JP5141819B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンのような希薄燃焼を実施する内燃機関の排気系には、排気ガス中のＮＯ_Ｘを浄化するためのＮＯ_Ｘ触媒装置が配置されている。このようなＮＯ_Ｘ触媒装置として、還元能力の高いアンモニアＮＨ_３を還元剤として使用して排気ガス中のＮＯ_Ｘを選択的に還元浄化する選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置が公知である。
還元剤としてのアンモニアは、触媒装置へ供給された尿素を加水分解により発生させることが一般的であるが、このような尿素供給を不要とするために、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置の上流側に三元触媒装置を配置し、排気ガスの空燃比を希薄燃焼時のリーン空燃比からリッチ空燃比にすることにより、三元触媒装置において、排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを十分に還元してアンモニアを生成することが提案されている（特許文献１参照）。
このようにして三元触媒装置において発生させたアンモニアは、ＮＯ_Ｘを殆ど含まないリッチ空燃比の排気ガスと共に、三元触媒装置の下流側に位置する選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置へ流入し、排気ガス中のアンモニア濃度が高いために選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置に保持される。次いで、排気ガスの空燃比が希薄燃焼時のリーン空燃比とされると、比較的多くのＮＯ_Ｘを含むリーン空燃比の排気ガスが三元触媒装置へ流入するが、この時には、ＮＯ_Ｘは、殆ど還元されずに、三元触媒装置の下流側に位置する選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置へ流入し、このようにアンモニア濃度が低い時には、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置において、保持されているアンモニアが離脱されて、ＮＯ_Ｘは還元浄化される。
しかしながら、三元触媒装置において、リッチ空燃比の排気ガスに含まれる排気ガス中のＮＯ_Ｘは、Ｎ_２へも還元されたりして、一部しかアンモニアへ還元されず、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置へ供給するアンモニアが不足することがある。それにより、三元触媒装置に代えて、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置を選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置の上流側に配置することが考えられる。
吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置は、排気ガスがリーン空燃比である時は、排気ガス中のＮＯ_Ｘを良好に保持し、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすれば、保持したＮＯ_Ｘを離脱し、こうして離脱させたＮＯ_Ｘを還元するものである。それにより、排気ガスがリッチ空燃比とされると、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置からは、排気ガスがリーン空燃比の時に保持したＮＯ_Ｘが放出され、排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘの一部に加えて放出ＮＯ_Ｘの一部をアンモニアへ還元することができれば、十分な量のアンモニアを選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置へ供給することが可能となる。

特開平０９−１３３０３２

前述したように、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置が選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置の上流側に配置された内燃機関の排気浄化装置において、アンモニア生成期間を開始するために、排気ガスの空燃比をリッチ空燃比とすると、比較的多量のＮＯ_Ｘを吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置内に存在させることができ、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置が十分な還元能力を有していれば、比較的多量のＮＯ_Ｘから十分な量のアンモニアを生成することができる。しかしながら、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置が低温であって十分な還元能力を有していないと、比較的多量のＮＯ_Ｘは、不十分な還元により、Ｎ_２及びアンモニアではなく、主に一酸化二窒素Ｎ_２Ｏ及びＮ_２に還元され、十分な量のアンモニアを選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置へ供給することができないだけでなく、大気中への放出が望ましくないＮ_２Ｏが比較的多量に生成されてしまう。
従って、本発明の目的は、アンモニアを保持可能な選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置と、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置の上流側に配置された吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置とを具備し、アンモニア生成期間を開始するために吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ変化させ、アンモニア生成期間を終了するために吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化させる内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置が低温の時にアンモニア生成期間が開始されても、アンモニアを生成し易くＮ_２Ｏを生成し難くすることである。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、アンモニアを保持可能な選択還元型ＮＯ_X触媒装置と、前記選択還元型ＮＯ_X触媒装置の上流側に配置された吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置とを具備し、アンモニア生成期間を開始するために前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ変化させ、前記アンモニア生成期間を終了するために前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化させる内燃機関の排気浄化装置において、前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置の温度が設定温度未満である時には、前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置の温度が前記設定温度以上である時に比較して、前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置に保持されているＮＯ_X量が少ない時に、前記アンモニア生成期間を開始することを特徴とする。
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置の温度が前記設定温度未満である時には、前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置の温度が前記設定温度以上である時に比較して、前記アンモニア生成期間を終了してから次に前記アンモニア生成期間を開始するまでの間隔を短くして、前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置に保持されているＮＯ_X量が少ない時に、前記アンモニア生成期間を開始することを特徴とする。
本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置の温度が前記設定温度より高いもう一つの設定温度以上である時には、前記アンモニア生成期間に代えて、前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比から理論空燃比又は前記リッチ空燃比より理論空燃比に近いもう一つのリッチ空燃比へ変化させ、前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置において、前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置から離脱したＮＯ_X及び排気ガス中のＮＯ_Xを還元浄化することを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置の温度が設定温度未満である時には、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置の温度が設定温度以上である時に比較して、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置に保持されているＮＯ_X量が少ない時に、アンモニア生成期間を開始するようになっている。それにより、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置の温度が設定温度未満である時には、アンモニア生成期間が開始されても、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置からは少量のＮＯ_Xしか放出されず、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置内には、それほど多量のＮＯ_Xは存在しないために、還元能力が低くても、ＮＯ_Xを十分にＮ₂及びアンモニアへ還元することができる。こうして、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置が低温の時にアンモニア生成期間が開始されても、アンモニアを生成し易くＮ₂Ｏを生成し難くすることができ、十分な量のアンモニアを選択還元型ＮＯ_X触媒装置へ供給し、大気中への放出が望ましくないＮ₂Ｏの生成を十分に抑制することができる。
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置の温度が設定温度未満である時には、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置の温度が設定温度以上である時に比較して、アンモニア生成期間を終了してから次にアンモニア生成期間を開始するまでの間隔、例えば、時間間隔又は走行距離間隔を短くして、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置に保持されているＮＯ_X量が少ない時に、アンモニア生成期間を開始するようになっており、このような簡単な制御によって、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置が低温の時にアンモニア生成期間が開始されても、アンモニアを生成し易くＮ₂Ｏを生成し難くすることができる。
本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置の温度が設定温度より高いもう一つの設定温度以上である時には、アンモニア生成期間に代えて、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比から理論空燃比又は理論空燃比に近いもう一つのリッチ空燃比へ変化させるようになっている。ここで、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置の温度が設定温度より高いもう一つの設定温度以上であって、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置の還元能力が非常に高い時には、アンモニア生成期間を開始すると、多量のアンモニアが生成されて比較的多くのアンモニアが選択還元型ＮＯ_X触媒装置をすり抜けるようになる。それにより、この時には、アンモニア生成期間に代えて、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比から理論空燃比又は理論空燃比に近いもう一つのリッチ空燃比へ変化させることにより、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置において、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置から離脱したＮＯ_X及び排気ガス中のＮＯ_Xを殆どアンモニアとすることなく還元浄化するようになっており、こうして、前述の請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置の効果に加えて、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置が高温であって還元能力が非常に高い時には、アンモニア生成期間を開始することなく、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置においてＮＯ_Xの還元浄化を実施し、比較的多くのアンモニアが選択還元型ＮＯ_X触媒装置をすり抜けないようにしている。

本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施形態を示す概略図である。 本発明による排気浄化装置において実施される吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置におけるアンモニア生成のためのフローチャートである。

図１は本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。同図において、１はディーゼルエンジン又は希薄燃焼を実施する筒内噴射式火花点火内燃機関の排気通路である。このような希薄燃焼を実施する内燃機関の排気ガス中には、比較的多くのＮＯ_Ｘが含まれるために、排気通路１には、ＮＯ_Ｘを浄化するための選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２が配置されている。この選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２は、排気ガス中のアンモニアＮＨ_３濃度が高い時には、アンモニアを保持（又は吸着）し、排気ガス中のアンモニアＮＨ_３濃度が低くなると、アンモニアを離脱（又は放出）するアンモニアの保持能力を有し、例えば、担体の表面上に銅ゼオライト、白金・銅ゼオライト、又は、鉄ゼオライトを担持させたゼオライト系脱硝触媒装置として形成されるか、又は、ゼオライト、シリカ、シリカアルミナ、チタニアなどの固体酸を含むと共に鉄Ｆｅ又は銅Ｃｕなどの遷移金属或いは白金Ｐｔ又はパラジウムＰｄなどの貴金属を担持させて形成される。
このような選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２において、希薄燃焼時のリーン空燃比の排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘは、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２から放出されるアンモニアＮＨ_３により還元される（例えば、４ＮＨ_３＋４ＮＯ＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ及び８ＮＨ_３＋６ＮＯ_２→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ）。このように、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２に十分な量のアンモニアを吸着させておけば、排気ガス中のＮＯ_Ｘを良好に還元浄化することができる。
本排気浄化装置において、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２へ供給するアンモニアを生成するために、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２の上流側には、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３が配置されている。吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３は、担体にＮＯ_Ｘ保持剤と白金Ｐｔのような貴金属触媒とを担持させて形成される。ＮＯ_Ｘ保持剤は、カリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つである。
吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３は、排気ガスがリーン空燃比である時、すなわち、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＮＯ_Ｘを良好に保持し、すなわち、硝酸塩として良好に吸収したり、ＮＯ_２として良好に吸着したりする。一方、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とし、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させると、保持ＮＯ_Ｘは離脱され、すなわち、吸収ＮＯ_Ｘは放出され、また、吸着ＮＯ_２は脱離され、これら離脱ＮＯ_Ｘは排気ガス中の還元物質により還元される。
ＮＯ_Ｘの還元において、排気ガスの空燃比が所望リッチ空燃比であれば、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の温度が高い時には、ＮＯ_Ｘは十分に還元されて主にアンモニアＮＨ_３及びＮ_２が生成される（例えば、５Ｈ_２＋２ＮＯ→２ＮＨ_３＋２Ｈ_２Ｏ、７Ｈ_２＋２ＮＯ_２→２ＮＨ_３＋４Ｈ_２Ｏ、２ＣＯ＋２ＮＯ→Ｎ_２＋２ＣＯ_２、２Ｈ_２＋２ＮＯ→Ｎ_２＋２Ｈ_２Ｏ、４ＣＯ＋２ＮＯ_２→Ｎ_２＋４ＣＯ_２、４Ｈ_２＋２ＮＯ_２→Ｎ_２＋４Ｈ_２Ｏ）。こうして、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３によれば、排気ガス中のＮＯ_Ｘの一部だけでなく、離脱ＮＯ_Ｘの一部もアンモニアへ還元することができ、十分な量のアンモニアＮＨ_３を生成して選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２へ供給することができる。
しかしながら、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置が低温であると、ＮＯ_Ｘは、不十分な還元により、Ｎ_２及びアンモニアではなく、主に一酸化二窒素Ｎ_２Ｏ（例えば、２ＮＯ＋Ｎ_２→２Ｎ_２Ｏ及び２ＮＯ_２＋３Ｎ_２→４Ｎ_２Ｏ）及びＮ_２に還元され、十分な量のアンモニアを選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置へ供給することができないだけでなく、大気中への放出が望ましくないＮ_２Ｏが比較的多量に生成されてしまう。
この問題を改善するために、本発明による排気浄化装置は、図２に示すフローチャートに従って、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３においてアンモニアを生成するようになっている。
先ず、ステップ１０１において、現在の吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の温度Ｔが第一設定温度Ｔ１（例えば３００°Ｃ）未満であるか否かが判断される。ここで、現在の吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の温度Ｔは、温度センサにより測定しても良いが、推定することも可能である。例えば、現在の機関運転状態（機関回転数、燃料噴射量、及び、燃焼空燃比など）に基づき吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の温度Ｔを推定することができる。また、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３へ流入する排気ガス温度（測定又は推定）に基づき吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の温度Ｔを推定することもできる。
ステップ１０１の判断が否定される時には、ステップ１０２において、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の温度Ｔが第二設定温度（例えば４００°Ｃ）以上であるか否かが判断される。この判断が否定される時、すなわち、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の温度Ｔが第一設定温度Ｔ１以上で第二設定温度Ｔ２未満である時には、ステップ１０３において、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されているＮＯ_Ｘ量Ａが第一設定量Ａ１に達したか否かが判断される。
ここで、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されているＮＯ_Ｘ量Ａは、例えば、機関運転状態毎の単位時間当たりの排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘ量を予め設定しておいて、その設定割合が単位時間当たりに吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３へ保持されるとして、単位時間当たりの保持量を積算することにより推定可能である。
ステップ１０３の判断が否定される時にはそのまま終了する。この時において、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されなかったＮＯ_Ｘは、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２において、離脱アンモニアを使用して還元浄化される。ステップ１０３の判断が肯定されると、ステップ１０４において、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３においてアンモニア生成期間を開始するために、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３へ流入する排気ガスの空燃比ＡＦを希薄燃焼時のリーン空燃比ＡＦＬから第一リッチ空燃比ＡＦＲ１へ変更する。そのためには、例えば、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の上流側において排気通路１へ追加燃料を供給したり、又は、燃料噴射弁により排気行程又は膨張行程において気筒内へ追加燃料を供給したりすれば良い。
次いで、ステップ１０５において、アンモニア生成期間が開始されてからの経過時間ｔが第一設定時間ｔ１に達したか否かが判断され、この判断が肯定されるまで、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３へ流入する排気ガスの空燃比ＡＦは第一リッチ空燃比ＡＦＲ１とされる。例えば、第一設定時間ｔ１は第一リッチ空燃比ＡＦＲ１の排気ガスにより吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されている第一設定量Ａ１のＮＯ_Ｘが全て離脱するまでの時間とされる。
ステップ１０５の判断が肯定されると、すなわち、アンモニア生成期間が第一設定時間ｔ１に達すると、ステップ１０６において、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３へ流入する排気ガスの空燃比ＡＦは希薄燃焼時のリーン空燃比ＡＦＬへ変更される。すなわち、排気通路１又は気筒内への追加燃料の供給は停止される。こうして、アンモニア生成期間は終了される。この時から現在の機関運転状態に基づき吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されているＮＯ_Ｘ量の積算が開始され、また、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されなかったＮＯ_Ｘは、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２において、離脱アンモニアを使用して還元浄化される。
このように、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の温度Ｔが比較的高く、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３が十分な還元能力を有する場合には、アンモニア生成期間において、前述したように、排気ガス中のＮＯ_Ｘ及び吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３から離脱したＮＯ_Ｘは、主に、アンモニア及び窒素に還元され、十分な量のアンモニアＮＨ_３が生成されて選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２へ供給されて選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２に保持される。
しかしながら、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の温度Ｔが比較的低く、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の還元能力が低下している場合には、前述同様にアンモニア生成期間を開始すると、排気ガス中のＮＯ_Ｘ及び吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３から離脱したＮＯ_Ｘは、主に窒素及び一酸化二窒素に還元されてしまう。
本フローチャートでは、ステップ１０１の判断が肯定された時には、ステップ１０７において、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されているＮＯ_Ｘ量Ａが第二設定量Ａ２に達したか否かが判断される。第二設定量Ａ２は第一設定量Ａ１より少ない量である。
ステップ１０７の判断が否定される時にはそのまま終了し、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されなかったＮＯ_Ｘは、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２において、離脱アンモニアを使用して還元浄化される。一方、ステップ１０７の判断が肯定されると、ステップ１０８において、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３においてアンモニア生成期間を開始するために、前述同様に、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３へ流入する排気ガスの空燃比ＡＦを希薄燃焼時のリーン空燃比ＡＦＬから第一リッチ空燃比ＡＦＲ１へ変更する。
次いで、ステップ１０９において、アンモニア生成期間が開始されてからの経過時間ｔが第二設定時間ｔ２に達したか否かが判断され、この判断が肯定されるまで、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３へ流入する排気ガスの空燃比ＡＦは第一リッチ空燃比ＡＦＲ１とされる。例えば、第二設定時間ｔ２は第一リッチ空燃比ＡＦＲ１の排気ガスにより吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されている第二設定量Ａ２のＮＯ_Ｘが全て離脱するまでの時間とされる。
ステップ１０９の判断が肯定されると、すなわち、アンモニア生成期間が第二設定時間ｔ２に達すると、ステップ１１０において、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３へ流入する排気ガスの空燃比ＡＦは希薄燃焼時のリーン空燃比ＡＦＬへ変更される。こうして、アンモニア生成期間は終了される。この時から現在の機関運転状態に基づき吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されているＮＯ_Ｘ量の積算が開始され、また、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されなかったＮＯ_Ｘは、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２において、離脱アンモニアを使用して還元浄化される。
このように、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の温度Ｔが比較的低く、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３が十分な還元能力を有していない場合には、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されているＮＯ_Ｘ量が少ない時にアンモニア生成期間を開始するようにして、アンモニア生成期間において吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３から離脱するＮＯ_Ｘ量を少なくし、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３から離脱するＮＯ_Ｘ及び排気ガス中のＮＯ_Ｘを主にアンモニア及び窒素に還元することを可能としている。
また、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の温度Ｔが非常に高く、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の還元能力が非常に高い場合には、ステップ１０３のようにアンモニア生成期間を開始すると、多量のアンモニアが生成されて比較的多くのアンモニアが選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置をすり抜けてしまう。
それにより、ステップ１０２の判断が肯定された時には、ステップ１１１において、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されているＮＯ_Ｘ量Ａが第一設定量Ａ１に達したか否かが判断され、ステップ１１１の判断が否定される時にはそのまま終了する。ステップ１１１の判断が肯定されると、ステップ１１２において、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３へ流入する排気ガスの空燃比ＡＦを希薄燃焼時のリーン空燃比ＡＦＬから第二リッチ空燃比ＡＦＲ２へ変更する。第二リッチ空燃比ＡＦＲ２は、第一リッチ空燃比ＡＦＲ１より理論空燃比に近いリッチ空燃比である。また、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３へ流入する排気ガスの空燃比ＡＦは、第二リッチ空燃比ＡＦＲ２に代えて理論空燃比としても良い。
このように排気ガスの空燃比を理論空燃比又は理論空燃比近傍のリッチ空燃比ＡＦＲ２とすれば、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３における還元能力が低下し、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３から離脱するＮＯ_Ｘ及び排気ガス中のＮＯ_Ｘは、主に窒素に還元浄化され、アンモニアは殆ど生成されないようにしたり、又は、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２が十分に保持可能なようにアンモニアの生成量を十分に低減したりすることができる。
こうして、アンモニア生成期間を開始することに代えて、このようなＮＯ_Ｘの還元浄化を実施することにより、比較的多くのアンモニアが選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置をすり抜けないようにしている。
次いで、ステップ１１３において、排気ガスの空燃比を第二リッチ空燃比ＡＦＲ２とするＮＯ_Ｘの還元浄化を開始してからの経過時間ｔが第三設定時間ｔ３に達したか否かが判断され、この判断が肯定されるまで、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３へ流入する排気ガスの空燃比ＡＦは第二リッチ空燃比ＡＦＲ２とされる。例えば、第三設定時間ｔ３は第二リッチ空燃比ＡＦＲ２の排気ガスにより吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されている第一設定量Ａ１のＮＯ_Ｘが全て離脱するまでの時間とされる。
ステップ１１３の判断が肯定されると、ステップ１１４において、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３へ流入する排気ガスの空燃比ＡＦは希薄燃焼時のリーン空燃比ＡＦＬへ変更される。こうして、ＮＯ_Ｘの還元浄化は終了される。この時から現在の機関運転状態に基づき吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されているＮＯ_Ｘ量の積算が開始される。
吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の温度Ｔが非常に高い時には、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３のＮＯ_Ｘ保持能力も高く、排気ガス中のＮＯ_Ｘは殆ど吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持される。こうして、この時には、排気ガス中の殆どのＮＯ_Ｘは吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持された後に前述のようにして還元浄化され、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置２は殆どＮＯ_Ｘを還元浄化しないで良い。
本フローチャートのアンモニア生成期間（ステップ１０４及び１０８）及びＮＯ_Ｘの還元浄化（ステップ１１２）において、排気ガスの空燃比を連続的に第一リッチ空燃比ＡＦＲ１又は第二リッチ空燃比ＡＦＲ２としても良いが、第一リッチ空燃比ＡＦＲ１又は第二リッチ空燃比ＡＦＲ２とリーン空燃比とが繰り返えされるようにしても良い。この場合において、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されているＮＯ_Ｘが全て離脱するまでの設定時間ｔ１、ｔ２、ｔ３は、排気ガスの空燃比を連続的に第一リッチ空燃比ＡＦＲ１又は第二リッチ空燃比ＡＦＲ２とする場合に比較して、それぞれ長くなる。
本フローチャートでは、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の温度Ｔが第二設定温度Ｔ２以上である時に、アンモニア生成期間を開始することに代えて、ＮＯ_Ｘの還元浄化（ステップ１１１から１１４）を実施するようにしたが、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３の温度Ｔが第一設定温度Ｔ１以上となった時に、アンモニア生成期間を開始するのではなく、ＮＯ_Ｘの還元浄化（ステップ１１１から１１４）を実施するようにしても良い。
また、本フローチャートにおいて、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置３に保持されているＮＯ_Ｘ量Ａを推定して、アンモニア生成期間又はＮＯ_Ｘの還元浄化を開始するようにしたが、設定時間又は設定走行距離毎にアンモニア生成期間又はＮＯ_Ｘの還元浄化を開始するようにしても良い。この場合において、ＮＯ_Ｘ触媒装置の温度が第一設定温度Ｔ１未満である時には、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置の温度が第一設定温度Ｔ１以上である時に比較して、アンモニア生成期間を終了してから次にアンモニア生成期間を開始するまでの設定時間又は設定走行距離を短くすれば、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置に保持されているＮＯ_Ｘ量が少ない時に、アンモニア生成期間を開始することができる。

１ 排気通路
２ 選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置
３ 吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置

Claims (3)

1. アンモニアを保持可能な選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置と、前記選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置の上流側に配置された吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置とを具備し、アンモニア生成期間を開始するために前記吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ変化させ、前記アンモニア生成期間を終了するために前記吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化させる内燃機関の排気浄化装置において、前記吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置の温度が設定温度未満である時には、前記吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置の温度が前記設定温度以上である時に比較して、前記吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置に保持されているＮＯ_Ｘ量が少ない時に、前記アンモニア生成期間を開始することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置の温度が前記設定温度未満である時には、前記吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置の温度が前記設定温度以上である時に比較して、前記アンモニア生成期間を終了してから次に前記アンモニア生成期間を開始するまでの間隔を短くして、前記吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒装置に保持されているＮＯ_Ｘ量が少ない時に、前記アンモニア生成期間を開始することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置の温度が前記設定温度より高いもう一つの設定温度以上である時には、前記アンモニア生成期間に代えて、前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比から理論空燃比又は前記リッチ空燃比より理論空燃比に近いもう一つのリッチ空燃比へ変化させ、前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置において、前記吸蔵還元型ＮＯ_X触媒装置から離脱するＮＯ_X及び排気ガス中のＮＯ_Xを還元浄化することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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