WO2014024311A1

WO2014024311A1 - 火花点火式内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: WO2014024311A1
Application number: PCT/JP2012/070522
Authority: WO
Inventors: 悠樹美才治; 吉田　耕平; 櫻井　健治
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-02-13

Abstract

　機関排気通路内に酸素貯蔵機能を有する三元触媒（２０）と、排気浄化触媒（２２）とが配置される。排気浄化触媒（２２）の排気ガス流通表面上には貴金属触媒（６１，６２）が担持されていると共に貴金属触媒（６１，６２）周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されている。機関運転時に燃焼室（５）内における空燃比を予め定められた範囲内の周期でもってリーンからリッチに一時的に切換え、それによって排気ガス中に含まれるNO_xを浄化する。

Description

火花点火式内燃機関の排気浄化装置

　本発明は火花点火式内燃機関の排気浄化装置に関する。

　機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に排気浄化触媒上流の機関排気通路内に炭化水素供給弁を配置し、排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に貴金属触媒周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されており、機関運転時に炭化水素供給弁から予め定められた周期でもって炭化水素を噴射すると排気浄化触媒上において窒素化合物と炭化水素との結合体である中間体が生成され、この中間体を用いて排気ガス中に含まれるNO_xを浄化するようにした圧縮着火式内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。この内燃機関では排気浄化触媒の温度が高温になっても高いNO_x浄化率を得ることができる。

ＷＯ2011／114499Ａ１

　一方、火花点火式内燃機関においても、燃焼室内の空燃比を予め定められた範囲内の周期でもってリーンからリッチに一時的に切換えると、リッチに切換えられたときに燃焼室内で発生した一酸化炭素ＣＯによって排気浄化触媒上には窒素と一酸化炭素COとの結合体である中間体が生成され、この中間体を用いて排気ガス中に含まれるNO_xが浄化される。しかしながら、窒素と一酸化炭化COとの結合体である中間体は酸化されやすく、その結果これら中間体をNO_xの浄化のために十分に使用できないために、十分にNO_xを浄化することができないという問題がある。

　本発明の目的は、生成された中間体をNO_xの浄化のために十分に使用できるようにし、それによって高いNO_ｘ浄化率を得ることのできる火花点火式内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

　本発明によれば、機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に排気浄化触媒上流の機関排気通路内に酸素貯蔵機能を有する触媒を配置し、排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に貴金属触媒周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されており、排気浄化触媒は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を予め定められた範囲内の周期でもってリーンからリッチに一時的に切換えると排気ガス中に含まれるNO_ｘを還元する性質を有すると共に、リーンからリッチへの切換え周期を予め定められた範囲よりも長くすると排気ガス中に含まれるNO_ｘの吸収量が増大する性質を有しており、機関運転時に燃焼室内における空燃比を予め定められた範囲内の周期でもってリーンからリッチに一時的に切換え、それによって排気ガス中に含まれるNO_xを浄化するようにした火花点火式内燃機関の排気浄化装置が提供される。

　火花点火式内燃機関においても高いNO_x浄化率を確保することができる。

図１は内燃機関の全体図である。図２は三元触媒の基体の表面部分を図解的に示す図である。図３Aおよび３Ｂは排気浄化触媒の触媒担体の表面部分等を図解的に示す図である。図４Aおよび４Ｂは排気浄化触媒における吸着反応等を説明するための図である。図５は排気浄化触媒の別の実施例を示す図である。図６Ａおよび６Ｂは排気浄化触媒における酸化還元反応を説明するための図である。図７はNO_x放出制御を示す図である。図８は排出NO_x量NOXAのマップを示す図である。図９はNO_x浄化率を示す図である。図１０は三元触媒および排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示す図である。図１１は空燃比のリーンからリッチへの切換え周期ΔＴとNO_x浄化率との関係を示す図である。図１２はNO_x浄化率を示す図である。図１３は燃料噴射量のマップを示す図である。図１４は空燃比のリーンからリッチへの切換え周期ΔＴのマップを示す図である。図１５Ａおよび１５ＢはNO_x吸収能およびNO吸着能を説明するための図である。図１６Ａおよび１６Ｂは NO_x吸収能およびNO吸着能を説明するための図である。図１７Ａ，１７Ｂおよび１７Ｃは機関から排出される排気ガスの空燃比の変化を示すタイムチャートである。図１８は三元触媒および排気浄化触媒への流入排気ガスの空燃比の変化を示すタイムチャートである。図１９は機関の運転領域を示す図である。図２０は機関運転時における燃料噴射量等の変化を示すタイムチャートである。図２１は機関の運転制御を行うためのフローチャートである。

　図１に、燃料としてガソリンを用いた火花点火式内燃機関の全体図を示す。
　図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は点火栓、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。図1に示されるように、各気筒は燃焼室２内に向けて燃料、即ちガソリンを噴射するための電子制御式燃料噴射弁１１と、吸気ポート８内に向けて燃料、即ちガソリンを噴射するための電子制御式燃料噴射弁１２からなる一対の燃料噴射弁を具備する。各気筒の吸気ポート８は吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気ダクト１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ダクト１５内には吸入空気量検出器１７と、アクチュエータ１８ａより駆動されるスロットル弁１８とが配置される。

　一方、各気筒の排気ポート１０は排気マニホルド１９を介して酸素貯蔵機能を有する触媒２０の入口に連結され、この触媒２０の出口は排気管２１を介して排気浄化触媒２２の入口に連結される。なお、図１に示される実施例では、この酸素貯蔵機能を有する触媒２０は三元触媒からなる。排気浄化触媒２２の出口はNO_x選択還元触媒２３に連結される。一方、排気管２１とサージタンク１４とは排気ガス再循環（以下、EGRと称す）通路２４を介して互いに連結される。EGR通路２４内には電子制御式EGR制御弁２５が配置され、更にEGR通路２４周りにはEGR通路２４内を流れる排気ガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によって排気ガスが冷却される。

　電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続された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（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。三元触媒２０の上流には機関から排出される排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２７が取り付けられており、三元触媒２０の下流には排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度センサ２８が取付けられている。これら空燃比センサ２７、酸素濃度センサ２８および吸入空気量検出器１７の出力信号は夫々対応するAD変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するAD変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火栓６、燃料噴射弁１１，１２、スロットル弁駆動用アクチュエータ１８ａおよびEGR制御弁２５に接続される。

　図２は三元触媒２０の基体５０の表面部分を図解的に示している。図２に示されるように、触媒担体５０上には上部コート層５１と下部コート層５２とが積層状に形成されている。上部コート層５１はロジウムＲh とセリウムＣe からなり、下部コート層５２は白金Ｐt とセリウムＣe からなる。なお、この場合、上部コート層５１に含まれるセリウムＣe の量は下部コート層５２に含まれるセリウムＣe の量よりも少ない。また、上部コート層５１内にはジルコニアＺr を含有せしめることができるし、下部コート層５２内にはパラジウムＰd を含有せしめることもできる。

　　この三元触媒２０は、燃焼室５内において理論空燃比のもとで燃焼が行われているとき、即ち機関から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比のときに、排気ガス中に含まれる有害成分ＨＣ、ＣＯおよびNO_xを同時に低減する機能を有している。従って、燃焼室５内において理論空燃比のもとで燃焼が行われているときには、排気ガス中に含まれる有害成分ＨＣ、ＣＯおよびNO_xは三元触媒２０において浄化されることになる。

　なお、燃焼室５内における空燃比を完全に理論空燃比に保持し続けることは不可能であり、従って実際には、燃焼室５から排出された排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比となるように、即ち燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比を中心して振れるように、燃料噴射弁１１，１２からの噴射量が空燃比センサ２７の検出信号に基づいてフィードバック制御される。また、この場合，排気ガスの空燃比の変動の中心が理論空燃比からずれたときには、酸素濃度センサ２８の出力信号に基づいて排気ガスの空燃比の変動の中心が理論空燃比に戻るように調整される。このように燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比を中心して振れたとしても、セリウムＣe による三元触媒２０の酸素貯蔵能力により、排気ガス中に含まれる有害成分ＨＣ、ＣＯおよびNO_xは三元触媒２０において良好に浄化される。

　図３Ａは排気浄化触媒２２の基体５５の表面部分を図解的に示している。図３Ａに示されるように、排気浄化触媒２２においても基体５５上にはコート層５６が形成されている。このコート層５６は例えば粉体の集合体からなり、図３Ｂはこの粉体の拡大図を示している。図３Ｂを参照すると、この粉体の例えばアルミナからなる触媒担体６０上には貴金属触媒６１，６２が担持されており、更にこの触媒担体６０上にはカリウムＫ、ナトリウムNa、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金属、ランタノイドのような希土類および銀Ag、銅Cu、鉄Fe、イリジウムIrのようなNO_xに電子を供与しうる金属から選ばれた少なくとも一つを含む塩基性層６３が形成されている。排気ガスは触媒担体６０上に沿って流れるので貴金属触媒６１，６２は排気浄化触媒２２の排気ガス流通表面上に担持されていると言える。また、塩基性層６３の表面は塩基性を呈するので塩基性層６３の表面は塩基性の排気ガス流通表面部分と称される

　一方、図３Ｂにおいて貴金属触媒６１は白金Ｐt からなり、貴金属触媒６２はロジウムＲh からなる。なおこの場合、いずれの貴金属触媒６１，６２も白金Ｐt から構成することができる。また、触媒担体６０上には白金Ｐt およびロジウムＲh に加えて更にパラジウムＰd を担持させることができるし、或いはロジウムＲh に代えてパラジウムＰd を担持させることができる。即ち、触媒担体６０に担持されている貴金属触媒６１，６２は白金Ｐt、ロジウムＲh およびパラジウムＰd の少なくとも一つにより構成される。

　さて、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには、理論空燃比のもとで燃焼が行われているときに比べて、燃料消費量が少なくなる。従って、燃料消費量を低減するには、できる限り、リーン空燃比のもとで燃焼を行うことが好ましい。そこで、本発明者は、火花点火式内燃機関においてリーン空燃比のもとで燃焼を行ったときのNO_xの浄化作用について検討を重ね、その結果、火花点火式内燃機関におけるNO_xの浄化作用については、排気浄化触媒１３へのＮＯの吸着作用が大きな影響を与えていることを見出したのである。

　即ち、従来より、排気浄化触媒２２にNOが吸着していることはわかっている。しかしながら、吸着NOの挙動については、これまでほとんど追求されることはなかった。そこで、本発明者等は、この吸着NOの挙動を追求し、この吸着NOの吸着特性を利用すると、排気浄化触媒２２の温度TCが低いときにリーン空燃比のもとで燃焼を行ったときはもとより、排気浄化触媒２２の温度TCが高いときにリーン空燃比のもとで燃焼を行ったとしても、高いNO_x浄化率を確保し得ることを突き止めたのである。この新たなNO_x浄化方法は、NOの吸着作用を利用しているので、以下この新たなNO_x浄化方法を、吸着NO利用のNO_x浄化方法と称する．そこで、まず初めに、この吸着NO利用のNO_x浄化方法について、図４Ａおよび図４Ｂを参照しつつ説明する。

　図４Ａおよび４Ｂは、図３Ｂの拡大図、即ち排気浄化触媒２２の触媒担体６０の表面部分を示している。また、図４Ａは、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときを示しており、図４Ｂは、燃焼室５内における空燃比がリッチにされたときを示している。さて、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには、即ち排気ガスの空燃比がリーンのときには、排気ガス中に含まれるNOは図４Ａに示されるように、白金Ｐt ６１の表面に解離して吸着する。この白金Ｐt ６１の表面へのNOの吸着量は時間の経過と共に増大し、従って時間の経過と共に排気浄化触媒２２へのNO吸着量は増大することになる。

　一方、燃焼室５内における空燃比がリッチにされると、燃焼室５からは多量の一酸化炭素COが排出され、従って排気浄化触媒２２に流入する排気ガス中には多量の一酸化炭素COが含まれることになる。この一酸化炭素COは図４Ｂに示されるように、白金Ｐt ６１の表面上に解離吸着しているNOと反応し、このNOは、一方ではＮ₂となり、他方では還元性中間体NCOとなる。この還元性中間体NCOは生成後、暫らくの間、塩基性層６３の表面上に保持又は吸着され続ける。従って、塩基性層６３の表面上に保持又は吸着されている還元性中間体NCOの量は、時間の経過と共に次第に増大していくことになる。この還元性中間体NCOは排気ガス中に含まれるNO_xと反応し、それによって排気ガス中に含まれるNO_xが浄化される。

　このように、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには、即ち排気ガスの空燃比がリーンのときには、図４Ａに示されるように、一方では排気ガス中に含まれるNOは排気浄化触媒２２に吸着され、他方では排気ガス中に含まれるNO_xが塩基性層６３の表面上に保持又は吸着されている還元性中間体NCOと反応して浄化される。これに対し、燃焼室５内における空燃比がリッチにされると、排気浄化触媒２２に吸着されていたNO_xが排気浄化触媒２２から放出され、還元される。従って、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに燃焼室５内における空燃比を周期的にリッチにすることによって、排気ガス中に含まれるNO_xを浄化できることになる。

　このように、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには、排気ガス中に含まれるNO_xは塩基性層６３の表面上に保持又は吸着されている還元性中間体NCOと反応し浄化される。従って、NO_xの浄化率を高めるには、還元性中間体NCOの生成量をできる限り増大させることが必要となる。しかしながら、この還元性中間体NCOは酸化されやすい。従って燃焼室５内における空燃比がリッチにされて還元性中間体NCOが生成された後、リーン空燃比による燃焼が開始されたときに多量の酸素が排気浄化触媒２２に送り込まれると、せっかく生成された還元性中間体NCOが酸化されてしまい、高いNO_x浄化率が得られなくなってしまう。

　そこで本発明では、リーン空燃比による燃焼が開始されたときに多量の酸素が排気浄化触媒２２に送り込まれるのを阻止するために、排気浄化触媒２２の上流に酸素貯蔵機能を有する触媒２０が配置されている。このように、排気浄化触媒２２の上流に酸素貯蔵機能を有する触媒２０が配置されていると、リーン空燃比による燃焼が開始されたときに多量の酸素が触媒２０に貯蔵され、その結果排気浄化触媒２２に流入する酸素量が減少する。従って、生成された還元性中間体NCOの大部分が塩基性層６３の表面上に保持又は吸着され続け、その結果排気ガス中に含まれるNO_xが良好に浄化されることになる。

　前述したように、図１に示される実施例では、酸素貯蔵機能を有する触媒２０が排気浄化触媒２２の上流に配置された三元触媒からなる。この場合、触媒２０を設ける代わりに、図５に示される如く、排気浄化触媒２２の上流側部分２２ａに酸素貯蔵機能を持たせることもできる。即ち、酸素貯蔵機能を有する触媒を排気浄化触媒２２の上流側に一体的に形成することもできる。なお、この場合、上流側部分２２ａに比べて弱い酸素貯蔵機能をNO_x吸蔵触媒２２の下流側部分２２ｂに持たせることもできる。

　さて、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには、即ち排気ガスの空燃比がリーンのときには、上述したように、排気ガス中に含まれるNOは図４Ａに示される如く、白金Ｐt ６１の表面に解離して吸着する。しかしながら、リーン空燃比による燃焼が開始されてから暫らくすると、排気ガス中に含まれるNO_xは排気浄化触媒２２に吸収される。
ここで、図４Ａおよび図４Ｂを参照しつつ説明した吸着NO利用のNO_x浄化方法の特徴を明確にするために、次に排気浄化触媒２２のNO_xの吸収放出作用について、図３Ｂの拡大図を示す図６Ａおよび６Ｂを参照しつつ説明する。

　さて、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには、即ち排気ガスの空燃比がリーンのときには、排気ガス中の酸素濃度が高く、従ってこのとき排気ガス中に含まれるＮＯは図６Ａに示されるように、白金Ｐt ６１上において酸化されてNO₂となる。次いで、リーン空燃比による燃焼が開始されてから暫らくすると、白金Ｐt ６１上のNO₂は塩基性層６３内に吸収されて硝酸イオンNO₃ ^-の形で塩基性層６３内に拡散し、硝酸塩となる。このようにして排気ガス中のNO_xが硝酸塩の形で塩基性層６３内に吸収されることになる。リーン空燃比による燃焼が開始されてから暫らくした後は、排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐt ６１の表面でNO₂が生成され、塩基性層６３のNO_x吸収能力が飽和しない限りNO_xが塩基性層６３内に吸収されて硝酸塩が生成される。

　これに対し、燃焼室５内における空燃比がリッチにされると、排気浄化触媒２２に流入する排気ガス中の酸素濃度が低下するために、反応が逆方向（NO₃ ^-→NO₂）に進み、斯くして塩基性層６３内に吸収されている硝酸塩は順次硝酸イオンNO₃ ^-となって図６Ｂに示されるようにNO₂の形で塩基性層６３から放出される。次いで放出されたNO₂は排気ガス中に含まれる炭化水素HCおよびCOによって還元される。

　なお、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには、上述したように、NOが白金Ｐt ６１の表面に吸着し、従って排気ガス中のNOはこの吸着作用によっても排気浄化触媒２２に保持されることになる。この白金Ｐt ６１の表面に吸着したNOは、燃焼室５内における空燃比がリッチにされると、白金Ｐt ６１の表面から脱離せしめられる。従って吸収および吸着の双方を含む用語として吸蔵という用語を用いると、塩基性層６３はNO_xを一時的に吸蔵するためのNO_x吸蔵剤の役目を果していることになる。従って、機関吸気通路、燃焼室５および排気浄化触媒２２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）の比を排気ガスの空燃比と称すると、排気浄化触媒２２は、排気浄化触媒２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはNO_xを吸蔵し、排気浄化触媒２２に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したNO_xを放出することになる。

　上述したように、リーン空燃比による燃焼が開始されてから暫らくすると、排気ガス中のNO_xが排気浄化触媒２２に吸収され始める。しかしながら、リーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われると、その間に排気浄化触媒２２のNO_x吸蔵能力が飽和してしまい、その結果排気浄化触媒２２によりNO_xを吸蔵できなくなってしまう。従って、排気浄化触媒２２のNO_x吸蔵能力が飽和する前に燃焼室５内における空燃比を一時的にリッチにし、それによって排気浄化触媒２２からNO_xを放出させるようにしている。

　図７は、排気浄化触媒にNO_xを吸収させるようにした場合のNO_x放出制御を示している。図７を参照すると、排気浄化触媒２２に吸蔵された吸蔵NO_x量ΣNOXが予め定められた許容NO_x吸蔵量MAXＩを越えたときに燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）が一時的にリッチにされる。燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチにされると、即ち排気浄化触媒２２に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされると、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに、排気浄化触媒２２に吸蔵されたNO_xが排気浄化触媒２２から一気に放出されて還元される。それによってNO_xが浄化される。

　吸蔵NO_x量ΣNOXは例えば機関から排出されるNO_x量から算出される。本発明による実施例では機関から単位時間当り排出される排出NO_x量NOXAが要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図８に示すようなマップの形で予めROM３２内に記憶されており、この排出NO_x量NOXAから吸蔵NO_x量ΣNOXが算出される。この場合、燃焼室５内における空燃比がリッチにされる周期は通常１分以上である。

　図９は、図７に示すような、排気浄化触媒２２のNO_xの吸蔵放出作用によりNO_xを浄化するようにした場合のNO_x浄化率を示している。なお、図９の横軸は排気浄化触媒２２の触媒温度TCを示している。この場合には、図９からわかるように、触媒温度TCが３００℃から４００℃のときには極めて高いNO_x浄化率が得られるが触媒温度TCが４００℃以上の高温になるとNO_x浄化率が低下する。このように触媒温度TCが４００℃以上になるとNO_x浄化率が低下するのは、触媒温度TCが４００℃以上になるとNO_xが吸収されづらくなり、また硝酸塩が熱分解してNO₂の形で排気浄化触媒２２から放出されるからである。即ち、NO_xを硝酸塩の形で吸収している限り、触媒温度TCが高いときに高いNO_x浄化率を得るのは困難となる。

　これに対し、白金Ｐt ６１の表面へのNOの吸着量は排気浄化触媒２２の温度TCの影響をほとんど受けない。従って、排気ガス中に含まれるNO_xを、排気浄化触媒２２において、硝酸塩の形で吸収することなく、白金Ｐt ６１の表面に吸着させるようにすれば、NO_xの吸蔵量は排気浄化触媒２２の温度TCの影響をほとんど受けないことになる。ところで、前述したように、リーン空燃比による燃焼が開始されてから暫らくすると、排気浄化触媒２２へのNO_x吸収作用が開始される。従って、リーン空燃比による燃焼が開始された後、排気浄化触媒２２へのNO_x吸収作用が開始される前に、燃焼室５内における空燃比をリッチにすると、排気ガス中に含まれるNO_xは排気浄化触媒２２に吸収されることなく、NO_xを浄化できることになる。

　このように、リーン空燃比による燃焼が開始された後、排気浄化触媒２２へのNO_x吸収作用が開始される前に、燃焼室５内における空燃比をリッチにし、それにより排気ガス中に含まれるNO_xを排気浄化触媒２２に吸収させることなく、NO_xを浄化するようにしたNO_xの浄化方法が、図４Ａおよび４Ｂを参照しつつ説明した吸着NO利用のNO_x浄化方法である。図１０は、この吸着NO利用のNO_x浄化方法によりNO_xの浄化作用を行っているときの排気浄化触媒２２への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）の変化を表している。なお、図１０において（Ａ／Ｆ）ｂは、機関燃焼室５内におけるベース空燃比を示している。

　図１０からわかるように、吸着NO利用のNO_x浄化方法によりNO_xの浄化が行われているときには、燃焼室５内における空燃比がΔＴで示される周期でもってリーンからリッチに切換えられる。この場合、排気ガスの空燃比がリーンのときには、図４Ａに示されるように、一方では排気ガス中に含まれるNOが排気浄化触媒２２に吸着され、他方では排気ガス中に含まれるNO_xが塩基性層６３の表面上に保持又は吸着されている還元性中間体NCOと反応して浄化される。これに対し、燃焼室５内における空燃比がリッチにされると、排気浄化触媒２２に吸着されていたNO_xが排気浄化触媒２２から放出され、還元される。

　とここで、排気浄化触媒２２への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がリーンからリッチに切換えられる周期ΔＴが長くなると、排気浄化触媒２２にNO_xが硝酸塩の形で吸収され始める。この場合、排気浄化触媒２２への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）のリーンからリッチへの切換え周期ΔＴが５秒程度よりも長くなるとNO_xが硝酸塩の形で塩基性層６３内に吸収され始め、従って図１１に示されるようにこのリーンからリッチへの切換え周期ΔＴが５秒程度よりも長くなるとNO_x浄化率が低下することになる。従ってこのリーンからリッチへの切換え周期ΔＴは５秒以下とする必要がある。

　図１２は、吸着NO利用のNO_x浄化方法によりNO_xを浄化するようにした場合のNO_x浄化率を示している。図１２に示されるように、この場合には、排気浄化触媒２２の温度TCが高くなって４００　℃以上の高温になっても、NO_x浄化率が低下しないことがわかる。

　さて、本発明による実施例では、燃料噴射弁１１，１２からの燃料噴射量および噴射時期を変化させることによって燃焼室５内における空燃比のリッチ度合いおよびリーンからリッチへの切換え周期ΔＴが機関の運転状態に応じた最適値となるように制御される。この場合、本発明による実施例ではこの最適なリッチ空燃比を得ることのできる燃料噴射量ＷＴが要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図１３に示すようなマップの形で予めROM３２内に記憶されている。また、最適なリーンからリッチへの切換え周期ΔＴも要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図１４に示すようなマップの形で予めROM32内に記憶されている。

　　従って、機関運転時に、図１３に示すマップから算出された燃料噴射量ＷＴと図１４に示すマップから算出されたリーンからリッチへの切換え周期ΔＴとに従い燃料噴射弁１１，１２から燃料噴射を行うと、吸着NO利用のNO_x浄化方法によりNO_xの浄化作用が実行され、このときには排気浄化触媒２２の温度TCが高くなっても、高いNO_x浄化率が得られることになる。

　このように、本発明によれば、機関排気通路内に排気浄化触媒２２を配置すると共に排気浄化触媒２２上流の機関排気通路内に酸素貯蔵機能を有する触媒２０を配置し、排気浄化触媒２２の排気ガス流通表面上には貴金属触媒６１，６２が担持されていると共に貴金属触媒６１，６２周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されており、排気浄化触媒２２は、排気浄化触媒２２に流入する排気ガスの空燃比を予め定められた範囲内の周期でもってリーンからリッチに一時的に切換えると排気ガス中に含まれるNO_ｘを還元する性質を有すると共に、リーンからリッチへの切換え周期をこの予め定められた範囲よりも長くすると排気ガス中に含まれるNO_ｘの吸収量が増大する性質を有しており、機関運転時に燃焼室５内における空燃比をこの予め定められた範囲内の周期でもってリーンからリッチに一時的に切換え、それによって排気ガス中に含まれるNO_xを浄化するようにしている。

　次に、通常は、排気浄化触媒２２へのNO_xの吸蔵放出作用を利用したNO_xの浄化方法を用い、必要に応じて吸着NO利用のNO_x浄化方法を用いるようにした実施例について説明する。この場合、排気浄化触媒２２へのNO_ｘ吸収能とNO吸着能とについて考慮する必要があり、従ってまず初めに、排気浄化触媒２２へのNO_ｘ吸収能とNO吸着能について説明することとする。

　図１５Ａは、図７に示す如く、排気浄化触媒２２へのNO_xの吸蔵放出作用を利用してNO_xを浄化している場合におけるNO_ｘ吸収能とNO吸着能とを示している。なお、図１５Ａにおいて縦軸は、NO_x吸収能とNO吸着能の和であるNO_xの吸蔵能を示しており、横軸は排気浄化触媒２２の温度TCを示している。図１５Ａからわかるように、排気浄化触媒２２の温度TCがほぼ400℃よりも低いときには、排気浄化触媒２２の温度TCにかかわらずに、NO_x吸収能およびNO吸着能は一定であり、従って、NO_x吸収能とNO吸着能の和であるNO_xの吸蔵能も、排気浄化触媒２２の温度TCにかかわらずに一定となる。

　一方、排気浄化触媒２２の温度TCが高くなると、白金Ｐt ６１の表面上におけるNO_xの酸化反応（NO→NO₂）は速くなる。しかしながら、排気浄化触媒２２の温度TCが高くなると、NO₂が硝酸イオンNO₃ ^-となる反応（NO₂＋Ba(CO₃）₂→Ba(NO₃）₂＋CO₂)が遅くなり、その結果、NO_xが排気浄化触媒２２に吸収されづらくなる。また、排気浄化触媒２２の温度TCが高くなると、硝酸塩が熱分解してNO₂の形で排気浄化触媒２２から放出される。従って、図１５Ａに示されるように、排気浄化触媒２２の温度TCが高くなって４００℃以上の高温になるとNO_x吸収能が急激に低下する。これに対し、白金Ｐt ６１の表面へのNOの吸着量は排気浄化触媒２２の温度TCの影響をほとんど受けない。従って、図９Ａに示されるように、NO吸着能は排気浄化触媒２２の温度TCが高くなってもほとんど変化しない。

　次に、図１６Ａおよび１６Ｂを参照しつつ、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときの排気ガス中の酸素濃度と、ＮＯ吸着能、NO_x吸収能との関係について説明する。最初に、白金Ｐt ６１の表面への吸着について考えてみると、白金Ｐt ６１の表面にはNOとO₂とが競争吸着する。即ち、排気ガス中に含まれるNOの量がO₂の量に比べて多くなればなるほど白金Ｐt ６１の表面に吸着するNOの量は O₂の量に比べて多くなり、これとは逆に、排気ガス中に含まれるO₂の量がNOの量に比べて多くなればなるほど白金Ｐt ６１の表面に吸着するNOの量はO₂の量に比べて少なくなる。従って、排気浄化触媒２２におけるＮＯ吸着能は、図１６Ａに示されるように、排気ガス中の酸素濃度が高くなるほど低下する。

　一方、排気ガス中の酸素濃度が高くなればなるほど、排気ガス中のNOの酸化作用が促進され、排気浄化触媒２２へのNO_xの吸収が促進される。従って、図１６Ｂに示されるように、排気浄化触媒２２におけるNO_x吸収能は、排気ガス中の酸素濃度が高くなればなるほど、高くなる。なお、図１６Ａおよび１６Ｂにおいて、領域Ｘは、図７に示す如く、排気浄化触媒２２へのNO_xの吸蔵放出作用を利用してNO_xを浄化している場合においてリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときを示している。このときには、ＮＯ吸着能が低く、NO_x吸収能が高いことがわかる。前述した図１５Ａは、このときのNO吸着能とNO_x吸収能を示している。

　さて、図１５Ａを参照しつつ既に説明したように、排気浄化触媒２２の温度TCが高くなって４００℃以上の高温になるとNO_x吸収能が急激に低下する。これに対し、NO吸着能は排気浄化触媒２２の温度TCが高くなってもほとんど変化しない。従って、排気浄化触媒２２の温度TCが高くなって４００℃以上の高温になったときには、NO_xの吸収作用を利用したNO_x浄化方法を取りやめ、それに代えてNOの吸着作用を利用したNO_x浄化方法を用いると、NO_xを浄化し得るのではないかということが推測される。しかしながら、図１５Ａからわかるように、NO吸着能は低く、燃料消費量の増大を招くことなくNOの吸着作用を利用してNO_xを浄化するには、ＮＯ吸着能を増大させる必要がある。

　この場合、ＮＯ吸着能を増大させるには、図１６Ａからわかるように、排気ガス中の酸素濃度を低下させればよいことになる。このときには、図１６Ｂに示されるように、NO_x吸収能は低下する。図１６Ａおよび１６Ｂにおいて排気ガス中の酸素濃度を領域Ｙまで低下させたときのNO_x吸収能およびＮＯ吸着能が図１５Ｂに示されている。このように排気ガス中の酸素濃度を低下させることによって、ＮＯ吸着能を増大させることができる。排気ガス中の酸素濃度を低下させるということは、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときの空燃比（ベース空燃比）を低下させることを意味しており、従ってベース空燃比を低下させることによってＮＯ吸着能を増大させることができる。

　そこでこの実施例では、NOの吸着作用を利用してNO_xを浄化するときには、即ち吸着NO利用のNO_x浄化方法においては、ベース空燃比を低下させるようにしている。次に、このことについて、図１７Ａから図１７Ｃを参照しつつ説明する。図１７Ａは、図７に示す場合と同様に、排気浄化触媒２２へのNO_xの吸蔵放出作用を利用してNO_xを浄化している場合の燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）の変化を示している。なお、図１７Ａにおいて、（Ａ／Ｆ）ｂはベース空燃比を示しており、Δ（Ａ／Ｆ）ｒは空燃比のリッチ度合いを示しており、ΔＴは空燃比のリーンからリッチへの切換え周期を示している。一方、図１７Ｂは、NOの吸着作用を利用してNO_xを浄化するようにした場合の燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）の変化を示している。なお、図１７Ｂにおいても、（Ａ／Ｆ）ｂはベース空燃比を示しており、Δ（Ａ／Ｆ）ｒは空燃比のリッチ度合いを示しており、ΔＴは空燃比のリッチ周期を示している。

　図１７Ａと図１７Ｂとを比較するとわかるように、図１７Ｂに示される如く、NOの吸着作用を利用してNO_xを浄化するようにした場合には、図１７Ａに示される如く、排気浄化触媒２２へのNO_xの吸蔵放出作用を利用してNO_xを浄化している場合におけるベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂよりも小さいベース空燃比（Ａ／Ｆ）ｂのもとで燃焼室５内における燃焼が行われると共に、図１７Ａに示される如く、排気浄化触媒２２へのNO_xの吸蔵放出作用を利用してNO_xを浄化している場合におけるNO_ｘ放出のための空燃比のリーンからリッチへの切換え周期ΔＴよりも短い周期でもって燃焼室５内における空燃比がリーンからリッチに切換えられる。一方、図１７Ｃは、燃焼室５内における空燃比が理論空燃比にフィードバック制御されている場合の燃焼室５内における空燃比の変化を示している。

　図１８は、図１７Ｂに示される如く、NOの吸着作用を利用してNO_xを浄化するようにした場合の燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）の変化と、排気浄化触媒２２に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in の変化とを示している。この場合には、燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチにされると、三元触媒２０では貯蔵されている酸素が放出されて時間ｔ１の間、理論空燃比に維持され、それによって、ＨＣ、ＣＯおよびNO_xが同時に低減される。この間、図１８に示されるように、排気浄化触媒２２に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in　は理論空燃比に維持される。次いで、三元触媒２０の貯蔵酸素が消費されると、排気浄化触媒２２に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）in　が、時間ｔ２の間、リッチとなる。このとき図４Ｂに示されるように、白金Ｐt ６１の表面上に解離吸着しているNOは、一方ではＮ₂となり、他方では還元性中間体NCOとなる。この還元性中間体NCOは生成後、暫らくの間、塩基性層６３の表面上に保持又は吸着され続ける。

　次いで、燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）が再びリーンに戻されると、今度は三元触媒２０に酸素が貯蔵される。このとき三元触媒２０の触媒表面では空燃比が、時間ｔ３の間、理論空燃比に維持され、それによりこのときも、ＨＣ、ＣＯおよびNO_xが同時に低減される。次いで、時間ｔ４の間、排気ガス中に含まれているNO_xは、塩基性層６３の表面上に保持又は吸着されている還元性中間体NCOと反応して還元性中間体NCOにより還元される。次いで、時間ｔ５の間、排気ガス中に含まれるNOは、図４Ａに示されるように、白金Ｐt ６１の表面に解離して吸着する。

　このように、図１７Ｂに示される如く、NOの吸着作用を利用してNO_xを浄化するようにした場合には、NOの吸着作用を利用したNO_xの浄化作用と、三元触媒２０での酸素貯蔵機能を利用したNO_xの浄化作用との二つの浄化作用が行われる。

　次に、機関の運転制御の概要について説明する。この実施例では、図１９に示されるように、機関低負荷運転側の機関低負荷運転領域Ｉと、機関高負荷運転側の機関高負荷運転領域IIIと、機関低負荷運転領域Ｉおよび機関高負荷運転領域IIIの間に位置する機関中負荷運転領域IIとが予め設定されている。なお、図１９の縦軸Ｌは要求負荷を示しており、横軸Ｎは機関回転数を示している。この場合、機関低負荷運転領域Ｉでは、図１７Ａに示されるように、排気浄化触媒２２へのNO_xの吸蔵放出作用を利用してNO_xを浄化するようにしたNO_xの浄化作用が行われ、機関中負荷運転領域IIでは、図１７Ｂに示されるように、NOの吸着作用を利用してNO_xを浄化するようにしたNO_xの浄化作用が行われる。なお、機関高負荷運転領域IIIでは、図１７Ｃに示されるように、燃焼室５内における空燃比が理論空燃比にフィードバック制御される。

　即ち、本発明による実施例では、予め定められた機関低負荷運転領域Ｉでは燃焼室５内においてベース空燃比がリーンのもとで燃焼が行われると共に排気浄化触媒２２からNO_ｘを放出すべきときには燃焼室５内における空燃比がリッチとされ、予め定められた機関高負荷運転領域IIIでは燃焼室５内における空燃比が理論空燃比にフィードバック制御され、予め定められた機関中負荷運転領域IIでは、機関低負荷運転領域Ｉにおけるベース空燃比よりも小さいベース空燃比のもとで燃焼室５内における燃焼が行われると共に、機関低負荷運転領域ＩにおけるNO_ｘ放出のための空燃比のリッチ周期よりも短い周期でもって燃焼室５内における空燃比がリッチとされる。

　なお、図１７Ａから図１７Ｃからわかるように、機関中負荷運転領域IIにおけるベース空燃比は、機関低負荷運転領域Ｉにおけるベース空燃比と理論空燃比との中間値であり、機関中負荷運転領域IIにおいて燃焼室５内における空燃比がリッチにされたときの空燃比のリッチの度合は、機関低負荷運転領域Ｉにおいて燃焼室５内における空燃比がリッチにされたときの空燃比のリッチの度合に比べて小さい。

　次に、低負荷運転から高負荷運転に移行するときを示す図２０を参照しつつ、NO_x浄化方法について説明する。なお、図２０には、燃焼室５内への燃料噴射量の変化と、燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）の変化と、吸蔵NO_x量ΣNOXの変化を示している。また、図２０において、MAXＩは第一の許容NO_x吸蔵量を示しており、MAXIIは第二の許容NO_x吸蔵量を示している。図２０から明らかなように、第二の許容NO_x吸蔵量MAXIIは第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩに比べて小さな値とされている。なお、この第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩは図７における許容NO_x吸蔵量MAXＩと同じものである。

　さて、図２０において、機関低負荷運転領域Ｉにおいては、吸蔵NO_x量ΣNOXが第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩを超えると、燃焼室５内における空燃比が一時的にリッチにされる。一方、排気浄化触媒２２にNO_ｘが吸蔵されている状態で、図１７Ｂに示される、NOの吸着作用を利用したNO_xの浄化方法に切替えられると、NOの吸着作用を利用したNO_xの浄化に切替えられた直後に、排気浄化触媒２２に吸蔵されているNO_ｘの一部が還元されることなく放出される。そこで本発明による実施例では、図２０に示されているように、機関の運転状態が機関低負荷運転領域Ｉから機関中負荷運転領域IIに移行したときには、燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）が一時的にリッチにされる。

　機関中負荷運転領域IIでは図２０に示されるように、吸蔵NO_x量ΣNOXが第二の許容NO_x吸蔵量MAXIIを超えると、燃焼室５内における空燃比が一時的にリッチにされる。この機関中負荷運転領域IIでは排気浄化触媒２２の温度が高いために、排気浄化触媒２２にNO_xがほとんど吸収されず、大部分のNO_xは吸着NOからなる。従って、別の言い方をすると、排気浄化触媒２２に吸着されているNO吸着量が算出されており、機関中負荷運転領域IIにおいて機関の運転が行われているときに、NO吸着量ΣNOXが予め定められた許容NO吸着量MAXIIを超えたときに燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチとされる。

　このように本発明による実施例では、排気浄化触媒２２に吸蔵されているNO_x吸蔵量ΣNOXが算出されており、機関低負荷運転領域Ｉにおいて機関の運転が行われているときに、NO_x吸蔵量ΣNOXが予め定められた第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩを超えたときに燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチとされ、機関中負荷運転領域IIにおいて機関の運転が行われているときに、NO_x吸蔵量ΣNOXが予め定められた第二の許容NO_x吸蔵量MAXIIを超えたときに燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチとされ、第二の許容NO_x吸蔵量MAXIIは第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩに比べて小さな値とされている。

　一方、排気浄化触媒２２にNO_ｘが吸蔵されている状態で、図１７Ｃに示される、理論空燃比へのフィードバック制御によるNO_xの浄化方法に切替えられると、理論空燃比へのフィードバック制御によるNO_xの浄化方法に切替えられた直後に、排気浄化触媒２２に吸蔵されているNO_ｘの一部が還元されることなく放出される。そこで本発明による実施例では、図２０に示されているように、機関の運転状態が機関中負荷運転領域IIから機関高負荷運転領域IIIに移行したときには、燃焼室５内における空燃比（Ａ／Ｆ）が一時的にリッチにされる。

　機関高負荷運転領域IIIでは、燃焼室５内における空燃比が理論空燃比となるように、空燃比センサ２７の出力信号に基づいて各燃料噴射弁１１，１２からの噴射量がフィードバック制御される。このときには、排気ガス中に含まれる有害成分ＨＣ、ＣＯおよびNO_xは三元触媒２０において同時に浄化される。

　　なお、図２０に示されるように空燃比がリッチにされると、このときアンモニアが発生する場合がある。しかしながら、本発明による実施例では、このアンモニアはNO_x選択還元触媒２３に吸着される。このNO_x選択還元触媒２３に吸着されたアンモニアは排気ガス中に含まれるNO_xと反応し、NO_xを還元するために使用される。

　図２１に運転制御ルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
　図２１を参照すると、まず初めにステップ８０において、機関の運転状態が図１９に示される機関高負荷運転領域IIIであるか否かが判別される。機関の運転状態が機関高負荷運転領域IIIでないときにはステップ８１に進み、図８に示すマップから単位時間当りの排出NO_ｘ量NOXAが算出される。次いでステップ８２ではΣNOXに排出NO_ｘ量NOXAを加算することによって吸蔵NO_ｘ量ΣNOXが算出される。次いで、ステップ８３では、機関の運転状態が図１９に示される機関低負荷運転領域Ｉであるか否かが判別される。機関の運転状態が図１９に示される機関低負荷運転領域Ｉであるときにはステップ８４に進む。

　ステップ８４では、NO_x吸蔵量ΣNOXが第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩを超えたか否かが判別され、NO_x吸蔵量ΣNOXが第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩを超えていないときには、ステップ８５に進んで、燃焼室５内における空燃比が、機関の運転状態に応じて予め定められているリーン空燃比とされる。このときには、ベース空燃比がリーンのもとで燃焼が行われる。これに対し、ステップ８４において、NO_x吸蔵量ΣNOXが第一の許容NO_x吸蔵量MAXＩを超えたと判断されたときには、ステップ８６に進んで、燃焼室５内における空燃比が一時的にリッチとされ、ΣNOXがクリアされる。このとき、排気浄化触媒２２に吸蔵されていたNO_xが排気浄化触媒２２から放出される。

　一方、ステップ８３において、機関の運転状態が図１９に示される機関低負荷運転領域Ｉではないと判断されたとき、即ち機関の運転状態が図１９に示される機関中負荷運転領域IIであると判断されたときには、ステップ８７に進んで、今、機関の運転状態が機関低負荷運転領域Ｉから機関中負荷運転領域IIに移行したか否かが判別される。今、機関の運転状態が機関低負荷運転領域Ｉから機関中負荷運転領域IIに移行したときにはステップ８８に進んで燃焼室５内における空燃比が一時的にリッチにされる。これに対し、既に、機関の運転状態が機関低負荷運転領域Ｉから機関中負荷運転領域IIに移行しているときには
ステップ８９に進む。

　ステップ８９では、NO_x吸蔵量ΣNOXが第二の許容NO_x吸蔵量MAXIIを超えたか否かが判別される。NO_x吸蔵量ΣNOXが第二の許容NO_x吸蔵量MAXIIを超えていないときには、ステップ９０に進んで、燃焼室５内における空燃比が、機関の運転状態に応じて予め定められているリーン空燃比とされる。このとき、ベース空燃比がリーンのもとで燃焼が行われる。なお、このときのベース空燃比は機関低負荷運転領域Ｉにおけるベース空燃比よりも小さい。これに対し、ステップ８９において、NO_x吸蔵量ΣNOXが第二の許容NO_x吸蔵量MAXIIを超えたと判断されたときには、ステップ９１に進んで、燃焼室５内における空燃比が一時的にリッチとされ、ΣNOXがクリアされる。このとき、排気浄化触媒２２に吸蔵されていたNO_xが排気浄化触媒２２から放出される。

　一方、ステップ８０において、機関の運転状態が図１９に示される機関高負荷運転領域IIIであると判断されたときには、ステップ９２に進んで、今、機関の運転状態が機関中負荷運転領域IIから機関高負荷運転領域IIIに移行したか否かが判別される。今、機関の運転状態が機関中負荷運転領域IIから機関高負荷運転領域IIIに移行したときにはステップ９３に進んで燃焼室５内における空燃比が一時的にリッチにされる。これに対し、既に、機関の運転状態が機関中負荷運転領域IIから機関高負荷運転領域IIIに移行しているときにはステップ９４に進む。ステップ９４では、燃焼室５内における空燃比が理論空燃比にフィードバック制御される。

　５　　燃焼室
　６　　点火栓
　１１，１２　　燃料噴射弁
　１４　　サージタンク
　１９　　排気マニホルド
　２０　　三元触媒
　２２　　排気浄化触媒

Claims

　機関排気通路内に排気浄化触媒を配置すると共に排気浄化触媒上流の機関排気通路内に酸素貯蔵機能を有する触媒を配置し、該排気浄化触媒の排気ガス流通表面上には貴金属触媒が担持されていると共に該貴金属触媒周りには塩基性の排気ガス流通表面部分が形成されており、該排気浄化触媒は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を予め定められた範囲内の周期でもってリーンからリッチに一時的に切換えると排気ガス中に含まれるNO_ｘを還元する性質を有すると共に、該リーンからリッチへの切換え周期を該予め定められた範囲よりも長くすると排気ガス中に含まれるNO_ｘの吸収量が増大する性質を有しており、機関運転時に燃焼室内における空燃比を該予め定められた範囲内の周期でもってリーンからリッチに一時的に切換え、それによって排気ガス中に含まれるNO_xを浄化するようにした火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
　上記酸素貯蔵機能を有する触媒が三元触媒からなる請求項１に記載の火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
　上記酸素貯蔵機能を有する触媒が排気浄化触媒の上流側に一体的に形成されている請求項１に記載の火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
　機関の運転領域が、機関低負荷運転側の予め定められた機関低負荷運転領域と、機関高負荷運転側の予め定められた機関高負荷運転領域と、該機関低負荷運転領域および該機関高負荷運転領域の間に位置する予め定められた機関中負荷運転領域からなり、該予め定められた機関低負荷運転領域では燃焼室内においてベース空燃比がリーンのもとで燃焼が行われると共に排気浄化触媒からNO_ｘを放出すべきときには燃焼室内における空燃比がリッチとされ、該予め定められた機関高負荷運転領域では燃焼室内における空燃比が理論空燃比にフィードバック制御され、該予め定められた機関中負荷運転領域では、該機関低負荷運転領域におけるベース空燃比よりも小さいベース空燃比のもとで燃焼室内における燃焼が行われると共に、該機関低負荷運転領域におけるNO_ｘ放出のための空燃比のリッチ周期よりも短い周期でもって燃焼室内における空燃比がリッチとされる請求項１に記載の火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
　排気浄化触媒に吸着されているNO_x吸着量が算出されており、上記機関中負荷運転領域において機関の運転が行われているときに、該NO_x吸着量が予め定められた許容NO_x吸着量を超えたときに燃焼室内における空燃比がリッチとされる請求項４に記載の火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
　排気浄化触媒に吸蔵されているNO_x吸蔵量が算出されており、上記機関低負荷運転領域において機関の運転が行われているときに、該NO_x吸蔵量が予め定められた第一の許容NO_x吸蔵量を超えたときに燃焼室内における空燃比がリッチとされ、上記機関中負荷運転領域において機関の運転が行われているときに、該NO_x吸蔵量が予め定められた第二の許容NO_x吸蔵量を超えたときに燃焼室内における空燃比がリッチとされ、該第二の許容NO_x吸蔵量は該第一の許容NO_x吸蔵量に比べて小さな値とされている請求項４に記載の火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
　上記機関中負荷運転領域におけるベース空燃比は、上記機関低負荷運転領域におけるベース空燃比と理論空燃比との中間値である請求項４に記載の火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
　機関の運転状態が上記機関低負荷運転領域から上記機関中負荷運転領域に移行したときには、燃焼室内における空燃比が一時的にリッチにされる請求項４に記載の火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
　機関の運転状態が上記機関中負荷運転領域から上記機関高負荷運転領域に移行したときには、燃焼室内における空燃比が一時的にリッチにされる請求項４に記載の火花点火式内燃機関の排気浄化装置。
　排気浄化触媒の触媒担体上には、貴金属触媒担持がされており、更にこの触媒担体上にはカリウムＫ、ナトリウムNa、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金属、ランタノイドのような希土類および銀Ag、銅Cu、鉄Fe、イリジウムIrのようなNO_xに電子を供与しうる金属から選ばれた少なくとも一つを含む塩基性層が形成されている請求項４に記載の火花点火式内燃機関の排気浄化装置。