(57)【要約】【課題】リッチスパイクを効率的に実施することができる技術を提供する。【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、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、リッチスパイクを実施する空燃比制御部と、ＮＯｘ吸蔵量を算出するＮＯｘ吸蔵量算出部と、硝酸塩吸蔵量を算出する硝酸塩吸蔵量算出部と、硝酸塩比率を算出する硝酸塩比率算出部と、を備え、空燃比制御部は、硝酸塩比率算出部によって算出された硝酸塩比率に基づいて、リッチスパイクを実施するタイミングを制御する。【選択図】図８
2019116868.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吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記吸蔵還元型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、
前記空燃比制御部は、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に基づいて、前記リッチスパイクを実施するタイミングを制御する、
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記硝酸塩吸蔵量算出部は、前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度と、に基づいて前記硝酸塩吸蔵量を算出する、
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記空燃比制御部は、
前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量が所定の基準量に達すると前記リッチスパイクを実施し、
更に、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高い場合は低い場合よりも前記所定の基準量が少なくなるように、該所定の基準量を変更して前記リッチスパイクを実施する、
請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記リッチスパイクの実施前の前記ＮＯｘ吸蔵量に対する該リッチスパイクの実施により還元されたＮＯｘ量の割合であるＮＯｘ還元効率を、前記リッチスパイクの実施によらず算出するＮＯｘ還元効率算出部であって、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と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度と、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、に基づいて、前記ＮＯｘ還元効率を算出するＮＯｘ還元効率算出部を、更に備え、
前記ＮＯｘ還元効率算出部は、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高くなるほど前記ＮＯｘ還元効率が低くなるように、且つ、前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量が多くなるほど前記ＮＯｘ還元効率が低くなるように、且つ、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度範囲に属している場合は、該温度が該範囲に属していない場合よりも前記ＮＯｘ還元効率が高くなるように、前記ＮＯｘ還元効率を算出し、
前記空燃比制御部は、前記ＮＯｘ還元効率算出部によって算出された前記ＮＯｘ還元効率が所定の基準効率を下回る前に、前記リッチスパイクを実施する、
請求項１又は２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】
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開始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】
従来から、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量（ＮＯｘ吸蔵量）に基づいて、リッチスパイクを実施する技術が知られている。しかしながら、ＮＯｘ吸蔵量に基づいてリッチスパイクを実施しても、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することができない虞があることが判った。詳しくは、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、リッチスパイク実施時のＮＯｘの還元効率（リッチスパイクの実施前のＮＯｘ吸蔵量に対する該リッチスパイクの実施により還元されたＮＯｘ量の割合）が変化することがあった。そして、上記の還元効率が低下した状態では、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することができなかった。更に、このような事態は、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの吸蔵形態に起因して生じることが新たに見出された。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるリッチスパイクを効率的に実施することができ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】
【０００９】
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
通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型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、を備える。
【００１０】
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、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と称する場合もある。）に吸蔵され得る。ここで、本発明者は、鋭意検討を行った結果、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの吸蔵メカニズムについて、以下の推定メカニズムを新たに考察した。
【００１１】
ＮＳＲ触媒は、アルミナ等の担体にＰｔ等の貴金属触媒およびＢａ等の吸蔵材が担持されて構成される。そして、ＮＯｘと酸素の反応を促進させる貴金属触媒によって酸素と反応せしめられたＮＯｘが吸蔵材に吸蔵される。ここで、新たに考察した推定メカニズムによれば、ＮＳＲ触媒の温度が比較的低い場合、ＮＳＲ触媒に流入したＮＯｘは、主に亜硝酸塩となって吸蔵材に吸蔵される傾向にある。一方、ＮＳＲ触媒の温度が比較的高い場合、ＮＳＲ触媒に流入したＮＯｘは、一旦、亜硝酸塩となって吸蔵材に吸蔵され、更にその亜硝酸塩の一部（または全部）が硝酸塩となって吸蔵材に吸蔵される傾向にある。つまり、吸蔵材に既に吸蔵されたＮＯｘの吸蔵形態が、その吸蔵後のＮＳＲ触媒の温度の変化に応じて更に変化することもある。このように、ＮＳＲ触媒の温度に応じて、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの吸蔵形態が変化する。なお、以下の説明において、「ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘ」には、硝酸塩や亜硝酸塩が含まれるものとする。
【００１２】
そして、吸蔵材に吸蔵された亜硝酸塩は、該吸蔵材に比較的弱い吸着力で吸蔵されるのに対して、吸蔵材に吸蔵された硝酸塩は、前記亜硝酸塩よりも該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ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるとき、ＮＳＲ触媒に吸蔵された硝酸塩は、ＮＳＲ触媒に吸蔵された亜硝酸塩よりも還元され難くなる。
【００１３】
以上に鑑みると、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量（以下、「ＮＯｘ吸蔵量」と称する場合もある。）に対する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し、リッチスパイクの実施前のＮＯｘ吸蔵量に対する該リッチスパイクの実施により還元されたＮＯｘ量の割合をＮＯｘ還元効率とすると、硝酸塩比率が高いほど、ＮＯｘ還元効率が低下する傾向にある。したがって、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、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、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比べてＮＯｘ還元効率が低下し易くなる。そのため、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘ（特に、ＮＳＲ触媒に吸蔵された硝酸塩）を十分に還元することができない虞がある。
【００１４】
そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、前記ＮＯｘ吸蔵量を算出するＮＯｘ吸蔵量算出部と、前記硝酸塩吸蔵量を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、前記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、前記空燃比制御部は、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に基づいて、前記リッチスパイクを実施するタイミングを制御する。
【００１５】
このような排気浄化装置では、空燃比制御部は、硝酸塩比率が高くなることでリッチスパイクを実施した際のＮＯｘ還元効率が低下してしまう前に、タイミングを早めてリッチスパイクを実施することができる。つまり、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、硝酸塩比率が高い場合は、低い場合よりもタイミングを早めてリッチスパイクを実施することができる。これにより、リッチスパイクを効率的に実施することが可能となる。
【００１６】
ここで、上述したＮＯｘ吸蔵メカニズムによれば、ＮＳＲ触媒に流入し該ＮＳＲ触媒に吸蔵され得るＮＯｘ（上述したように、内燃機関から排出されたＮＯｘのうちの大部分がＮＳＲ触媒に吸蔵され得るが、例えば排気流量が比較的多い場合等においては、内燃機関から排出されたＮＯｘのうちの或る量がＮＳＲ触媒に吸蔵されずに該ＮＳＲ触媒から流出することもある。）は、ＮＳＲ触媒において、亜硝酸塩または硝酸塩となって該ＮＳＲ触媒に吸蔵される。したがって、前記ＮＯｘ吸蔵量とは、ＮＳＲ触媒に吸蔵された亜硝酸塩や硝酸塩の量である。そして、このＮＯｘ吸蔵量のうちの一部の量が前記硝酸塩吸蔵量となる。したがって、ＮＯｘ吸蔵量に応じて硝酸塩吸蔵量が変化することになる。
【００１７】
また、上述したように、ＮＳＲ触媒に流入したＮＯｘが酸素と反応せしめられることによって、該ＮＯｘが亜硝酸塩となり、更には硝酸塩となり得る。つまり、ＮＳＲ触媒に流入する排気の酸素濃度に応じて硝酸塩の生成量が変化し得る。したがって、ＮＳＲ触媒に流入する排気の酸素濃度に応じて硝酸塩吸蔵量が変化することになる。
【００１８】
また、上述したように、ＮＳＲ触媒に流入したＮＯｘが、亜硝酸塩となって該ＮＳＲ触媒に吸蔵され易くなるか、亜硝酸塩から更に硝酸塩となって該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。
【００１９】
以上に鑑みると、ＮＯｘ吸蔵量と、ＮＳＲ触媒の温度と、ＮＳＲ触媒に流入する排気の酸素濃度と、に基づいて硝酸塩吸蔵量を算出することができる。そこで、前記硝酸塩吸蔵量算出部は、前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度と、に基づいて前記硝酸塩吸蔵量を算出する。これにより、硝酸塩吸蔵量を好適に算出することができ、以てリッチスパイクを効率的に実施することが可能となる。
【００２０】
ここで、従来から、ＮＯｘ吸蔵量が所定の基準量に達するとリッチスパイクが実施されていた。しかしながら、従来、硝酸塩比率に応じてＮＯｘ還元効率が変化することは未知であった。そして、硝酸塩比率が高くなりＮＯｘ還元効率が低下してしまってから、ＮＯｘ吸蔵量が所定の基準量に達してリッチスパイクが実施されても、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することができない虞がある。
【００２１】
そこで、前記空燃比制御部は、前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量が所定の基準量に達すると前記リッチスパイクを実施し、更に、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高い場合は低い場合よりも前記所定の基準量が少なくなるように、該所定の基準量を変更して前記リッチスパイクを実施してもよい。そうすると、硝酸塩比率が高い場合は低い場合よりも、リッチスパイクの実施タイミングが早められる。これにより、リッチスパイクを効率的に実施することが可能となる。
【００２２】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、前記ＮＯｘ還元効率を前記リッチスパイクの実施によらず算出するＮＯｘ還元効率算出部であって、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と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度と、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、に基づいて、前記ＮＯｘ還元効率を算出するＮＯｘ還元効率算出部を更に備えてもよい。そして、前記ＮＯｘ還元効率算出部は、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高くなるほど前記ＮＯｘ還元効率が低くなるように、且つ、前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量が多くなるほど前記ＮＯｘ還元効率が低くなるように、且つ、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度範囲に属している場合は、該温度が該範囲に属していない場合よりも前記ＮＯｘ還元効率が高くなるように、前記ＮＯｘ還元効率を算出し、前記空燃比制御部は、前記ＮＯｘ還元効率算出部によって算出された前記ＮＯｘ還元効率が所定の基準
効率を下回る前に、前記リッチスパイクを実施してもよい。
【００２３】
ここで、硝酸塩比率、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度、およびＮＯｘ吸蔵量は、それぞれＮＯｘ還元効率と相関を有している。詳しくは、硝酸塩比率が高くなるほどＮＯｘ還元効率が低下する。また、ＮＯｘ吸蔵量が多くなるほどＮＯｘ還元効率が低下する。また、ＮＳＲ触媒の温度が所定温度範囲に属している場合は、該温度が該範囲に属していない場合よりもＮＯｘ還元効率が高くなる。したがって、これら相関に基づいて、リッチスパイクの実施前にリッチスパイクを実施した場合のＮＯｘ還元効率を推定することができる。そこで、ＮＯｘ還元効率算出部は、これら相関に基づいてリッチスパイクの実施によらずＮＯｘ還元効率を算出する。そして、このように算出されたＮＯｘ還元効率が所定の基準効率を下回る前に、実際にリッチスパイクが実施されると、該リッチスパイクによって、ＮＯｘ還元効率が所定の基準効率より低いときに比べて、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘが還元され易くなる。つまり、リッチスパイクを効率的に実施することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるリッチスパイクを効率的に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明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】触媒温度がＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの還元に及ぼす影響を試験するときの触媒温度の推移のさせ方を表す図である。
【図３】図２に表されるモード１からモード４の試験が行われたときの、ＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ還元効率との相関を示す図である。
【図４Ａ】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４Ｂ】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５】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６Ａ】硝酸塩比率とＮＯｘ還元効率との相関を表す図である。
【図６Ｂ】触媒温度とＮＯｘ還元効率との相関を表す図である。
【図６Ｃ】ＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ還元効率との相関を表す図である。
【図７】第一の実施形態に係る、ＮＯｘ吸蔵量、触媒温度、硝酸塩比率、ＮＯｘ還元効率、および実行フラグの時間推移を示すタイムチャートである。
【図８】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９】硝酸塩比率に基づいて基準量が変更される例を説明するための図である。
【図１０】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１１】第二の実施形態に係る、ＮＯｘ吸蔵量、触媒温度、硝酸塩比率、基準量、および実行フラグの時間推移を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
排気通路３には、排気浄化触媒として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒６（以下、「ＮＳＲ触媒６」と称する場合もある。）が設けられている。なお、排気通路３には、ＮＳＲ触媒６の他に、選択還元型ＮＯｘ触媒やパティキュレートフィルタが設けられてもよい。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ＮＳＲ触媒６に供給される。
【００３０】
また、燃料添加弁７より下流側且つＮＳＲ触媒６より上流側の排気通路３には、上流側ＮＯｘセンサ１３および空燃比センサ１４が設けられている。上流側ＮＯｘセンサ１３は、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、ＮＳＲ触媒６より下流側の排気通路３には、下流側ＮＯｘセンサ１５および温度センサ１６が設けられている。下流側ＮＯｘセンサ１５は、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。
【００３１】
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、上流側ＮＯｘセンサ１３、空燃比センサ１４、下流側ＮＯｘセンサ１５、および温度センサ１６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。
【００３２】
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、該排気流量および上流側ＮＯｘセンサ１３の出力値に基づいて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、該排気流量および下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値に基づいて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ＮＳＲ触媒６の温度（以下、「触媒温度」と称する場合もある。）を算出する。
【００３３】
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、および燃料添加弁７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、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。
【００３４】
＜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、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、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によって還元される。また、例えば、気筒内でリッチ混合気が燃焼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ＣＯやＨＣによって還元される。
【００３５】
そして、従来から、吸蔵ＮＯｘの量が所定量に達するとリッチスパイク処理が実行される技術が知られているが、この場合に、吸蔵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。これについて、以下に詳しく説明する。
【００３６】
図２は、ＮＳＲ触媒６の温度（触媒温度）が、該ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの還元に及ぼす影響を試験するときの触媒温度の推移のさせ方を表す図である。図２に示す試験では、先ず吸蔵ＮＯｘが高温でパージされる。すなわち、ＮＳＲ触媒６から吸蔵ＮＯｘが放出される。次に、ＮＳＲ触媒６にＮＯｘが供給されることで該ＮＳＲ触媒６にＮＯｘが吸蔵される。次に、ＮＳＲ触媒６に還元剤が供給されることで吸蔵ＮＯｘが還元される。そして、図２に示す試験は、４つの試験モード（モード１からモード４）を有している。モード１では、吸蔵時の触媒温度が２００℃にされ、還元時の触媒温度が３００℃にされる。モード２では、吸蔵時および還元時の触媒温度が３００℃にされる。モード３では、吸蔵時および還元時の触媒温度が２００℃にされる。モード４では、吸蔵時の触媒温度が３００℃にされ、還元時の触媒温度が２００℃にされる。
【００３７】
そして、図３は、図２に表されるモード１からモード４の試験が行われたときの、ＮＳＲ触媒６に吸蔵されたＮＯｘ（吸蔵ＮＯｘ）の量（以下、「ＮＯｘ吸蔵量」と称する場合もある。）と、リッチスパイク処理の実行前のＮＯｘ吸蔵量に対する該リッチスパイク処理の実行により還元されたＮＯｘ量の割合（以下、「ＮＯｘ還元効率」と称する場合もある。）と、の相関を示す図である。図３に示すように、いずれのモードにおいても、リッチスパイク処理の実行前のＮＯｘ吸蔵量が多くなるほど、ＮＯｘ還元効率は低くなる。また、図３において、モード１の上記相関とモード３の上記相関とを比較することによって、またはモード２の上記相関とモード４の上記相関とを比較することによって、還元時の触媒温度の影響が把握される。これによれば、ＮＯｘ吸蔵量が同じときには、還元時の触媒温度が高い場合は低い場合よりもＮＯｘ還元効率が高くなることが判る。また、図３において、モード１の上記相関とモード２の上記相関とを比較することによって、またはモード３の上記相関とモード４の上記相関とを比較することによって、吸蔵時の触媒温度の影響が把握される。これによれば、ＮＯｘ吸蔵量が同じときには、吸蔵時の触媒温度が高い場合は低い場合よりもＮＯｘ還元効率が低くなることが判る。
【００３８】
このように、リッチスパイク処理の実行前のＮＯｘ吸蔵量が同じであっても、ＮＯｘの吸蔵時またはＮＯｘの還元時の触媒温度によって、ＮＯｘ還元効率は大きく変化する。そのため、ＮＯｘ吸蔵量が所定量に達するとリッチスパイク処理が実行される従来技術では、ＮＯｘの吸蔵時またはＮＯｘの還元時の触媒温度によっては、吸蔵ＮＯｘを十分に還元することができない事態が生じ得る。そして、本発明者は、鋭意検討を行った結果、吸蔵
時および還元時の触媒温度によってＮＯｘ還元効率が変化する事態は、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。
【００３９】
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４Ａおよび図４Ｂに基づいて説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、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。
【００４０】
ここでは、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。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、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。
【００４１】
図４Ａは、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４Ａに示す例では、Ｐｔによって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。
【００４２】
一方、図４Ｂは、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４Ｂに示す例でも、図４Ａに示した例と同様に、Ｐｔによって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、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（または全部）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。つまり、Ｂａに既に吸蔵されたＮＯｘの吸蔵形態が、その吸蔵後のＮＳＲ触媒６の温度の変化に応じて更に変化し得る。
【００４３】
このように、ＮＳＲ触媒６の温度に応じて、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの吸蔵形態が変化する。なお、吸蔵ＮＯｘ（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、ＮＳＲ触媒６に吸蔵された硝酸塩や亜硝酸塩の量となる。
【００４４】
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、ＮＳＲ触媒６に吸蔵された硝酸塩は、ＮＳＲ触媒６に吸蔵された亜硝酸塩よりも還元され難くなる。これは、図５に示すリッチスパイク処理の実行時の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５において、上段、中段、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、実行後の状態を表す。
【００４５】
図５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ＮＳＲ触媒６に対して還元剤としてＣＯが供給されると、図５の中段に示すように、亜硝酸塩が還元されてＮＯとなる。また、硝酸塩の一部が還元されて亜硝酸塩となる。ここで、上述したように、亜硝酸塩とＢａとの吸着力は比較的弱いため、Ｂａに吸蔵された亜硝酸塩は容易に還元され得る。一方、硝酸塩とＢａとの吸着力は比較的強いため、Ｂａに吸蔵された硝酸塩は還元され難くなる。その結果、図５の下段に示すように、リッチスパイク処理の実行前にＢａに吸蔵されていた亜硝酸塩は、Ｎ２にまで還元されてＮＳＲ触媒６から脱離するのに対して、リッチスパイク処理の実行前にＢａに吸蔵されていた硝酸塩は、還元されずにまたは還元されたとしてもＮ２にまで還元されることなく、ＮＳＲ触媒６に吸蔵され続けることがある。
【００４６】
＜リッチスパイク処理の実行タイミング＞
以上に説明したように、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの吸蔵形態に起因してＮＯｘ還元効率が変化し得る。ここで、ＮＳＲ触媒６に吸蔵された硝酸塩の量を「硝酸塩吸蔵量」とする。そして、ＮＯｘ吸蔵量に対する硝酸塩吸蔵量の割合を硝酸塩比率とする。そうすると、硝酸塩比率が高いほど、ＮＯｘ還元効率が低下する傾向にある。したがって、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、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、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に比べてＮＯｘ還元効率が低下し易くなる。そのため、吸蔵ＮＯｘを十分に還元することができない虞がある。
【００４７】
そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、ＥＣＵ１０は、上記の硝酸塩比率を算出する。そして、ＥＣＵ１０は、算出した硝酸塩比率に基づいて、リッチスパイク処理を実行するタイミングを制御する。ここで、本実施形態においては、ＥＣＵ１０は、リッチスパイク処理の実行前にリッチスパイクを実行した場合のＮＯｘ還元効率を推定する。つまり、リッチスパイク処理の実行によらずＮＯｘ還元効率を算出する。そして、ＥＣＵ１０は、リッチスパイク処理の実行によらず算出したＮＯｘ還元効率が基準効率を下回る前に、実際にリッチスパイク処理を実行する。これにより、リッチスパイク処理を効率的に実行することが可能となる。
【００４８】
ここで、ＮＯｘ還元効率は、硝酸塩比率、触媒温度、およびＮＯｘ吸蔵量のそれぞれと相関を有している。したがって、ＥＣＵ１０は、これらパラメータの値と、該パラメータとＮＯｘ還元効率との相関と、に基づいて、ＮＯｘ還元効率を算出することができる。
【００４９】
なお、上述した相関が、図６Ａから図６Ｃに表される。図６Ａは、硝酸塩比率とＮＯｘ還元効率との相関を表す図である。図６Ａに示すように、硝酸塩比率が高くなるほどＮＯｘ還元効率が低下する。また、図６Ｂは、触媒温度とＮＯｘ還元効率との相関を表す図である。図６Ｂに示すように、触媒温度が所定温度範囲（例えば、図６Ｂに示すＴｃｔｈ１以上でＴｃｔｈ２以下の範囲）に属している場合は、触媒温度が該所定温度範囲に属していない場合よりもＮＯｘ還元効率が高くなる。また、図６Ｃは、ＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ還元効率との相関を表す図である。図６Ｃに示すように、ＮＯｘ吸蔵量が多くなるほどＮＯｘ還元効率が低下する。特に、ＮＯｘ吸蔵量が或る量（例えば、図６Ｃに示すＮＯｘｔｈ１）よりも多くなると、ＮＯｘ還元効率が大幅に低下する。
【００５０】
次に、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７は、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍ、触媒温度Ｔｃ、硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅ、ＮＯｘ還元効率η、および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ｆｌの時間推移を示すタイムチャートである。なお、図７において、本発明に基づく制御が実行される場合の上記の時間推移が実線で表される。そして、図７には、従来技術に基づく制御が実行される場合のＮＯｘ吸蔵量の時間推移が参考として破線で表される。また、図７に示される本発明に基づく制御では、前回のリッチスパイク処理が実行されてからＮＳＲ触媒６にＮＯｘが吸蔵される過程でＮＯｘ還元効率が低下していき、ＮＯｘ還元効率が基準効率ηｔｈまで低下すると、今回のリッチスパイク処理が実行される。
【００５１】
図７に示す本発明に基づく制御では、ＮＯｘ還元効率が基準効率ηｔｈとなる時刻ｔ１および時刻ｔ２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。一方、図７に示す従来技術に基づく制御では、ＮＯｘ吸蔵量が基準量ＮＯｘｔｈ１に達するとリッチスパイク処理が実行される。ここで、基準量ＮＯｘｔｈ１は、上記の図６Ｃに示したＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｔｈ１に相当する値であって、従来技術におけるリッチスパイク処理の実行タイミングを判定する閾値である。
【００５２】
そして、図７に示すように、本発明に基づく制御では、ＮＯｘ吸蔵量が基準量ＮＯｘｔｈ１に達していなくてもリッチスパイク処理が実行されていることが判る。詳しくは、本発明に基づく制御では、時刻ｔ１において、ＮＯｘ吸蔵量が、基準量ＮＯｘｔｈ１よりも少ないＱ１となっているものの、このときＮＯｘ還元効率が基準効率ηｔｈとなるため、リッチスパイク処理が実行される。時刻ｔ２でも同様に、ＮＯｘ吸蔵量が、基準量ＮＯｘｔｈ１よりも少ないＱ２となっているものの、リッチスパイク処理が実行される。ここで、時刻ｔ２におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑ２は、時刻ｔ１におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑ１よりも少ない。しかしながら、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間における触媒温度は、時刻ｔ１より前の触媒温度よりも高い。ここで、上述したように、触媒温度が高い場合は低い場合よりも硝酸塩が生成され易くなる。したがって、時刻ｔ２における硝酸塩比率は、時刻ｔ１における硝酸塩比率よりも高くなる。つまり、時刻ｔ２では、ＮＯｘ吸蔵量は時刻ｔ１より少ないものの硝酸塩比率は時刻ｔ１より高い。その結果、時刻ｔ２の時点で、時刻ｔ１と同様に、ＮＯｘ還元効率が基準効率ηｔｈとなる。
【００５３】
ここで、従来技術に基づく制御においても硝酸塩比率およびＮＯｘ還元効率が算出されると仮定して、本発明に基づく制御（時刻ｔ２におけるリッチスパイク処理）と従来技術に基づく制御（時刻ｔ３におけるリッチスパイク処理）との比較を行う。なお、図７には、従来技術に基づく制御の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間における触媒温度、硝酸塩比率、およびＮＯｘ還元効率の時間推移が、参考として一点鎖線で表される。
【００５４】
図７に示す従来技術に基づく制御の例では、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて、硝酸塩比率が上昇しながらＮＯｘ吸蔵量が増加していくのに伴って、ＮＯｘ還元効率が低下していく。そのため、ＮＯｘ吸蔵量が基準量ＮＯｘｔｈ１に達する時刻ｔ３では、ＮＯｘ還元効率が比較的大きく低下した状態となる。したがって、時刻ｔ３においてリッチスパイク処理が実行されても吸蔵ＮＯｘが十分に還元されず、ＮＳＲ触媒６に未還元のＮＯｘが残存してしまう（この残存量は、例えば図７におけるＮＯｘ吸蔵量Ｑ３である。）。これに対して、本発明に係る制御では、時刻ｔ２においてリッチスパイク処理が実行されると、ＮＯｘ吸蔵量が０近傍の量となる。このように、本発明に係る制御によれば、吸蔵ＮＯｘを好適に還元することができる。更に、図７に示すように、リッチスパイク処理の実行タイミングが、前回リッチスパイク処理が実行されてから、ＮＯｘ還元効率が基準効率ηｔｈまで低下するタイミングにされると、ＮＯｘ還元効率が基準効率ηｔｈを下回る前に実行されるリッチスパイク処理の実行回数が可及的に少なくされる。つまり、リッチスパイク処理の効率的な実行を実現しつつ、好適なタイミングでリッチスパイク処理を実行することが可能となる。
【００５５】
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において実行される制御フローについて、図８に基づいて説明する。図８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。ここで、図８に示す制御フローでは、上記の図７に示したように、ＮＯｘ還元効率が基準効率ηｔｈまで低下すると、リッチスパイク処理が実行される。なお、上記の図７に示したように、リッチスパイク処理が実行されると、ＮＯｘ還元効率が基準効率ηｔｈよりも高くなる。そのため、図８に示す制御フローは、ＮＯｘ還元効率が基準効率ηｔｈ以上のときに実行されることになる。
【００５６】
本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、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触媒温度Ｔｃが算出される。
【００５７】
次に、Ｓ１０２において、流入排気の酸素濃度Ｏ２ｃｏｎが取得される。Ｓ１０２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。
【００５８】
次に、Ｓ１０３において、排気流量Ｇａが取得される。Ｓ１０３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。
【００５９】
次に、Ｓ１０４において、前回本フローが実行されてから現在までの、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。Ｓ１０４では、Ｓ１０３で取得した排気流量Ｇａおよび上流側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および下流側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。
【００６０】
次に、Ｓ１０５において、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが算出される。Ｓ１０５では、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍの前回値である前回ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｏｌｄに、Ｓ１０４で算出した変化量ＮＯｘｃｈが加算されることによって、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが算出される。なお、前回ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｏｌｄは、後述するＳ１１２またはＳ１１３の処理によって、その値が更新される。また、ＥＣＵ１０が、Ｓ１０４からＳ１０５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。
【００６１】
次に、Ｓ１０６において、現在のＮＳＲ触媒６の状態（ＮＯｘ吸蔵量、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。Ｓ１０６では、Ｓ１０５で算出したＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍ、Ｓ１０１で取得した触媒温度Ｔｃ、およびＳ１０２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】
2019116868.tif 000003
ＮＯ３ｒｅａｃ：硝酸塩の生成速度
Ｔｃ：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。
【００６２】
ここで、亜硝酸塩吸蔵量ＮＯ２ｓｕｍは、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＝（ＮＯｘｏｌｄ−ＮＯ３ｏｌｄ）＋ＮＯｘｃｈ  ・・・式２
ＮＯ２ｓｕｍ：亜硝酸塩吸蔵量
ＮＯｘｏｌｄ：前回ＮＯｘ吸蔵量
ＮＯ３ｏｌｄ：前回硝酸塩吸蔵量
ＮＯｘｃｈ：変化量
つまり、ＮＳＲ触媒６に流入したＮＯｘは、一旦亜硝酸塩となって該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、ＮＳＲ触媒
６に吸蔵された亜硝酸塩の前回量（ＮＯｘｏｌｄ−ＮＯ３ｏｌｄ）を加算することによって、亜硝酸塩吸蔵量ＮＯ２ｓｕｍを算出する。
【００６３】
次に、Ｓ１０７において、硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｓｕｍが算出される。Ｓ１０７では、硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｓｕｍの前回値である前回硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｏｌｄに、Ｓ１０６で算出した現在生成量ＮＯ３ｎｏｗが加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、前回硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｏｌｄは、後述するＳ１１２またはＳ１１３の処理によって、その値が更新される。また、ＥＣＵ１０が、Ｓ１０６からＳ１０７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。
【００６４】
次に、Ｓ１０８において、硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅが算出される。Ｓ１０８では、Ｓ１０７で算出した硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｓｕｍが、Ｓ１０５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。なお、ＥＣＵ１０が、Ｓ１０８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。
【００６５】
次に、Ｓ１０９において、ＮＯｘ還元効率η（現時点でリッチスパイク処理を実行した場合のＮＯｘ還元率の推定値）が算出される。ＥＣＵ１０は、リッチスパイク処理の実行によらずＮＯｘ還元効率ηを算出する。Ｓ１０９では、Ｓ１０８で算出した硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅ、Ｓ１０１で取得した触媒温度Ｔｃ、およびＳ１０５で算出したＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍに基づいて、ＮＯｘ還元効率ηが算出される。詳しくは、上記の図６Ａから図６Ｃに例示したような相関が、ＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶されている。Ｓ１０９では、このような相関と、上記の硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅ、触媒温度Ｔｃ、およびＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍと、に基づいて、ＮＯｘ還元効率ηが算出される。なお、ＥＣＵ１０が、Ｓ１０９の処理を実行することで、本発明に係るＮＯｘ還元効率算出部として機能する。
【００６６】
次に、Ｓ１１０において、Ｓ１０９で算出したＮＯｘ還元効率ηが、基準効率ηｔｈとなっているか否かが判別される。ここで、基準効率ηｔｈは、予め定められＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。そして、Ｓ１１０において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１１の処理へ進み、Ｓ１１０において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１３の処理へ進む。
【００６７】
Ｓ１１０において肯定判定された場合、次に、Ｓ１１１において、リッチスパイク処理が実行される。このように、リッチスパイク処理の実行によらず算出されたＮＯｘ還元効率ηが基準効率ηｔｈを下回る前に、実際にリッチスパイク処理が実行されると、ＮＯｘ還元効率ηが基準効率ηｔｈより低いときに比べて、該リッチスパイク処理の実行によって、吸蔵ＮＯｘが還元され易くなる。
【００６８】
次に、Ｓ１１２において、前回ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｏｌｄおよび前回硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｏｌｄの値が０に更新される。つまり、Ｓ１１２では、リッチスパイク処理の実行によって、吸蔵ＮＯｘの全てが還元されるとしている。ただし、これに限定する意図はなく、Ｓ１０９で算出したＮＯｘ還元効率ηに基づいて、リッチスパイク処理の実行後のＮＯｘ吸蔵量および硝酸塩吸蔵量（すなわち、前回ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｏｌｄおよび前回硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｏｌｄ）を算出してもよい。そして、Ｓ１１２の処理の後、本フローの実行が終了される。
【００６９】
一方、Ｓ１１０において否定判定された場合、次に、Ｓ１１３において、前回ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｏｌｄの値が、Ｓ１０５で算出したＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍの値に更新され、前回硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｏｌｄの値が、Ｓ１０７で算出した硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｓｕｍ
の値に更新される。そして、Ｓ１１３の処理の後、本フローの実行が終了される。
【００７０】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、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を効率的に実行することができる。
【００７１】
（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９から図１１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。
【００７２】
本実施形態では、ＥＣＵ１０は、触媒温度が所定温度範囲に属している場合に、ＮＯｘ吸蔵量が基準量に達するとリッチスパイク処理を実行する。ここで、所定温度範囲は、例えば、上記の図６Ｂに示したＴｃｔｈ１以上でＴｃｔｈ２以下の範囲である。また、基準量は、例えば、上記の図６Ｃに示した基準量ＮＯｘｔｈ１である。
【００７３】
ただし、上記の図６Ａに示したように、硝酸塩比率に応じてＮＯｘ還元効率が変化する。したがって、硝酸塩比率が考慮されずにリッチスパイク処理の実行タイミングが定められると、吸蔵ＮＯｘを十分に還元することができない虞がある。
【００７４】
そこで、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、硝酸塩比率が高い場合は低い場合よりも基準量が少なくなるように、該基準量を変更してリッチスパイク処理を実行する。これについて、図９を用いて説明する。
【００７５】
図９は、硝酸塩比率に基づいて基準量が変更される例を説明するための図である。図９に示す例では、硝酸塩比率がＲ１のときの、ＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ還元効率との相関が線Ｃ１によって表され、硝酸塩比率がＲ２のときの、該相関が線Ｃ２によって表される。硝酸塩比率に応じてＮＯｘ還元効率が変化するため、硝酸塩比率が変化すると、それに伴ってＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ還元効率との相関も変化することになる。
【００７６】
そして、リッチスパイク処理の実行によって吸蔵ＮＯｘを十分に還元させるために、η１以上のＮＯｘ還元効率が必要とされると仮定する。そうすると、ＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ還元効率との相関が線Ｃ１によって表される場合には、基準量はＮＯｘｔｈ１となる。一方、硝酸塩比率が変化して、それに伴ってＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ還元効率との相関が線Ｃ１から線Ｃ２に変化した場合、仮に基準量がＮＯｘｔｈ１にされると、ＮＯｘ還元効率がη１よりも低いη２になってしまう。そこで、この場合には、リッチスパイク処理の実行時のＮＯｘ還元効率をη１以上とするために、基準量がＮＯｘｔｈ１からＮＯｘｔｈ１´に変更される。これにより、リッチスパイク処理を効率的に実行することができる。
【００７７】
ここで、本実施形態に係る制御フローを説明する。図１０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１０に示す各処理において、上記の図８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。
【００７８】
図１０に示す制御フローでは、Ｓ１０８の処理の後に、Ｓ２０９において、基準量ＮＯｘｔｈが算出される。ここで、ＥＣＵ１０のＲＯＭには、硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅと基準量ＮＯｘｔｈとの相関が、関数またはマップとして予め記憶されている。Ｓ２０９では、この相関とＳ１０８で算出した硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅに基づいて、基準量ＮＯｘｔｈが算出される。
【００７９】
次に、Ｓ２１０において、Ｓ１０５で算出したＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが、Ｓ２０９で算出した基準量ＮＯｘｔｈとなっているか否かが判別される。そして、Ｓ２１０において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１１の処理へ進み、Ｓ２１０において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１３の処理へ進む。
【００８０】
このように、上述した制御フローでは、硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅに基づいて基準量ＮＯｘｔｈが変更され（Ｓ２０９の処理）、変更された基準量ＮＯｘｔｈに基づいてリッチスパイク処理が実行される（Ｓ２１０、Ｓ１１１の処理）。そして、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、ＥＣＵ１０が、このような制御フローを実行することによっても、リッチスパイク処理を効率的に実行することができる。
【００８１】
次に、上述した制御フローを、タイムチャートを用いて簡単に説明する。図１１は、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍ、触媒温度Ｔｃ、硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅ、基準量ＮＯｘｔｈ、および実行フラグｆｌの時間推移を示すタイムチャートである。
【００８２】
図１１に示すように、本実施形態では、硝酸塩比率に応じて基準量が変更される。詳しくは、硝酸塩比率が高くなるほど基準量が少なくされる。そして、ＮＯｘ吸蔵量と基準量とがＮＯｘｔｈ１で等しくなる時刻ｔ１において、リッチスパイク処理が実行される（図１１に示すＮＯｘ吸蔵量の推移には、参考として基準量の推移を破線で併せて示している。）。また、ＮＯｘ吸蔵量と基準量とがＮＯｘｔｈ２で等しくなる時刻ｔ２において、リッチスパイク処理が実行される。このように、本実施形態では、硝酸塩比率が高い場合は低い場合よりも、リッチスパイク処理の実行タイミングが早められる。これにより、リッチスパイク処理を効率的に実行することが可能となる。
【符号の説明】
【００８３】
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・・・ＮＳＲ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
７・・・燃料添加弁
１０・・ＥＣＵ
１１・・クランク角センサ
１２・・アクセル開度センサ
１３・・上流側ＮＯｘセンサ
１４・・空燃比センサ
１５・・下流側ＮＯｘセンサ
１６・・温度センサ
【図１】
2019116868.tif 000004
【図２】
2019116868.tif 000005
【図３】
2019116868.tif 000006
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
2019116868.tif 000009
【図６Ａ】
2019116868.tif 000010
【図６Ｂ】
2019116868.tif 000011
【図６Ｃ】
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【図７】
2019116868.tif 000013
【図８】
2019116868.tif 000014
【図９】
2019116868.tif 000015
【図１０】
2019116868.tif 000016
【図１１】
2019116868.tif 000017