度検出手段をさらに備え、
   該還元剤制御手段が、該フィルタ燃焼制御の実施時、かつ、該フィルタ入口排気温度検出手段で検出された該フィルタ入口排気温度が所定温度以上となってから所定時間が経過したときに、該フィルタ燃焼制御を終了する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の排気浄化装置。

Images