(57)【要約】【課題】Ｎ2Ｏの生成量を低減しつつＮＨ3を生成する。【解決手段】ＮＨ3を還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、このＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられて排気の空燃比が理論空燃比以下のときにＮＨ3を生成する排気浄化触媒と、排気の空燃比を調整する空燃比調整手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、空燃比調整手段は、内燃機関の排気の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り替えるときに、理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって、Ｎ2Ｏの生成量が最大となる空燃比よりも低い空燃比にしてからリーン空燃比に切り替える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられてＮＨ3を還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型Ｎ
Ｏｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられて排気の空燃比が理論空燃比以下のときにＮＨ3を生成する排気浄化触媒と、
前記内燃機関の排気の空燃比を調整する空燃比調整手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記空燃比調整手段は、前記内燃機関の排気の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り替えるときに、理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって、Ｎ2Ｏの生成量が最大
となる空燃比よりも低い空燃比にしてからリーン空燃比に切り替える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記空燃比調整手段が、前記内燃機関の排気の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り替えるときに、理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって、Ｎ2Ｏの生成量が最大
となる空燃比よりも低い空燃比で、且つ、ＮＨ3の生成量が最大となる空燃比よりも高い
空燃比にしてからリーン空燃比に切り替える請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記空燃比調整手段は、前記内燃機関の排気の空燃比をリーン空燃比にしているときに、前記内燃機関の排気の空燃比を所定の間隔でリッチ空燃比にして前記排気浄化触媒にてＮＨ3を生成させ、
前記空燃比調整手段は、前記内燃機関の排気の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り替えるときに、理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって、前記所定の間隔でリッチ空燃比にするときよりも高い空燃比にしてからリーン空燃比に切り替える請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記排気浄化触媒の温度を上昇させる昇温手段を備え、
前記内燃機関の排気の空燃比が理論空燃比からリーン空燃比に切り替わるときに、前記昇温手段が、前記排気浄化触媒の温度を上昇させる請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記空燃比調整手段は、前記内燃機関の排気の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り替えるときに、理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって、Ｎ2Ｏの生成量が最大
となる空燃比よりも低い空燃比で、且つ、ＮＨ3の生成量が最大となる空燃比よりも低い
空燃比にしてからリーン空燃比に切り替える請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記空燃比調整手段は、前記内燃機関の排気の空燃比をリーン空燃比にしているときに、前記内燃機関の排気の空燃比を所定の間隔でリッチ空燃比にして前記排気浄化触媒にてＮＨ3を生成させ、
前記空燃比調整手段は、前記内燃機関の排気の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り替えるときに、理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって、前記所定の間隔でリッチ空燃比にするときよりも低い空燃比にしてからリーン空燃比に切り替える請求項１または５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記空燃比調整手段は、前記内燃機関の排気の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り替えるときであって、前記リッチ空燃比とした後に、徐々に又は段階的に前記内燃機関の排気の空燃比を高くしてリーン空燃比とする請求項１から６の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記空燃比調整手段は、前記排気浄化触媒の温度に応じて前記リッチ空燃比とするとき
の目標空燃比を変更する請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記空燃比調整手段は、前記排気浄化触媒の劣化の度合いに応じて前記リッチ空燃比とするときの目標空燃比を変更する請求項１から８の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＳＲ触媒ともいう。）を配置する技術が知られている。このＮＳＲ触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する。
【０００３】
また、三元触媒またはＮＳＲ触媒よりも下流側に、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）を設けることができる。このＳＣＲ触媒は、還元剤によりＮＯｘを選択還元する触媒である。そして、三元触媒またはＮＳＲ触媒において排気中のＨＣやＨ2
がＮＯｘと反応することでＮＨ3が生成される。このＮＨ3は、ＳＣＲ触媒において還元剤となる。
【０００４】
ここで、ＮＳＲ触媒よりも下流側にＳＣＲ触媒を配置し、ＳＣＲ触媒が吸着したＮＨ3
の量に基づいてＮＨ3の生成量を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照
。）。
【０００５】
ところで、内燃機関が理論空燃比近傍で運転するストイキ運転から、リーン空燃比で運転するリーンバーン運転に移行する際に、ＳＣＲ触媒において還元剤が不足する虞がある。例えば、内燃機関の暖機完了後はリーンバーン運転を行う場合であっても、内燃機関の冷間始動時や加速時などには、ストイキ運転が行われる。そして、ストイキ運転中には、三元触媒やＮＳＲ触媒にてＮＨ3を生成させていないので、ストイキ運転からリーンバー
ン運転に移行するときには、ＳＣＲ触媒がＮＨ3を吸着していない。このため、リーンバ
ーン運転に移行した直後には、ＳＣＲ触媒にてＮＯｘを浄化することができない。
【０００６】
これに対し、ストイキ運転からリーンバーン運転に移行するときにＮＳＲ触媒にてＮＨ3を生成させることが考えられる。すなわち、ＮＨ3を生成するために、ＮＳＲ触媒に流入する排気の空燃比を所定のリッチ空燃比まで短期間低下させる所謂リッチスパイクを実施することが考えられる。しかし、ＮＨ3を生成するときに排気の空燃比を低下させると、
ＮＳＲ触媒においてＮ2Ｏが発生する虞がある。このＮ2Ｏは、大気中への排出量を低減することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１１２３４５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６３１９３号公報
【特許文献３】特開２００９−０９７４７１号公報
【特許文献４】特開２００５−０９０３１０号公報
【特許文献５】特開２００４−２１１６７６号公報
【特許文献６】特開平０７−０９７９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｎ2Ｏの
生成量を低減しつつＮＨ3を生成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられてＮＨ3を還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型Ｎ
Ｏｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられて排気の空燃比が理論空燃比以下のときにＮＨ3を生成する排気浄化触媒と、
前記内燃機関の排気の空燃比を調整する空燃比調整手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記空燃比調整手段は、前記内燃機関の排気の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り替えるときに、理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって、Ｎ2Ｏの生成量が最大
となる空燃比よりも低い空燃比にしてからリーン空燃比に切り替える。
【００１０】
選択還元型ＮＯｘ触媒は、排気浄化触媒にて生成されるＮＨ3によりＮＯｘを還元する
。ここで、内燃機関において理論空燃比近傍で運転するストイキ運転が実施されているときには、ＮＨ3がほとんど生成されないので、そのままリーン空燃比で運転するリーンバ
ーン運転に移行すると、選択還元型ＮＯｘ触媒がＮＨ3を吸着していない状態でリーン空
燃比に移行することになる。したがって、ＮＯｘの浄化率が低くなる虞がある。なお、空燃比調整手段は、内燃機関の冷間始動時や加速時においてストイキ運転を実施し、その他のときにはリーンバーン運転を実施してもよい。
【００１１】
これに対して、空燃比調整手段は、理論空燃比からリーン空燃比に移行するときに、一旦リッチ空燃比とする。リッチ空燃比とすることにより、ＮＨ3を生成することができる
ので、選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給することができる。したがって、リーン空燃比に移行してすぐに、選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを浄化することができる。しかし、リッチ空燃比にしたときに、排気浄化触媒においてＮ2Ｏが生成される虞がある。
このため、空燃比調整手段は、Ｎ2Ｏの発生量が最大となる空燃比よりも低い空燃比を目
標とする。これにより、Ｎ2Ｏの発生量を低減させることができる。したがって、Ｎ2Ｏの発生量を低減しつつＮＯｘを浄化することができる。
【００１２】
なお、リッチ空燃比となっている時間は、所定時間としてもよい。この所定時間は、リーン空燃比に切り替わったときに選択還元型ＮＯｘ触媒にてＮＯｘを浄化することができるＮＨ3を生成するために必要な時間としてもよい。また、内燃機関の排気の空燃比を切
り替えるとは、内燃機関から排出されるガスの空燃比を変化させるとしてもよいし、内燃機関の気筒内の空燃比を変化させるとしてもよい。また、内燃機関の排気の空燃比は、排気浄化触媒に流入する排気の空燃比としてもよいし、気筒内の混合気の空燃比としてもよい。
【００１３】
また、本発明においては、前記空燃比調整手段が、前記内燃機関の排気の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り替えるときに、理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって、Ｎ2Ｏの生成量が最大となる空燃比よりも低い空燃比で、且つ、ＮＨ3の生成量が最大となる空燃比よりも高い空燃比にしてからリーン空燃比に切り替えることができる。
【００１４】
すなわち、Ｎ2Ｏの生成量が最大となる空燃比よりも、ＮＨ3の生成量が最大となる空燃比のほうが低いので、Ｎ2Ｏの生成量が最大となる空燃比よりも低く、且つ、ＮＨ3の生成量が最大となる空燃比よりも高い空燃比を目標空燃比に設定することにより、Ｎ2Ｏの生
成を抑制しつつ、多くのＮＨ3を生成することができる。そして、この範囲の空燃比であ
れば、内燃機関の排気の空燃比を低くするほど、Ｎ2Ｏの生成量を減少させ、ＮＨ3の生成量を増加させることができる。
【００１５】
また、本発明においては、前記空燃比調整手段は、前記内燃機関の排気の空燃比をリーン空燃比にしているときに、前記内燃機関の排気の空燃比を所定の間隔でリッチ空燃比にして前記排気浄化触媒にてＮＨ3を生成させ、
前記空燃比調整手段は、前記内燃機関の排気の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り替えるときに、理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって、前記所定の間隔でリッチ空燃比にするときよりも高い空燃比にしてからリーン空燃比に切り替えることができる。
【００１６】
ここで、リーンバーン運転が実施されているときには、排気浄化触媒に多くの酸素が吸蔵されている。そして、排気浄化触媒に酸素が吸蔵されているときに排気の空燃比を低下しても、排気浄化触媒から酸素が放出されることにより、排気の空燃が理論空燃比まで上昇し、ＮＨ3がほとんど生成されない。このため、リーンバーン運転時においてＮＨ3を生成するときには、排気浄化触媒に吸蔵されている酸素を速やかに放出させるように、ＮＨ3の生成に必要となる空燃比よりも低い空燃比を目標にすることがある。一方、ストイキ
運転を実施しているときには、排気浄化触媒には酸素がほとんど吸蔵されていない。このため、リーンバーン運転が実施されているときのように空燃比を低くする必要がない。したがって、ＮＨ3を生成するために必要となる空燃比とすれば足りる。また、排気の空燃
比を低くし過ぎるとＮＨ3の生成量が減少するので、リーンバーン運転が実施されている
ときに所定の間隔でリッチ空燃比にするときよりも高い空燃比とすることで、ＮＨ3の生
成量が減少することを抑制できる。なお、内燃機関の排気の空燃比をリーン空燃比にしているときに、内燃機関の排気の空燃比をリッチ空燃比とする所定の間隔は、選択還元型ＮＯｘ触媒において消費されるＮＨ3量に応じて決定してもよい。これは、選択還元型ＮＯ
ｘ触媒に流入するＮＯｘ量に応じて決定しているともいえる。また、選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力が低下しない間隔でＮＨ3を供給するように、リッチ空燃比とする間隔を決
定してもよい。
【００１７】
また、本発明においては、前記排気浄化触媒の温度を上昇させる昇温手段を備え、
前記内燃機関の排気の空燃比が理論空燃比からリーン空燃比に切り替わるときに、前記昇温手段が、前記排気浄化触媒の温度を上昇させることができる。
【００１８】
ここで、Ｎ2Ｏの生成量が最大となる空燃比よりも低い空燃比であっても、ＮＨ3の生成量が最大となる空燃比よりも高い空燃比であれば、Ｎ2Ｏが生成される。これに対し、排
気浄化触媒の温度を上昇させることにより、Ｎ2Ｏの生成量を減少させることができる。
すなわち、ＮＨ3を生成するときに、排気浄化触媒の温度を上昇させることにより、Ｎ2Ｏの生成を抑制することができる。このときには、排気浄化触媒の温度を、現時点よりもＮ2Ｏの生成量が少なくなる温度まで上昇させるとしてもよい。また、排気浄化触媒の温度
を、Ｎ2Ｏの生成を抑制し得る所定温度まで上昇させてもよい。
【００１９】
また、本発明においては、前記空燃比調整手段は、前記内燃機関の排気の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り替えるときに、理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって、Ｎ2Ｏの生成量が最大となる空燃比よりも低い空燃比で、且つ、ＮＨ3の生成量が最大となる空燃比よりも低い空燃比にしてからリーン空燃比に切り替えることができる。
【００２０】
そうすると、排気の空燃比を、ＮＨ3の生成量が最大となる空燃比よりも低い空燃比に
することで、Ｎ2Ｏがほとんど生成されない。したがって、ＮＨ3を生成しつつ、Ｎ2Ｏの
生成量をより確実に低減することができる。この場合、排気浄化触媒の温度を上昇させなくてもよい。
【００２１】
また、本発明においては、前記空燃比調整手段は、前記内燃機関の排気の空燃比をリーン空燃比にしているときに、前記内燃機関の排気の空燃比を所定の間隔でリッチ空燃比に
して前記排気浄化触媒にてＮＨ3を生成させ、
前記空燃比調整手段は、前記内燃機関の排気の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り替えるときに、理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって、前記所定の間隔でリッチ空燃比にするときよりも低い空燃比にしてからリーン空燃比に切り替えることができる。
【００２２】
そうすると、排気の空燃比を、Ｎ2Ｏがほとんど生成されない空燃比に調整することが
できる。したがって、ＮＨ3を生成しつつ、Ｎ2Ｏの生成量をより確実に低減することができる。
【００２３】
また、本発明においては、前記空燃比調整手段は、前記内燃機関の排気の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り替えるときであって、前記リッチ空燃比とした後に、徐々に又は段階的に前記内燃機関の排気の空燃比を高くしてリーン空燃比とすることができる。
【００２４】
このようにすることで、ＮＨ3を生成可能な空燃比を長く維持することができるので、
ＮＨ3の生成量をより増加させることができる。
【００２５】
また、本発明においては、前記空燃比調整手段は、前記排気浄化触媒の温度に応じて前記リッチ空燃比とするときの目標空燃比を変更することができる。
【００２６】
ここで、排気浄化触媒の温度が高くなると、排気浄化触媒における還元反応が促進されるため、Ｎ2の生成量が増加し、Ｎ2Ｏの生成量が減少する。したがって、排気浄化触媒の温度が高くなれば、ＮＨ3を生成させるときの目標空燃比が高くてもよい。すなわち、Ｎ2Ｏの生成量の減少にしたがって、目標空燃比を高くすることができる。例えば、排気浄化触媒の温度が高いほど、リッチ空燃比とするときの目標空燃比を高くしてもよい。このようにして、内燃機関における燃焼状態が悪化したり、燃費が悪化したりすることを抑制できる。
【００２７】
また、本発明においては、前記空燃比調整手段は、前記排気浄化触媒の劣化の度合いに応じて前記リッチ空燃比とするときの目標空燃比を変更することができる。
【００２８】
ここで、排気浄化触媒の劣化の度合いが高くなると、排気浄化触媒における還元反応が緩慢となるため、Ｎ2Ｏの生成量が増加する。したがって、排気浄化触媒の劣化の度合い
が高いほど、ＮＨ3を生成させるときの目標空燃比を低くしてもよい。すなわち、目標空
燃比を低くすることにより、Ｎ2Ｏの生成を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、Ｎ2Ｏの生成量を低減しつつＮＨ3を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。
【図２】空燃比と、生成されるＮＨ3の濃度及びＮ2Ｏの濃度と、の関係を示した図である。
【図３】ストイキ運転からリーンバーン運転に移行する前後の目標空燃比の推移を示したタイムチャートである。
【図４】ストイキ運転からリーンバーン運転に移行する前後の目標空燃比の推移を示したタイムチャートである。
【図５】実施例１に係るストイキ運転からリーンバーン運転に移行するときの空燃比制御のフローを示したフローチャートである。
【図６】実施例２に係るストイキ運転からリーンバーン運転に移行する前後の目標空燃比の推移を示したタイムチャートである。
【図７】実施例２に係るストイキ運転からリーンバーン運転に移行する前後の目標空燃比の推移を示した他のタイムチャートである。
【図８】実施例２に係るストイキ運転からリーンバーン運転に移行する前後の目標空燃比の推移を示した他のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００３２】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ガソリン機関であるが、ディーゼル機関であってもよい。内燃機関１は、たとえば車両に搭載される。
【００３３】
内燃機関１には、排気通路２が接続されている。この排気通路２の途中には、上流側から順に、三元触媒３、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒４（以下、ＮＳＲ触媒４という。）、選択還元型ＮＯｘ触媒５（以下、ＳＣＲ触媒５という。）が備えられている。
【００３４】
三元触媒３は、触媒雰囲気が理論空燃比のときにＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを最大効率で浄化する。また、三元触媒３は、酸素ストレージ能を有している。すなわち、流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに過剰分の酸素を吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに不足分の酸素を放出することにより、排気を浄化する。このような酸素ストレージ能の作用により、三元触媒３がＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを理論空燃比以外であっても浄化することができる。
【００３５】
なお、三元触媒３には、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を持たせることもできる。この場合、ＮＳＲ触媒４は無くてもよい。
【００３６】
また、ＮＳＲ触媒４は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する。ＮＳＲ触媒４に供給する還元剤には、内燃機関１から排出される未燃燃料であるＨＣまたはＣＯを利用することができる。そして、ＮＳＲ触媒４も、酸素ストレージ能を有している。
【００３７】
なお、三元触媒３またはＮＳＲ触媒４を排気が通過するときに、排気中のＮＯｘがＨＣまたはＨ2と反応してアンモニア（ＮＨ3）が生成されることがある。例えば、水性ガスシフト反応または水蒸気改質反応により排気中のＣＯやＨ2ＯからＨ2が発生すれば、該Ｈ2
が三元触媒３またはＮＳＲ触媒４においてＮＯと反応してＮＨ3が生成される。そして、
三元触媒３またはＮＳＲ触媒４を通過する排気の空燃比が理論空燃比以下のときにＮＨ3
が生成される。なお、本実施例においては三元触媒３またはＮＳＲ触媒４の少なくとも一方の触媒が、本発明における排気浄化触媒に相当する。なお、本実施例では、ＮＳＲ触媒４を排気浄化触媒として説明するが、三元触媒３を排気浄化触媒としても同様に考えることができる。また、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４を合わせて、本発明における排気浄化触媒としてもよい。
【００３８】
ＳＣＲ触媒５は、還元剤を吸着しておき、ＮＯｘが通過するときに、吸着していた還元
剤によりＮＯｘを選択還元する。ＳＣＲ触媒５へ供給する還元剤には、三元触媒３またはＮＳＲ触媒４にて生成されるＮＨ3を利用することができる。
【００３９】
また、三元触媒３よりも下流で且つＮＳＲ触媒よりも上流の排気通路２には、排気の温度を検出する第一温度センサ１１と、排気の空燃比を検出する空燃比センサ１２と、が取り付けられている。なお、第一温度センサ１１により三元触媒３の温度、または、ＮＳＲ触媒４の温度を検出することができる。また、空燃比センサ１２により、内燃機関１の排気の空燃比、または、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比を検出することができる。
【００４０】
また、ＮＳＲ触媒４よりも下流で且つＳＣＲ触媒５よりも上流の排気通路２には、排気の温度を検出する第二温度センサ１３が取り付けられている。なお、第二温度センサ１３によりＮＳＲ触媒４の温度、または、ＳＣＲ触媒５の温度を検出することができる。
【００４１】
また、ＳＣＲ触媒５よりも下流の排気通路２には、排気の温度を検出する第三温度センサ１４が取り付けられている。なお、第三温度センサ１４によりＳＣＲ触媒５の温度を検出することができる。また、ＮＳＲ触媒４及びＳＣＲ触媒５の温度は、内燃機関１の運転状態（例えば、内燃機関１の負荷）に応じて変化するため、該内燃機関１の運転状態に応じてＮＳＲ触媒４及びＳＣＲ触媒５の温度を推定してもよい。また、ＮＳＲ触媒４及びＳＣＲ触媒５に温度センサを直接取り付けて、該ＮＳＲ触媒４及びＳＣＲ触媒５の温度を検出してもよい。
【００４２】
また、各触媒の上流側及び下流側に、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを取り付けてもよい。なお、上記センサは、全て取り付ける必要はなく、適宜選択して取り付けてもよい。
【００４３】
また、内燃機関１には、該内燃機関１へ燃料を供給する噴射弁６が取り付けられている。さらに、内燃機関１には、点火プラグ９が設けられている。
【００４４】
一方、内燃機関１には、吸気通路７が接続されている。吸気通路７の途中には、内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットル８が設けられている。また、スロットル８よりも上流の吸気通路７には、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１５が取り付けられている。
【００４５】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。
【００４６】
また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１６を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１７、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１８が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
【００４７】
一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁６、スロットル８、点火プラグ９が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により噴射弁６の開閉時期及びスロットル８の開度が制御される。
【００４８】
例えばＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１７により検出されるアクセル開度とクランクポジションセンサ１８により検出される機関回転数とから要求吸入空気量を決定する。そして、エアフローメータ１５により検出される吸入空気量が要求吸入空気量となるように、スロットル８の開度が制御される。このときに変化する吸入空気量に応じた燃料噴射
量を供給するように噴射弁６を制御する。このときに設定される空燃比は、内燃機関１の運転状態に応じて設定される空燃比である。なお、本実施例に係る内燃機関１は、リーンバーン運転が実施される。ただし、内燃機関１の冷間始動時や高負荷運転時などにおいては、ストイキ運転が実施される。リーンバーン運転時には、混合気の空燃比が例えば２５となるように、噴射弁６またはスロットル８が制御される。また、ストイキ運転時には、混合気の空燃比が例えば１４．５となるように、噴射弁６またはスロットル８が制御される。
【００４９】
そして、ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘの還元処理を実施する。ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘの還元時には、噴射弁６から噴射する燃料の量またはスロットル８の開度を調整することにより、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比を所定のリッチ空燃比まで低下させる所謂リッチスパイクを実施する。
【００５０】
このリッチスパイクは、例えば、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘ量が所定量となった場合に実施される。ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘ量は、たとえば、ＮＳＲ触媒４に流入するＮＯｘ量と、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量と、の差を積算することにより算出される。ＮＳＲ触媒４に流入するＮＯｘ量と、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量とは、センサを取り付けることにより検出できる。また、内燃機関１を搭載する車両の走行距離に応じてリッチスパイクを行ってもよい。
【００５１】
また、ＥＣＵ１０は、リーン空燃比のときにリッチスパイクを実施することにより、ＮＳＲ触媒４にてＮＨ3を生成させる。このリッチスパイクは、ＳＣＲ触媒５が吸着してい
るＮＨ3量が所定量まで減少したときに実施される。また、所定の間隔でリッチスパイク
を実施するとしてもよい。なお、本実施例においては排気の空燃比を変化させるＥＣＵ１０が、本発明における空燃比調整手段に相当する。
【００５２】
そして、ＥＣＵ１０は、ストイキ運転からリーンバーン運転に移行するときにも、リッチスパイクを実施する。すなわち、理論空燃比からリーン空燃比に直接移行するのではなく、理論空燃比からリッチ空燃比を経て、リーン空燃比に移行する。これは、ストイキ運転と、リーンバーン運転との間に、リッチ運転若しくはリッチスパイクを実施するとしてもよい。また、ストイキ運転中にリッチスパイクを実施してリーンバーン運転に移行するとしてもよい。また、ストイキ運転からリーンバーン運転に移行した直後にリッチスパイクを実施してもよい。
【００５３】
ここで、ストイキ運転時にはリッチスパイクを実施していないので、ＮＳＲ触媒４にてＮＨ3がほとんど生成されない。このため、ＳＣＲ触媒５はＮＨ3をほとんど吸着していない。この状態でリーン空燃比に移行すると、ＳＣＲ触媒５にてＮＯｘをほとんど浄化することができない。このときには、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４のみでＮＯｘを浄化することになるので、ＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。
【００５４】
そこで本実施例では、ストイキ運転とリーンバーン運転との間にリッチスパイクを実施する。しかし、ＮＳＲ触媒４にてＮＨ3を生成しようとしてリッチスパイクを実施すると
、Ｎ2Ｏも同時に生成される場合がある。このＮ2Ｏは、大気中への放出量を少なくすることが望まれている。したがって、Ｎ2Ｏの生成を抑制しつつＮＨ3の生成を促進させることが望まれる。なお、リーンバーン運転に移行した後であれば、ＳＣＲ触媒５がＮＨ3を吸
着しているので、リッチスパイク時に発生するＮ2ＯをＳＣＲ触媒５にて浄化することが
できる。しかし、ストイキ運転からリーンバーン運転に移行するときには、ＳＣＲ触媒５がＮＨ3をほとんど吸着していないので、ＳＣＲ触媒５にてＮ2Ｏを浄化することが困難となる。
【００５５】
これに対し本実施例では、ストイキ運転からリーンバーン運転に移行するときに実施するリッチスパイク時の目標空燃比を、Ｎ2Ｏの生成が抑制され且つＮＨ3が生成される空燃比とする。
【００５６】
図２は、空燃比と、生成されるＮＨ3の濃度及びＮ2Ｏの濃度と、の関係を示した図である。なお、実線はＮＨ3濃度、破線はＮＳＲ触媒４の温度が３５０℃のときのＮ2Ｏ濃度、一点鎖線はＮＳＲ触媒４の温度が２５０℃のときのＮ2Ｏ濃度、二点鎖線はＮＳＲ触媒４
の温度が４５０℃のときのＮ2Ｏ濃度である。なお、ＮＨ3濃度のスケール（オーダー）とＮ2Ｏ濃度のスケール（オーダー）とは異なる。
【００５７】
Ｎ2Ｏ濃度が最高となる空燃比は温度にかかわらず略一定である。そして、Ｎ2Ｏ濃度が最高となる空燃比よりも、ＮＨ3が最高となる空燃比の方が低い。したがって、ストイキ
運転からリーンバーン運転に移行するときに実施するリッチスパイク時の目標空燃比を、Ｎ2Ｏ濃度が最高となる空燃比よりも低くすれば、Ｎ2Ｏ濃度をより低くすることができ、且つＮＨ3濃度をより高くすることができる。
【００５８】
例えば、図３に示すように目標空燃比を変化させる。ここで、図３は、ストイキ運転からリーンバーン運転に移行する前後の目標空燃比の推移を示したタイムチャートである。図３においてＣで示されるのは、ストイキ運転からリーンバーン運転に移行するときのリッチスパイク（以下、移行時リッチスパイクという。）のときの目標空燃比である。ここで、図３におけるＣの空燃比は、図２におけるＡの空燃比に相当する。また、図３においてＤで示されるのは、リーン空燃比のときにＮＨ3を生成するために実施されるリッチス
パイク（以下、通常時リッチスパイクという。）のときの目標空燃比である。通常時リッチスパイクは、ＮＨ3濃度が最高となる空燃比を目標空燃比としている。すなわち、通常
時リッチスパイクは、ＮＨ3生成量が最大となる空燃比を目標空燃比としている。
【００５９】
図３に示される移行時リッチスパイクでは、Ｎ2Ｏ濃度が最高となる空燃比よりも低く
、且つ、ＮＨ3濃度が最高となる空燃比よりも高い空燃比に目標空燃比が設定されている
（図２のＡ参照）。そして、移行時リッチスパイクにおける目標空燃比（図３のＣ）が、通常時リッチスパイクにおける目標空燃比（図３のＤ）よりも高い。
【００６０】
このように移行時リッチスパイクの目標空燃比を設定すると、Ｎ2Ｏの生成を抑制しつ
つＮＨ3を生成することができる。しかし、図２に示されるように、Ｎ2Ｏも生成されてしまう。ここで、図２を見ると、ＮＳＲ触媒４の温度が４５０℃になると、Ｎ2Ｏ濃度が比
較的低くなることが分かる。このため、本実施例では、図２のＡで示される空燃比を目標空燃比として移行時リッチスパイクを実施するときには、併せて、ＮＳＲ触媒４の温度を上昇させる。
【００６１】
ここで、ストイキ運転が実施されているときには、ＮＳＲ触媒４の温度が例えば５００℃になる。そして、本実施例では、移行時リッチスパイクを実施するときに、ＮＳＲ触媒４の温度を例えば５３０℃まで上昇させる。
【００６２】
ＮＳＲ触媒４の温度上昇は、例えばＥＧＲ装置を備えている場合にＥＧＲガスの供給を停止させることにより実施することができる。また、点火プラグ９の点火時期を遅くする（遅角する）ことによっても、ＮＳＲ触媒４の温度を上昇させることができる。また、ＮＳＲ触媒４を加熱するヒータを備え、該ヒータによりＮＳＲ触媒４の温度を上昇させてもよい。このようにＮＳＲ触媒４の温度を上昇させることにより、Ｎ2Ｏの生成を抑制しつ
つＮＨ3を生成することができる。そして、本実施例においてはＥＧＲ装置または点火プ
ラグ９が、本発明における昇温手段に相当する。
【００６３】
一方、ＮＳＲ触媒４の温度を上昇させると、燃費が悪化する虞がある。このため、例えば、図４に示すように移行時リッチスパイクの目標空燃比を変化させてもよい。ここで、図４は、ストイキ運転からリーンバーン運転に移行する前後の目標空燃比の推移を示したタイムチャートである。図４においてＥで示されるのは、移行時リッチスパイクのときの目標空燃比である。図４におけるＥの空燃比は、図２におけるＢの空燃比に相当する。また、図３においてＤで示されるのは、通常時リッチスパイクのときの目標空燃比である。
【００６４】
図４に示される移行時リッチスパイクでは、Ｎ2Ｏ濃度が最高となる空燃比よりも低く
、且つ、ＮＨ3濃度が最高となる空燃比よりも低い空燃比に目標空燃比が設定されている
（図２のＢ参照）。そして、移行時リッチスパイクにおける目標空燃比（図４のＥ）が、通常時リッチスパイクにおける目標空燃比（図４のＤ）よりも低い。
【００６５】
このように、移行時リッチスパイクの目標空燃比を図２のＢで示される空燃比とすることで、ＮＨ3の生成量が減少する虞があるものの、Ｎ2Ｏが生成されない空燃比を目標空燃比とすることができる。このため、ＮＳＲ触媒４の温度を上昇させなくても済む。
【００６６】
図５は、本実施例に係るストイキ運転からリーンバーン運転に移行するときの空燃比制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。また、本ルーチンは、図３に示した移行時リッチスパイクを実施するときのルーチンである。
【００６７】
ステップＳ１０１では、リーンバーン運転を実施する条件が成立しているか否か判定される。本ステップでは、リーンバーン運転に移行可能であるか否か判定している。例えば、内燃機関１の暖機が完了するとストイキ運転からリーンバーン運転に移行する。例えば、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の冷却水温度または潤滑油温度が、リーンバーン運転に適する値となっているか否か判定する。
【００６８】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００６９】
ステップＳ１０２では、ＮＳＲ触媒４の温度が上昇される。本ステップでは、移行時リッチスパイクを実施したときのＮ2Ｏの生成を抑制するように、ＮＳＲ触媒４の温度が上
昇される。例えば、ＥＣＵ１０は、点火時期を遅角する。この点火時期の遅角量は、予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。本ステップでは、ＮＳＲ触媒４の温度を例えば５３０℃まで上昇させる。ステップＳ１０２の処理が完了すると、ステップＳ１０３へ進む。
【００７０】
ステップＳ１０３では、移行時リッチスパイクが実施される。本ルーチンでは、図２のＡで示される空燃比を目標空燃比として、移行時リッチスパイクを実施する。ステップＳ１０３の処理が完了すると、ステップＳ１０４へ進む。
【００７１】
ステップＳ１０４では、リーン空燃比に移行が完了したか否か判定される。すなわち、リーンバーン運転への移行が完了したか否か判定される。例えば、空燃比センサ１２の検出値が、リーンバーン運転時の目標空燃比に収束したときに、リーン空燃比に移行が完了したと判定される。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０４を再度実行する。
【００７２】
ステップＳ１０５では、ＮＳＲ触媒４の温度が下降される。すなわち、移行時リッチスパイクを実施したときのＮ2Ｏの生成を抑制する必要がなくなったので、ＮＳＲ触媒４の
温度を下降させる。これにより、ＮＳＲ触媒４の温度が浄化ウィンドウの範囲内となり、
ＮＳＲ触媒４にてＮＯｘを浄化することが可能となる。例えば、点火時期を進角させ、内燃機関１の運転状態に応じた値とする。本ステップでは、ＮＳＲ触媒４の温度を例えば４５０℃まで下降させる。ステップＳ１０５の処理が完了すると、ステップＳ１０６へ進む。
【００７３】
ステップＳ１０６では、ストイキ運転を実施する条件が成立しているか否か判定される。本ステップでは、リーンバーン運転からストイキ運転に移行する条件が成立したか否か判定される。例えば、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の冷却水温度または潤滑油温度が、ストイキ運転が必要となる値となっているか否か判定する。
【００７４】
ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０１へ戻り、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００７５】
以上説明したように、本実施例によれば、Ｎ2Ｏの生成を抑制しつつＮＨ3を生成することができる。これにより、大気中へのＮ2Ｏの排出量を低減させつつ、ストイキ運転から
リーンバーン運転に移行したときのＮＯｘの浄化率を高くすることができる。
【００７６】
なお、本実施例においては、ＮＳＲ触媒４の劣化の度合いが高くなるほど、移行時リッチスパイクを実施するときの目標空燃比を低くしてもよい。すなわち、ＮＳＲ触媒４の劣化の度合いが高くなるほど、該ＮＳＲ触媒４でＮＨ3が生成され難くなるので、ＮＨ3の生成量が減少し得る。これに対して、目標空燃比を低くすることで、より多くのＨＣやＨ2
をＮＳＲ触媒４に供給することができるので、ＮＨ3の生成量が減少することを抑制でき
る。
【００７７】
また、本実施例においては、ＮＳＲ触媒４の劣化の度合いが高くなるほど、移行時リッチスパイクを実施するときのＮＳＲ触媒４の温度を高くしてもよい。すなわち、ＮＳＲ触媒４の温度を高くすることにより、ＮＳＲ触媒４における反応を促進させることができるので、ＮＨ3をより多く生成することができる。
【００７８】
また、本実施例においては、ＮＳＲ触媒４の温度に応じて、移行時リッチスパイクを実施するときの目標空燃比を設定してもよい。ここで、図２に示されるように、ＮＳＲ触媒４の温度に応じて、Ｎ2Ｏの生成量が変化する。このため、ＮＳＲ触媒４の温度が、Ｎ2Ｏの生成量が少なくなる温度であれば、Ｎ2Ｏの生成を抑制する必要がないので、移行時リ
ッチスパイクを実施するときの目標空燃比を高くすることができる。例えば、ストイキ運転が実施された後では、ＮＳＲ触媒４の温度が高いほど、Ｎ2Ｏの生成量が少なくなるの
で、移行時リッチスパイクを実施するときの目標空燃比を高くすることができる。
【００７９】
また、通常時リッチスパイクを実施するときには、ＮＳＲ触媒４に貯蔵されている酸素を速やかに放出させるために、空燃比を一旦１２．５程度まで低下させ、酸素を放出させた後に、空燃比を１３程度にしてＮＨ3を生成することがある。このような場合には、移
行時リッチスパイクの空燃比を、通常時リッチスパイクを実施するときの空燃比であって、酸素を放出させるために設定される空燃比（例えば１２．５）以下としてもよい。また、移行時リッチスパイクの空燃比を、通常時リッチスパイクを実施するときの空燃比であって、酸素を放出させるための空燃比（例えば１２．５）よりも高く且つＮＨ3を生成す
るときの空燃比（例えば１３）以下としてもよい。このような空燃比を目標として移行時リッチスパイクを実施すれば、Ｎ2Ｏの生成量が少ない空燃比で移行時リッチスパイクが
実施されることになる。
【００８０】
＜実施例２＞
本実施例では、移行時リッチスパイクを実施するときに、直ぐにリーン空燃比に移行す
るのではなく、空燃比を徐々に又は段階的に変化させてリーン空燃比に移行する。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。
【００８１】
図６は、本実施例に係るストイキ運転からリーンバーン運転に移行する前後の目標空燃比の推移を示したタイムチャートである。
【００８２】
図６のＦからＧの期間において、目標空燃比が徐々に高くなる。この間にも、ＮＨ3が
生成されるので、より多くのＮＨ3を生成させることができる。また、ＮＳＲ触媒４の温
度は、例えば５１０℃程度まで上昇する。実施例１の場合と比較すると、リッチ空燃比となっている時間が長いために、ＮＳＲ触媒４の温度の上昇量が小さくなる。このときの温度は、実施例１の場合（例えば５３０℃）よりも低いために、Ｎ2Ｏの生成量が多くなる
。しかし、ＮＳＲ触媒４の温度を速やかに温度ウィンドウの範囲内まで低下させることができるので、ＮＯｘの浄化率をより高めることができる。
【００８３】
また、図７は、本実施例に係るストイキ運転からリーンバーン運転に移行する前後の目標空燃比の推移を示した他のタイムチャートである。
【００８４】
図７のＨからＪの期間において、目標空燃比をリッチ空燃比で一定とし、その後にリーン空燃比としている。図７のＨからＪの期間においてもＮＨ3が生成されるので、より多
くのＮＨ3を生成させることができる。この場合も、ＮＳＲ触媒４の温度が比較的低いた
めに、Ｎ2Ｏの生成量が実施例１の場合よりも多くなるが、ＮＳＲ触媒４の温度が速やか
に低下することにより、ＮＯｘの浄化率を高めることができる。
【００８５】
また、図８は、本実施例に係るストイキ運転からリーンバーン運転に移行する前後の目標空燃比の推移を示した他のタイムチャートである。
【００８６】
図８では、目標空燃比をリッチ空燃比で一定とした後、さらに、理論空燃比で一定とし、その後、徐々に空燃比を高くしている。リッチ空燃比で一定としている期間においてもＮＨ3が生成されるので、より多くのＮＨ3を生成させることができる。また、理論空燃比で一定としている期間では、ＮＳＲ触媒４の温度を上昇させることができるので、Ｎ2Ｏ
の生成を抑制することができる。
【００８７】
以上説明したように、本実施例によれば、移行時リッチスパイクを実施したときに、直ぐにリーン空燃比に移行するのではなく、ＮＨ3を生成させる空燃比となる時間を設ける
ことで、ＮＨ3の生成量を増加させることができる。これにより、リーンバーン運転時に
ＳＣＲ触媒５で還元剤が不足することを抑制できる。
【符号の説明】
【００８８】
１     内燃機関
２     排気通路
３     三元触媒
４     吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒）
５     選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
６     噴射弁
７     吸気通路
８     スロットル
９     点火プラグ
１０   ＥＣＵ
１１   第一温度センサ
１２   空燃比センサ
１３   第二温度センサ
１４   第三温度センサ
１５   エアフローメータ
１６   アクセルペダル
１７   アクセル開度センサ
１８   クランクポジションセンサ
【図１】
2014001682.tif 000003
【図２】
2014001682.tif 000004
【図３】
2014001682.tif 000005
【図４】
2014001682.tif 000006
【図５】
2014001682.tif 000007
【図６】
2014001682.tif 000008
【図７】
2014001682.tif 000009
【図８】
2014001682.tif 000010