JP3713831B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【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、全体としてリーン空燃比で運転されるリーンバーンエンジンからの排気中のＮＯ_X を高い効率で浄化することが可能な排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用等の内燃機関からの排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X （ＮＯ、ＮＯ₂ 、Ｎ₂ Ｏ₄ 、Ｎ₂ Ｏ等）の有害成分を浄化する排気浄化装置としては、三元触媒を用いたものが従来から知られている。
三元触媒は、排気空燃比が理論空燃比の時にＨＣ、ＣＯ成分の酸化とＮＯ_X 成分の還元とを同時に行い、これら三成分を同時に浄化することができる。しかし、三元触媒のＮＯ_X 浄化能力は排気空燃比が理論空燃比以上（すなわちリーン空燃比に）なると急激に低下する。このため、全体として理論空燃比より高い空燃比で運転されるリーンバーン内燃機関の排気中のＮＯ_X を三元触媒により浄化することは従来困難であった。
【０００３】
上記問題を解決するために、例えば特開平４−３６５９２０号公報は脱硝反応を利用した内燃機関の排気浄化装置を提案している。三元触媒は、排気空燃比が理論空燃比より低いときに（すなわちリッチ空燃比のときに）、排気中のＮＯ_X の一部をＮ₂ に変換するとともに残りのＮＯ_X をＮＨ₃ に変換するＮＨ₃ 生成作用を行う。上記公報の装置は、ＮＯ_X のＮＨ₃ への転換効率の高い三元触媒を用いてＮＨ₃ を発生させ、このＮＨ₃ と排気中のＮＯ_X とを反応させて脱硝反応によりＮ₂ とＨ₂ Ｏに浄化するようにしたものである。
【０００４】
すなわち、上記公報の装置では、多気筒機関の一部の気筒をリッチ空燃比で運転し、他の気筒をリーン空燃比で運転することにより、機関全体として平均すると理論空燃比より高い（リーンな）空燃比での運転を行なう。また、リッチ空燃比運転される気筒に接続された排気通路には、上記ＮＨ₃ 発生効率の高い三元触媒が配置され、この三元触媒下流側でリーン空燃比気筒からの排気がリッチ空燃比気筒からの排気と合流するようにされている。
【０００５】
リッチ空燃比気筒からの排気に含まれるＮＯ_X 成分の一部は上記三元触媒によりＮＨ₃ に転換されるため、三元触媒下流側でのリッチ空燃比気筒からの排気には比較的多量のＮＨ₃ が含まれることになる。一方、リーン空燃比気筒から排出される排気には比較的多量のＮＯ_X が含まれる。
上記特開平４−３６５９２０号公報の装置は、上記ＮＨ₃ を含む排気とＮＯ_X を含む排気とを合流させ、ＮＯ_X とＮＨ₃ とを反応させて脱硝反応を生じさせることによりＮＨ₃ とＮＯ_X とをＮ₂ とＨ₂ Ｏとに転換するようにして、ＮＯ_X の浄化効率を向上させたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平４−３６５９２０号公報の装置のようにリーン空燃比気筒から排出されるＮＯ_X をＮＨ₃ と反応させて浄化するためには、リーン空燃比気筒から排出されるＮＯ_X 量の全量を浄化できるだけのＮＨ₃ が必要になる。
例えば、内燃機関から排出されるＮＯ_X 成分は、その殆どがＮＯ（一酸化窒素）とＮＯ₂ （二酸化窒素）からなるが、これらのＮＯ、ＮＯ₂ 成分はＮＨ₃ 成分と以下に示す脱硝反応を生じ、Ｎ₂ とＨ₂ Ｏに転換される。
【０００７】
４ＮＨ₃ ＋４ＮＯ＋Ｏ₂ →４Ｎ₂ ＋６Ｈ₂ Ｏ
８ＮＨ₃ ＋６ＮＯ₂ →７Ｎ₂ ＋１２Ｈ₂ Ｏ
このため、上記公報の装置で排気中のＮＯ_X を完全に浄化するためには、リーン空燃比気筒からの排気中のＮＯのモル数と同量、及びＮＯ₂ のモル数の４／３倍のモル数のＮＨ₃ が必要となる。また、同様に排気中の他のＮＯ_X 成分（Ｎ₂ Ｏ₄ 、Ｎ₂ Ｏ等）を完全に浄化するためには上記の量のＮＨ₃ に加えて、それぞれＮ₂ Ｏ₄ 、Ｎ₂ Ｏとそれぞれ等量比のモル数のＮＨ₃ が必要となる。ところが、排気中のＮＯ_X 量は気筒の運転空燃比が理論空燃比よりリーン側（例えば空燃比で１６程度）のときに最も多くなり、理論空燃比以下では急激に少なくなる。このため、上記公報のようにリッチ空燃比気筒からの排気中のＮＯ_X の一部をＮＨ₃ に転換するようにしていると発生するＮＨ₃ の量は比較的少なくなり、リーン空燃比気筒からの排気中に含まれる比較的多量のＮＯ_X を全量浄化することはできない。このため、上記特開平４−３６５９２０号公報の装置では、三元触媒で生成されるＮＨ₃ 量の不足のために排気中のＮＯ_X の一部が浄化されずにそのまま大気に放出される問題が生じる。
【０００８】
本発明は上記問題を解決し、リッチ空燃比の排気中のＮＯ_X をＮＨ₃ に転換し、このＮＨ₃ を用いて排気中のＮＯ_X を還元する際に、生成されるＮＨ₃ の量を増大することにより排気中のＮＯ_X の浄化率を向上させることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、ＮＨ₃ 生成手段に供給される排気中のＮＯ_X 量を通常より増大することにより、すなわちＮＨ₃ の原料としてのＮＯ_X の量を増大させることによりＮＨ₃ 生成手段により生成されるＮＨ₃ の量を増大し、十分な量のＮＨ₃ をＮＯ_X 浄化手段に供給する。また、本発明では、ＮＨ₃ 生成手段に供給される排気中のＮＯ_X 量を増大させる手段としては、（１）リッチ空燃比運転気筒からの排気にリーン空燃比運転気筒からの排気を加え、全体としてリッチ空燃比の、ＮＯ_X を多く含む混合排気を形成し、この混合排気をＮＯ_X 生成手段に提供する方法、及び（２）リッチ空燃比運転気筒でのＮＯ_X の発生量そのものを増大させることによりＮＯ_X 生成手段にＮＯ_X を多く含む排気を供給する方法、を用いる。
【００１０】
請求項１から請求項４に記載の発明は上記（１）の方法によりＮＨ₃生成量を増大させる場合を、請求項５から請求項８に記載の発明は上記（２）の方法によりＮＨ₃生成量を増大させる場合を示している。なお、上記（１）（２）の方法は、それぞれ単独でも、或いは両方を同時に使用することが可能である。
なお、請求項１の「少なくとも一部の気筒をリッチ空燃比で運転し、少なくとも一部の気筒をリーン空燃比で運転可能な内燃機関」とは、一部の気筒がリッチ空燃比運転され、一部の気筒が同時にリーン空燃比運転される運転状態が存在する内燃機関を意味する。
【００１１】
また、請求項５から７の「少なくとも一部の気筒が、運転中の少なくとも所定の期間リッチ空燃比で運転されるリーンバーン内燃機関」とは、一部の気筒がリッチ空燃比で運転される状態が存在するリーンバーン内燃機関を意味し、（１）特定の一部の気筒が常にリッチ空燃比で運転され、他の気筒が常にリーン空燃比で運転され、全部の気筒の空燃比の平均が理論空燃比より高い機関、（２）上記（１）の機関において、リッチ空燃比運転される気筒が全気筒間で（或いは特定の気筒群内で）順次切り換えられ、ある期間の間には全部の気筒のそれぞれが（或いは特定の気筒群内の各気筒それぞれが）必ずリッチ空燃比運転される内燃機関、（３）通常は全部の気筒がリーン空燃比運転され、所定の期間のみ全部または一部の気筒がリッチ空燃比運転され、リーン空燃比運転期間とリッチ空燃比運転期間とを合わせた機関空燃比の時間平均が理論空燃比より高い機関、の３つのタイプの機関を含むものとする。
【００１２】
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、少なくとも一部の気筒をリッチ空燃比で運転し、少なくとも一部の気筒をリーン空燃比で運転可能な内燃機関の排気浄化装置であって、前記内燃機関の排気通路に配置され、排気中のＮＯ_X とＮＨ₃ とを反応させてＮＯ_X をＮ₂ に還元するＮＯ_X 浄化手段と、流入する排気空燃比がリッチのときに排気中に含まれるＮＯ_X の少なくとも一部をＮＨ₃ に転換するＮＨ₃ 生成手段と、前記内燃機関のリッチ空燃比運転中の気筒からの排気に、前記内燃機関のリーン空燃比運転中の気筒からの排気の一部を加えて所定のリッチ空燃比の混合排気を形成し、該混合排気を前記ＮＨ₃ 生成手段に供給する排気導入手段と、前記ＮＨ₃ 生成手段通過後の前記混合排気を前記ＮＯ_X 浄化手段に供給するＮＨ₃ 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。
【００１３】
前述のように、リッチ空燃比運転中の気筒ではリーン空燃比運転中の気筒に較べてＮＯ_X の発生量は少なくなっている。このため、リッチ空燃比運転中の気筒の排気をＮＨ₃ 生成手段に供給した場合には、原料としてのＮＯ_X の量が少ないためにＮＨ₃ の生成量も少なくなる。一方、リーン空燃比の排気は比較的多量のＮＯ_X を含むが、リーン空燃比の排気をそのままＮＨ₃ 生成手段に供給しても排気中のＮＯ_X はＮＨ₃ に転換されず、ＮＨ₃ は生成しない。
【００１４】
請求項１の発明では、リッチ空燃比気筒からの排気にリーン空燃比気筒からの排気の一部を加えて全体としてリッチ空燃比の混合排気を形成する。この混合排気は全体としてリッチ空燃比でありながらリーン気筒で発生する比較的多量のＮＯ_X を含むため、当初から混合排気の空燃比と同一のリッチ空燃比で気筒を運転した場合の排気より多くのＮＯ_X を含んでいる。従って、上記混合排気をＮＨ₃ 生成手段に供給することにより、リッチ空燃比運転気筒からの排気のみをＮＨ₃ 生成手段に供給した場合より多くのＮＨ₃ が生成される。このため、ＮＯ_X 浄化手段には十分な量のＮＨ₃ が供給され、排気中のＮＯ_X の浄化率が向上する。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１の排気浄化装置は、さらに、前記混合排気を形成するリッチ空燃比運転中の気筒からの排気の空燃比と前記リーン空燃比運転中の気筒からの排気の空燃比とを、混合排気の空燃比が前記所定のリッチ空燃比になるように制御する排気空燃比制御手段と、を備えている。
すなわち、請求項２の発明では、混合排気を形成するリッチ空燃比気筒からの排気の空燃比とリーン空燃比気筒からの排気の空燃比とがそれぞれ制御されるため、混合排気の空燃比は正確に所定の空燃比に（例えば、ＮＨ₃ 生成手段においてＮＨ₃ 生成率が最も大きくなる空燃比に）制御される。
【００１６】
更に、請求項３に記載の発明によれば、請求項２の排気浄化装置において、前記内燃機関は、前記リッチ空燃比運転する気筒を予め定めた条件に応じて順次切り換えるリッチ気筒変更手段を備えている。
すなわち、請求項３の発明では、リッチ空燃比運転を行なう気筒は特定の気筒群の中で、又は全気筒の中で順次切換えられ、ある気筒が常にリッチ空燃比で運転されることがない。このため、特定の気筒にリッチ空燃比運転によるデポジット（カーボン）の堆積が集中することが防止される。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１の排気浄化装置はさらに、前記機関運転状態に基づいて前記ＮＯ_X 浄化手段に流入する排気中に含まれるＮＯ_X の量を推定する推定手段と、該推定されたＮＯ_X 量に応じて前記混合排気中に占める前記リーン空燃比運転気筒からの排気の量を制御する排気導入量制御手段を備えている。
【００１８】
すなわち、請求項４の発明では混合排気を形成するために付加するリーン空燃比運転気筒からの排気の量はＮＯ_X 浄化手段に流入するＮＯ_X の量に応じて制御される。これにより、機関運転状態の変化によりＮＯ_X 浄化手段に流入するＮＯ_X 量が変動した場合でも、それに応じてＮＨ₃ 生成手段に流入する排気中のＮＯ_X 量が増減され、ＮＯ_X 浄化手段で必要とされる量のＮＨ₃ がＮＨ₃ 生成手段で生成される。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、少なくとも一部の気筒が、運転中の少なくとも所定の期間リッチ空燃比で運転されるリーンバーン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、流入する排気の空燃比がリッチのときに排気中のＮＯ_Xの少なくとも一部をアンモニアに転換するＮＨ₃生成手段と、該ＮＨ₃生成手段下流側の排気通路に配置され、流入する排気中のＮＨ₃とＮＯ_Xとを反応させるＮＯ_X浄化手段と、前記少なくとも一部の気筒がリッチ空燃比で運転されるときに、前記少なくとも一部の気筒から排出される排気中のＮＯ_X量を増加させるＮＯ_X増加手段と、を備え、前記ＮＯ _X 増加手段は、前記少なくとも一部の気筒がリッチ空燃比で運転されるときに、該少なくとも一部の気筒の点火時期を最適点火時期に較べて進角させる点火時期制御手段を備えた、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２０】
請求項５の発明では、ＮＯ_X増加手段は、気筒のリッチ空燃比運転時にはリッチ空燃比運転気筒からの排気中のＮＯ_X量を増加させる。これにより、アンモニア生成触媒に流入する、ＮＨ₃の原料としてのＮＯ_X量が増大するため、アンモニア生成触媒でのＮＨ₃の生成量が増大する。
すなわち、請求項５の発明では、気筒のリッチ空燃比運転時には、リッチ空燃比運転される気筒の点火時期は該リッチ空燃比における最適点火時期（ＭＢＴ： MINIMUM ADVANCE FO _R BEST TORQUE ）より進角される。これにより、気筒内燃焼最高温度と圧力とが上昇するため、気筒でのＮＯ _X 発生量が増加する。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、少なくとも一部の気筒が、運転中の少なくとも所定の期間リッチ空燃比で運転されるリーンバーン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、前記少なくとも一部の気筒から流入するリッチ空燃比の排気中のＮＯ _X の少なくとも一部をアンモニアに転換するＮＨ ₃ 生成手段と、該ＮＨ ₃ 生成手段下流側の排気通路に配置され、流入する排気中のＮＨ ₃ とＮＯ _X とを反応させてＮＯ _X をＮ ₂ に還元するＮＯ _X 浄化手段と、前記少なくとも一部の気筒がリッチ空燃比で運転されるときに、前記少なくとも一部の気筒から排出される排気中のＮＯ _X 量を増加させるＮＯ _X 増加手段と、を備え、前記内燃機関は、機関排気ガスの一部を各気筒に還流させるＥＧＲ手段を備え、前記ＮＯ _X 増加手段は、前記少なくとも一部の気筒がリッチ空燃比で運転されるときに、該少なくとも一部の気筒への排気ガスの循環量を低減するＥＧＲ制御手段を備えた、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２２】
請求項６の発明では、気筒のリッチ空燃比運転時には、リッチ空燃比運転される気筒への排気ガス循環量が低減される。これにより、気筒内燃焼最高温度と圧力とが上昇するため、気筒でのＮＯ_X発生量が増加する。
請求項７に記載の発明によれば、少なくとも一部の気筒が、運転中の少なくとも所定の期間リッチ空燃比で運転されるリーンバーン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、前記少なくとも一部の気筒から流入するリッチ空燃比の排気中のＮＯ _X の少なくとも一部をアンモニアに転換するＮＨ ₃ 生成手段と、該ＮＨ ₃ 生成手段下流側の排気通路に配置され、流入する排気中のＮＨ ₃ とＮＯ _X とを反応させてＮＯ _X をＮ ₂ に還元するＮＯ _X 浄化手段と、前記少なくとも一部の気筒がリッチ空燃比で運転されるときに、前記少なくとも一部の気筒から排出される排気中のＮＯ _X 量を増加させるＮＯ _X 増加手段と、を備え、前記ＮＯ _X 増加手段は、前記少なくとも一部の気筒の圧縮比を、他の気筒の圧縮比より増大させる手段を備えた、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２３】
請求項７の発明では、リッチ空燃比で運転される気筒の圧縮比は他の気筒より増大される。これにより、気筒内最高燃焼温度と圧力とが他の気筒より上昇するため、気筒でのＮＯ_X発生量が増加する。
請求項８に記載の発明によれば、前記内燃機関は機関各気筒を冷却する冷却手段を備え、前記ＮＯ_X増加手段は、更に前記少なくとも一部の気筒に対する前記冷却手段の冷却能力を増大する冷却制御手段を備えた請求項７に記載の排気浄化装置が提供される。
【００２４】
請求項８に記載の発明によれば、冷却制御手段は圧縮比を増大させた気筒に対する冷却手段の冷却能力を増大させる。これにより、圧縮比を増大させた気筒の圧縮行程における混合気温度の上昇が抑制され、過早着火やノッキングの発生が防止される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
以下の実施形態において、図１から図１４に示したものは、リッチ空燃比気筒の排気とリーン空燃比気筒の排気とを用いてリッチ空燃比の混合排気を形成することによりＮＨ₃の原料としての排気中のＮＯ_Xを増大させる実施形態（すなわち、請求項１から請求項４に対応する実施形態）を、図１５から図２７に示したものは、リッチ空燃比気筒で発生するＮＯ_X量そのものを増大させることによりＮＨ₃の原料としての排気中のＮＯ_Xを増大させる実施形態（すなわち、請求項５から請求項８に対応する実施形態）を示している。
【００２６】
図１は、本発明を自動車用エンジン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は自動車用多気筒内燃機関を示す。本実施形態では、機関１は４気筒機関とされ、＃１から＃４の４つの気筒を備えている。後述するように、本実施形態では＃１気筒は常にリッチ空燃比（例えば空気過剰率λ＝０．８７程度）で運転され、＃２気筒は常にリーン空燃比（例えばλ＝１．０３程度）で運転されている。また、他の気筒（＃３と＃４気筒）は、＃２気筒よりさらにリーンな（例えばλ＝１．３〜１．４程度）空燃比で運転されている。
【００２７】
図１において、＃１気筒（リッチ気筒）と＃２気筒（リーン気筒）の排気ポートは、排気マニホルド１３２を介して共通の排気通路１４３に接続されている。すなわち、本実施形態では排気マニホルド１３２及び排気通路１４３は、請求項１の排気導入手段として機能し、＃１気筒からのリッチ空燃比の排気に、＃２気筒からのリーン空燃比排気を加えて、排気通路１４３内で混合排気を形成するようにされている。
【００２８】
また、本実施形態では他のリーン気筒（＃３から＃４気筒）からの排気は、排気マニホルド１３１を介して１つの排気通路１４１に集められる。
図１に示すように、本実施形態では、混合排気が流れる排気通路１４３上には、ＮＯ_X 生成手段として機能する三元触媒５が配置されている。また、三元触媒５下流側の排気通路１４２は、リーン気筒＃３から＃４からの排気が流れる排気通路１４１と合流し、集合排気通路４を形成している。本実施形態では、三元触媒５下流側の排気通路１４２はＮＯ_X 浄化手段にＮＨ₃ を供給する請求項１のＮＨ₃ 供給手段として機能する。
【００２９】
さらに、本実施形態では、集合排気通路４上には、ＮＯ_X 浄化手段として機能する脱硝触媒９が配置されている。脱硝触媒９については後に詳述する。
図１において、２１は＃１から＃４の各気筒の吸気ポートを共通の吸気通路２に接続する吸気マニホルドである。吸気マニホルド２１の各気筒吸気ポート近傍には、後述する制御回路３０からの燃料噴射信号に応じて各気筒吸気ポートにそれぞれ加圧燃料を噴射する燃料噴射弁７１から７４が配置されている。
【００３０】
さらに、図１に６１から６４で示すのは、それぞれ＃１から＃４の気筒に設けられた点火プラグである。点火プラグ６１から６４は制御回路３０からの点火信号に応じたタイミングでスパークを発生する。
制御回路３０は、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ及び入出力ポートを有するマイクロコンピュータとして構成され、機関１の上記燃料噴射制御、点火時期制御等を行なう。
【００３１】
本実施形態では、＃１気筒（リッチ気筒）からのリッチ空燃比の排気に＃２気筒（リーン気筒）からのリーン空燃比の排気を混合して形成した混合排気を三元触媒５に供給して混合排気中のＮＯ_X からＮＨ₃ を生成するとともに、このＮＨ₃ を脱硝触媒９に供給して＃３と＃４気筒からの排気中に含まれるＮＯ_X を脱硝触媒９にて還元する。
【００３２】
次に、本実施形態で使用される三元触媒５と脱硝触媒９について説明する。
本実施形態では、三元触媒５として、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ものが用いられる。三元触媒５は理論空燃比（空気過剰率λ＝１．０）でＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X の３成分を高効率で浄化する。ＨＣ、ＣＯの浄化率は排気の空気過剰率λが１より大きい（排気空燃比が理論空燃比よりリーン側）の領域では理論空燃比における浄化率より高くなり、逆にＮＯ_X の浄化率は排気の空気過剰率λが１より小さい（排気空燃比が理論空燃比よりリッチ側）の領域で理論空燃比における浄化率より高くなる。
【００３３】
また、λ＜１．０（リッチ）の領域では、排気中のＮＯ_X （ＮＯ）は、
２ＣＯ＋２ＮＯ→Ｎ₂ ＋２ＣＯ₂ 及び、
２Ｈ₂ ＋２ＮＯ→Ｎ₂ ＋２Ｈ₂ Ｏ
の還元反応により一部がＮ₂ に転換されるが、残りのＮＯは、
５Ｈ₂ ＋２ＮＯ→２ＮＨ₃ ＋２Ｈ₂ Ｏ
の反応によりＮＨ₃ に転換される。
【００３４】
触媒成分としてロジウムＲｈを多く含む程、上記ＮＯ→Ｎ₂ の転換率は高くなり、それに応じてＮＯ→ＮＨ₃ の転換率は低くなる。
本実施例では、後述するように三元触媒５で生成したＮＨ₃ を用いて下流側の脱硝触媒９で排気中のＮＯ₂ を浄化するためできるだけ三元触媒５で多くのＮＨ₃ を生成させる必要がある。そこで、本実施形態の三元触媒５はロジウムＲｈの担持量を少なくしてパラジウムＰｄ等の他の貴金属を多く配合したものが使用される。
【００３５】
図２は、三元触媒５のＮＯ_X の転換率（流入する排気中のＮＯ_X のうち、Ｎ₂ またはＮＨ₃ に転換されるＮＯ_X 量の割合）とＮＨ₃ の生成率（流入する排気中のＮＯ_X のうちＮＨ₃ に転換されるＮＯ_X 量の割合）の排気空燃比による変化を示す図である。図２に示すように、ＮＯ_X の転換率（図２実線）は排気空燃比が理論空燃比（λ＝１．０）より大きくなると急激に減少する。すなわち、排気空燃比がリーンの場合には、三元触媒５に流入するＮＯ_X のうち、そのまま三元触媒５を通過するＮＯ_X の割合が急激に増加するようになる。一方、排気空燃比がリッチの場合にはＮＯ_X の転換率は上昇し、排気の空気過剰率λが０．９５程度以下の領域ではＮＯ_X の転換率は略１００％になる。すなわち、排気の空気過剰率λが０．９５以下の領域では、流入する排気中のＮＯ_X は略全部Ｎ₂ またはＮＨ₃ に転換され、三元触媒５からは流出しない。また、ＮＨ₃ の生成率（図２点線）は、排気の空燃比が理論空燃比より高い（リーン）領域ではほぼ０となり、理論空燃比以下の領域では排気の空気過剰率λが低下するとともに増大し、λ＝０．９５以下の領域では略一定になる。すなわち、排気空燃比がλ＝０．９５以下の領域では、流入する排気中のＮＯ_X の略全量がＮ₂ またはＮＨ₃ に転換され、しかもＮＨ₃ の生成率が最大になる。
【００３６】
次に、本実施形態の脱硝触媒９について説明する。本実施形態では脱硝触媒９としては、コージェライト等の担体上に形成したアルミナ等のウォッシュコート層に、例えば、銅Ｃｕ、クロムＣｒ、ヴァナジウムＶ、チタンＴｉ、鉄Ｆｅ、ニッケルＮｉ、コバルトＣｏ、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒ等の元素周期表第４周期または第 VIII 族に含まれる遷移元素の中から選ばれた１つ以上の物質を触媒成分として担持させたものが用いられる。
【００３７】
この脱硝触媒は、担持した触媒成分により定まる所定の温度範囲では、酸化雰囲気（λ＞１．０）の排気中に含まれるＮＨ₃ 成分を略完全にＮ₂ に転換、浄化する機能を有する。
すなわち、上記脱硝触媒９では、所定温度範囲の酸化雰囲気において触媒中でＮＨ₃ の酸化反応
４ＮＨ₃ ＋７Ｏ₂ →４ＮＯ₂ ＋６Ｈ₂ Ｏ
４ＮＨ₃ ＋５Ｏ₂ →４ＮＯ ＋６Ｈ₂ Ｏ
と同時に、
８ＮＨ₃ ＋６ＮＯ₂ →１２Ｈ₂ Ｏ＋７Ｎ₂
４ＮＨ₃ ＋４ＮＯ＋Ｏ₂ →６Ｈ₂ Ｏ＋４Ｎ₂
の脱硝反応が生じるようになる。
【００３８】
このため、酸化反応で生成されたＮＯ_X が排気中のＮＨ₃ と反応し直ちに脱硝反応により分解される逐次反応が生じ、結果としてＮＨ₃ の全量がＮ₂ に転換されるようになるのである。
また、この最適温度範囲では、流入する排気中にＮＨ₃ とともにＮＯ_X が含まれていると、ＮＨ₃ とともにＮＯ_X が脱硝反応により浄化されＮ₂ に転換されるようになる。この場合、流入する排気中のＮＨ₃ の量は流入する排気中のＮＯ_X の全量を脱硝反応により還元できる量以上であれば、余剰のＮＨ₃ は上記の酸化反応とそれに続く脱硝反応とによりＮ₂ に転換されるため、脱硝触媒下流側に余剰のＮＨ₃ が排出されることはなく、排気中にＮＨ₃ 以外にＨＣ、ＣＯ成分等が含まれる場合でも、排気の空気過剰率λが１より大きければＨＣ、ＣＯ成分は脱硝触媒９上で酸化され、脱硝触媒９下流側には流出しない。
【００３９】
上記所定温度範囲は、通常の三元触媒などの使用温度領域に較べて比較的低温であり、例えば触媒成分として白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等を担持させた場合には約１００℃〜４００℃の範囲である。（白金Ｐｔでは、１００℃から３００℃の範囲が更に良好な温度範囲であり、１００℃から２５０℃の範囲で特に良好な結果が得られる。またパラジウムＰｄ、ロジウムＲｈの場合には１５０℃から４００℃が更に良好な温度範囲であり、１５０℃から３００℃では特に良好な結果が得られる。）また、クロムＣｒ、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ等を担持させた場合には最適温度範囲は約１５０℃〜６５０℃の範囲であり、１５０℃から５００℃の範囲では更に良好な結果が得られる。
【００４０】
脱硝触媒９温度が上記温度範囲以上になると、脱硝触媒中ではＮＨ₃ の酸化反応が支配的になり、触媒下流側に排出されるＮＯ_X の割合が増大するようになる。また、上記温度範囲以下では、ＮＨ₃ の酸化反応が低下するため流入する排気中のＮＨ₃ のうち、触媒９を通過してそのまま下流側に排出されるＮＨ₃ の割合が増大するようになる。
【００４１】
図１の実施形態では、機関１の＃１気筒からのλ＝０．８７程度の排気と＃２気筒からのλ＝１．０３程度の排気が混合され、排気通路１４３から三元触媒５に流入する。このため、三元触媒５に流入する排気の空気過剰率は、＃１気筒排気と＃２気筒排気との平均のλ＝０．９５となる。このため、混合排気中のＮＯ_X は全量がＮ₂ またはＮＨ₃ に転換され、しかもＮＨ₃ に転換されるＮＯ_X の比率が最大となる。従って、三元触媒５下流側の排気通路１４２を流れる排気は、ＮＯ_X を含まず最大量のＮＨ₃ を含むようになる。
【００４２】
一方、＃３と＃４の気筒はリーン空燃比（例えばλ＝１．３０〜１．４０程度）で運転されるため、これらの気筒から排気通路１４１に排出される排気は、空気過剰率λが１より高く、かつ比較的多量のＮＯ_X を含んでいる。排気通路１４１と１４２からの排気は、排気通路４に流入し、互いに混合する。本実施形態では、リッチ空燃比気筒（＃１）とリーン空燃比気筒（＃２から＃４）とを平均した機関全体としての運転空燃比はリーン空燃比になるため、排気通路４での混合後の排気の空気過剰率λは１より大きく（リーンに）なる。
【００４３】
従って、排気通路３上の脱硝触媒９には、空気過剰率が１より大きく、ＮＯ_X とＮＨ₃ との両方を含んだ排気が流入することになる。また、本実施形態では、排気通路１４１から１４３及び集合排気通路４外壁からの放熱により脱硝触媒９に流入する排気温度が前述の所定温度範囲になるように脱硝触媒９上流側の排気通路長さが設定されている（或いは、排気通路４外壁に適宜な冷却手段（冷却フィン等）を設けるようにしても良い）。このため、脱硝触媒９には、酸化雰囲気で前述の所定温度範囲に調整された、ＮＯ_X とＮＨ₃ との両方を含む排気が流入することになり、脱硝触媒９上では、前述したＮＨ₃ の酸化反応とＮＯ_X の脱硝反応が同時に生じ、ＮＨ₃ とＮＯ_X との両方が同時に浄化される。また、排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ成分も脱硝触媒９上で酸化されるため、脱硝触媒９下流側には流出しない。
【００４４】
次に、本実施形態で＃１気筒からのリッチ空燃比の排気（λ＝０．８７）と＃２気筒からのリーン空燃比の排気（λ＝１．０３）とを混合し、λ＝０．９５の混合排気とした上で三元触媒５に供給している理由について図３を用いて説明する。
図３は、排気中に含まれるＨＣ成分とＮＯ_X成分の濃度の気筒の空気過剰率による変化を示す図である。図３に示すように、排気中のＮＯ_X濃度は空気過剰率λが小さい領域ではλの増加とともに増大し、λ＝１．１（リーン空燃比）付近で最大となり、その後はλの増加とともに減少する。また、λの増加に対するＮＯ_X濃度の増加率はλが０．８５付近より小さい領域では小さく、λが増加するにつれて大きくなり、λ＝１．０付近では急激に増加するようになる。すなわち、図３のＮＯ_X成分濃度変化のカーブはλが１．０以下の領域では下に凸の形状となっている。
【００４５】
一方、排気中のＨＣ成分濃度は、λが１．０５付近より小さい領域ではλの増大とともに略一様に減少し、図３のＨＣ成分濃度変化のカーブはλが１．０５以下の領域では略直線に近い僅かに下に凸の形状となっている。
図３においてＡで示したのは、気筒が空気過剰率λ＝０．９５で運転されている場合の排気（この場合は排気の空気過剰率も０．９５である）中のＮＯ_X 成分濃度を、また、Ｂ、Ｃはそれぞれ気筒が空気過剰率λ＝１．０３とλ＝０．８７で運転されている場合の排気中のＮＯ_X 成分濃度を示している。なお、Ｂ、Ｃの場合の排気の空気過剰率は、それぞれλ＝１．０３とλ＝０．８７となる。ここで、図１の場合のようにλ＝１．０３の気筒（図１、＃２気筒）の排気とλ＝０．８７の気筒（図１、＃１気筒）の排気とを混合した混合排気中のＮＯ_X 成分濃度と排気の空気過剰率とを考える。前述のように、混合排気の空気過剰率λは１．０３と０．８７との平均のλ＝０．９５となる。また、混合排気のＮＯ_X 濃度は図３にＡ′で示すように、濃度ＢとＣとを平均した値となる。図３から判るように、混合排気中のＮＯ_X 濃度Ａ′は、図３のＮＯ_X 濃度カーブ上のλ＝１．０３となる点（図３、Ｂ₁ 点）とλ＝０．８７となる点（図３、Ｃ₁ 点）とを結ぶ直線がλ＝０．９５の線と交差する点（図３、Ａ₁ ′点）のＮＯ_X 濃度となる。
【００４６】
図３から明らかなように、ＮＯ_X濃度Ａ（空気過剰率λ＝０．９５の気筒からの排気）よりＮＯ_X濃度Ａ′（λ＝０．９５の混合排気）が大きくなっている。
すなわち、図３から判るように、ＮＯ_X成分濃度カーブはλ＝０．９５付近の領域では下に凸の形状となっているため、λ＝０．８７の気筒の排気とλ＝１．０３の気筒からの排気を混合したλ＝０．９５の混合排気中のＮＯ_X成分濃度Ａ′は、λ＝０．９５の燃焼を行なう気筒からの排気中のＮＯ_X成分濃度Ａより大きくなる。このことは、＃１気筒と＃２気筒との両方を共にλ＝０．９５で運転した場合に較べて、三元触媒５に流入する排気の空燃比は同一（λ＝０．９５）であるにもかかわらず、＃１気筒をλ＝０．８７、＃２気筒をλ＝１．０３で運転した場合の方が排気中のＮＯ_X成分濃度が高くなることを意味している。一方、図２で説明したように、排気の空気過剰率λが同一であれば、三元触媒５におけるＮＨ₃生成率は同一になる。このため、生成するＮＨ₃の量は＃１気筒と＃２気筒との両方を共にλ＝０．９５で運転した場合よりも＃１気筒をλ＝０．８７、＃２気筒をλ＝１．０３で運転した場合の方が、ＮＨ₃の原料となる排気中のＮＯ_Xの量が多い分だけ多くなることになる。
本実施形態では、この点に着目してリッチ空燃比運転中の気筒（＃１気筒）からの排気にリーン空燃比運転中の気筒（＃２気筒）からの排気を加えた混合排気をＮＨ₃生成手段としての三元触媒５に供給することにより、三元触媒５で生成されるＮＨ₃の量を増大させるようにしたものである。
【００４７】
このように、本実施形態によれば、ＮＨ₃ 生成手段に流入する排気中のＮＯ_X 量を増大させる手段として、リッチ空燃比運転中の気筒からの排気にリーン空燃比運転中の気筒からの排気を加えた混合排気を形成し、この混合排気をＮＨ₃ 生成手段としての三元触媒に供給するようにしたことにより、ＮＨ₃ 発生量が増大するため、ＮＯ_X 浄化手段としての脱硝触媒９に十分なＮＨ₃ が供給され、排気中のＮＯ_X を高効率で浄化することが可能となっている。
【００４８】
なお、本実施形態では混合排気（λ＝０．９５）を形成するためにリッチ空燃比排気（λ＝０．８７）を供給する気筒の数とリーン空燃比排気（λ＝１．０３）を供給する気筒の数とを１対１に設定しているが、この比率は混合後の排気の空気過剰率λが０．９５となるものであれば１対１以外とすることも可能である。例えば、λ＝０．８４で運転される１つの気筒からの排気とλ＝１．００５で運転される２つの気筒からの排気とを混合することによってもλ＝０．９５の混合排気を形成することが可能となる。
【００４９】
また、図３に示すようにＨＣ成分濃度は、空気過剰率に対して略直線的に変化するため、本実施形態では混合排気中のＨＣ濃度は、λ＝０．９５で運転される気筒からの排気中のＨＣ濃度と略同一になる。しかし、例えば図１の＃１気筒をλ＝０．８９で運転し、＃２気筒をλ＝１．０３で運転した場合を考えると、混合排気の空燃比はλ＝０．９６となり、三元触媒５のＮＨ₃ 生成率は上記実施形態の場合（λ＝０．９５）より僅かに低下する。しかし、この場合には、＃１気筒の空気過剰率（λ＝０．８９）が上記実施形態の場合（λ＝０．８７）より大きいため＃１気筒でのＮＯ_X 発生量が増大しており、混合排気中のＮＯ_X 濃度は上記実施形態の場合より少し増大することになる。このため、ＮＨ₃ 生成率の低下とＮＯ_X 発生量の増大とが相殺して三元触媒５におけるＮＨ₃ 発生量は上記実施形態の場合と略同じになる。一方、図３から判るように＃１気筒ではＨＣの発生量は上記実施形態の場合より低下するため、混合排気中のＨＣ量は全体として低下する。このため、＃１気筒と＃２気筒との運転空燃比を適切に選択することにより、通常より排気中のＮＯ_X 量を増大させながら排気中のＨＣ量を低減することも可能となる。
【００５０】
次に、本発明の請求項３に対応する実施形態について説明する。図１の実施形態では、＃１気筒は常ににリッチ空燃比（λ＝０．８７）で運転され、＃２気筒は常にリーン空燃比（λ＝１．０３）で運転されていた。しかし、このように、常に特定の気筒（＃１）をリッチ空燃比で運転していると、気筒内にリッチ空燃比燃焼により生成されるカーボン等のデポジットが堆積が生じる場合がある。そこで、本実施形態では、図１の機関において、＃１気筒と＃２気筒とを交互にリッチ空燃比運転に切換えてデポジット堆積が＃１気筒のみに集中しないようにしている。
【００５１】
図４は、リッチ空燃比運転気筒の切換制御操作を示すフローチャートである。本ルーチンは制御回路３０により一定時間毎に実行され、図１の＃１気筒と＃２気筒との空燃比を制御し、常に適切な混合排気空燃比を得るようにするとともに、一定時間毎に＃１気筒と＃２気筒との運転空燃比をリッチ空燃比（λ＝０．８７）とリーン空燃比（λ＝１．０３）とに切り換えてデポジットが一方の気筒に集中して堆積することを防止している。
【００５２】
図４においてＦＲ１（ステップ４０１、４０９、４１９）は＃１と＃２のいずれの気筒をリッチ空燃比運転するかを表すフラグであり、ＦＲ１＝１は＃１気筒のリッチ空燃比運転を、ＦＲ１≠１は＃２気筒のリッチ空燃比運転を、それぞれ表している。また、Ｃｔはルーチン実行毎にカウントアップされる計時カウンタであり、ステップ４１１、４２１でフラグＦＲ１の値を変更する毎にクリアされる。すなわち、カウンタＣｔはフラグＦＲ１の値が前回変更されてからの経過時間（すなわち、＃１、＃２気筒の空燃比を切り換えてからの経過時間）を表す。
【００５３】
また、ＴＡＵ１、ＴＡＵ２はそれぞれ＃１気筒と＃２気筒への燃料噴射量を表している。例えば、ステップ４０１でＦＲ１＝１（＃１気筒をリッチ空燃比運転）の場合、ステップ４０３で、＃１気筒への燃料噴射量ＴＡＵ１及び＃２気筒への燃料噴射量ＴＡＵ２はそれぞれ、
ＴＡＵ１＝ＴＡＵＰ／λ_R
ＴＡＵ２＝ＴＡＵＰ／λ_L0
として算出される。ここで、ＴＡＵＰは気筒内の燃焼空燃比を理論空燃比とするために必要な燃料噴射量であり、機関負荷条件（例えば機関１回転当たりの吸入空気量Ｑ／ＮＥ）に基づいて、（例えば定数Ｋを用いて、ＴＡＵＰ＝Ｋ×Ｑ／ＮＥとして）算出される。また、λ_R はリッチ空燃比運転時の空気過剰率（本実施形態ではλ_R ＝０．８７）、λ_L0はリーン空燃比運転時の空気過剰率（本実施形態ではλ＝１．０３）である。
【００５４】
上記のように、ＴＡＵ１、ＴＡＵ２が設定されると、別途実行される図示しない燃料噴射ルーチンにより、＃１気筒にはＴＡＵ１、＃２気筒にはＴＡＵ２の燃料が噴射され、＃１気筒と＃２気筒の燃焼時の空気過剰率はそれぞれ０．８７と１．０３に制御される。
また、ステップ４０１でＦＲ１≠１であった場合には、ステップ４１３でＴＡＵ１、ＴＡＵ２はそれぞれ
ＴＡＵ１＝ＴＡＵＰ／λ_L0
ＴＡＵ２＝ＴＡＵＰ／λ_R
に設定され、＃１気筒はリーン空燃比（λ＝１．０３）、＃２気筒はリッチ空燃比（λ＝０．８７）の燃焼を行なうようになる。
【００５５】
本実施形態では、カウンタＣｔの値が所定値Ｃｔ₀ に到達する毎に、フラグＦＲ１の値を０と１との間で切換え（ステップ４０７、４０９及びステップ４１１７、４１９）、同時にカウンタＣｔの値をクリアする（ステップ４１１、４２１）、これにより、一定時間毎に＃１気筒と＃２気筒とが交互にリッチ空燃比で運転されるようになり、リッチ運転によるデポジット堆積が１つの気筒に集中することが防止される。なお、ステップ４０７、４１７のカウンタの所定値Ｃｔ₀ は、２０秒程度に相当する値とされる。すなわち、本実施形態では、２０秒毎に＃１気筒と＃２気筒の空燃比の切換が実行される。
【００５６】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。
図５は、本発明の別の実施形態の構成を示す図である。図５において、図１と同一の参照符号は同一の要素を示している。図５の実施形態では、図１のリーン排気通路１４１上にＮＯ_X 吸収剤７が配置されており、排気通路４ではＮＯ_X 吸収剤７を通過したリーン空燃比気筒（＃３から＃４）の排気と三元触媒５を通過した＃１と＃２気筒の混合排気とが合流するようになっている点が図１の実施形態と相違している。
【００５７】
本実施形態のＮＯ_X 吸収剤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 、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 吸収剤は排気の空気過剰率λが１より大きい（リーンの）ときに、排気中のＮＯ_X （ＮＯ₂ 、ＮＯ）を硝酸イオンＮＯ₃ ^- の形で吸収する性質を有している。
【００５８】
すなわち、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明すると、流入排気中の酸素濃度が増大すると（すなわち排気の空気過剰率λが１より大きく（リーンに）なると）、これら酸素が白金Ｐｔ上にＯ₂ ^- またはＯ^2-の形で付着し、排気中のＮＯは白金Ｐｔ上のＯ₂ ^- またはＯ^2-と反応し、ＮＯ₂ となる。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吸収剤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 ^- の形で吸収剤内に拡散する。このため、λ＞１．０の条件下では排気中のＮＯ_X がＮＯ_X 吸収剤７内に吸収されるようになる。
【００５９】
また、流入排気中の酸素濃度が大幅に低下すると（すなわち、排気の空気過剰率λが１以下（リッチ）になると）、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、吸収剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^- はＮＯ₂ の形で吸収剤から放出されるようになる。この場合、排気中にＮＨ₃ 、ＣＯ等の還元成分やＨＣ、ＣＯ₂ 等の成分が存在すると白金Ｐｔ上でこれらの成分によりＮＯ₂ が還元される。
【００６０】
すなわち、ＮＯ_X 吸収剤７は流入する排気がλ＞１．０の条件下では排気中のＮＯ_X を吸収し、流入する排気がλ≦１．０の条件下では吸収したＮＯ_X を放出、還元するＮＯ_X の吸放出作用を行う。
次に図５の実施形態の排気浄化作用について説明する。本実施形態では、図１の実施形態と同様、＃１気筒をλ＝０．８７で運転し、＃２気筒をλ＝１．０３で運転することにより混合排気中のＮＯ_X 量を増大して三元触媒５に供給すると同時に、λ＝１．３０〜１．４０で運転される＃３、４気筒から排出されるリーン空燃比の排気中のＮＯ_X の大部分をＮＯ_X 吸収剤７を用いて浄化するようにしている。これにより、排気通路４で合流後の排気中に含まれるＮＯ_X 量が減少するため脱硝触媒９でＮＨ₃ の量が不足することが防止される。
【００６１】
すなわち、＃３から＃４の気筒からＮＯ_X 吸収剤７に流入する排気はλ＞１．０であり、かつＮＯ_X を比較的多く含んでいる。このため、ＮＯ_X 吸収剤７は排気中のＮＯ_X を吸収し、ＮＯ_X 吸収剤７を通過する排気中のＮＯ_X は大部分がＮＯ_X 吸収剤７により除去される。従って、排気通路４で合流後の排気にはＮＯ_X 吸収剤７で除去されなかった少量のＮＯ_X が含まれるのみになり、脱硝触媒９でＮＯ_X の浄化に必要とされるＮＨ₃ の量が低減される。
【００６２】
なお、ＮＯ_X 吸収剤７が吸収したＮＯ_X で飽和すると、排気中のＮＯ_X をそれ以上吸収できなくなるため、ＮＯ_X 吸収剤７が飽和する前にＮＯ_X 吸収剤に流入する排気の空燃比をリッチにしてＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を放出させて還元浄化する必要がある。本実施形態では、リーン空燃比気筒＃３から＃４を通常はリーン空燃比で運転するが、ＮＯ_X 吸収剤７のＮＯ_X 吸収吸収量が増大すると＃３、＃４気筒を短時間リッチ空燃比運転し、ＮＯ_X 吸収剤７にリッチな排気を供給する。これにより、ＮＯ_X 吸収剤７から吸収したＮＯ_X が放出され、ＮＯ_X 吸収剤７が吸収したＮＯ_X で飽和することが防止される。（以下、このＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X の放出、還元浄化のためのリッチ空燃比運転をリッチスパイクと称する）。
【００６３】
図６は、本実施形態の各気筒の運転空燃比制御操作を示すフローチャートである。本ルーチンは制御回路３０により一定クランク回転毎（例えばクランク回転角３０°毎）に実行される。
図６においてステップ６０１では、機関１のクランク回転角ＣＡが読み込まれる。クランク回転角ＣＡはクランク軸近傍に配置されたクランク角センサ（図示せず）からのクランク回転角パルス信号に基づいて、別途制御回路３０により実行される図示しないルーチンにより、算出される。
【００６４】
ステップ６０３では読込んだクランク回転角ＣＡから、現在いずれかの気筒が燃料噴射タイミングにあるか否かが判定され、いずれの気筒も燃料噴射タイミングにない場合には、そのままルーチンを終了する。また、いずれかの気筒が現在燃料噴射タイミングにある場合には、ステップ６０５からステップ６２１を実行して燃料噴射処理を行なう。
【００６５】
すなわち、ステップ６０５では、現在燃料噴射タイミングにある気筒がどれかを判別し、ステップ６０７ではその気筒が＃１気筒か否か判別する。
ステップ６０７で、現在＃１気筒の燃料噴射タイミングであった場合には、ステップ６０９で燃料噴射量ＴＡＵが、ＴＡＵ＝ＴＡＵＰ／λ_R として算出される。ここで、ＴＡＵＰは図４と同様基本燃料噴射量、λ_R は＃１気筒の目標空気過剰率（本実施形態ではλ_R ＝０．８７）である。
【００６６】
また、上記によりＴＡＵを算出後、ステップ６２１では現在燃料噴射タイミングにある気筒（すなわち＃１気筒）にＴＡＵに相当する量の燃料が噴射される。これにより、＃１気筒の空気過剰率は常にλ＝０．８７に維持される。
一方、ステップ６０７で現在燃料噴射タイミングにある気筒が＃１気筒でない場合には、ステップ６１１に進み、現在燃料噴射タイミングにある気筒が＃２気筒か否かを判定し、＃２気筒の燃料噴射タイミングであった場合にはステップ６１３で燃料噴射量ＴＡＵは、ＴＡＵ＝ＴＡＵＰ／λ_L0として算出される。ここで、λ_L0は＃２気筒の目標空気過剰率（λ_L0＝１．０３）である。上記により燃料噴射量ＴＡＵを設定後、ステップ６２１では現在燃料噴射タイミングにある気筒（＃２気筒）に対して燃料噴射が実行され、算出したＴＡＵに相当する量の燃料が噴射される。これにより、＃２気筒の空気過剰率は常にλ＝１．０３に維持され、＃１気筒と＃２気筒の混合排気の空気過剰率はλ＝０．９５に制御される。
【００６７】
また、ステップ６１１で現在＃２気筒の燃料噴射タイミングでなかった場合、すなわち現在＃３または＃４気筒の燃料噴射タイミングであった場合には、ステップ６１５に進み、現在リッチスパイクの実行中か否かが判定される。本実施形態では、制御回路３０は別途実行される図示しないルーチンで前回リッチスパイク実行からの機関１の運転時間（或いは前回リッチスパイク実行からの機関累積回転数又は累積吸入空気量）を計測して、運転時間（或いは、機関累積回転数又は累積吸入空気量）が所定値に到達した場合には一定時間（例えば数秒程度）リッチスパイクを実行する。
【００６８】
ステップ６１５で現在リッチスパイク実行中であった場合には、ステップ６１７に進み、ＴＡＵの値がＴＡＵ＝ＴＡＵＰ／λ_RRとして設定される。ここで、λ_RRはリッチスパイク時の目標空気過剰率であり、λ_RR＜１．０の一定値である。一方、現在リッチスパイク実行中でない場合にはステップ６１９でＴＡＵの値はＴＡＵ＝ＴＡＵＰ／λ_L として設定される。λ_L は、リーン運転時の＃３、＃４気筒の目標空気過剰率であり、本実施形態ではλ_L ＝１．３０〜１．４０に設定されている。これにより、ＮＯ_X 吸収剤７のＮＯ_X 吸収量が増大すると、＃３、＃４気筒のリッチスパイク運転が実行され、＃３、＃４気筒はリッチスパイク実行中リッチ空燃比で運転されるため、ＮＯ_X 吸収剤７からＮＯ_X が放出、還元浄化される。また、リッチスパイクが終了すると＃３、＃４気筒はリーン空燃比で（λ＝λ_L ）運転され、＃３気筒と＃４気筒の排気中のＮＯ_X がＮＯ_X 吸収剤７に吸収されるとともに、ＮＯ_X 吸収剤７に吸収されなかったＮＯ_X は脱硝触媒９でＮＨ₃ により還元される。
【００６９】
なお、図５の実施形態において、ＮＯ_X 吸収剤７上流側の排気通路１４１に三元触媒を設けることにより、リーン運転時のＮＯ_X の一部を還元するようにしてＮＯ_X 吸収剤７に吸収されるＮＯ_X の量を低減することも可能である。また、この場合、リッチスパイク時には排気通路１４１上に設けた三元触媒によってもＮＨ₃ が発生するが、前述のようにＮＨ₃ はＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X の放出、還元を行なう還元剤として機能するため、ＮＯ_X 吸収剤の上流側に三元触媒を配置することによりＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X の放出が促進されるようになる。
【００７０】
また、リッチスパイク実行時には、ＮＯ_X 吸収剤７から比較的多量のＮＯ_X が短時間で放出されるため、ＮＯ_X 吸収剤７上で還元されなかったＮＯ_X が脱硝触媒９に流入する。このＮＯ_X は脱硝触媒９上で、排気通路１４２から流入する混合排気中のＮＨ₃ により還元されるが、短時間で多量のＮＯ_X が脱硝触媒９に流入する場合を考慮して、脱硝触媒９上に後述するＮＨ₃ 吸蔵成分を担持させるようにしても良い。
【００７１】
次に、本発明の請求項４に対応する実施形態について図７を用いて説明する。
図７においても図１と同じ参照符号は図１と同様な要素を示している。
図７の実施形態では、＃２気筒の排気が運転状態に応じて三元触媒５側の排気通路１４３とリーン排気通路１４１とのいずれかに選択的に導入されるようになっている点が図１の実施形態と相違する。
【００７２】
すなわち、図７の実施形態では、＃１気筒の排気ポートは排気通路１４３に直接接続されており、＃２気筒の排気ポートは排気通路１７１に接続されている。また、＃２気筒の排気通路１７１は、リーン排気通路１４１に接続される排気通路１７２と三元触媒５上流側の排気通路１４３に接続される排気通路１７３とに分岐しており、排気通路１７２と１７３との分岐点には切換弁１７５が設けられている。切換弁１７５は、ソレノイドアクチュエータ、負圧アクチュエータ等の適宜な形式のアクチュエータ１７５ａを備えている。アクチュエータ１７５ａは、制御回路３０からの駆動信号に応じて作動し、排気通路１７１を排気通路１７２に連通する位置と、排気通路１７１を排気通路１７３に連通する位置とに切り換える。これにより、＃２気筒の三元触媒５への供給をオン、オフすることが可能となるため、三元触媒５に供給される排気中のＮＯ_X 量、すなわち三元触媒５で生成されるＮＨ₃ の量を運転状態に応じて変更することが可能となる。また、本実施形態では、リーン排気通路１４１上の、排気通路１７２合流部下流側には、機関始動時等に排出されるＨＣ、ＣＯ成分を浄化するための三元触媒５１が設けられている。
【００７３】
本実施形態では，機関の負荷状態に応じて切換弁１７５の位置を切り換える。すなわち、機関が高負荷高回転で運転されている場合には、機関のＮＯ_X 発生量は比較的大きくなり、脱硝触媒９には比較的多量のＮＯ_X が流入するため、三元触媒５で多量のＮＨ₃ を生成する必要がある。一方、機関が低負荷低回転で運転されている場合には、機関のＮＯ_X 発生量は比較的小さくなり、三元触媒５では、それ程多くのＮＨ₃ を生成する必要はない。
【００７４】
そこで、本実施形態では、機関の負荷状態（すなわち、脱硝触媒９に流入する排気中のＮＯ_X 量）に応じて＃２気筒の排気の三元触媒５への供給を停止して三元触媒５におけるＮＨ₃ の発生量を制御している。
図８は、図７の実施形態における切換弁１７５の切換制御に用いる負荷領域判定マップを示す。図８において、縦軸は機関負荷（例えば機関１回転当たりの吸入空気量Ｑ／ＮＥ）、横軸は機関回転数ＮＥを表している。
【００７５】
図８に示すように、本実施形態では機関の負荷領域は３段階に設定されている。すなわち、図８に示すように、負荷領域１は機関が比較的低回転または低負荷で運転される領域であり、この領域では機関のＮＯ_X 発生量は比較的少ない。また、負荷領域２は機関が負荷領域１より高回転または高負荷で運転される領域である。負荷領域２では、負荷領域１に較べて機関のＮＯ_X 発生量は多くなる。また、図８、負荷領域３は、機関が負荷領域２より更に高回転または高負荷で運転される領域であり、この負荷領域では機関出力を確保するため、本実施形態では機関１の全気筒が理論空燃比で運転される。
【００７６】
図９は、図７の実施形態の切換弁１７５の切換制御操作を示すフローチャートである。本ルーチンは制御回路３０により一定時間毎に実行される。
図９においてルーチンがスタートすると、ステップ９０１では、機関１回転当たりの吸入空気量Ｑ／ＮＥと機関回転数ＮＥとが算出され、ステップ９０３ではＱ／ＮＥとＮＥとに基づいて、現在機関が図８の負荷領域１で運転されているか否かが判定される。ステップ９０３で現在の機関が負荷領域１で運転されている場合には、ステップ９０５で切換弁１７５が＃３、＃４気筒側に（図７において排気通路１７２側に排気を流す位置に）切り換えられ、ステップ９０７では、＃１気筒の燃料噴射量ＴＡＵ１がＴＡＵＰ／０．９５に設定され、＃２から＃４気筒の燃料噴射量ＴＡＵ２、ＴＡＵ３、ＴＡＵ４は全てＴＡＵＰ／λ_L に設定される。これにより、＃１気筒は空気過剰率０．９５で運転され、＃１気筒の排気のみが三元触媒５に流入するため、三元触媒５でのＮＨ₃ 生成量は減少する。
【００７７】
また、この場合＃２気筒は＃３、＃４気筒と同じ空気過剰率λ_L （λ_L ＝１．３０〜１．４０程度）で運転されるため、機関の燃料消費量が低減される。
一方、ステップ９０３で、機関が領域１で運転されていない場合には、ステップ９０９に進み、現在機関が図８の負荷領域２で運転されているか否かが判定され、現在負荷領域２での運転が行なわれている場合には、ステップ９１１で切換弁１７５が＃１気筒側に（図７において排気通路１７３側に排気を流す位置に）切り換えられる。また、ステップ９１３では、＃１気筒の燃料噴射量ＴＡＵ１がＴＡＵＰ／λ_R に、＃２気筒の燃料噴射量ＴＡＵ２がＴＡＵＰ／λ_L0に設定される。一方、＃３、＃４気筒の燃料噴射量ＴＡＵ３、ＴＡＵ４はステップ９０７と同様ＴＡＵＰ／λ_L に設定される。なお、前述のように、上記＃１気筒と＃２気筒の空気過剰率λ_R 、λ_L0は、混合後の排気の空気過剰率が０．９５になるように設定され、例えばλ_R ＝０．８７、λ_L0＝１．０３とされる。これにより、＃２気筒からの排気は、排気通路１４３に流入し、λ＝０．９５のＮＯ_X 成分を多く含む混合排気を形成して三元触媒５に流入するため、三元触媒５でのＮＨ₃ 生成量が増大する。
【００７８】
一方ステップ９０９で現在機関が負荷領域２で運転されていない場合、すなわち現在の負荷領域が図８の領域３である場合には、＃１気筒から＃４気筒の燃料噴射量ＴＡＵ１〜ＴＡＵ４は全てＴＡＵＰに設定される。これにより、機関１の全気筒が理論空燃比で運転され、機関出力が確保されるとともに、各気筒からの理論空燃比の排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X の３成分はそれぞれの排気通路上の三元触媒５及び５１により浄化される。
【００７９】
上述のように、本実施形態によれば機関の運転状態から脱硝触媒９に流入するＮＯ_X 量を推定し、このＮＯ_X 量に応じてＮＨ₃ 生成手段としての三元触媒５への＃２気筒の排気供給ををオン／オフすることにより、高い排気浄化効率を維持しながら機関の燃料消費量を低減することが可能となっている。
図１０は、図７の実施形態においてリーン側排気通路１４１上に三元触媒５１に代えてＮＯ_X 吸収剤７を配置した実施形態を示している。本実施形態においても、機関のリーン排気通路１４１を通る排気中のＮＯ_X は、ＮＯ_X 吸収剤７に吸収され、一時的にＮＯ_X 吸収剤７内に貯蔵される。また、ＮＯ_X 吸収剤７のＮＯ_X 吸収量が増大した場合には、図６の実施形態と同様＃３、＃４気筒を所定のリッチ空燃比（λ＝λ_RR）で運転するとともに、＃２気筒の排気と＃１気筒の排気とによりλ＝０．９５の混合排気を形成し、三元触媒５に供給することによりＮＨ₃ を生成する。
【００８０】
一方、本実施形態では、脱硝触媒９には、ＮＨ₃吸蔵成分が添加されており、ＮＨ₃の吸放出作用を行なう。
図１０のように、ＮＯ_X吸収剤７を排気通路に配置してＮＯ_Xの吸放出作用を行なわせる場合には、リッチスパイク初期にＮＯ_X吸収剤から比較的多量のＮＯ_Xが放出され、このＮＯ_Xが浄化されずにＮＯ_X吸収剤７下流に流出する場合がある。本実施形態では、ＮＯ_X吸収剤７下流側に配置された脱硝触媒９にＮＨ₃吸蔵作用を持たせ、通常運転時に三元触媒５で生成したＮＨ₃のうち、ＮＯ_Xの浄化に使用されなかった余剰のＮＨ₃を脱硝触媒９に吸蔵させるようにしている。また、本実施形態では脱硝触媒９のＮＨ₃吸蔵量が常に吸蔵限界（飽和）量近くになるように三元触媒５でのＮＨ₃生成量を制御し、常に十分な量のＮＨ₃を脱硝触媒９に貯蔵しておくことにより、上記リッチスパイク初期にＮＯ_X吸収剤７から放出される未浄化のＮＯ_Xを、脱硝触媒９に吸蔵させたＮＨ₃により完全に浄化するようにしている。
【００８１】
上記ＮＨ₃ の吸蔵作用を行なわせるため、本実施形態では脱硝触媒９はＮＨ₃ 吸蔵成分を添加されている。一般に、酸性無機成分（ゼオライト、シリカ（ＳｉＯ₂ ）、シリカアルミナ（ＳｉＯ₂ ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、チタニア等のブレンステッド酸、及び銅Ｃｕ、コバルトＣｏ、ニッケルＮｉ、鉄Ｆｅ等の遷移金属の酸化物等のルイス酸を含む）はＮＨ₃ を吸着する性質を有し、特に温度が比較的低い領域ではＮＨ₃ を良く吸着することが知られている。本実施形態では、脱硝触媒９に上記の酸性無機成分を担持させるか、或いは上記酸性無機成分を含む材料で多孔質を形成して脱硝触媒成分の担体として使用するようにしている。これにより、流入する排気の空気過剰率が低く脱硝触媒によりＮＨ₃ が浄化されない場合にはＮＨ₃ が酸性無機成分に吸着される。また、流入する排気中のＮＨ₃ 濃度が低下すると酸性無機成分に吸収されたＮＨ₃ が放出されるため、リッチスパイク初期にＮＯ_X 吸収剤７から放出されるＮＯ_X が脱硝触媒９から放出されたＮＨ₃ により浄化されるようになる。
【００８２】
図１１、図１２は、脱硝触媒９に吸蔵されるＮＨ₃ の量を制御するための気筒空燃比切換制御操作を示すフローチャートである。本ルーチンは、制御回路３０により一定時間毎に実行される。
図１１、図１２のルーチンでは、図９のルーチンと同様に機関負荷領域毎、すなわち機関から脱硝触媒９に流入するＮＯ_X 量に応じて＃２気筒からの排気の三元触媒５への供給を制御し、脱硝触媒９に流入するＮＯ_X 量に応じて三元触媒５でのＮＨ₃ 発生量を制御する操作を行なうとともに、さらに、脱硝触媒９に吸蔵されている余剰ＮＨ₃ の量を推定し、吸蔵ＮＨ₃ 量が飽和量限界付近になるように三元触媒５でのＮＨ₃ 発生量を制御している。
【００８３】
図１１でルーチンがスタートすると、ステップ１１００では、現在リッチスパイク実行中か否かが判定され、リッチスパイク実行中であった場合には、図１２ステップ１１０２でリッチスパイク制御を実行した後、本ルーチンはそのまま終了する。本実施形態においても、図６の実施形態と同様、制御回路３０は別途実行される図示しないルーチンで前回リッチスパイク実行からの機関１の運転時間（或いは前回リッチスパイク実行からの機関累積回転数又は累積吸入空気量）を計測して、運転時間（或いは、機関累積回転数又は累積吸入空気量）が所定値に到達した場合には一定時間（例えば数秒程度）リッチスパイクを実行する。
【００８４】
また、ステップ１１０２のリッチスパイク制御では、図１０の切換弁１７５は排気通路１７３に＃２気筒の排気を流す位置にセットされ、＃１気筒と＃２気筒はそれぞれ空気過剰率λ＝０．８７とλ＝１．０３とで運転され、λ＝０．９５のＮＯ_X を比較的多量に含む混合排気が三元触媒５に流入する。また、＃３気筒と＃４気筒はλ＝λ_RRのリッチ空燃比で運転され、ＮＯ_X 吸収剤７からのＮＯ_X の放出が行なわれる。
【００８５】
また、ステップ１１００で現在リッチスパイク実行中でなかった場合には、ステップ１１０１、１１０３、及びステップ１１２５で現在機関が運転される負荷領域が判定される。ステップ１１０１、１１０３、１１２５の負荷領域判定ステップは図９ステップ９０１、９１３、９０９と同一であるので説明は省略する。
上記負荷領域判定ステップで、現在の負荷領域が判定されると本実施形態では、制御回路３０は以下のように現在の脱硝触媒９のＮＨ₃ 吸蔵量に応じてＮＨ₃ 吸蔵量制御を実行する。
【００８６】
ステップ１１０３で現在機関が負荷領域１で運転されていた場合、すなわち脱硝触媒９に流入するＮＯ_X 量が比較的少ない場合には、ステップ１１０５とステップ１１０９で、現在の三元触媒５のＮＨ₃ 吸蔵量ＩＮＨ₃ がどの程度の量かを判定する。つまり、ステップ１１０５ではＩＮＨ₃ ≦０か否かを判定し、ＩＮＨ₃ ≦０の場合、すなわち脱硝触媒９に全くＮＨ₃ が吸蔵されていないと判定された場合には、後述するステップ１１２７以下を実行し、＃２気筒の排気を三元触媒５に導入して三元触媒５におけるＮＨ₃ 生成量を増大させる操作を行なう。なお、脱硝触媒９のＮＨ₃ 吸蔵量ＩＮＨ₃ の計算については後述する。
【００８７】
また、ステップ１１０５でＩＮＨ₃ ＞０であった場合には、ステップ１１０７で切換弁１７５を＃２気筒からの排気を排気通路１７２側に流す位置にセットし、つまり、三元触媒５には＃１気筒からの排気のみが供給されるようにしてからステップ１１０９で現在の脱硝触媒９のＮＨ₃ 吸蔵量が脱硝触媒９のＮＨ₃ 最大吸蔵量（飽和量）ＩＦＵＬに到達しているか否かを判定する。
【００８８】
ステップ１１０９で、現在の脱硝触媒９のＮＨ₃ 吸蔵量が飽和量ＩＦＵＬに到達している場合には、脱硝触媒９はこれ以上ＮＨ₃ を吸収できないため、ステップ１１１５に進み＃１気筒の燃料噴射ＴＡＵ１をＴＡＵＰ／λ_L にセットする。これにより、三元触媒５にはリーン空燃比の排気が流入し、三元触媒５ではＮＨ₃ が生成されなくなり、余剰のＮＨ₃ が大気に放出されることが防止される。
【００８９】
また、ステップ１１１７で三元触媒５におけるＮＨ₃生成量ＡＮＨ₃の値を０にセットし、＃１気筒のＮＯ_X発生量ＡＮＯ_Xを算出する。＃１気筒のＮＯ_X発生量ＡＮＯ_Xは、予め機関負荷、回転数及び＃１気筒の空燃比を代えて機関１を運転し、実測した結果を機関負荷、回転数と空燃比とを用いた数値マップの形で制御回路３０のＲＯＭに格納してあり、ステップ１１１７では、ステップ１１０１で検出した機関負荷及び回転数と、＃１気筒の空燃比とに基づいてＡＮＯ_Xが算出される。また、ステップ１１１９では、＃２気筒から＃４気筒の燃料噴射ＴＡＵ２からＴＡＵ４が、ＴＡＵＰ／λ_Lにセットされ、ステップ１１２１ではこのときに脱硝触媒９に流入する排気中のＮＯ_X量ＢＮＯ_Xが算出される。なお、ＢＮＯ_XはＡＮＯ_Xと同様、＃２から＃４気筒のリーン空燃比運転時のＮＯ_X発生量を測定し、機関負荷、回転数、空燃比を用いた数値マップとして制御回路３０のＲＯＭに格納されている。
【００９０】
ステップ１１２３では、上記により求めたＮＨ₃ 発生量ＡＮＨ₃ 、ＮＯ_X 発生量ＡＮＯ_X 、ＢＮＯ_X を用いて、現在の脱硝触媒９のＮＨ₃ 吸蔵量ＩＮＨ₃ が、ＩＮＨ₃ ＝ＩＮＨ₃ ＋ＡＮＨ₃ −Ｋ×（ＡＮＯ_X ＋ＢＮＯ_X ）として算出される。
Ｋ×（ＡＮＯ_X ＋ＢＮＯ_X ）は、現在脱硝触媒９に流入しているＮＯ_X を浄化するのに必要なＮＨ₃ の量を表している（Ｋは定数）。脱硝触媒９に流入するＮＯ_X の量Ｋ×（ＡＮＯ_X ＋ＢＮＯ_X ）が脱硝触媒９に流入するＮＨ₃ の量ＡＮＨ₃ より多い場合には、脱硝触媒９に吸蔵されたＮＨ₃ の一部が放出されＮＯ_X が浄化されるため、脱硝触媒９に吸蔵されたＮＨ₃ の量はＫ×（ＡＮＯ_X ＋ＢＮＯ_X ）−ＡＮＨ₃ だけ減少する。また、脱硝触媒９に流入するＮＨ₃ の量ＡＮＨ₃ が流入するＮＯ_X の量Ｋ×（ＡＮＯ_X ＋ＢＮＯ_X ）より多い場合には、ＮＯ_X の浄化に使用されなかった余剰のＮＨ₃ は脱硝触媒９に吸蔵される。このため、脱硝触媒９に吸蔵されたＮＨ₃ の量はＡＮＨ₃ −Ｋ×（ＡＮＯ_X ＋ＢＮＯ_X ）だけ増加する。従って、現在の脱硝触媒９のＮＨ₃ 吸蔵量は、ＮＨ₃ の生成量ＡＮＨ₃ からＫ×（ＡＮＯ_X ＋ＢＮＯ_X ）を引いた値、つまり、生成したＮＨ₃ 量のうちＮＯ_X の浄化に使用されなかった余剰分を積算することにより求められる。
【００９１】
一方、ステップ１１０９で現在のＮＯ_X 吸蔵量ＩＮＨ₃ が飽和量ＩＦＵＬに到達していない場合（すなわち、０＜ＩＮＨ₃ ＜ＩＦＵＬの場合）には、ステップ１１１１で＃１気筒の燃料噴射ＴＡＵ１はＴＡＵＰ／０．９５にセットされ、＃１気筒はλ＝０．９５の空燃比で運転される。また、ステップ１１１３では、三元触媒５でのＮＨ₃ 生成量が予め制御回路３０のＲＯＭに格納した数値マップから算出され、＃１気筒のＮＯ_X 生成量ＡＮＯ_X の値は０にセットされ、図１２ステップ１１１９から１１２３で脱硝触媒９のＮＨ₃ 吸蔵量ＩＮＨ₃ が算出される。
（なお、ステップ１１１７でＡＮＨ₃ ＝０とされるのは、全気筒がリーン空燃比運転される場合には、三元触媒５ではＮＨ₃ が生成されないためであり、ステップ１１１３でＡＮＯ_X ＝０とされるのは、＃１気筒がλ＝０．９５で運転される場合には、＃１気筒で発生したＮＯ_X は全量がＮ₂ とＮＨ₃ とに転換されてしまい、脱硝触媒９には到達しないためである。）
また、ステップ１１２５で現在負荷領域２で機関が運転されている場合には、現在脱硝触媒９に流入するＮＯ_X 量が増大しているため、ステップ１１２７では切換弁１７５が＃２気筒の排気を排気通路１７３側に流す位置に切り換えられ、＃２気筒の排気が三元触媒５に供給される。
【００９２】
次いで、ステップ１１２９では現在の脱硝触媒９のＮＨ₃吸蔵量ＩＮＨ₃が飽和量ＩＦＵＬに到達しているか否かが判定され、飽和量ＩＦＵＬに到達している場合には、ステップ１１３１、１１３９（図１２）で全気筒＃１から＃４がリーン空燃比（λ＝λＬ）で運転され、三元触媒５でのＮＨ₃の生成が停止される。また、ステップ１１２９でＩＮＨ₃＜ＩＦＵＬであった場合には、＃１気筒と＃２気筒の運転空燃比をそれぞれλ_Rとλ_L0とに設定し（ステップ１１３５）、＃３気筒と＃４気筒の運転空燃比をλ_Lに設定する（ステップ１１３９）。これにより、＃１気筒と＃２気筒からの排気は、λ＝０．９５のＮＯ_Xを多く含む混合排気を形成し、三元触媒５でのＮＨ₃生成量が増大する。
【００９３】
また、ステップ１１３３、１１３７、１１４１及び１１４３では、それぞれの場合に応じて脱硝触媒９のＮＨ₃ 吸蔵量ＩＮＨ₃ が算出される。なお、ステップ１１２５で現在機関が負荷領域３で運転されていると判断された場合には、＃１から＃４の全気筒が理論空燃比で運転される点（ＴＡＵ１〜ＴＡＵ４＝ＴＡＵＰ）は図９の実施形態と同様である（図１２、ステップ１１４５）。
【００９４】
上述のように、本実施形態によれば脱硝触媒９にＮＨ₃ の吸蔵能力を持たせるとともに、常に脱硝触媒９が飽和限界に近い量のＮＨ₃ を吸蔵するように、機関ＮＯ_X 発生量に応じてＮＨ₃ の生成量を制御したことにより、ＮＯ_X 吸収剤７の再生初期等に一時的に多量のＮＯ_X が脱硝触媒９に流入したような場合でも、ＮＯ_X の大気への放出を防止することができる。
【００９５】
次に、図１３を用いて本発明の別の実施形態について説明する。図１３において、前述の各実施形態と同一の参照符号は前述の各実施形態と同様の要素を示している。本実施形態では、前述の各実施形態と異なり、＃１から＃４の全気筒は共通の排気マニホルド１３３を介して共通の排気通路４に接続されており、排気通路４上には、上流側から三元触媒５、ＮＯ_X 吸収剤７、脱硝触媒９がこの順に配置されている。
本実施形態では、通常運転時は＃１から＃４の全気筒がリーン空燃比（例えばλ＝λ_L 、λ_L ＝１．３０〜１．４０程度）で運転される。このとき各気筒で発生したＮＯ_X は、三元触媒５を通過してＮＯ_X 吸収剤７に吸収される。また、本実施形態においてもＮＯ_X 吸収剤７のＮＯ_X 吸収量が増大すると、ＮＯ_X 吸収剤７に流入する排気の空燃比を短時間リッチ空燃比にしてＮＯ_X 吸収剤７から吸収したＮＯ_X を放出させ、還元浄化するリッチスパイク操作を行なう。本実施形態では、リッチスパイク時には、例えば＃２気筒と＃３気筒とをλ＝０．８７のリッチ空燃比で運転し、＃１気筒と＃４気筒とをλ＝１．０３程度のリーン空燃比で運転する。これにより、三元触媒５には、＃２、＃３気筒のリッチ空燃比の排気と＃１、＃４気筒のリーン空燃比の排気とにより形成されたλ＝０．９５のリッチ空燃比の混合排気が流入することになり、三元触媒５でＮＨ₃ が生成される。前述したように、ＮＨ₃ は還元性が強く強力な還元剤として機能するため、三元触媒５により生成したＮＨ₃ をＮＯ_X 吸収剤７に供給することにより、短時間でＮＯ_X 吸収剤７からのＮＯ_X の放出と還元浄化とを完了することが可能となる。また、本実施形態ではＮＯ_X 吸収剤７下流側の脱硝触媒９には、図１０の実施形態と同様にＮＨ₃ 吸蔵成分が担持されている。このため、本実施形態では、リッチスパイク時にＮＯ_X の浄化に使用されずにＮＯ_X 吸収剤７下流側に流出する余剰ＮＨ₃ は脱硝触媒９に吸蔵され、大気に放出されることがない。また、リッチスパイク終了後に全気筒のリーン空燃比運転が実行されるようになると、排気中の一部のＮＯ_X はＮＯ_X 吸収剤７に吸収されず、僅かな量のＮＯ_X がＮＯ_X 吸収剤７下流側に流出するようになるが、このＮＯ_X は脱硝触媒９上で脱硝触媒９に吸蔵されたＮＨ₃ により還元される。このため、本実施形態によれば、リーンバーン内燃機関の排気中のＮＯ_X を高い効率で浄化することが可能となる。
【００９６】
図１４は、本実施形態における各気筒の運転空燃比制御を示すフローチャートである。本ルーチンは、制御回路３０により一定時間毎に実行される。
図１４においてルーチンがスタートすると、ステップ１５０１では現在リッチスパイク実行中か否かが判定される。本実施形態においても、制御回路３０は別途実行される図示しないルーチンで前回リッチスパイク実行からの機関１の運転時間（或いは前回リッチスパイク実行からの機関累積回転数又は累積吸入空気量）を計測して、運転時間（或いは、機関累積回転数又は累積吸入空気量）が所定値に到達した場合には一定時間（例えば数秒程度）リッチスパイクを実行するのは図６の実施形態と同様である。
【００９７】
ステップ１５０１で現在リッチスパイク実行中でなかった場合には、ルーチンはステップ１５０３に進み、＃１から＃４の各気筒の燃料噴射量ＴＡＵ１からＴＡＵ４をＴＡＵＰ／λ_L （但しλ_L ＝１．３０〜１．４０程度）に設定する。これにより、別途制御回路３０により実行される図示しない燃料噴射ルーチンにより、＃１から＃４の全気筒の運転空燃比がリーンに制御される。また、この時に各気筒で発生したＮＯ_X は、その大部分がＮＯ_X 吸収剤７に吸収され、ＮＯ_X 吸収剤７に吸収されずに下流側に流出した僅かな量のＮＯ_X は、脱硝触媒９に吸蔵されたＮＨ₃ により浄化される。
【００９８】
一方、ステップ１５０１で現在リッチスパイク実行中であった場合には、ステップ１５０５が実行される。ステップ１５０５では、＃２気筒と＃３気筒の燃料噴射量ＴＡＵ２、ＴＡＵ３がＴＡＵＰ／λ_R （但しλ_R ＝０．８７）に設定され、＃１気筒と＃４気筒の燃料噴射量ＴＡＵ１とＴＡＵ４はＴＡＵＰ／λ_L0に設定される。これにより、三元触媒５にはλ＝０．９５の混合排気が流入し三元触媒５で比較的多量のＮＨ₃ が生成されるようになる。また、三元触媒５下流側のＮＯ_X 吸収剤７に流入する排気はリッチ空燃比（λ＝０．９５）であり、かつ多量のＮＨ₃ を含むことになるため、ＮＯ_X 吸収剤７では吸収したＮＯ_X が放出され、排気中のＮＨ₃ とＨＣ、ＣＯ成分とにより還元浄化される。
【００９９】
なお、本実施形態において、リッチスパイク時に＃２、＃３気筒をリッチ空燃比で運転し、＃１、＃４気筒をリーン空燃比で運転しているのは、本実施形態の機関の添加気筒順序が＃１−＃３−＃４−＃２であることを考慮したためである。すなわち、本実施形態ではリッチ気筒とリーン気筒とを交互に点火することにより、リッチ空燃比排気（λ＝０．８７）とリーン空燃比排気（λ＝１．０３）とを均一に混合し、λ＝０．９５の均一な混合排気を三元触媒５に供給するようにしたものである。従って、リッチ気筒とリーン気筒とは、点火気筒順序が異なれば、点火順序に応じてできるだけ均一な混合排気が得られるように設定することが好ましい。
【０１００】
上述のように、図１から図１４の実施形態では、リーン空燃比で運転される気筒の排気の一部をリッチ空燃比で運転される気筒の排気に加えてリッチ空燃比の混合排気を形成し、この混合排気をＮＨ₃ 生成手段としての三元触媒に供給するようにしたことにより、多量のＮＨ₃ を生成することが可能となる。このため、ＮＨ₃ と排気中のＮＯ_X とを反応させてＮＯ_X を浄化する際にＮＨ₃ の量が不足することがなく、高い効率でＮＯ_X を浄化することが可能となっている。
【０１０１】
次に、図１５から図２７を用いて、本発明の上述の図１から図１４とは異なる実施形態について説明する。
図１から図１４の実施形態では、リッチ空燃比で運転される気筒の排気とリーン空燃比で運転される気筒の排気とを混合することにより、混合排気中のＮＯ_X 量を増大させ、ＮＨ₃ 生成手段に供給するＮＨ₃ の原料としてのＮＯ_X 量を増大していたが、以下の各実施形態では、リッチ気筒で運転される気筒でのＮＯ_X 発生量そのものを増大させることにより、ＮＨ₃ 生成手段に供給するＮＯ_X 量を増大させている点が図１から図１４の実施形態と相違している。
【０１０２】
図１５から図１８はリッチ空燃比で運転される気筒でのＮＯ_X発生量を増大させる手段を備えた、本発明の請求項５から請求項８に対応する実施形態の概略構成を示す図である。
図１５、図１６は機関の特定の気筒を常にリッチ空燃比で運転し、他の気筒をリーン空燃比で運転するリーンバーンエンジン（以下、このようにリッチ空燃比運転気筒を固定する機関をリッチ気筒固定機関と称する）に本発明を適用した場合の実施形態を、図１７、図１８は機関の一部の気筒をリッチ空燃比で運転し、他の気筒をリーン空燃比運転するが、リッチ空燃比運転を行なう気筒を固定せずに時間とともにリッチ空燃比運転を行なう気筒を順次変更するリーンバーンエンジン（以下、このようにリッチ気筒を順次変更する機関を「リッチ気筒可変機関」と称する。）に本発明を適用した場合の実施形態を、それぞれ示している。
【０１０３】
なお、図１５から図１８の各実施形態において、前述の図１、図５、図７、図１０、図１３の各実施形態と同一の参照符号は前述の実施形態におけるものと同様の要素を表しており、図１５から図１８の各実施形態で使用される三元触媒５、脱硝触媒９についても、前述の各実施形態のものと同様である。
まず、図１５について説明する。図１５において、１は多気筒機関を示す。本実施形態では、機関１は４気筒機関とされ、＃１から＃４の４つの気筒を備えている。後述するように、本実施形態では＃１気筒は常時リッチ空燃比（例えば、空気過剰率λで０．９５程度）で運転され、＃２から＃４気筒は常にリーン空燃比（例えばλ＝１．３０〜１．４０程度）で運転される。
【０１０４】
図１５において、リーン空燃比気筒＃２から＃４の各排気ポートは排気マニホルド１３１を介してリーン排気通路１４１に接続され、リッチ空燃比気筒＃１の排気ポートはリッチ排気通路１４２に接続されている。また、リッチ排気通路１４２上にはアンモニア生成手段としての三元触媒５が配置されている。更に、リーン排気通路１４１とリッチ排気通路１４２とは三元触媒５下流側で共通の排気通路４に合流し、この共通排気通路４上にはＮＯ_X 浄化手段としての脱硝触媒９が配置されている。
【０１０５】
図１５において、２１は＃１から＃４の各気筒の吸気ポートを共通の吸気通路２に接続する吸気マニホルドである。吸気マニホルド２１の各気筒吸気ポート近傍には燃料噴射弁７１から７４が配置され、後述する制御回路３０からの燃料噴射信号に応じて各気筒吸気ポートにそれぞれ加圧燃料を噴射するようにされている。
【０１０６】
また、図１５において、その全体を８で示すのは排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置である。本実施形態では、ＥＧＲ装置８は脱硝触媒９下流側の排気通路に接続されたＥＧＲ通路８１を有している。ＥＧＲ通路８１は、電磁弁８１２から８１４を介して吸気マニホルド２１の＃２から＃４気筒の各吸気ポートに接続される各枝管に接続されている。本実施形態では、電磁弁８１２から８１４は、後述するように制御回路３０からの駆動信号に応じてそれぞれ＃２から＃４の気筒の吸気行程中に開弁し、＃２から＃４の気筒吸気ポートに排気ガスを供給する。すなわち、本実施形態では、リーン空燃比気筒＃２から＃４には、排気通路４の脱硝触媒９下流側の排気通路から機関１の排気を再循環させることが可能な構成とされている。
【０１０７】
さらに、図１５に６１から６４で示すのは、それぞれ＃１から＃４の気筒に設けられた点火プラグである。点火プラグ６１から６４は制御回路３０からの点火信号に応じたタイミングでスパークを発生する。
図１５の実施形態では、機関１の＃１気筒をリッチ空燃比で運転し、＃２から＃４の気筒をリーン空燃比で運転する。このため、＃１気筒からは空気過剰率が１より小さい排気が排出され、排気通路１４２上に配置された三元触媒５に流入する。従って、＃１気筒からの排気中のＮＯ_X の一部が前述した反応によりＮＨ₃ に転換され、残りのＮＯ_X はＮ₂ に還元される。
【０１０８】
一方、＃２から＃４の気筒はリーン空燃比運転されるため、これらの気筒から排気通路１４１に排出される排気は、空気過剰率λが１より高く、かつ比較的多量のＮＯ_X を含んでいる。排気通路１４１と１４２からの排気は、排気通路４に流入し、互いに混合する。本実施形態では、リッチ空燃比気筒（＃１）とリーン空燃比気筒（＃２から＃４）とを平均した機関全体としての運転空燃比はリーン空燃比になるようにリッチ空燃比気筒とリーン空燃比気筒との空燃比が設定されている。このため、排気通路４での混合後の排気の空気過剰率λは１より大きく（リーンに）なる。
【０１０９】
従って、排気通路４上の脱硝触媒９には、空気過剰率が１より大きく、ＮＯ_X とＮＨ₃ との両方を含んだ排気が流入することになる。また、本実施形態においても、図１の実施形態と同様に排気通路４外壁からの放熱により脱硝触媒９に流入する排気温度が前述の所定温度範囲になるように脱硝触媒９上流側の排気通路長さが設定されている（或いは、排気通路４外壁に適宜な冷却手段（冷却フィン等）を設けるようにしても良い）。このため、脱硝触媒９には、酸化雰囲気で前述の所定温度範囲に調整された、ＮＯ_X とＮＨ₃ との両方を含む排気が流入することになる。このため、脱硝触媒９上では、ＮＨ₃ の酸化反応とＮＯ_X の脱硝反応が同時に生じ、ＮＨ₃ とＮＯ_X との両方が同時に浄化される。また、排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ成分も脱硝触媒９上で酸化されるため、脱硝触媒９下流側には流出しない。
【０１１０】
ところで、脱硝触媒９において流入する排気中のＮＯ_X の全量を浄化するためには、前述したように流入する排気中にＮＯ_X 浄化に必要とされる十分な量のＮＨ₃ が含まれている必要がある。しかし、通常三元触媒５で生成されるＮＨ₃ の量は、リーン空燃比気筒の排気に含まれるＮＯ_X 量に較べて少ないため、脱硝触媒９ではＮＨ₃ の不足のために排気中のＮＯ_X の全量を浄化出来ない恐れがある。そこで、本発明では、後述する手段により、三元触媒５で生成されるＮＨ₃ の量を増大させ、脱硝触媒９でリーン空燃比気筒から排出されるＮＯ_X の全量を浄化可能としている。三元触媒５で生成されるＮＨ₃ の量を増大させる手段については、後に詳述する。
【０１１１】
図１６は、本発明を図１５と同じリッチ気筒固定機関に適用する場合の別の実施形態の構成を示す図である。図１６において、図１５と同一の参照符号は同一の要素を示している。図１６の実施形態では、図１５のリーン排気通路１４１上にＮＯ_X 吸収剤７が配置されており、排気通路４ではＮＯ_X 吸収剤７を通過したリーン空燃比気筒（＃２から＃４）の排気と三元触媒５を通過したリッチ空燃比気筒（＃１）からの排気とが合流するようになっている点が図１５の実施形態と相違している。なお、本実施形態のＮＯ_X 吸収剤７についても、図５、図１０、図１３に使用されているものと同一のものが使用される。
【０１１２】
次に図１６の実施形態の排気浄化作用について説明する。本実施形態では、図１５の実施形態と同様、後述する手段により＃１気筒で発生するＮＯ_X 量を増大し、ＮＨ₃ の原料としてのＮＯ_X を多量に含む排気を三元触媒５に供給することにより三元触媒５で生成されるＮＨ₃ 量を増大する。また、本実施形態では、リーン空燃比気筒（＃２から＃４）から排出されるＮＯ_X の大部分をＮＯ_X 吸収剤７に吸収し、ＮＯ_X 吸収剤７で大部分のＮＯ_X を浄化するようにしている。これにより、合流後の排気中に含まれるＮＯ_X 量が減少するため脱硝触媒９でＮＨ₃ の量が不足することが防止される。
【０１１３】
すなわち、＃２から＃４の気筒からＮＯ_X 吸収剤７に流入する排気はλ＞１．０であり、かつＮＯ_X を比較的多く含んでいる。このため、ＮＯ_X 吸収剤７は排気中のＮＯ_X を吸収し、ＮＯ_X 吸収剤７を通過する排気中のＮＯ_X は大部分がＮＯ_X 吸収剤７により除去される。従って、排気通路４で合流後の排気にはＮＯ_X 吸収剤７で除去されなかった少量のＮＯ_X が含まれるのみになり、脱硝触媒９でＮＯ_X の浄化に必要とされるＮＨ₃ の量が低減される。
【０１１４】
なお、ＮＯ_X 吸収剤７が吸収したＮＯ_X で飽和すると、排気中のＮＯ_X をそれ以上吸収できなくなるため、本実施形態においても＃２から＃４気筒は定期的にリッチスパイク運転を行ない、ＮＯ_X 吸収剤７からＮＯ_X を放出させる。本実施形態のリッチスパイク運転については後述する。
図１７は図１５、図１６とは異なり、機関１運転中にリッチ空燃比運転を行なう気筒を順次切り換えるリッチ気筒可変機関に本発明を適用する実施形態の構成を示す図である。
【０１１５】
本実施形態においては、機関１の気筒＃１から＃４は全て共通の排気マニホルド１３３を介して排気通路４に接続され、排気通路４上に三元触媒５と脱硝触媒９とが配置されている点、及び、電磁弁８１２から８１４に加えて、ＥＧＲ通路８１を＃１気筒の吸気ポートに接続する電磁弁８１１が設けられている点が図１５の実施形態と相違している。
【０１１６】
本実施形態では、機関１の一部の気筒が所定の期間リッチ空燃比運転され、しかもリッチ空燃比運転される気筒は固定されておらず、順次切り替わるようになっている。図１９は、例えば同時にリッチ空燃比運転を行なう気筒の数を２つとした場合の図１７の機関の各気筒の運転空燃比の切換を説明するタイミング図である。図１９において横軸は時間を示し、斜線で示した期間は各気筒がリッチ空燃比運転される期間を示している。図１９に示すように、本実施形態では、例えば時間ｔ₁ からｔ₂ までの期間は＃１、＃２気筒がリッチ空燃比運転され、＃３、＃４気筒がリーン空燃比運転される。また、それに続くｔ₂ からｔ₃ の期間では全気筒がリーン空燃比運転され、次のｔ₃ からｔ₄ の期間では、＃２、＃３気筒がリッチ空燃比運転され＃１、＃４気筒がリーン空燃比運転される。さらに、その後の期間ｔ₄ からｔ₅ では再び全気筒がリーン空燃比運転され、次にリッチ空燃比運転が行なわれる期間ｔ₅ からｔ₆ では＃３、＃４気筒がリッチ空燃比運転され、＃２、＃１気筒がリーン空燃比運転される。すなわち、本実施形態では全気筒がリーン空燃比運転される期間（ｔ₂ からｔ₃ 、ｔ₄ からｔ₅ ）と一部の気筒がリッチ空燃比運転される期間（ｔ₁ からｔ₂ 、ｔ₃ からｔ₄ 、ｔ₅ からｔ₆ ）とが交互に繰り返され、しかもリッチ空燃比運転される期間ではリッチ空燃比運転される気筒の組合せが毎回異なるように設定される。更に、本実施形態においては、上記一部の気筒がリッチ空燃比運転される期間では機関空燃比が平均してリッチ空燃比になるようにリッチ気筒とリーン気筒との空燃比が設定される。これにより、排気通路４に流入する排気の空気過剰率λは、λ≦１．０となる期間（ｔ₁ からｔ₂ 、ｔ₃ からｔ₄ 、ｔ₅ からｔ₆ ）とλ＞１．０となる期間（ｔ₂ からｔ₃ 、ｔ₄ からｔ₅ ）とが交互に繰り返されるようになる。
【０１１７】
このため、三元触媒５には、λ≦１．０の排気と、λ＞１．０の排気とが交互に流入し、λ≦１．０の排気が流入する期間では三元触媒５により排気中のＮＯ_X の一部がＮＨ₃ に転換される。また、λ＞１．０の排気が三元触媒５に流入する期間では、排気中のＮＯ_X の一部が三元触媒５で還元されずに下流側に流出する。
【０１１８】
この結果、三元触媒５下流側の脱硝触媒９には、λ≦１．０でＮＨ₃ を含む排気とλ＞１．０で少量のＮＯ_X を含む排気とが交互に流入することになる。
本実施形態では、脱硝触媒９はλ≦１．０の期間に流入した排気中のＮＨ₃ を一時的に吸蔵し、このＮＨ₃ を用いてλ＞１．０の期間に流入する排気中のＮＯ_X を浄化する。
【０１１９】
上記ＮＨ₃ の吸蔵作用を行なわせるため、本実施形態においても脱硝触媒９には、図１０で説明したＮＨ₃ 吸蔵成分が担持されている。これにより、流入する排気の空気過剰率が低く脱硝触媒によりＮＨ₃ が浄化されない場合にはＮＨ₃ が酸性無機成分に吸着される。また、流入する排気中のＮＨ₃ 濃度が低下すると酸性無機成分に吸収されたＮＨ₃ が放出されるため、リーン空燃比運転期間中には放出されたＮＨ₃ により排気中のＮＯ_X が浄化されるようになる。
【０１２０】
本実施形態においても、リーン空燃比運転期間中に脱硝触媒９に流入する排気中のＮＯ_X の全量を浄化するのに十分な量のＮＨ₃ をリッチ空燃比運転期間中に脱硝触媒９に供給しておく必要がある。このため、リッチ空燃比運転期間中に三元触媒５により生成されるＮＨ₃ の量を増大させる処理が行なわれる。この処理については後に詳述する。
【０１２１】
図１８は図１７と同じリッチ気筒可変機関に本発明を適用した場合の図１７とは別の実施形態の構成を示している。
図１８の実施形態では、図１７の実施形態の三元触媒５と脱硝触媒９との間の排気通路４上に図１６のものと同じＮＯ_X 吸収剤７が配置されている点のみが相違している。本実施形態の排気浄化作用は以下のように行なわれる。
【０１２２】
機関１のリッチ空燃比運転期間では、三元触媒５では排気中のＮＯ_X の一部がＮＨ₃ に転換され、三元触媒５下流のＮＯ_X 吸収剤７にはλ≦１．０でＮＨ₃ とＨＣ、ＣＯ成分を含む排気が流入する。これにより、ＮＯ_X 吸収剤７からは吸収したＮＯ_X が放出され、排気中のＮＨ₃ 、ＨＣ、ＣＯ成分により還元浄化される。また、このときＮＯ_X の還元に使用されなかった余剰のＮＨ₃ 成分は、ＮＯ_X 吸収剤７を通過して下流の脱硝触媒９のＮＨ₃ 吸蔵成分に吸着される。
【０１２３】
機関１のリーン空燃比運転期間では、排気はλ＞１．０となるため、三元触媒５ではＮＨ₃ は生成されず、同時に三元触媒５でのＮＯ_X の浄化率が低下するため排気中のＮＯ_X はその一部が三元触媒５を通過してＮＯ_X 吸収剤７に吸収される。また、ＮＯ_X 吸収剤７でも吸収されずに下流側に流出した少量のＮＯ_X は脱硝触媒９に流入する。一方、排気中のＮＨ₃ 濃度の低下により脱硝触媒９の吸蔵成分からは吸収したＮＨ₃ が放出されるため、脱硝触媒９に流入する排気中のＮＯ_X は放出されたＮＨ₃ により浄化される。
【０１２４】
このように、図１８の実施形態ではＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X の放出、還元浄化と、脱硝触媒９におけるＮＨ₃ の放出とＮＯ_X の浄化とを交互に行なうことにより、機関１から排出されるＮＯ_X の全量を浄化する。本実施形態においても、三元触媒５で生成されるＮＨ₃ の量は排気中のＮＯ_X を浄化するのに十分な量である必要がある。このため、本実施形態においても三元触媒５におけるＮＨ₃ の生成量を増大させる処理が行なわれる。
【０１２５】
次に、上述の各実施形態における三元触媒５でのＮＨ₃生成量の増大処理について説明する。
前述の図２で説明したように、三元触媒５におけるＮＨ₃の生成率は排気の空気過剰率λが０．９５以下のときに最大となる。また、気筒からの排気に含まれるＮＯ_X量は図３で説明したように運転空燃比がλ＝１．０以下ではλが小さくなる程（空燃比がリッチになるほど）減少する。従って、図１５、図１６の実施形態のように混合排気を用いずにリッチ空燃比気筒からの排気を直接三元触媒に供給する場合には、気筒の運転空気過剰率λを０．９５付近にした場合に三元触媒で最大の量のＮＨ₃を生成することができる。
【０１２６】
上述の実施形態では、機関１の各気筒の空燃比は燃焼時の空気過剰率λが０．９５付近の排気が三元触媒５に流入するように設定される。すなわち、図１５、図１６の実施形態では、リッチ空燃比運転される気筒（＃１気筒）の空燃比が０．９５近傍になるように＃１気筒の燃料噴射量が制御され、図１７、図１８の実施形態では、リッチ空燃比運転期間中にリッチ空燃比気筒からの排気とリーン空燃比気筒からの排気とが混合後にλ≒０．９５になるようにリッチ空燃比気筒とリーン空燃比気筒への燃料噴射量が設定される。
【０１２７】
一方、ＮＨ₃ の生成効率が同一であれば、三元触媒で生成されるＮＨ₃ の量は流入する排気中のＮＯ_X 濃度が高い程大きくなる。このため、三元触媒で生成されるＮＨ₃ 量を増大させるためには、排気の燃焼時の空気過剰率を０．９５近傍に調節する以外に、三元触媒に流入する排気中のＮＯ_X 濃度を増大させること、すなわち気筒でのＮＯ_X 生成量を増大させることが必要となる。
【０１２８】
気筒の運転空燃比一定の条件下で（例えばλ＝０．９５に固定したままで）、気筒におけるＮＯ_X 生成量を増大させる手段としては以下のものが考えられる。
(1)気筒の点火時期を進角させる。
(2)気筒圧縮比を増大させる。
(3)気筒に供給するＥＧＲガス量を低減する。
【０１２９】
(4)燃焼によりＮＯ_X を発生する物質を気筒に供給する。
以下それぞれの手段について説明する。
(1)気筒の点火時期の進角
点火時期を進角させることにより、気筒内の最高燃焼温度が上昇するため気筒内でのＮＯ_X の生成が促進される。図２０は気筒の点火時期と発生トルク及び発生ＮＯ_X 量との関係を説明する図である。図２０に示すように、一般に気筒の発生トルクは点火時期が比較的遅い領域では、点火時期の進角とともに増加して、略平坦な最大トルク領域に到達する。また、この領域よりさらに点火時期を進角すると逆に点火時期の進角とともに発生トルクが減少するようになる。図２０に示すように発生トルクが最大になる点火時期領域の中央部付近（この領域を、MINIMUM ADVANCE FOR BEST TORQUE:ＭＢＴと称する）では、他の条件（空燃比、スロットル開度、圧縮比回転数等）が同一であれば機関出力が最大となるため、通常の機関では各気筒の点火時期はＭＢＴ近傍に設定される。なお、ＭＢＴは空燃比が低い程遅角側に移行する。
【０１３０】
一方、図２０に示すようにＮＯ_X 発生量は点火時期が進角するにつれて略一様に増大する。このため、リッチ空燃比気筒の点火時期をＭＢＴより進角させることにより気筒のＮＯ_X 発生量を増大させることが可能となる。
(2)気筒圧縮比の増大
気筒圧縮比を増大すると、最高燃焼圧力、温度がともに上昇するため、気筒内でのＮＯ_X の生成が促進される。図２０点線は、図２０実線に対して気筒圧縮比を増大した場合の発生トルクとＮＯ_X 生成量とを示している。図２０に示すように、気筒の圧縮比を増大させることにより、ＭＢＴでの発生トルクとＮＯ_X 生成量はともに増大する。このため、例えば図１５、図１６の実施形態でリッチ空燃比運転を行なう気筒が固定されているような場合には、予めリッチ気筒の圧縮比を他の気筒の圧縮比に較べて高く設定することにより、リッチ気筒でのＮＯ_X 生成量を増大させる事ができる。また、リッチ気筒可変機関においては、各気筒に圧縮比可変機構（例えば、気筒燃焼室に連通するサブシリンダと、サブシリンダ内を摺動しサブシリンダ内容積を可変とするプランジャとを設け、プランジャの位置を変えることにより燃焼室全体の容積を可変とする機構等）を設け、リッチ空燃比運転する気筒のみ圧縮比を増大させるようにすることによりリッチ気筒でのＮＯ_X 生成量を増大させることができる。また、図２０から判るように気筒の圧縮比を増大させると最適点火時期（ＭＢＴ）は遅角側に移行する。このため、例えばリッチ気筒と他の気筒との点火時期を同一に設定するとともにリッチ気筒のみの圧縮比を高く設定することにより、リッチ気筒では圧縮比の増加によりＭＢＴが遅角側に移行するため相対的に点火時期を進角させたのと同一の効果が得られ、圧縮比の増大の効果に加えて点火時期の進角によるＮＯ_X 発生量の増大を同時に得る事ができる。
【０１３１】
なお、圧縮比を増大するとノッキングが発生し易くなるため、これを防止するために圧縮比を増大したリッチ空燃比気筒の冷却効率を向上させ、燃焼室壁温の過度の上昇を抑制するようにすればリッチ空燃比気筒の圧縮比を高く設定し、ＮＯ_X 生成量を大きく増大させることが可能となる。
リッチ空燃比気筒の冷却効率を向上させる手段としては、例えばラジエータを通過する温風がリッチ気筒に当たらないようにラジエータを配置し、走行風を直接リッチ空燃比気筒に当てるようにしたり、或いはラジエータで冷却された、温度の低い冷却水が機関の冷却水循環経路の最初に圧縮比を増大した気筒に供給されるように冷却水循環経路を設定すること等が可能である。
【０１３２】
(3)ＥＧＲ量の低減
排気ガス再循環（ＥＧＲ）を実行すると、気筒内に燃焼に寄与しない不活性ガス（排気ガス）が導入されるため、気筒内最高燃焼温度が低下する。このため、ＥＧＲは一般的に機関のＮＯ_X 発生量低減の手段として用いられている。従って、ＥＧＲを行なう機関ではリッチ空燃比運転を行なう気筒のみＥＧＲの供給量を低減（または供給を停止）することにより相対的にリッチ気筒でのＮＯ_X 生成量を増大させることができる。例えば、図１５、図１６に示したリッチ気筒固定機関では、図１５、図１６に８１２から８１４で示したように、ＥＧＲ通路８１とリーン気筒のみを接続する電磁弁を設け、リッチ気筒の吸気ポートとＥＧＲ通路８１とを接続しないことにより、リッチ気筒のみＥＧＲガスを供給しないようにすることができる。また、リッチ気筒可変機関（図１７、図１８）においてリッチ気筒のみＥＧＲガスの供給を停止する手段については後に説明する。
【０１３３】
(4)ＮＯ_X 生成物質の供給
例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン等の芳香族に属する物質は燃焼により比較的多量のＮＯ_X を生成することが知られている。このため、リッチ空燃比運転を行なう気筒に噴射する燃料にこれらの物質を添加することによりリッチ気筒でのＮＯ_X 生成量を増大させることが可能である。この場合、リッチ気筒固定機関では、リッチ気筒とリーン気筒との燃料系統を別にして、リッチ気筒にのみ上記物質を添加した燃料を供給するようにすればよい。また、リッチ気筒可変機関では、燃料噴射弁を各気筒に２つ配置し、一方からは通常の燃料を、他方からは上記物質を添加した燃料を噴射するようにして、各気筒をリッチ空燃比運転する場合とリーン空燃比運転する場合とで、供給する燃料を切り換えるようにすれば良い。
【０１３４】
本発明では、上記に説明した手段の１つまたは２つ以上を用いてリッチ空燃比気筒でのＮＯ_X 生成量を増大させている。
以下、図１５から図１８の実施形態においてリッチ気筒のＮＯ_X 生成量を増大させる場合について、点火時期の進角、及びＥＧＲ量の低減を行なう場合をそれぞれ例にとって具体的に説明する。
【０１３５】
図２１、図２２は図１５の実施形態における燃料噴射量と点火時期との設定ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、制御回路３０により一定時間毎（例えばクランク回転角３０°毎）に実行される。
図２１においてステップ８０１では、機関１のクランク回転角ＣＡが読み込まれる。クランク回転角ＣＡはクランク軸近傍に配置されたクランク角センサ（図示せず）からのクランク回転角パルス信号に基づいて、別途制御回路３０により実行される図示しないルーチンにより、算出される。
【０１３６】
ステップ８０３では読込んだクランク回転角ＣＡから、現在いずれかの気筒が燃料噴射タイミングにあるか否かが判定され、いずれの気筒も燃料噴射タイミングにない場合には、図２２、ステップ８１５以下の点火時期の設定を行なう。また、いずれかの気筒が現在燃料噴射タイミングにある場合には、ステップ８０５からステップ８１３を実行して燃料噴射処理を行なう。
【０１３７】
すなわち、ステップ８０５では、現在燃料噴射タイミングにある気筒がどれかを判別し、ステップ８０７ではその気筒がリッチ空燃比運転を行なっている気筒か否か（図１５の例では＃１気筒か否か）を判別する。
ステップ８０７で、現在リッチ気筒の燃料噴射タイミングであった場合には、ステップ８０９で燃料噴射量ＴＡＵが、ＴＡＵ＝ＴＡＵＰ／λ_R として算出される。ここで、ＴＡＵＰは、図４で説明したように、気筒に供給される混合気の空燃比を理論空燃比（λ＝１．０）とするのに必要な燃料噴射量（基本燃料噴射量）であり、別途制御回路３０により実行される図示しないルーチンにより、例えば、機関１回転当たりの吸入空気量Ｑ／ＮＥと定数Ｋとを用いて、ＴＡＵＰ＝（Ｑ／ＮＥ）×Ｋとして算出される）。また、λ_R はリッチ気筒の目標空気過剰率（本実施形態ではλ_R ＝０．９５）である。
【０１３８】
一方、ステップ８０７で現在燃料噴射タイミングにある気筒がリッチ気筒でない場合、すなわち現在燃料噴射タイミングにある気筒がリーン気筒であった場合には、ステップ８１１で燃料噴射量ＴＡＵは、ＴＡＵ＝ＴＡＵＰ／λ_L として算出される。ここで、λ_L はリーン気筒の目標空気過剰率（λ_L ＞１．０）である。上記により燃料噴射量ＴＡＵを設定後、ステップ８１３では現在燃料噴射タイミングにある気筒に対して燃料噴射が実行され、算出したＴＡＵに相当する量の燃料が噴射される。これにより、リッチ気筒とリーン気筒の空燃比がそれぞれ目標空燃比に設定される。
【０１３９】
次いで、図２２、ステップ８１５から８２９ではリッチ気筒とリーン気筒の点火時期が設定される。
すなわち、ステップ８１５では、ステップ８０１で読み込んだクランク回転角ＣＡから、現在点火回路にいずれかの気筒の点火時期をセットすべきタイミングか否かが判定され、いずれの気筒の点火時期設定タイミングにもない場合には、本ルーチンは直ちに終了する。また、いずれかの気筒の点火時期設定タイミングにある場合にはステップ８１７に進み、点火時期を設定すべき気筒がどの気筒かを判別するとともに、ステップ８１９では、ステップ８１７で判別した気筒がリッチ気筒（図１５の例では＃１気筒）であるか否かが判定される。ステップ８１９で、現在リッチ気筒の点火時期設定タイミングである場合には、ステップ８２１でリッチ空燃比における最適点火時期ＡＣＡＬ_R が算出される。最適点火時期ＡＣＬＡ_R は、リッチ気筒の目標空燃比（λ_R ）と現在の機関負荷条件（Ｑ／ＮＥ）とに基づいて、予め制御回路３０に記憶された関係に基づいて算出される値であり、前述のＭＢＴに相当する。
【０１４０】
ステップ８２３では、上記により算出した最適点火時期ＡＣＡＬ_R に対して、予め定めた一定量αだけ進角した値（ＡＣＡＬ_R ＋α）が、実際の点火時期設定値ＡＯＰとして設定される。また、ステップ８１９で現在リッチ気筒の点火時期設定タイミングでなかった場合には、ステップ８２５でリーン気筒の最適点火時期ＡＣＡＬ_L が算出され、ステップ８２７では、この最適点火時期ＡＣＡＬ_L の値がそのまま点火時期設定値ＡＯＰとして設定される。
【０１４１】
また、ステップ８２９では、上記により設定された点火時期ＡＯＰが点火回路にセットされる。これにより、設定した点火時期になると点火回路は該当する気筒の点火プラグにスパークを発生させ、気筒の点火を行なう。
上述のように、本実施形態ではリーン気筒の点火時期はＭＢＴ（ＡＣＡＬ_L ）に設定されるのに対して、リッチ気筒では点火時期はＭＢＴ（ＡＣＡＬ_R ）より進角される。このため、本実施形態では前述したようにリッチ気筒でのＮＯ_X 発生量が増大する。
【０１４２】
図２３、図２４は、図１６の実施形態における燃料噴射量と点火時期との設定ルーチンを示すフローチャートである。図１６の実施形態では、リッチ気筒固定機関が使用されているが、リーン気筒の排気通路にＮＯ_X 吸収剤が配置されているため、リーン気筒を定期的にリッチ空燃比で短時間運転（リッチスパイク）する必要がある。本実施形態では、リッチ気筒及びリーン気筒のリーン空燃比運転時の点火時期と燃料噴射量とは図１５の実施形態と同様に制御されるが、リーン気筒のリッチスパイク実行時にはリーン気筒をリッチ空燃比で運転すると同時に、点火時期をＭＢＴより大幅に進角する操作を行なう。リーン気筒のリッチスパイク時には、気筒の運転空燃比のリッチ化に伴って急激にリーン気筒の出力トルクが増大する。このため、リッチスパイク時には機関全体の出力トルクが急増してトルク変動により機関の運転性が悪化する場合がある。一方、図２０で説明したように、点火時期をＭＢＴより大幅に進角させると機関出力トルクは低下する。本実施形態では、リーン気筒のリッチスパイク実行時に点火時期をＭＢＴに対して大幅に進角させることによりリーン気筒の出力トルクを低下させて機関全体としての出力トルク変動を抑制するようにしている。
【０１４３】
図２３、図２４のフローチャートにおいて、ステップ１００１から１００９、及び１０１５から１０２３は、それぞれ図２１、図２２のステップ８０１から８０９、及び８１５から８２３と同一の操作である。このため、ここでは、図２１、図２２と相違する操作（図２３、ステップ１０１０から１０１２、及び図２４、ステップ１０２４から１０２８）についてのみ説明する。
図２３の燃料噴射量設定では、ステップ１００７で現在リーン気筒の燃料噴射タイミングであった場合には、次にステップ１０１０で現在リッチスパイクの実行中か否かが判定される。本実施形態では、制御回路１０は別途実行される図示しないルーチンで前回リッチスパイク実行からの機関１の運転時間（或いは前回リッチスパイク実行からの機関累積回転数又は累積吸入空気量）を計測して、運転時間（或いは、機関累積回転数又は累積吸入空気量）が所定値に到達した場合にはリッチスパイクを実行する。
【０１４４】
ステップ１０１０で現在リッチスパイク実行中であった場合には、ステップ１０１１に進み、ＴＡＵの値がＴＡＵ＝ＴＡＵＰ／λ_RRとして設定される。ここで、λ_RRはリッチスパイク時の目標空気過剰率であり、λ_RR＜１．０の一定値である。一方、現在リッチスパイク実行中でない場合にはステップ１０１２でＴＡＵの値は図２１、ステップ８１１と同様に、ＴＡＵ＝ＴＡＵＰ／λ_L として設定される。これにより、リッチスパイク実行時には、リーン気筒の空燃比はリッチ空燃比に設定される。
【０１４５】
また、図２４の点火時期設定では、ステップ１０１９で現在リーン気筒の点火時期設定タイミングであった場合には、同様にステップ１０２４で現在リッチスパイク実行中か否かが判定され、リッチスパイク実行中であった場合にはステップ１０２５で前述の目標空気過剰率λ_RRと現在の機関負荷状態とに応じて最適点火時期ＡＣＡＬ_RRが算出される。また、ステップ１０２６では実際の点火時期設定値ＡＯＰは上記最適点火時期ＡＣＡＬ_RRより大幅に進角した値、ＡＯＰ＝ＡＣＡＬ_RR＋βとして設定される。一方、ステップ１０２４で現在リッチスパイク実行中でなかった場合には、ステップ１０２７、１０２９で点火時期の設定値ＡＯＰは図２２、ステップ８２５、８２７と同様にＡＣＡＬ_L に設定される。
【０１４６】
図２３、図２４のルーチンにより、本実施形態ではリッチ気筒の点火時期がＭＢＴより進角した値に設定されるとともに、リーン気筒では定期的にリッチスパイクが実行され、ＮＯ_X 吸収剤７からのＮＯ_X の放出と還元浄化とが行なわれる。また、リッチスパイク時にはリーン気筒の点火時期はＭＢＴより大幅に進角されるため、リッチスパイク時の機関出力変動が抑制される。
【０１４７】
図２５、図２６は図１７、図１８（リッチ気筒可変機関）における燃料噴射量と点火時期との設定ルーチンを示す。本実施形態ではリッチ気筒は固定されておらず、図１９に示したように時間とともに変化するため、燃料噴射量、点火時期は図１９に応じてリッチ気筒を切り換えるようにされている。
図２５、図２６のルーチンは、図２１、図２２のルーチンに対してステップ１２０６とステップ１２１８とが付加されている点のみが相違している。すなわち、図２５では、ステップ１２０５で現在燃料噴射タイミングにある気筒を判別した後に、図１９のタイミング図に基づいて、現在リッチ空燃比運転をすべき気筒がどの気筒かを判別する。また、ステップ１２０７では、現在燃料噴射タイミングにある気筒が、ステップ１２０７で判別されたリッチ気筒か否かを判定し、リッチ気筒である場合にはステップ１２０９に、リーン気筒である場合にはステップ１２１１に進む。また、図２６では、ステップ１２１８でリッチ運転をすべき気筒を図１９に基づいて判別し、ステップ１２１９では現在点火時期を設定すべき気筒がリッチ気筒であるか否かを判定するようにしている。これにより、リッチ気筒可変機関においても、リッチ気筒のみの点火時期をＭＢＴより進角させることが可能となる。
【０１４８】
次に、ＥＧＲ量の低減によりリッチ気筒のＮＯ_X 生成量を増大する場合について説明する。前述したように、図１５、図１６の実施形態のようにリッチ気筒固定機関の場合には、ＥＧＲ通路８１をリッチ気筒の吸気枝管に接続せず、リーン気筒のみに接続（図１５、図１６、電磁弁８１２、８１３、８１４）することにより、予めリッチ気筒にはＥＧＲガスが供給されないようにすることが可能である。
【０１４９】
そこで、ここでは図１７、図１８のリッチ気筒可変機関においてリッチ気筒のみのＥＧＲガス量を低減（停止）する場合についての説明する。
図２７においてルーチンがスタートすると、ステップ１４０１では機関１のクランク角ＣＡが読みこまれ、ステップ１４０３では、機関負荷条件に応じてＥＧＲガス供給量（電磁弁８１１から８１４の開度に相当）が算出される。また、ステップ１４０５では、ステップ１４０１で読み込んだクランク角ＣＡに基づいて、現在どの気筒が吸気行程にあるかが判定される。また、ステップ１４０７では、図２５、図２６のステップ１２０６、１２１８と同様、図１９のタイミング図からリッチ空燃比運転すべき気筒がどの気筒であるかが判定され、ステップ１４０９では、現在吸気行程にある気筒がステップ１４０７で判定されたリッチ空燃比運転される気筒か否かが判定される。
【０１５０】
ステップ１４０９で、現在吸気行程にある気筒がリッチ空燃比運転中の気筒であった場合には、ステップ１４１１に進み、その気筒の吸気枝管とＥＧＲ通路８１とを接続する電磁弁（図１７、図１８、８１１から８１４）を閉弁する。これにより、リッチ気筒の吸気行程ではＥＧＲガスが吸気ポートに供給されない。また、ステップ１４０９で、現在吸気行程にある気筒がリッチ空燃比運転を行なう気筒でない場合には、ステップ１４１３に進み、その気筒の電磁弁をステップ１４０３で設定された開度まで開弁する。これにより、リーン気筒にはＥＧＲガスが供給される。
【０１５１】
図２７のルーチンを実行することにより、図１７、図１８のようなリッチ気筒可変機関においても、リッチ空燃比運転される気筒へのＥＧＲガス供給のみを停止することができるため、リッチ気筒でのＮＯ_X 生成量が増大する。
なお、図１５から図１８に示した実施形態では、何れもＥＧＲ通路８１は脱硝触媒９の下流側の排気通路に接続され、脱硝触媒９を通過した後の排気を吸気通路に還流させているが、ＥＧＲ通路８１の排気通路接続部は脱硝触媒９下流側に限定されるわけではなく、脱硝触媒９上流側の排気通路、或いは排気マニホルド（図１５、１３１）等に接続するようにしても良い。また、上記実施形態では、ＮＯ_X 生成量を増大させる場合にはリッチ空燃比運転気筒へのＥＧＲガス供給を停止しているが、ＥＧＲガス供給を完全に停止せずに供給量を低減するようにしてもＮＯ_X 生成量増大の効果を得ることができる。また、ＥＧＲガスとして吸気系に還流される排気中にＮＯ_X が多く含まれると、気筒内でのＮＯ_X 生成量が減少するため、この場合には、図１５から図１８に示したように、ＥＧＲ通路８１を脱硝触媒９下流側の排気通路に接続して、ＮＯ_X 含有量の少ない脱硝触媒９下流側の排気を吸気系に還流させることが好ましい。
【０１５２】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図１から図２７に示した実施形態で使用する脱硝触媒９に代えて、酸化雰囲気下で排気中のＮＯ_X を選択的に還元浄化するＮＯ_X 選択還元触媒を用いることも可能である。
ＮＯ_X 選択還元触媒としては、例えばゼオライトＺＳＭ−５にＦｅ、Ｃｕ等の金属をイオン交換して担持させたもの、或いはモルデナイト等のゼオライトに白金Ｐｔ等の貴金属を担持させたものが使用される。このＮＯ_X 選択還元触媒は、排気中のＮＨ₃ 、ＨＣ、ＣＯ成分等をゼオライトの多孔質細孔内に吸着し、このＮＨ₃ 、ＨＣ、ＣＯ成分により酸化雰囲気下でも排気中のＮＯ_X 成分を選択的に還元浄化することが可能なＮＯ_X の選択還元作用を有する。
【０１５３】
このようなＮＯ_X 選択還元触媒を図１から図２７の実施形態の脱硝触媒９に代えて排気通路に配置することによっても、三元触媒５で発生するＮＨ₃ を用いて排気中のＮＯ_X を還元浄化することが可能となる。
【０１５４】
【発明の効果】
本発明によれば、内燃機関の排気中のＮＯ_X をＮＨ₃ に転換し、このＮＨ₃ を用いて排気中のＮＯ_X を還元浄化する場合に、ＮＨ₃ の原料としてのＮＯ_X 量を増大することができるため、これらのＮＯ_X の転換により生成されるＮＨ₃ の量も増大する。このため、ＮＨ₃ を用いたＮＯ_X の還元浄化の際に十分な量のＮＨ₃ を供給し、排気中のＮＯ_X を高い効率で浄化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置の一実施形態の構成を示す略示図である。
【図２】三元触媒のＮＨ₃ 生成効率とＮＯ_X の転換率との空気過剰率による変化を説明する図である。
【図３】気筒でのＮＯ_X とＨＣとの生成量と燃焼空気過剰率による変化を説明する図である。
【図４】気筒運転空燃比の切換制御ルーチンを説明するフローチャートである。
【図５】本発明の排気浄化装置の一実施形態の構成を示す略示図である。
【図６】気筒運転空燃比の切換制御ルーチンを説明するフローチャートである。
【図７】本発明の排気浄化装置の一実施形態の構成を示す略示図である。
【図８】図７の実施形態における機関負荷領域の設定マップを示す図である。
【図９】負荷領域に応じた気筒運転空燃比切換制御ルーチンを説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の排気浄化装置の一実施形態の構成を示す略示図である。
【図１１】負荷領域と脱硝触媒のＮＨ₃ 吸蔵量とに応じた気筒運転空燃比切換制御ルーチンを説明するフローチャートの一部である。
【図１２】負荷領域と脱硝触媒のＮＨ₃ 吸蔵量とに応じた気筒運転空燃比切換制御ルーチンを説明するフローチャートの一部である。
【図１３】本発明の排気浄化装置の一実施形態の構成を示す略示図である。
【図１４】図１３の実施形態の気筒運転空燃比切換制御ルーチンを説明するフローチャートである。
【図１５】本発明の排気浄化装置の一実施形態の構成を示す略示図である。
【図１６】本発明の排気浄化装置の一実施形態の構成を示す略示図である。
【図１７】本発明の排気浄化装置の一実施形態の構成を示す略示図である。
【図１８】本発明の排気浄化装置の一実施形態の構成を示す略示図である。
【図１９】図１７、図１８の実施形態の気筒空燃比の切換を説明するタイミング図である。
【図２０】点火時期、圧縮比とＮＯ_X 生成量との関係を説明する図である。
【図２１】図１５の実施形態における点火時期設定ルーチンを説明するフローチャートの一部である。
【図２２】図１５の実施形態における点火時期設定ルーチンを説明するフローチャートの一部である。
【図２３】図１６の実施形態における点火時期設定ルーチンを説明するフローチャートの一部である。
【図２４】図１６の実施形態における点火時期設定ルーチンを説明するフローチャートの一部である。
【図２５】図１７、図１８の実施形態における点火時期設定ルーチンを説明するフローチャートの一部である。
【図２６】図１７、図１８の実施形態における点火時期設定ルーチンを説明するフローチャートの一部である。
【図２７】図１７、図１８の実施形態におけるＥＧＲ制御ルーチンを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…リーンバーン内燃機関
５…三元触媒
７…ＮＯ_X 吸収剤
８…ＥＧＲ装置
９…脱硝触媒
３０…制御回路
６１、６２、６３、６４…点火プラグ

Claims (8)

1. 少なくとも一部の気筒をリッチ空燃比で運転し、少なくとも一部の気筒をリーン空燃比で運転可能な内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記内燃機関の排気通路に配置され、排気中のＮＯ_XとＮＨ₃とを反応させてＮＯ_XをＮ₂に還元するＮＯ_X浄化手段と、
   流入する排気空燃比がリッチのときに排気中に含まれるＮＯ_Xの少なくとも一部をＮＨ₃に転換するＮＨ₃生成手段と、
   前記内燃機関のリッチ空燃比運転中の気筒からの排気に、前記内燃機関のリーン空燃比運転中の気筒からの排気の一部を加えて所定のリッチ空燃比の混合排気を形成し、該混合排気を前記ＮＨ₃生成手段に供給する排気導入手段と、
   前記ＮＨ₃生成手段通過後の前記混合排気を前記ＮＯ_X浄化手段に供給するＮＨ₃供給手段と、
   を備えた内燃機関の排気浄化装置。
2. さらに、前記混合排気を形成するリッチ空燃比運転中の気筒からの排気の空燃比と前記リーン空燃比運転中の気筒からの排気の空燃比とを、混合排気の空燃比が前記所定のリッチ空燃比になるように制御する排気空燃比制御手段と、を備えた請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記内燃機関は、前記リッチ空燃比運転する気筒を予め定めた条件に応じて順次切り換えるリッチ気筒変更手段を備えた請求項２に記載の排気浄化装置。
4. さらに、前記機関運転状態に基づいて前記ＮＯ_X浄化手段に流入する排気中に含まれるＮＯ_Xの量を推定する推定手段と、該推定されたＮＯ_X量に応じて前記混合排気中に占める前記リーン空燃比運転気筒からの排気の量を制御する排気導入量制御手段を備えた請求項１に記載の排気浄化装置。
5. 少なくとも一部の気筒が、運転中の少なくとも所定の期間リッチ空燃比で運転されるリーンバーン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、前記少なくとも一部の気筒から流入するリッチ空燃比の排気中のＮＯ _X の少なくとも一部をアンモニアに転換するＮＨ ₃ 生成手段と、
   該ＮＨ ₃ 生成手段下流側の排気通路に配置され、流入する排気中のＮＨ ₃ とＮＯ _X とを反応させてＮＯ _X をＮ ₂ に還元するＮＯ _X 浄化手段と、
   前記少なくとも一部の気筒がリッチ空燃比で運転されるときに、前記少なくとも一部の気筒から排出される排気中のＮＯ _X 量を増加させるＮＯ _X 増加手段と、を備え、
   前記ＮＯ _X 増加手段は、前記少なくとも一部の気筒がリッチ空燃比で運転されるときに、該少なくとも一部の気筒の点火時期を最適点火時期に較べて進角させる点火時期制御手段を備えた、内燃機関の排気浄化装置。
6. 少なくとも一部の気筒が、運転中の少なくとも所定の期間リッチ空燃比で運転されるリーンバーン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、前記少なくとも一部の気筒から流入するリッチ空燃比の排気中のＮＯ _X の少なくとも一部をアンモニアに転換するＮＨ ₃ 生成手段と、
   該ＮＨ ₃ 生成手段下流側の排気通路に配置され、流入する排気中のＮＨ ₃ とＮＯ _X とを反応させてＮＯ _X をＮ ₂ に還元するＮＯ _X 浄化手段と、
   前記少なくとも一部の気筒がリッチ空燃比で運転されるときに、前記少なくとも一部の気筒から排出される排気中のＮＯ _X 量を増加させるＮＯ _X 増加手段と、を備え、
   前記内燃機関は、機関排気ガスの一部を各気筒に還流させるＥＧＲ手段を備え、前記ＮＯ _X 増加手段は、前記少なくとも一部の気筒がリッチ空燃比で運転されるときに、該少なくとも一部の気筒への排気ガスの循環量を低減するＥＧＲ制御手段を備えた、内燃機関の排気浄化装置。
7. 少なくとも一部の気筒が、運転中の少なくとも所定の期間リッチ空燃比で運転されるリーンバーン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、前記少なくとも一部の気筒から流入するリッチ空燃比の排気中のＮＯ _X の少なくとも一部をアンモニアに転換するＮＨ ₃ 生成手段と、
   該ＮＨ ₃ 生成手段下流側の排気通路に配置され、流入する排気中のＮＨ ₃ とＮＯ _X とを反応させてＮＯ _X をＮ ₂ に還元するＮＯ _X 浄化手段と、
   前記少なくとも一部の気筒がリッチ空燃比で運転されるときに、前記少なくとも一部の気筒から排出される排気中のＮＯ _X 量を増加させるＮＯ _X 増加手段と、を備え、
   前記ＮＯ _X 増加手段は、前記少なくとも一部の気筒の圧縮比を、他の気筒の圧縮比より増大させる手段を備えた、内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記内燃機関は機関各気筒を冷却する冷却手段を備え、前記ＮＯ _X 増加手段は、更に前記少なくとも一部の気筒に対する前記冷却手段の冷却能力を増大する冷却制御手段を備えた請求項７に記載の排気浄化装置。

Images