CN104334845A - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是提供在具备NH3生成用的催化剂、和以NH3为还原剂来净化排气中的NOX的催化剂的内燃机的排气净化装置中，即使是NH3生成用的催化剂的NH3生成能力降低的情况也能够净化排气中的NOX的技术。为了解决该课题，本发明的内燃机的排气净化装置，作为NH3生成用的催化剂，具备三元催化剂和吸藏还原型催化剂，在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力没有降低时，通过使向吸藏还原型催化剂流入的排气的空燃比成为规定的第1浓空燃比而在该吸藏还原型催化剂中生成NH3，在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低时，通过使向三元催化剂流入的排气的空燃比成为高于所述浓空燃比且低于理论空燃比的第2浓空燃比而在该三元催化剂中生成NH3。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置，特别是涉及稀薄运转的内燃机的排气净化装置。
背景技术
作为稀薄燃烧运转的内燃机的排气净化装置，已知将由吸藏还原型催化剂或三元催化剂形成的第1催化剂、和选择还原型催化剂配置于排气通路中的排气净化装置。已提出了在这样的排气净化装置中，将在吸藏还原型催化剂中生成的氨(NH3)向选择还原型催化剂供给的技术(例如参照专利文献1)。
在专利文献2中，作为稀薄燃烧运转的内燃机的排气净化装置，记述了将三元催化剂、吸藏还原型催化剂、和NH3吸附脱硝催化剂配置于内燃机的排气通路中的构成。在专利文献2中，记述了通过将在三元催化剂中生成的NH3向吸藏还原型催化剂供给，将从吸藏还原型催化剂放出或脱离的NOX利用NH3还原的技术。在专利文献2中，也记述了使通过了吸藏还原型催化剂的NH3和NOX在NH3吸附脱硝催化剂中反应的技术。
在专利文献3中，作为稀薄燃烧运转的内燃机的排气净化装置，记述了下述结构，该结构具备：与一部分气缸群连接的第1排气通路；与剩余的气缸群连接的第2排气通路；第1排气通路与第2排气通路合流的共同排气通路；配置于第1排气通路中的三元催化剂；配置于第2排气通路中的吸藏还原型催化剂；和配置于共同排气通路中的脱硝催化剂。在专利文献3中，也记述了使在三元催化剂中生成的NH3和从吸藏还原型催化剂放出或脱离的NOX在脱硝催化剂中反应的技术。
在专利文献4中，作为稀薄燃烧运转的内燃机的排气净化装置，记述了将三元催化剂、NH3喷射阀、和选择还原型催化剂配置于内燃机的排气通路中的构成。在专利文献4中，也记述了在三元催化剂中未生成NH3时，从NH3喷射阀向排气通路喷射NH3的技术。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-286102号公报
专利文献2：日本专利第3456408号公报
专利文献3：日本特开平10-002213号公报
专利文献4：日本特开2011-163193号公报
发明内容
然而，在上述的专利文献1～4中，没有提到NH3生成用的催化剂的NH3生成能力降低的情况。因此，在NH3生成用的催化剂的NH3生成能力降低的情况下，存在不能充分地净化排气中的NOX，招致排气排放的增加的可能性。
本发明是鉴于上述的实情而完成的，其目的是提供在具备NH3生成用的催化剂、和以NH3为还原剂净化排气中的NOX的催化剂的内燃机的排气净化装置中，即使是NH3生成用的催化剂的NH3生成能力降低的情况，也能够净化排气中的NOX的技术。
本发明为解决上述课题，在具备NH3生成用的吸藏还原型催化剂、和配置于比该吸藏还原型催化剂靠下游的排气通路中的选择还原型催化剂的内燃机的排气净化装置中，在比吸藏还原型催化剂靠上游的排气通路中配置三元催化剂，使得在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力高时通过该吸藏还原型催化剂生成NH3，在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力低时通过三元催化剂生成NH3。
详细而言，本发明涉及的内燃机的排气净化装置，具备：
吸藏还原型催化剂，其配置于稀薄燃烧运转的内燃机的排气通路中，在流入的排气的空燃比为低于理论空燃比的第1浓空燃比时使氮氧化物还原为氨；
选择还原型催化剂，其配置于比上述吸藏还原型催化剂靠下游的排气通路中，以氨为还原剂将排气中的氮氧化物还原；
三元催化剂，其配置于比上述吸藏还原型催化剂靠上游的排气通路中；和
控制部，其在上述吸藏还原型催化剂的氨生成能力降低时，将向上述三元催化剂流入的排气的空燃比控制为高于上述第1浓空燃比且低于理论空燃比的第2浓空燃比。
吸藏还原型催化剂，在流入的排气的空燃比为高于理论空燃比的稀空燃比时，吸附或吸藏排气中所含的氮氧化物(NOX)。另外，吸藏还原型催化剂，在流入的排气的空燃比为低于理论空燃比的浓空燃比时，将吸附或吸藏的NOX放出，并且使放出的NOX与排气中所含的还原成分(例如烃(HC)、一氧化碳(CO)等)反应。此时，如果排气的空燃比为充分低于理论空燃比的第1浓空燃比(例如大致12.5)，则被转换为氨(NH3)的NOX的量增多。
在吸藏还原型催化剂中生成的NH3，与排气一起向选择还原型催化剂流入，并被该选择还原型催化剂吸附。被选择还原型催化剂吸附了的NH3，在含有NOX的排气流入到选择还原型催化剂中时，作为NOX的还原剂发挥作用。
吸藏还原型催化剂暴露在第1浓空燃比的排气中时所生成的NH3的量，与被吸藏还原型催化剂吸附或吸藏的NOX的量相关。即，吸藏还原型催化剂的NH3生成能力，与该吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力相关。因此，如果吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力降低，则在该吸藏还原型催化剂中能够生成的NH3的量减少。
与此相对，本发明的内燃机的排气净化装置，在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低的情况(换言之，NOX吸藏能力降低的情况)下，在三元催化剂中生成NH3。具体而言，本发明的控制部，在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低的情况下，将向三元催化剂流入的排气的空燃比控制为高于上述第1浓空燃比且低于理论空燃比的第2浓空燃比(例如约14.0)。如果向三元催化剂流入的排气的空燃比变为上述第2浓空燃比，则排气中的NOX与HC、CO反应而生成NH3。
再者，即使是吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低了的情况，如果排气的空燃比成为第2浓空燃比，则在吸藏还原型催化剂中也生成不少NH3。因此，在三元催化剂中生成NH3与在吸藏还原型催化剂中生成的NH3向选择还原型催化剂供给。也就是说，吸藏还原型催化剂的NH3生成能力的降低量，通过三元催化剂的NH3生成能力来弥补。其结果，即使是吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低了的情况，也能够抑制选择还原型催化剂中的NOX净化率的降低。
另外，在三元催化剂中生成的NH3的量，排气中的NOX量越多就越增加。因此，在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低时，也可以通过使排气中的NOX量增加，来使在三元催化剂中生成的NH3的量增加。排气中的NOX量，在内燃机的气缸内燃烧的混合气的空燃比高于理论空燃比的情况下有变多的倾向。
因此，本发明的控制部，在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低的情况下，也控制燃料喷射量使得混合气的空燃比高于理论空燃比，并且将未燃燃料添加到排气中使得排气的空燃比成为上述第2浓空燃比。再者，作为将未燃燃料添加到排气中的方法，可以采用向膨胀行程中或排气行程中的气缸内喷射燃料的方法、向比三元催化剂靠上游的排气通路中喷射燃料的方法。
如果采用这样的方法来增加在三元催化剂中生成的NH3的量，则即使是吸藏还原型催化剂的NH3生成能力大幅降低的情况，也能够抑制选择还原型催化剂中的NOX净化率的降低。
再者，在稀薄燃烧运转的内燃机中，有吸藏还原型催化剂比三元催化剂残酷使用的倾向。另外，吸藏还原型催化剂，与吸附或吸藏NOX同样地，也吸附或吸藏排气中的硫成分(SOX)(硫中毒)。吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力，被该吸藏还原型催化剂吸附或吸藏的SOX的量越多则越降低。而且，吸藏还原型催化剂，在被实施用于消除硫中毒的处理(硫中毒恢复处理)时被暴露在高温下，因此与三元催化剂相比有容易热劣化的倾向。因此，吸藏还原型催化剂，与三元催化剂相比，容易劣化或性能降低。换言之，三元催化剂与吸藏还原型催化剂相比，难劣化或性能降低。
因此，在使用吸藏还原型催化剂作为NH3生成用的催化剂的情况下，如果使用三元催化剂作为NH3生成用的辅助催化剂，则能够长时间地保持高的作为排气净化装置整体的NH3生成能力。另外，在使用吸藏还原型催化剂和三元催化剂作为NH3生成用的催化剂的情况，与仅使用吸藏还原型催化剂作为NH3生成用的催化剂的情况相比，也能够在大的运转区域中提高NH3生成能力。
在此，作为吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低的情况，可考虑到该吸藏还原型催化剂发生了硫中毒的情况、该吸藏还原型催化剂热劣化了的情况、或该吸藏还原型催化剂的温度低的情况等。
吸藏还原型催化剂发生了硫中毒的情况，与没有硫中毒的情况相比，该吸藏还原型催化剂能够吸藏的NOX的量变少。即，吸藏还原型催化剂发生了硫中毒的情况，与没有硫中毒的情况相比，该吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力变低。其结果，在内燃机的气缸内燃烧的混合气的空燃比为稀空燃比时(向吸藏还原型催化剂流入的排气的空燃比为稀空燃比时)，与该吸藏还原型催化剂没有硫中毒的情况相比，硫中毒的情况下从该吸藏还原型催化剂流出的NOX的量变多。
吸藏还原型催化剂热劣化了的情况，与没有热劣化的情况相比，该吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力变低。其结果，在内燃机的气缸内燃烧的混合气的空燃比为稀空燃比时(向吸藏还原型催化剂流入的排气的空燃比为稀空燃比时)，与该吸藏还原型催化剂没有热劣化的情况相比，热劣化了的情况下从该吸藏还原型催化剂流出的NOX的量变多。
因此，本发明的内燃机的排气净化装置，可以将在向吸藏还原型催化剂流入的排气的空燃比为高于理论空燃比的稀空燃比时从吸藏还原型催化剂排出的NOX的量超过上限值作为条件，判定吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低了。在此所说的「上限值」，相当于在内燃机稀薄燃烧运转、且吸藏还原型催化剂的NH3生成能力未降低时，能够从吸藏还原型催化剂流出的NOX量的最大值。
详细地讲，本发明的内燃机的排气净化装置，可以进一步具备NOX传感器，该NOX传感器配置于比吸藏还原型催化剂靠下游、且比选择还原型催化剂靠上游的排气通路中，检测排气中所含的NOX的量。该情况下，控制部可以将在向吸藏还原型催化剂流入的排气的空燃比为高于理论空燃比的稀空燃比时通过NOX传感器检测出的NOX量超过上限值作为条件，判定吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低了。
另外，在内燃机冷起动的情况等中，吸藏还原型催化剂比三元催化剂难升温。即，吸藏还原型催化剂活化的时期，比三元催化剂活化的时期晚的可能性高。吸藏还原型催化剂活化前，与活化后相比，被该吸藏还原型催化剂吸附或吸藏的NOX的量变少，并且在该吸藏还原型催化剂中生成的NH3的量变少。其结果，在内燃机的气缸内燃烧的混合气的空燃比为稀空燃比时(向吸藏还原型催化剂流入的排气的空燃比为稀空燃比时)，与该吸藏还原型催化剂的活化后相比，活化前从该吸藏还原型催化剂流出的NOX的量变多。
因此，本发明的内燃机的排气净化装置，可以将在向吸藏还原型催化剂流入的排气的空燃比为稀空燃比、且吸藏还原型催化剂的温度低于规定温度时从吸藏还原型催化剂排出的NOX的量超过上限值作为条件，判定吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低了。
详细地讲，本发明的内燃机的排气净化装置，可以进一步具备NOX传感器和温度传感器，该NOX传感器配置于比吸藏还原型催化剂靠下游、且比选择还原型催化剂靠上游的排气通路中，检测排气中所含的NOX的量，该温度传感器检测吸藏还原型催化剂的温度。该情况下，控制手段可以将在向吸藏还原型催化剂流入的排气的空燃比为稀空燃比、且通过温度传感器检测出的温度为规定温度以下时通过NOX传感器检测出的NOX量超过上限值作为条件，判定吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低了。
再者，在此所说的「规定温度」，例如是吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力或NH3生成能力活性化的最低的温度、或从该最低的温度减去余量(margin)所得的温度。
如果采用以上所述的各种方法判定吸藏还原型催化剂的NH3生成能力的降低，则在吸藏还原型催化剂发生了硫中毒的情况、吸藏还原型催化剂热劣化了的情况、或吸藏还原型催化剂的温度低的情况下，能够利用三元催化剂生成NH3。其结果，即使是吸藏还原型催化剂的NH3生成能力低的情况，也能够抑制向选择还原型催化剂供给的NH3的量的减少。因此，能够抑制选择还原型催化剂的NOX净化率(利用该选择还原型催化剂净化的NOX的量相对于向选择还原型催化剂流入的NOX的量的比例)的降低。
根据本发明，在具备NH3生成用的催化剂、和以NH3为还原剂净化排气中的NOX的催化剂的内燃机的排气净化装置中，即使是NH3生成用的催化剂的NH3生成能力降低的情况，也能够净化排气中的NOX。
附图说明
图1是表示应用本发明的内燃机的排气系统的概略构成的图。
图2是表示向吸藏还原型催化剂流入的排气的空燃比与在每单位时间中所生成NH3的量的关系的图。
图3是表示向三元催化剂流入的排气的空燃比与在每单位时间中所生成的NH3的量的关系的图。
图4是表示在第1实施例中实施还原剂供给处理时ECU执行的处理程序的流程图。
图5是表示在第2实施例中实施还原剂供给处理时ECU执行的处理程序的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的具体的实施方式进行说明。本实施方式所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、相对配置等，只要不特别说明，并不意图将本发明的技术范围仅限定于此。
<实施例1>
首先，基于图1～图4对本发明的第1实施例进行说明。图1是表示应用本发明的内燃机的排气系统的概略构成的图。图1所示的内燃机1是压缩点火式的内燃机(柴油发动机)，但也可以是稀薄燃烧运转的火花点火式的内燃机(汽油发动机)。
内燃机1具有圆柱状的气缸2。在气缸2内以滑动自如的方式收纳有活塞3。内燃机1具备向气缸2内喷射燃料的燃料喷射阀4。内燃机1具备用于向气缸2内导入空气的吸气口(进气口)5。
从吸气口5向气缸2内导入的空气和从燃料喷射阀4喷射的燃料，在压缩行程中由活塞3压缩时点火和燃烧。活塞3受到在空气和燃料燃烧时产生的热能(燃烧压力)被从上止点侧向下止点侧推压。此时的活塞3的动能，介由未图示的连杆向发动机输出轴(曲轴)传递。
内燃机1具备用于将气缸2内的燃烧废气从该气缸2内排出的排气口6。排气口6与排气通路7连接。在排气通路7的途中配置有第1催化剂外壳8。第1催化剂外壳8是将担载有三元催化剂的催化剂载体收纳的金属制的筒状体。三元催化剂在向第1催化剂外壳8流入的排气的空燃比与理论空燃比大致同等时，将排气中所含的烃(HC)、一氧化碳(CO)、以及氮氧化物(NOX)氧化和还原。
在比第1催化剂外壳8靠下游的排气通路7中配置有第2催化剂外壳9。第2催化剂外壳9是将担载有吸藏还原型催化剂的催化剂载体收纳的金属制的筒状体。吸藏还原型催化剂在向第2催化剂外壳9流入的排气的空燃比为高于理论空燃比的稀空燃比时，将排气中所含的NOX吸附或吸藏。另外，吸藏还原型催化剂在向第2催化剂外壳9流入的排气的空燃比低于理论空燃比时，将吸藏的NOX放出，并且使被放出的NOX与HC、CO反应由此还原为氮(N2)、氨(NH3)。
在比第2催化剂外壳9靠下游的排气通路7中配置有第3催化剂外壳10。第3催化剂外壳10是将担载有选择还原型催化剂的催化剂载体收纳的金属制的筒状体。选择还原型催化剂在向第3催化剂外壳10流入的排气含有NH3时，将这些NH3吸附或吸藏。另外，选择还原型催化剂在含有NOX的排气向第3催化剂外壳10流入时，以吸附了的NH3为还原剂使排气中所含的NOX还原。
在这样构成的内燃机1中，同时设置有ECU11。ECU11是由CPU、ROM、RAM、备用RAM等构成的电子控制单元。ECU11与A/F传感器12、O2传感器13、排气温度传感器14、NOX传感器15、曲轴位置传感器16、以及加速器位置传感器17等各种传感器电连接。
A/F传感器12配置于比第1催化剂外壳8靠上游的排气通路7中，输出与在该排气通路7中流动的排气的空燃比相关的电信号。O2传感器13配置于比第1催化剂外壳8靠下游、且比第2催化剂外壳9靠上游的排气通路7中，输出与在该排气通路7中流动的排气所含的氧(O2)的浓度(或量)相关的电信号。排气温度传感器14配置于比第2催化剂外壳9靠下游、且比第3催化剂外壳10靠上游的排气通路7中，输出与在该排气通路7中流动的排气的温度相关的电信号。NOX传感器15配置于比第2催化剂外壳9靠下游、且比第3催化剂外壳10靠上游的排气通路7中，输出与在该排气通路7中流动的排气所含的NOX的浓度(或量)相关的电信号。曲轴位置传感器16输出与内燃机1的曲轴的旋转位置相关的电信号。加速器位置传感器17，输出加速踏板的操作量(加速器开度)相关的电信号。
另外，ECU11与燃料喷射阀4等的各种设备电连接，基于上述各种传感器的输出信号来控制各种设备。例如，ECU11，除了用于控制燃料喷射阀4的燃料喷射量和/或燃料喷射正时的燃料喷射控制、为了将被第2催化剂外壳9中的吸藏还原型催化剂吸藏的NOX放出和还原而使排气的空燃比周期性地降低的暂时浓空燃比控制(rich spike control)、或为了将被第2催化剂外壳9中的吸藏还原型催化剂吸藏的SOX放出和还原而使第2催化剂外壳9内成为高温且浓的气氛的中毒恢复控制等的已知的控制以外，还执行用于向第3催化剂外壳10中的选择还原型催化剂供给NH3的还原剂供给处理。以下，对本实施例中的还原剂供给处理的执行方法进行叙述。
ECU11，在选择还原型催化剂的NH3吸附量成为恒定量以下时，在吸藏还原型催化剂中生成NH3。再者，选择还原型催化剂的NH3吸附量，可以通过在使该选择还原型催化剂吸附了恒定量的NH3后，将在选择还原型催化剂中消耗在NOX的还原上的NH3的量累计，并从上述恒定量中减去该累计值而求出。
在选择还原型催化剂中消耗在NOX的还原上的NH3的量，与向该选择还原型催化剂流入了的NOX的量相关。向选择还原型催化剂流入了的NOX的量，可以将从内燃机1排出的NOX的量、由第1催化剂外壳8中的三元催化剂净化的NOX的量、和由第2催化剂外壳9中的吸藏还原型催化剂吸藏或净化的NOX的量作为参数进行运算。从内燃机1排出的NOX的量，可以将吸入空气量、燃料喷射量、和发动机转速等作为参数进行运算。由第1催化剂外壳8中的三元催化剂净化了的NOX的量，可以将排气的空燃比、三元催化剂的温度(第1催化剂外壳8内的气氛温度)等作为参数进行运算。由第2催化剂外壳9中的吸藏还原型催化剂吸藏或净化了的NOX的量，可以将排气的空燃比、吸藏还原型催化剂的温度(第2催化剂外壳9内的气氛温度)等作为参数进行运算。
如果采用上述的方法算出的NH3吸附量成为恒定量以下，则ECU11使向第2催化剂外壳9流入的排气的空燃比降低至低于理论空燃比的浓空燃比(目标浓空燃比)。详细地讲，ECU11，在气缸2内燃烧的燃料(有助于内燃机1的输出的燃料)的喷射后，使在气缸2内未燃烧的燃料从燃料喷射阀4喷射(例如膨胀行程中的后喷射(post injection)、或排气行程中的残喷射(after injection))，使排气的空燃比降低。此时，ECU11将在气缸2内燃烧的燃料的量、内燃机1的吸入空气量、和目标浓空燃比作为参数，运算后喷射量或残喷射量即可。
如果浓空燃比的排气向第2催化剂外壳9流入，则被吸藏还原型催化剂吸藏了的NOX释放出。从吸藏还原型催化剂放出的NOX，与排气中的HC、CO反应而生成N2、NH3。再者，在吸藏还原型催化剂中每单位时间所生成的NH3的量，如图2所示，在向第2催化剂外壳9流入的排气的空燃比大致变为12.5(第1浓空燃比)时最多。因此，ECU11将上述第1浓空燃比作为目标浓空燃比，来控制后喷射量或残喷射量即可。
然而，在稀薄燃烧运转的内燃机1中，有吸藏还原型催化剂比三元催化剂残酷使用的倾向。因此，可以说吸藏还原型催化剂比三元催化剂容易劣化。例如，如果反复实施上述的中毒恢复控制，则有可能使吸藏还原型催化剂热劣化。吸藏还原型催化剂热劣化了的情况，与没有热劣化的情况相比，该吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力降低。如果吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力降低，则该吸藏还原型催化剂的NH3生成能力也降低。
另外，吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力，在该吸藏还原型催化剂发生了硫中毒的情况下也降低。因此，吸藏还原型催化剂发生了硫中毒的情况，与没有硫中毒的情况相比，该吸藏还原型催化剂的NH3生成能力变低。
因此，吸藏还原型催化剂发生了热劣化、硫中毒的情况下，即使向第2催化剂外壳9流入的排气的空燃比被控制为第1浓空燃比，也有可能不能够向选择还原型催化剂供给所希望量的NH3。被供给到选择还原型催化剂中的NH3的量减少的情况下，该选择还原型催化剂中的NOX净化率降低，因此有可能向大气中排出的NOX的量变多。
对此，可以考虑提高还原剂供给处理的实施频率的方法，但有可能招致燃料消耗量的增加。另外，也可以考虑通过使在内燃机1的气缸2内燃烧的混合气的空燃比降低，来降低从内燃机1排出的NOX量，但不能避免燃料消耗量的增加。
因此，在本实施例的还原剂供给处理中，ECU11在吸藏还原型催化剂发生了热劣化或硫中毒的情况下，使第1催化剂外壳8中的三元催化剂中生成NH3。详细地讲，ECU11控制后喷射量或残喷射量，使得排气的空燃比成为高于第1浓空燃比、且低于理论空燃比的第2浓空燃比。
在三元催化剂中每单位时间所生成的NH3的量，如图3所示，在向第1催化剂外壳8流入的排气的空燃比大致变为14.0(第2浓空燃比)时最多。因此，ECU11在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低时，控制后喷射量或残喷射量，使得排气的空燃比与上述第2浓空燃比相等即可。
然而，在三元催化剂中每单位时间所生成的NH3的量(图3中的实线)，变得少于在吸藏还原型催化剂中每单位时间所生成的NH3的量(图3中的单点划线)。因此，也可以认为在排气的空燃比被控制为上述第2浓空燃比的情况下，向选择还原型催化剂供给的NH3的量没有达到所希望量。
但是，只要吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力没有完全丧失，则在排气的空燃比成为上述第2浓空燃比时，通过吸藏还原型催化剂生成不少NH3。例如，如图3中的单点划线所示，即使是排气的空燃比与第2浓空燃比相等时，吸藏还原型催化剂也能够生成NH3。
因此，在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低的情况下，如果排气的空燃比与第2浓空燃比相等，则会向选择还原型催化剂供给在三元催化剂中生成的NH3和在吸藏还原型催化剂中生成的NH3。也就是说，在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低的情况下，其降低量会通过三元催化剂的NH3生成能力来弥补。其结果，即使是吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低的情况，也能够向选择还原型催化剂供给所希望量的NH3。
另外，三元催化剂的NH3生成能力，与吸藏还原型催化剂相比难以降低。因此，包含第1催化剂外壳8和第2催化剂外壳9的排气净化装置的NH3生成能力长时间地被维持得较高。而且，本实施例的排气净化装置，与仅使用吸藏还原型催化剂作为NH3生成用的催化剂的情况相比，也能够在更大的运转区域中发挥稳定的NH3生成能力。
在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低的情况下，如果排气的空燃比与第2浓空燃比相等，则也能够抑制与还原剂供给处理的执行相伴的燃料消耗量的增加，并且生成所希望的NH3。
再者，在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力显著降低的情况下，ECU11可以一边控制内燃机1的运转状态，使得向第1催化剂外壳8流入的NOX的量变多，一边执行还原剂供给处理。向第1催化剂外壳8流入的NOX的量，在稀空燃比的混合气在高温且高压下燃烧时变多。因此，ECU11在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力明显降低的情况下，可以控制内燃机1的运转状态，使得稀空燃比的混合气在高温且高压下燃烧。
以下，参照图4对本实施例中的还原剂供给处理的具体的执行步骤进行说明。图4是表示在实施还原剂供给处理时ECU11执行的处理程序的流程图。该处理程序，预先存储在ECU11的ROM等中，由ECU11周期性地执行。
在图4的处理程序中，ECU11首先在S101中读入发动机转速Ne、加速器位置传感器17的输出信号(加速器开度)Accp等各种数据。
在S102中，ECU11将在上述S101中读入的发动机转速Ne、加速器开度Accp作为参数，判别内燃机1的运转状态是否在稀薄燃烧运转区域中。在S102中得到否定的判定的情况(例如，如内燃机1处于高负荷运转状态的情况等那样以浓空燃比运转的情况)下，ECU11暂时结束本程序的执行。另一方面，在S102中得到肯定的判定的情况下，ECU11向S103的处理推进。
在S103中，ECU11读入NOX传感器15的输出信号(从第2催化剂外壳9排出的NOX量)Dnox。接着，ECU11向S104的处理推进，判别在上述S103中读入的输出信号Dnox的值是否为上限值Dnoxmax以下。
在此所说的「上限值Dnoxmax」，相当于在内燃机1稀薄燃烧运转、并且吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力没有降低时，能够从第2催化剂外壳9排出的NOX量的最大值。这样的上限值Dnoxmax，可以是预先通过利用实验等的适当处理而求出的固定值。另外，从第2催化剂外壳9排出的NOX的量会根据吸藏还原型催化剂的温度、排气的流量而变化。因此，上述上限值Dnoxmax，也可以是将吸藏还原型催化剂的温度、排气的流量作为参数而变更的可变值。此时，作为吸藏还原型催化剂的温度，可以利用配置于第2催化剂外壳9的下游的排气温度传感器14的输出信号。作为排气的流量，可以利用内燃机1的吸入空气量(例如，配置于吸气通路中的空气流量计的输出信号)。
在上述S104中得到肯定的判定的情况(Dnox＜Dnoxmax)下，吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力处于正常的范围内。即，在上述S104中得到肯定的判定的情况下，吸藏还原型催化剂的NH3生成能力处于正常的范围内。因此，ECU11向S105的处理推进，判定为吸藏还原型催化剂的NH3生成能力正常。
在上述S105中判定为吸藏还原型催化剂的NH3生成能力正常的情况下，ECU11向S106的处理推进，执行以吸藏还原型催化剂为NH3生成用的催化剂的还原剂供给处理(第1还原剂供给处理)。具体而言，ECU11在选择还原型催化剂的NH3吸附量成为恒定量以下时，控制燃料喷射阀4的后喷射量或残喷射量，使得从内燃机1排出的排气的空燃比与上述第1浓空燃比相等。该情况下，被吸藏还原型催化剂吸藏或吸附的NOX、排气中的NOX被转换为NH3。其结果，在吸藏还原型催化剂中生成所希望量的NH3。
在上述S104中得到否定的判定的情况(Dnox＞Dnoxmax)下，吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力脱离正常的范围。该情况下，ECU11可以判定为吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低。但是，即使是吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力降低的情况，也有该吸藏还原型催化剂的NH3生成能力处于正常的范围内的可能性。因此，在上述S104中得到否定的判定的情况下，ECU11在S107～S109中判别吸藏还原型催化剂的NH3生成能力是否正常。
首先，在S107中，ECU11判别向第2催化剂外壳9流入的排气的空燃比是否与第1浓空燃比相等。例如，ECU11将第1还原剂供给处理的执行中、或第1还原剂供给处理的执行结束时的A/F传感器12的输出信号值与第1浓空燃比相等作为条件，判定为向第2催化剂外壳9流入的排气的空燃比与第1浓空燃比相等。在S107中得到否定的判定的情况下，ECU11重复执行该S107的处理。另一方面，在S107中得到肯定的判定的情况下，ECU11向S108的处理推进。
在S108中，ECU11读入从第2催化剂外壳9排出的NH3的量Dnh3。此时，ECU11读入NOX传感器15的输出信号，来作为从第2催化剂外壳9排出的NH3的量Dnh3。在此，NOX传感器15，除了排气中的NOX以外，也与NH3进行反应。另外，在排气的空燃比为第1浓空燃比时，排气中的NOX在三元催化剂、吸藏还原型催化剂中被还原和净化。因此，可以认为排气的空燃比与第1浓空燃比相等时的NOX传感器15的输出信号，与排气中所含的NH3的量相关。
在S109中，ECU11判别在上述S108中读入的NH3量Dnh3是否为下限值Dnh3min以上。在此所说的「下限值Dnh3min」，相当于在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力正常时，能够从第2催化剂外壳9排出的NH3的量的最小值。这样的下限值Dnh3min，是预先通过采用实验等的适当处理而确定的值。
在上述S109中得到肯定的判定的情况(Dnh3≥Dnh3min)下，ECU11向S105的处理推进，判定为吸藏还原型催化剂的NH3生成能力正常。另一方面，在上述S109中得到否定的判定的情况(Dnh3＜Dnh3min)下，ECU11向S110的处理推进，判定为吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低了。
在上述S110中判定为吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低了的情况下，ECU11向S111的处理推进，执行以三元催化剂为NH3生成用的催化剂的还原剂供给处理(第2还原剂供给处理)。具体而言，ECU11在选择还原型催化剂的NH3吸附量成为恒定量以下时，控制燃料喷射阀4的后喷射量或残喷射量，使得从内燃机1排出的排气的空燃比与上述第2浓空燃比相等。该情况下，排气中所含的NOX在三元催化剂中被转换为NH3。再者，在执行上述第2还原剂供给处理时，如果吸藏还原型催化剂的NH3生成能力没有完全丧失，则被该吸藏还原型催化剂吸藏或吸附的NOX、排气中的NOX也被转换为NH3。其结果，会向选择还原型催化剂供给在三元催化剂中生成的NH3(以及在吸藏还原型催化剂中生成的NH3)。因此，在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低的情况下，能够通过三元催化剂的NH3生成能力来弥补其降低量。
如上所述，通过ECU11执行图4的处理程序，能够实现本发明涉及的控制部。其结果，在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力高时通过该吸藏还原型催化剂来生成NH3，在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力低时通过三元催化剂(以及吸藏还原型催化剂)来生成NH3。因此，包含三元催化剂和吸藏还原型催化剂的排气净化装置的NH3生成能力长时间地被维持得较高，并且在内燃机1的大的运转区域中也被维持得较高。
再者，也可以考虑关于NH3生成用的催化剂，经常性使用三元催化剂，辅助性地使用吸藏还原型催化剂的方法。但是，采用三元催化剂得到的NH3生成量容易变得少于吸藏还原型催化剂的NH3生成量，并且吸藏还原型催化剂的NH3生成能力容易低于三元催化剂的NH3生成能力。因此，优选：作为NH3生成用的催化剂，经常性使用吸藏还原型催化剂，辅助性地使用三元催化剂。
<实施例2>
接着，基于图5对本发明的第2实施例进行说明。在此，对于与上述的第1实施例不同的构成进行说明，对同样的构成省略说明。
在上述的第1实施例中，对于在因硫中毒、热劣化而使吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低的情况下，使三元催化剂作为NH3生成用的催化剂发挥作用的例子进行了说明，但在本实施例中，对于在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力没有活化的情况下，使三元催化剂作为NH3生成用的催化剂发挥作用的例子进行说明。
第2催化剂外壳9，与第1催化剂外壳8相比，配置于与内燃机1间隔开的位置。因此，在内燃机1冷起动的情况等中，吸藏还原型催化剂的NH3生成能力活化的时期，变得容易比三元催化剂的NH3生成能力活化的时期晚。
因此，ECU11在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力没有活化时，控制后喷射量或残喷射量，使得向第1催化剂外壳8流入的排气的空燃比成为第2空燃比。
以下，参照图5对本实施例中的还原剂供给处理的执行步骤进行说明。图5是表示在执行还原剂供给处理时ECU11执行的处理程序的流程图。该处理程序，预先存储在ECU11的ROM中，由ECU11周期性地执行。再者，在图5中，对于与上述的第1实施例的处理过程(参照图4)同样的处理，标记等同的标记。
在图5的处理程序中，ECU11在S102中得到肯定的判定的情况下，执行S201的处理。在S201中，ECU11读入吸藏还原型催化剂的温度(第2催化剂外壳9内的气氛温度)Tcat和NOX传感器15的输出信号Dnox。吸藏还原型催化剂的温度Tcat，可以将内燃机1的运转状态(燃料喷射量、吸入空气量)作为参数进行运算。另外，作为吸藏还原型催化剂的温度Tcat，可以代用排气温度传感器14的输出信号。
ECU11在执行S201的处理后执行S202的处理。在S202中，ECU11判别在上述S201中读入的输出信号Dnox的值是否为上限值Dnoxmax以下、且吸藏还原型催化剂的温度Tcat是否为规定温度Tact以上。在此所说的「规定温度Tact」，相当于吸藏还原型催化剂的NH3生成能力活化的最低的温度。
在上述S202中得到肯定的判定的情况下，ECU11向S203的处理推进，判定为吸藏还原型催化剂的NH3生成能力活化了。该情况下，ECU11向S106推进，执行以吸藏还原型催化剂为NH3生成用的催化剂的还原剂供给处理(第1还原剂供给处理)。
在上述S202中得到否定的判定的情况下，ECU11向S204的处理推进，判定为吸藏还原型催化剂的NH3生成能力没有活化。该情况下，ECU11向S111的处理推进，执行以三元催化剂和吸藏还原型催化剂为NH3生成用的催化剂的还原剂供给处理(第2还原剂供给处理)。
如上所述，ECU11按照图5的处理程序执行还原剂供给处理时，在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力活化了时通过该吸藏还原型催化剂生成NH3，在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力没有活化时通过三元催化剂生成NH3。因此，即使是如内燃机1冷起动后的暖机运转时那样吸藏还原型催化剂的NH3生成能力没有活化时，也能够生成所希望量的NH3。
上述的第1实施例和第2实施例，可以适当组合。例如，在图5的处理程序中，也可以执行在图6的处理程序的说明中记述的S107～S110的处理来代替执行S204的处理。该情况下，除了吸藏还原型催化剂的NH3生成能力没有活化的情况以外，还会在吸藏还原型催化剂的NH3生成能力降低的情况(吸藏还原型催化剂发生了热劣化的情况和/或发生了硫中毒的情况)下执行第2还原剂供给处理。其结果，能够在更大的运转区域中生成所希望量的NH3。
再者，在上述的第1和第2本实施例中，作为使向第1催化剂外壳8、第2催化剂外壳9流入的排气的空燃比成为浓空燃比的方法，例举了从燃料喷射阀4进行后喷射或残喷射的方法，但也可以在比第1催化剂外壳8靠上游的排气通路7中安装燃料添加阀，从该燃料添加阀添加燃料。
附图标记说明
1  内燃机
2  气缸
3  活塞
4  燃料喷射阀
5  吸气口
6  排气口
7  排气通路
8  第1催化剂外壳
9  第2催化剂外壳
10 第3催化剂外壳
11 ECU
12 A/F传感器
13 O2传感器
14 排气温度传感器
15 NOX传感器
16 曲轴位置传感器
17 加速器位置传感器

Claims (3)

1.一种内燃机的排气净化装置，具备：
吸藏还原型催化剂，其配置于稀薄燃烧运转的内燃机的排气通路中，在流入的排气的空燃比为低于理论空燃比的第1浓空燃比时使氮氧化物还原为氨；
选择还原型催化剂，其配置于比所述吸藏还原型催化剂靠下游的排气通路中，以氨为还原剂将排气中的氮氧化物还原；
三元催化剂，其配置于比所述吸藏还原型催化剂靠上游的排气通路中；和
控制部，其在所述吸藏还原型催化剂的氨生成能力降低时，将向所述三元催化剂流入的排气的空燃比控制为高于所述第1浓空燃比且低于理论空燃比的第2浓空燃比。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，
还具备NOX传感器，该NOX传感器配置于比所述吸藏还原型催化剂靠下游、且比所述选择还原型催化剂靠上游的排气通路中，检测排气中所含的氮氧化物的量，
所述控制部，以在向所述吸藏还原型催化剂流入的排气的空燃比为高于理论空燃比的稀空燃比时由所述NOX传感器检测出的NOX量超过了上限值为条件，判定为所述吸藏还原型催化剂的氨生成能力降低了。
3.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，
还具备：
NOX传感器，其配置于比所述吸藏还原型催化剂靠下游、且比所述选择还原型催化剂靠上游的排气通路中，检测排气中所含的氮氧化物的量；和
温度传感器，其检测所述吸藏还原型催化剂的温度，
所述控制手段，以在向所述吸藏还原型催化剂流入的排气的空燃比为高于理论空燃比的稀空燃比、且由所述温度传感器检测出的温度为规定温度以下时，由所述NOX传感器检测出的NOX量超过了上限值为条件，判定为所述吸藏还原型催化剂的氨生成能力降低了。
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