(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた触媒装置であって、触媒雰囲気が還元成分濃度低下雰囲気のときに排ガス中のＮＯxを吸蔵し、触媒雰囲気が還元成分濃度増加雰囲気のときに吸蔵したＮＯxを放出させ還元する触媒装置と、
前記触媒装置からＮＯxの代わりに吸蔵された排ガス中のＳＯxを放出させるとき、圧縮行程中に理論空燃比よりややリーン寄りの空燃比であるスライトリーン空燃比で燃料を直接燃焼室内に噴射することにより点火プラグ近傍を局部的にリッチ空燃比として成層燃焼を実施するＳＯx放出制御手段と
を備えたことを特徴とする筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
排気通路に設けられた触媒装置であって、触媒雰囲気が還元成分濃度低下雰囲気のときに排ガス中のＮＯxを吸蔵し、触媒雰囲気が還元成分濃度増加雰囲気のときに吸蔵したＮＯxを放出させ還元する触媒装置と、
前記触媒装置からＮＯxの代わりに吸蔵された排ガス中のＳＯxを放出させるとき、事前に圧縮行程中に略理論空燃比で燃料を直接燃焼室内に噴射して成層燃焼を実施する昇温手段と、
前記昇温手段による前記触媒装置の昇温後に、該昇温手段の制御による空燃比よりリーン側の空燃比で燃料を直接燃焼室内に噴射して成層燃焼を実施するＳＯx放出制御手段と
を備えたことを特徴とする筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記昇温手段は、前記触媒装置が所定温度以下のときには、主噴射を圧縮行程又は吸気行程で行った後に副噴射を膨張行程で行う２段噴射を実行し、前記触媒装置が所定温度を越えると前記略理論空燃比での成層燃焼に切換えることを特徴とする請求項２記載の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、筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵されたＳＯxを除去する技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
近年、燃費と出力との両立を図るために、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射型内燃機関が実用化され車両に搭載されている。この種の内燃機関は、特定運転領域で圧縮行程中に燃料を噴射して超希薄な空燃比で成層燃焼を行うようにしているため、従来型の三元触媒ではその特性上排ガス中のＮＯxを十分に浄化できないという問題があり、最近では、酸素過剰雰囲気においてもＮＯxを浄化できる吸蔵型ＮＯx触媒が開発され実用化されている。
【０００３】
吸蔵型ＮＯx触媒は、還元成分濃度が低い酸素過剰状態（酸化雰囲気）において排ガス中のＮＯxを硝酸塩Ｘ−ＮＯ3として吸蔵し、該吸蔵したＮＯxをＣＯ（一酸化炭素）が多い状態（還元成分増加雰囲気）でＮ2（窒素）に還元させる特性（同時に炭酸塩Ｘ−ＣＯ3が生成される）を有した触媒として構成されている。筒内噴射型内燃機関に関していえば、例えば、吸蔵型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵量が飽和する前に空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するような吸気行程でのリッチ空燃比運転に定期的に切換え（これをリッチスパイクという）、これにより、触媒に流入する排ガスのＣＯ濃度を増加させて、吸蔵したＮＯxを放出還元（ＮＯxパージ）して吸蔵型ＮＯx触媒の再生を図るようにしている。
【０００４】
また一方で、燃料中にはＳ（サルファ）成分（硫黄成分）が含まれており、このＳ成分は酸素と反応してＳＯx（硫黄酸化物）となり、該ＳＯxはＮＯxの代わりに硫酸塩として吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵されるという問題がある。つまり、触媒担体がＳＯxにより被毒して触媒の浄化効率が低下してしまうという問題がある。しかしながら、このように吸蔵されたＳＯxは、触媒に還元成分（ＣＯ）を供給し、且つ、触媒を高温状態にすることで除去（Ｓパージ）されることが分かっている。
【０００５】
そこで、例えばＳＯxの吸蔵量の推定値が所定量に達したときに、点火時期のリタード或いは膨張行程での燃料噴射を実施して排気昇温により触媒を高温状態とした上で、機関の空燃比をリッチ化してＣＯの多い還元雰囲気を生成することで、Ｓパージを行う技術が知られている（例えば、特開平７−２１７４７４号公報等）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｓパージを実現可能な十分な量のＣＯを供給し還元成分増加雰囲気を生成するには、値１２程度のかなりリッチな空燃比を設定する必要があり、そのため燃費が悪化してしまい、又、排気昇温のための点火時期リタードや膨張行程噴射も燃費悪化の要因となることから、結果として燃費面で有利な筒内噴射型内燃機関の利点を十分に生かすことができないという問題があった。
【０００７】
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、ＮＯx吸蔵型の触媒装置において、燃費の悪化を抑制した上で、ＳＯxを効率的に除去することができる筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００８】
【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、排気通路に設けられた触媒装置であって、触媒雰囲気が還元成分濃度低下雰囲気のときに排ガス中のＮＯxを吸蔵し、触媒雰囲気が還元成分濃度増加雰囲気のときに吸蔵したＮＯxを放出させ還元する触媒装置と、触媒装置からＮＯxの代わりに吸蔵された排ガス中のＳＯxを放出させるとき、圧縮行程中に理論空燃比よりややリーン寄りの空燃比であるスライトリーン空燃比で燃料を直接燃焼室内に噴射することにより点火プラグ近傍を局部的にリッチ空燃比として成層燃焼を実施するＳＯx放出制御手段とを備えたものである。
【０００９】
このように、圧縮行程中に理論空燃比よりややリーン寄りの空燃比であるスライトリーン空燃比で燃料が噴射されて成層燃焼が形成されると、燃料は点火プラグ周りに集中して局部的にリッチ空燃比となり、不完全燃焼が生起されて一酸化炭素（ＣＯ）が多く発生する一方、それ以外の領域では余剰酸素（Ｏ2）が生成される。これらのＣＯとＯ2は排気通路を経て触媒装置に到達し、ＳＯx放出に必要なＣＯが十分に供給されると共に、触媒上でのＣＯが酸化反応したときの反応熱、或いは別に設けた昇温手段の作用により触媒装置が昇温され、その結果、硫酸塩として吸蔵されていたＳＯxが一旦放出された後、触媒装置の触媒反応作用によって良好に還元除去される。そして、この場合、機関の空燃比がスライトリーン空燃比であることから、燃費の悪化なく効率よくＳＯxを除去可能となる。
請求項２の発明では、排気通路に設けられた触媒装置であって、触媒雰囲気が還元成分濃度低下雰囲気のときに排ガス中のＮＯxを吸蔵し、触媒雰囲気が還元成分濃度増加雰囲気のときに吸蔵したＮＯxを放出させ還元する触媒装置と、触媒装置からＮＯxの代わりに吸蔵された排ガス中のＳＯxを放出させるとき、事前に圧縮行程中に略理論空燃比で燃料を直接燃焼室内に噴射して成層燃焼を実施する昇温手段と、昇温手段による前記触媒装置の昇温後に、昇温手段の制御による空燃比よりリーン側の空燃比で燃料を直接燃焼室内に噴射して成層燃焼を実施するＳＯx放出制御手段とを備えたものである。
従って、触媒装置に吸蔵されたＳＯxを放出させるときには、事前に昇温手段により圧縮行程中に略理論空燃比で燃料が噴射されて成層燃焼が形成され、燃料が点火プラグ周りに集中して局部的なリッチ空燃比により不完全燃焼が生起されて一酸化炭素（ＣＯ）が多く発生する一方、それ以外の領域では余剰酸素（Ｏ2）が生成され、これらのＣＯとＯ2が排気通路を経て触媒装置に到達してＣＯが酸化反応したときの反応熱により昇温作用を奏する。触媒装置の昇温後にはＳＯx放出制御手段により成層燃焼を維持したまま空燃比がよりリーン側に変更されて、触媒装置にＳＯx放出に必要なＣＯが十分に供給されることから、硫酸塩として吸蔵されていたＳＯxが一旦放出された後、触媒装置の触媒反応作用によって良好に還元除去される。そして、このように略理論空燃比で十分なＣＯやＯ2を得ることができるため、昇温過程での燃料消費量を低減可能となる。
請求項３の発明では請求項２において、昇温手段が、触媒装置が所定温度以下のときには、主噴射を圧縮行程又は吸気行程で行った後に副噴射を膨張行程で行う２段噴射を実行し、触媒装置が所定温度を越えると略理論空燃比での成層燃焼に切換えるものである。
従って、触媒装置が所定温度以下のときには２段噴射により触媒装置の昇温が行われ、触媒装置が所定温度を越えると、略理論空燃比での成層燃焼により触媒装置の昇温が行われる。
【００１０】
【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筒内噴射型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筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置の構成を説明する。
【００１１】
機関本体（以下、単にエンジンという）１は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）を切換えることで均一燃焼を行う吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）または成層燃焼を行う圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射モード）を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とされている。そして、この筒内噴射型のエンジン１は、容易にして理論空燃比（ストイキ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能とされており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リーン空燃比（例えば、値２５〜値５０）での運転が可能とされている。
【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。この際、燃料噴射量は高圧燃料ポンプの燃料吐出圧と燃料噴射弁６の開弁時間、即ち燃料噴射時間とから決定される。
【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。
【００１４】
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。
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。
【００１５】
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、その構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
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は上流側の排気浄化触媒装置２１及び下流側の排気浄化触媒装置３０が設けられ、排気管２０の下流側にはマフラー（図示せず）が接続されている。触媒装置２１には三元触媒２１ａが備えられ、この触媒装置２１を迂回するように排気管２０にはバイパス路２２が設けられている。排気管２０とバイパス路２２との分岐箇所にはバルブ２３が備えられ、このバルブ２３はアクチュエータ（図示せず）に駆動されて触媒装置２１側又はバイパス路２２側を選択的に閉鎖するように構成されている。通常時のバルブは２３はバイパス路２２側を閉鎖しており、エンジン１からの排ガスは触媒装置２１を経て下流側の触媒装置３０に案内される。
【００１６】
下流側の触媒装置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。尚、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに三元触媒の機能を持たせて三元触媒一体化吸蔵型ＮＯx触媒とすることにより、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａを省略してもよい。排気管２０の吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの直上流部には排気温度を検出する高温センサ３１が設けられ、また、排気管２０の排気マニホールド１２には排ガス中のＯ2濃度を検出するＯ2センサ３２が設けられ、このＯ2センサ３２はストイキを境界としてＯ2濃度に応じて出力電圧をステップ状に変化させる。
【００１７】
吸蔵型ＮＯx触媒３０ａは、還元成分濃度低下雰囲気中においてＮＯxを吸蔵させ、主としてＣＯの存在する還元成分濃度増加雰囲気中においてＮＯxを一旦放出した後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、例えば、図９に示すように、アルミナＡｌ2Ｏ3を基材とし、この基材上に、吸蔵材としてバリウムＢａ等の金属成分Ｍ、活性金属として白金Ｐｔがそれぞれ担持されて構成される。
【００１８】
この吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに担持される金属成分Ｍは、還元成分濃度低下雰囲気で排ガス中のＮＯxを吸蔵し、還元成分濃度が増加すると吸蔵したＮＯxを放出するＮＯxの吸蔵・放出機能を有するもので、例えばバリウムＢａ、ナトリウムＮａ、カリウムＫの内の少なくも何れか一つの金属成分Ｍを担持するものとして構成すればよい。
【００１９】
なお、本実施形態の吸蔵型ＮＯx触媒３０ａでは、基材をアルミナＡｌ2Ｏ3としているが、酸化ジルコニウムＺｒＯ2等の他の基材を用いることもできる。また、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａは、三元機能を有するものとして構成してもよい。次に、このように構成される吸蔵型ＮＯx触媒３０ａにおけるＮＯxの吸蔵・放出機能について代表的な反応を基に概略を説明する。このＮＯx吸蔵・放出機能については、まだ詳細には判明していない部分もあるが、触媒上に達したガスの還元成分濃度が関係していることがわかっている。還元成分としては、ＣＯ、ＨＣ、Ｈ2等があるが、その中でも特にＣＯ濃度が影響していると推定されている。
【００２０】
まず、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに担持されている吸蔵材、例えばバリウムＢａについて説明すると、バリウムＢａの一部はＯ2と反応し、酸化バリウムＢａＯとなって存在し、この酸化バリウムＢａＯは、さらに、排ガス中のＣＯ等と反応して炭酸バリウムＢａＣＯ3として存在している。
そして、還元成分（ＣＯ）濃度が低い還元成分濃度低下雰囲気（例えば、後述する圧縮リーンモード、或いは吸気リーンモードのような酸素過剰のリーン雰囲気）では、図１０に示すように、まず、Ｏ2が白金Ｐｔの表面に吸着し、排ガス中のＮＯが白金Ｐｔの表面上でＯ2と反応してＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。
【００２１】
このような状況下で、生成されたＮＯ2の一部が白金Ｐｔ上でさらに炭酸バリウムＢａＣＯ3と反応して硝酸バリウムＢａ（ＮＯ3）2が生成され、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵される。
このような反応を化学反応式で示すと、以下の反応式(1)のようになる。
ＢａＣＯ3＋２ＮＯ＋３／２Ｏ2→Ｂａ（ＮＯ3）2＋ＣＯ2 …(1)
一方、還元成分（ＣＯ）濃度が高い還元成分濃度増加雰囲気（例えば、後述する圧縮スライトリーンモード、或いは圧縮ストイキモード、さらには吸気行程噴射リッチ運転等のようなＣＯが多く存在する雰囲気）では、図１１に示すように、逆方向の反応が進み、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａからＮＯ2が放出される。
【００２２】
つまり、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されている硝酸バリウムＢａ（ＮＯ3）2と排ガス中のＣＯとが白金Ｐｔの表面上で反応し、ＮＯ2及び炭酸バリウムＢａＣＯ3が生成され、ＮＯ2が吸蔵型ＮＯx触媒３０ａから放出される。これを化学反応式で示すと、以下の反応式(2)のようになる。
Ｂａ（ＮＯ3）2＋ＣＯ→ＢａＣＯ3＋２ＮＯ＋Ｏ2 …(2)
但し、２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2（なお、ＮＯの一部は、そのまま排出される）
次いで、放出されたＮＯ2は排ガス中の未燃ＨＣ、Ｈ2、ＣＯにより還元されて、Ｎ2として排出される。（ＮＯ＋ＣＯ→１／２Ｎ2＋ＣＯ2）、（ＮＯ＋Ｈ2→１／２Ｎ2＋Ｈ2Ｏ）。
【００２３】
このように吸蔵型ＮＯx触媒３０ａには、硝酸バリウムＢａ（ＮＯ3）2及び炭酸バリウムＢａＣＯ3が化学平衡の状態で存在し、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの近傍の雰囲気に応じて各方向への反応が生じることになる。
ところで、このような吸蔵型ＮＯx触媒３０ａは、還元成分濃度低下雰囲気で排ガス中のＳＯxを吸着し、所定の高温雰囲気下では、還元成分濃度が増加すると吸蔵したＳＯxの一部を放出する性質も有している。
【００２４】
つまり、この吸蔵型ＮＯx触媒３０ａは、図１２に示すように、還元成分濃度低下雰囲気（例えば、後述する圧縮リーンモード、或いは吸気リーンモードのような酸素過剰のリーン雰囲気）では、Ｏ2が白金Ｐｔの表面に吸着し、燃料や潤滑油に含まれる硫黄成分が、燃焼後ＳＯ2として排出され、この排ガス中に含まれるＳＯ2が白金Ｐｔの表面上でＯ2と反応してＳＯ3となる（２ＳＯ2＋Ｏ2→２ＳＯ3）。
【００２５】
次いで、生成されたＳＯ3の一部が白金Ｐｔを触媒として炭酸バリウムＢａＣＯ3と反応することによって硫酸バリウムＢａＳＯ4が生成され、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵される。
これを化学反応式で示すと、以下の反応式(3)のようになる。
ＢａＣＯ3＋ＳＯ3→ＢａＳＯ4＋ＣＯ2 …(3)
一方、還元成分濃度増加雰囲気（例えば、後述する圧縮スライトリーンモード、或いは圧縮ストイキモード、さらには吸気行程噴射リッチ運転等のようなＣＯが多く存在する雰囲気）では、図１３に示すように、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されている硫酸バリウムＢａＳＯ4の一部と排ガス中のＣＯとが白金Ｐｔの触媒作用により、炭酸バリウムＢａＣＯ3及びＳＯ2が生成され、ＳＯ2が吸蔵型ＮＯx触媒３０ａから放出される。これを化学反応式で示すと、以下の反応式(4)のようになる。
【００２６】
ＢａＳＯ4＋ＣＯ→ＢａＣＯ3＋ＳＯ2 …(4)
このように吸蔵型ＮＯx触媒３０ａでは、炭酸バリウムＢａＣＯ3及び硫酸バリウムＢａＳＯ4が化学平衡の状態で存在し、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの近傍の雰囲気に応じて各方向への反応が進み易くなる。
以上のように、ＮＯxと同様にＳＯxも吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵・放出されることになる。しかしながら、実際には、硫酸バリウムＢａＳＯ4は分解し難いため、還元成分濃度が増加しても硫酸バリウムＢａＳＯ4は分解・放出されずに残ってしまう。これにより、使用されたバリウムＢａ分だけ硝酸バリウムＢａ（ＮＯ3）2が生成されなくなり、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａによるＮＯx浄化能力が低下することになるため（これをＳ被毒という）、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵したＳＯxも適宜放出させる必要がある。そのために、本実施形態では後述するように、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａを所定温度以上の高温とすると共に、還元成分濃度増加雰囲気とすることによって硫酸バリウムＢａＳＯ4を分解して放出する処理（Ｓパージ）を適宜実行するようになっている。
【００２７】
一方、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を含めた本発明に係る筒内噴射型内燃機関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、高温センサ３１、Ｏ2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。
【００２８】
又、ＥＣＵ４０の出力側には、上述した点火プラグ４、燃料噴射弁６、バルブ２３等が接続されており、点火プラグ４及び燃料噴射弁６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。
【００２９】
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、即ち運転モードを設定するようにされている。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、空燃比が例えば値２５以上とされる圧縮行程噴射モード（圧縮リーンモード）とされ、燃料は圧縮行程で噴射され、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る。吸気行程噴射モードには、リーン空燃比（例えば、値２０〜値２３）とされる吸気リーンモード、実Ａ／Ｆをストイキとなるようフィードバック制御するストイキフィードバックモード（Ｓ−Ｆ／Ｂモード）、リッチ空燃比とされるオープンループモード（Ｏ／Ｌモード）がある。
【００３０】
そして、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は、当該目標Ａ／Ｆに基づいて決定される。
また、上述したようにＮＯx触媒３０ａには、排気空燃比が主としてリーン空燃比とされる還元成分濃度が低下した酸素過剰雰囲気の下でＮＯxの他にＳＯxも吸蔵されることから、本実施形態では、当該吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＳＯxの放出制御（Ｓパージ）を実施する。このＳパージでは、上述の圧縮リーンモードに比較して空燃比を理論空燃比近傍とするように、圧縮行程において空燃比をストイキよりもリーン寄りのスライトリーン空燃比（例えば、値１４．７〜値２０、好ましくは値１４．７〜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）、或いは実Ａ／Ｆをストイキ（値１４．７）となるようフィードバック制御する圧縮行程ストイキモード（圧縮ストイキモード）に、運転モードが切り換えられる。尚、圧縮Ｓ／Ｌモードにおいても、空燃比によってはＯ2センサ３２を用いたフィードバック制御によって空燃比を制御してもよい。
【００３１】
さらに、上記高温センサ３１により検出された排気温度情報からは吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの温度、即ち触媒温度Ｔcatが推定される。詳しくは、高温センサ１６を吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに直接設置できないことに起因して発生する誤差を補正するために、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとに応じて予め実験等により温度差マップ（図示せず）が設定されており、触媒温度Ｔcatは、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとが決まると一義に推定されるようにされている。
【００３２】
以下、このように構成された本発明に係る筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置が実行するＳパージ、即ち、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＳＯxの放出制御（ＳＯx放出制御手段）について説明する。
第１実施形態
図２を参照すると、ＳＯx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、当該ＳＯxパージ制御の制御結果の一例を示すタイムチャートが示されており、以下、これらの図に従って説明する。なお、ここでは、エンジン１が十分に暖機した状態にあるものとして説明する。
【００３３】
先ず、ステップＳ１０では、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＳＯxの蓄積量（被毒Ｓ量Ｑs）の推定を行う。以下、被毒Ｓ量Ｑsの推定方法について説明する。
被毒Ｓ量Ｑsは、基本的には燃料噴射積算量Ｑfに基づき設定されるものであり、燃料噴射制御ルーチン（図示せず）の実行周期毎に次式により演算される。
【００３４】
Ｑs＝Ｑs(n-1)＋ΔＱf・Ｋ−Ｒs …(5)
ここに、Ｑs(n-1)は被毒Ｓ量の前回値であり、ΔＱfは実行周期当たりの燃料噴射積算量、Ｋは補正係数、Ｒsは実行周期当たりの放出Ｓ量を示している。
つまり、現在の被毒Ｓ量Ｑsは、実行周期当たりの燃料噴射積算量ΔＱfを補正係数Ｋで補正して積算するとともに、該積算値から実行周期当たりの放出Ｓ量Ｒsを減算することで求められる。
【００３５】
補正係数Ｋは、例えば、次式(6)に示すように、空燃比Ａ／Ｆに応じたＳ被毒係数Ｋ1、燃料中のＳ含有量に応じたＳ被毒係数Ｋ2及び触媒温度Ｔcatに応じたＳ被毒係数Ｋ3の３つの補正係数の積からなっている。
Ｋ＝Ｋ1・Ｋ2・Ｋ3 …(6)
また、実行周期当たりの放出Ｓ量Ｒsは次式(7)から演算される。
【００３６】
Ｒs＝α・Ｒ1・Ｒ2・dＴ  …(7)
ここに、αは単位時間当たりの放出率（設定値）であり、dＴは燃料噴射制御ルーチンの実行周期を示しており、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ触媒温度Ｔcatに応じた放出能力係数及び空燃比Ａ／Ｆに応じた放出能力係数を示している。
そして、ステップＳ１２において、上記のように求めた被毒Ｓ量Ｑsが所定量Ｑs1を超えたか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で、上記のようにして求めた被毒Ｓ量Ｑsが所定量Ｑs1に達していないと判定された場合には、次にステップＳ１４に進み、上記燃料噴射モード設定マップに基づき通常制御を実施する。
【００３７】
また、ステップＳ１２の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、上記のようにして求めた被毒Ｓ量Ｑsが所定量Ｑs1に達したと判定された場合には（図３（ａ）参照）、次にステップＳ１６に進み、Ｓパージを実行するために事前にバルブ２３を触媒装置２１側に切換える。
即ち、このＳパージでは、後述するように排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）と酸素（Ｏ2）を過剰な状態とすることで、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの昇温やＳＯxの放出を行うが、これらのＣＯとＯ2は吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに達する前に上流側の触媒装置２１を通過するため、内部の三元触媒２１ａ上で酸化反応を起こして過昇温の原因となる上に、その際の消費分だけ吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに到達するＣＯやＯ2が減少してしまう不具合を生じる。そこで、Ｓパージの実行の際には、事前にバルブ２３を触媒装置２１側に切換えて、エンジン１からの排ガスをバイパス路２２を経て下流側の触媒装置３０に案内し、上記不具合の解消を図る。但し、このバルブ２３の切換操作は必ずしも必要ではなく、上流側の触媒装置２１の耐熱性が高く、ＣＯやＯ2が十分に供給されている場合等は、バルブ２３及びバイパス路２２を省略して、Ｓパージ時においても排ガスが上流側の触媒装置２１を通過するようにしてもよい。
【００３８】
続くステップＳ１８では、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの昇温を行うべく排ガスの昇温処理を行う。排ガスの昇温処理として、本実施形態では筒内噴射型のエンジン１の特性を生かして、燃料噴射時期を複数回に分割する分割噴射、例えば２回に分割する２段噴射を実施する（図３（ｂ）参照）。
２段噴射は、主噴射を圧縮行程或いは吸気行程で行うとともに副噴射を膨張行程（特に、膨脹行程中期又はそれ以降）で行い、副噴射によって供給される燃料が主噴射による主燃焼の余剰酸素と混合し再燃焼することを利用して排ガスを昇温させるというものであり、主噴射と副噴射とを合わせた全体的な空燃比としては、ストイキを含むリッチ側からリーン側までのかなり広い領域が適用可能であり、昇温効果を優先する場合にはリッチ寄りに、燃費を優先する場合にはリーン寄りに設定する。
【００３９】
次いで、ステップＳ２０で触媒温度Ｔcatが、Ｓパージを実施可能な温度として設定された所定値Ｔcat1（例えば、６５０℃〜７００℃）を越えたか否かを判別し、判別結果が偽（Ｎｏ）で、触媒温度Ｔcatが所定値Ｔcat1を越えていないと判定された場合には、前記ステップＳ１８に戻る。ステップＳ１８の２段噴射の継続により触媒温度Ｔcatが次第に上昇して所定値Ｔcat1を越えると（図３（ｃ）参照）、ステップＳ２０の判別結果が真（Ｙｅｓ）となることから、ステップＳ２２に進んで圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を実行可能か否かを判別する。
【００４０】
つまり、通常の圧縮リーンモードでは、点火プラグ４付近の空燃比をストイキ近傍とした上で全体としてリーン空燃比で層状燃焼が行われるが、圧縮Ｓ／Ｌモードでは全体空燃比をストイキ近傍、例えば値１４．７〜値２０といったストイキよりもややリーン寄りとする関係で、点火プラグ４付近の空燃比が極めてリッチ空燃比になって燃焼状態が悪化する。そこで、ステップＳ２２では、燃焼状態が多少悪化傾向となっても問題ないか否かを、エンジン回転速度Ｎe、目標平均有効圧Ｐe、車速Ｖに基づいて判別する。これらエンジン回転速度Ｎe、目標平均有効圧Ｐe、車速Ｖのいずれかが対応する所定値より大きい場合には、運転者がエンジン１に高出力を要求しており、エンジン１を積極的に運転したいような状況と判断でき、このような場合に圧縮Ｓ／Ｌモードを実施すると、燃焼状態の悪化からトルク不足を引き起すおそれがある。よって、この場合には圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を実行不能と見なして、ステップＳ２２の判別結果を偽（Ｎｏ）としてステップＳ２４に進み、２段噴射を実施する。
【００４１】
このときの２段噴射は、前記ステップＳ１８で実行した吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの昇温を目的としたものとは異なり、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＳＯxを効率的に放出できるように、その制御内容が設定されている。具体的には、既に昇温を完了したこの時点では触媒温度Ｔcatを所定値Ｔcat1に維持するだけでよいため、膨張行程での副噴射の燃料量を減少させ、また、Ｓパージの実行に要求される十分なＣＯを確保するために、主噴射と副噴射とを合わせた全体空燃比をよりリッチ側に設定する。なお、ステップＳ１８と同一の制御内容で２段噴射を実行しても、効率は低下するもののＳＯxを放出可能なことは言うまでもない。
【００４２】
また、ステップＳ２２の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を実行可能な場合には、ステップＳ２６で本発明に係る圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を実行する（図３（ｂ）参照）。圧縮Ｓ／Ｌモードの運転では、上述したように、圧縮行程において空燃比をストイキよりもややリーン寄りのスライトリーン空燃比（例えば、値１４．７〜値２０）に制御して燃料噴射を行う。なお、通常の圧縮リーンモードでは、ＮＯx低減を目的として排気再循環（ＥＧＲ）を行うべくＥＧＲバルブ（図示せず）を開弁しているが、当該圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転では、空燃比の変動等を抑えるため、ＥＧＲバルブを閉弁状態としてＥＧＲを中止する。
【００４３】
そして、圧縮Ｓ／Ｌモードでは、点火プラグ４の近傍で局部的に極めて燃料濃度の濃いリッチ空燃比状態となってＯ2が不足することから、燃料が不完全燃焼を引き起こしてＣＯが比較的多く発生することになる。
つまり、図４を参照すると、空燃比Ａ／Ｆを変えて圧縮行程噴射を行った場合のＯ2濃度とＣＯ濃度が実線で示され、空燃比Ａ／Ｆを変えて吸気行程噴射を行った場合の同様の結果が一点鎖線で比較して示されているが、同図に示すように、吸気行程噴射に比較して圧縮行程噴射では、ストイキを含む全ての空燃比領域でＣＯ濃度が格段に高い。そして、これらのＣＯはＯ2と共存した状態で途中ではほとんど反応することなくバイパス路２２から排気管２０を経て触媒装置３０に達するため、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに十分にＣＯが供給される。これによって吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに流入した排気の雰囲気、即ち触媒上に達したガスの雰囲気（触媒雰囲気）が還元成分（ＣＯ）濃度が増加した雰囲気となるため、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されていたＳＯxが良好に放出される。
【００４４】
ここで、成層燃焼において局部的なリッチ空燃比が生成されると、いわゆるスモークの発生が問題となるが、燃料噴射時期（実際には噴射終了時期）と点火時期との関係を適切に設定することで、スモークを抑制した上で最大限のＣＯ発生量を確保している。即ち、スモーク濃度とＣＯ濃度とは基本的に略比例関係にあるが、両者のバランスは、燃料噴射時期と点火時期との間隔を変更することによりある程度の範囲内で変化することが判明している。従って、許容可能なスモーク発生量を決定した上で、その発生量を前提としてＣＯ発生量が最大となるように燃料噴射時期と点火時期との間隔を設定している。
【００４５】
以上のようにステップＳ２４又はステップＳ２６の処理を行った後、ステップＳ２８に進んで、再び上記式(1)によって被毒Ｓ量Ｑsの推定を行う。つまり、昇温処理が行われて吸蔵型ＮＯx触媒３０ａが高温となり、且つ上記の如く圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転によりＳＯx（実際にはＳＯ2であり、以下ＳＯ2と記す）の放出が開始され、放出Ｓ量Ｒsが増加する一方で被毒Ｓ量Ｑsが減少するため、改めて被毒Ｓ量Ｑsの推定を行う。
【００４６】
そして、ステップＳ３０において、被毒Ｓ量Ｑsが所定値Ｑs0（値０或いは値０近傍値）以下か否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で被毒Ｓ量Ｑsが未だ所定値Ｑs0よりも大きいと判定された場合には、上記ステップＳ２２に戻って再びステップＳ３０までの処理を繰り返す。ステップＳ２４又はステップＳ２６の処理によって被毒Ｓ量Ｑsが次第に減少して所定値Ｑs0以下となると（図３（ａ）参照）、ステップＳ３０の判別結果が真（Ｙｅｓ）となってステップＳ３２に進む。ステップＳ３２ではバルブ２３をバイパス路２２側、即ち通常運転時の切換状態に戻し、その後に当該ルーチンを抜けてＳＯxパージ制御を終了する。
【００４７】
以上のようにステップＳ２６では、圧縮Ｓ／Ｌモードで空燃比をストイキよりもややリーン寄りの空燃比として運転が行われるため、吸気行程噴射リッチ空燃比運転を行う場合に比べて燃料噴射量が少なくて済むことになる。即ち、従来の如く吸気行程噴射リッチ空燃比運転を行う場合には、図４に一点鎖線で示すように、リッチ空燃比のリッチ度合いを比較的大きくし、空燃比をある程度小さな値にしなければ十分なＣＯが得られないのであるが、本発明の圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を行うことで、全体空燃比をストイキよりもリーン寄りとして十分にＣＯを得ることができる。この傾向はステップＳ２４での２段噴射と比較した場合でも同様であり、十分なＣＯを得るためには２段噴射の全体空燃比をリッチ寄りに設定する必要があることから、圧縮Ｓ／Ｌモードに比較して燃料消費量が増加してしまう。つまり、圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転時には燃費とＣＯ発生量とを高次元で両立させることができ、燃費の悪化なく極めて効率よくＳパージを実施して、燃費面で有利な筒内噴射型エンジン１の利点を十分に生かすことができる。
【００４８】
第２実施形態
この第２実施形態では、上記第１実施形態における吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの昇温のための処理内容（図２にＡで示す）を変更している。
図５を参照すると、ＳＯx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６を参照すると、当該ＳＯxパージ制御の制御結果の一例を示すタイムチャートが示されており、以下、これらの図に従って説明する。なお、図５のフローチャートは、第１実施形態の図２のフローチャートとの相違箇所Ａのみを表し、その他の部分は同一内容にあるものとする。
【００４９】
第１実施形態で述べたように、ステップＳ１２で吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの被毒Ｓ量Ｑsが所定量Ｑs1に達して、ステップＳ１６でバルブ２３の切換を完了すると、ステップＳ４２に進む。ステップＳ４２では、圧縮ストイキモードでの運転を実行可能か否かを判別する。この判別は、第１実施形態での圧縮Ｓ／Ｌモードに関する判別と同様であり、エンジン回転速度Ｎe、目標平均有効圧Ｐe、車速Ｖが対応する所定値より小さく、燃焼状態の悪化によるトルク不足のおそれがないときに実行可能と判別する。圧縮ストイキモードでの運転を実行不能な場合には、ステップＳ４２の判別結果を偽（Ｎｏ）としてステップＳ４４に進み、第１実施形態のステップＳ１８と同じく２段噴射を実施する。
【００５０】
また、ステップＳ４２の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、圧縮ストイキモードでの運転を実行可能な場合には、ステップＳ４６で本発明に係る圧縮ストイキモードでの運転を実行する（図６（ｂ）参照）。圧縮ストイキモードの運転では、上述したようにＯ2センサ２２の出力に基づいて空燃比をストイキ（値１４．７）にフィードバック制御して、圧縮行程において燃料噴射を行う。なお、周知のようにＯ2センサ２２が本来の検出機能を奏するには、ある程度の高温下で活性化している必要があるが、この要件が満たされてＯ2濃度が正常に検出されているものとして説明を続ける。
【００５１】
このように、圧縮ストイキモードで空燃比がストイキ（値１４．７）となるようにフィードバック制御すると、上記図４に示したように、圧縮Ｓ／Ｌモードで空燃比をスライトリーン空燃比（例えば、値１４．７〜値２０）とした場合と略同様にＣＯやＯ2が十分に生成され、図示はしないが同時にＨ2も十分に生成される。これらＣＯ、Ｈ2、Ｏ2は共存した状態で途中ではあまり反応することなく排気管２０を経て触媒装置３０に到達し、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａ上でＣＯとＨ2が酸化反応し、その際の反応熱で昇温が行われる。
【００５２】
次いで、ステップＳ４８で触媒温度Ｔcatが、Ｓパージを実施可能な温度である所定値Ｔcat1を越えたか否かを判別し、判別結果が偽（Ｎｏ）で、触媒温度Ｔcatが所定値Ｔcat1を越えていないと判定された場合には、前記ステップＳ４２に戻る。
ステップＳ４４又はステップＳ４６の処理により触媒温度Ｔcatが次第に上昇して所定値Ｔcat1を越えると（図６（ｃ）参照）、ステップＳ４８の判別結果が真（Ｙｅｓ）となることからステップＳ２２に進み、以降は第１実施形態と同様の手順でＳパージを行う。即ち、圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を実行可能な場合には圧縮Ｓ／Ｌモードを実行し、圧縮Ｓ／Ｌモードでの運転を実行不能な場合には２段噴射を実行し、被毒Ｓ量Ｑsが所定値Ｑs0以下となると、ＳＯxパージ制御を終了する。
【００５３】
以上のように本実施形態では、圧縮ストイキモードを実行可能な運転状態のときには、２段噴射に代えてステップＳ４６で圧縮ストイキモードを行って吸蔵型ＮＯx触媒３０ａを昇温している。そして、この圧縮ストイキモードの運転では、２段噴射に比較してよりリーン側の空燃比で十分なＣＯ、Ｈ2、Ｏ2を得ることができるため、昇温過程での燃料消費量を低減でき、ひいてはＳパージ全体の燃費を第１実施形態に比較して一層低減することができる。
【００５４】
しかも、圧縮リーンモードはエンジン回転速度Ｎeや目標平均有効圧Ｐeが比較的低い運転状態で実行されるが、このような運転状態では圧縮ストイキモードや圧縮Ｓ／Ｌモードも実行され易い状況にある。従って、圧縮リーンモードでの運転中にＳＯxを放出する必要が生じたときには、ステップＳ２２及びステップＳ４２の判定において２段噴射ではなく、ステップＳ４６の圧縮ストイキモードでの昇温や、ステップＳ２６の圧縮Ｓ／ＬモードでのＳパージが選択される可能性が高い。そして、これらの全てのモードは共に圧縮行程で燃料噴射を行うことから、均一燃焼に切り換わることなく成層燃焼が継続され、燃焼状態の切換に伴って発生するトルクショックを低減することができる。
【００５５】
第３実施形態
この第３実施形態では第２実施形態と同じく、上記第１実施形態における吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの昇温のための処理内容（図２にＡで示す）を変更している。
図７を参照すると、ＳＯx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８を参照すると、当該ＳＯxパージ制御の制御結果の一例を示すタイムチャートが示されており、以下、これらの図に従って説明する。なお、図７のフローチャートは、第１実施形態の図２のフローチャートとの相違箇所Ａのみを表し、その他の部分は同一内容にあるものとする。
【００５６】
第１実施形態で述べたように、ステップＳ１２で吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの被毒Ｓ量Ｑsが所定量Ｑs1に達して、ステップＳ１６でバルブ２３の切換を完了すると、ステップＳ５２に進む。ステップＳ５２では触媒温度Ｔcatが所定値Ｔcat2を越えているか否かを判別する。所定値Ｔcat2としては、圧縮ストイキモードでの運転により実用的な昇温効果が得られる下限温度（例えば、３００℃）が設定されており、勿論、その値は昇温終了時の温度である所定値Ｔcat1より低く設定されている。
【００５７】
ステップＳ５２の判別結果が偽（Ｎｏ）で、触媒温度Ｔcatが所定値Ｔcat2を越えていないときには、ステップＳ５４に進んで２段噴射を実行した後にステップＳ５２に戻る。このときの２段噴射の制御内容は、例えば、第１実施形態で吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの昇温を目的として実施したステップＳ１８と同様のものとする。ステップＳ５４の処理によって触媒温度Ｔcatが次第に上昇して所定値Ｔcat2を越えると（図８（ｃ）参照）、ステップＳ５２の判別結果が真（Ｙｅｓ）となってステップＳ５６に進む。以降は第２実施形態のステップＳ４２乃至ステップＳ４８と同様であり、ステップＳ５６で圧縮ストイキモードでの運転を実行可能か否かを判別し、実行不能な場合にはステップＳ５８で２段噴射を、実行可能な場合にはステップＳ６０で圧縮ストイキモードを実行し、触媒温度Ｔcatを所定値Ｔcat1まで上昇させる。その後はステップＳ２２に進み、第１実施形態と同様の手順でＳパージを行う。
【００５８】
以上のように本実施形態では、触媒温度Ｔcatが所定値Ｔcat2以下で圧縮ストイキモードでは十分な昇温が望めない場合に、より高い昇温効果を奏する２段燃焼を実施して迅速に昇温させ、触媒温度Ｔcatが所定値Ｔcat2を越えると、燃料消費量が少ない圧縮ストイキモードに切換えて昇温を継続している。従って、昇温時に圧縮ストイキモードのみを実行する第２実施形態に比較して、極低負荷時等のように触媒温度Ｔcatが低い状況においても速やかに吸蔵型ＮＯx触媒３０ａを昇温させてＳパージを実行でき、且つ、昇温当初から２段燃焼を実行する第１実施形態に比較して昇温過程での燃料消費量を低減でき、ひいてはＳパージ全体の燃費を一層低減することができる。
【００５９】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施例に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態では、昇温時には圧縮ストイキモードを実行して空燃比をストイキに制御し、Ｓパージ時には圧縮Ｓ／Ｌモードを実行して空燃比をストイキよりもややリーン寄りに制御したが、必ずしもこれに従う必要はなく、例えば適用するモードを逆転させて、昇温時には圧縮Ｓ／Ｌモードを、Ｓパージ時には圧縮ストイキモードを実行したり、或いは何れか一方のモードを昇温及びＳパージに亘って継続して実行したりしてもよい。
【００６０】
また、上記各実施形態では、燃料噴射積算量ΔＱfから求めた被毒Ｓ量Ｑsに基づいて吸蔵型ＮＯx触媒３０ａのＳパージを実行すべきか否かを判別したが、例えば吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸着されたＮＯxを放出するＮＯxパージの実行周期に基づいてＳパージの実行を判別してもよい。即ち、周知技術のようにＮＯxパージを、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの下流側のＮＯxセンサ（図示せず）にて検出された排ガス中のＮＯx濃度が所定量を越えたときに（換言すれば、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵しきれないＮＯxが所定量を越えたときに）実行した場合には、ＳＯxによる被毒が進行すると吸蔵型ＮＯx触媒３０ａのＮＯx吸蔵能力が次第に低下することから、それに伴ってＮＯxパージの実行周期が短縮化されるように制御される。従って、ＮＯxパージの実行周期がある程度短くなった時点で、Ｓパージを実行すべきと判別するようにしてもよい。また、リッチ運転直後のリーン運転中の上記ＮＯxセンサの検出値を積算し、その積算値が所定量を越えた時点でＳパージを実行してもよい。
【００６１】
更に、上記各実施形態では、高温センサ３１の検出値から推定した触媒温度Ｔcatに基づいて吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの昇温の完了を判別し、また、燃料噴射積算量ΔＱfから求めた被毒Ｓ量Ｑsに基づいてＳパージの完了を判別したが、これらの昇温やＳパージの所要時間は実験等で推測可能であるため、例えば、予め設定した所要時間が経過した時点で昇温やＳパージが完了したと見なしてもよい。
【００６２】
一方、上記各実施形態では、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの昇温やＳパージに２段燃焼を用いる場合があったが、その際に点火時期をリタードさせて排気温度を上昇させる方法を併用してもよい。また、点火時期のリタードのみで十分な昇温効果が得られるときには、２段噴射を中止してリタードのみを実施してもよい。但し、点火時期のリタードのみではＣＯ増加に繋がらないため、例えば図２のステップＳ２４等のＳパージ時に点火時期リタードを用いる場合には、空燃比をストイキからリッチ側に設定してＣＯを確保することが望ましい。
【００６３】
更に、点火時期のリタードは、図２のステップＳ２６で実行される圧縮Ｓ／Ｌモードや図５のステップＳ４６で実行される圧縮ストイキモードに対して併用してもよく、これによりステップＳ２６ではＳパージ時の触媒温度Ｔcatの維持が図られ、ステップＳ４６では昇温の促進が図られる。なお、これらの圧縮Ｓ／Ｌモードや圧縮ストイキモードでの運転時には、スモーク抑制を目的として既にリタード気味の点火時期が設定されているため、更にリタードすることになる。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１の発明の筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯx吸蔵型の触媒装置から吸蔵したＳＯxを放出させる際、理論空燃比よりややリーン寄りの空燃比であるスライトリーン空燃比となるように圧縮行程中に燃料を噴射し成層燃焼を実施するようにしたので、燃費の悪化を抑制した上でＳＯx放出に必要なＣＯを触媒装置に十分に供給してＳＯxを効率的に除去して、燃費面で有利な筒内噴射型内燃機関の利点を十分に生かすことができる。
請求項２，３の発明の筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、ＮＯx吸蔵型の触媒装置から吸蔵したＳＯxを放出させる際、事前に圧縮行程中に略理論空燃比で燃料を噴射して成層燃焼を実施し、これにより触媒装置にＣＯやＯ2を供給して昇温するようにしたので、略理論空燃比で十分なＣＯやＯ2を得て昇温過程での燃料消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るＳＯx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】図２のＳＯxパージ制御による制御結果の一例を示すタイムチャートである。
【図４】圧縮行程噴射と吸気行程噴射でそれぞれ空燃比Ａ／Ｆを変化させた場合のＯ2濃度及びＣＯ濃度を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るＳＯx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６】図５のＳＯxパージ制御による制御結果の一例を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の第３実施形態に係るＳＯx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８】図７のＳＯxパージ制御による制御結果の一例を示すタイムチャートである。
【図９】ＮＯx触媒の構成を示す説明図である。
【図１０】還元成分濃度低下雰囲気でのＮＯx吸蔵のメカニズムを示す説明図である。
【図１１】還元成分濃度増加雰囲気でのＮＯx放出のメカニズムを示す説明図である。
【図１２】還元成分濃度低下雰囲気でのＳＯx吸蔵のメカニズムを示す説明図である。
【図１３】還元成分濃度増加雰囲気でのＳＯx放出のメカニズムを示す説明図である。
【符号の説明】
１      エンジン（筒内噴射型内燃機関）
８      燃焼室
２０    排気管（排気通路）
３０    触媒装置
３０ａ  吸蔵型ＮＯx触媒
４０    ＥＣＵ（ＳＯx放出制御手段）
【図１】
0003826305.tif 000002
【図２】
0003826305.tif 000003
【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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