JP2000027677A - Exhaust emission control device for lean burn internal combustion engine - Google Patents

Exhaust emission control device for lean burn internal combustion engine

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JP2000027677A JP19563898A JP19563898A JP2000027677A JP 2000027677 A JP2000027677 A JP 2000027677A JP 19563898 A JP19563898 A JP 19563898A JP 19563898 A JP19563898 A JP 19563898A JP 2000027677 A JP2000027677 A JP 2000027677A
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    • F01N2570/16Oxygen

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent variation in air-fuel ratio from delaying due to an O2 storage function of catalyst. SOLUTION: Start catalysts(SC) 5a, 5b each having an O2 storage function are located in exhaust passages 2a, 2b of an engine 1, and an NOx occlusion and reduction catalyst 7 is located on a downstream side merging exhaust passage 2. During lean mixture operation of an engine, the catalyst 7 is allowed to absorb NOX from exhaust gas, and the engine is operated with a rich mixture when the NOX is emitted so as to increase the air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the start catalysts 5a, 5b and the catalyst 7. An ECU 30 carries out secondary fuel injection which does not contribute combustion, by means of cylinder fuel injection values 111 to 114 during expansion or exhaust stroke of each engine cylinder so as to increase the air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the start catalysts 5a, 5b in order to emit oxygen occluded in the start catalysts 5a, 5b when the ECU 30 changes over the operation from the rich mixture operation into the lean mixture operation. Thereby, it is possible to prevent variation in air-fuel ratio from a lean mixture into a rich mixture from delaying upon change-over of air-fuel ratio.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関し、詳細にはO2 ストレージ機能を有する排気
浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine provided with an exhaust gas purifying catalyst having an O 2 storage function.

【0002】[0002]

【従来の技術】理論空燃比付近で運転される機関の排気
通路にO2 ストレージ機能を有する三元触媒等の排気浄
化三元触媒を配置して排気中のHC、CO、NOX の三
成分を浄化する技術が知られている。三元触媒のO2
トレージ機能とは、流入する排気の空燃比がリーンのと
きに排気中の酸素成分を触媒内に吸収、保持し、流入す
る排気の空燃比がリッチのときに吸収した酸素を放出す
る機能をいう。周知のように、三元触媒は流入する排気
空燃比が理論空燃比付近の狭い範囲にあるときに排気中
のHC、CO、NOX の三成分を同時に浄化することが
できるが、排気空燃比が理論空燃比からずれると上記三
成分を同時に浄化することができなくなる性質を有す
る。一方、三元触媒にO2 ストレージ機能を付加する
と、三元触媒に流入する排気が理論空燃比よりリーンに
なったときには触媒に排気中の余剰酸素が吸収され、リ
ッチになったときには触媒から酸素が放出されるように
なり、触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比から外
れた場合でも三元触媒の雰囲気を理論空燃比近傍に維持
することが可能となる。このため、理論空燃比付近の空
燃比で運転される機関の排気をO2 ストレージ機能を有
する三元触媒を用いて浄化することにより、HC、C
O、NOX の三成分を良好に浄化することが可能とな
る。
2. Description of the Related Art An exhaust gas purifying three-way catalyst such as a three-way catalyst having an O 2 storage function is disposed in an exhaust passage of an engine which is operated near a stoichiometric air-fuel ratio to form three components of HC, CO, and NO X in exhaust gas. There are known techniques for purifying water. Oxygen is O 2 storage function of the three-way catalyst, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is absorbed oxygen component in the exhaust gas in the catalyst during the lean, that holds the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing is absorbed when the rich Release function. As is well known, HC in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio the three-way catalyst flows are in the narrow range near the stoichiometric air-fuel ratio, CO, can be simultaneously purify three components of NO X, the exhaust air-fuel ratio Has a property that it is not possible to purify the above three components at the same time if it deviates from the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, if the O 2 storage function is added to the three-way catalyst, the excess oxygen in the exhaust is absorbed by the catalyst when the exhaust gas flowing into the three-way catalyst becomes leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and when the exhaust gas becomes rich, the oxygen from the catalyst becomes smaller. Is released, and even when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst deviates from the stoichiometric air-fuel ratio, the atmosphere of the three-way catalyst can be maintained near the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, by purifying exhaust gas of an engine operated at an air-fuel ratio near the stoichiometric air-fuel ratio using a three-way catalyst having an O 2 storage function, HC, C
O, it is possible to satisfactorily purify three components of NO X.

【0003】一方、流入する排気空燃比がリーンのとき
に排気中のNOX (窒素酸化物)を吸収し、流入する排
気中の酸素濃度が低下すると吸収したNOX を放出する
NO X 吸蔵還元触媒が知られている。NOX 吸蔵還元触
媒を使用した排気浄化装置の例としては、例えば特許登
録第2600492号に記載されたものがある。上記特
許の排気浄化装置は、リーン空燃比運転を行う機関の排
気通路にNOX 吸蔵還元触媒を配置し、機関のリーン空
燃比運転中にNOX 吸蔵還元触媒に排気中のNOX を吸
収させ、NOX 吸蔵還元触媒のNOX 吸収量が増大した
ときに、機関を短時間理論空燃比またはリッチ空燃比で
運転するリッチスパイク操作を行うことにより、NOX
吸蔵還元触媒から吸収したNOX を放出させるととも
に、放出されたNOX を還元浄化している。すなわち、
排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になる
と、リーン空燃比の排気に較べて排気中の酸素濃度が急
激に低下するとともに、排気中の未燃HC、CO成分の
量が急激に増大する。このため、リッチスパイク操作に
より機関運転空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比に
切り換えられると、NOX 吸蔵還元触媒に流入する排気
の空燃比はリーン空燃比から理論空燃比またはリッチ空
燃比に変化し、排気中の酸素濃度の低下によりNOX
蔵還元触媒からNOX が放出される。また、上記のよう
に理論空燃比またはリッチ空燃比の排気中には比較的多
量の未燃HC、CO成分が含まれるため、NOX 吸蔵還
元触媒から放出されたNOX は排気中の未燃HC、CO
成分と反応し還元される。
On the other hand, when the inflowing exhaust air-fuel ratio is lean
NO in exhaustX(Nitrogen oxides)
NO absorbed when oxygen concentration in the air decreasesXEmit
NO XStorage reduction catalysts are known. NOXOcclusion reduction
An example of an exhaust gas purification device using a medium is, for example, a patent registration.
No. 2600492. The above features
Exhaust gas purifiers are designed to operate in lean air-fuel ratio engines.
NO in air passageXArrange the storage reduction catalyst and make the engine lean
NO during fuel ratio operationXNO in the exhaust gas on the storage reduction catalystXSuck
NOXNO of storage reduction catalystXAbsorption increased
When the engine is operated for a short time at stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio
By performing the driving rich spike operation, NOX
NO absorbed from the storage reduction catalystXAnd release
And the released NOXHas been reduced and purified. That is,
Exhaust air-fuel ratio becomes stoichiometric or rich air-fuel ratio
And the oxygen concentration in the exhaust is
As well as drastically decreasing, unburned HC and CO
The amount increases rapidly. For this reason, rich spike operation
Engine operating air-fuel ratio to stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio
If switched, NOXExhaust gas flowing into the storage reduction catalyst
The air-fuel ratio is calculated from the lean air-fuel ratio to the theoretical air-fuel ratio or rich air
The fuel ratio changes and NO decreases due to a decrease in the oxygen concentration in the exhaust gas.XSucking
NO from storage reduction catalystXIs released. Also as above
Relatively high in stoichiometric or rich air-fuel ratio exhaust
NO unburned HC and CO componentsXOcclusion return
NO released from the source catalystXIs the unburned HC and CO in the exhaust
Reacts with components and is reduced.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記特許登録第260
0492号に記載の排気浄化装置によれば、機関リーン
空燃比運転中に発生するNOX を効率よく浄化すること
が可能となる。しかし、上記特許登録第2600492
号の装置に、スタートキャタリストとしてO2 ストレー
ジ機能を有する三元触媒を付加する場合には問題が生じ
る場合がある。
The above-mentioned Patent Registration No. 260
According to the exhaust gas purifying apparatus described in No. 0492, it is possible to efficiently purify NO X generated during the operation of the engine lean air-fuel ratio. However, the above-mentioned patent registration No. 2600492
When a three-way catalyst having an O 2 storage function is added as a start catalyst to the device of No. 2 , a problem may occur.

【0005】スタートキャタリストは、機関始動時に機
関から多量に放出されるHC、CO成分を除去すること
を主な目的としており、機関始動後短時間で昇温し触媒
活性化温度に到達するように排気通路のできるだけ機関
に近い位置に配置する必要がある。このため、上記特許
登録第2600492号の排気浄化装置に付加する場合
には、スタートキャタリストはNOX 吸蔵還元触媒の上
流側の排気通路に配置される。
The main purpose of the start catalyst is to remove HC and CO components emitted from the engine in large quantities at the time of starting the engine, so that the temperature rises shortly after the engine starts and reaches the catalyst activation temperature. It is necessary to arrange the exhaust passage as close to the engine as possible. For this reason, when it is added to the exhaust gas purifying apparatus of the above-mentioned Patent Registration No. 2600492, the start catalyst is disposed in the exhaust passage on the upstream side of the NO X storage reduction catalyst.

【0006】ところが、O2 ストレージ機能を有する触
媒をスタートキャタリストとしてNOX 吸蔵還元触媒の
上流側排気通路に配置した場合には、リーン空燃比運転
中にNOX 吸蔵還元触媒からのNOX の放出、還元浄化
のためのリッチスパイク操作を行うとリッチスパイク操
作初期にNOX がNOX 吸蔵還元触媒から浄化されない
まま放出される問題が生じることが判明している。
[0006] However, when placed in the upstream side exhaust passage of the NO X occluding and reducing catalyst a catalyst having an O 2 storage function as start catalyst is in a lean air-fuel ratio operation of the NO X from the NO X storage reduction catalyst release, when the rich spike operation for reducing and purifying be problems rich spike operation early in the nO X is released without being purified from the nO X storage reduction catalyst occurs it has been found.

【0007】この問題は、リッチスパイク操作時にNO
X 吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比のリーンからリ
ッチへの変化がスタートキャタリストのO2 ストレージ
作用のために遅れを生じるためと考えられる。すなわ
ち、リッチスパイク操作が行われると機関からの排気の
空燃比はリーンからリッチに急激に変化するが、スター
トキャタリストがO2 ストレージ機能を有するため、こ
のリッチ空燃比の排気がスタートキャタリストに流入す
るとスタートキャタリストからは吸収した酸素が放出さ
れてしまい、スタートキャタリストから流出する排気の
空燃比は理論空燃比近傍に維持される。このため、リッ
チスパイク操作を開始してもNOX 吸蔵還元触媒に流入
する排気の空燃比はスタートキャタリストが吸収した酸
素の全量を放出し終わるまでは充分なリッチ空燃比にな
らず、理論空燃比に近いリーン空燃比に維持される場合
が生じる。
[0007] This problem occurs when the rich spike operation is performed.
Changes from a lean air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the X occluding and reducing catalyst to rich is considered to produce a delayed because of the O 2 storage operation of the start catalyst. That is, the air-fuel ratio of the exhaust gas from the rich spike operation is performed engine changes abruptly from lean to rich, but because the start catalyst has the O 2 storage function, the exhaust start catalysts of the rich air-fuel ratio When the gas flows in, the absorbed oxygen is released from the start catalyst, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out of the start catalyst is maintained near the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, even if the rich spike operation is started, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage reduction catalyst does not become a sufficient rich air-fuel ratio until the start catalyst finishes releasing the entire amount of oxygen absorbed, and the stoichiometric air-fuel ratio is not obtained. In some cases, a lean air-fuel ratio close to the fuel ratio is maintained.

【0008】NOX 吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃
比がリーン空燃比から理論空燃比に近いリーン空燃比に
変化すると、NOX 吸蔵還元触媒の表面付近の酸素濃度
は急激に低下する。後述するように、NOX 吸蔵還元触
媒はアルカリ土類(例えばBa)等と結合した硝酸イオ
ンの形でNOX を触媒内部に保持しているが、触媒表面
付近の酸素濃度が低下すると、NOX 吸蔵還元触媒の表
面付近に保持されたNOX が一斉に触媒表面から放出さ
れるようになる。この場合、NOX 吸蔵還元触媒に流入
する排気が理論空燃比に近いリーン空燃比に維持されて
いると、排気中には放出されたNOX の全量を還元する
のに充分な量のHC、COが含まれていないため、放出
されたNOX の一部は還元されずにそのままNOX 吸蔵
還元触媒下流側に流出するようになってしまう。このた
め、スタートキャタリストのO2ストレージ機能によ
り、リッチスパイク操作時にNOX 吸蔵還元触媒に流入
する排気空燃比が充分にリッチな空燃比に到達するのが
遅れるとNOX 吸蔵還元触媒から未浄化のNOX が流出
するようになると考えられる。
[0008] When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO X storage reduction catalyst changes from the lean air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio close to the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration near the surface of the NO X storage reduction catalyst rapidly decreases. As will be described later, the NO X storage reduction catalyst holds NO X in the form of nitrate ions bonded to alkaline earth (eg, Ba) or the like. However, when the oxygen concentration near the catalyst surface decreases, the NO X storage reduction catalyst becomes NO. NO X held near the surface of the X storage reduction catalyst is simultaneously released from the catalyst surface. In this case, if the exhaust gas flowing into the NO X storage reduction catalyst is maintained at a lean air-fuel ratio close to the stoichiometric air-fuel ratio, a sufficient amount of HC to reduce the total amount of released NO X is contained in the exhaust gas. since CO is not included, a portion of the released nO X becomes as it flows out to the nO X occluding and reducing catalyst downstream without being reduced. Therefore, the O 2 storage function of the start catalyst, unpurified from the rich-spike operation during the NO X occluding the exhaust air-fuel ratio flowing into the reduction catalyst is sufficiently reaching the richer is delayed the NO X storage reduction catalyst of the NO X is considered to be to flow out.

【0009】上述したように、スタートキャタリストに
吸収された酸素の全量が放出されるとスタートキャタリ
スト下流側の排気の空燃比もスタートキャタリスト上流
側と同じリッチ空燃比となるため、NOX 吸蔵還元触媒
には充分にリッチな空燃比の排気が供給されるようにな
る。従って、リッチスパイク操作を開始してからある程
度の時間が経過するとNOX 吸蔵還元触媒から放出され
たNOX はNOX 吸蔵還元触媒上でその全量が浄化され
るようになり、NOX 吸蔵還元触媒からの未浄化のNO
X の流出は停止する。しかし、上述のようにリッチスパ
イク操作毎にNOX 吸蔵還元触媒から未浄化のNOX
流出したのでは全体としてのNOX 浄化率が低下する問
題が生じる。
[0009] As described above, since the total amount of oxygen absorbed by the start catalyst is the same rich air fuel ratio also start catalyst upstream of the exhaust gas when released start catalyst downstream, NO X Exhaust gas with a sufficiently rich air-fuel ratio is supplied to the storage reduction catalyst. Therefore, NO X released After some time from the start of the rich spike operation from the NO X storage reduction catalyst is as its whole amount on the NO X storage reduction catalyst is purified, the NO X storage reduction catalyst Unpurified NO from
X spill stops. However, if unpurified NO X flows out of the NO X storage-reduction catalyst every time the rich spike operation is performed as described above, there is a problem that the overall NO X purification rate decreases.

【0010】また、機関の運転状態に応じて機関の運転
空燃比をリーン空燃比から理論空燃比またはリッチ空燃
比に切り換えるような機関では、リッチスパイク操作を
行わなくても機関からの排気の空燃比はリーン空燃比か
ら理論空燃比またはリッチ空燃比に切り換えられる場合
があるが、この場合も排気浄化触媒のO2 ストレージ機
能のために、運転空燃比切り換えの際にNOX 吸蔵還元
触媒に流入する排気空燃比が一時的に理論空燃比近傍の
リーン空燃比に維持される期間が生じると、上記と同様
未浄化のNOX が放出され、排気性状が悪化する問題が
生じる。
Further, in an engine in which the operating air-fuel ratio of the engine is switched from a lean air-fuel ratio to a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio in accordance with the operating state of the engine, the exhaust air from the engine is not required even if a rich spike operation is not performed. ratio is sometimes switched from lean to the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio, but flows for this case the O 2 storage capability of the exhaust gas purifying catalyst, the NO X occluding and reducing catalyst during the operating air-fuel ratio switching If a period occurs in which the exhaust air-fuel ratio is temporarily maintained at a lean air-fuel ratio close to the stoichiometric air-fuel ratio, unpurified NO X is released as in the above case, causing a problem that the exhaust properties deteriorate.

【0011】本発明は上記問題に鑑み、O2 ストレージ
機能を有する排気浄化触媒を排気通路に配置した場合の
排気浄化触媒下流側の排気空燃比の、リーン空燃比から
理論空燃比またはリッチ空燃比への変化の遅れを防止す
ることを目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and has been described with reference to a lean air-fuel ratio, a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio of an exhaust air-fuel ratio downstream of an exhaust purification catalyst when an exhaust purification catalyst having an O 2 storage function is disposed in an exhaust passage. The purpose is to prevent the delay of the change to.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
よれば、必要に応じてリーン空燃比の運転と理論空燃比
またはリッチ空燃比の運転とに運転空燃比の切り換えを
行なう内燃機関の排気浄化装置であって、機関排気通路
に配置されたO2 ストレージ機能を有する排気浄化触媒
と、前記機関をリーン空燃比運転から理論空燃比または
リッチ空燃比運転に切り換える際に、燃焼に寄与しない
燃料を機関に供給し前記排気浄化触媒に流入する排気空
燃比を機関運転空燃比よりリッチにすることにより前記
排気浄化触媒に貯蔵された酸素量を低減するストレージ
低減手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置が提供さ
れる。
According to the first aspect of the present invention, the internal combustion engine switches the operating air-fuel ratio between a lean air-fuel ratio operation and a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio operation as required. An exhaust purification catalyst having an O 2 storage function disposed in an engine exhaust passage, and contributing to combustion when switching the engine from a lean air-fuel ratio operation to a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio operation. Storage reducing means for reducing the amount of oxygen stored in the exhaust gas purification catalyst by supplying fuel not to the engine and making the exhaust air-fuel ratio flowing into the exhaust gas purification catalyst richer than the engine operation air-fuel ratio. An engine exhaust purification device is provided.

【0013】すなわち、請求項1の発明では機関の運転
空燃比がリーン空燃比から理論空燃比またはリッチ空燃
比に切り換えられる際に、機関に燃焼に寄与しない燃料
が供給される。この燃料は燃焼しないまま未燃HC成分
となり、排気とともに機関から排出される。このため、
排気浄化触媒には機関運転空燃比よりリッチな空燃比で
かつ未燃HCを多量に含む排気が流入する。この場合、
排気浄化触媒のO2 ストレージ機能により、排気浄化触
媒からは酸素が放出される。しかし、O2 ストレージに
よる酸素の放出速度には限界があるため、流入する排気
中に多量の未燃HC成分が含まれると放出された酸素で
は排気中の未燃HC成分の全量を酸化することができな
くなり、排気浄化触媒下流側の排気の空燃比は理論空燃
比よりリッチ側の空燃比となる。すなわち、排気浄化触
媒に貯蔵された酸素が放出され直ちに消費されるので、
排気浄化触媒下流側の排気空燃比も直ちにリッチ空燃比
に変化するようになる。このため、排気浄化触媒のO2
ストレージ機能による空燃比変化の遅れが防止される。
なお、燃焼に寄与しない燃料の供給は排気浄化触媒に貯
蔵された酸素量が充分に低減されると(すなわち、排気
浄化触媒からの酸素の放出が実用上問題にならない程度
まで低下すると)停止される。また、ストレージ低減手
段としては、気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射
弁を有する機関にあっては、各気筒の膨張行程または排
気行程において気筒内に燃料を噴射するものであっても
よいし、各気筒排気ポートに燃料噴射を行う排気ポート
燃料噴射弁を有する機関にあっては排気ポートに燃料を
噴射するものであっても良い。また、O2 ストレージ低
減手段による燃焼に寄与しない燃料の供給は、機関運転
空燃比の切り換え直前のリーン空燃比運転中に行っても
良いし、切り換え直後の理論空燃比またはリッチ空燃比
の運転中に行っても良い。
That is, according to the first aspect of the invention, when the operating air-fuel ratio of the engine is switched from the lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio, fuel that does not contribute to combustion is supplied to the engine. This fuel becomes unburned HC components without being burned, and is discharged from the engine together with the exhaust gas. For this reason,
Exhaust gas having an air-fuel ratio richer than the engine operating air-fuel ratio and containing a large amount of unburned HC flows into the exhaust purification catalyst. in this case,
Oxygen is released from the exhaust purification catalyst by the O 2 storage function of the exhaust purification catalyst. However, since there is a limit to the rate of release of oxygen by the O 2 storage, if a large amount of unburned HC components are contained in the inflowing exhaust gas, the released oxygen must oxidize the entire amount of unburned HC components in the exhaust gas. And the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the exhaust purification catalyst becomes an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio. In other words, the oxygen stored in the exhaust purification catalyst is released and immediately consumed,
The exhaust air-fuel ratio downstream of the exhaust purification catalyst also immediately changes to the rich air-fuel ratio. Therefore, the O 2 of the exhaust purification catalyst
The delay of the change in the air-fuel ratio due to the storage function is prevented.
The supply of fuel that does not contribute to combustion is stopped when the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst is sufficiently reduced (that is, when the release of oxygen from the exhaust purification catalyst is reduced to a level that does not cause a practical problem). You. Further, in the case of an engine having an in-cylinder fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder as the storage reducing means, even in a case where fuel is injected into a cylinder during an expansion stroke or an exhaust stroke of each cylinder. Alternatively, in an engine having an exhaust port fuel injection valve that injects fuel into each cylinder exhaust port, fuel may be injected into the exhaust port. The supply of fuel that does not contribute to combustion by the O 2 storage reducing means may be performed during lean air-fuel ratio operation immediately before switching of the engine operating air-fuel ratio, or during operation of the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio immediately after switching. You may go to

【0014】請求項2に記載の発明によれば、更に、前
記排気浄化触媒下流側の排気通路に、流入する排気の空
燃比がリーン空燃比のときに排気中のNOX を吸収し流
入する排気の空燃比がリッチ空燃比になったときに吸収
したNOX を放出するNOX吸蔵還元触媒を備え、前記
ストレージ低減手段は更に、NOX 吸蔵還元触媒から吸
収したNOX を放出させるべきときに排気浄化触媒に貯
蔵された酸素量を低減する請求項1に記載の排気浄化装
置が提供される。
According to the invention described in claim 2, further in an exhaust passage of the exhaust gas purifying catalyst downstream air-fuel ratio of the exhaust flowing flows to absorb NO X in the exhaust gas when a lean air-fuel ratio air-fuel ratio of the exhaust gas is provided with the NO X storage reduction catalyst to release the NO X absorbed when it becomes a rich air-fuel ratio, the storage decreasing means further time to emit NO X absorbed from the NO X storage reduction catalyst The exhaust gas purifying apparatus according to claim 1, wherein the amount of oxygen stored in the exhaust gas purifying catalyst is reduced.

【0015】請求項3に記載の発明によれば、前記機関
のリーン空燃比運転中に前記NOX吸蔵還元触媒から吸
収したNOX を放出させるべきときに短時間機関の運転
空燃比をリッチ空燃比に切り換えるリッチスパイク操作
を行なう手段を備え、リッチスパイク操作時に前記スト
レージ低減手段により前記排気浄化触媒に貯蔵された酸
素量を低減する請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装
置が提供される。
According to the invention described in claim 3, rich air and the operating air-fuel ratio of the short time the engine when it should emit NO X absorbed from the the NO X storage reduction catalyst during the lean air-fuel ratio operation of the engine 3. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, further comprising means for performing a rich spike operation for switching to a fuel ratio, wherein the amount of oxygen stored in the exhaust gas purifying catalyst is reduced by the storage reducing means during the rich spike operation. .

【0016】すなわち、請求項2と請求項3との発明で
はO2 ストレージ機能を有する排気浄化触媒の下流側に
NOX 吸蔵還元触媒が配置されており、NOX 吸蔵還元
触媒から吸収したNOX を放出させるべきときにストレ
ージ低減手段による排気浄化のO2 ストレージ機能の低
減が行われる。このため、運転状態の変化により機関運
転空燃比がリーン空燃比から理論空燃比またはリッチ空
燃比に切り換えられる場合のみならず、NOX 吸蔵還元
触媒からNOX を放出させる際にNOX 吸蔵還元触媒に
流入する排気の空燃比をリーン空燃比から理論空燃比ま
たはリッチ空燃比に変化させる場合にもNOX 吸蔵還元
触媒に流入する排気の空燃比は直ちにリーン空燃比から
充分なリッチ空燃比に変化するようになりNOX 吸蔵還
元触媒から未浄化のNOX が流出することが防止され
る。
[0016] That is, according to claim 2 and invention are arranged the NO X storage reduction catalyst downstream of the exhaust purification catalyst having an O 2 storage function in the claim 3, NO X absorbed from the NO X storage reduction catalyst When the gas is to be released, the O 2 storage function of the exhaust gas purification by the storage reducing means is reduced. Therefore, not only when the engine operating air-fuel ratio by changes in operating conditions are switched from a lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio, the NO X storage reduction catalyst when releasing NO X from the NO X storage reduction catalyst change sufficiently rich air-fuel ratio of the exhaust gas flowing from the air-fuel ratio immediately lean air-fuel ratio of the exhaust gas also flowing to the NO X occluding and reducing catalyst when changing from a lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio This prevents unpurified NO X from flowing out of the NO X storage reduction catalyst.

【0017】請求項4に記載の発明によれば、必要に応
じてリーン空燃比運転を行なう内燃機関の排気浄化装置
であって、機関排気通路に配置されたO2 ストレージ機
能を有する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒下流側の
排気通路に配置された、流入する排気の空燃比がリーン
空燃比のときに排気中のNOX を吸収し流入する排気の
空燃比がリッチ空燃比になったときに吸収したNOX
放出するNOX 吸蔵還元触媒と、機関のリーン空燃比運
転中に前記NOX 吸蔵還元触媒から吸収したNOX を放
出させるべきときに短時間機関の運転空燃比をリッチ空
燃比に切り換えるリッチスパイク操作を行なう手段と、
前記リッチスパイク操作開始直後の所定期間前記排気浄
化触媒に流入する排気空燃比をリッチスパイク操作中の
空燃比より更にリッチにすることにより、排気浄化触媒
に貯蔵された酸素量を低減するストレージ低減手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置が提供される。
According to the fourth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine which performs a lean air-fuel ratio operation as required, wherein the exhaust gas purifying catalyst is provided in an engine exhaust passage and has an O 2 storage function. when the disposed in an exhaust passage of the exhaust gas purifying catalyst downstream air-fuel ratio of the exhaust flowing the air-fuel ratio of the exhaust gas absorbed flowing NO X in the exhaust gas when a lean air-fuel ratio becomes a rich air-fuel ratio rich and the NO X storage reduction catalyst releases the absorbed NO X, the operating air-fuel ratio for a short time the engine when it should emit NO X absorbed from the the NO X storage reduction catalyst during the lean air-fuel ratio operation of the engine when Means for performing a rich spike operation for switching to an air-fuel ratio;
Storage reducing means for reducing the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst by making the exhaust air-fuel ratio flowing into the exhaust purification catalyst more rich than the air-fuel ratio during the rich spike operation for a predetermined period immediately after the start of the rich spike operation. When,
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine provided with:

【0018】すなわち、請求項4の発明では、NOX
蔵還元触媒からのNOX の放出と還元浄化のためにリッ
チスパイク操作を行うときに、リッチスパイク開始直後
の所定期間排気浄化触媒に流入する排気の空燃比が、そ
の後のリッチスパイク操作中の排気空燃比より更にリッ
チに保持される。これにより、排気浄化触媒からO2
トレージ機能により酸素が放出されている間も排気中に
は放出された酸素の全量を消費するのに充分な量の未燃
HC、CO成分が含まれるようになり、排気浄化触媒か
ら酸素が放出されている間も排気浄化触媒下流側の排気
空燃比は充分なリッチ空燃比となる。従って、排気浄化
触媒下流側のNOX 吸蔵還元触媒にはリッチスパイク操
作開始時から充分にリッチな空燃比の排気が供給される
ようになり、NOX 吸蔵還元触媒からの未浄化のNOX
の流出が防止される。なお、リッチスパイク開始直後に
排気浄化触媒に流入する排気の空燃比は、排気浄化触媒
から放出された酸素の全量を消費するのに充分な量と下
流側のNOX 吸蔵還元触媒から放出されるNOX の全量
を浄化するのに充分な量とを合計した量の未燃HC、C
O成分を含むように設定される。また、ストレージ低減
手段としては、請求項1から3のように、気筒の膨張ま
たは排気行程中に気筒内に燃料噴射を行うものや排気ポ
ートに燃料噴射を行うもののように機関に燃焼に寄与し
ない燃料を供給するものの他、リッチスパイク開始後所
定の期間、その後のリッチスパイク操作中より機関の運
転空燃比を更にリッチにするものであっても良い。ま
た、上記所定期間は、排気浄化触媒から吸収した酸素の
全量が放出されるのに充分な時間に設定される。
[0018] That is, in the invention of claim 4, when performing the rich spike operation for releasing the reduction purification of the NO X from the NO X storage reduction catalyst, and flows into the predetermined period exhaust purifying catalyst immediately after the rich spike start The exhaust air-fuel ratio is kept richer than the exhaust air-fuel ratio during the subsequent rich spike operation. Thereby, even while oxygen is being released from the exhaust purification catalyst by the O 2 storage function, the exhaust gas contains unburned HC and CO components in an amount sufficient to consume the entire amount of released oxygen. Therefore, the exhaust air-fuel ratio on the downstream side of the exhaust purification catalyst becomes a sufficient rich air-fuel ratio even while oxygen is being released from the exhaust purification catalyst. Therefore, the NO X occluding and reducing catalyst of the exhaust purification catalyst downstream looks like the exhaust of sufficient richer from the time of the rich spike operation start is supplied, unpurified from the NO X storage reduction catalyst NO X
Outflow is prevented. The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst immediately after the rich spike start is released from sufficient quantity and downstream of the NO X occluding and reducing catalyst to consume the entire amount of oxygen released from the exhaust purifying catalyst Unburned HC and C in an amount that is the sum of an amount sufficient to purify the entire amount of NO X and unburned HC
It is set to include the O component. Further, the storage reducing means does not contribute to combustion in the engine as in the first to third aspects, in which fuel is injected into the cylinder during expansion or exhaust stroke of the cylinder or in which fuel is injected into the exhaust port. In addition to the fuel supply, the air-fuel ratio of the engine may be further made richer during a rich spike operation for a predetermined period after the start of the rich spike operation. Further, the predetermined period is set to a time sufficient for releasing the entire amount of oxygen absorbed from the exhaust purification catalyst.

【0019】請求項5に記載の発明によれば、前記スト
レージ低減手段は、前記機関の運転状態に基づいて前記
排気浄化触媒に貯蔵された酸素量を推定するストレージ
推定手段を備え、推定した貯蔵酸素量に応じて前記酸素
量低減操作を行なう請求項1から4のいずれか1項に記
載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。すなわち、
請求項5の発明ではストレージ低減手段は排気浄化触媒
に貯蔵された酸素量を推定するとともに、推定した酸素
量に応じて酸素量低減操作を行う。例えばストレージ低
減手段は、貯蔵酸素量が多いほど排気浄化触媒に流入す
る排気の空燃比を低下させ(すなわちリッチの度合いを
深め)、または酸素量低減操作を継続する時間を長くす
る。これにより、酸素量低減操作が正確に行なわれるよ
うになり、排気浄化触媒下流側の排気空燃比の変化の遅
れが確実に防止されるようになる。なお、ストレージ低
減手段による排気浄化触媒の貯蔵酸素量推定は、例えば
触媒温度、排気流量、機関の空燃比変化の履歴(リーン
空燃比運転とリッチ空燃比運転の継続時間)等の機関運
転状態に基づいて行なわれる。
According to the fifth aspect of the present invention, the storage reducing means includes storage estimating means for estimating the amount of oxygen stored in the exhaust gas purification catalyst based on the operating state of the engine. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the oxygen amount reducing operation is performed according to the oxygen amount. That is,
In the invention according to claim 5, the storage reducing unit estimates the amount of oxygen stored in the exhaust gas purification catalyst and performs an oxygen amount reducing operation according to the estimated amount of oxygen. For example, the storage reducing unit reduces the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst (that is, increases the degree of richness) or lengthens the time to continue the oxygen amount reducing operation as the stored oxygen amount increases. As a result, the oxygen amount reducing operation is accurately performed, and the delay in the change in the exhaust air-fuel ratio on the downstream side of the exhaust purification catalyst is reliably prevented. The estimation of the stored oxygen amount of the exhaust purification catalyst by the storage reducing means is performed based on the engine operating state such as the catalyst temperature, the exhaust flow rate, and the history of the change in the air-fuel ratio of the engine (the duration of the lean air-fuel ratio operation and the rich air-fuel ratio operation). It is performed based on.

【0020】請求項6に記載の発明によれば、前記スト
レージ推定手段は、前記機関の運転状態に加えて前記排
気浄化触媒の劣化状態に基づいて排気浄化触媒に貯蔵さ
れた酸素量を推定する請求項5に記載の内燃機関の排気
浄化装置が提供される。請求項6の発明では、ストレー
ジ低減手段は、機関運転状態に加えて排気浄化触媒の劣
化状態に基づいて貯蔵酸素量を推定する。O2 ストレー
ジ機能は排気浄化触媒の劣化とともに低下し、排気浄化
触媒の貯蔵可能な酸素量(飽和酸素量)は排気浄化触媒
の劣化とともに少なくなる。すなわち、排気浄化触媒に
は飽和酸素量以上の量の酸素は貯蔵されない。従って、
排気浄化触媒の劣化状態を考慮することにより、排気浄
化触媒の貯蔵酸素量をより正確に推定することが可能と
なり、酸素量低減操作を更に正確に行なうことが可能と
なる。
According to the present invention, the storage estimating means estimates the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst based on the operating state of the engine and the deterioration state of the exhaust purification catalyst. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 5 is provided. In the invention according to claim 6, the storage reduction unit estimates the stored oxygen amount based on the deterioration state of the exhaust gas purification catalyst in addition to the engine operation state. The O 2 storage function decreases with the deterioration of the exhaust gas purification catalyst, and the storable oxygen amount (saturated oxygen amount) of the exhaust gas purification catalyst decreases with the deterioration of the exhaust gas purification catalyst. That is, the exhaust purification catalyst does not store oxygen in an amount equal to or more than the saturated oxygen amount. Therefore,
By taking into account the state of deterioration of the exhaust purification catalyst, the stored oxygen amount of the exhaust purification catalyst can be more accurately estimated, and the operation of reducing the amount of oxygen can be performed more accurately.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。図1は、本発明を自動車
用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す
図である。図1において、1は自動車用内燃機関を示
す。本実施形態では、機関1は#1から#4の4つの気
筒を備えた4気筒ガソリン機関とされ、#1から#4気
筒には直接気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁111か
ら114が設けられている。後述するように、本実施形
態の内燃機関1は、理論空燃比より高い(リーンな)空
燃比で運転可能なリーンバーンエンジンとされている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment when the present invention is applied to an internal combustion engine for a vehicle. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an automobile internal combustion engine. In the present embodiment, the engine 1 is a four-cylinder gasoline engine having four cylinders # 1 to # 4, and fuel injection valves 111 to 114 for directly injecting fuel into the cylinders are provided in the # 1 to # 4 cylinders. Is provided. As will be described later, the internal combustion engine 1 of the present embodiment is a lean burn engine that can operate at a higher (lean) air-fuel ratio than the stoichiometric air-fuel ratio.

【0022】また、本実施形態では#1から#4の気筒
は互いに点火時期が連続しない2つの気筒からなる2つ
の気筒群にグループ分けされている。(例えば、図1の
実施形態では、気筒点火順序は1−3−4−2であり、
#1、#4の気筒と#2、#3の気筒とがそれぞれ気筒
群を構成している。)また、各気筒の排気ポートは気筒
群毎に排気マニホルドに接続され、気筒群毎の排気通路
に接続されている。図1において、21aは#1、#4
気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路2aに
接続する排気マニホルド、21bは#2、#4気筒から
なる気筒群の排気ポートを個別排気通路2bに接続する
排気マニホルドである。本実施形態では、個別排気通路
2a、2b上には、三元触媒からなるスタートキャタリ
スト(以下「SC」と呼ぶ)5aと5bがそれぞれ配置
されている。また、個別排気通路2a、2bはSC下流
側で共通の排気通路2に合流している。
In this embodiment, the cylinders # 1 to # 4 are grouped into two cylinder groups each including two cylinders whose ignition timings are not continuous with each other. (For example, in the embodiment of FIG. 1, the cylinder ignition order is 1-3-4-2,
The cylinders # 1 and # 4 and the cylinders # 2 and # 3 each constitute a cylinder group. The exhaust port of each cylinder is connected to an exhaust manifold for each cylinder group, and is connected to an exhaust passage for each cylinder group. In FIG. 1, 21a is # 1, # 4
The exhaust manifold 21b connects the exhaust ports of the cylinder group consisting of cylinders to the individual exhaust passages 2a, and the exhaust manifold 21b connects the exhaust ports of the cylinder group consisting of # 2 and # 4 cylinders to the individual exhaust passage 2b. In the present embodiment, start catalysts (hereinafter, referred to as "SC") 5a and 5b made of a three-way catalyst are arranged on the individual exhaust passages 2a and 2b, respectively. The individual exhaust passages 2a and 2b join the common exhaust passage 2 downstream of the SC.

【0023】共通排気通路2上には、後述するNOX
蔵還元触媒7が配置されている。図1に29a、29b
で示すのは、個別排気通路2a、2bのスタートキャタ
リスト5a、5b上流側に配置された空燃比センサ、3
1で示すのは、排気通路2のNOX 吸蔵還元触媒7出口
に配置された空燃比センサである。空燃比センサ29
a、29b及び31は、広い空燃比範囲で排気空燃比に
対応する電圧信号を出力する、いわゆるリニア空燃比セ
ンサとされている。更に、図1に30で示すのは機関1
の電子制御ユニット(ECU)である。ECU30は、
本実施形態ではRAM、ROM、CPUを備えた公知の
構成のマイクロコンピュータとされ、機関1の点火時期
制御や燃料噴射制御等の基本制御を行なっている。ま
た、本実施形態では、ECU30は上記の基本制御を行
う他に、後述するように機関運転状態に応じて筒内噴射
弁111から114の燃料噴射モードを変更し機関の運
転空燃比を変更する制御を行なうとともに、更にNOX
吸蔵還元触媒7から吸収したNOX を放出させるために
機関のリーン空燃比運転中に短時間運転空燃比をリッチ
空燃比に切り換えるリッチスパイク操作を行なってい
る。さらにECU30は機関運転空燃比をリーンからリ
ッチに変化させる際やリッチスパイク操作の際にSC5
a、5bに貯蔵された酸素量を低減させる貯蔵酸素量低
減操作を行う。
On the common exhaust passage 2, a NO X storage reduction catalyst 7 described later is arranged. FIG. 1 shows 29a and 29b.
Indicate the air-fuel ratio sensors 3 and 3 arranged upstream of the start catalysts 5a and 5b of the individual exhaust passages 2a and 2b.
Reference numeral 1 denotes an air-fuel ratio sensor disposed at the outlet of the NO X storage reduction catalyst 7 in the exhaust passage 2. Air-fuel ratio sensor 29
Reference numerals a, 29b, and 31 denote so-called linear air-fuel ratio sensors that output voltage signals corresponding to the exhaust air-fuel ratio in a wide air-fuel ratio range. Further, in FIG.
Electronic control unit (ECU). The ECU 30
In the present embodiment, the microcomputer is a microcomputer having a known configuration including a RAM, a ROM, and a CPU, and performs basic control such as ignition timing control and fuel injection control of the engine 1. In the present embodiment, in addition to performing the above-described basic control, the ECU 30 changes the fuel injection mode of the in-cylinder injection valves 111 to 114 according to the engine operating state to change the operating air-fuel ratio of the engine, as described later. Control and further NO X
In order to release the NO X absorbed from the storage reduction catalyst 7, a rich spike operation for switching the short-time operation air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio during the lean air-fuel ratio operation of the engine is performed. Further, the ECU 30 controls the SC5 when changing the engine operating air-fuel ratio from lean to rich or during a rich spike operation.
The stored oxygen amount reducing operation for reducing the amount of oxygen stored in a and 5b is performed.

【0024】ECU30の入力ポートには、空燃比セン
サ29a、29bからスタートキャタリスト5a、5b
入口における排気空燃比を表す信号と、空燃比センサ3
1からNOX 吸蔵還元触媒7出口における排気空燃比を
表す信号が、また、図示しない機関吸気マニホルドに設
けられた吸気圧センサ33から機関の吸気圧力に対応す
る信号がそれぞれ入力されている他、機関クランク軸
(図示せず)近傍に配置された回転数センサ35から機
関回転数に対応する信号が入力されている。更に、本実
施形態では、ECU30の入力ポートには機関1のアク
セルペダル(図示せず)近傍に配置したアクセル開度セ
ンサ37から運転者のアクセルペダル踏込み量(アクセ
ル開度)を表す信号が入力されている。また、ECU3
0の出力ポートは、各気筒への燃料噴射量及び燃料噴射
時期を制御するために、図示しない燃料噴射回路を介し
て各気筒の燃料噴射弁111から114に接続されてい
る。
The input ports of the ECU 30 are provided with start catalysts 5a, 5b from the air-fuel ratio sensors 29a, 29b.
A signal representing the exhaust air-fuel ratio at the inlet and an air-fuel ratio sensor 3
Signal representative of the exhaust air-fuel ratio in the NO X storage reduction catalyst 7 exit from 1, also, in addition to a signal corresponding to the intake pressure of the engine from the intake pressure sensor 33 provided in the engine intake manifold (not shown) are respectively input, A signal corresponding to the engine speed is input from a speed sensor 35 arranged near the engine crankshaft (not shown). Further, in the present embodiment, a signal representing the accelerator pedal depression amount (accelerator opening) of the driver is input to an input port of the ECU 30 from an accelerator opening sensor 37 arranged near an accelerator pedal (not shown) of the engine 1. Have been. ECU3
The 0 output port is connected to the fuel injection valves 111 to 114 of each cylinder via a fuel injection circuit (not shown) in order to control the amount and timing of fuel injection into each cylinder.

【0025】本実施形態では、ECU30は機関1を機
関の運転状態に応じて以下の5つの燃焼モードで運転す
る。 リーン空燃比成層燃焼(圧縮行程1回噴射) リーン空燃比均質混合気/成層燃焼(吸気行程/圧
縮行程2回噴射) リーン空燃比均質混合気燃焼(吸気行程1回噴射) 理論空燃比均質混合気燃焼(吸気行程1回噴射) リッチ空燃比均質混合気燃焼(吸気行程1回噴射) すなわち、機関1の軽負荷運転領域では、上記のリー
ン空燃比成層燃焼が行なわれる。この状態では、筒内燃
料噴射は各気筒の圧縮行程後半に1回のみ行なわれ噴射
された燃料は気筒点火プラグ近傍に可燃混合気の層を形
成する。また、この運転状態での燃料噴射量は極めて少
なく、気筒内の全体としての空燃比は25から30程度
になる。
In this embodiment, the ECU 30 operates the engine 1 in the following five combustion modes according to the operating state of the engine. Lean air-fuel ratio stratified combustion (compression stroke single injection) Lean air-fuel ratio homogeneous mixture / stratified combustion (intake stroke / compression stroke twice injection) Lean air-fuel ratio homogeneous mixture combustion (intake stroke single injection) Theoretical air-fuel ratio homogeneous mixing Air Combustion (Single-Injection Injection Injection) Rich Air-Fuel Ratio Homogeneous Mixture Combustion (Single-Intake Injection Injection) That is, in the light-load operation region of the engine 1, the lean air-fuel ratio stratified combustion is performed. In this state, in-cylinder fuel injection is performed only once in the latter half of the compression stroke of each cylinder, and the injected fuel forms a combustible air-fuel mixture layer near the cylinder ignition plug. Further, the fuel injection amount in this operating state is extremely small, and the overall air-fuel ratio in the cylinder is about 25 to 30.

【0026】また、上記の状態から負荷が増大して低
負荷運転領域になると、上記リーン空燃比均質混合気
/成層燃焼が行なわれる。機関負荷が増大するにつれて
気筒内に噴射する燃料は増量されるが、上記の成層燃
焼では燃料噴射を圧縮行程後半に行なうため、噴射時間
が限られてしまい成層させることのできる燃料量には限
界がある。そこで、この負荷領域では圧縮行程後半の燃
料噴射だけでは不足する燃料の量を予め吸気行程前半に
噴射することにより目標量の燃料を気筒に供給するよう
にしている。吸気行程前半に気筒内に噴射された燃料は
着火時までに極めてリーンな均質混合気を生成する。圧
縮行程後半ではこの極めてリーンな均質混合気中に更に
燃料が噴射され点火プラグ近傍に着火可能な可燃混合気
の層が生成される。着火時にはこの可燃混合気層が燃焼
を開始し周囲の希薄な混合気層に火炎が伝播するため安
定した燃焼が行なわれるようになる。この状態では吸気
行程と圧縮行程での噴射により供給される燃料量はよ
り増量されるが、全体としての空燃比はやや低いリーン
(例えば空燃比で20から30程度)になる。
When the load increases from the above-described state and the load becomes a low-load operation range, the lean air-fuel ratio homogeneous mixture / stratified combustion is performed. As the engine load increases, the amount of fuel injected into the cylinder increases. However, in the above-described stratified combustion, since the fuel injection is performed in the latter half of the compression stroke, the injection time is limited and the amount of fuel that can be stratified is limited. There is. Therefore, in this load region, a target amount of fuel is supplied to the cylinder by injecting in advance the amount of fuel that is insufficient only by fuel injection in the latter half of the compression stroke into the first half of the intake stroke. The fuel injected into the cylinder in the first half of the intake stroke produces an extremely lean homogeneous mixture by the time of ignition. In the latter half of the compression stroke, fuel is further injected into this extremely lean homogeneous mixture, and a layer of ignitable combustible mixture is generated near the ignition plug. At the time of ignition, the combustible air-fuel mixture layer starts burning, and the flame propagates to the surrounding lean air-fuel mixture layer, so that stable combustion is performed. In this state, the amount of fuel supplied by the injection in the intake stroke and the compression stroke is further increased, but the overall air-fuel ratio becomes slightly lower (for example, about 20 to 30 in air-fuel ratio).

【0027】更に機関負荷が増大すると、機関1では上
記のリーン空燃比均質混合気燃焼が行なわれる。この
状態では燃料噴射は吸気行程前半に1回のみ実行され、
燃料噴射量は上記より更に増量される。この状態で気
筒内に生成される均質混合気は理論空燃比に比較的近い
リーン空燃比(例えば空燃比で15から25程度)とな
る。
If the engine load further increases, the engine 1 performs the above-described lean air-fuel ratio homogeneous mixture combustion. In this state, fuel injection is performed only once in the first half of the intake stroke,
The fuel injection amount is further increased from the above. In this state, the homogeneous mixture generated in the cylinder has a lean air-fuel ratio relatively close to the stoichiometric air-fuel ratio (for example, an air-fuel ratio of about 15 to 25).

【0028】更に機関負荷が増大して機関高負荷運転領
域になると、の状態から更に燃料が増量され、上記
の理論空燃比均質混合気運転が行なわれる。この状態で
は、気筒内には理論空燃比の均質な混合気が生成される
ようになり、機関出力が増大する。また、更に機関負荷
が増大して機関の全負荷運転になると、の状態から燃
料噴射量が更に増量されのリッチ空燃比均質混合気運
転が行なわれる。この状態では、気筒内に生成される均
質混合気の空燃比はリッチ(例えば空燃比で12から1
4程度)になる。
When the engine load further increases and the engine enters a high-load operation range, the amount of fuel is further increased from the state described above, and the above-described stoichiometric air-fuel ratio homogeneous mixture operation is performed. In this state, a homogeneous air-fuel mixture having a stoichiometric air-fuel ratio is generated in the cylinder, and the engine output increases. Further, when the engine load further increases and the engine becomes full load operation, the rich air-fuel ratio homogeneous mixture operation in which the fuel injection amount is further increased from the state described above. In this state, the air-fuel ratio of the homogeneous mixture generated in the cylinder is rich (for example, 12 to 1 in air-fuel ratio).
About 4).

【0029】本実施形態では、アクセル開度(運転者の
アクセルペダル踏込み量)と機関回転数とに応じて予め
実験等に基づいて最適な運転モード(上記から)が
設定されており、ECU30のROMにアクセル開度と
機関回転数とを用いたマップとして格納してある。機関
1運転中、ECU30はアクセル開度センサ37で検出
したアクセル開度と機関回転数とに基づいて、現在上記
からのいずれの運転モードを選択すべきかを決定
し、それぞれのモードに応じて燃料噴射量及び燃料噴射
時期及び回数を決定する。
In the present embodiment, the optimal operation mode (from the above) is set in advance based on experiments and the like according to the accelerator opening (the amount of depression of the accelerator pedal by the driver) and the engine speed. The map is stored in the ROM using the accelerator opening and the engine speed. During the operation of the engine 1, the ECU 30 determines which of the above operation modes should be currently selected based on the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 37 and the engine speed, and determines the fuel according to each mode. The injection amount, fuel injection timing and number of times are determined.

【0030】すなわち、上記からのモード(リーン
空燃比燃焼)が選択された場合には、ECU30は上記
からのモード毎に予め準備されたマップに基づい
て、アクセル開度と機関回転数とから燃料噴射量を決定
する。又、上記とのモード(理論空燃比またはリッ
チ空燃比均質混合気燃焼)が選択された場合には、EC
U30は上記とのモード毎に予め準備されたマップ
に基づいて、吸気圧センサ33で検出された吸気圧力と
機関回転数とに基づいて燃料噴射量を設定する。
That is, when the above mode (lean air-fuel ratio combustion) is selected, the ECU 30 determines the fuel based on the accelerator opening and the engine speed based on the maps prepared in advance for each of the above modes. Determine the injection amount. If the above mode (stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio homogeneous mixture combustion) is selected, EC
U30 sets the fuel injection amount based on the intake pressure detected by the intake pressure sensor 33 and the engine speed based on a map prepared in advance for each of the above modes.

【0031】また、モード(理論空燃比均質混合気燃
焼)が選択された場合には、ECU30は更に上記によ
り算出した燃料噴射量を、機関排気空燃比が理論空燃比
となるように空燃比センサ29a、29bの出力に基づ
いてフィードバック補正する。上述のように、本実施形
態の機関1では機関負荷が増大するにつれて燃料噴射量
が増量され、燃料噴射量に応じて運転モードが変更され
る。
When the mode (stoichiometric air-fuel ratio homogeneous mixture combustion) is selected, the ECU 30 further converts the fuel injection amount calculated above into an air-fuel ratio sensor so that the engine exhaust air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio. Feedback correction is performed based on the outputs of 29a and 29b. As described above, in the engine 1 of the present embodiment, the fuel injection amount is increased as the engine load increases, and the operation mode is changed according to the fuel injection amount.

【0032】次に、本実施形態のスタートキャタリスト
5a、5b及びNOX 吸蔵還元触媒について説明する。
スタートキャタリスト(SC)5a、5bは、ハニカム
状に成形したコージェライト等の担体を用いて、この担
体表面にアルミナの薄いコーティングを形成し、このア
ルミナ層に白金Pt、パラジウムPd、ロジウムRh等
の貴金属触媒成分を担持させた三元触媒として構成され
る。三元触媒は理論空燃比近傍でHC、CO、NOX
3成分を高効率で浄化する。三元触媒は、流入する排気
の空燃比が理論空燃比より高くなるとNOX の還元能力
が低下するため、機関1がリーン空燃比運転されている
ときの排気中のNOX を充分に浄化することはできな
い。
Next, the start catalysts 5a and 5b and the NO X storage reduction catalyst of the present embodiment will be described.
The start catalysts (SC) 5a and 5b use a honeycomb-shaped carrier such as cordierite to form a thin coating of alumina on the surface of the carrier, and form platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh, etc. on the alumina layer. As a three-way catalyst supporting the noble metal catalyst component. Three-way catalyst for purifying HC at the stoichiometric air-fuel ratio near, CO, three components of the NO X at a high efficiency. Three-way catalyst, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas because the reducing capacity of the higher becomes the NO X than the stoichiometric air-fuel ratio decreases, to sufficiently purify NO X in the exhaust gas when the engine 1 is a lean air-fuel ratio operation It is not possible.

【0033】また、SC5a、5bは機関始動後短時間
で触媒の活性温度に到達し、触媒作用を開始することが
できるように、排気通路2a、2bの機関1に近い部分
に配置され、熱容量を低減するために比較的小容量のも
のとされている。次に、SC5a、5bのO2 ストレー
ジ機能について説明する。一般に三元触媒等の排気浄化
触媒に触媒成分以外にセリウム(Ce)等の金属成分を
担持させると排気浄化触媒が酸素貯蔵機能(O2 ストレ
ージ機能)を発揮するようになることが知られている。
すなわち、添加剤として触媒に担持されたセリウムは、
触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比より高いとき
に(排気空燃比がリーンのときに)排気中の酸素と結合
してセリア(酸化セリウム)を形成し酸素を貯蔵する。
また、流入する排気の空燃比が理論空燃比以下のときに
(排気空燃比がリッチのときに)は、セリアは酸素を放
出して金属セリウムに戻るため酸素が放出される。O2
ストレージ機能を有する排気浄化触媒では、触媒に流入
する排気空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に変化
した場合でも排気中の酸素がセリウムに吸収されるため
流入排気中の酸素濃度は低下する。このため、セリウム
に酸素が吸収されている間は触媒出口での排気空燃比は
理論空燃比近傍になる。また、触媒の担持するセリウム
の全量が酸素と結合して(すなわち、触媒が酸素で飽和
して)それ以上酸素を吸収することができなくなると、
排気浄化出口における排気空燃比は触媒入口における排
気空燃比と同じリーン空燃比に変化する。また、同様
に、セリウムが充分に酸素を吸収した状態では、触媒に
流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比
に変化するとセリウムから酸素が放出され、排気中の酸
素濃度が増大して触媒出口における空燃比は理論空燃比
近傍になる。この場合も、セリウムと結合した酸素の全
量が放出された後は、それ以上触媒から酸素が放出され
ることがないので、触媒出口における排気空燃比は触媒
入口における空燃比と同様リッチ空燃比となる。すなわ
ち、排気浄化触媒がO2 ストレージ機能を有している
と、触媒下流側の排気空燃比のリーンからリッチまたは
リッチからリーンの変化は触媒上流側に較べて遅れを生
じることになる。
The SCs 5a and 5b are arranged in portions of the exhaust passages 2a and 2b close to the engine 1 so as to reach the activation temperature of the catalyst in a short time after the start of the engine and start the catalytic action. It is of a relatively small capacity in order to reduce the noise. Next, SCs 5a, the O 2 storage function of 5b will be described. It is generally known that when a metal component such as cerium (Ce) is supported on an exhaust purification catalyst such as a three-way catalyst in addition to a catalyst component, the exhaust purification catalyst exhibits an oxygen storage function (O 2 storage function). I have.
That is, cerium supported on the catalyst as an additive is:
When the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the catalyst is higher than the stoichiometric air-fuel ratio (when the exhaust air-fuel ratio is lean), it combines with oxygen in the exhaust to form ceria (cerium oxide) and stores oxygen.
When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio (when the exhaust air-fuel ratio is rich), ceria releases oxygen and returns to metallic cerium, so that oxygen is released. O 2
In an exhaust purification catalyst having a storage function, even when the exhaust air-fuel ratio flowing into the catalyst changes from a rich air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio, oxygen in the exhaust gas is absorbed by cerium, so that the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases. Therefore, while oxygen is being absorbed by cerium, the exhaust air-fuel ratio at the catalyst outlet is close to the stoichiometric air-fuel ratio. Also, when the total amount of cerium supported by the catalyst is combined with oxygen (that is, the catalyst is saturated with oxygen) and cannot absorb oxygen any more,
The exhaust air-fuel ratio at the exhaust purification outlet changes to the same lean air-fuel ratio as the exhaust air-fuel ratio at the catalyst inlet. Similarly, when the cerium has sufficiently absorbed oxygen, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst changes from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio, oxygen is released from the cerium, and the oxygen concentration in the exhaust increases. Thus, the air-fuel ratio at the catalyst outlet becomes close to the stoichiometric air-fuel ratio. In this case as well, after the entire amount of oxygen combined with cerium is released, no more oxygen is released from the catalyst, so the exhaust air-fuel ratio at the catalyst outlet is the same as the rich air-fuel ratio at the catalyst inlet. Become. That is, when the exhaust purification catalyst has the O 2 storage function, the change of the exhaust air-fuel ratio on the downstream side of the catalyst from lean to rich or from rich to lean causes a delay as compared with the upstream side of the catalyst.

【0034】本実施形態のSC5a、5bはO2 ストレ
ージ機能を付加されているため、機関の運転空燃比がリ
ーンからリッチに変化するとSC5a、5bの下流側に
おける排気空燃比の変化は遅れ、一時的に理論空燃比近
傍の空燃比に維持される期間が生じることになる。次
に、本実施形態のNOX 吸蔵還元触媒7について説明す
る。本実施形態のNOX 吸蔵還元触媒7は、例えばアル
ミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムK、ナト
リウムNa 、リチウムLi 、セシウムCs のようなアル
カリ金属、バリウムBa 、カルシウムCa のようなアル
カリ土類、ランタンLa 、セリウムCe、イットリウム
Yのような希土類から選ばれた少なくとも一つの成分
と、白金Ptのような貴金属とを担持したものである。
NOX 吸蔵還元触媒は流入する排気ガスの空燃比がリー
ンのときに、排気中のNOX (NO2 、NO)を硝酸イ
オンNO3 - の形で吸収し、流入排気ガスがリッチにな
ると吸収したNOX を放出するNOX の吸放出作用を行
う。
Since the SCs 5a and 5b of the present embodiment are provided with an O 2 storage function, when the operating air-fuel ratio of the engine changes from lean to rich, the change of the exhaust air-fuel ratio downstream of the SCs 5a and 5b is delayed and temporarily changed. There will be a period during which the air-fuel ratio is maintained near the stoichiometric air-fuel ratio. Next, the NO X storage reduction catalyst 7 of the present embodiment will be described. The NO X storage-reduction catalyst 7 of this embodiment uses, for example, alumina as a carrier, and on this carrier, for example, an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, or cesium Cs, or an alkaline earth such as barium Ba or calcium Ca. And at least one component selected from rare earths such as lanthanum La, cerium Ce and yttrium Y, and a noble metal such as platinum Pt.
When the air-fuel ratio of the exhaust gas the NO X storage reduction catalyst is flowing is lean, the NO X in the exhaust (NO 2, NO) nitrate ions NO 3 - absorbed absorbed in the form of, the inflow exhaust gas becomes rich The effect of absorbing and releasing NO X that releases the released NO X is performed.

【0035】この吸放出のメカニズムについて、以下に
白金PtおよびバリウムBaを使用した場合を例にとっ
て説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土
類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。流入排
気中の酸素濃度が増大すると(すなわち排気の空燃比が
リーン空燃比になると)、これら酸素は白金Pt上にO
2 - またはO2-の形で付着し、排気中のNOX は白金P
t上のO2 - またはO2-と反応し、これによりNO2
生成される。また、流入排気中のNO2 及び上記により
生成したNO2 は白金Pt上で更に酸化されつつ吸収剤
中に吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら硝酸
イオンNO3 - の形で吸収剤内に拡散する。このため、
リーン雰囲気下では排気中のNOX がNOX 吸収剤内に
硝酸塩の形で吸収されるようになる。
The mechanism of the absorption and release will be described below by taking platinum Pt and barium Ba as an example, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths and rare earths. When the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas increases (that is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes a lean air-fuel ratio), these oxygens become
2 - or deposited at O 2- form, NO X in the exhaust gas platinum P
O 2 on t - or react with O 2-, thereby NO 2 is produced. Further, the inflow NO 2 and NO 2 produced by the above exhaust platinum Pt on the further absorbed into the absorbent while being oxidized barium oxide BaO and bound with nitrate ions NO 3 - in the form of absorbent Spread. For this reason,
So NO X in the exhaust gas is absorbed in the form of nitrates into the NO X absorbent in the lean atmosphere.

【0036】また、流入排気中の酸素濃度が大幅に低下
すると(すなわち、排気の空燃比が理論空燃比またはリ
ッチ空燃比になると)、白金Pt上でのNO2 生成量が
減少するため、反応が逆方向に進むようになり、吸収剤
内の硝酸イオンNO3 - はNO2 の形で吸収剤から放出
されるようになる。この場合、排気中にCO等の還元成
分やHC、CO2 等の成分が存在すると白金Pt上でこ
れらの成分によりNO 2 が還元される。
Further, the oxygen concentration in the inflow exhaust gas is greatly reduced.
Then (that is, the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes
NO on platinum Pt)TwoGeneration amount
As the reaction decreases, the reaction proceeds in the opposite direction,
Nitrate ion NOThree -Is NOTwoReleased from absorbent in the form of
Will be done. In this case, reduction products such as CO
Minutes, HC, COTwoWhen such components are present,
NO due to these components TwoIs reduced.

【0037】本実施形態では、リーン空燃比運転可能な
機関1が使用されており、機関1がリーン空燃比で運転
されているときには、NOX 吸蔵還元触媒は流入する排
気中のNOX を吸収する。また、機関1がリッチ空燃比
で運転されると、NOX 吸蔵還元触媒7は吸収したNO
X を放出、還元浄化する。本実施形態では、リーン空燃
比運転中にNOX 吸蔵還元触媒7に吸収されたNOX
が増大すると、短時間機関空燃比をリーン空燃比からリ
ッチ空燃比に切り換えるリッチスパイク運転を行い、N
X 吸蔵還元触媒からのNOX の放出と還元浄化(NO
X 吸蔵還元触媒の再生)を行なうようにしている。本実
施形態では、ECU30はNOX カウンタの値を増減す
ることによりNO X 吸蔵還元触媒7が吸収保持している
NOX 量を推定する。NOX 吸蔵還元触媒7に単位時間
当たりに吸収されるNOX の量はNOX 吸蔵還元触媒に
単位時間当たりに流入する排気中のNOX 量、すなわち
機関1で単位時間当たりに生成されるNOX 量に比例し
ている。一方、機関で単位時間当たりに発生するNOX
の量は機関への燃料供給量、空燃比、排気流量等によっ
て定まるため、機関運転条件が定まればNOX 吸蔵還元
触媒に吸収されるNOX 量を知ることができる。本実施
形態では、予め機関運転条件(アクセル開度、機関回転
数、吸入空気量、吸気圧力、空燃比、燃料供給量など)
を変えて機関が単位時間当たりに発生するNO X 量を実
測し、NOX 吸蔵還元触媒7に単位時間当たりに吸収さ
れるNOX 量を、例えば機関負荷(燃料噴射量)と機関
回転数とを用いた数値マップの形でECU30のROM
に格納している。ECU30は一定時間毎(上記の単位
時間毎)に機関負荷(燃料噴射量)と機関回転数とから
このマップを用いて単位時間当たりにNOX 吸蔵還元触
媒に吸収されたNOX 量を算出し、NOX カウンタをこ
のNOX 吸収量だけ増大させる。これによりNOX カウ
ンタの値は常にNOX 吸蔵還元触媒7に吸収されたNO
X の量を表すようになる。ECU30は、機関のリーン
空燃比運転中に、上記NOX カウンタの値が所定値以上
に増大したときに、短時間(例えば0.5から1秒程
度)機関を前述のまたはのモード(理論空燃比また
はリッチ空燃比均質混合気燃焼)で運転するリッチスパ
イク操作を行なう。これにより、NOX 吸蔵還元触媒か
ら吸収したNOX が放出され、還元浄化される。なお、
リッチスパイクで排気空燃比をリッチに保持する時間は
詳細にはNOX 吸蔵還元触媒の種類、容量などに基づい
て実験等により決定される。また、リッチスパイクを実
行してNOX 吸蔵還元触媒からNOX が放出、還元浄化
された後はNOX カウンタの値は0にリセットされる。
このように、NOX 吸蔵還元触媒7のNOX 吸収量に応
じてリッチスパイクを行なうことにより、NOX 吸蔵還
元触媒7は適切に再生され、NOX 吸蔵還元触媒が吸収
したNOX で飽和することが防止される。
In this embodiment, a lean air-fuel ratio operation is possible.
Engine 1 is used and engine 1 operates at a lean air-fuel ratio
NOXThe storage reduction catalyst
NO in the airXAbsorb. The engine 1 has a rich air-fuel ratio
NO when drivingXThe storage reduction catalyst 7 absorbs the absorbed NO.
XTo release and purify. In the present embodiment, the lean air-fuel
NO during specific operationXNO absorbed by storage reduction catalyst 7Xamount
Increases, the engine air-fuel ratio is briefly reset from the lean air-fuel ratio.
Rich spike operation to switch to the
OXNO from storage reduction catalystXRelease and reduction purification (NO
X(Regeneration of the storage reduction catalyst). Real truth
In the embodiment, the ECU 30 determines NOXIncrease or decrease the counter value
NO XThe storage reduction catalyst 7 holds the absorption.
NOXEstimate the amount. NOXUnit time for storage reduction catalyst 7
NO absorbed per hitXNOXFor storage reduction catalyst
NO in exhaust gas flowing per unit timeXQuantity, ie
NO generated per unit time in engine 1XProportional to the amount
ing. On the other hand, NO generated by the engine per unit timeX
Depends on the amount of fuel supplied to the engine, air-fuel ratio, exhaust flow rate, etc.
NO if engine operating conditions are determinedXOcclusion reduction
NO absorbed by the catalystXYou can know the quantity. This implementation
In the form, the engine operating conditions (accelerator opening, engine rotation
Number, intake air amount, intake pressure, air-fuel ratio, fuel supply amount, etc.)
NO generated by the engine per unit time XReal amount
Measure, NOXAbsorbed per unit time by the storage reduction catalyst 7
NOXThe amount is, for example, the engine load (fuel injection amount) and the engine
ROM of the ECU 30 in the form of a numerical map using the rotational speed
Is stored in The ECU 30 operates at regular intervals (the above unit
Engine load (fuel injection amount) and engine speed
NO per unit time using this mapXOcclusion reduction
NO absorbed in the mediumXCalculate the quantity, NOXHold the counter
NOXIncrease by the amount absorbed. This makes NOXCow
Is always NOXNO absorbed by storage reduction catalyst 7
XTo represent the amount of The ECU 30 is a lean engine.
During the air-fuel ratio operation, the above NOXCounter value is greater than or equal to a specified value
When it increases to a short time (for example, about 0.5 to 1 second)
Degree) engine in the above-mentioned or other modes (stoichiometric air-fuel ratio or
Is a rich spa operated with rich air-fuel ratio homogeneous mixture combustion)
Perform an operation. Thereby, NOXOcclusion reduction catalyst
NO absorbed fromXIs released and reduced and purified. In addition,
How long does the rich spike keep the exhaust air-fuel ratio rich?
NOXBased on the type and capacity of the storage reduction catalyst
Determined by experiments. Also, perform rich spikes
Go and NOXNO from the storage reduction catalystXRelease, reduction purification
NO afterXThe value of the counter is reset to zero.
Thus, NOXNO of the storage reduction catalyst 7XDepending on the amount of absorption
By performing a rich spike,XOcclusion return
The source catalyst 7 is properly regenerated and NOXAbsorption reduction catalyst absorbs
NOXTo prevent saturation.

【0038】ところが、前述のように本実施形態ではN
X 吸蔵還元触媒7上流側の排気通路にO2 ストレージ
機能を有するSC5a、5bが設けられている。このた
め、リッチスパイク時に機関からリッチ空燃比の排気が
SC5a、5bに流入してもSC5a、5b下流のNO
X 吸蔵還元触媒7にはSC5a、5bでの酸素の放出が
ある間は理論空燃比近傍のリーン空燃比の排気が流入す
る場合が生じ、リッチスパイク開始直後にNOX 吸蔵還
元触媒7から未浄化のNOX が流出する可能性がある。
また、同様に機関1の運転条件の変化により機関の運転
空燃比がリーン空燃比(前述のからの運転モード)
から理論空燃比またはリッチ空燃比(前述のまたは
の運転モード)に切り換えられた場合にも切換え直後に
NOX 吸蔵還元触媒7から未浄化のNOX の流出が生じ
る可能性がある。
However, as described above, in this embodiment, N
SCs 5a and 5b having an O 2 storage function are provided in an exhaust passage on the upstream side of the O X storage reduction catalyst 7. For this reason, even if exhaust gas with a rich air-fuel ratio flows from the engine into the SCs 5a and 5b during the rich spike, NO
During the time when oxygen is released in the SCs 5a and 5b, exhaust gas having a lean air-fuel ratio near the stoichiometric air-fuel ratio may flow into the X storage reduction catalyst 7, and the NOx storage reduction catalyst 7 is not purified immediately after the rich spike starts. there is a possibility that of the NO X flows out.
Similarly, the operating air-fuel ratio of the engine is changed to a lean air-fuel ratio by the change of the operating condition of the engine 1 (the operating mode described above).
Even when the air conditioner is switched to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio (the above-mentioned or the operation mode), there is a possibility that the unpurified NO X flows out of the NO X storage reduction catalyst 7 immediately after the change.

【0039】そこで、以下に説明する実施形態ではリッ
チスパイク操作や運転モード切り換え等のために機関空
燃比をリーン空燃比から理論空燃比またはリッチ空燃比
に切り換える際に予めSC5a、5bに流入する排気の
空燃比をリッチにすることにより上記SC5a、5bの
2 ストレージにより生じる問題を解決している。SC
5a、5bに流入する排気空燃比をリッチ空燃比にする
ことにより、SC5a、5bには多量のHC、CO成分
を含む排気が流入する。このため、O2 ストレージによ
り触媒内に貯蔵された酸素は排気中のHC、CO成分を
酸化するのに消費され、短時間で触媒からの酸素の放出
が終了する。また、上記HC、CO成分量は触媒から放
出される酸素の全量を消費する量より多く設定すること
によりO2 ストレージ機能により触媒から酸素が放出さ
れている間もSC5a、5b下流側の排気はリッチ空燃
比に維持されるようになる。これにより、NOX 吸蔵還
元触媒7から未浄化のNOX が流出することが防止され
る。
Therefore, in the embodiment described below, when the engine air-fuel ratio is switched from the lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio for the purpose of rich spike operation or operation mode switching, the exhaust gas which flows into the SCs 5a and 5b in advance. by the air-fuel ratio to the rich solves the problems caused by the SCs 5a, 5b of the O 2 storage. SC
By setting the exhaust air-fuel ratio flowing into the 5a, 5b to the rich air-fuel ratio, exhaust containing a large amount of HC and CO components flows into the SCs 5a, 5b. For this reason, the oxygen stored in the catalyst by the O 2 storage is consumed to oxidize the HC and CO components in the exhaust gas, and the release of oxygen from the catalyst is completed in a short time. Further, by setting the HC and CO component amounts to be larger than the amount that consumes the entire amount of oxygen released from the catalyst, the exhaust gas on the downstream side of the SCs 5a and 5b can be discharged even while oxygen is being released from the catalyst by the O 2 storage function. The rich air-fuel ratio is maintained. This prevents the unpurified NO X from flowing out of the NO X storage reduction catalyst 7.

【0040】機関空燃比切り換え時にSC5a、5bに
流入する排気空燃比をリッチ空燃比にする貯蔵酸素低減
操作としては、例えば(A) 各気筒の筒内噴射弁から気筒
膨張行程または排気行程時に筒内に燃料を噴射する(以
下「二次燃料噴射」という)、(B) 各気筒の排気ポート
に燃料を噴射する排気ポート燃料噴射弁を設け機関排気
ポートに燃料噴射を噴射する(以下「排気ポート噴射」
という)、(C) 機関空燃比切り換え時に一時的に機関燃
焼空燃比を大幅にリッチにする、等の方法がある。上記
(A) 、(B) の方法では、気筒の膨張、排気行程や排気ポ
ートに噴射された燃料は燃焼せずに気化して排気中に多
量のHC、CO成分を生成する。すなわち、これらの燃
料は燃焼に寄与しないため比較的多量の燃料を供給した
場合でも機関出力の変動等が生じない利点がある。一
方、これらの燃料は燃焼に寄与しないため機関がリーン
空燃比で運転されている場合には排気には比較的多量の
酸素が残存する。すなわち、上記のように燃焼に寄与し
ない燃料を機関に供給した場合には、排気の空燃比は全
体としてリッチ空燃比になるものの、排気中には未反応
の酸素とHC、CO成分とが別々に存在することにな
る。このため、これらの酸素とHC、CO成分とがSC
5a、5b上で反応を生じ、運転条件によってはSC5
a、5bの温度が過度に上昇する可能性がある。
The stored oxygen reduction operation for setting the exhaust air-fuel ratio flowing into the SCs 5a and 5b to a rich air-fuel ratio when the engine air-fuel ratio is switched includes, for example, (A) a cylinder injection operation for each cylinder during the cylinder expansion stroke or the exhaust stroke. (B) A fuel injection valve for injecting fuel into an exhaust port of each cylinder is provided to inject fuel into an engine exhaust port (hereinafter, referred to as “secondary fuel injection”). Port injection "
And (C) temporarily make the engine combustion air-fuel ratio significantly rich when switching the engine air-fuel ratio. the above
In the methods (A) and (B), the fuel injected into the expansion, the exhaust stroke, and the exhaust port of the cylinder is vaporized without burning and generates a large amount of HC and CO components in the exhaust gas. That is, since these fuels do not contribute to combustion, there is an advantage that even when a relatively large amount of fuel is supplied, fluctuations in engine output do not occur. On the other hand, since these fuels do not contribute to combustion, a relatively large amount of oxygen remains in the exhaust when the engine is operated at a lean air-fuel ratio. That is, when the fuel that does not contribute to combustion is supplied to the engine as described above, the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes a rich air-fuel ratio as a whole, but unreacted oxygen and HC and CO components are separated in the exhaust gas. Will exist. Therefore, these oxygen and HC and CO components are SC
5a and 5b, and depending on the operating conditions, SC5
The temperatures of a and 5b may rise excessively.

【0041】また、上記(C) の方法では、機関の燃焼空
燃比そのものが一時的に大幅なリッチ空燃比になるた
め、排気中の未反応の酸素はほとんどなくなりSC5
a、5bの過熱の問題は生じないが、多量の燃料の燃焼
により機関発生トルクが増大して機関の運転状態によっ
ては出力トルク変動が生じる可能性がある。従って、上
記(A) から(C) の方法のいずれをとるかは機関の特性や
運転状態に応じて選択することが好ましい。
In the above method (C), the combustion air-fuel ratio itself of the engine temporarily temporarily becomes a large rich air-fuel ratio.
Although the problem of overheating of a and 5b does not occur, the combustion torque of the engine increases due to the combustion of a large amount of fuel, and the output torque may fluctuate depending on the operation state of the engine. Therefore, it is preferable to select one of the methods (A) to (C) according to the characteristics of the engine and the operating state.

【0042】なお、上記(B) (排気ポート燃料噴射)の
方法を適用する場合は、上記(A) (二次燃料噴射)の場
合とほぼ同様になるため、以下の実施形態では上記(A)
と(C) の方法を適用する場合を例にとって説明すること
とする。 (1)第1の実施形態 図2は本発明の第1の実施形態におけるSC5a、5b
の貯蔵酸素量低減操作を説明するフローチャートであ
る。本操作は、ECU30により所定間隔毎(例えばク
ランク軸一定回転角毎)に実行される。
When the method (B) (exhaust port fuel injection) is applied, it is almost the same as the case (A) (secondary fuel injection). )
The case where the methods (C) and (C) are applied will be described as an example. (1) First Embodiment FIG. 2 shows SCs 5a and 5b according to a first embodiment of the present invention.
It is a flowchart explaining the stored oxygen amount reduction operation of FIG. This operation is executed by the ECU 30 at predetermined intervals (for example, at every constant rotation angle of the crankshaft).

【0043】図2の操作では、機関の運転条件変化によ
るリーン空燃比運転から理論空燃比またはリッチ空燃比
運転への運転空燃比切り換え時、及びNOX 吸蔵還元触
媒7からのNOX 放出のためのリッチスパイク操作時
に、機関の運転空燃比を切り換える直前に、各気筒の膨
張又は排気行程に筒内燃料噴射弁から燃料を噴射するこ
とによりSC5a、5bの貯蔵酸素量を低減している。
すなわち、本実施形態ではSC5a、5bからのO2
トレージ機能による酸素放出が終了してから機関の運転
空燃比を切り換えるようにしている。
[0043] In the operation of FIG. 2, when the operating air-fuel ratio switching from the lean air-fuel ratio operation by the driver condition changes in the engine to the stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio operation, and because of the NO X release from the NO X storage reduction catalyst 7 During the rich spike operation, the amount of stored oxygen in the SCs 5a and 5b is reduced by injecting fuel from the in-cylinder fuel injection valve during the expansion or exhaust stroke of each cylinder immediately before switching the operating air-fuel ratio of the engine.
That is, in this embodiment SCs 5a, oxygen release is to switch the operating air-fuel ratio of the engine from the end by the O 2 storage function from 5b.

【0044】これにより、機関の運転空燃比がリーンか
らリッチ(または理論空燃比)に切り換えられる時には
SC5a、5bからの酸素放出が生じないため、NOX
吸蔵還元触媒7に流入する排気の空燃比はリーン空燃比
から直ちにリッチ空燃比(または理論空燃比)に変化す
るようになり、NOX 吸蔵還元触媒7からの未浄化のN
X の放出が防止される。
[0044] Thus, since the operating air-fuel ratio of the engine SC5a when being switched from lean to rich (or stoichiometric air-fuel ratio), oxygen release from 5b no, NO X
Air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the occlusion-reduction catalyst 7 is as changed immediately to a rich air-fuel ratio (or theoretical air-fuel ratio) from the lean air-fuel ratio, the unpurified from the NO X storage reduction catalyst 7 N
O X release is prevented.

【0045】図2において操作がスタートすると、ステ
ップ201では、前述のアクセル開度センサ37からア
クセル開度(運転者のアクセルペダル踏込み量)ACC
Pが、また回転数センサ35の出力に基づいて算出され
た機関回転数NEと、SC5a、5bの貯蔵酸素量OS
Cとが、それぞれ読み込まれる。なお、SC5a、5b
の貯蔵酸素量OSCの算出については後に詳述する。
When the operation starts in FIG. 2, in step 201, the accelerator opening degree (the amount of depression of the accelerator pedal by the driver) ACC from the accelerator opening degree sensor 37 described above.
P is the engine speed NE calculated based on the output of the speed sensor 35, and the stored oxygen amount OS of the SCs 5a and 5b.
And C are read respectively. Note that SC5a, 5b
The calculation of the stored oxygen amount OSC will be described later in detail.

【0046】次いで、ステップ203では上記により読
み込んだアクセル開度ACCPと機関回転数NEとに基
づいて、前述のからの運転モードのうち最適な運転
モードM1 が選択される。本実施形態では、各アクセル
開度と機関回転数とにおける最適な運転モードがアクセ
ル開度ACCPと回転数NEとをパラメータとして用い
た数値テーブルとしてECU30のROMに格納されて
おり、ECU30はステップ201で読み込んだACC
PとNEとに基づいてこの数値テーブルから最適な運転
モード(〜)を選択する。ステップ203における
1(M1 =〜)の値は、現在の機関運転条件から
見て最適な運転モード(すなわち、後述するステップ2
23で切り換え操作の目標となる運転モード)を表して
いる。
[0046] Then, based on the accelerator opening ACCP and the engine rotational speed NE read by the step 203, the optimal operation mode M 1 is selected from among the operation modes from the foregoing. In this embodiment, the optimal operation mode for each accelerator opening and engine speed is stored in the ROM of the ECU 30 as a numerical table using the accelerator opening ACCP and the engine speed NE as parameters. ACC read by
An optimum operation mode (と) is selected from this numerical table based on P and NE. The value of M 1 (M 1 = 〜) in step 203 depends on the optimal operation mode (ie, step 2
Reference numeral 23 denotes a switching operation target operation mode).

【0047】次いでステップ205では、現在の運転モ
ードM0 がリーン空燃比運転(前述のからのモード
のいずれか)か否かが判定される。M0 は現在から
のいずれの運転モードで機関が運転されているかを表す
パラメータである(M0 =〜)。ステップ205で
現在リーン空燃比運転が行なわれていなければ、すなわ
ち現在理論空燃比またはリッチ空燃比運転が行なわれて
いる場合には、目標運転モードM1 がからのいずれ
であってもリーン空燃比からリッチ空燃比(または理論
空燃比)への空燃比の切り換えは生じず、NOX 吸蔵還
元触媒7から未浄化のNOX が流出する可能性はないた
め、直ちにステップ223が実行され機関の運転モード
が目標運転モードM1 に切り換えられる(現在目標運転
モードで運転されている場合には現在のモードが継続さ
れる)。そして、切り換え完了後ステップ225では現
在の運転モードM0 が切り換え後の運転モード(M 1
に応じた値に更新される。
Next, at step 205, it is determined whether or not the current operation mode M 0 is a lean air-fuel ratio operation (any of the above modes). M 0 is a parameter indicating in which operation mode the engine is operating from the present (M 0 = 〜). If not currently performed lean air-fuel ratio operation in step 205, that is, if it is performed currently stoichiometric or rich air-fuel ratio operation, a lean air-fuel ratio be either the target drive mode M 1 is from Since the air-fuel ratio does not switch from the air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio (or the stoichiometric air-fuel ratio), and there is no possibility that unpurified NO X flows out of the NO X storage reduction catalyst 7, step 223 is immediately executed and the operation of the engine is started. mode is switched to the target operation mode M 1 (the current mode is continued when it is operated at the current target operating mode). Then, after the switching is completed, in step 225, the current operation mode M 0 is changed to the operation mode after switching (M 1 ).
Is updated to a value according to.

【0048】一方、ステップ205で現在からの運
転モードで機関が運転されていた場合には、ステップ2
07で、現在NOX 吸蔵還元触媒7からNOX を放出さ
せるためのリッチスパイク操作実行が要求されているか
否かがリッチスパイクフラグFRの値に基づいて判定さ
れる。前述のように、本実施形態ではECU30は別途
実行される図示しないルーチンにより、機関運転状態に
基づいてNOX 吸蔵還元触媒7に吸収されたNOX 量を
表すNOX カウンタCNOXの値を積算しており、カウ
ンタCNOXの値が所定値を越えて増大した場合にはリ
ッチスパイクフラグFRの値を1にセットする。ステッ
プ207で現在リッチスパイク操作が要求されている場
合には後述する貯蔵酸素量低減操作(ステップ213か
ら217)を実行する必要があるため、操作は直接ステ
ップ211に進む。また、現在リッチスパイク操作が要
求されていない場合には次にステップ209で、目標運
転モードM1 がリッチ空燃比または理論空燃比運転(モ
ードまたは)か否かが判定される。目標運転モード
1 がモードとのいずれでもない場合には、この場
合もリーン空燃比運転からリッチ空燃比運転への切り換
えは生じないためステップ223に進み運転モードの目
標モードへの切り換えが実行される。
On the other hand, if the engine has been operated in the current operation mode in step 205,
At 07, it is determined based on the value of the rich spike flag FR whether or not execution of a rich spike operation for releasing NO X from the NO X storage reduction catalyst 7 is currently requested. As described above, in the present embodiment, the ECU 30 accumulates the value of the NO X counter CNOX representing the amount of NO X absorbed by the NO X storage reduction catalyst 7 based on the engine operating state by a separately executed routine (not shown). When the value of the counter CNOX increases beyond a predetermined value, the value of the rich spike flag FR is set to 1. If a rich spike operation is currently requested in step 207, it is necessary to execute a stored oxygen amount reduction operation (steps 213 to 217), which will be described later. Further, in next step 209 if the current rich spike operation is not required, the target drive mode M 1 whether rich air-fuel ratio or stoichiometric air-fuel ratio operation (mode or) is determined. If the target operation mode M1 is not one of the modes, the switching from the lean air-fuel ratio operation to the rich air-fuel ratio operation does not occur in this case as well, so the process proceeds to step 223, where the operation mode is switched to the target mode. You.

【0049】一方、ステップ207でFR=1(リッチ
スパイク要求)だった場合、及びステップ209で目標
運転モードがまたはであった場合には、すなわち機
関運転空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比(または
理論空燃比)に切り換える必要があるため、ステップ2
11に進み、現在酸素量低減操作が完了したか否かを判
定する。そして、低減操作が完了していない場合にはス
テップ213から217の酸素量低減のための二次燃料
噴射(膨張または排気行程における筒内燃料噴射)を実
行し、燃焼に寄与しない燃料を気筒に供給する。
On the other hand, if FR = 1 (rich spike request) in step 207 and if the target operation mode is or in step 209, that is, the engine operating air-fuel ratio is changed from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio ( Or stoichiometric air-fuel ratio).
Proceeding to 11, it is determined whether the current oxygen reduction operation has been completed. If the reduction operation has not been completed, the secondary fuel injection (in-cylinder fuel injection in the expansion or exhaust stroke) for reducing the oxygen amount in steps 213 to 217 is executed, and the fuel not contributing to the combustion is supplied to the cylinder. Supply.

【0050】すなわち、ステップ213ではステップ2
01で読み込んだSC5a、5bの現在の貯蔵酸素量O
SCから、SC5a、5bに貯蔵された酸素の全量を消
費し、かつSC5a、5b下流側の排気を理論空燃比よ
りリッチ側に維持するのに必要な合計燃料量(HC量)
を計算するとともに、この合計燃料量を予め定められた
二次燃料噴射実行回数(後述)で割って1回当たりに必
要とされる二次燃料噴射量が算出される。そして、ステ
ップ215では現在いずれかの気筒の二次燃料噴射量を
セットするタイミングか否かが判定され、セットタイミ
ングであった場合には算出した二次燃料噴射量がステッ
プ217で燃料噴射回路にセットされる。これにより、
二次燃料噴射タイミング(膨張または排気行程)になる
と各気筒では二次燃料噴射が実行される。なお、予め定
めた回数(気筒数)だけ二次燃料噴射が実行されるとス
テップ211では酸素量低減操作が終了したと判定さ
れ、ステップ219以下が実行される。
That is, in step 213, step 2
01 The current stored oxygen amount O of SC5a, 5b read in 01
From the SC, the total fuel amount (HC amount) required to consume the entire amount of oxygen stored in the SCs 5a and 5b and to maintain the exhaust gas downstream of the SCs 5a and 5b richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
Is calculated, and the total fuel amount is divided by a predetermined number of executions of secondary fuel injection (described later) to calculate a secondary fuel injection amount required for each injection. Then, in step 215, it is determined whether or not it is time to set the secondary fuel injection amount of any of the cylinders. If it is the set timing, the calculated secondary fuel injection amount is sent to the fuel injection circuit in step 217. Set. This allows
When the secondary fuel injection timing (expansion or exhaust stroke) comes, the secondary fuel injection is executed in each cylinder. When the secondary fuel injection has been performed a predetermined number of times (the number of cylinders), it is determined in step 211 that the oxygen amount reducing operation has been completed, and the steps from step 219 are performed.

【0051】すなわち、貯蔵酸素量低減操作が終了しS
C5a、5bからの酸素放出が終了すると、ステップ2
19では現在リッチスパイク操作が要求されている(F
R=1)か否かが判定され、リッチスパイク操作が要求
されていればステップ221でリッチスパイク操作が実
行され、要求されていない場合にはステップ223で目
標運転モードM 1(この場合はリッチまたは理論空燃比
運転モード)への切り換えが実行される。
That is, the stored oxygen amount reducing operation is completed and
When oxygen release from C5a and 5b is completed, step 2
19, a rich spike operation is currently required (F
It is determined whether or not R = 1). If the rich spike operation has been requested, the rich spike operation is executed in step 221. If the rich spike operation has not been requested, the target operation mode M 1 (in this case, rich Alternatively, switching to the stoichiometric air-fuel ratio operation mode) is performed.

【0052】なお、ステップ221のリッチスパイク操
作では、機関はNOX カウンタCNOXの値が0になる
までモードのリッチ空燃比均質混合気燃焼で運転さ
れ、NOX 吸蔵還元触媒7に吸収されたNOX の全量が
放出され、還元浄化される。次に、本実施形態における
二次燃料噴射の回数について説明する。本実施形態では
二次燃料噴射は#1、4の気筒群と#2、3の気筒群に
ついて各1回または#1から#4の全気筒について1回
のいずれかが行なわれる。すなわち、SC5a、5bの
容量が比較的小さいため各SC5a、5bそれぞれにつ
き1回の二次燃料噴射でSCの貯蔵酸素量を低減するこ
とができる場合には各気筒群につき1回のみ二次燃料噴
射が実行され、比較的SC5a、5bの容量が大きく、
1回の二次燃料噴射では貯蔵酸素量を充分に低減できな
い場合には各SC5a、5bにつきそれぞれ2回の(す
なわち#1から#4の全気筒につき1回ずつ)二次燃料
噴射が実行される。いずれの二次燃料噴射を実行するか
はSC5a、5bの容量に応じて予め決定される。な
お、各気筒群は点火順序の連続しない気筒から構成され
ているため、各気筒群毎に1回二次燃料噴射を実行する
場合には、前述のステップ211では連続した点火順序
の2つの気筒で(例えば#1と#3、または#3と#2
等)1回ずつ二次燃料噴射を実行すると貯蔵酸素量低減
操作が完了したと判定される。
In the rich spike operation of step 221, the engine is operated in the mode rich air-fuel ratio homogeneous mixture combustion until the value of the NO X counter CNOX becomes 0, and the NO absorbed in the NO X storage reduction catalyst 7 is operated. The entire amount of X is released and reduced and purified. Next, the number of times of secondary fuel injection in the present embodiment will be described. In the present embodiment, the secondary fuel injection is performed once for each of the cylinder groups # 1 and # 4 and the cylinder groups # 2 and # 3, or once for all the cylinders # 1 to # 4. That is, if the capacity of the SCs 5a and 5b is relatively small, and the amount of stored oxygen in the SC can be reduced by one secondary fuel injection for each of the SCs 5a and 5b, the secondary fuel only once for each cylinder group. Injection is performed, and the capacity of the SCs 5a and 5b is relatively large,
If the amount of stored oxygen cannot be sufficiently reduced by one secondary fuel injection, two secondary fuel injections are performed for each of the SCs 5a and 5b (that is, once for all the cylinders # 1 to # 4). You. Which secondary fuel injection is executed is determined in advance according to the capacity of the SCs 5a and 5b. Since each cylinder group is composed of cylinders in which the ignition order is not continuous, if the secondary fuel injection is performed once for each cylinder group, the two-cylinders in the continuous ignition order are executed in step 211 described above. (For example, # 1 and # 3, or # 3 and # 2
Etc.) When the secondary fuel injection is performed once each, it is determined that the stored oxygen amount reduction operation has been completed.

【0053】また、上述したように、本実施形態では貯
蔵酸素量低減操作実行中は機関ではリーン空燃比の運転
モード(から)が継続される。 (2)第2の実施形態 次に、本発明の第2の実施形態について説明する。上記
第1の実施形態では、二次燃料噴射のみによってSC5
a、5bの貯蔵酸素量低減操作を行い、貯蔵酸素量低減
操作(二次燃料噴射)が完了するまでリッチ空燃比運転
への運転モードの切り換えを行なわなかった。本実施形
態では、全気筒に1回ずつ二次燃料噴射が必要な機関で
は、リーン空燃比運転モードからリッチ空燃比運転モー
ドへの切り換え指令が出たタイミングにより、運転モー
ド切り換え(吸気行程燃料噴射への移行)ができるタイ
ミングの気筒については吸気行程燃料噴射に切り換える
とともに吸気行程燃料噴射量を二次燃料噴射量相当分だ
け増量し、吸気行程燃料噴射への移行が間に合わない気
筒については二次燃料噴射を行なう。
As described above, in the present embodiment, the engine is kept in the lean air-fuel ratio operation mode (from) while the stored oxygen amount reducing operation is being performed. (2) Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, SC5 is performed only by the secondary fuel injection.
The storage oxygen amount reduction operations a and 5b were performed, and the operation mode was not switched to the rich air-fuel ratio operation until the storage oxygen amount reduction operation (secondary fuel injection) was completed. In the present embodiment, in an engine that requires secondary fuel injection once for all cylinders, the operation mode is switched (intake stroke fuel injection) at the timing when a command to switch from the lean air-fuel ratio operation mode to the rich air-fuel ratio operation mode is issued. Is switched to the intake stroke fuel injection and the intake stroke fuel injection amount is increased by an amount corresponding to the secondary fuel injection amount. For the cylinders that cannot make the transition to the intake stroke fuel injection in time, Perform fuel injection.

【0054】図3は、本実施形態の二次燃料噴射(図3
では膨張行程終期から排気行程初期にかけて二次燃料噴
射を実施する例を示す)と吸気行程燃料噴射増量のタイ
ミングを説明する図である。図3はモード(リーン成
層燃焼(圧縮行程1回噴射)からモード(理論空燃比
均質混合気燃焼(吸気行程噴射))への切り換えのタイ
ミングを示しているが、他のモード間の切り換えも図3
と同様になる。
FIG. 3 shows the secondary fuel injection (FIG.
FIG. 4 shows an example in which secondary fuel injection is performed from the end of the expansion stroke to the early stage of the exhaust stroke) and the timing of increasing the fuel injection in the intake stroke. FIG. 3 shows the timing of switching from the mode (lean stratified combustion (compression stroke single injection) to the mode (stoichiometric air-fuel ratio homogeneous mixture combustion (intake stroke injection)), but also switching between other modes. 3
Is the same as

【0055】図3は、#1から#4気筒のそれぞれの燃
料噴射タイミングとその燃料噴射を行なうための燃料噴
射量セットタイミングを示している。図3においてCS
ETは圧縮行程燃料噴射量セットタイミング、CINJ
は圧縮行程燃料噴射実行タイミング、EXSETは二次
燃料噴射量セットタイミング、EXINJは二次燃料噴
射実行タイミング、ISETは吸気行程燃料噴射量セッ
トタイミング、IINJは吸気行程燃料噴射実行タイミ
ングをそれぞれ示している。また、図3にCHで示すの
は運転モード切り換えのための貯蔵酸素量低減操作開始
タイミングを示している。また、図3において「吸」、
「圧」、「膨」、「排」はそれぞれ各気筒の吸気行程、
圧縮行程、膨張行程、排気行程を表している。図3に示
すように本実施形態では、二次燃料噴射量は圧縮行程終
期にセットされ(EXSET)、吸気行程燃料噴射量は
排気行程初期にセットされる(ISET)。
FIG. 3 shows the fuel injection timing of each of the # 1 to # 4 cylinders and the fuel injection amount setting timing for performing the fuel injection. In FIG. 3, CS
ET is the compression stroke fuel injection amount set timing, CINJ
Indicates a compression stroke fuel injection execution timing, EXSET indicates a secondary fuel injection amount set timing, EXINJ indicates a secondary fuel injection execution timing, ISET indicates an intake stroke fuel injection amount set timing, and IINJ indicates an intake stroke fuel injection execution timing. . In FIG. 3, CH indicates the start timing of the stored oxygen reduction operation for switching the operation mode. In addition, in FIG.
"Pressure", "inflation" and "exhaust" are the intake strokes of each cylinder,
It represents a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the secondary fuel injection amount is set at the end of the compression stroke (EXSET), and the intake stroke fuel injection amount is set at the beginning of the exhaust stroke (ISET).

【0056】今、図3CHのタイミングで運転モード切
り換えのための触媒の貯蔵酸素量低減操作が開始された
とすると、#1気筒ではCHは圧縮行程中期に相当する
ため、既に吸気行程燃料噴射タイミング(IINJ)は
終わっており、タイミングCSETで圧縮行程燃料噴射
量のセットが完了している。従って#1気筒では直ちに
は運転モードの切換ができないため、圧縮行程燃料噴射
IINJはそのまま実行することとして、タイミングE
XSETで二次燃料噴射量をセットして二次燃料噴射
(EXINJ)を実行する。
Now, assuming that the operation for reducing the stored oxygen amount of the catalyst for switching the operation mode is started at the timing of FIG. 3 CH, since CH corresponds to the middle stage of the compression stroke in the # 1 cylinder, the fuel injection timing of the intake stroke ( IINJ) has been completed, and the setting of the compression stroke fuel injection amount has been completed at timing CSET. Therefore, since the operation mode cannot be switched immediately in the # 1 cylinder, the compression stroke fuel injection IINJ is executed as it is,
The secondary fuel injection amount (EXINJ) is executed by setting the secondary fuel injection amount by XSET.

【0057】一方、#3気筒ではCHのタイミングは吸
気行程中期に相当するが、このタイミングでは既に吸気
行程燃料噴射量セットタイミングは過ぎてしまっている
ため直ちに吸気行程燃料噴射に移行することはできな
い。このため、#3気筒ではそのまま圧縮行程燃料噴射
を実行することとしてCSETで圧縮行程燃料噴射量を
セットするとともに、その後の圧縮行程終期の二次燃料
噴射量セットタイミング(EXSET)で二次燃料噴射
量をセットして二次燃料噴射を実行することとする。
On the other hand, in the # 3 cylinder, the timing of CH corresponds to the middle stage of the intake stroke. At this timing, however, the intake stroke fuel injection amount setting timing has already passed, so that it is not possible to immediately shift to the intake stroke fuel injection. . Therefore, in the # 3 cylinder, the compression stroke fuel injection is performed as it is, and the compression stroke fuel injection amount is set by CSET, and the secondary fuel injection amount is set at the secondary fuel injection amount set timing (EXSET) at the end of the subsequent compression stroke. The amount is set and the secondary fuel injection is executed.

【0058】また、同様に、#4気筒ではCHのタイミ
ングは排気行程中期に相当するが、この場合も吸気行程
燃料噴射量セットタイミング(IINJ)が過ぎてしま
っているため直ちに吸気行程燃料噴射に移行することは
できない。従って、#3気筒と同様圧縮行程燃料噴射
(CINJ)を継続したままで二次燃料噴射(EXIN
J)が実行される。
Similarly, in the # 4 cylinder, the timing of CH corresponds to the middle stage of the exhaust stroke. In this case, too, since the intake stroke fuel injection amount set timing (IINJ) has passed, the injection stroke fuel injection is immediately started. Cannot be migrated. Therefore, the secondary fuel injection (EXIN) is performed while the compression stroke fuel injection (CINJ) is continued as in the case of the # 3 cylinder.
J) is executed.

【0059】一方、#2気筒ではCHのタイミングは膨
張行程中期に相当するため、吸気行程燃料噴射量セット
タイミング(ISET)にはまだ到達しておらず、吸気
行程燃料噴射に移行することができる。そこで、#2気
筒では運転モードを切り換えて吸気行程燃料噴射を行な
うとともに、ISETでセットする燃料噴射量を二次燃
料噴射量相当分だけ増量する。すなわち、#2気筒につ
いては二次燃料噴射を行なわずに運転モードの切り換え
を実行し、その代わりに運転モード切り換え直後の吸気
行程燃料噴射量に二次燃料噴射量相当分を上乗せして燃
料噴射量を設定する。
On the other hand, in the # 2 cylinder, since the timing of CH corresponds to the middle stage of the expansion stroke, the fuel injection amount set timing (ISET) of the intake stroke has not yet been reached, and it is possible to shift to the intake stroke fuel injection. . Therefore, in the # 2 cylinder, the operation mode is switched to perform the fuel injection during the intake stroke, and the fuel injection amount set by ISET is increased by an amount corresponding to the secondary fuel injection amount. That is, for the # 2 cylinder, the operation mode is switched without performing the secondary fuel injection, and instead, the fuel injection amount is increased by adding an amount corresponding to the secondary fuel injection amount to the intake stroke fuel injection amount immediately after the operation mode switching. Set the amount.

【0060】図3のタイミングチャートから判るよう
に、本実施形態では運転モード切り換えのための触媒貯
蔵酸素量低減操作が開始後、二次燃料噴射量セットタイ
ミングが吸気行程燃料噴射量セットタイミングより先に
なる気筒(図3の場合には#1、#3、#4気筒)につ
いては圧縮行程燃料噴射を継続したままで(すなわち運
転モードを切り換えずに)二次燃料噴射を実行するが、
吸気行程燃料噴射量セットタイミングが二次燃料噴射量
セットタイミングより先になる気筒(#2気筒)につい
ては運転モードを切り換えて吸気行程燃料噴射を行い、
吸気行程燃料噴射時に他の気筒の二次燃料噴射量相当分
の燃料を増量するようにしている。なお、この場合も全
気筒で1回ずつ二次燃料噴射または吸気行程燃料噴射量
の増量が行なわれた時点で触媒の貯蔵酸素量低減操作は
終了し、その後は全気筒で運転モードが切り換えられ
る。
As can be seen from the timing chart of FIG. 3, in the present embodiment, after the operation of reducing the stored catalyst oxygen amount for switching the operation mode is started, the secondary fuel injection amount set timing is earlier than the intake stroke fuel injection amount set timing. (In the case of FIG. 3, # 1, # 3, and # 4 cylinders) perform the secondary fuel injection while continuing the compression stroke fuel injection (that is, without switching the operation mode).
For the cylinder (# 2 cylinder) in which the intake stroke fuel injection amount set timing is earlier than the secondary fuel injection amount set timing, the operation mode is switched to perform the intake stroke fuel injection,
During the fuel injection in the intake stroke, the amount of fuel corresponding to the secondary fuel injection amount of the other cylinders is increased. In this case as well, when the secondary fuel injection or the intake stroke fuel injection amount is increased once in all cylinders, the operation of reducing the stored oxygen amount of the catalyst ends, and thereafter the operation mode is switched in all cylinders. .

【0061】すなわち、本実施形態では触媒の貯蔵量低
減操作は運転モード切り換え前に開始され(#1、#
3、#4気筒)、運転モード切り換え後(#2気筒)に
終了することになる。これにより、運転モード切り換え
時間を短縮することができる。図4は、本実施形態の上
記貯蔵酸素量低減操作を説明するフローチャートであ
る。図4の操作はECU30により所定間隔毎に実行さ
れるルーチンとして行なわれる。図4のフローチャート
は、図2のフローチャートのステップ213から217
をステップ413から421で置換した点のみが図2の
フローチャートと相違している。そこで、ここでは相違
点についてのみ説明する。
That is, in this embodiment, the operation of reducing the amount of stored catalyst is started before the operation mode is switched (# 1, # 1).
After the switching of the operation mode (# 2 cylinder), the process ends. Thereby, the operation mode switching time can be shortened. FIG. 4 is a flowchart illustrating the stored oxygen amount reducing operation of the present embodiment. 4 is performed as a routine executed by the ECU 30 at predetermined intervals. The flowchart of FIG. 4 corresponds to steps 213 to 217 of the flowchart of FIG.
Is different from the flowchart of FIG. 2 only in that Therefore, only the differences will be described here.

【0062】ステップ413では、図2ステップ213
と同様にSC5a、5bの貯蔵酸素量OSCから1回の
二次燃料噴射の量が設定される、そしてステップ415
では現在吸気行程燃料噴射量のセットタイミング(図3
ISET)にある場合にはステップ419で運転モード
切り換え後の吸気行程燃料噴射量にステップ413で算
出した二次燃料噴射量を上乗せして増量した量を吸気行
程燃料噴射量としてセットする。また、吸気行程燃料噴
射量セットタイミングにない場合には、ステップ41
7、ステップ421で二次燃料噴射量のセットが行なわ
れる。これにより、吸気行程燃料噴射量のセットタイミ
ング(ISET)に間に合う気筒では、二次燃料噴射の
代わりに運転モードの切り換えと燃料噴射量の増量とが
行なわれるようになる。
In step 413, step 213 in FIG.
Similarly, the amount of one secondary fuel injection is set from the stored oxygen amount OSC of SC5a, 5b, and step 415
Now, the setting timing of the current intake stroke fuel injection amount (FIG. 3
In the case of (ISET), in step 419, an amount increased by adding the secondary fuel injection amount calculated in step 413 to the intake stroke fuel injection amount after switching the operation mode is set as the intake stroke fuel injection amount. If the timing is not at the intake stroke fuel injection amount setting timing, step 41
7. In step 421, the secondary fuel injection amount is set. As a result, in the cylinder in time for the intake stroke fuel injection amount set timing (ISET), the operation mode is switched and the fuel injection amount is increased instead of the secondary fuel injection.

【0063】なお、本実施形態では吸気行程燃料噴射の
セットタイミングに間に合う気筒以外の気筒では二次燃
料噴射を実行することにより貯蔵酸素量の低減操作を行
なっているが、二次燃料噴射を実行せずに、各気筒とも
次の吸気行程燃料噴射量セットタイミングから上記の#
2気筒のように二次燃料噴射量相当分だけ吸気行程燃料
噴射量を増量するようにしても良い。この場合には各気
筒で運転モード切り換え直後に触媒の貯蔵酸素量低減操
作が行なわれることになる。
In the present embodiment, the operation of reducing the stored oxygen amount is performed by executing the secondary fuel injection in the cylinders other than the cylinder in time for the set timing of the fuel injection during the intake stroke. Without the above, the above-mentioned #
As in the case of a two-cylinder engine, the intake stroke fuel injection amount may be increased by an amount corresponding to the secondary fuel injection amount. In this case, the operation of reducing the stored oxygen amount of the catalyst is performed in each cylinder immediately after switching the operation mode.

【0064】(3)第3の実施形態 次に、本発明の第3の実施形態について説明する。前述
の第1の実施形態では機関運転モード切り換えの際に、
触媒の貯蔵酸素量低減操作終了後に運転モードを切り換
えており、第2の実施形態では一部の気筒又は全部の気
筒で運転モード切り換え直後に低減操作が行われる。こ
れに対して本実施形態では、貯蔵酸素量低減操作は運転
モードの切り換えとは独立して行なわれる。すなわち、
各気筒では運転モードの切り換えを通常通り実施し、各
気筒の運転モードの切り換えが終了するまで運転モード
とは無関係に二次燃料噴射が実行される。実際の運転で
は例えばモード(リーン空燃比成層燃焼(圧縮行程1
回噴射))の非常にリーンな燃焼状態から急加速等で
(リッチ空燃比均質混合気燃焼(吸気行程1回噴射))
のリッチ空燃比燃焼に移行する必要が生じる場合がある
が、このような場合には直接からに運転モードを切
り換えると燃焼空燃比の急激な変化のために出力トルク
の急激な変動が生じる場合がある。そこで、このような
場合にはモードからに直接運転モードを切り換えず
に一旦モードから(リーン空燃比均質混合気/成層
燃焼(吸気行程/圧縮行程2回噴射))と(リーン空
燃比均質混合気燃焼(吸気行程1回噴射))を経由して
に運転モードを切り換えるようにする場合がある。
(3) Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, when switching the engine operation mode,
The operation mode is switched after the operation of reducing the stored oxygen amount of the catalyst is completed. In the second embodiment, the reduction operation is performed in some or all cylinders immediately after the operation mode is switched. On the other hand, in the present embodiment, the stored oxygen amount reduction operation is performed independently of the switching of the operation mode. That is,
The switching of the operation mode is performed in each cylinder as usual, and the secondary fuel injection is executed regardless of the operation mode until the switching of the operation mode of each cylinder is completed. In actual operation, for example, the mode (lean air-fuel ratio stratified combustion (compression stroke 1
From a very lean combustion state to rapid acceleration, etc. (rich air-fuel ratio homogeneous mixture combustion (intake stroke single injection))
It may be necessary to shift to rich air-fuel ratio combustion, but in such a case, if the operation mode is switched directly, a sudden change in the output torque may occur due to a sudden change in the combustion air-fuel ratio. is there. Therefore, in such a case, the operation mode is not directly switched from the operation mode to the operation mode, but once the operation mode is changed from the mode (lean air-fuel ratio homogeneous mixture / stratified combustion (intake stroke / compression stroke twice injection)) to (lean air-fuel ratio homogeneous mixture). There is a case where the operation mode is switched via combustion (single injection in the intake stroke).

【0065】本実施形態では、運転モード切り換え時に
は上記→→→等の切り換え操作は独立して実行
し、同時にモード切り換え完了まで二次燃料噴射を実行
するようにしている。すなわち、本実施形態では運転モ
ードの切り換えと触媒の貯蔵酸素量低減操作とが並行し
て行なわれることになる。これにより貯蔵酸素量低減操
作実行により運転モード切り換え時間が影響を受けるこ
とが防止される。
In this embodiment, when the operation mode is switched, the above switching operation such as →→→ is executed independently, and at the same time, the secondary fuel injection is executed until the mode switching is completed. That is, in the present embodiment, the switching of the operation mode and the operation of reducing the stored oxygen amount of the catalyst are performed in parallel. This prevents the operation mode switching time from being affected by the execution of the stored oxygen amount reduction operation.

【0066】図5は、本実施形態の触媒の貯蔵酸素量低
減操作を説明するフローチャートである。本操作は、E
CU30により所定間隔で実行されるルーチンとして行
なわれる。図5において、ステップ501から509は
図2のステップ201から209と同一の操作を示す。
本実施形態においても、ステップ501から509でリ
ーン空燃比からリッチ空燃比への運転モードの切り換え
が無い場合には直ちにステップ523に進み目標運転モ
ードM1 と現在の運転モードM0 に応じたモード切り換
え操作が実行される。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of reducing the stored oxygen amount of the catalyst according to the present embodiment. This operation is E
It is performed as a routine executed by the CU 30 at predetermined intervals. 5, steps 501 to 509 indicate the same operation as steps 201 to 209 in FIG.
In this embodiment, corresponding to the target operation mode M 1 and the current operation mode M 0 proceeds immediately to step 523 if there is no switching of the operation mode to the rich air-fuel ratio from a lean air-fuel ratio in steps 501 509 Mode A switching operation is performed.

【0067】一方、ステップ501から509でリーン
空燃比運転からリッチ空燃比運転への運転モードの切り
換えが必要とされる場合には、ステップ511に進み、
目標運転モードM1 と現在の運転モードM0 とから、M
0 →M1 への移行に要するサイクル数に基づいて、二次
燃料噴射を何回実行可能かが算出され、二次燃料噴射実
行回数と現在の触媒貯蔵酸素量OSCとから一回当たり
の二次燃料噴射量が算出される。二次燃料噴射量は、S
C5a、5bから放出される酸素の全量を消費し、かつ
SC5a、5b下流側の排気をリッチ空燃比に維持する
だけのHCを生成できる量として算出される。
On the other hand, if it is necessary to switch the operation mode from the lean air-fuel ratio operation to the rich air-fuel ratio operation in steps 501 to 509, the process proceeds to step 511,
From the target operation mode M 1 and the current operation mode M 0 , M
0 → on the basis of the number of cycles required to shift to M 1, the calculated secondary fuel injection several times executable, second per time from the secondary fuel injection execution times and the current catalyst storing oxygen amount OSC The next fuel injection amount is calculated. The secondary fuel injection amount is S
It is calculated as an amount that consumes the entire amount of oxygen released from C5a and 5b and generates HC enough to maintain the exhaust gas downstream of SC5a and 5b at a rich air-fuel ratio.

【0068】そして、二次燃料噴射量算出後、ステップ
513から521では運転モードの切り換えが終了する
まで二次燃料噴射が実行される。又、このときステップ
521、523では、二次燃料噴射と並行してリッチス
パイク操作への移行(ステップ521)及び現在の運転
モードM0 と目標運転モードM1 とに応じた移行操作が
行なわれる。そして、ステップ513またはステップ5
21の移行操作が完了すると、ステップ513ではモー
ド切り換えが終了したと判定され、二次燃料噴射が停止
される。
After calculating the secondary fuel injection amount, in steps 513 to 521, the secondary fuel injection is executed until the operation mode switching is completed. Further, in this case step 521 and 523, proceeds (step 521) and proceeds operation corresponding to the current operation mode M 0 and the target drive mode M 1 to parallel the rich spike operation and the secondary fuel injection is performed . Then, step 513 or step 5
Upon completion of the shift operation 21, it is determined in step 513 that the mode switching has been completed, and the secondary fuel injection is stopped.

【0069】次に、上記各実施形態で二次燃料噴射量算
出のために使用されるSC5a、5bの貯蔵酸素量OS
Cの推定方法について説明する。本実施形態では、SC
5a、5b入口に配置した空燃比センサ29a、29b
で検出したSC5a、5b入口の排気空燃比AFと、機
関吸入空気重量流量(グラム/秒)GAとからSC5
a、5bの貯蔵酸素量OSCを算出する。
Next, the stored oxygen amount OS of the SCs 5a and 5b used for calculating the secondary fuel injection amount in each of the above embodiments.
A method for estimating C will be described. In the present embodiment, SC
Air-fuel ratio sensors 29a, 29b arranged at the entrances of 5a, 5b
From the exhaust air-fuel ratio AF at the inlet of the SCs 5a and 5b and the engine intake air weight flow rate (gram / sec) GA
The stored oxygen amounts OSC of a and 5b are calculated.

【0070】前述のように、触媒のO2 ストレージ機能
により、SC5a、5bに流入する排気空燃比が理論空
燃比よりリーンのときには排気中の余剰酸素がSC5
a、5bに吸収され、また、理論空燃比よりリッチのと
きにはSC5a、5bから吸収した酸素が放出され、ど
ちらの場合もSC5a、5b出口における排気空燃比は
理論空燃比近傍になる。従って、SC5a、5bに吸
収、またはSC5a、5bから放出される酸素量は、空
燃比AFの排気を理論空燃比にするために必要な酸素量
に相当する。
[0070] As described above, the O 2 storage function of the catalyst, SCs 5a, exhaust air-fuel ratio flowing into 5b is surplus oxygen in the exhaust gas when the lean of the stoichiometric air-fuel ratio SC5
a and 5b, and when richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the absorbed oxygen is released from the SCs 5a and 5b. Therefore, the amount of oxygen absorbed by the SCs 5a and 5b or released from the SCs 5a and 5b corresponds to the amount of oxygen required to make the exhaust air having the air-fuel ratio AF to be the stoichiometric air-fuel ratio.

【0071】今、ある量Fの燃料を燃焼して空燃比AF
の排気を生成するために必要な空気の重量がGAであっ
たとすると、GA=AF×Fとなる。また、同じ量Fの
燃料を燃焼して理論空燃比STの排気を生成するために
必要な空気重量をGA′とすると、GA′=ST×Fと
なる。一方、空気中の酸素濃度をAO2 とすると、重量
GA及びGA′の空気中には、それぞれAO2 ×GAと
AO2 ×GA′となる。すなわち、ある量Fの燃料を燃
焼して理論空燃比STの排気を生成するために必要な酸
素量はAO2 ×GA′=AO2 ×ST×Fとなる。一
方、同じ燃料を燃焼して空燃比AFの排気を生成した場
合の酸素量はAO2 ×GA=AO2 ×AF×Fとなる。
従って、空燃比AFの排気を理論空燃比にするために必
要とされる酸素量、すなわち、AF>STとした場合に
SC5a、5bに吸収される酸素量は(AO2 ×GA)
−(AO2 ×GA′)=AO2 ×F×(AF−ST)と
なる。また、F=GA/AFであるので、結局酸素の放
出/吸収量は、AO2 ×GA×(AF−ST)/AF=
AO2 ×GA×(ΔAF/AF)となる。ここで、ΔA
F=(AF−ST)である。また、GAは単位時間
(秒)当たりの空気流量であるため、AF>STであれ
ば機関運転中に触媒には単位時間あたりAO2 ×GA×
(ΔAF/AF)の酸素が吸収され、触媒の貯蔵酸素量
OSCはAO2 ×GA×(ΔAF/AF)だけ増大する
ことになる。(AF<STであればΔAFはマイナスと
なり、触媒の貯蔵酸素量OSCは減少する)。
Now, the fuel of a certain amount F is burned and the air-fuel ratio AF
Assuming that the weight of air required to generate the exhaust gas is GA, GA = AF × F. Further, assuming that the weight of air required to burn the same amount of fuel F to generate exhaust gas having the stoichiometric air-fuel ratio ST is GA ′, GA ′ = ST × F. On the other hand, when the oxygen concentration in the air and AO 2, 'is in the air, AO 2 × GA and AO 2 × GA respective' weight GA and GA becomes. That is, the amount of oxygen required to burn a certain amount of fuel F to generate exhaust gas having the stoichiometric air-fuel ratio ST is AO 2 × GA ′ = AO 2 × ST × F. On the other hand, when the same fuel is burned to generate exhaust gas having the air-fuel ratio AF, the amount of oxygen is AO 2 × GA = AO 2 × AF × F.
Therefore, the amount of oxygen required to make the exhaust air with the air-fuel ratio AF to be the stoichiometric air-fuel ratio, that is, the amount of oxygen absorbed by the SCs 5a and 5b when AF> ST is (AO 2 × GA)
− (AO 2 × GA ′) = AO 2 × F × (AF-ST) Since F = GA / AF, the amount of released / absorbed oxygen is AO 2 × GA × (AF-ST) / AF =
AO 2 × GA × (ΔAF / AF). Where ΔA
F = (AF-ST). Also, since GA is the air flow rate per unit time (second), if AF> ST, the catalyst will have AO 2 × GA ×
(ΔAF / AF) oxygen is absorbed, and the stored oxygen amount OSC of the catalyst increases by AO 2 × GA × (ΔAF / AF). (If AF <ST, ΔAF becomes minus and the stored oxygen amount OSC of the catalyst decreases).

【0072】従って、本来排気空燃比がAF、吸入空気
重量流量がGAの場合、SC5a、5bの時間Δt当た
りの貯蔵酸素量OSCの変化量は、AO2 ×GA×(Δ
AF/AF)×Δtとなるが、実際にはOSCの変化量
は触媒の酸素吸放出速度に影響を受けるため、実際のO
SC変化量は、AO2 ×GA×(ΔAF/AF)×Δt
×Kとして表される(Kは酸素吸放出速度に基づく補正
係数)。また、実際には酸素の吸放出速度は触媒温度に
影響を受け、触媒温度が高い程大きくなる。更に、酸素
の吸収と放出とでは速度が異なり、酸素の吸収速度は放
出速度より高い。従って、本実施形態ではOSCの時間
Δt当たりの変化量を吸収(AF≧ST)と放出(AF
<ST)との場合に分けて以下の式で表している。
Therefore, when the exhaust air-fuel ratio is originally AF and the intake air weight flow rate is GA, the change amount of the stored oxygen amount OSC per time Δt of the SCs 5a and 5b is AO 2 × GA × (Δ
AF / AF) × Δt, but the actual amount of change in OSC is affected by the oxygen absorption / desorption speed of the catalyst.
The SC change amount is AO 2 × GA × (ΔAF / AF) × Δt
× K (K is a correction coefficient based on the oxygen absorption / desorption rate). Also, the rate of oxygen absorption and desorption is actually affected by the catalyst temperature, and increases as the catalyst temperature increases. Furthermore, the rates of absorption and release of oxygen are different, with the rate of oxygen absorption being higher than the rate of release. Therefore, in the present embodiment, the change amount of the OSC per time Δt is absorbed (AF ≧ ST) and released (AF
<ST) and is expressed by the following equation.

【0073】吸収(AF≧ST):AO2 ×GA×(Δ
AF/AF)×Δt×A 放出(AF<ST):AO2 ×GA×(ΔAF/AF)
×Δt×B ここで、A、Bは酸素の吸放出速度や触媒温度により定
まる補正係数である。図6は、本実施形態におけるSC
5a、5bの貯蔵酸素量算出操作を説明するフローチャ
ートである。本操作はECU30により上記Δtに相当
する一定時間間隔で実行されるルーチンにより行なわれ
る。本操作では、上記の式を用いてSC5a、5bの時
間Δt当たりの貯蔵酸素量OSCの変化量を算出し、機
関始動時からこの変化量を積算することにより現在のS
C5a、5bの貯蔵酸素量OSCを推定している。
Absorption (AF ≧ ST): AO 2 × GA × (Δ
AF / AF) × Δt × A release (AF <ST): AO 2 × GA × (ΔAF / AF)
× Δt × B Here, A and B are correction coefficients determined by the rate of oxygen absorption and release and the catalyst temperature. FIG. 6 shows the SC in the present embodiment.
It is a flowchart explaining the stored oxygen amount calculation operation of 5a, 5b. This operation is performed by a routine executed by the ECU 30 at regular time intervals corresponding to Δt. In this operation, the change amount of the stored oxygen amount OSC per time Δt of the SCs 5a and 5b is calculated using the above equation, and this change amount is integrated from the start of the engine to obtain the current S value.
The stored oxygen amount OSC of C5a, 5b is estimated.

【0074】図6の操作では、まずステップ601でS
C5a、5b入口の排気空燃比AF、機関の吸入空気重
量流量GA、及びSC5a、5b温度TCATが読み込
まれる。本実施形態では、排気空燃比AFはSC5a、
5b入口の空燃比センサ29a、29bにより検出され
た排気空燃比の平均値として求められる。また、吸入空
気重量流量GAは、単位時間当たりに機関に供給される
燃料量(燃料噴射量)と排気空燃比AFの積として算出
される。また、SC5a、5bの温度TCATは触媒床
に温度センサを配置して計測しても良いし、予め機関負
荷(燃料噴射量)、回転数と排気温度との関係を求めて
おき、機関燃料噴射量(機関負荷)と回転数とに基づい
て排気温度を算出してこの排気温度を近似的にTCAT
として用いても良い。
In the operation of FIG. 6, first, in step 601, S
The exhaust air-fuel ratio AF at the inlet of C5a, 5b, the intake air mass flow rate GA of the engine, and the SC5a, 5b temperature TCAT are read. In the present embodiment, the exhaust air-fuel ratio AF is SC5a,
It is obtained as an average value of the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensors 29a and 29b at the inlet of the 5b. The intake air weight flow rate GA is calculated as the product of the amount of fuel (fuel injection amount) supplied to the engine per unit time and the exhaust air-fuel ratio AF. The temperature TCAT of the SCs 5a and 5b may be measured by arranging a temperature sensor on the catalyst bed, or the relationship between the engine load (fuel injection amount), the number of revolutions, and the exhaust temperature may be obtained in advance, and the engine fuel injection may be performed. The exhaust temperature is calculated on the basis of the amount (engine load) and the number of revolutions, and this exhaust temperature is approximated by TCAT.
You may use as.

【0075】上記によりAF、GA、TCATを読み込
んだ後、ステップ603ではAF≧ST(STは理論空
燃比)か否かが算出され、AF≧STの場合には現在排
気浄化触媒は酸素を吸収しており、貯蔵酸素量OSCは
増大しているので、ステップ605でSC5a、5bの
酸素吸収速度と触媒温度TCATとから補正係数Aを算
出する。そして、ステップ607では貯蔵酸素量OSC
の値が、(AO2 ×GA×(ΔAF/AF)×Δt×
A)だけ増大される。そして、ステップ609では増大
後のOSCの値が最大値OSCMAX を越える場合にはO
SCの値がOSC MAX に設定される。OSCMAX は、S
C5a、5bの貯蔵可能な最大酸素量(飽和量)であ
る。
As described above, AF, GA and TCAT are read.
After that, in step 603, AF ≧ ST (ST is
(AF / ST) is calculated.
The gas purification catalyst is absorbing oxygen, and the stored oxygen amount OSC is
Since it is increasing, in step 605, SC5a, 5b
Calculate correction coefficient A from oxygen absorption rate and catalyst temperature TCAT
Put out. Then, in step 607, the stored oxygen amount OSC
Is (AOTwo× GA × (ΔAF / AF) × Δt ×
A) is increased. Then, in step 609, increase
The value of the subsequent OSC is the maximum value OSCMAXO if exceeds
SC value is OSC MAXIs set to OSCMAXIs S
The maximum storable oxygen amount (saturated amount) of C5a, 5b
You.

【0076】一方、ステップ603でAF<STであっ
た場合には、SC5a、5bは現在酸素を放出中である
ため、ステップ613で酸素放出速度と触媒温度TCA
Tとに基づいて補正係数Bを算出し、ステップ615で
はOSCの値が、(AO2 ×GA×(ΔAF/AF)×
Δt×B)だけ増大される(この場合ΔAF<0である
ため、OSCは減少する)。そして、ステップ617、
619ではOSCの値を最小値0で制限して今回の操作
を終了する。なお、機関始動時にはステップ607、6
15におけるOSCの初期値はOSCMAX に設定され
る。機関停止時にはSC5a、5b大気雰囲気(リーン
空燃比)になっておりSC5a、5bは酸素で飽和して
いるためである。
On the other hand, if AF <ST in step 603, since the SCs 5a and 5b are currently releasing oxygen, the oxygen release rate and the catalyst temperature TCA are determined in step 613.
The correction coefficient B is calculated based on T and the value of OSC is calculated as (AO 2 × GA × (ΔAF / AF) ×
Δt × B) (in this case, since ΔAF <0, the OSC decreases). Then, step 617,
In step 619, the value of OSC is limited to the minimum value 0, and the current operation ends. When the engine is started, steps 607 and 6
The initial value of OSC at 15 is set to OSC MAX . This is because when the engine is stopped, the air atmosphere (lean air-fuel ratio) of the SCs 5a and 5b is maintained, and the SCs 5a and 5b are saturated with oxygen.

【0077】図6の操作により推定された触媒の貯蔵酸
素量OSCを用いてSC5a、5bの貯蔵酸素量低減操
作に必要な燃料量を算出することにより前述の各実施形
態では正確な貯蔵酸素量低減操作が行なわれ、リーン空
燃比からリッチ空燃比への機関運転モードの切り換え時
にNOX 吸蔵還元触媒7から未浄化のNOX が流出する
ことが防止される。
In each of the above-described embodiments, an accurate stored oxygen amount is obtained by calculating the fuel amount required for the stored oxygen amount reduction operation of the SCs 5a and 5b using the stored oxygen amount OSC of the catalyst estimated by the operation of FIG. The reduction operation is performed to prevent the unpurified NO X from flowing out of the NO X storage reduction catalyst 7 when the engine operation mode is switched from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio.

【0078】次に、図7から図9を用いて図6の操作に
使用するSC5a、5bの飽和酸素量OSCMAX の補正
について説明する。図6の操作では飽和酸素量OSC
MAX を適宜な一定値として貯蔵酸素量OSCを算出する
ようにしても良いが、より正確には触媒の劣化に応じて
OSCMAX の値を補正することが好ましい。触媒のO2
ストレージ機能は触媒の劣化とともに低下し、触媒が貯
蔵できる最大酸素量(飽和量)OSCMAX も低下して行
く。そこで、本実施形態では触媒の劣化状態を判別し、
劣化状態に応じてOSCMAX の値を補正する。
Next, the correction of the saturated oxygen amount OSC MAX of the SCs 5a and 5b used in the operation of FIG. 6 will be described with reference to FIGS. 7 to 9. In the operation of FIG.
Although the stored oxygen amount OSC may be calculated with MAX as an appropriate constant value, it is more preferable to correct the value of OSC MAX according to the deterioration of the catalyst. O 2 of catalyst
The storage function decreases as the catalyst deteriorates, and the maximum oxygen amount (saturated amount) OSC MAX that can be stored by the catalyst also decreases. Therefore, in this embodiment, the deterioration state of the catalyst is determined,
The value of OSC MAX is corrected according to the deterioration state.

【0079】まず触媒の劣化状態の判別方法について説
明する。本実施形態では、SC5a、5b上流側の空燃
比センサ29a、29bの出力信号曲線の軌跡長とNO
X 吸蔵還元触媒7下流側の空燃比センサ31出力信号曲
線の軌跡長とに基づいて触媒の劣化状態を判定する。図
7は機関空燃比が理論空燃比にフィードバック制御され
ているときの、排気浄化触媒上流側に設けた空燃比セン
サ出力VOMと触媒下流側に設けた空燃比センサ出力V
OSの一般的波形を示している。図7において(A) は排
気浄化触媒のO2 ストレージ機能が高い場合の波形を、
図7(B) はO2 ストレージ機能が低下した場合の波形を
それぞれ示している。
First, a method of determining the deterioration state of the catalyst will be described. In the present embodiment, the trajectory lengths of the output signal curves of the air-fuel ratio sensors 29a and 29b on the upstream side of the SCs 5a and 5b and the NO
The deterioration state of the catalyst is determined based on the locus length of the output signal curve of the air-fuel ratio sensor 31 downstream of the X storage reduction catalyst 7. FIG. 7 shows an air-fuel ratio sensor output VOM provided upstream of the exhaust purification catalyst and an air-fuel ratio sensor output V provided downstream of the catalyst when the engine air-fuel ratio is feedback-controlled to the stoichiometric air-fuel ratio.
3 shows a general waveform of an OS. In FIG. 7, (A) shows the waveform when the O 2 storage function of the exhaust purification catalyst is high,
FIG. 7B shows waveforms when the O 2 storage function is reduced.

【0080】図7(A) 、(B) に示すように、理論空燃比
にフィードバック制御されている状態では、機関空燃比
(排気空燃比)は理論空燃比を中心として比較的小さな
範囲でリッチとリーンに変動する。このため、上流側空
燃比センサ出力VOMも理論空燃比を中心として周期的
な変動を示す。この場合、触媒のO2 ストレージ機能が
充分に高ければ、触媒に流入する排気空燃比が理論空燃
比を中心として多少変動しても触媒出口の排気空燃比は
理論空燃比近傍に維持される。このため、O2ストレー
ジ機能が充分に高い触媒では下流側空燃比センサ出力V
OSは図7(A)に示すようにあまり変動しない。従っ
て、出力VOSの軌跡に沿った長さはLOVSは比較的
小さくなる。ところが、触媒が劣化してO2 ストレージ
機能が低下すると触媒の酸素吸放出量が低下するため下
流側における空燃比も上流側の空燃比変動に応じて変動
するようになる。このため、下流側空燃比センサ出力V
OSの軌跡長LVOSはO2 ストレージ機能の低下とと
もに大きくなり図7(B) に示すようにO2 ストレージ機
能が完全に失われた状態では上流側の空燃比センサ出力
VOMの軌跡長LVOMと等しくなってしまう。すなわ
ち、空燃比フィードバック制御中の下流側空燃比センサ
出力VOSの軌跡長LVOSと上流側空燃比センサ出力
VOMの軌跡長LVOMとの比LR(LR=LVOS/
LVOM)をとると、O2 ストレージ機能が充分に高い
場合にはLRは1よりはるかに小さい値となり、O2
トレージ機能が低下するにつれて増大して1に近づくよ
うになる。本実施形態では、上記に基づいて上流側空燃
比センサ29a、29b出力と下流側空燃比センサ31
出力との軌跡長の比LRをSC5a、5bのO2 ストレ
ージ機能低下を表すパラメータとして使用している。な
お、本実施形態のように2つの排気浄化触媒5a、5b
と2つの上流側空燃比センサ29a、29bがある機関
の場合には2つの上流側空燃比センサ29a、29bの
出力の平均値を上流側空燃比センサ出力VOMとして用
いて軌跡長LVOMを算出しても良いし、あるいは空燃
比センサ29a、29b毎に出力軌跡長を算出し、両方
の軌跡長を平均したものを上流側空燃比センサ出力軌跡
長LVOMとして用いても良い。図8は、本実施形態の
SC5a、5bの劣化を考慮した貯蔵酸素量最大値OS
MAX の演算操作を説明するフローチャートである。本
操作は、ECU30により一定時間毎に実行されるルー
チンとして行なわれる。
As shown in FIGS. 7A and 7B, when the stoichiometric air-fuel ratio is feedback-controlled, the engine air-fuel ratio (exhaust air-fuel ratio) is rich in a relatively small range around the stoichiometric air-fuel ratio. And fluctuate lean. For this reason, the output VOM of the upstream air-fuel ratio sensor also periodically changes around the stoichiometric air-fuel ratio. In this case, if the O 2 storage function of the catalyst is sufficiently high, the exhaust air-fuel ratio at the catalyst outlet is maintained near the stoichiometric air-fuel ratio even if the exhaust air-fuel ratio flowing into the catalyst fluctuates somewhat around the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, with a catalyst having a sufficiently high O 2 storage function, the downstream air-fuel ratio sensor output V
The OS does not change much as shown in FIG. Therefore, the length along the locus of the output VOS is relatively small for LOVS. However, the catalyst is deteriorated O 2 storage function is to vary according to the air-fuel ratio also varies the air-fuel ratio of the upstream side of the downstream side to lower the oxygen storage volume of the catalyst when reduced. Therefore, the downstream air-fuel ratio sensor output V
The trajectory length LVOS of the OS increases as the O 2 storage function decreases, and becomes equal to the trajectory length LVOM of the air-fuel ratio sensor output VOM on the upstream side when the O 2 storage function is completely lost as shown in FIG. turn into. That is, the ratio LR of the locus length LVOS of the downstream air-fuel ratio sensor output VOS and the locus length LVOM of the upstream air-fuel ratio sensor output VOM during the air-fuel ratio feedback control (LR = LVOS /
Taking LVOM), if the O 2 storage function is high enough LR becomes much smaller than 1, the O 2 storage function is closer to 1 and increases as drops. In the present embodiment, the outputs of the upstream air-fuel ratio sensors 29a and 29b and the downstream air-fuel ratio
Using the ratio LR of the trajectory length of the output SCs 5a, as a parameter representing the O 2 storage function decrease in 5b. Note that the two exhaust purification catalysts 5a, 5b
In the case of an engine having two upstream air-fuel ratio sensors 29a and 29b, the trajectory length LVOM is calculated by using the average value of the outputs of the two upstream air-fuel ratio sensors 29a and 29b as the upstream air-fuel ratio sensor output VOM. Alternatively, the output trajectory length may be calculated for each of the air-fuel ratio sensors 29a and 29b, and the average of both trajectory lengths may be used as the upstream-side air-fuel ratio sensor output trajectory length LVOM. FIG. 8 shows the maximum stored oxygen amount OS considering the deterioration of the SCs 5a and 5b according to the present embodiment.
9 is a flowchart illustrating a calculation operation of C MAX . This operation is performed as a routine executed by the ECU 30 at regular intervals.

【0081】図8において操作がスタートすると、ステ
ップ801では劣化パラメータ演算実行条件が成立して
いるか否かが判定される。本実施形態では、ステップ8
01の条件は、機関がモード(理論空燃比均質混合気
燃焼(吸気行程1回噴射))で運転されており、かつ空
燃比センサ29a、29bに基づく空燃比フィードバッ
ク制御が実施されていることとされる。図7で説明した
ように、軌跡長比LRを触媒のO2 ストレージ機能を表
すパラメータとして使用するためには、軌跡長比LRを
機関空燃比が理論空燃比にフィードバック制御されてい
る状態で算出する必要があるためである。
When the operation starts in FIG. 8, it is determined in step 801 whether or not the deterioration parameter calculation execution condition is satisfied. In the present embodiment, step 8
The condition of 01 is that the engine is operated in the mode (stoichiometric air-fuel ratio homogeneous mixture combustion (single-injection stroke injection)) and the air-fuel ratio feedback control based on the air-fuel ratio sensors 29a and 29b is performed. Is done. As described in FIG. 7, in order to use the locus length ratio LR as a parameter representing the O 2 storage function of the catalyst is calculated in a state in which the locus length ratio LR is the engine air-fuel ratio is feedback-controlled to the stoichiometric air-fuel ratio This is because it is necessary to do so.

【0082】ステップ801で条件が成立した場合に
は、ステップ803で上流側空燃比センサ29a、29
bの出力電圧VOMと下流側空燃比センサ31の出力電
圧VOSとが読み込まれる。なお、本実施形態ではセン
サ29a、29bの出力電圧の平均値をVOMとして使
用する。次いでステップ805では上流側空燃比センサ
出力VOMの軌跡長LVOMと下流側空燃比センサ出力
VOSの軌跡長LVOSとが、 LVOM=LVOM+|VOM−VOMi-1 | LVOS=LVOS+|VOS−VOSi-1 | として算出される。ここでVOMi-1 、VOSi-1 は、
それぞれ前回本操作実行時のVOMとVOSとの値であ
り、LVOM、LVOS算出毎にステップ807で更新
される。すなわち、本実施形態では図9に示すように、
|VOM−VOMi-1 |と|VOS−VOSi-1 |の積
算値をそれぞれLVOM、LVOSとして用いる近似計
算を行なっている。
If the condition is satisfied in step 801, in step 803, the upstream air-fuel ratio sensors 29 a and 29
The output voltage VOM of b and the output voltage VOS of the downstream air-fuel ratio sensor 31 are read. In this embodiment, the average value of the output voltages of the sensors 29a and 29b is used as VOM. Then the locus length LVOS of trajectory length LVOM and the downstream-side air-fuel ratio sensor output VOS of the upstream step 805-side air-fuel ratio sensor output VOM is, LVOM = LVOM + | VOM- VOM i-1 | LVOS = LVOS + | VOS-VOS i- Calculated as 1 | Here, VOM i-1 and VOS i-1 are
These are the values of VOM and VOS at the time of the last execution of this operation, respectively, and are updated in step 807 each time LVOM and LVOS are calculated. That is, in the present embodiment, as shown in FIG.
Approximate calculation is performed using the integrated value of | VOM−VOM i−1 | and | VOS−VOS i−1 | as LVOM and LVOS, respectively.

【0083】ステップ809、ステップ811は軌跡長
の算出期間の判定操作である。本実施形態では、上記L
VOM、LVOSの積算は操作実行毎に1ずつ増大され
るカウンタCTの値が所定値Tに到達するまで行なわれ
る。なお、所定値Tは上記積算期間の合計が数十秒程度
になるように設定されている。ステップ811で期間T
が経過した場合には、ステップ813で、期間内に積算
されたLVOM、LVOSの値から軌跡長比LRが、L
R=LVOS/LVOMとして算出される。また、ステ
ップ815では上記軌跡長比LR(O2 ストレージ機能
パラメータ)の値から予め設定された関係に基づいてO
SCMAX の補正係数RDが求められる。そして、ステッ
プ819では現在のSC5a、5bの貯蔵酸素量最大値
OSCMAX が、OSCMAX =OSCMAX0×RDとして算
出される。ここで、OSCMAX0はSC5a、5bが全く
劣化していない新品の状態での貯蔵酸素量最大値であ
る。
Steps 809 and 811 are operations for determining the calculation period of the trajectory length. In the present embodiment, the above L
The integration of VOM and LVOS is performed until the value of the counter CT, which is increased by one each time the operation is performed, reaches a predetermined value T. The predetermined value T is set so that the total of the integration periods is about several tens of seconds. In step 811, the period T
Has elapsed, at step 813, the trajectory length ratio LR is calculated from the values of LVOM and LVOS integrated within the period by L
It is calculated as R = LVOS / LVOM. In step 815, the value of the trajectory length ratio LR (O 2 storage function parameter) is set based on the relationship set in advance based on the relationship.
A correction coefficient RD for SC MAX is obtained. Then, in step 819, the current maximum stored oxygen amount OSC MAX of the SCs 5a and 5b is calculated as OSC MAX = OSC MAX0 × RD. Here, OSC MAX0 is the maximum value of the stored oxygen amount in a new state where the SCs 5a and 5b are not deteriorated at all.

【0084】図10は、図8ステップ817で補正係数
RDを求めるのに使用される、軌跡長比LRと補正係数
RDとの関係を示すグラフである。図10に示すよう
に、補正係数RDの値は触媒が全く劣化していない状態
(LR≪1.0)では1.0に設定され、触媒の劣化が
進むにつれて(LRの値が1に近づくにつれて)小さく
なるように設定される。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the trajectory length ratio LR and the correction coefficient RD used for obtaining the correction coefficient RD in step 817 of FIG. As shown in FIG. 10, the value of the correction coefficient RD is set to 1.0 when the catalyst has not deteriorated at all (LR≪1.0), and as the catalyst deteriorates (the value of LR approaches 1). ) Are set to be smaller.

【0085】図10によりSC5a、5bの貯蔵酸素量
最大値OSCMAX を触媒の劣化程度に応じて設定するこ
とにより、前述の各実施形態におけるSC5a、5bの
貯蔵酸素量OSCの推定精度が向上するため、前述の各
実施形態において更に正確な貯蔵酸素量低減操作を行な
うことが可能となる。
By setting the storage oxygen maximum value OSC MAX of the SCs 5a and 5b according to the degree of deterioration of the catalyst according to FIG. 10, the accuracy of estimating the storage oxygen amount OSC of the SCs 5a and 5b in each of the above-described embodiments is improved. Therefore, in each of the above-described embodiments, it is possible to more accurately perform the stored oxygen amount reduction operation.

【0086】[0086]

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、O2
トレージ機能を有する排気浄化触媒を排気通路に配置し
た場合の触媒下流側の排気空燃比の、リーン空燃比から
理論空燃比またはリッチ空燃比への変化の遅れを防止す
ることが可能となる共通の効果を奏する。
According to the invention described in each of the claims, when an exhaust purification catalyst having an O 2 storage function is disposed in the exhaust passage, the exhaust air-fuel ratio on the downstream side of the catalyst is calculated from the lean air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio. There is a common effect that it is possible to prevent a delay in the change to the rich air-fuel ratio.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実
施形態の概略構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment when the present invention is applied to an internal combustion engine for a vehicle.

【図2】本発明の排気浄化触媒の貯蔵酸素量低減操作の
第1の実施形態を説明するフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart illustrating a first embodiment of an operation for reducing the stored oxygen amount of the exhaust purification catalyst of the present invention.

【図3】本発明の排気浄化触媒の貯蔵酸素量低減操作の
第2の実施形態を説明するタイミング図である。
FIG. 3 is a timing chart for explaining a second embodiment of the operation for reducing the stored oxygen amount of the exhaust purification catalyst of the present invention.

【図4】本発明の排気浄化触媒の貯蔵酸素量低減操作の
第2の実施形態を説明するフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a second embodiment of the operation for reducing the stored oxygen amount of the exhaust purification catalyst of the present invention.

【図5】本発明の排気浄化触媒の貯蔵酸素量低減操作の
第3の実施形態を説明するフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a third embodiment of the operation of reducing the stored oxygen amount of the exhaust purification catalyst of the present invention.

【図6】第1から第3の実施形態で使用する排気浄化触
媒の貯蔵酸素量推定操作を説明するフローチャートであ
る。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation for estimating the stored oxygen amount of the exhaust purification catalyst used in the first to third embodiments.

【図7】排気浄化触媒の劣化による、上流側空燃比セン
サ出力と下流側空燃比センサ出力との変化を説明する図
である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a change in the output of the upstream air-fuel ratio sensor and the output of the downstream air-fuel ratio sensor due to deterioration of the exhaust purification catalyst.

【図8】排気浄化触媒劣化を考慮した貯蔵酸素量推定操
作を説明するフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart illustrating an operation for estimating a stored oxygen amount in consideration of exhaust gas purification catalyst deterioration.

【図9】図8の操作で使用する空燃比センサ出力軌跡長
の算出方法を説明する図である。
9 is a diagram illustrating a method of calculating an output trajectory length of an air-fuel ratio sensor used in the operation of FIG. 8;

【図10】排気浄化触媒のO2 ストレージ機能の補正係
数と軌跡長比との関係を説明する図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a correction coefficient of an O 2 storage function of an exhaust purification catalyst and a trajectory length ratio.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…内燃機関 2…排気通路 5a、5b…スタートキャタリスト(SC) 7…NOX 吸蔵還元触媒 29a、29b、31…空燃比センサ 30…電子制御ユニット(ECU)1 ... internal combustion engine 2 ... exhaust passage 5a, 5b ... the start catalyst (SC) 7 ... NO X occluding and reducing catalyst 29a, 29 b, 31 ... air-fuel ratio sensor 30 ... electronic control unit (ECU)

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成11年7月5日(1999.7.5)[Submission date] July 5, 1999 (1999.7.5)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0061[Correction target item name] 0061

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0061】すなわち、本実施形態では触媒の貯蔵量低
減操作は運転モード切り換え前に開始され(#1、#
3、#4気筒)、運転モード切り換え後(#2気筒)に
終了することになる。これにより、運転モード切り換え
時間を短縮することができる。図4は、本実施形態の上
記貯蔵酸素量低減操作を説明するフローチャートであ
る。図4の操作はECU30により所定間隔毎に実行さ
れるルーチンとして行なわれる。図4のフローチャート
は、図2のフローチャートのステップ213から217
をステップ413、414、415、416及び417
で置換した点のみが図2のフローチャートと相違してい
る。そこで、ここでは相違点についてのみ説明する。
That is, in this embodiment, the operation of reducing the amount of stored catalyst is started before the operation mode is switched (# 1, # 1).
After the switching of the operation mode (# 2 cylinder), the process ends. Thereby, the operation mode switching time can be shortened. FIG. 4 is a flowchart illustrating the stored oxygen amount reducing operation of the present embodiment. 4 is performed as a routine executed by the ECU 30 at predetermined intervals. The flowchart of FIG. 4 corresponds to steps 213 to 217 of the flowchart of FIG.
To steps 413 , 414, 415, 416 and 417
2 is different from the flowchart of FIG. Therefore, only the differences will be described here.

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0062[Correction target item name] 0062

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0062】ステップ413では、図2ステップ213
と同様にSC5a、5bの貯蔵酸素量OSCから1回の
二次燃料噴射の量が設定される、そしてステップ41
では現在吸気行程燃料噴射量のセットタイミング(図3
ISET)にある場合にはステップ41で運転モード
切り換え後の吸気行程燃料噴射量にステップ413で算
出した二次燃料噴射量を上乗せして増量した量を吸気行
程燃料噴射量としてセットする。また、吸気行程燃料噴
射量セットタイミングにない場合には、ステップ41
、ステップ417で二次燃料噴射量のセットが行なわ
れる。これにより、吸気行程燃料噴射量のセットタイミ
ング(ISET)に間に合う気筒では、二次燃料噴射の
代わりに運転モードの切り換えと燃料噴射量の増量とが
行なわれるようになる。
In step 413, step 213 in FIG.
Like the SCs 5a, the amount of secondary fuel injection once from the storage amount of oxygen OSC of 5b is set, and step 41 4
Now, the setting timing of the current intake stroke fuel injection amount (FIG. 3
Sets the amount was increased by plus the secondary fuel injection amount calculated in step 413 to the intake stroke fuel injection amount after the operation mode is switched in step 41 6 as an intake stroke fuel injection amount when in the ISET). If the timing is not at the intake stroke fuel injection amount setting timing, step 41
5. In step 417 , the secondary fuel injection amount is set. As a result, in the cylinder in time for the intake stroke fuel injection amount set timing (ISET), the operation mode is switched and the fuel injection amount is increased instead of the secondary fuel injection.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図4[Correction target item name] Fig. 4

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図4】 FIG. 4

フロントページの続き Fターム(参考) 3G091 AA02 AA12 AA13 AA24 AA28 AB03 AB05 AB06 AB09 BA14 BA21 CA18 CB02 CB03 DA01 DA02 DA06 DB01 DB04 DB06 DB10 DC03 DC06 EA01 EA05 EA06 EA07 EA08 EA18 EA30 EA34 EA36 FA00 FA13 FA14 FA17 FB10 FB11 FB12 FC02 FC04 GB02W GB04W GB04Y GB06W GB07W GB17X HA08 HA19 3G301 HA01 HA06 HA16 HA18 JA14 JA25 KA08 KA09 KA13 LB04 MA01 MA11 MA19 MA23 MA26 NA01 NA03 NA04 NA06 NA08 NB02 NB06 NB11 NC02 ND02 NE00 NE01 NE13 NE14 NE15 NE16 NE23 PA01Z PA07Z PB03Z PD00Z PD04Z PD09A PD09Z PD12Z PE01Z PF03ZContinued on the front page F-term (reference) 3G091 AA02 AA12 AA13 AA24 AA28 AB03 AB05 AB06 AB09 BA14 BA21 CA18 CB02 CB03 DA01 DA02 DA06 DB01 DB04 DB06 DB10 DC03 DC06 EA01 EA05 EA06 EA07 EA08 EA18 EA14 FB02 FA00 FC04 GB02W GB04W GB04Y GB06W GB07W GB17X HA08 HA19 3G301 HA01 HA06 HA16 HA18 JA14 JA25 KA08 KA09 KA13 LB04 MA01 MA11 MA19 MA23 MA26 NA01 NA03 NA04 NA06 NA08 NB02 NB06 NB11 NC02 ND02 NE00 NE01 NE13 NE14 PD03 PD07 PDZ PE01Z PF03Z

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 必要に応じてリーン空燃比の運転と理論
空燃比またはリッチ空燃比の運転とに運転空燃比の切り
換えを行なう内燃機関の排気浄化装置であって、 機関排気通路に配置されたO2 ストレージ機能を有する
排気浄化触媒と、 前記機関をリーン空燃比運転から理論空燃比またはリッ
チ空燃比運転に切り換える際に、燃焼に寄与しない燃料
を機関に供給し前記排気浄化触媒に流入する排気空燃比
を機関運転空燃比よりリッチにすることにより前記排気
浄化触媒に貯蔵された酸素量を低減するストレージ低減
手段と、 を備えた内燃機関の排気浄化装置。
1. An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine that switches an operating air-fuel ratio between a lean air-fuel ratio operation and a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio operation as required, and is disposed in an engine exhaust passage. An exhaust purification catalyst having an O 2 storage function; and an exhaust gas that flows into the exhaust purification catalyst by supplying fuel that does not contribute to combustion to the engine when the engine is switched from a lean air-fuel ratio operation to a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio operation. An exhaust purification device for an internal combustion engine, comprising: storage reducing means for reducing the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst by making the air-fuel ratio richer than the engine operation air-fuel ratio.
【請求項2】 更に、前記排気浄化触媒下流側の排気通
路に、流入する排気の空燃比がリーン空燃比のときに排
気中のNOX を吸収し流入する排気中の酸素濃度が低下
すると吸収したNOX を放出するNOX 吸蔵還元触媒を
備え、前記ストレージ低減手段は更に、NOX 吸蔵還元
触媒から吸収したNOX を放出させるべきときに排気浄
化触媒に貯蔵された酸素量を低減する請求項1に記載の
排気浄化装置。
2. A further absorbed and the exhaust passage of the exhaust gas purifying catalyst downstream air-fuel ratio of the exhaust flowing the oxygen concentration in the exhaust gas to absorb flowing the NO X in the exhaust gas when the lean air-fuel ratio decreases comprising a the NO X storage reduction catalyst that releases the NO X, the storage decreasing means further claims to reduce the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst when it should emit NO X absorbed from the NO X storage reduction catalyst Item 2. An exhaust gas purification device according to Item 1.
【請求項3】 前記機関のリーン空燃比運転中に前記N
X 吸蔵還元触媒から吸収したNOX を放出させるべき
ときに短時間機関の運転空燃比をリッチ空燃比に切り換
えるリッチスパイク操作を行なう手段を備え、リッチス
パイク操作時に前記ストレージ低減手段により前記排気
浄化触媒に貯蔵された酸素量を低減する請求項2に記載
の内燃機関の排気浄化装置。
3. The engine according to claim 1, wherein said engine is operating at a lean air-fuel ratio.
The O X occluding operating air-fuel ratio for a short time the engine when it should be released the absorbed NO X from the reducing catalyst comprises a means for performing rich spike operation of switching to a rich air-fuel ratio, the exhaust gas purifying by said storage decreasing means when the rich spike operation The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the amount of oxygen stored in the catalyst is reduced.
【請求項4】 必要に応じてリーン空燃比運転を行なう
内燃機関の排気浄化装置であって、 機関排気通路に配置されたO2 ストレージ機能を有する
排気浄化触媒と、 前記排気浄化触媒下流側の排気通路に配置された、流入
する排気の空燃比がリーン空燃比のときに排気中のNO
X を吸収し流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収
したNOX を放出するNOX 吸蔵還元触媒と、 機関のリーン空燃比運転中に前記NOX 吸蔵還元触媒か
ら吸収したNOX を放出させるべきときに短時間機関の
運転空燃比をリッチ空燃比に切り換えるリッチスパイク
操作を行なう手段と、 前記リッチスパイク操作開始直後の所定期間前記排気浄
化触媒に流入する排気空燃比をリッチスパイク操作中の
空燃比より更にリッチにすることにより、排気浄化触媒
に貯蔵された酸素量を低減するストレージ低減手段と、 を備えた内燃機関の排気浄化装置。
4. An exhaust purification system for an internal combustion engine that performs a lean air-fuel ratio operation as required, comprising: an exhaust purification catalyst having an O 2 storage function disposed in an engine exhaust passage; When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas, which is arranged in the exhaust passage, is lean, the NO
The oxygen concentration in the inflowing exhaust gas to absorb X is to release and the NO X storage reduction catalyst to release the NO X absorbed and reduced, the NO X absorbed from the the NO X storage reduction catalyst during the lean air-fuel ratio operation of the engine Means for performing a rich spike operation for switching the operating air-fuel ratio of the engine to the rich air-fuel ratio for a short period of time; and setting the exhaust air-fuel ratio flowing into the exhaust purification catalyst for a predetermined period immediately after the start of the rich spike operation to the air during the rich spike operation. An exhaust purification device for an internal combustion engine, comprising: a storage reducing unit that reduces the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst by making the fuel ratio richer than the fuel ratio.
【請求項5】 前記ストレージ低減手段は、前記機関の
運転状態に基づいて前記排気浄化触媒に貯蔵された酸素
量を推定するストレージ推定手段を備え、推定した貯蔵
酸素量に応じて前記酸素量低減操作を行なう請求項1か
ら4のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. The storage reducing means includes storage estimating means for estimating the amount of oxygen stored in the exhaust gas purification catalyst based on an operating state of the engine, and reducing the amount of oxygen in accordance with the estimated amount of stored oxygen. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the operation is performed.
【請求項6】 前記ストレージ推定手段は、前記機関の
運転状態に加えて前記排気浄化触媒の劣化状態に基づい
て排気浄化触媒に貯蔵された酸素量を推定する請求項5
に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. The storage estimation unit estimates the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst based on a deterioration state of the exhaust purification catalyst in addition to an operation state of the engine.
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1.
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