(57)【要約】【課題】混合気の空燃比をストイキとする間もＳＣＲ触媒によるＮＯｘ還元機能を最大限利用できる排気浄化システムを提供すること。【解決手段】排気浄化システム２は、ＮＨ３の存在下でＮＯｘを還元するＳＣＲ触媒を備えた下流触媒コンバータ３３と、下流触媒コンバータ３３に尿素水を供給する尿素水供給装置４と、三元浄化機能を有する上流触媒を備えた上流触媒コンバータ３１と、下流触媒コンバータ３３に２次エアを供給する２次エア供給装置５と、加速運転状態であると判定された場合に混合気の空燃比をリーン側からストイキへ変更する空燃比コントローラ６１と、混合気の空燃比がストイキに変更されている間に下流触媒コンバータ３３に２次エアが供給されるように２次エア供給装置５を制御する２次エアコントローラ６３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定常運転時に混合気の空燃比をリーン側にする内燃機関の排気浄化システムであって、
前記機関の排気通路に設けられ、ＮＨ３の存在下でＮＯｘを還元する選択還元触媒と、
前記選択還元触媒にＮＨ３又はその前駆体を供給する還元剤供給装置と、
前記排気通路のうち前記選択還元触媒の上流側に設けられ、三元浄化機能を有する上流触媒と、
前記排気通路のうち前記上流触媒と前記選択還元触媒との間から含酸素の２次エアを供給する２次エア供給装置と、
加速運転状態であることを判定する加速判定手段と、
加速運転状態であると判定された場合に混合気の空燃比をストイキ又はリッチ側へ変更する空燃比制御手段と、
混合気の空燃比がストイキ又はリッチ側に変更されている間に前記選択還元触媒に２次エアが供給されるように前記２次エア供給装置を制御する２次エア制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記上流触媒と前記選択還元触媒の間には、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタが設けられ、
前記２次エア供給装置は、前記排気通路のうち前記上流触媒と前記フィルタとの間から２次エアを供給することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記フィルタには酸化触媒が担持されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記フィルタの温度を取得する温度取得手段をさらに備え、
前記２次エア供給装置は、前記上流触媒と前記フィルタとの間に２次エアを供給する上流供給部と、前記フィルタと前記選択還元触媒との間に２次エアを供給する下流供給部とを備え、
前記２次エア制御手段は、前記フィルタ温度が、粒子状物質の燃焼温度に到達するまでは前記下流供給部によって２次エアを供給し、前記フィルタ温度が前記燃焼温度に到達した後は前記上流供給部によって２次エアを供給することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
排気の空燃比を検出する空燃比センサと、
前記空燃比制御手段により混合気の空燃比がリーンからストイキ又はリッチ側に変更された後、前記空燃比センサの出力に基づいて前記選択還元触媒がストイキ又はリッチ雰囲気に切り替わる時期を判定するストイキ時期判定手段と、をさらに備え、
前記２次エア制御手段は、前記ストイキ時期判定手段による判定に基づいて、２次エアの供給を開始することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記２次エア制御手段は、前記空燃比制御手段により混合気の空燃比がストイキ又はリッチ側からリーン側に変更された後、所定時間にわたり２次エアの供給を継続することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記上流触媒には酸素吸蔵放出材が設けられていることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
前記選択還元触媒の下流側の排気中のＮＨ３濃度を、電極間に発生する起電力を利用して検出するＮＨ３センサと、
前記ＮＨ３センサの出力に基づいて前記還元剤供給装置からのＮＨ３又は前駆体の供給量を制御する還元剤制御手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項９】
前記２次エア制御手段は、混合気の空燃比がリッチ側に変更されている間に、前記選択還元触媒に酸素が供給されかつ前記フィルタの酸化触媒でＨＣの酸化反応が進行するように、前記上流触媒と前記フィルタとの間から２次エアを供給することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１０】
前記２次エア制御手段は、混合気の空燃比がリッチ側に変更されている間に、前記選択還元触媒に酸素及び前記上流触媒で生成されたＮＨ３が供給されるように、前記フィルタと前記選択還元触媒の間から２次エアを供給することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。より詳しくは、ＮＨ３の存在下でＮＯｘを還元する選択還元触媒を備えた排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化システムの１つとして、アンモニア（ＮＨ３）などの還元剤により排気中のＮＯｘを選択的に還元する選択還元触媒を排気通路に設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、尿素添加式の排気浄化システムでは、選択還元触媒の上流側からＮＨ３の前駆体である尿素水を供給し、この尿素水から排気の熱で熱分解又は加水分解することでＮＨ３を生成し、このＮＨ３により排気中のＮＯｘを選択的に還元する。このような尿素添加式のシステムの他、例えば、アンモニアカーバイトのようなＮＨ３の化合物を加熱することでＮＨ３を生成し、このＮＨ３を直接添加するシステムも提案されている。
【０００３】
選択還元触媒は、混合気の空燃比をストイキよりリーン側にし酸素を多く含んだリーン空燃比の排気下で高いＮＯｘ浄化性能を発揮するため、リーン燃焼式のガソリンエンジンやディーゼルエンジンなど、リーン燃焼を基本とした機関の排気浄化システムに用いられる場合が多い。しかしながら、ＮＯｘ排出量が多くなる加速運転時には、選択還元触媒のみでは十分にＮＯｘを浄化しきれなくなる場合がある。そこで、特許文献２に開示されているシステムのように、加速運転時には選択還元触媒の上流側に設けられた三元触媒における三元浄化反応を利用してＮＯｘを浄化することが考えられる。特許文献２の排気浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に三元触媒を設けたシステムにおいて、加速運転時には三元触媒における三元浄化反応を利用すべく、混合気の空燃比をリーン側からストイキに切り替える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２０６５号公報
【特許文献２】特開２００９−２９３５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで選択還元触媒では、ＮＨ３を還元剤としてＮＯｘの還元反応が進行するが、この還元反応は、たとえ十分な量のＮＨ３が存在していたとしても、酸素とＮＯ２の少なくとも何れかが存在しなければ進行することはない。また、暖機後の内燃機関から排出されるＮＯｘのうちのほとんどはＮＯであるため、選択還元触媒に流入する排気のＮＯ２は、上流側の三元触媒におけるＮＯの酸化反応によって生成されたものがほとんどである。したがって、選択還元触媒の上流側に三元触媒を設けたシステムにおいて混合気の空燃比をストイキにすると、選択還元触媒には酸素及びＮＯ２ともにほとんど流入しなくなってしまうため、選択還元触媒ではＮＯｘの還元反応も進行しなくなってしまう。
【０００６】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたものであり、混合気の空燃比をストイキ又はリッチとする間も選択還元触媒によるＮＯｘ還元機能を最大限利用できる排気浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気浄化システム（例えば、後述の排気浄化システム２，２Ａ，２Ｂ）は、定常運転時に混合気の空燃比をリーン側にするものであって、前記機関の排気通路に設けられ、ＮＨ３の存在下でＮＯｘを還元する選択還元触媒（例えば、後述の下流触媒コンバータ３３のＳＣＲ触媒）と、前記選択還元触媒にＮＨ３又はその前駆体を供給する還元剤供給装置（例えば、後述の尿素水供給装置４）と、前記排気通路のうち前記選択還元触媒の上流側に設けられ、三元浄化機能を有する上流触媒（例えば、後述の上流触媒コンバータ３１の上流触媒）と、前記排気通路のうち前記上流触媒と前記選択還元触媒との間から含酸素の２次エアを供給する２次エア供給装置（例えば、後述の２次エア供給装置５，５Ａ，５Ｂ）と、加速運転状態であることを判定する加速判定手段（例えば、後述のアクセル開度センサ３８及びＥＣＵ６，６Ｂ）と、加速運転状態であると判定された場合に混合気の空燃比をストイキ又はリッチ側へ変更する空燃比制御手段（例えば、後述の空燃比コントローラ６１）と、混合気の空燃比がストイキ又はリッチ側に変更されている間に前記選択還元触媒に２次エアが供給されるように前記２次エア供給装置を制御する２次エア制御手段（例えば、後述の２次エアコントローラ６３，６３Ｂ）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
（１）本発明では、加速判定手段により加速運転状態であると判定されると、空燃比制御手段により混合気の空燃比がリーン側からストイキ又はリッチ側に変更される。これにより、上流触媒では三元浄化反応が進行し、加速時に排出されるＮＯｘが還元される。また、このようにして混合気の空燃比がストイキ又はリッチ側に変更されており、内燃機関からの排気中にほとんど酸素が含まれていない間、選択還元触媒には含酸素の２次エアが供給されるため、選択還元触媒においてもＮＯｘの還元反応が進行する。したがって本発明によれば、加速運転状態中は、上流触媒と選択還元触媒との両方でＮＯｘを浄化させることができる。
混合気の空燃比をリッチ側にすると、三元浄化機能を有する上流触媒ではＮＨ３が生成される。したがって加速運転状態中は、上流触媒で生成されたＮＨ３が選択還元触媒に流入するので、その分だけ還元剤供給装置からのＮＨ３又は前駆体の供給量を抑制できる。
一般的に加速運転状態中は、排気の温度が急激に上昇するため、選択還元触媒の温度も急激に上昇する。本発明によれば、このような状態で２次エア供給装置から２次エアを供給することにより、この２次エアを冷却ガスとして選択還元触媒の急激な温度の上昇を抑制できるので、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化性能の急激な低下を抑制できる。また、選択還元触媒の温度が上昇すると、そのＮＨ３を吸蔵できる量（最大ＮＨ３ストレージ量）も低下するため、一般的に加速運転状態中は選択還元触媒からＮＨ３が排出され易い。これに対し本発明では、上述のように２次エアを冷却ガスとすることにより、ＮＨ３の排出を抑制できる。また、選択還元触媒からＮＨ３が排出されたとしても、２次エア供給装置から供給された２次エアがＮＨ３の希釈ガスとして機能するため、高濃度のＮＨ３がシステム外に排出されるのを防止できる。
【０００９】
（２）この場合、前記上流触媒と前記選択還元触媒の間には、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ（例えば、後述の排気浄化フィルタ３２）が設けられ、前記２次エア供給装置は、前記排気通路のうち前記上流触媒と前記フィルタとの間から２次エアを供給することが好ましい。
【００１０】
（２）加速運転状態中は、排気の温度が上昇し、フィルタに堆積した粒子状物質の温度も可燃温度まで上昇し得る。このような状態で２次エア供給装置からフィルタの上流側に含酸素の２次エアを供給することにより、フィルタの下流側の選択還元触媒に酸素を供給しながら、同時にフィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させることができる。フィルタに堆積した粒子状物質は、一般的には、ポスト噴射によってフィルタに供給された未燃燃料を利用して燃焼除去する必要がある。これに対し、本発明では加速運転状態中に粒子状物質を燃焼させることにより、ポスト噴射の実行に伴う燃費の悪化及びオイルダイリューションの発生を抑制できる。
【００１１】
（３）この場合、前記フィルタには酸化触媒が担持されていることが好ましい。
【００１２】
（３）フィルタに酸化触媒が担持されていると、より低い温度から粒子状物質の燃焼しやすくなる。このため、加速運転状態中により効率的に粒子状物質を燃焼させることができる。また、フィルタに酸化触媒を担持させた上、加速運転状態中にフィルタの上流側に含酸素の２次エアを供給することにより、排気中のＮＯの一部をＮＯ２に酸化する反応が進行する。したがって、加速運転状態中の選択還元触媒には、２次エア中の酸素に加え、フィルタで生成されたＮＯ２が流入するので、選択還元触媒では、酸素を利用してＮＯを還元する反応（いわゆるＳｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲ反応）に加え、この反応よりも反応速度が速いＮＯとＮＯ２とを同時に還元する反応（いわゆるＦａｓｔ−ＳＣＲ反応）も進行する。したがって、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率をさらに向上できる。
【００１３】
（４）この場合、前記排気浄化システムは、前記フィルタの温度を取得する温度取得手段（例えば、後述の排気温度センサ３６及びＥＣＵ６，６Ｂ）をさらに備え、前記２次エア供給装置は、前記上流触媒と前記フィルタとの間に２次エアを供給する上流供給部（例えば、後述の上流２次エア供給弁５３１Ｂ）と、前記フィルタと前記選択還元触媒との間に２次エアを供給する下流供給部（例えば、後述の下流２次エア供給弁５３２Ｂ）とを備え、前記２次エア制御手段は、前記フィルタ温度が、粒子状物質の燃焼温度に到達するまでは前記下流供給部によって２次エアを供給し、前記フィルタ温度が前記燃焼温度に到達した後は前記上流供給部によって２次エアを供給することが好ましい。
【００１４】
（４）本発明では、加速運転状態となったことに応じて混合気の空燃比がストイキ又はリッチ側に変更され、選択還元触媒に２次エアを供給する際、フィルタ温度が粒子状物質の燃焼温度に到達するまでの間は下流供給部によって２次エアを供給し、フィルタ温度が粒子状物質の燃焼温度に到達した後は上流供給部によって２次エアを供給する。上述のように、２次エアは、冷却ガスとしても機能する。したがって本発明によれば、選択還元触媒にはＮＯｘを還元するために必要な酸素を供給しつつ、２次エアの供給によってフィルタの昇温が遅延するのを防止できる。すなわち、加速運転状態時には速やかにフィルタを昇温できる。
【００１５】
（５）この場合、前記排気浄化システムは、排気の空燃比を検出する空燃比センサ（例えば、後述の空燃比センサ３５）と、前記空燃比制御手段により混合気の空燃比がリーンからストイキ又はリッチ側に変更された後、前記空燃比センサの出力に基づいて前記選択還元触媒がストイキ又はリッチ雰囲気に切り替わる時期を判定するストイキ時期判定手段（例えば、後述のＥＣＵ６，６Ｂ）と、をさらに備え、前記２次エア制御手段は、前記ストイキ時期判定手段による判定に基づいて、２次エアの供給を開始することが好ましい。
【００１６】
（５）内燃機関の排気ポートから選択還元触媒までには、距離がありまた上流触媒やフィルタ等が設けられているため、混合気の空燃比をリーン側からストイキ又はリッチ側に変更した後、選択還元触媒が実際にストイキ又はリッチ雰囲気に切り替わるまでの間に遅れがある。本発明では、実際の排気の空燃比を検出する空燃比センサの出力に基づいて上述のようにストイキ又はリッチ雰囲気に切り替わる時期を判定し、この判定に基づいて２次エアの供給を開始することで、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下しないように適切な時期に２次エアを供給できる。また、空燃比の切り替えから選択還元触媒の雰囲気が変化するまでの遅れは、上流触媒やフィルタ等に酸素吸蔵放出材が設けられていると、その都度変動する。このような場合、空燃比センサを酸素吸蔵放出材より下流側に設けることにより、実際の空燃比変動に応じて適切な時期に２次エアを供給できる。
【００１７】
（６）この場合、前記２次エア制御手段は、前記空燃比制御手段により混合気の空燃比がストイキ又はリッチ側からリーン側に変更された後、所定時間にわたり２次エアの供給を継続することが好ましい。
【００１８】
（６）内燃機関の排気ポートから選択還元触媒までには、距離がありまた三元浄化機能を有する上流触媒が設けられていることから、混合気の空燃比をストイキ又はリッチ側からリーン側に変更した後、選択還元触媒が実際にリーン雰囲気に切り替わるまでの間に遅れがある。本発明では、混合気の空燃比がリーン側に変更された後も、所定時間にわたり２次エアの供給を継続することにより、選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下しないように継続して酸素を供給し続けることができる。
【００１９】
（７）この場合、前記上流触媒には酸素吸蔵放出材が設けられていることが好ましい。
【００２０】
（７）上流触媒に酸素吸蔵放出材が設けることにより上流触媒の三元浄化ウィンドウを広げられるため、空燃比をストイキに制御している間は上流触媒において安定して三元浄化機能を発揮させることができる。ただし、本発明のように空燃比をリーン側からストイキへ或いはストイキからリーン側へ大きく空燃比を変動させる場合、酸素吸蔵放出材によって空燃比変動が吸収されてしまい、選択還元触媒の雰囲気の変動に遅れが生じてしまう。これに対し本発明では、上述のように２次エアの供給開始時期は空燃比センサの出力に基づいて判断し、２次エアの供給停止時期は空燃比の変更後も所定時間だけ遅らせるので、空燃比の切り替え時に選択還元触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下しないように、選択還元触媒の実際の雰囲気変動に合せて適切な時期に２次エアを供給したり停止したりできる。すなわち、本発明によれば、ストイキ制御時における上流触媒の浄化性能の向上と、空燃比切り替え時における選択還元触媒の浄化性能の向上とを両立できる。
【００２１】
（８）この場合、前記排気浄化システムは、前記選択還元触媒の下流側の排気中のＮＨ３濃度を、電極間に発生する起電力を利用して検出するＮＨ３センサ（例えば、後述のＮＨ３センサ３７）と、前記ＮＨ３センサの出力に基づいて前記還元剤供給装置からのＮＨ３又は前駆体の供給量を制御する還元剤制御手段（例えば、後述の尿素水コントローラ６２）と、をさらに備えることが好ましい。
【００２２】
（８）選択還元触媒の下流側に設けられたＮＨ３センサの出力を利用して還元剤の供給制御を行うことにより、選択還元触媒から過剰な量のＮＨ３が排出されないように適切な量の還元剤を供給できる。しかし、電極間に発生する起電力を利用してＮＨ３を検出するＮＨ３センサは、低酸素濃度雰囲気下では出力特性が大きく変化してしまいＮＨ３の濃度を適切に検出できない。これに対し、本発明は含酸素の２次エアを供給することにより、ＮＨ３センサが上述のような検出不能の状態に陥るのを防ぐことができるので、加速運転状態中もＮＨ３センサの出力に基づいて適切に還元剤の供給制御を行うことができる。
【００２３】
（９）この場合、前記２次エア制御手段は、混合気の空燃比がリッチ側に変更されている間に、前記選択還元触媒に酸素が供給されかつ前記フィルタの酸化触媒でＨＣの酸化反応が進行するように、前記上流触媒と前記フィルタとの間から２次エアを供給することが好ましい。
【００２４】
（９）混合気の空燃比をリッチ側に変更すると、上流触媒において酸化し切れなかったＨＣがフィルタに流入する。本発明では、加速運転状態となったことに応じて混合気の空燃比がストイキ又はリッチ側に変更され、選択還元触媒に２次エアを供給する際、上流触媒とフィルタの間から２次エアを供給することにより、選択還元触媒にＮＯｘを還元するために必要な酸素を供給しつつ、フィルタの酸化触媒でＨＣを酸化することができる。
【００２５】
（１０）この場合、前記２次エア制御手段は、混合気の空燃比がリッチ側に変更されている間に、前記選択還元触媒に酸素及び前記上流触媒で生成されたＮＨ３が供給されるように、前記フィルタと前記選択還元触媒の間から２次エアを供給することが好ましい。
【００２６】
（１０）混合気の空燃比をリッチ側に変更すると、上流触媒では選択還元触媒において還元剤となるＮＨ３が生成される。しかし、酸化触媒が担持されたフィルタが酸化雰囲気にあると、上流触媒において生成されたＮＨ３がフィルタを通過する際に酸化されてしまい、還元剤として選択還元触媒まで到達しない場合がある。本発明では、加速運転状態となったことに応じて混合気の空燃比がストイキ又はリッチ側に変更され、選択還元触媒に２次エアを供給する際、フィルタを酸化雰囲気にしないようにフィルタと選択還元触媒との間から２次エアを供給することにより、選択還元触媒にＮＯｘを還元するために必要な酸素を供給しつつ、上流触媒において生成されたＮＨ３をフィルタで酸化させることなく選択還元触媒に供給させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジン及びその排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図２】Ｓｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲ反応によるＮＯｘ浄化率のＯ２濃度依存性を示す図である。
【図３】上記実施形態に係る２次エア制御の具体的な手順を示すメインフローチャートである。
【図４】上記実施形態に係る２次エア供給フラグを更新する手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係るエンジン及び排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るエンジン及び排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図７】上記実施形態に係る２次エア制御の具体的な手順を示すメインフローチャートである。
【図８】上記実施形態に係るフィルタ昇温完了フラグを更新する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】
【００２８】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の内燃機関（以下、「エンジン」という）１及びその排気浄化システム２の構成を示す模式図である。エンジン１は、定常運転時には混合気の空燃比をストイキよりリーン側にする所謂リーン燃焼を基本としたもの、より具体的にはディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンなどである。
【００２９】
排気浄化システム２は、エンジン１の排気ポートから延びる排気通路１１に設けられた触媒浄化装置３と、エンジン１及び触媒浄化装置３を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）６と、を備える。
【００３０】
エンジン１には、各シリンダに燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられている（図示せず）。この燃料噴射弁を駆動するアクチュエータは、ＥＣＵ６に電磁的に接続されている。エンジン１の混合気の空燃比は、シリンダ内に導入される新気の量、図示しない排気還流装置を介してシリンダ内に導入されるＥＧＲガスの量、並びに燃料噴射弁からの燃料噴射量等を調整することによって制御される。
【００３１】
触媒浄化装置３は、上流触媒コンバータ３１と、排気浄化フィルタ３２と、下流触媒コンバータ３３と、尿素水供給装置４と、２次エア供給装置５と、を備える。上流触媒コンバータ３１は、排気通路１１のうちエンジン１の直下に設けられている。下流触媒コンバータ３３は、排気通路１１のうち上流触媒コンバータ３１より下流側に設けられている。排気浄化フィルタ３２は、排気通路１１のうち上流触媒コンバータ３１と下流触媒コンバータ３３との間に設けられている。これら上流触媒コンバータ３１及び下流触媒コンバータ３３には、エンジン１の排気に含まれるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等の成分を浄化する反応を促進するための触媒が設けられている。
【００３２】
上流触媒コンバータ３１が備える上流触媒には、少なくとも三元浄化機能を有する触媒が用いられる。三元浄化機能とは、ストイキ雰囲気下で三元浄化反応、すなわちＨＣ及びＣＯの酸化とＮＯｘの還元とが同時に行われる反応が進行する機能を言う。このような三元浄化機能を備える触媒としては、酸化触媒や三元触媒等が挙げられる。上流触媒には、酸化触媒又は三元触媒が好ましく用いられる。
【００３３】
酸化触媒（ＤＯＣ）は、ストイキ雰囲気下では上記三元浄化反応によってＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを高効率で浄化する。酸化触媒は、リッチ雰囲気下ではＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化するとともに、ＮＨ３を生成する。また、酸化触媒は、リーン雰囲気下ではＨＣ及びＣＯを酸化することによって浄化するとともに、排気中のＮＯの一部をＮＯ２に酸化し、後述の下流触媒コンバータ３３におけるＮＯｘ浄化率を向上する。三元触媒（ＴＷＣ）は、この酸化触媒に酸素吸蔵放出材を付加したものに相当する。三元触媒と酸化触媒とは基本的な浄化機能は同じである。ただし三元触媒は、酸化触媒と比較すると、酸素吸蔵放出材を備えており三元浄化ウィンドウが広くなっている点で優れている。
【００３４】
排気浄化フィルタ３２は、排気中の粒子状物質を捕集する。この排気浄化フィルタ３２には、堆積した粒子状物質をより低温から燃焼除去できるようにするため、上述の酸化触媒が担持されていることが好ましい。
【００３５】
下流触媒コンバータ３３は、ＮＨ３の存在下でＮＯｘを還元する選択還元触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」という）を備える。
この下流触媒コンバータ３３では、ＮＨ３の存在下で、Ｆａｓｔ−ＳＣＲ反応（下記式（１）参照）、Ｓｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲ反応（下記式（２）参照）、及びＳｌｏｗ−ＳＣＲ反応（下記式（３）参照）が進行し得る。
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ    （１）
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ    （２）
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ    （３）
【００３６】
Ｆａｓｔ−ＳＣＲ反応は、排気中のＮＯとＮＯ２をＮＨ３により同時に還元する反応であり、３種類の反応の中で最も反応速度が早い。したがって、下流触媒コンバータ３３に流入する排気中のＮＯとＮＯ２の割合が等しくなると、このＦａｓｔ−ＳＣＲ反応が主体的に進行するため、下流触媒コンバータ３３によるＮＯｘ浄化率が最も高い状態となる。ただし、エンジン１から排出されるＮＯｘの多くはＮＯで構成されているため、下流触媒コンバータ３３においてＦａｓｔ−ＳＣＲ反応を主体的に進行させるには、上記上流触媒コンバータ３１や排気浄化フィルタ３２などにおいて、排気中のＮＯの一部をＮＯ２に酸化させる必要がある。したがって、上流触媒コンバータ３１や排気浄化フィルタ３２の触媒量や組成は、後述のリーン運転中において下流触媒コンバータ３３に流入する排気のＮＯとＮＯ２の比が概ね１：１になるように調製されている。
【００３７】
Ｓｌｏｗ−ＳＣＲ反応は、排気中のＮＯ２のみをＮＨ３により還元する反応であり、その反応速度は、上記Ｆａｓｔ−ＳＣＲ反応と比較して遅い。下流触媒コンバータ３３に流入する排気中のＮＯに対するＮＯ２の割合が大きくなった場合、上記Ｆａｓｔ−ＳＣＲ反応で余剰となったＮＯ２はこのＳｌｏｗ−ＳＣＲ反応によって還元される。
【００３８】
Ｓｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲ反応は、排気中のＮＯのみをＮＨ３で還元する反応である。上記式（２）に示すように、Ｓｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲ反応のみＯ２が必要となっている。
図２は、Ｓｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲ反応によるＮＯｘ浄化率のＯ２濃度依存性を示す図である。より具体的には、ＳＣＲ触媒にＮＯとＮＯ２との比が１：０の排気を流入させ、Ｓｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲ反応のみ進行し得るようにした条件下において、排気中のＯ２濃度を変化させたときにおけるＮＯｘ（ＮＯ）浄化率の変化を示す図である。この図に示すように、Ｓｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲ反応によるＮＯｘ浄化率は、酸素をほとんど含まないストイキ又はリッチ雰囲気下において大きく低下するが、酸素を多く含んだリーン雰囲気下では高くなる。すなわち、エンジン１の混合気の空燃比をストイキ又はリッチにしており、エンジン１から排出される排気中に酸素がほとんど含まれていない状況であっても、排気とは別に含酸素の２次エアを下流触媒コンバータ３３に供給することにより、下流触媒コンバータ３３によりＮＯｘを還元できる。
【００３９】
尿素水供給装置４は、尿素水タンク４１と尿素水インジェクタ４２とを備える。尿素水タンク４１は、ＳＣＲ触媒における還元剤（ＮＨ３）の前駆体である尿素水を貯蔵する。尿素水タンク４１は、尿素水供給路４３及び図示しない尿素水ポンプを介して尿素水インジェクタ４２に接続されている。尿素水インジェクタ４２には、図示しないアクチュエータで駆動されると開閉し、尿素水タンク４１から供給される尿素水を排気通路１１内の下流触媒コンバータ３３の上流側に噴射する。インジェクタ４２から噴射された尿素水は、排気中又は下流触媒コンバータ３３においてＮＨ３に加水分解され、ＮＯｘの還元に消費される。尿素水インジェクタ４２のアクチュエータは、ＥＣＵ６に電磁的に接続されている。ＥＣＵ６は、後述の尿素水噴射制御によって尿素水噴射量を定め、この量の尿素水が噴射されるように尿素水インジェクタ４２を駆動する。
【００４０】
２次エア供給装置５は、２次エアポンプ５１、２次エアタンク５２、及び２次エア供給弁５３を備える。２次エアポンプ５１は、２次エアとしての外気を圧縮する。２次エアタンク５２には、２次エアポンプ５１により供給された圧縮空気が貯蔵される。２次エア供給弁５３は、排気通路１１のうち上流触媒コンバータ３１と排気浄化フィルタ３２との間に設けられている。２次エア供給弁５３は、図示しないアクチュエータで駆動されると開閉し、２次エアタンク５２から供給される２次エアを、排気通路１１のうち上流触媒コンバータ３１と排気浄化フィルタ３２との間から供給する。２次エア供給弁５３から供給された２次エアは、排気浄化フィルタ３２及びその下流の下流触媒コンバータ３３に供給される。ＥＣＵ６は、後述の２次エア供給制御によって２次エア供給量を定め、この量の２次エアが供給されるように２次エア供給弁５３を駆動する。
【００４１】
ＥＣＵ６には、排気浄化システム２及びエンジン１の状態を検出するためのセンサとして、空燃比センサ３５、排気温度センサ３６、ＮＨ３センサ３７、及びアクセル開度センサ３８などが接続されている。
【００４２】
空燃比センサ３５は、排気通路１１のうち上流触媒コンバータ３１と排気浄化フィルタ３２との間を流通する排気の空燃比（酸素濃度）を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。この空燃比センサ３５には、リッチ空燃比からリーン空燃比まで比例した信号を出力する、比例型空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）が用いられる。
【００４３】
排気温度センサ３６は、排気通路１１のうち排気浄化フィルタ３２と下流触媒コンバータ３３との間を流通する排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。ＥＣＵ６は、この排気温度センサ３６の出力に基づいて、図示しない処理により排気浄化フィルタ３２の温度や下流触媒コンバータ３３の温度を算出（取得）する。
【００４４】
ＮＨ３センサ３７は、排気通路１１のうち下流触媒コンバータ３３の下流側の排気中のＮＨ３濃度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。このＮＨ３センサ３７には、ＮＨ３濃度に応じた起電力（ＥＭＦ）を電極間に発生するように構成されたものが用いられる。
【００４５】
アクセル開度センサ３８は、アクセルペダルの踏み込み量を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。車両が加速運転状態であることは、このアクセル開度センサ３８の出力に基づいて、ＥＣＵ６において図示しない処理により判定される。
【００４６】
ＥＣＵ６は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）と、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、エンジン１の燃料噴射弁、尿素水供給装置４の尿素水インジェクタ４２、及び２次エア供給装置５の２次エア供給弁５３等に制御信号を出力する出力回路と、を備える。
【００４７】
ＥＣＵ６には、エンジン１の空燃比制御の実行に係る空燃比コントローラ６１、尿素水供給装置４による尿素水噴射制御の実行に係る尿素水コントローラ６２、及び２次エア供給装置５による２次エア供給制御の実行に係る２次エアコントローラ６３などの制御ブロックが構成されている。
【００４８】
空燃比コントローラ６１は、エンジン１の適切な運転モードを判断するとともに、運転モードごとに定められたアルゴリズムに従って新気量、ＥＧＲ量、及び燃料噴射量等を調整することにより、エンジン１の混合気の空燃比を制御する。運転モードとしては、リーン運転モードとストイキ運転モードとの２つが設定されている。
【００４９】
リーン運転モードでは、空燃比コントローラ６１は、上流触媒コンバータ３１及び排気浄化フィルタ３２においてＣＯ及びＨＣの酸化反応を進行させ、下流触媒コンバータ３３においてＮＯｘの還元反応を進行させるべく、混合気の空燃比をストイキよりリーン側に制御する。
ストイキ運転モードでは、空燃比コントローラ６１は、上流触媒コンバータ３１において三元浄化反応を進行させるべく空燃比センサ３５の出力に基づいて混合気の空燃比をストイキに制御する。
【００５０】
空燃比コントローラ６１は、アクセル開度センサ３８の出力に基づいて、エンジン１が定常運転状態であるか又は加速運転状態であるかを判定し、定常運転状態である場合にはエンジン１の運転モードをリーン運転モードにし、加速運転状態である場合には運転モードをストイキ運転モードにする。
【００５１】
尿素水コントローラ６２は、ＮＯｘを還元するために必要な量のＮＨ３が下流触媒コンバータ３３に供給され、かつ下流触媒コンバータ３３から過剰な量のＮＨ３が排出されないように、ＮＨ３センサ３７の出力に基づいて尿素水インジェクタ４２からの尿素水の噴射量を制御する。より具体的には、尿素水コントローラ６２は、ＳＣＲ触媒のＮＨ３ストレージ量及び最大ＮＨ３ストレージ容量を推定しながら、このＮＨ３ストレージ量が最大ストレージ容量の近傍に維持されるように、ＮＨ３センサ３７の出力に基づいて尿素水の噴射量を決定する。なお、以上のような尿素水噴射制御の詳細なアルゴリズムは、例えば、本願出願人による国際公開第２００８／５７６２８などに詳しく記載されているので、ここではこれ以上詳細な説明を省略する。
【００５２】
２次エアコントローラ６３は、エンジン１の運転モードがリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替えられている間に、下流触媒コンバータ３３に２次エアが供給されるように、２次エア供給弁５３からの２次エア供給量を制御する。以下、この２次エアコントローラ６３において実行される２次エア供給制御の手順について、フローチャートを参照して説明する。
【００５３】
図３は、２次エア制御の具体的な手順を示すメインフローチャートである。図２に示す処理は、２次エアコントローラ６３において所定の制御周期で実行される。
Ｓ１では、２次エアコントローラ６３は、２次エア供給フラグが１であるか否かを判別する。この２次エア供給フラグは、２次エア供給弁から２次エアを供給するのに適した時期であることを示すフラグであり、後述の図４に示す処理によって更新される。
【００５４】
Ｓ１における判別がＮＯである場合、２次エアコントローラ６３は、２次エアの供給を停止し（Ｓ２）、この処理を終了する。
Ｓ１における判別がＹＥＳである場合、２次エアコントローラ６３は、２次エアの供給に適した時期であると判断し、既定の量の２次エアを供給する（Ｓ３）。続くＳ４では、２次エアコントローラ６３は、ＮＨ３センサの出力に基づいて、過剰なＮＨ３スリップが発生していないか否かを判別する。Ｓ４の判別がＹＥＳであり、過剰なＮＨ３スリップが発生していると判別された場合には、２次エアコントローラ６３は、下流触媒コンバータから排出されたＮＨ３を希釈すべく、２次エアの供給量をＳ３で定めた規定の量から増量し、この処理を終了する（Ｓ５）。
【００５５】
図４は、２次エア供給フラグを更新する手順を示すフローチャートである。図４に示す処理は、２次エアコントローラ６３において所定の制御周期で実行される。
Ｓ１１では、現在のエンジンの運転モードがストイキ運転モードであるか否かを判別する。Ｓ１１の判別がＹＥＳの場合にはＳ１２に移り、ＮＯの場合にはＳ１４に移る。
【００５６】
Ｓ１２では、２次エアコントローラ６３は、下流触媒コンバータがストイキ雰囲気に切り替わる時期を判定するため、前回制御周期時から今回制御周期時にかけて空燃比センサの出力値が所定の閾値を下回ったか否かを判別する。ここで、空燃比センサの出力値が閾値を下回ったということは、運転モードがリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替わり、エンジンの混合気の空燃比がリーン側からストイキに切り替えられたことに引き続き、排気の空燃比が実際にリーン側からストイキに切り替わったことを意味する。すなわち、Ｓ１２においてＹＥＳと判別された後、間もなく下流触媒コンバータ内が、酸素を多く含んだリーン雰囲気から酸素をほとんど含まないストイキ雰囲気に切り替わると考えられる。したがって、２次エアコントローラ６３は、下流触媒コンバータ内が低酸素濃度の状態に陥らないようにするため、２次エア供給フラグを０から１にセットし（Ｓ１３）、この処理を終了する。ここで２次エア供給フラグを１にセットすることにより、図２に示す処理により２次エアの供給が開始される。そして下流触媒コンバータでは、２次エアに含まれる酸素を利用して、上記式（２）に示すＳｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲ反応が進行し、排気中のＮＯｘを浄化する。
【００５７】
また、Ｓ１２の判別がＮＯの場合、下流触媒コンバータ内が実際にストイキ雰囲気に切り替わるまでにまだ時間がある状態であるか、又は下流触媒コンバータ内がストイキ雰囲気に切り替わった後の状態であることを意味するから、２次エア供給フラグは前回制御時の値に維持すべく、直ちにこの処理を終了する。
【００５８】
Ｓ１４では、２次エアコントローラ６３は、後述のディレイカウンタの値が０であるか否かを判別する。このディレイカウンタは、運転モードがストイキ運転モードからリーン運転モードに切り替わってから、実際に下流触媒コンバータ内がストイキ雰囲気からリーン雰囲気に切り替わるまでに必要な時間が経過したことを判定するためのタイマに相当する。このディレイカウンタは、後述のＳ１８において所定の初期値にリセットされ、後述のＳ１６においてこの初期値からの減算が開始される。
【００５９】
Ｓ１４の判別がＮＯの場合、２次エアコントローラ６３は、前回制御周期時から今回制御周期時にかけてエンジンの運転モードがストイキ運転モードからリーン運転モードに切り替わったか否かを判別する（Ｓ１５）。Ｓ１５の判別がＹＥＳの場合、２次エアコントローラ６３は、ディレイカウンタの値の減算を開始する（Ｓ１６）。これ以降、図示しない処理により、ディレイカウンタの値は０になるまで制御周期ごとに減算される。Ｓ１５の判別がＮＯの場合、下流触媒コンバータ内が実際にリーン雰囲気に切り替わるまでにまだ時間がある状態であるか、又は下流触媒コンバータ内がリーン雰囲気に切り替わった後の状態であることを意味するから、２次エア供給フラグは前回制御時の値に維持すべく、直ちにこの処理を終了する。
【００６０】
Ｓ１４の判別がＹＥＳの場合、２次エアコントローラ６３は、運転モードがストイキ運転モードからリーン運転モードに切り替わった後、上記ディレイカウンタの初期値に相当する時間が経過したことに応じて、２次エアの供給を停止すべく２次エア供給フラグを１から０にリセットし（Ｓ１７）、ディレイカウンタの値を所定の正の初期値にリセットする（Ｓ１８）。これにより、２次エアの供給は、エンジンの運転モードがストイキ運転モードからリーン運転モードが切り替わった後も、ディレイカウンタの初期値に相当する時間にわたって継続される。
【００６１】
本実施形態の排気浄化システム２によれば、以下の効果を奏する。
（Ａ）本実施形態では、加速運転状態であると判定され、空燃比コントローラにより混合気の空燃比がリーン側からストイキに変更される。これにより、上流触媒コンバータでは三元浄化反応が進行し、加速時に排出されるＮＯｘが還元される。また、この間、下流触媒コンバータのＳＣＲ触媒には含酸素の２次エアが供給されるため、下流触媒コンバータにおいてもＮＯｘの還元反応が進行する。したがって本実施形態によれば、加速運転状態中は、上流触媒コンバータと下流触媒コンバータとの両方でＮＯｘを浄化させることができる。
（Ｂ）本実施形態によれば、２次エア供給弁から２次エアを供給することにより、この２次エアを冷却ガスとして下流触媒コンバータの急激な温度の上昇を抑制できるので、下流触媒コンバータにおけるＮＯｘ浄化性能の急激な低下を抑制できる。また、２次エアを冷却ガスとすることで、下流触媒コンバータの最大ＮＨ３ストレージ量の低下も抑制されるため、下流触媒コンバータからＮＨ３の排出を抑制できる。また、下流触媒コンバータからＮＨ３が排出されたとしても、２次エア供給弁から供給される２次エアを増量することにより、高濃度のＮＨ３がシステム外に排出されるのを防止できる。
（Ｃ）本実施形態では、加速運転状態中のストイキもしくはリッチ雰囲気においても２次エア供給弁から排気浄化フィルタの上流側に含酸素の２次エアを供給することにより、下流触媒コンバータに酸素を供給しながら、同時に排気浄化フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させることができる。これにより、粒子状物質の強制再生が必要になるまでの期間を延長することが可能となり、強制再生時に実施されるポスト噴射の実行に伴う燃費の悪化及びオイルダイリューションの発生を抑制できる。
（Ｄ）本実施形態では、加速運転状態中に酸化触媒が塗布された排気浄化フィルタの上流側に含酸素の２次エアを供給することにより、排気浄化フィルタにおいて排気中のＮＯの一部をＮＯ２に酸化し、このＮＯ２を酸素とともに下流触媒コンバータに供給できる。これにより、下流触媒コンバータにおいて、Ｓｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲ反応とＦａｓｔ−ＳＣＲ反応を進行させることができるので、下流触媒コンバータにおけるＮＯｘ浄化率をさらに向上できる。
（Ｅ）本実施形態では、上流触媒コンバータの下流側に設けられた空燃比センサの出力に基づいて下流触媒コンバータ内がストイキ雰囲気に切り替わる時期を判定し、この判定に基づいて２次エアの供給を開始することで、下流触媒コンバータにおけるＮＯｘ浄化率が低下しないように適切な時期に２次エアを供給できる。上流触媒に酸素吸蔵放出材が添加されたものを用いた場合、ストイキ雰囲気に切り替わる時期は酸素吸蔵放出材の状態によってその都度変動するが、本実施形態によれば、このような変動によらず適切な時期に２次エアを供給できる。
（Ｆ）本実施形態では、運転モードがストイキ運転モードからリーン運転モードに変更された後も、所定時間にわたり２次エアの供給を継続することにより、下流触媒コンバータにおけるＮＯｘ浄化率が低下しないように継続して酸素を供給し続けることができる。
（Ｇ）本実施形態では、含酸素の２次エアを供給することにより、ＮＨ３センサが検出不能の状態に陥るのを防ぐことができるので、加速運転状態中もＮＨ３センサの出力に基づいて適切に尿素水噴射制御を行うことができる。
【００６２】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。以下の本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６３】
図５は、本実施形態のエンジン１及びその排気浄化システム２Ａの構成を示す模式図である。本実施形態の排気浄化システム２Ａは、２次エア供給装置５Ａの構成が第１実施形態と異なる。２次エア供給装置５Ａの２次エア供給弁５３Ａは、排気通路１１のうち排気浄化フィルタ３２と下流触媒コンバータ３３との間に設けられている。すなわち、本実施形態の排気浄化システム２Ａは、２次エアの供給箇所が第１実施形態と異なる。
【００６４】
本実施形態の排気浄化システム２Ａによれば、上記（Ａ）、（Ｂ）、（Ｅ）−（Ｇ）の効果の他、以下の効果を奏する。
（Ｈ）本実施形態によれば、下流触媒コンバータ３３のみに２次エアを供給することにより、ストイキ運転モード時にＳｔａｎｄａｒｄ−ＳＣＲ反応を進行させるために必要な量の酸素を、下流触媒コンバータ３３に精度良く供給することができる。また、本実施形態によれば、上記第１実施形態と比較すれば、排気浄化フィルタ３２を通過していない分だけ低い温度の２次エアを供給することができるので、ストイキ運転モード時における下流触媒コンバータ３３の冷却効果が高い。したがって、第１実施形態と比較すれば、下流触媒コンバータ３３からスリップするＮＨ３の量を抑制できるとともに、下流触媒コンバータ３３におけるＮＯｘ浄化率を高くできる。
【００６５】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について図面を参照して説明する。以下の本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図６は、本実施形態のエンジン１及びその排気浄化システム２Ｂの構成を示す模式図である。本実施形態の排気浄化システム２Ｂは、２次エア供給装置５Ｂの構成、及びＥＣＵ６Ｂの２次エアコントローラ６３Ｂの構成が第１実施形態と異なる。
【００６６】
２次エア供給装置５Ｂは、上流２次エア供給弁５３１Ｂと下流２次エア供給弁５３２Ｂとの２つの２次エア供給弁を備える点で、上記第１実施形態と異なる。上流２次エア供給弁５３１Ａは、排気通路１１のうち上流触媒コンバータ３１と排気浄化フィルタ３２との間に設けられる。下流２次エア供給弁５３２Ａは、排気通路１１のうち排気浄化フィルタ３２と下流触媒コンバータ３３との間に設けられる。
【００６７】
２次エアコントローラ６３Ｂは、エンジン１の運転モードがリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替えられている間に、下流触媒コンバータ３３に２次エアが供給されるように、上流２次エア供給弁５３１Ｂ又は下流２次エア供給弁５３２Ｂからの２次エア供給量を制御する。
【００６８】
図７は、２次エア制御の具体的な手順を示すメインフローチャートである。図７に示す処理は、２次エアコントローラ６３Ｂにおいて所定の制御周期で実行される。
Ｓ２１では、２次エアコントローラ６３Ｂは、２次エア供給フラグが１であるか否かを判別する。この２次エア供給フラグは、上流２次エア供給弁５３１Ｂ又は下流２次エア供給弁５３２Ｂから２次エアを供給するのに適した時期であることを示すフラグであり、図４に示す手順により更新される。
【００６９】
Ｓ２１における判別がＮＯである場合、２次エアコントローラ６３Ｂは、上流２次エア供給弁５３１Ｂ及び下流２次エア供給弁５３２Ｂからの２次エアの供給を停止し（Ｓ２２）、この処理を終了する。
【００７０】
Ｓ２１における判別がＹＥＳである場合、２次エアコントローラ６３Ｂは、フィルタ昇温完了フラグが１であるか否かを判別する（Ｓ２３）。このフィルタ昇温完了フラグは、加速運転状態となり、エンジンの運転モードがリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替えられた後、排気浄化フィルタの温度が、粒子状物質の燃焼温度まで昇温したことを示すフラグであり、後述の図８に示す処理によって更新される。
【００７１】
Ｓ２３における判別がＮＯである場合、すなわち排気浄化フィルタの温度がまだ粒子状物質の燃焼温度に到達していない場合、２次エアコントローラ６３Ｂは、排気浄化フィルタの昇温を妨げないようにして下流触媒コンバータに２次エアを供給するため、下流２次エア供給弁から既定の量の２次エアを供給し（Ｓ２４）、Ｓ２６に移る。
【００７２】
Ｓ２３における判別がＹＥＳである場合、すなわち排気浄化フィルタの温度が粒子状物質の燃焼温度に到達した場合、２次エアコントローラ６３Ｂは、排気浄化フィルタに堆積している粒子状物質を燃焼しながら下流触媒コンバータに２次エアを供給するため、上流２次エア供給弁から既定の量の２次エアを供給し（Ｓ２５）、Ｓ２６に移る。
【００７３】
Ｓ２６では、２次エアコントローラ６３Ｂは、ＮＨ３センサの出力に基づいて、過剰なＮＨ３スリップが発生しているか否かを判別する。Ｓ２６の判別がＹＥＳであり、過剰なＮＨ３スリップが発生していると判別された場合には、２次エアコントローラ６３Ｂは、下流触媒コンバータから排出されたＮＨ３を希釈すべく、２次エアの供給量をＳ２４又はＳ２５で定めた規定の量から増量し、この処理を終了する。
【００７４】
図８は、フィルタ昇温完了フラグを更新する手順を示すフローチャートである。図８に示す処理は、２次エアコントローラ６３Ｂにおいて所定の制御周期で実行される。
Ｓ３１では、２次エアコントローラ６３Ｂは、２次エア供給フラグが１であるか否かを判別する。Ｓ３１における判別がＮＯである場合、２次エアコントローラ６３Ｂは、フィルタ昇温完了フラグを０にリセットし（Ｓ３２）、この処理を終了する。Ｓ３１における判別がＹＥＳである場合、２次エアコントローラ６３Ｂは、排気浄化フィルタの温度が粒子状物質の燃焼温度より高いか否かを判別する（Ｓ３３）。Ｓ３３の判別がＮＯの場合、２次エアコントローラ６３Ｂは、上述のＳ３２に移る。Ｓ３３の判別がＹＥＳの場合、２次エアコントローラ６３Ｂは、フィルタ昇温完了フラグを１にセットし（Ｓ３４）、この処理を終了する。ここで、フィルタ昇温完了フラグを１にセットすることにより、２次エアの供給源は、下流２次エア供給弁から上流２次エア供給弁に切り替えられる。
【００７５】
本実施形態の排気浄化システム２Ｂによれば、上記（Ａ）−（Ｈ）の効果の他、以下の効果を奏する。
（Ｉ）本実施形態では、排気浄化フィルタの温度が粒子状物質の燃焼温度に到達するまでの間は下流２次エア供給弁によって２次エアを供給し、排気浄化フィルタの温度が粒子状物質の燃焼温度に到達した後は上流２次エア供給弁によって２次エアを供給する。これにより、下流触媒コンバータにはＮＯｘを還元するために必要な酸素を供給しつつ、２次エアの供給によって排気浄化フィルタの昇温が遅延するのを防止できる。すなわち、加速運転状態時には速やかに排気浄化フィルタを昇温できる。
【００７６】
以上、第１〜第３実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限るものではない。例えば、上記実施形態では、空燃比コントローラは、ストイキ運転モードでは、混合気の空燃比をストイキに制御したが、ストイキ運転モードでは混合気の空燃比をストイキよりリッチ側に制御してもよい。この場合、ストイキに制御した場合と比較すれば、上流触媒コンバータにおけるＣＯ及びＨＣの浄化率は低下するが、下流触媒コンバータ３３におけるＮＯｘの還元剤となるＮＨ３が生成される。
【００７７】
したがって、このようにストイキ運転モードにおいて混合気の空燃比をリッチ側に制御する場合、上流触媒コンバータ３１において生成されたＮＨ３を、排気浄化フィルタ３２で酸化させることなく下流触媒コンバータ３３に積極的に供給する場合は、２次エアは下流２次エア供給弁５３２Ｂから供給することが好ましい。また、ストイキ運転モードにおいて混合気の空燃比をリッチ側に制御することにより、上流触媒コンバータ３１で酸化し切れなかったＨＣを排気浄化フィルタ３２で積極的に酸化させる場合には、２次エアは上流２次エア供給弁５３１Ｂから供給することが好ましい。
【符号の説明】
【００７８】
１…エンジン（内燃機関）
２，２Ａ，２Ｂ…排気浄化システム
３…触媒浄化装置
３１…上流触媒コンバータ（上流触媒）
３２…排気浄化フィルタ（フィルタ）
３３…下流触媒コンバータ（選択還元触媒）
３５…空燃比センサ
３６…排気温度センサ（温度取得手段）
３７…ＮＨ３センサ
３８…アクセル開度センサ（加速判定手段）
４…尿素水供給装置（還元剤供給装置）
５，５Ａ，５Ｂ…２次エア供給装置
５３，５３Ａ…２次エア供給弁
５３１Ｂ…上流２次エア供給弁
５３２Ｂ…下流２次エア供給弁
６，６Ｂ…ＥＣＵ（温度取得手段、加速判定手段）
６１…空燃比コントローラ（空燃比制御手段）
６２…尿素水コントローラ（還元剤制御手段）
６３，６３Ｂ…２次エアコントローラ（２次エア制御手段）
【図１】
2013238170.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013238170.tif 000009
【図８】
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