JP4289389B2 - 希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、酸素過剰状態の混合気を燃焼可能な希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置に関し、特に窒素酸化物吸蔵還元触媒を排気系に具備する希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置に関する。

自動車等の内燃機関では、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（酸素過剰状態）の混合気を燃焼可能な希薄燃焼内燃機関の開発が進められている。このような希薄燃焼内燃機関としては、燃焼室内に流入する混合気が縦渦流（タンブル流）や旋回流（スワール流）等を発生するよう形成された吸気ポートと、その噴孔が前記吸気ポートに臨むよう取り付けられた燃料噴射弁とを備える、いわゆる吸気ポート噴射式の希薄燃焼内燃機関が知られている。

吸気ポート噴射式の希薄燃焼内燃機関では、排気行程後期から吸気行程初期にかけて燃料噴射弁から燃料が噴射され、吸気ポートにて燃料と新気が均一に混ざり合って燃焼室へ流入する。その際、混合気は、タンブル流やスワール流を形成する。そして、点火栓により混合気に着火されると、点火栓近傍の火炎が前記タンブル流や前記スワール流により燃焼室内全体に拡散され、リーン状態の混合気であっても燃焼が促進されるというものである。

ところで、吸気ポート噴射式の希薄燃焼内燃機関は、燃料と新気とが略均一に混ざり合った混合気を燃焼室に導入するため、燃料噴射量を減少させて燃料濃度の希薄化を進めていくと、点火栓近傍の燃料濃度が希薄となり、点火栓による着火が不可能になる。

これに対し、その噴孔が燃焼室内に臨むよう燃料噴射弁が取り付けられた筒内噴射式の希薄燃焼内燃機関の開発が進められている。筒内噴射式の内燃機関は、吸気行程において燃焼室内に新気を導入し、次いで圧縮行程において前記燃料噴射弁から燃料を噴射し、点火栓の近傍のみに可燃な混合気を形成する。つまり、燃焼室内は、点火栓近傍が可燃混合気層となり、それ以外の領域が空気層となる、いわゆる成層化状態になる。

このように筒内噴射式の希薄燃焼内燃機関によれば、燃焼室内全体の燃料濃度を吸気ポート噴射式の希薄燃焼内燃機関より希薄にすることができるとともに、点火栓近傍に可燃混合気を形成することができるので、燃料消費量の低減化と安定した燃焼とを両立させることができる。

一方、上記したような希薄燃焼内燃機関で希薄燃焼が行われると、排気中の酸素濃度が高くなるため、通常の三元触媒では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。このため、希薄燃焼内燃機関の排気系には、窒素酸化物吸蔵還元型触媒が配置されている。

窒素酸化物吸蔵還元型触媒は、流入する排気の酸素濃度が高い、いわゆるリーン状態のときに、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、流入する排気中の酸素濃度が低下して
炭化水素（ＨＣ）が増加したときに、吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を排気中の一酸
化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）等と反応させて窒素（Ｎ_２）に還元して放出する特性を有する。

窒素酸化物吸蔵還元型触媒を備えた希薄燃焼内燃機関では、希薄燃焼時の排気に含まれ
る窒素酸化物（ＮＯx）を窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸収させるとともに、窒素酸化物
吸蔵還元型触媒の窒素酸化物（ＮＯx）吸収量が飽和する前に、排気中の還元成分（一酸
化炭素ＣＯ、炭化水素ＨＣ）等を増加させる、いわゆるリッチスパイクを行い、窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を放出させ、触媒上で浄化させる必
要がある。

窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）の放出及び浄化を効率的
に行う装置として、特許文献１に記載された内燃機関の排気浄化装置が知られている。

前記内燃機関の排気浄化装置は、吸気ポート噴射式の希薄燃焼内燃機関において、酸素過剰状態の混合気を形成する時と同量の燃料を燃料噴射弁から噴射させると同時に、燃料タンクで発生した蒸発燃料を含むガスを内燃機関の吸気系や窒素酸化物吸蔵還元型触媒上流の排気通路に導入することで、窒素酸化物吸蔵還元型触媒に流入する排気中の炭化水素（ＨＣ）を増加させ、窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）を放
出及び浄化せしめようとするものである。
特開平６−１７３６６０号公報 特開平４−１９４３５４号公報 特開平６−２１２９６１号公報 特開平６−２００７９４号公報

ところで、上記した排気浄化装置では、蒸発燃料の量、濃度、あるいは蒸発燃料の供給開始から蒸発燃料が実際に窒素酸化物吸蔵還元型触媒に到達するまでに要する時間等を考慮していないため、所望量の還元成分を含む排気を窒素酸化物吸蔵還元型触媒に供給することができないばかりか、所望の時期に還元成分を含む排気を窒素酸化物吸蔵還元型触媒に供給することができない。この場合、窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）を十分に放出及び浄化することができず、窒素酸化物吸蔵還元型触媒が飽和
状態となり、窒素酸化物（ＮＯx）が浄化されずに大気中に放出され、排気エミッション
が悪化する虞がある。

また、上記した排気浄化装置を筒内噴射式の希薄燃焼内燃機関に適用した場合、特に成層燃焼時に蒸発燃料が供給されると、燃焼室内を成層化状態にすることができず、燃焼が不安定になる虞や、点火栓近傍の燃料濃度が必要以上に高くなり、点火栓で着火することができずに失火する虞等がある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、希薄燃焼内燃機関において、燃焼状態を不安定にすることなく、燃料タンクで発生した蒸発燃料を利用して窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）を確実に浄化し、排気エミッシ
ョンの悪化防止と蒸発燃料の効率的な処理とを実現する技術を提供することを目的とする。

本発明は、上記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、本発明にかかる希薄燃焼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な希薄燃焼内燃機関と、燃料タンクで発生した蒸発燃料を含む蒸発燃料ガスを前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ供給するガス供給手段と、前記希薄燃焼内燃機関の排気系に設けられ、排気が酸素過剰状態のときは排気中の窒素酸化物を吸蔵し、排気中の酸素濃度が低下したときは吸蔵した窒素酸化物を浄化する窒素酸化物吸蔵還元触媒と、を備えた希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置であり、
前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ供給される蒸発燃料ガスの状態を判別するガス状態判別手段と、
前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を浄化すべき時期に、前記ガス状態判別手段により判別された蒸発燃料ガスの状態に応じて、前記希薄燃焼内燃機関の燃料噴射弁と前記ガス供給手段とを選択的に制御することで前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比を所望の状態とする排気状態制御手段と、を備えることを特徴とする。

このように構成された排気浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を浄化する、いわゆるリッチスパイク制御を行う際に、ガス状態判別手段が蒸発燃料ガスの状態を判別する。

蒸発燃料ガスの状態としては、例えば、蒸発燃料ガス中の燃料濃度、蒸発燃料ガスの流量、蒸発燃料ガスの流速（蒸発燃料ガスが窒素酸化物吸蔵還元型触媒に到達するまでに要する時間）等を例示することができる。

そして、排気状態制御手段は、窒素酸化物吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を浄化すべき時期に、前記ガス状態判別手段により判別された蒸発燃料ガスの状態に応じて、前記希薄燃焼内燃機関の燃料噴射弁と前記ガス供給手段とを選択的に制御するので、希薄燃焼内燃機関での混合気の燃焼が不安定にならずに、窒素酸化物吸蔵還元型触媒に流入する排気が所望の空燃比となり、窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物が確実に浄化される。

尚、ガス状態判別手段は、前記ガス供給手段により前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ供給される蒸発燃料ガス中の燃料濃度を判別する蒸発燃料濃度判別手段、ガス供給手段により前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ供給される蒸発燃料ガスの量を判別するガス供給量判別手段、あるいは、前記ガス供給手段が前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ蒸発燃料ガスの供給を開始した時点から前記蒸発燃料ガスが窒素酸化物吸蔵還元触媒に到達する時点までに要する時間を判別するガス到達時間判別手段等を具備するようにしてもよい。

また、排気状態制御手段は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時間と、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期と、前記ガス供給手段による蒸発燃料ガスの供給量と、前記ガス供給手段による蒸発燃料ガスの供給時期とを選択的に制御するようにしてもよい。

さらに、希薄燃焼内燃機関が気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える筒内噴射式の希薄燃焼内燃機関である場合は、排気状態制御手段は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期が各気筒の圧縮行程時に設定されているときに、前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を浄化する場合は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期を各気筒の吸気行程時に変更、つまり成層燃焼制御から均質燃焼制御へ切り換えるようにしてもよい。

本発明にかかる希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置では、窒素酸化物吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を浄化する、いわゆるリッチスパイク制御を行う際に、蒸発燃料ガスの状態に応じて燃料噴射弁とガス供給手段とを制御するため、希薄燃焼内燃機関での混合気の燃焼を不安定にすることなく、窒素酸化物吸蔵還元型触媒に流入する排気を所望の空燃比にすることができる。

この結果、燃料タンクで発生した蒸発燃料を利用して窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物を確実に浄化し、排気エミッションの悪化防止と蒸発燃料の効率的な処理とを実現することが可能となる。

以下、本発明にかかる希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の構成を示す図であり、同図に示す内燃機関は、複数の気筒を備えるとともに、各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を具備する４サイクルの筒内噴射式内燃機関１である。

前記内燃機関１は、複数の気筒２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とを備える。前記シリンダブロック１ｂの各気筒２には、軸方向へ摺動自在にピストン３が装填され、このピストン３は、機関出力軸であるクランクシャフト４と連結される。そして、前記ピストン３の上方には、前記ピストン３の頂面と前記シリンダヘッド１ａとに囲まれた燃焼室５が形成される。

前記シリンダヘッド１ａには、前記燃焼室５に臨むよう点火栓６が取り付けられ、この点火栓６には、点火栓６に駆動電流を印加するイグナイタ６ａが取り付けられる。さらに、前記シリンダヘッド１ａには、２つの吸気ポート７と２つの排気ポート８の開口端が燃焼室５に臨むよう形成されるとともに、その噴孔が前記燃焼室５に臨むよう燃料噴射弁９が取り付けられる。

続いて、前記シリンダヘッド１ａには、前記吸排気ポート７、８の開口端を開閉する吸気弁７０及び排気弁８０が進退自在に支持されるとともに、これら吸排気弁７０、８０を開閉駆動するインテーク側カムシャフト１１とエキゾースト側カムシャフト１２とが回転自在に支持される。

前記インテーク側カムシャフト１１及びエキゾースト側カムシャフト１２は、図示しないタイミングベルトを介して前記クランクシャフト４と連結され、前記クランクシャフト４の回転力が前記タイミングベルトを介して前記インテーク側カムシャフト１１及び前記エキゾースト側カムシャフト１２へ伝達される。

また、内燃機関１は、前記クランクシャフト４の端部に取り付けられたタイミングロータ１３ａと前記シリンダブロック１ｂに取り付けられた電磁ピックアップ１３ｂとからなるクランクポジションセンサ１３を備える。

さらに、前記シリンダブロック１ｂには、シリンダブロック１ｂ内に形成された冷却水流路１ｃ内を流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ１４が取り付けられる。

次に、２つの吸気ポート７のうちの一方の吸気ポート７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５に臨む開口端へ向かって直線状の流路を有するストレートポートで形成され、他方の吸気ポート７は、シリンダヘッド１ａ外壁の開口端から燃焼室５の開口端へ内に形成された開口部へ向かって旋回する流路を有するヘリカルポートで形成される。

そして、前記各吸気ポート７は、前記シリンダヘッド１ａに取り付けられる吸気枝管１６と連通する。その際、ストレートポートと連通する吸気枝管１６には、吸気枝管１６の流路を開閉するスワールコントロールバルブ１０が設けられ、このスワールコントロールバルブ１０には、ステップモータ等からなり、印加電流に応じて前記スワールコントロールバルブ１０を開閉駆動するアクチュエータ１０ａが取り付けられる。

前記吸気枝管１６は、サージタンク１７に接続され、このサージタンク１７は、吸気管１８を介してエアクリーナボックス１９と接続される。前記吸気管１８には、前記吸気管１８内の吸気通路を開閉するスロットル弁２０が設けられる。このスロットル弁２０は、ステップモータ等からなるアクチュエータ２１により開閉駆動される。そして、前記スロットル弁２０には、スロットル弁２０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２０ａが取り付けられる。

続いて、前記スロットル弁２０より上流の吸気管１８には、吸気管１８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２２が取り付けられる。

前記サージタンク１７には、サージタンク１７内の圧力に対応した電気信号を出力するバキュームセンサ１７ａが取り付けられるとともに、パージ通路３０が接続される。前記パージ通路３０は、チャコールキャニスタ３１に接続される。前記パージ通路３０の途中には、デューティ制御される電磁弁３４が取り付けられ、パージ通路３０内の流量が調節される。

続いて、前記チャコールキャニスタ３１には、蒸発燃料通路３２と大気導入通路３５が接続される。前記蒸発燃料通路３２は、燃料タンク３３と接続され、前記大気導入通路３５は、大気中に開口端が配置される。

ここで、前記燃料タンク３３で発生する蒸発燃料は、蒸発燃料通路３２を経てチャコールキャニスタ３１に導入され、チャコールキャニスタ３１に内装される活性炭に吸着される。そして、電磁弁３４が開弁され、前記パージ通路３０が導通状態になると、前記サージタンク１７内で発生した吸気管負圧が前記パージ通路３０を介して前記チャコールキャニスタ３１に導入される。

この場合、前記チャコールキャニスタ３１には、大気導入通路３５を介して大気が導入され、この大気は、活性炭に吸着された蒸発燃料とともに（以下、蒸発燃料を含む大気を蒸発燃料ガスと称する）パージ通路３０へ吸い込まれ、次いでサージタンク１７へと導入される、いわゆる蒸発燃料ガスのパージが実現される。このようにパージ通路３０、電磁弁３４、チャコールキャニスタ３１は、本発明にかかるガス供給手段を実現する。

そして、サージタンク１７へパージされた蒸発燃料ガスは、内燃機関１の吸気弁７０が開弁した際に、前記エアクリーナ１９及び前記吸気管１８を経てサージタンク１７に導入された新気と混合されて各気筒２内へ吸入され、燃料噴射弁９から噴射される燃料とともに燃焼される。

一方、前記排気ポート８は、前記シリンダヘッド１ａに取り付けられる排気枝管２５と連通し、この排気枝管２５は、第１の触媒２６を介して排気管２７に接続される。次いで、前記排気管２７は、下流にて図示しないマフラと接続される。

前記第１の触媒２６より上流の排気枝管２５には、排気枝管２５内を流れる排気ガス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２９ａが取り付けられる。

前記排気管２７の途中には、第２の触媒２８が設けられ、この第２の触媒２８より下流の排気管２７には、前記第２の触媒２８から流出した排気ガス中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２９ｂが取り付けられる。

ここで、前記第１の触媒２６は、前記第２の触媒２８より容量の小さい三元触媒からなり、前記第２の触媒２８は、例えば、アルミナを担体とし、この担体上にカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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一つと、白金Ｐｔ等の貴金属とを担持して構成される、窒素酸化物吸蔵還元型触媒である（以下、ＮＯx吸蔵触媒２８と称する）。

前記ＮＯx吸蔵触媒２８に流入する排気中の空気（酸素Ｏ_２）と燃料（炭化水素ＨＣ）
との比を排気空燃比と称すると、この排気空燃比は、ＮＯx吸蔵触媒２８上流の排気管２
７内に燃料や空気が供給されなければ、前記燃焼室５に供給される混合気の空燃比に対応する。

そして、前記ＮＯx吸蔵触媒２８は、排気空燃比（混合気の空燃比）が酸素過剰状態、
いわゆるリーン状態のときは、排気中の窒素酸化物ＮＯxを吸収し、排気中（混合気中）
の酸素濃度が低下して炭化水素（ＨＣ）の濃度が高い状態、いわゆるリッチ状態のときは、吸収していた窒素酸化物ＮＯxを放出する。

具体的には、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａが担持されたＮＯx吸蔵触媒の場合は
、排気空燃比がリーン状態になると、排気中の酸素Ｏ_２がＯ^２−あるいはＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面上に付着する。一方、排気中の窒素酸化物ＮＯxは、白金Ｐｔの表面上でＯ
^２−あるいはＯ^２−と反応してＮＯ_２となる（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）。このように生成されたＮＯ_２及び排気中のＮＯ_２は、白金Ｐｔ上で酸化されつつ、酸化バリウムＢａＯと結合し、硝酸イオンＮＯ_３ ⁻となる。

続いて、ＮＯx吸蔵触媒に流入する排気中の酸素濃度が低下すると、ＮＯx吸蔵触媒では、ＮＯ_２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ_３→ＮＯ_２）に進むようになり、吸収されていた硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形で放出される。このようにして放出されたＮＯ_２は、排気中の還元成分（ＨＣ、ＣＯ、Ｏ_２）とＮＯx吸蔵触媒２８上で反応して窒素Ｎ
_２に還元せしめられる。

また、前記クランクポジションセンサ１３、前記水温センサ１４、前記バキュームセンサ１７ａ、前記スロットルポジションセンサ２０ａ、前記エアフローメータ２２、前記第１及び第２空燃比センサ２９ａ、２９ｂ等の各種センサは、電気配線を介してエンジンコントロール用の電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）３６に接続され
、各種センサの出力信号が前記ＥＣＵ３６に入力される。

前記ＥＣＵ３６には、前記イグナイタ６ａ、前記燃料噴射弁９、前記アクチュエータ１０ａ、前記アクチュエータ２１、前記電磁弁３４等が電気配線を介して接続される。

そして、前記ＥＣＵ３６は、前記各種センサからの出力信号をパラメータとして内燃機関１の運転状態、チャコールキャニスタ３１の蒸発燃料吸蔵状態、ＮＯx吸蔵触媒２８の
窒素酸化物ＮＯx吸蔵量等を判定し、それらの判定結果に応じて、イグナイタ６ａ、燃料
噴射弁９、アクチュエータ１０ａ、アクチュエータ２１、電磁弁３４等の各種制御を行う。

ここで、ＥＣＵ３６は、図２に示すように、双方向性バス３７により相互に接続された、ＣＰＵ３８とＲＯＭ３９とＲＡＭ４０とバックアップＲＡＭ４１と入力ポート４２と出力ポート４３とを備えるとともに、前記入力ポート４２に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４４を備える。

前記入力ポート４２は、クランクポジションセンサ１３とスロットルポジションセンサ２０ａとからの信号を入力し、これらの信号をＣＰＵ３８あるいはＲＡＭ４０へ送信する。さらに、前記入力ポート４２は、水温センサ１４とバキュームセンサ１７ａとエアフローメータ２２と第１及び第２空燃比センサ２９ａ、２９ｂとからの信号をＡ／Ｄコンバータ４４を介して入力し、これらの信号をＣＰＵ３８あるいはＲＡＭ４０へ送信する。

前記出力ポート４３は、前記ＣＰＵ３８からの制御信号をイグナイタ６ａ、燃料噴射弁９、アクチュエータ１０ａ、アクチュエータ２１、電磁弁３４等へ出力する。

前記ＲＯＭ３９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、あるいはＮＯx吸蔵触媒２８に吸蔵された窒素酸化物ＮＯxを放出すると同時に浄化するための窒素酸化物浄化制御ルーチン等のアプリケーションプログラムと、各種の制御マップとを記憶する。

前記制御マップは、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、蒸発燃料ガスのパージ開始から前記蒸発燃料ガスがＮＯx吸蔵触媒２８に到達するまでに要する時
間（パージガス到達時間）と機関回転数との関係を示すパージガス到達時間制御マップ、ＮＯx吸蔵触媒２８に吸蔵された窒素酸化物ＮＯxを浄化すべき時期に増量すべき燃料噴射量と燃料噴射時期の補正量との関係を示す燃料噴射時期補正マップ等である。

続いて、前記ＲＡＭ４０は、各センサからの出力信号やＣＰＵ３８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１３の出力信号より算出される機関回転数、チャコールキャニスタ３１からサージタンク１７へパージ可能な単位時間当たりの蒸発燃料量（パージベーパ量ＱＶ）、窒素酸化物ＮＯxを放出及び浄化する際に
増加すべき燃料噴射量（燃料噴射増量ＱＦ）等である。そして、各センサからの出力信号やＣＰＵ３８の演算結果等は、クランクポジションセンサ１３が信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。

前記バックアップＲＡＭ４１は、内燃機関１停止後もデータを保持する不揮発性のメモリである。次に、前記ＣＰＵ３８は、前記ＲＯＭ３９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、各センサの出力信号より内燃機関１の運転状態を判定し、その運転状態と各制御マップとから燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、燃料噴射増量、燃料噴射時期補正量等を算出する。そして、ＣＰＵ３８は、算出結果に基づいてイグナイタ６ａ、燃料噴射弁９、アクチュエータ１０ａ、アクチュエータ２１等を制御する。

例えば、ＣＰＵ３８は、各種センサの出力信号から内燃機関１の運転状態を判別する。そして、機関運転状態が低負荷運転領域にあると判定した場合は、ＣＰＵ３８は、成層燃焼を実現するために、アクチュエータ１０ａを制御してスワールコントロールバルブ１０の開度を小さくし、アクチュエータ２１を駆動してスロットル弁２０を実質的に全開時と同様の吸気流量となる開度に制御し、さらに各気筒２の圧縮行程時に燃料噴射弁９に駆動電流を印加して圧縮行程噴射を行う。この場合、各気筒２の燃焼室５内には、点火栓６の近傍のみに可燃混合気層が形成されるとともに、その他の領域に空気層が形成され、成層燃焼が実現される。

また、ＣＰＵ３８は、機関運転状態が中負荷運転領域にあると判定した場合は、リーン混合気による均質燃焼を実現すべく、アクチュエータ１０ａを制御してスワールコントロールバルブ１０の開度を小さくし、さらに各気筒２の吸気行程時に燃料噴射弁９に駆動電
流を印加して吸気行程噴射を行う。この場合、各気筒２の燃焼室５内の略全域にわたって、空気と燃料とが均質に混じり合ったリーン混合気が形成され、均質燃焼が実現される。

また、ＣＰＵ３８は、機関運転状態が高負荷領域にあると判定した場合は、理論空燃比近傍の混合気による均質燃焼を実現すべく、アクチュエータ１０ａを制御してスワールコントロールバルブ１０を全開状態とし、スロットル弁２０が図示しないアクセルペダルの踏み込み量に対応した開度となるようアクチュエータ２１を制御し、さらに各気筒２の吸気行程時に燃料噴射弁９に駆動電流を印加して吸気行程噴射を行う。この場合、各気筒２の燃焼室５内の略全域にわたって、空気と燃料とが均質に混じり合った理論空燃比の混合気が形成され、均質燃焼が実現される。

さらに、ＣＰＵ３８は、成層燃焼制御から均質燃焼制御へ移行する際、あるいは均質燃焼制御から成層燃焼制御へ移行する際に、トルク変動を防止すべく、各気筒２の圧縮行程時と吸気行程時の二回に分けて燃料噴射弁９に駆動電流を印加する。この場合、各気筒２の燃焼室５内には、点火栓６の近傍に可燃混合気層が形成されるとともに、その他の領域にリーン混合気層が形成され、いわゆる弱成層燃焼が実現される。

次に、ＣＰＵ３８は、ＮＯx吸蔵触媒２８に吸蔵された窒素酸化物ＮＯx量に対応した値を計数するリッチスパイク実行カウンタを備える。このリッチスパイク実行カウンタは、内燃機関１の負荷、機関回転数、燃料噴射量等に応じてインクリメントされるカウンタであり、レジスタ等から構成される。このリッチスパイク実行カウンタは、リッチスパイク制御の実行終了時にリセットされる。

さらに、ＮＯx吸蔵触媒２８の窒素酸化物ＮＯx吸蔵量が飽和状態に達したときのリッチスパイク実行カウンタの値を予め実験等で求めておき、そのカウンタ値からマージンとしての所定量を減算した値Ａを前記リッチスパイク実行カウンタの上限値として設定する。

ＣＰＵ３８は、前記リッチスパイク実行カウンタの値が上限値Ａに達したとき、排気の空燃比を所望の状態とすべくリッチスパイクを実行する。具体的には、ＣＰＵ３８は、蒸発燃料ガスのパージ及び燃料噴射量の増量補正によりリッチスパイクを実現する。

ところで、蒸発燃料ガスのパージを開始してから蒸発燃料ガスがＮＯx吸蔵触媒２８に
到達するまでには時間がかかるため、リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が所定値Ａに達した時点で蒸発燃料のパージ制御及び燃料噴射量の増量制御を開始すると、燃料噴射弁９から噴射された燃料がＮＯx吸蔵触媒２８に到達する時間とパージされた蒸発燃料
ガスがＮＯx吸蔵触媒２８に到達する時間との間にずれが生じ、所望量の還元成分（ＨＣ
，ＣＯ）を含む排気を所望の時期にＮＯx吸蔵触媒２８に供給することができない。

そこで、本実施の形態では、ＣＰＵ３８は、リッチスパイク実行カウンタの値が上限値Ａからパージガス到達時間△ｔに対応した値△Ａを減算した値（Ａ−△Ａ）に達した時点で蒸発燃料ガスのパージを開始し、リッチスパイク実行カウンタの値が上限値Ａに達した時点で燃料噴射量の増量制御を行うようにした。この場合、噴射燃料の増量分と蒸発燃料ガスとが略同時にＮＯx吸蔵触媒２８に流入することになる。

尚、パージガス到達時間△ｔは、内燃機関１の吸入空気の流速が速くなるほど短くなり、吸入空気の流速は、機関回転数が高くなる程速くなるため、ＣＰＵ３８は、内燃機関１の機関回転数Ｎを算出し、図３に示すようなパージガス到達時間制御マップより、前記機関回転数Ｎに対応したパージガス到達時間△ｔを算出する。前記△Ａは、予め実験等で求められた値であり、例えば、機関回転数やパージガス到達時間等をパラメータとして決定される。

また、ＮＯx吸蔵触媒２８に吸蔵された窒素酸化物ＮＯxを放出及び浄化するために必要な増加燃料量（リッチスパイク燃料量ＱＲＳ）は、蒸発燃料ガスのパージと燃料噴射の増量とで補われるが、その際、蒸発燃料ガスのパージを主とし、蒸発燃料ガスのパージで不足する燃料量を燃料噴射増量で補うものとする。

この場合、増量すべき燃料噴射量は、パージされる蒸発燃料ガスの状態、チャコールキャニスタ３１からサージタンク１７へ供給可能な燃料量（単位時間当たりの蒸発燃料量（パージベーパ量）ＱＶ・電磁弁３４を全開可能な最大時間（最大開弁時間）Ｔmax）に応
じて変化するため、ベーパ量ＱＶを特定した上で燃料噴射量の増量分を決定する必要がある。

前記パージベーパ量ＱＶは、パージされる蒸発燃料ガス中の燃料濃度ＣＰと、単位時間当たりの蒸発燃料ガス流量（パージガス流量ＱＰ）とを乗算して得られる値である。そして、パージガス流量ＱＰは、サージタンク１７に発生する吸気管負圧と大気圧との差圧△Ｐに応じて変化するが、本実施の形態で例示するような筒内噴射式の内燃機関１において希薄燃焼制御（成層燃焼制御）が実行されている場合は、極低負荷時を除いてスロットル弁２０が実質的に全開状態と同様の吸気流量となるよう制御されるので、吸気管負圧が略一定となり、その結果、前記差圧△Ｐも一定となり、パージガス流量ＱＰは一定となる。

前記燃料濃度ＣＰを特定する方法としては、通常のパージ制御を行う際に、パージ実行直前の第１空燃比センサ２９ａの出力信号値とパージ実行時の第１空燃比センサ２９ａの出力信号値との差分から蒸発燃料ガスの燃料濃度を算出し、算出した燃料濃度を学習値として利用する方法、あるいは、パージ通路３０やチャコールキャニスタ３１に取り付けられるＨＣセンサ等で直接検出する方法を例示することができる。

そして、ＣＰＵ３８は、算出された燃料濃度ＣＰとパージガス流量ＱＰとを乗算してパージベーパ量ＱＶを算出し、次いでパージベーパ量ＱＶと電磁弁最大開弁時間Ｔmaxとを
乗算して、チャコールキャニスタ３１からサージタンク１７へ供給可能な燃料量（パージ燃料量ＱＶ・Ｔmax）を算出する。続いて、ＣＰＵ３８は、算出したパージ燃料量ＱＶ・
Ｔmaxとリッチスパイク燃料量ＱＲＳとを比較する。前記パージ燃料量ＱＶ・Ｔmaxがリッチスパイク燃料量ＱＲＳより大きい場合は、ＣＰＵ３８は、リッチスパイク燃料量ＱＲＳをパージベーパ量ＱＶで除算して、電磁弁３４の開弁時間Ｔを算出するとともに、燃料噴射増量ＱＦを零に設定する。

この場合、ＣＰＵ３８は、前記開弁時間Ｔに従って電磁弁３４を制御することによりリッチスパイクを実現する。一方、前記パージ燃料量ＱＶ・Ｔmaxがリッチスパイク燃料量
ＱＲＳ以下である場合は、ＣＰＵ３８は、電磁弁３４の開弁時間を電磁弁最大開弁時間Ｔmaxに設定するとともに、リッチスパイク燃料量ＱＲＳからパージ燃料量ＱＶ・Ｔmaxを減算して得られた値（ＱＲＳ−ＱＶ・Ｔmax）を燃料噴射増量ＱＦとして設定する。

この場合、燃料噴射弁９から噴射すべき燃料の総量（総燃料噴射量Ｑtotal）は、燃料
噴射量制御マップより算出される燃料噴射量Ｑと燃料噴射増量ＱＦとを加算した値（Ｑ＋ＱＦ）となるため、この総燃料噴射量Ｑtotalを実現するためには、燃料噴射時期制御マ
ップより算出された燃料噴射時期ＩＴより早い時期に燃料噴射を開始して、燃料噴射時間を長くしてやる必要がある。

その際、ＣＰＵ３８は、図４に示すような燃料噴射時期補正マップより、前記燃料噴射増量ＱＦに対応した燃料噴射時期補正進角量△ＩＴを算出し、前記燃料噴射時期ＩＴと前記燃料噴射時期補正進角量△ＩＴとを加算して、リッチスパイク実行時の燃料噴射時期Ｉ
Ｔtotalを算出する。そして、ＣＰＵ３８は、前記燃料噴射時期ＩＴtotalに従って燃料噴射弁９を制御することによりリッチスパイクを実現する。

上記したような制御によりリッチスパイクを実現する際、特に成層燃焼等のリーン運転時にリッチスパイクを実行する際は、蒸発燃料ガスのパージ及び燃料噴射増量により燃焼室内の空燃比が急激にリッチ状態に変化し、リッチ失火が発生する虞があるため、ＣＰＵ３８は、パージされた蒸発燃料ガス中の燃料量と噴射燃料量とを合わせた総燃料量の変化速度がリッチ失火を誘発しない変化速度となるよう、蒸発燃料ガスのパージによる燃料量変化速度と燃料噴射増量による燃料量変化速度とを調整するものとする。

尚、ＣＰＵ３８は、燃料噴射増量によるリッチスパイク制御を実行する際、各気筒２内の燃焼を安定させることを目的として、成層燃焼制御を禁止し、均質燃焼制御を行うようにしてもよい。

このように、ＣＰＵ３８は、ＲＯＭ３９のアプリケーションプログラムを実行することにより、本発明にかかるガス状態判別手段及び排気状態制御手段を実現する。

以下、本実施の形態にかかる作用及び効果について説明する。ＣＰＵ３８は、内燃機関１の成層燃焼制御実行時において、所定時間毎（クランクポジションセンサ１３が信号を出力する毎）に、図５に示すような窒素酸化物浄化制御ルーチンを実行する。この窒素酸化物浄化制御ルーチンにおいて、ＣＰＵ３８は、先ず、Ｓ５０１において、ＲＡＭ４０へアクセスし、機関回転数Ｎを読み出す。続いて、ＣＰＵ３８は、ＲＯＭ３９のパージガス到達時間制御マップへアクセスし、前記機関回転数Ｎに対応するパージガス到達時間△ｔを算出し、このパージガス到達時間△ｔに対応する値△Ａを算出する。

次に、ＣＰＵ３８は、Ｓ５０２へ進み、リッチスパイク実行カウンタの上限値Ａから前記Ｓ５０１で算出された値△Ａを減算する。そして、ＣＰＵ３８は、リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記減算処理により得られた値（Ａ−△Ａ）以上であるか否かを判別する。

前記Ｓ５０２においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記減算結果（Ａ−△Ａ）未満であると判定した場合は、ＣＰＵ３８は、本ルーチンの実行を一旦終了する。

一方、前記Ｓ５０２においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記減算結果（Ａ−△Ａ）以上であると判定した場合は、ＣＰＵ３８は、Ｓ５０３へ進み、前記リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記上限値Ａ以上であるか否か、つまりＮＯx吸蔵
触媒２８の窒素酸化物ＮＯx吸蔵量が飽和状態にあるか否かを判別する。

前記Ｓ５０３において前記リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記上限値Ａ未満であると判定した場合は、ＣＰＵ３８は、Ｓ５０７へ進み、リッチスパイク制御の実行が仮許可の状態にあるか否かを判別する。ここでいうリッチスパイク制御実行の仮許可状態とは、燃料噴射増量によるリッチスパイク制御の実行前であり、蒸発燃料ガスのパージによるリッチスパイク制御が実行中である状態をいう。

尚、蒸発燃料ガスのパージによるリッチスパイク制御実行開始時に“１”がセットされ、蒸発燃料ガスのパージによるリッチスパイク制御実行終了時に“０”にリセットされるリッチスパイク制御実行仮許可フラグ領域をＲＡＭ４０に設定しておき、ＣＰＵ３８は、前記リッチスパイク制御実行仮許可フラグ領域に“１”が記憶されているか、あるいは“０”が記憶されているかを判定することにより、リッチスパイク制御の実行が仮許可の状態にあるか否かを判別するようにしてもよい。

前記Ｓ５０７においてリッチスパイク制御の実行が仮許可の状態にないと判定した場合は、ＣＰＵ３８は、Ｓ５０８へ進み、ＲＡＭ４０のリッチスパイク制御実行仮許可フラグ領域に“１”をセットする。

次に、ＣＰＵ３８は、Ｓ５０９へ進み、ＮＯx吸蔵触媒２８に吸蔵された窒素酸化物Ｎ
Ｏxを放出及び浄化するのに必要な増加燃料量（リッチスパイク燃料量ＱＲＳ）を決定す
る。その際、ＣＰＵ３８は、リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が上限値Ａに達していると想定して、リッチスパイク燃料量ＱＲＳを決定する。

そして、ＣＰＵ３８は、Ｓ５１０へ進み、単位時間当たりのパージガス流量ＱＰと燃料濃度ＣＰとを乗算して、単位時間当たりにパージされる燃料量（パージベーパ量ＱＶ）を算出する。続いて、ＣＰＵ３８は、前記パージベーパ量ＱＶに電磁弁最大開弁時間Ｔmax
を乗算してパージ燃料量ＱＶ・Ｔmaxを算出し、このパージ燃料量ＱＶ・Ｔmaxと前記Ｓ５０９で算出されたリッチスパイク燃料量ＱＲＳとに基づいて、電磁弁３４の開弁時間Ｔと燃料噴射増量ＱＦとを決定する。その際、ＣＰＵ３８は、パージ燃料量ＱＶ・Ｔmaxとリ
ッチスパイク燃料量ＱＲＳとを比較し、パージ燃料量ＱＶ・Ｔmaxがリッチスパイク燃料
量ＱＲＳより大きい場合は、リッチスパイク燃料量ＱＲＳをパージベーパ量ＱＶで除算して電磁弁開弁時間Ｔを算出するとともに、燃料噴射増量ＱＦを零とする。

一方、パージ燃料量ＱＶ・Ｔmaxがリッチスパイク燃料量ＱＲＳ以下である場合は、Ｃ
ＰＵ３８は、電磁弁開弁時間Ｔを電磁弁最大開弁時間Ｔmaxにするとともに、リッチスパ
イク燃料量ＱＲＳからパージ燃料量ＱＶ・Ｔmaxを減算して得られた値（ＱＲＳ−ＱＶ・
Ｔmax）を燃料噴射増量ＱＦとする。

ＣＰＵ３８は、上記したように算出した電磁弁開弁時間Ｔと燃料噴射増量ＱＦとをＲＡＭ４０の所定領域に記憶させた後、Ｓ５１１へ進む。Ｓ５１１では、ＣＰＵ３８は、蒸発燃料ガスのパージによるリッチスパイクを実行すべく、電磁弁３４を全開状態とし、本ルーチンの実行を一旦終了する。

その後、ＣＰＵ３８が本ルーチンを再度実行し、Ｓ５０２、Ｓ５０３においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が（Ａ−△Ａ）以上であり、且つＡ未満であると判定すると、Ｓ５０７においてリッチスパイク制御の実行が仮許可状態にあると判定することになり、本ルーチンの実行を一旦終了することになる。

このように本ルーチンを繰り返し実行し、Ｓ５０３においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が上限値Ａ以上であると判定すると、ＣＰＵ３８は、Ｓ５０４へ進む。

前記Ｓ５０４では、ＣＰＵ３８は、ＲＡＭ４０に設定されるリッチスパイク制御実行許可フラグ領域に“１”を書き込む。前記リッチスパイク制御実行許可フラグ領域には、燃料噴射増量によるリッチスパイク制御実行開始時に“１”がセットされ、燃料噴射増量によるリッチスパイク制御実行終了時に“０”にリセットされるものとする。

続いて、ＣＰＵ３８は、Ｓ５０５へ進み、燃料噴射量制御ルーチンにより決定された燃料噴射量Ｑと、燃料噴射時期制御ルーチンにより決定された燃料噴射時期ＩＴと、前記Ｓ５１０で決定された燃料噴射増量ＱＦと、燃料噴射時期補正マップとに従って、総燃料噴射量Ｑtotalと燃料噴射時期ＩＴtotalとを算出する。

そして、ＣＰＵ３８は、Ｓ５０６へ進み、燃料噴射増量によるリッチスパイクを実行すべく、成層燃焼制御から均質燃焼制御へ切り換えるとともに、前記Ｓ５０５で算出した総
燃料噴射量Ｑtotalと燃料噴射時期ＩＴtotalとに従って燃料噴射弁９を制御する。

以上述べた実施の形態によれば、燃料噴射増量分と蒸発燃料ガスとが略同時期にＮＯx
吸蔵触媒２８に到達するようリッチスパイク制御を行うため、前記蒸発燃料ガスは、増量噴射された燃料と同時期に燃焼室５内に位置することとなる。つまり、蒸発燃料ガスは、内燃機関１が成層燃焼状態から均質燃焼状態へ移行した後に燃焼室５内に導入されることになるので、成層燃焼を妨げることがなく、内燃機関１の燃焼を安定させることができる。

さらに、蒸発燃料ガスの状態に応じて燃料噴射増量を行うため、必要最小限の燃料噴射増量でＮＯx吸蔵触媒２８に吸蔵された窒素酸化物ＮＯxを放出及び浄化させることができ、混合気が過剰なリッチ状態になることがない。この結果、混合気の燃焼が安定するとともに、リッチスパイク制御による燃料消費量の増加が抑制される。

また、キャニスタに吸着された蒸発燃料をリッチスパイクに利用するため、蒸発燃料をパージする機会が増加し、キャニスタの再生を確実に行うことができる。

〈他の実施の形態〉
以下、本発明にかかる排気浄化装置の他の実施の形態について図６に基づいて説明する。図６は、本実施の形態にかかる窒素酸化物浄化制御ルーチンを示すフローチャート図である。

前述の実施の形態に示した窒素酸化物浄化制御ルーチンではリッチスパイク制御の実行が仮許可された時点でリッチスパイク燃料量ＱＲＳ、電磁弁３４の開弁時間Ｔ、燃料噴射増量ＱＦを決定しているのに対し、図６に示す窒素酸化物浄化制御ルーチンでは、リッチスパイク制御の実行が仮許可される前にリッチスパイク燃料量ＱＲＳ、電磁弁３４の開弁時間Ｔ、燃料噴射増量ＱＦを決定するようにした。

すなわち、ＣＰＵ３８は、Ｓ６０１において、ＲＡＭ４０へアクセスし、機関回転数Ｎを読み出す。続いて、ＣＰＵ３８は、ＲＯＭ３９のパージガス到達時間制御マップへアクセスし、前記機関回転数Ｎに対応するパージガス到達時間△ｔを算出し、このパージガス到達時間△ｔに対応する値△Ａを算出する。

続いて、ＣＰＵ３８は、Ｓ６０２へ進み、ＮＯx吸蔵触媒２８に吸蔵された窒素酸化物
ＮＯxを放出及び浄化するのに必要な増加燃料量（リッチスパイク燃料量ＱＲＳ）を決定
する。その際、ＣＰＵ３８は、リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が上限値Ａに達していると想定して、リッチスパイク燃料量ＱＲＳを決定する。

そして、ＣＰＵ３８は、Ｓ６０３へ進み、単位時間当たりのパージガス流量ＱＰと燃料濃度ＣＰとを検出し、これらパージガス流量ＱＰと燃料濃度ＣＰとを乗算して単位時間当たりにパージされる燃料量（パージベーパ量ＱＶ）を算出する。次いで、ＣＰＵ３８は、前記パージベーパ量ＱＶに電磁弁最大開弁時間Ｔmaxを乗算してパージ燃料量ＱＶ・Ｔmaxを算出し、このパージ燃料量ＱＶ・Ｔmaxと前記Ｓ５０９で算出されたリッチスパイク燃
料量ＱＲＳとに基づいて、電磁弁３４の開弁時間Ｔと燃料噴射増量ＱＦとを決定する。

その際、ＣＰＵ３８は、パージ燃料量ＱＶ・Ｔmaxとリッチスパイク燃料量ＱＲＳとを
比較し、パージ燃料量ＱＶ・Ｔmaxがリッチスパイク燃料量ＱＲＳより大きい場合は、リ
ッチスパイク燃料量ＱＲＳをパージベーパ量ＱＶで除算して電磁弁開弁時間Ｔを算出するとともに、燃料噴射増量ＱＦを零とする。

一方、パージ燃料量ＱＶ・Ｔmaxがリッチスパイク燃料量ＱＲＳ以下である場合は、Ｃ
ＰＵ３８は、電磁弁開弁時間Ｔを電磁弁最大開弁時間Ｔmaxにするとともに、リッチスパ
イク燃料量ＱＲＳからパージ燃料量ＱＶ・Ｔmaxを減算して得られた値（ＱＲＳ−ＱＶ・
Ｔmax）を燃料噴射増量ＱＦとする。

そして、ＣＰＵ３８は、上記したように算出した電磁弁開弁時間Ｔと燃料噴射増量ＱＦとをＲＡＭ４０の所定領域に記憶させる。次に、ＣＰＵ３８は、Ｓ６０４へ進み、リッチスパイク実行カウンタの上限値Ａから前記Ｓ６０１で算出された値△Ａを減算する。そして、ＣＰＵ３８は、リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記減算処理により得られた値（Ａ−△Ａ）以上であるか否かを判別する。

前記Ｓ６０４においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記減算結果（Ａ−△Ａ）未満であると判定した場合は、ＣＰＵ３８は、本ルーチンの実行を一旦終了する。

一方、前記Ｓ６０４においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記減算結果（Ａ−△Ａ）以上であると判定した場合は、ＣＰＵ３８は、Ｓ６０５へ進み、前記リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記上限値Ａ以上であるか否か、つまりＮＯx吸蔵
触媒２８の窒素酸化物ＮＯx吸蔵量が飽和状態にあるか否かを判別する。

前記Ｓ６０５において前記リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記上限値Ａ未満であると判定した場合は、ＣＰＵ３８は、Ｓ６０９へ進み、ＲＡＭ４０のリッチスパイク制御実行仮許可フラグ領域にアクセスし、“１”が記憶されているかもしくは“０”が記憶されているかを判定する。

前記Ｓ６０９においてリッチスパイク制御実行仮許可フラグ領域に“０”が記憶されており、リッチスパイク制御の実行が仮許可状態にないと判定した場合は、ＣＰＵ３８は、Ｓ６１０へ進み、前記リッチスパイク制御実行仮許可フラグ領域に“１”をセットする。

続いて、ＣＰＵ３８は、Ｓ６１１へ進み、ＲＡＭ４０の所定領域へアクセスし、前記Ｓ６０３で算出された電磁弁開弁時間Ｔを読み出す。そして、ＣＰＵ３８は、蒸発燃料ガスのパージによるリッチスパイクを実行すべく、電磁弁３４が前記電磁弁開弁時間Ｔ継続して全開状態となるよう制御を行い、本ルーチンの実行を一旦終了する。

その後、ＣＰＵ３８が本ルーチンを再度実行し、Ｓ６０４、Ｓ６０５においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が（Ａ−△Ａ）以上であり、且つＡ未満であると判定すると、Ｓ６０９においてリッチスパイク制御の実行が仮許可状態にあると判定することになり、本ルーチンの実行を一旦終了することになる。

このように本ルーチンを繰り返し実行し、Ｓ６０５においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が上限値Ａ以上であると判定すると、ＣＰＵ３８は、Ｓ６０６へ進む。

前記Ｓ６０６では、ＣＰＵ３８は、ＲＡＭ４０のリッチスパイク制御実行許可フラグ領域に“１”をセットし、Ｓ６０７へ進む。Ｓ６０７では、ＣＰＵ３８は、燃料噴射量制御ルーチンにより決定された燃料噴射量Ｑと、燃料噴射時期制御ルーチンにより決定された燃料噴射時期ＩＴと、前記Ｓ６０３で決定された燃料噴射増量ＱＦと、燃料噴射時期補正マップとに従って、総燃料噴射量Ｑtotalと燃料噴射時期ＩＴtotalとを算出する。

そして、ＣＰＵ３８は、Ｓ６０８へ進み、燃料噴射増量によるリッチスパイクを実行すべく、成層燃焼制御から均質燃焼制御へ切り換えるとともに、前記Ｓ６０７で算出した総燃料噴射量Ｑtotalと燃料噴射時期ＩＴtotalとに従って燃料噴射弁９を制御する。

以上述べた実施の形態によれば、前述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。尚、前述した２つの実施の形態では、燃料噴射弁と電磁弁とを選択的に制御する方法として、噴射燃料の増量分と蒸発燃料ガスとが略同時にＮＯx吸蔵触媒に流入するよう制御す
る例について述べたが、図７、８に示すように、リッチスパイクの前半に蒸発燃料ガスのパージによる排気空燃比のリッチ化を行い、後半に蒸発燃料ガスのパージのみで不足する燃料量を燃料噴射弁からの噴射増量で補うようにしてもよい。この場合、リッチスパイクにかかる燃料噴射量を減少させることが可能になるとともにキャニスタの再生を確実に行うことができる。

また、図９に示すように、リッチスパイクの前半に燃料噴射増量による排気空燃比のリッチ化を行い、後半に蒸発燃料ガスのパージによる排気空燃比のリッチ化を行うようにしてもよい。

さらに、図１０に示すように、リッチスパイクの前半に燃料噴射増量のみで排気空燃比のリッチ化を行い、燃焼室内の空燃比を燃焼が安定する空燃比（例えば、理論空燃比）とした後で、燃料噴射増量と蒸発燃料ガスのパージとを並行して行うようにしてもよい。この場合、理論空燃比近傍の混合気を燃焼させることにより、混合気（あるいは排気）の空燃比を所望の空燃比とすべく空燃比センサの出力信号に基づいて燃料噴射量や蒸発燃料ガスのパージをフィードバック制御し易く、蒸発燃料ガスのパージによるリッチ失火等を防止することができ、燃焼を不安定にすることなくリッチスパイクを実現することが可能となる。

燃料噴射弁と電磁弁とを選択的に制御する方法は、上記した例に限られるものではなく、内燃機関の運転状態や蒸発燃料ガスの状態等に応じて最適な方法を選択することが好ましい。

本発明にかかる排気浄化装置を適用する内燃機関の概略構成図 ＥＣＵの内部構成を示す図 パージガス到達時間制御マップの具体例を示す図 燃料噴射時期補正マップの具体例を示す図 窒素酸化物浄化制御ルーチンを示すフローチャート図 他の実施の形態にかかる窒素酸化物浄化制御ルーチンを示すフローチャート図 他の実施の形態に係るリッチスパイクの方法を説明する図（１） 他の実施の形態に係るリッチスパイクの方法を説明する図（２） 他の実施の形態に係るリッチスパイクの方法を説明する図（３） 他の実施の形態に係るリッチスパイクの方法を説明する図（４）

符号の説明

１・・・・内燃機関
５・・・・燃焼室
６・・・・点火栓
９・・・・燃料噴射弁
１６・・・吸気枝管
１７・・・サージタンク
１８・・・吸気管
１９・・・エアクリーナボックス
２０・・・スロットル弁
２０ａ・・スロットルポジションセンサ
２１・・・アクチュエータ
２２・・・エアフローメータ
２５・・・排気枝管
２６・・・第１の触媒
２７・・・排気管
２８・・・ＮＯx吸蔵触媒
２９ａ・・第１空燃比センサ
２９ｂ・・第２空燃比センサ
３０・・・パージ通路
３１・・・チャコールキャニスタ
３２・・・蒸発燃料通路
３３・・・燃料タンク
３４・・・電磁弁
３５・・・大気導入通路
３６・・・ＥＣＵ

Claims (9)

1. 酸素過剰状態の混合気を燃焼可能な希薄燃焼内燃機関と、燃料タンクで発生した蒸発燃料を含む蒸発燃料ガスを前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ供給するガス供給手段と、前記希薄燃焼内燃機関の排気系に設けられ、排気が酸素過剰状態のときは排気中の窒素酸化物を吸蔵し、排気中の酸素濃度が低下したときは吸蔵した窒素酸化物を浄化する窒素酸化物吸蔵還元触媒と、を備えた希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置であり、
   前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ供給される蒸発燃料ガスの状態を判別するガス状態判別手段と、
   前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を浄化すべき時期に、前記ガス状態判別手段により判別された蒸発燃料ガスの状態に応じて、前記希薄燃焼内燃機関の燃料噴射弁及び前記ガス供給手段の両方を制御することで前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比を所望の状態とする排気状態制御手段と、を備えることを特徴とする希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記排気状態制御手段は、前記希薄燃焼内燃機関の燃料噴射弁及び前記ガス供給手段の両方を制御してリッチスパイクを実現することで前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比を所望の状態とすることを特徴とする請求項１に記載の希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記ガス状態判別手段は、前記ガス供給手段により前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ供給される蒸発燃料ガス中の燃料濃度を判別する蒸発燃料濃度判別手段を具備することを特徴とする請求項１または２記載の希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記ガス状態判別手段は、前記ガス供給手段により前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ供給される蒸発燃料ガスの量を判別するガス供給量判別手段を具備することを特徴とする請求項１または２記載の希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記ガス状態判別手段は、前記ガス供給手段が前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ蒸発燃料ガスの供給を開始した時点から、前記蒸発燃料ガスが窒素酸化物吸蔵還元触媒に到達する時点までに要する時間を判別するガス到達時間判別手段を具備することを特徴とする請求項１または２記載の希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記排気状態制御手段は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時間と、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期と、前記ガス供給手段による蒸発燃料ガスの供給量と、前記ガス供給手段による蒸発燃料ガスの供給時期とを制御して前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比を所望の状態とすることを特徴とする請求項１または２記載の希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記希薄燃焼内燃機関は、気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える筒内噴射式の希薄燃焼内燃機関であり、
   前記排気状態制御手段は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期が各気筒の圧縮行程時に設定されているときに、前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を浄化する場合は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期を各気筒の吸気行程時に変更することを特徴とする請求項１または２記載の希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記排気状態制御手段が、前記希薄燃焼内燃機関の燃料噴射弁及び前記ガス供給手段の両方を制御することで前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比を所望の状態とする際に、前記ガス供給手段から供給される前記蒸発燃料ガスを主とし、前記蒸発燃料ガスで不足する燃料量を前記希薄燃焼内燃機関の燃料噴射弁の燃料噴射の増量で補うこと
   を特徴とする請求項１または２記載の希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記ガス供給手段は、電磁弁を開弁させることにより前記蒸発燃料ガスを供給し、
   前記排気状態制御手段は、前記蒸発燃料ガスにより供給可能な燃料量が、前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比を所望の状態とするために必要な増加燃料量以下である場合は、前記電磁弁の開弁時間を全開可能な最大時間とすることを特徴とする請求項１または２記載の希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置。

Images