JP2000038942A

JP2000038942A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2000038942A
Application number: JP20489598A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kato; 健治加藤; Takaaki Ito; ▲隆▼晟伊藤; Toshio Tanahashi; 敏雄棚橋; Hiroshi Tanaka; 比呂志田中; Naoto Suzuki; 直人鈴木; Yukio Kinugasa; 幸夫衣笠
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2000-02-08
Anticipated expiration: 2018-07-21
Also published as: JP3680237B2

Abstract

(57)【要約】【課題】排気空燃比変化によるＮＯ_X吸蔵還元触媒か
らの未浄化のＮＯ_X流出を防止する。【解決手段】機関１の排気通路２上にＮＯ_X吸蔵還元
触媒７を配置する。機関のリーン空燃比運転中にＮＯ_X
吸蔵還元触媒に排気中のＮＯ_Xを吸収させ、ＮＯ _Xを放
出すべきときに機関をリッチ空燃比で運転してＮＯ_X吸
蔵還元触媒７に流入する排気空燃比をリッチにする。電
子制御ユニット３０は、リーン空燃比運転からリッチ空
燃比運転に機関運転空燃比が変化する際に、理論空燃比
から空燃比２０程度までの領域で機関が運転される間、
各気筒の膨張行程または排気行程に筒内燃料噴射弁１１
１から１１４により燃焼に寄与しない二次燃料噴射を行
い、触媒７に流入する排気の空燃比をリッチにすること
により、機関運転空燃比変化時に触媒７から未浄化のＮ
Ｏ_Xが流出することを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関し、詳細には流入する排気の空燃比がリーンの
ときに排気中のＮＯ_Xを吸収し流入する排気中の酸素濃
度が低下すると吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵還
元触媒を備えた排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流入する排気空燃比がリーンのときに排
気中のＮＯ_X（窒素酸化物）を吸収し、流入する排気中
の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ
_X吸蔵還元触媒が知られている。この種のＮＯ_X吸蔵還
元触媒を使用した排気浄化装置の例としては、例えば特
許登録第２６００４９２号に記載されたものがある。上
記特許の排気浄化装置は、リーン空燃比運転を行う機関
の排気通路にＮＯ_X吸蔵還元触媒を配置し、機関のリー
ン空燃比運転中にＮＯ_X吸蔵還元触媒に排気中のＮＯ_X
を吸収させ、ＮＯ _X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸収量が増大
したときに機関を短時間理論空燃比またはリッチ空燃比
で運転するリッチスパイク操作を行うことにより、ＮＯ
_X吸蔵還元触媒から吸収したＮＯ_Xを放出させるととも
に、放出されたＮＯ_Xを還元浄化している。すなわち、
排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になる
と、リーン空燃比の排気に較べて排気中の酸素濃度が急
激に低下するとともに、排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ成分の
量が急激に増大する。このため、リッチスパイク操作に
より機関運転空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比に
切り換えられると、ＮＯ _X吸蔵還元触媒に流入する排気
の空燃比はリーン空燃比から理論空燃比またはリッチ空
燃比に変化し、排気中の酸素濃度の低下によりＮＯ_X吸
蔵還元触媒からＮＯ_Xが放出される。また、上記のよう
に理論空燃比またはリッチ空燃比の排気中には比較的多
量の未燃ＨＣ、ＣＯ成分が含まれるため、ＮＯ_X吸蔵還
元触媒から放出されたＮＯ_Xは排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ
成分と反応し還元される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記特許登録第２６０
０４９２号に記載の排気浄化装置によれば、機関リーン
空燃比運転中に発生するＮＯ_XをＮＯ_X吸蔵還元触媒に
吸収させ、リッチスパイク操作によりＮＯ_X吸蔵還元触
媒からＮＯ_Xを放出させ、同時に還元浄化している。

【０００４】ところが、リッチスパイク操作によりＮＯ
_X吸蔵還元触媒からのＮＯ_Xの放出と還元浄化とを行な
うと、リッチスパイク操作初期にＮＯ_X吸蔵還元触媒か
ら還元されないままの未浄化のＮＯ_Xが流出する場合が
あることが判明している。上記のようにリッチスパイク
操作初期にＮＯ_X吸蔵還元触媒から未浄化のＮＯ _Xが放
出される理由は完全には明らかになっていないが、ＮＯ
_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸蔵能力（最大ＮＯ_X吸蔵量）
が空燃比によって変化することが原因と考えられてい
る。

【０００５】例えば、大幅なリーン空燃比で機関が運転
されているような場合にはリッチスパイク操作時に急激
に空燃比をリッチ空燃比に切り換えると機関出力トルク
の急変によりトルクショックが生じる。このため、実際
の運転では、大幅なリーン空燃比（例えば空燃比で３０
程度）運転からリッチスパイク操作を行なうときにはリ
ーン空燃比から比較的空燃比の低いリーン（弱リーン）
領域（例えば空燃比で２０以下）の領域での運転を経由
して、機関数回転程度の時間をかけて緩やかに空燃比を
リッチ空燃比にするようにしてトルクショックが生じる
ことを防止している。従って、リッチスパイク操作実行
時には機関が弱リーン空燃比領域で運転される期間が生
じてしまう。

【０００６】ところが、ＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸
蔵能力は流入する排気空燃比に影響を受け、上記弱リー
ン領域ではＮＯ_X吸蔵能力が空燃比とともに低下するこ
とが判明している。図１１はＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ
_X吸蔵能力（最大ＮＯ_X吸蔵量）の流入排気空燃比との
関係を説明するグラフである。図１１に示すように、Ｎ
Ｏ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸蔵能力は、空燃比２０以上
の領域では空燃比にかかわらず略一定値となるが、空燃
比２０以下の領域では排気空燃比が低下するにつれて
（理論空燃比に近づくにつれて）低下し、理論空燃比で
は０になる。

【０００７】このため、ＮＯ_X吸蔵還元触媒が空燃比２
０以上のリーン空燃比領域で最大ＮＯ_X吸蔵量付近まで
ＮＯ_Xを吸蔵した状態から空燃比が２０以下の弱リーン
領域になると吸蔵能力の低下により吸蔵したＮＯ_Xの全
量を保持することができなくなり、実際に吸蔵している
ＮＯ_X量と最大吸蔵量との差に相当する量（図１１に斜
線で示した量）のＮＯ_Xが放出されるようになる。しか
も、弱リーン空燃比領域では排気中のＨＣ、ＣＯ成分量
は極めて少ないため放出されたＮＯ_XはＮＯ_X吸蔵還元
触媒上で還元されず未浄化のままでＮＯ_X吸蔵還元触媒
から流出することになるのである。

【０００８】上記はリッチスパイク操作で機関の運転空
燃比が空燃比２０以上のリーン空燃比から上記弱リーン
領域に変化した場合について説明したが、機関の運転空
燃比がリッチ空燃比から上記弱リーン領域に変化した場
合にも同様な問題が生じる場合がある。図１２は機関の
運転空燃比（機関燃焼室内の燃焼空燃比）と機関排気中
のＮＯ _X濃度との関係を説明する図である。図１２カー
ブＡに示すように機関排気中のＮＯ_X量は理論空燃比近
傍では運転空燃比が上昇するにつれて増大し、空燃比で
１７付近で最大になり、その後は空燃比の増大とともに
低下する傾向を示す。また、ＮＯ_X吸蔵還元触媒上流側
の排気通路に三元触媒等の排気浄化触媒を有する機関で
は、理論空燃比よりリッチな空燃比では排気中のＮＯ_X
は略完全に還元されるため、この場合、排気浄化触媒下
流側のＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気中のＮＯ_X濃
度は図１２にカーブＢで示すように、理論空燃比以下の
空燃比では略０になり、理論空燃比付近で急増してカー
ブＡと一致するようになる。

【０００９】このため、機関が弱リーン領域（理論空燃
比から空燃比２０程度までの領域）で運転されると、Ｎ
Ｏ_X吸蔵還元触媒に流入する排気中のＮＯ_Xは機関の最
大ＮＯ_X排出量付近まで増大する。一方、前述のように
弱リーン領域ではＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸蔵能力
は低下するため、この領域では仮にＮＯ_X吸蔵還元触媒
が全くＮＯ_Xを吸蔵していない場合であっても排気中の
ＮＯ_Xの全量を吸収できなくなって排気中のＮＯ_Xが未
浄化のままＮＯ_X吸蔵還元触媒から流出する場合が生じ
るのである。

【００１０】更に、実際の運転では、機関運転空燃比が
機関運転条件（負荷等）に応じてリッチ空燃比からリー
ン空燃比まで広い範囲で変更される場合があり、リッチ
スパイク操作以外でも機関運転空燃比が上記弱リーン領
域になる場合が生じ、機関運転条件の変化によりＮＯ_X
吸蔵還元触媒から未浄化のＮＯ_Xが流出する場合が生じ
てしまう。

【００１１】このように、機関のリッチスパイク操作
毎、或いは運転条件変化による機関運転空燃比の変化毎
にＮＯ_X吸蔵還元触媒から未浄化のＮＯ_Xが流出したの
では全体としてのＮＯ_X浄化率が低下する問題が生じ
る。本発明は上記問題に鑑み、理論空燃比からリーン空
燃比までの領域で運転空燃比が変化する機関にＮＯ_X吸
蔵還元触媒を適用する場合に、空燃比変化によりＮＯ_X
吸蔵還元触媒から未浄化のＮＯ_Xが放出されることを防
止可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的
としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、必要に応じて理論空燃比よりリーンな空燃比か
ら理論空燃比よりリッチな空燃比までの範囲で運転空燃
比を変更する内燃機関の排気浄化装置であって、機関排
気通路に配置された、流入する排気の空燃比がリーンの
ときに排気中のＮＯ_Xを吸収し流入する排気中の酸素濃
度が低下すると吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵還
元触媒と、機関運転空燃比が特定のリーン空燃比領域に
変更されたときに、前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する
排気の空燃比を理論空燃比よりリッチ側に保持する空燃
比調整手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置が提供
される。

【００１３】すなわち、請求項１の発明では機関運転空
燃比が特定のリーン空燃比領域に変更されたときには、
空燃比調整手段によりＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排
気の空燃比は理論空燃比よりリッチ側に保持される。理
論空燃比よりリッチ側の排気は酸素濃度が低く、ＨＣ、
ＣＯ成分を比較的多量に含んでいる。このため、機関運
転空燃比が、特定のリーン空燃比領域（例えば、理論空
燃比から空燃比で２０程度までの弱リーン空燃比領域）
に変更された場合でも、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する
排気空燃比はリッチ空燃比になり、ＮＯ_X吸蔵還元触媒
からＮＯ_Xが放出され、排気中のＨＣ、ＣＯ成分により
還元浄化される。このため、未浄化のＮＯ_XがＮＯ_X吸
蔵還元触媒から流出することが防止される。なお、請求
項１の発明において、「機関運転空燃比が特定のリーン
空燃比領域に変更されたとき」とは、１）運転空燃比変
更の際に一時的に特定のリーン空燃比領域を通過する場
合、２）他の空燃比領域から運転空燃比が変更され、特
定のリーン空燃比領域で継続的に運転が行なわれる場
合、及び３）特定のリーン空燃比領域内で運転空燃比が
変更される場合のいずれをも含んでいる。

【００１４】請求項２に記載の発明によれば、前記空燃
比調整手段は、前記機関に燃焼に寄与しない無効燃料を
供給することにより前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する
排気の空燃比を理論空燃比よりリッチ側に保持する請求
項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。す
なわち、請求項２の発明では、空燃比調整手段は機関に
燃焼に寄与しない無効燃料を供給することにより、ＮＯ
_X吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よ
りリッチ側に保持する。無効燃料の供給としては、例え
ば気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を有する
機関では、各気筒の膨張または排気行程中に気筒内に燃
料を噴射（二次燃料噴射）することによっても良いし、
気筒排気ポートに燃料を噴射する排気ポート燃料噴射弁
を有する機関では気筒排気ポートに燃料を噴射すること
によっても良い。無効燃料は燃焼に寄与しないため、機
関の運転空燃比（機関燃焼室における燃焼空燃比）に影
響を与えることなくＮＯ _X吸蔵還元触媒に流入する排気
空燃比を低下させることが可能となる。また、無効燃料
は燃焼に寄与しないため比較的多量の無効燃料を供給し
ても機関の出力トルクが増大することがない。このた
め、無効燃料を供給することにより、機関の運転空燃比
が特定のリーン空燃比になった場合でも、排気の空燃比
を直ちに理論空燃比よりリッチ側に維持することが可能
となる。

【００１５】請求項３に記載の発明によれば、前記空燃
比調整手段は機関の気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃
料噴射弁を備え、気筒の膨張行程または排気行程中に前
記筒内燃料噴射弁から気筒内に燃料を噴射する二次燃料
噴射を行なうことにより機関に無効燃料を供給する請求
項２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。す
なわち、請求項３の発明では、二次燃料噴射により無効
燃料が機関に供給される。

【００１６】請求項４に記載の発明によれば、前記特定
のリーン空燃比領域は、理論空燃比から空燃比２０まで
の領域である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置
が提供される。すなわち、請求項４の発明では、特定の
リーン空燃比領域は理論空燃比から空燃比２０までの弱
リーン空燃比領域とされる。ＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入
する排気空燃比が弱リーン空燃比領域に入るとＮＯ_X吸
蔵還元触媒のＮＯ_X吸蔵能力低下のために、未浄化のＮ
Ｏ_Xが流出する可能性があるが、機関運転空燃比が弱リ
ーン空燃比領域に変更された際に、空燃比調整手段によ
りＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比を理論空
燃比よりリッチ側に保持することによりＮＯ_X吸蔵還元
触媒には弱リーン空燃比の排気は流入しなくなり、ＮＯ
_X吸蔵還元触媒からの未浄化のＮＯ_Xの放出が防止され
る。

【００１７】請求項５に記載の発明によれば、前記空燃
比調整手段は、機関の運転空燃比に基づいて、機関から
のＮＯ_X排出量とＮＯ_X吸蔵還元触媒からのＮＯ_X放出
量とを推定し、前記ＮＯ_X排出量とＮＯ_X放出量とに基
づいて機関に供給する無効燃料量を設定する請求項２に
記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。すなわ
ち、請求項５の発明では、空燃比調整手段は機関のＮＯ
_X排出量とＮＯ _X吸蔵還元触媒のＮＯ_X放出量とに応じ
て機関に供給する無効燃料量を設定するため、機関から
排出されるＮＯ_XとＮＯ_X吸蔵還元触媒から放出される
ＮＯ_Xとの両方を還元するのに必要な量の無効燃料が過
不足なく機関に供給され、ＮＯ_X吸蔵還元触媒から未浄
化のＮＯ_Xが放出されることが防止される。

【００１８】請求項６に記載の発明によれば、更に、前
記ＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比を検出する
空燃比センサを備え、前記空燃比調整手段は前記空燃比
センサにより検出された排気空燃比が理論空燃比よりリ
ッチ側の目標空燃比に保持されるように機関に供給する
無効燃料の量を制御する請求項２に記載の内燃機関の排
気浄化装置が提供される。

【００１９】すなわち、請求項６の発明ではＮＯ_X吸蔵
還元触媒に流入する排気空燃比を実際に検出し、この排
気空燃比が目標空燃比になるように無効燃料の量が制御
されるため、機関の運転空燃比にかかわらず、正確にＮ
Ｏ_X吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比が目標空燃比
に維持され、ＮＯ_X吸蔵還元触媒からの未浄化のＮＯ _X
の流出が確実に防止される。

【００２０】請求項７に記載の発明によれば、リーン空
燃比運転を行なう内燃機関の排気浄化装置であって、機
関排気通路に配置された、流入する排気の空燃比がリー
ンのときに排気中のＮＯ_Xを吸収し流入する排気中の酸
素濃度が低下すると吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸
蔵還元触媒と、機関のリーン空燃比運転中に前記ＮＯ _X
吸蔵還元触媒から吸収したＮＯ_Xを放出させるべきとき
に機関の運転空燃比を所定のリッチ空燃比に切り換える
ＮＯ_X放出操作を行なうＮＯ_X放出手段と、前記ＮＯ_X
放出操作開始後機関運転空燃比が前記所定のリッチ空燃
比に到達するまでの間、機関運転空燃比に応じた量の機
関の燃焼に寄与しない無効燃料を機関に供給する無効燃
料供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置が提供
される。

【００２１】すなわち、請求項７の発明では、例えばリ
ーン空燃比運転中のリッチスパイク操作等のＮＯ_X放出
操作を行なう際に機関に無効燃料が供給される。これに
より、ＮＯ_X放出操作時に機関運転空燃比が特定の空燃
比領域（例えば弱リーン空燃比領域）を通過する際に
も、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比を理論空
燃比よりリッチ側に維持することが可能となり、ＮＯ_X
吸蔵還元触媒からの未浄化のＮＯ_Xの放出が防止され
る。

【００２２】請求項８に記載の発明によれば、リーン空
燃比運転を行なう内燃機関の排気浄化装置であって、機
関排気通路に配置された、流入する排気の空燃比がリー
ンのときに排気中のＮＯ_Xを吸収し流入する排気中の酸
素濃度が低下すると吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸
蔵還元触媒と、機関のリーン空燃比運転中に前記ＮＯ _X
吸蔵還元触媒から吸収したＮＯ_Xを放出させるべきとき
に機関の運転空燃比を所定のリッチ空燃比に切り換える
ＮＯ_X放出操作を行なうＮＯ_X放出手段と、前記ＮＯ_X
放出操作開始直前に、機関に燃焼に寄与しない無効燃料
を供給する無効燃料供給手段と、を備えた内燃機関の排
気浄化装置が提供される。

【００２３】すなわち、請求項８の発明では、例えばリ
ーン空燃比運転中のリッチスパイク操作等のＮＯ_X放出
操作を行なう際に、ＮＯ_X放出操作開始直前に機関に無
効燃料が供給される。これにより、機関運転空燃比にか
かわらずＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比を理
論空燃比よりリッチ空燃比にすることが可能となり、例
えば機関運転空燃比が特定の空燃比領域を通過する際に
ＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比を確実に理
論空燃比よりリッチ側に維持することが可能となるた
め、例えば機関運転空燃比が弱リーン空燃比領域を通過
する際にもＮＯ_X吸蔵還元触媒からの未浄化のＮＯ_Xの
放出が確実に防止される。なお、無効燃料の供給は機関
運転空燃比が特定のリーン空燃比領域を通過し終わった
後に停止しても良い。

【００２４】請求項９に記載の発明によれば、必要に応
じて理論空燃比よりリーンな空燃比から理論空燃比より
リッチな空燃比までの範囲で運転空燃比を変更する内燃
機関の排気浄化装置であって、機関排気通路に配置され
た、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮ
Ｏ_Xを吸収し流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸
収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵還元触媒と、機関の
気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を備え、機
関運転空燃比が特定のリーン空燃比領域に変更されたと
きに、前記筒内燃料噴射弁から気筒の膨張行程または排
気行程中に燃料を噴射する二次燃料噴射を行なう二次燃
料噴射手段と、を備え、前記二次燃料噴射手段は、少な
くとも機関運転空燃比が前記特定のリーン空燃比領域に
変化した直後は膨張行程中に前記二次燃料噴射を行な
う、内燃機関の排気浄化装置が提供される。

【００２５】すなわち、請求項９の発明では、機関運転
空燃比が特定のリーン空燃比領域に変更されたときに、
二次燃料噴射を行なうことによりＮＯ_X吸蔵還元触媒に
流入する排気空燃比を例えばリッチ空燃比に維持すると
ともに、少なくとも空燃比変更直後は気筒膨張行程中に
二次燃料噴射を行なう。膨張行程中に気筒内に噴射され
た燃料は、気筒内の高温の既燃ガスと接触し、比較的分
子量の小さい炭化水素を多量に生成する。分子量の小さ
い炭化水素は活性が高く、ＮＯ_X吸蔵還元触媒上でＮＯ
_Xと活発に反応する。このため、空燃比変更直後に活性
の高い低分子量の炭化水素を多量にＮＯ_X吸蔵還元触媒
に供給することにより、空燃比変更直後にＮＯ_X吸蔵還
元触媒から放出されるＮＯ_Xを効率的に浄化することが
可能となり、ＮＯ_X吸蔵還元触媒からの未浄化のＮＯ_X
の流出が防止される。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。図１は、本発明を自動車
用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す
図である。図１において、１は自動車用内燃機関を示
す。本実施形態では、機関１は＃１から＃４の４つの気
筒を備えた４気筒ガソリン機関とされ、＃１から＃４気
筒には気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁１１
１から１１４が設けられている。後述するように、本実
施形態の内燃機関１は、理論空燃比より高い（リーン）
空燃比から理論空燃比より低い（リッチ）空燃比までの
広い範囲の空燃比で運転可能な機関とされている。

【００２７】また、本実施形態では＃１から＃４の気筒
は互いに点火時期が連続しない２つの気筒からなる２つ
の気筒群にグループ分けされている。（例えば、図１の
実施形態では、気筒点火順序は１−３−４−２であり、
＃１、＃４の気筒と＃２、＃３の気筒とがそれぞれ気筒
群を構成している。）また、各気筒の排気ポートは気筒
群毎に排気マニホルドに接続され、気筒群毎の排気通路
に接続されている。図１において、２１ａは＃１、＃４
気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ａに
接続する排気マニホルド、２１ｂは＃２、＃４気筒から
なる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ｂに接続する
排気マニホルドである。本実施形態では、個別排気通路
２ａ、２ｂ上には、三元触媒からなるスタートキャタリ
スト（以下「ＳＣ」と呼ぶ）５ａと５ｂがそれぞれ配置
されている。また、個別排気通路２ａ、２ｂはＳＣ下流
側で共通の排気通路２に合流している。

【００２８】共通排気通路２上には、後述するＮＯ_X吸
蔵還元触媒７が配置されている。図１に２９ａ、２９ｂ
で示すのは、個別排気通路２ａ、２ｂのスタートキャタ
リスト５ａ、５ｂ上流側に配置された空燃比センサ、３
１で示すのは、排気通路２のＮＯ_X吸蔵還元触媒７出口
に配置された空燃比センサである。空燃比センサ２９
ａ、２９ｂ及び３１は、広い空燃比範囲で排気空燃比に
対応する電圧信号を出力する、いわゆるリニア空燃比セ
ンサとされている。

【００２９】更に、図１に３０で示すのは機関１の電子
制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０は、本実施
形態ではＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵを備えた公知の構成の
マイクロコンピュータとされ、機関１の点火時期制御や
燃料噴射制御等の基本制御を行なっている。また、本実
施形態では、ＥＣＵ３０は上記の基本制御を行う他に、
後述するように機関運転状態に応じて筒内噴射弁１１１
から１１４の燃料噴射モードを変更し機関の運転空燃比
を変更する制御を行なうとともに、更にＮＯ_X吸蔵還元
触媒７から吸収したＮＯ_Xを放出させるために機関のリ
ーン空燃比運転中に短時間運転空燃比をリッチ空燃比に
切り換えるリッチスパイク操作を行なっている。

【００３０】ＥＣＵ３０の入力ポートには、空燃比セン
サ２９ａ、２９ｂからスタートキャタリスト５ａ、５ｂ
入口における排気空燃比を表す信号と、空燃比センサ３
１からＮＯ_X吸蔵還元触媒７出口における排気空燃比を
表す信号が、また、図示しない機関吸気マニホルドに設
けられた吸気圧センサ３３から機関の吸気圧力に対応す
る信号がそれぞれ入力されている他、機関クランク軸
（図示せず）近傍に配置された回転数センサ３５から機
関クランク軸一定回転角毎にパルス信号が入力されてい
る。更に、本実施形態では、ＥＣＵ３０の入力ポートに
は機関１のアクセルペダル（図示せず）近傍に配置した
アクセル開度センサ３７から運転者のアクセルペダル踏
込み量（アクセル開度）を表す信号が入力されている。
ＥＣＵ３０は、所定間隔毎に吸気圧センサ３３出力とア
クセル開度センサ３７出力とをＡＤ変換して吸気圧力Ｐ
Ｍとアクセル開度ＡＣＣＰとしてＥＣＵ３０のＲＡＭの
所定領域に格納するとともに、回転数センサ３５からの
パルス信号の間隔から機関回転数ＮＥを算出し、ＲＡＭ
の所定の領域に格納している。また、ＥＣＵ３０の出力
ポートは、図示しない燃料噴射回路を介して各気筒の筒
内燃料噴射弁１１１から１１４に接続され、各気筒の筒
内燃料噴射弁からの燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御
している。

【００３１】本実施形態では、ＥＣＵ３０は機関１を機
関の運転状態に応じて以下の５つの燃焼モードで運転す
る。リーン空燃比成層燃焼（圧縮行程１回噴射）リーン空燃比均質混合気／成層燃焼（吸気行程／圧
縮行程２回噴射）リーン空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）理論空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）リッチ空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）すなわち、機関１の軽負荷運転領域では、上記のリー
ン空燃比成層燃焼が行なわれる。この状態では、筒内燃
料噴射は各気筒の圧縮行程後半に１回のみ行なわれ、噴
射された燃料は気筒点火プラグ近傍に可燃空燃比混合気
の層を形成する。また、この運転状態での燃料噴射量は
極めて少なく、気筒内の全体としての空燃比は２５から
３０程度になる。

【００３２】上記の状態から負荷が増大して低負荷運
転領域になると、上記リーン空燃比均質混合気／成層
燃焼が行なわれる。機関負荷が増大するにつれて気筒内
に噴射する燃料は増量されるが、上記の成層燃焼では
燃料噴射を圧縮行程後半に行なうため、噴射時間が限ら
れてしまい成層させることのできる燃料量には限界があ
る。そこで、この負荷領域では圧縮行程後半の燃料噴射
だけでは不足する燃料の量を予め吸気行程前半に噴射す
ることにより目標量の燃料を気筒に供給するようにして
いる。吸気行程前半に気筒内に噴射された燃料は着火時
までに極めてリーンな均質混合気を生成する。圧縮行程
後半ではこの極めてリーンな均質混合気中に更に燃料が
噴射され点火プラグ近傍に着火可能な可燃空燃比混合気
の層が生成される。着火時にはこの可燃混合気層が燃焼
を開始し周囲の希薄な混合気層に火炎が伝播するため安
定した燃焼が行なわれるようになる。この状態では吸気
行程と圧縮行程での噴射により供給される燃料量はよ
り増量されるが、全体としての空燃比はリーン（例えば
空燃比で２０から３０程度）になる。

【００３３】更に機関負荷が増大すると、機関１では上
記のリーン空燃比均質混合気燃焼が行なわれる。この
状態では燃料噴射は吸気行程前半に１回のみ実行され、
燃料噴射量は上記より更に増量される。この状態で気
筒内に生成される均質混合気は理論空燃比に比較的近い
弱リーン空燃比（例えば理論空燃比から２０程度の空燃
比）となる。

【００３４】機関負荷が増大して機関高負荷運転領域に
なると、の状態から更に燃料が増量され、上記の理
論空燃比均質混合気運転が行なわれる。この状態では、
気筒内には理論空燃比の均質な混合気が生成されるよう
になり、機関出力が増大する。また、更に機関負荷が増
大して機関の全負荷運転になると、の状態から燃料噴
射量が更に増量されのリッチ空燃比均質混合気運転が
行なわれる。この状態では、気筒内に生成される均質混
合気の空燃比はリッチ（例えば空燃比で１２から１４程
度）になる。

【００３５】本実施形態では、アクセル開度（運転者の
アクセルペダル踏込み量）ＡＣＣＰと機関回転数ＮＥと
に応じて予め実験等に基づいて最適な運転モード（上記
から）が設定されており、ＥＣＵ３０のＲＯＭにア
クセル開度と機関回転数とを用いたマップとして格納し
てある。機関１運転中、ＥＣＵ３０はアクセル開度セン
サ３７で検出したアクセル開度ＡＣＣＰと回転数センサ
３５出力に基づいて算出した機関回転数ＮＥとに基づい
て、現在上記からのいずれの運転モードを選択すべ
きかを決定し、それぞれのモードに応じて燃料噴射量及
び燃料噴射時期及び回数を決定する。

【００３６】すなわち、上記からのモード（リーン
空燃比燃焼）が選択された場合には、ＥＣＵ３０は上記
からのモード毎に予め準備されたマップに基づい
て、アクセル開度ＡＣＣＰと機関回転数ＮＥとから燃料
噴射量を決定する。又、上記とのモード（理論空燃
比またはリッチ空燃比均質混合気燃焼）が選択された場
合には、ＥＣＵ３０は上記とのモード毎に予め準備
されたマップに基づいて、吸気圧センサ３３で検出され
た吸気圧力と機関回転数とに基づいて燃料噴射量を設定
する。

【００３７】又、モード（理論空燃比均質混合気燃
焼）が選択された場合には、ＥＣＵ３０は更に上記によ
り算出した燃料噴射量を、機関排気空燃比が理論空燃比
となるように空燃比センサ２９ａ、２９ｂ及び３１の出
力に基づいてフィードバック補正する。次に、本実施形
態のスタートキャタリスト５ａ、５ｂ及びＮＯ_X吸蔵還
元触媒について説明する。

【００３８】スタートキャタリスト（ＳＣ）５ａ、５ｂ
は、ハニカム状に成形したコージェライト等の担体を用
いて、この担体表面にアルミナの薄いコーティングを形
成し、このアルミナ層に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロ
ジウムＲｈ等の貴金属触媒成分を担持させた三元触媒と
して構成される。三元触媒は理論空燃比近傍でＨＣ、Ｃ
Ｏ、ＮＯ_Xの３成分を高効率で浄化する。三元触媒は、
流入する排気の空燃比が理論空燃比より高くなるとＮＯ
_Xの還元能力が低下するため、機関１がリーン空燃比運
転されているときの排気中のＮＯ_Xを充分に浄化するこ
とはできない。

【００３９】また、ＳＣ５ａ、５ｂは機関始動後短時間
で触媒の活性温度に到達し、触媒作用を開始することが
できるように、排気通路２ａ、２ｂの機関１に近い部分
に配置され、熱容量を低減するために比較的小容量のも
のとされている。次に、本実施形態のＮＯ_X吸蔵還元触
媒７について説明する。本実施形態のＮＯ_X吸蔵還元触
媒７は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例え
ばカリウムＫ、ナトリウムＮa 、リチウムＬi 、セシウ
ムＣs のようなアルカリ金属、バリウムＢa 、カルシウ
ムＣa のようなアルカリ土類、ランタンＬa 、セリウム
Ｃｅ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少な
くとも一つの成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを担持
したものである。ＮＯ_X吸蔵還元触媒は流入する排気ガ
スの空燃比がリーンのときに、排気中のＮＯ_X（Ｎ
Ｏ₂、ＮＯ）を硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で吸収し、流入
排気ガスがリッチになると吸収したＮＯ_Xを放出するＮ
Ｏ_Xの吸放出作用を行う。

【００４０】この吸放出のメカニズムについて、以下に
白金ＰｔおよびバリウムＢａを使用した場合を例にとっ
て説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土
類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。流入排
気中の酸素濃度が増大すると（すなわち排気の空燃比が
リーン空燃比になると）、これら酸素は白金Ｐｔ上にＯ
₂ ^-またはＯ^2-の形で付着し、排気中のＮＯ_Xは白金Ｐ
ｔ上のＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応し、これによりＮＯ₂が
生成される。また、流入排気中のＮＯ₂及び上記により
生成したＮＯ₂は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ触媒中
に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イ
オンＮＯ₃ ^-の形で触媒内に拡散する。このため、リー
ン雰囲気下では排気中のＮＯ_XがＮＯ_X吸蔵還元触媒内
に硝酸塩の形で吸収されるようになる。また、流入排気
中の酸素濃度が低下すると（すなわち、排気の空燃比が
低下すると）、白金Ｐｔ上でのＮＯ₂生成量が減少する
ため、反応が逆方向に進むようになり、触媒内の硝酸イ
オンＮＯ₃ ^-はＮＯ₂の形でＮＯ_X吸蔵還元触媒から放
出されるようになる。この場合、排気中にＨＣ、ＣＯ等
の成分が存在すると白金Ｐｔ上でこれらの成分によりＮ
Ｏ₂が還元される。

【００４１】図１１で説明したように、ＮＯ_X吸蔵還元
触媒の吸蔵可能な最大ＮＯ_X量は弱リーン空燃比領域に
なると空燃比の低下とともに減少する。これは、上述の
ＮＯ ₂→ＮＯ₃ ^-の方向の反応速度（ＮＯ_X吸収速度）
とＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂の方向の反応速度（ＮＯ_X放出速
度）が排気中の酸素濃度が低いほど低下し、ＮＯ_X吸蔵
還元触媒中の硝酸イオン濃度（吸蔵量）が高い程増大す
るためと考えられる。すなわち、排気中の酸素濃度が高
くＮＯ_X吸蔵還元触媒中の硝酸イオン濃度が低い場合に
は、ＮＯ_X吸収速度がＮＯ_Xの放出速度より大きくな
り、ＮＯ_X吸蔵還元触媒はＮＯ_Xを吸収する。しかし、
ＮＯ_X吸蔵量が増大してＮＯ_X吸蔵還元触媒中の硝酸イ
オン濃度が増大するとＮＯ_X放出速度は次第に大きくな
り、触媒中の硝酸イオンがある量に到達するとＮＯ_Xの
吸収速度と放出速度とがバランスしてＮＯ_X吸蔵還元触
媒はＮＯ_Xを吸収しなくなる。すなわち、この時の触媒
中の硝酸イオン濃度（吸蔵量）がその空燃比（酸素濃
度）におけるＮＯ_X吸蔵還元触媒の最大ＮＯ_X吸蔵量と
なる。従って、排気中の酸素濃度（空燃比）が低下して
ＮＯ_X吸蔵還元触媒へのＮＯ_X吸収速度が低下すると、
それに応じてＮＯ_X吸収速度とバランスするＮＯ_X放出
速度も低下することになり、ＮＯ_X吸蔵還元触媒の最大
ＮＯ_X吸蔵量が空燃比とともに低下する。このＮＯ_X吸
蔵量の低下は、排気酸素濃度が充分に大きい場合には
（例えば空燃比で２０以上の場合には）ＮＯ_X吸収速度
が充分に高いためあまり問題とならず、ＮＯ_X吸蔵還元
触媒はＢａＯの全量が硝酸イオンで飽和するまでＮＯ_X
を吸収可能となる。しかし、理論空燃比に比較的近い弱
リーン空燃比領域（空燃比が２０以下）ではＮＯ_X吸収
速度の低下が大きいため、空燃比の低下につれてＮＯ_X
吸蔵還元触媒の最大ＮＯ_X吸蔵量が低下するものと考え
られる。

【００４２】本実施形態では、リーン空燃比運転可能な
機関１が使用されており、機関１がリーン空燃比で運転
されているときには、ＮＯ_X吸蔵還元触媒は流入する排
気中のＮＯ_Xを吸収する。また、機関１がリッチ空燃比
で運転されると、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７は吸収したＮＯ
_Xを放出、還元浄化する。本実施形態では、リーン空燃
比運転中にＮＯ_X吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯ_X量
が増大すると、短時間機関空燃比をリーン空燃比からリ
ッチ空燃比に切り換えるリッチスパイク運転を行い、Ｎ
Ｏ_X吸蔵還元触媒からのＮＯ_Xの放出と還元浄化とを行
なうようにしている。

【００４３】本実施形態では、ＥＣＵ３０はＮＯ_Xカウ
ンタの値を増減することによりＮＯ _X吸蔵還元触媒７が
吸収保持しているＮＯ_X量を推定する。ＮＯ_X吸蔵還元
触媒７に単位時間当たりに吸収されるＮＯ_Xの量はＮＯ
_X吸蔵還元触媒に単位時間当たりに流入する排気中のＮ
Ｏ_X量、すなわち機関１で単位時間当たりに生成される
ＮＯ_X量に比例している。一方、機関で単位時間当たり
に発生するＮＯ_Xの量は機関への燃料供給量、空燃比、
排気流量等によって定まるため、機関運転条件が定まれ
ばＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸収されるＮＯ_X量を知ること
ができる。本実施形態では、予め機関運転条件（アクセ
ル開度、機関回転数、吸入空気量、吸気圧力、空燃比、
燃料供給量など）を変えて機関が単位時間当たりに発生
するＮＯ _X量を実測し、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７に単位時
間当たりに吸収されるＮＯ_X量を、例えば機関負荷（燃
料噴射量）と機関回転数とを用いた数値マップの形でＥ
ＣＵ３０のＲＯＭに格納している。ＥＣＵ３０は一定時
間毎（上記の単位時間毎）に機関負荷（燃料噴射量）と
機関回転数とからこのマップを用いて単位時間当たりに
ＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯ_X量を算出し、Ｎ
Ｏ_XカウンタをこのＮＯ_X吸収量だけ増大させる。これ
によりＮＯ_Xカウンタの値は常にＮＯ_X吸蔵還元触媒７
に吸収されたＮＯ_Xの量を表すようになる。ＥＣＵ３０
は、機関のリーン空燃比運転中に、上記ＮＯ_Xカウンタ
の値が所定値以上に増大したときに、短時間（例えば
０．５から１秒程度）前述ののモード（リッチ空燃比
均質混合気燃焼）で運転するリッチスパイク操作を行な
う。これにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒から吸収したＮＯ
_Xが放出され、還元浄化される。なお、リッチスパイク
で排気空燃比をリッチに保持する時間は詳細にはＮＯ_X
吸蔵還元触媒の種類、容量などに基づいて実験等により
決定される。また、リッチスパイクを実行してＮＯ _X吸
蔵還元触媒からＮＯ_Xが放出、還元浄化された後はＮＯ
_Xカウンタの値は０にリセットされる。このように、Ｎ
Ｏ_X吸蔵還元触媒７のＮＯ_X吸収量に応じてリッチスパ
イクを行なうことにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７は適切
に再生され、ＮＯ_X吸蔵還元触媒が吸収したＮＯ_Xで飽
和することが防止される。

【００４４】ところが、本実施形態のように広い空燃比
範囲で運転される機関では、例えば空燃比３０程度のリ
ーン空燃比（モード）運転時にリッチスパイク操作
（モード）を行なう際に、急激に空燃比をリッチ空燃
比に切り換えると空燃比変化による出力トルクの急増に
よりトルクショックが生じる場合がある。このため、リ
ッチスパイク操作時には、機関数回転程度の時間をかけ
てモード（リーン空燃比成層燃焼（圧縮行程１回噴
射））からモード（リーン空燃比均質混合気／成層燃
焼（吸気行程／圧縮行程２回噴射）とモード（リーン
空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射））の運転モ
ードを経てから（リッチ空燃比均質混合気燃焼（吸気
行程１回噴射））に移行するようにしてトルクショック
が生じることを防止している。このため、リッチスパイ
ク操作時には必ずＮＯ_X吸蔵還元触媒の吸蔵能力が低下
する弱リーン空燃比領域（空燃比で２０以下、モード
に相当）に運転空燃比が変更される状態が生じてしま
う。この領域では、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮ
Ｏ_Xのうち、最大吸蔵量を越えた分のＮＯ_XがＮＯ_X吸
蔵還元触媒から放出されることになるが、排気空燃比が
リーンであるため放出されたＮＯ_Xは還元されず、未浄
化のままでＮＯ_X吸蔵還元触媒下流側に流出する場合が
生じる。更に、図１２で説明したように、弱リーン空燃
比領域では機関から排出されるＮＯ_X量も増大するた
め、機関運転空燃比がリーン空燃比から弱リーン空燃比
に変更されると、ＮＯ_X吸蔵還元触媒から放出されたＮ
Ｏ_Xのみならず機関から排出されたＮＯ_Xも未浄化のま
まＮＯ_X吸蔵還元触媒下流側に流出するおそれがある。

【００４５】そこで、以下に説明する実施形態では、運
転空燃比が弱リーン空燃比に変更され、ＮＯ_X吸蔵還元
触媒から未浄化のＮＯ_Xが流出する可能性がある場合に
は、燃焼に寄与しない無効燃料を機関に供給することに
より機関の運転空燃比が弱リーン空燃比領域にあるとき
であってもＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比を
リッチ空燃比に調整することにより未浄化のＮＯ_Xの流
出を防止している。なお、機関に無効燃料を供給する方
法としては、筒内燃料噴射弁から気筒の膨張または排気
行程中に燃焼に寄与しない燃料を噴射する方法（二次燃
料噴射による方法）、または排気ポートに燃料噴射弁を
設け、排気ポートに燃料を噴射する方法（排気ポート燃
料噴射による方法）とがある。以下の実施形態では、二
次燃料噴射により機関に無効燃料を供給する例について
説明するが、排気ポート燃料噴射による方法でも同様な
効果を得ることができる。

【００４６】（１）第１の実施形態図２は、本発明の空燃比調整操作を説明するフローチャ
ートである。本操作はＥＣＵ３０により所定間隔で（例
えば一定クランク回転角毎に）実行されるルーチンとし
て行なわれる。本実施形態では、機関運転空燃比が変化
中に弱リーン空燃比領域（理論空燃比から空燃比２０程
度の領域）になった場合に、各気筒の筒内燃料噴射弁か
ら二次燃料噴射を行ない、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７に流入
する排気空燃比を理論空燃比よりリッチ側に維持するよ
うにしている。これにより、例えば機関運転空燃比がリ
ーン空燃比からリッチ空燃比またはリッチ空燃比からリ
ーン空燃比に変更される際に弱リーン空燃比領域を通過
する場合、及びリーン空燃比またはリッチ空燃比から弱
リーン空燃比領域内の空燃比に変更される場合のみなら
ず、弱リーン空燃比領域内で機関空燃比が変更される場
合にもＮＯ_X吸蔵還元触媒７から未浄化のＮＯ_Xが流出
することが防止される。

【００４７】図２において、操作がスタートするとステ
ップ２０１では、機関アクセル開度ＡＣＣＰ、機関回転
数ＮＥ、機関吸気圧力ＰＭが読み込まれ、ステップ２０
３では、ＡＣＣＰとＮＥとから現在の運転モード（か
ら）が判別され、更に各運転モード毎に準備された数
値テーブルから、ＡＣＣＰとＮＥ（モード〜）また
はＰＭとＮＥ（モード、）に基づいて現在の機関燃
料噴射量（二次噴射量と区別するため、以下「主燃料噴
射量」と呼ぶ）が算出される。そして、ステップ２０５
では機関吸入空気量ＧＡとステップ２０１で算出された
主燃料噴射量とに基づいて、機関の運転空燃比Ａ／Ｆ
（燃焼室内における燃焼空燃比）が算出される。ここ
で、機関吸入空気量ＧＡは、機関吸気通路にエアフロー
メータを設けて直接検出しても良いし、予め機関回転数
ＮＥと吸入空気圧力ＰＭと吸入空気量ＧＡとの関係を求
めておき、ＮＥとＰＭとから吸入空気量ＧＡを算出する
ようにしても良い。また、燃料噴射量と吸入空気量とに
基づいて運転空燃比を算出する代わりに、予め各運転モ
ード毎にアクセル開度ＡＣＣＰと回転数ＮＥと機関運転
空燃比との関係を求めておき、ＡＣＣＰとＮＥとから直
接Ａ／Ｆを求めるようにすることも可能である。

【００４８】上記により運転空燃比Ａ／Ｆを算出後、ス
テップ２０７では、現在運転空燃比Ａ／Ｆが変化中か否
かが判定される。ステップ２０７では、今回算出された
運転空燃比Ａ／Ｆと前回操作実行時に算出された運転空
燃比（Ａ／Ｆ）_iとの差の絶対値｜（Ａ／Ｆ）−（Ａ／
Ｆ）_i｜が予め定めた値以上の場合に現在運転Ａ／Ｆが
変化中であると判定する。

【００４９】ステップ２０７で現在運転空燃比が変化中
であった場合には、ステップ２０９で現在の運転空燃比
が弱リーン空燃比領域（理論空燃比から空燃比２０程度
までの領域）に入っているか否かが判定される。そし
て、現在運転空燃比が変化中であり、かつ弱リーン空燃
比領域で運転されている場合には、ＮＯ_X吸蔵還元触媒
７から未浄化のＮＯ_Xが流出する可能性があるため、二
次燃料噴射を実行することとしてステップ２１１で二次
燃料噴射量を算出する。ステップ２１１では、二次燃料
噴射量は、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７に流入する排気の空燃
比を理論空燃比よりリッチ側の空燃比にするのに必要と
される量（より詳細には、排気空燃比を理論空燃比にす
るのに必要な燃料量とＮＯ_X吸蔵還元触媒から放出され
るＮＯ_Xの全量を還元するのに必要なＨＣ量に相当する
燃料量との合計より大きい値）として現在の空燃比Ａ／
Ｆと主燃料噴射量とに基づいて算出される。そして、ス
テップ２１３では上記により算出された二次燃料噴射量
を燃料噴射回路にセットして操作を終了する。これによ
り、各気筒の筒内燃料噴射弁からは気筒膨張行程または
排気行程に二次燃料噴射が実行され、機関運転空燃比が
変化して弱リーン空燃比領域内の空燃比になった場合に
もＮＯ_X吸蔵還元触媒７に流入する排気空燃比は理論空
燃比よりリッチ側に維持されるようになり、ＮＯ_X吸蔵
還元触媒７からの未浄化のＮＯ_Xの流出が防止される。
なお、本実施形態では、ステップ２０７で機関運転空燃
比が変化中でなかった場合、または機関運転空燃比が弱
リーン空燃比領域に無い場合にはＮＯ_X吸蔵還元触媒７
から未浄化のＮＯ_Xが流出することはないため二次燃料
噴射は実行しない。

【００５０】図３は、本実施形態の空燃比調整操作の変
形例を示すフローチャートである。本操作では、図２の
ステップ２０７が省略されている点のみが図２の実施形
態と相違している。すなわち、図３から判るように本変
形例では機関運転空燃比が変化中か否かにかかわらず、
機関運転空燃比が弱リーン空燃比領域にある場合には常
に二次燃料噴射を実行するようにしている。図１２で説
明したように、弱リーン空燃比領域では機関のＮＯ_X排
出量が増大し、しかもＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸蔵
能力が低下するため、ＮＯ_Xの排出量が多い機関では、
機関から排出されたＮＯ_Xの一部がＮＯ_X吸蔵還元触媒
７に吸収されずに下流側に流出する可能性がある。しか
し、本実施形態によれば機関から排出されたＮＯ_XもＮ
Ｏ_X吸蔵還元触媒７上で二次燃料噴射により供給される
ＨＣ、ＣＯ成分により還元浄化されるため、未浄化のＮ
Ｏ_Xの流出を完全に防止することが可能となる。

【００５１】なお、図３の場合には機関が弱リーン空燃
比領域で長時間運転される場合には、ＮＯ_X吸蔵還元触
媒７から吸蔵したＮＯ_Xの全量が放出される場合が生じ
る。従って、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７から全量のＮＯ_Xが
放出され、還元浄化された後は、二次燃料噴射を停止し
てもよい。ＮＯ_X吸蔵還元触媒７上でＮＯ_Xが還元浄化
されている間は、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７出口の空燃比は
理論空燃比近傍になり、ＮＯ_Xの全量が還元された後は
出口空燃比はＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比
と同じ（すなわちリッチ空燃比）に変化する。このた
め、この場合、例えばＮＯ_X吸蔵還元触媒７下流側の空
燃比センサ３１で検出した空燃比が理論空燃比からリッ
チ空燃比に変化したときにＮＯ_Xの全量が放出、還元浄
化されたと判断して二次燃料噴射を停止するようにする
ことも可能である。

【００５２】（２）第２の実施形態図４は本発明の空燃比調整操作の第２の実施形態を説明
するフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により
所定間隔で（例えば一定クランク回転角毎に）実行され
るルーチンとして行なわれる。本実施形態では、機関運
転空燃比が変化して弱リーン空燃比領域になったとき
に、運転空燃比変化によりＮＯ_X吸蔵還元触媒７から放
出されるＮＯ_Xの量と、機関から排出されるＮＯ_Xの量
とを算出し、これらのＮＯ_Xを還元浄化するのに必要な
量の燃料を二次燃料噴射により機関に供給するようにし
ている。これにより、二次燃料噴射量は実際にＮＯ_X吸
蔵還元触媒７から放出される未浄化のＮＯ _Xを過不足な
く還元するのに必要な量だけに設定されるため、機関の
燃料消費量の増大を最小限に抑えつつ未浄化のＮＯ_Xの
流出を完全に防止することが可能となる。

【００５３】図４の操作において、ステップ４０１では
ＡＣＣＰ、ＮＥ、ＰＭに加えて、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７
の現在のＮＯ_X吸蔵量を表すＮＯ_XカウンタＣＮＯＸの
値が読み込まれる。前述のように、本実施形態ではＥＣ
Ｕ３０は別途実行される図示しないルーチンで機関運転
状態に基づいてＮＯ_XカウンタＣＮＯＸの値を算出して
おり、ＣＮＯＸの値は現在のＮＯ_X吸蔵還元触媒７のＮ
Ｏ_X吸蔵量に対応した値となっている。

【００５４】ステップ４０３と４０５では図２ステップ
２０３、２０５と同様な方法で機関の燃料噴射量と現在
の機関の運転空燃比Ａ／Ｆとが算出され、ステップ４０
７では現在機関運転空燃比Ａ／Ｆが弱リーン空燃比領域
にあるか否かが判定される。現在機関運転空燃比が弱リ
ーン空燃比領域にある場合には、次にステップ４０９
で、現在の機関の排気が直接ＮＯ_X吸蔵還元触媒７に到
達した場合の、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７の最大ＮＯ_X吸蔵
量ＣＮＯＸ_MAXが現在の機関空燃比Ａ／Ｆに基づいて、
図１１に示した関係から算出される。また、ステップ４
１１では現在の機関運転空燃比における機関からのＮＯ
_X排出量ＣＮＯＸ_EXが図１２の関係に基づいて算出され
る。

【００５５】ステップ４１３では、現在のＮＯ_X吸蔵量
ＣＮＯＸと、最大ＮＯ_X吸蔵量ＣＮＯＸ_MAX及び機関Ｎ
Ｏ_X排出量ＣＮＯＸ_EXとに基づいて、現在の機関運転空
燃比Ａ／Ｆの排気がそのままＮＯ_X吸蔵還元触媒７に流
入した場合に、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７から流出するであ
ろう未浄化ＮＯ_Xの量ΔＣＮＯＸが、 ΔＣＮＯＸ＝ＣＮＯＸ_EX＋（ＣＮＯＸ−ＣＮＯＸ_MAX）として算出される。ここで、（ＣＮＯＸ−ＣＮＯ
Ｘ_MAX）は排気空燃比が機関運転空燃比と同一になった
場合にＮＯ_X吸蔵還元触媒７から放出されるＮＯ_Xの量
である。（弱リーン空燃比領域で空燃比がリーン方向に
変化する場合にはＣＮＯＸ_MAXは増大するため、（ＣＮ
ＯＸ−ＣＮＯＸ_MAX）は負の値になり、ＮＯ_X吸蔵還元
触媒に吸収されるＮＯ_X量を表すことになる。）従って、ΔＣＮＯＸ＝ＣＮＯＸ_EX＋（ＣＮＯＸ−ＣＮＯ
Ｘ_MAX）の値は、機関から排出されるＮＯ_X量にＮＯ_X
吸蔵還元触媒７から放出される未浄化のＮＯ_X量、また
は機関から排出されるＮＯ_X量からＮＯ_X吸蔵還元触媒
７に吸収されるＮＯ_X量を差し引いた値となる。

【００５６】次いで、ステップ４１５では上記により算
出したΔＣＮＯＸが正の値になっているか否かが判定さ
れる。ここで、ΔＣＮＯＸ＞０の場合は、ＮＯ_X吸蔵還
元触媒７から吸蔵能力の低下により未浄化のＮＯ_Xが放
出される場合と、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７の吸蔵能力は低
下しないが機関から排出されたＮＯ_Xの全量を吸収でき
ない場合の両方を含むことになる。また、ΔＣＮＯＸ≦
０の場合は、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７の吸蔵能力の低下が
なく、しかも機関から排出されるＮＯ_Xの全量を吸収可
能なだけの余地がある場合である。

【００５７】ステップ４１５でΔＣＮＯＸ＞０であった
場合には、すなわちΔＣＮＯＸの量の未浄化のＮＯ_Xが
ＮＯ_X吸蔵還元触媒７から流出するため、ステップ４１
７ではこのΔＣＮＯＸの値と、現在の主燃料噴射量とに
応じて二次燃料噴射量が設定される。この場合、二次燃
料噴射量はＮＯ_X吸蔵還元触媒７に流入する排気空燃比
を理論空燃比にするのに必要な燃料量と、ΔＣＮＯＸの
量のＮＯ_Xを還元するのに必要とされるＨＣ量に相当す
る燃料量との合計となる。そして、ステップ４１９では
現在のＮＯ_X吸蔵量ＣＮＯＸの値が現在の最大ＮＯ_X吸
蔵量ＣＮＯＸ_MA _Xに変更され、ステップ４２１ではステ
ップ４１７で算出した二次燃料噴射量が燃料噴射回路に
セットされる。これにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７から
流出する未浄化のＮＯ_Xを還元浄化するのに必要かつ充
分な燃料が供給されるため、未浄化のＮＯ_Xの流出が防
止される。また、ステップ４１５でΔＣＮＯＸ≦０であ
った場合には、機関から排出されるＮＯ_Xの全量ＣＮＯ
Ｘ_EXがＮＯ_X吸蔵還元触媒７に吸収されるため、ＮＯ_X
吸蔵還元触媒７のＮＯ_X吸蔵量ＣＮＯＸは、ＣＮＯＸ_EX
だけ増大される。

【００５８】上述のように、本実施形態によれば空燃比
変化により実際にＮＯ_X吸蔵還元触媒７から流出する未
浄化のＮＯ_Xを浄化するのに必要な量だけの燃料が二次
燃料噴射量として設定されるようになる。（３）第３の実施形態次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

【００５９】図５は本発明の空燃比調整操作の第３の実
施形態を説明するフローチャートである。本操作はＥＣ
Ｕ３０により所定間隔で（例えば一定クランク回転角毎
に）実行されるルーチンとして行なわれる。本実施形態
では、機関の運転空燃比が弱リーン空燃比領域に変化し
たときに、実際にＮＯ_X吸蔵還元触媒７に流入する排気
空燃比を機関排気通路２ａ、２ｂのＳＣ５ａ、５ｂ上流
側の空燃比センサ２９ａ、２９ｂで検出し、この空燃比
が所定のリッチ空燃比になるように二次燃料噴射量を制
御する。これにより、機関運転空燃比が弱リーン空燃比
領域に入っても、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気空
燃比は正確に目標空燃比に維持されるため、ＮＯ_X吸蔵
還元触媒７からの未浄化のＮＯ_Xの放出が確実に防止さ
れる。また、機関にはＮＯ_X吸蔵還元触媒７に流入する
排気空燃比を目標リッチ空燃比に維持するのに必要なだ
けの量の二次燃料噴射が行なわれるため、過剰な二次燃
料噴射が行なわれることが防止される。

【００６０】図５の操作では、ステップ５０１でアクセ
ル開度ＡＣＣＰ、回転数ＮＥ、吸気圧力ＰＭが読み込ま
れ、ステップ５０３では機関主燃料噴射量が算出され、
ステップ５０５では機関の運転空燃比Ａ／Ｆが算出され
る。これらの操作は図２ステップ２０１から２０５と同
様の操作である。次いで、ステップ５０７では、現在機
関運転空燃比Ａ／Ｆが変化中か否かが、また、現在Ａ／
Ｆが変化中であった場合にはステップ５０９で現在の運
転空燃比が弱リーン空燃比領域になっているか否かが判
定される。ステップ５０７、ステップ５０９は図２の操
作のステップ２０７、２０９と同一の操作である。

【００６１】現在Ａ／Ｆが変化中であり、しかもＡ／Ｆ
が弱リーン領域に入っている場合には、ステップ５１１
で空燃比センサ２９ａ、２９ｂの出力から現在ＮＯ_X吸
蔵還元触媒７に流入している排気の空燃比ＡＦＲが算出
される。本実施形態では、空燃比センサ２９ａと２９ｂ
とで検出した排気空燃比の平均値をＡＦＲとして使用す
る。そして、ステップ５１３では、上記空燃比ＡＦＲが
理論空燃比よりリッチ側の目標空燃比ＡＦＲ₀になるよ
うに各気筒の二次燃料噴射量が制御される。なお、ステ
ップ５１３の二次燃料噴射量の制御は、例えば目標空燃
比ＡＦＲ₀と実際の空燃比ＡＦＲとの差ΔＡＦＲに基づ
く比例積分制御としても良い。なお、本実施形態におい
ても、目標空燃比ＡＦＲ₀は、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７か
ら放出されるＮＯ_Xの全量を還元するのに必要なＨＣ、
ＣＯ量を供給可能なリッチ空燃比とされる。

【００６２】（４）第４の実施形態次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図６
は本発明の空燃比調整操作の第４の実施形態を説明する
フローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により所定
間隔で（例えば一定クランク回転角毎に）実行されるル
ーチンとして行なわれる。

【００６３】本実施形態では、リーン空燃比運転中にリ
ッチスパイク操作を行なう際に、運転モードの切り換え
等により弱リーン空燃比領域を通過する際にＮＯ_X吸蔵
還元触媒７から未浄化のＮＯ_Xが流出することを防止す
るために二次燃料噴射を実行する。すなわち、本実施形
態では、リッチスパイク開始後空燃比が弱リーン空燃比
領域にある間二次燃料噴射が実行される。これにより、
リッチスパイク操作開始初期のＮＯ_X吸蔵還元触媒７か
らの未浄化のＮＯ_Xの放出が防止される。

【００６４】図６の操作では、まずステップ６０１でリ
ッチスパイク実行フラグＸＲの値が１にセットされてい
るか否かが判定される。フラグＸＲの値はＥＣＵ３０に
より別途実行されるルーチンにより、ＮＯ_X吸蔵還元触
媒７からＮＯ_Xを放出させるべきときに（例えばＮＯ_X
吸蔵還元触媒７のＮＯ_X吸蔵量ＣＮＯＸが所定値に到達
した場合に）１にセットされる。また、フラグＸＲの値
が１にセットされると、別途ＥＣＵ３０により実行され
るルーチンにより機関の運転空燃比がリーン空燃比か
ら、弱リーン空燃比領域を経てリッチ空燃比に切り換え
られる。

【００６５】ステップ６０１でＸＲ≠１であった場合に
は、現在リッチスパイク操作は実行されておらず、二次
燃料噴射を実行する必要はないため、本操作は直ちに終
了する。ステップ６０１でリッチスパイク操作が実行さ
れていた場合（ＸＲ＝１の場合）には、次にステップ６
０３から６０７が実行され、アクセル開度、機関回転数
ＮＥ、吸気圧力ＰＭとから機関の主燃料噴射量と機関運
転空燃比Ａ／Ｆが算出される。ステップ６０３から６０
７の操作は、図２ステップ２０１から２０５の操作と同
様である。

【００６６】次いで、ステップ６１１では上記により算
出した機関運転空燃比Ａ／Ｆに基づいて、現在機関が弱
リーン空燃比領域で運転されているか否かが判定され、
現在弱リーン空燃比領域で運転されている場合には、ス
テップ６１３で二次燃料噴射量が算出され、ステップ６
１５で二次燃料噴射が実行される。なお、ステップ６１
３で設定される二次燃料噴射量は、例えばＮＯ_X吸蔵還
元触媒７に流入する排気空燃比が、充分にリッチ空燃比
に維持されるように設定される。

【００６７】図７は第４の実施形態の変形例を示すフロ
ーチャートである。本操作はＥＣＵ３０により所定間隔
で（例えば一定クランク回転角毎）に実行されるルーチ
ンとして行なわれる。本操作では、リッチスパイク終了
時にリッチ空燃比からリーン空燃比に復帰する際、弱リ
ーン空燃比領域で二次燃料噴射を実行する。本来リッチ
スパイク終了後はＮＯ_X吸蔵還元触媒７に吸蔵されたＮ
Ｏ_Xが放出、還元浄化された後なのでＮＯ_X吸蔵還元触
媒７に流入する排気空燃比が弱リーン空燃比領域になっ
てもＮＯ_X吸蔵還元触媒７からＮＯ_Xが放出されること
はない。しかし、図１１、図１２で説明したように、弱
リーン空燃比領域ではＮＯ_X吸蔵還元触媒７の吸蔵能力
が低下し、しかも機関から排出されるＮＯ_X量が増大す
るため、ＮＯ_X排出量が多い機関では機関から排出され
たＮＯ_Xの一部がＮＯ_X吸蔵還元触媒７に吸収されずに
下流側に流出する可能性がある。そこで、本実施形態で
はリッチスパイク操作終了後のリーン空燃比運転への復
帰時に弱リーン空燃比領域を通過する際に二次燃料噴射
を実行し、未浄化のＮＯ_Xが流出することを防止してい
る。

【００６８】図７の操作において、ステップ７０１で
は、現在リッチスパイク操作が終了してリーン空燃比運
転への復帰操作中か否かが判定される。そして、現在復
帰操作中の場合には、ステップ７０９で機関運転空燃比
Ａ／Ｆが弱リーン空燃比領域よりリーン側になるまで二
次燃料噴射が実行される。図７のステップ７０３から７
０７、及びステップ７１１、７１３はそれぞれ図２のス
テップ２０１から２０３及びステップ２１１、２１３と
同一の操作である。

【００６９】図７の操作を実行することにより、本実施
形態ではリッチスパイク操作終了後も引き続き、ＮＯ_X
吸蔵還元触媒７に流入する排気の空燃比は機関運転空燃
比が弱リーン空燃比領域を通過し終わるまでリッチ空燃
比に維持されるため、機関かから排出されるＮＯ_Xが未
浄化のままＮＯ_X吸蔵還元触媒７下流側に流出すること
が防止される。

【００７０】なお、リッチスパイク操作実行時、図６と
図７の操作の両方を行えば、未浄化のＮＯ_Xの流出を完
全に防止することが可能となる。（５）第５の実施形態次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図８
は本発明の空燃比調整操作の第５の実施形態を説明する
フローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により所定
間隔で（例えば一定クランク回転角毎に）実行されるル
ーチンとして行なわれる。

【００７１】前述の図６の実施形態では、リッチスパイ
ク操作開始後機関運転空燃比が弱リーン空燃比領域を通
過する間だけ二次燃料噴射を実行していたが、本実施形
態では、リッチスパイク操作開始（機関運転空燃比の変
更操作開始）から機関運転空燃比がリッチスパイク操作
の目標空燃比に到達するまで二次燃料噴射を実行する点
が図６の実施形態と相違している。

【００７２】図８の操作において、ステップ８０１から
８０３では、図２ステップ２０１か２０３と同様な操作
により機関の主燃料噴射量と運転空燃比Ａ／Ｆとが算出
され、ステップ８０７ではフラグＸＲの値に基づいて現
在リッチスパイク操作実行中か否かが判定される。そし
て、リッチスパイク実行中であった場合にはステップ８
０９で、ステップ８０５で算出した現在の機関運転空燃
比Ａ／Ｆがリッチスパイク操作の目標機関運転空燃比Ａ
／Ｆ_Rに到達したか否かが判定される。そして、ステッ
プ８１１、８１３では機関運転空燃比Ａ／Ｆが目標空燃
比Ａ／Ｆ_Rに到達するまで二次燃料噴射が実行される。
なお、ステップ８１１で設定される二次燃料噴射量は、
ＮＯ_X吸蔵還元触媒７に流入する排気空燃比をリッチス
パイクの目標空燃比Ａ／Ｆ_Rより理論空燃比に近いリッ
チ空燃比に維持するものであっても良いし、目標空燃比
Ａ／Ｆ_Rと同じ空燃比に維持するもの、または目標空燃
比Ａ／Ｆ_Rより更にリッチな空燃比に維持するものであ
っても良い。

【００７３】この場合、二次燃料噴射によりＮＯ_X吸蔵
還元触媒７に流入する排気空燃比をリッチスパイク目標
空燃比Ａ／Ｆ_Rと同じ、または更にリッチ空燃比に設定
すれば、結果的に機関運転空燃比変更中にもリッチスパ
イク操作が行なわれているのと同じことになり、短時間
でリッチスパイク操作を終了することができる。また、
リッチスパイク操作では機関運転空燃比をリッチにし過
ぎると失火や排気スモークが発生する可能性があるた
め、リッチスパイク操作時の目標空燃比Ａ／Ｆ_Rは極端
にリッチ空燃比（例えば空燃比で１０以下）にすること
はできない。一方、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７に流入する排
気をリッチにするほど短時間でＮＯ_X吸蔵還元触媒から
のＮＯ_Xの放出と還元浄化は終了する。このため、リッ
チスパイク操作開始時に二次燃料噴射によりＮＯ_X吸蔵
還元触媒７に流入する排気空燃比を極端にリッチ空燃比
とすることによりＮＯ_X吸蔵還元触媒７からのＮＯ_Xの
放出と還元浄化とを更に短時間で終了することが可能と
なる。

【００７４】なお、機関の運転空燃比が理論空燃比より
リーンであるときに二次燃料噴射を行なうと、二次燃料
噴射後の排気にはリーン空燃比燃焼による比較的多量の
酸素と二次燃料噴射による多量の未燃ＨＣ、ＣＯとが別
々に存在するようになる。このため、ＮＯ_X吸蔵還元触
媒７上では多量の未燃ＨＣ、ＣＯと酸素とが反応するよ
うになり、反応熱によりＮＯ_X吸蔵還元触媒７温度が過
度に上昇する可能性がある。しかし、図８の実施形態の
ように、二次燃料噴射を機関運転空燃比がリッチスパイ
クの目標空燃比に到達するまでの短時間のみ実行するこ
とにより、ＮＯ _X吸蔵還元触媒７の過熱が防止される。

【００７５】（６）第６の実施形態次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図９
は本発明の空燃比調整操作の第６の実施形態を説明する
フローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により所定
間隔で（例えば一定クランク回転角毎に）実行されるル
ーチンとして行なわれる。

【００７６】本実施形態では、リッチスパイク操作を行
なう際にリッチスパイク操作を開始する前に（すなわ
ち、機関運転空燃比変更操作を開始する前に）二次燃料
噴射を開始する点が図６、図８の実施形態と相違してい
る。図１１で説明したように空燃比変化によりＮＯ_X吸
蔵還元触媒の最大吸蔵能力が低下すると、ＮＯ_X吸蔵還
元触媒に吸蔵されたＮＯ_Xのうち最大吸蔵能力を越えた
量のＮＯ_Xが放出されるが、この過剰ＮＯ_Xの放出速度
は空燃比変化初期に比較的大きい。従って、未浄化のＮ
Ｏ_Xの流出を完全に防止するためには、機関運転空燃比
が弱リーン空燃比領域に変化した初期に比較的多量のＨ
Ｃ、ＣＯ成分をＮＯ_X吸蔵還元触媒に供給することが好
ましい。そこで、本実施形態ではリッチスパイク操作開
始前に二次燃料噴射を開始して、空燃比変化初期にＮＯ
_X吸蔵還元触媒７から放出されるＮＯ_Xを完全に浄化す
るようにしている。

【００７７】図９の操作において、ステップ９０１から
９０５では、図２ステップ２０１から２０５と同様な方
法で機関の主燃料噴射量と機関運転空燃比Ａ／Ｆが算出
される。そして、ステップ９０７ではフラグＸＲの値に
基づいて現在リッチスパイク操作実行の要求があるか否
かが判定される。しかし、本実施形態ではステップ９０
７でフラグＸＲの値が１（リッチスパイク操作実行）で
あった場合でも直ちにリッチスパイク操作を実行せず、
ステップ９０９で機関の全気筒で所定回数だけ二次燃料
噴射が実施されたか否かが判定され、所定回数だけ実施
されていない場合にはリッチスパイク操作を実行するこ
となく、ステップ９１５、９１７で二次燃料噴射のみを
実施する。そして、機関全気筒で所定回数だけ二次燃料
噴射が実行後、ステップ９０９からステップ９１１に進
みリッチスパイク操作が行なわれる。また、二次燃料噴
射（ステップ９１５、９１７）はリッチスパイク操作開
始後、機関運転空燃比Ａ／Ｆがリッチスパイクの目標運
転空燃比Ａ／Ｆ_Rに到達すると（ステップ９１３）終了
する。

【００７８】図９の操作を実行することにより、本実施
形態ではリッチスパイク操作実行要求（ＸＲ＝１）があ
った場合、まずリッチスパイク操作開始前に全気筒で所
定の回数だけ二次燃料噴射を実行してＮＯ_X吸蔵還元触
媒に予めリッチ空燃比の排気を供給しておき、その後リ
ッチスパイク操作を開始する。また、二次燃料噴射は機
関運転空燃比がリッチスパイクの目標空燃比に到達する
まで継続される。これにより、空燃比変化初期にＮＯ_X
吸蔵還元触媒から放出されるＮＯ_Xを完全に還元浄化す
ることが可能となる。

【００７９】（７）第７の実施形態次に、本発明の第７の実施形態について説明する。図１
０は本発明の空燃比調整操作の第７の実施形態を説明す
るフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により所
定間隔で（例えば一定クランク回転角毎に）実行される
ルーチンとして行なわれる。

【００８０】本実施形態では、図２の実施形態と同様に
機関空燃比が変化して弱リーン空燃比領域になったとき
に二次燃料噴射を実施するが、二次燃料噴射実施時にま
ず全気筒で所定回数だけ膨張行程中に二次燃料噴射を行
い、全気筒で所定回数だけ膨張行程二次燃料噴射が終了
した後は排気行程中に二次燃料噴射を実行する。膨張行
程中に二次燃料噴射を実行すると、噴射された燃料は気
筒内で高温高圧の既燃ガスと接触するため、燃料中の分
子量の大きな炭化水素の熱分解により多量の分子量の小
さい炭化水素が生成される。低分子量の炭化水素は高分
子量の炭化水素に較べて活性が高くＮＯ_Xと反応しやす
い。このため、空燃比変化初期に膨張行程二次燃料噴射
を実施して、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に比較的多量の低分子
量炭化水素を供給することにより、空燃比変化初期にＮ
Ｏ_X吸蔵還元触媒から放出されるＮＯ_Xを良好に浄化す
ることができる。

【００８１】一方、膨張行程中に二次燃料噴射を実施す
ると噴射された燃料の一部が燃焼してしまう場合があ
る。二次燃料噴射により噴射された燃料の一部が燃焼す
ると気筒の発生トルクが増大するとともに、炭化水素の
一部が燃焼に消費されるためＮＯ_Xの還元に使用するこ
とができなくなる。そこで、本実施形態では空燃比変化
初期に二次燃料噴射を行なって空燃比変化初期にＮＯ_X
吸蔵還元触媒から放出されるＮＯ_Xを浄化した後は排気
行程に二次燃料噴射を行なうようにして気筒のトルク変
動や炭化水素の不足が生じることを防止しているのであ
る。図１０の操作において、ステップ１００１から１０
１１では、図２のステップ２０１から２１１までの操作
と同一の操作が行なわれる。しかし、図１０ではステッ
プ１０１１で二次燃料噴射量を算出した後、ステップ１
０１３で機関の全気筒で所定回数の膨張行程中の二次燃
料噴射が終了したか否かを判定する。そして、終了して
いない場合にはステップ１０１５で膨張行程中に二次燃
料噴射を実施し、全気筒で所定回数の膨張行程に時燃料
噴射が終了した後はステップ１０１７で排気行程中の二
次燃料噴射が実行される。これにより、弱リーン空燃比
領域で空燃比が変化する毎に、変化直後に膨張行程二次
燃料噴射が実行されるため、空燃比変化直後にＮＯ_X吸
蔵還元触媒から放出されるＮＯ_Xが良好に浄化されるよ
うになる。

【００８２】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、機関運
転空燃比の変化によりＮＯ_X吸蔵還元触媒から未浄化の
ＮＯ_Xが放出されることを防止できるという共通の効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を自動車用内燃機関に適用した実施形態
の概略構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施形態の空燃比調整操作を説
明するフローチャートである。

【図３】第１の実施形態の空燃比調整操作の変形例を説
明するフローチャートである。

【図４】本発明の第２の実施形態の空燃比調整操作を説
明するフローチャートである。

【図５】本発明の第３の実施形態の空燃比調整操作を説
明するフローチャートである。

【図６】本発明の第４の実施形態の空燃比調整操作を説
明するフローチャートである。

【図７】第４の実施形態の空燃比調整操作の変形例を説
明するフローチャートである。

【図８】本発明の第５の実施形態の空燃比調整操作を説
明するフローチャートである。

【図９】本発明の第６の実施形態の空燃比調整操作を説
明するフローチャートである。

【図１０】本発明の第７の実施形態の空燃比調整操作を
説明するフローチャートである。

【図１１】ＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸蔵能力の空燃
比による変化傾向を説明する図である。

【図１２】内燃機関のＮＯ_X排出量の運転空燃比による
変化傾向を説明する図である。

【符号の説明】

１…内燃機関２…排気通路５ａ、５ｂ…スタートキャタリスト（ＳＣ）７…ＮＯ_X吸蔵還元触媒２９ａ、２９ｂ、３１…空燃比センサ３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/02 ３３０Ｆ０２Ｄ 41/02 ３３０Ａ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ａ 41/34 41/34 Ｈ (72)発明者棚橋敏雄愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者田中比呂志愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者鈴木直人愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者衣笠幸夫愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA12 AA13 AA17 AA24 AB03 AB05 AB06 AB09 BA14 CA18 CB02 CB03 DA02 DA06 DB07 DB10 DC01 DC06 EA01 EA02 EA05 EA06 EA07 EA08 EA34 FA00 FA11 FA13 FB10 FB11 FB12 GA06 GB03W GB04W GB05W GB17X HA08 HA19 3G301 HA01 HA04 HA15 HA18 JA25 KA00 KA08 KA09 KA11 LB02 LB04 MA01 MA11 MA19 MA23 MA26 NA06 NA08 NB02 NB06 NB11 NC02 ND01 NE01 NE13 NE14 NE15 NE16 NE23 PA01Z PA07Z PA17Z PB03Z PD04Z PD09A PD09Z PE01Z PE03Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】必要に応じて理論空燃比よりリーンな空
燃比から理論空燃比よりリッチな空燃比までの範囲で運
転空燃比を変更する内燃機関の排気浄化装置であって、機関排気通路に配置された、流入する排気の空燃比がリ
ーンのときに排気中のＮＯ_Xを吸収し流入する排気中の
酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X
吸蔵還元触媒と、機関運転空燃比が特定のリーン空燃比領域に変更された
ときに、前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃
比を理論空燃比よりリッチ側に保持する空燃比調整手段
と、を備えた内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記空燃比調整手段は、前記機関に燃焼
に寄与しない無効燃料を供給することにより前記ＮＯ_X
吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比より
リッチ側に保持する請求項１に記載の内燃機関の排気浄
化装置。
【請求項３】前記空燃比調整手段は機関の気筒内に直
接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を備え、気筒の膨張行
程または排気行程中に前記筒内燃料噴射弁から気筒内に
燃料を噴射する二次燃料噴射を行なうことにより機関に
無効燃料を供給する請求項２に記載の内燃機関の排気浄
化装置。
【請求項４】前記特定のリーン空燃比領域は、理論空
燃比から空燃比２０までの領域である請求項１に記載の
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】前記空燃比調整手段は、機関の運転空燃
比に基づいて、機関からのＮＯ_X排出量とＮＯ_X吸蔵還
元触媒からのＮＯ_X放出量とを推定し、前記ＮＯ_X排出
量とＮＯ_X放出量とに基づいて機関に供給する無効燃料
量を設定する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項６】更に、前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入す
る排気空燃比を検出する空燃比センサを備え、前記空燃
比調整手段は前記空燃比センサにより検出された排気空
燃比が理論空燃比よりリッチ側の目標空燃比に保持され
るように機関に供給する無効燃料の量を制御する請求項
２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】リーン空燃比運転を行なう内燃機関の排
気浄化装置であって、機関排気通路に配置された、流入する排気の空燃比がリ
ーンのときに排気中のＮＯ_Xを吸収し流入する排気中の
酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X
吸蔵還元触媒と、機関のリーン空燃比運転中に前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒か
ら吸収したＮＯ_Xを放出させるべきときに機関の運転空
燃比を所定のリッチ空燃比に切り換えるＮＯ_X放出操作
を行なうＮＯ_X放出手段と、前記ＮＯ_X放出操作開始後機関運転空燃比が前記所定の
リッチ空燃比に到達するまでの間、機関運転空燃比に応
じた量の機関の燃焼に寄与しない無効燃料を機関に供給
する無効燃料供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】リーン空燃比運転を行なう内燃機関の排
気浄化装置であって、機関排気通路に配置された、流入する排気の空燃比がリ
ーンのときに排気中のＮＯ_Xを吸収し流入する排気中の
酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X
吸蔵還元触媒と、機関のリーン空燃比運転中に前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒か
ら吸収したＮＯ_Xを放出させるべきときに機関の運転空
燃比を所定のリッチ空燃比に切り換えるＮＯ_X放出操作
を行なうＮＯ_X放出手段と、前記ＮＯ_X放出操作開始直前に、機関に燃焼に寄与しな
い無効燃料を供給する無効燃料供給手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】必要に応じて理論空燃比よりリーンな空
燃比から理論空燃比よりリッチな空燃比までの範囲で運
転空燃比を変更する内燃機関の排気浄化装置であって、機関排気通路に配置された、流入する排気の空燃比がリ
ーンのときに排気中のＮＯ_Xを吸収し流入する排気中の
酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X
吸蔵還元触媒と、機関の気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を備
え、機関運転空燃比が特定のリーン空燃比領域に変更さ
れたときに、前記筒内燃料噴射弁から気筒の膨張行程ま
たは排気行程中に燃料を噴射する二次燃料噴射を行なう
二次燃料噴射手段と、を備え、前記二次燃料噴射手段は、少なくとも機関運転空燃比が
前記特定のリーン空燃比領域に変化した直後は膨張行程
中に前記二次燃料噴射を行なう、内燃機関の排気浄化装
置。