JP4265123B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、内燃機関の排気系にＮＯx触媒が設けられた排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に搭載される内燃機関では、燃料消費量の低減を図るべく理論空燃比より高い空燃比の混合気（酸素過剰状態の混合気）を燃焼可能な希薄燃焼式内燃機関の開発が進められている。これに対応して、希薄燃焼運転時の内燃機関から排出される窒素酸化物（ＮＯx）を効率的に浄化する技術の開発が進められている。
【０００３】
希薄燃焼式内燃機関から排出される窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する技術の一つとして、流入排気がリーン空燃比であるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、流入排気が理論空燃比以下に低下したときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ窒素（Ｎ2）に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒が知られている。
【０００４】
吸蔵還元型ＮＯx触媒が希薄燃焼式内燃機関の排気通路に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されたときには排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵され、内燃機関が理論空燃比以下の空燃比で運転されたときには吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）が該吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出されつつ窒素（Ｎ2）に還元されることになる。
【０００５】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力には限りがあるため、内燃機関が長期間連続して希薄燃焼運転されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されずに大気中へ放出されることになる。
【０００６】
従って、内燃機関が希薄燃焼運転されているときは、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和する前に、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力を再生させる必要がある。
【０００７】
このような要求に対し、従来では特開平８−２３２６４６号公報に記載されたような内燃機関の排気浄化装置が提案されている。このような内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関が希薄燃焼運転されているときにＮＯx吸収剤（吸蔵還元型ＮＯx触媒）のＮＯx吸収量が許容最大値に達すると、排気空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り換えるリッチスパイク制御の実行を開始し、その後にＮＯx吸収剤下流の空燃比センサの出力電流値が所定の急変点に達すると、リッチスパイク制御の実行を終了するよう構成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような従来の技術では、リッチスパイク制御の実行終了時期を判定する際に、内燃機関の運転状態が考慮されていないため、内燃機関の運転状態によっては排気エミッションが悪化してしまう場合がある。
【０００９】
例えば、内燃機関の負荷及び機関回転数が高い場合、言い換えば、内燃機関の吸入空気量が多い場合は、内燃機関から単位時間当たりに排出される排気の流量が多く且つ排気の流速が高くなるため、そのような場合にリッチスパイク制御の実行終了時期が内燃機関の負荷及び機関回転数が低い場合（内燃機関の吸入空気量が少ない場合）と同様の時期に設定されると、リッチスパイク制御実行終了時期がＮＯx吸収剤からのＮＯx放出作用完了時期より遅れてしまい、比較的多量の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などが大気中へ放出されてしまう虞がある。
【００１０】
また、リッチスパイク制御の実行終了後に内燃機関が希薄燃焼運転される場合には、リッチスパイク制御の実行が終了した時点でＮＯx吸収剤に窒素酸化物（ＮＯx）が残留していても、その後の希薄燃焼運転時にＮＯx吸収剤から窒素酸化物（ＮＯx）が放出するようなことはないが、リッチスパイク制御の実行終了後に内燃機関が理論空燃比で運転（以下、ストイキ運転と称する）される場合には、リッチスパイク制御の実行が終了した時点でＮＯx吸収剤に窒素酸化物（ＮＯx）が残留していると、その後のストイキ運転時にＮＯx吸収剤から窒素酸化物（ＮＯx）が放出されてしまうことになる。
【００１１】
本発明は、上記したような種々の事情に鑑みてなされたものであり、吸蔵還元型ＮＯx触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、リッチスパイク制御の実行終了時期を内燃機関の運転状態に応じて最適化することができる技術を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中の窒素酸化物を吸蔵し、排気の空燃比が理論空燃比以下に低下したときは吸蔵していた窒素酸化物を放出及び浄化するＮＯx触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出した排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記内燃機関が希薄燃焼運転されているときに、排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比にするリッチスパイク制御を実行するリッチスパイク制御実行手段と、
リッチスパイク制御実行時に前記空燃比検出手段が検出した空燃比と所定の基準値とを比較してリッチスパイク制御の実行終了時期を決定する終了時期決定手段と、
前記判定基準を前記内燃機関の運転状態に応じて変更する判定基準変更手段と、を備えている。
【００１３】
この発明は、リッチスパイク制御実行時に吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比と所定の判定基準とを比較してリッチスパイク制御の実行終了時期を判定する内燃機関の排気浄化装置において、前記した判定基準を内燃機関の運転状態に応じて変更することを最大の特徴としている。
【００１４】
かかる内燃機関の排気浄化装置では、リッチスパイク制御実行手段によりリッチスパイク制御が実行されているときに、空燃比検出手段が吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出した排気の空燃比を検出するとともに、判定基準変更手段が内燃機関の運転状態に応じてリッチスパイク制御終了時期の判定基準を変更する。
【００１５】
続いて、終了時期判定手段が空燃比検出手段により検出された空燃比と判定基準変更手段により変更された判定基準とを比較して、リッチスパイク制御の実行終了時期を決定することになる。
【００１６】
この場合、リッチスパイク制御の実行終了時期は、内燃機関の運転状態に応じた時期に設定されることになる。この結果、リッチスパイク制御の実行は、内燃機関の運転状態に適した時期に終了されるようになる。
【００１７】
尚、空燃比検出手段は、空燃比自体を検出する手段であってもよく、空燃比と相関のある酸素（Ｏ2)濃度、一酸化炭素（ＣＯ）濃度、炭化水素（ＨＣ）濃度、アンモニア（ＮＨ3）濃度を検出する手段であってもよい。
【００１８】
また、本発明における内燃機関の運転状態としては、機関負荷及び機関回転数を例示することができる。この場合、判定基準変更手段は、機関負荷及び機関回転数が高くなるほどリッチスパイク制御の実行終了時期が早くなるよう判定基準を変更することが好ましい。
【００１９】
これは、機関負荷及び機関回転数が高くなるほど内燃機関から単位時間当たりに排出される排気量が多くなるとともに排気の流速が高くなるため、リッチスパイク制御実行終了時期が不要に遅れると、比較的多量の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が排気とともに大気中へ放出されることになるからである。
【００２０】
尚、内燃機関の運転状態としては、機関負荷及び機関回転数の代わりに吸入空気量が用いられるようにしても良い。
【００２１】
また、本発明における内燃機関の運転状態は、リッチスパイク制御実行終了後の運転状態であってもよい。より具体的には、判定基準変更手段は、内燃機関がリッチスパイク制御実行終了後にリーン空燃比で運転される場合は、内燃機関がリッチスパイク制御実行終了後に理論空燃比で運転される場合に比して、リッチスパイク制御の実行終了時期が早くなるよう判定基準を変更するようにしてもよい。
【００２２】
これは、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関がリーン空燃比で運転される場合は、リッチスパイク制御の実行が終了した時点で吸蔵還元型ＮＯx触媒に窒素酸化物（ＮＯx）が残留していても、その後のリーン空燃比運転時に吸蔵還元型ＮＯx触媒から窒素酸化物（ＮＯx）が放出されることがないが、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関が理論空燃比で運転される場合は、リッチスパイク制御の実行が終了した時点で吸蔵還元型ＮＯx触媒に窒素酸化物（ＮＯx）が残留していると、その後の理論空燃比運転時に吸蔵還元型ＮＯx触媒から窒素酸化物（ＮＯx）が放出されてしまうからである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２４】
＜実施の形態１＞
先ず、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施態様について図１〜図５に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２１を備えるとともに、各気筒２１内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３２を具備した４サイクルの筒内噴射式ガソリンエンジンである。
【００２６】
前記内燃機関１は、複数の気筒２１及び冷却水路１ｃが形成されたシリンダブロック１ｂと、このシリンダブロック１ｂの上部に固定されたシリンダヘッド１ａとを備えている。
【００２７】
前記シリンダブロック１ｂには、機関出力軸であるクランクシャフト２３が回転自在に支持され、このクランクシャフト２３は、各気筒２１内に摺動自在に装填されたピストン２２とコネクティングロッドを介して連結されている。
【００２８】
前記ピストン２２の上方には、ピストン２２の頂面とシリンダヘッド１ａの壁面とに囲まれた燃焼室２４が形成されている。前記シリンダヘッド１ａには、燃焼室２４に臨むよう点火栓２５が取り付けられ、この点火栓２５には、該点火栓２５に駆動電流を印加するためのイグナイタ２５ａが接続されている。
【００２９】
前記シリンダヘッド１ａには、２つの吸気ポート２６の開口端と２つの排気ポート２７の開口端とが燃焼室２４に臨むよう形成されるとともに、その噴孔が燃焼室２４に臨むよう燃料噴射弁３２が取り付けられている。
【００３０】
前記シリンダヘッド１ａには、その噴孔が排気ポート２７に望むよう二次空気噴射ノズル５３が取り付けられている。この二次空気噴射ノズル５３は、図示しないエアポンプと接続され、該エアポンプから供給される二次空気を前記排気ポート２７内へ供給するものである。
【００３１】
前記吸気ポート２６の各開口端は、シリンダヘッド１ａに進退自在に支持された吸気弁２８によって開閉されるようになっており、これら吸気弁２８は、シリンダヘッド１ａに回転自在に支持されたインテーク側カムシャフト３０によって進退駆動されるようになっている。
【００３２】
前記排気ポート２７の各開口端は、シリンダヘッド１ａに進退自在に支持された排気弁２９により開閉されるようになっており、これら排気弁２９は、シリンダヘッド１ａに回転自在に支持されたエキゾースト側カムシャフト３１により進退駆動されるようになっている。
【００３３】
前記インテーク側カムシャフト３０及び前記エキゾースト側カムシャフト３１は、図示しないタイミングベルトを介してクランクシャフト２３と連結されている。
【００３４】
各気筒２１に連通する２つの吸気ポート２６のうちの一方の吸気ポート２６は、シリンダヘッド１ａ外壁に形成された開口端から燃焼室２４に臨む開口端へ向かって直線状に形成された流路を有するストレートポートで構成され、他方の吸気ポート２６は、シリンダヘッド１ａ外壁の開口端から燃焼室２４の開口端へ向かって、気筒２１の軸方向と垂直な面において旋回するよう形成された流路を有するヘリカルポートで構成されている。
【００３５】
前記した各吸気ポート２６は、シリンダヘッド１ａに取り付けられた吸気枝管３３の各枝管と連通している。
【００３６】
前記吸気枝管３３において、各気筒２１に対応した２つの吸気ポート２６のうちのストレートポートと連通する枝管には、その枝管内の流量を調節するスワールコントロールバルブ３７が設けられている。
【００３７】
前記スワールコントロールバルブ３７には、ステッパモータ等からなり、印加電流の大きさに応じてスワールコントロールバルブ３７を開閉駆動するＳＣＶ用アクチュエータ３７ａと、スワールコントロールバルブ３７の開度に対応した電気信号を出力するＳＣＶポジションセンサ３７ｂとが取り付けられている。
【００３８】
前記吸気枝管３３は、サージタンク３４に接続されており、そのサージタンク３４には、吸気管３５が接続されている。吸気管３５は、吸気中の塵や埃等を取り除くためのエアクリーナ３６と接続されている。
【００３９】
前記吸気管３５には、該吸気管３５内を流れる新気の流量を調節するスロットル弁３９が設けられている。前記スロットル弁３９には、ステッパモータ等からなり、印加電流の大きさに応じて該スロットル弁３９を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ４０と、該スロットル弁３９の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ４１とが取り付けられている。
【００４０】
前記スロットル弁３９には、アクセルペダル４２に連動して回転するアクセルレバー（図示せず）が併設され、このアクセルレバーには、アクセルレバーの回転位置（アクセルペダル４２の踏み込み量）に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ４３が取り付けられている。
【００４１】
前記スロットル弁３９より上流の吸気管３５には、吸気管３５内を流れる新気の質量（吸入空気質量）に対応した電気信号を出力するエアフローメータ４４が取り付けられる。
【００４２】
一方、前記内燃機関１の各排気ポート２７は、前記シリンダヘッド１ａに取り付けられた排気枝管４５の各枝管と連通している。前記排気枝管４５は、本発明に係る前置触媒としての三元触媒４６に接続されている。
【００４３】
前記した三元触媒４６は、例えば、排気の流れ方向に沿う貫通孔を複数有するよう格子状に形成されたコージェライトからなるセラミック担体と、セラミック担体の表面にコーティングされた触媒層とから構成されている。
【００４４】
前記触媒層は、例えば、多数の細孔を有する多孔質のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の表面に白金−ロジウム（Ｐｔ−Ｒｈ）系の貴金属触媒物質を担持させて形成されている。
【００４５】
更に、三元触媒４６の触媒層には、貴金属触媒物質に加えてセリウム（Ｃｅ）等の金属成分が担持されている。この場合、三元触媒４６は、該三元触媒４６に流入する排気の空燃比が理論空燃比より高いとき（すなわち排気空燃比がリーン空燃比であるとき）は、セリウムが排気中の酸素（Ｏ2）と結合して酸化セリウム（セリア）を形成することを利用して酸素（Ｏ2）酸素を貯蔵し、該三元触媒４６に流入する排気の空燃比が理論空燃比以下のとき（すなわち排気空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比であるとき）は、酸化セリウムが酸素（Ｏ2）と金属セリウム（Ｃｅ）とに分解されることを利用して酸素（Ｏ2）を放出する、いわゆる酸素貯蔵能力（ＯＳＣ）を有することになる。
【００４６】
上記したように構成された三元触媒４６は、所定の活性温度（例えば、３００℃）以上のときに活性し、流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の所定範囲（触媒浄化ウィンド）内にあると、排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を排気中の酸素（Ｏ2）と反応させて水（Ｈ2Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ2）へ酸化すると同時に、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて水（Ｈ2Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ2）、窒素（Ｎ2）へ還元する。
【００４７】
前記した三元触媒４６には、排気管４７が接続され、その排気管４７は下流にて図示しないマフラーと接続されている。前記排気管４７の途中には、本発明に係るＮＯx触媒としての吸蔵還元型ＮＯx触媒４８が配置されている。
【００４８】
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒４８は、例えば、上流側の端部が開放され且つ下流側の端部が閉塞された流路と、上流側の端部が閉塞され且つ下流側の端部が開放された流路とがハニカム状をなすよう交互に配置された担体と、各流路の壁面に担持されたＮＯX吸収剤とから構成されている。
【００４９】
前記担体は、例えば、多孔質のセラミックで構成されている。前記ＮＯX吸収剤としては、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、あるいはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）やカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）やイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属類とから成るものを例示することができる。
【００５０】
このように構成された吸蔵還元型ＮＯx触媒４８は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する排気の空燃比がリーンス空燃比であるときは、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx吸収剤に吸蔵され、該吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する排気の酸素濃度が低下したときは、ＮＯX吸収剤に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放出される。その際、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８内に還元剤が存在していれば、前記ＮＯx吸収剤から放出された窒素酸化物（ＮＯx）が還元成分と反応して窒素（Ｎ2）に還元及び浄化される。
【００５１】
前記排気枝管４５には、該排気枝管４５内を流れる排気の空燃比に対応した電気信号を出力する第１空燃比センサ４９ａが取り付けられ、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒４８より上流の排気管４７には該排気管４７内を流れる排気の空燃比（吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する排気の空燃比）に対応した電気信号を出力する第２空燃比センサ４９ｂが取り付けられ、更に前記吸蔵還元型ＮＯx触媒４８より下流の排気管４７には該排気管４７内を流れる排気の空燃比（吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から流出した排気の空燃比）に対応した電気信号を出力する酸素センサ４９ｃが取り付けられている。
【００５２】
また、内燃機関１は、クランクシャフト２３の端部に取り付けられたタイミングロータ５１ａとタイミングロータ５１ａ近傍のシリンダブロック１ｂに取り付けられた電磁ピックアップ５１ｂとからなるクランクポジションセンサ５１と、内燃機関１の内部に形成された冷却水路１ｃを流れる冷却水の温度を検出すべくシリンダブロック１ｂに取り付けられた水温センサ５２とを備えている。
【００５３】
このように構成された内燃機関１には、該内燃機関１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ、以下ＥＣＵと称する）２０が併設されている。
【００５４】
前記ＥＣＵ２０には、ＳＣＶポジションセンサ３７ｂ、スロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、第１空燃比センサ４９ａ、第２空燃比センサ４９ｂ、酸素センサ４９ｃ、クランクポジションセンサ５１、及び水温センサ５２等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号が前記ＥＣＵ２０に入力されるようになっている。
【００５５】
前記ＥＣＵ２０には、イグナイタ２５ａ、燃料噴射弁３２、ＳＣＶ用アクチュエータ３７ａ、スロットル用アクチュエータ４０、二次空気噴射ノズル５３等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０が各種センサの出力信号値をパラメータとしてイグナイタ２５ａ、燃料噴射弁３２、ＳＣＶ用アクチュエータ３７ａ、スロットル用アクチュエータ４０、二次空気噴射ノズル５３を制御することが可能になっている。
【００５６】
ここで、ＥＣＵ２０は、図５に示すように、双方向性バス２００によって相互に接続されたＣＰＵ２０１とＲＯＭ２０２とＲＡＭ２０３とバックアップＲＡＭ２０４と入力ポート２０５と出力ポート２０６とを備えるとともに、前記入力ポート２０５に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）２０７を備えている。
【００５７】
前記入力ポート２０５は、クランクポジションセンサ５１のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ２０１あるいはＲＡＭ２０３へ送信する。
【００５８】
前記入力ポート２０５は、ＳＣＶポジションセンサ３７ｂ、スロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、第１空燃比センサ４９ａ、第２空燃比センサ４９ｂ、酸素センサ４９ｃ、水温センサ５２のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄ２０７を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ２０１やＲＡＭ２０３へ送信する。
【００５９】
前記出力ポート２０６は、前記ＣＰＵ２０１から出力される制御信号をイグナイタ２５ａ、燃料噴射弁３２、ＳＣＶ用アクチュエータ３７ａ、スロットル用アクチュエータ４０、あるいは二次空気噴射ノズル５３へ送信する。
【００６０】
前記ＲＯＭ２０２は、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、点火時期を決定するための点火時期制御ルーチン、スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）３７の開度を制御するためのＳＣＶ制御ルーチン、スロットル弁３９の開度を制御するためのスロットル制御ルーチン等の既知のアプリケーションプログラムに加え、本発明の要旨となるリッチスパイク制御ルーチンを記憶している。
【００６１】
前記ＲＯＭ２０２は、前記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記した制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、内燃機関１の運転状態とスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）３７の開度との関係を示すＳＣＶ開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とスロットル弁３９との関係を示すスロットル開度制御マップ等である。
【００６２】
前記ＲＡＭ２０３は、各センサの出力信号やＣＰＵ２０１の演算結果等を記憶する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ５１の出力信号に基づいて算出される機関回転数等である。前記ＲＡＭ２０３に記憶される各種のデータは、クランクポジションセンサ５１が信号を出力する度に最新のデータに書き換えられる。
【００６３】
前記バックアップＲＡＭ４５は、内燃機関１の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリである。
【００６４】
前記ＣＰＵ２０１は、前記ＲＯＭ２０２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し、燃料噴射制御、点火制御、ＳＣＶ制御、スロットル制御、あるいはリッチスパイク制御などの各種制御を実行する。
【００６５】
例えば、ＣＰＵ２０１は、クランクポジションセンサ５１、アクセルポジションセンサ４３、あるいはエアフローメータ４４等の出力信号値をパラメータとして内燃機関１の負荷を判別する。
【００６６】
ＣＰＵ２０１は、内燃機関１の負荷に応じて、ＳＣＶ用アクチュエータ３７ａ、スロットル用アクチュエータ４０、燃料噴射弁３２、及び点火栓２５を制御することにより、リーン度合いの高い混合気による成層燃焼運転と、リーン度合いの低い混合気による均質リーン燃焼運転と、理論空燃比の混合気による均質燃焼運転とを切り換える。
【００６７】
内燃機関１が成層燃焼運転状態、均質リーン燃焼運転状態、もしくは弱成層燃焼運転状態にあるとき、言い換えれば内燃機関１が希薄燃焼運転されているときは、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン空燃比となるため、三元触媒４６が排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を十分に浄化することができない。しかしながら、三元触媒４６が浄化しきれなかった窒素酸化物（ＮＯx）は、三元触媒４６より下流に配置された吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に吸蔵されることになるため、大気中に放出されることはない。
【００６８】
尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵能力には限りがあるため、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵能力が飽和してしまい、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８にて除去されずに大気中に放出されることになる。
【００６９】
これに対し、ＣＰＵ２０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量を推定し、その推定量が所定の許容最大値に達した時点で排気の空燃比を所定のリッチ空燃比（以下、第１のリッチ空燃比と称する）とすべくリッチスパイク制御を実行する。
【００７０】
吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量を推定する方法としては、内燃機関１が希薄燃焼運転されているときに該内燃機関１から排出されるＮＯx量（以下、機関排出ＮＯx量と称する）の積算値と、内燃機関１が理論空燃比の空燃比で運転されているときに吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出されるＮＯx量（以下、ＮＯx放出量と称する）の積算値とを求め、前記機関排出ＮＯx量の積算値から前記ＮＯx放出量の積算値を減算して得られる値をＮＯx吸蔵量と見なす方法を例示することができる。
【００７１】
機関排出ＮＯx量は、内燃機関１が希薄燃焼運転されているときの機関回転数、燃料噴射量、吸入空気量（エアフローメータ４４の出力信号値）等と相関があるため、ＣＰＵ２０１は、機関回転数と燃料噴射量とエアフローメータ４４の出力信号値とをパラメータとして単位時間当たりの機関排出ＮＯx量を算出するようにしてもよい。
【００７２】
尚、内燃機関１が希薄燃焼運転されているときの機関回転数と燃料噴射量と吸入空気量と機関排出ＮＯx量との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化してＲＯＭ２０２に記憶しておくようにしてもよい。
【００７３】
ＮＯx放出量は、内燃機関１が理論空燃比の空燃比で運転されているときの排気量や吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する排気の空燃比（第２空燃比センサ４９ｂの出力信号値）と相関があるため、ＣＰＵ２０１は、排気量と排気空燃比とをパラメータとして単位時間当たりのＮＯx放出量を算出するようにしてもよい。その際、内燃機関１からの排気量は、二次空気の供給が行われない限り吸入空気量と略一致するため、ＣＰＵ２０１は、エアフローメータの出力信号値と第２空燃比センサ４９ｂの出力信号値とをパラメータとして単位時間当たりのＮＯx放出量を算出するようにしてもよい。
【００７４】
尚、内燃機関１が理論空燃比の空燃比で運転されているときの吸入空気量と排気空燃比とＮＯx排出量との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化してＲＯＭ２０２に記憶しておくようにしてもよい。
【００７５】
また、リッチスパイク制御の具体的な実行方法としては、膨張行程若しくは排気行程にある気筒２１の燃料噴射弁３２から燃料に寄与しない燃料（副燃料）を噴射させる方法、内燃機関１の排気ポートや排気通路に専用の燃料噴射弁を取り付け、その燃料噴射弁から燃料を噴射させる方法などを例示することができるが、本実施の形態では、排気行程中の気筒２１の燃料噴射弁３２から副燃料を噴射させる方法を例に挙げて説明する。
【００７６】
その際、ＣＰＵ２０１は、第１空燃比センサ４９ａの出力信号値が所望の第１のリッチ空燃比となるように、燃料噴射弁３２から噴射される副燃料量を制御する、所謂リッチスパイクフィードバック制御を実行するようにしてもよい。
【００７７】
このような方法によりリッチスパイク制御が実行されると、内燃機関１から排出される排気の空燃比が第１のリッチ空燃比となり、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）が該吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出されつつ窒素（Ｎ2）に還元されることになる。
【００７８】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８より上流の排気通路には、酸素貯蔵力を有する三元触媒４６が配置されているため、リッチスパイク制御の実行によって排気空燃比が第１のリッチ空燃比にされると、三元触媒４６に貯蔵されていた酸素が該三元触媒４６から放出されることになる。
【００７９】
上記したように三元触媒４６から貯蔵酸素が放出されると、三元触媒４６から流出した排気の空燃比、言い換えれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する排気の空燃比は、前記第１のリッチ空燃比より高い空燃比となる。このため、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８は、貯蔵している窒素酸化物（ＮＯx）の全てを還元・浄化することができなくなる虞がある。
【００８０】
これに対し、ＣＰＵ２０１は、リッチスパイク制御を実行する直前に、排気の空燃比を前記第１のリッチ空燃比より低い第２のリッチ空燃比まで低下させる空燃比低下制御を実行する。この空燃比低下制御の実行方法としては、前述したリッチスパイク制御と同様の方法を例示することができる。但し、その際に燃料噴射弁３２から噴射される副燃料量は、リッチスパイク制御実行時の副燃料量より多くされる。
【００８１】
上記したような空燃比低下制御がリッチスパイク制御の実行直前に実行されると、三元触媒４６には、第２のリッチ空燃比の排気が流入する。その際、第２のリッチ空燃比は、通常のリッチスパイク制御に係る第１のリッチ空燃比より低く設定されるため、三元触媒４６に貯蔵されていた酸素の全てが速やかに放出される。
【００８２】
空燃比低下制御に続いてリッチスパイク制御が実行されると、三元触媒４６には第１のリッチス空燃比の排気が流入することになる。その時点では、三元触媒４６に酸素が貯蔵されていないため、三元触媒４６から流出する排気の空燃比は、第１のリッチ空燃比と略一致する。
【００８３】
この結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８には、第１のリッチ空燃比の排気が流入することになり、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）が好適に還元及び浄化されるようになる。
【００８４】
一方、上記したようなリッチスパイク制御の実行は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８からのＮＯx放出作用が完了した時点で速やかに終了されることが好ましい。
【００８５】
これは、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出された窒素酸化物（ＮＯx）と反応して浄化されるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８からのＮＯx放出作用が完了した後もリッチスパイク制御が継続して実行されると、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８において浄化されずに大気中へ放出されることになるからである。
【００８６】
リッチスパイク制御の実行終了時期を判定する方法、言い換えれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８からのＮＯx放出作用が完了した時期を判定する方法としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８より下流の排気管４７に取り付けられた酸素センサ４９ｃの出力電圧がリーン空燃比を示す値からリッチ空燃比を示す値へ切り替わった時点でＮＯx放出作用が完了したと判定する方法を例示することができる。
【００８７】
これは、リッチスパイク制御の実行時において、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８からＮＯxが放出されているときは、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が窒素酸化物（ＮＯx）の還元剤として消費されるため、その際に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から流出する排気の空燃比は理論空燃比近傍のリーン空燃比となるが、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８からのＮＯx放出作用が完了した後は、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が窒素酸化物（ＮＯx）の還元剤として消費されないため、その際に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から流出する排気の空燃比はリッチ空燃比となるからである。
【００８８】
ところで、空燃比センサや酸素センサには少なからず応答遅れが生じるため、実際の排気空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ変化した時点から、空燃比センサや酸素センサの出力信号値がリーン空燃比を示す値からリッチ空燃比を示す値へ変化する時点までに多少の時間がかかってしまう。
【００８９】
従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８下流の酸素センサ４９ｃの出力電圧に基づいてリッチスパイク制御実行終了時期を判定する場合は、予め酸素センサ４９ｃの応答遅れを考慮した判定基準電圧を設定しておくことが好ましい。
【００９０】
但し、リッチスパイク制御実行終了時期の判定基準値が内燃機関１の運転状態に関わらず判定基準電圧が一定であると、以下のような不具合を生じる場合がある。
【００９１】
すなわち、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気流量が多い場合は、排気の流速が高くなるため、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気流量が少ない場合と同一の判定基準電圧に基づいてリッチスパイク制御の実行終了時期が判定されると、ＮＯx放出作用完了直後に比較的多くの炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が大気中へ放出される虞がある。
【００９２】
そこで、本実施の形態に係るリッチスパイク制御では、リッチスパイク制御実行時に内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気流量をパラメータとして判定基準電圧を決定し、その判定基準電圧に従ってリッチスパイク制御の実行終了時期を判定するようにした。
【００９３】
具体的には、ＣＰＵ２０１は、リッチスパイク制御実行時に内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気流量が多くなるほど、リッチスパイク制御実行終了時期が早くなるよう判定基準電圧を決定する。
【００９４】
本実施の形態における酸素センサ４９ｃとして、空燃比が低くなるほど高い電圧を出力するよう構成された酸素センサが用いられる場合には、ＣＰＵ２０１は、単位時間当たりの排気流量が多くなるほど判定基準電圧を低く設定し、単位時間当たりの排気流量が少なくなるほど判定基準圧を高く設定する。
【００９５】
ここで、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気流量は、機関負荷及び機関回転数に応じて変化するため、機関負荷（アクセル開度）と機関回転数とをパラメータとして判定基準電圧を決定するようにしてもよい。その場合、図３に示されるような判定基準電圧と機関負荷と機関回転数との関係を示すマップを予めＲＯＭ２０２に記憶しておくようにすることが好ましい。以下では、前記したマップを判定基準電圧制御マップと称するものとする。
【００９６】
上記したような方法によりリッチスパイク制御実行終了時期が決定されると、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気流量が多いとき、言い換えれば、排気の流速が高い場合は、排気流量が少なく且つ排気の流速が低い場合に比して早い時期にリッチスパイク制御の実行が終了されるため、リッチスパイク制御の実行が酸素センサ４９ｃの応答遅れ等によってＮＯx放出完了後まで継続されることがなくなり、その結果、比較的多量の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が大気中へ放出されることがなくなる。
【００９７】
以下、本実施の形態におけるリッチスパイク制御について図４のフローチャート図に沿って説明する。
【００９８】
図４に示すフローチャートは、リッチスパイク制御ルーチンを示すフローチャートである。前記リッチスパイク制御ルーチンは、予めＲＯＭ２０２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ２０１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ５１がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００９９】
リッチスパイク制御ルーチンでは、ＣＰＵ２０１は、先ずＳ４０１において、機関排出ＮＯx量の積算値からＮＯx放出量の積算値を減算して、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量を推定する。
【０１００】
Ｓ４０２では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ４０１で推定されたＮＯx吸蔵量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８の許容最大値以上であるか否かを判別する。
【０１０１】
前記Ｓ４０２において前記ＮＯx吸蔵量が前記許容最大値未満であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１０２】
一方、前記Ｓ４０２において前記ＮＯx吸蔵量が前記許容最大値以上であると判定した場合は、ＣＰＵ２０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵能力を再生させる必要があるとみなし、Ｓ４０３へ進む。
【０１０３】
Ｓ４０３では、ＣＰＵ２０１は、排気空燃比を第２のリッチ空燃比まで低下させるべく空燃比低下制御を実行する。
【０１０４】
Ｓ４０４では、ＣＰＵ２０１は、排気空燃比を第１のリッチ空燃比とすべくリッチスパイク制御を実行する。
【０１０５】
Ｓ４０５では、ＣＰＵ２０１は、アクセルポジションセンサ４３の出力信号値（アクセル開度）と機関回転数とをＲＡＭ２０３から読み出す。
【０１０６】
Ｓ４０６では、ＣＰＵ２０１は、前述した図３の説明で述べたような判定基準電圧制御マップへアクセスし、前記Ｓ４０５で読み出されたアクセル開度と機関回転数とに対応した判定基準電圧：Ｖsを決定する。
【０１０７】
Ｓ４０７では、ＣＰＵ２０１は、酸素センサ４９ｃの出力電圧：ＶoをＲＡＭ２０３から読み出す。
【０１０８】
Ｓ４０８では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ４０６で決定された判定基準電圧：Ｖsと前記Ｓ４０７で読み出された出力電圧：Ｖoとを比較し、前記出力電圧：Ｖoが前記判定基準電圧：Ｖs以上に達したか否かを判別する。
【０１０９】
前記Ｓ４０８において前記出力電圧：Ｖoが前記判定基準電圧：Ｖs未満であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、前述したＳ４０４以降の処理を繰り返し実行する。
【０１１０】
一方、前記Ｓ４０８において前記出力電圧：Ｖoが前記判定基準電圧：Ｖs以上であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、Ｓ４０９へ進み、リッチ制御の実行を終了する。
【０１１１】
このように上記したようなリッチスパイク制御ルーチンがＣＰＵ２０１によって実行されると、リッチスパイク制御実行終了時期が機関負荷及び機関回転数に応じて決定されることになるため、リッチスパイク制御の実行が内燃機関の運転状態に適した時期に終了されるようになる。
【０１１２】
この結果、酸素センサ４９ｃの応答遅れなどによってリッチスパイク制御の実行が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx放出作用完了後まで不要に継続されることがなくなり、特に、内燃機関１からの排気量が多く且つ排気の流速が高くなる高負荷・高回転運転時において多量の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が大気中へ放出されることを防止することが可能になるとともに、リッチスパイク制御実行終了時期の不要な遅延による燃料消費量の悪化を防止することができる。
【０１１３】
尚、本実施の形態では、機関負荷と機関回転数とをパラメータとして判定基準電圧を決定する例について述べたが、吸入空気量をパラメータとして判定基準電圧を決定するようにしてもよい。これは、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気流量は、内燃機関１の吸入空気量に応じて変化するためである。
【０１１４】
この場合、図５に示すような吸入空気量と判定基準値との関係を示すマップを予めＲＯＭ２０２に記憶しておくようにすればよい。
【０１１５】
＜実施の形態２＞
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施態様について図６〜図８に基づいて説明する。ここでは前述した第１の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１１６】
本実施の形態と前述した第１の実施の形態との相違点は、前述した第１の実施の形態がリッチスパイク制御の実行期間中における内燃機関１の運転状態に応じてリッチスパイク制御実行終了時期を決定するのに対し、本実施の形態ではリッチスパイク制御実行終了後の内燃機関１の運転状態に応じてリッチスパイク制御実行終了時期を決定する点にある。
【０１１７】
ここで、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１が希薄燃焼運転される場合は、リッチスパイク制御の実行が終了した時点で吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に窒素酸化物（ＮＯx）が残留していても、その後の希薄燃焼運転時に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から窒素酸化物（ＮＯx）が放出されることがないが、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１が理論空燃比で運転（以下、ストイキ運転と称する）される場合は、リッチスパイク制御の実行が終了した時点で吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に窒素酸化物（ＮＯx）が残留していると、その後のストイキ運転時に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から窒素酸化物（ＮＯx）が放出されてしまうことになる。
【０１１８】
そこで、本実施の形態におけるリッチスパイク制御では、ＣＰＵ２０１は、リッチスパイク制御実行完了後に内燃機関１が希薄燃焼運転される場合は、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１がストイキ運転される場合に比して、リッチスパイク制御実行完了時期が早くなるように判定基準電圧：Ｖsを決定するようにした。
【０１１９】
具体的には、ＣＰＵ２０１は、図６、図７に示されるように、リッチスパイク制御実行完了後に内燃機関１が希薄燃焼運転される場合は、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１がストイキ運転される場合に比して、判定基準電圧：Ｖsを低く設定するようにした。
【０１２０】
尚、リッチスパイク制御実行後の内燃機関１の運転状態が希薄燃焼運転領域にあるか若しくはストイキ運転領域にあるかを判別する方法としては、リッチスパイク制御実行時における機関負荷（アクセル開度）と機関回転数とから予測する方法を例示することができる。
【０１２１】
以下、本実施の形態におけるリッチスパイク制御について図８のフローチャート図に沿って説明する。
【０１２２】
図８に示すフローチャートは、リッチスパイク制御ルーチンを示すフローチャートである。前記リッチスパイク制御ルーチンは、予めＲＯＭ２０２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ２０１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ５１がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【０１２３】
リッチスパイク制御ルーチンでは、ＣＰＵ２０１は、先ずＳ８０１において、機関排出ＮＯx量の積算値からＮＯx放出量の積算値を減算して、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量を推定する。
【０１２４】
Ｓ８０２では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ８０１で推定されたＮＯx吸蔵量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８の許容最大値以上であるか否かを判別する。
【０１２５】
前記Ｓ８０２において前記ＮＯx吸蔵量が前記許容最大値未満であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１２６】
一方、前記Ｓ８０２において前記ＮＯx吸蔵量が前記許容最大値以上であると判定した場合は、ＣＰＵ２０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵能力を再生させる必要があるとみなし、Ｓ８０３へ進む。
【０１２７】
Ｓ８０３では、ＣＰＵ２０１は、排気空燃比を第２のリッチ空燃比まで低下させるべく空燃比低下制御を実行する。
【０１２８】
Ｓ８０４では、ＣＰＵ２０１は、排気空燃比を第１のリッチ空燃比とすべくリッチスパイク制御を実行する。
【０１２９】
Ｓ８０５では、ＣＰＵ２０１は、アクセルポジションセンサ４３の出力信号値（アクセル開度）と機関回転数とをＲＡＭ２０３から読み出す。
【０１３０】
Ｓ８０６では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ８０５で読み出されたアクセル開度と機関回転数とをパラメータとして内燃機関１の運転状態が希薄燃焼運転領域にあるか又はストイキ運転領域にあるかを判別し、その判別結果に基づいてリッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１が希薄燃焼運転されるか又はストイキ運転されるかを判別する。
【０１３１】
その際、ＣＰＵ２０１は、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１がストイキ運転されると判定された場合には前述した図６の説明で述べたように判定基準電圧：Ｖsを比較的高い電圧に設定し、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１が希薄燃焼運転されると判定された場合には前述した図７の説明で述べたように判定基準電圧：Ｖsを比較的低い電圧に設定する。
【０１３２】
Ｓ８０７では、ＣＰＵ２０１は、酸素センサ４９ｃの出力電圧：ＶoをＲＡＭ２０３から読み出す。
【０１３３】
Ｓ８０８では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ８０６で決定された判定基準電圧：Ｖsと前記Ｓ８０７で読み出された出力電圧：Ｖoとを比較し、前記出力電圧：Ｖoが前記判定基準電圧：Ｖs以上に達したか否かを判別する。
【０１３４】
前記Ｓ８０８において前記出力電圧：Ｖoが前記判定基準電圧：Ｖs未満であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、前述したＳ８０４以降の処理を繰り返し実行する。
【０１３５】
一方、前記Ｓ８０８において前記出力電圧：Ｖoが前記判定基準電圧：Ｖs以上であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、Ｓ８０９へ進み、リッチ制御の実行を終了する。
【０１３６】
このように上記したようなリッチスパイク制御ルーチンがＣＰＵ２０１によって実行されると、リッチスパイク制御実行終了時期は、リッチスパイク制御実行終了後の運転状態に応じて決定されることになる。
【０１３７】
例えば、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１が希薄燃焼運転される場合には、リッチスパイク制御実行終了時期が比較的早い時期に設定されるため、リッチスパイク制御が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx放出作用完了後まで実行されることがなく、リッチスパイク制御時の排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が大気中へ放出されることがない。
【０１３８】
また、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１がストイキ運転される場合には、リッチスパイク制御実行終了時期が比較的遅い時期に設定されるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に吸蔵されている窒素酸化物（ＮＯx）を全て放出させることが可能となり、その結果、リッチスパイク制御実行終了後のストイキ運転時において吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から窒素酸化物（ＮＯx）が放出されることがない。
【０１３９】
従って、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、リッチスパイク制御の実行終了時期がリッチスパイク制御実行終了後の機関運転状態に適した時期に設定されるため、リッチスパイク制御実行終了後における吸蔵還元型ＮＯx触媒４８の状態が内燃機関１の運転状態に適した状態となり、以てリッチスパイク制御実行終了後における排気エミッションの悪化を防止することが可能となる。
【０１４０】
【発明の効果】
本発明によれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒下流の排気空燃比に基づいてリッチスパイク制御の実行終了時期を判定する内燃機関の排気浄化装置において、リッチスパイク制御実行終了時期を判定する際の基準が内燃機関の運転状態に応じて変更されるため、リッチスパイク制御が内燃機関の運転状態に適した時期に終了されることになり、その結果、内燃機関が如何なる運転状態にあっても排気エミッションの悪化を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態における内燃機関の概略構成を示す図
【図２】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図３】 機関負荷と機関回転数と判定基準電圧との関係を示す図
【図４】 第１の実施の形態におけるリッチスパイク制御ルーチンを示すフローチャート図
【図５】 吸入空気量と判定基準電圧との関係を示す図
【図６】 リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関がストイキ運転される場合のリッチスパイク制御実行終了時期を示すタイミングチャート図
【図７】 リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関が希薄燃焼運転される場合のリッチスパイク制御実行終了時期を示すタイミングチャート図
【図８】 第２の実施の形態におけるリッチスパイク制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２０・・・ＥＣＵ
２１・・・気筒
３２・・・燃料噴射弁
４３・・・アクセルポジションセンサ
４４・・・エアフローメータ
４７・・・排気管
４８・・・吸蔵還元型ＮＯx触媒
４９ｃ・・酸素センサ
５１・・・クランクポジションセンサ
【発明の属する技術分野】
内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、内燃機関の排気系にＮＯx触媒が設けられた排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に搭載される内燃機関では、燃料消費量の低減を図るべく理論空燃比より高い空燃比の混合気（酸素過剰状態の混合気）を燃焼可能な希薄燃焼式内燃機関の開発が進められている。これに対応して、希薄燃焼運転時の内燃機関から排出される窒素酸化物（ＮＯx）を効率的に浄化する技術の開発が進められている。
【０００３】
希薄燃焼式内燃機関から排出される窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する技術の一つとして、流入排気がリーン空燃比であるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、流入排気が理論空燃比以下に低下したときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ窒素（Ｎ2）に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒が知られている。
【０００４】
吸蔵還元型ＮＯx触媒が希薄燃焼式内燃機関の排気通路に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されたときには排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵され、内燃機関が理論空燃比以下の空燃比で運転されたときには吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）が該吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出されつつ窒素（Ｎ2）に還元されることになる。
【０００５】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力には限りがあるため、内燃機関が長期間連続して希薄燃焼運転されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されずに大気中へ放出されることになる。
【０００６】
従って、内燃機関が希薄燃焼運転されているときは、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和する前に、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力を再生させる必要がある。
【０００７】
このような要求に対し、従来では特開平８−２３２６４６号公報に記載されたような内燃機関の排気浄化装置が提案されている。このような内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関が希薄燃焼運転されているときにＮＯx吸収剤（吸蔵還元型ＮＯx触媒）のＮＯx吸収量が許容最大値に達すると、排気空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り換えるリッチスパイク制御の実行を開始し、その後にＮＯx吸収剤下流の空燃比センサの出力電流値が所定の急変点に達すると、リッチスパイク制御の実行を終了するよう構成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような従来の技術では、リッチスパイク制御の実行終了時期を判定する際に、内燃機関の運転状態が考慮されていないため、内燃機関の運転状態によっては排気エミッションが悪化してしまう場合がある。
【０００９】
例えば、内燃機関の負荷及び機関回転数が高い場合、言い換えば、内燃機関の吸入空気量が多い場合は、内燃機関から単位時間当たりに排出される排気の流量が多く且つ排気の流速が高くなるため、そのような場合にリッチスパイク制御の実行終了時期が内燃機関の負荷及び機関回転数が低い場合（内燃機関の吸入空気量が少ない場合）と同様の時期に設定されると、リッチスパイク制御実行終了時期がＮＯx吸収剤からのＮＯx放出作用完了時期より遅れてしまい、比較的多量の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などが大気中へ放出されてしまう虞がある。
【００１０】
また、リッチスパイク制御の実行終了後に内燃機関が希薄燃焼運転される場合には、リッチスパイク制御の実行が終了した時点でＮＯx吸収剤に窒素酸化物（ＮＯx）が残留していても、その後の希薄燃焼運転時にＮＯx吸収剤から窒素酸化物（ＮＯx）が放出するようなことはないが、リッチスパイク制御の実行終了後に内燃機関が理論空燃比で運転（以下、ストイキ運転と称する）される場合には、リッチスパイク制御の実行が終了した時点でＮＯx吸収剤に窒素酸化物（ＮＯx）が残留していると、その後のストイキ運転時にＮＯx吸収剤から窒素酸化物（ＮＯx）が放出されてしまうことになる。
【００１１】
本発明は、上記したような種々の事情に鑑みてなされたものであり、吸蔵還元型ＮＯx触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、リッチスパイク制御の実行終了時期を内燃機関の運転状態に応じて最適化することができる技術を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中の窒素酸化物を吸蔵し、排気の空燃比が理論空燃比以下に低下したときは吸蔵していた窒素酸化物を放出及び浄化するＮＯx触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出した排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記内燃機関が希薄燃焼運転されているときに、排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比にするリッチスパイク制御を実行するリッチスパイク制御実行手段と、
リッチスパイク制御実行時に前記空燃比検出手段が検出した空燃比と所定の基準値とを比較してリッチスパイク制御の実行終了時期を決定する終了時期決定手段と、
前記判定基準を前記内燃機関の運転状態に応じて変更する判定基準変更手段と、を備えている。
【００１３】
この発明は、リッチスパイク制御実行時に吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出する排気の空燃比と所定の判定基準とを比較してリッチスパイク制御の実行終了時期を判定する内燃機関の排気浄化装置において、前記した判定基準を内燃機関の運転状態に応じて変更することを最大の特徴としている。
【００１４】
かかる内燃機関の排気浄化装置では、リッチスパイク制御実行手段によりリッチスパイク制御が実行されているときに、空燃比検出手段が吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出した排気の空燃比を検出するとともに、判定基準変更手段が内燃機関の運転状態に応じてリッチスパイク制御終了時期の判定基準を変更する。
【００１５】
続いて、終了時期判定手段が空燃比検出手段により検出された空燃比と判定基準変更手段により変更された判定基準とを比較して、リッチスパイク制御の実行終了時期を決定することになる。
【００１６】
この場合、リッチスパイク制御の実行終了時期は、内燃機関の運転状態に応じた時期に設定されることになる。この結果、リッチスパイク制御の実行は、内燃機関の運転状態に適した時期に終了されるようになる。
【００１７】
尚、空燃比検出手段は、空燃比自体を検出する手段であってもよく、空燃比と相関のある酸素（Ｏ2)濃度、一酸化炭素（ＣＯ）濃度、炭化水素（ＨＣ）濃度、アンモニア（ＮＨ3）濃度を検出する手段であってもよい。
【００１８】
また、本発明における内燃機関の運転状態としては、機関負荷及び機関回転数を例示することができる。この場合、判定基準変更手段は、機関負荷及び機関回転数が高くなるほどリッチスパイク制御の実行終了時期が早くなるよう判定基準を変更することが好ましい。
【００１９】
これは、機関負荷及び機関回転数が高くなるほど内燃機関から単位時間当たりに排出される排気量が多くなるとともに排気の流速が高くなるため、リッチスパイク制御実行終了時期が不要に遅れると、比較的多量の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が排気とともに大気中へ放出されることになるからである。
【００２０】
尚、内燃機関の運転状態としては、機関負荷及び機関回転数の代わりに吸入空気量が用いられるようにしても良い。
【００２１】
また、本発明における内燃機関の運転状態は、リッチスパイク制御実行終了後の運転状態であってもよい。より具体的には、判定基準変更手段は、内燃機関がリッチスパイク制御実行終了後にリーン空燃比で運転される場合は、内燃機関がリッチスパイク制御実行終了後に理論空燃比で運転される場合に比して、リッチスパイク制御の実行終了時期が早くなるよう判定基準を変更するようにしてもよい。
【００２２】
これは、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関がリーン空燃比で運転される場合は、リッチスパイク制御の実行が終了した時点で吸蔵還元型ＮＯx触媒に窒素酸化物（ＮＯx）が残留していても、その後のリーン空燃比運転時に吸蔵還元型ＮＯx触媒から窒素酸化物（ＮＯx）が放出されることがないが、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関が理論空燃比で運転される場合は、リッチスパイク制御の実行が終了した時点で吸蔵還元型ＮＯx触媒に窒素酸化物（ＮＯx）が残留していると、その後の理論空燃比運転時に吸蔵還元型ＮＯx触媒から窒素酸化物（ＮＯx）が放出されてしまうからである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２４】
＜実施の形態１＞
先ず、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施態様について図１〜図５に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２１を備えるとともに、各気筒２１内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３２を具備した４サイクルの筒内噴射式ガソリンエンジンである。
【００２６】
前記内燃機関１は、複数の気筒２１及び冷却水路１ｃが形成されたシリンダブロック１ｂと、このシリンダブロック１ｂの上部に固定されたシリンダヘッド１ａとを備えている。
【００２７】
前記シリンダブロック１ｂには、機関出力軸であるクランクシャフト２３が回転自在に支持され、このクランクシャフト２３は、各気筒２１内に摺動自在に装填されたピストン２２とコネクティングロッドを介して連結されている。
【００２８】
前記ピストン２２の上方には、ピストン２２の頂面とシリンダヘッド１ａの壁面とに囲まれた燃焼室２４が形成されている。前記シリンダヘッド１ａには、燃焼室２４に臨むよう点火栓２５が取り付けられ、この点火栓２５には、該点火栓２５に駆動電流を印加するためのイグナイタ２５ａが接続されている。
【００２９】
前記シリンダヘッド１ａには、２つの吸気ポート２６の開口端と２つの排気ポート２７の開口端とが燃焼室２４に臨むよう形成されるとともに、その噴孔が燃焼室２４に臨むよう燃料噴射弁３２が取り付けられている。
【００３０】
前記シリンダヘッド１ａには、その噴孔が排気ポート２７に望むよう二次空気噴射ノズル５３が取り付けられている。この二次空気噴射ノズル５３は、図示しないエアポンプと接続され、該エアポンプから供給される二次空気を前記排気ポート２７内へ供給するものである。
【００３１】
前記吸気ポート２６の各開口端は、シリンダヘッド１ａに進退自在に支持された吸気弁２８によって開閉されるようになっており、これら吸気弁２８は、シリンダヘッド１ａに回転自在に支持されたインテーク側カムシャフト３０によって進退駆動されるようになっている。
【００３２】
前記排気ポート２７の各開口端は、シリンダヘッド１ａに進退自在に支持された排気弁２９により開閉されるようになっており、これら排気弁２９は、シリンダヘッド１ａに回転自在に支持されたエキゾースト側カムシャフト３１により進退駆動されるようになっている。
【００３３】
前記インテーク側カムシャフト３０及び前記エキゾースト側カムシャフト３１は、図示しないタイミングベルトを介してクランクシャフト２３と連結されている。
【００３４】
各気筒２１に連通する２つの吸気ポート２６のうちの一方の吸気ポート２６は、シリンダヘッド１ａ外壁に形成された開口端から燃焼室２４に臨む開口端へ向かって直線状に形成された流路を有するストレートポートで構成され、他方の吸気ポート２６は、シリンダヘッド１ａ外壁の開口端から燃焼室２４の開口端へ向かって、気筒２１の軸方向と垂直な面において旋回するよう形成された流路を有するヘリカルポートで構成されている。
【００３５】
前記した各吸気ポート２６は、シリンダヘッド１ａに取り付けられた吸気枝管３３の各枝管と連通している。
【００３６】
前記吸気枝管３３において、各気筒２１に対応した２つの吸気ポート２６のうちのストレートポートと連通する枝管には、その枝管内の流量を調節するスワールコントロールバルブ３７が設けられている。
【００３７】
前記スワールコントロールバルブ３７には、ステッパモータ等からなり、印加電流の大きさに応じてスワールコントロールバルブ３７を開閉駆動するＳＣＶ用アクチュエータ３７ａと、スワールコントロールバルブ３７の開度に対応した電気信号を出力するＳＣＶポジションセンサ３７ｂとが取り付けられている。
【００３８】
前記吸気枝管３３は、サージタンク３４に接続されており、そのサージタンク３４には、吸気管３５が接続されている。吸気管３５は、吸気中の塵や埃等を取り除くためのエアクリーナ３６と接続されている。
【００３９】
前記吸気管３５には、該吸気管３５内を流れる新気の流量を調節するスロットル弁３９が設けられている。前記スロットル弁３９には、ステッパモータ等からなり、印加電流の大きさに応じて該スロットル弁３９を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ４０と、該スロットル弁３９の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ４１とが取り付けられている。
【００４０】
前記スロットル弁３９には、アクセルペダル４２に連動して回転するアクセルレバー（図示せず）が併設され、このアクセルレバーには、アクセルレバーの回転位置（アクセルペダル４２の踏み込み量）に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ４３が取り付けられている。
【００４１】
前記スロットル弁３９より上流の吸気管３５には、吸気管３５内を流れる新気の質量（吸入空気質量）に対応した電気信号を出力するエアフローメータ４４が取り付けられる。
【００４２】
一方、前記内燃機関１の各排気ポート２７は、前記シリンダヘッド１ａに取り付けられた排気枝管４５の各枝管と連通している。前記排気枝管４５は、本発明に係る前置触媒としての三元触媒４６に接続されている。
【００４３】
前記した三元触媒４６は、例えば、排気の流れ方向に沿う貫通孔を複数有するよう格子状に形成されたコージェライトからなるセラミック担体と、セラミック担体の表面にコーティングされた触媒層とから構成されている。
【００４４】
前記触媒層は、例えば、多数の細孔を有する多孔質のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の表面に白金−ロジウム（Ｐｔ−Ｒｈ）系の貴金属触媒物質を担持させて形成されている。
【００４５】
更に、三元触媒４６の触媒層には、貴金属触媒物質に加えてセリウム（Ｃｅ）等の金属成分が担持されている。この場合、三元触媒４６は、該三元触媒４６に流入する排気の空燃比が理論空燃比より高いとき（すなわち排気空燃比がリーン空燃比であるとき）は、セリウムが排気中の酸素（Ｏ2）と結合して酸化セリウム（セリア）を形成することを利用して酸素（Ｏ2）酸素を貯蔵し、該三元触媒４６に流入する排気の空燃比が理論空燃比以下のとき（すなわち排気空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比であるとき）は、酸化セリウムが酸素（Ｏ2）と金属セリウム（Ｃｅ）とに分解されることを利用して酸素（Ｏ2）を放出する、いわゆる酸素貯蔵能力（ＯＳＣ）を有することになる。
【００４６】
上記したように構成された三元触媒４６は、所定の活性温度（例えば、３００℃）以上のときに活性し、流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の所定範囲（触媒浄化ウィンド）内にあると、排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を排気中の酸素（Ｏ2）と反応させて水（Ｈ2Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ2）へ酸化すると同時に、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて水（Ｈ2Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ2）、窒素（Ｎ2）へ還元する。
【００４７】
前記した三元触媒４６には、排気管４７が接続され、その排気管４７は下流にて図示しないマフラーと接続されている。前記排気管４７の途中には、本発明に係るＮＯx触媒としての吸蔵還元型ＮＯx触媒４８が配置されている。
【００４８】
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒４８は、例えば、上流側の端部が開放され且つ下流側の端部が閉塞された流路と、上流側の端部が閉塞され且つ下流側の端部が開放された流路とがハニカム状をなすよう交互に配置された担体と、各流路の壁面に担持されたＮＯX吸収剤とから構成されている。
【００４９】
前記担体は、例えば、多孔質のセラミックで構成されている。前記ＮＯX吸収剤としては、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、あるいはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）やカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）やイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属類とから成るものを例示することができる。
【００５０】
このように構成された吸蔵還元型ＮＯx触媒４８は、該吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する排気の空燃比がリーンス空燃比であるときは、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx吸収剤に吸蔵され、該吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する排気の酸素濃度が低下したときは、ＮＯX吸収剤に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）が放出される。その際、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８内に還元剤が存在していれば、前記ＮＯx吸収剤から放出された窒素酸化物（ＮＯx）が還元成分と反応して窒素（Ｎ2）に還元及び浄化される。
【００５１】
前記排気枝管４５には、該排気枝管４５内を流れる排気の空燃比に対応した電気信号を出力する第１空燃比センサ４９ａが取り付けられ、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒４８より上流の排気管４７には該排気管４７内を流れる排気の空燃比（吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する排気の空燃比）に対応した電気信号を出力する第２空燃比センサ４９ｂが取り付けられ、更に前記吸蔵還元型ＮＯx触媒４８より下流の排気管４７には該排気管４７内を流れる排気の空燃比（吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から流出した排気の空燃比）に対応した電気信号を出力する酸素センサ４９ｃが取り付けられている。
【００５２】
また、内燃機関１は、クランクシャフト２３の端部に取り付けられたタイミングロータ５１ａとタイミングロータ５１ａ近傍のシリンダブロック１ｂに取り付けられた電磁ピックアップ５１ｂとからなるクランクポジションセンサ５１と、内燃機関１の内部に形成された冷却水路１ｃを流れる冷却水の温度を検出すべくシリンダブロック１ｂに取り付けられた水温センサ５２とを備えている。
【００５３】
このように構成された内燃機関１には、該内燃機関１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ、以下ＥＣＵと称する）２０が併設されている。
【００５４】
前記ＥＣＵ２０には、ＳＣＶポジションセンサ３７ｂ、スロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、第１空燃比センサ４９ａ、第２空燃比センサ４９ｂ、酸素センサ４９ｃ、クランクポジションセンサ５１、及び水温センサ５２等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号が前記ＥＣＵ２０に入力されるようになっている。
【００５５】
前記ＥＣＵ２０には、イグナイタ２５ａ、燃料噴射弁３２、ＳＣＶ用アクチュエータ３７ａ、スロットル用アクチュエータ４０、二次空気噴射ノズル５３等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０が各種センサの出力信号値をパラメータとしてイグナイタ２５ａ、燃料噴射弁３２、ＳＣＶ用アクチュエータ３７ａ、スロットル用アクチュエータ４０、二次空気噴射ノズル５３を制御することが可能になっている。
【００５６】
ここで、ＥＣＵ２０は、図５に示すように、双方向性バス２００によって相互に接続されたＣＰＵ２０１とＲＯＭ２０２とＲＡＭ２０３とバックアップＲＡＭ２０４と入力ポート２０５と出力ポート２０６とを備えるとともに、前記入力ポート２０５に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）２０７を備えている。
【００５７】
前記入力ポート２０５は、クランクポジションセンサ５１のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ２０１あるいはＲＡＭ２０３へ送信する。
【００５８】
前記入力ポート２０５は、ＳＣＶポジションセンサ３７ｂ、スロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、第１空燃比センサ４９ａ、第２空燃比センサ４９ｂ、酸素センサ４９ｃ、水温センサ５２のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄ２０７を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ２０１やＲＡＭ２０３へ送信する。
【００５９】
前記出力ポート２０６は、前記ＣＰＵ２０１から出力される制御信号をイグナイタ２５ａ、燃料噴射弁３２、ＳＣＶ用アクチュエータ３７ａ、スロットル用アクチュエータ４０、あるいは二次空気噴射ノズル５３へ送信する。
【００６０】
前記ＲＯＭ２０２は、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、点火時期を決定するための点火時期制御ルーチン、スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）３７の開度を制御するためのＳＣＶ制御ルーチン、スロットル弁３９の開度を制御するためのスロットル制御ルーチン等の既知のアプリケーションプログラムに加え、本発明の要旨となるリッチスパイク制御ルーチンを記憶している。
【００６１】
前記ＲＯＭ２０２は、前記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記した制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、内燃機関１の運転状態とスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）３７の開度との関係を示すＳＣＶ開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とスロットル弁３９との関係を示すスロットル開度制御マップ等である。
【００６２】
前記ＲＡＭ２０３は、各センサの出力信号やＣＰＵ２０１の演算結果等を記憶する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ５１の出力信号に基づいて算出される機関回転数等である。前記ＲＡＭ２０３に記憶される各種のデータは、クランクポジションセンサ５１が信号を出力する度に最新のデータに書き換えられる。
【００６３】
前記バックアップＲＡＭ４５は、内燃機関１の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリである。
【００６４】
前記ＣＰＵ２０１は、前記ＲＯＭ２０２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し、燃料噴射制御、点火制御、ＳＣＶ制御、スロットル制御、あるいはリッチスパイク制御などの各種制御を実行する。
【００６５】
例えば、ＣＰＵ２０１は、クランクポジションセンサ５１、アクセルポジションセンサ４３、あるいはエアフローメータ４４等の出力信号値をパラメータとして内燃機関１の負荷を判別する。
【００６６】
ＣＰＵ２０１は、内燃機関１の負荷に応じて、ＳＣＶ用アクチュエータ３７ａ、スロットル用アクチュエータ４０、燃料噴射弁３２、及び点火栓２５を制御することにより、リーン度合いの高い混合気による成層燃焼運転と、リーン度合いの低い混合気による均質リーン燃焼運転と、理論空燃比の混合気による均質燃焼運転とを切り換える。
【００６７】
内燃機関１が成層燃焼運転状態、均質リーン燃焼運転状態、もしくは弱成層燃焼運転状態にあるとき、言い換えれば内燃機関１が希薄燃焼運転されているときは、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン空燃比となるため、三元触媒４６が排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を十分に浄化することができない。しかしながら、三元触媒４６が浄化しきれなかった窒素酸化物（ＮＯx）は、三元触媒４６より下流に配置された吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に吸蔵されることになるため、大気中に放出されることはない。
【００６８】
尚、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵能力には限りがあるため、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵能力が飽和してしまい、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８にて除去されずに大気中に放出されることになる。
【００６９】
これに対し、ＣＰＵ２０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量を推定し、その推定量が所定の許容最大値に達した時点で排気の空燃比を所定のリッチ空燃比（以下、第１のリッチ空燃比と称する）とすべくリッチスパイク制御を実行する。
【００７０】
吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量を推定する方法としては、内燃機関１が希薄燃焼運転されているときに該内燃機関１から排出されるＮＯx量（以下、機関排出ＮＯx量と称する）の積算値と、内燃機関１が理論空燃比の空燃比で運転されているときに吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出されるＮＯx量（以下、ＮＯx放出量と称する）の積算値とを求め、前記機関排出ＮＯx量の積算値から前記ＮＯx放出量の積算値を減算して得られる値をＮＯx吸蔵量と見なす方法を例示することができる。
【００７１】
機関排出ＮＯx量は、内燃機関１が希薄燃焼運転されているときの機関回転数、燃料噴射量、吸入空気量（エアフローメータ４４の出力信号値）等と相関があるため、ＣＰＵ２０１は、機関回転数と燃料噴射量とエアフローメータ４４の出力信号値とをパラメータとして単位時間当たりの機関排出ＮＯx量を算出するようにしてもよい。
【００７２】
尚、内燃機関１が希薄燃焼運転されているときの機関回転数と燃料噴射量と吸入空気量と機関排出ＮＯx量との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化してＲＯＭ２０２に記憶しておくようにしてもよい。
【００７３】
ＮＯx放出量は、内燃機関１が理論空燃比の空燃比で運転されているときの排気量や吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する排気の空燃比（第２空燃比センサ４９ｂの出力信号値）と相関があるため、ＣＰＵ２０１は、排気量と排気空燃比とをパラメータとして単位時間当たりのＮＯx放出量を算出するようにしてもよい。その際、内燃機関１からの排気量は、二次空気の供給が行われない限り吸入空気量と略一致するため、ＣＰＵ２０１は、エアフローメータの出力信号値と第２空燃比センサ４９ｂの出力信号値とをパラメータとして単位時間当たりのＮＯx放出量を算出するようにしてもよい。
【００７４】
尚、内燃機関１が理論空燃比の空燃比で運転されているときの吸入空気量と排気空燃比とＮＯx排出量との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化してＲＯＭ２０２に記憶しておくようにしてもよい。
【００７５】
また、リッチスパイク制御の具体的な実行方法としては、膨張行程若しくは排気行程にある気筒２１の燃料噴射弁３２から燃料に寄与しない燃料（副燃料）を噴射させる方法、内燃機関１の排気ポートや排気通路に専用の燃料噴射弁を取り付け、その燃料噴射弁から燃料を噴射させる方法などを例示することができるが、本実施の形態では、排気行程中の気筒２１の燃料噴射弁３２から副燃料を噴射させる方法を例に挙げて説明する。
【００７６】
その際、ＣＰＵ２０１は、第１空燃比センサ４９ａの出力信号値が所望の第１のリッチ空燃比となるように、燃料噴射弁３２から噴射される副燃料量を制御する、所謂リッチスパイクフィードバック制御を実行するようにしてもよい。
【００７７】
このような方法によりリッチスパイク制御が実行されると、内燃機関１から排出される排気の空燃比が第１のリッチ空燃比となり、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）が該吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出されつつ窒素（Ｎ2）に還元されることになる。
【００７８】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８より上流の排気通路には、酸素貯蔵力を有する三元触媒４６が配置されているため、リッチスパイク制御の実行によって排気空燃比が第１のリッチ空燃比にされると、三元触媒４６に貯蔵されていた酸素が該三元触媒４６から放出されることになる。
【００７９】
上記したように三元触媒４６から貯蔵酸素が放出されると、三元触媒４６から流出した排気の空燃比、言い換えれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する排気の空燃比は、前記第１のリッチ空燃比より高い空燃比となる。このため、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８は、貯蔵している窒素酸化物（ＮＯx）の全てを還元・浄化することができなくなる虞がある。
【００８０】
これに対し、ＣＰＵ２０１は、リッチスパイク制御を実行する直前に、排気の空燃比を前記第１のリッチ空燃比より低い第２のリッチ空燃比まで低下させる空燃比低下制御を実行する。この空燃比低下制御の実行方法としては、前述したリッチスパイク制御と同様の方法を例示することができる。但し、その際に燃料噴射弁３２から噴射される副燃料量は、リッチスパイク制御実行時の副燃料量より多くされる。
【００８１】
上記したような空燃比低下制御がリッチスパイク制御の実行直前に実行されると、三元触媒４６には、第２のリッチ空燃比の排気が流入する。その際、第２のリッチ空燃比は、通常のリッチスパイク制御に係る第１のリッチ空燃比より低く設定されるため、三元触媒４６に貯蔵されていた酸素の全てが速やかに放出される。
【００８２】
空燃比低下制御に続いてリッチスパイク制御が実行されると、三元触媒４６には第１のリッチス空燃比の排気が流入することになる。その時点では、三元触媒４６に酸素が貯蔵されていないため、三元触媒４６から流出する排気の空燃比は、第１のリッチ空燃比と略一致する。
【００８３】
この結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８には、第１のリッチ空燃比の排気が流入することになり、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）が好適に還元及び浄化されるようになる。
【００８４】
一方、上記したようなリッチスパイク制御の実行は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８からのＮＯx放出作用が完了した時点で速やかに終了されることが好ましい。
【００８５】
これは、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出された窒素酸化物（ＮＯx）と反応して浄化されるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８からのＮＯx放出作用が完了した後もリッチスパイク制御が継続して実行されると、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８において浄化されずに大気中へ放出されることになるからである。
【００８６】
リッチスパイク制御の実行終了時期を判定する方法、言い換えれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８からのＮＯx放出作用が完了した時期を判定する方法としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８より下流の排気管４７に取り付けられた酸素センサ４９ｃの出力電圧がリーン空燃比を示す値からリッチ空燃比を示す値へ切り替わった時点でＮＯx放出作用が完了したと判定する方法を例示することができる。
【００８７】
これは、リッチスパイク制御の実行時において、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８からＮＯxが放出されているときは、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が窒素酸化物（ＮＯx）の還元剤として消費されるため、その際に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から流出する排気の空燃比は理論空燃比近傍のリーン空燃比となるが、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８からのＮＯx放出作用が完了した後は、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が窒素酸化物（ＮＯx）の還元剤として消費されないため、その際に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から流出する排気の空燃比はリッチ空燃比となるからである。
【００８８】
ところで、空燃比センサや酸素センサには少なからず応答遅れが生じるため、実際の排気空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ変化した時点から、空燃比センサや酸素センサの出力信号値がリーン空燃比を示す値からリッチ空燃比を示す値へ変化する時点までに多少の時間がかかってしまう。
【００８９】
従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８下流の酸素センサ４９ｃの出力電圧に基づいてリッチスパイク制御実行終了時期を判定する場合は、予め酸素センサ４９ｃの応答遅れを考慮した判定基準電圧を設定しておくことが好ましい。
【００９０】
但し、リッチスパイク制御実行終了時期の判定基準値が内燃機関１の運転状態に関わらず判定基準電圧が一定であると、以下のような不具合を生じる場合がある。
【００９１】
すなわち、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気流量が多い場合は、排気の流速が高くなるため、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気流量が少ない場合と同一の判定基準電圧に基づいてリッチスパイク制御の実行終了時期が判定されると、ＮＯx放出作用完了直後に比較的多くの炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が大気中へ放出される虞がある。
【００９２】
そこで、本実施の形態に係るリッチスパイク制御では、リッチスパイク制御実行時に内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気流量をパラメータとして判定基準電圧を決定し、その判定基準電圧に従ってリッチスパイク制御の実行終了時期を判定するようにした。
【００９３】
具体的には、ＣＰＵ２０１は、リッチスパイク制御実行時に内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気流量が多くなるほど、リッチスパイク制御実行終了時期が早くなるよう判定基準電圧を決定する。
【００９４】
本実施の形態における酸素センサ４９ｃとして、空燃比が低くなるほど高い電圧を出力するよう構成された酸素センサが用いられる場合には、ＣＰＵ２０１は、単位時間当たりの排気流量が多くなるほど判定基準電圧を低く設定し、単位時間当たりの排気流量が少なくなるほど判定基準圧を高く設定する。
【００９５】
ここで、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気流量は、機関負荷及び機関回転数に応じて変化するため、機関負荷（アクセル開度）と機関回転数とをパラメータとして判定基準電圧を決定するようにしてもよい。その場合、図３に示されるような判定基準電圧と機関負荷と機関回転数との関係を示すマップを予めＲＯＭ２０２に記憶しておくようにすることが好ましい。以下では、前記したマップを判定基準電圧制御マップと称するものとする。
【００９６】
上記したような方法によりリッチスパイク制御実行終了時期が決定されると、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気流量が多いとき、言い換えれば、排気の流速が高い場合は、排気流量が少なく且つ排気の流速が低い場合に比して早い時期にリッチスパイク制御の実行が終了されるため、リッチスパイク制御の実行が酸素センサ４９ｃの応答遅れ等によってＮＯx放出完了後まで継続されることがなくなり、その結果、比較的多量の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が大気中へ放出されることがなくなる。
【００９７】
以下、本実施の形態におけるリッチスパイク制御について図４のフローチャート図に沿って説明する。
【００９８】
図４に示すフローチャートは、リッチスパイク制御ルーチンを示すフローチャートである。前記リッチスパイク制御ルーチンは、予めＲＯＭ２０２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ２０１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ５１がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００９９】
リッチスパイク制御ルーチンでは、ＣＰＵ２０１は、先ずＳ４０１において、機関排出ＮＯx量の積算値からＮＯx放出量の積算値を減算して、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量を推定する。
【０１００】
Ｓ４０２では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ４０１で推定されたＮＯx吸蔵量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８の許容最大値以上であるか否かを判別する。
【０１０１】
前記Ｓ４０２において前記ＮＯx吸蔵量が前記許容最大値未満であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１０２】
一方、前記Ｓ４０２において前記ＮＯx吸蔵量が前記許容最大値以上であると判定した場合は、ＣＰＵ２０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵能力を再生させる必要があるとみなし、Ｓ４０３へ進む。
【０１０３】
Ｓ４０３では、ＣＰＵ２０１は、排気空燃比を第２のリッチ空燃比まで低下させるべく空燃比低下制御を実行する。
【０１０４】
Ｓ４０４では、ＣＰＵ２０１は、排気空燃比を第１のリッチ空燃比とすべくリッチスパイク制御を実行する。
【０１０５】
Ｓ４０５では、ＣＰＵ２０１は、アクセルポジションセンサ４３の出力信号値（アクセル開度）と機関回転数とをＲＡＭ２０３から読み出す。
【０１０６】
Ｓ４０６では、ＣＰＵ２０１は、前述した図３の説明で述べたような判定基準電圧制御マップへアクセスし、前記Ｓ４０５で読み出されたアクセル開度と機関回転数とに対応した判定基準電圧：Ｖsを決定する。
【０１０７】
Ｓ４０７では、ＣＰＵ２０１は、酸素センサ４９ｃの出力電圧：ＶoをＲＡＭ２０３から読み出す。
【０１０８】
Ｓ４０８では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ４０６で決定された判定基準電圧：Ｖsと前記Ｓ４０７で読み出された出力電圧：Ｖoとを比較し、前記出力電圧：Ｖoが前記判定基準電圧：Ｖs以上に達したか否かを判別する。
【０１０９】
前記Ｓ４０８において前記出力電圧：Ｖoが前記判定基準電圧：Ｖs未満であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、前述したＳ４０４以降の処理を繰り返し実行する。
【０１１０】
一方、前記Ｓ４０８において前記出力電圧：Ｖoが前記判定基準電圧：Ｖs以上であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、Ｓ４０９へ進み、リッチ制御の実行を終了する。
【０１１１】
このように上記したようなリッチスパイク制御ルーチンがＣＰＵ２０１によって実行されると、リッチスパイク制御実行終了時期が機関負荷及び機関回転数に応じて決定されることになるため、リッチスパイク制御の実行が内燃機関の運転状態に適した時期に終了されるようになる。
【０１１２】
この結果、酸素センサ４９ｃの応答遅れなどによってリッチスパイク制御の実行が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx放出作用完了後まで不要に継続されることがなくなり、特に、内燃機関１からの排気量が多く且つ排気の流速が高くなる高負荷・高回転運転時において多量の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が大気中へ放出されることを防止することが可能になるとともに、リッチスパイク制御実行終了時期の不要な遅延による燃料消費量の悪化を防止することができる。
【０１１３】
尚、本実施の形態では、機関負荷と機関回転数とをパラメータとして判定基準電圧を決定する例について述べたが、吸入空気量をパラメータとして判定基準電圧を決定するようにしてもよい。これは、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気流量は、内燃機関１の吸入空気量に応じて変化するためである。
【０１１４】
この場合、図５に示すような吸入空気量と判定基準値との関係を示すマップを予めＲＯＭ２０２に記憶しておくようにすればよい。
【０１１５】
＜実施の形態２＞
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施態様について図６〜図８に基づいて説明する。ここでは前述した第１の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１１６】
本実施の形態と前述した第１の実施の形態との相違点は、前述した第１の実施の形態がリッチスパイク制御の実行期間中における内燃機関１の運転状態に応じてリッチスパイク制御実行終了時期を決定するのに対し、本実施の形態ではリッチスパイク制御実行終了後の内燃機関１の運転状態に応じてリッチスパイク制御実行終了時期を決定する点にある。
【０１１７】
ここで、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１が希薄燃焼運転される場合は、リッチスパイク制御の実行が終了した時点で吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に窒素酸化物（ＮＯx）が残留していても、その後の希薄燃焼運転時に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から窒素酸化物（ＮＯx）が放出されることがないが、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１が理論空燃比で運転（以下、ストイキ運転と称する）される場合は、リッチスパイク制御の実行が終了した時点で吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に窒素酸化物（ＮＯx）が残留していると、その後のストイキ運転時に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から窒素酸化物（ＮＯx）が放出されてしまうことになる。
【０１１８】
そこで、本実施の形態におけるリッチスパイク制御では、ＣＰＵ２０１は、リッチスパイク制御実行完了後に内燃機関１が希薄燃焼運転される場合は、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１がストイキ運転される場合に比して、リッチスパイク制御実行完了時期が早くなるように判定基準電圧：Ｖsを決定するようにした。
【０１１９】
具体的には、ＣＰＵ２０１は、図６、図７に示されるように、リッチスパイク制御実行完了後に内燃機関１が希薄燃焼運転される場合は、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１がストイキ運転される場合に比して、判定基準電圧：Ｖsを低く設定するようにした。
【０１２０】
尚、リッチスパイク制御実行後の内燃機関１の運転状態が希薄燃焼運転領域にあるか若しくはストイキ運転領域にあるかを判別する方法としては、リッチスパイク制御実行時における機関負荷（アクセル開度）と機関回転数とから予測する方法を例示することができる。
【０１２１】
以下、本実施の形態におけるリッチスパイク制御について図８のフローチャート図に沿って説明する。
【０１２２】
図８に示すフローチャートは、リッチスパイク制御ルーチンを示すフローチャートである。前記リッチスパイク制御ルーチンは、予めＲＯＭ２０２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ２０１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ５１がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【０１２３】
リッチスパイク制御ルーチンでは、ＣＰＵ２０１は、先ずＳ８０１において、機関排出ＮＯx量の積算値からＮＯx放出量の積算値を減算して、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量を推定する。
【０１２４】
Ｓ８０２では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ８０１で推定されたＮＯx吸蔵量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８の許容最大値以上であるか否かを判別する。
【０１２５】
前記Ｓ８０２において前記ＮＯx吸蔵量が前記許容最大値未満であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１２６】
一方、前記Ｓ８０２において前記ＮＯx吸蔵量が前記許容最大値以上であると判定した場合は、ＣＰＵ２０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵能力を再生させる必要があるとみなし、Ｓ８０３へ進む。
【０１２７】
Ｓ８０３では、ＣＰＵ２０１は、排気空燃比を第２のリッチ空燃比まで低下させるべく空燃比低下制御を実行する。
【０１２８】
Ｓ８０４では、ＣＰＵ２０１は、排気空燃比を第１のリッチ空燃比とすべくリッチスパイク制御を実行する。
【０１２９】
Ｓ８０５では、ＣＰＵ２０１は、アクセルポジションセンサ４３の出力信号値（アクセル開度）と機関回転数とをＲＡＭ２０３から読み出す。
【０１３０】
Ｓ８０６では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ８０５で読み出されたアクセル開度と機関回転数とをパラメータとして内燃機関１の運転状態が希薄燃焼運転領域にあるか又はストイキ運転領域にあるかを判別し、その判別結果に基づいてリッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１が希薄燃焼運転されるか又はストイキ運転されるかを判別する。
【０１３１】
その際、ＣＰＵ２０１は、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１がストイキ運転されると判定された場合には前述した図６の説明で述べたように判定基準電圧：Ｖsを比較的高い電圧に設定し、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１が希薄燃焼運転されると判定された場合には前述した図７の説明で述べたように判定基準電圧：Ｖsを比較的低い電圧に設定する。
【０１３２】
Ｓ８０７では、ＣＰＵ２０１は、酸素センサ４９ｃの出力電圧：ＶoをＲＡＭ２０３から読み出す。
【０１３３】
Ｓ８０８では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ８０６で決定された判定基準電圧：Ｖsと前記Ｓ８０７で読み出された出力電圧：Ｖoとを比較し、前記出力電圧：Ｖoが前記判定基準電圧：Ｖs以上に達したか否かを判別する。
【０１３４】
前記Ｓ８０８において前記出力電圧：Ｖoが前記判定基準電圧：Ｖs未満であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、前述したＳ８０４以降の処理を繰り返し実行する。
【０１３５】
一方、前記Ｓ８０８において前記出力電圧：Ｖoが前記判定基準電圧：Ｖs以上であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、Ｓ８０９へ進み、リッチ制御の実行を終了する。
【０１３６】
このように上記したようなリッチスパイク制御ルーチンがＣＰＵ２０１によって実行されると、リッチスパイク制御実行終了時期は、リッチスパイク制御実行終了後の運転状態に応じて決定されることになる。
【０１３７】
例えば、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１が希薄燃焼運転される場合には、リッチスパイク制御実行終了時期が比較的早い時期に設定されるため、リッチスパイク制御が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx放出作用完了後まで実行されることがなく、リッチスパイク制御時の排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が大気中へ放出されることがない。
【０１３８】
また、リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関１がストイキ運転される場合には、リッチスパイク制御実行終了時期が比較的遅い時期に設定されるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に吸蔵されている窒素酸化物（ＮＯx）を全て放出させることが可能となり、その結果、リッチスパイク制御実行終了後のストイキ運転時において吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から窒素酸化物（ＮＯx）が放出されることがない。
【０１３９】
従って、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、リッチスパイク制御の実行終了時期がリッチスパイク制御実行終了後の機関運転状態に適した時期に設定されるため、リッチスパイク制御実行終了後における吸蔵還元型ＮＯx触媒４８の状態が内燃機関１の運転状態に適した状態となり、以てリッチスパイク制御実行終了後における排気エミッションの悪化を防止することが可能となる。
【０１４０】
【発明の効果】
本発明によれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒下流の排気空燃比に基づいてリッチスパイク制御の実行終了時期を判定する内燃機関の排気浄化装置において、リッチスパイク制御実行終了時期を判定する際の基準が内燃機関の運転状態に応じて変更されるため、リッチスパイク制御が内燃機関の運転状態に適した時期に終了されることになり、その結果、内燃機関が如何なる運転状態にあっても排気エミッションの悪化を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態における内燃機関の概略構成を示す図
【図２】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図３】 機関負荷と機関回転数と判定基準電圧との関係を示す図
【図４】 第１の実施の形態におけるリッチスパイク制御ルーチンを示すフローチャート図
【図５】 吸入空気量と判定基準電圧との関係を示す図
【図６】 リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関がストイキ運転される場合のリッチスパイク制御実行終了時期を示すタイミングチャート図
【図７】 リッチスパイク制御実行終了後に内燃機関が希薄燃焼運転される場合のリッチスパイク制御実行終了時期を示すタイミングチャート図
【図８】 第２の実施の形態におけるリッチスパイク制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２０・・・ＥＣＵ
２１・・・気筒
３２・・・燃料噴射弁
４３・・・アクセルポジションセンサ
４４・・・エアフローメータ
４７・・・排気管
４８・・・吸蔵還元型ＮＯx触媒
４９ｃ・・酸素センサ
５１・・・クランクポジションセンサ
Claims (1)
- 酸素過剰状態の混合気を燃焼可能とする内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中の窒素酸化物を吸蔵し、排気の空燃比が理論空燃比以下に低下したときは吸蔵していた窒素酸化物を放出及び浄化する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒から流出した排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記内燃機関が希薄燃焼運転されているときに、排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比にするリッチスパイク制御を実行するリッチスパイク制御実行手段と、
リッチスパイク制御実行時に前記空燃比検出手段が検出した空燃比と所定の基準値とを比較してリッチスパイク制御の実行終了時期を決定する終了時期決定手段と、
前記内燃機関がリッチスパイク制御実行終了後にリーン空燃比で運転される場合は、前記内燃機関がリッチスパイク制御実行終了後に理論空燃比で運転される場合に比して、リッチスパイク制御の実行終了時期が早くなるよう前記判定基準を変更する判定基準変更手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
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| JP2001249399A JP4265123B2 (ja) | 2001-08-20 | 2001-08-20 | 内燃機関の排気浄化装置 |
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