JP4122618B2

JP4122618B2 - Engine exhaust purification system

Info

Publication number: JP4122618B2
Application number: JP06274999A
Authority: JP
Inventors: 謙治岡本; 明秀高見; 誠京極; 啓司山田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2019-03-10
Also published as: JP2000257471A

Description

【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）
２６ＥＧＲ通路（排気還流手段）
２７ＥＧＲ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
４０ｂＣＯ濃度増大手段
４０ｃＣＯ脱離手段
４０ｄ排気還流手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention provides a NOx absorption catalyst that absorbs nitrogen oxide (NOx) in an oxygen-excess atmosphere in the exhaust passage of the engine, and the engine is operated even when the air-fuel ratio is lean. The present invention relates to an exhaust emission control device capable of removing NOx.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, as an exhaust emission control device of this type of engine, a NOx absorbent that absorbs NOx in an oxygen-excess atmosphere with high oxygen concentration in the exhaust gas and releases NOx when the oxygen concentration decreases is provided in the exhaust passage of the engine. In addition, a catalyst is known in which a three-way catalyst is disposed adjacent to the downstream side to reduce and purify released NOx (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-274085).
[0003]
  The NOx absorbent as described above generally oxidizes NOx and absorbs it as nitrate when the oxygen concentration in the exhaust gas is high. On the other hand, when the oxygen concentration decreases, the absorbed nitrate is carbon monoxide (CO) in the exhaust gas. It has a characteristic of releasing NOx while absorbing this CO as a carbonate through a substitution reaction. Therefore, in the conventional example, when reducing NOx by releasing NOx from the NOx absorbent, the air-fuel ratio of the combustion chamber of the engine is controlled to be close to the theoretical air-fuel ratio to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas. At the same time, additional fuel is injected and recombusted in the expansion stroke and exhaust stroke of the cylinder to increase the CO concentration in the exhaust gas, thereby promoting NOx release and reduction purification.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
  By the way, the NOx absorbent as in the above-mentioned conventional example usually carries a noble metal such as platinum Pt or rhodium Rh as an active species, and in an oxygen-excess atmosphere, nitric oxide ( NO) is oxidized, and absorption into the NOx absorbent is promoted.
[0005]
  However, in such a NOx absorbent, when reducing the oxygen concentration in the exhaust and releasing NOx from the NOx absorbent, if the CO concentration in the exhaust is increased as in the conventional example, a large amount is supplied. Part of the CO adhering to the surface of the noble metal of the NOx absorbent is blocked and the reaction field of the catalyst is blocked. There is a problem that the NOx absorption performance is remarkably lowered temporarily (deactivation of the catalyst).
[0006]
  The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a NOx absorbent in an exhaust passage of an engine and reduce the oxygen concentration in the exhaust to reduce the NOx from the NOx absorbent. When exhaust gas is released, the exhaust gas purification apparatus in which the CO concentration in the exhaust gas is increased to promote the release of NOx, and thereafter the NOx absorption performance is prevented from being lowered when the exhaust gas is again switched to an oxygen-excess atmosphere. It is in.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, in the present invention, immediately before switching the exhaust gas to an oxygen-excess atmosphere, CO adsorbed on the NOx absorption catalyst is desorbed to eliminate the deactivation of the catalyst due to the adhesion of CO. did.
[0008]
  Specifically, in the first aspect of the present invention, as shown in FIG. 1, the NOx is absorbed in an oxygen-excess atmosphere having a high oxygen concentration in the exhaust gas, while being reduced in the oxygen concentration. The noble metal-containing NOx absorption catalyst 25 that releases the absorbed NOx and the atmosphere around at least the NOx absorption catalyst 25 are switched to an oxygen excess atmosphere or an oxygen reduction atmosphere having a lower oxygen concentration than that. When the atmosphere around the NOx absorption catalyst 25 is switched from the oxygen excess atmosphere to the oxygen reduction atmosphere by the oxygen concentration adjustment means a and the oxygen concentration adjustment means a, CO that increases at least the CO concentration around the NOx absorption catalyst 25 The atmosphere around the NOx absorption catalyst 25 is switched from the oxygen reducing atmosphere to the oxygen excess atmosphere by the concentration increasing means b and the oxygen concentration adjusting means a. Rutoki, a configuration and a CO elimination unit c for CO desorbed adsorbed to the NOx absorbent catalyst 25 immediately before.
[0009]
  With the above configuration, when the atmosphere around the NOx absorption catalyst 25 is switched to the oxygen excess atmosphere by the oxygen concentration adjusting means a during the operation of the engine 1, NOx in the exhaust is absorbed by the NOx absorption catalyst 25. On the other hand, when the oxygen excess atmosphere is switched to the oxygen reduction excess atmosphere, the absorbed NOx is released, and at this time, at least the CO concentration around the NOx absorption catalyst 25 is increased by the CO concentration increasing means b. Thus, the CO undergoes a substitution reaction with the NO absorbed by the NOx absorption catalyst 25, thereby promoting the release of NOx. Further, when the concentration of reducing CO increases, the reductive decomposition of the released NOx is also promoted.
[0010]
  Subsequently, when the atmosphere around the NOx absorption catalyst 25 is switched again to the oxygen excess atmosphere by the oxygen concentration adjusting means a, the CO adsorbed to the NOx absorption catalyst 25 by the CO desorption means c immediately before the switching. Is desorbed.Specifically, the CO concentration adhering to the noble metal surface of the NOx absorption catalyst is maintained by maintaining the oxygen concentration in the exhaust gas at a substantially constant concentration between the oxygen-reducing atmosphere and the oxygen-excess atmosphere for a predetermined period immediately before switching. And the oxygen in the exhaust gas proceed, and this CO can be desorbed from the NOx absorption catalyst. ThusSince the deactivation of the catalyst due to the adhesion of CO can be eliminated, the NOx in the exhaust is immediately absorbed when the atmosphere is switched to an oxygen-excess atmosphere.TheReduction of NOx absorption performance can be prevented.
[0011]
  As an example,The oxygen concentration adjusting means switches the air-fuel ratio of the combustion chamber in the cylinder of the engine so that it is either a value near the stoichiometric air-fuel ratio or a leaner value than that. The CO desorption means The air-fuel ratio of the combustion chamber shall be changed to an intermediate value between the value near the stoichiometric air-fuel ratio and a lean value.Just do.
[0012]
  That is, the combustion chamber air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio during engine operation.In valueThe exhaust is switched to an oxygen-excess atmosphere, while the air-fuel ratio is close to the stoichiometric air-fuel ratio.In valueThen, the exhaust is switched to the oxygen reduction atmosphere. The CO adhering to the noble metal surface of the NOx absorption catalyst in the oxygen-reduced atmosphere has an air-fuel ratio in the combustion chamber intermediate between a value near the stoichiometric air-fuel ratio and a lean value by the CO desorption meansIn valueIf changed, the increase in oxygen concentration in the exhaust, NCombusted and removed from the Ox absorption catalyst. Therefore, CO can be desorbed from the NOx absorption catalyst.
[0013]
  Claim2In the invention of, ExhaustExhaust gas recirculation means is provided to recirculate part of the air to the intake system of the engineThus, the period during which the oxygen concentration in the exhaust gas is maintained at an intermediate concentration between the oxygen-reduced atmosphere and the oxygen-excess atmosphere by the CO desorption means is greater than that when NOx is released from the NOx absorption catalyst in the oxygen-reduced atmosphere. Increase flow rateShall. That is, generally, if the air-fuel ratio of the combustion chamber of the engine is made slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the amount of NOx generated due to combustion tends to be considerably increased, which is not preferable. Therefore, in the present invention, a part of the exhaust gas is recirculated to the intake system of the engine by the exhaust gas recirculation means, thereby suppressing the generation of NOx.
[0014]
  Claim3In this invention, a fuel injection valve for directly injecting fuel into the in-cylinder combustion chamber of the engine is provided, and the CO concentrationIncreaseThe means is configured to inject fuel by the fuel injection valve by dividing the fuel into at least two times between an intake stroke and a compression stroke of the cylinder.
[0015]
  As a result, when the fuel is divided and injected at least twice by the fuel injection valve, the initially injected fuel is uniformly diffused into the combustion chamber to form a lean mixture, and then injected. The fuel spray forms a rich mixture, and oxygen is insufficient in the rich mixture portion, so that CO is likely to be generated due to local incomplete combustion. Further, since the combustion in the surrounding lean mixture portion becomes slow, CO is easily generated here. Further, the ratio of coarse fuel droplets injected at the initial stage of valve opening by split injection increases, so that the vaporization / atomization state of fuel spray deteriorates, and this also facilitates the generation of CO. That is, the CO concentration in the exhaust gas can be increased by dividing the fuel injection.
[0016]
  According to the invention of claim 4, in the invention of claim 3, a sensor for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is provided upstream of the NOx absorption catalyst, and the oxygen concentration adjusting means is provided in the fuel injection valve. The fuel injection amount is adjusted, and the air-fuel ratio of the in-cylinder combustion chamber of the engine is switched so as to be either a value near the theoretical air-fuel ratio or a lean value. When the value is changed to a value close to the theoretical air / fuel ratio, the fuel is injected in the intake stroke and the compression stroke of the cylinder, and only the fuel injection amount in the intake stroke is feedback-corrected based on the signal from the sensor. Shall.
[0017]
  Claim5In the invention, an oxidation catalyst having an HC removal rate higher than a CO removal rate is disposed in the exhaust passage upstream of the NOx absorption catalyst.
[0018]
  According to this configuration, the exhaust from the combustion chamber of the engine is supplied to the NOx absorption catalyst after flowing through the upstream oxidation catalyst. And since the HC removal rate of the oxidation catalyst is set higher than the CO removal rate, the CO concentration in the exhaust to the NOx absorption catalyst does not decrease so much, whereas the HC concentration greatly decreases. As a result, if the HC concentration in the exhaust gas decreases, the surrounding CO easily acts on the NOx absorption catalyst, so that the release of NOx can be promoted without increasing the CO concentration excessively. become. Therefore, excess CO adhering to the noble metal surface of the NOx absorption catalyst can be reduced, and this can reduce problems caused by CO adhesion.
[0019]
  Claim6In the present invention, the noble metal of the NOx absorption catalyst is platinum. Thus, platinum has a particularly high affinity with CO, and the catalytic activity is likely to be reduced due to the adhesion of CO. Therefore, it is extremely effective that the catalytic activity can be recovered by desorbing CO as in the first aspect of the invention. .
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  (Entire engine configuration)
  FIG. 2 shows the overall configuration of an engine equipped with an exhaust emission control device A according to an embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a multi-cylinder engine mounted on a vehicle, for example. This engine 1 has a plurality of cylinders 2, 2,... (Only one is shown), and a piston 3 is fitted in each cylinder 2 so as to be able to reciprocate. The piston 3 burns in the cylinder 2. Chamber 4 is partitioned. A spark plug 6 connected to the ignition circuit 5 is attached to a position on the cylinder axial center on the upper wall of the combustion chamber 4 so as to face the combustion chamber 4. An injector (fuel injection valve) 7 is attached to the peripheral edge of the combustion chamber 4 so as to directly inject and supply fuel to the combustion chamber 4.
[0021]
  Although not shown, the injector 7 is connected to a fuel supply circuit having a high-pressure fuel pump, a pressure regulator, and the like, and the fuel from the fuel tank is adjusted to an appropriate pressure by the fuel supply circuit. To supply. Further, a fuel pressure sensor 8 for detecting the fuel pressure is provided. When the fuel is injected by the injector 7 in the latter half of the compression stroke of the cylinder 2, the fuel spray is trapped in a cavity (not shown) recessed in the top surface of the piston 3, and near the spark plug 6. A relatively dense mixture layer is formed. On the other hand, when fuel is injected by the injector 7 in the intake stroke of the cylinder 2, the fuel spray is diffused into the combustion chamber 4 and mixed with intake air (air), and a uniform air-fuel mixture is formed in the combustion chamber 4. The
[0022]
  The combustion chamber 4 communicates with an intake passage 10 via an intake valve 9 by an intake port (not shown). The intake passage 10 supplies intake air filtered by the air cleaner 11 to the combustion chamber 4 of the engine 1 and is a hot for detecting the intake air amount sucked into the engine 1 in order from the upstream side to the downstream side. A wire type air flow sensor 12, an electric throttle valve 13 that throttles the intake passage 10, and a surge tank 14 are provided. The electric throttle valve 13 is not mechanically connected to an accelerator pedal (not shown), and is driven by a motor 15 to open and close. Further, a throttle opening sensor 16 for detecting the opening of the throttle valve 13 and an intake pressure sensor 17 for detecting the intake pressure in the surge tank 14 are provided.
[0023]
  The intake passage 10 on the downstream side of the surge tank 14 is an independent passage branched for each cylinder 2, and the downstream end portion of each independent passage is further branched into two to communicate with the intake ports. A swirl control valve 18 is provided on one of the branch paths. The swirl control valve 18 is driven by an actuator 19 to open and close. When the swirl control valve 18 is closed, intake air is supplied to the combustion chamber 4 only from the other branch path, and strong intake air is supplied to the combustion chamber 4. While the swirl is generated, the intake swirl is weakened as the swirl control valve 18 opens. Further, a swirl control valve opening sensor 20 that detects the opening of the swirl control valve 18 is provided.
[0024]
  In FIG. 2, reference numeral 22 denotes an exhaust passage for discharging combustion gas from the combustion chamber 4. The upstream end of the exhaust passage 22 branches for each cylinder 2 and communicates with the combustion chamber 4 through an exhaust valve 23 (not shown) through an exhaust valve 23. Has been. The exhaust passage 22 absorbs and removes NOx in an atmosphere (oxygen-excess atmosphere) in which the oxygen concentration in the exhaust is high and an O2 sensor 24 that detects the oxygen concentration in the exhaust in order from the upstream side to the downstream side. A lean NOx catalyst (NOx absorption catalyst) 25 is provided. As shown in FIG. 3, the output (electromotive force) of the O2 sensor 24 becomes the reference value E1 when the oxygen concentration in the exhaust gas is a concentration (about 0.5%) substantially corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio. However, when it is darker (rich side), it increases rapidly, while when it is thinner (lean side), it decreases rapidly. That is, the O2 sensor 24 is a so-called lambda O2 sensor whose output reverses stepwise with the theoretical air-fuel ratio as a boundary.
[0025]
  The lean NOx catalyst 25 is of the NOx absorption reduction type that absorbs NOx in the exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere, and releases and reduces the absorbed NOx as the oxygen concentration decreases. Here, the oxygen-excess atmosphere corresponds to an atmosphere in which the oxygen concentration in the exhaust gas is a predetermined value (for example, 4 to 5%) or more and the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 of the engine 1 is considerably lean. The above-mentioned “by reducing the oxygen concentration” is sufficient if the oxygen concentration in the exhaust gas is, for example, less than 3-4% (preferably less than 1-2%), and the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 is the stoichiometric air-fuel ratio. This corresponds to a state in the vicinity or richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
[0026]
  Specifically, as shown in FIG. 4, the lean NOx catalyst 25 has a cordierite honeycomb structure carrier 25a, and an inner catalyst layer 25b on the wall surface of each through hole formed in the carrier 25a. A two-layer coat in which an outer catalyst layer 25c is formed thereon. The inner catalyst layer 25b carries a noble metal such as platinum Pt and barium Ba as a NOx absorbent using alumina or ceria as a support material as a support material. On the other hand, platinum Pt and rhodium Rh and Ba are supported on the outer catalyst layer 25c as a support material, which is a porous material.
[0027]
  In addition, it is preferable that an impurity is 1% or less. Further, instead of the barium Ba, at least one of other alkaline earth metals, alkali metals such as sodium Na, and rare earth metals may be used. Further, zeolite may be used as the support material for the inner catalyst layer 25b, and in that case, alumina or ceria may be used as the support material for the outer catalyst layer 25c. Further, as the lean NOx catalyst 25, although not shown, a catalyst layer in which alumina or ceria is supported as a support material is formed on the wall surface of the carrier, and a noble metal such as platinum Pt, rhodium Rh, palladium Pd or the like is formed on the support material. A one-layer coat type supporting an alkali metal such as potassium K or an alkaline earth metal such as barium Ba may be used.
[0028]
  An upstream end of an EGR passage 26 is branchedly connected to the exhaust passage 22 upstream of the O 2 sensor 24, and the downstream end of the EGR passage 26 is connected to the intake passage 10 between the throttle valve 13 and the surge tank 14. It is connected to recirculate part of the exhaust to the intake system. An electric EGR valve 27 whose opening degree can be adjusted is disposed near the downstream end of the EGR passage 26, and an exhaust gas recirculation amount (EGR amount) through the EGR passage 26 is adjusted. Further, a lift sensor 28 for detecting the lift amount of the EGR valve 27 is provided.
[0029]
  The ignition circuit 5 of the spark plug 6, the injector 7, the drive motor 15 of the electric throttle valve 13, the actuator 19 of the swirl control valve 18, the electric EGR valve 27 and the like are controlled by a control unit 40 (hereinafter referred to as ECU). It has become so. On the other hand, the ECU 40 receives the output signals of the air flow sensor 12, the throttle opening sensor 16, the intake pressure sensor 17, the swirl control valve opening sensor 20, the O2 sensor 24, and the lift sensor 28 of the EGR valve 27. In addition, a water temperature sensor 30 for detecting the coolant temperature (engine water temperature) of the engine 1, an intake air temperature sensor 31 for detecting the intake air temperature, an atmospheric pressure sensor 32 for detecting the atmospheric pressure, and a rotational speed for detecting the engine speed. Each output signal of the sensor 33 and the accelerator opening sensor 34 for detecting the opening of the accelerator pedal (accelerator operation amount) is input.
[0030]
  (Outline of engine control)
  The engine 1 according to this embodiment is operated in different combustion states by switching the fuel injection mode (fuel injection timing, air-fuel ratio, etc.) by the injector 7 according to the operating state. That is, when the engine 1 is warm, for example, as shown in FIG. 5, a predetermined region on the low load and low rotation side is a stratified combustion region, and as shown in FIG. And a combustion mode in which combustion is performed in a stratified state where the air-fuel mixture is unevenly distributed in the vicinity of the spark plug 6. In this stratified combustion mode, the opening degree of the throttle valve 13 is increased in order to reduce the pump loss of the engine 1, whereby the average air-fuel ratio of the combustion chamber 4 is in a significantly lean state (for example, A / F). = 30), and the exhaust becomes an oxygen-excess atmosphere.
[0031]
  On the other hand, the other operation region is a uniform combustion region, and in the low load side λ = 1 division region, the fuel is divided into two times by the injector 7 in the intake stroke and the compression stroke, respectively. The fuel injection amount and the throttle opening are controlled so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 4 becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.7) (hereinafter referred to as λ = 1 division). Mode). At this time, the exhaust is in an oxygen-reducing atmosphere having an oxygen concentration of about 0.5% or less. Further, in the high load or high rotation rich region in the uniform combustion region, the fuel is injected collectively by the injector 7 in the first half of the intake stroke, and the air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, A / F = 13-14) (hereinafter referred to as an enrichment mode).
[0032]
  In the region indicated by hatching in the control map of FIG. 5, the EGR valve 27 is opened, and a part of the exhaust gas is recirculated to the intake passage 10 by the EGR passage 26. Although not shown in the drawings, the entire operation region of the engine 1 is a uniform combustion region in order to improve combustion stability when the engine is cold.
[0033]
  More specifically, the ECU 40 includes, as various control parameters related to the engine output, for example, the fuel injection amount and injection timing by the injector 7, the intake air amount adjusted by the throttle valve 13, and the intake swirl adjusted by the swirl control valve 18. The strength, the EGR amount adjusted by the EGR valve 27, and the like are determined according to the operating state of the engine 1.
[0034]
  Specifically, first, the target torque trq of the engine 1 is calculated based on the accelerator opening degree accel and the engine speed ne. This target torque trq is obtained in advance by a bench test or the like so as to obtain a correspondence relationship between the accelerator opening degree accel and the engine speed ne so that the required output performance can be obtained, and this correspondence relationship is stored in the memory of the ECU 40 as a map. Thus, values corresponding to the actual accelerator opening degree accel and the engine speed ne are read from this map. The correspondence relationship between the accelerator opening degree accel and the engine speed ne and the target torque trq is, for example, as shown in FIG. 7A, and the target torque trq increases as the accelerator opening degree accel increases. And the higher the engine speed ne, the larger.
[0035]
  Subsequently, the operation mode is set based on the target torque trq and the engine speed ne obtained as described above. That is, for example, when the engine is warm, as shown in FIG. 5, the stratified combustion mode is set when the target torque trq is lower than a predetermined low load side threshold value trq * and the engine speed ne is low. In the other operating states, the uniform combustion mode is selected. In this case, the λ = 1 split mode or the enrich mode is selected according to the target torque trq and the engine speed ne.
[0036]
  Subsequently, a target air-fuel ratio afw is set for each operation mode. That is, in the stratified combustion mode and the enrich mode, the target air-fuel ratio afw is obtained from a map prepared in advance according to the target torque trq and the engine speed ne, and in the λ = 1 split mode, the target air-fuel ratio afw is theoretically calculated. Let the air-fuel ratio. Then, a target charging efficiency ce is calculated based on the target air-fuel ratio afw, the engine speed ne and the target torque trq, and is created in advance according to the target charging efficiency ce and the engine speed ne. The throttle opening tvo is obtained from the map (see FIG. 7B). The correspondence relationship between the engine speed and the throttle opening differs depending on the presence or absence of EGR, and the throttle opening tvo is made larger when the EGR amount is not zero than when it is zero.
[0037]
  An actual charging efficiency ce of the engine 1 is calculated based on an output signal from the air flow sensor 12, and a basic fuel injection amount qbase is calculated based on the actual charging efficiency ce and the target air-fuel ratio afw. The
[0038]
      qbase = KGKF x ce / afw (where KGKF is a conversion factor)
At the same time, the fuel split ratio between the intake stroke injection and the compression stroke injection is set for each operation mode. In the stratified combustion mode, the intake stroke injection ratio becomes 0%, while in the enrich mode, the intake stroke injection ratio becomes 100%. In the λ = 1 split mode, the split ratio is set according to the target air-fuel ratio afw and the engine speed ne.
[0039]
  Further, although the fuel injection timing is set for each operation mode and not shown, in the stratified combustion mode, the injection timing Inj_TT for the compression stroke injection is obtained from a map prepared in advance according to the target torque trq and the engine speed ne. On the other hand, in the uniform combustion mode, the injection timing Inj_TL for intake stroke injection is obtained from a table set in advance according to the engine speed ne. In the case of split injection, the data in the stratified combustion mode is diverted as the injection timing Inj_TT for compression stroke injection, and intake stroke injection is performed from a map prepared in advance according to the target air-fuel ratio afw and the engine speed ne. Injection timing Inj_TL is obtained.
[0040]
  In addition, the ignition timing of the engine 1 is also set for each operation mode. In the stratified combustion mode, the basic ignition timing is obtained mainly on the basis of the target torque trq and the engine speed ne, while the λ = 1 split mode and the enrichment mode. In the mode, the basic ignition timing is obtained based on the charging efficiency ce and the engine speed ne, and the basic ignition timing is corrected based on the engine water temperature or the like. Further, the swirl control valve 18 is also controlled according to the operation mode. In the stratified combustion mode, the opening degree of the swirl control valve 18 is increased as the target torque trq is increased and the engine speed ne is increased. On the other hand, in the λ = 1 split mode and the enrich mode, the opening degree of the swirl control valve 18 is decreased as the target torque trq is increased and the engine speed ne is increased. The EGR amount is also controlled for each operation mode according to the operation state of the engine 1.
[0041]
  (Fuel injection control)
  In this embodiment, as described above, the engine 1 is operated in the stratified combustion mode so as to greatly improve the fuel efficiency, and in the stratified combustion mode, NOx in the exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere can be removed. In addition, a so-called absorption reduction type lean NOx catalyst 25 is employed. In order to stably exhibit the purification performance of the lean NOx catalyst 25, if the amount of NOx absorbed increases to some extent, the engine 1 is forcibly switched to the λ = 1 split mode to release the absorbed NOx. Thus, reduction purification is performed (hereinafter referred to as NOx release control).
[0042]
  In addition, the SOx adsorption amount exceeds a predetermined value for the problem of so-called sulfur poisoning, in which a small amount of SOx contained in the exhaust is adsorbed by the lean NOx catalyst 25 and the NOx absorption performance gradually decreases with time. When the number increases, SOx desorption control for forcibly desorbing SOx is performed in the same manner as the NOx release control.
[0043]
  Furthermore, as a feature of the present invention, when switching to the stratified combustion mode again after the execution of the NOx release control or SOx desorption control, the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 is set to the stoichiometric air-fuel ratio for a short time just before the switching. The lean oxygen state is controlled to increase the oxygen concentration in the exhaust gas so that the CO adhering to the platinum particle surface of the lean NOx catalyst 25 is desorbed.
[0044]
  Next, the processing procedure of the fuel injection control will be described in detail with reference to the flowcharts shown in FIGS. 8 to 11. First, as shown in FIG. 8, the air flow sensor 12, While receiving various sensor signals such as the O2 sensor 24, the water temperature sensor 30, the rotation speed sensor 33, the accelerator opening sensor 34, etc., various data are input from the memory of the ECU 40. Subsequently, in step SA2, the basic fuel injection amount qbase is calculated and set based on the charging efficiency ce, the target air-fuel ratio afw and the like as described above.
[0045]
  Subsequently, in steps SA3 to SA9, the injection pulse widths τL and τT of the intake stroke injection and the compression stroke injection and the injection timings Inj_TL and Inj_TT are obtained for each operation mode. That is, first, in step SA3, it is determined whether or not λ = 1 division mode. If this determination is NO, the process proceeds to step SA6, while if the determination is YES, the process proceeds to step SA4, and the basic fuel injection amount qbase is divided into an intake stroke and a compression stroke according to a division ratio, and each injection amount is handled. The injection pulse width τ to be set is set as the intake stroke injection pulse width τL = τL1 and the compression stroke injection pulse width τT = τT2, respectively, based on the flow rate characteristics of the injector 7. Subsequently, in step SA5, the injection timings of the intake stroke injection and the compression stroke injection are set (Inj_TL = Inj_TL1, Inj_TT = Inj_TT1).
[0046]
  In step SA6, which is determined to be NO that is not the λ = 1 split mode in step SA3, it is determined whether or not it is the stratified combustion mode. If this determination is NO, the process proceeds to step SA9. Proceeding to SA7, the intake stroke injection pulse width τL = 0 is set, and the compression stroke injection pulse width τT is set to a value τT1 corresponding to the basic fuel injection amount qbase. Subsequently, in step SA8, the injection timing of the compression stroke injection is set (Inj_TT = Inj_TT2). On the other hand, in step SA9, which is determined to be NO that is not the stratified combustion mode in step SA6, it is determined whether or not the fuel cut control is performed. If this determination is YES, the process returns. If the determination is NO, step SA10 is performed. Then, the intake stroke injection pulse width τL is set to a value τL1 corresponding to the basic fuel injection amount qbase, the compression stroke injection pulse width τT is set to 0, and the injection timing of the intake stroke injection is set in the subsequent step SA11. (Inj_TL = Inj_TL3).
[0047]
  Subsequent to steps SA5, SA8, and SA11 in FIG. 8, in step SB1 shown in FIG. 9, the NOx absorption amount in the lean NOx catalyst 25 is estimated. This estimation is performed based on, for example, the distance traveled since the last release of NOx and the total amount of fuel consumed during that time, and the NOx absorption amount is set in advance in step SB2 based on the estimation result. It is determined whether or not a predetermined value is exceeded, that is, whether or not the NOx is excessively absorbed. If this determination is NO, the process proceeds to step SB13, and if the determination is YES, the process proceeds to step SB3, and a flag F1 indicating that it is a period for performing NOx release control is turned on (F1 = 1). In step SB2, when the engine 1 is accelerating, the determination may be YES regardless of the NOx absorption amount, and NOx release control may be performed as described later.
[0048]
  Subsequently, in step SB4, the first timer value T1 having an initial value of 0 is incremented, and in the subsequent step SB5, it is determined whether or not the first timer value T1 is equal to or greater than a preset first threshold value T10. . If this determination is YES, it is determined that the period for performing NOx release control has ended, and the process proceeds to step SB10. If the determination is NO, the process proceeds to step SB6, and in each step of steps SB6 to SB9, the O2 sensor The feedback control calculation based on the signal from 24 is performed.
[0049]
  Specifically, first, in step SB6, the output E from the O2 sensor 24 is compared with a reference value E1 corresponding to the theoretical air-fuel ratio, and if the output E is greater than the reference value E1, the process proceeds to step SB7. The feedback correction values τCL and τCT are calculated. That is, constants α and β are subtracted from the previous values of the feedback correction values τCL and τCT, respectively, to obtain the current value. On the other hand, if the output E from the O2 sensor 24 is equal to or less than the reference value E1 in step SB6, the process proceeds to step SB8, where constants α and β are added to the previous values of the feedback correction values τCL and τCT to obtain the current value. Ask for.
[0050]
  Subsequently, at step SB9, the injection pulse widths τL4, τT4 obtained according to the actual charging efficiency ce so that the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 becomes the stoichiometric air-fuel ratio, and the feedback correction value τCL obtained at the steps SB7, SB8. , ΤCT, the intake stroke and the compression stroke injection pulse widths τL, τT at the time of NOx release control are calculated, and the injection timings are set again.
[0051]
      τL = τL4 + τCL, Inj_TL = Inj_TL4
      τT = τT4 + τCT, Inj_TT = Inj_TT4
  That is, while the output E from the O2 sensor 24 is larger than the reference value E1, the air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, so that the fuel injection amount in the intake and compression strokes is set to a constant amount α, β for each control cycle. Gradually decrease gradually to change the air-fuel ratio to the lean side. On the other hand, if the output E becomes smaller than the reference value E1, the air-fuel ratio becomes lean this time, so the fuel injection amount is gradually increased to change the air-fuel ratio to the rich side. In steps SB7 to SB9, both the intake stroke and the compression stroke injection amount are feedback corrected. However, the present invention is not limited to this, and only the intake stroke injection amount may be feedback corrected. This is because even if the fuel injection amount in the intake stroke is changed, there is little adverse effect on the combustion state and exhaust.
[0052]
  Further, in step SB10, which proceeds after the determination of YES in step SB5, it is determined whether or not the first timer value T1 has become equal to or greater than a second threshold value T11 (T11> T10) set in advance. If the determination is NO, in the subsequent step SB11, the intake stroke and compression stroke injection pulse widths τL and τT are set to values that make the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, A / F = The values τL5 and τT5 obtained according to the actual filling efficiency ce so as to be about 15 to 16) are set, and the injection timing is set so as to correspond thereto.
[0053]
      τL = τL5, Inj_TL = Inj_TL5
      τT = τT5, Inj_TT = Inj_TT5
Then, the process proceeds to step SC1 in FIG. On the other hand, if the determination in step SB10 is YES, the flag F1 is cleared in the following step SB12 (F1 = 0), and the process proceeds to step SC1 in FIG.
[0054]
  That is, the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 is not immediately switched to the stratified combustion mode for a predetermined period after the period for performing the NOx release control (the first timer value T1 changes from T10 to T11). The amount of fuel injected by the injector 7 is controlled so that is slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
[0055]
  Further, in step SB13, which is determined to be NO in step SB2, the state of flag F1 is determined. If the flag is on (F1 = 1), the process proceeds to step SB4 while if the flag is off. (F1 = 0), the first timer is reset in the subsequent step SB14 (T1 = 0), and the process proceeds to step SB12.
[0056]
  Subsequent to steps SB9, SB11, and SB12 of FIG. 9, in step SC1 shown in FIG. 10, the degree of sulfur poisoning of the lean NOx catalyst 25, that is, the SOx absorption amount is estimated. Similar to the estimation of the NOx absorption amount in step SB1, this estimation also takes into account the temperature state of the catalyst during that time based on the distance traveled since the last promotion of SOx desorption and the total amount of fuel consumed during that time. And do it. Then, based on the estimation result, in the subsequent step SC2, it is determined whether or not the SOx absorption amount has exceeded a predetermined value set in advance, that is, whether or not the SOx absorption is excessive. Here, since the sulfur component in the exhaust gas is small, the travel distance until the SOx absorption excessive state is reached is usually much longer than the travel distance until the NOx absorption excessive state is reached.
[0057]
  If the determination in step SC2 is NO, the process proceeds to step SC15. If the determination is YES, the process proceeds to step SC3, and a flag F2 indicating that it is a period for performing SOx desorption control is turned on (F2 = 1). . In step SC4, the exhaust gas temperature thg, that is, the temperature state of the lean NOx catalyst 25 is estimated. This estimation is mainly based on the actual charging efficiency ce and engine speed ne at the time of estimation, and taking into account the operation time in the stratified combustion mode and the time of split injection within the predetermined time before the estimation. However, the exhaust temperature thg tends to increase as the charging efficiency and the engine speed increase, and also to increase due to split injection. On the other hand, since the exhaust gas temperature thg becomes considerably low in the stratified combustion mode, the temperature state of the lean NOx catalyst 25 becomes lower as the operation time in the stratified combustion mode becomes longer.
[0058]
  Subsequently, in step SC5, it is determined whether or not the exhaust gas temperature thg is equal to or higher than a set temperature thg0 (for example, 450 ° C.). If this determination is NO, the process proceeds to step SD1 in FIG. Then, the SOx desorption control is executed. As described above, the SOx desorption control is performed only when the exhaust gas temperature is high to some extent. If the temperature state of the lean NOx catalyst 25 is not higher than a certain level, the SOx is desorbed from the lean NOx catalyst 25. It is not possible.
[0059]
  In step SC6 following step SC5, the second timer value T2 having an initial value of 0 is incremented. In subsequent step SC7, whether or not the second timer value T2 has become equal to or greater than a preset first threshold value T20. Determine. While this determination is NO, the process proceeds to step SC8, and feedback control calculation based on the signal from the O2 sensor 24 is performed in each step of steps SC8 to SC11. The specific procedure of this feedback control calculation is the same as steps SB6 to SB9 in FIG.
[0060]
  If the time corresponding to the first threshold value T20 has elapsed and SOx is sufficiently desorbed from the lean NOx catalyst 25, the determination in step SC7 is YES, and the process proceeds to step SC12. In SC12, it is determined whether or not the second timer value T2 is equal to or greater than a second threshold value T21 (T21> T20) set in advance. If this determination is NO, the intake stroke and compression stroke injection pulse in which the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 becomes a slightly leaner set value than the stoichiometric air-fuel ratio in the subsequent step SC13 as in step SB11 of FIG. The widths τL5 and τT5 and the corresponding injection timings Inj_TL5 and Inj_TT5 are set. On the other hand, if the determination in step SC12 is YES, the flag F2 is cleared in the following step SC14 (F2 = 0), and the process proceeds to step SD1 in FIG.
[0061]
  That is, even after the end of the SOx release control, the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 is slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio while the second timer value T2 changes from T20 to T21 before the engine 1 is switched to the stratified combustion mode. The fuel injection amount is controlled so that
[0062]
  Further, in step SC15, which has been determined to be NO in step SC2, and proceeds to step SC15, the state of flag F2 is determined. If the flag is on (F2 = 1), the process proceeds to step SC4 while the flag is off. If (F2 = 0), the process proceeds to step SC16, the second timer is reset (T2 = 0), and the process proceeds to step SD1 in FIG.
[0063]
  Subsequent to steps SC11, SC13, SC14, and SC16, in step SD1 in FIG. 11, it is first determined whether or not the intake stroke injection pulse width τL is zero, and if the pulse width is zero and YES (τL = 0). ) While the process proceeds to step SD4, if the pulse width is not zero, the process proceeds to step SD2, and it is determined whether or not the intake stroke injection timing Inj_TL has been reached. And it waits until it becomes an injection timing, and if it becomes an injection timing (it is YES at step SD2), it will progress to step SD3 and will perform intake stroke injection by the injector 7. FIG. Subsequently, in each of steps SD4 to SD6, the compression stroke injection is executed in the same manner as described above, and then the process returns.
[0064]
  8 and steps SB6 to SB9 of the flow shown in FIG. 9, the air-fuel ratio of the in-cylinder combustion chamber 4 of the engine 1 is set to a value approximately in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio or leaner than that. The oxygen concentration adjusting means 40a that switches at least the atmosphere around the lean NOx catalyst 25 to either an oxygen-excess atmosphere or an oxygen-reduced atmosphere having a lower oxygen concentration than that by switching to any one of these values. Is configured.
[0065]
  In step SB9, the fuel is injected by the injector 7 into two parts each in the intake stroke and the compression stroke of the cylinder, and at least around the lean NOx catalyst 25 by the control procedure of this divided injection. The CO concentration increasing means 40b is configured to increase the CO concentration.
[0066]
  When the atmosphere around the lean NOx catalyst 25 is switched from the oxygen-reduced atmosphere to the oxygen-excessive atmosphere by the oxygen concentration adjusting means 40a by the steps SB10 and SB11 in FIG. 9, immediately before the switching, the combustion chamber 4 CO desorption means for desorbing the CO adsorbed on the lean NOx catalyst 25 by controlling the air-fuel ratio of the engine to be slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and increasing the oxygen concentration in the exhaust gas 40c is configured.
[0067]
  (EGR control)
  Next, the processing procedure of EGR control will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG. 12. First, in step SE1 after the start, various sensor signals such as the air flow sensor 12 and the rotation speed sensor 33 are received, Various data are input from the memory of the ECU 40. Subsequently, in step SE2, a target EGR rate is calculated based on the actual charging efficiency ce and the engine speed ne, and an EGR amount that achieves this target EGR rate is set as a basic EGR amount EGRb. The target EGR rate has a correspondence relationship with the charging efficiency ce and the engine speed ne obtained in advance by a bench test or the like, and this correspondence relationship is stored in the memory of the ECU 40 as a map.
[0068]
  Subsequently, in step SE3, it is determined whether or not the first flag F1 is turned on. If this determination is YES, the process proceeds to step SE5. If the determination is NO, the process proceeds to step SE4. It is determined whether or not the second flag F2 is on. If this determination is NO, the process proceeds to step SE9, while if the determination is YES, the process proceeds to step SE5.
[0069]
  In step SE5, it is determined whether or not the first timer value T1 is equal to or greater than the first threshold value T10. If this determination is YES, the process proceeds to step SE8. If the determination is NO, the process proceeds to step SE6. Determines whether the second timer value T2 is greater than or equal to the first threshold value T21. If this determination is YES, the process proceeds to step SE8. If the determination is NO, the process proceeds to step SE7, and the correction value EGRc for increasing or decreasing the EGR amount is set to a predetermined value γ (γ <0).
[0070]
  Further, in step SE8 which has been determined as YES in step SE5 or step SE6 and advanced, the value of the EGR correction value EGRd is similarly set to a predetermined value δ (δ> 0). Further, in step SE9, which has been determined as NO in step SE4, the correction values EGRc and EGRd are both zero (EGRc = EGRd = 0).
[0071]
  In step SE10 following steps SE7, SE8, SE9, correction values EGRc, EGRd are added to the basic EGR amount EGRb to calculate a final EGR amount EGRt. Subsequently, in step SE8, a control signal is output to the EGR valve 27 to drive the opening corresponding to the final EGR amount EGRt, and then the process returns.
[0072]
  That is, while either NOx release control or SOx desorption control is performed, the opening degree of the EGR valve 27 is corrected so that the EGR amount is slightly reduced, and then immediately before switching to the stratified combustion mode, When the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 is controlled to be slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the opening degree of the EGR valve 27 is corrected so that the EGR amount is slightly increased.
[0073]
  When the control procedure of steps SE3 to SE6 and step SE8 of the flow shown in FIG. 12 changes the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 by the CO desorption means 40c, the exhaust gas is exhausted via the EGR valve 27 by the EGR passage 26. This corresponds to the exhaust gas recirculation means 40 d that recirculates a part of the exhaust gas to the intake passage 10.
[0074]
  (Function and effect)
  Next, the function and effect of the embodiment will be described.
[0075]
  According to the exhaust purification apparatus A of this embodiment, for example, when the engine 1 is operated in the stratified combustion mode, the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 is in a lean state, and the exhaust is in an oxygen-excess atmosphere, the exhaust The lean NOx catalyst 25 in the passage 22 oxidizes and purifies CO and HC in the exhaust, and absorbs and removes NOx. Further, for example, when the engine 1 is accelerating, the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 is controlled to be approximately the stoichiometric air-fuel ratio or richer than that, so NOx is released from the lean NOx catalyst 25 and reduced and purified. Is done.
[0076]
  Subsequently, when the engine 1 is operated in the stratified combustion mode for a while, as the amount of NOx absorbed by the lean NOx catalyst 25 increases, as shown in FIG. The NOx absorption performance (NOx removal rate) of the lean NOx catalyst 25 gradually decreases. Then, as shown in the flow of FIG. 9, when it is determined that the NOx absorption amount of the lean NOx catalyst 25 has become excessive (flag F1 = 1), NOx release control is performed and the engine 1 is forced Are operated in the λ = 1 split mode. That is, based on the signal from the O2 sensor 24, the fuel injection amount is feedback-controlled so that the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 becomes the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1).
[0077]
  Further, the fuel is divided into two parts and injected by the injector 7, and a part of the fuel injected in the intake stroke is uniformly diffused into the combustion chamber 4 to form a lean air-fuel mixture, while being injected in the compression stroke. The remaining fuel forms a rich mixture in the vicinity of the spark plug 6. Although the initial combustion rate immediately after ignition is high in this rich mixture portion, since oxygen is insufficient, CO is likely to be generated by local incomplete combustion. In addition, since the ratio of coarse fuel droplets injected at the initial stage of valve opening increases as the number of valve opening times of the injector 7 increases, CO is easily generated also by this. Further, since the lean mixture burns slowly, a part of the fuel is discharged without being burned out, and this increases the CO concentration in the exhaust gas.
[0078]
  That is, by controlling the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 to be approximately the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced and the CO concentration is increased, and the fuel injection is performed on the intake and By being divided into two in the compression stroke, the CO concentration in the exhaust gas is further greatly increased, and the exhaust gas is supplied to the lean NOx catalyst 25, and from the lean NOx catalyst 25 by the action of the CO in the exhaust gas. NOx release is promoted.
[0079]
  Such a mechanism of absorption and release of NOx with respect to the lean NOx catalyst 25 is considered to be caused by the following reaction. That is, first, in an oxygen-excess atmosphere, as shown in FIG. 14 (a), NO and oxygen O2 in the exhaust gas react on platinum Pt which is an active species to become nitrogen dioxide NO2, and a part of this NO2 Is further oxidized on platinum Pt, and is adsorbed in the form of nitrate on barium Ba as an absorbent.
[0080]
      BaCO3 + NO2 → Ba (NO3) 2 + CO2 (coefficient omitted)
  On the other hand, when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, the reaction proceeds in the direction opposite to the lean state, so that barium nitrate Ba (NO3) adsorbed on the barium particles as shown in FIG. 2 is replaced by the supply of CO to produce barium carbonate BaCO3 and nitrogen dioxide NO2.
[0081]
      Ba (NO3) 2 + CO → BaCO3 + NO2 (coefficient omitted)
Then, NO2 is reduced and decomposed on platinum Pt.
[0082]
      NO2 + HC + CO → N2 + H2O + CO2 (coefficient omitted)
  Further, when the CO concentration in the exhaust gas becomes high, a so-called water gas shift reaction proceeds between this CO and the moisture H 2 O in the exhaust gas, thereby generating hydrogen H 2 on platinum Pt.
[0083]
      CO + H2O → H2 + CO2 (coefficient omitted)
Since this hydrogen H2 releases NOx as ammonia NH3, it is considered that this also promotes the release of NOx.
[0084]
  As described above, by increasing the CO concentration around the lean NOx catalyst 25, it is possible to promote the release of NOx and its reduction and purification, but on the other hand, the affinity between platinum Pt and CO is high. Therefore, surplus CO that does not contribute to the reaction adheres to the surface of platinum Pt. When most of the NOx is released from the lean NOx catalyst 25, that is, when the first timer value T1 for measuring the elapsed time of the NOx release control exceeds the first threshold value T10, the lean NOx catalyst. The reaction field on the surface of platinum Pt in 25 is blocked by the attached CO, and the catalytic activity of platinum Pt is lost. Therefore, when the engine 1 is switched to the stratified combustion mode immediately after the end of the NOx release control, the NOx absorption performance of the lean NOx catalyst 25 is temporarily in the exhaust gas in the oxygen-excess atmosphere as shown by the phantom line in FIG. There was a problem that it dropped significantly.
[0085]
  In contrast, in this embodiment, as shown in the flow of FIG. 9, when the NOx release control is finished and the stratified charge combustion mode is switched again, the first timer value T1 exceeds the first threshold value T10. Until the second threshold value T11 is exceeded (SB5, 10), the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 is slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio without switching the engine 1 to the stratified combustion mode. The fuel injection amount by the injector 7 is controlled (SB11).
[0086]
  By controlling the fuel injection amount, as shown in FIG. 13, the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 of the engine 1 is maintained slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio for a short time after the end of the NOx release control. The reaction between the CO adhering to the surface of platinum Pt and the oxygen in the exhaust proceeds due to the increase of the oxygen concentration in the exhaust gas. That is, CO is burned and removed, and the catalytic activity of platinum Pt is restored.
[0087]
  Thus, after that, when the first timer value T1 exceeds the second threshold value T11, the engine 1 is switched to the stratified combustion mode. At this time, CO is already removed from the surface of the platinum Pt and the catalytic activity is increased. Since it has recovered, NOx can be immediately absorbed and removed by the lean NOx catalyst 25 in the exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere.
[0088]
  Therefore, according to the exhaust purification apparatus A of this embodiment, when the amount of NOx absorbed in the lean NOx catalyst 25 increases and the NOx absorption performance decreases, the oxygen concentration in the exhaust is reduced by NO release control. At the same time, the CO concentration can be greatly increased, and the synergistic action and effect thereof can promote the release of NOx from the lean NOx catalyst 25 and the reduction purification.
[0089]
  As a result, even if CO adheres to the platinum surface of the lean NOx catalyst 25 and the activity of the catalyst is lost, when switching to the stratified combustion mode after the end of the NOx release control, immediately before the switching, the engine 1 By maintaining the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 in a state slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, CO adhering to the surface of the platinum Pt can be burned and removed, and the catalytic activity can be recovered. The decrease in the NOx absorption performance in the mode can be eliminated, and an increase in the amount of NOx released into the atmosphere can be avoided.
[0090]
  Moreover, in this embodiment, when the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 of the engine 1 is controlled to be slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio as described above, the EGR amount is increased. In a state slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the amount of NOx generated due to combustion tends to be considerably increased, but the increase in combustion temperature can be suppressed by EGR gas, and NOx generation can be suppressed.
[0091]
  Furthermore, in this embodiment, it is possible to prevent the NOx removal performance from being deteriorated due to sulfur poisoning of the lean NOx catalyst 25. That is, as shown in the flow of FIG. 10, when the excessive absorption state of the sulfur component in the lean NOx catalyst 25 is determined during the operation of the engine 1 and the flag F2 is turned on (F2 = 1), at this time, the lean NOx If the catalyst 25 is in a high temperature state (for example, 450 ° C. or higher) and is in a state where SOx can be desorbed, SOx release control similar to the above NOx release control is performed, and the CO concentration in the exhaust gas is reduced. By greatly increasing, the desorption of SOx from the lean NOx catalyst 25 is promoted.
[0092]
  When the engine 1 is switched to the stratified combustion mode after the SOx release control is completed, the stoichiometric air-fuel ratio of the combustion chamber 4 of the engine 1 is changed to the stoichiometric air-fuel ratio before the switching, as in the end of the NOx release control. By maintaining a slightly leaner state, CO adhering to the platinum Pt surface of the lean NOx catalyst 25 during the SOx release control can be removed by combustion. As a result, the deactivation of the catalyst due to the adhesion of CO can be eliminated, and a temporary decrease in the NOx absorption performance by the lean NOx catalyst 25 can be prevented.
[0093]
  (Embodiment 2)
  FIG. 15 shows an exhaust purification device A for an engine according to Embodiment 2 of the present invention. Since the overall configuration of the exhaust purification apparatus A is the same as that of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The feature of the second embodiment is that a three-way catalyst 29 is disposed in the exhaust passage 22 upstream of the lean NOx catalyst 25. The three-way catalyst 29 has a higher HC removal rate than a CO removal rate. It has a function as a set oxidation catalyst.
[0094]
  Specifically, as shown in FIG. 16, the upstream three-way catalyst 29 includes, for example, an inner catalyst layer 29b (base coat) and an outer catalyst layer 29c (overcoat) on a honeycomb carrier 29a made of cordierite. Are coated. The inner catalyst layer 29b carries palladium Pd, for example, using alumina and ceria as a support material, while the outer catalyst layer 29c carries platinum and rhodium, which are noble metals, using ceria as a support material.
[0095]
  The weight ratio of platinum and rhodium in the outer catalyst layer 29c is preferably Pt / Rh <3 (smaller than 3), and preferably Pt / Rh = 3/2 to 1/5. That is, if the weight ratio of platinum and rhodium is Pt / Rh ≧ 3 (3 or more), the effect of lowering the CO purification rate cannot be obtained as will be described later, so Pt / Rh <3. Further, when Pt / Rh = 0, that is, when platinum is not supported and only rhodium Rh is used, the deterioration starts at the stage of firing the catalyst layers 6 and 7 when the three-way catalyst 29 is manufactured, which is not preferable. Further, about 3 g / L of barium Ba may be added to the entire inner and outer catalyst layers 6 and 7 in order to improve heat resistance.
[0096]
  Then, the platinum and rhodium are supported by ceria in the outer catalyst layer 29c and the weight ratio of platinum and rhodium is set to Pt / Rh <3. The air-fuel ratio A1 in which the CO purification rate of the three-way catalyst 29 increases to a predetermined value (for example, 80%) or more with the increase to the side is the air-fuel ratio in which the HC purification rate increases to the predetermined value (80% or more). It is set on the lean side (A1> A2) with respect to A2, so that the CO purification rate in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio of the three-way catalyst 29 is set lower than the HC purification rate.
[0097]
  Specifically, for example, if the air-fuel ratio at which the HC purification rate is 80% or more is A / F = 14.6 (= A2), the air-fuel ratio at which the CO purification rate is 80% or more is = 1.4.6 (= A1), which is greater than = 14.6, the 80% purification rate for CO is 80% purification rate for CO and the air / fuel ratio is A / F = 0.02 or more lean Is set to the side. Further, since the CO purification rate is about 40% at the air-fuel ratio A2, the HC concentration can be sufficiently lowered while the CO concentration in the exhaust gas is not lowered so much. The upper limit value of the air-fuel ratio at which the CO purification rate is equal to or higher than a predetermined value is set so that the NOx purification rate is not greatly reduced, but does not become A / F = 14.75 or higher.
[0098]
  According to the exhaust gas purification apparatus A of Embodiment 2 in which such a three-way catalyst 29 is provided, when the engine 1 is operated in the stratified combustion mode by the two catalysts 25 and 29, HC and CO in the exhaust gas are reduced. While oxidizing and purifying almost completely, NOx in the exhaust can be absorbed and removed. On the other hand, when the engine 1 is operated in the λ = 1 split mode (for example, when NOx release control is performed), the upstream three-way catalyst 29 sufficiently purifies HC and NOx in the exhaust gas, and CO is not much. It is possible to supply the downstream lean NOx catalyst 25 without purification, and promote the release and reduction purification of NOx from the lean NOx catalyst 25.
[0099]
  Here, in order to promote the release of NOx from the lean NOx catalyst 25, when increasing the CO concentration in the surrounding exhaust, if the CO concentration can be sufficiently increased, the CO release from the lean NOx catalyst 25 by this CO The promoting effect is rather stronger at lower HC concentrations. Therefore, if the HC concentration in the exhaust gas is reduced by the three-way catalyst 29 as in the second embodiment, the action of CO on the lean NOs catalyst 25 can be maximized.
[0100]
  Therefore, according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the HC concentration in the exhaust gas can be reduced by the three-way catalyst 29 to maximize the action of CO on the lean NOx catalyst 25. Can be strengthened. In other words, it is possible to sufficiently promote the release of NOx without excessively increasing the CO concentration in the exhaust gas, and if the HC concentration in the exhaust gas decreases, the oxygen in the exhaust gas is not HC but an excessive amount. Since it reacts with CO, as a result, it is possible to suppress the surplus CO in the exhaust from adhering to the platinum Pt surface of the lean NOx catalyst 25, and to reduce the decrease in the catalytic activity of platinum Pt.
[0101]
  (Other embodiments)
  The present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes other various embodiments. That is, in each of the above embodiments, as the CO concentration increasing means 40b, the fuel is divided into two by the injector 7 and injected in the intake stroke and the compression stroke of each cylinder. For example, it may be divided into three or more times. Further, for example, the CO concentration in the exhaust gas may be increased by injecting fuel in the expansion stroke or the exhaust stroke of each cylinder, and further, a means for supplying CO directly to the exhaust passage 22 is provided. Is also possible.
[0102]
  In each of the above embodiments, in order to desorb CO adsorbed on the lean NOx catalyst 25, the air-fuel ratio of the combustion chamber 4 of the engine 1 is controlled to increase the oxygen concentration in the exhaust gas. However, the present invention is not limited to this, and for example, a so-called secondary air supply device that supplies fresh air to the exhaust passage 22 may be provided, and the oxygen concentration in the exhaust gas may be adjusted by the secondary air supply device. .
[0103]
  In addition, when the engine 1 is switched to the stratified combustion mode after the end of the NOx release control, the predetermined cylinder of the plurality of cylinders 2, 2,... You may make it switch to a stratified combustion mode previously.
[0104]
【The invention's effect】
  As described above, according to the engine exhaust gas purification apparatus of the first aspect of the present invention, during operation of the engine, the atmosphere around the NOx absorption catalyst is switched to the oxygen-reduced excess atmosphere by the oxygen concentration adjusting means, and the CO concentration The increase means can increase at least the CO concentration around the NOx absorption catalyst to promote NOx release and reductive decomposition. After that, when the atmosphere around the NOx absorption catalyst is switched again to the oxygen-excess atmosphere by the oxygen concentration adjusting means, immediately before the switching.For a certain period,By CO desorption meansBy maintaining the oxygen concentration in the exhaust at a substantially constant concentration between the oxygen-reduced atmosphere and the oxygen-excess atmosphere,Desorbing the CO adsorbed on the NOx absorption catalystCan do. ThisThe deactivation of the catalyst due to the adhesion of CO can be eliminated, and this can prevent the NOx absorption performance from deteriorating when switching to an oxygen-excess atmosphere..
[0105]
  Claim2According to this invention, even if the air-fuel ratio of the combustion chamber of the engine is slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the generation of NOx accompanying combustion is suppressed by returning a part of the exhaust gas to the engine intake system. it can.
[0106]
  Claim3According to the present invention, the fuel concentration can be increased by dividing the fuel by at least two injections between the intake stroke and the compression stroke of the cylinder by the fuel injection valve..
[0107]
  Claim5According to the present invention, by reducing the HC concentration in the exhaust gas to the NOx absorption catalyst, it becomes possible to sufficiently promote the release of NOx without excessively increasing the CO concentration. , CO adhesion to the NOx absorption catalyst can be reduced.
[0108]
  Claim6According to the present invention, since the NOx absorption catalyst contains platinum Pt having a high affinity for CO, the effect of the invention of claim 1 is extremely effective.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an exhaust purification device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing output characteristics of an O 2 sensor with respect to changes in the air-fuel ratio.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a lean NOx catalyst.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a map in which operating regions of an engine stratified combustion mode, λ = 1 split mode, and enriched mode are set.
FIG. 6 is a time chart showing fuel injection timing in each operation region of the engine.
FIG. 7 is a map (a) in which target engine torque corresponding to engine speed and accelerator opening is set, and a map (b) in which throttle valve opening corresponding to engine speed and target torque is set. It is explanatory drawing which illustrates each.
FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for setting a basic fuel injection amount and fuel injection timing.
FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure for NOx release control.
FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure for SOx desorption control.
FIG. 11 is a flowchart showing an execution procedure of intake stroke injection and compression stroke injection.
FIG. 12 is a flowchart showing a processing procedure of EGR control.
FIG. 13 is a time chart showing the change in the air-fuel ratio of the combustion chamber, the NOx removal rate of the catalyst, and the like when switching to the stratified combustion mode after the NOx release control.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing the mechanism of NOx absorption (a) in an oxygen-excess atmosphere in a lean NOx catalyst, and release and reduction purification (b) of NOx in an oxygen-reduced atmosphere.
FIG. 15 is a view corresponding to FIG. 2 according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a three-way catalyst.
FIG. 17 is a diagram showing the purification characteristics of HC, CO, and NOx by a three-way catalyst in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio.
[Explanation of symbols]
  A Engine exhaust purification system
  1 engine
  2-cylinder
  4 Combustion chamber
  7 Injector (fuel injection valve)
  22 Exhaust passage
  25 Lean NOx catalyst (NOx absorption catalyst)
  26 EGR passage (exhaust gas recirculation means)
  27 EGR valve (exhaust gas recirculation means)
  29 Three-way catalyst (oxidation catalyst)
  40 Control unit (ECU)
  40a Oxygen concentration adjusting means
  40b CO concentration increasing means
  40c CO desorption means
  40d Exhaust gas recirculation means

Claims

A noble metal-containing NOx absorption catalyst that is disposed in the exhaust passage of the engine and absorbs NOx in an oxygen-excess atmosphere with a high oxygen concentration in the exhaust, while releasing the absorbed NOx by a decrease in oxygen concentration;
Oxygen concentration adjusting means for switching at least the atmosphere around the NOx absorption catalyst to either an oxygen-excess atmosphere or an oxygen-reduced atmosphere having a lower oxygen concentration;
CO concentration increasing means for increasing at least the CO concentration around the NOx absorption catalyst when the atmosphere around the NOx absorption catalyst is switched from the oxygen excess atmosphere to the oxygen reduction atmosphere by the oxygen concentration adjusting means;
CO desorption means for desorbing CO adsorbed to the NOx absorption catalyst immediately before switching the atmosphere around the NOx absorption catalyst from the oxygen reduction atmosphere to the oxygen excess atmosphere by the oxygen concentration adjusting means ,
The exhaust gas purifying apparatus for an engine, characterized in that the CO desorption means maintains an oxygen concentration in the exhaust gas at a substantially constant concentration intermediate between an oxygen reducing atmosphere and an oxygen excess atmosphere for a predetermined period .

In claim 1,
Exhaust gas recirculation means for recirculating part of the exhaust gas to the intake system of the engine is provided,
In the exhaust gas recirculation means, the period during which the oxygen concentration in the exhaust gas is maintained at an intermediate concentration between the oxygen reduction atmosphere and the oxygen excess atmosphere by the CO desorption means is greater than when NOx is released from the NOx absorption catalyst in the oxygen reduction atmosphere. An exhaust purification device for an engine characterized in that the exhaust gas recirculation amount is also increased .

In either claim 1 or 2 ,
A fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder combustion chamber of the engine is provided,
The CO concentration increasing means is an engine exhaust gas purification device that injects fuel by the fuel injection valve by dividing it into at least two times from the intake stroke to the compression stroke of the cylinder .

In claim 3,
A sensor for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas upstream of the NOx absorption catalyst is provided;
The oxygen concentration adjusting means adjusts the amount of fuel injected by the fuel injection valve so that the air-fuel ratio in the cylinder combustion chamber of the engine is either a value near the stoichiometric air-fuel ratio or a leaner value. In addition, when the value is switched to a value in the vicinity of the substantially stoichiometric air-fuel ratio, the fuel is injected in the intake stroke and the compression stroke of the cylinder, and in the intake stroke based on the signal from the sensor. An exhaust emission control device for an engine, wherein only the fuel injection amount is feedback-corrected .

Oite to claim 1,
An exhaust emission control device for an engine, wherein an oxidation catalyst having an HC removal rate set higher than a CO removal rate is disposed in an exhaust passage upstream of the NOx absorption catalyst .

In claim 1 ,
An exhaust emission control device for an engine, wherein the precious metal of the NOx absorption catalyst is platinum .