(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーン運転が可能な内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＳＲ触媒）と、
前記ＮＳＲ触媒の下流に配置されたＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ）と、
リーン運転中の所定のタイミングでリッチスパイクを実行するリッチスパイク手段と、を備え、
前記リッチスパイク手段は、
前記リッチスパイク中の排気空燃比を第１のリッチ空燃比から第２のリッチ空燃比へと切り替える第１の２段階リッチスパイクと、前記リッチスパイク中の排気空燃比を前記第１のリッチ空燃比から所定のリーン期間を挟んで前記第２のリッチ空燃比へと切り替える第２の２段階リッチスパイクと、を択一的に選択して実行可能に構成され、
前記ＮＳＲ触媒および／または前記ＳＣＲの床温が各触媒の所定の基準値よりも高い場合には前記第１の２段階リッチスパイクを選択し、前記基準値以下の場合には前記第２の２段階リッチスパイクを選択することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記第２のリッチ空燃比は、前記第１のリッチ空燃比よりもリーンなスライトリッチ空燃比であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＮＳＲ触媒は、ＯＳＣ材をその内部に含み、
前記所定のリーン期間は、前記ＮＳＲ触媒の内部の排気ガスがリッチからリーンへ置換されるまでの期間であることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
リーン運転が可能な内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＳＲ触媒）と、
前記ＮＳＲ触媒の下流に配置されたＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ）と、
リーン運転中の所定のタイミングでリッチスパイクを実行するリッチスパイク手段と、を備え、
前記リッチスパイク手段は、前記リッチスパイク中の排気空燃比を第１のリッチ空燃比から所定のリーン期間を挟んで第２のリッチ空燃比へと切り替える２段階のリッチスパイクを実行し、
前記ＮＳＲ触媒は、ＯＳＣ材をその内部に含み、
前記所定のリーン期間は、前記ＮＳＲ触媒の内部の排気ガスがリッチからリーンへ置換されるまでの期間であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒とＮＯｘ選択還元触媒とを備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば日本特開２００８−３０３７５９号公報に開示されるように、三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と称する）、およびＮＯｘ選択還元触媒（以下、「ＳＣＲ」と称する）が、内燃機関の排気通路の上流側からこの順序で配置されたシステムが知られている。ＮＳＲ触媒は、内燃機関から排出される燃焼ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒内部に吸蔵する吸蔵機能と、ＮＯｘおよび炭化水素（ＨＣ）等を浄化処理する触媒機能と、を備えた触媒である。内燃機関がリーン空燃比で運転（リーン運転）されると、ＮＯｘを多量に含む排気ガスが排出される。ＮＳＲ触媒は、このＮＯｘをその内部に吸蔵保持して、該ＮＯｘが触媒下流へ放出される事態を抑制する。
【０００３】
リーン運転中は、時間の経過に伴ってＮＳＲ触媒内のＮＯｘ吸蔵保持量が増加する。そこで、上記従来のシステムでは、該ＮＳＲ触媒内のＮＯｘ吸蔵保持量が所定の吸蔵容量に近づいた地点で、内燃機関の排気空燃比を一時的にリッチにするリッチスパイク制御が実行される。これにより、該ＮＳＲ触媒内に吸蔵保持されていたＮＯｘが浄化される。
【０００４】
また、リッチスパイク制御が実行されると、三元触媒およびＮＳＲ触媒ではアンモニア（ＮＨ３）が生成される。ＳＣＲはアンモニア（ＮＨ３）を吸着する機能を有しており、三元触媒およびＮＳＲ触媒で生成されたＮＨ３をその内部に吸蔵する。吸蔵されたＮＨ３は、該ＳＣＲに流入するＮＯｘを選択的に還元する際に使用される。このように、上記従来のシステムでは、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとの組み合わせによって、内燃機関から排出されるＮＯｘを浄化することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３０３７５９号公報
【特許文献２】特開２００４−２１１６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、リーン運転中にリッチスパイクが実行されると、ＮＳＲ触媒およびＳＣＲではＮＯｘの浄化反応に加えて亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の生成反応が起こる。Ｎ２Ｏは二酸化炭素の約３００倍の温室効果ガスであるといわれており、特に触媒床温が低い低活性環境下において生成されやすい傾向にある。このため、内燃機関の低負荷時等に上述したリッチスパイクが実行されると、これらの触媒においてＮ２Ｏが多量に生成されてしまうおそれがあった。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとを備える内燃機関において、Ｎ２Ｏの生成反応を抑制しつつ、高いＮＯｘ浄化率を実現することのできる内燃機関の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】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、リーン運転が可能な内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＳＲ触媒）と、
前記ＮＳＲ触媒の下流に配置されたＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ）と、
リーン運転中の所定のタイミングでリッチスパイクを実行するリッチスパイク手段と、を備え、
前記リッチスパイク手段は、
前記リッチスパイク中の排気空燃比を第１のリッチ空燃比から第２のリッチ空燃比へと切り替える第１の２段階リッチスパイクと、前記リッチスパイク中の排気空燃比を前記第１のリッチ空燃比から所定のリーン期間を挟んで前記第２のリッチ空燃比へと切り替える第２の２段階リッチスパイクと、を択一的に選択して実行可能に構成され、
前記ＮＳＲ触媒および／または前記ＳＣＲの床温が各触媒の所定の基準値よりも高い場合には前記第１の２段階リッチスパイクを選択し、前記基準値以下の場合には前記第２の２段階リッチスパイクを選択することを特徴としている。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、
前記第２のリッチ空燃比は、前記第１のリッチ空燃比よりもリーンなスライトリッチ空燃比であることを特徴としている。
【００１０】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記ＮＳＲ触媒は、ＯＳＣ材をその内部に含み、
前記所定のリーン期間は、前記ＮＳＲ触媒の内部の排気ガスがリッチからリーンへ置換されるまでの期間であることを特徴としている。
【００１１】
第４の発明は、上記の目的を達成するため、リーン運転が可能な内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＳＲ触媒）と、
前記ＮＳＲ触媒の下流に配置されたＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ）と、
リーン運転中の所定のタイミングでリッチスパイクを実行するリッチスパイク手段と、を備え、
前記リッチスパイク手段は、前記リッチスパイク中の排気空燃比を第１のリッチ空燃比から所定のリーン期間を挟んで第２のリッチ空燃比へと切り替える２段階のリッチスパイクを実行し、
前記ＮＳＲ触媒は、ＯＳＣ材をその内部に含み、
前記所定のリーン期間は、前記ＮＳＲ触媒の内部の排気ガスがリッチからリーンへ置換されるまでの期間であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
リッチスパイクが実行されると、ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）に吸蔵されていたＮＯｘが脱離・浄化されるとともに、該ＮＳＲ触媒においてＮＨ３が生成される。生成されたＮＨ３は、排気通路を流通して下流側に配置されたＳＣＲ（ＮＯｘ選択還元触媒）内に吸蔵される。該ＳＣＲでは、吸蔵されたＮＨ３を用いて、ＮＳＲ触媒の下流に吹き抜けたＮＯｘを選択的に還元する。
【００１３】
第１の発明によれば、２段階のリッチスパイクにおいて、第１のリッチ空燃比によるリッチスパイクと第２のリッチ空燃比によるリッチスパイクとの間に所定のリーン期間が設けられる。このため、本発明によれば、ＮＳＲ触媒およびＳＣＲの床温を有効に昇温させることができるので、リッチスパイク時にこれらの触媒でＮ２Ｏが多量に生成される事態を有効に抑制することができる。
また、本発明によれば、ＮＳＲ触媒および／またはＳＣＲの床温が各触媒の所定の基準温度よりも高い場合には、第１の２段階リッチスパイクが選択され、基準値以下の場合には第２の２段階リッチスパイクが選択される。このため、本発明によれば、必要以上に触媒床温が昇温されることによるＮＯｘ浄化率の低下を有効に抑止することができる。
【００１４】
第２の発明によれば、第２のリッチ空燃比によるリッチスパイクは第１のリッチ空燃比のそれよりもリーンなスライトリッチ空燃比で実行される。このため、本発明によれば、第１のリッチ空燃比によるリッチスパイクによってＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの脱離・還元反応を有効に促進するとともに、第２のリッチ空燃比によるリッチスパイクによってＮＳＲ触媒でのＮＨ３の生成反応を活発化させることができる。
【００１５】
第３の発明によれば、ＮＳＲ触媒の内部には、酸素の吸放出機能を有するＯＳＣ材が含まれている。そして、第１のリッチ空燃比によるリッチスパイクと第２のリッチ空燃比によるリッチスパイクとの間の所定のリーン期間が、ＮＳＲ触媒の内部の排気ガスがリーンガスに置換されるまでの期間に設定されている。このため、本発明によれば、ＮＳＲ触媒のＯＳＣ材に酸素が吸蔵されることなく第２のリッチ空燃比によるリッチスパイクへ移行することができるので、当該第２のリッチ空燃比によるリッチスパイクの開始直後において、リッチスパイクのリッチ成分が該ＯＳＣ材での酸素の放出に消費される事態を有効に抑止することができる。
【００１６】
第４の発明によれば、ＮＳＲ触媒の内部には、酸素の吸放出機能を有するＯＳＣ材が含まれている。そして、第１のリッチ空燃比によるリッチスパイクと第２のリッチ空燃比によるリッチスパイクとの間の所定のリーン期間が、ＮＳＲ触媒の内部の排気ガスがリーンガスに置換されるまでの期間に設定されている。このため、本発明によれば、ＮＳＲ触媒のＯＳＣ材に酸素が吸蔵されることなく第２のリッチ空燃比によるリッチスパイクへ移行することができるので、当該第２のリッチ空燃比によるリッチスパイクの開始直後において、リッチスパイクのリッチ成分が該ＯＳＣ材での酸素の放出に消費される事態を有効に抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態の構成を説明するための図である。
【図２】リッチスパイク中の空燃比を２段階に変化させた場合の動作を説明するための図である。
【図３】リッチスパイクとＮＳＲ触媒の床温との関係を示す図である。
【図４】リッチスパイクとＮＳＲ触媒の床温との関係を示す図である。
【図５】リッチスパイク時の実際の空燃比の変化の様子を模式的に示す図である。
【図６】ＳＣＲ床温に対するＮＯｘ浄化率を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、右バンク１０１および左バンク１０２を備えたＶ型のガソリンエンジンとして構成されている。右バンク１０１に属する気筒群は、排気通路１２１に連通している。また、左バンク１０２に属する気筒群は、排気通路１２２に連通している。排気通路１２１および１２２は、下流で合流した後に排気通路１２３の一端に連通している。以下、排気通路１２１、１２２、および１２３を特に区別しない場合には、これらを単に「排気通路１２」と称することとする。
【００２０】
排気通路１２１および１２２には、三元触媒であるスタート触媒（以下、「ＳＣ」と称する）１４１および１４２がそれぞれ配置されている。また、排気通路１２３には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）１６が配置されている。更に、排気通路１２３におけるＮＳＲ触媒１６の下流側には、ＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）１８が配置されている。以下、ＳＣ１４１および１４２を特に区別しない場合には、これらを単に「ＳＣ１４」と称することとする。
【００２１】
内燃機関１０は、空燃比がリッチである場合に、ＨＣおよびＣＯを排出し易い。また、空燃比がリーンである場合にＮＯｘを排出しやすい。ＳＣ１４は、リーン雰囲気では酸素（Ｏ２）を吸着しながらＮＯｘを還元（Ｎ２に浄化）する。他方、リッチ雰囲気では、酸素を放出しながらＨＣおよびＣＯを酸化（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２に浄化）する。また、リッチ雰囲気下では、排気ガス中に含まれる窒素と水素、或いはＨＣとＮＯｘが反応することにより、アンモニア（ＮＨ３）が生成される。
【００２２】
ＮＳＲ触媒１６は、リーン雰囲気下では、排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵する。また、ＮＳＲ触媒１６は、リッチ雰囲気下で吸蔵しているＮＯｘを放出する。リッチ雰囲気下で放出されたＮＯｘは、ＨＣやＣＯにより還元される。この際、ＳＣ１４の場合と同様に、ＮＳＲ１６においてもＮＨ３が生成される。
【００２３】
ＳＣＲ１８は、Ｆｅ系ゼオライト触媒として構成され、ＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６が、リッチ雰囲気下で生成するＮＨ３を吸蔵し、リーン雰囲気下では、ＮＨ３を還元剤として、排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元する機能を有している。ＳＣＲ１８によれば、ＮＳＲ触媒１６の下流に吹き抜けてきたＮＨ３およびＮＯｘが大気中に放出される事態を有効に阻止することができる。
【００２４】
ＮＳＲ触媒１６およびＳＣＲ１８の下流側近傍には、温度センサ２０，２２がそれぞれ配設されている。これらの温度センサ２０，２２によれば、各触媒から排出される排気ガスの温度を検出することができる。
【００２５】
本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０の出力部には、燃料噴射装置（図示せず）等の種々のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ３０の入力部には、上述した温度センサ２０，２２の他、機関回転数を検出するためのクランク角センサやスロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ（何れも図示せず）等の種々のセンサ類が接続されている。ＥＣＵ３０は、入力された各種の情報に基づいて、図１に示すシステムの状態を制御することができる。
【００２６】
[実施の形態１の動作]
先ず、本実施の形態のシステムにおいて実行されるリッチスパイク制御について説明する。ＥＣＵ３０は、通常、内燃機関１０をリーン空燃比で運転（リーン運転）させる。リーン運転中は、ＮＯｘ等の酸化剤がＨＣ、ＣＯ等の還元剤よりも多量に排出される。このため、三元触媒を用いて当該排気ガスを浄化しようとしても、還元剤の不足によって全てのＮＯｘを浄化することができない。そこで、本実施の形態１のシステムは、排気通路１２３にＮＳＲ触媒１６を備えることとしている。ＮＳＲ触媒１６は、ＮＯｘをＢａ（ＮＯ３）２等の硝酸塩として吸蔵する機能を有している。このため、本実施の形態１のシステムによれば、リーン運転中であっても、該ＮＯｘが大気中に放出されてしまう事態を効果的に抑制することができる。
【００２７】
但し、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ吸蔵性能は、吸蔵量が増加するにつれて低下してしまう。このため、リーン運転が長時間継続されると、吸蔵されなかったＮＯｘが該触媒下流に吹き抜けてしまう。そこで、本実施の形態１のシステムでは、ＮＳＲ触媒１６に吸蔵されたＮＯｘを定期的に脱離させて処理するリッチスパイク制御が実行される。より具体的には、ＮＳＲ触媒１６に吸蔵されているＮＯｘ量が所定吸蔵量（例えば、最大吸蔵量の８割に相当する量）に達したタイミングで、内燃機関１０の排気空燃比が一時的にリッチ（例えば、目標Ａ／Ｆ＝１２）に制御される。リッチスパイク実行中の排気ガスには、ＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元剤が多量に含まれている。このため、これらの還元剤がＮＳＲ触媒１６内へ導入されると、硝酸塩として吸蔵されていたＮＯｘは、ＮＯまで還元されて塩基から脱離される。脱離したＮＯｘは、ＮＳＲ触媒１６内の触媒上でＮ２等に浄化されて処理される。このように、リーン運転中にリッチスパイクを実行することにより、ＮＳＲ触媒１６に吸蔵されていたＮＯｘを脱離処理することができるので、ＮＯｘ吸蔵性能を有効に回復させることができる。
【００２８】
尚、リッチスパイク時の目標Ａ／Ｆは適宜設定可能であるが、ＮＳＲ触媒１６におけるＮＯｘ浄化性能向上の観点からはリッチ空燃比であるほど好ましい。但し、背反として燃費が悪化するため、後述するＳＣＲ１８におけるＮＯｘ浄化が期待できる場合には、排気空燃比を出来る限りリーン側に設定することが好ましい。
【００２９】
次に、ＳＣＲ１８の機能について説明する。上述したとおり、リッチスパイクの実行によって、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ吸蔵性能を有効に回復させることができる。しかしながら、リッチスパイクが実行されると、該ＮＳＲ触媒１６から脱離したＮＯｘの一部が浄化されずにそのまま下流に吹き抜けてしまう。また、上述したとおり、リーン運転中にＮＳＲ触媒１６に吸蔵されずに下流に吹き抜けたＮＯｘも存在する。これらの吹き抜けＮＯｘがそのまま大気中に放出されてしまうとエミッションの悪化を招いてしまう。
【００３０】
そこで、本実施の形態１のシステムは、ＮＳＲ触媒１６の下流側に吹き抜けたＮＯｘを処理するためのＳＣＲ１８を備えることとしている。上述したとおり、ＳＣＲ１８は、ＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６が、リッチ雰囲気下で生成するＮＨ３をその内部に吸蔵している。このため、ＳＣＲ１８によれば、ＮＳＲ触媒１６の下流に吹き抜けてきたＮＯｘをＮＨ３を用いて選択的に還元して浄化することができる。これにより、ＮＯｘが大気中に放出されてエミッションが悪化する事態を有効に阻止することができる。
【００３１】
尚、本出願の発明者の見解によれば、ＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６（特にＮＳＲ触媒１６）において生成されるＮＨ３量は、リッチスパイク時の排気空燃比がＡ／Ｆ＝１３近傍となるスライトリッチ空燃比である場合に多量となる。このため、リッチスパイク時の目標Ａ／Ｆをこのスライトリッチ空燃比に制御することで、ＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化性能を有効に高めることができる。
【００３２】
[本実施の形態１の特徴的動作]
次に、図２乃至図６を参照して、本実施の形態の特徴的動作について説明する。上述したとおり、ＮＳＲ触媒１６におけるＮＯｘ浄化性能を高める観点からは、リッチスパイク時の目標Ａ／Ｆをリッチ空燃比（例えばＡ／Ｆ＝１２）に制御することが好ましい。しかしながら、その一方で、ＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６において生成されるＮＨ３量を増やしてＳＣＲ１８におけるＮＯｘ浄化を促進する観点からは、リッチスパイク時の目標Ａ／Ｆをスライトリッチ空燃比（例えばＡ／Ｆ＝１３）に制御することが好ましい。
【００３３】
これら２観点の両立を図るための手法として、リッチスパイク中の排気空燃比を段階的に変化させることが考えられる。図２は、リッチスパイク中の空燃比を２段階に変化させた場合の動作を説明するための図である。この図に示す例では、リッチスパイクの前段（１段目）の目標Ａ／Ｆを所定のリッチ空燃比（Ａ／Ｆ＝１２）に設定し、後段（２段目）の目標Ａ／Ｆを所定のスライトリッチ空燃比（Ａ／Ｆ＝１３）に設定することとしている。これにより、ＮＳＲ触媒１６とＳＣＲ１８との組み合わせによって高いＮＯｘ浄化率を発揮することができる。
【００３４】
しかしながら、上述した２段階のリッチスパイク制御には、触媒の昇温性に劣るという課題がある。図３は、リッチスパイクとＮＳＲ触媒の床温との関係を示す図である。この図に示すとおり、リーン運転中（例えばＡ／Ｆ＝２５）に上述した２段階のリッチスパイクが実施された場合、ＮＳＲ触媒１６の床温は次第に上昇するものの、その上昇幅は比較的小さなもの（Δ３０℃前後）となっている。
【００３５】
ここで、ＮＳＲ触媒１６およびＳＣＲ１８では、ＮＯｘの浄化反応に加えて亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の生成反応が起こる。Ｎ２Ｏは二酸化炭素の約３００倍の温室効果ガスであるといわれており、極力排出を抑制することが好ましい。このＮ２Ｏ生成反応は、特に触媒床温が低い低活性環境下において起こり易い傾向にある。このため、上述した２段階のリッチスパイク制御を実施することとすると、リッチスパイクのタイミングでＮ２Ｏが多量に生成されてしまうおそれがある。
【００３６】
そこで、本実施の形態１のシステムでは、１段目のリッチスパイクの終了後２段目のリッチスパイクが開始される前に、排気空燃比を一時的にリーン空燃比に制御するリーン期間を設けることとする。図４は、リッチスパイクとＮＳＲ触媒の床温との関係を示す図である。この図に示すとおり、リーン運転中（例えばＡ／Ｆ＝２５）に上述したリーン期間を挟んだ２段階のリッチスパイクが実施された場合、ＮＳＲ触媒１６の床温は大きく上昇している（Δ５０℃前後）。したがって、このようなリッチスパイクを実行することにより、Ｎ２Ｏの発生を激減させることが可能となる。
【００３７】
尚、三元機能を有するＳＣ１４やＮＳＲ触媒１６には、ロバスト性を高めることを目的として、セリア等のＯＳＣ材が担体の一成分として用いられている。このＯＳＣ材は酸素吸放出能を有し、リーン雰囲気で酸素を吸収しリッチ雰囲気で酸素を放出する。このため、リッチスパイクの実行初期に排出される還元剤の一部は、ＯＳＣ材での酸素放出反応に使用されてしまう傾向にある。
【００３８】
図５は、リッチスパイク時の実際の空燃比の変化の様子を模式的に示す図である。この図中の（Ａ）に示すとおり、上述したリッチスパイクの間のリーン期間が長すぎると、ＮＳＲ触媒１６内部のＯＳＣ材に再び酸素が吸蔵されてしまうため、２段目のリッチスパイクの実行初期においても還元剤の一部が消費されてしまい、ＮＯｘを還元浄化する目的上好ましくない。
【００３９】
そこで、本実施の形態１のリッチスパイク制御では、図中の（Ｂ）に示すように、１段目リッチスパイクと２段目リッチスパイクとの間のリーン期間を、ＯＳＣ材に酸素が吸蔵されない程度の期間に設定することが好ましい。より具体的には、リーン期間は、ＮＳＲ触媒１６の内部がリッチガスからリーンガスへ置換されるまでの期間に設定されることが好ましい。これにより、２段目のリッチスパイクにおける還元剤がＯＳＣ材における酸素放出反応に消費される事態を有効に抑止することができる。
【００４０】
また、触媒床温が比較的高い高負荷運転時等（例えば、ＮＳＲ触媒１６の床温＞４５０℃，ＳＣＲ１８の床温＞３５０℃）においては、上述したリッチスパイク制御を実行しなくても、Ｎ２Ｏの発生は抑制されていることが想定される。逆に必要以上の触媒の昇温は、ＮＯｘ浄化率の低下を招いてしまう。図６は、ＳＣＲ床温に対するＮＯｘ浄化率を示す図である。この図に示すとおり、ＳＣＲ１８の床温が３５０℃を超えた付近からＮＯｘ浄化率が徐々に低下する傾向が分かる。
【００４１】
そこで、本実施の形態１のシステムでは、ＮＳＲ触媒１６およびＳＣＲ１８の床温を推定し、当該床温が所定の温度よりも高い場合には、リーン期間を挟まない通常の２段階リッチスパイク制御を実行することとする。これにより、Ｎ２Ｏの発生を抑制しつつＮＳＲ触媒１６およびＳＣＲ１８におけるＮＯｘ浄化率の低下を有効に抑止することができる。
【００４２】
［実施の形態１における具体的処理］
次に、図７を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図７は、ＥＣＵ３０が、リッチスパイク制御を実行するルーチンのフローチャートである。尚、図７に示すルーチンは、内燃機関１０の運転中に繰り返し実行されるものとする。
【００４３】
図７に示すルーチンでは、先ず、リッチスパイクの実行条件が成立したか否かが判定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、リーン運転中であるか否か、およびＮＳＲ触媒１６中に吸蔵されている現在のＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量を越えているか否かが判定される。その結果、リーン運転中でない場合、またはＮＯｘ吸蔵量＞所定吸蔵量の成立が認められない場合には、リッチスパイクを実行する必要がないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。
【００４４】
一方、上記ステップ１００において、リーン運転中であり、且つＮＯｘ吸蔵量＞吸蔵限界量の成立が認められた場合には、リッチスパイクを実行する必要があると判断されて、次のステップに移行し、ＮＳＲ触媒１６およびＳＣＲ１８の床温Ｔｎ，Ｔｓが推定される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、温度センサ２０，２２によって検出された各排気ガスの温度が、ＮＳＲ触媒１６，ＳＣＲ１８の床温Ｔｎ，Ｔｓとして用いられる。
【００４５】
次に、ＮＳＲ触媒１６およびＳＣＲ１８の床温Ｔｎ，Ｔｓが、それぞれ所定温度Ｋｎ，Ｋｓよりも高いか否かが判定される（ステップ１０４）。所定温度Ｋｎ，Ｋｓは、各触媒でのＮ２Ｏの発生が抑制される温度として予め設定された温度（例えば、Ｋｎ＝４５０℃，Ｋｓ＝３５０℃）が使用される。その結果、Ｔｎ＞Ｋｎ、および／またはＴｓ＞Ｋｓの成立が認められない場合には、リッチスパイク時にＮ２Ｏが多量に生成されると判断されて、次のステップに移行し、リーン期間を間に挟んだ２段階のリッチスパイク制御が実行される（ステップ１０６）。ここでは、具体的には、１段目のリッチスパイクが所定のリッチ空燃比（例えばＡ／Ｆ＝１２）に、２段目のリッチスパイクが所定のスライトリッチ空燃比（例えばＡ／Ｆ＝１３）に制御される。また、１段目のリッチスパイクと２段目のリッチスパイクとの間のリーン期間は、ＮＳＲ触媒１６内の排気ガスがリッチガスからリーンガスへ置換されるまでの期間に制御される。
【００４６】
一方、上記ステップ１０６において、Ｔｎ＞Ｋｎ、および／またはＴｓ＞Ｋｓの成立が認められた場合には、触媒床温を更に上昇させなくてもＮ２Ｏが発生しないと判断されて、次のステップに移行し、通常の２段階のリッチスパイク制御が実行される（ステップ１０８）。ここでは、具体的には、リーン期間を間に挟むことなく１段目のリッチスパイクから２段目のリッチスパイクへと切り替える通常の２段階のリッチスパイクが実行される。
【００４７】
以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、触媒床温が所定温度よりも低い場合に、リーン期間を間に挟んだ２段階リッチスパイクが実行される。これにより、触媒床温を上昇させることができるので、リッチスパイク時のＮ２Ｏの発生を有効に抑制することができる。
【００４８】
また、本実施の形態のシステムによれば、触媒床温が所定温度よりも高い場合に、触媒の無駄な昇温動作が行われることはない。このため、触媒床温が必要以上に上昇してＮＯｘ浄化率が低下する事態を有効に抑止することができる。
【００４９】
ところで、上述した実施の形態１においては、温度センサ２０，２２によって検出された排気ガス温度に基づいて、ＮＳＲ触媒１６，ＳＣＲ１８の床温を推定することとしている。しかしながら、触媒床温を推定する方法はこれに限られず、例えば、内燃機関１０の負荷状態から推定することとしてもよい。
【００５０】
尚、上述した実施の形態１においては、ＮＳＲ触媒１６が前記第１又は第４の発明における「ＮＳＲ触媒」に、ＳＣＲ１８が前記第１又は第４の発明における「ＳＣＲ」に、リーン期間を挟まない通常の２段階リッチスパイクが前記第１の発明における「第１の２段階リッチスパイク」に、リーン期間を間に挟んだ２段階リッチスパイクが前記第１の発明における「第２の２段階リッチスパイク」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１００から１０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「リッチスパイク手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００５１】
１０  内燃機関（エンジン）
１２  排気通路
１４  スタート触媒（ＳＣ）
１６  ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）
１８  ＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）
２０，２２  温度センサ
３０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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