特許 6661921 内燃機関の排ガス浄化システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6661921

(24)【登録日】2020年2月17日

(45)【発行日】2020年3月11日

(54)【発明の名称】内燃機関の排ガス浄化システム

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/20 20060101AFI20200227BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20200227BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20200227BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20200227BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20200227BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20200227BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/20 B

   F01N3/08 AZAB

   F01N3/08 H

   F01N3/24 R

   F01N3/28 301G

   F02D41/04 305A

   B01D53/94 222

【請求項の数】11

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2015-169839(P2015-169839)

(22)【出願日】2015年8月28日

(65)【公開番号】特開2017-44204(P2017-44204A)

(43)【公開日】2017年3月2日

【審査請求日】2018年7月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】岩知道 均一

【審査官】 小笠原 恵理

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１１６７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８０７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３０３７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１５１９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５０６８８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００− ３／３８，

９／００−１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排ガス通路に設けられ、リーン燃焼運転時に排ガス中のＮＯｘを吸蔵可能な第１の排ガス浄化触媒と、
前記第１の排ガス浄化触媒より下流の前記排ガス通路に設けられ、排ガス中に含まれるＮＨ_３を吸着可能であり、かつ吸着したＮＨ_３で排ガス中のＮＯｘを選択還元する第２の排ガス浄化触媒と、
内燃機関の燃焼空燃比を制御する空燃比制御部と、を備え、
前記空燃比制御部は、
空燃比を制御して、理論空燃比よりリーン燃焼運転において前記第１の排ガス浄化触媒に吸蔵させたＮＯｘを、リッチ燃焼運転にして前記吸蔵させたＮＯｘを脱離させると共に、前記第１の排ガス浄化触媒においてＮＨ_３を生成させて前記第２の排ガス浄化触媒に供給するＮＨ_３生成部と、
前記第２の排ガス浄化触媒によるＮＯｘ還元性能を示す指標に基づいて前記リッチ燃焼運転のリッチ化度合いを制御するリッチ化制御部と、
を有し、
前記リッチ化制御部は、
前記第１の排ガス浄化触媒で生成されるＮＨ_３の生成量を求めるＮＨ_３生成量算出部と、
該ＮＨ_３生成量算出部で求めたＮＨ_３生成量と前記第２の排ガス浄化触媒の温度とから前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ_３吸着量を求めるＮＨ_３吸着量算出部と、
前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を求める第１のＮＯｘ濃度算出部と、
前記ＮＨ_３吸着量算出部で求めた前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ_３吸着量と前記第２の排ガス浄化触媒のＮＯｘ浄化効率との関係、及び前記第２の排ガス浄化触媒の温度と前記第２の排ガス浄化触媒のＮＯｘ浄化効率との関係を用いて、前記第１のＮＯｘ濃度算出部で求めたＮＯｘ濃度から前記第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度を算出する第２のＮＯｘ濃度算出部と、
を有し、
該第２のＮＯｘ濃度算出部で算出されたＮＯｘ排出濃度に基づいて前記リッチ化度合いを制御することを特徴とする内燃機関の排ガス浄化システム。

【請求項2】

前記第２の排ガス浄化触媒によるＮＯｘ還元性能を示す指標は、前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ_３吸着量であり、
前記リッチ化制御部は、前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ_３吸着量がＮＨ_３吸着閾値より低下したとき、前記リッチ化度合いを増大することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排ガス浄化システム。

【請求項3】

前記第２の排ガス浄化触媒によるＮＯｘ還元性能を示す指標は、前記第２の排ガス浄化触媒の下流側のＮＯｘ排出濃度であり、
前記リッチ化制御部は、前記第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度が所定の第１のＮＯｘ排出閾値を越えたとき、前記リッチ化度合いを増大し、前記ＮＯｘ排出濃度が前記第１のＮＯｘ排出閾値より低下した場合には前記リッチ化度合いを低減することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排ガス浄化システム。

【請求項4】

前記第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度が前記第１のＮＯｘ排出閾値より低い第２のＮＯｘ排出閾値より低下した場合には、前記リッチ燃焼運転を行わずに、前記リーン燃焼運転を継続させることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排ガス浄化システム。

【請求項5】

前記リッチ化制御部は、
前記ＮＨ_３生成部で生成されるＮＨ_３の生成量を求めるＮＨ_３生成量算出部と、
前記ＮＨ_３生成量算出部で求めたＮＨ_３生成量と前記第２の排ガス浄化触媒の温度とから前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ_３吸着量を求めるＮＨ_３吸着量算出部とを有し、
該ＮＨ_３吸着量算出部で算出されたＮＨ_３吸着量に基づいて前記リッチ化度合いを制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排ガス浄化システム。

【請求項6】

前記ＮＨ_３生成量算出部において、
前記ＮＨ_３生成量は、空燃比及び前記第１の排ガス浄化触媒の温度を含む内燃機関の運転状態量と前記第１の排ガス浄化触媒で生成されるＮＨ_３生成量との関係を示す第１のマップによって算出することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排ガス浄化システム。

【請求項7】

前記ＮＨ_３生成量算出部において、
前記ＮＨ_３生成量は、前記第１の排ガス浄化触媒と前記第２の排ガス浄化触媒との間の前記排ガス通路に設けられ、排ガス中のＮＨ_３濃度を検出する第１のＮＨ_３センサからの信号を基に算出されることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排ガス浄化システム。

【請求項8】

前記第１のＮＯｘ濃度算出部において、
前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度は、空燃比及び前記第１の排ガス浄化触媒の温度を含む内燃機関の運転状態量と前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度との関係を示す第２のマップに基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化システム。

【請求項9】

前記第１のＮＯｘ濃度算出部において、
前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度は、前記第１の排ガス浄化触媒と前記第２の排ガス浄化触媒との間の前記排ガス通路に設けられ、排ガス中のＮＯｘ濃度を検出する第１のＮＯｘセンサからの信号を基に算出されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化システム。

【請求項10】

前記第２の排ガス浄化触媒の下流側のＮＯｘ排出濃度は、前記第２の排ガス浄化触媒より下流の前記排ガス通路に設けられ、該ＮＯｘ排出濃度を検出する第２のＮＯｘセンサからの信号を基に算出されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排ガス浄化システム。

【請求項11】

前記第１の排ガス浄化触媒と前記第２の排ガス浄化触媒間の前記排ガス通路に設けられた還元剤供給部をさらに備え、
排ガス中のＮＯｘ濃度に対する前記ＮＨ_３生成部によるＮＨ_３生成量が不足するとき、前記還元剤供給部から還元剤を排ガス中に供給してＮＨ_３生成量の不足分を補うための還元剤供給制御部を備えることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の内燃機関の排ガス浄化システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、内燃機関の排ガス浄化システムに関し、特に、排ガス通路にＮＯｘトラップ触媒とＳＣＲ触媒を直列に配置する排ガス浄化システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、大気のクリーン化が求められる中、ＣＯ_２排出量の抑制と燃費向上の観点から、ディーゼルエンジンに加えて、ガソリンエンジンでもリーンバーンエンジンが注目されている。また、触媒を用いた排ガス浄化性能のさらなる向上が求められ、リーンバーンエンジンの排ガス通路に、ＮＯｘ吸蔵還元型（ＮＯｘトラップ）触媒やＮＨ_３を用いてＮＯｘを選択還元するＳＣＲ触媒を設けることが提案されている。
さらに、将来予想されるより厳しい排ガス規制に備えて、排ガス通路にＮＯｘトラップ触媒とＳＣＲ触媒を直列に配置する排ガス浄化システムが検討されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、排ガス通路に排ガス上流側から第１の触媒コンバータと第２の触媒コンバータとが直列に設けられた排ガス浄化システムが開示されている。第１の触媒コンバータには、排ガス流れ上流側に酸化性能を有する高温用ＮＯｘトラップ触媒が内蔵され、下流側に触媒温度が低いときＮＯｘを吸蔵する低温用ＮＯｘ吸蔵触媒が内蔵されている。第２の触媒コンバータには、上流側に第１の触媒コンバータから放出されたＮＯｘを還元浄化するためのＮＯｘ還元触媒が内蔵され、下流側に捕集したＰＭを燃焼し浄化するＰＭ燃焼触媒が内蔵されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５−０２５４３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記排ガス浄化システムでは、ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出・還元するために、リッチ燃焼運転を行い、燃料噴射量を増大して還元剤を供給する必要がある。そのため、ＣＯ_２などの排出量が増大し、燃費の低下が起るという問題がある。

【0006】

そこで、これら技術的課題に鑑み、本発明の少なくとも一つの実施形態は、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ離脱／浄化（パージ）を行う際のリッチ燃焼運転に伴う燃費の悪化を抑制しつつ、ＮＯｘ浄化性能を向上することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化システムは、内燃機関の排ガス通路に設けられ、リーン燃焼運転時に排ガス中のＮＯｘを吸蔵可能な第１の排ガス浄化触媒と、前記第１の排ガス浄化触媒より下流の前記排ガス通路に設けられ、排ガス中に含まれるＮＨ_３を吸着可能であり、かつ吸着したＮＨ_３で排ガス中のＮＯｘを選択還元する第２の排ガス浄化触媒と、内燃機関の燃焼空燃比を制御する空燃比制御部と、を備え、前記空燃比制御部は、空燃比を制御して、理論空燃比よりリーン燃焼運転において前記第１の排ガス浄化触媒に吸蔵させたＮＯｘを、リッチ燃焼運転にして前記吸蔵させたＮＯｘを脱離させると共に、前記第１の排ガス浄化触媒においてＮＨ_３を生成させて前記第２の排ガス浄化触媒に供給するＮＨ_３生成部と、前記第２の排ガス浄化触媒によるＮＯｘ還元性能を示す指標に基づいて前記リッチ燃焼運転のリッチ化度合いを制御するリッチ化制御部と、を有し、前記リッチ化制御部は、前記第１の排ガス浄化触媒で生成されるＮＨ_３の生成量を求めるＮＨ_３生成量算出部と、該ＮＨ_３生成量算出部で求めたＮＨ_３生成量と前記第２の排ガス浄化触媒の温度とから前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ_３吸着量を求めるＮＨ_３吸着量算出部と、前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を求める第１のＮＯｘ濃度算出部と、前記ＮＨ_３吸着量算出部で求めた前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ_３吸着量と前記第２の排ガス浄化触媒のＮＯｘ浄化効率との関係、及び前記第２の排ガス浄化触媒の温度と前記第２の排ガス浄化触媒のＮＯｘ浄化効率との関係を用いて、前記第１のＮＯｘ濃度算出部で求めたＮＯｘ濃度から前記第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度を算出する第２のＮＯｘ濃度算出部と、を有し、該第２のＮＯｘ濃度算出部で算出されたＮＯｘ排出濃度に基づいて前記リッチ化度合いを制御する。

【0008】

排ガス中にＣＯ、ＨＣが存在すると、反応式（１）の水性ガス反応と、反応式（２）の水蒸気改質反応が進行してＨ_２が生成され、反応式（３）、反応式（４）や反応式（５）の反応によりＮＨ_３が生成する。これらの反応は、上記第１の排ガス浄化触媒に吸蔵されるＮＯｘの存在により促進される。
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋Ｈ_２ （１）
ＨＣ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋ＣＯ＋Ｈ_２ （２）
２ＮＯ＋５Ｈ_２ →２Ｈ_２Ｏ＋２ＮＨ_３ （３）
３/２Ｈ_２＋ＮＯ＋ＣＯ → ＮＨ_３＋ＣＯ_２ （４）
ＮＯ＋ＨＣ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋ＮＨ_３ （５）
内燃機関のリーン燃焼運転時には、排ガス中のＮＯｘ成分は前記第１の排ガス浄化触媒に吸蔵される。これによって、ＮＯｘの下流側への流出を抑制する。
しかし、第１の排ガス浄化触媒の浄化性能を維持する上で吸蔵されたＮＯｘ成分を脱離／浄化（パージ）させる必要があり、定期的、又は所定の条件が成立したときに行っている。
この脱離の際に、空燃比制御部のＮＨ_３生成部は、リッチ燃焼運転によって、第１の排ガス浄化触媒に吸蔵されたＮＯｘを脱離させると共に一部を還元浄化する。また、このリッチ化によって、第１の排ガス浄化触媒でＮＨ_３が生成され、生成されたＮＨ_３は下流の第２の排ガス浄化触媒に流入する。

【0009】

第２の排ガス浄化触媒は、第１の排ガス浄化触媒で生成されたＮＨ_３を吸着する。また、第２の排ガス浄化触媒では、第１の排ガス浄化触媒で浄化されずに放出されたＮＯｘと吸着したＮＨ_３とを反応させ、反応式（６）〜（８）の反応によりＮＯｘを選択還元する。
ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３ → ２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ （６）
４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２ → ４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ （７）
６ＮＯ_２＋８ＮＨ_３ → ７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ （８）
このように、第２の排ガス浄化触媒に吸着したＮＨ_３で排ガス中のＮＯｘを還元するので、ＮＯｘの還元率を向上できると共に、外部から還元剤を供給する設備が不要になり、省スペース化できる。
また、上記リッチ化制御部は、ＮＯｘ還元性能を示す指標に基づいてリッチ燃焼運転時の上記リッチ化度合いを制御することで、第１の排ガス浄化触媒のＮＯｘ離脱／浄化（パージ）を行う際のリッチ燃焼運転に伴う燃費の悪化を抑制しつつ、ＮＯｘ浄化性能を向上することできる。
また、第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ濃度を、第２の排ガス浄化触媒入口のＮＯｘ濃度と第２の排ガス浄化触媒のＮＯｘ浄化効率とを基に算出するので、ＮＯｘセンサを用いずに第２の排ガス浄化触媒から排出されるＮＯｘ濃度を算出できる。

【0010】

（２）幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、前記第２の排ガス浄化触媒によるＮＯｘ還元性能を示す指標は、前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ_３吸着量であり、
前記リッチ化制御部は、前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ_３吸着量がＮＨ_３吸着閾値より低下したとき、前記リッチ化度合いを増大する。
上記構成（２）によれば、第２の排ガス浄化触媒のＮＨ_３吸着量が閾値より低下したとき、リッチ化度合いを増大させることで、ＮＯｘと反応して還元するＮＨ_３の生成量を増加できるため、第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度を低減できる。

【0011】

（３）幾つかの実施形態では、前記構成（１）または（２）において、前記第２の排ガス浄化触媒によるＮＯｘ還元性能を示す指標は、前記第２の排ガス浄化触媒の下流側のＮＯｘ排出濃度であり、
前記リッチ化制御部は、前記第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度が所定の第１のＮＯｘ排出閾値を越えたとき、前記リッチ化度合いを増大し、前記ＮＯｘ排出濃度が前記第１のＮＯｘ排出閾値より低下した場合には前記リッチ化度合いを低減する。
上記構成（３）によれば、第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度が第１のＮＯｘ排出閾値を超えたとき、リッチ化度合いを増大させることで、ＮＯｘと反応して還元するＮＨ_３の生成量を増加できるため、第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度を低減できる。また、該ＮＯｘ排出濃度が第１のＮＯｘ排出閾値より小さいときは、リッチ化度合いを低減することで、燃費を向上できる。

【0012】

（４）幾つかの実施形態では、前記構成（３）において、前記第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度が前記第１のＮＯｘ排出閾値より低い第２のＮＯｘ排出閾値より低下した場合には、前記リッチ燃焼運転を行わずに、前記リーン燃焼運転を継続させる。
上記構成（４）によれば、第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度が、第１のＮＯｘ排出閾値より低い第２のＮＯｘ排出閾値より低下した場合には、リッチ燃焼運転を行わずにリーン燃焼運転を継続させる。すなわち、第２のＮＯｘ排出閾値より低下した場合には、第２の排ガス浄化触媒のＮＯｘ浄化性能が維持されており、ＮＯｘ離脱／浄化（ＮＯｘパージ）を行う必要がないと判定して、リーン燃焼運転を継続させる。これによって、ＮＯｘ離脱の際のリッチ化の発生頻度を抑えることで、燃費の向上をさらに図ることができる。

【0013】

（５）幾つかの実施形態では、前記構成（２）において、前記リッチ化制御部は、前記第１の排ガス浄化触媒で生成されるＮＨ_３の生成量を求めるＮＨ_３生成量算出部と、前記ＮＨ_３生成量算出部で求めたＮＨ_３生成量と前記第２の排ガス浄化触媒の温度とから前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ_３吸着量を求めるＮＨ_３吸着量算出部とを有し、該ＮＨ_３吸着量算出部で算出されたＮＨ_３吸着量に基づいて前記リッチ化度合いを制御する。
上記構成（５）によれば、ＮＨ_３吸着量算出部において、ＮＨ_３生成量算出部で求めたＮＨ_３生成量と第２の排ガス浄化触媒の温度とから、第２の排ガス浄化触媒のＮＨ_３吸着量を求めるので、ＮＨ_３吸着量を正確に推定できる。この推定値に基づいてリッチ化度合いを制御するので、ＮＯｘ浄化の向上、燃費の向上が可能になる。

【0014】

（６）幾つかの実施形態では、前記構成（５）において、前記ＮＨ_３生成量算出部において、前記ＮＨ_３生成量は、空燃比及び前記第１の排ガス浄化触媒の温度を含む内燃機関の運転状態量と前記第１の排ガス浄化触媒で生成されるＮＨ_３生成量との関係を示す第１のマップによって算出する。
上記構成（６）によれば、予め試験などで得た上記第１のマップから、第１の排ガス浄化触媒のＮＨ_３生成量を正確に把握できる。

【0015】

（７）幾つかの実施形態では、前記構成（５）において、前記ＮＨ_３生成量算出部において、前記ＮＨ_３生成量は、前記第１の排ガス浄化触媒と前記第２の排ガス浄化触媒との間の前記排ガス通路に設けられ、排ガス中のＮＨ_３濃度を検出する第１のＮＨ_３センサからの信号を基に算出される。
上記構成（７）によれば、第１のＮＨ_３センサを設けることで、第１の排ガス浄化触媒のＮＨ_３生成量を正確には把握できる。

【0018】

（８）幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、前記ＮＯｘ濃度算出部において、前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度は、空燃比及び前記第１の排ガス浄化触媒の温度を含む内燃機関の運転状態量と前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度との関係を示す第２のマップに基づいて算出される。
上記構成（８）によれば、予め試験などで得た上記第２のマップから、第１の排ガス浄化触媒出口排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を算出するため、センサを用いずに正確に把握できる。

【0019】

（９）幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度は、前記第１の排ガス浄化触媒と前記第２の排ガス浄化触媒との間の前記排ガス通路に設けられ、排ガス中のＮＯｘ濃度を検出する第１のＮＯｘセンサからの信号を基に算出される。
上記構成（９）によれば、第１の排ガス浄化触媒下流側のＮＯｘ濃度が第１のＮＯｘセンサで検出された信号を基に算出されるので、正確に算出できる。

【0020】

（１０）幾つかの実施形態では、前記構成（３）において、前記第２の排ガス浄化触媒の下流側のＮＯｘ排出濃度は、前記第２の排ガス浄化触媒より下流の前記排ガス通路に設けられ、該ＮＯｘ排出濃度を検出する第２のＮＯｘセンサからの信号を基に算出される。
上記構成（１０）によれば、上記ＮＯｘセンサを設けることで、第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度を正確に把握できる。

【0021】

（１１）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（１０）の何れかにおいて、前記第１の排ガス浄化触媒と前記第２の排ガス浄化触媒間の前記排ガス通路に設けられた還元剤供給部をさらに備え、排ガス中のＮＯｘ濃度に対する前記ＮＨ_３生成部によるＮＨ_３生成量が不足するとき、前記還元剤供給部から還元剤を排ガス中に供給してＮＨ_３生成量の不足分を補うための還元剤供給制御部を備える。
上記構成（１１）によれば、還元剤供給部及び還元剤供給制御部を備えることで、ＮＯｘ浄化効率をさらに向上できる。

【発明の効果】

【0022】

本発明の少なくとも一実施形態によれば、第２の排ガス浄化触媒のＮＯｘ還元性能を示す指標に基づいて、第１の排ガス浄化触媒でのＮＯｘ離脱／浄化（パージ）を行わせるリッチ燃焼運転のリッチ化度合いを制御することで、ＮＯｘ浄化率を高く維持しつつ、燃費の悪化を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化システムを示す概略構成図である。

【図2】一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化システムを示す概略構成図である。

【図3】一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化システムを示す概略構成図である。

【図4】一実施形態に係る空燃比制御部の構成説明図である。

【図5】一実施形態に係る空燃比制御部のフローチャートである。

【図6】一実施形態に係る空燃比制御部のフローチャートである。

【図7】一実施形態に係る空燃比制御部のフローチャートである。

【図8】一実施形態に係る空燃比制御部のフローチャートである。

【図9】ＮＯｘパージ時の排ガス浄化のタイムチャートであり、（ａ）は空燃比Ａ／Ｆ、（ｂ）はＮＯｘ濃度、（ｃ）はＮＨ_３排出量、（ｄ）は車速の変化をそれぞれ示す。

【図10】ＮＯｘトラップ触媒の温度とＮＨ_３生成量との関係を示すマップ。

【図11】ＮＯｘトラップ触媒におけるリッチ化Ａ／ＦとＮＨ_３生成量との関係を示すマップ。

【図12】選択還元触媒のＮＨ_３吸着量とＮＯｘ浄化効率との関係を示すマップ。

【図13】選択還元触媒温度とＮＯｘ浄化効率との関係を示すマップ。

【図14】選択還元触媒温度とＮＨ_３吸着量との関係を示すマップ。

【図15】ＮＯｘトラップ触媒温度とＮＯｘ排出量との関係を示すマップ。

【図16】ＮＯｘトラップ触媒におけるリッチ化Ａ／ＦとＮＯｘ排出量との関係を示すマップ。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0025】

本発明の幾つかの実施形態に係る排ガス浄化システム１０Ａは、図１に示すような全体構成を有し、エンジン（内燃機関）１１は、例えばガソリンリーンバーンエンジンである。エンジン１１の燃焼室（不図示）と連通する排気ポート１２が気筒毎に形成されている。そして、エンジン１１には夫々の排気ポート１２と連通するように排気マニフォールド１４が接続されている。
排気マニフォールド１４の排ガス流れ方向下流には、排気過給機１６が設けられている。排気過給機１６ではタービンハウジング１６ａと排ガス通路１８とが連通し、エンジン１１から排出される排ガスｅのエネルギを利用して吸入された新気を圧縮し、エンジン１１の燃焼室に供給する。
排ガス通路１８には、ＮＯｘトラップ触媒（第１の排ガス浄化触媒）２２を内蔵した触媒コンバータ２０が設けられている。エンジンのリーン燃焼運転時に、排ガスｅに含まれるＮＯｘを吸蔵可能なアルカリ元素やアルカリ土類元素などの触媒成分と吸蔵したＮＯｘをリッチ燃焼運転時に還元浄化可能な貴金属元素などの触媒活性成分を担持している。

【0026】

また、触媒コンバータ２０より下流の排ガス通路１８には、選択還元触媒（ＳＣＲ）（第２の排ガス浄化触媒）２６を内蔵した触媒コンバータ２４が設けられる。選択還元触媒２６は、上記反応式（１）〜（５）によって生成され排ガスｅに含まれるＮＨ_３を吸着可能な触媒活性成分、及び吸着したＮＨ_３で排ガス中のＮＯｘを選択還元する触媒活性成分を担持する。

【0027】

リーン燃焼運転時には、排ガス中のＮＯｘ成分はＮＯｘトラップ触媒２２に吸蔵され、ＮＯｘの下流側への流出を抑制する。そして、ＮＯｘトラップ触媒２２で吸蔵されたＮＯｘ成分はＮＯｘ浄化性能を維持するために定期的、又は所定の条件が成立したときに、リッチ燃焼運転によってＮＯｘを脱離／浄化（パージ）させている。また、リッチ化によってＮＯｘトラップ触媒２２でＮＨ_３が生成される。選択還元触媒２６では、ＮＯｘトラップ触媒２２で生成されて存在するＮＨ_３と、排ガス中に残存するＮＯｘとを反応させ、反応式（６）〜（８）の反応によりＮＯｘを選択還元する。
なお、ＮＯｘパージは、脱離だけではなく浄化作用を含むため「脱離／浄化（パージ）」と記載している。

【0028】

エンジン１１の運転を制御する制御装置４０が設けられている。
制御装置４０には、図示しない信号入力部、信号出力部、記憶部、演算部等が設けられ、さらに、エンジン１１の燃焼空燃比を制御する空燃比制御部４２が設けられている。
信号入力部には、エンジン１１の運転状態の空燃比、エンジン回転、エンジン負荷等、さらに、温度センサ４４からＮＯｘトラップ触媒２２の温度、温度センサ４６から選択還元触媒２６の温度の信号が入力され、信号出力部からは、燃料供給装置４８への燃料供給量を制御する信号、すなわち、空燃比を制御する信号が出力される。

【0029】

空燃比制御部４２には、空燃比を理論空燃比よりリッチ燃焼運転に制御してＮＯｘトラップ触媒２２においてＮＨ_３を生成させて、選択還元触媒２６に供給するＮＨ_３生成部５０と、選択還元触媒２６によるＮＯｘ還元性能を示す指標に基づいてリッチ燃焼運転のリッチ化度合いを制御してＮＨ_３生成部５０によって生成されるＮＨ_３量を制御するリッチ化制御部５２とを有して構成されている。

【0030】

リッチ化制御部５２は、選択還元触媒２６によるＮＯｘ還元性能を示す指標（以下「ＮＯｘ還元指標」と言う）に基づいて、リッチ燃焼運転時のリッチ化度合いを制御する。
また、ＮＨ_３生成部５０では、空燃比を理論空燃比よりリッチ燃焼運転に制御してＮＯｘトラップ触媒２２においてＮＨ_３を生成させ選択還元触媒２６に供給するので、リッチ化制御部５２でのリッチ化度合いを制御することで、生成されるＮＨ_３量を制御することができる。
従って、選択還元触媒２６のＮＯｘ還元指標に基づいてリッチ燃焼運転を制御することによって、ＮＯｘトラップ触媒２２でのＮＯｘ離脱／浄化（パージ）を行わせるリッチ燃焼運転のリッチ化度合いを制御することができ、ＮＯｘ浄化率を高く維持しつつ、燃費の悪化を抑制できる。
また、還元剤を排ガス通路１８に供給するための還元剤供給装置を別途設置する必要がないため排ガス浄化システムの簡素化による小型化及びコスト低減が図れる。

【0031】

幾つかの実施形態では、図４に示すように、リッチ化制御部５２は、選択還元触媒２６に吸着したＮＨ_３吸着量を「ＮＯｘ還元指標」としてリッチ化度合いを制御する構成を有る。
この制御のために、ＮＨ_３生成部５０で生成されるＮＨ_３生成量を求めるＮＨ_３生成量算出部５４と、ＮＨ_３生成量算出部５４で求めたＮＨ_３生成量と選択還元触媒２６の温度とから選択還元触媒のＮＨ_３吸着量を求めるＮＨ_３吸着量算出部５６とを有し、さらに、ＮＨ_３吸着量算出部５６で算出したＮＨ_３吸着量が、所定のＮＨ_３吸着閾値より低下したか否かを判定するＮＨ_３吸着量判定部５８を有している。

【0032】

ＮＨ_３生成量算出部５４は、図１０、１１に示すＮＨ_３生成量マップ（第１のマップ）６０、６２を用いて、ＮＯｘトラップ触媒２２で生成されるＮＨ_３生成量を算出する。
図１０のＮＨ_３生成量マップには、ＮＯｘトラップ触媒２２の温度とＮＨ_３生成量との関係が設定されている。また、図１１のＮＨ_３生成量マップには、空燃比（Ａ／Ｆ）とＮＯｘトラップ触媒２２で生成されるＮＨ_３生成量との関係が設定されている。従って、温度センサ４４からの検出温度と、エンジン１１からの空燃比情報を基に図１０、１１のＮＨ_３生成量マップ６０、６２を用いて算出される。例えば、一方のマップには生成量（ｐｐｍ）が設定され、他方のマップには補正係数が設定されており、それらを掛け合わせて求める。

【0033】

ＮＨ_３吸着量算出部５６は、ＮＨ_３生成量算出部５４で求めたＮＨ_３生成量と選択還元触媒２６の温度とから、選択還元触媒のＮＨ_３吸着量を求める。例えば、図１４の選択還元触媒２６の温度とＮＨ_３吸着量との関係が設定されたＮＨ_３吸着量マップ６３を用いて算出する。図１４のＮＨ_３吸着量は、最大吸着量を示すため、ＮＨ_３生成量算出部５４で求めたＮＨ_３生成量が、最大吸着量に達している場合には、最大吸着量が吸着され、達していない場合には、その流入するＮＨ_３生成量が吸着量となると仮定して算出する。

【0034】

ＮＨ_３吸着量判定部５８は、所定のＮＨ_３吸着閾値より低下したか否かを判定して、低下している場合には、ＮＯｘ還元性能が得られないと判定して、空燃比のリッチ化を強化（増大）する。また、ＮＨ_３吸着量が閾値を超えるときは、リッチ化度合いを抑制（低減）する。
この所定のＮＨ_３吸着閾値は、図１４に示す最大吸着量に対して所定の比率、例えば５０％の値として、５０％以上であれば必要なＮＯｘ還元性能（ＮＯｘの排ガス規制値を満たすことができるＮＯｘ還元性能）が得られるような値に設定される。また、ＮＨ_３吸着閾値を範囲として設定してもよく５０％〜７０％のように範囲指定し、その範囲を超える場合または低下する場合として判定してもよい。

【0035】

以上の構成では、選択還元触媒２６のＮＨ_３吸着量が所定のＮＨ_３吸着閾値に維持されるよう空燃比のリッチ化度合が制御されるので、ＮＯｘ還元浄化を、燃費を向上しつつ効率よく行うことができる。

【0036】

幾つかの実施形態では、図４に示すように、リッチ化制御部５２は、選択還元触媒２６から排出されるＮＯｘ濃度を「ＮＯｘ還元指標」としてリッチ化度合いを制御する構成を有する。
この制御のために、ＮＯｘトラップ触媒２２の下流側の排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を求める第１のＮＯｘ濃度算出部６４と、選択還元触媒２６の出口側のＮＯｘ濃度を求める第２のＮＯｘ濃度算出部６６とを有し、さらに、第２のＮＯｘ濃度算出部６６で算出したＮＯｘ濃度が、所定のＮＯｘ濃度閾値を越えたか否かを判定するＮＯｘ濃度判定部６８を有している。

【0037】

第１のＮＯｘ濃度算出部６４は、図１５、１６に示すＮＯｘ濃度マップ（第２のマップ）７０、７２を用いて、ＮＯｘトラップ触媒２２の下流側でのＮＯｘ濃度を算出する。
図１５のＮＯｘ濃度マップ７０は、ＮＯｘトラップ触媒２２の温度とＮＯｘ排出量（濃度）との関係が設定されている。温度が低すぎるとＮＯｘトラップ反応の進行が弱まりＮＯｘトラップ触媒下流のＮＯｘ排出量は増大し、また温度が高すぎるとＮＯｘトラップ反応が低下する。
図１６のＮＯｘ濃度マップ７２は、空燃比（Ａ／Ｆ）とＮＯｘ排出量（濃度）との関係が設定されている。理論空燃比近傍では、ＮＯｘトラップ触媒下流のＮＯｘ排出量は極めて少ない。しかし過剰なリッチ空燃比では、ＮＯｘ排出量が僅かに増加する。
従って、温度センサ４４からの検出温度と、エンジン１１からの空燃比情報を基に図１５、１６のＮＯｘ濃度マップ７０、７２を用いて算出される。例えば、一方のマップには生成量（ｐｐｍ）が設定され、他方のマップには補正係数が設定されており、それらを掛け合わせて求める。

【0038】

第２のＮＯｘ濃度算出部６６は、ＮＨ_３吸着量算出部５６で求めた選択還元触媒２６のＮＨ_３吸着量と、選択還元触媒２６のＮＯｘ浄化効率との関係を設定した図１２に示すＮＯｘ浄化効率マップ７４、及び選択還元触媒２６の温度と選択還元触媒２６のＮＯｘ浄化効率との関係を設定した図１３に示す浄化効率マップ７６とを用いて、例えば、ＮＨ_３吸着量から求めた浄化効率に対して温度補正をするようにして求めた浄化効率を用いて、第１のＮＯｘ濃度算出部６４で求めた選択還元触媒２６の入口のＮＯｘ濃度から選択還元触媒２６の出口のＮＯｘ濃度を算出する。

【0039】

ＮＯｘ濃度判定部６８は、所定のＮＯｘ濃度閾値を超えたか否かを判定して、超えた場合には、ＮＯｘ排出規制値が満たされないと判定して、空燃比のリッチ化を強化（増大）する。また、ＮＯｘ排出濃度がＮＯｘ排出閾値より低下したときは、リッチ化度合いを抑制（低減）する。
このように、ＮＯｘ排出規制値が満たされるのに必要なＮＯｘ還元性能が得られるようにリッチ化度合いが制御される。
以上の構成では、選択還元触媒から排出されるＮＯｘ濃度が、ＮＯｘ排出規制値を満たすように設定されたＮＯｘ濃度閾値を維持するよう空燃比のリッチ化度合が制御されるので、ＮＯｘ還元浄化を、燃費を向上しつつ効率よく行うことができる。

【0040】

幾つかの実施形態では、図２、図４に示すように、リッチ化制御部５２において、ＮＨ_３生成量マップ（第１のマップ）６０、６２に代えて、ＮＯｘトラップ触媒２２と選択還元触媒２６との間の排ガス通路１８に設けられ、排ガス中のＮＨ_３濃度を検出する第１のＮＨ_３センサ８０を用いて、該第１のＮＨ_３センサ８０から信号を基に、ＮＯｘトラップ触媒２２によって生成されるＮＨ_３生成量が算出される。
また、ＮＯｘ濃度マップ（第２のマップ）７０、７２に代えて、ＮＯｘトラップ触媒２２と選択還元触媒２６との間の排ガス通路１８に設けられ、排ガス中のＮＯｘ濃度を検出する第１のＮＯｘセンサ８２を用いて、該第１のＮＯｘセンサ８２から信号を基に、ＮＯｘトラップ触媒２２の下流側におけるＮＯｘ濃度が算出される。
図２に示す排ガス浄化システム１０Ｂの構成は、図１と第１のＮＨ_３センサ８０、及び第１のＮＯｘセンサ８２以外は同様である。また、図４においては、第１のＮＨ_３センサ８０、及び第１のＮＯｘセンサ８２は点線で示す。
以上の構成では、ＮＨ_３生成量及びＮＯｘ濃度が、それぞれ第１のＮＨ_３センサ８０、及び第１のＮＯｘセンサ８２からの信号で算出されるため正確に算出できる。

【0041】

幾つかの実施形態では、図２、図４に示すように、リッチ化制御部５２には、選択還元触媒２６の下流側のＮＨ_３を算出するＮＨ_３排出量算出部７８を有し、選択還元触媒２６の下流の排ガス通路１８に設けられた第２のＮＨ_３センサ８４からの信号によってＮＨ_３排出量が算出される。
そして、ＮＨ_３吸着量算出部５６における吸着量の算出を、第２のＮＨ_３センサ８４からの信号と、第１のＮＨ_３センサ８０とからの信号を用いて、それぞれのＮＨ_３センサ８０、８４の検出値の差を算出することで算出する。
また、選択還元触媒２６の下流の排ガス通路１８に、排ガス中のＮＯｘ排出濃度を検出する第２のＮＯｘセンサ８６を設け、選択還元触媒２６の下流側のＮＯｘを算出する第２のＮＯｘ濃度算出部６６を、ＮＯｘ浄化効率マップ７４、７６を用いて算出する代わりに、第２のＮＯｘセンサ８６からの信号を基に算出する。
図２に示す排ガス浄化システム１０Ｂの構成は、図１とは、第２のＮＨ_３センサ８４、及び第２のＮＯｘセンサ８６以外は同様である。また、図４においては、第２のＮＨ_３センサ８４、及び第２のＮＯｘセンサ８６は点線で示す。
以上の構成では、第２のＮＨ_３センサ８４、及び第２のＮＯｘセンサ８６からの信号を用いることで、選択還元触媒２６の下流側のＮＯｘ濃度、及び選択還元触媒２６のＮＨ_３吸着量を正確に算出できる。

【0042】

幾つかの実施形態では、図５に示すフローチャートのように、リッチ化制御部５２は、選択還元触媒２６に吸着したＮＨ_３排出量を「ＮＯｘ還元指標」としてリッチ化度合いを制御する。
ステップＳ１で、各種エンジン運転条件を検出する。例えば、空燃比、エンジン回転、エンジン負荷、ＮＯｘパージ制御の実施の有無等を検出する。ステップＳ２で、温度センサ４４からＮＯｘトラップ触媒２２の温度、温度センサ４６から選択還元触媒（ＳＣＲ）２６の温度を検出する。ステップＳ３で、選択還元触媒２６へのＮＨ_３流入量を推定する。このステップＳ３の推定は、ＮＨ_３生成量算出部５４による算出によって推定する。その後、ステップＳ４で、選択還元触媒２６のＮＨ_３吸着量を推定する。このステップＳ４の推定は、ＮＨ_３吸着量算出部５６による算出によって推定する。

【0043】

その後、ステップＳ５で、推定したＮＨ_３吸着量が、所定のＮＨ_３吸着閾値以下か否かを判定して、Ｙｅｓの場合には、ＮＯｘ還元性能が得られないと判定して、ステップＳ６に進んでＮＯｘトラップ触媒２２のＮＯｘパージの空燃比のリッチ化を強化（増大）し、ステップＳ５でＮＯの場合には、すなわち、ＮＨ_３吸着閾値を越えている場合には、ＮＨ_３のスリップの恐れが生ずる可能性が高いためステップＳ７に進んで、ＮＯｘパージの空燃比のリッチ化を抑制（低減）する。なお、ＮＨ_３吸着閾値を一定の範囲の値として設定してもよい。
以上の構成によると、選択還元触媒２６のＮＨ_３吸着量が所定のＮＨ_３吸着閾値より低下しないように空燃比のリッチ化度合が制御されるので、ＮＯｘパージの空燃比のリッチ化によるＮＯｘの浄化を、燃費を悪化させることなく効率よく行うことができる。

【0044】

幾つかの実施形態では、図６に示すフローチャートのように、選択還元触媒２６から排出されるＮＯｘ濃度を「ＮＯｘ還元指標」としてリッチ化度合いを制御する。
ステップＳ１１、Ｓ１２は、図５のステップＳ１、Ｓ２と同一であり、ステップＳ１３で、選択還元触媒２６へ流入するＮＯｘ濃度を推定する。このステップＳ１３の推定は、第１のＮＯｘ濃度算出部６４の算出によって推定する。その後、ステップＳ１４で、選択還元触媒２６のＮＯｘ浄化効率を算出する。このステップＳ１４の算出は、ＮＯｘ浄化効率マップ７４、７６を用いて算出される。その後、ステップＳ１５で、選択還元触媒２６の下流側のＮＯｘ濃度を推定する。このステップＳ１５の推定は、第２のＮＯｘ濃度算出部６６の算出によって推定する。

【0045】

その後、ステップＳ１６で、推定したＮＯｘ濃度が、所定の第１のＮＯｘ排出閾値以下か否かを判定して、Ｙｅｓの場合には、ＮＯｘ還元性能が得られていると判定して、ステップＳ１７に進んで、さらに第１のＮＯｘ排出閾値より小の第２のＮＯｘ排出閾値以下か否かを判定する。
ステップＳ１６でＮＯの場合には、すなわち、第１のＮＯｘ排出閾値を越えている場合には、ＮＯｘ還元性能が得られていないと判定して、ステップＳ２０に進んで、ＮＯｘパージ時の空燃比のリッチ化を強化（増大）する。
また、ステップＳ１７でＮＯの場合には、すなわち、第２のＮＯｘ排出閾値を越えているが第１のＮＯｘ排出閾値以下の場合には、ＮＯｘパージは行うがＮＯｘ還元性能は得られているため、空燃比のリッチ化を抑制（低減）する。
さらに、ステップＳ１７でＹｅｓの場合には、選択還元触媒２６のＮＯｘ浄化性能が維持されており、ＮＯｘ離脱／浄化（ＮＯｘパージ）を行う必要がないと判定して、リーン運転を継続させる。これによって、ＮＯｘ離脱の際のリッチ化の発生頻度を抑えることで、燃費の向上をさらに図ることができる。
以上の構成によると、選択還元触媒２６の下流側のＮＯｘ濃度に基づいて、空燃比のリッチ化度合が制御されるので、ＮＯｘパージの空燃比のリッチ化によるＮＯｘの浄化を、燃費を悪化させることなく効率よく行うことができる。

【0046】

幾つかの実施形態では、図７に示すフローチャートのように、選択還元触媒２６に吸着したＮＨ_３排出量、及び選択還元触媒２６から排出されるＮＯｘ濃度を組み合わせて「ＮＯｘ還元指標」としてリッチ化度合いを制御する。
ステップＳ３１〜Ｓ３５は、図５の実施形態のステップＳ１〜Ｓ５にそれぞれ対応しており、同一である。
ステップＳ３５で、ＮＯの場合にはリターンに戻り、Ｙｅｓの場合には、すなわち選択還元触媒２６のＮＨ_３吸着量が、所定のＮＨ_３吸着閾値以下の場合には、ＮＯｘ還元性能が得られない恐れがあるため、ステップＳ３６に進んで、ＮＯｘ還元性能が得られているかどうかを、選択還元触媒２６の下流側の推定したＮＯｘ濃度が、所定の第１のＮＯｘ閾値以下か否かによって判定する。
ステップＳ３６での判定がＹｅｓの場合には、ＮＯｘ還元性能が得られていると判定してステップＳ３８に進み、ステップＳ３６での判定がＮＯの場合には、ＮＯｘ還元性能が得られていないと判定してステップＳ４０に進む。
以降のステップＳ３８〜Ｓ４０における作動は、図６の実施形態におけるステップＳ１８〜Ｓ２０とそれぞれ対応して同一である。

【0047】

再度説明すると、ステップＳ３６でＮＯの場合には、すなわち、第１のＮＯｘ排出閾値を越えている場合には、ＮＯｘ還元性能が得られていないと判定して、ステップＳ４０に進んで、ＮＯｘパージ時の空燃比のリッチ化を強化（増大）する。
また、ステップＳ３７でＮＯの場合には、すなわち、第２のＮＯｘ排出閾値を越えているが第１のＮＯｘ排出閾値以下の場合には、ＮＯｘパージは行うがＮＯｘ還元性能は得られているため、空燃比のリッチ化を抑制（低減）する。
さらに、ステップＳ３７でＹｅｓの場合には、選択還元触媒２６のＮＯｘ浄化性能が維持されており、ＮＯｘ離脱／浄化（ＮＯｘパージ）を行う必要がないと判定して、リーン運転を継続させる。これによって、ＮＯｘ離脱の際のリッチ化の発生頻度を抑えることで、燃費の向上をさらに図ることができる。

【0048】

以上の構成によれば、選択還元触媒２６に吸着したＮＨ_３排出量、選択還元触媒２６から排出されるＮＯｘ濃度を組み合わせて「ＮＯｘ還元指標」として判定して、その結果を基にリッチ化度合いを制御するので、一つの「ＮＯｘ還元指標」による判定よりも、精度が高められるため、ＮＯｘパージの空燃比のリッチ化によるＮＯｘの浄化を、燃費を悪化させることなくより効率よく行うことができる。

【0049】

幾つかの実施形態では、図８に示すフローチャートのように、図７の実施形態に対してさらに、ステップＳ４１〜Ｓ４３を追加した構成を有する。
図８において、ステップＳ３５でＮＯの場合、すなわち、選択還元触媒２６のＮＨ_３吸着量が、所定のＮＨ_３吸着閾値を越えている場合には、ＮＨ_３のスリップの恐れがあるため、ステップＳ４１に進んで、ＮＨ_３排出量が、所定のＮＨ_３排出閾値以下か否かを判定する。
選択還元触媒２６の下流側に排出されるＮＨ_３の排出量は、ＮＨ_３排出量算出部７８によって算出され、第２のＮＨ_３センサ８４からの信号から算出される。
ステップＳ４１での判定結果、Ｙｅｓの場合には、ＮＨ_３のスリップの恐れは問題ないと判定して、ステップＳ４３に進んで、空燃比のリッチ化を強化（増大）する。
一方、ステップＳ４１で、ＮＯの場合には、すなわち、ＮＨ_３排出閾値を越えている場合には、ＮＨ_３のスリップ量が多いと判定して、ステップＳ４２に進んで、空燃比のリッチ化を抑制（低減）する。
以上の構成によれば、図７の実施形態によって得られ効果に加えて、選択還元触媒２６をスリップしてしまうＮＨ_３スリップ量の抑制を可能とする。従って、ＮＯｘパージの空燃比のリッチ化によるＮＯｘの浄化を、燃費を悪化させることなくさらに効率よく行うことができる。

【0050】

幾つかの実施形態では、図９に示す排ガス浄化の手順に沿って、ＮＯｘパージ時の空燃比のリッチ化の制御が行われる。
リーン燃焼運転時には、排ガス中のＮＯｘ成分はＮＯｘトラップ触媒２２に吸蔵され、ＮＯｘの下流側への流出を抑制する。そして、ＮＯｘトラップ触媒２２で吸蔵されたＮＯｘ成分はＮＯｘ浄化性能を維持するために所定の条件下で脱離／浄化（パージ）させているが、その脱離の際に、リッチ燃焼運転によって、ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたＮＯｘを脱離させると共に大部分のＮＯｘは還元浄化する。また、リッチ化によってＮＯｘトラップ触媒２２でＮＨ_３が生成される。選択還元触媒２６では、ＮＯｘトラップ触媒２２で生成されて存在するＮＨ_３と、排ガス中に残存するＮＯｘとを反応させることで、ＮＯｘの還元効率を高める。
従って、ＮＯｘパージ時の空燃比のリッチ化を、予め運転条件（ＮＯｘパージを開始するエンジン回転数及びエンジン負荷等の条件）に基づいて設定される基準のリッチ化の空燃比に対して、ＮＯｘ還元性能を示す指標（「ＮＯｘ還元指標」）を基にさらにリッチ化を増大、低減するように補正する。

【0051】

図９は、排ガス浄化のタイムチャートを示すものであり、横軸に時間、縦軸には、（ａ）では空燃比（Ａ／Ｆ）、（ｂ）ではＮＯｘ濃度、（ｃ）ではＮＨ_３排出量、（ｄ）ではエンジン１１を車両に搭載した場合の車速をそれぞれ示している。
図９（ａ）において、空燃比（Ａ／Ｆ）の変化を示すタイムチャートでは、リーン運転中にｔ０でＮＯｘパージが開始され、空燃比のリッチ化が開始される。その後ｔ１でリッチ化が終了する。
ＮＯｘパージ時のリッチ化のリッチ化度合の制御は、少なくともｔ_０〜ｔ_１のリッチ化時間ｔｃまたは空燃比（Ａ／Ｆ）の大きさｗの増減によって行われる。また、ＮＯｘパージを行う間隔時間Ｍを変更して発生頻度を制御することによって可能である。

【0052】

図９（ｂ）のＮＯｘ濃度の変化を示すタイムチャートでは、ＮＯｘパージのリッチ化の開始後に、ＮＯｘトラップ触媒２２の出口側すなわち、選択還元触媒（ＳＣＲ）２６への流入ＮＯｘは、ＮＯｘ排出閾値を大きく超えた値を示しているが、選択還元触媒２６の出口側のＮＯｘ濃度は、第１のＮＯｘ排出閾値を満たす範囲に低減されていることがわかる。
図９（ｃ）のＮＨ_３排出量の変化を示すタイムチャートでは、ＮＯｘパージのリッチ化の開始後に、ＮＯｘトラップ触媒２２の出口側すなわち、選択還元触媒２６への流入ＮＨ_３は、大きく増加していることがわかる。選択還元触媒２６の出口側のＮＨ_３は僅かな排出量となっており、選択還元触媒２６に吸着されるとともにＮＯｘの還元作用に用いられて消費されたことがわかる。
図９（ｄ）の車速の変化を示すタイムチャートでは、車速変化はなく、一定車速である。

【0053】

以上の構成によれば、リッチ化度合いの制御を、リッチ化時間ｔｃ、又はリッチ化の空燃比の大きさｗ、すなわち燃料量と空気量との増減、又はＮＯｘパージを行う間隔時間Ｍ（パージ発生頻度の増減）、のうちの少なくともいずれかを制御することで行われるので、リッチ化度合いの制御を精度よく行うことができる。その結果、燃費を悪化させることなくＮＯｘ浄化性能を効率よく発揮することができる。

【0054】

なお、ＮＯｘトラップ触媒に吸収されているＮＯｘの吸収量によっては、同一のリッチ化度合いであっても、ＮＯｘトラップ触媒２２で生成されるＮＨ_３の生成量に差異が生じる。
このため、予め設定されるＮＯｘパージを行う間隔時間等の設定条件以外で、ＮＯｘ発生量が増大する運転状態、例えば加速状態、を検出するためにエンジン回転数の累積値やアクセルペダル（スロットルバルブ）の開度の累積値等を算出して、ＮＯｘトラップ触媒２２のＮＯｘ吸収量を示すＮＯｘ吸蔵量のパラメータを基にリッチ化の空燃比をさらに補正するようにしてもよい。
すなわち、予め運転条件（エンジン回転数及びエンジン負荷等の条件）に基づいてＮＯｘパージを行う際の基準のリッチ化の空燃比が設定されている。これに対して、既に説明してきたようにＮＯｘ還元性能を示す指標（「ＮＯｘ還元指標」）を基に空燃比のリッチ化を増大、低減する補正を行う。そして、さらに、ＮＯｘ吸収量のパラメータによる補正を加える。例えば、加速状態が頻繁に発生した運転状態の場合には、空燃比のリッチ化を増大するように補正する。
このように、選択還元触媒２６のＮＯｘ還元性能による補正と、ＮＯｘトラップ触媒２２のＮＯｘ吸収状態による補正との２種類の補正を施すようにしてよい。
このように、２種類の補正を施すことで、ＮＯｘパージの空燃比のリッチ化によるＮＯｘの浄化を、燃費を悪化させることなくさらに効率よく行うことができる。

【0055】

幾つかの実施形態では、図３に示す排ガス浄化システム１０Ｃのように、ＮＯｘトラップ触媒２２と選択還元触媒２６との間の排ガス通路１８に還元剤供給部１９と、還元剤供給部１９から排ガス中へ供給される還元剤供給量を制御する還元剤供給制御部５３と、を備えている。
そして、還元剤供給制御部５３は、エンジン１１の運転状態より、ＮＨ_３生成部５０によって生成されるＮＨ_３生成量の不足分を補うように還元剤供給制量を制御する。
以上の構成によって、ＮＯｘパージ時の空燃比のリッチ化によるＮＯｘの浄化効率をさらに向上できる。

【産業上の利用可能性】

【0056】

本発明の少なくとも一実施形態によれば、選択還元触媒によるＮＯｘ還元性能を示す指標に基づいてリッチ燃焼運転のリッチ化度合いを制御してＮＯｘトラップ触媒によって生成されて選択還元触媒へ供給されるＮＨ_３量を制御することによって、選択還元触媒のＮＯｘ還元浄化を効率よく行うことができるので、リーン燃焼エンジンの排気浄化システムへの適用に適している。

【符号の説明】

【0057】

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 排ガス浄化システム
１１ エンジン（内燃機関）
１２ 排気ポート
１４ 排気マニフォールド
１６ 排気過給機
１８ 排ガス通路
１９ 還元剤供給部
２２ ＮＯｘトラップ触媒
２６ 選択還元触媒
４０ 制御装置
４２ 空燃比制御部
４４、４６ 温度センサ
５０ ＮＨ_３生成部
５２ リッチ化制御部
５３ 還元剤供給制御部
５４ ＮＨ_３生成量算出部
５６ ＮＨ_３吸着量算出部
５８ ＮＨ_３吸着量判定部
６０、６２ ＮＨ_３生成量マップ（第１のマップ）
６３ ＮＨ_３吸着量マップ
６４ 第１のＮＯｘ濃度算出部
６６ 第２のＮＯｘ濃度算出部
６８ ＮＯｘ濃度判定部
７０、７２ ＮＯｘ濃度マップ（第２のマップ）
７４、７６ ＮＯｘ浄化効率マップ
８０ 第１のＮＨ_３センサ
８２ 第１のＮＯｘセンサ
８４ 第２のＮＨ_３センサ
８６ 第２のＮＯｘセンサ
ｅ 排ガス
ｔｃ ＮＯｘパージ時のリッチ化時間
ｗ ＮＯｘパージ時のリッチ化の大きさ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】