JP3570318B2 - 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】
本発明は、希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化することができる排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスからＮＯｘを浄化する排気浄化装置として、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がある。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯｘを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯｘを放出しＮ２に還元する触媒である。
【０００３】
この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に触媒あるいはＮＯｘ触媒ということもある）を希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置すると、リーン空燃比の排気ガスが流れたときには排気ガス中のＮＯｘが触媒に吸収され、ストイキ（理論空燃比）あるいはリッチ空燃比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたＮＯｘがＮＯ２として放出され、さらに排気ガス中のＨＣやＣＯなどの還元成分によってＮ２に還元され、即ちＮＯｘが浄化される。
【０００４】
ところで、一般に、内燃機関の燃料には硫黄分が含まれており、内燃機関で燃料を燃焼すると、燃料中の硫黄分が燃焼してＳＯ２やＳＯ３などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生する。前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘの吸収作用を行うのと同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸収を行うので、内燃機関の排気通路にこのＮＯｘ触媒を配置すると、このＮＯｘ触媒にはＮＯｘのみならずＳＯｘも吸収される。
【０００５】
ところが、前記ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、前記ＮＯｘ触媒からＮＯｘの放出・還元を行うのと同じ条件下では、分解、放出されにくく触媒内に蓄積され易い傾向がある。ＮＯｘ触媒内のＳＯｘ蓄積量が増大すると、触媒のＮＯｘ吸収容量が減少して排気ガス中のＮＯｘの除去を十分に行うことができなくなりＮＯｘ浄化率が低下する。これが所謂ＳＯｘ被毒である。
【０００６】
そこで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能を長期に亘って高く維持するために、ＮＯｘ触媒よりも上流に、排気ガス中のＳＯｘを主に吸収するＳＯｘ吸収材を配置し、ＮＯｘ触媒にＳＯｘが流れ込まないようにしてＳＯｘ被毒の防止を図った排気浄化装置が開発されている。
【０００７】
前記ＳＯｘ吸収材は、流入ガスの空燃比がリーンのときにＳＯｘを吸収し、流入ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチのときに吸収したＳＯｘをＳＯ２として放出するものであるが、このＳＯｘ吸収材のＳＯｘ吸収容量にも限りがあるため、ＳＯｘ吸収材がＳＯｘで飽和する前にＳＯｘ吸収材からＳＯｘを放出させる処理、即ち再生処理を実行する必要がある。
【０００８】
ＳＯｘ吸収材の再生処理技術については、例えば特許番号第２６０５５８０号の特許公報に開示されている。この公報によれば、ＳＯｘ吸収材に吸収されたＳＯｘを放出させるには、流入排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチにする必要があり、また、ＳＯｘ吸収材の温度が高い方がＳＯｘが放出され易いとされている。
【０００９】
さらに、この公報に開示された再生処理技術では、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘを放出させたときに、放出されたＳＯｘが下流に配置されているＮＯｘ触媒に吸収されるのを防止するために、ＳＯｘ吸収材とＮＯｘ触媒とを接続する排気管から分岐してＮＯｘ触媒を迂回するバイパス通路を設けるとともに、排気ガスをＮＯｘ触媒とバイパス通路のいずれに流すか選択的に切り替える排気切替弁を設け、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘを放出させる再生処理実行中は排気切替弁により排気ガスをバイパス通路に流れるようにしてＮＯｘ触媒には流れないようにし、再生処理を実行していない時には排気切替弁により排気ガスをＮＯｘ触媒に流れるようにしてバイパス通路には流れないようにしている。このようにすると、再生処理実行中においては、ＳＯｘ吸収材から放出されたＳＯｘがＮＯｘ触媒に流れ込まなくなるので、ＮＯｘ触媒がＳＯｘ被毒するのを阻止することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この技術をさらに発展させて、理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスをバイパス通路に流したときにも排気エミッションが悪化しないように、バイパス通路に三元触媒を配置して排気ガスを浄化する排気浄化システムが考えられる。
【００１１】
ところで、排気ガスの空燃比は内燃機関で燃焼される混合気の空燃比制御により制御することができるが、この方法で排気ガスの空燃比を制御して前記排気浄化システムに対応する場合には、空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するストイキ制御モードで内燃機関を運転しているときにはＳＯｘ吸収材からＳＯｘが放出されるので排気ガスをバイパス通路に流して、バイパス通路に設けた三元触媒で排気浄化を行い、空燃比をリーン空燃比に制御するリーン制御モードで内燃機関を運転しているときには排気ガスをＮＯｘ触媒に流し、ＮＯｘ触媒で排気浄化を行う。
【００１２】
しかしながら、従来の希薄燃焼可能な内燃機関においては、リーン制御モードの空燃比とストイキ制御モードの空燃比でオーバラップする部分があったため、リーン制御モードで運転していても、そのときの空燃比が理論空燃比に近い場合には、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離し、そのＳＯｘが吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する結果、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がＳＯｘ被毒する虞れがある。
【００１３】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、リーン制御モードの空燃比とストイキ制御モードの空燃比とでオーバラップがないようにすることにより、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒防止を図ることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の空燃比を制御し理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御するストイキ制御モードとリーン空燃比に制御するリーン制御モードを備える空燃比制御手段と、（ロ）前記内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯｘを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯｘを放出するＳＯｘ吸収材と、（ハ）前記ＳＯｘ吸収材よりも下流の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯｘを放出しＮ２に還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、（ニ）前記ＳＯｘ吸収材と前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の間の排気通路から分岐して前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を迂回して排気ガスを流すバイパス通路と、（ホ）前記空燃比制御手段がリーン制御モードで空燃比制御を実行しているときには排気ガスを吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に導き、ストイキ制御モードで空燃比制御を実行しているときには排気ガスを前記バイパス通路に導くように排気経路を切り替える排気経路切替手段と、（ヘ）前記バイパス通路に導かれた排気ガスが流通する部位に設けられた三元触媒と、を備え、前記空燃比制御手段のリーン制御モードにおける最小空燃比は、ストイキ制御モードにおける最大空燃比よりも大きく設定されていることを特徴とする。
【００１５】
尚、排気ガスの空燃比とは、機関吸気通路及びＳＯｘ吸収材よりも上流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比をいう。
【００１６】
空燃比制御手段がリーン制御モードで空燃比制御を実行しているときには、排気ガスはＳＯｘ吸収材を通り、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流れる。排気ガス中のＳＯｘはＳＯｘ吸収材に吸収されるので、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒にはＳＯｘが除去された排気ガスが流れ、排気ガス中のＮＯｘは吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において吸放出・還元浄化される。
【００１７】
ここで、空燃比制御手段のリーン制御モードにおける最小空燃比が、ストイキ制御モードにおける最大空燃比よりも大きく設定されており、リーン制御モードの空燃比とストイキ制御モードの空燃比とがオーバラップしていないので、リーン制御モードで空燃比制御を実行しているときにＳＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離することがなく、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がＳＯｘ被毒することはない。
【００１８】
空燃比制御手段がストイキ制御モードで空燃比制御を実行しているときには、排気ガスはＳＯｘ吸収材を通り、バイパス通路を通って、三元触媒に流れるため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒には流れない。そして、ＳＯｘ吸収材に排気ガスが流れたときに、ＳＯｘ吸収材に吸収されていたＳＯｘが放出され、ＳＯｘ吸収材から出たＳＯｘ濃度の高い排気ガスはバイパス通路に流れるので、ＳＯｘ吸収材から放出されたＳＯｘが吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸収されることがない。即ち、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を防止することができる。そして、理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスは三元触媒によって浄化される。
【００１９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、希薄燃焼可能な内燃機関としては、燃料を筒内に直接噴射するタイプのリーンバーンエンジンや、燃料を吸気弁上流の吸気ポートに噴射するタイプのリーンバーンエンジンを例示することができる。
【００２０】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、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と、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなるもの例示することができる。
【００２１】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、ＳＯｘ吸収材は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒や三元触媒や選択還元型ＮＯｘ触媒で構成することができる。
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、三元触媒の設置位置である「前記バイパス通路に導かれた排気ガスが流通する部位」とは、バイパス通路を含むことは勿論であるが、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流の排気通路とバイパス通路の下流が合流する場合にはその合流点よりも下流の排気通路を含むことを意味する。
【００２２】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記排気経路切替手段は、バイパス通路の分岐部に設けた単一の切替弁で構成することもできるし、あるいは、分岐部よりも吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に近い位置にある排気通路に第１の開閉弁を設けバイパス通路に第２の開閉弁を設けて一方の開閉弁が開くと他方の開閉弁が閉じるように制御して構成することもできる。
【００２３】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、ストイキ制御モードにおける最大空燃比を１４．５とし、リーン制御モードにおける最小空燃比を１６とすることができ、あるいは、ストイキ制御モードにおける最大空燃比を１４．５とし、リーン制御モードにおける最小空燃比を２０とすることができる。このように最小空燃比および最大空燃比を設定した場合には、リーン制御モードにおける最小空燃比の値が理論空燃比から大きく離れているので、リーン制御モードで空燃比制御を実行しているときにＳＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離するのを、より確実に防止することができる。
【００２４】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、ＳＯｘ吸収材の温度に応じてリーン制御モードにおける最小空燃比の値を変更する最小空燃比変更手段を備えることができる。その場合、最小空燃比変更手段は、ＳＯｘ吸収材の温度が高いほどリーン制御モードにおける最小空燃比の値を大きくするのが好ましい。ＳＯｘ吸収材からのＳＯｘの脱離は、ＳＯｘ吸収材の温度に関わりがあり、排気ガスの空燃比が同じであってもＳＯｘ吸収材の温度が高い方がＳＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離し易い傾向があるからである。尚、排気ガスの温度をＳＯｘ吸収材の温度の代用として使用することができる。
【００２５】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記三元触媒は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の機能を併有することができる。この三元触媒が設けられたバイパス通路には主に理論空燃比の排気ガスが流れるので、該三元触媒が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の機能を有していても、ＳＯｘ被毒することはない。
【００２６】
【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実施の形態を図１から図６の図面に基いて説明する。
【００２７】
図１は、本発明を希薄燃焼可能な筒内直接噴射式の車両用リーンバーンガソリンエンジンに適用した場合の概略構成を示す図である。この図において、符号１は直列４気筒の機関本体、符号２はピストン、符号３は燃焼室、符号４は点火栓、符号５は吸気弁、符号６は吸気ポート、符号７は排気弁、符号８は排気ポート、符号１１は燃料噴射弁を夫々示す。このエンジンでは、燃料噴射弁７から燃料が燃焼室３内に直接噴射される。
【００２８】
各気筒は２つの吸気ポート６を備え、そのうちの一方の吸気ポート６は燃焼室３に対して吸気通路を直線的に延ばして形成されたストレートポートで構成され、他方の吸気ポート６はシリンダ内に導入される吸気にスワール流を生じせしめるべく形成されたヘリカルポートで構成されている。
【００２９】
各吸気ポート６は対応する枝管９を介してサージタンク１０に連結されている。ストレートポートの吸気ポート６に連通する枝管９には、その枝管９内を流通する吸気の流量を調節するスワールコントロールバルブが１７が設けられている。このスワールコントロールバルブには、ステップ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１７を開閉駆動するＳＣＶアクチュエータ１７ａと、スワールコントロールバルブ１７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１７ｂが取り付けられている。
【００３０】
サージタンク１０は吸気ダクト１２およびエアフロメータ１３を介してエアクリーナ１４に連結されている。エアフロメータ１３は吸入空気量に対応した電気信号を出力する。
【００３１】
吸気ダクト１２の途中には、該吸気ダクト１２内の吸気流量を調整するスロットル弁１５が配置されている。このスロットル弁１５は、ステップモータ等からなり印加電流の大きさに応じてスロットル弁１５を開閉駆動するアクチュエータ１５ａと、スロットル弁１５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１５ｂを備えている。
【００３２】
また、各気筒は排気ポート８を２つずつ備えており、図２に示すように、第１気筒１Ａと第４気筒１Ｄの排気ポート８は第１排気マニホールド１６Ａを介して第１スタートコンバータのケーシング５０Ａに連結され、第２気筒１Ｂと第３気筒１Ｃの排気ポート８は第２排気マニホールド１６Ｂを介して第２スタートコンバータのケーシング５０Ｂに連結されている。ケーシング５０Ａ，５０ＢにはそれぞれＳＯｘ吸収能を有する三元触媒５１が内蔵されている。つまり、この三元触媒５１は、通常の三元触媒にＳＯｘ吸収剤（例えば、バリウムＢａ、カリウムＫ、ランタンＬａなど）を坦持して構成されている。この実施の形態において三元触媒５１はＳＯｘ吸収材を構成する。
【００３３】
ケーシング５０Ａ，５０Ｂはそれぞれ排気管５２Ａ，５２Ｂを介して排気管５３に連結されており、排気管５３において各気筒から排出された排気ガスが合流する。排気管５３は排気管５４を介して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５５を内蔵したケーシング５６に連結され、ケーシング５６は排気管５７を介して排気管５８に連結され、排気管５８は図示しないマフラーに接続されている。以下、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５５をＮＯｘ触媒５５と略す。
【００３４】
また、排気管５３と排気管５８は、ＮＯｘ触媒５５を迂回するバイパス通路５９によっても連結されている。バイパス通路５９は、排気管５３に連結されたバイパス管５９Ａと、排気管５８に連結されたバイパス管５９Ｂと、バイパス管５９Ａ，Ｂの間に挟装されたケーシング６０とから構成されており、ケーシング６０内には三元触媒６１が収容されている。
【００３５】
ＮＯｘ触媒５５の上流に位置する排気管５４には、アクチュエータ６２によって弁体が開閉駆動される排気切替弁６３が設けられ、三元触媒６１の上流に位置するバイパス管５９Ａには、アクチュエータ６４によって弁体が開閉駆動される排気切替弁６５が設けられている。この実施の形態において、排気切替弁６３，６５は排気経路切替手段を構成する。
【００３６】
排気管５３には、三元触媒５１を通過した排気ガスの温度に対応した電気信号を出力する排気温センサ６６と、この排気ガスの酸素濃度に対応した電気信号を出力する酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）６７が取り付けられている。
【００３７】
また、機関本体１には、その内部に形成された冷却水通路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１８が取り付けられている。
【００３８】
このエンジンの運転を制御するエンジンコントロール用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向バス３１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）３４、入力ポート３５、出力ポート３６を具備する。
【００３９】
前記したエアフローメータ１３、スロットルポジションセンサ１５ｂ、ＳＣＶポジションセンサ１７ｂ、水温センサ１８、排気温センサ６６、酸素濃度センサ６７は、それぞれに対応したＡ／Ｄ変換器３８を介してＥＣＵ３０の入力ポート３５と電気的に接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ３０に入力される。
【００４０】
さらに、ＥＣＵ３０の入力ポート３５には、アクセルペダル１９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１９ａの出力信号がＡ／Ｄ変換器３８を介して入力されるとともに、回転数センサ４１から機関回転数を表す出力パルスが入力される。
【００４１】
ＥＣＵ３０の出力ポート３６は、対応する駆動回路３９を介して、点火栓４、燃料噴射弁１１、アクチュエータ１５ａ、ＳＣＶアクチュエータ１７ａ、排気切替弁６３，６５のアクチュエータ６２，６４に電気的に接続されており、ＥＣＵ３０は、前記各種センサの出力信号値をパラメータとして、点火栓４、燃料噴射弁１１、アクチュエータ１５ａ、ＳＣＶアクチュエータ１７ａ、排気切替弁６３，６５のアクチュエータ６２，６４を制御する。
【００４２】
このエンジンにおいては、ＥＣＵ３０は、例えば、アクセルポジションセンサ１９ａ、エアフロメータ１３、回転数センサ４１等の出力信号値をパラメータとして内燃機関の運転状態を判別し、その運転状態に応じてエンジンにおける燃焼を制御する。
【００４３】
図４は、このエンジンの運転状態（機関負荷とエンジン回転数）と燃焼状態との関係を示す図であり、この図を参照してエンジンにおける燃焼について説明する。
【００４４】
ＥＣＵ３０は、エンジンの運転状態が低負荷運転領域（図４においてＡ領域）にあると判定した場合には、エンジンにおける燃焼が成層燃焼となるように制御する。この成層燃焼を実現すべく、ＥＣＵ３０は、ＳＣＶアクチュエータ１７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバルブ１７の開度を小さくするとともに、アクチュエータ１５ａへ制御信号を送信してスロットル弁１５を実質的に全開状態とし、さらに各気筒の圧縮行程時に燃料噴射弁１１に駆動電流を印加して圧縮行程噴射を行う。
【００４５】
この場合、各気筒の燃焼室３には、吸気行程時に主としてヘリカルポートの吸気ポート６から新気が導入され、強い旋回流（スワール流）が発生する。続く圧縮行程では、燃料噴射弁１１から噴射された燃料がスワール流に従って燃焼室３内を旋回し、所定の時期に点火栓４近傍へ移動する。このとき、燃焼室３内は、点火栓４の近傍に可燃混合気層が形成され、その周囲の領域に空気層が形成された、いわゆる成層状態になり、全体として極めて希薄な混合気となる。そして、ＥＣＵ３０は、前記所定の時期に点火栓４を点火する。この結果、燃焼室３内の混合気（可燃混合気層と空気層とを含む）は、点火栓４近傍の可燃混合気層を着火源として燃焼する。
【００４６】
尚、成層燃焼運転時における燃料噴射量は、アクセル開度とエンジン回転数とをパラメータとして決定される。すなわち、ＥＣＵ３０は、アクセルポジションセンサ１９ａの出力信号値（アクセル開度）とエンジン回転数と燃料噴射量との関係を示す成層燃焼時燃料噴射制御マップを用いて燃料噴射量（燃料噴射時間）を決定する。
【００４７】
ここで、成層燃焼運転時における空燃比は２５〜５０に設定されており、これに対応して成層燃焼時噴射制御マップの燃料噴射量（燃料噴射時間）が設定されている。
【００４８】
また、ＥＣＵ３０は、エンジンの運転状態が中負荷運転領域（図４においてＣ領域）にあると判定した場合は、エンジンにおける燃焼が均質リーン燃焼となるように制御する。この均質リーン燃焼を実現すべく、ＥＣＵ３０は、ＳＣＶアクチュエータ１７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバルブ１７の開度を小さくし、さらに各気筒の吸気行程時に燃料噴射弁１１に駆動電流を印加して吸気行程噴射を行う。この場合、各気筒の燃焼室３内の略全域にわたって、新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、均質リーン燃焼が実現される。
【００４９】
尚、均質リーン燃焼運転時における燃料噴射量および吸入空気量は、アクセル開度とエンジン回転数とをパラメータとして決定される。すなわち、ＥＣＵ３０は、アクセルポジションセンサ１９ａの出力信号値（アクセル開度）とエンジン回転数と燃料噴射量との関係を示す均質リーン燃焼時燃料噴射制御マップを用いて燃料噴射量（燃料噴射時間）を決定し、アクセルポジションセンサ１９ａの出力信号値（アクセル開度）とエンジン回転数とスロットル開度（吸入空気量）との関係を示す均質リーン燃焼時スロットル制御マップを用いてスロットル開度（吸入空気量）を決定する。
【００５０】
ここで、均質リーン燃焼運転時の空燃比は１６〜２３に設定されており、これに対応して均質リーン燃焼時燃料噴射制御マップの燃料噴射量（燃料噴射時間）と、均質リーン燃焼時スロットル制御マップのスロットル開度（吸入空気量）が設定されている。
【００５１】
また、ＥＣＵ３０は、エンジンの運転状態が高負荷運転領域（図４においてＤ領域）にあると判定した場合には、エンジンにおける燃焼が理論空燃比近傍の混合気による均質燃焼（以下、これを均質ストイキ燃焼と称す）となるように制御する。この均質ストイキ燃焼を実現すべく、ＥＣＵ３０は、ＳＣＶアクチュエータ１７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバルブ１７を全開状態とし、スロットル弁１５がアクセルペダル１９の踏み込み量（アクセルポジションセンサ１９ａの出力信号値）に対応した開度となるようアクチュエータ１５ａへ制御信号を送信し、さらに各気筒の吸気行程時に燃料噴射弁１１に駆動電流を印加して吸気行程噴射を行う。この場合、各気筒の燃焼室３内の略全域にわたって、新気と燃料とが均質に混じり合った理論空燃比近傍の混合気が形成され、均質ストイキ燃焼が実現される。
【００５２】
尚、均質ストイキ燃焼運転時における燃料噴射量は、アクセル開度とエンジン回転数とをパラメータとして決定される。すなわち、ＥＣＵ３０は、アクセルポジションセンサ１９ａの出力信号値（アクセル開度）とエンジン回転数と燃料噴射量との関係を示す均質ストイキ燃焼時燃料噴射制御マップを用いて燃料噴射量（燃料噴射時間）を決定する。
【００５３】
ここで、均質ストイキ燃焼運転時における空燃比は１２〜１４．５に設定されており、これに対応して均質ストイキ燃焼時噴射制御マップの燃料噴射量（燃料噴射時間）が設定されている。
【００５４】
また、ＥＣＵ３０は、エンジンの運転状態が低負荷運転領域と中負荷運転領域の間の領域（図４においてＢ領域）にあると判定した場合には、エンジンにおける燃焼が弱成層燃焼となるように制御する。この弱成層燃焼を実現すべく、ＥＣＵ３０は、ＳＣＶアクチュエータ１７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバルブ１７を所定開度で開き、各気筒の圧縮行程時と吸気行程時との二回に分けて燃料噴射弁１１に駆動電流を印加する。この場合、各気筒の燃焼室３内には、点火栓４の近傍に可燃混合気層が形成されるとともに、その周囲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。この弱成層燃焼により、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の、エンジンのトルク変動が防止される。
【００５５】
以上がエンジン運転状態に対応した燃焼制御であるが、これら燃焼制御と空燃比（Ａ／Ｆ）の値の関係をまとめると次のようになっている。
（Ａ）成層燃焼制御 Ａ／Ｆ＝２５〜５０
（Ｂ）弱成層燃焼制御 Ａ／Ｆ＝２０〜３０
（Ｃ）均質リーン燃焼制御 Ａ／Ｆ＝１６〜２３
（Ｄ）均質ストイキ燃焼制御 Ａ／Ｆ＝１２〜１４．５
ここで、空燃比に着目して区分すると、（Ａ）成層燃焼制御と（Ｂ）弱成層燃焼制御と（Ｃ）均質リーン燃焼制御はいずれも空燃比をリーン空燃比に制御していることから、これらをまとめてリーン制御モードとし、（Ｄ）均質ストイキ燃焼制御は空燃比を理論空燃比に制御していることからストイキ制御モードとして、二つに大別することができる。
【００５６】
この実施の形態では、リーン制御モードにおける最小空燃比（１６）は、ストイキ制御モードにおける最大空燃比（１４．５）よりも大きく設定されており、その間の空燃比（１４．５を越えて１６未満）は、いずれの制御モードにおいても使用されない。換言すれば、リーン制御モードにおける空燃比とストイキ制御モードにおける空燃比は互いにオーバラップせず、明確に区分けされている。
【００５７】
尚、この実施の形態では、燃料噴射弁１１及びスロットル弁１５とＥＣＵ３０によるエンジンの運転状態に応じた前述の空燃比制御が空燃比制御手段を構成する。
【００５８】
ところで、エンジンは通常、低中負荷運転される頻度が最も高く、したがって運転期間中の大部分においてリーン制御モードで空燃比が制御され、リーン混合気が燃焼せしめられることになる。
【００５９】
図５は燃焼室３から排出される排気ガス中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。この図からわかるように、燃焼室３から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯの濃度は燃焼室３内の混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、燃焼室３から排出される排気ガス中の酸素Ｏ２の濃度は燃焼室３内の混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【００６０】
ケーシング５６内に収容されているＮＯｘ触媒５５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と、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなる。機関吸気通路およびＮＯｘ触媒５５より上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比をＮＯｘ触媒５５への流入排気ガスの空燃比と称する（以下、排気空燃比と略称することもある）と、このＮＯｘ触媒５５は、排気空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。
【００６１】
なお、ＮＯｘ触媒５５より上流の排気通路内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比に一致し、したがってこの場合には、ＮＯｘ触媒５５は燃焼室３内の混合気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、燃焼室３内の混合気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出することになる。
【００６２】
上述のＮＯｘ触媒５５を機関排気通路内に配置すればこのＮＯｘ触媒５５は実際にＮＯｘの吸放出作用を行う。この吸放出作用は図６に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。以下、このメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属，アルカリ金属，アルカリ土類，希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００６３】
まず、流入排気ガスの空燃比がかなりリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、図６（Ａ）に示されるように酸素Ｏ２ がＯ２ −又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガスに含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ２ −又はＯ２−と反応し、ＮＯ２ となる（２ＮＯ＋Ｏ２ →２ＮＯ２ ）。
【００６４】
次いで、生成されたＮＯ２の一部は、白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯｘ触媒５５内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図６（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３ −の形でＮＯｘ触媒５５内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ触媒５５内に吸収される。
【００６５】
流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ２が生成され、ＮＯｘ触媒５５のＮＯｘ 吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ２がＮＯｘ触媒５５内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３ −が生成される。
【００６６】
これに対して、流入排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ２の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ３ −→ＮＯ２）に進み、ＮＯｘ触媒５５内の硝酸イオンＮＯ３ −がＮＯ２またはＮＯの形でＮＯｘ触媒５５から放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると、ＮＯｘ触媒５５からＮＯｘが放出されることになる。図５に示されるように、流入排気ガスのリーンの度合いが低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯｘ触媒５５からＮＯｘが放出されることとなる。
【００６７】
一方、このとき、燃焼室３内の混合気が理論空燃比またはリッチ空燃比にされて排気空燃比が理論空燃比またはリッチになると、図５に示されるように機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ −又はＯ２−と反応して酸化せしめられる。
【００６８】
また、排気空燃比が理論空燃比またはリッチになると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯｘ触媒５５からＮＯ２またはＮＯが放出され、このＮＯ２またはＮＯは、図６（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元せしめられてＮ２となる。
【００６９】
即ち、流入排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、まず白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ −又はＯ２−とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ −又はＯ２−が消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨＣ，ＣＯによってＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘおよびエンジンから排出されたＮＯｘがＮ２に還元せしめられる。
【００７０】
このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２またはＮＯが存在しなくなると、ＮＯｘ触媒５５から次から次へとＮＯ２またはＮＯが放出され、さらにＮ２に還元せしめられる。したがって、排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にすると短時間の内にＮＯｘ触媒５５からＮＯｘが放出されることになる。
【００７１】
このように、排気空燃比がリーンになるとＮＯｘがＮＯｘ触媒５５に吸収され、排気空燃比を理論空燃比あるいはリッチにするとＮＯｘがＮＯｘ触媒５５から短時間のうちに放出され、Ｎ２に還元される。したがって、大気中へのＮＯｘの排出を阻止することができる。
【００７２】
ところで、この実施の形態では前述したように、高負荷運転時にはストイキ制御モードで空燃比が制御されるため燃焼室３内の混合気の空燃比は理論空燃比あるいはそれより若干リッチになり、低中負荷運転時にはリーン制御モードで空燃比が制御されるため燃焼室３内の混合気の空燃比はリーンになるので、低中負荷運転時に排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒５５に吸収され、高負荷運転時にＮＯｘ触媒５５からＮＯｘが放出され還元されることになる。しかしながら、高負荷運転の頻度が少なく、低中負荷運転の頻度が多くその運転時間が長ければ、ＮＯｘの放出・還元が間に合わなくなり、ＮＯｘ触媒５５のＮＯｘの吸収能力が飽和してＮＯｘを吸収できなくなってしまう。
【００７３】
そこで、この実施の形態では、リーン混合気の燃焼が行われている場合、即ちリーン制御モードで空燃比を制御しているときには、比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にストイキまたはリッチ混合気の燃焼が行われるように混合気の空燃比を制御し、短周期的にＮＯｘの放出・還元を行っている。このようにＮＯｘの吸放出のために、排気空燃比（この実施の形態では混合気の空燃比）が比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的なストイキまたはリッチ（以下、これをリッチスパイクと称す）」を交互に繰り返されるように制御することを、以下の説明ではリーン・リッチスパイク制御と称す。尚、この出願においては、リーン・リッチスパイク制御はリーン空燃比制御に含まれるものとする。
【００７４】
一方、燃料には硫黄（Ｓ）が含まれており、燃料中の硫黄が燃焼するとＳＯ２やＳＯ３などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生し、ＮＯｘ触媒５５は排気ガス中のこれらＳＯｘも吸収する。ＮＯｘ触媒５５のＳＯｘ吸収メカニズムはＮＯｘ吸収メカニズムと同じであると考えられる。即ち、ＮＯｘの吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを坦持させた場合を例にとって説明すると、前述したように、排気空燃比がリーンのときには、酸素Ｏ２がＯ２ −又はＯ２−の形でＮＯｘ触媒５５の白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排気ガス中のＳＯｘ（例えばＳＯ２）は白金Ｐｔの表面上で酸化されてＳＯ３となる。
【００７５】
その後、生成されたＳＯ３は、白金Ｐｔの表面で更に酸化されながらＮＯｘ触媒５５内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合し、硫酸イオンＳＯ４ ２−の形でＮＯｘ触媒５５内に拡散し硫酸塩ＢａＳＯ４を生成する。この硫酸塩ＢａＳＯ４は安定していて分解しずらく、流入排気ガスの空燃比をリッチにしても分解されずにＮＯｘ触媒５５内に残ってしまう。したがって、時間経過に伴いＮＯｘ触媒５５内のＢａＳＯ４の生成量が増大するとＮＯｘ触媒５５の吸収に関与できるＢａＯの量が減少してＮＯｘの吸収能力が低下してしまう。これが即ちＳＯｘ被毒である。
【００７６】
そこで、この実施の形態ではＮＯｘ触媒５５にＳＯｘが流入しないように、ＮＯｘ触媒５５の上流に設けたスタートコンバータとしての三元触媒５１にＳＯｘ吸収剤を坦持してＳＯｘ吸収能を付与しているのである。三元触媒５１に坦持されたＳＯｘ吸収剤は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになって酸素濃度が低下すると吸収したＳＯｘを放出する。
【００７７】
このようにＳＯｘ吸収能を有する三元触媒５１をＮＯｘ触媒５５の上流に配置すると、三元触媒５１に流入する排気ガスの空燃比がリーンになると排気ガス中のＳＯｘが三元触媒５１に吸収され、したがって、下流のＮＯｘ触媒５５にはＳＯｘが流れ込まなくなり、ＮＯｘ触媒５５では排気ガス中のＮＯｘのみが吸収されることになる。
【００７８】
一方、三元触媒５１に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになって酸素濃度が低下すると、三元触媒５１に吸収されているＳＯｘが三元触媒５１から放出され、排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯによってＳＯ２に還元せしめられる。
【００７９】
尚、この実施の形態のエンジンでは、リーン制御モードで空燃比を制御しエンジンを運転しているときに排気ガスの空燃比がリーンになるので、排気ガス中のＳＯｘが三元触媒５１に吸収される。また、ストイキ制御モードで空燃比を制御しエンジンを理論空燃比またはリッチ空燃比で運転しているときに排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチなるので、これらの運転状態のときに三元触媒５１に吸収されているＳＯｘが放出される。
【００８０】
ところで、三元触媒５１からＳＯｘが放出されているときには、三元触媒５１から流出した排気ガスには多量のＳＯｘが含まれることとなるため、この排気ガスがＮＯｘ触媒５５に流入すると排気ガス中のＳＯｘがＮＯｘ触媒５５に吸収され、ＮＯｘ触媒５５がＳＯｘ被毒してしまい、三元触媒５１にＳＯｘ吸収能を付与した意味がなくなってしまう。そこで、この実施の形態では、三元触媒５１から放出されたＳＯｘがＮＯｘ触媒５５に吸収されるのを阻止するために、ストイキ制御モードで空燃比を制御しエンジンを運転しているときには、三元触媒５１から流出した排気ガスをバイパス通路５９に導くようにしている。さらに、バイパス通路５９を流れる排気ガスを浄化するために、バイパス通路５９に三元触媒６１を設けている。
【００８１】
次に、このエンジンの運転状態に場合分けして排気経路と排気浄化の作用を説明する。
まず、エンジンの運転状態が低中負荷運転領域にありリーン制御モードで空燃比制御を実行しているときには、図１に示すように、ＥＣＵ３０は、アクチュエータ６２，６４に制御信号を送信して、排気切替弁６３を全開状態に保持するとともに排気切替弁６５を全閉状態に保持する。これにより、排気ガスはＮＯｘ触媒５５に流れ、バイパス通路５９の三元触媒６１には流れなくなる。
【００８２】
このとき、エンジンから排出されるリーン空燃比の排気ガス中のＳＯｘはスタートコンバータとしての三元触媒５１に吸収され、ＳＯｘを除去された排気ガスがＮＯｘ触媒５５に流れるようになるので、ＮＯｘ触媒５５のＳＯｘ被毒を防止することができる。
【００８３】
特に、この実施の形態においては、リーン制御モードにおける最大空燃比が１６に設定されており、三元触媒５１からＳＯｘが放出され易い理論空燃比（１４．５）からは十分に離れた値を採用しているので、リーン制御モードで空燃比制御を実行しているときに三元触媒５１からＳＯｘが放出される虞れは殆どなく、ＮＯｘ触媒５５のＳＯｘ被毒を確実に防止することができる。
【００８４】
そして、前述したように、リーン制御モードのときには、実際にはリーン・リッチスパイク制御が行われるので、ＮＯｘ触媒５５においてＮＯｘの吸放出・還元が行われ、排気ガスは浄化される。
【００８５】
尚、間欠的にリッチスパイクの排気ガスが三元触媒５１に流れるが、このリッチスパイクは非常に短時間であるので三元触媒５１に吸収されているＳＯｘが放出されることはない。
【００８６】
一方、エンジンの運転状態が高負荷運転状態にありストイキ制御モードで空燃比制御を実行しているときには、ＥＣＵ３０は、アクチュエータ６２，６４に制御信号を送信して、排気切替弁６３を全閉状態に保持するとともに排気切替弁６５を全開状態に保持する。これにより、排気ガスはバイパス通路５９の三元触媒６１に流れ、ＮＯｘ触媒５５には流れなくなる。
【００８７】
このとき、エンジンから排出されるストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスは、スタートコンバータとしての三元触媒５１とバイパス通路５９の三元触媒６１によって浄化される。また、三元触媒５１の触媒温度がＳＯｘ脱離可能な温度（以下、この温度をＳＯｘ脱離温度という）に達していれば、三元触媒５１に吸収されているＳＯｘが放出されるが、このＳＯｘ濃度の高い排気ガスはＮＯｘ触媒５５には流入せずバイパス通路５９に流れるので、ＮＯｘ触媒５５のＳＯｘ被毒を防止することができる。
【００８８】
〔他の実施の形態〕
前述した実施の形態では、ストイキ制御モードにおける最大空燃比を１４．５とし、リーン制御モードにおける最小空燃比を１６としたが、最大空燃比および最小空燃比の値はこれに限るものではない。例えば、ストイキ制御モードにおける最大空燃比を１４．５とし、リーン制御モードにおける最小空燃比を２０としてもよい。このように、ストイキ制御モードにおける最大空燃比の値とリーン制御モードにおける最小空燃比の値との差が大きい方が、ＮＯｘ触媒５５のＳＯｘ被毒を確実に防止することができる。
【００８９】
また、三元触媒５１からのＳＯｘの脱離は、三元触媒５１の温度に関わりがあり、排気ガスの空燃比が同じであっても三元触媒５１の温度が高い方が三元触媒５１からＳＯｘが脱離し易い傾向がある。そのため、三元触媒５１の温度に応じてリーン制御モードにおける最小空燃比の値を変更する最小空燃比変更手段を備えるのが好ましい。例えば、ＥＣＵ３０は、三元触媒５１の温度が３００゜Ｃ以下であると判定したときには、リーン制御モードにおける最小空燃比の値として１６を採用し、三元触媒５１の温度が３００゜Ｃを越えていると判定したときには、リーン制御モードにおける最小空燃比の値として１８を採用するなどである。
【００９０】
尚、この場合、三元触媒５１に温度センサを設けて触媒温度を直接検出することも可能であるが、排気温センサ６６で検出される排気ガス温度を三元触媒５１の温度として代用することも可能である。
【００９１】
上述した実施の形態では、スタートコンバータとしての三元触媒５１にＳＯｘ吸収剤を坦持することにより三元触媒５１をＳＯｘ吸収材として機能させたが、スタートコンバータとしての三元触媒とは別に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流にＳＯｘ吸収材を配置してもよく、その場合にはスタートコンバータがなくても本発明は成立する。
【００９２】
また、上述した実施の形態では、ＳＯｘ吸収材としての三元触媒５１からのＳＯｘ放出を、エンジンの運転状態に基づくストイキ制御モードによる空燃比制御に任せているが、ＳＯｘ吸収材に吸収されたＳＯｘ量を例えば燃料消費量に基づいて演算し、ＳＯｘ量が所定量になったときに強制的にストイキの排気ガスを流してＳＯｘ吸収材の再生処理を実行するようにすることも可能である。
【００９３】
また、上述した実施の形態では、バイパス通路５９に三元触媒６１を配置したが、三元触媒６１をバイパス通路５９に配置せず、排気管５８に配置しても構わない。要するに、三元触媒６１は、バイパス通路５９に流れた排気ガスが流通する部位に配置されていればよい。排気管５８に三元触媒６１を配置した場合にも、前述の実施の形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【００９４】
さらに、三元触媒６１に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の機能を併有させるようにしてもよい。バイパス通路５９には主にストイキの排気ガスが流れるので、三元触媒６１が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の機能を有していても、ＳＯｘ被毒することはない。
【００９５】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の空燃比を制御するストイキ制御モードとリーン制御モードを備える空燃比制御手段と、（ロ）前記内燃機関の排気通路に設けられたＳＯｘ吸収材と、（ハ）前記ＳＯｘ吸収材よりも下流の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、（ニ）前記ＳＯｘ吸収材と前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の間の排気通路から分岐して前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を迂回して排気ガスを流すバイパス通路と、（ホ）前記空燃比制御手段がリーン制御モードで空燃比制御を実行しているときには排気ガスを吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に導き、ストイキ制御モードで空燃比制御を実行しているときには排気ガスを前記バイパス通路に導くように排気経路を切り替える排気経路切替手段と、（ヘ）前記バイパス通路に導かれた排気ガスが流通する部位に設けられた三元触媒と、を備え、前記空燃比制御手段のリーン制御モードにおける最小空燃比が、ストイキ制御モードにおける最大空燃比よりも大きく設定されていることにより、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を確実に防止することができるという優れた効果が奏される。
【００９６】
ストイキ制御モードにおける最大空燃比を１４．５としリーン制御モードにおける最小空燃比を１６とした場合、あるいは、ストイキ制御モードにおける最大空燃比を１４．５としリーン制御モードにおける最小空燃比を２０とした場合には、リーン制御モードにおける最小空燃比の値が理論空燃比から大きく離れているので、リーン制御モードで空燃比制御を実行しているときにＳＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離するのをより確実に防止することができる。
【００９７】
ＳＯｘ吸収材の温度に応じてリーン制御モードにおける最小空燃比の値を変更する最小空燃比変更手段を備えた場合には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒防止の確実性がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】前記実施の形態における排気通路の一部を拡大して示した図である。
【図３】前記実施の形態におけるＥＣＵの構成を示す図である。
【図４】前記実施の形態における内燃機関の機関回転数と機関負荷と燃焼状態との関係を示す図である。
【図５】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図６】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸放出作用を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 機関本体（内燃機関）
３ 燃焼室
４ 点火栓
１１ 燃料噴射弁（空燃比制御手段）
１３ エアフロメータ
１５ スロットル弁（空燃比制御手段）
１６Ａ，１６Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ，５３，５４，５７，５８ 排気管（排気通路）
１９ アクセルペダル
３０ ＥＣＵ
５１ 三元触媒（ＳＯｘ吸収材）
５５ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
５９ バイパス通路
６１ 三元触媒
６３，６５ 排気切替弁（排気経路切替手段）
６６ 排気温センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化することができる排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
希薄燃焼可能な内燃機関より排出される排気ガスからＮＯｘを浄化する排気浄化装置として、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がある。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、酸素過剰雰囲気下）のときにＮＯｘを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯｘを放出しＮ２に還元する触媒である。
【０００３】
この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に触媒あるいはＮＯｘ触媒ということもある）を希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に配置すると、リーン空燃比の排気ガスが流れたときには排気ガス中のＮＯｘが触媒に吸収され、ストイキ（理論空燃比）あるいはリッチ空燃比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたＮＯｘがＮＯ２として放出され、さらに排気ガス中のＨＣやＣＯなどの還元成分によってＮ２に還元され、即ちＮＯｘが浄化される。
【０００４】
ところで、一般に、内燃機関の燃料には硫黄分が含まれており、内燃機関で燃料を燃焼すると、燃料中の硫黄分が燃焼してＳＯ２やＳＯ３などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生する。前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘの吸収作用を行うのと同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸収を行うので、内燃機関の排気通路にこのＮＯｘ触媒を配置すると、このＮＯｘ触媒にはＮＯｘのみならずＳＯｘも吸収される。
【０００５】
ところが、前記ＮＯｘ触媒に吸収されたＳＯｘは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、前記ＮＯｘ触媒からＮＯｘの放出・還元を行うのと同じ条件下では、分解、放出されにくく触媒内に蓄積され易い傾向がある。ＮＯｘ触媒内のＳＯｘ蓄積量が増大すると、触媒のＮＯｘ吸収容量が減少して排気ガス中のＮＯｘの除去を十分に行うことができなくなりＮＯｘ浄化率が低下する。これが所謂ＳＯｘ被毒である。
【０００６】
そこで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能を長期に亘って高く維持するために、ＮＯｘ触媒よりも上流に、排気ガス中のＳＯｘを主に吸収するＳＯｘ吸収材を配置し、ＮＯｘ触媒にＳＯｘが流れ込まないようにしてＳＯｘ被毒の防止を図った排気浄化装置が開発されている。
【０００７】
前記ＳＯｘ吸収材は、流入ガスの空燃比がリーンのときにＳＯｘを吸収し、流入ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチのときに吸収したＳＯｘをＳＯ２として放出するものであるが、このＳＯｘ吸収材のＳＯｘ吸収容量にも限りがあるため、ＳＯｘ吸収材がＳＯｘで飽和する前にＳＯｘ吸収材からＳＯｘを放出させる処理、即ち再生処理を実行する必要がある。
【０００８】
ＳＯｘ吸収材の再生処理技術については、例えば特許番号第２６０５５８０号の特許公報に開示されている。この公報によれば、ＳＯｘ吸収材に吸収されたＳＯｘを放出させるには、流入排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチにする必要があり、また、ＳＯｘ吸収材の温度が高い方がＳＯｘが放出され易いとされている。
【０００９】
さらに、この公報に開示された再生処理技術では、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘを放出させたときに、放出されたＳＯｘが下流に配置されているＮＯｘ触媒に吸収されるのを防止するために、ＳＯｘ吸収材とＮＯｘ触媒とを接続する排気管から分岐してＮＯｘ触媒を迂回するバイパス通路を設けるとともに、排気ガスをＮＯｘ触媒とバイパス通路のいずれに流すか選択的に切り替える排気切替弁を設け、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘを放出させる再生処理実行中は排気切替弁により排気ガスをバイパス通路に流れるようにしてＮＯｘ触媒には流れないようにし、再生処理を実行していない時には排気切替弁により排気ガスをＮＯｘ触媒に流れるようにしてバイパス通路には流れないようにしている。このようにすると、再生処理実行中においては、ＳＯｘ吸収材から放出されたＳＯｘがＮＯｘ触媒に流れ込まなくなるので、ＮＯｘ触媒がＳＯｘ被毒するのを阻止することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この技術をさらに発展させて、理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスをバイパス通路に流したときにも排気エミッションが悪化しないように、バイパス通路に三元触媒を配置して排気ガスを浄化する排気浄化システムが考えられる。
【００１１】
ところで、排気ガスの空燃比は内燃機関で燃焼される混合気の空燃比制御により制御することができるが、この方法で排気ガスの空燃比を制御して前記排気浄化システムに対応する場合には、空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するストイキ制御モードで内燃機関を運転しているときにはＳＯｘ吸収材からＳＯｘが放出されるので排気ガスをバイパス通路に流して、バイパス通路に設けた三元触媒で排気浄化を行い、空燃比をリーン空燃比に制御するリーン制御モードで内燃機関を運転しているときには排気ガスをＮＯｘ触媒に流し、ＮＯｘ触媒で排気浄化を行う。
【００１２】
しかしながら、従来の希薄燃焼可能な内燃機関においては、リーン制御モードの空燃比とストイキ制御モードの空燃比でオーバラップする部分があったため、リーン制御モードで運転していても、そのときの空燃比が理論空燃比に近い場合には、ＳＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離し、そのＳＯｘが吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する結果、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がＳＯｘ被毒する虞れがある。
【００１３】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、リーン制御モードの空燃比とストイキ制御モードの空燃比とでオーバラップがないようにすることにより、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒防止を図ることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の空燃比を制御し理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御するストイキ制御モードとリーン空燃比に制御するリーン制御モードを備える空燃比制御手段と、（ロ）前記内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯｘを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯｘを放出するＳＯｘ吸収材と、（ハ）前記ＳＯｘ吸収材よりも下流の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯｘを放出しＮ２に還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、（ニ）前記ＳＯｘ吸収材と前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の間の排気通路から分岐して前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を迂回して排気ガスを流すバイパス通路と、（ホ）前記空燃比制御手段がリーン制御モードで空燃比制御を実行しているときには排気ガスを吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に導き、ストイキ制御モードで空燃比制御を実行しているときには排気ガスを前記バイパス通路に導くように排気経路を切り替える排気経路切替手段と、（ヘ）前記バイパス通路に導かれた排気ガスが流通する部位に設けられた三元触媒と、を備え、前記空燃比制御手段のリーン制御モードにおける最小空燃比は、ストイキ制御モードにおける最大空燃比よりも大きく設定されていることを特徴とする。
【００１５】
尚、排気ガスの空燃比とは、機関吸気通路及びＳＯｘ吸収材よりも上流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比をいう。
【００１６】
空燃比制御手段がリーン制御モードで空燃比制御を実行しているときには、排気ガスはＳＯｘ吸収材を通り、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流れる。排気ガス中のＳＯｘはＳＯｘ吸収材に吸収されるので、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒にはＳＯｘが除去された排気ガスが流れ、排気ガス中のＮＯｘは吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において吸放出・還元浄化される。
【００１７】
ここで、空燃比制御手段のリーン制御モードにおける最小空燃比が、ストイキ制御モードにおける最大空燃比よりも大きく設定されており、リーン制御モードの空燃比とストイキ制御モードの空燃比とがオーバラップしていないので、リーン制御モードで空燃比制御を実行しているときにＳＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離することがなく、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒がＳＯｘ被毒することはない。
【００１８】
空燃比制御手段がストイキ制御モードで空燃比制御を実行しているときには、排気ガスはＳＯｘ吸収材を通り、バイパス通路を通って、三元触媒に流れるため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒には流れない。そして、ＳＯｘ吸収材に排気ガスが流れたときに、ＳＯｘ吸収材に吸収されていたＳＯｘが放出され、ＳＯｘ吸収材から出たＳＯｘ濃度の高い排気ガスはバイパス通路に流れるので、ＳＯｘ吸収材から放出されたＳＯｘが吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸収されることがない。即ち、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を防止することができる。そして、理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスは三元触媒によって浄化される。
【００１９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、希薄燃焼可能な内燃機関としては、燃料を筒内に直接噴射するタイプのリーンバーンエンジンや、燃料を吸気弁上流の吸気ポートに噴射するタイプのリーンバーンエンジンを例示することができる。
【００２０】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、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と、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなるもの例示することができる。
【００２１】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、ＳＯｘ吸収材は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒や三元触媒や選択還元型ＮＯｘ触媒で構成することができる。
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、三元触媒の設置位置である「前記バイパス通路に導かれた排気ガスが流通する部位」とは、バイパス通路を含むことは勿論であるが、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流の排気通路とバイパス通路の下流が合流する場合にはその合流点よりも下流の排気通路を含むことを意味する。
【００２２】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記排気経路切替手段は、バイパス通路の分岐部に設けた単一の切替弁で構成することもできるし、あるいは、分岐部よりも吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に近い位置にある排気通路に第１の開閉弁を設けバイパス通路に第２の開閉弁を設けて一方の開閉弁が開くと他方の開閉弁が閉じるように制御して構成することもできる。
【００２３】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、ストイキ制御モードにおける最大空燃比を１４．５とし、リーン制御モードにおける最小空燃比を１６とすることができ、あるいは、ストイキ制御モードにおける最大空燃比を１４．５とし、リーン制御モードにおける最小空燃比を２０とすることができる。このように最小空燃比および最大空燃比を設定した場合には、リーン制御モードにおける最小空燃比の値が理論空燃比から大きく離れているので、リーン制御モードで空燃比制御を実行しているときにＳＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離するのを、より確実に防止することができる。
【００２４】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、ＳＯｘ吸収材の温度に応じてリーン制御モードにおける最小空燃比の値を変更する最小空燃比変更手段を備えることができる。その場合、最小空燃比変更手段は、ＳＯｘ吸収材の温度が高いほどリーン制御モードにおける最小空燃比の値を大きくするのが好ましい。ＳＯｘ吸収材からのＳＯｘの脱離は、ＳＯｘ吸収材の温度に関わりがあり、排気ガスの空燃比が同じであってもＳＯｘ吸収材の温度が高い方がＳＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離し易い傾向があるからである。尚、排気ガスの温度をＳＯｘ吸収材の温度の代用として使用することができる。
【００２５】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記三元触媒は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の機能を併有することができる。この三元触媒が設けられたバイパス通路には主に理論空燃比の排気ガスが流れるので、該三元触媒が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の機能を有していても、ＳＯｘ被毒することはない。
【００２６】
【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実施の形態を図１から図６の図面に基いて説明する。
【００２７】
図１は、本発明を希薄燃焼可能な筒内直接噴射式の車両用リーンバーンガソリンエンジンに適用した場合の概略構成を示す図である。この図において、符号１は直列４気筒の機関本体、符号２はピストン、符号３は燃焼室、符号４は点火栓、符号５は吸気弁、符号６は吸気ポート、符号７は排気弁、符号８は排気ポート、符号１１は燃料噴射弁を夫々示す。このエンジンでは、燃料噴射弁７から燃料が燃焼室３内に直接噴射される。
【００２８】
各気筒は２つの吸気ポート６を備え、そのうちの一方の吸気ポート６は燃焼室３に対して吸気通路を直線的に延ばして形成されたストレートポートで構成され、他方の吸気ポート６はシリンダ内に導入される吸気にスワール流を生じせしめるべく形成されたヘリカルポートで構成されている。
【００２９】
各吸気ポート６は対応する枝管９を介してサージタンク１０に連結されている。ストレートポートの吸気ポート６に連通する枝管９には、その枝管９内を流通する吸気の流量を調節するスワールコントロールバルブが１７が設けられている。このスワールコントロールバルブには、ステップ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１７を開閉駆動するＳＣＶアクチュエータ１７ａと、スワールコントロールバルブ１７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１７ｂが取り付けられている。
【００３０】
サージタンク１０は吸気ダクト１２およびエアフロメータ１３を介してエアクリーナ１４に連結されている。エアフロメータ１３は吸入空気量に対応した電気信号を出力する。
【００３１】
吸気ダクト１２の途中には、該吸気ダクト１２内の吸気流量を調整するスロットル弁１５が配置されている。このスロットル弁１５は、ステップモータ等からなり印加電流の大きさに応じてスロットル弁１５を開閉駆動するアクチュエータ１５ａと、スロットル弁１５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１５ｂを備えている。
【００３２】
また、各気筒は排気ポート８を２つずつ備えており、図２に示すように、第１気筒１Ａと第４気筒１Ｄの排気ポート８は第１排気マニホールド１６Ａを介して第１スタートコンバータのケーシング５０Ａに連結され、第２気筒１Ｂと第３気筒１Ｃの排気ポート８は第２排気マニホールド１６Ｂを介して第２スタートコンバータのケーシング５０Ｂに連結されている。ケーシング５０Ａ，５０ＢにはそれぞれＳＯｘ吸収能を有する三元触媒５１が内蔵されている。つまり、この三元触媒５１は、通常の三元触媒にＳＯｘ吸収剤（例えば、バリウムＢａ、カリウムＫ、ランタンＬａなど）を坦持して構成されている。この実施の形態において三元触媒５１はＳＯｘ吸収材を構成する。
【００３３】
ケーシング５０Ａ，５０Ｂはそれぞれ排気管５２Ａ，５２Ｂを介して排気管５３に連結されており、排気管５３において各気筒から排出された排気ガスが合流する。排気管５３は排気管５４を介して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５５を内蔵したケーシング５６に連結され、ケーシング５６は排気管５７を介して排気管５８に連結され、排気管５８は図示しないマフラーに接続されている。以下、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５５をＮＯｘ触媒５５と略す。
【００３４】
また、排気管５３と排気管５８は、ＮＯｘ触媒５５を迂回するバイパス通路５９によっても連結されている。バイパス通路５９は、排気管５３に連結されたバイパス管５９Ａと、排気管５８に連結されたバイパス管５９Ｂと、バイパス管５９Ａ，Ｂの間に挟装されたケーシング６０とから構成されており、ケーシング６０内には三元触媒６１が収容されている。
【００３５】
ＮＯｘ触媒５５の上流に位置する排気管５４には、アクチュエータ６２によって弁体が開閉駆動される排気切替弁６３が設けられ、三元触媒６１の上流に位置するバイパス管５９Ａには、アクチュエータ６４によって弁体が開閉駆動される排気切替弁６５が設けられている。この実施の形態において、排気切替弁６３，６５は排気経路切替手段を構成する。
【００３６】
排気管５３には、三元触媒５１を通過した排気ガスの温度に対応した電気信号を出力する排気温センサ６６と、この排気ガスの酸素濃度に対応した電気信号を出力する酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）６７が取り付けられている。
【００３７】
また、機関本体１には、その内部に形成された冷却水通路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１８が取り付けられている。
【００３８】
このエンジンの運転を制御するエンジンコントロール用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向バス３１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）３４、入力ポート３５、出力ポート３６を具備する。
【００３９】
前記したエアフローメータ１３、スロットルポジションセンサ１５ｂ、ＳＣＶポジションセンサ１７ｂ、水温センサ１８、排気温センサ６６、酸素濃度センサ６７は、それぞれに対応したＡ／Ｄ変換器３８を介してＥＣＵ３０の入力ポート３５と電気的に接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ３０に入力される。
【００４０】
さらに、ＥＣＵ３０の入力ポート３５には、アクセルペダル１９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１９ａの出力信号がＡ／Ｄ変換器３８を介して入力されるとともに、回転数センサ４１から機関回転数を表す出力パルスが入力される。
【００４１】
ＥＣＵ３０の出力ポート３６は、対応する駆動回路３９を介して、点火栓４、燃料噴射弁１１、アクチュエータ１５ａ、ＳＣＶアクチュエータ１７ａ、排気切替弁６３，６５のアクチュエータ６２，６４に電気的に接続されており、ＥＣＵ３０は、前記各種センサの出力信号値をパラメータとして、点火栓４、燃料噴射弁１１、アクチュエータ１５ａ、ＳＣＶアクチュエータ１７ａ、排気切替弁６３，６５のアクチュエータ６２，６４を制御する。
【００４２】
このエンジンにおいては、ＥＣＵ３０は、例えば、アクセルポジションセンサ１９ａ、エアフロメータ１３、回転数センサ４１等の出力信号値をパラメータとして内燃機関の運転状態を判別し、その運転状態に応じてエンジンにおける燃焼を制御する。
【００４３】
図４は、このエンジンの運転状態（機関負荷とエンジン回転数）と燃焼状態との関係を示す図であり、この図を参照してエンジンにおける燃焼について説明する。
【００４４】
ＥＣＵ３０は、エンジンの運転状態が低負荷運転領域（図４においてＡ領域）にあると判定した場合には、エンジンにおける燃焼が成層燃焼となるように制御する。この成層燃焼を実現すべく、ＥＣＵ３０は、ＳＣＶアクチュエータ１７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバルブ１７の開度を小さくするとともに、アクチュエータ１５ａへ制御信号を送信してスロットル弁１５を実質的に全開状態とし、さらに各気筒の圧縮行程時に燃料噴射弁１１に駆動電流を印加して圧縮行程噴射を行う。
【００４５】
この場合、各気筒の燃焼室３には、吸気行程時に主としてヘリカルポートの吸気ポート６から新気が導入され、強い旋回流（スワール流）が発生する。続く圧縮行程では、燃料噴射弁１１から噴射された燃料がスワール流に従って燃焼室３内を旋回し、所定の時期に点火栓４近傍へ移動する。このとき、燃焼室３内は、点火栓４の近傍に可燃混合気層が形成され、その周囲の領域に空気層が形成された、いわゆる成層状態になり、全体として極めて希薄な混合気となる。そして、ＥＣＵ３０は、前記所定の時期に点火栓４を点火する。この結果、燃焼室３内の混合気（可燃混合気層と空気層とを含む）は、点火栓４近傍の可燃混合気層を着火源として燃焼する。
【００４６】
尚、成層燃焼運転時における燃料噴射量は、アクセル開度とエンジン回転数とをパラメータとして決定される。すなわち、ＥＣＵ３０は、アクセルポジションセンサ１９ａの出力信号値（アクセル開度）とエンジン回転数と燃料噴射量との関係を示す成層燃焼時燃料噴射制御マップを用いて燃料噴射量（燃料噴射時間）を決定する。
【００４７】
ここで、成層燃焼運転時における空燃比は２５〜５０に設定されており、これに対応して成層燃焼時噴射制御マップの燃料噴射量（燃料噴射時間）が設定されている。
【００４８】
また、ＥＣＵ３０は、エンジンの運転状態が中負荷運転領域（図４においてＣ領域）にあると判定した場合は、エンジンにおける燃焼が均質リーン燃焼となるように制御する。この均質リーン燃焼を実現すべく、ＥＣＵ３０は、ＳＣＶアクチュエータ１７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバルブ１７の開度を小さくし、さらに各気筒の吸気行程時に燃料噴射弁１１に駆動電流を印加して吸気行程噴射を行う。この場合、各気筒の燃焼室３内の略全域にわたって、新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、均質リーン燃焼が実現される。
【００４９】
尚、均質リーン燃焼運転時における燃料噴射量および吸入空気量は、アクセル開度とエンジン回転数とをパラメータとして決定される。すなわち、ＥＣＵ３０は、アクセルポジションセンサ１９ａの出力信号値（アクセル開度）とエンジン回転数と燃料噴射量との関係を示す均質リーン燃焼時燃料噴射制御マップを用いて燃料噴射量（燃料噴射時間）を決定し、アクセルポジションセンサ１９ａの出力信号値（アクセル開度）とエンジン回転数とスロットル開度（吸入空気量）との関係を示す均質リーン燃焼時スロットル制御マップを用いてスロットル開度（吸入空気量）を決定する。
【００５０】
ここで、均質リーン燃焼運転時の空燃比は１６〜２３に設定されており、これに対応して均質リーン燃焼時燃料噴射制御マップの燃料噴射量（燃料噴射時間）と、均質リーン燃焼時スロットル制御マップのスロットル開度（吸入空気量）が設定されている。
【００５１】
また、ＥＣＵ３０は、エンジンの運転状態が高負荷運転領域（図４においてＤ領域）にあると判定した場合には、エンジンにおける燃焼が理論空燃比近傍の混合気による均質燃焼（以下、これを均質ストイキ燃焼と称す）となるように制御する。この均質ストイキ燃焼を実現すべく、ＥＣＵ３０は、ＳＣＶアクチュエータ１７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバルブ１７を全開状態とし、スロットル弁１５がアクセルペダル１９の踏み込み量（アクセルポジションセンサ１９ａの出力信号値）に対応した開度となるようアクチュエータ１５ａへ制御信号を送信し、さらに各気筒の吸気行程時に燃料噴射弁１１に駆動電流を印加して吸気行程噴射を行う。この場合、各気筒の燃焼室３内の略全域にわたって、新気と燃料とが均質に混じり合った理論空燃比近傍の混合気が形成され、均質ストイキ燃焼が実現される。
【００５２】
尚、均質ストイキ燃焼運転時における燃料噴射量は、アクセル開度とエンジン回転数とをパラメータとして決定される。すなわち、ＥＣＵ３０は、アクセルポジションセンサ１９ａの出力信号値（アクセル開度）とエンジン回転数と燃料噴射量との関係を示す均質ストイキ燃焼時燃料噴射制御マップを用いて燃料噴射量（燃料噴射時間）を決定する。
【００５３】
ここで、均質ストイキ燃焼運転時における空燃比は１２〜１４．５に設定されており、これに対応して均質ストイキ燃焼時噴射制御マップの燃料噴射量（燃料噴射時間）が設定されている。
【００５４】
また、ＥＣＵ３０は、エンジンの運転状態が低負荷運転領域と中負荷運転領域の間の領域（図４においてＢ領域）にあると判定した場合には、エンジンにおける燃焼が弱成層燃焼となるように制御する。この弱成層燃焼を実現すべく、ＥＣＵ３０は、ＳＣＶアクチュエータ１７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバルブ１７を所定開度で開き、各気筒の圧縮行程時と吸気行程時との二回に分けて燃料噴射弁１１に駆動電流を印加する。この場合、各気筒の燃焼室３内には、点火栓４の近傍に可燃混合気層が形成されるとともに、その周囲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。この弱成層燃焼により、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の、エンジンのトルク変動が防止される。
【００５５】
以上がエンジン運転状態に対応した燃焼制御であるが、これら燃焼制御と空燃比（Ａ／Ｆ）の値の関係をまとめると次のようになっている。
（Ａ）成層燃焼制御 Ａ／Ｆ＝２５〜５０
（Ｂ）弱成層燃焼制御 Ａ／Ｆ＝２０〜３０
（Ｃ）均質リーン燃焼制御 Ａ／Ｆ＝１６〜２３
（Ｄ）均質ストイキ燃焼制御 Ａ／Ｆ＝１２〜１４．５
ここで、空燃比に着目して区分すると、（Ａ）成層燃焼制御と（Ｂ）弱成層燃焼制御と（Ｃ）均質リーン燃焼制御はいずれも空燃比をリーン空燃比に制御していることから、これらをまとめてリーン制御モードとし、（Ｄ）均質ストイキ燃焼制御は空燃比を理論空燃比に制御していることからストイキ制御モードとして、二つに大別することができる。
【００５６】
この実施の形態では、リーン制御モードにおける最小空燃比（１６）は、ストイキ制御モードにおける最大空燃比（１４．５）よりも大きく設定されており、その間の空燃比（１４．５を越えて１６未満）は、いずれの制御モードにおいても使用されない。換言すれば、リーン制御モードにおける空燃比とストイキ制御モードにおける空燃比は互いにオーバラップせず、明確に区分けされている。
【００５７】
尚、この実施の形態では、燃料噴射弁１１及びスロットル弁１５とＥＣＵ３０によるエンジンの運転状態に応じた前述の空燃比制御が空燃比制御手段を構成する。
【００５８】
ところで、エンジンは通常、低中負荷運転される頻度が最も高く、したがって運転期間中の大部分においてリーン制御モードで空燃比が制御され、リーン混合気が燃焼せしめられることになる。
【００５９】
図５は燃焼室３から排出される排気ガス中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。この図からわかるように、燃焼室３から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯの濃度は燃焼室３内の混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、燃焼室３から排出される排気ガス中の酸素Ｏ２の濃度は燃焼室３内の混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【００６０】
ケーシング５６内に収容されているＮＯｘ触媒５５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と、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなる。機関吸気通路およびＮＯｘ触媒５５より上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比をＮＯｘ触媒５５への流入排気ガスの空燃比と称する（以下、排気空燃比と略称することもある）と、このＮＯｘ触媒５５は、排気空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。
【００６１】
なお、ＮＯｘ触媒５５より上流の排気通路内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比に一致し、したがってこの場合には、ＮＯｘ触媒５５は燃焼室３内の混合気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、燃焼室３内の混合気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出することになる。
【００６２】
上述のＮＯｘ触媒５５を機関排気通路内に配置すればこのＮＯｘ触媒５５は実際にＮＯｘの吸放出作用を行う。この吸放出作用は図６に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。以下、このメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属，アルカリ金属，アルカリ土類，希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００６３】
まず、流入排気ガスの空燃比がかなりリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、図６（Ａ）に示されるように酸素Ｏ２ がＯ２ −又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガスに含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ２ −又はＯ２−と反応し、ＮＯ２ となる（２ＮＯ＋Ｏ２ →２ＮＯ２ ）。
【００６４】
次いで、生成されたＮＯ２の一部は、白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯｘ触媒５５内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図６（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３ −の形でＮＯｘ触媒５５内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ触媒５５内に吸収される。
【００６５】
流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ２が生成され、ＮＯｘ触媒５５のＮＯｘ 吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ２がＮＯｘ触媒５５内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３ −が生成される。
【００６６】
これに対して、流入排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ２の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ３ −→ＮＯ２）に進み、ＮＯｘ触媒５５内の硝酸イオンＮＯ３ −がＮＯ２またはＮＯの形でＮＯｘ触媒５５から放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると、ＮＯｘ触媒５５からＮＯｘが放出されることになる。図５に示されるように、流入排気ガスのリーンの度合いが低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯｘ触媒５５からＮＯｘが放出されることとなる。
【００６７】
一方、このとき、燃焼室３内の混合気が理論空燃比またはリッチ空燃比にされて排気空燃比が理論空燃比またはリッチになると、図５に示されるように機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ −又はＯ２−と反応して酸化せしめられる。
【００６８】
また、排気空燃比が理論空燃比またはリッチになると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯｘ触媒５５からＮＯ２またはＮＯが放出され、このＮＯ２またはＮＯは、図６（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元せしめられてＮ２となる。
【００６９】
即ち、流入排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、まず白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ −又はＯ２−とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ −又はＯ２−が消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨＣ，ＣＯによってＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘおよびエンジンから排出されたＮＯｘがＮ２に還元せしめられる。
【００７０】
このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２またはＮＯが存在しなくなると、ＮＯｘ触媒５５から次から次へとＮＯ２またはＮＯが放出され、さらにＮ２に還元せしめられる。したがって、排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にすると短時間の内にＮＯｘ触媒５５からＮＯｘが放出されることになる。
【００７１】
このように、排気空燃比がリーンになるとＮＯｘがＮＯｘ触媒５５に吸収され、排気空燃比を理論空燃比あるいはリッチにするとＮＯｘがＮＯｘ触媒５５から短時間のうちに放出され、Ｎ２に還元される。したがって、大気中へのＮＯｘの排出を阻止することができる。
【００７２】
ところで、この実施の形態では前述したように、高負荷運転時にはストイキ制御モードで空燃比が制御されるため燃焼室３内の混合気の空燃比は理論空燃比あるいはそれより若干リッチになり、低中負荷運転時にはリーン制御モードで空燃比が制御されるため燃焼室３内の混合気の空燃比はリーンになるので、低中負荷運転時に排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒５５に吸収され、高負荷運転時にＮＯｘ触媒５５からＮＯｘが放出され還元されることになる。しかしながら、高負荷運転の頻度が少なく、低中負荷運転の頻度が多くその運転時間が長ければ、ＮＯｘの放出・還元が間に合わなくなり、ＮＯｘ触媒５５のＮＯｘの吸収能力が飽和してＮＯｘを吸収できなくなってしまう。
【００７３】
そこで、この実施の形態では、リーン混合気の燃焼が行われている場合、即ちリーン制御モードで空燃比を制御しているときには、比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にストイキまたはリッチ混合気の燃焼が行われるように混合気の空燃比を制御し、短周期的にＮＯｘの放出・還元を行っている。このようにＮＯｘの吸放出のために、排気空燃比（この実施の形態では混合気の空燃比）が比較的に短い周期で「リーン」と「スパイク的なストイキまたはリッチ（以下、これをリッチスパイクと称す）」を交互に繰り返されるように制御することを、以下の説明ではリーン・リッチスパイク制御と称す。尚、この出願においては、リーン・リッチスパイク制御はリーン空燃比制御に含まれるものとする。
【００７４】
一方、燃料には硫黄（Ｓ）が含まれており、燃料中の硫黄が燃焼するとＳＯ２やＳＯ３などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生し、ＮＯｘ触媒５５は排気ガス中のこれらＳＯｘも吸収する。ＮＯｘ触媒５５のＳＯｘ吸収メカニズムはＮＯｘ吸収メカニズムと同じであると考えられる。即ち、ＮＯｘの吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを坦持させた場合を例にとって説明すると、前述したように、排気空燃比がリーンのときには、酸素Ｏ２がＯ２ −又はＯ２−の形でＮＯｘ触媒５５の白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排気ガス中のＳＯｘ（例えばＳＯ２）は白金Ｐｔの表面上で酸化されてＳＯ３となる。
【００７５】
その後、生成されたＳＯ３は、白金Ｐｔの表面で更に酸化されながらＮＯｘ触媒５５内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合し、硫酸イオンＳＯ４ ２−の形でＮＯｘ触媒５５内に拡散し硫酸塩ＢａＳＯ４を生成する。この硫酸塩ＢａＳＯ４は安定していて分解しずらく、流入排気ガスの空燃比をリッチにしても分解されずにＮＯｘ触媒５５内に残ってしまう。したがって、時間経過に伴いＮＯｘ触媒５５内のＢａＳＯ４の生成量が増大するとＮＯｘ触媒５５の吸収に関与できるＢａＯの量が減少してＮＯｘの吸収能力が低下してしまう。これが即ちＳＯｘ被毒である。
【００７６】
そこで、この実施の形態ではＮＯｘ触媒５５にＳＯｘが流入しないように、ＮＯｘ触媒５５の上流に設けたスタートコンバータとしての三元触媒５１にＳＯｘ吸収剤を坦持してＳＯｘ吸収能を付与しているのである。三元触媒５１に坦持されたＳＯｘ吸収剤は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになって酸素濃度が低下すると吸収したＳＯｘを放出する。
【００７７】
このようにＳＯｘ吸収能を有する三元触媒５１をＮＯｘ触媒５５の上流に配置すると、三元触媒５１に流入する排気ガスの空燃比がリーンになると排気ガス中のＳＯｘが三元触媒５１に吸収され、したがって、下流のＮＯｘ触媒５５にはＳＯｘが流れ込まなくなり、ＮＯｘ触媒５５では排気ガス中のＮＯｘのみが吸収されることになる。
【００７８】
一方、三元触媒５１に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになって酸素濃度が低下すると、三元触媒５１に吸収されているＳＯｘが三元触媒５１から放出され、排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯによってＳＯ２に還元せしめられる。
【００７９】
尚、この実施の形態のエンジンでは、リーン制御モードで空燃比を制御しエンジンを運転しているときに排気ガスの空燃比がリーンになるので、排気ガス中のＳＯｘが三元触媒５１に吸収される。また、ストイキ制御モードで空燃比を制御しエンジンを理論空燃比またはリッチ空燃比で運転しているときに排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチなるので、これらの運転状態のときに三元触媒５１に吸収されているＳＯｘが放出される。
【００８０】
ところで、三元触媒５１からＳＯｘが放出されているときには、三元触媒５１から流出した排気ガスには多量のＳＯｘが含まれることとなるため、この排気ガスがＮＯｘ触媒５５に流入すると排気ガス中のＳＯｘがＮＯｘ触媒５５に吸収され、ＮＯｘ触媒５５がＳＯｘ被毒してしまい、三元触媒５１にＳＯｘ吸収能を付与した意味がなくなってしまう。そこで、この実施の形態では、三元触媒５１から放出されたＳＯｘがＮＯｘ触媒５５に吸収されるのを阻止するために、ストイキ制御モードで空燃比を制御しエンジンを運転しているときには、三元触媒５１から流出した排気ガスをバイパス通路５９に導くようにしている。さらに、バイパス通路５９を流れる排気ガスを浄化するために、バイパス通路５９に三元触媒６１を設けている。
【００８１】
次に、このエンジンの運転状態に場合分けして排気経路と排気浄化の作用を説明する。
まず、エンジンの運転状態が低中負荷運転領域にありリーン制御モードで空燃比制御を実行しているときには、図１に示すように、ＥＣＵ３０は、アクチュエータ６２，６４に制御信号を送信して、排気切替弁６３を全開状態に保持するとともに排気切替弁６５を全閉状態に保持する。これにより、排気ガスはＮＯｘ触媒５５に流れ、バイパス通路５９の三元触媒６１には流れなくなる。
【００８２】
このとき、エンジンから排出されるリーン空燃比の排気ガス中のＳＯｘはスタートコンバータとしての三元触媒５１に吸収され、ＳＯｘを除去された排気ガスがＮＯｘ触媒５５に流れるようになるので、ＮＯｘ触媒５５のＳＯｘ被毒を防止することができる。
【００８３】
特に、この実施の形態においては、リーン制御モードにおける最大空燃比が１６に設定されており、三元触媒５１からＳＯｘが放出され易い理論空燃比（１４．５）からは十分に離れた値を採用しているので、リーン制御モードで空燃比制御を実行しているときに三元触媒５１からＳＯｘが放出される虞れは殆どなく、ＮＯｘ触媒５５のＳＯｘ被毒を確実に防止することができる。
【００８４】
そして、前述したように、リーン制御モードのときには、実際にはリーン・リッチスパイク制御が行われるので、ＮＯｘ触媒５５においてＮＯｘの吸放出・還元が行われ、排気ガスは浄化される。
【００８５】
尚、間欠的にリッチスパイクの排気ガスが三元触媒５１に流れるが、このリッチスパイクは非常に短時間であるので三元触媒５１に吸収されているＳＯｘが放出されることはない。
【００８６】
一方、エンジンの運転状態が高負荷運転状態にありストイキ制御モードで空燃比制御を実行しているときには、ＥＣＵ３０は、アクチュエータ６２，６４に制御信号を送信して、排気切替弁６３を全閉状態に保持するとともに排気切替弁６５を全開状態に保持する。これにより、排気ガスはバイパス通路５９の三元触媒６１に流れ、ＮＯｘ触媒５５には流れなくなる。
【００８７】
このとき、エンジンから排出されるストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスは、スタートコンバータとしての三元触媒５１とバイパス通路５９の三元触媒６１によって浄化される。また、三元触媒５１の触媒温度がＳＯｘ脱離可能な温度（以下、この温度をＳＯｘ脱離温度という）に達していれば、三元触媒５１に吸収されているＳＯｘが放出されるが、このＳＯｘ濃度の高い排気ガスはＮＯｘ触媒５５には流入せずバイパス通路５９に流れるので、ＮＯｘ触媒５５のＳＯｘ被毒を防止することができる。
【００８８】
〔他の実施の形態〕
前述した実施の形態では、ストイキ制御モードにおける最大空燃比を１４．５とし、リーン制御モードにおける最小空燃比を１６としたが、最大空燃比および最小空燃比の値はこれに限るものではない。例えば、ストイキ制御モードにおける最大空燃比を１４．５とし、リーン制御モードにおける最小空燃比を２０としてもよい。このように、ストイキ制御モードにおける最大空燃比の値とリーン制御モードにおける最小空燃比の値との差が大きい方が、ＮＯｘ触媒５５のＳＯｘ被毒を確実に防止することができる。
【００８９】
また、三元触媒５１からのＳＯｘの脱離は、三元触媒５１の温度に関わりがあり、排気ガスの空燃比が同じであっても三元触媒５１の温度が高い方が三元触媒５１からＳＯｘが脱離し易い傾向がある。そのため、三元触媒５１の温度に応じてリーン制御モードにおける最小空燃比の値を変更する最小空燃比変更手段を備えるのが好ましい。例えば、ＥＣＵ３０は、三元触媒５１の温度が３００゜Ｃ以下であると判定したときには、リーン制御モードにおける最小空燃比の値として１６を採用し、三元触媒５１の温度が３００゜Ｃを越えていると判定したときには、リーン制御モードにおける最小空燃比の値として１８を採用するなどである。
【００９０】
尚、この場合、三元触媒５１に温度センサを設けて触媒温度を直接検出することも可能であるが、排気温センサ６６で検出される排気ガス温度を三元触媒５１の温度として代用することも可能である。
【００９１】
上述した実施の形態では、スタートコンバータとしての三元触媒５１にＳＯｘ吸収剤を坦持することにより三元触媒５１をＳＯｘ吸収材として機能させたが、スタートコンバータとしての三元触媒とは別に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流にＳＯｘ吸収材を配置してもよく、その場合にはスタートコンバータがなくても本発明は成立する。
【００９２】
また、上述した実施の形態では、ＳＯｘ吸収材としての三元触媒５１からのＳＯｘ放出を、エンジンの運転状態に基づくストイキ制御モードによる空燃比制御に任せているが、ＳＯｘ吸収材に吸収されたＳＯｘ量を例えば燃料消費量に基づいて演算し、ＳＯｘ量が所定量になったときに強制的にストイキの排気ガスを流してＳＯｘ吸収材の再生処理を実行するようにすることも可能である。
【００９３】
また、上述した実施の形態では、バイパス通路５９に三元触媒６１を配置したが、三元触媒６１をバイパス通路５９に配置せず、排気管５８に配置しても構わない。要するに、三元触媒６１は、バイパス通路５９に流れた排気ガスが流通する部位に配置されていればよい。排気管５８に三元触媒６１を配置した場合にも、前述の実施の形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【００９４】
さらに、三元触媒６１に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の機能を併有させるようにしてもよい。バイパス通路５９には主にストイキの排気ガスが流れるので、三元触媒６１が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の機能を有していても、ＳＯｘ被毒することはない。
【００９５】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の空燃比を制御するストイキ制御モードとリーン制御モードを備える空燃比制御手段と、（ロ）前記内燃機関の排気通路に設けられたＳＯｘ吸収材と、（ハ）前記ＳＯｘ吸収材よりも下流の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、（ニ）前記ＳＯｘ吸収材と前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の間の排気通路から分岐して前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を迂回して排気ガスを流すバイパス通路と、（ホ）前記空燃比制御手段がリーン制御モードで空燃比制御を実行しているときには排気ガスを吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に導き、ストイキ制御モードで空燃比制御を実行しているときには排気ガスを前記バイパス通路に導くように排気経路を切り替える排気経路切替手段と、（ヘ）前記バイパス通路に導かれた排気ガスが流通する部位に設けられた三元触媒と、を備え、前記空燃比制御手段のリーン制御モードにおける最小空燃比が、ストイキ制御モードにおける最大空燃比よりも大きく設定されていることにより、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を確実に防止することができるという優れた効果が奏される。
【００９６】
ストイキ制御モードにおける最大空燃比を１４．５としリーン制御モードにおける最小空燃比を１６とした場合、あるいは、ストイキ制御モードにおける最大空燃比を１４．５としリーン制御モードにおける最小空燃比を２０とした場合には、リーン制御モードにおける最小空燃比の値が理論空燃比から大きく離れているので、リーン制御モードで空燃比制御を実行しているときにＳＯｘ吸収材からＳＯｘが脱離するのをより確実に防止することができる。
【００９７】
ＳＯｘ吸収材の温度に応じてリーン制御モードにおける最小空燃比の値を変更する最小空燃比変更手段を備えた場合には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒防止の確実性がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】前記実施の形態における排気通路の一部を拡大して示した図である。
【図３】前記実施の形態におけるＥＣＵの構成を示す図である。
【図４】前記実施の形態における内燃機関の機関回転数と機関負荷と燃焼状態との関係を示す図である。
【図５】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図６】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸放出作用を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 機関本体（内燃機関）
３ 燃焼室
４ 点火栓
１１ 燃料噴射弁（空燃比制御手段）
１３ エアフロメータ
１５ スロットル弁（空燃比制御手段）
１６Ａ，１６Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ，５３，５４，５７，５８ 排気管（排気通路）
１９ アクセルペダル
３０ ＥＣＵ
５１ 三元触媒（ＳＯｘ吸収材）
５５ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
５９ バイパス通路
６１ 三元触媒
６３，６５ 排気切替弁（排気経路切替手段）
６６ 排気温センサ
Claims (6)
- （イ）希薄燃焼可能な内燃機関の空燃比を制御し理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御するストイキ制御モードとリーン空燃比に制御するリーン制御モードを備える空燃比制御手段と、
（ロ）前記内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯｘを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯｘを放出するＳＯｘ吸収材と、
（ハ）前記ＳＯｘ吸収材よりも下流の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＮＯｘを放出しＮ２に還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
（ニ）前記ＳＯｘ吸収材と前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の間の排気通路から分岐して前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を迂回して排気ガスを流すバイパス通路と、
（ホ）前記空燃比制御手段がリーン制御モードで空燃比制御を実行しているときには排気ガスを吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に導き、ストイキ制御モードで空燃比制御を実行しているときには排気ガスを前記バイパス通路に導くように排気経路を切り替える排気経路切替手段と、
（ヘ）前記バイパス通路に導かれた排気ガスが流通する部位に設けられた三元触媒と、
を備え、前記空燃比制御手段のリーン制御モードにおける最小空燃比は、ストイキ制御モードにおける最大空燃比よりも大きく設定されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記ストイキ制御モードにおける最大空燃比は１４．５であり、リーン制御モードにおける最小空燃比は１６であ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。
- 前記ストイキ制御モードにおける最大空燃比は１４．５であり、リーン制御モードにおける最小空燃比は２０であ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。
- 前記ＳＯｘ吸収材の温度に応じて前記リーン制御モードにおける最小空燃比の値を変更する最小空燃比変更手段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。
- 前記最小空燃比変更手段は、前記ＳＯｘ吸収材の温度が高いほどリーン制御モードにおける最小空燃比の値を大きくすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記三元触媒は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の機能を併有す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。
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