(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予混合燃焼モードと層状燃焼モードとを切り換えて運転可能な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気中のＮＯxを捕捉し、排気空燃比がリッチ化されると前記捕捉したＮＯxを還元するＮＯx触媒装置と、
前記ＮＯx触媒装置が捕捉したＮＯxを還元する際、前記内燃機関を前記層状燃焼モードでのリーン空燃比運転状態から前記予混合燃焼モードでのリーン空燃比運転状態に切り換えた後、該予混合燃焼モードでのリーン空燃比運転状態と排気中の酸素濃度が略同一となる層状燃焼モードでの運転状態に切り換えるＮＯx還元制御手段と、
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ＮＯx触媒装置の排気下流側に酸素吸蔵触媒を備えたことを特徴とする、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、ＮＯx吸蔵型の触媒装置におけるＮＯx還元技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
排気空燃比がリーン空燃比の酸化雰囲気のときに排気中のＮＯxを例えば硝酸塩Ｘ−ＮＯ3として捕捉するとともに、排気中の酸素濃度が低下したとき、即ち排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比である還元雰囲気のときに当該触媒上に吸蔵されたＮＯxをＮ2（窒素）及び炭酸塩Ｘ−ＣＯ3に還元する特性を有するＮＯx吸収剤を触媒装置として採用した内燃機関の排気浄化装置が特許登録第２６００４９２号公報等により公知となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報に開示された装置では、排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比とすべく混合気の空燃比をリーン空燃比から理論空燃比またはリッチ空燃比としており、この方法では燃費の悪化に繋がり好ましいことではない。それ故、燃料噴射量を抑えて燃費が悪化しないようにしながら還元雰囲気を生成することが望まれる。
【０００４】
しかしながら、上記公報に開示された吸気管噴射型内燃機関、即ち予混合燃焼（均一燃焼）しか実施できないような内燃機関では、混合気をリーン空燃比として予混合燃焼運転中にＮＯxを還元しようとした場合、燃料噴射量を増量して混合気の空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比としない限り、つまり排気中の酸素濃度を低下させない限り還元雰囲気を生成することは困難である。
【０００５】
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、層状燃焼可能であり且つＮＯx吸蔵型の触媒装置の接続された内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の層状燃焼を利用し、混合気をリッチ空燃比として排気中の酸素濃度を低下させることなく燃費の悪化なくＮＯxを還元除去可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００６】
【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、予混合燃焼モードと層状燃焼モードとを切り換えて運転可能な内燃機関の排気通路に、排気空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯxを捕捉するとともに排気空燃比がリッチ化されると捕捉したＮＯxを還元するＮＯx触媒装置を設け、ＮＯx触媒装置が捕捉したＮＯxを還元する際には、ＮＯx還元制御手段により、内燃機関は、層状燃焼モードでのリーン空燃比運転状態から予混合燃焼モードでのリーン空燃比運転状態に切り換えられた後、該予混合燃焼モードでのリーン空燃比運転状態と排気中の酸素濃度が略同一となる層状燃焼モードでの運転状態に切り換えられるようにしている。
【０００７】
従って、ＮＯx触媒装置が捕捉したＮＯxを還元する際において、運転状態を層状燃焼モードでのリーン空燃比運転状態から予混合燃焼モードでのリーン空燃比運転状態に切り換えた後、該予混合燃焼モードでのリーン空燃比運転状態と排気中の酸素濃度（Ｏ２濃度）が略同一となる層状燃焼モードとすることにより、予混合燃焼モードの方が層状燃焼モードよりも酸素濃度が小さいために排気中の酸素（Ｏ２）ひいてはＮＯx触媒装置へのＯ２ストレージ量が一気に少なくされるとともに、燃料供給量を若干増加させるものの混合気をリッチ空燃比とすることなく、酸素濃度を低下させなくても、燃料成分の濃い濃化層において還元剤となる一酸化炭素（ＣＯ）が局所的に十分に生成可能とされ、還元雰囲気が良好に生起される。これにより、燃料を大幅に増量して燃費を悪化させることなくＮＯx触媒装置の捕捉したＮＯxを確実に還元することが可能とされるとともに、還元されたＮＯxが再び酸化されないようにすることが可能とされる。
【０００８】
例えば、内燃機関が筒内噴射型内燃機関である場合には、吸気行程噴射モードにおいて予混合燃焼が生起され、圧縮行程噴射モードにおいては噴射燃料が点火栓周りに集中し局所的に空燃比が濃化されてリーン空燃比下で層状燃焼が生起されるが、この場合において、ＮＯx触媒装置が捕捉したＮＯxを還元する際、運転状態を圧縮行程噴射モードでのリーン空燃比運転状態から吸気行程噴射モードでのリーン空燃比運転状態に切り換えた後、当該吸気行程噴射モードでのリーン空燃比運転状態から酸素濃度が略同一となるよう圧縮行程噴射モードに切換えることで、ＮＯx触媒装置へのＯ２ストレージ量を一気に少なくできるとともに、点火栓周りの空燃比が局所的に濃い状態となり、還元剤となる一酸化炭素（ＣＯ）を局所的に十分に生成することが可能となり、これにより、混合気の空燃比を全体としてリーン空燃比としたまま、燃費の悪化なく、還元雰囲気を良好に生起可能となる。
また、請求項２の発明では、ＮＯx触媒装置の排気下流側に酸素吸蔵触媒を備えているので、より一層還元されたＮＯxが再び酸化されないようにすることが可能とされる。
【０００９】
【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。
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内燃機関の排気浄化装置の構成を説明する。
【００１０】
内燃機関本体（以下、単にエンジンという）１は、吸気行程で燃料噴射を実施して予混合燃焼（均一燃焼）を行う吸気行程噴射モード（予混合燃焼モード）と圧縮行程で燃料噴射を実施して層状燃焼を行う圧縮行程噴射モード（層状燃焼モード）とに切り換えて運転可能な筒内噴射型の内燃機関とされており、ここでは、例えば筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンが採用されている。そして、この筒内噴射型のエンジン１では、吸気行程噴射モードにおいて、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の他、リーン空燃比での予混合燃焼運転が実現可能とされており、圧縮行程噴射モードにおいて、超リーン空燃比（例えば、値２５〜値５０）での層状燃焼運転が可能とされている。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、当該筒内噴射型のエンジン１は既に公知のものであり、その本体構造の詳細についてはここでは説明を省略する。
【００１４】
図中符号１３は、クランク角ＣＡ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はクランク角ＣＡとともにエンジン回転速度Ｎeを検出可能とされている。
また、排気マニホールド１２には排気管（排気通路）２０が接続されており、この排気管２０には排気浄化触媒装置３０を介してマフラー（図示せず）が接続されている。
【００１５】
排気浄化触媒装置３０は、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａと三元触媒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を吸蔵（捕捉）させ、主としてＣＯの存在する還元雰囲気中においてＮＯxを放出し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），パラジウム（Ｐｄ）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。
【００１６】
そして、三元触媒３０ｂの下流側には、排気浄化触媒装置３０を通った排ガスに含まれるＮＯxの濃度を検出するＮＯxセンサ３２が設けられている。なお、通常は上記吸蔵型ＮＯx触媒３０ａや三元触媒３０ｂでＮＯxを浄化することができるため、当該ＮＯxセンサ３２の出力は値０或いは値０近傍値となる。従って、ここでは、当該ＮＯxセンサ３２は、上記吸蔵型ＮＯx触媒３０ａや三元触媒３０ｂでＮＯxを浄化できなかった場合に当該ＮＯxの下流への漏洩、流出を検出する手段として用いられる。
【００１７】
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や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、ＮＯxセンサ３２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。
【００１８】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、点火コイル５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５、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、燃料噴射時期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。
【００１９】
実際には、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平均有効圧Ｐeを求めるようにされており、通常運転制御時には、当該目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとに応じて燃料噴射モード設定マップ（図示せず）より燃料噴射モード、即ち運転モードが設定されるようにされている。
【００２０】
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、運転モードは圧縮行程噴射モード（圧縮リーンモード）とされ、燃料はリーン空燃比の下に圧縮行程で噴射され点火プラグ４近傍に集約されて層状燃焼が実施され、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が大きくなると運転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予混合燃焼が実施される。吸気行程噴射モードには、上述したように、リーン空燃比（例えば、値１８〜値２２）で運転する吸気リーンモード、実際の空燃比（実Ａ／Ｆ）がストイキオとなるようフィードバック制御するストイキオフィードバックモード（Ｓ−Ｆ／Ｂモード）、リッチ空燃比で運転するオープンループモード（Ｏ／Ｌモード）がある。
【００２１】
そして、さらに目標平均有効圧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が当該目標Ａ／Ｆに基づいて決定される。
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＮＯxを還元する際、即ち吸蔵型ＮＯx触媒３０ａのＮＯxパージを行う際の運転モードとして、さらに、圧縮行程噴射でありながら全体空燃比をストイキオ（値１４．７）よりもややリーン空燃比寄りの空燃比（スライトリーン空燃比：例えば、値１５〜値１６）に制御する圧縮行程スライトリーンモード（圧縮Ｓ／Ｌモード）、及び、圧縮行程噴射でありながら実平均Ａ／Ｆがストイキオ（値１４．７）或いは僅かばかりリーン空燃比となるよう全体空燃比をフィードバック制御する圧縮行程Ｏ2フィードバックモード（圧縮ストイキオモード）も備えている。
【００２２】
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、つまり、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａからＮＯxを還元除去する際の本発明に係るＮＯx還元制御、即ちＮＯxパージ制御（ＮＯx還元制御手段）について説明する。
図２を参照すると、本発明に係るＮＯxパージ制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、また、図３を参照すると、本発明に関連する、混合気の空燃比に対する排気中の酸素濃度（Ｏ2濃度）及び一酸化炭素濃度（ＣＯ濃度）との関係がそれぞれ吸気行程噴射モード（予混合燃焼モード：一点鎖線）と圧縮行程噴射モード（層状燃焼モード：実線）とに分けて濃度特性図として示されており、以下、図３を参照しながら、図２のフローチャートに沿って説明する。
【００２３】
先ず、図２のステップＳ１０では、ＮＯxセンサ３２からの出力情報に基づき、リーンモードでの運転中における排気浄化触媒装置３０下流のＮＯx濃度が所定値Ｘ1以上か否かを判別する。つまり、圧縮リーンモードでの運転が継続されると、酸化雰囲気が生起され続け、故にＮＯxが吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに多量に吸蔵（捕捉）され蓄積されることになるが、当該ステップＳ１０では、このように吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されるべきＮＯxが吸蔵されずに溢れ出し、ＮＯx吸蔵量が吸蔵許容量（捕捉限界）を越えたか否かを検出する。
【００２４】
ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａは未だ良好に機能していると判定でき、この場合には、ステップＳ１１に進み、ＮＯxパージを行わず、上記燃料噴射モード設定マップに基づいて通常運転制御を実施する。
一方、圧縮リーンモードでの運転が長期に亘って実施され、ステップＳ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）、即ちＮＯxセンサ３２からの出力が所定値Ｘ1に達し、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａのＮＯx吸蔵量が吸蔵許容量に達したと判定された場合には、次にステップＳ１２に進み、ＮＯxパージを開始する。
【００２５】
ステップＳ１２では、ＮＯxパージを行うにあたり上述した圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転（圧縮スライトリーン運転）或いは圧縮ストイキオモードでの運転（圧縮ストイキオ運転）を実施してもよいか否かを判別する。
圧縮Ｓ／Ｌモードや圧縮ストイキオモードは、圧縮リーンモードの場合と同様に、圧縮行程で燃料を噴射し、点火プラグ４近傍にのみ燃料を集約させて層状燃焼を実現するような運転モードである。従って、これらのモードにおいては、全体空燃比としてはリーン空燃比或いはストイキオであるものの、点火プラグ４近傍では圧縮リーンモードの場合と異なりリッチ空燃比状態となっており、局所的に不完全燃焼が発生し、燃焼状態は多少悪化する。
【００２６】
そこで、当該ステップＳ１２では、燃焼状態が悪化しても問題ないか否か、例えば車両の走行等に影響がないか否かを判別する。具体的には、エンジン回転速度Ｎe、目標平均有効圧Ｐe、車速Ｖ等と各判別閾値との比較により判別を行う。
ステップＳ１２の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、燃焼状態が悪化傾向となっても問題なく、圧縮Ｓ／Ｌモード或いは圧縮ストイキオモードでの運転が可能と判定された場合には、ステップＳ１４に進み、タイマＴＭ1をセットし、ＮＯxパージの開始と同時に経過時間の計時を開始する。
【００２７】
ステップＳ１６では、一旦吸気リーンモードでの運転（吸気リーン運転）を実行する。詳しくは、後述する所定のリーン空燃比で吸気リーン運転を実施する。
空燃比がリーン空燃比とされているときには、排気中には未燃の酸素（Ｏ2）が多量に含まれており、通常はこれにより酸化雰囲気が生起され、当該Ｏ2は触媒にストレージされる。しかしながら、ＮＯxパージを行う前には、触媒にストレージされたＯ2によって還元剤である一酸化炭素（ＣＯ）が不用意に酸化されたり還元されたＮＯxが再び酸化されないよう排気中のＯ2は極力少なくしておくのがよい。
【００２８】
この点に関し、図３を参照すると、同一のリーン空燃比であっても吸気行程噴射モードの場合のほうが圧縮行程噴射モードの場合よりもＯ2濃度が小さいことがわかり、圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り換えれば、瞬時にして大幅にＯ2を低減することが可能であることがわかる。
そこで、ＮＯxパージを開始するにあたり、当該ステップＳ１６では、実際にＮＯxの還元を開始する前に、上記燃料噴射モード設定マップに拘わらず、圧縮リーンモードでの運転から吸気リーンモードでの運転に運転モードを切り換え、排気中のＯ2を一気に少ない状態にし、触媒へのＯ2ストレージ量を少ない状態にておく。
【００２９】
そして、ステップＳ１８において、上記タイマＴＭ1が所定時間ｔ1を計時したか否かを判別する。つまり、ＮＯxパージの開始から所定時間ｔ1を待つことで、実際の運転状態が圧縮リーンモードでの運転から吸気リーンモードでの運転に完全に切り換わったか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ１６において吸気リーンモードでの運転を実行し続ける。
【００３０】
一方、ステップＳ１８の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、次にステップＳ２０に進み、実際にＮＯxの還元を開始すべく、圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転（圧縮スライトリーン運転）或いは圧縮ストイキオモードでの運転（圧縮ストイキオ運転）を実行する。即ち、吸気リーンモードから全体空燃比がスライトリーン空燃比或いはストイキオとなるように空燃比を変更しながら運転モードを圧縮行程噴射モードに切り換えて層状燃焼運転を実施する。
【００３１】
なお、ここでは、ＮＯxセンサ３２からの出力に基づいて吸気リーンモードに切り換えるようにしているが、圧縮リーンモードでの運転を続けると触媒温度が低下し浄化能力が低下してくるので、排気温度を上昇させるべく所定期間毎に運転モードを吸気リーンモードに切り換えるのが好ましく、当該吸気リーンモードへの切換後に上記圧縮Ｓ／Ｌモード或いは圧縮ストイキオモードでの運転を実行するようにしてもよい。
【００３２】
圧縮スライトリーン運転への切り換えの場合には、図３に白抜き実線矢印で示すように、吸気リーンモードから圧縮Ｓ／Ｌモードに切り換えるようにする。
このようにすると、同図に●印及び実線矢印で示すように、排気中のＯ2濃度を略一定に保持した状態のまま、▲印及び破線矢印で示すように、ＣＯ濃度、即ち還元剤であるＣＯの濃度を増加させることができ、良好に還元雰囲気が生起されることとなる。
【００３３】
実際には、圧縮Ｓ／Ｌモードでの空燃比の最適値、即ち燃料噴射量を少なくでき且つ十分にＣＯを生成可能な所定のＳ／Ｌ空燃比が実験等によって決定されており、当該所定のＳ／Ｌ空燃比におけるＯ2濃度と同一のＯ2濃度となるようにして、上記吸気リーンモードにおける所定のリーン空燃比が予め設定されている。従って、ＮＯxパージが開始され、吸気リーンモードから圧縮Ｓ／Ｌモードに切り換えられると、空燃比は常に所定のリーン空燃比から所定のＳ／Ｌ空燃比に切り換えられることになり、これにより、排気中のＯ2濃度を略一定に保持したまま、ＣＯ濃度を良好に増加させることが可能となる。
【００３４】
つまり、ＮＯxパージ時において運転モードを吸気リーンモードから圧縮Ｓ／Ｌモードに切り換えるようにすることで、全体として空燃比をリーン空燃比側に維持した状態のまま、Ｏ2濃度を低下させることなく、還元剤であるＣＯを十分に生成することが可能となる。これにより、燃料を大幅に増量し空燃比をリッチ空燃比にしなくても還元雰囲気を良好に生起することが可能となり、燃費を悪化させることなく触媒装置の捕捉したＮＯxを確実に還元することができる。
【００３５】
また一方、圧縮ストイキオ運転への切り換えの場合には、図３に白抜き破線矢印で示すように、吸気リーンモードから圧縮ストイキオモードに切り換えるようにする。
このようにすると、上記同様、同図に○印及び実線矢印で示すように、排気中のＯ2濃度を略一定に保持した状態のまま、△印及び破線矢印で示すように、ＣＯ濃度を大幅に増加させることができ、良好に還元雰囲気が生起される。
【００３６】
なお、この場合には、圧縮ストイキオモードでの空燃比（値１４．７）におけるＯ2濃度と同一のＯ2濃度となるようにして、吸気リーンモードにおける上記所定のリーン空燃比が予め設定されており、これにより、上記同様、吸気リーンモードから圧縮ストイキオモードに切り換えられると、空燃比は常に所定のリーン空燃比からストイキオに切り換えられることになり、排気中のＯ2濃度を略一定に保持したまま、ＣＯ濃度を増加させることが可能となる。
【００３７】
つまり、ＮＯxパージ時において運転モードを吸気リーンモードから圧縮ストイキオモードに切り換えるようにすることで、空燃比をリッチ空燃比にすることなくストイキオにとどめ、Ｏ2濃度を低下させることなく還元剤であるＣＯを十分に生成することが可能となる。これにより、やはり燃料を大幅に増量しなくても還元雰囲気を良好に生起することが可能となり、上記同様に、燃費を悪化させることなく触媒装置の捕捉したＮＯxを確実に還元することができる。
【００３８】
そして、ステップＳ２２では、上記タイマＴＭ1が所定時間ｔ2を計時したか否かを判別する。つまり、ＮＯxパージが十分に実施されたと見なせる所定時間ｔ2を待つことで、ＮＯxパージを終了してもよいか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ２０において圧縮Ｓ／Ｌモード或いは圧縮ストイキオモードでの運転を実行し続ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ＮＯxパージを終了し、当該ルーチンを抜ける。
【００３９】
上記ステップＳ１２の判別結果が偽（Ｎｏ）で、燃焼状態が悪化傾向となるのは好ましくなく圧縮Ｓ／Ｌモード或いは圧縮ストイキオモードでの運転を実施しない方がよいと判定された場合には、ステップＳ２６に進み、タイマＴＭ2をセットし、上記タイマＴＭ1と同様、ＮＯxパージの開始と同時に経過時間の計時を開始する。
【００４０】
そして、この場合には、ステップＳ２８において、従来通りにリッチ空燃比運転によりＮＯxパージを行うようにする。つまり、圧縮Ｓ／Ｌモード或いは圧縮ストイキオモードでの運転を実施しない方がよいと判定される場合には、運転モードを吸気行程噴射モードのうちＯ／Ｌモード或いはＳ−Ｆ／Ｂモードとし、空燃比がリッチ空燃比或いはストイキオとなるように燃料を噴射し、予混合燃焼運転を実施してＮＯxパージを行うようにする。
【００４１】
ステップＳ３０では、タイマＴＭ2が所定時間ｔ3を計時したか否かを判別する。つまり、上記所定時間ｔ2と同様、ＮＯxパージが十分に実施されたと見なせる所定時間ｔ3を待つことで、ＮＯxパージを終了してもよいか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ２８においてＯ／Ｌモード或いはＳ−Ｆ／Ｂモードでの運転を実行し続ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ＮＯxパージを終了し、当該ルーチンを抜ける。
【００４２】
なお、上記実施形態では、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａのＮＯx吸蔵量が吸蔵許容量に達したことをＮＯxセンサ３２からの出力情報により検出してＮＯxパージを行うようにしたが、ＮＯx吸蔵量は、例えばエンジン回転速度情報Ｎeと目標平均有効圧Ｐe、或いは、リーン空燃比での運転時間に基づくＮＯx積算量から推定するようにしてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、ＮＯxパージが十分に実施されたか否かをタイマＴＭ1或いはタイマＴＭ2の計時によって判別するようにしたが、例えば、図３に示すＣＯ濃度に基づいてＮＯx還元量を推定し、ＮＯxが略完全に還元されたことを上記ＮＯx積算量から当該ＮＯx還元量を減算した差値に基づいて求めることも可能である。
【００４４】
また、上記実施形態では、排気浄化触媒装置３０を吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの下流に三元触媒３０ｂを配設して構成したが、変形例として排気浄化触媒装置３０を図４或いは図５に示すような構成にしてもよい。
図４では、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａと三元触媒３０ｂとの間にイリジウム或いはゼオライトを成分とする選択還元型ＮＯx触媒３０ｃを配設するようにしている。
【００４５】
このように選択還元型ＮＯx触媒３０ｃを配設すると、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａが吸蔵許容量を越えてＮＯxが溢れ出した場合、或いはスライトリーン空燃比雰囲気中であるために十分にＮＯxを還元できなかった場合であっても、当該流出するＮＯxを選択還元型ＮＯx触媒３０ｃで良好に還元することができることになり、ＮＯxの浄化処理能力が向上する。この場合、ＮＯxセンサ３２は吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの直下流に配設する必要がある。
【００４６】
なお、選択還元型ＮＯx触媒３０ｃを個別に設けず、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａ或いは三元触媒３０ｂに選択還元型ＮＯx触媒３０ｃの機能を含ませるようにしてもよい。
図５では、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａと三元触媒３０ｂとの間にセリア等を担持したＯ2ストレージ触媒３０ｄを配設するようにしている。
【００４７】
このようにＯ2ストレージ触媒３０ｄを配設すると、上述したようにＮＯxパージ時においてＯ2濃度は小さく抑えられるものの依然として残留しているＯ2が良好にＯ2ストレージ触媒３０ｄに捕捉されることになり、還元されたＮＯxが再び酸化されてしまうことやスライトリーン空燃比雰囲気中であるために十分にＮＯxを還元できないといったことがより好適に防止される。この場合においても、ＮＯxセンサ３２は吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの直下流に配設するのがよい。
【００４８】
さらに、上記実施形態では、エンジン１を筒内噴射型の内燃機関としたが、予混合燃焼モードでの運転と層状燃焼モードでの運転とを実施可能なものであれば、エンジン１はいかなる形態の内燃機関であってもよい。
【００４９】
【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の内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒装置が捕捉したＮＯxを還元する際、運転状態を層状燃焼モードでのリーン空燃比運転状態から予混合燃焼モードでのリーン空燃比運転状態に切り換えた後、該予混合燃焼モードでのリーン空燃比運転状態と排気中の酸素濃度（Ｏ２濃度）が略同一となる層状燃焼モードとするので、ＮＯx触媒装置へのＯ２ストレージ量を一気に少なくできるとともに、燃料供給量を若干増加させるものの混合気をリッチ空燃比とすることなく、酸素濃度を低下させることなく、燃料成分の濃い濃化層において還元剤たる一酸化炭素（ＣＯ）を局所的に十分に生成することができ、これにより、燃料を大幅に増量して燃費を悪化させることなく、還元雰囲気を良好に生起し、触媒装置の捕捉したＮＯxを確実に還元することができるとともに、還元されたＮＯxが再び酸化されてしまわないようにできる。
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯx触媒装置の排気下流側に酸素吸蔵触媒を備えることで、より一層還元されたＮＯxが再び酸化されてしまわないようにできる。
【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】本発明に係るＮＯxパージ制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】混合気の空燃比に対する排気中の酸素濃度（Ｏ2濃度）及び一酸化炭素濃度（ＣＯ濃度）との関係をそれぞれ吸気行程噴射モード（予混合燃焼モード）と圧縮行程噴射モード（層状燃焼モード）とに分けて示した本発明に関連する濃度特性図である。
【図４】図１中の排気浄化触媒装置の変形例を示す図である。
【図５】図１中の排気浄化触媒装置の他の変形例を示す図である。
【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
１１ａ  スロットルセンサ
１３  クランク角センサ
３０  排気浄化触媒装置
３０ａ  吸蔵型ＮＯx触媒
３０ｂ  三元触媒
３２  ＮＯxセンサ
４０  電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
【図１】
0004250838.tif 000002
【図２】
0004250838.tif 000003
【図３】
0004250838.tif 000004
【図４】
0004250838.tif 000005
【図５】
0004250838.tif 000006