JP2000161106A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JP2000161106A JP10334277A JP33427798A JP2000161106A JP 2000161106 A JP2000161106 A JP 2000161106A JP 10334277 A JP10334277 A JP 10334277A JP 33427798 A JP33427798 A JP 33427798A JP 2000161106 A JP2000161106 A JP 2000161106A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されているNOxを精度
良く浄化させて、エミッションの悪化を抑制することの
できる内燃機関の排気浄化装置を提供すること。 【解決手段】 本発明の内燃機関の排気浄化装置は、排
気空燃比がリーンのときに排気に含まれる窒素酸化物NO
xを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチのとき
に、吸蔵したNOxを還元浄化するNOx吸蔵還元触媒１を有
するもので、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOx量を推定
するNOx量推定手段１７，１８と、NOx量推定手段１７，
１８によって推定されたNOx量が許容基準値を超えたと
きに、空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比に切り替え
てリッチスパイクを行うリッチスパイク実行手段１０，
１８と、大気圧を検出する大気圧検出手段１９と、大気
圧検出手段１９によって検出された大気圧に基づいて、
NOx量推定手段１７，１８によって推定されるNOx量を補
正するNOx量補正手段１８とを備えていることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関から排出
される排気ガス中の有害物質を浄化させる内燃機関の排
気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関が理論空燃比よりもリーンな空
燃比（リーン空燃比という）で燃焼されたときの排気ガ
ス中に含まれる窒素酸化物NOxを一時的に吸蔵し、内燃
機関が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチな空燃比
（リッチ空燃比という）で燃焼されたときに吸蔵したNO
xを還元浄化するNOx吸蔵還元触媒を有する排気浄化装置
が知られている。このNOx吸蔵還元触媒は、三元触媒と
しての機能も有し、理論空燃比やリッチ空燃比で燃焼さ
れた後の排気ガスに含まれる炭化水素HCや一酸化炭素CO
を還元剤として吸蔵したNOxを還元浄化させる（このと
き、HC,COは酸化浄化される）。このようなNOx吸蔵還元
触媒を有する排気浄化触媒としては、国際公開公報WO93
/25806号に記載のものなどが知られている。
【０００３】NOx吸蔵還元触媒は、吸蔵できるNOx量に限
りがある。そこで、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOx量
を推定し、推定されたNOx量が一定の許容基準値を超え
たときにリッチスパイクを行うようにしている。上述し
た国際公開公報WO93/25806号に記載の排気浄化触媒も同
様である。リッチスパイクとは、内燃機関の空燃比を積
極的にリッチ空燃比にして、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵さ
れたNOxを排気ガス中のHC,COによって還元させると共に
HC,CO自体を酸化させて排気ガス中のNOx,HC,COを浄化す
る機関運転方法である。なお、上述した国際公開公報WO
93/25806号に記載の排気浄化触媒においては、機関負荷
と機関回転数から、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されると思
われるNOx量を推定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、機関負荷と機
関回転数に基づいてNOx吸蔵還元触媒での還元浄化を行
うと、大気圧の変化などによって吸入空気量が変化する
ので、大気圧が変化した場合などには、NOx吸蔵還元触
媒での還元浄化を精度良く行うことができず、エミッシ
ョンを悪化させてしまうことがあった。
【０００５】特に、排出された排気ガスを吸気系に還流
させて排気ガス中のNOx量を低減させる排気ガス還流機
構を採用している場合、排気ガス還流機構の多くは吸気
管負圧を利用しているので、大気圧の変化により吸気管
負圧が変化すると排出されるNOx量も変化する。このよ
うに排気ガス還流機構を採用している場合、高地走行な
どによって大気圧が減少すると、排気ガス還流機構によ
る排気ガスの還流量が減少して排気ガス中のNOx量が推
定値よりも増加するので、NOx吸蔵還元触媒での還元浄
化を精度良く行うことができず、エミッションを悪化さ
せてしまうことがあり得る。
【０００６】従って、本発明の目的は、大気圧が変化し
ても、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されているNOxを精度良く
還元浄化させて、エミッションの悪化を抑制することの
できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空
燃比がリーンのときに排気に含まれる窒素酸化物NOxを
吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチ
のときに、吸蔵したNOxを還元浄化するNOx吸蔵還元触媒
を有する排気浄化装置において、内燃機関の運転状態か
ら、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOx量を推定するNOx
量推定手段と、大気圧を検出する大気圧検出手段と、大
気圧検出手段によって検出された大気圧に基づいて、NO
x量推定手段によって推定されるNOx量を補正するNOx量
補正手段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】請求項１に記載の発明によれば、NOx量推
定手段によって推定されたNOx吸蔵還元触媒に吸蔵され
るNOx量を、大気圧検出手段によって検出した大気圧に
よって補正するので、大気圧の影響による排気ガス中の
NOx量の増減分をも考慮して、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵さ
れたNOx量を正確に推定することができる。このため、
正確に推定されたNOx吸蔵量に基づいて、NOx吸蔵還元触
媒に吸蔵されているNOx吸蔵還元触媒を精度良く還元浄
化させてエミッションの悪化を抑制することができる。
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、NOx量推定手段によって推定された後
にNOx量補正手段によって補正されたNOx量が許容基準値
を超えたときに内燃機関の空燃比を理論空燃比又はリッ
チ空燃比に切り替えてリッチスパイクを行うリッチスパ
イク実行手段と、大気圧検出手段により検出された大気
圧に応じてリッチスパイクの実行条件を変更する実行条
件変更手段とを備えていることを特徴とする。
【００１０】請求項２に記載の発明によれば、大気圧検
出手段により検出された大気圧に応じてリッチスパイク
の実行条件を変更させつつ、リッチスパイク実行手段に
よって吸蔵したNOx吸蔵還元触媒を浄化させるので、よ
り効率的に排気ガス中のNOxを浄化させることができ
る。また、リッチスパイクの実行頻度を制御することも
可能となる。
【００１１】請求項３に記載の発明は、内燃機関の排気
通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーンのとき
に排気に含まれる窒素酸化物NOxを吸蔵し、流入する排
気の空燃比が理論空燃比又はリッチのときに、吸蔵した
NOxを還元浄化するNOx吸蔵還元触媒を有する排気浄化装
置において、大気圧を検出する大気圧検出手段と、機関
の運転状態に応じて定められたリッチスパイク実行条件
に従って内燃機関の空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃
比に切り替えてリッチスパイクを行うリッチスパイク実
行手段と、大気圧検出手段により検出された大気圧に応
じてリッチスパイクの実行条件を変更する実行条件変更
手段とを備えていることを特徴とする。
【００１２】請求項３に記載の発明によれば、大気圧検
出手段により検出された大気圧に応じてリッチスパイク
の実行条件を変更させつつ、リッチスパイク実行手段に
よって吸蔵したNOx吸蔵還元触媒を浄化させるので、よ
り効率的に排気ガス中のNOxを浄化させることができ、N
Ox吸蔵還元触媒に吸蔵されているNOx吸蔵還元触媒を精
度良く還元浄化させてエミッションの悪化を抑制するこ
とができる。
【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項２又は３
に記載の発明において、実行条件変更手段が、許容基準
値を可変制御することを特徴とする。
【００１４】請求項４に記載の発明によれば、実行条件
変更手段によって許容基準値を可変制御するので、大気
圧の状態に応じてNOx吸蔵量を変更することができる。
このため、より効率的に排気ガス中のNOxを浄化させる
ことができる。例えば、大気圧状態が排気ガス中のNOx
を増加させるような状態の場合は、許容基準値を通常よ
りも大きくし、リッチスパイクの回数を制限しつつ、リ
ッチスパイクが実行されたときには吸蔵されたNOx吸蔵
還元触媒を確実に浄化させるようにすることができる。
【００１５】請求項５に記載の発明は、請求項２〜４の
何れか一項に記載の発明において、記実行条件変更手段
が、リッチスパイクを行う時間を可変制御することを特
徴とする。
【００１６】請求項５に記載の発明によれば、実行条件
変更手段によってリッチスパイクを行う時間を可変制御
するので、大気圧の状態に応じて浄化し得るNOx量を変
更することができる。このため、より効率的に排気ガス
中のNOxを浄化させることができる。特に、許容基準値
も可変制御している場合は、NOx吸蔵量が変化するた
め、変化したNOx吸蔵量に応じてリッチスパイクを行う
時間を可変制御して、吸蔵されたNOx吸蔵還元触媒を確
実に浄化させることができる。
【００１７】請求項６に記載の発明は、請求項２〜５の
何れか一項に記載の発明において、実行条件変更手段
が、リッチスパイク時の空燃比を制御することを特徴と
する。
【００１８】請求項６に記載の発明によれば、実行条件
変更手段によってリッチスパイク時の空燃比を制御する
ので、大気圧の状態に応じてNOx吸蔵還元触媒を浄化す
る際の還元剤となる排気ガス中のHC,COの量を変更する
ことができる。このため、より効率的に排気ガス中のNO
xを浄化させることができる。特に、許容基準値も可変
制御している場合は、NOx吸蔵量が変化するため、変化
したNOx吸蔵量に応じてリッチスパイク時の空燃比を制
御して、NOx吸蔵還元触媒を浄化するために必要なHC,CO
の量を最適にし、吸蔵されたNOx吸蔵還元触媒を確実に
浄化させることができる。
【００１９】請求項７に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、排気ガスを内燃機関の吸気系に還流さ
せる排気ガス還流手段を備え、NOx量補正手段が、大気
圧検出手段によって検出された大気圧と排気ガス還流手
段によって還流された排気ガスの還流量とに基づいてNO
x量推定手段によって推定されるNOx量を補正することを
特徴とする。
【００２０】請求項７に記載の発明によれば、NOx吸蔵
還元触媒による浄化に加えて、排気ガス還流手段も用い
て排気ガス中のNOx量自体を低減させて、NOxによる大気
汚染を抑止している。このとき、大気圧の影響による排
気ガス中のNOx量の増減分のみならず、排気ガス還流手
段による排気ガスの還流量による排気ガス中のNOx量の
増減分をも考慮して、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOx
量を正確に推定することができる。このため、正確に推
定されたNOx吸蔵量に基づいて、排気ガス中のNOx吸蔵還
元触媒を確実に浄化させることができる。
【００２１】特に、排気ガス還流手段が吸気管負圧を利
用している場合は、吸気管負圧が大気圧の影響を受ける
ため、大気圧の影響が排気ガスの還流量にも影響を与え
る。このため、大気圧と排気ガスの還流量との双方を考
慮することによって、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されるNOx
量をより高精度に推定することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の内燃機関の排気浄化装置
の第一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】本実施形態の排気浄化触媒は、NOx吸蔵還
元触媒１を有している。NOx吸蔵還元触媒１は、内燃機
関であるエンジンの排気通路２上に配設されている。NO
x吸蔵還元触媒１については、追って詳述する。NOx吸蔵
還元触媒１の上流側の排気通路２上には、通常の三元触
媒である始動時触媒３も配設されている。始動時触媒３
は、エンジンの燃焼室に近いので排気ガスによって昇温
されやすく、エンジン始動直後、より早期に触媒活性温
度にまで上昇して排気ガス中の有害物質を浄化するよう
に配設されたものである。
【００２４】排気通路２上の始動時触媒３の上流側と始
動時触媒３の下流側（NOx吸蔵還元触媒１の上流側）と
には、排気ガス中の酸素濃度を検出することによって、
エンジンの空燃比を検出する酸素センサ４が取り付けら
れている。なお、エンジンの空燃比を検出するのに、酸
素センサ以外の空燃比センサ、例えば空燃比をリニアに
測定可能な限界電流式酸素センサを用いても良い。ま
た、排気通路２から、吸気通路５にかけて、排気ガス還
流通路（以下、EGR通路という:Exhaust Gas Recirculat
ion）６が形成されている。EGR通路６上には、この通路
を開閉させるEGR弁７が配設されている。さらに、吸気
通路５上には、吸気管圧力を検出する圧力センサ８が取
り付けられている。
【００２５】本実施形態の排気浄化触媒が取り付けられ
ているエンジンは、燃料をシリンダ９内に直接噴射させ
る筒内噴射型エンジンである。このため、噴射口をシリ
ンダ９内に配置させたインジェクタ１０が、シリンダ９
の上部に配設されている。シリンダ９上部には、シリン
ダ９内の混合気に点火させる点火プラグ１１、吸気通路
５とシリンダ９との間を開閉する吸気バルブ１２、排気
通路２とシリンダ９との間を開閉する排気バルブ１３も
配設されている。点火プラグ１１には、イグニッション
コイル１４が接続されている。
【００２６】上述したエンジンは、その吸排気バルブ１
２，１３の開閉タイミングを連続的に変化させることの
できる可変バルブタイミング機構１５も有している。ピ
ストン１６の位置は、クランクポジションセンサ１７に
よって検出されており、これと連動して点火プラグ１１
の点火タイミングや吸排気バルブ１２，１３の開閉タイ
ミングが制御される。クランクポジションセンサ１７
は、ピストン１６の位置の検出のみならず、エンジンの
回転数も検出できる。
【００２７】上述した酸素センサ４、EGR弁７、圧力セ
ンサ８、インジェクタ１０、イグニッションコイル１
４、可変バルブタイミング機構１５、クランクポジショ
ンセンサ１７は、電子制御ユニット(ECU)１８に接続さ
れている。ECU１８には、大気圧検出手段である大気圧
センサ１９も接続されている。なお、ECU１８には、ア
クセル開度を検出するアクセルポジションセンサ２０な
どの他の各種センサや吸気量を調節するスロットル弁２
１を駆動するスロットルモータ２２などの各種装置も接
続されており、エンジンはECU１８によって総合的に制
御される。ECU１８は、CPU,ROM,RAMなどで構成されるマ
イクロコンピュータであり、イグニッションキーをオフ
にした後もバッテリにより記憶内容が消去されずに保持
されるバックアップRAMも備えている。
【００２８】ECU１８は、クランクポジションセンサ１
７などと共に、NOx吸蔵還元触媒１に吸蔵されるNOx量を
推定するNOx量推定手段としても機能する。また、ECU１
８は、吸気管圧力とエンジン回転数とから決定される基
本燃料噴射量を酸素センサ４の出力によって空燃比フィ
ードバック制御によって補正して空燃比を制御する空燃
比制御も司っている。このため、ECU１８は、圧力セン
サ８やクランクポジションセンサ１７などと共に、リッ
チスパイク実行手段としても機能する。なお、基本燃料
噴射量は、アクセルポジションセンサ２０によって検出
されるアクセル開度とクランクポジションセンサ１７に
よって検出されるエンジン回転数とから決定される場合
もある。
【００２９】さらに、ECU１８は、このように、空燃比
を制御することができるので、リッチスパイク時の空燃
比やリッチスパイクを行う時間を制御して、リッチスパ
イク条件を変更する実行手段変更手段としても機能す
る。またさらに、ECU１８は、各種センサや各種装置類
と共に、リッチスパイクの実行要否の判定基準となる許
容基準値（追って詳述する）を可変制御することによっ
ても実行手段変更手段として機能し、NOx量推定手段と
して推定したNOx量を補正するNOx量補正手段としても機
能する。
【００３０】上述したエンジンは、インジェクタ１０か
らの燃料噴射量などを制御することによって、リーン空
燃比、理論空燃比、リッチ空燃比による燃焼を運転状況
に合わせて選択的に実行することができる。また、上述
したエンジンにおいては、ピストン上面形状などにも工
夫がされており、燃料噴射量、噴射タイミング、バルブ
開閉タイミングなどを制御することによって、いわゆる
成層燃焼を行うこともできる。
【００３１】NOx吸蔵還元触媒１について説明する。
【００３２】NOx吸蔵還元触媒１は、表面にアルミナの
薄膜層がコーティングされた担体上に、白金やパラジウ
ムやロジウムなどの貴金属の他にアルミナコーティング
層上に、アルカリ金属（カリウム，ナトリウム，リチウ
ム，セシウムなど）、アルカリ土類金属（バリウム，カ
ルシウムなど）又は希土類元素（ランタン，セシウム，
イットリウムなど）などをもさらに担持させ、エンジン
がリーン空燃比で運転されたときに排気ガス中に含まれ
るNOxを吸蔵させることができるようにしたものであ
る。
【００３３】このため、NOx吸蔵還元触媒１は、通常の
三元触媒としての機能、即ち、理論空燃比近傍で燃焼さ
れたときの排気ガス内のHC,CO,NOxを浄化する機能に加
えて、排気ガス中に含まれる還元されないNOxを吸蔵す
ることができる。リーン空燃比で燃焼された排気ガス中
には還元剤となるHC,COがほとんど含まれないためNOxは
還元されにくく、この還元されないNOxがNOx吸蔵還元触
媒１に一時的に吸蔵される。
【００３４】NOx吸蔵還元触媒１に吸蔵されたNOxは、リ
ッチ空燃比（あるいは理論空燃比近傍）で燃焼されたと
きの排気ガス中のHC,COによって還元されて浄化される
（このときHC,COは同時に酸化されて浄化される）。こ
のために、NOx吸蔵還元触媒１にある程度NOxが吸蔵され
たと判断されたときは、リッチ空燃比で短時間エンジン
を運転して吸蔵されたNOxを還元させる、いわゆるリッ
チスパイク運転を行う。
【００３５】NOx吸蔵還元触媒１に吸蔵されているNOxの
推定吸蔵量は、ECU１８内のRAM内におけるカウンタ値を
カウントアップ又はカウントダウンすることによって、
演算・記憶される。このNOx吸蔵量は、エンジンの運転
が停止されるときには、バックアップRAM内に記憶さ
れ、必要時に取り出される。
【００３６】エンジンがリーン空燃比で運転されればNO
xカウンタ値はカウントアップされ、NOxカウンタ値が許
容基準値となったところでリッチスパイクが行われる。
なお、本実施形態においては、この許容基準値は固定値
とされている。また、リッチスパイク運転に関わらず、
エンジンがリッチ空燃比又は理論空燃比で運転されれば
（例えば、加速時など）、NOx吸蔵還元触媒１に吸蔵さ
れたNOxは浄化されるので、この場合は、NOxカウンタ値
はカウントダウンされる。
【００３７】NOx吸蔵還元触媒１に吸蔵されるNOx量の推
定について、図２に示すフローチャートに基づいて説明
する。図２に示されるフローチャートは、このNOxカウ
ンタをカウントアップする際のフローチャートである。
このフローチャートは、エンジンの運転中、一定時間毎
（例えば、数ミリ秒毎）に繰り返し行われている。
【００３８】まず、エンジンがリーン空燃比で運転され
ているか否かを判定する（ステップ１００）。リーン空
燃比で運転されているか否かは、酸素センサ４の出力な
どから判断しても良いし、圧力センサ８によって検出さ
れた吸気管負圧から算出される吸入空気量やECU１８に
よって算出されるインジェクタ１０からの燃料噴射量な
どから判断しても良い。リーン空燃比による運転でない
場合、即ち、ステップ１００が否定された場合は、排出
ガス中のNOxがNOx吸蔵還元触媒１に吸蔵されないので、
このルーチンを終了する。
【００３９】エンジンがリーン空燃比で運転されてい
る、即ち、ステップ１００が肯定された場合は、NOx吸
蔵還元触媒１にNOxが吸蔵されるので、そのNOx量を推定
すべく、まずエンジン回転数と燃料噴射量がECU１８内
に読み込まれる（ステップ１０１）。エンジン回転数
は、クランクポジションセンサ１７によって検出され
る。また、燃料噴射量はインジェクタ１０に対して噴射
指令を出すべくECU１８によって算出されるので、この
算出値から得られる。
【００４０】読み込んだエンジン回転数と燃料噴射量と
に基づいて、上述したNOxカウンタ用の基本推定吸蔵量
をマップから求める（ステップ１０２）。排出されるNO
x量は、エンジン回転数が高くなるほど増加し、燃料噴
射量が多くなるほど増加する傾向があるので、まず、エ
ンジン回転数と燃料噴射量とから基本推定吸蔵量を決定
する。ステップ１０２で使用するマップを図３に示す。
燃料噴射量（ここではマップ横軸）とエンジン回転数
（ここではNE1〜NE3の各折れ線）とが決まれば、基本推
定吸蔵量（ここではマップ縦軸）が決定される。回転
数、燃料噴射量の他に吸入空気量、吸気管圧力、点火時
期、排気温度、触媒温度を考慮して基本推定吸蔵量を算
出又は補正しても良い。次に、このステップ１０２にお
いて得られた基本推定吸蔵量を大気圧に応じて補正すべ
く、大気圧センサ１９によって大気圧を検出し、ECU１
８内に読み込む（ステップ１０３）。
【００４１】次いで、読み込んだ大気圧に基づいて、上
述した基本推定吸蔵量を補正するための補正係数をマッ
プから求める（ステップ１０４）。ここで使用するマッ
プを図４に示す。大気圧（ここではマップ横軸）が決ま
れば、補正係数（ここではマップ縦軸）が決定される。
本実施形態においては、さらに、エンジン負荷（ここで
はKL1〜KL3の各折れ線）もパラメータとしている。エン
ジン負荷は、基本燃料噴射量や、圧力センサ８によって
検出される吸気管負圧などから判断すれば良い。
【００４２】ステップ１０２によって得られた基本推定
吸蔵量にステップ１０４で得られた補正係数を掛けて補
正後のカウンタ値を算出し、NOxカウンタを更新する
（ステップ１０５）。なお、本実施形態においては、補
正係数を基本推定吸蔵量に対して掛け合わせる値として
得たが、加減算する値として得ても良い。次いで、新た
に得られたNOxカウンタ値が許容基準値（本実施形態に
おいては固定値）よりも大きいか否かを判定する（ステ
ップ１０６）。
【００４３】ステップ１０６において、新たに得られた
NOxカウンタ値が許容基準値以下である場合は、まだNOx
吸蔵還元触媒１にNOxを吸蔵する余裕が残っているとし
て、このルーチンを終了する。一方、新たに得られたNO
xカウンタ値が許容基準値よりも大きい場合は、リッチ
スパイクを実施し（ステップ１０７）、NOx吸蔵還元触
媒１に吸蔵されたNOxを浄化する。リッチスパイクが行
われたときは、NOxカウンタがリセットされる（あるい
は、リッチスパイクの経過と共にNOxカウンタが減じら
れる）。
【００４４】なお、本実施形態においては、予め許容基
準値が決定されており、この許容基準値は、NOx吸蔵還
元触媒１のNOx吸蔵限界量の半分程度に設定されてい
る。運転状況によってはNOxカウンタ値が許容基準値よ
りも大きくなってもリッチスパイクを行えない場合や、
NOx吸蔵還元触媒毎の個体差による吸蔵限界量のバラツ
キ・経時変化を考慮して、許容基準値を吸蔵限界量の半
分程度としている。
【００４５】また、リッチスパイクを行う際には、大気
圧に応じて、リッチスパイク条件を種々変更している。
ここでは、リッチスパイク時の空燃比とリッチスパイク
を行う時間又は単位時間あたりのリッチスパイクの実行
回数（リッチスパイク周期）を制御している。このよう
に、リッチスパイクの条件を変更することによって、よ
り効率的に排気ガス中のNOxを浄化させることができ
る。
【００４６】次に、本発明の内燃機関の排気浄化装置の
第二実施形態について説明する。
【００４７】本実施形態の排気浄化装置の構成は、上述
した第一実施形態の図１に示されるものと同一であるた
め、その説明を省略する。本実施形態においては、上述
した第一実施形態の排気浄化装置とは、許容基準値を可
変制御する点のみが異なる。
【００４８】以下、NOx吸蔵還元触媒１に吸蔵されるNOx
量の推定について、図５に示すフローチャートに基づい
て説明する。
【００４９】ステップ２００〜２０４までは、上述した
第一実施形態におけるステップ１００〜１０４と同一で
あるので、その説明を省略する。
【００５０】ステップ２０４に続いて、ステップ２０３
で読み込んだ大気圧に基づいて、許容基準値をマップか
ら求める（ステップ２０５）。ここで使用するマップを
図６に示す。大気圧（ここではマップ横軸）が決まれ
ば、許容基準値（ここではマップ縦軸）が決定される。
大気圧によってはNOxの吸蔵量が多くなるので、リッチ
スパイクが頻繁に行われるようになる場合がある。リッ
チスパイク時には、エンジンの出力トルク変動などに起
因するショックが僅かではあるが発生する。許容基準値
を大きめにすれば、リッチスパイクを頻繁に行わなくて
済み、ショックの発生を抑止することができる。例え
ば、通常は許容基準値をNOx吸蔵還元触媒１の吸蔵限界
値の半分程度としておき、大気圧の状況によってリッチ
スパイクが頻繁となるようであれば、許容基準値をNOx
吸蔵還元触媒１の吸蔵限界値の七割程度にまで大きくす
るようなことができる。
【００５１】ステップ２０６は、第一実施形態における
ステップ１０５と同一である。ステップ２０６に次い
で、新たに得られたNOxカウンタ値がステップ２０５で
算出された許容基準値よりも大きいか否かを判定する
（ステップ２０７）。ステップ２０７において、新たに
得られたNOxカウンタ値が許容基準値以下である場合
は、まだNOx吸蔵還元触媒１にNOxを吸蔵する余裕が残っ
ているとして、このルーチンを終了する。一方、新たに
得られたNOxカウンタ値が許容基準値よりも大きい場合
は、リッチスパイクを実施し（ステップ２０８）、NOx
吸蔵還元触媒１に吸蔵されたNOxを浄化する。リッチス
パイクが行われたときは、NOxカウンタがリセットされ
る。
【００５２】また、第一実施形態と同様に、リッチスパ
イクを行う際には、大気圧に応じて、リッチスパイク条
件を種々変更している。ここでは、リッチスパイク時の
空燃比とリッチスパイクを行う時間又はリッチスパイク
の実行回数を制御している。ここではさらに、リッチス
パイクの実行条件として、リッチスパイクの実行要否の
判定基準となる許容基準値も可変性御している。このよ
うに、リッチスパイクの条件を変更することによって、
より効率的に排気ガス中のNOxを浄化させることができ
る。
【００５３】次に、本発明の内燃機関の排気浄化装置の
第三実施形態について説明する。
【００５４】本実施形態の排気浄化装置の構成は、上述
した第一実施形態の図１に示されるものと同一であるた
め、その説明を省略する。本実施形態においては、上述
した第一実施形態の排気浄化装置とは、補正係数の算出
の仕方が異なる。本実施形態においては、大気圧のみな
らず、EGR機構によって還流された排気ガスの還流量に
よっても基本推定吸蔵量を補正する。
【００５５】まず、EGR機構について簡単に説明する。
【００５６】EGR機構は、主として、排気ガスを吸気系
に再度還流させることによって燃焼温度を下げ、生成さ
れるNOx量を低減させることを目的としている。本実施
形態においては、排気ガスを還流させるために、吸気通
路５に発生する負圧、即ち、吸気管負圧を利用してい
る。EGR通路６を電子制御により開閉されるEGR弁７を用
いて開通又は遮断させており、EGR弁７を開くと、吸気
管負圧によって排気通路２内の排気ガスが吸気通路５側
に還流される。このように、EGR通路６を設けて排気ガ
スを還流させる方式を、外部EGR方式という。
【００５７】一方、吸排気バルブ１２，１３の開閉タイ
ミングを制御することによって、排気ガスをシリンダ９
内又は吸気通路５側に還流させる内部EGR方式もある。
この方式は、燃焼後に排気バルブ１３を開いて排気する
際に一時的に吸気バルブ１２も開き、排気ガスを吸気管
負圧によってシリンダ９内や吸気通路５側に還流させる
方式である。吸排気バルブ１２，１３の開閉タイミング
は、可変バルブタイミング機構１５によって制御され
る。このように、外部EGR方式及び内部EGR方式では、共
に吸気管負圧を利用して排気ガスを還流させている。
【００５８】排気ガスの還流量が変われば、その分新た
に吸入される空気量も変わるし、燃焼温度も変わるた
め、排出されるNOx量、即ち、NOx吸蔵還元触媒１に吸蔵
されるNOx量も変化する。また、EGR機構は吸気管負圧を
利用するが、この吸気管負圧が大気圧の影響を受けるの
で、大気圧が変わると、EGR機構による排気ガスの還流
量が変わる。
【００５９】例えば、高地走行の場合などのように大気
圧が低くなると、還流される排気ガス量は減少する。こ
の結果、EGR機構を採用している場合、高地走行時には
排出されるNOx量（即ち、NOx吸蔵還元触媒１に吸蔵され
るNOx量）は増加する。このような場合を考慮して、本
実施形態においては、大気圧に加えてEGR機構による排
気ガスの還流量によっても、基本推定吸蔵量を補正す
る。
【００６０】以下、NOx吸蔵還元触媒１に吸蔵されるNOx
量の推定について、図７に示すフローチャートに基づい
て説明する。
【００６１】ステップ３００〜３０３までは、上述した
第一実施形態におけるステップ１００〜１０３と同一で
あるので、その説明を省略する。
【００６２】ステップ３０３に続いて、排気ガスの還流
量を算出する（ステップ３０４）。排気ガスの還流量
は、圧力センサ８によって検出された吸気管負圧とEGR
弁７の開度及び開放時間から算出しても良いし、外部EG
Rに関してであれば、EGR通路６上に流量計を設置し、こ
の出力から算出しても良い。内部EGRに関してであれ
ば、圧力センサ８によって検出された吸気管負圧と吸排
気バルブ１２，１３の開放オーバーラップ時間から算出
しても良い。
【００６３】ステップ３０３で読み込んだ大気圧とステ
ップ３０４で算出した排気ガスの還流量とに基づいて、
補正係数を算出する（ステップ３０５）。このとき、大
気圧と還流量とから一つの補正係数が算出されても良い
し、大気圧から一つの補正係数が算出されると共に還流
量からもう一つの補正係数が算出されても良い。
【００６４】次いで、算出された補正係数を用いて、ス
テップ３０２で算出した基本推定吸蔵量を補正してNOx
カウンタを更新する（ステップ３０６）。ステップ３０
７及び３０８に関しては、上述した第一実施形態におけ
るステップ１０６及び１０７と同一であるため、説明を
省略する。なお、本実施形態においては、許容基準値を
固定としたが、上述した第二実施形態のように大気圧に
応じて（あるいは大気圧と排気ガスの還流量とに応じ
て）許容基準値を可変制御しても良い。
【００６５】このように、EGR機構を併用し、大気圧の
みならず排気ガスの還流量によってもNOx吸蔵量を補正
するようにすれば、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOx量
をより高精度に推定することができ、排気ガス中のNOx
吸蔵還元触媒を確実に浄化させることができる。
【００６６】本発明の内燃機関の排気浄化装置は、上述
した実施形態のものに限定されない。例えば、上述した
実施形態においては、検出された大気圧に応じてNOx吸
蔵量を補正したが、NOx量を推定することなく、単純に
大気圧の大きさに応じてリッチスパイク実行条件を変更
するような内燃機関の排気浄化装置であっても良い。例
えば、リッチスパイク運転を行う周期を予め実験によっ
て求めてこの実行周期に基づいてリッチスパイク運転を
行うようにした排気浄化触媒において、検出された大気
圧に応じてこの実行周期を補正するような場合である。
このように、吸蔵されているNOx量を推定しなくても、N
Ox吸蔵還元触媒に吸蔵されているNOxを精度良く還元浄
化させて、エミッションの悪化を抑制することができ
る。なお、上述した実行周期に代えて、リーン運転中に
「機関負荷」、「吸入空気量」、「燃料噴射量」が低い
状態が継続した時間を用いても良い。
【００６７】また、上述した実施形態においては、EGR
機構を併用した例を説明したが、請求項１〜５に記載の
発明は、EGR機構を有しないエンジンに対しても適用可
能である。また、上述した実施形態においては、NOx吸
蔵還元触媒１の吸蔵されるNOx量の基本推定吸蔵量をエ
ンジン回転数と燃料噴射量から推定したが、他の検出量
から推定しても良い。たとえば、圧力センサ８によって
検出される吸気管負圧を推定に用いても良い。
【００６８】
【発明の効果】本発明の内燃機関の排気浄化装置は、NO
x量推定手段によって推定したNOx吸蔵量を、大気圧検出
手段によって検出された大気圧に応じて、NOx量補正手
段を用いて補正するため、正確に推定されたNOx吸蔵量
に基づいて、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されているNOx吸蔵
還元触媒を精度良く還元浄化させてエミッションの悪化
を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン及び本発明の内燃機関の排気浄化装置
の第一実施形態の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の内燃機関の排気浄化装置の第一実施形
態におけるNOx吸蔵量検出ルーチンを示すフローチャー
トである。
【図３】燃料噴射量、エンジン回転数及びNOx基本推定
吸蔵量の関係を示したマップ概略図である。
【図４】大気圧、エンジン負荷及びNOx推定吸蔵量の補
正係数の関係を示したマップ概略図である。
【図５】本発明の内燃機関の排気浄化装置の第二実施形
態における吸蔵NOx量検出ルーチンを示すフローチャー
トである。
【図６】大気圧及びNOx推定吸蔵量の許容基準値の関係
を示したマップ概略図である。
【図７】本発明の内燃機関の排気浄化装置の第三実施形
態における吸蔵NOx量検出ルーチンを示すフローチャー
トである。
【符号の説明】
１…NOx吸蔵還元触媒、６…EGR通路（排気ガス還流手
段）、７…EGR弁（排気ガス還流手段）、１８…ECU（NO
x量推定手段、リッチスパイク実行手段、NOx量補正手
段、実行条件変更手段）、１９…大気圧センサ（大気圧
検出手段）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｃ 41/02 ３３０ 41/02 ３３０Ｅ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ｆ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｐ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ ５５０Ｒ Ｆターム(参考） 3G062 AA03 AA06 AA07 BA02 BA08 BA09 EA10 FA02 FA05 GA02 GA21 3G084 AA04 BA09 BA20 BA23 DA10 EA04 EA07 EA11 EB08 EB11 EC01 EC03 FA01 FA11 FA27 FA30 FA33 FA37 FA38 3G091 AA11 AA12 AA24 AB03 AB05 AB09 BA14 CA18 CB07 DB11 DC01 EA01 EA03 EA05 EA06 EA07 EA08 EA10 EA17 EA18 EA30 EA33 FB10 FB11 FB12 GB02Y GB03Y GB04Y GB05Y GB06Y GB07Y HA08 HA19 HA36 HA37 HA42 HB05 3G092 AA06 AA09 AA11 AA17 BA05 BA06 BA07 DA01 DA02 DA12 DC09 DE03S DG09 EA05 EA06 EA07 EA10 EA11 EC01 EC09 FA17 GB06 HA01Z HA05Z HA11Z HA12Z HB01Z HC09Z HD01Z HD02Z HD06Z HD07Z HE01Z HE03Z HF08Z HG08Z 3G301 HA04 HA13 HA15 HA16 HA19 JA25 KB05 LA00 LA07 LB04 LC03 MA01 NA08 NC02 ND01 NE13 NE14 PA01Z PA07Z PA09Z PA17Z PB03Z PD03A PD04A PD09Z PD11Z PD12Z PD15Z PE01Z PE03Z PE09Z PE10Z PF03Z

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に配置され、流入す
    る排気の空燃比がリーンのときに排気に含まれる窒素酸
    化物NOxを吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比
    又はリッチのときに、吸蔵したNOxを還元浄化するNOx吸
    蔵還元触媒を有する排気浄化装置において、 前記内燃機関の運転状態から、前記NOx吸蔵還元触媒に
    吸蔵されたNOx量を推定するNOx量推定手段と、 大気圧を検出する大気圧検出手段と、 前記大気圧検出手段によって検出された大気圧に基づい
    て、前記NOx量推定手段によって推定されるNOx量を補正
    するNOx量補正手段とを備えていることを特徴とする内
    燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】 前記NOx量推定手段によって推定された
    後に前記NOx量補正手段によって補正されたNOx量が許容
    基準値を超えたときに内燃機関の空燃比を理論空燃比又
    はリッチ空燃比に切り替えてリッチスパイクを行うリッ
    チスパイク実行手段と、前記大気圧検出手段により検出
    された大気圧に応じて前記リッチスパイクの実行条件を
    変更する実行条件変更手段とを備えている、請求項１に
    記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 【請求項３】 内燃機関の排気通路に配置され、流入す
    る排気の空燃比がリーンのときに排気に含まれる窒素酸
    化物NOxを吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比
    又はリッチのときに、吸蔵したNOxを還元浄化するNOx吸
    蔵還元触媒を有する排気浄化装置において、 大気圧を検出する大気圧検出手段と、 機関の運転状態に応じて定められたリッチスパイク実行
    条件に従って内燃機関の空燃比を理論空燃比又はリッチ
    空燃比に切り替えてリッチスパイクを行うリッチスパイ
    ク実行手段と、 前記大気圧検出手段により検出された大気圧に応じて前
    記リッチスパイクの実行条件を変更する実行条件変更手
    段とを備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化
    装置。
  4. 【請求項４】 前記実行条件変更手段が、前記許容基準
    値を可変制御する、請求項２又は３に記載の内燃機関の
    排気浄化装置。
  5. 【請求項５】 前記実行条件変更手段が、前記リッチス
    パイクを行う時間を可変制御する、請求項２〜４の何れ
    か一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 【請求項６】 前記実行条件変更手段が、前記リッチス
    パイク時の空燃比を制御する、請求項２〜５の何れか一
    項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 【請求項７】 排気ガスを前記内燃機関の吸気系に還流
    させる排気ガス還流手段を備え、前記NOx量補正手段
    が、前記大気圧検出手段によって検出された大気圧と前
    記排気ガス還流手段によって還流された排気ガスの還流
    量とに基づいて前記NOx量推定手段によって推定されるN
    Ox量を補正する、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化
    装置。
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