用于内燃机的排气控制系统
阅读：682发布：2020-05-08
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1.一种排气控制系统，包括：
NSR催化剂，其是设置在内燃机的排气通道中的NOx储存还原催化剂；
SCR催化剂，其于所述排气通道中设置在所述NSR催化剂的下游侧，所述SCR催化剂被配置为以氨作为还原剂来选择性地还原NOX；
其特征在于进一步包括：
燃料供给装置，其构造成向流入所述NSR催化剂的排气供给燃料，并控制所述排气的空燃比；
添加装置，其构造成将氨和氨的前体中的一种作为添加剂添加到流入所述SCR催化剂的排气中；和
电子控制单元，其被配置为
当所述NSR催化剂的温度为由所述NSR催化剂还原NOX的特定的NSR温度范围内的温度，且所述SCR催化剂的温度是由所述SCR催化剂还原NOX的特定的SCR温度范围内的温度时，i)通过所述添加装置添加所述添加剂，以及
ii)以交替方式重复执行第一空燃比处理和第二空燃比处理，所述第一空燃比处理是控制由所述燃料供给装置进行的燃料供给以使得流入所述NSR催化剂的所述排气的所述空燃比变成比理论空燃比更稀的第一稀空燃比的处理，所述第一稀空燃比是使所述NSR催化剂中吸着的NOX进行排放的空燃比，所述第二空燃比处理是控制由所述燃料供给装置进行的燃料供给以使得流入所述NSR催化剂的所述排气的所述空燃比变成比所述第一稀空燃比更稀的第二稀空燃比的处理。
2.根据权利要求1所述的排气控制系统，其特征在于，
所述电子控制单元被配置为通过所述燃料供给装置控制流入所述NSR催化剂的所述排气的所述空燃比，以使得所述NSR催化剂中的NOX吸着量为在特定的NOX吸着量范围内的量。
3.根据权利要求1或2所述的排气控制系统，其特征在于，
所述电子控制单元被配置为在所述第二空燃比处理中停止由所述燃料供给装置进行的燃料供给，以使得流入所述NSR催化剂的所述排气的所述空燃比变成所述第二稀空燃比。
4.根据权利要求3所述的排气控制系统，其特征在于，
所述电子控制单元被配置为当在所述第二空燃比处理中流出所述NSR催化剂的所述排气的所述空燃比变成在所述第二稀空燃比附近的包括所述第二稀空燃比的空燃比时，停止所述第二空燃比处理并切换到所述第一空燃比处理。
5.根据权利要求1或2所述的排气控制系统，其特征在于，
所述电子控制单元被配置为当在所述第一空燃比处理期间由所述SCR催化剂实现的NOX净化率小于特定的净化率阈值时，将所述第一空燃比处理切换到所述第二空燃比处理并在预定时间段持续进行所述第二空燃比处理。
用于内燃机的排气控制系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于内燃机的排气控制系统。
背景技术
[0002] 可以采用包括作为NOX储存还原催化剂的NSR催化剂和作为选择还原型NOX催化剂的SCR催化剂的内燃机的排气通道，NSR催化剂和SCR催化剂分别布置在排气通道的上游和下游侧。在这种排气构造中，当排气的空燃比为稀空燃比时，NSR催化剂吸着排气中的NOX，而当流入NSR催化剂的排气的空燃比被暂时地调整为浓空燃比时，吸着的NOX被从NSR催化剂排放并与排气中的还原剂反应而被还原。当排气流入SCR催化剂中时，将氨作为还原剂供给至SCR催化剂，这引起排气中的NOX的选择性还原。
[0003] 例如，在日本专利申请公开第2008-286001号中公开的内燃机的排气构造中，排气通道配备有从上游侧依次布置的NSR催化剂和SCR催化剂。为了排放并还原在NSR催化剂中吸着的NOX，向排气供给燃料。此时，从NSR催化剂流向下游侧的NOX在SCR催化剂中被还原。考虑到在NSR催化剂中吸着的NOX的量以及在NOX排放期间NOX至氨的转化现象，来确定在SCR催化剂中还原NOX所需的氨的供给量。因此，避免了向SCR催化剂中过量添加氨。
发明内容
[0004] 当排气控制系统被构造为使用从内燃机的排气通道中的上游侧依次布置的NSR催化剂和SCR催化剂来还原NOX时，需要在SCR催化剂中有效地还原NOX，以将流入SCR催化剂的排气的空燃比调整为含一定程度氧气的稀空燃比。这被认为是由于为了SCR催化剂中的离子交换而在基材上承载的还原性金属元素(例如，铜Cu等)的化合价需要是与氧气进行还原反应所需的化合价。因此，当流入上游侧的NSR催化剂以进行排放并还原所吸着的NOX的排气被调整为特定的浓空燃比时，不会在位于下游侧的SCR催化剂中形成适合于NOX的还原反应的空燃比气氛。因此，可能变得难以在SCR催化剂中连续地还原从上游侧流出的NOX。
[0006] 本发明的发明人采用交替重复用于排放NOX催化剂中吸着的NOX的空燃比处理和用于恢复SCR催化剂的NOX还原能力的空燃比处理的结构。结果，在NSR催化剂中的NOX吸着量时常具有余裕，而从NSR催化剂排放的NOX在SCR催化剂中被还原，并且SCR催化剂的NOX还原能力也得到恢复。在本发明中，通过NSR催化剂进行的NOX吸着包括所谓的NOX吸附的形式。
[0007] 更具体地，本发明是一种用于内燃机的排气控制系统，包括：NSR催化剂，其是设置在内燃机的排气通道中的NOX储存还原催化剂；燃料供给工具，其用于向流入所述NSR催化剂的排气供给燃料，并调节所述排气的空燃比；SCR催化剂，其于所述排气通道中设置在所述NSR催化剂的下游侧，所述SCR催化剂被配置为以氨作为还原剂来选择性地还原NOX；添加工具，其用于将氨或氨的前体作为添加剂添加到流入所述SCR催化剂的排气中；和还原控制工具，其用于，当所述NSR催化剂的温度在能够由所述NSR催化剂还原NOX的特定的NSR温度范围内，且所述SCR催化剂的温度在能够由所述SCR催化剂还原NOX的特定的SCR温度范围内时，通过所述添加工具添加所述添加剂，以及通过燃料供给工具执行与流入所述NSR催化剂的排气的空燃比相关的特定的空燃比处理。该特定的空燃比处理包括第一空燃比处理和第二空燃比处理，第一空燃比处理是由所述燃料供给工具进行的燃料供给使得流入所述NSR催化剂的所述排气的所述空燃比变成比理论空燃比更稀的第一稀空燃比的处理，所述第一稀空燃比使得所述NSR催化剂中吸着的NOX排放，所述第二空燃比处理是控制由所述燃料供给工具进行的燃料供给以使得流入所述NSR催化剂的所述排气的所述空燃比变成比所述第一稀空燃比更稀的第二稀空燃比的处理。还原控制工具在特定的空燃比处理中以交替方式重复执行第一空燃比处理和第二空燃比处理。本发明还可以如下定义。一种排气控制系统，其特征在于，包括：NSR催化剂，其是设置在内燃机的排气通道中的NOX储存还原催化剂；燃料供给装置，其构造成向流入所述NSR催化剂的排气供给燃料，并控制所述排气的空燃比；SCR催化剂，其于所述排气通道中设置在所述NSR催化剂的下游侧，所述SCR催化剂被配置为以氨作为还原剂来选择性地还原NOX；添加装置，其构造成将氨和氨的前体中的一种作为添加剂添加到流入所述SCR催化剂的排气中；和电子控制单元，其被配置为当所述NSR催化剂的温度为由所述NSR催化剂还原NOX的特定的NSR温度范围内的温度，且所述SCR催化剂的温度是由所述SCR催化剂还原NOX的特定的SCR温度范围内的温度时，i)通过所述添加装置添加所述添加剂，以及ii)以交替方式重复执行第一空燃比处理和第二空燃比处理，所述第一空燃比处理是控制由所述燃料供给装置进行的燃料供给以使得流入所述NSR催化剂的所述排气的所述空燃比变成比理论空燃比更稀的第一稀空燃比的处理，所述第一稀空燃比是使所述NSR催化剂中吸着的NOX排放的空燃比，所述第二空燃比处理是控制由所述燃料供给装置进行的燃料供给以使得流入所述NSR催化剂的所述排气的所述空燃比变成比所述第一稀空燃比更稀的第二稀空燃比的处理。
[0008] 在根据本发明的用于内燃机的排气控制系统中，作为NOX储存还原催化剂的NSR催化剂和作为选择还原型NOX催化剂的SCR催化剂在排气通道中从上游侧依次布置。NSR催化剂吸着稀气氛中的NOX，并且使用通过燃料供给工具供给的燃料作为还原剂。结果，能够通过NSR催化剂实现NOX还原。更具体地，燃料由燃料供给工具提供，以将排气的空燃比调整为特定的浓空燃比，并且当具有特定的浓空燃比的排气流入NSR催化剂时，能够以燃料作为还原剂来还原在NSR催化剂中吸着的NOX。在SCR催化剂中，通过使用由添加工具添加的添加剂，可以用氨作为还原剂进行NOX还原。
[0009] 这里，在本发明的排气控制系统中，NSR催化剂和SCR催化剂的温度根据内燃机的运行状态而变化。当NSR催化剂的温度属于特定的NSR温度范围而且特别是SCR催化剂的温度属于特定的SCR温度范围时，可以同时使用NSR催化剂的NOX还原能力和SCR催化剂的NOX还原能力来还原排气中的NOX。然而，在过去，当在NSR催化剂中还原吸着的NOX时，流入NSR催化剂的排气的空燃比简单地调整为特定的浓空燃比。由于SCR催化剂位于NSR催化剂的下游，所以SCR催化剂周围的排气不具有足够用于NOX还原的空燃比。结果，难以充分增强排气控制系统的NOX净化能力。
[0010] 因此，在本发明的排气控制系统中，即使能够使用两种催化剂的NOX还原能力，也不执行通过调整流入NSR催化剂的排气的空燃比至特定的浓空燃比来执行的基于NSR催化剂的NOX还原。相反地，不是通过调整流入NSR催化剂的排气的空燃比至特定的浓空燃比，而是通过添加添加剂至排气来执行基于SCR催化剂的NOX还原。由于通过SCR催化剂进行的NOX还原是以氨作为还原剂的选择性NOX还原，因此NOX还原的效率相对较高，因此可以容易地增强排气控制系统的NOX净化能力。此外，当执行基于SCR催化剂的NOX还原时，可以减少向排气的燃料供给量，并且可以抑制燃料成分向系统外部的排放。当优选执行通过SCR催化剂进行的NOX还原时，排气的空燃比成为稀空燃比。因此，NSR催化剂中的NOX吸着量保持在高水平，这可能导致在内燃机的负荷波动时，骤然排放对于SCR催化剂而言过多而不能还原的大量NOX。因此，在排气控制系统中，考虑到SCR催化剂中的NOX还原反应，执行作为与流入NSR催化剂中用于基于SCR催化剂的NOX还原的排气的空燃比相关的特定的空燃比处理的空燃比处理，该空燃比处理包括第一空燃比处理和第二空燃比处理。
[0011] 第一空燃比处理使流入NSR催化剂的排气的空燃比成为第一稀空燃比。第一稀空燃比比理论空燃比更稀。第一稀空燃比可以导致在NSR催化剂中吸着的NOX的排放。因此，当执行第一空燃比处理时，以控制为相对较低的排放速度(每单位时间的NOX排放)从NSR催化剂排放吸着的NOX。NOX吸着量随着吸着的NOX的排放而自然地减少。大多数排放的NOX未被NSR催化剂还原，而是流出到下游侧。这里，在执行第一空燃比处理的同时，流入SCR催化剂的排气的空燃比也因第一稀空燃比而成为稀空燃比。因此，可以展现SCR催化剂的NOX还原能力。然而，由于为了形成第一稀空燃比而通过燃料供给工具执行燃料供给，因此与未执行燃料供给的情况相比，难以平稳地恢复SCR催化剂中的还原性金属元素的离子价。这表明随着第一空燃比处理继续，SCR催化剂的NOX还原能力可能劣化。
[0012] 因此，在特定的空燃比处理中，在执行第一空燃比处理之后执行第二空燃比处理。第二空燃比处理使流入NSR催化剂的排气的空燃比成为比第一稀空燃比更稀的第二稀空燃比。结果，从NSR催化剂排放的NOX的速度降低或基本停止NOX排放。同时，将含有更多氧气的排气进给到SCR催化剂中，可以实现SCR催化剂中的还原性金属元素的离子价的有效恢复。
在第二空燃比处理中，可以停止通过燃料供给工具进行的燃料供给，以将流入NSR催化剂的排气的空燃比调整为第二稀燃料比。在这种情况下，由于排气的空燃比被尽可能地调整为稀空燃比，所以能够更迅速地实现SCR催化剂中的还原性金属元素的离子价的恢复。由于第二空燃比处理以这种方式恢复SCR催化剂中的还原性金属元素的离子价，所以如后述的即使在执行第二空燃比处理结束后再次执行第一空燃比处理的情况中，也可以再次形成能够通过SCR催化剂还原NOX的状态。
在第二空燃比处理中，可以停止通过燃料供给工具进行的燃料供给，以将流入NSR催化剂的排气的空燃比调整为第二稀燃料比。在这种情况下，由于排气的空燃比被尽可能地调整为稀空燃比，所以能够更迅速地实现SCR催化剂中的还原性金属元素的离子价的恢复。由于第二空燃比处理以这种方式恢复SCR催化剂中的还原性金属元素的离子价，所以如后述的即使在执行第二空燃比处理结束后再次执行第一空燃比处理的情况中，也可以再次形成能够通过SCR催化剂还原NOX的状态。
[0013] 在特定的排气空燃比处理中，交替地重复第一空燃比处理和第二空燃比处理。更具体地，在NSR催化剂中，主要进行由于第一空燃比处理而引起的吸着的NOX的排放。在吸着的NOX排放后，在SCR催化剂中还原所排放的NOX。然后，在第一空燃比处理之后执行第二空燃比处理，使得SCR催化剂中的还原性金属元素的离子价处于适合于NOX还原的状态。此时，还可以有效地执行通过SCR催化剂进行的NOX还原。在第一空燃比处理和第二空燃比处理的这种重复中，主要通过SCR催化剂执行NOX还原。对于在NSR催化剂中的NOX吸着量，通过第一空燃比处理定量地降低NOX吸着量，而通过第二空燃比处理使NOX吸着量增加。因此，还原控制工具优选执行特定的空燃比处理，使得NSR催化剂中的NOX吸着量属于特定的NOX吸着量范围。因此，NSR催化剂可以保有允许NOX吸着的余量，并且可以尽可能地抑制由于如内燃机的负荷增加这类原因而导致NOX从NSR催化剂流出。
[0014] 如上所述，当通过还原控制工具执行NOX还原时，执行特定的空燃比处理实现基于SCR催化剂的高效NOX还原。结果，两种催化剂被充分地用于系统地提高NOX净化能力。
[0015] 在根据本发明的排气控制系统中，当NSR催化剂的温度属于特定的NSR温度范围，但是SCR催化剂的温度不属于特定的SCR温度范围时，可以仅使用由燃料供给工具进行的燃料供给来执行NSR催化剂中的NOX还原处置。具体而言，燃料供给将流入NSR催化剂的排气的空燃比调整为适合于还原吸着的NOX的浓空燃比。在SCR催化剂的温度属于特定的SCR温度范围，但是NSR催化剂的温度不属于特定的NSR温度范围的情况下，可以不是通过燃料供给工具的燃料供给，而是通过添加工具添加添加剂来执行NOX还原处置。
[0016] 在迄今为止描述的用于内燃机的排气控制系统中，当在第二空燃比处理中停止燃料供给时，含有相当大量氧气的排气流入SCR催化剂中，以便将流入NSR催化剂的排气的空燃比调整成为第二稀空燃比。在这种情况下，可以相对迅速地进行通过第二空燃比处理恢复SCR催化剂中的还原性金属元素的离子价。因此，在这种情况下，当在第二空燃比处理中从NSR催化剂流出的排气的空燃比变成第二稀空燃比或在第二稀空燃比附近的空燃比(以下称为“例如第二稀空燃比的空燃比)时，还原控制工具可以停止第二空燃比处理并切换到第一空燃比处理。一旦开始第二空燃比处理，并且从NSR催化剂流出的排气的空燃比以这种方式变为例如第二稀空燃比的空燃比，则认为很快就能向位于下游侧的SCR催化剂供给所需的氧气量，因此在第二空燃比处理开始之后，从NSR催化剂流出的排气的空燃比变为例如第二稀空燃比的空燃比的时机可以被可以被采用为停止第二空燃比处理并切换到第一空燃比处理的合理时机。
[0017] 在迄今为止描述的用于内燃机的排气控制系统中，当在特定的空燃比处理中于第一空燃比处理期间通过SCR催化剂进行的NOX净化率变得小于特定的净化率阈值时，还原控制工具可以将第一空燃比处理切换到第二空燃比处理，然后，在预定时间段内持续进行第二空燃比处理。如上所述，当在特定的空燃比处理中执行第一空燃比处理时，下游侧的SCR催化剂中的还原性金属元素的离子价可能随着时间流逝而变成不适于NOX还原的状态。结果，SCR催化剂的NOX净化率劣化。因此，当NOX净化率变得小于特定的净化率阈值时，可以合理地确定在该时机应该恢复SCR催化剂中的还原性金属元素的离子价。在NOX净化率变得小于特定的净化率阈值的时机，将第一空燃比处理切换为第二空燃比处理，以恢复SCR催化剂中的还原性金属元素的离子价。当执行第二空燃比处理时，含有较大量氧气的排气被进给至SCR催化剂。因此，第二空燃比处理持续预定时间段，该预定时间段是在SCR催化剂中的还原性金属元素的离子价恢复所需的时间段，然后停止处理。当停止第二空燃比处理时，再次执行第一空燃比处理。
[0019] 下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
[0020] 图1示出了根据本发明的用于内燃机的排气控制系统的示意性构造；
[0021] 图2A示出了图1中所示的用于内燃机的排气控制系统中设置的NSR催化剂中的催化剂温度和NOX净化能力之间的相关性；
[0022] 图2B示出了图1中所示的用于内燃机的排气控制系统中设置的SCR催化剂中的催化剂温度和NOX净化能力之间的相关性；
[0023] 图3是用于示出SCR催化剂中的NOX还原反应的模型图；
[0024] 图4是用于确定在图1中所示的用于内燃机的排气控制系统中执行的空燃比处理的第一NSR侧设定处理的流程图；
[0025] 图5是用于确定在图1中所示的用于内燃机的排气控制系统中设置的SCR催化剂的氨供给的SCR侧设定处理的流程图；
[0026] 图6是在图1中所示的用于内燃机的排气控制系统中执行的基于SCR的空燃比处理的流程图；和
[0027] 图7示出了当图6所示的基于SCR的空燃比处理被执行时与NOX还原相关的参数的变动。
具体实施方式
[0028] 下面将参考附图描述实现本发明的具体实施方式。注意，除非另有说明，实施例中公开的部件的尺寸、材料、形状和相对布置不旨在限制本发明的技术范围。
[0030] 内燃机1连接到排气通道2。排气通道2配备有SCR催化剂5，SCR催化剂5是选择性还原型NOX催化剂，其被构造为以氨作为还原剂选择性地还原排气中的NOX。SCR催化剂5被构造为使得作为还原性金属元素的铜Cu被离子交换并由此承载在用作基材的沸石上。为了产生在SCR催化剂5中作为还原剂起作用的氨，将储存在尿素罐8中的作为氨的前体的尿素水作为根据本发明的添加剂添加到排气中，其中，添加阀7位于SCR催化剂5的上游侧。从添加阀7添加的尿素水借助排气的热量而水解来产生氨，并且产生的氨被吸附到SCR催化剂5上。氨引起与排气中的NOX的还原反应，这使得NOX净化。借助添加阀7添加尿素水对应于借助根据本发明的添加工具的处理。尽管在如上所述的本实施例中从添加阀7添加尿素水，但替代地，也可以直接向排气添加氨或氨水。
[0031] 在SCR催化剂5的下游侧设置用于氧化滑过SCR催化剂5的氨的氧化催化剂(以下称为“ASC催化剂”)。在图1中，省略了ASC催化剂。ASC催化剂可以是由氧化催化剂和SCR催化剂的组合构成的催化剂，SCR催化剂以氨作为还原剂来还原排气中的NOX。在这种情况下，例如，氧化催化剂可以由诸如铂Pt的贵金属形成，其被承载在由诸如氧化铝Al2O3和沸石的材料构成的载体上。SCR催化剂可以由诸如铜Cu和铁Fe的材料形成，其被承载在由沸石制成的载体上。当ASC催化剂形成为具有这种结构的催化剂时，排气中的HC、CO、和氨可被氧化。此外，氨可以部分地被氧化以生成NOX并且生成的NOX可以用过量的氨还原。
[0032] 排气通道2还配备有NSR催化剂3，NSR催化剂3是设置在SCR催化剂5和添加阀7的上游侧的NOX储存还原催化剂。NSR催化剂3具有吸着NOX的吸着剂。当流入的排气具有高氧浓度时，NSR催化剂3吸着排气中的NOX。当流入的排气具有低氧浓度并且存在诸如内燃机1的燃料的还原剂时，NSR催化剂3排放并还原吸着的NOX。在本实施例中，NSR催化剂3中使用的还原剂是由设置在NSR催化剂3的上游侧的燃料供给阀6供给的内燃机1的燃料。由燃料供给阀6供给的燃料与排气一起流入NSR催化剂3，并在其中用作还原剂。由于通过燃料供给阀6的燃料供给也控制流入NSR催化剂3的排气的空燃比，燃料供给对应于本发明的通过燃料供给工具进行的处理。在本实施例中，通过作为燃料供给工具的燃料供给阀6进行燃料供给。然而，代替燃料供给，可以执行对内燃机1中的燃料喷射状态(诸如燃料喷射量和燃料喷射时机)的调整以便控制从内燃机排放的排气中所含的燃料。
[0033] 在NSR催化剂3的下游侧和SCR催化剂5的上游侧设置检测从NSR催化剂3流出的排气的空燃比的空燃比传感器10、检测排气中的NOX浓度的NOX传感器11、以及检测排气温度的温度传感器12。在SCR催化剂5的下游侧设置有检测从SCR催化剂5流出的排气中的NOX浓度的NOX传感器13、以及检测排气温度的温度传感器14。内燃机1的排气控制系统附加有电子控制单元(ECU)20。ECU 20是控制内燃机1、排气控制系统等的运行状态的单元。ECU 20电连接至前述的空燃比传感器10、NOX传感器11、13以及温度传感器12、14。ECU 20还电连接到诸如曲柄位置传感器21、加速器开度传感器22和安装在内燃机1的进气通道25中的空气流量计26的其它传感器。各个传感器的检测值被传输到ECU 20。因此，ECU 20能够掌握与内燃机1的运行状态有关的参数，诸如基于空气流量计26的检测值的进气量、基于进气量计算的排气流量、基于曲柄位置传感器21的检测值的发动机速度、以及基于加速器开度传感器22的检测值的发动机负荷。ECU 20可以基于温度传感器12的检测值来估计NSR催化剂3的催化剂温度，并且还可以基于温度传感器14的检测值来估计SCR催化剂5的温度。
[0034] 流入NSR催化剂3的排气中的NOX浓度对应于从内燃机1排放的排气的NOX浓度。因此，在本实施例中，ECU 20能够基于内燃机1的运行状态估计流入NSR催化剂3的排气中的NOX浓度。此外，排气流入NSR催化剂3，并且排气中的NOX被吸着在NSR催化剂3中。因此，ECU 20可以基于流入NSR催化剂3的排气中的NOX浓度和排气流量来估计NSR催化剂3中吸着的NOX(NOX吸着量)的量。基于诸如由空气流量计26检测到的进气流量和内燃机1的燃料喷射量等参数来计算排气流量。
[0035] 对于SCR催化剂5，ECU 20根据流入SCR催化剂5的排气中的NOX浓度(即，NOX传感器11的检测值)向添加阀7发出指令，从而向排气提供还原和净化NOX所需的尿素水的量。例如，基于SCR催化剂5吸附的氨的估计量，可以确定从添加阀7添加的尿素水的量。由于SCR催化剂5中的氨吸附量可以通过常规技术来估计，因此在本说明书中省略其详细描述。另外，也可以控制从添加阀7添加的尿素水，使得由下面的表达式1确定的SCR催化剂5的NOX净化率落在优选地从排气净化的观点出发的特定范围内。进一步可选地，可以基于分别设置在SCR催化剂5的上游侧和下游侧的NOX传感器11、13的检测值之间的差异来控制从添加阀7添加的尿素水。
[0036] NOX净化率＝1-(NOX传感器13的检测值)/(NOX传感器11的检测值)(表达式1)[0037] 这里，包括在图1所示的内燃机1的排气控制系统中的NSR催化剂3和SCR催化剂5各自的NOX净化能力参考图2A和2B来描述。NSR催化剂3的NOX净化能力表示每单位时间内对吸着的NOX的还原量和每单位时间内NSR催化剂3中吸着的NOX的量的总和，该NOX净化能力在当提供了必要和足够量的还原剂(燃料)时被展现出。因此，即使催化剂温度处于吸着的NOX不能被还原的温度范围内，也能够展现出NSR催化剂3的NOX净化能力。SCR催化剂5的NOX净化能力表示每单位时间内NOX的选择性还原量，该NOX净化能力在当提供了必要和足够量的还原剂(氨)时展现出。因此，可以将SCR催化剂5的NOX净化能力等同为SCR催化剂5的NOX还原能力。
[0038] 这里，图2A以线L1示出了NSR催化剂3的催化剂温度和NOX净化能力之间的相关性。图2B以线L2示出了SCR催化剂5的催化剂温度和NOX净化能力之间的相关性。在NSR催化剂3中，当催化剂温度属于TN1至TN2(TN2>TN1)的范围时，以从燃料供给阀6供给的燃料作为还原剂可以使吸着的NOX还原，并因此能够充分展现NSR催化剂3的NOX净化能力。因此，温度范围(TN1至TN2的温度范围)对应于根据本发明的特定的NSR温度范围。在NSR催化剂3的温度低于TN1且为TN0(TN0
[0039] 在SCR催化剂5中，当催化剂温度属于TS1至TS2(TS2>TS1)的范围时，以由从添加阀7添加的尿素水产生的氨作为还原剂可以还原NOX，并因此可以充分地展现SCR催化剂5的NOX净化能力。因此，温度范围(TS1至TS2的温度范围)对应于根据本发明的特定的SCR温度范围。
[0040] 各催化剂被设计成使得，通过作为个体的SCR催化剂5的NOX净化能力所能展现的温度低于通过作为个体的NSR催化剂3的NOX净化能力。这是因为考虑到如下的事实：在排气控制系统中，SCR催化剂5布置在NSR催化剂3的下游，并因此SCR催化剂5的温度在同一时间倾向于低于NSR催化剂3的温度。由于SCR催化剂5被设计为能够在催化剂温度相对低的情况下展现出NOX还原能力，因此可以增强排气控制系统的NOX净化能力。
[0041] 在排气控制系统中，执行从燃料供给阀6的燃料供给和从添加阀7的尿素水添加，使得根据相应催化剂的催化剂温度来执行由相应的NSR催化剂3和SCR催化剂5进行的NOX还原。例如，当NOX还原由于NSR催化剂3的催化剂温度属于特定的NSR温度范围但SCR催化剂5的温度不属于特定的SCR温度范围而仅由NSR催化剂3执行的情况下，或者当NOX还原由于NSR催化剂3的催化剂温度不属于特定的NSR温度范围但SCR催化剂5的温度属于特定的SCR温度范围而仅由SCR催化剂5执行的情况下，仅由一种催化剂执行NOX还原。
[0042] 当NSR催化剂3的催化剂温度属于特定的NSR温度范围且SCR催化剂5的催化剂温度属于特定的SCR温度范围时，可以通过两种催化剂执行NOX还原。这里，参照图3对SCR催化剂5中的NOX还原反应进行说明。图3示意性地示出了用于描述的目的的NOX还原反应。SCR催化剂5中的NOX还原反应发生在承载于沸石中的还原性金属元素Cu上。NOX还原反应被考虑示意性地分为四个步骤(a)至(d)。首先，在步骤(a)中，氨(NH3)被吸附在具有2+化合价的铜离子上。在步骤(b)中，NOX(NO)被进一步吸附到铜离子上。结果，在步骤(c)中，发生NO的还原反应，从而产生氮(N2)和水(H2O)，而铜离子的化合价变为1+。此时，氢离子H+被吸附在铜离子Cu+上。当在步骤(d)中在这种状态下向铜离子Cu+供给氧(1/4O2)时，产生了水(1/2H2O)，而铜离子的化合价被恢复到2+。因此，可以再顺序地继续从步骤(a)的反应，可以实现通过SCR催化剂5进行的连续NOX还原。因此，在SCR催化剂5中，为了实现连续的NOX还原，认为在步骤(d)中需要恢复铜离子的化合价(Cu+→Cn2+)。然而，如果在两种催化剂用于NOX还原时，试图通过将流入NSR催化剂3的排气的空燃比调节为浓空燃比来使NSR催化剂3还原吸着的NOX，NOX终止流向下游侧，并且SCR催化剂5暴露于理论配比或丰浓的气氛。结果，在步骤(d)中氧供给变得不足，这阻碍了在SCR催化剂5中作为还原性金属元素的铜离子的化合价恢复(Cu+→Cu2+)。这使得SCR催化剂5难以实现连续NOX还原。因此，当这两种催化剂能够以这种方式还原NOX时，特别是由于考虑到SCR催化剂5的催化特性，需要形成整个排气控制系统的NOX净化能力。
[0043] 基于上述，将参照图4至图6描述与排气控制系统中的NOX还原有关的处理。图4是用于确定在通过NSR催化剂3执行NOX还原时流入NSR催化剂3的排气的空燃比处理的NSR侧设定处理的流程图。在NSR侧设定处理中所确定的参数mdcat用于控制从燃料供给阀6向NSR催化剂3供给燃料的模式。图5是用于确定从添加阀7的尿素水添加请求以通过SCR催化剂5执行NOX还原的SCR侧设定处理的流程图。当在SCR侧设定处理中确定的尿素水添加请求被设定为ON时，其表示要求从添加阀7添加尿素水。图6是基于SCR的空燃比处理的流程图，其为关于从燃料供给阀6供给燃料的空燃比处理，当在NSR侧设定处理中将参数mdcat设定为“2”时，执行基于SCR的空燃比处理。基于存储在ECU 20中的控制程序，以特定的间隔反复且独立地执行图4至图6中所示的每个处理。
[0044] 首先，将参照图4描述NSR侧设定处理。在S101中，判断NSR催化剂3的催化剂温度是否低于作为图2A中所示的特定NSR温度范围的下限的温度TN1。当在S101中作出肯定判定时，其表示NSR催化剂3的催化剂温度在特定的NSR温度范围之外。结果，处理进行到S102。在S102中，将参数mdcat设定为值“0”。当在S101中作出否定判定时，处理进行到S103。在S103中，判断NSR催化剂3的催化剂温度是否等于或小于作为特定的NSR温度范围的上限的温度TN2。当在S103中作出否定判定时，其同样表示NSR催化剂3的催化剂温度在特定的NSR温度范围之外。结果，处理进行到S106。在S106中，将参数mdcat设定为值“0”。
[0045] 这里，当在S103中作出肯定判定时，其表示NSR催化剂3的催化剂温度属于特定的NSR温度范围。因此，当在S103中作出肯定判定时，处理进行到S104。在S104中，判定尿素水添加请求是否被设定为ON。稍后将参照图5描述尿素水添加请求的具体设定处理。当尿素水添加请求设定为ON时，其表示请求从添加阀7中添加尿素水用于通过SCR催化剂5执行NOX还原。当尿素水添加请求未设定为ON时，即当尿素水添加请求被设定为OFF时，其表示未请求从添加阀7添加尿素水。当在S104中作出肯定判定时，其表示在通过SCR催化剂5执行NOX还原的情况下，形成了也可以通过NSR催化剂3执行NOX还原的情况。在这种情况下，在S105的处理中，将参数mdcat设定为值“2”。当在S104中作出否定判定时，其表示在不通过SCR催化剂5执行NOX还原的情况下，形成可以由NSR催化剂3通过从燃料供给阀6供给燃料而执行NOX还原的情况。在这种情况中，在S107的处理中，将参数mdcat设定为值“1”。
[0046] 接下来，将参照图5描述SCR侧设定处理。在S201中，判断SCR催化剂5的催化剂温度是否低于作为图2B所示的特定的SCR温度范围的下限的温度TS1。当在S201中作出肯定判定时，其表示SCR催化剂5的催化剂温度在特定的SCR温度范围之外。结果，处理进行到S202。在S202中，将尿素水添加请求设定为OFF。当在S201中作出否定判定时，处理进行到S203。在S203中，判断SCR催化剂5的催化剂温度是否等于或小于作为特定的SCR温度范围的上限的温度TS2。当在S203中作出否定判定时，其也表示SCR催化剂5的催化剂温度在特定的SCR温度范围之外。结果，处理进行到S205。在S205中，将尿素水添加请求设定为OFF。
[0047] 这里，当在S203中作出肯定判定时，其表示SCR催化剂5的催化剂温度属于特定的SCR温度范围。因此，当在S203中作出肯定判定时，处理进行到S204。在S204中，将尿素水添加请求设定为ON。
[0048] 根据前述的NSR侧设定处理和SCR侧设定处理，当SCR催化剂5的催化剂温度属于特定的SCR温度范围时，将尿素水添加请求设定为ON，由此执行从添加阀7添加尿素水至SCR催化剂5。在尿素水添加处理中，可以控制待添加的尿素水的量，使得SCR催化剂5中的氨吸附量成为特定量，或基于诸如SCR催化剂5的NOX净化率以及NOX传感器11、13的检测值之间的差异等参数进行控制。
[0049] 对于NSR催化剂3，根据设定参数mdcat的值执行涉及通过从燃料供给阀6供给燃料而流入NSR催化剂3的排气的空燃比的处理(以下简称为“空燃比处理”)。具体而言，当将参数mdcat设定为值“0”时，NSR催化剂3的催化剂温度不属于特定的NSR温度范围。因此，不执行从燃料供给阀6供给燃料。结果，不执行NSR催化剂3的NOX还原。此时，当NSR催化剂3的催化剂温度等于或大于图2A所示的温度TN0时，执行通过NSR催化剂3进行的NOX吸着。接下来，当将参数mdcat设定为值“1”时，在SCR催化剂5中不执行NOX还原的情况下，通过NSR催化剂3执行NOX还原。因此，当在NSR催化剂3中进行NOX还原时，不需要考虑用于SCR催化剂5中的NOX还原的条件。因此，在参数mdcat为“1”时的空燃比处理中，流入NSR催化剂3的排气的空燃比是比理论空燃比更丰浓的特定的浓空燃比。因此，排放吸着在NSR催化剂3中的NOX并且以排气中的燃料成分作为还原剂来还原所排放的NOX。当NSR催化剂3中的NOX吸着量超过特定量时，可以执行当参数mdcat为“1”时的空燃比处理。也就是说，当NOX吸着量增加到NSR催化剂3需要确保允许NOX吸着的能力的水平时，执行空燃比处理。这使得可以将空燃比处理的执行频率保持为低，并且抑制执行空燃比处理所需的燃料消耗。
[0050] 当将参数mdcat设定为值“2”时，在SCR催化剂5中进行NOX还原的情况下，可以执行通过NSR催化剂进行3的NOX还原。如果正如参数mdcat为“1”的情况一样在NSR催化剂3中执行吸着的NOX还原，则执行从燃料供给阀6供给燃料，以将流入NSR催化剂3的排气的空燃比调整为排放吸着的NOX和还原所排放的NOX所必需的特定的浓空燃比。因此，在这种情况下，SCR催化剂5也暴露于理论配比的气氛或丰浓的气氛。
[0051] 这里，在SCR催化剂5中的NOX还原反应如图3中所示。还原反应可以用下面的表达式表示。
[0052] NO+NH3+1/4O2→N2+3/2H2O
[0053] 如上所述，在SCR催化剂5中，只有在流入SCR催化剂5的排气中含有所需量的氧气之后，NOX的连续还原反应才变得有可能。因此，当流入NSR催化剂3的排气的空燃比被调整为与参数mdcat为“1”的情况相同的特定的浓空燃比，并且在该状态下执行通过NSR催化剂3进行的NOX还原时，变得很难通过SCR催化剂5实现有效的NOX还原。
[0054] 因此，基于SCR催化剂5的这种特性，在本实施例中，在内燃机1的排气控制系统中执行图6所示的基于SCR的空燃比处理。基于SCR的空燃比处理对应于本发明的特定的空燃比处理。基于SCR的空燃比处理是主要通过SCR催化剂5执行NOX还原的排气空燃比处理，其中基本上不执行通过NSR催化剂3进行的NOX还原，即使通过NSR催化剂3进行的NOX还原可在通过SCR催化剂5执行NOX还原的情况下执行。这是基于当SCR催化剂5的催化剂温度属于特定的SCR温度范围时可以实现相当有效的NOX还原的事实。此外，在通过NSR催化剂3进行的NOX还原中，由于排气的空燃比被调节至特定的浓空燃比，燃料成分可能流出系统。然而，当执行基于SCR催化剂5的NOX还原时，能够减少向排气供给的燃料量。因此，能够抑制燃料成分的这种流出。
[0055] 当执行通过SCR催化剂5进行的NOX还原时，优选地，流入SCR催化剂5的排气的空燃比为稀空燃比(比理论空燃比稀的空燃比)，其中氧含量足够高到允许在SCR催化剂5中连续恢复铜离子的化合价。在这种情况下，布置在SCR催化剂5的上游侧的NSR催化剂3中的NOX吸着量可以增加。如果可能发生内燃机1的发动机负荷的增加等而同时NSR催化剂3中的NOX吸着处于这种状态下，则可能从NSR催化剂3以足够快到阻止SCR催化剂5中的还原处置的速度排放吸着的NOX。因此，在基于SCR的空燃比处理中，为了使SCR催化剂5能够执行连续的NOX还原，执行控制NSR催化剂3中的NOX吸着量的处理。
[0056] 图7示出了当执行基于SCR的空燃比处理时与NOX还原相关的各种参数的变动。具体地，图7示出了各参数的变动，所述各参数包括流入NSR催化剂3的排气的空燃比(以实线L3示出的变动)、从NSR催化剂3流出的排气的空燃比(以虚线L4示出的变动)、NSR催化剂3中的NOX吸着量、NOX吸着量的增量ΔNOX(以下称为“NOX吸着增量”)、总燃料供给量∑q、NSR催化剂3的下游的NOX浓度以及SCR催化剂5的下游的NOX浓度。
[0057] 各种参数定义如下。NOX吸着增量ΔNOX是表示当在NSR催化剂3中吸着NOX而未进行从燃料供给阀6供给燃料时，增加的NOX吸着量的增幅的参数。NOX吸着增量ΔNOX的参考时间点(用作计算增幅的基准的时间)是上次从燃料供给阀6供给燃料停止的时间。根据基于内燃机1的运行状态推定的排气中的NOX量来计算出NSR催化剂3中的NOX吸着量。总燃料供给量∑q是在预定时间从燃料供给阀6供给的燃料总量。总燃料供给量∑q在图6示出的基于SCR的空燃比处理中复位的时刻，开始预定时间。值q是每单位时间从燃料供给阀6供给的燃料量。在图6的基于SCR的空燃比处理中使用的参数还包括参数Q和参数NOXf，其未在图7中表示出变动。参数Q涉及从燃料供给阀6供给的燃料的总量，该总量是从NSR催化剂3排放目标量的吸着NOX所需的量。参数NOXf是用于设定NOX吸着增量ΔNOX的上限的参数。
[0058] 首先，在S301中，判断NSR催化剂3中的NOX吸着量是否等于或高于下限阈值m2，m2是用于对稍后在第一空燃比处理中描述的在S306中滑过NSR催化剂3并流向下游侧的燃料量进行抑制的NOX吸着量的下限。当在S301中作出肯定判定时，处理进行到S302。当作出否定判定时，处理进行到S308。
[0059] 接下来，在S302中，判断每单位时间的燃料供给量q是否大于零，即是否执行从燃料供给阀6供给燃料。当在S302中作出肯定判定时，处理进行到S305。当作出否定判定时，处理进行到S303。在S303中，判断NOX吸着增量ΔNOX是否等于或大于NOXf的设定值。当在S303中作出肯定判定时，处理进行到S305。当作出否定判定时，处理进行到S304。在S304中，判断NSR催化剂3中的NOX吸着量是否等于或大于上限阈值m2'，其为在基于SCR的空燃比处理正在执行中的情况下NOX吸着量的实质上限。当在S304中作出肯定判定时，处理进行到S305。当作出否定判定时，基于SCR的空燃比处理结束。
[0060] 接下来，在S305中，判断总燃料供给量∑q是否等于或小于参数Q的设定值。这里，在基于SCR的空燃比处理中，设定为参数Q的值是后述的S307中设定的Q1或后述的S309中设定的“0”。这些设定值用于判断：相对于从燃料供给阀6供给的总燃料供给量∑q，是否从NSR催化剂3排放了假定量的吸着NOX。其细节将在后面叙述。当在S305中作出肯定判定时，处理进行到S306。当作出否定判定时，处理进行到S308。
[0061] 在S306中，执行从燃料供给阀6进行的燃料供给，并且每单位时间的燃料供给量q被设定为α。S306中的燃料供给使流入NSR催化剂3的排气的空燃比成为第一稀空燃比AFL1。第一稀空燃比AFL1是比理论空燃比更稀的空燃比，第一稀空燃比AFL1能够使NSR催化剂3排放吸着的NOX。例如，第一稀空燃比AFL1为约16。因此，用于形成具有第一稀空燃比AFL1的排气的S306的处理对应于本发明的第一空燃比处理。然后，在S306处理后的S307中，对S306中供给的燃料量积分，从而更新总燃料供给量∑q，并将参数Q设定为Q1。值Q1是与在第一空燃比处理中假设从NSR催化剂3排放的吸着的NOX量对应的总燃料供给量。在S307的处理之后，基于SCR的空燃比处理结束。
[0062] 当在S305中作出否定的判定之后或在S301中作出否定的判定之后，处理进行到S308时，在S308中停止从燃料供给阀6供给燃料。因此，在这种情况下每单位时间的燃料供给量q变为“0”。由于在S308中燃料供给停止，流入NSR催化剂3的排气的空燃比成为比S306中形成的第一稀空燃比AFL1更稀的第二稀空燃比AFL2。因此，用于形成具有第二稀空燃比AFL2的排气的S308的处理对应于本发明的第二空燃比处理。例如，第二稀空燃比AFL2为约24。然后，在S308处理后的S309中，将总燃料供给量∑q设定为“0”，将参数Q设定为“0”，并将参数NOXf设定为NOXh。值NOXh是在S308中执行第二空燃比处理时在NSR催化剂3中增加的NOX吸着量的目标值，值NOXh是至少确保在第二空燃比处理中SCR催化剂5中的铜离子的化合价恢复所需要的持续时间(本发明的预定时间段)的设定值。
[0063] 当参数mdcat的值通过NSR侧设定处理改变时，NOX吸着增量ΔNOX、总燃料供给量∑q、每单位时间的燃料供给量q以及参数NOXf和Q被复位。具体来说，NOX吸着增量ΔNOX被复位为“0”，总燃料供给量∑q被复位为“0”，每单位时间燃料供给量q被复位为“0”，参数NOXf被复位为“0”，且参数Q被复位为“0”。当内燃机1在点火开启而启动时，这些参数也被复位。
[0064] 这里，基于图7中所示的与NOX还原相关的参数的变动来描述图6中所示的基于SCR的空燃比处理的流程。图7示出了当执行基于SCR的空燃比处理时的典型时刻t1至t5。在下文中，随着时间推移描述了基于SCR的空燃比处理的流程。
[0065] 首先，在到时刻t1为止的时间段中，通过NSR侧设定处理将参数mdcat设置为“0”。因此，由于从内燃机1排放的排气直接流入NSR催化剂3，所以排气的空燃比变得类似于比理论空燃比更稀的空燃比AFL2(具有约24的值)。NSR催化剂3中的NOX吸着量随着时间的推移而增加(图7中的NOX吸着量的变动中所示的值M是一阈值，该阈值用于在mdcat被设置为“1”时触发将排气的空燃比调整为特定的浓空燃比)。此时，假设SCR催化剂5的催化剂温度属于特定的SCR温度范围，在SCR侧设定处理中将尿素水添加请求设定为ON，并且执行从添加阀7添加尿素水。因此，由于在到t1为止的时间段内未执行基于SCR的空燃比处理，所以NOX吸着增量ΔNOX和总燃料供给量∑q为“0”。由于NSR催化剂3在这种情况下吸着排气中的NOX，所以NSR催化剂3的下游侧的NOX浓度低。由于在SCR催化剂5中以从添加阀7添加的尿素水和氨作为还原剂执行NOX还原，因此SCR催化剂5下游侧的NOX浓度也低。
[0066] 在时刻t1，NSR催化剂3的催化剂温度属于特定的NSR温度范围，并且在NSR侧设定处理中将参数mdcat设定为“2”。结果，开始基于SCR的空燃比处理。在处理开始时，NSR催化剂3中的NOX吸着量等于或大于m2。因此，在S301中，作出肯定判定。由于从燃料供给阀6进行的燃料供给尚未开始，因此在S302中作出否定的判定。在S303中，由于NOX吸着增量ΔNOX为“0”，并且参数NOXf也为“0”，因此作出肯定判定。此外，在S305中，由于总燃料供给量∑q为“0”，并且参数Q也为“0”，所以作出肯定判定。结果，在时刻t1，在S306中开始第一空燃比处理。此时，流入NSR催化剂3的排气的空燃比成为第一稀空燃比AFL1。然后，在S307中，对从燃料供给阀6供给的燃料供给量q进行积分，并将参数Q设定为Q1。如前所述，值Q1是与假设在第一空燃比处理中从NSR催化剂3排放的被吸着的NOX的量对应的燃料的总量。也就是说，值Q1是在第一空燃比处理期间可以抑制从排气控制系统流出的NOX流出量的范围内排放假定量的吸着NOX所需的燃料总量。
[0067] 当S307的处理结束时，再次从S301重复基于SCR的空燃比处理。因此，在时刻t1开始第一空燃比处理之后，在S301中作出肯定判定，然后在处理达到S305之前，在S302中作出肯定判定。虽然总燃料供给量∑q通过首次空燃比处理而增加，但尚未达到S307中设定的Q1。因此，在S305中作出肯定判定，并且依次执行S306和S307的处理。
[0068] 如上所述，在时刻t1之后和之后描述的时刻t2之前的时间段内，继续第一空燃比处理，从而排放吸着在NSR催化剂3中的NOX。因此，减少了NOX吸着量。由于排放的NOX具有比理论空燃比稀的第一稀空燃比AFL1，所以NOX在NSR催化剂3中基本上不会减少，而是流入SCR催化剂5。当流入NSR催化剂3的排气的空燃比被调整为第一稀空燃比AFL1时，从NSR催化剂3流出的排气的空燃比(即，流入SCR催化剂5的排气的空燃比)不会立即接近第一稀空燃比AFL1(见虚线L4的变动)。此时，在SCR催化剂5中，允许连续地还原NOX的排气的空燃比得以维持。因此，通过SCR催化剂5充分地还原了从NSR催化剂3排放的NOX。
[0069] 当第一空燃比处理持续一段时间时，流入SCR催化剂5的排气的空燃比也变为第一稀空燃比AFL1。虽然第一稀空燃比AFL1比理论空燃比更稀，但仍然是由在第一空燃比处理中执行的从燃料供给阀6进行的燃料供给而形成的空燃比。因此，第一空燃比处理阻碍SCR催化剂5中的铜离子的平稳的化合价恢复，这导致SCR催化剂5的NOX还原能力劣化。因此，在本实施例中，在S305中作出否定判定，使得当总燃料供给量∑q超过S307中设定的Q1时，第一空燃比处理结束。在图7中，由于S305中总燃料供给量∑q在时刻t2超过Q1，所以作出否定判定。
[0070] 备选地，当由空燃比传感器10检测出的从NSR催化剂3流出的排气的空燃比变为第一稀空燃比AFL1并因此SCR催化剂5的NOX原能力劣化时，可以判定时刻t2的到来。进一步备选地，当由NOX传感器11、13计算出的SCR催化剂5的NOX净化率变得小于参考净化率并因此SCR催化剂5的NOX还原能力劣化时，可以确定时刻t2的到来。再备选地，当NOX传感器13的检测值超过与SCR催化剂5中的NOX还原效率劣化而导致的从SCR催化剂5流出的NOX相关的参考NOX浓度，并因此SCR催化剂5的NOx还原能力劣化时，可以确定时刻t2的到来。
[0071] 因此，作为在S305中作出否定判定的结果，在S308中于时刻t2开始第二空燃比处理。此时，流入NSR催化剂3的排气的空燃比成为第二稀空燃比AFL2。然后，在S309中，总燃料供给量∑q被复位为“0”，且参数Q也被复位为“0”。参数NOXf被设定为NOXh。
[0072] 当S309的处理结束时，从S301再次重复基于SCR的空燃比处理。因此，在开始第二空燃比处理的时刻t2之后，NSR催化剂3中的NOX吸着量增加，并因此在S301中也作出肯定判定。然后，由于从燃料供给阀6进行的燃料供给停止而在S302中作出否定判定。然后，在S303中，判定从作为最近的燃料供给停止时刻的时刻t2起的NOX吸着增量ΔNOX是否等于或大于在S309设定的NOXh。因此，当从时刻t2继续第二空燃比处理的时间段较短时，NOX吸着增量ΔNOX尚未达到NOXh。在这种情况下，处理进行到S304。在S304中，基于在NSR催化剂3中的NOX吸着量作出判定。通过这样的结构，当NOX吸着增量ΔNOX尚未达到NOXh并且NOX吸着量小于上限阈值m2'时，基于SCR的空燃比处理结束一次并重新启动。也就是说，继续第二空燃比处理。
[0073] 当第二空燃比处理的持续时间延长到一定程度，并且NOX吸着增量ΔNOX达到NOXh(S303中的肯定判定)或NOX吸着量变得大于上限阈值m2'(在S304中为肯定判定)，则执行S305之后的处理，停止第二空燃比处理并切换到第一空燃比处理。更具体而言，在本实施例中，第二空燃比处理的持续时间是直到由于第二空燃比处理而使NSR催化剂3中的NOX吸着量的增量达到预定量(NOXh)的时刻的时间段，或者直到NOX吸着量本身达到设定为防止过度增量的量(m2')的时刻的时间段。备选地，当在执行第二空燃比处理时由空燃比传感器10检测到的从NSR催化剂3流出的排气的空燃比成为第二稀空燃比AFL2或第二稀空燃比AFL2附近的空燃比(以下也称为“例如第二稀空燃比AFL2的空燃比”)时，可以停止第二空燃比处理，并且可以执行S305之后的处理。这是因为当从NSR催化剂3流出的排气的空燃比变为例如第二稀空燃比AFL2的空燃比时，则认为在SCR催化剂5中的铜离子的化合价恢复所需的氧可以快速供给到位于NSR催化剂3的下游侧的SCR催化剂5。当处理进入S305时，在S305中作出肯定判定，因为总燃料供给量∑q和参数Q为“0”。结果，处理进行至S306，从而第二空燃比处理结束。然后，第二次开始第一空燃比处理，并且处理的开始时间为时刻t3。在图7中，当NOX吸着增量ΔNOX达到NOXh时，时刻t3来到。
[0074] 一旦在时刻t3于S306中第二次开始第一空燃比处理，则在S307中，对来自燃料供给阀6的燃料供给量q进行积分(在这种情况下总燃料供给量∑q是基于第二次的第一空燃比处理的开始时间的总量)。同时，将参数Q设定为Q1，且从S301再次重复基于SCR的空燃比处理。第二次的第一空燃比处理的后续流程与前述第一次的第一空燃比处理的后续流程不同。也就是说，在总的燃料供给量∑q超过S307中设定的Q1之前，当由于在NSR催化剂3中的NOX吸着量小于S301中的下限阈值m2而在S301(时刻t4)中作出了否定判定时，处理进行到S308。然后，第二次开始第二空燃比处理。
[0075] 当在S308中于时刻t4第二次开始第二空燃比处理时，那么在S309中，总燃料供给量∑q被复位为“0”，且参数Q也被复位为“0”。参数NOX被设定为NOXh。然后，再次从S301重复基于SCR的空燃比处理。第二次的第二空燃比处理的后续流程继续，如第一次的第二空燃比处理，直到NOX吸着增量ΔNOX达到NOXh(S303中的肯定判定)，或直到NOX吸着量变为等于或大于上限阈值m2'(S304中的肯定判定)。然后，在S305中，由于总燃料供给量∑q和参数Q为“0”，因此作出肯定判定并且处理进行到S306。结果，第三次开始第一空燃比处理，且该处理的开始时间为时刻t5。
[0076] 在时刻t5之后，如前所述交替地重复第一空燃比处理和第二空燃比处理，直到参数mdcat的值在NSR侧设定处理中变为除“2”以外的值。
[0077] 因此，在根据本实施例的内燃机1的排气控制系统中，提供了基于SCR的空燃比处理。因此，即使NSR催化剂3的催化剂温度属于特定的NSR温度范围，NOX还原主要由催化剂温度属于特定的SCR温度范围的SCR催化剂5执行，而基本上不执行在NSR催化剂3中的NOX还原。当执行基于SCR的空燃比处理时，以交替的方式重复执行第一空燃比处理和第二空燃比处理。因此，NSR催化剂3中的NOX吸着量降低，并且通过SCR催化剂5减少了处理中排放的NOX同时实现了SCR催化剂5中的铜离子的化合价恢复。结果，通过SCR催化剂5充分地执行所排放的NOX的连续还原处置，其抑制了NOX向系统外部的排放。结果，在执行基于SCR催化剂5的NOX还原的同时，NSR催化剂3中的NOX吸着量可以维持在相对较小的量，其几乎不受如内燃机的负荷增加的这类因素的影响。在图6所示的基于SCR的空燃比处理中，执行第一空燃比处理和第二空燃比处理，使得NSR催化剂3中的NOX吸着量属于下限阈值m2至上限阈值m2'的吸着量范围(对应于本发明的特定的NOX吸着量范围)。然而，只要排气控制系统的NOX净化能力允许，则基于SCR的空燃比处理中的NSR催化剂3中的NOX吸着量可以在吸着量范围之外。在基于SCR的空燃比处理中，由于流入NSR催化剂3的排气的空燃比比理论配比空燃比更稀，所以供给的燃料成分不太可能排出到系统的外部。
[0078] 因此，为了尽可能地抑制NOX从排气控制系统排出到外部，在第一空燃比处理时，每单位时间来自燃料供给阀6的燃料供给量α优选为如下的燃料供给量：其为在下游侧的SCR催化剂5中可以减少的NOX排放量。
[0079] 在前述基于SCR的空燃比处理的第二空燃比处理中，通过在S308中停止从燃料供给阀6进行的燃料供给而形成第二稀空燃比AFL2。代替该模式，在S308中，在SCR催化剂5中的铜离子的化合价可以恢复的范围内，来自燃料供给阀6的燃料供给量可以控制为小于值α的量。结果，流入SCR催化剂5的排气的空燃比被调节为比第一稀空燃比AFL1更稀。
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