CN109973181B - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明尽可能地抑制因从NSR催化剂脱出的NOx使排放变差的情况。在进行稀薄燃烧运转的内燃机的排气净化装置中，具备：NSR催化剂；后段催化剂，其设置于NSR催化剂的下游侧；还原剂供给装置；空燃比控制部，其实施过量供给；供给控制部，其执行将还原剂向后段催化剂供给的供给控制，当在判定期间当中的至少一部分期间内NSR催化剂的温度小于规定判定温度的情况下，根据此次的过量供给的实施来执行该供给控制；和NOx吸藏量计算部，其计算NSR催化剂中的NOx吸藏量，就供给控制部而言，在NOx吸藏量相同的情况下，在判定期间内NSR催化剂的温度小于规定判定温度的时间越长，供给控制中的还原剂供给量越多。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机的排气净化装置。
背景技术
已知在使混合气的空燃比变为比理论空燃比高的稀空燃比进行稀薄燃烧运转的内燃机的排气通路设置吸藏还原型NOx催化剂(以下有时也称作“NSR催化剂”。)作为排气净化催化剂的技术。NSR催化剂具有以下功能：在其周围气氛的空燃比为稀空燃比时吸藏排气中的NOx，在其周围气氛的空燃比为比理论空燃比低的浓空燃比且存在还原剂时还原所吸藏的NOx。再者，在本说明书中，使用“吸藏”这一术语作为也包含“吸附”的含义的术语。
而且，在这样的设有NSR催化剂的内燃机中，通过实施过量供给(rich spike)，使排气的空燃比从比理论空燃比高的稀空燃比暂时变为比理论空燃比低的浓空燃比，从而还原被该NSR催化剂吸藏的NOx。
在专利文献1中公开了以下技术：在被NOx捕获催化剂捕获的NOx量达到规定量时，执行过量供给。
另外，在专利文献2中公开了以下技术：当在NSR催化剂上的NOx吸藏量超过第1阈值的情况下执行过量供给运转的排气净化控制装置中，在NOx吸藏量超过大于第1阈值的第2阈值的情况下，以比NOx吸藏量处于第2阈值以下的情况更靠稀侧的排气空燃比执行过量供给运转。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2005-163590号公报
专利文献2：日本特开2016-186239号公报
发明内容
被NSR催化剂吸藏的NOx(吸藏NOx)若被实施过量供给，则暂时从该NSR催化剂所具有的吸藏材料释放，在该NSR催化剂所具有的贵金属催化剂的作用下与CO、HC这样的还原剂发生反应。其结果在NSR催化剂中将NOx还原为N2。在此，判断如下：即使实施过量供给时的吸藏NOx量(NOx吸藏量)、NSR催化剂的温度相同，也会因在NSR催化剂中的NOx的吸藏形态而使由于过量供给从吸藏材料释放吸藏NOx时的释放容易性发生变化。
另外，由于过量供给而从吸藏材料所释放的NOx的一部分有时从NSR催化剂流出而不会被还原剂还原。换言之，即使实施过量供给，吸藏NOx的一部分有时也不会被还原而是从NSR催化剂脱出(purge)。
在此，通过在NSR催化剂的下游侧设置能够还原NOx的后段催化剂，从而能够用该后段催化剂还原从NSR催化剂脱出的NOx。然而，如上所述，若鉴于吸藏NOx从吸藏材料的释放容易性因NSR催化剂中的NOx的吸藏形态而发生变化，则即使实施过量供给时的NOx吸藏量、NSR催化剂的温度相同，也可能会因NSR催化剂中的NOx吸藏形态而使由于过量供给从NSR催化剂脱出的NOx量(脱出NOx量)发生变化。而且，在用后段催化剂使从NSR催化剂脱出的NOx净化时，存在以下风险：若不考虑因NOx吸藏形态引起的脱出NOx量的不同，则排放变差。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于尽可能地抑制因从NSR催化剂脱出的NOx使排放变差的情况。
本发明为一种内燃机的排气净化装置，是进行稀薄燃烧运转的内燃机的排气净化装置，具备：第一吸藏还原型NOx催化剂，其设置于上述内燃机的排气通路中；后段催化剂，其设置于上述排气通路中的上述第一吸藏还原型NOx催化剂的下游，利用所供给的还原剂还原排气中的NOx；还原剂供给装置，其设置于上述排气通路中的上述第一吸藏还原型NOx催化剂与上述后段催化剂之间，向该排气通路内供给还原剂；空燃比控制部，其实施过量供给，使向上述第一吸藏还原型NOx催化剂流入的排气的空燃比，从比理论空燃比高的稀空燃比暂时变为比理论空燃比低的浓空燃比；供给控制部，其执行使用上述还原剂供给装置将还原剂向上述后段催化剂供给的供给控制；和NOx吸藏量计算部，其算出NOx吸藏量，所述NOx吸藏量是被上述第一吸藏还原型NOx催化剂吸藏的NOx量。
在这样的排气净化装置中，从内燃机排出的NOx当中的大部分可以被第一吸藏还原型NOx催化剂(以下有时也称作“第一NSR催化剂”。)吸藏。而且，被第一NSR催化剂吸藏的NOx(以下有时也称作“吸藏NOx”。)若被实施过量供给，则可以被浓空燃比的排气中所含的CO、HC等还原剂还原。然而，即使被实施过量供给，吸藏NOx的一部分有时也不会被还原而从第一NSR催化剂脱出。
而且，在上述的排气净化装置中，即使由于过量供给从第一NSR催化剂脱出NOx，该NOx也可以被设置于第一NSR催化剂的下游的后段催化剂还原。在此，上述后段催化剂是指：例如利用作为还原剂的氨来还原排气中的NOx的选择还原型NOx催化剂、利用作为还原剂的燃料来还原排气中的NOx的吸藏还原型NOx催化剂。
在此，本发明人进行了深入研究，结果最新发现：即使实施过量供给时的NOx吸藏量、第一NSR催化剂的温度相同，也可能会根据在从结束上次过量供给的实施至要求此次过量供给的实施为止的期间(以下有时也称作“判定期间”。)内的第一NSR催化剂的温度历程而使由于此次过量供给从第一NSR催化剂脱出的NOx量发生变化。据此，在第一NSR催化剂的温度较低的情况下，NOx存在以容易从NSR催化剂所具有的吸藏材料释放的形态(以下有时也称作“第一形态”。)被吸藏于该吸藏材料的倾向。另一方面，在第一NSR催化剂的温度较高的情况下，NOx存在以不易从吸藏材料释放的形态(以下有时也称作“第二形态”。)被吸藏于该吸藏材料的倾向。这样一来，根据判定期间内的第一NSR催化剂的温度历程而使第一NSR催化剂中的NOx的吸藏形态发生变化。
而且，因这样的NOx的吸藏形态而可能使由于过量供给从第一NSR催化剂脱出的NOx量(以下有时也称作“脱出NOx量”。)发生变化。详细而言，即使NOx吸藏量相同，吸藏NOx当中的第一形态的吸藏NOx越多，脱出NOx量也容易越多。与此相对，即使NOx吸藏量相同，吸藏NOx当中的第二形态的吸藏NOx越多，脱出NOx量也容易越少。而且，在用上述的后段催化剂使从第一NSR催化剂脱出的NOx净化时，存在以下风险：若不考虑这样的情况，则排放变差。
为此，在本发明的内燃机的排气净化装置的第一方案中，当在上述判定期间当中的至少一部分期间内上述第一吸藏还原型NOx催化剂的温度小于规定判定温度的情况下，上述供给控制部根据由上述空燃比控制部进行的此次上述过量供给的实施来执行上述供给控制。进而，在由上述NOx吸藏量计算部算出的上述NOx吸藏量相同的情况下，上述供给控制部执行供给量控制，使得在上述判定期间内上述第一吸藏还原型NOx催化剂的温度小于规定判定温度的时间越长，上述供给控制中的还原剂供给量就越多。
在此，若第一NSR催化剂的温度为该判定温度以上，则规定判定温度被定义为NOx可以变为第二形态而被该第一NSR催化剂吸藏的温度。再者，已经以第一形态吸藏于第一NSR催化剂的NOx，若在其吸藏后的第一NSR催化剂的温度为上述判定温度以上，则也有时变为第二形态。因此，在其温度为规定判定温度以上的第一NSR催化剂中，存在NOx变为第二形态而被该第一NSR催化剂吸藏的倾向。另一方面，在其温度小于规定判定温度的第一NSR催化剂中，存在NOx变为第一形态而被吸藏于该第一NSR催化剂的倾向。而且，当在判定期间当中的至少一部分期间内第一NSR催化剂的温度小于规定判定温度的情况下，若实施过量供给，则吸藏NOx的一部分从第一NSR催化剂脱出。因此，在该情况下，如上所述，供给控制部根据由空燃比控制部进行的过量供给的实施来执行供给控制。由此，由于过量供给从第一NSR催化剂脱出的NOx可以在后段催化剂中被由供给控制所供给的还原剂还原。
而且，在判定期间内第一NSR催化剂的温度小于规定判定温度的时间(以下有时也称作“催化剂低温时间”。)越长，吸藏NOx中的第一形态的吸藏NOx越多。因此，即使NOx吸藏量相同，催化剂低温时间长的情况相比于短的情况而使脱出NOx量变多。为此，在NOx吸藏量相同的情况下，催化剂低温时间越长，供给控制部根据过量供给的实施来执行的供给控制中的还原剂供给量越多。以下将这样增多还原剂供给量的控制称作“供给量控制”。而且，通过供给控制部执行该供给量控制，从而向后段催化剂供给与脱出NOx量相应量的还原剂。因此，由于过量供给从第一NSR催化剂脱出的NOx在后段催化剂中被还原剂很好地还原。由此，能够尽可能地抑制因从第一NSR催化剂脱出的NOx使排放变差的情况。
另外，上述后段催化剂可以为利用所供给的氨来还原排气中的NOx的选择还原型NOx催化剂。而且，上述还原剂供给装置供给氨的前体或氨，在从结束上次上述过量供给的实施至要求此次上述过量供给的实施为此的判定期间当中的至少一部分期间内上述第一吸藏还原型NOx催化剂的温度小于规定判定温度的情况下，上述供给控制部可以在由上述空燃比控制部进行的此次上述过量供给的实施之前执行上述供给控制。据此，能够在由于过量供给从第一NSR催化剂脱出NOx之前预先增加选择还原型NOx催化剂中的氨的吸附量。其结果，在实际上由于过量供给从第一NSR催化剂脱出NOx时，能够在选择还原型NOx催化剂中很好地还原该NOx。
进而，上述供给控制部可以执行该供给量控制以使得执行上述供给量控制后的上述选择还原型NOx催化剂中的氨的吸附量小于氨从该选择还原型NOx催化剂开始逃逸的逃逸出现吸附量。据此，能够抑制氨从选择还原型NOx催化剂(SCR催化剂)的逃逸，并且能够还原由于过量供给从第一NSR催化剂脱出的NOx。
另外，上述后段催化剂可以为利用所供给的燃料来还原排气中的NOx的第二吸藏还原型NOx催化剂。而且，上述还原剂供给装置供给燃料，在从结束上次的上述过量供给的实施至要求此次的上述过量供给的实施为此的判定期间之中至少一部分期间内上述第一吸藏还原型NOx催化剂的温度小于规定判定温度的情况下，上述供给控制部可以与由上述空燃比控制部进行的此次的上述过量供给的实施同时地执行上述供给控制。据此，能够在第二吸藏还原型NOx催化剂中很好地还原由于过量供给从第一NSR催化剂脱出的NOx。
接下来，对本发明的内燃机的排气净化装置的第二方案进行说明。上述第一方案的说明中所叙述的以第一形态吸藏于第一NSR催化剂的NOx为亚硝酸盐，且判定该亚硝酸盐以比较弱的吸附力吸藏于第一NSR催化剂的吸藏材料。另一方面，以第二形态吸藏于第一NSR催化剂的NOx为硝酸盐，且判定该硝酸盐以比上述亚硝酸盐强的吸附力吸藏于第一NSR催化剂的吸藏材料。因此，在由于过量供给从吸藏材料释放吸藏NOx时，吸藏于吸藏材料的亚硝酸盐比吸藏于吸藏材料的硝酸盐更容易释放。
鉴于以上情况，若将吸藏于第一NSR催化剂的硝酸盐量(以下有时也称作“硝酸盐吸藏量”。)相对于NOx吸藏量的比例设为硝酸盐比率，则即使NOx吸藏量相同，以硝酸盐比率低的状态实施过量供给的情况与以硝酸盐比率高的状态实施过量供给的情况相比，有时脱出NOx量变多。
为此，本发明的第二方案的内燃机的排气净化装置具备：第一吸藏还原型NOx催化剂，其设置于上述内燃机的排气通路中；后段催化剂，其设置于上述排气通路中的上述第一吸藏还原型NOx催化剂的下游，利用所供给的还原剂来还原排气中的NOx；还原剂供给装置，其设置于上述排气通路中的上述第一吸藏还原型NOx催化剂与上述后段催化剂之间，向该排气通路内供给还原剂；空燃比控制部，其实施过量供给，使向上述第一吸藏还原型NOx催化剂流入的排气的空燃比，从比理论空燃比高的稀空燃比暂时变为比理论空燃比低的浓空燃比；供给控制部，其执行使用上述还原剂供给装置向上述后段催化剂供给还原剂的供给控制；NOx吸藏量计算部，其算出NOx吸藏量，所述NOx吸藏量是被上述第一吸藏还原型NOx催化剂吸藏的NOx量；硝酸盐吸藏量计算部，其基于上述第一吸藏还原型NOx催化剂的温度算出硝酸盐吸藏量，所述硝酸盐吸藏量是被上述第一吸藏还原型NOx催化剂吸藏的硝酸盐的量；硝酸盐比率计算部，其基于由上述NOx吸藏量计算部算出的上述NOx吸藏量和由上述硝酸盐吸藏量计算部算出的上述硝酸盐吸藏量来算出硝酸盐比率，所述硝酸盐比率是该硝酸盐吸藏量相对于该NOx吸藏量的比例。而且，在要求上述过量供给的实施时由上述硝酸盐比率计算部算出的上述硝酸盐比率小于规定判定比率的情况下，上述供给控制部根据由上述空燃比控制部进行的上述过量供给的实施来执行上述供给控制、且基于该硝酸盐比率来控制该供给控制中的还原剂供给量。
在此，NOx容易变为亚硝酸盐而被NSR催化剂吸藏还是容易变为硝酸盐而被NSR催化剂吸藏，会根据NSR催化剂的温度发生变化。因此，根据NSR催化剂的温度而使硝酸盐吸藏量发生变化。而且，在NOx吸藏量相同的情况下，NSR催化剂的温度较低硝酸盐吸藏量少时，相比于NSR催化剂的温度较高时，硝酸盐比率变低。例如，当在上述第一方案的说明中所叙述的判定期间内NOx吸藏量相同的情况下，存在以下倾向：NSR催化剂的温度变得较低的时间越长，硝酸盐比率越低。
而且，当在要求过量供给的实施时硝酸盐比率小于规定判定比率的情况下，上述供给控制部根据过量供给的实施来执行供给控制，且基于该硝酸盐比率来控制该供给控制中的还原剂供给量。在此，规定的判定比率被定义为：硝酸盐比率达到该判定比率以上时，使由于过量供给从第一NSR催化剂脱出的NOx极少的比率。而且，在上述供给控制部根据过量供给的实施来执行供给控制的情况下，即使NOx吸藏量相同，硝酸盐比率低的情况相比于高的情况，能够增多该供给控制中的还原剂供给量。由此，即使在以硝酸盐比率低的状态实施过量供给的情况下，也能够与以硝酸盐比率高的状态实施过量供给的情况同样地还原由于过量供给从NSR催化剂脱出的NOx。即，能够尽可能地抑制因从NSR催化剂脱出的NOx使排放变差的情况。
根据本发明，能够尽可能地抑制因从NSR催化剂脱出的NOx使排放变差的情况。
附图说明
图1为表示第一实施方式的内燃机的进排气系统的概略构成的图。
图2为表示从内燃机排出而流入第一NSR催化剂之前的排气中的NOx浓度、在第一NSR催化剂后且SCR催化剂前的排气中的NOx浓度、SCR催化剂后的排气中的NOx浓度的图。
图3A为用于对在第一NSR催化剂的温度较低的情况下的、NOx吸藏形态进行说明的图。
图3B为用于对在第一NSR催化剂的温度较高的情况下的、NOx吸藏形态进行说明的图。
图4为表示第一NSR催化剂中的NOx的推定还原机制的示意图。
图5为表示就在第一NSR催化剂后且SCR催化剂前的排气中的NOx浓度而言内燃机被正常运转时和根据过量供给处理的执行而从第一NSR催化剂脱出NOx时的比较的图。
图6为表示第一实施方式的NOx吸藏量、要求标志、执行标志、NSR催化剂温度、低温计数器、尿素水添加量设定值、氨吸附量及尿素水添加流量的时间推移的时间图。
图7为表示第一实施方式的控制流程的流程图。
图8为表示尿素水添加量设定值与低温计数器的值的相关关系的图。
图9为表示第一实施方式的变形例的NOx吸藏量、要求标志、执行标志、NSR催化剂温度、高温计数器、尿素水添加量设定值、氨吸附量及尿素水添加流量的时间推移的时间图。
图10为表示第一实施方式的变形例的控制流程的流程图。
图11为表示尿素水添加量设定值与高温计数器的值的相关关系的图。
图12为表示第二实施方式的内燃机的进排气系统的概略构成的图。
图13为表示第二实施方式的控制流程的流程图。
图14为表示燃料供给量设定值与低温计数器的值的相关关系的图。
图15为表示第三实施方式的控制流程的流程图。
附图标记说明
1···内燃机
2···进气通路
3···排气通路
4···空气流量计
5···节流阀
6···第一NSR催化剂(第一吸藏还原型NOx催化剂)
60··第二NSR催化剂(第二吸藏还原型NOx催化剂)
7···燃料添加阀
70··下游侧燃料添加阀
8···SCR催化剂(选择还原型NOx催化剂)
9···尿素水添加阀
10··ECU
11··曲柄角传感器
12··加速器开度传感器
13··第一NOx传感器
14··空燃比传感器
15··第二NOx传感器
16··温度传感器
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式举例进行详细说明。但是，只要没有特别记载，该实施方式中记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并非将本发明的范围仅限定为这些例子。
(第一实施方式)
＜内燃机的进排气系统的构成＞
图1为表示本实施方式的内燃机的进排气系统的概略构成的图。图1所示的内燃机1为压缩着火式的内燃机(柴油发动机)。但是，本发明也能够应用于以汽油等为燃料的火花点火式的稀燃内燃机。
在内燃机1连接有进气通路2及排气通路3。在进气通路2设有空气流量计4。空气流量计4检测内燃机1的吸入空气量。另外，在空气流量计4的下游侧的进气通路2设有节流阀5。节流阀5通过变更进气通路2的流路截面积来控制内燃机1的吸入空气量。
在排气通路3设有第一吸藏还原型NOx催化剂6(以下有时也称作“第一NSR催化剂6”。)及选择还原型NOx催化剂8(以下有时也称作“SCR催化剂8”。)作为排气净化催化剂。而且，在第一NSR催化剂6的上游侧的排气通路3设有燃料添加阀7。燃料添加阀7向排气中添加燃料。由燃料添加阀7添加的燃料与排气一起被供给至第一NSR催化剂6。另外，在第一NSR催化剂6与SCR催化剂8之间的排气通路3设有尿素水添加阀9。尿素水添加阀9向排气中添加尿素水，该尿素水被供给至SCR催化剂8。即，向SCR催化剂8供给作为氨的前体的尿素。而且，所供给的尿素被水解而生成的氨吸附于SCR催化剂8。以吸附于该SCR催化剂8的氨作为还原剂来还原排气中的NOx。再者，也可以代替尿素水添加阀9而设置将氨气体添加到排气中的氨添加阀。而且，在本实施方式中，尿素水添加阀9或氨添加阀相当于本发明的还原剂供给装置。另外，在排气通路3也可以设置用于捕集排气中的PM的过滤器。
另外，在燃料添加阀7的下游侧且第一NSR催化剂6的上游侧的排气通路3中设有第一NOx传感器13及空燃比传感器14。第一NOx传感器13检测流入第一NSR催化剂6的排气(以下有时也称作“流入排气”。)的NOx浓度。空燃比传感器14检测流入排气的空燃比。另外，在第一NSR催化剂6与SCR催化剂8之间的排气通路3中设有第二NOx传感器15及温度传感器16。第二NOx传感器15检测从第一NSR催化剂6流出的排气(以下有时也称作“流出排气”。)的NOx浓度。温度传感器16检测流出排气的温度。进而，在SCR催化剂8的下游侧的排气通路3中设有第三NOx传感器17。第三NOx传感器17检测从SCR催化剂8流出的排气的NOx浓度。
在内燃机1中并设有用于控制该内燃机1的电子控制单元(ECU)10。空气流量计4、第一NOx传感器13、空燃比传感器14、第二NOx传感器15、温度传感器16及第三NOx传感器17与ECU10电连接。进而，曲柄角传感器11及加速器开度传感器12与ECU10电连接。曲柄角传感器11输出与内燃机1的曲柄角具有相关关系的信号。加速器开度传感器12输出与搭载有内燃机1的车辆的加速器开度具有相关关系的信号。
而且，上述各传感器的输出值被输入ECU10。ECU10基于曲柄角传感器11的输出值导出内燃机1的内燃机旋转速度。另外，ECU10基于加速器开度传感器12的输出值导出内燃机1的内燃机负荷。另外，ECU10基于空气流量计4的输出值推定排气的流量(以下有时也称作“排气流量”。)，基于该排气流量及第一NOx传感器13的输出值算出向第一NSR催化剂6流入的NOx流量(以下有时也称作“NOx流入流量”。)，基于该排气流量及第二NOx传感器15的输出值算出从第一NSR催化剂6流出的NOx流量(以下有时也称作“NOx流出流量”。)。另外，ECU10基于温度传感器16的输出值算出第一NSR催化剂6的温度(以下有时也称作“NSR催化剂温度”。)。
进而，内燃机1的燃料喷射阀(图示略)、节流阀5、燃料添加阀7及尿素水添加阀9与ECU10电连接。由ECU10来控制这些装置。在此，ECU10执行以下处理(以下有时也称作“过量供给处理”。)，使向第一NSR催化剂6流入的排气的空燃比从比理论空燃比高的稀空燃比暂时变为比理论空燃比低的浓空燃比。在本实施方式中，ECU10通过使用燃料添加阀7向从内燃机1排出的排气中添加燃料来执行过量供给处理。但是，在本实施方式中，不意图限定于此，ECU10能够使用公知的技术来执行过量供给处理。例如，ECU10也可以通过使用内燃机1的燃料喷射阀(图示略)在气缸内形成浓混合气、并使该浓混合气在气缸内燃烧来执行过量供给处理。再者，ECU10通过执行过量供给处理而作为本发明的空燃比控制部来发挥功能。
在此，在具有第一NSR催化剂6和SCR催化剂8的本实施方式的排气净化装置中，基于图2对由第一NOx传感器13、第二NOx传感器15及第三NOx传感器17检测的NOx浓度进行说明。图2为表示在从内燃机1排出的排气依次通过第一NSR催化剂6、SCR催化剂8而流向排气通路3的下游侧的情况下的、从内燃机1排出而流入第一NSR催化剂6之前的排气中的NOx浓度(由第一NOx传感器13检测)、在第一NSR催化剂6后且SCR催化剂8前的排气中的NOx浓度(由第二NOx传感器15检测)、SCR催化剂8后的排气中的NOx浓度(由第三NOx传感器17检测)的图。
如图2所示，从内燃机1排出的NOx(浓度C1)大部分被第一NSR催化剂6吸藏或还原，在第一NSR催化剂6后(且SCR催化剂8前)检测的NOx浓度被降低至浓度C2。而且，该NOx被SCR催化剂8进一步还原，因此SCR催化剂8后的排气中的NOx浓度(浓度C3)变得极小。
在此，ECU10使用尿素水添加阀9将尿素水添加到排气通路3，并且将尿素被水解而生成的氨供给至SCR催化剂8。再者，以下将该控制称作“供给控制”。例如在通过以吸附于SCR催化剂8的氨作为还原剂还原排气中的NOx而使SCR催化剂8中的氨的吸附量(以下有时也称作“氨吸附量”。)减少时执行该供给控制。
而且，在上述排气净化装置中，ECU10执行供给控制以使得氨吸附量维持在能够还原与上述浓度C2对应的量的NOx的吸附量(基准吸附量)附近。
＜NSR催化剂中的NOx的吸藏和还原机制＞
若执行过量供给处理，则向第一NSR催化剂6供给HC、CO等还原剂。而且，利用该还原剂，可以还原被第一NSR催化剂6吸藏的NOx(以下有时也称作“吸藏NOx”。)。例如，在通过由燃料添加阀7添加燃料来执行过量供给处理的情况下，吸藏NOx能够主要被HC还原。另外，例如，当通过在气缸内进行浓燃烧来执行过量供给处理的情况下，吸藏NOx能够主要被CO、HC还原。
但是，即使实施过量供给处理，吸藏NOx的一部分有时也不会被还原而从第一NSR催化剂6脱出。在此，判定在想要用SCR催化剂8使从第一NSR催化剂6脱出的NOx还原时，由于过量供给处理而从NSR催化剂脱出的NOx量(以下有时也称作“脱出NOx量”。)发生变化，由此可能产生无法将该NOx充分还原的情况。而且，本发明人进行了深入研究，结果发现：这样的情况因在第一NSR催化剂6中的NOx的吸藏形态而发生。以下对此进行说明。再者，以下将被第一NSR催化剂6吸藏的NOx(吸藏NOx)的量称作“NOx吸藏量”。
基于图3A及图3B来说明本发明人对第一NSR催化剂6中的NOx的吸藏机制最新考察出的推定机制。图3A及图3B为用于对第一NSR催化剂6中的NOx的吸藏形态进行说明的图。
在此，在第一NSR催化剂6中，以使用氧化铝(Al2O3)作为载体、使用Pt作为贵金属催化剂、并且使用Ba作为NOx吸藏材料的情况为例，对NOx的吸藏形态进行说明。在第一NSR催化剂6中，在促进NOx与氧的反应的Pt的作用下与氧反应的NOx被吸藏于Ba。在此，最新判定出：在NOx被吸藏于Ba时，其吸藏形态根据第一NSR催化剂6的温度而变化。
图3A为用于对在第一NSR催化剂6的温度较低的情况(例如250℃～300℃)下的、NOx的吸藏形态进行说明的图。在图3A所示的例子中，在Pt的作用下使流入第一NSR催化剂6的NO与氧反应。这样的话，NO变为亚硝酸盐(NO2 -)。而且，该亚硝酸盐以较弱的吸附力被吸藏于Ba。
另一方面，图3B为用于对在第一NSR催化剂6的温度较高的情况(例如350℃～400℃)下的、NOx的吸藏形态进行说明的图。在图3B所示的例子中，也与图3A所示的例子同样在Pt的作用下使流入第一NSR催化剂6的NO与氧反应，所生成的亚硝酸盐(NO2 -)以较弱吸附力被吸藏于Ba。在此，判定出：在第一NSR催化剂6的温度较高的情况下，吸藏于Ba的亚硝酸盐的一部分进一步与氧反应而变为硝酸盐(NO3 -)，以较强的吸附力被吸藏于Ba。再者，进行从亚硝酸盐变为硝酸盐的反应的反应温度会根据促进NOx与氧的反应的Pt的劣化状态等而变化。例如，若Pt劣化，则存在上述反应温度变高的倾向。
这样一来，第一NSR催化剂6中的NOx的吸藏形态会根据第一NSR催化剂6的温度而变化。再者，在吸藏NOx(被第一NSR催化剂6吸藏的NOx)中包含上述硝酸盐、亚硝酸盐。因此，NOx吸藏量变为吸藏于第一NSR催化剂6的硝酸盐、亚硝酸盐的量。
而且，在通过过量供给处理的执行来还原吸藏NOx时，吸藏NOx暂时从Ba释放，在Pt的作用下使其与还原剂发生反应，由此在第一NSR催化剂6中NOx被还原为N2。这可以通过图4所示的表示执行过量供给处理时的第一NSR催化剂6中的NOx的推定还原机制的示意图来说明。在图4中，上段、下段的示意图分别表示过量供给处理的执行前、执行中的状态。
如图4的上段所示，在吸藏材料Ba上吸藏有亚硝酸盐及硝酸盐。而且，若对这样的第一NSR催化剂6供给CO作为还原剂，则如图4的下段所示，亚硝酸盐暂时从Ba释放，利用还原剂将其还原而变为NO。另一方面，硝酸盐的一部分可以被还原变为亚硝酸盐而从Ba释放，但是存在其大多被继续吸藏于Ba的倾向。即，亚硝酸盐容易从Ba释放，硝酸盐不易从Ba释放。因此，当在吸藏NOx中容易从Ba释放的亚硝酸盐多的情况下，该吸藏NOx容易被还原，与此相对，当在吸藏NOx中不易从Ba释放的硝酸盐多的情况下，该吸藏NOx不易被还原。
另外，如上所述，即使执行过量供给处理，吸藏NOx的一部分有时也不会被还原而从第一NSR催化剂6脱出。在此，就在第一NSR催化剂6后且SCR催化剂8前的排气中的NOx浓度而言内燃机1正常运转时(这与上述图2所示的NOx浓度同样。)和根据过量供给处理的执行而从第一NSR催化剂6脱出NOx时的比较示于图5。如图5所示，在内燃机1正常运转时，从内燃机1排出的NOx(浓度C1)大部分被第一NSR催化剂6吸藏，在第一NSR催化剂6后且SCR催化剂8前检测的NOx浓度被降低至浓度C2。另一方面，若假定在内燃机1被怠速运转时执行过量供给处理，则此时的来自内燃机1的排出NOx浓度变为小于C1的C1′。在此，若根据过量供给处理的执行而从第一NSR催化剂6脱出NOx，则在第一NSR催化剂6后且SCR催化剂8前检测的NOx浓度有时变为大于C2的C2′。这样一来，当在第一NSR催化剂6后且SCR催化剂8前的NOx浓度增加的情况下，假设是氨吸附量被维持在能够还原与浓度C2对应的量的NOx的吸附量(基准吸附量)附近的状态，则存在从第一NSR催化剂6脱出的NOx不会在SCR催化剂8中被充分还原的风险。
进而，即使NOx吸藏量相同，在吸藏NOx中容易从Ba释放的亚硝酸盐越多，也容易使脱出NOx量越多。与此相对，即使NOx吸藏量相同，在吸藏NOx中不易从Ba释放的硝酸盐越多，也容易使脱出NOx量越少。而且，在想要用SCR催化剂8使从第一NSR催化剂6脱出的NOx还原时，存在若不考虑这样的情况，则排放变差的风险。
＜供给量控制＞
在此，若NSR催化剂温度为该判定温度以上，则将规定判定温度定义为NOx变为硝酸盐而可以被第一NSR催化剂6吸藏的温度。这样的话，当在判定期间当中的至少一部分期间内NSR催化剂温度小于规定判定温度的情况下，NOx变为亚硝酸盐而被吸藏于第一NSR催化剂6。结果，若执行此次的过量供给处理，则吸藏NOx的一部分从第一NSR催化剂6脱出。因此，ECU10在该情况下根据过量供给处理来执行供给控制。由此，由于过量供给处理从第一NSR催化剂6脱出的NOx可以在SCR催化剂8中被由供给控制供给的氨还原。
而且，在判定期间内NSR催化剂温度小于规定判定温度的时间(以下有时也称作“催化剂低温时间”。)越长，在吸藏NOx中亚硝酸盐越多。因此，即使NOx吸藏量相同，催化剂低温时间长的情况相比于短的情况，脱出NOx量变多。为此，在NOx吸藏量相同的情况下，催化剂低温时间越长，ECU10根据过量供给处理来执行的供给控制中的还原剂供给量越多。再者，以下将这样增多还原剂供给量的控制称作“供给量控制”。在本实施方式中，ECU10通过增多来自尿素水添加阀9的尿素水添加量来执行供给量控制。由此，由于过量供给处理从第一NSR催化剂6脱出的NOx在SCR催化剂8中被因尿素水解而生成的氨很好地还原，因此能够尽可能地抑制排放变差的情况。再者，ECU10通过执行供给控制及供给量控制而作为本发明的供给控制部发挥功能。
在此，在本实施方式中，使用时间图对ECU10所执行的控制处理进行简单说明。图6为表示NOx吸藏量NOxsum、表示是否要求过量供给处理执行的标志即要求标志flr、表示是否执行过量供给处理的标志即执行标志fle、NSR催化剂温度Tc、用于对NSR催化剂温度小于判定温度的时间进行计数的计数器即低温计数器Mc、通过根据过量供给处理执行的供给控制由尿素水添加阀9添加的尿素水的添加量的设定值(以下有时也称作“尿素水添加量设定值”。)Quad、氨吸附量Qan及由尿素水添加阀9添加的尿素水的添加流量(以下有时也称作“尿素水添加流量”。)Fr的时间推移的时间图。再者，在图6所示的本实施方式的控制中，若NOx吸藏量达到基准量NOxth，则过量供给处理的执行要求成立。在此，基准量NOxth为判定过量供给处理的执行要求成立的阈值。
在图6所示的控制中，与现有技术同样地执行供给控制，以使得氨吸附量被维持在基准吸附量Qanb附近。详细而言，在氨吸附量达到下限吸附量Qanth的时刻t1，以Fr1的流量添加规定期间的尿素水，由此来执行供给控制。这样的话，氨吸附量增加，氨吸附量可以被维持在基准吸附量Qanb附近。
而且，在NOx吸藏量达到基准量NOxth的时刻t2，过量供给处理的执行要求成立，要求标志为ON。在此，在时刻t2前的期间，NSR催化剂温度没有小于判定温度Tcth。因此，在时刻t2的低温计数器变为0。即，催化剂低温时间变为0。再者，如上所述，若NSR催化剂温度为该判定温度Tcth以上，则判定温度Tcth被定义为NOx变为硝酸盐而可以被第一NSR催化剂6吸藏的温度。在该情况下，不会根据过量供给处理来执行供给控制。因此，在要求标志为ON的时刻t2，执行标志也为ON，在时刻t2～时刻t3执行过量供给处理。再者，若结束过量供给处理的执行，则NOx吸藏量变为0附近的量。
在此，若着眼于从结束在时刻t2开始的过量供给处理(上次的过量供给处理)的执行至要求在时刻t6成立的过量供给处理(此次的过量供给处理)的执行为止的判定期间(时刻t3～时刻t6的期间)，则如图6所示，在时刻t4～时刻t5的期间，NSR催化剂温度小于判定温度Tcth。这样的话，在时刻t4开始基于低温计数器的时间计数，在时刻t5，低温计数器变为M1。而且，随着低温计数器的值增加，即随着催化剂低温时间变长，尿素水添加量设定值从0变大，在时刻t5，尿素水添加量设定值变为Quad1。再者，在时刻t5～时刻t6的期间，NSR催化剂温度为判定温度Tcth以上，因此不进行基于低温计数器的时间计数。
而且，在要求标志为ON的时刻t6，低温计数器变为M1，即在判定期间当中的至少一部分期间内NSR催化剂温度小于判定温度Tcth，因此根据过量供给处理来执行供给控制。在本实施方式中，在即将执行过量供给处理之前执行供给控制，在执行过量供给处理之前预先增加氨吸附量。详细而言，如图6所示，通过从时刻t6以期间Δt1、Fr1的流量添加尿素水，从而执行供给控制。该期间Δt1为以尿素水添加量达到Quad1的方式设定的期间。而且，在结束Quad1的量的尿素水的添加的时刻t7，执行标志为ON，执行过量供给处理。如上所述，在该过量供给处理中，从第一NSR催化剂6脱出NOx，如图6所示，在执行过量供给处理之前预先增加氨吸附量，因此能够利用被SCR催化剂8吸附的氨来很好地还原该NOx。再者，若结束过量供给处理的执行，则低温计数器被初始化为0，与此相应地，尿素水添加量设定值也被初始化为0。
另一方面，若着眼于从结束在时刻t7开始的过量供给处理的执行至要求在时刻t10成立的过量供给处理的执行为止的判定期间(时刻t8～时刻t10的期间)，则如图6所示，在时刻t9～时刻t10的期间内，NSR催化剂温度小于判定温度Tcth。这样的话，在时刻t9开始基于低温计数器的时间的计数，在时刻t10，低温计数器变为M2。而且，与其相应地，在时刻t10，尿素水添加量设定值变为Quad2。
而且，在要求标志为ON的时刻t10，低温计数器变为M2，因此通过从时刻t10以期间Δt2、Fr1的流量添加尿素水，从而执行供给控制。该期间Δt2为以尿素水添加量达到Quad2的方式设定的期间。而且，在结束Quad2的量的尿素水的添加的时刻t11，执行标志为ON，执行过量供给处理。在此，在时刻t10的低温计数器的值M2大于在时刻t6的低温计数器的值M1。换言之，在时刻t8～时刻t10的判定期间内的催化剂低温时间比在时刻t3～时刻t6的判定期间内的催化剂低温时间长。因此，在时刻t8～时刻t10的判定期间内，相比于时刻t3～时刻t6的判定期间，硝酸盐更容易被吸藏于第一NSR催化剂6。即，即使NOx吸藏量相同，在时刻t11开始的过量供给处理中的脱出NOx量多于在时刻t7开始的过量供给处理中的脱出NOx量。为此，在时刻t10开始的供给控制中的尿素水添加量Quad2多于在时刻t6开始的供给控制中的尿素水添加量Quad1。即执行供给量控制。由此，能够很好地还原从第一NSR催化剂6脱出的NOx。
这样一来，在本实施方式中，在NOx吸藏量相同的情况下，催化剂低温时间越长，根据过量供给处理而执行的供给控制中的还原剂供给量越多。由此，从第一NSR催化剂6脱出的NOx被很好地还原，因此能够尽可能地抑制排放变差的情况。
接下来，基于图7对本实施方式中执行的控制流程进行说明。图7为表示本实施方式的控制流程的流程图。在本实施方式中，由ECU10在内燃机1的运转中以规定的运算周期Δt反复执行本流程。
在本流程中，首先，在S101中，取得NSR催化剂温度Tc。在S101中，基于温度传感器16的输出值来算出NSR催化剂温度Tc。或者，在S101中，也可以基于内燃机1的内燃机旋转速度及内燃机负荷来推定NSR催化剂温度Tc。此时，例如在由燃料添加阀7添加燃料的情况下也可以考虑所添加的燃料的发热量来推定NSR催化剂温度Tc。
接下来，在S102中，取得排气流量Ga。在S102中，基于空气流量计4的输出值来算出排气流量Ga。
接下来，在S103中，算出从执行上次本流程起至现在为止的、第一NSR催化剂6中的NOx变化量(以下有时也称作“变化量”。)NOxch。在S103中，基于S102中取得的排气流量Ga及第一NOx传感器13的输出值来算出NOx流入流量。另外，基于排气流量Ga及第二NOx传感器15的输出值来算出NOx流出流量。进而，通过将NOx流入流量和NOx流出流量合计，从而算出单位时间的第一NSR催化剂6中的NOx变化量。而且，通过使单位时间的变化量乘以运算周期Δt，从而算出变化量NOxch。
接下来，在S104中，算出NOx吸藏量NOxsum。在S104中，通过在NOx吸藏量NOxsum中累积S103中算出的变化量NOxch，从而算出NOx吸藏量NOxsum。再者，ECU10通过执行S103～S104的处理而作为本发明的NOx吸藏量计算部发挥功能。
接下来，在S105中，辨别S101中取得的NSR催化剂温度Tc是否小于判定温度Tcth。再者，判定温度Tcth如上述所示。而且，当在S105中作出肯定判定的情况下，ECU10进入至S106的处理，当在S105中作出否定判定的情况下，ECU10进入至S107的处理。
当在S105中作出肯定判定的情况下，接下来，在S106中，使低温计数器Mc加上1。即，在S106中，计数NSR催化剂温度Tc小于判定温度Tcth的时间。
接下来，在S107中，辨别S104中算出的NOx吸藏量NOxsum是否为基准量NOxth。在此，如上述所示，基准量NOxth为判定过量供给处理的执行要求成立的阈值。而且，当在S107中作出肯定判定的情况下，ECU10进入至S108的处理，当在S107中作出否定判定的情况下，结束本流程的执行。
当在S107中作出肯定判定的情况下，接下来，在S108中辨别低温计数器Mc是否大于0。即辨别催化剂低温时间是否比0长。而且，当在S108中作出肯定判定的情况下，该情况为在判定期间当中的至少一部分期间内NSR催化剂温度小于判定温度Tcth的情况，ECU10进入至S109的处理。另一方面，当在S108中作出否定判定的情况下，该情况为在判定期间当中的全部期间内NSR催化剂温度为判定温度Tcth以上的情况，ECU10进入至S112的处理。
当在S108中作出肯定判定的情况下，接下来，在S109中算出尿素水添加量设定值Quad。在S109中，基于低温计数器Mc的值来算出尿素水添加量设定值Quad。详细而言，尿素水添加量设定值Quad与低温计数器Mc的值具有如图8所示的相关关系。而且，该相关关系以函数或图的形式被预先存储至ECU10的ROM，在S109中，基于该相关关系和S106中计数的低温计数器Mc的值，算出尿素水添加量设定值Quad。如图8所示，这样算出的尿素水添加量设定值Quad在低温计数器Mc的值为0时变为0。而且，低温计数器Mc的值与0相比越大，尿素水添加量设定值Quad越大。即，在NOx吸藏量NOxsum为基准量NOxth的情况下，催化剂低温时间越长，尿素水添加量设定值Quad越大。
接下来，在S110中，由尿素水添加阀9添加尿素水。由此，在执行过量供给处理之前预先增加氨吸附量。之后，在S111中辨别来自尿素水添加阀9的尿素水的添加是否结束。详细而言，在S111中，辨别S109中算出的尿素水添加量设定值Quad的量的尿素水的添加是否结束。而且，当在S111中作出肯定判定的情况下，ECU10进入至S112的处理，当在S111中作出否定判定的情况下，ECU10返回至S110的处理。
当在S111中作出肯定判定的情况下或者当在S108中作出否定判定的去下，接下来，在S112中执行过量供给处理。在S112中，通过使用燃料添加阀7向从内燃机1排出的排气中添加燃料，从而执行过量供给处理。但是，如上所述，也可以通过在气缸内进行浓燃烧来执行过量供给处理。
接下来，在S113中，NOx吸藏量NOxsum及低温计数器Mc的值被初始化为0。而且，S113的处理的后，结束本流程的执行。
在本实施方式中，ECU10执行上述的控制流程，由此即使随着过量供给处理的执行而从第一NSR催化剂6脱出NOx，该NOx也会在SCR催化剂8中被很好地还原。由此，能够尽可能地抑制排放变差的情况。
(第一实施方式的变形例)
接下来，对上述的第一实施方式的变形例进行说明。再者，在本变形例中，对于与第一实施方式实质相同的构成、实质相同的控制处理，省略其详细说明。
使用时间图对本变形例中ECU10所执行的控制处理进行简单地说明。图9为表示NOx吸藏量NOxsum、要求标志flr、执行标志fle、NSR催化剂温度Tc、用于计数NSR催化剂温度为判定温度以上的时间的计数器即高温计数器Nc、尿素水添加量设定值Quad、氨吸附量Qan及尿素水添加流量Fr的时间推移的时间图。在本变形例中，与上述图6不同，计数NSR催化剂温度为判定温度Tcth以上的时间。而且，基于高温计数器的值来算出尿素水添加量设定值。
在图9所示的控制中，在从结束上次的过量供给处理的执行至要求在时刻t2成立的过量供给处理(此次的过量供给处理)的执行为止的判定期间的全部期间内，NSR催化剂温度为判定温度Tcth以上。当这样在判定期间的全部期间内NSR催化剂温度为判定温度Tcth以上的情况下，高温计数器为Nmax。而且，在高温计数器为Nmax时，尿素水添加量设定值为0。因此，在要求标志为ON的时刻t2，执行标志也为ON，在时刻t2～时刻t3执行过量供给处理。再者，若结束过量供给处理的执行，则高温计数器被初始化为0，尿素水添加量设定值也随之被初始化为添加量设定最大值Quadmax。在此，添加量设定最大值Quadmax是在判定期间的全部期间内NSR催化剂温度小于判定温度Tcth时的尿素水添加量设定值。该添加量设定最大值Quadmax是按照在根据过量供给处理而执行的供给控制的执行后的氨吸附量小于从SCR催化剂8开始氨的逃逸的吸附量(逃逸出现吸附量)的范围内达到最大的方式来设定的、尿素水添加量设定值。因此，当假定在判定期间的全部期间内NSR催化剂温度小于判定温度Tcth的情况下，尿素水添加量设定值为添加量设定最大值Quadmax，由此能够抑制氨从SCR催化剂8的逃逸，并且能够尽可能地增多执行过量供给处理前的氨吸附量。
在此，若着眼于时刻t3～时刻t6的判定期间，则如图9所示，在时刻t3～时刻t4的期间及时刻t5～时刻t6的期间，NSR催化剂温度为判定温度Tcth以上。这样的话，在这些期间内进行基于高温计数器的时间计数，在时刻t6，高温计数器为N1。而且，随着高温计数器的值增加，尿素水添加量设定值从添加量设定最大值Quadmax减少，在时刻t6，尿素水添加量设定值变为Quad1。而且，通过从时刻t6以期间Δt1、Fr1的流量添加尿素水来执行供给控制，在结束Quad1的量的尿素水的添加的时刻t7，执行标志为ON，执行过量供给处理。
另一方面，若着眼于时刻t8～时刻t10的判定期间，则如图9所示，在时刻t8～时刻t9的期间内，NSR催化剂温度为判定温度Tcth以上。这样的话，在时刻t8开始基于高温计数器的时间计数，在时刻t9，高温计数器变为N2。而且，与此相应地，在时刻t9，尿素水添加量设定值变为Quad2。而且，通过从时刻t10以期间Δt2、Fr1的流量添加尿素水，从而执行供给控制，在结束Quad2的量的尿素水的添加的时刻t11，执行标志为ON，执行过量供给处理。
如以上所述，在本变形例中，在NOx吸藏量相同的情况下，NSR催化剂温度为判定温度Tcth以上的时间越长，尿素水添加量设定值越小。换言之，在NOx吸藏量相同的情况下，催化剂低温时间越长，尿素水添加量设定值越大。由此，能够很好地还原从第一NSR催化剂6脱出的NOx。
接下来，基于图10对本变形例中所执行的控制流程进行说明。图10为表示本变形例的控制流程的流程图。在本变形例中，由ECU10在内燃机1的运转中以规定的运算周期Δt反复执行本流程。再者，在图10所示的各处理中，对于与上述图7所示的处理实质相同的处理标记相同符号，并省略其详细说明。
在图10所示的控制流程中，S104的处理之后，在S205中辨别S101中取得的NSR催化剂温度Tc是否为判定温度Tcth以上。再者，判定温度Tcth如上述所示。而且，当在S205中作出肯定判定的情况下，ECU10进入至S206的处理，当在S205中作出否定判定的情况下，ECU10进入至S107的处理。
当在S205中作出肯定判定的情况下，接下来，在S206中，使高温计数器Nc加上1。即，在S206中，计数NSR催化剂温度Tc为判定温度Tcth以上的时间。而且，S206的处理后，ECU10进入至S107的处理。
而且，当在S107中作出肯定判定的情况下，接下来，在S208中辨别高温计数器Nc是否没有成为Nmax。再者，Nmax如上述所示。而且，当在S208中作出肯定判定的情况下，该情况是在判定期间当中的至少一部分期间内NSR催化剂温度小于判定温度Tcth的情况，ECU10进入至S209的处理。另一方面，当在S208中作出否定判定的情况下，该情况是在判定期间当中的全部期间内NSR催化剂温度为判定温度Tcth以上的情况，ECU10进入至S112的处理。
当在S208中作出肯定判定的情况下，接下来，在S209中算出尿素水添加量设定值Quad。在S209中，基于高温计数器Nc的值来算出尿素水添加量设定值Quad。详细而言，尿素水添加量设定值Quad与高温计数器Nc的值具有如图11所示的相关关系。而且，该相关关系以函数或图的形式预先存储于ECU10的ROM，在S209中，基于该相关关系和S206中所计数的高温计数器Nc的值，算出尿素水添加量设定值Quad。如图11所示，这样算出的尿素水添加量设定值Quad在高温计数器Nc的值为0时变为添加量设定最大值Quadmax。而且，高温计数器Nc的值越大于0，尿素水添加量设定值Quad越小，在高温计数器Nc的值为Nmax时，尿素水添加量设定值Quad变为0。而且，S209的处理后，ECU10进入至S110的处理。
而且，S112的处理后，在S213中，NOx吸藏量NOxsum及高温计数器Nc的值被初始化为0。而且，S213的处理后，结束本流程的执行。
ECU10执行上述控制流程，由此也可在SCR催化剂8中很好地还原NOx，因此能够尽可能地抑制排放变差的情况。
(第二实施方式)
接下来，基于图12～图14对本发明的第二实施方式进行说明。再者，在本实施方式中，对于与上述第一实施方式实质相同的构成、实质相同的控制处理，省略其详细说明。
图12为表示本实施方式的内燃机的进排气系统的概略构成的图。在本实施方式的内燃机1的排气通路3中代替上述图1所示的SCR催化剂8而设置有第二吸藏还原型NOx催化剂60(以下有时也称作“第二NSR催化剂60”。)。即，在排气通路3中设有2个吸藏还原型NOx催化剂。上游侧的吸藏还原型NOx催化剂为第一NSR催化剂6，下游侧的吸藏还原型NOx催化剂为第二NSR催化剂60。而且，在第一NSR催化剂6与第二NSR催化剂60之间的排气通路3中代替上述图1所示的尿素水添加阀9而设有下游侧燃料添加阀70。下游侧燃料添加阀70向排气中添加燃料，该燃料与排气一起被供给至第二NSR催化剂60。再者，在本实施方式中，下游侧燃料添加阀70相当于本发明中的还原剂供给装置。
在这样的排气净化装置中，ECU10执行第一过量供给处理，使向第一NSR催化剂6流入的排气的空燃比从比理论空燃比高的稀空燃比暂时变为比理论空燃比低的浓空燃比。另外，ECU10执行第二过量供给处理，使向第二NSR催化剂60流入的排气的空燃比从比理论空燃比高的稀空燃比暂时变为比理论空燃比低的浓空燃比。在此，ECU10能够执行控制，使用下游侧燃料添加阀70将燃料向第二NSR催化剂60供给(以下有时也称作“燃料供给控制”。)。而且，ECU10能够通过执行燃料供给控制来执行第二过量供给处理。
而且，ECU10根据第一过量供给处理来执行燃料供给控制，并且使向第二NSR催化剂60流入的排气的空燃比暂时变为浓空燃比。即，ECU10根据第一过量供给处理来执行第二过量供给处理。由此，由于第一过量供给处理从第一NSR催化剂6脱出的NOx可以利用第二过量供给处理来还原。再者，在本实施方式中，与第一过量供给处理的执行同时地执行第二过量供给处理。
进而，就ECU10而言，在NOx吸藏量相同的情况下，催化剂低温时间越长，根据第一过量供给处理而执行的燃料供给控制中的燃料供给量越多。即，就ECU10而言，在NOx吸藏量相同的情况下，催化剂低温时间越长，由根据第一过量供给处理而执行的第二过量供给处理的执行所实现的浓空燃比的浓的程度越大。由此，即使随着催化剂低温时间变长而使脱出NOx量增加，也能很好地还原从第一NSR催化剂6脱出的NOx，因此能够尽可能地抑制排放变差的情况。再者，在本实施方式中，ECU10通过如上述那样增多燃料供给量，从而执行供给量控制。
在此，基于图13对本实施方式中所执行的控制流程进行说明。图13为表示本实施方式的控制流程的流程图。在本实施方式中，由ECU10在内燃机1的运转中以规定的运算周期Δt反复执行本流程。再者，在图13所示的各处理中，对于与上述图7所示的处理实质相同的处理，标记相同的符号，并省略其详细说明。
在图13所示的控制流程中，当在S108中作出肯定判定的情况下，接下来，在S309中算出燃料供给量设定值Qfad。在此，燃料供给量设定值Qfad是通过根据第一过量供给处理而执行的第二过量供给处理，由下游侧燃料添加阀70供给的燃料的供给量的设定值。在S309中，基于低温计数器Mc的值，算出燃料供给量设定值Qfad。详细而言，燃料供给量设定值Qfad与低温计数器Mc的值具有如图14所示的相关关系。而且，该相关关系以函数或图的形式预先存储于ECU10的ROM，在S309中，基于该相关关系和S106中所计数的低温计数器Mc的值，算出燃料供给量设定值Qfad。如图14所示，这样算出的燃料供给量设定值Qfad在低温计数器Mc的值为0时变为0。而且，低温计数器Mc的值与0相比越大，燃料供给量设定值Qfad越大。即，在NOx吸藏量NOxsum为基准量NOxth的情况下，催化剂低温时间越长，燃料供给量设定值Qfad越大。
而且，S309的处理后，在S310中，同时执行第一过量供给处理和第二过量供给处理。而且，S310的处理后，ECU10进入至S113的处理。
另外，当在S108中作出否定判定的情况下，接下来，在S311中执行第一过量供给处理。而且，S311的处理后，ECU10进入至S113的处理。
ECU10通过执行上述的控制流程，能够利用第二过量供给处理，很好地还原由于第一过量供给处理从第一NSR催化剂6脱出的NOx，因此能够尽可能地抑制排放变差的情况。
(第三实施方式)
接下来，基于图15对本发明的第三实施方式进行说明。再者，在本实施方式中，对于与上述第一实施方式实质相同的构成、实质相同的控制处理，省略其详细说明。
在本实施方式中，ECU10基于NSR催化剂温度算出被第一NSR催化剂6吸藏的硝酸盐量(以下有时也称作“硝酸盐吸藏量”。)。在此，将硝酸盐吸藏量相对于NOx吸藏量的比例设为硝酸盐比率，若硝酸盐比率为该判定比率以上，则将规定判定比率定义为使由于过量供给处理而从第一NSR催化剂6脱出的NOx极少的比率。这样的话，当在要求过量供给处理的执行时硝酸盐比率小于规定判定比率的情况下，若执行此次的过量供给处理，则吸藏NOx的一部分会从第一NSR催化剂6脱出。而且，在该情况下，即使NOx吸藏量相同，在以硝酸盐比率低的状态执行过量供给处理时，相比于以硝酸盐比率高的状态执行过量供给处理时，脱出NOx量变多。因此，当在要求过量供给处理的执行时硝酸盐比率小于规定判定比率的情况下，ECU10根据过量供给处理来执行供给控制，且基于硝酸盐比率来控制该供给控制中的还原剂供给量。详细而言，就ECU10而言，即使NOx吸藏量相同，在硝酸盐比率低的情况相比于高的情况，能增多根据过量供给处理而执行的供给控制中的还原剂供给量。由此，即使在以硝酸盐比率低的状态执行过量供给处理的情况下，也能够与以硝酸盐比率高的状态执行过量供给处理的情况同样地还原由于过量供给处理而从第一NSR催化剂6脱出的NOx。
在此，基于图15对本实施方式中所执行的控制流程进行说明。图15为表示本实施方式的控制流程的流程图。在本实施方式中，由ECU10在内燃机1的运转中以规定的运算周期Δt反复执行本流程。再者，在图15所示的各处理中，对于与上述图7所示的处理实质相同的处理，标记相同的符号，并省略其详细说明。
在图15所示的控制流程中，S101的处理后，在S401中，取得流入排气的氧浓度O2con。在S401中，基于空燃比传感器14的输出值，算出流入排气的氧浓度O2con。而且，S401的处理后，ECU10进入至S102的处理。
另外，在图15所示的控制流程中，S104的处理后，在S402中，算出在现在的第一NSR催化剂6的状态(NOx吸藏量、NSR催化剂温度、氧浓度)下所生成的硝酸盐的生成量(以下有时也称作“现在生成量”。)NO3now。在S402中，基于S104中算出的NOx吸藏量NOxsum、S101中取得的NSR催化剂温度Tc及S401中取得的流入排气的氧浓度O2con，算出硝酸盐的生成速度。该硝酸盐的生成速度根据下述式1来算出。
Figure BDA0001891013690000271
NO3reac：硝酸盐的生成速度
Tc：NSR催化剂温度
NO2sum：亚硝酸盐吸藏量
O2con：氧浓度
R：气体常数
A、Ea、a、b：实验常数
而且，通过使硝酸盐的生成速度NO3reac乘以运算周期Δt，从而算出现在生成量NO3now。
在此，亚硝酸盐吸藏量NO2sum是被第一NSR催化剂6吸藏的亚硝酸盐的量，其根据下述式2来算出。
NO2sum＝NO2old+NOxch···式2
NO2sum：亚硝酸盐吸藏量
NO2old：上次亚硝酸盐吸藏量
NOxch：变化量
即，流入至第一NSR催化剂6的NOx可以暂时变为亚硝酸盐而被该第一NSR催化剂6吸藏，因此从执行上次本流程至现在为止的第一NSR催化剂6中的NOx的变化均视为亚硝酸盐的变化。而且，通过使该变化量NOxch加上被第一NSR催化剂6吸藏的亚硝酸盐的上次量，从而算出亚硝酸盐吸藏量NO2sum。
接下来，在S403中，算出硝酸盐吸藏量NO3sum。在S403中，通过在硝酸盐吸藏量NO3sum上累计S402中算出的现在生成量NO3now，从而算出硝酸盐吸藏量NO3sum。再者，ECU10通过执行S402～S403的处理而作为本发明的硝酸盐吸藏量计算部发挥功能。
接下来，在S404中，算出硝酸盐比率NO3rate。在S404中，通过使S403中算出的硝酸盐吸藏量NO3sum除以S104中算出的NOx吸藏量NOxsum，从而算出硝酸盐比率NO3rate。而且，S404的处理后，ECU10进入至S107的处理。再者，ECU10通过执行S404的处理而作为本发明的硝酸盐比率计算部发挥功能。
而且，当在S107中作出肯定判定的情况下，接下来，在S408中，辨别S404中算出的硝酸盐比率NO3rate是否小于判定比率NO3rateth。在此，判定比率NO3rateth如上述所示。而且，当在S408中作出肯定判定的情况下，ECU10进入至S409的处理。另一方面，当在S408中作出否定判定的情况下，ECU10进入至S112的处理。
而且，当在S408中作出肯定判定的情况下，接下来，在S409中，算出尿素水添加量设定值Quad。在S409中，基于S404中算出的硝酸盐比率NO3rate，算出尿素水添加量设定值Quad。详细而言，在NOx吸藏量NOxsum为基准量NOxth的情况下，硝酸盐比率NO3rate低的情况相比于高的情况，尿素水添加量设定值Quad变大。而且，S409的处理后，ECU10进入至S110的处理。
而且，在S112的处理后，在S413中，NOx吸藏量NOxsum及硝酸盐吸藏量NO3sum被初始化为0。而且，S413的处理后，结束本流程的执行。
通过ECU10执行上述控制流程，由此在SCR催化剂8中很好地还原NOx，因此能够尽可能地抑制排放变差的情况。

Claims (5)

1.一种内燃机的排气净化装置，是进行稀薄燃烧运转的内燃机的排气净化装置，具备：
第一吸藏还原型NOx催化剂，其设置于所述内燃机的排气通路中；
后段催化剂，其设置于所述排气通路中的所述第一吸藏还原型NOx催化剂的下游，利用所供给的还原剂还原排气中的NOx；
还原剂供给装置，其设置于所述排气通路中的所述第一吸藏还原型NOx催化剂与所述后段催化剂之间，向该排气通路内供给还原剂；
空燃比控制部，其实施过量供给，使向所述第一吸藏还原型NOx催化剂流入的排气的空燃比，从比理论空燃比高的稀空燃比暂时变为比理论空燃比低的浓空燃比；
供给控制部，其执行使用所述还原剂供给装置向所述后段催化剂供给还原剂的供给控制，当从结束上次的所述过量供给的实施至要求此次的所述过量供给的实施为止的判定期间之中至少一部分期间内所述第一吸藏还原型NOx催化剂的温度小于规定的判定温度的情况下，根据由所述空燃比控制部进行的此次的所述过量供给的实施来执行该供给控制；和
NOx吸藏量计算部，其算出NOx吸藏量，所述NOx吸藏量是被所述第一吸藏还原型NOx催化剂吸藏的NOx量，
由所述NOx吸藏量计算部算出的所述NOx吸藏量相同的情况下，所述供给控制部执行供给量控制，使得在所述判定期间内所述第一吸藏还原型NOx催化剂的温度小于规定判定温度的时间越长，所述供给控制中的还原剂供给量就越多。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，所述后段催化剂是利用所供给的氨来还原排气中的NOx的选择还原型NOx催化剂，
所述还原剂供给装置供给氨的前体或氨，
在从结束上次的所述过量供给的实施至要求此次的所述过量供给的实施为止的判定期间之中至少一部分期间内所述第一吸藏还原型NOx催化剂的温度小于规定判定温度的情况下，所述供给控制部在由所述空燃比控制部进行的此次的所述过量供给的实施之前执行所述供给控制。
3.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，所述供给控制部执行该供给量控制以使得执行所述供给量控制后的所述选择还原型NOx催化剂中的氨的吸附量小于氨从该选择还原型NOx催化剂开始逃逸的逃逸出现吸附量。
4.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，所述后段催化剂是利用所供给的燃料来还原排气中的NOx的第二吸藏还原型NOx催化剂，
所述还原剂供给装置供给燃料，
在从结束上次的所述过量供给的实施至要求此次的所述过量供给的实施为此的判定期间之中至少一部分期间内所述第一吸藏还原型NOx催化剂的温度小于规定判定温度的情况下，所述供给控制部与由所述空燃比控制部进行的此次的所述过量供给的实施同时地执行所述供给控制。
5.一种内燃机的排气净化装置，是进行稀薄燃烧运转的内燃机的排气净化装置，具备：
第一吸藏还原型NOx催化剂，其设置于所述内燃机的排气通路中；
后段催化剂，其设置于所述排气通路中的所述第一吸藏还原型NOx催化剂的下游，利用所供给的还原剂来还原排气中的NOx；
还原剂供给装置，其设置于所述排气通路中的所述第一吸藏还原型NOx催化剂与所述后段催化剂之间，向该排气通路内供给还原剂；
空燃比控制部，其实施过量供给，使向所述第一吸藏还原型NOx催化剂流入的排气的空燃比，从比理论空燃比高的稀空燃比暂时变为比理论空燃比低的浓空燃比；
供给控制部，其执行使用所述还原剂供给装置向所述后段催化剂供给还原剂的供给控制；
NOx吸藏量计算部，其算出NOx吸藏量，所述NOx吸藏量是被所述第一吸藏还原型NOx催化剂吸藏的NOx量；
硝酸盐吸藏量计算部，其基于所述第一吸藏还原型NOx催化剂的温度算出硝酸盐吸藏量，所述硝酸盐吸藏量是被所述第一吸藏还原型NOx催化剂吸藏的硝酸盐的量；和
硝酸盐比率计算部，其基于由所述NOx吸藏量计算部算出的所述NOx吸藏量和由所述硝酸盐吸藏量计算部算出的所述硝酸盐吸藏量来算出硝酸盐比率，所述硝酸盐比率是该硝酸盐吸藏量相对于该NOx吸藏量的比例，
在要求所述过量供给的实施时由所述硝酸盐比率计算部算出的所述硝酸盐比率小于规定判定比率的情况下，所述供给控制部根据由所述空燃比控制部进行的所述过量供给的实施来执行所述供给控制、且基于该硝酸盐比率来控制该供给控制中的还原剂供给量。
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