内燃機関の排気浄化装置
【課題】リッチスパイク制御、及びＮＯｘ吸蔵還元触媒内にアンモニアを存在させておくための制御を適切に実行することによって、ＮＯｘの漏れ出しを抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、三元触媒及びＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いて排気ガスの浄化を行うために好適に利用される。具体的には、リッチ化制御手段は、ＮＯｘ還元を行うために空燃比をリッチ化する制御を行う。また、制御手段は、ＮＯｘ還元を行う際に、ＮＯｘ浄化成分をＮＯｘ吸蔵還元触媒内に存在させておくための制御を行う。例えば、アンモニアをＮＯｘ吸蔵還元触媒内に存在させておくために、排気通路中に尿素を噴射する。これにより、リッチ化する制御の初期において生じ得るＮＯｘの漏れ出しを効果的に抑制しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元を適切に行うことが可能となる。
【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、三元触媒及びＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いて排気ガスの浄化を行うために好適に利用される。具体的には、リッチ化制御手段は、ＮＯｘ還元を行うために空燃比をリッチ化する制御を行う。また、制御手段は、ＮＯｘ還元を行う際に、ＮＯｘ浄化成分をＮＯｘ吸蔵還元触媒内に存在させておくための制御を行う。例えば、アンモニアをＮＯｘ吸蔵還元触媒内に存在させておくために、排気通路中に尿素を噴射する。これにより、リッチ化する制御の初期において生じ得るＮＯｘの漏れ出しを効果的に抑制しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元を適切に行うことが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いて排気浄化を行う内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排気通路上にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設け、この触媒を用いてＮＯｘを浄化する排気浄化装置が提案されている。例えば、特許文献１には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するために、空燃比をリッチにするリッチスパイク制御（以下、「ＲＳ制御」、又は単に「リッチ化」とも呼ぶ。）を実行する技術が記載されている。
【０００３】
その他に、アンモニア（ＮＨ３）を用いて、排気ガス中のＮＯｘを浄化する技術が提案されている。特許文献２では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を一部の排気ポートに配設し、その上流の気筒をリッチにすることでＮＨ３を生成させ、下流の排気浄化触媒において他気筒から排出されたＮＯｘを浄化する技術が記載されている。特許文献３には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流にＮＯｘ選択還元触媒を備え、排気通路中に尿素を添加することにより、低温域と高温域でのＮＯｘ浄化性能を両立させる技術が記載されている。また、特許文献４には、ＮＯｘ触媒部分においてリッチ化してＮＨ３を生成させ、リーン燃焼時にそのＮＨ３によってＮＯｘを浄化する技術が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８４６１７号公報
【特許文献２】特開平１０−４７０４１号公報
【特許文献３】特開２００４−２１８４７５号公報
【特許文献４】特開２００５−２１４０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、ＲＳ制御の初期において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘ成分が漏れ出してしまう場合があった（以下、単に「ＮＯｘの漏れ出し」とも呼ぶ。）。このようなＮＯｘの漏れ出しは、上流側の触媒においてＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元剤成分が酸素等に消費されて、還元剤が不足した排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給された場合に生じると考えられる。また、特許文献２乃至４に記載された技術でも、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元時において、上記のようなＮＯｘの漏れ出しを適切に抑制することが困難であった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、リッチスパイク制御、及びＮＯｘ吸蔵還元触媒内にアンモニアを存在させておくための制御を適切に実行することによって、ＮＯｘ還元時に生じ得るＮＯｘの漏れ出しを抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの観点では、排気通路上に、三元触媒及び前記三元触媒の下流側にＮＯｘ吸蔵還元触媒を有する内燃機関の排気浄化装置は、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するために、燃焼室からの排気ガスの空燃比をリッチ化する制御を行うリッチ化制御手段と、前記ＮＯｘを還元する際に、当該ＮＯｘを浄化可能なＮＯｘ浄化成分を前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に存在させておくための制御を行う制御手段と、を備える。
【０００８】
上記の内燃機関の排気浄化装置は、三元触媒及びＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いて排気ガスの浄化を行うために好適に利用される。具体的には、リッチ化制御手段は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するために、排気ガスの空燃比をリッチ化する制御を行う。また、制御手段は、上記したＮＯｘの還元を行う際に、ＮＯｘ浄化成分をＮＯｘ吸蔵還元触媒内に存在させておくための制御を行う。これにより、リッチ化する制御の初期において生じ得るＮＯｘの漏れ出しを効果的に抑制しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元を適切に行うことが可能となる。
【０００９】
好ましくは、前記ＮＯｘ浄化成分は、アンモニアとすることができる。この場合、アンモニアによってＮＯやＮＯ２などを無害な窒素に還元することによって、これらの排出を抑制することができる。また、前記制御手段は、前記ＮＯｘ浄化成分を前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に存在させておくために、尿素、アンモニア、及び燃料のいずれか１つ以上を、前記排気通路中に噴射する噴射制御手段を備える。なお、好適には、噴射制御手段は、三元触媒とＮＯｘ吸蔵還元触媒との間の排気通路に噴射を行う。
【００１０】
上記の内燃機関の排気浄化装置の一態様では、前記噴射制御手段は、前記リッチ化によって発生した還元剤が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に到達するより第１所定時間前から、前記噴射の実行を開始する。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からのＮＯｘの漏れ出しを確実に抑制することが可能となる。
【００１１】
上記の内燃機関の排気浄化装置において好適には、前記第１所定時間は、前記還元剤が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に到達するよりも前に、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に前記ＮＯｘ浄化成分を存在させるために、前記噴射の実行を開始すべきタイミングに基づいて設定することができる。
【００１２】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記噴射制御手段は、前記リッチ化制御手段による制御の終了より第２所定時間前に、前記噴射を終了する。
【００１３】
この態様では、噴射制御手段は、リッチ化制御手段による制御の終了よりも早いタイミングで噴射する制御を終了する。こうするのは、リッチ化制御手段による制御がある程度の時間行われた場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に還元剤が十分に供給されるからである。上記したように噴射を終了させることにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からのＮＯｘ浄化成分のリークを防止することができる。
【００１４】
上記の内燃機関の排気浄化装置において好適には、前記第２所定時間は、前記ＮＯｘを還元するのに十分な量の前記リッチ化による還元剤が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給されるタイミングに基づいて設定することができる。
【００１５】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側における排気ガス中の前記ＮＯｘ浄化成分の濃度を取得するＮＯｘ浄化成分濃度取得手段を備え、前記噴射制御手段は、前記ＮＯｘ浄化成分の濃度が上昇し始めた際に、前記噴射を終了する。
【００１６】
この態様では、噴射制御手段は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側においてＮＯｘ浄化成分の濃度が上昇し始めたら、噴射を終了する。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からのＮＯｘ浄化成分のリークをより確実に防止することができる。
【００１７】
好適には、前記リッチ化制御手段は、前記噴射制御手段が前記噴射を終了する際に、前記排気ガスの空燃比をリッチ化する制御を終了する。この場合、ＮＯｘ浄化成分の濃度が上昇し始めた場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ還元が概ね終了していると考えることができるため、噴射する制御を終了すると共に、リッチ化する制御も終了する。これにより、リッチ化する制御によって発生し得る燃費の悪化などを抑制することが可能となる。
【００１８】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記噴射制御手段は、噴射初期よりも噴射後期のほうが、噴射量が少なくなるように前記噴射を実行する。つまり、噴射後期よりも噴射初期のほうが、噴射量が多くなるように噴射を実行する。こうする理由は、以下の通りである。リッチ化する制御の初期においてはＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されていたＮＯｘが一気に脱離（放出）されるが、他方、還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒にほとんど供給されないため、噴射量を比較的多くする。一方、リッチ化する制御の開始からある程度の時間が経過したときには、還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給されるため、噴射量を比較的少なくする。これにより、ＮＯｘの漏れ出し及びＮＯｘ浄化成分のリークを適切に抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
【００２１】
（全体構成）
図１は、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両１００の概略構成を示す。なお、図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。
【００２２】
車両１００は、主に、吸気通路３と、スロットルバルブ６と、サージタンク７と、エンジン（内燃機関）８と、燃料噴射弁９と、排気通路１８と、三元触媒２１と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２と、尿素噴射弁２４と、Ｏ２センサ２５と、燃料タンク３０と、尿素水タンク３１と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）５０と、を備える。
【００２３】
吸気通路３は、エンジン８に供給するための吸気が流通する。吸気通路３上には、エンジン８に供給する吸気量を調整するスロットルバルブ６、及びエンジン８に供給する吸気を貯蔵するサージタンク７が設けられている。エンジン８は、吸気通路３より吸気が供給されると共に、燃料噴射弁９によって噴射された燃料が供給される。具体的には、吸気及び燃料は、気筒８ａの燃焼室８ｂに供給される。詳しくは、燃料は、燃料タンク３０に貯蔵されており、燃料供給通路３０ａを介して燃料噴射弁９によって燃焼室８ｂに供給される。燃料噴射弁９は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号によって制御される。
【００２４】
燃焼室８ｂ内では、点火プラグ１２の点火により着火されることによって、供給された吸気（空気）と燃料との混合気が燃焼される。この場合、燃焼によってピストン８ｃが往復運動し、この往復運動がコンロッド８ｄを介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。なお、図１では、説明の便宜上、１つの気筒８ａのみを示しているが、実際には２以上の気筒によってエンジンを構成することができる。また、エンジン８を燃焼室８ｂに直接燃料を噴射する直噴型（筒内噴射型）で構成することに限定はされず、吸気通路に燃料を噴射するポート噴射型で構成しても良い。
【００２５】
更に、エンジン８の燃焼室８ｂには、吸気弁１０と排気弁１１が設けられている。吸気弁１０は、開閉することによって、吸気通路３と燃焼室８ｂとの導通／遮断を制御する。また、排気弁１１は、開閉することによって、排気通路１８と燃焼室８ｂとの導通／遮断を制御する。
【００２６】
エンジン８内の燃焼によった発生した排気ガスは、排気通路１８に排出される。排気通路１８上には、上流側から下流側に順に、三元触媒２１、尿素噴射弁２４、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２、及びＯ２センサ２５が設けられている。三元触媒２１は、白金やロジウムなどの貴金属を活性成分とした触媒であり、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）などを除去する機能を有する。三元触媒２１は、所謂スタート触媒（Start Catalyst）として機能する。尿素噴射弁２４は、三元触媒２１とＮＯｘ吸蔵還元触媒２２との間の排気通路１８中に尿素を噴射する弁である。尿素は、尿素水タンク３１に貯蔵されており、尿素供給通路３１ａを介して尿素噴射弁２４によって排気通路１８中に供給される。尿素噴射弁２４は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号によって制御される。
【００２７】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２は、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵すると共に、吸蔵しているＮＯｘを還元する機能を有する触媒である。具体的には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２は、基本的には、空燃比がリーンである際にＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチ又はストイキである際に還元剤（Ｈ２、ＣＯ、ＨＣなど）を用いて吸蔵しているＮＯｘを還元する。例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２が限界までＮＯｘを吸蔵した際に、ＥＣＵ５０によって空燃比を強制的にリッチ化するリッチスパイク制御（ＲＳ制御）が実行されることにより、吸蔵しているＮＯｘの還元が行われる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２は、所謂ＮＳＲ（NOx Storage Reduction）触媒として機能する。Ｏ２センサ２５は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側の酸素濃度を検出するセンサである。Ｏ２センサ２５が検出した酸素濃度は、ＥＣＵ５０に供給されて、例えば空燃比の制御などに用いられる。
【００２８】
ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ５０は、車両内の各種センサから供給される出力に基づいて、車両内の制御を行う。第１実施形態では、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に対するＮＯｘ還元を行うためにＲＳ制御を実行すると共に、このようなＲＳ制御を行う際に、ＮＯｘを浄化可能なＮＯｘ浄化成分をＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内に存在させておくための制御を行う。より具体的には、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ浄化成分であるアンモニア（ＮＨ３）をＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内に存在させておくために、尿素噴射弁２４から尿素を排気通路１８中に噴射させる制御（以下、「尿素噴射制御」とも呼ぶ。）を行う。このように、ＥＣＵ５０は、本発明におけるリッチ化制御手段、及び制御手段（噴射制御手段）として機能する。
【００２９】
（制御方法）
ここでは、ＥＣＵ５０が行う制御方法について、図２乃至図４を参照して具体的に説明する。前述したように、第１実施形態では、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御を実行すると共に、尿素噴射制御を実行する。詳しくは、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御の開始より早いタイミングで尿素噴射制御の実行を開始する。こうするのは、ＲＳ制御の初期において生じ得るＮＯｘの漏れ出しを抑制するためである。つまり、ＲＳ制御の前に尿素噴射制御を実行することで、尿素から発生されるアンモニアによってＮＯｘを浄化する（即ち、無害な窒素に還元する）。
【００３０】
図２は、ＲＳ制御の初期において生じ得るＮＯｘの漏れ出しを説明するための図である。図２（ａ）はＲＳ制御のオン／オフを示し、図２（ｂ）は空燃比を示し、図２（ｃ）は還元剤量を示し、図２（ｄ）はＮＯｘ吸蔵還元触媒２２から排出されるＮＯｘの量（以下、単に「ＮＯｘ排出量」と呼ぶ。）を示している。また、図２（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ横軸に時間を示している。なお、図２（ｃ）では、実線Ａ１がエンジン８から排出される排気ガス中の還元剤量（三元触媒２１に供給される還元剤の量）を概ね示しており、破線Ａ２が三元触媒２１から排出される排気ガス中の還元剤量を示しており、一点鎖線Ａ３がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の後端部（下流側の部分）に供給される還元剤量を示している。
【００３１】
この場合、図２（ａ）に示すように、時刻ｔ１においてＲＳ制御要求が出て、ＲＳ制御が開始される。これにより、図２（ｂ）に示すように、空燃比がリーンからリッチにされる。また、図２（ｃ）中の実線Ａ１で示すように、エンジン８から排出される排気ガス中の還元剤量が増加する。なお、ＲＳ制御は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、実行される。上記のようなＲＳ制御を実行した場合、図２（ｄ）に示すように、ＲＳ制御の初期において、ＮＯｘが漏れ出していることがわかる。
【００３２】
ここで、ＮＯｘの漏れ出しが生じる原因について簡単に説明する。ＲＳ制御の開始によって空燃比がリッチ化されることにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に吸蔵されていたＮＯｘは触媒表面から放出される傾向にある。この時に、エンジン８の出ガスには還元剤が多量に含まれるが（図２（ｃ）中の実線Ａ１参照）、これらの還元剤はＲＳ制御の初期においては、三元触媒２１で消費され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２にはほとんど供給されない（図２（ｃ）中の破線Ａ２、一点鎖線Ａ３参照）。そのため、上記のようにＮＯｘ吸蔵還元触媒２２から放出されたＮＯｘは、そのまま排出されることとなる（図２（ｄ）参照）。つまり、ＮＯｘの漏れ出しが発生する。その後、三元触媒２１の酸素などが無くなると、還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給され、還元剤はＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の酸素、ＮＯｘ還元に用いられる。
【００３３】
第１実施形態では、ＲＳ制御の初期において発生し得るＮＯｘの漏れ出しを適切に抑制できるように、ＲＳ制御と尿素噴射制御の両方を実行する。この場合、尿素の噴射により発生したアンモニアによって、ＲＳ制御の初期に漏れ出したＮＯｘの浄化を行う。詳しくは、ＲＳ制御によって発生した還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に到達するより第１所定時間前から、尿素噴射制御の実行を開始する。具体的には、第１実施形態では、ＲＳ制御の開始より早いタイミングで尿素噴射制御を開始する。なお、上記した第１所定時間は、還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に到達するよりも前に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内にアンモニアを確実に存在させるために、尿素噴射制御の実行を開始すべきタイミングに基づいて設定される。
【００３４】
また、第１実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２からのアンモニアの漏れ（リーク）を防止するために、ＲＳ制御の終了よりも早いタイミングで尿素噴射制御を終了する。具体的には、ＲＳ制御の終了より第２所定時間前に、尿素噴射制御を終了する。この第２所定時間は、ＮＯｘを還元するのに十分な量の還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給されるタイミングに基づいて設定される。即ち、尿素噴射制御は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２におけるＮＯｘを還元するのに十分な量の還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給された際に終了される。
【００３５】
更に、第１実施形態では、前述したようなＲＳ制御時におけるＮＯｘの放出特性を考慮に入れて、噴射初期よりも噴射後期のほうが、尿素の噴射量が少なくなるように尿素噴射制御を実行する。つまり、ＲＳ制御の初期においてはＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に吸蔵されていたＮＯｘが一気に脱離（放出）されるが、他方、還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２にほとんど供給されないため、尿素の噴射量を比較的多くし、ＲＳ制御の開始からある程度の時間が経過したときには還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給されるため、尿素の噴射量を比較的少なくする。
【００３６】
ここで、アンモニアによってＮＯｘが浄化される方法について説明する。まず、例えば反応式（１）などによって、尿素（（ＮＨ２）２ＣＯ）からアンモニア（ＮＨ３）が発生する。なお、反応式（１）の反応は、一般的なガソリンエンジンの排気ガスの温度によって適切に進行するものである。つまり、一般的なガソリンエンジンにおいてアンモニアを十分に生成することができると言える。
【００３７】
（ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２ 反応式（１）
そして、反応式（１）により発生したアンモニアにより、排気ガス中のＮＯやＮＯ２が浄化される。具体的には、以下の反応式（２）〜（４）により、ＮＯやＮＯ２は窒素（Ｎ２）に還元される。
【００３８】
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ 反応式（２）
２ＮＨ３＋ＮＯ＋ＮＯ２→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ 反応式（３）
４ＮＨ３＋２ＮＯ２＋Ｏ２→３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ 反応式（４）
なお、上記の反応式の温度範囲は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２におけるＮＯｘ浄化温度範囲に概ね一致している。そのため、アンモニアを用いたＮＯｘの還元は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に適していると言える。また、反応式（２）〜（４）において、反応式（３）における反応速度が最も速い。つまり、効率的にＮＯｘを還元するためには、「ＮＯ：ＮＯ２＝１：１」であることが望ましいと言える。この点、一般的なガソリンエンジンではエンジンの出ガスにおけるＮＯｘ中の約９５％はＮＯであるが、本実施形態におけるシステム構成では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の上流の三元触媒２１でＮＯ２の生成を促進しているため、反応式（３）の反応が実行される可能性がかなり高いと言える。つまり、本実施形態におけるシステム構成によれば、アンモニアによって効率的にＮＯｘを還元することができる。
【００３９】
次に、図３を参照して、第１実施形態に係る制御方法について具体的に説明する。図３（ａ）はＲＳ制御のオン／オフを示し、図３（ｂ）は空燃比を示し、図３（ｃ）は還元剤量を示し、図３（ｄ）は尿素噴射制御のオン／オフを示し、図３（ｅ）はＮＯｘ排出量を示している。また、図３（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ横軸に時間を示している。なお、図３（ｃ）では、実線Ｂ１がエンジン８から排出される排気ガス中の還元剤量を概ね示しており、破線Ｂ２が三元触媒２１から排出される排気ガス中の還元剤量を示しており、一点鎖線Ｂ３がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の後端部（下流側の部分）に供給される還元剤量を示している。
【００４０】
この場合、ＲＳ制御を開始する時刻ｔ１２以前における時刻ｔ１１において、尿素噴射制御を開始する（図３（ｄ）参照）。つまり、ＲＳ制御の開始より早いタイミングで尿素噴射制御を開始する。そして、尿素噴射制御を開始してからある程度の時間が経過した時刻ｔ１２において、ＲＳ制御を開始する（図３（ａ）、（ｂ）参照）。このような尿素噴射制御を実行した場合のＮＯｘ排出量は、図３（ｅ）中の実線Ｂ５で示すものとなる。これに対して、図３（ｅ）中の破線Ｂ６は、尿素噴射制御を実行せずにＲＳ制御のみを実行した場合に得られたＮＯｘ排出量であり（図２（ｄ）と同様のグラフである）、ＮＯｘの漏れ出しが生じていることがわかる。これらの実線Ｂ５と破線Ｂ６とを比較すると、第１実施形態に係る尿素噴射制御の実行により、ＮＯｘの漏れ出しが大きく抑制されていることがわかる。このようにＮＯｘの漏れ出しが大きく抑制されているのは、尿素から発生されるアンモニアによってＮＯｘが浄化されたためであると考えられる。
【００４１】
この後、時刻ｔ１３において、尿素噴射制御を終了する（図３（ｄ）参照）。つまり、ＲＳ制御の終了よりも早いタイミングで尿素噴射制御を終了する。こうするのは、時刻ｔ１３においては、図３（ｃ）中の一点鎖線Ｂ３で示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の後端部にまで還元剤が十分に供給されているからである。このように尿素噴射制御を終了することにより、アンモニアのリークを防止することが可能となる。そして、時刻ｔ１３以後の時刻ｔ１４において、ＲＳ制御を終了する（図３（ａ）、（ｂ）参照）。
【００４２】
次に、尿素噴射制御において噴射する尿素の量（尿素噴射量）の一例について、図４を用いて説明する。図４は、横軸に時間を示し、縦軸に尿素噴射量を示している。この場合、時刻Ｔ１で尿素噴射制御を開始し、時刻Ｔ２で尿素噴射制御を終了している。第１実施形態では、図４中の実線Ｃ１に示すように、噴射初期よりも噴射後期のほうが、尿素噴射量が少なくなるように尿素噴射制御を実行する。言い換えると、噴射後期よりも噴射初期のほうが、尿素噴射量が多くなるように尿素噴射制御を実行する。こうする理由は、以下の通りである。ＲＳ制御の初期においては還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２にほとんど供給されないため、尿素の噴射量を比較的多くする。一方、ＲＳ制御の開始からある程度の時間が経過したときには、還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給されるため、尿素の噴射量を比較的少なくする。これにより、尿素噴射制御及びＲＳ制御によって、ＮＯｘの漏れ出しやアンモニアのリークを適切に抑制しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に対するＮＯｘ還元を効果的に行うことが可能となる。尚、図４中の破線Ｃ２で示す噴射特性によって尿素噴射制御を実行した場合にも、上記と概ね同様の効果を得ることができる。
【００４３】
（第１実施形態に係る処理）
次に、第１実施形態に係る処理について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。この処理は、前述したＥＣＵ５０によって、所定の周期で繰り返し実行される。
【００４４】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ５０は、エンジン８における運転条件を取得する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、ＥＣＵ５０は、エンジン８がリーン運転中であるか否かを判定する。リーン運転中である場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０３に進み、リーン運転中でない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。
【００４５】
ステップＳ１０３では、運転条件からＲＳ制御を実行する時間（以下、「ＲＳ時間」と呼ぶ。）、及びＲＳ制御を実行する間隔（以下、「ＲＳ間隔」と呼ぶ。）を求める。そして、処理はステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御の要求があるか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ５０は、前回ＲＳ制御を実行してからの経過時間や、入りガス中のＮＯｘ量などに基づいて、ＲＳ制御を実行すべきか否かを判定する。ＲＳ制御の要求がある場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０５に進み、ＲＳ制御の要求がない場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。
【００４６】
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御を実行中であるか否かを判定する。ＲＳ制御を実行中である場合（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１１に進み、ＲＳ制御を実行中でない場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、ＥＣＵ５０は、尿素噴射制御を実行中であるか否かを判定する。尿素噴射制御を実行中である場合（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０８に進み、尿素噴射制御を実行中でない場合（ステップＳ１０６；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０７に進む。
【００４７】
ステップＳ１０７では、ＥＣＵ５０は、尿素噴射制御の実行を開始する。この場合には、ＲＳ制御の要求があり、且つ尿素噴射制御が未だ実行されていないため、ＥＣＵ５０は、尿素噴射制御の実行を開始する。そして、処理はステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、ＥＣＵ５０は、尿素噴射制御を実行している時間（以下、「尿素噴射時間」と呼ぶ。）を計測する。そして、処理はステップＳ１０９に進む。
【００４８】
ステップＳ１０９では、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御を実行しても良い状況にあるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０８で得られた尿素噴射時間が所定時間αを経過したか否かを判定する。この所定時間αは、ＲＳ制御による還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に到達するよりも前に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内にＮＯｘ浄化成分を確実に存在させるために、尿素噴射制御を開始してからＲＳ制御を開始するまでに待機すべき時間に対応する。所定時間αは、運転条件に基づいて規定されたマップや、運転条件に基づいた演算式などによって得られる。なお、前述した第１所定時間は、所定時間αに対して、ＲＳ制御を開始してから還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に到達するまでに要する時間を加算した時間に相当する。
【００４９】
尿素噴射時間が所定時間αを経過している場合（ステップＳ１０９；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１０に進む。この場合には、ＲＳ制御を実行しても良い状況にあると言える。よって、ステップＳ１１０では、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御の実行を開始する。そして、処理はステップＳ１１１に進む。これに対して、尿素噴射時間が所定時間αを経過していない場合（ステップＳ１０９；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、ＲＳ制御を開始せず、尿素噴射制御のみを実行する。
【００５０】
ステップＳ１１１では、ＥＣＵ５０は、尿素噴射時間を読み込む。そして、処理はステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、ＥＣＵ５０は、尿素噴射制御を終了する要求があるか否かを判定する。この場合、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１１で得られた尿素噴射時間が所定時間βを経過したか否かを判定する。所定時間βは、ＮＯｘを還元するのに十分な量の還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給されるタイミングに基づいて設定される。具体的には、所定時間βは、運転条件に基づいて規定されたマップや、運転条件に基づいた演算式などによって求められる。なお、前述した第２所定時間は、尿素噴射制御の開始時刻とＲＳ制御の終了時刻との間の時間から、所定時間βを減算した時間に対応する。
【００５１】
尿素噴射時間が所定時間βを経過している場合（ステップＳ１１２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１３に進む。この場合には、ＮＯｘを還元するのに十分な量の還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給されていると言える。よって、ステップＳ１１３では、ＥＣＵ５０は、尿素噴射制御の実行を終了する。そして、処理はステップＳ１１４に進む。これに対して、尿素噴射時間が所定時間βを経過していない場合（ステップＳ１１２；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、尿素噴射制御を継続する。
【００５２】
ステップＳ１１４では、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御を実行している時間（以下、「ＲＳ制御時間」と呼ぶ。）を読み込む。そして、処理はステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１５では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１４で得られたＲＳ制御時間に基づいて、ＲＳ制御を終了すべき時間であるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御時間がステップＳ１０３で求められたＲＳ時間を超えたか否かを判定する。
【００５３】
ＲＳ制御を終了すべき時間である場合（ステップＳ１１５；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１６では、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御の実行を終了する。そして、処理は当該フローを抜ける。これに対して、ＲＳ制御を終了すべき時間でない場合（ステップＳ１１５；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、ＲＳ制御を継続する。
【００５４】
以上の処理によれば、ＲＳ制御及び尿素噴射制御を実行することにより、ＮＯｘの漏れ出しを効果的に抑制しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に対するＮＯｘ還元を適切に行うことができる。また、尿素の噴射に起因するアンモニアのリークも適切に防止することができる。
【００５５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。前述した第１実施形態では、ＲＳ制御の終了より第２所定時間前に尿素噴射制御を終了したが（即ちＮＯｘを還元するのに十分な量の還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給された際に終了したが）、第２実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側におけるアンモニア濃度（ＮＯｘ浄化成分濃度に対応する）が上昇し始めた際に、尿素噴射制御を終了する。言い換えると、第２実施形態では、尿素噴射時間だけでなくアンモニア濃度も考慮に入れて、尿素噴射制御を終了させる。こうするのは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２からのアンモニアのリークをより確実に防止するためである。
【００５６】
ここで、図６を参照して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２からのアンモニアのリークについて説明する。図６（ａ）はＲＳ制御のオン／オフを示し、図６（ｂ）は空燃比を示し、図６（ｃ）は尿素噴射制御のオン／オフを示し、図６（ｄ）はＮＯｘ吸蔵還元触媒２２から漏れ出したアンモニア量（以下、「触媒出アンモニア量」とも呼ぶ。）を示している。
【００５７】
この場合、尿素噴射制御を時刻ｔ３から時刻ｔ６まで実行し（図６（ｃ）参照）、ＲＳ制御を時刻ｔ４から時刻ｔ６まで実行している（図６（ａ）、（ｂ）参照）。図６（ｃ）に示すような尿素噴射制御を実行した場合、図６（ｄ）に示すように、時刻ｔ５から触媒出アンモニア量が増加していることがわかる。つまり、アンモニアのリークが生じていることがわかる。このような現象は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２のＮＯｘ還元が概ね終了しているにもかかわらず、継続して尿素噴射制御を実行したために生じたと考えることができる。つまり、アンモニアを用いて還元させるべきＮＯやＮＯ２などがほとんど存在しないにもかかわらず、継続して尿素を噴射したために、アンモニアが還元に用いられずに排出されたと考えられる。したがって、第２実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側におけるアンモニア濃度が上昇し始めた際に、尿素噴射制御を終了する。
【００５８】
以下で、図７乃至図９を参照して、本発明の第２実施形態について具体的に説明する。
【００５９】
図７は、第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両１０１の概略構成を示す。ここでは、前述した車両１００（図１参照）と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、図７では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。
【００６０】
車両１０１は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側の排気通路１８上に、ＮＨ３センサ２８を有する。ＮＨ３センサ２８は、アンモニア濃度を検出するセンサであり、検出したアンモニア濃度に対応する検出信号をＥＣＵ５１に供給する。なお、ＮＨ３センサ２８の代わりに、ＮＯｘセンサを用いても良い。ＮＯｘセンサもアンモニア濃度を検出することができるからである。
【００６１】
ＥＣＵ５１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ５１は、前述したＥＣＵ５０と同様に、リッチ化制御手段及び制御手段（噴射制御手段）として機能し、ＲＳ制御及び尿素噴射制御を実行する。詳しくは、ＥＣＵ５１は、ＮＨ３センサ２８から取得されるアンモニア濃度に基づいて、尿素噴射制御の実行を終了させる。具体的には、ＥＣＵ５１は、アンモニア濃度が上昇し始めた際に、尿素噴射制御の実行を終了させる。
【００６２】
次に、図８を参照して、第２実施形態に係る制御方法について具体的に説明する。図８（ａ）はＲＳ制御のオン／オフを示し、図８（ｂ）は空燃比を示し、図８（ｃ）は尿素噴射制御のオン／オフを示し、図８（ｄ）は触媒出アンモニア量を示している。
【００６３】
この場合、尿素噴射制御を時刻ｔ２１から開始し（図８（ｃ）参照）、ＲＳ制御を時刻ｔ２２から開始している（図８（ａ）、（ｂ）参照）。図８（ｃ）に示すような尿素噴射制御を実行した場合、図８（ｄ）に示すように、時刻ｔ２３において触媒出アンモニア量が上昇し始めていることがわかる。第２実施形態では、このように触媒出アンモニア量が上昇し始めた際に、図８（ｃ）に示すように、尿素噴射制御の実行を終了する。これにより、図８（ｄ）に示すように、時刻ｔ２３以降、触媒出アンモニア量が概ね「０」となることがわかる。つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２からのアンモニアのリークが抑制されていることがわかる。
【００６４】
次に、第２実施形態に係る処理について、図９に示すフローチャートを用いて説明する。この処理は、前述したＥＣＵ５１によって、所定の周期で繰り返し実行される。なお、ステップＳ２０１〜Ｓ２１１の処理は、図６に示したステップＳ１０１〜Ｓ１１１の処理と同様であるため、その説明を省略する。ここでは、ステップＳ２１２以降の処理について説明する。
【００６５】
ステップＳ２１２では、ＥＣＵ５１は、ＮＨ３センサ２８の出力（以下、「ＶＮＨ３」と呼ぶ。）を読み込む。「ＶＮＨ３」は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側の排気通路１８中のアンモニア濃度に対応する。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ２１３に進む。
【００６６】
ステップＳ２１３では、ＥＣＵ５１は、尿素噴射制御を終了する要求があるか否かを判定する。この場合、ＥＣＵ５１は、ＶＮＨ３が所定値γより大きいか否か、又は尿素噴射時間が所定時間βを経過したか否かを判定する。つまり、ＥＣＵ５１は、アンモニア濃度が上昇し始めているか否か、及びＮＯｘを還元するのに十分な量の還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給されているか否かを判定することによって、尿素噴射制御を終了すべきか否かを判定する。なお、所定時間βは、前述した方法によって設定される。
【００６７】
ＶＮＨ３が所定値γより大きいか、又は尿素噴射時間が所定時間βを経過している場合には（ステップＳ２１３；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２１４に進む。この場合には、アンモニアが漏れ出し始めているか、又はＮＯｘを還元するのに十分な量の還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給されている状況にあると言える。よって、ステップＳ２１４では、ＥＣＵ５１は、尿素噴射制御の実行を終了する。そして、処理はステップＳ２１５に進む。一方、ＶＮＨ３が所定値γ以下であり、且つ尿素噴射時間が所定時間βを経過していない場合には（ステップＳ２１３；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、尿素噴射制御を継続する。
【００６８】
ステップＳ２１５では、ＥＣＵ５１は、ＲＳ制御時間を読み込む。そして、処理はステップＳ２１６に進む。ステップＳ２１６では、ＥＣＵ５１は、ステップＳ２１５で得られたＲＳ制御時間に基づいて、ＲＳ制御を終了すべき時間であるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５１は、ＲＳ制御時間がステップＳ２０３で求められたＲＳ時間を超えたか否かを判定する。
【００６９】
ＲＳ制御を終了すべき時間である場合（ステップＳ２１６；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２１７に進む。ステップＳ２１７では、ＥＣＵ５１は、ＲＳ制御の実行を終了する。そして、処理は当該フローを抜ける。これに対して、ＲＳ制御を終了すべき時間でない場合（ステップＳ２１６；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、ＲＳ制御を継続する。
【００７０】
以上の第２実施形態に係る処理によれば、アンモニア濃度が上昇し始めた際に尿素噴射制御を終了するため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２からのアンモニアのリークをより確実に防止することができる。
【００７１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。前述した第２実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側におけるアンモニア濃度が上昇し始めた際に、尿素噴射制御のみを終了したが、第３実施形態では、アンモニア濃度が上昇し始めた際に、尿素噴射制御だけでなくＲＳ制御も終了する。こうするのは、アンモニア濃度が上昇し始めた場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２のＮＯｘ還元が概ね終了していると考えることができるため、尿素噴射制御だけでなくＲＳ制御も実行する必要がないからである。つまり、ＲＳ制御によって還元剤を供給し続ける必要がないからである。
【００７２】
ここで、図１０を参照して、第３実施形態に係る制御方法について具体的に説明する。図１０（ａ）はＲＳ制御のオン／オフを示し、図１０（ｂ）は空燃比を示し、図１０（ｃ）は燃料噴射量を示し、図１０（ｄ）は尿素噴射制御のオン／オフを示し、図１０（ｅ）は触媒出アンモニア量を示している。
【００７３】
この場合、尿素噴射制御を時刻ｔ３１から開始し（図１０（ｄ）参照）、ＲＳ制御を時刻ｔ３２から開始している（図１０（ａ）〜（ｃ）参照）。図１０（ｄ）に示すような尿素噴射制御を実行した場合、図１０（ｅ）に示すように、時刻ｔ３３において触媒出アンモニア量が上昇し始めていることがわかる。第３実施形態では、このように触媒出アンモニア量が上昇し始めた際に、図１０（ｄ）に示すように、尿素噴射制御の実行を終了する。これにより、図１０（ｅ）に示すように、時刻ｔ３３以降、触媒出アンモニア量が概ね「０」となることがわかる。更に、第３実施形態では、触媒出アンモニア量が上昇し始めた際に（時刻ｔ３３）、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＲＳ制御の実行を終了する。この場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２のＮＯｘ還元が概ね終了しているため、ＲＳ制御によって還元剤を供給する必要がないので、ＲＳ制御の実行を終了する。
【００７４】
次に、第３実施形態に係る処理について、図１１に示すフローチャートを用いて説明する。この処理は、前述したＥＣＵ５１によって（図７参照）、所定の周期で繰り返し実行される。なお、ステップＳ３０１〜Ｓ３１３の処理は、図９に示したステップＳ２０１〜Ｓ２１３の処理と同様であるため、その説明を省略する。ここでは、ステップＳ３１４以降の処理について説明する。
【００７５】
ステップＳ３１４の処理は、ＶＮＨ３が所定値γより大きいか、又は尿素噴射時間が所定時間βを経過している場合（ステップＳ３１３；Ｙｅｓ）に実行される。この場合には、尿素噴射制御の実行を終了すべき状況であると言える。したがって、ステップＳ３１４では、ＥＣＵ５１は、尿素噴射制御の実行を終了する。そして、処理はステップＳ３１５に進む。
【００７６】
ステップＳ３１５では、ＥＣＵ５１は、ＲＳ制御の実行を終了する。この場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２のＮＯｘ還元が概ね終了していると考えることができるため、ＲＳ制御を実行する必要はないと言える。したがって、ＥＣＵ５１は、尿素噴射制御の実行を終了した直後に、ＲＳ制御の実行も終了する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。
【００７７】
以上の第３実施形態に係る処理によれば、アンモニア濃度が上昇し始めた際にＲＳ制御を終了させるため、ＲＳ制御に起因する燃費の悪化などを抑制することが可能となる。
【００７８】
［変形例］
上記では、ＮＯｘを浄化可能なＮＯｘ浄化成分（アンモニア）をＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内に存在させておくために、尿素を噴射する制御（尿素噴射制御）を行う実施形態を示したが、これに限定はされない。他の例では、尿素のみを噴射する代わりに、尿素、アンモニア、及び燃料（ＨＣ）のいずれか１つ以上を噴射する制御を行うことができる。これによっても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内にＮＯｘ浄化成分であるアンモニアを適切に存在させることが可能となる。
【００７９】
また、上記では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２のＮＯｘ還元を行うために、尿素噴射制御とＲＳ制御の両方を実行する実施形態を示したが、これに限定はされない。他の例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２のＮＯｘ還元を行うために、ＲＳ制御を実行せずに、尿素噴射制御のみを実行することができる。この場合には、ＲＳ制御に起因するトルクショック（詳しくは、空燃比がリーンからリッチ、或いはリッチからリーンに変化する際に、リーンとリッチとの出力の違いに起因するトルク段差によって生じ得るショック）などの発生を抑制することが可能となる。
【００８０】
更に、上記では、ＲＳ制御の開始よりも早いタイミングで尿素噴射制御を開始する実施形態を示したが、これに限定はされない。つまり、還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に到達するよりも前に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内にアンモニアを存在させることができれば、ＲＳ制御の開始よりも早いタイミングで尿素噴射制御を開始しなくても良い。例えば排気通路１８内における輸送遅れにより、ＲＳ制御の開始と同時に又はＲＳ制御の開始後に尿素噴射制御を実行しても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２において先にアンモニアが生成される場合には、ＲＳ制御の開始と同時に又はＲＳ制御の開始後に、尿素噴射制御を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両の構成を示す概略図である。
【図２】ＲＳ制御の初期において生じ得るＮＯｘの漏れ出しを説明するための図である。
【図３】第１実施形態に係る制御方法について説明するための図である。
【図４】尿素噴射制御において噴射する尿素の量の一例を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る処理を示すフローチャートである。
【図６】ＮＯｘ吸蔵還元触媒からのアンモニアのリークについて説明するための図である。
【図７】第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両の構成を示す概略図である。
【図８】第２実施形態に係る制御方法について説明するための図である。
【図９】第２実施形態に係る処理を示すフローチャートである。
【図１０】第３実施形態に係る制御方法について説明するための図である。
【図１１】第３実施形態に係る処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
３ 吸気通路
６ スロットルバルブ
８ エンジン
９ 燃料噴射弁
１８ 排気通路
２１ 三元触媒
２２ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２４ 尿素噴射弁
２８ ＮＨ３センサ
３１ 尿素水タンク
５０、５１ ＥＣＵ
１００、１０１ 車両
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いて排気浄化を行う内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排気通路上にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設け、この触媒を用いてＮＯｘを浄化する排気浄化装置が提案されている。例えば、特許文献１には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するために、空燃比をリッチにするリッチスパイク制御（以下、「ＲＳ制御」、又は単に「リッチ化」とも呼ぶ。）を実行する技術が記載されている。
【０００３】
その他に、アンモニア（ＮＨ３）を用いて、排気ガス中のＮＯｘを浄化する技術が提案されている。特許文献２では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を一部の排気ポートに配設し、その上流の気筒をリッチにすることでＮＨ３を生成させ、下流の排気浄化触媒において他気筒から排出されたＮＯｘを浄化する技術が記載されている。特許文献３には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流にＮＯｘ選択還元触媒を備え、排気通路中に尿素を添加することにより、低温域と高温域でのＮＯｘ浄化性能を両立させる技術が記載されている。また、特許文献４には、ＮＯｘ触媒部分においてリッチ化してＮＨ３を生成させ、リーン燃焼時にそのＮＨ３によってＮＯｘを浄化する技術が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８４６１７号公報
【特許文献２】特開平１０−４７０４１号公報
【特許文献３】特開２００４−２１８４７５号公報
【特許文献４】特開２００５−２１４０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、ＲＳ制御の初期において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘ成分が漏れ出してしまう場合があった（以下、単に「ＮＯｘの漏れ出し」とも呼ぶ。）。このようなＮＯｘの漏れ出しは、上流側の触媒においてＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元剤成分が酸素等に消費されて、還元剤が不足した排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給された場合に生じると考えられる。また、特許文献２乃至４に記載された技術でも、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元時において、上記のようなＮＯｘの漏れ出しを適切に抑制することが困難であった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、リッチスパイク制御、及びＮＯｘ吸蔵還元触媒内にアンモニアを存在させておくための制御を適切に実行することによって、ＮＯｘ還元時に生じ得るＮＯｘの漏れ出しを抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの観点では、排気通路上に、三元触媒及び前記三元触媒の下流側にＮＯｘ吸蔵還元触媒を有する内燃機関の排気浄化装置は、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するために、燃焼室からの排気ガスの空燃比をリッチ化する制御を行うリッチ化制御手段と、前記ＮＯｘを還元する際に、当該ＮＯｘを浄化可能なＮＯｘ浄化成分を前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に存在させておくための制御を行う制御手段と、を備える。
【０００８】
上記の内燃機関の排気浄化装置は、三元触媒及びＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いて排気ガスの浄化を行うために好適に利用される。具体的には、リッチ化制御手段は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するために、排気ガスの空燃比をリッチ化する制御を行う。また、制御手段は、上記したＮＯｘの還元を行う際に、ＮＯｘ浄化成分をＮＯｘ吸蔵還元触媒内に存在させておくための制御を行う。これにより、リッチ化する制御の初期において生じ得るＮＯｘの漏れ出しを効果的に抑制しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元を適切に行うことが可能となる。
【０００９】
好ましくは、前記ＮＯｘ浄化成分は、アンモニアとすることができる。この場合、アンモニアによってＮＯやＮＯ２などを無害な窒素に還元することによって、これらの排出を抑制することができる。また、前記制御手段は、前記ＮＯｘ浄化成分を前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に存在させておくために、尿素、アンモニア、及び燃料のいずれか１つ以上を、前記排気通路中に噴射する噴射制御手段を備える。なお、好適には、噴射制御手段は、三元触媒とＮＯｘ吸蔵還元触媒との間の排気通路に噴射を行う。
【００１０】
上記の内燃機関の排気浄化装置の一態様では、前記噴射制御手段は、前記リッチ化によって発生した還元剤が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に到達するより第１所定時間前から、前記噴射の実行を開始する。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からのＮＯｘの漏れ出しを確実に抑制することが可能となる。
【００１１】
上記の内燃機関の排気浄化装置において好適には、前記第１所定時間は、前記還元剤が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に到達するよりも前に、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に前記ＮＯｘ浄化成分を存在させるために、前記噴射の実行を開始すべきタイミングに基づいて設定することができる。
【００１２】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記噴射制御手段は、前記リッチ化制御手段による制御の終了より第２所定時間前に、前記噴射を終了する。
【００１３】
この態様では、噴射制御手段は、リッチ化制御手段による制御の終了よりも早いタイミングで噴射する制御を終了する。こうするのは、リッチ化制御手段による制御がある程度の時間行われた場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に還元剤が十分に供給されるからである。上記したように噴射を終了させることにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からのＮＯｘ浄化成分のリークを防止することができる。
【００１４】
上記の内燃機関の排気浄化装置において好適には、前記第２所定時間は、前記ＮＯｘを還元するのに十分な量の前記リッチ化による還元剤が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給されるタイミングに基づいて設定することができる。
【００１５】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側における排気ガス中の前記ＮＯｘ浄化成分の濃度を取得するＮＯｘ浄化成分濃度取得手段を備え、前記噴射制御手段は、前記ＮＯｘ浄化成分の濃度が上昇し始めた際に、前記噴射を終了する。
【００１６】
この態様では、噴射制御手段は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側においてＮＯｘ浄化成分の濃度が上昇し始めたら、噴射を終了する。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からのＮＯｘ浄化成分のリークをより確実に防止することができる。
【００１７】
好適には、前記リッチ化制御手段は、前記噴射制御手段が前記噴射を終了する際に、前記排気ガスの空燃比をリッチ化する制御を終了する。この場合、ＮＯｘ浄化成分の濃度が上昇し始めた場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ還元が概ね終了していると考えることができるため、噴射する制御を終了すると共に、リッチ化する制御も終了する。これにより、リッチ化する制御によって発生し得る燃費の悪化などを抑制することが可能となる。
【００１８】
上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記噴射制御手段は、噴射初期よりも噴射後期のほうが、噴射量が少なくなるように前記噴射を実行する。つまり、噴射後期よりも噴射初期のほうが、噴射量が多くなるように噴射を実行する。こうする理由は、以下の通りである。リッチ化する制御の初期においてはＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されていたＮＯｘが一気に脱離（放出）されるが、他方、還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒にほとんど供給されないため、噴射量を比較的多くする。一方、リッチ化する制御の開始からある程度の時間が経過したときには、還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給されるため、噴射量を比較的少なくする。これにより、ＮＯｘの漏れ出し及びＮＯｘ浄化成分のリークを適切に抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２０】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
【００２１】
（全体構成）
図１は、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両１００の概略構成を示す。なお、図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。
【００２２】
車両１００は、主に、吸気通路３と、スロットルバルブ６と、サージタンク７と、エンジン（内燃機関）８と、燃料噴射弁９と、排気通路１８と、三元触媒２１と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２と、尿素噴射弁２４と、Ｏ２センサ２５と、燃料タンク３０と、尿素水タンク３１と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）５０と、を備える。
【００２３】
吸気通路３は、エンジン８に供給するための吸気が流通する。吸気通路３上には、エンジン８に供給する吸気量を調整するスロットルバルブ６、及びエンジン８に供給する吸気を貯蔵するサージタンク７が設けられている。エンジン８は、吸気通路３より吸気が供給されると共に、燃料噴射弁９によって噴射された燃料が供給される。具体的には、吸気及び燃料は、気筒８ａの燃焼室８ｂに供給される。詳しくは、燃料は、燃料タンク３０に貯蔵されており、燃料供給通路３０ａを介して燃料噴射弁９によって燃焼室８ｂに供給される。燃料噴射弁９は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号によって制御される。
【００２４】
燃焼室８ｂ内では、点火プラグ１２の点火により着火されることによって、供給された吸気（空気）と燃料との混合気が燃焼される。この場合、燃焼によってピストン８ｃが往復運動し、この往復運動がコンロッド８ｄを介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。なお、図１では、説明の便宜上、１つの気筒８ａのみを示しているが、実際には２以上の気筒によってエンジンを構成することができる。また、エンジン８を燃焼室８ｂに直接燃料を噴射する直噴型（筒内噴射型）で構成することに限定はされず、吸気通路に燃料を噴射するポート噴射型で構成しても良い。
【００２５】
更に、エンジン８の燃焼室８ｂには、吸気弁１０と排気弁１１が設けられている。吸気弁１０は、開閉することによって、吸気通路３と燃焼室８ｂとの導通／遮断を制御する。また、排気弁１１は、開閉することによって、排気通路１８と燃焼室８ｂとの導通／遮断を制御する。
【００２６】
エンジン８内の燃焼によった発生した排気ガスは、排気通路１８に排出される。排気通路１８上には、上流側から下流側に順に、三元触媒２１、尿素噴射弁２４、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２、及びＯ２センサ２５が設けられている。三元触媒２１は、白金やロジウムなどの貴金属を活性成分とした触媒であり、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）などを除去する機能を有する。三元触媒２１は、所謂スタート触媒（Start Catalyst）として機能する。尿素噴射弁２４は、三元触媒２１とＮＯｘ吸蔵還元触媒２２との間の排気通路１８中に尿素を噴射する弁である。尿素は、尿素水タンク３１に貯蔵されており、尿素供給通路３１ａを介して尿素噴射弁２４によって排気通路１８中に供給される。尿素噴射弁２４は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号によって制御される。
【００２７】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２は、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵すると共に、吸蔵しているＮＯｘを還元する機能を有する触媒である。具体的には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２は、基本的には、空燃比がリーンである際にＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチ又はストイキである際に還元剤（Ｈ２、ＣＯ、ＨＣなど）を用いて吸蔵しているＮＯｘを還元する。例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２が限界までＮＯｘを吸蔵した際に、ＥＣＵ５０によって空燃比を強制的にリッチ化するリッチスパイク制御（ＲＳ制御）が実行されることにより、吸蔵しているＮＯｘの還元が行われる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２は、所謂ＮＳＲ（NOx Storage Reduction）触媒として機能する。Ｏ２センサ２５は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側の酸素濃度を検出するセンサである。Ｏ２センサ２５が検出した酸素濃度は、ＥＣＵ５０に供給されて、例えば空燃比の制御などに用いられる。
【００２８】
ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ５０は、車両内の各種センサから供給される出力に基づいて、車両内の制御を行う。第１実施形態では、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に対するＮＯｘ還元を行うためにＲＳ制御を実行すると共に、このようなＲＳ制御を行う際に、ＮＯｘを浄化可能なＮＯｘ浄化成分をＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内に存在させておくための制御を行う。より具体的には、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ浄化成分であるアンモニア（ＮＨ３）をＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内に存在させておくために、尿素噴射弁２４から尿素を排気通路１８中に噴射させる制御（以下、「尿素噴射制御」とも呼ぶ。）を行う。このように、ＥＣＵ５０は、本発明におけるリッチ化制御手段、及び制御手段（噴射制御手段）として機能する。
【００２９】
（制御方法）
ここでは、ＥＣＵ５０が行う制御方法について、図２乃至図４を参照して具体的に説明する。前述したように、第１実施形態では、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御を実行すると共に、尿素噴射制御を実行する。詳しくは、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御の開始より早いタイミングで尿素噴射制御の実行を開始する。こうするのは、ＲＳ制御の初期において生じ得るＮＯｘの漏れ出しを抑制するためである。つまり、ＲＳ制御の前に尿素噴射制御を実行することで、尿素から発生されるアンモニアによってＮＯｘを浄化する（即ち、無害な窒素に還元する）。
【００３０】
図２は、ＲＳ制御の初期において生じ得るＮＯｘの漏れ出しを説明するための図である。図２（ａ）はＲＳ制御のオン／オフを示し、図２（ｂ）は空燃比を示し、図２（ｃ）は還元剤量を示し、図２（ｄ）はＮＯｘ吸蔵還元触媒２２から排出されるＮＯｘの量（以下、単に「ＮＯｘ排出量」と呼ぶ。）を示している。また、図２（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ横軸に時間を示している。なお、図２（ｃ）では、実線Ａ１がエンジン８から排出される排気ガス中の還元剤量（三元触媒２１に供給される還元剤の量）を概ね示しており、破線Ａ２が三元触媒２１から排出される排気ガス中の還元剤量を示しており、一点鎖線Ａ３がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の後端部（下流側の部分）に供給される還元剤量を示している。
【００３１】
この場合、図２（ａ）に示すように、時刻ｔ１においてＲＳ制御要求が出て、ＲＳ制御が開始される。これにより、図２（ｂ）に示すように、空燃比がリーンからリッチにされる。また、図２（ｃ）中の実線Ａ１で示すように、エンジン８から排出される排気ガス中の還元剤量が増加する。なお、ＲＳ制御は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、実行される。上記のようなＲＳ制御を実行した場合、図２（ｄ）に示すように、ＲＳ制御の初期において、ＮＯｘが漏れ出していることがわかる。
【００３２】
ここで、ＮＯｘの漏れ出しが生じる原因について簡単に説明する。ＲＳ制御の開始によって空燃比がリッチ化されることにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に吸蔵されていたＮＯｘは触媒表面から放出される傾向にある。この時に、エンジン８の出ガスには還元剤が多量に含まれるが（図２（ｃ）中の実線Ａ１参照）、これらの還元剤はＲＳ制御の初期においては、三元触媒２１で消費され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２にはほとんど供給されない（図２（ｃ）中の破線Ａ２、一点鎖線Ａ３参照）。そのため、上記のようにＮＯｘ吸蔵還元触媒２２から放出されたＮＯｘは、そのまま排出されることとなる（図２（ｄ）参照）。つまり、ＮＯｘの漏れ出しが発生する。その後、三元触媒２１の酸素などが無くなると、還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給され、還元剤はＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の酸素、ＮＯｘ還元に用いられる。
【００３３】
第１実施形態では、ＲＳ制御の初期において発生し得るＮＯｘの漏れ出しを適切に抑制できるように、ＲＳ制御と尿素噴射制御の両方を実行する。この場合、尿素の噴射により発生したアンモニアによって、ＲＳ制御の初期に漏れ出したＮＯｘの浄化を行う。詳しくは、ＲＳ制御によって発生した還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に到達するより第１所定時間前から、尿素噴射制御の実行を開始する。具体的には、第１実施形態では、ＲＳ制御の開始より早いタイミングで尿素噴射制御を開始する。なお、上記した第１所定時間は、還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に到達するよりも前に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内にアンモニアを確実に存在させるために、尿素噴射制御の実行を開始すべきタイミングに基づいて設定される。
【００３４】
また、第１実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２からのアンモニアの漏れ（リーク）を防止するために、ＲＳ制御の終了よりも早いタイミングで尿素噴射制御を終了する。具体的には、ＲＳ制御の終了より第２所定時間前に、尿素噴射制御を終了する。この第２所定時間は、ＮＯｘを還元するのに十分な量の還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給されるタイミングに基づいて設定される。即ち、尿素噴射制御は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２におけるＮＯｘを還元するのに十分な量の還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給された際に終了される。
【００３５】
更に、第１実施形態では、前述したようなＲＳ制御時におけるＮＯｘの放出特性を考慮に入れて、噴射初期よりも噴射後期のほうが、尿素の噴射量が少なくなるように尿素噴射制御を実行する。つまり、ＲＳ制御の初期においてはＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に吸蔵されていたＮＯｘが一気に脱離（放出）されるが、他方、還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２にほとんど供給されないため、尿素の噴射量を比較的多くし、ＲＳ制御の開始からある程度の時間が経過したときには還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給されるため、尿素の噴射量を比較的少なくする。
【００３６】
ここで、アンモニアによってＮＯｘが浄化される方法について説明する。まず、例えば反応式（１）などによって、尿素（（ＮＨ２）２ＣＯ）からアンモニア（ＮＨ３）が発生する。なお、反応式（１）の反応は、一般的なガソリンエンジンの排気ガスの温度によって適切に進行するものである。つまり、一般的なガソリンエンジンにおいてアンモニアを十分に生成することができると言える。
【００３７】
（ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２ 反応式（１）
そして、反応式（１）により発生したアンモニアにより、排気ガス中のＮＯやＮＯ２が浄化される。具体的には、以下の反応式（２）〜（４）により、ＮＯやＮＯ２は窒素（Ｎ２）に還元される。
【００３８】
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ 反応式（２）
２ＮＨ３＋ＮＯ＋ＮＯ２→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ 反応式（３）
４ＮＨ３＋２ＮＯ２＋Ｏ２→３Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ 反応式（４）
なお、上記の反応式の温度範囲は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２におけるＮＯｘ浄化温度範囲に概ね一致している。そのため、アンモニアを用いたＮＯｘの還元は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に適していると言える。また、反応式（２）〜（４）において、反応式（３）における反応速度が最も速い。つまり、効率的にＮＯｘを還元するためには、「ＮＯ：ＮＯ２＝１：１」であることが望ましいと言える。この点、一般的なガソリンエンジンではエンジンの出ガスにおけるＮＯｘ中の約９５％はＮＯであるが、本実施形態におけるシステム構成では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の上流の三元触媒２１でＮＯ２の生成を促進しているため、反応式（３）の反応が実行される可能性がかなり高いと言える。つまり、本実施形態におけるシステム構成によれば、アンモニアによって効率的にＮＯｘを還元することができる。
【００３９】
次に、図３を参照して、第１実施形態に係る制御方法について具体的に説明する。図３（ａ）はＲＳ制御のオン／オフを示し、図３（ｂ）は空燃比を示し、図３（ｃ）は還元剤量を示し、図３（ｄ）は尿素噴射制御のオン／オフを示し、図３（ｅ）はＮＯｘ排出量を示している。また、図３（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ横軸に時間を示している。なお、図３（ｃ）では、実線Ｂ１がエンジン８から排出される排気ガス中の還元剤量を概ね示しており、破線Ｂ２が三元触媒２１から排出される排気ガス中の還元剤量を示しており、一点鎖線Ｂ３がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の後端部（下流側の部分）に供給される還元剤量を示している。
【００４０】
この場合、ＲＳ制御を開始する時刻ｔ１２以前における時刻ｔ１１において、尿素噴射制御を開始する（図３（ｄ）参照）。つまり、ＲＳ制御の開始より早いタイミングで尿素噴射制御を開始する。そして、尿素噴射制御を開始してからある程度の時間が経過した時刻ｔ１２において、ＲＳ制御を開始する（図３（ａ）、（ｂ）参照）。このような尿素噴射制御を実行した場合のＮＯｘ排出量は、図３（ｅ）中の実線Ｂ５で示すものとなる。これに対して、図３（ｅ）中の破線Ｂ６は、尿素噴射制御を実行せずにＲＳ制御のみを実行した場合に得られたＮＯｘ排出量であり（図２（ｄ）と同様のグラフである）、ＮＯｘの漏れ出しが生じていることがわかる。これらの実線Ｂ５と破線Ｂ６とを比較すると、第１実施形態に係る尿素噴射制御の実行により、ＮＯｘの漏れ出しが大きく抑制されていることがわかる。このようにＮＯｘの漏れ出しが大きく抑制されているのは、尿素から発生されるアンモニアによってＮＯｘが浄化されたためであると考えられる。
【００４１】
この後、時刻ｔ１３において、尿素噴射制御を終了する（図３（ｄ）参照）。つまり、ＲＳ制御の終了よりも早いタイミングで尿素噴射制御を終了する。こうするのは、時刻ｔ１３においては、図３（ｃ）中の一点鎖線Ｂ３で示すように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の後端部にまで還元剤が十分に供給されているからである。このように尿素噴射制御を終了することにより、アンモニアのリークを防止することが可能となる。そして、時刻ｔ１３以後の時刻ｔ１４において、ＲＳ制御を終了する（図３（ａ）、（ｂ）参照）。
【００４２】
次に、尿素噴射制御において噴射する尿素の量（尿素噴射量）の一例について、図４を用いて説明する。図４は、横軸に時間を示し、縦軸に尿素噴射量を示している。この場合、時刻Ｔ１で尿素噴射制御を開始し、時刻Ｔ２で尿素噴射制御を終了している。第１実施形態では、図４中の実線Ｃ１に示すように、噴射初期よりも噴射後期のほうが、尿素噴射量が少なくなるように尿素噴射制御を実行する。言い換えると、噴射後期よりも噴射初期のほうが、尿素噴射量が多くなるように尿素噴射制御を実行する。こうする理由は、以下の通りである。ＲＳ制御の初期においては還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２にほとんど供給されないため、尿素の噴射量を比較的多くする。一方、ＲＳ制御の開始からある程度の時間が経過したときには、還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給されるため、尿素の噴射量を比較的少なくする。これにより、尿素噴射制御及びＲＳ制御によって、ＮＯｘの漏れ出しやアンモニアのリークを適切に抑制しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に対するＮＯｘ還元を効果的に行うことが可能となる。尚、図４中の破線Ｃ２で示す噴射特性によって尿素噴射制御を実行した場合にも、上記と概ね同様の効果を得ることができる。
【００４３】
（第１実施形態に係る処理）
次に、第１実施形態に係る処理について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。この処理は、前述したＥＣＵ５０によって、所定の周期で繰り返し実行される。
【００４４】
まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ５０は、エンジン８における運転条件を取得する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、ＥＣＵ５０は、エンジン８がリーン運転中であるか否かを判定する。リーン運転中である場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０３に進み、リーン運転中でない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。
【００４５】
ステップＳ１０３では、運転条件からＲＳ制御を実行する時間（以下、「ＲＳ時間」と呼ぶ。）、及びＲＳ制御を実行する間隔（以下、「ＲＳ間隔」と呼ぶ。）を求める。そして、処理はステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御の要求があるか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ５０は、前回ＲＳ制御を実行してからの経過時間や、入りガス中のＮＯｘ量などに基づいて、ＲＳ制御を実行すべきか否かを判定する。ＲＳ制御の要求がある場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０５に進み、ＲＳ制御の要求がない場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。
【００４６】
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御を実行中であるか否かを判定する。ＲＳ制御を実行中である場合（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１１に進み、ＲＳ制御を実行中でない場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、ＥＣＵ５０は、尿素噴射制御を実行中であるか否かを判定する。尿素噴射制御を実行中である場合（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０８に進み、尿素噴射制御を実行中でない場合（ステップＳ１０６；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０７に進む。
【００４７】
ステップＳ１０７では、ＥＣＵ５０は、尿素噴射制御の実行を開始する。この場合には、ＲＳ制御の要求があり、且つ尿素噴射制御が未だ実行されていないため、ＥＣＵ５０は、尿素噴射制御の実行を開始する。そして、処理はステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、ＥＣＵ５０は、尿素噴射制御を実行している時間（以下、「尿素噴射時間」と呼ぶ。）を計測する。そして、処理はステップＳ１０９に進む。
【００４８】
ステップＳ１０９では、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御を実行しても良い状況にあるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０８で得られた尿素噴射時間が所定時間αを経過したか否かを判定する。この所定時間αは、ＲＳ制御による還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に到達するよりも前に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内にＮＯｘ浄化成分を確実に存在させるために、尿素噴射制御を開始してからＲＳ制御を開始するまでに待機すべき時間に対応する。所定時間αは、運転条件に基づいて規定されたマップや、運転条件に基づいた演算式などによって得られる。なお、前述した第１所定時間は、所定時間αに対して、ＲＳ制御を開始してから還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に到達するまでに要する時間を加算した時間に相当する。
【００４９】
尿素噴射時間が所定時間αを経過している場合（ステップＳ１０９；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１０に進む。この場合には、ＲＳ制御を実行しても良い状況にあると言える。よって、ステップＳ１１０では、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御の実行を開始する。そして、処理はステップＳ１１１に進む。これに対して、尿素噴射時間が所定時間αを経過していない場合（ステップＳ１０９；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、ＲＳ制御を開始せず、尿素噴射制御のみを実行する。
【００５０】
ステップＳ１１１では、ＥＣＵ５０は、尿素噴射時間を読み込む。そして、処理はステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、ＥＣＵ５０は、尿素噴射制御を終了する要求があるか否かを判定する。この場合、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１１で得られた尿素噴射時間が所定時間βを経過したか否かを判定する。所定時間βは、ＮＯｘを還元するのに十分な量の還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給されるタイミングに基づいて設定される。具体的には、所定時間βは、運転条件に基づいて規定されたマップや、運転条件に基づいた演算式などによって求められる。なお、前述した第２所定時間は、尿素噴射制御の開始時刻とＲＳ制御の終了時刻との間の時間から、所定時間βを減算した時間に対応する。
【００５１】
尿素噴射時間が所定時間βを経過している場合（ステップＳ１１２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１３に進む。この場合には、ＮＯｘを還元するのに十分な量の還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給されていると言える。よって、ステップＳ１１３では、ＥＣＵ５０は、尿素噴射制御の実行を終了する。そして、処理はステップＳ１１４に進む。これに対して、尿素噴射時間が所定時間βを経過していない場合（ステップＳ１１２；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、尿素噴射制御を継続する。
【００５２】
ステップＳ１１４では、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御を実行している時間（以下、「ＲＳ制御時間」と呼ぶ。）を読み込む。そして、処理はステップＳ１１５に進む。ステップＳ１１５では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１１４で得られたＲＳ制御時間に基づいて、ＲＳ制御を終了すべき時間であるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御時間がステップＳ１０３で求められたＲＳ時間を超えたか否かを判定する。
【００５３】
ＲＳ制御を終了すべき時間である場合（ステップＳ１１５；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１６では、ＥＣＵ５０は、ＲＳ制御の実行を終了する。そして、処理は当該フローを抜ける。これに対して、ＲＳ制御を終了すべき時間でない場合（ステップＳ１１５；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、ＲＳ制御を継続する。
【００５４】
以上の処理によれば、ＲＳ制御及び尿素噴射制御を実行することにより、ＮＯｘの漏れ出しを効果的に抑制しつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に対するＮＯｘ還元を適切に行うことができる。また、尿素の噴射に起因するアンモニアのリークも適切に防止することができる。
【００５５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。前述した第１実施形態では、ＲＳ制御の終了より第２所定時間前に尿素噴射制御を終了したが（即ちＮＯｘを還元するのに十分な量の還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給された際に終了したが）、第２実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側におけるアンモニア濃度（ＮＯｘ浄化成分濃度に対応する）が上昇し始めた際に、尿素噴射制御を終了する。言い換えると、第２実施形態では、尿素噴射時間だけでなくアンモニア濃度も考慮に入れて、尿素噴射制御を終了させる。こうするのは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２からのアンモニアのリークをより確実に防止するためである。
【００５６】
ここで、図６を参照して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２からのアンモニアのリークについて説明する。図６（ａ）はＲＳ制御のオン／オフを示し、図６（ｂ）は空燃比を示し、図６（ｃ）は尿素噴射制御のオン／オフを示し、図６（ｄ）はＮＯｘ吸蔵還元触媒２２から漏れ出したアンモニア量（以下、「触媒出アンモニア量」とも呼ぶ。）を示している。
【００５７】
この場合、尿素噴射制御を時刻ｔ３から時刻ｔ６まで実行し（図６（ｃ）参照）、ＲＳ制御を時刻ｔ４から時刻ｔ６まで実行している（図６（ａ）、（ｂ）参照）。図６（ｃ）に示すような尿素噴射制御を実行した場合、図６（ｄ）に示すように、時刻ｔ５から触媒出アンモニア量が増加していることがわかる。つまり、アンモニアのリークが生じていることがわかる。このような現象は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２のＮＯｘ還元が概ね終了しているにもかかわらず、継続して尿素噴射制御を実行したために生じたと考えることができる。つまり、アンモニアを用いて還元させるべきＮＯやＮＯ２などがほとんど存在しないにもかかわらず、継続して尿素を噴射したために、アンモニアが還元に用いられずに排出されたと考えられる。したがって、第２実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側におけるアンモニア濃度が上昇し始めた際に、尿素噴射制御を終了する。
【００５８】
以下で、図７乃至図９を参照して、本発明の第２実施形態について具体的に説明する。
【００５９】
図７は、第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両１０１の概略構成を示す。ここでは、前述した車両１００（図１参照）と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、図７では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。
【００６０】
車両１０１は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側の排気通路１８上に、ＮＨ３センサ２８を有する。ＮＨ３センサ２８は、アンモニア濃度を検出するセンサであり、検出したアンモニア濃度に対応する検出信号をＥＣＵ５１に供給する。なお、ＮＨ３センサ２８の代わりに、ＮＯｘセンサを用いても良い。ＮＯｘセンサもアンモニア濃度を検出することができるからである。
【００６１】
ＥＣＵ５１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ５１は、前述したＥＣＵ５０と同様に、リッチ化制御手段及び制御手段（噴射制御手段）として機能し、ＲＳ制御及び尿素噴射制御を実行する。詳しくは、ＥＣＵ５１は、ＮＨ３センサ２８から取得されるアンモニア濃度に基づいて、尿素噴射制御の実行を終了させる。具体的には、ＥＣＵ５１は、アンモニア濃度が上昇し始めた際に、尿素噴射制御の実行を終了させる。
【００６２】
次に、図８を参照して、第２実施形態に係る制御方法について具体的に説明する。図８（ａ）はＲＳ制御のオン／オフを示し、図８（ｂ）は空燃比を示し、図８（ｃ）は尿素噴射制御のオン／オフを示し、図８（ｄ）は触媒出アンモニア量を示している。
【００６３】
この場合、尿素噴射制御を時刻ｔ２１から開始し（図８（ｃ）参照）、ＲＳ制御を時刻ｔ２２から開始している（図８（ａ）、（ｂ）参照）。図８（ｃ）に示すような尿素噴射制御を実行した場合、図８（ｄ）に示すように、時刻ｔ２３において触媒出アンモニア量が上昇し始めていることがわかる。第２実施形態では、このように触媒出アンモニア量が上昇し始めた際に、図８（ｃ）に示すように、尿素噴射制御の実行を終了する。これにより、図８（ｄ）に示すように、時刻ｔ２３以降、触媒出アンモニア量が概ね「０」となることがわかる。つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２からのアンモニアのリークが抑制されていることがわかる。
【００６４】
次に、第２実施形態に係る処理について、図９に示すフローチャートを用いて説明する。この処理は、前述したＥＣＵ５１によって、所定の周期で繰り返し実行される。なお、ステップＳ２０１〜Ｓ２１１の処理は、図６に示したステップＳ１０１〜Ｓ１１１の処理と同様であるため、その説明を省略する。ここでは、ステップＳ２１２以降の処理について説明する。
【００６５】
ステップＳ２１２では、ＥＣＵ５１は、ＮＨ３センサ２８の出力（以下、「ＶＮＨ３」と呼ぶ。）を読み込む。「ＶＮＨ３」は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側の排気通路１８中のアンモニア濃度に対応する。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ２１３に進む。
【００６６】
ステップＳ２１３では、ＥＣＵ５１は、尿素噴射制御を終了する要求があるか否かを判定する。この場合、ＥＣＵ５１は、ＶＮＨ３が所定値γより大きいか否か、又は尿素噴射時間が所定時間βを経過したか否かを判定する。つまり、ＥＣＵ５１は、アンモニア濃度が上昇し始めているか否か、及びＮＯｘを還元するのに十分な量の還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給されているか否かを判定することによって、尿素噴射制御を終了すべきか否かを判定する。なお、所定時間βは、前述した方法によって設定される。
【００６７】
ＶＮＨ３が所定値γより大きいか、又は尿素噴射時間が所定時間βを経過している場合には（ステップＳ２１３；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２１４に進む。この場合には、アンモニアが漏れ出し始めているか、又はＮＯｘを還元するのに十分な量の還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に供給されている状況にあると言える。よって、ステップＳ２１４では、ＥＣＵ５１は、尿素噴射制御の実行を終了する。そして、処理はステップＳ２１５に進む。一方、ＶＮＨ３が所定値γ以下であり、且つ尿素噴射時間が所定時間βを経過していない場合には（ステップＳ２１３；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、尿素噴射制御を継続する。
【００６８】
ステップＳ２１５では、ＥＣＵ５１は、ＲＳ制御時間を読み込む。そして、処理はステップＳ２１６に進む。ステップＳ２１６では、ＥＣＵ５１は、ステップＳ２１５で得られたＲＳ制御時間に基づいて、ＲＳ制御を終了すべき時間であるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５１は、ＲＳ制御時間がステップＳ２０３で求められたＲＳ時間を超えたか否かを判定する。
【００６９】
ＲＳ制御を終了すべき時間である場合（ステップＳ２１６；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２１７に進む。ステップＳ２１７では、ＥＣＵ５１は、ＲＳ制御の実行を終了する。そして、処理は当該フローを抜ける。これに対して、ＲＳ制御を終了すべき時間でない場合（ステップＳ２１６；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合には、ＲＳ制御を継続する。
【００７０】
以上の第２実施形態に係る処理によれば、アンモニア濃度が上昇し始めた際に尿素噴射制御を終了するため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２からのアンモニアのリークをより確実に防止することができる。
【００７１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。前述した第２実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の下流側におけるアンモニア濃度が上昇し始めた際に、尿素噴射制御のみを終了したが、第３実施形態では、アンモニア濃度が上昇し始めた際に、尿素噴射制御だけでなくＲＳ制御も終了する。こうするのは、アンモニア濃度が上昇し始めた場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２のＮＯｘ還元が概ね終了していると考えることができるため、尿素噴射制御だけでなくＲＳ制御も実行する必要がないからである。つまり、ＲＳ制御によって還元剤を供給し続ける必要がないからである。
【００７２】
ここで、図１０を参照して、第３実施形態に係る制御方法について具体的に説明する。図１０（ａ）はＲＳ制御のオン／オフを示し、図１０（ｂ）は空燃比を示し、図１０（ｃ）は燃料噴射量を示し、図１０（ｄ）は尿素噴射制御のオン／オフを示し、図１０（ｅ）は触媒出アンモニア量を示している。
【００７３】
この場合、尿素噴射制御を時刻ｔ３１から開始し（図１０（ｄ）参照）、ＲＳ制御を時刻ｔ３２から開始している（図１０（ａ）〜（ｃ）参照）。図１０（ｄ）に示すような尿素噴射制御を実行した場合、図１０（ｅ）に示すように、時刻ｔ３３において触媒出アンモニア量が上昇し始めていることがわかる。第３実施形態では、このように触媒出アンモニア量が上昇し始めた際に、図１０（ｄ）に示すように、尿素噴射制御の実行を終了する。これにより、図１０（ｅ）に示すように、時刻ｔ３３以降、触媒出アンモニア量が概ね「０」となることがわかる。更に、第３実施形態では、触媒出アンモニア量が上昇し始めた際に（時刻ｔ３３）、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＲＳ制御の実行を終了する。この場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２のＮＯｘ還元が概ね終了しているため、ＲＳ制御によって還元剤を供給する必要がないので、ＲＳ制御の実行を終了する。
【００７４】
次に、第３実施形態に係る処理について、図１１に示すフローチャートを用いて説明する。この処理は、前述したＥＣＵ５１によって（図７参照）、所定の周期で繰り返し実行される。なお、ステップＳ３０１〜Ｓ３１３の処理は、図９に示したステップＳ２０１〜Ｓ２１３の処理と同様であるため、その説明を省略する。ここでは、ステップＳ３１４以降の処理について説明する。
【００７５】
ステップＳ３１４の処理は、ＶＮＨ３が所定値γより大きいか、又は尿素噴射時間が所定時間βを経過している場合（ステップＳ３１３；Ｙｅｓ）に実行される。この場合には、尿素噴射制御の実行を終了すべき状況であると言える。したがって、ステップＳ３１４では、ＥＣＵ５１は、尿素噴射制御の実行を終了する。そして、処理はステップＳ３１５に進む。
【００７６】
ステップＳ３１５では、ＥＣＵ５１は、ＲＳ制御の実行を終了する。この場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２のＮＯｘ還元が概ね終了していると考えることができるため、ＲＳ制御を実行する必要はないと言える。したがって、ＥＣＵ５１は、尿素噴射制御の実行を終了した直後に、ＲＳ制御の実行も終了する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。
【００７７】
以上の第３実施形態に係る処理によれば、アンモニア濃度が上昇し始めた際にＲＳ制御を終了させるため、ＲＳ制御に起因する燃費の悪化などを抑制することが可能となる。
【００７８】
［変形例］
上記では、ＮＯｘを浄化可能なＮＯｘ浄化成分（アンモニア）をＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内に存在させておくために、尿素を噴射する制御（尿素噴射制御）を行う実施形態を示したが、これに限定はされない。他の例では、尿素のみを噴射する代わりに、尿素、アンモニア、及び燃料（ＨＣ）のいずれか１つ以上を噴射する制御を行うことができる。これによっても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内にＮＯｘ浄化成分であるアンモニアを適切に存在させることが可能となる。
【００７９】
また、上記では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２のＮＯｘ還元を行うために、尿素噴射制御とＲＳ制御の両方を実行する実施形態を示したが、これに限定はされない。他の例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２のＮＯｘ還元を行うために、ＲＳ制御を実行せずに、尿素噴射制御のみを実行することができる。この場合には、ＲＳ制御に起因するトルクショック（詳しくは、空燃比がリーンからリッチ、或いはリッチからリーンに変化する際に、リーンとリッチとの出力の違いに起因するトルク段差によって生じ得るショック）などの発生を抑制することが可能となる。
【００８０】
更に、上記では、ＲＳ制御の開始よりも早いタイミングで尿素噴射制御を開始する実施形態を示したが、これに限定はされない。つまり、還元剤がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に到達するよりも前に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内にアンモニアを存在させることができれば、ＲＳ制御の開始よりも早いタイミングで尿素噴射制御を開始しなくても良い。例えば排気通路１８内における輸送遅れにより、ＲＳ制御の開始と同時に又はＲＳ制御の開始後に尿素噴射制御を実行しても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２において先にアンモニアが生成される場合には、ＲＳ制御の開始と同時に又はＲＳ制御の開始後に、尿素噴射制御を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両の構成を示す概略図である。
【図２】ＲＳ制御の初期において生じ得るＮＯｘの漏れ出しを説明するための図である。
【図３】第１実施形態に係る制御方法について説明するための図である。
【図４】尿素噴射制御において噴射する尿素の量の一例を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る処理を示すフローチャートである。
【図６】ＮＯｘ吸蔵還元触媒からのアンモニアのリークについて説明するための図である。
【図７】第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両の構成を示す概略図である。
【図８】第２実施形態に係る制御方法について説明するための図である。
【図９】第２実施形態に係る処理を示すフローチャートである。
【図１０】第３実施形態に係る制御方法について説明するための図である。
【図１１】第３実施形態に係る処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
３ 吸気通路
６ スロットルバルブ
８ エンジン
９ 燃料噴射弁
１８ 排気通路
２１ 三元触媒
２２ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２４ 尿素噴射弁
２８ ＮＨ３センサ
３１ 尿素水タンク
５０、５１ ＥＣＵ
１００、１０１ 車両
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路上に、三元触媒及び前記三元触媒の下流側にＮＯｘ吸蔵還元触媒を有する内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するために、燃焼室からの排気ガスの空燃比をリッチ化する制御を行うリッチ化制御手段と、
前記ＮＯｘを還元する際に、当該ＮＯｘを浄化可能なＮＯｘ浄化成分を前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に存在させておくための制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘ浄化成分は、アンモニアであ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。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ＮＯｘ浄化成分を前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に存在させておくために、尿素、アンモニア、及び燃料のいずれか１つ以上を、前記排気通路中に噴射する噴射制御手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記噴射制御手段は、前記リッチ化によって発生した還元剤が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に到達するより第１所定時間前から、前記噴射の実行を開始することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記第１所定時間は、前記還元剤が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に到達するよりも前に、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に前記ＮＯｘ浄化成分を存在させるために、前記噴射の実行を開始すべきタイミングに基づいて設定されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記噴射制御手段は、前記リッチ化制御手段による制御の終了より第２所定時間前に、前記噴射を終了することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記第２所定時間は、前記ＮＯｘを還元するのに十分な量の前記リッチ化による還元剤が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給されるタイミングに基づいて設定されることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側における排気ガス中の前記ＮＯｘ浄化成分の濃度を取得するＮＯｘ浄化成分濃度取得手段を備え、
前記噴射制御手段は、前記ＮＯｘ浄化成分の濃度が上昇し始めた際に、前記噴射を終了することを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記リッチ化制御手段は、前記噴射制御手段が前記噴射を終了する際に、前記排気ガスの空燃比をリッチ化する制御を終了することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記噴射制御手段は、噴射初期よりも噴射後期のほうが、噴射量が少なくなるように前記噴射を実行することを特徴とする請求項３乃至９のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１】
排気通路上に、三元触媒及び前記三元触媒の下流側にＮＯｘ吸蔵還元触媒を有する内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するために、燃焼室からの排気ガスの空燃比をリッチ化する制御を行うリッチ化制御手段と、
前記ＮＯｘを還元する際に、当該ＮＯｘを浄化可能なＮＯｘ浄化成分を前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に存在させておくための制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘ浄化成分は、アンモニアであ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。
【請求項３】
前記制御手段は、前記ＮＯｘ浄化成分を前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に存在させておくために、尿素、アンモニア、及び燃料のいずれか１つ以上を、前記排気通路中に噴射する噴射制御手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記噴射制御手段は、前記リッチ化によって発生した還元剤が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に到達するより第１所定時間前から、前記噴射の実行を開始することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記第１所定時間は、前記還元剤が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に到達するよりも前に、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に前記ＮＯｘ浄化成分を存在させるために、前記噴射の実行を開始すべきタイミングに基づいて設定されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記噴射制御手段は、前記リッチ化制御手段による制御の終了より第２所定時間前に、前記噴射を終了することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記第２所定時間は、前記ＮＯｘを還元するのに十分な量の前記リッチ化による還元剤が前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給されるタイミングに基づいて設定されることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側における排気ガス中の前記ＮＯｘ浄化成分の濃度を取得するＮＯｘ浄化成分濃度取得手段を備え、
前記噴射制御手段は、前記ＮＯｘ浄化成分の濃度が上昇し始めた際に、前記噴射を終了することを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記リッチ化制御手段は、前記噴射制御手段が前記噴射を終了する際に、前記排気ガスの空燃比をリッチ化する制御を終了することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記噴射制御手段は、噴射初期よりも噴射後期のほうが、噴射量が少なくなるように前記噴射を実行することを特徴とする請求項３乃至９のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１５７０５４（Ｐ２００８−１５７０５４Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４４２３１（Ｐ２００６−３４４２３１）
【出願日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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