(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有した筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置において、
上記内燃機関の排気通路に設けられ排気空燃比がリーン空燃比のときに排ガス中のＮＯｘを捕捉し、捕捉したＮＯｘを排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに還元するＮＯｘ触媒装置と、
捕捉されたＮＯｘを還元させる際に、上記ＮＯｘ触媒装置に流入する排ガス中の酸素濃度を殆ど低下させないという制約の下で、主噴射の後の膨張行程中または排気行程中に上記燃料噴射弁を作動させて副噴射を行うパルス噴射手段と、
上記排気通路内で上記ＮＯｘ触媒装置の下流に配された酸素センサと、
上記排気通路内で上記ＮＯｘ触媒装置の下流に配された三元触媒装置とを備え、
上記酸素センサの出力に基づいて上記三元触媒装置の入口での排ガス中酸素濃度が零またはその近傍の値になるように副噴射量を設定して上記パルス噴射手段による上記燃料噴射弁の作動により上記副噴射を行う
ことを特徴とする筒内噴射型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し、特に、燃費悪化やトルク変動を抑制しつつＮＯｘ触媒装置を再生可能な排気浄化装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
希薄燃焼内燃機関の排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ触媒が実用化されている。この種のＮＯｘ触媒として、内燃機関のリーン燃焼運転中に排ガス中のＮＯｘを捕捉し、捕捉したＮＯｘをリッチまたはストイキオ燃焼運転中に還元するものがある。この様な触媒を備えた排気浄化装置において、捕捉したＮＯｘを還元させる際に、たとえば、特許第２６００４９２号に記載のように主噴射による空燃比をリッチ化したり、特許第２８４５１０３号に記載のように主噴射（主たる燃料噴射）を行った後の膨張行程または排気行程で副噴射（追加の燃料噴射）を行ったりすることにより、ＮＯｘ触媒に流入する排ガス中の酸素濃度を低下させてＮＯｘの還元を促進する技術が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の公知技術のように、ＮＯｘ触媒に流入する排ガス中の酸素濃度を低下させてＮＯｘの還元を促進するには、主噴射における空燃比をリッチ化したり、そのために運転モードを切り換えたり、或いは副噴射に際して多量の燃料を噴射する必要があり、トルク変動や燃費の悪化を来すという問題がある。
【０００４】
本発明は、トルク変動や燃費悪化を来すことなくＮＯｘ触媒装置の浄化能力を再生可能とする筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係る排気浄化装置は、ＮＯｘ触媒装置に捕捉されたＮＯｘを還元させる際、ＮＯｘ触媒装置に流入する排ガス中の酸素濃度を殆ど低下させないという制約の下で、主噴射の後の膨張行程中または排気行程中にパルス噴射手段により燃料噴射弁を作動させて副噴射を行い、また、ＮＯｘ触媒装置の下流での排ガス中酸素濃度を表す酸素センサ出力に基づいてＮＯｘ触媒装置の下流に配された三元触媒装置の入口での排ガス中酸素濃度が零またはその近傍の値になるように副噴射量を設定して、パルス噴射手段による燃料噴射弁の作動により副噴射を行うことを特徴とする。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、ＮＯｘ触媒装置の浄化性能（ＮＯｘ吸蔵能力）の低下がたとえば適宜の手段により適宜の判別条件の下で判別された場合、主噴射の後の膨張行程中または排気行程中にパルス噴射手段による燃料噴射弁の作動が行われる。膨張行程中または排気行程中に燃焼室内に供給された燃料は不完全燃焼し、燃料の未燃成分が排気通路へ排出され、排気空燃比がリッチ化される。この結果、ＮＯｘ触媒装置に捕捉されているＮＯｘが還元され、ＮＯｘ触媒装置の浄化性能が再生される。本発明では、ＮＯｘパージ運転中の主噴射および副噴射、特に、ＮＯｘ還元のための燃料噴射弁の作動（副噴射）は、ＮＯｘ触媒装置に流入する排ガス中の酸素濃度を殆ど低下させないという制約の下で実施されるため、ＮＯｘ触媒装置の再生に際して、公知技術のように排ガス中酸素濃度を低下させるべく、主噴射での空燃比のリッチ化、燃料噴射モードの切り換え或いは多量の副噴射が行われることがなく、触媒再生時のトルク変動や燃費悪化が解消され、或いは低減する。
また、請求項１に記載の発明は、ＮＯｘ触媒装置の下流での排ガス中酸素濃度を表す酸素センサ出力に基づいてＮＯｘ触媒装置の下流に配された三元触媒装置の入口での排ガス中酸素濃度が零またはその近傍の値になるように副噴射量を設定して副噴射を行うものとなっており、これにより、三元触媒装置の浄化性能を充分に発揮させ、ＮＯｘ触媒装置で浄化されなかったＮＯｘを浄化することができる。
本発明において、ＮＯｘ触媒装置に酸化機能（三元機能）をもたせることが好ましい。この場合、排気通路内へ未燃燃料成分として排出される炭化水素が、ＮＯｘ触媒での酸化反応により、ＮＯｘの還元を促進する一酸化炭素へ転化され、ＮＯｘ浄化に寄与する。
【０００７】
請求項１に記載の発明において、パルス噴射手段による燃料噴射弁の作動に伴って排気通路へ排出される未燃燃料成分を、ＮＯｘ触媒装置の上流側の排気通路内で殆ど酸化させないという制約の下で、パルス噴射手段により燃料噴射弁を作動させることが好ましい。この好適態様では、内燃機関の膨張行程中に噴射された燃料の未燃成分がＮＯｘ触媒装置の上流側の排気通路内で殆ど酸化されないことから、未燃燃料成分の酸化のために排ガス中の酸素が消費されることがない。従って、主噴射での空燃比のリッチ化などが行われないという本発明の主たる特徴と相まって、ＮＯｘ触媒装置に流入する排ガス中の酸素濃度は殆ど低下せず、また、未燃燃料成分の大部分がＮＯｘ触媒装置に流入してＮＯｘ還元の促進に寄与する。この様に、ＮＯｘ触媒に流入する排ガス中の酸素濃度の低下ならびにトルク変動や燃費悪化を来すことなく、ＮＯｘ触媒装置の浄化能力の再生が効率的に行われる。
【０００８】
請求項１に記載の発明において、パルス噴射手段による燃料噴射弁の作動を、圧縮行程で行われる主噴射の後の膨張行程で実施することが好ましい。この様に主噴射が圧縮行程で行われると、例えば吸気行程で主噴射を行う場合に比べ排気温度は低くなり、未燃燃料成分がＮＯｘ触媒装置の上流側の排気通路内で酸化されにくくなるため、主噴射での空燃比のリッチ化などが行われないという本発明の主たる特徴と相まって、ＮＯｘ触媒装置に流入する排ガス中の酸素濃度を低下させることがなく、未燃燃料成分の大部分がＮＯｘ触媒装置からのＮＯｘ放出、還元に寄与し、ＮＯｘ触媒装置の再生を促進する。
【００１０】
本発明において、ＮＯｘ触媒装置に酸化機能（三元機能）をもたせることが好ましい。この場合、排気通路内へ未燃燃料成分として排出される炭化水素が、ＮＯｘ触媒での酸化反応により、ＮＯｘの還元を促進する一酸化炭素へ転化され、ＮＯｘ浄化に寄与する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による排気浄化装置を装備した希薄燃焼内燃機関を説明する。
本実施形態の希薄燃焼内燃機関は、吸気行程での燃料噴射に加えて、圧縮行程や膨張行程での燃料噴射を必要に応じて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から構成されている。この筒内噴射型エンジンでの燃料噴射モードは、エンジン運転域の変化に応じて種々に変化し、これに伴って混合気の空燃比が超リーン空燃比からリッチ空燃比にわたって変化し、所要のエンジン出力を発生しつつ燃費及び排気特性の向上が図られる。この種の筒内噴射型エンジンは従来公知であるが、以下、簡略に説明する。
【００１２】
図１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が取り付けられている。燃料噴射弁６は、燃料タンク、低圧燃料ポンプおよび高圧燃料ポンプを有した燃料供給装置（図示略）に燃料パイプを介して接続され、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁６から燃焼室８内に所望の燃圧で直接に噴射できるようになっている。
【００１３】
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、各吸気ポートは吸気マニホールド１０の一端に連通している。吸気マニホールド１０の他端側に設けられたスロットル弁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。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、各排気ポートは排気マニホールド１２の一端に連通している。
【００１４】
排気マニホールド１２には排気管（排気通路）１４を介してマフラー（図示せず）が接続され、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。
本実施形態の排気浄化装置３０は、排気空燃比がリーンのときに排ガス中のＮＯｘを吸蔵し吸蔵されたＮＯｘを排気空燃比がストイキオまたはリッチのときに放出、還元する吸蔵型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵触媒装置）３０ａとその下流に配された三元触媒３０ｂとを有している。参照符号１８は、排ガス流通方向にみてＮＯｘ触媒３０ａと三元触媒３０ｂとの間に配され三元触媒３０ｂの入口における排ガス中酸素濃度を検出する酸素センサを表し、参照符号３２は、三元触媒３０ｂの下流に配されＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ３２を表す。
【００１５】
吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａは、白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属からなる触媒種とバリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）等のアルカリ金属やアルカリ土類金属からなるＮＯｘ吸蔵剤とをアルミナなどの担体に担持したものであって、基本的には図２に示すように、酸化雰囲気においてＮＯｘを一旦硝酸塩Ｘ−ＮＯ3（ここで記号Ｘは例えばＢａやＫを表す）として吸蔵する機能と、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とを持つ。
【００１６】
ＮＯｘ触媒３０ａのＮＯｘ吸蔵能力が飽和してＮＯｘ浄化能力が失われるとＮＯｘが大気中へ放出されてしまうので、ＮＯｘ触媒３０ａのＮＯｘ吸蔵能力ひいてはＮＯｘ浄化能力を再生するべく、一般には、混合気をリッチ化する所謂ＮＯｘパージが周期的に実施される。
ＮＯｘパージに際して、特許２６００４９２号に記載のＮＯｘパージ技術では、ＮＯｘパージに係る主噴射時の混合気の空燃比をリッチ化するため、ＮＯｘパージへの移行時に運転モードを切り換える必要が生じ、この運転モード切換に伴ってエンジン出力トルクにショックが発生し易い。また、運転モード切換に伴うトルクショックは、主噴射時の空燃比の変化速度をテーリングにより低減することにより軽減可能ではあるが、この場合、空燃比制御手順が複雑になると共に空燃比制御中に還元剤不足を招来するような空燃比領域を通過するという不具合がある。
【００１７】
また、特許第２８４５１０３号に記載のＮＯｘパージ技術やこれに類するものでは、主噴射の後の膨張行程または排気行程で副噴射を行うことにより多量の炭化水素や一酸化炭素などの還元剤を排ガス中に含ませておき、還元剤をＮＯｘ触媒上のＯ2-などと酸化反応させることにより排ガス中の酸素濃度を低下させてＮＯｘ放出を促し、更に、Ｏ2-などとの酸化反応に寄与しなかった残りの還元剤によりＮＯｘを窒素などに還元させている。このため、多量の燃料を副噴射させる必要がある。また、ＮＯｘパージに際しては、一般に、主噴射に係る空燃比をリッチ化したり燃料噴射モードの切り換えが行われ、多量の副噴射と共に、燃費悪化やトルク変動の発生原因になっている。そして、この技術では、ＮＯｘの還元に寄与する主たる還元剤である一酸化炭素の供給は副噴射により行われるが、一酸化炭素はＮＯｘの還元のみならずＮＯｘ放出を促すためにも相当量が消費されるので、副噴射に係る燃料噴射量が増大する。
【００１８】
本実施形態の排気浄化装置では、上記のトルクショック発生や副噴射量増大の要因に着目して、ＮＯｘパージにおける主噴射時の空燃比のリッチ化やそのための運転モード切換を不要にして燃費悪化やトルクショックを防止し、また、副噴射により燃焼室から排気通路へ排出される炭化水素や一酸化炭素などの未燃燃料成分（還元剤）がＮＯｘ触媒３０ａの上流側の排気通路内で殆ど酸化されないような条件下で副噴射を行うことにより酸化反応による未燃燃料成分の消費を抑制し、更に、ＮＯｘ触媒３０ａの酸化機能（三元機能）を高めることにより、ＮＯｘ触媒に流入する炭化水素を触媒上での酸化反応によって一酸化炭素に転化させてＮＯｘの還元に必要な一酸化炭素を得るようにし、これにより副噴射量を低減可能にする。
【００１９】
詳しくは、本実施形態の排気浄化装置では、ＮＯｘパージ運転に係る主噴射での空燃比をＮＯｘパージ運転に先立つリーン燃焼運転での空燃比と同一値（たとえば３０）に維持しつつ、主噴射の後の膨張行程の中期ないし後期において副噴射が実施され、この際、主噴射と副噴射とを合わせた合計空燃比が理論空燃比（１４．７）よりも若干リッチ側の所定値（たとえば１４）になるように副噴射での空燃比が設定される。この合計空燃比は、従来のＮＯｘパージ運転に係る空燃比（たとえば１２）よりもリーン側の値になっている。
【００２０】
図３は合計空燃比とＮＯｘ浄化効率や酸素濃度との関係を示し、図３中、○マーク、△マーク及び●マークは、合計空燃比に対するＮＯｘ浄化効率、ＮＯｘ触媒入口での酸素濃度およびＮＯｘ触媒出口での酸素濃度の変化を示す。図３から、合計空燃比が値１４の近傍である場合に、ＮＯｘ浄化効率が高く且つＮＯｘ触媒出口すなわち三元触媒入口での酸素濃度が値０の近傍になることが分かる。
【００２１】
図３に示したＮＯｘ浄化効率および酸素濃度の変化に基づき、本実施形態では、ＮＯｘ触媒３０ａの下流に配された三元触媒３０ｂのＮＯｘ浄化作用を充分に発揮させてＮＯｘ触媒３０ａで浄化されなかったＮＯｘを浄化可能とするべく、三元触媒３０ｂの入口での酸素濃度を検出する酸素センサ１８の出力に応じて、副噴射に係る空燃比や噴射時間ひいては副噴射量（初期値は固定の規定値）を可変制御するようにしている。
【００２２】
また、本実施形態では、ＮＯｘパージのための副噴射を、ＮＯｘパージ運転に先立って圧縮行程噴射モードによるリーン燃焼運転が行われていた場合に実施するようにしている。この場合、ＮＯｘパージ運転での主噴射も圧縮行程噴射により行われることになり、吸気行程噴射による主噴射を行う場合に比べて排気温度が低くなり、ＮＯｘ触媒３０ａの上流側の排気通路内で未燃燃料成分が酸化されにくくなる。これにより、ＮＯｘ触媒３０ａに流入する排ガス中の酸素濃度が低下せず、また、未燃燃料成分の大部分がＮＯｘ触媒３０ａでのＮＯｘ放出、還元に寄与することになる。
【００２３】
更に、本実施形態では、ＮＯｘ触媒３０ａの上流側にフロント触媒を配置せず、ＮＯｘ触媒３０ａへ未燃燃料成分が良好に供給されるようにしている。但し、ＮＯｘ触媒３０ａへの未燃燃料成分の供給に支障を来さないようなものであればフロント触媒を設けても良い。
また、ＮＯｘ触媒３０ａの酸化機能（三元機能）を高めるべく、本実施形態のＮＯｘ触媒３０ａは例えばＰｔやＲｈを多めに含有し、炭化水素を一酸化炭素に転化させる機能（ＣＯ生成能力）を備えたものになっており、ＮＯｘ浄化に要する一酸化炭素を副噴射により供給しなくとも必要量の一酸化炭素を確保可能である。
【００２４】
上記構成の排気浄化装置によれば、エンジン１のリーン燃焼運転時にＮＯｘ触媒３０ａによりＮＯｘが吸蔵され、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和した場合には、主噴射の後の膨張行程中に燃料噴射弁６をパルス噴射手段により開弁動作させることにより、ＮＯｘパージのための副噴射が行われる。本実施形態では、エンジン１の運転制御を司る電子コントロールユニット（ＥＣＵ）４０が、このパルス噴射手段の機能を併有している。ＥＣＵ４０は、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、その入力側にはスロットルセンサ１１ａ、クランク角センサ１３、高温センサ１６、酸素センサ１８、ＮＯｘセンサ３２等の各種センサ類が接続され、その出力側には点火プラグ４や燃料噴射弁６等が接続されている。
【００２５】
エンジン運転制御に関連して、ＥＣＵ４０は、各種センサ類から入力した検出情報に基づいて燃料噴射モードを選択すると共に燃料噴射量や点火時期などを演算するようになっている。例えば、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からのクランク角情報に基づいて検出した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（目標平均有効圧Ｐe）が求められ、この目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとに応じて燃料噴射モードが設定される。そして、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeとから設定される目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）に基づいて燃料噴射量が決定される。
【００２６】
ＮＯｘパージに関連して、ＥＣＵ４０は、図４に示すＮＯｘパージ制御ルーチンを実施する。ＮＯｘパージ制御ルーチンでは、ＮＯｘパージ条件が成立しているか否かが判別される（ステップＳ１）。ＮＯｘパージ条件は種々に設定可能であるが、本実施形態では、現時点で圧縮行程噴射モードによるリーン燃焼運転が行われていると共にリーン燃焼運転が所定時間（たとえば３０秒間）にわたって行われたときにＮＯｘパージ条件の成立を判別し、また、現時点での噴射モードが圧縮行程噴射モード以外であるか、リーン燃焼運転の合計実行時間が所定時間未満であるか、或いはＮＯｘパージ運転が所定時間（たとえば２〜３秒間）にわたって実行されてＮＯｘパージ運転が完了した直後であるときにＮＯｘパージ条件の不成立を判別するようにしている。
【００２７】
ＮＯｘパージ条件の成立がステップＳ１で判別された場合、ＮＯｘパージモードが設定されると共にＮＯｘパージ運転開始時からの経過時間を計測するタイマがリセットされてから起動される。そして、ＮＯｘパージモードの設定に応じてＮＯｘパージ運転が実施される（ステップＳ２）。
具体的には、ＮＯｘパージ運転での主噴射に係る燃料噴射時間（以下、主噴射時間という）が決定される。ここで、主噴射時間は、現時点での圧縮行程噴射モードによるリーン燃焼運転での目標空燃比と同一の目標空燃比を達成するための燃料噴射時間に設定される。次に、副噴射に係る燃料噴射時間（以下、副噴射時間）は、主噴射と副噴射とによってＮＯｘパージに適した空燃比（例えば、理論空燃比近傍のリッチ空燃比である値１４）が達成されるような燃料噴射時間に設定される。
【００２８】
次いで、上記の主噴射時間にわたって主噴射を行うための主噴射開始時期および終了時期が決定されると共に点火時期が決定される。また、上記の副噴射時間にわたって副噴射を行うための副噴射開始時期および終了時期が決定される。
そして、エンジン１のいずれかの気筒に関して、上記の主噴射開始時期が到来するとこの気筒に対応する燃料噴射弁６が開弁され、主噴射終了時期が到来するとその燃料噴射弁６が閉弁され、また、点火時期が到来すると点火プラグ４が作動する。ここで、主噴射は上記気筒での圧縮行程中に実施されることになる。この主噴射の後の膨張行程において、上記の副噴射開始時期が到来すると燃料噴射弁６が開弁され、副噴射終了時期が到来するとこの燃料噴射弁６が閉弁される。
【００２９】
以上のように、ステップＳ２では、エンジン１の各気筒において主噴射と副噴射とが行われる。そして、副噴射が終了すると、酸素センサ１８の出力に基づいて三元触媒３０ｂ入口における排ガス中酸素濃度が検出され、この酸素濃度が規定値（たとえば０．５％）以下であるか否かが判別される（ステップＳ３）。酸素濃度が規定値以下であれば副噴射時間すなわち副噴射での燃料噴射量が所定値だけ減少するように副噴射時間が減少補正される（ステップＳ４）。一方、酸素濃度が規定値以下でなければ副噴射時間が所定値だけ増大するように副噴射時間が増大補正される（ステップＳ５）。
【００３０】
ステップＳ４またはＳ５での副噴射時間の補正が終了すると、ステップＳ１に戻ってＮＯｘパージモードが依然として成立しているか否かが判別される。そして、ＮＯｘパージモードが成立していれば上記の制御手順が繰り返され、一方、ＮＯｘパージ運転が所定時間にわたって実施された等の理由でＮＯｘパージモードが不成立になればＮＯｘパージ運転が終了する。
【００３１】
図４のＮＯｘパージ制御が実施される結果、例えば３０秒間にわたってリーン燃焼運転が継続してＮＯｘ触媒３０ａの浄化効率が低下するおそれが生じると、ＮＯｘパージ運転が２〜３秒間にわたって実施される。
図５は、上記のＮＯｘパージ運転中での空燃比や排ガス成分濃度の時間経過に伴う変化を示す。ＮＯｘパージ運転では、主噴射は、ＮＯｘパージ運転への移行前の燃料噴射モードと同一の圧縮噴射モードによって行われ、しかも主噴射での空燃比はＮＯｘパージ移行前の圧縮リーン運転での空燃比と同一値たとえば値３０に維持され、燃費悪化およびトルクショックが防止される。主噴射と副噴射との合計空燃比は若干リッチな例えば値１４に設定される。
【００３２】
膨張行程で副噴射が行われると燃料は燃焼室内で不完全燃焼して、未燃ＨＣ（炭化水素）などの未燃燃料成分が燃焼室から排気通路１４へ排出される。このため、図５に示すように、ＮＯｘ触媒入口での排ガス中の未燃ＨＣ濃度は、ＮＯｘパージ運転が開始されると急増する一方、ＮＯｘパージ運転が終了すると急減する。
【００３３】
ＮＯｘパージ運転に先立つリーン燃焼運転およびＮＯｘパージ運転での主噴射が圧縮行程噴射モードで行われるので、排気温度は比較的低く、ＮＯｘ触媒３０ａの上流側の排気通路１４内で未燃ＨＣは殆ど酸化されず、図５に示すようにＮＯｘ触媒入口での排ガス中酸素濃度はＮＯｘパージ運転中に殆ど低下しない。
そして、未燃ＨＣの一部は、酸化機能（三元機能）を有するＮＯｘ触媒３０ａにおいて酸化反応し、ＮＯｘの還元に寄与する一酸化炭素に転化される。未燃ＨＣ及び一酸化炭素によってＮＯｘ触媒３０ａのまわりに還元雰囲気が形成され、ＮＯｘ触媒３０ａに硝酸塩の形で吸蔵されていたＮＯｘが放出され、次いで、一酸化炭素の作用下で硝酸塩が炭酸塩へ転化されることによりＮＯｘが還元される。
【００３４】
この様に、ＮＯｘ放出や一酸化炭素の生成のために未燃ＨＣが消費されるので、ＮＯｘ触媒出口での未燃ＨＣ濃度はＮＯｘ触媒入口での値に比べて小さくなる（図５）。また、ＮＯｘ触媒３０ａでは、酸素を消費しつつ未燃ＨＣから一酸化炭素への転化やＨＣまたは一酸化炭素から窒素ガス、二酸化炭素ガスまたは水への転化が行われるので、ＮＯｘ触媒出口での酸素濃度はＮＯｘ触媒入口での値に比べて小さくなる（図５）。なお、本実施形態におけるＮＯｘ触媒入口での排ガス中の一酸化炭素濃度は従来公知の排気浄化装置での値よりも小さい（図５）。
【００３５】
上記のＮＯｘの放出、還元により、ＮＯｘ触媒３０ａのＮＯｘ吸蔵能力ひいては浄化効率が再生される。すなわち、図５に示すＮＯｘ触媒入口および出口ならびに三元触媒出口での排ガス中ＮＯｘ濃度から分かるように、ＮＯｘ触媒３０ａによりＮＯｘ浄化が行われ、更に、ＮＯｘ触媒３０ａで浄化されなかったＮＯｘが三元触媒３０ｂにおいて浄化される。
【００３６】
本発明は、上記実施形態のものに限定されず、種々に変形可能である。
例えば、実施形態では、現時点で圧縮行程噴射モードによるリーン燃焼運転が行われている（すなわち、主噴射を圧縮行程噴射モードで実行する）という第１の要件ならびにリーン燃焼運転が所定時間にわたって行われたという第２の要件を満たすときにＮＯｘパージ条件の成立を判別するようにしたが、本発明におけるＮＯｘパージ条件はこれに限定されない。
【００３７】
実施形態におけるＮＯｘパージ条件のうち、第１の要件は、ＮＯｘ触媒の上流側の排気通路内で未燃燃料成分が殆ど酸化しない（より広義にはＮＯｘ触媒に流入する排ガス中の酸素濃度が殆ど低下しない）という第１の条件の典型例を表し、また、第２の要件は、ＮＯｘ触媒の浄化効率の低下のおそれがあるという第２の条件の典型例を表している。一方、本発明では、少なくとも第２の条件が満たされるときにＮＯｘパージ条件の成立を判別するようにしても良い。ＮＯｘ浄化効率は例えばＮＯｘ触媒へのＮＯｘの付着量の推定値から求めることができるので、本発明では、例えば硝酸塩Ｘ−ＮＯ3の付着量の推定量が判定基準値を上回ったときにＮＯｘパージ条件成立を判別可能である。上記の第１の要件は、換言すれば、主噴射を圧縮行程噴射モードで実行して排気温度を低下させることを表し、その一方で、点火時期制御やＥＧＲ制御により排気温度を低下可能であるので、ＮＯｘパージ運転に際して排気温度が低下するように点火時期やＥＧＲ量を制御可能である。
【００３８】
また、実施形態ではＮＯｘパージ運転の主噴射に係る空燃比をＮＯｘパージ運転に先立つリーン燃焼運転での空燃比と同一値に維持したが、主噴射に係る空燃比をリーン燃焼運転での空燃比よりもリーン側の値に設定可能である。この場合、ＮＯｘ触媒に流入する排ガス中の酸素濃度を増加させた状態下でＮＯｘをパージさせることも可能であるが、この場合においても、主噴射と副噴射の合計空燃比をＮＯｘの放出、還元に適したややリッチな値にするのが好ましい。
【００３９】
また、実施形態においては、主噴射の後の膨張行程中に燃料噴射弁を作動させるものとしたが、排気行程中に作動させたり、膨張行程中と排気行程中との両方で作動させるものとしても良い。
【００４０】
更に、上記実施形態においては、ＮＯｘ触媒として、排気空燃比がリーンのときに排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、吸蔵されたＮＯｘを排気空燃比がストイキオまたはリッチのときに放出、還元する吸蔵型ＮＯｘ触媒を使用したが、本発明はこれに限定されず、排気空燃比がリーンの時に排ガス中のＮＯｘを吸着し、吸着されたＮＯｘを排気空燃比がストイキオまたはリッチのときに未燃燃料成分と接触、反応させて還元する方式のＮＯｘ触媒を使用しても良い。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の排気浄化装置は、ＮＯｘ触媒装置に捕捉されたＮＯｘを還元させる際、ＮＯｘ触媒装置に流入する排ガス中の酸素濃度が殆ど低下しないという制約の下で、主噴射の後の膨張行程中または排気行程中に燃料噴射弁を作動させるので、トルク変動や燃費悪化を来すことなくＮＯｘ触媒装置の浄化能力を再生できる。
また、ＮＯｘ触媒装置の下流での排ガス中酸素濃度を表す酸素センサ出力に基づいてＮＯｘ触媒装置の下流に配された三元触媒装置の入口での排ガス中酸素濃度が零またはその近傍の値になるように副噴射量を設定して副噴射を行うので、三元触媒装置の浄化性能を充分に発揮させ、ＮＯｘ触媒装置で浄化されなかったＮＯｘを浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による排気浄化装置を装備した内燃機関の概略図である。
【図２】図１に示したＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵、放出、還元作用を示す図である。
【図３】ＮＯｘパージ運転での主噴射および副噴射の合計空燃比とＮＯｘ浄化効率ならびにＮＯｘ触媒出入り口での酸素濃度との関係を示す図である。
【図４】図１に示した電子制御ユニットにより実施されるＮＯｘパージ制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】ＮＯｘパージ運転中での空燃比ならびに排ガス成分濃度の時間経過に伴う変化を示す図である。
【符号の説明】
１  エンジン（筒内噴射型内燃機関）
６  燃料噴射弁
１４  排気管（排気通路）
３０  排気浄化触媒装置
３０ａ  ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵触媒装置）
３０ｂ  三元触媒
４０  電子制御ユニット（パルス噴射手段）
【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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