JP2001020781A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 吸蔵型NOx 触媒１５が劣化しても、常に確実
にNOx 排出量を低減する。 【解決手段】 第１所定時間リッチ空燃比としその後第
２所定時間理論空燃比近傍としてNOx を放出還元するに
際し、吸蔵型NOx 触媒１５の劣化度合いが高くなりNOx
放出速度が遅い領域でのNOx 放出に時間がかかる状態に
なっても、劣化度合いに応じて第２所定時間を長くする
ようにし、還元剤が長い時間供給されてNO x が十分に還
元され、吸蔵型NOx 触媒１５の再生時の燃費悪化及び大
気へ放出される未燃HC,CO 量を抑制しながら、大気に放
出されるNOx 量を確実に抑制し、吸蔵型NOx 触媒１５が
劣化しても、常に確実にNOx 排出量を低減する。
にNOx 排出量を低減する。 【解決手段】 第１所定時間リッチ空燃比としその後第
２所定時間理論空燃比近傍としてNOx を放出還元するに
際し、吸蔵型NOx 触媒１５の劣化度合いが高くなりNOx
放出速度が遅い領域でのNOx 放出に時間がかかる状態に
なっても、劣化度合いに応じて第２所定時間を長くする
ようにし、還元剤が長い時間供給されてNO x が十分に還
元され、吸蔵型NOx 触媒１５の再生時の燃費悪化及び大
気へ放出される未燃HC,CO 量を抑制しながら、大気に放
出されるNOx 量を確実に抑制し、吸蔵型NOx 触媒１５が
劣化しても、常に確実にNOx 排出量を低減する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気空燃比がリー
ン空燃比で排気中のNOx を吸蔵すると共に排気空燃比が
理論空燃比またはリッチ空燃比で吸蔵したNOx を放出還
元する触媒装置を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化
装置に関する。
ン空燃比で排気中のNOx を吸蔵すると共に排気空燃比が
理論空燃比またはリッチ空燃比で吸蔵したNOx を放出還
元する触媒装置を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、燃費の向上を図るため、リーン空
燃比での燃焼を可能と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、従来の三元触媒
ではその浄化特性によりリーン燃焼時の排ガス中のNOx
を十分に浄化できないといった問題がある。そこで、近
年では、例えば、リーン空燃比で運転中に排ガス中のNO
x を吸蔵し、理論空燃比（ストイキ）またはリッチ空燃
比で運転中に吸蔵されたNOx を放出還元する触媒装置を
備えた排気浄化装置が採用されてきている。
燃比での燃焼を可能と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、従来の三元触媒
ではその浄化特性によりリーン燃焼時の排ガス中のNOx
を十分に浄化できないといった問題がある。そこで、近
年では、例えば、リーン空燃比で運転中に排ガス中のNO
x を吸蔵し、理論空燃比（ストイキ）またはリッチ空燃
比で運転中に吸蔵されたNOx を放出還元する触媒装置を
備えた排気浄化装置が採用されてきている。
【０００３】この触媒装置は、リーン空燃比（酸素の過
剰状態）で排ガス中のNOx から硝酸塩を生成し、これに
よりNOx を吸蔵する一方、ストイキまたはリッチ空燃比
（酸素濃度が低下した雰囲気）では、触媒装置に吸蔵し
た硝酸塩と排気中のCOとを反応させて炭酸塩を生成し、
これによりNOx を放出させるようになっている。
剰状態）で排ガス中のNOx から硝酸塩を生成し、これに
よりNOx を吸蔵する一方、ストイキまたはリッチ空燃比
（酸素濃度が低下した雰囲気）では、触媒装置に吸蔵し
た硝酸塩と排気中のCOとを反応させて炭酸塩を生成し、
これによりNOx を放出させるようになっている。
【０００４】触媒装置は、リーン空燃比の運転中の酸素
過剰雰囲気中ではNOx を触媒上に吸蔵させることになる
が、リーン空燃比の運転を連続して行いNOx の吸蔵量が
飽和量に達した時には排気中のNOx の大部分が大気に排
出されることになる。そこでNOx の吸蔵量が飽和量に達
する前に、空燃比をストイキまたはリッチ空燃比に切替
え（NOx パージ）、排気を酸素濃度が低下した雰囲気に
してNOx を放出還元させ、触媒装置のNOx 吸蔵能力を回
復させるようにしている。
過剰雰囲気中ではNOx を触媒上に吸蔵させることになる
が、リーン空燃比の運転を連続して行いNOx の吸蔵量が
飽和量に達した時には排気中のNOx の大部分が大気に排
出されることになる。そこでNOx の吸蔵量が飽和量に達
する前に、空燃比をストイキまたはリッチ空燃比に切替
え（NOx パージ）、排気を酸素濃度が低下した雰囲気に
してNOx を放出還元させ、触媒装置のNOx 吸蔵能力を回
復させるようにしている。
【０００５】例えば、特許第2605571 号に示されるよう
に、触媒装置からのNOx 放出特性の観点から、触媒装置
からNOx を放出するときに、まず内燃機関の空燃比をリ
ッチとし、その後ストイキとして未燃HC,CO の放出を抑
制する技術が従来から知られている。また、触媒装置
は、従来の三元触媒でも知られているように劣化を伴う
ため、例えば、特許第2836523 号に示されるように、触
媒装置の劣化度合いが高くなる程触媒装置の吸蔵能力が
低下してNOx 放出量も減るので、NOx 放出量を見込んで
再生時のリッチ時間を短くし、燃費の悪化及び未燃HCの
放出を防止する技術が従来から知られている。
に、触媒装置からのNOx 放出特性の観点から、触媒装置
からNOx を放出するときに、まず内燃機関の空燃比をリ
ッチとし、その後ストイキとして未燃HC,CO の放出を抑
制する技術が従来から知られている。また、触媒装置
は、従来の三元触媒でも知られているように劣化を伴う
ため、例えば、特許第2836523 号に示されるように、触
媒装置の劣化度合いが高くなる程触媒装置の吸蔵能力が
低下してNOx 放出量も減るので、NOx 放出量を見込んで
再生時のリッチ時間を短くし、燃費の悪化及び未燃HCの
放出を防止する技術が従来から知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加速や
減速を繰り返す通常の運転におけるリーン空燃比運転の
継続時間程度の触媒へのNOx 吸蔵量の比較的少ない場合
においては、触媒装置の劣化度合いが進行すると、従来
技術のように吸蔵能力の低下に伴うNOx 放出量の総量の
変化はあまり大きくなく、その代わりにNOx 放出特性が
変化することを本出願人は発見した。具体的には、触媒
再生のために内燃機関の空燃比を切り替えた時、一時的
に触媒装置からNOx が多量に放出されるが、特にその後
のNOx 放出速度の遅い領域のNOx 放出にかかる時間が触
媒装置の劣化に伴い長くなるということである。
減速を繰り返す通常の運転におけるリーン空燃比運転の
継続時間程度の触媒へのNOx 吸蔵量の比較的少ない場合
においては、触媒装置の劣化度合いが進行すると、従来
技術のように吸蔵能力の低下に伴うNOx 放出量の総量の
変化はあまり大きくなく、その代わりにNOx 放出特性が
変化することを本出願人は発見した。具体的には、触媒
再生のために内燃機関の空燃比を切り替えた時、一時的
に触媒装置からNOx が多量に放出されるが、特にその後
のNOx 放出速度の遅い領域のNOx 放出にかかる時間が触
媒装置の劣化に伴い長くなるということである。
【０００７】このため、従来の技術のように、触媒装置
の劣化度合いが進行して、再生時のリッチ時間を短くす
るだけでは、NOx を十分に放出還元することができず、
燃費の悪化を抑制することができても大気に放出される
NOx を確実に抑制することができない、といった問題が
生じてしまう。
の劣化度合いが進行して、再生時のリッチ時間を短くす
るだけでは、NOx を十分に放出還元することができず、
燃費の悪化を抑制することができても大気に放出される
NOx を確実に抑制することができない、といった問題が
生じてしまう。
【０００８】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、触媒装置の再生時の燃費悪化及び大気へ放出される
未燃HC,CO 量を抑制しながら、大気に放出されるNOx 量
を確実に抑制することができる内燃機関の排気浄化装置
を提供することを目的とする。
で、触媒装置の再生時の燃費悪化及び大気へ放出される
未燃HC,CO 量を抑制しながら、大気に放出されるNOx 量
を確実に抑制することができる内燃機関の排気浄化装置
を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、排気空燃比がリーン空燃比のときに排気ガ
ス中のNOx を吸蔵し排気空燃比が理論空燃比またはリッ
チ空燃比のときに吸蔵されたNOx を放出還元する放出還
元機能を有する触媒装置を備え、再生手段により、吸蔵
されたNOx を触媒装置から放出還元する際に、第１所定
時間の間排気空燃比をリッチ空燃比としその後第２所定
時間の間排気空燃比を理論空燃比近傍とし、補正手段に
より、触媒装置の劣化度合いが高くなると第２所定時間
を長くするよう補正することで、第１所定時間の間排気
空燃比をリッチ空燃比として一時的に触媒装置からNOx
が多量に放出され、その後のNOx 放出速度が遅い領域で
NO x 放出に時間がかかった場合でも、排気空燃比を理論
空燃比近傍とする第２所定時間を長くし、NOx を確実に
放出し還元する。
本発明では、排気空燃比がリーン空燃比のときに排気ガ
ス中のNOx を吸蔵し排気空燃比が理論空燃比またはリッ
チ空燃比のときに吸蔵されたNOx を放出還元する放出還
元機能を有する触媒装置を備え、再生手段により、吸蔵
されたNOx を触媒装置から放出還元する際に、第１所定
時間の間排気空燃比をリッチ空燃比としその後第２所定
時間の間排気空燃比を理論空燃比近傍とし、補正手段に
より、触媒装置の劣化度合いが高くなると第２所定時間
を長くするよう補正することで、第１所定時間の間排気
空燃比をリッチ空燃比として一時的に触媒装置からNOx
が多量に放出され、その後のNOx 放出速度が遅い領域で
NO x 放出に時間がかかった場合でも、排気空燃比を理論
空燃比近傍とする第２所定時間を長くし、NOx を確実に
放出し還元する。
【００１０】この時、合わせて触媒装置の劣化の度合い
が高くなる程、排気空燃比をリッチ空燃比とする第１所
定時間については短くすることが、燃費悪化及び大気へ
放出される未燃HC,CO の抑制の面で好ましい。
が高くなる程、排気空燃比をリッチ空燃比とする第１所
定時間については短くすることが、燃費悪化及び大気へ
放出される未燃HC,CO の抑制の面で好ましい。
【００１１】内燃機関が、燃焼室内に燃料を直接噴射す
る噴射弁を備えた筒内噴射型内燃機関であれば、触媒配
置あるいは触媒特性によっては（例えば、NOx を吸蔵す
る触媒の下流にNOx 還元のための別の触媒を配置した触
媒装置）、再生手段は、内燃機関の空燃比を切り替える
空燃比切替え手段と、主噴射（吸気行程噴射または圧縮
行程）以降の膨張行程または排気行程に追加燃料を噴射
するパルス噴射手段とを有し、空燃比切替え手段及びパ
ルス噴射手段により排気空燃比を変更させ、触媒装置か
ら吸蔵されたNOx を放出することが好ましい。
る噴射弁を備えた筒内噴射型内燃機関であれば、触媒配
置あるいは触媒特性によっては（例えば、NOx を吸蔵す
る触媒の下流にNOx 還元のための別の触媒を配置した触
媒装置）、再生手段は、内燃機関の空燃比を切り替える
空燃比切替え手段と、主噴射（吸気行程噴射または圧縮
行程）以降の膨張行程または排気行程に追加燃料を噴射
するパルス噴射手段とを有し、空燃比切替え手段及びパ
ルス噴射手段により排気空燃比を変更させ、触媒装置か
ら吸蔵されたNOx を放出することが好ましい。
【００１２】パルス噴射手段は、空燃比切替え手段によ
り排気空燃比をリッチ空燃比に切り替える際の所定時期
に、膨張行程中期以降に噴射弁を作動させることが、触
媒装置から一時的に多量に放出されるNOx を還元する還
元剤として有効であり、大気中へ放出されるNOx 量をよ
り一層低減することができるので好ましい。また、パル
ス噴射手段の燃料噴射量は、触媒装置の劣化度合いが高
くなるほど減量することが、燃費悪化及び大気へ放出さ
れる未燃HCの抑制の面で好ましい。
り排気空燃比をリッチ空燃比に切り替える際の所定時期
に、膨張行程中期以降に噴射弁を作動させることが、触
媒装置から一時的に多量に放出されるNOx を還元する還
元剤として有効であり、大気中へ放出されるNOx 量をよ
り一層低減することができるので好ましい。また、パル
ス噴射手段の燃料噴射量は、触媒装置の劣化度合いが高
くなるほど減量することが、燃費悪化及び大気へ放出さ
れる未燃HCの抑制の面で好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明の一実
施形態例を説明する。本実施形態例は、混合気の空燃比
を理論空燃比よりも燃料希薄側に制御して燃焼室内に燃
料を直接噴射するようにした火花点火式の多気筒型筒内
噴射内燃機関を例に挙げて説明してある。図１には本発
明の一実施形態例に係る排気浄化装置を備えた内燃機関
の概略構成、図２、図３には排気浄化装置によるNOx の
放出状況を表すフローチャート、図４、図５にはNOx の
放出状況を表すタイムチャートを示してある。また、図
６にはNOx パージ時のリッチ継続時間に対するNOx 放出
速度、図７にはリーン継続時間に対するNOx 排出量、図
８にはリーン継続時間に対するHC排出値、図９にはNOx
パージ（リッチ化）における無駄時間、図１０にはリー
ン継続時間の最適時間、図１１には触媒劣化がNOx 放出
速度に与える影響を示してある。
施形態例を説明する。本実施形態例は、混合気の空燃比
を理論空燃比よりも燃料希薄側に制御して燃焼室内に燃
料を直接噴射するようにした火花点火式の多気筒型筒内
噴射内燃機関を例に挙げて説明してある。図１には本発
明の一実施形態例に係る排気浄化装置を備えた内燃機関
の概略構成、図２、図３には排気浄化装置によるNOx の
放出状況を表すフローチャート、図４、図５にはNOx の
放出状況を表すタイムチャートを示してある。また、図
６にはNOx パージ時のリッチ継続時間に対するNOx 放出
速度、図７にはリーン継続時間に対するNOx 排出量、図
８にはリーン継続時間に対するHC排出値、図９にはNOx
パージ（リッチ化）における無駄時間、図１０にはリー
ン継続時間の最適時間、図１１には触媒劣化がNOx 放出
速度に与える影響を示してある。
【００１４】多気筒型筒内噴射内燃機関としては、例え
ば、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射型直列４気筒
ガソリンエンジン（筒内噴射エンジン）１が適用され
る。筒内噴射エンジン１は、例えば、燃焼モード（運転
モード）を切り換えることで、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）が実施可能となっている。そし
て、この筒内噴射エンジン１は、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、吸気行程でのリーン空燃比運転よりも大きな空燃比
となる超リーン空燃比での運転が可能となっている。
ば、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射型直列４気筒
ガソリンエンジン（筒内噴射エンジン）１が適用され
る。筒内噴射エンジン１は、例えば、燃焼モード（運転
モード）を切り換えることで、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）が実施可能となっている。そし
て、この筒内噴射エンジン１は、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、吸気行程でのリーン空燃比運転よりも大きな空燃比
となる超リーン空燃比での運転が可能となっている。
【００１５】図１に示すように、筒内噴射エンジン１の
シリンダヘッド２には各気筒毎に点火プラグ３が取り付
けられると共に、各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁４が取
り付けられている。燃焼室５内には燃料噴射弁４の噴射
口が開口し、燃料噴射弁４から噴射される燃料が燃焼室
５内に直接噴射されるようになっている。筒内噴射エン
ジン１のシリンダ６にはピストン７が上下方向に摺動自
在に支持され、ピストン７の頂面には半球状に窪んだキ
ャビティ８が形成されている。キャビティ８により、図
１では時計回りの逆タンブル流を発生させるようになっ
ている。
シリンダヘッド２には各気筒毎に点火プラグ３が取り付
けられると共に、各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁４が取
り付けられている。燃焼室５内には燃料噴射弁４の噴射
口が開口し、燃料噴射弁４から噴射される燃料が燃焼室
５内に直接噴射されるようになっている。筒内噴射エン
ジン１のシリンダ６にはピストン７が上下方向に摺動自
在に支持され、ピストン７の頂面には半球状に窪んだキ
ャビティ８が形成されている。キャビティ８により、図
１では時計回りの逆タンブル流を発生させるようになっ
ている。
【００１６】シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立
方向に吸気ポートが形成され、各吸気ポートと連通する
ようにして吸気マニホールド９の一端がそれぞれ接続さ
れている。また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略
水平方向に排気ポートが形成され、各排気ポートと連通
するようにして排気マニホールド１０の一端がそれぞれ
接続されている。また、排気マニホールド１０には図示
しないＥＧＲ装置が設けられている。
方向に吸気ポートが形成され、各吸気ポートと連通する
ようにして吸気マニホールド９の一端がそれぞれ接続さ
れている。また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略
水平方向に排気ポートが形成され、各排気ポートと連通
するようにして排気マニホールド１０の一端がそれぞれ
接続されている。また、排気マニホールド１０には図示
しないＥＧＲ装置が設けられている。
【００１７】一方、エンジン１の排気マニホールド１０
には排気管（排気通路）１１が接続され、エンジン１に
近接した小型の三元触媒１２及び触媒装置としての排気
浄化触媒装置１３を介して図示しないマフラーが接続さ
れている。排気管１１における三元触媒１２と排気浄化
触媒装置１３との間の部分には、排気浄化触媒装置１３
の直上流、即ち、後述する吸蔵型NOx 触媒１５の直上流
に位置して排気温度を検出する高温センサ１４が設けら
れている。
には排気管（排気通路）１１が接続され、エンジン１に
近接した小型の三元触媒１２及び触媒装置としての排気
浄化触媒装置１３を介して図示しないマフラーが接続さ
れている。排気管１１における三元触媒１２と排気浄化
触媒装置１３との間の部分には、排気浄化触媒装置１３
の直上流、即ち、後述する吸蔵型NOx 触媒１５の直上流
に位置して排気温度を検出する高温センサ１４が設けら
れている。
【００１８】排気浄化触媒装置１３は、排気空燃比がリ
ーン空燃比のときに排気ガス中のNO x を吸蔵し、排気空
燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに吸蔵され
たNO x を放出して還元する放出還元機能を有している吸
蔵型NOx 触媒１５と、理論空燃比のときに排ガス中の有
害物質（HC,CO,NOx ) を浄化可能な三元機能を有した三
元触媒１６とを備えている。三元触媒１６は吸蔵型NOx
触媒１５よりも下流側に配設されている。三元触媒１６
は吸蔵型NOx 触媒１５から吸蔵されたNOx が放出された
際に、吸蔵型NOx 触媒１５自身で還元しきれなかったNO
x を還元する役目も行っている。尚、排気浄化触媒装置
１３は、吸蔵型NOx 触媒１５がNOx を還元し、HCとCOを
酸化する三元触媒の機能（三元機能）を十分有している
場合には、この吸蔵型NOx 触媒１５だけであってもよ
い。
ーン空燃比のときに排気ガス中のNO x を吸蔵し、排気空
燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに吸蔵され
たNO x を放出して還元する放出還元機能を有している吸
蔵型NOx 触媒１５と、理論空燃比のときに排ガス中の有
害物質（HC,CO,NOx ) を浄化可能な三元機能を有した三
元触媒１６とを備えている。三元触媒１６は吸蔵型NOx
触媒１５よりも下流側に配設されている。三元触媒１６
は吸蔵型NOx 触媒１５から吸蔵されたNOx が放出された
際に、吸蔵型NOx 触媒１５自身で還元しきれなかったNO
x を還元する役目も行っている。尚、排気浄化触媒装置
１３は、吸蔵型NOx 触媒１５がNOx を還元し、HCとCOを
酸化する三元触媒の機能（三元機能）を十分有している
場合には、この吸蔵型NOx 触媒１５だけであってもよ
い。
【００１９】吸蔵型NOx 触媒１５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
還元機能を持つものである。詳しくは、吸蔵型NOx 触媒
１５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、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１３の下流側にはNO
x 濃度を検出するNOx センサ１７が設けられている。
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
還元機能を持つものである。詳しくは、吸蔵型NOx 触媒
１５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、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１３の下流側にはNO
x 濃度を検出するNOx センサ１７が設けられている。
【００２０】一方、吸気マニホールド９にはドライブバ
イワイヤ（ＤＢＷ）方式の電動スロットル弁２１が接続
され、スロットル弁２１にはスロットル開度θthを検出
するスロットルポジションセンサ２２が設けられてい
る。エンジン１には、クランク角を検出するクランク角
センサ２３が設けられ、クランク角センサ２３はエンジ
ン回転速度Neを検出可能となっている。
イワイヤ（ＤＢＷ）方式の電動スロットル弁２１が接続
され、スロットル弁２１にはスロットル開度θthを検出
するスロットルポジションセンサ２２が設けられてい
る。エンジン１には、クランク角を検出するクランク角
センサ２３が設けられ、クランク角センサ２３はエンジ
ン回転速度Neを検出可能となっている。
【００２１】車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１
が設けられ、このＥＣＵ２３には、入出力装置、制御プ
ログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処
理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。ＥＣ
Ｕ３１によって筒内噴射エンジン１を含めた本実施形態
の排気浄化装置の総合的な制御が実施される。各種セン
サ類の検出情報はＥＣＵ３１に入力され、ＥＣＵ３１は
各種センサ類の検出情報に基づいて、燃料噴射モードや
燃料噴射量を始めとして点火時期等を決定し、燃料噴射
弁４や点火プラグ３等を駆動制御する。
が設けられ、このＥＣＵ２３には、入出力装置、制御プ
ログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処
理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。ＥＣ
Ｕ３１によって筒内噴射エンジン１を含めた本実施形態
の排気浄化装置の総合的な制御が実施される。各種セン
サ類の検出情報はＥＣＵ３１に入力され、ＥＣＵ３１は
各種センサ類の検出情報に基づいて、燃料噴射モードや
燃料噴射量を始めとして点火時期等を決定し、燃料噴射
弁４や点火プラグ３等を駆動制御する。
【００２２】筒内噴射エンジン１では、吸気マニホール
ド９から燃焼室５内に流入した吸気流が逆タンブル流を
形成し、圧縮行程中期以降に燃料を噴射して逆タンブル
流を利用しながら燃焼室５の頂部中央に配設された点火
プラグ３の近傍のみに少量の燃料を集め、点火プラグ３
から離隔した部分で極めてリーンな空燃比状態とする。
点火プラグ３の近傍のみを理論空燃比又はリッチな空燃
比とすることで、安定した層状燃焼（層状超リーン燃
焼）を実現しながら燃料消費を抑制する。
ド９から燃焼室５内に流入した吸気流が逆タンブル流を
形成し、圧縮行程中期以降に燃料を噴射して逆タンブル
流を利用しながら燃焼室５の頂部中央に配設された点火
プラグ３の近傍のみに少量の燃料を集め、点火プラグ３
から離隔した部分で極めてリーンな空燃比状態とする。
点火プラグ３の近傍のみを理論空燃比又はリッチな空燃
比とすることで、安定した層状燃焼（層状超リーン燃
焼）を実現しながら燃料消費を抑制する。
【００２３】また、筒内噴射エンジン１から高出力を得
る場合には、燃料噴射弁４からの燃料を吸気行程に噴射
することにより燃焼室５全体に均質化し、燃焼室５内を
理論空燃比やリーン空燃比の混合気状態にさせて予混合
燃焼を行う。もちろん、理論空燃比もしくはリッチ空燃
比の方がリーン空燃比よりも高出力が得られるため、こ
の際にも、燃料の霧化及び気化が十分に行なわれるよう
なタイミングで燃料噴射を行ない、効率よく高出力を得
るようにしている。
る場合には、燃料噴射弁４からの燃料を吸気行程に噴射
することにより燃焼室５全体に均質化し、燃焼室５内を
理論空燃比やリーン空燃比の混合気状態にさせて予混合
燃焼を行う。もちろん、理論空燃比もしくはリッチ空燃
比の方がリーン空燃比よりも高出力が得られるため、こ
の際にも、燃料の霧化及び気化が十分に行なわれるよう
なタイミングで燃料噴射を行ない、効率よく高出力を得
るようにしている。
【００２４】ＥＣＵ３１では、スロットルポジションセ
ンサ２２からのスロットル開度θthとクランク角センサ
２３からのエンジン回転速度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が求
められ、更に、この目標平均有効圧Peとエンジン回転速
度Neとに応じてマップ（図示せず）より燃料噴射モード
が設定される。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。そし
て、目標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neとから各燃
料噴射モードでの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。
ンサ２２からのスロットル開度θthとクランク角センサ
２３からのエンジン回転速度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が求
められ、更に、この目標平均有効圧Peとエンジン回転速
度Neとに応じてマップ（図示せず）より燃料噴射モード
が設定される。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。そし
て、目標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neとから各燃
料噴射モードでの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。
【００２５】排気浄化触媒装置１３の吸蔵型NOx 触媒１
５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 が硝酸塩とし
て吸蔵されて排気の浄化が行われる。一方、酸素濃度が
低下した雰囲気では、吸蔵型NOx 触媒１５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１５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COを供給
し、吸蔵型NOx 触媒１５からNOx を放出還元させて機能
を維持する。
５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 が硝酸塩とし
て吸蔵されて排気の浄化が行われる。一方、酸素濃度が
低下した雰囲気では、吸蔵型NOx 触媒１５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１５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COを供給
し、吸蔵型NOx 触媒１５からNOx を放出還元させて機能
を維持する。
【００２６】ＥＣＵ３１には、吸蔵されたNOx を吸蔵型
NOx 触媒１５から放出し還元する際に、第１所定時間の
間排気空燃比をリッチ空燃比とし（リッチパージ）、そ
の後第２所定時間の間排気空燃比を理論空燃比近傍（理
論空燃比もしくは理論空燃比よりも僅かにリッチなスラ
イトリッチ）とするストイキフィードバック（S-F/B）
パージ機能（再生手段）が備えられている。また、本実
施形態例では、再生手段の一つとして排気空燃比をリッ
チ空燃比とする際の所定時期に、主噴射とは別に膨張行
程または排気行程中に燃料の追加噴射を行うパルス噴射
手段を備えている。
NOx 触媒１５から放出し還元する際に、第１所定時間の
間排気空燃比をリッチ空燃比とし（リッチパージ）、そ
の後第２所定時間の間排気空燃比を理論空燃比近傍（理
論空燃比もしくは理論空燃比よりも僅かにリッチなスラ
イトリッチ）とするストイキフィードバック（S-F/B）
パージ機能（再生手段）が備えられている。また、本実
施形態例では、再生手段の一つとして排気空燃比をリッ
チ空燃比とする際の所定時期に、主噴射とは別に膨張行
程または排気行程中に燃料の追加噴射を行うパルス噴射
手段を備えている。
【００２７】ここで、リッチパージとストイキフィード
バック（S-F/B ）パージ、さらにはパルス噴射を組み合
わせたNOx 放出還元（NOx パージ）制御の基本的な考え
方について説明する。図６にリッチ継続時間がNOx 放出
還元（NOx パージ）性能に及ぼす影響を示す。上段は空
燃比をリッチの一定値として吸蔵型NOx 触媒１５にCOを
供給し、NOx パージした場合のリッチ継続時間に対する
NOx 放出速度のイメージ図である。リッチ開始後の最初
の部分では、NOx 放出速度が速くNOx が急激に大量に放
出され、還元剤としてのCOはNOx の放出のために主に使
われてしまっているので還元剤が不足し、還元されずに
排出されるNOx が大量に発生する。還元されずに排出
されるNOx を還元する還元剤を供給するために、さら
にリッチ度合いを高めてCOをより多く供給したとして
も、その分吸蔵型NOx 触媒１５から放出されるNOx も増
加しさらにNOx 放出速度が増加するので、結局また還元
剤が不足することとなる。そこで、パルス噴射により追
加燃料噴射し、未燃燃料、即ちHCを触媒に供給すると、
HCはNOx の放出にあまり寄与しないためNOx 放出速度を
速めることがないので、NOx 放出量を増加させることな
く放出されたNOx を還元できる。即ち、パルス噴射量を
調整することにより、NOx 放出速度＝NOx 還元速度とす
ることができ、還元されず排出されるNOx を抑制する
ことができる。
バック（S-F/B ）パージ、さらにはパルス噴射を組み合
わせたNOx 放出還元（NOx パージ）制御の基本的な考え
方について説明する。図６にリッチ継続時間がNOx 放出
還元（NOx パージ）性能に及ぼす影響を示す。上段は空
燃比をリッチの一定値として吸蔵型NOx 触媒１５にCOを
供給し、NOx パージした場合のリッチ継続時間に対する
NOx 放出速度のイメージ図である。リッチ開始後の最初
の部分では、NOx 放出速度が速くNOx が急激に大量に放
出され、還元剤としてのCOはNOx の放出のために主に使
われてしまっているので還元剤が不足し、還元されずに
排出されるNOx が大量に発生する。還元されずに排出
されるNOx を還元する還元剤を供給するために、さら
にリッチ度合いを高めてCOをより多く供給したとして
も、その分吸蔵型NOx 触媒１５から放出されるNOx も増
加しさらにNOx 放出速度が増加するので、結局また還元
剤が不足することとなる。そこで、パルス噴射により追
加燃料噴射し、未燃燃料、即ちHCを触媒に供給すると、
HCはNOx の放出にあまり寄与しないためNOx 放出速度を
速めることがないので、NOx 放出量を増加させることな
く放出されたNOx を還元できる。即ち、パルス噴射量を
調整することにより、NOx 放出速度＝NOx 還元速度とす
ることができ、還元されず排出されるNOx を抑制する
ことができる。
【００２８】また、リッチ開始からしばらく経った後は
NOx 放出速度が遅くなり、一定のリッチ空燃比としたま
までは還元剤のCOが余った状態となり、還元に用いられ
ずに排出されるCOが大量に発生する。そこで、NOx 放
出速度が遅い領域ではCOが過剰に供給されていることか
ら、CO供給量を減らすためにリッチ度合いを低下して空
燃比をストイキあるいはスライトリッチとすればよい。
これによって還元されずに排出されるCOを抑制するこ
とができる。
NOx 放出速度が遅くなり、一定のリッチ空燃比としたま
までは還元剤のCOが余った状態となり、還元に用いられ
ずに排出されるCOが大量に発生する。そこで、NOx 放
出速度が遅い領域ではCOが過剰に供給されていることか
ら、CO供給量を減らすためにリッチ度合いを低下して空
燃比をストイキあるいはスライトリッチとすればよい。
これによって還元されずに排出されるCOを抑制するこ
とができる。
【００２９】以上のように、リッチパージとS-F/B パー
ジ、さらにはパルス噴射を組み合わせることにより、NO
x パージ中の各種排ガス排出量を最小としてNOx パージ
を実施できることが判る。
ジ、さらにはパルス噴射を組み合わせることにより、NO
x パージ中の各種排ガス排出量を最小としてNOx パージ
を実施できることが判る。
【００３０】また、本実施形態例では、吸蔵型NOx 触媒
１５の劣化度合いが高くなった際には、触媒再生のため
にリッチパージを実施した時、一時的に吸蔵型NOx 触媒
１５からNOx が多量に放出されるが、その後のNOx 放出
速度が遅い領域（即ち空燃比を理論空燃比もしくはスラ
イトリッチとしてNOx パージを行う領域）でのNOx 放出
に時間がかかるため、S-F/B パージを実施する第２所定
時間を長くしている（補正手段）。これにより、劣化度
合いが低い場合に比べてNOx 放出に時間がかかっても燃
費の悪化及び大気へ放出される未燃HC,CO 量を抑制しな
がらNOx を十分に還元できるようにしている。
１５の劣化度合いが高くなった際には、触媒再生のため
にリッチパージを実施した時、一時的に吸蔵型NOx 触媒
１５からNOx が多量に放出されるが、その後のNOx 放出
速度が遅い領域（即ち空燃比を理論空燃比もしくはスラ
イトリッチとしてNOx パージを行う領域）でのNOx 放出
に時間がかかるため、S-F/B パージを実施する第２所定
時間を長くしている（補正手段）。これにより、劣化度
合いが低い場合に比べてNOx 放出に時間がかかっても燃
費の悪化及び大気へ放出される未燃HC,CO 量を抑制しな
がらNOx を十分に還元できるようにしている。
【００３１】上述したNOx の放出還元制御（NOx パージ
制御）について図２、図３のフローチャート及び図４、
図５のタイムチャートに基づいて説明する。図４は吸蔵
型NO x 触媒１５の劣化度合いが低い場合の状況で、図５
は吸蔵型NOx 触媒１５の劣化度合いが高い場合の状況で
あり、図４(a) 及び図５(a) には吸蔵型NOx 触媒１５の
下流のNOx 濃度（NOx 放出速度に相当）の状況、図４
(b) 及び図５(b) には空燃比及び燃料噴射弁４の駆動パ
ルスの状況を示してある。
制御）について図２、図３のフローチャート及び図４、
図５のタイムチャートに基づいて説明する。図４は吸蔵
型NO x 触媒１５の劣化度合いが低い場合の状況で、図５
は吸蔵型NOx 触媒１５の劣化度合いが高い場合の状況で
あり、図４(a) 及び図５(a) には吸蔵型NOx 触媒１５の
下流のNOx 濃度（NOx 放出速度に相当）の状況、図４
(b) 及び図５(b) には空燃比及び燃料噴射弁４の駆動パ
ルスの状況を示してある。
【００３２】図２に示すように、ステップＳ１で三元触
媒１６の温度ＴがＴs 以上になったか否かが判断され
（高温センサ１４で検出される排気温度値で推定）、三
元触媒１６の温度ＴがＴs 以上であると判断された場合
（即ち、三元触媒１６が活性温度Ｔs に達しており吸蔵
型NOx 触媒１５からパージされたNOx を還元可能と判断
された時）、ステップＳ２でリーンモードの継続時間Ｌ
t が第１規定時間ｔ１以上であるか、もしくは、リーン
モードの継続時間Ｌt が第２規定時間ｔ２以上でかつリ
ーンモードからストイキモードへの切替時か否かが判断
される。尚、第１規定時間ｔ１（リーン継続時間）は後
述する方法により例えば30秒に設定され、リーンモード
での運転が継続的に行われている場合の判定条件であ
り、第２規定時間ｔ２は例えば５秒に設定され、リーン
モードからの加速時等の場合の判定条件である。
媒１６の温度ＴがＴs 以上になったか否かが判断され
（高温センサ１４で検出される排気温度値で推定）、三
元触媒１６の温度ＴがＴs 以上であると判断された場合
（即ち、三元触媒１６が活性温度Ｔs に達しており吸蔵
型NOx 触媒１５からパージされたNOx を還元可能と判断
された時）、ステップＳ２でリーンモードの継続時間Ｌ
t が第１規定時間ｔ１以上であるか、もしくは、リーン
モードの継続時間Ｌt が第２規定時間ｔ２以上でかつリ
ーンモードからストイキモードへの切替時か否かが判断
される。尚、第１規定時間ｔ１（リーン継続時間）は後
述する方法により例えば30秒に設定され、リーンモード
での運転が継続的に行われている場合の判定条件であ
り、第２規定時間ｔ２は例えば５秒に設定され、リーン
モードからの加速時等の場合の判定条件である。
【００３３】ここで、以下にNOx パージ制御のリーン継
続時間の設定の手順を述べる。
続時間の設定の手順を述べる。
【００３４】(1) リーン運転を継続するうちにNOx が吸
蔵型NOx 触媒１５に吸蔵しきれなくなり、大気中に放出
されたNOx 量が規制量に達するまでの時間を許容破過時
間とすると、リーン継続時間は許容破過時間以下として
強制的にNOx パージ制御（強制NOx パージ）を行わなけ
ればならない。そのためリーン継続時間は所定値以下で
あることが望ましい（図７参照）。
蔵型NOx 触媒１５に吸蔵しきれなくなり、大気中に放出
されたNOx 量が規制量に達するまでの時間を許容破過時
間とすると、リーン継続時間は許容破過時間以下として
強制的にNOx パージ制御（強制NOx パージ）を行わなけ
ればならない。そのためリーン継続時間は所定値以下で
あることが望ましい（図７参照）。
【００３５】(2) 図８に示すように、リーン時間が長く
続くと（三元）触媒温度が低下してくる。そうすると、
触媒の浄化効率が低下し、HCの排出値が増加する。その
ためリーン継続時間は所定値以下であることが好まし
い。
続くと（三元）触媒温度が低下してくる。そうすると、
触媒の浄化効率が低下し、HCの排出値が増加する。その
ためリーン継続時間は所定値以下であることが好まし
い。
【００３６】(3) NOx パージ途中においてリーンからス
トイキまでの時間（NOx パージ無駄時間）はＡ／Ｆとし
てはリーンであるため、NOx は放出されない一方で、リ
ーン度合いは低下するので燃費は悪化する。そのため、
リーン継続時間を短くすることによりNOx パージの頻度
が高まった場合にはNOx パージ無駄時間が全体に占める
割合が増加し、燃費が悪化する。よって、リーン継続時
間は所定値以下であることが好ましい（図９参照）。
トイキまでの時間（NOx パージ無駄時間）はＡ／Ｆとし
てはリーンであるため、NOx は放出されない一方で、リ
ーン度合いは低下するので燃費は悪化する。そのため、
リーン継続時間を短くすることによりNOx パージの頻度
が高まった場合にはNOx パージ無駄時間が全体に占める
割合が増加し、燃費が悪化する。よって、リーン継続時
間は所定値以下であることが好ましい（図９参照）。
【００３７】以上の(1) 乃至(3) の条件により最適なリ
ーン継続時間を設定することができる。リーン継続時間
は、例えば、触媒容量、吸蔵型NOx 触媒１５の特性、三
元触媒の特性、HC排出規制値等にも幾分影響を受ける
が、一般的には、図１０に点線で示すように、上記(2)
のHC排出値の点から４０秒程度以下が好ましく、図１０
に実線で示すように、上記(3) の燃費の点から２０秒程
度以上が好ましい。よって、リーン継続時間は２０秒か
ら４０秒、好ましくは３０秒とするのがよい。実用の運
転では、加減速があるため、定常運転（リーン運転）が
これ以上連続して長く続くことは少ないので、実用上問
題ないことが判っている。また、リーン継続時間を吸蔵
型NOx 触媒１５へのNOx 流入量によって可変とし、例え
ば、車速に対するマップとしてもよいが、略一定値とし
てもよい。
ーン継続時間を設定することができる。リーン継続時間
は、例えば、触媒容量、吸蔵型NOx 触媒１５の特性、三
元触媒の特性、HC排出規制値等にも幾分影響を受ける
が、一般的には、図１０に点線で示すように、上記(2)
のHC排出値の点から４０秒程度以下が好ましく、図１０
に実線で示すように、上記(3) の燃費の点から２０秒程
度以上が好ましい。よって、リーン継続時間は２０秒か
ら４０秒、好ましくは３０秒とするのがよい。実用の運
転では、加減速があるため、定常運転（リーン運転）が
これ以上連続して長く続くことは少ないので、実用上問
題ないことが判っている。また、リーン継続時間を吸蔵
型NOx 触媒１５へのNOx 流入量によって可変とし、例え
ば、車速に対するマップとしてもよいが、略一定値とし
てもよい。
【００３８】ステップＳ２でいずれかの条件が成立した
場合（YES の場合）、吸蔵されたNO x を再生手段により
吸蔵型NOx 触媒１５から放出し還元する制御（NOx パー
ジ）の開始条件が成立したので、第１所定時間の間排気
空燃比をリッチ空燃比とするリッチパージを実行するた
め、ステップＳ３でリッチパージ時間Ａ（第１所定時
間）及びパルス噴射時間Ｂを設定する。
場合（YES の場合）、吸蔵されたNO x を再生手段により
吸蔵型NOx 触媒１５から放出し還元する制御（NOx パー
ジ）の開始条件が成立したので、第１所定時間の間排気
空燃比をリッチ空燃比とするリッチパージを実行するた
め、ステップＳ３でリッチパージ時間Ａ（第１所定時
間）及びパルス噴射時間Ｂを設定する。
【００３９】リッチパージ時間Ａは、排気流量、例えば
吸入空気量によるマップ値と、吸蔵型NOx 触媒１５の劣
化度合い、例えば走行距離のマップ値との積に基づいて
設定される。リッチパージ時間Ａは、例えば１秒から５
秒程度に設定され、走行距離が長くなる程、即ち、劣化
度合いが高くなる程2/3 程度までの短い時間になるよう
に設定される。リッチパージ時間Ａを短くするのは、吸
蔵型NOx 触媒１５の劣化度合いが高くなると、図４(a)
及び図５(a) に示したように、NOx 放出特性が変化し、
NOx 放出速度が速い領域でのNOx 放出量が減少しNOx 放
出時間が短くなるためであり、燃費の悪化及び未燃HC,C
O の放出の抑制を企図している。
吸入空気量によるマップ値と、吸蔵型NOx 触媒１５の劣
化度合い、例えば走行距離のマップ値との積に基づいて
設定される。リッチパージ時間Ａは、例えば１秒から５
秒程度に設定され、走行距離が長くなる程、即ち、劣化
度合いが高くなる程2/3 程度までの短い時間になるよう
に設定される。リッチパージ時間Ａを短くするのは、吸
蔵型NOx 触媒１５の劣化度合いが高くなると、図４(a)
及び図５(a) に示したように、NOx 放出特性が変化し、
NOx 放出速度が速い領域でのNOx 放出量が減少しNOx 放
出時間が短くなるためであり、燃費の悪化及び未燃HC,C
O の放出の抑制を企図している。
【００４０】パルス噴射時間Ｂは、排気流量、例えば吸
入空気量によるマップ値と、吸蔵型NOx 触媒１５の劣化
度合い、例えば走行距離のマップ値との積に基づいて設
定される。パルス噴射時間Ｂは、例えば0.1 秒から１秒
程度に設定され、走行距離が長くなる程、即ち、劣化度
合いが高くなる程1/2 程度までの短い時間になるように
設定される。パルス噴射時間Ｂを短くするのは、前述し
たように吸蔵型NOx 触媒１５の劣化度合いが高くなる
と、NOx 放出特性が変化し、NOx 放出速度が速い領域で
のNOx 放出量が減少するため、還元剤も少量でよいため
であり、燃費の悪化及び未燃HCの放出の抑制を企図して
いる。
入空気量によるマップ値と、吸蔵型NOx 触媒１５の劣化
度合い、例えば走行距離のマップ値との積に基づいて設
定される。パルス噴射時間Ｂは、例えば0.1 秒から１秒
程度に設定され、走行距離が長くなる程、即ち、劣化度
合いが高くなる程1/2 程度までの短い時間になるように
設定される。パルス噴射時間Ｂを短くするのは、前述し
たように吸蔵型NOx 触媒１５の劣化度合いが高くなる
と、NOx 放出特性が変化し、NOx 放出速度が速い領域で
のNOx 放出量が減少するため、還元剤も少量でよいため
であり、燃費の悪化及び未燃HCの放出の抑制を企図して
いる。
【００４１】ステップＳ３でリッチパージ時間Ａ及びパ
ルス噴射時間Ｂを設定した後、空燃比がリッチ（例えば
Ａ／Ｆ１２）となるように、ステップＳ４でリッチパー
ジ時間Ａによりリッチパージを実行する（図４、図５中
ta) 。この時、点火時期、吸入空気量、燃料噴射時期及
び目標ＥＧＲ開度等を適宜制御してリーンモード時とリ
ッチパージ時でトルク段差がでないようにし、切替時に
は空燃比テーリングを行って、空燃比が急激に変更され
ないようにして切替に伴うトルクショックを低減する。
ルス噴射時間Ｂを設定した後、空燃比がリッチ（例えば
Ａ／Ｆ１２）となるように、ステップＳ４でリッチパー
ジ時間Ａによりリッチパージを実行する（図４、図５中
ta) 。この時、点火時期、吸入空気量、燃料噴射時期及
び目標ＥＧＲ開度等を適宜制御してリーンモード時とリ
ッチパージ時でトルク段差がでないようにし、切替時に
は空燃比テーリングを行って、空燃比が急激に変更され
ないようにして切替に伴うトルクショックを低減する。
【００４２】ステップＳ５で空燃比テーリングの過程で
空燃比がストイキになったか否かが判断され、ストイキ
になったと判断された場合、ステップＳ６でパルス噴射
時間Ｂにより燃料の追加噴射を実行する（図４、図５中
tb：ここではパルス噴射と呼称) 。空燃比のテーリング
途中でリーンからストイキ近傍を越えリッチになるあた
りから排ガス中のCOの急増とともに吸蔵型NOx 触媒１５
から吸蔵されたNOx が急激に大量に放出され（図４(a)
及び図５(a) 参照）、還元剤としてのCOまたはHCが十分
でなくなる状態になる。このため、空燃比がストイキに
なったタイミングでパルス噴射が実行され、還元剤が追
加される。パルス噴射は、膨張行程の中期から排気行程
の初期、特に膨張行程の後期が望ましく、膨張行程の後
期に燃料を追加することで、燃焼することなく未燃の燃
料（還元剤）が排気通路に供給され触媒上で放出された
NOx の還元に用いられる。また、膨張行程から排気行程
では燃料を噴射しても筒内噴射エンジン１の出力に影響
を与えにくい。
空燃比がストイキになったか否かが判断され、ストイキ
になったと判断された場合、ステップＳ６でパルス噴射
時間Ｂにより燃料の追加噴射を実行する（図４、図５中
tb：ここではパルス噴射と呼称) 。空燃比のテーリング
途中でリーンからストイキ近傍を越えリッチになるあた
りから排ガス中のCOの急増とともに吸蔵型NOx 触媒１５
から吸蔵されたNOx が急激に大量に放出され（図４(a)
及び図５(a) 参照）、還元剤としてのCOまたはHCが十分
でなくなる状態になる。このため、空燃比がストイキに
なったタイミングでパルス噴射が実行され、還元剤が追
加される。パルス噴射は、膨張行程の中期から排気行程
の初期、特に膨張行程の後期が望ましく、膨張行程の後
期に燃料を追加することで、燃焼することなく未燃の燃
料（還元剤）が排気通路に供給され触媒上で放出された
NOx の還元に用いられる。また、膨張行程から排気行程
では燃料を噴射しても筒内噴射エンジン１の出力に影響
を与えにくい。
【００４３】また、パルス噴射は空燃比がストイキとな
った時点から開始することとしているが、これよりも噴
射開始が早すぎると吸蔵型NOx 触媒１５からNOx がまだ
あまり放出されていないので、パルス噴射の未燃の燃料
（還元剤）がNOx の還元に用いられずにそのまま放出さ
れHC排出量が増加する。逆に、パルス噴射の開始が遅す
ぎると、NOx の放出の急増に対し還元剤が不足しNOx 排
出量が増加する。
った時点から開始することとしているが、これよりも噴
射開始が早すぎると吸蔵型NOx 触媒１５からNOx がまだ
あまり放出されていないので、パルス噴射の未燃の燃料
（還元剤）がNOx の還元に用いられずにそのまま放出さ
れHC排出量が増加する。逆に、パルス噴射の開始が遅す
ぎると、NOx の放出の急増に対し還元剤が不足しNOx 排
出量が増加する。
【００４４】ステップＳ６でパルス噴射が実行された
後、図３に示すように、ステップＳ７でパルス噴射時間
がＢ以上になったか否かが判断され、パルス噴射時間が
Ｂに満たないと判断された場合ステップＳ６に移行して
パルス噴射を続行し、パルス噴射時間がＢ以上になった
と判断された場合、ステップＳ８でパルス噴射を終了す
る。ステップＳ８でパルス噴射を終了した後、ステップ
Ｓ９でリッチパージ時間がＡ以上になったか否かが判断
され、リッチパージ時間がＡ以上になったと判断された
場合、ステップＳ１０でリッチパージを終了する。
後、図３に示すように、ステップＳ７でパルス噴射時間
がＢ以上になったか否かが判断され、パルス噴射時間が
Ｂに満たないと判断された場合ステップＳ６に移行して
パルス噴射を続行し、パルス噴射時間がＢ以上になった
と判断された場合、ステップＳ８でパルス噴射を終了す
る。ステップＳ８でパルス噴射を終了した後、ステップ
Ｓ９でリッチパージ時間がＡ以上になったか否かが判断
され、リッチパージ時間がＡ以上になったと判断された
場合、ステップＳ１０でリッチパージを終了する。
【００４５】リッチパージを終了した後、排気空燃比を
理論空燃比とするS-F/B パージを実行するため、ステッ
プＳ１１でS-F/B パージ時間Ｃ（第２所定時間）を設定
する。S-F/B パージは、排気空燃比を理論空燃比近傍で
ある理論空燃比よりも僅かにリッチなスライトリッチと
してもよい。
理論空燃比とするS-F/B パージを実行するため、ステッ
プＳ１１でS-F/B パージ時間Ｃ（第２所定時間）を設定
する。S-F/B パージは、排気空燃比を理論空燃比近傍で
ある理論空燃比よりも僅かにリッチなスライトリッチと
してもよい。
【００４６】S-F/B パージ時間Ｃは、直前のリーンモー
ド継続時間と排気流量、例えば吸入空気量によるマップ
値と、吸蔵型NOx 触媒１５の劣化度合い、例えば走行距
離のマップ値の３つの値の積に基づいて設定される。こ
れによりS-F/B パージ時間Ｃは、例えばリーンモード継
続時間の０％〜50％に設定され、走行距離が長くなる程
時間が長くなる（％が高くなる）ように設定される。具
体的には、吸入空気量のマップ値はS-F/B パージ時間Ｃ
がリーンモード継続時間の10％〜30％となるよう設定
し、それに対して走行距離に応じて（劣化に応じて）０
倍から1.5 倍程度まで変化させる。
ド継続時間と排気流量、例えば吸入空気量によるマップ
値と、吸蔵型NOx 触媒１５の劣化度合い、例えば走行距
離のマップ値の３つの値の積に基づいて設定される。こ
れによりS-F/B パージ時間Ｃは、例えばリーンモード継
続時間の０％〜50％に設定され、走行距離が長くなる程
時間が長くなる（％が高くなる）ように設定される。具
体的には、吸入空気量のマップ値はS-F/B パージ時間Ｃ
がリーンモード継続時間の10％〜30％となるよう設定
し、それに対して走行距離に応じて（劣化に応じて）０
倍から1.5 倍程度まで変化させる。
【００４７】吸蔵型NOx 触媒１５の劣化度合いに応じて
S-F/B パージ時間Ｃを長くするのは、吸蔵型NOx 触媒１
５の劣化度合いが高くなると、図４(a) 及び図５(a) に
示したように、NOx 放出速度の遅い領域でのNOx 放出に
時間がかかるためである。具体的には、吸蔵型NOx 触媒
１５の劣化の進行に伴いNOx 放出速度の速い領域でのNO
x 放出時間が短くなると共に、NOx 放出速度の遅い領域
でのNOx 放出時間が長くなる。このため、S-F/B パージ
時間Ｃを長くすることで、劣化度合いが低い場合に比べ
て還元剤を長い時間供給し、NOx 放出に時間がかかって
もNOx を十分に放出し還元できるようにしている。
S-F/B パージ時間Ｃを長くするのは、吸蔵型NOx 触媒１
５の劣化度合いが高くなると、図４(a) 及び図５(a) に
示したように、NOx 放出速度の遅い領域でのNOx 放出に
時間がかかるためである。具体的には、吸蔵型NOx 触媒
１５の劣化の進行に伴いNOx 放出速度の速い領域でのNO
x 放出時間が短くなると共に、NOx 放出速度の遅い領域
でのNOx 放出時間が長くなる。このため、S-F/B パージ
時間Ｃを長くすることで、劣化度合いが低い場合に比べ
て還元剤を長い時間供給し、NOx 放出に時間がかかって
もNOx を十分に放出し還元できるようにしている。
【００４８】ステップＳ１１でS-F/B パージ時間Ｃを設
定した後、排気空燃比が理論空燃比となるように、ステ
ップＳ１２でS-F/B パージ時間ＣによりS-F/B パージを
実行する（図４、図５中tc〜td) 。この時、点火時期、
吸入空気量、燃料噴射時期及び目標ＥＧＲ開度等を適宜
制御してリッチパージ時とS-F/B パージ時でトルク段差
がでないようにし、さらに切替時に空燃比をテーリング
（徐変）させ、空燃比が急激に変更されないようにし、
切替に伴うトルクショックを低減する。尚、S-F/B パー
ジをスライトリッチで実行する場合、ストイキフィード
バック制御時の積分補正ゲインのリッチ化のゲインをリ
ーン化のゲインより大きく設定すればよい。
定した後、排気空燃比が理論空燃比となるように、ステ
ップＳ１２でS-F/B パージ時間ＣによりS-F/B パージを
実行する（図４、図５中tc〜td) 。この時、点火時期、
吸入空気量、燃料噴射時期及び目標ＥＧＲ開度等を適宜
制御してリッチパージ時とS-F/B パージ時でトルク段差
がでないようにし、さらに切替時に空燃比をテーリング
（徐変）させ、空燃比が急激に変更されないようにし、
切替に伴うトルクショックを低減する。尚、S-F/B パー
ジをスライトリッチで実行する場合、ストイキフィード
バック制御時の積分補正ゲインのリッチ化のゲインをリ
ーン化のゲインより大きく設定すればよい。
【００４９】ステップＳ１２でS-F/B パージが実行され
た後、ステップＳ１３でS-F/B パージ時間がＣ以上にな
ったか否かが判断され、S-F/B パージ時間がＣに満たな
いと判断された場合ステップＳ１２に移行してS-F/B パ
ージを続行し、S-F/B パージ時間がＣ以上になったと判
断された場合、ステップＳ１４でS-F/B パージを終了す
る。
た後、ステップＳ１３でS-F/B パージ時間がＣ以上にな
ったか否かが判断され、S-F/B パージ時間がＣに満たな
いと判断された場合ステップＳ１２に移行してS-F/B パ
ージを続行し、S-F/B パージ時間がＣ以上になったと判
断された場合、ステップＳ１４でS-F/B パージを終了す
る。
【００５０】図１１は触媒劣化がNOx 放出速度に与える
影響を示したデータで、NOx パージ中の各種排ガス排出
量が最小となるように設定した場合のS-F/B パージ時
間、リッチパージ時間、パルス噴射時間を示している
が、この図からも触媒の劣化に伴いS-F/B パージ時間を
長くする必要があり、NOx 放出速度の遅い部分が増加し
ていることが判る。その一方で、リッチパージ時間とパ
ルス噴射時間は短くする必要があり、NOx 放出速度の速
い部分は減少していることがわかる。
影響を示したデータで、NOx パージ中の各種排ガス排出
量が最小となるように設定した場合のS-F/B パージ時
間、リッチパージ時間、パルス噴射時間を示している
が、この図からも触媒の劣化に伴いS-F/B パージ時間を
長くする必要があり、NOx 放出速度の遅い部分が増加し
ていることが判る。その一方で、リッチパージ時間とパ
ルス噴射時間は短くする必要があり、NOx 放出速度の速
い部分は減少していることがわかる。
【００５１】上述した排気浄化装置は、吸蔵されたNOx
を吸蔵型NOx 触媒１５から放出し還元する際に、第１所
定時間の間リッチパージを実行し、その後第２所定時間
の間S-F/B パージを実行し、吸蔵型NOx 触媒１５の劣化
度合いが高くなった際には、S-F/B パージを実施する第
２所定時間を長くしたので、吸蔵型NOx 触媒１５の劣化
度合いが高くなった際に、触媒再生のためにリッチパー
ジを実施した時、一時的に吸蔵型NOx 触媒１５からNOx
が急激に多量に放出されるが、その後のNOx 放出速度が
遅い領域でのNOx 放出に時間がかかる状態になっても、
劣化度合いが低い場合に比べて還元剤が長い時間供給さ
れることになる。さらに、吸蔵型NOx 触媒１５の劣化度
合いが高くなった際に、NOx 放出速度が速い領域でのNO
x 放出にかかる時間が短くなるので、リッチパージを実
行する第１所定時間、さらにはパルス噴射時間を短くす
るようにしている。このため、燃費の悪化及び大気へ放
出される未燃HC,CO 量を抑制しながらNOx が十分に放出
還元され、大気に放出されるNOx 量を確実に抑制するこ
とができる。
を吸蔵型NOx 触媒１５から放出し還元する際に、第１所
定時間の間リッチパージを実行し、その後第２所定時間
の間S-F/B パージを実行し、吸蔵型NOx 触媒１５の劣化
度合いが高くなった際には、S-F/B パージを実施する第
２所定時間を長くしたので、吸蔵型NOx 触媒１５の劣化
度合いが高くなった際に、触媒再生のためにリッチパー
ジを実施した時、一時的に吸蔵型NOx 触媒１５からNOx
が急激に多量に放出されるが、その後のNOx 放出速度が
遅い領域でのNOx 放出に時間がかかる状態になっても、
劣化度合いが低い場合に比べて還元剤が長い時間供給さ
れることになる。さらに、吸蔵型NOx 触媒１５の劣化度
合いが高くなった際に、NOx 放出速度が速い領域でのNO
x 放出にかかる時間が短くなるので、リッチパージを実
行する第１所定時間、さらにはパルス噴射時間を短くす
るようにしている。このため、燃費の悪化及び大気へ放
出される未燃HC,CO 量を抑制しながらNOx が十分に放出
還元され、大気に放出されるNOx 量を確実に抑制するこ
とができる。
【００５２】上記実施形態例では、ステップＳ２でリー
ンモードからストイキモードへの切替か否かを判定し加
速時にもリッチパージ、S-F/B パージ、パルス噴射を行
うこととしているが、加速時には元来加速増量によりリ
ッチ化がなされると共にその後はストイキ運転となるの
で、パルス噴射のみを行うこととしてもよい。さらにこ
の場合、パルス噴射時間は加速増量度合いあるいはリー
ン継続時間により可変としてもよく、空燃比がストイキ
に達した時点でパルス噴射を開始するとしてもよい。
ンモードからストイキモードへの切替か否かを判定し加
速時にもリッチパージ、S-F/B パージ、パルス噴射を行
うこととしているが、加速時には元来加速増量によりリ
ッチ化がなされると共にその後はストイキ運転となるの
で、パルス噴射のみを行うこととしてもよい。さらにこ
の場合、パルス噴射時間は加速増量度合いあるいはリー
ン継続時間により可変としてもよく、空燃比がストイキ
に達した時点でパルス噴射を開始するとしてもよい。
【００５３】また、上記実施形態例では、吸蔵型NOx 触
媒１５の下流に別体の三元触媒１６を配置し、吸蔵型NO
x 触媒１５から放出されたNOx の還元を吸蔵型NOx 触媒
１５上のみで行うのではなく三元触媒１６上でもNOx 還
元を行う場合としているが、吸蔵型NOx 触媒１５に三元
触媒の機能を十分に持たせて三元触媒一体型とした吸蔵
型NOx 触媒を用いてもよく、その場合はパルス噴射は極
短時間あるいはパルス噴射なしとしてもよいことがわか
っている。
媒１５の下流に別体の三元触媒１６を配置し、吸蔵型NO
x 触媒１５から放出されたNOx の還元を吸蔵型NOx 触媒
１５上のみで行うのではなく三元触媒１６上でもNOx 還
元を行う場合としているが、吸蔵型NOx 触媒１５に三元
触媒の機能を十分に持たせて三元触媒一体型とした吸蔵
型NOx 触媒を用いてもよく、その場合はパルス噴射は極
短時間あるいはパルス噴射なしとしてもよいことがわか
っている。
【００５４】更に、上記実施形態例では、排気浄化装置
を適用する機関として、燃焼室内に燃料を直接噴射する
よようにした火花点火式の機関を例に挙げて説明した
が、吸蔵型のNOx 触媒を備えてNOx の放出還元を行う機
関であれば、ディーゼルエンジンや、吸気管に燃料を噴
射し混合気を燃焼室に導入する火花点火式のリーンバー
ンエンジンに適用することも可能である。
を適用する機関として、燃焼室内に燃料を直接噴射する
よようにした火花点火式の機関を例に挙げて説明した
が、吸蔵型のNOx 触媒を備えてNOx の放出還元を行う機
関であれば、ディーゼルエンジンや、吸気管に燃料を噴
射し混合気を燃焼室に導入する火花点火式のリーンバー
ンエンジンに適用することも可能である。
【００５５】
【発明の効果】本発明の内燃機関の排気浄化装置では、
触媒装置が劣化しても、触媒装置の再生時の燃費悪化及
び大気へ放出される未燃HC,CO 量を抑制しながら、常に
確実にNOx 排出量を低減できる。
触媒装置が劣化しても、触媒装置の再生時の燃費悪化及
び大気へ放出される未燃HC,CO 量を抑制しながら、常に
確実にNOx 排出量を低減できる。
【図１】本発明の一実施形態例に係る排気浄化装置を備
えた内燃機関の概略構成図。
えた内燃機関の概略構成図。
【図２】排気浄化装置によるNOx の放出状況を表すフロ
ーチャート。
ーチャート。
【図３】排気浄化装置によるNOx の放出状況を表すフロ
ーチャート。
ーチャート。
【図４】NOx の放出状況を表すタイムチャート。
【図５】NOx の放出状況を表すタイムチャート。
【図６】NOx パージ時のリッチ継続時間に対するNOx 放
出速度を示す図。
出速度を示す図。
【図７】リーン継続時間に対するNOx 排出量を示す図。
【図８】リーン継続時間に対するHC排出値を示す図。
【図９】NOx パージ（リッチ化）における無駄時間を示
す図。
す図。
【図１０】リーン継続時間の最適時間を説明する図。
【図１１】触媒劣化がNOx 放出速度に与える影響を示す
図。
図。
１ 筒内噴射エンジン ４ 燃料噴射弁 １３ 排気浄化触媒装置 １５ 吸蔵型NOx 触媒 １６ 三元触媒 ３１ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｃ Ｆターム(参考） 3G091 AA12 AA18 AA24 AA28 AB05 AB06 BA01 BA14 BA15 BA19 BA33 CA18 CB02 CB03 DB06 DB10 DC01 EA01 EA05 EA07 EA12 EA18 EA33 EA38 FB10 FB11 FB12 FC01 GB02Y GB03Y GB05Y GB06Y HA12 HA19 HA20 HA36 HA37 HB05 3G301 HA02 HA04 HA13 HA16 JA02 JA04 JA25 JA26 JA33 LA04 LB04 MA01 MA11 MA19 MA23 MA26 NA04 NA08 NB02 NC02 ND05 NE13 NE14 NE15 NE23 PA01Z PA11Z PC02A PC02Z PD12Z PE01Z PE03Z PF00Z
Claims (1)
- 【請求項１】 内燃機関の排気通路に設けられて排気空
燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中のNOx を吸蔵し
排気空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに吸
蔵されたNOx を放出還元する放出還元機能を有する触媒
装置と、 吸蔵されたNOx を前記触媒装置から放出還元する際に、
第１所定時間の間排気空燃比をリッチ空燃比としその後
第２所定時間の間排気空燃比を理論空燃比近傍とする再
生手段と、 前記触媒装置の劣化度合いが高くなると前記第２所定時
間を長くするよう補正する補正手段とを備えたことを特
徴とする内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18930599A JP3646571B2 (ja) | 1999-07-02 | 1999-07-02 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18930599A JP3646571B2 (ja) | 1999-07-02 | 1999-07-02 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001020781A true JP2001020781A (ja) | 2001-01-23 |
| JP3646571B2 JP3646571B2 (ja) | 2005-05-11 |
Family
ID=16239123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18930599A Expired - Fee Related JP3646571B2 (ja) | 1999-07-02 | 1999-07-02 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3646571B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006038480A1 (ja) * | 2004-10-04 | 2006-04-13 | Hino Motors, Ltd. | 排ガス浄化装置 |
| JP2006299884A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Nissan Motor Co Ltd | エンジンの空燃比制御方法及びエンジンの空燃比制御装置 |
| JP2006299886A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Nissan Motor Co Ltd | エンジンの空燃比制御方法及びエンジンの空燃比制御装置 |
| WO2007058015A1 (ja) * | 2005-11-21 | 2007-05-24 | Isuzu Motors Limited | 排気ガス浄化システムの再生制御方法及び排気ガス浄化システム |
| US8151554B2 (en) | 2005-03-18 | 2012-04-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas purification system for an internal combustion engine |
| JP2014118966A (ja) * | 2012-12-18 | 2014-06-30 | Hyundai Motor Company Co Ltd | 車両のｌｎｔ制御方法 |
| CN115263528A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-11-01 | 长沙光华航空科技有限公司 | 一种发动机驱气结构及发动机 |
-
1999
- 1999-07-02 JP JP18930599A patent/JP3646571B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006038480A1 (ja) * | 2004-10-04 | 2006-04-13 | Hino Motors, Ltd. | 排ガス浄化装置 |
| US8151554B2 (en) | 2005-03-18 | 2012-04-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas purification system for an internal combustion engine |
| JP2006299884A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Nissan Motor Co Ltd | エンジンの空燃比制御方法及びエンジンの空燃比制御装置 |
| JP2006299886A (ja) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Nissan Motor Co Ltd | エンジンの空燃比制御方法及びエンジンの空燃比制御装置 |
| JP4552740B2 (ja) * | 2005-04-19 | 2010-09-29 | 日産自動車株式会社 | エンジンの空燃比制御方法及びエンジンの空燃比制御装置 |
| JP4552741B2 (ja) * | 2005-04-19 | 2010-09-29 | 日産自動車株式会社 | エンジンの空燃比制御方法及びエンジンの空燃比制御装置 |
| WO2007058015A1 (ja) * | 2005-11-21 | 2007-05-24 | Isuzu Motors Limited | 排気ガス浄化システムの再生制御方法及び排気ガス浄化システム |
| JP2007138866A (ja) * | 2005-11-21 | 2007-06-07 | Isuzu Motors Ltd | 排気ガス浄化システムの再生制御方法及び排気ガス浄化システム |
| US8037676B2 (en) | 2005-11-21 | 2011-10-18 | Isuzu Motors Limited | Regeneration control method for exhaust gas purification system, and exhaust gas purification system |
| JP2014118966A (ja) * | 2012-12-18 | 2014-06-30 | Hyundai Motor Company Co Ltd | 車両のｌｎｔ制御方法 |
| CN115263528A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-11-01 | 长沙光华航空科技有限公司 | 一种发动机驱气结构及发动机 |
| CN115263528B (zh) * | 2022-07-01 | 2024-05-10 | 长沙光华航空科技有限公司 | 一种发动机驱气结构及发动机 |
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| JP3646571B2 (ja) | 2005-05-11 |
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