(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の特定成分を浄化するための排気浄化触媒と、燃焼室または排気ガス中に還元剤を供給するための還元剤供給手段とを具備し、上記排気浄化触媒がそこに流入する排気ガス中の還元剤濃度が予め定められた濃度よりも高いときに排気ガス中の特定成分を還元剤によって還元浄化することができ、予め定められた条件が成立したときに上記還元剤供給手段によって予め定められた量の還元剤を供給することで排気浄化触媒に流入する排気ガス中の還元剤濃度を上記予め定められた濃度よりも高くする還元剤濃度増大処理が実行されるようになっている排気浄化装置において、内燃機関が燃焼室から排出された排気ガスを上記還元剤供給手段の下流から再び燃焼室に導入させることができるように構成されており、上記還元剤濃度増大処理の実行中に排気ガスが燃焼室に導入されており、該還元剤濃度増大処理の実行中において該還元剤濃度増大処理が開始されてから予め定められた期間においては、上記予め定められた量よりも多い量の還元剤が還元剤供給手段によって供給され、
更に、前記燃焼室に再び導入される排気ガスの量を制御することができるように構成されており、上記還元剤濃度増大処理の実行中に排気ガスが燃焼室に導入されており、該還元剤濃度増大処理の終了前の予め定められたタイミングにおいて燃焼室へ導入される排気ガスの量を少なくするようにしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の特定成分を浄化するための排気浄化触媒と、燃焼室または排気ガス中に還元剤を供給するための還元剤供給手段とを具備し、上記排気浄化触媒がそこに流入する排気ガス中の還元剤濃度が予め定められた濃度よりも高いときに排気ガス中の特定成分を還元剤によって還元浄化することができ、予め定められた条件が成立したときに上記還元剤供給手段によって還元剤を供給することで排気浄化触媒に流入する排気ガス中の還元剤濃度を上記予め定められた濃度よりも高くする還元剤濃度増大処理が実行されるようになっている排気浄化装置において、内燃機関が燃焼室から排出された排気ガスを上記還元剤供給手段の下流から再び燃焼室に導入させることが可能であって燃焼室に再び導入される排気ガスの量を制御することができるように構成されており、上記還元剤濃度増大処理の実行中に排気ガスが燃焼室に導入されており、該還元剤濃度増大処理の終了前の予め定められたタイミングにおいて燃焼室へ導入される排気ガスの量を少なくするようにしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
還元剤濃度増大処理の終了前の予め定められたタイミングから、排気浄化触媒から流出する排気ガス中の還元剤濃度が予め定められた濃度となるまで、燃焼室へ導入される排気ガスの量が少なくされていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
燃焼室から排出された排気ガスを還元剤供給手段下流から再び燃焼室に導入させるための排気導入通路と、該排気導入通路を介して燃焼室に再び導入される排気ガスの量を制御するための排気ガス量制御弁とを具備し、還元剤濃度増大処理の終了前の上記予め定められたタイミングにおいて上記排気ガス量制御弁の開度を小さくすることによって燃焼室へ導入される排気ガスの量を少なくするようにしたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
排気浄化触媒上流に排気ターボチャージャの排気タービンが配置されており、該排気ターボチャージャがその排気タービンを通過する排気ガスの流量を制御することができるようになっており、燃焼室から排出された排気ガスを還元剤供給手段下流から再び燃焼室に導入させるための排気導入通路が上記排気タービン上流から分岐し、上記排気タービンを通過する排気ガスの流量を制御することによって上記排気導入通路を介して燃焼室に再び導入される排気ガスの量が制御され、還元剤濃度増大処理の終了前の上記予め定められたタイミングにおいて上記排気タービンを通過する排気ガスの流量を多くすることによって燃焼室へ導入される排気ガスの量を少なくするようにしたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記還元剤供給手段が燃焼室内に燃料を供給するための燃料噴射弁であり、上記還元剤濃度増大処理では該燃料噴射弁から燃料が還元剤として噴射されることによって排気浄化触媒に流入する排気ガス中の還元剤濃度が上記予め定められた濃度よりも高くされ、上記還元剤濃度増大処理が内燃機関が減速運転せしめられており且つ内燃機関を駆動するために噴射される燃料の量が零とされている条件が満たされたときに実行されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに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関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮点火式の内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯX）を還元浄化するためのＮＯX触媒を排気通路に備えた排気浄化装置が、特許第２７２２９９０号公報に開示されている。ここでのＮＯX触媒は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときには、排気ガス中のＮＯXを吸収し、一方、そこに流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときには、吸収しているＮＯXを排気ガス中の未燃炭化水素（ＨＣ）によって還元浄化することができる。
【０００３】
ここで、上述したＮＯX触媒には、吸収可能なＮＯXの量に限界がある。しかしながら、圧縮点火式の内燃機関から排出される排気ガスの空燃比は、通常、リーン空燃比である。したがって、上述したタイプのＮＯX触媒が圧縮点火式の内燃機関の排気通路に配置されている場合には、通常、ＮＯX触媒に流入する排気ガスの空燃比はリーン空燃比であるので、このままでは、ＮＯX触媒に吸収されたＮＯXの量がその許容限界値を超えてしまう。そこで、上記公報では、ＮＯX触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比である間、ＮＯX触媒に排気ガス中のＮＯXを吸収させておき、ＮＯX触媒が吸収したＮＯXの量がその許容限界値に達する前に、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射する燃料の量を増量して燃焼室から排出される排気ガスの空燃比をリッチ空燃比とすること（以下、リッチ処理と称す）によって、ＮＯX触媒にリッチ空燃比の排気ガスを供給し、排気ガス中の未燃ＨＣを還元剤として、ＮＯXを還元浄化してしまうようにしている。
【０００４】
ところで、このように排気ガスの空燃比をリッチ空燃比とするためには、内燃機関の駆動には直接関係のない燃料を燃料噴射弁から噴射しなければない。このため、少なからず、内燃機関の燃費は悪化する。しかしながら、内燃機関の燃費は高く維持されるべきであるので、排気ガスの空燃比をリッチ空燃比とするために噴射される燃料（以下、リッチ用燃料と称す）の量は、少ないほど好ましい。
【０００５】
ところが、ＮＯX触媒においてＮＯXを還元浄化するためには、少なくとも、排気ガスの空燃比をリッチ空燃比とするのに足るだけの量の燃料は必要であるし、しかも、ＮＯX触媒においてＮＯXを還元浄化するのに最適なリッチ空燃比が存在することから、ＮＯX触媒においてＮＯXを良好に還元浄化するためには、排気ガスの空燃比を最適なリッチ空燃比とするための量の燃料は必要である。すなわち、ＮＯX触媒において高いＮＯX浄化率を得るためには、或る一定量以上の燃料が必要となる。
【０００６】
こうした理由から、燃費の悪化を抑制するためだけに、安易に、リッチ用燃料の量を少なくすることはできない。もちろん、内燃機関の吸気通路に燃焼室に導入される空気の量（吸気量）を制御するための吸気量制御弁を配置しておき、リッチ処理が実行されるときに、この吸気量制御弁の開度を小さくすることによって吸気量を少なくすれば、リッチ用燃料の量は少なくてすむ。しかしながら、吸気量制御弁の開度を小さくすることによって吸気量を少なくすると、吸気量制御弁下流の吸気通路内の負圧が過剰に大きくなり、したがって、燃焼室におけるポンピングロスが大きくなってしまい、内燃機関の出力が低下しまうので、吸気量制御弁の開度を小さくすることによって吸気量を少なくすることは好ましくない。
【０００７】
そこで、上記公報では、燃焼室から排出された排気ガスを再び燃焼室に導入することができるように内燃機関を構成し、リッチ処理の実行時においては、燃焼室に導入される排気ガスの量を多くすることによって、結果的に、新たに燃焼室に吸入される空気の量を少なくするようにしている。これによれば、リッチ用燃料の量が少なくなると共に、吸気通路内の負圧を過剰に大きくしてしまうこともない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上述したタイプのＮＯX触媒を備えた排気浄化装置に対しては、できるだけ少ない量の燃料でもってＮＯX触媒において高いＮＯX浄化率を得るという要請がある。一般的に、こうした要請は、流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに排気ガス中の特定成分を還元剤によって還元浄化することができる排気浄化触媒を備えた排気浄化装置においては、できるだけ少ない量の還元剤でもって排気浄化触媒において高い特定成分浄化率を得るという要請となる。そこで、本発明の目的は、従来の手段とは異なる手段によって、できるだけ少ない量の還元剤でもって排気浄化触媒において高い特定成分浄化率を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の特定成分を浄化するための排気浄化触媒と、燃焼室または排気ガス中に還元剤を供給するための還元剤供給手段とを具備し、上記排気浄化触媒がそこに流入する排気ガス中の還元剤濃度が予め定められた濃度よりも高いときに排気ガス中の特定成分を還元剤によって還元浄化することができ、予め定められた条件が成立したときに上記還元剤供給手段によって予め定められた量の還元剤を供給することで排気浄化触媒に流入する排気ガス中の還元剤濃度を上記予め定められた濃度よりも高くする還元剤濃度増大処理が実行されるようになっている排気浄化装置において、内燃機関が燃焼室から排出された排気ガスを上記還元剤供給手段の下流から再び燃焼室に導入させることができるように構成されており、上記還元剤濃度増大処理の実行中に排気ガスが燃焼室に導入されており、該還元剤濃度増大処理の実行中において該還元剤濃度増大処理が開始されてから予め定められた期間においては、上記予め定められた量よりも多い量の還元剤が還元剤供給手段によって供給され、
更に、前記燃焼室に再び導入される排気ガスの量を制御することができるように構成されており、上記還元剤濃度増大処理の実行中に排気ガスが燃焼室に導入されており、該還元剤濃度増大処理の終了前の予め定められたタイミングにおいて燃焼室へ導入される排気ガスの量を少なくするようにした。
【００１０】
ここで、排気浄化触媒、還元剤供給手段、排気ガス中の還元剤濃度、予め定められた条件、および、還元剤濃度増大処理は、それぞれ、後述する実施形態では、ＮＯX触媒（またはフィルタ）、燃料噴射弁（またはＨＣ噴射弁）、排気ガスの空燃比、リッチ処理開始条件、および、リッチ処理に相当する。
【００１１】
上記課題を解決するために、２番目の発明では、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の特定成分を浄化するための排気浄化触媒と、燃焼室または排気ガス中に還元剤を供給するための還元剤供給手段とを具備し、上記排気浄化触媒がそこに流入する排気ガス中の還元剤濃度が予め定められた濃度よりも高いときに排気ガス中の特定成分を還元剤によって還元浄化することができ、予め定められた条件が成立したときに上記還元剤供給手段によって還元剤を供給することで排気浄化触媒に流入する排気ガス中の還元剤濃度を上記予め定められた濃度よりも高くする還元剤濃度増大処理が実行されるようになっている排気浄化装置において、内燃機関が燃焼室から排出された排気ガスを上記還元剤供給手段の下流から再び燃焼室に導入させることが可能であって燃焼室に再び導入される排気ガスの量を制御することができるように構成されており、上記還元剤濃度増大処理の実行中に排気ガスが燃焼室に導入されており、該還元剤濃度増大処理の終了前の予め定められたタイミングにおいて燃焼室へ導入される排気ガスの量を少なくするようにした。
【００１２】
ここで、排気浄化触媒、還元剤供給手段、排気ガス中の還元剤濃度、予め定められた条件、および、還元剤濃度増大処理は、ぞれぞれ、後述する実施形態では、ＮＯX触媒（またはフィルタ）、燃料噴射弁（またはＨＣ噴射弁）、排気ガスの空燃比、リッチ処理開始条件、および、リッチ処理に相当する。
【００１３】
３番目の発明では、２番目の発明において、還元剤濃度増大処理の終了前の予め定められたタイミングから、排気浄化触媒から流出する排気ガス中の還元剤濃度が予め定められた濃度となるまで、燃焼室へ導入される排気ガスの量が少なくされている。
【００１４】
４番目の発明では、２番目の発明において、燃焼室から排出された排気ガスを還元剤供給手段下流から再び燃焼室に導入させるための排気導入通路と、該排気導入通路を介して燃焼室に再び導入される排気ガスの量を制御するための排気ガス量制御弁とを具備し、還元剤濃度増大処理の終了前の予め定められたタイミングにおいて上記排気ガス量制御弁の開度を小さくすることによって燃焼室へ導入される排気ガスの量を少なくするようにした。ここで、排気導入通路、および、排気ガス量制御弁は、それぞれ、後述する実施形態では、ＥＧＲ通路、および、ＥＧＲ弁に相当する。
【００１５】
５番目の発明では、２番目の発明において、排気浄化触媒上流に排気ターボチャージャの排気タービンが配置されており、該排気ターボチャージャがその排気タービンを通過する排気ガスの流量を制御することができるようになっており、燃焼室から排出された排気ガスを還元剤供給手段下流から再び燃焼室に導入させるための排気導入通路が上記排気タービン上流から分岐し、上記排気タービンを通過する排気ガスの流量を制御することによって上記排気導入通路を介して燃焼室に再び導入される排気ガスの量が制御され、還元剤濃度増大処理の終了前の予め定められたタイミングにおいて上記排気タービンを通過する排気ガスの流量を多くすることによって燃焼室へ導入される排気ガスの量を少なくするようにした。ここで、排気導入通路は、後述する実施形態では、ＥＧＲ通路に相当する。
【００１８】
６番目の発明では、１〜５番目の発明のいずれか１つにおいて、上記還元剤供給手段が燃焼室内に燃料を供給するための燃料噴射弁であり、上記還元剤濃度増大処理では該燃料噴射弁から燃料が還元剤として噴射されることによって排気浄化触媒に流入する排気ガス中の還元剤濃度が上記予め定められた濃度よりも高くされ、上記還元剤濃度増大処理が内燃機関が減速運転せしめられており且つ内燃機関を駆動するために噴射される燃料の量が零とされている条件が満たされたときに実行される。こうした条件が満たされていれば、還元剤濃度増大処理が実行されたとしても、内燃機関の作動状態が不安定になることはない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１に示した内燃機関は４ストローク圧縮着火式の内燃機関である。図１において、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式の燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結される。サージタンク１２は吸気ダクト１３およびインタークーラ１４を介して過給機、例えば、排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１６の出口部に連結される。コンプレッサ１６の入口部は吸気管１７を介してエアクリーナ１８に連結される。吸気管１７内には、ステップモータ１９により駆動されるスロットル弁２０が配置される。また、スロットル弁２０上流の吸気管１７には、燃焼室５内に吸入される空気（以下、新気と称す）の質量流量を検出するための質量流量検出器２１が配置される。
【００２０】
一方、排気ポート１０は、排気マニホルド２２を介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン２３の入口部に連結される。排気タービン２３の出口部は、排気管２４を介してＮＯX触媒２５を内蔵したケーシング２６に連結される。ケーシング２６の出口部に連結された排気管２８には、空燃比センサ２７が取り付けられている。
【００２１】
排気タービン２３の出口部下流であってＮＯX触媒２５上流の排気管２４とスロットル弁２０下流の吸気管１７とは、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲ）通路２９を介して互いに連結される。ＥＧＲ通路２９内には、ステップモータ３０により駆動されるＥＧＲ制御弁３１が配置される。また、ＥＧＲ通路２９内には、そこを流れるＥＧＲガスを冷却するためのインタークーラ３２が配置される。図１に示した実施形態では、機関冷却水がインタークーラ３２内に導かれ、機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。
【００２２】
一方、燃料噴射弁６は燃料供給管３３を介して燃料リザーバ、すなわち、いわゆるコモンレール３４に連結される。コモンレール３４内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３５から燃料が供給される。コモンレール３４内に供給された燃料は各燃料供給管３３を介して対応する燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３４には、その中の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３６が取り付けられる。この燃料圧センサ３６の出力信号に基づいてコモンレール３４内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３５の吐出量が制御される。
【００２３】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１により互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備する。質量流量検出器２１、空燃比センサ２７、および、燃料圧センサ３６の出力信号は、それぞれ、対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００２４】
アクセルペダル５０には、その踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続される。負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、入力ポート４５にはクランクシャフトが、例えば、３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁制御用ステップモータ１９、ＥＧＲ制御弁制御用ステップモータ３０、および、燃料ポンプ３５に接続され、これらの作動は電子制御ユニット４０により制御される。
【００２５】
ところで、ＮＯX触媒２５は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯX）を吸収または吸着することによって捕捉する。一方、ＮＯX触媒２５は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比となると、捕捉しているＮＯXを放出し、排気ガス中の排気ガス中の未燃燃料（以下、未燃ＨＣと称す）を還元剤として放出されたＮＯXを還元浄化する。
【００２６】
なお、本明細書において、排気ガスの空燃比（以下、排気空燃比とも称す）とは、燃焼室５内に供給された燃料の量（ＮＯX触媒２５上流の排気通路内に燃料が供給されるようになっている場合には、この燃料の量との総量）に対する燃焼室５内に吸入される空気（新気）の量（ＮＯX触媒２５上流側の排気通路に空気が供給されるようになっている場合には、この空気の量との総量）の比を意味する。
【００２７】
ところで、第１実施形態の内燃機関は圧縮点火式の内燃機関であるので、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比は、通常、リーン空燃比となっている。したがって、第１実施形態では、内燃機関が通常どおりに運転せしめられている間は、ＮＯX触媒２５にはＮＯXが吸収され続ける。ところが、ＮＯX触媒２５が捕捉可能なＮＯXの量には限界があり、ＮＯX触媒２５に捕捉されているＮＯXの量がその上限値を超えてしまうと、もはや、ＮＯX触媒２５はＮＯXを捕捉することができず、ＮＯXは排気ガスと共にＮＯX触媒２５下流へと流出してしまう。このことは、それによって排気エミッションが悪化してしまうので好ましくない。
【００２８】
そこで、第１実施形態では、ＮＯX触媒２５に捕捉されているＮＯXの量（以下、ＮＯX捕捉量と称す）を監視し、このＮＯX捕捉量がその上限値に達する前、好ましくは、その上限値に達する直前に、ＮＯX触媒２５に流入する排気ガスの空燃比を強制的にリッチ空燃比とする処理（以下、リッチ処理と称す）が実行されるようになっている。
【００２９】
詳細には、第１実施形態では、ＮＯX触媒２５においてＮＯXを最も高い浄化率でもって還元浄化することができるリッチ空燃比（以下、最適リッチ空燃比と称す）を実験などにより予め求めておき、リッチ処理の実行時においては、内燃機関を駆動するための燃料噴射弁６からの燃料噴射とは別に、排気空燃比をこの最適リッチ空燃比とすることができる量の燃料噴射弁６からの燃料噴射（以下、リッチ用燃料噴射と称す）を機関膨張行程後半または機関排気行程において実行する。これによれば、内燃機関の燃費をできるだけ悪化させずにできるだけ高い浄化率でもってＮＯXが浄化されることとなる。
【００３０】
ところで、リッチ処理が開始される直前においては、排気空燃比はリーン空燃比である。したがって、リッチ処理が開始された直後にＥＧＲガスとして吸気管１７内に導入される排気ガスの空燃比もリーン空燃比である。しかしながら、リッチ処理が開始されてから或る一定の期間が経過すると、ＥＧＲガスとして吸気管１７内に導入される排気ガスの空燃比は徐々に理論空燃比に近づき、最終的には、最適リッチ空燃比となる。
【００３１】
すなわち、リッチ処理が開始された直後においては、燃焼室５内に吸入される新気とＥＧＲガス（排気ガス）との混合気には、未燃ＨＣはほとんど含まれていないが、リッチ処理が開始されてから或る一定の期間が経過したときには、燃焼室５内に吸入される混合気には既に未燃ＨＣが含まれており、そして、この混合気に含まれている未燃ＨＣの濃度は徐々に高くなり、さらに時が経つと、混合気に含まれている未燃ＨＣの濃度は或る一定濃度で安定する。
【００３２】
ここで、リッチ処理の実行中において、新気量に応じて決定される量のリッチ用燃料を燃料噴射弁６から噴射することによって排気空燃比を最適リッチ空燃比にしようとした場合、排気空燃比が最適リッチ空燃比に収束するまでには比較的長い時間がかかることとなる。すなわち、リッチ処理の実行中において、排気空燃比がリーン空燃比となっている期間が比較的長くなる。そして、このように排気空燃比がリーン空燃比である間は、ＮＯX触媒２５ではＮＯXの還元浄化は行われないので、この間に、リッチ用燃料として噴射された燃料は無駄となってしまう。
【００３３】
ここで、リッチ用燃料として噴射された燃料を無駄にしないためには、リッチ処理が開始された直後から、ＮＯX触媒２５に最適リッチ空燃比の排気ガスを流入させる必要があり、このためには、リッチ処理が開始されたときには排気空燃比が最適リッチ空燃比に一気に近づくような量のリッチ用燃料を燃料噴射弁６から噴射し、その後、新気量に応じてリッチ用燃料の量を制御する必要がある。
【００３４】
そこで、第１実施形態では、リッチ処理が開始されると同時に、排気空燃比を最適リッチ空燃比に維持するために新気量に応じて決定されるリッチ用燃料噴射量よりも多い量のリッチ用燃料を燃料噴射弁６から噴射する。そして、その後、ＥＧＲガス（排気ガス）の空燃比が小さくなるにつれてリッチ用燃料の量を徐々に少なくし、ＥＧＲガス（排気ガス）の空燃比が最適リッチ空燃比近傍となってからは、ＥＧＲガス（排気ガス）の空燃比を最適リッチ空燃比に維持するのに必要な量のリッチ用燃料を新気量に応じて燃料噴射弁６から噴射するようにしている。これによれば、リッチ処理が開始されてから排気空燃比が最適リッチ空燃比に収束するまでにかかる時間が短くなる。すなわち、排気空燃比が少ない量の燃料でもってＮＯXの還元浄化にとって最適なリッチ空燃比とされる。
【００３５】
なお、第１実施形態において、リッチ処理が開始されると同時に噴射されるリッチ用燃料の量は、燃焼室５から排出される排気ガスに対するＥＧＲガスとして燃焼室５内に導入される排気ガスの割合に応じて設定され、この割合が小さいほど多くされる。
【００３６】
また、ＥＧＲガス（排気ガス）の空燃比を最適リッチ空燃比に維持するのに必要な量のリッチ用燃料を新気量に応じて燃料噴射弁６から噴射するのは、第１実施形態では、ＥＧＲガス（排気ガス）の空燃比が最適リッチ空燃比近傍となってから以降であるが、これに代えて、リッチ処理が実行されてから一定時間が経過してから以降に上述したようにしてもよい。
【００３７】
ところで、燃焼室５内に新たに吸入される空気（新気）の量が少ないほど、リッチ処理において、排気空燃比をリッチ空燃比とするのに必要な燃料の量は少なくなる。しかしながら、単に、スロットル弁２０の開度を小さくして新気量だけを少なくすると、燃焼室５内に吸入される吸気量が少なくなり、これによれば、スロットル弁２０下流の吸気管１７内の負圧が大きくなり、したがって、燃焼室５内におけるポンピングロスも大きくなってしまう。このことは、内燃機関の出力性能を低下させてしまうので好ましくない。
【００３８】
そこで、第１実施形態では、内燃機関が通常運転せしめられているときには、ＥＧＲ通路２９を介して吸気管１７内に導入されるＥＧＲガス量を機関回転数および要求負荷に応じて決定するが、リッチ処理が実行されるときには、内燃機関の運転状態（機関運転状態）の悪化が許容される範囲内に収まる限りにおいて、新気量に対するＥＧＲガス量の割合（以下、ＥＧＲ率と称す）を多くするようにしている。
【００３９】
さらに、第１実施形態では、リッチ処理が実行されるときにＥＧＲ率を大きくすることによる機関運転状態の悪化の程度をできるだけ小さくするために、リッチ処理を開始する条件（以下、リッチ処理開始条件と称す）として、ＮＯX捕捉量がその上限値近傍に達したという条件に加えて、機関運転状態がＥＧＲ率を大きくしたことによる機関運転状態の悪化の程度が小さい状態にあるという条件を採用している。第１実施形態では、機関運転状態がＥＧＲ率を大きくしたことによる機関運転状態の悪化の程度が小さい状態とは、内燃機関が減速されている状態、好ましくは、内燃機関が減速されており且つ内燃機関の駆動用の燃料の噴射が停止されている状態である。もちろん、この場合においても、ＮＯX捕捉量がその上限値に達してしまったときには、リッチ処理を実行するようにする。
【００４０】
また、リッチ処理を終了する条件は、ＮＯX捕捉量が零となったこと、或いは、機関運転状態が内燃機関が減速されている状態であることをリッチ処理開始条件として採用している場合には機関運転状態がこうした状態ではなくなったこと、或いは、機関運転状態が内燃機関が減速されており且つ内燃機関の駆動用の燃料の噴射が停止されている状態であることをリッチ処理開始条件として採用している場合には機関運転状態がこうした状態ではなくなったことである。
【００４１】
なお、内燃機関がリーン空燃比にて運転せしめられている間において、内燃機関にて単位時間当たりに発生するＮＯXの量（以下、ＮＯX発生量と称す）は機関回転数と要求負荷とから推定可能である。そこで、第１実施形態では、内燃機関がリーン空燃比にて運転せしめられている間においては、機関回転数と要求負荷とに基づいてＮＯX発生量を推定し、このＮＯX発生量を積算することによってＮＯX触媒２５に捕捉されているＮＯXの量（ＮＯX捕捉量）を算出し、一方、リッチ処理の実行中においては、単位時間当たりにＮＯX触媒２５に供給される未燃ＨＣの量に応じてＮＯX捕捉量を少なくするようにしている。
【００４２】
また、第１実施形態では、リッチ処理の実行時において、内燃機関を駆動するための燃料の噴射とは別に、排気空燃比を最適リッチ空燃比とすることができる量の燃料を機関膨張行程後半または機関排気行程において燃料噴射弁６から噴射するようにしているが、この代わりに、リッチ処理の実行時において、内燃機関を駆動するために噴射される燃料の量を、排気空燃比を最適リッチ空燃比とすることができる燃料の量だけ増量するようにしてもよい。
【００４３】
図２は、第１実施形態に従ってリッチ処理が実行されるときの各種パラメータの推移を示すタイムチャートを示している。図２において、（Ａ）はリッチ処理を実行すべきであると判定される条件（以下、リッチ処理条件と称す）の成立の正否を示し、（Ｂ）はＮＯX触媒２５に捕捉されているＮＯXの量（ＮＯX捕捉量）Ａｎｏｘを示し、（Ｃ）はアクセルペダル５０の踏込量（アクセル踏込量）Ｄａを示し、（Ｄ）はスロットル弁２０の開度（スロットル開度）Ｄｔを示し、（Ｅ）はＥＧＲ弁３１の開度（ＥＧＲ開度）Ｄｅを示し、（Ｆ）は内燃機関を駆動するために噴射される燃料の量（以下、メイン燃料噴射量と称す）Ｇｆｍ、（Ｇ）はリッチ処理用に噴射される燃料の量（以下、リッチ用燃料噴射量と称す）Ｇｆｒ、（Ｈ）は排気空燃比Ａ／Ｆを示し、（Ｉ）は時刻ｔを示している。なお、図２（Ｂ）において、値Ｌｕは、ＮＯX触媒２５のＮＯX捕捉量の上限値近傍の値であり、図２（Ｈ）において、空燃比ＳＴは理論空燃比である。
【００４４】
図２に示した例では、時刻ｔ３から、アクセル踏込量Ｄａが小さくなる。これに従って、時刻ｔ３から、スロットル開度Ｄｔ、ＥＧＲ開度Ｄｅ、および、メイン燃料噴射量Ｇｆｍが小さくなる。これにより、時刻ｔ３から、排気空燃比Ａ／Ｆが上昇する。なお、時刻ｔ３においては、ＮＯX捕捉量Ａｎｏｘはその上限値近傍の値（以下、判定値と称す）Ｌｕに達していないので、リッチ処理開始条件は成立しておらず、したがって、リッチ用燃料噴射量Ｇｆｒは零のままである。もちろん、時刻ｔ３以降も、ＮＯX捕捉量Ａｎｏｘは増え続ける。
【００４５】
また、図２に示した例では、アクセル踏込量Ｄａが零となってからも、スロットル開度ＤｔやＥＧＲ開度Ｄｅは零とはなっていない。これは、スロットル開度ＤｔやＥＧＲ開度Ｄｅが過剰に小さくなると、燃焼室５内の負圧が大きくなり過ぎ、燃焼室５内にエンジンオイルが入り込んでしまう可能性があるからである。また、スロットル開度Ｄｔが過剰に大きいと、新気量が多くなり過ぎ、ＮＯX触媒２５の温度が低下してＮＯX浄化率が低下してしまう可能性があるので、スロットル開度Ｄｔは比較的小さくされている。
【００４６】
やがて、メイン燃料噴射量Ｇｆｍは零となるが、燃焼室５から排出されたＮＯXを含んだ排気ガスがＮＯX触媒２５に到達するまでに、多少の時間がかかることから、メイン燃料噴射量Ｇｆｍが零となった後も、ＮＯX捕捉量Ａｎｏｘは増え続け、やがて、時刻ｔ６において、判定値Ｌｕに達する。
【００４７】
時刻ｔ６においては、メイン燃料噴射量Ｇｆｍが零であって且つＮＯX捕捉量Ａｎｏｘが判定値Ｌｕに達していることから、リッチ処理開始条件が成立し、ここで、リッチ用燃料噴射量Ｇｆｒが一気に大きくされる。すると、排気空燃比Ａ／Ｆが徐々に小さくなる。そして、このように排気空燃比Ａ／Ｆが小さくなるにつれて、リッチ用燃料噴射量Ｇｆｒが徐々に小さくされる。
【００４８】
時刻ｔ７において、排気空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比ＳＴを下回ると、リッチ用燃料噴射量Ｇｆｒは新気量に応じて決定される量（この例では、新気量が一定であるので、一定量）に維持される。これによって、排気空燃比Ａ／Ｆも、最適リッチ空燃比に維持される。時刻ｔ７以降、排気空燃比Ａ／Ｆがリッチ空燃比となるので、ＮＯX捕捉量Ａｎｏｘが徐々に少なくなってゆく。
【００４９】
そして、時刻ｔ１０において、ＮＯX捕捉量Ａｎｏｘが零となると、リッチ処理終了条件が成立し、すなわち、リッチ処理条件が不成立となり、リッチ用燃料噴射量Ｇｆｒが零とされ、排気空燃比Ａ／Ｆが大きくなる。
【００５０】
図３は、第１実施形態のリッチ処理を実行するためのルーチンを示すフローチャートを示している。図３のルーチンでは、始めに、ステップ１０において、リッチ処理開始フラグＦｒがリセットされている（Ｆｒ＝０）か否かが判別される。このリッチ処理開始フラグＦｒは、リッチ処理が開始されるとセットされ、リッチ処理が終了せしめられるとリセットされるフラグである。
【００５１】
ステップ１０において、Ｆｒ＝０であると判別されたとき、すなわち、リッチ処理が実行されていないときには、ルーチンはステップ１１に進んで、リッチ処理開始条件が成立しているか否かが判別される。ステップ１１において、リッチ処理開始条件が成立していないと判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、ステップ１１において、リッチ処理開始条件が成立していると判別されたときには、ルーチンはステップ１２に進んで、リッチ処理開始フラグＦｒがセットされる。したがって、これ以降、ルーチンがステップ１０に到来すると、ステップ１０では、Ｆｒ＝１であると判別されることとなる。
【００５２】
このように、ステップ１０において、Ｆｒ＝０であると判別されたとき、すなわち、リッチ処理が実行されているときには、ルーチンはステップ１３に進んで、リッチ処理終了条件が成立しているか否かが判別される。ステップ１３において、リッチ処理終了条件が成立していないと判別されたときには、ルーチンはステップ１５に進んで、排気空燃比Ａ／Ｆが最適リッチ空燃比Ａ／Ｆｒ近傍に達している（Ａ／Ｆ≒Ａ／Ｆｒ）か否かが判別される。
【００５３】
ステップ１５において、Ａ／Ｆ≒Ａ／Ｆｒではないと判別されたときには、ルーチンはステップ１３に進んで、初期制御が実行される。初期制御では、ステップ１０においてリッチ処理条件が成立したと判定されてからルーチンが初めてステップ１３に進んだときには、通常制御におけるリッチ用燃料噴射量よりも大幅に多い量の燃料が、機関膨張行程または機関排気行程において噴射される。一方、初期制御では、ステップ１０においてリッチ処理条件が成立したと判定されてからルーチンがステップ１３に進むのが二回目以降であるときには、前回のルーチンにおけるリッチ用燃料噴射量を予め定められた量だけ減量した量の燃料が、機関膨張行程または機関排気行程において噴射される。すなわち、ステップ１３に進む二回目以降のルーチンを経ることによって、リッチ用燃料噴射量が徐々に少なくされる。
【００５４】
一方、ステップ１５において、Ａ／Ｆ≒Ａ／Ｆｒであると判別されたときには、ルーチンはステップ１７に進んで、通常制御が実行される。通常制御では、排気空燃比Ａ／Ｆが最適リッチ空燃比Ａ／Ｆｒに維持されるように新気量に応じた量の燃料が、機関膨張行程または機関排気行程において噴射される。
【００５５】
なお、ステップ１３において、リッチ処理終了条件が成立していると判別されたときには、ルーチンはステップ１４に進んで、リッチ処理開始フラグＦｒがリセットされる。したがって、これ以降、ルーチンがステップ１０に進んだときには、ステップ１０では、Ｆｒ＝０であると判別されることとなる。すなわち、ステップ１６，１７の制御は、リッチ処理開始条件が成立してからリッチ処理終了条件が成立するまでの間、実行される制御である。
【００５６】
ところで、リッチ処理の実行中からリッチ処理の終了後まで燃焼室５内にＥＧＲガスが導入されていると、リッチ用燃料噴射が停止されてからも、未燃ＨＣを含んだＥＧＲガスが燃焼室に導入されることとなる。ところが、このとき、リッチ処理は既に終了しており、もはや、機関膨張行程後半または機関排気行程において燃料は噴射されないので、ＥＧＲガス中に未燃ＨＣが含まれていたとしても、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比はリーン空燃比である。このため、これら未燃ＨＣがＮＯX触媒２５に供給されたとしても、これら未燃ＨＣはＮＯXを還元浄化するためには消費されず無駄となってしまう。
【００５７】
そこで、第２実施形態では、リッチ処理の終了前の予め定められたタイミングにおいて、ＥＧＲ弁３１の開度（ＥＧＲ開度）を小さくしてＥＧＲ率を低下させ、好ましくは、ＥＧＲ開度を零としてＥＧＲ率を零にするようにしている。これによれば、リッチ処理が終了した後においては、ＥＧＲガスは燃焼室５内に導入されず、燃焼室５から排出された排気ガスは全てＮＯX触媒２５に供給されるので、リッチ処理の実行中に噴射されたリッチ用燃料は、ほとんど全て、ＮＯXの還元浄化に使用されることとなる。
【００５８】
そして、第２実施形態では、リッチ処理の終了後、空燃比センサ２７によって検出される排気ガスの空燃比、すなわち、ＮＯX触媒２５から流出する排気ガスの空燃比が予め定められた空燃比、例えば、理論空燃比となるまで、ＥＧＲ開度は小さく維持される。そして、ＮＯX触媒２５から流出する排気ガスの空燃比が予め定められた空燃比となったときに、ＥＧＲ開度が元の開度、或いは、機関運転状態によって予め定められている開度に戻される。
【００５９】
なお、第２実施形態において、上記リッチ処理の終了前の予め定められたタイミングは、リッチ処理において最後のリッチ用燃料噴射が実行された直後にちょうどＥＧＲ率が小さくなり、或いは、零となるようなタイミングに設定される。こうしたタイミングは、例えば、ＮＯX触媒２５に捕捉されているＮＯXの量（ＮＯX捕捉量）が予め定められた量にまで低下したタイミングとされる。また、第２実施形態において、リッチ処理開始条件は、第１実施形態における条件と同じである。
【００６０】
また、第２実施形態では、リッチ処理の終了前の予め定められたタイミングにおいてＥＧＲ開度を小さくすることによってのみＥＧＲ率を低下させるようにしているが、この代わりに、スロットル開度を大きくすることによってＥＧＲ率を低下させたり、或いは、ＥＧＲ開度を小さくすることに加えてスロットル開度を大きくすることによってＥＧＲ率を低下させたりしてもよい。
【００６１】
また、内燃機関の構成が図４に示した構成である場合、すなわち、ＥＧＲ通路２９が排気タービン２３上流の排気通路から分岐しており、排気ターボチャージャ１５がその排気タービン２３を通過する排気ガスの流量を制御することができるタイプの排気ターボチャージャである場合には、排気タービン２３を通過する排気ガスの流量を多くすることによってＥＧＲ率を低下させるようにしてもよい。もちろん、これに加えて、ＥＧＲ開度を小さくしたり、スロットル開度を大きくしたりしてもよい。
【００６２】
また、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせてもよい。この第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせた第３実施形態の一例では、リッチ処理が開始されると同時に、比較的多量のリッチ用燃料を燃料噴射弁６から噴射する。そして、その後、ＥＧＲガス（排気ガス）の空燃比が小さくなるにつれてリッチ用燃料の量を徐々に少なくし、ＥＧＲガス（排気ガス）の空燃比が最適リッチ空燃比近傍となってからは、ＥＧＲガス（排気ガス）の空燃比を最適リッチ空燃比に維持するのに必要な量のリッチ用燃料を新気量に応じて燃料噴射弁６から噴射する。そして、さらに、リッチ処理の終了前の予め定められたタイミングにおいて、ＥＧＲ開度を小さくしてＥＧＲ率を低下させるようにする。
【００６３】
図５は、第２実施形態に従ってリッチ処理が実行されるときの各種パラメータの推移を示すタイムチャートを示している。図５において、（Ａ）〜（Ｉ）は、図２の（Ａ）〜（Ｉ）と同じパラメータを示している。
【００６４】
図５に示した例では、時刻ｔ３から、アクセル踏込量Ｄａが小さくなる。これに従って、時刻ｔ３から、スロットル開度Ｄｔ、ＥＧＲ開度Ｄｅ、および、メイン燃料噴射量Ｇｆｍが小さくなる。これにより、時刻ｔ３から、排気空燃比Ａ／Ｆが上昇する。やがて、メイン燃料噴射量Ｇｆｍは零となるが、燃焼室５から排出されたＮＯXを含んだ排気ガスがＮＯX触媒２５に到達するまでに、多少の時間がかかることから、メイン燃料噴射量Ｇｆｍが零となった後も、ＮＯX捕捉量Ａｎｏｘは増え続け、やがて、時刻ｔ６において、その上限値近傍の値（判定値）Ｌｕに達する。
【００６５】
時刻ｔ６においては、メイン燃料噴射量Ｇｆｍが零であって且つＮＯX捕捉量Ａｎｏｘが判定値Ｌｕに達していることから、リッチ処理開始条件が成立し、ここで、排気空燃比が最適リッチ空燃比となるようにリッチ用燃料噴射量Ｇｆｒが新気量に応じて大きくされる。すると、排気空燃比Ａ／Ｆが徐々に小さくなり、やがて、時刻ｔ８において、理論空燃比Ｓｔを下回る。そして、時刻ｔ８以降、排気空燃比Ａ／Ｆはリッチ空燃比であるので、ＮＯX捕捉量Ａｎｏｘが徐々に少なくなってゆく。
【００６６】
時刻ｔ１０において、ＮＯX捕捉量Ａｎｏｘが予め定められた量Ａｔｈを下回ると、ＥＧＲ開度Ｄｅが零とされる。したがって、これ以降、排気通路からのＥＧＲ通路の分岐点に到来する排気ガスはほとんど全てＮＯX触媒２５に流入することとなる。そして、時刻ｔ１０から予め定められた時間が経過した時刻ｔ１１において、リッチ処理条件が不成立とされ、したがって、リッチ用燃料噴射量Ｇｆｒが零とされる。
【００６７】
これによれば、リッチ用燃料噴射量Ｇｆｒが零とされた後においても、一定の期間が経過するまでは、ＮＯX触媒２５に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となっており、したがって、この間においても、ＮＯX捕捉量Ａｎｏｘは低下し続け、やがて、ＮＯX捕捉量Ａｎｏｘが零に到達する。そして、排気空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比ＳＴに到達すると、ＥＧＲ開度Ｄｅが元の開度に戻される。
【００６８】
図６は、第２実施形態のリッチ処理を実行するためのルーチンを示すフローチャートを示している。図６のルーチンでは、始めに、ステップ２０において、リッチ処理開始フラグＦｒがリセットされている（Ｆｒ＝０）か否かが判別される。このリッチ処理開始フラグＦｒは、リッチ処理が開始されるとセットされ、リッチ処理が終了せしめられるとリセットされるフラグである。
【００６９】
ステップ２０において、Ｆｒ＝０であると判別されたとき、すなわち、リッチ処理が実行されていないときには、ルーチンはステップ２１に進んで、リッチ処理開始条件が成立しているか否かが判別される。ステップ２１において、リッチ処理開始条件が成立していないと判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、ステップ２１において、リッチ処理開始条件が成立していると判別されたときには、ルーチンはステップ２２に進んで、リッチ処理開始フラグＦｒがセットされる。したがって、これ以降、ルーチンがステップ２０に到来すると、ステップ２０では、Ｆｒ＝１であると判別されることとなる。
【００７０】
次いで、ステップ２３において、リッチ処理が実行される。ここでのリッチ処理では、排気空燃比が最適リッチ空燃比となるように新気量に応じた量の燃料が機関膨張行程または機関排気行程において実行される。
【００７１】
一方、ステップ２０において、Ｆｒ＝０であると判別されたとき、すなわち、リッチ処理が既に実行されているときには、ルーチンはステップ２４に進んで、リッチ処理終了条件が成立しているか否かが判別される。ステップ２４において、リッチ処理終了条件が成立していないと判別されたときには、ルーチンはステップ２６に進んで、リッチ処理が実行される。ここでのリッチ処理は、ステップ２３におけるリッチ処理と同じである。
【００７２】
一方、ステップ２４において、リッチ処理終了条件が成立していると判別されたときには、ルーチンはステップ２５に進んで、リッチ処理開始フラグＦｒがリセットされる。この場合に、機関膨張行程または機関排気行程におけるリッチ用燃料の噴射は行われない。
【００７３】
図７は、第２実施形態のＥＧＲ開度制御を実行するためのルーチンを示すフローチャートを示している。図７のルーチンでは、始めに、ステップ３０においてリッチ処理開始フラグＦｒがセットされている（Ｆｒ＝１）か否かが判別される。このリッチ処理開始フラグＦｒは、図６のルーチンに従ってセットされ、或いは、リセットされるフラグである。
【００７４】
ステップ３０において、Ｆｒ＝１であると判別されたときには、ルーチンはステップ３１に進んで、排気空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比ＳＴ以上である（Ａ／Ｆ≧ＳＴ）か否かが判別される。ステップ３１において、Ａ／Ｆ＜ＳＴであると判別されたときには、ルーチンはステップ３２に進んで、ＮＯX捕捉量Ａｎｏｘが予め定められた量Ａｔｈ以下である（Ａｎｏｘ≦Ａｔｈ）か否かが判別される。ステップ３２において、Ａｎｏｘ≦Ａｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ３３に進んで、終期制御が実行される。ここでの終期制御では、ＥＧＲ開度が零とされる。
【００７５】
なお、ステップ３０においてＦｒ＝０であると判別されたとき、ステップ３１においてＡ／Ｆ≧ＳＴであると判別されたとき、および、ステップ３２においてＡｎｏｘ＞Ａｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ３４に進んで、通常制御が実行される。ここでの通常制御では、ＥＧＲ開度は機関運転状態に応じて予め定められた開度となるように制御される。
【００７６】
なお、上述した実施形態では、燃料噴射弁６からリッチ用燃料が噴射されるが、排気通路からのＥＧＲ通路２９の分岐点上流の排気通路に該排気通路内にＨＣを噴射するためのＨＣ噴射弁を備え、このＨＣ噴射弁からリッチ用燃料を噴射するようにした排気浄化装置に上述した実施形態を適用しても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
【００７７】
ところで、リッチ処理の実行中においては、機関サイクルのうち機関排気行程においてのみリッチ空燃比の排気ガスが燃焼室５から排出される。したがって、ＮＯX触媒２５に供給される排気ガスの空燃比は、非常に短い周期ではあるが、リッチ空燃比とリーン空燃比とを繰り返す。ところが、ＮＯX触媒２５において高いＮＯX浄化率を得るためには、ＮＯX触媒２５に供給される排気ガスの空燃比が全体的に一様にリッチ空燃比となっている必要がある。
【００７８】
そこで、第４実施形態では、リッチ処理が開始されると同時に、リッチ用燃料噴射を開始すると共に、ＥＧＲ弁３１の開度（ＥＧＲ開度）を全開とし、ほとんど全ての排気ガスをＥＧＲガスとして燃焼室５に導入し、そして、予め定められたタイミングが到来したときに、ＥＧＲ開度を全閉とし、最後のＥＧＲガスを燃焼室５に導入したのを最後に、リッチ用燃料噴射を停止するようにしている。
【００７９】
これによれば、予め定められたタイミングが到来するまでは、ＮＯX触媒２５には排気ガスはほとんど供給されず、ほとんど全ての排気ガスが何度もＥＧＲ通路２９を介して燃焼室５に導入されるので、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比は一様にリッチ空燃比となる。そして、予め定められたタイミングが到来したときに、この一様にリッチ空燃比となっている排気ガスがＮＯX触媒２５に供給される。したがって、ＮＯX触媒２５において高いＮＯX浄化率が得られることとなる。
【００８０】
なお、第４実施形態では、上記予め定められたタイミングは、燃焼室５から排出される排気ガスの平均空燃比が最適リッチ空燃比となったタイミング、或いは、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比が一様に最適リッチ空燃比となるのに十分なタイミングとされる。また、第４実施形態において、リッチ処理を開始する条件（リッチ処理開始条件）は第１実施形態における条件と同じである。
【００８１】
また、第４実施形態では、リッチ処理が開始されると同時に、ＥＧＲ開度が全開となるようにＥＧＲ開度のみを制御しているが、これに加えて、スロットル弁２０の開度（スロットル開度）が全閉となるようにスロットル開度をも制御するようにしてもよい。なお、この場合、リッチ処理の終了時近傍のタイミングにおいて、ＥＧＲ開度を全開とすると共に、スロットル開度を元の開度、或いは、機関回転数と機関要求負荷とに応じて定まる開度とする。
【００８２】
また、第１実施形態と第４実施形態とを組み合わせることもできる。すなわち、この第４実施形態と第１実施形態とを組み合わせた第５実施形態の一例では、リッチ処理が開始されると同時に、比較的多量のリッチ用燃料を燃料噴射弁６から噴射すると共に、ＥＧＲ開度を全開とする。そして、その後、排気空燃比が小さくなるにつれてリッチ用燃料の噴射量を徐々に少なくし、排気空燃比が最適リッチ空燃比近傍となってからは、排気空燃比を最適リッチ空燃比に維持するのに必要な量のリッチ用燃料を新気量に応じて燃料噴射弁６から噴射する。そして、さらに、リッチ処理の終了時近傍の予め定められたタイミングにおいて、ＥＧＲ開度を全開とし、最後のＥＧＲガスが燃焼室５に導入されたのを最後に、リッチ用燃料噴射を停止する。
【００８３】
図８は、第４実施形態に従ってリッチ処理が実行されるときの各種パラメータの推移を示すタイムチャートを示している。図８において、（Ａ）〜（Ｇ）は、図２の（Ａ）〜（Ｇ）と同じパラメータを示している。また、図８において、（Ｈ）は排気ガスの平均空燃比Ａ／Ｆを示し、（Ｉ）はＮＯX触媒２５に流入する排気ガスの量Ｇｅｘを示し、（Ｊ）は時刻ｔを示している。
【００８４】
図８に示した例では、時刻ｔ３から、アクセル踏込量Ｄａが小さくなる。これに従って、時刻ｔ３から、スロットル開度Ｄｔ、ＥＧＲ開度Ｄｅ、および、メイン燃料噴射量Ｇｆｍが小さくなる。これにより、時刻ｔ３から、排気ガスの平均空燃比Ａ／Ｆが上昇する。やがて、メイン燃料噴射量Ｇｆｍは零となるが、燃焼室５から排出されたＮＯXを含んだ排気ガスがＮＯX触媒２５に到達するまでに、多少の時間がかかることから、メイン燃料噴射量Ｇｆｍが零となった後も、ＮＯX捕捉量Ａｎｏｘは増え続け、やがて、時刻ｔ６において、その上限値近傍の値（判定値）Ｌｕに達する。
【００８５】
時刻ｔ６においては、メイン燃料噴射量Ｇｆｍが零であって且つＮＯX捕捉量Ａｎｏｘが判定値Ｌｕに達していることから、リッチ処理開始条件が成立し、ここで、排気ガスの平均空燃比が最適リッチ空燃比となるようにリッチ用燃料噴射量Ｇｆｒが新気量に応じて大きくされる。そして、これと同時に、ＥＧＲ開度Ｄｅが全開とされると共に、スロットル開度Ｄｔが全閉とされる。したがって、ＮＯX触媒２５に流入する排気ガスの量Ｇｅｘはほぼ零となる。一方、排気ガスの平均空燃比Ａ／Ｆは徐々に小さくなる。
【００８６】
やがて、時刻ｔ９において、排気ガスの平均空燃比Ａ／Ｆが最適リッチ空燃比となると、リッチ用燃料噴射量Ｇｆｒが零とされ、これと同時に、ＥＧＲ開度Ｄｅが元の開度に戻されると共に、スロットル開度Ｄｔも元の開度に戻される。すると、ＮＯX触媒２５に流入する排気ガスの量Ｇｅｘが多くなる。そして、このときにＮＯX触媒２５に流入する排気ガスの空燃比は一様に最適リッチ空燃比となっている。これによって、ＮＯX捕捉量Ａｎｏｘが低下する。
【００８７】
図９は、第４実施形態のリッチ処理を実行するためのルーチンを示すフローチャートを示している。図９のルーチンでは、始めに、ステップ４０において、リッチ処理開始フラグＦｒがリセットされている（Ｆｒ＝０）か否かが判別される。このリッチ処理開始フラグＦｒは、リッチ処理が開始されるとセットされ、リッチ処理が終了せしめられるとリセットされるフラグである。
【００８８】
ステップ４０において、Ｆｒ＝０であると判別されたとき、すなわち、リッチ処理が実行されていないときには、ルーチンはステップ４１に進んで、リッチ処理開始条件が成立しているか否かが判別される。ステップ４１において、リッチ処理開始条件が成立していないと判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、ステップ４１において、リッチ処理開始条件が成立していると判別されたときには、ルーチンはステップ４２に進んで、リッチ処理開始フラグＦｒがセットされる。したがって、これ以降、ルーチンがステップ４０に到来すると、ステップ４０では、Ｆｒ＝１であると判別されることとなる。
【００８９】
次いで、ステップ４３において、カウンタＣがカウントアップされ、次いで、ステップ４４において、リッチ制御が実行される。リッチ制御では、リッチ用燃料噴射が開始されると共に、ＥＧＲ開度が全開とされる。
【００９０】
一方、ステップ４０において、Ｆｒ＝１であると判別されたとき、すなわち、リッチ処理が実行されているときには、ルーチンはステップ４５に進んで、リッチ処理終了条件が成立しているか否かが判別される。ステップ４５において、リッチ処理終了条件が成立していないと判別されたときには、ルーチンはステップ４９に進んで、カウンタＣが予め定められた値Ｃｔｈよりも大きい（Ｃ＞Ｃｔｈ）か否かが判別される。
【００９１】
ステップ４９において、Ｃ≦Ｃｔｈであると判別されたとき、すなわち、予め定められたタイミングが到来していないときには、ルーチンは終了する。この場合、リッチ用燃料噴射が継続して行われると共に、ＥＧＲ開度が全開に維持されることとなる。一方、ステップ４９において、Ｃ＞Ｃｔｈであると判別されたとき、すなわち、予め定められたタイミングが到来したときには、ルーチンはステップ５０に進んで、リッチ処理開始フラグＦｒがリセットされる。したがって、これ以降、ルーチンがステップ４０に到来すると、ステップ４０では、Ｆｒ＝０であると判別されることとなる。
【００９２】
次いで、ステップ５１において、カウンタＣがクリアされ、次いで、ステップ５２において、復帰制御が実行される。この復帰制御では、リッチ用燃料噴射が停止せしめられると共に、ＥＧＲ開度が元の開度に戻される。
【００９３】
ステップ４５において、リッチ処理終了条件が成立していると判別されたときには、ルーチンはステップ４６に進んで、リッチ処理開始フラグＦｒがリセットされ、カウンタＣがクリアされ、ステップ４２と同じ復帰制御が実行される。
【００９４】
なお、図９のルーチンでは、予め定められたタイミングは、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比が一様に最適リッチ空燃比となるのに十分なタイミングとされているが、もちろん、この予め定められたタイミングを燃焼室５から排出される排気ガスの平均空燃比が最適リッチ空燃比となったタイミングとすることもできる。この場合、図９のステップ４３，４７，５１が省略され、そして、図９のステップ４９において、排気ガスの平均空燃比が最適リッチ空燃比となっているか否かが判別される。
【００９５】
ところで、排気浄化装置の構成を図１０に示した構成とし、第１実施形態〜第３実施形態に従ったリッチ処理を実行するようにした第５実施形態によっても、第４実施形態と同様な効果を得ることができる。すなわち、第５実施形態では、ケーシング２６の出口部に連結された排気管２８とスロットル弁２０下流の吸気管１７とが、ＥＧＲ通路２９を介して互いに連結されている。
【００９６】
こうした構成において、例えば、第１実施形態に従ったリッチ処理を実行すると、燃焼室５内に導入されるＥＧＲガスは、ＮＯX触媒２５から流出した排気ガスである。ここで、排気ガスはＮＯX触媒２５を通過することによってその空燃比が一様にリッチ空燃比となる。したがって、第４実施形態と同様に、ＮＯX触媒２５に供給される排気ガスの空燃比が一様にリッチ空燃比となるので、ＮＯX触媒２５において高いＮＯX浄化率を得ることができる。
【００９７】
ところで、本発明は、燃焼室５から排出される排気ガス中の微粒子（主にカーボンからなる煤）を捕集することができ、捕集した微粒子を比較的短時間のうちに連続的に酸化除去することができ、且つ、ＮＯX触媒を担持したパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置にも適用可能である。最後に、このようなパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称す）について説明する。
【００９８】
図１１（Ａ）はフィルタの端面図であり、図１１（Ｂ）はフィルタの縦断面図である。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示したように、フィルタ６０はハニカム構造をなす隔壁６１を具備する。
【００９９】
これら隔壁６１によって互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路６２，６３が形成される。これら排気流通路のうち略半数の排気流通路６２がその下流端開口を栓６４で閉鎖されている。以下、これら排気流通路６２を排気ガス流入通路と称す。一方、残りの半数の排気流通路６３はその上流端開口を栓６５で閉鎖されている。以下、これら排気流通路６３を排気流出通路と称す。排気ガス流入通路６２には４つの排気ガス流出通路６３が隣接する。一方、排気ガス流出通路６３には４つの排気ガス流入通路６２が隣接する。
【０１００】
排気ガスは排気ガス流入通路６２に流入する。隔壁６１はコージェライトのような多孔質材料からなるので、図１１（Ｂ）において矢印で示したように、排気ガス流入通路６２内の排気ガスは、隔壁６１の細孔を通って、隣接する排気ガス流出通路６３内に流れ込む。
【０１０１】
フィルタ６０内には、隔壁６１の両壁面上、および、隔壁６１の細孔を画成する壁面上に全面に亘って、例えば、アルミナからなる担体層が形成され、この担体層上に、貴金属触媒と、活性酸素生成剤とが担持されている。
【０１０２】
貴金属触媒としては、白金（Ｐｔ）が用いられる。一方、活性酸素生成剤としては、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）のようなアルカリ土類金属、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）のような希土類、鉄（Ｆｅ）のような遷移金属、およびスズ（Ｓｎ）のような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが用いられる。
【０１０３】
活性酸素生成剤は、周囲に過剰な酸素が存在すると酸素を吸収によって保持し且つ周囲の酸素濃度が低下すると保持している酸素を活性酸素の形で解放することによって活性酸素を生成する。次に、活性酸素生成剤の活性酸素生成作用について、担体上に白金およびカリウムを担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な活性酸素生成作用が行われる。
【０１０４】
圧縮着火式の内燃機関から排出される排気ガスの空燃比はリーンであるので、フィルタ６０に流入する排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。また、圧縮着火式内燃機関の燃焼室５内ではＮＯが発生する。したがって、排気ガス中にはＮＯが含まれている。このため過剰酸素、および、ＮＯを含んだ排気ガスがフィルタ６０の排気ガス流入通路６２内に流入することになる。
【０１０５】
図１２（Ａ）および（Ｂ）は、隔壁６１上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表わしている。なお、図１２（Ａ）および（Ｂ）において、６６は白金の粒子を示し、６７はカリウムを含んでいる活性酸素生成剤を示している。
【０１０６】
排気ガスがフィルタ６０の排気ガス流入通路６２内に流入すると、図１２（Ａ）に示したように、排気ガス中の酸素（Ｏ2）がＯ2-またはＯ2-の形で白金の表面に付着する。排気ガス中のＮＯはこれらＯ2-またはＯ2-と反応し、ＮＯ2となる。斯くして生成されたＮＯ2の一部は、白金上で酸化されつつ活性酸素生成剤６７内に吸収によって保持され、図１２（Ａ）に示したように、カリウム（Ｋ）と結合しながら硝酸イオン（ＮＯ3-）の形で活性酸素生成剤６７内に拡散し、硝酸カリウム（ＫＮＯ3）を生成する。すなわち、排気ガス中の酸素が硝酸カリウム（ＫＮＯ3）の形で活性酸素生成剤６７内に吸収によって保持される。
【０１０７】
ここで、燃焼室５内においては主にカーボン（Ｃ）からなる微粒子が生成される。したがって、排気ガス中にはこれら微粒子が含まれている。排気ガス中に含まれているこれら微粒子は排気ガスが排気ガス流入通路６２内を流れているとき、或いは、隔壁６１の細孔内を通過するときに、図１２（Ｂ）において６２で示したように、活性酸素生成剤６７の表面上に接触して付着する。
【０１０８】
このように微粒子６８が活性酸素生成剤６７の表面上に付着すると、微粒子６８と活性酸素生成剤６７との接触面では酸素濃度が低下する。すなわち、活性酸素生成剤６７の周囲の酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素生成剤６７内との間で濃度差が生じ、斯くして、活性酸素生成剤６７内の酸素が微粒子６８と活性酸素生成剤６７との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤６７内に形成されている硝酸カリウム（ＫＮＯ3）がカリウム（Ｋ）と酸素（Ｏ）とＮＯとに分解され、酸素（Ｏ）が微粒子６８と活性酸素生成剤６７との接触面に向かい、その一方で、ＮＯが活性酸素生成剤６７から外部に放出される。
【０１０９】
ここで、微粒子６８と活性酸素生成剤６７との接触面に向かう酸素は、硝酸カリウムといった化合物から分解された酸素であるので、不対電子を有し、したがって、極めて高い反応性を有する活性酸素となっている。こうして活性酸素生成剤６７は活性酸素を生成する。なお、外部に放出されたＮＯは下流側の白金上において酸化され、再び活性酸素生成剤６７内に保持される。
【０１１０】
活性酸素生成剤６７によって生成される活性酸素はそこに付着した微粒子を酸化除去するために消費される。すなわち、フィルタ６０に捕集された微粒子は活性酸素生成剤６７によって生成される活性酸素によって酸化除去される。
【０１１１】
このように本発明では、フィルタ６０に捕集されている微粒子は、反応性の高い活性酸素によって、輝炎を発することなく酸化除去される。このように輝炎を発することのない酸化によって微粒子を除去すれば、フィルタ６０の温度が過剰に高くなることがなく、したがって、フィルタ６０が熱劣化することがない。
【０１１２】
さらに、微粒子を酸化除去するために利用される活性酸素は反応性が高いので、フィルタ６０の温度が比較的低くても、微粒子は酸化除去される。すなわち、圧縮点火式内燃機関から排出される排気ガスの温度が比較的低く、このため、フィルタ６０の温度も比較的低いことが多いが、このフィルタ６０によれば、その温度を上昇させるための特別な処理を実行しなくても、フィルタ６０に捕集された微粒子は酸化除去され続ける。
【０１１３】
なお、活性酸素生成剤６７は周囲に過剰な酸素が存在するとＮＯXを硝酸イオンの形で保持することによって結果的に酸素を保持する。すなわち、活性酸素生成剤６７は周囲に過剰な酸素が存在するとＮＯXを吸収によって保持する。一方、活性酸素生成剤６７は周囲の酸素濃度が低下すると硝酸イオンの形で保持されているＮＯXを解放することによって活性酸素を生成する。すなわち、活性酸素生成剤６７は周囲の酸素濃度が低下するとＮＯXを解放する。したがって、本発明の活性酸素生成剤６７はＮＯX保持剤としても機能する。
【０１１４】
ここで、活性酸素生成剤６７周りの酸素濃度が低下する場合とは、上述したように、周囲の雰囲気はリーン雰囲気であるが活性酸素生成剤６７に微粒子が付着した場合の他に、フィルタ６０に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなって周囲の雰囲気がリッチ雰囲気となった場合がある。
【０１１５】
周囲の雰囲気はリッチ雰囲気であるが活性酸素生成剤６７に微粒子が付着することで活性酸素生成剤６７周りの酸素濃度が低下した場合に解放されたＮＯXは、上述したように、再び活性酸素生成剤６７に吸収によって保持される。一方、フィルタ６０に流入する排気ガスの空燃比がリッチとなって周囲の雰囲気がリッチ雰囲気となった場合に解放されたＮＯXは、白金の作用によって排気ガス中の炭化水素で還元浄化される。云い換えれば、内燃機関からリッチ空燃比の排気ガスが排出されるように内燃機関の運転を制御すれば、活性酸素生成剤６７に保持されているＮＯXを還元浄化することができる。したがって、フィルタ６０は、活性酸素生成剤６７と白金ＰｔとからなるＮＯX触媒を担持している。
【０１１６】
【発明の効果】
１〜６番目の発明によれば、リッチ処理が終了した後において、或る一定期間に亘って、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比に維持される。したがって、排気浄化触媒における特定成分の浄化率が高くなる。すなわち、本発明によれば、少ない量の燃料でもって排気浄化触媒において高い特定成分浄化率が得られるという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関の全体図である。
【図２】第１実施形態に従ってリッチ処理が実行されたときの各種パラメータの推移を示すタイムチャートである。
【図３】第１実施形態のリッチ処理を実行するためのルーチンを示すフローチャートである。
【図４】別の構成の内燃機関の全体図である。
【図５】第２実施形態に従ってリッチ処理が実行されたときの各種パラメータの推移を示すタイムチャートである。
【図６】第２実施形態のリッチ処理を実行するためのルーチンを示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態のＥＧＲ開度制御を実行するためのルーチンを示すフローチャートである。
【図８】第４実施形態に従ってリッチ処理が実行されたときの各種パラメータの推移を示すタイムチャートである。
【図９】第４実施形態のリッチ処理を実行するためのルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】第５実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関の全体図である。
【図１１】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図１２】パティキュレートフィルタにおける微粒子酸化除去作用を説明するための図である。
【符号の説明】
１…機関本体
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
２０…スロットル弁
２５…ＮＯX触媒
２９…ＥＧＲ通路
３１…ＥＧＲ弁
６０…パティキュレートフィルタ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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