(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ一つまたは複数の気筒を含む複数の気筒群の中の一つの気筒群に接続された第１排気通路と、他の気筒群に接続された第２排気通路と、上記第１，第２排気通路を合流させてなる下流側の共通排気通路と、上記第１，第２排気通路にそれぞれ配置された第１，第２排気浄化触媒と、上記共通排気通路に配置され、かつ流入する排気の空燃比に応じてＮＯｘを吸収，放出する作用を有するＮＯｘ吸収触媒と、このＮＯｘ吸収触媒から該ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘの脱離・浄化が必要であることを判定する手段と、このＮＯｘ吸収触媒からのＮＯｘの脱離・浄化を行うときに、上記ＮＯｘ吸収触媒に流入する合流後の排気の空燃比がリッチとなる程度に、上記第１排気浄化触媒に流入する排気の空燃比のみを理論空燃比よりもリッチとする排気空燃比制御手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記第１排気通路が１つの気筒のみに接続されているとともに、上記第２排気通路が複数の気筒に接続されており、上記第１排気浄化触媒の酸化性能が、上記第２排気浄化触媒の酸化性能よりも低いことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記第１排気浄化触媒は、上記第２排気浄化触媒よりもセリア（Ｃｅ）の含有量が少ないことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記排気空燃比制御手段により一部気筒の排気空燃比をリッチとするときに当該気筒のトルクの上昇を規制する手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
点火時期の遅角によりトルク上昇を規制することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記排気空燃比制御手段は、第１排気通路に接続された気筒の燃焼空燃比をリッチとするとともに、第２排気通路に接続された気筒の燃焼空燃比を理論空燃比に保つものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
上記排気空燃比制御手段は、筒内直噴式内燃機関において、膨張行程から排気行程において燃料を噴射することにより排気空燃比をリッチ化することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
それぞれ一つまたは複数の気筒を含む複数の気筒群の中の一つの気筒群に接続された第１排気通路と、他の気筒群に接続された第２排気通路と、上記第１，第２排気通路を合流させてなる下流側の共通排気通路と、上記第１，第２排気通路にそれぞれ配置された第１，第２排気浄化触媒と、上記共通排気通路に配置され、かつ流入する排気の空燃比に応じてＮＯｘを吸収，放出する作用を有するＮＯｘ吸収触媒と、このＮＯｘ吸収触媒から該ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘの脱離・浄化が必要であることを判定する手段と、このＮＯｘ吸収触媒からのＮＯｘの脱離・浄化を行うときに、上記ＮＯｘ吸収触媒に流入する合流後の排気の空燃比がリッチとなる程度に、上記第１，第２排気浄化触媒のいずれか一方に流入する排気の空燃比のみを理論空燃比よりもリッチとする排気空燃比制御手段と、を備え、かつリッチとする気筒が周期的に変化することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置、特にリーン燃焼に伴って多く排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を、効率よく浄化する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費の向上、二酸化炭素の排出量の削減といった観点から、理論空燃比よりも高い空燃比でも運転し得るいわゆるリーンバーンエンジンが注目されている。この種の内燃機関においては、リーン燃焼時に排出される排気は酸素含有率が高く、一般に用いられている三元触媒では、ＮＯｘの浄化が不十分となる。そのため、リーン運転時にＮＯｘを効率よく除去する技術の開発が望まれている。
【０００３】
その一つとして、特許第２６００４９２号公報では、流入する排気の空燃比がリーンであるときにＮＯｘを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチとなるとＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収触媒を用いた浄化装置が提案されている。このものでは、リーン運転中に機関から排出されるＮＯｘをＮＯｘ吸収触媒に吸収させ、所定の時期に、一時的に空燃比をリッチとした運転を行なって、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを放出するようにしている。そして、放出されたＮＯｘは、ＮＯｘ吸収触媒に担持された触媒成分によって還元浄化される。
【０００４】
ところで、三元触媒やＮＯｘ吸収触媒が完全暖機状態にある場合は、これらの三元触媒やＮＯｘ吸収触媒でもって排気を効率よく浄化できるが、機関始動直後のような触媒が完全暖機状態にない場合の排気浄化は非常に困難であり、なるべく短時間で触媒を活性化させるためのさまざまな技術が検討されている。その一つには、触媒を内燃機関の排気出口近傍に配置する方法がある。すなわち、触媒をできるだけ上流側に配置すれば、内燃機関から排出された排気の熱が、他の排気系部品に奪われることなく触媒に導かれ、触媒の活性を短時間で完了させることができる。
【０００５】
従って、リーンバーンエンジンにおいて、ＮＯｘの処理を早期に開始するためには、ＮＯｘ吸収触媒を内燃機関の排気出口近傍に配置することが望ましいが、その反面、ＮＯｘ吸収触媒は、三元触媒に比べて一般に耐熱性が低く、また、ＮＯｘの吸収，脱離処理を高い効率で行うことのできる温度範囲が、内燃機関の排気出口近傍の温度よりも低い場合もあり、このような点からは、ＮＯｘ吸収触媒を内燃機関の排気出口近傍に配置することは好ましくない。
【０００６】
そのため、排気系の上流側に三元触媒を配置し、この三元触媒の下流側にＮＯｘ吸収触媒を配置する構成が提案されている（特開平６−２６４７２９号公報）。このものでは、機関始動時は燃焼安定化のため燃焼空燃比をリッチとするが、三元触媒上流より二次空気を導入することで排気空燃比をリーンとして、触媒の活性をさらに促進するとともに、上流の三元触媒で、ＨＣ，ＣＯを酸化し、かつ下流のＮＯｘ吸収触媒でＮＯｘを吸収する。また、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘが所定量以上となると、排気空燃比をリッチとして、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されていたＮＯｘを脱離，浄化するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように上流側に三元触媒を、下流側にＮＯｘ吸収触媒を、それぞれ配置した排気浄化装置においては、ＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘを脱離，浄化すべく内燃機関から排出される排気の空燃比をリッチとしたときに、リッチとなった排気は先ず三元触媒に導かれて、三元触媒に蓄えられていた酸素と排気中のＨＣ，ＣＯが反応するため、三元触媒に蓄えられていた酸素が無くなるまでは、三元触媒出口側での排気空燃比がリッチとならない。つまり、その間、ＮＯｘ吸収触媒の脱離，還元処理がなされない。従って、三元触媒の酸素を消費させるための還元成分も含むように、十分にリッチな排気を排気系に供給しなければならず、結果として、燃費の悪化を招くという問題がある。
【０００８】
三元触媒の酸素貯蔵能力は、流入する排気がリーンのときに酸素を蓄え、流入する排気がリッチのときに、蓄えていた酸素を放出してＨＣやＣＯを浄化する機能を果たしている。この酸素貯蔵能力を低下させるためには、三元触媒に一般に含まれているセリア（Ｃｅ）を除去すればよいが、このように酸素貯蔵能力を低下させると、空燃比がリッチのときのＨＣおよびＣＯの浄化率が低下してしまい、好ましくない。また、セリア（Ｃｅ）以外の触媒成分によっても酸素はある程度貯蔵されるので、セリアを除去しても酸素貯蔵能力を完全に０とすることはできない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、複数の気筒群に分け、それぞれに対し三元触媒を設けるとともに、その一つを通る排気のみをリッチ化して下流側のＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘ放出浄化作用を行わせるようにした。
【００１０】
すなわち、請求項１に係る内燃機関の排気浄化装置は、それぞれ一つまたは複数の気筒を含む複数の気筒群の中の一つの気筒群に接続された第１排気通路と、他の気筒群に接続された第２排気通路と、上記第１，第２排気通路を合流させてなる下流側の共通排気通路と、上記第１，第２排気通路にそれぞれ配置された第１，第２排気浄化触媒と、上記共通排気通路に配置され、かつ流入する排気の空燃比に応じてＮＯｘを吸収，放出する作用を有するＮＯｘ吸収触媒と、このＮＯｘ吸収触媒から該ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘの脱離・浄化が必要であることを判定する手段と、このＮＯｘ吸収触媒からのＮＯｘの脱離・浄化を行うときに、上記ＮＯｘ吸収触媒に流入する合流後の排気の空燃比がリッチとなる程度に、上記第１排気浄化触媒に流入する排気の空燃比のみを理論空燃比よりもリッチとする排気空燃比制御手段と、を備えていることを特徴としている。
【００１１】
このものでは、各排気通路の三元触媒からなる第１，第２排気浄化触媒が排気系の上流側に位置しているため、始動後、早期に活性し、排気浄化が開始される。ＮＯｘ吸収触媒は相対的に下流側に位置するので、熱劣化が抑制され、かつＮＯｘの吸収，脱離処理に適当な温度が得られる位置に配置することが可能である。内燃機関がリーン燃焼している間に排出されたＮＯｘは、第１，第２排気通路に共通なＮＯｘ吸収触媒に吸収される。この吸収されたＮＯｘは、燃焼空燃比のリッチ化や還元剤の供給等の手段を用いて第１排気通路側の排気空燃比のみをリッチとすることにより、放出され、かつ該ＮＯｘ吸収触媒の上で、還元される。このとき、第１排気通路の第１排気浄化触媒には酸素が蓄えられており、この酸素を消費する分のリッチ化も必要であるが、該第１排気浄化触媒の容量は、内燃機関全体の排気浄化触媒の中の一部となるので、蓄えられていた酸素の消費のために必要な燃料量は少なくなる。
【００１２】
また、請求項１の発明をさらに具体化した請求項２に係る内燃機関の排気浄化装置は、上記第１排気通路が１つの気筒のみに接続されているとともに、上記第２排気通路が複数の気筒に接続されており、上記第１排気浄化触媒の酸化性能が、上記第２排気浄化触媒の酸化性能よりも低いことを特徴としている。
【００１３】
例えば、触媒の容量を異ならせることで、それぞれの酸化性能を異ならせることができる。このようにすれば、リーン燃焼中に第１排気浄化触媒に蓄えられる酸素の量が少なくなる。
【００１４】
また請求項３の発明においては、上記第１排気浄化触媒は、上記第２排気浄化触媒よりもセリア（Ｃｅ）の含有量が少ないことを特徴としている。この請求項３のように、上記第１排気浄化触媒のセリア（Ｃｅ）の含有量を少なくすると、酸素貯蔵能力が低下することから、同一のサイズであっても、リーン燃焼中に第１排気浄化触媒に蓄えられる酸素の量が少なくなる。
【００１５】
また、請求項４に係る内燃機関の排気浄化装置は、上記排気空燃比制御手段により一部気筒の排気空燃比をリッチとするときに当該気筒のトルクの上昇を規制する手段をさらに備えている。例えば請求項５の発明では、点火時期の遅角によりトルク上昇を規制する。
【００１６】
すなわち、リーン燃焼中に一部気筒の燃焼空燃比をリッチ化したりすると、当該気筒のトルクが他の気筒に比べて高くなり、トルクの段差感を生じるとともに、気筒間のトルクの不均衡が生じる可能性がある。請求項４および請求項５の発明では、点火時期の遅角等によりトルクの上昇を規制することにより、このような現象を回避できる。
【００１７】
さらに、請求項６の発明は、上記排気空燃比制御手段が、第１排気通路に接続された気筒の燃焼空燃比をリッチとするとともに、第２排気通路に接続された気筒の燃焼空燃比を理論空燃比に保つものであることを特徴としている。このようにすれば、各気筒で発生するトルクが略等しいものとなり、一部気筒をリッチ化することによるトルクの不均衡が小さくなる。
【００１８】
また請求項７の発明は、上記排気空燃比制御手段が、筒内直噴式内燃機関において、膨張行程から排気行程において燃料を噴射することにより排気空燃比をリッチ化することを特徴としている。すなわち、膨張行程から排気行程において筒内に噴射された燃料は、不完全燃焼ないしは燃焼せずに排気系へ排出されるので、排気空燃比がリッチ化する。この方法によれば、各気筒の発生トルクを等しくでき、かつ、非常にリッチな排気空燃比の排気を容易に形成でき、例えば、１気筒の排気でもってＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘを脱離，浄化することが可能である。
【００１９】
また請求項８の発明は、それぞれ一つまたは複数の気筒を含む複数の気筒群の中の一つの気筒群に接続された第１排気通路と、他の気筒群に接続された第２排気通路と、上記第１，第２排気通路を合流させてなる下流側の共通排気通路と、上記第１，第２排気通路にそれぞれ配置された第１，第２排気浄化触媒と、上記共通排気通路に配置され、かつ流入する排気の空燃比に応じてＮＯｘを吸収，放出する作用を有するＮＯｘ吸収触媒と、このＮＯｘ吸収触媒から該ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘの脱離・浄化が必要であることを判定する手段と、このＮＯｘ吸収触媒からのＮＯｘの脱離・浄化を行うときに、上記ＮＯｘ吸収触媒に流入する合流後の排気の空燃比がリッチとなる程度に、上記第１，第２排気浄化触媒のいずれか一方に流入する排気の空燃比のみを理論空燃比よりもリッチとする排気空燃比制御手段と、を備え、かつリッチとする気筒が周期的に変化することを特徴としている。
【００２０】
すなわち、例えば、燃焼空燃比のリッチ化あるいは膨張行程から排気行程において筒内に燃料を噴射することなどによって一部気筒の排気空燃比がリッチ化されるが、請求項８の発明では、このリッチ化する気筒が固定されたものではなく、周期的に変化する。このようにすれば、例えば各気筒の燃料噴射弁や第１，第２排気浄化触媒の使用頻度が均一化され、各部の劣化度合をより均等にすることができる。なお、リッチ化の機会が全気筒について完全に均等であることが望ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００２１】
【発明の効果】
この発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、三元触媒等からなる第１，第２排気浄化触媒の下流側にＮＯｘ吸収触媒を配置することで、比較的耐熱性が低いＮＯｘ吸収触媒をその効率の上でも適切な温度範囲となる位置に配置しつつ第１，第２排気浄化触媒を排気系の上流位置に配置することが可能となり、冷間始動の後、早期に排気浄化を開始することができる。そして、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを脱離，浄化する際に、リッチとなった排気と反応する酸素の量を少なくでき、ＮＯｘの脱離，浄化のために余分に必要となる燃料量を削減することができる。
【００２２】
また請求項２あるいは請求項３の発明によれば、リーン燃焼中に第１排気浄化触媒に蓄えられる酸素の量を一層少なくすることができ、最小限のリッチ化でもってＮＯｘ吸収触媒からのＮＯｘの脱離，浄化が可能となる。
【００２３】
また請求項４〜請求項６の発明によれば、一部気筒のリッチ化に伴うトルクの段差感や気筒間のトルクの不均衡を抑制することができる。
【００２４】
また請求項７の発明によれば、排気空燃比のリッチ化に伴う一部気筒のトルク変化を回避できる。また少ない気筒数の一部気筒からの排気でもってＮＯｘの脱離，浄化が可能となるので、それだけリッチ化した排気が通過する第１排気浄化触媒の容量を小さくすることが可能となり、これに蓄えられる酸素量を少なくすることができる。
【００２５】
また請求項８の発明によれば、例えば各気筒の燃料噴射弁や第１，第２排気浄化触媒の使用頻度を比較的均一にでき、各部の劣化度合をより均等にすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
図１は、この発明に係る排気浄化装置を備えた内燃機関全体の構成を示すもので、内燃機関１は筒内直噴式ガソリン機関として構成され、複数の気筒２を備えている。各気筒２の燃焼室８へ向けて燃料噴射弁６が配置され、かつ頂部中央に点火栓７が設けられている。各気筒の吸気ポート２３に接続された吸気通路２４には、スロットルバルブ９が設けられているとともに、その上流側にエアフロメータ４およびエアクリーナ２５が順次介装されている。上記エアフロメータ４は、内燃機関１の吸入空気量Ｑを検出するものであり、その検出信号は、エンジンコントロールユニット２１に入力されている。また、内燃機関１のクランクシャフト３の回転角を検出するクランク角センサ５が設けられており、その検出信号もエンジンコントロールユニット２１に入力されている。エンジンコントロールユニット２１は、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁６による燃料噴射量や噴射時期、点火栓７による点火時期等を制御している。
【００２８】
図２は、上記内燃機関１の排気ポート２２に接続される排気系の構成を示している。この図２は、直列４気筒機関の一例を示しており、この例では、＃１気筒が第１の気筒群を、＃２，＃３，＃４気筒が第２の気筒群を、それぞれ構成している。第１の気筒群となる＃１気筒には、第１排気通路１０が接続されており、かつこの第１排気通路１０の通路途中には、三元触媒からなる第１排気浄化触媒１２が介装されている。また第２の気筒群となる＃２，＃３，＃４気筒には、マニホルド状の第２排気通路１１が接続されており、かつこの第２排気通路１１の通路途中に、三元触媒からなる第２排気浄化触媒１３が介装されている。上記第２排気浄化触媒１３は、３気筒分の排気が通流するので、１気筒分のみを処理する第１排気浄化触媒１２よりも容量が大きなものとなっている。また、第１排気浄化触媒１２は、酸素貯蔵能力を高めるためのセリア（Ｃｅ）等の補助触媒成分の含有量を極力少なくしてある。上記第１排気通路１０と上記第２排気通路１１は、第１，第２排気浄化触媒１２，１３の下流側において互いに合流し、共通排気通路１４となっている。そして、この共通排気通路１４に、ＮＯｘ吸収触媒１５が介装されている。
【００２９】
上記ＮＯｘ吸収触媒１５は、例えばアルミナをコーティングしたハニカム状担体に、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金属、あるいはランタン（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の成分と、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持したものであり、流入する排気の空燃比がリーンの条件では、排気中のＮＯｘを、例えば酸化バリウム（ＢａＯ）と結合させて硝酸イオンＮＯ3-の形で吸収し、またリッチの条件では、排気中の還元成分によって硝酸イオンをＮＯ2として放出する特性を有している。リーン条件での運転が継続し、酸化バリウムが硝酸イオンで飽和すると、それ以上ＮＯｘを吸収することができなくなるので、流入する排気の空燃比を強制的にリッチとし、吸収したＮＯｘを放出，浄化する必要がある。なお、この強制的なＮＯｘの脱離，浄化のための排気空燃比の一時的なリッチ化を、リッチスパイクと称する。
【００３０】
次に、上記のリッチスパイクを与えるための具体的な制御の流れを図３〜図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００３１】
図３のルーチンは、エンジンコントロールユニット１０において例えば０．１秒毎に繰り返し実行されるものであって、主にリッチスパイクを行うべき時期であるか否かを決定している。まずステップ１１でリッチスパイクフラグＦＬＧＳＮＯが０であるか否かを判定する。このリッチスパイクフラグＦＬＧＳＮＯは、後述するように、ＮＯｘ吸収触媒１５に、所定量以上のＮＯｘが吸収されていて、ＮＯｘの脱離浄化が必要であると判定された場合に「１」となるものであり、これが「０」であればリッチスパイクが禁止されていることを示す。
【００３２】
ステップ１１で、ＦＬＧＳＮＯ＝０と判定された場合は、ステップ１２へ進み、単位時間（本実施例では０．１秒間）のＮＯｘ排出量である値ＮＯを、負荷（例えば基本燃料噴射量Ｔｐ）と機関回転数Ｎｅとから、所定のマップを参照して求める。なお、基本燃料噴射量Ｔｐは、ｋを定数として、Ｔｐ＝ｋ×Ｑ／Ｎｅとして求められる。
【００３３】
排出されたＮＯｘは、リーン運転の間、ＮＯｘ吸収触媒１５に吸収されるので、ステップ１３へ進んで、上記の排出値ＮＯを順次加算して、ＮＯｘ総吸収量ＳＮＯを求める。なお、ＳＩＧＮＯは、総吸収量ＳＮＯの前回値である。そして、ステップ１４においてＮＯｘ総吸収量ＳＮＯを、所定の上限値ＳＬＳＮＯと比較し、該上限値ＳＬＳＮＯを上回っている場合は、ステップ１５へ進んで、リッチスパイクフラグＦＬＧＳＮＯを「１」にするとともに、リッチスパイク経過時間用タイマＲＳＴＭを０にリセットする。また、ステップ１４においてＮＯｘ総吸収量ＳＮＯが上限値ＳＬＳＮＯ以下であれば、まだＮＯｘ吸収触媒１５のＮＯｘ吸収能力が十分であるとして、そのままリーン運転を継続する。
【００３４】
一方、ステップ１１で、ＦＬＧＳＮＯ＝１と判定された場合は、リッチスパイク制御許可中であり、ステップ１６へ進んで、リッチスパイク経過時間ＲＳＴＭが所定値ＳＬＴＭ以上であるか否かを判断し、所定時間ＳＬＴＭに達していなければ、リッチスパイク経過時間用タイマＲＳＴＭをカウントアップする（本実施例では、０．１秒毎にフローが実行されるので、０．１を加算する）。ステップ１６で所定時間ＳＬＴＭに達していれば、ステップ１８へ進み、リッチスパイクフラグＦＬＧＳＮＯを「０」にするとともに、ＮＯｘ総吸収量ＳＮＯの値を０にリセットする。
【００３５】
図４は、リッチスパイクの許可時に各気筒に理論空燃比を与えるためのルーチンであり、ステップ２１でリッチスパイクフラグＦＬＧＳＮＯが「１」であるか判定し、「１」でない場合は、本フローを終了する。リッチスパイク許可条件であれば、ステップ２２へ進み、前述した基本燃料噴射量Ｔｐを、Ｔｐ＝ｋ×Ｑ／Ｎｅとして求めるとともに、ステップ２３において、最適な点火時期を、機関回転数Ｎｅと負荷（Ｔｐ）とをパラメータとしたマップからルックアップする。所定の噴射時期において燃料噴射弁６から上記基本燃料噴射量Ｔｐに相当する燃料が噴射され、かつステップ２３で決定された点火時期において点火栓７により点火される。
【００３６】
図５は、リッチスパイクの許可時に一部気筒（本実施例では、＃１気筒）の排気空燃比をリッチ化するためのルーチンを示している。ステップ３１でリッチスパイクフラグＦＬＧＳＮＯが「１」であるか判定し、「１」でない場合は、本フローを終了する。リッチスパイク許可条件であれば、ステップ３２へ進み、当該気筒の膨張行程から排気行程の噴射でＮＯｘ吸収触媒１５に流入する排気の空燃比を十分にリッチにできる燃料噴射量ＲＳＴｉを、次式より算出する。
【００３７】
【数１】
ＲＳＴｉ＝気筒数×Ｔｐ×（理論空燃比−リッチスパイク空燃比）／リッチスパイク空燃比
このようにして決定された燃料は、当該気筒の膨張行程から排気行程の所定時期に追加燃料として噴射される。
【００３８】
なお、上記の式は、全気筒が理論空燃比に制御されている場合の式であり、全気筒をリーン燃焼させた場合には、算出式が異なり、次式のようになる。
【００３９】
【数２】
ＲＳＴｉ＝気筒数×Ｔｐ×理論空燃比（燃焼空燃比−リッチスパイク空燃比）／（リッチスパイク空燃比×燃焼空燃比）
リッチスパイク制御が要求されたときに全気筒の空燃比をまず理論空燃比に保持するようにした場合、リッチスパイク制御要求前のリーン運転状態からのトルク段差が多少生じる。これに対し、燃焼空燃比をリーンのままとして一部気筒に膨張行程から排気行程において追加燃料を噴射するようにすれば、トルク段差を生じることはない。
【００４０】
このように、リッチスパイクとして一部気筒（本実施例では＃１気筒）の排気空燃比をリッチ化することにより、ＮＯｘ吸収触媒１５に吸収されていたＮＯｘが脱離し、かつ浄化される。このとき、＃１気筒から排出された排気が通過する第１排気浄化触媒１２の容量は小さく、ここに蓄えられていた酸素の量は比較的少ないので、この酸素との反応で消費される燃料量は少ない。従って、非常に少ない追加燃料でもって、ＮＯｘ吸収触媒１５からのＮＯｘの脱離，浄化を確実に行うことができる。
【００４１】
次に、図６は、排気系の異なる実施例を示しており、直列４気筒機関において、＃１気筒および＃４気筒が第１排気通路１０に接続され、＃２気筒および＃３気筒が第２排気通路１１に接続されている。そして、第１排気通路１０には第１排気浄化触媒１２が、第２排気通路１１には第２排気浄化触媒１３が、それぞれ介装されているが、各排気浄化触媒１２，１３の容量は略等しい。ＮＯｘ吸収触媒１５からのＮＯｘの強制的な脱離を行う際には、例えば、＃１，＃４気筒の双方の排気空燃比をリッチ化するが、いずれか一方の気筒のみでも可能である。
【００４２】
この構成によれば、各気筒の排気の干渉が回避されるため、前述した第１実施例に比べて出力向上の上で有利となる。
【００４３】
なお、リッチ化する気筒群を、＃１，＃４気筒と＃２，＃３気筒とで交互に切り換えるようにしてもよい。
【００４４】
また、図７は、排気系の更に異なる第３実施例を示している。これは、第２実施例の変形例であって、＃１気筒のみが第１排気通路１０に接続され、かつ該第１排気通路１０に第１排気浄化触媒１２が介装されている。＃２気筒および＃３気筒は、第２実施例と同様に、共通の第２排気通路１１に接続されており、該第２排気通路１１に第２排気浄化触媒１３が介装されている。＃４気筒は、独立した第２排気通路１１ａに接続されており、ここに他の第２排気浄化触媒１３ａが介装されている。そして、＃１気筒の第１排気通路１０と＃４気筒の第２排気通路１１ａとは、第１，第２排気浄化触媒１２，１３ａの出口側で互いに合流している。なお、第１排気浄化触媒１２と第２排気浄化触媒１３とは、実際には１個の触媒として構成されており、内部に隔壁を設けることによって、それぞれの領域に仕切られている。
【００４５】
このような構成においては、＃１気筒のみにリッチスパイクを与えることによって効率よくＮＯｘの脱離浄化を行うことが可能である。また、＃１，＃４気筒の排気系と＃２，＃３気筒の排気系とが分離されるため、第２実施例と同様に出力向上の上で有利となる。
【００４６】
また、図８は、第４実施例を示している。この実施例では、いずれか一つの気筒がリッチ化される第１の気筒群となり、残りの３つの気筒がリッチ化されない第２の気筒群となるが、特に、リッチ化される気筒が固定されずに、例えば＃１→＃２→＃３→＃４の順で順次切り換わるようになっている。図には、一例として＃１気筒がリッチ化の気筒となるときの状態を示しており、第１，第２排気浄化触媒１２，１３が、各気筒毎に配置されている。特に、始動時の早期活性化のために排気ポート２２の出口近傍にそれぞれ配置されている。この構成によれば、冷間始動後、一層短時間で排気浄化を開始することができる。
【００４７】
また、この構成においては、リッチスパイクを与える気筒を、順次切り換えることにより、燃料噴射弁６の使用頻度や各排気浄化触媒１２，１３の劣化が均等となる。
【００４８】
次に、図９は、本発明をＶ型６気筒機関に適用した第５実施例を示している。この実施例では、左側バンク１Ａの３つの気筒が１つの気筒群として第１排気通路１０に接続され、右側バンク１Ｂの３つの気筒が他の１つの気筒群として第２排気通路１１に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る排気浄化装置を備えた内燃機関の構成説明図。
【図２】その排気系の第１実施例を示す構成説明図。
【図３】リッチスパイク制御の流れを示すフローチャート。
【図４】リッチスパイク許可時に理論空燃比とするためのルーチンを示すフローチャート。
【図５】一部気筒の追加燃料量を求めるためのルーチンを示すフローチャート。
【図６】排気系の第２実施例を示す構成説明図。
【図７】排気系の第３実施例を示す構成説明図。
【図８】排気系の第４実施例を示す構成説明図。
【図９】排気系の第５実施例を示す構成説明図。
【符号の説明】
１…内燃機関
６…燃料噴射弁
１０…第１排気通路
１１…第２排気通路
１２…第１排気浄化触媒
１３…第２排気浄化触媒
１４…共通排気通路
１５…ＮＯｘ吸収触媒
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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