(57)【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、ＮＨ３の存在下でＮＯｘを還元し、かつ排気中のＮＯ２及びＮＯ２化合物又はこれらの何れかを吸蔵する機能を備えた選択還元触媒と、
前記選択還元触媒にＮＨ３又はその前駆体を供給する還元剤供給装置と、
前記排気通路のうち前記選択還元触媒の上流側に設けられ、三元浄化機能を有する上流触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記機関のＮＯｘ排出量に応じて大きくなるＮＯｘ相関パラメータの値を算出するＮＯｘ相関値算出手段と、
前記ＮＯｘ相関パラメータの値がストイキ判定閾値より大きい場合には、混合気の空燃比をストイキに制御する空燃比制御手段と、
前記選択還元触媒に吸蔵されているＮＯ２及びＮＯ２化合物の量に相当するＮＯ２ストレージ量を算出するＮＯ２ストレージ量推定手段と、
前記ＮＯ２ストレージ量が大きくなるほど前記ストイキ判定閾値を小さな値に設定する閾値設定手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記空燃比制御手段は、前記ＮＯｘ相関パラメータの値が前記ストイキ判定閾値以下である場合には、前記選択還元触媒において定常的にＮＯｘ還元反応が進行するように混合気の空燃比をストイキよりリーン側に制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記選択還元触媒の温度を取得する温度取得手段をさらに備え、
前記閾値設定手段は、前記選択還元触媒の温度がその活性温度より低い場合には、高い場合よりも前記ストイキ判定閾値を小さな値に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記排気通路には排気中の粒子状物質を捕集するフィルタが設けられ、
前記空燃比制御手段は、前記フィルタの粒子状物質の堆積量が大きくなるほど、混合気の空燃比をストイキに維持する時間を短くすることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記空燃比制御手段は、前記フィルタの粒子状物質の堆積量が、混合気の空燃比をストイキに制御したときに前記フィルタが過昇温にならないように設定された上限堆積量より大きい場合には、空燃比のストイキへの制御を禁止することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【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システムに関する。より詳しくは、本発明は、ＮＨ３の存在下でＮＯｘを還元する選択還元触媒を備えた排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化システムの１つとして、アンモニア（ＮＨ３）などの還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒を排気通路に設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、尿素添加式の排気浄化システムでは、選択還元触媒の上流側からＮＨ３の前駆体である尿素水を供給し、この尿素水から排気の熱で熱分解又は加水分解することでＮＨ３を生成し、このＮＨ３により排気中のＮＯｘを選択的に還元する。このような尿素添加式のシステムの他、例えば、アンモニアカーバイトのようなＮＨ３の化合物を加熱することでＮＨ３を生成し、このＮＨ３を直接添加するシステムも提案されている。
【０００３】
選択還元触媒は、混合気の空燃比をストイキよりリーン側にし酸素を多く含んだリーン空燃比の排気下で高いＮＯｘ浄化性能を発揮するため、リーン燃焼式のガソリンエンジンやディーゼルエンジンなど、リーン燃焼を基本とした機関の排気浄化システムに用いられる場合が多い。しかしながら、ＮＯｘ排出量が多くなる加速運転時には、選択還元触媒のみでは十分にＮＯｘを浄化しきれなくなる場合がある。そこで、特許文献２に開示されているシステムのように、加速運転時には選択還元触媒の上流側に設けられた三元触媒における三元浄化反応を利用してＮＯｘを浄化することが考えられる。特許文献２の排気浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に三元触媒を設けたシステムにおいて、加速運転時には三元触媒における三元浄化反応を利用すべく、混合気の空燃比をリーン側からストイキに切り替える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０３８４２号公報
【特許文献２】特開２００９−２９３５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで選択還元触媒では、ＮＨ３を還元剤としてＮＯｘの還元反応が進行する。しかしながら、酸素がほとんど存在しないストイキ雰囲気下では、たとえ十分な量のＮＨ３が存在していたとしても、ＮＯのみを還元する反応が進行することはない。また、暖機後の内燃機関から排出されるＮＯｘのうちのほとんどはＮＯであるため、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２は、上流側の三元触媒におけるＮＯの酸化反応によって生成されたものがほとんどである。したがって、選択還元触媒の上流側に三元触媒を設けたシステムにおいて混合気の空燃比をストイキにすると、選択還元触媒には酸素及びＮＯ２ともにほとんど流入しなくなってしまうため、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたものであり、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下しないように、適切なタイミングで空燃比をストイキに制御できる排気浄化システム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】
【０００７】
（１）本発明の内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路（例えば、後述の排気通路１１）に設けられ、ＮＨ３の存在下でＮＯｘを還元し、かつ排気中のＮＯ２及びＮＯ２化合物又はこれらの何れかを吸蔵する機能を備えた選択還元触媒（例えば、後述の下流触媒コンバータ３３のＳＣＲ触媒）と、前記選択還元触媒にＮＨ３又はその前駆体を供給する還元剤供給装置（例えば、後述の尿素水供給装置４）と、前記排気通路のうち前記選択還元触媒の上流側に設けられ、三元浄化機能を有する上流触媒（例えば、後述の上流触媒コンバータ３１の上流触媒）と、前記機関のＮＯｘ排出量に応じて大きくなるＮＯｘ相関パラメータの値を算出するＮＯｘ相関値算出手段（例えば、後述の空燃比コントローラ６１、図３のＳ４の実行に係る手段）と、前記ＮＯｘ相関パラメータの値がストイキ判定閾値より大きい場合には、混合気の空燃比をストイキに制御する空燃比制御手段（例えば、後述の空燃比コントローラ６１）と、前記選択還元触媒に吸蔵されているＮＯ２及びＮＯ２化合物の量に相当するＮＯ２ストレージ量を算出するＮＯ２ストレージ量推定手段（例えば、後述の空燃比コントローラ６１、図３のＳ２の実行に係る手段）と、前記ＮＯ２ストレージ量が大きくなるほど前記ストイキ判定閾値を小さな値に設定する閾値設定手段（例えば、後述の空燃比コントローラ６１、図３のＳ５の実行に係る手段）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
（１）本発明では、ＮＯｘ排出量に応じて大きくなるＮＯｘ相関パラメータの値がストイキ判定閾値より大きい場合には、上流触媒における三元浄化反応によってＮＯｘを浄化すべく、混合気の空燃比をストイキに制御する。ここで、混合気の空燃比をストイキに制御すると、新たに選択還元触媒に流入する酸素及びＮＯ２の量は減少する。しかしながら、選択還元触媒がストイキ雰囲気になったとしても、それまでに吸蔵しておいたＮＯ２やＮＯ２化合物を利用することによってＦａｓｔ−ＳＣＲ反応が進行するため、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が大きく低下するのを抑制できる。すなわち、本発明によれば、空燃比をストイキに制御しても、上流触媒と選択還元触媒との両方でＮＯｘを浄化できる。また、選択還元触媒のＮＯ２ストレージ量が大きくなるほどストイキ雰囲気下でのＮＯｘ浄化率を向上できるため、本発明では、ＮＯ２ストレージ量が大きくなるほどストイキ判定閾値を小さな値に設定し、空燃比が積極的にストイキに切り替わるようする。したがって本発明によれば、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下しないように、適切なタイミングで空燃比をストイキに制御できる。
【０００９】
なお、このように選択還元触媒に吸蔵されかつ選択還元触媒においてＮＯ２とほぼ同じ機能を有するＮＯ２化合物とは、具体的には、例えばＮＯ２とＮＨ３の化合物である硝酸アンモニウム（ＮＨ４ＮＯ３）等が挙げられる。硝酸アンモニウムは、ＮＯ２とＮＨ３から生成される（生成式：２ＮＯ２＋２ＮＨ３→ＮＨ４ＮＯ３＋Ｎ２＋Ｈ２Ｏ）。また、この硝酸アンモニウムは、ＮＯとの反応で分解（反応式：ＮＨ４ＮＯ３＋ＮＯ→ＮＯ２＋Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ）される。実際の選択還元触媒には、ＮＯ２だけでなくＮＯ２化合物も吸蔵され得るが、これらは実質的に同じ機能を有する。したがって以下の説明では、選択還元触媒へのＮＯ２及びＮＯ２化合物の吸蔵について、ＮＯ２とＮＯ２化合物とを明確に区別せずに、全てＮＯ２の吸蔵として扱う。すなわち、選択還元触媒に吸蔵されているＮＯ２化合物は、全てＮＯ２に換算して扱う。
【００１０】
（２）この場合、前記空燃比制御手段は、前記ＮＯｘ相関パラメータの値が前記ストイキ判定閾値以下である場合には、前記選択還元触媒において定常的にＮＯｘ還元反応が進行するように混合気の空燃比をストイキよりリーン側に制御することが好ましい。
【００１１】
（２）本発明では、ＮＯｘ相関パラメータの値がストイキ判定閾値以下であり、上流触媒における三元浄化反応を利用せずとも選択還元触媒におけるＮＯｘ還元反応のみで十分にＮＯｘを浄化できるような場合には、混合気の空燃比をストイキよりリーン側に制御する。これにより、必要以上に空燃比がストイキに変更されることで燃費が悪化するのを抑制できる。
【００１２】
（３）この場合、前記排気浄化システムは、前記選択還元触媒の温度を取得する温度取得手段（例えば、後述の排気温度センサ３６、ＥＣＵ６）をさらに備え、前記閾値設定手段は、前記選択還元触媒の温度がその活性温度より低い場合には、高い場合よりも前記ストイキ判定閾値を小さな値に設定することが好ましい。
【００１３】
（３）選択還元触媒は、その温度が活性温度より低いと、高い場合よりもＮＯｘ浄化性能が低下する。本発明では、選択還元触媒の温度がその活性温度より低い場合には、高い場合よりもストイキ判定閾値を小さな値に設定し、空燃比が積極的にストイキに切り替わるようにする。これにより、適切なタイミングで上流触媒の三元浄化反応を進行させ、システム全体のＮＯｘ浄化性能を向上できる。
【００１４】
（４）この場合、前記排気通路には排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ（例えば、後述の排気浄化フィルタ３２）が設けられ、前記空燃比制御手段は、前記フィルタの粒子状物質の堆積量が大きくなるほど、混合気の空燃比をストイキに維持する時間を短くすることが好ましい。
【００１５】
（４）空燃比をストイキに制御するとリーン側に制御するよりも多くの粒子状物質が堆積する。そこで本発明では、粒子状物質の堆積量が大きくなるほど空燃比をストイキに維持する時間を短くすることにより、フィルタの堆積余裕を確保でき、またフィルタの過昇温を防止できる。
【００１６】
（５）この場合、前記空燃比制御手段は、前記フィルタの粒子状物質の堆積量が、混合気の空燃比をストイキに制御したときに前記フィルタが過昇温にならないように設定された上限堆積量より大きい場合には、空燃比のストイキへの制御を禁止することが好ましい。
【００１７】
（５）フィルタに過剰な量の粒子状物質が堆積した状態で空燃比をストイキに制御すると、粒子状物質が燃焼しフィルタが過昇温に至る場合がある。本発明によれば、堆積量が上限堆積量よりも大きい場合には空燃比をストイキに制御しないようにすることで、フィルタが過昇温になるのを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図２】ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘの浄化とＮＯ２の吸蔵を模したＳＣＲ触媒モデルを模式的に示す図である。
【図３】エンジンの運転モードをリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替える手順を示すフローチャートである。
【図４】ＳＣＲ触媒へのＮＯ流入量及びＮＯ２流入量からＳＣＲ触媒のＮＯ２ストレージ量を算出するブロック図である。
【図５】ＮＯ２吸蔵効率を決定するマップの一例を示す図である。
【図６】過渡ＮＯｘ浄化率を決定するマップの一例を示す図である。
【図７】ストイキ判定閾値の設定に係るブロック図である。
【図８】ストイキ判定閾値の基本値を決定するマップの一例を示す図である。
【図９】ストイキ判定閾値の補正係数の値を決定するマップの一例を示す図である。
【図１０】ストイキ継続時間を決定するマップの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の内燃機関（以下、「エンジン」という）１及びその排気浄化システム２の構成を示す模式図である。エンジン１は、定常運転時には混合気の空燃比をストイキよりリーン側にする所謂リーン燃焼を基本としたもの、より具体的にはディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンなどである。
【００２０】
排気浄化システム２は、エンジン１の排気ポートから延びる排気通路１１に設けられた触媒浄化装置３と、エンジン１及び触媒浄化装置３を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）６と、を備える。
【００２１】
エンジン１には、各シリンダに燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられている（図示せず）。この燃料噴射弁を駆動するアクチュエータは、ＥＣＵ６に電磁的に接続されている。エンジン１の混合気の空燃比は、シリンダ内に導入される新気の量、図示しない排気還流装置を介してシリンダ内に導入されるＥＧＲガスの量、並びに燃料噴射弁からの燃料噴射量等を調整することによって制御される。
【００２２】
触媒浄化装置３は、上流触媒コンバータ３１と、排気浄化フィルタ３２と、下流触媒コンバータ３３と、尿素水供給装置４と、を備える。上流触媒コンバータ３１は、排気通路１１のうちエンジン１の直下に設けられている。下流触媒コンバータ３３は、排気通路１１のうち上流触媒コンバータ３１より下流側に設けられている。排気浄化フィルタ３２は、排気通路１１のうち上流触媒コンバータ３１と下流触媒コンバータ３３との間に設けられている。これら上流触媒コンバータ３１及び下流触媒コンバータ３３には、エンジン１の排気に含まれるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の成分を浄化する反応を促進するための触媒が設けられている。
【００２３】
上流触媒コンバータ３１が備える上流触媒には、少なくとも三元浄化機能を有する触媒が用いられる。三元浄化機能とは、ストイキ雰囲気下で三元浄化反応、すなわちＨＣ及びＣＯの酸化とＮＯｘの還元とが同時に行われる反応が進行する機能を言う。このような三元浄化機能を備える触媒としては、酸化触媒や三元触媒等が挙げられる。上流触媒には、酸化触媒又は三元触媒が好ましく用いられる。
【００２４】
酸化触媒（ＤＯＣ）は、ストイキ雰囲気下では上記三元浄化反応によってＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを高効率で浄化する。酸化触媒は、リッチ雰囲気下ではＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化するとともに、ＮＨ３を生成する。また、酸化触媒は、リーン雰囲気下ではＨＣ及びＣＯを酸化することによって浄化するとともに、排気中のＮＯの一部をＮＯ２に酸化し、後述の下流触媒コンバータ３３におけるＮＯｘ浄化率を向上する。三元触媒（ＴＷＣ）は、この酸化触媒に酸素吸蔵放出材を付加したものに相当する。三元触媒と酸化触媒とは基本的な浄化機能は同じである。ただし三元触媒は、酸化触媒と比較すると、酸素吸蔵放出材を備えており三元浄化ウィンドウが広くなっている点で優れている。
【００２５】
排気浄化フィルタ３２は、排気中の粒子状物質を捕集する。この排気浄化フィルタ３２には、堆積した粒子状物質をより低温から燃焼除去できるようにするため、上述の酸化触媒が担持されていることが好ましい。
【００２６】
下流触媒コンバータ３３は、ＮＨ３の存在下でＮＯｘを還元する選択還元触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」という）を備える。
この下流触媒コンバータ３３では、ＮＨ３の存在下で、Ｆａｓｔ−ＳＣＲ反応（下記式（１）参照）、Ｓｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲ反応（下記式（２）参照）、及びＳｌｏｗ−ＳＣＲ反応（下記式（３）参照）が進行し得る。
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ    （１）
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ    （２）
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ    （３）
【００２７】
Ｆａｓｔ−ＳＣＲ反応は、排気中のＮＯとＮＯ２をＮＨ３により同時に還元する反応であり、３種類の反応の中で最も反応速度が早い。したがって、下流触媒コンバータ３３に流入する排気中のＮＯとＮＯ２の割合が等しくなると、すなわちＮＯ２−ＮＯｘ比がほぼ０．５の最適値になると、このＦａｓｔ−ＳＣＲ反応が主体的に進行するため、下流触媒コンバータ３３によるＮＯｘ浄化率が最も高い状態となる。ただし、エンジン１から排出されるＮＯｘの多くはＮＯで構成されているため、下流触媒コンバータ３３においてＦａｓｔ−ＳＣＲ反応を主体的に進行させるには、上記上流触媒コンバータ３１や排気浄化フィルタ３２などにおいて、排気中のＮＯの一部をＮＯ２に酸化させる必要がある。したがって、上流触媒コンバータ３１や排気浄化フィルタ３２の触媒量や組成は、後述のリーン運転中において下流触媒コンバータ３３に流入する排気のＮＯとＮＯ２の比が概ね１：１になるように調製されている。
【００２８】
Ｓｌｏｗ−ＳＣＲ反応は、排気中のＮＯ２のみをＮＨ３により還元する反応であり、その反応速度は、上記Ｆａｓｔ−ＳＣＲ反応と比較して遅い。下流触媒コンバータ３３に流入する排気中のＮＯに対するＮＯ２の割合が大きくなった場合、上記Ｆａｓｔ−ＳＣＲ反応で余剰となったＮＯ２はこのＳｌｏｗ−ＳＣＲ反応によって還元される。
【００２９】
Ｓｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲ反応は、排気中のＮＯのみをＮＨ３で還元する反応であり、その反応速度は、上記Ｓｌｏｗ−ＳＣＲ反応と比較して遅い。上記式（２）に示すように、Ｓｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲ反応のみＯ２が必要となっている。したがって、下流触媒コンバータ３３内が酸素をほとんど含まないストイキ雰囲気又はリッチ雰囲気になると、Ｓｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲ反応はほとんど進行しない。
【００３０】
ＳＣＲ触媒は、尿素水から生成したＮＨ３で排気中のＮＯｘを還元する機能を有するとともに、生成したＮＨ３を所定の量だけ貯蔵する機能も有する。以下では、ＳＣＲ触媒において貯蔵されたＮＨ３量をＮＨ３ストレージ量とし、ＳＣＲ触媒において貯蔵できるＮＨ３量を最大ＮＨ３ストレージ容量とする。このようにしてＳＣＲ触媒に貯蔵されたＮＨ３は、排気中のＮＯｘの還元にも適宜消費される。このため、ＳＣＲ触媒は、ＮＨ３ストレージ量が多くなるほどＮＯｘ浄化率が高くなる特性がある。
【００３１】
また、このＳＣＲ触媒はゼオライトを含んでおり、排気中のＮＯ２、ＮＯ２化合物及びＨＣを吸蔵し所定の量だけ貯蔵する機能も有する。以下では、ＳＣＲ触媒において貯蔵されているＮＯ２及びＮＯ２化合物の量をＮＯ２ストレージ量とし、ＳＣＲ触媒において貯蔵できるＮＯ２及びＮＯ２化合物の量を最大ＮＯ２ストレージ量とする。
このようなＮＯ２吸蔵機能を備えたＳＣＲ触媒では、流入する排気がＮＯ２過多（ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５より大きい）となった場合に、Ｆａｓｔ−ＳＣＲ反応によって還元しきれなかったＮＯ２を吸蔵する。そして、このようにしてＳＣＲ触媒に貯蔵されたＮＯ２は、ＳＣＲ触媒に流入する排気がＮＯ過多（ＮＯ２−ＮＯｘ比が０．５より小さい）となった場合に放出され、余分に供給されたＮＯとともにＦａｓｔ−ＳＣＲ反応により還元される。すなわち、ＮＯ２吸蔵機能を備えたＳＣＲ触媒は、流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比が最適値からＮＯ２過多側又はＮＯ過多側に変動した場合であっても、あたかもＮＯ２−ＮＯｘ比を最適値に維持するかのようにＮＯ２を吸蔵したり放出したりする。
【００３２】
図２は、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘの浄化とＮＯ２の吸蔵を模したＳＣＲ触媒モデルを模式的に示す図である。
上述のように、ＮＨ３の存在下にあるＳＣＲ触媒では、Ｆａｓｔ、Ｓｌｏｗ及びＳｔａｎｄａｒｄの３種類の反応速度の異なるＮＯｘ還元反応が進行する。また、ＳＣＲ触媒には排気中のＮＯ２を吸蔵し所定の量だけ貯蔵する能力があるため、ＳＣＲ触媒で進行する反応は、そのＮＯ２ストレージ量及びＳＣＲ触媒に流入する排気のＮＯ２−ＮＯｘ比に応じて大きく変化する。以下では、流入したＮＯ及びＮＯ２に対しＳＣＲ触媒で進行する反応について、（１）ＮＯ２ストレージ量が０又はその近傍である状態と、（２）ＮＯ２ストレージ量が最大ＮＯ２ストレージ容量又はその近傍である状態と、（３）ＮＯ２ストレージ量が０よりも十分に大きくかつ最大ＮＯ２ストレージ容量よりも十分に小さく、したがって過不足なくＮＯ２が貯蔵されている状態と、で場合分けして説明する。
【００３３】
（１）ＮＯ２ストレージ量が０又はその近傍である状態
ＮＯ２ストレージ量が０又はその近傍であり、ＳＣＲ触媒にはＮＯ２があまり貯蔵されていない場合、ＳＣＲ触媒にはＮＯ２吸蔵機能に余裕はあるがＮＯ２放出機能に余裕は無いといえる。
このような状態において、ＮＯ２過多（ＮＯ２−ＮＯｘ比＞０．５）の排気が流入すると、ＳＣＲ触媒では、排気中のＮＯと、このＮＯと等量のＮＯ２とを併せて還元すべくＦａｓｔ−ＳＣＲ反応が進行する。また、ここで余剰となったＮＯ２を還元する反応は、より反応速度の遅いＳｌｏｗ−ＳＣＲであるため、定常的なＮＯｘ（特にＮＯ２）浄化率は低い。しかしながら、ＮＯ２吸蔵機能には余裕があり、還元されなかったＮＯ２をＳＣＲ触媒に吸蔵できるので、ＮＯ２を吸蔵できる間の過渡的なＮＯｘ浄化率は高い。すなわちこの場合、ＮＯ２ストレージ量は増加しながら、そのＮＯｘ浄化率は高く維持される。
一方、ＮＯ過多（ＮＯ２−ＮＯｘ比＜０．５）の排気が流入すると、ＳＣＲ触媒では、排気中のＮＯ２と、このＮＯ２と等量のＮＯとを併せて還元すべくＦａｓｔ−ＳＣＲが進行する。また、ここで余剰となったＮＯを還元する反応は、より反応速度の遅いＳｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲであるため、定常的なＮＯｘ（特にＮＯ）浄化率は低い。また、ＮＯ２放出機能には余裕がなく、上記余剰となったＮＯと併せてＦａｓｔ−ＳＣＲを進行させるべく、ＳＣＲ触媒から放出されるＮＯ２も少ないため、過渡的にもＮＯｘ浄化率も低いままである。
【００３４】
（２）ＮＯ２ストレージ量が最大ＮＯ２ストレージ容量又はその近傍である状態
ＮＯ２ストレージ量が最大ＮＯ２ストレージ容量又はその近傍であり、ＳＣＲ触媒には限界に近い量のＮＯ２が貯蔵している場合、ＳＣＲ触媒にはＮＯ２放出機能に余裕はあるがＮＯ２吸蔵機能に余裕は無いといえる。
このような状態において、ＮＯ２過多の排気が流入すると、ＳＣＲ触媒では、排気中のＮＯと、このＮＯと等量のＮＯ２とを併せて還元すべくＦａｓｔ−ＳＣＲが進行する。また、ここで余剰となったＮＯ２を還元する反応は、より反応速度の遅いＳｌｏｗ−ＳＣＲであるため、定常的なＮＯｘ（特にＮＯ２）浄化率は低い。また、ＮＯ２吸蔵機能には余裕がなく、還元されなかったＮＯ２をＳＣＲ触媒で吸蔵することもできないので、過渡的にもＮＯｘ浄化率は低いままである。
一方、ＮＯ過多の排気が流入すると、ＳＣＲ触媒では、排気中のＮＯ２と、このＮＯ２と等量のＮＯとを併せて還元すべくＦａｓｔ−ＳＣＲが進行する。また、ここで余剰となったＮＯを還元する反応は、より反応速度の遅いＳｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲであるため、定常的なＮＯｘ（特にＮＯ）浄化率は低い。しかしながら、ＮＯ２放出機能には余裕があるため、上記余剰となったＮＯは、上記Ｓｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲによりＮＯ単体で還元される割合よりも、Ｆａｓｔ−ＳＣＲによりＳＣＲ触媒から放出されたＮＯ２と併せて還元される割合の方が高くなるため、ＮＯ２を放出できる間の過渡的なＮＯｘ浄化率は高い。すなわちこの場合、ＮＯ２ストレージ量は減少しながら、ＮＯｘ浄化率は高く維持される。
【００３５】
（３）過不足なくＮＯ２が吸蔵されている状態
ＳＣＲ触媒に過不足なくＮＯ２が吸蔵されている場合、ＳＣＲ触媒にはＮＯ２吸蔵機能及びＮＯ２放出機能ともに余裕があるといえる。
このような状態において、ＮＯ２過多の排気が流入すると、ＳＣＲ触媒では、排気中のＮＯと、このＮＯと等量のＮＯ２とを併せて還元すべくＦａｓｔ−ＳＣＲが進行する。また、ここで余剰となったＮＯ２を還元する反応は、より反応速度の遅いＳｌｏｗ−ＳＣＲであるため、定常的なＮＯｘ（特にＮＯ２）浄化率は低い。しかしながら、ＮＯ２吸蔵機能には余裕があり、還元されなかったＮＯ２をＳＣＲ触媒に吸蔵できるので、ＮＯ２を吸蔵できる間の過渡的なＮＯｘ浄化率は高い。すなわちこの場合、ＮＯ２ストレージ量は増加しながら、ＮＯｘ浄化率は高く維持される。
一方、ＮＯ過多の排気が流入すると、ＳＣＲ触媒では、排気中のＮＯ２と、このＮＯ２と等量のＮＯとを併せて還元すべくＦａｓｔ−ＳＣＲが進行する。また、ここで余剰となったＮＯを還元する反応は、より反応速度の遅いＳｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲであるため、定常的なＮＯｘ（特にＮＯ）浄化率は低い。しかしながら、ＮＯ２放出機能には余裕があるため、上記余剰となったＮＯは、上記Ｓｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲによりＮＯ単体で還元される割合よりも、Ｆａｓｔ−ＳＣＲによりＳＣＲ触媒から放出されたＮＯ２と併せて還元される割合の方が高くなるため、ＮＯ２を放出できる間の過渡的なＮＯｘ浄化率は高い。すなわちこの場合、ＮＯ２ストレージ量は減少しながら、ＮＯｘ浄化率は高く維持される。
【００３６】
以上のように、ＳＣＲ触媒は、そのＮＯ２ストレージ量に応じてＮＯｘの浄化特性が変化する。ここで、混合気の空燃比をストイキに制御した場合に、ＳＣＲ触媒で進行する反応について検討する。混合気の空燃比をストイキに制御すると、排気中にはほとんど酸素が含まれないため、上流触媒コンバータ及び排気浄化フィルタでは排気中のＮＯをＮＯ２に酸化する反応は進行しなくなる。したがって、ＳＣＲ触媒には低酸素かつＮＯ過多の排気が流入する。上記（２）で説明したように、ＳＣＲ触媒のＮＯ２ストレージ量が大きいと、貯蔵しておいたＮＯ２を利用してＦａｓｔ−ＳＣＲ反応が進行する。このため、ストイキ雰囲気下にあるＳＣＲ触媒は、ＮＯ２ストレージ量が大きいほどＮＯｘ浄化性能が高いといえる。
【００３７】
図１に戻って、尿素水供給装置４は、尿素水タンク４１と尿素水インジェクタ４２とを備える。尿素水タンク４１は、ＳＣＲ触媒における還元剤（ＮＨ３）の前駆体である尿素水を貯蔵する。尿素水タンク４１は、尿素水供給路４３及び図示しない尿素水ポンプを介して尿素水インジェクタ４２に接続されている。尿素水インジェクタ４２には、図示しないアクチュエータで駆動されると開閉し、尿素水タンク４１から供給される尿素水を排気通路１１内の下流触媒コンバータ３３の上流側に噴射する。インジェクタ４２から噴射された尿素水は、排気中又は下流触媒コンバータ３３においてＮＨ３に加水分解され、ＮＯｘの還元に消費される。尿素水インジェクタ４２のアクチュエータは、ＥＣＵ６に電磁的に接続されている。ＥＣＵ６は、後述の尿素水噴射制御によって尿素水噴射量を定め、この量の尿素水が噴射されるように尿素水インジェクタ４２を駆動する。
【００３８】
ＥＣＵ６には、排気浄化システム２及びエンジン１の状態を検出するためのセンサとして、空燃比センサ３５、排気温度センサ３６、ＮＨ３センサ３７、及びアクセル開度センサ３８などが接続されている。
【００３９】
空燃比センサ３５は、排気通路１１のうち上流触媒コンバータ３１と排気浄化フィルタ３２との間を流通する排気の空燃比（酸素濃度）を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。この空燃比センサ３５には、リッチ空燃比からリーン空燃比まで比例した信号を出力する、比例型空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）が用いられる。
【００４０】
排気温度センサ３６は、排気通路１１のうち排気浄化フィルタ３２と下流触媒コンバータ３３との間を流通する排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。ＥＣＵ６は、この排気温度センサ３６の出力に基づいて、図示しない処理により排気浄化フィルタ３２の温度や下流触媒コンバータ３３のＳＣＲ触媒の温度を算出（取得）する。
【００４１】
ＮＨ３センサ３７は、排気通路１１のうちＳＣＲ触媒を備える下流触媒コンバータ３３の下流側に設けられる。ＮＨ３センサ３７は、下流触媒コンバータ３３の下流側の排気中のＮＨ３濃度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。
【００４２】
アクセル開度センサ３８は、アクセルペダルの踏み込み量を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。エンジン１の要求トルクの値は、このアクセル開度センサ３８の出力に基づいて、ＥＣＵ６において図示しない処理により算出される。
【００４３】
ＥＣＵ６は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）と、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、エンジン１の燃料噴射弁、尿素水供給装置４の尿素水インジェクタ４２等に制御信号を出力する出力回路と、を備える。
【００４４】
ＥＣＵ６には、エンジン１の空燃比制御の実行に係る空燃比コントローラ６１、尿素水供給装置４による尿素水噴射制御の実行に係る尿素水コントローラ６２などの制御ブロックが構成されている。
【００４５】
尿素水コントローラ６２は、ＮＯｘを還元するために必要な量のＮＨ３が下流触媒コンバータ３３に供給され、かつ下流触媒コンバータ３３から過剰な量のＮＨ３が排出されないように、ＮＨ３センサ３７の出力に基づいて尿素水インジェクタ４２からの尿素水の噴射量を制御する。より具体的には、尿素水コントローラ６２は、ＳＣＲ触媒のＮＨ３ストレージ量及び最大ＮＨ３ストレージ容量を推定しながら、このＮＨ３ストレージ量が最大ストレージ容量の近傍に維持されるように、ＮＨ３センサ３７の出力に基づいて尿素水の噴射量を決定する。なお、以上のような尿素水噴射制御の詳細なアルゴリズムは、例えば、本願出願人による国際公開第２００９／１２８１６９などに詳しく記載されているので、ここではこれ以上詳細な説明を省略する。
【００４６】
空燃比コントローラ６１は、エンジン１の適切な運転モードを判断するとともに、運転モードごとに定められたアルゴリズムに従って新気量、ＥＧＲ量、及び燃料噴射量等を調整することにより、エンジン１の混合気の空燃比を制御する。運転モードとしては、リーン運転モードとストイキ運転モードとの２つが設定されている。
【００４７】
リーン運転モードでは、空燃比コントローラ６１は、上流触媒コンバータ３１及び排気浄化フィルタ３２においてＣＯ及びＨＣの酸化反応を進行させ、下流触媒コンバータ３３のＳＣＲ触媒において定常的にＮＯｘの還元反応が進行するように、混合気の空燃比をストイキよりリーン側に制御する。
ストイキ運転モードでは、空燃比コントローラ６１は、上流触媒コンバータ３１において三元浄化反応を進行させるべく空燃比センサ３５の出力に基づいて混合気の空燃比をストイキに制御する。
【００４８】
空燃比コントローラ６１は、定常運転状態である場合にはエンジン１の運転モードをリーン運転モードにし、ＮＯｘ排出量が大きくなる加速運転状態になると運転モードをリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替える。
【００４９】
図３は、エンジンの運転モードをリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替える手順を示すフローチャートである。この処理は、空燃比コントローラ６１において、リーン運転モード中に所定の制御周期で実行される。この処理では、空燃比コントローラは、ＮＯｘ排出量に応じて大きくなるＮＯｘ相関パラメータの値を算出し、このＮＯｘ相関パラメータの値とストイキ判定閾値と比較に基づいて、運転モードをリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替えるか否かを判定する。
【００５０】
Ｓ１では、空燃比コントローラは、排気温度センサの出力に基づいて下流触媒コンバータのＳＣＲ触媒の温度を算出し、Ｓ２に移る。
Ｓ２では、空燃比コントローラは、ＮＯ２ストレージ量を算出し、Ｓ３に移る。以下、図４から図６を参照してＮＯ２ストレージ量を算出する手順を説明する。
【００５１】
図４は、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯの量及びＮＯ２の量から、ＳＣＲ触媒のＮＯ２ストレージ量を算出するブロック図である。図４に示すブロック図は、図２を参照して説明したＳＣＲ触媒モデルを具現化したものであり、定常スリップ量演算部６１０と、ＮＯ２ストレージモデル演算部６１５と、ＮＯ＋吸蔵ＮＯ２浄化モデル演算部６１６とを含んで構成される。ここで、ＳＣＲ触媒へのＮＯ流入量及びＮＯ２流入量は、エンジンの運転状態に基づいて推定されるエンジン直下のＮＯ量及びＮＯ２量に、上流触媒コンバータ３１及び排気浄化フィルタ３２におけるＮＯｘ浄化効率及びＮＯ酸化効率を考慮することによって算出される。
【００５２】
定常スリップ量演算部６１０は、推定されたＮＯ流入量及びＮＯ２流入量の排気をＳＣＲ触媒に定常的に供給し続けた場合にＳＣＲ触媒から排出されるＮＯ量及びＮＯ２量に相当する定常ＮＯスリップ量及び定常ＮＯ２スリップ量を算出する。すなわち、これら定常ＮＯスリップ量及び定常ＮＯ２スリップ量は、ＳＣＲ触媒にＮＯ２吸蔵機能及びＮＯ２放出機能も無いと仮定した場合における各々のスリップ量に相当する。
【００５３】
定常ＮＯ＋ＮＯ２浄化モデル演算部６１１は、ＳＣＲ触媒ではＦａｓｔ−ＳＣＲ反応のみが進行するとの仮定の下で、流入したＮＯ及びＮＯ２のうち還元されずに排出されるＮＯ及びＮＯ２の量を、予め定められたマップに基づいて算出する。
定常ＮＯ浄化モデル演算部６１２は、ＳＣＲ触媒ではＳｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲのみが進行するとの仮定の下で、流入したＮＯのうち還元されずに排出されるＮＯの量を、予め定められたマップに基づいて算出する。
定常ＮＯ２浄化モデル演算部６１３は、ＳＣＲ触媒ではＳｌｏｗ−ＳＣＲのみが進行するとの仮定の下で、流入したＮＯ２のうち還元されずに排出されるＮＯ２の量を、予め定められたマップに基づいて算出する。
【００５４】
定常スリップ量演算部６１０は、流入するＮＯ及びＮＯ２のうち少ない方の全てに対しＦａｓｔ−ＳＣＲが進行するとの仮定の下で、推定されたＮＯ流入量及びＮＯ２流入量を、Ｆａｓｔ−ＳＣＲが進行する分（等量ＮＯ及び等量ＮＯ２）と、Ｓｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲが進行する分（余剰ＮＯ）と、Ｓｌｏｗ−ＳＣＲが進行する分（余剰ＮＯ２）とに分けた上、上記定常浄化モデル演算部６１１，６１２，６１３のそれぞれに入力する。なお、流入するＮＯ及びＮＯ２のうち少ない方の全てに対しＦａｓｔ−ＳＣＲが進行するとの仮定の下では、上記余剰ＮＯ及び余剰ＮＯ２のうち何れかは０になる。
そして、定常スリップ量演算部６１０は、上記定常浄化モデル演算部６１１，６１２により算出されたＮＯのスリップ量を合算したものを定常ＮＯスリップ量とし、モデル演算部６１１，６１３により算出されたＮＯ２のスリップ量を合算したものを定常ＮＯ２スリップ量とする。
【００５５】
ＮＯ２ストレージモデル演算部６１５は、ＳＣＲ触媒のＮＯ２貯蔵量に相当するＮＯ２ストレージ量を算出し、ＮＯ＋吸蔵ＮＯ２浄化モデル演算部６１６は、ＳＣＲ触媒に貯蔵されていたもののうち、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯと併せてＦａｓｔ−ＳＣＲが進行することで消費されるＮＯ２量に相当するＮＯ２消費量を算出する。
【００５６】
ＮＯ２ストレージモデル演算部６１５は、定常スリップ量演算部６１０にて推定された定常ＮＯ２スリップ量のうち新たにＳＣＲ触媒に吸蔵されるＮＯ２量（新規ＮＯ２吸蔵量）を正とし、上記ＮＯ＋吸蔵ＮＯ２浄化モデル演算部６１６にて推定されたＮＯ２消費量を負とし、これら新規ＮＯ２吸蔵量とＮＯ２消費量とを積算したものをＮＯ２ストレージ量とする。
ここで、新規ＮＯ２吸蔵量は、定常ＮＯ２スリップ量に、マップ（図５参照）を検索することで決定されたＮＯ２吸蔵効率を乗算することにより算出される。また、ＮＯ２スリップ量は、定常ＮＯ２スリップ量から、上記新規ＮＯ２吸蔵量を減算することで算出される。
【００５７】
図５は、ＮＯ２吸蔵効率を決定するマップの一例を示す図である。
流入したＮＯ２のうちＳＣＲ触媒に吸蔵されるＮＯ２の割合に相当するＮＯ２吸蔵効率は、図５に示すように、ＮＯ２ストレージ量が大きくなるに従い小さくなる。すなわち、ＳＣＲ触媒のＮＯ２吸蔵機能は、ＮＯ２ストレージ量が大きくなるに従い低下する。なお、ＮＯ２ストレージ量の上限値に相当する最大ＮＯ２ストレージ容量は、図５に示すようなマップでは、ＮＯ２吸蔵効率がほぼ０となるＮＯ２ストレージ量として規定される。
【００５８】
図４に戻って、ＮＯ＋吸蔵ＮＯ２浄化モデル演算部６１６は、定常スリップ量演算部６１０にて推定された定常ＮＯスリップ量、すなわちＳＣＲ触媒にはＮＯ放出機能が無いと仮定した場合に、還元されずにそのまま排出されるＮＯ量のうち、ＳＣＲ触媒に貯蔵されたＮＯ２と併せてＦａｓｔ−ＳＣＲにより還元されるＮＯ量（ＮＯ還元量）を算出する。
ここで、ＮＯ還元量は、定常ＮＯスリップ量に、マップ（図６参照）を検索することで決定された過渡ＮＯ浄化率を乗算することにより算出される。また、ＮＯスリップ量は、定常ＮＯスリップ量から、上記ＮＯ還元量を減算することで算出され、ＮＯ２消費量は、Ｆａｓｔ−ＳＣＲ反応により上記ＮＯ還元量のＮＯと併せて還元されるＮＯ２量として算出される。
【００５９】
図６は、過渡ＮＯｘ浄化率を決定するマップの一例を示す図である。
流入するＮＯのうち、ＳＣＲ触媒から放出されたＮＯ２と併せて還元されるＮＯの割合に相当する過渡ＮＯ浄化率は、ＮＯ２ストレージ量が大きくなるに従い小さくなる。すなわち、ＳＣＲ触媒のＮＯ２放出機能は、ＮＯ２ストレージ量が大きくなるに従い低下する。
【００６０】
図３に戻って、Ｓ３では、空燃比コントローラは、排気浄化フィルタの粒子状物質の堆積量を算出し、Ｓ４に移る。ここで、粒子状物質の堆積量は、燃料噴射量の積算に基づく推定や、図示しない差圧センサに基づく推定など、既知の方法により算出される。
【００６１】
Ｓ４では、空燃比コントローラは、ＮＯｘ相関パラメータの値を算出し、Ｓ５に移る。このＮＯｘ相関パラメータとしては、例えばエンジンの要求トルクが用いられる。この他ＮＯｘ相関パラメータとしては、図示しない筒内圧センサの出力から算出される図示平均有効圧や、ＮＯｘ排出量の推定値など、エンジンからのＮＯｘ排出量に比例して大きくなるパラメータが用いられる。
【００６２】
Ｓ５では、空燃比コントローラは、ストイキ判定閾値を設定し、Ｓ６に移る。以下、図７から図９を参照してストイキ判定閾値を設定する手順を説明する。
【００６３】
図７は、ストイキ判定閾値の設定に係るブロック図である。図７に示すように、ストイキ判定閾値は、基本値算出部６１７において所定のマップ（図８参照）を検索することで算出された基本値に、補正値算出部６１８において所定のマップ（図９参照）を検索することで算出された補正係数の値を乗算することによって決定される。
【００６４】
図８は、ストイキ判定閾値の基本値を決定するマップの一例を示す図である。より具体的には、図８は、Ｓ１において算出されたＳＣＲ触媒温度を引数として基本値を決定するマップである。
図８の下段に示すように、ＳＣＲ触媒の温度が活性温度より低い場合、活性温度より高い場合よりもＮＯｘ浄化率は低下する。すなわち、ＳＣＲ触媒温度が活性温度より低い場合には、ＳＣＲ触媒を主体としてＮＯｘを浄化するよりも、上流触媒の三元浄化反応を利用してＮＯｘを浄化する方が好ましい場合が多い。すなわち、ＳＣＲ触媒温度が活性温度より低い場合には、活性温度より高い場合よりもリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替わり易くする方が好ましい。このようなＳＣＲ触媒の温度特性を考慮して、図８に示すように、ストイキ判定閾値の基本値は、ＳＣＲ触媒温度が活性温度より低い場合には、活性温度より高い場合よりも小さな値に設定される。
【００６５】
図９は、ストイキ判定閾値の補正係数の値を決定するマップの一例を示す図である。より具体的には、図９は、ＮＯ２ストレージ量を引数として補正係数の値を決定するマップである。
上述のように、ＮＯ２ストレージ量が大きくなると、ストイキ雰囲気下でのＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化率が高くなる。このようなＳＣＲ触媒のＮＯ２の吸蔵特性を考慮して、図９に示すように、補正係数は、ＮＯ２ストレージ量が大きくなるほど小さな値に設定される。
【００６６】
図３に戻って、Ｓ６では、空燃比コントローラは、リーン運転モードからストイキ運転モードに切り替える条件が満たされた否かを判別する。より具体的には、空燃比コントローラは、Ｓ４で算出したＮＯｘ相関パラメータの値とＳ５で設定したストイキ判定閾値とを比較し、ＮＯｘ相関パラメータの値がストイキ判定閾値より大きい場合には切り替え条件が満たされたと判断し、次ステップＳ７に移り、ＮＯｘ相関パラメータの値がストイキ判定閾値以下である場合には運転モードをリーン運転モードから切り替えることなく、この処理を終了する。
【００６７】
Ｓ７では、空燃比コントローラは、Ｓ３で算出した粒子状物質の堆積量が、所定の上限堆積量より大きいか否かを判別する。運転モードをリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替えると、排気温度が上昇することから、排気浄化フィルタに堆積した粒子状物質が燃焼する場合がある。したがって、排気浄化フィルタに粒子状物質が過剰に堆積した状態で運転モードをストイキ運転モードに切り替えると、排気浄化フィルタの温度が過剰に上昇してしまう場合がある。この上限堆積量は、ストイキ運転モードに切り替わったときにフィルタが過昇温に至らないような値に設定される。したがって、Ｓ７では、空燃比コントローラは、堆積量が上限堆積量より大きい場合には、フィルタが過昇温に至るおそれがあると判断し、運転モードの切り替えを禁止すべく、次ステップＳ８に移ることなく、この処理を終了する。また、堆積量が上限堆積量以下である場合には、次ステップＳ８に移る。
【００６８】
Ｓ８では、空燃比コントローラは、Ｓ３で算出した粒子状物質の堆積量に基づいて所定のマップ（図１０参照）を検索することにより、ストイキ運転モードを継続して実行する時間に相当するストイキ継続時間を決定し、Ｓ９に移る。
図１０は、ストイキ継続時間を決定するマップの一例を示す図である。より具体的には、図１０は、粒子状物質の堆積量を引数としてストイキ継続時間を決定するマップである。
ストイキ運転モード中は、リーン運転モード中よりも多くの粒子状物質が排出される。したがって、排気浄化フィルタの堆積余裕を確保するため、ストイキ継続時間は、図１０に示すように堆積量が大きくなるほど短くなるように決定される。
【００６９】
図３に戻って、Ｓ９では、空燃比コントローラは、運転モードをリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替える。なお、空燃比コントローラは、この時点からＳ８で決定したストイキ継続時間が経過すると、運転モードをストイキ運転モードから再びリーン運転モードに切り替える。
【００７０】
本実施形態の排気浄化システム２によれば、以下の効果を奏する。
（Ａ）本実施形態によれば、空燃比をリーン側からストイキに制御しても、上流触媒とＳＣＲ触媒との両方でＮＯｘを浄化できる。また、ＳＣＲ触媒のＮＯ２ストレージ量が大きくなるほどストイキ雰囲気下でのＮＯｘ浄化率を向上できるため、本実施形態では、ＮＯ２ストレージ量が大きくなるほどストイキ判定閾値を小さな値に設定し、空燃比が積極的にストイキに切り替わるようする。したがって本実施形態によれば、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下しないように、適切なタイミングで運転モードをリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替えることができる。
（Ｂ）本実施形態では、ＮＯｘ相関パラメータの値がストイキ判定閾値以下であり、上流触媒における三元浄化反応を利用せずともＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ還元反応のみで十分にＮＯｘを浄化できるような場合には、ストイキ運転モードに切り替えることなくリーン運転モードを維持する。これにより、必要以上に空燃比がストイキに変更されることで燃費が悪化するのを抑制できる。
（Ｃ）本実施形態では、ＳＣＲ触媒温度がその活性温度より低い場合には、高い場合よりもストイキ判定閾値を小さな値に設定し、空燃比が積極的にストイキに切り替わるようにすることにより、適切なタイミングで上流触媒の三元浄化反応を進行させ、システム全体のＮＯｘ浄化性能を向上できる。
（Ｄ）本実施形態では、粒子状物質の堆積量が大きくなるほどストイキ継続時間を短くすることにより、排気浄化フィルタの堆積余裕を確保でき、また排気浄化フィルタの過昇温を防止できる。
（Ｅ）本実施形態によれば、堆積量が上限堆積量よりも大きい場合には、運転モードをストイキ運転モードにしないようにすることで、排気浄化フィルタが過昇温になるのを回避できる。
【符号の説明】
【００７１】
１…エンジン（内燃機関）
２…排気浄化システム
３…触媒浄化装置
３１…上流触媒コンバータ（上流触媒）
３２…排気浄化フィルタ（フィルタ）
３３…下流触媒コンバータ（選択還元触媒）
３６…排気温度センサ（温度取得手段）
３７…ＮＨ３センサ
３８…アクセル開度センサ（加速判定手段）
４…尿素水供給装置（還元剤供給装置）
６…ＥＣＵ
６１…空燃比コントローラ（ＮＯｘ相関値算出手段、空燃比制御手段、ＮＯ２ストレージ量推定手段、閾値設定手段、温度取得手段）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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