(57)【要約】【課題】本発明は、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、リッチスパイク処理の実行に起因する燃料消費量の増加を少なく抑えつつ、ＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの量を少なく抑えることを課題とする。【解決手段】本発明は、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行されるときに、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が所定のＮＯＸ量より多ければ、リッチスパイク処理を実行した後に混合気の空燃比を理論空燃比に移行させる内燃機関の制御装置において、ＮＳＲ触媒の温度が高い場合は低い場合に比べ、前記所定のＮＯＸ量を小さい値に変更するようにした。【選択図】図６
2016211454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸蔵還元型触媒を含む排気浄化装置が排気通路に配置される内燃機関であって、且つ混合気の空燃比を切り替え可能な内燃機関に適用される制御装置において、
前記吸蔵還元型触媒の温度を検出する第一検出手段と、
前記吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯＸの量であるＮＯＸ吸蔵量を検出する第二検出手段と、
前記排気浄化装置へ流入する排気の空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比にして、前記吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯＸを還元させる処理であるリッチスパイク処理を実行するリッチスパイク手段と、
混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行されるときに、前記第一検出手段により検出される温度が高い場合は低い場合に比べ、前記第二検出手段により検出されるＮＯＸ吸蔵量がより少ない状態で前記リッチスパイク処理が実行されるように前記リッチスパイク手段を制御し、且つ該リッチスパイク処理の終了後に混合気の空燃比を理論空燃比に制御する制御手段と、
を備える内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行されるときに、前記第二検出手段により検出されるＮＯＸ吸蔵量が所定のＮＯＸ量より多ければ、前記リッチスパイク処理が実行されるように前記リッチスパイク手段を制御し、且つ該リッチスパイク処理の終了後に混合気の空燃比を理論空燃比に制御するものであって、前記第一検出手段により検出される温度が高い場合は低い場合に比べ、前記所定のＮＯＸ量を小さい値に変更する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後において前記吸蔵還元型触媒が吸蔵可能なＮＯＸ量であるＮＯＸ吸蔵容量を、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される前に推定するものであって、且つ前記第一検出手段により検出される温度が高いときは低いときに比べ、前記ＮＯＸ吸蔵容量が小さいと推定する推定手段を更に備え、
前記制御手段は、前記推定手段により推定されるＮＯＸ吸蔵容量が小さい場合は大きい場合に比べ、前記所定のＮＯＸ量を小さい値に変更する請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記推定手段は、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後に前記排気浄化装置へ流入する排気のＮＯＸ濃度を予測して、そのＮＯＸ濃度が低い場合は高い場合に比べ、前記ＮＯＸ吸蔵容量が小さいと推定し、且つ前記第一検出手段により検出される温度が高いときは低いときに比べ、前記ＮＯＸ吸蔵容量が小さいと推定する請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記排気浄化装置は、前記吸蔵還元型触媒より下流に配置される選択還元型触媒を含み、
前記制御装置は、前記選択還元型触媒に吸着されているＮＨ３の量であるＮＨ３吸着量を検出する第三検出手段を更に備え、
前記制御手段は、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行されるときに、前記第二検出手段により検出されるＮＯＸ吸蔵量が前記所定のＮＯＸ量より多く、且つ前記第二検出手段により検出されるＮＯＸ吸蔵量と前記所定のＮＯＸ量との差が前記第三検出手段により検出されるＮＨ３吸着量で浄化可能なＮＯＸの量より多ければ、前記リッチスパイク処理が実行されるように前記リッチスパイク手段を制御し、且つ該リッチスパイク処理の終了後に混合気の空燃比を理論空燃比に制御する請求項２乃至４の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ（NOX Storage Reduction）触媒）を含む排気浄化
装置が排気通路に配置される内燃機関に適用される制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
混合気の空燃比を切り替え可能な内燃機関として、ＮＳＲ触媒を含む排気浄化装置が排気通路に配置される内燃機関が知られている。このような内燃機関においては、混合気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときに、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸの量（ＮＯＸ吸蔵量）が所定の閾値以上になると、ＮＳＲ触媒へ流入する排気の空燃比を理論空燃比よりリッチ空燃比に制御（リッチスパイク処理）することで、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸを還元及び浄化する技術も提案されている。また、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比に切り替えられるときに、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記所定の閾値より少ない所定量以上であれば、リッチスパイク処理を行う技術も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−０６４８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述の特許文献１に記載の技術によると、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ切り替えられる際に、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力に余裕があるにもかかわらず、リッチスパイク処理が不要に実行される可能性がある。そのため、リッチスパイク処理の不要な実行に起因する燃料消費量の増加を招く可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、リッチスパイク処理の実行に起因する燃料消費量の増加を少なく抑えつつ、ＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの量を少なく抑えることができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ触媒）を含む排気浄化装置が排気通路に配置される内燃機関であって、且つ混合気の空燃比を切り替え可能な内燃機関に適用される制御装置において、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力に余裕がなければリッチスパイク処理を行い、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力に余裕があればリッチスパイク処理を行わないようにした。
【０００７】
詳細には、本発明は、ＮＳＲ触媒を含む排気浄化装置が排気通路に配置される内燃機関であって、且つ混合気の空燃比を切り替え可能な内燃機関に適用される制御装置において、前記ＮＳＲ触媒の温度を検出する第一検出手段と、前記ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量を検出する第二検出手段と、前記排気浄化装置へ流入する排気の空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比にして、前記ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸを還元させる処理であるリッチスパイク処理を実行するリッチスパイク手段と、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行されるときに、前記第一検出手段により検出される温度が高い場合は低い場合に比べ、前記第二検出手段により検出されるＮＯＸ吸蔵量がより少ない状態で前記
リッチスパイク処理が実行されるように前記リッチスパイク手段を制御し、且つ該リッチスパイク処理の終了後に混合気の空燃比を理論空燃比に制御する制御手段と、を備える。
【０００８】
ここで、ＮＳＲ触媒が吸蔵することができるＮＯＸ量の最大値、言い換えると、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が飽和するときのＮＯＸ吸蔵量（ＮＯＸ吸蔵容量）は、排気浄化装置へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比である場合に比べ、理論空燃比である場合の方が少なくなる。そのため、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行されることに伴って、排気浄化装置へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行されると、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量が減少する。よって、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される直前におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量を上回っていると、ＮＳＲ触媒からＮＯＸが排出されることになる。
【０００９】
ところで、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量は、排気浄化装置へ流入する排気の空燃比のみならず、ＮＳＲ触媒の温度によっても変化する。すなわち、ＮＳＲ触媒の温度が高い場合は低い場合に比べ、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量が小さくなる。このようなＮＳＲ触媒の特性を踏まえると、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、ＮＳＲ触媒の温度が比較的高ければ、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後におけるＮＯＸ吸蔵能力の余裕代が小さくなる。そのため、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、ＮＳＲ触媒の温度が比較的高ければ、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が比較的少ない状態であっても、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後に、ＮＳＲ触媒からＮＯＸが排出されやすい。一方、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、ＮＳＲ触媒の温度が比較的低ければ、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後におけるＮＯＸ吸蔵能力の余裕代が大きくなりやすい。そのため、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、ＮＳＲ触媒の温度が比較的低ければ、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が比較的多い状態であっても、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後に、ＮＳＲ触媒からＮＯＸが排出されにくい。
【００１０】
これに対し、本発明の内燃機関の制御装置によれば、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際のＮＳＲ触媒の温度が高い場合は低い場合に比べ、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量がより少ない状態でリッチスパイク処理が実行され、且つ該リッチスパイク処理の終了後に混合気の空燃比がリーン空燃比に戻されることなく理論空燃比に移行されることになる。その結果、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際のＮＳＲ触媒の温度が比較的高い場合（ＮＯＸ吸蔵能力の余裕代が小さい場合）は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が比較的少ない状態であっても、リッチスパイク処理が実行され、且つそのリッチスパイク処理の実行後に混合気の空燃比がリーン空燃比に戻されることなく理論空燃比に移行されることになる。一方、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際のＮＳＲ触媒の温度が比較的低い場合（ＮＯＸ吸蔵能力の余裕代が大きい場合）は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が比較的多い状態であっても、リッチスパイク処理が実行されずに、混合気の空燃比が理論空燃比へ移行されることになる。よって、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、リッチスパイク処理の不要な実行を抑制しつつ、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの量を少なく抑えることができる。また、本発明の内燃機関の制御装置によれば、ＮＳＲ触媒の温度が比較的低い状態でリッチスパイク処理が実行される機会を少なくすることができる。ここで、ＮＳＲ触媒の温度が比較的低いときは、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ浄化能力が低くなる可能性がある。そのため、ＮＳＲ触媒の温度が比較的低い状態でリッチスパイク処理が実行されると、ＮＳＲ触媒において浄化されないＮＯＸの量が多くなる可能性がある。これに対し、ＮＳＲ触媒の温度が比較的低い状態でリッチスパイク処理が実行される機会が少なくなると、ＮＳＲ触媒において浄化され
ないＮＯＸの量が多くなる機会も少なくすることができる。
【００１１】
ここで、本発明の制御手段は、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行されるときに、前記第二検出手段により検出されるＮＯＸ吸蔵量が所定のＮＯＸ量より多ければ、前記リッチスパイク処理が実行されるように前記リッチスパイク手段を制御し、且つ該リッチスパイク処理の終了後に混合気の空燃比を理論空燃比に制御してもよい。そして、制御手段は、前記第一検出手段により検出される温度が高い場合は低い場合に比べ、前記所定のＮＯＸ量を小さい値に変更してもよい。
【００１２】
このような構成によると、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際のＮＳＲ触媒の温度が高い場合は低い場合に比べ、所定のＮＯＸ量が小さい値にされる。そのため、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、ＮＳＲ触媒の温度が比較的高ければ、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が比較的少ない状態であっても、該ＮＯＸ吸蔵量が前記所定のＮＯＸ量より多くなる。その結果、リッチスパイク処理が実行された後に、混合気の空燃比が理論空燃比へ移行されることになる。一方、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、ＮＳＲ触媒の温度が比較的低ければ、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が比較的多い状態であっても、該ＮＯＸ吸蔵量が前記所定のＮＯＸ量以下となる。その結果、リッチスパイク処理が実行されずに、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行されることになる。
【００１３】
なお、前記所定のＮＯＸ量は、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量に応じて変更されてもよい。その場合、本発明の内燃機関の制御装置は、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量を、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される前に推定するものであって、且つ前記第一検出手段により検出される温度が高いときは低いときに比べ、前記ＮＯＸ吸蔵容量が小さいと推定する推定手段を更に備えるようにしてもよい。そして、制御手段は、前記推定手段により推定されるＮＯＸ吸蔵容量が小さい場合は大きい場合に比べ、前記所定のＮＯＸ量を小さい値に変更してもよい。
【００１４】
このような構成によると、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される前におけるＮＯＸ吸蔵量が移行後のＮＯＸ吸蔵容量より多い場合には、リッチスパイク処理がより確実に実行されるようになる。一方、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される前におけるＮＯＸ吸蔵量が移行後のＮＯＸ吸蔵容量以下である場合には、リッチスパイク処理がより確実に実行されないようになる。よって、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、リッチスパイク処理の不要な実行をより確実に抑制しつつ、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの量をより確実に少なく抑えることができる。
【００１５】
ここで、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量は、排気浄化装置へ流入する排気の空燃比やＮＳＲ触媒の温度に加え、排気に含まれるＮＯＸ濃度によっても変化する可能性がある。例えば、排気浄化装置へ流入する排気のＮＯＸ濃度が低いときは高いときに比べ、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量が小さくなる可能性がある。そこで、前記推定手段は、ＮＳＲ触媒の温度に加え、排気浄化装置へ流入する排気のＮＯＸ濃度を考慮して、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量を推定してもよい。すなわち、推定手段は、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後に前記排気浄化装置へ流入する排気のＮＯＸ濃度を予測して、そのＮＯＸ濃度が低い場合は高い場合に比べ、前記ＮＯＸ吸蔵容量が小さいと推定し、且つ前記第一検出手段により検出される温度が高いときは低いときに比べ、前記ＮＯＸ吸蔵容量が小さいと推定してもよい。このような構成によれば、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ
移行された後におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量をより正確に推定することができる。
【００１６】
次に、前記排気浄化装置は、ＮＳＲ触媒と該ＮＳＲ触媒より下流に配置される選択還元型触媒（ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒）とを具備していてもよい。Ｎ
ＳＲ触媒の下流にＳＣＲ触媒が配置される構成においては、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの少なくとも一部は、ＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ３と反応して還元及び浄化される。そのため、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの量がＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ３で浄化可能なＮＯＸの量（以下、「ＮＯＸ浄化可能量」と称する）以下である場合は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記所定のＮＯＸ量より多い状態で混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行されても、その移行後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸがＳＣＲ触媒によって浄化されることになる。一方、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの量が前記ＮＯＸ浄化可能量より多ければ、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記所定のＮＯＸ量より多い状態で混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行されると、その移行後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの一部がＳＣＲ触媒によって浄化されずに大気中へ排出されることになる。
【００１７】
そこで、前記排気浄化装置がＮＳＲ触媒とＳＣＲ触媒とを具備する場合においては、前記制御装置は、前記選択還元型触媒に吸着されているＮＨ３の量であるＮＨ３吸着量を検出する第三検出手段を更に備えるようにしてもよい。そして、前記制御手段は、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行されるときに、前記第二検出手段により検出されるＮＯＸ吸蔵量が前記所定のＮＯＸ量より多く、且つ前記第二検出手段により検出されるＮＯＸ吸蔵量と前記所定のＮＯＸ量との差が前記第三検出手段により検出されるＮＨ３吸着量で浄化可能なＮＯＸの量（ＮＯＸ浄化可能量）より多ければ、前記リッチスパイク処理が実行されるように前記リッチスパイク手段を制御し、且つ該リッチスパイク処理の終了後に混合気の空燃比を理論空燃比に制御してもよい。
【００１８】
このような構成によれば、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が前記所定のＮＯＸ量より多い場合であっても、それらＮＯＸ吸蔵量と前記所定のＮＯＸ量との差がＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化可能量以下であれば、リッチスパイク処理が実行されないことになる。そのため、リッチスパイク処理が不要に実行される機会をより確実に減らすことができる。その結果、リッチスパイク処理の不要な実行に起因する燃料消費量の増加をより確実に少なくすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、リッチスパイク処理の実行に起因する燃料消費量の増加を少なく抑えつつ、ＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの量を少なく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態において本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
【図２】混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）がリーン空燃比から理論空燃比へ移行する際にリッチスパイク処理が実行されない場合において、第二触媒ケーシングから流出する排気のＮＯＸ濃度の経時変化を示すタイミングチャートである。
【図３】混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）がリーン空燃比から理論空燃比へ移行する際にリッチスパイク処理が実行される場合において、第二触媒ケーシングから流出する排気のＮＯＸ濃度の経時変化を示すタイミングチャートである。
【図４】ＮＳＲ触媒の温度と第二触媒ケーシングへ流入する排気の空燃比とＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量との相関を示す図である。
【図５】ＮＳＲ触媒の温度と所定のＮＯＸ量との相関を示す図である。
【図６】第１の実施形態において、内燃機関の運転条件がリーン運転領域からストイキ運転領域へ移行する際に、ＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態において本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態において、内燃機関の運転条件がリーン運転領域からストイキ運転領域へ移行する際に、ＥＣＵによって実行される処理ルーチン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】
【００２１】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２２】
＜実施形態１＞
先ず、本発明の第１の実施形態について図１乃至図６に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関とその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、混合気の空燃比を切り替え可能な火花点火式の内燃機関である。なお、内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関であってもよい。
【００２３】
内燃機関１は、気筒へ燃料を供給するための燃料噴射弁２を備えている。燃料噴射弁２は、各気筒の吸気ポート内へ燃料を噴射するものであってもよく、又は各気筒内へ燃料を噴射するものであってもよい。
【００２４】
内燃機関１には、排気管３が接続されている。排気管３は、内燃機関１の気筒内で燃焼されたガス（排気）が流通する通路を有する管である。排気管３の途中には、第一触媒ケーシング４が配置されている。第一触媒ケーシング４は、三元触媒を収容する。詳細には、アルミナ等のコート層によって被覆されたハニカム構造体と、コート層に担持される貴金属（白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等）と、コート層に担持されるセリア（ＣｅＯ２）等の助触媒と、を収容する。
【００２５】
第一触媒ケーシング４より下流の排気管３には、第二触媒ケーシング５が配置される。第二触媒ケーシング５は、ＮＯＸ吸蔵材を具備するＮＳＲ触媒を収容する。詳細には、第二触媒ケーシング５は、アルミナ等のコート層によって被覆されたハニカム構造体と、コート層に担持される貴金属（白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等）と、コート層に担持されるセリア（ＣｅＯ２）等の助触媒と、コート層に担持されるＮＯＸ吸蔵材（アルカリ類、アルカリ土類等）と、を収容する。第二触媒ケーシング５は、本発明に係わる「排気浄化装置」に相当する。
【００２６】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６が併設
される。ＥＣＵ６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットであり、本発明に係わる「制御装置」に相当する。ＥＣＵ６は、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）７、酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）８、ＮＯＸセンサ９、排気温度センサ１０、アクセルポジションセンサ１１、クランクポジションセンサ１２、及びエアフローメータ１３等の各種センサと電気的に接続されている。
【００２７】
空燃比センサ７は、第一触媒ケーシング４より上流の排気管３に取り付けられ、第一触媒ケーシング４へ流入する排気の空燃比に相関する電気信号を出力する。酸素濃度センサ
８は、第一触媒ケーシング４と第二触媒ケーシング５との間の排気管３に取り付けられ、第一触媒ケーシング４から流出する排気の酸素濃度に相関する電気信号を出力する。ＮＯＸセンサ９は、第一触媒ケーシング４と第二触媒ケーシング５との間の排気管３に取り付けられ、第二触媒ケーシング５へ流入する排気のＮＯＸ濃度に相関する電気信号を出力する。排気温度センサ１０は、第二触媒ケーシング５より下流の排気管３に取り付けられ、排気管３内を流れる排気の温度に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１１は、アクセルペダルに取り付けられ、該アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１２は、内燃機関１に取り付けられ、機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ１３は、内燃機関１の吸気管（図示せず）に取り付けられ、吸気管内を流れる新気（空気）の量（質量）に相関する電気信号を出力する。
【００２８】
ＥＣＵ６は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の運転状態を制御する。例えば、ＥＣＵ６は、アクセルポジションセンサ１１の出力信号（アクセル開度）に基づいて演算される機関負荷と、クランクポジションセンサ１２の出力信号に基づいて演算される機関回転速度と、に基づいて混合気の目標空燃比を演算する。ＥＣＵ６は、目標空燃比とエアフローメータ１３の出力信号（吸入空気量）に基づいて目標燃料噴射量（燃料噴射期間）を演算し、その目標燃料噴射量に従って燃料噴射弁２を制御する。
【００２９】
詳細には、ＥＣＵ６は、前記機関負荷と前記機関回転速度とから定まる運転条件が低回転・低負荷領域又は中回転・中負荷領域（以下、これらの運転領域を「リーン運転領域」と称する）に属する場合は、目標空燃比を理論空燃比より高いリーン空燃比に設定する。また、ＥＣＵ６は、内燃機関１の運転条件が高負荷領域又は高回転領域（以下、このような運転領域を「ストイキ運転領域」と称する）に属する場合は、目標空燃比を理論空燃比（又は理論空燃比より低いリッチ空燃比）に設定する。このように、内燃機関１の運転条件がリーン運転領域に属するときに、目標空燃比をリーン空燃比に設定することで、内燃機関１が希薄燃焼運転されると、燃料消費量を少なく抑えることができる。
【００３０】
また、ＥＣＵ６は、内燃機関１の運転条件が前記リーン運転領域にあるときに、リッチスパイク処理を適宜に実行する。ここでいうリッチスパイク処理は、第二触媒ケーシング５へ流入する排気を、酸素濃度が低く、且つ炭化水素や一酸化炭素の濃度が高い状態にする処理である。すなわち、リッチスパイク処理は、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比を、理論空燃比より低いリッチ空燃比にする処理である。第二触媒ケーシング５に収容されたＮＳＲ触媒は、該第二触媒ケーシング５へ流入する排気の酸素濃度が高いとき（排気の空燃比がリーン空燃比であるとき）に、排気中のＮＯＸを吸蔵又は吸着する。また、ＮＳＲ触媒は、該第二触媒ケーシング５へ流入する排気の酸素濃度が低く且つ炭化水素や一酸化炭素等の還元成分が排気に含まれるとき（排気の空燃比がリッチ空燃比あるとき）に、該ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸを脱離させつつ、脱離したＮＯＸを窒素（Ｎ２）やアンモニア（ＮＨ３）に還元させる。
【００３１】
そこで、ＥＣＵ６は、内燃機関１の運転条件がリーン運転領域に属し、且つＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が所定の閾値より多くなったときに、リッチスパイク処理を実行する。ここでいう「所定の閾値」は、ＮＳＲ触媒が吸蔵可能なＮＯＸ量の最大値、言い換えるとＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が飽和する際のＮＯＸ吸蔵量（ＮＯＸ吸蔵容量）からマージンを差し引いた量である。ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量は、前回のリッチスパイク処理が終了した時点から単位時間あたりに第一触媒ケーシング４へ流入するＮＯＸ量を積算する方法によって求められる。その際、単位時間あたりに第二触媒ケーシング５へ流入するＮＯＸの量は、ＮＯＸセンサ９の測定値（ＮＯＸ濃度）と排気流量（エアフローメータ１３の測定値（吸入空気量）と燃料噴射量との総量）とを乗算することにより求められるものとする。なお、単位時間あたりに第二触媒ケーシング５へ流入するＮＯＸの量は、内燃機関１
の運転条件（機関負荷や機関回転速度等）をパラメータとして推定されてもよい。
【００３２】
ここで、リッチスパイク処理の具体的な実行方法としては、燃料噴射弁２の目標燃料噴射量を増加させる処理と吸気絞り弁（スロットル弁）の開度を減少させる処理との少なくとも一方を実行して、混合気の空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比に低下させることで、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にする方法を用いることができる。なお、燃料噴射弁２が気筒内に直接燃料を噴射する構成においては、気筒の排気行程中に燃料噴射弁２から燃料を噴射させる方法により、リッチスパイク処理が実行されてもよい。
【００３３】
上記したように、内燃機関１の運転条件がリーン運転領域に属するときにリッチスパイク処理が適宜実行されると、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が飽和することを抑制しつつ、大気中に排出されるＮＯＸの量を低減することができる。なお、リッチスパイク処理は、前回のリッチスパイク処理終了時からの運転時間（好ましくは、目標空燃比がリーン空燃比に設定された運転時間）が一定時間以上になったとき、又は前回のリッチスパイク処理終了時からの走行距離（好ましくは、目標空燃比がリーン空燃比に設定された走行距離）が一定距離以上になったときに実行されてもよい。
【００３４】
ところで、前記ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が活性していない状態で内燃機関１が希薄燃焼運転されると、内燃機関１から排出されるＮＯＸが前記ＮＳＲ触媒に吸蔵されない可能性がある。そのため、内燃機関１の希薄燃焼運転は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が活性していることを条件として実施されるものとする。
【００３５】
また、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量は、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比に応じて変化する。すなわち、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量は、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比が高い場合より低い場合の方が小さくなる。そのため、内燃機関１の運転条件がリーン運転領域からストイキ運転領域へ移行する場合に、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行されると、それに伴って排気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ切り替わるため、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量が小さくなる可能性がある。そして、移行前におけるＮＯＸ吸蔵容量がＮＯＸ吸蔵量より大きい場合であっても、移行後におけるＮＯＸ吸蔵容量がＮＯＸ吸蔵量より小さくなる可能性がある。このような事態が発生すると、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された直後に、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯＸの一部が該ＮＳＲ触媒から排出される。その結果、図２に示すように、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された直後に、第一触媒ケーシング４から排出される排気のＮＯＸ濃度が増加する。このようにしてＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸが大気中へ排出されると、排気エミッションの悪化を招くことになる。
【００３６】
上記したような問題に対し、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が所定のＮＯＸ量より多ければ、混合気の空燃比をリーン空燃比から理論空燃比へ切り替える前にリッチスパイク処理を実行し、そのリッチスパイク処理の終了後に混合気の空燃比をリーン空燃比に戻すことなく理論空燃比に制御することで、ＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの量を少なく抑える方法が考えられる。混合気の空燃比をリーン空燃比から理論空燃比へ移行させる前にリッチスパイク処理が実行されると、図３に示すように、排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ移行する過程で極少量のＮＯＸがＮＳＲ触媒から排出される可能はあるが、混合気の空燃比が理論空燃比に移行された直後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの量を少なく抑えることができる。よって、混合気の空燃比をリーン空燃比から理論空燃比へ移行させる過程でリッチスパイク処理が実行された場合は実行されない場合に比べ、混合気の空燃比が理論空燃比に移行された直後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの量を少なく抑えることができる。
【００３７】
ところで、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量は、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比のみならず、ＮＳＲ触媒の温度によっても変化する。例えば、図４に示すように、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量は、第二触媒ケーシング５へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比である場合より理論空燃比である場合の方が小さくなり、且つＮＳＲ触媒の温度が低い場合より高い場合の方が小さくなる。このようなＮＳＲ触媒の特性を考慮せずに前記所定のＮＯＸ量が定められると、混合気の空燃比をリーン空燃比から理論空燃比へ移行させる際に、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量（排気の空燃比が理論空燃比であるときのＮＯＸ吸蔵容量）に余裕があるにもかかわらず、リッチスパイク処理が実行され、それに伴って燃料消費量が増加する可能性がある。
【００３８】
そこで、本実施形態においては、前述の図４に示した特性を踏まえ、混合気の空燃比をリーン空燃比から理論空燃比へ移行させる際のＮＳＲ触媒の温度を考慮して、前記所定のＮＯＸ量を定めるようにした。具体的には、ＥＣＵ６は、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量を推定し、そのＮＯＸ吸蔵容量を所定のＮＯＸ量に定める。ここでいう「ＮＯＸ吸蔵容量」は、ＮＳＲ触媒が吸蔵することができるＮＯＸ量の最大値、言い換えると、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵能力が飽和する際のＮＯＸ吸蔵量である。このようなＮＯＸ吸蔵容量を推定するにあたり、前述の図４に示したような相関をマップ又は関数式の形態でＥＣＵ６のＲＯＭに記憶させておくものとする。そして、ＥＣＵ６は、混合気の空燃比をリーン空燃比から理論空燃比へ移行させる際のＮＳＲ触媒の温度を引数として前記のマップ又は関数式にアクセスすることにより、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量を演算する。このようにＥＣＵ６がＮＯＸ吸蔵容量を求めることにより、本発明に係わる「推定手段」が実現される。次に、ＥＣＵ６は、前記ＮＯＸ吸蔵容量を所定のＮＯＸ量に定める。なお、ＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸ量を可能な限り少なくするという観点にたつと、ＮＳＲ触媒の温度に基づいて推定されたＮＯＸ吸蔵容量から所定のマージンを差し引いた量を前記所定のＮＯＸ量に定めてもよい。
【００３９】
上記した方法によって定められる所定のＮＯＸ量は、図５に示すように、ＮＳＲ触媒の温度が高い場合より低い場合の方が大きな値になる。そのため、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際のＮＳＲ触媒の温度が図５中のＴｎｓｒ０（所定のＮＯＸ量がＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量と等しくなるときの温度）より高ければ、前記所定のＮＯＸ量がＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量より小さくなる。一方、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際のＮＳＲ触媒の温度が図５中のＴｎｓｒ０以下であれば、前記所定のＮＯＸ量がＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量以上となる。その結果、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際のＮＳＲ触媒の温度が図５中のＴｎｓｒ０より高ければ、リッチスパイク処理が実行されるが、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際のＮＳＲ触媒の温度が図５中のＴｎｓｒ０以下であれば、リッチスパイク処理が実行されないことになる。要するに、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際のＮＳＲ触媒の温度が高い場合は低い場合に比べ、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量がより少ない状態でリッチスパイク処理が実行されることになる。よって、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、リッチスパイク処理の不要な実行を抑制しつつ、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの量を少なく抑えることができる。
【００４０】
以下、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際のリッチスパイク処理の実行手順について図６に沿って説明する。図６は、内燃機関１の運転条件がリーン運転領域からストイキ運転領域へ移行する際に、ＥＣＵ６によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ６のＲＯＭに記憶されており、内燃機関１の運転条件がリーン運転領域に属しているとき（混合気の空燃比がリ
ーン空燃比に設定されているとき）にＥＣＵ６によって周期的に実行される。
【００４１】
図６の処理ルーチンでは、ＥＣＵ６は、先ずＳ１０１の処理において、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）をリーン空燃比から理論空燃比へ移行させる条件（Ａ／Ｆ移行条件）が成立しているか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ６は、内燃機関１の運転条件がリーン運転領域からストイキ運転領域へ移行するときに、前記Ａ／Ｆ移行条件が成立していると判定する。すなわち、前回の運転条件がリーン運転領域であり、今回の運転条件がストイキ運転領域であるときに、前記Ａ／Ｆ移行条件が成立していると判定する。なお、実際の運転条件の移行に限らず、例えば、目標とする運転条件がリーン運転領域からストイキ運転領域へ移行するときに、前記Ａ／Ｆ移行条件が成立していると判定するようにしてもよい。Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０２の処理へ進む。
【００４２】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒の温度Ｔｎｓｒを読み込む。ＮＳＲ触媒の温度Ｔｎｓｒは、排気温度センサ１０の測定値（排気温度）と排気流量（エアフローメータ１３の測定値（吸入空気量）と燃料噴射量との総量）とに基づいて演算されてもよい。なお、排気温度センサ１０の測定値がＮＳＲ触媒の温度Ｔｎｓｒ温度として代用されてもよい。このようにＥＣＵ６がＳ１０２の処理を実行することにより、本発明に係わる「第一検出手段」が実現される。
【００４３】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ６は、前述した所定のＮＯＸ量Ａｎｏｘｔｈｒを演算する。具体的には、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０２の処理で読み込まれたＮＳＲ触媒の温度Ｔｎｓｒを引数として、前述の図４に示した相関を格納したマップ又は関数式にアクセスすることにより、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後におけるＮＯＸ吸蔵容量を演算する。続いて、ＥＣＵ６は、前記ＮＯＸ吸蔵容量を所定のＮＯＸ量Ａｎｏｘｔｈｒに定める。なお、所定のＮＯＸ量Ａｎｏｘｔｈｒは、前述したように、前記ＮＯＸ吸蔵容量から所定のマージンを差し引いた量に定められてもよい。また、前述の図５に示したような相関を予めマップ又は関数式の形態でＥＣＵ６のＲＯＭに記憶させておくことにより、ＮＳＲ触媒の温度Ｔｎｓｒを引数として所定のＮＯＸ量Ａｎｏｘｔｈｒが演算されてもよい。ＥＣＵ６は、Ｓ１０３の処理を実行した後に、Ｓ１０４の処理へ進む。
【００４４】
Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ６は、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ａｎｏｘを読み込む。ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ａｎｏｘは、前回のリッチスパイク処理が終了した時点から単位時間あたりに第一触媒ケーシング４へ流入するＮＯＸ量を積算する方法によって演算されて、ＥＣＵ６のバックアップＲＡＭ等に記憶されているものとする。このようにＥＣＵ６がＳ１０４の処理を実行することにより、本発明に係わる「第二検出手段」が実現される。ＥＣＵ６は、Ｓ１０４の処理を実行した後に、Ｓ１０５の処理へ進む。
【００４５】
Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０４の処理で読み込まれたＮＯＸ吸蔵量Ａｎｏｘが前記Ｓ１０３の処理で演算された所定のＮＯＸ量Ａｎｏｘｔｈｒより多いか否かを判別する。Ｓ１０５の処理において肯定判定された場合（Ａｎｏｘ＞Ａｎｏｘｔｈｒ）は、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後におけるＮＯＸ吸蔵容量がＮＯＸ吸蔵量Ａｎｏｘより小さくなる可能性があり、それに伴ってＮＳＲ触媒からＮＯＸが排出される可能性があるとみなすことができる。そこで、ＥＣＵ６は、Ｓ１０５の処理において肯定判定された場合は、Ｓ１０６の処理へ進み、リッチスパイク処理を実行する。その際のリッチスパイク処理の実行時間は、ＮＳＲ触媒から排出されると予想されるＮＯＸの量（例えば、ＮＯＸ吸蔵量Ａｎｏｘと所定のＮＯＸ量Ａｎｏｘｔｈｒとの差）を還元するために要する時間であってもよく、又はＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯＸの全てを還元するために要する時間であってもよい。このようにＥＣＵ６がＳ１０６の処理
を実行することにより、本発明に係わる「リッチスパイク手段」が実現される。ＥＣＵ６は、リッチスパイク処理を実行し終えると、Ｓ１０７の処理へ進み、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）をリーン空燃比に戻すことなく理論空燃比に制御する。このような手順で混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）がリーン空燃比から理論空燃比へ移行されると、前述の図３の説明で述べたように、その移行後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの量を少なく抑えることができる。
【００４６】
一方、前記Ｓ１０５の処理において否定判定された場合（Ａｎｏｘ≦Ａｎｏｘｔｈｒ）は、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後におけるＮＯＸ吸蔵容量がＮＯＸ吸蔵量Ａｎｏｘ以上であるとみなすことができる。そのため、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）をリーン空燃比から理論空燃比へ移行させる過程でリッチスパイク処理が実行されなくても、その移行後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの量が少なくなる。そこで、ＥＣＵ６は、前記Ｓ１０５の処理において否定判定された場合は、Ｓ１０６の処理をスキップしてＳ１０７の処理を実行する。このような手順で混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）がリーン空燃比から理論空燃比へ移行されると、その移行後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸ量を増加させることなく、リッチスパイク処理の不要な実行を抑制することができる。
【００４７】
以上述べたように、ＥＣＵ６が図６の処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる「制御手段」が実現される。よって、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行させる際に、リッチスパイク処理の不要な実行を抑制しつつ、その移行後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの量を少なく抑えることができる。その結果、リッチスパイク処理の不要な実行に起因する燃料消費量の増加を抑制しつつ、排気エミッションの悪化を抑制することができる。また、ＥＣＵ６が図６の処理ルーチンを実行すると、ＮＳＲ触媒の温度が比較的低い状態で混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、リッチスパイク処理が実行される機会を少なくすることもできる。そのため、ＮＳＲ触媒の温度が比較的低い状態でリッチスパイク処理が実行されることに起因する排気エミッションの悪化も抑制することができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量を求めるにあたり、ＮＳＲ触媒の温度をパラメータとして用いる例について述べたが、ＮＳＲ触媒の温度に加え、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後に第二触媒ケーシング５へ流入する排気のＮＯＸ濃度をパラメータとして用いてもよい。その際、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後に第二触媒ケーシング５へ流入する排気のＮＯＸ濃度が低い場合は高い場合に比べ、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量を小さくすればよい。なお、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後は、内燃機関１から排出されるＮＯＸの大部分が第一触媒ケーシング４の三元触媒によって浄化される。そのため、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後に第二触媒ケーシング５へ流入する排気のＮＯＸ濃度は、零又は零に近似した値とみなしてもよい。また、第二触媒ケーシング５より上流の排気管３に第一触媒ケーシング４が配置されない構成においては、内燃機関１の運転条件（機関負荷や機関回転速度等）をパラメータとして、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後に第二触媒ケーシング５へ流入する排気のＮＯＸ濃度を演算（予測）すればよい。このように、ＮＳＲ触媒の温度に加え、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後に第二触媒ケーシング５へ流入する排気のＮＯＸ濃度も考慮してＮＯＸ吸蔵容量が求められると、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後におけるＮＯＸ吸蔵容量をより正確に求めることができる。
【００４９】
また、本実施形態では、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際に、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量が所定のＮＯＸ量より多ければ、リッチスパイク処理が実
行される例について述べたが、ＮＳＲ触媒の温度が所定の温度より高ければ、リッチスパイク処理が実行されるようにしてもよい。ここでいう「所定の温度」は、前述の図５に示したＴｎｓｒ０（所定のＮＯＸ量がＮＯＸ吸蔵量と等しくなる温度）に相当する。このような方法によれば、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施形態について図７乃至図８に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。本実施形態と前述の第１の実施形態との相違点は、第二触媒ケーシング５より下流の排気管３に第三触媒ケーシング１４が配置される点になる。
【００５１】
第三触媒ケーシング１４は、ＳＣＲ触媒を収容する。詳細には、第三触媒ケーシング１４は、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム構造体と、ハニカム構造体を被覆するゼオライト系のコート層と、コート層に担持される遷移金属（銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）等）と、を収容する。この第三触媒ケーシング１４と第二触媒ケーシング５との組合せは、本発明に係わる「排気浄化装置」に相当する。
【００５２】
また、第二触媒ケーシング５と第三触媒ケーシング１４との間の排気管３には、前述の排気温度センサ１０に加え、ＮＯＸセンサ１５が配置される。さらに、第三触媒ケーシング１４より下流の排気管３には、ＮＯＸセンサ１６が配置される。以下では、第一触媒ケーシング４と第二触媒ケーシング５との間の排気管３に配置されるＮＯＸセンサ９を「第一ＮＯＸセンサ９」と称するものとする。また、第二触媒ケーシング５と第三触媒ケーシング１４との間の排気管３に配置されるＮＯＸセンサ１５を「第二ＮＯＸセンサ１５」と称するものとする。さらに、第三触媒ケーシング１４より下流の排気管３に配置されるＮＯＸセンサ１６を「第三ＮＯＸセンサ１６」と称する。
【００５３】
上記のような構成においては、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸは、第三触媒ケーシング１４のＳＣＲ触媒で浄化される場合がある。具体的には、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際のＮＯＸ吸蔵量が前記所定のＮＯＸ量より多い場合に、それらＮＯＸ吸蔵量と所定のＮＯＸ量との差（混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後にＮＳＲ触媒から排出されると考えられるＮＯＸの量であり、「推定排出量」と称する）に比して、ＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ３の量で還元可能なＮＯＸの量（ＮＯＸ浄化可能量）が多い、又は前記差とＮＯＸ浄化可能量とが等しければ、ＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸがＳＣＲ触媒によって浄化される。よって、本実施形態では、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際のＮＯＸ吸蔵量が前記所定のＮＯＸ量より多い場合であっても、前記ＮＯＸ浄化可能量が前記推定排出量以上であれば、リッチスパイク処理を実行しないようにした。
【００５４】
以下、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際のリッチスパイク処理の実行手順について図８に沿って説明する。図８は、内燃機関１の運転条件がリーン運転領域からストイキ運転領域へ移行する際に、ＥＣＵ６によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図８の処理ルーチンにおいて、前述の図６の処理ルーチンと同様の処理には同等の符号を付している。
【００５５】
図８の処理ルーチンと前述の図６の処理ルーチンとの相違点は、Ｓ１０５の処理において肯定判定された場合、すなわちＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量Ａｎｏｘが所定のＮＯＸ量Ａｎｏｘｔｈｒより多い場合に、Ｓ２０１乃至Ｓ２０３の処理が実行される点にある。Ｓ２０１の処理では、ＥＣＵ６は、第三触媒ケーシング１４のＳＣＲ触媒に吸着されているＮＨ３の量（ＮＨ３吸着量）Ａｄｎｈ３を読み込む。ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量Ａｄｎｈ３
は、第三触媒ケーシング１４へ供給されるＮＨ３の量から、ＮＨ３消費量（ＮＯＸの還元に寄与するＮＨ３の量）及びＮＨ３スリップ量（ＳＣＲ触媒をすり抜けるＮＨ３の量）を減算した値を積算することによって求められる。このようにＥＣＵ６がＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量Ａｄｎｈ３を求めることにより、本発明に係わる「第三検出手段」が実現される。
【００５６】
なお、ＳＣＲ触媒へ供給されるＮＨ３の量は、第一触媒ケーシング４の三元触媒で生成されるＮＨ３の量と第二触媒ケーシング５のＮＳＲ触媒で生成されるＮＨ３の量とを総量である。三元触媒で生成されるＮＨ３の量は、排気の空燃比と排気流量と三元触媒の温度とに相関する。そのため、それらの相関を予め求めておけば、排気の空燃比と排気流量と三元触媒の温度とを引数として、三元触媒で生成されるＮＨ３の量を求めることができる。一方、ＮＳＲ触媒で生成されるＮＨ３の量は、排気の空燃比と排気流量とＮＳＲ触媒の温度とに相関する。そのため、それらの相関を予め求めておけば、排気の空燃比と排気流量とＮＳＲ触媒の温度とを引数として、ＮＳＲ触媒で生成されるＮＨ３の量を求めることができる。
【００５７】
前記ＮＨ３消費量は、前記ＳＣＲ触媒へ流入するＮＯＸの量（ＮＯＸ流入量）とＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率とをパラメータとして演算される。その際のＮＯＸ流入量は、第二ＮＯＸセンサ１５の測定値（第三触媒ケーシング１４へ流入する排気のＮＯＸ濃度）と排気流量を乗算することにより演算される。一方、前記ＮＨ３消費量の演算に用いられるＮＯＸ浄化率は、排気流量とＳＣＲ触媒の温度とをパラメータとして演算される。その際、排気流量とＳＣＲ触媒の温度とＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率との相関は、予め実験的に求められているものとする。
【００５８】
前記ＮＨ３スリップ量は、ＮＨ３吸着量の前回の演算値と、ＳＣＲ触媒の温度と、排気流量と、をパラメータとして求められる。ここで、排気流量が一定であれば、ＮＨ３吸着量が多くなるほど、およびまたはＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど、ＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ３濃度が高くなる。また、ＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ３濃度が一定であれば、排気流量が多くなるほど、単位時間あたりのＮＨ３スリップ量が多くなる。これらの相関を踏まえると、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量とＳＣＲ触媒の温度とをパラメータとしてＳＣＲ触媒から流出する排気のＮＨ３濃度を求め、次いでそのＮＨ３濃度に排気流量を乗算することで、ＮＨ３スリップ量を求めることができる。
【００５９】
ここで図８の処理ルーチンに戻り、ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０１の処理を実行し終えると、Ｓ２０２の処理へ進む。Ｓ２０２の処理では、ＥＣＵ６は、ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化可能量Ａｐｒｎｏｘを演算する。ＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化可能量Ａｐｒｎｏｘは、ＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量とＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化率とに相関するため、それらの相関を予め実験的に求めておくものとする。なお、ＮＯＸ浄化可能量Ａｐｒｎｏｘの演算に用いられるＮＯＸ浄化率は、前述のＮＨ３消費量の演算に用いられるＮＯＸ浄化率と同様の方法によって演算されるものとする。ＥＣＵ６は、Ｓ２０２の処理を実行し終えると、Ｓ２０３の処理へ進む。
【００６０】
Ｓ２０３の処理では、ＥＣＵ６は、前記ＮＯＸ吸蔵量Ａｎｏｘから前記所定のＮＯＸ量Ａｎｏｘｔｈｒを減算することにより、前記推定排出量（＝（Ａｎｏｘ−Ａｎｏｘｔｈｒ））を演算する。そして、ＥＣＵ６は、前記Ｓ２０２の処理で演算されたＮＯＸ浄化可能量Ａｐｒｎｏｘが前記推定排出量より少ないか否かを判別する。Ｓ２０３の処理において肯定判定された場合は、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの全てがＳＣＲ触媒によって浄化されないとみなすことができる。そのため、前記Ｓ２０３の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０６の処理へ進み、リッチスパイク処理を実行する。一方、Ｓ２０３の処
理において否定判定された場合は、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後にＮＳＲ触媒から排出されるＮＯＸの全てがＳＣＲ触媒によって浄化されるとみなすことができる。そのため、前記Ｓ２０３の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ６は、Ｓ１０６の処理をスキップして、Ｓ１０７の処理へ進む。
【００６１】
以上述べたように、ＥＣＵ６が図８の処理ルーチンを実行すると、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行させる際のＮＯＸ吸蔵量が前記所定のＮＯＸ量より大きい場合であっても、前記ＮＯＸ浄化可能量が前記推定排出量以上であれば、リッチスパイク処理が実行されなくなる。その結果、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行させる際にリッチスパイク処理が実行されない機会をより少なくすることができる。よって、リッチスパイク処理の不要な実行に起因する燃料消費量の増加をより少なく抑えることができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量に基づいて、前記所定のＮＯＸ量を定めているが、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行された後におけるＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵容量とＳＣＲ触媒のＮＯＸ浄化可能量とに基づいて、所定のＮＯＸ量を定めてもよい。すなわち、前記ＮＯＸ吸蔵容量と前記ＮＯＸ浄化可能量との総量（又は、該総量からマージンを差し引いた量）を所定のＮＯＸ量に定めてもよい。その場合の所定のＮＯＸ量は、混合気の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比へ移行される際のＮＳＲ触媒の温度が低い場合より高い場合の方が少なくなり、且つＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が多い場合より少ない場合の方が少なくなる。このようにして定められる所定のＮＯＸ量を用いる場合は、前述した図６の処理ルーチンで示した手順と同様の手順でリッチスパイク処理を実行すればよい。その結果、ＮＳＲ触媒の温度が高く、且つＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が少ない場合は、ＮＳＲ触媒の温度が低く、且つＳＣＲ触媒のＮＨ３吸着量が少ない場合に比べ、ＮＳＲ触媒のＮＯＸ吸蔵量がより少ない状態でリッチスパイク処理が実行されることになる。よって、図８の処理ルーチンで示した手順でリッチスパイク処理を実行した場合と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１     内燃機関
２     燃料噴射弁
３     排気管
４     第一触媒ケーシング
５     第二触媒ケーシング
６     ＥＣＵ
７     空燃比センサ
８     酸素濃度センサ
９     ＮＯＸセンサ（第一ＮＯＸセンサ）
１０   排気温度センサ
１１   アクセルポジションセンサ
１４   第三触媒ケーシング
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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