JP2002188433A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を適切に放出させ
る。 【解決手段】 空燃比がリーンのときにＮＯ_X を吸収す
るＮＯ_X 吸収剤２３を機関排気通路内に配置し、ＮＯ_X
吸収剤２３下流の機関排気通路内にＮＯ_X アンモニアセ
ンサ２９を配置する。ＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放
出すべく空燃比をリッチにした後、ＮＯ_X アンモニアセ
ンサ２９により検出されたアンモニア濃度が上昇しはじ
めたときに空燃比をリッチからリーンに切換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流入する排気ガスの空燃比がリーンであ
るときにはＮＯ_X を吸収し、流入する排気ガスの空燃比
がリッチになると吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X 吸収
剤を機関排気通路内に配置し、リーン空燃比のもとで燃
焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ_X がＮＯ_X
吸収剤に吸収され、ＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を放出すべ
きときにはＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を
リッチにするようにした内燃機関が公知である。

【０００３】このような内燃機関においてＮＯ_X 吸収剤
からのＮＯ_X の放出が完了したときにＮＯ_X 吸収剤に流
入する排気ガスの空燃比をリッチからリーンに切換える
ために、ＮＯ_X 吸収剤下流の機関排気通路内に排気ガス
中のＮＯ_X 濃度を検出しうるＮＯ_X センサを配置し、Ｎ
Ｏ_X センサにより検出されたＮＯ_X 濃度が一定濃度以下
となったときにＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X の放出が完了
したとみなしてＮＯ_X吸収剤に流入する排気ガスの空燃
比をリッチからリーンに切換えるようにした内燃機関が
公知である（特開２０００−１０４５３３号公報参
照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらＮＯ_X 吸
収剤からＮＯ_X が放出されている間は放出されたＮＯ_X
は排気ガス中に含まれる還元剤によって還元されるので
ＮＯ_X 吸収剤からはＮＯ _X が放出されず、従ってＮＯ_X
吸収剤からＮＯ_X が放出されている間はＮＯ_X センサに
より検出されるＮＯ_X 濃度はほとんど零に維持される。
従ってＮＯ_X センサを用いてＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X
の放出が完了したか否かを判断することはできないこと
になる。

【０００５】ところが本発明者等がＮＯ_X 吸収剤につい
て実験および研究を行う過程で、ＮＯ_X 吸収剤に流入す
る排気ガスの空燃比をリッチにしたときにＮＯ_X 吸収剤
に吸収されているＮＯ_X を還元するのに必要な量よりも
多量の還元剤がＮＯ_X 吸収剤に供給されると、即ちＮＯ
_X 吸収剤からのＮＯ_X の放出作用が完了した後もＮＯ _X
吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされ続け
るとＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を放出し還元するために使
用されなかった余剰の還元剤がアンモニアの形でＮＯ_X
吸収剤から排出されることが判明したのである。

【０００６】従って、ＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を放出す
べくＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチ
にされたときにＮＯ_X 吸収剤からのアンモニアの排出を
監視していればＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X の放出作用が
完了したか否かを判断できることになる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】従って１番目の発明で
は、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには
ＮＯ_X を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチに
なると吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X 吸収剤を機関排
気通路内に配置し、リーン空燃比のもとで燃焼が行われ
ているときには排気ガス中のＮＯ_X がＮＯ_X 吸収剤に吸
収され、ＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を放出すべきときには
ＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにす
るようにした内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯ_X
吸収剤下流の排気通路内にアンモニア濃度を検出しうる
センサを配置し、ＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を放出すべく
ＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにさ
れている間にこのセンサにより検出されたアンモニア濃
度が上昇しはじめたときにＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X の
放出作用が完了したと判断するようにしている。

【０００８】２番目の発明では１番目の発明において、
上述のセンサはアンモニア濃度に比例したレベルの出力
信号を発生し、ＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を放出すべくＮ
Ｏ_X吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされ
ている間にセンサの出力信号レベルが予め定められた設
定値を越えたときにＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X の放出作
用が完了したと判断するようにしている。

【０００９】３番目の発明では１番目の発明において、
ＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X の放出作用が完了したと判断
されたときにＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比
がリッチからリーンに切換えられる。４番目の発明では
１番目の発明において、センサは排気ガス中のアンモニ
ア濃度に加えて排気ガス中のＮＯ_X 濃度の検出が可能で
あり、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに
センサによって検出されたＮＯ_X 濃度が予め定められた
設定値を越えたときにＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガス
の空燃比がリーンからリッチに切換えられる。

【００１０】５番目の発明では１番目の発明において、
ＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ _X 量を推定するため
のＮＯ_X 吸収量推定手段を具備し、ＮＯ_X 吸収量推定手
段により推定されたＮＯ_X 量に基づいて、ＮＯ_X 吸収剤
に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにするリ
ッチ時間間隔を制御するようにしている。６番目の発明
では５番目の発明において、ＮＯ_X 吸収量推定手段によ
り推定されたＮＯ_X 吸収量が許容値を越えたときにＮＯ
_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッ
チに一時的に切換えられる。

【００１１】７番目の発明では６番目の発明において、
ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収能力を推定するためのＮＯ_X
吸収能力推定手段を具備し、ＮＯ_X 吸収能力推定手段に
より推定されたＮＯ_X 吸収能力が低下するほど許容値が
低下せしめられる。８番目の発明では６番目の発明にお
いて、センサは排気ガス中のアンモニア濃度に加えて排
気ガス中のＮＯ_X 濃度の検出が可能であり、リーン空燃
比のもとで燃焼が行われているときにＮＯ_X 吸収量推定
手段により推定されたＮＯ_X 吸収量が許容値を越えてい
ないのにもかかわらずにセンサによって検出されたＮＯ
_X 濃度が予め定められた設定値を越えたときにはＮＯ_X
吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチ
に切換えられる。

【００１２】９番目の発明では６番目の発明において、
センサは排気ガス中のアンモニア濃度に加えて排気ガス
中のＮＯ_X 濃度の検出が可能であり、リーン空燃比のも
とで燃焼が行われているときにＮＯ_X 吸収量推定手段に
より推定されたＮＯ_X 吸収量が許容値を越えていないの
にもかかわらずにセンサによって検出されたＮＯ_X 濃度
が予め定められた設定値を越えたときには許容値が低下
せしめられる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明を筒内噴射式火花点
火機関に適用した場合を示している。しかしながら本発
明は圧縮着火式内燃機関に適用することもできる。図１
を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、
３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４は
シリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５
はピストン３とシリンダヘッド４間に形成された燃焼
室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排
気ポートを夫々示す。図１に示されるようにシリンダヘ
ッド４の内壁面の中央部には点火栓１０が配置され、シ
リンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置
される。また、ピストン３の頂面上には燃料噴射弁１１
の下方から点火栓１０の下方まで延びるキャビティ１２
が形成されている。

【００１４】各気筒の吸気ポート７は夫々対応する吸気
枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージ
タンク１４は吸気ダクト１５およびエアフロメータ１６
を介してエアクリーナ（図示せず）に連結される。吸気
ダクト１５内にはステップモータ１７によって駆動され
るスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒の排気
ポート９は排気マニホルド１９に連結され、この排気マ
ニホルド１９は酸化触媒又は三元触媒２０を内臓した触
媒コンバータ２１および排気管２２を介してＮＯ_X 吸収
剤２３を内臓したケーシング２４に連結される。排気マ
ニホルド１９とサージタンク１４とは再循環排気ガス
（以下ＥＧＲガスという）導管２６を介して互いに連結
され、このＥＧＲガス導管２６内にはＥＧＲガス制御弁
２７が配置される。

【００１５】電子制御ユニット３０はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続
されたＲＡＭ（ランダムアクセルメモリ）３２、ＲＯＭ
（リードオンリメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセ
ッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具
備する。エアフロメータ１６は吸入空気量に比例した出
力電圧を発生し、この出力電圧が対応するＡＤ変換器３
７を介して入力ポート３５に入力される。排気マニホル
ド１９には空燃比を検出するための空燃比センサ２８が
取付けられ、この空燃比センサ２８の出力信号が対応す
るＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力され
る。また、ＮＯ_X 吸収剤２３を内臓したケーシング２４
の出口に接続された排気管２５内には排気ガス中のＮＯ
_X 濃度およびアンモニア濃度を共に検出可能なＮＯ_X ア
ンモニアセンサ２９が配置され、このＮＯ_X アンモニア
センサ２９の出力信号が対応するＡＤ変換器３７を介し
て入力ポート３５に入力される。

【００１６】また、アクセルペダル４０にはアクセルペ
ダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷
センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対
応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力さ
れる。クランク角センサ４２は例えばクランクシャフト
が３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パ
ルスが入力ポート３５に入力される。ＣＰＵ３４ではこ
のクランク角センサ４２の出力パルスから機関回転数が
計算される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路
３８を介して点火栓１０、燃料噴射弁１１、ステップモ
ータ１７およびＥＧＲ制御弁２７に接続される。

【００１７】次に図２を参照しつつ図１に示されるＮＯ
_X アンモニアセンサ２９のセンサ部の構造について簡単
に説明する。図２を参照すると、ＮＯ_X アンモニアセン
サ２９のセンサ部は互いに積層された６つの酸化ジルコ
ニア等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなり、これ
らの６つの固体電解質層を以下、上から順に第１層Ｌ
₁ 、第２層Ｌ₂ 、第３層Ｌ₃ 、第４層Ｌ₄ 、第５層Ｌ
₅ 、第６層Ｌ₆ と称する。

【００１８】図２を参照すると、第１層Ｌ₁ と第３層Ｌ
₃ との間に例えば多孔質の又は細孔が形成されている第
１の拡散律速部材５０と第２の拡散律速部材５１とが配
置されており、これら拡散律速部材５０と５１間には第
１室５２が、第２の拡散律速部材５１と第２層Ｌ₂ 間に
は第２室５３が形成されている。また、第３層Ｌ₃ と第
５層Ｌ₅ 間には外気に連通している大気室５４が形成さ
れている。一方、第１の拡散律速部材５０の外端面は排
気ガスと接触している。従って排気ガスは第１の拡散律
速部材５０を介して第１室５２内に流入し、斯くして第
１室５２内は排気ガスで満たされている。

【００１９】一方、第１室５２に面する第１層Ｌ₁ の内
周面上には陰極側第１ポンプ電極５５が形成されてお
り、第１層Ｌ₁ の外周面上には陽極側第１ポンプ電極５
６が形成されており、これら第１ポンプ電極５５，５６
間には第１ポンプ電圧源５７により電圧が印加される。
第１ポンプ電極５５，５６間に電圧が印加されると第１
室５２内の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第１ポン
プ電極５５と接触して酸素イオンとなり、この酸素イオ
ンは第１層Ｌ₁ 内を陽極側第１ポンプ電極５６に向けて
流れる。従って第１室５２内の排気ガス中に含まれる酸
素は第１層Ｌ₁ 内を移動して外部に汲み出されることに
なり、このとき外部に汲み出される酸素量は第１ポンプ
電圧源５７の電圧が高くなるほど多くなる。

【００２０】一方、大気室５４に面する第３層Ｌ₃ の内
周面上には基準電極５８が形成されている。ところで酸
素イオン伝導性固体電解質では固体電解質層の両側にお
いて酸素濃度に差があると酸素濃度の高い側から酸素濃
度の低い側に向けて固体電解質層内を酸素イオンが移動
する。図２に示す例では大気室５４内の酸素濃度の方が
第１室５２内の酸素濃度よりも高いので大気室５４内の
酸素は基準電極５８と接触することにより電荷を受け取
って酸素イオンとなり、この酸素イオンは第３層Ｌ₃ 、
第２層Ｌ₂ および第１層Ｌ₁ 内を移動し、陰極側第１ポ
ンプ電極５５において電荷を放出する。その結果、基準
電極５８と陰極側第１ポンプ電極５５間に符号５９で示
す電圧Ｖ₀ が発生する。この電圧Ｖ₀ は大気圧室５４内
と第１室５２内の酸素濃度差に比例する。

【００２１】図２に示される例ではこの電圧Ｖ₀ が、第
１室５２内の酸素濃度が１p.p.m.のときに生ずる電圧に
一致するように第１ポンプ電圧源５７の電圧がフィード
バック制御される。即ち、第１室５２内の酸素は第１室
５２内の酸素濃度が１p.p.m.となるように第１層Ｌ₁ を
通って汲み出され、それによって第１室５２内の酸素濃
度が１p.p.m.に維持される。

【００２２】なお、陰極側第１ポンプ電極５５はＮＯ_X
に対しては還元性の低い材料、例えば金Ａｕと白金Ｐｔ
との合金から形成されており、従って排気ガス中に含ま
れるＮＯ_X は第１室５２内ではほとんど還元されない。
従ってこのＮＯ_X は第２の拡散律速部材５１を通って第
２室５３内に流入する。一方、第２室５３に面する第１
層Ｌ₁ の内周面上には陰極側第２ポンプ電極６０が形成
されており、この陰極側第２ポンプ電極６０と陽極側第
１ポンプ電極５５６間には第２ポンプ電圧源６１により
電圧が印加される。これらポンプ電極６０，５６間に電
圧が印加されると第２室５３内の排気ガス中に含まれる
酸素が陰極側第２ポンプ電極６０と接触して酸素イオン
となり、この酸素イオンは第１層Ｌ₁ 内を陽極側第１ポ
ンプ電極５６に向けて流れる。従って第２室５３内の排
気ガス中に含まれる酸素は第１層Ｌ₁ 内を移動して外部
に汲み出されることになり、このとき外部に汲み出され
る酸素量は第２ポンプ電圧源６１の電圧が高くなるほど
多くなる。

【００２３】一方、前述したように酸素イオン伝導性固
体電解質では固体電解質層の両側において酸素濃度に差
があると酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向け
て固体電解質層内を酸素イオンが移動する。図２に示す
例では大気室５４内の酸素濃度の方が第２室５３内の酸
素濃度よりも高いので大気室５４内の酸素は基準電極５
８と接触することにより電荷を受け取って酸素イオンと
なり、この酸素イオンは第３層Ｌ₃ 、第２層Ｌ₂ および
第１層Ｌ₁ 内を移動し、陰極側第２ポンプ電極６０にお
いて電荷を放出する。その結果、基準電極５８と陰極側
第２ポンプ電極６０間に符号６２で示す電圧Ｖ₁ が発生
する。この電圧Ｖ₁ は大気圧室５４内と第２室５３内の
酸素濃度差に比例する。

【００２４】図２に示される例ではこの電圧Ｖ₁ が、第
２室５３内の酸素濃度が０．０１p.p.m.のときに生ずる
電圧に一致するように第２ポンプ電圧源６１の電圧がフ
ィードバック制御される。即ち、第２室５３内の酸素は
第２室５３内の酸素濃度が１．０１p.p.m.となるように
第１層Ｌ₁ を通って汲み出され、それによって第２室５
３内の酸素濃度が０．０１p.p.m.に維持される。

【００２５】なお、陰極側第２ポンプ電極６０もＮＯ_X
に対しては還元性の低い材料、例えば金Ａｕと白金Ｐｔ
との合金から形成されており、従って排気ガス中に含ま
れるＮＯ_X は陰極側第２ポンプ電極６０と接触してもほ
とんど還元されない。一方、第２室５３に面する第３層
Ｌ₃ の内周面上にはＮＯ_X 検出用の陰極側ポンプ電極６
３が形成されている。この陰極側ポンプ電極６３はＮＯ
_X に対して強い還元性を有する材料、例えばロジウムＲ
ｈや白金Ｐｔから形成されている。従って第２室５３内
のＮＯ_X 、実際には大部分を占めるＮＯが陰極側ポンプ
電極６３上においてＮ₂ とＯ₂ に分解される。図２に示
されるようにこの陰極側ポンプ電極６３と基準電極５８
間には一定電圧６４が印加されており、従って陰極側ポ
ンプ電極６３上において分解生成されたＯ₂ は酸素イオ
ンとなって第３層Ｌ₃ 内を基準電極５８に向けて移動す
る。このとき陰極側ポンプ電極６３と基準電極５８間に
はこの酸素イオン量に比例した符号６５で示す電流Ｉ₁
が流れる。

【００２６】前述したように第１室５２内ではＮＯ_X は
ほとんど還元されず、また第２室５３内には酸素はほと
んど存在しない。従って電流Ｉ₁ は排気ガス中に含まれ
るＮＯ_X 濃度に比例することになり、斯くして電流Ｉ₁
から排気ガス中のＮＯ_X 濃度を検出することになる。一
方、排気ガス中に含まれるアンモニアＮＨ₃ は第１室５
２内においてＮＯとＨ₂Ｏに分解され（４ＮＨ₃ ＋５Ｏ₂
→４ＮＯ＋６Ｈ₂Ｏ）、この分解されたＮＯは第２の拡
散律速部材５１を通って第２室５３内に流入する。この
ＮＯは陰極側ポンプ電極６３上においてＮ₂ とＯ₂ に分
解され、分解組成されたＯ₂ は酸素イオンとなって第３
層Ｌ₃ 内を基準電極５８に向けて移動する。このときに
も電流Ｉ₁ は排気ガス中に含まれるＮＨ₃ 濃度に比例
し、斯くして電流Ｉ₁ から排気ガス中のＮＨ₃ 濃度を検
出できることになる。

【００２７】図３は電流Ｉ₁ と、排気ガス中のＮＯ_X 濃
度およびＮＨ₃ 濃度との関係を示している。図３から電
流Ｉ₁ は排気ガス中のＮＯ_X 濃度およびＮＨ₃ 濃度に比
例していることがわかる。一方、排気ガス中の酸素濃度
が高いほど、即ち空燃比がリーンであるほど第１室５２
から外部に汲み出される酸素量が多くなり、符号６６で
示す電流Ｉ₂ が増大する。従ってこの電流Ｉ₂ から排気
ガスの空燃比を検出することができる。

【００２８】なお、第５層Ｌ₅ と第６層Ｌ₆ との間には
ＮＯ_X アンモニアセンサ２９のセンサ部を加熱するため
の電気ヒータ６７が配置されており、この電気ヒータ６
７によってＮＯ_X アンモニアセンサ２９のセンサ部は７
００℃から８００℃に加熱される。次に図４（Ａ）を参
照しつつ図１に示す内燃機関の燃料噴射制御について説
明する。なお、図４（Ａ）において縦軸は機関負荷Ｑ／
Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）を表しており、横軸
は機関回転数Ｎを表している。

【００２９】図４（Ａ）において実線Ｘ₁ よりも低負荷
側の運転領域では成層燃焼が行われる。即ち、このとき
には図１に示されるように圧縮行程末期に燃料噴射弁１
１からキャビティ１２内に向けて燃料Ｆが噴射される。
この燃料はキャビティ１２の内周面により案内されて点
火栓１０周りに混合気を形成し、この混合気が点火栓１
０によって着火燃焼せしめられる。このとき燃焼室５内
における平均空燃比はリーンとなっている。

【００３０】一方、図４（Ａ）において実線Ｘ₁ よりも
高負荷側の領域では吸気行程中に燃料噴射弁１１から燃
料が噴射され、このときには均一混合気燃焼が行われ
る。なお、実線Ｘ₁ と鎖線Ｘ₂ の間ではリーン空燃比の
もとで均一混合気燃焼が行われ、鎖線Ｘ₂ と鎖線Ｘ₃ の
間では理論空燃比のもとで均一混合気燃焼が行われ、鎖
線Ｘ₃ よりも高負荷側ではリッチ空燃比のもとで均一混
合気燃焼が行われる。

【００３１】本発明では空燃比を理論空燃比とするのに
必要な基本燃料噴射量ＴＡＵが図４（Ｂ）に示すように
機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数としてマップ
の形で予めＲＯＭ３３内に記憶されており、基本的には
この基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋを乗算すること
によって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ・ＴＡＵ）
が算出される。この補正係数Ｋは図４（Ｃ）に示される
ように機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数として
マップの形で予めＲＯＭ３３内に記憶されている。

【００３２】この補正係数Ｋの値はリーン空燃比のもと
で燃焼が行われる図４（Ａ）の鎖線Ｘ₂ よりも低負荷側
の運転領域では１．０よりも小さく、リッチ空燃比のも
とで燃焼が行われる図４（Ａ）の鎖線Ｘ₃ よりも高負荷
側の運転領域では１．０よりも大きくなる。また、この
補正係数Ｋは鎖線Ｘ₂ と鎖線Ｘ₃ との間の運転領域では
１．０とされ、このとき空燃比は理論空燃比となるよう
に空燃比センサ２８の出力信号に基づいてフィードバッ
ク制御される。

【００３３】機関排気通路内に配置されたＮＯ_X 吸収剤
２３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くとも一つと、白金
Ｐｔのような貴金属とが担持されている。この場合、ケ
ーシング２４内に例えばコージライトからなるパティキ
ュレートフィルタを配置し、このパティキュレートフィ
ルタ上にアルミナを担体とするＮＯ_X 吸収剤２３を担持
させることもできる。

【００３４】いずれの場合であっても、機関吸気通路、
燃焼室５およびＮＯ_X 吸収剤２３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ＮＯ_X 吸収
剤２３への流入排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯ_X
吸収剤２３は流入排気ガスの空燃比がリーンのときには
ＮＯ_X を吸収し、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比又
はリッチになると吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X の吸
放出作用を行う。

【００３５】このＮＯ_X 吸収剤２３を機関排気通路内に
配置すればＮＯ_X 吸収剤２３は実際にＮＯ_X の吸放出作
用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについて
は明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作
用は図５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。次にこのメカニズムについて担体上にハ金
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。

【００３６】図１に示される内燃機関では使用頻度の高
い大部分の運転状態において空燃比がリーンの状態で燃
焼が行われる。このように空燃比がリーンの状態で燃焼
が行われている場合には排気ガス中の酸素濃度は高く、
このときには図５（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ
₂ がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一
方、流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-又
はＯ^2-と反応し、ＮＯ ₂ となる（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ
₂ ）。次いで生成されたＮＯ₂ の一部は白金Ｐｔ上で酸
化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと
結合しながら図５（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮ
Ｏ₃ ^-の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯ_X
がＮＯ_X 吸収剤２３内に吸収される。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、吸収剤のＮＯ_X 吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂ が
吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

【００３７】一方、流入排気ガスの空燃比がリッチにさ
れると流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果白
金Ｐｔの表面でのＮＯ₂ の生成量が低下する。ＮＯ₂ の
生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂ ）に
進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂ の
形で吸収剤から放出される。このときＮＯ_X 吸収剤２３
から放出されたＮＯ_X は図５（Ｂ）に示されるように流
入排気ガス中に含まれる多量の未燃ＨＣ，ＣＯと反応し
て還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上
にＮＯ₂ が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮ
Ｏ₂ が放出される。従って流入排気ガスの空燃比がリッ
チにされると短時間のうちにＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ
_X が放出され、しかもこの放出されたＮＯ_X が還元され
るために大気中にＮＯ_X が排出されることはない。

【００３８】なお、この場合、流入排気ガスの空燃比を
理論空燃比にしてもＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が放出
される。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃
比にした場合にはＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が徐々に
しか放出されないためにＮＯ _X 吸収剤２３に吸収されて
いる全ＮＯ_X を放出させるには若干長い時間を要する。

【００３９】ところでＮＯ_X 吸収剤２３のＮＯ_X 吸収能
力には限度があり、従ってＮＯ_X 吸収剤２３のＮＯ_X 吸
収能力が飽和する前にＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放
出させる必要がある。ところがＮＯ_X 吸収剤２３はＮＯ
_X 吸収能力が十分なうちは排気ガス中に含まれるほとん
ど全てのＮＯ_X を吸収するがＮＯ_X 吸収能力の限界に近
ずくと一部のＮＯ_X を吸収しえなくなり、斯くしてＮＯ
_X 吸収剤２３がＮＯ_X吸収能力の限界に近ずくとＮＯ_X
吸収剤２３から排出されるＮＯ_X 量が増大しはじめる。

【００４０】そこで本発明による第１実施例ではＮＯ_X
吸収剤２３から排出されるＮＯ_X 量が増大しはじめたと
きにＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比を一
時的にリッチにしてＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出
させるようにしている。この場合、ＮＯ_X 吸収剤２３に
流入する排気ガスの空燃比をリッチにする方法は種々の
方法がある。例えば、燃焼室５内における混合気の平均
空燃比をリッチにすることにより排気ガスの空燃比をリ
ッチにすることもできるし、膨張行程末期又は排気行程
中に追加の燃料を噴射することによって排気ガスの空燃
比をリッチにすることもできるし、またＮＯ_X 吸収剤２
３上流の排気通路内に追加の燃料を噴射することによっ
て排気ガスの空燃比をリッチにすることもできる。本発
明による実施例では１番目の方法、即ちリッチ空燃比の
もとで均一混合気燃焼を行わせることによって排気ガス
の空燃比をリッチにするようにしている。

【００４１】ところで排気ガス中にはＳＯ_X が含まれて
おり、ＮＯ_X 吸収剤２３にはＮＯ_XばかりでなくＳＯ_X
も吸収される。このＮＯ_X 吸収剤２３へのＳＯ_X の吸収
メカニズムはＮＯ_X の吸収メカニズムと同じであると考
えられる。即ち、ＮＯ_X 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を担持
させた場合を例にとって説明すると、前述したように流
入排気ガスの空燃比がリーンのときには酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^-
又はＯ^2-の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排
気ガス中のＳＯ₂ は白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-又はＯ ^2-と
反応してＳＯ₃ となる。次いで生成されたＳＯ₃ の一部
は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ吸収剤内に吸収されて
酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ₄
^2- の形で吸収剤内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ₄
を生成する。

【００４２】しかしながらこの硫酸塩ＢａＳＯ₄ は安定
していて分解しづらく、流入排気ガスの空燃比を単にリ
ッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ₄ は分解されずにそ
のまま残る。従ってＮＯ_X 吸収剤２３内には時間が経過
するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ ₄ が増大することになり、
斯くして時間が経過するにつれてＮＯ_X 吸収剤２３が吸
収しうるＮＯ_X 量が低下することになる。即ち、時間が
経過するにつれてＮＯ _X 吸収剤２３が劣化することにな
る。

【００４３】ところがこの場合、ＮＯ_X 吸収剤２３の温
度が一定温度、例えば６００℃以上になるとＮＯ_X 吸収
剤２３内において硫酸塩ＢａＳＯ₄ が分解し、このとき
ＮＯ _X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチ
にするとＮＯ_X 吸収剤２３からＳＯ_X を放出させること
ができる。そこで本発明による実施例ではＮＯ_X 吸収剤
２３からＳＯ_X を放出すべきときにＮＯ_X 吸収剤２３の
温度が高い場合にはＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガ
スの空燃比をリッチにしてＮＯ_X 吸収剤２３からＳＯ_X
を放出させ、ＳＯ_X を放出すべきときにＮＯ_X 吸収剤２
３の温度が低い場合にはＮＯ_X 吸収剤２３の温度を上昇
させると共にＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空
燃比をリッチにするようにしている。

【００４４】次に排気ガス中のアンモニアの濃度につい
て説明すると、空燃比がリーンのとき、即ち酸化雰囲気
のときにはアンモニアＮＨ₃ はほとんど発生しない。と
ころが空燃比がリッチになると、即ち還元雰囲気になる
と吸入空気中又は排気ガス中の窒素Ｎ₂ が酸化触媒又は
三元触媒２０において炭化水素ＨＣにより還元され、ア
ンモニアＮＨ₃ が生成される。しかしながら空燃比がリ
ッチになるとＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が放出され、
生成されたアンモニアＮＨ₃ はこのＮＯ_X を還元するた
めに使用されるのでＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が放出
されている間は、より正確に言うとアンモニアＮＨ₃ が
ＮＯ_X の放出および還元のために使用されている間はＮ
Ｏ_X 吸収剤２３からアンモニアＮＨ₃ は排出されない。
これに対してＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出が完
了した後も空燃比がリッチにされているとアンモニアＮ
Ｈ₃ はもはやＮＯ_X の還元のために消費されることがな
くなり、斯くしてこのときにはＮＯ_X 吸収剤２３からア
ンモニアＮＨ₃ が排出されることになる。

【００４５】このことはＮＯ_X 吸収剤２３の上流に酸化
触媒又は三元触媒２０が設けられていない場合でも生ず
る。即ち、ＮＯ_X 吸収剤２３も還元機能を有する白金Ｐ
ｔ等の触媒を具えているので空燃比がリッチになるとＮ
Ｏ_X 吸収剤２３においてアンモニアＮＨ₃ が生成される
可能性がある。しかしながらたとえアンモニアＮＨ₃が
生成されたとしてもこのアンモニアＮＨ₃ はＮＯ_X 吸収
剤２３から放出されたＮＯ_X を還元するために使用され
るためにＮＯ_X 吸収剤２３からはアンモニアＮＨ₃ が排
出されない。ところがＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の
放出が完了した後も空燃比がリッチにされているとアン
モニアＮＨ₃ はもはやＮＯ_X の還元のために消費される
ことがなくなり、斯くしてこのときにもＮＯ_X 吸収剤２
３からアンモニアＮＨ₃ が排出されることになる。

【００４６】このようにＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排
気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯ_X 吸収剤２
３からのＮＯ_X の放出作用が完了した後もＮＯ_X 吸収剤
２３に流入する排気ガスの空燃比がリッチにされている
とＮＯ_X 吸収剤２３からアンモニアが排出し、従ってＮ
Ｏ_X 吸収剤２３からのアンモニアの排出を監視していれ
ばＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出作用が完了した
か否かを判断できることになる。

【００４７】そこで本発明ではアンモニア濃度を検出可
能なＮＯ_X アンモニアセンサ２９をＮＯ_X 吸収剤２３下
流の排気通路内に配置し、このＮＯ_X アンモニアセンサ
２９により検出されたアンモニア濃度の変化からＮＯ_X
吸収剤２３からのＮＯ_X の放出作用が完了したか否かを
判断するようにしている。次に図６を参照しつつＮＯ_X
放出制御の第１実施例について説明する。

【００４８】図６を参照すると、ΣＮＯＸはＮＯ_X 吸収
剤２３に吸収されているＮＯ_X 量を示しており、Ｉ₁ は
ＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流を示している。
なお、図６においてＮＯ_X およびＮＨ₃ は排気ガス中の
ＮＯ_X 濃度およびＮＨ₃ 濃度の変化によるＮＯ_X アンモ
ニアセンサ２９の検出電流の変化を夫々示しており、こ
れら検出電流の双方がＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検
出電流Ｉ₁ に表われる。また、Ａ／Ｆは燃焼室５内にお
ける混合気の平均空燃比を示している。

【００４９】図６に示されるようにＮＯ_X 吸収剤２３に
吸収されているＮＯ_X 量ΣＮＯＸが増大してＮＯ_X 吸収
剤２３の吸収能力限界に近ずくとＮＯ_X 吸収剤２３から
はＮＯ_X が排出しはじめるのでＮＯ_X アンモニアセンサ
２９の検出電流Ｉ₁ が上昇を開始する。図６に示す例で
はＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が排出しはじめてＮＯ _X
濃度が予め定められた設定値を越えたとき、即ちＮＯ_X
アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ が予め定められた
設定値Ｉ_S を越えたときにＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X
を放出すべく空燃比Ａ／Ｆがリーンからリッチに切換え
られる。空燃比Ａ／Ｆがリーンからリッチに切換えられ
てもリッチ空燃比の排気ガスがＮＯ_X 吸収剤２３に到達
するには時間を要するので空燃比Ａ／Ｆがリッチに切換
えられた直後はＮＯ_X 吸収剤２３から排出されるＮＯ_X
量が増大し続ける。次いでリッチ空燃比の排気ガス中に
含まれる還元剤によるＮＯ_X の還元作用が開始されるた
めにＮＯ_X 吸収剤２３からはＮＯ_X が排出されなくな
る。従って空燃比がリーンからリッチに切換えられると
ＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ は短時間上
昇した後、零まで低下する。

【００５０】一方、空燃比がリーンからリッチに切換え
られるとＮＯ_X 吸収剤２３に吸収されているＮＯ_X 量Σ
ＮＯＸは徐々に減少する。次いでＮＯ_X 量ΣＮＯＸがほ
ぼ零になると、即ちＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X 放出
作用が完了するとＮＯ_X 吸収剤２３からアンモニアが排
出され出し、斯くしてＮＯ_X 吸収剤２３から排出された
排気ガス中のアンモニア濃度が上昇しはじめる。本発明
ではこのとき、即ち排気ガス中のアンモニア濃度が上昇
しはじめたときにＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ _X の放出
作用が完了したと判断され、このときＮＯ_X 吸収剤２３
に流入する排気ガスの空燃比がリッチからリーンに切換
えられる。

【００５１】図６に示す実施例では排気ガス中のアンモ
ニア濃度が上昇しはじめ、ＮＯ_X アンモニアセンサ２９
の検出電流Ｉ₁ が予め定められた設定値Ｉ_t を越えたと
きにＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出作用が完了し
たと判断され、このときＮＯ _X 吸収剤２３に流入する排
気ガスの空燃比がリッチからリーンに切換えられる。図
７は第１実施例を実行するためのルーチンを示してい
る。

【００５２】図７を参照すると、まず初めにステップ１
００において図４（Ｂ）に示すマップから基本燃料噴射
量ＴＡＵが算出される。次いでステップ１０１ではＮＯ
_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出すべきことを示すＮＯ_X
放出フラグがセットされているか否かが判別される。Ｎ
Ｏ_X 放出フラグがセットされていないときにはステップ
１０２に進んでＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流
Ｉ₁ が設定値Ｉ_S を越えたか否かが判別される。Ｉ₁ ≦
Ｉ_S のときには、即ちＮＯ_X 吸収剤２３のＮＯ _X 吸収能
力に未だ余裕があるときにはステップ１０４にジャンプ
する。

【００５３】ステップ１０４では図４（Ｃ）に示すマッ
プから補正係数Ｋが算出される。次いでステップ１０５
では基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋを乗算すること
によって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ・ＴＡＵ）
が算出され、この噴射量ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行
われる。次いでステップ１１１ではＳＯ_X を放出すべき
か否かが判別され、ＳＯ_X を放出すべきでないときには
処理サイクルを完了する。

【００５４】一方、ステップ１０２においてＩ₁ ＞Ｉ_S
になったと判断されると、即ちＮＯ _X 吸収剤２３からＮ
Ｏ_X が排出しだすとステップ１０３に進んでＮＯ_X 放出
フラグがセットされる。次いでステップ１０４に進む。
ＮＯ_X 放出フラグがセットされると次の処理サイクルで
はステップ１０１からステップ１０６に進んでリッチ補
正係数Ｋ_R （≧１．０）が算出される。次いでステップ
１０７では基本燃料噴射量ＴＡＵにリッチ補正係数Ｋ_R
を乗算することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ
（＝Ｋ_R ・ＴＡＵ）が算出され、この噴射量ＴＡＵＯで
もって燃料噴射が行われる。このときリーン空燃比のも
とでの成層燃焼又はリーン空燃比のもとでの均一混合気
燃焼からリッチ空燃比のもとでの均一混合気燃焼に切換
えられ、それによってＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の
放出作用が開始される。

【００５５】次いでステップ１０８ではＮＯ_X 放出フラ
グがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ₁ を越
えたか否かが判別される。この一定時間ｔ₁ は空燃比が
リーンからリッチにされた後にＮＯ_X アンモニアセンサ
２９の検出電流Ｉ₁ が零まで低下し終わるまでの時間で
ある。ｔ＞ｔ₁ になるとステップ２０３に進んでＮＯ _X
アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ が予め定められた
設定値Ｉ_t を越えたか否かが判別される。Ｉ₁ ＞Ｉ_t に
なるとステップ１１０に進んでＮＯ_X 放出フラグがリセ
ットされ、次いでステップ１１１に進む。ＮＯ_X 放出フ
ラグがリセットされると空燃比はリッチからリーンに切
換えられる。

【００５６】一方、ステップ１１１においてＳＯ_X を放
出すべきであると判別されるとステップ１１２に進んで
ＮＯ_X 吸収剤２３からＳＯ_X を放出させる処理が行われ
る。即ち、ＮＯ_X 吸収剤２３の温度をほぼ６００℃以上
に維持しつつ空燃比がリッチとされる。次に図８から図
１０を参照しつつ第２実施例について説明する。

【００５７】この実施例ではＮＯ_X 吸収剤２３へのＮＯ
_X 吸収量を推定し、ＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガ
スの空燃比をリッチにした後に再びリッチにするまでの
リッチ時間間隔を推定ＮＯ_X 吸収量に基づき制御し、更
にこのリッチ時間間隔を検出電流Ｉ₁ に基づいて修正す
るようにしている。即ち、この第３実施例ではＮＯ_X 吸
収剤２３に吸収されているＮＯ_X 量を推定するためのＮ
Ｏ_X 吸収量推定手段を具備しており、図８に示されるよ
うにＮＯ_X吸収量推定手段により推定されたＮＯ_X 吸収
量ΣＮＯＸが許容値ＮＯＸmax を越えたときに空燃比を
リーンからリッチに一時的に切換えるようにしている。

【００５８】機関から排出されるＮＯ_X 量は機関の運転
状態が定まるとほぼ定まり、従ってＮＯ_X 吸収剤２３に
吸収されるＮＯ_X 量も機関の運転状態が定まるとほぼ定
まる。従ってこの第２実施例では機関の運転状態に応じ
た単位時間当りのＮＯ_X 吸収剤２３へのＮＯ_X 吸収量Ｎ
Ａを予め実験により求めておき、このＮＯ_X 吸収量ＮＡ
が機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数として図９
に示すようにマップの形で予めＲＯＭ３３内に記憶され
ている。

【００５９】この実施例では機関運転時に図９に示され
る機関運転状態に応じたＮＯ_X 吸収量ＮＡが積算され、
それによってＮＯ_X 吸収剤２３に吸収されていると推定
されるＮＯ_X 量ΣＮＯＸが算出される。ただし、空燃比
が理論空燃比又はリッチ空燃比となる運転領域ではＮＯ
_X 吸収剤２３からＮＯ_X が放出されるのでこのような運
転領域ではＮＡの値は負となる。

【００６０】一方、許容値ＮＯＸmax はＮＯ_X 吸収剤２
３に吸収されているＳＯ_X 量が増大するほど、即ちＮＯ
_X 吸収剤２３の吸収能力が低下するほど小さくされる。
ところで噴射燃料中には燃料により定まるほぼ一定割合
のイオウが含まれており、従ってＮＯ_X 吸収剤２３に吸
収されるＳＯ_X 量は噴射燃料量ＴＡＵの積算値ΣＴＡＵ
に比例する。従ってこの第２実施例では図１０に示され
るように噴射燃料量の積算値ΣＴＡＵが増大するほど許
容値ＮＯＸmax が次第に減少せしめられる。

【００６１】この第３実施例では基本的には前述したよ
うにＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸが許容値ＮＯＸmax を越えた
ときに空燃比がリーンからリッチに一時的に切換えられ
る。この場合、機関運転中には図１０に示されるように
許容値ＮＯＸmax は次第に低下する。従ってほぼ同一の
運転状態が継続しているときにはリッチ時間間隔が次第
に短かくなることがわかる。また、この第２実施例では
許容値ＮＯＸmax はリーン運転時にＮＯ_X 吸収剤２３か
らＮＯ_X が放出しはじめるときのＮＯ_X 吸収量よりも小
さな値に設定されている。従ってこの第２実施例ではリ
ーン運転時にＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が放出しはじ
める前に空燃比がリーンからリッチに切換えられること
になる。

【００６２】しかしながら算出されたＮＯ_X 吸収量ΣＮ
ＯＸが実際のＮＯ_X 吸収量に対してずれを生じている場
合にはΣＮＯＸ＜ＮＯＸmax であるにもかかわらずにＮ
Ｏ_X吸収剤２３からＮＯ_X が放出しはじめることもあ
る。そこでこの第２実施例ではΣＮＯＸ＜ＮＯＸmax で
あるにもかかわらずＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が放出
しはじめたときには、即ちＮＯ_X アンモニアセンサ２９
の検出電流Ｉ₁ が設定値Ｉ_S を越えたときには空燃比を
リーンからリッチに一時的に切換え、許容値ＮＯＸmax
を予め定められた量Ｂだけ低下させるようにしている。
即ち、この第２実施例では許容値ＮＯＸmax を検出電流
Ｉ₁ によって修正するようにしている。

【００６３】図１１および図１２は第２実施例を実行す
るためのルーチンを示している。図１１および図１２を
参照すると、まず初めにステップ２００において図４
（Ｂ）に示すマップから基本燃料噴射量ＴＡＵが算出さ
れる。次いでステップ２０１ではＮＯ_X 吸収剤２３から
ＮＯ_X を放出すべきことを示すＮＯ_X 放出フラグがセッ
トされているか否かが判別される。ＮＯ_X 放出フラグが
セットされていないときにはステップ２０２に進んで図
９に示すマップから単位時間当りのＮＯ_X 吸収量ＮＡが
算出される。次いでステップ２０３ではこのＮＯ_X 吸収
量ＮＡをΣＮＯＸに加算することによってＮＯ_X 吸収剤
２３に吸収されていると推定されるＮＯ_X 量ΣＮＯＸが
算出される。

【００６４】次いでステップ２０４では最終的な噴射量
ＴＡＵＯをΣＴＡＵに加算することによって噴射燃料の
積算値ΣＴＡＵが算出される。次いでステップ２０５で
はこの積算値ΣＴＡＵに基づいて図１０に示す関係から
許容値ＮＯＸmax が算出される。次いでステップ２０６
では許容値ＮＯＸmax が修正量ΔＸだけ減少せしめられ
る。次いでステップ２０７ではＮＯ_X アンモニアセンサ
２９の検出電流Ｉ₁ が設定値Ｉ_S を越えたか否かが判別
される。Ｉ₁ ≦Ｉ_S のときにはステップ２０９に進んで
ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸが許容値ＮＯＸmax を越えたか否
かが判別される。ΣＮＯＸ≦ＮＯＸmax のとき、即ちＮ
Ｏ_X 吸収剤２３のＮＯ_X 吸収能力に未だ余裕があるとき
にはステップ２１１にジャンプする。

【００６５】ステップ２１１では図４（Ｃ）に示すマッ
プから補正係数Ｋが算出される。次いでステップ２１２
では基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋを乗算すること
によって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ・ＴＡＵ）
が算出され、この噴射量ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行
われる。次いでステップ２１８では許容値ＮＯＸmaxが
ＳＯ_X 放出のための下限値ＭＩＮよりも小さくなったか
否かが判別され、ＮＯＸmax ≧ＭＩＮのときには処理サ
イクルを完了する。

【００６６】一方、ステップ２０９においてΣＮＯＸ＞
ＮＯＸmax になったと判断されたときにはステップ２１
０に進んでＮＯ_X 放出フラグがセットされ、次いでステ
ップ２１１に進む。また、ステップ２０９においてΣＮ
ＯＸ＞ＮＯＸmax であるか否かが判別される前にステッ
プ２０７においてＩ₁ ＞Ｉ_S になったと判断されると、
即ちＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が排出しだすとステッ
プ２０８に進んで修正量ΔＸに予め定められた設定値Ｂ
が加算される。次いでステップ２１０に進んでＮＯ_X 放
出フラグがセットされる。従ってこのとき許容値ＮＯＸ
max は設定値Ｂだけ減少せしめられる。

【００６７】ＮＯ_X 放出フラグがセットされると次の処
理サイクルではステップ２０１からステップ２１３に進
んでリッチ補正係数Ｋ_R （≧１．０）が算出される。次
いでステップ２１４では基本燃料噴射量ＴＡＵにリッチ
補正係数Ｋ_R を乗算することによって最終的な燃料噴射
量ＴＡＵＯ（＝Ｋ_R ・ＴＡＵ）が算出され、この噴射量
ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行われる。このときリーン
空燃比のもとでの成層燃焼又はリーン空燃比のもとでの
均一混合気燃焼からリッチ空燃比のもとでの均一混合気
燃焼に切換えられ、それによってＮＯ_X 吸収剤２３から
のＮＯ_X の放出作用が開始される。

【００６８】次いでステップ２１５ではＮＯ_X 放出フラ
グがセットされてからの経過時間ｔが一定時間ｔ₁ を越
えたか否かが判別される。この一定時間ｔ₁ はＩ₁ ＞Ｉ
_S となることにより空燃比がリーンからリッチにされた
後にＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ が零ま
で低下し終わるまでの時間である。ｔ＞ｔ₁ になるとス
テップ２１６に進んでＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検
出電流Ｉ₁ が予め定められた設定値Ｉ_t を越えたか否か
が判別される。Ｉ₁ ＞Ｉ_t になるとステップ２１７に進
んでＮＯ_X 放出フラグがリセットされ、次いでステップ
２１８に進む。ＮＯ_X 放出フラグがリセットされると空
燃比はリッチからリーンに切換えられる。

【００６９】一方、ステップ２１８においてＮＯＸmax
＜ＭＩＮになったと判断されたときにはステップ２１９
に進んでＮＯ_X 吸収剤２３からＳＯ_X を放出させる処理
が行われる。即ち、ＮＯ_X 吸収剤２３の温度をほぼ６０
０℃以上に維持しつつ空燃比がリッチとされる。ＮＯ_X
吸収剤２３からのＳＯ_X の放出作用が完了するとステッ
プ２２０に進んでＮＯＸmax が初期値とされ、更にΣＴ
ＡＵが零とされる。

【００７０】

【発明の効果】ＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X の放出完了を
正確に判断することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の全体図である。

【図２】ＮＯ_X アンモニアセンサのセンサ部の構造を示
す図である。

【図３】ＮＯ_X アンモニアセンサによる検出電流を示す
図である。

【図４】基本燃料噴射量、補正係数等を示す図である。

【図５】ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸放出作用を説明するた
めの図である。

【図６】ＮＯ_X アンモニアセンサの検出電流等を示すタ
イムチャートである。

【図７】機関の運転を制御するためのフローチャートで
ある。

【図８】ＮＯ_X 吸収量と空燃比の変化を示すタイムチャ
ートである。

【図９】ＮＯ_X 吸収量のマップを示す図である。

【図１０】許容値を示す図である。

【図１１】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。

【図１２】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。

【符号の説明】

１１…燃料噴射弁 ２３…ＮＯ_X 吸収剤 ２９…ＮＯ_X アンモニアセンサ

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） Ｆ０１Ｎ 3/18 Ｂ０１Ｄ 53/34 ＺＡＢ 3/20 １２９Ｚ 3/24 53/36 １０１Ａ １０１Ｂ (72)発明者 加古 純一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G091 AA11 AA12 AA17 AA24 AA28 AB01 AB02 AB03 AB06 AB13 BA00 BA11 BA14 CA13 CA17 CB02 CB07 DA01 DA02 DB06 DB08 DB10 DC01 EA01 EA03 EA05 EA07 EA31 EA33 FB10 FB11 FB12 GB01X GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB10X GB16X HA03 HA10 HA14 HA36 HA37 HB03 HB05 4D002 AA02 AA12 AC10 BA03 BA05 DA04 DA11 EA02 EA08 GA02 GA03 GB02 4D048 AA06 AB02 AB03 AB07 BA02Y BA03X BA10X BA14Y BA15X BA18Y BA30X BA41X CC32 CC47 CD05 DA01 DA02 DA03 DA08 DA20 EA04

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入する排気ガスの空燃比がリーンであ
   るときにはＮＯ_X を吸収し、流入する排気ガスの空燃比
   がリッチになると吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X 吸収
   剤を機関排気通路内に配置し、リーン空燃比のもとで燃
   焼が行われているときには排気ガス中のＮＯ_X がＮＯ_X
   吸収剤に吸収され、ＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を放出すべ
   きときにはＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を
   リッチにするようにした内燃機関の排気浄化装置におい
   て、ＮＯ_X 吸収剤下流の排気通路内にアンモニア濃度を
   検出しうるセンサを配置し、ＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を
   放出すべくＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比が
   リッチにされている間に該センサにより検出されたアン
   モニア濃度が上昇しはじめたときにＮＯ_X 吸収剤からの
   ＮＯ_X の放出作用が完了したと判断する内燃機関の排気
   浄化装置。
2. 【請求項２】 上記センサはアンモニア濃度に比例した
   レベルの出力信号を発生し、ＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を
   放出すべくＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比が
   リッチにされている間に該センサの出力信号レベルが予
   め定められた設定値を越えたときにＮＯ_X 吸収剤からの
   ＮＯ_X の放出作用が完了したと判断する請求項１に記載
   の内燃機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 ＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X の放出作用が
   完了したと判断されたときにＮＯ_X 吸収剤に流入する排
   気ガスの空燃比がリッチからリーンに切換えられる請求
   項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 上記センサは排気ガス中のアンモニア濃
   度に加えて排気ガス中のＮＯ_X 濃度の検出が可能であ
   り、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに該
   センサによって検出されたＮＯ_X 濃度が予め定められた
   設定値を越えたときにＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガス
   の空燃比がリーンからリッチに切換えられる請求項１に
   記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 【請求項５】 ＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X 量
   を推定するためのＮＯ_X 吸収量推定手段を具備し、該Ｎ
   Ｏ_X 吸収量推定手段により推定されたＮＯ_X量に基づい
   て、ＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を一時的
   にリッチにするリッチ時間間隔を制御するようにした請
   求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 【請求項６】 上記ＮＯ_X 吸収量推定手段により推定さ
   れたＮＯ_X 吸収量が許容値を越えたときにＮＯ_X 吸収剤
   に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに一時
   的に切換えられる請求項５に記載の内燃機関の排気浄化
   装置。
7. 【請求項７】 ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収能力を推定す
   るためのＮＯ_X 吸収能力推定手段を具備し、該ＮＯ_X 吸
   収能力推定手段により推定されたＮＯ_X 吸収能力が低下
   するほど上記許容値が低下せしめられる請求項６に記載
   の内燃機関の排気浄化装置。
8. 【請求項８】 上記センサは排気ガス中のアンモニア濃
   度に加えて排気ガス中のＮＯ_X 濃度の検出が可能であ
   り、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに上
   記ＮＯ_X 吸収量推定手段により推定されたＮＯ_X 吸収量
   が上記許容値を越えていないのにもかかわらずに該セン
   サによって検出されたＮＯ_X 濃度が予め定められた設定
   値を越えたときにはＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの
   空燃比がリーンからリッチに切換えられる請求項６に記
   載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 【請求項９】 上記センサは排気ガス中のアンモニア濃
   度に加えて排気ガス中のＮＯ_X 濃度の検出が可能であ
   り、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに上
   記ＮＯ_X 吸収量推定手段により推定されたＮＯ_X 吸収量
   が上記許容値を越えていないのにもかかわらずに該セン
   サによって検出されたＮＯ_X 濃度が予め定められた設定
   値を越えたときには上記許容値が低下せしめられる請求
   項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。