JP2017031960A

JP2017031960A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2017031960A
Application number: JP2015155952A
Authority: JP
Inventors: 田中　宏幸; Hiroyuki Tanaka; 宏幸田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-08-06
Also published as: US9945277B2; US20170037757A1; JP6287996B2

Abstract

【課題】内燃機関の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比へ切り換えるときに、ＳＣＲ触媒へＮＨ_３を速やかに供給する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に三元触媒と、ＮＳＲ触媒と、ＳＣＲ触媒と、を順に備え、内燃機関での空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り換える前に、三元触媒及びＮＳＲ触媒の酸素貯蔵量に応じた期間はリッチ空燃比である第一空燃比とした後、ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量が所定吸着量になるまでの期間は、ＮＯｘ吸蔵量が吸蔵量閾値未満の場合には第一空燃比よりも高く理論空燃比よりも低い第二空燃比とし、ＮＯｘ吸蔵量が吸蔵量閾値以上の場合には第一空燃比よりも高く第二空燃比よりも低い第三空燃比とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

リーン空燃比で運転可能な内燃機関の排気通路に上流側から順に、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＳＲ触媒ともいう。）、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）を配置することが知られている。ＮＳＲ触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する。ＳＣＲ触媒は、還元剤によりＮＯｘを選択還元する。そして、三元触媒またはＮＳＲ触媒において排気中のＨＣやＨ_２がＮＯｘと反応することでＮＨ_３が生成される。このＮＨ_３は、ＳＣＲ触媒において還元剤として利用できる。

上記構成においては、三元触媒またはＮＳＲ触媒においてＮＨ_３を生成させるために、排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比にするリッチスパイクが実行される。ここで、リッチスパイクの途中で目標空燃比を第一の空燃比から、該第一の空燃比よりも高い空燃比である第二の空燃比へ切り換える技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このように、リッチスパイクの初期に排気の空燃比をより低くすることにより、三元触媒及びＮＳＲ触媒から速やかに酸素を放出させることで、ＮＨ_３を早期に生成させることができる。

ところで、リーン空燃比で運転可能な内燃機関であっても、例えば高負荷運転時に理論空燃比で運転することもある。内燃機関の高負荷運転時にはＳＣＲ触媒の温度が高くなって、ＳＣＲ触媒に吸着されていたＮＨ_３が放出されることがある。さらに、理論空燃比での運転期間が長くなると、三元触媒及びＮＳＲ触媒においてＮＨ_３の生成ができないため、ＳＣＲ触媒にＮＨ_３を供給することができなくなる。そうすると、理論空燃比からリーン空燃比へ切り換えた場合、ＳＣＲ触媒では還元剤の不足によりＮＯｘを浄化することが困難になり得る。ここで、理論空燃比で運転しているとＮＳＲ触媒からＮＯｘが放出されるため、理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転に切り換えた後には、ＮＳＲ触媒にＮＯｘを吸蔵することができる。しかし、内燃機関の運転状態によっては一部のＮＯｘがＮＳＲ触媒に吸蔵されずに該ＮＳＲ触媒から流れ出る虞がある。このときに、ＳＣＲ触媒でＮＯｘを浄化することができないと、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。したがって、理論空燃比で運転した後にリーン空燃比での運転に移行するときには、ＳＣＲ触媒に速やかにＮＨ_３を供給することが望ましい。

これに対し、理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転に切り換えるときに、ＮＳＲ触媒にてＮＨ_３を生成させることが考えられる。すなわち、ＮＳＲ触媒にてＮＨ_３を生成するために、リッチスパイクを実施することが考えられる。しかし、理論空燃比で運転しているときにＮＳＲ触媒からＮＯｘが放出されるため、リーン空燃比への切り換え時にはＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量が少なくなり、ＮＳＲ触媒においてＮＨ_３を生成することが困難になる場合もある。一方、三元触媒でＮＨ_３を生成しても、ＮＳＲ触媒に酸素が存在する場合には、三元触媒で生成されたＮＨ_３がＮＳＲ触媒において酸素と反応してしまい、ＮＨ_３がＳＣＲ触媒へは届かない虞がある。したがって、ＳＣＲ触媒へすぐにＮＨ_３を供給できない虞がある。

特許第５５３４０２０号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比へ切り換えるときに、ＳＣＲ触媒へＮＨ_３を速やかに供給することにある。

上記課題を解決するために、内燃機関の排気通路に設けられて酸素貯蔵能を有すると共に、排気の空燃比が理論空燃比よりも低いときにＮＨ_３を生成する三元触媒と、前記三元触媒よりも下流の排気通路に設けられ酸素貯蔵能を有すると共に、排気の空燃比がリーン空燃比のときにＮＯｘを吸蔵する触媒であって、該触媒が吸蔵したＮＯｘを排気の空燃比が理論空燃比以下のときに還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の排気通路に設けられＮＨ_３を還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、前記内燃機関での空燃比を調整する空燃比調整部と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定部と、前記選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＨ_３吸着量を推定するＮＨ_３吸着量推定部と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記空燃比調整部は、前記内燃機関での空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り換える前に、前記三元触媒及び前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の酸素貯蔵量に応じた期間は理論空燃比よりも低い第一空燃比とし、前記酸素貯蔵量に応じた期間が終了する時点において前記ＮＯｘ吸蔵量推定部により推定されるＮＯｘ吸蔵量が吸蔵量閾値未満の場合には、前記酸素貯蔵量に応じた期間が終了した後に、前記ＮＨ_３吸着量推定部により推定されるＮＨ_３吸着量が所定吸着量になるまで、前記内燃機関での空燃比を前記第一空燃比よりも高く且つ理論空燃比よりも低い第二空燃比とし、前記ＮＨ_３吸着量推定部により推定されるＮＨ_３吸着量が前記所定吸着量になったらリーン空燃比に切り換え、前記酸素貯蔵量に応じた期間が終了する時点において前記ＮＯｘ吸蔵量推定部により推定されるＮＯｘ吸蔵量が前記吸蔵量閾値以上の場合には、前記酸素貯蔵量に応じた期間が終了した後に、前記ＮＨ_３吸着量推定部により推定されるＮＨ_３吸着量が前記所定吸着量になるまで、前記内燃機関での空燃比を前記第一空燃比よりも高く且つ前記第二空燃比よりも低い第三空燃比とし、前記ＮＨ_３吸着量推定部により推定されるＮＨ_３吸着量が前記所定吸着量になったらリーン空燃比に切り換えるようにした。

空燃比調整部は、内燃機関での空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り換える前に、一旦リッチ空燃比とする。具体的には、理論空燃比から第一空燃比に切り換え、その後に、第二空燃比または第三空燃比に切り換え、さらにその後にリーン空燃比に切り換える。まずは、リッチ空燃比である第一空燃比として、速やかに酸素を放出させている。この第一空燃比は、三元触媒及びＮＳＲ触媒に貯蔵されている酸素を速やかに放出させるために、後述の第二空燃比及び第三空燃比よりも低い空燃比に設定される。すなわち、空燃比が低いほど、より早く三元触媒及びＮＳＲ触媒から酸素を放出させることができる。そして、その後にＮＨ_３を生成するために第二空燃比または第三空燃比に移行して、ＳＣＲ触媒へＮＨ_３を供給している。

ここで、ＮＳＲ触媒でＮＨ_３を生成させるときと、三元触媒でＮＨ_３を生成させるときと、で適正な空燃比が異なる。ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量が吸蔵量閾値以上であれば、ＮＳＲ触媒を利用してＮＨ_３を生成することができる。この場合には、第三空燃比に設定される。一方、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量が吸蔵量閾値未満の場合には、三元触媒でＮＨ_３を生成する。この場合には、第二空燃比に設定される。ここでいう吸蔵量閾値は、ＮＳＲ触媒で十分な量のＮＨ_３を生成することができるＮＯｘ吸蔵量である。すなわち、吸蔵量閾値は、ＳＣＲ触媒においてＮＯｘを浄化することができる量のＮＨ_３を生成するために
要するＮＯｘ吸蔵量である。

ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量が吸蔵量閾値以上であれば、このＮＯｘを利用してＮＨ_３を生成することができるため、より多くのＨ_２が含まれるような空燃比とすれば、より多くのＮＨ_３をＮＳＲ触媒で生成することができる。したがって、第三空燃比は、排気中にＨ_２が多く含まれる空燃比である。一方、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量が吸蔵量閾値未満の場合には、三元触媒においてＨ_２とＮＯｘとを反応させてＮＨ_３を生成させる。したがって、第二空燃比は、排気中にＮＯｘ及びＨ_２が含まれる空燃比である。結果として、第三空燃比よりも第二空燃比のほうが高くなる。このように、第一空燃比は第二空燃比または第三空燃比よりも、三元触媒及びＮＳＲ触媒から酸素を放出させるのに適した空燃比であり、第二空燃比は第三空燃比よりも、三元触媒においてＮＨ_３を生成させるのに適した空燃比であり、第三空燃比は第二空燃比よりもＮＳＲ触媒においてＮＨ_３を生成させるのに適した空燃比である。

このように、内燃機関での空燃比が理論空燃比のときにＮＳＲ触媒からＮＯｘが放出されてＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量が少ないためにＮＳＲ触媒においてＮＨ_３を生成することが困難であったとしても、第二空燃比とすることにより、三元触媒においてＮＨ_３を生成することができる。このときには、ＮＳＲ触媒にＮＯｘが吸蔵されていないため、ＮＨ_３がＮＳＲ触媒で消費されることもない。このため、ＳＣＲ触媒へＮＨ_３を速やかに供給することができる。なお、所定吸着量は、リーン空燃比に切り換えた場合であっても、ＳＣＲ触媒においてＮＯｘを浄化することのできるＮＨ_３吸着量である。したがって、前述の吸蔵量閾値は、ＳＣＲ触媒のＮＨ_３吸着量を所定吸着量にし得るＮＯｘ吸蔵量とすることもできる。また、三元触媒及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の酸素貯蔵量に応じた期間とは、三元触媒及びＮＳＲ触媒からの酸素の放出が完了したとみなすことができる期間である。酸素の放出が完了することには、三元触媒及びＮＳＲ触媒に貯蔵されている酸素の量が０になることを含むが、厳密に０にならなくてもＮＨ_３の生成に与える影響が許容範囲内の場合も含むことができる。

また、前記第二空燃比は、前記酸素貯蔵量に応じた期間が終了する時点において前記ＮＯｘ吸蔵量推定部により推定されるＮＯｘ吸蔵量が前記吸蔵量閾値未満の場合に、前記第三空燃比とするよりも前記三元触媒においてＮＨ_３の生成量が多くなる空燃比であってもよい。

すなわち、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量が吸蔵量閾値未満の場合に内燃機関の空燃比を第二空燃比とすることにより、第三空燃比とするよりも、三元触媒において多くのＮＨ_３を生成させることができる。そうすると、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量が吸蔵量閾値未満の場合であっても、ＳＣＲ触媒へより速やかにＮＨ_３を供給することができる。なお、第二空燃比は、三元触媒におけるＮＨ_３の生成量が最も多くなる空燃としてもよい。

また、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流で且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路において、排気の空燃比を検出する空燃比センサを備え、前記空燃比調整部は、前記第一空燃比としている場合に、前記空燃比センサにより検出された空燃比が理論空燃比からリッチ空燃比に変化したときに、前記酸素貯蔵量に応じた期間が終了したとして、前記第二空燃比または前記第三空燃比に切り換えることができる。

第一空燃比とすることにより三元触媒及びＮＳＲ触媒から酸素の放出が完了すると、ＮＳＲ触媒から流れ出る排気の空燃比が理論空燃比からリッチ空燃比に変化する。このため、空燃比センサの検出値が理論空燃比からリッチ空燃比に変化した場合には、第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換えることができる。すなわち、空燃比センサにより検出された空燃比が理論空燃比からリッチ空燃比に変化した時点が、上記の三元触媒
及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の酸素貯蔵量に応じた期間が終わる時点である。

また、前記三元触媒及び前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の酸素貯蔵量を推定する酸素貯蔵量推定部と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流で且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路において、排気の空燃比を検出する空燃比センサと、を備え、前記空燃比調整部は、前記第一空燃比としている場合に、前記酸素貯蔵量推定部により推定される酸素貯蔵量が所定貯蔵量以下になったときに、前記第一空燃比から前記第二空燃比または前記第三空燃比に切り換え、前記酸素貯蔵量推定部は、前記空燃比センサにより検出された空燃比が理論空燃比からリッチ空燃比に変化した時点における前記酸素貯蔵量推定部により推定される酸素貯蔵量と前記所定貯蔵量とが等しくなるように、前記酸素貯蔵量推定部により推定される酸素貯蔵量または前記所定貯蔵量を補正することができる。

三元触媒及びＮＳＲ触媒の酸素貯蔵量を推定していれば、推定される酸素貯蔵量に基づいて、第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換える時期を決定することができる。この場合、酸素貯蔵量推定部により推定される酸素貯蔵量が所定貯蔵量以下になった時点が、上記の三元触媒及びＮＳＲ触媒の酸素貯蔵量に応じた期間が終わる時点である。しかし、三元触媒またはＮＳＲ触媒の劣化や個体差により、推定される酸素貯蔵量が実際の酸素貯蔵量からずれる場合もある。一方、空燃比センサにより排気の空燃比を検出していれば、三元触媒及びＮＳＲ触媒からの酸素の放出が完了した実際の時期を知ることができる。そして、空燃比センサの検出値が理論空燃比からリッチ空燃比に変化する時点と、酸素貯蔵量推定部により推定される酸素貯蔵量が所定貯蔵量以下になった時点と、がずれている場合には、酸素貯蔵量推定部により推定される酸素貯蔵量が、実際の酸素貯蔵量からずれていると考えられる。したがって、推定される酸素貯蔵量と所定貯蔵量とが等しくなる時期が、空燃比センサにより求められる三元触媒及びＮＳＲ触媒からの酸素の放出が完了した実際の時期と等しくなるように、推定される酸素貯蔵量または所定貯蔵量を補正する。これにより、次回以降は、推定される酸素貯蔵量に基づいてより適切な時期に第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換えることができる。なお、所定貯蔵量は、三元触媒及びＮＳＲ触媒からの酸素の放出が完了したとみなすことができる酸素貯蔵量である。ここで、第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換える時期を決定するにあたり、酸素貯蔵量推定部により推定される酸素貯蔵量及び空燃比センサの検出値を併用してもよい。この場合、酸素貯蔵量推定部により推定される酸素貯蔵量が所定貯蔵量以下になった時点、または、空燃比センサの検出値がリッチ空燃比に変化する時点、の何れか早い時点で第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換えてもよい。

また、前記空燃比調整部は、前記内燃機関での空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り換える前に、前記ＮＨ_３吸着量推定部により推定されるＮＨ_３吸着量が吸着量閾値以上のときは、前記第一空燃比、及び前記第二空燃比若しくは前記第三空燃比を経ずにリーン空燃比に切り換えてもよい。

ＳＣＲ触媒に十分な量のＮＨ_３が吸着されている場合には、新たにＳＣＲ触媒にＮＨ_３を吸着させる必要がないので、速やかにリーン空燃比に移行することができる。これにより、燃料消費量を低減することができる。この吸着量閾値は、ＳＣＲ触媒においてＮＯｘを浄化することができるＮＨ_３吸着量である。吸着量閾値は、前述の所定吸着量と同じ値であってもよく、異なる値であってもよい。

本発明によれば、内燃機関の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比へ切り換えるときに、ＳＣＲ触媒へＮＨ_３を速やかに供給することができる。これにより、リーン空燃比に速やかに移行することができる。

実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転へ移行する際にリッチスパイクを実施するときの目標空燃比及び酸素貯蔵量の推定値の推移を示したタイムチャートである。実施例１に係る理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転に移行するときの空燃比制御のフローを示したフローチャートである。実施例１に係る理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転に移行するときの空燃比制御のフローを示したフローチャートである。理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転へ移行する際にリッチスパイクを実施するときの、目標空燃比、酸素貯蔵量の推定値、三元触媒から流出する排気の空燃比、ＮＳＲ触媒から流出する排気の空燃比の推移を示したタイムチャートである。実施例２に係る理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転に移行するときの空燃比制御のフローを示したフローチャートである。実施例３に係る理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転に移行するときの空燃比制御のフローを示したフローチャートである。実施例４に係る理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転に移行するときの空燃比制御のフローを示したフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ガソリン機関であるが、ディーゼル機関であってもよい。内燃機関１は、たとえば車両に搭載される。

内燃機関１には、排気通路２が接続されている。この排気通路２の途中には、上流側から順に、三元触媒３、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒４（以下、ＮＳＲ触媒４という。）、選択還元型ＮＯｘ触媒５（以下、ＳＣＲ触媒５という。）が備えられている。

三元触媒３は、触媒雰囲気が理論空燃比のときにＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを浄化する。また、三元触媒３は、酸素貯蔵能を有している。すなわち、三元触媒３に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに過剰分の酸素を貯蔵し、三元触媒３に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに不足分の酸素を放出することにより、触媒雰囲気が理論空燃比に維持される。このような酸素貯蔵能の作用により、三元触媒３に流入する排気の空燃比が理論空燃比以外であっても、三元触媒３がＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを浄化することができる。

ＮＳＲ触媒４は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する。ＮＳＲ触媒４に供給する還元剤には、内燃機関１から排出される未燃燃料であるＨＣまたはＣＯを利用することができる。そして、ＮＳＲ触媒４も、酸素貯蔵能を有している。

ここで、三元触媒３において、排気中のＮＯｘがＨＣまたはＨ_２と反応してアンモニア（ＮＨ_３）が生成されることがある。また、ＮＳＲ触媒４において、該ＮＳＲ触媒４に吸
蔵されているＮＯｘが排気中のＨＣまたはＨ_２と反応してＮＨ_３が生成されることがある。例えば、燃料の燃焼により発生するＣＯやＨ_２Ｏから、水性ガスシフト反応または水蒸気改質反応によりＨ_２が発生すれば、該Ｈ_２が三元触媒３またはＮＳＲ触媒４においてＮＯと反応してＮＨ_３が生成される。そして、内燃機関１の空燃比を低くするほど、より多くのＨ_２が三元触媒３またはＮＳＲ触媒４に流入する傾向にある。

ＳＣＲ触媒５は、還元剤を吸着しておき、この還元剤によりＮＯｘを選択還元する。ＳＣＲ触媒５へ供給する還元剤には、三元触媒３またはＮＳＲ触媒４にて生成されるＮＨ_３を利用することができる。

また、三元触媒３よりも上流の排気通路２には、排気の空燃比を検出する第一空燃比センサ１１が取り付けられている。さらに、三元触媒３よりも下流で且つＮＳＲ触媒４よりも上流の排気通路２には、排気の空燃比を検出する第二空燃比センサ１２、及び、排気中のＮＯｘ濃度を検出する第一ＮＯｘセンサ２１が取り付けられている。内燃機関１から第一空燃比センサ１１までの排気通路２には、空燃比を変化させる部材が存在しないため、第一空燃比センサ１１により内燃機関１での空燃比、または、三元触媒３へ流入する排気の空燃比を検出することができる。一方、第二空燃比センサ１２により、三元触媒３から流出する排気の空燃比、または、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比を検出することができる。さらに、第一ＮＯｘセンサ２１により、三元触媒３から流出する排気中のＮＯｘ濃度、または、ＮＳＲ触媒４に流入する排気中のＮＯｘ濃度を検出することができる。

ＮＳＲ触媒４よりも下流で且つＳＣＲ触媒５よりも上流の排気通路２には、排気の空燃比を検出する第三空燃比センサ１３、及び、排気中のＮＯｘ濃度を検出する第二ＮＯｘセンサ２２が取り付けられている。第三空燃比センサ１３により、ＮＳＲ触媒４から流出する排気の空燃比、または、ＳＣＲ触媒５へ流入する排気の空燃比を検出することができる。一方、第二ＮＯｘセンサ２２により、ＮＳＲ触媒４から流出する排気中のＮＯｘ濃度、または、ＳＣＲ触媒５へ流入する排気中のＮＯｘ濃度を検出することができる。なお、本実施例においては第三空燃比センサ１３が、本発明における空燃比センサに相当する。また、ＳＣＲ触媒５よりも下流の排気通路２には、排気の空燃比を検出する第四空燃比センサ１４が取り付けられている。第四空燃比センサ１４により、ＳＣＲ触媒５から流出する排気の空燃比を検出することができる。

なお、第二空燃比センサ１２と第一ＮＯｘセンサ２１とは、一つのセンサであってもよい。さらに、第三空燃比センサ１３と第二ＮＯｘセンサ２２とは、一つのセンサであってもよい。

内燃機関１には、該内燃機関１へ燃料を供給する噴射弁６が設けられている。さらに、内燃機関１には、吸気通路７が接続されている。吸気通路７の途中には、内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットル８が設けられている。スロットル８よりも上流の吸気通路７には、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１５が取り付けられている。噴射弁６は、内燃機関１の気筒内に直接燃料を噴射するものであってもよく、吸気通路７または吸気ポート（図示省略）に燃料を噴射するものであってもよい。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。

また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１６を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１７、および機関回転速度を検知するクランクポジションセンサ１８が電気配線を介して接続され、これら各種
センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁６及びスロットル８が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。

例えばＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１７により検出されるアクセル開度とクランクポジションセンサ１８により検出される機関回転速度とから要求吸入空気量を決定する。そして、エアフローメータ１５により検出される吸入空気量が要求吸入空気量となるように、スロットル８の開度が制御される。このときに変化する吸入空気量に応じた燃料量を供給するように、ＥＣＵ１０が噴射弁６を制御する。このときに設定される空燃比は、内燃機関１の運転状態に応じて設定される空燃比である。そして、本実施例では、ＥＣＵ１０がリーン空燃比で内燃機関１を運転する。ただし、内燃機関１の冷間始動時や高負荷運転時などにおいては、ＥＣＵ１０は理論空燃比で内燃機関１を運転する。リーン空燃比での運転時には、混合気の空燃比が例えば２４となるように、噴射弁６またはスロットル８が制御される。また、理論空燃比での運転時には、混合気の空燃比が例えば１４．７となるように、噴射弁６またはスロットル８が制御される。

そして、ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘの還元処理を実施する。ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘの還元時には、噴射弁６から噴射する燃料の量またはスロットル８の開度を調整することにより、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比まで低下させる所謂リッチスパイクを実施する。

このリッチスパイクは、例えば、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘ量が上限閾値となった場合に実施される。ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量は、たとえば、前回のリッチスパイクを実施後の、ＮＳＲ触媒４に流入するＮＯｘ量と、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量と、の差を積算することにより算出される。ＮＳＲ触媒４に流入するＮＯｘ量と、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量とは、第一ＮＯｘセンサ２１、第二ＮＯｘセンサ２２、及びエアフローメータ１５の検出値に基づいて求めることができる。また、内燃機関１を搭載する車両の走行距離に応じてリッチスパイクを行ってもよい。また、リッチスパイク中に減少するＮＯｘ吸蔵量は、ＮＳＲ触媒４の温度、エアフローメータ１５の検出値、排気の空燃比と関連していることから、これらの関係を予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。この関係に基づいて、リッチスパイク中に減少するＮＯｘ吸蔵量を算出することができる。ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量は、上記方法に限らず、他の周知の方法により算出してもよい。なお、本実施例においては、ＥＣＵ１０がＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量を算出することで、該ＥＣＵ１０が本発明に係るＮＯｘ吸蔵量推定部として機能する。以下、ＥＣＵ１０により算出されるＮＯｘ吸蔵量を、推定ＮＯｘ吸蔵量ともいう。

また、ＥＣＵ１０は、リッチスパイクを実施することにより、三元触媒３またはＮＳＲ触媒４にてＮＨ_３を生成させる。このリッチスパイクは、内燃機関１がリーン空燃比で運転されているときに、ＳＣＲ触媒５が吸着しているＮＨ_３量が下限閾値まで減少したときに実施される。また、所定の間隔でリッチスパイクを実施するとしてもよい。ＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量の推定方法については後述する。

さらにＥＣＵ１０は、理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転に切り換え、このときにも、リッチスパイクを実施する。すなわち、理論空燃比からリーン空燃比に直接移行するのではなく、理論空燃比からリッチ空燃比を経て、リーン空燃比に移行する。なお、本実施例においては、ＥＣＵ１０が空燃比を調整することで、該ＥＣＵ１０が本発明に係る空燃比調整部として機能する。

ここで、理論空燃比での運転時には三元触媒３においてＮＯｘを浄化することができる
ためにリッチスパイクを実施していないので、ＮＳＲ触媒４にてＮＨ_３がほとんど生成されない。このため、理論空燃比で運転中には、ＳＣＲ触媒５にＮＨ_３がほとんど供給されていない。また、排気の空燃比が理論空燃比になるとＮＳＲ触媒４からＮＯｘが放出されてしまうため、仮に理論空燃比での運転が終わったときにＮＨ_３を生成しようとしても、ＮＳＲ触媒４でＮＨ_３を生成することが困難となる場合もある。さらに、ＮＳＲ触媒４から放出されたＮＯｘが、ＳＣＲ触媒５において還元されるため、ＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量が減少する。そして、この状態でリーン空燃比に移行すると、ＳＣＲ触媒５においてＮＨ_３が不足して、ＮＯｘを浄化することが困難となる虞がある。このように、ＳＣＲ触媒５でＮＯｘを浄化できない場合には、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４のみでＮＯｘを浄化することになる。そのため、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４でＮＯｘを浄化することができない状態になったり、ＮＳＲ触媒４からＮＯｘが放出されるような状態になったりすると、システム全体としてのＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。

そこで本実施例では、理論空燃比での運転後、リーン空燃比への運転へ切り換える前にリッチスパイクを実施すると共に、リッチスパイク時の空燃比を、二段階に変化させる。本実施例では、最初に第一空燃比に設定し、その後に第二空燃比または第三空燃比に設定する。ここで、三元触媒３またはＮＳＲ触媒４に酸素が貯蔵されている間は、リッチスパイク中に触媒から酸素が放出され、触媒雰囲気が理論空燃比となる。このため、ＮＨ_３の生成ができない。また、三元触媒３に酸素が貯蔵されていない場合であっても、ＮＳＲ触媒４に酸素が貯蔵されている場合には、三元触媒３においてＮＨ_３が生成されたとしても、このＮＨ_３は下流にあるＮＳＲ触媒４に吸蔵されている酸素により酸化される。このため、ＮＨ_３がＳＣＲ触媒５に届かない。したがって、まずは三元触媒３及びＮＳＲ触媒４に貯蔵されている酸素を速やかに放出させるために、比較的に低い空燃比である第一空燃比に設定する。この第一空燃比は、例えば１２．５である。この第一空燃比は、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘを還元するのに適した空燃比よりも低い空燃比である。

ここで、第一空燃比を低くするほど、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４からより速やかに酸素が放出されるが、両触媒を通り抜けるＨＣ量が増加する。そのため、ＮＳＲ触媒４から流出するＨＣ量が許容範囲内となるように第一空燃比の下限を定める。許容範囲は、要求されるエミッション性能、または、要求される燃費に基づいて決定してもよい。第一空燃比は、実験またはシミュレーション等により求めてもよい。

そして、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４に酸素が貯蔵されていないとみなされる状態になると、第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換える。第二空燃比及び第三空燃比は第一空燃比よりも高い空燃比で且つ理論空燃比よりも低い空燃比である。第二空燃比または第三空燃比のどちらに切り換えるのかは、ＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量による。すなわち、第一空燃比での運転が終了する時点での推定ＮＯｘ吸蔵量が、吸蔵量閾値未満の場合には、第二空燃比が選択され、吸蔵量閾値以上の場合には、第三空燃比が選択される。第二空燃比は第三空燃比よりも高い空燃比である。そして、第二空燃比は、第一空燃比での運転が終了する時点でのＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が吸蔵量閾値未満の場合に、第三空燃比とするよりも、三元触媒３においてＮＨ_３の生成量が多くなる空燃比である。吸蔵量閾値は、ＮＳＲ触媒で十分な量のＮＨ_３を生成することができるＮＯｘ吸蔵量である。すなわち、吸蔵量閾値は、リーン空燃比に切り換わった後にＳＣＲ触媒５においてＮＯｘを浄化することができる量のＮＨ_３を生成するために要するＮＯｘ吸蔵量である。そして、第二空燃比は、三元触媒３においてＮＨ_３を生成するのに適した空燃比であり、第三空燃比は、ＮＳＲ触媒４においてＮＨ_３を生成するのに適した空燃比である。第二空燃比及び第三空燃比は、結果として、第一空燃比よりも高く且つ理論空燃比よりも低い空燃比になる。そして、第二空燃比または第三空燃比で運転した後にリーン空燃比に切り換える。以下、第二空燃比及び第三空燃比について説明する。

第二空燃比は、空燃比以外の条件が同じであれば、三元触媒３でＮＨ_３の生成量が最も多くなるような空燃比としてもよい。この場合、第一空燃比は、ＮＨ_３の生成量が最も多くなる空燃比よりも低い空燃比ともいえる。第二空燃比で運転するときには、ＮＳＲ触媒４に酸素が貯蔵されていないため、三元触媒３で生成されたＮＨ_３がＮＳＲ触媒４で反応することなく通り抜け、ＳＣＲ触媒５へ到達する。このときには、第二空燃比で運転する前の理論空燃比での運転中にＮＳＲ触媒４からＮＯｘが放出されたためにＮＳＲ触媒４にはほとんどＮＯｘが吸蔵されておらず、また、第二空燃比で運転するときに内燃機関１から排出されるＮＯｘも三元触媒３でＮＨ_３を生成するときに消費されてしまうため、ＮＯｘがＮＳＲ触媒４にほとんど供給されない。すなわち、第二空燃比での運転中には、ＮＳＲ触媒４にＮＯｘがほとんど吸蔵されておらず、且つ、ＮＳＲ触媒４へのＮＯｘの供給もないため、ＮＳＲ触媒４でＮＨ_３を生成することは困難である。一方、第二空燃比で運転中であっても、三元触媒３では、排気中のＮＯｘを利用してＮＨ_３を生成することができる。なお、ＮＳＲ触媒４よりも三元触媒３のほうが排気通路２の上流側に設けられているために、三元触媒３の方が温度が高い。このため、ＮＳＲ触媒４よりも三元触媒３のほうがＮＯｘの反応性が高いため、三元触媒３でＮＨ_３を生成したほうが有利である。

第二空燃比は、排気中にＮＯｘ及びＨ_２が適度に存在する空燃比であり、例えば１４．０である。ここで、気筒内の空燃比が低くなるほど、Ｈ_２の発生量は増加するが、ＮＯｘの発生量は減少する。したがって、三元触媒３においてＮＯｘ及びＨ_２からＮＨ_３を生成する場合には、空燃比が低すぎるとＮＯｘが不足し、空燃比が高すぎるとＨ_２が不足する。このため、Ｈ_２及びＮＯｘが過不足なく反応することで、ＮＨ_３の生成量が最も多くなる。したがって、三元触媒３におけるＮＨ_３の生成量が最も多くなる空燃比を第二空燃比とすることにより、ＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量をより速やかに増加させることができる。第二空燃比は、実験またはシミュレーション等により求めてもよい。

一方、ＮＳＲ触媒４に吸蔵量閾値以上のＮＯｘが吸蔵されている場合には、このＮＯｘを利用してＮＳＲ触媒４においてＮＨ_３を生成することができる。この場合、三元触媒３でＮＨ_３を生成するために内燃機関１からＮＯｘを排出させる必要はない。すなわち、ＮＳＲ触媒４でのＮＨ_３の生成のために内燃機関１からＨ_２を排出させればよいため、第三空燃比を第二空燃比よりも多くのＨ_２が発生する空燃比に設定すれば、単位時間当たりのＮＯｘとＨ_２との反応量をより多くすることができる。これにより、ＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量をより速やかに増加させることができる。

図２は、理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転へ移行する際にリッチスパイクを実施するときの目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）及び酸素貯蔵量の推定値の推移を示したタイムチャートである。酸素貯蔵量は、三元触媒３に貯蔵されている酸素の量と、ＮＳＲ触媒４に貯蔵されている酸素の量と、の合計値であって、ＥＣＵ１０により推定される値である。

Ｔ１は、内燃機関１の目標空燃比が、理論空燃比から第一空燃比に切り換わる時点を示している。Ｔ２は、内燃機関１の目標空燃比が、第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換わる時点を示している。Ｔ３は、内燃機関１の目標空燃比が、第二空燃比または第三空燃比からリーン空燃比へ切り換わる時点を示している。

Ｔ１以前の理論空燃比での内燃機関１の運転では、酸素貯蔵量が略一定に維持される。なお、目標空燃比を理論空燃比としても、実際の空燃比は理論空燃比近傍で変動し得る。そして、実際の空燃比が、理論空燃比よりも高いときに酸素が貯蔵され、理論空燃比よりも低いときに酸素が放出される。したがって、厳密には酸素貯蔵量も変動し得るが、その変動量は小さいものと考えられるため、酸素貯蔵量が略一定であると考えることができる。そして、目標空燃比が第一空燃比に設定されると、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４から酸
素が放出されるため、酸素貯蔵量が徐々に減少する。酸素貯蔵量が略０になると三元触媒３及びＮＳＲ触媒４からの酸素の放出が完了したため、第二空燃比または第三空燃比に切り換わる。Ｔ２からＴ３の期間において、実線は三元触媒３においてＮＨ_３を生成するのに適した第二空燃比を示し、破線はＮＳＲ触媒４においてＮＨ_３を生成するのに適した第三空燃比を示している。なお、説明の便宜のため、第二空燃比及び第三空燃比での運転が終了する時点を共にＴ３としているが、第二空燃比での運転が終了する時点と第三空燃比での運転が終了する時点とが同じであるとは限らない。そして、ＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量が十分に多くなった時点であるＴ３において目標空燃比が第二空燃比または第三空燃比からリーン空燃比に切り換わる。リーン空燃比では、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４へ酸素が供給されるため、酸素貯蔵量が徐々に増加する。

理論空燃比から第一空燃比に切り換えるタイミングＴ１は、理論空燃比での運転の必要がなくなったときであり、例えば、内燃機関１の暖機が完了したとき、または、内燃機関１の負荷が所定負荷以下に低下したときである。所定負荷は、リーン空燃比で運転可能な負荷の上限値として予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換えるタイミングＴ２は、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４からの酸素の放出が完了したときである。なお、少量の酸素が貯蔵されていたとしても、無視できる程度であれば酸素の放出が完了したものとして扱ってもよい。理論空燃比で十分に長い時間運転したときの酸素貯蔵量は、略一定の値であるため、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。一方、ＥＣＵ１０は、理論空燃比から第一空燃比に切り換えてからの、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４の酸素貯蔵量を推定する。ここで、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４の酸素貯蔵量は、吸入空気量の積算値及び空燃比と相関関係にある。すなわち、第一空燃比で運転している場合には、空燃比が同じであれば、吸入空気量の積算値が大きいほど、酸素貯蔵量がより早く減少する。また、吸入空気量の積算値が同じであれば、空燃比が低いほど、酸素貯蔵量がより早く減少する。第一空燃比は固定値であるため、吸入空気量の積算値と、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４の酸素貯蔵量との関係を、予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、吸入空気量の積算値から三元触媒３及びＮＳＲ触媒４の酸素貯蔵量を求めることができる。そして、内燃機関１の目標空燃比を理論空燃比から第一空燃比に切り換えた後に酸素貯蔵量を随時算出し、この酸素貯蔵量が所定貯蔵量以下となったときに第二空燃比または第三空燃比に切り換える。所定貯蔵量は、酸素の放出が完了したとみなすことのできる酸素貯蔵量である。この所定貯蔵量は、０としてもよい。なお、本実施例においては、ＥＣＵ１０が酸素貯蔵量を推定することで、該ＥＣＵ１０が本発明に係る酸素貯蔵推定部として機能する。

なお、酸素貯蔵量と所定貯蔵量とを比較して第二空燃比または第三空燃比に切り換えるタイミングＴ２を求める代わりに、吸入空気量の積算値と閾値とを比較してタイミングＴ２を求めてもよい。すなわち、第一空燃比は固定値であるため、空燃比を第一空燃比で固定した状態で酸素貯蔵量が所定貯蔵量以下となるときの吸入空気量の積算値を予め実験またはシミュレーション等により求めて閾値として設定してもよい。そして、内燃機関１の目標空燃比を理論空燃比から第一空燃比に切り換えた後に吸入空気量の積算値を随時算出し、この積算値が閾値以上となったときに第二空燃比または第三空燃比に切り換えてもよい。また、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４からの酸素の放出が完了すると、ＮＳＲ触媒４から流出する排気の空燃比がリッチ空燃比となる。したがって、第三空燃比センサ１３の検出値が、理論空燃比からリッチ空燃比に変化した時点を、第二空燃比または第三空燃比に切り換えるタイミングＴ２としてもよい。ただし、第三空燃比センサ１３の検出値には、若干の時間遅れが伴うため、上記吸入空気量の積算値、又は、推定される酸素貯蔵量に基づいて第二空燃比または第三空燃比に切り換えるほうがより好ましい。なお、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４の酸素貯蔵量は、上記方法に限らず、他の周知の方法により算出しても
よい。

第二空燃比または第三空燃比からリーン空燃比へ切り換えるタイミングＴ３は、ＳＣＲ触媒５に吸着されているＮＨ_３量が所定吸着量に達したときである。所定吸着量は、リーン空燃比での運転に切り換えた場合であっても、ＳＣＲ触媒５においてＮＯｘを浄化することのできるＮＨ_３吸着量として予め実験またはシミュレーション等により求めておく。ＳＣＲ触媒５に吸着されているＮＨ_３量は、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４で生成されたＮＨ_３量と、ＳＣＲ触媒５で消費されるＮＨ_３量と、ＳＣＲ触媒５から脱離するＮＨ_３量と、から求めることができる。三元触媒３で単位時間当たりに生成されるＮＨ_３量は、吸入空気量及び空燃比と相関関係にあるため、三元触媒３で単位時間当たりに生成されるＮＨ_３量と、吸入空気量及び空燃比と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておくことができる。ＮＳＲ触媒４で単位時間当たりに生成されるＮＨ_３量は、吸入空気量、空燃比、ＮＯｘ吸蔵量と相関関係にあるため、ＮＳＲ触媒４で単位時間あたりに生成されるＮＨ_３量と、吸入空気量、空燃比、ＮＯｘ吸蔵量と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておくことができる。

ＳＣＲ触媒５で単位時間当たりに消費されるＮＨ_３量は、ＳＣＲ触媒５の温度、吸入空気量、ＳＣＲ触媒５に流入する排気中のＮＯｘ濃度と相関関係にあるため、ＳＣＲ触媒５で単位時間当たりに消費されるＮＨ_３量と、ＳＣＲ触媒５の温度、吸入空気量、ＳＣＲ触媒５に流入する排気中のＮＯｘ濃度と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておくことができる。

また、ＳＣＲ触媒５から単位時間当たりに脱離するＮＨ_３量は、ＳＣＲ触媒５の温度及びＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量と相関関係にあるため、ＳＣＲ触媒５から単位時間当たりに脱離するＮＨ_３量と、ＳＣＲ触媒５の温度及びＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておくことができる。このときに利用するＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量は、前回演算時の値を用いる。そして、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４で単位時間当たりに生成されたＮＨ_３量から、ＳＣＲ触媒５で単位時間当たりに消費されるＮＨ_３量と、ＳＣＲ触媒５から単位時間当たりに脱離するＮＨ_３量と、を減算した値を積算することにより、ＳＣＲ触媒５に吸着されているＮＨ_３量を算出することができる。なお、ＳＣＲ触媒５に吸着されているＮＨ_３量は、上記方法に限らず、他の周知の方法により算出してもよい。なお、本実施例においては、ＥＣＵ１０がＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量を推定することで、該ＥＣＵ１０が本発明に係るＮＨ_３吸着量推定部として機能する。

Ｔ３において第二空燃比または第三空燃比からリーン空燃比へ切り換えた後は、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４の酸素貯蔵量が徐々に増加する。このときの三元触媒３及びＮＳＲ触媒４の酸素貯蔵量も、吸入空気量の積算値及び空燃比と相関関係にあるため、この関係にしたがって酸素貯蔵量を算出することができる。

図３は、本実施例に係る理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転に移行するときの空燃比制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１が理論空燃比で運転されている場合に、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。

ステップＳ１０１では、リーン空燃比で内燃機関１を運転する条件が成立しているか否か判定される。本ステップでは、リーン空燃比での運転に移行可能であるか否か判定している。例えば、内燃機関１の負荷が所定負荷よりも高い負荷から所定負荷以下に低下した場合には、リーン空燃比で内燃機関１を運転する条件が成立していると判定される。所定負荷は、リーン空燃比での運転が可能な負荷として予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。また、上記判定に代えて、例えば、内燃機関１
の暖機が完了した場合に、リーン空燃比で内燃機関１を運転する条件が成立していると判定してもよい。この場合、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の冷却水温度または潤滑油温度が、暖機完了温度となっているか否か判定する。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。

ステップＳ１０２では、内燃機関１の目標空燃比が第一空燃比に変更される。本ステップでは、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４から酸素を速やかに放出させるために、まずは比較的に低い空燃比に設定される。目標空燃比が第一空燃比に変更されると、ＥＣＵ１０は、燃料噴射量、吸入空気量、点火時期などを第一空燃比で運転するときの値に調整する。このときの、燃料噴射量、吸入空気量、点火時期などは、内燃機関１の運転状態と関連付けて、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。ステップＳ１０２の処理が完了すると、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３では、現時点での三元触媒３及びＮＳＲ触媒４の酸素貯蔵量が読み込まれる。ＥＣＵ１０は、吸入空気量の積算値及び空燃比に基づいて、本フローチャートとは別に、酸素貯蔵量を随時推定している。本ステップでは、この推定された酸素貯蔵量が読み込まれる。吸入空気量の積算値及び空燃比と酸素貯蔵量との関係は予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。ステップＳ１０３の処理が完了すると、ステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で読み込まれた酸素貯蔵量が、所定貯蔵量以下であるか否か判定される。本ステップでは、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４からの酸素の放出が完了したか否か判定している。すなわち、所定貯蔵量は、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４からの酸素の放出が完了したとみなすことのできる酸素貯蔵量である。なお、所定貯蔵量は、０としてもよい。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５では、リーン空燃比で内燃機関１を運転する条件が成立しているか否か判定される。第一空燃比で運転しているときに例えば内燃機関１の負荷が所定負荷よりも高くなった場合には、リーン空燃比で内燃機関１を運転する条件が成立しておらず、理論空燃比での運転が必要となる。このような場合には、リーン空燃比での運転に移行する前に実施するリッチスパイクも必要なくなるため、第一空燃比で運転する必要もない。したがって第一空燃比での運転を終了して、理論空燃比での運転に移行する。すなわち、ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０３へ戻り、第一空燃比での運転が継続する。一方、ステップＳ１０５で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１１４へ進んで内燃機関１の目標空燃比が理論空燃比に変更される。ステップＳ１０５で否定判定がなされた場合には、その後にリーン空燃比で内燃機関１を運転する条件が成立すれば、改めて本フローチャートによりリーン空燃比への切り換えが試みられる。

ステップＳ１０６では、現時点でのＮＳＲ触媒４のＮＯｘ吸蔵量が読み込まれる。ＥＣＵ１０は、本フローチャートとは別に、前述のように推定ＮＯｘ吸蔵量を随時算出している。本ステップでは、ＥＣＵ１０が算出している推定ＮＯｘ吸蔵量が読み込まれる。本ステップＳ１０６で読み込まれる推定ＮＯｘ吸蔵量は、第一空燃比での運転が終了する時点での推定ＮＯｘ吸蔵量である。ステップＳ１０６の処理が完了すると、ステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で読み込まれたＮＯｘ吸蔵量が吸蔵量閾値よりも少ないか否か判定される。本ステップＳ１０７では、ＮＳＲ触媒４において十分な量のＮＨ_３を生成することができない状態であるか否か判定している。吸蔵量閾値は、予め
実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０８では、内燃機関１の目標空燃比が第二空燃比に変更される。本ステップでは、ＳＣＲ触媒５へＮＨ_３を速やかに供給するために、現時点での内燃機関１の運転状態や三元触媒３の温度において、三元触媒３においてＮＨ_３の生成量が最も多くなる空燃比に設定される。なお、第二空燃比は、三元触媒３においてＮＨ_３の生成量が最も多くなる空燃比に限らず、第一空燃比及び第三空燃比よりも高い空燃比であって、仮に第二空燃比の代わりに第一空燃比及び第三空燃比で運転した場合よりも、ＮＨ_３の生成量が多くなる空燃比であればよい。ステップＳ１０８の処理が完了すると、ステップＳ１１０へ進む。

一方、ステップＳ１０９では、内燃機関１の目標空燃比が第三空燃比に変更される。本ステップでは、ＳＣＲ触媒５へＮＨ_３を速やかに供給するために、現時点での内燃機関１の運転状態やＮＳＲ触媒４の温度において、ＮＳＲ触媒４においてＮＨ_３の生成量が最も多くなる空燃比に設定される。なお、第三空燃比は、ＮＳＲ触媒４においてＮＨ_３の生成量が最も多くなる空燃比に限らず、第一空燃比よりも高い空燃比で且つ第二空燃比よりも低い空燃比あって、仮に第三空燃比の代わりに第一空燃比及び第二空燃比で運転した場合よりも、ＮＨ_３の生成量が多くなる空燃比であればよい。ステップＳ１０９の処理が完了すると、ステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１１０では、現時点でのＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量が読み込まれる。ＥＣＵ１０は、三元触媒３で生成されたＮＨ_３量またはＮＳＲ触媒４で生成されたＮＨ_３量と、ＳＣＲ触媒５で消費されるＮＨ_３量と、ＳＣＲ触媒５から脱離するＮＨ_３量と、に基づいて、前述のようにして本フローチャートとは別にＮＨ_３吸着量を随時推定している。本ステップでは、この推定されたＮＨ_３吸着量が読み込まれる。ステップＳ１１０の処理が完了すると、ステップＳ１１１へ進む。

ステップＳ１１１では、ステップＳ１１０で読み込まれたＮＨ_３吸着量が、所定吸着量以上であるか否か判定される。本ステップでは、ＳＣＲ触媒５に十分な量のＮＨ_３が吸着されたか否か判定される。所定吸着量は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。ステップＳ１１１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１３へ進む。

ステップＳ１１３では、リーン空燃比で内燃機関１を運転する条件が成立しているか否か判定される。第二空燃比または第三空燃比で運転しているときに例えば内燃機関１の負荷が所定負荷よりも高くなった場合には、リーン空燃比で内燃機関１を運転する条件が成立しておらず、理論空燃比での運転が必要となる。このような場合には、リーン空燃比での運転に移行する前に実施するリッチスパイクも必要なくなるため、第二空燃比または第三空燃比で運転する必要もない。したがって第二空燃比または第三空燃比での運転を終了して、理論空燃比での運転に移行する。すなわち、ステップＳ１１３で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１１０へ戻り、第二空燃比または第三空燃比での運転が継続する。一方、ステップＳ１１３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１１４へ進んで内燃機関１の目標空燃比が理論空燃比に変更される。ステップＳ１１３で否定判定がなされた場合には、その後にリーン空燃比で内燃機関１を運転する条件が成立すれば、改めて本フローチャートによりリーン空燃比への切り換えが試みられる。

ステップＳ１１２では、内燃機関１の目標空燃比がリーン空燃比に変更され、その後、本フローチャートが終了される。このときのリーン空燃比は、最終的な目標空燃比であり
、内燃機関１の運転状態に応じた空燃比である。目標空燃比は、予め実験またはシミュレーションにより最適値を求めておく。

なお、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で読み込まれた酸素貯蔵量が、所定貯蔵量以下であるか否か判定しているが、これに代えて、第三空燃比センサ１３の検出値が理論空燃比未満であるか否か判定してもよい。この場合、ステップＳ１０３は必要ない。ここで、図４は、本実施例に係る理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転に移行するときの空燃比制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１が理論空燃比で運転されている場合に、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。図３と比較して、ステップＳ１０３が省略され、且つ、ステップＳ１０４に代えてステップＳ１１５が実行される点だけが異なるため、他のステップについては説明及び一部の図示を省略する。

図４に示したフローチャートでは、ステップＳ１０２の処理が終了すると、ステップＳ１１５へ進む。ステップＳ１１５では、第三空燃比センサ１３の検出値（ＮＳＲ触媒Ａ／Ｆ）が理論空燃比未満であるか否か判定される。本ステップＳ１１５では、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４からの酸素の放出が完了したか否かを第三空燃比センサ１３の検出値に基づいて判定している。すなわち、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４からの酸素の放出が完了した場合には、ＮＳＲ触媒４から流れ出る排気の空燃比が理論空燃比からリッチ空燃比に変化する。このため、第三空燃比センサ１３の検出値が理論空燃比未満となったことにより、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４からの酸素の放出が完了したと判断される。ステップＳ１１５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。また、ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１５へ戻る。

以上説明したように本実施例によれば、理論空燃比での運転後、リーン空燃比での運転に切り換える前に、まずは第一空燃比に設定することで、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４から速やかに酸素を放出させることができる。これにより、ＳＣＲ触媒５にＮＨ_３の供給を開始するまでの期間を短縮することができる。次に、第二空燃比または第三空燃比に設定することで、ＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量を速やかに増加させることができる。さらに、第三空燃比よりも第二空燃比を高くすることにより、ＮＨ_３を生成するのに十分な量のＮＯｘがＮＳＲ触媒４に吸蔵されていない場合であっても、三元触媒３によりＮＨ_３を速やかに生成することができる。したがって、リーン空燃比へ速やかに切り換えることができると共に、リーン空燃比に切り換えた後のＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。

＜実施例２＞
実施例１では、第一空燃比から第二空燃比に切り換えるタイミングＴ２を、ＥＣＵ１０に推定される酸素貯蔵量に基づいて決定している。しかし、三元触媒３またはＮＳＲ触媒４の劣化により実際の酸素貯蔵量は変化し得る。そうすると、実際の酸素貯蔵量と、推定される酸素貯蔵量と、に差が生じることがある。このため、酸素貯蔵量の推定値に基づいて第一空燃比から第二空燃比に切り換えると、切り換える時期が不適切となる虞がある。そこで本実施例では、第三空燃比センサ１３の検出値を併用して、ＥＣＵ１０が第一空燃比から第二空燃比に切り換える時期を決定する。

ここで、図５は、理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転へ移行する際にリッチスパイクを実施するときの、目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）、酸素貯蔵量の推定値、三元触媒３から流出する排気の空燃比（三元触媒Ａ／Ｆ）、ＮＳＲ触媒４から流出する排気の空燃比（ＮＳＲ触媒Ａ／Ｆ）の推移を示したタイムチャートである。酸素貯蔵量の推定値は、実施例１で説明した方法により推定される。図５は、推定される酸素貯蔵量が略０となる前に、ＮＳＲ触媒４から流出する排気の空燃比がリッチ空燃比となる場合を示している。
また、図５は、第一空燃比から第二空燃比に切り換わる場合を示している。

内燃機関１の目標空燃比を理論空燃比から第一空燃比に切り換えると、まずは主に三元触媒３から酸素が放出される。そして、三元触媒３からの酸素の放出が完了すると、該三元触媒３から流出する排気の空燃比がリッチ空燃比に変化する（図５のＴ２１）。次に、ＮＳＲ触媒４の酸素の放出が完了すると、該ＮＳＲ触媒４から流出する排気の空燃比がリッチ空燃比に変化する（図５のＴ２２）。このときには、実際には三元触媒３及びＮＳＲ触媒４からの酸素の放出は完了しているが、酸素貯蔵量の推定値はまだ大きい。そして、図５では、Ｔ２３で示した時点において、酸素貯蔵量の推定値が略０になる。すなわち、吸入空気量の積算値と、酸素貯蔵量との実際の関係が、予めＥＣＵ１０に記憶されている関係からずれていると考えられる。そこで本実施例では、酸素貯蔵量の推定値が所定貯蔵量以下になっていなくても、第三空燃比センサ１３の検出値がリッチ空燃比に変化した場合には、ＥＣＵ１０が、内燃機関１の目標空燃比を第一空燃比から第二空燃比に切り換える。なお、本実施例においては、ＥＣＵ１０が第三空燃比センサ１３の検出値に基づいて内燃機関１の目標空燃比を第一空燃比から第二空燃比に切り換えることで、該ＥＣＵ１０が本発明に係る空燃比調整部として機能する。

図６は、本実施例に係る理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転に移行するときの空燃比制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１が理論空燃比で運転されている場合に、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。図３に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。また、ステップＳ１０６以降の処理及びステップＳ１０５で否定判定がなされた後の処理は、図３に示したフローチャートと同じであるため図示を省略する。

図６に示したフローチャートでは、ステップＳ１０４で否定判定がなされると、ステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１では、第三空燃比センサ１３の検出値（ＮＳＲ触媒Ａ／Ｆ）が理論空燃比未満であるか否か判定される。本ステップでは、三元触媒３及びＮＳＲ触媒４からの酸素の放出が完了したか否かを第三空燃比センサ１３の検出値に基づいて判定している。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。

以上説明したように本実施例によれば、第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換えるタイミングをより適正化することができる。

＜実施例３＞
実施例２では、第三空燃比センサ１３の検出値を併用して第一空燃比から第二空燃比に切り換えるタイミングを決定している。本実施例では、さらに、第三空燃比センサ１３の検出値が変化した時点における酸素貯蔵量の推定値に基づいて、ＥＣＵ１０が、酸素貯蔵量の推定値または所定貯蔵量を補正する。すなわち、ＮＳＲ触媒４から流出する排気の空燃比がリッチ空燃比に変化する時点において、酸素貯蔵量の推定値と、所定貯蔵量とが等しくなるように、酸素貯蔵量の推定値または所定貯蔵量を補正する。本実施例では、第三空燃比センサ１３の検出値がリッチ空燃比に変化する時点の酸素貯蔵量の推定値を所定貯蔵量とすることで、該所定貯蔵量を補正する。なお、第三空燃比センサ１３に異常がないことは、予め周知の技術により確認しておく。本実施例においては、ＥＣＵ１０が酸素貯蔵量の推定値または所定貯蔵量を補正することで、該ＥＣＵ１０が本発明に係る酸素貯蔵量推定部として機能する。

なお、酸素貯蔵量の推定値を補正する場合には、理論空燃比で運転しているときの酸素貯蔵量の推定値を補正してもよく、第一空燃比で運転しているときの酸素貯蔵量の推定値を補正してもよい。また、所定貯蔵量を補正することに代えて、第一空燃比で運転してい
るときの吸入空気量の積算値を補正してもよい。すなわち、第三空燃比センサ１３の検出値がリッチ空燃比に変化する時点において酸素貯蔵量の推定値と所定貯蔵量とが等しくなれば、補正方法は問わない。

また、本実施例に係る補正は、第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換える時期が早くなる場合に限り行ってもよい。ここで、第一空燃比で運転している場合には排気中のＨＣ濃度が高くなる。第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換える時期が早くなる方向に補正する場合には、第一空燃比で運転される期間が短くなる方向に補正されるため、より低い空燃比で運転される期間が短くなり、各触媒を通り抜けるＨＣを低減することができる。一方、第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換える時期が遅くなる方向に補正する場合には、第一空燃比で運転される期間が長くなる方向に補正されるため、より低い空燃比で運転される期間が長くなり、各触媒を通り抜けるＨＣが増加する虞がある。したがって、第二空燃比または第三空燃比に切り換える時期を早くする場合に限り酸素貯蔵量の推定値または所定貯蔵量を補正することで、大気中に放出されるＨＣ量を低減することができる。なお、酸素貯蔵量の推定値または所定貯蔵量を補正すると第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換える時期が遅くなる場合には、酸素貯蔵量の推定値または所定貯蔵量を補正しないことになる。この場合、三元触媒３またはＮＳＲ触媒４に酸素が貯蔵されている状態で、第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換わる。しかし、酸素貯蔵量の推定値または所定貯蔵量を補正しなくても、第二空燃比または第三空燃比に切り換わった後で三元触媒３及びＮＳＲ触媒４から酸素を放出させることは可能である。したがって、各触媒を通り抜けるＨＣ量の低減を優先して、第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換える時期が早くなる場合に限り、酸素貯蔵量の推定値または所定貯蔵量を補正しても、本願発明の趣旨を逸脱するものではなくＨＣを抑制できるのでよい。

図７は、本実施例に係る理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転に移行するときの空燃比制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１が理論空燃比で運転されている場合に、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。図３または図６に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。また、ステップＳ１０６以降の処理及びステップＳ１０５で否定判定がなされた後の処理は、図３に示したフローチャートと同じであるため図示を省略する。

図７に示したフローチャートでは、ステップＳ２０１で肯定判定がなされるとステップＳ３０１へ進む。ステップＳ３０１では、所定貯蔵量が補正される。すなわち、第三空燃比センサ１３の検出値が理論空燃比からリッチ空燃比に変化した時点の酸素貯蔵量の推定値を所定貯蔵量として新たにＥＣＵ１０が記憶する。更新後の所定貯蔵量は、次回以降のステップＳ１０４で用いられる。なお、ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合に限り所定貯蔵量を補正しているので、Ｓ１０４で肯定判定がなされる前に所定貯蔵量を補正していることになる。この場合、第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換える時期が、酸素貯蔵量の推定値に基づいて切り換える時期よりも早くなるので、第一空燃比から第二空燃比または第三空燃比に切り換える時期が早くなる場合に限り所定貯蔵量を補正しているといえる。ステップＳ３０１の処理が完了するとステップＳ１０６へ進む。なお、本実施例においては、ＥＣＵ１０がステップＳ１０４の処理を実行することで、該ＥＣＵ１０が本発明に係る空燃比調整部として機能する。

なお、酸素貯蔵量の推定値または所定貯蔵量を補正するときに、ＮＳＲ触媒４からの酸素の放出が完了してから第三空燃比センサ１３の検出値が変化するまでの時間遅れを考慮してもよい。すなわち、この時間遅れ分だけ前の時点における酸素貯蔵量の推定値と、所定貯蔵量と、が等しくなるように、酸素貯蔵量の推定値または所定貯蔵量を補正してもよい。この時間遅れは、排気流量、及び、ＮＳＲ触媒４から第三空燃比センサ１３までの距
離に基づいて算出することができる。

以上説明したように本実施例によれば、酸素貯蔵量の推定値に基づいて第一空燃比から第二空燃比に変化させる時期をより適切な時期とすることができる。

＜実施例４＞
本実施例では、理論空燃比での運転後、リーン空燃比での運転に切り換える前に、ＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量が吸着量閾値未満の場合に限り、第一空燃比での運転及び第二空燃比での運転を経てリーン空燃比へ切り換える。ＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量が吸着量閾値以上の場合には、ＥＣＵ１０は、リッチ空燃比での運転を経ることなく、理論空燃比からすぐにリーン空燃比に切り換える。なお、本実施例においては、ＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量が吸着量閾値以上の場合において、ＥＣＵ１０がリッチ空燃比での運転を経ることなく理論空燃比からすぐにリーン空燃比に切り換えることで、該ＥＣＵ１０が本発明に係る空燃比調整部として機能する。

ここで、ＳＣＲ触媒５に吸着量閾値以上のＮＨ_３が吸着されている場合には、三元触媒３またはＮＳＲ触媒４でＮＨ_３を生成する必要がない。したがって、ＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量が吸着量閾値未満の場合に限り、三元触媒３またはＮＳＲ触媒４の少なくとも一方でＮＨ_３を生成させればよい。吸着量閾値は、リーン空燃比に切り換わった後にＳＣＲ触媒５においてＮＯｘを浄化することができるＮＨ_３吸着量である。なお、吸着量閾値は、前述の所定吸着量と同じ値であってもよく、異なる値であってもよい。

図８は、本実施例に係る理論空燃比での運転からリーン空燃比での運転に移行するときの空燃比制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１が理論空燃比で運転されている場合に、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。上記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。また、ステップＳ１０２以降の処理は、図３、図４、図６、または図７に示したフローチャートと同じであるため一部の図示を省略する。

図８に示したフローチャートでは、ステップＳ１０１で肯定判定がなされるとステップＳ４０１へ進む。ステップＳ４０１では、ＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量が吸着量閾値未満であるか否か判定される。吸着量閾値は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。ステップＳ４０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１２へ進む。すなわち、ＳＣＲ触媒５のＮＨ_３吸着量が吸着量閾値以上であれば、内燃機関１の目標空燃比がリッチ空燃比を経ることなくリーン空燃比に変更される。

以上説明したように本実施例によれば、第一空燃比、第二空燃比、第三空燃比での運転が必要でない場合には、速やかにリーン空燃比へ切り換えるため、燃料の消費量を低減することができる。

１内燃機関
２排気通路
３三元触媒
４吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒）
５選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
６噴射弁
７吸気通路
８スロットル
９点火プラグ
１０ＥＣＵ
１１第一空燃比センサ
１２第二空燃比センサ
１３第三空燃比センサ
１４第四空燃比センサ
１５エアフローメータ
１６アクセルペダル
１７アクセル開度センサ
１８クランクポジションセンサ
２１第一ＮＯｘセンサ
２２第二ＮＯｘセンサ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられて酸素貯蔵能を有すると共に、排気の空燃比が理論空燃比よりも低いときにＮＨ_３を生成する三元触媒と、
前記三元触媒よりも下流の排気通路に設けられ酸素貯蔵能を有すると共に、排気の空燃比がリーン空燃比のときにＮＯｘを吸蔵する触媒であって、該触媒が吸蔵したＮＯｘを排気の空燃比が理論空燃比以下のときに還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の排気通路に設けられＮＨ_３を還元剤としてＮＯｘを還元する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関での空燃比を調整する空燃比調整部と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定部と、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＨ_３吸着量を推定するＮＨ_３吸着量推定部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記空燃比調整部は、前記内燃機関での空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り換える前に、前記三元触媒及び前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の酸素貯蔵量に応じた期間は理論空燃比よりも低い第一空燃比とし、前記酸素貯蔵量に応じた期間が終了する時点において前記ＮＯｘ吸蔵量推定部により推定されるＮＯｘ吸蔵量が吸蔵量閾値未満の場合には、前記酸素貯蔵量に応じた期間が終了した後に、前記ＮＨ_３吸着量推定部により推定されるＮＨ_３吸着量が所定吸着量になるまで、前記内燃機関での空燃比を前記第一空燃比よりも高く且つ理論空燃比よりも低い第二空燃比とし、前記ＮＨ_３吸着量推定部により推定されるＮＨ_３吸着量が前記所定吸着量になったらリーン空燃比に切り換え、前記酸素貯蔵量に応じた期間が終了する時点において前記ＮＯｘ吸蔵量推定部により推定されるＮＯｘ吸蔵量が前記吸蔵量閾値以上の場合には、前記酸素貯蔵量に応じた期間が終了した後に、前記ＮＨ_３吸着量推定部により推定されるＮＨ_３吸着量が前記所定吸着量になるまで、前記内燃機関での空燃比を前記第一空燃比よりも高く且つ前記第二空燃比よりも低い第三空燃比とし、前記ＮＨ_３吸着量推定部により推定されるＮＨ_３吸着量が前記所定吸着量になったらリーン空燃比に切り換える内燃機関の排気浄化装置。
前記第二空燃比は、前記酸素貯蔵量に応じた期間が終了する時点において前記ＮＯｘ吸蔵量推定部により推定されるＮＯｘ吸蔵量が前記吸蔵量閾値未満の場合に、前記第三空燃比とするよりも前記三元触媒においてＮＨ_３の生成量が多くなる空燃比である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流で且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路において、排気の空燃比を検出する空燃比センサを備え、
前記空燃比調整部は、前記第一空燃比としている場合に、前記空燃比センサにより検出された空燃比が理論空燃比からリッチ空燃比に変化したときに、前記酸素貯蔵量に応じた期間が終了したとして、前記第二空燃比または前記第三空燃比に切り換える請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記三元触媒及び前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の酸素貯蔵量を推定する酸素貯蔵量推定部と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流で且つ前記選択還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路において、排気の空燃比を検出する空燃比センサと、
を備え、
前記空燃比調整部は、前記第一空燃比としている場合に、前記酸素貯蔵量推定部により推定される酸素貯蔵量が所定貯蔵量以下になったときに、前記第一空燃比から前記第二空燃比または前記第三空燃比に切り換え、
前記酸素貯蔵量推定部は、前記空燃比センサにより検出された空燃比が理論空燃比からリッチ空燃比に変化した時点における前記酸素貯蔵量推定部により推定される酸素貯蔵量
と前記所定貯蔵量とが等しくなるように、前記酸素貯蔵量推定部により推定される酸素貯蔵量または前記所定貯蔵量を補正する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記空燃比調整部は、前記内燃機関での空燃比を理論空燃比からリーン空燃比に切り換える前に、前記ＮＨ_３吸着量推定部により推定されるＮＨ_３吸着量が吸着量閾値以上のときは、前記第一空燃比、及び前記第二空燃比若しくは前記第三空燃比を経ずにリーン空燃比に切り換える請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。