JP2001173435A

JP2001173435A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2001173435A
Application number: JP35740199A
Authority: JP
Inventors: Toshisuke Toshioka; 俊祐利岡; Shinya Hirota; 信也広田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2001-06-26
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: JP3570318B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＮＯx触媒とこのＮＯx触媒を迂回するバイパ
ス通路を備えた排気浄化装置において、ＮＯx触媒のＳ
Ｏx被毒を確実に防止する。【解決手段】ＳＯx吸収材としての三元触媒５１の下
流に、ＮＯx触媒５５と、このＮＯx触媒５５を迂回する
バイパス通路５９を設け、バイパス通路５９には三元触
媒６１を設ける。ＮＯx触媒５５の上流に排気切替弁６
３を設け、三元触媒６１の上流に排気切替弁６５を設
け、リーン制御モードで空燃比制御を実行しているとき
には排気ガスをＮＯx触媒５５に流し、ストイキ制御モ
ードで空燃比制御を実行しているときには排気ガスを三
元触媒６１に流すように排気切替弁６３，６５の開閉を
制御する。リーン制御モードにおける最小空燃比の値を
１６とし、ストイキ制御モードにおける最大空燃比の値
を１４．５として、リーン制御モードの空燃比とストイ
キ制御モードの空燃比にオーバーラップがないようにす
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、希薄燃焼可能な内
燃機関より排出される排気ガスから窒素酸化物（ＮＯ
x）を浄化することができる排気浄化装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】希薄燃焼可能な内燃機関より排出される
排気ガスからＮＯxを浄化する排気浄化装置として、吸
蔵還元型ＮＯx触媒がある。吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流
入排気ガスの空燃比がリーン（即ち、酸素過剰雰囲気
下）のときにＮＯxを吸収し、流入排気ガスの酸素濃度
が低下したときに吸収したＮＯxを放出しＮ₂に還元する
触媒である。

【０００３】この吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単に触
媒あるいはＮＯx触媒ということもある）を希薄燃焼可
能な内燃機関の排気通路に配置すると、リーン空燃比の
排気ガスが流れたときには排気ガス中のＮＯxが触媒に
吸収され、ストイキ（理論空燃比）あるいはリッチ空燃
比の排気ガスが流れたときに触媒に吸収されていたＮＯ
xがＮＯ₂として放出され、さらに排気ガス中のＨＣやＣ
Ｏなどの還元成分によってＮ₂に還元され、即ちＮＯxが
浄化される。

【０００４】ところで、一般に、内燃機関の燃料には硫
黄分が含まれており、内燃機関で燃料を燃焼すると、燃
料中の硫黄分が燃焼してＳＯ₂やＳＯ₃などの硫黄酸化物
（ＳＯx）が発生する。前記吸蔵還元型ＮＯx触媒は、Ｎ
Ｏxの吸収作用を行うのと同じメカニズムで排気ガス中
のＳＯxの吸収を行うので、内燃機関の排気通路にこの
ＮＯx触媒を配置すると、このＮＯx触媒にはＮＯxのみ
ならずＳＯxも吸収される。

【０００５】ところが、前記ＮＯx触媒に吸収されたＳ
Ｏxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、
前記ＮＯx触媒からＮＯxの放出・還元を行うのと同じ条
件下では、分解、放出されにくく触媒内に蓄積され易い
傾向がある。ＮＯx触媒内のＳＯx蓄積量が増大すると、
触媒のＮＯx吸収容量が減少して排気ガス中のＮＯxの除
去を十分に行うことができなくなりＮＯx浄化率が低下
する。これが所謂ＳＯx被毒である。

【０００６】そこで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化
能を長期に亘って高く維持するために、ＮＯx触媒より
も上流に、排気ガス中のＳＯxを主に吸収するＳＯx吸収
材を配置し、ＮＯx触媒にＳＯxが流れ込まないようにし
てＳＯx被毒の防止を図った排気浄化装置が開発されて
いる。

【０００７】前記ＳＯx吸収材は、流入ガスの空燃比が
リーンのときにＳＯxを吸収し、流入ガスの空燃比が理
論空燃比またはリッチのときに吸収したＳＯxをＳＯ₂と
して放出するものであるが、このＳＯx吸収材のＳＯx吸
収容量にも限りがあるため、ＳＯx吸収材がＳＯxで飽和
する前にＳＯx吸収材からＳＯxを放出させる処理、即ち
再生処理を実行する必要がある。

【０００８】ＳＯx吸収材の再生処理技術については、
例えば特許番号第２６０５５８０号の特許公報に開示さ
れている。この公報によれば、ＳＯx吸収材に吸収され
たＳＯxを放出させるには、流入排気ガスの空燃比を理
論空燃比またはリッチにする必要があり、また、ＳＯx
吸収材の温度が高い方がＳＯxが放出され易いとされて
いる。

【０００９】さらに、この公報に開示された再生処理技
術では、ＳＯx吸収材からＳＯxを放出させたときに、放
出されたＳＯxが下流に配置されているＮＯx触媒に吸収
されるのを防止するために、ＳＯx吸収材とＮＯx触媒と
を接続する排気管から分岐してＮＯx触媒を迂回するバ
イパス通路を設けるとともに、排気ガスをＮＯx触媒と
バイパス通路のいずれに流すか選択的に切り替える排気
切替弁を設け、ＳＯx吸収材からＳＯxを放出させる再生
処理実行中は排気切替弁により排気ガスをバイパス通路
に流れるようにしてＮＯx触媒には流れないようにし、
再生処理を実行していない時には排気切替弁により排気
ガスをＮＯx触媒に流れるようにしてバイパス通路には
流れないようにしている。このようにすると、再生処理
実行中においては、ＳＯx吸収材から放出されたＳＯxが
ＮＯx触媒に流れ込まなくなるので、ＮＯx触媒がＳＯx
被毒するのを阻止することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この技術をさらに発展
させて、理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスをバ
イパス通路に流したときにも排気エミッションが悪化し
ないように、バイパス通路に三元触媒を配置して排気ガ
スを浄化する排気浄化システムが考えられる。

【００１１】ところで、排気ガスの空燃比は内燃機関で
燃焼される混合気の空燃比制御により制御することがで
きるが、この方法で排気ガスの空燃比を制御して前記排
気浄化システムに対応する場合には、空燃比を理論空燃
比またはリッチ空燃比に制御するストイキ制御モードで
内燃機関を運転しているときにはＳＯx吸収材からＳＯx
が放出されるので排気ガスをバイパス通路に流して、バ
イパス通路に設けた三元触媒で排気浄化を行い、空燃比
をリーン空燃比に制御するリーン制御モードで内燃機関
を運転しているときには排気ガスをＮＯx触媒に流し、
ＮＯx触媒で排気浄化を行う。

【００１２】しかしながら、従来の希薄燃焼可能な内燃
機関においては、リーン制御モードの空燃比とストイキ
制御モードの空燃比でオーバラップする部分があったた
め、リーン制御モードで運転していても、そのときの空
燃比が理論空燃比に近い場合には、ＳＯx吸収材からＳ
Ｏxが脱離し、そのＳＯxが吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入
する結果、吸蔵還元型ＮＯx触媒がＳＯx被毒する虞れが
ある。

【００１３】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする
課題は、リーン制御モードの空燃比とストイキ制御モー
ドの空燃比とでオーバラップがないようにすることによ
り、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx被毒防止を図ることに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。本発明に係る内燃
機関の排気浄化装置は、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関
の空燃比を制御し理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制
御するストイキ制御モードとリーン空燃比に制御するリ
ーン制御モードを備える空燃比制御手段と、（ロ）前記
内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空
燃比がリーンのときにＳＯxを吸収し流入する排気ガス
の酸素濃度が低いときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx
吸収材と、（ハ）前記ＳＯx吸収材よりも下流の排気通
路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
きにＮＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低い
ときに吸収したＮＯxを放出しＮ₂に還元する吸蔵還元型
ＮＯx触媒と、（ニ）前記ＳＯx吸収材と前記吸蔵還元型
ＮＯx触媒の間の排気通路から分岐して前記吸蔵還元型
ＮＯx触媒を迂回して排気ガスを流すバイパス通路と、
（ホ）前記空燃比制御手段がリーン制御モードで空燃比
制御を実行しているときには排気ガスを吸蔵還元型ＮＯ
x触媒に導き、ストイキ制御モードで空燃比制御を実行
しているときには排気ガスを前記バイパス通路に導くよ
うに排気経路を切り替える排気経路切替手段と、（ヘ）
前記バイパス通路に導かれた排気ガスが流通する部位に
設けられた三元触媒と、を備え、前記空燃比制御手段の
リーン制御モードにおける最小空燃比は、ストイキ制御
モードにおける最大空燃比よりも大きく設定されている
ことを特徴とする。

【００１５】尚、排気ガスの空燃比とは、機関吸気通路
及びＳＯx吸収材よりも上流での排気通路内に供給され
た空気及び燃料（炭化水素）の比をいう。

【００１６】空燃比制御手段がリーン制御モードで空燃
比制御を実行しているときには、排気ガスはＳＯx吸収
材を通り、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流れる。排気ガス中
のＳＯxはＳＯx吸収材に吸収されるので、吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒にはＳＯxが除去された排気ガスが流れ、排気ガ
ス中のＮＯxは吸蔵還元型ＮＯx触媒において吸放出・還
元浄化される。

【００１７】ここで、空燃比制御手段のリーン制御モー
ドにおける最小空燃比が、ストイキ制御モードにおける
最大空燃比よりも大きく設定されており、リーン制御モ
ードの空燃比とストイキ制御モードの空燃比とがオーバ
ラップしていないので、リーン制御モードで空燃比制御
を実行しているときにＳＯx吸収材からＳＯxが脱離する
ことがなく、吸蔵還元型ＮＯx触媒がＳＯx被毒すること
はない。

【００１８】空燃比制御手段がストイキ制御モードで空
燃比制御を実行しているときには、排気ガスはＳＯx吸
収材を通り、バイパス通路を通って、三元触媒に流れる
ため、吸蔵還元型ＮＯx触媒には流れない。そして、Ｓ
Ｏx吸収材に排気ガスが流れたときに、ＳＯx吸収材に吸
収されていたＳＯxが放出され、ＳＯx吸収材から出たＳ
Ｏx濃度の高い排気ガスはバイパス通路に流れるので、
ＳＯx吸収材から放出されたＳＯxが吸蔵還元型ＮＯx触
媒に吸収されることがない。即ち、吸蔵還元型ＮＯx触
媒のＳＯx被毒を防止することができる。そして、理論
空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスは三元触媒によっ
て浄化される。

【００１９】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、希薄燃焼可能な内燃機関としては、燃料を筒内に
直接噴射するタイプのリーンバーンエンジンや、燃料を
吸気弁上流の吸気ポートに噴射するタイプのリーンバー
ンエンジンを例示することができる。

【００２０】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、吸蔵還元型ＮＯx触媒は、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Ｎ
ａ、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、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と、白金Ｐｔのような貴金属と
が担持されてなるもの例示することができる。

【００２１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、ＳＯx吸収材は、吸蔵還元型ＮＯx触媒や三元触媒
や選択還元型ＮＯx触媒で構成することができる。本発
明に係る内燃機関の排気浄化装置において、三元触媒の
設置位置である「前記バイパス通路に導かれた排気ガス
が流通する部位」とは、バイパス通路を含むことは勿論
であるが、吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流の排気通路とバ
イパス通路の下流が合流する場合にはその合流点よりも
下流の排気通路を含むことを意味する。

【００２２】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、前記排気経路切替手段は、バイパス通路の分岐部
に設けた単一の切替弁で構成することもできるし、ある
いは、分岐部よりも吸蔵還元型ＮＯx触媒に近い位置に
ある排気通路に第１の開閉弁を設けバイパス通路に第２
の開閉弁を設けて一方の開閉弁が開くと他方の開閉弁が
閉じるように制御して構成することもできる。

【００２３】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いては、ストイキ制御モードにおける最大空燃比を１
４．５とし、リーン制御モードにおける最小空燃比を１
６とすることができ、あるいは、ストイキ制御モードに
おける最大空燃比を１４．５とし、リーン制御モードに
おける最小空燃比を２０とすることができる。このよう
に最小空燃比および最大空燃比を設定した場合には、リ
ーン制御モードにおける最小空燃比の値が理論空燃比か
ら大きく離れているので、リーン制御モードで空燃比制
御を実行しているときにＳＯx吸収材からＳＯxが脱離す
るのを、より確実に防止することができる。

【００２４】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いては、ＳＯx吸収材の温度に応じてリーン制御モード
における最小空燃比の値を変更する最小空燃比変更手段
を備えることができる。その場合、最小空燃比変更手段
は、ＳＯx吸収材の温度が高いほどリーン制御モードに
おける最小空燃比の値を大きくするのが好ましい。ＳＯ
x吸収材からのＳＯxの脱離は、ＳＯx吸収材の温度に関
わりがあり、排気ガスの空燃比が同じであってもＳＯx
吸収材の温度が高い方がＳＯx吸収材からＳＯxが脱離し
易い傾向があるからである。尚、排気ガスの温度をＳＯ
x吸収材の温度の代用として使用することができる。

【００２５】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、前記三元触媒は、吸蔵還元型ＮＯx触媒の機能を
併有することができる。この三元触媒が設けられたバイ
パス通路には主に理論空燃比の排気ガスが流れるので、
該三元触媒が吸蔵還元型ＮＯx触媒の機能を有していて
も、ＳＯx被毒することはない。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の実施の形態を図１から図６の図面に基いて
説明する。

【００２７】図１は、本発明を希薄燃焼可能な筒内直接
噴射式の車両用リーンバーンガソリンエンジンに適用し
た場合の概略構成を示す図である。この図において、符
号１は直列４気筒の機関本体、符号２はピストン、符号
３は燃焼室、符号４は点火栓、符号５は吸気弁、符号６
は吸気ポート、符号７は排気弁、符号８は排気ポート、
符号１１は燃料噴射弁を夫々示す。このエンジンでは、
燃料噴射弁７から燃料が燃焼室３内に直接噴射される。

【００２８】各気筒は２つの吸気ポート６を備え、その
うちの一方の吸気ポート６は燃焼室３に対して吸気通路
を直線的に延ばして形成されたストレートポートで構成
され、他方の吸気ポート６はシリンダ内に導入される吸
気にスワール流を生じせしめるべく形成されたヘリカル
ポートで構成されている。

【００２９】各吸気ポート６は対応する枝管９を介して
サージタンク１０に連結されている。ストレートポート
の吸気ポート６に連通する枝管９には、その枝管９内を
流通する吸気の流量を調節するスワールコントロールバ
ルブが１７が設けられている。このスワールコントロー
ルバルブには、ステップモータ等からなり印加電流の大
きさに応じてスワールコントロールバルブ１７を開閉駆
動するＳＣＶアクチュエータ１７ａと、スワールコント
ロールバルブ１７の開度に対応した電気信号を出力する
ＳＣＶポジションセンサ１７ｂが取り付けられている。

【００３０】サージタンク１０は吸気ダクト１２および
エアフロメータ１３を介してエアクリーナ１４に連結さ
れている。エアフロメータ１３は吸入空気量に対応した
電気信号を出力する。

【００３１】吸気ダクト１２の途中には、該吸気ダクト
１２内の吸気流量を調整するスロットル弁１５が配置さ
れている。このスロットル弁１５は、ステップモータ等
からなり印加電流の大きさに応じてスロットル弁１５を
開閉駆動するアクチュエータ１５ａと、スロットル弁１
５の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジ
ションセンサ１５ｂを備えている。

【００３２】また、各気筒は排気ポート８を２つずつ備
えており、図２に示すように、第１気筒１Ａと第４気筒
１Ｄの排気ポート８は第１排気マニホールド１６Ａを介
して第１スタートコンバータのケーシング５０Ａに連結
され、第２気筒１Ｂと第３気筒１Ｃの排気ポート８は第
２排気マニホールド１６Ｂを介して第２スタートコンバ
ータのケーシング５０Ｂに連結されている。ケーシング
５０Ａ，５０ＢにはそれぞれＳＯx吸収能を有する三元
触媒５１が内蔵されている。つまり、この三元触媒５１
は、通常の三元触媒にＳＯx吸収剤（例えば、バリウム
Ｂａ、カリウムＫ、ランタンＬａなど）を坦持して構成
されている。この実施の形態において三元触媒５１はＳ
Ｏx吸収材を構成する。

【００３３】ケーシング５０Ａ，５０Ｂはそれぞれ排気
管５２Ａ，５２Ｂを介して排気管５３に連結されてお
り、排気管５３において各気筒から排出された排気ガス
が合流する。排気管５３は排気管５４を介して吸蔵還元
型ＮＯx触媒５５を内蔵したケーシング５６に連結さ
れ、ケーシング５６は排気管５７を介して排気管５８に
連結され、排気管５８は図示しないマフラーに接続され
ている。以下、この吸蔵還元型ＮＯx触媒５５をＮＯx触
媒５５と略す。

【００３４】また、排気管５３と排気管５８は、ＮＯx
触媒５５を迂回するバイパス通路５９によっても連結さ
れている。バイパス通路５９は、排気管５３に連結され
たバイパス管５９Ａと、排気管５８に連結されたバイパ
ス管５９Ｂと、バイパス管５９Ａ，Ｂの間に挟装された
ケーシング６０とから構成されており、ケーシング６０
内には三元触媒６１が収容されている。

【００３５】ＮＯx触媒５５の上流に位置する排気管５
４には、アクチュエータ６２によって弁体が開閉駆動さ
れる排気切替弁６３が設けられ、三元触媒６１の上流に
位置するバイパス管５９Ａには、アクチュエータ６４に
よって弁体が開閉駆動される排気切替弁６５が設けられ
ている。この実施の形態において、排気切替弁６３，６
５は排気経路切替手段を構成する。

【００３６】排気管５３には、三元触媒５１を通過した
排気ガスの温度に対応した電気信号を出力する排気温セ
ンサ６６と、この排気ガスの酸素濃度に対応した電気信
号を出力する酸素濃度センサ（Ｏ₂センサ）６７が取り
付けられている。

【００３７】また、機関本体１には、その内部に形成さ
れた冷却水通路を流れる冷却水の温度に対応した電気信
号を出力する水温センサ１８が取り付けられている。

【００３８】このエンジンの運転を制御するエンジンコ
ントロール用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジ
タルコンピュータからなり、双方向バス３１によって相
互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、Ｒ
ＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（セント
ラルプロセッサユニット）３４、入力ポート３５、出力
ポート３６を具備する。

【００３９】前記したエアフローメータ１３、スロット
ルポジションセンサ１５ｂ、ＳＣＶポジションセンサ１
７ｂ、水温センサ１８、排気温センサ６６、酸素濃度セ
ンサ６７は、それぞれに対応したＡ／Ｄ変換器３８を介
してＥＣＵ３０の入力ポート３５と電気的に接続され、
各センサの出力信号がＥＣＵ３０に入力される。

【００４０】さらに、ＥＣＵ３０の入力ポート３５に
は、アクセルペダル１９の踏み込み量に対応した電気信
号を出力するアクセルポジションセンサ１９ａの出力信
号がＡ／Ｄ変換器３８を介して入力されるとともに、回
転数センサ４１から機関回転数を表す出力パルスが入力
される。

【００４１】ＥＣＵ３０の出力ポート３６は、対応する
駆動回路３９を介して、点火栓４、燃料噴射弁１１、ア
クチュエータ１５ａ、ＳＣＶアクチュエータ１７ａ、排
気切替弁６３，６５のアクチュエータ６２，６４に電気
的に接続されており、ＥＣＵ３０は、前記各種センサの
出力信号値をパラメータとして、点火栓４、燃料噴射弁
１１、アクチュエータ１５ａ、ＳＣＶアクチュエータ１
７ａ、排気切替弁６３，６５のアクチュエータ６２，６
４を制御する。

【００４２】このエンジンにおいては、ＥＣＵ３０は、
例えば、アクセルポジションセンサ１９ａ、エアフロメ
ータ１３、回転数センサ４１等の出力信号値をパラメー
タとして内燃機関の運転状態を判別し、その運転状態に
応じてエンジンにおける燃焼を制御する。

【００４３】図４は、このエンジンの運転状態（機関負
荷とエンジン回転数）と燃焼状態との関係を示す図であ
り、この図を参照してエンジンにおける燃焼について説
明する。

【００４４】ＥＣＵ３０は、エンジンの運転状態が低負
荷運転領域（図４においてＡ領域）にあると判定した場
合には、エンジンにおける燃焼が成層燃焼となるように
制御する。この成層燃焼を実現すべく、ＥＣＵ３０は、
ＳＣＶアクチュエータ１７ａへ制御信号を送信してスワ
ールコントロールバルブ１７の開度を小さくするととも
に、アクチュエータ１５ａへ制御信号を送信してスロッ
トル弁１５を実質的に全開状態とし、さらに各気筒の圧
縮行程時に燃料噴射弁１１に駆動電流を印加して圧縮行
程噴射を行う。

【００４５】この場合、各気筒の燃焼室３には、吸気行
程時に主としてヘリカルポートの吸気ポート６から新気
が導入され、強い旋回流（スワール流）が発生する。続
く圧縮行程では、燃料噴射弁１１から噴射された燃料が
スワール流に従って燃焼室３内を旋回し、所定の時期に
点火栓４近傍へ移動する。このとき、燃焼室３内は、点
火栓４の近傍に可燃混合気層が形成され、その周囲の領
域に空気層が形成された、いわゆる成層状態になり、全
体として極めて希薄な混合気となる。そして、ＥＣＵ３
０は、前記所定の時期に点火栓４を点火する。この結
果、燃焼室３内の混合気（可燃混合気層と空気層とを含
む）は、点火栓４近傍の可燃混合気層を着火源として燃
焼する。

【００４６】尚、成層燃焼運転時における燃料噴射量
は、アクセル開度とエンジン回転数とをパラメータとし
て決定される。すなわち、ＥＣＵ３０は、アクセルポジ
ションセンサ１９ａの出力信号値（アクセル開度）とエ
ンジン回転数と燃料噴射量との関係を示す成層燃焼時燃
料噴射制御マップを用いて燃料噴射量（燃料噴射時間）
を決定する。

【００４７】ここで、成層燃焼運転時における空燃比は
２５〜５０に設定されており、これに対応して成層燃焼
時噴射制御マップの燃料噴射量（燃料噴射時間）が設定
されている。

【００４８】また、ＥＣＵ３０は、エンジンの運転状態
が中負荷運転領域（図４においてＣ領域）にあると判定
した場合は、エンジンにおける燃焼が均質リーン燃焼と
なるように制御する。この均質リーン燃焼を実現すべ
く、ＥＣＵ３０は、ＳＣＶアクチュエータ１７ａへ制御
信号を送信してスワールコントロールバルブ１７の開度
を小さくし、さらに各気筒の吸気行程時に燃料噴射弁１
１に駆動電流を印加して吸気行程噴射を行う。この場
合、各気筒の燃焼室３内の略全域にわたって、新気と燃
料とが均質に混じり合ったリーン混合気が形成され、均
質リーン燃焼が実現される。

【００４９】尚、均質リーン燃焼運転時における燃料噴
射量および吸入空気量は、アクセル開度とエンジン回転
数とをパラメータとして決定される。すなわち、ＥＣＵ
３０は、アクセルポジションセンサ１９ａの出力信号値
（アクセル開度）とエンジン回転数と燃料噴射量との関
係を示す均質リーン燃焼時燃料噴射制御マップを用いて
燃料噴射量（燃料噴射時間）を決定し、アクセルポジシ
ョンセンサ１９ａの出力信号値（アクセル開度）とエン
ジン回転数とスロットル開度（吸入空気量）との関係を
示す均質リーン燃焼時スロットル制御マップを用いてス
ロットル開度（吸入空気量）を決定する。

【００５０】ここで、均質リーン燃焼運転時の空燃比は
１６〜２３に設定されており、これに対応して均質リー
ン燃焼時燃料噴射制御マップの燃料噴射量（燃料噴射時
間）と、均質リーン燃焼時スロットル制御マップのスロ
ットル開度（吸入空気量）が設定されている。

【００５１】また、ＥＣＵ３０は、エンジンの運転状態
が高負荷運転領域（図４においてＤ領域）にあると判定
した場合には、エンジンにおける燃焼が理論空燃比近傍
の混合気による均質燃焼（以下、これを均質ストイキ燃
焼と称す）となるように制御する。この均質ストイキ燃
焼を実現すべく、ＥＣＵ３０は、ＳＣＶアクチュエータ
１７ａへ制御信号を送信してスワールコントロールバル
ブ１７を全開状態とし、スロットル弁１５がアクセルペ
ダル１９の踏み込み量（アクセルポジションセンサ１９
ａの出力信号値）に対応した開度となるようアクチュエ
ータ１５ａへ制御信号を送信し、さらに各気筒の吸気行
程時に燃料噴射弁１１に駆動電流を印加して吸気行程噴
射を行う。この場合、各気筒の燃焼室３内の略全域にわ
たって、新気と燃料とが均質に混じり合った理論空燃比
近傍の混合気が形成され、均質ストイキ燃焼が実現され
る。

【００５２】尚、均質ストイキ燃焼運転時における燃料
噴射量は、アクセル開度とエンジン回転数とをパラメー
タとして決定される。すなわち、ＥＣＵ３０は、アクセ
ルポジションセンサ１９ａの出力信号値（アクセル開
度）とエンジン回転数と燃料噴射量との関係を示す均質
ストイキ燃焼時燃料噴射制御マップを用いて燃料噴射量
（燃料噴射時間）を決定する。

【００５３】ここで、均質ストイキ燃焼運転時における
空燃比は１２〜１４．５に設定されており、これに対応
して均質ストイキ燃焼時噴射制御マップの燃料噴射量
（燃料噴射時間）が設定されている。

【００５４】また、ＥＣＵ３０は、エンジンの運転状態
が低負荷運転領域と中負荷運転領域の間の領域（図４に
おいてＢ領域）にあると判定した場合には、エンジンに
おける燃焼が弱成層燃焼となるように制御する。この弱
成層燃焼を実現すべく、ＥＣＵ３０は、ＳＣＶアクチュ
エータ１７ａへ制御信号を送信してスワールコントロー
ルバルブ１７を所定開度で開き、各気筒の圧縮行程時と
吸気行程時との二回に分けて燃料噴射弁１１に駆動電流
を印加する。この場合、各気筒の燃焼室３内には、点火
栓４の近傍に可燃混合気層が形成されるとともに、その
周囲の領域にリーン混合気層が形成され、いわゆる弱成
層燃焼が実現される。この弱成層燃焼により、成層燃焼
制御から均質燃焼制御へ移行する際、あるいは均質燃焼
制御から成層燃焼制御へ移行する際の、エンジンのトル
ク変動が防止される。

【００５５】以上がエンジン運転状態に対応した燃焼制
御であるが、これら燃焼制御と空燃比（Ａ／Ｆ）の値の
関係をまとめると次のようになっている。（Ａ）成層燃焼制御Ａ／Ｆ＝２５〜５０（Ｂ）弱成層燃焼制御Ａ／Ｆ＝２０〜３０（Ｃ）均質リーン燃焼制御Ａ／Ｆ＝１６〜２３（Ｄ）均質ストイキ燃焼制御Ａ／Ｆ＝１２〜１４．
５ここで、空燃比に着目して区分すると、（Ａ）成層燃焼
制御と（Ｂ）弱成層燃焼制御と（Ｃ）均質リーン燃焼制
御はいずれも空燃比をリーン空燃比に制御していること
から、これらをまとめてリーン制御モードとし、（Ｄ）
均質ストイキ燃焼制御は空燃比を理論空燃比に制御して
いることからストイキ制御モードとして、二つに大別す
ることができる。

【００５６】この実施の形態では、リーン制御モードに
おける最小空燃比（１６）は、ストイキ制御モードにお
ける最大空燃比（１４．５）よりも大きく設定されてお
り、その間の空燃比（１４．５を越えて１６未満）は、
いずれの制御モードにおいても使用されない。換言すれ
ば、リーン制御モードにおける空燃比とストイキ制御モ
ードにおける空燃比は互いにオーバラップせず、明確に
区分けされている。

【００５７】尚、この実施の形態では、燃料噴射弁１１
及びスロットル弁１５とＥＣＵ３０によるエンジンの運
転状態に応じた前述の空燃比制御が空燃比制御手段を構
成する。

【００５８】ところで、エンジンは通常、低中負荷運転
される頻度が最も高く、したがって運転期間中の大部分
においてリーン制御モードで空燃比が制御され、リーン
混合気が燃焼せしめられることになる。

【００５９】図５は燃焼室３から排出される排気ガス中
の代表的な成分の濃度を概略的に示している。この図か
らわかるように、燃焼室３から排出される排気ガス中の
未燃ＨＣ，ＣＯの濃度は燃焼室３内の混合気の空燃比が
リッチになるほど増大し、燃焼室３から排出される排気
ガス中の酸素Ｏ₂の濃度は燃焼室３内の混合気の空燃比
がリーンになるほど増大する。

【００６０】ケーシング５６内に収容されているＮＯx
触媒５５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、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
と、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されてなる。機関
吸気通路およびＮＯx触媒５５より上流の排気通路内に
供給された空気および燃料（炭化水素）の比をＮＯx触
媒５５への流入排気ガスの空燃比と称する（以下、排気
空燃比と略称することもある）と、このＮＯx触媒５５
は、排気空燃比がリーンのときにはＮＯxを吸収し、流
入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを
放出するＮＯxの吸放出作用を行う。

【００６１】なお、ＮＯx触媒５５より上流の排気通路
内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合
には、排気空燃比は燃焼室３内に供給される混合気の空
燃比に一致し、したがってこの場合には、ＮＯx触媒５
５は燃焼室３内の混合気の空燃比がリーンのときにはＮ
Ｏxを吸収し、燃焼室３内の混合気中の酸素濃度が低下
すると吸収したＮＯxを放出することになる。

【００６２】上述のＮＯx触媒５５を機関排気通路内に
配置すればこのＮＯx触媒５５は実際にＮＯxの吸放出作
用を行う。この吸放出作用は図６に示すようなメカニズ
ムで行われているものと考えられる。以下、このメカニ
ズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担
持させ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。

【００６３】まず、流入排気ガスの空燃比がかなりリー
ンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、
図６（Ａ）に示されるように酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-の
形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガスに
含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-又はＯ^2-と反
応し、ＮＯ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。

【００６４】次いで、生成されたＮＯ₂の一部は、白金
Ｐｔ上で酸化されつつＮＯx触媒５５内に吸収されて酸
化バリウムＢａＯと結合しながら、図６（Ａ）に示され
るように硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形でＮＯx触媒５５内に拡
散する。このようにしてＮＯxがＮＯx触媒５５内に吸収
される。

【００６５】流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金
Ｐｔの表面でＮＯ₂が生成され、ＮＯx触媒５５のＮＯx
吸収能力が飽和しない限り、ＮＯ₂がＮＯx触媒５５内に
吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

【００６６】これに対して、流入排気ガス中の酸素濃度
が低下してＮＯ₂の生成量が低下すると反応が逆方向
（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、ＮＯx触媒５５内の硝酸イオ
ンＮＯ ₃ ^-がＮＯ₂またはＮＯの形でＮＯx触媒５５から放
出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下する
と、ＮＯx触媒５５からＮＯxが放出されることになる。
図５に示されるように、流入排気ガスのリーンの度合い
が低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、した
がって流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯ
x触媒５５からＮＯxが放出されることとなる。

【００６７】一方、このとき、燃焼室３内の混合気が理
論空燃比またはリッチ空燃比にされて排気空燃比が理論
空燃比またはリッチになると、図５に示されるように機
関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、これら未燃
ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-又はＯ^2-と反応し
て酸化せしめられる。

【００６８】また、排気空燃比が理論空燃比またはリッ
チになると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下する
ためにＮＯx触媒５５からＮＯ₂またはＮＯが放出され、
このＮＯ₂またはＮＯは、図６（Ｂ）に示されるように
未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元せしめられてＮ₂とな
る。

【００６９】即ち、流入排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、ま
ず白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-又はＯ^2-とただちに反応して酸
化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-又はＯ^2-が
消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨ
Ｃ，ＣＯによってＮＯx触媒から放出されたＮＯxおよび
エンジンから排出されたＮＯxがＮ₂に還元せしめられ
る。

【００７０】このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ₂
またはＮＯが存在しなくなると、ＮＯx触媒５５から次
から次へとＮＯ₂またはＮＯが放出され、さらにＮ₂に還
元せしめられる。したがって、排気空燃比を理論空燃比
またはリッチ空燃比にすると短時間の内にＮＯx触媒５
５からＮＯxが放出されることになる。

【００７１】このように、排気空燃比がリーンになると
ＮＯxがＮＯx触媒５５に吸収され、排気空燃比を理論空
燃比あるいはリッチにするとＮＯxがＮＯx触媒５５から
短時間のうちに放出され、Ｎ₂に還元される。したがっ
て、大気中へのＮＯxの排出を阻止することができる。

【００７２】ところで、この実施の形態では前述したよ
うに、高負荷運転時にはストイキ制御モードで空燃比が
制御されるため燃焼室３内の混合気の空燃比は理論空燃
比あるいはそれより若干リッチになり、低中負荷運転時
にはリーン制御モードで空燃比が制御されるため燃焼室
３内の混合気の空燃比はリーンになるので、低中負荷運
転時に排気ガス中のＮＯxがＮＯx触媒５５に吸収され、
高負荷運転時にＮＯx触媒５５からＮＯxが放出され還元
されることになる。しかしながら、高負荷運転の頻度が
少なく、低中負荷運転の頻度が多くその運転時間が長け
れば、ＮＯxの放出・還元が間に合わなくなり、ＮＯx触
媒５５のＮＯxの吸収能力が飽和してＮＯxを吸収できな
くなってしまう。

【００７３】そこで、この実施の形態では、リーン混合
気の燃焼が行われている場合、即ちリーン制御モードで
空燃比を制御しているときには、比較的に短い周期でス
パイク的（短時間）にストイキまたはリッチ混合気の燃
焼が行われるように混合気の空燃比を制御し、短周期的
にＮＯxの放出・還元を行っている。このようにＮＯxの
吸放出のために、排気空燃比（この実施の形態では混合
気の空燃比）が比較的に短い周期で「リーン」と「スパ
イク的なストイキまたはリッチ（以下、これをリッチス
パイクと称す）」を交互に繰り返されるように制御する
ことを、以下の説明ではリーン・リッチスパイク制御と
称す。尚、この出願においては、リーン・リッチスパイ
ク制御はリーン空燃比制御に含まれるものとする。

【００７４】一方、燃料には硫黄（Ｓ）が含まれてお
り、燃料中の硫黄が燃焼するとＳＯ₂やＳＯ₃などの硫黄
酸化物（ＳＯx）が発生し、ＮＯx触媒５５は排気ガス中
のこれらＳＯxも吸収する。ＮＯx触媒５５のＳＯx吸収
メカニズムはＮＯx吸収メカニズムと同じであると考え
られる。即ち、ＮＯxの吸収メカニズムを説明したとき
と同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを坦持さ
せた場合を例にとって説明すると、前述したように、排
気空燃比がリーンのときには、酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-
の形でＮＯx触媒５５の白金Ｐｔの表面に付着してお
り、流入排気ガス中のＳＯx（例えばＳＯ₂）は白金Ｐｔ
の表面上で酸化されてＳＯ₃となる。

【００７５】その後、生成されたＳＯ₃は、白金Ｐｔの
表面で更に酸化されながらＮＯx触媒５５内に吸収され
て酸化バリウムＢａＯと結合し、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の
形でＮＯx触媒５５内に拡散し硫酸塩ＢａＳＯ₄を生成す
る。この硫酸塩ＢａＳＯ₄は安定していて分解しずら
く、流入排気ガスの空燃比をリッチにしても分解されず
にＮＯx触媒５５内に残ってしまう。したがって、時間
経過に伴いＮＯx触媒５５内のＢａＳＯ₄の生成量が増大
するとＮＯx触媒５５の吸収に関与できるＢａＯの量が
減少してＮＯxの吸収能力が低下してしまう。これが即
ちＳＯx被毒である。

【００７６】そこで、この実施の形態ではＮＯx触媒５
５にＳＯxが流入しないように、ＮＯx触媒５５の上流に
設けたスタートコンバータとしての三元触媒５１にＳＯ
x吸収剤を坦持してＳＯx吸収能を付与しているのであ
る。三元触媒５１に坦持されたＳＯx吸収剤は、流入す
る排気ガスの空燃比がリーンのときにＳＯxを吸収し、
流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチに
なって酸素濃度が低下すると吸収したＳＯxを放出す
る。

【００７７】このようにＳＯx吸収能を有する三元触媒
５１をＮＯx触媒５５の上流に配置すると、三元触媒５
１に流入する排気ガスの空燃比がリーンになると排気ガ
ス中のＳＯxが三元触媒５１に吸収され、したがって、
下流のＮＯx触媒５５にはＳＯxが流れ込まなくなり、Ｎ
Ｏx触媒５５では排気ガス中のＮＯxのみが吸収されるこ
とになる。

【００７８】一方、三元触媒５１に流入する排気ガスの
空燃比が理論空燃比またはリッチになって酸素濃度が低
下すると、三元触媒５１に吸収されているＳＯxが三元
触媒５１から放出され、排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯに
よってＳＯ₂に還元せしめられる。

【００７９】尚、この実施の形態のエンジンでは、リー
ン制御モードで空燃比を制御しエンジンを運転している
ときに排気ガスの空燃比がリーンになるので、排気ガス
中のＳＯxが三元触媒５１に吸収される。また、ストイ
キ制御モードで空燃比を制御しエンジンを理論空燃比ま
たはリッチ空燃比で運転しているときに排気ガスの空燃
比が理論空燃比またはリッチなるので、これらの運転状
態のときに三元触媒５１に吸収されているＳＯxが放出
される。

【００８０】ところで、三元触媒５１からＳＯxが放出
されているときには、三元触媒５１から流出した排気ガ
スには多量のＳＯxが含まれることとなるため、この排
気ガスがＮＯx触媒５５に流入すると排気ガス中のＳＯx
がＮＯx触媒５５に吸収され、ＮＯx触媒５５がＳＯx被
毒してしまい、三元触媒５１にＳＯx吸収能を付与した
意味がなくなってしまう。そこで、この実施の形態で
は、三元触媒５１から放出されたＳＯxがＮＯx触媒５５
に吸収されるのを阻止するために、ストイキ制御モード
で空燃比を制御しエンジンを運転しているときには、三
元触媒５１から流出した排気ガスをバイパス通路５９に
導くようにしている。さらに、バイパス通路５９を流れ
る排気ガスを浄化するために、バイパス通路５９に三元
触媒６１を設けている。

【００８１】次に、このエンジンの運転状態に場合分け
して排気経路と排気浄化の作用を説明する。まず、エン
ジンの運転状態が低中負荷運転領域にありリーン制御モ
ードで空燃比制御を実行しているときには、図１に示す
ように、ＥＣＵ３０は、アクチュエータ６２，６４に制
御信号を送信して、排気切替弁６３を全開状態に保持す
るとともに排気切替弁６５を全閉状態に保持する。これ
により、排気ガスはＮＯx触媒５５に流れ、バイパス通
路５９の三元触媒６１には流れなくなる。

【００８２】このとき、エンジンから排出されるリーン
空燃比の排気ガス中のＳＯxはスタートコンバータとし
ての三元触媒５１に吸収され、ＳＯxを除去された排気
ガスがＮＯx触媒５５に流れるようになるので、ＮＯx触
媒５５のＳＯx被毒を防止することができる。

【００８３】特に、この実施の形態においては、リーン
制御モードにおける最大空燃比が１６に設定されてお
り、三元触媒５１からＳＯxが放出され易い理論空燃比
（１４．５）からは十分に離れた値を採用しているの
で、リーン制御モードで空燃比制御を実行しているとき
に三元触媒５１からＳＯxが放出される虞れは殆どな
く、ＮＯx触媒５５のＳＯx被毒を確実に防止することが
できる。

【００８４】そして、前述したように、リーン制御モー
ドのときには、実際にはリーン・リッチスパイク制御が
行われるので、ＮＯx触媒５５においてＮＯxの吸放出・
還元が行われ、排気ガスは浄化される。

【００８５】尚、間欠的にリッチスパイクの排気ガスが
三元触媒５１に流れるが、このリッチスパイクは非常に
短時間であるので三元触媒５１に吸収されているＳＯx
が放出されることはない。

【００８６】一方、エンジンの運転状態が高負荷運転状
態にありストイキ制御モードで空燃比制御を実行してい
るときには、ＥＣＵ３０は、アクチュエータ６２，６４
に制御信号を送信して、排気切替弁６３を全閉状態に保
持するとともに排気切替弁６５を全開状態に保持する。
これにより、排気ガスはバイパス通路５９の三元触媒６
１に流れ、ＮＯx触媒５５には流れなくなる。

【００８７】このとき、エンジンから排出されるストイ
キまたはリッチ空燃比の排気ガスは、スタートコンバー
タとしての三元触媒５１とバイパス通路５９の三元触媒
６１によって浄化される。また、三元触媒５１の触媒温
度がＳＯx脱離可能な温度（以下、この温度をＳＯx脱離
温度という）に達していれば、三元触媒５１に吸収され
ているＳＯxが放出されるが、このＳＯx濃度の高い排気
ガスはＮＯx触媒５５には流入せずバイパス通路５９に
流れるので、ＮＯx触媒５５のＳＯx被毒を防止すること
ができる。

【００８８】〔他の実施の形態〕前述した実施の形態で
は、ストイキ制御モードにおける最大空燃比を１４．５
とし、リーン制御モードにおける最小空燃比を１６とし
たが、最大空燃比および最小空燃比の値はこれに限るも
のではない。例えば、ストイキ制御モードにおける最大
空燃比を１４．５とし、リーン制御モードにおける最小
空燃比を２０としてもよい。このように、ストイキ制御
モードにおける最大空燃比の値とリーン制御モードにお
ける最小空燃比の値との差が大きい方が、ＮＯx触媒５
５のＳＯx被毒を確実に防止することができる。

【００８９】また、三元触媒５１からのＳＯxの脱離
は、三元触媒５１の温度に関わりがあり、排気ガスの空
燃比が同じであっても三元触媒５１の温度が高い方が三
元触媒５１からＳＯxが脱離し易い傾向がある。そのた
め、三元触媒５１の温度に応じてリーン制御モードにお
ける最小空燃比の値を変更する最小空燃比変更手段を備
えるのが好ましい。例えば、ＥＣＵ３０は、三元触媒５
１の温度が３００゜Ｃ以下であると判定したときには、
リーン制御モードにおける最小空燃比の値として１６を
採用し、三元触媒５１の温度が３００゜Ｃを越えている
と判定したときには、リーン制御モードにおける最小空
燃比の値として１８を採用するなどである。

【００９０】尚、この場合、三元触媒５１に温度センサ
を設けて触媒温度を直接検出することも可能であるが、
排気温センサ６６で検出される排気ガス温度を三元触媒
５１の温度として代用することも可能である。

【００９１】上述した実施の形態では、スタートコンバ
ータとしての三元触媒５１にＳＯx吸収剤を坦持するこ
とにより三元触媒５１をＳＯx吸収材として機能させた
が、スタートコンバータとしての三元触媒とは別に、吸
蔵還元型ＮＯx触媒の上流にＳＯx吸収材を配置してもよ
く、その場合にはスタートコンバータがなくても本発明
は成立する。

【００９２】また、上述した実施の形態では、ＳＯx吸
収材としての三元触媒５１からのＳＯx放出を、エンジ
ンの運転状態に基づくストイキ制御モードによる空燃比
制御に任せているが、ＳＯx吸収材に吸収されたＳＯx量
を例えば燃料消費量に基づいて演算し、ＳＯx量が所定
量になったときに強制的にストイキの排気ガスを流して
ＳＯx吸収材の再生処理を実行するようにすることも可
能である。

【００９３】また、上述した実施の形態では、バイパス
通路５９に三元触媒６１を配置したが、三元触媒６１を
バイパス通路５９に配置せず、排気管５８に配置しても
構わない。要するに、三元触媒６１は、バイパス通路５
９に流れた排気ガスが流通する部位に配置されていれば
よい。排気管５８に三元触媒６１を配置した場合にも、
前述の実施の形態と同様の作用・効果を得ることができ
る。

【００９４】さらに、三元触媒６１に吸蔵還元型ＮＯx
触媒の機能を併有させるようにしてもよい。バイパス通
路５９には主にストイキの排気ガスが流れるので、三元
触媒６１が吸蔵還元型ＮＯx触媒の機能を有していて
も、ＳＯx被毒することはない。

【００９５】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置に
よれば、（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の空燃比を制御
するストイキ制御モードとリーン制御モードを備える空
燃比制御手段と、（ロ）前記内燃機関の排気通路に設け
られたＳＯx吸収材と、（ハ）前記ＳＯx吸収材よりも下
流の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
（ニ）前記ＳＯx吸収材と前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の間
の排気通路から分岐して前記吸蔵還元型ＮＯx触媒を迂
回して排気ガスを流すバイパス通路と、（ホ）前記空燃
比制御手段がリーン制御モードで空燃比制御を実行して
いるときには排気ガスを吸蔵還元型ＮＯx触媒に導き、
ストイキ制御モードで空燃比制御を実行しているときに
は排気ガスを前記バイパス通路に導くように排気経路を
切り替える排気経路切替手段と、（ヘ）前記バイパス通
路に導かれた排気ガスが流通する部位に設けられた三元
触媒と、を備え、前記空燃比制御手段のリーン制御モー
ドにおける最小空燃比が、ストイキ制御モードにおける
最大空燃比よりも大きく設定されていることにより、吸
蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx被毒を確実に防止することが
できるという優れた効果が奏される。

【００９６】ストイキ制御モードにおける最大空燃比を
１４．５としリーン制御モードにおける最小空燃比を１
６とした場合、あるいは、ストイキ制御モードにおける
最大空燃比を１４．５としリーン制御モードにおける最
小空燃比を２０とした場合には、リーン制御モードにお
ける最小空燃比の値が理論空燃比から大きく離れている
ので、リーン制御モードで空燃比制御を実行していると
きにＳＯx吸収材からＳＯxが脱離するのをより確実に防
止することができる。

【００９７】ＳＯx吸収材の温度に応じてリーン制御モ
ードにおける最小空燃比の値を変更する最小空燃比変更
手段を備えた場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx被
毒防止の確実性がさらに向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一実
施の形態の概略構成図である。

【図２】前記実施の形態における排気通路の一部を拡
大して示した図である。

【図３】前記実施の形態におけるＥＣＵの構成を示す
図である。

【図４】前記実施の形態における内燃機関の機関回転
数と機関負荷と燃焼状態との関係を示す図である。

【図５】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，
ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。

【図６】吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出作用を説
明するための図である。

【符号の説明】

１機関本体（内燃機関）３燃焼室４点火栓１１燃料噴射弁（空燃比制御手段）１３エアフロメータ１５スロットル弁（空燃比制御手段）１６Ａ，１６Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ，５３，５４，５７，
５８排気管（排気通路）１９アクセルペダル３０ＥＣＵ５１三元触媒（ＳＯx吸収材）５５吸蔵還元型ＮＯx触媒５９バイパス通路６１三元触媒６３，６５排気切替弁（排気経路切替手段）６６排気温センサ

───────────────────────────────────────────────────── 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 41/04 ３０５Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５ＡＦターム(参考） 3G091 AA17 AA24 AB03 AB06 BA13 CA12 CA13 EA01 EA16 EA17 EA18 EA34 FB10 GB03W GB04W GB06W HA08 HA12 3G301 HA01 HA04 HA06 HA16 HA17 JA21 JA25 KA08 KA09 LA05 MA11 NC02 NE14 NE15 PA11Z PB03A PE01Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）希薄燃焼可能な内燃機関の空燃比
を制御し理論空燃比あるいはリッチ空燃比に制御するス
トイキ制御モードとリーン空燃比に制御するリーン制御
モードを備える空燃比制御手段と、（ロ）前記内燃機関
の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリ
ーンのときにＳＯxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃
度が低いときに吸収したＳＯxを放出するＳＯx吸収材
と、（ハ）前記ＳＯx吸収材よりも下流の排気通路に設
けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮ
Ｏxを吸収し流入する排気ガスの酸素濃度が低いときに
吸収したＮＯxを放出しＮ₂に還元する吸蔵還元型ＮＯx
触媒と、（ニ）前記ＳＯx吸収材と前記吸蔵還元型ＮＯx
触媒の間の排気通路から分岐して前記吸蔵還元型ＮＯx
触媒を迂回して排気ガスを流すバイパス通路と、（ホ）
前記空燃比制御手段がリーン制御モードで空燃比制御を
実行しているときには排気ガスを吸蔵還元型ＮＯx触媒
に導き、ストイキ制御モードで空燃比制御を実行してい
るときには排気ガスを前記バイパス通路に導くように排
気経路を切り替える排気経路切替手段と、（ヘ）前記バ
イパス通路に導かれた排気ガスが流通する部位に設けら
れた三元触媒と、を備え、前記空燃比制御手段のリーン制御モードにおけ
る最小空燃比は、ストイキ制御モードにおける最大空燃
比よりも大きく設定されていることを特徴とする内燃機
関の排気浄化装置。
【請求項２】前記ストイキ制御モードにおける最大空
燃比は１４．５であり、リーン制御モードにおける最小
空燃比は１６であることを特徴とする請求項１に記載の
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】前記ストイキ制御モードにおける最大空
燃比は１４．５であり、リーン制御モードにおける最小
空燃比は２０であることを特徴とする請求項１に記載の
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】前記ＳＯx吸収材の温度に応じて前記リ
ーン制御モードにおける最小空燃比の値を変更する最小
空燃比変更手段を備えることを特徴とする請求項１に記
載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】前記最小空燃比変更手段は、前記ＳＯx
吸収材の温度が高いほどリーン制御モードにおける最小
空燃比の値を大きくすることを特徴とする請求項４に記
載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】前記三元触媒は、吸蔵還元型ＮＯx触媒
の機能を併有することを特徴とする請求項１に記載の内
燃機関の排気浄化装置。