JP2007198339A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】専用の電気ヒータを用いることなく、排気ガス温度が低い運転状態であっても、効果的に排気ガス温度を上昇させることができる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気通路２２に設けられたＮＯｘ吸収剤４２を備えた排気浄化装置であって、ＮＯｘ吸収剤４２よりも上流に設けられる三元触媒４１と、各気筒７ａ〜７ｄ別に混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段３と、ＮＯｘ吸収剤４２に流入する排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段３８とを備え、空燃比制御手段３は、排気ガス温度を上昇させるための所定条件が成立すると、各気筒７ａ〜７ｄの混合気の平均空燃比をリーンとするとともに、リーンとリッチとを交互に繰り返えさせて排気ガス温度が第１目標値を超えるように上昇させる第１空燃比制御を実行し、かつ該第１空燃比制御におけるリッチ度合とリーン度合の振れ幅を、排気ガス温度が第１目標値に近付くにつれて減少させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気を浄化する装置に関し、特にＮＯｘ（窒素酸化物）吸収剤を備えるとともに、そのＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの温度を意図的に上昇させる手段を有するものに関する。

従来、排気通路内にＮＯｘ吸収剤を備えたエンジンが知られている。ＮＯｘ吸収剤は、排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し、理論空燃比またはリッチのときにＮＯｘを放出する。なお当明細書では、単にリッチ又はリーンという場合は、理論空燃比に対してリッチ又はリーンであることをいうものとする。また、通常の空燃比（混合気の空燃比）に対し、排気ガス中の酸素（空気）と炭素（燃料）との比に基く空燃比を排気ガスの空燃比といい、排気ガス中の炭素成分に対して、酸素過剰の状態をリーン、酸素不足の状態をリッチ、酸素の過不足がない状態を理論空燃比というものとする。

ＮＯｘ吸収剤を用いると、混合気の空燃比をリーンにして燃費良くエンジンを運転させるとともに、その際に生じるＮＯｘを排気ガスから効果的に除去することができる。

このＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの温度を意図的に上昇させたいという要求のある場合がある。例えば以下に述べるように、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＳＯｘ（硫黄酸化物）を放出させる場合である。

エンジンの燃料や潤滑油内にはＳ（硫黄）が含まれているので、排気ガス中にはＳＯｘが含まれている。ＮＯｘ吸収剤は排気ガス中のＮＯｘのみならず、このＳＯｘをも吸収する。ＳＯｘの吸収量（累積値）が増大すると、その分ＮＯｘの吸収可能量（飽和量）が低減するので、ある程度ＳＯｘを吸収する毎にこれを放出させ、ＮＯｘの飽和量を充分確保する必要がある。

ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＳＯｘを放出させるためには、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチとし、かつ約６００℃以上の高温にする必要がある。従って、比較的排気ガス温度が低い場合にＳＯｘの放出を行わせるためには意図的に排気ガス温度を上昇させる必要があるのである。

このような従来技術として、例えば特許文献１には、排気管周りに電気ヒータを配設することによって排気ガス温度を上昇させるものが示されている。また特許文献２には、点火時期をリタード（遅角）することによって排気ガス温度を上昇させるものが示されている。
特開平６−６６１２９号公報 特開平７−２１７４７４号公報

しかしながら特許文献１に示される方法では、排気通路を取り巻くような専用の電気ヒータを配設する必要があり、装置の複雑化、重量増およびコストアップ等を招き易い。

また特許文献２に示される点火時期リタードを用いる方法の場合、比較的排気ガス温度が低い運転状態（例えば低負荷低回転速度領域）では燃焼による発熱量が少ないため、点火時期リタードを行っても大きな温度上昇作用を望めない。つまり、比較的排気ガス温度が低いときほど強い温度上昇作用が必要であるにもかかわらず、逆に弱い温度上昇作用しか得られないという問題がある。

本発明は、かかる事情に鑑み、専用の電気ヒータを用いることなく、比較的排気ガス温度が低い運転状態であっても、その温度上昇要求度合に応じて効果的に排気ガス温度を上昇させることができる排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、複数の気筒を有するエンジンの排気通路に設けられ、排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し、理論空燃比またはリッチのときにＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を備えた排気浄化装置であって、上記排気通路の、上記ＮＯｘ吸収剤よりも上流に設けられる三元触媒と、エンジンの各気筒別に混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、上記ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段とを備え、上記空燃比制御手段は、排気ガス温度を上昇させる要求のあるときに成立する所定条件が成立すると、上記各気筒の混合気の平均空燃比をリーンとするとともに、該各気筒別には点火時期順にリーンとリッチとを交互に繰り返えさせて排気ガス温度が第１目標値を超えるように上昇させる第１空燃比制御を実行し、かつ該第１空燃比制御におけるリッチ度合とリーン度合の振れ幅を、上記排気ガス温度が上記第１目標値に近付くにつれて減少させることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の排気浄化装置において、上記ＮＯｘ吸収剤に吸収されているＳＯｘ量を推定するＳＯｘ量推定手段を備え、上記空燃比制御手段は、上記ＳＯｘ量推定手段によって推定されるＳＯｘ量が所定値を超えたときに上記所定条件が成立したとして上記第１空燃比制御を実行し、該第１空燃比制御の実行中に上記排気ガス温度が上記第１目標値を超えると、上記各気筒の混合気の平均空燃比をリッチとするとともに、該各気筒別には点火時期順にリーンとリッチとを交互に繰り返えさせる第２空燃比制御を実行することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２記載の排気浄化装置において、上記空燃比制御手段は、上記第２空燃比制御の実行中に、上記排気ガス温度が、上記ＮＯｘ吸収剤がＳＯｘを放出可能な温度であるとともに上記第１目標値よりも低温であるような温度とされる第２目標値以下となったとき、一旦当該第２空燃比制御を中断して上記第１空燃比制御を実行し、それによって上記排気ガス温度が上記第１目標値を超えると、当該第２空燃比制御を再開することを特徴とする。

請求項１の発明によると、以下に述べるように、専用の電気ヒータを用いることなく、比較的排気ガス温度が低い運転状態であっても、その温度上昇要求度合に応じて効果的に排気ガス温度を上昇させることができる。

本発明の構成によると、排気ガス温度を上昇させる要求のあるときに成立する所定条件が成立したときに第１空燃比制御が実行される。この第１空燃比制御は、各気筒の混合気の平均空燃比をリーンとするとともに、パータベーション（各気筒別に、点火時期順にリーン空燃比燃焼とリッチ空燃比燃焼とを交互に繰り返えさせること）を行わせるものである。

このような第１空燃比制御を行うと、パータベーションによって三元触媒における酸素の吸着・離脱が活性化するので、その下流の排気ガス、つまりＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの温度が上昇する。このため、専用の電気ヒータを用いなくても排気ガス温度を意図的に、少なくとも第１目標値まで上昇させることができる。

また、第１空燃比制御による排気ガス温度上昇作用は、パータベーションにおけるリッチ度合とリーン度合の振れ幅が大であるほど大きい。本発明では、その振れ幅を、排気ガス温度が上記第１目標値に近付くにつれて減少するようにしている。つまり排気ガス温度が比較的低く、第１目標値との差が大きい場合には比較的大きな振れ幅とし、排気ガス温度が比較的高く、第１目標値との差が小さい場合には比較的小さな振れ幅としている。こうすることにより、排気ガス温度が低い場合には相対的に強い温度上昇作用によって迅速な温度上昇が図られる一方、排気ガス温度が高い場合には、急速に排気ガス温度が上昇することに伴う弊害、例えば第１目標温度を大きくオーバーシュートし、触媒の劣化を早めてしまう等の弊害を効果的に抑制することができる。

請求項２の発明によると、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＳＯｘ量が所定値を超えたときに「所定条件」が成立したとされ、第１空燃比制御が実行される。これによって排気ガス温度の意図的な上昇を、効果的なＳＯｘの放出に利用することができる。

上述したように、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＳＯｘを放出させるには排気ガス温度が約６００℃以上の高温でなければならない。本発明によれば、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＳＯｘ量が所定値を超えてＳＯｘの放出に好適な時期となったとき、たとえ排気ガス温度が低温であっても、それを意図的に上昇させ、ＳＯｘの放出を行わせることができる。

ＳＯｘの放出は、第２空燃比制御を実行することによってなされる。この第２空燃比制御は、各気筒の混合気の平均空燃比をリッチとするとともに、パータベーションを行わせるものである。このような第２空燃比制御を行うと、第１目標値（約６００℃以上、好ましくは例えば６５０℃程度）を超える高温のリッチ空燃比の排気ガスがＮＯｘ吸収剤に流入することにより、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＳＯｘが放出される。

なお、単にＳＯｘを放出させるだけであれば必ずしもパータベーションを行う必要はなく、混合気の空燃比を固定的にリッチにしておけば足りる。しかし固定的にリッチ空燃比での燃焼を行わせると、ＨＣ（炭化水素）が生成されることにより排気ガス温度が次第に低下するのでＳＯｘの放出に支障をきたす虞がある。そこで本発明のように排気ガス温度を高めるパータベーションを行うと、その排気ガス温度上昇作用によって、平均空燃比をリッチとしながらも排気ガス温度の低下を抑制し、ＳＯｘの放出を効果的に継続させることができる。

請求項３の発明によると、以下に述べるように、第１目標値を必要以上に高くすることなく、ＮＯｘ吸収剤からのＳＯｘの放出を安定的に継続させることができる。

本発明の構成によれば、第２空燃比制御を実行してＳＯｘを放出中に排気ガス温度が低下し、第２目標値以下となったとき、一旦第２空燃比制御を中断し、第１空燃比制御を行って排気ガス温度を上昇させる。そして排気ガス温度が第１目標値を超えるまで上昇したら、あらためて第２空燃比制御を再開してＳＯｘの放出を行わせることになる。

第２目標値は、第１目標値よりも低温ではあるが、ＮＯｘ吸収剤がＳＯｘを放出可能な下限温度（以下ＳＯｘ放出可能下限温度という）よりは高温であるように設定されている。従って、たとえ第２空燃比制御を実行中に排気ガス温度が低下しても、その温度がＳＯｘ放出可能下限温度以下まで低下する前に一旦第２空燃比制御を中断し、第１空燃比制御によって排気ガス温度を上昇させることができる。こうして第２空燃比制御を、常にＳＯｘ放出可能下限温度よりも高い温度で実行することができる。従って、例えば第２空燃比制御を実行しているにもかかわらず、排気ガス温度ＴがＳＯｘ放出可能下限温度よりも低下してしまい、実際にはＳＯｘの放出がなされないというような事態を回避し、安定的にＳＯｘの放出を継続することができる。

また、このような第１空燃比制御と第２空燃比制御との繰り返しを、ＳＯｘの放出が完了するまで必要に応じて何回でも繰り返すことができる。従って、ＳＯｘの放出を確実に完了させることができる。

また、上記のような第１空燃比制御と第２空燃比制御との繰り返しを許容することにより、必ずしも連続した１回の第２空燃比制御でＳＯｘの放出を完了させる必要はなく、適宜排気ガス温度の温度を上昇させる第１空燃比制御を行いつつ、断続的に第２空燃比制御を実行させることができる。従って、連続した１回の第２空燃比制御でＳＯｘの放出を完了させることを狙う場合よりも第２空燃比制御の開始温度（第１目標値）を低く設定することができる。連続した１回の第２空燃比制御でＳＯｘの放出を完了させるためには、温度低下に対する余裕代を充分確保する必要があり、第１目標値を相対的に高い値としなければならないからである。従って本発明によれば、第１目標値が高すぎることによる弊害、例えば触媒の劣化促進等を効果的に抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を含む構造の構成図であって、これらは自動車に搭載されている。エンジン本体１は４気筒エンジンであって、シリンダブロック１１内に一直線上に並ぶ４つの気筒（端から順に第１気筒７ａ、第２気筒７ｂ、第３気筒７ｃ、第４気筒７ｄ）が設けられている。各気筒７ａ〜７ｄ内に、それぞれピストン１３が摺動自在に嵌挿されている。各ピストン１３はコンロッド９を介して出力軸であるクランク軸８に連結されている。クランク軸８は図外のトランスミッション等を介して図外の駆動輪に接続されている。シリンダブロック１１の上方にはシリンダヘッド１２が設けられ、ピストン１３とシリンダヘッド１２との間の空間に燃焼室１４が形成されている。

シリンダヘッド１２には、各燃焼室１４の上部周縁に先端が臨み、燃焼室１４内に燃料を噴射する燃料噴射弁１６と、各燃焼室１４の上部中央に先端が臨み、電気火花を発生させることによって燃焼室１４内の混合気を燃焼させる点火プラグ１５とが設けられている。

またエンジン本体１には、吸気弁１９を介して各燃焼室１４と連通する吸気通路２１と、排気弁２０を介して各燃焼室１４と連通する排気通路２２とが接続されている。吸気弁１９より上流の吸気通路２１には吸気流量を調節するスロットル弁２３が設けられ、さらにその上流には吸気中の異物を除去するエアクリーナ２９が設けられている。

一方、排気弁２０より下流の排気通路２２には、排気ガスを浄化する三元触媒４１が設けられ、さらにその下流にはＮＯｘ吸収剤４２が設けられている。排気ガスはＮＯｘ吸収剤４２より下流の図外の排気口から排出される。また、排気通路２２と吸気通路２１とを連通するＥＧＲ通路２７と、このＥＧＲ通路２７を開閉するＥＧＲ弁２８が設けられている。

エンジン本体１、吸気通路２１および排気通路２２には各種センサが設けられている。エンジン本体１には、クランク軸８の回転角度を検出するクランク角センサ３０と、冷却水の温度を検出する水温センサ３３とが設けられている。また吸気通路２１のエアクリーナ２９とスロットル弁２３との間には、吸気流量を検知するエアフローメータ２５と、吸気温度を検出する吸気温センサ２６とが設けられている。吸気通路２１のスロットル弁２３より下流には、吸気圧を検出する吸気圧センサ２４が設けられている。また、排気通路２２の三元触媒４１より上流には、三元触媒４１に流入する排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ_２センサ３５と、その排気ガスの温度を検出する排気温センサ３６とが設けられている。そして、三元触媒４１とＮＯｘ吸収剤４２との間には、ＮＯｘ吸収剤４２に流入する排気ガスの酸素濃度を検出するＯ_２センサ３７と、その排気ガス温度Ｔを検出する排気温センサ３８とが設けられている。

さらに、車両の適所、例えば車軸付近に、その車軸の回転速度に基づいて車両の速度を検出する車速センサ３９が設けられている。

上記各センサからの出力信号は、エンジンコントロールユニット２（以下ＥＣＵ２と略称する）に入力される。ＥＣＵ２は、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等からなり、エンジンの燃焼制御を行う。またＥＣＵ２からは、スロットル弁２３に対してその開度情報信号が、燃料噴射弁１６に対して燃料噴射時期と噴射量の情報信号が、点火プラグ１５に対してその点火情報信号が、ＥＧＲ弁２８に対してその開閉情報が、それぞれ送信される。

ＥＣＵ２は、機能的に空燃比制御部３、点火制御部４およびＳＯｘ放出制御部５を含む。さらに空燃比制御部３は吸気流量制御部３ａと燃料噴射制御部３ｂとを含む。吸気流量制御部３ａは、車速センサ３９からの車速情報や図外のアクセルペダルの開度情報等から必要なスロットル弁２３の開度を設定し、その開度情報信号をスロットル弁２３に送信する。燃料噴射制御部３ｂは、エアフローメータ２５、吸気温センサ２６および吸気圧センサ２４からの信号に基づいて空気量を演算し、所定の空燃比となる燃料の量を演算する。そしてその情報を、噴射時期の情報とともに燃料噴射弁１６に送信する。

また詳細は後述するが、空燃比制御部３は、ＮＯｘ吸収剤４２からＳＯｘを適時に効果的に放出させるための第１空燃比制御および第２空燃比制御を行う。

点火制御部４は、所定時期、通常は圧縮行程の上死点付近に各燃焼室１４内で火花が飛ぶように各点火プラグ１５に点火情報信号を送信する。

ＳＯｘ放出制御部５は、ＮＯｘ吸収剤４２からＳＯｘを適時に効果的に放出させるための制御部であって、ＳＯｘ量推定部５ａおよび空燃比変動幅設定部５ｂを含む。これらの詳細については後述する。

三元触媒４１は、例えばケーシング内に設けられたアルミナを担体とし、この担体に例えばＰｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｒｈ（ロジウム）等の触媒成分を担持させたものである。三元触媒４１は、理論空燃比の排気ガス中のＨＣ（炭化水素）およびＣＯ（一酸化炭素）の酸化とＮＯｘの還元とを同時に行って、これらを無害化する。また、リーン空燃比の排気ガスが流入した場合にはＯ_２（酸素）を吸着し、リッチ空燃比の排気ガスが流入した場合には吸着したＯ_２を離脱する。

ＮＯｘ吸収剤４２は、例えばケーシング内に設けられたアルミナを担体とし、この担体に例えばＫ（カリウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｌｉ（リチウム）、Ｃｓ（セシウム）のようなアルカリ金属、Ｂａ（バリウム），Ｃａ（カルシウム）、のようなアルカリ土類、Ｌａ（ランタン）、Ｙ（イットリウム）のような希土類から選ばれた少なくとも一つと、Ｐｔのような貴金属とが担持されたものである。ＮＯｘ吸収剤４２は、比較的酸素濃度の濃いリーン空燃比の排気ガスが流入した場合にはＮＯｘを吸収し、比較的酸素濃度の薄いリーン空燃比または理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスが流入した場合には吸収したＮＯｘを放出する。

また排気ガス中にはＳＯｘが含まれているが、吸収剤４２はそのＳＯｘの吸収・放出作用をも有する。図２は、ＮＯｘ吸収剤４２がＳＯｘの吸収を行うのか放出を行うのかを場合分けして示した図である。横軸にＮＯｘ吸収剤４２に流入する排気ガス温度Ｔ（排気温センサ３８によって検知される）、縦軸にＮＯｘ吸収剤４２に流入する排気ガスの平均空燃比Ｘ_０（Ｏ_２センサ３７によって検知される）を示す。ＳＯｘ吸収・放出作用のメカニズムについては後に詳述するが、結果的に図２に（Ａ）で示す領域ではＳＯｘの吸収が行われ、（Ｂ）に示す領域では吸収したＳＯｘの放出が行われる。すなわち、排気ガス温度Ｔ≧Ｔ_Ａ（Ｔ_Ａ≒６００℃）かつ平均空燃比Ｘ_０が理論空燃比Ｘ_ＡよりもリッチであるときにＳＯｘの放出が行われ、それ以外のときはＳＯｘの吸収が行われる。以下、この温度Ｔ_ＡをＳＯｘ放出可能下限温度ともいう。

次に、このエンジンの動作について説明する。通常の運転状態において、吸気流量制御部３ａが走行状態に応じて適正なスロットル弁２３の開度を設定し、スロットル弁２３の開度調節を行う。そして各気筒の吸気行程では吸気弁１９が開くとともにピストン１３が
下死点側に移動する。それに伴い、エアクリーナ２９を介して吸気通路２１内に空気が導かれる。その空気はスロットル弁２３および吸気弁１９を通って燃焼室１４内に吸入される。その際、空燃比制御部３は、エアフローメータ２５によって検出される吸気流量、吸気温センサ２６によって検出される吸気温度および吸気圧センサ２４によって検出される吸気圧に基づいて燃焼室１４に流入する空気量を演算する。その空気量に基づき、燃料噴射制御部３ｂは、所定の空燃比、例えば低負荷低回転速度領域においてはリーン空燃比となり、高負荷または高回転速度領域においては理論空燃比ないしはリッチ空燃比となるように燃料噴射量を設定する。そして燃料噴射弁１６に燃料を噴射させる。

次の圧縮行程では、吸気弁１９が閉じられてピストン１３が上死点側に移動する。従って燃焼室１４内の混合気が圧縮されるとともにその温度が上昇する。そして上死点付近で、点火制御部４からの信号に基づき、点火プラグ１５が燃焼室１４内に火花を飛ばす。その火花の周りに火炎核が形成されて混合気が燃焼を始める。

次の膨張行程では、燃焼室１４の燃焼圧によってピストン１３が下死点側に押し下げられる。その押圧力がクランク軸８に伝達され、エンジンの出力となる。またこの出力が図外の駆動輪に伝達されて車両の駆動力となる。

次の排気行程では、排気弁２０が開き、ピストン１３が上死点側に移動する。それに伴って既燃ガス（排気ガス）が排気通路２２に排出される。排気通路２２に排出された排気ガスは、まず三元触媒４１に流入し、無害化される。例えば排気ガスの平均空燃比Ｘ_０（三元触媒４１に流入する排気ガスの平均空燃比Ｘ_０は各気筒の平均空燃比Ｘ_０と同じである）が理論空燃比Ｘ_Ａの場合、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが同時に無害化される。そして排気ガスの平均空燃比Ｘ_０がリーンの場合は主にＨＣおよびＣＯが、リッチの場合は主にＮＯｘが、それぞれ無害化される。

なお三元触媒４１の上流に設けられているＯ_２センサ３５によって排気ガス中の酸素の過不足状況が検知される。特に各気筒で理論空燃比Ｘ_Ａでの燃焼を行わせるように制御しているとき、燃料噴射制御部３ｂは、排気ガスの平均空燃比Ｘ_０が理論空燃比Ｘ_Ａとなるように燃料噴射量設定値をフィードバック制御する。

また三元触媒４１の上流に設けられている排気温センサ３６によって、三元触媒４１に流入する排気ガス温度が充分高く、三元触媒４１が活性状態にあることの確認が行われる。

三元触媒４１から排出された排気ガスはＮＯｘ吸収剤４２に流入する。ＮＯｘ吸収剤４２は、排気ガスの平均空燃比Ｘ_０がリーンのとき、その排気ガス中のＮＯｘを吸収する。従って、混合気の平均空燃比Ｘ_０がリーンのとき、三元触媒４１で無害化されなかったＮＯｘを、このＮＯｘ吸収剤４２で吸収し、排気口から排出される排気ガスをより清浄化することができる。

また、ＮＯｘ吸収剤４２に流入する排気ガス温度ＴがＳＯｘ放出可能下限温度Ｔ_Ａより低いとき、または排気ガスの平均空燃比Ｘ_０がリーンであるとき、つまり図２の領域（Ａ）に相当するとき、ＮＯｘ吸収剤４２は排気ガス中のＳＯｘを吸収し、排気ガスを一層清浄化する。

またＥＣＵ２は、必要に応じてＥＧＲ（排気再循環）を行う。例えばＥＧＲは、燃焼時のＮＯｘの生成抑制やノッキングの防止等の目的で燃焼温度を低減するのに効果的である。ＥＣＵ２においてＥＧＲを行う旨の判断がなされると、ＥＧＲ弁２８に開弁信号が送られ、ＥＧＲ弁２８が開弁される。するとＥＧＲ通路２７を介して排気通路２２の排気ガスが吸気通路２１に還流される。還流された排気ガスは吸気行程において再度燃焼室１４内に吸入される。このようなＥＧＲを行うと、同じ空燃比でも混合気の不活性成分の割合が増大するので、単位発熱量あたりのガス量が増加し、燃焼温度が低下する。

以上のように、各気筒７ａ〜７ｄにおいて吸気、圧縮、膨張および排気の各行程が、それぞれ１８０°ＣＡ（クランク角）区切りで行われる。そしてこれらの行程は、各気筒７ａ〜７ｄ間で１８０°ＣＡずつずらして行われる。その点火順序は、第１気筒７ａ→第３気筒７ｃ→第４気筒７ｄ→第２気筒７ｂとなっている（以下＃１→＃３→＃４→＃２とも記す）。このように、時間的には１８０°ＣＡ毎に分割して、空間的には＃１→＃３→＃４→＃２と軸方向に分散して燃焼が行われるので、出力トルク変動が少なく、振動や騒音の小さな運転が行われる。

次に、ＮＯｘ吸収剤４２によるＮＯｘの吸収・放出作用について詳述する。この作用のメカニズムは次のようであると考えられている。一例として担体上にＰｔおよびＢａを担持させたものについて説明する（上記他の貴金属、アルカリ金属等を用いた場合も同様である）。

まず、ＮＯｘ吸収剤４２に流入する排気ガスの平均空燃比Ｘ_０がリーンであって、ＮＯｘ吸収剤４２がＮＯｘを吸収する場合について説明する。排気ガスの平均空燃比Ｘ_０がリーンになると、余剰のＯ_２がＯ_２ ⁻またはＯ^２−の形でＰｔの表面に付着する。そのＯ_２ ⁻またはＯ^２−と排気ガス中のＮＯとがＰｔ上で反応し、ＮＯ_２が生成される（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）。次いで、生成されたＮＯ_２の一部がＰｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されてＢａＯ（酸化バリウム）と結合しながら硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤４２内に吸収される。

次に、ＮＯｘ吸収剤４２に流入する排気ガスの平均空燃比Ｘ_０がリーンではあるが、そのリーン度合が小さい（酸素濃度が薄い）場合について説明する。酸素濃度が低下すると、ＮＯ_２の生成量が減少する。すると反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、吸収剤からＮＯ_２が放出される。従って、この場合ＮＯｘ吸収剤４２からＮＯｘが放出される。

次に、ＮＯｘ吸収剤４２に流入する排気ガスの平均空燃比Ｘ_０がリッチであって、ＮＯｘ吸収剤４２がＮＯｘを放出する場合について説明する。排気ガスの平均空燃比Ｘ_０がリッチの場合、まずこれに含まれるＨＣおよびＣＯが、Ｐｔ上のＯ_２ ⁻またはＯ^２−と反応し、酸化される。Ｐｔ上のＯ_２ ⁻またはＯ^２−が消費されると、次いで吸収剤からＮＯｘが放出され、ＨＣおよびＣＯを酸化させる。換言すると放出されたＮＯｘがＨＣおよびＣＯによって還元される。このようにしてＮＯｘ吸収剤４２からＮＯｘが還元され、無害化された状態で放出される。

なお、ＮＯｘ吸収剤４２は還元触媒の機能を有しているので、排気ガスの平均空燃比Ｘ_０が理論空燃比Ｘ_Ａの場合でもＳＯｘを放出・還元する。但しその作用は弱いので、リッチの場合よりも放出速度が低下する。

次に、ＮＯｘ吸収剤４２に対してなされるＮＯｘ放出制御について説明する。上述のように排気ガスの平均空燃比Ｘ_０がリーンのとき、ＮＯｘ吸収剤４２はＮＯｘを吸収するが、その量には限度があり、飽和量より多くは吸収されない。そこでＮＯｘ吸収剤４２にある程度のＮＯｘが吸収されたときにＮＯｘの放出を行わせるＮＯｘ放出制御が実行される。ＮＯｘ放出制御は、第１段階としてＮＯｘ吸収剤４２に吸収されているＮＯｘ量の累積値を推定し、第２段階として実際にＮＯｘの放出を行わせる。第２段階は、第１段階の推定量が飽和量に近い所定の値（ＮＸ５）となったときに実行される。

まず第１段階のＮＯｘ量推定方法について説明する。ＮＯｘ量は、単位時間毎に累積して行くことによって推定される。すなわちＮＯｘ量の推定値ＮＸは次の（式１）で求められる。

ＮＸ＝ＮＸ１＋ＮＸ２−ＮＸ３ ・・・（式１）
ＮＸ１：前回の推定値（前回のＮＸ）
ＮＸ２：新たに吸収されたＮＯｘ量
ＮＸ３：新たに放出されたＮＯｘ量
新たに吸収されたＮＯｘ量ＮＸ２について：各気筒でリーン空燃比での燃焼が行われているとき、エンジン負荷が大きいほど、またエンジン回転速度が高いほど単位時間当たりのＮＯｘの発生量が多くなる。すなわちＮＯｘ吸収剤４２に吸収されるＮＯｘ量が多くなる。ここで、エンジン負荷は吸気通路２１に設けられた吸気圧センサ２４によって検出される吸気圧によって代表される。またエンジン回転速度は、クランク角センサ３０によって検出されるクランク角に基づいて算出される。このようにして、新たに吸収されたＮＯｘ量ＮＸ２は、エンジン回転速度と吸気圧との関数として求めることができる。この関数を、予め実験等によって求めて２次元マップ化し、ＥＣＵ２に記憶させておくことによって、新たに吸収されたＮＯｘ量ＮＸ２を求めることができる。

新たに放出されたＮＯｘ量ＮＸ３について：新たに放出されたＮＯｘ量ＮＸ３は、次の（式２）で求められる。

ＮＸ３＝Ｋｆ・ＮＸ４ ・・・（式２）
Ｋｆ：放出率
ＮＸ４：基準放出量
ここで基準放出量ＮＸ４は、排気ガス温度がある基準温度のときの単位時間当たりのＮＯｘ放出量である。ＮＯｘ吸収剤４２に流入する排気ガスの平均空燃比Ｘ_０が理論空燃比Ｘ_ＡまたはリッチになるとＮＯｘ吸収剤４２からＮＯｘが放出される。基準放出量ＮＸ４は排気ガス量と排気ガスの平均空燃比Ｘ_０との関数となる。ここで排気ガス量、すなわち吸入空気量は吸気圧が高いほど、またエンジン回転速度が高いほど多くなる。すなわち（吸気圧）×（エンジン回転速度）が大きいほど多くなる。また排気ガスの平均空燃比Ｘ_０はＯ_２センサ３７によって検出されるが、この平均空燃比Ｘ_０が小さいほど、つまりリッチ度合が大きいほど基準放出量ＮＸ４は多くなる。このようにして基準放出量ＮＸ４は、基準温度における（吸気圧）×（エンジン回転速度）と排気ガスの平均空燃比Ｘ_０との関数として求めることができる。この関数を、予め実験等によって求めて２次元マップ化し、ＥＣＵ２に記憶させておくことによって、基準放出量ＮＸ４を求めることができる。

また（式２）の放出率Ｋｆは、排気ガス温度を変数とする関数となっている。すなわち、他の条件が同じであれば排気ガス温度Ｔが高くなるほど放出量ＮＸ３が増大するので、その増大割合を放出率Ｋｆとして基準放出量ＮＸ４に乗じるのである。ＮＯｘ吸収剤４２に流入する排気ガス温度Ｔは排気温センサ３８によって検出される。排気ガス温度Ｔと放出率Ｋｆとの関係を予め実験等によって求め、ＥＣＵ２に記憶させておくことによって、放出率Ｋｆを求めることができる。

次に、ＮＯｘ放出制御の第２段階について説明する。この第２段階は、上記第１段階で求められたＮＯｘ吸収量の推定値ＮＸが、飽和量に近い所定の値（ＮＸ５）となったときに実行される。具体的には、各気筒７ａ〜７ｄの混合気の平均空燃比Ｘ_０をリッチにすることによってＮＯｘ吸収剤４２にリッチ空燃比の排気ガスを流入させる。このＮＯｘ放出制御の第２段階を行うと、ＮＯｘ吸収剤４２から短時間に多量のＮＯｘが放出される。つまり新たに放出されたＮＯｘ量ＮＸ３が急速に増大するので、ＮＯｘ吸収剤４２内のＮＯｘ吸収量が急速に減少する。ＮＯｘ量推定値ＮＸが所定値まで減少したらＮＯｘ放出制御を終了する。

ところで、ＮＯｘ吸収剤４２は排気ガス中のＳＯｘに対しても吸収・放出作用を有している。次に、そのメカニズムについて説明する。ここでも、上記ＮＯｘの場合と同様に、一例として担体上にＰｔおよびＢａを担持させたものについて説明する（上記他の貴金属、アルカリ金属等を用いた場合も同様である）。

まず、ＮＯｘ吸収剤４２に流入する排気ガスの平均空燃比Ｘ_０がリーンであって、ＮＯｘ吸収剤４２がＳＯｘを吸収する場合について説明する。排気ガスの平均空燃比Ｘ_０がリーンになると、余剰のＯ_２がＯ_２ ⁻またはＯ^２−の形でＰｔの表面に付着する。そのＯ_２ ⁻またはＯ^２−と排気ガス中のＳＯ_２とがＰｔ上で反応し、ＳＯ_３が生成される。次いで、生成されたＳＯ_３の一部がＰｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されてＢａＯと結合しながら硫酸イオンＳＯ_４ ²⁻の形で吸収剤内に拡散する。次いでこの硫酸イオンＳＯ_４ ²⁻はバリウムイオンＢａ^２＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成し、ＮＯｘ吸収剤４２内に留まる。このようにしてＳＯｘがＮＯｘ吸収剤４２内に吸収される。

次に、ＮＯｘ吸収剤４２に流入する排気ガスの平均空燃比Ｘ_０がリッチかつ排気ガス温度ＴがＳＯｘ放出可能下限温度Ｔ_Ａ以上であって、ＮＯｘ吸収剤４２がＳＯｘを放出する場合（図２に示す領域（Ｂ）の場合）について説明する。このような場合、硫酸塩ＢａＳＯ_４が分解し、硫酸イオンＳＯ_４ ²⁻がＳＯ_３の形で吸収剤から放出される。このようにしてＮＯｘ吸収剤４２からＳＯｘが放出される。但しこの硫酸塩ＢａＳＯ_４の分解は低温では起こり難い。従って、たとえＮＯｘ吸収剤４２に流入する排気ガスの平均空燃比Ｘ_０がリッチであっても、排気ガス温度Ｔ＜Ｔ_Ａの場合にはＮＯｘ吸収剤４２からＳＯｘは放出されない。

以上のように、ＮＯｘは排気ガスの平均空燃比Ｘ_０がリッチでありさえすれば放出されるのに対し、ＳＯｘは、さらに排気ガス温度ＴがＳＯｘ放出可能下限温度Ｔ_Ａ以上でなければ放出されない。従って、単に上記ＮＯｘ放出制御を繰り返しているだけでは次第にＳＯｘの吸収量のみが増大して行く虞がある。ＳＯｘの吸収量が増大すると、ＮＯｘの吸収可能量、つまり飽和限界が低下する。従って、これを回避するために、ＳＯｘ放出制御が実行される。

次にこのＳＯｘ放出制御について説明する。ＳＯｘ放出制御は、第１段階としてＮＯｘ吸収剤４２に吸収されているＳＯｘ量の累積値を推定し、第２段階として必要に応じて排気ガス温度Ｔを充分上昇させ（第１空燃比制御）、第３段階として実際にＳＯｘの放出を行わせる（第２空燃比制御）。第１段階から第２段階（または第３段階）への移行は、第１段階におけるＳＯｘ量推定値ＳＸが所定値αを超えたときに実行される。

まず第１段階のＳＯｘ量推定方法について説明する。このＳＯｘ量の推定は、ＥＣＵ２のＳＯｘ量推定部５ａにおいてなされ、ＳＯｘ量を単位時間毎に累積して行くことによって推定される。すなわちＳＯｘ量の推定値ＳＸは次の（式３）で求められる。

ＳＸ＝ＳＸ１＋ＳＸ２−ＳＸ３ ・・・（式３）
ＳＸ１：前回の推定値（前回のＳＸ）
ＳＸ２：新たに吸収されたＳＯｘ量
ＳＸ３：新たに放出されたＳＯｘ量
新たに吸収されたＳＯｘ量ＳＸ２について：運転状態が図２に示す領域（Ａ）にあるとき、すなわち排気ガス温度Ｔ＜Ｔ_Ａであるか、または排気ガスの平均空燃比Ｘ_０が理論空燃比Ｘ_Ａ乃至リーンであるとき、ＮＯｘ吸収剤４２にＳＯｘが吸収される。このとき、燃料噴射量が多いほど、またエンジン回転速度が高いほど単位時間当たりのＳＯｘの発生量が多くなる。すなわちＮＯｘ吸収剤４２に吸収されるＳＯｘ量が多くなる。燃料噴射制御部３ｂで設定される燃料噴射量は燃料噴射時間ＴＡＵの関数なので、新たに吸収されたＳＯｘの量ＳＸ２は、（エンジン回転速度）×（燃料噴射時間ＴＡＵ）が大きくなるほど増大する。この関係を予め実験等によって求め、ＥＣＵ２に記憶させておくことによって、新たに吸収されたＳＯｘ量ＳＸ２を求めることができる。

新たに放出されたＳＯｘ量ＳＸ３について：新たに放出されたＳＯｘ量ＳＸ３は、次の（式４）で求められる。

ＳＸ３＝Ｋｇ・ＳＸ４ ・・・（式４）
Ｋｇ：放出率
ＳＸ４：基準放出量
ここで基準放出量ＳＸ４は、排気ガス温度Ｔ＝Ｔ_Ａのときの単位時間当たりのＳＯｘ放出量である。運転状態が図２に示す領域（Ｂ）にあるとき、すなわち排気ガス温度Ｔ≧ＳＯｘ放出可能下限温度Ｔ_Ａであり、かつ排気ガスの平均空燃比Ｘ_０がリッチであるとき、ＮＯｘ吸収剤４２からＳＯｘが放出される。基準放出量ＳＸ４は排気ガス量と排気ガスの平均空燃比Ｘ_０との関数となる。ここで排気ガス量、すなわち吸入空気量は吸気圧が高いほど、またエンジン回転速度が高いほど多くなる。すなわち（吸気圧）×（エンジン回転速度）が大きいほど多くなる。また基準放出量ＳＸ４は、排気ガスの平均空燃比Ｘ_０が小さいほど、つまりリッチ度合が大きいほど多くなる。このようにして基準放出量ＳＸ４は、排気ガス温度Ｔ＝Ｔ_Ａのときの（吸気圧）×（エンジン回転速度）と排気ガスの平均空燃比Ｘ_０との関数として求めることができる。この関数を、予め実験等によって求めて２次元マップ化し、ＥＣＵ２に記憶させておくことによって、基準放出量ＳＸ４を求めることができる。

また（式４）の放出率Ｋｇは、排気ガス温度を変数とする関数となっている。すなわち、他の条件が同じであっても排気ガス温度Ｔが高くなると放出量ＳＸ３が増大するので、その増大割合を放出率Ｋｇとして基準放出量ＮＸ４に乗じるのである。排気ガス温度Ｔと放出率Ｋｇとの関係を予め実験等によって求め、ＥＣＵ２に記憶させておくことによって、放出率Ｋｇを求めることができる。

次に、ＳＯｘ放出制御の第２段階について説明する。上記第１段階で求められたＳＯｘ吸収量の推定値ＮＸが所定値αを超えたとき、この第２段階に移行し、以下に詳述する第１空燃比制御が実行される。

図３は、第１空燃比制御における気筒別の空燃比Ｘの設定に関する説明図である。横軸に各気筒７ａ〜７ｄにおいて所定の順序（＃１→＃３→＃４→＃２）で訪れる点火時期を示し、縦軸に、その点火時期の点火によって燃焼する気筒の空燃比Ｘを示す。図３に示すように、第１気筒７ａおよび第４気筒７ｄでは常に理論空燃比Ｘ_Ａよりリッチなリッチ空燃比、第２気筒７ｂおよび第３気筒７ｃでは常に理論空燃比Ｘ_Ａよりリーンなリーン空燃比で燃焼が行われる。その結果、全体としてはリッチ空燃比の燃焼とリーン空燃比の燃焼が交互になされるパータベーションが実行されることとなる。

各気筒の空燃比Ｘは、ＥＣＵ２の空燃比制御部３で設定される。第１気筒７ａおよび第４気筒７ｄでは（平均空燃比Ｘ_０）−（空燃比変動幅Ｘ_１）、第２気筒７ｂおよび第３気筒７ｃでは（平均空燃比Ｘ_０）＋（空燃比変動幅Ｘ_１）とされる。平均空燃比Ｘ_０は、理論空燃比Ｘ_Ａよりもリーンな値、例えば平均空燃比Ｘ_０＝１５とされる。

このように平均空燃比Ｘ_０をリーンにしてパータベーションを行うと、三元触媒４１における酸素の吸着・離脱が活性化するので、その下流のＮＯｘ吸収剤４２に流入する排気ガス温度Ｔが上昇する。このため、従来技術に見られるような専用の電気ヒータを用いなくても排気ガス温度Ｔを意図的に上昇させることができる。

この第１空燃比制御は、排気ガス温度Ｔが上昇し、第１目標値Ｔ_１を超えるまで実行される。第１目標値Ｔ_１は予め空燃比制御部３に記憶されている所定値であって、ＳＯｘ放出可能下限温度Ｔ_Ａ（≒６００℃）よりも高い温度である。例えば第１目標値Ｔ_１＝６５０℃とされる。

図４は第１空燃比制御におけるパータベーションの、空燃比変動幅Ｘ_１の設定値を示す図である。横軸に排気ガス温度Ｔ、縦軸に空燃比変動幅Ｘ_１を示す。この図に示すように、空燃比変動幅Ｘ_１は排気ガス温度Ｔに応じて２段階の設定がなされている。すなわち、排気ガス温度Ｔが所定の温度Ｔ_２（以下、この温度を第２目標値Ｔ_２という）よりも高い場合は比較的小さな空燃比変動幅Ｘ_１（例えばＸ_１＝Ｘ_１１＝２．５）とされ、第２目標値Ｔ_２以下の場合は比較的大きな空燃比変動幅Ｘ_１（例えばＸ_１＝Ｘ_１２＝３）とされる。

これらの設定値は予めＥＣＵ２の空燃比変動幅設定部５ｂに記憶されており、空燃比変動幅設定部５ｂは、排気温センサ３８によって検出される排気ガス温度Ｔに基いて、空燃比変動幅Ｘ_１としてＸ_１１またはＸ_１２の何れかを選択するように構成されている。

なお、第２目標値Ｔ_２は上記第１目標値Ｔ_１よりも小さく、ＳＯｘ放出可能下限温度Ｔ_Ａよりも大きな値に設定されている。好ましくは、この範囲でＳＯｘ放出可能下限温度Ｔ_Ａに近い値とするのが良い。

図５は、第１空燃比制御および後述する第２空燃比制御における排気ガス温度Ｔの変化を示すタイムチャートである。横軸に時間ｔ、縦軸に排気ガス温度Ｔを示す。このタイムチャートに示す例では、時点ｔ_０までがＳＯｘ放出制御の第１段階である。そして時点ｔ_０においてＳＯｘ吸収量の推定値ＮＸが所定値αを超え、第２段階に移行している。時点ｔ_０における排気ガス温度Ｔは第２目標値Ｔ_２よりも低い。

時点ｔ_０で第２段階に移行すると、第１空燃比制御が実行されることにより排気ガス温度Ｔが上昇する。第１空燃比制御は、排気ガス温度Ｔが第１目標値Ｔ_１を超える時点ｔ_２まで行われる。第１空燃比制御は、さらに排気ガス温度Ｔの上昇速度が比較的高い第１空燃比制御（ａ）と、比較的低い第１空燃比制御（ｂ）とに分かれている。

第１空燃比制御（ａ）は、排気ガス温度Ｔが第２目標値Ｔ_２以下のときに行われる第１空燃比制御であって、パータベーションの空燃比変動幅Ｘ_１として、比較的大きなＸ_１２（図４参照）が選択される制御である。第１空燃比制御による排気ガス温度上昇作用は、パータベーションにおけるリッチ度合とリーン度合の振れ幅が大であるほど、つまり空燃比変動幅Ｘ_１が大きいほど大きい。従って、この第１空燃比制御（ａ）が実行される領域では、強い温度上昇作用によって排気ガス温度Ｔの温度が迅速に上昇する。

排気ガス温度Ｔが第２目標値Ｔ_２を超えると（時点ｔ_１）、第１空燃比制御（ａ）から第１空燃比制御（ｂ）に移行する。第２空燃比制御領域（ｂ）は、排気ガス温度Ｔが第２目標値Ｔ_２より高いときに行われる第１空燃比制御であって、パータベーションの空燃比変動幅Ｘ_１として、比較的小さなＸ_１１（図４参照）が選択される制御である。この第１空燃比制御（ｂ）が実行される領域では、温度上昇作用がやや弱められ、排気ガス温度Ｔの上昇速度が緩やかになる。

第１空燃比制御（ｂ）は、第１空燃比制御が完了するまで、すなわち排気ガス温度Ｔが第１目標値Ｔ_１を超えるまで実行される。このようにすることにより、排気ガス温度Ｔが第１目標値Ｔ_１に達した後のオーバーシュートを抑制することができる。排気ガス温度Ｔのオーバーシュートは、排気ガス温度Ｔが第１目標値Ｔ_１を超え、第１空燃比制御を完了してもすぐには温度上昇が止まらず、暫く温度上昇を続ける現象である。このオーバーシュートは、排気ガス温度Ｔが第１目標値Ｔ_１に達するまでの温度上昇速度が大であるほど大きくなる。当実施形態では、排気ガス温度Ｔが第２目標値Ｔ_２を超え、第１目標値Ｔ_１に近付いた時点（ｔ_１）以降に第１空燃比制御（ｂ）を実行することにより、上記オーバーシュートを抑制することができる。オーバーシュートを抑制することにより、排気ガス温度Ｔが高くなり過ぎることによる弊害、例えば触媒の劣化が促進され易くなること等を防止することができる。

このように、第１空燃比制御において第１空燃比制御（ａ）と第１空燃比制御（ｂ）とを併用することにより、第１空燃比制御に要する全体の時間（ｔ_２−ｔ_０）を可及的に短くしつつ、排気ガス温度Ｔのオーバーシュートを効果的に抑制することができる。

こうして、排気ガス温度Ｔが適正な上昇速度で上昇し、第１目標値Ｔ_１を越えた時点ｔ_２で第２段階の第１空燃比制御を完了し、次の第３段階に移行する。

次に、ＳＯｘ放出制御の第３段階について説明する。この第３段階は、上記第２段階に引き続いて行われる第２空燃比制御である。第２空燃比制御は、パータベーションを行うことは第１空燃比制御と共通であるが、平均空燃比Ｘ_０は理論空燃比Ｘ_Ａよりもリッチな値、例えば平均空燃比Ｘ_０＝１４．３とされる。また空燃比変動幅Ｘ_１は固定値、例えば空燃比変動幅Ｘ_１＝２とされる。この第２空燃比制御を行うと、ＮＯｘ吸収剤４２がＳＯｘを放出する条件が整うので、ＮＯｘ吸収剤４２のＳＯｘが放出される。

なお、図５に示すように、この第２空燃比制御を行うと、平均空燃比Ｘ_０がリッチであることから、ＨＣの影響によって排気ガス温度Ｔが低下傾向となる。しかし、温度上昇作用を有するパータベーションを継続することによって、全気筒７ａ〜７ｄにおいて一律のリッチ空燃比（＝平均空燃比Ｘ_０）とするよりも温度低下が抑制される。

上記（式３）に示すように、第２空燃比制御によってＳＯｘの放出量ＳＸ３が増大すると、ＮＯｘ吸収剤４２内のＳＯｘ量が減少する。排気ガス温度Ｔが第２目標値Ｔ_２以下まで低下する時点ｔ_３までにＳＯｘ量推定値ＳＸが所定値β（βは上記αよりも充分小さな値）以下となった場合には、その時点で第３段階を完了し、これを以ってＳＯｘ放出制御を完了して通常の燃焼制御に戻る。

しかし場合によっては時点ｔ３において、未だＳＯｘの放出が完了しない場合もあり得る。その場合、そのまま第２空燃比制御を継続すると、まもなく排気ガス温度ＴがＳＯｘ放出可能下限温度Ｔ_Ａより低くなり、第２空燃比制御を実行しているにもかかわらず実際にはＳＯｘの放出がなされないという事態を招く虞がある。当実施形態ではそのような事態を回避するために、図５に示すように、排気ガス温度Ｔが第２目標値Ｔ_２以下となってもＳＯｘの放出が完了しない場合は、その時点ｔ_３で一旦第２空燃比制御を中断し、第１空燃比制御を実行して排気ガス温度Ｔを上昇させるようにしている。そして、排気ガス温度Ｔが第１目標値Ｔ_１を越えた時点であらためて第２空燃比制御を再開し、ＳＯｘを放出させるようにしている。

こうすることによって、第２空燃比制御を、常にＳＯｘ放出可能下限温度Ｔ_Ａよりも高い温度で実行することができる。従って、第２空燃比制御を実行しているにもかかわらず排気ガス温度ＴがＳＯｘ放出可能下限温度Ｔ_Ａよりも低下してしまい、実際にはＳＯｘの放出がなされないというような事態を回避し、安定的にＳＯｘの放出を継続することができる。

また、このような第１空燃比制御と第２空燃比制御との繰り返しは、ＳＯｘの放出が完了するまで（ＳＯｘ量推定値ＳＸが所定値β以下となるまで）必要に応じて何回でも繰り返えされる。従ってＳＯｘの放出を確実に完了させることができる。

さらに、このように第１空燃比制御と第２空燃比制御との繰り返しを許容することにより、必ずしも連続した１回の第２空燃比制御でＳＯｘの放出を完了させる必要はなく、適宜排気ガス温度Ｔを上昇させる第１空燃比制御を行いつつ、断続的に第２空燃比制御を実行させることができる。従って、連続した１回の第２空燃比制御でＳＯｘの放出を完了させることを狙う場合よりも第１目標値Ｔ_１を低く設定することができる。連続した１回の第２空燃比制御でＳＯｘの放出を完了させるためには、温度低下に対する余裕代を充分確保する必要があり、第１目標値Ｔ_１を相対的に高い値としなければならないからである。従って当実施形態によれば、第１目標値Ｔ_１が高すぎることによる弊害、例えば触媒の劣化促進等を効果的に抑制することができる。

図６は、上記ＳＯｘ放出制御の概略フローチャートである。このフローがスタートすると、各種センサによる検出信号の読み取りが行われ（ステップＳ２）、第１段階としてＮＯｘ吸収剤４２に吸収されたＳＯｘ量の推定が行われる（ステップＳ４）。そして推定されたＳＯｘ量ＳＸが所定値αより大であるか否かが判定される（ステップＳ６）。ステップＳ６でＹＥＳと判定されると、ＳＯｘの放出が必要な状態となっている。次のステップＳ２０では、フラグＦに１が入力される。フラグＦは、第２段階または第３段階にあるときに１とされるフラグである。フラグＦが０→１とされた場合には第１段階が完了し、第２段階または第３段階に移行することを示す（第１段階が完了した時点で排気ガス温度Ｔが充分高い場合には第２段階をスキップして直接第３段階に移行することもあり得る）。またフラグＦが１→１とされた場合には、第２段階または第３段階が継続中であることを示す。

続いて、排気ガス温度Ｔが第１目標値Ｔ_１以下であるか否かが判定される（ステップＳ２１）。ステップＳ２１でＹＥＳと判定されると、さらに排気ガス温度Ｔが第２目標値Ｔ_２以下であるか否かが判定される（ステップＳ２２）。ステップＳ２２でＹＥＳと判定されると、排気ガス温度Ｔが比較的低く、第２段階に移行または第２段階を継続して排気ガス温度Ｔを迅速に上昇させる必要があることを示している。この第２段階に移行とは、第１段階からの移行の場合と、第３段階からの移行の場合があるが、何れの場合も次に第１空燃比制御（ａ）が実行される。第３段階からの移行の場合は、それに伴って一旦第２空燃比制御を中断し、第１空燃比制御（ａ）を行う。第１空燃比制御（ａ）では、平均空燃比Ｘ_０＝１５（リーン）が設定され（ステップＳ２４）、比較的大きな空燃比変動幅Ｘ_１（＝Ｘ_１２＝３）が設定される（ステップＳ２５）。

そして次のステップＳ３２で各気筒７ａ〜７ｄにおいてパータベーションが実行される。すなわち第１気筒７ａ、第４気筒７ｄにおいてはリッチ空燃比（Ｘ_０−Ｘ_１）、第２気筒７ｂ、第３気筒７ｃにおいてはリーン空燃比（Ｘ_０＋Ｘ_１）での燃焼が行われる。この第１空燃比制御（ａ）によって、排気ガス温度Ｔが迅速に上昇する。

遡ってステップＳ２２でＮＯ、つまり排気ガス温度Ｔ＞第２目標値Ｔ_２と判定されると、続いて現時点の平均空燃比Ｘ_０が理論空燃比Ｘ_Ａより小さいか否か、つまり平均空燃比Ｘ_０がリッチであるか否かの判定が行われる。ステップＳ２３でＮＯと判定されると、現時点の平均空燃比Ｘ_０がリッチではない、つまり現在第２空燃比制御の実行中ではないことを示している。すなわち現時点が第２段階の第１空燃比制御の実行中であって、かつ排気ガス温度Ｔが第１目標値Ｔ_１に近付いている状態であることを示す。そこで第１空燃比制御（ｂ）が実行される。具体的には平均空燃比Ｘ_０＝１５（リーン）が設定され（ステップＳ２６）、比較的小さな空燃比変動幅Ｘ_１（＝Ｘ_１１＝２．５）が設定される（ステップＳ２７）。

そして上記第１空燃比制御（ａ）と同様に、次のステップＳ３２で各気筒７ａ〜７ｄにおいてパータベーションが実行される。すなわち第１気筒７ａ、第４気筒７ｄにおいてはリッチ空燃比（Ｘ_０−Ｘ_１）、第２気筒７ｂ、第３気筒７ｃにおいてはリーン空燃比（Ｘ_０＋Ｘ_１）での燃焼が行われる。この第１空燃比制御（ｂ）によって、排気ガス温度Ｔが緩やかに上昇し、排気ガス温度Ｔが第１目標値Ｔ_１に達した後のオーバーシュートが抑制される。

さらに遡ってステップＳ２１でＮＯ、すなわち排気ガス温度Ｔ＞Ｔ_１であると判定された場合は、第３段階を実行するに充分な排気ガス温度Ｔとなっている。従って、第２段階（または第１段階）から第３段階への移行または第３段階の継続がなされる。すなわち第２空燃比制御が実行される。これには、排気ガス温度Ｔの低下によって一時中断されていた第２空燃比制御が再開される場合を含む。具体的には平均空燃比Ｘ_０＝１４．３（リッチ）とされ（ステップＳ２８）、固定の空燃比変動幅Ｘ_１（例えばＸ_１＝２）が設定される（ステップＳ３０）。

続いて上記第２段階の第１空燃比制御と同様、ステップＳ３２でパータベーションを行うが、当該第２空燃比制御では平均空燃比Ｘ_０がリッチ（Ｘ_０＝１４．３）であることが第１空燃比制御と異なっている。こうしてＮＯｘ吸収剤４２に流入する排気ガス温度Ｔが高温の状態で平均空燃比Ｘ_０をリッチとすることにより、ＮＯｘ吸収剤４２からＳＯｘが放出される。また同時にパータベーションを行うことにより、排気ガス温度Ｔの低下が抑制される。

なお、ステップＳ２３でＹＥＳと判定された場合、第３段階の第２空燃比制御を実行中であって、かつ第２目標値Ｔ_２＜排気ガス温度Ｔ≦第１目標値Ｔ_１であることを示している。これは、排気ガス温度Ｔが第２空燃比制御の開始時点よりは低下しているものの、まだ充分ＳＯｘの放出が可能な温度域にあることを示している。従ってこの場合もステップＳ２８に移行して第２空燃比制御を継続する。

さらに遡ってステップＳ６でＮＯと判定されたときには、続いてＳＯｘ量が所定値β以下であるか否かが判定される（ステップＳ８）。ステップＳ８でＹＥＳと判定された場合、ＳＯｘ量は充分少ないことを意味する。つまり第１段階にあるときには未だＮＯｘ吸収剤４２に殆どＳＯｘ量が吸収されていないことを示し、第３段階（または第２段階）にあるときには、ＳＯｘの放出が充分行われたことを示す。従って、第１段階にあるときにはそれを継続し、第２、第３段階にあるときにはそれを完了させて第１段階に戻る。いずれの場合も、フラグＦに０を入力し（ステップＳ１２）、通常の燃焼制御を実行する（ステップＳ１４）。

またステップＳ８でＮＯと判定された場合、β＜ＳＯｘ量≦αであることを示す。この場合はさらにフラグＦ＝１であるか否かの判定がなされる（ステップＳ１０）。ステップＳ１０でＮＯの場合、第１段階であって、ＮＯｘ吸収剤４２にはある程度のＳＯｘが吸収されているものの、未だ放出が必要な状態に至っていないことを示す。従って第１段階を継続し、通常の燃焼制御を実行する（ステップＳ１４）。

そしてステップＳ１０でＹＥＳの場合、第３段階（または第２段階）であって、ＮＯｘ吸収剤４２からのＳＯｘの放出が開始しているものの、まだその放出量が充分ではないことを示している。従ってステップＳ２１に移行し、第３段階（または第２段階）を継続する。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、当実施形態の第１空燃比制御は、ＮＯｘ吸収剤４２に吸収されたＳＯｘを適時に放出させるために排気ガス温度Ｔを意図的に上昇させる目的で用いられているが、必ずしもその目的のために用いる必要はなく、例えばＮＯｘ吸収剤４２を早期に活性化させるために排気ガス温度Ｔを意図的に上昇させる等の目的で第１空燃比制御を用いても良い。

上記第１空燃比制御における平均空燃比Ｘ_０は、必ずしもＸ_０＝１５でなくても良く、理論空燃比Ｘ_Ａよりもリーンであれば良い。またその空燃比変動幅Ｘ_１は、必ずしもＸ_１＝Ｘ_１１＝２．５或いはＸ_１＝Ｘ_１２＝３でなくても良く、Ｘ_１１＜Ｘ_１２の範囲で適宜設定して良い。また空燃比変動幅Ｘ_１は、このような２つの値を段階的に切り換えるものである必要はなく、３段階以上に切り換えるものや連続的に変化するものであっても良い。

上記第２空燃比制御における平均空燃比Ｘ_０は、必ずしも平均空燃比Ｘ_０＝１４．３でなくても良く、理論空燃比Ｘ_Ａよりもリッチであれば良い。またその空燃比変動幅Ｘ_１は、必ずしもＸ_１＝２でなくても良く、適宜増減しても良い。またその値を固定値とせず、適宜範囲で変動する値としても良い。

排気ガス温度Ｔの第１目標値Ｔ_１は、必ずしも６５０℃である必要はなく、適宜増減しても良い。但し、この温度が低すぎると第２目標値Ｔ_２との温度差が小さくなり、第２空燃比制御の中断回数が増え易くなる。また高すぎると触媒の劣化等が促進され易くなる虞がある。

当実施形態では、第２目標値Ｔ_２を、第１空燃比制御（ａ）から第１空燃比制御（ｂ）に移行する際の閾値として用いるとともに、第２空燃比制御を一旦中断して第１空燃比制御を行う際の閾値としても用いている。これらの閾値を共通化することによって制御の簡略化が図られているが、必ずしもそのようにする必要はなく、それぞれ個別の閾値を設定しても良い。

当実施形態では４気筒エンジンの点火順序を＃１→＃３→＃４→＃２としたが、必ずしもそのようにする必要はない。またパータベーションを行うにあたり、何れの気筒をリッチ空燃比とし、何れの気筒をリーン空燃比とするかは点火順序に応じて適宜設定して良い。

当実施形態のエンジンは４気筒エンジンであるが、必ずしも４気筒である必要はなく、パータベーションを行い得る２気筒以上であれば何気筒であっても良い。その際のパータベーションにおいて、何れの気筒をリッチ空燃比とし、何れの気筒をリーン空燃比とするかは適宜設定して良い。

本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を含む構造の構成図である。 図１に示す構成において、ＮＯｘ吸収剤がＳＯｘの吸収を行うのか放出を行うのかを場合分けして示した図である。 図１に示す構成の、第１空燃比制御における気筒別の空燃比の設定に関する説明図である。 図１に示す構成の、第１空燃比制御におけるパータベーションの空燃比変動幅の設定値を示す図である。 図１に示す構成の、第１空燃比制御および第２空燃比制御における排気ガス温度の変化を示すタイムチャートである。 図１に示す構成の、ＳＯｘ放出制御の概略フローチャートである。

符号の説明

１ エンジン本体
３ 空燃比制御部（空燃比制御手段）
５ａ ＳＯｘ量推定部（ＳＯｘ量推定手段）
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ （第１〜第４）気筒
２２ 排気通路
３８ 排気温センサ（排気ガス温度検出手段）
４１ 三元触媒
４２ ＮＯｘ吸収剤
Ｔ 排気ガス温度
Ｔ_１ 第１目標値
Ｔ_２ 第２目標値
Ｘ 空燃比
Ｘ_０ 平均空燃比
Ｘ_１，Ｘ_１１，Ｘ_１２ 空燃比変動幅（リッチ度合とリーン度合の振れ幅）

Claims (3)

1. 複数の気筒を有するエンジンの排気通路に設けられ、排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し、理論空燃比またはリッチのときにＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を備えた排気浄化装置であって、
   上記排気通路の、上記ＮＯｘ吸収剤よりも上流に設けられる三元触媒と、
   エンジンの各気筒別に混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
   上記ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段とを備え、
   上記空燃比制御手段は、排気ガス温度を上昇させる要求のあるときに成立する所定条件が成立すると、上記各気筒の混合気の平均空燃比をリーンとするとともに、該各気筒別には点火時期順にリーンとリッチとを交互に繰り返えさせて排気ガス温度が第１目標値を超えるように上昇させる第１空燃比制御を実行し、かつ該第１空燃比制御におけるリッチ度合とリーン度合の振れ幅を、上記排気ガス温度が上記第１目標値に近付くにつれて減少させることを特徴とする排気浄化装置。
2. 上記ＮＯｘ吸収剤に吸収されているＳＯｘ量を推定するＳＯｘ量推定手段を備え、
   上記空燃比制御手段は、上記ＳＯｘ量推定手段によって推定されるＳＯｘ量が所定値を超えたときに上記所定条件が成立したとして上記第１空燃比制御を実行し、該第１空燃比制御の実行中に上記排気ガス温度が上記第１目標値を超えると、上記各気筒の混合気の平均空燃比をリッチとするとともに、該各気筒別には点火時期順にリーンとリッチとを交互に繰り返えさせる第２空燃比制御を実行することを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
3. 上記空燃比制御手段は、上記第２空燃比制御の実行中に、上記排気ガス温度が、上記ＮＯｘ吸収剤がＳＯｘを放出可能な温度であるとともに上記第１目標値よりも低温であるような温度とされる第２目標値以下となったとき、一旦当該第２空燃比制御を中断して上記第１空燃比制御を実行し、それによって上記排気ガス温度が上記第１目標値を超えると、当該第２空燃比制御を再開することを特徴とする請求項２記載の排気浄化装置。

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