JP2000337130A - 内燃機関の排出ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関から排出されるＮＯｘの積算量が触
媒のＮＯｘ吸蔵量を超過すれば、ＮＯｘは吸蔵されずに
放出されるという課題があった。 【解決手段】 内燃機関の排気管通路内に設けられたＮ
Ｏｘ吸蔵触媒７と、ＮＯｘ吸蔵触媒上流の排気管に設け
られ排出ガスの空燃比に応じた信号を出力する排出ガス
温度センサ９と、ＮＯｘ吸蔵触媒下流の排気管に設けら
れ排出ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力するλＯ２
センサ１０と、センサ９またはセンサ１０の出力信号に
基づきＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定するＮＯｘ
吸蔵量推定手段１７と、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵還
元浄化を内燃機関の空燃比リッチ状態または空燃比リー
ン状態で制御し、前記ＮＯｘ吸蔵量推定手段によって推
定されるＮＯｘ吸蔵量に基づき、リーンＮＯｘ吸蔵触媒
の吸蔵、還元の制御を行なう燃料制御手段１７とを備え
た。 【効果】 還元剤を過不足なく供給することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の排出
ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵還元する触媒を用
いた内燃機関の排出ガス浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の三元触媒を備えたガソリン機関で
は、排出ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化還元反応に
よって浄化するために、燃料供給量は理論空燃比付近に
制御されていた。しかし、燃料消費削減、二酸化炭素排
出量削減などの社会的要求にこたえるためには、希薄燃
焼によって内燃機関の燃費を大幅に改善する筒内燃料直
接噴射方式の開発が必要になってくる。

【０００３】この希薄燃焼エンジンでは、ＨＣ、ＣＯな
どの未燃成分排出量は少ないものの、従来の三元触媒で
は酸素過剰なため還元浄化できないＮＯｘが多く排出さ
れる。

【０００４】希薄燃焼エンジンでは、このＮＯｘの浄化
が大きな問題であり、ＮＯｘ浄化のための後処理装置と
してＮＯｘ吸蔵タイプ、選択還元タイプなどのＮＯｘ浄
化触媒が搭載されている。

【０００５】ＮＯｘ吸蔵タイプの触媒は、空燃比がリー
ン時に排出ガス中に含まれるＮＯｘを触媒に貯蔵し、空
燃比がリッチになった場合に触媒に貯蔵されたＮＯｘが
放出され、排出ガス中に含まれるＣＯ、ＨＣ等の還元剤
によって浄化するものである。

【０００６】すなわち、希薄燃焼エンジンでは、吸蔵タ
イプのＮＯｘ吸蔵触媒を排気管途中に設置し、空燃比の
リッチ・リーンを繰り返すことにより、ＮＯｘを浄化す
ることができる。従来、上記吸蔵型ＮＯｘ吸蔵触媒を用
いたＮＯｘを浄化する技術として、たとえば特許公報第
２６００４９２号にその一例が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、希薄燃焼
エンジンにおいても排出ガス中のＮＯｘ成分を浄化する
ことは可能であるが、空燃比リッチ・リーンタイミング
を設定する場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵特性
に応じた制御を行なわなければならない。たとえば、内
燃機関から排出されるＮＯｘの積算量が触媒のＮＯｘ吸
蔵量を超過すれば、ＮＯｘは吸蔵されずに放出される。
また、リッチ状態で吸蔵されたＮＯｘを還元する場合に
も、リッチ時間を長くとりすぎてＮＯｘを還元するため
に使われる以上の還元剤を投入すれば、過剰な還元剤
（ＨＣ，ＣＯ）は大気中に放出されることになる。

【０００８】ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ貯蔵量は直接的に
測定することはできないので、ＮＯｘ吸蔵触媒制御に
は、予め基礎実験によって測定された、ＮＯｘ貯蔵量を
使用する。リッチ・リーン制御上ＮＯｘ貯蔵量を小さく
設定すると、頻繁に空燃比をリッチに切換え吸蔵ＮＯｘ
を還元するために平均空燃比はリッチ側にシフトする。
そのため、希薄燃焼の特徴である低燃費性能が損なわ
れ、かつＣＯ、ＨＣ排出が増加する。また、逆に大きく
設定し、リーン時間を長くするとＮＯｘ貯蔵容量の減少
がおこると触媒に吸蔵されないＮＯｘが排出されるとい
う問題点がある。

【０００９】リーンＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ貯蔵量は、
硫黄被毒などを原因とする経時劣化等によって変化する
ものであり、経時劣化前の触媒性能に対応して設定した
リッチ・リーン周期では常に吸蔵・還元を高い効率でＮ
Ｏｘ吸蔵触媒を制御できないという問題点があった。ま
た、硫黄被毒などによる、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ貯蔵
容量の変化に基づいた触媒劣化判定と硫黄被毒からの再
生も行われていない。

【００１０】この発明は、前述した問題点を解決するた
めになされたもので、リーンＮＯｘ吸蔵触媒下流に設置
したガス濃度センサ出力からＮＯｘ貯蔵量を推定し、そ
の値に基づいて空燃比のリッチ時間を制御することによ
りＮＯｘ貯蔵量に応じた還元剤を過不足なく供給するこ
とができ、また、このＮＯｘ貯蔵量に応じてリーン時の
ＮＯｘ供給量を制御することにより、過剰ＮＯｘの触媒
下流への排出も防止することができる内燃機関の排出ガ
ス浄化装置を得ることを目的とする。

【００１１】また、この発明は、リーンＮＯｘ吸蔵触媒
の最大ＮＯｘ貯蔵量の変化を測定して、触媒の硫黄被毒
などによる劣化を判定することができるので、ＮＯｘ吸
蔵触媒の再生制御を実施するタイミングを正確に設定で
き、さらに、触媒再生のための膨張・排気行程燃料噴射
による排出ガス昇温時には、三元触媒下流のガス温度を
測定しているので、硫黄被毒再生に必要な温度に制御す
ることができる内燃機関の排出ガス浄化装置を得ること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る内燃機関の排出ガス浄化装置は、内燃機関の排気管通
路内に設けられ、流入する排出ガスの空燃比がリーンで
あるときはＮＯｘを吸収し、流入するときの排出ガス中
の酸素濃度を低下させるとＮＯｘを排出すると同時に還
元浄化するＮＯｘ吸蔵触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒上流
の排気管に設けられ、排出ガスの空燃比に応じた信号を
出力する第１のガス濃度検出手段と、前記ＮＯｘ吸蔵触
媒下流の排気管に設けられ、排出ガス中の酸素濃度に応
じた信号を出力する第２のガス濃度検出手段と、前記第
１または第２のガス濃度検出手段の出力信号に基づき、
前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定するＮＯｘ吸
蔵量推定手段と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵還元
浄化を内燃機関の空燃比リッチ状態または空燃比リーン
状態で制御するとともに、前記ＮＯｘ吸蔵量推定手段に
よって推定されるＮＯｘ吸蔵量に基づき、リーンＮＯｘ
吸蔵触媒の吸蔵、還元の制御を行なう燃料制御手段とを
備えたものである。

【００１３】この発明の請求項２に係る内燃機関の排出
ガス浄化装置は、前記ＮＯｘ吸蔵量推定手段が、前記燃
料制御手段の燃料制御指示信号出力と前記第２のガス濃
度検出手段の信号出力との応答遅れ時間に基づいて前記
ＮＯｘ吸蔵量を推定するものである。

【００１４】この発明の請求項３に係る内燃機関の排出
ガス浄化装置は、前記ＮＯｘ吸蔵量推定手段が、前記第
１及び第２のガス濃度検出手段から出力される信号の応
答遅れ時間に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵量を推定するもの
である。

【００１５】この発明の請求項４に係る内燃機関の排出
ガス浄化装置は、前記ＮＯｘ吸蔵量推定手段が、前記推
定したＮＯｘ貯蔵量を燃料指示信号の理論空燃比からの
リッチ度合いに応じて補正するものである。

【００１６】この発明の請求項５に係る内燃機関の排出
ガス浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵触媒の初期ＮＯｘ貯蔵容量
を記憶し、触媒温度と排出ガス流量に応じて前記ＮＯｘ
貯蔵容量を補正するＮＯｘ貯蔵容量推定手段と、内燃機
関の排出ＮＯｘ量を推定するＮＯｘ排出量推定手段と、
前記ＮＯｘ排出量推定手段によって推定されるＮＯｘ排
出量積分値が、前記ＮＯｘ貯蔵容量推定手段によって推
定されるＮＯｘ貯蔵容量よりも大きくなるまで空燃比リ
ーン状態を継続する燃料制御手段と、その後の空燃比リ
ッチ時に推定されるＮＯｘ貯蔵量を最大ＮＯｘ貯蔵量と
する最大ＮＯｘ貯蔵量推定手段とを備えたものである。

【００１７】この発明の請求項６に係る内燃機関の排出
ガス浄化装置は、前記最大ＮＯｘ貯蔵量推定手段によっ
て推定される最大ＮＯｘ貯蔵量の経時変化から、前記Ｎ
Ｏｘ吸蔵触媒の劣化を判定するＮＯｘ吸蔵触媒劣化判定
手段をさらに備えたものである。

【００１８】この発明の請求項７に係る内燃機関の排出
ガス浄化装置は、内燃機関の膨張または排気行程中に、
インジェクタを動作させ筒内に燃料を供給し、前記ＮＯ
ｘ吸蔵触媒劣化判定手段の判定に従い、前記ＮＯｘ吸蔵
触媒の劣化再生を行う膨張・排気行程噴射制御手段をさ
らに備えたものである。

【００１９】この発明の請求項８に係る内燃機関の排出
ガス浄化装置は、前記膨張・排気行程噴射制御手段が、
三元触媒下流に設けられ排出ガス温度を測定する排気温
度検出手段の検出温度に基づいて、排気行程燃料噴射継
続時間または噴射量を制御するものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１に係る内燃機関の排出ガス浄化装置について図面
を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形
態１に係る内燃機関の排出ガス浄化装置のシステム構成
を示す図である。

【００２１】図１において、１は多気筒内燃機関の燃料
制御装置の一気筒を抜き出して示している内燃機関、２
は内燃機関１に吸入される空気量を計測する吸入空気量
センサ、３は内燃機関１に吸入される空気量を制御する
スロットルバルブである。

【００２２】また、同図において、吸入空気量センサ２
によって流量計測された吸入空気は、内燃機関１の燃焼
室４に導入され、燃料噴射インジェクタ５から供給され
た燃料と混合気を形成する。そして、点火プラグ１１に
よって点火され混合気は燃焼する。燃焼によって生じた
混合気の膨張圧力は、ピストン１４、コネクティングロ
ッド１５を介してクランクシャフト１２に伝達し、回転
力に変換される。なお、１３はクランクシャフト１２の
回転速度を検出するためのエンジン回転数センサであ
る。

【００２３】さらに、同図において、１６は内燃機関１
の排気菅であり、排気管１６内には排出ガス浄化のため
に三元触媒６と、ＮＯｘ吸蔵触媒７がもうけられてい
る。また、三元触媒６の上流には、排出ガス濃度を検出
し、内燃機関１の燃料制御に必要な排出ガス中の空燃比
を検出するためのリニア空燃比センサ８と、さらに三元
触媒６の下流には排出ガス温度センサ９が設置されてい
る。ＮＯｘ吸蔵触媒７の下流には、λＯ２センサ１０が
設けられ、ＮＯｘ吸蔵量推定に必要な信号を出力する。
なお、１７はエンジン制御コントローラであり、各セン
サから取り込んだ信号に基づき筒内噴射インジェクタ５
と点火プラグ１１を駆動する

【００２４】つぎに、この実施の形態１に係る内燃機関
の排出ガス浄化装置の動作について図面を参照しながら
説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る内燃
機関の排出ガス浄化装置の動作を示すタイミングチャー
トである。また、図３は、この発明の実施の形態１に係
る内燃機関の排出ガス浄化装置の動作を示すフローチャ
ートである。

【００２５】図２は、ＮＯｘ吸蔵触媒７を用いて内燃機
関１から排出されるＮＯｘを浄化するための燃料制御方
法（ａ）と、ＮＯｘ貯蔵量の挙動（ｂ）、そしてＮＯｘ
吸蔵触媒７の上下流濃度変化（ｃ）を示したものであ
る。

【００２６】同図（ａ）において、２１は燃料噴射量指
示信号の補正係数Ｋａｆであり、内燃機関の吸入空気量
から算出した基本燃料噴射量に補正係数Ｋａｆを乗じ内
燃機関の空燃比を変更することによりＮＯｘ吸蔵触媒へ
のＮＯｘ吸蔵と還元を制御する。

【００２７】また、同図（ｂ）において、２２はＮＯｘ
吸蔵触媒のＮＯｘ貯蔵容量を、そして２３はＮＯｘ貯蔵
量を示す。

【００２８】これらの時間挙動から、内燃機関の空燃比
制御とＮＯｘ貯蔵挙動を説明する。図２（ａ）に示す２
６は、燃料補正係数Ｋａｆの切り替わり点であり、空燃
比がリッチからリーンに変化するところである。この時
点でＮＯｘ貯蔵量２３は０とすると、空燃比リーン期間
に排出されるＮＯｘはＮＯｘ貯蔵量２３に示すように触
媒に貯蔵される。そして、ＮＯｘ貯蔵量２３がＮＯｘ貯
蔵容量２２と等しい、またはその差がある範囲に入った
と判断した時点２７で補正係数Ｋａｆ２１を切り替え空
燃比をリッチに切り変える。

【００２９】空燃比リッチの状態では、ＮＯｘ貯蔵量２
３は、ＮＯｘの離脱還元によって減少している。さらに
離脱還元がすすみ、ＮＯｘ貯蔵量２３が０になったと判
断した時点で再び空燃比をリーンに切り換えてＮＯｘを
貯蔵する。

【００３０】この、空燃比リッチ・リーン制御を行なっ
ているときのＮＯｘ吸蔵触媒前後のＮＯｘ濃度挙動を図
２（ｃ）の符号２４及び２５に示す。ここで、２４はＮ
Ｏｘ吸蔵触媒上流であり、２５は下流ＮＯｘ濃度挙動で
ある。

【００３１】図２（ｃ）に示すように、触媒下流ＮＯｘ
濃度２５は切り替わり点２６では、排出ＮＯｘが触媒に
貯蔵されるため非常に低くなっているが、ＮＯｘ吸蔵量
２３の増加に伴い貯蔵されないＮＯｘが触媒下流に排出
され徐々に濃度が高くなってきている。切り替え点２７
でリッチスパイクを投入した場合、投入直後はいったん
ＮＯｘ濃度は上昇するが触媒の還元反応によって濃度は
低下している。ＮＯｘ浄化効率を向上するためには触媒
下流ＮＯｘ濃度２５をできるだけ低く抑えることが必要
である。

【００３２】図２（ｃ）に示した触媒下流ＮＯｘ濃度２
５をできるだけ低く抑えるためには、ＮＯｘ吸蔵触媒７
のＮＯｘ貯蔵容量と内燃機関から排出されるＮＯｘ排出
量をできるだけ正確に予測し、空燃比のリッチ・リーン
制御を正確に行なわなければならない。その空燃比リッ
チ・リーン制御のフローチャートを図３に示す。

【００３３】この空燃比リッチ・リーン制御は図示しな
い燃料制御メイン処理ルーチンで内燃機関の運転状態か
ら省燃費運転可能であると判定され、空燃比をリーン化
する条件が成立した後に実行される。

【００３４】空燃比リッチ・リーン制御ルーチンでは、
まずステップ３０１でリーンＮＯｘ吸蔵触媒が活性化し
ているかどうかを判定する。リーンＮＯｘ吸蔵触媒上流
の三元触媒６の出口の排出ガス温度センサ９によって検
出される排出ガス温度が所定温度範囲であれば、ＮＯｘ
吸蔵と還元反応が活性化していると判断する。本実施の
形態では３００℃から６００℃の間がＮＯｘ吸蔵触媒の
動作点とする。

【００３５】ＮＯｘ吸蔵触媒温度が動作可能温度範囲に
入っていればステップ３０２において空燃比をリーンに
切換える。

【００３６】次に、ステップ３０３では内燃機関の運転
状態を入力する。特に、排出ガス流量とほぼ同流量であ
る吸入空気量Ｑａｉｒと、ＮＯｘ吸蔵触媒温度に相当す
る三元触媒下流ガス温度Ｔｇａｓは、リーンＮＯｘ吸蔵
触媒のＮＯｘ貯蔵量のパラメータであり、この運転状態
に基づいてステップ３０４で触媒のＮＯｘ貯蔵容量を推
定する。推定の方法はマップ検索でも、関数式を用いた
方法でも可能である。

【００３７】ステップ３０５ではステップ３０３で入力
した運転状態に基づいて内燃機関から排出されるＮＯｘ
濃度を推定する。このステップ３０５では、内燃機関の
負荷と回転数の運転状態マップから検索を行なう。

【００３８】次に、ステップ３０７では、ステップ３０
５で求めた排出ＮＯｘ濃度と吸入空気量から単位時間当
たりの排出ＮＯｘ量をもとめ、単位時間当たりの排出量
を積分しＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ貯蔵量とする。

【００３９】次に、ステップ３０８では、排出ＮＯｘを
積分したＮＯｘ貯蔵量とリーンＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ
貯蔵容量を比較し、貯蔵容量が飽和したと判断されると
次のステップ３０９でリッチスパイクを投入する。貯蔵
容量が飽和していないとさらに、飽和するまでリーン状
態を繰り返す。

【００４０】ステップ３０９では、リーンＮＯｘ吸蔵触
媒に貯蔵されたＮＯｘを還元するために空燃比をリッチ
化する。

【００４１】そして、ステップ３１０では、ＮＯｘ吸蔵
触媒下流のλＯ２センサ応答遅れであるΔＴを計測す
る。図４を用いて、燃料制御信号、各センサ応答挙動と
ΔＴの関係を詳細に後述する。

【００４２】このΔＴに基づいてステップ３１１では、
ＮＯｘ貯蔵量を算出する。

【００４３】そして、ＮＯｘ還元に必要なリッチ継続時
間は、ステップ３１１で算出したＮＯｘ貯蔵量とリッチ
空燃比のリッチ度合いからステップ３１２で計算する。
ここで、空燃比のリッチ度合いとは理論空燃比からの偏
差を示している。

【００４４】次に、ステップ３１３では、空燃比をリッ
チ化してからの経過時間を計算し、ステップ３１４では
ステップ３１２で設定したリッチ時間を経過したかどう
かを判定する。ここで、設定時間リッチを継続し貯蔵さ
れたＮＯｘがすべて還元されたと判定すると、次のステ
ップ３１５で空燃比を再びリーンに変更し、再度ＮＯｘ
の吸蔵を行なう。

【００４５】ここで、図３のステップ３１０で示したΔ
Ｔと各センサ挙動から応答遅れ検出の動作を図４を用い
て詳しく説明する。

【００４６】図４は、内燃機関の空燃比をリーンとリッ
チに変化させＮＯｘの吸蔵還元を繰り返している場合の
空燃比制御信号（ａ）と、リーンＮＯｘ吸蔵触媒上下流
に設置したガス濃度センサの挙動（ｂ）、（ｃ）を示し
たものである。

【００４７】図４（ａ）に示す４１は、燃料噴射量補正
信号であり、Ｔ_Ｌで示すリーン期間とＴ_ＲＩＣＨで示す
リッチ期間を制御する。

【００４８】同図（ｂ）に示す４２は、三元触媒６の上
流に設置されたリニア空燃比センサ８の出力信号であ
る。燃料噴射量補正信号４１に対応して、空燃比が変化
していることがわかる。ただし、内燃機関の燃焼遅れと
リニア空燃比センサ８の応答遅れのためにｄＴ１で示す
無駄時間が発生している。

【００４９】次に、同図（ｃ）に示す４３は、ＮＯｘ吸
蔵触媒７の下流に設けられたλＯ２センサ１０の出力信
号である。このλＯ２センサ１０の出力信号４３は、リ
ニア空燃比センサ８の出力信号４２と比べて、排気管内
での排気ガス輸送遅れと、ＮＯｘ吸蔵触媒７のＮＯｘ吸
蔵能力に応じた排出ガス雰囲気の変化遅れを含んだ時間
ｄＴ２だけ遅延している。

【００５０】ＮＯｘ吸蔵能力に応じた排出ガス雰囲気の
変化遅れは、以下の化学反応式（１）から説明できる。

【００５１】 Ｂａ（ＮＯ_３）_２→ＢａＯ＋２ＮＯ＋３Ｏ_２／２ 式（１）

【００５２】すなわち、空燃比がリッチ雰囲気に変化し
ＮＯｘ吸蔵触媒７吸蔵されていたＮＯｘが離脱還元され
る際には還元量に応じたＯ２が排出される。このＯ２が
排出ガス雰囲気のリッチへの変化を遅延させ、λＯ２セ
ンサ１０の信号反転を遅延させると考えられる。さら
に、この遅れはＮＯｘ貯蔵量に比例するものであり、こ
の遅れ時間ΔＴを測定することにより、ＮＯｘ吸蔵触媒
７のＮＯｘ貯蔵量を推定することができる。

【００５３】図５は、応答遅れ時間ΔＴとＮＯｘ貯蔵量
の関係を示す。この図５からわかるように、ΔＴとＮＯ
ｘ貯蔵量は比例関係にあり、ΔＴからＮＯｘ貯蔵量の推
定が可能であることを示している。

【００５４】図５において、５１はΔＴ特性を示すもの
である。５２は触媒上下流センサの応答遅れとＮＯｘ貯
蔵量の関係を示す。両信号の相違は、空燃比補正係数４
１から触媒上流信号までの無駄時間ｄＴ１が含まれるこ
とである。

【００５５】ここで推定されるＮＯｘ貯蔵量は、還元反
応時の還元剤投入量と等しいと考えると、次の式（２）
であらわすことができる。

【００５６】 ＮＯｘ貯蔵量＝ｆ(ΔＴ,(Ａ/Ｆｓｔｏ−Ａ/Ｆｒｉｃｈ),Ｑａｉｒ,Ｔｃａｔ) 式（２）

【００５７】ここで、ΔＴはセンサ応答遅れ、(Ａ/Ｆｓ
ｔｏ−Ａ/Ｆｒｉｃｈ)はリッチ時における空燃比の理論
空燃比からの偏差である。また、Ｑａｉｒは排出ガス流
量にほぼ相当する吸入空気量、Ｔｃａｔは触媒温度であ
る。図３のステップ３１２で示した吸蔵ＮＯｘすべてを
還元するリッチ時間設定は、ΔＴに補正係数を掛ける必
要がある。

【００５８】実施の形態２．この実施の形態２に係る内
燃機関の排出ガス浄化装置では、ＮＯｘ吸蔵量をλＯ２
センサ１０の出力信号４２との応答遅れｄＴ２から推定
する。

【００５９】実施の形態３．この発明の実施の形態３に
係る内燃機関の排出ガス浄化装置について図面を参照し
ながら説明する。

【００６０】図６は、この発明の実施の形態３に係る内
燃機関の排出ガス浄化装置の劣化状態判定のための最大
ＮＯｘ貯蔵量の測定方法を示す概念図である。

【００６１】図６において、６１は空燃比リーン継続時
間を変化させた場合のλＯ２センサの応答遅れΔＴを示
している。図６に示すように、リーン時間を長くするほ
どＮＯｘ貯蔵量が増加し、それに伴いΔＴも大きくなっ
ている。しかし、リーン時間をＮＯｘ吸蔵触媒の貯蔵量
が飽和するリーン時間であるＴＬｍａｘ以上に設定して
もΔＴは増加しない。この時のΔＴは最大ＮＯｘ貯蔵量
を示すものであり、ΔＴｄｅとする。

【００６２】ＮＯｘ吸蔵触媒７のＮＯｘ貯蔵容量は触媒
の劣化とともに小さくなる。したがって、高いＮＯｘ浄
化性能を得るためには、ＮＯｘ貯蔵量の変化に応じて空
燃比リッチ・リーン制御サイクル周期を短く修正する必
要がある。

【００６３】ΔＴｄｅの経時変化と劣化判定基準の関係
を図７に示す。図７において、横軸は内燃機関の運転状
態での経過時間を示す。また、縦軸に示すΔＴｄｅは経
過時間の増加に伴い減少し劣化が進んでいることを示し
ている。ここで、ＮＯｘ吸蔵触媒７の吸蔵量劣化反転基
準をたとえばＤｅｌｍｔに設定し、ΔＴｄｅがこれより
小さくなったら触媒の劣化と判定する。

【００６４】図８は、ΔＴｄｅを用いたリーンＮＯｘ吸
蔵触媒の経時劣化判定フローチャートを示す。

【００６５】まず、ステップ８０１では、前回の劣化判
定時からの経過時間Ｔｊを読み込む。この経過時間Ｔｊ
は、図示しない燃料制御メインプログラムで積算計算さ
れている。

【００６６】次に、ステップ８０２では、この経過時間
Ｔｊと劣化判定インターバルＴｉｎｔを比較する。ここ
で経過時間ＴｊがインターバルＴｉｎｔより長ければ劣
化判定を実施し、短ければ劣化判定は行なわない。本実
施例では劣化判定の実施基準を運転時間としているが、
走行距離を基準としてもよい。

【００６７】次に、ステップ８０３では、内燃機関の回
転数、負荷状態などの運転状態を入力する。

【００６８】次に、ステップ８０４では、内燃機関の運
転領域を判定しＮＯｘの吸蔵が可能なリーン状態かどう
かを判定する。リーン状態であれば、次のステップ８０
５で内燃機関の回転数および負荷状態にもとづいて内燃
機関から排出されるＮＯｘ排出量ＥＮＯｘを推定する。

【００６９】一方、ステップ８０４でリーン領域でない
と判定された場合には、運転状態がリッチまたはストイ
キになりＮＯｘの離脱還元が起り吸蔵量が減少する。劣
化判定ルーチンでは連続したリーン状態で充分なＮＯｘ
貯蔵を行なわせるという目的を達成するために、ステッ
プ８０６で貯蔵ＮＯｘ積算値ＳＮＯｘを０にする。

【００７０】そして、ステップ８０７では、内燃機関の
ＮＯｘ排出量ＥＮＯｘを積分して積算値ＳＮＯｘを更新
する。

【００７１】次に、ステップ８０８では、ＮＯｘ排出量
積算値ＳＮＯｘがＮＯｘ貯蔵量設定値ＩＮＯｘに係数を
かけたものと比較する。ここで、係数は１．５に設定し
ているが充分にＮＯｘが吸蔵されるように１．０以上に
設定する。もし、排出量積算値ＳＮＯｘが貯蔵量設定値
ＩＮＯｘに係数をかけた値よりも少なければまだＮＯｘ
吸蔵可能であると判断してリーン状態を継続する。

【００７２】一方、排出量積算値ＳＮＯｘが貯蔵量設定
値ＩＮＯｘに係数をかけた値よりも大きくなれば充分触
媒にＮＯｘが吸蔵されたと判断してステップ８０９でリ
ッチスパイクを投入する。

【００７３】その時の、触媒上下流センサの応答遅れか
らΔＴをステップ８１０において計測する。

【００７４】次に、ステップ８１１で、リッチでのエン
ジン回転数、吸入空気量、そして空燃比を入力する。

【００７５】次に、ステップ８１２では、これら運転状
態とΔＴから吸蔵されていたＮＯｘ貯蔵量ＲＳＮＯｘを
計算する。

【００７６】次に、ステップ８１３では、実測した貯蔵
量ＲＳＮＯｘと劣化判定基準値ＬＳＮＯｘを比較し、基
準値ＬＳＮＯｘより吸蔵量が低下していれば次のステッ
プ８１４でＮＯｘ吸蔵触媒再生処理を行なう。一方、貯
蔵量ＲＳＮＯｘが劣化基準値ＬＳＮＯｘよりも大きけれ
ば劣化していないと判断して、ステップ８１５で劣化判
定時からの経過時間カウンタＴｊをリセットして判定ル
ーチンを終了する。

【００７７】実施の形態４．上記の実施の形態３で説明
した図８の制御フローにて、リーンＮＯｘ吸蔵触媒の劣
化が判断された場合には触媒の再生を行ない触媒のＮＯ
ｘ貯蔵能力を回復させる必要がある。リーンＮＯｘ吸蔵
触媒の硫黄被毒を再生するためには、空燃比リッチ状態
で触媒を硫黄被毒再生可能温度以上まで昇温する方法が
有効である。この実施の形態４では、再生のための昇温
手段として、内燃機関の膨張行程燃料噴射を実行する。

【００７８】図９は、この発明の実施の形態４に係る内
燃機関の排出ガス浄化装置の劣化再生のためのガス温度
上昇を示す概念図である。図９において、横軸は膨張行
程における燃料噴射量であり、縦軸は内燃機関の直下の
排気管に設けられた三元触媒下流のガス温度である。

【００７９】膨張行程に噴射された燃料の一部は燃焼
し、排出ガス温度を上昇する。そして、燃料中の未燃成
分は三元触媒上で酸化反応し、その反応熱によってさら
に排出ガスを昇温する。したがって、昇温度合いは噴射
燃料が多いほど、さらに排出ガス中に含まれる酸素が多
い程、すなわち空燃比がリーンであるほど大きくなる。

【００８０】図１０は、膨張行程燃料噴射量を一定量と
して噴射の継続時間を変更した場合の三元触媒下流温度
の昇温傾向を示したものである。この図からも空燃比リ
ーン化と噴射継続時間に比例して三元触媒下流温度が高
くなっていることがわかる。

【００８１】膨張行程噴射において、噴射量を変更する
場合には噴射タイミングも変え、内燃機関の動力特性に
変化を与えないように制御しなければならない。そのた
め、図１０に示すように、燃料噴射量と噴射タイミング
を一定値に固定し噴射時間を可変化する方が効果的な制
御を実現することができる。

【００８２】図１１に、硫黄被毒再生ルーチンを示す。
まず、ステップ９０１では、エンジン回転数Ｎｅ，機関
出力Ｐｅ、設定平均空燃比Ａ／Ｆを入力する。

【００８３】次に、ステップ９０２では、内燃機関の運
転状態に基いてリーンＮＯｘ吸蔵触媒再生のための膨張
行程噴射継続時間Ｔｓｅｔを設定する。このとき膨張行
程噴射タイミングと噴射量は予め一定値に設定されてい
る。

【００８４】次に、ステップ９０３では、膨張行程噴射
時間のカウンタＴｃｎｔをリセットし、ステップ９０４
で膨張行程噴射を開始する。

【００８５】次に、ステップ９０５では、三元触媒下流
に設置した熱電対から排出ガス温度Ｔｅｘを入力する。

【００８６】そして、ステップ９０６では、排出ガス温
度Ｔｅｘと膨張行程噴射の昇温目標値であるＴｔｒｇを
比較し、排出ガス温度が昇温目標値よりも高ければステ
ップ９０８で膨張行程噴射を停止する。この実施の形態
４では、昇温目標値Ｔｔｒｇを７００℃に設定してい
る。

【００８７】次に、ステップ９０７では、カウンタＴｃ
ｎｔと昇温目標値Ｔｓｅｔを比較し、膨張行程噴射時間
が完了すればステップ９０８で噴射を停止し、完了して
いなければステップ９０９でカウンタをインクリメント
し膨張行程噴射を継続する。

【００８８】

【発明の効果】この発明の請求項１に係る内燃機関の排
出ガス浄化装置は、以上説明したとおり、内燃機関の排
気管通路内に設けられ、流入する排出ガスの空燃比がリ
ーンであるときはＮＯｘを吸収し、流入するときの排出
ガス中の酸素濃度を低下させるとＮＯｘを排出すると同
時に還元浄化するＮＯｘ吸蔵触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵触
媒上流の排気管に設けられ、排出ガスの空燃比に応じた
信号を出力する第１のガス濃度検出手段と、前記ＮＯｘ
吸蔵触媒下流の排気管に設けられ、排出ガス中の酸素濃
度に応じた信号を出力する第２のガス濃度検出手段と、
前記第１または第２のガス濃度検出手段の出力信号に基
づき、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定するＮ
Ｏｘ吸蔵量推定手段と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸
蔵還元浄化を内燃機関の空燃比リッチ状態または空燃比
リーン状態で制御するとともに、前記ＮＯｘ吸蔵量推定
手段によって推定されるＮＯｘ吸蔵量に基づき、リーン
ＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵、還元の制御を行なう燃料制御手
段とを備えたので、還元剤を過不足なく供給することが
できるという効果を奏する。

【００８９】この発明の請求項２に係る内燃機関の排出
ガス浄化装置は、以上説明したとおり、前記ＮＯｘ吸蔵
量推定手段が、前記燃料制御手段の燃料制御指示信号出
力と前記第２のガス濃度検出手段の信号出力との応答遅
れ時間に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵量を推定するので、還
元剤を過不足なく供給することができるという効果を奏
する。

【００９０】この発明の請求項３に係る内燃機関の排出
ガス浄化装置は、以上説明したとおり、前記ＮＯｘ吸蔵
量推定手段が、前記第１及び第２のガス濃度検出手段か
ら出力される信号の応答遅れ時間に基づいて前記ＮＯｘ
吸蔵量を推定するので、還元剤を過不足なく供給するこ
とができるという効果を奏する。

【００９１】この発明の請求項４に係る内燃機関の排出
ガス浄化装置は、以上説明したとおり、前記ＮＯｘ吸蔵
量推定手段が、前記推定したＮＯｘ貯蔵量を燃料指示信
号の理論空燃比からのリッチ度合いに応じて補正するの
で、空燃比リッチ制御時の未燃成分の排出を防止するこ
とができるという効果を奏する。

【００９２】この発明の請求項５に係る内燃機関の排出
ガス浄化装置は、以上説明したとおり、ＮＯｘ吸蔵触媒
の初期ＮＯｘ貯蔵容量を記憶し、触媒温度と排出ガス流
量に応じて前記ＮＯｘ貯蔵容量を補正するＮＯｘ貯蔵容
量推定手段と、内燃機関の排出ＮＯｘ量を推定するＮＯ
ｘ排出量推定手段と、前記ＮＯｘ排出量推定手段によっ
て推定されるＮＯｘ排出量積分値が、前記ＮＯｘ貯蔵容
量推定手段によって推定されるＮＯｘ貯蔵容量よりも大
きくなるまで空燃比リーン状態を継続する燃料制御手段
と、その後の空燃比リッチ時に推定されるＮＯｘ貯蔵量
を最大ＮＯｘ貯蔵量とする最大ＮＯｘ貯蔵量推定手段と
を備えたので、空燃比リッチ制御時の未燃成分の排出を
防止することができるという効果を奏する。

【００９３】この発明の請求項６に係る内燃機関の排出
ガス浄化装置は、以上説明したとおり、前記最大ＮＯｘ
貯蔵量推定手段によって推定される最大ＮＯｘ貯蔵量の
経時変化から、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化を判定するＮ
Ｏｘ吸蔵触媒劣化判定手段をさらに備えたので、ＮＯｘ
吸蔵触媒の再生制御を実施するタイミングを正確に設定
できるという効果を奏する。

【００９４】この発明の請求項７に係る内燃機関の排出
ガス浄化装置は、以上説明したとおり、内燃機関の膨張
または排気行程中に、インジェクタを動作させ筒内に燃
料を供給し、前記ＮＯｘ吸蔵触媒劣化判定手段の判定に
従い、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の劣化再生を行う膨張・排気
行程噴射制御手段をさらに備えたので、ＮＯｘ吸蔵触媒
の再生制御を実施するタイミングを正確に設定できると
いう効果を奏する。

【００９５】この発明の請求項８に係る内燃機関の排出
ガス浄化装置は、以上説明したとおり、前記膨張・排気
行程噴射制御手段が、三元触媒下流に設けられ排出ガス
温度を測定する排気温度検出手段の検出温度に基づい
て、排気行程燃料噴射継続時間または噴射量を制御する
ので、硫黄被毒再生時の異常加熱による三元触媒および
リーンＮＯｘ吸蔵触媒の再生不可能な熱劣化を防止する
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の排
出ガス浄化装置の構成を示す図である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の排
出ガス浄化装置の燃料噴射信号、ＮＯｘ貯蔵量、及び触
媒上下流ＮＯｘ濃度挙動を示すタイミングチャートであ
る。

【図３】 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の排
出ガス浄化装置のＮＯｘ吸蔵触媒制御用空燃比制御の動
作をフローチャートである。

【図４】 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の排
出ガス浄化装置の燃料噴射信号、及びＮＯｘ吸蔵触媒上
下流センサ出力挙動を示すタイミングチャートである。

【図５】 この発明の実施の形態１に係る内燃機関の排
出ガス浄化装置のλＯ２センサ応答遅れΔＴとＮＯｘ貯
蔵量の関係を示す図である。

【図６】 この発明の実施の形態３に係る内燃機関の排
出ガス浄化装置の劣化状態判定のためのΔＴとリーン時
間の関係を示す図である。

【図７】 この発明の実施の形態３に係る内燃機関の排
出ガス浄化装置の劣化状態判定のΔＴｄｅの経時変化を
示す図である。

【図８】 この発明の実施の形態３に係る内燃機関の排
出ガス浄化装置の劣化状態判定の動作を示すフローチャ
ートである。

【図９】 この発明の実施の形態４に係る内燃機関の排
出ガス浄化装置の硫黄被毒再生のための膨張行程噴射燃
料量と触媒温度の関係を示す図である。

【図１０】 この発明の実施の形態４に係る内燃機関の
排出ガス浄化装置の硫黄被毒再生のための膨張行程噴射
時間と触媒温度の関係を示す図である。

【図１１】 この発明の実施の形態４に係る内燃機関の
排出ガス浄化装置の硫黄被毒再生のための膨張行程噴射
制御のい動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 内燃機関、２ 吸入空気量センサ、３ スロットル
バルブ、４ 燃焼室、５ 燃料噴射インジェクタ、６
三元触媒、７ ＮＯｘ吸蔵触媒、８ リニア空燃比セン
サ、９ 排出ガス温度センサ、１０ λＯ２センサ、１
１ 点火プラグ、１２ クランクシャフト、１３ エン
ジン回転数センサ、１４ ピストン、１５ コネクティ
ングロッド、１６ 排気菅、１７ エンジン制御コント
ローラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大内 裕史 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 東 忠宏 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 米倉 敏明 兵庫県神戸市兵庫区浜山通６丁目１番２号 三菱電機コントロールソフトウエア株式 会社内 Ｆターム(参考） 3G091 AB03 AB06 BA07 BA11 BA14 BA17 CA18 DB00 DB06 DB10 DB13 DC01 EA05 EA07 EA17 EA33 EA34 FB10 FB11 FB12 HA08 HA36 HA37 3G301 HA04 HA18 JA25 JA33 LB04 MA11 MA19 NA04 NA08 NA09 ND01 NE13 NE14 NE15 PA01Z PA11Z PB01Z PD01A PD01Z PD09Z PE01Z

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気管通路内に設けられ、流
   入する排出ガスの空燃比がリーンであるときはＮＯｘを
   吸収し、流入するときの排出ガス中の酸素濃度を低下さ
   せるとＮＯｘを排出すると同時に還元浄化するＮＯｘ吸
   蔵触媒と、 前記ＮＯｘ吸蔵触媒上流の排気管に設けられ、排出ガス
   の空燃比に応じた信号を出力する第１のガス濃度検出手
   段と、 前記ＮＯｘ吸蔵触媒下流の排気管に設けられ、排出ガス
   中の酸素濃度に応じた信号を出力する第２のガス濃度検
   出手段と、 前記第１または第２のガス濃度検出手段の出力信号に基
   づき、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定するＮ
   Ｏｘ吸蔵量推定手段と、 前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵還元浄化を内燃機関の
   空燃比リッチ状態または空燃比リーン状態で制御すると
   ともに、前記ＮＯｘ吸蔵量推定手段によって推定される
   ＮＯｘ吸蔵量に基づき、リーンＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵、
   還元の制御を行なう燃料制御手段とを備えたことを特徴
   とする内燃機関の排出ガス浄化装置。
2. 【請求項２】 前記ＮＯｘ吸蔵量推定手段は、前記燃料
   制御手段の燃料制御指示信号出力と前記第２のガス濃度
   検出手段の信号出力との応答遅れ時間に基づいて前記Ｎ
   Ｏｘ吸蔵量を推定することを特徴とする請求項１記載の
   内燃機関の排出ガス浄化装置。
3. 【請求項３】 前記ＮＯｘ吸蔵量推定手段は、前記第１
   及び第２のガス濃度検出手段から出力される信号の応答
   遅れ時間に基づいて前記ＮＯｘ吸蔵量を推定することを
   特徴とする請求項１記載の内燃機関の排出ガス浄化装
   置。
4. 【請求項４】 前記ＮＯｘ吸蔵量推定手段は、前記推定
   したＮＯｘ貯蔵量を燃料指示信号の理論空燃比からのリ
   ッチ度合いに応じて補正することを特徴とする請求項２
   又は３記載の内燃機関の排出ガス浄化装置。
5. 【請求項５】 ＮＯｘ吸蔵触媒の初期ＮＯｘ貯蔵容量を
   記憶し、触媒温度と排出ガス流量に応じて前記ＮＯｘ貯
   蔵容量を補正するＮＯｘ貯蔵容量推定手段と、 内燃機関の排出ＮＯｘ量を推定するＮＯｘ排出量推定手
   段と、 前記ＮＯｘ排出量推定手段によって推定されるＮＯｘ排
   出量積分値が、前記ＮＯｘ貯蔵容量推定手段によって推
   定されるＮＯｘ貯蔵容量よりも大きくなるまで空燃比リ
   ーン状態を継続する燃料制御手段と、 その後の空燃比リッチ時に推定されるＮＯｘ貯蔵量を最
   大ＮＯｘ貯蔵量とする最大ＮＯｘ貯蔵量推定手段とを備
   えたことを特徴とする内燃機関の排出ガス浄化装置。
6. 【請求項６】 前記最大ＮＯｘ貯蔵量推定手段によって
   推定される最大ＮＯｘ貯蔵量の経時変化から、前記ＮＯ
   ｘ吸蔵触媒の劣化を判定するＮＯｘ吸蔵触媒劣化判定手
   段をさらに備えたことを特徴とする請求項５記載の内燃
   機関の排出ガス浄化装置。
7. 【請求項７】 内燃機関の膨張または排気行程中に、イ
   ンジェクタを動作させ筒内に燃料を供給し、前記ＮＯｘ
   吸蔵触媒劣化判定手段の判定に従い、前記ＮＯｘ吸蔵触
   媒の劣化再生を行う膨張・排気行程噴射制御手段をさら
   に備えたことを特徴とする請求項６記載の内燃機関の排
   出ガス浄化装置。
8. 【請求項８】 前記膨張・排気行程噴射制御手段は、三
   元触媒下流に設けられ排出ガス温度を測定する排気温度
   検出手段の検出温度に基づいて、排気行程燃料噴射継続
   時間または噴射量を制御することを特徴とする請求項７
   記載の内燃機関の排出ガス浄化装置。