WO2017038194A1 - 内燃機関の排ガス浄化システム - Google Patents

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WO2017038194A1
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nox
gas purification
purification catalyst
catalyst
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PCT/JP2016/067181
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岩知道　均一
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三菱自動車工業株式会社
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    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present disclosure relates to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification system in which a NOx trap catalyst and an SCR catalyst are arranged in series in an exhaust gas passage.
  • a lean burn engine has attracted attention as a gasoline engine as well as a diesel engine from the viewpoint of suppressing CO 2 emission and improving fuel efficiency. Further, there is a demand for further improvement in exhaust gas purification performance using a catalyst, and a NOx storage reduction type (NOx trap) catalyst or an SCR catalyst that selectively reduces NOx using NH 3 is provided in the exhaust gas passage of a lean burn engine. Proposed. Furthermore, an exhaust gas purification system in which a NOx trap catalyst and an SCR catalyst are arranged in series in the exhaust gas passage has been studied in preparation for stricter exhaust gas regulations expected in the future.
  • NOx trap NOx storage reduction type
  • Patent Literature 1 discloses an exhaust gas purification system in which a first catalytic converter and a second catalytic converter are provided in series in an exhaust gas passage from the exhaust gas upstream side.
  • the first catalytic converter includes a high-temperature NOx trap catalyst having oxidation performance on the upstream side of the exhaust gas flow, and a low-temperature NOx storage catalyst for storing NOx when the catalyst temperature is low on the downstream side.
  • the second catalytic converter includes a NOx reduction catalyst for reducing and purifying NOx released from the first catalytic converter on the upstream side, and a PM combustion catalyst for burning and purifying the collected PM on the downstream side.
  • At least one embodiment of the present invention is capable of reducing NOx purification performance while suppressing deterioration in fuel consumption associated with rich combustion operation when performing NOx removal / purification (purging) of the NOx storage catalyst.
  • the purpose is to improve.
  • An exhaust gas purification system for an internal combustion engine is provided in the exhaust gas passage of the internal combustion engine, the first exhaust gas purification catalyst capable of storing NOx in the exhaust gas during lean combustion operation, A second exhaust gas purification catalyst provided in the exhaust gas passage downstream of the first exhaust gas purification catalyst, capable of adsorbing NH 3 contained in the exhaust gas, and selectively reducing NOx in the exhaust gas with the adsorbed NH 3 ;
  • An air-fuel ratio control unit that controls the combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine, and the air-fuel ratio control unit controls the air-fuel ratio to store the first exhaust gas purification catalyst in the lean combustion operation from the stoichiometric air-fuel ratio.
  • NH 3 generating unit that has an a enrichment control unit for controlling the enrichment degree of the rich burn operation based on the indication of the NOx reduction performance by the second exhaust gas purifying catalysts.
  • the NH 3 generation unit of the air-fuel ratio control unit desorbs and partially purifies NOx stored in the first exhaust gas purification catalyst by the rich combustion operation. Further, due to the enrichment, NH 3 is generated by the first exhaust gas purification catalyst, and the generated NH 3 flows into the second exhaust gas purification catalyst downstream.
  • the second exhaust gas purification catalyst adsorbs NH 3 produced by the first exhaust gas purification catalyst. Further, in the second exhaust gas purification catalyst, NOx released without being purified by the first exhaust gas purification catalyst is reacted with adsorbed NH 3, and NOx is selected by the reactions of the reaction formulas (6) to (8). Reduce.
  • the enrichment control unit controls the enrichment degree during the rich combustion operation based on an index indicating NOx reduction performance, thereby performing NOx removal / purification (purging) of the first exhaust gas purification catalyst.
  • the NOx purification performance can be improved while suppressing the deterioration of fuel consumption associated with the rich combustion operation.
  • the index indicating the NOx reduction performance by the second exhaust gas purification catalyst is an NH 3 adsorption amount of the second exhaust gas purification catalyst
  • the enrichment control unit increases the enrichment degree when the NH 3 adsorption amount of the second exhaust gas purification catalyst falls below an NH 3 adsorption threshold.
  • the index indicating the NOx reduction performance by the second exhaust gas purification catalyst is NOx emission downstream of the second exhaust gas purification catalyst.
  • the enrichment control unit increases the enrichment degree when the NOx emission concentration at the outlet of the second exhaust gas purification catalyst exceeds a predetermined first NOx emission threshold value, and the NOx emission concentration becomes the first NOx emission concentration. When it falls below the NOx emission threshold, the enrichment degree is reduced.
  • the configuration (3) when the NOx emission concentration at the outlet of the second exhaust gas purification catalyst exceeds the first NOx emission threshold value, NH 3 reacts with NOx to reduce by increasing the degree of enrichment. Therefore, the NOx emission concentration at the outlet of the second exhaust gas purification catalyst can be reduced. Further, when the NOx emission concentration is smaller than the first NOx emission threshold, the fuel efficiency can be improved by reducing the degree of enrichment.
  • the configuration (3) when the NOx emission concentration at the outlet of the second exhaust gas purification catalyst is lower than a second NOx emission threshold value that is lower than the first NOx emission threshold value. Continues the lean operation without performing the rich combustion operation.
  • the configuration (4) when the NOx emission concentration at the second exhaust gas purification catalyst outlet is lower than the second NOx emission threshold value that is lower than the first NOx emission threshold value, the rich combustion operation is not performed. Continue lean operation. That is, when it falls below the second NOx emission threshold value, it is determined that the NOx purification performance of the second exhaust gas purification catalyst is maintained, and it is not necessary to perform NOx removal / purification (NOx purge). Continue driving. Thereby, the fuel consumption can be further improved by suppressing the frequency of occurrence of enrichment at the time of NOx separation.
  • the enrichment control unit includes an NH 3 generation amount calculation unit that determines an amount of NH 3 generated by the first exhaust gas purification catalyst; An NH 3 adsorption amount calculation unit for obtaining an NH 3 adsorption amount of the second exhaust gas purification catalyst from an NH 3 production amount obtained by the NH 3 production amount calculation unit and a temperature of the second exhaust gas purification catalyst; The enrichment degree is controlled based on the NH 3 adsorption amount calculated by the NH 3 adsorption amount calculation unit.
  • the adsorbed NH 3 amount calculation unit, the NH 3 produced amount determined by NH 3 generation amount calculating unit and the temperature of the second exhaust gas purifying catalyst, the second exhaust gas purifying catalyst NH 3 since obtaining the adsorption amount can be accurately estimated adsorbed NH 3 amount. Since the degree of enrichment is controlled based on the estimated value, NOx purification can be improved and fuel consumption can be improved.
  • the NH 3 generation amount in the configuration (5), includes an air-fuel ratio and a temperature of the first exhaust gas purification catalyst. It is calculated by a first map showing the relationship between the operating state quantity and the NH 3 production quantity produced by the first exhaust gas purification catalyst. According to the configuration (6), the NH 3 generation amount of the first exhaust gas purification catalyst can be accurately grasped from the first map obtained in advance by a test or the like.
  • the NH 3 generation amount is calculated between the first exhaust gas purification catalyst and the second exhaust gas purification catalyst. It is calculated based on a signal from a first NH 3 sensor that is provided in the exhaust gas passage and detects the NH 3 concentration in the exhaust gas. According to the configuration (7), the NH 3 generation amount of the first exhaust gas purification catalyst can be accurately grasped by providing the first NH 3 sensor.
  • the enrichment control unit includes an NH 3 generation amount calculation unit that calculates an amount of NH 3 generated by the first exhaust gas purification catalyst; and NH 3 adsorption amount calculating unit for obtaining the adsorbed NH 3 amount of the second exhaust gas purifying catalyst from the NH 3 generated amount calculated by said NH 3 generation amount calculating unit and said second exhaust gas purifying catalyst temperature, said first A first NOx concentration calculation unit for determining the NOx concentration contained in the exhaust gas downstream of the first exhaust gas purification catalyst, the NH 3 adsorption amount of the second exhaust gas purification catalyst obtained by the NH 3 adsorption amount calculation unit, and the first The first NOx concentration calculation unit using the relationship between the NOx purification efficiency of the second exhaust gas purification catalyst and the relationship between the temperature of the second exhaust gas purification catalyst and the NOx purification efficiency of the second exhaust gas purification catalyst.
  • a second NOx emission concentration calculation unit for calculating the NOx emission concentration at the exhaust gas purification catalyst outlet of the exhaust gas purification catalyst From the NOx concentration obtained in A second NOx emission concentration calculation unit for calculating the NOx emission concentration at the exhaust gas purification catalyst outlet of the exhaust gas purification catalyst, and the enrichment degree is determined based on the NOx emission concentration calculated by the second NOx emission concentration calculation unit. Control.
  • the NOx concentration at the second exhaust gas purification catalyst outlet is calculated based on the NOx concentration at the second exhaust gas purification catalyst inlet and the NOx purification efficiency of the second exhaust gas purification catalyst.
  • the concentration of NOx discharged from the second exhaust gas purification catalyst can be calculated without using the NOx sensor.
  • the NOx concentration contained in the exhaust gas on the downstream side of the first exhaust gas purification catalyst includes an air-fuel ratio and the first exhaust gas. It is calculated based on the second map showing the relationship between the operating state quantity of the internal combustion engine including the temperature of the purification catalyst and the NOx concentration contained in the exhaust gas downstream of the first exhaust gas purification catalyst. According to the configuration (9), since the NOx concentration contained in the first exhaust gas purification catalyst outlet exhaust gas is calculated from the second map obtained in advance by a test or the like, it can be accurately grasped without using a sensor.
  • the concentration of NOx contained in the exhaust gas downstream of the first exhaust gas purification catalyst is determined based on the first exhaust gas purification catalyst and the second exhaust gas purification catalyst. And is calculated based on a signal from a first NOx sensor that is provided in the exhaust gas passage between and for detecting the NOx concentration in the exhaust gas. According to the configuration (10), the NOx concentration on the downstream side of the first exhaust gas purification catalyst is calculated based on the signal detected by the first NOx sensor, so that it can be accurately calculated.
  • the NOx emission concentration on the downstream side of the second exhaust gas purification catalyst is provided in the exhaust gas passage downstream of the second exhaust gas purification catalyst, It is calculated based on a signal from a second NOx sensor that detects the NOx emission concentration. According to the configuration (11), by providing the NOx sensor, it is possible to accurately grasp the NOx emission concentration at the outlet of the second exhaust gas purification catalyst.
  • the reducing agent provided in the exhaust gas passage between the first exhaust gas purification catalyst and the second exhaust gas purification catalyst.
  • a supply unit and when the amount of NH 3 produced by the NH 3 production unit relative to the NOx concentration in the exhaust gas is insufficient with respect to the amount necessary to obtain a predetermined NOx reduction performance, Is provided in the exhaust gas to provide a reducing agent supply control unit for compensating for the shortage of the NH 3 generation amount.
  • NOx purification efficiency can further be improved by providing a reducing agent supply part and a reducing agent supply control part.
  • the present invention in a rich combustion operation in which NOx removal / purification (purging) is performed by the first exhaust gas purification catalyst based on an index indicating the NOx reduction performance of the second exhaust gas purification catalyst.
  • FIG. 2 is a configuration explanatory diagram of an air-fuel ratio control unit according to an embodiment. It is a flowchart of the air fuel ratio control part which concerns on one Embodiment. It is a flowchart of the air fuel ratio control part which concerns on one Embodiment. It is a flowchart of the air fuel ratio control part which concerns on one Embodiment. It is a flowchart of the air fuel ratio control part which concerns on one Embodiment.
  • FIG. 3 is a time chart of exhaust gas purification during NOx purge, where (a) shows the air-fuel ratio A / F, (b) shows NOx concentration, (c) shows NH 3 emission, and (d) shows changes in vehicle speed.
  • an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
  • expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained. A shape including a part or the like is also expressed.
  • the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of other constituent elements.
  • An exhaust gas purification system 10A has an overall configuration as shown in FIG. 1, and the engine (internal combustion engine) 11 is, for example, a gasoline lean burn engine.
  • An exhaust port 12 communicating with a combustion chamber (not shown) of the engine 11 is formed for each cylinder.
  • An exhaust manifold 14 is connected to the engine 11 so as to communicate with each exhaust port 12.
  • An exhaust supercharger 16 is provided downstream of the exhaust manifold 14 in the exhaust gas flow direction. In the exhaust supercharger 16, the turbine housing 16 a and the exhaust gas passage 18 communicate with each other, compress the fresh air sucked using the energy of the exhaust gas e exhausted from the engine 11, and supply it to the combustion chamber of the engine 11.
  • the exhaust gas passage 18 is provided with a catalytic converter 20 incorporating a NOx trap catalyst (first exhaust gas purification catalyst) 22.
  • a catalytic converter 20 incorporating a NOx trap catalyst (first exhaust gas purification catalyst) 22.
  • Supports catalytic components such as alkali elements and alkaline earth elements that can occlude NOx contained in exhaust gas e, and noble metal elements that can reduce and purify occluded NOx during rich combustion operation during lean combustion operation of the engine is doing.
  • the exhaust gas passage 18 downstream of the catalytic converter 20 is provided with a catalytic converter 24 that incorporates a selective reduction catalyst (SCR) (second exhaust gas purification catalyst) 26.
  • SCR selective reduction catalyst
  • the selective reduction catalyst 26 is a catalytically active component capable of adsorbing NH 3 produced by the above reaction formulas (1) to (5) and contained in the exhaust gas e, and catalytic activity for selectively reducing NOx in the exhaust gas with the adsorbed NH 3. It carries the ingredients.
  • the NOx component in the exhaust gas is occluded in the NOx trap catalyst 22, and the outflow of NOx to the downstream side is suppressed.
  • the NOx component stored in the NOx trap catalyst 22 is desorbed / purified (purged) by the rich combustion operation periodically or when a predetermined condition is satisfied in order to maintain the NOx purification performance. .
  • NH 3 is generated by the NOx trap catalyst 22 due to the enrichment.
  • NH 3 produced and present in the NOx trap catalyst 22 is reacted with NOx remaining in the exhaust gas, and NOx is selectively reduced by the reactions of the reaction formulas (6) to (8).
  • the NOx purge is described as “desorption / purification (purge)” because it includes not only desorption but also a purification action.
  • a control device 40 that controls the operation of the engine 11 includes a signal input unit, a signal output unit, a storage unit, a calculation unit, and the like (not shown), and further includes an air-fuel ratio control unit 42 that controls the combustion air-fuel ratio of the engine 11.
  • the signal input unit receives the air-fuel ratio of the operating state of the engine 11, the engine rotation, the engine load, and the like, as well as the temperature sensor 44, the temperature of the NOx trap catalyst 22, and the temperature sensor 46 the temperature of the selective reduction catalyst 26.
  • the signal output unit outputs a signal for controlling the amount of fuel supplied to the fuel supply device 48, that is, a signal for controlling the air-fuel ratio.
  • the air-fuel ratio control unit 42 controls the air-fuel ratio to a rich combustion operation from the stoichiometric air-fuel ratio, generates NH 3 in the NOx trap catalyst 22, and supplies the NH 3 generation unit 50 to the selective reduction catalyst 26. It is configured to have a enrichment control unit 52 which controls the amount of NH 3 produced by the NH 3 generating unit 50 controls the enrichment degree of the rich burn operation based on the indication of the NOx reduction performance by the catalyst 26 ing.
  • the enrichment control unit 52 controls the degree of enrichment during the rich combustion operation based on an index indicating the NOx reduction performance by the selective reduction catalyst 26 (hereinafter referred to as “NOx reduction index”). Further, the NH 3 generating unit 50, since the supply to the selective reduction catalyst 26 to produce a NH 3 in the NOx trap catalyst 22 by controlling the air-fuel ratio to the rich burn operation to the stoichiometric air-fuel ratio, rich in enrichment control unit 52 By controlling the degree of conversion, the amount of NH 3 produced can be controlled. Therefore, by controlling the rich combustion operation based on the NOx reduction index of the selective reduction catalyst 26, it is possible to control the degree of enrichment of the rich combustion operation in which the NOx trap catalyst 22 performs NOx removal / purification (purge).
  • the enrichment control unit 52 has a configuration for controlling the degree of enrichment using the NH 3 adsorption amount adsorbed on the selective reduction catalyst 26 as a “NOx reduction index”. For this control, NH 3 and NH 3 generation amount calculating unit 54 to obtain the NH 3 generation amount generated by the generating unit 50, NH 3 generation amount calculating unit 54 with the obtained NH 3 produced amount and the selective reduction catalyst 26 and a NH 3 adsorption amount calculating unit 56 to obtain the adsorbed NH 3 amount of the selective reduction catalyst from the temperature further, adsorbed NH 3 amount calculated in adsorbed NH 3 amount calculating section 56 is below a predetermined NH 3 adsorbed threshold An NH 3 adsorption amount determination unit 58 that determines whether or not it has decreased is provided.
  • NH 3 generation amount calculating unit 54 uses the NH 3 generation amount map (first map) 60, 62 shown in FIGS. 10 and 11, calculates the NH 3 generation amount generated by the NOx trap catalyst 22.
  • the relationship between the temperature of the NOx trap catalyst 22 and the NH 3 generation amount is set.
  • the relationship between the air-fuel ratio (A / F) and the NH 3 generation amount generated by the NOx trap catalyst 22 is set. Therefore, it is calculated using the NH 3 generation amount maps 60 and 62 of FIGS. 10 and 11 based on the detected temperature from the temperature sensor 44 and the air-fuel ratio information from the engine 11. For example, a generation amount (ppm) is set in one map, and a correction coefficient is set in the other map, which are obtained by multiplying them.
  • the NH 3 adsorption amount calculation unit 56 obtains the NH 3 adsorption amount of the selective reduction catalyst from the NH 3 production amount obtained by the NH 3 production amount calculation unit 54 and the temperature of the selective reduction catalyst 26. For example, the calculation is performed using the NH 3 adsorption amount map 63 in which the relationship between the temperature of the selective reduction catalyst 26 and the NH 3 adsorption amount in FIG. 14 is set.
  • NH 3 adsorption in Figure 14 to indicate the maximum amount of adsorption
  • NH 3 generated amount determined by NH 3 generation amount calculating unit 54 if they reached the maximum adsorption amount, the maximum amount of adsorption is adsorbed, If not reached, the calculation is performed on the assumption that the inflowing NH 3 production amount becomes the adsorption amount.
  • the NH 3 adsorption amount determination unit 58 determines whether or not the NH 3 adsorption amount has fallen below a predetermined NH 3 adsorption threshold value. Strengthen (increase) Further, when the NH 3 adsorption amount exceeds the threshold value, the enrichment degree is suppressed (reduced).
  • the predetermined NH 3 adsorption threshold is a predetermined ratio with respect to the maximum adsorption amount shown in FIG. 14, for example, 50%, and if it is 50% or more, the required NOx reduction performance (the exhaust gas regulation value of NOx is satisfied) Is set to such a value as to obtain NOx reduction performance. Further, the NH 3 adsorption threshold may be set as a range, a range may be specified as 50% to 70%, and it may be determined that the range exceeds or falls.
  • the enrichment control unit 52 has a configuration that controls the degree of enrichment using the NOx concentration discharged from the selective reduction catalyst 26 as the “NOx reduction index”. For this control, a first NOx concentration calculation unit 64 that calculates the NOx concentration contained in the exhaust gas downstream of the NOx trap catalyst 22 and a second NOx concentration calculation that calculates the NOx concentration on the outlet side of the selective reduction catalyst 26. And a NOx concentration determination unit 68 that determines whether or not the NOx concentration calculated by the second NOx concentration calculation unit 66 exceeds a predetermined NOx concentration threshold.
  • the first NOx concentration calculation unit 64 calculates the NOx concentration on the downstream side of the NOx trap catalyst 22 using the NOx concentration maps (second maps) 70 and 72 shown in FIGS.
  • NOx concentration maps second maps
  • the NOx concentration map 70 of FIG. 15 the relationship between the temperature of the NOx trap catalyst 22 and the NOx emission amount (concentration) is set. If the temperature is too low, the progress of the NOx trap reaction is weakened and the amount of NOx discharged downstream of the NOx trap catalyst is increased. If the temperature is too high, the NOx trap reaction is lowered.
  • the NOx concentration map 72 of FIG. 16 the relationship between the air-fuel ratio (A / F) and the NOx emission amount (concentration) is set.
  • the NOx concentration maps 70 and 72 shown in FIGS. 15 and 16 are calculated based on the detected temperature from the temperature sensor 44 and the air-fuel ratio information from the engine 11. For example, a generation amount (ppm) is set in one map, and a correction coefficient is set in the other map, which are obtained by multiplying them.
  • the second NOx concentration calculation unit 66 sets the relationship between the NH 3 adsorption amount of the selective reduction catalyst 26 obtained by the NH 3 adsorption amount calculation unit 56 and the NOx purification efficiency of the selective reduction catalyst 26, as shown in FIG. Using the purification efficiency map 74 and the purification efficiency map 76 shown in FIG. 13 in which the relationship between the temperature of the selective reduction catalyst 26 and the NOx purification efficiency of the selective reduction catalyst 26 is set, for example, the purification obtained from the NH 3 adsorption amount The NOx concentration at the outlet of the selective reduction catalyst 26 is calculated from the NOx concentration at the inlet of the selective reduction catalyst 26 obtained by the first NOx concentration calculation unit 64 using the purification efficiency obtained by correcting the temperature with respect to the efficiency. calculate.
  • the NOx concentration determination unit 68 determines whether or not a predetermined NOx concentration threshold has been exceeded, and if so, determines that the NOx emission regulation value is not satisfied and strengthens (increases) enrichment of the air-fuel ratio. To do. Further, when the NOx emission concentration falls below the NOx emission threshold, the degree of enrichment is suppressed (reduced). In this way, the degree of enrichment is controlled so that the NOx reduction performance necessary for satisfying the NOx emission regulation value is obtained. In the above configuration, the degree of enrichment of the air-fuel ratio is controlled so that the NOx concentration discharged from the selective reduction catalyst maintains the NOx concentration threshold set so as to satisfy the NOx emission regulation value. This can be done efficiently while improving fuel efficiency.
  • the enrichment control unit 52 replaces the NH 3 generation amount maps (first maps) 60 and 62 with the NOx trap catalyst 22 and the selective reduction catalyst. provided in an exhaust gas passage 18 between the 26, using the first NH 3 sensor 80 for detecting the NH 3 concentration in the exhaust gas, based on a signal from the NH 3 sensor 80 of said 1, NOx trap catalyst 22 To calculate the amount of NH 3 produced. Further, instead of the NOx concentration maps (second maps) 70 and 72, the first NOx is provided in the exhaust gas passage 18 between the NOx trap catalyst 22 and the selective reduction catalyst 26 and detects the NOx concentration in the exhaust gas.
  • the NOx concentration on the downstream side of the NOx trap catalyst 22 is calculated based on a signal from the first NOx sensor 82.
  • the configuration of the exhaust gas purification system 10B shown in FIG. 2 is the same as that of FIG. 1 except for the first NH 3 sensor 80 and the first NOx sensor 82.
  • the first NH 3 sensor 80 and the first NOx sensor 82 are indicated by dotted lines.
  • the NH 3 generation amount and the NOx concentration can be accurately calculated because they are calculated from the signals from the first NH 3 sensor 80 and the first NOx sensor 82, respectively.
  • the enrichment control part 52 has a NH 3 emission calculating unit 78 for calculating the NH 3 downstream of the selective reduction catalyst 26, selected
  • the NH 3 emission amount is calculated based on a signal from the second NH 3 sensor 84 provided in the exhaust gas passage 18 downstream of the reduction catalyst 26. Then, the calculation of the amount of adsorption adsorbed NH 3 amount calculation unit 56, by using the signal from the second NH 3 sensor 84, a signal from the first NH 3 sensor 80.
  • Each of the NH 3 sensor 80 It is calculated by calculating the difference between 84 detected values.
  • a second NOx sensor 86 that detects the NOx emission concentration in the exhaust gas is provided in the exhaust gas passage 18 downstream of the selective reduction catalyst 26, and a second NOx concentration calculation that calculates NOx downstream of the selective reduction catalyst 26 is provided.
  • the unit 66 is calculated based on the signal from the second NOx sensor 86 instead of calculating using the NOx purification efficiency maps 74 and 76.
  • the configuration of the exhaust gas purification system 10 ⁇ / b> B shown in FIG. 2 is the same as that of FIG. 1 except for the second NH 3 sensor 84 and the second NOx sensor 86.
  • the second NH 3 sensor 84 and the second NOx sensor 86 are indicated by dotted lines.
  • the NOx concentration on the downstream side of the selective reduction catalyst 26 and the NH 3 adsorption amount of the selective reduction catalyst 26 can be determined. It can be calculated accurately.
  • the enrichment control unit 52 controls the degree of enrichment using the NH 3 emission amount adsorbed on the selective reduction catalyst 26 as the “NOx reduction index”.
  • step S1 various engine operating conditions are detected. For example, air-fuel ratio, engine rotation, engine load, presence / absence of NOx purge control, etc. are detected.
  • step S2 the temperature sensor 44 detects the temperature of the NOx trap catalyst 22, and the temperature sensor 46 detects the temperature of the selective reduction catalyst (SCR) 26.
  • step S3 the amount of NH 3 flowing into the selective reduction catalyst 26 is estimated.
  • the estimation in step S3 is estimated by calculation by the NH 3 generation amount calculation unit 54.
  • step S4 the NH 3 adsorption amount of the selective reduction catalyst 26 is estimated.
  • step S4 is estimated by calculation by the NH 3 adsorption amount calculation unit 56.
  • step S5 it is determined whether or not the estimated NH 3 adsorption amount is equal to or smaller than a predetermined NH 3 adsorption threshold value. proceed to enrichment of the air-fuel ratio of the NOx purge of the NOx trap catalyst 22 is strengthened (increased) in the case of NO in step S5, i.e., if they exceed the adsorbed NH 3 threshold, the NH 3 slip Since there is a high possibility of fear, the process proceeds to step S7 to suppress (reduce) the enrichment of the air-fuel ratio in the NOx purge.
  • the NH 3 adsorption threshold value may be set as a value within a certain range.
  • the degree of enrichment of the air-fuel ratio is controlled so that the NH 3 adsorption amount of the selective reduction catalyst 26 does not fall below a predetermined NH 3 adsorption threshold. Purification can be performed efficiently without deteriorating fuel consumption.
  • the enrichment degree is controlled using the NOx concentration discharged from the selective reduction catalyst 26 as the “NOx reduction index”.
  • Steps S11 and S12 are the same as steps S1 and S2 in FIG. 5, and the NOx concentration flowing into the selective reduction catalyst 26 is estimated in step S13.
  • the estimation in step S13 is estimated by the calculation of the first NOx concentration calculation unit 64.
  • step S14 the NOx purification efficiency of the selective reduction catalyst 26 is calculated.
  • the calculation in step S14 is calculated using the NOx purification efficiency maps 74 and 76.
  • step S15 the NOx concentration on the downstream side of the selective reduction catalyst 26 is estimated.
  • the estimation in step S15 is estimated by the calculation of the second NOx concentration calculation unit 66.
  • step S16 it is determined whether or not the estimated NOx concentration is equal to or less than a predetermined first NOx emission threshold value. If Yes, it is determined that NOx reduction performance is obtained, and step S17. Then, it is further determined whether or not it is equal to or smaller than a second NOx emission threshold value smaller than the first NOx emission threshold value.
  • step S16 that is, if the first NOx emission threshold value is exceeded, it is determined that NOx reduction performance is not obtained, the process proceeds to step S20, and the air-fuel ratio at the time of NOx purge Strengthen (increase) the enrichment of Further, in the case of NO in step S17, that is, when the second NOx discharge threshold is exceeded but is not more than the first NOx discharge threshold, NOx purging is performed but NOx reduction performance is obtained. , To suppress (reduce) the enrichment of the air-fuel ratio.
  • step S17 it is determined that the NOx purification performance of the selective reduction catalyst 26 is maintained and it is not necessary to perform NOx removal / purification (NOx purge), and the lean operation is continued. Thereby, the fuel consumption can be further improved by suppressing the frequency of occurrence of enrichment at the time of NOx separation.
  • the degree of enrichment of the air-fuel ratio is controlled based on the NOx concentration downstream of the selective reduction catalyst 26, the purification of NOx due to the enrichment of the air-fuel ratio in the NOx purge deteriorates the fuel consumption. Can be carried out efficiently without any problems.
  • the amount of NH 3 adsorbed on the selective reduction catalyst 26 and the NOx concentration discharged from the selective reduction catalyst 26 are combined to enrich as a “NOx reduction index”. Control the degree. Steps S31 to S35 correspond to steps S1 to S5 in the embodiment of FIG. 5, respectively, and are the same. If NO in step S35, the process returns to the return. If yes, that is, if the NH 3 adsorption amount of the selective reduction catalyst 26 is equal to or less than a predetermined NH 3 adsorption threshold, NOx reduction performance cannot be obtained.
  • step S36 it is determined whether or not the NOx reduction performance is obtained by determining whether or not the estimated NOx concentration on the downstream side of the selective reduction catalyst 26 is equal to or lower than a predetermined first NOx threshold value. . If the determination in step S36 is Yes, it is determined that NOx reduction performance is obtained, and the process proceeds to step S38. If the determination in step S36 is NO, NOx reduction performance is not obtained. Determine and proceed to step S40.
  • the subsequent operations in steps S38 to S40 are the same as corresponding to steps S18 to S20 in the embodiment of FIG.
  • step S36 that is, if the first NOx emission threshold value is exceeded, it is determined that NOx reduction performance is not obtained, and the process proceeds to step S40 to perform NOx purge. Strengthen (increase) the enrichment of the air-fuel ratio at the time. Further, in the case of NO in step S37, that is, when the second NOx discharge threshold is exceeded but is not more than the first NOx discharge threshold, the NOx purge is performed but the NOx reduction performance is obtained. , To suppress (reduce) the enrichment of the air-fuel ratio.
  • step S37 it is determined that the NOx purification performance of the selective reduction catalyst 26 is maintained and it is not necessary to perform NOx removal / purification (NOx purge), and the lean operation is continued. Thereby, the fuel consumption can be further improved by suppressing the frequency of occurrence of enrichment at the time of NOx separation.
  • the NH 3 emission amount adsorbed on the selective reduction catalyst 26 and the NOx concentration exhausted from the selective reduction catalyst 26 are combined to determine as the “NOx reduction index”, and the degree of enrichment based on the result Therefore, since the accuracy is higher than the determination by one “NOx reduction index”, the purification of NOx by the enrichment of the air-fuel ratio of the NOx purge can be performed more efficiently without deteriorating the fuel consumption. .
  • steps S41 to S43 are further added to the embodiment of FIG.
  • step S35 that is, when the NH 3 adsorption amount of the selective reduction catalyst 26 exceeds a predetermined NH 3 adsorption threshold, there is a risk of NH 3 slipping, so step S41.
  • step S41 it is determined whether or not the NH 3 emission amount is equal to or less than a predetermined NH 3 emission threshold value.
  • the amount of NH 3 discharged to the downstream side of the selective reduction catalyst 26 is calculated by the NH 3 discharge amount calculation unit 78 and is calculated from the signal from the second NH 3 sensor 84.
  • step S41 determines whether there is no problem with the NH 3 slip, and the process proceeds to step S43 to strengthen (increase) enrichment of the air-fuel ratio.
  • NO in step S41 that is, if the NH 3 discharge threshold value is exceeded, it is determined that the slip amount of NH 3 is large, and the routine proceeds to step S42 to enrich the air-fuel ratio. Suppress (reduce). According to the above configuration, in addition to the effects obtained by the embodiment of FIG. 7, it is possible to suppress the NH 3 slip amount that causes the selective reduction catalyst 26 to slip. Therefore, NOx purification by enriching the air-fuel ratio of the NOx purge can be performed more efficiently without deteriorating fuel consumption.
  • the air-fuel ratio enrichment control during the NOx purge is performed in accordance with the exhaust gas purification procedure shown in FIG.
  • the NOx component in the exhaust gas is occluded in the NOx trap catalyst 22, and the outflow of NOx to the downstream side is suppressed.
  • the NOx component occluded by the NOx trap catalyst 22 is desorbed / purified (purged) under predetermined conditions in order to maintain the NOx purification performance.
  • the NOx stored in the NOx trap catalyst is desorbed and most of the NOx is reduced and purified. Further, NH 3 is generated by the NOx trap catalyst 22 due to the enrichment.
  • the selective reduction catalyst 26 increases the NOx reduction efficiency by reacting NH 3 produced and present in the NOx trap catalyst 22 with NOx remaining in the exhaust gas. Therefore, the enrichment of the air-fuel ratio at the time of NOx purge is performed with respect to the reference enrichment air-fuel ratio set in advance based on the operating conditions (conditions such as the engine speed and engine load at which the NOx purge is started). Based on the index indicating the reduction performance (“NOx reduction index”), correction is performed so as to further increase or decrease the enrichment.
  • FIG. 9 shows a time chart of exhaust gas purification.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents air / fuel ratio (A / F) in (a)
  • NOx concentration in (b) and NH 3 in (c).
  • Emission amount, (d) shows the vehicle speed when the engine 11 is mounted on the vehicle.
  • FIG. 9A in the time chart showing the change of the air-fuel ratio (A / F), the NOx purge is started at t0 during the lean operation, and the enrichment of the air-fuel ratio is started. After that, enrichment ends at t1.
  • Control of the enrichment degree of enrichment during the NOx purge is performed by increasing or decreasing the enrichment time tc of at least t 0 to t 1 or the magnitude w of the air-fuel ratio (A / F). It is also possible by changing the interval time M for performing the NOx purge to control the occurrence frequency.
  • the enrichment degree is controlled by the enrichment time tc or the enrichment air-fuel ratio size w, that is, the increase / decrease in the fuel amount and the air amount, or the interval time M (purge) for performing NOx purge.
  • the increase / decrease in the occurrence frequency) is controlled by controlling at least one of the occurrence frequency, so that the degree of enrichment can be accurately controlled. As a result, the NOx purification performance can be efficiently exhibited without deteriorating fuel consumption.
  • a reference enrichment air-fuel ratio for performing NOx purge is set in advance based on operating conditions (conditions such as engine speed and engine load).
  • correction for increasing or decreasing the enrichment of the air-fuel ratio is performed based on the index indicating the NOx reduction performance (“NOx reduction index”).
  • correction based on the parameter of the NOx absorption amount is added. For example, in an operating state in which an acceleration state frequently occurs, correction is performed so as to increase the richness of the air-fuel ratio.
  • two types of corrections that is, correction based on the NOx reduction performance of the selective reduction catalyst 26 and correction based on the NOx absorption state of the NOx trap catalyst 22 may be performed.
  • NOx purification by enriching the air-fuel ratio of NOx purge can be performed more efficiently without deteriorating fuel consumption.
  • the reducing agent supply unit 19 and the exhaust gas from the reducing agent supply unit 19 to the exhaust gas passage 18 between the NOx trap catalyst 22 and the selective reduction catalyst 26 are exhausted.
  • a reducing agent supply control unit 53 that controls the amount of reducing agent supplied to the inside. Then, the reducing agent supply control unit 53 controls the reducing agent supply amount so as to compensate for the shortage of the NH 3 generation amount generated by the NH 3 generation unit 50 from the operating state of the engine 11. That is, control is performed so as to compensate for the shortage with respect to the amount of NH 3 necessary for obtaining a predetermined NOx reduction performance (for example, NOx reduction performance that satisfies the exhaust gas regulation value of NOx).
  • a predetermined NOx reduction performance for example, NOx reduction performance that satisfies the exhaust gas regulation value of NOx.
  • the NH produced by the NOx trap catalyst and supplied to the selective reduction catalyst by controlling the enrichment degree of the rich combustion operation based on the index indicating the NOx reduction performance by the selective reduction catalyst.
  • the NOx reduction purification of the selective reduction catalyst can be performed efficiently, which is suitable for application to an exhaust purification system of a lean combustion engine.

Abstract

排ガス通路１８に設けられたＮＯｘトラップ触媒２２と、その下流側に設けられ排ガス中に含まれるＮＨ３を吸着可能であり、かつ吸着したＮＨ３で排ガス中のＮＯｘを選択還元する選択還元触媒２６と、燃焼空燃比を制御する空燃比制御部４２と、を備え、空燃比制御部４２は、リーン燃焼運転においてＮＯｘトラップ触媒２２に吸蔵させたＮＯｘを、リッチ燃焼運転にして吸蔵させたＮＯｘを脱離させると共に、ＮＯｘトラップ触媒２２においてＮＨ３を生成させて選択還元触媒２６に供給するＮＨ３生成部５０と、選択還元触媒２６によるＮＯｘ還元性能を示す指標に基づいてリッチ燃焼運転のリッチ化度合いを制御するリッチ化制御部５２、を有することを特徴とする。

Description

内燃機関の排ガス浄化システム
　本開示は、内燃機関の排ガス浄化システムに関し、特に、排ガス通路にＮＯｘトラップ触媒とＳＣＲ触媒を直列に配置する排ガス浄化システムに関する。
　近年、大気のクリーン化が求められる中、ＣＯ２排出量の抑制と燃費向上の観点から、ディーゼルエンジンに加えて、ガソリンエンジンでもリーンバーンエンジンが注目されている。また、触媒を用いた排ガス浄化性能のさらなる向上が求められ、リーンバーンエンジンの排ガス通路に、ＮＯｘ吸蔵還元型（ＮＯｘトラップ）触媒やＮＨ３を用いてＮＯｘを選択還元するＳＣＲ触媒を設けることが提案されている。
　さらに、将来予想されるより厳しい排ガス規制に備えて、排ガス通路にＮＯｘトラップ触媒とＳＣＲ触媒を直列に配置する排ガス浄化システムが検討されている。
　例えば、特許文献１には、排ガス通路に排ガス上流側から第１の触媒コンバータと第２の触媒コンバータとが直列に設けられた排ガス浄化システムが開示されている。第１の触媒コンバータには、排ガス流れ上流側に酸化性能を有する高温用ＮＯｘトラップ触媒が内蔵され、下流側に触媒温度が低いときＮＯｘを吸蔵する低温用ＮＯｘ吸蔵触媒が内蔵されている。第２の触媒コンバータには、上流側に第１の触媒コンバータから放出されたＮＯｘを還元浄化するためのＮＯｘ還元触媒が内蔵され、下流側に捕集したＰＭを燃焼し浄化するＰＭ燃焼触媒が内蔵されている。
特開２０１５－０２５４３３号公報
　上記排ガス浄化システムでは、ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出・還元するために、リッチ燃焼運転を行い、燃料噴射量を増大して還元剤を供給する必要がある。そのため、ＣＯ２などの排出量が増大し、燃費の低下が起るという問題がある。
　そこで、これら技術的課題に鑑み、本発明の少なくとも一つの実施形態は、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ離脱／浄化（パージ）を行う際のリッチ燃焼運転に伴う燃費の悪化を抑制しつつ、ＮＯｘ浄化性能を向上することを目的とする。
　（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化システムは、内燃機関の排ガス通路に設けられ、リーン燃焼運転時に排ガス中のＮＯｘを吸蔵可能な第１の排ガス浄化触媒と、前記第１の排ガス浄化触媒より下流の前記排ガス通路に設けられ、排ガス中に含まれるＮＨ３を吸着可能であり、かつ吸着したＮＨ３で排ガス中のＮＯｘを選択還元する第２の排ガス浄化触媒と、内燃機関の燃焼空燃比を制御する空燃比制御部と、を備え、前記空燃比制御部は、空燃比を制御して、理論空燃比よりリーン燃焼運転において前記第１の排ガス浄化触媒に吸蔵させたＮＯｘを、リッチ燃焼運転にして前記吸蔵させたＮＯｘを脱離させると共に、前記第１の排ガス浄化触媒においてＮＨ３を生成させて前記第２の排ガス浄化触媒に供給するＮＨ３生成部と、前記第２の排ガス浄化触媒によるＮＯｘ還元性能を示す指標に基づいて前記リッチ燃焼運転のリッチ化度合いを制御するリッチ化制御部と、を有している。
　排ガス中にＣＯ、ＨＣが存在すると、反応式（１）の水性ガス反応と、反応式（２）の水蒸気改質反応が進行してＨ２が生成され、反応式（３）、反応式（４）や反応式（５）の反応によりＮＨ３が生成する。これらの反応は、上記第１の排ガス浄化触媒に吸蔵されるＮＯｘの存在により促進される。
　　　ＣＯ＋Ｈ２Ｏ　→　ＣＯ２＋Ｈ２　　　　　　　　　　（１）
　　　ＨＣ＋Ｈ２Ｏ　→　ＣＯ２＋ＣＯ＋Ｈ２　　　　　　　（２）
　　　２ＮＯ＋５Ｈ２　→２Ｈ２Ｏ＋２ＮＨ３　　　　　　　（３）
　　　３/２Ｈ２＋ＮＯ＋ＣＯ　→　ＮＨ３＋ＣＯ２　　　 　（４）
　　　ＮＯ＋ＨＣ＋Ｈ２Ｏ　→　ＣＯ２＋ＮＨ３　　　　　　（５）
　内燃機関のリーン燃焼運転時には、排ガス中のＮＯｘ成分は前記第１の排ガス浄化触媒に吸蔵される。これによって、ＮＯｘの下流側への流出を抑制する。
しかし、第１の排ガス浄化触媒の浄化性能を維持する上で吸蔵されたＮＯｘ成分を脱離／浄化（パージ）させる必要があり、定期的、又は所定の条件が成立したときに行っている。
　この脱離の際に、空燃比制御部のＮＨ３生成部は、リッチ燃焼運転によって、第１の排ガス浄化触媒に吸蔵されたＮＯｘを脱離させると共に一部を還元浄化する。また、このリッチ化によって、第１の排ガス浄化触媒でＮＨ３が生成され、生成されたＮＨ３は下流の第２の排ガス浄化触媒に流入する。
　第２の排ガス浄化触媒は、第１の排ガス浄化触媒で生成されたＮＨ３を吸着する。また、第２の排ガス浄化触媒では、第１の排ガス浄化触媒で浄化されずに放出されたＮＯｘと吸着したＮＨ３とを反応させ、反応式（６）～（８）の反応によりＮＯｘを選択還元する。
　　　ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３　→　２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ　　　　（６）
　　　４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２　→　４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ　　　　（７）
　　　６ＮＯ２＋８ＮＨ３　→　７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ　　　　　（８）
　このように、第２の排ガス浄化触媒に吸着したＮＨ３で排ガス中のＮＯｘを還元するので、ＮＯｘの還元率を向上できると共に、外部から還元剤を供給する設備が不要になり、省スペース化できる。
　また、上記リッチ化制御部は、ＮＯｘ還元性能を示す指標に基づいてリッチ燃焼運転時の上記リッチ化度合いを制御することで、第１の排ガス浄化触媒のＮＯｘ離脱／浄化（パージ）を行う際のリッチ燃焼運転に伴う燃費の悪化を抑制しつつ、ＮＯｘ浄化性能を向上することできる。
　（２）幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、前記第２の排ガス浄化触媒によるＮＯｘ還元性能を示す指標は、前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ３吸着量であり、
　前記リッチ化制御部は、前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ３吸着量がＮＨ３吸着閾値より低下したとき、前記リッチ化度合いを増大する。
　上記構成（２）によれば、第２の排ガス浄化触媒のＮＨ３吸着量が閾値より低下したとき、リッチ化度合いを増大させることで、ＮＯｘと反応して還元するＮＨ３の生成量を増加できるため、第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度を低減できる。
　（３）幾つかの実施形態では、前記構成（１）または（２）において、前記第２の排ガス浄化触媒によるＮＯｘ還元性能を示す指標は、前記第２の排ガス浄化触媒の下流側のＮＯｘ排出濃度であり、
　前記リッチ化制御部は、前記第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度が所定の第１のＮＯｘ排出閾値を越えたとき、前記リッチ化度合いを増大し、前記ＮＯｘ排出濃度が前記第１のＮＯｘ排出閾値より低下した場合には前記リッチ化度合いを低減する。
　上記構成（３）によれば、第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度が第１のＮＯｘ排出閾値を超えたとき、リッチ化度合いを増大させることで、ＮＯｘと反応して還元するＮＨ３の生成量を増加できるため、第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度を低減できる。また、該ＮＯｘ排出濃度が第１のＮＯｘ排出閾値より小さいときは、リッチ化度合いを低減することで、燃費を向上できる。
　（４）幾つかの実施形態では、前記構成（３）において、前記第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度が前記第１のＮＯｘ排出閾値より低い第２のＮＯｘ排出閾値より低下した場合には、前記リッチ燃焼運転を行わずに、前記リーン運転を継続させる。
　上記構成（４）によれば、第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度が、第１のＮＯｘ排出閾値より低い第２のＮＯｘ排出閾値より低下した場合には、リッチ燃焼運転を行わずにリーン運転を継続させる。すなわち、第２のＮＯｘ排出閾値より低下した場合には、第２の排ガス浄化触媒のＮＯｘ浄化性能が維持されており、ＮＯｘ離脱／浄化（ＮＯｘパージ）を行う必要がないと判定して、リーン運転を継続させる。これによって、ＮＯｘ離脱の際のリッチ化の発生頻度を抑えることで、燃費の向上をさらに図ることができる。
　（５）幾つかの実施形態では、前記構成（２）において、前記リッチ化制御部は、前記第１の排ガス浄化触媒で生成されるＮＨ３の生成量を求めるＮＨ３生成量算出部と、前記ＮＨ３生成量算出部で求めたＮＨ３生成量と前記第２の排ガス浄化触媒の温度とから前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ３吸着量を求めるＮＨ３吸着量算出部とを有し、該ＮＨ３吸着量算出部で算出されたＮＨ３吸着量に基づいて前記リッチ化度合いを制御する。
　上記構成（５）によれば、ＮＨ３吸着量算出部において、ＮＨ３生成量算出部で求めたＮＨ３生成量と第２の排ガス浄化触媒の温度とから、第２の排ガス浄化触媒のＮＨ３吸着量を求めるので、ＮＨ３吸着量を正確に推定できる。この推定値に基づいてリッチ化度合いを制御するので、ＮＯｘ浄化の向上、燃費の向上が可能になる。
　（６）幾つかの実施形態では、前記構成（５）において、前記ＮＨ３生成量算出部において、前記ＮＨ３生成量は、空燃比及び前記第１の排ガス浄化触媒の温度を含む内燃機関の運転状態量と前記第１の排ガス浄化触媒で生成されるＮＨ３生成量との関係を示す第１のマップによって算出する。
　上記構成（６）によれば、予め試験などで得た上記第１のマップから、第１の排ガス浄化触媒のＮＨ３生成量を正確に把握できる。
　（７）幾つかの実施形態では、前記構成（５）において、前記ＮＨ３生成量算出部において、前記ＮＨ３生成量は、前記第１の排ガス浄化触媒と前記第２の排ガス浄化触媒との間の前記排ガス通路に設けられ、排ガス中のＮＨ３濃度を検出する第１のＮＨ３センサからの信号を基に算出される。
　上記構成（７）によれば、第１のＮＨ３センサを設けることで、第１の排ガス浄化触媒のＮＨ３生成量を正確には把握できる。
　（８）幾つかの実施形態では、前記構成（３）において、前記リッチ化制御部は、前記第１の排ガス浄化触媒で生成されるＮＨ３の生成量を求めるＮＨ３生成量算出部と、該ＮＨ３生成量算出部で求めたＮＨ３生成量と前記第２の排ガス浄化触媒の温度とから前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ３吸着量を求めるＮＨ３吸着量算出部と、前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を求める第１のＮＯｘ濃度算出部と、前記ＮＨ３吸着量算出部で求めた前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ３吸着量と前記第２の排ガス浄化触媒のＮＯｘ浄化効率との関係、及び前記第２の排ガス浄化触媒の温度と前記第２の排ガス浄化触媒のＮＯｘ浄化効率との関係を用いて、前記第１のＮＯｘ濃度算出部で求めたＮＯｘ濃度から前記第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度を算出する第２のＮＯｘ排出濃度算出部と、を有し、該第２のＮＯｘ排出濃度算出部で算出されたＮＯｘ排出濃度に基づいて前記リッチ化度合いを制御する。
　上記構成（８）によれば、第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ濃度を、第２の排ガス浄化触媒入口のＮＯｘ濃度と第２の排ガス浄化触媒のＮＯｘ浄化効率とを基に算出するので、ＮＯｘセンサを用いずに第２の排ガス浄化触媒から排出されるＮＯｘ濃度を算出できる。
　（９）幾つかの実施形態では、前記構成（８）において、前記ＮＯｘ濃度算出部において、前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度は、空燃比及び前記第１の排ガス浄化触媒の温度を含む内燃機関の運転状態量と前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度との関係を示す第２のマップに基づいて算出される。
　上記構成（９）によれば、予め試験などで得た上記第２のマップから、第１の排ガス浄化触媒出口排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を算出するため、センサを用いずに正確に把握できる。
　（１０）幾つかの実施形態では、前記構成（８）において、前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度は、前記第１の排ガス浄化触媒と前記第２の排ガス浄化触媒との間の前記排ガス通路に設けられ、排ガス中のＮＯｘ濃度を検出する第１のＮＯｘセンサからの信号を基に算出される。
　上記構成（１０）によれば、第１の排ガス浄化触媒下流側のＮＯｘ濃度が第１のＮＯｘセンサで検出された信号を基に算出されるので、正確に算出できる。
　（１１）幾つかの実施形態では、前記構成（３）において、前記第２の排ガス浄化触媒の下流側のＮＯｘ排出濃度は、前記第２の排ガス浄化触媒より下流の前記排ガス通路に設けられ、該ＮＯｘ排出濃度を検出する第２のＮＯｘセンサからの信号を基に算出される。
　上記構成（１１）によれば、上記ＮＯｘセンサを設けることで、第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度を正確に把握できる。
　（１２）幾つかの実施形態では、前記構成（１）～（１１）の何れかにおいて、前記第１の排ガス浄化触媒と前記第２の排ガス浄化触媒間の前記排ガス通路に設けられた還元剤供給部をさらに備え、排ガス中のＮＯｘ濃度に対する前記ＮＨ３生成部によるＮＨ３生成量が所定のＮＯｘ還元性能を得るのに必要な量に対して不足するとき、前記還元剤供給部から還元剤を排ガス中に供給してＮＨ３生成量の不足分を補うための還元剤供給制御部を備える。
　上記構成（１２）によれば、還元剤供給部及び還元剤供給制御部を備えることで、ＮＯｘ浄化効率をさらに向上できる。
　本発明の少なくとも一実施形態によれば、第２の排ガス浄化触媒のＮＯｘ還元性能を示す指標に基づいて、第１の排ガス浄化触媒でのＮＯｘ離脱／浄化（パージ）を行わせるリッチ燃焼運転のリッチ化度合いを制御することで、ＮＯｘ浄化率を高く維持しつつ、燃費の悪化を抑制できる。
一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化システムを示す概略構成図である。 一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化システムを示す概略構成図である。 一実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化システムを示す概略構成図である。 一実施形態に係る空燃比制御部の構成説明図である。 一実施形態に係る空燃比制御部のフローチャートである。 一実施形態に係る空燃比制御部のフローチャートである。 一実施形態に係る空燃比制御部のフローチャートである。 一実施形態に係る空燃比制御部のフローチャートである。 ＮＯｘパージ時の排ガス浄化のタイムチャートであり、（ａ）は空燃比Ａ／Ｆ、（ｂ）はＮＯｘ濃度、（ｃ）はＮＨ３排出量、（ｄ）は車速の変化をそれぞれ示す。 ＮＯｘトラップ触媒の温度とＮＨ３生成量との関係を示すマップ。 ＮＯｘトラップ触媒におけるリッチ化Ａ／ＦとＮＨ３生成量との関係を示すマップ。 選択還元触媒のＮＨ３吸着量とＮＯｘ浄化効率との関係を示すマップ。 選択還元触媒温度とＮＯｘ浄化効率との関係を示すマップ。 選択還元触媒温度とＮＨ３吸着量との関係を示すマップ。 ＮＯｘトラップ触媒温度とＮＯｘ排出量との関係を示すマップ。 ＮＯｘトラップ触媒におけるリッチ化Ａ／ＦとＮＯｘ排出量との関係を示すマップ。
　以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
　本発明の幾つかの実施形態に係る排ガス浄化システム１０Ａは、図１に示すような全体構成を有し、エンジン（内燃機関）１１は、例えばガソリンリーンバーンエンジンである。エンジン１１の燃焼室（不図示）と連通する排気ポート１２が気筒毎に形成されている。そして、エンジン１１には夫々の排気ポート１２と連通するように排気マニフォールド１４が接続されている。
　排気マニフォールド１４の排ガス流れ方向下流には、排気過給機１６が設けられている。排気過給機１６ではタービンハウジング１６ａと排ガス通路１８とが連通し、エンジン１１から排出される排ガスｅのエネルギを利用して吸入された新気を圧縮し、エンジン１１の燃焼室に供給する。
　排ガス通路１８には、ＮＯｘトラップ触媒（第１の排ガス浄化触媒）２２を内蔵した触媒コンバータ２０が設けられている。エンジンのリーン燃焼運転時に、排ガスｅに含まれるＮＯｘを吸蔵可能なアルカリ元素やアルカリ土類元素などの触媒成分と吸蔵したＮＯｘをリッチ燃焼運転時に還元浄化可能な貴金属元素などの触媒活性成分を担持している。
　また、触媒コンバータ２０より下流の排ガス通路１８には、選択還元触媒（ＳＣＲ）（第２の排ガス浄化触媒）２６を内蔵した触媒コンバータ２４が設けられる。選択還元触媒２６は、上記反応式（１）～（５）によって生成され排ガスｅに含まれるＮＨ３を吸着可能な触媒活性成分、及び吸着したＮＨ３で排ガス中のＮＯｘを選択還元する触媒活性成分を担持する。
　リーン燃焼運転時には、排ガス中のＮＯｘ成分はＮＯｘトラップ触媒２２に吸蔵され、ＮＯｘの下流側への流出を抑制する。そして、ＮＯｘトラップ触媒２２で吸蔵されたＮＯｘ成分はＮＯｘ浄化性能を維持するために定期的、又は所定の条件が成立したときに、リッチ燃焼運転によってＮＯｘを脱離／浄化（パージ）させている。また、リッチ化によってＮＯｘトラップ触媒２２でＮＨ３が生成される。選択還元触媒２６では、ＮＯｘトラップ触媒２２で生成されて存在するＮＨ３と、排ガス中に残存するＮＯｘとを反応させ、反応式（６）～（８）の反応によりＮＯｘを選択還元する。
　なお、ＮＯｘパージは、脱離だけではなく浄化作用を含むため「脱離／浄化（パージ）」と記載している。
　エンジン１１の運転を制御する制御装置４０が設けられている。
　制御装置４０には、図示しない信号入力部、信号出力部、記憶部、演算部等が設けられ、さらに、エンジン１１の燃焼空燃比を制御する空燃比制御部４２が設けられている。
　信号入力部には、エンジン１１の運転状態の空燃比、エンジン回転、エンジン負荷等、さらに、温度センサ４４からＮＯｘトラップ触媒２２の温度、温度センサ４６から選択還元触媒２６の温度の信号が入力され、信号出力部からは、燃料供給装置４８への燃料供給量を制御する信号、すなわち、空燃比を制御する信号が出力される。
　空燃比制御部４２には、空燃比を理論空燃比よりリッチ燃焼運転に制御してＮＯｘトラップ触媒２２においてＮＨ３を生成させて、選択還元触媒２６に供給するＮＨ３生成部５０と、選択還元触媒２６によるＮＯｘ還元性能を示す指標に基づいてリッチ燃焼運転のリッチ化度合いを制御してＮＨ３生成部５０によって生成されるＮＨ３量を制御するリッチ化制御部５２とを有して構成されている。
　リッチ化制御部５２は、選択還元触媒２６によるＮＯｘ還元性能を示す指標（以下「ＮＯｘ還元指標」と言う）に基づいて、リッチ燃焼運転時のリッチ化度合いを制御する。
　また、ＮＨ３生成部５０では、空燃比を理論空燃比よりリッチ燃焼運転に制御してＮＯｘトラップ触媒２２においてＮＨ３を生成させ選択還元触媒２６に供給するので、リッチ化制御部５２でのリッチ化度合いを制御することで、生成されるＮＨ３量を制御することができる。
　従って、選択還元触媒２６のＮＯｘ還元指標に基づいてリッチ燃焼運転を制御することによって、ＮＯｘトラップ触媒２２でのＮＯｘ離脱／浄化（パージ）を行わせるリッチ燃焼運転のリッチ化度合いを制御することができ、ＮＯｘ浄化率を高く維持しつつ、燃費の悪化を抑制できる。
　また、還元剤を排ガス通路１８に供給するための還元剤供給装置を別途設置する必要がないため排ガス浄化システムの簡素化による小型化及びコスト低減が図れる。
　幾つかの実施形態では、図４に示すように、リッチ化制御部５２は、選択還元触媒２６に吸着したＮＨ３吸着量を「ＮＯｘ還元指標」としてリッチ化度合いを制御する構成を有る。
　この制御のために、ＮＨ３生成部５０で生成されるＮＨ３生成量を求めるＮＨ３生成量算出部５４と、ＮＨ３生成量算出部５４で求めたＮＨ３生成量と選択還元触媒２６の温度とから選択還元触媒のＮＨ３吸着量を求めるＮＨ３吸着量算出部５６とを有し、さらに、ＮＨ３吸着量算出部５６で算出したＮＨ３吸着量が、所定のＮＨ３吸着閾値より低下したか否かを判定するＮＨ３吸着量判定部５８を有している。
　ＮＨ３生成量算出部５４は、図１０、１１に示すＮＨ３生成量マップ（第１のマップ）６０、６２を用いて、ＮＯｘトラップ触媒２２で生成されるＮＨ３生成量を算出する。
　図１０のＮＨ３生成量マップには、ＮＯｘトラップ触媒２２の温度とＮＨ３生成量との関係が設定されている。また、図１１のＮＨ３生成量マップには、空燃比（Ａ／Ｆ）とＮＯｘトラップ触媒２２で生成されるＮＨ３生成量との関係が設定されている。従って、温度センサ４４からの検出温度と、エンジン１１からの空燃比情報を基に図１０、１１のＮＨ３生成量マップ６０、６２を用いて算出される。例えば、一方のマップには生成量（ｐｐｍ）が設定され、他方のマップには補正係数が設定されており、それらを掛け合わせて求める。
　ＮＨ３吸着量算出部５６は、ＮＨ３生成量算出部５４で求めたＮＨ３生成量と選択還元触媒２６の温度とから、選択還元触媒のＮＨ３吸着量を求める。例えば、図１４の選択還元触媒２６の温度とＮＨ３吸着量との関係が設定されたＮＨ３吸着量マップ６３を用いて算出する。図１４のＮＨ３吸着量は、最大吸着量を示すため、ＮＨ３生成量算出部５４で求めたＮＨ３生成量が、最大吸着量に達している場合には、最大吸着量が吸着され、達していない場合には、その流入するＮＨ３生成量が吸着量となると仮定して算出する。
　ＮＨ３吸着量判定部５８は、所定のＮＨ３吸着閾値より低下したか否かを判定して、低下している場合には、ＮＯｘ還元性能が得られないと判定して、空燃比のリッチ化を強化（増大）する。また、ＮＨ３吸着量が閾値を超えるときは、リッチ化度合いを抑制（低減）する。
　この所定のＮＨ３吸着閾値は、図１４に示す最大吸着量に対して所定の比率、例えば５０％の値として、５０％以上であれば必要なＮＯｘ還元性能（ＮＯｘの排ガス規制値を満たすことができるＮＯｘ還元性能）が得られるような値に設定される。また、ＮＨ３吸着閾値を範囲として設定してもよく５０％～７０％のように範囲指定し、その範囲を超える場合または低下する場合として判定してもよい。
　以上の構成では、選択還元触媒２６のＮＨ３吸着量が所定のＮＨ３吸着閾値に維持されるよう空燃比のリッチ化度合が制御されるので、ＮＯｘ還元浄化を、燃費を向上しつつ効率よく行うことができる。
　幾つかの実施形態では、図４に示すように、リッチ化制御部５２は、選択還元触媒２６から排出されるＮＯｘ濃度を「ＮＯｘ還元指標」としてリッチ化度合いを制御する構成を有する。
　この制御のために、ＮＯｘトラップ触媒２２の下流側の排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を求める第１のＮＯｘ濃度算出部６４と、選択還元触媒２６の出口側のＮＯｘ濃度を求める第２のＮＯｘ濃度算出部６６とを有し、さらに、第２のＮＯｘ濃度算出部６６で算出したＮＯｘ濃度が、所定のＮＯｘ濃度閾値を越えたか否かを判定するＮＯｘ濃度判定部６８を有している。
　第１のＮＯｘ濃度算出部６４は、図１５、１６に示すＮＯｘ濃度マップ（第２のマップ）７０、７２を用いて、ＮＯｘトラップ触媒２２の下流側でのＮＯｘ濃度を算出する。
　図１５のＮＯｘ濃度マップ７０は、ＮＯｘトラップ触媒２２の温度とＮＯｘ排出量（濃度）との関係が設定されている。温度が低すぎるとＮＯｘトラップ反応の進行が弱まりＮＯｘトラップ触媒下流のＮＯｘ排出量は増大し、また温度が高すぎるとＮＯｘトラップ反応が低下する。
　図１６のＮＯｘ濃度マップ７２は、空燃比（Ａ／Ｆ）とＮＯｘ排出量（濃度）との関係が設定されている。理論空燃比近傍では、ＮＯｘトラップ触媒下流のＮＯｘ排出量は極めて少ない。しかし過剰なリッチ空燃比では、ＮＯｘ排出量が僅かに増加する。
　従って、温度センサ４４からの検出温度と、エンジン１１からの空燃比情報を基に図１５、１６のＮＯｘ濃度マップ７０、７２を用いて算出される。例えば、一方のマップには生成量（ｐｐｍ）が設定され、他方のマップには補正係数が設定されており、それらを掛け合わせて求める。
　第２のＮＯｘ濃度算出部６６は、ＮＨ３吸着量算出部５６で求めた選択還元触媒２６のＮＨ３吸着量と、選択還元触媒２６のＮＯｘ浄化効率との関係を設定した図１２に示すＮＯｘ浄化効率マップ７４、及び選択還元触媒２６の温度と選択還元触媒２６のＮＯｘ浄化効率との関係を設定した図１３に示す浄化効率マップ７６とを用いて、例えば、ＮＨ３吸着量から求めた浄化効率に対して温度補正をするようにして求めた浄化効率を用いて、第１のＮＯｘ濃度算出部６４で求めた選択還元触媒２６の入口のＮＯｘ濃度から選択還元触媒２６の出口のＮＯｘ濃度を算出する。
　ＮＯｘ濃度判定部６８は、所定のＮＯｘ濃度閾値を超えたか否かを判定して、超えた場合には、ＮＯｘ排出規制値が満たされないと判定して、空燃比のリッチ化を強化（増大）する。また、ＮＯｘ排出濃度がＮＯｘ排出閾値より低下したときは、リッチ化度合いを抑制（低減）する。
　このように、ＮＯｘ排出規制値が満たされるのに必要なＮＯｘ還元性能が得られるようにリッチ化度合いが制御される。
　以上の構成では、選択還元触媒から排出されるＮＯｘ濃度が、ＮＯｘ排出規制値を満たすように設定されたＮＯｘ濃度閾値を維持するよう空燃比のリッチ化度合が制御されるので、ＮＯｘ還元浄化を、燃費を向上しつつ効率よく行うことができる。
　幾つかの実施形態では、図２、図４に示すように、リッチ化制御部５２において、ＮＨ３生成量マップ（第１のマップ）６０、６２に代えて、ＮＯｘトラップ触媒２２と選択還元触媒２６との間の排ガス通路１８に設けられ、排ガス中のＮＨ３濃度を検出する第１のＮＨ３センサ８０を用いて、該第１のＮＨ３センサ８０から信号を基に、ＮＯｘトラップ触媒２２によって生成されるＮＨ３生成量が算出される。
　また、ＮＯｘ濃度マップ（第２のマップ）７０、７２に代えて、ＮＯｘトラップ触媒２２と選択還元触媒２６との間の排ガス通路１８に設けられ、排ガス中のＮＯｘ濃度を検出する第１のＮＯｘセンサ８２を用いて、該第１のＮＯｘセンサ８２から信号を基に、ＮＯｘトラップ触媒２２の下流側におけるＮＯｘ濃度が算出される。
　図２に示す排ガス浄化システム１０Ｂの構成は、図１と第１のＮＨ３センサ８０、及び第１のＮＯｘセンサ８２以外は同様である。また、図４においては、第１のＮＨ３センサ８０、及び第１のＮＯｘセンサ８２は点線で示す。
　以上の構成では、ＮＨ３生成量及びＮＯｘ濃度が、それぞれ第１のＮＨ３センサ８０、及び第１のＮＯｘセンサ８２からの信号で算出されるため正確に算出できる。
　幾つかの実施形態では、図２、図４に示すように、リッチ化制御部５２には、選択還元触媒２６の下流側のＮＨ３を算出するＮＨ３排出量算出部７８を有し、選択還元触媒２６の下流の排ガス通路１８に設けられた第２のＮＨ３センサ８４からの信号によってＮＨ３排出量が算出される。
　そして、ＮＨ３吸着量算出部５６における吸着量の算出を、第２のＮＨ３センサ８４からの信号と、第１のＮＨ３センサ８０とからの信号を用いて、それぞれのＮＨ３センサ８０、８４の検出値の差を算出することで算出する。
　また、選択還元触媒２６の下流の排ガス通路１８に、排ガス中のＮＯｘ排出濃度を検出する第２のＮＯｘセンサ８６を設け、選択還元触媒２６の下流側のＮＯｘを算出する第２のＮＯｘ濃度算出部６６を、ＮＯｘ浄化効率マップ７４、７６を用いて算出する代わりに、第２のＮＯｘセンサ８６からの信号を基に算出する。
　図２に示す排ガス浄化システム１０Ｂの構成は、図１とは、第２のＮＨ３センサ８４、及び第２のＮＯｘセンサ８６以外は同様である。また、図４においては、第２のＮＨ３センサ８４、及び第２のＮＯｘセンサ８６は点線で示す。
　以上の構成では、第２のＮＨ３センサ８４、及び第２のＮＯｘセンサ８６からの信号を用いることで、選択還元触媒２６の下流側のＮＯｘ濃度、及び選択還元触媒２６のＮＨ３吸着量を正確に算出できる。
　幾つかの実施形態では、図５に示すフローチャートのように、リッチ化制御部５２は、選択還元触媒２６に吸着したＮＨ３排出量を「ＮＯｘ還元指標」としてリッチ化度合いを制御する。
　ステップＳ１で、各種エンジン運転条件を検出する。例えば、空燃比、エンジン回転、エンジン負荷、ＮＯｘパージ制御の実施の有無等を検出する。ステップＳ２で、温度センサ４４からＮＯｘトラップ触媒２２の温度、温度センサ４６から選択還元触媒（ＳＣＲ）２６の温度を検出する。ステップＳ３で、選択還元触媒２６へのＮＨ３流入量を推定する。このステップＳ３の推定は、ＮＨ３生成量算出部５４による算出によって推定する。その後、ステップＳ４で、選択還元触媒２６のＮＨ３吸着量を推定する。このステップＳ４の推定は、ＮＨ３吸着量算出部５６による算出によって推定する。
　その後、ステップＳ５で、推定したＮＨ３吸着量が、所定のＮＨ３吸着閾値以下か否かを判定して、Ｙｅｓの場合には、ＮＯｘ還元性能が得られないと判定して、ステップＳ６に進んでＮＯｘトラップ触媒２２のＮＯｘパージの空燃比のリッチ化を強化（増大）し、ステップＳ５でＮＯの場合には、すなわち、ＮＨ３吸着閾値を越えている場合には、ＮＨ３のスリップの恐れが生ずる可能性が高いためステップＳ７に進んで、ＮＯｘパージの空燃比のリッチ化を抑制（低減）する。なお、ＮＨ３吸着閾値を一定の範囲の値として設定してもよい。
　以上の構成によると、選択還元触媒２６のＮＨ３吸着量が所定のＮＨ３吸着閾値より低下しないように空燃比のリッチ化度合が制御されるので、ＮＯｘパージの空燃比のリッチ化によるＮＯｘの浄化を、燃費を悪化させることなく効率よく行うことができる。
　幾つかの実施形態では、図６に示すフローチャートのように、選択還元触媒２６から排出されるＮＯｘ濃度を「ＮＯｘ還元指標」としてリッチ化度合いを制御する。
　ステップＳ１１、Ｓ１２は、図５のステップＳ１、Ｓ２と同一であり、ステップＳ１３で、選択還元触媒２６へ流入するＮＯｘ濃度を推定する。このステップＳ１３の推定は、第１のＮＯｘ濃度算出部６４の算出によって推定する。その後、ステップＳ１４で、選択還元触媒２６のＮＯｘ浄化効率を算出する。このステップＳ１４の算出は、ＮＯｘ浄化効率マップ７４、７６を用いて算出される。その後、ステップＳ１５で、選択還元触媒２６の下流側のＮＯｘ濃度を推定する。このステップＳ１５の推定は、第２のＮＯｘ濃度算出部６６の算出によって推定する。
　その後、ステップＳ１６で、推定したＮＯｘ濃度が、所定の第１のＮＯｘ排出閾値以下か否かを判定して、Ｙｅｓの場合には、ＮＯｘ還元性能が得られていると判定して、ステップＳ１７に進んで、さらに第１のＮＯｘ排出閾値より小の第２のＮＯｘ排出閾値以下か否かを判定する。
　ステップＳ１６でＮＯの場合には、すなわち、第１のＮＯｘ排出閾値を越えている場合には、ＮＯｘ還元性能が得られていないと判定して、ステップＳ２０に進んで、ＮＯｘパージ時の空燃比のリッチ化を強化（増大）する。
　また、ステップＳ１７でＮＯの場合には、すなわち、第２のＮＯｘ排出閾値を越えているが第１のＮＯｘ排出閾値以下の場合には、ＮＯｘパージは行うがＮＯｘ還元性能は得られているため、空燃比のリッチ化を抑制（低減）する。
　さらに、ステップＳ１７でＹｅｓの場合には、選択還元触媒２６のＮＯｘ浄化性能が維持されており、ＮＯｘ離脱／浄化（ＮＯｘパージ）を行う必要がないと判定して、リーン運転を継続させる。これによって、ＮＯｘ離脱の際のリッチ化の発生頻度を抑えることで、燃費の向上をさらに図ることができる。
　以上の構成によると、選択還元触媒２６の下流側のＮＯｘ濃度に基づいて、空燃比のリッチ化度合が制御されるので、ＮＯｘパージの空燃比のリッチ化によるＮＯｘの浄化を、燃費を悪化させることなく効率よく行うことができる。
　幾つかの実施形態では、図７に示すフローチャートのように、選択還元触媒２６に吸着したＮＨ３排出量、及び選択還元触媒２６から排出されるＮＯｘ濃度を組み合わせて「ＮＯｘ還元指標」としてリッチ化度合いを制御する。
　ステップＳ３１～Ｓ３５は、図５の実施形態のステップＳ１～Ｓ５にそれぞれ対応しており、同一である。
　ステップＳ３５で、ＮＯの場合にはリターンに戻り、Ｙｅｓの場合には、すなわち選択還元触媒２６のＮＨ３吸着量が、所定のＮＨ３吸着閾値以下の場合には、ＮＯｘ還元性能が得られない恐れがあるため、ステップＳ３６に進んで、ＮＯｘ還元性能が得られているかどうかを、選択還元触媒２６の下流側の推定したＮＯｘ濃度が、所定の第１のＮＯｘ閾値以下か否かによって判定する。
　ステップＳ３６での判定がＹｅｓの場合には、ＮＯｘ還元性能が得られていると判定してステップＳ３８に進み、ステップＳ３６での判定がＮＯの場合には、ＮＯｘ還元性能が得られていないと判定してステップＳ４０に進む。
　以降のステップＳ３８～Ｓ４０における作動は、図６の実施形態におけるステップＳ１８～Ｓ２０とそれぞれ対応して同一である。
　再度説明すると、ステップＳ３６でＮＯの場合には、すなわち、第１のＮＯｘ排出閾値を越えている場合には、ＮＯｘ還元性能が得られていないと判定して、ステップＳ４０に進んで、ＮＯｘパージ時の空燃比のリッチ化を強化（増大）する。
　また、ステップＳ３７でＮＯの場合には、すなわち、第２のＮＯｘ排出閾値を越えているが第１のＮＯｘ排出閾値以下の場合には、ＮＯｘパージは行うがＮＯｘ還元性能は得られているため、空燃比のリッチ化を抑制（低減）する。
　さらに、ステップＳ３７でＹｅｓの場合には、選択還元触媒２６のＮＯｘ浄化性能が維持されており、ＮＯｘ離脱／浄化（ＮＯｘパージ）を行う必要がないと判定して、リーン運転を継続させる。これによって、ＮＯｘ離脱の際のリッチ化の発生頻度を抑えることで、燃費の向上をさらに図ることができる。
　以上の構成によれば、選択還元触媒２６に吸着したＮＨ３排出量、選択還元触媒２６から排出されるＮＯｘ濃度を組み合わせて「ＮＯｘ還元指標」として判定して、その結果を基にリッチ化度合いを制御するので、一つの「ＮＯｘ還元指標」による判定よりも、精度が高められるため、ＮＯｘパージの空燃比のリッチ化によるＮＯｘの浄化を、燃費を悪化させることなくより効率よく行うことができる。
　幾つかの実施形態では、図８に示すフローチャートのように、図７の実施形態に対してさらに、ステップＳ４１～Ｓ４３を追加した構成を有する。
　図８において、ステップＳ３５でＮＯの場合、すなわち、選択還元触媒２６のＮＨ３吸着量が、所定のＮＨ３吸着閾値を越えている場合には、ＮＨ３のスリップの恐れがあるため、ステップＳ４１に進んで、ＮＨ３排出量が、所定のＮＨ３排出閾値以下か否かを判定する。
　選択還元触媒２６の下流側に排出されるＮＨ３の排出量は、ＮＨ３排出量算出部７８によって算出され、第２のＮＨ３センサ８４からの信号から算出される。
　ステップＳ４１での判定結果、Ｙｅｓの場合には、ＮＨ３のスリップの恐れは問題ないと判定して、ステップＳ４３に進んで、空燃比のリッチ化を強化（増大）する。
　一方、ステップＳ４１で、ＮＯの場合には、すなわち、ＮＨ３排出閾値を越えている場合には、ＮＨ３のスリップ量が多いと判定して、ステップＳ４２に進んで、空燃比のリッチ化を抑制（低減）する。
　以上の構成によれば、図７の実施形態によって得られ効果に加えて、選択還元触媒２６をスリップしてしまうＮＨ３スリップ量の抑制を可能とする。従って、ＮＯｘパージの空燃比のリッチ化によるＮＯｘの浄化を、燃費を悪化させることなくさらに効率よく行うことができる。
　幾つかの実施形態では、図９に示す排ガス浄化の手順に沿って、ＮＯｘパージ時の空燃比のリッチ化の制御が行われる。
　リーン燃焼運転時には、排ガス中のＮＯｘ成分はＮＯｘトラップ触媒２２に吸蔵され、ＮＯｘの下流側への流出を抑制する。そして、ＮＯｘトラップ触媒２２で吸蔵されたＮＯｘ成分はＮＯｘ浄化性能を維持するために所定の条件下で脱離／浄化（パージ）させているが、その脱離の際に、リッチ燃焼運転によって、ＮＯｘトラップ触媒に吸蔵されたＮＯｘを脱離させると共に大部分のＮＯｘは還元浄化する。また、リッチ化によってＮＯｘトラップ触媒２２でＮＨ３が生成される。選択還元触媒２６では、ＮＯｘトラップ触媒２２で生成されて存在するＮＨ３と、排ガス中に残存するＮＯｘとを反応させることで、ＮＯｘの還元効率を高める。
　従って、ＮＯｘパージ時の空燃比のリッチ化を、予め運転条件（ＮＯｘパージを開始するエンジン回転数及びエンジン負荷等の条件）に基づいて設定される基準のリッチ化の空燃比に対して、ＮＯｘ還元性能を示す指標（「ＮＯｘ還元指標」）を基にさらにリッチ化を増大、低減するように補正する。
　図９は、排ガス浄化のタイムチャートを示すものであり、横軸に時間、縦軸には、（ａ）では空燃比（Ａ／Ｆ）、（ｂ）ではＮＯｘ濃度、（ｃ）ではＮＨ３排出量、（ｄ）ではエンジン１１を車両に搭載した場合の車速をそれぞれ示している。
　図９（ａ）において、空燃比（Ａ／Ｆ）の変化を示すタイムチャートでは、リーン運転中にｔ０でＮＯｘパージが開始され、空燃比のリッチ化が開始される。その後ｔ１でリッチ化が終了する。
　ＮＯｘパージ時のリッチ化のリッチ化度合の制御は、少なくともｔ０～ｔ１のリッチ化時間ｔｃまたは空燃比（Ａ／Ｆ）の大きさｗの増減によって行われる。また、ＮＯｘパージを行う間隔時間Ｍを変更して発生頻度を制御することによって可能である。
　図９（ｂ）のＮＯｘ濃度の変化を示すタイムチャートでは、ＮＯｘパージのリッチ化の開始後に、ＮＯｘトラップ触媒２２の出口側すなわち、選択還元触媒（ＳＣＲ）２６への流入ＮＯｘは、ＮＯｘ排出閾値を大きく超えた値を示しているが、選択還元触媒２６の出口側のＮＯｘ濃度は、第１のＮＯｘ排出閾値を満たす範囲に低減されていることがわかる。
図９（ｃ）のＮＨ３排出量の変化を示すタイムチャートでは、ＮＯｘパージのリッチ化の開始後に、ＮＯｘトラップ触媒２２の出口側すなわち、選択還元触媒２６への流入ＮＨ３は、大きく増加していることがわかる。選択還元触媒２６の出口側のＮＨ３は僅かな排出量となっており、選択還元触媒２６に吸着されるとともにＮＯｘの還元作用に用いられて消費されたことがわかる。
図９（ｄ）の車速の変化を示すタイムチャートでは、車速変化はなく、一定車速である。
　以上の構成によれば、リッチ化度合いの制御を、リッチ化時間ｔｃ、又はリッチ化の空燃比の大きさｗ、すなわち燃料量と空気量との増減、又はＮＯｘパージを行う間隔時間Ｍ（パージ発生頻度の増減）、のうちの少なくともいずれかを制御することで行われるので、リッチ化度合いの制御を精度よく行うことができる。その結果、燃費を悪化させることなくＮＯｘ浄化性能を効率よく発揮することができる。
　なお、ＮＯｘトラップ触媒に吸収されているＮＯｘの吸収量によっては、同一のリッチ化度合いであっても、ＮＯｘトラップ触媒２２で生成されるＮＨ３の生成量に差異が生じる。
　このため、予め設定されるＮＯｘパージを行う間隔時間等の設定条件以外で、ＮＯｘ発生量が増大する運転状態、例えば加速状態、を検出するためにエンジン回転数の累積値やアクセルペダル（スロットルバルブ）の開度の累積値等を算出して、ＮＯｘトラップ触媒２２のＮＯｘ吸収量を示すＮＯｘ吸蔵量のパラメータを基にリッチ化の空燃比をさらに補正するようにしてもよい。
　すなわち、予め運転条件（エンジン回転数及びエンジン負荷等の条件）に基づいてＮＯｘパージを行う際の基準のリッチ化の空燃比が設定されている。これに対して、既に説明してきたようにＮＯｘ還元性能を示す指標（「ＮＯｘ還元指標」）を基に空燃比のリッチ化を増大、低減する補正を行う。そして、さらに、ＮＯｘ吸収量のパラメータによる補正を加える。例えば、加速状態が頻繁に発生した運転状態の場合には、空燃比のリッチ化を増大するように補正する。
　このように、選択還元触媒２６のＮＯｘ還元性能による補正と、ＮＯｘトラップ触媒２２のＮＯｘ吸収状態による補正との２種類の補正を施すようにしてよい。
　このように、２種類の補正を施すことで、ＮＯｘパージの空燃比のリッチ化によるＮＯｘの浄化を、燃費を悪化させることなくさらに効率よく行うことができる。
　幾つかの実施形態では、図３に示す排ガス浄化システム１０Ｃのように、ＮＯｘトラップ触媒２２と選択還元触媒２６との間の排ガス通路１８に還元剤供給部１９と、還元剤供給部１９から排ガス中へ供給される還元剤供給量を制御する還元剤供給制御部５３と、を備えている。
　そして、還元剤供給制御部５３は、エンジン１１の運転状態より、ＮＨ３生成部５０によって生成されるＮＨ３生成量の不足分を補うように還元剤供給制量を制御する。すなわち、所定のＮＯｘ還元性能（例えば、ＮＯｘの排ガス規制値を満たすＮＯｘ還元性能）が得られるのに必要なＮＨ３量に対して不足分を補うように制御する。
　以上の構成によって、ＮＯｘパージ時の空燃比のリッチ化によるＮＯｘの浄化効率をさらに向上できる。
　本発明の少なくとも一実施形態によれば、選択還元触媒によるＮＯｘ還元性能を示す指標に基づいてリッチ燃焼運転のリッチ化度合いを制御してＮＯｘトラップ触媒によって生成されて選択還元触媒へ供給されるＮＨ３量を制御することによって、選択還元触媒のＮＯｘ還元浄化を効率よく行うことができるので、リーン燃焼エンジンの排気浄化システムへの適用に適している。
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ　排ガス浄化システム
１１　エンジン（内燃機関）
１２　排気ポート
１４　排気マニフォールド
１６　排気過給機
１８　排ガス通路
１９　還元剤供給部
２２　ＮＯｘトラップ触媒
２６　選択還元触媒
４０　制御装置
４２　空燃比制御部
４４、４６　温度センサ
５０　ＮＨ３生成部
５２　リッチ化制御部
５３　還元剤供給制御部
５４　ＮＨ３生成量算出部
５６　ＮＨ３吸着量算出部
５８　ＮＨ３吸着量判定部
６０、６２　ＮＨ３生成量マップ（第１のマップ）
６３　ＮＨ３吸着量マップ
６４　第１のＮＯｘ濃度算出部
６６　第２のＮＯｘ濃度算出部
６８　ＮＯｘ濃度判定部
７０、７２　ＮＯｘ濃度マップ（第２のマップ）
７４、７６　ＮＯｘ浄化効率マップ
８０　第１のＮＨ３センサ
８２　第１のＮＯｘセンサ
８４　第２のＮＨ３センサ
８６　第２のＮＯｘセンサ
ｅ　排ガス
ｔｃ　ＮＯｘパージ時のリッチ化時間
ｗ　ＮＯｘパージ時のリッチ化の大きさ

Claims (12)

  1. 　内燃機関の排ガス通路に設けられ、リーン燃焼運転時に排ガス中のＮＯｘを吸蔵可能な第１の排ガス浄化触媒と、
    　前記第１の排ガス浄化触媒より下流の前記排ガス通路に設けられ、排ガス中に含まれるＮＨ３を吸着可能であり、かつ吸着したＮＨ３で排ガス中のＮＯｘを選択還元する第２の排ガス浄化触媒と、
    　内燃機関の燃焼空燃比を制御する空燃比制御部と、を備え、
    　前記空燃比制御部は、
    　空燃比を制御して、理論空燃比よりリーン燃焼運転において前記第１の排ガス浄化触媒に吸蔵させたＮＯｘを、リッチ燃焼運転にして前記吸蔵させたＮＯｘを脱離させると共に、前記第１の排ガス浄化触媒においてＮＨ３を生成させて前記第２の排ガス浄化触媒に供給するＮＨ３生成部と、
    　前記第２の排ガス浄化触媒によるＮＯｘ還元性能を示す指標に基づいて前記リッチ燃焼運転のリッチ化度合いを制御するリッチ化制御部と、
    　を有していることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化システム。
  2. 　前記第２の排ガス浄化触媒によるＮＯｘ還元性能を示す指標は、前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ３吸着量であり、
    　前記リッチ化制御部は、前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ３吸着量がＮＨ３吸着閾値より低下したとき、前記リッチ化度合いを増大することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排ガス浄化システム。
  3. 　前記第２の排ガス浄化触媒によるＮＯｘ還元性能を示す指標は、前記第２の排ガス浄化触媒の下流側のＮＯｘ排出濃度であり、
    　前記リッチ化制御部は、前記第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度が所定の第１のＮＯｘ排出閾値を越えたとき、前記リッチ化度合いを増大し、前記ＮＯｘ排出濃度が前記第１のＮＯｘ排出閾値より低下した場合には前記リッチ化度合いを低減することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排ガス浄化システム。
  4. 　前記第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度が前記第１のＮＯｘ排出閾値より低い第２のＮＯｘ排出閾値より低下した場合には、前記リッチ燃焼運転を行わずに、前記リーン運転を継続させることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排ガス浄化システム。
  5. 　前記リッチ化制御部は、
    　前記ＮＨ３生成部で生成されるＮＨ３の生成量を求めるＮＨ３生成量算出部と、
    　前記ＮＨ３生成量算出部で求めたＮＨ３生成量と前記第２の排ガス浄化触媒の温度とから前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ３吸着量を求めるＮＨ３吸着量算出部とを有し、
    　該ＮＨ３吸着量算出部で算出されたＮＨ３吸着量に基づいて前記リッチ化度合いを制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排ガス浄化システム。
  6. 　前記ＮＨ３生成量算出部において、
    　前記ＮＨ３生成量は、空燃比及び前記第１の排ガス浄化触媒の温度を含む内燃機関の運転状態量と前記第１の排ガス浄化触媒で生成されるＮＨ３生成量との関係を示す第１のマップによって算出することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排ガス浄化システム。
  7. 　前記ＮＨ３生成量算出部において、
    　前記ＮＨ３生成量は、前記第１の排ガス浄化触媒と前記第２の排ガス浄化触媒との間の前記排ガス通路に設けられ、排ガス中のＮＨ３濃度を検出する第１のＮＨ３センサからの信号を基に算出されることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排ガス浄化システム。
  8. 　前記リッチ化制御部は、
    　前記第１の排ガス浄化触媒で生成されるＮＨ３の生成量を求めるＮＨ３生成量算出部と、
    　該ＮＨ３生成量算出部で求めたＮＨ３生成量と前記第２の排ガス浄化触媒の温度とから前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ３吸着量を求めるＮＨ３吸着量算出部と、
    　前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を求める第１のＮＯｘ濃度算出部と、
    　前記ＮＨ３吸着量算出部で求めた前記第２の排ガス浄化触媒のＮＨ３吸着量と前記第２の排ガス浄化触媒のＮＯｘ浄化効率との関係、及び前記第２の排ガス浄化触媒の温度と前記第２の排ガス浄化触媒のＮＯｘ浄化効率との関係を用いて、前記第１のＮＯｘ濃度算出部で求めたＮＯｘ濃度から前記第２の排ガス浄化触媒出口のＮＯｘ排出濃度を算出する第２のＮＯｘ排出濃度算出部と、
    　を有し、
    　該第２のＮＯｘ排出濃度算出部で算出されたＮＯｘ排出濃度に基づいて前記リッチ化度合いを制御することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排ガス浄化システム。
  9. 　前記第１のＮＯｘ濃度算出部において、
    　前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度は、空燃比及び前記第１の排ガス浄化触媒の温度を含む内燃機関の運転状態量と前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度との関係を示す第２のマップに基づいて算出されることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排ガス浄化システム。
  10. 　前記第１のＮＯｘ濃度算出部において、
    　前記第１の排ガス浄化触媒の下流側排ガスに含まれるＮＯｘ濃度は、前記第１の排ガス浄化触媒と前記第２の排ガス浄化触媒との間の前記排ガス通路に設けられ、排ガス中のＮＯｘ濃度を検出する第１のＮＯｘセンサからの信号を基に算出されることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排ガス浄化システム。
  11. 　前記第２の排ガス浄化触媒の下流側のＮＯｘ排出濃度は、前記第２の排ガス浄化触媒より下流の前記排ガス通路に設けられ、該ＮＯｘ排出濃度を検出する第２のＮＯｘセンサからの信号を基に算出されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排ガス浄化システム。
  12. 　前記第１の排ガス浄化触媒と前記第２の排ガス浄化触媒間の前記排ガス通路に設けられた還元剤供給部をさらに備え、
    　排ガス中のＮＯｘ濃度に対する前記ＮＨ３生成部によるＮＨ３生成量が所定のＮＯｘ還元性能を得るのに必要な量に対して不足するとき、前記還元剤供給部から還元剤を排ガス中に供給してＮＨ３生成量の不足分を補うための還元剤供給制御部を備えることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の内燃機関の排ガス浄化システム。
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