JP5534020B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒とＮＯｘ選択還元触媒とを備える内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、例えば日本特開２００８−３０３７５９号公報に開示されるように、三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と称する）、およびＮＯｘ選択還元触媒（以下、「ＳＣＲ」と称する）が、内燃機関の排気通路の上流側からこの順序で配置されたシステムが知られている。ＮＳＲ触媒は、内燃機関から排出される燃焼ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒内部に吸蔵する吸蔵機能と、ＮＯｘおよび炭化水素（ＨＣ）等を浄化処理する触媒機能と、を備えた触媒である。内燃機関がリーン空燃比で運転（リーン運転）されると、ＮＯｘを多量に含む排気ガスが排出される。ＮＳＲ触媒は、このＮＯｘをその内部に吸蔵保持して、該ＮＯｘが触媒下流へ放出される事態を抑制する。

リーン運転中は、時間の経過に伴ってＮＳＲ触媒内のＮＯｘ吸蔵保持量が増加する。そこで、上記従来のシステムでは、該ＮＳＲ触媒内のＮＯｘ吸蔵保持量が所定の吸蔵容量に近づいた地点で、内燃機関の排気空燃比を一時的にリッチにするリッチスパイク制御が実行される。これにより、該ＮＳＲ触媒内に吸蔵保持されていたＮＯｘが浄化される。

また、リッチスパイク制御が実行されると、三元触媒およびＮＳＲ触媒では、アンモニア（ＮＨ_３）が生成される。ＳＣＲは、アンモニア（ＮＨ_３）を吸着する機能を有しており、三元触媒およびＮＳＲ触媒で生成されたＮＨ_３をその内部に吸蔵する。吸蔵されたＮＨ_３は、該ＳＣＲに流入するＮＯｘを選択的に還元する際に使用される。このように、上記従来のシステムでは、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとの組み合わせによって、内燃機関から排出されるＮＯｘを浄化することとしている。

日本特開２００８−３０３７５９号公報

ところで、一般的にＳＣＲは、貴金属を含む三元触媒やＮＳＲ触媒よりも経時劣化し易い傾向にある。これは、ＳＣＲ内のゼオライト構造が水蒸気や脱Ａｌ反応によって比較的容易に破壊される傾向にあるためである。ＳＣＲの経時劣化が進行すると、そのＮＯｘ還元性能の低下によりＮＯｘ浄化率が低下してしまう。このため、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとの組み合わせによって常に高いＮＯｘ浄化率を維持するためには、ＳＣＲの経時劣化によるＮＯｘ浄化率の低下分をＮＳＲ触媒のＮＯｘ浄化性能で補う必要がある。上記従来のシステムでは、ＳＣＲの経時劣化によるＮＯｘ浄化性能の低下を考慮していない。このため、上記従来のシステムでは、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとの組み合わせで常に高いＮＯｘ浄化率を実現する面で、更なる改良の余地を残すものであった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとを備える内燃機関において、ＳＣＲの劣化度合によらずＮＳＲ触媒とＳＣＲとの組み合わせによって高いＮＯｘ浄化率を実現することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、リーン運転が可能な内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配置され、その内部にＯＳＣ材を含むＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＳＲ触媒）と、
前記ＮＳＲ触媒の下流に配置されたＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ）と、
前記ＳＣＲの劣化度合に関する情報を取得する取得手段と、
リーン運転中の所定のタイミングでリッチスパイクを実行するリッチスパイク手段と、を備え、
前記リッチスパイク手段は、
前記リッチスパイクの実行中の排気空燃比を第１の空燃比から前記第１の空燃比よりもリーンな第２の空燃比へ切り替える２段階のリッチスパイクを実行し、
前記ＳＣＲの未劣化時における前記リッチスパイク時の前記第２の空燃比をスライトリッチに設定する手段と、
前記劣化度合に関する情報に基づいて、未劣化時からの相対的な劣化度合を判定する手段と、
前記相対的な劣化度合が大きいほど、前記リッチスパイク時の前記第２の空燃比をリッチ側の値に設定する空燃比設定手段と、
前記ＯＳＣ材の酸素吸蔵反応による還元剤の消費分を補うように前記第１の空燃比およびその期間を設定する手段と、
を含むことを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記取得手段は、前記内燃機関が搭載された車両の継続走行距離を前記劣化度合に関する情報として取得することを特徴としている。

第３の発明は、第２の発明において、
前記空燃比設定手段は、前記継続走行距離が長いほど前記リッチスパイク時の前記第２の空燃比をリッチ側の値に設定することを特徴としている。

第６の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記ＮＳＲ触媒および／またはＳＣＲの床温を取得する床温取得手段と、
前記床温が所定の基準値よりも低い場合に、前記空燃比設定手段によって設定された空燃比をリッチ方向へ補正する補正手段と、
を更に備えることを特徴としている。

リッチスパイクが実行されると、ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）に吸蔵されていたＮＯｘが脱離・浄化されるとともに、該ＮＳＲ触媒においてＮＨ_３が生成される。生成されたＮＨ_３は、排気通路を流通して下流側に配置されたＳＣＲ（ＮＯｘ選択還元触媒）内に吸蔵される。該ＳＣＲでは、吸蔵されたＮＨ_３を用いて、ＮＳＲ触媒の下流に吹き抜けたＮＯｘを選択的に還元する。

第１の発明によれば、リッチスパイク時の排気空燃比がＳＣＲの劣化度合に応じて可変に設定される。リッチスパイク時の排気空燃比をリッチに制御すると、ＮＳＲ触媒に吸蔵されていたＮＯｘの浄化が促進されるので、ＳＣＲに対するＮＳＲ触媒のＮＯｘ浄化比率を有効に高めることができる。一方、リッチスパイク時の空燃比をスライトリッチに制御すると、該ＮＳＲ触媒でのＮＨ_３生成量が高まるので、ＮＳＲ触媒に対するＳＣＲのＮＯｘ浄化比率を有効に高めることができる。つまり、本発明によれば、ＳＣＲの劣化度合に応じてＮＳＲ触媒とＳＣＲとのＮＯｘ浄化比率を変化させることができるので、ＳＣＲの劣化が進行した状態であっても、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとに組み合わせによって高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。
また、本発明によれば、ＳＣＲの未劣化時におけるリッチスパイクの空燃比がスライトリッチに設定される。このため、本発明によれば、ＮＳＲ触媒でのＮＨ _３ 生成量が増大することによりＳＣＲの浄化性能が有効に高まるので、燃費の悪化を有効に抑制しつつ、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとの組み合わせによって高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。
さらに、本発明によれば、２段階のリッチスパイクにおいて、リッチスパイク時の第２の空燃比が前記劣化度合に関する情報に応じて可変に設定され、且つ、リッチスパイク時の第１の空燃比が第２の空燃比よりもリッチに設定される。リッチスパイク初期のリッチ成分は、ＮＳＲ触媒に含まれるＯＳＣ材の酸素放出反応に使用される。このため、本発明によれば、ＯＳＣ材の酸素放出反応による影響を有効に排除して所望の排気空燃比を実現することができる。

第２の発明によれば、内燃機関が搭載された車両の継続走行距離が、ＳＣＲの劣化度合に関する情報として取得される。ＳＣＲの劣化は継続走行距離が長いほど進行する。このため、本発明によれば、ＳＣＲの劣化度合をリッチスパイク時の排気空燃比の設定に有効に反映させることができる。

第３の発明によれば、継続走行距離が長いほどリッチスパイクの第２の空燃比がリッチ側の値に設定される。このため、本発明によれば、ＳＣＲのＮＯｘ浄化性能が低下するほどＮＳＲ触媒のＮＯｘ浄化性能を高めることができる。したがって、ＳＣＲの劣化が進行した状態であっても、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとの組み合わせによって高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。

第４の発明によれば、ＮＳＲ触媒および／またはＳＣＲの床温が所定の基準値よりも低い場合に、設定されたリッチスパイクの空燃比がリッチ方向へ補正される。このため、本発明によれば、触媒床温が低い場合に排出されるＮ_２Ｏ(温暖化ガス)の排出量を有効に抑制することができる。

本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。 排気空燃比に対するＮＨ_３生成濃度および生成時間の関係を示す図である。 内燃機関１０が搭載された車両の走行距離とリッチスパイクの目標Ａ／Ｆとの関係を規定したマップを示す。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 車両の継続走行距離とリッチスパイクの目標Ａ／Ｆとの関係を規定したマップの他の例を示す図である。 ２段階のリッチスパイクを説明するための図である。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、右バンク１０１および左バンク１０２を備えたＶ型のガソリンエンジンとして構成されている。右バンク１０１に属する気筒群は、排気通路１２１に連通している。また、左バンク１０２に属する気筒群は、排気通路１２２に連通している。排気通路１２１および１２２は、下流で合流した後に排気通路１２３の一端に連通している。以下、排気通路１２１、１２２、および１２３を特に区別しない場合には、これらを単に「排気通路１２」と称することとする。

排気通路１２１および１２２には、三元触媒であるスタート触媒（以下、「ＳＣ」と称する）１４１および１４２がそれぞれ配置されている。また、排気通路１２３には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）１６が配置されている。更に、排気通路１２３におけるＮＳＲ触媒１６の下流側には、ＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）１８が配置されている。以下、ＳＣ１４１および１４２を特に区別しない場合には、これらを単に「ＳＣ１４」と称することとする。

内燃機関１０は、空燃比がリッチである場合に、ＨＣおよびＣＯを排出し易い。また、空燃比がリーンである場合にＮＯｘを排出しやすい。ＳＣ１４は、リーン雰囲気では酸素（Ｏ_２）を吸着しながらＮＯｘを還元（Ｎ_２に浄化）する。他方、リッチ雰囲気では、酸素を放出しながらＨＣおよびＣＯを酸化（Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２に浄化）する。また、リッチ雰囲気下では、排気ガス中に含まれる窒素と水素、或いはＨＣとＮＯｘが反応することにより、アンモニア（ＮＨ_３）が生成される。

ＮＳＲ触媒１６は、リーン雰囲気下では、排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵する。また、ＮＳＲ触媒１６は、リッチ雰囲気下で吸蔵しているＮＯｘを放出する。リッチ雰囲気下で放出されたＮＯｘは、ＨＣやＣＯにより還元される。この際、ＳＣ１４の場合と同様に、ＮＳＲ１６においてもＮＨ_３が生成される。

ＳＣＲ１８は、Ｆｅ系ゼオライト触媒として構成され、ＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６が、リッチ雰囲気下で生成するＮＨ_３を吸蔵し、リーン雰囲気下では、ＮＨ_３を還元剤として、排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元する機能を有している。ＳＣＲ１８によれば、ＮＳＲ触媒１６の下流に吹き抜けてきたＮＨ_３およびＮＯｘが大気中に放出される事態を有効に阻止することができる。

本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０の出力部には、燃料噴射装置（図示せず）等の種々のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ３０の入力部には、機関回転数ＮＥを検出するためのクランク角センサやスロットル開度ＴＡを検出するためのスロットル開度センサ（何れも図示せず）の他、内燃機関１０の運転条件および運転状態を検出するための種々のセンサ類が接続されている。ＥＣＵ３０は、入力された各種の情報に基づいて、図１に示すシステムの状態を制御することができる。

[実施の形態１の動作]
先ず、本実施の形態のシステムにおいて実行されるリッチスパイク制御について説明する。ＥＣＵ３０は、通常、内燃機関１０をリーン空燃比で運転（リーン運転）させる。リーン運転中は、ＮＯｘ等の酸化剤がＨＣ、ＣＯ等の還元剤よりも多量に排出される。このため、三元触媒を用いて当該排気ガスを浄化しようとしても、還元剤の不足によって全てのＮＯｘを浄化することができない。そこで、本実施の形態１のシステムは、排気通路１２３にＮＳＲ触媒１６を備えることとしている。ＮＳＲ触媒１６は、ＮＯｘをＢａ（ＮＯ_３）_２等の硝酸塩として吸蔵する機能を有している。このため、本実施の形態１のシステムによれば、リーン運転中であっても、該ＮＯｘが大気中に放出されてしまう事態を効果的に抑制することができる。

但し、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ吸蔵性能は、吸蔵量が増加するにつれて低下してしまう。このため、リーン運転が長時間継続されると、吸蔵されなかったＮＯｘが該触媒下流に吹き抜けてしまう。そこで、本実施の形態１のシステムでは、ＮＳＲ触媒１６に吸蔵されたＮＯｘを定期的に脱離させて処理するリッチスパイク制御が実行される。より具体的には、ＮＳＲ触媒１６に吸蔵されているＮＯｘ量が所定の吸蔵限界量（例えば、最大吸蔵量の８割に相当する量）に達したタイミングで、内燃機関１０の排気空燃比が一時的にリッチ（例えば、目標Ａ／Ｆ＝１２）に制御される。リッチスパイク実行中の排気ガスには、ＨＣ、ＣＯ、Ｈ_２等の還元剤が多量に含まれている。このため、これらの還元剤がＮＳＲ触媒１６内へ導入されると、硝酸塩として吸蔵されていたＮＯｘは、ＮＯまで還元されて塩基から脱離される。脱離したＮＯｘは、ＮＳＲ触媒１６内の触媒上でＮ_２等に浄化されて処理される。このように、リーン運転中にリッチスパイクを実行することにより、ＮＳＲ触媒１６に吸蔵されていたＮＯｘを脱離処理することができるので、ＮＯｘ吸蔵性能を有効に回復させることができる。

尚、リッチスパイク時の目標Ａ／Ｆは適宜設定可能であるが、ＮＳＲ触媒１６におけるＮＯｘ浄化性能向上の観点からはリッチ空燃比であるほど好ましい。但し、背反として燃費が悪化するため、後述するＳＣＲ１８におけるＮＯｘ浄化が期待できる場合には、排気空燃比を出来る限りリーン側に設定することが好ましい。

次に、ＳＣＲ１８の機能について説明する。上述したとおり、リッチスパイクの実行によって、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ吸蔵性能を有効に回復させることができる。しかしながら、リッチスパイクが実行されると、該ＮＳＲ触媒１６から脱離したＮＯｘの一部が浄化されずにそのまま下流に吹き抜けてしまう。また、上述したとおり、リーン運転中にＮＳＲ触媒１６に吸蔵されずに下流に吹き抜けたＮＯｘも存在する。これらの吹き抜けＮＯｘがそのまま大気中に放出されてしまうとエミッションの悪化を招いてしまう。

そこで、本実施の形態１のシステムは、ＮＳＲ触媒１６の下流側に吹き抜けたＮＯｘを処理するためのＳＣＲ１８を備えることとしている。上述したとおり、ＳＣＲ１８は、ＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６が、リッチ雰囲気下で生成するＮＨ_３をその内部に吸蔵している。このため、ＳＣＲ１８によれば、ＮＳＲ触媒１６の下流に吹き抜けてきたＮＯｘをＮＨ_３で選択的に還元して浄化することができる。これにより、ＮＯｘが大気中に放出されてエミッションが悪化する事態を有効に阻止することができる。

尚、本出願の発明者の見解によれば、ＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６（特にＮＳＲ触媒１６）において生成されるＮＨ_３量は、リッチスパイク時の排気空燃比によって変動する。図２は、排気空燃比に対するＮＨ_３生成濃度および生成時間の関係を示す図である。この図に示すとおり、排気空燃比がＡ／Ｆ＝１３近傍となるスライトリッチ空燃比である場合に、ＮＨ_３濃度が最も高くなっている。このため、リッチスパイク時の目標Ａ／Ｆをこのスライトリッチ空燃比に制御することで、ＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化性能を有効に高めることができる。但し、図２に示すとおり、排気空燃比がリッチからストイキへ近づくほどＮＨ_３が発生するまでの時間が長くなる傾向にある。このため、ＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化性能を向上させる観点からは、ＮＨ_３の生成濃度だけでなくＮＨ_３の生成時間も考慮して、ＳＣＲ１８に流入するＮＨ_３量が最大となる目標Ａ／Ｆに設定することが好ましい。

このように、リッチスパイク時の排気空燃比を変化させると、ＮＳＲ触媒１６とＳＣＲ１８とのＮＯｘ浄化比率が変化する。より具体的には、リッチスパイク時の目標Ａ／Ｆがリッチ側からスライトリッチに近づくほど、ＮＳＲ触媒１６に対するＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化比率が高くなる。そこで、本実施の形態のシステムでは、リッチスパイク時の目標Ａ／Ｆをスライトリッチ（目標Ａ／Ｆ≒１３）に制御した場合に、これらＮＳＲ触媒１６とＳＣＲ１８との組み合わせで所望のＮＯｘ浄化性能（例えば、ＮＯｘ浄化率＝９９．６％）を発揮するように、その触媒容量・特性等の条件を決定している。これにより、ＳＣＲ１８を用いたＮＯｘ浄化を主としたＮＯｘ浄化システムを実現することができるので、燃費の悪化を抑制しつつ所望のＮＯｘ浄化率を実現することができる。

[本実施の形態１の特徴的動作]
次に、図３を参照して、本実施の形態の特徴的動作について説明する。上述したとおり、本実施の形態のシステムでは、ＮＳＲ触媒１６とＳＣＲ１８との組み合わせによってＮＯｘを浄化するシステムにおいて、リッチスパイク時の目標Ａ／Ｆをスライトリッチに制御することで、ＳＣＲ１８を主としたＮＯｘ浄化を実現している。

ここで、一般的にＳＣＲ１８は、貴金属を含むＳＣ１４やＮＳＲ触媒１６よりも経時劣化し易い傾向にある。これは、ＳＣＲ１８内のゼオライト構造が水蒸気や脱Ａｌ反応によって比較的容易に破壊される傾向にあるためである。ＳＣＲ１８の経時劣化が進行すると、そのＮＯｘ還元性能の低下によりＮＯｘ浄化率が低下してしまう。このため、ＮＳＲ触媒１６とＳＣＲ１８との組み合わせによって常に高いＮＯｘ浄化率を維持するためには、ＳＣＲ１８の経時劣化によるＮＯｘ浄化率の低下分をＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化性能で補う必要がある。

そこで、本実施の形態のシステムでは、ＳＣＲ１８の経時劣化が進行するほど、リッチスパイク時の目標Ａ／Ｆをリッチ側へ変化させることとしている。リッチスパイク時の目標Ａ／Ｆがスライトリッチからリッチ側へ移行するほど、ＳＣＲ１８に対するＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ浄化比率が高くなる。これにより、ＳＣＲ１８のＮＯｘ浄化性能低下に対応してＮＳＲ触媒１６を主としたＮＯｘ浄化システムに移行することができる。したがって、ＳＣＲ１８の経時劣化が進行した場合であっても所望のＮＯｘ浄化率を維持することができる。

尚、ＳＣＲ１８の経時劣化度合は、内燃機関１０が搭載された車両の継続走行距離を指標にして判断することができる。図３は、内燃機関１０が搭載された車両の継続走行距離とリッチスパイクの目標Ａ／Ｆとの関係を規定したマップを示す。ＥＣＵ３０は、例えばこのマップを用いて、リッチスパイク時の目標Ａ／Ｆを設定することができる。このマップでは、継続走行距離が長いほど目標Ａ／Ｆがよりリッチな値となるように、その値が規定されている。したがって、かかるマップを用いることにより、ＳＣＲ１８の経時劣化度合をリッチスパイク時の目標Ａ／Ｆに反映させることができる。

［実施の形態１における具体的処理］
次に、図４を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図４は、ＥＣＵ３０が、リッチスパイク制御を実行するルーチンのフローチャートである。尚、図４に示すルーチンは、内燃機関１０のリーン運転中に繰り返し実行されるものとする。

図４に示すルーチンでは、先ず、リッチスパイクの実行条件が成立したか否かが判定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、先ず、ＮＳＲ触媒１６中に吸蔵されている現在のＮＯｘ吸蔵量が推定される。そして、推定されたＮＯｘ吸蔵量が所定の吸蔵限界量に達しているかが判定される。その結果、ＮＯｘ吸蔵量≧吸蔵限界量の成立が認められない場合には、未だリッチスパイクの実行条件が成立していないと判断されて、本ステップ１００が繰り返し実行される。

一方、上記ステップ１００において、ＮＯｘ吸蔵量≧吸蔵限界量の成立が認められた場合には、リッチスパイクの実行条件が成立したと判断されて、次のステップに移行し、リッチスパイク時の目標Ａ／Ｆが読み込まれる（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、現在までの継続走行距離が読み込まれる。そして、図３に示すマップを用いて、読み込まれた継続走行距離に対応する目標Ａ／Ｆが特定される。

次に、リッチスパイクが実行される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２において読み込まれた目標Ａ／Ｆによるリッチスパイク制御が実行される。

以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、継続走行距離に応じてリッチスパイク時の目標Ａ／Ｆが可変に設定される。このため、ＮＳＲ触媒１６とＳＣＲ１８とのＮＯｘ浄化比率を、ＳＣＲ１８の経時劣化の度合に応じた比率に設定することができるので、ＳＣＲ１８の経時劣化によらず高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。

また、本実施の形態のシステムによれば、継続走行距離が短い場合、すなわちＳＣＲ１８の経時劣化が進行していない場合には、リッチスパイク時の目標Ａ／Ｆがスライトリッチに設定される。これにより、燃費の悪化を抑制しつつ、ＮＳＲ触媒１６とＳＣＲ１８との組み合わせで高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、図３に示すマップに従いリッチスパイク時の目標Ａ／Ｆを設定することとしているが、ＳＣＲ１８の劣化耐性によって適宜異なるマップを使用することとしてもよい。図５は、車両の継続走行距離とリッチスパイクの目標Ａ／Ｆとの関係を規定したマップの他の例を示す図である。この図のマップに示すとおり、例えば、経時劣化し難いＳＣＲ１８を使用している場合には、走行距離に対する目標Ａ／Ｆがよりリーン側に設定されたマップを使用すればよい。これにより、走行距離が伸びても薄いリッチスパイクを打ち続けることができるので、燃費の悪化を有効に抑止することができる。

また、上述した実施の形態１においては、ＳＣＲ１８の経時劣化の指標として車両の継続走行距離を用いているが、使用可能な指標はこれに限られない。すなわち、ＳＣＲ１８の経時劣化が進行すると、該ＳＣＲ１８の触媒床温が低下する傾向にある。そこで、例えば、ＳＣＲ１８の触媒床温を検出するための温度センサを配置し、係る触媒床温をＳＣＲ１８の経時劣化の指標として用いることとしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、ＮＳＲ触媒１６が前記第１の発明における「ＮＳＲ触媒」に、ＳＣＲ１８が前記第１の発明における「ＳＣＲ」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「取得手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「リッチスパイク手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「空燃比設定手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２の特徴について説明する。三元機能を有するＳＣ１４やＮＳＲ触媒１６には、ロバスト性を高めることを目的として、セリア等のＯＳＣ材が担体の一成分として用いられている。このＯＳＣ材は酸素吸放出能を有し、リーン雰囲気で酸素を吸収しリッチ雰囲気で酸素を放出する。このため、リッチスパイクの実行初期に排出される還元剤の一部は、ＯＳＣ材での酸素吸蔵反応に使用されてしまう傾向にある。このため、上述した実施の形態１のシステムのように、リッチスパイクの実行期間中の目標Ａ／Ｆを一定に制御することとすると、該リッチスパイクの初期期間において所望の目標Ａ／Ｆを実現できていないことも想定される。

そこで、本実施の形態２のシステムでは、２段階のリッチスパイクを実行することとする。図６は、２段階のリッチスパイクを説明するための図である。この図に示すとおり、ＥＣＵ３０は、２段目のリッチスパイクの制御Ａ／Ｆ（以下、２段目Ａ／Ｆ）を図４に示すマップから特定された目標Ａ／Ｆ（例えば、２段目Ａ／Ｆ＝１３）に設定し、１段目のリッチスパイクの制御Ａ／Ｆ（以下、１段目Ａ／Ｆ）を２段目Ａ／Ｆよりもリッチな値（例えば、１段目Ａ／Ｆ＝１２）に設定する。１段目のリッチスパイクのリッチ成分の一部は、ＯＳＣ材での酸素吸蔵反応に使用される。このため、上記２段階のリッチスパイクを実行することで、リッチスパイクの初期期間の空燃比ズレを有効に抑制することができる。

尚、１段目Ａ／Ｆは、２段目Ａ／Ｆよりもリッチな固定値としてもよいが、ＯＳＣ材による還元剤の消費分を補うように、１段目のＡ／Ｆおよびその期間を設定することが好ましい。これにより、ＯＳＣ材の酸素放出反応による影響を有効に排除してリッチスパイク期間の全域にわたり所望の目標Ａ／Ｆを実現することができる。

尚、上述した実施の形態２においては、１段目Ａ／Ｆが前記第１の発明における「第１の空燃比」に、２段目Ａ／Ｆが前記第１の発明における「第２の空燃比」に、それぞれ相当している。

実施の形態３．
［実施の形態３の特徴］
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３は、図１に示すシステムを用いて、後述する図７に示すルーチンを実行することにより実現することができる。

上述した実施の形態１のシステムでは、走行距離に応じてリッチスパイク時の目標Ａ／Ｆを可変に設定することとしている。これにより、ＳＣＲ１８の経時劣化度合によらず、ＮＳＲ触媒１６とＳＣＲ１８との組み合わせで高いＮＯｘ浄化率を実現することができる。

ここで、ＮＳＲ触媒１６およびＳＣＲ１８では、ＮＯｘの浄化反応に加えて亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）の生成反応が起こる。Ｎ_２Ｏは二酸化炭素の約３００倍の温室効果ガスであるといわれており、極力排出を抑制することが好ましい。このＮ_２Ｏ生成反応は、特に触媒床温が低い、すなわち触媒活性が低い環境下において起こり易い傾向にある。そこで、本実施の形態３のシステムでは、ＮＳＲ触媒１６およびＳＣＲ１８の床温が所定の基準温度よりも低い場合に、図３に示すマップによって特定されたリッチスパイク時の目標Ａ／Ｆを更にリッチ側の空燃比へと補正することとする。リッチスパイク時の排気空燃比がリッチ空燃比であるほど、触媒内の燃焼反応が活発化される。このため、Ｎ_２Ｏ生成反応を有効に抑制することができる。

尚、目標Ａ／Ｆの補正は、目標Ａ／Ｆ毎の補正量をマップ化しておいてもよいし、また、目標Ａ／Ｆに所定の係数を乗算することとしてもよい。但し、極端なリッチ空燃比は燃費の悪化やＮＨ_３の生成量低下等の弊害があるため、これらを考慮しつつ最適な補正量を設定することが好ましい。また、触媒床温は、各触媒に温度センサを設けて検出することとしてもよいし、また、内燃機関１０の運転条件・状態から公知の手法を用いて推定することとしてもよい。また、ＮＳＲ触媒１６とＳＣＲ１８との両方の触媒床温を取得することが好ましいが、何れかの触媒床温を検出すれば、少なくとも上記発明を実行することができる。

[実施の形態３における具体的処理]
次に、図７を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図７は、ＥＣＵ３０が、リッチスパイク制御を実行するルーチンのフローチャートである。尚、図７に示すルーチンは、内燃機関１０のリーン運転中に繰り返し実行されるものとする。

図４に示すルーチンでは、先ず、リッチスパイクの実行条件が成立したか否かが判定される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００と同様の処理が実行される。その結果、ＮＯｘ吸蔵量≧吸蔵限界量の成立が認められない場合には、未だリッチスパイクの実行条件が成立していないと判断されて、本ステップ２００が繰り返し実行される。

一方、上記ステップ２００において、ＮＯｘ吸蔵量≧吸蔵限界量の成立が認められた場合には、リッチスパイクの実行条件が成立したと判断されて、次のステップに移行し、リッチスパイク時の目標Ａ／Ｆが読み込まれる（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２と同様の処理が実行される。

次に、ＮＳＲ触媒１６および／またはＳＣＲ１８の触媒床温が所定温度より低いか否かが判定される（ステップ２０４）。ここでは、各触媒に配置された温度センサの検出信号に基づいて、各触媒の触媒床温Ｔが推定される。そして、これらの触媒床温がそれぞれ所定温度ｋよりも低いか否かが判定される。その結果、触媒床温＜所定温度の成立が認められない場合には、各触媒におけるＮ２Ｏの生成率は低いと判断されて、次のステップに移行し、上記ステップ２０２において読み込まれた目標Ａ／Ｆによるリッチスパイク制御が実行される（ステップ２０４）。

一方、触媒床温＜所定温度の成立が認められた場合には、各触媒におけるＮ２Ｏの生成率が高いと判断されて、次のステップに移行し、上記ステップ２０２において読み込まれた目標Ａ／Ｆをリッチ側に補正した上でリッチスパイク制御が実行される（ステップ２０６）。

以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、触媒床温が所定温度よりも低い場合にリッチスパイク時の目標Ａ／Ｆがリッチ側に補正される。これにより、温室効果ガスであるＮ_２Ｏが大気に多量に放出されてしまう事態を有効に抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態３では、上述した実施の形態１のようにリッチスパイクの実行期間中の目標Ａ／Ｆを一定に制御することとしているが、上述した実施の形態２のように、２段階のリッチスパイクを実行することとしてもよい。尚、その際は、少なくとも２段目Ａ／Ｆを触媒床温に応じて補正することとすればよい。これにより、リッチスパイクの初期に重畳するＯＳＣ材の影響を排除しつつ、Ｎ_２Ｏの排出を有効に抑制することができる。

尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「取得手段」が、上記ステップ２０６または２０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「リッチスパイク手段」が、上記ステップ２０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「空燃比設定手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２０４の処理を実行することにより、前記第４の発明における「床温取得手段」が、上記ステップ２０８の処理を実行することにより、前記第４の発明における「補正手段」が、それぞれ実現されている。

１０ 内燃機関（エンジン）
１２ 排気通路
１４ スタート触媒（ＳＣ）
１６ ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）
１８ ＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）
３０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）

Claims (4)

1. リーン運転が可能な内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記内燃機関の排気通路に配置され、その内部にＯＳＣ材を含むＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＳＲ触媒）と、
   前記ＮＳＲ触媒の下流に配置されたＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ）と、
   前記ＳＣＲの劣化度合に関する情報を取得する取得手段と、
   リーン運転中の所定のタイミングでリッチスパイクを実行するリッチスパイク手段と、を備え、
   前記リッチスパイク手段は、
   前記リッチスパイクの実行中の排気空燃比を第１の空燃比から前記第１の空燃比よりもリーンな第２の空燃比へ切り替える２段階のリッチスパイクを実行し、
   前記ＳＣＲの未劣化時における前記リッチスパイク時の前記第２の空燃比をスライトリッチに設定する手段と、
   前記劣化度合に関する情報に基づいて、未劣化時からの相対的な劣化度合を判定する手段と、
   前記相対的な劣化度合が大きいほど、前記リッチスパイク時の前記第２の空燃比をリッチ側の値に設定する空燃比設定手段と、
   前記ＯＳＣ材の酸素吸蔵反応による還元剤の消費分を補うように前記第１の空燃比およびその期間を設定する手段と、
   を含むことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記取得手段は、前記内燃機関が搭載された車両の継続走行距離を前記劣化度合に関する情報として取得することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記空燃比設定手段は、前記継続走行距離が長いほど前記リッチスパイク時の前記第２の空燃比をリッチ側の値に設定することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記ＮＳＲ触媒および／またはＳＣＲの床温を取得する床温取得手段と、
   前記床温が所定の基準値よりも低い場合に、前記空燃比設定手段によって設定された空燃比をリッチ方向へ補正する補正手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。

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