(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室から排気ガスを排出する排気通路と、
該排気通路に設置されてリーン燃焼運転時に排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収するリーンＮＯｘ触媒と、
該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定する余剰酸素量推定手段と、
該余剰酸素量推定手段で推定された量の余剰酸素で完全燃焼するだけの燃料量を算出する燃料量算出手段と、
該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態であるか否かを判定する加熱判定手段と、
該加熱判定手段で加熱すべき状態であると判定されたときに、該燃料量算出手段で算出された量の燃料を該触媒の上流側に供給する燃料供給手段と、
該リーンＮＯｘ触媒よりも下流側に配設されて排気ガス中の酸素濃度が理論空燃比よりもリッチ側であるかリーン側であるかを検出しうる触媒下流側空燃比検出手段と、
該リーンＮＯｘ触媒の下流側が理論空燃比に応じた酸素量となるように、該触媒下流側空燃比検出手段の検出結果に基づいて該燃料量算出手段で算出された燃料量を補正する補正手段とが設けられている
ことを特徴とする、エンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２】
該加熱判定手段が、該リーンＮＯｘ触媒への浄化能力低下物質の付着状態に応じて該リーンＮＯｘ触媒から該浄化能力低下物質を除去して復活すべき状態であるときに、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態であると判定する
ことを特徴とする、請求項１記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３】
該燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられ、
該燃料供給手段が、該燃料噴射弁と、該燃料量算出手段で算出されて該補正手段で適宜補正された量の燃料が該エンジンの排気行程中に供給されるように該燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段とから構成されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４】
該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配設され排気ガス中の酸素濃度を検出しうる触媒上流側酸素濃度検出手段をそなえ、
該余剰酸素量推定手段が、該触媒上流側酸素濃度検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されている
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項５】
該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配設され排気ガス中の酸素濃度から空燃比状態を検出しうる全域空燃比センサをそなえ、
該余剰酸素量推定手段が、該全域空燃比センサの検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されている
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項６】
該エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段が設けられ、
該余剰酸素量推定手段が、該運転状態検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されている
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項７】
該リーンＮＯｘ触媒の下流側に酸化触媒が配設されている
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項８】
該触媒下流側空燃比検出手段が、該リーンＮＯｘ触媒の下流側で且つ該酸化触媒の上流側に配設されている
ことを特徴とする、請求項７記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排気ガス中のＮＯｘの除去のためのリーンＮＯｘ触媒をそなえた、エンジンの排気ガス浄化装置に関し、特に、リーンＮＯｘ触媒を加熱する必要が生じたか否かを判定して加熱の必要が生じるとリーンＮＯｘ触媒を加熱するように制御する、エンジンの排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車に搭載された内燃機関（以下、エンジンという）をはじめとして、リーン混合気を燃焼せしめるようにしたエンジンがあるが、かかるエンジンでは、リーン運転時に、排出ガス中のＮＯｘ量が増大する。そこで、このようなエンジンにおいて排気ガスを浄化するために、排気系にリーンＮＯｘ触媒又はリーンＮＯｘ触媒と三元触媒とを組み合わせて設置するようにしたものがある。
【０００３】
このようなリーンＮＯｘ触媒には、流入排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を排気通路内に設置し、リーン混合気を燃焼せしめた際に発生するＮＯｘをＮＯｘ吸収剤で吸収して、ＮＯｘ吸収能力が飽和する前にこのＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにすることで、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを還元しこれを放出させるようにしたものがある。
【０００４】
ところで、燃料や機関の潤滑油内にはイオウが含まれているため排気ガス中にも硫酸塩等のイオウ分（以下、単にイオウという）が含まれ、このイオウもＮＯｘとともにＮＯｘ吸収剤に吸収される。しかしながら、このイオウは、ＮＯｘ吸収剤への流入排気ガスの空燃比を単にリッチにしてもＮＯｘ吸収剤から放出されないため、ＮＯｘ吸収剤内のイオウの量は次第に増大することになり、このイオウの吸収量の増大に応じて、ＮＯｘ吸収剤が吸収しうるＮＯｘの量が次第に低下し、ついにはＮＯｘ吸収剤がＮＯｘをほとんど吸着できなくなってしまう。
【０００５】
ＮＯｘ吸収剤に吸収されたイオウは、ＮＯｘ吸収剤を加熱することで分解してＮＯｘ吸収剤から放出され、しかも、この時、空燃比をリッチ化又はストイキオ状態とすると、ＮＯｘ吸収剤から放出されたイオウが排気ガス中の未燃のＨＣやＣＯによって直ちに還元せしめられる。
そこで、例えば特開平６−６６１２９号に開示された技術では、このような特性に着目して、ある特定条件が満たされた場合に、ＮＯｘ吸収剤を昇温させさらにリッチ運転又はストイキオ運転を行なうことで、ＮＯｘ吸収剤からイオウを放出してさらに酸化処理をして排出するように構成している。この場合の特定条件とは、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたイオウの量が所定量に達したことであり、また、ＮＯｘ吸収剤の加熱は、排気系に設置した電気ヒータを作動させることで行なうようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リーンＮＯｘ触媒は、他の排気ガス浄化触媒と同様に、常温よりも適当に高温な温度状態にしておく方がその浄化性能を十部に発揮できる場合がある。したがって、リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態も発生する。
また、上述の従来のリーンＮＯｘ触媒によるエンジンの排気ガス浄化装置では、次のような課題がある。
【０００７】
つまり、リーンＮＯｘ触媒の復活時期（即ち、ＮＯｘ吸収剤からのイオウの放出時期）は、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたイオウの量が所定量に達した時点に設定されているが、このイオウ吸収量自体を直接検出することはできないため、適切なタイミングでリーンＮＯｘ触媒の復活を行なえず、イオウ吸収量が吸収限度を超えてしまい、リーンＮＯｘ触媒がＮＯｘをほとんど吸着できなくなってしまっても、復活が行なわれないおそれがある。
【０００８】
すなわち、従来の技術では、吸収されたイオウの量は車両の走行距離に対応するものと考え、車両の走行距離が所定の距離に達したら吸収されたイオウの量が所定量に達したものと推定し、この推定に基づいてリーンＮＯｘ触媒の復活を行なっている。しかしながら、ＮＯｘ吸収剤に吸収されるイオウの量は、必ずしも車両の走行距離に対応するものではなく、使用燃料やエンジンの運転状況に応じて変化するので、イオウ推定量の精度が十分ではなく、リーンＮＯｘ触媒の復活時期を適切に決定することができず、イオウ除去による触媒復活の時点が遅れてしまうおそれがあるのである。
【０００９】
そこで、触媒復活の判定を短い走行距離単位で行なうことが考えられる。
しかし、走行中に、空燃比をリーンからストイキオ又はリッチに変化させると、トルク変動が生じて運転性能を悪化させるため、これを回避するには、このような触媒復活処理は低負荷領域や低回転領域では用いないようにすることになり、確実な触媒復活を行ないにくい。
【００１０】
さらに、走行中に、空燃比をリーンからストイキオ又はリッチに変化させると、燃費が悪化するという課題もある。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、リーンＮＯｘ触媒を必要に応じて確実に加熱できるようにすることや、トルク変動を招来することのないようにしながら走行中における空燃比の制御によってリーンＮＯｘ触媒に吸着された浄化能力低下物質の除去を行なえるようにした、エンジンの排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、燃焼室から排気ガスを排出する排気通路と、該排気通路に設置されてリーン燃焼運転時に排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収するリーンＮＯｘ触媒と、該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定する余剰酸素量推定手段と、該余剰酸素量推定手段で推定された量の余剰酸素で完全燃焼するだけの燃料量を算出する燃料量算出手段と、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態であるか否かを判定する加熱判定手段と、加熱判定手段で加熱すべき状態であると判定されたときに該燃料量算出手段で算出された量の燃料を該触媒の上流側に供給する燃料供給手段と、該リーンＮＯｘ触媒よりも下流側に配設されて排気ガス中の酸素濃度が理論空燃比よりもリッチ側であるかリーン側であるかを検出しうる触媒下流側空燃比検出手段と、該リーンＮＯｘ触媒の下流側が理論空燃比に応じた酸素量となるように、該触媒下流側空燃比検出手段の検出結果に基づいて該燃料量算出手段で算出された燃料量を補正する補正手段とが設けられていることを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１記載の構成において、該加熱判定手段が、該リーンＮＯｘ触媒への浄化能力低下物質の付着状態に応じて該リーンＮＯｘ触媒から該浄化能力低下物質を除去して復活すべき状態であるときに、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態であると判定することを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１又は２記載の構成において、該燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられ、該燃料供給手段が、該燃料噴射弁と、該燃料量算出手段で算出されて該補正手段で適宜補正された量の燃料が該エンジンの排気行程中に供給されるように該燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段とから構成されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項４記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配設され排気ガス中の酸素濃度を検出しうる触媒上流側酸素濃度検出手段をそなえ、該余剰酸素量推定手段が、該触媒上流側酸素濃度検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項５記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配設され排気ガス中の酸素濃度から空燃比状態を検出しうる全域空燃比センサをそなえ、該余剰酸素量推定手段が、該全域空燃比センサの検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項６記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段が設けられ、該余剰酸素量推定手段が、該運転状態検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項７記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該リーンＮＯｘ触媒の下流側に酸化触媒が配設されていることを特徴としている。
請求項８記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項７記載の構成において、該触媒下流側空燃比検出手段が、該リーンＮＯｘ触媒の下流側で且つ該酸化触媒の上流側に配設されていることを特徴としている。
【００１８】
【作用】
上述の請求項１記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、通常の燃焼に対しては、この燃焼が空燃比のリーンなリーン燃焼運転の場合に特に排出され易い窒素酸化物（ＮＯｘ）を、リーンＮＯｘ触媒が吸収する。このため、ＮＯｘの排出が抑制される。
【００１９】
一方、加熱判定手段が、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態であるか否かを判定していて、この該加熱判定手段で加熱すべき状態であると判定されたときに、燃料供給手段が該リーンＮＯｘ触媒の上流側に以下のように設定された所要の量の燃料を供給する。
つまり、余剰酸素量推定手段が、燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定し、燃料量算出手段が、この推定された量の余剰酸素で完全燃焼するだけの燃料量を算出して、燃料供給手段は、この燃料量算出手段で算出された量の燃料をリーンＮＯｘ触媒の上流側に供給する。
【００２０】
これにより、リーンＮＯｘ触媒には、燃焼後の余剰酸素とこの余剰酸素で完全燃焼するだけの量の燃料との混合体、即ち、理論空燃比状態の混合気が供給されることになり、供給された燃料の一部は、リーンＮＯｘ触媒に到達する過程で、供給された燃料の残りは、リーンＮＯｘ触媒に到達して触媒作用を受けて燃焼する。
【００２１】
この燃焼により、リーンＮＯｘ触媒が加熱されて所要の温度状態になる。
上述の請求項２記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、該加熱判定手段が、該リーンＮＯｘ触媒への浄化能力低下物質の付着状態に応じて該リーンＮＯｘ触媒から該浄化能力低下物質を除去して復活すべき状態であるときに、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態であると判定するので、上述の燃焼によるリーンＮＯｘ触媒の加熱によって、触媒内に吸収されたイオウ分が放出され、さらに、空燃比がストイキオ状態とされることで、放出されたイオウ分も排気ガス中の未燃ガスによって直ちに還元される。
【００２２】
つまり、このようにリーンＮＯｘ触媒に供給される混合気は理論空燃比状態であるため、リーンＮＯｘ触媒から排出される排気ガスは、理論空燃比に応じた酸素量となるはずであるが、余剰酸素量の推定誤差や供給燃料量の誤差等によって、実際にリーンＮＯｘ触媒に供給される混合気は、理論空燃比ではない場合もある上に、上述のような触媒に吸収されていたイオウ分などの燃焼（酸化）等によって、実際にリーンＮＯｘ触媒に理論空燃比の混合気を供給しても、リーンＮＯｘ触媒から排出される排気ガスは、理論空燃比に応じた酸素量とならないことがある。
【００２３】
しかし、この装置では、触媒下流側空燃比検出手段が、リーンＮＯｘ触媒よりも下流側の排気ガス中の酸素濃度が理論空燃比よりもリッチ側であるかリーン側であるかを検出しており、補正手段が、この検出結果に基づいて、該リーンＮＯｘ触媒の下流側が理論空燃比に応じた酸素量となるように該燃料量算出手段で算出された燃料量を補正する。
【００２４】
したがって、燃料供給手段では、この補正に基づいた量の燃料を供給するようになる。燃焼後の余剰空気は、このようにリーンＮＯｘ触媒へ向けて供給された燃料を完全燃焼させる。
上述の請求項３記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、該燃料供給手段が、上記リーンＮＯｘ触媒への燃料の供給を、燃焼室内に直接燃料を噴射するように設置された燃料噴射弁を作動させてエンジンの排気行程中に行なう。このように排気行程中に噴射された燃料は、燃焼後の排気ガスとともに燃焼室から排出されるので、この後の燃焼行程へは影響しない。
【００２５】
上述の請求項４記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配設された触媒上流側酸素濃度検出手段が、排気ガス中の酸素濃度を検出して、該余剰酸素量推定手段が、該触媒上流側酸素濃度検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定する。
【００２６】
上述の請求項５記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配設された全域空燃比センサが、排気ガス中の酸素濃度から空燃比状態を検出して、該余剰酸素量推定手段が、該全域空燃比センサの検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定する。
【００２７】
上述の請求項６記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、運転状態検出手段が該エンジンの運転状態を検出して、該余剰酸素量推定手段が、該運転状態検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定する。
上述の請求項７記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、該リーンＮＯｘ触媒の下流側に配設された酸化触媒によって、燃料の未燃成分などのリーンＮＯｘ触媒で燃焼（酸化）しきれなかった成分の燃焼（酸化）が促進される。
【００２８】
上述の請求項８記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置では、該触媒下流側空燃比検出手段が、該リーンＮＯｘ触媒の下流側で且つ該酸化触媒の上流側に配設されているので、リーンＮＯｘ触媒による作用を受けた後で、且つ、酸化触媒の作用を受ける前の、排気ガス中の酸素濃度に関して空燃比を検出でき、リーンＮＯｘ触媒へ供給すべき燃料量を適切に制御できる。
【００２９】
【実施例】
以下、図面により、本発明の実施例について説明する。
まず、図１〜図６を参照して本発明の第１実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置について説明する。
図２は、本実施例のエンジンの排気ガス浄化装置をそなえた内燃エンジンを示す概略構成図であり、図２において、符号１は自動車用エンジンのガソリンエンジン本体であり、燃焼室を始め吸気系や点火系等がリーン燃焼可能に構成されている。
【００３０】
エンジン本体１は、特に、各気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジンとして構成されており、このため、各気筒には、その燃焼室２に噴射口を直接臨ませるようにして、燃料供給手段としての燃料噴射弁（インジェクタ）３が取り付けられている。
また、本実施例では、このエンジン本体１が４気筒の直列エンジンとして構成されるが、気筒数はこれに限定されず、エンジン形式についてもＶ型エンジンや水平対抗エンジン等の種々のエンジンに適用できる。
【００３１】
そして、燃焼室２に吸気弁４を介して連通する吸気通路５は、各気筒毎に形成された吸気ポート５Ａと、これらの各吸気ポート５Ａに結合された吸気マニホールド５Ｂと、吸気マニホールド５Ｂの上流部に設けられたサージタンク５Ｃと、吸気マニホールド５Ｂの上流端に結合された吸気管５Ｄとから構成される。このような吸気通路５には、上流側から、エアクリーナ６，吸入空気量Ａｆを検出するエアフローセンサ７、スロットルバルブ８，ＩＳＣ（アイドルスピードコントロール）バルブ（図示略）が備えられている。また、エアクリーナ６のケース内には、吸気温度センサ９及び大気圧センサ１０が設けられている。
【００３２】
エアフローセンサ７としては例えばカルマン渦式エアフローセンサ等が用いられている。また、ＩＳＣバルブは、アイドリング回転数を制御するためのものであり、図示しないエアコンの作動等によるエンジン負荷Ｌｅの変動に応じてバルブ開度を調節して吸入空気量を変化させ、アイドリング運転を安定させる。また、このＩＳＣバルブは、後述する空燃比補正制御時には開弁側に作動し、空燃比補正実施に伴う出力低下を補うように作用する。
【００３３】
また、燃焼室２に吸気弁１１を介して連通する排気通路１２は、各気筒毎に形成された排気ポート１２Ａと、これらの各排気ポート１２Ａに結合される排気マニホールド１２Ｂと、排気マニホールド１２Ｂの上流側に結合される排気管１２Ｃとから構成される。このような排気通路１２には、排気ガス浄化触媒（以下、触媒という）１３が設置されている。
【００３４】
触媒１３は、例えば車両の床下に設置された床下触媒として構成されており、リーンＮＯｘ触媒１３Ａと三元触媒１３Ｂとの２つの触媒を備え、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの方が三元触媒１３Ｂよりも上流側に配設されている。リーンＮＯｘ触媒１３Ａは、ＮＯｘ吸収剤が設けられており、空燃比のリーンな状態での運転（リーン燃焼運転）の際のような酸化雰囲気においてＮＯｘ（窒素酸化物）を吸着させ、ＨＣ（炭化水素）の存在する還元雰囲気では、ＮＯｘをＮ2 （窒素）等に還元させる機能を持つものである。
【００３５】
このＮＯｘ触媒１３Ａとしては、例えば、耐熱劣化性を有するＰｔとランタン，セリウム等のアルカリ希土類からなる触媒が使用されている。一方、三元触媒１３Ｂは、ＨＣ、ＣＯ（一酸化炭素）を酸化させるとともに、ＮＯｘを還元する機能をもっており、この三元触媒１３ＢによるＮＯｘの還元は、理論空燃比（１４．７）付近において最大に促進されるようになっている。
【００３６】
この触媒１３の上流側の燃焼室２に近い箇所には空燃比センサ（触媒上流側酸素濃度検出手段）１４が装備されている。この空燃比センサ１４としては、例えばリニアＡ／Ｆセンサ（全域空燃比センサ）が用いられており、燃焼室２から排出された排気の酸素濃度に基づいて燃焼室２へ供給された混合気の空燃比を広い領域で検出できるようになっている。
【００３７】
また、触媒１３の下流側の触媒１３に近い箇所には、空燃比センサ（触媒下流側空燃比検出手段）１５が装備されている。この空燃比センサ１５としても、例えばリニアＡ／Ｆセンサ（全域空燃比センサ）が用いられており、燃焼室２から排出された排気の酸素濃度に基づいて燃焼室２へ供給された混合気の空燃比を広い領域で検出できるようになっている。
【００３８】
さらに、触媒１３には触媒本体の温度を検出する触媒温度センサ１６が設けられている。この触媒温度センサ１６は、触媒ベッド（図示略）を通じて触媒本体の温度を検出するようになっており、特に、ＮＯｘ触媒１３Ａの温度を高温域まで検出できる高温センサとして構成されている。なお、触媒温度センサ１６は、エンジン１からの排気温度を推定する排気温度推定手段としても機能可能である。
【００３９】
また、エンジン本体１には、吸気ポート５Ａから燃焼室２に供給された空気と燃焼室２内にインジェクタ３から供給された燃料との混合気に着火するための点火プラグ１７が各気筒毎に配置されている。また、１８はスロットルバルブ７の開度θTHを検出するスロットル開度センサ（スロットルセンサ）、１９は冷却水温ＴＷを検出する水温センサである。
【００４０】
そして、このようなエンジンにおける空燃比制御や、点火時期制御や、吸気量制御や、後述する排気ガス浄化触媒１３に関する制御等を行なうために、ＥＣＵ（電子制御ユニット）２３が設置されている。
このＥＣＵ２３のハードウエア構成は、図３に示すようになるが、このＥＣＵ２３はその主要部としてＣＰＵ２７をそなえており、このＣＰＵ２７へは、上述の吸気温センサ９，大気圧センサ１０，空燃比センサ１４，１５，触媒温度センサ１６，スロットルセンサ１８，水温センサ１９からの検出信号の他に、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルポジションセンサ２４，バッテリの電圧を検出するバッテリセンサ２５，車両の走行距離を車速パルスの積算値等によりカウントする距離メータ２６からの各検出信号も入力インタフェイス２８およびアナログ／デジタルコンバータ３０を介して入力されるようになっている。
【００４１】
さらに、エアフローセンサ７，始動時を検出するクランキングスイッチ〔あるいはイグニッションスイッチ（キースイッチ）〕２０，カムシャフトと連動するエンコーダからクランク角同期信号θCRを検出するクランク角センサ２１，第１気筒（基準気筒）の上死点を検出するＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）２２，アイドルスイッチ３３，イグニッションスイッチ等からの検出信号が入力インタフェイス２９を介して入力されようになっている。
【００４２】
なお、エンジン回転速度（エンジン回転数）Ｎｅは、クランク角センサ２１が検出するクランク角同期信号θCRの発生時間間隔から演算されるため、クランク角度を検出するクランク角センサ２１はエンジン回転数を検出する回転数センサも兼ねている。また、このクランク角センサ２１およびＴＤＣセンサ２２はそれぞれディストリビュータに設けられている。
【００４３】
さらに、ＣＰＵ２７は、バスラインを介して、プログラムデータや固定値データを記憶するＲＯＭ３１，更新して順次書き替えられるＲＡＭ３２，フリーランニングカウンタ４８およびバッテリが接続されている間はその記憶内容が保持されることによってバックアップされたバッテリバックアップＲＡＭ（図示せず）との間でデータの授受を行なうようになっている。
【００４４】
なお、ＲＡＭ３２内データはイグニッションスイッチをオフすると消えてリセットされるようになっている。
また、図３では、特に燃料噴射制御に関する部分を中心に示しているが、ＣＰＵ２７で演算結果に基づく燃料噴射制御信号は、各気筒毎の（ここでは、４つの）噴射ドライバ（燃料噴射弁駆動手段）３４に送られ、噴射ドライバ３４が、インジェクタ３のソレノイド（インジェクタソレノイド）３ａ（正確には、インジェクタソレノイド３ａ用のトランジスタ）へのバッテリからの電力供給をオンオフ制御しながらインジェクタ３を開閉させるようになっている。
【００４５】
今、燃料噴射制御（空燃比制御）に着目すると、ＣＰＵ２７で演算された燃料噴射用制御信号がドライバ３４を介して出力され、例えば４つのインジェクタ３を順次駆動させてゆくようになっている。
そして、上述のような筒内噴射エンジンの特徴から、このエンジンでは、燃料噴射の態様として、リーン燃焼による運転（リーン運転）を実現するために圧縮行程後期で燃料噴射を行なう後期噴射モードと、理論空燃比燃焼による運転（理論空燃比運転又はストイキオ運転）を実現するために吸気行程の初期又は前期には燃料噴射を終える前期噴射モードとが設けられている。この理論空燃比運転時には、供給すべき燃料量が多い場合には、排気行程の後期又は終期から燃料噴射を始めて吸気行程の初期又は前期にかけて燃料噴射を終える場合もある。
【００４６】
ＣＰＵ２７の機能のうち本エンジンの排気ガス浄化装置に関する部分について説明すると、図１に示すように、ＣＰＵ２７には、余剰酸素量推定手段１０１と、燃料量算出手段１０２と、燃料量を補正する補正手段１０３と、加熱判定手段１０４と、燃料噴射制御手段１０５とがそなえられている。
このうち、余剰酸素量推定手段１０１は、燃焼室２内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するが、本実施例の余剰酸素量推定手段１０１は、空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）１４で検出された空燃比ＡＦ（ｉ），エアフローセンサ７で検出された吸入空気量等から、燃焼室２内での燃焼後の排気系における余剰酸素β（ｉ）を算出するようになっている。
【００４７】
燃料量算出手段１０２は、この余剰酸素量推定手段１０１で推定された余剰酸素量β（ｉ）で完全燃焼するだけの燃料量γ（ｉ）を算出する。
補正手段１０３は、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの下流側が理論空燃比に応じた酸素量となるように、この算燃料量算出手段１０２で算出された燃料量γ（ｉ）を補正する。つまり、補正手段１０３では、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの下流側に配設された空燃比センサ（触媒下流側空燃比検出手段）１５からの検出情報、即ち、リーンＮＯｘ触媒１３Ａから排出された排気ガス中の酸素濃度が理論空燃比よりもリッチ側であるかリーン側であるかの情報に基づいて、燃料量γ（ｉ）を加減補正する。例えば、リーンＮＯｘ触媒１３Ａから排出された排気ガスがリッチ側なら燃料量γ（ｉ）を一定量だけ減少させ、リーンＮＯｘ触媒１３Ａから排出された排気ガスがリーン側なら燃料量γ（ｉ）を一定量だけ増加させる。
【００４８】
加熱判定手段１０４は、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの状態が、復活制御期開始条件、即ち、イオウ分等の浄化能力低下物質を除去すべき状態（即ち、リーンＮＯｘ触媒１３Ａを復活すべき状態、以下、復活モードという）にある場合にリーンＮＯｘ触媒１３Ａを加熱すべきであると判定するもので、加熱開始判定部１０４Ａと加熱完了判定部１０４Ｂとを有する。
【００４９】
つまり、リーンＮＯｘ触媒１３ＡにそなえられるＮＯｘ吸収剤は、排気ガス中の硫酸塩等のイオウ分を吸収していくために吸収できるＮＯｘ量が次第に低下してしまう。そこで、加熱判定手段１０４の加熱開始判定部１０４Ａとでは、このイオウ分のような浄化能力低下物質がある程度溜まったことと、エンジンの作動状態が、以下のように設定される復活モード領域にあるか否かを判定する。
【００５０】
イオウ分のような浄化能力低下物質が溜まったか否かの判定は、ここでは単純に距離メータ２６で検出された車両の走行距離Ｄに基づいて行なっている。つまり、前回の復活モードが完了してからの走行距離ＤがＲＡＭ３２内に記憶されており、この記憶された走行距離Ｄ部が所定値Ｄ1 以上になったら、浄化能力低下物質（イオウ分）がある程度溜まったと判定する。
【００５１】
なお、所定値Ｄ1 は例えば実験結果に応じて設定することができ、イオウ分等の滞留量の予測誤差を安全側に設定するために、所定値Ｄ1 は実験結果に応じたものよりも比較的小さな値を設定することが考えられる。
また、ＲＡＭ３２内に記憶された走行距離Ｄは、図示しない車載のバッテリが取り外されると０にリセットされてしまうので、バッテリセンサ２５からの検出情報に基づいて、バッテリの取外しがあったときには、実際の走行距離Ｄの値に関係なくイオウ分等がある程度溜まった場合と同様な処理を行なう。
【００５２】
そして、もう一方での復活モードの開始条件として、エンジンが安定した運転状態の領域にあることが設定されている。エンジンの運転状態が安定するのは、エンジンが中負荷域から高負荷域（ただし、一定限度以下の高負荷域）にある場合であって、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷Ｌｅの要素である体積効率ηｖおよび冷却水温ＴＷを判定の対象とでき、それぞれの値が下記（１）〜（３）に示す不等式の範囲内となるか否かが判別される。
【００５３】
Ｎｅ１≦Ｎｅ≦Ｎｅ２    ・・・（１）
ηｖ１≦ηｖ≦ηｖ２    ・・・（２）
ＴＷ１≦ＴＷ            ・・・（３）
なお、体積効率ηｖは、エアフローセンサ７により検出された空気流量Ａｆとエンジン回転速度Ｎｅ等とから演算され、大気圧センサ１０が検出する大気圧Ｐａ、吸気温センサ９が検出する吸気温度Ｔａ等によって補正される。さらに、エンジン負荷Ｌｅは、スロットルセンサ１８により検出されるスロットル開度θTH、上記体積効率ηｖ等から演算することができる。
【００５４】
また、Ｎｅ１、Ｎｅ２、ηｖ１、ηｖ２およびＴＷ１は閾値を示し、例えば、Ｎｅ１は１５００rpm 、Ｎｅ２は５０００rpm 、ηｖ１は３０％、ηｖ２は８０％であり、ＴＷ１は、例えば暖機運転が完了したとみなせる５０℃に設定されている。
このように、エンジン１の運転状態が中負荷域から高負荷域となるような運転状態をリフレッシュ運転実施の成立条件をするのは、例えば、Ｎｅ１、ηｖ１よりも小さい低負荷域においてリフレッシュ運転を実施すると、エンジン本体１の出力が安定せず、運転フィーリングが悪化する虞があるためであり、また、Ｎｅ、ηｖの値がＮｅ２、ηｖ２よりも大きい高負荷域においては、排気ガス温度が高温であり、これによりＮＯｘ触媒値１３ａがさらに加熱され、焼損する虞があるためである。
【００５５】
一方、加熱完了判定部１０４Ｂでは、復活のための加熱制御の完了を判定するが、この判定は、触媒温度Ｔ（ｊ）に基づいて行なわれ、触媒温度センサ１６で検出された触媒温度Ｔ（ｊ）が所定温度Ｔ1 （Ｔ1 は例えば６５０°Ｃ程度）以上の状態の継続時間ｔC が所定時間ｔ1 （Ｔ1 は例えば６００秒程度）以上になったら加熱制御（復活制御）が完了したと判定する。
【００５６】
燃料噴射制御手段１０５は、２つの機能、即ち、触媒加熱用燃料噴射制御手段１０５Ａと通常燃料噴射制御手段１０５Ｂとがあり、通常燃料噴射制御手段１０５Ｂでは、燃焼室２での燃焼のための燃料噴射制御（吸気行程〜圧縮行程にかけての噴射）を行なうが、触媒加熱用燃料噴射制御手段１０５Ａでは、触媒復活用の触媒加熱のための燃料噴射の制御を行なう。
【００５７】
つまり、触媒加熱用燃料噴射制御手段１０５Ａでは、加熱判定手段１０４で触媒復活用の触媒加熱制御を行なうべき状態であると判定されたときに、燃料量算出手段１０２で算出され補正手段１０３で補正された量の燃料をリーンＮＯｘ触媒１３Ａの上流側に供給するための制御を行なって、加熱完了判定部１０４Ｂが加熱制御の完了を判定したらこれを終了する。このように、加熱制御時の燃料噴射は、インジェクタ（燃料供給手段）３を用いて行なうが、リーンＮＯｘ触媒１３Ａを加熱させるための燃料噴射であり、燃焼室２での燃焼のために行なう燃料噴射とは異なる。
【００５８】
特に、燃焼室２での燃焼に影響しないように、この触媒加熱のための燃料噴射は、図４に示すように、各気筒の排気行程内（具体的には、膨張行程末期から排気行程の間）の排気弁５の開放中に行なわれるようになっている。なお、図４中に示す吸気行程での噴射は燃焼室２での燃焼のために行なう通常の燃料噴射である。
【００５９】
なお、ＥＣＵ２３の出力側には、上述のインジェクタ３の他に、点火ユニット等が接続されており、各種センサ類からの検出情報に基づいて演算された燃料噴射量や点火時期等の最適値が出力されるようになっている。
本発明の一実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置は、上述のように構成されるため、例えは図５，図６に示すように動作する。
【００６０】
図５に示すフローチャートは、ＥＣＵ２３が実行する加熱制御の開始判定の手順を示し、エンジン本体１の始動毎に実行されるものである。
加熱制御は、前述のようにリーンＮＯｘ触媒１３ａに付着するＮＯｘ以外の付着物（浄化能力低下物質）、例えばイオウやその化合物（即ち、イオウ分）等が所定量に達したと判定されたら、ＮＯｘ触媒１３ａを高温状態に加熱する触媒復活のための触媒加熱用運転を実施して、その浄化能力低下物質をリーンＮＯｘ触媒１３ａから無害化しながら放出するものである。
【００６１】
まず、ステップＡ１０では、ＥＣＵ２３は、浄化能力低下物質の付着量が車両の走行距離（加熱制御完了後の走行距離）Ｄに略比例して増加することから、距離メータ２５によって車両の走行距離Ｄを読み込んで、浄化能力低下物質がＮＯｘ触媒１３ａに付着堆積している量を推定する。
次に、ステップＡ２０では、浄化能力低下物質が所定量に達したか否かを、ステップＡ１０で読み込んだ走行距離Ｄが所定値Ｄ１（例えば、１０００km）以上であるか否かで判別する。この所定値Ｄ１は、実験等により適宜値に設定され、浄化能力低下物質の付着量が許容量を越えない範囲、例えば、浄化能力低下物質の付着によって増加するＮＯｘ排出量が、法規等の規制値を越えない範囲内の値に設定される。
【００６２】
走行距離Ｄが所定値Ｄ１以上のときには、浄化能力低下物質が所定量を越えたと判別でき、次にステップＡ４０に進む。一方、走行距離Ｄが所定値Ｄ１に達していない場合には、次にステップＡ３０に進む。
ステップＡ３０は、制御電源であるバッテリが、車両整備の実施等のために一旦外され、再度接続された直後であるか否かを判別するステップである。この判別は、バッテリが外された際、記憶手段であるＥＣＵ２３に記憶された走行距離Ｄの記憶値が一旦ゼロ値にリセットされ、走行距離Ｄと浄化能力低下物質の付着量との整合性がとれず、ステップＡ１０での付着量の推定が不正確なものとなることを防止すべく実施されるものである。
【００６３】
このステップＡ３０でＮｏ（否定）と判定されると、バッテリは接続されているが、ステップＡ２０での走行距離Ｄの判別結果が未だ所定値Ｄ１に達していない状態と判定でき、この場合には何もせずに当該ルーチンを終了する。一方、バッテリ再接続直後の場合には、ステップＡ３０の判別結果がＹｅｓ（肯定）となるので、ステップＡ２０のＹｅｓ（肯定）の判別結果と同様に、次にステップＡ４０に進む。なお、バッテリが外されても、ＥＣＵ２３のバックアップ機能等により、走行距離Ｄの値が確実に記憶されるような場合には、ステップＡ３０の判別を実施しなくてもよい。
【００６４】
ステップＳ４０では、エンジン本体１の運転状態が、復活制御のための触媒歌熱運転を実施しても良い状態（復活制御領域）であるか否かを、運転状態検出手段である各種センサ類からの信号値に基づいて判別する。
ここでは、エンジン回転速度Ｎｅ，エンジン負荷Ｌｅの要素である体積効率ηｖおよび冷却水温ＴＷが判定の対象となり、それぞれの値が前記（１）〜（３）に示す不等式の範囲内となるか否かが判別される。
【００６５】
そして、エンジン本体１の運転状態が復活制御領域ならば、復活モード（復活制御モード）即ち触媒加熱を実行し（ステップＡ５０）、そうでなければ、復活モード即ち触媒加熱は実行せずに当該ルーチンを終了する。
復活モードを実行する場合には、図６に示すような処理を、機関の作動サイクルに合わせて周期的に行なう。つまり、まず、初期設定を行なう（ステップＢ１０）。この初期設定では、制御サイクル数ｉ，ｊをいずれも１にセットするとともに、リーンＮＯｘ触媒１３ａの下流側の空燃比ＡＦ２（０）を０（理論空燃比）にセットする。
【００６６】
ついで、筒内での燃焼後の空燃比ＡＦ２（ｉ）を検出する（ステップＢ２０）。この検出は空燃比センサ１４により行なわれる。また、この空燃比ＡＦ２（ｉ）は各制御サイクル毎に検出され、制御開始時にはｉ＝１なので検出値はＡＦ２（１）となる。
次に、余剰酸素量推定手段１０１で、この検出した空燃比ＡＦ２（ｉ）やエアフローセンサ７で検出された吸入空気量等に基づいて、排気系での余剰酸素量β（ｉ）を算出する（ステップＢ３０）。空燃比センサ１４としてリニアＡ／Ｆセンサを用いると、広い領域に亘って空燃比を検出でき、余剰酸素量β（ｉ）を適切に算出できる。
【００６７】
ついで、算出した余剰酸素量β（ｉ）に対して完全燃焼する燃料量γ（ｉ）を公知の理論式から算出して、さらに、この燃料量γ（ｉ）に補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ−１））を加算して補正する（ステップＢ４０）。この補正値は、前回の制御サイクルのステップＢ８０，Ｂ９０，Ｂ１００で求められたもので、これらのステップについては後述するが、制御開始時には、ＡＦ２（０）が０に初期設定されているので補正は実質的に行なわれないことになる。
【００６８】
ついで、このように算出された燃料量γ（ｉ）＋Δγ（ＡＦ２（ｉ−１））に相当するような燃料噴射時間で、図４に示すように排気行程噴射を行なう（ステップＢ５０）。
そして、ステップＢ６０に進み、空燃比センサ（触媒下流側空燃比検出手段）１５により触媒１３の下流側で検出された排気行程噴射後の排気ガスの空燃比ＡＦ２（ｉ）を検出する。
【００６９】
ついで、ステップＢ７０で、空燃比ＡＦ２（ｉ）が、理論空燃比と等しいか、理論空燃比よりもリッチか又はリーンかを判定する。空燃比ＡＦ２（ｉ）が理論空燃比と等しければ、ステップＢ８０に進んで補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））は０に設定して補正を行なわず、空燃比ＡＦ２（ｉ）が理論空燃比よりもリッチか又はリーンであれば、ステップＢ９０，Ｂ１００に進んで補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））を設定する。リッチの場合、ステップＢ９０で補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））として−Δγ（ｊ）を設定し、リーンの場合、ステップＢ１００で補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））としてΔγ（ｊ）を設定する。補正量Δγ（ｊ）は触媒下流側の空燃比ＡＦ２（ｉ）に応じて設定される。
【００７０】
このようにして、補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））を設定したら、ステップＢ１１０〜Ｂ１３０で、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの復活（加熱）が完了したか否かが判定される。ここでは、リーンＮＯｘ触媒１３Ａが第１設定値（例えば６５０°Ｃ）を越えた状態が所定時間（例えば６００秒）よりも多く継続した場合、及び、リーンＮＯｘ触媒１３Ａが第１設定値よりも高い第２設定値（例えば７５０°Ｃ）を越えるように過昇温した場合に、復活完了と判定する。
【００７１】
つまり、まず、ステップＢ１１０で、高温センサ出力、即ち、触媒温度センサ１６からの出力に基づいて、触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値（例えば６５０°Ｃ）よりも大きいか否かを判定する。制御開始時には、通常は触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値に達していないので、ステップＢ１６０へ進んで、制御サイクル数ｉ，ｊをそれぞれインクリメントして、次のサイクルの復活モードルーチンの実行のために待機する。
【００７２】
リーンＮＯｘ触媒１３Ａが昇温して、触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きくなると、はじめて大きくなった時点でタイマのカウントをスタートする。このタイマで、触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きい状態の継続時間ｔ0 をカウントするが、続く、ステップＢ１２０で、継続時間ｔ0 が所定時間（例えば６００秒）よりも大きいか否かを判定する。
【００７３】
触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きくなった直後はタイマカウントが進んでいないので、ステップＢ１２０で「Ｎｏ」と判定され、ステップＳ１３０に進む。ステップＳ１３０では、触媒温度センサ１６からの出力に基づいて、触媒温度Ｔ（ｉ）が第２設定値（例えば７５０°Ｃ）よりも大きいか否かを判定する。触媒温度Ｔ（ｉ）が第２設定値以下なら、ステップＢ１６０へ進んで、制御サイクル数ｉ，ｊをそれぞれインクリメントして、次のサイクルの復活モードルーチンの実行のために待機する。
【００７４】
触媒温度Ｔ（ｉ）が第２設定値を越えると、復活完了（ステップＢ１４０）として、タイマ値ｔ0 及び復活制御完了後の走行距離Ｄを０にリセットする（ステップＢ１５０）。
また、触媒温度Ｔ（ｉ）が第２設定値を越えなくても、触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値を越えた状態が所定時間（例えば６００秒）よりも長くなると、復活完了（ステップＢ１４０）として、タイマ値ｔ0 及び復活制御完了後の走行距離Ｄを０にリセットする（ステップＢ１５０）。
【００７５】
このようにして、復活モードでは、リーンＮＯｘ触媒１３Ａに、燃焼後の余剰酸素とこの余剰酸素で完全燃焼するだけの量の燃料とが混合した、理論空燃比状態の混合気が供給されることになり、供給された燃料の一部は、リーンＮＯｘ触媒１３Ａに到達する過程で、供給された燃料の残りは、リーンＮＯｘ触媒１３Ａに到達して触媒作用を受けて燃焼する。
【００７６】
したがって、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの昇温が速やかに行なわれるようになり、リーンＮＯｘ触媒１３ＡのＮＯｘ吸収剤に吸収されたイオウ分は、分解してＮＯｘ吸収剤から放出されて、リーンＮＯｘ触媒１３Ａが復活する。
また、この段階では、イオウ分は例えば酸化イオウＳＯ3 といった有害な状態だが、この時、リーンＮＯｘ触媒１３Ａへ供給される混合気の空燃比が理論空燃比状態とされるので、ＮＯｘ吸収剤から放出されたイオウ分が排気ガス中の未燃のＨＣやＣＯによって直ちに還元せしめられる。
【００７７】
また、空燃比センサ１４により検出されたリーンＮＯｘ触媒１３Ａの上流側の空燃比状態のみに応じて燃料噴射量を設定した場合には、余剰酸素量の算出（又は推定）誤差や供給燃料量の誤差等によって、実際にリーンＮＯｘ触媒に供給される混合気は、理論空燃比ではない場合もあり、さらに、触媒１３Ａに吸収されていたイオウ分などの燃焼（酸化）等によって、実際にリーンＮＯｘ触媒に理論空燃比の混合気を供給しても、リーンＮＯｘ触媒から排出される排気ガスは、理論空燃比に応じた酸素量とならないことがある。
【００７８】
ところが、本排気ガス浄化装置では、燃料噴射量が、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの下流側の空燃比状態に応じて補正されるので、リーンＮＯｘ触媒１３Ａに供給される混合気は理論空燃比状態により近づけられることになり、イオウ分の無害化排出を効率よくしかも確実に行なえる利点がある。
特に、通常の燃焼のための燃料噴射とは切り離して、排気行程噴射により復活制御即ち加熱制御を行なうため、通常の燃焼に影響させずに、従って、トルク変動を生じさせることなく、復活制御（加熱制御）を行なうことができる。
【００７９】
このため、例えば走行中にリーン運転中などの低負荷領域や低回転領域でもドライバに違和感を与えないでリーンＮＯｘ触媒の復活制御を行なうことができるという利点がある。
また、排気行程噴射によると、噴射燃料は燃焼室での燃焼にはほとんど供されることなく未燃の状態で排気ガスとともに触媒にほぼ直接的に供給されるため、少ない追加燃料で速やかに触媒の活性を促進して、復活を完了することができる利点がある。
【００８０】
さらに、排気行程噴射によると、復活制御を行なっている場合であっても、通常の燃料噴射（即ち、排気行程の末期から吸気行程での燃料噴射）の制御については、追加燃料噴射を行なっている場合であっても行なっていない場合であっても、同様に行なうことができる。
また、復活モード時に通常のエンジン運転への悪影響がないので、復活モード開始の基準となる所定値Ｄ1 を安全側に小さめに設定して、イオウ分等が過剰に滞留することのないように小まめに復活制御を行なうことができる。
【００８１】
また、空燃比がストイキオ状態になるように排気行程噴射の制御を行なうため、燃費の悪化を抑制しながら触媒の復活制御を行なうことができるという利点がある。
さらに、触媒温度を検出しながら復活完了を判定して、復活モード終了を終了するので、触媒の復活を確実に行なえるとともに、無駄なく効率的に触媒の復活のための排気行程噴射を行なうことができる。
【００８２】
また、装置に触媒加熱用のヒータ等のハード構成を追加することなく触媒９の昇温を行なえるので、コスト増を抑制しながら触媒復活を実現できる。
次に、本発明の第２実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置について説明すると、本実施例では、触媒温度センサ１６をそなえないで、触媒温度を推定により求めるようにしている。
【００８３】
つまり、加熱完了判定部１０４Ｂでは、触媒温度Ｔ（ｉ）に基づいて復活制御（加熱制御）の完了を判定するが、この判定に用いられる触媒温度Ｔ（ｉ）は、まず、体積効率ηｖ（ｉ），エンジン回転数Ｎｅ（ｉ）に基づいて、復活制御開始前の触媒温度〔床下触媒（ＵＣＣ）のベッド温度〕Ｔ（０）を求めて、復活制御開始後には、この復活制御開始前の触媒温度Ｔ（０）に対して排気行程噴射による燃焼によって生じた昇温量ΔＴ（ｉ）を制御サイクル毎に加算していくようになっている。
【００８４】
なお、昇温量ΔＴは次式により求めることができる。
0003757433.tif 000002
ただし、ηc は次式で示される燃焼効率であり、体積効率ηｖ(i) とエンジン回転数Ｎｅ(i) とに対応して求めることができ、ここでは、マップにより各行程サイクル毎に求められる体積効率ηｖ(i) とエンジン回転数Ｎｅ(i) とに対応して各行程サイクルにおける燃焼効率ηc (i) を求めるようになっている。
ηc (i) ＝実際の燃焼による発熱量／完全燃焼をしたときの発熱量
また、ｍa は空気質量流量、Ｈu は燃料噴射量〔γ(i) ＋γ（ＡＦ２（ｉ−１）〕に対する低位発熱量、14.7は理論空燃比、ρg は燃焼ガス密度、Ｆg は燃焼ガス通路断面積、Ｗg は燃焼ガス速度、Ｃpgは燃焼ガス比熱であり、各行程サイクルに変化しうる空気質量流量ｍa ，低位発熱量Ｈu ，燃焼ガス密度ρg ，燃焼ガス速度Ｗg ，燃焼ガス比熱Ｃpgは、いずれも各行程サイクルに毎の値として、それぞれ、ｍa(i)，Ｈu(i)，ρg(i)，Ｗg(i)，Ｃpg(i) と表すことができる。また、ｋ2 は排気行程噴射による排気ガス温度を補正する係数（ただし、０＜ｋ2 ≦１）である。
【００８５】
本発明の第２実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置は、上述のように構成されているので、復活モードにあたっては、例えば図７に示すように行なうことができる。
つまり、まず、初期設定を行なう（ステップＣ１０）。この初期設定では、制御サイクル数ｉ，ｊをいずれも０にセットするとともに、リーンＮＯｘ触媒１３ａの下流側の空燃比ＡＦ２（０）を０（理論空燃比）にセットする。
【００８６】
ついで、ステップＣ２０で、体積効率ηｖ（ｉ），エンジン回転数Ｎｅ（ｉ）に基づいて、マップから復活制御開始前の触媒温度〔床下触媒（ＵＣＣ）のベッド温度〕Ｔ（０）を求める。さらに、ステップＣ３０で、この触媒温度Ｔ（０）が第２設定値（例えば７５０°Ｃ）以上か否かを判定する。触媒温度Ｔ（０）が第２設定値以上ならば、復活完了（復活モード終了）となるが、通常は、復活モード開始時には、触媒温度Ｔ（０）は第２設定値までは昇温していないので、ステップＣ４０へ進む。
【００８７】
ステップＣ４０では、筒内での燃焼後の空燃比ＡＦ２（ｉ）を検出する。ついで、ステップＣ５０に進んで、余剰酸素量推定手段１０１で、この検出した空燃比ＡＦ２（ｉ）やエアフローセンサ７で検出された吸入空気量等に基づいて、排気系での余剰酸素量β（ｉ）を算出する。
ついで、ステップＣ６０で、算出した余剰酸素量β（ｉ）に対して完全燃焼する燃料量γ（ｉ）を公知の理論式から算出して、この燃料量γ（ｉ）に補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ−１））を加算して補正する。さらに、ステップＣ７０で、燃料噴射量〔γ(i) ＋γ（ＡＦ２（ｉ−１）〕に対する低位発熱量Ｈu （ｉ）を算出する。そして、このように算出された燃料量γ（ｉ）＋Δγ（ＡＦ２（ｉ−１））に相当するような燃料噴射時間で、図４に示すように排気行程噴射を行なう（ステップＣ８０）。
【００８８】
ついで、ステップＣ９０に進み、触媒下流側空燃比検出手段１５により触媒１３の下流側で検出された排気行程噴射後の排気ガスの空燃比ＡＦ２（ｉ）を検出する。さらに、ステップＣ１００で、空燃比ＡＦ２（ｉ）が、理論空燃比と等しいか、理論空燃比よりもリッチか又はリーンかを判定する。空燃比ＡＦ２（ｉ）が理論空燃比と等しければ、ステップＣ１１０に進んで補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））は０に設定して補正を行なわず、空燃比ＡＦ２（ｉ）が理論空燃比よりもリッチか又はリーンであれば、ステップＣ１２０，Ｃ１３０に進んで補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））を設定する。リッチの場合、ステップＣ１２０で補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））として−Δγ（ｊ）を設定し、リーンの場合、ステップＣ１３０で補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））としてΔγ（ｊ）を設定する。補正量Δγ（ｊ）は触媒下流側の空燃比ＡＦ２（ｉ）に応じて設定される。
【００８９】
このようにして、補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））を設定したら、ステップＣ１４０〜Ｃ１９０で、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの復活が完了したか否かが判定される。
つまり、ステップＣ１４０で、体積効率ηｖ(i) とエンジン回転数Ｎｅ(i) とに基づいて、燃焼効率ηc (i) をマップから読み取る。そして、ステップＣ１５０に進み、燃焼効率ηc (i) ，空気質量流量ｍa (i) ，低位発熱量Ｈu (i) ，燃焼ガス密度ρg (i) ，燃焼ガス断面積Ｆg ，燃焼ガス速度Ｗg (i) ，燃焼ガス比熱Ｃpg(i) ，補正係数ｋ2 に基づき、式（４）により昇温量ΔＴを算出する。
【００９０】
そして、ステップＣ１６０で、前回推定された触媒温度Ｔ（ｉ）にこの算出された昇温量ΔＴを加算することで、今回の触媒温度Ｔ（ｉ）を推定する。ただし、制御開始時（第１回目）の制御サイクルでは、ｉ＝０であり、触媒温度Ｔ（０）はステップＣ２０で設定された値となる。
さらに、ステップＣ１７０で、今回推定した触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値（例えば６５０°Ｃ）よりも大きいか否かを判定する。制御開始時には、通常は触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値に達していないので、ステップＣ１８０へ進んで、制御サイクル数ｉ，ｊをそれぞれインクリメントして、次のサイクルの復活モードルーチンの実行のために待機する。この場合には、次のサイクルではステップＣ３０から処理を行なう。
【００９１】
リーンＮＯｘ触媒１３Ａが昇温して、触媒温度の推定値Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きくなると、はじめて大きくなった時点でタイマのカウントをスタートする。このタイマで、触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きい状態の継続時間ｔ0 をカウントする。そして、ステップＣ１９０で、継続時間ｔ0 が所定時間（例えば６００秒）よりも大きいか否かを判定する。
【００９２】
触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きくなった直後はタイマカウントが進んでいないので、ステップＣ１９０で「Ｎｏ」と判定され、ステップＳ１８０に進み、制御サイクル数ｉ，ｊをそれぞれインクリメントして、次のサイクルの復活モードルーチンの実行（ステップＣ３０から開始）のために待機する。
一方、触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値を越えた状態が所定時間（例えば６００秒）よりも長くなると、復活完了（復活モード終了）となる。この場合には、タイマ値ｔ0 及び復活制御完了後の走行距離Ｄを０にリセットする。
【００９３】
このようにして、第２実施例でも、第１実施例と同様な作用及び効果が得られて、さらに、触媒温度を検出するセンサがない場合でも、触媒温度Ｔ（ｉ）を推定しながら、復活完了（復活モード終了）を判定でき、触媒の復活を確実に行なえるとともに、無駄なく効率的に触媒の復活のための排気行程噴射を行なうことができる。
【００９４】
次に、本発明の第３実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置について説明すると、この実施例では、図８に示すように、第１，２実施例の場合と、排気ガス浄化触媒１３の構成が異なっている。つまり、本実施例では、リーンＮＯｘ触媒１３Ａと酸化触媒１３Ｃとの２つの触媒を備え、酸化触媒１３ＣはリーンＮＯｘ触媒１３Ａの下流側に配設されている。これらのリーンＮＯｘ触媒１３Ａ及び酸化触媒１３Ｃも、例えば車両の床下に設置された床下触媒として構成されている。
【００９５】
酸化触媒１３Ｃは、リーンＮＯｘ触媒１３Ａから放出された燃料の未燃成分等のうちでリーンＮＯｘ触媒で燃焼（酸化）しきれなかったものについて、燃焼（酸化）を促進する。
また、空燃比センサ（触媒下流側空燃比検出手段）１４は、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの下流側で且つ酸化触媒１３Ｃの上流側に配設されている。
【００９６】
この他の構成は、第１実施例又は第２実施例と同様に構成される。
本発明の第３実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置は、上述のように構成されるので、復活モードでは、第１，２実施例と同様に、触媒の復活を適切に行なえる。また、通常燃焼時に排気ガス中に発生するＮＯｘやＨＣやＣＯに対しては、リーンＮＯｘ触媒１３ＡがＮＯｘを除去して、酸化触媒１３ＣがＨＣやＣＯを除去する。
【００９７】
また、触媒下流側空燃比検出手段１５が、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの下流側で且つ酸化触媒１３Ｃの上流側に配設されているので、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの触媒作用を受けたが、酸化触媒１３Ｃの作用は受ける前の排気ガスに対して、その空燃比状態を検出でき、リーンＮＯｘ触媒１３Ａへの供給すべき燃料量を適切に制御できる。
【００９８】
なお、触媒上流側酸素検出手段１４として、空燃比センサ（リニヤＡ／Ｆセンサ）に代えて、他の酸素検出手段を用いたり、又は、機関の運転状態を用いたりすることも考えられる。この場合の機関の運転状態とは、リーン燃焼運転モードなのか理論空燃比燃焼運転モードなのか等の機関の運転モードやこれに機関の負荷や回転数等を加味したものが考えられ、これらを検出する手段（運転状態検出手段）は一般に自動車用エンジン等では既存のものであるので、特別なセンサを設けることなく低コストで触媒復活のための燃料供給制御を行なうことができる利点がある。
【００９９】
また、触媒下流側空燃比検出手段１５として、空燃比センサ（リニヤＡ／Ｆセンサ）に代えて、例えば酸素センサ（Ｏ2 センサ）を用いることも考えられる。この場合、触媒１３の下流側の排気行程噴射後の排気ガスの空燃比ＡＦ２（ｉ）について、理論空燃比よりもリッチか又はリーンかのみを判定することができ、が、空燃比自体を検出することはできないので、補正量Δγ（ｊ）としては予め設定された固定値（例えばΔγ1 ）を設定することが考えられる。
【０１００】
なお、上述の各実施例では、触媒復活のために触媒を加熱しているが、触媒復活のためのみならず、例えば、触媒の温度を触媒反応に適するような温度領域に保持するためなどに触媒加熱を行なうこともできる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置によれば、燃焼室から排気ガスを排出する排気通路と、該排気通路に設置されてリーン燃焼運転時に排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収するリーンＮＯｘ触媒と、該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定する余剰酸素量推定手段と、該余剰酸素量推定手段で推定された量の余剰酸素で完全燃焼するだけの燃料量を算出する燃料量算出手段と、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態であるか否かを判定する加熱判定手段と、該加熱判定手段で加熱すべき状態であると判定されたときに該燃料量算出手段で算出された量の燃料を該触媒の上流側に供給する燃料供給手段と、該リーンＮＯｘ触媒よりも下流側に配設されて排気ガス中の酸素濃度が理論空燃比よりもリッチ側であるかリーン側であるかを検出しうる触媒下流側酸素センサと、該リーンＮＯｘ触媒の下流側が理論空燃比に応じた酸素量となるように、該触媒下流側空燃比検出手段の検出結果に基づいて該燃料量算出手段で算出された燃料量を補正する補正手段とが設けられるという構成により、リーンＮＯｘ触媒に吸着されたイオウ分等の浄化能力低下物質をリーンＮＯｘ触媒から放出させて且つ還元された上で排気ガスとともに排気通路から排出できるようになり、リーンＮＯｘ触媒の加熱を確実に行なえる。
【０１０２】
これにより、リーンＮＯｘ触媒を所要の温度状態に保つことができて、リーンＮＯｘ触媒の性能を十分に発揮させることができる。
請求項２記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、請求項１記載の構成において、該加熱判定手段が、該リーンＮＯｘ触媒への浄化能力低下物質の付着状態に応じて該リーンＮＯｘ触媒から該浄化能力低下物質を除去して復活すべき状態であるときに、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態であると判定するという構成により、リーンＮＯｘ触媒の加熱を確実に行ないながら、リーンＮＯｘ触媒の排気ガス浄化性能を長期に亘って確保することができる利点がある。
【０１０３】
また、リーンＮＯｘ触媒を復活させるために供給する燃料量も過不足なく制御されるため、燃料消費を抑制しながら、効率よくリーンＮＯｘ触媒を復活させることができる利点がある。
請求項３記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置によれば、請求項１又は２記載の構成において、該燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられ、該燃料供給手段が、該燃料噴射弁と、該燃料量算出手段で算出されて該補正手段で適宜補正された量の燃料が該エンジンの排気行程中に供給されるように該燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段とから構成されることにより、リーンＮＯｘ触媒を復活させるための燃料供給を行なっても、通常の燃焼室での燃焼に影響しないため、エンジンのトルク変動を招くことなくリーンＮＯｘ触媒を復活させることができる。したがって、エンジンの低負荷領域や低回転領域でもリーンＮＯｘ触媒を復活させることができる。さらに、触媒復活を行なわない場合と同様に、通常の燃料噴射の制御を実行することができる。
【０１０４】
請求項４記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配設され排気ガス中の酸素濃度を検出しうる触媒上流側酸素濃度検出手段をそなえ、該余剰酸素量推定手段が、該触媒上流側酸素濃度検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されることにより、燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を確実に推定できて、リーンＮＯｘ触媒の加熱を効率よく行なうことができる。
【０１０５】
請求項５記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配設され排気ガス中の酸素濃度から空燃比状態を検出しうる全域空燃比センサをそなえ、該余剰酸素量推定手段が、該全域空燃比センサの検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されることにより、リーンＮＯｘ触媒に流入する余剰酸素量を精度良く推定でき、リーンＮＯｘ触媒へ流入する混合気の空燃比を理論空燃比状態により近づけることができ、燃料を効率よく利用しながらリーンＮＯｘ触媒の加熱及び加熱による復活を確実に行なえる。
【０１０６】
請求項６記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段が設けられ、該余剰酸素量推定手段が、該運転状態検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されることにより、既存の検出手段を利用しながら低コストで触媒加熱及び加熱による復活のための燃料供給制御を行なうことができる。
【０１０７】
請求項７記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の構成において、該リーンＮＯｘ触媒の下流側に酸化触媒が配設されるという構成により、触媒の加熱及び加熱による復活をより確実に且つ速やかに行なえるようになる。
請求項８記載の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置によれば、請求項７記載の構成において、該触媒下流側空燃比検出手段が、該リーンＮＯｘ触媒の下流側で且つ該酸化触媒の上流側に配設されるという構成により、リーンＮＯｘ触媒へ供給すべき燃料量を適切に制御することができて、リーンＮＯｘ触媒へ流入する混合気の空燃比を理論空燃比状態により近づけることができ、燃料を効率よく利用しながらリーンＮＯｘ触媒の加熱及び加熱による復活を確実に行なえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置の要部構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置におけるエンジンシステムの全体構成図である。
【図３】本発明の第１実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置におけるエンジンの制御ブロック図である。
【図４】本発明の第１実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置における燃料噴射特性を示す図である。
【図５】本発明の第１実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第１実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施例としてのエンジンの排気ガス浄化装置におけるエンジンシステムの全体構成図である。
【符号の説明】
１  エンジン本体
２  燃焼室
３  燃料供給手段としての燃料噴射弁（インジェクタ）
３ａ  インジェクタソレノイド
４  吸気弁
５  吸気通路
５Ａ  吸気ポート
５Ｂ  吸気マニホールド
５Ｃ  サージタンク
５Ｄ  吸気管
６  エアクリーナ
７  エアフローセンサ
８  スロットルバルブ
９  吸気温度センサ
１０  大気圧センサ
１１  吸気弁
１２  排気通路
１２Ａ  排気ポート
１２Ｂ  排気マニホールド
１２Ｃ  排気管
１３  排気ガス浄化触媒
１３Ａ  リーンＮＯｘ触媒
１３Ｂ  三元触媒
１３Ｃ  酸化触媒
１４  空燃比センサ（触媒上流側酸素検出手段）
１５  酸素センサ（触媒下流側空燃比検出手段）
１６  触媒温度センサ
１７  点火プラグ
１８  スロットル開度センサ（スロットルセンサ）
１９  水温センサ
２０  クランキングスイッチ〔イグニッションスイッチ（キースイッチ）〕
２１クランク角センサ（エンジン回転数センサ）
２２  ＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）
２３  ＥＣＵ（電子制御ユニット）
２４  アクセルポジションセンサ
２５  バッテリセンサ
２６  距離メータ
２７  ＣＰＵ
２８，２９  入力インタフェイス
３０  アナログ／デジタルコンバータ
３１  ＲＯＭ
３２  ＲＡＭ
３３  アイドルスイッチ
３４  噴射ドライバ（燃料噴射弁駆動手段）
４８  フリーランニングカウンタ
１０１  余剰酸素量推定手段
１０２  燃料量算出手段
１０３  補正手段
１０４  加熱判定手段
１０４Ａ  加熱開始判定部
１０４Ｂ  加熱完了判定部
１０５  燃料噴射制御手段
１０５Ａ  触媒加熱用燃料噴射制御手段
１０５Ｂ  通常燃料噴射制御手段
【図１】
0003757433.tif 000003
【図２】
0003757433.tif 000004
【図３】
0003757433.tif 000005
【図４】
0003757433.tif 000006
【図５】
0003757433.tif 000007
【図６】
0003757433.tif 000008
【図７】
0003757433.tif 000009
【図８】
0003757433.tif 000010