(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられ、内燃機関がリーン空燃比運転状態にあるとき排気中のＮＯxを吸蔵させ、理論空燃比運転またはリッチ空燃比運転状態にあるとき前記吸蔵させたＮＯxを還元する吸蔵型ＮＯx触媒と、
燃料の一部を圧縮行程及び吸気行程のいずれか一方において主噴射として噴射するとともに、残部を膨張行程において副噴射として噴射する２段噴射手段と、吸気行程において空燃比がリッチ空燃比となるよう燃料を噴射するリッチ空燃比運転手段と、
前記吸蔵型ＮＯx触媒から硫黄成分を除去する際、前記２段噴射手段と前記リッチ空燃比運転手段とを交互または気筒毎に実施する硫黄成分除去手段と、
を備えたことを特徴とする筒内噴射型内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒内噴射型内燃機関に係り、詳しくは、吸蔵型ＮＯx触媒を備えた筒内噴射型内燃機関において、吸蔵型ＮＯx触媒を昇温する技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
筒内噴射型内燃機関は、吸気行程のみならず圧縮行程において燃料を直接筒内に噴射可能に構成されており、これにより、空燃比を理論空燃比（値１４．７）よりも超希薄側、つまりリーン側の目標値（例えば、値２４）以上の超リーン空燃比に制御し、エンジンの燃費特性等を改善することが可能とされている。
【０００３】
ところが、このように空燃比をリーン空燃比とすると、従来の三元触媒ではその浄化特性からＮＯx（窒素酸化物）を充分に浄化できないという問題があり、最近では、酸素過剰雰囲気においてもＮＯxを浄化できる吸蔵型ＮＯx触媒が開発され実用化されている。
吸蔵型ＮＯx触媒は、酸素過剰状態（酸化雰囲気）において排ガス中のＮＯxを硝酸塩Ｘ−ＮＯ3として吸蔵し、該吸蔵したＮＯxをＣＯ（一酸化炭素）過剰状態（還元雰囲気）でＮ2（窒素）に還元させる特性（同時に炭酸塩Ｘ−ＣＯ3が生成される）を有した触媒として構成されている。筒内噴射型内燃機関に関していえば、例えば、吸蔵型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量が飽和する前に空燃比を理論空燃比またはその近傍値に制御するような吸気行程でのリッチ空燃比運転に定期的に切換え（これをリッチスパイクという）、これにより、ＣＯの多い還元雰囲気を生成し、吸蔵したＮＯxを浄化還元（ＮＯxパージ）して吸蔵型ＮＯx触媒の再生を図るようにしている。
【０００４】
ところで、燃料中にはＳ（サルファ）成分（硫黄成分）が含まれており、このＳ成分は酸素と反応してＳＯx（硫黄酸化物）となり、該ＳＯxは硫酸塩Ｘ−ＳＯ4としてＮＯxの代わりに吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵される。つまり、吸蔵型ＮＯx触媒には、硝酸塩と硫酸塩とが吸蔵されることになる。ところが、硫酸塩は硝酸塩よりも塩としての安定度が高く、空燃比がリッチ状態（酸素濃度が低下した還元雰囲気）になってもその一部しか分解されず、吸蔵型ＮＯx触媒に残留する硫酸塩の量は時間とともに増加する。このように硫酸塩の量が増加すると、吸蔵型ＮＯx触媒の吸蔵能力が時間とともに低下し、吸蔵型ＮＯx触媒としての性能が悪化することになり好ましいことではない（Ｓ被毒）。
【０００５】
しかしながら、このように吸蔵されたＳＯxは、空燃比をリッチ状態にしてＣＯ過剰状態（還元雰囲気）を生成するとともに、触媒を高温状態にすることで除去（Ｓパージ）されることが分かっており、還元雰囲気の下で、例えば点火時期のリタードにより排気昇温させ触媒を高温状態にする技術が特開平７−２１７４７４号公報等に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報に開示される如く点火時期をリタードさせて触媒温度を昇温させる方法は昇温効果が小さく、また、燃焼を緩慢にしているため、燃費を悪化させる要因となるとともに、大きく昇温すべくリタード量を大きくすると燃焼悪化によりドラビリ悪化に繋がる虞があり好ましいことではない。
【０００７】
そこで、筒内噴射型内燃機関では、例えば、目標空燃比である全体空燃比を所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）に設定するとともに、燃料噴射を吸気行程における噴射（主噴射）と膨張行程における噴射（副噴射）との２段噴射に分割し、当該副噴射により供給される燃料（ＨＣ）を未燃状態のまま排出させ、これにより燃焼を排気通路内或いは吸蔵型ＮＯx触媒内で生起させ排気温度を高めて吸蔵型ＮＯx触媒を加熱することが考えられている。
【０００８】
しかしながら、筒内噴射型内燃機関において２段噴射を行う場合、全体空燃比を所定のリッチ空燃比とすることによってＣＯが生成されるものの、通常のリッチ運転よりもＣＯ生成量は少なく、故に、運転状態によっては、ＣＯの生成量が不足し、十分にＳパージを実施できない場合がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、吸蔵型ＮＯx触媒を備えた筒内噴射型内燃機関において、吸蔵型ＮＯx触媒を早期に高温状態とし、吸蔵されたＳＯxを燃費の悪化なく常に確実に除去可能な筒内噴射型内燃機関を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、筒内噴射型内燃機関において、燃料の一部を圧縮行程及び吸気行程のいずれか一方において主噴射として噴射するとともに、残部を膨張行程において副噴射として噴射する２段噴射手段と、吸気行程において空燃比がリッチ空燃比となるよう燃料を噴射するリッチ空燃比運転手段とを備えており、吸蔵型ＮＯx触媒から硫黄成分を除去する場合、これら２段噴射手段とリッチ空燃比運転手段とを交互にまたは気筒毎に実施させるよう構成されている。
【００１０】
このため、２段噴射手段が実施されると、副噴射により未燃燃料成分（未燃ＨＣ等の可燃物）が多量に排出され、該未燃燃料成分が排気通路内或いは吸蔵型ＮＯx触媒内で燃焼して吸蔵型ＮＯx触媒が良好に加熱し昇温させられることになり、一方、リッチ空燃比運転手段が実施されると、不完全燃焼によりＣＯが多量に発生し、該ＣＯによって吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵された硫黄成分、即ちＳＯxが良好に除去させられることになる。つまり、本発明では、硫黄成分の除去に必要なこれら吸蔵型ＮＯx触媒の昇温とＣＯの生成とを両立させており、これにより、吸蔵型ＮＯx触媒が効率よく確実に昇温するとともにＣＯが十分に供給されて確実にＳパージが実施されることとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
先ず、実施例１について説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る筒内噴射型内燃機関の概略構成図が示されており、以下同図に基づいて本発明に係る筒内噴射型内燃機関の構成を説明する。
【００１２】
機関本体（以下、単にエンジンという）１は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）を切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）または圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射モード）を実施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジンとされている。そして、この筒内噴射型のエンジン１は、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能とされており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リーン空燃比での運転が可能とされている。
【００１３】
同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃焼室８内に燃料を直接噴射可能とされている。
燃料噴射弁６には、燃料パイプを介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（共に図示せず）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能とされている。この際、燃料噴射量は高圧燃料ポンプの燃料吐出圧と燃料噴射弁６の開弁時間、即ち燃料噴射時間とから決定される。
【００１４】
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド１０の他端にはスロットル弁１１が接続されており、該スロットル弁１１にはスロットル開度θthを検出するスロットルセンサ１１ａが設けられている。
【００１５】
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。
なお、図中符号１３は、クランク角を検出するクランク角センサであり、該クランク角センサ１３はエンジン回転速度Ｎeを検出可能とされている。
【００１６】
なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に公知のものであり、その構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
同図に示すように、排気マニホールド１２には排気管（排気通路）１４が接続されており、この排気管１４にはエンジン１に近接した小型の近接三元触媒２０及び排気浄化触媒装置３０を介してマフラー（図示せず）が接続されている。また、排気管１４には排気温度を検出する高温センサ１６が設けられている。
【００１７】
排気浄化触媒装置３０は、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａと三元触媒３０ｂとの２つの触媒を備えて構成されており、三元触媒３０ｂの方が吸蔵型ＮＯx触媒３０ａよりも下流側に配設されている。
吸蔵型ＮＯx触媒３０ａは、酸化雰囲気においてＮＯxを一旦吸蔵させ、主としてＣＯの存在する還元雰囲気中においてＮＯxをＮ2（窒素）等に還元させる機能を持つものである。詳しくは、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａは、貴金属として白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ）等を有した触媒として構成されており、吸蔵材としてはバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が採用されている。
【００１８】
また、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａと三元触媒３０ｂとの間にはＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサ３２が設けられている。
さらに、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０が設置されており、このＥＣＵ４０により、エンジン１を含めた本発明に係る筒内噴射型内燃機関の総合的な制御が行われる。ＥＣＵ４０の入力側には、上述した高温センサ１６やＮＯxセンサ３２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。
【００１９】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、点火コイルを介して上述した点火プラグ４や燃料噴射弁６等が接続されており、これら点火コイル、燃料噴射弁６等には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ出力される。これにより、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ４によって適正なタイミングで点火が実施される。
【００２０】
実際には、ＥＣＵ４０では、スロットルセンサ１１ａからのスロットル開度情報θthとクランク角センサ１３からのエンジン回転速度情報Ｎeとに基づいてエンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち目標平均有効圧Ｐeを求めるようにされており、さらに、当該目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとに応じてマップ（図示せず）より燃料噴射モードを設定するようにされている。例えば、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeとが共に小さいときには、燃料噴射モードは圧縮行程噴射モードとされ、燃料は圧縮行程で噴射され、一方、目標平均有効圧Ｐeが大きくなり或いはエンジン回転速度Ｎeが大きくなると燃料噴射モードは吸気行程噴射モードとされ、燃料は吸気行程で噴射される。
【００２１】
そして、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeとから制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定され、上記適正量の燃料噴射量は該目標Ａ／Ｆに基づいて決定される。
上記高温センサ１６により検出された排気温度情報からは触媒温度Ｔcatが推定される。詳しくは、高温センサ１６を吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに直接設置できないことに起因して発生する誤差を補正するために、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとに応じて予め実験等により温度差マップ（図示せず）が設定されており、故に触媒温度Ｔcatは、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとが決まると一義に推定されるようにされている。
【００２２】
以下、このように構成された本発明に係る筒内噴射型内燃機関の作用について説明する。つまり、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａには、上述したようにＳＯxも吸蔵されてしまうのであるが、ここでは、当該ＳＯxを除去する制御、即ちＳパージ制御（硫黄成分除去手段）の制御手順について説明する。
図２を参照すると、排気昇温制御を行う際の制御ルーチンのフローチャートが示されており、以下当該フローチャートに沿って説明する。
【００２３】
先ず、ステップＳ１０では、ＮＯx触媒がＳ（サルファ）劣化したか否か、即ち吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＳＯxの量（被毒Ｓ量Ｑs）が所定量に達したか否かを判別する。ここに、被毒Ｓ量Ｑsは推定により求められる値である。以下、被毒Ｓ量Ｑsの推定手法（検出方法）について簡単に説明する。
被毒Ｓ量Ｑsは、基本的には燃料噴射積算量Ｑfに基づき設定されるものであり、燃料噴射制御ルーチン（図示せず）の実行周期毎に次式により演算される。
【００２４】
Ｑs＝Ｑs(n-1)＋ΔＱf・Ｋ−Ｒs …(1)
ここに、Ｑs(n-1)は被毒Ｓ量の前回値であり、ΔＱfは実行周期当たりの燃料噴射積算量、Ｋは補正係数、Ｒsは実行周期当たりの再生Ｓ量を示している。
つまり、現在の被毒Ｓ量Ｑsは、実行周期当たりの燃料噴射積算量ΔＱfを補正係数Ｋで補正して積算するとともに、該積算値から実行周期当たりの再生Ｓ量Ｒsを減算することで求められる。
【００２５】
補正係数Ｋは、例えば、次式(2)に示すように、空燃比Ａ／Ｆに応じたＳ被毒係数Ｋ1、燃料中のＳ含有量に応じたＳ被毒係数Ｋ2及び触媒温度Ｔcatに応じたＳ被毒係数Ｋ3の３つの補正係数の積からなっている。
Ｋ＝Ｋ1・Ｋ2・Ｋ3 …(2)
また、実行周期当たりの再生Ｓ量Ｒsは次式(3)から演算される。
【００２６】
Ｒs＝α・Ｒ1・Ｒ2・dＴ  …(3)
ここに、αは単位時間当たりの再生率（設定値）であり、dＴは燃料噴射制御ルーチンの実行周期を示しており、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ触媒温度Ｔcatに応じた再生能力係数及び空燃比Ａ／Ｆに応じた再生能力係数を示している。
そして、ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）で、上記のようにして求めた被毒Ｓ量Ｑsが未だ所定量に達していないと判定される場合には、何もせず当該ルーチンを抜ける。
【００２７】
一方、ステップＳ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、被毒Ｓ量Ｑsが所定量に達したと判定される場合には、次にステップＳ１２に進み、制御モードをＳパージモードに切り換える。これにより吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＳＯxの除去、即ちＳパージが開始される。
Ｓパージが開始されたら、ステップＳ１４において、上記目標平均有効圧Ｐeが所定値Ｐe1（エンジン回転速度Ｎeに対するマップ）よりも小さいか否かを判別する。詳しくは、図３に示す主噴射モード選択マップに基づき、エンジン回転速度Ｎeとの関係において、目標平均有効圧Ｐeが領域Ａの範囲内にあるか否かを判別する。
【００２８】
ステップＳ１４の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、目標平均有効圧Ｐeが所定値Ｐe1（エンジン回転速度Ｎeに対するマップ）より小さいような場合、即ちアイドリング時や低速走行時のようにエンジン負荷、エンジン回転速度が小さい場合には、次にステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、主噴射の燃料噴射モードを上述の通常の設定に拘わらず圧縮行程噴射モードとするとともに、膨張行程（特に、膨脹行程中期又はそれ以降）において副噴射を行うようにする（２段噴射手段）。つまり、上述した如く、Ｓパージを行う際には、２段噴射を行うようにしているのであるが、目標平均有効圧Ｐe、エンジン回転速度Ｎeが図３中のＡ領域にあるときには、圧縮行程噴射と膨張行程噴射とで２段噴射を行うようにする。
【００２９】
そして、目標Ａ／Ｆ、つまり主噴射と副噴射とを合わせた全体としての目標Ａ／Ｆ、即ち全体Ａ／Ｆは所定のリッチ空燃比（Ｓパージに適した値であって、例えば、値１２）に設定されるとともに、図３の主噴射モード選択マップに基づき目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeに応じて主噴射の目標空燃比（メインＡ／Ｆ）が決定される。このとき、全体Ａ／Ｆは上記所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）に保持されたままメインＡ／Ｆが設定されることになる。つまり、全体の燃料噴射量が一定に維持され、還元雰囲気が良好に形成された状態のままに、主噴射量（一部）と副噴射量（残部）のそれぞれの燃料噴射比率が適正に決定される。
【００３０】
通常、目標平均有効圧Ｐe或いはエンジン回転速度Ｎeが小さければ、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの温度、即ち触媒温度Ｔcatは低く吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの昇温は容易でないと判断できる。故に、この場合には、副噴射量を多くする一方、全体Ａ／Ｆを上述の如く所定のリッチ空燃比に保持しながら主噴射量を極力少なくするようにするのがよい。ところが、吸気行程噴射モードで実現可能な空燃比には上限値（例えば、値２２）がある。つまり、吸気行程においては当該上限値（例えば、値２２）より大きい空燃比では燃焼が成立しないのである。
【００３１】
従って、メインＡ／Ｆが上限値（例えば、値２２）より大きくなるような場合には、当該上限値（例えば、値２２）よりも大きな空燃比で燃焼が成立する圧縮行程において主噴射を実施するようにする。
ところで、エンジン負荷、エンジン回転速度が小さいほど吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの温度、即ち触媒温度Ｔcatは低いとみなすことができる。従って、メインＡ／Ｆは、目標平均有効圧Ｐe或いはエンジン回転速度Ｎeが小さいほどその値が大きく、よりリーン空燃比側の空燃比となるようにされている。つまり触媒温度Ｔcatが低いほど主噴射量が少なく副噴射量が多くなるようにされている。
【００３２】
そして、特に、このように主噴射が圧縮行程噴射であると、空燃比を超リーン空燃比（例えば、上限値５０までの範囲）にまで希薄化することができ、主噴射量を極めて少なくする一方、副噴射によって多量の燃料を噴射するようにできることになる。
これにより、エンジン負荷、エンジン回転速度が小さいときには多量の未燃燃料成分が排気管１４内に排出されて余剰酸素存在の下に排気管１４内或いは吸蔵型ＮＯx触媒３０ａ内で強力に燃焼することになり、触媒温度Ｔcatが低温であっても吸蔵型ＮＯx触媒３０ａはＳパージ可能な所定の高温Ｔcat1（例えば、６５０℃）まで迅速に加熱されることになる。従って、例えば低速走行時のようにエンジン負荷、エンジン回転速度が小さく吸蔵型ＮＯx触媒３０ａが低温状態にあるような場合であっても、主噴射の空燃比を超リーン空燃比（例えば、上限値５０までの範囲）とするようにして、エンジン１の運転に影響を与えることなく排気昇温に寄与する副噴射量を極めて多くすることができ、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａを上記Ｓパージ可能な所定の高温Ｔcat1にまで急速に加熱することが可能となる。
【００３３】
次のステップＳ１８では、ステップＳ１６において２段噴射が開始されてから所定時間ｔ2（例えば、２sec）が経過したか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で未だ所定時間ｔ2が経過していないと判定された場合には、所定時間ｔ2が経過するまで２段噴射を継続する。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で所定時間ｔ2が経過したと判定されたら、次にステップＳ２０に進む。
【００３４】
ステップＳ２０では、燃料噴射モードを吸気行程噴射モードとして２段噴射を行わずにリッチ空燃比運転を実施する（リッチ空燃比運転手段）。この場合、目標Ａ／Ｆは上記全体Ａ／Ｆと同様に所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）に設定される。このようにリッチ空燃比運転を行うと、燃料過剰状態であることから燃料は不完全燃焼を起こすことになり、ＣＯが多量に排出される。つまり、当該リッチ空燃比運転の実施によって、ＳＯxを還元除去に必要なＣＯが多量に吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに供給されることになり、Ｓパージが促進されることになる。
【００３５】
そして、ステップＳ２２では、ステップＳ２０においてリッチ空燃比運転が開始されてから所定時間ｔ3（例えば、２sec）が経過したか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で未だ所定時間ｔ3が経過していないと判定された場合には、所定時間ｔ3が経過するまでリッチ空燃比運転を継続する。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で所定時間ｔ3が経過したと判定されたら、次にステップＳ２４に進む。
【００３６】
一方、上記ステップＳ１４の判別結果が偽（Ｎｏ）で、目標平均有効圧Ｐeが所定値Ｐe1（エンジン回転速度Ｎeに対するマップ）以上と判定された場合、即ち中速走行時のようにエンジン負荷、エンジン回転速度が比較的大きい場合には、次にステップＳ２６に進む。
ステップＳ２６では、主噴射の燃料噴射モードを上述の通常の設定に拘わらず吸気行程噴射モードとするとともに、膨張行程において副噴射を行うようにする。即ち、エンジン負荷、エンジン回転速度が比較的大きく、目標平均有効圧Ｐe、エンジン回転速度Ｎeが図３中のＢ領域にあるときには、吸気行程噴射と膨張行程噴射とで２段噴射を行うようにする。
【００３７】
そして、上記同様に、全体Ａ／Ｆが所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）に設定されるとともに、該全体Ａ／Ｆを上記所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）に保持したままに主噴射の目標空燃比（メインＡ／Ｆ）が決定され、主噴射量（一部）と副噴射量（残部）のそれぞれの燃料噴射比率が適正に決定される。
通常、エンジン負荷、エンジン回転速度が比較的大きければ、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａはある程度高温にまで加熱されており、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａをＳパージ可能な所定の高温Ｔcat1（例えば、６５０℃）まで容易に昇温可能と判断できる。故に、この場合には、副噴射量を少なくする一方、全体Ａ／Ｆを所定のリッチ空燃比に保持すべく主噴射量を多くするようにするのがよい。ところが、圧縮行程噴射モードで実現可能な空燃比には下限値（例えば、値２２）がある。つまり、圧縮行程においては上記の場合とは逆に当該下限値（例えば、値２２）以下の空燃比では燃焼が成立しないのである。
【００３８】
従って、主噴射の空燃比が下限値（例えば、値２２）以下となるような場合には、当該下限値（例えば、値２２）以下の空燃比で燃焼が成立する吸気行程において主噴射を実施するようにする。
これにより、やはり全体の燃料噴射量が一定に維持されて還元雰囲気が良好に形成された状態のまま、主噴射量（一部）と副噴射量（残部）のそれぞれの燃料噴射比率が適正に決定され、中速走行時において吸蔵型ＮＯx触媒３０ａがＳパージ可能な所定の高温Ｔcat1（例えば、６５０℃）まで迅速に加熱される。
【００３９】
ところで、車両が高速走行しておりエンジン回転速度Ｎeと目標平均有効圧Ｐeとが大きく、メインＡ／Ｆが下限値１６よりも小さくストイキオ近傍となるような場合、つまり目標平均有効圧Ｐe、エンジン回転速度Ｎeが図３中のＣ領域にあるときには、インジェクタドライバ等の制約により２段噴射が困難である一方、燃焼熱が大きく排気温度が十分高く、点火時期のリタードだけでも吸蔵型ＮＯx触媒３０ａをＳパージ可能な所定の高温Ｔcat1まで加熱させることが可能と判断できる。故に、この場合には、ステップＳ２６の２段噴射に代えて主噴射のみを吸気行程で行い、点火時期のリタードによって昇温制御を行うようにする。なお、この場合においても、全体Ａ／Ｆは所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）とされる。
【００４０】
また、エンジン回転速度Ｎeと目標平均有効圧Ｐeとが極めて大きく、メインＡ／Ｆがリッチ空燃比であるような場合、つまり目標平均有効圧Ｐe、エンジン回転速度Ｎeが図３中のＤ領域にあるときには、燃焼熱が極めて大きく昇温制御を実施しなくても排気温度がＳパージ可能なほど高いと判断でき、この場合には、ステップＳ２６をスキップする。
【００４１】
次のステップＳ２８では、上記ステップＳ１８と同様に、ステップＳ２６において２段噴射が開始されてから所定時間ｔ2（例えば、２sec）が経過したか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で未だ所定時間ｔ2が経過していないと判定された場合には、所定時間ｔ2が経過するまで２段噴射を継続する。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で所定時間ｔ2が経過したと判定されたら、次にステップＳ３０に進む。
【００４２】
ステップＳ３０では、上記ステップＳ２０と同様に、燃料噴射モードを吸気行程噴射モードとして２段噴射を行わずにリッチ空燃比運転を実施する。これによりＣＯが多量に排出されてＳパージが促進されることになる。
そして、ステップＳ３２では、上記ステップＳ２２と同様に、ステップＳ３０においてリッチ空燃比運転が開始されてから所定時間ｔ3（例えば、２sec）が経過したか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で未だ所定時間ｔ3が経過していないと判定された場合には、所定時間ｔ3が経過するまでリッチ空燃比運転を継続する。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で所定時間ｔ3が経過したと判定されたら、次にステップＳ２４に進む。
【００４３】
ステップＳ２４では、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａがＳＯx除去に適した高温（例えば、６５０℃）に達し、所定時間ｔ4が経過したか否かを判別する。この所定時間ｔ4は、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａを還元雰囲気中で所定の高温Ｔcat1に保持した場合にＳＯxを十分に除去可能な時間として実験等により予め設定された時間である。
【００４４】
ステップＳ２４の判別結果が偽（Ｎｏ）で、所定時間ｔ4が未だ経過していないと判定された場合には、ステップＳ１４に戻りＳパージモードでの運転を継続する。つまり、ステップＳ１６及びステップＳ２６における２段噴射とステップＳ２０及びステップＳ３０におけるリッチ空燃比運転とを交互に繰り返し実施し、高温センサ１６の出力に基づき吸蔵型ＮＯx触媒３０ａがＳＯx除去に適した高温以下とならないようにする。
【００４５】
即ち、当該Ｓパージ制御では、昇温効果の大きい２段噴射とＣＯを多く排出させられるリッチ空燃比運転とを所定時間ｔ2、所定時間ｔ3ずつ交互に繰り返すようにしており、昇温過程においても吸蔵型ＮＯx触媒３０ａからＳＯxの除去を行いながら吸蔵型ＮＯx触媒３０ａを所定の高温Ｔcat1まで早期に昇温させ、ＳＯx除去に適した高温に保持することが可能とされている。
【００４６】
一方、ステップＳ２４の判別結果が真（Ｙｅｓ）と判定されたら、ＳＯxが十分に除去されたとみなし、当該ルーチンを抜けてＳパージ制御を終了する。
上記実施形態では、触媒昇温開始からＳＯx除去の全ての期間において２段噴射とリッチ空燃比運転とを常に交互に実施するようにしているが、触媒温度Ｔcatが所定の高温Ｔcat1以下でもＣＯを供給するとその温度に応じて多少はＳパージされるため、先ず２段噴射を継続的に実施して触媒温度Ｔcatが所定の高温Ｔcat1に達した後、２段噴射とリッチ空燃比運転とを交互に実施してもよい。
【００４７】
この場合、図４を参照すると、上記図２のフローチャートにステップＳ１９及びステップＳ２９を追加したＳパージ制御の制御ルーチンの一部が変形例として示されているが、ステップＳ１６及びステップＳ２６で２段噴射を実施した後に触媒温度Ｔcatが所定の高温Ｔcat1以上になったか否かの判別をステップＳ１９及びステップＳ２９で行うようにし、これらの判別結果が偽（Ｎｏ）で触媒温度Ｔcatが未だ所定の高温Ｔcat1に達していないうちはステップＳ２１の２段噴射とリッチ空燃比運転とを実施せずに２段噴射を継続的に実施する。
【００４８】
ステップＳ１９及びステップＳ２９の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ２１において、上記実施形態の如く、高温センサ１６の出力に基づいて触媒温度Ｔcatを所定の高温Ｔcat1に維持しながら、２段噴射とリッチ空燃比運転とを例えば交互に実施し、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａをＳＯx除去雰囲気に保つ。そして、ステップＳ２４において所定時間ｔ4が経過したか否かを判別し、判別結果が真（Ｙｅｓ）となるまでステップＳ２１の制御を継続する。
【００４９】
これにより、上記実施形態に対し触媒昇温過程ではＳＯxの除去を十分にできないものの、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａを確実にＳＯxを除去可能な所定の高温Ｔcat1にまで速やかに到達させることができることになる。
また、上記実施形態では、２段噴射を所定時間ｔ2（例えば、２sec）実施した後、リッチ空燃比運転を所定時間ｔ3（例えば、２sec）実施するようにしたが、２段噴射とリッチ空燃比運転とを所定行程数（１行程以上）毎に交互に実施するようにしてもよい。つまり、各気筒で所定行程数が経過する毎に２段噴射とリッチ空燃比運転とを繰り返すようにしてもよい。
【００５０】
また、ここでは、所定時間ｔ2と所定時間ｔ3を共に例えば２secとしたが、必要な昇温量と必要なＣＯ量に応じて所定時間ｔ2と所定時間ｔ3とをそれぞれ別設定するようにしてもよい。さらに、これらを運転条件（目標平均有効圧Ｐe、エンジン回転速度Ｎe等）や触媒温度Ｔcatに応じて可変させるようにしてもよい。これにより、より一層適切にＳパージを行うことができることになる。
【００５１】
次に、実施例２について説明する。
上記実施例１では、２段噴射とリッチ空燃比運転とを所定時間毎或いは所定行程数毎に切り換えるようにしたが、該実施例２では、エンジン１が多気筒である場合において、所定時間、所定行程数に代えて気筒毎に２段噴射とリッチ空燃比運転とを繰り返すようにする。
【００５２】
図５を参照すると、図２のフローチャートに続く実施例２に係るＳパージ制御（硫黄成分除去手段）の制御ルーチンを示すフローチャート一部が示されており、以下このフローチャートに基づき、上記実施例１と異なる部分についてのみ説明する。
当該実施例２では、ステップＳ１４において、目標平均有効圧Ｐeが所定値Ｐe1より小さいか否かが判別され、判別結果が真（Ｙｅｓ）と判定された場合には次にステップＳ１６’に進む。
【００５３】
ステップＳ１６’では、一部気筒でリッチ空燃比運転を行い、残部気筒で２段噴射を行うようにする。つまり、ここではエンジン１が例えば筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジンであるため、４気筒の一部気筒（例えば、２気筒）でリッチ空燃比運転を実施し、残部気筒（例えば、２気筒）で２段噴射を行うようにする。この場合、２段噴射については、上記ステップＳ１４の判別に基づき、実施例１の場合と同様、主噴射を圧縮行程で実施するとともに副噴射を膨張行程で実施するようにする。
【００５４】
なお、エンジン１が例えばＶ型ガソリンエンジンの場合には、一方の片側バンクの各気筒でリッチ空燃比運転を実施し、他方の片側バンクの各気筒で２段噴射を実施するようにするのがよい。
一方、ステップＳ１４の判別結果が偽（Ｎｏ）と判定された場合には次にステップＳ２６’に進む。
【００５５】
ステップＳ２６’では、上記同様に一部気筒でリッチ空燃比運転を行い、残部気筒で２段噴射を行うようにし、この場合には、上記ステップＳ１４の判別に基づき、やはり実施例１の場合と同様、主噴射を吸気行程で実施するとともに副噴射を膨張行程で実施するようにする。
そして、ステップＳ２４において、ＳＯx除去雰囲気が所定時間ｔ4経過したか否かを判別する。
【００５６】
ステップＳ２４の判別結果が偽（Ｎｏ）で、所定時間ｔ4が未だ経過していないと判定された場合には、ステップＳ１４に戻る。この場合、ステップＳ１６’及びステップＳ２６’において、高温センサ１６の出力に応じて、触媒温度Ｔcatを所定の高温Ｔcat1に維持し吸蔵型ＮＯx触媒３０ａをＳＯx除去雰囲気に維持するよう２段噴射とリッチ空燃比運転とを気筒毎に実施し続けるようにする。
【００５７】
このようにすると、昇温効果の大きい２段噴射とＣＯを多く排出させられるリッチ空燃比運転とがバランスよく実施されることになり、ＳＯx除去を行いながら吸蔵型ＮＯx触媒３０ａを所定の高温Ｔcat1まで良好に昇温でき、その後、確実にＳＯxの除去を行うことが可能となる。
従って、当該実施例２の場合にも、燃費の悪化を防止しながら、Ｓパージ、即ちＳＯxの除去が確実に実施されることになり、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａのＮＯx浄化効率を常に高く保つことが可能とされる。
【００５８】
なお、ここでは、一部気筒と残部気筒を共に例えば２気筒としたが、上記実施例１において所定時間ｔ2と所定時間ｔ3とを別設定した場合と同様に、必要な昇温量と必要なＣＯ量に応じて一部気筒数と残部気筒数とを異なった気筒数に設定してもよい。さらに、これらを運転条件（目標平均有効圧Ｐe、エンジン回転速度Ｎe等）や触媒温度Ｔcatに応じて可変させるようにしてもよい。これにより、より一層適切にＳパージを行うことができることになる。
【００５９】
また、先ず残部気筒或いは全気筒で２段噴射を実施した後、触媒温度Ｔcatが所定の高温Ｔcat1まで昇温したときに一部気筒でリッチ空燃比運転を開始するようにしてもよい。これにより、上記同様、触媒が所定の高温Ｔcat1に達するまでの触媒昇温過程ではＳＯxの除去は期待できないが、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａを確実にＳＯxを除去可能な所定の高温Ｔcat1にまで速やかに到達させることができることになる。
【００６０】
ところで、上記実施形態（実施例１及び実施例２）では、２段噴射を行うときに全体Ａ／Ｆを所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）とするようにしたが、これは２段噴射時においても少しでもＳパージするためであり、２段噴射を吸蔵型ＮＯx触媒３０ａを昇温させるための手段としてのみ用いることを考えた場合には、２段噴射を行うときの全体Ａ／Ｆはストイキオであってもリーン空燃比であってもよい。このようにすれば、さらに燃費の悪化を防止することができる。
【００６１】
また、リッチ空燃比運転において、点火時期をリタードさせるようにしてもよい。これにより、２段噴射運転時のみならずリッチ空燃比運転時においても少しでも多く昇温効果が得られることになり、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａをより早期に昇温させたいような場合に効果的である。
さらに、本実施形態では、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの被毒Ｓ量を推定して２段噴射とリッチ空燃比運転とを交互或いは気筒毎に実施するようにしたが、例えば、始動直後において、被毒Ｓ量を推定することなく必ず２段噴射とリッチ空燃比運転とを交互或いは気筒毎に実施してＳパージ制御を行うようにしてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の筒内噴射型内燃機関によれば、硫黄成分の除去に必要なこれら吸蔵型ＮＯx触媒の昇温と還元雰囲気の生成とを両立できることになり、吸蔵型ＮＯx触媒を効率よく確実に昇温でき且つＣＯを十分に供給して確実に還元雰囲気にできる。
【００６３】
従って、吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵されたＳＯxを燃費の悪化もなく確実に除去可能となり、吸蔵型ＮＯx触媒のＮＯx浄化効率を常に高い状態に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る筒内噴射型内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係る筒内噴射型内燃機関の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】２段噴射を行う際の主噴射モード選択マップである。
【図４】図２の制御ルーチンの変形例を示すフローチャートの一部である。
【図５】実施例２に係る筒内噴射型内燃機関の制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
【符号の説明】
１  エンジン（筒内噴射型内燃機関）
４  点火プラグ
６  燃料噴射弁
１１  スロットル弁
１１ａ  スロットルセンサ
１３  クランク角センサ
１６  高温センサ
３０ａ  吸蔵型ＮＯx触媒
４０  電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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