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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-10
(45)【発行日】2023-01-18
(54)【発明の名称】排気浄化装置
(51)【国際特許分類】
F01N 3/20 20060101AFI20230111BHJP
F01N 3/24 20060101ALI20230111BHJP
F01N 3/08 20060101ALI20230111BHJP
F02M 26/52 20160101ALI20230111BHJP
F02D 43/00 20060101ALI20230111BHJP
B01D 53/94 20060101ALI20230111BHJP
B01D 53/96 20060101ALI20230111BHJP
【ＦＩ】
F01N3/20 B ZAB
F01N3/24 S
F01N3/08 A
F01N3/24 R
F02M26/52
F02D43/00 301N
F02D43/00 301Z
B01D53/94 222
B01D53/96 500
B01D53/94 400
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019021764
(22)【出願日】2019-02-08
(65)【公開番号】P2020128735
(43)【公開日】2020-08-27
【審査請求日】2021-08-10
(73)【特許権者】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100124062
【弁理士】
【氏名又は名称】三上 敬史
(74)【代理人】
【識別番号】100148013
【弁理士】
【氏名又は名称】中山 浩光
(74)【代理人】
【識別番号】100192511
【弁理士】
【氏名又は名称】柴田 晃史
(72)【発明者】
【氏名】森 護人
(72)【発明者】
【氏名】森 俊博
【審査官】小川 克久
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１１３９７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１２１２８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０２５７１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０６６９７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００８／０００６０２５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０１Ｎ ３／２０
Ｆ０１Ｎ ３／２４
Ｆ０１Ｎ ３／０８
Ｆ０２Ｍ ２６／５２
Ｆ０２Ｄ ４３／００
Ｂ０１Ｄ ５３／９４
Ｂ０１Ｄ ５３／９６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関の排気流路上に設けられた触媒を備え、前記触媒に還元剤を供給することで前記触媒を再生する再生制御を実行する排気浄化装置であって、前記触媒に還元剤を供給する還元剤供給部と、
前記触媒の温度を取得する触媒温度取得部と、
前記触媒の下流側の排気ガスの空燃比である下流空燃比を取得する空燃比取得部と、
前記再生制御中における前記下流空燃比の目標値である目標空燃比を設定すると共に、前記下流空燃比が前記目標空燃比となるように前記還元剤供給部を制御する空燃比制御部と、
前記再生制御中における前記触媒の温度の目標値である目標温度と前記触媒の温度とに基づいて、前記触媒の温度が前記目標温度となるように前記触媒に流入する排気ガス中のＯ２量を調整する流入Ｏ２量調整部と、
前記触媒に流入する前記排気ガスの温度である流入ガス温度を取得する流入ガス温度取得部と、
前記触媒を流通する前記排気ガスの流量である排気ガス流量を取得する排気ガス流量取得部と、
を備え、
前記流入Ｏ２量調整部は、
前記触媒の温度が前記目標温度よりも低い場合、前記触媒の温度が前記目標温度以上である場合と比べて、前記内燃機関におけるＥＧＲ量を減量させるように前記内燃機関のＥＧＲ装置を制御し、
前記目標温度と前記流入ガス温度と前記排気ガス流量とに基づいて前記Ｏ ２ 量の目標値である目標Ｏ ２ 量を算出し、前記Ｏ ２ 量が前記目標Ｏ ２ 量となるように前記Ｏ ２ 量を調整する、排気浄化装置。
【請求項2】
内燃機関の排気流路上に設けられた触媒を備え、前記触媒に還元剤を供給することで前記触媒を再生する再生制御を実行する排気浄化装置であって、前記触媒に還元剤を供給する還元剤供給部と、
前記触媒の温度を取得する触媒温度取得部と、
前記触媒の下流側の排気ガスの空燃比である下流空燃比を取得する空燃比取得部と、
前記再生制御中における前記下流空燃比の目標値である目標空燃比を設定すると共に、前記下流空燃比が前記目標空燃比となるように前記還元剤供給部を制御する空燃比制御部と、
前記再生制御中における前記触媒の温度の目標値である目標温度と前記触媒の温度とに基づいて、前記触媒の温度が前記目標温度となるように前記触媒に流入する排気ガス中のＯ２量を調整する流入Ｏ２量調整部と、
前記触媒に流入する前記排気ガス中のＣＯとＨＣとの比率を取得する比率取得部と、
を備え、
前記流入Ｏ２量調整部は、前記比率が大きくなるに従って前記Ｏ２量が大きくなるように、前記Ｏ２量を調整する、排気浄化装置。
【請求項3】
前記触媒に流入する前記排気ガスの温度である流入ガス温度を取得する流入ガス温度取得部と、前記触媒を流通する前記排気ガスの流量である排気ガス流量を取得する排気ガス流量取得部と、を更に備え、
前記流入Ｏ２量調整部は、前記目標温度と前記流入ガス温度と前記排気ガス流量とに基づいて前記Ｏ２量の目標値である目標Ｏ２量を算出し、前記Ｏ２量が前記目標Ｏ２量となるように前記Ｏ２量を調整する、請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項4】
前記還元剤供給部は、前記内燃機関の筒内に燃料を噴射するインジェクタであり、前記空燃比制御部は、前記内燃機関の膨張行程で前記燃料が燃焼する噴射時期で燃料噴射を行うように前記インジェクタを制御し、
前記流入Ｏ２量調整部は、前記触媒の温度が前記目標温度よりも低い場合、前記触媒の温度が前記目標温度以上である場合と比べて、前記噴射時期を遅角させる、請求項１～３の何れか一項に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、排気流路上に設けられた触媒と、触媒の上流側に設けられた還元剤供給部と、を備える排気浄化装置が知られている（例えば特許文献１）。従来の排気浄化装置では、触媒の再生の際、還元剤供給部により供給された還元剤により排気の空燃比がリッチとされる時間と空燃比がリーンとされる時間とが予め設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１０－２０３３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記従来の触媒の再生手法では、排気ガスの空燃比をリッチにするための還元剤の添加は、触媒の目標温度に対して過剰な発熱を生じさせる場合がある。そのため、触媒でのエネルギーバランスをとるために、空燃比がリッチとリーンとに交互に繰り返される。しかしながら、このような手法では、触媒に流入する排気ガス中のＯ２量が大きく変化してしまい、触媒温度が大きく周期的に変化するため、触媒の再生に適した温度となるように触媒の温度を調整することが難しい。
【0005】
本発明は、触媒の温度変動を抑えつつ、再生制御における触媒の温度を適切に調整することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係る排気浄化装置は、内燃機関の排気流路上に設けられた触媒を備え、触媒に還元剤を供給することで触媒を再生する再生制御を実行する排気浄化装置であって、触媒に還元剤を供給する還元剤供給部と、触媒の温度を取得する触媒温度取得部と、触媒の下流側の排気ガスの空燃比である下流空燃比を取得する空燃比取得部と、再生制御中における下流空燃比の目標値である目標空燃比を設定すると共に、下流空燃比が目標空燃比となるように還元剤供給部を制御する空燃比制御部と、再生制御中における触媒の温度の目標値である目標温度と触媒の温度とに基づいて、触媒の温度が目標温度となるように触媒に流入する排気ガス中のＯ２量を調整する流入Ｏ２量調整部と、を備え、流入Ｏ２量調整部は、触媒の温度が目標温度よりも低い場合、触媒の温度が目標温度以上である場合と比べて、内燃機関におけるＥＧＲ量を減量させるように内燃機関のＥＧＲ装置を制御する。
【0007】
本発明の一態様に係る排気浄化装置では、空燃比制御部により、再生制御中における下流空燃比が目標空燃比となるように還元剤供給部が制御される。例えば下流空燃比が還元雰囲気となっている場合、触媒での発熱反応の量が排気ガス中のＯ２量に支配される。そのため、Ｏ２量の調整により触媒での発熱量を調整することができる。よって、流入Ｏ２量調整部により、触媒の温度が目標温度となるように触媒に流入する排気ガス中のＯ２量を調整することで、触媒での発熱量を調整することができる。その結果、例えば排気ガスの空燃比のリッチとリーンとが交互に繰り返される場合と比較して、触媒の温度変動を抑えつつ、再生制御における触媒の温度を適切に調整することができる。また、ＥＧＲ装置を用いて、排気ガス中のＯ２量を容易に調整することができる。
【0008】
本発明の他の態様に係る排気浄化装置は、内燃機関の排気流路上に設けられた触媒を備え、触媒に還元剤を供給することで触媒を再生する再生制御を実行する排気浄化装置であって、触媒に還元剤を供給する還元剤供給部と、触媒の温度を取得する触媒温度取得部と、触媒の下流側の排気ガスの空燃比である下流空燃比を取得する空燃比取得部と、再生制御中における下流空燃比の目標値である目標空燃比を設定すると共に、下流空燃比が目標空燃比となるように還元剤供給部を制御する空燃比制御部と、再生制御中における触媒の温度の目標値である目標温度と触媒の温度とに基づいて、触媒の温度が目標温度となるように触媒に流入する排気ガス中のＯ２量を調整する流入Ｏ２量調整部と、触媒に流入する排気ガス中のＣＯとＨＣとの比率を取得する比率取得部と、を備え、流入Ｏ２量調整部は、比率が大きくなるに従ってＯ２量が大きくなるように、Ｏ２量を調整する。
【0009】
本発明の他の態様に係る排気浄化装置では、空燃比制御部により、再生制御中における下流空燃比が目標空燃比となるように還元剤供給部が制御される。例えば下流空燃比が還元雰囲気となっている場合、触媒での発熱反応の量が排気ガス中のＯ２量に支配される。そのため、Ｏ２量の調整により触媒での発熱量を調整することができる。よって、流入Ｏ２量調整部により、触媒の温度が目標温度となるように触媒に流入する排気ガス中のＯ２量を調整することで、触媒での発熱量を調整することができる。その結果、例えば排気ガスの空燃比のリッチとリーンとが交互に繰り返される場合と比較して、触媒の温度変動を抑えつつ、再生制御における触媒の温度を適切に調整することができる。また、ＣＯの発熱量がＨＣの発熱量よりも小さいため、例えば一定の発熱量を触媒で生じさせるためには、排気ガス中のＣＯとＨＣとの比率が大きくなるほどＣＯと反応させるＯ２量が大きくなる。したがって、ＣＯとＨＣとの比率が大きくなるに従ってＯ２量が大きくなるように、流入Ｏ２量調整部によってＯ２量を調整することで、再生制御における触媒の温度をより適切に調整することができる。
【0010】
一実施形態において、触媒に流入する排気ガスの温度である流入ガス温度を取得する流入ガス温度取得部と、触媒を流通する排気ガスの流量である排気ガス流量を取得する排気ガス流量取得部と、を更に備え、流入Ｏ２量調整部は、目標温度と流入ガス温度と排気ガス流量とに基づいてＯ２量の目標値である目標Ｏ２量を算出し、Ｏ２量が目標Ｏ２量となるようにＯ２量を調整させてもよい。この場合、目標温度と流入ガス温度と排気ガス流量とに基づいて算出した目標Ｏ２量を、例えば見込み制御量として用いることで、Ｏ２量の調整の制御性を向上させることができる。
【0011】
一実施形態において、還元剤供給部は、内燃機関の筒内に燃料を噴射するインジェクタであり、空燃比制御部は、内燃機関の膨張行程で燃料が燃焼する噴射時期で燃料噴射を行うようにインジェクタを制御し、流入Ｏ２量調整部は、触媒の温度が目標温度よりも低い場合、触媒の温度が目標温度以上である場合と比べて、噴射時期を遅角させてもよい。この場合、噴射時期を遅角させた燃料が膨張行程で燃焼することにより、排気温度が上昇する。そのため、触媒での酸化反応の発熱量が小さくて済むため、触媒で反応させる排気ガス中のＯ２量を低減することができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、触媒の温度変動を抑えつつ、再生制御における触媒の温度を適切に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】実施形態に係る排気浄化装置を備えたエンジンシステムを示すブロック図である。
【図2】ＣＯＨＣ比率と補正係数との関係の一例を示す図である。
【図3】触媒温度の制御処理を例示するフローチャートである。
【図8】従来の排気浄化装置の動作例を示すタイミングチャートである。
【図10】Ｏ２量の調整処理の変形例を説明するための図である。
【図12】Ｏ２量の調整処理の他の変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【0015】
［排気浄化装置の概要］
図１は、実施形態に係る排気浄化装置を備えたエンジンシステムを示すブロック図である。図１において、本実施形態に係る排気浄化装置１は、例えば車両に搭載されており、エンジン（内燃機関）２を備えるエンジンシステム１００の一部を構成している。エンジン２は、例えば、複数の気筒（図示せず）を有するディーゼルエンジンである。
図１は、実施形態に係る排気浄化装置を備えたエンジンシステムを示すブロック図である。図１において、本実施形態に係る排気浄化装置１は、例えば車両に搭載されており、エンジン（内燃機関）２を備えるエンジンシステム１００の一部を構成している。エンジン２は、例えば、複数の気筒（図示せず）を有するディーゼルエンジンである。
【0016】
排気浄化装置１は、エンジン２で燃焼後の排気ガスを排出するための排気流路３上に設けられたＮＳＲ［NOx Storage Reduction］４を備えている。ＮＳＲ４は、エンジン２から排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を吸着し、排気ガスを浄化する触媒である。排気流路３では、ＮＳＲ４の下流側にＤＰＦ［Diesel Particulate Filter］５が設けられている。ＤＰＦ５は、排気ガス中に含まれるＰＭ（煤等の粒子状物質）を捕集し、排気ガスを浄化する。
【0017】
排気浄化装置１は、ＮＳＲ４に還元剤を供給することで、ＮＳＲ４に吸着されたＳＯｘを還元するＮＳＲ４の再生制御（いわゆるＳ再生）を実行可能に構成されている。再生制御では、所定の温度以上となっているＮＳＲ４に還元剤が供給される。ここでの還元剤とは、エンジン２の燃焼室内に燃料として供給され、燃焼室内で燃焼されて生じた排ガス中に含まれるＣＯ（一酸化炭素）、Ｈ２（水素）、及びＨＣ（炭化水素、つまり未燃燃料）とを意味する。ＮＳＲ４に還元剤が供給されることで、ＮＳＲ４においてＳＯｘが還元されてＳＯｘがＮＳＲ４から離脱する。再生制御の処理について、詳しくは後述する。
【0018】
［排気浄化装置の構成］
排気浄化装置１は、一例として、ＮＳＲ４にＯ２を供給するＯ２供給部及びＮＳＲ４に還元剤を供給する還元剤供給部として機能するエンジン２を有している。
排気浄化装置１は、一例として、ＮＳＲ４にＯ２を供給するＯ２供給部及びＮＳＲ４に還元剤を供給する還元剤供給部として機能するエンジン２を有している。
【0019】
エンジン２は、それぞれの気筒の燃焼室内に新気を供給するための吸気装置２ａを有している。吸気装置２ａは、燃焼室内に供給する新気の量（以下、単に筒内新気量という）を調整する。
【0020】
吸気装置２ａは、例えば、スロットルバルブ及び可変容量ターボチャージャのコンプレッサを含んでいる（図示せず）。スロットルバルブは、例えば電子制御バタフライバルブである。スロットルバルブの動作は、後述のＥＣＵ［Electronic Control Unit］１０によって制御される。可変容量ターボチャージャは、コンプレッサとタービンとを有する過給機である。このタービンは、複数のベーンを駆動することで可変ノズル開度（以下、単にＶＮ開度［Variable Nozzle］という）を変更可能な可変ノズルを有している。可変容量ターボチャージャのＶＮ開度は、ＥＣＵ１０によって制御される。
【0021】
吸気装置２ａは、筒内新気量を調整することで、燃焼室で燃焼して排気流路３に排出された排ガスに残存するＯ２の量を調整することができる。つまり、吸気装置２ａは、ＮＳＲ４にＯ２を供給するＯ２供給部として機能する。
【0022】
エンジン２は、それぞれの気筒の燃焼室内に燃料を噴射する複数のインジェクタ２ｂを有している。インジェクタ２ｂは、ＥＣＵ１０によって設定された燃料の量（以下、単に噴射燃料量という）及び噴射時期で燃料を噴射することで、燃焼室内に燃料を供給する。各インジェクタ２ｂには、コモンレール（図示せず）が接続されている。コモンレールは、各インジェクタ２ｂに供給される高圧燃料を貯留する。インジェクタ２ｂの噴射燃料量は、ＥＣＵ１０によって制御される。
【0023】
インジェクタ２ｂは、燃料の噴射として、メイン噴射と、メイン噴射の前に微小の燃料を噴射するパイロット噴射と、メイン噴射の後に微小の燃料を噴射するアフター噴射と、アフター噴射の後に噴射するポスト噴射とを行うことができる。
【0024】
インジェクタ２ｂは、噴射燃料量を調整することで、排気流路３に排出された排ガス中の還元剤の量を調整することができる。つまり、インジェクタ２ｂは、ＮＳＲ４に還元剤を供給する還元剤供給部として機能する。
【0025】
エンジン２は、排気ガスの一部を排気再循環（ＥＧＲ）ガスとして燃焼室内に還流するためのＥＧＲ装置２ｃを有している。ＥＧＲ装置２ｃは、ＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲバルブ（図示せず）を含んでいる。ＥＧＲガスの還流量は、例えば、筒内新気量に対するＥＧＲガスの還流量の割合に相当するＥＧＲ率（以下、単にＥＧＲ量という）で表されてもよい。ＥＧＲ装置２ｃのＥＧＲ量は、ＥＧＲバルブを開閉するＥＧＲバルブ駆動部（図示せず）がＥＣＵ１０によって制御されることによって調整される。
【0026】
ＥＧＲ装置２ｃは、ＥＧＲ量を調整することで、燃焼室で燃焼して排気流路３に排出された排ガスに残存するＯ２の量を調整することができる。つまり、ＥＧＲ装置２ｃは、ＮＳＲ４にＯ２を供給するＯ２供給部として機能する。
【0027】
続いて、排気浄化装置１は、排気流路３のＮＳＲ４の上流側に設けられた上流温度センサ（流入ガス温度取得部）６と、排気流路３のＮＳＲ４の下流側に設けられた下流温度センサ７と、排気流路３のＤＰＦ５の下流側に設けられたＮＯｘセンサ８及び空燃比センサ（空燃比取得部）９と、各センサ６～９と接続されたＥＣＵ１０と、を備えている。
【0028】
上流温度センサ６は、ＮＳＲ４に流入する排気ガスの温度である上流温度（以下、流入ガス温度という）を検出（取得）する検出器である。上流温度センサ６は、検出した流入ガス温度の検出信号をＥＣＵ１０に送信する。下流温度センサ７は、ＮＳＲ４の下流側の排気ガスの温度（以下、単に下流温度という）を検出する検出器である。下流温度センサ７は、検出した下流温度の検出信号をＥＣＵ１０に送信する。
【0029】
ＮＯｘセンサ８は、ＤＰＦ５の下流側の排気ガスのＮＯｘ濃度である下流ＮＯｘ濃度を検出する検出器である。ＮＯｘセンサ８は、検出したＮＯｘ濃度の検出信号をＥＣＵ１０に送信する。空燃比センサ９は、ＤＰＦ５の下流側の排気ガスの空燃比を検出する検出器である。つまり、空燃比センサ９は、ＮＳＲ４の下流側の排気ガスの空燃比である下流空燃比を取得する。空燃比センサ９は、検出した下流空燃比の検出信号をＥＣＵ１０に送信する。
【0030】
ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ４の温度及び下流空燃比に基づいて、Ｏ２供給部及び還元剤供給部を制御する制御部である。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ［Central Processing Unit］、ＲＯＭ［Read Only Memory］、ＲＡＭ［Random Access Memory］、ＣＡＮ［Controller Area Network］通信回路等を有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。ＥＣＵ１０は、複数の電子制御ユニットから構成されていてもよい。
【0031】
ＥＣＵ１０は、機能的構成として、エンジン状態取得部１１と、触媒温度取得部１２と、排気ガス流量取得部１３と、比率取得部１４と、再生制御実行部１５と、空燃比制御部１６と、流入Ｏ２量調整部１７と、を有している。
【0032】
エンジン状態取得部１１は、エンジン状態を取得する。エンジン状態取得部１１は、例えば、アクセル開度センサ（図示せず）で検出されたアクセル開度、エアフローセンサ（図示せず）で検出された吸入空気量、及び、エンジン回転数センサ（図示せず）で検出されたエンジン２のエンジン回転数を、エンジン状態として取得する。エンジン状態取得部１１は、例えば、検出されたアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、エンジン２の要求トルクに応じた基本噴射燃料量をエンジン状態として取得する。エンジン状態取得部１１は、例えば、検出されたアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、基本噴射燃料量に対する筒内空燃比の補正のための筒内空燃比補正係数をエンジン状態として取得する。エンジン状態取得部１１は、例えば公知の手法により、エンジン回転数及び要求トルクなどに基づいて燃料噴射の噴射時期を算出してもよい。噴射時期とは、インジェクタ２ｂに燃料の噴射を開始させる時期を意味する。エンジン状態取得部１１は、ＮＳＲ４における排ガスの通過量、吸入空気量及び噴射燃料量に基づいて、ＮＳＲ４における硫黄分の推定堆積量を算出してもよい。推定堆積量は、例えば、噴射燃料量に基づいて算出される燃料消費量の時間積算値に、単位重量当たりの硫黄分の濃度を乗算することで算出されてもよい。推定堆積量は、後述の再生制御実行部１５により、ＮＳＲ４の再生が必要か否かを判断するために用いられる。エンジン状態取得部１１は、例えば、検出されたアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、再生制御を実行していない場合の基本ＥＧＲ量を算出する。エンジン状態取得部１１は、その他、噴射燃料量、筒内新気量、及びＥＧＲ量を補正するための環境パラメータ（例えば大気圧等）をエンジン状態として取得してもよい。
【0033】
触媒温度取得部１２は、ＮＳＲ４の温度Ｔを取得する。触媒温度取得部１２は、例えば、上流温度センサ６で検出した流入ガス温度と下流温度センサ７で検出した下流温度とエンジン状態とに基づいて、ＮＳＲ４の温度Ｔを推定する。触媒温度取得部１２は、公知の推定手法により、ＮＳＲ４の温度Ｔを推定することができる。なお、ＮＳＲ４の温度Ｔとは、ＮＳＲ４の床温のことである。
【0034】
ここでの触媒温度取得部１２は、温度Ｔの一例として、ＮＳＲ４の上段側の上段温度と、ＮＳＲ４の下段側の下段温度と、をＮＳＲ４の温度Ｔとして推定する。ＮＳＲ４の上段側とは、ＮＳＲ４における排気流路３の排気ガスの流れ方向上流側の部分を意味する。ＮＳＲ４の下段側とは、ＮＳＲ４における排気流路３の排気ガスの流れ方向下流側の部分を意味する。触媒温度取得部１２は、下段温度に代えて、あるいは下段温度に加えて、ＮＳＲ４の中段の中段温度を更に推定してもよい。ＮＳＲ４の中段とは、ＮＳＲ４における上段側と下段側との間の部分を意味する。
【0035】
排気ガス流量取得部１３は、ＮＳＲ４を流通する排気ガスの流量である排気ガス流量を取得する。排気ガス流量取得部１３は、例えば、吸入空気量に基づいて排気ガス流量を算出してもよい。排気ガス流量取得部１３は、吸入空気量を用いた公知の手法により、排気ガス流量を算出することができる。
【0036】
比率取得部１４は、ＮＳＲ４に流入する排気ガス中のＣＯとＨＣとの比率（以下、単にＣＯＨＣ比率という）を取得する。ＣＯＨＣ比率は、例えば、ＮＳＲ４に流入する排気ガス中のＣＯの濃度（ｇ／ｓ）をＮＳＲ４に流入する排気ガス中のＨＣの濃度（ｇ／ｓ）で除算した比率であってもよい。比率取得部１４は、例えば、筒内空燃比と筒内温度（燃焼温度）に応じて定まる燃焼特性（排気ガスの成分の特性）に応じて、ＣＯＨＣ比率を算出してもよい。
【0037】
具体的には、比率取得部１４は、エンジン回転数と基本噴射燃料量とに応じて規定されたマップを用いて、基本ＣＯＨＣ比率を算出する。基本ＣＯＨＣ比率は、基本噴射燃料量に応じた筒内空燃比の場合の筒内温度に応じたＣＯＨＣ比率を意味する。比率取得部１４は、例えば、筒内空燃比補正係数に応じて規定されたマップを用いて、基本ＣＯＨＣ比率に対する筒内空燃比の補正のためのＣＯＨＣ比率補正係数を算出する。比率取得部１４は、基本ＣＯＨＣ比率とＣＯＨＣ比率補正係数とを乗算することにより、ＣＯＨＣ比率を算出する。基本ＣＯＨＣ比率及びＣＯＨＣ比率補正係数は、例えばエンジン２の実機試験又はシミュレーション等により予め設定することができる。
【0038】
あるいは、比率取得部１４は、推定筒内温度と筒内空燃比とに応じて規定されたマップを用いて、ＣＯＨＣ比率を算出してもよい。この場合、比率取得部１４は、例えば、エンジン２の圧縮比、充填効率、吸気温度、水温等に基づいて、推定筒内温度を算出してもよい。比率取得部１４は、例えば、筒内空燃比として下流空燃比を用いてもよいし、吸入空気量、基本噴射燃料量、筒内空燃比補正係数等に基づいて筒内空燃比を推定してもよい。
【0039】
再生制御実行部１５は、ＮＳＲ４に還元剤を供給することでＮＳＲ４を再生する再生制御を実行する。再生制御実行部１５は、例えば、推定堆積量が所定の堆積量閾値を超えた場合に、再生制御を実行する。堆積量閾値は、再生制御を実行するか否かを判定するための推定堆積量の閾値である。堆積量閾値は、例えば、要求される排気ガス浄化能力の要件等によって設定される。
【0040】
再生制御では、例えば、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度以上となるように、Ｏ２供給部及び還元剤供給部としてのエンジン２が制御される。目標温度は、再生制御中におけるＮＳＲ４の温度Ｔの目標値である。目標温度は、ＮＳＲ４の再生活性温度範囲内において予め設定された温度Ｔ１とすることができる。再生活性温度範囲は、再生制御においてＮＳＲ４の再生を好適に進行させることができるＮＳＲ４の温度Ｔの範囲を意味する。温度Ｔ１は、再生活性温度範囲の下限温度（例えば６４０℃）であってもよい。温度Ｔ１は、時間的に変化してもよく、例えば再生制御の開始からの経過時間に応じて段階的に変化してもよい。
【0041】
再生制御実行部１５は、例えば、再生制御の実行中にＮＳＲ４のＳ被毒量を推定し、推定したＳ被毒量が所定の閾値を下回った場合に、再生制御を終了する。再生制御実行部１５は、例えば、ＮＳＲ４の温度Ｔと下流空燃比とを引数とするマップ等に基づいて、Ｓ被毒量を推定することができる。なお、再生制御実行部１５は、再生制御の実行時間が所定の時間閾値に達した場合、再生制御を終了してもよい。
【0042】
空燃比制御部１６は、例えば、空燃比センサ９からの検出信号に基づいて、下流空燃比を取得する。空燃比制御部１６は、再生制御中における下流空燃比の目標値である目標空燃比を設定する。目標空燃比は、再生制御における排気ガスを、ＮＳＲ４の再生を好適に進行させることができる還元雰囲気にするための下流空燃比の目標値である。目標空燃比は、再生制御を実行していない場合の下流空燃比よりもリッチ側の空燃比となるように予め設定されている。目標空燃比は、例えばエンジン２の仕様及びＮＳＲ４の仕様等に応じて設定されている。目標空燃比としては、特に限定されないが、例えば１５以下のＡ／Ｆ（空燃比）とすることができる。目標空燃比は、例えば、再生制御中において略一定とされる。
【0043】
目標空燃比の一例として、図６に示されるように、空燃比制御部１６は、再生制御中の目標空燃比をＡＦ２に設定してもよい。図６は、排気浄化装置１の動作例を示すタイミングチャートである。図６において、横軸は時間を示しており、実線にて下流空燃比が示されている。右縦軸は下流空燃比のＡ／Ｆを示しており、左縦軸はＮＳＲ４からのＳＯｘ放出量を示している（ＳＯｘ放出量については後述）。図６の例では、時刻ｔ１において再生制御が開始されている。空燃比制御部１６は、再生制御中の目標空燃比のＡＦ２を、再生制御を実行していない場合の空燃比のＡＦ１よりもリッチ側の空燃比に設定する。
【0044】
なお、空燃比制御部１６は、例えば、エンジン２がアイドリング中の場合には、目標空燃比を更にリッチ側に所定値だけ補正してもよい。所定値は、例えば、アイドリング中におけるエンジン２の燃焼の安定性に応じて設定することができる。また、所定値は、排気ガス流量が小さいほど大きい値であってもよい。
【0045】
空燃比制御部１６は、例えば、下流空燃比が目標空燃比となるようにインジェクタ２ｂを制御する。空燃比制御部１６は、インジェクタ２ｂの制御として、例えば出力トルクに対する寄与が小さいポスト噴射の噴射燃料量を調整することで、下流空燃比を調整してもよい。空燃比制御部１６は、空燃比センサ９で検出された下流空燃比に基づいて、目標空燃比を目標値とする燃料のフィードバック制御を行うことで、下流空燃比が目標空燃比となるようにポスト噴射の噴射燃料量を制御してもよい。燃料のフィードバック制御としては、公知の手法を用いることができる。
【0046】
流入Ｏ２量調整部１７は、再生制御中におけるＮＳＲ４の目標温度を設定すると共に、ＮＳＲ４の温度Ｔと目標温度とに基づいて、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度となるようにＮＳＲ４に流入する排気ガス中のＯ２量を調整する。Ｏ２量とは、ＮＳＲ４の温度Ｔの上昇のためにＮＳＲ４における還元剤の酸化反応に供されるＯ２の量を意味する。Ｏ２量は、排気ガス中に含まれるＯ２の濃度で表され、例えば、排気ガス中に含まれるＯ２の質量流量（ｇ／ｓｅｃ）であってもよい。
【0047】
より具体的には、流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、再生制御中において目標温度と流入ガス温度と排気ガス流量とに基づいて、温度偏差を算出すると共に、Ｏ２量の目標値である目標Ｏ２量を算出する。流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、上流温度センサ６からの検出信号に基づいて、流入ガス温度を取得する。流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、下記の式（１）～式（３）を用いて、基本目標Ｏ２量を算出する。基本目標Ｏ２量は、例えばＣＯＨＣ比率が０の場合（つまり排気ガス中にＣＯが含まれていない場合）にＮＳＲ４に流入させるＯ２量の目標値である。目標Ｏ２量は、ＣＯＨＣ比率に応じたＯ２量の目標値である。
基本目標Ｏ２量＝排気ガス流量×比熱×温度偏差×係数Ｋ／発熱量・・（１）
係数Ｋ ＝Ｏ２分子量／還元剤分子量 ・・（２）
目標Ｏ２量 ＝基本目標Ｏ２量×補正係数 ・・（３）
基本目標Ｏ２量＝排気ガス流量×比熱×温度偏差×係数Ｋ／発熱量・・（１）
係数Ｋ ＝Ｏ２分子量／還元剤分子量 ・・（２）
目標Ｏ２量 ＝基本目標Ｏ２量×補正係数 ・・（３）
【0048】
式（１）において、「排気ガス流量」は、排気ガス流量取得部１３で取得した排気ガス流量である。「比熱」は、排気ガスの比熱であり、例えば再生制御中において代表的な所定成分を有する排気ガスの比熱である。代表的な所定成分とは、例えば下流空燃比が目標空燃比となっており上述のＥＧＲ量の減量をしていない場合の排気ガスの成分とすることができる。「温度偏差」は、流入ガス温度と目標温度との偏差であり、流入ガス温度が目標温度よりも低い場合に正の値となる。「発熱量」は、ＮＳＲ４における還元剤の発熱量であり、例えば排気ガス中のＨＣの単位質量当たりの燃焼熱を用いることができる。排気ガス中のＨＣの燃焼熱としては、例えば、予め選定された化合物の値で代表させてもよいし、燃料中のＨＣ成分の組成に応じた平均値を用いてもよい。「発熱量」は、例えば、燃料の性状等に応じて、排気ガス中のＣＯの単位質量当たりの燃焼熱が考慮されていてもよい。
【0049】
式（２）において、「Ｏ２分子量」は、排気ガス中のＯ２の分子量である。「還元剤分子量」は、排気ガス中のＨＣ及びＣＯの分子量である。排気ガス中のＨＣ及びＣＯの分子量としては、例えば、予め選定した化合物の分子量で代表させてもよいし、燃料中のＨＣ成分の組成に応じた平均分子量を用いてもよい。「Ｏ２分子量」及び「還元剤分子量」には、特に係数が付されていないが、還元剤の酸化反応における反応モル比に応じた係数が乗算されてもよし、予め適合試験により決定された係数が乗算されてもよい。
【0050】
式（１）及び（２）において、「比熱」、「目標温度」、「発熱量」、「Ｏ２分子量」、及び「還元剤分子量」については、例えばＥＣＵ１０のＲＯＭ等に予め記憶されたパラメータであってもよい。
【0051】
流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、ＣＯＨＣ比率が大きくなるに従ってＯ２量が大きくなるように、Ｏ２量を調整する。ここでの流入Ｏ２量調整部１７は、例えば図２に示されるように、ＣＯＨＣ比率に基づいて、基本目標Ｏ２量を補正するための補正係数を算出してもよい。図２は、ＣＯＨＣ比率と補正係数との関係の一例を示す図である。図２において、横軸はＣＯＨＣ比率を示しており、縦軸は補正係数を示している。補正係数は、正の値であり、例えばＣＯＨＣ比率が０の場合（つまり排気ガス中にＣＯが含まれていない場合）、「１」となる。補正係数は、ＣＯＨＣ比率が大きくなるに従って「１」よりも大きくなる。したがって、流入Ｏ２量調整部１７は、上記式（３）のように基本目標Ｏ２量に補正係数を乗算することにより、ＣＯＨＣ比率が大きくなるに従ってＯ２量が大きくなるように、目標Ｏ２量を算出する。
【0052】
流入Ｏ２量調整部１７は、再生制御中にＮＳＲ４に流入する排気ガス中のＯ２量が、算出した目標Ｏ２量となるように、Ｏ２量を調整する。流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、再生制御におけるＯ２量が目標Ｏ２量となるようにＥＧＲ装置２ｃを制御することで、Ｏ２量を調整する。より詳しくは、流入Ｏ２量調整部１７は、吸入空気量とＥＧＲ量（ＥＧＲ率）と筒内への燃料噴射量と推定燃焼燃料量とに基づいて、再生制御における筒内の実Ｏ２量を算出してもよい。推定燃焼燃料量は、筒内へ噴射された燃料噴射量のうち燃焼したと推定される燃料量を意味する。推定燃焼燃料量は、例えば、推定筒内温度（上述）及び推定筒内圧力を引数とするマップ等に基づいて算出することができる。この場合、流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、エンジン状態取得部１１で算出された噴射時期、エンジン２の圧縮比、充填効率、吸気温度、水温等に基づいて、推定筒内圧力を算出してもよい。なお、例えばＮＳＲ４に温度センサが設けられている場合、当該温度センサの検出結果に基づいて、実際のＮＳＲ４の温度変化に応じて推定燃焼燃料量の算出に係るパラメータの学習が行われてもよい。流入Ｏ２量調整部１７は、実Ｏ２量が目標Ｏ２量となるように、ＥＧＲ装置２ｃの制御量（例えばＥＧＲバルブの開度又はＥＧＲバルブ駆動部の駆動量）を調整し、ＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を調整してもよい。
【0053】
流入Ｏ２量調整部１７は、再生制御中においてＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度よりも低い場合、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度以上である場合と比べて、エンジン２におけるＥＧＲ量を減量させるようにＥＧＲ装置２ｃを制御する。一例として、エンジン２の運転条件を同一とした場合に、再生制御中においてＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度以上であるときのＥＧＲ量としては、再生制御を実行していないときの基本ＥＧＲ量が用いられてもよい。この場合、流入Ｏ２量調整部１７は、再生制御中においてＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度よりも低い場合、ＥＧＲ量が基本ＥＧＲ量よりも減量されるように、ＥＧＲ装置２ｃを制御してもよい。これにより、筒内のＥＧＲ量の減量に応じて筒内新気量が増加するため、ＮＳＲ４に流入する排気ガス中のＯ２量が増加する。その結果、ＮＳＲ４において酸化発熱が増加することで、ＮＳＲ４の温度Ｔが上昇する。
【0054】
なお、流入Ｏ２量調整部１７は、再生制御中において、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度以上である場合、ＥＧＲ量を基本ＥＧＲ量に戻すようにＥＧＲ装置２ｃを制御してもよい（ＥＧＲ量の減量の解除）。
【0055】
［ＥＣＵ１０による演算処理の一例］
次に、ＥＣＵ１０による演算処理の一例について説明する。図３は、触媒温度の制御処理を例示するフローチャートである。図３に示される処理は、例えば、再生制御中において、所定の演算周期ごとに繰り返し実行される。
次に、ＥＣＵ１０による演算処理の一例について説明する。図３は、触媒温度の制御処理を例示するフローチャートである。図３に示される処理は、例えば、再生制御中において、所定の演算周期ごとに繰り返し実行される。
【0056】
図３に示されるように、ＥＣＵ１０は、Ｓ０１において、エンジン状態取得部１１により、エンジン状態の取得を行う。エンジン状態取得部１１は、例えば、吸入空気量、エンジン回転数、基本噴射燃料量、筒内空燃比補正係数、推定堆積量、及び基本ＥＧＲ量をエンジン状態として取得する。
【0057】
Ｓ０２において、ＥＣＵ１０は、流入Ｏ２量調整部１７により、目標温度の設定を行う。流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、再生活性温度範囲の下限温度に目標温度を設定する。Ｓ０３において、ＥＣＵ１０は、空燃比制御部１６により、目標空燃比の設定を行う。空燃比制御部１６は、例えば、再生制御を実行していない場合の下流空燃比よりもリッチ側の空燃比となるように目標空燃比を設定する。Ｓ０４において、ＥＣＵ１０は、空燃比制御部１６により、下流空燃比の調整を行う。空燃比制御部１６は、空燃比制御部１６は、例えばポスト噴射の噴射燃料量を調整することで、空燃比センサ９からの検出信号に基づいて取得される下流空燃比を調整する。
【0058】
Ｓ０５において、ＥＣＵ１０は、主として流入Ｏ２量調整部１７により、目標Ｏ２量の算出を行う。具体的には、ＥＣＵ１０は、図４の処理を行う。図４は、図３の目標Ｏ２量の算出処理を例示するフローチャートである。
【0059】
図４に示されるように、Ｓ１１において、ＥＣＵ１０は、流入Ｏ２量調整部１７により、流入ガス温度の取得を行う。流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、上流温度センサ６からの検出信号に基づいて、流入ガス温度を取得する。Ｓ１２において、ＥＣＵ１０は、排気ガス流量取得部１３により、排気ガス流量の取得を行う。排気ガス流量取得部１３は、例えば、吸入空気量に基づいて排気ガス流量を算出する。Ｓ１３において、ＥＣＵ１０は、流入Ｏ２量調整部１７により、温度偏差の算出を行う。流入Ｏ２量調整部１７は、流入ガス温度と目標温度とに基づいて、温度偏差を算出する。Ｓ１４において、ＥＣＵ１０は、流入Ｏ２量調整部１７により、基本目標Ｏ２量の算出を行う。流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、上記の式（１）及び式（２）を用いて、基本目標Ｏ２量を算出する。
【0060】
Ｓ１５において、ＥＣＵ１０は、比率取得部１４により、ＣＯＨＣ比率の取得を行う。比率取得部１４は、例えば、エンジン回転数と基本噴射燃料量とに応じて規定されたマップ及び筒内空燃比補正係数に応じて規定されたマップを用いて算出された基本ＣＯＨＣ比率とＣＯＨＣ比率補正係数とを乗算することにより、ＣＯＨＣ比率を算出する。Ｓ１６において、ＥＣＵ１０は、流入Ｏ２量調整部１７により、基本目標Ｏ２量を補正するための補正係数の算出を行う。流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、ＣＯＨＣ比率に基づいて補正係数を算出する。Ｓ１７において、ＥＣＵ１０は、流入Ｏ２量調整部１７により、目標Ｏ２量の算出を行う。流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、上記の式（３）を用いて、目標Ｏ２量を算出する。その後、ＥＣＵ１０は、図４の処理を終了し、図３のＳ０６に移行する。
【0061】
【0062】
図５に示されるように、ＥＣＵ１０は、Ｓ２１において、触媒温度取得部１２及び流入Ｏ２量調整部１７により、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度よりも低いか否かの判定を行う。触媒温度取得部１２は、例えば、上流温度センサ６で検出した流入ガス温度と下流温度センサ７で検出した下流温度とエンジン状態とに基づいて、ＮＳＲ４の温度Ｔ（例えばＮＳＲ４の上段温度）を推定する。流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、触媒温度取得部１２で推定したＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度よりも低いか否かを判定する。
【0063】
ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度よりも低いと流入Ｏ２量調整部１７により判定された場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ２２において、流入Ｏ２量調整部１７により、ＥＧＲ量の減量を行う。流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、ＥＧＲ量が基本ＥＧＲ量よりも減量されるように、ＥＧＲ装置２ｃを制御する。その後、ＥＣＵ１０は、図５の処理を終了すると共に、図３の処理を終了する。
【0064】
一方、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度以上であると流入Ｏ２量調整部１７により判定された場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ２３において、流入Ｏ２量調整部１７により、ＥＧＲ量の減量の解除を行う。流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、ＥＧＲ量を基本ＥＧＲ量に戻すように、ＥＧＲ装置２ｃを制御する。その後、ＥＣＵ１０は、図５の処理を終了すると共に、図３の処理を終了する。
【0065】
［排気浄化装置１の動作例］
以上説明した排気浄化装置１により、一例として、図７に示されるように、ＮＳＲ４の温度Ｔが推移する。図７は、図６の動作例における触媒温度を示すタイミングチャートである。図７において、横軸は時間であり、縦軸はＮＳＲ４の温度Ｔである。図７では、実線にてＮＳＲ４の上段温度が示されており、破線にてＮＳＲ４の下段温度が示されている。
以上説明した排気浄化装置１により、一例として、図７に示されるように、ＮＳＲ４の温度Ｔが推移する。図７は、図６の動作例における触媒温度を示すタイミングチャートである。図７において、横軸は時間であり、縦軸はＮＳＲ４の温度Ｔである。図７では、実線にてＮＳＲ４の上段温度が示されており、破線にてＮＳＲ４の下段温度が示されている。
【0066】
図７の例では、時刻ｔ１において再生制御が開始されると共に、下流空燃比が目標空燃比となるように空燃比制御部１６によってインジェクタ２ｂが制御される。これにより、下流空燃比は目標空燃比のＡＦ２付近に維持される（図６参照）。時刻ｔ１においてＮＳＲ４の上段温度が目標温度の温度Ｔ１（６４０℃）未満となっているため、流入Ｏ２量調整部１７によるＥＧＲ量の減量が実行される。これにより、ＮＳＲ４において酸化発熱が増加するため、ＮＳＲ４の温度Ｔが上昇することとなる（図７のｔ１～ｔ２）。図７の時刻ｔ２において、ＮＳＲ４の温度Ｔが約６４０℃となり、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度以上となったため、上述のＥＧＲ量の減量が解除される。なお、排気浄化装置１での目標空燃比（図６のＡＦ２）は、従来の手法の空燃比のリッチ（図８のＡＦ０）よりも、リッチ側であってもよい。
【0067】
ここで、従来の手法を図８及び図９に示す。図８は、従来の排気浄化装置の動作例を示すタイミングチャートである。図８において、横軸は時間を示しており、実線にて下流空燃比が示されている。右縦軸は下流空燃比のＡ／Ｆを示しており、左縦軸は触媒からのＳＯｘ放出量を示している。図９は、図８の動作例における触媒温度を示すタイミングチャートである。図９において、横軸は時間であり、縦軸は触媒の温度である。図９では、実線にて触媒の上段温度が示されており、破線にて触媒の下段温度が示されている。
【0068】
図８に示されるように、従来の手法の場合、再生制御におけるリッチ空燃比により、触媒の目標温度に対して過剰な発熱が生じる場合がある。そのため、触媒でのエネルギーバランスをとるために、空燃比がリッチとリーンとに交互に繰り返される。従来の手法におけるリーンとは、例えばＡ／Ｆが２０以上である。このように空燃比を変化させると、図９に示されるように、触媒に流入する排気ガス中のＯ２量が大きく変化してしまい、触媒温度が大きく周期的に変化するため、触媒の再生に適した温度となるように触媒の温度を調整することが難しい。
【0069】
特に、触媒の前段側では、後段側に比べて触媒温度の変化の振幅が大きい傾向があることから、触媒の前段側の温度が下がり過ぎて触媒の再生に必要な触媒温度（図９の例では、約６４０℃）よりも低くなり易い。その結果、触媒からのＳＯｘ放出量（図８の破線）は、触媒温度が周期的に低下するのに応じて周期的に減少してしまう。換言すれば、触媒の前段側と後段側との温度バラツキが大きくなってしまうことにより、触媒全体としての再生効率が低下し、触媒を十分に再生するためにより多くの時間を要してしまう。
【0070】
この点、排気浄化装置１によれば、図７に示されるように、ＮＳＲ４の温度Ｔが上昇される。また、再生制御における目標空燃比がリッチとリーンとに交互に繰り返されないため（図６参照）、図７のＮＳＲ４の温度Ｔは、一定の振幅をもって周期的に変化するのではなく、安定的に目標温度以上の状態が継続するように推移する。その結果、ＮＳＲ４においてＳＯｘの還元反応を連続的に生じさせることができるため、ＳＯｘをＮＳＲ４から効率良く離脱させることが可能となる。例えば、あるピーク値まで単調に増加し、ピーク値以降は一次遅れの減衰曲線のように推移するようなＳＯｘ放出量（図６の破線）を実現可能となる。
【0071】
［排気浄化装置１の作用効果］
以上説明した排気浄化装置１では、空燃比制御部１６により、再生制御中における下流空燃比が目標空燃比となるようにインジェクタ２ｂが制御される。例えば下流空燃比が還元雰囲気となっている場合、ＮＳＲ４での発熱反応の量が排気ガス中のＯ２量に支配される。そのため、Ｏ２量の調整によりＮＳＲ４での発熱量を調整することができる。よって、流入Ｏ２量調整部１７により、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度となるようにＮＳＲ４に流入する排気ガス中のＯ２量を調整することで、ＮＳＲ４での発熱量を調整することができる。その結果、例えば排気ガスの空燃比のリッチとリーンとが交互に繰り返される場合と比較して、ＮＳＲ４の温度変動を抑えつつ、再生制御におけるＮＳＲ４の温度Ｔを適切に調整することができる。また、ＥＧＲ装置２ｃを用いて、排気ガス中のＯ２量を容易に調整することができる。
以上説明した排気浄化装置１では、空燃比制御部１６により、再生制御中における下流空燃比が目標空燃比となるようにインジェクタ２ｂが制御される。例えば下流空燃比が還元雰囲気となっている場合、ＮＳＲ４での発熱反応の量が排気ガス中のＯ２量に支配される。そのため、Ｏ２量の調整によりＮＳＲ４での発熱量を調整することができる。よって、流入Ｏ２量調整部１７により、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度となるようにＮＳＲ４に流入する排気ガス中のＯ２量を調整することで、ＮＳＲ４での発熱量を調整することができる。その結果、例えば排気ガスの空燃比のリッチとリーンとが交互に繰り返される場合と比較して、ＮＳＲ４の温度変動を抑えつつ、再生制御におけるＮＳＲ４の温度Ｔを適切に調整することができる。また、ＥＧＲ装置２ｃを用いて、排気ガス中のＯ２量を容易に調整することができる。
【0072】
また、ＣＯの発熱量がＨＣの発熱量よりも小さいため、例えば一定の発熱量をＮＳＲ４で生じさせるためには、排気ガス中のＣＯとＨＣとの比率が大きくなるほどＣＯと反応させるＯ２量が大きくなる。したがって、排気浄化装置１では、ＣＯとＨＣとの比率が大きくなるに従ってＯ２量が大きくなるように、流入Ｏ２量調整部１７によってＯ２量を調整することで、再生制御におけるＮＳＲ４の温度Ｔをより適切に調整することができる。
【0073】
排気浄化装置１は、ＮＳＲ４に流入する排気ガスの温度である流入ガス温度を取得する上流温度センサ６と、ＮＳＲ４を流通する排気ガスの流量である排気ガス流量を取得する排気ガス流量取得部１３と、を更に備えている。流入Ｏ２量調整部１７は、目標温度と流入ガス温度と排気ガス流量とに基づいてＯ２量の目標値である目標Ｏ２量を算出し、Ｏ２量が目標Ｏ２量となるようにＯ２量を調整させる。これにより、目標温度と流入ガス温度と排気ガス流量とに基づいて算出した目標Ｏ２量を、例えば見込み制御量として用いることで、Ｏ２量の調整の制御性を向上させることができる。
【0074】
なお、排気浄化装置１では、ＮＳＲ４全体としての再生効率の向上が可能となるため、ＮＳＲ４の再生時間の短縮化を図ることができる。なお、再生制御の時間を短縮できる結果、ＮＳＲ４の温度Ｔが高い状態の時間を抑制（熱履歴の増加を抑制）できるため、ＮＳＲ４に担持された貴金属の劣化（シンタリング）を抑制することができる。
【0075】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。
【0076】
上記実施形態では、流入Ｏ２量調整部１７は、Ｏ２量を調整するためにＥＧＲ装置２ｃを制御したが、インジェクタ２ｂを制御することでＯ２量を調整してもよい。例えば、流入Ｏ２量調整部１７は、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度よりも低い場合、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度以上である場合と比べて、噴射時期を遅角させてもよい。この場合、空燃比制御部１６は、遅角させた噴射時期として、エンジン２の膨張行程で燃料が燃焼する噴射時期でポスト噴射を行うようにインジェクタ２ｂを制御する。エンジン２の膨張行程で燃料が燃焼する噴射時期とは、具体的には、図１０に示されるように、ＴＤＣ（上死点）よりも遅角側の噴射時期であって、流入ガス温度が極大値を取るような噴射時期よりも進角側の噴射時期を意味する。このような噴射時期の範囲内においては、エンジン２の膨張行程で燃料が燃焼するため、噴射時期を遅角させるほど、流入ガス温度が上昇する。
【0077】
当該変形例において図３のＳ０６に対応するＯ２量の調整処理について詳述する。図１１は、図３のＯ２量の調整処理を例示するフローチャートである。図１１に示されるように、ＥＣＵ１０は、Ｓ３１において、触媒温度取得部１２及び流入Ｏ２量調整部１７により、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度よりも低いか否かの判定を行う。流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、触媒温度取得部１２で推定したＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度よりも低いか否かを判定する。
【0078】
ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度よりも低いと流入Ｏ２量調整部１７により判定された場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ３２において、流入Ｏ２量調整部１７により、噴射時期の遅角を行う。流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度以上である場合の噴射時期よりも遅角側の噴射時期でポスト噴射するように、インジェクタ２ｂを制御する。その後、ＥＣＵ１０は、図１１の処理を終了すると共に、図３の処理を終了する。
【0079】
一方、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度以上であると流入Ｏ２量調整部１７により判定された場合（Ｓ３１：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ３３において、流入Ｏ２量調整部１７により、噴射時期の遅角の解除（遅角させていた噴射時期の進角）を行う。流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、ポスト噴射の噴射時期をＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度以上である場合の噴射時期に戻すように、インジェクタ２ｂを制御する。その後、ＥＣＵ１０は、図１１の処理を終了すると共に、図３の処理を終了する。
【0080】
このような噴射時期の遅角によるＯ２量の調整では、噴射時期を遅角させた燃料が膨張行程で燃焼することにより、流入ガス温度（排気温度）が上昇する。そのため、ＮＳＲ４での酸化反応の発熱量が小さくて済むため、ＮＳＲ４で反応させる排気ガス中のＯ２量を低減することができる。なお、当該インジェクタ２ｂの制御をＯ２供給部の制御と併用してＯ２量を調整してもよいし、併用しなくてもよい。
【0081】
なお、流入Ｏ２量調整部１７は、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度よりも低い場合、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度以上である場合と比べて、噴射燃料量を低減させてもよい。この場合、図１２に示されるように、噴射燃料量（筒内噴射量）が低減されるほど筒内での燃焼に供される筒内新気量が低減されるため、残存するＯ２量（Ｏ２濃度）が増加する。この場合、空燃比制御部１６は、下流空燃比が目標空燃比となるように、エンジン２の膨張行程で燃焼しない燃料を追加で噴射するようにインジェクタ２ｂを制御してもよい。
【0082】
上記実施形態では、Ｏ２量を調整するためにＥＧＲ装置２ｃを制御したが、ＥＧＲ装置２ｃに代えて、あるいはＥＧＲ装置２ｃと共に、吸気装置２ａを制御することでＯ２量を調整してもよい。例えば、流入Ｏ２量調整部１７は、再生制御中においてＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度よりも低い場合、ＮＳＲ４の温度Ｔが目標温度以上である場合と比べて、筒内新気量を増加させるように吸気装置２ａを制御してもよい。なお、Ｏ２量を変更できるものであれば、その他の構成をＯ２供給部として機能させてもよい。例えば、可変バルブタイミング機構、可変バルブリフト機構、排気流路３に設けられた２次エア装置、等をＯ２供給部として機能させてもよい。
【0083】
上記実施形態では、流入Ｏ２量調整部１７は、比率取得部１４によって算出されたＣＯＨＣ比率を用いて、ＣＯＨＣ比率が大きくなるに従ってＯ２量が大きくなるように、Ｏ２量を調整したが、これに限定されない。流入Ｏ２量調整部１７は、ＣＯＨＣ比率を用いる場合、必ずしもＣＯＨＣ比率が大きくなるに従ってＯ２量を大きくしなくてもよい。例えば、ＣＯＨＣ比率は、上記実施形態の例の逆数であってもよい。具体的には、ＣＯＨＣ比率は、ＮＳＲ４に流入する排気ガス中のＨＣの濃度（ｇ／ｓ）をＮＳＲ４に流入する排気ガス中のＣＯの濃度（ｇ／ｓ）で除算した比率であってもよい。この場合、流入Ｏ２量調整部１７は、ＣＯＨＣ比率が小さくなるに従ってＯ２量が大きくなるように、Ｏ２量を調整してもよい。あるいは、ＣＯＨＣ比率の分子又は分母には、ＨＣの濃度又はＣＯの濃度とは別のパラメータ（例えば補正係数、比例定数など）が含まれていてもよい。なお、流入Ｏ２量調整部１７は、ＣＯＨＣ比率を用いることなくＯ２量を調整してもよい。
【0084】
上記実施形態では、流入Ｏ２量調整部１７は、目標Ｏ２量を算出し、算出した目標Ｏ２量となるようにＯ２量を調整したが、必ずしも目標Ｏ２量を算出しなくてもよい。この場合、流入Ｏ２量調整部１７は、例えば、流入ガス温度と目標温度との温度偏差に応じた制御量が予め記憶されたパラメータ又はマップ等に基づいて吸気装置２ａ、ＥＧＲ装置２ｃ、インジェクタ２ｂ等を制御することにより、Ｏ２量を調整してもよい。
【0085】
上記実施形態では、流入ガス温度取得部として上流温度センサ６を例示したが、流入ガス温度取得部としてＥＣＵ１０における推定処理を用いて流入ガス温度を取得してもよい。
【0086】
上記実施形態では、空燃比取得部として空燃比センサ９を例示したが、空燃比取得部としてＥＣＵ１０における推定処理を用いて推定下流空燃比を取得してもよい。
【0087】
上記実施形態では、エンジン２のインジェクタ２ｂが還元剤供給部として機能したが、例えば、還元剤供給部として機能する添加弁が排気流路３に配設されていてもよい。この場合、筒内の燃焼状態の変化を抑えつつ、ＮＳＲ４に還元剤を供給することができるため、例えばアイドリング中などにおいて有利となる。また、還元剤として燃料の供給に代えて、ＣＯ及びＨ２等を供給してもよい。また、Ｏ２量を調整するためのインジェクタ２ｂの燃料噴射としてポスト噴射を例示したが、これに限定されない。
【0088】
上記実施形態では、流入Ｏ２量調整部１７によってＣＯＨＣ比率に基づいて目標Ｏ２量を算出する処理をフィードフォワードで実行したが、フィードバックで実行してもよい。例えば、下流温度センサ７で検出した下流温度と目標温度との偏差に基づいて、比率取得部１４で算出したＣＯＨＣ比率とＮＳＲ４に流入する排気ガスの実際のＣＯＨＣ比率とのズレを補償するように、比率取得部１４で算出したＣＯＨＣ比率を補正してもよい。この場合、例えば、下流温度が目標温度よりも所定温度以上高い場合には、実際のＣＯＨＣ比率の方が比率取得部１４で算出したＣＯＨＣ比率よりも小さいとして、目標Ｏ２量を算出する処理に用いるＣＯＨＣ比率を、比率取得部１４で算出したＣＯＨＣ比率よりも小さくしてもよい。これにより、Ｏ２量の調整の制御性を一層向上させることができる。
【0089】
上記実施形態では、再生制御実行部１５は、推定堆積量が所定の堆積量閾値を超えた場合に、再生制御を実行したが、例えばＮＯｘセンサ８のセンサ値を用いた公知の手法により、再生制御を実行するか否かを判定してもよい。
【0090】
上記実施形態では、ＮＳＲ４の上流に他の触媒が設けられていないが、例えばＮＳＲ４の上流にＤＯＣ［Diesel Oxidation Catalyst］が設けられていてもよい。この場合、上流温度センサ６は、ＤＯＣの上流に設けられればよい。また、ＤＯＣでの発熱及びＤＯＣからＮＳＲ４までの放熱の影響を考慮してもよく、公知の手法を用いて補正することができる。
【0091】
上記実施形態では、触媒温度取得部１２は、ＮＳＲ４の温度Ｔを推定により取得したが、例えばＮＳＲ４の担体に設けられた温度センサを用いて、ＮＳＲ４の温度を直接的に取得してもよい。
【0092】
上記実施形態では、ＮＳＲ４の温度ＴとしてＮＳＲ４の上段温度を用いたが、これに限定されない。ＮＳＲ４の温度Ｔとして、中段温度又は下段温度を用いてもよいし、上段温度、中段温度及び下段温度の少なくとも２つの平均値を用いてもよい。平均値は、上段温度、中段温度及び下段温度の重み付けを考慮してもよい。
【0093】
上記実施形態では、エンジン２はディーゼルエンジンであったが、例えばガソリンエンジン等、その他の内燃機関であってもよい。
【符号の説明】
【0094】
１…排気浄化装置、２…エンジン（内燃機関）、２ｂ…インジェクタ（還元剤供給部）、２ｃ…ＥＧＲ装置、３…排気流路、４…ＮＳＲ（触媒）、６…上流温度センサ（流入ガス温度取得部）、９…空燃比センサ（空燃比取得部）、１０…ＥＣＵ、１１…エンジン状態取得部、１２…触媒温度取得部、１３…排気ガス流量取得部、１４…比率取得部、１６…空燃比制御部、１７…流入Ｏ２量調整部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】