(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路内に設けられ、酸素過剰雰囲気にて排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、酸素濃度低下雰囲気にて吸蔵されたＮＯｘを放出又は還元するＮＯｘ触媒と、
該ＮＯｘ触媒の下流に設けられ該ＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ放出状態を示すＮＯｘ濃度βを検出する状態検出手段と、
該ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出する場合、排気空燃比を酸素濃度低下雰囲気とし、その後、該状態検出手段から出力されたＮＯｘ濃度βを、予め記憶されたＮＯｘ放出量がほぼ０となる運転状態のときのＮＯｘ濃度β０によって減算補正した補正済ＮＯｘ濃度γ（＝β−β０）が、判定濃度γ２以下になったら、該排気空燃比を酸素過剰雰囲気に変更する雰囲気変更手段と
をそなえたことを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
内燃機関の排気通路内に設けられ、酸素過剰雰囲気にて排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、酸素濃度低下雰囲気にて吸蔵されたＮＯｘを放出又は還元するＮＯｘ触媒と、
該ＮＯｘ触媒の下流に設けられ該ＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ放出状態を示すＮＯｘ濃度βを検出する状態検出手段と、
該ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出する場合、排気空燃比を酸素濃度低下雰囲気とし、その後、該状態検出手段から出力されたＮＯｘ濃度βを、予め記憶されたＮＯｘ放出量がほぼ０となる運転状態のときのＮＯｘ濃度β０と、該ＮＯｘ触媒に流入する分のＮＯｘ濃度β１とによって減算補正した補正済ＮＯｘ濃度γ（＝β−β０−β１）が、判定濃度γ２以下になったら、該排気空燃比を酸素過剰雰囲気に変更する雰囲気変更手段と
をそなえたことを特徴とする、内燃機関。
【請求項３】
前記のＮＯｘ放出量がほぼ０となる運転状態のときのＮＯｘ濃度β０は、追加燃料噴射制御直後にストイキオフィードバックモードとなって低負荷低回転状態であるという設定条件が整う度に更新される
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＯx 触媒をそなえた内燃機関に関し、特に、かかるＮＯx 触媒に吸蔵されたＮＯx を放出又は還元することができる、内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、排ガス中の酸素が過剰になる酸素過剰雰囲気でもＮＯx が浄化できるＮＯx 触媒が開発されており、希薄燃焼可能な内燃機関においては、このＮＯx 触媒を設けることで希薄燃焼時のＮＯx を浄化するようにしている。
このＮＯx 触媒の一つとして、ＮＯx を触媒上に吸蔵させることにより排ガス中のＮＯx を浄化する吸蔵型ＮＯx 触媒（以下、単にＮＯx 触媒という）が開発されている。このＮＯx 触媒は、酸素過剰雰囲気では、排ガス中のＮＯx を酸化させて硝酸塩を生成し、これによりＮＯx を吸蔵する一方、酸素濃度低下雰囲気では、ＮＯx 触媒に吸蔵した硝酸塩と排ガス中のＣＯとを反応させて炭酸塩を生成し、これによりＮＯx を放出，分解する機能を有する。もちろん、ＮＯx 触媒のＮＯx 吸蔵量には限度がある。そこで、ＮＯx 吸蔵量が限度を越える前に、排気空燃比をリッチにすることでＮＯx 触媒の周囲雰囲気を酸素濃度低下雰囲気にし、触媒上に吸蔵したＮＯx を放出することが行なわれている。
【０００３】
このような技術として、特開平７−１６６８５１号公報に開示されたものがある。この技術では、ＮＯx 触媒の下流にＮＯx センサを設け、酸素過剰雰囲気でのＮＯx センサの出力に基づいてＮＯx 触媒の浄化効率の低下を検出するようになっている。そして、ＮＯx 触媒の浄化効率が低下したときには、所定時間だけ酸素濃度低下雰囲気にすることでＮＯx 触媒に吸蔵されたＮＯx を放出し、再びＮＯx 触媒によるＮＯx 吸蔵性能を確保して、希薄燃焼運転時における排ガス中のＮＯx の浄化機能を維持するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＮＯx 触媒のＮＯx の放出特性は、Ａ／Ｆ（空燃比），排気温度，Ｓ／Ｖ（燃焼室全表面積と燃焼室容積との比）等の運転条件の変化や、触媒自体の劣化等により変化するものである。したがって、上述の従来技術のように、酸素濃度低下雰囲気にする時間を予め設定した時間に固定している場合は、ＮＯx の放出特性の変化に対応することができないという課題がある。
【０００５】
つまり、酸素濃度低下雰囲気にする時間がＮＯx 触媒のＮＯx 放出特性と対応せず不十分であった場合には、ＮＯx が完全に放出されないためＮＯx 触媒の浄化効率が低下し、大気中へのＮＯx 排出量が増大してしまうことになる。逆に、酸素濃度低下雰囲気にする時間が過剰であった場合には、無駄な燃料噴射を実行することになり燃費悪化を招くことになってしまうのである。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、ＮＯx 触媒のＮＯx 放出特性の変化に関わらず、燃費悪化を招くことなく確実にＮＯx 触媒に吸蔵されたＮＯx を放出還元できるようにした、内燃機関を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の内燃機関では、排気空燃比を酸素濃度低下雰囲気とすることにより、内燃機関の排気通路内に設けたＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出又は還元を行なうが、ＮＯｘ触媒の下流に設けられた状態検出手段により検出されるＮＯｘ放出状態（ＮＯｘ濃度β）を、予め記憶されたＮＯｘ放出量がほぼ０となる運転状態のときのＮＯｘ濃度β０によって減算補正した補正済ＮＯｘ濃度γ（＝β−β０）と、判定濃度γ２とを比較した結果にもとづいて、雰囲気変更手段により排気空燃比を酸素濃度低下雰囲気から酸素過剰雰囲気に変更する。
また、もう一つの本発明の内燃機関では、排気空燃比を酸素濃度低下雰囲気とすることにより、内燃機関の排気通路内に設けたＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出又は還元を行なうが、ＮＯｘ触媒の下流に設けられた状態検出手段により検出されるＮＯｘ放出状態（ＮＯｘ濃度β）を、予め記憶されたＮＯｘ放出量がほぼ０となる運転状態のときのＮＯｘ濃度β０と、該ＮＯｘ触媒に流入する分のＮＯｘ濃度β１とによって減算補正した補正済ＮＯｘ濃度γ（＝β−β０−β１）と、判定濃度γ２とを比較した結果にもとづいて、雰囲気変更手段により排気空燃比を酸素濃度低下雰囲気から酸素過剰雰囲気に変更する。
また、前記のＮＯｘ放出量がほぼ０となる運転状態のときのＮＯｘ濃度β０は、追加燃料噴射制御直後にストイキオフィードバックモードとなって低負荷低回転状態であるという設定条件が整う度に更新されることが好ましい。
【０００８】
これにより、ＮＯx 触媒のＮＯx 放出特性の変化に応じ過不足なくＮＯx 放出操作を行なうことができ、燃費悪化を招くことなく確実にＮＯx 触媒に吸蔵されたＮＯx を放出又は還元することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
まず、本発明の一実施形態にかかる内燃機関の構成の概要について説明すると、本内燃機関は、図２（ａ）に示すように、４サイクルエンジンであって、火花点火式で、且つ、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射型内燃機関（筒内噴射エンジン）として構成される。
【００１０】
燃焼室１には、吸気通路２および排気通路３が連通しうるように接続されており、吸気通路２と燃焼室１とは吸気弁４によって連通制御されるとともに、排気通路３と燃焼室１とは排気弁５によって連通制御されるようになっている。
また、吸気通路２には、図示しないエアクリーナ及びスロットル弁が設けられており、排気通路３には、排気浄化装置６および図示しないマフラ (消音器）が設けられている。なお、９は高温センサであり、１０はＮＯx センサである。
【００１１】
また、燃焼室１の上部中央には点火プラグ７が設けられ、燃焼室１の上部側縁にはインジェクタ８が設けられている。このインジェクタ（燃料噴射弁）８は、その開口を燃焼室１に臨ませるように配置されている。
このような構成により、図示しないスロットル弁の開度に応じて吸入された空気は、吸気弁４の開放により燃焼室１内に吸入され、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０からの信号に基づいてインジェクタ８から直接噴射された燃料と混合される。そして、点火プラグ７の適宜のタイミングでの点火により燃焼せしめられて、エンジントルクを発生させたのち、燃焼室１内から排ガスとして排気通路３へ排出され、排気浄化装置６で排ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯx の３つの有害成分を浄化されてから、マフラで消音されて大気側へ脱離されるようになっている。
【００１２】
排気浄化装置６は、吸蔵型ＮＯx 触媒（以下、単にＮＯx 触媒という）６Ａと２つの三元触媒６Ｂ，６Ｃとから構成されている。つまり、空燃比がリーンの場合は、排ガス中にはＣＯ，ＨＣはほとんど含まれない一方でＮＯx 濃度は急増するものの酸素過剰雰囲気の場合は三元触媒ではＮＯx を浄化できないため、このＮＯx については、酸素過剰雰囲気で機能するＮＯx 触媒６Ａにより吸蔵し、理論空燃比下では三元触媒６Ｂ，６Ｃの三元機能により排ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯx を浄化するようになっているのである。
【００１３】
また、一方の三元触媒６Ｃは、ＮＯx 触媒６Ａよりも上流側に配置され、フロント触媒として機能するようになっている。このフロント触媒は、エンジンの冷態始動時に、より高温の排ガスを受けていち早く活性して、ＨＣをはじめとする排ガス成分を浄化する。なお、三元触媒６Ｃの配置は、図２（ａ）に示すように、ＮＯx 触媒６Ａ，三元触媒６Ｂとは別個にエンジン本体に近接して配置してもよく、図２（ｂ）に示すように、ＮＯx 触媒６Ａ，三元触媒６Ｂと一体に並べて配置してもよい。
【００１４】
また、三元触媒６ＢはＮＯx 触媒６Ａと一体化したものでもよい。すなわち、ＮＯx 触媒６Ａに三元機能も持たせるようにしてもよい。なお、この場合はＮＯx センサ１０は該一体化された触媒の下流に配置される。
ところで、ＮＯx 触媒６Ａは、ＮＯx を吸蔵し続けているとやがて飽和状態に達し、吸蔵しきれなくなったＮＯx は大気中に放出されてしまうことになる。そこで、ＮＯx 触媒６Ａが飽和状態に達したときは、吸蔵されたＮＯx を一度放出してやる必要があるが、このＮＯx の放出は、ＮＯx 触媒６Ａの周囲雰囲気を酸素濃度低下雰囲気（還元雰囲気）とすることで吸蔵されているＮＯx をＮＯ2 として脱離させ、さらに、ＨＣ，ＣＯ（還元剤）の供給によりＮＯ2 を還元してＮ2 として排出することにより行なうようになっている。
【００１５】
ここで、本内燃機関におけるＮＯx 触媒６ＡからのＮＯx の放出について、さらに詳しく説明する。
本内燃機関のような筒内噴射エンジンでは、燃料噴射の態様として、上述の層状超リーン燃焼によるリーン運転を実現し燃費を向上させるために圧縮行程中で燃料噴射を行なう後期噴射モード（圧縮リーンモード）と、予混合燃焼によるリーン運転を実現し、緩加速による出力を得るために吸気行程中に燃料噴射を行なう前期噴射モード（吸気リーンモード）と、予混合燃焼によるストイキオ運転を実現し、前期噴射モードよりも出力を向上させるために吸気行程中に燃料噴射を行なうストイキオモードと、予混合燃焼によるリッチ運転を実現し、ストイキオ運転モードよりも出力を向上させるエンリッチモードとが設けられており、エンジンの運転状態に応じて切り換えられるようになっている。
【００１６】
そして、前述のような各リーン運転のもとでは、ＮＯx 触媒６Ａの周囲は酸素過剰雰囲気になっているので、ＮＯx 触媒６Ａには希薄燃焼により生じたＮＯx が吸蔵されていくが、こうして吸蔵されたＮＯx は酸素濃度低下雰囲気下で放出，還元されるので、ＮＯx 触媒６Ａに吸蔵されたＮＯx を放出するために、排気通路を酸素濃度低下雰囲気にする雰囲気変更手段２３がそなえられている。この雰囲気変更手段２３は、燃料噴射制御を利用して酸素濃度低下雰囲気をつくるようになっている。
【００１７】
つまり、本内燃機関のＥＣＵ２０には、図１の機能ブロック図に示すように、モード選択手段２４と燃料噴射制御手段２５とが設けられている。
モード選択手段２４では、エンジン回転数Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じて上述のような各モードの中から一つを選択するようになっている。
また、燃料噴射制御手段２５には、エンジン出力を得るための通常の燃焼を行なうべく燃料を噴射する通常燃料噴射制御手段２６と、酸素濃度低下雰囲気をつくるための追加燃料噴射制御手段２７とがそなえられている。
【００１８】
通常燃料噴射制御手段２６は、モード選択手段２４で設定されたモードに応じた燃料噴射制御マップを選択して、この選択した燃料噴射制御マップを用いて、エンジン回転数Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じて、通常の燃焼を行なうための燃料噴射量及び噴射時期（すなわち、燃料噴射終了時期及び燃料噴射開始時期）を設定する。
【００１９】
なお、エンジン回転数Ｎｅにはエンジン回転数センサ１３の検出情報（又は、演算情報）が用いられ、平均有効圧力Ｐｅは、有効圧力演算手段２８の演算情報が用いられる。この有効圧力演算手段２８では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）１４で検出されたアクセル開度θ（スロットル開度がアクセル開度と常に対応する場合は、アクセル開度に代えてスロットル開度でもよい）の各情報から平均有効圧力Ｐｅを算出する。
【００２０】
追加燃料噴射制御手段２７は、ＮＯｘ触媒６ＡからのＮＯｘの放出還元のために行なう追加の燃料噴射（リッチスパイク）を制御するものである。この追加燃料噴射は、排ガス中のＨＣ，ＣＯの確保やエンジンの出力トルクへの影響を考慮して各気筒の膨張行程内（できれば膨張行程でも末期に近いタイミングが好ましい）に追加燃料噴射を行なうようにしている。これによって通常の燃料噴射（主噴射）と追加燃料噴射とを合わせた合計の空燃比（トータルＡ／Ｆ）がリッチとなるようにする。また、ＮＯｘ触媒６Ａの周囲雰囲気を酸素濃度低下雰囲気にする方法としては、追加燃料噴射は用いずに、通常燃料噴射のみにおいて空燃比をリッチ化するという方法でもよいが、この場合、リッチ化によりエンジン出力が変動してしまうので、点火時期制御，吸入空気量制御などにより、エンジン出力の変動を抑制するような処理が必要である。
【００２１】
雰囲気変更手段２３は、このような追加燃料噴射によりＮＯｘ触媒６Ａの周囲を酸素濃度低下雰囲気（還元雰囲気）とする機能を有しており、追加燃料噴射制御手段２７と、この追加燃料噴射制御手段２７の制御により図示しないインジェクタドライバを通じて駆動され追加燃料噴射を行なうインジェクタ（燃料噴射弁）８とから構成されている。
【００２２】
そして、この追加燃料噴射は判定手段２１の判定に基づいて行なわれるようになっており、判定手段２１は、追加燃料噴射制御の開始時期と終了時期とを判定するようになっている。
まず、開始時期の判定は、ＮＯｘ触媒６Ａの下流側に設けられた状態検出手段に相当するＮＯｘセンサ１０で検出されるＮＯｘ濃度β、すなわち、ＮＯｘ触媒６ＡからのＮＯｘ放出状態を評価することにより行なうようになっている。つまり、吸気リーンモードや圧縮リーンモード等のリーンモードでの運転が行なわれると、ＮＯx 触媒６Ａの近傍は酸素過剰雰囲気となってＮＯx 触媒６ＡにＮＯx が吸蔵されていき、ＮＯx 触媒６ＡによるＮＯx 浄化効率は徐々に低下していくことになる。その結果、ＮＯｘ触媒６Ａに吸蔵されることなく下流へ排出されるＮＯｘは次第に増加していき、ＮＯｘセンサ１０で検出されるＮＯｘ濃度βは高くなっていくことになる。したがって、ＮＯｘ濃度βを評価することによりＮＯｘ触媒６Ａの浄化効率の低下を判定することができるのである。
【００２３】
ＮＯx 濃度βの評価にあたっては、まず、ＮＯx 濃度βの補正を行なうようになっている。つまり、ＮＯX センサ１０は、その個体バラツキにより又は経時変化により検出精度に少なからず誤差が生じることがあり、ＮＯX センサ１０が検出するＮＯX 濃度βにも、その検出誤差分のＮＯX 濃度β0 を含んでいる。そこで、この検出誤差分のＮＯX 濃度β0 をあらかじめ把握して補正する必要があるが、ここでは、ＮＯX 放出量がほぼ０となるような運転状態のときにＮＯX 濃度β0 を求めている。例えば、ＮＯX 放出のための追加燃料噴射制御直後において、モードがストイキオフィードバック運転になっており、かつアイドル時の低負荷低回転運転状態において検出したＮＯX 濃度を、検出誤差分のＮＯX 濃度（ＮＯX センサ補正量）β0 とし、判定手段２１内の記憶手段に記憶するようになっている。
【００２４】
つまり、低負荷低回転でのストイキオフィードバック運転時においてＮＯX 触媒６Ａが完全に機能している場合は、ＮＯX 濃度は実質的にゼロとなるので、ＮＯX センサ１０が正常であれば（出力値に誤差がなければ）、ＮＯX センサ１０が検出するＮＯX 濃度もゼロとなるはずである。したがって、このときＮＯX センサ１０が一定のＮＯX 濃度β0 を検出していれば、これが検出誤差分のＮＯX 濃度、すなわち、ＮＯX センサ補正量β0 となるのである。そして、このＮＯX センサ補正量β0 の設定は、設定条件（すなわち、追加燃料噴射制御直後，ストイキオフィードバックモード，低負荷低回転状態）が整う度に行なわれ、判定手段２１内の記憶手段における記憶が更新されるようになっている。
【００２５】
こうして、ＮＯX センサ補正量β0 によってＮＯX センサ１０が検出するＮＯX 濃度βを補正することにより、ＮＯX センサ１０の個体バラツキが補償され、さらに、ＮＯX センサ補正量β0 の設定は設定条件が整う度に行なわれるので、検出したＮＯX 濃度βから経時変化の影響も排除されるようになるのである。
このようにして設定されたＮＯX センサ補正量β0 により、検出されたＮＯX 濃度βを補正（減算）することにより、真のＮＯX 濃度（補正済ＮＯX 濃度）γ（γ＝β−β0 ）を算出するようになっているのである。
【００２６】
そして、この補正済ＮＯX 濃度（以下、単にＮＯX 濃度という）γは、吸気リーンモードや圧縮リーンモード等のリーン運転時においてＮＯX 触媒６Ａの下流で検出されるＮＯX 濃度であり、ＮＯX 触媒６Ａの浄化効率が低下するに従い、すなわち、ＮＯX 吸蔵量が飽和状態に近づくに従い増大していく。そこで、このＮＯX 濃度γをＮＯX 触媒６Ａの浄化効率が許容レベルを下回った時のＮＯX 濃度に対応する所定の開始判定濃度γ1 と比較して、γ1 ≦γならばＮＯX 触媒６Ａの浄化効率が許容レベルを下回ったと判定することができる。
【００２７】
そして、判定手段２１は、ＮＯX 触媒６Ａの浄化効率が許容レベルを下回ったと判定された場合、ＮＯｘ触媒６ＡからＮＯｘを放出還元するための追加の燃料噴射を行なう必要があると判定し、追加燃料噴射の開始信号を追加燃料噴射制御手段２７に出力するようになっている。追加燃料噴射制御手段２７では、開始信号の入力により図示しないインジェクタドライバを通じてインジェクタ８を駆動し、空燃比が理論空燃比よりもやや小さく（例えば約１３）なるように追加燃料噴射を行なうようになっている。
【００２８】
一方、追加燃料噴射制御の終了時期の判定は、ＮＯx センサ１０の出力と、エンジン回転数センサ１３，有効圧力演算手段２８からの情報とに基づいて、追加燃料噴射を行なっている期間に得られるＮＯx 濃度βを評価することにより行なうようになっている。
つまり、図３に示すように、判定手段２１では、追加燃料噴射制御手段２７に追加燃料噴射の開始信号を出力すると同時に、タイマ１２のカウントを開始し（時点ｔ0 ）、所定時間tt01経過した時点（時点ｔ1 ）から、ＮＯx センサ１０から入力されるＮＯx 濃度βの評価を行なう。ただし、開始時期の判定時と同様に、ＮＯX 濃度βをＮＯX センサ補正量β0 によって補正し、ＮＯX センサ１０の個体バラツキや経時変化の影響を排除して真のＮＯX 濃度γ（γ＝β−β0 ）を算出するようになっている。
【００２９】
ここで得られるＮＯX 濃度γは、ＮＯX 放出のための追加燃料噴射制御時においてＮＯX 触媒６Ａの下流で検出されるＮＯX 濃度であり、このＮＯX 濃度はＮＯX 触媒６ＡからのＮＯX 放出状態を示している。すなわち、ＮＯX 触媒６ＡからのＮＯX の放出が進むにつれＮＯX 触媒６Ａに吸蔵されていたＮＯX が少なくなり、ＮＯX 触媒６Ａの下流で検出されるＮＯX 濃度は次第に減少していく。そこで、このＮＯX 濃度γをＮＯX 放出完了時のＮＯX 濃度に対応する終了判定濃度（所定状態）γ2 （γ2 ≦γ1 ）と比較して、γ≦γ2 ならばＮＯX 触媒６ＡからのＮＯX 放出が完了したと判定することができる。
【００３０】
終了判定濃度γ2 は、排ガス速度，触媒反応速度，センサ応答遅れ等の影響による応答遅れを考慮して決定する。すなわち、これらの応答遅れによるタイムラグにより、ＮＯx センサ１０でＮＯx 放出完了を判定して追加燃料噴射を終了しても、しばらくはＮＯx 触媒６ＡはＮＯx 放出が完了しているにもかかわらず、リッチ雰囲気状態が続くことになり、余分な燃料噴射により燃費悪化につながるとともに、ＣＯ，ＨＣが排出され排ガス悪化につながる。そこで、終了判定濃度γ2 は、応答遅れの分早めに追加燃料噴射を終えるよう真の終了判定濃度よりやや高めに設定するのである。
【００３１】
また、ＮＯX 濃度γには、ＮＯX 触媒６Ａに吸蔵されていたＮＯX の他、追加燃料噴射制御中にＮＯX 触媒６Ａに流入するＮＯX の影響も含まれているため、その影響も考慮して終了判定濃度γ2 を決定する。すなわち、流入ＮＯX の分だけ終了判定濃度γ2 を真の終了判定濃度よりやや高めに設定するのである。また、上記の各影響を個々に考慮するのではなく、有効圧力演算手段２８から入力される有効圧力（負荷情報）Ｐｅと、回転数センサ１３から入力されるエンジン回転数Ｎｅとで定まるマップに基づいて終了判定濃度γ2 を設定するようにしてもよい。
【００３２】
なお、上述の時間tt01は、ＮＯX 濃度βの振動に起因する追加燃料噴射制御開始直後の誤判定を防止するための余裕時間である。つまり、前述した排ガス速度，触媒反応速度，センサ応答遅れ等の影響による応答遅れのためＥＣＵからの信号により追加燃料噴射を開始しても、ＮＯX センサ１０により検出されるＮＯX 濃度はすぐには変化せず、また、ＮＯX センサ１０により検出されるＮＯX 濃度βは滑らかに変化するのではなく多少の振動を伴っており、また、終了判定濃度γ2 と開始判定濃度γ1 との差は運転領域によっては小さい場合もあるため、追加燃料噴射制御開始直後にはＮＯX 濃度γ（γ＝β−β0 ）が終了判定濃度γ2 以下となってしまう場合もあるからである。
【００３３】
したがって、時間tt01としては、誤判定が防止できる程度にＮＯX 濃度βが上昇するまでの時間を確保する必要があり、排ガス速度，触媒反応速度，センサ応答遅れ等による応答遅れを考慮して決定する。また、有効圧力演算手段２８から入力される有効圧力（負荷情報）Ｐｅと、回転数センサ１３から入力されるエンジン回転数Ｎｅとで定まるマップに基づいて決定してもよい。
【００３４】
このように、追加燃料噴射制御の開始から所定時間（時間tt01）経過後のＮＯX 濃度βを適宜評価することにより、ＮＯX 触媒６ＡからのＮＯX 放出が完了したか否か判定することができる。そして、ＮＯX 触媒６ＡからのＮＯX 放出が完了したと判定したとき、すなわち、補正したＮＯX 触媒γが終了判定濃度γ2 以下となったとき、判定手段２１は、追加燃料噴射制御手段２７に追加燃料噴射の終了信号を出力するようになっている。追加燃料噴射制御手段２７では、終了信号の入力によりインジェクタ８の駆動を停止するようになっている。
【００３５】
これにより、エンジンの運転状態は通常の吸気リーンモード或いは圧縮リーンモード等のリーンモードとなり、排気空燃比は再び酸素過剰雰囲気へと変更され、ＮＯX 触媒６ＡでのＮＯX の吸蔵が再開されるようになっている。
本発明の一実施形態にかかる内燃機関は、上述のように構成されているので、例えば図４のフローチャートに示すようにしてＮＯx 触媒６Ａに吸蔵されたＮＯx 放出のための追加燃料噴射制御が行なわれる。
【００３６】
まず、判定手段２１では、ＮＯX センサ１０で検出されるＮＯx 触媒６Ａ下流のＮＯX 濃度βを検出し、ＮＯX センサ補正量β0 により補正した補正済みＮＯX 濃度γと所定の開始判定濃度γ1 とを比較する（ステップＳ１０）。
そして、ＮＯX 濃度γが開始判定濃度γ1 以上となったとき、ＮＯX 触媒６Ａの浄化効率が許容レベルを下回ったと判断し、ＮＯx 触媒６ＡからＮＯx の放出が必要と判定する。追加燃料噴射制御手段２７では、この判定に基づきＮＯx 触媒６ＡからＮＯx を放出させるための追加燃料噴射制御を行ない、トータルの空燃比が理論空燃比よりもやや小さく（例えば約１３）なるように追加燃料を噴射し、ＮＯx 触媒６Ａの周囲雰囲気が酸素濃度低下雰囲気となるようにする。これにより、ＮＯx 触媒６Ａでは、吸蔵したＮＯx の放出を開始する（ステップＳ２０）。
【００３７】
追加燃料噴射の開始から所定時間tt01経過後（ステップＳ３０）、判定手段２１では、次に、補正済みＮＯX 濃度γと終了判定濃度γ2 とを比較する。ただし、終了判定濃度γ2 は、排ガス速度，触媒反応速度，センサ応答遅れ等の影響による応答遅れ及び追加燃料噴射制御中にＮＯX 触媒６Ａに流入するＮＯX の影響を考慮して決定する（ステップＳ４０）。
【００３８】
そして、ＮＯX 濃度γが終了判定濃度γ2 以下となったとき、判定手段２１は、ＮＯX 触媒６ＡからのＮＯX 放出が完了したと判定する。追加燃料噴射制御手段２７では、この判定に基づき追加燃料噴射制御を終了し、エンジンの運転状態が圧縮リーンモードまたは吸気リーンモードである場合には、ＮＯX 触媒６Ａの周囲雰囲気を再び酸素過剰雰囲気へと変更する。これにより、ＮＯx 触媒６Ａでは、再びＮＯx の吸蔵を開始する（ステップＳ５０）。
【００３９】
このように、本内燃機関によれば、追加燃料噴射の終了時期の判定をＮＯx センサ１０が検出するＮＯx 濃度βに基づき行なうようになっているので、ＮＯx 触媒６ＡからのＮＯx 放出が完了したか否かを正確に判定することができ、これにより、ＮＯx 触媒６ＡのＮＯx 放出特性の変化に関わらず、無駄な追加燃料噴射による燃費悪化を招くことなく確実にＮＯx 触媒６Ａに吸蔵されたＮＯx を放出還元することが可能となる。
【００４０】
また、本実施例では、追加燃料の噴射開始時期の判定もＮＯx センサ１０が検出するＮＯx 濃度βに基づき行なうようにしているが、この場合は、ＮＯx 触媒の浄化効率の低下状態を正確に判定することができ、さらなるＮＯx 放出量の低減と燃費の悪化防止とが可能となる。
そして、このように追加燃料噴射期間を必要最小限に設定することにより、過剰な追加の燃料噴射が回避され、燃費の向上が可能となる。また、ＮＯx を確実に放出還元することができるので、常に正確にＮＯx 排出量を低減でき、その結果としてリーン運転領域を拡大できるので、さらなる燃費の向上が可能となる。
【００４１】
なお、本実施形態では、追加燃料噴射の終了時期の判定において、ＮＯX 濃度β中に含まれるＮＯX 触媒６Ａに流入するＮＯX 濃度を考慮して終了判定濃度γ2 を決定するようになっているが、ＮＯX 濃度βを補正する際にこの流入分のＮＯX 濃度を考慮するようにしてもよい。すなわち、ＮＯX センサ１０で検出されたＮＯX 濃度βから、個体差や経時変化に対する補正量β0 と流入ＮＯX に対する補正量β1 とを減算し、真のＮＯX 濃度γ（γ＝β−β0 −β1 ）を算出するようにするのである。
【００４２】
この流入ＮＯX に対する補正量β1 は、例えば、有効圧力演算手段２８から入力される有効圧力（負荷情報）Ｐｅと、回転数センサ１３から入力されるエンジン回転数Ｎｅとで定まるマップに基づいて決定してもよい。もちろん、ＮＯX 触媒６Ａの直上流側にもＮＯX センサを設置し、この上流側のＮＯX センサによりＮＯX 触媒６Ａに流入するＮＯX 濃度を検出して決定するようにしてもよく、この場合はより正確な判定が可能となる。
【００４３】
また、本実施形態では、ＮＯx センサ１０により排ガス中のＮＯx 濃度を検出し、検出したＮＯx 濃度に基づき追加燃料噴射制御の終了判定、すなわち、ＮＯx 触媒６ＡからのＮＯx 放出の完了判定を行なっているが、触媒によっては酸素濃度低下雰囲気でＮＯx 触媒から放出されたＮＯx の一部が触媒上での反応によりＮＨ3 となる場合がある。このＮＨ3 は元来ＮＯx 触媒に吸蔵されていたＮＯx が変化したものであるので、ＮＨ3 濃度も検出してＮＯx 放出完了判定に利用することもできる。
【００４４】
その場合、一般にＮＯx センサの多くのものはＮＯx 濃度に加えＮＨ3 濃度も検出することができるので、このようなＮＯx センサの場合は、両者の合計として出力されるＮＯx センサ出力値をもとにＮＯx 放出完了判定を行なうようにしてもよい。逆に、ＮＯx センサがＮＯx 濃度のみを検出するものである場合は、新たにＮＨ3 センサを設けて排ガス中のＮＨ3 濃度を検出し、ＮＯx センサ出力値とＮＨ3 センサ出力値との双方により判定を行なうようにしてもよい。また、ＮＨ3 センサのみにより判定を行なうようにしてもよい。
【００４５】
また、本実施形態では、リーン運転が連続した場合にＮＯx の吸蔵によりＮＯx 触媒のＮＯx 浄化効率が低下したらリッチ化（すなわち、酸素濃度低下雰囲気にすること）を行ない、ＮＯx の放出が完了したら再びリーン運転状態に戻す場合について説明しているが、ドライバのアクセル操作等による加速等でリーン運転からストイキオ運転に切り換わるときに一時的にリッチ化を行なってＮＯx を放出する場合にも、本手法を用いてＮＯx 放出完了を判定し、それによってリッチ化を終了しストイキオ運転に戻すようにしてもよい。
【００４６】
そして、本実施形態では、希薄燃焼内燃機関のひとつである筒内噴射エンジンの場合について説明してきたが、本発明の内燃機関はこの筒内噴射エンジンに限られるものではなく、希薄燃焼可能な内燃機関であれば広く適用しうるものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の内燃機関によれば、ＮＯx 触媒のＮＯx 放出特性の変化に関わらず、無駄な燃料噴射による燃費悪化を招くことなく確実にＮＯx 触媒に吸蔵されたＮＯx を放出又は還元することが可能となる。そして、酸素濃度低下雰囲気期間を必要最小限にすることにより、リーン運転領域の拡大によるさらなる燃費の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関の追加燃料噴射制御の制御系の要部構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる内燃機関の構成を示す模式図であり、（ａ）は全体の構成図、（ｂ）は（ａ）の触媒の設置位置の変形例を示す要部模式図である。
【図３】ＮＯx 触媒からのＮＯx 放出のための追加燃料の噴射開始及び終了のタイミングを説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる内燃機関の追加燃料噴射制御の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
３  排気通路
６  排気浄化装置
６Ａ  ＮＯx 触媒
６Ｂ  三元触媒
６Ｃ  三元触媒（フロント触媒）
８  インジェクション（燃料噴射弁）
１０  ＮＯx センサ（状態検出手段）
２０  ＥＣＵ
２１  判定手段
２３  雰囲気変更手段
２５  燃料噴射制御手段
２７  追加燃料噴射制御手段
【図１】
0004134398.tif 000002
【図２】
0004134398.tif 000003
【図３】
0004134398.tif 000004
【図４】
0004134398.tif 000005