JP2019116886A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘをリッチスパイクの実施によって好適に還元可能とする技術を提供する。【解決手段】希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、リッチスパイクを実施する空燃比制御部と、ＮＯｘ吸蔵量を算出するＮＯｘ吸蔵量算出部と、を備え、空燃比制御部は、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、前回のリッチスパイクの実施完了から今回のリッチスパイクの実施開始までの期間において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の判定温度以上となる時間が長い場合は短い場合よりも、今回のリッチスパイクの実施期間を長くする、及び／又は、今回のリッチスパイクの実施によって実現されるリッチ空燃比のリッチ度合いを大きくする。【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

混合気の空燃比を理論空燃比よりも高いリーン空燃比とする希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気通路に、排気浄化触媒として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と称する場合もある。）を設ける技術が知られている。ＮＳＲ触媒は、その周囲雰囲気の空燃比がリーン空燃比のときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、その周囲雰囲気の空燃比が理論空燃比よりも低いリッチ空燃比であって還元剤が存在するときは、吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を有する。なお、本明細書においては、「吸蔵」との用語を「吸着」の態様をも含む用語として用いる。

そして、このようなＮＳＲ触媒が設けられた内燃機関において、排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にするリッチスパイクが実施されることで、該ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘが還元される。

特許文献１には、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘの量が所定量に達したときにリッチスパイクを実行する技術が開示されている。

また、特許文献２には、ＮＳＲ触媒へのＮＯｘ吸蔵量が第１閾値を超える場合にリッチスパイク運転を実行する排気浄化制御装置において、ＮＯｘ吸蔵量が第１閾値よりも大きい第２閾値を超える場合は、ＮＯｘ吸蔵量が第２閾値以下にある場合よりもリーン側の排気空燃比でリッチスパイク運転を実行する技術が開示されている。

特開２００５−１６３５９０号公報 特開２０１６−１８６２３９号公報

従来から、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量（ＮＯｘ吸蔵量）に基づいて、リッチスパイクを実施する技術が知られている。しかしながら、ＮＯｘ吸蔵量に基づいてリッチスパイクを実施しても、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘを十分に還元することができない虞があることが判った。詳しくは、リッチスパイクが実施されるときのＮＯｘ吸蔵量、ＮＳＲ触媒の温度が同一であっても、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの吸蔵形態に起因して、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘが、リッチスパイクの実施によって十分に還元されない事態が生じ得ることが判った。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘをリッチスパイクの実施によって好適に還元可能とする技術を提供することを目的とする。

本発明は、希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にするリッチスパイクを実施する空燃比制御部と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に
吸蔵されたＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量を算出するＮＯｘ吸蔵量算出部と、を備える。

このような排気浄化装置では、内燃機関から排出されたＮＯｘのうちの大部分が、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と称する場合もある。）に吸蔵され得る。そして、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘ（以下、「吸蔵ＮＯｘ」と称する場合もある。）は、リッチスパイクが実施されると、リッチ空燃比の排気に含まれるＣＯ、ＨＣ等の還元剤によって還元され得る。ここで、リッチスパイクによる吸蔵ＮＯｘの還元について、前回のリッチスパイクの実施完了から今回のリッチスパイクの実施開始までの期間（以下、「判定期間」と称する場合もある。）におけるＮＳＲ触媒の温度履歴によって、その還元され易さが変化することが判った。したがって、リッチスパイクが実施されるとき、仮に判定期間におけるＮＳＲ触媒の温度履歴によらずＮＯｘ吸蔵量のみに基づいてリッチスパイクが実施されると、吸蔵ＮＯｘが十分に還元されない虞がある。

そして、本発明者は、鋭意検討を行った結果、ＮＯｘがＮＳＲ触媒に吸蔵されるときの該ＮＳＲ触媒の温度に応じて、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの吸蔵形態が変化することを新たに見出した。更に、この吸蔵形態の変化に起因して、リッチスパイクによる吸蔵ＮＯｘの還元について、その還元され易さが変化することが判った。詳しくは、ＮＳＲ触媒の温度が比較的低い場合、ＮＳＲ触媒に流入したＮＯｘは、還元剤によって還元され易い形態（以下、「第一形態」と称する場合もある。）で該ＮＳＲ触媒に吸蔵される傾向にあることが判った。一方、ＮＳＲ触媒の温度が比較的高い場合、ＮＳＲ触媒に流入したＮＯｘは、還元剤によって還元され難い形態（以下、「第二形態」と称する場合もある。）で該ＮＳＲ触媒に吸蔵される傾向にあることが判った。

なお、ＮＳＲ触媒に既に吸蔵されたＮＯｘの吸蔵形態が、その吸蔵後のＮＳＲ触媒の温度の変化に応じて更に変化することもある。つまり、判定期間におけるＮＳＲ触媒の温度履歴によって、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの吸蔵形態が変化し得る。

そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第一の態様において、前記空燃比制御部は、以下の制御を行う。前記空燃比制御部は、前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、前回の前記リッチスパイクの実施完了から今回の前記リッチスパイクの実施開始までの期間において、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の判定温度以上となる時間が長い場合は短い場合よりも、今回の前記リッチスパイクの実施期間を長くする、及び／又は、今回の前記リッチスパイクの実施によって実現される前記リッチ空燃比のリッチ度合いを大きくする。

ここで、所定の判定温度は、ＮＳＲ触媒の温度が該判定温度以上となると、ＮＯｘが第二形態となって該ＮＳＲ触媒に吸蔵され得る温度として定義される。したがって、その温度が所定の判定温度以上となったＮＳＲ触媒では、ＮＯｘが第二形態となって該ＮＳＲ触媒に吸蔵される傾向がある。また、このようなＮＳＲ触媒では、該ＮＳＲ触媒に既に吸蔵されたＮＯｘの吸蔵形態が、第一形態から第二形態に変化することがある。そして、判定期間のうちＮＳＲ触媒の温度が所定の判定温度以上となる時間（以下、「触媒高温時間」と称する場合もある。）が長い場合は短い場合よりも、第二形態の吸蔵ＮＯｘが形成され易くなる。

そして、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、吸蔵ＮＯｘのうちの第二形態の吸蔵ＮＯｘが多くなるほど、該吸蔵ＮＯｘは、リッチスパイクによって還元され難くなる。そこで、空燃比制御部は、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、触媒高温時間が長い場合は短い場合よりも、リッチスパイクの実施期間を長くする、及び／又は、リッチスパイクの実施によって実現されるリッチ空燃比のリッチ度合いを大きくする。ここで、リッチスパイクの実施期間が長くされると、吸蔵ＮＯｘの還元反応の反応速度が比較的遅く吸蔵ＮＯｘの還元に比較的長い期間
を要する場合であっても、該吸蔵ＮＯｘが還元され得る。この場合、仮にリッチスパイクの実施によりＮＳＲ触媒に供給される還元剤の総量が、リッチスパイクの実施期間によらず同じになるようにリッチスパイクが実施されたとしても、すなわち、リッチスパイクの実施期間が通常より長くされるときは、リッチスパイクの実施によって実現されるリッチ空燃比のリッチ度合いが通常より小さくされたとしても、リッチスパイクの実施期間が長くされると、吸蔵ＮＯｘが還元され易くなる。なお、リッチスパイクの実施によって実現されるリッチ空燃比のリッチ度合いが通常のままリッチスパイクの実施期間が長くされても、吸蔵ＮＯｘが還元され易くなることは当然である。また、リッチスパイクの実施によって実現されるリッチ空燃比のリッチ度合いが大きくされると、リッチスパイクの実施によりＮＳＲ触媒に供給される還元剤の量が相対的に増加するため、吸蔵ＮＯｘが還元され易くなる。つまり、空燃比制御部が上記の制御を行うことによって、第一形態となってＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘだけでなく、第二形態となってＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘも、リッチスパイクによって還元可能となる。これにより、リッチスパイクが実施されても吸蔵ＮＯｘが十分に還元されない事態が抑制され、以て、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘをリッチスパイクの実施によって好適に還元することができる。

ここで、ＮＳＲ触媒の温度が高くなるほど、ＮＯｘが第二形態でＮＳＲ触媒に吸蔵され易くなる。そのため、触媒高温時間が同じであっても、そのときのＮＳＲ触媒の温度が所定の判定温度よりも高くなるほど、ＮＯｘが第二形態でＮＳＲ触媒に吸蔵され易くなる。そして、吸蔵ＮＯｘのうち第二形態のＮＯｘが多くなると、吸蔵ＮＯｘが十分に還元されない事態が生じ易くなる。

そこで、上記の内燃機関の排気浄化装置において、前記空燃比制御部は、前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、前回の前記リッチスパイクの実施完了から今回の前記リッチスパイクの実施開始までの期間において、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定の判定温度以上となるときの該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の平均温度が高い場合は低い場合よりも、今回の前記リッチスパイクの実施期間を長くする、及び／又は、今回の前記リッチスパイクの実施によって実現される前記リッチ空燃比のリッチ度合いを大きくしてもよい。これによれば、触媒高温時間は比較的短いものの、該触媒高温時間におけるＮＳＲ触媒の平均温度が所定の判定温度よりもかなり高くなり、吸蔵ＮＯｘのうち第二形態のＮＯｘが比較的多くなったとしても、該吸蔵ＮＯｘを好適に還元することができる。つまり、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘをリッチスパイクの実施によって好適に還元することが可能となる。

次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第二の態様について説明する。上述した第一の態様の説明で述べた第一形態でＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘとは亜硝酸塩であって、該亜硝酸塩は、ＮＳＲ触媒に比較的弱い吸着力で吸蔵されることが判った。一方、第二形態でＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘとは硝酸塩であって、該硝酸塩は、前記亜硝酸塩よりもＮＳＲ触媒に強い吸着力で吸蔵されることが判った。したがって、リッチスパイクによってＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるとき、ＮＳＲ触媒に吸蔵された硝酸塩は、ＮＳＲ触媒に吸蔵された亜硝酸塩よりも還元され難くなる。

以上に鑑みると、ＮＯｘ吸蔵量に対するＮＳＲ触媒に吸蔵された硝酸塩の量（以下、「硝酸塩吸蔵量」と称する場合もある。）の割合を硝酸塩比率とすると、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、硝酸塩比率が高い状態でリッチスパイクを実施した場合には、硝酸塩比率が低い状態でリッチスパイクを実施した場合に比べて吸蔵ＮＯｘが還元され難くなる。

そこで、本発明の第二の態様に係る内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ
空燃比にするリッチスパイクを実施する空燃比制御部と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量を算出するＮＯｘ吸蔵量算出部と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵された硝酸塩の量である硝酸塩吸蔵量を、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度に基づいて算出する硝酸塩吸蔵量算出部と、前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量と、前記硝酸塩吸蔵量算出部によって算出された前記硝酸塩吸蔵量と、に基づいて、該ＮＯｘ吸蔵量に対する該硝酸塩吸蔵量の割合である硝酸塩比率を算出する硝酸塩比率算出部と、を備える。そして、前記空燃比制御部は、前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、前記硝酸塩比率算出部によって算出された前記硝酸塩比率が高い場合は低い場合よりも、前記リッチスパイクの実施期間を長くする、及び／又は、前記リッチスパイクの実施によって実現される前記リッチ空燃比のリッチ度合いを大きくする。

ここで、ＮＳＲ触媒に流入したＮＯｘが、亜硝酸塩となって該ＮＳＲ触媒に吸蔵され易くなるか、亜硝酸塩から更に硝酸塩となって該ＮＳＲ触媒に吸蔵され易くなるかは、ＮＳＲ触媒の温度に応じて変化する。したがって、ＮＳＲ触媒の温度に応じて硝酸塩吸蔵量が変化することになる。そして、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、ＮＳＲ触媒の温度が比較的高くなって硝酸塩吸蔵量が増加すると、ＮＳＲ触媒の温度が比較的低いときに比べて硝酸塩比率が高くなる。例えば、上述した第一の態様の説明で述べた判定期間において、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、ＮＳＲ触媒の温度が比較的高くなる時間が長くなるほど、硝酸塩比率が高くなる傾向にある。

そして、上記の空燃比制御部は、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、硝酸塩比率が高い場合は低い場合よりも、リッチスパイクの実施期間を長くすることができる、及び／又は、リッチスパイクの実施によって実現されるリッチ空燃比のリッチ度合いを大きくすることができる。これにより、硝酸塩比率が高い状態でリッチスパイクを実施した場合であっても、硝酸塩比率が低い状態でリッチスパイクを実施した場合と同様に、吸蔵ＮＯｘを還元することができる。つまり、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘをリッチスパイクの実施によって好適に還元することが可能となる。

本発明によれば、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘをリッチスパイクの実施によって好適に還元することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。 ＮＳＲ触媒の温度が比較的低い場合における、ＮＯｘの吸蔵形態を説明するための図である。 ＮＳＲ触媒の温度が比較的高い場合における、ＮＯｘの吸蔵形態を説明するための図である。 ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの推定還元メカニズムを表す模式図である。 第一の実施形態に係る、ＮＯｘ吸蔵量、触媒温度、高温カウンタ、実行期間、および実行フラグの時間推移を示すタイムチャートである。 第一の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。 実行期間と高温カウンタの値との相関を示す図である。 第一の実施形態の変形例に係る、ＮＯｘ吸蔵量、触媒温度、低温カウンタ、実行期間、および実行フラグの時間推移を示すタイムチャートである。 第一の実施形態の変形例に係る制御フローを示すフローチャートである。 実行期間と低温カウンタの値との相関を示す図である。 第二の実施形態に係る、ＮＯｘ吸蔵量、触媒温度、高温カウンタ、リッチ空燃比の設定値、および実行フラグの時間推移を示すタイムチャートである。 リッチ空燃比の設定値と高温カウンタの値との相関を示す図である。 第三の実施形態に係る、ＮＯｘ吸蔵量、触媒温度、高温カウンタ、実行期間、および実行フラグの時間推移を示すタイムチャートである。 第三の実施形態に係る、ＮＯｘ吸蔵量、触媒温度、高温カウンタ、リッチ空燃比の設定値、および実行フラグの時間推移を示すタイムチャートである。 第四の実施形態に係る制御フローを示す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、例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態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。

（第一の実施形態）
＜内燃機関の吸排気系の構成＞
図１は、本実施形態に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。ただし、本発明は、ガソリン等を燃料とする火花点火式のリーンバーン内燃機関にも適用することができる。

内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。吸気通路２にはエアフローメータ４が設けられている。エアフローメータ４は内燃機関１の吸入空気量を検出する。また、エアフローメータ４より下流側の吸気通路２にはスロットル弁５が設けられている。スロットル弁５は、吸気通路２の流路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を制御する。

排気通路３には、排気浄化触媒として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒６（以下、「ＮＳＲ触媒６」と称する場合もある。）が設けられている。なお、排気通路３には、ＮＳＲ触媒６の他に、選択還元型ＮＯｘ触媒やパティキュレートフィルタが設けられてもよい。ＮＳＲ触媒６よりも上流側の排気通路３には燃料添加弁７が設けられている。燃料添加弁７は排気中に燃料を添加する。燃料添加弁７から添加された燃料は排気と共にＮＳＲ触媒６に供給される。

また、燃料添加弁７より下流側且つＮＳＲ触媒６より上流側の排気通路３には、上流側ＮＯｘセンサ１３および空燃比センサ１４が設けられている。上流側ＮＯｘセンサ１３は、ＮＳＲ触媒６に流入する排気（以下、「流入排気」と称する場合もある。）のＮＯｘ濃度を検出する。空燃比センサ１４は流入排気の空燃比を検出する。また、ＮＳＲ触媒６より下流側の排気通路３には、下流側ＮＯｘセンサ１５および温度センサ１６が設けられている。下流側ＮＯｘセンサ１５は、ＮＳＲ触媒６から流出する排気（以下、「流出排気」と称する場合もある。）のＮＯｘ濃度を検出する。温度センサ１６は、流出排気の温度を検出する。

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（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ４、上流側ＮＯｘセンサ１３、空燃比センサ１４、下流側ＮＯｘセンサ１５、および温度センサ１６が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ１０には、クランク角センサ１１及びアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。クランク角センサ１１は、内燃機関１のクランク角に相関のある信号を出力する。アクセル開度センサ１２は、内燃機関１が搭載された車両のアクセル開度に相関のある信号を出力する。

そして、上記各センサの出力値がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、クランク角センサ１１の出力値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。また、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１２の出力値に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４の出力値に基づいて排気の流量（以下、「排気流量」と称する場合もある。）を推定し、該排気流量および上流側ＮＯｘセンサ１３の出力値に基づいてＮＳＲ触媒６に流入するＮＯｘの流量（以下、「ＮＯｘ流入流量」と称する場合もある。）を算出し、該排気流量および下流側ＮＯｘセンサ１５の出力値に基づいてＮＳＲ触媒６から流出するＮＯｘの流量（以下、「ＮＯｘ流出流量」と称する場合もある。）を算出する。また、ＥＣＵ１０は、温度センサ１６の出力値に基づいてＮＳＲ触媒６の温度（以下、「触媒温度」と称する場合もある。）を算出する。

さらに、ＥＣＵ１０には、内燃機関１の燃料噴射弁（図示略）、スロットル弁５、および燃料添加弁７が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって、これらの装置が制御される。ここで、ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒６に流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にする処理（以下、「リッチスパイク処理」と称する場合もある。）を実行する。本実施形態では、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁７を用いて、内燃機関１から排出される排気中に燃料を添加することによって、リッチスパイク処理におけるリッチ空燃比を形成することができる。ただし、本実施形態では、これに限定する意図はなく、ＥＣＵ１０は、周知の技術を用いて、リッチスパイク処理におけるリッチ空燃比を形成することができる。例えば、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の燃料噴射弁（図示略）を用いて気筒内にリッチ混合気を形成し、該リッチ混合気を気筒内で燃焼させるリッチ燃焼を行うことによって、リッチスパイク処理におけるリッチ空燃比を形成してもよい。なお、ＥＣＵ１０がリッチスパイク処理を実行することで、本発明に係る空燃比制御部として機能する。

＜ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの吸蔵・還元メカニズム＞
リッチスパイク処理が実行されると、ＮＳＲ触媒６にＨＣやＣＯ等の還元剤が供給される。そして、この還元剤によって、ＮＳＲ触媒６に吸蔵されたＮＯｘ（以下、「吸蔵ＮＯｘ」と称する場合もある。）が還元される。例えば、燃料添加弁７から燃料が添加されることによってリッチスパイク処理が実行される場合、吸蔵ＮＯｘは主にＨＣによって還元される。また、例えば、気筒内でリッチ燃焼が行われることによってリッチスパイク処理が実行される場合、吸蔵ＮＯｘは主にＣＯやＨＣによって還元される。

そして、従来から、吸蔵ＮＯｘの量が所定量に達するとリッチスパイク処理が実行される技術が知られているが、この場合に、吸蔵ＮＯｘを十分に還元することができない事態が生じ得ることが判った。そこで、本発明者は、鋭意検討を行った結果、このような事態は、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの吸蔵形態に起因して生じることを見出した。これについて、以下に説明する。なお、ＮＳＲ触媒６に吸蔵されたＮＯｘ（吸蔵ＮＯｘ）の量を、以下「ＮＯｘ吸蔵量」と称する。

ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの吸蔵メカニズムについて、本発明者が新たに考察した推定メカニズムを図２Ａおよび図２Ｂに基づいて説明する。図２Ａおよび図２Ｂは、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの吸蔵形態を説明するための図である。

ここでは、ＮＳＲ触媒６において、担体としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）が用いられ、貴金属触媒とてＰｔが用いられ、ＮＯｘ吸蔵材としてＢａが用いられている場合を例に挙げて、ＮＯｘの吸蔵形態を説明する。ＮＳＲ触媒６では、ＮＯｘと酸素の反応を促進させるＰｔによって酸素と反応せしめられたＮＯｘがＢａに吸蔵される。ここで、ＮＯｘがＢａに吸蔵される際に、ＮＳＲ触媒６の温度によってその吸蔵形態が変化することが新たに判った。

図２Ａは、ＮＳＲ触媒６の温度が比較的低い場合（例えば、２５０℃から３００℃）における、ＮＯｘの吸蔵形態を説明するための図である。図２Ａに示す例では、ＰｔによってＮＳＲ触媒６に流入したＮＯが酸素と反応せしめられる。そうすると、ＮＯは亜硝酸塩（ＮＯ_２ ⁻）となる。そして、この亜硝酸塩が、Ｂａに比較的弱い吸着力で吸蔵される。

一方、図２Ｂは、ＮＳＲ触媒６の温度が比較的高い場合（例えば、３５０℃から４００℃）における、ＮＯｘの吸蔵形態を説明するための図である。図２Ｂに示す例でも、図２Ａに示した例と同様に、ＰｔによってＮＳＲ触媒６に流入したＮＯが酸素と反応せしめられ、生成された亜硝酸塩（ＮＯ_２ ⁻）が、Ｂａに比較的弱い吸着力で吸蔵される。ここで、ＮＳＲ触媒６の温度が比較的高い場合には、Ｂａに吸蔵された亜硝酸塩の一部（または全部）が更に酸素と反応せしめられて、硝酸塩（ＮＯ_３ ⁻）となってＢａに比較的強い吸着力で吸蔵されることが判った。つまり、Ｂａに既に吸蔵されたＮＯｘの吸蔵形態が、その吸蔵後のＮＳＲ触媒６の温度の変化に応じて更に変化し得る。なお、亜硝酸塩から硝酸塩へ反応が進行する反応温度は、ＮＯｘと酸素の反応を促進させるＰｔの劣化状態等によって変化し得る。例えばＰｔが劣化すると、上記の反応温度が高くなる傾向にある。

このように、ＮＳＲ触媒６の温度に応じて、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの吸蔵形態が変化する。なお、吸蔵ＮＯｘ（ＮＳＲ触媒６に吸蔵されたＮＯｘ）には、上述した硝酸塩や亜硝酸塩が含まれるものとする。したがって、ＮＯｘ吸蔵量は、ＮＳＲ触媒６に吸蔵された硝酸塩や亜硝酸塩の量となる。

そして、リッチスパイク処理の実行によって吸蔵ＮＯｘが還元されるとき、ＮＳＲ触媒６に吸蔵された硝酸塩は、ＮＳＲ触媒６に吸蔵された亜硝酸塩よりも還元され難くなる。これは、図３に示すリッチスパイク処理の実行時のＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの推定還元メカニズムを表す模式図によって説明される。図３において、上段、中段、下段の模式図は、それぞれリッチスパイク処理の実行前、実行中、実行後の状態を表す。

図３の上段に示すように、吸蔵材Ｂａには、亜硝酸塩および硝酸塩が吸蔵されている。そして、このようなＮＳＲ触媒６に対して還元剤としてＣＯが供給されると、図３の中段に示すように、亜硝酸塩が還元されてＮＯとなる。また、硝酸塩の一部が還元されて亜硝酸塩となる。ここで、上述したように、亜硝酸塩とＢａとの吸着力は比較的弱いため、Ｂａに吸蔵された亜硝酸塩は容易に還元され得る。一方、硝酸塩とＢａとの吸着力は比較的強いため、Ｂａに吸蔵された硝酸塩は還元され難くなる。その結果、図３の下段に示すように、リッチスパイク処理の実行前にＢａに吸蔵されていた亜硝酸塩は、Ｎ_２にまで還元されてＮＳＲ触媒６から脱離するのに対して、リッチスパイク処理の実行前にＢａに吸蔵されていた硝酸塩は、還元されずにまたは還元されたとしてもＮ_２にまで還元されることなく、ＮＳＲ触媒６に吸蔵され続けることがある。

＜リッチスパイク処理＞
以上に説明したように、ＮＳＲ触媒６の温度（触媒温度）に応じて、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの吸蔵形態が変化する。そして、触媒温度が比較的高い場合にＮＳＲ触媒６に吸蔵された硝酸塩は、ＮＳＲ触媒６に吸蔵された亜硝酸塩よりも還元され難くなる。したがって、前回のリッチスパイク処理の実行完了から今回のリッチスパイク処理の実行開始までの期間を判定期間とすると、該判定期間における触媒温度の履歴によって、リッチスパイク処理による吸蔵ＮＯｘの還元について、その還元され易さが変化することになる。そして、リッチスパイク処理が実行されるとき、仮に判定期間における触媒温度の履歴によらずＮＯｘ吸蔵量のみに基づいてリッチスパイク処理が実行されると、吸蔵ＮＯｘが十分に還元されない虞がある。

そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、ＥＣＵ１０は、判定期間のうち触媒温度が所定の判定温度以上となる時間（以下、「触媒高温時間」と称する場合もある。）に基づいてリッチスパイク処理を実行する。なお、所定の判定温度は、触媒温度が該判定温度以上となると、ＮＯｘが硝酸塩となってＮＳＲ触媒６に吸蔵され得る温度として定義される。

ここで、触媒高温時間が長い場合は短い場合よりも、ＮＯｘが硝酸塩となってＮＳＲ触媒６に吸蔵され易くなる。そして、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、吸蔵ＮＯｘのうち硝酸塩が多くなるほど、該吸蔵ＮＯｘがリッチスパイク処理によって還元され難くなる。つまり、触媒高温時間が長くなるほど、吸蔵ＮＯｘがリッチスパイク処理によって還元され難くなる。このとき、吸蔵ＮＯｘの還元反応の反応速度は比較的遅くなっており、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、触媒高温時間が長くなるほど、吸蔵ＮＯｘの還元に要する時間が長くなる傾向にある。そこで、本実施形態において、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、触媒高温時間が長い場合は短い場合よりも、リッチスパイク処理の実行期間を長くする。これにより、リッチスパイク処理が実行されても吸蔵ＮＯｘが十分に還元されない事態が抑制され、以て、リッチスパイク処理によって吸蔵ＮＯｘを好適に還元することができる。

ここで、本実施形態においてＥＣＵ１０が実行する制御処理を、タイムチャートを用いて簡単に説明する。図４は、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍ、触媒温度Ｔｃ、触媒温度が判定温度以上となる時間をカウントするためのカウンタである高温カウンタＮｃ、リッチスパイク処理の実行期間（以下、単に「実行期間」と称する場合もある。）Ｔｉｅｘｅ、およびリッチスパイク処理が実行されているか否かを表すフラグである実行フラグｆｌの時間推移を示すタイムチャートである。なお、図４に示す本実施形態の制御では、ＮＯｘ吸蔵量が基準量ＮＯｘｔｈに達すると、リッチスパイク処理が実行される。ここで、基準量ＮＯｘｔｈは、リッチスパイク処理の実行タイミングを判定する閾値である。

図４に示すように、ＮＯｘ吸蔵量が基準量ＮＯｘｔｈとなる時刻ｔ１において、実行フラグがＯＮにされる。ここで、時刻ｔ１前の期間においては、触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となっていない。そのため、時刻ｔ１における高温カウンタは０となっている。なお、判定温度Ｔｃｔｈは、上述したように、触媒温度が該判定温度Ｔｃｔｈ以上となると、ＮＯｘが硝酸塩となってＮＳＲ触媒６に吸蔵され得る温度として定義される。

本実施形態では、上述したように、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、触媒高温時間が長い場合は短い場合よりも、実行期間が長くされる。ここで、時刻ｔ１では、高温カウンタが０となっているため、触媒高温時間が０である。この場合、実行期間が通常実行期間Ｔｉｅｎに設定される。そして、時刻ｔ１においてリッチスパイク処理が開始され、時刻ｔ１から通常実行期間Ｔｉｅｎ経過後の時刻ｔ２までリッチスパイク処理が継続される。なお、リッチスパイク処理の実行が完了すると、ＮＯｘ吸蔵量が０近傍の量となる。

ここで、時刻ｔ１において開始されるリッチスパイク処理（前回のリッチスパイク処理）の実行完了から、時刻ｔ５におけるリッチスパイク処理（今回のリッチスパイク処理）の実行開始までの判定期間（時刻ｔ２から時刻ｔ５までの期間）に着目すると、図４に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となっている。そうすると、時刻ｔ３において高温カウンタによる時間のカウントが開始され、時刻ｔ４において高温カウンタがＮ１となる。そして、高温カウンタの値が増やされるに伴って、すなわち、触媒高温時間が長くなるのに伴って、実行期間が通常実行期間Ｔｉｅｎから長くされ、時刻ｔ４において実行期間がＴｉｅ１に設定される。なお、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間では、触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となっているため、高温カウンタによる時間のカウントは行われない。

そして、時刻ｔ５においてリッチスパイク処理が開始され、時刻ｔ５から実行期間Ｔｉｅ１経過後の時刻ｔ６までリッチスパイク処理が継続される。この場合、今回のリッチスパイク処理の実行期間Ｔｉｅ１は、前回のリッチスパイク処理の実行期間Ｔｉｅｎよりも長くされている。これにより、触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となる時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間においてＮＳＲ触媒６に吸蔵され得る硝酸塩を好適に還元することができる。なお、リッチスパイク処理の実行が完了すると、高温カウンタが０に初期化され、それに応じて実行期間も通常実行期間Ｔｉｅｎに初期化される。

一方、時刻ｔ５において開始されるリッチスパイク処理の実行完了から、時刻ｔ８におけるリッチスパイク処理の実行開始までの判定期間（時刻ｔ６から時刻ｔ８までの期間）に着目すると、図４に示すように、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間において、触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となっている。そうすると、時刻ｔ６において高温カウンタによる時間のカウントが開始され、時刻ｔ７において高温カウンタがＮ２となる。そして、それに応じて時刻ｔ７において実行期間がＴｉｅ２に設定される。なお、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間では、触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となっているため、高温カウンタによる時間のカウントは行われない。

そして、時刻ｔ８においてリッチスパイク処理が開始され、時刻ｔ８から実行期間Ｔｉｅ２経過後の時刻ｔ９までリッチスパイク処理が継続される。ここで、時刻ｔ８において開始されるリッチスパイク処理に係る高温カウンタの値Ｎ２は、時刻ｔ５において開始されるリッチスパイク処理に係る高温カウンタの値Ｎ１よりも大きい。すなわち、時刻ｔ６から時刻ｔ８までの判定期間における触媒高温時間は、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの判定期間における触媒高温時間よりも長い。したがって、時刻ｔ６から時刻ｔ８までの判定期間においては、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの判定期間よりもＮＳＲ触媒６に硝酸塩が吸蔵され易くなる。そこで、時刻ｔ８において開始されるリッチスパイク処理の実行期間Ｔｉｅ２は、時刻ｔ５において開始されるリッチスパイク処理の実行期間Ｔｉｅ１よりも長くされる。これにより、硝酸塩を好適に還元することができる。

このように、本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、触媒高温時間が長い場合は短い場合よりも、実行期間が長くされる。これにより、リッチスパイク処理によって吸蔵ＮＯｘを好適に還元することができる。

次に、本実施形態において実行される制御フローについて、図５に基づいて説明する。図５は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期Δｔで繰り返し実行される。

本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、触媒温度Ｔｃが取得される。Ｓ１０１では、温度センサ１６の出力値に基づいて触媒温度Ｔｃが算出される。または、Ｓ１０１では、内燃機関１の機関回転速度および機関負荷に基づいて触媒温度Ｔｃが推定されてもよい。このとき、例えば燃料添加弁７から燃料が添加されている場合には、添加された燃料の発熱量を加味して触媒温度Ｔｃが推定されてもよい。

次に、Ｓ１０２において、排気流量Ｇａが取得される。Ｓ１０２では、エアフローメータ４の出力値に基づいて排気流量Ｇａが算出される。

次に、Ｓ１０３において、前回本フローが実行されてから現在までの、ＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの変化量（以下、「変化量」と称する場合もある。）ＮＯｘｃｈが算出される。Ｓ１０３では、Ｓ１０２で取得した排気流量Ｇａおよび上流側ＮＯｘセンサ１３の出力値に基づいてＮＯｘ流入流量が算出される。また、排気流量Ｇａおよび下流側ＮＯｘセ
ンサ１５の出力値に基づいてＮＯｘ流出流量が算出される。更に、ＮＯｘ流入流量とＮＯｘ流出流量とが合算されることで、単位時間当たりのＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの変化量が算出される。そして、単位時間当たりの変化量に演算周期Δｔが乗算されることによって、変化量ＮＯｘｃｈが算出される。

次に、Ｓ１０４において、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが算出される。Ｓ１０４では、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍにＳ１０３で算出した変化量ＮＯｘｃｈが積算されることによって、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが算出される。なお、ＥＣＵ１０が、Ｓ１０３からＳ１０４の処理を実行することで、本発明に係るＮＯｘ吸蔵量算出部として機能する。

次に、Ｓ１０５において、Ｓ１０１で取得した触媒温度Ｔｃが判定温度Ｔｃｔｈ以上となっているか否かが判別される。なお、判定温度Ｔｃｔｈは、上述したとおりである。そして、Ｓ１０５において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０６の処理へ進み、Ｓ１０５において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０７の処理へ進む。

Ｓ１０５において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０６において、高温カウンタＮｃに１が加算される。つまり、Ｓ１０６において、触媒温度Ｔｃが判定温度Ｔｃｔｈ以上となる時間がカウントされる。

次に、Ｓ１０７において、Ｓ１０４で算出したＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが、基準量ＮＯｘｔｈとなっているか否かが判別される。ここで、基準量ＮＯｘｔｈは、上述したように、リッチスパイク処理の実行タイミングを判定する閾値である。そして、Ｓ１０７において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０８の処理へ進み、Ｓ１０７において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。

Ｓ１０７において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０８において、実行期間Ｔｉｅｘｅが算出される。Ｓ１０８では、高温カウンタＮｃの値に基づいて、実行期間Ｔｉｅｘｅが算出される。詳しくは、実行期間Ｔｉｅｘｅと高温カウンタＮｃの値は、図６に示すような相関を有する。そして、この相関が、関数またはマップとしてＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶されていて、Ｓ１０８では、該相関とＳ１０６でカウントされた高温カウンタＮｃの値とに基づいて、実行期間Ｔｉｅｘｅが算出される。このように算出される実行期間Ｔｉｅｘｅは、図６に示すように、高温カウンタＮｃの値が０のとき通常実行期間Ｔｉｅｎとなる。そして、高温カウンタＮｃの値が０から大きくなるほど、実行期間Ｔｉｅｘｅは、通常実行期間Ｔｉｅｎから長くされる。つまり、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが基準量ＮＯｘｔｈとなっている場合において、触媒高温時間が長い場合は短い場合よりも、実行期間Ｔｉｅｘｅが長くされる。

次に、Ｓ１０９において、リッチスパイク処理が実行される。Ｓ１０９では、燃料添加弁７を用いて、内燃機関１から排出される排気中に燃料を添加することによって、リッチスパイク処理が実行される。ただし、上述したように、気筒内でリッチ燃焼が行われることによって、リッチスパイク処理が実行されてもよい。

次に、Ｓ１１０において、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍおよび高温カウンタＮｃの値が０に初期化される。そして、Ｓ１１０の処理の後、本フローの実行が終了される。

本実施形態では、ＥＣＵ１０が、上述した制御フローを実行することによって、リッチスパイク処理が実行されても吸蔵ＮＯｘが十分に還元されない事態が抑制され、以て、リッチスパイク処理によって吸蔵ＮＯｘを好適に還元することができる。

（第一の実施形態の変形例）
次に、上述した第一の実施形態の変形例について説明する。なお、本変形例において、第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。

本変形例においてＥＣＵ１０が実行する制御処理を、タイムチャートを用いて簡単に説明する。図７は、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍ、触媒温度Ｔｃ、触媒温度が判定温度未満となる時間をカウントするためのカウンタである低温カウンタＭｃ、実行期間Ｔｉｅｘｅ、および実行フラグｆｌの時間推移を示すタイムチャートである。本変形例では、上記の図４と異なり、触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となる時間がカウントされる。そして、低温カウンタの値に基づいて実行期間が算出される。

図７に示す制御では、前回のリッチスパイク処理の実行が完了してから時刻ｔ１におけるリッチスパイク処理（今回のリッチスパイク処理）の実行開始までの判定期間の全期間において、触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となっている。その結果、時刻ｔ１において低温カウンタがＭ１となり、それに応じて実行期間が通常実行期間Ｔｉｅｎ１に設定される。なお、この期間Ｔｉｅｎ１は、上記の図４の説明で述べた期間Ｔｉｅｎに相当する。

そして、時刻ｔ１においてリッチスパイク処理が開始され、時刻ｔ１から通常実行期間Ｔｉｅｎ１経過後の時刻ｔ２までリッチスパイク処理が継続される。なお、リッチスパイク処理の実行が完了すると、低温カウンタが０に初期化され、それに伴って実行期間も高温時基準期間Ｔｉｅｎ２に初期化される。ここで、高温時基準期間Ｔｉｅｎ２は、判定期間の全期間において触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となる場合の実行期間である。

ここで、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの判定期間に着目すると、図７に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間および時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間において、触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となっている。そうすると、これらの期間において低温カウンタによる時間のカウントが行われ、時刻ｔ５において低温カウンタがＭ２となる。そして、低温カウンタの値が増やされるに伴って、実行期間が高温時基準期間Ｔｉｅｎ２から短くされ、時刻ｔ５において実行期間がＴｉｅ１に設定される。そして、時刻ｔ５においてリッチスパイク処理が開始され、時刻ｔ５から実行期間Ｔｉｅ１経過後の時刻ｔ６までリッチスパイク処理が継続される。

一方、時刻ｔ６から時刻ｔ８までの判定期間に着目すると、図７に示すように、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間において、触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となっている。そうすると、時刻ｔ７において低温カウンタによる時間のカウントが開始され、時刻ｔ８において低温カウンタがＭ３となる。そして、それに応じて時刻ｔ８において実行期間がＴｉｅ２に設定される。そして、時刻ｔ８においてリッチスパイク処理が開始され、時刻ｔ８から実行期間Ｔｉｅ２経過後の時刻ｔ９までリッチスパイク処理が継続される。

以上に述べたように、本変形例では、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となる時間が長い場合は短い場合よりも、実行期間が短くされる。言い換えれば、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、触媒高温時間が長い場合は短い場合よりも、実行期間が長くされる。これにより、リッチスパイク処理によって吸蔵ＮＯｘを好適に還元することができる。

次に、本変形例において実行される制御フローについて、図８に基づいて説明する。図８は、本変形例に係る制御フローを示すフローチャートである。本変形例では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期Δｔで繰り返し実行される。なお、図８に示す各処理において、上記の図５に示した処理と実質的に同一の処理については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図８に示す制御フローでは、Ｓ１０４の処理の後に、Ｓ２０５において、Ｓ１０１で取得した触媒温度Ｔｃが判定温度Ｔｃｔｈよりも低いか否かが判別される。なお、判定温度Ｔｃｔｈは、上述したとおりである。そして、Ｓ２０５において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ２０６の処理へ進み、Ｓ２０５において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０７の処理へ進む。

Ｓ２０５において肯定判定された場合、次に、Ｓ２０６において、低温カウンタＭｃに１が加算される。つまり、Ｓ２０６において、触媒温度Ｔｃが判定温度Ｔｃｔｈ未満となる時間がカウントされる。そして、Ｓ２０６の処理の後、ＥＣＵ１０はＳ１０７の処理へ進む。

そして、Ｓ１０７において肯定判定された場合、次に、Ｓ２０８において、実行期間Ｔｉｅｘｅが算出される。Ｓ２０８では、低温カウンタＭｃの値に基づいて、実行期間Ｔｉｅｘｅが算出される。詳しくは、実行期間Ｔｉｅｘｅと低温カウンタＭｃの値は、図９に示すような相関を有する。そして、この相関が、関数またはマップとしてＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶されていて、Ｓ２０８では、該相関とＳ２０６でカウントされた低温カウンタＭｃの値とに基づいて、実行期間Ｔｉｅｘｅが算出される。このように算出される実行期間Ｔｉｅｘｅは、図９に示すように、低温カウンタＭｃの値が０のとき高温時基準期間Ｔｉｅｎ２となる。そして、低温カウンタＭｃの値が０から大きくなるほど、実行期間Ｔｉｅｘｅは、高温時基準期間Ｔｉｅｎ２から短くされる。そして、Ｓ２０８の処理の後、ＥＣＵ１０はＳ１０９の処理へ進む。

そして、Ｓ１０９の処理の後に、Ｓ２１０において、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍおよび低温カウンタＭｃの値が０に初期化される。そして、Ｓ２１０の処理の後、本フローの実行が終了される。

ＥＣＵ１０が、上述した制御フローを実行することによっても、リッチスパイク処理によって吸蔵ＮＯｘを好適に還元することができる。

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について、図１０および図１１に基づいて説明する。なお、本実施形態において、上述した第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。

上述した第一の実施形態では、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、触媒高温時間が長い場合は短い場合よりも、リッチスパイク処理の実行期間を長くする。一方、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、触媒高温時間が長い場合は短い場合よりも、リッチスパイク処理の実行によって実現されるリッチ空燃比のリッチ度合いを大きくする。これにより、吸蔵ＮＯｘが還元され易くなり、以て、リッチスパイク処理によって吸蔵ＮＯｘを好適に還元することができる。

本実施形態においてＥＣＵ１０が実行する制御処理を、タイムチャートを用いて簡単に説明する。図１０は、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍ、触媒温度Ｔｃ、高温カウンタＮｃ、リッチスパイク処理の実行によって実現されるリッチ空燃比の設定値（以下、単に「リッチ空燃比の設定値」と称する場合もある。）Ｒｅｘｅ、および実行フラグｆｌの時間推移を示すタイムチャートである。なお、本実施形態では、上記の図４と異なり、リッチスパイク処理の実行期間が通常実行期間Ｔｉｅｎに固定される。

図１０に示す制御では、高温カウンタの値が増やされるに伴って、すなわち、触媒高温
時間が長くなるのに伴って、リッチ空燃比の設定値がよりリッチ側の値にされる。言い換えれば、触媒高温時間が長くなるのに伴って、リッチ空燃比のリッチ度合いが大きくされる。ここで、判定期間の全期間において触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ未満となる場合には、リッチ空燃比の設定値が通常リッチ空燃比Ｒｎにされる。

そして、図１０に示すように、時刻ｔ４において高温カウンタがＮ１となり、それに応じて、リッチ空燃比の設定値が、通常リッチ空燃比Ｒｎよりもリッチ度合いが大きいＲ１にされる。そして、時刻ｔ５においてリッチスパイク処理が開始され、時刻ｔ５から通常実行期間Ｔｉｅｎ経過後の時刻ｔ６´までリッチスパイク処理が継続される。このリッチスパイク処理の実行によって実現されるリッチ空燃比は、上記のＲ１である。この場合、空燃比が通常リッチ空燃比Ｒｎにされる場合に比べて、吸蔵ＮＯｘが還元され易くなり、以て、リッチスパイク処理によって吸蔵ＮＯｘを好適に還元することができる。

また、図１０に示すように、時刻ｔ８´において開始されるリッチスパイク処理に係る高温カウンタの値Ｎ２は、時刻ｔ５において開始されるリッチスパイク処理に係る高温カウンタの値Ｎ１よりも大きくなっており、それに応じて、時刻ｔ８´において開始されるリッチスパイク処理に係るリッチ空燃比の設定値が、時刻ｔ５において開始されるリッチスパイク処理に係るリッチ空燃比の設定値Ｒ１よりもリッチ度合いが大きいＲ２にされる。そして、時刻ｔ８´においてリッチスパイク処理が開始され、時刻ｔ８´から通常実行期間Ｔｉｅｎ経過後の時刻ｔ９´までリッチスパイク処理が継続される。ここで、ＥＣＵ１０は、時刻ｔ５から開始される前回のリッチスパイク処理よりも、燃料添加弁７からの単位時間当たりの燃料添加量を多くして今回のリッチスパイク処理を実行する。これにより、今回のリッチスパイク処理の実行によって実現されるリッチ空燃比が、Ｒ１よりもリッチ度合いが大きいＲ２となる。そうすると、前回のリッチスパイク処理と比べて、吸蔵ＮＯｘが還元され易くなる。なお、気筒内でリッチ燃焼が行われることによってリッチスパイク処理が実行される場合、ＥＣＵ１０は、前回のリッチスパイク処理よりも、リッチ燃焼におけるリッチ混合気のリッチ度合いを大きくして、今回のリッチスパイク処理を実行してもよい。

次に、本実施形態において実行される制御フローについて、上記の図５を参照して説明する。本実施形態では、上記の図５に示したＳ１０７で肯定判定された場合、上記の図５に示したＳ１０８の処理に代えて、リッチ空燃比の設定値Ｒｅｘｅが算出される。当該処理では、高温カウンタＮｃの値に基づいて、リッチ空燃比の設定値Ｒｅｘｅが算出される。詳しくは、リッチ空燃比の設定値Ｒｅｘｅと高温カウンタＮｃの値は、図１１に示すような相関を有する。そして、この相関が、関数またはマップとしてＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶されていて、該相関とＳ１０６でカウントされた高温カウンタＮｃの値とに基づいて、リッチ空燃比の設定値Ｒｅｘｅが算出される。このように算出されるリッチ空燃比の設定値Ｒｅｘｅは、図１１に示すように、高温カウンタＮｃの値が０のとき通常リッチ空燃比Ｒｎとなる。そして、高温カウンタＮｃの値が０から大きくなるほど、リッチ空燃比の設定値Ｒｅｘｅは、通常リッチ空燃比Ｒｎよりもリッチ側の値にされる。つまり、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが基準量ＮＯｘｔｈとなっている場合において、触媒高温時間が長い場合は短い場合よりも、リッチ空燃比のリッチ度合いが大きくされる。

そして、Ｓ１０９において、リッチスパイク処理によって実現されるリッチ空燃比が上述したリッチ空燃比の設定値Ｒｅｘｅとなるように、リッチスパイク処理が実行される。これにより、吸蔵ＮＯｘが還元され易くなる。

ＥＣＵ１０が、このような制御フローを実行することによっても、リッチスパイク処理によって吸蔵ＮＯｘを好適に還元することができる。なお、ＥＣＵ１０は、高温カウンタＮｃの値に基づいて、実行期間Ｔｉｅｘｅおよびリッチ空燃比の設定値Ｒｅｘｅを算出し
て、これらを実行パラメータとしてリッチスパイク処理を実行してもよい。この場合、ＥＣＵ１０は、触媒高温時間が長い場合は短い場合よりも、リッチスパイク処理の実行期間を長くし、且つリッチスパイク処理によって実現されるリッチ空燃比のリッチ度合いを大きくすることができる。

（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態について、図１２および図１３に基づいて説明する。なお、本実施形態において、上述した第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。

上述した実施形態では、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、触媒高温時間が長い場合は短い場合よりも、リッチスパイク処理の実行期間を長くする、及び／又は、リッチスパイク処理の実行によって実現されるリッチ空燃比のリッチ度合いを大きくする。本実施形態では、ＥＣＵ１０は、上記に加えて、ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、判定期間において、触媒温度が判定温度以上となるときのＮＳＲ触媒６の平均温度が高い場合は低い場合よりも、リッチスパイク処理の実行期間を長くする、及び／又は、リッチスパイク処理の実行によって実現されるリッチ空燃比のリッチ度合いを大きくする。

ここで、触媒温度が高くなるほど、ＮＯｘが硝酸塩としてＮＳＲ触媒６に吸蔵され易くなる。そのため、触媒高温時間が同じであっても、そのときの触媒温度が判定温度よりも高くなるほど、ＮＯｘが硝酸塩としてＮＳＲ触媒６に吸蔵され易くなる。そこで、比較的還元され難い硝酸塩が多く生成され得る条件において、吸蔵ＮＯｘが十分に還元されない事態を抑制するために、ＥＣＵ１０は、上記のような制御を行う。

本実施形態においてＥＣＵ１０が実行する制御処理の第一の態様を、タイムチャートを用いて簡単に説明する。図１２は、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍ、触媒温度Ｔｃ、高温カウンタＮｃ、実行期間Ｔｉｅｘｅ、および実行フラグｆｌの時間推移を示すタイムチャートである。なお、図１２に示す制御では、判定期間において、触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となるときのＮＳＲ触媒６の平均温度が高い場合は低い場合よりも、実行期間が長くされる。また、図１２には、上記の図４に示した触媒温度、実行期間、および実行フラグの時間推移が参考として破線で表される。

図１２に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ５までの判定期間においては、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間で触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となっている。そして、このときの触媒温度は、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの全期間で、上記の図４に示した触媒温度よりも高くなっている。つまり、触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となる時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間におけるＮＳＲ触媒６の平均温度が、上記の図４に示した該期間におけるＮＳＲ触媒６の平均温度よりも高くなる。そのため、実行期間が、時刻ｔ４において上記の図４に示した期間Ｔｉｅ１よりも長い期間Ｔｉｅ１１に設定される。

そして、時刻ｔ５においてリッチスパイク処理が開始され、時刻ｔ５から実行期間Ｔｉｅ１１リッチスパイク処理が継続される。これにより、触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈよりも高くなるほど吸蔵ＮＯｘのうち硝酸塩が多くなり、該吸蔵ＮＯｘが十分に還元されない事態が生じ易くなったとしても、該吸蔵ＮＯｘを好適に還元することができる。つまり、吸蔵ＮＯｘをリッチスパイク処理の実行によって好適に還元することが可能となる。

次に、本実施形態においてＥＣＵ１０が実行する制御処理の第二の態様を、タイムチャートを用いて簡単に説明する。図１３は、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍ、触媒温度Ｔｃ、高温カウンタＮｃ、リッチ空燃比の設定値Ｒｅｘｅ、および実行フラグｆｌの時間推移を示すタイムチャートである。なお、図１３に示す制御では、判定期間において、触媒温度が
判定温度Ｔｃｔｈ以上となるときのＮＳＲ触媒６の平均温度が高い場合は低い場合よりも、リッチ空燃比のリッチ度合いが大きくされる。また、図１３には、上記の図１０に示した触媒温度およびリッチ空燃比の設定値の時間推移が参考として破線で表される。

図１３に示す制御でも、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの全期間で、触媒温度が上記の図１０に示した触媒温度よりも高くなっている。つまり、触媒温度が判定温度Ｔｃｔｈ以上となる時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間におけるＮＳＲ触媒６の平均温度が、上記の図１０に示した該期間におけるＮＳＲ触媒６の平均温度よりも高くなる。そのため、リッチ空燃比の設定値が、時刻ｔ４において上記の図１０に示したＲ１よりもリッチ度合いが大きいＲ１１となる。

そして、時刻ｔ５においてリッチスパイク処理が開始され、時刻ｔ５から通常実行期間Ｔｉｅｎリッチスパイク処理が継続される。このリッチスパイク処理の実行によって実現されるリッチ空燃比は、上記のＲ１１である。この場合、リッチ空燃比の設定値がＲ１にされる場合に比べて、吸蔵ＮＯｘが還元され易くなり、以て、リッチスパイク処理によって吸蔵ＮＯｘを好適に還元することができる。

（第四の実施形態）
次に、本発明の第四の実施形態について、図１４に基づいて説明する。なお、本実施形態において、上述した第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。

本実施形態では、ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒６に吸蔵された硝酸塩の量（以下、「硝酸塩吸蔵量」と称する場合もある。）を触媒温度に基づいて算出する。ここで、ＮＯｘ吸蔵量に対する硝酸塩吸蔵量の割合を硝酸塩比率とすると、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、硝酸塩比率が高い状態でリッチスパイク処理が実行された場合には、硝酸塩比率が低い状態でリッチスパイク処理が実行された場合に比べて、吸蔵ＮＯｘが還元され難くなる。そこで、ＥＣＵ１０は、硝酸塩比率に基づいて、リッチスパイク処理の実行期間、及び／又は、リッチスパイク処理の実行によって実現されるリッチ空燃比のリッチ度合いを制御する。詳しくは、ＥＣＵ１０は、ＮＯｘ吸蔵量が同一であっても、硝酸塩比率が高い場合は低い場合よりも、リッチスパイク処理の実行期間を長くすることができる、及び／又は、リッチスパイク処理の実行によって実現されるリッチ空燃比のリッチ度合いを大きくすることができる。これにより、硝酸塩比率が高い状態でリッチスパイク処理が実行された場合であっても、硝酸塩比率が低い状態でリッチスパイク処理が実行された場合と同様に、吸蔵ＮＯｘを還元することができる。

ここで、本実施形態において実行される制御フローについて、図１４に基づいて説明する。図１４は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期Δｔで繰り返し実行される。なお、図１４に示す各処理において、上記の図５に示した処理と実質的に同一の処理については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１４に示す制御フローでは、Ｓ１０１の処理の後に、Ｓ３０１において、流入排気の酸素濃度Ｏ２ｃｏｎが取得される。Ｓ３０１では、空燃比センサ１４の出力値に基づいて流入排気の酸素濃度Ｏ２ｃｏｎが算出される。そして、Ｓ３０１の処理の後、ＥＣＵ１０はＳ１０２の処理へ進む。

また、図１４に示す制御フローでは、Ｓ１０４の処理の後に、Ｓ３０２において、現在のＮＳＲ触媒６の状態（ＮＯｘ吸蔵量、触媒温度、酸素濃度）において生成される硝酸塩の生成量（以下、「現在生成量」と称する場合もある。）ＮＯ３ｎｏｗが算出される。Ｓ
３０２では、Ｓ１０４で算出したＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍ、Ｓ１０１で取得した触媒温度Ｔｃ、およびＳ３０１で取得した流入排気の酸素濃度Ｏ２ｃｏｎに基づいて、硝酸塩の生成速度が算出される。この硝酸塩の生成速度は、下記式１によって算出される。

ＮＯ３ｒｅａｃ：硝酸塩の生成速度
Ｔｃ：触媒温度
ＮＯ２ｓｕｍ：亜硝酸塩吸蔵量
Ｏ２ｃｏｎ：酸素濃度
Ｒ：気体定数
Ａ，Ｅａ，ａ，ｂ：実験定数
そして、硝酸塩の生成速度ＮＯ３ｒｅａｃに演算周期Δｔが乗算されることによって、現在生成量ＮＯ３ｎｏｗが算出される。

ここで、亜硝酸塩吸蔵量ＮＯ２ｓｕｍは、ＮＳＲ触媒６に吸蔵された亜硝酸塩の量であって、下記式２によって算出される。
ＮＯ２ｓｕｍ＝ＮＯ２ｏｌｄ＋ＮＯｘｃｈ ・・・式２
ＮＯ２ｓｕｍ：亜硝酸塩吸蔵量
ＮＯ２ｏｌｄ：前回亜硝酸塩吸蔵量
ＮＯｘｃｈ：変化量
つまり、ＮＳＲ触媒６に流入したＮＯｘは、一旦亜硝酸塩となって該ＮＳＲ触媒６に吸蔵され得るため、前回本フローが実行されてから現在までのＮＳＲ触媒６におけるＮＯｘの変化は、全て亜硝酸塩の変化とみなす。そして、その変化量ＮＯｘｃｈに、ＮＳＲ触媒６に吸蔵された亜硝酸塩の前回量を加算することによって、亜硝酸塩吸蔵量ＮＯ２ｓｕｍを算出する。

次に、Ｓ３０３において、硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｓｕｍが算出される。Ｓ３０３では、硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｓｕｍにＳ３０２で算出した現在生成量ＮＯ３ｎｏｗが積算されることによって、硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｓｕｍが算出される。なお、ＥＣＵ１０が、Ｓ３０２からＳ３０３の処理を実行することで、本発明に係る硝酸塩吸蔵量算出部として機能する。

次に、Ｓ３０４において、硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅが算出される。Ｓ３０４では、Ｓ３０３で算出した硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｓｕｍが、Ｓ１０４で算出したＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍで除算されることによって、硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅが算出される。そして、Ｓ３０４の処理の後、ＥＣＵ１０はＳ１０７の処理へ進む。なお、ＥＣＵ１０が、Ｓ３０４の処理を実行することで、本発明に係る硝酸塩比率算出部として機能する。

そして、Ｓ１０７において肯定判定された場合、次に、Ｓ３０８において、実行期間Ｔｉｅｘｅが算出される。Ｓ３０８では、Ｓ３０４で算出した硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅに基づいて、実行期間Ｔｉｅｘｅが算出される。詳しくは、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが基準量ＮＯｘｔｈとなっている場合において、硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅが高い場合は低い場合よりも、実行期間Ｔｉｅｘｅが長くされる。そして、Ｓ３０８の処理の後、ＥＣＵ１０はＳ１０９の処理へ進む。

そして、Ｓ１０９の処理の後に、Ｓ３１０において、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍおよび硝酸塩吸蔵量ＮＯ３ｓｕｍが０に初期化される。そして、Ｓ３１０の処理の後、本フローの実行が終了される。

なお、本実施形態では、Ｓ１０７で肯定判定された場合、Ｓ３０８の処理に代えて、リッチ空燃比の設定値Ｒｅｘｅが算出されてもよい。この場合、Ｓ３０４で算出した硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅに基づいて、リッチ空燃比の設定値Ｒｅｘｅが算出される。詳しくは、ＮＯｘ吸蔵量ＮＯｘｓｕｍが基準量ＮＯｘｔｈとなっている場合において、硝酸塩比率ＮＯ３ｒａｔｅが高い場合は低い場合よりも、リッチ空燃比のリッチ度合いが大きくされる。また、ＥＣＵ１０は、硝酸塩比率が高い場合は低い場合よりも、リッチスパイク処理の実行期間を長くし、且つリッチスパイク処理によって実現されるリッチ空燃比のリッチ度合いを大きくしてもよい。

ＥＣＵ１０が、上述した制御フローを実行することによって、ＮＳＲ触媒６に吸蔵されたＮＯｘをリッチスパイク処理の実行によって好適に還元することが可能となる。

１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
４・・・エアフローメータ
５・・・スロットル弁
６・・・ＮＳＲ触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
７・・・燃料添加弁
１０・・ＥＣＵ
１１・・クランク角センサ
１２・・アクセル開度センサ
１３・・上流側ＮＯｘセンサ
１４・・空燃比センサ
１５・・下流側ＮＯｘセンサ
１６・・温度センサ

Claims (3)

1. 希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置において、
   前記内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にするリッチスパイクを実施する空燃比制御部と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量を算出するＮＯｘ吸蔵量算出部と、を備え、
   前記空燃比制御部は、前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、前回の前記リッチスパイクの実施完了から今回の前記リッチスパイクの実施開始までの期間において、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の判定温度以上となる時間が長い場合は短い場合よりも、今回の前記リッチスパイクの実施期間を長くする、及び／又は、今回の前記リッチスパイクの実施によって実現される前記リッチ空燃比のリッチ度合いを大きくする、
   内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記空燃比制御部は、前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、前回の前記リッチスパイクの実施完了から今回の前記リッチスパイクの実施開始までの期間において、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が前記所定の判定温度以上となるときの該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の平均温度が高い場合は低い場合よりも、今回の前記リッチスパイクの実施期間を長くする、及び／又は、今回の前記リッチスパイクの実施によって実現される前記リッチ空燃比のリッチ度合いを大きくする、
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 希薄燃焼運転を行う内燃機関の排気浄化装置において、
   前記内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりも高いリーン空燃比から、一時的に理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にするリッチスパイクを実施する空燃比制御部と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量であるＮＯｘ吸蔵量を算出するＮＯｘ吸蔵量算出部と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵された硝酸塩の量である硝酸塩吸蔵量を、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度に基づいて算出する硝酸塩吸蔵量算出部と、
   前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量と、前記硝酸塩吸蔵量算出部によって算出された前記硝酸塩吸蔵量と、に基づいて、該ＮＯｘ吸蔵量に対する該硝酸塩吸蔵量の割合である硝酸塩比率を算出する硝酸塩比率算出部と、を備え、
   前記空燃比制御部は、前記ＮＯｘ吸蔵量算出部によって算出された前記ＮＯｘ吸蔵量が同じ場合、前記硝酸塩比率算出部によって算出された前記硝酸塩比率が高い場合は低い場合よりも、前記リッチスパイクの実施期間を長くする、及び／又は、前記リッチスパイクの実施によって実現される前記リッチ空燃比のリッチ度合いを大きくする、
   内燃機関の排気浄化装置。

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