(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を筒内に直接噴射可能な噴射弁を有した内燃機関の排気浄化装置であって、
排気通路に設けられ、排気空燃比がリーン空燃比となる第１運転状態で排気中の硫黄成分を吸蔵し、高温且つ排気空燃比がリッチ空燃比となる第２運転状態で前記吸蔵した硫黄成分を放出する第１の触媒と、
排気通路のうち前記第１の触媒よりも下流に設けられ、酸素貯留機能を有した第２の触媒と、
前記第２運転状態のとき、断続的に排気空燃比が全体でリーン空燃比となるようにしつつ吸気行程若しくは圧縮行程で燃料の主噴射を行うとともに膨張行程で燃料の副噴射を実施する運転状態変更手段と、
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】
前記運転状態変更手段は、内燃機関の負荷が所定値よりも小さいときには圧縮行程で燃料の主噴射を行うとともに膨張行程で燃料の副噴射を行い、内燃機関の負荷が前記所定値よりも大きいときには吸気行程で燃料の主噴射を行うとともに膨張行程で燃料の副噴射を行うことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記内燃機関は多気筒内燃機関であって、
前記運転状態変更手段は、前記第２運転状態のとき、一部気筒において排気空燃比がリッチ空燃比となるよう燃料を噴射する一方、残部気筒において排気空燃比が全体でリーン空燃比となるようにしつつ吸気行程若しくは圧縮行程で燃料の主噴射を行うとともに膨張行程で燃料の副噴射を実施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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、触媒上に吸蔵された排気中の硫黄成分が脱離することにより発生する硫化水素（Ｈ2Ｓ）の大気中への放出を防止する技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
一般に、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は例えば硫酸塩Ｘ−ＳＯ4として触媒コンバータ（三元触媒、ＮＯx触媒等であって以下触媒と略す）に吸蔵される（Ｓ被毒）。このように触媒に吸蔵されたＳＯxは、特開平７−２１７４７４号公報等に開示されるように、触媒が所定の高温となり且つ排気空燃比がリッチ空燃比状態（酸素濃度が低下した還元雰囲気）とされることで二酸化硫黄（ＳＯ2）に還元され放出（Ｓパージ）されることが知られている。
【０００３】
ところで、吸蔵されたＳＯx量が多く且つリッチ空燃比のリッチ化度合が大きいと、放出されたＳＯ2の一部とＨ2等の還元物質とが化学反応して硫化水素（Ｈ2Ｓ）が生成され、ＳＯ2とともに該Ｈ2Ｓも大気中に排出される。しかしながら、良く知られているようにＨ2Ｓには異臭を放つという特性があり、当該Ｈ2Ｓの排出を抑えることが課題となっていた。
【０００４】
そこで、例えば、特開平８−２９４６１８号公報に開示されるように、排気通路に設けられた上流側触媒の下流にＨ2Ｓトラップ剤が含有された下流側触媒を配設し、上流側触媒のＳ成分（硫黄成分）貯蔵量が設定値に達したとき、所定条件下でＯ2センサ出力により理論空燃比を基準に空燃比をリッチ域とリーン域とで交互に変動（空燃比パータベーション）させ、これにより、リッチ域では触媒上からＳ成分を脱離させてＨ2Ｓに還元するとともに該Ｈ2Ｓを下流側触媒で捕獲し、リーン域において該捕獲したＨ2Ｓを酸化させてＨ2Ｓの大気中への放出を抑制する技術が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に開示された技術では、Ｏ2センサ出力に基づく理論空燃比を基準とした空燃比パータベーションによりＳ成分の脱離とＨ2Ｓの酸化とを行うものであるため、特定の運転域のみでしかＨ2Ｓの放出を抑制することができない。
【０００６】
つまり、上記公報に開示の技術によれば、例えば触媒温度が所定温度以上となり且つ排気空燃比がリッチ空燃比となる機関運転状態では、触媒上からＳ成分が脱離されＨ2Ｓが生成されるが、出力低下等が懸念されるために上記理論空燃比を基準とした空燃比パータベーションを行うことができず、つまりＨ2Ｓを酸化できず、生成されたＨ2Ｓは下流側触媒で捕獲され続けることになる。
【０００７】
それ故、下流側触媒の捕獲能力以上のＨ2Ｓが生成された場合には、溢れたＨ2Ｓが大気中に放出され、当該放出されたＨ2Ｓがやはり異臭を放つことになり好ましいことではない。
また、この技術の場合、Ｈ2Ｓを捕獲するためのトラップ剤が含有された特殊な触媒を利用しなければならず、コスト高に繋がるという問題もある。
【０００８】
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、コスト高を招くことなく広範な運転域で確実にＨ2Ｓの大気中への放出を抑えることの可能な内燃機関の排気浄化装置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、燃料を筒内に直接噴射可能な噴射弁を有した内燃機関の排気浄化装置であって、排気空燃比がリーン空燃比となる第１運転状態で排気中の硫黄成分を吸蔵し、高温且つ排気空燃比がリッチ空燃比となる第２運転状態で前記吸蔵した硫黄成分を放出する第１の触媒の下流に酸素貯留機能を有した第２の触媒が設けられており、さらに、第２運転状態のときに断続的に排気空燃比が全体でリーン空燃比となるようにしつつ吸気行程若しくは圧縮行程で燃料の主噴射を行うとともに膨張行程で燃料の副噴射を実施する運転状態変更手段を備えている。
【００１０】
例えば、第２運転状態では、吸蔵された硫黄成分が放出されると同時にＨ2Ｓが生成される場合があるのであるが、このとき、断続的に排気空燃比が全体でリーン空燃比となるようにしつつ吸気行程若しくは圧縮行程で主噴射を行うとともに膨張行程で副噴射が実施され、排気昇温による第１の触媒の昇温を図りながら余剰酸素が下流に設けられた第２の触媒に供給されて適宜貯留され、該貯留された酸素によってＨ2Ｓが良好に酸化される。これにより排ガスが異臭を放つことが確実に防止される。
【００１１】
好ましくは、第２運転は、第１の触媒に吸蔵された硫黄成分が所定量に達したときに実施され、これに合わせて運転状態変更手段により断続的に吸気行程若しくは圧縮行程で主噴射を行うとともに膨張行程で副噴射が実施されるようにするのがよい。この場合、ＳＯxが一気に放出されて多量にＨ2Ｓが生成されることになるが、第２の触媒には酸素が断続的に補給され常に貯留されているため、このようにＨ2Ｓが多量に発生した場合であってもＨ2Ｓは当該酸素によって確実に酸化され無臭化される。
【００１２】
また、好ましくは、運転状態変更手段は、第２運転状態のときに周期的に吸気行程若しくは圧縮行程で主噴射を行うとともに膨張行程で副噴射を実施するのがよく、これにより、酸素が第２の触媒に不足なく貯留され続け、Ｈ2Ｓはより一層確実に酸化され無臭化される。
請求項２の発明では、前記運転状態変更手段は、内燃機関の負荷が所定値よりも小さいときには圧縮行程で燃料の主噴射を行うとともに膨張行程で燃料の副噴射を行い、内燃機関の負荷が前記所定値よりも大きいときには吸気行程で燃料の主噴射を行うとともに膨張行程で燃料の副噴射を行うことを特徴とする。
即ち、内燃機関の負荷に応じて適切に燃料噴射モードが設定される。
請求項３の発明では、前記内燃機関は多気筒内燃機関であって、前記運転状態変更手段は、前記第２運転状態のとき、一部気筒において排気空燃比がリッチ空燃比となるよう燃料を噴射する一方、残部気筒において排気空燃比が全体でリーン空燃比となるようにしつつ吸気行程若しくは圧縮行程で燃料の主噴射を行うとともに膨張行程で燃料の副噴射を実施することを特徴とする。
即ち、一部気筒において排気空燃比がリッチ空燃比となるよう燃料を噴射する一方、残部気筒において排気空燃比が全体でリーン空燃比となるようにしつつ吸気行程若しくは圧縮行程で主噴射を行うとともに膨張行程で副噴射が実施され、上記請求項１の場合と同様に、排気昇温による第１の触媒の昇温を図りながら余剰酸素が下流に設けられた第２の触媒に供給されて適宜貯留され、該貯留された酸素によってＨ2Ｓが良好に酸化される。これにより排ガスが異臭を放つことが確実に防止される。
【００１３】
【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内燃機関の排気浄化装置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排気浄化装置の構成を説明する。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
排気浄化触媒装置３０は、吸蔵型ＮＯx触媒（第１の触媒）３０ａと三元触媒（第２の触媒）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を一旦硝酸塩Ｘ−ＮＯ3として吸蔵させ、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。
【００２０】
ところで、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａには、ＮＯxのみならず、排ガス中に含まれる燃料中のＳ（サルファ）成分（硫黄成分）の酸化物、即ちＳＯxも上述したように硫酸塩Ｘ−ＳＯ4として吸蔵される。そして、当該硫酸塩Ｘ−ＳＯ4は、硝酸塩Ｘ−ＮＯ3よりも塩としての安定度が高く、還元除去するためには、上述の如く、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａを所定の高温とし且つ還元雰囲気とする必要がある。
【００２１】
三元触媒３０ｂは通常使用される三元触媒であり、一般的な特性として内部に酸素を貯留する機能を有している。なお、三元触媒３０ｂには添加剤としてセリア（Ｃe）が添加されているのがよく、これにより酸素吸蔵能力がより高いものとされる。
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。
【００２２】
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内燃機関の排気浄化装置の総合的な制御が行われる。ＥＣＵ４０の入力側には、上述したスロットルセンサ１１ａ、クランク角センサ１３、高温センサ１６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。
【００２３】
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。
【００２４】
ところで、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。吸気行程噴射モードには、リーン空燃比とされる吸気リーンモード、理論空燃比とされるストイキオフィードバックモード、及び、リッチ空燃比とされるオープンループモードとがある。
【００２５】
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。
【００２６】
以下、このように構成された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。つまり、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａには、上述したように主としてリーン空燃比運転時（第１運転状態）においてＳＯxも吸蔵され（ＳＯxが吸蔵される空燃比領域は触媒特性により異なる）、当該ＳＯxを除去するとき、即ちＳパージの際にＨ2Ｓが発生するのであるが、ここでは、Ｓパージ制御の制御手順を説明するとともに本発明に係るＨ2Ｓの無臭化手法について説明する。
【００２７】
図２を参照すると、Ｓパージ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。
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。
【００２８】
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。
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放出Ｓ量を示している。
【００２９】
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放出Ｓ量Ｒsを減算することで求められる。
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。
【００３０】
Ｋ＝Ｋ1・Ｋ2・Ｋ3 …(2)
また、実行周期当たりの放出Ｓ量Ｒsは次式(3)から演算される。
Ｒs＝α・Ｒ1・Ｒ2・dＴ  …(3)
ここに、αは単位時間当たりの放出率（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に応じた放出能力係数及び空燃比Ａ／Ｆに応じた放出能力係数を示している。
【００３１】
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。
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（第２運転状態）。
【００３２】
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。
【００３３】
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、燃料噴射モードを吸気行程噴射モードとしてリッチ空燃比運転を実施する。
【００３４】
Ｓパージを行うには、上述したように吸蔵型ＮＯx触媒３０を還元雰囲気にする必要があり、ここでは、先ず、リッチ空燃比運転を実施して排気空燃比がリッチ空燃比となるようにする。この場合、目標Ａ／Ｆは所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）に設定される。
これにより、燃料過剰状態の下で不完全燃焼が起こり、ＳＯxの還元除去に必要なＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素）（還元剤）が多量に発生して吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに供給され、Ｓパージが促進されることになる。
【００３５】
ところで、このようにＳパージが促進され、ＳＯxの還元が進むと、高温且つリッチ空燃比の下では、同時に異臭を放つＨ2Ｓが生成される。しかしながら、このように発生したＨ2Ｓは、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの下流に設けられた三元触媒３０ｂが上述の如く酸素貯留能力を有しているため、当該貯留されている酸素によって良好に酸化され無臭化される。これにより排ガスが異臭を放つことが好適に防止される。
【００３６】
ステップＳ１８では、ステップＳ１６においてリッチ空燃比運転が開始されてから所定時間ｔ1（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ｔ1経過していないと判定された場合には、所定時間ｔ1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ｔ1が経過したと判定されたら、次にステップＳ２０に進む。
【００３７】
ステップＳ２０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）において副噴射を実施するようにして２段噴射を行う（運転状態変更手段）。
Ｓパージを行うには、上述したように、リッチ空燃比運転の実施とともに吸蔵型ＮＯx触媒３０を所定の高温にする必要があり、ここでは、吸蔵型ＮＯx触媒３０を昇温させるべく、２段噴射を行う。即ち、副噴射による未燃燃料成分（未燃ＨＣ等）を排気管１４内或いは近接三元触媒２０内で燃焼させることで排気昇温を行い、これにより吸蔵型ＮＯx触媒３０を昇温させるようにする。そして、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のである。
【００３８】
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。
【００３９】
従って、主噴射の目標空燃比（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のである。
また、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。
【００４０】
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、酸素存在の下に排気管１４内或いは近接三元触媒２０内で強力に燃焼して排気温度を上げることになり、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℃）まで迅速に昇温することになる。
【００４１】
ところで、この際、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は所定のリーン空燃比（例えば、値１５）に設定される。即ち、当該ステップＳ２０では、上記ステップＳ１６の場合と異なり、目標Ａ／Ｆ、即ち全体Ａ／Ｆはリーン空燃比に設定される（第１運転）。そして、全体Ａ／Ｆが当該所定のリーン空燃比（例えば、値１５）に保持されたままに、メインＡ／Ｆが図３の主噴射モード選択マップに基づいて目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeに応じて決定され、主噴射量と副噴射量のそれぞれの燃料噴射比率が適正に決定される。
【００４２】
このように全体Ａ／Ｆがリーン空燃比にされると、この２段噴射を行っている間は、全体として酸素が余分であることから、排ガス中には余剰酸素が含まれることになる。そして、このように排ガスとして排出される余剰酸素は、上述したように三元触媒３０ｂが酸素貯留能力を有しているために、上記Ｈ2Ｓの酸化に使用され減少した酸素に相当する分を補うようにして、三元触媒３０ｂに良好に貯留されることになる。
【００４３】
つまり、当該ステップＳ２０では、２段噴射を行うことで吸蔵型ＮＯx触媒３０を昇温させると同時に、リーン空燃比運転を行うことでＨ2Ｓの酸化に使用され減少した三元触媒３０ｂ内の酸素を補充するようにしているのである。
次のステップＳ２２では、ステップＳ２０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Ｓ２４に進む。
【００４４】
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、上記ステップＳ１６と同様に、燃料噴射モードを吸気行程噴射モードとしてリッチ空燃比運転を実施する。これによりＣＯやＨＣ（還元剤）が多量に排出されてＳパージが促進されることになる。
【００４５】
この際、上述したように高温且つリッチ空燃比の下でＨ2Ｓが発生することになるが、当該Ｈ2Ｓは、やはり上述したように三元触媒３０ｂに貯留されている酸素によって良好に酸化され無臭化される。これにより排ガスが異臭を放つことが好適に防止される。
そして、ステップＳ２８では、上記ステップＳ１８と同様に、ステップＳ２６においてリッチ空燃比運転が開始されてから所定時間ｔ1（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ｔ1が経過していないと判定された場合には、所定時間ｔ1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ｔ1が経過したと判定されたら、次にステップＳ３０に進む。
【００４６】
ステップＳ３０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（運転状態変更手段）。
【００４７】
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。
【００４８】
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のである。
これにより、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ことになる。
【００４９】
この際、上記ステップＳ２０の場合と同様に、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は所定のリーン空燃比（例えば、値１５）に設定される。即ち、当該ステップＳ３０でも、上記ステップＳ２６の場合と異なり、目標Ａ／Ｆ、即ち全体Ａ／Ｆはリーン空燃比に設定される（第１運転）。そして、全体Ａ／Ｆが当該所定のリーン空燃比（例えば、値１５）に保持されたままに、メインＡ／Ｆが図３の主噴射モード選択マップに基づいて目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeに応じて決定され、主噴射量と副噴射量のそれぞれの燃料噴射比率が適正に決定される。
【００５０】
これにより、上記Ｈ2Ｓの酸化に使用され減少した酸素に相当する分を補うようにして、三元触媒３０ｂに良好に酸素が貯留されることになる。
つまり、当該ステップＳ３０でも、上記ステップＳ２０の場合と同様に、２段噴射を行うことで吸蔵型ＮＯx触媒３０を昇温させると同時に、リーン空燃比運転を行うことでＨ2Ｓの酸化に使用され減少した三元触媒３０ｂ内の酸素を補充するようにしているのである。
【００５１】
次のステップ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Ｓ２４に進む。
【００５２】
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ｔ3が経過したか否かを判別する。この所定時間ｔ3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。
【００５３】
ステップＳ２４の判別結果が偽（Ｎｏ）で、所定時間ｔ3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におけるリッチ空燃比運転とステップＳ２０及びステップＳ３０における２段噴射、即ちリーン空燃比運転とを交互に繰り返し実施し、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａがＳＯx除去に適した所定の高温Ｔcat1以下とならないように触媒温度フィードバック制御を実施しながらＳパージを継続する。触媒温度フィードバック制御では、所定の高温Ｔcat1を維持するために、高温センサ１６からの情報に基づいて、Ｈ2Ｓの酸化処理に影響を与えない範囲でメインＡ／Ｆや点火時期を変更する。この場合、２段噴射の副噴射量を調節してもよく、また、所定時間ｔ2を変更するようにしてもよい。
【００５４】
これにより、ＣＯを多く排出させられるリッチ空燃比運転と昇温効果の大きい２段噴射とを所定時間ｔ1、所定時間ｔ2ずつ交互に繰り返すことで効率よく吸蔵型ＮＯx触媒３０ａを所定の高温Ｔcat1まで昇温させ、ＳＯxを除去することができ、さらに、全体Ａ／Ｆがリーン空燃比となるよう２段噴射を実施することで、三元触媒３０ｂ内に常に酸素を貯留させておくことができ、故に、Ｓパージの実施中に発生するＨ2Ｓを略完全且つ確実に酸化させ無臭化させることが可能とされる。
【００５５】
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。
なお、上記リッチ空燃比運転（ステップＳ１６，Ｓ２６）のときと２段噴射（ステップＳ２０，Ｓ３０）のときとで出力トルクが同等となるよう、実際には、図示しないエアバイパスバルブ或いはドライブバイワイヤ式スロットルバルブによって吸入空気量の調整及び点火時期の調整が行われる。
【００５６】
また、ここでは、ＳＯxが十分に除去されたか否かを所定時間ｔ3が経過したか否かで判別するようにしたが、上記式(1)から被毒Ｓ量Ｑsを演算し、被毒Ｓ量Ｑsが所定値以下となったか否かで判別するようにしてもよい。
ところで、図２中には示していないが、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、ステップＳ１４の判別結果が偽（Ｎｏ）であって目標平均有効圧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においてリッチ空燃比運転を実施するとともに、ステップＳ３０において、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排気昇温を行うようにする。なお、この場合にも、全体Ａ／Ｆは所定のリーン空燃比（例えば、値１５）とされ（第１運転）、余剰酸素が良好に三元触媒３０ｂ内に補充され貯留され、これにより、やはりＨ2Ｓは確実に酸化され無臭化される。
【００５７】
また、同様に、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、ステップＳ１４の判別結果が偽（Ｎｏ）であって目標平均有効圧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る。故に、この場合には、ステップＳ２６においてリッチ空燃比運転を実施するとともに、ステップＳ３０において、２段噴射に代えて主噴射のみを吸気行程で行う。そして、この場合にも、全体Ａ／Ｆは所定のリーン空燃比（例えば、値１５）とされ（第１運転）、余剰酸素が良好に三元触媒３０ｂ内に補充され貯留され、これにより、やはりＨ2Ｓは確実に酸化され無臭化される。
【００５８】
なお、上記実施例１では、リッチ空燃比運転を所定時間ｔ1（例えば、２sec）実施した後、２段噴射（リーン空燃比運転）を所定時間ｔ1（例えば、２sec）実施するようにしたが、リッチ空燃比運転と２段噴射（リーン空燃比運転）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リッチ空燃比運転と２段噴射とを繰り返すようにしてもよい。
【００５９】
また、ここでは、所定時間ｔ1と所定時間ｔ2を共に例えば２secとしたが、必要な昇温量、必要なＣＯ量及び必要な酸素量のバランスを考慮しながら所定時間ｔ1と所定時間ｔ2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とともに、Ｈ2Ｓをより一層確実に酸化させ無臭化させることができる。
【００６０】
次に、実施例２について説明する。
上記実施例１では、リッチ空燃比運転と２段噴射（リーン空燃比運転）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リッチ空燃比運転と２段噴射（リーン空燃比運転）とを繰り返すようにする。
【００６１】
図４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。
【００６２】
ステップＳ１６’では、一部気筒でリッチ空燃比運転を行う。そして、ステップＳ２０’では、残部気筒で２段噴射（リーン空燃比運転）を行うようにする（第１運転）。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（リーン空燃比運転）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。
【００６３】
なお、リッチ空燃比運転と２段噴射とは交互に均等に実施するのがよく、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。
【００６４】
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う。そして、ステップＳ３０’では、残部気筒で２段噴射（リーン空燃比運転）を行うようにする（第１運転）。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、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。
【００６５】
そして、ステップＳ２４において、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ｔ3が経過したか否かを判別する。この場合にも、上記式(1)から被毒Ｓ量Ｑsを求め、被毒Ｓ量Ｑsが所定値以下になったか否かによってＳＯxが十分に除去されたか否かを判別するようにしてもよい。
【００６６】
ステップＳ２４の判別結果が偽（Ｎｏ）で、所定時間ｔ3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。これにより、ステップＳ１６’及びステップＳ２０’或いはステップＳ２６’及びステップＳ３０’において、触媒温度Ｔcatを触媒温度フィードバック制御により所定の高温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リッチ空燃比運転と２段噴射（リーン空燃比運転）とを気筒毎に実施し続けるようにする。
【００６７】
このようにすると、ＣＯ、ＨＣを多く排出させられるリッチ空燃比運転と昇温効果の大きい２段噴射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、確実にＳＯxの除去を行うことが可能とされ、さらに、全体Ａ／Ｆがリーン空燃比となるよう２段噴射を実施することで、Ｓパージの実施中に発生するＨ2Ｓを上記実施例１の場合と同様に略完全且つ確実に酸化させ無臭化させることができる。
【００６８】
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ｔ1と所定時間ｔ2とを別設定した場合と同様に、必要な昇温量、必要なＣＯ量及び必要な酸素量のバランスを考慮しながら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とともに、Ｈ2Ｓをより一層確実に酸化させ無臭化させることができる。
【００６９】
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く、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昇温効果が得られることになる。
ところで、上記実施形態では、排気昇温制御としてステップＳ２０、ステップＳ３０において２段噴射を行うようにしたが、２段噴射に代えて、全体Ａ／Ｆを所定のリーン空燃比（例えば、値１５）としながら、排気昇温制御として点火時期をリタードさせるようにしてもよい。この場合であっても、Ｈ2Ｓは確実に酸化され無臭化される。
【００７０】
また、上記実施形態では、先ずリッチ空燃比運転（ステップＳ１６，Ｓ２６，Ｓ１６’，Ｓ２６’）を実施した後に２段噴射によるリーン空燃比運転（ステップＳ２０，Ｓ３０，Ｓ２０’，Ｓ３０’）を実施するようにし、以後それを繰り返すようにしているが、これとは逆に、先ず２段噴射によるリーン空燃比運転を実施した後にリッチ空燃比運転を実施するようにし、以後それを繰り返すようにしてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの下流に三元触媒３０ｂを配設し、さらに吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの上流に近接三元触媒２０を配設するようにしたが、ＮＯx触媒（吸蔵型ＮＯx触媒に限られず選択還元型ＮＯx触媒であってもよい）の上流に、ＳＯxを吸蔵させるとともに還元雰囲気で放出可能なＳ（サルファ）トラップを配設した構成としてもよい。
【００７２】
この場合、Ｓトラップの下流にＮＯx触媒と三元触媒とを順にそれぞれ個別に配設してもよいし、ＮＯx触媒を三元触媒付ＮＯx触媒として別途三元触媒を設けないようにしてもよい。さらに、Ｓトラップの代わりにＳトラップ機能とＮＯx触媒の機能を併せ有した二層型トラップを配設し、該二層型トラップの下流に三元触媒を配設するようにしてもよい。
【００７３】
また、近接三元触媒２０については省いても本発明を良好に実施可能である。
また、上記実施形態では、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの被毒Ｓ量Ｑsが所定量に達したか否かを判別し、被毒Ｓ量Ｑsが所定量を超えたら吸蔵型ＮＯx触媒３０ａのＳパージを強制的に実施する場合を例に説明したが、実際には、通常走行時であっても、高負荷運転時等において自然に吸蔵型ＮＯx触媒３０ａが高温となり且つ排気空燃比がリッチ空燃比化されて還元雰囲気となりＳパージが実施される場合があり、このような場合でも、排気空燃比がリーン空燃比となる第１運転を断続的に行うことでＨ2Ｓの排出を抑制することができる。
【００７４】
具体的には、被毒Ｓ量Ｑsに拘わらず、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａが所定の高温Ｔcat1となり且つ目標Ａ／Ｆが所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）となったら、上記の如くリーン空燃比運転を周期的に実施するようにしてもよい。これにより、Ｓパージが実施されるときには常に良好にＨ2Ｓは酸化され無臭化される。なお、この場合、リーン空燃比運転時の全体Ａ／Ｆはストイキオ近傍の所定のリーン空燃比（例えば、値１５程度）であるとともにリーン空燃比運転は短時間であるので、高負荷運転時であっても出力トルク低下は殆ど発生することはない。
【００７５】
【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乃至３の内燃機関の排気浄化装置によれば、コスト高を招くことなく広範な運転領域でＨ2Ｓを良好に酸化させ、排ガスが異臭を放つことを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置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】実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置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（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（第１の触媒）
３０ｂ  三元触媒（第２の触媒）
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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