JP2001020725A

JP2001020725A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2001020725A
Application number: JP11189304A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Okada; 公二郎岡田; Yasuki Tamura; 保樹田村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2001-01-23
Anticipated expiration: 2019-07-02
Also published as: JP3747693B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、効率よく
触媒装置からイオウ成分を脱離させることで燃費の悪化
を抑制しながら触媒装置の再生を可能とする。【解決手段】吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat
が、Ｓ再生頻度Ｄに基づいて設定される昇温設定温度Ｚ
ＳＴＥＭＰ以上となった場合に、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
を点火時期リタードにより昇温させると共に空燃比をリ
ッチ化してＳＯｘを放出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気通路に吸蔵型
ＮＯｘ触媒を有する内燃機関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、内燃機関をリーン空燃比で運転し
て燃費の向上を図るようにした希薄燃焼内燃機関が実用
化されている。この希薄燃焼内燃機関では、リーン空燃
比で運転すると、三元触媒がその浄化特性から排ガス中
のＮＯｘ（窒素酸化物）を充分に浄化できないという問
題があり、最近では、リーン空燃比で運転中に排ガス中
のＮＯｘを吸蔵し、ストイキまたはリッチ空燃比で運転
中に吸蔵されたＮＯｘを放出還元する吸蔵型ＮＯｘ触媒
が採用されてきている。

【０００３】この吸蔵型ＮＯｘ触媒は、内燃機関の酸素
の過剰状態で排ガス中のＮＯｘを硝酸塩（Ｘ−ＮＯ₃）
として吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを一酸化炭素（ＣＯ）の
過剰状態で放出して窒素（Ｎ₂）に還元させる特性（同
時に炭酸塩Ｘ−ＣＯ₃が生成される）を有した触媒であ
る。ところが、燃料中にはイオウ（Ｓ）成分が含まれて
おり、このＳ成分は酸素と反応して硫黄酸化物（ＳＯ
ｘ）となり、このＳＯｘがＮＯｘの代わりに硫酸塩とし
て硝酸塩の代わりに吸蔵型ＮＯｘ触媒に吸蔵されてしま
い、触媒の浄化効率が低下してしまうという問題があ
る。しかしながら、触媒に吸蔵されたＳＯｘは、空燃比
をリッチ状態にして触媒を高温状態にすることで除去
（Ｓパージ）されることがわかっている。例えば、特開
平７−２１７４７４号公報では、触媒に吸蔵されるＳＯ
ｘ量を推定し、このＳＯｘの吸蔵量が許容量を越え、触
媒温度が予め設定された所定温度よりも低いときに、触
媒を昇温させると共に空燃比を一時的にリッチにするこ
とで、ＳＯｘを放出して吸蔵型ＮＯｘ触媒の浄化効率を
復活させるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した公
報では、触媒でのＳＯｘ吸蔵量が許容量を越え、且つ、
温度が低いことを条件として、内燃機関の運転状態に拘
らず、触媒を昇温して空燃比をリッチにすることで、吸
蔵型ＮＯｘ触媒からのＳＯｘの放出を実行している。

【０００５】そのため、例えば、車両が市街地のような
場所で加減速を繰り返す運転状態のときは、吸蔵型ＮＯ
ｘ触媒がＳＯｘを放出するのに必要な高温状態に安定し
くく、結果としてＳＯｘはあまり放出できていないにも
拘らず、吸蔵型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ放出手段を長時間を
作動させることとなってしまう。即ち、吸蔵型ＮＯｘ触
媒が昇温しにくい条件でも昇温させるために、例えば、
触媒がある程度高温となる安定した走行時での昇温に比
べて永井時間にわたってリッチ化及び触媒昇温を行う必
要があり、昇温度合も大きくしなければならず、燃費を
悪化させてしまうという問題がある。

【０００６】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、効率よく触媒装置からイオウ成分を脱離させる
ことで燃費の悪化を抑制しながら触媒装置の再生を可能
とした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明の内燃機関の排気浄化装置では、内
燃機関の排気通路に排気空燃比が少なくともリーン空燃
比のときに排気ガス中のイオウ成分を吸蔵する触媒装置
を設け、この触媒装置の温度が活性温度より高く且つ吸
蔵されたイオウ成分を脱離するのに適した温度あるいは
それより低く設定された設定温度以上となった場合に、
再生手段により触媒装置を昇温してイオウ成分を触媒装
置から脱離させるようにしている。即ち、触媒装置が適
正状態のときに昇温してイオウ成分を触媒装置から脱離
させることとなり、効率よく触媒装置からイオウ成分を
脱離させることで、燃費の悪化を抑制しながら触媒装置
の再生が可能となる。

【０００８】この場合、再生手段は、触媒を昇温するた
めに点火時期を制御する点火時期制御手段などを用いた
触媒昇温手段と、機関の空燃比を制御する空燃比制御手
段とを有し、触媒温度が所定温度以上となった場合、昇
温手段としての点火時期制御手段により点火時期を遅角
させ、空燃比制御手段により空燃比をリッチとすること
が、触媒装置を再生する上で好ましい。また、この再生
手段の作動後に、触媒装置の温度が所定時間経過しても
イオウ成分の脱離に最適な温度へ十分に近づかない場合
に、この再生手段を停止させる停止手段を設けることが
燃費悪化を抑制する上で好ましい。

【０００９】また、請求項２の発明の内燃機関の排気浄
化装置では、作動制御手段が、再生手段の作動するとき
の触媒装置の触媒再生情報またはイオウ成分による被毒
情報に基づいて再生手段の作動を制御するようにしてい
る。この場合、作動制御手段は、例えば、所定期間にお
いてイオウ成分が脱離される触媒再生頻度を検出する脱
離頻度検知手段を有し、この脱離頻度検知手段が検知し
た触媒再生頻度が予め設定された所定頻度より少ない場
合に、再生手段を作動させることが燃費悪化を抑制する
上で好ましい。また、作動制御手段が脱離頻度検知手段
を有する場合には、脱離頻度情報に基づいて設定温度を
変更する設定温度変更手段を設けることが燃費悪化を抑
制する上で好ましい。また、触媒装置のイオウ成分によ
る被毒情報を用いる場合には、被毒状況を検知または推
定する被毒状況検知手段を有し、被毒状況検知手段が検
知または推定した被毒量が所定値よりも大きい場合に根
作動制御手段により再生手段を作動させればよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００１１】図１に本発明の一実施形態に係る内燃機関
の排気浄化装置の概略構成、図２に本実施形態の排気浄
化装置によるＳパージ制御のフローチャート、図３にＳ
パージ制御のタイムチャート、図４にＳ再生頻度に対す
る昇温設定温度を表すグラフ、図５に触媒温度推定値に
対する反映係数を表すグラフ、図６にＳ再生頻度とＮＯ
ｘ排出量との関係を表すグラフ、図７にＳ再生Ａ／Ｆに
対するＳ再生後の回復したＮＯｘ吸蔵触媒を表すグラ
フ、図８に一般走行において本実施形態を使用したとき
と使用しなかったときの触媒温度の時間頻度を表すグラ
フを示す。

【００１２】本実施形態の内燃機関（以下、エンジンと
称する。）は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）
を切換えることで、吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴
射モード）または圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射
モード）を実施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒
ガソリンエンジンである。そして、この筒内噴射型のエ
ンジン１１は、容易にして理論空燃比（ストイキ）での
運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の
他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現
可能となっており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リ
ーン空燃比での運転が可能となっている。

【００１３】本実施形態において、図１に示すように、
エンジン１１のシリンダヘッド１２には、各気筒毎に点
火プラグ１３と共に電磁式の燃料噴射弁１４が取付けら
れており、この燃料噴射弁１４によって燃焼室１５内に
燃料を直接噴射可能となっている。この燃料噴射弁１４
には、図示しない燃料パイプを介して燃料タンクを擁し
た燃料供給装置（燃料ポンプ）が接続されており、燃料
タンク内の燃料が高燃圧で供給され、この燃料を燃料噴
射弁１４から燃焼室１５内に向けて所望の燃圧で噴射す
る。この際、燃料噴射量は燃料ポンプの燃料吐出圧と燃
料噴射弁１４の開弁時間（燃料噴射時間）とから決定さ
れる。

【００１４】シリンダヘッド１２には、各気筒毎に略直
立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと
連通するようにして吸気マニホールド１６の一端がそれ
ぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド１６の
他端にはドライブバイワイヤ（ＤＢＷ）方式の電動スロ
ットル弁１７が接続されており、このスロットル弁１７
にはスロットル開度θthを検出するスロットルセンサ１
８が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、
各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、
各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１
９の一端がそれぞれ接続されている。

【００１５】そして、エンジン１１には、クランク角を
検出するクランク角センサ２０が設けられており、この
クランク角センサ２０はエンジン回転速度Ｎｅを検出可
能となっている。なお、上述した筒内噴射型エンジン１
１は既に公知のものであり、その構成の詳細については
ここでは説明を省略する。

【００１６】また、エンジン１１の排気マニホールド１
９には排気管（排気通路）２１が接続されており、この
排気管２１にはエンジン１１に近接した小型の三元触媒
２２及び排気浄化触媒装置２３を介して図示しないマフ
ラーが接続されている。そして、この排気管２１におけ
る三元触媒２２と排気浄化触媒装置２３との間の部分に
は、排気浄化触媒装置２３の直上流、即ち、後述する吸
蔵型ＮＯｘ触媒２５のに直上流に位置して排気温度を検
出する高温センサ２４が設けられている。

【００１７】この排気浄化触媒装置２３は、吸蔵型ＮＯ
ｘ触媒２５と三元触媒２６との２つの触媒を有して構成
されており、三元触媒２６の方が吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
よりも下流側に配設されている。なお、吸蔵型ＮＯｘ触
媒２５が三元触媒の機能を十分に有している場合には、
この吸蔵型ＮＯｘ触媒２５だけであってもよい。この吸
蔵型ＮＯｘ触媒２５は、酸化雰囲気においてＮＯｘを一
旦吸蔵させ、主としてＣＯの存在する還元雰囲気中にお
いてＮＯｘを放出してＮ₂（窒素）等に還元させる機能
を持つものである。詳しくは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
は、貴金属として白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等を
有した触媒として構成されており、吸蔵剤としてはバリ
ウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が採
用されている。そして、排気浄化触媒装置２３の下流に
はＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ２７が設けられて
いる。

【００１８】更に、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、
タイマカウンタ等を有するＥＣＵ（電子コントロールユ
ニット）２８が設けられており、このＥＣＵ２８により
エンジン１１を含めた本実施形態の排気浄化装置の総合
的な制御が行われる。即ち、ＥＣＵ２８の入力側には、
上述した高温センサ２４やＮＯｘセンサ２７等の各種セ
ンサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情
報が入力する。一方、ＥＣＵ２８の出力側には、点火コ
イルを介して上述した点火プラグ１３や燃料噴射弁１４
等が接続されており、これら点火コイル、燃料噴射弁１
４等には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算さ
れた燃料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ出力さ
れる。これにより、燃料噴射弁１４から適正量の燃料が
適正なタイミングで噴射され、点火プラグ１３によって
適正なタイミングで点火が実施される。

【００１９】実際に、ＥＣＵ２８では、スロットルセン
サ１８からのスロットル開度情報θthとクランク角セン
サ２０からのエンジン回転速度情報Ｎｅとに基づいてエ
ンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち目標平均有効圧
Ｐｅを求めるようにされており、更に、この目標平均有
効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じてマップ
（図示せず）より燃料噴射モードを設定するようにされ
ている。例えば、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速
度Ｎｅとが共に小さいときには、燃料噴射モードは圧縮
行程噴射モードとされて燃料が圧縮行程で噴射され、一
方、目標平均有効圧Ｐｅが大きくなり、あるいはエンジ
ン回転速度Ｎｅが大きくなると燃料噴射モードは吸気行
程噴射モードとされ、燃料が吸気行程で噴射される。

【００２０】そして、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回
転速度Ｎｅとから制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／
Ｆ）が設定され、適正量の燃料噴射量がこの目標Ａ／Ｆ
に基づいて決定される。また、高温センサ２４により検
出された排気温度情報からは触媒温度Ｔcat が推定され
る。詳しくは、高温センサ２４と吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
とが多少なりとも離れて配置されていることに起因する
誤差を補正するために、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン
回転速度情報Ｎｅとに応じて温度差マップが予め実験等
により設定されており、触媒温度Ｔcat は、目標平均有
効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとが決まると一義
に推定されるようにされている。

【００２１】以下、このように構成された本実施形態の
内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。

【００２２】排気浄化触媒装置２３の吸蔵型ＮＯｘ触媒
２５では、リーンモードにおける超リーン燃焼運転時の
ような酸素濃度過剰雰囲気で、排気中のＮＯｘから硝酸
塩が生成され、これによりＮＯｘが吸蔵されて排気の浄
化が行われる。一方、三元触媒２６では、酸素濃度が低
下した雰囲気で、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵した硝酸
塩と排気中のＣＯとが反応して炭酸塩が生成されると共
にＮＯｘが放出される。従って、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
へのＮＯｘの吸蔵が進むと、空燃比のリッチ化あるいは
追加の燃料噴射を行うなどして酸素濃度を低下させてＣ
Ｏを排気中に供給し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘ
を放出させて機能を維持する。

【００２３】ところで、燃料や潤滑油内に含まれるイオ
ウ成分（ＳＯｘ）も排気中に存在し、吸蔵型ＮＯｘ触媒
２５は、酸素濃度過剰雰囲気で、ＮＯｘの吸蔵とともに
ＳＯｘも吸蔵する。つまり、イオウ成分は酸化されてＳ
Ｏｘになり、このＳＯｘの一部は吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
上でさらに元来ＮＯｘ吸蔵用である吸蔵剤と反応して硫
酸塩となってＮＯｘに代わって吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に
吸蔵される。

【００２４】また、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、酸素濃度
が低下すると吸蔵されたＳＯｘを放出する機能を有して
いる。つまり、酸素濃度が低下してＣＯが過剰となった
雰囲気では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵した硫酸塩の
一部と排気中のＣＯとが反応して炭酸塩が生成されると
共にＳＯｘが脱離される。しかし、硫酸塩は硝酸塩より
も塩としての安定度が高く、酸素濃度が低下した雰囲気
になっただけではその一部しか分解されないため、吸蔵
型ＮＯｘ触媒２５に残留する硫酸塩の量は時間とともに
増加する。これにより、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の吸蔵能
力が時間と共に低下し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５としての
性能が悪化することになる（Ｓ被毒）。

【００２５】ＮＯｘ吸蔵能力を再生するためには吸蔵型
ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘ量を推定してＳ被毒
状況を推定し、Ｓ被毒がある程度以上進行すると、ＳＯ
ｘを放出するようにする方法もあるが、ＳＯｘ吸蔵量は
触媒温度、排気空燃比、燃料中Ｓ濃度（燃料種別）、エ
ンジン運転状態などの種々の要因により影響を受けるた
め、正確にＳＯｘ吸蔵量を推定することは困難を伴う。
このため、本実施形態では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸
蔵されたＳＯｘ吸蔵量を推定することはせず、触媒温度
Ｔcat が設定温度以上となった場合に、再生手段が触媒
を昇温させ、且つ、空燃比をリッチ化して吸蔵したＳＯ
ｘを放出し、ＮＯｘ吸蔵能力を回復するようにしてい
る。この再生手段は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＳＯｘ
を放出する再生度合が所定範囲に保たれるように制御す
る。即ち、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度が活性温度（例
えば、２５０〜３５０℃）より高く、且つ、吸蔵された
ＳＯｘを脱離するのに適した温度（例えば、６５０℃）
あるいはそれより低く設定された設定温度（例えば、６
００℃〜８００℃）以上となった場合に、吸蔵型ＮＯｘ
触媒２５を昇温させると共に空燃比をリッチ化してＳＯ
ｘを放出するようにしている。即ち、ある程度触媒温度
が高いときにアシスト的に僅かに昇温手段を作動させる
ことによりＳ再生速度を速く触媒温度域に到達させ、少
ない昇温度合（即ち、少ない燃費悪化度合）で効率よく
ＳＯｘを放出させるものである。

【００２６】ここで、Ｓパージ制御について、図２に示
すフローチャート及び図３に示すタイムチャートに基づ
いて詳細に説明する。図２に示すように、まず、ステッ
プＳ１では、高温センサ２４により検出された排気温度
情報から吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat を推定
する。この場合、前述したように、目標平均有効圧Ｐｅ
とエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じて設定された温度
差マップに基づいて、高温センサ２４と実際の触媒温度
との誤差が補正される。

【００２７】次に、ステップＳ２にて、吸蔵型ＮＯｘ触
媒２５のＳ被毒からの再生（Ｓ再生）度合を表すＳ再生
頻度を算出する（脱離頻度検知手段）が、以下にその算
出方法について説明する。このＳ再生頻度は下記式
（１）に基づいて算出する。Ｓ再生頻度（ｓ／km）＝７００℃換算Ｓ再生時間／走行距離・・（１）ここで、７００℃換算Ｓ再生時間とは、推定された触媒
温度Ｔcat におけるＳ再生時間を吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
の触媒温度Ｔcat が７００℃のときのＳ再生時間に換算
した時間の合計であり、この７００℃換算Ｓ再生時間を
走行距離で除算することで、走行距離１kmあたりのＳ再
生時間、つまり、Ｓ再生頻度を求めることができ、この
Ｓ再生頻度が大きくなるとＳＯｘが良く放出（パージ）
され、Ｓ被毒から良く再生されているということであ
る。

【００２８】この７００℃換算Ｓ再生時間の具体的な算
出方法としては、下記式（２）に基づいて算出する。７００℃換算Ｓ再生時間_(n)＝７００℃換算Ｓ再生時間_(n-1) ＋Ｓ再生速度係数×計算周期×Ａ／Ｆ係数・・（２）ここで、Ｓ再生速度係数は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温
度によりＳ再生速度が異なることを補正するためのもの
で、各触媒温度でのＳ再生時間を７００℃相当のＳ再生
時間に換算するためのものである。Ｓ再生速度は吸蔵型
ＮＯｘ触媒２５の温度が高くなるにつれて指数関数的に
増加するので、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat
が５８０℃以下の低温時では０とし、それよりも高温時
では、指数関数により近似した下式（３）をもって算出
する。Ｓ再生速度係数＝exp ｛−ｋｋ×（１／Ｔ₁）−（１／Ｔ₀）｝・・（３）ここで、ｋｋは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５のＳ再生反応に
応じて設定される所定の係数、Ｔ₁は、吸蔵型ＮＯｘ触
媒２５の触媒温度Ｔcat （Ｋ）、Ｔ₀は、９７３（７０
０＋２７３）（Ｋ）である。なお、本実施形態では、Ｅ
ＣＵ２８内では指数関数による計算は行わずに予め計算
した値を記憶した触媒温度に対するＳ再生速度係数マッ
プから求めるようにしている。また、前述したＡ／Ｆ係
数は、Ａ／ＦによるＳ再生度合を示すもので、空燃比が
リーンモードまたは燃料カット時では０とし、それ以外
のモードでは１とする。

【００２９】なお、Ｓ再生頻度は、所定値Ｄ（例えば、
１．５ｓ／km）以上でリセットされ、７００℃換算Ｓ再
生時間を０ｓ、走行距離を０kmとする。つまり、Ｓ再生
頻度が所定値Ｄ以上であれば、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は
十分にパージされているとして再生を停止する。Ｓ再生
頻度をリセットする際のしきい値Ｄの設定方法として
は、次のようにすればよい。即ち、図６に示すように、
Ｓ再生頻度が高いほどＮＯｘ排出値は小さくなることが
わかっており、ＮＯｘの排出規制値以下となるようにＳ
再生頻度を設定すればよい。このしきい値Ｄは、触媒特
性やＮＯｘ排出規制値にも影響されるが、一般的に概ね
１．５ｓ／km以上に設定すればよいことがわかってい
る。

【００３０】このようにＳ再生頻度が求められたら、ス
テップＳ３にて、昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰ（℃）を算
出する。この場合、図４に示すように、Ｓ再生頻度に対
するＺＳＴＥＭＰのマップが予め設定されている。この
マップによれば、Ｓ再生頻度が低いときには、ＺＳＴＥ
ＭＰは６００℃に設定され、Ｓ再生頻度の上昇に伴って
ＺＳＴＥＭＰが上昇し、所定値Ｄで８００℃としてい
る。即ち、昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰはＳ再生頻度（脱
離頻度検知手段の脱離頻度情報）に基づいて変更される
ようになっている（設定温度変更手段）。

【００３１】そして、ステップＳ４において、吸蔵型Ｎ
Ｏｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰ以上であ
るかどうかを判定し、触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰよ
り低ければ何もせずにこのルーチンを抜ける。一方、触
媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰ以上であれば、Ｓ再生頻度
がある程度低いと同時に吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がある程
度昇温されており、Ｓパージしやすい状態にあると推定
されるため、ステップＳ５に移行し、制御モードをＳパ
ージモードに切り換える（作動制御手段）。これにより
吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘの除去（Ｓパ
ージ）が開始される。

【００３２】即ち、ステップＳ６では、点火時期を制
御、つまり、リタード（遅角）させることで吸蔵型ＮＯ
ｘ触媒２５を昇温する（点火時期制御手段）。つまり、
点火時期リタードにより吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に流入す
る排気を十分に加熱させることにより、吸蔵型ＮＯｘ触
媒２５はＳパージに適した温度（例えば、６５０℃〜８
００℃）まで迅速に昇温されることになる。この場合、
点火時期は下記式（４）によりリタードするように設定
される。点火時期＝ベース点火時期−ＺＳＳＡ×反映係数・・（４）ここで、ＺＳＳＡは、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回
転速度情報Ｎｅとに応じて設定されたリタードマップに
基づいて設定されるものであり、燃焼限界となるリター
ド量に余裕量を考慮した量として設定される。また、反
映係数は、図５に示すように、触媒温度推定値、つま
り、触媒温度Ｔcat に対応したマップに基づいて設定さ
れる。なお、この反映係数は燃料のカット時やスロット
ル開度が所定値以上のときは０としている。

【００３３】続いて、ステップＳ７では、空燃比を制御
する。即ち、リーン運転を禁止し、ストイキＦ／Ｂもし
くはオープンループのリッチ運転のみとし、空燃比がス
トイキもしくはリッチとなるようにする。図７にＳ再生
度合い（Ｓ再生後回復したＮＯｘ吸蔵量）とＳ再生時の
空燃比（Ｓ再生Ａ／Ｆ）の関係を示すが、リーン以外、
即ち、ストイキあるいはリッチであればＳ再生し、スト
イキ〜リッチ間ではＳ再生時の空燃比への依存性は小さ
いことがわかる。ただし、リッチ度合いが大きいほど燃
費の悪化度合いが大きく、またリッチ度合いが大きいと
臭気の元となるＨ₂Ｓの発生度合いが大きくなる。その
ため、Ｓ再生時の空燃比はストイキに近い方が好ましい
が、制御誤差も見込んでわずかばかりリッチ（スライト
リッチ）に設定するのがよく、即ち、１４〜１４．７と
するのが好ましい。尚、図７からＳ再生時の吸蔵型ＮＯ
ｘ触媒２５の温度が６００℃のときには６５０℃や７０
０℃の１０倍時間をかけているにもかかわらずＳ再生度
合いが小さく、また、７００℃のときにはＳ再生度合い
が非常に大きくなっており、Ｓ再生度合いにはＳ再生時
の触媒温度の影響が大きいことがわかる。

【００３４】そして、ステップＳ８では、触媒温度Ｔca
t が所定値Ｋ（例えば、６５０℃）よりも低い状態が所
定の設定時間Ｃ（例えば、４５sec ）経過したら、吸蔵
型ＮＯｘ触媒２５の昇温をやめると共に空燃比をリーン
化してこのルーチンを抜ける。つまり、Ｓパージモード
にしても触媒温度Ｔcat がイオウ成分の脱離に最適な温
度（例えば、６５０℃以上）へなかなか近づかない場合
に、燃費悪化を抑制するためにＳパージモードを停止さ
せる（停止手段）ようにしている。一方、触媒温度Ｔca
t が所定時間Ｃが経過するまでに所定値Ｋ以上になれ
ば、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温及び空燃比のリッチ化
を継続する。

【００３５】このようにしてＳパージモードでは、Ｓパ
ージ制御のルーチンを繰り返すが、吸蔵型ＮＯｘ触媒２
５に吸蔵されたＳＯｘが放出されると、吸蔵型ＮＯｘ触
媒２５のＳ再生頻度が大きくなり、図４のマップに基づ
いてＺＳＴＥＭＰも上昇する。そして、ＺＳＴＥＭＰが
触媒温度Ｔcat を越えると、ステップＳ４において、吸
蔵型ＮＯｘ触媒２５の触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰよ
り低くなってこのルーチンを抜け、Ｓパージモードを停
止する。

【００３６】ここで、上述したＳパージモードへの切換
制御を具体的に説明する。図３に示すように、Ｓパージ
モードがＯＦＦで、Ｓ再生頻度が低いとき、昇温設定温
度ＺＳＴＥＭＰは６００℃に設定されている。そして、
ドライバの運転状態、例えば、加速時あるいは高速道路
や山岳道路などを走行して触媒温度Ｔcat が上昇し、こ
の触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰを越えると、Ｓパージ
モードがＯＮ（ステップＳ４でＹｅｓ）となる。する
と、点火時期をリタードして吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を昇
温すると共に空燃比をリッチ化するため、吸蔵型ＮＯｘ
触媒２５に吸蔵されたＳＯｘが放出される。そして、Ｓ
パージモードが継続するとＳ再生が進み、７００℃換算
Ｓ再生時間が増加してＳ再生頻度が大きくなり、このＳ
再生頻度が大きくなると、図４のマップに基づいてＺＳ
ＴＥＭＰが上昇し、触媒温度Ｔcatを越える。

【００３７】すると、ＳパージモードがＯＦＦ（ステッ
プＳ４でＮｏ）となり、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の昇温を
やめるため、触媒温度Ｔcat が低下する。その後、触媒
温度Ｔcat が低い状態で走行距離が延びると、Ｓ再生頻
度が小さくなると共に、ＺＳＴＥＭＰが低下して６００
℃に戻る。

【００３８】また、ドライバの運転状態により触媒温度
Ｔcat が再び上昇し、触媒温度Ｔcat がＺＳＴＥＭＰを
越えるとＳパージモードがＯＮ（ステップＳ４でＹｅ
ｓ）される。このとき、ドライバが市街地のような場所
で加減速を繰り返す運転状態を行っていると、吸蔵型Ｎ
Ｏｘ触媒２５はＳＯｘを放出するのに必要な高温状態に
なりにくい。即ち、この場合、触媒温度Ｔcat は最初Ｚ
ＳＴＥＭＰ（６００℃）を越えたものの６５０℃よりも
低い状態が継続することとなり、この温度域ではＳ再生
はされるもののＳ再生効率が低い。そのため、この状態
の継続時間が設定時間Ｃを経過したら、Ｓパージモード
をＯＦＦ（ステップＳ４でＮｏ）とすることで、点火時
期リタード及びリッチ化を中止しＳ再生効率が低い温度
域では燃費の悪化を抑制できる。

【００３９】なお、Ｓパージモードにて、空燃比をリッ
チ空燃比モードとしてリーン空燃比モードへの移行を禁
止しているが、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が高温であるとき
には、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の熱劣化対策のために既に
リーン空燃比モードは禁止となっている場合もある。

【００４０】また、Ｓパージを行うときに点火時期リタ
ードに応じてスロットル弁１７を作動してベーススロッ
トル開度に対してスロットル開度θthを調整し、吸入空
気量を操作しており、これによって点火時期リタードに
よるトルク低下分を補いトルクがほぼ一定となるように
制御している。この場合、スロットル開度は下記式
（５）により設定される。スロットル開度＝ベーススロットル開度−ＺＳＥＴＶ×反映係数・・（５）ここで、ＺＳＥＴＶは、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン
回転速度情報Ｎｅとに応じて設定されたスロットル開度
補正マップに基づいて設定されるものであり、また、反
映係数は、前述したように、図５に示すマップに基づい
て設定される。なお、この場合、補正された点火時期
（リタード後の点火時期）に対するスロットル開度θth
のマップにより設定してもよい。

【００４１】このように本実施形態では、吸蔵型ＮＯｘ
触媒２５からＳＯｘを放出する再生度合が所定範囲に保
たれるように制御、つまり、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触
媒温度Ｔcat が活性温度（例えば、２５０〜３５０℃）
より高く、且つ、吸蔵されたＳＯｘを脱離するのに適し
た温度（例えば、６５０℃〜８００℃）あるいはそれよ
り低く設定された昇温設定温度ＺＳＴＥＭＰ以上となっ
た場合に、点火時期をリタードして吸蔵型ＮＯｘ触媒２
５を昇温させると共に空燃比をリッチ化してＳＯｘを放
出する。

【００４２】従って、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がある程度
高温状態にあるときに、アシスト的に吸蔵型ＮＯｘ触媒
２５を昇温してＳ再生速度の遅いＳＯｘ放出速度に適し
た触媒温度域においてＳＯｘを放出して再生している。
そのため、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が低温状態でＳＯｘの
放出に最適な温度まで昇温するのに長時間を要するよう
な場合に無理にＳ再生を実施するものではない。これに
よって長時間のリッチ化及び点火時期リタード、及び低
温から大きく昇温しなければならないための大幅なリタ
ードを行う必要がなく、燃費の悪化を抑制できる。

【００４３】図８に一般的な走行時において本実施形態
によるアシスト的な昇温によるＳ再生制御を使用したと
きと、使用しなかったときの吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の触
媒ベット温度の時間頻度の比較を示す。本制御を使用す
ることにより、Ｓ再生速度が速くＳ再生に適した６５０
℃以上の時間頻度が大きく増加し、よりＳ再生速度の速
い７００℃以上の時間頻度も増加しており、効率よくＳ
再生できていることがわかる。

【００４４】また、Ｓパージモードで触媒温度Ｔcat が
イオウ成分の脱離に最適な温度（例えば、６５０℃以
上）へ近づかない場合、設定時間Ｃを経過した後にＳパ
ージモードを停止させるようにしている。従って、例え
ば、車両が市街地のような場所で加減速を繰り返す運転
状態のときは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がＳＯｘを放出す
るのに最適な高温状態になりにくいため、設定時間Ｃの
経過を待ってＳパージモードを中止させており、これに
よってＳ再生効率が良くない温度帯ではリッチ化及び昇
温の継続に制限を設けることにより燃費の悪化を抑制で
きる。

【００４５】なお、本実施形態では、吸蔵型ＮＯｘ触媒
２５の温度が活性温度を２５０℃〜３５０℃とし、吸蔵
されたＳＯｘを脱離するのに適した温度を６５０℃〜８
００℃、より好ましくは７００℃以上、昇温設定温度Ｚ
ＳＴＥＭＰを６００℃から開始しＳ再生頻度により変化
させるようにしたが、各温度は吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の
特性あるいはエンジン形態や排気温度などにより適宜設
定すればよいものであり、上述した実施形態に限定され
るものではない。また、上述した実施形態では、触媒装
置の昇温手段として点火時期リタードとしたが、吸蔵型
ＮＯｘ触媒２５を昇温させるようなものであれば、昇温
手段は膨張行程に追加燃料噴射を行う２段噴射や吸蔵型
ＮＯｘ触媒２５の上流の排気管２１内に直接燃料を噴射
するようなもの、あるいは電気加熱触媒を用いるもので
あってもよい。また、Ｓパージ時のリッチ化方法として
も、前述の２段噴射あるいは排気管２１内への直接燃料
噴射を用いてもよい。

【００４６】また、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５からＳＯｘを
放出する再生度合が所定範囲に保たれるようにＳパージ
を行うようにしたが、これに加えて、従来のような吸蔵
型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯｘ量を推定してＳパ
ージを行う装置を併設してもよい。この場合、従来のＳ
パージを行う装置は、副次的に使うことが好ましく、例
えば、本発明のＳパージ制御に入る運転をドライバが行
わなかったときに限り触媒の再生を目的として強制的
に、または、ＳＯｘ量の推定結果に基づいて作動させる
ことが燃費等の面で好ましい。更に、上述の実施形態で
は、エンジン１１を筒内噴射型火花点火式直列ガソリン
エンジンとしたが、エンジン１１は吸蔵型ＮＯｘ触媒を
有するものであれば、吸気管噴射型のリーンバーンエン
ジンあるいはディーゼルエンジンであってもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明の内燃機関の排気浄化装置によれ
ば、燃費の悪化を抑制しながら、触媒装置の再生を効率
的に行うことができる。

【００４８】また、請求項２の発明の内燃機関の排気浄
化装置によれば、触媒装置の触媒再生情報またはイオウ
成分による被毒情報に基づいて再生するようにしたの
で、触媒装置の被毒または再生状態を把握することで、
触媒装置を効率よく再生することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化
装置の概略構成図である。

【図２】本実施形態の排気浄化装置によるＳパージ制御
のフローチャートである。

【図３】Ｓパージ制御のタイムチャートである。

【図４】Ｓ再生頻度に対する昇温設定温度を表すグラフ
である。

【図５】触媒温度推定値に対する反映係数を表すグラフ
である。

【図６】Ｓ再生頻度とＮＯｘ排出量との関係を表すグラ
フである。

【図７】Ｓ再生Ａ／Ｆに対するＳ再生後の回復したＮＯ
ｘ吸蔵触媒を表すグラフである。

【図８】一般走行において本実施形態を使用したときと
使用しなかったときの触媒温度の時間頻度を表すグラフ
である。

【符号の説明】

１１エンジン（内燃機関）１３点火プラグ１４燃料噴射弁１５燃焼室１７スロットル弁１８スロットルセンサ２０クランク角センサ２１排気管（排気通路）２２三元触媒２３排気浄化触媒装置（触媒装置）２４高温センサ２５吸蔵型ＮＯｘ触媒２６三元触媒２８電子コントロールユニット，ＥＣＵ（再生手段、
作動制御手段、脱離頻度検知手段、設定温度変更手段）

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられて排気空
燃比が少なくともリーン空燃比のときに排気ガス中のイ
オウ成分を吸蔵する触媒装置と、該触媒装置の温度が活
性温度より高く且つ吸蔵されたイオウ成分を脱離するの
に適した温度あるいはそれより低く設定された設定温度
以上となった場合に前記触媒装置を昇温させて前記イオ
ウ成分を該触媒装置から脱離させる再生手段とを具えた
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置
において、前記再生手段の作動するときの前記触媒装置
の触媒再生情報またはイオウ成分による被毒情報に基づ
いて該再生手段の作動を制御する作動制御手段を設けた
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。