(57)【要約】【課題】ＮＳＲ触媒からパージされるＮＯｘによってエミッションが悪化する事態を可及的に抑制することを目的とする。【解決手段】希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置において、ＮＳＲ触媒と、ＮＳＲ触媒よりも下流側に設けられた後段触媒と、還元剤供給装置と、リッチスパイクを実施する空燃比制御部と、還元剤を後段触媒に供給する供給制御を実行する供給制御部であって、判定期間のうちの少なくとも一部の期間において、ＮＳＲ触媒の温度が所定の判定温度未満となる場合、今回のリッチスパイクの実施に応じて該供給制御を実行する供給制御部と、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を算出するＮＯｘ吸蔵量算出部と、を備え、供給制御部は、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合には、判定期間においてＮＳＲ触媒の温度が所定の判定温度未満となる時間が長くなるほど、供給制御における還元剤供給量を多くする。【選択図】図７
2019116862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関の排気通路に設けられた第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ、供給された還元剤によって排気中のＮＯｘを還元する後段触媒と、
前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記後段触媒との間の前記排気通路に設けられ、該排気通路内に還元剤を供給する還元剤供給装置と、
前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にするリッチスパイクを実施する空燃比制御部と、
前記還元剤供給装置を用いて、還元剤を前記後段触媒に供給する供給制御を実行する供給制御部であって、前回の前記リッチスパイクの実施完了から今回の前記リッチスパイクの実施要求までの判定期間のうちの少なくとも一部の期間において、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の判定温度未満となる場合、前記空燃比制御部による今回の前記リッチスパイクの実施に応じて該供給制御を実行する供給制御部と、
前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量を算出するＮＯｘ吸蔵量算出部と、を備え、
前記供給制御部は、前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合には、前記判定期間において前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の判定温度未満となる時間が長くなるほど、前記供給制御における還元剤供給量を多くする供給量制御を実行する、
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記後段触媒は、供給されたアンモニアによって排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒であって、
前記還元剤供給装置は、アンモニアの前駆体またはアンモニアを供給し、
前記供給制御部は、前回の前記リッチスパイクの実施完了から今回の前記リッチスパイクの実施要求までの判定期間のうちの少なくとも一部の期間において、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の判定温度未満となる場合、前記空燃比制御部による今回の前記リッチスパイクの実施前に前記供給制御を実行する、
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記供給制御部は、前記供給量制御の実行後の前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着量が、該選択還元型ＮＯｘ触媒からアンモニアのスリップが開始するスリップ発現吸着量未満となるように、該供給量制御を実行する、
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記後段触媒は、供給された燃料によって排気中のＮＯｘを還元する第二吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、
前記還元剤供給装置は、燃料を供給し、
前記供給制御部は、前回の前記リッチスパイクの実施完了から今回の前記リッチスパイクの実施要求までの判定期間のうちの少なくとも一部の期間において、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の判定温度未満となる場合、前記空燃比制御部による今回の前記リッチスパイクの実施と同時に前記供給制御を実行する、
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関の排気通路に設けられた第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ、供給された還元
剤によって排気中のＮＯｘを還元する後段触媒と、
前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記後段触媒との間の前記排気通路に設けられ、該排気通路内に還元剤を供給する還元剤供給装置と、
前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にするリッチスパイクを実施する空燃比制御部と、
前記還元剤供給装置を用いて、還元剤を前記後段触媒に供給する供給制御を実行する供給制御部と、
前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量を算出するＮＯｘ吸蔵量算出部と、
前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵された硝酸塩の量である硝酸塩吸蔵量を、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度に基づいて算出する硝酸塩吸蔵量算出部と、
前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量と、前記硝酸塩吸蔵量算出部によって算出された前記硝酸塩吸蔵量と、に基づいて、該ＮＯｘ吸蔵量に対する該硝酸塩吸蔵量の割合である硝酸塩比率を算出する硝酸塩比率算出部と、を備え、
前記供給制御部は、前記リッチスパイクの実施が要求されたときに、前記硝酸塩比率算出部によって算出された前記硝酸塩比率が所定の判定比率未満である場合、前記空燃比制御部による前記リッチスパイクの実施に応じて前記供給制御を実行し、且つ、該硝酸塩比率に基づいて該供給制御における還元剤供給量を制御する、
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する。
【背景技術】
【０００２】
混合気の空燃比を理論空燃比よりも高いリーン空燃比とする希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気通路に、排気浄化触媒として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と称する場合もある。）を設ける技術が知られている。ＮＳＲ触媒は、その周囲雰囲気の空燃比がリーン空燃比のときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、その周囲雰囲気の空燃比が理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって還元剤が存在するときは、吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を有する。なお、本明細書においては、「吸蔵」との用語を「吸着」の態様をも含む用語として用いる。
【０００３】
そして、このようなＮＳＲ触媒が設けられた内燃機関において、排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にするリッチスパイクが実施されることで、該ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘが還元される。
【０００４】
特許文献１には、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘの量が所定量に達したときにリッチスパイクを実行する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、ＮＳＲ触媒へのＮＯｘ吸蔵量が第１閾値を超える場合にリッチスパイク運転を実行する排気浄化制御装置において、ＮＯｘ吸蔵量が第１閾値よりも大きい第２閾値を超える場合は、ＮＯｘ吸蔵量が第２閾値以下にある場合よりもリーン側の排気空燃比でリッチスパイク運転を実行する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１６３５９０号公報
【特許文献２】特開２０１６−１８６２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘ（吸蔵ＮＯｘ）は、リッチスパイクが実施されると、該ＮＳＲ触媒が有する吸蔵材から一旦放出され、該ＮＳＲ触媒が有する貴金属触媒によってＣＯ、ＨＣといった還元剤と反応せしめられる。その結果、ＮＳＲ触媒において、ＮＯｘがＮ２に還元される。ここで、リッチスパイクが実施されるときの吸蔵ＮＯｘの量（ＮＯｘ吸蔵量）、ＮＳＲ触媒の温度が同一であっても、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの吸蔵形態に起因して、リッチスパイクによって吸蔵ＮＯｘが吸蔵材から放出されるときの、放出され易さが変化することが判った。
【０００８】
また、リッチスパイクによって吸蔵材から放出されたＮＯｘの一部は、還元剤によって還元されることなくＮＳＲ触媒から流出することがある。言い換えれば、リッチスパイクが実施されても吸蔵ＮＯｘの一部が還元されずにＮＳＲ触媒からパージされることがある。
【０００９】
ここで、ＮＳＲ触媒より下流側に、ＮＯｘを還元可能な後段触媒を設けることで、ＮＳＲ触媒からパージされたＮＯｘを該後段触媒で還元することができる。しかしながら、上述したように、吸蔵ＮＯｘの吸蔵材からの放出され易さが、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの
吸蔵形態に起因して変化することに鑑みると、リッチスパイクが実施されるときのＮＯｘ吸蔵量、ＮＳＲ触媒の温度が同一であっても、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの吸蔵形態に起因して、リッチスパイクによってＮＳＲ触媒からパージされるＮＯｘの量（パージＮＯｘ量）が変化し得ることになる。そして、ＮＳＲ触媒からパージされたＮＯｘを後段触媒で浄化させるときに、ＮＯｘの吸蔵形態に起因したパージＮＯｘ量の相違が考慮されないと、エミッションが悪化する虞がある。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ＮＳＲ触媒からパージされるＮＯｘによってエミッションが悪化する事態を可及的に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気通路に設けられた第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ、供給された還元剤によって排気中のＮＯｘを還元する後段触媒と、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記後段触媒との間の前記排気通路に設けられ、該排気通路内に還元剤を供給する還元剤供給装置と、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にするリッチスパイクを実施する空燃比制御部と、前記還元剤供給装置を用いて、還元剤を前記後段触媒に供給する供給制御を実行する供給制御部と、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量を算出するＮＯｘ吸蔵量算出部と、を備える。
【００１２】
このような排気浄化装置では、内燃機関から排出されたＮＯｘのうちの大部分が、第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「第一ＮＳＲ触媒」と称する場合もある。）に吸蔵され得る。そして、第一ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘ（以下、「吸蔵ＮＯｘ」と称する場合もある。）は、リッチスパイクが実施されると、リッチ空燃比の排気に含まれるＣＯ、ＨＣ等の還元剤によって還元され得る。しかしながら、吸蔵ＮＯｘの一部は、リッチスパイクが実施されても、還元されずに第一ＮＳＲ触媒からパージされることがある。
【００１３】
そして、上記の排気浄化装置では、リッチスパイクによって第一ＮＳＲ触媒からＮＯｘがパージされたとしても、該ＮＯｘは、第一ＮＳＲ触媒よりも下流に設けられた後段触媒によって還元され得る。ここで、前記後段触媒とは、例えば、還元剤であるアンモニアによって排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒や、還元剤である燃料によって排気中のＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒である。
【００１４】
ここで、本発明者は、鋭意検討を行った結果、リッチスパイクが実施されるときのＮＯｘ吸蔵量、第一ＮＳＲ触媒の温度が同一であっても、前回のリッチスパイクの実施完了から今回のリッチスパイクの実施要求までの期間（以下、「判定期間」と称する場合もある。）における第一ＮＳＲ触媒の温度履歴によって、今回のリッチスパイクによって第一ＮＳＲ触媒からパージされるＮＯｘの量が変化し得ることを新たに見出した。これによれば、第一ＮＳＲ触媒の温度が比較的低い場合、ＮＯｘは、ＮＳＲ触媒が有する吸蔵材から放出され易い形態（以下、「第一形態」と称する場合もある。）で該吸蔵材に吸蔵される傾向にある。一方、第一ＮＳＲ触媒の温度が比較的高い場合、ＮＯｘは、吸蔵材から放出され難い形態（以下、「第二形態」と称する場合もある。）で該吸蔵材に吸蔵される傾向にある。このように、判定期間における第一ＮＳＲ触媒の温度履歴によって、第一ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの吸蔵形態が変化する。
【００１５】
そして、このようなＮＯｘの吸蔵形態に起因して、リッチスパイクによって第一ＮＳＲ触媒からパージされるＮＯｘの量（以下、「パージＮＯｘ量」と称する場合もある。）が変化し得る。詳しくは、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、吸蔵ＮＯｘのうちの第一形態の
吸蔵ＮＯｘが多いほど、パージＮＯｘ量が多くなり易い。これに対して、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、吸蔵ＮＯｘのうちの第二形態の吸蔵ＮＯｘが多いほど、パージＮＯｘ量が少なくなり易い。そして、第一ＮＳＲ触媒からパージされたＮＯｘを上記の後段触媒を用いて浄化させるときに、このような事態が考慮されないと、エミッションが悪化する虞がある。
【００１６】
そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第一の態様において、前記供給制御部は、前記判定期間のうちの少なくとも一部の期間において、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の判定温度未満となる場合、前記空燃比制御部による今回の前記リッチスパイクの実施に応じて前記供給制御を実行する。更に、前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合には、前記判定期間において前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の判定温度未満となる時間が長くなるほど、前記供給制御における還元剤供給量を多くする供給量制御を実行する。
【００１７】
ここで、所定の判定温度は、第一ＮＳＲ触媒の温度が該判定温度以上となると、ＮＯｘが第二形態となって該第一ＮＳＲ触媒に吸蔵され得る温度として定義される。なお、第一ＮＳＲ触媒に第一形態で既に吸蔵されたＮＯｘは、その吸蔵後の第一ＮＳＲ触媒の温度が前記判定温度以上となると、第二形態に変化することもある。したがって、その温度が所定の判定温度以上となった第一ＮＳＲ触媒では、ＮＯｘが第二形態となって該第一ＮＳＲ触媒に吸蔵される傾向がある。一方、その温度が所定の判定温度未満となった第一ＮＳＲ触媒では、ＮＯｘが第一形態となって該第一ＮＳＲ触媒に吸蔵される傾向がある。そして、判定期間のうちの少なくとも一部の期間において、第一ＮＳＲ触媒の温度が所定の判定温度未満となる場合には、リッチスパイクが実施されると、吸蔵ＮＯｘの一部が第一ＮＳＲ触媒からパージされる。したがって、この場合には上述したように、供給制御部が、空燃比制御部によるリッチスパイクの実施に応じて供給制御を実行する。これにより、リッチスパイクによって第一ＮＳＲ触媒からパージされたＮＯｘは、後段触媒において、供給制御により供給された還元剤によって還元され得る。
【００１８】
そして、判定期間のうち第一ＮＳＲ触媒の温度が所定の判定温度未満となる時間（以下、「触媒低温時間」と称する場合もある。）が長いほど、吸蔵ＮＯｘのうちの第一形態の吸蔵ＮＯｘが多くなる。したがって、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、触媒低温時間が長い場合は短い場合に比べて、パージＮＯｘ量が多くなる。そこで、供給制御部は、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合には、触媒低温時間が長くなるほど、リッチスパイクの実施に応じて実行される供給制御における還元剤供給量を多くする。このように還元剤供給量を多くする制御を、以下「供給量制御」と称する。そして、供給制御部がこの供給量制御を実行することによって、パージＮＯｘ量に見合った量の還元剤が後段触媒に供給されることになる。そのため、リッチスパイクによって第一ＮＳＲ触媒からパージされたＮＯｘが、後段触媒において還元剤によって好適に還元される。これにより、第一ＮＳＲ触媒からパージされるＮＯｘによってエミッションが悪化する事態を可及的に抑制することができる。
【００１９】
また、前記後段触媒は、供給されたアンモニアによって排気中のＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒であってもよい。そして、前記還元剤供給装置は、アンモニアの前駆体またはアンモニアを供給し、前記供給制御部は、前回の前記リッチスパイクの実施完了から今回の前記リッチスパイクの実施要求までの判定期間のうちの少なくとも一部の期間において、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の判定温度未満となる場合、前記空燃比制御部による今回の前記リッチスパイクの実施前に前記供給制御を実行してもよい。これによれば、リッチスパイクによって第一ＮＳＲ触媒からＮＯｘがパージされる前に、予め選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着量を増やしておくことができる。その結果、実際にリッチスパイクによって第一ＮＳＲ触媒からＮＯｘがパージされたときに、該ＮＯｘを選択還元型ＮＯｘ触媒において好適に還元することができる。
【００２０】
更に、前記供給制御部は、前記供給量制御の実行後の前記選択還元型ＮＯｘ触媒におけるアンモニアの吸着量が、該選択還元型ＮＯｘ触媒からアンモニアのスリップが開始するスリップ発現吸着量未満となるように、該供給量制御を実行してもよい。これによれば、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）からのアンモニアのスリップを抑制しつつ、リッチスパイクによって第一ＮＳＲ触媒からパージされたＮＯｘを還元することができる。
【００２１】
また、前記後段触媒は、供給された燃料によって排気中のＮＯｘを還元する第二吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であってもよい。そして、前記還元剤供給装置は、燃料を供給し、前記供給制御部は、前回の前記リッチスパイクの実施完了から今回の前記リッチスパイクの実施要求までの判定期間のうちの少なくとも一部の期間において、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の判定温度未満となる場合、前記空燃比制御部による今回の前記リッチスパイクの実施と同時に前記供給制御を実行してもよい。これによれば、リッチスパイクによって第一ＮＳＲ触媒からパージされたＮＯｘを、第二吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において好適に還元することができる。
【００２２】
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第二の態様について説明する。上述した第一の態様の説明で述べた第一形態で第一ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘとは亜硝酸塩であって、該亜硝酸塩は、第一ＮＳＲ触媒の吸蔵材に比較的弱い吸着力で吸蔵されることが判った。一方、第二形態で第一ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘとは硝酸塩であって、該硝酸塩は、前記亜硝酸塩よりも第一ＮＳＲ触媒の吸蔵材に強い吸着力で吸蔵されることが判った。したがって、リッチスパイクによって吸蔵ＮＯｘが吸蔵材から放出されるとき、吸蔵材に吸蔵された亜硝酸塩は、吸蔵材に吸蔵された硝酸塩よりも放出され易くなる。
【００２３】
以上に鑑みると、ＮＯｘ吸蔵量に対する第一ＮＳＲ触媒に吸蔵された硝酸塩の量（以下、「硝酸塩吸蔵量」と称する場合もある。）の割合を硝酸塩比率とすると、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、硝酸塩比率が低い状態でリッチスパイクを実施した場合には、硝酸塩比率が高い状態でリッチスパイクを実施した場合に比べて、パージＮＯｘ量が多くなることがある。
【００２４】
そこで、本発明の第二の態様に係る内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の排気通路に設けられた第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ、供給された還元剤によって排気中のＮＯｘを還元する後段触媒と、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記後段触媒との間の前記排気通路に設けられ、該排気通路内に還元剤を供給する還元剤供給装置と、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にするリッチスパイクを実施する空燃比制御部と、前記還元剤供給装置を用いて、還元剤を前記後段触媒に供給する供給制御を実行する供給制御部と、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量を算出するＮＯｘ吸蔵量算出部と、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵された硝酸塩の量である硝酸塩吸蔵量を、前記第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度に基づいて算出する硝酸塩吸蔵量算出部と、前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量と、前記硝酸塩吸蔵量算出部によって算出された前記硝酸塩吸蔵量と、に基づいて、該ＮＯｘ吸蔵量に対する該硝酸塩吸蔵量の割合である硝酸塩比率を算出する硝酸塩比率算出部と、を備える。そして、前記供給制御部は、前記リッチスパイクの実施が要求されたときに、前記硝酸塩比率算出部によって算出された前記硝酸塩比率が所定の判定比率未満である場合、前記空燃比制御部による前記リッチスパイクの実施に応じて前記供給制御を実行し、且つ、該硝酸塩比率に基づいて該供給制御における還元剤供給量を制御する。
【００２５】
ここで、ＮＯｘが、亜硝酸塩となってＮＳＲ触媒に吸蔵され易くなるか、硝酸塩となっ
てＮＳＲ触媒に吸蔵され易くなるかは、ＮＳＲ触媒の温度に応じて変化する。したがって、ＮＳＲ触媒の温度に応じて硝酸塩吸蔵量が変化することになる。そして、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、ＮＳＲ触媒の温度が比較的低くて硝酸塩吸蔵量が少ないときには、ＮＳＲ触媒の温度が比較的高いときに比べて硝酸塩比率が低くなる。例えば、上述した第一の態様の説明で述べた判定期間において、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、ＮＳＲ触媒の温度が比較的低くなる時間が長くなるほど、硝酸塩比率が低くなる傾向にある。
【００２６】
そして、上記の供給制御部は、リッチスパイクの実施が要求されたときに、硝酸塩比率が所定の判定比率未満である場合、リッチスパイクの実施に応じて供給制御を実行し、且つ、該硝酸塩比率に基づいて該供給制御における還元剤供給量を制御する。ここで、所定の判定比率は、硝酸塩比率が該判定比率以上となると、リッチスパイクによって第一ＮＳＲ触媒からパージされるＮＯｘが極めて少なくなる比率として定義される。そして、上記の供給制御部は、リッチスパイクの実施に応じて供給制御を実行する場合、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、硝酸塩比率が低い場合は高い場合よりも、該供給制御における還元剤供給量を多くすることができる。これにより、硝酸塩比率が低い状態でリッチスパイクを実施した場合であっても、硝酸塩比率が高い状態でリッチスパイクを実施した場合と同様に、リッチスパイクによってＮＳＲ触媒からパージされたＮＯｘを還元することができる。つまり、ＮＳＲ触媒からパージされるＮＯｘによってエミッションが悪化する事態を可及的に抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ＮＳＲ触媒からパージされるＮＯｘによってエミッションが悪化する事態を可及的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第一の実施形態に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】内燃機関から排出されて第一ＮＳＲ触媒に流入する前の排気中のＮＯｘ濃度、第一ＮＳＲ触媒後でＳＣＲ触媒前の排気中のＮＯｘ濃度、ＳＣＲ触媒後の排気中のＮＯｘ濃度を示す図である。
【図３Ａ】第一ＮＳＲ触媒の温度が比較的低い場合における、ＮＯｘの吸蔵形態を説明するための図である。
【図３Ｂ】第一ＮＳＲ触媒の温度が比較的高い場合における、ＮＯｘの吸蔵形態を説明するための図である。
【図４】第一ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの推定還元メカニズムを表す模式図である。
【図５】第一ＮＳＲ触媒後でＳＣＲ触媒前の排気中のＮＯｘ濃度について、内燃機関が通常運転されているときと、リッチスパイク処理の実行に応じて第一ＮＳＲ触媒からＮＯｘがパージされるときと、の比較を示す図である。
【図６】第一の実施形態に係る、ＮＯｘ吸蔵量、要求フラグ、実行フラグ、ＮＳＲ触媒温度、低温カウンタ、尿素水添加量設定値、アンモニア吸着量、および尿素水添加流量の時間推移を示すタイムチャートである。
【図７】第一の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【図８】尿素水添加量設定値と低温カウンタの値との相関を示す図である。
【図９】第一の実施形態の変形例に係る、ＮＯｘ吸蔵量、要求フラグ、実行フラグ、ＮＳＲ触媒温度、高温カウンタ、尿素水添加量設定値、アンモニア吸着量、および尿素水添加流量の時間推移を示すタイムチャートである。
【図１０】第一の実施形態の変形例に係る制御フローを示すフローチャートである。
【図１１】尿素水添加量設定値と高温カウンタの値との相関を示す図である。
【図１２】第二の実施形態に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
【図１３】第二の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【図１４】燃料供給量設定値と低温カウンタの値との相関を示す図である。
【図１５】第三の実施形態に係る制御フロー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】
【００２９】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３０】
（第一の実施形態）
＜内燃機関の吸排気系の構成＞
図１は、本実施形態に係る内燃機関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、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。ただし、本発明は、ガソリン等を燃料とする火花点火式のリーンバーン内燃機関にも適用することができる。
【００３１】
内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。吸気通路２にはエアフローメータ４が設けられている。エアフローメータ４は内燃機関１の吸入空気量を検出する。また、エアフローメータ４より下流側の吸気通路２にはスロットル弁５が設けられている。スロットル弁５は、吸気通路２の流路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を制御する。
【００３２】
排気通路３には、排気浄化触媒として第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒６（以下、「第一ＮＳＲ触媒６」と称する場合もある。）および選択還元型ＮＯｘ触媒８（以下、「ＳＣＲ触媒８」と称する場合もある。）が設けられている。そして、第一ＮＳＲ触媒６よりも上流側の排気通路３には燃料添加弁７が設けられている。燃料添加弁７は排気中に燃料を添加する。燃料添加弁７から添加された燃料は排気と共に第一ＮＳＲ触媒６に供給される。また、第一ＮＳＲ触媒６とＳＣＲ触媒８との間の排気通路３には尿素水添加弁９が設けられている。尿素水添加弁９は排気中に尿素水を添加し、該尿素水がＳＣＲ触媒８に供給される。つまり、ＳＣＲ触媒８に、アンモニアの前駆体である尿素が供給される。そして、供給された尿素が加水分解されることで生成されたアンモニアがＳＣＲ触媒８に吸着する。このＳＣＲ触媒８に吸着したアンモニアを還元剤として、排気中のＮＯｘが還元される。なお、尿素水添加弁９に代えて、アンモニアガスを排気中に添加するアンモニア添加弁を設けてもよい。そして、本実施形態においては尿素水添加弁９またはアンモニア添加弁が、本発明における還元剤供給装置に相当する。また、排気通路３には排気中のＰＭを捕集するフィルタが設けられてもよい。
【００３３】
また、燃料添加弁７より下流側且つ第一ＮＳＲ触媒６より上流側の排気通路３には、第一ＮＯｘセンサ１３および空燃比センサ１４が設けられている。第一ＮＯｘセンサ１３は、第一ＮＳＲ触媒６に流入する排気（以下、「流入排気」と称する場合もある。）のＮＯｘ濃度を検出する。空燃比センサ１４は流入排気の空燃比を検出する。また、第一ＮＳＲ触媒６とＳＣＲ触媒８との間の排気通路３には、第二ＮＯｘセンサ１５および温度センサ１６が設けられている。第二ＮＯｘセンサ１５は、第一ＮＳＲ触媒６から流出する排気（以下、「流出排気」と称する場合もある。）のＮＯｘ濃度を検出する。温度センサ１６は、流出排気の温度を検出する。更に、ＳＣＲ触媒８より下流側の排気通路３には、第三ＮＯｘセンサ１７が設けられている。第三ＮＯｘセンサ１７は、ＳＣＲ触媒８から流出する排気のＮＯｘ濃度を検出する。
【００３４】
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（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ４、第一ＮＯｘセンサ１３、空燃比センサ１４、第二ＮＯｘセンサ１５、温度センサ１６、および第三ＮＯｘセンサ１７が電気
的に接続されている。さらに、ＥＣＵ１０には、クランク角センサ１１及びアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。クランク角センサ１１は、内燃機関１のクランク角に相関のある信号を出力する。アクセル開度センサ１２は、内燃機関１が搭載された車両のアクセル開度に相関のある信号を出力する。
【００３５】
そして、上記各センサの出力値がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、クランク角センサ１１の出力値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。また、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１２の出力値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４の出力値に基づいて排気の流量（以下、「排気流量」と称する場合もある。）を推定し、該排気流量および第一ＮＯｘセンサ１３の出力値に基づいて第一ＮＳＲ触媒６に流入するＮＯｘの流量（以下、「ＮＯｘ流入流量」と称する場合もある。）を算出し、該排気流量および第二ＮＯｘセンサ１５の出力値に基づいて第一ＮＳＲ触媒６から流出するＮＯｘの流量（以下、「ＮＯｘ流出流量」と称する場合もある。）を算出する。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ１６の出力値に基づいて第一ＮＳＲ触媒６の温度（以下、「ＮＳＲ触媒温度」と称する場合もある。）を算出する。
【００３６】
さらに、ＥＣＵ１０には、内燃機関１の燃料噴射弁（図示略）、スロットル弁５、燃料添加弁７、および尿素水添加弁９が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これらの装置が制御される。ここで、ＥＣＵ１０は、第一ＮＳＲ触媒６に流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にする処理（以下、「リッチスパイク処理」と称する場合もある。）を実行する。本実施形態では、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁７を用いて、内燃機関１から排出される排気中に燃料を添加することによって、リッチスパイク処理を実行する。ただし、本実施形態では、これに限定する意図はなく、ＥＣＵ１０は、周知の技術を用いてリッチスパイク処理を実行することができる。例えば、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の燃料噴射弁（図示略）を用いて気筒内にリッチ混合気を形成し、該リッチ混合気を気筒内で燃焼させることによって、リッチスパイク処理を実行してもよい。なお、ＥＣＵ１０がリッチスパイク処理を実行することで、本発明に係る空燃比制御部として機能する。
【００３７】
ここで、第一ＮＳＲ触媒６とＳＣＲ触媒８とを有する本実施形態に係る排気浄化装置において、第一ＮＯｘセンサ１３、第二ＮＯｘセンサ１５、および第三ＮＯｘセンサ１７によって検出されるＮＯｘ濃度について図２に基づいて説明する。図２は、内燃機関１から排出された排気が第一ＮＳＲ触媒６、ＳＣＲ触媒８を順に通過して排気通路３の下流側に流れる場合における、内燃機関１から排出されて第一ＮＳＲ触媒６に流入する前の排気中のＮＯｘ濃度（第一ＮＯｘセンサ１３により検出）、第一ＮＳＲ触媒６後でＳＣＲ触媒８前の排気中のＮＯｘ濃度（第二ＮＯｘセンサ１５により検出）、ＳＣＲ触媒８後の排気中のＮＯｘ濃度（第三ＮＯｘセンサ１７により検出）を示す図である。
【００３８】
図２に示すように、内燃機関１から排出されたＮＯｘ（濃度Ｃ１）は、第一ＮＳＲ触媒６によって大部分が吸蔵または還元され、第一ＮＳＲ触媒６後（且つＳＣＲ触媒８前）で検出されるＮＯｘ濃度は濃度Ｃ２まで低減される。そして、このＮＯｘはＳＣＲ触媒８によって更に還元されるため、ＳＣＲ触媒８後の排気中のＮＯｘ濃度（濃度Ｃ３）は極めて小さくなる。
【００３９】
ここで、ＥＣＵ１０は、尿素水添加弁９を用いて尿素水を排気通路３に添加し、尿素が加水分解されることで生成されるアンモニアをＳＣＲ触媒８に供給する。なお、この制御を以下「供給制御」と称する。この供給制御は、例えば、ＳＣＲ触媒８に吸着したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘが還元されることによって、ＳＣＲ触媒８におけるアンモニアの吸着量（以下、「アンモニア吸着量」と称する場合もある。）が減少したときに実行される。
【００４０】
そして、上記の排気浄化装置においては、アンモニア吸着量が、上記の濃度Ｃ２に対応する量のＮＯｘを還元可能な吸着量（基準吸着量）近傍で維持されるように、ＥＣＵ１０が供給制御を実行する。
【００４１】
＜ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの吸蔵・還元メカニズム＞
リッチスパイク処理が実行されると、第一ＮＳＲ触媒６にＨＣやＣＯ等の還元剤が供給される。そして、この還元剤によって、第一ＮＳＲ触媒６に吸蔵されたＮＯｘ（以下、「吸蔵ＮＯｘ」と称する場合もある。）が還元され得る。例えば、燃料添加弁７から燃料が添加されることによってリッチスパイク処理が実行される場合、吸蔵ＮＯｘは主にＨＣによって還元され得る。また、例えば、気筒内でリッチ燃焼が行われることによってリッチスパイク処理が実行される場合、吸蔵ＮＯｘは主にＣＯやＨＣによって還元され得る。
【００４２】
しかしながら、吸蔵ＮＯｘの一部は、リッチスパイク処理が実行されても、還元されずに第一ＮＳＲ触媒６からパージされることがある。ここで、第一ＮＳＲ触媒６からパージされたＮＯｘを、ＳＣＲ触媒８を用いて還元させようとしたときに、リッチスパイク処理によってＮＳＲ触媒からパージされるＮＯｘの量（以下、「パージＮＯｘ量」と称する場合もある。）が変化してしまうことによって、該ＮＯｘを十分に還元することができない事態が生じ得ることが判った。そして、本発明者は、鋭意検討を行った結果、このような事態は、第一ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの吸蔵形態に起因して生じることを見出した。これについて、以下に説明する。なお、第一ＮＳＲ触媒６に吸蔵されたＮＯｘ（吸蔵ＮＯｘ）の量を、以下「ＮＯｘ吸蔵量」と称する。
【００４３】
第一ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの吸蔵メカニズムについて、本発明者が新たに考察した推定メカニズムを図３Ａおよび図３Ｂに基づいて説明する。図３Ａおよび図３Ｂは、第一ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの吸蔵形態を説明するための図である。
【００４４】
ここでは、第一ＮＳＲ触媒６において、担体としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が用いられ、貴金属触媒とてＰｔが用いられ、ＮＯｘ吸蔵材としてＢａが用いられている場合を例に挙げて、ＮＯｘの吸蔵形態を説明する。第一ＮＳＲ触媒６では、ＮＯｘと酸素の反応を促進させるＰｔによって酸素と反応せしめられたＮＯｘがＢａに吸蔵される。ここで、ＮＯｘがＢａに吸蔵される際に、第一ＮＳＲ触媒６の温度によってその吸蔵形態が変化することが新たに判った。
【００４５】
図３Ａは、第一ＮＳＲ触媒６の温度が比較的低い場合（例えば、２５０℃から３００℃）における、ＮＯｘの吸蔵形態を説明するための図である。図３Ａに示す例では、Ｐｔによって第一ＮＳＲ触媒６に流入したＮＯが酸素と反応せしめられる。そうすると、ＮＯは亜硝酸塩（ＮＯ２−）となる。そして、この亜硝酸塩が、Ｂａに比較的弱い吸着力で吸蔵される。
【００４６】
一方、図３Ｂは、第一ＮＳＲ触媒６の温度が比較的高い場合（例えば、３５０℃から４００℃）における、ＮＯｘの吸蔵形態を説明するための図である。図３Ｂに示す例でも、図３Ａに示した例と同様に、Ｐｔによって第一ＮＳＲ触媒６に流入したＮＯが酸素と反応せしめられ、生成された亜硝酸塩（ＮＯ２−）が、Ｂａに比較的弱い吸着力で吸蔵される。ここで、第一ＮＳＲ触媒６の温度が比較的高い場合には、Ｂａに吸蔵された亜硝酸塩の一部が更に酸素と反応せしめられて、硝酸塩（ＮＯ３−）となってＢａに比較的強い吸着力で吸蔵されることが判った。なお、亜硝酸塩から硝酸塩へ反応が進行する反応温度は、ＮＯｘと酸素の反応を促進させるＰｔの劣化状態等によって変化し得る。例えばＰｔが劣化すると、上記の反応温度が高くなる傾向にある。
【００４７】
このように、第一ＮＳＲ触媒６の温度に応じて、第一ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの吸蔵形態が変化する。なお、吸蔵ＮＯｘ（第一ＮＳＲ触媒６に吸蔵されたＮＯｘ）には、上述した硝酸塩や亜硝酸塩が含まれるものとする。したがって、ＮＯｘ吸蔵量は、第一ＮＳＲ触媒６に吸蔵された硝酸塩や亜硝酸塩の量となる。
【００４８】
そして、リッチスパイク処理の実行によって吸蔵ＮＯｘが還元されるとき、吸蔵ＮＯｘがＢａから一旦放出され、それがＰｔによって還元剤と反応せしめられることによって、第一ＮＳＲ触媒６において、ＮＯｘがＮ２に還元される。これは、図４に示すリッチスパイク処理の実行時の第一ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの推定還元メカニズムを表す模式図によって説明される。図４において、上段、下段の模式図は、それぞれリッチスパイク処理の実行前、実行中の状態を表す。
【００４９】
図４の上段に示すように、吸蔵材Ｂａには、亜硝酸塩および硝酸塩が吸蔵されている。そして、このような第一ＮＳＲ触媒６に対して還元剤としてＣＯが供給されると、図４の下段に示すように、亜硝酸塩がＢａから一旦放出され、それが還元剤によって還元されてＮＯとなる。一方、硝酸塩は、その一部が還元されて亜硝酸塩となりＢａから放出され得るものの、その多くはＢａに吸蔵され続ける傾向にある。つまり、亜硝酸塩はＢａから放出され易く、硝酸塩はＢａから放出され難い。したがって、吸蔵ＮＯｘのうちＢａから放出され易い亜硝酸塩が多い場合は、該吸蔵ＮＯｘが還元され易いのに対して、吸蔵ＮＯｘのうちＢａから放出され難い硝酸塩が多い場合は、該吸蔵ＮＯｘが還元され難くなる。
【００５０】
また、上述したように、吸蔵ＮＯｘの一部は、リッチスパイク処理が実行されても、還元されずに第一ＮＳＲ触媒６からパージされることがある。ここで、第一ＮＳＲ触媒６後でＳＣＲ触媒８前の排気中のＮＯｘ濃度について、内燃機関１が通常運転されているとき（これは、上記の図２に示したＮＯｘ濃度と同様である。）と、リッチスパイク処理の実行に応じて第一ＮＳＲ触媒６からＮＯｘがパージされるときと、の比較を図５に示す。図５に示すように、内燃機関１が通常運転されているときは、内燃機関１から排出されたＮＯｘ（濃度Ｃ１）は、第一ＮＳＲ触媒６によって大部分が吸蔵され、第一ＮＳＲ触媒６後且つＳＣＲ触媒８前で検出されるＮＯｘ濃度は濃度Ｃ２まで低減される。一方、内燃機関１がアイドリング運転されているときにリッチスパイク処理が実行されると仮定すると、このときの内燃機関１からの排出ＮＯｘ濃度はＣ１よりも小さいＣ１´となる。ここで、リッチスパイク処理の実行に応じて第一ＮＳＲ触媒６からＮＯｘがパージされると、第一ＮＳＲ触媒６後且つＳＣＲ触媒８前で検出されるＮＯｘ濃度は、Ｃ２よりも大きいＣ２´となる場合がある。このように、第一ＮＳＲ触媒６後且つＳＣＲ触媒８前のＮＯｘ濃度が増加する場合に、仮に、アンモニア吸着量が、濃度Ｃ２に対応する量のＮＯｘを還元可能な吸着量（基準吸着量）近傍に維持されたままだと、第一ＮＳＲ触媒６からパージされたＮＯｘが、ＳＣＲ触媒８において十分に還元されない虞がある。
【００５１】
更に、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、吸蔵ＮＯｘのうちＢａから放出され易い亜硝酸塩が多いほど、パージＮＯｘ量が多くなり易い。これに対して、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、吸蔵ＮＯｘのうちＢａから放出され難い硝酸塩が多いほど、パージＮＯｘ量が少なくなり易い。そして、第一ＮＳＲ触媒６からパージされたＮＯｘを、ＳＣＲ触媒８を用いて還元させようとしたときに、このような事態が考慮されないと、エミッションが悪化する虞がある。
【００５２】
＜供給量制御＞
ここで、所定の判定温度を、ＮＳＲ触媒温度が該判定温度以上となると、ＮＯｘが硝酸塩となって第一ＮＳＲ触媒６に吸蔵され得る温度として定義する。そうすると、判定期間のうちの少なくとも一部の期間において、ＮＳＲ触媒温度が所定の判定温度未満となる場合には、第一ＮＳＲ触媒６にＮＯｘが亜硝酸塩となって吸蔵されることになる。その結果
、今回のリッチスパイク処理が実行されると、吸蔵ＮＯｘの一部が第一ＮＳＲ触媒６からパージされることになる。そこで、ＥＣＵ１０は、この場合、リッチスパイク処理に応じて供給制御を実行する。これにより、リッチスパイク処理によって第一ＮＳＲ触媒６からパージされたＮＯｘは、ＳＣＲ触媒８において、供給制御により供給されたアンモニアによって還元され得る。
【００５３】
そして、判定期間のうちＮＳＲ触媒温度が所定の判定温度未満となる時間（以下、「触媒低温時間」と称する場合もある。）が長いほど、吸蔵ＮＯｘのうち亜硝酸塩が多くなる。したがって、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、触媒低温時間が長い場合は短い場合に比べて、パージＮＯｘ量が多くなる。そこで、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合には、触媒低温時間が長くなるほど、リッチスパイク処理に応じて実行される供給制御における還元剤供給量を多くする。なお、このように還元剤供給量を多くする制御を、以下「供給量制御」と称する。本実施形態においては、ＥＣＵ１０は、尿素水添加弁９からの尿素水添加量を多くすることで供給量制御を実行する。これにより、リッチスパイク処理によって第一ＮＳＲ触媒６からパージされたＮＯｘが、ＳＣＲ触媒８において、尿素が加水分解されることで生成されるアンモニアによって好適に還元され、以て、エミッションが悪化する事態を可及的に抑制することができる。なお、ＥＣＵ１０が供給制御および供給量制御を実行することで、本発明に係る供給制御部として機能する。
【００５４】
ここで、本実施形態においてＥＣＵ１０が実行する制御処理を、タイムチャートを用いて簡単に説明する。図６は、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍ、リッチスパイク処理の実行が要求されているか否かを表すフラグである要求フラグｆｌｒ、リッチスパイク処理が実行されているか否かを表すフラグである実行フラグｆｌｅ、ＮＳＲ触媒温度Ｔｃ、ＮＳＲ触媒温度が判定温度未満となる時間をカウントするためのカウンタである低温カウンタＭｃ、リッチスパイク処理に応じて実行される供給制御によって尿素水添加弁９から添加される尿素水の添加量の設定値（以下、「尿素水添加量設定値」と称する場合もある。）Ｑｕａｄ、アンモニア吸着量Ｑａｎ、および尿素水添加弁９から添加される尿素水の添加流量（以下、「尿素水添加流量」と称する場合もある。）Ｆｒの時間推移を示すタイムチャートである。なお、図６に示す本実施形態の制御では、ＮＯｘ吸蔵量が基準量ＮＯｘｔｈに達すると、リッチスパイク処理の実行要求が成立する。ここで、基準量ＮＯｘｔｈは、リッチスパイク処理の実行要求の成立を判定する閾値である。
【００５５】
図６に示す制御では、従来技術と同様に、アンモニア吸着量が基準吸着量Ｑａｎｂ近傍で維持されるように、供給制御が実行される。詳しくは、アンモニア吸着量が下限吸着量Ｑａｎｔｈとなる時刻ｔ１において、Ｆｒ１の流量で所定期間尿素水が添加されることで、供給制御が実行される。そうすると、アンモニア吸着量が増やされ、アンモニア吸着量が基準吸着量Ｑａｎｂ近傍で維持され得る。
【００５６】
そして、ＮＯｘ吸蔵量が基準量ＮＯｘｔｈとなる時刻ｔ２において、リッチスパイク処理の実行要求が成立し、要求フラグがＯＮにされる。ここで、時刻ｔ２前の期間においては、ＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となっていない。そのため、時刻ｔ２における低温カウンタは０となっている。つまり、触媒低温時間が０となっている。なお、判定温度Ｔｃｔｈは、上述したように、ＮＳＲ触媒温度が該判定温度Ｔｃｔｈ以上となると、ＮＯｘが硝酸塩となって第一ＮＳＲ触媒６に吸蔵され得る温度として定義される。この場合、リッチスパイク処理に応じて供給制御が実行されることはない。そのため、要求フラグがＯＮにされる時刻ｔ２において実行フラグもＯＮにされ、時刻ｔ２から時刻ｔ３までリッチスパイク処理が実行される。なお、リッチスパイク処理の実行が完了すると、ＮＯｘ吸蔵量が０近傍の量となる。
【００５７】
ここで、時刻ｔ２において開始されるリッチスパイク処理（前回のリッチスパイク処理
）の実行完了から、時刻ｔ６において成立するリッチスパイク処理（今回のリッチスパイク処理）の実行要求までの判定期間（時刻ｔ３から時刻ｔ６までの期間）に着目すると、図６に示すように、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間において、ＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となっている。そうすると、時刻ｔ４において低温カウンタによる時間のカウントが開始され、時刻ｔ５において低温カウンタがＭ１となる。そして、低温カウンタの値が増やされるに伴って、すなわち、触媒低温時間が長くなるのに伴って、尿素水添加量設定値が０から大きくされ、時刻ｔ５において尿素水添加量設定値がＱｕａｄ１となる。なお、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間では、ＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となっているため、低温カウンタによる時間のカウントは行われない。
【００５８】
そして、要求フラグがＯＮにされる時刻ｔ６では、低温カウンタがＭ１となっているため、すなわち、判定期間のうちの少なくとも一部の期間においてＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となっているため、リッチスパイク処理に応じて供給制御が実行される。本実施形態では、リッチスパイク処理が実行される直前に供給制御が実行され、リッチスパイク処理の実行前にアンモニア吸着量が予め増やされる。詳しくは、図６に示すように、時刻ｔ６から期間Δｔ１、Ｆｒ１の流量で尿素水が添加されることで、供給制御が実行される。この期間Δｔ１は、尿素水添加量がＱｕａｄ１となるように定められる期間である。そして、Ｑｕａｄ１の量の尿素水の添加が完了する時刻ｔ７において、実行フラグがＯＮにされリッチスパイク処理が実行される。上述したように、このリッチスパイク処理では、第一ＮＳＲ触媒６からＮＯｘがパージされることになるが、図６に示すように、リッチスパイク処理の実行前にアンモニア吸着量が予め増やされているため、該ＮＯｘを、ＳＣＲ触媒８に吸着されたアンモニアによって好適に還元することができる。なお、リッチスパイク処理の実行が完了すると、低温カウンタが０に初期化され、それに応じて尿素水添加量設定値も０に初期化される。
【００５９】
一方、時刻ｔ７において開始されるリッチスパイク処理の実行完了から、時刻ｔ１０において成立するリッチスパイク処理の実行要求までの判定期間（時刻ｔ８から時刻ｔ１０までの期間）に着目すると、図６に示すように、時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの期間において、ＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となっている。そうすると、時刻ｔ９において低温カウンタによる時間のカウントが開始され、時刻ｔ１０において低温カウンタがＭ２となる。そして、それに応じて時刻ｔ１０において尿素水添加量設定値がＱｕａｄ２となる。
【００６０】
そして、要求フラグがＯＮにされる時刻ｔ１０では、低温カウンタがＭ２となっているため、時刻ｔ１０から期間Δｔ２、Ｆｒ１の流量で尿素水が添加されることで、供給制御が実行される。この期間Δｔ２は、尿素水添加量がＱｕａｄ２となるように定められる期間である。そして、Ｑｕａｄ２の量の尿素水の添加が完了する時刻ｔ１１において、実行フラグがＯＮにされリッチスパイク処理が実行される。ここで、時刻ｔ１０における低温カウンタの値Ｍ２は、時刻ｔ６における低温カウンタの値Ｍ１よりも大きい。言い換えれば、時刻ｔ８から時刻ｔ１０までの判定期間における触媒低温時間は、時刻ｔ３から時刻ｔ６までの判定期間における触媒低温時間よりも長い。したがって、時刻ｔ８から時刻ｔ１０までの判定期間においては、時刻ｔ３から時刻ｔ６までの判定期間よりも第一ＮＳＲ触媒６に硝酸塩が吸蔵され易くなる。つまり、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、時刻ｔ１１において開始されるリッチスパイク処理におけるパージＮＯｘ量は、時刻ｔ７において開始されるリッチスパイク処理におけるパージＮＯｘ量よりも多くなる。そこで、時刻ｔ１０において開始される供給制御における尿素水添加量Ｑｕａｄ２は、時刻ｔ６において開始される供給制御における尿素水添加量Ｑｕａｄ１よりも多くされる。つまり、供給量制御が実行される。これにより、第一ＮＳＲ触媒６からパージされるＮＯｘを好適に還元することができる。
【００６１】
このように、本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合には、触媒低温時間が長いほど、リッチスパイク処理に応じて実行される供給制御における還元剤供給量が多くされる。これにより、第一ＮＳＲ触媒６からパージされるＮＯｘが好適に還元され、以て、エミッションが悪化する事態を可及的に抑制することができる。
【００６２】
次に、本実施形態において実行される制御フローについて、図７に基づいて説明する。図７は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期Δｔで繰り返し実行される。
【００６３】
本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、ＮＳＲ触媒温度Ｔｃが取得される。Ｓ１０１では、温度センサ１６の出力値に基づいてＮＳＲ触媒温度Ｔｃが算出される。または、Ｓ１０１では、内燃機関１の機関回転速度および機関負荷に基づいてＮＳＲ触媒温度Ｔｃが推定されてもよい。このとき、例えば燃料添加弁７から燃料が添加されている場合には、添加された燃料の発熱量を加味してＮＳＲ触媒温度Ｔｃが推定されてもよい。
【００６４】
次に、Ｓ１０２において、排気流量Ｇａが取得される。Ｓ１０２では、エアフローメータ４の出力値に基づいて排気流量Ｇａが算出される。
【００６５】
次に、Ｓ１０３において、前回本フローが実行されてから現在までの、第一ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの変化量（以下、「変化量」と称する場合もある。）ＮＯｘｃｈが算出される。Ｓ１０３では、Ｓ１０２で取得した排気流量Ｇａおよび第一ＮＯｘセンサ１３の出力値に基づいてＮＯｘ流入流量が算出される。また、排気流量Ｇａおよび第二ＮＯｘセンサ１５の出力値に基づいてＮＯｘ流出流量が算出される。更に、ＮＯｘ流入流量とＮＯｘ流出流量とが合算されることで、単位時間当たりの第一ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの変化量が算出される。そして、単位時間当たりの変化量に演算周期Δｔが乗算されることによって、変化量ＮＯｘｃｈが算出される。
【００６６】
次に、Ｓ１０４において、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが算出される。Ｓ１０４では、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍにＳ１０３で算出した変化量ＮＯｘｃｈが積算されることによって、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが算出される。なお、ＥＣＵ１０が、Ｓ１０３からＳ１０４の処理を実行することで、本発明に係るＮＯｘ吸蔵量算出部として機能する。
【００６７】
次に、Ｓ１０５において、Ｓ１０１で取得したＮＳＲ触媒温度Ｔｃが判定温度Ｔｃｔｈ未満となっているか否かが判別される。なお、判定温度Ｔｃｔｈは、上述したとおりである。そして、Ｓ１０５において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０６の処理へ進み、Ｓ１０５において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０７の処理へ進む。
【００６８】
Ｓ１０５において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０６において、低温カウンタＭｃに１が加算される。つまり、Ｓ１０６において、ＮＳＲ触媒温度Ｔｃが判定温度Ｔｃｔｈ未満となる時間がカウントされる。
【００６９】
次に、Ｓ１０７において、Ｓ１０４で算出したＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが、基準量ＮＯｘｔｈとなっているか否かが判別される。ここで、基準量ＮＯｘｔｈは、上述したように、リッチスパイク処理の実行要求の成立を判定する閾値である。そして、Ｓ１０７において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０８の処理へ進み、Ｓ１０７において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。
【００７０】
Ｓ１０７において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０８において、低温カウンタＭｃが０よりも大きくなっているか否かが判別される。つまり、触媒低温時間が０より長いか否
かが判別される。そして、Ｓ１０８において肯定判定された場合、この場合は判定期間のうちの少なくとも一部の期間においてＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となっている場合であって、ＥＣＵ１０はＳ１０９の処理へ進む。一方、Ｓ１０８において否定判定された場合、この場合は判定期間のうちの全期間においてＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となっている場合であって、ＥＣＵ１０はＳ１１２の処理へ進む。
【００７１】
Ｓ１０８において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０９において、尿素水添加量設定値Ｑｕａｄが算出される。Ｓ１０９では、低温カウンタＭｃの値に基づいて、尿素水添加量設定値Ｑｕａｄが算出される。詳しくは、尿素水添加量設定値Ｑｕａｄと低温カウンタＭｃの値は、図８に示すような相関を有する。そして、この相関が、関数またはマップとしてＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶されていて、Ｓ１０９では、該相関とＳ１０６でカウントされた低温カウンタＭｃの値とに基づいて、尿素水添加量設定値Ｑｕａｄが算出される。このように算出される尿素水添加量設定値Ｑｕａｄは、図８に示すように、低温カウンタＭｃの値が０のとき０となる。そして、低温カウンタＭｃの値が０から大きくなるほど、尿素水添加量設定値Ｑｕａｄが大きくされる。つまり、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが基準量ＮＯｘｔｈとなっている場合において、触媒低温時間が長いほど尿素水添加量設定値Ｑｕａｄが大きくされる。
【００７２】
次に、Ｓ１１０において、尿素水添加弁９から尿素水が添加される。これにより、リッチスパイク処理の実行前にアンモニア吸着量が予め増やされる。その後、Ｓ１１１において、尿素水添加弁９からの尿素水の添加が完了したか否かが判別される。詳しくは、Ｓ１１１では、Ｓ１０９で算出した尿素水添加量設定値Ｑｕａｄの量の尿素水の添加が完了したか否かが判別される。そして、Ｓ１１１において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１２の処理へ進み、Ｓ１１１において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１０の処理へ戻る。
【００７３】
Ｓ１１１において肯定判定された場合、またはＳ１０８において否定判定された場合、次に、Ｓ１１２において、リッチスパイク処理が実行される。Ｓ１１２では、燃料添加弁７を用いて、内燃機関１から排出される排気中に燃料を添加することによって、リッチスパイク処理が実行される。ただし、上述したように、気筒内でリッチ燃焼が行われることによって、リッチスパイク処理が実行されてもよい。
【００７４】
次に、Ｓ１１３において、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍおよび低温カウンタＭｃの値が０に初期化される。そして、Ｓ１１３の処理の後、本フローの実行が終了される。
【００７５】
本実施形態では、ＥＣＵ１０が、上述した制御フローを実行することによって、リッチスパイク処理の実行に伴って第一ＮＳＲ触媒６からＮＯｘがパージされたとしても、該ＮＯｘが、ＳＣＲ触媒８において好適に還元される。これにより、エミッションが悪化する事態を可及的に抑制することができる。
【００７６】
（第一の実施形態の変形例）
次に、上述した第一の実施形態の変形例について説明する。なお、本変形例において、第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。
【００７７】
本変形例においてＥＣＵ１０が実行する制御処理を、タイムチャートを用いて簡単に説明する。図９は、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍ、要求フラグｆｌｒ、実行フラグｆｌｅ、ＮＳＲ触媒温度Ｔｃ、ＮＳＲ触媒温度が判定温度以上となる時間をカウントするためのカウンタである高温カウンタＮｃ、尿素水添加量設定値Ｑｕａｄ、アンモニア吸着量Ｑａｎ、および尿素水添加流量Ｆｒの時間推移を示すタイムチャートである。本変形例では、上記
の図６と異なり、ＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となる時間がカウントされる。そして、高温カウンタの値に基づいて尿素水添加量設定値が算出される。
【００７８】
図９に示す制御では、前回のリッチスパイク処理の実行が完了してから時刻ｔ２において成立するリッチスパイク処理（今回のリッチスパイク処理）の実行要求までの判定期間の全期間において、ＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となっている。このように判定期間の全期間においてＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となる場合、高温カウンタがＮｍａｘにされる。そして、高温カウンタがＮｍａｘのとき、尿素水添加量設定値が０となる。そのため、要求フラグがＯＮにされる時刻ｔ２において実行フラグもＯＮにされ、時刻ｔ２から時刻ｔ３までリッチスパイク処理が実行される。なお、リッチスパイク処理の実行が完了すると、高温カウンタが０に初期化され、それに伴って尿素水添加量設定値も添加量設定最大値Ｑｕａｄｍａｘに初期化される。ここで、添加量設定最大値Ｑｕａｄｍａｘは、判定期間の全期間においてＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となる場合の尿素水添加量設定値である。この添加量設定最大値Ｑｕａｄｍａｘは、リッチスパイク処理に応じて実行される供給制御の実行後のアンモニア吸着量が、ＳＣＲ触媒８からアンモニアのスリップが開始する吸着量（スリップ発現吸着量）未満となる範囲で最大となるように定められる、尿素水添加量設定値である。したがって、仮に判定期間の全期間においてＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となる場合、尿素水添加量設定値が添加量設定最大値Ｑｕａｄｍａｘにされることで、ＳＣＲ触媒８からのアンモニアのスリップを抑制しつつ、リッチスパイク処理の実行前のアンモニア吸着量を可及的に多くすることができる。
【００７９】
ここで、時刻ｔ３から時刻ｔ６までの判定期間に着目すると、図９に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間および時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間において、ＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となっている。そうすると、これらの期間において高温カウンタによる時間のカウントが行われ、時刻ｔ６において高温カウンタがＮ１となる。そして、高温カウンタの値が増やされるに伴って、尿素水添加量設定値が添加量設定最大値Ｑｕａｄｍａｘから減らされ、時刻ｔ６において尿素水添加量設定値がＱｕａｄ１となる。そして、時刻ｔ６から期間Δｔ１、Ｆｒ１の流量で尿素水が添加されることで供給制御が実行され、Ｑｕａｄ１の量の尿素水の添加が完了する時刻ｔ７において、実行フラグがＯＮにされリッチスパイク処理が実行される。
【００８０】
一方、時刻ｔ８から時刻ｔ１０までの判定期間に着目すると、図９に示すように、時刻ｔ８から時刻９８までの期間において、ＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となっている。そうすると、時刻ｔ８において高温カウンタによる時間のカウントが開始され、時刻ｔ９において高温カウンタがＮ２となる。そして、それに応じて時刻ｔ９において尿素水添加量設定値がＱｕａｄ２となる。そして、時刻ｔ１０から期間Δｔ２、Ｆｒ１の流量で尿素水が添加されることで供給制御が実行され、Ｑｕａｄ２の量の尿素水の添加が完了する時刻ｔ１１において、実行フラグがＯＮにされリッチスパイク処理が実行される。
【００８１】
以上に述べたように、本変形例では、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合には、ＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となる時間が長いほど尿素水添加量設定値が小さくされる。言い換えれば、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合には、触媒低温時間が長いほど尿素水添加量設定値が大きくされる。これにより、第一ＮＳＲ触媒６からパージされるＮＯｘを好適に還元することができる。
【００８２】
次に、本変形例において実行される制御フローについて、図１０に基づいて説明する。図１０は、本変形例に係る制御フローを示すフローチャートである。本変形例では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期Δｔで繰り返し実行される。なお、図１０に示す各処理において、上記の図７に示した処理と実質的に同一の処
理については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００８３】
図１０に示す制御フローでは、Ｓ１０４の処理の後に、Ｓ２０５において、Ｓ１０１で取得したＮＳＲ触媒温度Ｔｃが判定温度Ｔｃｔｈ以上となっているか否かが判別される。なお、判定温度Ｔｃｔｈは、上述したとおりである。そして、Ｓ２０５において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ２０６の処理へ進み、Ｓ２０５において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０７の処理へ進む。
【００８４】
Ｓ２０５において肯定判定された場合、次に、Ｓ２０６において、高温カウンタＮｃに１が加算される。つまり、Ｓ２０６において、ＮＳＲ触媒温度Ｔｃが判定温度Ｔｃｔｈ以上となる時間がカウントされる。そして、Ｓ２０６の処理の後、ＥＣＵ１０はＳ１０７の処理へ進む。
【００８５】
そして、Ｓ１０７において肯定判定された場合、次に、Ｓ２０８において、高温カウンタＮｃがＮｍａｘとなっていないか否かが判別される。なお、Ｎｍａｘは、上述したとおりである。そして、Ｓ２０８において肯定判定された場合、この場合は判定期間のうちの少なくとも一部の期間においてＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となっている場合であって、ＥＣＵ１０はＳ２０９の処理へ進む。一方、Ｓ２０８において否定判定された場合、この場合は判定期間のうちの全期間においてＮＳＲ触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となっている場合であって、ＥＣＵ１０はＳ１１２の処理へ進む。
【００８６】
Ｓ２０８において肯定判定された場合、次に、Ｓ２０９において、尿素水添加量設定値Ｑｕａｄが算出される。Ｓ２０９では、高温カウンタＮｃの値に基づいて、尿素水添加量設定値Ｑｕａｄが算出される。詳しくは、尿素水添加量設定値Ｑｕａｄと高温カウンタＮｃの値は、図１１に示すような相関を有する。そして、この相関が、関数またはマップとしてＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶されていて、Ｓ２０９では、該相関とＳ２０６でカウントされた高温カウンタＮｃの値とに基づいて、尿素水添加量設定値Ｑｕａｄが算出される。このように算出される尿素水添加量設定値Ｑｕａｄは、図１１に示すように、高温カウンタＮｃの値が０のとき添加量設定最大値Ｑｕａｄｍａｘとなる。そして、高温カウンタＮｃの値が０から大きくなるほど、尿素水添加量設定値Ｑｕａｄが小さくされ、高温カウンタＮｃの値がＮｍａｘのとき尿素水添加量設定値Ｑｕａｄが０となる。そして、Ｓ２０９の処理の後、ＥＣＵ１０はＳ１１０の処理へ進む。
【００８７】
そして、Ｓ１１２の処理の後に、Ｓ２１３において、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍおよび高温カウンタＮｃの値が０に初期化される。そして、Ｓ２１３の処理の後、本フローの実行が終了される。
【００８８】
ＥＣＵ１０が、上述した制御フローを実行することによっても、ＳＣＲ触媒８においてＮＯｘが好適に還元され、以て、エミッションが悪化する事態を可及的に抑制することができる。
【００８９】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について、図１２から図１４に基づいて説明する。なお、本実施形態において、上述した第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。
【００９０】
図１２は、本実施形態に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。本実施形態に係る内燃機関１の排気通路３には、上記の図１に示したＳＣＲ触媒８に代えて、第二吸蔵還元型ＮＯｘ触媒６０（以下、「第二ＮＳＲ触媒６０」と称する場合もある。）が設けられる。つまり、排気通路３に２つの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が設けられることになる。
上流側の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は第一ＮＳＲ触媒６であって、下流側の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は第二ＮＳＲ触媒６０である。そして、第一ＮＳＲ触媒６と第二ＮＳＲ触媒６０との間の排気通路３には、上記の図１に示した尿素水添加弁９に代えて、下流側燃料添加弁７０が設けられる。下流側燃料添加弁７０は排気中に燃料を添加し、該燃料が排気と共に第二ＮＳＲ触媒６０に供給される。なお、本実施形態においては下流側燃料添加弁７０が、本発明における還元剤供給装置に相当する。
【００９１】
このような排気浄化装置において、ＥＣＵ１０は、第一ＮＳＲ触媒６に流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にする第一リッチスパイク処理を実行する。また、ＥＣＵ１０は、第二ＮＳＲ触媒６０に流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にする第二リッチスパイク処理を実行する。ここで、ＥＣＵ１０は、下流側燃料添加弁７０を用いて、燃料を第二ＮＳＲ触媒６０に供給する制御（以下、「燃料供給制御」と称する場合もある。）を実行することができる。そして、ＥＣＵ１０は、燃料供給制御を実行することによって、第二リッチスパイク処理を実行することができる。
【００９２】
そして、ＥＣＵ１０は、第一リッチスパイク処理に応じて燃料供給制御を実行し、第二ＮＳＲ触媒６０に流入する排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比にする。つまり、ＥＣＵ１０は、第一リッチスパイク処理に応じて第二リッチスパイク処理を実行する。これにより、第一リッチスパイク処理によって第一ＮＳＲ触媒６からパージされたＮＯｘは、第二リッチスパイク処理によって還元され得る。なお、本実施形態では、第一リッチスパイク処理の実行と同時に第二リッチスパイク処理が実行される。
【００９３】
更に、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合には、触媒低温時間が長くなるほど、第一リッチスパイク処理に応じて実行される燃料供給制御における燃料供給量を多くする。つまり、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合には、触媒低温時間が長くなるほど、第一リッチスパイク処理に応じて実行される第二リッチスパイク処理の実行によって実現されるリッチ空燃比のリッチ度合いを大きくする。これにより、触媒低温時間が長くなるのに伴ってパージＮＯｘ量が増加したとしても、第一ＮＳＲ触媒６からパージされたＮＯｘを好適に還元することができ、以て、エミッションが悪化する事態を可及的に抑制することができる。なお、本実施形態においては、ＥＣＵ１０が上述したように燃料供給量を多くすることで、供給量制御が実行される。
【００９４】
ここで、本実施形態において実行される制御フローについて、図１３に基づいて説明する。図１３は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期Δｔで繰り返し実行される。なお、図１３に示す各処理において、上記の図７に示した処理と実質的に同一の処理については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００９５】
図１３に示す制御フローでは、Ｓ１０８において肯定判定された場合、次に、Ｓ３０９において、燃料供給量設定値Ｑｆａｄが算出される。ここで、燃料供給量設定値Ｑｆａｄは、第一リッチスパイク処理に応じて実行される第二リッチスパイク処理によって下流側燃料添加弁７０から供給される燃料の供給量の設定値である。Ｓ３０９では、低温カウンタＭｃの値に基づいて、燃料供給量設定値Ｑｆａｄが算出される。詳しくは、燃料供給量設定値Ｑｆａｄと低温カウンタＭｃの値は、図１４に示すような相関を有する。そして、この相関が、関数またはマップとしてＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶されていて、Ｓ３０９では、該相関とＳ１０６でカウントされた低温カウンタＭｃの値とに基づいて、燃料供給量設定値Ｑｆａｄが算出される。このように算出される燃料供給量設定値Ｑｆａｄは、図１４に示すように、低温カウンタＭｃの値が０のとき０となる。そして、低温カウンタ
Ｍｃの値が０から大きくなるほど、燃料供給量設定値Ｑｆａｄが大きくされる。つまり、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが基準量ＮＯｘｔｈとなっている場合において、触媒低温時間が長いほど燃料供給量設定値Ｑｆａｄが大きくされる。
【００９６】
そして、Ｓ３０９の処理の後に、Ｓ３１０において、第一リッチスパイク処理と第二リッチスパイク処理が同時に実行される。そして、Ｓ３１０の処理の後、ＥＣＵ１０はＳ１１３の処理へ進む。
【００９７】
また、Ｓ１０８において否定判定された場合、次に、Ｓ３１１において、第一リッチスパイク処理が実行される。そして、Ｓ３１１の処理の後、ＥＣＵ１０はＳ１１３の処理へ進む。
【００９８】
ＥＣＵ１０が、上述した制御フローを実行することによって、第一リッチスパイク処理によって第一ＮＳＲ触媒６からパージされたＮＯｘを、第二リッチスパイク処理によって好適に還元することができ、以て、エミッションが悪化する事態を可及的に抑制することができる。
【００９９】
（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態について、図１５に基づいて説明する。なお、本実施形態において、上述した第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。
【０１００】
本実施形態では、ＥＣＵ１０は、第一ＮＳＲ触媒６に吸蔵された硝酸塩の量（以下、「硝酸塩吸蔵量」と称する場合もある。）をＮＳＲ触媒温度に基づいて算出する。ここで、ＮＯｘ吸蔵量に対する硝酸塩吸蔵量の割合を硝酸塩比率とし、所定の判定比率を、硝酸塩比率が該判定比率以上となると、リッチスパイク処理によって第一ＮＳＲ触媒６からパージされるＮＯｘが極めて少なくなる比率として定義する。そうすると、リッチスパイク処理の実行が要求されたときに、硝酸塩比率が所定の判定比率未満である場合、今回のリッチスパイク処理が実行されると、吸蔵ＮＯｘの一部が第一ＮＳＲ触媒６からパージされることになる。そして、この場合、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、硝酸塩比率が低い状態でリッチスパイク処理が実行されたときには、硝酸塩比率が高い状態でリッチスパイク処理が実行されたときに比べて、パージＮＯｘ量が多くなる。そこで、ＥＣＵ１０は、リッチスパイク処理の実行が要求されたときに、硝酸塩比率が所定の判定比率未満である場合、リッチスパイク処理に応じて供給制御を実行し、且つ、硝酸塩比率に基づいて該供給制御における還元剤供給量を制御する。詳しくは、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、硝酸塩比率が低い場合は高い場合よりも、リッチスパイク処理に応じて実行される供給制御における還元剤供給量を多くすることができる。これにより、硝酸塩比率が低い状態でリッチスパイク処理が実行された場合であっても、硝酸塩比率が高い状態でリッチスパイク処理が実行された場合と同様に、リッチスパイク処理によって第一ＮＳＲ触媒６からパージされたＮＯｘを還元することができる。
【０１０１】
ここで、本実施形態において実行される制御フローについて、図１５に基づいて説明する。図１５は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期Δｔで繰り返し実行される。なお、図１５に示す各処理において、上記の図７に示した処理と実質的に同一の処理については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１０２】
図１５に示す制御フローでは、Ｓ１０１の処理の後に、Ｓ４０１において、流入排気の酸素濃度Ｏ２ｃｏｎが取得される。Ｓ４０１では、空燃比センサ１４の出力値に基づいて流入排気の酸素濃度Ｏ２ｃｏｎが算出される。そして、Ｓ４０１の処理の後、ＥＣＵ１０
はＳ１０２の処理へ進む。
【０１０３】
また、図１５に示す制御フローでは、Ｓ１０４の処理の後に、Ｓ４０２において、現在の第一ＮＳＲ触媒６の状態（ＮＯｘ吸蔵量、ＮＳＲ触媒温度、酸素濃度）において生成される硝酸塩の生成量（以下、「現在生成量」と称する場合もある。）ＮＯ３ｎｏｗが算出される。Ｓ４０２では、Ｓ１０４で算出したＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍ、Ｓ１０１で取得したＮＳＲ触媒温度Ｔｃ、およびＳ４０１で取得した流入排気の酸素濃度Ｏ２ｃｏｎに基づいて、硝酸塩の生成速度が算出される。この硝酸塩の生成速度は、下記式１によって算出される。
【数１】
2019116862.tif 000003
ＮＯ３ｒｅａｃ：硝酸塩の生成速度
Ｔｃ：ＮＳＲ触媒温度
ＮＯ２ｓｕｍ：亜硝酸塩吸蔵量
Ｏ２ｃｏｎ：酸素濃度
Ｒ：気体定数
Ａ，Ｅａ，ａ，ｂ：実験定数
そして、硝酸塩の生成速度ＮＯ３ｒｅａｃに演算周期Δｔが乗算されることによって、現在生成量ＮＯ３ｎｏｗが算出される。
【０１０４】
ここで、亜硝酸塩吸蔵量ＮＯ２ｓｕｍは、第一ＮＳＲ触媒６に吸蔵された亜硝酸塩の量であって、下記式２によって算出される。
ＮＯ２ｓｕｍ＝ＮＯ２ｏｌｄ＋ＮＯｘｃｈ  ・・・式２
ＮＯ２ｓｕｍ：亜硝酸塩吸蔵量
ＮＯ２ｏｌｄ：前回亜硝酸塩吸蔵量
ＮＯｘｃｈ：変化量
つまり、第一ＮＳＲ触媒６に流入したＮＯｘは、一旦亜硝酸塩となって該第一ＮＳＲ触媒６に吸蔵され得るため、前回本フローが実行されてから現在までの第一ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの変化は、全て亜硝酸塩の変化とみなす。そして、その変化量ＮＯｘｃｈに、第一ＮＳＲ触媒６に吸蔵された亜硝酸塩の前回量を加算することによって、亜硝酸塩吸蔵量ＮＯ２ｓｕｍを算出する。
【０１０５】
次に、Ｓ４０３において、硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｓｕｍが算出される。Ｓ４０３では、硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｓｕｍにＳ４０２で算出した現在生成量ＮＯ３ｎｏｗが積算されることによって、硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｓｕｍが算出される。なお、ＥＣＵ１０が、Ｓ４０２からＳ４０３の処理を実行することで、本発明に係る硝酸塩吸蔵量算出部として機能する。
【０１０６】
次に、Ｓ４０４において、硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅが算出される。Ｓ４０４では、Ｓ４０３で算出した硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｓｕｍが、Ｓ１０４で算出したＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍで除算されることによって、硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅが算出される。そして、Ｓ４０４の処理の後、ＥＣＵ１０はＳ１０７の処理へ進む。なお、ＥＣＵ１０が、Ｓ４０４の処理を実行することで、本発明に係る硝酸塩比率算出部として機能する。
【０１０７】
そして、Ｓ１０７において肯定判定された場合、次に、Ｓ４０８において、Ｓ４０４で算出した硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅが、判定比率ＮＯ３ｒａｔｅｔｈ未満となっているか否かが判別される。ここで、判定比率ＮＯ３ｒａｔｅｔｈは、上述したとおりである。そして、Ｓ４０８において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ４０９の処理へ進む。一方
、Ｓ４０８において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１２の処理へ進む。
【０１０８】
そして、Ｓ４０８において肯定判定された場合、次に、Ｓ４０９において、尿素水添加量設定値Ｑｕａｄが算出される。Ｓ４０９では、Ｓ４０４で算出した硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅに基づいて、尿素水添加量設定値Ｑｕａｄが算出される。詳しくは、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが基準量ＮＯｘｔｈとなっている場合において、硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅが低い場合は高い場合よりも、尿素水添加量設定値Ｑｕａｄが大きくされる。そして、Ｓ４０９の処理の後、ＥＣＵ１０はＳ１１０の処理へ進む。
【０１０９】
そして、Ｓ１１２の処理の後に、Ｓ４１３において、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍおよび硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｓｕｍが０に初期化される。そして、Ｓ４１３の処理の後、本フローの実行が終了される。
【０１１０】
ＥＣＵ１０が、上述した制御フローを実行することによって、ＳＣＲ触媒８においてＮＯｘが好適に還元され、以て、エミッションが悪化する事態を可及的に抑制することができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
４・・・エアフローメータ
５・・・スロットル弁
６・・・第一ＮＳＲ触媒（第一吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
６０・・第二ＮＳＲ触媒（第二吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
７・・・燃料添加弁
７０・・下流側燃料添加弁
８・・・ＳＣＲ触媒（選択還元型ＮＯｘ触媒）
９・・・尿素水添加弁
１０・・ＥＣＵ
１１・・クランク角センサ
１２・・アクセル開度センサ
１３・・第一ＮＯｘセンサ
１４・・空燃比センサ
１５・・第二ＮＯｘセンサ
１６・・温度センサ
【図１】
2019116862.tif 000004
【図２】
2019116862.tif 000005
【図３Ａ】
2019116862.tif 000006
【図３Ｂ】
2019116862.tif 000007
【図４】
2019116862.tif 000008
【図５】
2019116862.tif 000009
【図６】
2019116862.tif 000010
【図７】
2019116862.tif 000011
【図８】
2019116862.tif 000012
【図９】
2019116862.tif 000013
【図１０】
2019116862.tif 000014
【図１１】
2019116862.tif 000015
【図１２】
2019116862.tif 000016
【図１３】
2019116862.tif 000017
【図１４】
2019116862.tif 000018
【図１５】
2019116862.tif 000019