(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーン空燃比で運転可能な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、リーン空燃比のときにＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比以下の場合に吸蔵されているＮＯｘを放出する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、所定量の還元剤が存在する還元雰囲気でアンモニアの生成が行われる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ、アンモニアを吸着し、吸着していたアンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの流出を推定または検出するアンモニア流出検出部と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とするリッチスパイクを実施する制御装置と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から単位時間当たりに放出されるＮＯｘ量を推定または検出する放出量検出部と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられる三元触媒と、
を備え、
前記内燃機関は１または複数の気筒を備え、
前記制御装置は、前記アンモニア流出検出部により前記リッチスパイクに伴う前記選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの流出が推定または検出された場合には、推定または検出されない場合よりも、前記リッチスパイク中の前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の目標空燃比をリッチ空燃比の範囲で高くする空燃比上昇制御を実施し、
前記制御装置は、前記空燃比上昇制御により前記目標空燃比をリッチ空燃比の範囲で高くした状態で前記放出量検出部により推定または検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から単位時間当たりに放出されるＮＯｘ量が所定放出量未満になる場合には、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を前記空燃比上昇制御での前記目標空燃比と同じ空燃比としつつ、前記三元触媒に流入する排気に酸素および未燃燃料が含まれるように内燃機関の空燃比を変化させる昇温制御を実施し、
前記制御装置は、前記内燃機関の全気筒の空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とで交互に変化させることにより前記昇温制御を実施する、
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
リーン空燃比で運転可能な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、リーン空燃比のときにＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比以下の場合に吸蔵されているＮＯｘを放出する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、所定量
の還元剤が存在する還元雰囲気でアンモニアの生成が行われる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ、アンモニアを吸着し、吸着していたアンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの流出を推定または検出するアンモニア流出検出部と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とするリッチスパイクを実施する制御装置と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から単位時間当たりに放出されるＮＯｘ量を推定または検出する放出量検出部と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられる三元触媒と、
を備え、
前記内燃機関は複数の気筒を備え、
前記制御装置は、前記アンモニア流出検出部により前記リッチスパイクに伴う前記選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの流出が推定または検出された場合には、推定または検出されない場合よりも、前記リッチスパイク中の前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の目標空燃比をリッチ空燃比の範囲で高くする空燃比上昇制御を実施し、
前記制御装置は、前記空燃比上昇制御により前記目標空燃比をリッチ空燃比の範囲で高くした状態で前記放出量検出部により推定または検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から単位時間当たりに放出されるＮＯｘ量が所定放出量未満になる場合には、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を前記空燃比上昇制御での前記目標空燃比と同じ空燃比としつつ、前記三元触媒に流入する排気に酸素および未燃燃料が含まれるように内燃機関の空燃比を変化させる昇温制御を実施し、
前記制御装置は、前記内燃機関の一部の気筒をリーン空燃比とし、残りの気筒の少なくとも一部をリッチ空燃比とすることにより前記昇温制御を実施する、
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定する吸蔵量推定部をさらに備え、
前記制御装置は、前記吸蔵量推定部により推定される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が多いときは少ないときよりも、前記空燃比上昇制御での前記目標空燃比を高くする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するアンモニア量を推定または検出する流入アンモニア量推定部をさらに備え、
前記制御装置は、前記流入アンモニア量推定部により推定または検出されるアンモニア量が多いときは、少ないときよりも、前記空燃比上昇制御での前記目標空燃比を高くする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記昇温制御を実施する場合に、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入す
る排気の空燃比を前記空燃比上昇制御での前記目標空燃比と同じ空燃比としつつ、前記放出量検出部により推定または検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から単位時間当たりに放出されるＮＯｘ量が少ない場合には多い場合よりも、前記昇温制御においてリーン空燃比の気筒の空燃比を高くし且つリッチ空燃比の気筒の空燃比を低くする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記アンモニア流出検出部は、前記リッチスパイクを開始する前に、仮に前記リッチスパイクを実施したとした場合に、前記リッチスパイクに伴い前記選択還元型ＮＯｘ触媒からアンモニアが流出するか否か推定し、
前記制御装置は、前記アンモニア流出検出部によりアンモニアが流出すると前記リッチスパイクを開始する前に推定された場合には、前記リッチスパイクを開始する時点から前記空燃比上昇制御を実施する請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項７】
前記アンモニア流出検出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の排気通路に設けられ、排気のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度を検出するＮＯｘセンサであり、
前記制御装置は、前記リッチスパイクを実施中に、前記ＮＯｘセンサによりアンモニアが検出された場合に、前記空燃比上昇制御を実施する請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記アンモニア流出検出部は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度未満の場合、且つ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量が所定吸着量以上の場合に、前記リッチスパイクを実施すると前記選択還元型ＮＯｘ触媒からアンモニアが流出すると推定する請求項１から６の何れか１項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】
リーン空燃比で運転可能な内燃機関の排気通路に上流側から順に、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＳＲ触媒ともいう。）、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）を配置することが知られている。ＮＳＲ触媒は、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還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する。ＮＳＲ触媒に吸蔵可能なＮＯｘ量には限度があるため、ある程度のＮＯｘがＮＳＲ触媒に吸蔵されると、ＮＯｘの吸蔵能力を回復させるためにリッチスパイクが実施される。リッチスパイクは、排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比にする処理である。このリッチスパイクを実施することにより、ＮＳＲ触媒からＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘはＨＣ等の還元剤により還元されるため、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量が減少する。
【０００３】
一方、ＳＣＲ触媒は、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを選択還元する。そして、三元触媒またはＮＳＲ触媒において排気中のＨＣやＨ２がＮＯｘと反応することでアンモニアが生成される。このアンモニアは、ＳＣＲ触媒において還元剤として利用できる。上記した触媒の構成においては、リッチスパイクを実施したときに三元触媒またはＮＳＲ触媒においてアンモニアが生成される場合がある。
【０００４】
ここで、ＳＣＲ触媒で吸着するアンモニアの目標値を算出し、三元触媒及びＮＳＲ触媒で生成されるアンモニア量の積算値が目標値を下回る場合にのみアンモニアを生成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８６１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えばアイドル運転時などにおいて、排気の温度が低い場合または排気の流量が少ない場合には、ＮＳＲ触媒の温度が低くなり、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ還元能力が低下する。したがって、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するためにリッチスパイクを実施しても、ＮＯｘの還元が完了するまでに時間を要する。そして、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するためにリッチスパイクを実施すると、所定の還元雰囲気で三元触媒及びＮＳＲ触媒でアンモニアが生成される場合がある。ＮＳＲ触媒で生成されるアンモニアはＳＣＲ触媒に吸着される。三元触媒で生成されるアンモニアも、ＮＳＲ触媒の活性が低い場合には該ＮＳＲ触媒を通り抜けてＳＣＲ触媒に吸着される。このため、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するためにリッチスパイクを実施していても、リッチスパイクを実施する時間が長くなってしまうと、結果としてＳＣＲ触媒にアンモニアが供給され続けてしまう。そうすると、リッチスパイク開始時のＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量、および、リッチスパイク中にＳＣＲ触媒に供給されるアンモニア量によっては、ＳＣＲ触媒でアンモニアを吸着しきれなくなり、該ＳＣＲ触媒からアンモニアが流れ出る虞がある。
【０００７】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量を減少させるリッチスパイクを実施しているときにＳＣＲ触媒から流れ
出るアンモニアの量を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、リーン空燃比で運転可能な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、リーン空燃比のときにＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比以下の場合に吸蔵されているＮＯｘを放出する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、所定量の還元剤が存在する還元雰囲気でアンモニアの生成が行われる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ、アンモニアを吸着し、吸着していたアンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの流出を推定または検出するアンモニア流出検出部と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とするリッチスパイクを実施する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記アンモニア流出検出部により前記リッチスパイクに伴う前記選択還元型ＮＯｘ触媒からのアンモニアの流出が推定または検出された場合には、推定または検出されない場合よりも、前記リッチスパイク中の前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の目標空燃比をリッチ空燃比の範囲で高くする空燃比上昇制御を実施するようにした。
【０００９】
制御装置が空燃比上昇制御を実施して空燃比を高くするのは、リッチスパイクを実施しているときにＳＣＲ触媒からのアンモニアの流出が推定または検出された場合であってもよく、仮にリッチスパイクを開始した場合にＳＣＲ触媒からアンモニアが流出するとリッチスパイクを開始する前に推定される場合であってもよい。リッチスパイクを開始する前からＳＣＲ触媒からのアンモニアの流出が推定された場合には、リッチスパイク開始時から空燃比上昇制御を実施する。空燃比上昇制御により空燃比を高くしたとしても、リッチ空燃比の範囲内であれば、ＮＳＲ触媒からＮＯｘが放出される。したがって、空燃比上昇制御を実施したとしても、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量を減少させることができる。また、リーン空燃比のときよりも酸素が少なく、且つ、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯｘの還元のためのリッチスパイク時よりも還元剤が少ない環境下では、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯｘがより多く放出される現象が見出された。この現象を利用すれば、ＮＳＲ触媒からのＮＯｘの放出を促進させることができる。すなわち、空燃比上昇制御を実施することにより、酸素および還元剤が少ない環境下にＮＳＲ触媒を置くことができるため、ＮＳＲ触媒からのＮＯｘの放出が促進される。したがって、ＮＳＲ触媒からのＮＯｘ放出速度が高くなるので、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量をより速やかに減少させることができる。さらに、空燃比上昇制御を実施すると、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯｘの還元のためのリッチスパイク時よりも排気中の還元剤量が減少することにより、ＮＳＲ触媒において還元剤が不足する。したがって、ＮＳＲ触媒から放出されたＮＯｘが、還元されないままＳＣＲ触媒へ到達する。一方、空燃比上昇制御は、ＳＣＲ触媒からのアンモニアの流出が推定または検出された場合に実施されるため、空燃比上昇制御が実施されるときには、すでにＳＣＲ触媒にはアンモニアが吸着されている蓋然性が高い。このため、ＮＳＲ触媒から放出されたＮＯｘはＳＣＲ触媒においてアンモニアにより還元可能となる。これにより、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を減少させることができるため、ＳＣＲ触媒からアンモニアが流れ出ることを抑制できる。さらに、空燃比上昇制御を実施すると、ＮＳＲ触媒で生成されるアンモニアが減少するため、ＳＣＲ触媒へのアンモニアの供給を抑制できるので、これによってもＳＣＲ触媒からアンモニアが流出することを抑制できる。すなわち、空燃比上昇制御によれば、ＳＣＲ触媒へのアンモニアの供給量の減少と、ＳＣＲ触媒でのアンモニア消費量の増加とを両立することができる。このようにして、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量を減少させ、且つ、ＳＣＲ触媒からアンモニアが流出することを抑制できる。
【００１０】
また、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定する吸蔵量推定部をさらに備え、前記制御装置は、前記吸蔵量推定部により推定される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が多いときは少ないときよりも、前記空燃比上昇制御での前記目標空燃比を高く
することができる。
【００１１】
ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量が多くなるほど、空燃比上昇制御時のアンモニアの生成量が多くなり得る。そこで、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量に応じて、リッチ空燃比の範囲で目標空燃比をより高くすることにより、生成されるアンモニア量を減少させることができるため、ＳＣＲ触媒からアンモニアが流出することを抑制できる。さらに、リッチ空燃比の範囲で目標空燃比を高くしていればＮＳＲ触媒からのＮＯｘの放出を促進させることができるので、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量を減少させることができる。一方、ＮＯｘ吸蔵量が少ない場合には、目標空燃比がＮＯｘを還元させるのに適した空燃比に近づくため、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯｘを速やかに還元させることができる。
【００１２】
また、前記選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するアンモニア量を推定または検出する流入アンモニア量推定部をさらに備え、前記制御装置は、前記流入アンモニア量推定部により推定または検出されるアンモニア量が多いときは、少ないときよりも、前記空燃比上昇制御での前記目標空燃比を高くすることができる。
【００１３】
空燃比上昇制御時にＳＣＲ触媒に流入するアンモニア量が多くなるほど、ＳＣＲ触媒からアンモニアが流出し易くなる。ここで、ＳＣＲ触媒に流入するアンモニア量に応じて、リッチ空燃比の範囲で目標空燃比をより高くすることにより、ＮＳＲ触媒で生成されるアンモニア量を減少させることができる。このため、ＳＣＲ触媒に流入するアンモニア量を減少させることができるので、ＳＣＲ触媒からアンモニアが流出することを抑制できる。さらに、空燃比上昇制御によりリッチ空燃比の範囲で目標空燃比を高くしていれば、ＮＳＲ触媒からのＮＯｘの放出を促進させることができるので、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量を減少させることができる。
【００１４】
また、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から単位時間当たりに放出されるＮＯｘ量を推定または検出する放出量検出部と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられる三元触媒と、をさらに備え、前記内燃機関は１または複数の気筒を備え、前記制御装置は、前記空燃比上昇制御により前記目標空燃比をリッチ空燃比の範囲で高くした状態で前記放出量検出部により推定または検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から単位時間当たりに放出されるＮＯｘ量が所定放出量未満になる場合には、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を前記空燃比上昇制御での前記目標空燃比と同じ空燃比としつつ、前記三元触媒に流入する排気に酸素および未燃燃料が含まれるように内燃機関の空燃比を変化させる昇温制御を実施し、前記制御装置は、前記内燃機関の全気筒の空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とで交互に変化させることにより前記昇温制御を実施する。
【００１５】
上記昇温制御により、前記内燃機関の全気筒の空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とで交互に変化させることで、内燃機関からリッチ空燃比の排気とリーン空燃比の排気とを交互に排出させることができる。これにより、三元触媒において未燃燃料を酸化させて、ＮＳＲ触媒に流入する排気の温度を上昇させることができるため、ＮＳＲ触媒の温度を上昇させることができる。このときに、ＮＳＲ触媒に流入する排気の空燃比は空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となるように、内燃機関における空燃比を制御する。ここで、昇温制御において、全気筒をリッチ空燃比で燃焼させるときには未燃燃料が多く排出され、全気筒をリーン空燃比で燃焼させるときには酸素が多く排出される。そして、三元触媒において未燃燃料が酸素により酸化されると反応熱が発生するため、三元触媒よりも下流のＮＳＲ触媒の温度が上昇する。これにより、ＮＳＲ触媒の活性を促進させることができるため、ＮＳＲ触媒からのＮＯｘの放出を促進させることができる。三元触媒で未燃燃料と酸素とが反応するように内燃機関から酸素および未燃燃料を排出させ、この排気が三元触媒から流れ出るときに空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となるように、
内燃機関の空燃比を制御している。すなわち、三元触媒において排気の空燃比が平均化されて、三元触媒から流出する排気の空燃比が空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となるように内燃機関の空燃比を制御している。このようにして、昇温制御時においても、空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比の排気をＮＳＲ触媒に供給することができる。これにより、ＮＳＲ触媒からのＮＯｘの放出を促進させることができる。
【００１６】
また、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から単位時間当たりに放出されるＮＯｘ量を推定または検出する放出量検出部と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられる三元触媒と、をさらに備え、前記内燃機関は複数の気筒を備え、前記制御装置は、前記空燃比上昇制御により前記目標空燃比をリッチ空燃比の範囲で高くした状態で前記放出量検出部により推定または検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から単位時間当たりに放出されるＮＯｘ量が所定放出量未満になる場合には、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を前記空燃比上昇制御での前記目標空燃比と同じ空燃比としつつ、前記三元触媒に流入する排気に酸素および未燃燃料が含まれるように内燃機関の空燃比を変化させる昇温制御を実施し、前記制御装置は、前記内燃機関の一部の気筒をリーン空燃比とし、残りの気筒の少なくとも一部をリッチ空燃比とすることにより前記昇温制御を実施する。
【００１７】
内燃機関が複数の気筒を備えている場合には、気筒毎に空燃比を変えることもできる。昇温制御において一部の気筒の空燃比をリーン空燃比として酸素を多く排出させ、残りの気筒の空燃比をリッチ空燃比として未燃燃料を多く排出されることにより、三元触媒において未燃燃料を酸化させて、ＮＳＲ触媒の温度を上昇させることができる。このときに、三元触媒から流出する排気の空燃比が、空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となるように各気筒の空燃比を設定しておけば、ＮＳＲ触媒からＮＯｘが放出される。
【００１８】
また、前記制御装置は、前記昇温制御を実施する場合に、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を前記空燃比上昇制御での前記目標空燃比と同じ空燃比としつつ、前記放出量検出部により推定または検出される前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から単位時間当たりに放出されるＮＯｘ量が少ない場合には多い場合よりも、前記昇温制御においてリーン空燃比の気筒の空燃比を高くし且つリッチ空燃比の気筒の空燃比を低くしてもよい。
【００１９】
これによれば、単位時間当たりに放出されるＮＯｘ量が少なくなると、昇温制御時に三元触媒へより多くの酸素と未燃燃料とが供給されるため、三元触媒においてより多くの熱が発生する。この熱によりＮＳＲ触媒の温度がより高くなり、ＮＳＲ触媒からのＮＯｘの放出を促進させることができる。
【００２０】
また、前記アンモニア流出検出部は、前記リッチスパイクを開始する前に、仮に前記リッチスパイクを実施したとした場合に、前記リッチスパイクに伴い前記選択還元型ＮＯｘ触媒からアンモニアが流出するか否か推定し、前記制御装置は、前記アンモニア流出検出部によりアンモニアが流出すると前記リッチスパイクを開始する前に推定された場合には、前記リッチスパイクを開始する時点から前記空燃比上昇制御を実施することができる。
【００２１】
すなわち、前もってＳＣＲ触媒からのアンモニアの流出が予想される場合には、実際にＳＣＲ触媒からアンモニアが流れ出ることを起点としてリッチスパイクの途中で目標空燃比を切り換えるのではなく、リッチスパイクの最初から空燃比上昇制御を実施しておけば、リッチスパイク初期にＳＣＲ触媒からアンモニアが流出することを抑制できる。
【００２２】
また、前記アンモニア流出検出部は、前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の排気通路に設けられ、排気のＮＯｘ濃度及びアンモニア濃度を検出するＮＯｘセンサであり、前記制御装置は、前記リッチスパイクを実施中に、前記ＮＯｘセンサによりアンモニアが検出された場合に、前記空燃比上昇制御を実施することができる。
【００２３】
ＮＯｘセンサによりアンモニアが検出された場合には、ＳＣＲ触媒でアンモニアを吸着しきれなくなっていると考えられる。したがって、このときに空燃比上昇制御を実施することにより、ＳＣＲ触媒に供給されるアンモニアを減少させつつ、ＳＣＲ触媒におけるアンモニア消費量を増加させることができるため、ＳＣＲ触媒からのアンモニアの流出を抑制できる。
【００２４】
前記アンモニア流出検出部は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度未満の場合、且つ、前記選択還元型ＮＯｘ触媒のアンモニア吸着量が所定吸着量以上の場合に、前記リッチスパイクを実施すると前記選択還元型ＮＯｘ触媒からアンモニアが流出すると推定することができる。
【００２５】
ＮＳＲ触媒の温度が低い場合には、ＮＳＲ触媒の活性が低くなり、ＮＳＲ触媒において
単位時間当たりに放出されるＮＯｘ量が少なくなるため、リッチスパイクを実施する期間が長くなる。このため、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が所定吸着量以上の場合には、リッチスパイク時にＮＳＲ触媒において生成されたアンモニアがＳＣＲ触媒に吸着し切れなくなり、ＳＣＲ触媒からアンモニアが流出する可能性が高くなる。したがって、ＳＣＲ触媒からアンモニアが流出しない範囲の下限となるＮＳＲ触媒の温度を所定温度とし、ＮＳＲ触媒の温度が所定温度未満の場合にＳＣＲ触媒からアンモニアが流出するアンモニア吸着量を所定吸着量として設定しておけば、これらの値に基づいて、ＳＣＲ触媒からアンモニアが流出するか否か推定することができる。この場合、リッチスパイクの実施中はもちろん、リッチスパイクを開始する前から推定が可能である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量を減少させるリッチスパイクを実施しているときにＳＣＲ触媒から流れ出るアンモニアの量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。
【図２】リッチスパイクを実施したときの、空燃比、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量、三元触媒及びＮＳＲ触媒によるアンモニア生成量、ＳＣＲ触媒からのアンモニア流出量の推移を示したタイムチャートである。
【図３】実施例１に係るＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するためのリッチスパイク制御のフローを示したフローチャートである。
【図４】実施例２に係るＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するためのリッチスパイク制御のフローを示したフローチャートである。
【図５】実施例３に係るＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するためのリッチスパイク制御のフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この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。
【００２９】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図であ
る。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有するガソリン機関であるが、ディーゼル機関であってもよい。内燃機関１は、たとえば車両に搭載される。
【００３０】
内燃機関１には、排気通路２が接続されている。この排気通路２の途中には、上流側から順に、三元触媒３、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒４（以下、ＮＳＲ触媒４という。）、選択還元型ＮＯｘ触媒５（以下、ＳＣＲ触媒５という。）が備えられている。
【００３１】
三元触媒３は、触媒雰囲気が理論空燃比のときにＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを浄化する。また、三元触媒３は、酸素ストレージ能を有している。すなわち、三元触媒３に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに過剰分の酸素を貯蔵し、三元触媒３に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに不足分の酸素を放出することにより、触媒雰囲気が理論空燃比に維持される。このような酸素ストレージ能の作用により、三元触媒３に流入する排気の空燃比が理論空燃比以外であっても、三元触媒３がＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを浄化することができる。
【００３２】
ＮＳＲ触媒４は、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還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する。ＮＳＲ触媒４に供給する還元剤には、内燃機関１から排出される未燃燃料であるＨＣまたはＣＯを利用することができる。そして、ＮＳＲ触媒４も、酸素ストレージ能を有している。
【００３３】
ここで、三元触媒３において、排気中のＮＯｘがＨＣまたはＨ２と反応してアンモニア（ＮＨ３）が生成されることがある。また、ＮＳＲ触媒４において、ＨＣやＣＯが存在する所定の還元雰囲気下で該ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘが排気中のＨＣまたはＨ２と反応してＮＨ３が生成されることがある。例えば、燃料の燃焼により発生するＣＯやＨ２Ｏから、水性ガスシフト反応または水蒸気改質反応によりＨ２が発生すれば、該Ｈ２が三元触媒３またはＮＳＲ触媒４においてＮＯと反応してＮＨ３が生成される。すなわち、所定量の還元剤が存在する還元雰囲気でアンモニアの生成が行われる。この所定量は、ＮＳＲ触媒においてアンモニアが生成される還元剤量であり、ある程度の幅を有する。
【００３４】
ＳＣＲ触媒５は、還元剤を吸着しておき、この還元剤によりＮＯｘを選択還元する。ＳＣＲ触媒５へ供給する還元剤には、三元触媒３またはＮＳＲ触媒４にて生成されるアンモニアを利用することができる。
【００３５】
また、三元触媒３よりも上流の排気通路２には、排気の空燃比を検出する第一空燃比センサ１１が取り付けられている。さらに、三元触媒３よりも下流で且つＮＳＲ触媒４よりも上流の排気通路２には、排気の空燃比を検出する第二空燃比センサ１２、排気中のＮＯｘ濃度を検出する第一ＮＯｘセンサ２１、排気の温度を検出する第一温度センサ３１が取り付けられている。第一空燃比センサ１１により内燃機関１の空燃比、または、三元触媒３へ流入する排気の空燃比を検出することができる。一方、第二空燃比センサ１２により、三元触媒３から流出する排気の空燃比、または、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比を検出することができる。さらに、第一ＮＯｘセンサ２１により、三元触媒３から流出する排気中のＮＯｘ濃度、または、ＮＳＲ触媒４に流入する排気中のＮＯｘ濃度を検出することができる。また、第一温度センサ３１により、三元触媒３の温度を検出することができる。
【００３６】
ＮＳＲ触媒４よりも下流で且つＳＣＲ触媒５よりも上流の排気通路２には、排気の空燃比を検出する第三空燃比センサ１３、排気中のＮＯｘ濃度を検出する第二ＮＯｘセンサ２２、排気の温度を検出する第二温度センサ３２が取り付けられている。第三空燃比センサ１３により、ＮＳＲ触媒４から流出する排気の空燃比、または、ＳＣＲ触媒５へ流入する
排気の空燃比を検出することができる。一方、第二ＮＯｘセンサ２２により、ＮＳＲ触媒４から流出する排気中のＮＯｘ濃度、または、ＳＣＲ触媒５へ流入する排気中のＮＯｘ濃度を検出することができる。さらに、第二温度センサ３２により、ＮＳＲ触媒４の温度を検出することができる。また、ＳＣＲ触媒５よりも下流の排気通路２には、排気の空燃比を検出する第四空燃比センサ１４、排気中のＮＯｘ濃度を検出する第三ＮＯｘセンサ２３、排気の温度を検出する第三温度センサ３３が取り付けられている。第四空燃比センサ１４により、ＳＣＲ触媒５から流出する排気の空燃比を検出することができる。また、第三ＮＯｘセンサ２３により、ＳＣＲ触媒５から流出する排気中のＮＯｘ濃度を検出することができる。さらに、第三温度センサ３３によりＳＣＲ触媒５の温度を検出することができる。
【００３７】
なお、上記センサは全て取り付ける必要はなく、適宜選択して取り付けることができる。また、第二空燃比センサ１２と第一ＮＯｘセンサ２１とは、一体化されたセンサであってもよい。さらに、第三空燃比センサ１３及び第二ＮＯｘセンサ２２も、一体化されたセンサであってもよい。また、第四空燃比センサ１４及び第三ＮＯｘセンサ２３も、一体化されたセンサであってもよい。また、各触媒の温度は、後述するＥＣＵ１０により推定することもできる。
【００３８】
内燃機関１には、該内燃機関１へ燃料を供給する噴射弁６が各気筒に設けられている。噴射弁６は、内燃機関１の気筒内に直接燃料を噴射するものであってもよく、吸気通路７または吸気ポート（図示省略）に燃料を噴射するものであってもよい。さらに、内燃機関１には、吸気通路７が接続されている。吸気通路７の途中には、内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットル８が設けられている。スロットル８よりも上流の吸気通路７には、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１５が取り付けられている。
【００３９】
以上述べたように構成された内燃機関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であるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。
【００４０】
また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１６を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１７、および機関回転速度を検知するクランクポジションセンサ１８が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁６及びスロットル８が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。
【００４１】
例えばＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１７により検出されるアクセル開度とクランクポジションセンサ１８により検出される機関回転速度とから要求吸入空気量を決定する。そして、エアフローメータ１５により検出される吸入空気量が要求吸入空気量となるように、スロットル８の開度が制御される。このときに変化する吸入空気量に応じた燃料量を供給するように噴射弁６を制御する。このときに設定される空燃比は、内燃機関１の運転状態に応じて設定される空燃比である。そして、本実施例に係る内燃機関１は、リーン空燃比での運転が実施される。ただし、内燃機関１の冷間始動時や高負荷運転時などにおいては、理論空燃比での運転が実施される。リーン空燃比での運転時には、混合気の空燃比が例えば２４となるように、噴射弁６またはスロットル８が制御される。また、理論空燃比での運転時には、混合気の空燃比が例えば１４．７となるように、噴射弁６またはスロットル８が制御される。
【００４２】
また、ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘの還元処理を実施する。ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘの還元処理時には、噴射弁６から噴射する燃料の量ま
たはスロットル８の開度の少なくとも一方を調整することにより、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比まで低下させる所謂リッチスパイクを実施する。以下、特に断らない限りは、単に「リッチスパイク」といった場合には、ＮＳＲ触媒４からＮＯｘを除去することを目的とするリッチスパイクを指す。ここでいうＮＯｘの除去には、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘを還元すること、及び、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘをＮＳＲ触媒４から放出させて、このＮＯｘを還元しないままＮＳＲ触媒４から流出させることを含む。
【００４３】
ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘを還元するためのリッチスパイクは、例えば、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が、リッチスパイクが必要とされる上限吸蔵量となった場合に実施される。上限吸蔵量は、ＮＳＲ触媒４が最大限吸蔵可能なＮＯｘ量よりも少ない値であって、ＮＳＲ触媒４からＮＯｘを除去しなければ該リーン空燃比で運転中に排気中のＮＯｘを十分に吸蔵できず、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘが許容範囲外となる虞のあるＮＯｘ吸蔵量である。すなわち、上限吸蔵量は、リッチスパイクを開始するか否かの境にあるときのＮＯｘ吸蔵量とすることができる。リッチスパイクを実施していないときのＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量は、例えば、ＮＳＲ触媒４に流入するＮＯｘ量と、ＮＳＲ触媒４で還元されずに該ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量と、の差を積算することにより算出される。ＮＳＲ触媒４に流入するＮＯｘ量及びＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量は、第一ＮＯｘセンサ２１及び第二ＮＯｘセンサ２２の検出値とエアフローメータ１５により検出される吸入空気量とに基づいて夫々算出することができる。また、ＮＳＲ触媒４に流入するＮＯｘ量は、内燃機関１の運転状態に基づいて推定することもできる。また、リーン空燃比で運転しているときには、ＮＳＲ触媒４で還元されるＮＯｘ量が０とする。ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が上限吸蔵量に達するとリッチスパイクが開始され、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が減少する。リッチスパイクを実施する場合には、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が下限吸蔵量以下となるまで実施される。この下限吸蔵量は、ＮＳＲ触媒４において十分なＮＯｘ吸蔵容量を確保するために設定される閾値であり、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘの還元が完了したといえる値である。下限吸蔵量は略０としてもよい。リッチスパイク開始時のＮＯｘ吸蔵量から、リッチスパイク中に単位時間当たりに減少するＮＯｘ吸蔵量を減算していくことにより、リッチスパイク中のＮＯｘ吸蔵量を算出することができる。リッチスパイク中に単位時間当たりに減少するＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量は、ＮＳＲ触媒４の温度、排気流量、排気の空燃比と関連していることから、これらの関係を予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。この関係に基づいて、リッチスパイク中に減少するＮＯｘ吸蔵量を算出することができる。なお、排気流量は、エアフローメータ１５の検出値と相関関係にあるため、該エアフローメータ１５の検出値を用いて求められる。ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量は、上記方法に限らず、他の周知の方法により算出してもよい。このようにしてＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量を随時推定している。なお、本実施例においては、ＮＯｘを還元するためのリッチスパイクを実施するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。また、本実施例においては、ＥＣＵ１０がＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量を推定しているため、本発明における吸蔵量推定部はＥＣＵ１０が備えている。
【００４４】
また、リッチスパイクを実施することにより、三元触媒３またはＮＳＲ触媒４にてアンモニアが生成される場合がある。このアンモニアをＳＣＲ触媒５に吸着させることによりＳＣＲ触媒５においてＮＯｘを還元することが可能となる。なお、ＳＣＲ触媒５へアンモニア供給する場合の最適な空燃比は、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘを還元させる場合の最適な空燃比とは異なる。したがって、ＳＣＲ触媒５へアンモニアを供給するためのリッチスパイク（以下、アンモニア供給用リッチスパイクともいう。）時の空燃比と、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘを還元するためのリッチスパイク時の空燃比とは異なる。このアンモニア供給用リッチスパイクは、ＳＣＲ触媒５に吸着されているアンモニア量が下限吸着量まで減少したときに実施される。下限吸着量は、ＳＣＲ触媒５における
ＮＯｘ浄化率が許容される範囲となるように設定される。なお、アンモニア供給用リッチスパイクは、所定の間隔で実施してもよい。そしてアンモニア供給用リッチスパイクは、ＳＣＲ触媒５が吸着しているアンモニア量が、目標となるアンモニア量（以下、目標アンモニア量ともいう。）になるまで実施される。この目標アンモニア量は、ＳＣＲ触媒５におけるＮＯｘ浄化率が許容される範囲で、且つ、内燃機関１の排気温度の想定される範囲での変動によりＳＣＲ触媒５の温度が変動したとしてもＳＣＲ触媒５からのアンモニアの流出が許容される範囲で設定される。なお、アンモニア供給用リッチスパイクは、予め設定された時間だけ実施してもよく、ＳＣＲ触媒５からアンモニアが流出し始めるまで実施してもよい。ここで、第三ＮＯｘセンサ２３は、ＮＯｘと同様にしてアンモニアも検出してしまう。この特性を利用すれば、ＳＣＲ触媒５からアンモニアが流出したことを検出できる。なお、ＳＣＲ触媒５からアンモニアが流出することをアンモニアスリップともいう。
【００４５】
ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量を随時推定している。本実施例では、ＳＣＲ触媒５におけるアンモニア吸着量の単位時間当たりの変化量を積算することにより、ＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量を推定する。ＳＣＲ触媒５におけるアンモニア吸着量の単位時間当たりの変化量は、アンモニア吸着量の単位時間当たりの増加量から単位時間当たりの減少量を減算することにより求めることができる。ＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量の単位時間当たりの増加量は、ＳＣＲ触媒５に流入する単位時間当たりのアンモニア量であり、これは三元触媒３及びＮＳＲ触媒４において生成される単位時間当たりのアンモニア量とすることができる。三元触媒３のアンモニア生成量は、空燃比、三元触媒３の温度、排気流量と相関関係にあるため、これらの関係を予め実験またはシミュレーションで求めておく。ＮＳＲ触媒４のアンモニア生成量は、空燃比、ＮＳＲ触媒４の温度、排気流量、ＮＯｘ吸蔵量と相関関係にあるため、これらの関係を予め実験またはシミュレーションで求めておく。なお、本実施例においては、ＥＣＵ１０がＳＣＲ触媒５に流入するアンモニア量を推定しているため、本発明における流入アンモニア量推定部はＥＣＵ１０が備えている。
【００４６】
また、ＳＣＲ触媒５におけるアンモニア吸着量の単位時間当たりの減少量は、ＮＯｘの還元反応によってＳＣＲ触媒５で消費される単位時間当たりのアンモニア量、及び、ＳＣＲ触媒５から脱離する単位時間当たりのアンモニア量とすることができる。これらについては後述する。そして、ＳＣＲ触媒５におけるアンモニア吸着量の単位時間当たりの変化量を積算することにより、現時点におけるアンモニア吸着量を算出することができる。
【００４７】
ＳＣＲ触媒５で消費される単位時間当たりのアンモニア量は、ＳＣＲ触媒５におけるＮＯｘ浄化率と、内燃機関１の単位時間当たりの排気の流量と、ＳＣＲ触媒５に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度と、に関連しているため、これらの値に基づいて算出することができる。
【００４８】
ＳＣＲ触媒５におけるＮＯｘ浄化率は、ＳＣＲ触媒５の温度と、排気流量と、ＳＣＲ触媒５におけるアンモニア吸着量と、に関連しているため、こられの値に基づいて算出することができる。ＳＣＲ触媒５におけるアンモニア吸着量は、前回算出された値を用いる。すなわち、アンモニア吸着量は繰り返し算出されているため、前回算出されたアンモニア吸着量を、今回のＮＯｘ浄化率の算出に用いている。ＳＣＲ触媒５におけるＮＯｘ浄化率と、ＳＣＲ触媒５の温度と、排気流量と、ＳＣＲ触媒５におけるアンモニア吸着量と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておくことで、ＮＯｘ浄化率を算出することができる。これらの関係を予めマップ化しておいてもよい。
【００４９】
また、ＳＣＲ触媒５から脱離する単位時間当たりのアンモニア量は、ＳＣＲ触媒５の温度と、前回算出されたＳＣＲ触媒５におけるアンモニア吸着量と、関連しているため、こ
れらの値に基づいて算出することができる。ＳＣＲ触媒５の温度と、アンモニア吸着量と、脱離アンモニア量と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、ＳＣＲ触媒５の温度及びアンモニア吸着量に基づいて、脱離アンモニア量を求めることができる。これらの関係を予めマップ化しておいてもよい。
【００５０】
以上のようにして、ＳＣＲ触媒５におけるアンモニア吸着量の単位時間当たりの変化量を算出することができる。この値を積算することにより現時点におけるアンモニア吸着量を算出することができる。なお、ＥＣＵ１０の演算周期毎にアンモニア吸着量の変化量を算出し、この変化量を積算することで、現時点におけるアンモニア吸着量を算出することもできる。また、ＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量の算出には他の周知の技術を用いることもできる。
【００５１】
このように、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量及びＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量を常に把握し、適正値を維持することにより、システム全体としてのＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。しかし、内燃機関１の運転状態によっては、ＮＳＲ触媒４の温度が低くなって活性が下がるために、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量を減少させるためのリッチスパイクを実施する時間が長くなることがある。この場合、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が下限吸蔵量以下となる前に、ＮＯｘの還元と共に生成されるアンモニアをＳＣＲ触媒５が吸着し切れなくなり、該ＳＣＲ触媒５からアンモニアが流れ出る虞がある。そこで、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒５からのアンモニアの流出が推定または検出された場合には、推定または検出されない場合よりも、リッチスパイク時の目標空燃比をリッチ空燃比の範囲で高くする。ここで、ＳＣＲ触媒５からのアンモニアの流出が推定または検出されない場合には、通常のリッチスパイクが実施される。ここでいう通常のリッチスパイク時の空燃比とは、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘの還元に最も適した空燃比である。このように、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘの還元に適した空燃比で実施されるリッチスパイクを以下では「通常リッチスパイク」と称する。
【００５２】
リッチスパイク時の目標空燃比を高くした後の目標空燃比は、ＮＳＲ触媒４においてＮＯｘを還元するのに最も適した空燃比、及び、三元触媒３またはＮＳＲ触媒４においてアンモニアを生成するのに最も適した空燃比よりも高い空燃比である。この高くした後の目標空燃比は、高くする前の目標空燃比と比較して、ＮＳＲ触媒４において還元されるＮＯｘは減少するものの放出されるＮＯｘが増加する空燃比であって、アンモニアの生成量が減少する空燃比である。このように、リッチスパイク中にＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比を高くする制御を以下では「空燃比上昇制御」ともいう。
【００５３】
ここで、リーン空燃比のときよりも酸素が少なく、且つ通常リッチスパイク時よりも還元剤が少ない環境下では、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されていたＮＯｘが還元剤として機能することにより、該ＮＳＲ触媒４からＮＯｘがより多く放出される現象が見出された。この現象によれば、通常リッチスパイク時よりも目標空燃比を高くしてリッチスパイクを実施することで、より多くのＮＯｘを放出させることができる。空燃比上昇制御は、この現象を利用して、ＮＳＲ触媒４からのＮＯｘの放出を促進させている。すなわち、空燃比上昇制御を実施することにより、酸素および還元剤がより少ない環境下にＮＳＲ触媒４を置くことができるため、ＮＳＲ触媒４からのＮＯｘの放出を促進させることができる。一方、この空燃比上昇制御では、ＮＳＲ触媒４からＮＯｘが放出されるが、還元剤の不足により、ＮＯｘの一部が還元されないままＳＣＲ触媒５に到達する。空燃比上昇制御は、ＳＣＲ触媒５からのアンモニアの流出が推定または検出された場合に実施されるため、空燃比上昇制御が開始されるときにはＳＣＲ触媒５にアンモニアが吸着されている。このため、ＮＳＲ触媒４から放出されたＮＯｘはＳＣＲ触媒５において還元される。すなわち、ＮＳＲ触媒４においてＮＯｘが還元されず、ＮＳＲ触媒４からＮＯｘが流出したとしても、このＮＯｘはＳＣＲ触媒５で還元されるため、ＳＣＲ触媒５からＮＯｘが流れ出ることが抑制さ
れる。このため、システム全体としてのＮＯｘ浄化能力は保たれる。さらに、ＳＣＲ触媒５に吸着されていたアンモニアがＮＯｘの還元のために消費されるため、ＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量を減少させることができる。また、リッチ空燃比の範囲で空燃比を高くすることにより、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４におけるアンモニア生成量が減少する。したがって、ＳＣＲ触媒５に供給されるアンモニアの量も減少する。
【００５４】
このように、空燃比上昇制御上で通常リッチスパイク時よりも空燃比を高くしてリッチスパイクを実施することにより、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量を減少させつつ、ＳＣＲ触媒５に供給されるアンモニア量及びＳＣＲ触媒５に吸着されているアンモニア量を減少させることができるため、ＳＣＲ触媒５からアンモニアが流出することを抑制できる。
【００５５】
図２は、上から順に、リッチスパイクを実施したときの、空燃比、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４によるアンモニア生成量、ＳＣＲ触媒５からのアンモニア流出量の推移を示したタイムチャートである。図２における空燃比は、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の目標空燃比である。実線はＮＳＲ触媒４の活性が低く且つ本実施例に係る空燃比上昇制御を実施した場合を示し、破線はＮＳＲ触媒４の活性が高く通常リッチスパイクを実施した場合を示し、一点鎖線はＮＳＲ触媒４の活性が低く且つ通常リッチスパイクを実施した場合を示している。
【００５６】
Ｔ１で示した時点においてＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が上限吸蔵量に達してリッチスパイクが開始されている。このときの目標空燃比は、何れも通常リッチスパイク時の空燃比である。ここで、同じ空燃比でリッチスパイクを実施したとしても、ＮＳＲ触媒４の活性が高い場合（破線）は活性が低い場合（実線、一点鎖線）よりも、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量がより早く低下する。また、リッチスパイクが開始されると、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４においてアンモニアが生成される。ＮＳＲ触媒４の活性が高い場合（破線）には、Ｔ２で示した時点においてＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘの還元が完了し、目標空燃比がリーン空燃比に戻される。
【００５７】
一方、ＮＳＲ触媒４の活性が低い場合（実線、一点鎖線）には、Ｔ２においてもＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘの還元が完了しないため、リッチスパイクが継続する。このリッチスパイクの継続により三元触媒３及びＮＳＲ触媒４においてアンモニアの生成も継続する。そして、Ｔ３で示した時点においてＳＣＲ触媒５におけるアンモニア吸着量が上限に達して、ＳＣＲ触媒５の下流へのアンモニア流出量が増加する。本実施例に係る空燃比上昇制御では、Ｔ３で示した時点から目標空燃比をリッチ空燃比の範囲で高くしている。すなわち、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比を、ＮＳＲ触媒４においてＮＯｘの還元に適した空燃比から、ＮＳＲ触媒４からＮＯｘを放出させて該ＮＯｘが還元されないまま該ＮＳＲ触媒４から流出させるのに適した空燃比となるように、目標空燃比を理論空燃比に近づけている。このときの目標空燃比は、Ｔ１からＴ３の期間の目標空燃比よりも、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量が多く、且つ、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４で生成されるアンモニア量が少なくなる空燃比である。このように、アンモニアの生成量を減少させることで、ＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量が増加することを抑制し、且つ、ＮＳＲ触媒４からＮＯｘを流出させることによりＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量を減少させることで、ＳＣＲ触媒５からのアンモニアの流出を抑制している。さらに、目標空燃比を高くしてリッチスパイクを継続することにより、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量を減少させている。
【００５８】
本実施例において空燃比上昇制御を開始するタイミングは、第三ＮＯｘセンサ２３によりアンモニアが検出された時点としてもよく、推定されるアンモニア吸着量が上限吸着量に達した時点としてもよい。上限吸着量は、目標アンモニア量よりも大きな値であって、ＳＣＲ触媒５から流れ出るアンモニア量が許容範囲を超えるか否かの境となるアンモニア
吸着量である。
【００５９】
図３は、本実施例に係るＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘを還元するためのリッチスパイク制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。
【００６０】
ステップＳ１０１では、リッチスパイクを実施するための条件が成立しているか否か判定される。本ステップＳ１０１では、内燃機関１の運転条件（例えば機関回転速度及び機関負荷）がリッチスパイクを実施するのに適した条件に当てはまるか否か判定される。リッチスパイクを実施するのに適した条件は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６では、リッチスパイクが実施されている場合には、リッチスパイクを終了させ、リッチスパイクが実施されていない場合にはリッチスパイクを実施することなく本フローチャートを終了する。
【００６１】
一方、ステップＳ１０２では、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が読み込まれる。ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量は、ＮＳＲ触媒４に流入するＮＯｘ量、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量、ＮＳＲ触媒４で還元されるＮＯｘ量に基づいて、ＥＣＵ１０が随時算出しており、本ステップではこのＥＣＵ１０が算出している値が読み込まれる。
【００６２】
ステップＳ１０３では、リッチスパイクが実施されているか否か判定される。このリッチスパイクは、後述するステップＳ１１０で開始若しくは継続されるリッチスパイク、または、ステップＳ１１１で開始若しくは継続される通常リッチスパイクの何れかである。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進む。
【００６３】
ステップＳ１０４では、リッチスパイク中のＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が下限吸蔵量以下であるか否か判定される。この下限吸蔵量は、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘを除去するためのリッチスパイクを終了させてもよいＮＯｘ吸蔵量である。すなわち、本ステップＳ１０４では、後述するステップＳ１１０で開始若しくは継続されるリッチスパイク、または、ステップＳ１１１で開始若しくは継続される通常リッチスパイクを終了させてもよいか否か判定している。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進んでリッチスパイクが終了される。一方、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。
【００６４】
次に、ステップＳ１０７では、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が上限吸蔵量以上であるか否か判定される。本ステップＳ１０７では、リッチスパイクを開始する必要があるか否か判定している。上限吸蔵量は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。
【００６５】
ステップＳ１０８では、ＳＣＲ触媒５でアンモニアスリップが発生しているか否か判定される。ＳＣＲ触媒５よりも下流においてアンモニアが検出された場合に、アンモニアスリップが発生していると判定することができる。ここで、第三ＮＯｘセンサ２３は、ＮＯｘの他にアンモニアも同様に検出する。リッチスパイクを実施しているときには、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘは少なく、さらにＳＣＲ触媒５によりＮＯｘが還元されるため、ＳＣＲ触媒５から流れ出るＮＯｘはほとんどない。このため、リッチスパイク中の第三ＮＯｘセンサ２３の検出値は、アンモニア濃度に対応している。したがって、第三ＮＯｘセンサ２３の検出値に基づいて、アンモニアスリップが発生しているか否か判定すること
ができる。なお、本実施例においては、ＥＣＵ１０がステップＳ１０８を処理することによりＳＣＲ触媒５でアンモニアスリップが発生しているか否か判定しているため、本発明におけるアンモニア流出検出部はＥＣＵ１０が備えている。
【００６６】
なお、本ステップＳ１０８では、実際にアンモニアスリップが発生しているか否か判定することに代えて、仮にリッチスパイクを実施した場合にアンモニアスリップが発生する虞があるか否か判定してもよい。ＥＣＵ１０は、上述のようにＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量を随時算出しており、仮にリッチスパイクを実施した場合のＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量も算出することができる。そして、このアンモニア吸着量が上限吸着量よりも多くなった場合にアンモニアスリップが発生すると判定することができる。上限吸着量は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。なお、上限吸着量は、ＳＣＲ触媒５から流れ出るアンモニア量が許容範囲を超えるか否かの境となるアンモニア吸着量よりも小さい値として、ある程度の余裕を持たせてもよい。ステップＳ１０８において、アンモニアスリップが発生する虞があると判定された場合には、リッチスパイクを開始する時点から空燃比上昇制御を実施することができる。
【００６７】
また、ステップＳ１０８においては、上記のアンモニア吸着量に基づいた判定に代えて、アンモニア脱離量に基づいた判定を行うこともできる。ここで、ＳＣＲ触媒５の実際のアンモニア吸着量が上限吸着量以下であっても、ＳＣＲ触媒５に単位時間当たりに流入するアンモニア量が多い場合には、ＳＣＲ触媒５がアンモニアを吸着しきれなくなり、アンモニアスリップが発生することがある。この場合のアンモニアスリップも推定が可能である。上述のように、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲ触媒５の温度と、前回算出されたＳＣＲ触媒５におけるアンモニア吸着量と、に基づいて、ＳＣＲ触媒５のアンモニア脱離量を随時算出しているため、このアンモニア脱離量が脱離量閾値よりも多くなった場合に、アンモニアスリップが発生していると判定することができる。脱離量閾値は、ＳＣＲ触媒５から流れ出るアンモニア量が許容範囲を超えるか否かの境となるアンモニア脱離量であり、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。
【００６８】
さらに、ステップＳ１０８においては、第三ＮＯｘセンサ２３の検出値に基づいて、アンモニアスリップが発生しているか否か判定することに代えて、ＮＳＲ触媒４の温度または排気流量の少なくとも一方、及び、ＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量に基づいて、アンモニアスリップが発生しているか否か判定してもよい。ここで、ＮＳＲ触媒４の温度が低い場合、または、排気流量が少ない場合には、ＮＳＲ触媒４の活性が低くなり該ＮＳＲ触媒４からＮＯｘが放出され難くなるため、ＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量が所定吸着量以上の場合にはＳＣＲ触媒５からアンモニアが流れ出る可能性が高くなる。したがって、ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒４の温度が所定温度未満の場合及び排気流量が所定流量未満の場合の少なくとも一方の場合、且つ、ＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量が所定吸着量以上の場合に、アンモニアスリップが発生すると推定してもよい。所定温度、所定流量、所定吸着量は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。
【００６９】
また、上記判定を適宜組み合わせて、アンモニアスリップが発生しているか否か判定してもよい。ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１１へ進む。
【００７０】
ステップＳ１０９では、目標空燃比が算出される。この場合の目標空燃比は、空燃比上昇制御時の目標空燃比であり、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４においてアンモニアの生成を抑制し、且つ、ＮＳＲ触媒４からＮＯｘを流出させるのに適した空燃比である。本ステップＳ１０９において算出される目標空燃比は後述のステップＳ１１１で開始または継続される通常リッチスパイク時の目標空燃比よりもリッチ空燃比の範囲で高い空燃比である。すなわち、目標空燃比をリッチ空燃比の範囲で理論空燃比に近づけることにより、ＮＳＲ
触媒４からのＮＯｘの放出が促進されるが、このときにＮＳＲ触媒４において還元剤が不足するため、ＮＳＲ触媒４から放出されたＮＯｘが還元されないままＮＳＲ触媒４から流れ出る。このＮＯｘにより、ＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量を減少させることができる。また、三元触媒３およびＮＳＲ触媒４におけるアンモニア生成量は理論空燃比に近づけることにより減少する。したがって、ＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量を効果的に減少させることができる。なお、本ステップＳ１０９では、目標空燃比を予め記憶されている一定の値に設定してもよいが、これに代えて、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量またはＳＣＲ触媒５に流入するアンモニア量（ＮＳＲ触媒４から流出するアンモニア量としてもよい。）に基づいて目標空燃比を決定してもよい。ここで、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が多いほど、アンモニアの生成量が多くなりＳＣＲ触媒５からアンモニアが流出する可能性が高くなる。このため、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が多いほど、アンモニアの生成量を減少させることが望ましく、さらに、還元されずにＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量を増加させることが望ましい。これに対し、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が多いほど、目標空燃比をリッチ空燃比の範囲でより高くすることで、アンモニアの生成量を減少させることができ、且つ、還元されずにＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量を増加させることができる。また、ＳＣＲ触媒５からアンモニアが流出することを抑制するためには、ＳＣＲ触媒５に流入するアンモニア量（ＮＳＲ触媒４から流出するアンモニア量としてもよい。）を減少させることが望ましい。すなわち、ＳＣＲ触媒５に流入するアンモニア量が多いほど、目標空燃比をリッチ空燃比の範囲でより高くしてもよい。例えば、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量及びＳＣＲ触媒５に流入するアンモニア量の少なくとも一方をパラメータとして目標空燃比を求めるマップを予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶しておいてもよい。ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量及びＳＣＲ触媒５に流入するアンモニア量は、ＥＣＵ１０により推定される。
【００７１】
そして、ステップＳ１１０では、目標空燃比をステップＳ１０９で算出された値に設定してリッチスパイクが開始または継続される。すなわち、空燃比上昇制御が開始または継続される。ＥＣＵ１０は、燃料噴射量または吸入空気量等を変更して内燃機関１の空燃比を変更することで、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比を変更する。なお、通常リッチスパイクを実施している途中で目標空燃比を変更することはもちろん、通常リッチスパイクを実施する前にアンモニアスリップが推定される場合にはリッチスパイク開始時から通常リッチスパイクよりも高い目標空燃比でリッチスパイクを開始してもよい。
【００７２】
一方、ステップＳ１１１では、通常リッチスパイクが開始または継続される。通常リッチスパイクは、上記したようにＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘの還元に適した目標空燃比で実施されるリッチスパイクである。通常リッチスパイクを実施することにより、ＮＳＲ触媒４からＮＯｘが放出され、この放出されたＮＯｘが還元剤により還元される。すなわち、通常リッチスパイクでは、ＮＳＲ触媒４から放出されるＮＯｘをＮＳＲ触媒４で還元するための還元剤が内燃機関１から供給される空燃比として目標空燃比が設定される。また、この通常リッチスパイクを実施している場合には、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４においてアンモニアが生成され、該アンモニアがＳＣＲ触媒５に供給される場合もある。空燃比上昇制御が開始された後にアンモニアスリップが解消された場合には、ステップＳ１０８で否定判定がなされて通常リッチスパイクが開始されるが、これに代えて、空燃比上昇制御が開始された後は、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が下限吸蔵量以下になるまで空燃比上昇制御を継続してもよい。また、ステップＳ１０８においては、すでに空燃比上昇制御を実施中の場合には、ＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量が上限吸着量よりもある程度減少した後にアンモニアスリップが解消されたと判定してもよい。これにより、空燃比上昇制御の開始及び終了が頻繁に繰り返されることを抑制できる。
【００７３】
なお、本実施例においては、三元触媒３を備えているが、これに代えて、三元触媒３を備えていない構成であってもよい。この場合、上記説明に対して、三元触媒３でのアンモ
ニア生成がないものと考えればよい。したがって、ＳＣＲ触媒５には、ＮＳＲ触媒４のみで生成されたアンモニアが供給される。このようにして、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量及びＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量を算出しておけば、上記説明と同様にリッチスパイク及び空燃比上昇制御を実施することができる。
【００７４】
以上説明したように本実施例では、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘを除去するためにリッチスパイクを実施しているときに、ＳＣＲ触媒５においてアンモニアスリップが発生する場合には、リッチスパイク中の目標空燃比をリッチ空燃比の範囲で高くしている。これにより、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４におけるアンモニア生成量を低減することができるため、ＳＣＲ触媒５におけるアンモニアスリップを低減することができる。さらに、ＮＳＲ触媒４からＮＯｘを流出させることにより、ＳＣＲ触媒５においてアンモニアとＮＯｘとを反応させて、ＳＣＲ触媒５のアンモニア吸着量を減少させることができるため、これによってもＳＣＲ触媒５におけるアンモニアスリップを低減することができる。また、ＮＳＲ触媒４からはＮＯｘが放出されるため、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量を減少させることができるので、空燃比上昇制御後にＮＳＲ触媒４においてＮＯｘの吸蔵が可能となる。
【００７５】
＜実施例２＞
本実施例では、空燃比上昇制御を実施しているときに、内燃機関１から酸素および未燃燃料を排出させることによりＮＳＲ触媒４の温度を上昇させ、ＮＳＲ触媒４からのＮＯｘの放出を促進させる。なお、このＮＳＲ触媒４の温度を上昇させる制御を以下では「昇温制御」ともいう。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。
【００７６】
ここで、内燃機関１のアイドル運転が長く続くなどによりＮＳＲ触媒４の温度が低くなると、ＮＳＲ触媒４の活性が低下するため、実施例１で説明した空燃比上昇制御を実施しても、ＮＳＲ触媒４からのＮＯｘの放出が困難となり得る。このような場合に本実施例では昇温制御を実施する。ここで、三元触媒３に酸素および未燃燃料を供給することにより、該三元触媒３において未燃燃料が酸化され、このときに熱が発生する。この熱により三元触媒３及びＮＳＲ触媒４の温度が上昇する。すなわち、内燃機関１のアイドル運転が長く続くなどによりＮＳＲ触媒４の温度が低くなったとしても、ＮＳＲ触媒４の温度を高めることができる。そして、ＮＳＲ触媒４の温度が高くなることにより該ＮＳＲ触媒４の活性が高くなるため、ＮＳＲ触媒４からのＮＯｘの放出を促進させることができる。また、三元触媒３においてリッチ空燃比の排気とリーン空燃比との排気とが混ざることにより、三元触媒３から流れ出る排気の空燃比が実施例１で説明した空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となるように昇温制御を実施することで、ＮＳＲ触媒４からのＮＯｘの放出を促進させることができる。すなわち、本実施例では、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比が実施例１で説明した空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となる範囲で、内燃機関１の全気筒または各気筒の空燃比を変化させている。
【００７７】
昇温制御のために内燃機関１から酸素および未燃燃料を多く排出させるためには、幾つかの方法が考えられる。たとえば、内燃機関１の全気筒においてリッチ空燃比で少なくとも１サイクル運転し、その後、全気筒においてリーン空燃比で少なくとも１サイクル運転することを交互に繰り返す。そうすると、リッチ空燃比のときに未燃燃料が多く排出され、リーン空燃比のときに酸素が多く排出される。これにより、三元触媒３には、未燃燃料を多く含んだ排気と酸素を多く含んだ排気とが交互に流入する。この未燃燃料と酸素とが三元触媒３において反応することで反応熱が発生する。このときには、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比が、実施例１において算出した空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となるように、内燃機関１の全気筒の空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に変化させる。この場合、リッチ空燃比で運転した期間の空燃比とリーン空燃で運転した期間の空燃比との平均値が、実施例１において算出した空燃比上昇制御時の目標空燃比
と同じ空燃比となるように全気筒の空燃比を変化させる。そうすると、三元触媒３によってリッチ空燃比の排気とリッチ空燃比の排気とが混ざり合い、内燃機関１の排気がＮＳＲ触媒４に流入するころには、排気の空燃比が、実施例１において設定される空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となる。さらに、排気がＮＳＲ触媒４に流入するころに、排気の空燃比が、実施例１において設定される空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となるように、三元触媒３の容量が予め設定されていてもよい。
【００７８】
また、内燃機関１が複数の気筒を備えている場合には、各気筒で空燃比を変えることによっても内燃機関１から酸素および未燃燃料を排出させることができる。すなわち、リーン空燃比に設定される気筒からは酸素が多く放出され、リッチ空燃比に設定される気筒からは未燃燃料が多く放出される。したがって、三元触媒３に酸素と未燃燃料とが供給されることにより、反応熱が発生する。このときには、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比が、実施例１において算出した空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となるように、各気筒の空燃比を設定する。この場合、全気筒の吸入空気量と燃料噴射量との比、すなわち、全気筒の空燃比の平均値が、実施例１において算出した空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となるように、各気筒の空燃比を設定することになる。そうすると、内燃機関１の排気がＮＳＲ触媒４に流入するころには、排気の空燃比が、実施例１において設定される空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となる。さらに、排気がＮＳＲ触媒４に流入するころに、排気の空燃比が、実施例１において設定される空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となるように、三元触媒３の容量が予め設定されていてもよい。
【００７９】
上記のように内燃機関１の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比とで変動させる場合には、リーン空燃比とリッチ空燃比との差が大きいほど、三元触媒３に供給される酸素量および未燃燃料量が多くなるため、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４の温度がより高くなる。同様に、気筒毎に空燃比を変える場合には、リーン空燃比の気筒とリッチ空燃比の気筒との空燃比の差が大きいほど、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４の温度がより高くなり、ＮＳＲ触媒４からのＮＯｘの放出が促進される。したがって、ＮＳＲ触媒４からのＮＯｘの放出量に応じて、空燃比を調整してもよい。例えば、ＮＳＲ触媒４からの単位時間当たりのＮＯｘの放出量が少ない場合は多い場合よりも、リーン空燃比とリッチ空燃比との差が大きくなるようにしてもよい。
【００８０】
ところで、昇温制御を実施することにより三元触媒３及びＮＳＲ触媒４の温度が上昇すると、ＳＣＲ触媒５の温度も上昇する。ＳＣＲ触媒５の温度が高くなると、ＳＣＲ触媒５からアンモニアが脱離しやすくなる。すなわち、アンモニアスリップが発生する虞がある。そこで本実施例では、ＳＣＲ触媒５におけるアンモニアスリップを考慮してＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比（目標空燃比）を変化させてもよい。具体的には、ＳＣＲ触媒５の温度が高くなるほど、リッチ空燃比の範囲で目標空燃比をより高くしてもよい。リッチ空燃比の範囲で目標空燃比を高くすることにより、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４でのアンモニアの生成量が減少するため、ＳＣＲ触媒４に供給されるアンモニア量が減少する。これにより、アンモニアスリップを抑制することができる。さらに、リッチ空燃比の範囲で目標空燃比を高くすることにより、ＮＳＲ触媒４からより多くのＮＯｘが流出するため、ＳＣＲ触媒５により多くのＮＯｘを供給することができる。そのため、ＳＣＲ触媒５から脱離しようとするアンモニアをＳＣＲ触媒５から脱離する前にＮＯｘによって速やかに消費することができるので、これによってもアンモニアスリップを抑制できる。
【００８１】
図４は、本実施例に係るＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘを還元するためのリッチスパイク制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。図３に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。また、図３に示したフローチャートと
同じ処理が行われるステップについては、図示を一部省略する。
【００８２】
図４に示したフローチャートでは、ステップＳ１１０の処理が終了するとステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１では、空燃比上昇制御が実施されているときのＮＳＲ触媒４からの単位時間当たりのＮＯｘ放出量が所定放出量以上であるか否か判定される。本ステップＳ２０１では、単位時間当たりのＮＯｘ放出量が十分に多いか否か判定される。単位時間当たりのＮＯｘ放出量は、ＮＳＲ触媒４の温度、ＮＯｘ吸蔵量、排気流量、空燃比などと関連性があるため、これらの値に基づいてＥＣＵ１０により推定される。これらの関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。なお、本実施例においては、ＥＣＵ１０がＮＳＲ触媒４からの単位時間当たりのＮＯｘ放出量を推定しているため、本発明における放出量検出部はＥＣＵ１０が備えている。ステップＳ２０１で否定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進む。
【００８３】
ステップＳ２０２では、昇温制御が開始される。すなわち、内燃機関１の全気筒の空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に変化させる。本ステップでは、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比（所定期間における内燃機関１の平均空燃比としてもよい。）がステップＳ１０９で算出される目標空燃比と同じ空燃比となるように内燃機関１の空燃比を変動させる。この場合の所定期間は、例えば、リッチ空燃比開始から次のリーン空燃比終了までの期間、または、リーン空燃比開始から次のリッチ空燃比終了までの期間とすることができる。なお、全気筒の空燃比を同じ空燃比に設定することに代えて、リッチ空燃比の気筒とリーン空燃比の気筒が存在するように各気筒の空燃比を変化させてもよい。このときには、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比（所定期間における全気筒の平均空燃比としてもよい。）がステップＳ１０９で算出される目標空燃比と同じ空燃比となるように各気筒の空燃比を設定する。この場合の所定期間は、全気筒で１サイクル経過するまでの期間としてもよいが、２サイクル以上の任意のサイクルだけ経過するまでの期間としてもよい。なお、各気筒で空燃比を変える場合には、理論空燃比で運転される気筒があってもよく、燃料を噴射しない気筒があってもよい。夫々の気筒の空燃比は、固定値であってもよく、条件に応じて変化させてもよい。本ステップＳ２０２により昇温制御が開始されたとしても、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比はリッチ空燃比であるため、リッチスパイクが継続しているといえる。ステップＳ２０２の処理が終了すると、本フローチャートを一旦終了させる。
【００８４】
なお、昇温制御においては、上記のように、ＳＣＲ触媒５の温度が高くなるほど、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比（すなわち、目標空燃比）をリッチ空燃比の範囲で高くしてもよい。これにより、ＳＣＲ触媒５からのアンモニアスリップを抑制することができる。ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比を高くするためには、昇温制御において内燃機関１の各気筒の空燃比を高くすればよい。ＳＣＲ触媒５の温度と目標空燃比との関係は予め実験またはシミュレーション等により求めておいてもよい。
【００８５】
一方、ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進む。ステップＳ２０３では昇温制御が実施中であるか否か判定される。ステップＳ２０１においてＮＳＲ触媒４からのＮＯｘ放出量が十分に多くなっていると判定されているため、このときには昇温制御は必要ない。したがって、昇温制御が実施されている場合には、昇温制御を終了させる。このため、ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進んで昇温制御を終了している。なお、ＮＳＲ触媒４からの単位時間当たりのＮＯｘ放出量が所定放出量以上になった後に直ぐに昇温制御を終了させると、昇温制御の開始及び終了が頻繁に繰り返される虞がある。このため、ＮＳＲ触媒４からの単位時間当たりのＮＯｘ放出量が、所定放出量よりもある程度大きくなった後に昇温制御を終了させてもよい。一方、ステップＳ２０３で否定判定がなされた場合には、本フローチャートを一旦終了させる。
【００８６】
また、図４に示したフローチャートでは、ステップＳ１０８で否定判定がなされるとステップＳ２０５へ進む。ステップＳ２０５では、昇温制御が実施中であるか否か判定される。ここで、アンモニアスリップが発生しなければ、昇温制御の必要はない。このため、ステップＳ２０５で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０６へ進んで昇温制御が終了される。一方、ステップＳ２０６で否定判定がなされた場合にはステップＳ１１１へ進む。
【００８７】
以上説明したように本実施例によれば、ＮＳＲ触媒４の温度を高めることにより、ＮＳＲ触媒４からのＮＯｘの放出を促進させることができる。これにより、ＳＣＲ触媒５に吸着されているアンモニアを減少させることができるため、ＳＣＲ触媒５からアンモニアが流れ出ることを抑制できる。
【００８８】
＜実施例３＞
次に、昇温制御を実施してもＮＳＲ触媒４の温度が十分に上昇しない場合に、昇温制御においてリーン空燃比とリッチ空燃比との差を拡大する場合について説明する。図５は、本実施例に係るＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘを還元するためのリッチスパイク制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。図３または図４に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。また、図３または図４に示したフローチャートと同じ処理が行われるステップについては、図示を一部省略する。
【００８９】
図５に示したフローチャートでは、ステップＳ２０１で否定判定がなされるとステップＳ３０１へ進む。ステップＳ３０１では、昇温制御が実施中であるか否か判定される。昇温制御が実施中であるにもかかわらず、単位時間当たりのＮＯｘ放出量が所定放出量未満である場合には、昇温制御によるＮＳＲ触媒４の昇温効果が低いと考えられる。このような場合には、昇温制御の効果を高めるために昇温制御時の空燃比の差を拡大させる。すなわち、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４への未燃燃料及び酸素の供給量を増加させる。このため、ステップＳ３０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０２へ進む。
【００９０】
ステップＳ３０２では、昇温制御中の空燃比の最大値と最小値との差が調整される。例えば、内燃機関１の全気筒の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比とで交互に変化させる場合には、空燃比の最大値をより高くし、空燃比の最小値をより低くする。さらに、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比（所定期間における内燃機関１の空燃比の平均値としてもよい。）がステップＳ１０９で算出される目標空燃比と同じ空燃比となるようにする。一方、内燃機関１の各気筒で空燃比を変化させる場合には、空燃比の高い気筒において空燃比をより高くし、空燃比の低い気筒において空燃比をより低くする。この場合にも、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比（所定期間における全気筒の空燃比の平均値としてもよい。）がステップＳ１０９で算出される目標空燃比と同じ空燃比となるようにする。これにより、実施例１と同様の効果を得ることができ、且つ、ＮＳＲ触媒４の昇温を促進させることができる。なお、空燃比の最大値と最小値とには限度を設けておくことにより、燃焼状態が悪化したり、燃費が悪化したりすることを抑制できる。例えば、ＮＳＲ触媒４の温度が高くなることによりＮＳＲ触媒４からのＮＯｘの放出が促進されるものの、内燃機関１においてＮＯｘの発生量が増加し得る。そして、内燃機関１から流れ出たＮＯｘが三元触媒３において処理しきれずに三元触媒３からＮＯｘが流れ出ると、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量の減少が緩慢となる。このため、三元触媒３から流れ出るＮＯｘが許容範囲内となるように昇温制御における空燃比の最大値と最小値とを調整してもよい。空燃比を変更する場合には、所定の値だけ変更してもよく、ＮＳＲ触媒４からの単位時間当たりのＮＯｘ放出量に応じて変更してもよい。一方、ステップＳ３０１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０２へ進んで昇温制御が開始される。
【００９１】
以上説明したように本実施例によれば、ＮＳＲ触媒４の温度を高めることにより、ＮＳＲ触媒４からのＮＯｘの放出を促進させることができる。これにより、ＳＣＲ触媒５に吸着されているアンモニアを減少させることができるため、ＳＣＲ触媒５からアンモニアが流れ出ることを抑制できる。
【符号の説明】
【００９２】
１  内燃機関
２  排気通路
３  三元触媒
４  吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒）
５  選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
６  噴射弁
７  吸気通路
８  スロットル
１０  ＥＣＵ
１１  第一空燃比センサ
１２  第二空燃比センサ
１３  第三空燃比センサ
１４  第四空燃比センサ
１５  エアフローメータ
１６  アクセルペダル
１７  アクセル開度センサ
１８  クランクポジションセンサ
２１  第一ＮＯｘセンサ
２２  第二ＮＯｘセンサ
２３  第三ＮＯｘセンサ
３１  第一温度センサ
３２  第二温度センサ
３３  第三温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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