JP6579165B2 - 過給機付エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気と燃料の混合気が内側で燃焼する気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体から排出された排気が流通する排気通路に設けられたタービンを含み前記気筒に流入する吸気を過給する過給機と、前記排気通路に設けられて、排気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中のＮＯｘを吸蔵し、且つ、排気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ときに吸蔵したＮＯｘを還元して放出するＮＯｘ触媒とを備えた過給機付エンジンの制御装置に関する。

従来より、排気の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンな状態（つまり、空気過剰率λがλ＞１の状態）において排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の空燃比ひいては気筒内の混合気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）において吸蔵したＮＯｘを還元する、ＮＯｘ吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が知られている。

このようなＮＯｘ触媒を備えたエンジンでは、燃費を向上させる観点から、通常は気筒内の混合気の空燃比をリーンな状態（λ＞１）に設定する一方、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が増大すると前記混合気の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。

例えば、特許文献１には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量以上になると、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元すべく、気筒内に、主たる燃料を噴射するメイン噴射に加えて、これより遅角側で燃料を噴射するポスト噴射を実施して気筒内および排気の空燃比をリッチ化するものが開示されている。

特開２００２−２９５２４２号公報

ここで、加速性能を高めること等を目的として過給機が設けられたエンジンにおいて、前記のように、ＮＯｘを還元するために単純にポスト噴射を実施すると、ＮＯｘの還元処理を早期に開始できないおそれがある。

具体的には、前記のように、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するためには排気の空燃比を理論空燃比あるいは理論空燃比よりもリッチにする必要がある。しかし、メイン噴射に加えて単純にポスト噴射を実施すると、ポスト噴射された燃料の一部が燃焼することで排気のエネルギーが増大し、過給機の過給力が高められる。その結果、気筒内への新気の導入が促進されてしまい、排気の空燃比を早期に理論空燃比あるいは理論空燃比よりもリッチな状態にできず、ＮＯｘの還元処理を早期に開始できないおそれがある。

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘ触媒および過給機を備えたエンジンにおいて、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの還元処理をより早期に開始させることのできるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、空気と燃料の混合気が内側で燃焼する気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体から排出された排気が流通する排気通路に設けられたタービンを含み前記気筒に流入する吸気を過給する過給機と、前記排気通路に設けられて、排気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中のＮＯｘを吸蔵し、且つ、排気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ときに吸蔵したＮＯｘを還元して放出するＮＯｘ触媒とを備えた過給機付エンジンの制御装置であって、エンジントルクを得るための燃料を前記気筒内に噴射するメイン噴射と、当該メイン噴射よりも遅角側の時期に前記気筒内に燃料を噴射するポスト噴射とを実施可能な燃料噴射装置と、前記過給機により過給された後の吸気の圧力である過給圧を検出する吸気圧センサと、前記過給圧を変更可能な過給圧変更装置と、排気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となり且つ前記ポスト噴射により前記気筒内に供給された燃料の少なくとも一部が前記気筒内で燃焼するように前記燃料噴射装置に前記メイン噴射および前記ポスト噴射を行わせるＤｅＮＯｘ制御を実施可能な制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＤｅＮＯｘ制御の実施時において、前記過給圧の目標値である目標過給圧を低下させかつ当該低下後の目標過給圧に向けて前記過給圧が低下するように前記過給圧変更装置を制御するとともに、前記低下後の目標過給圧と前記吸気圧センサにより検出された過給圧である実過給圧との差が予め設定された基準量以下になった時点で前記ポスト噴射が開始されるように前記燃料噴射装置を制御する、ことを特徴とする過給機付エンジンの制御装置を提供する（請求項１）。

この装置によれば、ポスト噴射を実施することで、排気の空燃比を理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりもリッチにしてＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元することができる。そして、このポスト噴射をその燃料が気筒内で燃焼するタイミングで実施することで、ポスト噴射をその燃料が気筒内で燃焼しない遅角側のタイミングで実施する場合に比べて、ポスト噴射された燃料がエンジンオイルに混入する量を少なく抑えられることができるとともに、排気通路に未燃燃料が排出されてこの未燃燃料に起因するデポジットによって排気通路に設けられた各種機器が閉塞するのを抑制できる。

しかも、この装置では、ＤｅＮＯｘ制御の実施時に過給圧を低下させて気筒に導入される空気の量を低減しているため、排気の空燃比をリッチにするために必要なポスト噴射の噴射量を少なく抑えて燃費性能を高めることができる。

ただし、前記のように、ポスト噴射に係る燃料を気筒内で燃焼させると、排気のエネルギーが増大して過給力が増大する結果、過給圧および気筒に導入される空気の量を十分に低減できず少ない量のポスト噴射では十分に排気の空燃比をリッチにできないおそれがある。これに対して、この装置では、まず目標過給圧が低くされるとともに、この低下後の目標過給圧と実過給圧との差が予め設定された基準量以下になった時点でポスト噴射が開始される。そのため、ポスト噴射に係る燃料の燃焼に伴う排気エネルギーの増大に起因して過給圧および気筒に導入される空気の量の低下が遅れるのを抑制することができ、ポスト噴射の量を少なく抑えつつ排気の空燃比を早期にリッチにすることができる。従って、前記のように燃費性能を高めつつ、ＮＯｘの還元を早期に且つ適切に開始することができる。

前記構成において、前記制御手段は、前記ＤｅＮＯｘ制御の実施時において、排気の空燃比が予め設定された基準空燃比となるように前記ポスト噴射の噴射量を制御するのが好ましい（請求項２）。

このようにすれば、排気の空燃比をより確実に適切な空燃比にすることができる。ここで、ポスト噴射の噴射量をこのように制御した場合において仮に過給圧および気筒に導入される空気の量が早期に低減されないと、この空気の量に合わせてポスト噴射の噴射量が調整される結果、ポスト噴射の噴射量が過大になるおそれがある。しかしながら、本発明では、前記のように、過給圧および気筒に導入される空気の量が早期に低減されるため、排気の空燃比を適切に制御しつつポスト噴射の噴射量を確実に少なく抑えることができる。

前記構成において、前記制御手段は、排気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となり且つ前記ポスト噴射により前記気筒内に供給された燃料が前記気筒内で燃焼しないように前記燃料噴射装置に前記メイン噴射と前記ポスト噴射とを実施させる第２ＤｅＮＯｘ制御を実施可能であり、前記第２ＤｅＮＯｘ制御の実施時において、前記目標過給圧を低下させかつ当該低下後の目標過給圧に向けて前記過給圧が低下するように前記過給圧変更装置を制御するとともに、当該過給圧の低下と同時または前記低下後の目標過給圧と前記実過給圧との差が前記基準量よりも大きい第２基準量以下になった時点で前記ポスト噴射が開始されるように前記燃料噴射装置を制御するのが好ましい（請求項３）。

この構成によれば、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する機会を多くすることができ、ＮＯｘ触媒の浄化性能を高く維持することができる。

ここで、第２ＤｅＮＯｘ制御では、ポスト噴射された燃料を気筒内で燃焼させないため、ポスト噴射によって過給圧の低下が制限されるおそれがない。これに対して、この構成では、第２ＤｅＮＯｘ制御の実施時には、低下後の目標過給圧と実過給圧との差がＤｅＮＯｘ制御の実施時よりも大きいタイミングでポスト噴射が開始される。従って、第２ＤｅＮＯｘ制御の実施時において、排気の空燃比をより早期にリッチにしてＮＯｘの還元を早期に開始させることができる。

前記構成において、前記ＮＯｘ触媒は、排気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中のＳＯｘを吸蔵し、且つ、排気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ときに前記吸蔵したＳＯｘを還元して放出するように構成されており、前記制御手段は、排気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となり且つ前記ポスト噴射により前記気筒内に供給された燃料の少なくとも一部が前記気筒内で燃焼するように前記燃料噴射装置に前記メイン噴射と前記ポスト噴射とを実施させるリッチステップと、排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンとなり且つ前記ポスト噴射により前記気筒内に供給された燃料が前記気筒内で燃焼しないように前記燃料噴射装置に前記メイン噴射と前記ポスト噴射とを実施させるリーンステップとを交互に実施するＤｅＳＯｘ制御を実施可能であり、前記ＤｅＳＯｘ制御の実施時において、前記過給圧が低下するように前記過給圧変更装置を制御するとともに、当該過給圧の低下が開始した後に前記ポスト噴射が開始されるように前記燃料噴射装置を制御するのが好ましい（請求項４）。

この構成によれば、ＤｅＳＯｘ制御の実施によってＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを適切にＮＯｘ触媒から放出させることができる。
しかも、この構成では、前記ＤｅＮＯｘ制御と同様に、排気の空燃比を理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりもリッチとし且つポスト噴射された燃料が気筒内で燃焼させるリッチステップの実施時において、過給圧を低下させるとともに、この過給圧の低下が開始した後にポスト噴射を実施している。そのため、ＤｅＳＯｘ制御の実施時においても、前記ＤｅＮＯｘ制御によって得られる効果と同様の効果、つまり、燃費性能を高めつつ、ＳＯｘの還元を早期に且つ適切に開始することができるという効果を得ることができる。

また、本発明は、空気と燃料の混合気が内側で燃焼する気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体から排出された排気が流通する排気通路に設けられたタービンを含み前記気筒に流入する吸気を過給する過給機と、前記排気通路に設けられて、排気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中のＮＯｘを吸蔵し、且つ、排気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ときに吸蔵したＮＯｘを還元して放出するＮＯｘ触媒とを備えた過給機付エンジンの制御装置であって、エンジントルクを得るための燃料を前記気筒内に噴射するメイン噴射と、当該メイン噴射よりも遅角側の時期に前記気筒内に燃料を噴射するポスト噴射とを実施可能な燃料噴射装置と、前記過給機の過給圧を変更可能な過給圧変更装置と、排気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となり且つ前記ポスト噴射により前記気筒内に供給された燃料の少なくとも一部が前記気筒内で燃焼するように前記燃料噴射装置に前記メイン噴射および前記ポスト噴射を行わせるＤｅＮＯｘ制御と、排気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となり且つ前記ポスト噴射により前記気筒内に供給された燃料が前記気筒内で燃焼しないように前記燃料噴射装置に前記メイン噴射と前記ポスト噴射とを実施させる第２ＤｅＮＯｘ制御とを実施可能な制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ＤｅＮＯｘ制御の実施時において、前記過給圧が低下するように前記過給圧変更装置を制御するとともに、当該過給圧の低下量が予め定められた基準量を超えると前記ポスト噴射が開始されるように前記燃料噴射装置を制御し、前記第２ＤｅＮＯｘ制御の実施時において、前記過給圧が低下するように前記過給圧変更装置を制御するとともに、当該過給圧の低下と同時または当該過給圧の低下量が前記基準量よりも小さい第２基準量を超えた後に前記ポスト噴射が開始されるように前記燃料噴射装置を制御する、ことを特徴とする過給機付エンジンの制御装置を提供する（請求項５）。

本発明に係る過給機付エンジンの制御装置によれば、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの還元処理をより早期に開始させることができる。

本発明の実施形態に係るエンジンの制御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。 吸気側バイパスバルブ等の制御マップを示した図である。 エンジンシステムの制御系を示すブロック図である。 パッシブＤｅＮＯｘ制御及びアクティブＤｅＮＯｘ制御の制御マップを示した図である。 パッシブＤｅＮＯｘ制御とアクティブＤｅＮＯｘ制御と通常制御との切り替え手順を示したフローチャートである。 アクティブＤｅＮＯｘ制御の制御手順を示したフローチャートである。 アクティブＤｅＮＯｘ制御を実施したときの各パラメータの時間変化を示した図である。 パッシブＤｅＮＯｘ制御の制御手順を示したフローチャートである。 パッシブＤｅＮＯｘ制御を実施したときの各パラメータの時間変化を示した図である。 ＤｅＳＯｘ制御を実施したときの各パラメータの時間変化を示した図である。 ＤＰＦ再生制御を実施したときの各パラメータの時間変化を示した図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るエンジンの制御装置について説明する。

（１）全体構成
図１は、本実施形態のエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステム１００の概略構成図である。

エンジンシステム１００は、４ストロークのエンジン本体１と、エンジン本体１に空気（吸気）を導入するための吸気通路２０と、エンジン本体１から外部に排気を排出するための排気通路４０と、第１ターボ過給機（過給機）５１と、第２ターボ過給機（過給機）５２とを備えている。このエンジンシステム１００は車両に設けられ、エンジン本体１は車両の駆動源として用いられる。エンジン本体１は、例えば、ディーゼルエンジンであり、図１の紙面に直交する方向に並ぶ４つの気筒２を有する。

エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。

ピストン５はクランク軸７と連結されており、ピストン５の往復運動に応じてクランク軸７はその中心軸回りに回転する。

シリンダヘッド４には、燃焼室６内（気筒２内）に燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）１０と、燃焼室６内の燃料と空気の混合気を昇温するためのグロープラグ１１とが、各気筒２につきそれぞれ１組ずつ設けられている。図１に示した例では、インジェクタ１０は、燃焼室６の天井面の中央に、燃焼室６を上方から臨むように設けられている。また、グロープラグ１１は、通電されることで発熱する発熱部を先端に有しており、この発熱部が、インジェクタ１０の先端部分の近傍に位置するように燃焼室６の天井面に取り付けられている。例えば、インジェクタ１０は、その先端に複数の噴口を備え、グロープラグ１１は、その発熱部がインジェクタ１０の複数の噴口からの複数の噴霧の間に位置して燃料の噴霧と直接接触しないように、配置されている。

インジェクタ１０は、エンジントルクを得るために実施される噴射であって圧縮上死点付近で燃焼する燃料を燃焼室６内に噴射するメイン噴射と、メイン噴射よりも遅角側であって燃焼してもその燃焼エネルギーがエンジントルクにほとんど寄与しない時期に燃焼室６内に燃料を噴射するポスト噴射とを実施できるようになっている。

シリンダヘッド４には、吸気通路２０から供給される空気を各気筒２の燃焼室６に導入するための吸気ポートと、吸気ポートを開閉する吸気弁１２と、各気筒２の燃焼室６で生成された排気を排気通路４０に導出するための排気ポートと、排気ポートを開閉する排気弁１３とが設けられている。

吸気通路２０には、上流側から順に、エアクリーナ２１、第１ターボ過給機５１のコンプレッサ５１ａ（以下、適宜、第１コンプレッサ５１ａという）、第２ターボ過給機５２のコンプレッサ５２ａ（以下、適宜、第２コンプレッサ５２ａという）、インタークーラ２２、スロットルバルブ２３、サージタンク２４が設けられている。また、吸気通路２０には、第２コンプレッサ５２ａをバイパスする吸気側バイパス通路２５と、これを開閉する吸気側バイパスバルブ２６とが設けられている。吸気側バイパスバルブ２６は、駆動装置（不図示）によって全閉の状態と全開の状態とに切り替えられる。

排気通路４０には、上流側から順に、第２ターボ過給機５２のタービン５２ｂ（以下、適宜、第２タービン５２ｂという）、第１ターボ過給機５１のタービン５１ｂ（以下、適宜、第１タービン５１ｂという）、第１触媒４３、排気中の粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕集するＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ）４４、ＤＰＦ４４の下流側の排気通路４０中に尿素を噴射する尿素インジェクタ４５、尿素インジェクタ４５から噴射された尿素を用いてＮＯｘを浄化するＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒４６、ＳＣＲ触媒４６から排出された未反応のアンモニアを酸化させて浄化するスリップ触媒４７、が設けられている。

ＳＣＲ触媒４６は、尿素インジェクタ４５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中のＮＯｘと反応（還元）させて浄化する。

第１触媒４３は、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒４１と、排気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ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒、Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）４２とを含む。

ＮＯｘ触媒４１は、排気の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンな状態（空気過剰率λがλ＞１である状態）において排気中のＮＯｘを吸蔵し、この吸蔵したＮＯｘを、排気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）、つまり、ＮＯｘ触媒４１を通過する排気が未燃のＨＣを多量に含む還元雰囲気下において還元する、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＣ：ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃａｔａｌｙｓｔ）である。第１触媒４３は、例えば、ＤＯＣの触媒材層の表面に、ＮＳＣの触媒材がコーティングされることで形成されている。なお、本実施形態では、排気通路に別途空気や燃料を供給する装置が設けられておらず、排気の空燃比と燃焼室６内の混合気の空燃比とは対応する。つまり、燃焼室６内の混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンのときに排気の空燃比もリーンとなり、燃焼室６内の混合気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）のときに排気の空燃比も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）になる。

また、ＮＯｘ触媒４１は、ＮＯｘに加えてＳＯｘも吸蔵する。具体的には、ＮＯｘ触媒４１は、排気の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンな状態（λ＞１）において排気中のＳＯｘを吸蔵し、この吸蔵したＳＯｘを、排気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。

ＳＣＲ触媒４６とＮＯｘ触媒４１とは、いずれもＮＯｘを浄化可能であるが、これらは浄化率（ＮＯｘ吸蔵率）が高くなる温度が互いに異なっており、ＳＣＲ触媒４６のＮＯｘ浄化率（ＮＯｘ吸蔵率）は排気の温度が比較的高温のときに高くなり、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ浄化率は排気の温度が比較的低温のときに高くなる。

排気通路４０には、第２タービン５２ｂをバイパスする排気側バイパス通路４８と、これを開閉する排気側バイパスバルブ４９と、第１タービン５１ｂをバイパスするウエストゲート通路５３と、これを開閉するウエストゲートバルブ５４とが設けられている。これら排気側バイパスバルブ４９とウエストゲートバルブ５４とは、それぞれ、駆動装置（不図示）によって全閉と全開の状態に切り替えられるとともに、これらの間の任意の開度に変更される。

排気側バイパスバルブ４９、ウエストゲートバルブ５４、および吸気側バイパスバルブ２５は、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて制御される。

図２は、これらバルブ４９、５４、２５の制御マップを示した図である。本実施形態では、図２に示すように、エンジン回転数と、エンジン負荷とに応じて、各バルブ４９、５４、２５の開閉状態が決められている。具体的には、エンジン回転数が低い第１回転領域Ａ１では、吸気側バイパスバルブ２５は全閉とされ、排気側バイパスバルブ４９とウエストゲートバルブ５４の開度がエンジン回転数とエンジン負荷とによって変更される。また、第１回転領域Ａ１よりもエンジン回転数が高い第２回転領域Ａ２では、吸気バイパスバルブおよび排気側バイパスバルブ４９が全開とされて第２ターボ過給機５２による過給は停止され、ウエストゲートバルブ５４の開度のみがエンジン回転数とエンジン負荷とによって変更される。

本実施形態によるエンジンシステム１００は、排気の一部を吸気に還流させるＥＧＲ装置５５を有する。ＥＧＲ装置５５は、排気通路４０のうち排気側バイパス通路４９の上流端よりも上流側の部分と、吸気通路２０のうちスロットルバルブ２３とサージタンク２４との間の部分とを接続するＥＧＲ通路５６と、これを開閉する第１ＥＧＲバルブ５７と、ＥＧＲ通路５６を通過する排気を冷却するＥＧＲクーラ５８とを有する。また、ＥＧＲ装置５５は、ＥＧＲクーラ５８をバイパスするＥＧＲクーラバイパス通路５９と、これを開閉する第２ＥＧＲバルブ６０とを有する。

（２）制御系
図３を用いて、エンジンシステムの制御系について説明する。本実施形態のエンジンシステム１００は、主として、車両に搭載されたＰＣＭ（制御手段、パワートレイン制御モジュール）２００によって制御される。ＰＣＭ２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｆ等から構成されるマイクロプロセッサであり、本発明にかかる制御手段に相当する。

ＰＣＭ２００には、各種センサからの情報が入力される。例えば、ＰＣＭ２００は、クランク軸７の回転数つまりエンジン回転数を検出する回転数センサＳＮ１、エアクリーナ２１付近に設けられて吸気通路２０を流通する新気（空気）の量である吸入空気量を検出するエアフローセンサＳＮ２、サージタンク２４に設けられてターボ過給機５１、５２によって過給された後のサージタンク２４内の吸気の圧力つまり過給圧を検出する吸気圧センサＳＮ３、排気通路４０のうち第１ターボ過給機５１と第１触媒４３との間の部分の酸素濃度を検出する排気Ｏ２センサＳＮ４等と電気的に接続されており、これらのセンサＳＮ１〜ＳＮ４からの入力信号を受け付ける。また、車両には、運転者により操作されるアクセルペダル（不図示）の開度であるアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＮ５や、車速を検出する車速センサＳＮ６等が設けられており、これらのセンサＳＮ５、ＳＮ６による検出信号もＰＣＭ２００に入力される。ＰＣＭ２００は、各センサ（ＳＮ１〜ＳＮ６等）からの入力信号に基づいて種々の演算等を実行して、インジェクタ１０等を制御する。

（２−１）ＤｅＮＯｘ制御
ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されたＮＯｘ（以下、適宜、吸蔵ＮＯｘという）を還元してＮＯｘ触媒４１から放出（離脱）させるための制御であるＤｅＮＯｘ制御について説明する。

本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御、後述するＤｅＳＯｘ制御およびＤＰＦ再生制御を実施しない通常運転時は、燃費性能を高めるべく、燃焼室６内の混合気の空燃比ひいては排気の空燃比が理論空燃比よりもリーン（λ＞１、例えばλ＝１．７程度）にされる。以下、適宜、燃焼室６内の混合気の空燃比を、単に、混合気の空燃比という。

一方、前記のように、ＮＯｘ触媒４１では、排気の空燃比ひいては混合気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、吸蔵ＮＯｘが還元されてＮＯｘ触媒４１からＮＯｘが放出される。従って、吸蔵ＮＯｘを還元するためには、排気の空燃比および混合気の空燃比を通常運転時よりも低減させる必要がある。

混合気の空燃比（排気の空燃比）を低減する一つの方法として、燃焼室６に導入される新気（空気）の量を少なくすることが考えられる。しかし、新気の量を単純に少なくするとエンジントルクを適切に得ることができないおそれがある。特に、加速時に新気の量が低減されると加速性が悪化するおそれがある。

そこで、本実施形態では、ＤｅＮＯｘ制御として、ポスト噴射を実施し、これにより新気の量の低減量を少なく抑えつつ混合気の空燃比を低減させる。つまり、ＰＣＭ２００は、ＤｅＮＯｘ制御として、インジェクタ１０にメイン噴射に加えてポスト噴射を行わせる制御を実施する。例えば、ＤｅＮＯｘ制御では、混合気および排気の空気過剰率λをλ＝０．９４〜１．０６程度にする。なお、通常運転時は、ポスト噴射は停止される。

本実施形態では、このように吸蔵ＮＯｘを還元するためにポスト噴射を実施するＤｅＮＯｘ制御を、図４に示す第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とでのみ実施する。第１領域Ｒ１は、エンジン回転数が予め設定された第１基準回転数Ｎ１以上且つ予め設定された第２基準回転数Ｎ２以下で、エンジン負荷が予め設定された第１基準負荷Ｔｑ１以上且つ予め設定された第２基準負荷Ｔｑ２以下の領域である。第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１よりもエンジン負荷が高い領域であって、エンジン負荷が予め設定された第３基準負荷Ｔｑ３以上となる領域である。

ＰＣＭ２００は、第１領域Ｒ１では、ポスト噴射された燃料が燃焼室６内で燃焼するタイミング（膨張行程の前半、例えば、圧縮上死点後３０〜７０°ＣＡ）でポスト噴射を行うアクティブＤｅＮＯｘ制御を実施する。なお、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実施時には、ポスト噴射された燃料の燃焼を促進するためにグロープラグ１１を通電して混合気を加熱する。一方、ＰＣＭ２００は、第２領域Ｒ２では、ポスト噴射された燃料が燃焼室６内で燃焼しないタイミング（膨張行程の後半、例えば、圧縮上死点後１１０°ＣＡ）でポスト噴射を行うパッシブＤｅＮＯｘ制御を実施する。

これは、次の理由による。

エンジン負荷が低い、あるいは、エンジン負荷は比較的高いがエンジン回転数が低い領域では、排気の温度が低いことに伴ってＮＯｘ触媒４１の温度が吸蔵ＮＯｘを還元できる温度よりも低くなりやすい。そこで、本実施形態では、この領域ではＤｅＮＯｘ制御を停止する。

また、前記のようにＤｅＮＯｘ制御ではポスト噴射を実施するが、ポスト噴射された燃料が燃焼せずにそのまま排気通路４０に排出されると、この未燃燃料に起因するデポジットによってＥＧＲクーラー５８等が閉塞するおそれがある。そのため、ポスト噴射された燃料は燃焼室６内で燃焼させるのが好ましい。しかしながら、エンジン負荷が高い、あるいは、エンジン負荷は比較的低いがエンジン回転数が高い領域では、燃焼室６内の温度が高いこと、あるいは、１クランク角度あたりの時間が短いことに伴って、燃焼室６内のガスが排気されるまでの間にポスト噴射された燃料と空気とを十分に混合させることが難しく、ポスト噴射された燃料を燃焼室６内で十分に燃焼させることができないおそれがある。また、前記混合が不十分でることによって煤が増大するおそれがある。従って、このような領域では基本的にＤｅＮＯｘ制御を停止する。

ただし、エンジン負荷が非常に高い第２領域Ｒ２では、メイン噴射の噴射量（以下、適宜、メイン噴射量という）が多いことに伴って通常運転時であっても混合気の空燃比が小さく抑えられる。そのため、第２領域Ｒ２では、吸蔵ＮＯｘを還元するために必要なポスト噴射の噴射量（以下、適宜、ポスト噴射量という）を小さくして、未燃燃料が排気通路４０に排出されることによる前記影響を小さく抑えることができる。

そこで、本実施形態では、エンジン負荷およびエンジン回転数のいずれもが低すぎず且つ高すぎない第１領域Ｒ１では、ポスト噴射された燃料が燃焼室６内で燃焼するアクティブＤｅＮＯｘ制御を実施し、第２領域Ｒ２では、ポスト噴射された燃料を燃焼室６内で燃焼させないパッシブＤｅＮＯｘ制御を実施する。なお、第２領域Ｒ２は、排気の温度が十分に高くＤＯＣ触媒４２が十分に活性化する領域である。そのため、排気通路４０に排出された未燃燃料はこのＤＯＣ触媒４２によって浄化される。

ここで、請求項におけるＤｅＮＯｘ制御はアクティブＤｅＮＯｘ制御を指しており、請求項における第２ＤｅＮＯｘ制御はパッシブＤｅＮＯｘ制御を指している。

（ｉ）切り替え手順
次に、通常運転時に実施される通常制御と、アクティブＤｅＮＯｘ制御と、パッシブＤｅＮＯｘ制御との切り替え手順について、図５のフローチャートを用いて説明する。本実施形態では、これらの切り替えを表すフラグとして切り替えフラグが設定されており、切り替えフラグが０の場合は通常制御が実施され、切り替えフラグが１の場合はアクティブＤｅＮＯｘ制御が実施され、切り替えフラグが２の場合はパッシブＤｅＮＯｘ制御が実施されるようになっている。

まず、ステップＳ１０にて、ＰＣＭ２００は、車両の各種情報を読み込む。例えば、ＰＣＭ２００は、ＮＯｘ触媒４１の温度であるＮＯｘ触媒温度と、ＳＣＲ触媒４６の温度であるＳＣＲ温度と、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されているＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量とを取得する。

ＮＯｘ触媒温度は、例えば、ＮＯｘ触媒４１の直上流側に設けられた温度センサによって検出された温度に基づいて推定される。ＳＣＲ温度は、例えば、ＳＣＲ触媒４６の直上流側に設けられた温度センサによって検出された温度に基づいて推定される。ＮＯｘ吸蔵量は、例えば、エンジン本体１の運転状態や排気の流量および温度等に基づいて推定された排気中のＮＯｘ量を積算していくことで推定される。

次に、ＰＣＭ２００は、ステップＳ１１にて、ＳＣＲ温度が予め設定されたＳＣＲ判定温度未満であるか否かを判定する。ＳＣＲ判定温度は、ＳＣＲ触媒４６によってＮＯｘを浄化できるＳＣＲ温度の最小値である。

ステップＳ１１の判定がＮＯであって、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度以上でありＳＣＲ触媒４６によってＮＯｘを適切に浄化させることができる場合は、ステップＳ３１に進み、ＰＣＭ２００は、切り替えフラグを０に設定する。一方、ステップＳ１１の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、ＰＣＭ２００は、ＮＯｘ触媒温度が予め設定されたＮＯｘ還元可能温度以上であるか否かを判定する。ＮＯｘ還元可能温度は、ＮＯｘ触媒４１が吸蔵ＮＯｘを還元できるＮＯｘ触媒温度の最小値である。

ステップＳ１２の判定がＮＯであってＮＯｘ触媒温度がＮＯｘ還元可能温度未満の場合は、ステップＳ３１に進み、ＰＣＭ２００は切り替えフラグを０に設定する。一方、ステップＳ１２の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、ＰＣＭ２００は、エンジン本体１が第１領域Ｒ１で運転されているか否かを判定する。この判定がＮＯの場合は、ステップＳ２１に進む。一方、この判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、ＰＣＭ２００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。この判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ１５に進む。一方、この判定がＮＯの場合は、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１５では、ＰＣＭ２００は、ＮＯｘ吸蔵量が予め設定された第１吸蔵量判定値以上であるか否かを判定する。第１吸蔵量判定値は、例えば、ＮＯｘ触媒４１が吸蔵できるＮＯｘの量の最大値よりもある程度低い値に設定されている。

ステップＳ１５の判定がＮＯであってＮＯｘ吸蔵量が第１吸蔵量判定値未満の場合は、ＮＯｘ触媒４１の還元処理を行う必要がないため、ＰＣＭ２００は、ステップＳ３１に進み、切り替えフラグを０に設定する。一方、ステップＳ１５の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、ＰＣＭ２００は、切り替えフラグを１に設定してアクティブＤｅＮＯｘ制御を実施する。

一方、ステップＳ１４の判定がＮＯの場合に進むステップＳ１６では、ＰＣＭ２００は、ＮＯｘ吸蔵量が予め設定された第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、第１吸蔵量判定値よりも大きな値に設定されている。例えば、第２吸蔵量判定値は、ＮＯｘ触媒４１が吸蔵できるＮＯｘの量の最大値付近の値に設定されている。ステップＳ１６の判定のＮＯであってＮＯｘ吸蔵量が第２吸蔵量判定値未満である場合は、ＰＣＭ２００は、ステップＳ３１に進み、切り替えフラグを０に設定する。一方、ステップＳ１６の判定がＹＥＳの場合は、ＰＣＭ２００は、ステップＳ１７に進み、切り替えフラグを１に設定してアクティブＤｅＮＯｘ制御を実施する。

ステップＳ１３の判定がＮＯの場合に進むステップＳ２１では、ＰＣＭ２００は、エンジン本体１が第２領域Ｒ２で運転されているか否かを判定する。この判定がＮＯの場合は、ＰＣＭ２００は、ステップＳ３１に進み、切り替えフラグを０に設定する。一方、この判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、ＰＣＭ２００は、ＮＯｘ吸蔵量が予め設定された第３吸蔵量判定値以上であるか否かを判定する。第３吸蔵量判定値は、第１吸蔵量判定値よりも小さな値に設定されている。例えば、第３吸蔵量判定値は、ＮＯｘ触媒４１が吸蔵できるＮＯｘの量の最大値の半分程度の値に設定されている。

ステップＳ２２の判定がＮＯであってＮＯｘ吸蔵量が第３吸蔵量判定値未満の場合は、ＮＯｘ触媒４１の還元処理を行う必要がないため、ＰＣＭ２００は、ステップＳ３１に進み、切り替えフラグを０に設定する。一方、ステップＳ２２の判定がＹＥＳの場合はステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、後述する手順で算出したポスト噴射量が、予め設定された基準ポスト噴射量未満か否かを判定する。基準ポスト噴射量は、例えば、オイル希釈を抑制する観点から、あるいは、これに加えてパッシブＤｅＮＯｘ制御の実行に起因する燃費悪化を抑制する観点から、設定されている。つまり、パッシブＤｅＮＯｘ制御では、ポスト噴射が、その燃料が燃焼室６内で燃焼されない比較的遅角側のタイミングで実施されるため、燃焼室６からクランクケースに未燃の燃料が漏えいしやすいとともに燃費が悪化する。そこで、本実施形態では、ポスト噴射量が基準ポスト噴射量未満であって前記漏えいをある程度少なく抑えられる場合、または、燃費の悪化をある程度少なく抑えられる場合にのみパッシブＤｅＮＯｘ制御が実施されるように、ステップＳ２３の判定を実施する。

つまり、ステップＳ２３の判定がＹＥＳの場合はステップＳ２４に進み、ＰＣＭ２００は、切り替えフラグを２に設定してパッシブＤｅＮＯｘ制御を実施する。一方、ステップＳ２３の判定がＮＯの場合は、ＰＣＭ２００は、ステップＳ３１に進み、切り替えフラグを０に設定する。

このように、本実施形態では、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度未満で、ＮＯｘ触媒温度がＮＯｘ還元可能温度以上で、第１領域Ｒ１でエンジン本体１が運転されており、かつ、ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上のときに、アクティブＤｅＮＯｘ制御が実施される。ただし、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、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘ浄化性能を確保するべく、前記所定量が比較的小さい値に設定される。

なお、ポスト噴射に起因するオイル希釈を抑制するべく、ステップＳ１６の判定の後に、前回のアクティブＤｅＮＯｘ制御の実行時からの走行距離が所定の判定距離以上であるか否かの判定を行い、この判定がＹＥＳのときにステップＳ１７に進みアクティブＤｅＮＯｘ制御を実施する一方、この判定がＮＯのときにはステップＳ３１に進み、切り替えフラグを０にしてもよい。

また、本実施形態では、ＳＣＲ温度がＳＣＲ判定温度未満で、ＮＯｘ触媒温度がＮＯｘ還元可能温度以上で、第２領域Ｒ２でエンジンが運転されており、ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上、かつ、ポスト噴射の噴射量が所定量未満のときに、パッシブＤｅＮＯｘ制御が実施される。

（ｉｉ）アクティブＤｅＮＯｘ制御の詳細
次に、アクティブＤｅＮＯｘ制御の詳細な制御内容について、図６のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ５０において、ＰＣＭ２００は、切り替えフラグが１であるか否かを判定する。この判定がＮＯの場合は、以降の処理を実施することなく処理を終了する。一方、この判定がＹＥＳであれば、ＰＣＭ２００は、ステップＳ５１に進む。

ステップＳ５１において、ＰＣＭ２００は、車両の各種情報を読み込む。

次に、ステップＳ５２において、ＰＣＭ２００は、排気の空燃比を所定の目標値（基準空燃比）にするための混合気の空燃比の目標値であって、ＮＯｘ触媒４１の吸蔵ＮＯｘを還元するために必要な空燃比である目標空燃比を設定する。この目標空燃比は、前記のように、排気の空燃比が理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりも小さい予め設定された値（基準空燃比）になるように設定されたもので、理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりも小さい値に設定されている。例えば、目標空燃比は、空気過剰率λが０．９４〜１．０６の間の値となるように設定される。ステップＳ５２の後は、ステップＳ５３に進む。

ステップＳ５３において、ＰＣＭ２００は、過給圧の目標値である目標過給圧を設定する。本実施形態では、混合気の空燃比をリッチにするために、ポスト噴射の実施に加えて、燃焼室６に導入される新気の量を少なくしている。これに対応して、ステップＳ５３において、目標過給圧は、通常運転時の値よりも小さい値に設定される。

具体的には、通常運転時の目標過給圧である通常目標過給圧と、アクティブＤｅＮＯｘ制御時の目標過給圧であるアクティブＤｅＮＯｘ用目標過給圧とが、それぞれエンジン回転数とエンジン負荷とに応じて予め設定されて、マップでＰＣＭ２００に記憶されている。これらマップは、エンジン回転数とエンジン負荷とが同じ条件において、アクティブＤｅＮＯｘ用目標過給圧の値の方が、通常目標過給圧の値よりも小さくなるように設定されている。そして、ステップＳ５３では、ＰＣＭ２００は、このアクティブＤｅＮＯｘ用目標過給圧のマップから現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに対応した値を抽出して、目標過給圧に設定する。

次に、ＰＣＭ２００は、ステップＳ５４に進み、目標過給圧が実現されるように、排気側バイパスバルブ４９の開度、あるいは、これに加えてウエストゲートバルブ５４の開度を変更する。また、本実施形態では、このとき、スロットルバルブ２３の開度も変更される。なお、本実施形態では、前記のように、吸気圧センサＳＮ３で検出されるサージタンク２４内の吸気の圧力を過給圧として、この圧力が目標過給圧となるように排気側バイパスバルブ４９等が制御される。具体的には、吸気圧センサＳＮ３で検出された過給圧と、目標過給圧との差に基づいて、排気側バイパスバルブ４９の開度はフィードバック補正される。

次に、ステップＳ５５において、ＰＣＭ２００は、吸気圧センサＳＮ３で検出された過給圧（以下、適宜、実過給圧という）と目標過給圧との差が、予め設定された第１基準圧（基準量）以下であるか否かを判定する。詳細には、実過給圧から目標過給圧を引いた値が第１基準圧（＞０）以下であるか否かを判定する。

ステップＳ５５の判定がＮＯであって、実過給圧と目標過給圧との差が第１基準圧より大きく実過給圧が十分に低下していない場合には、ステップＳ５６に進む。ステップＳ５６では、ＰＣＭ２００は、ポスト噴射を行わずメイン噴射のみを実施してステップＳ６０に進む。

一方、ステップＳ５５の判定がＹＥＳであって実過給圧が十分に低下しているときは、ステップＳ５７に進み、ＰＣＭ２００は、ポスト噴射の噴射量を、ステップＳ５２で設定した目標空燃比が実現される量に調整する。具体的には、ＰＣＭ２００は、別途演算したメイン噴射量と吸気酸素濃度等を用いて、目標空燃比を実現できるポスト噴射量を算出する。

なお、メイン噴射量は、例えば、アクセル開度と車速等に基づいて、車両の加速度の目標値である目標車両加速度を算出するとともに、これとエンジン回転数等に基づいてエンジントルクの目標値である目標エンジントルクを算出した後、この目標エンジントルクに基づいて算出される。また、吸気酸素濃度は、燃焼が行われる前の燃焼室６内の酸素濃度であり、ＰＣＭ２００は、例えば、吸入空気量、排気の酸素濃度、ＥＧＲバルブ５７、６０の開度、過給圧等に基づいて推定する。

ステップＳ５７の後は、ステップＳ５８に進み、ＰＣＭ２００は、メイン噴射とポスト噴射とを実施する。また、ステップＳ５８では、ＰＣＭ２００は、ポスト噴射量を、ステップＳ５７で算出したポスト噴射量として、この量の燃料をポスト噴射によって噴射させる。ステップＳ５８の後はステップＳ５９に進む。

ステップＳ５９では、切り替えフラグが１以外の値になったか否かを判定する。この判定がＹＥＳであれば、処理を終了する（ステップＳ５０に戻る）。つまり、アクティブＤｅＮＯｘ制御を終了する。一方、この判定がＮＯの場合は、ステップＳ５１に戻り、ステップＳ５１〜Ｓ５９を実施する。

このように、本実施形態では、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実施時において（切り替えフラグが１になった時に）、まず過給圧が低減され、その後、ポスト噴射が開始される。また、本実施形態では、排気側バイパスバルブ４９、ウエストゲートバルブ５４、スロットルバルブ２３およびこれらを駆動する駆動装置が、過給圧を低減可能つまり変更可能な過給圧変更装置として機能する。

図７は、前記の手順に沿ってアクティブＤｅＮＯｘ制御を実施したときの、切り替えフラグと、過給圧と、ポスト噴射量と、排気側バイパスバルブ４９の開度と、スロットルバルブ２３の開度と、燃焼室６内に導入される空気の量である吸入空気量の時間変化を模式的に示した図である。また、過給圧のグラフにおいて、実線は実過給圧であり、破線は目標過給圧である。なお、図７では、過給圧の変更が排気側バイパスバルブ４９の開度変更とスロットルバルブ２３の開度変更とによって行われる場合を例示している。

図７に示すように、本実施形態では、通常運転がなされている状態で、時刻ｔ１にてアクティブＤｅＮＯｘ制御の実施条件が成立して切り替えフラグが１になると、目標過給圧が通常運転時の目標過給圧よりも小さい値に変更される。ここで、切り替えフラグが１となる前後においてエンジンの運転状態はほぼ同じである。従って、通常運転の実施中に切り替えフラグが１になると目標過給圧は低下することになる。そして、この目標過給圧の低下に伴い、実過給圧を低下させるべく、時刻ｔ１にて排気側バイパスバルブ４９の開度は大きくされる。また、スロットルバルブ２３の開度が小さく（閉じ側に）される。詳細には、時刻ｔ１以後、スロットルバルブ２３の開度は徐々に小さくされる。一方、本実施形態では、時刻ｔ１においてポスト噴射は開始されずメイン噴射のみとされる。

このように排気側バイパスバルブ４９およびスロットルバルブ２３の開度が変更されることによって、実過給圧および吸入空気量は低減していく。

そして、時刻ｔ１から所定時間が経過して、時刻ｔ２にて実過給圧と目標過給圧との差が第１基準圧以下となるとポスト噴射が開始される。

図７の例では、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけてポスト噴射の噴射量は徐々に増大される。また、時刻ｔ２後もスロットルバルブ２３の開度は徐々に低減され、これにより吸入空気量が徐々に減らされていく。ただし、時刻ｔ２後はスロットルバルブ２３の開度の低下速度はそれまでよりも小さくされる。また、図７の例では、過給圧のアンダーシュートを防止するために時刻ｔ３後もスロットルバルブ２３の開度は小さい速度で徐々に低減される。

（ｉｉｉ）パッシブＤｅＮＯｘ制御の詳細
次に、パッシブＤｅＮＯｘ制御の内容について説明する。図８は、パッシブＤｅＮＯｘ制御の制御手順を示したフローチャートである。図６と図８との比較から明らかなように、パッシブＤｅＮＯｘ制御の基本的な制御手順は、アクティブＤｅＮＯｘ制御とほぼ同様である。

具体的には、パッシブＤｅＮＯｘ制御では、ＰＣＭ２００は、切り替えフラグが２であるか否かを判定して（ステップＳ６０）、この判定がＹＥＳの場合に以降のパッシブＤｅＮＯｘの制御を実施する。また、パッシブＤｅＮＯｘ制御においても、ＰＣＭ２００は、各種情報を読み込み（ステップＳ６１）、その後、混合気の目標空燃比および目標過給圧を設定して（ステップＳ６２、Ｓ６３）、これらが実現されるように、排気側バイパスバルブ４９の開度およびスロットルバルブ２３の開度（および／またはウエストゲートバルブ５４）を変更するとともに（ステップＳ６４）ポスト噴射量を調整する（ステップＳ６７）。

また、パッシブＤｅＮＯｘ制御においても、目標過給圧は、通常目標過給圧の値よりも小さい値に設定される。具体的には、ＰＣＭ２００には、パッシブＤｅＮＯｘ制御時の目標過給圧であるパッシブＤｅＮＯｘ用目標過給圧であって通常目標過給圧よりも小さい値に設定された圧力が、エンジン回転数とエンジン負荷とについてのマップで記憶されており、ＰＣＭ２００は、このマップから値を抽出して目標過給圧に設定する。

しかしながら、パッシブＤｅＮＯｘ制御では、アクティブＤｅＮＯｘ制御時に行ったステップＳ５５の判定、つまり、実過給圧と目標過給圧との差が第１基準圧以下であるか否かの判定を実施しない。さらに、パッシブＤｅＮＯｘ制御では、ポスト噴射を停止してメイン噴射のみを行うステップＳ５６を実施しない。つまり、パッシブＤｅＮＯｘ制御ではステップＳ６７でポスト噴射量を調整した後は、すぐさまステップＳ６８に移行してメイン噴射に加えてポスト噴射を実施する。

ステップＳ６８の後は、アクティブＤｅＮＯｘ制御時と同様に、ステップＳ６９にて切り替えフラグの判定を行い（ただし、パッシブＤｅＮＯｘ制御では、切り替えフラグが２であるか否かの判定を行う）、処理を終了する、あるいは、ステップＳ６０に戻る。

図９は、図７に対応する図であって、パッシブＤｅＮＯｘ制御を実施したときの、切り替えフラグと、過給圧と、ポスト噴射量と、排気側バイパスバルブの開度と、吸入空気量との時間変化を模式的に示した図である。なお、図９の過給圧のグラフにおいても、実線は実過給圧であり、破線は目標過給圧（パッシブＤｅＮＯｘ用目標過給圧）である。

このように、パッシブＤｅＮＯｘ制御においても、時刻ｔ１において切り替えフラグが２となりパッシブＤｅＮＯｘ制御の実施条件が成立すると、目標過給圧および目標空燃比が小さくされて排気側バイパスバルブ４９およびスロットルバルブ２３の開度の変更が開始され、これにより実過給圧および吸入空気量が低減される。一方、アクティブＤｅＮＯｘ制御と異なり、パッシブＤｅＮＯｘ制御では、時刻ｔ１において、実過給圧の低下とほぼ同時にポスト噴射が開始される。

また、図９の例では、吸入空気量が十分に低下する時刻ｔ１２までの間は、混合気の空燃比および排気の空燃比を所定の値にするために、比較的多い吸入空気量に合わせてポスト噴射の噴射量が多くされる。そして、時刻ｔ１２にて吸入空気量が十分に低下するとポスト噴射の噴射量が低減される。

（２−２）ＤｅＳＯｘ制御
ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されたＳＯｘ（以下、適宜、吸蔵ＳＯｘという）を還元してＮＯｘ触媒４１から放出（離脱）させるための制御であるＤｅＳＯｘ制御の概要を説明する。

図１０は、ＤｅＳＯｘ制御を実施したときの、ＤｅＳＯｘ実行フラグ、排気の空燃比、過給圧、ポスト噴射量の時間変化を模式的に示した図である。また、図１０の過給圧のグラフにおいて、実線は実過給圧であり、破線はＤｅＳＯｘ制御時の目標過給圧である。なお、ＤｅＳＯｘ実行フラグは、その値が１になることで、ＤｅＳＯｘ制御が開始されるように設定されたフラグである。ＤｅＳＯｘ実行フラグは、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されているＳＯｘの量が所定量以上になると１となり、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されているＳＯｘの量が所定量以下になると０となる。例えば、前回ＤｅＳＯｘ制御を実施してからの走行時間が所定時間以上になるとＮＯｘ触媒４１に吸蔵されているＳＯｘの量が所定量以上になったと推定されてＤｅＳＯｘ実行フラグが１とされる。そして、ＤｅＳＯｘ制御が開始される。また、ＤｅＳｏｘ制御を開始してから所定時間が経過するとＤｅＳＯｘ実行フラグは０とされる。そしてＤｅＳＯｘ制御が停止される。

前記のように、ＮＯｘ触媒４１では、排気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、吸蔵ＳＯｘが還元される。これに伴い、本実施形態では、ＤｅＳＯｘ制御でも、ＤｅＮＯｘ制御と同様に、メイン噴射に加えてポスト噴射を実施する。ただし、ＳＯｘはＮＯｘに比べて結合力が強いため、吸蔵ＳＯｘを還元するためには、ＤｅＮＯｘ制御時よりもＮＯｘ触媒４１の温度ひいてはこれを通過する排気の温度をより高温にする必要がある。これに対して、第１触媒４３に含まれるＤＯＣ４２において未燃のＨＣを酸化反応させれば第１触媒４３ひいてはＮＯｘ触媒４１を通過する排気の温度を高めることができる。

そこで、本実施形態では、図１０に示すように、ＤｅＳＯｘ制御として、ＤｅＮＯｘ制御と同様にポスト噴射を行って排気の空燃比を通常運転時よりもリッチにするリッチステップと、排気の空燃比を理論空燃比よりもリーンとしつつポスト噴射してＤＯＣ４２に空気と未燃のＨＣとを供給してこれらをＤＯＣ４２で酸化させるリーンステップとを、交互に実施する制御を行う。

リッチステップでは、アクティブＤｅＮＯｘ制御と同様に、ポスト噴射された燃料が燃焼室６内で燃焼するタイミング（膨張行程の前半であって、例えば、圧縮上死点後３０〜７０°ＣＡ）でポスト噴射を実施する。そして、リッチステップでは、混合気および排気の空気過剰率λを１．０程度として混合気および排気の空燃比を理論空燃比近傍にする。例えば、リッチステップでは、混合気および排気の空気過剰率λをλ＝０．９４〜１．０６程度とする。

一方、リーンステップでは、ポスト噴射された燃料が燃焼室６内で燃焼しないタイミング（膨張行程の後半であって、例えば、圧縮上死点後１１０°ＣＡ）でポスト噴射を実施する。そして、混合気および排気の空気過剰率λを１以上として混合気および排気の空燃比を理論空燃比よりもリーンにする。例えば、リーンステップでは、混合気および排気の空気過剰率λをλ＝１．２〜１．４程度とする。

また本実施形態では、ＤｅＳＯｘ制御のリッチステップにおいて、過給圧とポスト噴射量と、アクティブＤｅＮＯｘ制御と同様に、制御されるようになっている。

具体的にはＤｅＳＯｘ制御におけるリッチステップでも、排気の空燃比の目標値に対応する混合気の目標空燃比を設定して、これが実現されるようにポスト噴射量を設定するとともに、目標過給圧を設定して、これが実現されるように排気側バイパスバルブ４９の開度等を変更する。また、リッチステップでも、目標過給圧は、通常目標過給圧の値よりも小さい値に設定される。具体的には、ＰＣＭ２００には、リッチステップ実施時の目標過給圧が、エンジン回転数とエンジン負荷とについてのマップで記憶されており、ＰＣＭ２００は、このマップから値を抽出して目標過給圧に設定する。

また、図１０に示すように、アクティブＤｅＮＯｘ制御と同様に、リッチステップでも、時刻ｔ１、ｔ２等におけるリッチステップの開始後、まず、過給圧が目標過給圧に近づくように排気側バイパスバルブ４９の開度等が変更され（不図示）、実過給圧と目標過給圧との差が所定値以下になって初めてポスト噴射が開始される。

（２−３）ＤＰＦ再生制御
ＤＰＦ４４に捕集されたＰＭを除去してＤＰＦ４４の浄化能力を再生するための制御であるＤＰＦ再生制御の概要を説明する。

図１１は、ＤＰＦ再生制御を実施したときの、ＤＰＦ再生フラグ、過給圧と、ポスト噴射量の時間変化を模式的に示した図である。また、図１１の過給圧のグラフにおいて、実線は実過給圧であり、破線は目標過給圧である。

ＤＰＦ再生フラグは、その値が１になることで、ＤＰＦ再生制御が開始されるように設定されたフラグである。本実施形態では、ＤＰＦ４４に捕集されているＰＭの量が所定量以上になったと推定されるＤＰＦ再生フラグが１となってＤＰＦ再生制御が開始される。また、ＤＰＦ４４に捕集されているＰＭの量が所定量以下になったと推定されるとＤＰＦ再生フラグは０となり、ＤＰＦ再生制御が停止される。ＤＰＦ４４に捕集されているＰＭの量は、例えば、ＤＰＦ４４の上流側および下流側に設けられた圧力センサから算出されるＤＰＦ４４の前後差圧（ＤＰＦ４４よりも上流側の圧力と下流側の圧力との差）等から算出される。

ＤＰＦ４４に捕集されているＰＭは、高温下で燃焼させることでＤＰＦ４４から除去することができる。ここで、ＤＯＣ４２において未燃のＨＣを酸化反応させれば、これよりも下流側に位置するＤＰＦ４４内の温度を高めることができる。

そこで、本実施形態では、ＤＰＦ再生制御として、排気の空燃比を理論空燃比よりもリーンとしつつポスト噴射してＤＯＣ４２に空気と未燃のＨＣとを供給してこれらをＤＯＣ４２で酸化させる制御を実施する。具体的には、ＤＰＦ再生制御では、ポスト噴射された燃料が燃焼室６内で燃焼しないタイミング（膨張行程の後半であって、例えば、圧縮上死点後１１０°ＣＡ）でポスト噴射を実施する。

また、ＤＰＦ再生制御では、過給圧とポスト噴射量とがパッシブＤｅＮＯｘ制御と同様に制御される。

具体的に、ＤＰＦ再生制御でも、排気の目標空燃比を設定して、これが実現されるようにポスト噴射量を設定するとともに、目標過給圧を設定して、これが実現されるように排気側バイパスバルブ４９の開度等を変更する。また、ＤＰＦ再生制御でも、目標過給圧は、通常目標過給圧の値よりも小さい値に設定される。具体的には、ＰＣＭ２００には、ＤＰＦ再生制御時の目標過給圧であるＤＰＦ再生制御用目標過給圧が、エンジン回転数とエンジン負荷とについてのマップで記憶されており、ＰＣＭ２００は、このマップから値を抽出して目標過給圧に設定する。

そして、図１１に示すように、ＤＰＦ再生制御では、パッシブＤｅＮＯｘ制御と同様に、時刻ｔ１にてＤＰＦ再生制御の実施条件が成立すると、目標過給圧が低下されて排気側バイパスバルブ４９等の制御が開始されるとともに、これと同時に、ポスト噴射が開始される。

（３）作用等
以上のように、本実施形態では、ポスト噴射の実施によって排気の空燃比を理論空燃比近傍あるいは理論空燃比よりもリッチとして、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されているＮＯｘである吸蔵ＮＯｘを還元する。そのため、燃焼室６に導入される新気の量を低減することなく、あるいは、この低減量を少なく抑えつつ、排気の空燃比を吸蔵ＮＯｘを還元可能なリッチ状態にすることができ、新気量の低減に伴う加速性の悪化を回避しながら吸蔵ＮＯｘを適切に還元することができる。

しかも、アクティブＤｅＮＯｘ制御ではポスト噴射された燃料を燃焼室６内で燃焼させている。そのため、ポスト噴射をその燃料が燃焼室６内で燃焼しない遅角側のタイミングで実施する場合に比べて、ポスト噴射された燃料がクランクケース側に漏れてエンジンオイルに混入するのを抑制することができるとともに、未燃燃料に起因するデポジットによって排気通路４０等が閉塞するのを抑制できる。

さらに、本実施形態では、アクティブＤｅＮＯｘ制御において、過給圧を通常運転時よりも低下させて気筒に導入される空気の量を低減しているため、排気の空燃比をリッチにするために必要なポスト噴射の噴射量を少なく抑えて燃費性能を高めることが可能になる。

ただし、ポスト噴射を燃焼室６内で燃焼させると、排気のエネルギーが増大して過給力が増大し、燃焼室６に導入される空気の量を早期に低下させることができないおそれがある。つまり、過給圧を低下させようとしているにも関わらず、ポスト噴射された燃料が燃焼することで過給圧の低下が阻害され、排気および混合気の空燃比が吸蔵ＮＯｘを還元可能な値にまで低減するまでに長い時間を要するおそれがある。

これに対して、本実施形態では、アクティブＤｅＮＯｘ制御において、実過給圧と目標過給圧の差が基準圧以下に低下した後にポスト噴射を開始している。そのため、ポスト噴射の実施に伴う過給力の増大によって過給圧の低下が遅れるのを抑制して、燃焼室６に導入される空気の量を早期に低下させ、これにより、排気の空燃比を早期にリッチにすることができる。従って、過給圧の低下による燃費性能の向上効果を得つつ、ＮＯｘの還元を早期に且つ適切に開始させることができる。そして、このように、ＮＯｘの還元が早期に開始すれば、ＮＯｘを還元するために必要なポスト噴射の総量を小さく抑えることができるので、燃費性能をより高めることができる。

また、本実施形態では、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実施時において、排気の空燃比がＮＯｘ触媒４１においてＮＯｘを還元可能な目標空燃比となるように、ポスト噴射の噴射量が調整される。そのため、より適切に吸蔵ＮＯｘを還元させることができる。

しかも、本実施形態では、前記のように、アクティブＤｅＮＯｘ制御の実施時において過給圧がより早期に低下するように構成されているため、このようにポスト噴射の噴射量を排気の空燃比に応じて変化させながら、ポスト噴射の噴射量を少なく抑えることができる。つまり、過給圧の低下が遅いと、燃焼室６および排気に導入される空気の量が比較的長い時間にわたって多い状態となることで、排気の空燃比を目標空燃比に低下させるためにポスト噴射量をより多くする必要が生じる。これに対して、本実施形態では、過給圧をより早期に低下させることができるため、排気の空燃比を目標空燃比に低下させるために必要なポスト噴射量を少なく抑えることができる。

また、本実施形態では、ＤｅＳＯｘ制御のリッチステップの実施時にも、アクティブＤｅＮＯｘ制御と同様に、ポスト噴射をその燃料が燃焼室６内で燃焼するタイミングで実施し且つ目標過給圧を低下させるとともに、過給圧が低下した後にポスト噴射を開始するようにしている。そのため、ＤｅＳＯｘ制御のリッチステップの実施時においても、過給圧および排気の空燃比を早期に低下させることができ、燃費性能を高めること、および、ＳＯｘの還元を早期に且つ適切に開始させることができる。

一方、パッシブＤｅＮＯｘ制御およびＤＰＦ制御でも、目標過給圧を低下させ、かつ、ポスト噴射を実施するが、これらの制御では、ポスト噴射された燃料は燃焼室６で燃焼することなく排気通路４０に排出される。そのため、これらの制御では、ポスト噴射によって過給圧の低下はほとんど阻害されない。これに対して、本実施形態では、パッシブＤｅＮＯｘ制御およびＤＰＦ制御においては、過給圧の低下（過給圧を低下させるための排気側バイパスバルブ４９等の開度変更）と、ポスト噴射とを同時に開始させている。そのため、過給圧の低下を待つことなく早期にポスト噴射を開始させることができ、ＮＯｘの還元処理に係る時間を短くすること、ひいては、燃費性能を高めることができる。

（４）変形例
前記実施形態では、アクティブＤｅＮＯｘ制御およびＤｅＳＯｘ制御のリッチステップの実施時において、実過給圧と目標過給圧との差が第１基準圧以下になるとポスト噴射を開始させる場合について説明したが、過給圧の低下が開始した後にポスト噴射が開始されればよく、これら開始タイミングの具体的な設定手順はこれに限らない。例えば、過給圧を低下させる制御の開始後、所定の時間が経過した後に、ポスト噴射を開始させるようにしてもよい。

ただし、前記のように、実過給圧と目標過給圧との差が第１基準圧以下になるとポスト噴射を開始させるように構成すれば、より確実に過給圧の低下後にポスト噴射を開始させることができる。

また、前記実施形態では、パッシブＤｅＮＯｘ制御およびＤＰＦ制御において、過給圧の低下とポスト噴射とを同時に開始させる場合について説明したが、これらの制御においても、実過給圧と目標過給圧との差が所定の第２基準圧（第２基準量）以下になるとポスト噴射を開始させるように構成してもよい。ただし、前記のように、パッシブＤｅＮＯｘ制御およびＤＰＦ制御では、ポスト噴射をより早期に開始させることが可能であり、これにより、燃費性能を高めることができるので、前記構成を採用する場合であっても、前記第２基準圧は前記第１基準圧よりも大きく設定するのが好ましい。

また、前記実施形態では、排気側バイパスバルブ４９、ウエストゲートバルブ５４およびスロットルバルブ２３と、これらを駆動する駆動装置とが、過給圧を変更可能な過給圧変更装置として機能する場合について説明したが、これら全てを、ＤｅＮＯｘ制御、ＤｅＳＯｘ制御およびＤＰＦ制御時に過給圧を低減するための過給圧変更装置として機能させなくてもよい。例えば、ＤｅＮＯｘ制御時等において、ウエストゲートバルブ５４の開度およびスロットルバルブ２３の開度は一定とし、排気側バイパスバルブ４９のみで過給圧を変更してもよい。

１ エンジン本体
２ 気筒
６ 燃焼室
１０ インジェクタ（燃料噴射装置）
２３ スロットルバルブ（過給圧変更装置）
４１ ＮＯｘ触媒
４９ 排気側バイパスバルブ（過給圧変更装置）
５１ 第１ターボ過給機（過給機）
５１ｂ 第１タービン（タービン）
５２ 第２ターボ過給機（過給機）
５２ｂ 第２タービン（タービン）
５４ ウエストゲートバルブ（過給圧変更装置）
２００ ＰＣＭ（制御手段）

Claims (5)

1. 空気と燃料の混合気が内側で燃焼する気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体から排出された排気が流通する排気通路に設けられたタービンを含み前記気筒に流入する吸気を過給する過給機と、前記排気通路に設けられて、排気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中のＮＯｘを吸蔵し、且つ、排気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ときに吸蔵したＮＯｘを還元して放出するＮＯｘ触媒とを備えた過給機付エンジンの制御装置であって、
   エンジントルクを得るための燃料を前記気筒内に噴射するメイン噴射と、当該メイン噴射よりも遅角側の時期に前記気筒内に燃料を噴射するポスト噴射とを実施可能な燃料噴射装置と、
   前記過給機により過給された後の吸気の圧力である過給圧を検出する吸気圧センサと、
   前記過給圧を変更可能な過給圧変更装置と、
   排気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となり且つ前記ポスト噴射により前記気筒内に供給された燃料の少なくとも一部が前記気筒内で燃焼するように前記燃料噴射装置に前記メイン噴射および前記ポスト噴射を行わせるＤｅＮＯｘ制御を実施可能な制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記ＤｅＮＯｘ制御の実施時において、前記過給圧の目標値である目標過給圧を低下させかつ当該低下後の目標過給圧に向けて前記過給圧が低下するように前記過給圧変更装置を制御するとともに、前記低下後の目標過給圧と前記吸気圧センサにより検出された過給圧である実過給圧との差が予め設定された基準量以下になった時点で前記ポスト噴射が開始されるように前記燃料噴射装置を制御する、ことを特徴とする過給機付エンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載の過給機付エンジンの制御装置であって、
   前記制御手段は、前記ＤｅＮＯｘ制御の実施時において、排気の空燃比が予め設定された基準空燃比となるように前記ポスト噴射の噴射量を制御する、ことを特徴とする過給機付エンジンの制御装置。
3. 請求項１または２に記載の過給機付エンジンの制御装置であって、
   前記制御手段は、
   排気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となり且つ前記ポスト噴射により前記気筒内に供給された燃料が前記気筒内で燃焼しないように前記燃料噴射装置に前記メイン噴射と前記ポスト噴射とを実施させる第２ＤｅＮＯｘ制御を実施可能であり、
   前記第２ＤｅＮＯｘ制御の実施時において、前記目標過給圧を低下させかつ当該低下後の目標過給圧に向けて前記過給圧が低下するように前記過給圧変更装置を制御するとともに、当該過給圧の低下と同時または前記低下後の目標過給圧と前記実過給圧との差が前記基準量よりも大きい第２基準量以下になった時点で前記ポスト噴射が開始されるように前記燃料噴射装置を制御する、ことを特徴とする過給機付エンジンの制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の過給機付エンジンの制御装置であって、
   前記ＮＯｘ触媒は、排気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中のＳＯｘを吸蔵し、且つ、排気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ときに前記吸蔵したＳＯｘを還元して放出するように構成されており、
   前記制御手段は、
   排気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となり且つ前記ポスト噴射により前記気筒内に供給された燃料の少なくとも一部が前記気筒内で燃焼するように前記燃料噴射装置に前記メイン噴射と前記ポスト噴射とを実施させるリッチステップと、排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンとなり且つ前記ポスト噴射により前記気筒内に供給された燃料が前記気筒内で燃焼しないように前記燃料噴射装置に前記メイン噴射と前記ポスト噴射とを実施させるリーンステップとを交互に実施するＤｅＳＯｘ制御を実施可能であり、
   前記ＤｅＳＯｘ制御の実施時において、前記過給圧が低下するように前記過給圧変更装置を制御するとともに、当該過給圧の低下が開始した後に前記ポスト噴射が開始されるように前記燃料噴射装置を制御する、ことを特徴とする過給機付エンジンの制御装置。
5. 空気と燃料の混合気が内側で燃焼する気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体から排出された排気が流通する排気通路に設けられたタービンを含み前記気筒に流入する吸気を過給する過給機と、前記排気通路に設けられて、排気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中のＮＯｘを吸蔵し、且つ、排気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ときに吸蔵したＮＯｘを還元して放出するＮＯｘ触媒とを備えた過給機付エンジンの制御装置であって、
   エンジントルクを得るための燃料を前記気筒内に噴射するメイン噴射と、当該メイン噴射よりも遅角側の時期に前記気筒内に燃料を噴射するポスト噴射とを実施可能な燃料噴射装置と、
   前記過給機の過給圧を変更可能な過給圧変更装置と、
   排気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となり且つ前記ポスト噴射により前記気筒内に供給された燃料の少なくとも一部が前記気筒内で燃焼するように前記燃料噴射装置に前記メイン噴射および前記ポスト噴射を行わせるＤｅＮＯｘ制御と、排気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となり且つ前記ポスト噴射により前記気筒内に供給された燃料が前記気筒内で燃焼しないように前記燃料噴射装置に前記メイン噴射と前記ポスト噴射とを実施させる第２ＤｅＮＯｘ制御とを実施可能な制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記ＤｅＮＯｘ制御の実施時において、前記過給圧が低下するように前記過給圧変更装置を制御するとともに、当該過給圧の低下量が予め定められた基準量を超えると前記ポスト噴射が開始されるように前記燃料噴射装置を制御し、
   前記第２ＤｅＮＯｘ制御の実施時において、前記過給圧が低下するように前記過給圧変更装置を制御するとともに、当該過給圧の低下と同時または当該過給圧の低下量が前記基準量よりも小さい第２基準量を超えた後に前記ポスト噴射が開始されるように前記燃料噴射装置を制御する、ことを特徴とする過給機付エンジンの制御装置。

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