(57)【要約】【課題】本発明は、第１ＮＳＲ触媒、第２ＮＳＲ触媒、バイパス通路、及び流路切替弁を備えた、内燃機関の排気浄化装置において、排気エミッションの悪化を好適に抑制し得ることを課題とする。【解決手段】第１ＮＳＲ触媒と第２ＮＳＲ触媒との少なくとも一方に吸蔵されているＮＯＸを還元させるためのリッチスパイク処理が実行される場合において、第２ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が所定の閾値以上であれば、内燃機関の排気が第１ＮＳＲ触媒を迂回して第２ＮＳＲ触媒へ流入するように、流路切換弁が制御される。また、前記リッチスパイク処理が実行される場合において、第２ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記所定の閾値未満であれば、内燃機関の排気が第１ＮＳＲ触媒を経由した後に第２ＮＳＲ触媒を流れるように、流路切替弁が制御される。【選択図】図４
2018096341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希薄燃焼運転される内燃機関の排気通路に配置される触媒であって、排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中のＮＯＸを吸蔵し、排気の空燃比がリッチ空燃比であるときは吸蔵していたＮＯＸを脱離させて、その脱離したＮＯＸを排気中の未燃燃料成分によって還元させる第１ＮＯＸ吸蔵還元型触媒と、
前記第１ＮＯＸ吸蔵還元型触媒より下流の前記排気通路に配置される触媒であって、排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中のＮＯＸを吸蔵し、排気の空燃比がリッチ空燃比であるときは吸蔵していたＮＯＸを脱離させて、その脱離したＮＯＸを排気中の未燃燃料成分によって還元させる第２ＮＯＸ吸蔵還元型触媒と、
前記第１ＮＯＸ吸蔵還元型触媒より上流の前記排気通路から分岐して、前記第１ＮＯＸ吸蔵還元型触媒より下流且つ前記第２ＮＯＸ吸蔵還元型触媒より上流の前記排気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路又は前記第１ＮＯＸ吸蔵還元型触媒の何れか一方に排気が流れるように、排気流路を切り替える流路切替弁と、
前記バイパス通路の分岐部より上流側の前記排気通路を流れる排気の空燃比をリッチ空燃比にすることで、前記第１ＮＯＸ吸蔵還元型触媒と前記第２ＮＯＸ吸蔵還元型触媒との少なくとも一方に吸蔵されているＮＯＸを還元させるためのリッチスパイク処理を実行するリッチスパイク処理手段と、
前記リッチスパイク処理手段によるリッチスパイク処理の終了時をトリガとして前記第２ＮＯＸ吸蔵還元型触媒より下流側へ流出するＮＯＸ量を積算することで積算ＮＯＸ排出量を演算する演算手段と、
前記演算手段により算出された積算ＮＯＸ排出量が所定の閾値以上になったときに、前記リッチスパイク処理が実行されるように、前記リッチスパイク処理手段を制御するリッチスパイク制御手段と、
前記第２ＮＯＸ吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵量を取得する取得手段と、
前記リッチスパイク処理が実行されるときに、前記取得手段により取得されるＮＯＸ吸蔵量が所定の閾値以上であれば排気が前記バイパス通路を流れるように前記流路切替弁を制御し、前記取得手段により取得されるＮＯＸ吸蔵量が前記所定の閾値未満であれば排気が前記第１ＮＯＸ吸蔵還元型触媒を流れるように前記流路切替弁を制御する流路制御手段と、
を備え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】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に直列に配置された２つのＮＯＸ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ（NOX Storage Reduction）触媒）を具備する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
希薄燃焼運転される内燃機関の排気浄化装置として、ＮＳＲ触媒と、該ＮＳＲ触媒より下流に配置される三元触媒と、ＮＳＲ触媒より上流の排気通路から分岐して、該ＮＳＲ触媒より下流且つ三元触媒より上流の排気通路に合流するバイパス通路と、バイパス通路又はＮＳＲ触媒の何れか一方に排気が流れるように排気流路を切り替える流路切替弁と、を備えた排気浄化装置において、排気空燃比がリーン空燃比であるとき、並びに排気空燃比が理論空燃比以下且つ排気温度が所定温度未満であるときは、排気がＮＳＲ触媒を流れ、排気空燃比が理論空燃比以下且つ排気温度が所定温度以上であるときは、排気がバイパス通路を流れるように、流路切替弁を制御するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−３４０２３６号公報
【特許文献２】特開２０００−３０３８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記した三元触媒の代わりにＮＳＲ触媒を配置する構成が考えられる。すなわち、内燃機関の排気通路に配置される第１ＮＳＲ触媒と、該第１ＮＳＲ触媒より下流の排気通路に配置される第２ＮＳＲ触媒と、第１ＮＳＲ触媒より上流の排気通路から分岐して、該第１ＮＳＲ触媒より下流且つ第２ＮＳＲ触媒より上流の排気通路に合流するバイパス通路と、バイパス通路又は第１ＮＳＲ触媒の何れか一方に排気が流れるように排気流路を切り替える流路切替弁と、を備えた排気浄化装置が考えられる。このような構成において、第１ＮＳＲ触媒や第２ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸの還元を目的としたリッチスパイク処理が実行される場合に、上記した従来技術のように、排気空燃比と排気温度とに基づいて流路切替弁が制御されると、排気エミッションの悪化を招く可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、第１ＮＳＲ触媒、第２ＮＳＲ触媒、バイパス通路、及び流路切替弁を備えた、内燃機関の排気浄化装置において、リッチスパイク処理実行時における排気エミッションの悪化を好適に抑制し得る技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係わる内燃機関の排気浄化装置は、希薄燃焼運転される内燃機関の排気通路に配置される触媒であって、排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中のＮＯＸを吸蔵し、排気の空燃比がリッチ空燃比であるときは吸蔵していたＮＯＸを脱離させて、その脱離したＮＯＸを排気中の未燃燃料成分によって還元させる第１ＮＳＲ触媒と、前記第１ＮＳＲ触媒より下流の前記排気通路に配置される触媒であって、排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中のＮＯＸを吸蔵し、排気の空燃比がリッチ空燃比であるときは吸蔵していたＮＯＸを脱離させて、その脱離したＮＯＸを排気中の未燃燃料成分によって還元させる第２ＮＳＲ触媒と、前記第１ＮＳＲ触媒より上流の前記排気通路から分岐して、前
記第１ＮＳＲ触媒より下流且つ前記第２ＮＳＲ触媒より上流の前記排気通路に合流するバイパス通路と、前記バイパス通路又は前記第１ＮＳＲ触媒の何れか一方に排気が流れるように、排気流路を切り替える流路切替弁と、前記バイパス通路の分岐部より上流側の前記排気通路を流れる排気の空燃比をリッチ空燃比にすることで、前記第１ＮＳＲ触媒と前記第２ＮＳＲ触媒の少なくとも一方に吸蔵されているＮＯＸを還元させるためのリッチスパイク処理を実行するリッチスパイク処理手段と、前記リッチスパイク処理手段によるリッチスパイク処理の終了時をトリガとして前記第２ＮＳＲ触媒より下流側へ流出するＮＯＸ量を積算することで、積算ＮＯＸ排出量を演算する演算手段と、前記演算手段により算出された積算ＮＯＸ排出量が所定値以上になったときに、前記リッチスパイク処理が実行されるように、前記リッチスパイク処理手段を制御するリッチスパイク制御手段と、前記第２ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量を取得する取得手段と、前記リッチスパイク処理が実行されるときに、前記取得手段により取得されるＮＯＸ吸蔵量が所定の閾値以上であれば排気が前記バイパス通路を流れるように前記流路切替弁を制御し、前記取得手段により取得されるＮＯＸ吸蔵量が前記所定の閾値未満であれば排気が前記第１ＮＳＲ触媒を流れるように前記流路切替弁を制御する流路制御手段と、を備えるようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１ＮＳＲ触媒、第２ＮＳＲ触媒、バイパス通路、及び流路切替弁を備えた、内燃機関の排気浄化装置において、リッチスパイク処理実行時における排気エミッションの悪化を好適に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】第２ＮＯＸ吸蔵量が所定の閾値未満である状態でリッチスパイク処理が実行される場合における、リッチスパイクフラグ、バイパスのｏｎ／ｏｆｆ、第１ＮＯＸ吸蔵量、第２ＮＯＸ吸蔵量、機関排出ＨＣ量、第２ＮＳＲ触媒排出ＨＣ量、及び第２ＮＳＲ触媒排出ＮＯＸ量の経時変化を示す図である。
【図３】第２ＮＯＸ吸蔵量が所定の閾値以上である状態でリッチスパイク処理が実行される場合における、リッチスパイクフラグ、バイパスのｏｎ／ｏｆｆ、第１ＮＯＸ吸蔵量、第２ＮＯＸ吸蔵量、機関排出ＨＣ量、第２ＮＳＲ触媒排出ＨＣ量、及び第２ＮＳＲ触媒排出ＮＯＸ量の経時変化を示す図である。
【図４】リッチスパイク処理実行時における流路切換弁の制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り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。
【００１０】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、理論空燃比の混合気を燃焼させる運転（ストイキ運転）とリーン空燃比の混合気を燃焼させる運転（リーン運転）とを切り替え可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であり、図示しない気筒内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁１ａを備えている。なお、燃料噴射弁１ａは、内燃機関１の吸気ポートへ燃料を噴射するように構成されてもよい。
【００１１】
内燃機関１は、排気通路２と接続されている。排気通路２には、排気の流れ方向における上流側から第１触媒ケーシング３と第２触媒ケーシング４とが配置されている。また、排気通路２には、第１触媒ケーシング３より上流側の部位から分岐して、第１触媒ケーシング３より下流且つ第２触媒ケーシング４より上流側の部位に合流するバイパス通路５が
設けられている。なお、以下では、排気通路２における、前記バイパス通路５の分岐部から第１触媒ケーシング３を経由して前記バイパス通路５との合流部に至る部位を、メイン通路２０と称する。そして、前記排気通路２における前記バイパス通路５との合流部には、メイン通路２０（第１ＮＳＲ触媒）とバイパス通路５との何れか一方に配置が流れるように、排気流路を切り替えるための流路切替弁６が取り付けられている。なお、流路切替弁６は排気通路２における前記バイパス通路５の分岐部に取り付けられてもよい。
【００１２】
ここで、第１触媒ケーシング３と第２触媒ケーシング４とには、排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中のＮＯＸを吸蔵し、排気の空燃比がリッチ空燃比であるときは吸蔵していたＮＯＸを脱離させて、その脱離ＮＯＸを排気中の未燃燃料成分（例えば、ＨＣ等）により還元させるためのＮＳＲ触媒がそれぞれ収容されている。なお、以下では、第１触媒ケーシング３に収容されるＮＳＲ触媒を第１ＮＳＲ触媒と称し、第２触媒ケーシング４に収容されるＮＳＲ触媒を第２ＮＳＲ触媒と称する。
【００１３】
このように構成される内燃機関１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７が併設
される。ＥＣＵ７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、バックＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ７は、第１ＮＯＸセンサ８、第２ＮＯＸセンサ９、排気温度センサ１０、クランクポジションセンサ１１、アクセルポジションセンサ１２、エアフローメータ１３等の各種センサと電気的に接続され、それら各種センサの出力信号を入力可能になっている。第１ＮＯＸセンサ８は、バイパス通路５との合流部より下流の排気通路２における第２触媒ケーシング４より上流の部位に配置され、第２触媒ケーシング４へ流入する排気のＮＯＸ濃度を測定する。第２ＮＯＸセンサ９は、第２触媒ケーシング４より下流の排気通路２に配置され、第２触媒ケーシング４から流出する排気のＮＯＸ濃度を測定する。排気温度センサ１０は、第２触媒ケーシング４より下流の排気通路２に配置され、第２触媒ケーシング４から流出する排気の温度を測定する。クランクポジションセンサ１１は、内燃機関１のクランクシャフトの回転位置を測定する。アクセルポジションセンサ１２は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を測定する。エアフローメータ１３は、内燃機関１の吸気通路１４に取り付けられて、該吸気通路１４を流れる空気量（吸入空気量）を測定する。
【００１４】
ＥＣＵ７は、燃料噴射弁１ａや流路切替弁６等の各種機器と電気的に接続され、それら各種機器を電気的に制御可能になっている。例えば、ＥＣＵ７は、クランクポジションセンサ１１の出力信号から演算される機関回転速度と、エアフローメータ１３の出力信号（吸入空気量）に基づいて演算される機関負荷率（全負荷時の吸入空気量に対する実際の吸入空気量の比率）とに基づいて、燃料噴射弁１ａの目標燃料噴射量や目標噴射時期等を演算し、それら目標燃料噴射量や目標噴射時期に従って燃料噴射弁１ａを制御する。その際、機関回転速度と機関負荷率とから定まる機関運転状態が低回転・低負荷率領域ににある場合は、混合気の空燃比がリーン空燃比となるように、目標燃料噴射量が決定されるものとする。機関運転状態が中回転・中負荷率領域、及び高回転・高負荷率領域にある場合は、目標空燃比が理論空燃比となるように、目標燃料噴射量が決定されるものとする。
【００１５】
また、ＥＣＵ７は、エアフローメータ１３の測定値及び燃料噴射量から演算される排気流量と、第２ＮＯＸセンサ９により測定されるＮＯＸ濃度と、をパラメータとして、第２触媒ケーシング４から単位時間あたりに流出するＮＯＸ量を演算するとともに、そのＮＯＸ量を積算して積算ＮＯＸ排出量を演算する（本発明に係わる「演算手段」に相当）。そして、積算ＮＯＸ排出量が所定値以上になったときに、ＥＣＵ７は、第１ＮＳＲ触媒と第２ＮＳＲ触媒との少なくとも一方に吸蔵されているＮＯＸを還元すべく、リッチスパイク処理を実行する（本発明に係わる「リッチスパイク制御手段」に相当）。ここでいうリッチスパイク処理は、排気行程中の気筒の燃料噴射弁１ａから燃料を供給することにより、排気の空燃比をリッチ空燃比にする処理である。なお、燃料噴射弁１ａが吸気ポートへ燃
料を噴射するように構成される場合は、混合気の空燃比をリッチ空燃比に設定することにより、リッチスパイク処理が行われればよい。また、メイン通路２０とバイパス通路５との分岐部より上流の排気通路２に燃料添加弁が取り付けられる構成においては、該燃料添加弁から排気中に燃料を添加することにより、リッチスパイク処理が行われてもよい。上記した種々の方法によってＥＣＵ７がリッチスパイク処理を実行することにより、本発明に係わる「リッチスパイク処理手段」が実現される。なお、上記した積算ＮＯＸ排出量は、リッチスパイク処理が終了したときに“０”にリセットされるものとする。
【００１６】
さらに、ＥＣＵ７は、内燃機関１がリーン運転されるときは、排気がメイン通路２０を流れるように流路切替弁６を制御することで、排気中に含まれるＮＯＸを第１ＮＳＲ触媒及び第２ＮＳＲ触媒によって吸蔵させる。また、内燃機関１がストイキ運転されるときは、排気がバイパス通路５を流れるように流路切替弁６を制御することで、第１ＮＳＲ触媒の熱劣化を抑制する。
【００１７】
本実施形態では、ＥＣＵ７は、上記した各種制御に加え、リッチスパイク処理実行時における流路切替弁６の制御を行う。以下では、リッチスパイク処理の実行時における流路切替弁６の制御方法について述べる。
【００１８】
ここで、前述したように、内燃機関１がリーン運転されるときは、排気がメイン通路２０を流れるように流路切替弁６が制御される。その際、第１ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が比較的少なければ、排気中のＮＯＸの略全量が第１ＮＳＲ触媒に吸蔵される。しかしながら、第１ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量がある程度多くなると、排気中のＮＯＸの一部が該第１ＮＳＲ触媒に吸蔵されずに、該ＮＳＲ触媒をすり抜ける、所謂「破過」が発生する。このようなＮＯＸ吸蔵能の破過が発生すると、第１ＮＳＲ触媒をすり抜けたＮＯＸが第２ＮＳＲ触媒に吸蔵される。
【００１９】
第２ＮＳＲ触媒にＮＯＸが殆ど吸蔵されていない状態でリッチスパイク処理が実行される場合において、排気がバイパス通路５を流れるように流路切替弁６が制御されると、排気中に含まれる未燃燃料成分の一部が第２ＮＳＲ触媒に吸蔵されていた極少量のＮＯＸを還元させるために消費される可能性があるものの、残りの大部分の未燃燃料成分が第２ＮＳＲ触媒で消費されずに、該第２ＮＳＲ触媒から流出する可能性がある。その結果、大気中に排出される未燃燃料成分の量が多くなる虞がある。
【００２０】
一方、第２ＮＳＲ触媒にＮＯＸが吸蔵されている状態でリッチスパイク処理が実行される場合において、排気がメイン通路２０を流れるように流路切替弁６が制御されると、排気中に含まれる未燃燃料成分の殆どが第１ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸの還元に消費されるため、第２ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸを還元することが困難となる可能性がある。さらに、排気中に含まれる未燃燃料成分が第１ＮＳＲ触媒において消費されることで、第２ＮＳＲ触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の空燃比になるため、第２ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸが脱離して、その脱離ＮＯＸが還元されることなく第２ＮＳＲ触媒から流出する可能性もある。その結果、大気中に排出されるＮＯＸ量が多くなる虞がある。
【００２１】
本実施形態では、上記したような種々の実情を考慮して、リッチスパイク処理実行時における流路切替弁６の制御を行うようにした。先ず、リッチスパイク処理が実行されるときに、第２ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量（以下、「第２ＮＯＸ吸蔵量」と称する）が所定の閾値未満であれば、メイン通路２０が導通され且つバイパス通路５が遮断されるように、流路切替弁６が制御されるようにした。ここで、第２ＮＯＸ吸蔵量が所定の閾値未満である状態でリッチスパイク処理が実行される場合における、リッチスパイクフラグの状態と、バイパス通路５の状態と、第１ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量（以下、「第１ＮＯＸ吸蔵量
」と称する）と、第２ＮＯＸ吸蔵量と、内燃機関１から排出されるＨＣ量（以下、「機関排出ＨＣ量」と称する）と、第２ＮＳＲ触媒から排出されるＨＣ量（以下、「第２ＮＳＲ触媒排出ＨＣ量」と称する）と、第２ＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸ量（以下、「第２ＮＳＲ触媒排出ＮＯＸ量」と称する）と、の経時変化を図２に示す。ここでいうリッチスパイクフラグは、内燃機関１がリーン運転されている状態において、上記した積算ＮＯＸ排出量が所定値以上になったとき（リッチスパイク処理が開始されるとき）にｏｎにされ、リッチスパイク処理が終了したときにｏｆｆにされるフラグである。また、ここでいう所定の閾値は、該所定の閾値未満のＮＯＸが還元されることなく大気中に排出されても、排気エミッションの悪化が許容範囲に収まると考えられる値である。なお、排気エミッションの悪化を可能な限り少なく抑えるという観点に立つと、前記所定の閾値を“０”に設定してもよい。
【００２２】
図２において、リッチスパイク処理を開始すべくリッチスパイクフラグがｏｆｆからｏｎへ切り換えられると（図２中のｔ１）、ＥＣＵ７は、バイパス通路５を遮断状態（バイパスをｏｆｆ）に維持すべく、流路切替弁６を制御する。すなわち、ＥＣＵ７は、メイン通路２０が導通され且つバイパス通路５が遮断された状態を維持すべく、流路切替弁６制御する。
【００２３】
リッチスパイクフラグのｏｆｆからｏｎへの切り換えに伴って、リッチスパイク処理が開始されると、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ移行するとともに、機関排出ＨＣ量が増加する。このような排気が第１ＮＳＲ触媒に流入すると、第１ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸが排気中のＨＣによって還元されるため、第１ＮＯＸ吸蔵量が減少する。このように、リッチ空燃比の排気に含まれるＨＣが第１ＮＳＲ触媒の吸蔵ＮＯＸを還元するために消費されると、第１ＮＳＲ触媒から排出される排気の空燃比が理論空燃比近傍の空燃比になる。このような理論空燃比近傍の排気が第２ＮＳＲ触媒へ流入すると、第２ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸが脱離するものの、その脱離ＮＯＸが還元されずに第２ＮＳＲ触媒から排出される。しかしながら、リッチスパイク処理開始時における第２ＮＯＸ吸蔵量が前記所定の閾値未満であるため、第２ＮＳＲ触媒排出ＮＯＸ量が極少量となる。また、上記した理論空燃比近傍の排気に含まれるＨＣ量も極少量であるため、その排気に含まれるＨＣが第２ＮＳＲ触媒で消費されなくとも、第２ＮＳＲ触媒排出ＨＣ量が極少量となる。リッチスパイク処理の実行時における第２ＮＳＲ触媒排出ＨＣ量、及び第２ＮＳＲ触媒排出ＮＯＸ量が極少量になると、大気中に排出されるＨＣ量及びＮＯＸ量も極少量になる。よって、排気エミッションの悪化を抑制しつつ、リッチスパイク処理を実行することができる。なお、リッチスパイク処理は、第１ＮＯＸ吸蔵量が“０”になったときに終了され、それに伴ってリッチスパイクフラグもｏｎからｏｆｆへ切り換えられる（図２中のｔ２）。
【００２４】
次に、リッチスパイク処理が実行されるときに、第２ＮＯＸ吸蔵量が前記所定の閾値以上であれば、メイン通路２０が遮断され且つバイパス通路５が導通されるように、流路切替弁６が制御されるようにした。ここで、第２ＮＯＸ吸蔵量が所定の閾値以上である状態でリッチスパイク処理が実行される場合における、リッチスパイクフラグの状態と、バイパス通路５の状態と、第１ＮＯＸ吸蔵量と、第２ＮＯＸ吸蔵量と、機関排出ＨＣ量と、第２ＮＳＲ触媒排出ＨＣ量と、第２ＮＳＲ触媒排出ＮＯＸ量と、の経時変化を図３に示す。
【００２５】
図３において、リッチスパイクフラグがｏｆｆからｏｎへ切り換えられると（図３中のｔ１）、ＥＣＵ７は、バイパス通路５を遮断状態（バイパスをｏｆｆ）から導通状態（バイパスをｏｎ）へ切り換えるべく、流路切替弁６を制御する。すなわち、ＥＣＵ７は、メイン通路２０が導通され且つバイパス通路５が遮断された状態から、メイン通路２０が遮断され且つバイパス通路５が導通された状態へ切り換えるべく、流路切替弁６制御する。その場合、内燃機関１から排出されるリッチ空燃比の排気は、第１ＮＳＲ触媒を迂回して
第２ＮＳＲ触媒へ流入することになる。つまり、比較的多量のＨＣを含んだ排気が第２ＮＳＲ触媒へ流入することになる。その結果、第１ＮＳＲ触媒の吸蔵ＮＯＸが還元されずに、第２ＮＳＲ触媒の吸蔵ＮＯＸが還元されることになる。それに伴い、第１ＮＯＸ吸蔵量が減少せずに、第２ＮＯＸ吸蔵量のみが減少する。また、上記したリッチ空燃比の排気に含まれるＨＣの大部分は、第２ＮＳＲ触媒の吸蔵ＮＯＸを還元するために消費されるため、第２ＮＳＲ触媒排出ＨＣ量が極少量となる。また、第２ＮＳＲ触媒の吸蔵ＮＯＸが上記の如く還元されることで、第２ＮＳＲ触媒排出ＮＯＸ量も極少量となる。その後、第２ＮＯＸ吸蔵量が“０”になると（図３中のｔ１０）、ＥＣＵ７は、バイパス通路５を導通状態（バイパスをｏｎ）から遮断状態（バイパスをｏｆｆ）に切り換えるべく、流路切替弁６を制御する。つまり、ＥＣＵ７は、第２ＮＯＸ吸蔵量が“０”になった後は、前述した図２と同様の方法によって、第１ＮＳＲ触媒の吸蔵ＮＯＸの還元を図ることで、大気中に排出されるＨＣ量及びＮＯＸ量を極少量に抑えるようにした。
【００２６】
図２、３に示した方法によって、リッチスパイク処理実行時における流路切替弁６の制御が行われると、大気中に排出されるＨＣ量及びＮＯＸ量を極少量に抑えつつ、第１ＮＳＲ触媒およびまたは第２ＮＳＲ触媒の吸蔵ＮＯＸを還元させることができる。
【００２７】
以下、リッチスパイク処理の実行時における流路切替弁６の制御手順について、図４に沿って説明する。図４は、内燃機関１の運転期間中に繰り返し実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭ等に記憶されているものとする。
【００２８】
図４の処理ルーチンでは、ＥＣＵ７は、先ずＳ１０１の処理においてリッチスパイクフラグがｏｎであるか否かを判別する。Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、リッチスパイク処理が実行されていないことになるため、ＥＣＵ７は、Ｓ１０６の処理へ進み、流路切替弁６の通常制御を行う。ここでいう通常制御とは、前述したように、内燃機関１のリーン運転時はメイン通路２０が導通されるように流路切替弁６を制御し、内燃機関１のストイキ運転時はバイパス通路５が導通されるように流路切替弁６を制御することを言う。Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、リッチスパイク処理が実行されていることになるため、ＥＣＵ７は、Ｓ１０２以降の処理を実行する。
【００２９】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ７は、第２ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量である第２ＮＯＸ吸蔵量ΣＮＯＸ２を取得する（本発明に係わる「取得手段」に相当）。第２ＮＯＸ吸蔵量ΣＮＯＸ２は、別途演算されてバックアップＲＡＭ等に記憶されているものとする。その際、第２ＮＯＸ吸蔵量ΣＮＯＸ２は、例えば、以下の方法によって演算される。先ず、第２ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比がリーンであるときは、第１ＮＯＸセンサ８の出力信号と排気流量とに基づいて演算される流入ＮＯＸ量から、第２ＮＯＸセンサ９の出力信号と排気流量とに基づいて演算される流出ＮＯＸ量を減算することで、単位時間あたりのＮＯＸ吸蔵量を求める。そして、ＥＣＵ７は、単位時間あたりのＮＯＸ吸蔵量を積算することで、第２ＮＯＸ吸蔵量ΣＮＯＸ２を演算すればよい。一方、第２ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比が理論空燃比以下であるときは、流入排気の空燃比、排気流量、第２ＮＳＲ触媒の温度等をパラメータとして、単位時間あたりのＮＯＸ脱離量を求める。そして、ＥＣＵ７は、第２ＮＯＸ吸蔵量の前回値から、単位時間あたりのＮＯＸ脱離量を減算することで、第２ＮＯＸ吸蔵量ΣＮＯＸ２を演算すればよい。
【００３０】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０２の処理で取得された第２ＮＯＸ吸蔵量ΣＮＯＸ２が所定の閾値α以上であるか否かを判別する。ここでいう所定の閾値αは、前述したように、該所定の閾値α未満のＮＯＸが第２ＮＳＲ触媒で還元されずに大気中へ排出されても、排気エミッションの悪化が許容範囲に収まると考えられる値である。
【００３１】
前記Ｓ１０３の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０４の処理へ進み、バイパス通路５が導通状態（バイパスをｏｎ）になるように流路切替弁６を制御する。この場合、前述した図３におけるｔ１〜ｔ１０の期間のように、内燃機関１から排出されるリッチ空燃比の排気が第１ＮＳＲ触媒を迂回して第２ＮＳＲ触媒へ流入することになる。その結果、第２ＮＳＲ触媒排出ＨＣ量及び第２ＮＳＲ触媒排出ＮＯＸ量を極少量に抑えつつ、第２ＮＳＲ触媒の吸蔵ＮＯＸを還元させることができる。
【００３２】
前記Ｓ１０３の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０５の処理へ進み、バイパス通路５が遮断状態（バイパスをｏｆｆ）になるように流路切替弁６を制御する。この場合、前述した図２におけるｔ１〜ｔ２の期間、又は前述した図３におけるｔ１０〜ｔ２の期間のように、内燃機関１から排出されるリッチ空燃比の排気が第１ＮＳＲ触媒へ流入することになる。その結果、第２ＮＳＲ触媒排出ＨＣ量及び第２ＮＳＲ触媒排出ＮＯＸ量を極少量に抑えつつ、第１ＮＳＲ触媒の吸蔵ＮＯＸを還元させることができる。
【００３３】
ここで、ＥＣＵ７が上記したＳ１０３〜Ｓ１０５の処理を実行することに因り、本発明に係わる「流路制御手段」が実現される。
【００３４】
以上述べた手順によって、リッチスパイク処理実行時の流路切替弁６が制御されると、排気エミッションの悪化を許容範囲に収めつつ、リッチスパイク処理を行うことができる。
【符号の説明】
【００３５】
１    内燃機関
１ａ  燃料噴射弁
２    排気通路
３    第１触媒ケーシング
４    第２触媒ケーシング
５    バイパス通路
６    流路切替弁
７    ＥＣＵ
８    第１ＮＯＸセンサ
９    第２ＮＯＸセンサ
１０  排気温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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