(57)【要約】【課題】内燃機関の排気通路において、その上流側からＮＳＲ触媒、ＳＣＲ触媒を配置する排気浄化システムにおいて、両触媒を好適に利用しシステムとしてのＮＯＸ浄化能力を向上させる。【解決手段】ＮＳＲ触媒の温度が所定のＮＳＲ温度範囲に属し、且つ、ＳＣＲ触媒の温度が所定のＳＣＲ温度範囲に属する場合に、尿素水添加するとともに、ＮＳＲ触媒に流れ込む排気の空燃比に関する所定の空燃比処理を実行する。そして、該所定の空燃比処理は、ＮＳＲ触媒に流れ込む排気の空燃比を、ＮＳＲ触媒から吸蔵ＮＯＸを放出させる第１リーン空燃比とする第１空燃比処理と、第１リーン空燃比よりリーン側の第２リーン空燃比とする第２空燃比処理と、を含み、所定の空燃比処理では、第１空燃比処理と第２空燃比処理は交互に繰り返される。【選択図】図７
2018053882.tif 000002
【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た吸蔵還元型ＮＯＸ触媒であるＮＳＲ触媒と、
前記ＮＳＲ触媒に流れ込む排気に燃料を供給し、その排気空燃比を調整する燃料供給手段と、
前記排気通路において前記ＮＳＲ触媒の下流側に設けられ、アンモニアを還元剤としてＮＯＸを選択還元するＳＣＲ触媒と、
前記ＳＣＲ触媒に流れ込む排気にアンモニア又はアンモニアの前駆体を添加剤として添加する添加手段と、
前記ＮＳＲ触媒の温度が、該ＮＳＲ触媒によりＮＯＸ還元が可能となる所定のＮＳＲ温度範囲に属し、且つ、前記ＳＣＲ触媒の温度が、該ＳＣＲ触媒によりＮＯＸ還元が可能となる所定のＳＣＲ温度範囲に属している場合に、前記添加手段により前記添加剤を添加するとともに、前記燃料供給手段によって該ＮＳＲ触媒に流れ込む排気の空燃比に関する所定の空燃比処理を実行する、還元制御手段と、
を備える内燃機関の排気浄化システムであって、
前記所定の空燃比処理は、
前記燃料供給手段による燃料供給によって、前記ＮＳＲ触媒に流れ込む排気の空燃比を、理論空燃比よりリーン側の空燃比であって、該ＮＳＲ触媒から吸蔵されたＮＯＸを放出させる第１リーン空燃比とする第１空燃比処理と、
前記燃料供給手段による燃料供給を調整することで、前記ＮＳＲ触媒に流れ込む排気の空燃比を、前記第１リーン空燃比よりリーン側の第２リーン空燃比とする第２空燃比処理と、
を含み、
前記還元制御手段は、前記所定の空燃比処理において、前記第１空燃比処理と前記第２空燃比処理を交互に繰り返す、
内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記還元制御手段は、前記ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が、所定のＮＯＸ吸蔵量範囲に属するように前記所定の空燃比処理を実行する、
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】
前記還元制御手段は、前記第２空燃比処理において、前記燃料供給手段による燃料供給を停止することで、前記ＮＳＲ触媒に流れ込む排気の空燃比を前記第２リーン空燃比とする、
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記還元制御手段は、前記第２空燃比処理において前記ＮＳＲ触媒から流出する排気の空燃比が前記第２リーン空燃比又は該第２リーン空燃比近傍の空燃比になると、該第２空燃比処理を停止し、前記第１空燃比処理に切り替える、
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記還元制御手段は、前記所定の空燃比処理において、前記第１空燃比処理中に前記ＳＣＲ触媒によるＮＯＸ浄化率が所定の浄化率閾値を下回ったときに、該第１空燃比処理を前記第２空燃比処理に切り替え、その後該第２空燃比処理を所定期間継続する、
請求項１又は請求項２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。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路において上流側に吸蔵還元型のＮＯＸ触媒であるＮＳＲ触媒と、下流側に選択還元型のＮＯＸ触媒であるＳＣＲ触媒とを配置した構成が採用される場合がある。このような排気構成では、ＮＳＲ触媒では、排気空燃比がリーン空燃比の際に排気中のＮＯＸが吸蔵され、そして、その吸蔵されたＮＯＸは、ＮＳＲ触媒に流れ込む排気空燃比を一時的にリッチ空燃比にすることで、ＮＳＲ触媒から放出され、そして排気中の還元剤との反応によりＮＯＸが還元される。また、ＳＣＲ触媒では、排気の流入に伴って還元剤となるアンモニアが供給されることで、排気中のＮＯＸが選択的に還元される。
【０００３】
ここで、例えば、特許文献１に示す内燃機関の排気構成では、排気通路において上流側からＮＳＲ触媒、ＳＣＲ触媒が配置されている。そして、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯＸを放出、還元するために、排気中に燃料が供給されるが、その際にＮＳＲ触媒から下流側に流れ出すＮＯＸは、ＳＣＲ触媒にて還元される。そして、このＳＣＲ触媒でのＮＯＸの還元に必要なアンモニアの供給量は、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸ量に加えて、その放出時におけるＮＯＸからアンモニアへの転換現象を考慮して決定される。これにより、ＳＣＲ触媒への過剰なアンモニア添加が回避される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８６００１号公報
【特許文献２】特開２０１５−３４５０４号公報
【特許文献３】特開２００９−４１４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関の排気通路においてその上流側からＮＳＲ触媒、ＳＣＲ触媒を配置して、両触媒を利用してＮＯＸ還元を行う排気浄化システムを構築する場合、ＳＣＲ触媒でのＮＯＸ還元を効率的に行うためには、ＳＣＲ触媒に流れ込む排気の空燃比をある程度酸素が含まれたリーン空燃比とする必要がある。これは、ＳＣＲ触媒においてイオン交換により基材に担持されている還元金属元素（例えば、銅Ｃｕ等）の価数が、酸素により還元反応に必要な価数とされる必要があると考えられるからである。そのため、上流側のＮＳＲ触媒において、吸蔵されたＮＯＸを放出、還元するためにＮＳＲ触媒に流れ込む排気空燃比が所定のリッチ空燃比とされると、下流側に位置するＳＣＲ触媒では、ＮＯＸの還元反応に適した空燃比雰囲気が形成されず、以て、上流側から流れ出たＮＯＸを連続的にＳＣＲ触媒で還元することが困難となり得る。
【０００６】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気通路において、その上流側からＮＳＲ触媒、ＳＣＲ触媒を配置する排気浄化システムにおいて、両触媒を好適に利用しシステムとしてのＮＯＸ浄化能力を向上させる技術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】
上記課題を解決するために、本出願人は、ＮＯＸ触媒に吸蔵されているＮＯＸを放出するための空燃比処理と、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ還元能力を回復させるための空燃比処理を交
互に繰り返す構成を採用した。これにより、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量に常に余裕を持たせるとともに、ＮＳＲ触媒から放出されたＮＯＸはＳＣＲ触媒で還元され、且つ、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ還元能力の回復も図られることになる。なお、本発明においては、ＮＳＲ触媒によるＮＯＸの吸蔵には、いわゆるＮＯＸの吸着の形態も含まれる。
【０００８】
より詳細には、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯＸ触媒であるＮＳＲ触媒と、前記ＮＳＲ触媒に流れ込む排気に燃料を供給し、その排気空燃比を調整する燃料供給手段と、前記排気通路において前記ＮＳＲ触媒の下流側に設けられ、アンモニアを還元剤としてＮＯＸを選択還元するＳＣＲ触媒と、前記ＳＣＲ触媒に流れ込む排気にアンモニア又はアンモニアの前駆体を添加剤として添加する添加手段と、前記ＮＳＲ触媒の温度が、該ＮＳＲ触媒によりＮＯＸ還元が可能となる所定のＮＳＲ温度範囲に属し、且つ、前記ＳＣＲ触媒の温度が、該ＳＣＲ触媒によりＮＯＸ還元が可能となる所定のＳＣＲ温度範囲に属している場合に、前記添加手段により前記添加剤を添加するとともに、前記燃料供給手段によって該ＮＳＲ触媒に流れ込む排気の空燃比に関する所定の空燃比処理を実行する、還元制御手段と、を備える内燃機関の排気浄化システムである。そして、前記所定の空燃比処理は、前記燃料供給手段による燃料供給によって、前記ＮＳＲ触媒に流れ込む排気の空燃比を、理論空燃比よりリーン側の空燃比であって、該ＮＳＲ触媒から吸蔵されたＮＯＸを放出させる第１リーン空燃比とする第１空燃比処理と、前記燃料供給手段による燃料供給を調整することで、前記ＮＳＲ触媒に流れ込む排気の空燃比を、前記第１リーン空燃比よりリーン側の第２リーン空燃比とする第２空燃比処理と、を含む。また、前記還元制御手段は、前記所定の空燃比処理において、前記第１空燃比処理と前記第２空燃比処理を交互に繰り返す。
【０００９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、排気通路に、その上流側から吸蔵還元型ＮＯＸ触媒であるＮＳＲ触媒と、選択還元型ＮＯＸ触媒であるＳＣＲ触媒が配置されている。ＮＳＲ触媒はリーン雰囲気中のＮＯＸを吸蔵し、また、燃料供給手段により供給される燃料が還元剤として利用されることで、ＮＳＲ触媒によるＮＯＸ還元が可能となる。すなわち、燃料供給手段により燃料が供給され排気の空燃比が所定のリッチ空燃比とされＮＳＲ触媒に流れ込むことで、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸが燃料を還元剤として還元され得る。また、ＳＣＲ触媒では、添加手段により添加された添加剤が利用され、アンモニアを還元剤としたＮＯＸの還元が行われ得る。
【００１０】
ここで、本発明の排気浄化システムでは、内燃機関の運転状態に応じて、ＮＳＲ触媒及びＳＣＲ触媒のそれぞれの温度は変動する。特に、ＮＳＲ触媒の温度が所定のＮＳＲ温度範囲に属し、ＳＣＲ触媒の温度が所定のＳＣＲ温度範囲に属している場合には、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ還元能力とＳＣＲ触媒のＮＯＸ還元能力の両者を利用した排気中のＮＯＸ還元が可能となる。しかし、従来では、ＮＳＲ触媒での吸蔵ＮＯＸを還元するときにはＮＳＲ触媒に流れ込む排気空燃比が単に所定のリッチ空燃比とされるため、その下流に位置するＳＣＲ触媒の置かれる排気空燃比が、ＮＯＸを還元するために好適な空燃比とならず、結果として、排気浄化システムとしてのＮＯＸ浄化能力を十分に高めることが困難であった。
【００１１】
そこで、本発明の排気浄化システムでは、このように両触媒のＮＯＸ還元能力が利用可能な場合であっても、ＮＳＲ触媒に流れ込む排気空燃比を所定のリッチ空燃比とすることでＮＳＲ触媒が主体的にＮＯＸ還元を行うよりも、ＮＳＲ触媒に流れ込む排気空燃比を所定のリッチ空燃比とせずに添加剤の添加によるＳＣＲ触媒を主体としたＮＯＸ還元を行うこととした。これは、ＳＣＲ触媒によるＮＯＸ還元はアンモニアを還元剤とした選択的なＮＯＸ還元であり、ＮＯＸ還元の効率が比較的高く排気浄化システムとしてのＮＯＸ浄化能力を高めやすいからである。更に、ＳＣＲ触媒を主体としてＮＯＸ還元を行うことで、排気への燃料供給量を低減でき、燃料成分のシステム外への排出を抑制できる。一方で、
ＳＣＲ触媒によるＮＯＸ還元を優先的に行おうとすると排気空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が高止まりしてしまい、内燃機関の負荷変動時にＳＣＲ触媒で対応できない量のＮＯＸが不意に放出されてしまうおそれがある。そこで、上記排気浄化システムでは、当該ＳＣＲ触媒におけるＮＯＸ還元反応を考慮して、ＳＣＲ触媒を主体としたＮＯＸ還元のための、ＮＳＲ触媒に流れ込む排気空燃比に関する所定の空燃比処理として、第１空燃比処理、第２空燃比処理を含む空燃比処理が実行される。
【００１２】
第１空燃比処理は、ＮＳＲ触媒に流れ込む排気の空燃比を第１リーン空燃比とする処理であり、当該第１リーン空燃比は、理論空燃比よりリーン側の空燃比であって、ＮＳＲ触媒においては吸蔵ＮＯＸが放出され得る空燃比である。そのため、第１空燃比処理が行われると、ＮＳＲ触媒から吸蔵ＮＯＸが放出されるが、その放出速度（単位時間当たりの放出ＮＯＸ量）は比較的低く抑えられる。当然にこの吸蔵ＮＯＸの放出に伴いＮＯＸ吸蔵量が低減する。また放出されたＮＯＸの大部分はＮＳＲ触媒によって還元されずに、その下流側に流れ出すことになる。ここで、第１空燃比処理が行われている間は、ＳＣＲ触媒に流れ込む排気空燃比も第１リーン空燃比に起因してリーン空燃比となる。そのため、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ還元能力が発揮され得る。ただし、第１リーン空燃比を形成するために燃料供給手段により燃料供給が行われているため、燃料供給が行われていないときと比べるとＳＣＲ触媒における還元金属元素のイオン価数を円滑に回復させにくい状況下にもあり、第１空燃比処理の継続とともにＳＣＲ触媒によるＮＯＸ還元能力も低下し得る。
【００１３】
そこで、所定の空燃比処理では、第１空燃比処理を行った後には第２空燃比処理が実行される。この第２空燃比処理は、ＮＳＲ触媒に流れ込む排気の空燃比を、第１リーン空燃比よりリーン側の第２リーン空燃比とする。その結果、ＮＳＲ触媒からのＮＯＸの放出速度が低下し、又は、そのＮＯＸ放出が実質的に停止するとともに、より多くの酸素を含む排気をＳＣＲ触媒に送り込むことで、ＳＣＲ触媒における還元金属元素のイオン価数の回復を効果的に図ることが可能となる。なお、当該第２空燃比処理は、前記燃料供給手段による燃料供給を停止することで、ＮＳＲ触媒に流れ込む排気の空燃比を第２リーン空燃比としてもよい。この場合、排気空燃比を可及的にリーン側の空燃比とすることになるため、より速やかにＳＣＲ触媒における還元金属元素のイオン価数の回復が図られる。このように第２空燃比処理によってＳＣＲ触媒の還元金属元素のイオン価数が回復されることにより、後述するように第２空燃比処理の後に再び第１空燃比処理が行われる場合でも、ＳＣＲ触媒によるＮＯＸ還元が可能な状態が再び形成されることになる。
【００１４】
そして、所定の排気空燃比処理では、第１空燃比処理と第２空燃比処理は交互に繰り返される。詳細には、ＮＳＲ触媒では、第１空燃比処理により、吸蔵ＮＯＸの放出が主に行われる。その上で、ＳＣＲ触媒によって、放出されたＮＯＸが還元されることになる。そして、ＳＣＲ触媒の還元金属元素のイオン価数がＮＯＸ還元に適した状態となるように、第１空燃比処理に続いて第２空燃比処理が行われ、このときＳＣＲ触媒によるＮＯＸ還元も効率的に行われている。このような第１空燃比処理と第２空燃比処理の繰り返しでは、ＮＯＸの還元はＳＣＲ触媒が主体となって行われることになる。また、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量については、定量的には第１空燃比処理によって当該ＮＯＸ吸蔵量は減少し、第２空燃比処理によっては当該ＮＯＸ吸蔵量は増加する。そこで、好ましくは、前記還元制御手段は、前記ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が、所定のＮＯＸ吸蔵量範囲に属するように前記所定の空燃比処理を実行する。これにより、ＮＳＲ触媒においてはＮＯＸを吸蔵し得る余裕を確保することができ、内燃機関の負荷増加等に起因するＮＳＲ触媒からのＮＯＸの流出を可及的に抑制できる。
【００１５】
以上より、還元制御手段によりＮＯＸ還元が行われる場合、所定の空燃比処理が実行されることで、ＳＣＲ触媒を主体とした効率的なＮＯＸ還元が行われる。その結果、両触媒を好適に利用しシステムとしてのＮＯＸ浄化能力が向上される。
【００１６】
なお、本発明に係る排気浄化システムでは、ＮＳＲ触媒の温度が所定のＮＳＲ温度範囲に属するが、ＳＣＲ触媒の温度は所定のＳＣＲ温度範囲に属しない場合には、燃料供給手段による燃料供給のみを利用してＮＳＲ触媒でのＮＯＸ還元処理が行われてもよい。具体的には、当該燃料供給により、ＮＳＲ触媒に流れ込む排気の空燃比が、吸蔵ＮＯＸの還元に適したリッチ空燃比とされる。また、ＳＣＲ触媒の温度が所定のＳＣＲ温度範囲に属するが、ＮＳＲ触媒の温度は所定のＮＳＲ温度範囲に属しない場合には、燃料供給手段による燃料供給は行われず、添加手段による添加剤の添加が行われることでＮＯＸ還元処理が行われてもよい。
【００１７】
また、上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、第２空燃比処理で燃料供給を停止することでＮＳＲ触媒に流れ込む排気の空燃比を第２リーン空燃比とする場合、比較的多くの酸素を含む排気がＳＣＲ触媒に流れ込むことになる。そのような場合、第２空燃比処理によるＳＣＲ触媒の還元金属元素のイオン価数の回復は、比較的速やかに実現され得る。そこで、このような場合には、前記還元制御手段は、前記第２空燃比処理において前記ＮＳＲ触媒から流出する排気の空燃比が前記第２リーン空燃比又は該第２リーン空燃比近傍の空燃比（以下、「第２リーン空燃比等の空燃比」という。）になると、該第２空燃比処理を停止し、前記第１空燃比処理に切り替えてもよい。第２空燃比処理が開始されＮＳＲ触媒から流出する排気空燃比がこのように第２リーン空燃比等の空燃比になれば、いずれはその下流側に位置するＳＣＲ触媒にも必要量の酸素が供給されることになると考えられる。そこで、第２空燃比処理が開始された後にＮＳＲ触媒から流出する排気空燃比が第２リーン空燃比等の空燃比となるタイミングは、その第２空燃比処理を停止させ第１空燃比処理に切り替える合理的なタイミングとして採用できる。
【００１８】
また、上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記還元制御手段は、前記所定の空燃比処理において、前記第１空燃比処理中に前記ＳＣＲ触媒によるＮＯＸ浄化率が所定の浄化率閾値を下回ったときに、該第１空燃比処理を前記第２空燃比処理に切り替え、その後該第２空燃比処理を所定期間継続してもよい。上記の通り、所定の空燃比処理において第１空燃比処理が行われると、時間経過とともに下流側のＳＣＲ触媒の還元金属元素のイオン価数が、ＮＯＸ還元に適さない状態へと変化し得、その結果として、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率が低下していく。そこで、このＮＯＸ浄化率が所定の浄化率閾値を下回った場合には、ＳＣＲ触媒の還元金属元素のイオン価数を回復すべきタイミングと合理的に判断できる。その下回ったタイミングで、第１空燃比処理から第２空燃比処理に切り替えられ、以て、ＳＣＲ触媒の還元金属元素のイオン価数の回復が図られる。なお、第２空燃比処理が行われることでＳＣＲ触媒にはより多くの酸素が含まれた排気が送り込まれる。そこで、ＳＣＲ触媒の還元金属元素のイオン価数を回復させるのに必要な期間である所定期間、第２空燃比処理が継続され、その後当該処理は停止される。なお、第２空燃比処理が停止されると、再び第１空燃比処理が行われる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、内燃機関の排気通路において、その上流側からＮＳＲ触媒、ＳＣＲ触媒を配置する排気浄化システムにおいて、両触媒を好適に利用しシステムとしてのＮＯＸ浄化能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示す図である。
【図２Ａ】図１に示す内燃機関の排気浄化システムが備えるＮＳＲ触媒における、触媒温度とＮＯＸ浄化能力との相関を示す図である。
【図２Ｂ】図１に示す内燃機関の排気浄化システムが備えるＳＣＲ触媒における、触媒温度とＮＯＸ浄化能力との相関を示す図である。
【図３】ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ還元反応を説明するためのモデル図である。
【図４】図１に示す内燃機関の排気浄化システムで行われる空燃比処理を決定するための第１のＮＳＲ側設定処理のフローチャートである。
【図５】図１に示す内燃機関の排気浄化システムが備えるＳＣＲ触媒へのアンモニア供給を決定するためのＳＣＲ側設定処理のフローチャートである。
【図６】図１に示す内燃機関の排気浄化システムで行われるＳＣＲ主体空燃比処理のフローチャートである。
【図７】図６に示すＳＣＲ主体空燃比処理が実行された際の、ＮＯＸ還元に関連するパラメータの推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の具体的な実行形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２２】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施例について、本願明細書に添付された図に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関１の排気浄化システムの概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。
【００２３】
内燃機関１には排気通路２が接続されている。排気通路２には、排気中のＮＯＸを、アンモニアを還元剤として選択還元する選択還元型ＮＯＸ触媒であるＳＣＲ触媒５が設けられている。なお、ＳＣＲ触媒５は、基材となるゼオライトに還元金属元素である銅Ｃｕがイオン交換されて担持されている。そして、ＳＣＲ触媒５において還元剤として作用するアンモニアを生成するために、尿素タンク８に貯留されている、アンモニアの前駆体である尿素水が、本発明に係る添加剤として、ＳＣＲ触媒５の上流側に位置する添加弁７によって排気中に添加される。添加弁７から添加された尿素水が排気の熱で加水分解されて、アンモニアが生成され、当該アンモニアがＳＣＲ触媒５に吸着される。そして、アンモニアと排気中のＮＯＸとの還元反応が生じ、ＮＯＸの浄化が行われる。この添加弁７による尿素水添加が、本発明に係る添加手段による処理に相当する。なお、本実施例では、上記の通り添加弁７から尿素水が添加されるが、それに代えて、アンモニア又はアンモニア水を直接排気に添加してもよい。
【００２４】
ＳＣＲ触媒５の下流側に、ＳＣＲ触媒５からスリップしてくるアンモニアを酸化するための酸化触媒（以下、「ＡＳＣ触媒」）が設けられている。なお、図１においては、ＡＳＣ触媒は記載を省略している。ＡＳＣ触媒は、酸化触媒と、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯＸを還元するＳＣＲ触媒とを組み合わせることで構成された触媒であってもよい。この場合、例えば、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３やゼオライト等を材料とする担体に白金Ｐｔ等の貴金属を担持させることで酸化触媒を形成し、ゼオライトを材料とする担体に銅Ｃｕや鉄Ｆｅ等を担持させることでＳＣＲ触媒を形成してもよい。ＡＳＣ触媒をこのような構成の触媒とすることで、排気中のＨＣ、ＣＯ、及びアンモニアを酸化させることができ、さらに、アンモニアの一部を酸化させることでＮＯＸを生成すると共に該生成されたＮＯＸを、余剰のアンモニアで還元することもできる。
【００２５】
更に、排気通路２においては、ＳＣＲ触媒５及び添加弁７の上流側に、吸蔵還元型ＮＯＸ触媒であるＮＳＲ触媒３が備えられている。ＮＳＲ触媒３は、ＮＯＸを吸蔵する吸蔵剤を有し、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、且つ内燃機関１の燃料等の還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯＸを放出し還元する。本実施例では、ＮＳＲ触媒３で利用される還元剤は、ＮＳＲ触媒３の上流側に設けられた燃料供給弁６によって供給される内燃機関１の燃料とされる。燃料供給弁６によって供給された燃料は、排気とともにＮＳＲ触媒３に流れ込み、そこで還元
剤として作用する。そして、この燃料供給弁６による燃料供給は、ＮＳＲ触媒３に流れ込む排気の空燃比を調整することにもなることから、本発明の燃料供給手段による処理に相当する。なお、本実施例では、燃料供給手段として燃料供給弁６によって燃料供給が行われているが、それに代えて、内燃機関１から排出される排気に含まれる燃料を調整するために、内燃機関１における燃料の噴射条件（燃料噴射量や燃料噴射時期等）を調整してもよい。
【００２６】
また、ＮＳＲ触媒３の下流側であってＳＣＲ触媒５の上流側には、ＮＳＲ触媒３から流出する排気の空燃比を検出する空燃比センサ１０と、当該排気中のＮＯＸ濃度を検出するＮＯＸセンサ１１と、当該排気の温度を検出する温度センサ１２が設けられている。更に、ＳＣＲ触媒５の下流側には、ＳＣＲ触媒５から流出する排気中のＮＯＸ濃度を検出するＮＯＸセンサ１３と当該排気の温度を検出する温度センサ１４が設けられている。そして、内燃機関１の排気浄化システムには電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されており、該ＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態や排気浄化システム等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、上述した空燃比センサ１０、ＮＯＸセンサ１１、１３、温度センサ１２、１４の他、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２や、内燃機関１の吸気通路２５に設置されたエアフローメータ２６等が電気的に接続され、各センサの検出値がＥＣＵ２０に渡される。したがって、ＥＣＵ２０は、エアフローメータ２６の検出値に基づく吸入空気量やそれに基づいて算出される排気流量や、クランクポジションセンサ２１の検出に基づく機関回転速度や、アクセル開度センサ２２の検出に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態に関するパラメータを把握可能である。また、ＥＣＵ２０は、温度センサ１２の検出値に基づいてＮＳＲ触媒３の触媒温度を推定でき、また温度センサ１４の検出値に基づいてＳＣＲ触媒５の温度を推定できる。
【００２７】
なお、ＮＳＲ触媒３に流れ込む排気中のＮＯＸ濃度は、内燃機関１から排出される排気のＮＯＸ濃度に相当することから、本実施例では、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態に基づいてＮＳＲ触媒３に流れ込む排気中のＮＯＸ濃度を推定することが可能である。更には、当該排気がＮＳＲ触媒３に流れ込み排気中のＮＯＸがＮＳＲ触媒３に吸蔵されることから、ＥＣＵ２０は、ＮＳＲ触媒３に吸蔵されているＮＯＸ量（ＮＯＸ吸蔵量）を、ＮＳＲ触媒３に流れ込む排気中のＮＯＸ濃度と排気流量から推定することが可能となる。なお、排気流量は、エアフローメータ２６で検出される吸気流量と内燃機関１における燃料噴射量等に基づき算出される。
【００２８】
また、ＳＣＲ触媒５については、ＳＣＲ触媒５に流れ込む排気中のＮＯＸ濃度（すなわち、ＮＯＸセンサ１１の検出値）に応じて、ＥＣＵ２０は添加弁７に指示を出し、ＮＯＸの還元浄化に必要な量の尿素水が排気中に供給される。例えば、推定されるＳＣＲ触媒５に吸着されているアンモニア量に基づいて添加弁７からの尿素水添加量が決定されてもよい。なお、ＳＣＲ触媒５におけるアンモニア吸着量の推定については、従来技術により実現可能であるため、本明細書ではその詳細な説明は割愛する。また、別法として、以下の式１で決定されるＳＣＲ触媒５によるＮＯＸ浄化率が、排気浄化の観点から好ましい所定の範囲に収まるように、添加弁７からの尿素水添加が制御されてもよく、更に別法として、ＳＣＲ触媒５の上流側と下流側とに配置されたＮＯｘセンサ１１、１３の検出値の差分に基づいて添加弁７からの尿素水添加が制御されてもよい。
ＮＯＸ浄化率  ＝  １−（ＮＯＸセンサ１３の検出値）／（ＮＯＸセンサ１１の検出値）  ・・（式１）
【００２９】
ここで、図１に示す内燃機関１の排気浄化システムが有するＮＳＲ触媒３及びＳＣＲ触媒５のそれぞれのＮＯＸ浄化能力について、図２Ａ及び図２Ｂに基づいて説明する。なお、ＮＳＲ触媒３のＮＯＸ浄化能力とは、必要十分量の還元剤（燃料）が供給されることで発揮される単位時間当たりの吸蔵ＮＯＸの還元量と、ＮＳＲ触媒３により単位時間当たり
に吸蔵されるＮＯＸ量との総和を表しており、したがって、ＮＳＲ触媒３のＮＯＸ浄化能力は、触媒温度が吸蔵ＮＯＸを還元できない温度領域であっても発揮し得ることになる。また、ＳＣＲ触媒５のＮＯＸ浄化能力とは、必要十分量の還元剤（アンモニア）が供給されることで発揮される、単位時間当たりのＮＯＸの選択還元量を表しており、したがってＳＣＲ触媒５のＮＯＸ浄化能力は、そのＮＯＸ還元能力と同一視できる。
【００３０】
ここで、図２Ａは、ＮＳＲ触媒３の触媒温度とそのＮＯＸ浄化能力との相関を線Ｌ１で表し、図２ＢはＳＣＲ触媒５の触媒温度とそのＮＯＸ浄化能力との相関を線Ｌ２で表している。ＮＳＲ触媒３においては、触媒温度がＴＮ１からＴＮ２（ＴＮ２＞ＴＮ１）の範囲に属する場合に、燃料供給弁６から供給される燃料を還元剤として吸蔵ＮＯＸの還元が可能となり、ＮＳＲ触媒３のＮＯＸ浄化能力が好適に発揮され得る。したがって、当該温度範囲（ＴＮ１からＴＮ２までの温度範囲）が、本発明に係る所定のＮＳＲ温度範囲に相当する。なお、ＮＳＲ触媒３の温度がＴＮ１より低く且つＴＮ０（ＴＮ０＜ＴＮ１）以上である場合には、ＮＳＲ触媒３によるＮＯＸ還元は困難であるが、排気中のＮＯＸがＮＳＲ触媒３に吸蔵されるため、結果として多少のＮＯＸ浄化能力が発揮されることになる。
【００３１】
また、ＳＣＲ触媒５においては、触媒温度がＴＳ１からＴＳ２（ＴＳ２＞ＴＳ１）の範囲に属する場合に、添加弁７から添加される尿素水から生成されるアンモニアを還元剤としてＮＯＸの還元が可能となり、ＳＣＲ触媒５のＮＯＸ浄化能力が好適に発揮され得る。したがって、当該温度範囲（ＴＳ１からＴＳ２までの温度範囲）が、本発明に係る所定のＳＣＲ温度範囲に相当する。
【００３２】
なお、個体としてのＳＣＲ触媒５によるＮＯＸ浄化能力は、個体としてのＮＳＲ触媒３によるＮＯＸ浄化能力より低温側で発揮されるように、各触媒が設計されている。これは、排気浄化システムにおいては、ＳＣＲ触媒５はＮＳＲ触媒３より下流側に配置されるため、同じタイミングでは、ＳＣＲ触媒５の温度は、ＮＳＲ触媒３の温度よりも低くなりやすいことを考慮したものである。ＳＣＲ触媒５が、その触媒温度が比較的低い状態でＮＯＸ還元能力を発揮できるように設計することで、排気浄化システムとしてのＮＯＸ浄化能力を向上させることが可能となる。
【００３３】
ここで、上記排気浄化システムでは、ＮＳＲ触媒３及びＳＣＲ触媒５のそれぞれの触媒温度に応じて各触媒によるＮＯＸ還元が行われるように、燃料供給弁６からの燃料供給と、添加弁７からの尿素水添加が行われる。例えば、ＮＳＲ触媒３の触媒温度が所定のＮＳＲ温度範囲に属しているがＳＣＲ触媒５の触媒温度が所定のＳＣＲ温度範囲には属していないことにより、ＮＳＲ触媒３のみによりＮＯＸ還元が行われる場合、又は、ＮＳＲ触媒３の触媒温度が所定のＮＳＲ温度範囲に属していないがＳＣＲ触媒５の触媒温度が所定のＳＣＲ温度範囲には属していることにより、ＳＣＲ触媒５のみによりＮＯＸ還元が行われる場合には、一方の触媒での単独でのＮＯＸ還元になる。
【００３４】
一方で、ＮＳＲ触媒３の触媒温度が所定のＮＳＲ温度範囲に属し、且つＳＣＲ触媒５の触媒温度が所定のＳＣＲ温度範囲に属している場合には、両触媒によるＮＯＸ還元が可能な状態となる。ここで、図３に基づいて、ＳＣＲ触媒５におけるＮＯＸ還元反応について説明する。図３は、当該ＮＯＸ還元反応をその説明のために模式的に示した図である。ＳＣＲ触媒５におけるＮＯＸ還元反応は、ゼオライト内に担持されている還元金属元素Ｃｕ上で生じており、それは概略的に４つのステップ(a)〜(b)に分けられると考えられる。先ず、ステップ(a)では、価数が２＋となっている銅イオンに対してアンモニア（ＮＨ３）
が吸着する。続くステップ(b)では、その銅イオンに対して更にＮＯＸ（ＮＯ）が吸着す
る。その結果、ステップ(c)において、ＮＯの還元反応が生じ、窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２
Ｏ）が生成されるとともに、銅イオンの価数が１＋に変化する。このとき、銅イオンＣｕ＋には、水素イオンＨ＋が吸着した状態となっている。そして、ステップ(d)で、この状
態の銅イオンＣｕ＋に対して酸素（１／４Ｏ２）が供給されると、水（１／２Ｈ２Ｏ）が生成されるとともに、銅イオンの価数が２＋に回復する。これにより、再びステップ(a)
からの反応が順次継続できるようになり、ＳＣＲ触媒５による連続的なＮＯＸ還元が可能となる。このようにＳＣＲ触媒５において、連続的なＮＯＸ還元を実現するためには、ステップ(d)における銅イオンの価数の回復（Ｃｕ＋→Ｃｕ２＋）が必要であると考えられ
る。しかし、両触媒をＮＯＸ還元に利用する場合に、仮にＮＳＲ触媒３に流れ込む排気空燃比をリッチ空燃比としてＮＳＲ触媒３により吸蔵ＮＯＸを還元しようとすると、その際に下流側にＮＯＸが流れ出すとともに、ＳＣＲ触媒５はストイキ又はリッチ雰囲気に晒されてしまう。その結果、上記ステップ(d)での酸素供給が不十分となり、ＳＣＲ触媒５に
おける還元金属元素の銅イオンの価数回復（Ｃｕ＋→Ｃｕ２＋）が阻害され、ＳＣＲ触媒５の連続的なＮＯＸ還元が困難となる。そこで、このように両触媒が、ＮＯＸ還元が可能な状態にある場合は、特にＳＣＲ触媒５の触媒特性を十分に考慮して、排気浄化システム全体のＮＯＸ浄化能力を形成する必要がある。
【００３５】
以上を踏まえ、上記排気浄化システムにおけるＮＯＸ還元に関する処理について、図４、図５、及び図６に基づいて説明する。図４は、ＮＳＲ触媒３によりＮＯＸ還元を行う際に、ＮＳＲ触媒３に流れ込む排気の空燃比処理を決定するためのＮＳＲ側設定処理のフローチャートを示す。ＮＳＲ側設定処理で決定されるパラメータｍｄｃａｔは、ＮＳＲ触媒３に対する燃料供給弁６からの燃料供給の態様を制御するためのパラメータである。また、図５は、ＳＣＲ触媒５によりＮＯＸ還元を行うために、添加弁７からの尿素水の添加要求を決定するためのＳＣＲ側設定処理のフローチャートを示す。ＳＣＲ側設定処理で決定される尿素水添加要求は、ＯＮとされると添加弁７からの尿素水添加を要求していることを意味する。また、図６は、ＮＳＲ側設定処理によって上記パラメータｍｄｃａｔが”２”に設定された場合に実行される、燃料供給弁６からの燃料供給を介した空燃比処理であるＳＣＲ主体空燃比処理のフローチャートを示す。なお、図４、図５、及び図６に示す各処理は、ＥＣＵ２０に格納された制御プログラムにより所定の間隔で繰り返し、且つ、それぞれ独立して実行される。
【００３６】
先ず、図４に基づいてＮＳＲ側設定処理について説明する。Ｓ１０１では、ＮＳＲ触媒３の触媒温度が、図２Ａに示す所定のＮＳＲ温度範囲の下限値である温度ＴＮ１より低いか否かが判定される。Ｓ１０１で肯定判定されると、ＮＳＲ触媒３の触媒温度が所定のＮＳＲ温度範囲から外れていることを意味し、以て、Ｓ１０２の処理へ進む。そして、Ｓ１０２では、パラメータｍｄｃａｔの値が”０”に設定される。また、Ｓ１０１で否定判定されるとＳ１０３へ進み、Ｓ１０３では、ＮＳＲ触媒３の触媒温度が、所定のＮＳＲ温度範囲の上限値である温度ＴＮ２以下であるか否かが判定される。Ｓ１０３で否定判定された場合も、ＮＳＲ触媒３の触媒温度が所定のＮＳＲ温度範囲から外れていることを意味し、以て、Ｓ１０６の処理へ進む。そして、Ｓ１０６では、パラメータｍｄｃａｔの値が”０”に設定される。
【００３７】
ここで、Ｓ１０３で肯定判定された場合は、ＮＳＲ触媒３の触媒温度が所定のＮＳＲ温度範囲に属していることを意味している。そこで、Ｓ１０３で肯定判定されるとＳ１０４へ進み、Ｓ１０４では、上記尿素添加要求がＯＮであるか否かが判定される。なお、尿素添加要求の具体的な設定処理については、図５に基づいて後述する。尿素添加要求がＯＮである場合は、ＳＣＲ触媒５によりＮＯＸ還元を行うために添加弁７から尿素水を添加することが要求されていることを意味し、尿素添加要求がＯＮではない場合、すなわち尿素添加要求がＯＦＦである場合には、添加弁７からの尿素水添加は要求されていないことを意味する。そして、Ｓ１０４で肯定判定されると、ＳＣＲ触媒５によりＮＯＸ還元が行われる状況において、ＮＳＲ触媒３によってもＮＯＸ還元が可能な状況が形成されていることを意味する。そのような場合には、Ｓ１０５の処理において、パラメータｍｄｃａｔの値が”２”に設定される。一方で、Ｓ１０４で否定判定されると、ＳＣＲ触媒５によりＮ
ＯＸ還元が行われない状況において、燃料供給弁６からの燃料供給を介してＮＳＲ触媒３によりＮＯＸ還元が可能な状況が形成されていることを意味する。そのような場合には、Ｓ１０７の処理において、パラメータｍｄｃａｔの値が”１”に設定される。
【００３８】
次に、図５に基づいてＳＣＲ側設定処理について説明する。Ｓ２０１では、ＳＣＲ触媒５の触媒温度が、図２Ｂに示す所定のＳＣＲ温度範囲の下限値である温度ＴＳ１より低いか否かが判定される。Ｓ２０１で肯定判定されると、ＳＣＲ触媒５の触媒温度が所定のＳＣＲ温度範囲から外れていることを意味し、以て、Ｓ２０２の処理へ進む。そして、Ｓ２０２では、尿素水添加要求がＯＦＦに設定される。また、Ｓ２０１で否定判定されるとＳ２０３へ進み、Ｓ２０３では、ＳＣＲ触媒５の触媒温度が、所定のＳＣＲ温度範囲の上限値である温度ＴＳ２以下であるか否かが判定される。Ｓ２０３で否定判定された場合も、ＳＣＲ触媒５の触媒温度が所定のＳＣＲ温度範囲から外れていることを意味し、以て、Ｓ２０５の処理へ進む。そして、Ｓ２０５では、尿素水添加要求がＯＦＦに設定される。
【００３９】
ここで、Ｓ２０３で肯定判定された場合は、ＳＣＲ触媒５の触媒温度が所定のＳＣＲ温度範囲に属していることを意味している。そこで、Ｓ２０３で肯定判定されるとＳ２０４へ進み、Ｓ２０４では、尿素水添加要求がＯＮに設定される。
【００４０】
上述したＮＳＲ側設定処理とＳＣＲ側設定処理によれば、ＳＣＲ触媒５については、その触媒温度が所定のＳＣＲ温度範囲に属している場合には、尿素水添加要求がＯＮにされ、これにより添加弁７から尿素水の添加が実行される。なお、この尿素水の添加処理については、上述したようにＳＣＲ触媒５でのアンモニア吸着量が所定量となるように、又は、ＳＣＲ触媒５によるＮＯＸ浄化率やＮＯＸセンサ１１、１３の検出値の差分等に基づいて、添加される尿素水量が制御されてもよい。
【００４１】
また、ＮＳＲ触媒３については、設定されたパラメータｍｄｃａｔの値に応じて、燃料供給弁６からの燃料供給を介した、ＮＳＲ触媒３に流れ込む排気の空燃比に関する処理（以下、単に「空燃比処理」と称する）が実行される。具体的には、パラメータｍｄｃａｔに”０”が設定されている場合には、ＮＳＲ触媒３の触媒温度は所定のＮＳＲ温度範囲に属していないことから、燃料供給弁６からの燃料供給は行わず、結果として、ＮＳＲ触媒３によるＮＯＸ還元は行われない。なお、このとき、ＮＳＲ触媒３の触媒温度が、図２Ａに示す温度ＴＮ０以上であれば、ＮＳＲ触媒３によるＮＯＸの吸蔵は行われていることになる。次に、パラメータｍｄｃａｔに”１”が設定されている場合には、ＳＣＲ触媒５ではＮＯＸ還元が行われない状況下で、ＮＳＲ触媒３によるＮＯＸ還元が行われることになるため、ＮＳＲ触媒３でのＮＯＸ還元の際にＳＣＲ触媒５でのＮＯＸ還元のための条件を考慮する必要が無い。そこで、パラメータｍｄｃａｔが”１”の場合の空燃比処理は、ＮＳＲ触媒３に流れ込む排気空燃比を、理論空燃比よりリッチ側の所定のリッチ空燃比とする。これにより、ＮＳＲ触媒３に吸蔵されていたＮＯＸが放出されるとともに、排気中の燃料成分を還元剤として、その放出されたＮＯＸが還元されることになる。なお、このパラメータｍｄｃａｔが”１”の場合の空燃比処理は、ＮＳＲ触媒３の吸蔵ＮＯＸ量が所定量を超えたときに行うようにしてもよい。すなわち、ＮＳＲ触媒３でＮＯＸ吸蔵が可能な容量を確保する必要があるほどにＮＯＸ吸蔵量が増加したことをもって、当該空燃比処理が行われる。これにより、当該空燃比処理の実行頻度が抑えられそれに要する燃料の消費量を抑制することができる。
【００４２】
また、パラメータｍｄｃａｔに”２”が設定されている場合には、ＳＣＲ触媒５でＮＯＸ還元が行われる状況下で、ＮＳＲ触媒３によるＮＯＸ還元が実行可能な状況にある。仮に、パラメータｍｄｃａｔが”１”である場合と同様にＮＳＲ触媒３において吸蔵ＮＯＸの還元が行われると、ＮＳＲ触媒３に流れ込む排気の空燃比が、吸蔵ＮＯＸを放出させその放出されたＮＯＸを還元するに必要な所定のリッチ空燃比となるように、燃料供給弁６
から燃料供給が行われる。そのため、その際にＳＣＲ触媒５もストイキ又はリッチ雰囲気に晒されることになる。
【００４３】
ここで、ＳＣＲ触媒５におけるＮＯＸの還元反応は、図３に示した通りであり、以下の反応式で表すことができる。
ＮＯ＋ＮＨ３＋１／４Ｏ２  →  Ｎ２  ＋３／２Ｈ２Ｏ
そして上述したように、ＳＣＲ触媒５においては、ＳＣＲ触媒５に流れ込む排気中に必要量の酸素が含まれて初めて、連続的なＮＯＸの還元反応が可能となる。そのため、ＮＳＲ触媒３に流れ込む排気空燃比を、パラメータｍｄｃａｔが”１”の場合と同じように、所定のリッチ空燃比にしてＮＳＲ触媒３によるＮＯＸ還元が行われてしまうと、ＳＣＲ触媒５によるＮＯＸ還元を効果的に実現することが困難となる。
【００４４】
そこで、このようなＳＣＲ触媒５の特性を踏まえ、本実施例の内燃機関１の排気浄化システムでは、図６に示すＳＣＲ主体空燃比処理が実行される。当該ＳＣＲ主体空燃比処理は、本発明の所定の空燃比処理に相当する処理である。ＳＣＲ主体空燃比処理は、ＳＣＲ触媒５でＮＯＸ還元が行われる状況下では、ＮＳＲ触媒３によるＮＯＸ還元が実行可能な状況であっても、当該ＮＳＲ触媒３によるＮＯＸ還元は実質的に行わずに、ＳＣＲ触媒５によるＮＯＸ還元を主体的に行うための排気空燃比処理である。これは、ＳＣＲ触媒５の触媒温度が所定のＳＣＲ温度範囲に属している場合には、比較的効率の良いＮＯＸ還元が実現できることに依る。更に、ＮＳＲ触媒３によるＮＯＸ還元では排気空燃比を所定のリッチ空燃比にするため燃料成分がシステム外に流出し得るが、ＳＣＲ触媒５を主体としたＮＯＸ還元を行う場合は、排気への燃料供給量を低減できるため、そのような燃料成分の流出を抑制できる。
【００４５】
一方で、ＳＣＲ触媒５によるＮＯＸ還元を行う場合には、ＳＣＲ触媒５に流れ込む排気空燃比が、ＳＣＲ触媒５の銅イオンの価数が連続的に回復できる程度に酸素を含むリーン空燃比（理論空燃比よりリーン側の空燃比）であるのが好ましいが、その場合、ＳＣＲ触媒５の上流側に配置されるＮＳＲ触媒３のＮＯＸ吸蔵量が多くなり得る。このようなＮＳＲ触媒３でのＮＯＸ吸蔵状態で、内燃機関１の機関負荷が増加等すると、ＳＣＲ触媒５で還元処理できない程度に吸蔵ＮＯＸが急激にＮＳＲ触媒３から放出されてしまう虞がある。そこで、ＳＣＲ主体空燃比処理では、連続的なＳＣＲ触媒５によるＮＯＸ還元を可能とするために、ＮＳＲ触媒３のＮＯＸ吸蔵量を調整する処理が行われる。
【００４６】
また、当該ＳＣＲ主体空燃比処理が実行されている際の、ＮＯＸ還元に関連する各種パラメータの推移を、図７に示している。具体的には、図７には、ＮＳＲ触媒３へ流入する排気の空燃比（実線Ｌ３で示される推移）及びＮＳＲ触媒３から流出する排気の空燃比（破線Ｌ４で示される推移）、ＮＳＲ触媒３におけるＮＯＸ吸蔵量、ＮＯＸ吸蔵量の増加量（以下、「ＮＯＸ吸蔵増加量」という）ΔＮＯＸ、燃料供給総量Σｑ、ＮＳＲ触媒３の下流のＮＯＸ濃度、ＳＣＲ触媒５の下流のＮＯＸ濃度の各推移を示している。
【００４７】
なお、各種パラメータの定義は以下の通りである。
ＮＯＸ吸蔵増加量ΔＮＯＸは、燃料供給弁６から燃料供給が行われていない間に、ＮＳＲ触媒３にＮＯＸが吸蔵されることで増加したＮＯＸ吸蔵量の増加幅を意味するパラメータである。ＮＯＸ吸蔵増加量ΔＮＯＸの基準時点（増加幅を算出するための基準となるタイミング）は、直近において燃料供給弁６からの燃料供給が停止された時点である。なお、ＮＳＲ触媒３におけるＮＯＸ吸蔵量は、内燃機関１の運転状態に基づいて推定される排気中のＮＯＸ量に従って算出される。
燃料供給総量Σｑは、所定時間において、燃料供給弁６から供給された燃料の総量である。当該所定時間は、図６に示すＳＣＲ主体空燃比処理において燃料供給総量Σｑがリセットされた時点を起点とする。なお、燃料供給弁６から単位時間当たりに供給される燃料
量が、ｑとされる。
また、図６のＳＣＲ主体空燃比処理で使用されるパラメータであるが、図７において推移を示さないパラメータとして、パラメータＱとパラメータＮＯＸｆが存在する。パラメータＱは、ＮＳＲ触媒３から目標量の吸蔵ＮＯｘを放出するために必要な、燃料供給弁６からの燃料の供給総量に関するパラメータである。また、パラメータＮＯＸｆは、ＮＯＸ吸蔵増加量ΔＮＯＸの上限値を設定するためのパラメータである。
【００４８】
先ず、Ｓ３０１では、ＮＳＲ触媒３のＮＯＸ吸蔵量が、後述のＳ３０６による第１空燃比処理において、ＮＳＲ触媒３をすり抜けその下流に流れ出てしまう燃料の量を抑制するための、ＮＯＸ吸蔵量の下限値である下限閾値ｍ２以上であるか否かが判定される。Ｓ３０１で肯定判定されるとＳ３０２へ進み、否定判定されるとＳ３０８へ進む。
【００４９】
次に、Ｓ３０２では、単位時間当たりの燃料供給量ｑが０より大きいか否か、すなわち、燃料供給弁６から燃料供給を行っているか否かが判定される。Ｓ３０２で肯定判定されるとＳ３０５へ進み、否定判定されるとＳ３０３へ進む。Ｓ３０３では、ＮＯＸ吸蔵増加量ΔＮＯＸが、ＮＯＸｆの設定値以上であるか否かが判定される。Ｓ３０３で肯定判定されるとＳ３０５へ進み、否定判定されるとＳ３０４へ進む。Ｓ３０４では、ＮＳＲ触媒３のＮＯＸ吸蔵量が、ＳＣＲ主体空燃比処理が実行されている際の、ＮＯＸ吸蔵量の実質的な上限値である上限閾値ｍ２’以上であるか否かが判定される。Ｓ３０４で肯定判定されるとＳ３０５へ進み、否定判定されるとＳＣＲ主体空燃比処理を終了する。
【００５０】
次に、Ｓ３０５では、燃料供給総量Σｑが、パラメータＱの設定値以下であるか否かが判定される。ここで、ＳＣＲ主体空燃比処理では、パラメータＱに設定される値は、後述のＳ３０７で設定されるＱ１と、後述のＳ３０９で設定される”０”の何れかである。これらの設定値は、燃料供給弁６からの燃料供給総量Σｑが、想定する量の吸蔵ＮＯＸをＮＳＲ触媒３から放出させたか否かを判定するためのものであり、その詳細については後述する。Ｓ３０５で肯定判定されるとＳ３０６へ進み、否定判定されるとＳ３０８へ進む。
【００５１】
そして、Ｓ３０６では、燃料供給弁６からの燃料供給を実行し、その単位時間当たりの燃料供給量ｑはαとされる。このＳ３０６での燃料供給により、ＮＳＲ触媒３に流れ込む排気の空燃比は第１リーン空燃比ＡＦＬ１となる。当該第１リーン空燃比ＡＦＬ１は、理論空燃比よりリーン側の空燃比であるがＮＳＲ触媒３の吸蔵ＮＯＸを放出可能とする空燃比であり、例えば、１６程度の空燃比である。したがって、当該第１リーン空燃比ＡＦＬ１の排気を形成するＳ３０６の処理は、本発明の第１空燃比処理に相当する。そして、Ｓ３０６の処理後に、Ｓ３０７では、Ｓ３０６で供給された燃料量が積算されて、燃料供給総量Σｑが更新されるとともに、パラメータＱに、Ｑ１が設定される。このＱ１は、第１空燃比処理によりＮＳＲ触媒３から放出が想定される吸蔵ＮＯＸの量に対応する、燃料の供給総量である。Ｓ３０７の処理後、ＳＣＲ主体空燃比処理を終了する。
【００５２】
ここで、Ｓ３０５で否定判定された後に、又はＳ３０１で否定判定された後にＳ３０８へ進むと、Ｓ３０８では、燃料供給弁６からの燃料供給を停止する。したがって、その際の単位時間当たりの燃料供給量ｑは”０”となる。このＳ３０８での燃料供給の停止により、ＮＳＲ触媒３に流れ込む排気の空燃比は、上記Ｓ３０６で形成される第１リーン空燃比ＡＦＬ１よりも更にリーン側の空燃比である第２リーン空燃比ＡＦＬ２となる。したがって、当該第２リーン空燃比ＡＦＬ２の排気を形成するＳ３０８の処理は、本発明の第２空燃比処理に相当する。なお第２リーン空燃比ＡＦＬ２は、例えば約２４程度である。そして、Ｓ３０８の処理後に、Ｓ３０９では、燃料供給総量Σｑは”０”とされ、パラメータＱは”０”とされ、パラメータＮＯＸｆは、ＮＯＸｈとされる。当該ＮＯＸｈは、Ｓ３０８による第２空燃比処理が行われている間に、ＮＳＲ触媒３において増加するＮＯＸ吸蔵量の目標値であり、第２空燃比処理によりＳＣＲ触媒５の銅イオンの価数回復に必要な
継続期間（本発明の所定期間）を少なくとも確保するための設定値である。
【００５３】
なお、ＮＯＸ吸蔵増加量ΔＮＯＸ、燃料供給総量Σｑ、単位時間当たりの燃料供給量ｑ、パラメータＮＯＸｆ、Ｑは、ＮＳＲ側設定処理によってパラメータｍｄｃａｔの値が変更されればリセットされる。具体的には、リセットにより、ＮＯＸ吸蔵増加量ΔＮＯＸは”０”にされ、燃料供給総量Σｑは”０”にされ、単位時間当たりの燃料供給量ｑは”０”にされ、パラメータＮＯＸｆは”０”にされ、パラメータＱは”０”にされる。更に、イグニッションオンにより内燃機関１が始動された時も、これらのパラメータはリセットされる。
【００５４】
ここで、図６に示すＳＣＲ主体空燃比処理の流れについて、図７に示すＮＯＸ還元に関連するパラメータの推移に基づいて説明する。ここで、図７には、ＳＣＲ主体空燃比処理が実行されているときの代表的な時刻としてｔ１〜ｔ５が例示されている。以下、時間の経過に沿って、ＳＣＲ主体空燃比処理の流れについて説明する。
【００５５】
先ず、時刻ｔ１に至るまでの期間においては、ＮＳＲ側設定処理により、パラメータｍｄｃａｔが”０”に設定されている。そのため、ＮＳＲ触媒３には内燃機関１から排出される排気がそのまま流れ込むため、その排気空燃比は理論空燃比よりリーン側のＡＦＬ２と同じ空燃比（空燃比は２４程度）となり、また、ＮＳＲ触媒３のＮＯＸ吸蔵量は時間の経過とともに増加している（なお、図７のＮＯＸ吸蔵量の推移において示されるＭは、ｍｄｃａｔに”１”が設定された場合に、排気空燃比を所定のリッチ空燃比とするためのトリガとなる閾値である）。このときＳＣＲ触媒５は、その触媒温度が所定のＳＣＲ温度範囲に属しており、ＳＣＲ側設定処理により尿素添加要求がＯＮとされ、添加弁７からの尿素水添加が行われているものとする。このように時刻ｔ１に至るまでの期間ではＳＣＲ主体空燃比処理は実行されていないため、ＮＯＸ吸蔵増加量ΔＮＯＸ、燃料供給総量Σｑは０である。このような状況において、ＮＳＲ触媒３によって排気中のＮＯＸの吸蔵が行われるため、その下流側のＮＯＸ濃度は低く、また、ＳＣＲ触媒５においては添加弁７により添加される尿素水によってアンモニアを還元剤としたＮＯＸ還元が行われるため、その下流側のＮＯＸ濃度も低くなっている。
【００５６】
そして、時刻ｔ１において、ＮＳＲ触媒３の触媒温度が所定のＮＳＲ温度範囲に属することになりＮＳＲ側設定処理によりパラメータｍｄｃａｔが”２”に設定されると、ＳＣＲ主体空燃比処理が開始されることになる。この開始時点においては、ＮＳＲ触媒３のＮＯＸ吸蔵量はｍ２以上であるからＳ３０１では肯定判定される。また、燃料供給弁６からの燃料供給は開始されていないためＳ３０２では否定判定されるが、次のＳ３０３では、ＮＯＸ吸蔵増加量ΔＮＯＸは”０”であってパラメータＮＯＸｆも”０”であるため肯定判定されることになる。更に、次のＳ３０５では、燃料供給総量Σｑは”０”であってパラメータＱも”０”であるため肯定判定される。この結果、時刻ｔ１では、Ｓ３０６により第１空燃比処理が開始されることになり、このときＮＳＲ触媒３に流れ込む排気空燃比は、第１リーン空燃比ＡＦＬ１となる。その後、Ｓ３０７において、燃料供給弁６からの燃料供給量ｑが積算されるとともに、パラメータＱにＱ１が設定される。このＱ１は、上記の通り、第１空燃比処理によってＮＳＲ触媒３から放出が想定される吸蔵ＮＯＸの量に対応する燃料総量、すなわち第１空燃比処理中に排気浄化システムからのＮＯＸ流出量を抑制し得る範囲で、想定される量の吸蔵ＮＯＸを放出するのに必要な燃料総量である。
【００５７】
Ｓ３０７の処理が終了すると再びＳＣＲ主体空燃比処理がＳ３０１から繰り返される。そのため、時刻ｔ１で第１空燃比処理が開始された以降では、Ｓ３０１で肯定判定された後、Ｓ３０２での肯定判定を経てＳ３０５へと至る。そして、燃料供給総量Σｑは第１空燃比処理により増加しているもののまだ上記Ｓ３０７で設定されたＱ１には至っていないため、Ｓ３０５では肯定判定され、順次Ｓ３０６、Ｓ３０７の処理が行われる。
【００５８】
以上より、時刻ｔ１以降であって後述の時刻ｔ２に至るまでは、第１空燃比処理が継続されることでＮＳＲ触媒３の吸蔵ＮＯＸが放出されていくため、ＮＯＸ吸蔵量は低減していく。この放出されたＮＯＸは、排気空燃比が理論空燃比よりもリーン側の第１リーン空燃比ＡＦＬ１であるからＮＳＲ触媒３では実質的に還元されず、ＳＣＲ触媒５に流れ込んでいく。なお、ＮＳＲ触媒３に流れ込む排気空燃比が第１リーン空燃比ＡＦＬ１とされても直ちにはＮＳＲ触媒３から流れ出す排気空燃比（すなわち、ＳＣＲ触媒５に流れ込む排気空燃比）は第１リーン空燃比ＡＦＬ１には近づかない（破線Ｌ４の推移を参照）。このとき、ＳＣＲ触媒５においては、まだＮＯＸを連続的に還元できる排気空燃比の状態が維持されており、ＮＳＲ触媒３から放出されたＮＯＸはＳＣＲ触媒５によって好適に還元されることになる。
【００５９】
そして、第１空燃比処理がある程度継続されると、ＳＣＲ触媒５に流れ込む排気空燃比も第１リーン空燃比ＡＦＬ１となる。第１リーン空燃比ＡＦＬ１は理論空燃比よりリーン側の空燃比といえども、第１空燃比処理によって燃料供給弁６から燃料供給が行われることで形成される空燃比であるから、ＳＣＲ触媒５の銅イオンの価数回復が円滑に進みにくくなり、結果としてＳＣＲ触媒５によるＮＯＸ還元能力が低下してくる。そこで、本実施例では、燃料供給総量ΣｑがＳ３０７で設定されたＱ１を超えたときに第１空燃比処理が終了とされるようにＳ３０５において否定判定されることになる。そして、図７において、Ｓ３０５で燃料供給総量ΣｑがＱ１を超えたことで否定判定された時刻が、ｔ２とされる。
【００６０】
また別法として、空燃比センサ１０によって検出されるＮＳＲ触媒３から流出する排気空燃比が第１リーン空燃比ＡＦＬ１となったときに、ＳＣＲ触媒５によるＮＯＸ還元能力が低下し時刻ｔ２が到来したと判定してもよい。更に別法として、ＮＯＸセンサ１１、１３から算出されるＳＣＲ触媒５によるＮＯＸ浄化率が基準となる浄化率を下回った場合に、ＳＣＲ触媒５によるＮＯＸ還元能力が低下し時刻ｔ２が到来したと判定してもよい。更に別法として、ＮＯＸセンサ１３の検出値が、ＳＣＲ触媒５でのＮＯＸ還元効率の低下に起因したＳＣＲ触媒５からの流出ＮＯＸに関連する基準ＮＯＸ濃度を超えた場合に、ＳＣＲ触媒５によるＮＯＸ還元能力が低下し時刻ｔ２が到来したと判定してもよい。
【００６１】
そこで、Ｓ３０５で否定判定された結果、時刻ｔ２では、Ｓ３０８により第２空燃比処理が開始されることになり、このときＮＳＲ触媒３に流れ込む排気空燃比は、第２リーン空燃比ＡＦＬ２となる。その後、Ｓ３０９において、燃料供給総量Σｑはリセットされて”０”となるとともに、パラメータＱもリセットされて”０”となる。また、パラメータＮＯＸｆは、ＮＯＸｈとされる。
【００６２】
Ｓ３０９の処理が終了すると再びＳＣＲ主体空燃比処理がＳ３０１から繰り返される。そのため、時刻ｔ２で第２空燃比処理が開始された以降では、ＮＳＲ触媒３の吸蔵ＮＯＸ量は増加していくため、Ｓ３０１でも肯定判定される。その後、燃料供給弁６からの燃料供給が停止されているためＳ３０２では否定判定され、次のＳ３０３では、直近の燃料供給停止時刻である時刻ｔ２からのＮＯＸ吸蔵増加量ΔＮＯＸが、Ｓ３０９で設定されたＮＯＸｈ以上であるか否かが判定されることになる。したがって、時刻ｔ２以降に第２空燃比処理が継続される期間が短い場合には、ＮＯＸ吸蔵増加量ΔＮＯＸはＮＯＸｈにはまだ至らないため、その場合、Ｓ３０４へ進むことになる。そして、Ｓ３０４で、ＮＳＲ触媒３のＮＯＸ吸蔵量に基づいた判定が行われる。このような構成により、ＮＯＸ吸蔵増加量ΔＮＯＸはＮＯＸｈに到達しておらず、且つ、ＮＯＸ吸蔵量が上限閾値ｍ２’より小さい場合に、ＳＣＲ主体空燃比処理が一度終了され、再び開始される、すなわち第２空燃比処理が継続されることになる。
【００６３】
一方で、第２空燃比処理の継続時間がある程度長くなりＮＯＸ吸蔵増加量ΔＮＯＸがＮＯＸｈに到達し（Ｓ３０３で肯定判定）、又は、ＮＯＸ吸蔵量が上限閾値ｍ２’以上となった（Ｓ３０４で肯定判定）場合には、Ｓ３０５以降の処理が行われその第２空燃比処理が停止され第１空燃比に切り替えられることになる。すなわち、本実施例では、第２空燃比処理の継続時間は、第２空燃比処理によってＮＳＲ触媒３のＮＯＸ吸蔵量の増加量が予め決められた量（ＮＯＸｈ）に至るまでの時間か、又は、ＮＯＸ吸蔵量そのものが過度に増加しないように設定された量（ｍ２’）に至るまでの時間とされる。なお別法として、第２空燃比処理の実行とともに空燃比センサ１０によって検出されるＮＳＲ触媒３から流出する排気空燃比が第２リーン空燃比ＡＦＬ２又は第２リーン空燃比ＡＦＬ２近傍の空燃比（以下、「第２リーン空燃比ＡＦＬ２等の空燃比」ともいう。）となったときに、第２空燃比処理を停止し、Ｓ３０５以降の処理が行われるようにしてもよい。これは、ＮＳＲ触媒３から流出する排気空燃比が第２リーン空燃比ＡＦＬ２等の空燃比となると、いずれはその下流に位置するＳＣＲ触媒５に、ＳＣＲ触媒５の銅イオンの価数回復に必要な酸素を供給することができると考えられるからである。そして、Ｓ３０５に進んだ時点では、燃料供給総量Σｑ及びパラメータＱは”０”であるためＳ３０５では肯定判定される。その結果Ｓ３０６へ進むことで第２空燃比処理を終了し、続いて２度目の第１空燃比処理が開始され、その開始時刻が時刻ｔ３となる。なお、図７では、ＮＯＸ吸蔵増加量ΔＮＯＸがＮＯＸｈに到達したことをもって、時刻ｔ３が到来している。
【００６４】
そして、時刻ｔ３においてＳ３０６で２度目の第１空燃比処理が開始されると、その後、Ｓ３０７において、燃料供給弁６からの燃料供給量ｑが積算されるとともに（この場合の燃料供給総量Σｑは、２度目の第１空燃比処理の開始時点を起点とした総量である）、パラメータＱにＱ１が設定され、再びＳＣＲ主体空燃比処理がＳ３０１から繰り返される。その後の２度目の第１空燃比処理については、上述した１度目の第１空燃比処理とは異なり、燃料供給総量ΣｑがＳ３０７で設定されたＱ１を超える前に、Ｓ３０１でＮＳＲ触媒３のＮＯＸ吸蔵量が下限閾値ｍ２より少なくなったことを理由に、Ｓ３０１で否定判定された時点（時刻ｔ４）でＳ３０８へ進み、２度目の第２空燃比処理が開始される。
【００６５】
そして、時刻ｔ４においてＳ３０８で２度目の第２空燃比処理が開始されると、その後、Ｓ３０９において、燃料供給総量Σｑはリセットされて”０”となるとともに、パラメータＱもリセットされて”０”となる。なお、パラメータＮＯＸｆには、ＮＯＸｈが設定される。そして、再びＳＣＲ主体空燃比処理がＳ３０１から繰り返される。その後の２度目の第２空燃比処理については、上述した１度目の第２空燃比処理と同じように、ＮＯＸ吸蔵増加量ΔＮＯＸがＮＯＸｈに到達し（Ｓ３０３で肯定判定）、又は、ＮＯＸ吸蔵量が上限閾値ｍ２’以上となる（Ｓ３０４で肯定判定）まで、継続される。その後、Ｓ３０５では、燃料供給総量Σｑ及びパラメータＱは”０”であるため、肯定判定されＳ３０６へ進み、３度目の第１空燃比処理が開始され、その開始時刻が時刻ｔ５となる。
【００６６】
そして、時刻ｔ５以降においては、ＮＳＲ側設定処理によってパラメータｍｄｃａｔの値が”２”以外の値に変更されるまで、上述したように第１空燃比処理と第２空燃比処理が交互に繰り返されることになる。
【００６７】
このように本実施例に係る内燃機関１の排気浄化システムでは、ＳＣＲ主体空燃比処理により、ＮＳＲ触媒３の触媒温度が所定のＮＳＲ温度範囲に属している場合でも、ＮＯＸ還元はその触媒温度が所定のＳＣＲ温度範囲に属しているＳＣＲ触媒５によって主体的に実行され、ＮＳＲ触媒３ではＮＯＸ還元は実質的に行われない。ＳＣＲ主体空燃比処理が実行されている際には、第１空燃比処理と第２空燃比処理が交互に繰り返し実行されている。そのため、ＮＳＲ触媒３のＮＯＸ吸蔵量を低減させ、その際に放出されたＮＯＸをＳＣＲ触媒５が還元するとともに、ＳＣＲ触媒５の銅イオンの価数回復が図られている。その結果、放出ＮＯＸがＳＣＲ触媒５によって好適に連続的に還元処理され、システム外に
排出されることが抑制される。この結果、ＳＣＲ触媒５による主体的なＮＯＸ還元を行いながら、ＮＳＲ触媒３のＮＯＸ吸蔵量を、内燃機関の負荷増加等に影響されにくい比較的少ない量に維持することができる。なお、図６に示すＳＣＲ主体空燃比処理では、ＮＳＲ触媒３のＮＯＸ吸蔵量が下限閾値ｍ２から上限閾値ｍ２’までの吸蔵量範囲（本発明の所定のＮＯＸ吸蔵量範囲に相当）に属するように第１及び第２の空燃比処理が実行されるが、排気浄化システムとしてのＮＯＸ浄化能力が許容される限りにおいて、ＳＣＲ主体空燃比処理におけるＮＳＲ触媒３のＮＯＸ吸蔵量は上記吸蔵量範囲以外の吸蔵量であってもよい。また、ＳＣＲ主体空燃比処理において、ＮＳＲ触媒３に流れ込む排気空燃比は、ストイキよりもリーン側の空燃比であるため、供給された燃料成分がシステム外に排出されにくい。
【００６８】
したがって、排気浄化システムから外部へのＮＯＸの排出を可及的に抑制するためには、第１空燃比処理の際の燃料供給弁６からの単位時間当たりの燃料供給量αは、下流側のＳＣＲ触媒５により還元処理が可能なＮＯＸの放出量となる燃料供給量であるのが好ましい。
【００６９】
また、上記のＳＣＲ主体空燃比処理の第２空燃比処理では、Ｓ３０８において燃料供給弁６からの燃料供給が停止されることで、第２リーン空燃比ＡＦＬ２が形成されている。この態様に代えて、Ｓ３０８において、ＳＣＲ触媒５の銅イオンの価数回復が可能となる範囲で、燃料供給弁６からの燃料供給量を上記αよりも少ない量に調整することで、ＳＣＲ触媒５に流入する排気空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１よりもリーン側の空燃比としてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・・内燃機関
２・・・・排気通路
３・・・・ＮＳＲ触媒
５・・・・ＳＣＲ触媒
６・・・・燃料供給弁
７・・・・添加弁
１０・・・・空燃比センサ
１１、１３・・・・ＮＯＸセンサ
１２、１４・・・・温度センサ
２０・・・・ＥＣＵ
２１・・・・クランクポジションセンサ
２２・・・・アクセル開度センサ
【図１】
2018053882.tif 000003
【図２Ａ】
2018053882.tif 000004
【図２Ｂ】
2018053882.tif 000005
【図３】
2018053882.tif 000006
【図４】
2018053882.tif 000007
【図５】
2018053882.tif 000008
【図６】
2018053882.tif 000009
【図７】
2018053882.tif 000010