(57)【要約】【課題】  ＮＯxパージ時のストイキオＦ／Ｂ制御の実行によるＮＯx触媒の温度上昇を抑制し、もって温度上昇に起因するＮＯx浄化性能の低下を未然に防止できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】  入口温度Ｔが比較的低温のときには、リッチスパイクにストイキオＦ／Ｂ制御を併用した低温ＮＯxパージモードを実行してＮＯx触媒１８のベッド温度を上昇させ、入口温度Ｔが比較的高温のときには、排気空燃比をよりリッチ側に設定したリッチスパイクのみの高温ＮＯxパージモードを実行してＮＯx触媒１８のベッド温度の上昇を抑制し、これによりＮＯx触媒１８を常に適切な温度領域で機能させる。【選択図】      図３
2007002734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、該内燃機関の排気空燃比がリーンのとき排ガス中のＮＯxを吸蔵し、排気空燃比がリッチのとき上記吸蔵したＮＯxを放出還元する吸蔵型ＮＯｘ触媒と、
上記ＮＯx触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
上記触媒温度検出手段により検出された触媒温度が所定の温度領域のときには、上記内燃機関の排気空燃比をリッチ側に制御するリッチスパイクを実行した後に上記内燃機関の排気空燃比を理論空燃比に制御し、上記触媒温度が上記所定の温度領域より高いときには、上記リッチスパイクのみを実行するＮＯｘパージ制御手段と
を備えた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ＮＯxパージ制御手段は、上記触媒温度が所定の温度領域のときに比較して上記触媒温度が所定の温度領域を越えるときには、よりリッチ側の排気空燃比でリッチスパイクを実行する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ＮＯxパージ制御手段は、上記触媒温度検出手段により検出された触媒温度に応じて上記リッチスパイク実行時の排気空燃比を変更することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記ＮＯx触媒に流入するＮＯx量を検出する流入ＮＯx量検出手段を更に備え、
上記ＮＯxパージ制御手段は、上記流入ＮＯx量検出手段により検出された流入ＮＯx量に応じて上記リッチスパイク実行時の排気空燃比を変更する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５】
上記内燃機関の負荷を推定する機関負荷推定手段を更に備え、
上記ＮＯxパージ制御手段は、上記機関負荷推定手段により推定された機関負荷に応じて上記触媒温度の比較に適用する所定の温度領域を変更することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくはリーン運転時に排ガス中のＮＯxを吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵する一方、該ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxをＮＯxパージにより放出還元する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃費向上を目的としたリーンバーン機関等では空燃比を理論空燃比（ストイキオ）よりリーン側に制御して酸化雰囲気で燃焼を行うことから、従来型の三元触媒ではその特性上排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を十分に浄化できないという問題がある。そこで、この種の内燃機関では、ＮＯｘを浄化できる吸蔵型ＮＯｘ触媒が備えられている。
吸蔵型ＮＯｘ触媒は、還元成分濃度が低い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、この吸蔵したＮＯｘをＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素）等の還元成分が多量に存在する還元雰囲気でＮ2（窒素）に還元させる特性を有した触媒として構成されている。この種の吸蔵型ＮＯｘ触媒では、リーン運転時に排ガス中のＮＯｘを吸蔵して大気中への排出を防止すると共に、定期的に（ＮＯｘ触媒が飽和する以前に）空燃比をリッチ側に制御するリッチスパイクを実行してＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxを放出還元，浄化している（以下、ＮＯxパージという）。
【０００３】
ＮＯx触媒からのＮＯx放出はリッチスパイクの終了後もある程度の期間に亘って微量ながら継続され、放出されたＮＯxは未還元のまま排出されてしまうため、リッチスパイクの終了後に直ちにリーン運転に復帰せずに排気空燃比を理論空燃比にフィードバックするストイキオＦ／Ｂ制御に一旦切換え、これによりＮＯx触媒の下流側に配置された三元触媒の還元作用を利用して放出されたＮＯxの還元を図っている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２６０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、リッチスパイク後に実行されるストイキオＦ／Ｂ制御はＮＯx触媒の温度上昇の要因になるため、結果としてその後のリーン運転時のＮＯx浄化性能を低下させる問題を引き起こす。即ち、図５はＮＯx触媒のベッド温度に対するＮＯx浄化性能の特性を示しているが、一般的にＮＯx触媒の浄化性能はベッド温度の高温域（図では５５０℃以上）で急激に低下する傾向がある。従って、ストイキオＦ／Ｂ制御の実行によりベッド温度が上昇して高温域に達したときにはＮＯx浄化性能が大幅に低下し、結果としてリーン運転中に内燃機関から排出されるＮＯxを浄化できずに排出してしまうという問題が生じる。
【０００５】
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、ＮＯxパージ時のストイキオＦ／Ｂ制御の実行によるＮＯx触媒の温度上昇を抑制し、もって温度上昇に起因するＮＯx浄化性能の低下を未然に防止することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、内燃機関の排気空燃比がリーンのとき排ガス中のＮＯxを吸蔵し、排気空燃比がリッチのとき上記吸蔵したＮＯxを放出還元，浄化する吸蔵型ＮＯｘ触媒と、ＮＯx触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、触媒温度検出手段により検出された触媒温度が所定の温度領域のときには、内燃機関の排気空燃比をリッチ側に制御するリッチスパイクを実行した後に内燃機関の排気空燃比を理論空燃比に制御し、触媒温度が所定の温度領域より高いときには、リッチスパイクのみを実行するＮＯxパージ制御手段とを備えたものである。
【０００７】
従って、触媒温度検出手段により検出された触媒温度が所定の温度領域のときには、内燃機関の排気空燃比がリッチスパイクによりリッチ側に制御された後に理論空燃比に制御され、排気空燃比のリッチ化によりＨＣやＣＯが還元剤として供給されてＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxが放出還元，浄化されると共に、理論空燃比への制御によりＮＯx触媒の昇温作用が奏される。このときのＮＯx触媒は低温域でのＮＯx浄化性能の低下が懸念されるが、昇温作用によりその後のリーン運転ではある程度高い温度に維持されて十分なＮＯx浄化性能を発揮する。
【０００８】
また、触媒温度が所定の温度領域を越えるときには、リッチスパイクにより排気空燃比がリッチ側に制御されてＮＯx触媒からのＮＯx放出還元は行われるものの、理論空燃比への制御は実行されない。このときのＮＯx触媒は高温域でのＮＯx浄化性能の低下が懸念されるが、理論空燃比への制御による昇温作用が奏されないことから、その後のリーン運転ではある程度低い温度に抑制されて十分なＮＯx浄化性能を発揮する。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、ＮＯxパージ制御手段が、触媒温度が所定の温度領域のときに比較して触媒温度が所定の温度領域を越えるときには、よりリッチ側の排気空燃比でリッチスパイクを実行するものである。
従って、触媒温度が所定の温度領域を越えるときにはよりリッチ側の排気空燃比でリッチスパイクが実行され、このように排気空燃比のリッチ化によりＮＯx触媒上でのＮＯxの放出還元が急激に生起されると、リッチスパイク終了後にＮＯxの放出が継続される現象が解消されて、リッチスパイクの終了に略同期してＮＯx放出が終了する。リッチスパイク後の理論空燃比への制御は、所定温度以下ではＮＯx触媒の昇温の他にリッチスパイク後に継続した放出されるＮＯxを処理する作用も奏するが、所定温度を超える際は理論空燃比への制御を実行しなくてもＮＯx排出を確実に抑制可能となる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２において、ＮＯxパージ制御手段が、触媒温度検出手段により検出された触媒温度に応じてリッチスパイク実行時の排気空燃比を変更するものである。
従って、内燃機関の燃焼温度の上昇に伴って触媒温度が上昇しているときには、筒内でのＮＯx発生量が増加してＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量も増加するが、触媒温度に応じてリッチスパイク実行時の排気空燃比を変更することにより、ＮＯx吸蔵量に対して過不足のないＨＣやＣＯが還元剤としてＮＯx触媒上に供給される。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１または２において、ＮＯx触媒に流入するＮＯx量を検出する流入ＮＯx量検出手段を更に備え、ＮＯxパージ制御手段が、流入ＮＯx量検出手段により検出された流入ＮＯx量に応じてリッチスパイク実行時の排気空燃比を変更するものである。
従って、ＮＯx触媒に流入するＮＯx量の増加に伴ってＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量も増加するが、流入ＮＯx量に応じてリッチスパイク実行時の排気空燃比を変更することにより、ＮＯx吸蔵量に対して過不足のないＨＣやＣＯが還元剤としてＮＯx触媒上に供給される。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１乃至４において、内燃機関の負荷を推定する機関負荷推定手段を更に備え、ＮＯxパージ制御手段が、機関負荷推定手段により推定された機関負荷に応じて触媒温度の比較に適用する所定の温度領域を変更するものである。
従って、機関負荷の増加に伴って触媒温度が上昇するほど触媒温度の上昇を抑制する必要性はより高まるが、機関負荷に応じて触媒温度の比較に適用される所定の温度領域が変更されることで、機関負荷に左右されることなく触媒温度に対して最適なＮＯxパージ制御手段の制御内容が選択される。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように請求項１の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯx触媒の温度が所定の温度領域のときには、ＮＯx放出還元のためのリッチスパイクに加えて排気空燃比を理論空燃比に制御してＮＯx触媒を昇温する一方、ＮＯx触媒の温度が所定の温度領域より高いときには、ＮＯx放出還元のためのリッチスパイクのみを実行して理論空燃比への制御によるＮＯx触媒の温度上昇を抑制し、もって、ＮＯx触媒を常に適切な温度領域で機能させて浄化性能を最大限に発揮させることができる。
【００１４】
請求項２の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、リッチスパイクの排気空燃比をリッチ化することによりＮＯxの放出還元を急激に生起させて、リッチスパイク後にＮＯx放出が継続される現象を解消し、リッチスパイク後に排気空燃比を理論空燃比に制御することなくＮＯx排出を確実に抑制でき、もって、理論空燃比への制御を実行するための燃料消費量を節減して燃費向上を達成することができる。
【００１５】
請求項３の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１または２に加えて、リッチスパイク実行時の排気空燃比を触媒温度に応じて変更し、ＮＯx吸蔵量に対して過不足のないＨＣやＣＯを還元剤としてＮＯx触媒上に供給することができる。
請求項４の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１または２に加えて、リッチスパイク実行時の排気空燃比を流入ＮＯx量に応じて変更し、ＮＯx吸蔵量に対して過不足のないＨＣやＣＯを還元剤としてＮＯx触媒上に供給することができる。
【００１６】
請求項５の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１乃至４に加えて、機関負荷に応じて触媒温度の比較に適用する所定の温度領域を変更し、機関負荷に左右されることなく触媒温度に対して最適なＮＯxパージ制御手段の制御内容を選択して、ＮＯx触媒を一層適切な温度領域で機能させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した内燃機関の排気浄化装置を示す一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の内燃機関の排気浄化装置を示す全体構成図であり、本実施形態の排気浄化装置は筒内噴射型直列４気筒ガソリン内燃機関１を対象として構成されている。内燃機関１にはＤＯＨＣ４弁式の動弁機構が採用されており、図示しないクランク軸によりシリンダヘッド２上に設けられた吸気カムシャフト３及び排気カムシャフト４が回転駆動され、これらのカムシャフト３，４により吸気弁５及び排気弁６が所定のタイミングで開閉される。
【００１８】
シリンダヘッド２には各気筒毎に点火プラグ７と共に電磁式の燃料噴射弁８が取り付けられ、図示しない燃料ポンプから供給された高圧燃料が燃料噴射弁８の開閉に応じて燃焼室９内に直接噴射される。シリンダヘッド２には両カムシャフト３，４間を抜けるようにして略直立方向に吸気ポート１０が形成され、吸気弁５の開弁に伴って吸入空気がエアクリーナ１１からスロットル弁１２、サージタンク１３、吸気マニホールド１４、吸気ポート１０を経て燃焼室９内に導入される。燃焼後の排ガスは排気弁６の開弁に伴って燃焼室９から排気ポート１５に排出され、更に排気通路１６及び床下触媒１７を経て大気中に排出される。
【００１９】
床下触媒１７は上流側の吸蔵型ＮＯx触媒１８と下流側の三元触媒１９とから構成されている。ＮＯｘ触媒１８は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属と、バリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属のＮＯｘトラップ剤とを含み、排気空燃比がリーンのときに排ガス中のＮＯｘを硝酸塩Ｘ−ＮＯ3として吸蔵する一方、排気空燃比がリッチのときに吸蔵しているＮＯｘを放出して窒素（Ｎ２）等に還元浄化する機能を有する。三元触媒１９は、白金、パラジウム，ロジウム等の貴金属を含み、排気空燃比が理論空燃比近傍のときに排ガス中の有害物質を浄化する機能を有する。
【００２０】
車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（エンジン制御ユニット）２１が設置されており、内燃機関１の総合的な制御を行う。ＥＣＵ２１の入力側には、内燃機関１の回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ２２、スロットル開度θthを検出するスロットルセンサ２３、ＮＯx触媒１８の上流側に設けられてＮＯx触媒１８に流入する排ガスの温度（以下、入口温度Ｔという）を検出する温度センサ２４（触媒温度検出手段）、排気通路１６に設けられたＯ2センサ２５等の各種センサ類が接続され、ＥＣＵ２１の出力側には、上記点火プラグ７を駆動するイグナイタ２６、燃料噴射弁８等の各種デバイス類が接続されている。
【００２１】
ＥＣＵ２１は各センサからの検出情報に基づいて点火時期や燃料噴射量等を決定し、決定した制御量に基づいてイグナイタ２３や燃料噴射弁８を駆動制御して内燃機関１を運転する。
燃料噴射制御については、噴射時期を吸気行程に設定した吸気行程噴射モードと噴射時期を圧縮行程に設定した圧縮行程噴射モードとを内燃機関１の運転領域に応じて切換えており、具体的にはスロットル開度θthと機関回転速度Ｎｅとに基づいて機関負荷と相関する目標平均有効圧Ｐｅを求め（機関負荷推定手段）、この目標平均有効圧Ｐeと機関回転速度Ｎeとから予め設定されたマップに従って実行すべき燃料噴射モードを決定すると共に、決定した燃料噴射モードにおいて目標平均有効圧Ｐe及び機関回転速度Ｎeから求めた目標空燃比に基づいて燃料噴射量を決定して燃料噴射制御を実行する。
【００２２】
圧縮行程噴射モードは比較的低回転低負荷域で実行され、吸気ポート１０から流入した吸入空気により生起された逆タンブル流を利用して点火プラグ７の周囲に理論空燃比近傍の混合気を確保した上で、全体として極めてリーンな空燃比（例えば、４０程度）で着火する層状燃焼を行い、一方、吸気行程噴射モードは比較的高回転高負荷域で実行され、Ｏ2センサ２５の出力に基づいて排気空燃比を理論空燃比にフィードバックするストイキオＦ／Ｂ制御、或いはオープンループでリッチ側の空燃比に制御するＯ／Ｌ制御を実行して、吸気行程で噴射した燃料噴霧を吸入空気と十分に混合して燃焼させる均一燃焼を行う。
【００２３】
そして、圧縮行程噴射モードによるリーン運転時においては、排ガス中に含まれるＮＯx量をＮＯx触媒１８に吸蔵させて大気中への排出を防止する一方、ＮＯｘ触媒１８のＮＯx吸蔵量が飽和量付近に達したときには、排気空燃比をリッチ側に制御してＮＯx触媒１８に吸蔵されているＮＯxを放出還元するＮＯxパージを実行する。本実施形態では、ＮＯxパージの内容をＮＯx触媒１８の温度領域に応じて切換えており、以下、当該制御について説明する。
【００２４】
図２はＥＣＵ２１が実行するＮＯxパージ制御ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ２１は当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。
まず、ステップＳ２でエンジン運転条件を検出し、続くステップＳ４でＮＯxパージ条件が成立したか否かを判定する。例えば検出したエンジン運転条件に基づいて圧縮行程噴射モードによるリーン運転の積算期間を求め、この積算期間が所定値以下のときには、ＮＯx触媒１８が未だ飽和しておらずＮＯxパージ条件が成立していないと見なし、ステップＳ４でＮｏ（否定）の判定を下してルーチンを終了する。なお、ＮＯxパージ条件の判定は上記手法に限ることはなく、例えばＮＯx触媒１８の下流側にＮＯxセンサを設けてＮＯx触媒１８を通過するＮＯx量を検出し、このＮＯx量に基づいてＮＯx触媒１８の飽和状態を推定するようにしてもよい。
【００２５】
そして、リーン運転の継続により積算期間が所定値を越えて、ＮＯxパージ条件の成立によりステップＳ４の判定がＹｅｓ（肯定）になると、ＥＣＵ２１はステップＳ６に移行して温度センサ２４から入口温度Ｔを読込み、続くステップＳ８で現在の床下触媒１７への流入ＮＯx量を算出する（流入ＮＯx量推定手段）。
なお、ステップＳ６では実際の入口温度Ｔを検出することなく、予め内燃機関１の運転領域毎にＮＯx触媒１８の入口温度Ｔを試験により求め、試験結果に基づくマップから入口温度Ｔを算出するようにしてもよい。また、ステップＳ８では、内燃機関１の運転領域毎に床下触媒１７に流入するＮＯx量を試験により求め、試験結果に基づくマップから流入ＮＯx量を求めているが、これに限ることはなく、床下触媒１７の上流側にＮＯxセンサを設けて、実際に床下触媒１７に流入するＮＯx量を検出するようにしてもよい。
【００２６】
その後、ＥＣＵ２１はステップＳ１０に移行して入口温度Ｔが所定の温度領域Ｔ0（ここでは所定の温度領域Ｔ０をある所定温度Ｔ０までと規定し、以降所定温度Ｔ０と呼ぶ）以内か否かを判定する。本実施形態では、このときの所定温度Ｔ0を所定のマップに従って目標平均有効圧Ｐeが高いほど低い値に設定しているが、これに代えて所定温度Ｔ0を予め設定された固定値としてもよい。そして、ＥＣＵ２１はステップＳ１０の判定がＹｅｓのときには続くステップＳ１２で低温ＮＯxパージモードを実行し、判定がＮｏのときにはステップＳ１４で高温ＮＯxパージモードを実行し（ＮＯxパージ制御手段）、その後にルーチンを終了する。
【００２７】
なお、ステップＳ１０の判定処理はＮＯx触媒１８のベッド温度と相関する値であれば入口温度Ｔに限ることはなく、例えば入口温度Ｔに代えて実際のベッド温度を適用してもよい。具体的には、入口温度Ｔとベッド温度との温度差を内燃機関１の運転領域毎に試験により求め、試験結果に基づくマップに従って入口温度Ｔからベッド温度を推定してステップＳ１０の判定処理に適用すればよい。また、入口温度Ｔに代えて三元触媒１９の入口温度やベッド温度をステップＳ１０の判定処理に適用してもよい。
【００２８】
図３は上記低温ＮＯxパージモード及び高温ＮＯxパージモードの実行状況を示すタイムチャートであり、同図に基づいて上記ステップＳ１２，１４で実行されるＮＯxパージモードの詳細を説明する。
入口温度Ｔの低温域で実行される低温パージモードは［関連する背景技術］にも記載した従来の手法と同様のものであり、図中に破線で示すように、吸気行程噴射のみ或いは吸気行程噴射の後に膨張行程でポスト噴射を追加して排気空燃比をリッチ側に制御するリッチスパイクを実行し、その後にＯ2センサ２５の出力に基づいて排気空燃比を理論空燃比にフィードバックするストイキオＦ／Ｂ制御を所定時間実行するものである。これに対して、入口温度Ｔの高温域で実行される高温パージモードは実線で示すようにリッチスパイクのみを実行し、且つリッチスパイクの内容を低温パージモードとは異にしている。
【００２９】
端的に表現すると、低温ＮＯxパージモードに比較して高温ＮＯxパージモードではＮＯx触媒１８上でのＮＯxの放出還元をより急激に生起させるべくリッチスパイクの排気空燃比をリッチ化した上で、リッチスパイクの継続時間を短縮化しており、例えば、低温ＮＯxパージモードのリッチスパイクが排気空燃比１３を２secに亘って保持しているのに対して、高温ＮＯxパージのリッチスパイクでは排気空燃比９．８を１．５secに亘って保持する。なお、この設定例では、低温ＮＯxパージモードのリッチスパイクと略同一の燃料量が噴射されるように、高温ＮＯxパージモードでは排気空燃比のリッチ化に応じて継続時間を短縮化しているが、これに限ることはなく、例えば継続時間に関しては低温ＮＯxパージモードと同一に設定してもよい。
【００３０】
また、高温ＮＯxパージのリッチスパイクに適用される排気空燃比は、触媒温度や床下触媒１７への流入ＮＯx量に応じて所定範囲内で可変設定されており、例えば排気空燃比９．０〜１１．０の範囲内で設定される。
以下、当該排気空燃比の可変処理の趣旨について述べると、リーン運転中にＮＯx触媒１８に吸蔵されるＮＯx量は触媒温度や床下触媒１７への流入ＮＯx量に応じて変動し、内燃機関１の燃焼温度の上昇に伴って触媒温度が上昇しているときには、筒内でのＮＯx発生量が増加してＮＯx触媒１８のＮＯx吸蔵量も増加し、一方、流入ＮＯx量が増加するほどＮＯx触媒１８のＮＯx吸蔵量も増加するため、触媒温度や流入ＮＯx量とＮＯx吸蔵量との間には相関関係がある。
【００３１】
そこで、本実施形態では、上記ステップＳ６で求めた入口温度Ｔ（触媒温度と相関する）が上昇するほど高温ＮＯxパージのリッチスパイクのベース空燃比をリッチ側に設定した上で、設定したベース空燃比を上記ステップＳ８で求めた流入ＮＯx量の増大に応じてリッチ側に補正し、補正後の排気空燃比を上記ステップＳ１４での高温ＮＯxパージモードのリッチスパイクに適用しており、これによりＮＯx吸蔵量に対して過不足のないＨＣやＣＯが還元剤としてＮＯx触媒１８上に供給されるように配慮している。
【００３２】
なお、上記入口温度Ｔに代えて、触媒温度と相関する値としてＮＯx触媒１８や三元触媒１９のベッド温度を用いてもよい。また、本実施形態では高温ＮＯxパージのリッチスパイクのみ排気空燃比を可変したが、低温ＮＯxパージモードのリッチスパイクについても同様に触媒温度や流入ＮＯx量に基づいて排気空燃比を可変設定してもよい。
次に、以上のＥＣＵ２１による低温ＮＯxパージモード及び高温ＮＯxパージモードによるＮＯxパージ状況について説明する。
【００３３】
図４は低温ＮＯxパージモード及び高温ＮＯxパージモードを実行したときのＮＯx，ＣＯ，ＴＨＣの推移を示すタイムチャートであり、同図では低温ＮＯxパージモードが破線で示され、高温ＮＯxパージモードが実線で示されている。当該ＮＯxパージは、目標平均有効圧Ｐe＝２．０kgf/cm2、リーン時間＝４５sec、排ガス流量ＳＶ＝１８．５ｌ/sec、ＮＯx量＝７００ppmの条件の下に試験されたものである。
【００３４】
まず、ＮＯxパージが開始されると、低温ＮＯxパージモード及び高温ＮＯxパージモードの何れの場合でもリッチスパイクにより内燃機関１の排気空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチ側に制御され、それに伴って床下触媒（ＵＣＣ）の入口側のＣＯ量及びＴＨＣ量は増加し、これらのＣＯ及びＴＨＣを還元剤としてＮＯx触媒１８に吸蔵されたＮＯxが放出還元される。
【００３５】
破線で示す低温ＮＯxパージモードの場合にはリッチスパイクに引き続いてストイキオＦ／Ｂ制御が実行され、これによりリッチスパイク終了後に継続してＮＯx触媒１８から放出されるＮＯxが下流側の三元触媒１９で還元される。よって、ＮＯxパージ中において床下触媒１７の出口のＮＯx量は低い値に抑制され続ける。
一方、実線で示す高温ＮＯxパージモードの場合にはリッチスパイク後にストイキオＦ／Ｂ制御を実行することなく直ちにリーン運転に復帰しており、ストイキオＦ／Ｂ制御によるＮＯxの低減作用は得られないが、この場合でも図４に示すように床下触媒１７の出口のＮＯx量は低い値に抑制され続けていることが判る。この試験結果から、リッチスパイクの排気空燃比をリッチ化したことによりＮＯx触媒１８上でのＮＯxの放出還元が急激に生起され、この現象が要因となってリッチスパイク終了に略同期してＮＯxの放出が終了し、結果としてストイキオＦ／Ｂ制御の実行なしで床下触媒１７の出口のＮＯx量が低減されたものと推測できる。
【００３６】
ここで、図４に示すように、床下触媒１７の入口温度（即ち、ＮＯx触媒１８の入口温度Ｔ）に対してＮＯx触媒１８のベッド温度（NOx trap Bed）は触媒上での反応熱によりかなり上昇するが（上昇幅は１００〜１２０℃程度であり、後述のように目標平均有効圧Ｐeによって若干異なる）、低温ＮＯxパージモードではストイキオＦ／Ｂ制御の実行により高温ＮＯxパージモードに比較してベッド温度が更に上昇しており、この要因により低温ＮＯxパージモードと高温ＮＯxパージモードとでＮＯx触媒１８のＮＯx浄化特性が相違することになり、以下、この点について詳述する。
【００３７】
まず、図５に示すＮＯx触媒１８のベッド温度に対するＮＯx浄化特性のように、一般的にＮＯx触媒１８のＮＯx浄化性能は特定のベッド温度をピークとして高温域及び低温域で次第に低下する特性を有し、特に高温域ではその傾向が顕著で、僅かなベッド温度の上昇によりＮＯx浄化性能は急激に低下する。
図６はリーン運転時における床下触媒１７の入口温度Ｔに対するＮＯx浄化特性を示しており、図中の上段には、目標平均有効圧Ｐe＝２．０kgf/cm2、リーン時間＝４５sec、排ガス流量ＳＶ＝１８．５ｌ/sec、ＮＯx量＝７００ppmの比較的低負荷での浄化特性（上記図４の試験条件と同じ）が示され、下段には、目標平均有効圧Ｐe＝３．３kgf/cm2、リーン時間＝３０sec、排気流量ＳＶ＝２４．１ｌ/sec、ＮＯx量＝８３０ppmの比較的高負荷での浄化特性が示されている。なお、双方の試験条件において目標平均有効圧Ｐeとリーン時間とを共に変化させているのは、リーン運転中にＮＯx触媒１８に流入するＮＯx量を等しくして同一試験条件とするためである。
【００３８】
リッチスパイクにストイキオＦ／Ｂ制御を併用した低温ＮＯxパージモードでは、入口温度Ｔが３５０℃付近のときをピークとして何れの負荷条件（Ｐe＝２．０kgf/cm2，Ｐe＝３．３kgf/cm2）でも高温域でＮＯx浄化性能が急落していることが判る。この特性は、ストイキオＦ／Ｂ制御の実行により入口温度Ｔに対してベッド温度Ｔがかなり高温になり、図５においてＮＯx浄化性能が急落する温度領域に達しているためと推測される。
【００３９】
これに対してリッチスパイクのみの高温ＮＯxパージモードでは、何れの負荷条件でもＮＯx浄化性能の良好な温度領域が高温側に移行しており、結果として低温ＮＯxパージモードに比較して低温域でのＮＯx浄化性能は低下するものの、高温域でのＮＯx浄化性能は向上している。この特性は、ストイキオＦ／Ｂ制御によるベッド温度の上昇作用が得られないことで、低温域ではベッド温度の低下により所期のＮＯx浄化性能が得られる温度領域を維持し難くなる反面、高温域では図５のＮＯx浄化性能が急落する温度領域までベッド温度が上昇しないことが要因と推測される。
【００４０】
なお、高温ＮＯxパージモードによる高温域でのＮＯx浄化性能の向上は特に高負荷条件（Ｐe＝３．３kgf/cm2）で著しく、これは、同一の入口温度ＴであってもＮＯx触媒１８のベッド温度は低負荷域より高負荷域の方が上昇する傾向がある（例えばＰe＝２．０kgf/cm2では＋１００℃程度上昇するのに対して、Ｐe＝３．３kgf/cm2では＋１２０℃程度まで上昇）ことから、ストイキオＦ／Ｂ制御による浄化性能の低下がより大きく影響しており、結果としてストイキオＦ／Ｂ制御の中止による高温域でのＮＯx浄化性能の向上効果が大きく表れたものである。
【００４１】
以上のように高温ＮＯxパージモードではリッチスパイクの排気空燃比をリッチ化することで、ストイキオＦ／Ｂ制御の実行なしでリッチスパイク後のＮＯx放出の問題を解消し、これにより低温ＮＯxパージモードに比較してより高温寄りのＮＯx浄化性能を実現させている。
一方、上記所定温度Ｔ0としては、例えば図６において低温ＮＯxパージモードを実行したときのＮＯx浄化性能のピークに相当する入口温度である３５０℃が適用され、入口温度Ｔが３５０℃以下のときには上記ステップＳ１２の処理により低温ＮＯxパージモードが実行され、入口温度Ｔが３５０℃を越えるときには上記ステップＳ１４の処理により高温ＮＯxパージモードが実行される。
【００４２】
そして、入口温度Ｔが３５０℃以下のときには、それに伴ってＮＯx触媒１８のベッド温度も低くなることから低温域でのＮＯx浄化性能の低下が懸念されるが、このときには低温ＮＯxパージモードによりリッチスパイク後にストイキオＦ／Ｂ制御が実行されてベッド温度の上昇作用が奏されることから、結果として図４に破線で示すように、リーン運転中のＮＯx触媒１８は常にある程度高いベッド温度に維持されて十分なＮＯx浄化性能を発揮する。
【００４３】
また、入口温度が３５０℃を越えているときには、それに伴ってＮＯx触媒１８のベッド温度も高くなることから高温域でのＮＯx浄化性能の低下が懸念されるが、このときには高温ＮＯxパージモードによりリッチスパイク後のストイキオＦ／Ｂ制御が中止されてベッド温度の上昇が抑制されることから、結果として図４に実線で示すように、リーン運転中のＮＯx触媒１８は常にある程度低いベッド温度に抑制されて十分なＮＯx浄化性能を発揮する。
【００４４】
一方、図７はリーン運転中における床下触媒１７の入口温度Ｔに対するＨＣ浄化特性を示しており、高負荷条件（Ｐe＝３．３kgf/cm2）及び低負荷条件（Ｐe＝２．０kgf/cm2）における高温ＮＯxパージモードと低温ＮＯxパージモードとの特性がそれぞれ併記されている。全体的な特性として入口温度Ｔの低下に伴ってＨＣ浄化性能が低下しているが、何れの負荷条件でも低温ＮＯxパージモードに対して高温ＮＯxパージモードではＨＣ浄化性能が全温度域で低下し、特に低温域ではその低下幅が拡大していることが判る。しかしながら、低温域では比較的良好なＨＣ浄化性能を発揮する低温ＮＯxパージモードが適用されるため問題なく（一般的なＮＯxパージと同等のＨＣ浄化性能を確保）、また、高温ＮＯxパージモードが適用される高温域では高温ＮＯxパージモードの浄化性能も十分に向上しているため、ＨＣ浄化に関する不具合は発生しない。
【００４５】
以上のように本実施形態の内燃機関１の排気浄化装置では低温ＮＯxパージモード及び高温ＮＯxパージモードの特徴を活かして、入口温度Ｔが比較的低温のときには、リッチスパイクにストイキオＦ／Ｂ制御を併用した低温ＮＯxパージモードを実行してＮＯx触媒１８のベッド温度を上昇させ、入口温度Ｔが比較的高温のときには、リッチスパイクのみを実行する高温ＮＯxパージモードを実行してＮＯx触媒１８のベッド温度の上昇を抑制し、これにより入口温度Ｔ、換言すれば内燃機関１の運転状況に影響されることなくＮＯx触媒１８を常に適切な温度領域で機能させて浄化性能を最大限に発揮させ、もってパージ後のリーン運転中のＮＯx浄化性能を全温度域に亘って向上させることができる。
【００４６】
更に、高温ＮＯxパージモードではリッチスパイクの排気空燃比をリッチ化した代わりに継続時間を短縮化して、低温ＮＯxパージモードのリッチスパイクと略同一燃料量に留めているが、このような排気空燃比及び継続時間の設定でも、図４に示すようにリーン運転中に十分なＮＯx浄化性能が得られていることからＮＯxパージ機能の点で不足なく、且つ、ＮＯxパージ中のＮＯx量も低減されていることからリッチスパイク後のＮＯx放出を抑制する点でも不足なく、上記した作用効果が十分に達成される。そして、結果として高温ＮＯxパージモードでは、低温ＮＯxパージモードに比較してストイキオＦ／Ｂ制御に消費される燃料量相当分だけＮＯxパージに要する燃料消費量を節減できるため、燃費向上に貢献することができる。
【００４７】
一方、上記したように同一入口温度Ｔであっても低負荷域に比較して高負荷域の方がＮＯx触媒１８のベッド温度が上昇する傾向があることから、ベッド温度の上昇を抑制する必要性はより高まるが、目標平均有効圧Ｐeの増加に応じて所定温度Ｔ0が減少側に設定されることで高温ＮＯxパージモードが実行され易くなるため、ベッド温度の上昇を確実に抑制することができる。逆に低負荷域ではベッド温度を上昇させる必要性が高まるが、所定温度Ｔ0の増加に伴って低温ＮＯxパージモードが実行され易くなるため、ベッド温度を確実に上昇させることができる。よって、内燃機関１の負荷状況に左右されることなくＮＯx触媒１８のベッド温度に対して最適なＮＯxパージモードを実行して、ＮＯx触媒１８を一層適切な温度領域で機能させることができる。
【００４８】
更に、高温ＮＯxパージのリッチスパイクの排気空燃比を触媒温度（入口温度Ｔ）及び流入ＮＯx量に応じて可変設定しているため、触媒温度や流入ＮＯx量に応じてＮＯx触媒１８のＮＯx吸蔵量が変動しても、このＮＯx吸蔵量に対して過不足のないＨＣやＣＯを還元剤としてＮＯx触媒１８上に供給でき、もって、過剰に供給されたＨＣやＣＯがそのまま排出されたり、逆にＨＣやＣＯの不足によりＮＯxパージが不完全になったりする事態を未然に防止できる。
【００４９】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、筒内噴射型ガソリン内燃機関１を対象とした排気浄化装置に具体化したが、吸蔵型ＮＯx触媒を備えた内燃機関であれば種別はこれに限定されることはなく、例えばディーゼル機関に適用してもよい。
また、上記実施形態ではＮＯx触媒と三元触媒とを個別に設けたが、ＮＯx触媒に三元機能を付加して、下流側の三元触媒を省略してもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では低温ＮＯxパージモードと高温ＮＯxパージモードとでリッチスパイクの排気空燃比を相違させたが、双方の排気空燃比を相違させる必要は必ずしもなく、例えば高温ＮＯxパージモード用にリッチ側に設定された排気空燃比を双方のリッチスパイクに適用し、低温ＮＯxパージッモードではその後にストイキオＦ／Ｂ制御を追加してもよい。なお、上記実施形態では所定温度以下、所定温度を超えた場合でＮＯｘパージモードを変更したが、所定温度を所定の温度帯（例えば５０℃）として設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施形態の内燃機関の排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行するＮＯxパージ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】低温ＮＯxパージモード及び高温ＮＯxパージモードの実行状況を示すタイムチャートである。
【図４】低温ＮＯxパージモード及び高温ＮＯxパージモードを実行したときのＮＯx，ＣＯ，ＴＨＣの推移を示すタイムチャートである。
【図５】ＮＯx触媒のベッド温度に対するＮＯx浄化特性を示す図である。
【図６】リーン運転時における床下触媒の入口温度に対するＮＯx浄化特性を示す図である。
【図７】リーン運転中における床下触媒の入口温度Ｔに対するＨＣ浄化特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    内燃機関
１６  排気通路
１８  ＮＯx触媒
２１  ＥＣＵ（ＮＯxパージ制御手段、流入ＮＯx量検出手段、機関負荷推定手段）
２４  温度センサ（触媒温度検出手段）
【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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