JP4265125B2 - 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吸蔵還元型ＮＯx触媒が設けられるとともに吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流に酸素吸蔵能力を有する前置触媒が配置された内燃機関の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、希薄燃焼式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、及び、希薄燃焼式内燃機関の始動時およびまたは始動直後における排気エミッションを向上させる技術が要求されている。
【０００３】
このような要求に対し、従来では希薄燃焼式内燃機関の排気通路にＮＯx触媒を配置するとともに、そのＮＯx触媒より上流の排気通路にＮＯx触媒より熱容量が小さい前置触媒を配置する技術が提案されている。
【０００４】
上記したような技術としては、例えば、特開２０００−２７６７７号公報に記載されたような希薄燃焼式内燃機関の排気浄化装置が知られている。
【０００５】
前記公報に記載された希薄燃焼式内燃機関の排気浄化装置は、希薄燃焼式内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒が配置されるとともに、その吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流の排気通路に酸素貯蔵能力を有する三元触媒が配置された排気浄化装置において、リッチスパイク操作開始直後の所定期間に排気空燃比をリッチスパイク操作時の空燃比より低くするように構成されている。
【０００６】
このように構成された希薄燃焼式内燃機関の排気浄化装置は、リッチスパイク操作が実質的に開始される直前に排気の空燃比をリッチスパイク操作時より低くすることにより、三元触媒に貯蔵されている酸素の全てを直ちに放出させ、以て吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比をリーン空燃比から所望のリッチスパイク空燃比又は理論空燃比へ遅滞なく切り換えようとするものである。
【０００７】
【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実行直前のリッチ空燃比は、前置触媒の酸素貯蔵量を考慮して決定されるが、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量を考慮していないため、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量が比較的少ないときにリッチスパイク制御実行直前の空燃比が過剰に低く設定される場合がある。
【０００８】
そのような場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気に含まれる炭化水素や一酸化炭素の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出される窒素酸化物の量に比して過多となり、その結果、排気中に含まれる余剰の炭化水素や一酸化炭素が大気中へ放出される虞がある。
【０００９】
また、上記した従来の技術では、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量が比較的多いときにリッチスパイク制御実行直前のリッチ空燃比が過剰に高く設定される場合もある。
【００１０】
そのような場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気に含まれる炭化水素や一酸化炭素の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出される窒素酸化物の量に比して過少となり、その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出された窒素酸化物の一部が還元されずに大気中へ放出される虞がある。
【００１１】
本発明は、上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、酸素貯蔵能力を有する前置触媒が吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流の排気通路に配置された内燃機関の排気浄化装置において、炭化水素や一酸化炭素の大気中への放出抑制と、窒素酸化物の大気中への放出抑制とを好適に両立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、排気空燃比がリーンであるときは窒素酸化物を吸蔵するとともに排気空燃比がリッチであるときは吸蔵していた窒素酸化物を放出しつつ還元及び浄化する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流に配置され、酸素吸蔵能力を有する前置触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物を浄化する必要があるときに排気空燃比を理論空燃比より低い第１のリッチ空燃比まで低下させるリッチスパイク制御実行手段と、
前記リッチスパイク制御実行手段によるリッチスパイク制御の実行前に、排気空燃比を前記第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実行手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物量に応じて前記第２のリッチ空燃比およびまたは空燃比低下制御の実行時間を変更する空燃比低下制御変更手段と、
を備えている。
【００１３】
この発明は、酸素貯蔵能力を有する前置触媒が吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流に配置され、リッチスパイク制御の実行直前に前置触媒の貯蔵酸素を消費させるべく空燃比低下制御が実行される内燃機関の排気浄化装置において、空燃比低下制御に係る空燃比又は空燃比低下制御の実行時間を吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物量に応じて決定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、ＮＯx触媒にて窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するときに、先ず空燃比低下制御手段が排気空燃比をスパイク制御実行時の空燃比（第１のリッチ空燃比）より更に低い第２のリッチ空燃比まで低下させる。このとき、前置触媒に貯蔵されている酸素が直ちに消費される。
【００１５】
続いて、リッチスパイク制御実行手段が排気空燃比を第１のリッチ空燃比まで低下させる。この時点では、前置触媒に貯蔵されていた酸素の全てが既に消費されているため、前置触媒から酸素が放出されず、前置触媒から排出される排気の空燃比が第１のリッチ空燃比と略一致するようになる。この結果、第１のリッチ空燃比の排気がＮＯx触媒に流入することになり、ＮＯx触媒は窒素酸化物（ＮＯx）を好適に浄化可能となる。
【００１６】
尚、空燃比低下制御変更手段は、空燃比低下制御手段が排気空燃比を第２のリッチ空燃比まで低下させる際に、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物量に応じて第２のリッチ空燃比又は空燃比低下制御の実行時間を変更する。
【００１７】
例えば、空燃比低下制御変更手段は、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物量が多くなるほど、第２のリッチ空燃比を低く、又は空燃比低下制御の実行時間を長くする。
【００１８】
このように空燃比低下制御変更手段が第２のリッチ空燃比又は空燃比低下制御の実行時間を変更すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物量が少ないときは、空燃比低下制御に係る第２のリッチ空燃比が高く設定され、又は空燃比低下制御の実行時間が短く設定されることになる。
【００１９】
この場合、空燃比低下制御の実行期間中に吸蔵還元型ＮＯx触媒へ流入する排気の空燃比が過剰に低くなることがなく、その結果、排気中に含まれる炭化水素や一酸化炭素が吸蔵還元型ＮＯx触媒にて消費されることなく大気中へ放出される事態が防止される。
【００２０】
一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物量が多いときは、空燃比低下制御に係る第２のリッチ空燃比が低く設定され、又は空燃比低下制御の実行時間が長くされることになる。
【００２１】
この場合、空燃比低下制御の実行期間中に吸蔵還元型ＮＯx触媒へ流入する排気の空燃比が過剰に高くなることがなく、その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出された窒素酸化物又は排気中に含まれる窒素酸化物が還元されずに大気中へ放出される事態が防止される。
【００２２】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の運転状態に応じて第１のリッチ空燃比を変更するリッチスパイク制御変更手段を更に備えるようにしてもよい。
【００２３】
その際、リッチスパイク制御変更手段は、内燃機関の負荷及び機関回転数が高くなるほど第１のリッチ空燃比を高く設定するようにしてもよい。
【００２４】
これは、内燃機関の負荷及び機関回転数が高くなるほど単位時間当たりに内燃機関から排出される排気量が多くなり且つ排気の流速が高くなるため、そのような状況下で第１のリッチ空燃比が低く設定されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx放出作用が完了したタイミングに対してリッチスパイク制御の実行終了タイミングが遅延した場合に比較的多量の炭化水素や一酸化炭素が大気中へ放出される虞があるからである。
【００２５】
【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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８が配置されている。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。前記酸素センサ４９ｃは、排気の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ているものとする。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
ここで、ＥＣＵ２０は、図２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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
これに対し、ＣＰＵ２０１は、内燃機関１が希薄燃焼運転されているときは、所定時間毎に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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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リーン空燃比と第１のリッチ空燃比とを短い周期で交互に繰り返すようになる。この場合、リーン空燃比の排気と第１のリッチ空燃比の排気とが短い周期で交互に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８へ流入することになる。
【００７４】
その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８が窒素酸化物（ＮＯx）の吸蔵と放出・還元とを交互に繰り返すことになるため、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続される場合であっても吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵能力が飽和することがない。
【００７５】
尚、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。
【００７６】
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。
【００７７】
そこで、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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
ところで、上記したような空燃比低下制御が実行される際に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的少ないと、三元触媒４６から流出した排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）（以下、還元成分と総称する）の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量に比して過多となり、その結果、排気中に含まれる還元成分が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８にて消費（窒素酸化物（ＮＯx）と反応して酸化）されることなく大気中へ放出される虞がある。
【００８２】
また、上記したような空燃比低下制御が実行される際に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的多いと、三元触媒４６から流出した排気に含まれる還元成分の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量に比して過少となり、その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出された窒素酸化物（ＮＯx）が還元されることなく大気中へ放出される虞がある。
【００８３】
これに対し、ＣＰＵ２０１は、空燃比低下制御を実行する際に、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量を推定し、その推定量に基づいて第２のリッチ空燃比を決定するようにした。具体的には、ＣＰＵ２０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が多くなるほど第２のリッチ空燃比を低く設定するようにした。 その際、図３に示されるようなＮＯx吸蔵量と第２のリッチ空燃比との関係を示すマップを予めＲＯＭ２０２に記憶しておくようにしてもよい。以下では、図３に示されるようなマップを第２のリッチ空燃比制御マップと称するものとする。
【００８４】
このような方法により第２のリッチ空燃比が決定されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的少ないときは、空燃比低下制御に係る第２のリッチ空燃比が高めに設定されるため、三元触媒４６から流出した排気に含まれる還元成分の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量に比して過剰に多くなることがなく、その結果、空燃比低下制御実行期間に大気中へ放出される炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の量を低減させることが可能となる。
【００８５】
一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的多いときは、空燃比低下制御に係る第２のリッチ空燃比が低めに設定されるため、三元触媒４６から流出した排気に含まれる還元成分の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量に比して過少となることがなく、その結果、空燃比低下制御実行期間に大気中へ放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量を低減させることが可能となる。
【００８６】
尚、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。
【００８７】
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。
【００８８】
ここで、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。
【００８９】
ＮＯx放出量は、内燃機関１が理論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。
【００９０】
ここで、内燃機関１が理論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。
【００９１】
また、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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
このため、単位時間当たりに内燃機関１から排出される排気量が多い場合は、排気の流速が高くなるため、上記した応答遅れ期間に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てしまうことになる。
【００９７】
これに対し、ＣＰＵ２０１は、単位時間当たりに内燃機関１から排出される排気量をパラメータとしてリッチスパイク制御に係る第１のリッチ空燃比を決定するようにした。具体的には、ＣＰＵ２０１は、単位時間当たりに内燃機関１から排出される排気量が多くなるほど、第１のリッチ空燃比を高く設定するようにした。
【００９８】
ここで、単位時間当たりに内燃機関１から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第１のリッチ空燃比を決定するようにしてもよい。
【００９９】
その場合、図４に示されるような第１のリッチ空燃比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、図４に示されるようなマップを第１のリッチ空燃比制御マップと称するものとする。
【０１００】
上記したような方法によりリッチスパイク制御に係る第１のリッチ空燃比が決定されると、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第１のリッチ空燃比が高く設定されるため、たとえリッチスパイク制御の実行が酸素センサ４９ｃの応答遅れによってＮＯx放出完了後まで継続されても、その際に大気中に放出される炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の量を最小限に抑えることが可能となる。
【０１０１】
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５のフローチャート図に沿って説明する。
【０１０２】
図５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。
【０１０３】
リッチスパイク制御ルーチンでは、ＣＰＵ２０１は、先ずＳ５０１において内燃機関１が希薄燃焼運転されているか否か、具体的には、内燃機関１が成層燃焼運転又は均質リーン燃焼運転されているか否かを判別する。
【０１０４】
前記Ｓ５０１において内燃機関１が希薄燃焼運転されていないと判定された場合、言い換えれば、内燃機関１が理論空燃比以下の混合気により均質燃焼運転されていると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、リッチスパイク制御を実行する必要がないとみなし、本ルーチンの実行を終了する。
【０１０５】
一方、前記Ｓ５０１において内燃機関１が希薄燃焼運転されていると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、Ｓ５０２へ進み、リッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。
【０１０６】
上記したリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８が活性状態にある、前回のリッチスパイク制御実行時からの経過時間が所定時間以上である等の条件を例示することができる。
【０１０７】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、Ｓ５０３へ進み、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量推定処理を実行する。具体的には、ＣＰＵ２０１は、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。
【０１０８】
Ｓ５０４では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ５０３で算出されたＮＯx吸蔵量をパラメータとしてＲＯＭ２０２の第２のリッチ空燃比制御マップへアクセスし、前記ＮＯx吸蔵量に対応した第２のリッチ空燃比を算出する。
【０１０９】
Ｓ５０５では、ＣＰＵ２０１は、ＲＡＭ２０３から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）と機関回転数とを読み出す。
【０１１０】
Ｓ５０６では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ５０５で読み出されたアクセル開度及び機関回転数をパラメータとしてＲＯＭ２０２の第１のリッチ空燃比制御マップへアクセスし、前記アクセル開度及び前記機関回転数に対応した第１のリッチ空燃比を算出する。
【０１１１】
Ｓ５０７では、ＣＰＵ２０１は、内燃機関１から排出される排気の空燃比を前記第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。具体的には、ＣＰＵ２０１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。
【０１１２】
Ｓ５０８では、ＣＰＵ２０１は、空燃比低下制御カウンタを起動する。この空燃比低下制御カウンタは、空燃比低下制御の実行開始時点からの経過時間を計時するカウンタであり、例えば、ＣＰＵ２０１に内蔵されたレジスタ等で構成される。
【０１１３】
Ｓ５０９では、ＣＰＵ２０１は、空燃比低下制御カウンタの値が所定の空燃比低下制御実行時間：Ｔ１以上であるか否かを判別する。前記空燃比低下制御実行時間：Ｔ１は、第２のリッチ空燃比の排気が三元触媒４６に流入している条件下で、三元触媒４６が貯蔵酸素の全てを放出するまでに要する時間である。
【０１１４】
前記Ｓ５０９において空燃比低下制御カウンタの値が前記空燃比低下制御実行時間：Ｔ１未満であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、三元触媒４６が貯蔵酸素の全てを未だ放出していないとみなし、空燃比低下制御の実行を継続する。
【０１１５】
一方、前記Ｓ５０９において空燃比低下制御カウンタの値が前記空燃比低下制御実行時間：Ｔ１以上であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、三元触媒４６が貯蔵酸素の全てを既に放出したとみなし、Ｓ５１０へ進む。
【０１１６】
Ｓ５１０では、ＣＰＵ２０１は、内燃機関１から排出される排気の空燃比を前記Ｓ５０６で決定された第１のリッチ空燃比まで高めることにより、空燃比低下制御からリッチスパイク制御へ制御を移行する。具体的には、ＣＰＵ２０１は、内燃機関１から排出される排気の空燃比を第２のリッチ空燃比から第１のリッチ空燃比まで高めるべく副燃料の噴射量を減量する。
【０１１７】
Ｓ５１１では、ＣＰＵ２０１は、ＲＡＭ２０３から酸素センサ４９ｃの出力電圧：Ｖo2を読み出す。
【０１１８】
Ｓ５１２では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ５１１で読み出された出力電圧：Ｖo2が所定電圧以上であるか否か、言い換えれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx放出作用が完了したか否かを判別する。
【０１１９】
前記Ｓ５１２において前記出力電圧：Ｖo2が前記所定電圧未満であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx放出作用が完了していないとみなし、リッチスパイク制御の実行を継続する。
【０１２０】
一方、前記Ｓ５１２において前記出力電圧：Ｖo2が前記所定電圧以上であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx放出作用が完了したとみなし、Ｓ５１３へ進む。
【０１２１】
Ｓ５１３では、ＣＰＵ２０１は、リッチスパイク制御の実行を終了する。すなわち、ＣＰＵ２０１は、燃料噴射弁３２からの副燃料の噴射を停止する。
【０１２２】
Ｓ５１４では、ＣＰＵ２０１は、前述した空燃比低下制御カウンタの値をリセットする。
【０１２３】
上記したようなリッチスパイク制御ルーチンをＣＰＵ２０１が実行することにより、空燃比低下制御に係る第２のリッチ空燃比が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量に応じた空燃比となるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量に適応した量となる。
【０１２４】
この結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的少ない場合には排気中に含まれる余剰の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８にて消費されることなく大気中へ放出される事態が防止されるとともに、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的多い場合に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出された窒素酸化物（ＮＯx）の一部が還元されずに大気中へ放出される事態が防止されることになる。
【０１２５】
更に、上記したようなリッチスパイク制御ルーチンをＣＰＵ２０１が実行することにより、リッチスパイク制御に係る第１のリッチ空燃比が単位時間当たりに内燃機関１から排出される排気量に応じて変更されるため、酸素センサ４９ｃの応答遅れによりリッチスパイク制御実行終了時期が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx放出作用完了後まで継続された場合であっても炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が大気中へ放出されるのを抑制することが可能となる。特に、単位時間当たりに内燃機関１から排出される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がなくなる。
【０１２６】
従って、本実施の形態によれば、酸素貯蔵能力を有する三元触媒と吸蔵還元型ＮＯx触媒とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の大気中への放出抑制と、窒素酸化物（ＮＯx）の大気中への放出抑制とを両立することが可能となる。
【０１２７】
尚、本実施の形態では、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量に応じて空燃比低下制御に係る第２のリッチ空燃比を変更する例について述べたが、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量に応じて空燃比低下制御の実行時間を変更するようにしてもよい。
【０１２８】
この場合、空燃比低下制御の実行時間は、図６に示されるように、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が多くなるほど長く設定されるようにすればよい。
【０１２９】
これは、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的少ないときに空燃比低下制御の実行時間が過剰に長く設定されると、空燃比低下制御実行期間の後半において吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する還元成分の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量に比して過多になるとともに、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的多いときに空燃比低下制御の実行時間が過剰に短く設定されると、空燃比低下制御実行終了後のリッチスパイク制御実行時において吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する還元成分の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量に比して過少となる虞があるからである。
【０１３０】
また、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第１のリッチ空燃比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第１のリッチ空燃比を決定するようにしてもよい。
【０１３１】
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、二次空気噴射ノズル５３から二次空気が噴射されない限り吸入空気量（エアフローメータ４４の出力信号値）に応じて変化するためである。
【０１３２】
この場合、第１のリッチ空燃比は、図７に示されるように、吸入空気量が多くなるほど高く設定されるようにすればよい。
【０１３３】
【発明の効果】
本発明によれば、酸素貯蔵能力を有する前置触媒が吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流の排気通路に配置され、リッチスパイク制御の実行直前に前置触媒の貯蔵酸素を放出させるべく空燃比低下制御が実行される内燃機関の排気浄化装置において、炭化水素や一酸化炭素の大気中への放出防止と窒素酸化物の大気中への放出抑制とを好適に両立することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用す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】 第２のリッチ空燃比とＮＯx吸蔵量との関係を示す図
【図４】 第１のリッチ空燃比と機関回転数と機関負荷との関係を示す図
【図５】 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６】 空燃比低下制御実行時間とＮＯx吸蔵量との関係を示す図
【図７】 第１のリッチ空燃比と吸入空気量との関係を示す図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２０・・・ＥＣＵ
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
４６・・・三元触媒
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吸蔵還元型ＮＯx触媒が設けられるとともに吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流に酸素吸蔵能力を有する前置触媒が配置された内燃機関の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、希薄燃焼式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、及び、希薄燃焼式内燃機関の始動時およびまたは始動直後における排気エミッションを向上させる技術が要求されている。
【０００３】
このような要求に対し、従来では希薄燃焼式内燃機関の排気通路にＮＯx触媒を配置するとともに、そのＮＯx触媒より上流の排気通路にＮＯx触媒より熱容量が小さい前置触媒を配置する技術が提案されている。
【０００４】
上記したような技術としては、例えば、特開２０００−２７６７７号公報に記載されたような希薄燃焼式内燃機関の排気浄化装置が知られている。
【０００５】
前記公報に記載された希薄燃焼式内燃機関の排気浄化装置は、希薄燃焼式内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒が配置されるとともに、その吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流の排気通路に酸素貯蔵能力を有する三元触媒が配置された排気浄化装置において、リッチスパイク操作開始直後の所定期間に排気空燃比をリッチスパイク操作時の空燃比より低くするように構成されている。
【０００６】
このように構成された希薄燃焼式内燃機関の排気浄化装置は、リッチスパイク操作が実質的に開始される直前に排気の空燃比をリッチスパイク操作時より低くすることにより、三元触媒に貯蔵されている酸素の全てを直ちに放出させ、以て吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比をリーン空燃比から所望のリッチスパイク空燃比又は理論空燃比へ遅滞なく切り換えようとするものである。
【０００７】
【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実行直前のリッチ空燃比は、前置触媒の酸素貯蔵量を考慮して決定されるが、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量を考慮していないため、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量が比較的少ないときにリッチスパイク制御実行直前の空燃比が過剰に低く設定される場合がある。
【０００８】
そのような場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気に含まれる炭化水素や一酸化炭素の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出される窒素酸化物の量に比して過多となり、その結果、排気中に含まれる余剰の炭化水素や一酸化炭素が大気中へ放出される虞がある。
【０００９】
また、上記した従来の技術では、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量が比較的多いときにリッチスパイク制御実行直前のリッチ空燃比が過剰に高く設定される場合もある。
【００１０】
そのような場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気に含まれる炭化水素や一酸化炭素の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出される窒素酸化物の量に比して過少となり、その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出された窒素酸化物の一部が還元されずに大気中へ放出される虞がある。
【００１１】
本発明は、上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、酸素貯蔵能力を有する前置触媒が吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流の排気通路に配置された内燃機関の排気浄化装置において、炭化水素や一酸化炭素の大気中への放出抑制と、窒素酸化物の大気中への放出抑制とを好適に両立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、排気空燃比がリーンであるときは窒素酸化物を吸蔵するとともに排気空燃比がリッチであるときは吸蔵していた窒素酸化物を放出しつつ還元及び浄化する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流に配置され、酸素吸蔵能力を有する前置触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物を浄化する必要があるときに排気空燃比を理論空燃比より低い第１のリッチ空燃比まで低下させるリッチスパイク制御実行手段と、
前記リッチスパイク制御実行手段によるリッチスパイク制御の実行前に、排気空燃比を前記第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実行手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物量に応じて前記第２のリッチ空燃比およびまたは空燃比低下制御の実行時間を変更する空燃比低下制御変更手段と、
を備えている。
【００１３】
この発明は、酸素貯蔵能力を有する前置触媒が吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流に配置され、リッチスパイク制御の実行直前に前置触媒の貯蔵酸素を消費させるべく空燃比低下制御が実行される内燃機関の排気浄化装置において、空燃比低下制御に係る空燃比又は空燃比低下制御の実行時間を吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物量に応じて決定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、ＮＯx触媒にて窒素酸化物（ＮＯx）を浄化するときに、先ず空燃比低下制御手段が排気空燃比をスパイク制御実行時の空燃比（第１のリッチ空燃比）より更に低い第２のリッチ空燃比まで低下させる。このとき、前置触媒に貯蔵されている酸素が直ちに消費される。
【００１５】
続いて、リッチスパイク制御実行手段が排気空燃比を第１のリッチ空燃比まで低下させる。この時点では、前置触媒に貯蔵されていた酸素の全てが既に消費されているため、前置触媒から酸素が放出されず、前置触媒から排出される排気の空燃比が第１のリッチ空燃比と略一致するようになる。この結果、第１のリッチ空燃比の排気がＮＯx触媒に流入することになり、ＮＯx触媒は窒素酸化物（ＮＯx）を好適に浄化可能となる。
【００１６】
尚、空燃比低下制御変更手段は、空燃比低下制御手段が排気空燃比を第２のリッチ空燃比まで低下させる際に、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物量に応じて第２のリッチ空燃比又は空燃比低下制御の実行時間を変更する。
【００１７】
例えば、空燃比低下制御変更手段は、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物量が多くなるほど、第２のリッチ空燃比を低く、又は空燃比低下制御の実行時間を長くする。
【００１８】
このように空燃比低下制御変更手段が第２のリッチ空燃比又は空燃比低下制御の実行時間を変更すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物量が少ないときは、空燃比低下制御に係る第２のリッチ空燃比が高く設定され、又は空燃比低下制御の実行時間が短く設定されることになる。
【００１９】
この場合、空燃比低下制御の実行期間中に吸蔵還元型ＮＯx触媒へ流入する排気の空燃比が過剰に低くなることがなく、その結果、排気中に含まれる炭化水素や一酸化炭素が吸蔵還元型ＮＯx触媒にて消費されることなく大気中へ放出される事態が防止される。
【００２０】
一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物量が多いときは、空燃比低下制御に係る第２のリッチ空燃比が低く設定され、又は空燃比低下制御の実行時間が長くされることになる。
【００２１】
この場合、空燃比低下制御の実行期間中に吸蔵還元型ＮＯx触媒へ流入する排気の空燃比が過剰に高くなることがなく、その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出された窒素酸化物又は排気中に含まれる窒素酸化物が還元されずに大気中へ放出される事態が防止される。
【００２２】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の運転状態に応じて第１のリッチ空燃比を変更するリッチスパイク制御変更手段を更に備えるようにしてもよい。
【００２３】
その際、リッチスパイク制御変更手段は、内燃機関の負荷及び機関回転数が高くなるほど第１のリッチ空燃比を高く設定するようにしてもよい。
【００２４】
これは、内燃機関の負荷及び機関回転数が高くなるほど単位時間当たりに内燃機関から排出される排気量が多くなり且つ排気の流速が高くなるため、そのような状況下で第１のリッチ空燃比が低く設定されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx放出作用が完了したタイミングに対してリッチスパイク制御の実行終了タイミングが遅延した場合に比較的多量の炭化水素や一酸化炭素が大気中へ放出される虞があるからである。
【００２５】
【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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８が配置されている。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。前記酸素センサ４９ｃは、排気の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ているものとする。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
ここで、ＥＣＵ２０は、図２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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
これに対し、ＣＰＵ２０１は、内燃機関１が希薄燃焼運転されているときは、所定時間毎に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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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リーン空燃比と第１のリッチ空燃比とを短い周期で交互に繰り返すようになる。この場合、リーン空燃比の排気と第１のリッチ空燃比の排気とが短い周期で交互に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８へ流入することになる。
【００７４】
その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８が窒素酸化物（ＮＯx）の吸蔵と放出・還元とを交互に繰り返すことになるため、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続される場合であっても吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵能力が飽和することがない。
【００７５】
尚、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。
【００７６】
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。
【００７７】
そこで、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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
ところで、上記したような空燃比低下制御が実行される際に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的少ないと、三元触媒４６から流出した排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）（以下、還元成分と総称する）の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量に比して過多となり、その結果、排気中に含まれる還元成分が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８にて消費（窒素酸化物（ＮＯx）と反応して酸化）されることなく大気中へ放出される虞がある。
【００８２】
また、上記したような空燃比低下制御が実行される際に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的多いと、三元触媒４６から流出した排気に含まれる還元成分の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量に比して過少となり、その結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出された窒素酸化物（ＮＯx）が還元されることなく大気中へ放出される虞がある。
【００８３】
これに対し、ＣＰＵ２０１は、空燃比低下制御を実行する際に、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量を推定し、その推定量に基づいて第２のリッチ空燃比を決定するようにした。具体的には、ＣＰＵ２０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が多くなるほど第２のリッチ空燃比を低く設定するようにした。 その際、図３に示されるようなＮＯx吸蔵量と第２のリッチ空燃比との関係を示すマップを予めＲＯＭ２０２に記憶しておくようにしてもよい。以下では、図３に示されるようなマップを第２のリッチ空燃比制御マップと称するものとする。
【００８４】
このような方法により第２のリッチ空燃比が決定されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的少ないときは、空燃比低下制御に係る第２のリッチ空燃比が高めに設定されるため、三元触媒４６から流出した排気に含まれる還元成分の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量に比して過剰に多くなることがなく、その結果、空燃比低下制御実行期間に大気中へ放出される炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の量を低減させることが可能となる。
【００８５】
一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的多いときは、空燃比低下制御に係る第２のリッチ空燃比が低めに設定されるため、三元触媒４６から流出した排気に含まれる還元成分の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量に比して過少となることがなく、その結果、空燃比低下制御実行期間に大気中へ放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量を低減させることが可能となる。
【００８６】
尚、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。
【００８７】
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。
【００８８】
ここで、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。
【００８９】
ＮＯx放出量は、内燃機関１が理論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。
【００９０】
ここで、内燃機関１が理論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。
【００９１】
また、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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
このため、単位時間当たりに内燃機関１から排出される排気量が多い場合は、排気の流速が高くなるため、上記した応答遅れ期間に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てしまうことになる。
【００９７】
これに対し、ＣＰＵ２０１は、単位時間当たりに内燃機関１から排出される排気量をパラメータとしてリッチスパイク制御に係る第１のリッチ空燃比を決定するようにした。具体的には、ＣＰＵ２０１は、単位時間当たりに内燃機関１から排出される排気量が多くなるほど、第１のリッチ空燃比を高く設定するようにした。
【００９８】
ここで、単位時間当たりに内燃機関１から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第１のリッチ空燃比を決定するようにしてもよい。
【００９９】
その場合、図４に示されるような第１のリッチ空燃比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、図４に示されるようなマップを第１のリッチ空燃比制御マップと称するものとする。
【０１００】
上記したような方法によりリッチスパイク制御に係る第１のリッチ空燃比が決定されると、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第１のリッチ空燃比が高く設定されるため、たとえリッチスパイク制御の実行が酸素センサ４９ｃの応答遅れによってＮＯx放出完了後まで継続されても、その際に大気中に放出される炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の量を最小限に抑えることが可能となる。
【０１０１】
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５のフローチャート図に沿って説明する。
【０１０２】
図５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。
【０１０３】
リッチスパイク制御ルーチンでは、ＣＰＵ２０１は、先ずＳ５０１において内燃機関１が希薄燃焼運転されているか否か、具体的には、内燃機関１が成層燃焼運転又は均質リーン燃焼運転されているか否かを判別する。
【０１０４】
前記Ｓ５０１において内燃機関１が希薄燃焼運転されていないと判定された場合、言い換えれば、内燃機関１が理論空燃比以下の混合気により均質燃焼運転されていると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、リッチスパイク制御を実行する必要がないとみなし、本ルーチンの実行を終了する。
【０１０５】
一方、前記Ｓ５０１において内燃機関１が希薄燃焼運転されていると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、Ｓ５０２へ進み、リッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。
【０１０６】
上記したリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８が活性状態にある、前回のリッチスパイク制御実行時からの経過時間が所定時間以上である等の条件を例示することができる。
【０１０７】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、Ｓ５０３へ進み、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量推定処理を実行する。具体的には、ＣＰＵ２０１は、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。
【０１０８】
Ｓ５０４では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ５０３で算出されたＮＯx吸蔵量をパラメータとしてＲＯＭ２０２の第２のリッチ空燃比制御マップへアクセスし、前記ＮＯx吸蔵量に対応した第２のリッチ空燃比を算出する。
【０１０９】
Ｓ５０５では、ＣＰＵ２０１は、ＲＡＭ２０３から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）と機関回転数とを読み出す。
【０１１０】
Ｓ５０６では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ５０５で読み出されたアクセル開度及び機関回転数をパラメータとしてＲＯＭ２０２の第１のリッチ空燃比制御マップへアクセスし、前記アクセル開度及び前記機関回転数に対応した第１のリッチ空燃比を算出する。
【０１１１】
Ｓ５０７では、ＣＰＵ２０１は、内燃機関１から排出される排気の空燃比を前記第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。具体的には、ＣＰＵ２０１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。
【０１１２】
Ｓ５０８では、ＣＰＵ２０１は、空燃比低下制御カウンタを起動する。この空燃比低下制御カウンタは、空燃比低下制御の実行開始時点からの経過時間を計時するカウンタであり、例えば、ＣＰＵ２０１に内蔵されたレジスタ等で構成される。
【０１１３】
Ｓ５０９では、ＣＰＵ２０１は、空燃比低下制御カウンタの値が所定の空燃比低下制御実行時間：Ｔ１以上であるか否かを判別する。前記空燃比低下制御実行時間：Ｔ１は、第２のリッチ空燃比の排気が三元触媒４６に流入している条件下で、三元触媒４６が貯蔵酸素の全てを放出するまでに要する時間である。
【０１１４】
前記Ｓ５０９において空燃比低下制御カウンタの値が前記空燃比低下制御実行時間：Ｔ１未満であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、三元触媒４６が貯蔵酸素の全てを未だ放出していないとみなし、空燃比低下制御の実行を継続する。
【０１１５】
一方、前記Ｓ５０９において空燃比低下制御カウンタの値が前記空燃比低下制御実行時間：Ｔ１以上であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、三元触媒４６が貯蔵酸素の全てを既に放出したとみなし、Ｓ５１０へ進む。
【０１１６】
Ｓ５１０では、ＣＰＵ２０１は、内燃機関１から排出される排気の空燃比を前記Ｓ５０６で決定された第１のリッチ空燃比まで高めることにより、空燃比低下制御からリッチスパイク制御へ制御を移行する。具体的には、ＣＰＵ２０１は、内燃機関１から排出される排気の空燃比を第２のリッチ空燃比から第１のリッチ空燃比まで高めるべく副燃料の噴射量を減量する。
【０１１７】
Ｓ５１１では、ＣＰＵ２０１は、ＲＡＭ２０３から酸素センサ４９ｃの出力電圧：Ｖo2を読み出す。
【０１１８】
Ｓ５１２では、ＣＰＵ２０１は、前記Ｓ５１１で読み出された出力電圧：Ｖo2が所定電圧以上であるか否か、言い換えれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx放出作用が完了したか否かを判別する。
【０１１９】
前記Ｓ５１２において前記出力電圧：Ｖo2が前記所定電圧未満であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx放出作用が完了していないとみなし、リッチスパイク制御の実行を継続する。
【０１２０】
一方、前記Ｓ５１２において前記出力電圧：Ｖo2が前記所定電圧以上であると判定された場合は、ＣＰＵ２０１は、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx放出作用が完了したとみなし、Ｓ５１３へ進む。
【０１２１】
Ｓ５１３では、ＣＰＵ２０１は、リッチスパイク制御の実行を終了する。すなわち、ＣＰＵ２０１は、燃料噴射弁３２からの副燃料の噴射を停止する。
【０１２２】
Ｓ５１４では、ＣＰＵ２０１は、前述した空燃比低下制御カウンタの値をリセットする。
【０１２３】
上記したようなリッチスパイク制御ルーチンをＣＰＵ２０１が実行することにより、空燃比低下制御に係る第２のリッチ空燃比が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量に応じた空燃比となるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量に適応した量となる。
【０１２４】
この結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的少ない場合には排気中に含まれる余剰の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８にて消費されることなく大気中へ放出される事態が防止されるとともに、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的多い場合に吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出された窒素酸化物（ＮＯx）の一部が還元されずに大気中へ放出される事態が防止されることになる。
【０１２５】
更に、上記したようなリッチスパイク制御ルーチンをＣＰＵ２０１が実行することにより、リッチスパイク制御に係る第１のリッチ空燃比が単位時間当たりに内燃機関１から排出される排気量に応じて変更されるため、酸素センサ４９ｃの応答遅れによりリッチスパイク制御実行終了時期が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx放出作用完了後まで継続された場合であっても炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が大気中へ放出されるのを抑制することが可能となる。特に、単位時間当たりに内燃機関１から排出される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がなくなる。
【０１２６】
従って、本実施の形態によれば、酸素貯蔵能力を有する三元触媒と吸蔵還元型ＮＯx触媒とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の大気中への放出抑制と、窒素酸化物（ＮＯx）の大気中への放出抑制とを両立することが可能となる。
【０１２７】
尚、本実施の形態では、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量に応じて空燃比低下制御に係る第２のリッチ空燃比を変更する例について述べたが、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量に応じて空燃比低下制御の実行時間を変更するようにしてもよい。
【０１２８】
この場合、空燃比低下制御の実行時間は、図６に示されるように、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が多くなるほど長く設定されるようにすればよい。
【０１２９】
これは、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的少ないときに空燃比低下制御の実行時間が過剰に長く設定されると、空燃比低下制御実行期間の後半において吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する還元成分の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量に比して過多になるとともに、吸蔵還元型ＮＯx触媒４８のＮＯx吸蔵量が比較的多いときに空燃比低下制御の実行時間が過剰に短く設定されると、空燃比低下制御実行終了後のリッチスパイク制御実行時において吸蔵還元型ＮＯx触媒４８に流入する還元成分の量が吸蔵還元型ＮＯx触媒４８から放出される窒素酸化物（ＮＯx）の量に比して過少となる虞があるからである。
【０１３０】
また、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第１のリッチ空燃比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第１のリッチ空燃比を決定するようにしてもよい。
【０１３１】
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、二次空気噴射ノズル５３から二次空気が噴射されない限り吸入空気量（エアフローメータ４４の出力信号値）に応じて変化するためである。
【０１３２】
この場合、第１のリッチ空燃比は、図７に示されるように、吸入空気量が多くなるほど高く設定されるようにすればよい。
【０１３３】
【発明の効果】
本発明によれば、酸素貯蔵能力を有する前置触媒が吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流の排気通路に配置され、リッチスパイク制御の実行直前に前置触媒の貯蔵酸素を放出させるべく空燃比低下制御が実行される内燃機関の排気浄化装置において、炭化水素や一酸化炭素の大気中への放出防止と窒素酸化物の大気中への放出抑制とを好適に両立することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用す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】 第２のリッチ空燃比とＮＯx吸蔵量との関係を示す図
【図４】 第１のリッチ空燃比と機関回転数と機関負荷との関係を示す図
【図５】 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６】 空燃比低下制御実行時間とＮＯx吸蔵量との関係を示す図
【図７】 第１のリッチ空燃比と吸入空気量との関係を示す図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２０・・・ＥＣＵ
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
４６・・・三元触媒
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 (2)
- 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、排気空燃比がリーンであるときは窒素酸化物を吸蔵するとともに排気空燃比がリッチであるときは吸蔵していた窒素酸化物を放出しつつ還元及び浄化する吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯx触媒より上流に配置され、酸素吸蔵能力を有する前置触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物を浄化する必要があるときに排気空燃比を理論空燃比より低い第１のリッチ空燃比まで低下させるリッチスパイク制御実行手段と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記第１のリッチ空燃比を変更するリッチスパイク制御変更手段と、
前記リッチスパイク制御実行手段によるリッチスパイク制御の実行前に、排気空燃比を前記第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実行手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物量に応じて前記第２のリッチ空燃比およびまたは空燃比低下制御の実行時間を変更する空燃比低下制御変更手段と、
を備え、
前記リッチスパイク制御変更手段は、前記内燃機関の負荷及び機関回転数が高くなるほど前記第１のリッチ空燃比を高く設定し、
前記空燃比低下制御変更手段は、前記吸蔵還元型ＮＯ x 触媒に吸蔵されている窒素酸化物量が多くなるほど、前記第２のリッチ空燃比を低くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記空燃比低下制御変更手段は、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている窒素酸化物が多くなるほど、空燃比低下制御の実行時間を長く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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