(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気空燃比が少なくともリーン空燃比のときに排気ガス中の硫黄成分を吸蔵する触媒が排気通路に設けられた内燃機関に適用され、排気空燃比がリーン空燃比とされるリーン運転モードと排気空燃比が理論空燃比とされるストイキ運転モードとを有するとともに、機関運転状態に基づき運転モードを選択し、前記ストイキ運転モードが選択されたときには排気空燃比が理論空燃比になるよう前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
前記触媒に吸蔵された硫黄成分の吸蔵量を算出する算出手段と、
この算出された吸蔵量が許容値を上回るときには排気空燃比がリッチ空燃比になるように前記混合気の空燃比を制御し、
前記算出された吸蔵量が前記許容値と同許容値よりも小さな所定値との間にあるときに、前記ストイキ運転モードが選択されているときには排気空燃比をリッチ空燃比にするように前記混合気の空燃比を制御するとともに、前記リーン運転モードが選択されているときには同リーン運転モードを継続する制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記制御手段は、前記触媒の温度が所定値以上であることを条件に前記算出された吸蔵量が前記所定値を上回るときには前記ストイキ運転モードが選択されたときの排気空燃比をリッチ空燃比にするよう前記混合気の空燃比を制御することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記制御手段は、前記ストイキ運転モードが選択されたときの前記リッチ空燃比での燃焼の継続時間が同リッチ空燃比に応じた継続許可時間以内となるように制限する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記ストイキ運転モードが選択されたときの前記リッチ空燃比は、少なくとも前記触媒の温度が低くなるほどリッチ化度合が大きくなるように可変とされる
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気空燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中の硫黄成分を吸蔵する触媒が排気通路に設けられた内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ストイキ空燃比（理論空燃比）よりも燃料濃度を低下させたリーン空燃比とされるリーン運転モードと排気空燃比が理論空燃比とされるストイキ運転モードとを有する内燃機関が提案されている。こうした内燃機関においては、リーン運転がなされた時の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を効率的に浄化するために排気通路にＮＯｘ吸蔵還元触媒装置が設けられている。この触媒装置は、リーン燃焼時の排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を一時的に吸蔵する。そして、空燃比がストイキ空燃比或いはこれよりも燃料濃度の高いリッチ空燃比での燃焼が行われているときに、その吸蔵されているＮＯｘを排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）によって還元浄化して放出するようにしている。
【０００３】
このＮＯｘ吸蔵還元触媒装置にあっては、燃料に含まれる硫黄成分の酸化物（ＳＯｘ）がＮＯｘと略同様のメカニズムによって吸蔵される。こうした現象は一般にＳＯｘ被毒と称され、こうしたＳＯｘ吸蔵量（ＳＯｘ被毒量）が増大するとその分だけＮＯｘ吸蔵量が低下するために、触媒装置におけるＮＯｘ吸蔵能力の低下を招くこととなる。
【０００４】
そのため、特開２０００−８０９１４や特開２０００−１６１１０７に示されるように、上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒装置の硫黄被毒の回復を図るために、上記触媒に吸蔵されたＳＯｘ量を算出し、この算出されたＳＯｘ量が許容値を上回るときには排気空燃比をリッチ空燃比に制御する硫黄被毒回復制御が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒装置は排気空燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中の硫黄成分（ＳＯｘ）を吸蔵するものである。従って、上述した硫黄被毒回復制御が実行されると、内燃機関のリーン運転が中断され、内燃機関に供給される混合気の燃料濃度、すなわち、内燃機関に供給する燃料量が増大されることになる。そのため、上記硫黄被毒回復制御により燃費悪化が生じることになる。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、リーン運転が中断されることを抑えることができるとともに、触媒から硫黄成分を効率よく脱離させることができ、もって、燃費悪化を抑制することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、排気空燃比が少なくともリーン空燃比のときに排気ガス中の硫黄成分を吸蔵する触媒が排気通路に設けられた内燃機関に適用され、排気空燃比がリーン空燃比とされるリーン運転モードと排気空燃比が理論空燃比とされるストイキ運転モードとを有するとともに、機関運転状態に基づき運転モードを選択し、前記ストイキ運転モードが選択されたときには排気空燃比が理論空燃比になるよう前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、前記触媒に吸蔵された硫黄成分の吸蔵量を算出する算出手段と、この算出された吸蔵量が許容値を上回るときには排気空燃比がリッチ空燃比になるように前記混合気の空燃比を制御し、前記算出された吸蔵量が前記許容値と同許容値よりも小さな所定値との間にあるときに、前記ストイキ運転モードが選択されているときには排気空燃比をリッチ空燃比にするように前記混合気の空燃比を制御するとともに、前記リーン運転モードが選択されているときには同リーン運転モードを継続する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、算出された硫黄成分の吸蔵量が許容値と許容値よりも小さな所定値との間にあるときに、ストイキ運転モードが選択されているときには排気空燃比をリッチ空燃比にするよう混合気の空燃比を制御する。このときに、触媒からの硫黄成分の脱離が促進されて触媒に吸蔵された硫黄成分の吸蔵量が許容値を上回る頻度が少なくなる。また、リーン運転モードが選択されているときにはリーン運転モードを継続する。よって、触媒から硫黄成分を脱離させるためにリーン運転が中断されることを抑えることができるとともに、効率よく触媒から硫黄成分を脱離させることができる。その結果、燃費悪化を抑制することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記制御手段は、前記触媒の温度が所定値以上であることを条件に前記算出された吸蔵量が前記所定値を上回るときには前記ストイキ運転モードが選択されたときの排気空燃比をリッチ空燃比にするよう前記混合気の空燃比を制御することを特徴とする。
【００１０】
触媒の温度が低いときには排気空燃比をリッチ空燃比にするように混合気の空燃比を制御しても硫黄成分が脱離しにくく、触媒温度を上昇させるために無駄な燃料消費がある。この点に関して、請求項２の構成によれば、上記構成のように触媒の温度が所定値以上であることを条件にストイキ運転モードが選択されたときの排気空燃比をリッチ空燃比にするようにしているので、無駄な燃料消費を抑えて燃費悪化を抑制することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記制御手段は、前記ストイキ運転モードが選択されたときの前記リッチ空燃比での燃焼の継続時間が同リッチ空燃比に応じた継続許可時間以内となるように制限することを特徴とする。
【００１２】
触媒からの硫黄成分の脱離は排気空燃比をリッチ空燃比に制御することにより行われるが、触媒温度が低く硫黄成分が脱離されにくいときには、リッチ燃焼が長期化するおそれがあり、燃費が悪化する可能性がある。この点、請求項３の構成によれば、リッチ空燃比での燃焼の継続時間がこのリッチ空燃比に応じた継続許可時間以内となるように制限されるので、リッチ燃焼が長期に亘り継続されるのを防止でき、燃費悪化を抑制することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記ストイキ運転モードが選択されたときの前記リッチ空燃比は、少なくとも前記触媒の温度が低くなるほどリッチ化度合が大きくなるように可変とされることを特徴とする。
【００１４】
上記の構成によれば、リッチ空燃比を少なくとも触媒温度が低くなるほどリッチ度合が大きくなるように可変とするので、触媒温度が低くなるほど硫黄成分が脱離されにくくなるが、リッチ度合を大きくすることにより触媒からの硫黄成分の脱離を促進することができ、好適に触媒の硫黄被毒回復を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る空燃比制御装置及び同装置が適用される車両用筒内噴射式４気筒ガソリンエンジン（以下、単に「エンジン」という）１０の概略構成を示している。
【００１６】
図１に示されるように、エンジン１０には、その各気筒＃１〜＃４の燃焼室１２（同図１ではその一つ気筒の燃焼室のみを示す）内に燃料を直接噴射するインジェクタ１４と、この噴射された燃料に点火する点火プラグ１６とがそれぞれ設けられている。
【００１７】
また、燃焼室１２に接続される排気通路１８には、三元触媒装置（以下、単に「三元触媒」という）２０と、その下流側に位置してＮＯｘ吸蔵還元触媒装置（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という）２２がそれぞれ配設されている。これら三元触媒２０及びＮＯｘ吸蔵還元触媒２２によって、排気ガスに含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）が浄化される。
【００１８】
即ち、三元触媒２０においては、排気に含まれるＨＣ、ＣＯ、及びＮＯｘが酸化還元反応によってそれぞれ同時に浄化される。一方、ＮＯｘ触媒２２においては、リーン燃焼モード中の排気に含まれるＮＯｘが一旦吸蔵され、この吸蔵されたＮＯｘがリッチ燃焼モード（或いはストイキ燃焼モード）中の排気に含まれるＨＣ及びＣＯを還元剤として還元され浄化される。
【００１９】
三元触媒２０とＮＯｘ触媒２２との間の排気通路１８には排気成分中の酸素を検出する酸素センサ２４が設けられている。また、ＮＯｘ触媒２２には触媒の温度を検出する温度センサ２６が設けられている。
【００２０】
車両Ｃには、機関回転速度を検出するための回転速度センサ３１、アクセルペダル（図示略）の踏込量を検出するアクセルセンサ３２、及び車両Ｃの走行速度（車速ＳＰＤ）を検出する車速センサ３３が設けられている。前記酸素センサ２４の検出信号及び各センサ３１〜３３の検出信号は、エンジン１０の各種制御を実行する電子制御装置４０に入力される。
【００２１】
電子制御装置４０は、酸素センサ２４、温度センサ２６及び各センサ３１〜３３等によって検出されるエンジン１０の運転状態や車両の走行状態に基づいて、燃料噴射制御等、各種制御を実行する。また、電子制御装置４０は、こうした各種制御を実行するためのプログラムや演算用マップ、制御の実行に際して算出される各種データ等を記憶するメモリ４１を備えている。
【００２２】
また、本実施形態におけるエンジン１０では、上記インジェクタ１４による燃料噴射態様や点火プラグ１６による点火時期等が変更されることにより、その機関燃焼モードが成層燃焼（リーン燃焼）モード、ストイキ燃焼モード（通常燃焼モード）、リッチ燃焼モード、並びに昇温燃焼モードとの間で切り替えられる。
【００２３】
例えば、成層燃焼モードにおいては、燃料噴射時期は圧縮行程後期に設定される。従って、点火時において点火プラグ１６近傍の混合気のみが部分的に点火可能な可燃混合気状態となる。また、この場合の混合気の平均的な空燃比（Ａ／Ｆ）は各気筒＃１〜＃４とも一律にストイキ空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．５）よりもリーン（例えばＡ／Ｆ＝２５〜５０）に設定される。
【００２４】
また、ストイキ燃焼モードにおいては、燃料噴射時期は吸気行程中に設定される。従って、点火時での燃焼室１２内における空燃比は略均一になり、その混合気の空燃比は各気筒＃１〜＃４とも一律にストイキ空燃比近傍に設定される。
【００２５】
これら各機関燃焼モードの切り替えは、基本的には機関負荷及び機関回転速度といったエンジン１０の運転状態に基づいて行われている。通常、機関燃焼モードは低負荷低回転運転領域では成層燃焼モードに設定され、高負荷高回転運転領域ではストイキ燃焼モードに機関燃焼モードがそれぞれ設定される。
【００２６】
また、リッチ燃焼モードにおいては、燃料噴射時期はストイキ燃焼モードと同様に、吸気行程中に設定されるとともに、その混合気の空燃比は各気筒＃１〜＃４とも一律にストイキ空燃比よりもリッチに設定される。このリッチ燃焼モードは、例えば、ＮＯｘ触媒２２のＮＯｘ吸蔵量が所定量を超えたときに、排気空燃比を一時的にリッチにし、排気中に含まれるＨＣ，ＣＯの量を増大させることで、同ＮＯｘ触媒２２に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化する処理（リッチスパイク処理）に際して選択される。
【００２７】
これに対して、昇温燃焼モードは、ＮＯｘ触媒２２においてＳＯｘ被毒回復のための昇温要求があるとき、即ちＮＯｘ触媒２２のＳＯｘ被毒量が所定量を超えるなど、所定の条件が満たされたときに選択される。
【００２８】
この昇温燃焼モードでは、各気筒＃１〜＃４のうち、一部の気筒の空燃比がストイキ空燃比よりもリッチに、残りの気筒の空燃比がストイキ空燃比よりもリーンに設定される。また、これら全気筒＃１〜＃４の平均的な空燃比はストイキ空燃比或いはリッチ空燃比に設定される。
【００２９】
そして、このように機関燃焼モードが昇温燃焼モードに切り替えられることにより、空燃比がリッチに設定された一部の気筒から排出される排気中の燃料未燃成分と、空燃比がリーンに設定された残りの気筒から排出される排気中の酸素とが三元触媒２０或いはＮＯｘ触媒２２の触媒機能によって燃焼する。その結果、その燃焼熱によってＮＯｘ触媒２２が温度上昇し、ＮＯｘ触媒２２に吸蔵されているＳＯｘが同触媒２２から除去されるようになる。
【００３０】
次に、こうしたＮＯｘ触媒２２のＳＯｘ被毒回復処理の詳細について図２及び図３を参照して説明する。これら図２及び図３は、ＳＯｘ被毒回復処理における処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は所定クランク角の割り込み処理として電子制御装置４０により実行される。
【００３１】
電子制御装置４０の処理がこの一連の処理に移行すると、まず、ステップ１００において、ＮＯｘ触媒２２に吸蔵されている総ＳＯｘ量が算出される。この総ＳＯｘ量はリーン空燃比でのリーン燃焼が実行されているときには加算され、リッチ空燃比でのリッチ燃焼が実行されているときには減算される。このときの加算量は、吸入空気量が多くなるほど、また空燃比が小さい（即ち燃料濃度が濃い）ときほど、大きな値に設定される。これは吸入空気量が多いときほど、また燃料濃度が濃いときほど単位時間当たりにＮＯｘ触媒２２に接触してこれに吸蔵されるＳＯｘ量が増大するためである。また、ＳＯｘ量算出における減算量は、空燃比がリッチであるときほど、また触媒床温が高いときほど大きな値に設定される。これは、触媒床温が高いときほど、また空燃比がリッチであるほど、ＮＯｘ触媒２２においてそのＳＯｘの脱離が促進されるためである。なお、総ＳＯｘ量の算出には使用燃料のイオウ含有量の要素が含まれている。例えば、高オクタン価ガソリンの場合には低オクタン価ガソリンよりもイオウ含有量は少ないので、このときの単位時間当たりに吸蔵されるＳＯｘ量は小さくなる。逆に低オクタン価ガソリンの場合には高オクタン価ガソリンよりもイオウ含有量は多いので、このときの単位時間当たりに吸蔵されるＳＯｘ量は大きくなる。因みに、高オクタン価ガソリンの場合にはノッキングが発生し難いため、エンジン１０の点火時期は点火進角制御を通じてより進角側の時期に設定されるのに対し、低オクタン価ガソリンの場合はこれと比較して遅角側の時期に設定される傾向がある。このため、このような燃料種類の判定は、例えば、こうした傾向に基づいて行うことができる。また、これら吸入空気量及び空燃比とＳＯｘの加算量、及び空燃比及び触媒床温とＳＯｘの減算量との関係は実験等を通じて予め求められ、電子制御装置４０のメモリ４１に記憶されている。
【００３２】
このようにして総ＳＯｘ量を算出した後、ＳＯｘ被毒回復処理を行う必要があることを示す被毒回復要求フラグがオンであるかどうかが判断される（ステップ１０２）。被毒回復要求フラグがオンでないと判断された場合には（ステップ１０２：ＮＯ）、処理はステップ１０４に進む。また、被毒回復要求フラグがオンであると判断された場合（ステップ１０２：ＹＥＳ）には、処理はステップ１０８に移行する。
【００３３】
被毒回復要求フラグがオンでないと判断された場合には、先のステップ１００にて算出された総ＳＯｘ量が許容値ＡＳｔ以上かどうかが判断される（ステップ１０４）。この許容値ＡＳｔは、ＮＯｘ吸蔵能力の低下が無視できない程度にまでＳＯｘ被毒量が増大したことを判定するための値である。ここで総ＳＯｘ量が許容値ＡＳｔ以上である旨判断された場合には（ステップ１０４：ＹＥＳ）、ＳＯｘ被毒回復処理を行う必要があるものとして被毒回復要求フラグがオンに設定され（ステップ１０６）、この後処理はステップ１０８に進み、燃焼モードがリーン燃焼モードから昇温燃焼モードに切り替えられる。また、先のステップ１０４の判断においてＳＯｘ量が許容値ＡＳｔ未満であってＳＯｘ被毒量についてまだ余裕がある旨判断された場合（ステップ１０４：ＮＯ）には、処理はステップ１２８に移行する。
【００３４】
先のステップ１０２で被毒回復要求フラグがオンであるとされた場合、あるいはステップ１０６で被毒回復要求フラグがオンに設定された場合には、ステップ１０８において温度センサ２６により検出された触媒床温が所定温度ＴＨｃ以上であるかどうかが判断される。この所定温度ＴＨｃは、ＮＯｘ触媒２２がＳＯｘを脱離することができることをその温度状態に基づいて判定するためのものである。
【００３５】
触媒床温が所定温度ＴＨｃ未満であると判定された場合（ステップ１０８：ＮＯ）には、まずは触媒床温を昇温させる必要があるものとして燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ空燃比とした昇温燃焼モードに切り替えられる。上記したようにこの昇温燃焼モードでは、各気筒＃１〜＃４のうち、一部の気筒の空燃比がストイキ空燃比よりもリッチに、残りの気筒の空燃比がストイキ空燃比よりもリーンに設定される。また、これら全気筒＃１〜＃４の平均的な空燃比はストイキ空燃比に設定され、各触媒２０，２２に達する排気については酸素センサ２４による空燃比フィードバック制御によりその平均的な空燃比がストイキ空燃比に維持される。この昇温燃焼により、空燃比がリッチに設定された一部の気筒から排出される排気中の燃料未燃成分と、空燃比がリーンに設定された残りの気筒から排出される排気中の酸素とが三元触媒２０或いはＮＯｘ触媒２２の触媒機能によって燃焼し、その燃焼熱によってＮＯｘ触媒２２の温度が上昇する。
【００３６】
一方、触媒床温が所定温度ＴＨｃを上回っている場合には（ステップ１０８：ＹＥＳ）、ＮＯｘ触媒２２からのＳＯｘの脱離が可能なため、後述する一連の処理により全気筒＃１〜＃４の平均的な空燃比をリッチ空燃比としたリッチ燃焼が実行され、まず、リッチ燃焼の継続時間Ｔｅが計測される（ステップ１１０）。
【００３７】
次にステップ１１２において、触媒床温に応じて目標空燃比がリッチ側に設定される。図４に示すように、ＮＯｘ触媒２２からのＳＯｘ脱離量は空燃比がリッチ空燃比であるほど大きく、かつ触媒床温が高いほど大きくなる傾向がある。このリッチ燃焼の実行に際しては、図５に示されるように制御中心がストイキ空燃比よりもリッチ寄りとなるような酸素センサ２４による空燃比フィードバック制御を通じてフィードバック（Ｆ／Ｂ）係数ｋａｆが算出される。従って、ステップ１１２では空燃比フィードバック制御に用いるフィードバック（Ｆ／Ｂ）定数が設定される。すなわち、図６（ａ）に示されるマップを参照し、触媒床温に応じて酸素センサ２４の出力反転時期からＦ／Ｂ係数ｋａｆを減少させるリッチ側のスキップ量を加えるまでのディレー時間ＴＤＲが設定され、Ｆ／Ｂ係数ｋａｆを増加させるリーン側のスキップ量を加えるまでのディレー時間ＴＤＬが設定される。また、図６（ｂ）に示されるマップを参照し、触媒床温に応じてＦ／Ｂ係数ｋａｆを増加させて空燃比をリッチにする積分定数ＣＲ及びＦ／Ｂ係数ｋａｆを減少させて空燃比をリーンにする積分定数ＣＬが設定される。従って、このときの空燃比の制御中心は図５に鎖線で示されるように、破線で示されるストイキ空燃比の制御中心よりもリッチ側となる。なお、この昇温燃焼モードでは、先のステップ１２６におけるストイキ空燃比とした昇温燃焼モードでのリッチな気筒の空燃比がよりリッチに、残りの気筒の空燃比がストイキ空燃比寄りに設定され、これら全気筒＃１〜＃４の平均的な空燃比はリッチ空燃比に設定される。
【００３８】
このようにして目標空燃比がリッチ側に設定されると、ステップ１１４においてリッチ燃焼の継続許可時間Ｔｐが設定される。排気空燃比がリッチ側に設定されて実際にリッチ燃焼が行われると、燃費悪化やエミッションが悪化することとなる。この燃費悪化やエミッション悪化はリッチ燃焼の継続時間Ｔｅが長くなればなるほど悪化することとなる。そのため、図７に示されるマップを参照してリッチ燃焼時の空燃比に基づいてリッチ継続許可時間Ｔｐが設定される。
【００３９】
リッチ燃焼の継続許可時間Ｔｐが設定された後、図５に示されるように排気空燃比がリッチ側の目標空燃比となるように制御されてリッチ燃焼が行われる（ステップ１１６）。
【００４０】
このようにしてリッチ燃焼が行われると、リッチ燃焼の継続時間Ｔｅが先のステップ１１４にて設定された継続許可時間Ｔｐ以上かどうかが判断される（ステップ１１８）。継続時間Ｔｅが継続許可時間Ｔｐ未満であると判断された場合には（ステップ１１８：ＮＯ）、処理はステップ１２０に進む。また、継続時間Ｔｅが継続許可時間Ｔｐであると判断された場合（ステップ１１８：ＹＥＳ）には、処理はステップ１２２に移行する。
【００４１】
継続時間Ｔｅが継続許可時間Ｔｐ未満であると判断された場合には、先のステップ１００にて算出された総ＳＯｘ量が所定値ＡＳｂ以上かどうかが判断される（ステップ１２０）。この所定値ＡＳｂは被毒回復処理の実行によりＳＯｘ被毒量が減少してＮＯｘ触媒２２のＮＯｘ吸蔵能力が回復してきたことを判定するための値であり、所定値ＡＳｂはＡＳｔ＞ＡＳｂ＞０となるように設定されている。
【００４２】
ここで総ＳＯｘ量が所定値ＡＳｂ以上であると判断された場合には（ステップ１２０：ＹＥＳ）、未だＳＯｘ被毒回復処理を継続する必要があり、この一連の処理は一旦終了される。また、先のステップ１２０の判断において総ＳＯｘ量が所定値ＡＳｂ未満であってＮＯｘ触媒２２のＮＯｘ吸蔵能力が回復したと判断された場合（ステップ１２０：ＮＯ）には、処理はステップ１２２に移行する。
【００４３】
先のステップ１１８で継続時間Ｔｅが継続許可時間Ｔｐであると判断された場合、あるいはステップ１２０で総ＳＯｘ量が所定値ＡＳｂ未満であると判断された場合には、ＳＯｘ被毒回復処理を止めるものとして被毒回復要求フラグがオフに設定される（ステップ１２２）。
【００４４】
そして、次のステップ１２４では、排気空燃比がリーン空燃比となるように制御されて成層燃焼が行われる。
また、先のステップ１０４の判断においてＳＯｘ量が所定値ＡＳｔ未満であってＳＯｘ被毒量についてまだ余裕があると判断された場合には、そのときの燃焼モードがストイキ燃焼モードであるかどうかが判断される（ステップ１２８）。ここでストイキ燃焼モードでないと判断された場合には（ステップ１２８：ＮＯ）、未だＳＯｘ被毒回復処理を行う必要がないものとしてリーン空燃比でのリーン燃焼のままとされ、この一連の処理は一旦終了される。ストイキ燃焼モードであると判断された場合（ステップ１２８：ＹＥＳ）には、処理はステップ１３０に進む。
【００４５】
ステップ１３０では先のステップ１００にて算出された総ＳＯｘ量が第２の所定値ＡＳ０より大きいかどうかが判断される（ステップ１３０）。この第２の所定値ＡＳ０はＮＯｘ触媒２２のＮＯｘ吸蔵能力が回復してきたことを判定するための値であり、本実施形態において所定値ＡＳ０＝０に設定されている。
【００４６】
ここで総ＳＯｘ量が所定値ＡＳ０以下であってＮＯｘ触媒２２のＮＯｘ吸蔵能力が回復したと判断された場合（ステップ１３０：ＮＯ）には、この一連の処理は一旦終了される。
【００４７】
先のステップ１３０の判断において総ＳＯｘ量が所定値ＡＳ０を超えていると判断された場合には（ステップ１３０：ＹＥＳ）、処理はステップ１３２に進む。このステップ１３２では温度センサ２６により検出された触媒床温がＳＯｘを脱離することができる所定温度ＴＨｃ以上であるかどうかが判断される。触媒床温が所定温度ＴＨｃ未満であると判定された場合（ステップ１３２：ＮＯ）には、この一連の処理は一旦終了される。
【００４８】
一方、触媒床温がこの所定温度ＴＨｃを上回っている場合には（ステップ１３２：ＹＥＳ）、ＮＯｘ触媒２２からのＳＯｘの脱離が可能であるため、燃焼モードがリッチ空燃比でのリッチ燃焼に切り替えられてリッチ燃焼の継続時間Ｔｅが計測される（ステップ１３４）。
【００４９】
次にステップ１３６において、触媒床温に応じて目標空燃比がリッチ側に設定される。この場合のリッチ燃焼も図５に示されるように制御中心がストイキ空燃比よりもリッチ寄りとなるような酸素センサ２４による空燃比フィードバック制御を通じてフィードバック（Ｆ／Ｂ）係数ｋａｆが算出される。従って、ステップ１３６では、先のステップ１１２と同様にして空燃比フィードバック制御に用いるフィードバック（Ｆ／Ｂ）定数が設定される。なお、このリッチ燃焼モードでは、全気筒の空燃比がストイキ空燃比からリッチ空燃比に設定され、これら全気筒＃１〜＃４の平均的な空燃比もストイキ空燃比よりもリッチに設定される。
【００５０】
このようにして目標空燃比がリッチ側に設定されると、ステップ１３８においてリッチ燃焼の継続許可時間Ｔｐ１が設定される。排気空燃比がリッチ側に設定されて実際にリッチ燃焼が行われると、燃費悪化やエミッションが悪化することとなる。この燃費悪化やエミッション悪化はリッチ燃焼の継続時間Ｔｅが長くなればなるほど悪化することとなる。そのため、図７に示されるマップを参照してリッチ燃焼時の空燃比に基づいてリッチ継続許可時間Ｔｐ１が設定される。
【００５１】
リッチ燃焼の継続許可時間Ｔｐ１が設定された後、図５に示されるように排気空燃比がリッチ側の目標空燃比となるように制御されて全気筒においてリッチ燃焼が行われる（ステップ１４０）。
【００５２】
このようにしてリッチ燃焼が行われると、リッチ燃焼の継続時間Ｔｅが先のステップ１３８にて設定された継続許可時間Ｔｐ１以上かどうかが判断される（ステップ１４２）。継続時間Ｔｅが継続許可時間Ｔｐ１未満であると判断された場合には（ステップ１４２：ＮＯ）、この一連の処理は一旦終了される。また、継続時間Ｔｅが継続許可時間Ｔｐ１以上であると判断された場合（ステップ１４２：ＹＥＳ）には、処理はステップ１４４に進む。
【００５３】
そして、次のステップ１４４では、排気空燃比がストイキ空燃比となるように制御されてストイキ燃焼が行われてＳＯｘ被毒回復処理が終了される。
以上説明した本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【００５４】
・  ＮＯｘ触媒２２の硫黄被毒回復制御を行うに際して、硫黄被毒回復制御中の排気空燃比に応じてリッチ継続許可時間Ｔｐが設定され、硫黄被毒回復制御におけるリッチ燃焼の継続時間Ｔｅが継続許可時間Ｔｐに達したとき硫黄被毒回復制御が強制的に終了される。そのため、硫黄被毒回復制御が長期に亘り継続されるのを防止でき、燃費悪化やエミッションの悪化を抑制することができる。
【００５５】
・  しかも、硫黄被毒回復制御によって制御される排気空燃比に応じてリッチ継続許可時間Ｔｐが設定されるので、硫黄被毒回復制御における排気空燃比のリッチ化度合に関わらず、燃費悪化やエミッション悪化を適切に抑制することができる。
【００５６】
・  また、硫黄被毒回復制御によって制御される排気空燃比は、触媒温度が低くなるほどリッチ化度合が大きくなるように可変としているので、燃費悪化やエミッション悪化の傾向が顕著に生じるが、このようにリッチ化度合を可変したとしても、好適に燃費悪化やエミッション悪化を抑制することができる。
【００５７】
・  また、ＮＯｘ触媒２２の総ＳＯｘ量が所定値ＡＳ０（＜許容値ＡＳｔ）を上回るときにはエンジン１０のストイキ運転モードが選択されたときの排気空燃比がリッチ空燃比になるように制御される。このときに、触媒からの硫黄成分の脱離が促進されて触媒に吸蔵された硫黄成分の吸蔵量が許容値を上回る頻度が少なくなる。よって、触媒から硫黄成分を脱離させるためにリーン運転が中断されることを抑えることができるとともに、効率よく触媒から硫黄成分を脱離させることができる。その結果、燃費悪化を抑制することができる。
【００５８】
・  さらに、ストイキ運転モードが選択されたときに、触媒床温が所定温度ＴＨｃ以上であることを条件にストイキ運転モードが選択されたときの排気空燃比がリッチ空燃比になるように制御される。そのため、触媒床温を上昇させるための無駄な燃料消費を抑えて燃費悪化を抑制することができる。
【００５９】
・  また、ストイキ運転モードが選択されたときのリッチ空燃比を少なくとも触媒温度が低くなるほどリッチ度合が大きくなるように可変としている。そのため、触媒温度が低くなるほどＮＯｘ触媒２２から硫黄成分が脱離されにくくなるが、リッチ度合を大きくすることによりＮＯｘ触媒２２からの硫黄成分の脱離を促進することができ、好適にＮＯｘ触媒２２の硫黄被毒回復を行うことができる。
【００６０】
なお、実施形態は以下のように構成を変更して実施することができる。
・  上記実施形態において、排気通路１８において三元触媒２０及びＮＯｘ触媒２２間に設けた酸素センサ２４に代えて、排気空燃比をリニアに検出する空燃比センサを設けてもよい。この場合には、被毒回復制御におけるリッチ燃焼の目標空燃比を直接的に設定するようにしてもよい。
【００６１】
・  上記実施形態では、総ＳＯｘ量が許容値ＡＳｔ以上であって触媒床温がＴＨｃ以上のときには昇温燃焼におけるリッチ気筒をよりリッチに、リーン気筒の空燃比をリッチ側にすることによりリッチ燃焼を実行するようにしたが、全気筒の空燃比をリッチとしたリッチ燃焼を行うようにしてもよい。
【００６２】
・  上記実施形態では、排気通路１８に三元触媒２０及びＮＯｘ吸蔵還元触媒２２を設けてあるが、排気通路１８にＮＯｘ吸蔵還元触媒２２のみを設けた構成であってもよい。この場合には、ストイキ燃焼運転中において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒による排気浄化によりＨＣ，ＣＯエミッションの悪化を避けることができる。
【００６３】
・  上記実施形態では、排気浄化装置を燃焼室１２内にインジェクタ１４から燃料を直接噴射する、いわゆる筒内噴射式のエンジン１０に適用しているが、燃料を吸気ポート内に噴射する吸気ポート噴射式のエンジンに適用することもできる。
【００６４】
・  上記実施形態では、成層燃焼として燃料噴射時期を圧縮行程後期に設定する燃焼（強成層燃焼）のみを行うエンジンを想定していた。こうした強成層燃焼の他、例えば燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射することにより、成層強度を弱めた燃焼（弱成層燃焼）を行うエンジンに対して本発明にかかる排気浄化装置を適用することもできる。また、均質燃焼として、空燃比をストイキ空燃比に設定した燃焼（均質ストイキ燃焼）の他、空燃比をストイキ空燃比よりもリーン側に設定した燃焼（均質リーン燃焼）を行うエンジンに対して本発明にかかる排気浄化装置を適用するようにしてもよい。
【００６５】
・  上記実施形態では温度センサ２６によりＮＯｘ触媒２２の触媒温度を直接検出するようにしたが、内燃機関の運転状態に基づき、より好適には内燃機関の運転履歴に基づき触媒温度を間接的に検出（推定）するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に係る内燃機関の空燃比制御装置を示す概略構成図。
【図２】被毒回復処理の処理手順を示すフローチャート。
【図３】被毒回復処理の処理手順を示すフローチャート。
【図４】排気空燃比とＳＯｘ脱離量との関係を示す説明図。
【図５】被毒回復処理時のＦ／Ｂ定数と空燃比との関係を示す説明図。
【図６】（ａ）被毒回復制御時における目標空燃比を設定するために使用されるディレー時間を示すマップ、（ｂ）被毒回復制御時における目標空燃比を設定するために使用される積分定数を示すマップ。
【図７】排気空燃比とリッチ継続許可時間との関係を示すマップ。
【符号の説明】
１０…エンジン、１４…インジェクタ、１６…点火プラグ、１８…排気通路、２０…三元触媒、２２…ＮＯｘ吸蔵還元触媒、２４…酸素センサ、２６…温度センサ、４０…算出手段及び制御手段としての電子制御装置、Ｃ…車両。
【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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