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WO2013175604A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置 Download PDF

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Publication number
WO2013175604A1
WO2013175604A1 PCT/JP2012/063304 JP2012063304W WO2013175604A1 WO 2013175604 A1 WO2013175604 A1 WO 2013175604A1 JP 2012063304 W JP2012063304 W JP 2012063304W WO 2013175604 A1 WO2013175604 A1 WO 2013175604A1
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WO
WIPO (PCT)
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reduction catalyst
catalyst
fuel ratio
storage reduction
air
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/063304
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
入澤　泰之
剛 小渕
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by トヨタ自動車株式会社 filed Critical トヨタ自動車株式会社
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Priority to CN201280073422.0A priority patent/CN104334845A/zh
Priority to US14/402,790 priority patent/US20150285118A1/en
Priority to JP2014516582A priority patent/JPWO2013175604A1/ja
Priority to EP12877155.7A priority patent/EP2857643A4/en
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that is operated lean.
  • Patent Document 2 describes a configuration in which a three-way catalyst, an occlusion reduction catalyst, and an NH 3 adsorptive denitration catalyst are arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine as an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that is operated with lean combustion.
  • Patent Document 2 describes a technique for reducing NO X released or desorbed from the storage reduction catalyst by NH 3 generated in the three-way catalyst to the storage reduction catalyst by NH 3 .
  • Patent Document 2 also describes a technique in which NH 3 and NO X that have passed through an occlusion reduction catalyst are reacted in an NH 3 adsorption denitration catalyst.
  • Patent Document 3 discloses a first exhaust passage connected to some cylinder groups, a second exhaust passage connected to the remaining cylinder groups, and a first exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that is operated with lean combustion.
  • a common exhaust passage where the exhaust passage and the second exhaust passage merge, a three-way catalyst disposed in the first exhaust passage, an occlusion reduction type catalyst disposed in the second exhaust passage, and a denitration disposed in the common exhaust passage A configuration comprising a catalyst is described.
  • Patent Document 3 also describes a technique in which NH 3 produced in a three-way catalyst and NO X released or desorbed from an occlusion reduction catalyst are reacted in a denitration catalyst.
  • Patent Document 4 describes a configuration in which a three-way catalyst, an NH 3 injection valve, and a selective catalytic reduction catalyst are arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine as an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that is operated with lean combustion. Patent Document 4 also describes a technique for injecting NH 3 from the NH 3 injection valve into the exhaust passage when NH 3 is not generated in the three-way catalyst.
  • JP 2008-286102 A Japanese Patent No. 3456408 JP-A-10-002213 JP 2011-163193 A
  • Patent Documents 1 to 4 described above NH 3 generating capacity of the catalyst for the NH 3 generated is not mentioned in the case of reduced. Therefore, if the NH 3 generating capacity of the catalyst for the NH 3 generated is reduced, it is impossible to sufficiently purify the NO X in the exhaust gas, which may lead to increase in exhaust emissions.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object, NH 3 and a catalyst for the generation, an internal combustion engine having a catalyst for purifying the the NO X in the exhaust gas NH 3 as a reducing agent in the exhaust gas purification device, even if the NH 3 generating capacity of the catalyst for the NH 3 generated is decreased, is to provide a technology capable of purifying the NO X in the exhaust gas.
  • the present invention provides an exhaust purification of an internal combustion engine including a storage reduction catalyst for generating NH 3 and a selective reduction catalyst disposed in an exhaust passage downstream of the storage reduction catalyst.
  • a three-way catalyst is disposed in the exhaust passage upstream of the storage reduction catalyst, and when the storage reduction catalyst has a high NH 3 production capacity, NH 3 is generated by the storage reduction catalyst, and the storage reduction catalyst When the NH 3 production ability was low, NH 3 was produced by a three-way catalyst.
  • the exhaust emission control device for an internal combustion engine is: An occlusion reduction catalyst that is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine that is operated by lean combustion and that reduces nitrogen oxides to ammonia when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is a first rich air-fuel ratio that is lower than the stoichiometric air-fuel ratio; A selective reduction catalyst that is disposed in an exhaust passage downstream from the storage reduction catalyst and reduces nitrogen oxides in the exhaust gas using ammonia as a reducing agent; A three-way catalyst disposed in an exhaust passage upstream of the storage reduction catalyst; Control that controls the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst to a second rich air-fuel ratio that is higher than the first rich air-fuel ratio and lower than the stoichiometric air-fuel ratio when the ammonia generation capacity of the storage reduction catalyst decreases. And I was prepared to.
  • Storage reduction catalyst when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing is higher lean than the stoichiometric air-fuel ratio is adsorbed or occluded nitrogen oxides contained in the exhaust (NO X). Also, storage reduction catalyst, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing is lower rich air-fuel ratio than the stoichiometric air-fuel ratio, thereby releasing the NO X which has been adsorbed or occluded in the exhaust and released NO X The reducing component contained (for example, hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), etc.) is reacted.
  • HC hydrocarbon
  • CO carbon monoxide
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas is the first rich air-fuel ratio (for example, approximately 12.5) that is sufficiently lower than the stoichiometric air-fuel ratio, the amount of NO X converted to ammonia (NH 3 ) increases.
  • NH 3 produced by the storage reduction catalyst flows into the selective reduction catalyst together with the exhaust gas, and is adsorbed by the selective reduction catalyst.
  • NH 3 adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst acts as a reducing agent for NO X when exhaust gas containing NO X flows into the selective catalytic reduction catalyst.
  • the amount of NH 3 produced when the storage reduction catalyst is exposed to the first rich air-fuel ratio exhaust gas correlates with the amount of NO X adsorbed or stored in the storage reduction catalyst. That is, the NH 3 production capacity of the storage reduction catalyst correlates with the NO X storage capacity of the storage reduction catalyst. Therefore, when the NO X storage capacity of the storage reduction catalyst decreases, the amount of NH 3 that can be generated in the storage reduction catalyst decreases.
  • the exhaust purification system of an internal combustion engine of the present invention (in other words, if the NO X storage ability is decreased) when the NH 3 generating capacity of storage reduction catalyst has decreased to an NH 3 in the three-way catalyst It was made to generate.
  • the control unit of the present invention sets the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst to be higher than the first rich air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio when the NH 3 generation capacity of the storage reduction catalyst is reduced. Control to a lower second rich air-fuel ratio (for example, approximately 14.0).
  • a lower second rich air-fuel ratio for example, approximately 14.0
  • the amount of NH 3 produced in the three-way catalyst increases as the amount of NO X in the exhaust gas increases. Therefore, when the NH 3 production capacity of the storage reduction catalyst is reduced, the amount of NH 3 produced in the three-way catalyst may be increased by increasing the amount of NO X in the exhaust.
  • the amount of NO X in the exhaust gas tends to fuel ratio of the mixture burned in the cylinders of the internal combustion engine is increased is higher than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the control unit of the present invention when the NH 3 generating capacity of storage reduction catalyst decreases, and controls the fuel injection amount so that the air-fuel ratio of the mixture becomes higher than the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio of the exhaust
  • unburned fuel may be added to the exhaust gas so that the second rich air-fuel ratio becomes the second rich air-fuel ratio.
  • a method of adding unburned fuel into the exhaust a method of injecting fuel into the cylinder during the expansion stroke or the exhaust stroke, or a method of injecting fuel into the exhaust passage upstream of the three-way catalyst is used. Can do.
  • the storage-reduction catalyst tends to be used more heavily than the three-way catalyst.
  • the NOx storage reduction catalyst also adsorbs or stores sulfur components (SO X ) in the exhaust (sulfur poisoning) in the same manner as NO X.
  • SO X sulfur components
  • the NO X storage capacity of the storage reduction catalyst decreases as the amount of SO X adsorbed or stored in the storage reduction catalyst increases.
  • the storage reduction type catalyst is exposed to high temperatures when processing for sulfur poisoning (sulfur poisoning recovery processing) is performed, it tends to be more susceptible to thermal degradation than three-way catalysts. There is. Therefore, the occlusion reduction type catalyst is easily deteriorated or deteriorated in performance as compared with the three-way catalyst. In other words, the three-way catalyst is unlikely to deteriorate or deteriorate in performance as compared to the occlusion reduction type catalyst.
  • the storage reduction catalyst when the NH 3 production capacity of the storage reduction catalyst decreases, the storage reduction catalyst is sulfur poisoned, the storage reduction catalyst is thermally deteriorated, or the temperature of the storage reduction catalyst The case where the value is low is considered.
  • the storage reduction catalyst When the storage reduction catalyst is sulfur poisoned, the amount of NO x that can be stored by the storage reduction catalyst is smaller than when the storage reduction catalyst is not poisoned with sulfur. That is, when the storage reduction catalyst is poisoned by sulfur compared to when no sulfur poisoning, NO X storage ability of absorbing storage reduction catalyst is lowered.
  • the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the cylinder of the internal combustion engine is a lean air-fuel ratio (when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst is a lean air-fuel ratio)
  • the storage reduction type The amount of NO X flowing out of the catalyst is greater when the storage reduction catalyst is sulfur poisoned than when the sulfur reduction catalyst is not sulfur poisoned.
  • the exhaust purification system of an internal combustion engine of the present invention the amount of the NO X when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage-reduction type catalyst are discharged from the occlusion-reduction catalyst when a high lean than the stoichiometric air-fuel ratio
  • the upper limit value is the maximum amount of NO X that can flow out from the storage reduction catalyst when the internal combustion engine is operated in lean combustion and the NH 3 generation capacity of the storage reduction catalyst has not decreased. Corresponds to the value.
  • the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention is disposed in an exhaust passage downstream of the storage reduction catalyst and upstream of the selective reduction catalyst, and detects the amount of NO X contained in the exhaust gas.
  • a NO X sensor may be further provided.
  • the control unit determines that the NO X amount detected by the NO X sensor exceeds the upper limit when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst is a lean air-fuel ratio higher than the stoichiometric air-fuel ratio. As a condition, it may be determined that the NH 3 generation ability of the storage reduction catalyst is lowered.
  • the storage reduction catalyst is less likely to increase in temperature than the three-way catalyst. That is, the time when the storage reduction catalyst is activated is likely to be later than the time when the three-way catalyst is activated. Before the activation of the storage reduction catalyst, the amount of NO x adsorbed or stored in the storage reduction catalyst is reduced and the amount of NH 3 produced in the storage reduction catalyst is reduced compared to after the activation.
  • the storage reduction type The amount of NO X flowing out from the catalyst is greater before the activation than after the activation of the storage reduction catalyst.
  • the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine removes from the storage reduction catalyst when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst is a lean air-fuel ratio and the temperature of the storage reduction catalyst is lower than a predetermined temperature. It may be determined that the NH 3 production capacity of the storage reduction catalyst is lowered on the condition that the amount of NO X discharged exceeds the upper limit.
  • the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention is disposed in an exhaust passage downstream of the storage reduction catalyst and upstream of the selective reduction catalyst, and detects the amount of NO X contained in the exhaust gas.
  • a NO X sensor and a temperature sensor for detecting the temperature of the storage reduction catalyst may be further provided.
  • the control means is an air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the occlusion-reduction catalyst, NO X that temperatures and detected by the temperature sensor is detected by the NO X sensor when the predetermined temperature or less On the condition that the amount exceeds the upper limit value, it may be determined that the NH 3 production ability of the storage reduction catalyst is lowered.
  • the “predetermined temperature” here is, for example, the lowest temperature at which the NO X storage ability or NH 3 generation ability of the storage reduction catalyst is activated, or the temperature obtained by subtracting the margin from the lowest temperature.
  • the storage reduction catalyst When it is determined that the reduction of the NH 3 production capacity of the storage reduction catalyst by the various methods described above, the storage reduction catalyst is sulfur poisoned, the storage reduction catalyst is thermally deteriorated, or When the temperature of the storage reduction catalyst is low, NH 3 can be generated using a three-way catalyst. As a result, it is possible to suppress a decrease in the amount of NH 3 supplied to the selective reduction catalyst even when the storage reduction catalyst has a low NH 3 production capability. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the NO X purification rate of the selective reduction catalyst (the ratio of the amount of NO X purified by the selective reduction catalyst to the amount of NO X flowing into the selective reduction catalyst).
  • FIG. 1 shows schematic structure of the exhaust system of the internal combustion engine to which this invention is applied. It is a diagram showing the relationship between the amount of NH 3 produced in the air-fuel ratio per the unit physician time of the exhaust gas flowing into the occlusion-reduction catalyst. Is a diagram showing the relationship between the amount of NH 3 generated per three-way catalyst air-fuel ratio and unit physician of the exhaust gas flowing in time. It is a flowchart which shows the process routine which ECU performs when a reducing agent supply process is implemented in a 1st Example. It is a flowchart which shows the process routine which ECU performs when a reducing agent supply process is implemented in 2nd Example.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust system of an internal combustion engine to which the present invention is applied.
  • the internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine), but may be a spark ignition type internal combustion engine (gasoline engine) operated in a lean combustion mode.
  • the internal combustion engine 1 has a cylindrical cylinder 2. A piston 3 is slidably accommodated in the cylinder 2.
  • the internal combustion engine 1 includes a fuel injection valve 4 that injects fuel into the cylinder 2.
  • the internal combustion engine 1 includes an intake port 5 for introducing air into the cylinder 2.
  • the air introduced from the intake port 5 into the cylinder 2 and the fuel injected from the fuel injection valve 4 are ignited and burned when compressed by the piston 3 in the compression stroke.
  • the piston 3 receives heat energy (combustion pressure) generated when air and fuel burn, and is pressed from the top dead center side toward the bottom dead center side.
  • the kinetic energy of the piston 3 at that time is transmitted to the engine output shaft (crankshaft) via a connecting rod (not shown).
  • the internal combustion engine 1 includes an exhaust port 6 for discharging burned gas in the cylinder 2 from the cylinder 2.
  • the exhaust port 6 is connected to the exhaust passage 7.
  • a first catalyst casing 8 is disposed in the middle of the exhaust passage 7.
  • the first catalyst casing 8 is a metal cylindrical body that houses a catalyst carrier on which a three-way catalyst is supported.
  • the three-way catalyst has hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxidation contained in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the first catalyst casing 8 is substantially equal to the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the product (NO x ) is oxidized and reduced.
  • a second catalyst casing 9 is disposed in the exhaust passage 7 downstream from the first catalyst casing 8.
  • the second catalyst casing 9 is a metal cylindrical body that houses a catalyst carrier on which an occlusion reduction catalyst is supported.
  • the storage reduction catalyst adsorbs or stores NO X contained in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the second catalyst casing 9 is a lean air-fuel ratio higher than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the occlusion reduction type catalyst releases the stored NO X when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the second catalyst casing 9 is lower than the stoichiometric air-fuel ratio, and the released NO X is converted into HC and CO.
  • the reaction is reduced to nitrogen (N 2 ) or ammonia (NH 3 ).
  • a third catalyst casing 10 is disposed in the exhaust passage 7 downstream from the second catalyst casing 9.
  • the third catalyst casing 10 is a metal cylindrical body that houses a catalyst carrier on which a selective reduction catalyst is supported.
  • the selective catalytic reduction catalyst adsorbs or occludes the NH 3 .
  • the selective reduction catalyst when the exhaust gas containing the NO X flows into the third catalyst casing 10, thereby reducing the NO X contained in the exhaust of NH 3 was adsorbed as a reducing agent.
  • the internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an ECU 11.
  • the ECU 11 is an electronic control unit that includes a CPU, a ROM, a RAM, a backup RAM, and the like.
  • the ECU 11 is electrically connected to various sensors such as an A / F sensor 12, an O 2 sensor 13, an exhaust temperature sensor 14, a NO X sensor 15, a crank position sensor 16, and an accelerator position sensor 17.
  • the A / F sensor 12 is disposed in the exhaust passage 7 upstream of the first catalyst casing 8, and outputs an electric signal correlated with the air-fuel ratio of the exhaust flowing through the exhaust passage 7.
  • the O 2 sensor 13 is disposed in the exhaust passage 7 downstream from the first catalyst casing 8 and upstream from the second catalyst casing 9, and the concentration of oxygen (O 2 ) contained in the exhaust flowing through the exhaust passage 7 (or Output an electrical signal correlated with (quantity).
  • the exhaust temperature sensor 14 is disposed in the exhaust passage 7 downstream from the second catalyst casing 9 and upstream from the third catalyst casing 10, and outputs an electrical signal correlated with the temperature of exhaust flowing through the exhaust passage 7.
  • the NO X sensor 15 is disposed in the exhaust passage 7 downstream from the second catalyst casing 9 and upstream from the third catalyst casing 10, and adjusts the concentration (or amount) of NO X contained in the exhaust flowing through the exhaust passage 7. Output correlated electrical signals.
  • the crank position sensor 16 outputs an electrical signal correlated with the rotational position of the crankshaft of the internal combustion engine 1.
  • the accelerator position sensor 17 outputs an electrical signal that correlates with the operation amount of the accelerator pedal (accelerator opening).
  • ECU11 is electrically connected with various apparatuses, such as the fuel injection valve 4, and controls various apparatuses based on the output signal of the various sensors mentioned above.
  • ECU 11 the fuel injection control for controlling the fuel injection amount and fuel injection timing of the fuel injection valve 4, the exhaust in order to release and reduce NO X occluded in the occlusion-reduction catalyst of the second catalyst casing 9 Rich spike control for periodically lowering the air-fuel ratio of the second catalyst casing 9, or in order to release and reduce the SO X stored in the storage reduction catalyst of the second catalyst casing 9, the second catalyst casing 9 has a high temperature and rich atmosphere.
  • a reducing agent supply process for supplying NH 3 to the selective reduction catalyst of the third catalyst casing 10 is executed.
  • the execution method of the reducing agent supply process in the present embodiment will be described.
  • the ECU 11 generates NH 3 in the storage reduction catalyst when the NH 3 adsorption amount of the selective reduction catalyst becomes a certain amount or less.
  • the NH 3 adsorption amount of the selective catalytic reduction catalyst is obtained by integrating the amount of NH 3 consumed for NO X reduction in the selective catalytic reduction catalyst after adsorbing a certain amount of NH 3 to the selective catalytic reduction catalyst.
  • the integrated value can be obtained by subtracting from the fixed amount.
  • the amount of NH 3 consumed for the reduction of NO X in the selective reduction catalyst correlates with the amount of NO X flowing into the selective reduction catalyst.
  • the amount of flowing into the selective reduction catalyst NO X is the amount of the NO X discharged from the internal combustion engine 1, the amount of the NO X which is purified by the three-way catalyst of the first catalyst casing 8, the second catalyst casing 9 the amount of the NO X occluded or purified by storage reduction catalyst, it can be calculated as a parameter.
  • the amount of NO X discharged from the internal combustion engine 1 can be calculated using the intake air amount, fuel injection amount, engine speed, and the like as parameters.
  • the amount of NO x purified by the three-way catalyst of the first catalyst casing 8 can be calculated using the air-fuel ratio of the exhaust, the temperature of the three-way catalyst (atmosphere temperature in the first catalyst casing 8), etc. as parameters.
  • the amount of storage reduction catalyst by occlusion or clarified NO X of the second catalyst casing 9 calculates the like (the ambient temperature in the second catalyst casing 9) air-fuel ratio and the temperature of the occlusion reduction type catalyst in the exhaust as a parameter be able to.
  • the ECU 11 reduces the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the second catalyst casing 9 to a rich air-fuel ratio (target rich air-fuel ratio) lower than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the ECU 11 injects fuel that is not combusted in the cylinder 2 from the fuel injection valve 4 after injection of fuel combusted in the cylinder 2 (fuel that contributes to the output of the internal combustion engine 1) (for example, during an expansion stroke).
  • the air-fuel ratio of the exhaust is lowered.
  • the ECU 11 may calculate the post-injection amount or the after-injection amount using the amount of fuel burned in the cylinder 2, the intake air amount of the internal combustion engine 1, and the target rich air-fuel ratio as parameters.
  • the ECU 11 may control the post injection amount or the after injection amount with the first rich air fuel ratio as the target rich air fuel ratio.
  • the storage reduction catalyst tends to be overused more than the three-way catalyst. Therefore, it can be said that the occlusion reduction type catalyst is more easily deteriorated than the three-way catalyst.
  • the storage reduction catalyst may be thermally deteriorated. If storage reduction catalyst is thermally deteriorated compared with the case of no heat deterioration, NO X storage ability of absorbing storage reduction catalyst is reduced. When the NO X storage capacity of the storage reduction catalyst decreases, the NH 3 generation capacity of the storage reduction catalyst also decreases.
  • the storage reduction catalyst is thermally deteriorated or poisoned with sulfur, even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the second catalyst casing 9 is controlled to the first rich air-fuel ratio, a desired amount of NH 3 is selectively reduced. There is a possibility that it cannot be supplied to the catalyst.
  • the amount of NH 3 supplied to the selective catalytic reduction catalyst decreases, the NO X purification rate in the selective catalytic reduction catalyst decreases, so the amount of NO X discharged into the atmosphere may increase. .
  • the ECU 11 is configured to generate NH 3 in the three-way catalyst of the first catalyst casing 8 when the storage reduction catalyst is thermally deteriorated or poisoned with sulfur. Specifically, the ECU 11 controls the post injection amount or the after injection amount so that the air fuel ratio of the exhaust gas becomes a second rich air fuel ratio that is higher than the first rich air fuel ratio and lower than the theoretical air fuel ratio.
  • the amount of NH 3 produced per unit time in the three-way catalyst is such that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst casing 8 is approximately 14.0 (second rich air-fuel ratio). Sometimes it gets the most. Therefore, the ECU 11 controls the post injection amount or the after injection amount so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes equal to the second rich air-fuel ratio when the NH 3 generation ability of the storage reduction catalyst is lowered. Good.
  • the amount of NH 3 produced per unit time in the three-way catalyst is the amount of NH 3 produced per unit time in the storage reduction catalyst (one-dot chain line in FIG. 3). Less. Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust is controlled to the second rich air-fuel ratio, it is conceivable that the amount of NH 3 supplied to the selective reduction catalyst does not reach a desired amount.
  • the storage reduction catalyst can generate NH 3 .
  • the NH 3 production capacity of the three-way catalyst is unlikely to decrease as compared to the storage reduction catalyst. Therefore, the NH 3 production capacity of the exhaust purification device including the first catalyst casing 8 and the second catalyst casing 9 is maintained high over a long period of time. Furthermore, the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment can also exhibit a stable NH 3 generation capability in a wider operation region as compared with the case where only the storage reduction type catalyst is used as the NH 3 generation catalyst.
  • the ECU 11 controls the operation state of the internal combustion engine 1 so that the amount of NO X flowing into the first catalyst casing 8 increases. You may make it perform a reducing agent supply process. The amount of NO X flowing into the first catalyst casing 8 increases when the lean air-fuel mixture is burned at a high temperature and high pressure. Therefore, the ECU 11 controls the operating state of the internal combustion engine 1 so that the lean air-fuel ratio mixture is burned at a high temperature and high pressure when the NH 3 production capacity of the storage reduction catalyst is remarkably reduced. Also good.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a processing routine executed by the ECU 11 when the reducing agent supply process is performed.
  • This processing routine is stored in advance in the ROM or the like of the ECU 11 and is periodically executed by the ECU 11.
  • the ECU 11 first reads various data such as the engine speed Ne and the output signal (accelerator opening) Accp of the accelerator position sensor 17 in S101.
  • the ECU 11 determines whether or not the operation state of the internal combustion engine 1 is in the lean combustion operation region, using the engine speed Ne and the accelerator opening degree Accp read in S101 as parameters. When a negative determination is made in S102 (for example, when the internal combustion engine 1 is operating at a rich air-fuel ratio, such as when the engine 1 is in a high load operation state), the ECU 11 once terminates execution of this routine. On the other hand, if a positive determination is made in S102, the ECU 11 proceeds to the process of S103.
  • the ECU 11 reads an output signal (NO X amount discharged from the second catalyst casing 9) Dnox of the NO X sensor 15. Subsequently, the ECU 11 proceeds to the process of S104, and determines whether or not the value of the output signal Dnox read in S103 is equal to or less than the upper limit value Dnoxmax.
  • the “upper limit value Dnoxmax” is NO X that can be discharged from the second catalyst casing 9 when the internal combustion engine 1 is operating in lean combustion and the NO X storage capacity of the storage reduction catalyst is not reduced. Corresponds to the maximum amount.
  • Such an upper limit value Dnoxmax may be a fixed value obtained in advance by an adaptation process using an experiment or the like.
  • the amount of the NO X discharged from the second catalyst casing 9 may vary by a flow of temperature or exhaust of storage reduction catalyst. Therefore, the upper limit value Dnoxmax may be a variable value that is changed using the temperature of the storage reduction catalyst or the flow rate of exhaust gas as a parameter.
  • the output signal of the exhaust temperature sensor 14 disposed downstream of the second catalyst casing 9 can be used as the temperature of the storage reduction catalyst.
  • an intake air amount of the internal combustion engine 1 for example, an output signal of an air flow meter disposed in the intake passage
  • step S104 determines whether a positive determination is made in step S104 (Dnox ⁇ Dnoxmax) is, NO X storage ability of the storage reduction catalyst will be in the normal range. That is, when an affirmative determination is made in S104, the NH 3 production capacity of the storage reduction catalyst is within a normal range. Therefore, ECU 11 proceeds to step S105, it determines that the NH 3 generating capability of occlusion reduction type catalyst is normal.
  • the ECU 11 proceeds to the process of S106, and the reducing agent supply process using the storage reduction catalyst as a catalyst for NH 3 production ( The first reducing agent supply process) is executed. Specifically, the ECU 11 sets the air-fuel ratio of the exhaust discharged from the internal combustion engine 1 to be equal to the first rich air-fuel ratio when the NH 3 adsorption amount of the selective catalytic reduction catalyst becomes a certain amount or less. The post injection amount or the after injection amount of the fuel injection valve 4 is controlled. In this case, NO X of the NO X and the exhaust gas that was stored or adsorbed storage reduction catalyst is converted to NH 3. As a result, a desired amount of NH 3 is produced in the storage reduction catalyst.
  • step S104 If a negative determination is made in step S104 (Dnox> Dnoxmax) would the NO X storage capability of the storage reduction catalyst is outside the normal range. In that case, the ECU 11 may determine that the NH 3 generation ability of the storage reduction catalyst is reduced. However, even if the NO X storage capability of the storage reduction catalyst is decreased, NH 3 generating capability of absorbing storage reduction catalyst is possibly within normal range. Therefore, when a negative determination is made in step S104, ECU 11 is, NH 3 generating capacity of storage reduction catalyst is determined whether or not normal in S107 to S109.
  • the ECU 11 determines whether or not the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the second catalyst casing 9 is equal to the first rich air-fuel ratio. For example, the ECU 11 is conditioned on the condition that the output signal value of the A / F sensor 12 is equal to the first rich air-fuel ratio during the execution of the first reducing agent supply process or at the end of the execution of the first reducing agent supply process. 2. It is determined that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst casing 9 is equal to the first rich air-fuel ratio. If a negative determination is made in S107, the ECU 11 repeatedly executes the process of S107. On the other hand, if an affirmative determination is made in S107, the ECU 11 proceeds to the process of S108.
  • the ECU 11 reads the NH 3 amount Dnh3 discharged from the second catalyst casing 9. At that time, the ECU 11 reads the output signal of the NO X sensor 15 as the NH 3 amount Dnh3 discharged from the second catalyst casing 9.
  • the NO X sensor 15 reacts to NH 3 in addition to NO X in the exhaust.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas is the first rich air-fuel ratio
  • NO X in the exhaust gas is reduced and purified by the three-way catalyst or the occlusion reduction type catalyst. Therefore, the output signal of the NO X sensor 15 when the air-fuel ratio of the exhaust gas is equal to the first rich air-fuel ratio can be considered to correlate with the amount of NH 3 contained in the exhaust.
  • the ECU 11 determines whether or not the NH 3 amount Dnh3 read in S108 is equal to or greater than a lower limit value Dnh3min.
  • the “lower limit value Dnh3min” here corresponds to the minimum value of the amount of NH 3 that can be discharged from the second catalyst casing 9 when the NH 3 generation ability of the storage reduction catalyst is normal.
  • Such a lower limit value Dnh3min is a value determined in advance by an adaptation process using an experiment or the like.
  • S109 If an affirmative determination is made in S109 (Dnh3 ⁇ Dnh3min), the ECU 11 proceeds to the process of S105, and determines that the NH 3 generation ability of the storage reduction catalyst is normal. On the other hand, when a negative determination is made in S109 (Dnh3 ⁇ Dnh3min), the ECU 11 proceeds to the process of S110, and determines that the NH 3 generation ability of the storage reduction catalyst is reduced.
  • the ECU 11 proceeds to the process of S111, and a reducing agent supply process using the three-way catalyst as a catalyst for NH 3 production ( 2nd reducing agent supply process) is performed. Specifically, the ECU 11 adjusts the air-fuel ratio of the exhaust discharged from the internal combustion engine 1 to be equal to the second rich air-fuel ratio when the NH 3 adsorption amount of the selective catalytic reduction catalyst becomes a certain amount or less. The post injection amount or the after injection amount of the fuel injection valve 4 is controlled. In that case, NO X contained in the exhaust is converted to NH 3 in the three-way catalyst.
  • the control unit according to the present invention is realized by the ECU 11 executing the processing routine of FIG.
  • the high NH 3 generating capacity of storage reduction catalyst is NH 3 by suction storage reduction catalyst
  • at low NH 3 generating capacity of storage reduction catalyst is a three-way catalyst (and storage reduction catalyst ) Will produce NH 3 . Therefore, the NH 3 production capacity of the exhaust purification device including the three-way catalyst and the storage reduction catalyst is maintained high over a long period of time, and is also maintained high in a wide operation region of the internal combustion engine 1.
  • a method in which a three-way catalyst is commonly used and an occlusion reduction type catalyst is used as an auxiliary is also conceivable.
  • NH 3 generated amount with likely less than NH 3 produced amount of storage reduction catalyst by the three-way catalyst tends NH 3 generating capacity of storage reduction catalyst is lower than NH 3 generating capability of the three-way catalyst. Therefore, it is preferable to regularly use an occlusion reduction type catalyst as a catalyst for producing NH 3 and use a three-way catalyst as an auxiliary.
  • the three-way catalyst functions as a catalyst for NH 3 generation when the NH 3 generation capability of the storage reduction catalyst is reduced due to sulfur poisoning or thermal deterioration.
  • the three-way catalyst functions as a catalyst for generating NH 3 when the NH 3 generating ability of the storage reduction catalyst is not active.
  • the second catalyst casing 9 is disposed at a position farther from the internal combustion engine 1 than the first catalyst casing 8. Therefore, when the internal combustion engine 1 is cold-started, the timing when the NH 3 generation capability of the storage reduction catalyst is activated tends to be later than the timing when the NH 3 generation capability of the three-way catalyst is activated.
  • the ECU 11 performs the post injection amount or the after injection amount so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst casing 8 becomes the second air-fuel ratio when the NH 3 generation ability of the storage reduction catalyst is not active. To control.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a processing routine executed by the ECU 11 when the reducing agent supply processing is performed.
  • This processing routine is stored in advance in the ROM of the ECU 11 and is periodically executed by the ECU 11.
  • FIG. 5 the same reference numerals are assigned to the same processes as those in the processing routine of the first embodiment described above (see FIG. 4).
  • the ECU 11 executes the process of S201 when an affirmative determination is made in S102.
  • ECU 11 reads the output signal Dnox of Tcat and NO X sensor 15 (ambient temperature in the second catalyst casing 9) Temperature of the storage reduction catalyst.
  • the temperature Tcat of the storage reduction catalyst may be calculated using the operating state (fuel injection amount or intake air amount) of the internal combustion engine 1 as a parameter. Further, the output signal of the exhaust temperature sensor 14 may be substituted as the temperature Tcat of the storage reduction catalyst.
  • the ECU 11 executes the process of S202 after executing the process of S201.
  • the ECU 11 determines whether the value of the output signal Dnox read in S201 is equal to or lower than the upper limit value Dnoxmax, and the temperature Tcat of the storage reduction catalyst is equal to or higher than a predetermined temperature Tact.
  • the “predetermined temperature Tact” here corresponds to the lowest temperature at which the NH 3 generation ability of the storage reduction catalyst is activated.
  • the ECU 11 proceeds to the process of S203, and determines that the NH 3 generation ability of the storage reduction catalyst is active. In that case, the ECU 11 proceeds to S106, and executes a reducing agent supply process (first reducing agent supply process) using the storage reduction catalyst as a catalyst for generating NH 3 .
  • the ECU 11 proceeds to the process of S204, and determines that the NH 3 generation ability of the storage reduction catalyst is not active. In that case, the ECU 11 proceeds to the process of S111, and executes a reducing agent supply process (second reducing agent supply process) using the three-way catalyst and the occlusion reduction catalyst as a catalyst for generating NH 3 .
  • a reducing agent supply process second reducing agent supply process
  • the processing of S107 to S110 described in the description of the processing routine of FIG. 6 may be executed instead of executing the processing of S204.
  • the second reducing agent supply process is executed. As a result, a desired amount of NH 3 can be generated in a wider operating range.
  • post-injection or post-injection from the fuel injection valve 4 is used as a method for making the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst casing 8 and the second catalyst casing 9 rich.
  • a fuel addition valve may be attached to the exhaust passage 7 upstream from the first catalyst casing 8 and fuel may be added from the fuel addition valve.

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Abstract

　本発明は、ＮＨ３生成用の触媒と、ＮＨ３を還元剤として排気中のＮＯＸを浄化する触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、ＮＨ３生成用の触媒のＮＨ３生成能力が低下した場合であっても、排気中のＮＯＸを浄化することができる技術の提供を課題とする。この課題を解決するために、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、ＮＨ３生成用の触媒として、三元触媒及び吸蔵還元型触媒を備え、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下していないときは吸蔵還元型触媒へ流入する排気の空燃比を所定の第１リッチ空燃比にすることにより該吸蔵還元型触媒においてＮＨ３を生成させ、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下しているときは三元触媒へ流入する排気の空燃比を前記リッチ空燃比より高く且つ理論空燃比より低い第２リッチ空燃比にすることにより該三元触媒においてＮＨ３を生成させるようにした。

Description

内燃機関の排気浄化装置
　本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に希薄運転される内燃機関の排気浄化装置に関する。
　希薄燃焼運転される内燃機関の排気浄化装置として、吸蔵還元型触媒又は三元触媒により形成される第１触媒と、選択還元型触媒を排気通路に配置したものが知られている。このような排気浄化装置において、吸蔵還元型触媒で生成されるアンモニア（ＮＨ３）を選択還元型触媒へ供給する技術が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。
　特許文献２には、希薄燃焼運転される内燃機関の排気浄化装置として、三元触媒と吸蔵還元型触媒とＮＨ３吸着脱硝触媒を内燃機関の排気通路に配置する構成について記述されている。特許文献２には、三元触媒において生成されたＮＨ３を吸蔵還元型触媒へ供給することにより、吸蔵還元型触媒から放出又は脱離したＮＯＸをＮＨ３によって還元する技術について記述されている。特許文献２には、吸蔵還元型触媒を通過したＮＨ３とＮＯＸをＮＨ３吸着脱硝触媒において反応させる技術についても述べられている。
　特許文献３には、希薄燃焼運転される内燃機関の排気浄化装置として、一部の気筒群に接続された第１排気通路と、残りの気筒群に接続された第２排気通路と、第１排気通路と第２排気通路が合流する共通排気通路と、第１排気通路に配置された三元触媒と、第２排気通路に配置された吸蔵還元型触媒と、共通排気通路に配置された脱硝触媒と、を備えた構成について述べられている。特許文献３には、三元触媒において生成されたＮＨ３と吸蔵還元型触媒から放出又は脱離したＮＯＸを脱硝触媒において反応させる技術についても述べられている。
　特許文献４には、希薄燃焼運転される内燃機関の排気浄化装置として、三元触媒とＮＨ３噴射弁と選択還元型触媒を内燃機関の排気通路に配置する構成について述べられている。特許文献４には、三元触媒においてＮＨ３が生成されないときに、ＮＨ３噴射弁から排気通路へＮＨ３を噴射させる技術についても述べられている。
特開２００８－２８６１０２号公報 特許第３４５６４０８号公報 特開平１０－００２２１３号公報 特開２０１１－１６３１９３号公報
　ところで、上記した特許文献１乃至４では、ＮＨ３生成用の触媒のＮＨ３生成能力が低下した場合について言及されていない。そのため、ＮＨ３生成用の触媒のＮＨ３生成能力が低下した場合に、排気中のＮＯＸを十分に浄化することができず、排気エミッションの増加を招く可能性がある。
　本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＨ３生成用の触媒と、ＮＨ３を還元剤として排気中のＮＯＸを浄化する触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、ＮＨ３生成用の触媒のＮＨ３生成能力が低下した場合であっても、排気中のＮＯＸを浄化することができる技術の提供にある。
　本発明は、上記した課題を解決するために、ＮＨ３生成用の吸蔵還元型触媒と該吸蔵還元型触媒より下流の排気通路に配置される選択還元型触媒とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型触媒より上流の排気通路に三元触媒を配置し、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が高いときは該吸蔵還元型触媒によりＮＨ３を生成させ、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低いときは三元触媒によりＮＨ３を生成させるようにした。
　詳細には、本発明に係わる内燃機関の排気浄化装置は、
　希薄燃焼運転される内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比が理論空燃比より低い第１リッチ空燃比であるときに窒素酸化物をアンモニアに還元させる吸蔵還元型触媒と、
　前記吸蔵還元型触媒より下流の排気通路に配置され、アンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を還元する選択還元型触媒と、
　前記吸蔵還元型触媒より上流の排気通路に配置される三元触媒と、
　前記吸蔵還元型触媒のアンモニア生成能力が低下したときに、前記三元触媒へ流入する排気の空燃比を前記第１リッチ空燃比より高く且つ理論空燃比より低い第２リッチ空燃比に制御する制御部と、
を備えるようにした。
　吸蔵還元型触媒は、流入する排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときは、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸着又は吸蔵する。また、吸蔵還元型触媒は、流入する排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比であるときに、吸着又は吸蔵していたＮＯＸを放出するとともに、放出されたＮＯＸと排気中に含まれる還元成分（たとえば、炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等）とを反応させる。その際、排気の空燃比が理論空燃比より十分に低い第１リッチ空燃比（たとえば、凡そ１２．５）であると、アンモニア（ＮＨ３）に転換されるＮＯＸの量が多くなる。
　吸蔵還元型触媒で生成されたＮＨ３は、排気とともに選択還元型触媒へ流入し、該選択還元型触媒に吸着される。選択還元型触媒に吸着されたＮＨ３は、ＮＯＸを含む排気が選択還元型触媒に流入したときに、ＮＯＸの還元剤として作用する。
　吸蔵還元型触媒が第１リッチ空燃比の排気に曝されたときに生成されるＮＨ３の量は、吸蔵還元型触媒に吸着又は吸蔵されるＮＯＸの量と相関する。すなわち、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力は、該吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力に相関する。よって、吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力が低下すると、該吸蔵還元型触媒において生成可能なＮＨ３の量が減少する。
　これに対し、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下した場合（言い換えると、ＮＯＸ吸蔵能力が低下した場合）に、三元触媒においてＮＨ３を生成させるようにした。具体的には、本発明の制御部は、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下した場合に、三元触媒へ流入する排気の空燃比を前記第１リッチ空燃比より高く且つ理論空燃比より低い第２リッチ空燃比（たとえば、凡そ１４．０）に制御する。三元触媒に流入する排気の空燃比が前記第２リッチ空燃比なると、排気中のＮＯＸがＨＣやＣＯと反応してＮＨ３を生成する。
　なお、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下している場合であっても、排気の空燃比が第２リッチ空燃比にされると、吸蔵還元型触媒においてもＮＨ３が少なからず生成される。よって、三元触媒において生成されたＮＨ３と吸蔵還元型触媒で生成されたＮＨ３が選択還元型触媒へ供給される。つまり、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力の低下分は、三元触媒のＮＨ３生成能力によって補われることになる。その結果、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下した場合であっても、選択還元型触媒におけるＮＯＸ浄化率の低下を抑制することができる。
　また、三元触媒において生成されるＮＨ３の量は、排気中のＮＯＸ量が多くなるほど増加する。よって、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下しているときに、排気中のＮＯＸ量を増加させることにより、三元触媒において生成されるＮＨ３の量を増加させてもよい。排気中のＮＯＸ量は、内燃機関の気筒内で燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比より高い場合に多くなる傾向がある。
　そこで、本発明の制御部は、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下した場合に、混合気の空燃比が理論空燃比より高くなるように燃料噴射量を制御するとともに、排気の空燃比が前記第２リッチ空燃比となるように未燃燃料を排気中に添加するようにしてもよい。なお、未燃燃料を排気中に添加する方法としては、膨張行程中又は排気行程中の気筒内へ燃料を噴射する方法や、三元触媒より上流の排気通路に燃料を噴射する方法を用いることができる。
　このような方法により、三元触媒において生成されるＮＨ３の量が増加されると、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が大幅に低下した場合であっても、選択還元型触媒におけるＮＯＸ浄化率の低下を抑制することができる。
　なお、希薄燃焼運転される内燃機関においては、吸蔵還元型触媒は三元触媒より酷使される傾向がある。また、吸蔵還元型触媒は、ＮＯＸと同様に、排気中の硫黄成分（ＳＯＸ）も吸着又は吸蔵する（硫黄被毒）。吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力は、該吸蔵還元型触媒に吸着又は吸蔵されるＳＯＸの量が多くなるほど低下する。さらに、吸蔵還元型触媒は、硫黄被毒を解消するための処理（硫黄被毒回復処理）が実施される際に高温下に曝されるため、三元触媒に比して熱劣化し易い傾向がある。よって、吸蔵還元型触媒は、三元触媒に比して、劣化又は性能低下し易い。言い換えると、三元触媒は、吸蔵還元型触媒に比して、劣化又は性能低下し難い。
　したがって、ＮＨ３生成用の触媒として吸蔵還元型触媒を用いる場合に、三元触媒がＮＨ３生成用の補助触媒として使用されると、排気浄化装置全体としてのＮＨ３生成能力を長期間にわたって高く保つことができる。また、ＮＨ３生成用の触媒として吸蔵還元型触媒と三元触媒が用いられる場合は、吸蔵還元型触媒のみがＮＨ３生成用の触媒として用いる場合に比べ、広い運転領域においてＮＨ３生成能力を高めることもできる。
　ここで、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下する場合としては、該吸蔵還元型触媒が硫黄被毒した場合、該吸蔵還元型触媒が熱劣化した場合、又は該吸蔵還元型触媒の温度が低い場合等が考えられる。
　吸蔵還元型触媒が硫黄被毒した場合は硫黄被毒していない場合に比べ、該吸蔵還元型触媒が吸蔵可能なＮＯＸの量が少なくなる。すなわち、吸蔵還元型触媒が硫黄被毒した場合は硫黄被毒していない場合に比べ、該吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力が低くなる。その結果、内燃機関の気筒内で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であるとき（吸蔵還元型触媒へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるとき）に、該吸蔵還元型触媒から流出するＮＯＸの量は、該吸蔵還元型触媒が硫黄被毒していない場合に比して硫黄被毒している場合の方が多くなる。
　吸蔵還元型触媒が熱劣化した場合は熱劣化していない場合に比べ、該吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力が低くなる。その結果、内燃機関の気筒内で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であるとき（吸蔵還元型触媒へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるとき）に、該吸蔵還元型触媒から流出するＮＯＸの量は、該吸蔵還元型触媒が熱劣化していない場合に比して熱劣化している場合の方が多くなる。
　そこで、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型触媒へ流入する排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときに吸蔵還元型触媒から排出されるＮＯＸの量が上限値を超えていることを条件として、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下していると判定してもよい。ここでいう「上限値」は、内燃機関が希薄燃焼運転されており、且つ吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下していないときに、吸蔵還元型触媒から流出し得るＮＯＸ量の最大値に相当する。
　詳細には、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型触媒より下流であって、選択還元型触媒より上流の排気通路に配置され、排気中に含まれるＮＯＸの量を検出するＮＯＸセンサをさらに備えるようにしてもよい。その場合、制御部は、吸蔵還元型触媒へ流入する排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときにＮＯＸセンサにより検出されるＮＯＸ量が上限値を超えていることを条件として、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下していると判定すればよい。
　また、内燃機関が冷間始動された場合等において、吸蔵還元型触媒は、三元触媒より昇温し難い。すなわち、吸蔵還元型触媒が活性する時期は、三元触媒が活性する時期より遅くなる可能性が高い。吸蔵還元型触媒の活性前は活性後に比べ、該吸蔵還元型触媒に吸着又は吸蔵されるＮＯＸの量が少なくなるとともに、該吸蔵還元型触媒において生成されるＮＨ３の量が少なくなる。その結果、内燃機関の気筒内で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であるとき（吸蔵還元型触媒へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるとき）に、該吸蔵還元型触媒から流出するＮＯＸの量は、該吸蔵還元型触媒の活性後に比して活性前の方が多くなる。
　そこで、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型触媒へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ吸蔵還元型触媒の温度が所定温度より低いときに吸蔵還元型触媒から排出されるＮＯＸの量が上限値を超えていることを条件として、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下していると判定してもよい。
　詳細には、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型触媒より下流であって、選択還元型触媒より上流の排気通路に配置され、排気中に含まれるＮＯＸの量を検出するＮＯＸセンサと、吸蔵還元型触媒の温度を検出する温度センサと、をさらに備えるようにしてもよい。その場合、制御手段は、吸蔵還元型触媒へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ温度センサにより検出される温度が所定温度以下であるときにＮＯＸセンサにより検出されるＮＯＸ量が上限値を超えていることを条件として、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下していると判定してもよい。
　なお、ここでいう「所定温度」は、たとえば、吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力若しくはＮＨ３生成能力が活性する最低の温度、若しくはその最低の温度からマージンを差し引いた温度である。
　以上述べた種々の方法によって吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力の低下が判定されると、吸蔵還元型触媒が硫黄被毒している場合、吸蔵還元型触媒が熱劣化している場合、或いは吸蔵還元型触媒の温度が低い場合は、三元触媒を利用してＮＨ３を生成することが可能になる。その結果、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低い場合であっても、選択還元型触媒へ供給されるＮＨ３の量の減少を抑えることができる。よって、選択還元型触媒のＮＯＸ浄化率（選択還元型触媒へ流入するＮＯＸの量に対して該選択還元型触媒で浄化されるＮＯＸの量の割合）の低下を抑えることができる。
　本発明によれば、ＮＨ３生成用の触媒と、ＮＨ３を還元剤として排気中のＮＯＸを浄化する触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、ＮＨ３生成用の触媒のＮＨ３生成能力が低下した場合であっても、排気中のＮＯＸを浄化することができる。
本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。 吸蔵還元型触媒に流入する排気の空燃比と単位医時間あたりに生成されるＮＨ３の量との関係を示す図である。 三元触媒に流入する排気の空燃比と単位医時間あたりに生成されるＮＨ３の量との関係を示す図である。 第１の実施例において還元剤供給処理が実施される際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。 第２の実施例において還元剤供給処理が実施される際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。
　以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
　＜実施例１＞
　先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図４に基づいて説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）であるが、希薄燃焼運転される火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。
　内燃機関１は、円柱状の気筒２を有している。気筒２内には、ピストン３が摺動自在に収容されている。内燃機関１は、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁４を備えている。内燃機関１は、気筒２内へ空気を導入するための吸気ポート５を備えている。
　吸気ポート５から気筒２内へ導入された空気と燃料噴射弁４から噴射された燃料は、圧縮行程においてピストン３によって圧縮されたときに着火及び燃焼する。ピストン３は、空気及び燃料が燃焼した際に発生する熱エネルギ（燃焼圧力）を受けて上死点側から下死点側へ向かって押圧される。その際のピストン３の運動エネルギは、図示しないコネクティングロッドを介して機関出力軸（クランクシャフト）へ伝達される。
　内燃機関１は、気筒２内の既燃ガスを該気筒２内から排出するための排気ポート６を備えている。排気ポート６は、排気通路７に接続されている。排気通路７の途中には、第１触媒ケーシング８が配置されている。第１触媒ケーシング８は、三元触媒が担持された触媒担体を収容する金属製の筒状体である。三元触媒は、第１触媒ケーシング８に流入する排気の空燃比が理論空燃比と略同等であるときに、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯＸ）を酸化及び還元する。
　第１触媒ケーシング８より下流の排気通路７には、第２触媒ケーシング９が配置されている。第２触媒ケーシング９は、吸蔵還元型触媒が担持された触媒担体を収容する金属製の筒状体である。吸蔵還元型触媒は、第２触媒ケーシング９に流入する排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときに、排気中に含まれるＮＯＸを吸着又は吸蔵する。また、吸蔵還元型触媒は、第２触媒ケーシング９に流入する排気の空燃比が理論空燃比より低いときに、吸蔵していたＮＯＸを放出するとともに、放出されたＮＯＸをＨＣやＣＯと反応させることにより窒素（Ｎ２）やアンモニア（ＮＨ３）に還元する。
　第２触媒ケーシング９より下流の排気通路７には、第３触媒ケーシング１０が配置されている。第３触媒ケーシング１０は、選択還元型触媒が担持された触媒担体を収容する金属製の筒状体である。選択還元型触媒は、第３触媒ケーシング１０に流入する排気がＮＨ３を含んでいるときに、それらのＮＨ３を吸着又は吸蔵する。また、選択還元型触媒は、ＮＯＸを含む排気が第３触媒ケーシング１０に流入したときに、吸着していたＮＨ３を還元剤として排気中に含まれるＮＯＸを還元させる。
　このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１１が併設されている。ＥＣＵ１１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどから構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ１１は、Ａ／Ｆセンサ１２、Ｏ２センサ１３、排気温度センサ１４、ＮＯＸセンサ１５、クランクポジションセンサ１６、及びアクセルポジションセンサ１７等の各種センサと、電気的に接続されている。
　Ａ／Ｆセンサ１２は、第１触媒ケーシング８より上流の排気通路７に配置され、該排気通路７を流れる排気の空燃比に相関する電気信号を出力する。Ｏ２センサ１３は、第１触媒ケーシング８より下流、且つ第２触媒ケーシング９より上流の排気通路７に配置され、該排気通路７を流れる排気に含まれる酸素（Ｏ２）の濃度（又は、量）に相関する電気信号を出力する。排気温度センサ１４は、第２触媒ケーシング９より下流、且つ第３触媒ケーシング１０より上流の排気通路７に配置され、該排気通路７を流れる排気の温度に相関する電気信号を出力する。ＮＯＸセンサ１５は、第２触媒ケーシング９より下流、且つ第３触媒ケーシング１０より上流の排気通路７に配置され、該排気通路７を流れる排気に含まれるＮＯＸの濃度（又は、量）に相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１６は、内燃機関１のクランクシャフトの回転位置に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１７は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。
　また、ＥＣＵ１１は、燃料噴射弁４等の各種機器と電気的に接続されており、前述した各種センサの出力信号に基づいて各種機器を制御する。たとえば、ＥＣＵ１１は、燃料噴射弁４の燃料噴射量や燃料噴射時期を制御するための燃料噴射制御、第２触媒ケーシング９の吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯＸを放出及び還元させるために排気の空燃比を周期的に低下させるリッチスパイク制御、又は第２触媒ケーシング９の吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＳＯＸを放出及び還元させるために第２触媒ケーシング９内を高温且つリッチな雰囲気にさせる被毒回復制御等の既知の制御に加え、第３触媒ケーシング１０の選択還元型触媒へＮＨ３を供給するための還元剤供給処理を実行する。以下、本実施例における還元剤供給処理の実行方法について述べる。
　ＥＣＵ１１は、選択還元型触媒のＮＨ３吸着量が一定量以下となったときに、吸蔵還元型触媒においてＮＨ３を生成させる。なお、選択還元型触媒のＮＨ３吸着量は、該選択還元型触媒に一定量のＮＨ３を吸着させた後に、選択還元型触媒においてＮＯＸの還元に消費されたＮＨ３の量を積算し、その積算値を前記一定量から減算することにより求めることができる。
　選択還元型触媒においてＮＯＸの還元に消費されたＮＨ３の量は、該選択還元型触媒へ流入したＮＯＸの量に相関する。選択還元型触媒へ流入したＮＯＸの量は、内燃機関１から排出されたＮＯＸの量と、第１触媒ケーシング８の三元触媒によって浄化されたＮＯＸの量と、第２触媒ケーシング９の吸蔵還元型触媒によって吸蔵又は浄化されたＮＯＸの量と、をパラメータとして演算することができる。内燃機関１から排出されるＮＯＸの量は、吸入空気量、燃料噴射量、及び機関回転数等をパラメータとして演算することができる。第１触媒ケーシング８の三元触媒によって浄化されたＮＯＸの量は、排気の空燃比や三元触媒の温度（第１触媒ケーシング８内の雰囲気温度）等をパラメータとして演算することができる。第２触媒ケーシング９の吸蔵還元型触媒によって吸蔵又は浄化されたＮＯＸの量は、排気の空燃比や吸蔵還元型触媒の温度（第２触媒ケーシング９内の雰囲気温度）等をパラメータとして演算することができる。
　上記した方法により算出されたＮＨ３吸着量が一定量以下になると、ＥＣＵ１１は、第２触媒ケーシング９へ流入する排気の空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比（目標リッチ空燃比）まで低下させる。詳細には、ＥＣＵ１１は、気筒２内で燃焼される燃料（内燃機関１の出力に寄与する燃料）の噴射後に、気筒２内で燃焼されない燃料を燃料噴射弁４から噴射（たとえば、膨脹行程中のポスト噴射、又は排気行程中のアフター噴射）させることにより、排気の空燃比を低下させる。その際、ＥＣＵ１１は、気筒２内で燃焼された燃料の量と、内燃機関１の吸入空気量と、目標リッチ空燃比と、をパラメータとして、ポスト噴射量又はアフター噴射量を演算すればよい。
　リッチ空燃比の排気が第２触媒ケーシング９へ流入すると、吸蔵還元型触媒に吸蔵されていたＮＯＸが放出される。吸蔵還元型触媒から放出されたＮＯＸは、排気中のＨＣやＣＯと反応してＮ２やＮＨ３を生成する。なお、吸蔵還元型触媒において単位時間あたりに生成されるＮＨ３の量は、図２に示すように、第２触媒ケーシング９へ流入する排気の空燃比が凡そ１２．５（第１リッチ空燃比）となるときに、最も多くなる。したがって、ＥＣＵ１１は、前記第１リッチ空燃比を目標リッチ空燃比として、ポスト噴射量又はアフター噴射量を制御すればよい。
　ところで、希薄燃焼運転される内燃機関１においては、吸蔵還元型触媒は、三元触媒より酷使される傾向がある。そのため、吸蔵還元型触媒は、三元触媒より劣化し易いといえる。たとえば、前述した被毒回復制御が繰り返し実施されると、吸蔵還元型触媒が熱劣化する可能性がある。吸蔵還元型触媒が熱劣化した場合は熱劣化しない場合に比べ、該吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力が低下する。吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力が低下すると、該吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力も低下する。
　また、吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力は、該吸蔵還元型触媒が硫黄被毒した場合にも低下する。そのため、吸蔵還元型触媒が硫黄被毒した場合は硫黄被毒していない場合に比べ、該吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低くなる。
　したがって、吸蔵還元型触媒が熱劣化や硫黄被毒した場合は、第２触媒ケーシング９へ流入する排気の空燃比が第１リッチ空燃比に制御されても、所望量のＮＨ３を選択還元型触媒へ供給することができない可能性がある。選択還元型触媒に供給されるＮＨ３の量が減少した場合は、該選択還元型触媒におけるＮＯＸ浄化率が低下するため、大気中に排出されるＮＯＸの量が多くなる可能性がある。
　これに対し、還元剤供給処理の実行頻度を高める方法が考えられるが、燃料消費量の増加を招く可能性がある。また、内燃機関１の気筒２内で燃焼される混合気の空燃比を低下させることにより、内燃機関１から排出されるＮＯＸ量を低減する方法も考えられるが、燃料消費量の増加は避けられない。
　そこで、本実施例の還元剤供給処理では、ＥＣＵ１１は、吸蔵還元型触媒が熱劣化又は硫黄被毒した場合に、第１触媒ケーシング８の三元触媒においてＮＨ３を生成させるようにした。詳細には、ＥＣＵ１１は、排気の空燃比が第１リッチ空燃比より高く、且つ理論空燃比より低い第２リッチ空燃比になるように、ポスト噴射量又はアフター噴射量を制御する。
　三元触媒において単位時間あたりに生成されるＮＨ３の量は、図３に示すように、第１触媒ケーシング８へ流入する排気の空燃比が凡そ１４．０（第２リッチ空燃比）になるときに、最も多くなる。したがって、ＥＣＵ１１は、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下しているときは、排気の空燃比が前記第２リッチ空燃比と等しくなるように、ポスト噴射量又はアフター噴射量を制御すればよい。
　ところで、三元触媒において単位時間あたりに生成されるＮＨ３の量（図３中の実線）は、吸蔵還元型触媒において単位時間あたりに生成されるＮＨ３の量（図３中の一点鎖線）より少なくなる。そのため、排気の空燃比が前記第２リッチ空燃比に制御された場合に、選択還元型触媒へ供給されるＮＨ３の量が所望量に達しないことも考えられる。
　しかしながら、吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力が完全に失われない限りは、排気の空燃比が前記第２リッチ空燃比になったときに吸蔵還元型触媒によってＮＨ３が少なからず生成される。たとえば、図３中の一点鎖線で示すように、排気の空燃比が第２リッチ空燃比と等しいときであっても、吸蔵還元型触媒はＮＨ３を生成することができる。
　したがって、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下した場合に、排気の空燃比が第２リッチ空燃比と等しくされると、三元触媒において生成されたＮＨ３と吸蔵還元型触媒において生成されたＮＨ３が選択還元型触媒へ供給されることになる。つまり、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下した場合は、その低下分が三元触媒のＮＨ３生成能力によって補われることになる。その結果、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下した場合であっても、所望量のＮＨ３を選択還元型触媒へ供給することができる。
　また、三元触媒のＮＨ３生成能力は、吸蔵還元型触媒に比して低下し難い。そのため、第１触媒ケーシング８及び第２触媒ケーシング９を含む排気浄化装置のＮＨ３生成能力は、長期間にわたって高く維持される。さらに、本実施例の排気浄化装置は、吸蔵還元型触媒のみをＮＨ３生成用の触媒として用いる場合に比べ、より広い運転領域において安定したＮＨ３生成能力を発揮することもできる。
　吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下した場合に、排気の空燃比が第２リッチ空燃比と等しくされると、還元剤供給処理の実行に伴う燃料消費量の増加を抑制しつつ、所望のＮＨ３を生成することもできる。
　なお、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が著しく低下した場合は、ＥＣＵ１１は、第１触媒ケーシング８へ流入するＮＯＸの量が多くなるように、内燃機関１の運転状態を制御しつつ、還元剤供給処理を実行するようにしてもよい。第１触媒ケーシング８へ流入するＮＯＸの量は、リーン空燃比の混合気が高温且つ高圧の元で燃焼したときに多くなる。よって、ＥＣＵ１１は、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が著しく低下した場合は、リーン空燃比の混合気が高温且つ高圧の元で燃焼されるように、内燃機関１の運転状態を制御してもよい。
　以下、本実施例における還元剤供給処理の具体的な実行手順について図４に沿って説明する。図４は、還元剤供給処理が実施される際にＥＣＵ１１が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ１１のＲＯＭ等に記憶されており、ＥＣＵ１１によって周期的に実行される。
　図４の処理ルーチンでは、ＥＣＵ１１は、先ずＳ１０１において、機関回転数Ｎｅやアクセルポジションセンサ１７の出力信号（アクセル開度）Ａｃｃｐ等の各種データを読み込む。
　Ｓ１０２では、ＥＣＵ１１は、前記Ｓ１０１で読み込まれた機関回転数Ｎｅやアクセル開度Ａｃｃｐをパラメータとして、内燃機関１の運転状態が希薄燃焼運転領域にあるか否かを判別する。Ｓ１０２において否定判定された場合（たとえば、内燃機関１が高負荷運転状態にある場合等のように、リッチ空燃比で運転されている場合）は、ＥＣＵ１１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１１は、Ｓ１０３の処理へ進む。
　Ｓ１０３では、ＥＣＵ１１は、ＮＯＸセンサ１５の出力信号（第２触媒ケーシング９から排出されるＮＯＸ量）Ｄｎｏｘを読み込む。続いて、ＥＣＵ１１は、Ｓ１０４の処理へ進み、前記Ｓ１０３で読み込まれた出力信号Ｄｎｏｘの値が上限値Ｄｎｏｘｍａｘ以下であるか否かを判別する。
　ここでいう「上限値Ｄｎｏｘｍａｘ」は、内燃機関１が希薄燃焼運転されており、且つ吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力が低下していないときに、第２触媒ケーシング９から排出され得るＮＯＸ量の最大値に相当する。このような上限値Ｄｎｏｘｍａｘは、予め実験等を利用した適合処理によって求められた固定値であってもよい。また、第２触媒ケーシング９から排出されるＮＯＸの量は、吸蔵還元型触媒の温度や排気の流量によって変化し得る。そのため、前記上限値Ｄｎｏｘｍａｘは、吸蔵還元型触媒の温度や排気の流量をパラメータとして変更される可変値であってもよい。その際、吸蔵還元型触媒の温度としては、第２触媒ケーシング９の下流に配置された排気温度センサ１４の出力信号を用いることができる。排気の流量としては、内燃機関１の吸入空気量（たとえば、吸気通路に配置されるエアフローメータの出力信号）を用いることができる。
　前記Ｓ１０４において肯定判定された場合（Ｄｎｏｘ＜Ｄｎｏｘｍａｘ）は、吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力が正常な範囲内にあることになる。すなわち、前記Ｓ１０４において肯定判定された場合は、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が正常な範囲内にあることになる。そこで、ＥＣＵ１１は、Ｓ１０５の処理へ進み、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が正常であると判定する。
　前記Ｓ１０５において吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が正常であると判定された場合は、ＥＣＵ１１は、Ｓ１０６の処理へ進み、吸蔵還元型触媒をＮＨ３生成用の触媒とする還元剤供給処理（第１還元剤供給処理）を実行する。具体的には、ＥＣＵ１１は、選択還元型触媒のＮＨ３吸着量が一定量以下となったときに、内燃機関１から排出される排気の空燃比が前記第１リッチ空燃比と等しくなるように、燃料噴射弁４のポスト噴射量又はアフター噴射量を制御する。その場合、吸蔵還元型触媒に吸蔵又は吸着されていたＮＯＸや排気中のＮＯＸがＮＨ３に転換される。その結果、吸蔵還元型触媒において所望量のＮＨ３が生成されることになる。
　前記Ｓ１０４において否定判定された場合（Ｄｎｏｘ＞Ｄｎｏｘｍａｘ）は、吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力が正常な範囲を逸脱していることになる。その場合、ＥＣＵ１１は、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下していると判定してもよい。ただし、吸蔵還元型触媒のＮＯＸ吸蔵能力が低下している場合であっても、該吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が正常な範囲内にある可能性もある。そこで、前記Ｓ１０４において否定判定された場合に、ＥＣＵ１１は、Ｓ１０７乃至Ｓ１０９において吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が正常であるか否かを判別する。
　先ずＳ１０７において、ＥＣＵ１１は、第２触媒ケーシング９へ流入する排気の空燃比が第１リッチ空燃比と等しいか否かを判別する。たとえば、ＥＣＵ１１は、第１還元剤供給処理の実行中、若しくは第１還元剤供給処理の実行終了時のＡ／Ｆセンサ１２の出力信号値が第１リッチ空燃比と等しいことを条件として、第２触媒ケーシング９へ流入する排気の空燃比が第１リッチ空燃比と等しいと判定する。Ｓ１０７において否定判定された場合は、ＥＣＵ１１は、該Ｓ１０７の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ１０７において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１１は、Ｓ１０８の処理へ進む。
　Ｓ１０８では、ＥＣＵ１１は、第２触媒ケーシング９から排出されるＮＨ３の量Ｄｎｈ３を読み込む。その際、ＥＣＵ１１は、第２触媒ケーシング９から排出されるＮＨ３の量Ｄｎｈ３として、ＮＯＸセンサ１５の出力信号を読み込む。ここで、ＮＯＸセンサ１５は、排気中のＮＯＸに加え、ＮＨ３にも反応する。また、排気の空燃比が第１リッチ空燃比であるときは、排気中のＮＯＸが三元触媒や吸蔵還元型触媒において還元及び浄化される。したがって、排気の空燃比が第１リッチ空燃比と等しいときのＮＯＸセンサ１５の出力信号は、排気中に含まれるＮＨ３の量に相関すると考えることができる。
　Ｓ１０９では、ＥＣＵ１１は、前記Ｓ１０８において読み込まれたＮＨ３量Ｄｎｈ３が下限値Ｄｎｈ３ｍｉｎ以上であるか否かを判別する。ここでいう「下限値Ｄｎｈ３ｍｉｎ」は、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が正常であるときに、第２触媒ケーシング９から排出され得るＮＨ３の量の最小値に相当する。このような下限値Ｄｎｈ３ｍｉｎは、予め実験等を用いた適合処理によって定められた値である。
　前記Ｓ１０９において肯定判定された場合（Ｄｎｈ３≧Ｄｎｈ３ｍｉｎ）は、ＥＣＵ１１は、Ｓ１０５の処理へ進み、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が正常であると判定する。一方、前記Ｓ１０９において否定判定された場合（Ｄｎｈ３＜Ｄｎｈ３ｍｉｎ）は、ＥＣＵ１１は、Ｓ１１０の処理へ進み、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下していると判定する。
　前記Ｓ１１０において吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下していると判定された場合は、ＥＣＵ１１は、Ｓ１１１の処理へ進み、三元触媒をＮＨ３生成用の触媒とする還元剤供給処理（第２還元剤供給処理）を実行する。具体的には、ＥＣＵ１１は、選択還元型触媒のＮＨ３吸着量が一定量以下となったときに、内燃機関１から排出される排気の空燃比が前記第２リッチ空燃比と等しくなるように、燃料噴射弁４のポスト噴射量又はアフター噴射量を制御する。その場合、排気中に含まれるＮＯＸが三元触媒においてＮＨ３に転換される。なお、前記第２還元剤供給処理が実行されたときに、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が完全に失われていなければ、該吸蔵還元型触媒に吸蔵又は吸着されていたＮＯＸや排気中のＮＯＸもＮＨ３に転換される。その結果、三元触媒において生成されたＮＨ３（及び、吸蔵還元型触媒において生成されたＮＨ３）が選択還元型触媒へ供給されることになる。よって、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下した場合に、その低下分を三元触媒のＮＨ３生成能力によって補うことができる。
　以上述べたように、ＥＣＵ１１が図４の処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる制御部が実現される。その結果、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が高いときは該吸蔵還元型触媒によってＮＨ３が生成され、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低いときは三元触媒（及び吸蔵還元型触媒）によってＮＨ３が生成されることになる。よって、三元触媒及び吸蔵還元型触媒を含む排気浄化装置のＮＨ３生成能力は、長期間にわたって高く維持されるとともに、内燃機関１の広い運転領域においても高く維持される。
　なお、ＮＨ３生成用の触媒に関して、三元触媒を常用し、吸蔵還元型触媒を補助的に使用する方法も考えられる。しかしながら、三元触媒によるＮＨ３生成量が吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成量より少なくなり易いとともに、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が三元触媒のＮＨ３生成能力より低下し易い。よって、ＮＨ３生成用の触媒として吸蔵還元型触媒を常用し、三元触媒を補助的に使用することが好適である。
　＜実施例２＞
　次に、本発明の第２の実施例について図５に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
　前述した第１の実施例では、硫黄被毒や熱劣化により吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下した場合に三元触媒をＮＨ３生成用の触媒として機能させる例について述べたが、本実施例では、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が活性していない場合に三元触媒をＮＨ３生成用の触媒として機能させる例について述べる。
　第２触媒ケーシング９は、第１触媒ケーシング８に比べ、内燃機関１から離間した位置に配置される。そのため、内燃機関１が冷間始動された場合等は、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が活性する時期は、三元触媒のＮＨ３生成能力が活性する時期より遅くなり易い。
　そこで、ＥＣＵ１１は、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が活性していないときに、第１触媒ケーシング８へ流入する排気の空燃比が第２空燃比となるようにポスト噴射量又はアフター噴射量を制御するようにした。
　以下、本実施例における還元剤供給処理の実行手順について図５に沿って説明する。図５は、還元剤供給処理が実施される際にＥＣＵ１１が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、ＥＣＵ１１のＲＯＭに予め記憶されており、ＥＣＵ１１によって周期的に実行される。なお、図５において、前述した第１の実施例の処理ルーチン（図４を参照）と同様の処理については、同等の符号が付されている。
　図５の処理ルーチンにおいて、ＥＣＵ１１は、Ｓ１０２において肯定判定された場合に、Ｓ２０１の処理を実行する。Ｓ２０１では、ＥＣＵ１１は、吸蔵還元型触媒の温度（第２触媒ケーシング９内の雰囲気温度）ＴｃａｔとＮＯＸセンサ１５の出力信号Ｄｎｏｘを読み込む。吸蔵還元型触媒の温度Ｔｃａｔは、内燃機関１の運転状態（燃料噴射量や吸入空気量）をパラメータとして演算されてもよい。また、吸蔵還元型触媒の温度Ｔｃａｔとして、排気温度センサ１４の出力信号が代用されてもよい。
　ＥＣＵ１１は、Ｓ２０１の処理を実行した後にＳ２０２の処理を実行する。Ｓ２０２では、ＥＣＵ１１は、前記Ｓ２０１で読み込まれた出力信号Ｄｎｏｘの値が上限値Ｄｎｏｘｍａｘ以下であり、且つ吸蔵還元型触媒の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａｃｔ以上であるかを判別する。ここでいう「所定温度Ｔａｃｔ」は、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が活性する最低の温度に相当する。
　前記Ｓ２０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１１は、Ｓ２０３の処理へ進み、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が活性していると判定する。その場合、ＥＣＵ１１は、Ｓ１０６へ進み、吸蔵還元型触媒をＮＨ３生成用の触媒とする還元剤供給処理（第１還元剤供給処理）を実行する。
　前記Ｓ２０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ１１は、Ｓ２０４の処理へ進み、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が活性していないと判定する。その場合、ＥＣＵ１１は、Ｓ１１１の処理へ進み、三元触媒と吸蔵還元型触媒をＮＨ３生成用の触媒とする還元剤供給処理（第２還元剤供給処理）を実行する。
　以上述べたように、ＥＣＵ１１が図５の処理ルーチンに従って還元剤供給処理を実行すると、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が活性しているときは該吸蔵還元型触媒によってＮＨ３が生成され、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が活性していないときは三元触媒によってＮＨ３が生成される。よって、内燃機関１が冷間始動された後の暖機運転時のように、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が活性していないときであっても、所望量のＮＨ３を生成することが可能になる。
　前述した第１の実施例と第２の実施例は、適宜組み合わせることができる。たとえば、図５の処理ルーチンにおいて、Ｓ２０４の処理が実行される代わりに、図６の処理ルーチンの説明で述べたＳ１０７乃至Ｓ１１０の処理が実行されてもよい。その場合、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が活性していない場合に加え、吸蔵還元型触媒のＮＨ３生成能力が低下している場合（吸蔵還元型触媒が熱劣化している場合や硫黄被毒している場合）に、第２還元剤供給処理が実行されることになる。その結果、一層広い運転領域において所望量のＮＨ３を生成することが可能となる。
　なお、前述した第１及び第２の本実施例では、第１触媒ケーシング８や第２触媒ケーシング９へ流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にする方法として、燃料噴射弁４からポスト噴射又はアフター噴射させる方法を例に挙げたが、第１触媒ケーシング８より上流の排気通路７に燃料添加弁を取り付けて、該燃料添加弁から燃料を添加させるようにしてもよい。
１     内燃機関
２     気筒
３     ピストン
４     燃料噴射弁
５     吸気ポート
６     排気ポート
７     排気通路
８     第１触媒ケーシング
９     第２触媒ケーシング
１０   第３触媒ケーシング
１１   ＥＣＵ
１２   Ａ／Ｆセンサ
１３   Ｏ２センサ
１４   排気温度センサ
１５   ＮＯＸセンサ
１６   クランクポジションセンサ
１７   アクセルポジションセンサ

Claims (3)

  1. 　希薄燃焼運転される内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比が理論空燃比より低い第１リッチ空燃比であるときに窒素酸化物をアンモニアに還元させる吸蔵還元型触媒と、
    　前記吸蔵還元型触媒より下流の排気通路に配置され、アンモニアを還元剤として排気中の窒素酸化物を還元する選択還元型触媒と、
    　前記吸蔵還元型触媒より上流の排気通路に配置される三元触媒と、
    　前記吸蔵還元型触媒のアンモニア生成能力が低下したときに、前記三元触媒へ流入する排気の空燃比を前記第１リッチ空燃比より高く且つ理論空燃比より低い第２リッチ空燃比に制御する制御部と、
    を備える内燃機関の排気浄化装置。
  2. 　請求項１において、前記吸蔵還元型触媒より下流であって、前記選択還元型触媒より上流の排気通路に配置され、排気中に含まれる窒素酸化物の量を検出するＮＯＸセンサをさらに備え、
    　前記制御部は、前記吸蔵還元型触媒へ流入する排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときに前記ＮＯＸセンサにより検出されるＮＯＸ量が上限値を超えていることを条件として、前記吸蔵還元型触媒のアンモニア生成能力が低下していると判定する内燃機関の排気浄化装置。
  3. 　請求項１において、前記吸蔵還元型触媒より下流であって、前記選択還元型触媒より上流の排気通路に配置され、排気中に含まれる窒素酸化物の量を検出するＮＯＸセンサと、
    　前記吸蔵還元型触媒の温度を検出する温度センサと、
    をさらに備え、
    　前記制御手段は、前記吸蔵還元型触媒へ流入する排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であり、且つ前記温度センサにより検出される温度が所定温度以下であるときに前記ＮＯＸセンサにより検出されるＮＯＸ量が上限値を超えていることを条件として、前記吸蔵還元型触媒のアンモニア生成能力が低下していると判定する内燃機関の排気浄化装置。
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