(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配設され、排気中の酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下により前記吸収したＮＯｘを放出する、貴金属含有のＮＯｘ吸収触媒と、
少なくとも前記ＮＯｘ吸収触媒の周囲の雰囲気を、酸素過剰雰囲気かそれよりも酸素濃度の低い酸素低減雰囲気かのいずれかに切替える酸素濃度調整手段と、
前記酸素濃度調整手段によりＮＯｘ吸収触媒の周囲の雰囲気を酸素過剰雰囲気から酸素低減雰囲気に切替えたとき、少なくとも前記ＮＯｘ吸収触媒の周囲のＣＯ濃度を増大させるＣＯ濃度増大手段と、
前記酸素濃度調整手段によりＮＯｘ吸収触媒の周囲の雰囲気を酸素低減雰囲気から酸素過剰雰囲気に切替えるとき、その直前に前記ＮＯｘ吸収触媒に吸着されているＣＯを脱離させるＣＯ脱離手段とを備え、
前記ＣＯ脱離手段は、排気中の酸素濃度を酸素低減雰囲気と酸素過剰雰囲気との中間の略一定濃度に所定期間、維持するものであることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、
排気の一部をエンジンの吸気系へ還流させる排気還流手段が設けられ、
前記排気還流手段は、ＣＯ脱離手段により排気中の酸素濃度を酸素低減雰囲気と酸素過剰雰囲気との中間の濃度に維持する期間は、酸素低減雰囲気でＮＯｘ吸収触媒からＮＯｘが放出されるときよりも排気の還流量を多くするものであることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかにおいて、
エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接、噴射する燃料噴射弁が設けられ、
ＣＯ濃度増大手段は、前記燃料噴射弁により燃料を、気筒の吸気行程から圧縮行程の間で少なくとも２回に分割して噴射させるものであることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
請求項３において、
ＮＯｘ吸収触媒よりも排気上流側で排気中の酸素濃度を検出するセンサが設けられ、
酸素濃度調整手段は、燃料噴射弁による燃料の噴射量を調整して、エンジンの気筒内燃焼室の空燃比を略理論空燃比近傍の値かそれよりもリーンな値かのいずれか一方になるように切替えるものであり、且つ、前記略理論空燃比近傍の値に切替えたときには燃料を、気筒の吸気行程及び圧縮行程でそれぞれ噴射させるとともに、前記センサからの信号に基づいて前記吸気行程での燃料噴射量のみをフィードバック補正するものである
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１において、
ＮＯｘ吸収触媒よりも上流側の排気通路に、ＨＣの除去率がＣＯの除去率よりも高く設定された酸化触媒が配置されていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１において、
ＮＯｘ吸収触媒の貴金属は白金であることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気通路に酸素過剰雰囲気で窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収するＮＯｘ吸収触媒を配設して、該エンジンを空燃比がリーンな状態で運転するときにも、排気中のＮＯｘを除去できるようにした排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のエンジンの排気浄化装置として、エンジンの排気通路に、排気中の酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度が低下するとＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材を設けるとともに、その下流側に隣接するように三元触媒を配設して、放出されるＮＯｘを還元浄化するようにしたものが知られている（例えば、特開平１０−２７４０８５号公報参照）。
【０００３】
前記のようなＮＯｘ吸収材は、一般に、排気中の酸素濃度が高いときにＮＯｘを酸化させて硝酸塩として吸収する一方、酸素濃度が低下すると、吸収した硝酸塩を排気中の一酸化炭素（ＣＯ）と置換反応させて、このＣＯを炭酸塩として吸収しつつ、ＮＯｘを放出するという特性を有している。このため、前記従来例のものでは、前記ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させて還元浄化するときには、エンジンの燃焼室の空燃比を理論空燃比近傍に制御して、排気中の酸素濃度を低下させるとともに、気筒の膨張行程や排気行程で追加の燃料を噴射して再燃焼させることにより、排気中のＣＯ濃度を高めて、ＮＯｘの放出及び還元浄化を促進するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来例のようなＮＯｘ吸収材には、通常、例えば白金ＰｔやロジウムＲｈ等の貴金属が活性種として担持されており、酸素過剰雰囲気では貴金属の触媒作用により排気中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて、前記ＮＯｘ吸収材への吸収が促進されるようになっている。
【０００５】
しかし、このようなＮＯｘ吸収材では、排気中の酸素濃度を低下させてＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるときに、前記従来例のように排気中のＣＯ濃度を高めるとすると、多量に供給されるＣＯの一部がＮＯｘ吸収材の貴金属表面に付着して、触媒の反応場が塞がれるので、その後、再び酸素過剰雰囲気にしたときに、ＣＯが付着している間は触媒活性が失われてしまい（触媒の失活）、一時的にＮＯｘ吸収性能が著しく低下するという不具合がある。
【０００６】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの排気通路にＮＯｘ吸収材を配設し、排気中の酸素濃度を低下させて前記ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるときに、排気中のＣＯ濃度を高めてＮＯｘの放出を促進するようにした排気浄化装置において、その後、再び排気を酸素過剰雰囲気に切替えたときのＮＯｘ吸収性能の低下を防止することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成すべく、この発明では、排気を酸素過剰雰囲気に切替える直前に、ＮＯｘ吸収触媒に吸着されているＣＯを脱離させて、ＣＯの付着による触媒の失活を解消するようにした。
【０００８】
具体的に、請求項１の発明では、図１に示すように、エンジン１の排気通路２２に配設され、排気中の酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下により前記吸収したＮＯｘを放出する、貴金属含有のＮＯｘ吸収触媒２５と、少なくとも該ＮＯｘ吸収触媒２５の周囲の雰囲気を、酸素過剰雰囲気かそれよりも酸素濃度の低い酸素低減雰囲気かのいずれかに切替える酸素濃度調整手段ａと、この酸素濃度調整手段ａによりＮＯｘ吸収触媒２５の周囲の雰囲気を酸素過剰雰囲気から酸素低減雰囲気に切替えたとき、少なくとも前記ＮＯｘ吸収触媒２５の周囲のＣＯ濃度を増大させるＣＯ濃度増大手段ｂと、前記酸素濃度調整手段ａによりＮＯｘ吸収触媒２５の周囲の雰囲気を酸素低減雰囲気から酸素過剰雰囲気に切替えるとき、その直前に前記ＮＯｘ吸収触媒２５に吸着しているＣＯを脱離させるＣＯ脱離手段ｃとを備える構成とする。
【０００９】
前記の構成により、エンジン１の運転中に、ＮＯｘ吸収触媒２５の周囲の雰囲気が酸素濃度調整手段ａにより酸素過剰雰囲気に切替えられると、排気中のＮＯｘがＮＯｘ吸収触媒２５に吸収される。一方、その酸素過剰雰囲気から酸素低減過剰雰囲気に切替えられると、前記吸収されたＮＯｘが放出されるが、このときにＣＯ濃度増大手段ｂにより少なくとも前記ＮＯｘ吸収触媒２５の周囲のＣＯ濃度が増大されて、このＣＯがＮＯｘ吸収触媒２５に吸収されているＮＯと置換反応することで、ＮＯｘの放出が促進される。また、還元性のあるＣＯの濃度が高くなれば、放出されたＮＯｘの還元分解も促進される。
【００１０】
続いて、前記酸素濃度調整手段ａによりＮＯｘ吸収触媒２５の周囲の雰囲気が再び酸素過剰雰囲気に切替えられるときには、その切替えの直前に、ＣＯ脱離手段ｃによりＮＯｘ吸収触媒２５に吸着されているＣＯが脱離される。具体的には、切替えの直前に所定期間、排気中の酸素濃度を酸素低減雰囲気と酸素過剰雰囲気との中間の略一定濃度に維持することによって、ＮＯｘ吸収触媒の貴金属表面に付着しているＣＯと排気中の酸素との反応が進行し、このＣＯをＮＯｘ吸収触媒から脱離させることができる。こうして、ＣＯの付着による触媒の失活を解消することができるので、酸素過剰雰囲気へ切替えられたときには直ちに排気中のＮＯｘが吸収されるようになり、ＮＯｘ吸収性能の低下を防止できる。
【００１１】
一例として、酸素濃度調整手段は、エンジンの気筒内燃焼室の空燃比を略理論空燃比近傍の値かそれよりもリーンな値かのいずれか一方になるように切替えるものとし、ＣＯ脱離手段は、前記燃焼室の空燃比を前記理論空燃比近傍の値とリーンな値との中間値になるように変更するものとすればよい。
【００１２】
すなわち、エンジンの運転中に燃焼室の空燃比が理論空燃比よりもリーンな値になると、排気が酸素過剰雰囲気に切替えられる一方、空燃比が理論空燃比近傍の値になると、排気が酸素低減雰囲気に切替えられる。そして、その酸素低減雰囲気でＮＯｘ吸収触媒の貴金属表面に付着したＣＯは、ＣＯ脱離手段により燃焼室の空燃比が前記理論空燃比近傍の値とリーンな値との中間値に変更されると、これに伴う排気中の酸素濃度の増大により、ＮＯｘ吸収触媒から燃焼除去される。よって、ＮＯｘ吸収触媒からＣＯを脱離できる。
【００１３】
請求項２の発明では、排気の一部をエンジンの吸気系へ還流させる排気還流手段を設けて、ＣＯ脱離手段により排気中の酸素濃度を酸素低減雰囲気と酸素過剰雰囲気との中間の濃度に維持する期間は、酸素低減雰囲気でＮＯｘ吸収触媒からＮＯｘが放出されるときよりも排気の還流量を多くするものとする。すなわち、一般に、エンジンの燃焼室の空燃比を理論空燃比よりもややリーンな状態にすると、燃焼に伴うＮＯｘの生成量はかなり多くなる傾向があり、好ましくない。そこで、この発明では、排気還流手段によって排気の一部をエンジンの吸気系へ還流させ、このことにより、ＮＯｘの生成を抑制できる。
【００１４】
請求項３の発明では、エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接、噴射する燃料噴射弁が設けられ、ＣＯ濃度増大手段は、前記燃料噴射弁により燃料を、気筒の吸気行程から圧縮行程の間で少なくとも２回に分割して噴射させるものとする。
【００１５】
このことで、燃料噴射弁により燃料が少なくとも２回に分割して噴射されると、最初に噴射された燃料が燃焼室に均一に拡散して希薄な混合気を形成する一方、その後で噴射された燃料噴霧が過濃混合気を形成し、この過濃混合気部分では酸素が不足しているので、局所的な不完全燃焼によりＣＯが生成しやすい状態になる。また、その周囲の希薄混合気部分における燃焼は緩慢になるので、ここでもＣＯが生成しやすくなる。さらに、分割噴射によって開弁初期に噴射される粒の粗い燃料液滴の割合が増えることで、燃料噴霧の気化・霧化状態が悪くなり、このことによってもＣＯが生成しやすくなる。つまり、燃料噴射の分割により排気中のＣＯ濃度を高めることができる。
【００１６】
請求項４の発明では、請求項３の発明において、ＮＯｘ吸収触媒よりも排気上流側で排気中の酸素濃度を検出するセンサを設けるとともに、酸素濃度調整手段は、燃料噴射弁による燃料の噴射量を調整して、エンジンの気筒内燃焼室の空燃比を略理論空燃比近傍の値かそれよりもリーンな値かのいずれか一方になるように切替えるものであって、且つ、前記略理論空燃比近傍の値に切替えたときには燃料を、気筒の吸気行程及び圧縮行程でそれぞれ噴射させるとともに、前記センサからの信号に基づいて前記吸気行程での燃料噴射量のみをフィードバック補正するものとする。
【００１７】
請求項５の発明では、ＮＯｘ吸収触媒よりも上流側の排気通路に、ＨＣの除去率がＣＯの除去率よりも高く設定された酸化触媒を配置する構成とする。
【００１８】
この構成によれば、エンジンの燃焼室からの排気は上流側の酸化触媒を流通してから、ＮＯｘ吸収触媒に供給される。そして、その酸化触媒のＨＣ除去率がＣＯ除去率よりも高く設定されているので、ＮＯｘ吸収触媒への排気中のＣＯ濃度はあまり低下しないのに対し、ＨＣ濃度は大幅に低下する。このことで、排気中のＨＣ濃度が低下すれば、その分、ＮＯｘ吸収触媒に対しその周囲のＣＯが作用しやすくなるので、ＣＯ濃度を過度に高くしなくてもＮＯｘの放出を促進できるようになる。従って、ＮＯｘ吸収触媒の貴金属表面に付着する余剰のＣＯを減らすことができ、このことにより、ＣＯの付着に起因する不具合を軽減できる。
【００１９】
請求項６の発明では、ＮＯｘ吸収触媒の貴金属は白金とする。このことで、白金は特にＣＯとの親和性が高く、ＣＯの付着によって触媒活性が低下しやすいので、請求項１の発明のようにＣＯを脱離して触媒活性を回復できることが極めて有効である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（エンジン全体構成）
図２は本発明の実施形態に係る排気浄化装置Ａを搭載したエンジンの全体構成を示し、１は例えば車両に搭載された多気筒エンジンである。このエンジン１は複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）を有し、各気筒２内にピストン３が往復動可能に嵌挿されていて、そのピストン３により気筒２内に燃焼室４が区画されている。この燃焼室４の上壁における気筒軸心上の位置には、点火回路５に接続された点火プラグ６が燃焼室４に臨むように取り付けられている。また、前記燃焼室４の周縁部には、この燃焼室４に燃料を直接噴射供給するようにインジェクタ（燃料噴射弁）７が取り付けられている。
【００２１】
前記インジェクタ７には、図示しないが、高圧燃料ポンプ、プレッシャレギュレータ等を有する燃料供給回路が接続されており、この燃料供給回路によって燃料タンクからの燃料を適正な圧力に調整しながら、前記インジェクタ７に供給するようになっている。また、その燃料圧力を検出する燃圧センサ８が設けられている。そして、前記インジェクタ７により燃料が気筒２の圧縮行程後期に噴射されると、その燃料噴霧はピストン３の頂面に凹設したキャビティ（図示せず）にトラップされて、前記点火プラグ６の近傍に比較的濃い混合気の層が形成される。一方、前記インジェクタ７により燃料が気筒２の吸気行程で噴射されると、その燃料噴霧は燃焼室４に拡散して吸気（空気）と混合されて、燃焼室４に均一な混合気が形成される。
【００２２】
前記燃焼室４は、図示しない吸気ポートにより吸気弁９を介して吸気通路１０に連通されている。この吸気通路１０は、エンジン１の燃焼室４に対しエアクリーナ１１で濾過した吸気を供給するものであり、上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸入空気量を検出するホットワイヤ式エアフローセンサ１２と、吸気通路１０を絞る電気式スロットル弁１３と、サージタンク１４とがそれぞれ配設されている。前記電気式スロットル弁１３は、図外のアクセルペダルに対し機械的には連結されておらず、モータ１５により駆動されて開閉するようになっている。さらに、前記スロットル弁１３の開度を検出するスロットル開度センサ１６と、サージタンク１４内の吸気圧を検出する吸気圧センサ１７とがそれぞれ設けられている。
【００２３】
前記サージタンク１４よりも下流側の吸気通路１０は、気筒２毎に分岐する独立通路とされていて、その各独立通路の下流端部がさらに２つに分岐してそれぞれ吸気ポートに連通しており、その分岐路のうちの一方にスワール制御弁１８が設けられている。このスワール制御弁１８はアクチュエータ１９により駆動されて開閉するものであり、スワール制御弁１８が閉弁すると、吸気は他方の分岐路のみから燃焼室４に供給されて、その燃焼室４に強い吸気スワールが生成される一方、スワール制御弁１８が開くに連れて、吸気スワールは弱められるようになっている。また、そのスワール制御弁１８の開度を検出するスワール制御弁開度センサ２０が設けられている。
【００２４】
図２において２２は燃焼室４から燃焼ガスを排出する排気通路で、この排気通路２２の上流端は気筒２毎に分岐して、図示しない排気ポートにより排気弁２３を介して燃焼室４に連通されている。この排気通路２２には上流側から下流側に向かって順に、排気中の酸素濃度を検出するＯ2センサ２４と、排気中の酸素濃度が高い雰囲気（酸素過剰雰囲気）でＮＯｘを吸収して除去するリーンＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収触媒）２５とがそれぞれ配設されている。前記Ｏ2センサ２４の出力（起電力）は、図３に示すように、排気中の酸素濃度が略理論空燃比に対応する濃度（約０．５％）になっているときに基準値Ｅ1になるが、それよりも濃い場合（リッチ側）には急増する一方、それよりも薄い場合（リーン側）には急減するようになっている。つまり、Ｏ2センサ２４は、その出力が理論空燃比を境にステップ状に反転するいわゆるラムダＯ2センサからなるものである。
【００２５】
また、前記リーンＮＯｘ触媒２５は、酸素過剰雰囲気で排気中のＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下によって、前記吸収したＮＯｘを放出しかつ還元浄化するＮＯｘ吸収還元タイプのものである。ここで、前記酸素過剰雰囲気とは、排気中の酸素濃度が所定値（例えば４〜５％）以上の雰囲気で、エンジン１の燃焼室４の空燃比がかなりリーンな状態に相当する。また、前記の「酸素濃度の減少によって」とは、排気中の酸素濃度が例えば３〜４％未満（好ましくは１〜２％未満）になればよく、燃焼室４の空燃比が理論空燃比近傍にあるか或いは理論空燃比よりもリッチな状態に相当する。
【００２６】
具体的に、前記リーンＮＯｘ触媒２５は、図４に示すように、コージェライト製のハニカム構造の担体２５ａを有し、その担体２５ａに形成された各貫通孔の壁面に内側触媒層２５ｂと、その上の外側触媒層２５ｃとを形成した２層コートのものである。そして、前記内側触媒層２５ｂには、白金Ｐｔ等の貴金属とＮＯｘ吸収材としてのバリウムＢａとが、多孔質材料であるアルミナやセリアをサポート材として担持されている。一方、外側触媒層２５ｃには、白金Ｐｔ及びロジウムＲｈとＢａとが多孔質材料であるゼオライトをサポート材として担持されている。
【００２７】
尚、不純物は１％以下であることが好ましい。また、前記バリウムＢａに代えてそれ以外のアルカリ土類金属やナトリウムＮａ等のアルカリ金属、又は希土類金属のうちの少なくとも一種を用いるようにしてもよい。また、前記内側触媒層２５ｂのサポート材としてゼオライトを用いてもよく、その場合には前記外側触媒層２５ｃのサポート材として、アルミナ又はセリアを用いてもよい。さらに、前記リーンＮＯｘ触媒２５として、図示しないが、担体の壁表面にアルミナやセリアがサポート材として担持された触媒層を形成し、このサポート材に、白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄ等の貴金属と、カリウムＫ等のアルカリ金属やバリウムＢａ等のアルカリ土類金属とを担持した１層コートタイプのものを用いてもよい。
【００２８】
前記Ｏ2センサ２４よりも上流側の排気通路２２には、ＥＧＲ通路２６の上流端が分岐接続され、このＥＧＲ通路２６の下流端は前記スロットル弁１３とサージタンク１４との間の吸気通路１０に接続されていて、排気の一部を吸気系に還流させるようになっている。このＥＧＲ通路２６の下流端寄りには開度調整可能な電気式のＥＧＲ弁２７が配設されており、ＥＧＲ通路２６による排気の還流量（ＥＧＲ量）を調整するようになっている。また、そのＥＧＲ弁２７のリフト量を検出するリフトセンサ２８が設けられている。
【００２９】
前記点火プラグ６の点火回路５、インジェクタ７、電気式スロットル弁１３の駆動モータ１５、スワール制御弁１８のアクチュエータ１９、電気式ＥＧＲ弁２７等はコントロールユニット４０（以下、ＥＣＵという）によって作動制御されるようになっている。一方、このＥＣＵ４０には、前記エアフローセンサ１２、スロットル開度センサ１６、吸気圧センサ１７、スワール制御弁開度センサ２０、Ｏ2センサ２４及びＥＧＲ弁２７のリフトセンサ２８の各出力信号が入力されており、加えて、エンジン１の冷却水温度（エンジン水温）を検出する水温センサ３０、吸気温度を検出する吸気温センサ３１、大気圧を検出する大気圧センサ３２、エンジン回転数を検出する回転数センサ３３、及びアクセルペダルの開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ３４の各出力信号が入力されている。
【００３０】
（エンジン制御の概要）
この実施形態に係るエンジン１は、その運転状態に応じてインジェクタ７による燃料噴射の形態（燃料噴射時期及び空燃比等）が切替えられて、異なる燃焼状態で運転されるようになっている。すなわち、エンジン１の温間時には、例えば図５に示すように、低負荷低回転側の所定領域が成層燃焼領域とされ、図６に示すように、インジェクタ７により圧縮行程後期に燃料を一括して噴射させて、点火プラグ６の近傍に混合気が偏在する成層状態で燃焼させる燃焼モードになる。この成層燃焼モードでは、エンジン１のポンプ損失を低減するためにスロットル弁１３の開度を大きくしており、このことで、燃焼室４の平均空燃比は大幅にリーンな状態（例えばＡ/Ｆ＝３０くらい）になり、また、排気は酸素過剰雰囲気になる。
【００３１】
一方、それ以外の運転領域は均一燃焼領域とされており、低負荷側のλ＝１分割領域では、インジェクタ７により燃料を吸気行程と圧縮行程とでそれぞれ１回ずつ合計２回に分割して噴射させるとともに、燃焼室４における混合気の空燃比が略理論空燃比（Ａ/Ｆ＝１４．７）になるように、燃料噴射量やスロットル開度等を制御する（以下、λ＝１分割モードという）。このとき、排気は酸素濃度が略０．５％以下の酸素低減雰囲気になる。また、均一燃焼領域における高負荷ないし高回転側のエンリッチ領域では、インジェクタ７により燃料を吸気行程前期に一括して噴射させるとともに、空燃比は理論空燃比よりもリッチな状態（例えばＡ/Ｆ＝１３〜１４）にさせる（以下、エンリッチモードという）。
【００３２】
また、前記図５の制御マップに斜線を入れて示す領域では、ＥＧＲ弁２７を開弁させて、ＥＧＲ通路２６により排気の一部を吸気通路１０に還流させるようにしている。尚、図示しないが、エンジン冷間時には燃焼安定性の向上のためにエンジン１の全ての運転領域を均一燃焼領域としている。
【００３３】
より詳しくは、前記ＥＣＵ４０はエンジン出力に関係する各種制御パラメータとして、例えば、インジェクタ７による燃料噴射量及び噴射時期、スロットル弁１３により調整される吸入空気量、スワール制御弁１８により調整される吸気スワール強さ、ＥＧＲ弁２７により調整されるＥＧＲ量等をエンジン１の運転状態に応じて決定するようになっている。
【００３４】
具体的に、まず、アクセル開度accel及びエンジン回転数neに基づいて、エンジン１の目標トルクtrqが演算される。この目標トルクtrqは予めベンチテスト等により、要求される出力性能が得られるようにアクセル開度accel及びエンジン回転数neとの対応関係が求められ、この対応関係がマップとしてＥＣＵ４０のメモリに記憶されていて、このマップから、実際のアクセル開度accel及びエンジン回転数neに対応する値が読み込まれる。前記アクセル開度accel及びエンジン回転数neと目標トルクtrqとの対応関係は、例えば、図７（ａ）に示すようになり、目標トルクtrqはアクセル開度accelが大きくなるに連れて増加し、かつエンジン回転数neが高いほど大きくなる。
【００３５】
続いて、前記のように求めた目標トルクtrqとエンジン回転数neとに基づいて、運転モードが設定される。すなわち、例えばエンジン温間時には、前記図５に示すように、目標トルクtrqが所定の低負荷側しきい値trq*よりも低く、かつエンジン回転数neが低いときには成層燃焼モードとする一方、それ以外の運転状態では均一燃焼モードとし、さらにこの場合は、目標トルクtrq及びエンジン回転数neに応じてλ＝１分割モードかエンリッチモードかを選択する。
【００３６】
続いて、前記運転モード別に目標空燃比afwが設定される。すなわち、成層燃焼モードやエンリッチモードでは目標トルクtrqとエンジン回転数neとに応じて、予め作成されているマップから目標空燃比afwを求め、また、λ＝１分割モードでは目標空燃比afwを理論空燃比とする。そして、この目標空燃比afw、エンジン回転数ne及び前記目標トルクtrqに基づいて目標充填効率ceを演算し、さらに、この目標充填効率ceとエンジン回転数neとに応じて、予め作成されているマップ（図７（ｂ）参照）からスロットル開度tvoを求める。尚、エンジン回転数とスロットル開度との対応関係はＥＧＲの有無によって異なり、スロットル開度 tvoはＥＧＲ量が零でない場合のほうが零の場合よりも大きめにされる。
【００３７】
また、エアフローセンサ１２からの出力信号に基づいて、エンジン１の実充填効率ceが演算され、この実充填効率ceと前記目標空燃比afwとに基づいて、基本的な燃料噴射量qbaseが演算される。
【００３８】
qbase  ＝  KGKF×ce/afw    （但し、KGKFは換算用の係数）
これとともに、運転モード別に吸気行程噴射と圧縮行程噴射との燃料の分割比が設定され、成層燃焼モードでは吸気行程噴射割合が０％となる一方、エンリッチモードでは吸気行程噴射割合が１００％となり、また、λ＝１分割モードでは目標空燃比afw及びエンジン回転数neに応じて分割比が設定される。
【００３９】
さらに、燃料噴射時期が前記運転モード別に設定され、図示しないが、成層燃焼モードでは目標トルクtrqとエンジン回転数neとに応じて予め作成されているマップから圧縮行程噴射用の噴射時期Inj_TTが求められる一方、均一燃焼モードではエンジン回転数neに応じて予め設定されているテーブルから吸気行程噴射用の噴射時期Inj_TLが求められる。また、分割噴射の場合には圧縮行程噴射用の噴射時期Inj_TTとして成層燃焼モードにおけるデータが流用されるとともに、目標空燃比afw及びエンジン回転数neに応じて予め作成されているマップから吸気行程噴射用の噴射時期Inj_TLが求められる。
【００４０】
その他、エンジン１の点火時期も運転モード別に設定されており、成層燃焼モードでは、主に目標トルクtrqとエンジン回転数neとに基づいて基本点火時期が求められる一方、λ＝１分割モードやエンリッチモードでは、基本点火時期は充填効率ceとエンジン回転数neとに基づいて求められ、この基本点火時期がエンジン水温等に基づいて補正される。さらに、前記スワール制御弁１８も運転モード別に制御されるようになっており、成層燃焼モードでは、スワール制御弁１８の開度は目標トルクtrqが大きいほど、またエンジン回転数neが高いほど大きくされる一方、λ＝１分割モードやエンリッチモードでは、スワール制御弁１８の開度は目標トルクtrqが大きいほど、またエンジン回転数neが高いほど小さくされる。尚、ＥＧＲ量もエンジン１の運転状態に応じて、運転モード別に制御されるようになっている。
【００４１】
（燃料噴射制御）
この実施形態では、上述の如く、エンジン１を成層燃焼モードで運転して、燃費の大幅な改善を図るとともに、その成層燃焼モードにおいて、酸素過剰雰囲気になっている排気中のＮＯｘを除去できるように、いわゆる吸収還元タイプのリーンＮＯｘ触媒２５を採用している。そして、このリーンＮＯｘ触媒２５の浄化性能を安定して発揮させるために、ＮＯｘの吸収量がある程度多くなれば、エンジン１を強制的にλ＝１分割モードに切替えて、前記吸収したＮＯｘを放出させて還元浄化するようにしている（以下、ＮＯｘ放出制御という）。
【００４２】
また、排気に含まれる微量のＳＯｘがリーンＮＯｘ触媒２５に吸着されて、時間の経過とともに徐々にＮＯｘの吸収性能が低下するいわゆる硫黄被毒の問題に対し、前記ＳＯｘの吸着量が所定以上に多くなったときには、前記ＮＯｘ放出制御と同様にしてＳＯｘを強制的に脱離させるＳＯｘ脱離制御を行うようにしている。
【００４３】
さらに、本発明の特徴として、前記のＮＯｘ放出制御やＳＯｘ脱離制御の実行後に、再び成層燃焼モードに切替えるときには、その切替えの直前に、短時間だけ燃焼室４の空燃比を理論空燃比よりもややリーンな状態になるように制御して、排気中の酸素濃度を増大させ、リーンＮＯｘ触媒２５の白金粒子表面に付着しているＣＯを脱離させるようにしている。
【００４４】
次に、燃料噴射制御の処理手順を、図８〜図１１に示すフローチャート図に沿って具体的に説明すると、まず、前記図８に示すように、スタート後のステップＳＡ１において、エアフローセンサ１２、Ｏ2センサ２４，水温センサ３０、回転数センサ３３、アクセル開度センサ３４等の各種センサ信号を受け入れるとともに、ＥＣＵ４０のメモリから各種データを入力する。続いて、ステップＳＡ２において、上述の如く充填効率ceや目標空燃比afw等に基づいて基本燃料噴射量qbaseを演算して設定する。
【００４５】
続いて、ステップＳＡ３〜ＳＡ９の各ステップにおいて、吸気行程噴射及び圧縮行程噴射のそれぞれの噴射パルス幅τL，τTと、それぞれの噴射時期Inj_TL，Inj_TTとを運転モード別に求める。すなわち、まずステップＳＡ３ではλ＝１分割モードかどうか判定する。この判定がＮＯならばステップＳＡ６に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳＡ４に進んで、前記基本燃料噴射量qbaseを分割比に応じて吸気行程と圧縮行程とに分け、その各噴射量に対応する噴射パルス幅τをインジェクタ７の流量特性に基づいて、それぞれ吸気行程噴射パルス幅τL＝τL1、及び圧縮行程噴射パルス幅τT＝τT2として設定する。続いて、ステップＳＡ５において、吸気行程噴射及び圧縮行程噴射のそれぞれの噴射時期を設定する（Inj_TL＝Inj_TL1、Inj_TT＝Inj_TT1）。
【００４６】
また、前記ステップＳＡ３でλ＝１分割モードではないＮＯと判定されて進んだステップＳＡ６では、成層燃焼モードかどうか判定し、この判定がＮＯならばステップＳＡ９に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳＡ７に進んで、吸気行程噴射パルス幅τL＝０とするとともに、圧縮行程噴射パルス幅τTを前記基本燃料噴射量qbaseに対応する値τT1とする。続いて、ステップＳＡ８では、圧縮行程噴射の噴射時期を設定する（Inj_TT＝Inj_TT2）。一方、前記ステップＳＡ６で成層燃焼モードではないＮＯと判定されて進んだステップＳＡ９では、フーエルカット制御を行うかどうか判定し、この判定がＹＥＳならばリターンする一方、判定がＮＯならばステップＳＡ１０に進んで、吸気行程噴射パルス幅τLを前記基本燃料噴射量qbaseに対応する値τL1とするとともに、圧縮行程噴射パルス幅τT＝０とし、続くステップＳＡ１１で、吸気行程噴射の噴射時期を設定する（Inj_TL＝Inj_TL3）。
【００４７】
前記図８のステップＳＡ５，ＳＡ８，ＳＡ１１に続いて、図９に示すステップＳＢ１では、リーンＮＯｘ触媒２５におけるＮＯｘ吸収量を推定する。この推定は例えば、最後にＮＯｘの放出を促してからの走行距離とその間に消費した燃料の総量とに基づいて行い、その推定結果に基づいて、続くステップＳＢ２において、ＮＯｘ吸収量が予め設定した所定値以上になったかどうか、即ち、ＮＯｘの吸収過剰状態か否か判定する。この判定がＮＯであればステップＳＢ１３に進む一方、判定がＹＥＳであればステップＳＢ３に進み、ＮＯｘ放出制御を行う期間であることを示すフラグＦ１をオンにする（Ｆ１＝１）。尚、前記ステップＳＢ２において、エンジン１の加速運転時にはＮＯｘ吸収量に拘わらずＹＥＳと判定して、後述の如くＮＯｘ放出制御を行うようにしてもよい。
【００４８】
続いて、ステップＳＢ４では、初期値０の第１タイマ値Ｔ１をインクリメントし、続くステップＳＢ５において、この第１タイマ値Ｔ１が予め設定した１番目のしきい値Ｔ１0以上になったか否か判別する。この判別がＹＥＳであれば、ＮＯｘ放出制御を行う期間は終了したと判定してステップＳＢ１０に進む一方、判定がＮＯであればステップＳＢ６に進み、このステップＳＢ６〜ＳＢ９の各ステップにおいて、Ｏ2センサ２４からの信号に基づくフィードバック制御演算を行う。
【００４９】
具体的に、まず前記ステップＳＢ６では、Ｏ2センサ２４からの出力Ｅを理論空燃比に対応する基準値Ｅ1と比較し、出力Ｅが基準値Ｅ1よりも大きいＹＥＳであればステップＳＢ７に進んで、フィードバック補正値τCL，τCTを演算する。すなわち、フィードバック補正値τCL，τCTの前回値からそれぞれ定数α、βを減算して今回値とする。一方、前記ステップＳＢ６でＯ2センサ２４からの出力Ｅが基準値Ｅ1以下でＮＯであれば、ステップＳＢ８に進み、フィードバック補正値τCL，τCTの前回値に定数α、βを加算して、今回値を求める。
【００５０】
続いて、ステップＳＢ９では、燃焼室４の空燃比が理論空燃比になるように実充填効率ceに応じて求めた噴射パルス幅τL4，τT4と、前記ステップＳＢ７，ＳＢ８で求めたフィードバック補正値τCL，τCTとに基づいて、ＮＯｘ放出制御時の吸気行程及び圧縮行程噴射パルス幅τL，τTをそれぞれ演算するとともに、それらの噴射時期を改めて設定する。
【００５１】
τL  ＝  τL4＋τCL、    Inj_TL  ＝  Inj_TL4
τT  ＝  τT4＋τCT、    Inj_TT  ＝  Inj_TT4
つまり、Ｏ2センサ２４からの出力Ｅが基準値Ｅ1よりも大きい間は、空燃比は理論空燃比よりもリッチなので、制御のサイクル毎に吸気及び圧縮行程での燃料噴射量を一定量α，βずつ徐々に減少させて、空燃比をリーン側に変化させる。一方、前記出力Ｅが基準値Ｅ1よりも小さくなれば、今度は空燃比がリーンになったので、燃料噴射量を徐々に増大させて、空燃比をリッチ側に変化させるようにしている。尚、前記ステップＳＢ７〜ＳＢ９では、吸気行程及び圧縮行程噴射量を両方共にフィードバック補正するようにしているが、これに限らず、吸気行程噴射量だけをフィードバック補正するようにしてもよい。これは、吸気行程での燃料噴射量を変更しても、燃焼状態や排気への悪影響は少ないからである。
【００５２】
また、前記ステップＳＢ５でＹＥＳと判定されて進んだステップＳＢ１０では、今度は第１タイマ値Ｔ１が予め設定した２番目のしきい値Ｔ１1（Ｔ１1＞Ｔ１0）以上になったか否か判別し、この判別がＮＯであれば、続くステップＳＢ１１において、吸気行程及び圧縮行程噴射パルス幅τL，τTをそれぞれ、燃焼室４の空燃比が理論空燃比よりもややリーンな設定値（例えば、Ａ/Ｆ＝約１５〜１６）になるように実充填効率ceに応じて求めた値τL5，τT5とし、これに対応するように噴射時期を設定する。
【００５３】
τL  ＝  τL5、      Inj_TL  ＝  Inj_TL5
τT  ＝  τT5、      Inj_TT  ＝  Inj_TT5
そして、図１０のステップＳＣ１に進む。一方、前記ステップＳＢ１０の判別がＹＥＳであれば、続くステップＳＢ１２でフラグＦ１をクリアして（Ｆ１＝０）、図１０のステップＳＣ１に進む。
【００５４】
つまり、ＮＯｘ放出制御を行う期間が終了した後の所定期間（第１タイマ値Ｔ１がＴ１0からＴ１1まで変化する間）は、直ちにエンジン１を成層燃焼モードに切替えずに、燃焼室４の空燃比が理論空燃比よりもややリーンな状態になるように、インジェクタ７による燃料噴射量を制御する。
【００５５】
さらに、前記ステップＳＢ２でＮＯと判定されて進んだステップＳＢ１３では、フラグＦ１の状態を判別して、フラグがオンであれば（Ｆ１＝１）前記ステップＳＢ４に進む一方、フラグがオフであれば（Ｆ１＝０）、続くステップＳＢ１４で第１タイマをリセットして（Ｔ１＝０）、前記ステップＳＢ１２に進む。
【００５６】
前記図９のステップＳＢ９，ＳＢ１１、ＳＢ１２に続いて、図１０に示すステップＳＣ１では、今度は、リーンＮＯｘ触媒２５の硫黄被毒の度合い、即ちＳＯｘ吸収量を推定する。この推定も前記ステップＳＢ１におけるＮＯｘ吸収量の推定と同様に、最後にＳＯｘの脱離を促してからの走行距離とその間に消費した燃料の総量とに基づいて、その間の触媒の温度状態を加味して行う。そして、その推定結果に基づいて、続くステップＳＣ２において、ＳＯｘ吸収量が予め設定した所定値以上になったかどうか、即ち、ＳＯｘの吸収過剰状態か否か判定する。ここで、排気中の硫黄成分は僅かなので、通常、ＳＯｘ吸収過剰状態になるまでの走行距離は、ＮＯｘ吸収過剰状態になるまでの走行距離よりもはるかに長い。
【００５７】
前記ステップＳＣ２における判定がＮＯであればステップＳＣ１５に進む一方、判定がＹＥＳであればステップＳＣ３に進み、ＳＯｘ脱離制御を行う期間であることを示すフラグＦ２をオンにする（Ｆ２＝１）。そして、ステップＳＣ４では排気温度thg、即ちリーンＮＯｘ触媒２５の温度状態を推定する。この推定は、主に推定時の実充填効率ceとエンジン回転数neとに基づいて、そこに推定前の所定時間内における成層燃焼モードでの運転時間や、分割噴射を行った時間を加味して行うが、排気温度thgは、充填効率やエンジン回転数が高いほど高くなるとともに、分割噴射によっても高くなる傾向がある。一方、成層燃焼モードでは排気温度thgがかなり低くなるので、成層燃焼モードでの運転時間が長いほどリーンＮＯｘ触媒２５の温度状態は低くなる。
【００５８】
続いて、ステップＳＣ５では、排気温度thgが設定温度thg0（例えば４５０°Ｃ）以上か否か判別し、この判別がＮＯならば図１１のステップＳＤ１に進む一方、判別がＹＥＳならばステップＳＣ６に進んで、ＳＯｘ脱離制御を実行する。このように排気温度がある程度高いときにのみＳＯｘ脱離制御を行うようにするのは、リーンＮＯｘ触媒２５の温度状態がある程度以上に高くならないと、リーンＮＯｘ触媒２５からＳＯｘを脱離させることはできないからである。
【００５９】
前記ステップＳＣ５に続くステップＳＣ６では、初期値０の第２タイマ値Ｔ２をインクリメントし、続くステップＳＣ７において、この第２タイマ値Ｔ２が予め設定した１番目のしきい値Ｔ２0以上になったか否か判別する。そして、この判定がＮＯである間は、ステップＳＣ８に進んで、このステップＳＣ８〜ＳＣ１１の各ステップにおいて、Ｏ2センサ２４からの信号に基づくフィードバック制御演算を行う。このフィードバック制御演算の具体的な手順は前記図９のステップＳＢ６〜ＳＢ９と同じなので、説明は省略する。
【００６０】
また、前記１番目のしきい値Ｔ２0に対応する時間が経過して、リーンＮＯｘ触媒２５からＳＯｘが十分に脱離すれば、前記ステップＳＣ７の判定がＹＥＳになるのでステップＳＣ１２に進み、このステップＳＣ１２において、今度は第２タイマ値Ｔ２が予め設定した２番目のしきい値Ｔ２1（Ｔ２1＞Ｔ２0）以上か否か判別する。この判別がＮＯであれば、続くステップＳＣ１３において前記図９のステップＳＢ１１と同様に、燃焼室４の空燃比が理論空燃比よりもややリーンな設定値になるような吸気行程及び圧縮行程噴射パルス幅τL5，τT5と、これに対応する噴射時期Inj_TL5、Inj_TT5とを設定する。一方、前記ステップＳＣ１２の判別がＹＥＳであれば、続くステップＳＣ１４でフラグＦ２をクリアして（Ｆ２＝０）、図１１のステップＳＤ１に進む。
【００６１】
つまり、ＳＯｘ放出制御の終了後にも、エンジン１を成層燃焼モードに切替える前に第２タイマ値Ｔ２がＴ２0からＴ２1まで変化する間、燃焼室４の空燃比が理論空燃比よりもややリーンな状態になるように燃料噴射量を制御する。
【００６２】
さらに、前記ステップＳＣ２で、ＮＯと判定されて進んだステップＳＣ１５では、フラグＦ２の状態を判別して、フラグがオンであれば（Ｆ２＝１）前記ステップＳＣ４に進む一方、フラグがオフであれば（Ｆ２＝０）、ステップＳＣ１６に進んで、第２タイマをリセットして（Ｔ２＝０）、図１１のステップＳＤ１に進む。
【００６３】
前記ステップＳＣ１１，ＳＣ１３，ＳＣ１４，ＳＣ１６に続いて、図１１のステップＳＤ１では、まず吸気行程噴射パルス幅τLが零であるか否か判別して、パルス幅が零でＹＥＳあれば（τL＝０）ステップＳＤ４に進む一方、パルス幅が零でないＮＯであればステップＳＤ２に進んで、吸気行程噴射時期Inj_TLのタイミングになったか否か判別する。そして、噴射タイミングになるまで待機して、噴射タイミングになれば（ステップＳＤ２でＹＥＳ）、ステップＳＤ３に進んでインジェクタ７により吸気行程噴射を実行する。続いて、ステップＳＤ４〜ＳＤ６の各ステップにおいて、前記と同様に圧縮行程噴射を実行して、しかる後にリターンする。
【００６４】
前記図８に示すフローの各ステップと図９に示すフローのステップＳＢ６〜ＳＢ９の各ステップとによって、エンジン１の気筒内燃焼室４の空燃比を略理論空燃比近傍の値かそれよりもリーンな値かのいずれか一方になるように切替えることで、少なくともリーンＮＯｘ触媒２５の周囲の雰囲気を酸素過剰雰囲気かそれよりも酸素濃度の低い酸素低減雰囲気かのいずれかに切替える酸素濃度調整手段４０ａが構成されている。
【００６５】
また、前記ステップＳＢ９において、インジェクタ７により燃料を気筒の吸気行程及び圧縮行程でそれぞれ１回ずつ２分割して噴射させるようにしており、この分割噴射の制御手順によって、少なくともリーンＮＯｘ触媒２５の周囲のＣＯ濃度を増大させるＣＯ濃度増大手段４０ｂが構成されている。
【００６６】
そして、前記図９のステップＳＢ１０，ＳＢ１１の各ステップによって、酸素濃度調整手段４０ａによりリーンＮＯｘ触媒２５の周囲の雰囲気を酸素低減雰囲気から酸素過剰雰囲気に切替えるとき、その切替えの直前に、燃焼室４の空燃比を理論空燃比よりもややリーンな状態になるように制御して、排気中の酸素濃度を増大させることで、リーンＮＯｘ触媒２５に吸着されているＣＯを脱離させるＣＯ脱離手段４０ｃが構成されている。
【００６７】
（ＥＧＲ制御）
次に、ＥＧＲ制御の処理手順を図１２に示すフローチャート図に沿って具体的に説明すると、まず、スタート後のステップＳＥ１において、エアフローセンサ１２、回転数センサ３３等の各種センサ信号を受け入れるとともに、ＥＣＵ４０のメモリから各種データを入力する。続いて、ステップＳＥ２において、実充填効率ce及びエンジン回転数neに基づいて目標ＥＧＲ率を演算し、この目標ＥＧＲ率になるようなＥＧＲ量を基本ＥＧＲ量EGRbとして設定する。尚、前記目標ＥＧＲ率は、予めベンチテスト等により充填効率ce及びエンジン回転数neとの対応関係が求められ、この対応関係がマップとしてＥＣＵ４０のメモリに記憶されている。
【００６８】
続いて、ステップＳＥ３では、第１フラグＦ１がオンになっているか否かを判別し、この判別がＹＥＳであればステップＳＥ５に進む一方、判別がＮＯであればステップＳＥ４に進んで、今度は第２フラグＦ２がオンになっているか否かを判別する。この判別がＮＯであればステップＳＥ９に進む一方、判別がＹＥＳであればステップＳＥ５に進む。
【００６９】
このステップＳＥ５では、第１タイマ値Ｔ１が１番目のしきい値Ｔ１0以上かどうか判定し、この判定がＹＥＳであればステップＳＥ８に進む一方、判定がＮＯであればステップＳＥ６に進んで、今度は第２タイマ値Ｔ２が１番目のしきい値Ｔ２1以上かどうか判定する。この判定がＹＥＳであればステップＳＥ８に進む一方、判定がＮＯであればステップＳＥ７に進んで、ＥＧＲ量を増減補正する補正値EGRcの値を所定値γ（γ＜０）とする。
【００７０】
また、前記ステップＳＥ５又はステップＳＥ６で、ＹＥＳと判定されて進んだステップＳＥ８では、同様にＥＧＲ量の補正値EGRdの値を所定値δ（δ＞０）とする。さらに、前記ステップＳＥ４でＮＯと判定されて進んだステップＳＥ９では、前記補正値EGRc，EGRdの値を両方共に零とする（EGRc＝EGRd＝０）。
【００７１】
そして、前記ステップＳＥ７，ＳＥ８，ＳＥ９に続くステップＳＥ１０では、前記基本ＥＧＲ量EGRbに補正値EGRc，EGRdを加算して、最終的なＥＧＲ量EGRtを演算する。続いて、ステップＳＥ８においてＥＧＲ弁２７に制御信号を出力して、前記最終的なＥＧＲ量EGRtに対応する開度になるように駆動し、しかる後にリターンする。
【００７２】
つまり、ＮＯｘ放出制御又はＳＯｘ脱離制御のいずれか一方が行われている間は、ＥＧＲ量がやや少なくなるようにＥＧＲ弁２７の開度を補正し、その後、成層燃焼モードに切替える直前に、燃焼室４の空燃比を理論空燃比よりもややリーンな状態に制御するときには、反対にＥＧＲ量がやや多くなるようにＥＧＲ弁２７の開度を補正するようにしている。
【００７３】
前記図１２に示すフローのステップＳＥ３〜ＳＥ６、及びステップＳＥ８の制御手順が、ＣＯ脱離手段４０ｃにより燃焼室４の空燃比を変更するときに、ＥＧＲ通路２６によりＥＧＲ弁２７を介して、排気の一部を吸気通路１０へ還流させる排気還流手段４０ｄに対応している。
【００７４】
（作用効果）
次に、前記実施形態の作用効果を説明する。
【００７５】
この実施形態の排気浄化装置Ａによれば、例えばエンジン１が成層燃焼モードで運転されていて、燃焼室４の空燃比がリーンな状態になり、排気が酸素過剰雰囲気になっているときには、排気通路２２のリーンＮＯｘ触媒２５により、排気中のＣＯ及びＨＣが酸化されて浄化されるとともに、ＮＯｘが吸収されて除去される。また、例えばエンジン１の加速運転時等には、燃焼室４の空燃比は略理論空燃比かそれよりもリッチ側に制御されるので、前記リーンＮＯｘ触媒２５からＮＯｘが放出されて、還元浄化される。
【００７６】
続いて、エンジン１がしばらくの間、成層燃焼モードで運転されると、リーンＮＯｘ触媒２５へのＮＯｘの吸収量の増大に伴い、図１３に示すように。リーンＮＯｘ触媒２５のＮＯｘ吸収性能（ＮＯｘ除去率）が徐々に低下する。そして、図９のフローに示すように、リーンＮＯｘ触媒２５のＮＯｘ吸収量が過剰になったことが判定されると（フラグＦ１＝１）、ＮＯｘ放出制御が行われて、エンジン１は強制的にλ＝１分割モードで運転される。すなわち、Ｏ2センサ２４からの信号に基づいて、燃焼室４の空燃比が理論空燃比（λ＝１）になるように燃料噴射量がフィードバック制御される。
【００７７】
また、インジェクタ７により燃料が２分割して噴射され、そのうちの吸気行程で噴射された一部の燃料が燃焼室４に均一に拡散して希薄な混合気を形成する一方、圧縮行程で噴射された残りの燃料が点火プラグ６の近傍に過濃混合気を形成する。この過濃混合気部分では着火直後の初期燃焼速度は速いものの、酸素が不足しているので、局所的な不完全燃焼によりＣＯが生成しやすい状態になる。また、インジェクタ７の開弁回数が増えることで、開弁初期に噴射される粒の粗い燃料液滴の割合が増えるので、このことによってもＣＯは生成しやすくなる。さらに、希薄混合気の燃焼は緩慢になるので、燃料の一部が燃焼し切らないで排出されるようになり、このことで、排気中のＣＯ濃度はますます高くなる。
【００７８】
つまり、燃焼室の４の空燃比が略理論空燃比になるように制御されることで、排気中の酸素濃度が低下するとともにＣＯ濃度が高まり、その燃料の噴射が、各気筒２の吸気及び圧縮行程で２分割して行われることによって、排気中のＣＯ濃度がさらに大幅に高くなり、その排気がリーンＮＯｘ触媒２５に供給されて、この排気中のＣＯの作用により、リーンＮＯｘ触媒２５からのＮＯｘの放出が促進される。
【００７９】
このようなリーンＮＯｘ触媒２５に対するＮＯｘの吸収及び放出のメカニズムは、おおよそ以下のような反応によるものと考えられている。すなわち、まず、酸素過剰雰囲気中では図１４（ａ）に示すように、排ガス中のＮＯと酸素Ｏ2とが活性種である白金Ｐｔ上で反応して二酸化窒素ＮＯ2になり、このＮＯ2の一部が白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ、吸収材であるバリウムＢａに硝酸塩の形態で吸着される。
【００８０】
ＢａＣＯ3 ＋ＮＯ2 → Ｂａ(ＮＯ3)2 ＋ＣＯ2  （係数省略）
一方、排気中の酸素濃度が低下すると、前記のリーンな状態とは逆の方向に反応が進むので、同図（ｂ）に示すように、バリウム粒子に吸着されている硝酸バリウムＢａ（ＮＯ3）2がＣＯの供給により置換されて、炭酸バリウムＢａＣＯ3と二酸化窒素ＮＯ2とが生成する。
【００８１】
Ｂａ（ＮＯ3）2＋ＣＯ → ＢａＣＯ3＋ＮＯ2  （係数省略）
そして、白金Ｐｔ上でＮＯ2が還元分解される。
【００８２】
ＮＯ2 ＋ＨＣ＋ＣＯ → Ｎ2 ＋Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2  （係数省略）
また、排気中のＣＯ濃度が高くなると、このＣＯと排気中の水分Ｈ2Ｏとの間でいわゆる水性ガスシフト反応が進行し、これにより、白金Ｐｔ上で水素Ｈ2が生成される。
【００８３】
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ  →  Ｈ2＋ＣＯ2  （係数省略）
そして、この水素Ｈ2によりＮＯｘがアンモニアＮＨ3として放出されるので、このことによっても、ＮＯｘの放出が促進されると考えられる。
【００８４】
以上、述べたように、リーンＮＯｘ触媒２５の周囲のＣＯ濃度を高めることで、ＮＯｘの放出及びその還元浄化を促進することができるものの、その一方で、白金ＰｔとＣＯとの親和性が高いことから、前記の反応に寄与しない余剰のＣＯは白金Ｐｔの表面に付着する。そして、リーンＮＯｘ触媒２５から殆どのＮＯｘが放出された頃、即ち、ＮＯｘ放出制御の時間経過を計測する第１タイマ値Ｔ１が１番目のしきい値Ｔ１0を越えた頃には、リーンＮＯｘ触媒２５における白金Ｐｔの表面の反応場は付着したＣＯにより塞がれて、白金Ｐｔの触媒活性が失われることになる。このため、ＮＯｘ放出制御の終了後に直ちにエンジン１が成層燃焼モードに切替えられると、前記図１３に仮想線で示すように、酸素過剰雰囲気の排気中でリーンＮＯｘ触媒２５のＮＯｘ吸収性能が一時的に著しく低下するという不具合があった。
【００８５】
これに対し、この実施形態では、前記図９のフローに示す如く、ＮＯｘ放出制御を終えて再び成層燃焼モードに切替えるとき、前記第１タイマ値Ｔ１が１番目のしきい値Ｔ１0を越えてから２番目のしきい値Ｔ１1を越えるまでの間は（ＳＢ５，１０）、エンジン１を成層燃焼モードに切替えずに、燃焼室４の空燃比が理論空燃比よりもややリーンな状態になるようにインジェクタ７による燃料噴射量を制御するようにしている（ＳＢ１１）。
【００８６】
この燃料噴射量の制御により、前記図１３に示すように、ＮＯｘ放出制御の終了後に短時間だけ、エンジン１の燃焼室４の空燃比が理論空燃比よりもややリーンな状態に維持され、排気中の酸素濃度の増大によって白金Ｐｔの表面に付着しているＣＯと排気中の酸素との反応が進行する。つまり、ＣＯが燃焼除去されて、白金Ｐｔの触媒活性が回復する。
【００８７】
このことで、その後、第１タイマ値Ｔ１が２番目のしきい値Ｔ１1を越えると、エンジン１は成層燃焼モードに切替えられるが、このときには既に白金Ｐｔの表面からＣＯが除去されて触媒活性が回復しているので、酸素過剰雰囲気の排気中でリーンＮＯｘ触媒２５により直ちにＮＯｘを吸収して除去することができる。
【００８８】
したがって、この実施形態の排気浄化装置Ａによれば、リーンＮＯｘ触媒２５におけるＮＯｘの吸収量が多くなって、そのＮＯｘ吸収性能が低下したときには、ＮＯ放出制御によって、排気中の酸素濃度を低下させるとともに、ＣＯ濃度を大幅に増大させて、それらの相乗的な作用効果によって、リーンＮＯｘ触媒２５からのＮＯｘの放出と還元浄化とを促進することができる。
【００８９】
また、これに伴いリーンＮＯｘ触媒２５の白金表面にＣＯが付着して、触媒の活性が失われても、前記ＮＯｘ放出制御の終了後に成層燃焼モードに切替えるときには、その切替えの直前に、エンジン１の燃焼室４の空燃比を理論空燃比よりもややリーンな状態に維持することで、白金Ｐｔの表面に付着したＣＯを燃焼除去し、触媒活性を回復させることができるので、その後の成層燃焼モードでのＮＯｘ吸収性能の低下を解消して、大気中へのＮＯｘ放出量の増大を回避できる。
【００９０】
しかも、この実施形態では、前記のようにエンジン１の燃焼室４の空燃比を理論空燃比よりもややリーンな状態に制御するときに、ＥＧＲ量を増大させるようにしており、このことで、理論空燃比よりもややリーンな状態では燃焼に伴うＮＯｘの生成量がかなり多くなる傾向があるものの、ＥＧＲガスにより燃焼温度の上昇を抑制して、ＮＯｘの生成を抑えることができる。
【００９１】
さらにまた、この実施形態では、リーンＮＯｘ触媒２５の硫黄被毒によるＮＯｘ除去性能の低下も防止できる。すなわち、図１０のフローに示すように、エンジン１の運転中にリーンＮＯｘ触媒２５における硫黄成分の吸収過剰状態が判定されて、フラグＦ２がオンになると（Ｆ２＝１）、このときにリーンＮＯｘ触媒２５が高温状態（例えば４５０°Ｃ以上）になっていて、ＳＯｘを脱離可能な状態であれば、前記のＮＯｘ放出制御と同様のＳＯｘ放出制御が行われて、排気中のＣＯ濃度が大幅に高められることにより、リーンＮＯｘ触媒２５からのＳＯｘの脱離が促進される。
【００９２】
そして、前記ＳＯｘ放出制御の終了後にエンジン１を成層燃焼モードに切替えるときにも、前記のＮＯｘ放出制御の終了時と同様に、切替えの前にエンジン１の燃焼室４の空燃比を理論空燃比よりもややリーンな状態に維持することで、ＳＯｘ放出制御中にリーンＮＯｘ触媒２５の白金Ｐｔ表面に付着したＣＯを燃焼除去することができる。このことで、ＣＯの付着による触媒の失活を解消して、リーンＮＯｘ触媒２５によるＮＯｘ吸収性能の一時的な低下を防止することができる。
【００９３】
（実施形態２）
図１５には、本発明の実施形態２に係るエンジンの排気浄化装置Ａを示す。この排気浄化装置Ａの全体構成は実施形態１のものと同じなので、実施形態１と同じ構成要素については同一符号を付して、その説明は省略する。そして、この実施形態２の特徴は、リーンＮＯｘ触媒２５よりも上流側の排気通路２２に三元触媒２９を配置したことにあり、この三元触媒２９はＨＣ除去率がＣＯ除去率よりも高く設定された酸化触媒としての機能を有するものである。
【００９４】
具体的には、前記上流側の三元触媒２９は、図１６に示すように、例えばコージェライトからなるハニカム状担体２９ａ上に内側触媒層２９ｂ（ベースコート）と外側触媒層２９ｃ（オーバーコート）との２層がコートされている。前記内側触媒層２９ｂには、例えばアルミナ及びセリアをサポート材としてパラジウムＰｄが担持されており、一方、外側触媒層２９ｃには、貴金属である白金及びロジウムがセリアをサポート材として担持されている。
【００９５】
前記外側触媒層２９ｃにおける白金及びロジウムの重量比はＰｔ／Ｒｈ＜３（３よりも小）であり、Ｐｔ／Ｒｈ＝３／２〜１／５であることが望ましい。すなわち、白金及びロジウムの重量比をＰｔ／Ｒｈ≧３（３以上）とすると、後述の如くＣＯ浄化率を下げる効果が得られないので、Ｐｔ／Ｒｈ＜３とする。また、Ｐｔ／Ｒｈ＝０、つまり白金が担持されていなくてロジウムＲｈのみの場合、三元触媒２９の製造時に触媒層６，７の焼成の段階で劣化が始まるので、好ましくない。また、前記内外触媒層６，７全体に耐熱性向上のために３ｇ／Ｌ程度のバリウムＢａを加えてもよい。
【００９６】
そして、前記の外側触媒層２９ｃでセリアにより白金及びロジウムを担持していること、並びに白金及びロジウムの重量比をＰｔ／Ｒｈ＜３にしたことにより、図１７に示すように、空燃比のリーン側への増大に伴って三元触媒２９のＣＯ浄化率が所定値（例えば８０％）以上に増加する空燃比Ａ１は、ＨＣ浄化率が前記所定値（同８０％）以上に増加する空燃比Ａ２よりもリーン側（Ａ１＞Ａ２）に設定されており、このことで三元触媒２９の理論空燃比近傍でのＣＯ浄化率がＨＣ浄化率よりも低く設定されている。
【００９７】
具体的に、例えばＨＣの浄化率が８０％以上になる空燃比がＡ／Ｆ＝１４．６（＝Ａ２）であると、ＣＯの浄化率が８０％以上となる空燃比は前記Ａ／Ｆ＝１４．６よりも大きいＡ／Ｆ＝１４．６２（＝Ａ１）となるように、ＨＣの８０％浄化率に対しＣＯの８０％浄化率が空燃比でＡ／Ｆ＝０．０２以上リーン側に設定されている。また、前記の空燃比Ａ２ではＣＯの浄化率は約４０％になっているので、排気中のＣＯ濃度をあまり低下させないようにしつつ、ＨＣ濃度を十分に低下させることができる。尚、前記ＣＯ浄化率が所定値以上となる空燃比の上限値は、ＮＯｘ浄化率が大きく低下しないように設定されるが、Ａ／Ｆ＝１４．７５以上になることはない。
【００９８】
このような三元触媒２９が設けられている実施形態２の排気浄化装置Ａによれば、２つの触媒２５，２９により、エンジン１を成層燃焼モードで運転するときには、排気中のＨＣ及びＣＯを略完全に酸化して浄化するとともに、排気中のＮＯｘを吸収して除去することができる。一方、エンジン１をλ＝１分割モードで運転するとき（例えばＮＯｘ放出制御を行うとき）には、上流側の三元触媒２９により排気中のＨＣ及びＮＯｘを十分に浄化するとともに、ＣＯはあまり浄化せずに下流側のリーンＮＯｘ触媒２５に供給し、このリーンＮＯｘ触媒２５からのＮＯｘの放出及び還元浄化を促進することができる。
【００９９】
ここで、リーンＮＯｘ触媒２５からＮＯｘの放出を促すために、その周囲の排気中のＣＯ濃度を高めるときには、ＣＯ濃度を十分に高められるとすれば、このＣＯによるリーンＮＯｘ触媒２５からのＣＯ放出促進作用は、ＨＣ濃度が低い方がむしろ強くなる。従って、この実施形態２のように三元触媒２９により排気中のＨＣ濃度を低下させれば、リーンＮＯｓ触媒２５に対するＣＯの作用を最大限に高めることができる。
【０１００】
したがって、この実施形態２によれば、実施形態１と同様の作用効果が得られる上に、三元触媒２９により排気中のＨＣ濃度を低下させて、リーンＮＯｘ触媒２５に対するＣＯの作用を最大限に強めることができる。言い換えると、排気中のＣＯ濃度を過度に高めなくてもＮＯｘの放出を十分に促進することができ、また、排気中のＨＣ濃度が低下すれば、排気中の酸素はＨＣとではなく余剰のＣＯと反応するようになるので、結果として、排気中の余剰のＣＯがリーンＮＯｘ触媒２５の白金Ｐｔ表面に付着することを抑制して、白金Ｐｔの触媒活性の低下を軽減できる。
【０１０１】
（他の実施形態）
尚、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記各実施形態では、ＣＯ濃度増大手段４０ｂとして、インジェクタ７により燃料を、２回に分割して各気筒の吸気行程と圧縮行程とでそれぞれ噴射させるようにしているが、これに限らず、例えば３回以上に分割させるようにしてもよい。また、例えば各気筒の膨張行程や排気行程でも燃料を噴射することにより、排気中のＣＯ濃度を増大させるようにしてもよく、さらには、排気通路２２に直接、ＣＯを供給する手段を設けることも可能である。
【０１０２】
また、前記各実施形態では、リーンＮＯｘ触媒２５に吸着されているＣＯを脱離させるために、エンジン１の燃焼室４の空燃比を制御して、排気中の酸素濃度を高めるようにしているが、これに限らず、例えば、排気通路２２に新気を供給するいわゆる２次エア供給装置を配設して、この２次エア供給装置によって排気中の酸素濃度を調整するようにしてもよい。
【０１０３】
その他、ＮＯｘ放出制御の終了後にエンジン１を成層燃焼モードに切替えるとき、エンジン１の複数の気筒２，２，…のうちの所定気筒をλ＝１分割モードとしたままで、残りの気筒のみを先に成層燃焼モードに切替えるようにしてもよい。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明した如く、請求項１の発明に係るエンジンの排気浄化装置によれば、エンジンの運転中に、ＮＯｘ吸収触媒の周囲の雰囲気を酸素濃度調整手段により酸素低減過剰雰囲気に切替えるとともに、ＣＯ濃度増大手段により少なくともＮＯｘ吸収触媒の周囲のＣＯ濃度を増大させて、ＮＯｘの放出及び還元分解を促進できる。そして、その後、前記酸素濃度調整手段によりＮＯｘ吸収触媒の周囲の雰囲気を再び酸素過剰雰囲気に切替えるときに、その切替えの直前に所定期間、ＣＯ脱離手段により排気中の酸素濃度を酸素低減雰囲気と酸素過剰雰囲気との中間の略一定濃度に維持することによって、ＮＯｘ吸収触媒に吸着されているＣＯを脱離させることができる。これにより、ＣＯの付着による触媒の失活を解消することができ、このことで、酸素過剰雰囲気へ切替えたときのＮＯｘ吸収性能の低下を防止できる。
【０１０５】
請求項２の発明によると、エンジンの燃焼室の空燃比を理論空燃比よりもややリーンな状態にしていても、排気の一部をエンジンの吸気系へ還流させることにより、燃焼に伴うＮＯｘの生成を抑制できる。
【０１０６】
請求項３の発明によると、燃料噴射弁により燃料を、気筒の吸気行程から圧縮行程の間で少なくとも２回に分割して噴射させることで、排気中のＣＯ濃度を高めることができる。
【０１０７】
請求項５の発明によると、ＮＯｘ吸収触媒への排気中のＨＣ濃度を低下させることで、ＣＯ濃度を過度に高くしなくてもＮＯｘの放出を十分に促進できるようになるので、余剰のＣＯを減らして、ＮＯｘ吸収触媒へのＣＯの付着を軽減できる。
【０１０８】
請求項６の発明によると、ＮＯｘ吸収触媒はＣＯとの親和性の高い白金Ｐｔを含有するものなので、請求項１の発明による効果が極めて有効になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構成を示す説明図である。
【図２】  本発明の実施形態に係る排気浄化装置の概略構成図である。
【図３】  空燃比の変化に対するＯ2センサの出力特性を示す図である。
【図４】  リーンＮＯｘ触媒の概略構成を示す断面図である。
【図５】  エンジンの成層燃焼モード、λ＝１分割モード及びエンリチモードの各運転領域を設定したマップの一例を示す図である。
【図６】  エンジンの各運転領域における燃料噴射時期を示すタイムチャート図である。
【図７】  エンジン回転数及びアクセル開度に対応するエンジンの目標トルクを設定したマップ（ａ）と、エンジン回転数及び目標トルクに対応するスロットル弁の開度を設定したマップ（ｂ）とをそれぞれ例示する説明図である。
【図８】  基本的な燃料噴射量及び燃料噴射時期の設定手順を示すフローチャート図である。
【図９】  ＮＯｘ放出制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図１０】  ＳＯｘ脱離制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図１１】  吸気行程噴射及び圧縮行程噴射の実行手順を示すフローチャート図である。
【図１２】  ＥＧＲ制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図１３】  ＮＯｘ放出制御の後で成層燃焼モードに切り替えるときの、燃焼室の空燃比や触媒のＮＯｘ除去率の変化等を対応づけて示すタイムチャート図である。
【図１４】  リーンＮＯｘ触媒における酸素過剰雰囲気でのＮＯｘの吸収（ａ）と、酸素低減雰囲気でのＮＯｘの放出及び還元浄化（ｂ）のメカニズムを示す説明図である。
【図１５】  本発明の実施形態２に係る図２相当図である。
【図１６】  三元触媒の概略構成を示す断面図である。
【図１７】  理論空燃比近傍での三元触媒によるＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化特性を示す図である。
【符号の説明】
Ａ        エンジンの排気浄化装置
１        エンジン
２        気筒
４        燃焼室
７        インジェクタ（燃料噴射弁）
２２      排気通路
２５      リーンＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収触媒）
２６      ＥＧＲ通路（排気還流手段）
２７      ＥＧＲ弁（排気還流手段）
２９      三元触媒（酸化触媒）
４０      コントロールユニット（ＥＣＵ）
４０ａ    酸素濃度調整手段
４０ｂ    ＣＯ濃度増大手段
４０ｃ    ＣＯ脱離手段
４０ｄ    排気還流手段
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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