JP2002332835A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来よりも低い温度においてＮＯｘをトラップ
する排気浄化触媒を提供すると共に、かかる触媒から脱
離したＮＯｘを確実に還元浄化できる内燃機関の排気浄
化装置を提供する。 【解決手段】触媒温度Ｔｃを読み込み（Ｓ１）、触媒温
度Ｔｃが所定温度ＴｃＬ以上であればＮＯｘ脱離状態に
あると判定し（Ｓ２）、すでに供給した還元剤導入累積
値ｔＦｎが所定量ｔＦｎ１以下（Ｓ３）であるか否かを
判定する。還元剤導入累積値ｔｎが所定量ｔＦｎ以下で
あれば、目標還元剤量ｄＦｎを演算し（Ｓ４）、還元剤
累積値ｔＦｎを更新した後（Ｓ５）、目標還元剤量ｄＦ
ｎ分の還元剤を排気通路内に供給する（Ｓ６）。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気中のＮＯｘを
還元浄化する内燃機関に排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球温暖化抑制等の観点から内燃
機関の燃費向上の必要性が高まり、特定の運転領域では
希薄燃焼を行う、すなわち、理論空燃比よりもリーンで
運転される内燃機関が普及しつつある。このような内燃
機関の排気通路には、従来から広く用いられている三元
触媒の他に、ＮＯｘを一時的に吸着（トラップ）し、ト
ラップしたＮＯｘを所定の条件で脱離させるＮＯｘトラ
ップ触媒を用いるものが知られており、代表的なＮＯｘ
トラップ触媒としては、特許２６００４９２号公報に記
載されたものがある。
【０００３】このＮＯｘトラップ触媒は、アルカリ金
属、アルカリ土類又は希土類のうち少なくとも１つと貴
金属が担持されたものであり、活性状態において、リー
ン運転時にＮＯｘをトラップし、理論空燃比又はリッチ
運転時にトラップしたＮＯｘを脱離させて還元するもの
である。そして、前記ＮＯｘトラップ触媒は所定温度以
上で活性化するため、機関運転中は、常時ＮＯｘトラッ
プ触媒に排気を流通させることで、温度低下によるトラ
ップ性能の低下を防止している。
【０００４】しかし、冷機始動直後のように排気温度も
低いときは、ＮＯｘトラップ触媒が活性化するには十分
な暖気が必要となり、それまでの間はＮＯｘを十分にト
ラップできず冷機時の排気浄化性能が十分に得られない
といった問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本願発明者
らは、ゼオライト単体からなる触媒又はゼオライトを含
む触媒が、前記従来のＮＯｘトラップ触媒の活性化温度
よりも低い温度（例えば、２００℃以下）において、酸
素介在下でＮＯｘをトラップすることに着目し、これを
内燃機関の排気浄化触媒として利用して冷機時における
排気浄化性能を確保することを検討している。
【０００６】しかし、かかる触媒においては、触媒温度
の上昇や触媒を通過する排気流量の増加により一旦トラ
ップされたＮＯｘが脱離する特性を有するため（図３参
照）、脱離したＮＯｘを確実に浄化する必要があった。
本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであっ
て、従来よりも低い温度においてＮＯｘをトラップする
排気浄化触媒を用いると共に、かかる触媒から脱離した
ＮＯｘを確実に還元浄化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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そのため、請求項１に係
る発明は、排気通路内に介装されたゼオライトを含む排
気浄化触媒と、排気浄化触媒に吸着されたＮＯｘが脱離
する状態にあるか否かを推定するＮＯｘ脱離推定手段
と、ＮＯｘ脱離推定手段によりＮＯｘが脱離する状態に
あると推定されたときに、前記排気通路内に還元剤を供
給する還元剤供給手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】請求項２に係る発明は、前記排気浄化触媒
の下流側に、貴金属を含む第２の排気浄化触媒を備える
ことを特徴とする。請求項３に係る発明は、前記排気浄
化触媒が、貴金属を含むことを特徴とする。
【０００９】請求項４に係る発明は、前記還元剤供給手
段が、前記排気浄化触媒又は前記第２の排気浄化触媒よ
りも上流側に設けられることを特徴とする。請求項５に
係る発明は、前記還元剤供給手段が、機関に噴射する燃
料量を増加させることにより前記排気通路内に還元剤を
供給することを特徴とする。
【００１０】請求項６に係る発明は、前記還元剤供給手
段により還元剤が供給されるときに、排気空燃比を理論
空燃比又はリッチにすることを特徴とする。請求項７に
係る発明は、前記ＮＯｘ脱離推定手段が、前記排気浄化
触媒に吸着されているＮＯｘ吸着量、排気浄化触媒の温
度、機関の排気流量又は排気温度のうち少なくとも１つ
に基づいてＮＯｘが脱離する状態にあるか否かを推定す
ることを特徴とする。
【００１１】請求項８に係る発明は、前記ＮＯｘ脱離推
定手段が、ＮＯｘ脱離量を推定し、前記還元剤供給手段
が、推定されたＮＯｘ脱離量に基づいて設定された量の
還元剤を供給することを特徴とする。請求項９に係る発
明は、前記排気浄化触媒に吸着されたＮＯｘの脱離を促
進する脱離促進手段を備え、前記ＮＯｘ脱離推定手段に
よりＮＯｘが脱離する状態にあると推定されたときに、
ＮＯｘの脱離を促進させることを特徴とする。
【００１２】請求項１０に係る発明は、前記脱離促進手
段が、前記排気浄化触媒に吸着されているＮＯｘ吸着量
が所定量以上となったときに、ＮＯｘの脱離を促進させ
ることを特徴とする。請求項１１に係る発明は、前記脱
離促進手段が、排気温度及び排気流量の少なくとも一方
を変化させることにより、ＮＯｘの脱離を促進させるこ
とを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、ゼオライ
トを含む排気浄化触媒により、低温においても排気中の
ＮＯｘを吸着し、吸着したＮＯｘが脱離する状態にある
と推定したときに還元剤を供給するので、脱離したＮＯ
ｘを還元浄化して、ＮＯｘが大気中へ排出されるのを抑
制できる。
【００１４】請求項２に係る発明によれば、前記ゼオラ
イトを含む排気浄化触媒の下流側に貴金属を含む第２の
排気浄化触媒を備えるので、脱離ＮＯｘと供給された還
元剤との反応が貴金属（触媒）により促進され、ＮＯｘ
の還元浄化効率が向上し、ＮＯｘが大気中へ排出される
のをより効果的に抑制できる。
【００１５】請求項３に係る発明によれば、前記ゼオラ
イトを含む排気浄化触媒に貴金属を含ませることで、貴
金属を含む触媒を別に設ける場合に比べ、貴金属を含む
触媒がより高温度の上流側に配置されることになるの
で、該触媒の活性化が早まり、排気浄化性能をより向上
させることができる。
【００１６】また、排気通路に介装する触媒が１つで済
むので、コンパクトでありレイアウト上の制限が少な
く、コスト的にも有利である。請求項４に係る発明によ
れば、還元剤供給手段を前記排気浄化触媒又は前記第２
の排気浄化触媒の上流側に設けるので、機関の運転状態
を変化させることなく、要求される量の還元剤を供給し
て脱離ＮＯｘを還元浄化できる。また、ドライバビリテ
ィ確保のための制御適合等も不要である。
【００１７】請求項５に係る発明によれば、機関に噴射
する燃料量を増加させることにより、該増加分を還元剤
として供給するので、特別な装置を追加することなく、
通常運転時に使用する燃料噴射装置をそのまま利用して
還元剤を供給できる。ここで、運転状態に基づいて算出
された燃料噴射量に還元剤用の所定量の燃料を加算して
通常の燃料噴射時に噴射するようにしてもよいが、還元
剤用の所定量の燃料を通常の燃料噴射時とは異なるタイ
ミング（例えば、排気行程や膨張行程）で追加噴射すれ
ば運転性に与える影響を軽減できる。
【００１８】請求項６に係る発明によれば、還元剤供給
時の空燃比を、理論空燃比又はリッチとするので、供給
した還元剤が、脱離ＮＯｘに到達する前に排気中に含ま
れる余剰酸素によって消費されることを防止できるの
で、還元剤供給量を少なくできる。これにより、還元剤
として燃料を供給する際の燃費悪化を最小限に押えるこ
とができる。
【００１９】請求項７に係る発明によれば、ゼオライト
を含む排気浄化触媒は、すでに吸着されているＮＯｘ吸
着量、触媒温度（排気温度）、触媒を通過する排気流量
により影響を受け、これらの変化によって一旦トラップ
したＮＯｘを脱離する特性を有するので、ＮＯｘセンサ
等の装置を設けなくとも、ＮＯｘ吸着量、触媒温度、排
気温度、排気流量のうち少なくとも１つを検出すること
で、排気浄化触媒からのＮＯｘ脱離を推定できる。
【００２０】請求項８に係る発明によれば、前記排気浄
化触媒から脱離するＮＯｘ脱離量を推定し、推定したＮ
Ｏｘ脱離量に応じた量の還元剤を過不足なく供給でき
る。これにより、還元剤の供給過多による余剰還元剤や
還元剤の供給不足による未浄化ＮＯｘの大気中への排出
を抑制できる。
【００２１】請求項９に係る発明によれば、前記排気浄
化触媒がＮＯｘ脱離状態にあると推定されたときに、脱
離を促進するので、排気浄化触媒を速やかに再生して初
期状態に復帰させることができる。請求項１０に係る発
明によれば、前記排気浄化触媒がＮＯｘ脱離状態にない
ときであっても、吸着されているＮＯｘ量が所定量以上
となったときにＮＯｘの脱離を促進するので、ＮＯｘ吸
着性能の低下を防止できる。
【００２２】請求項１１に係る発明によれば、排気温度
又は排気流量の少なくとも一方を変化させることにより
（例えば排気温度の上昇、排気流量の増加）、容易に排
気浄化触媒からのＮＯｘ脱離を促進することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。まず、本発明の第１実施形態について
説明する。第１実施形態のシステム構成を示す図１にお
いて、機関（エンジン）１の吸気通路６には、エアクリ
ーナ２、エアフローメータ３、スロットルバルブ４、コ
レクタ５が設けられ、エアフローメータ３は吸入空気量
を計量し、スロットルバルブ４はそのバルブ開度が制御
され吸入空気量を制御する。
【００２４】エンジン１の各気筒には、燃焼室７内に燃
料を噴射する燃料噴射弁１０、点火を行う点火プラグ１
１が設けられており、吸気バルブ８を介して吸入された
空気に対して前記燃料噴射弁１０から燃料を噴射して混
合気を形成し、該混合気を前記燃焼室７内で圧縮し、点
火プラグ１１による火花点火によって着火する。エンジ
ン１の排気は、排気バルブ１２を介して燃焼室７から排
気ポート１３に排出される。排気ポート１３にはＥＧＲ
通路１４が連結され、コレクタ５に排気の一部を還流す
る。還流される排気流量（ＥＧＲ流量）は、ＥＧＲ通路
１４中に設けたＥＧＲバルブ１５により制御される。
【００２５】排気ポート１３の下流側に接続されたエキ
ゾーストマニホールド１６には空燃比センサ１７が設け
られており、排気空燃比を検出する。空燃比センサ１７
の下流側の排気通路には、還元剤（例えば、炭化水素）
を排気通路内に供給する還元剤供給装置２１が、その下
流側にはゼオライト（例えば、βゼオライト。Ａ型ゼオ
ライト、Ｙ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、ＺＳＭ−
５、モルデナイト、フェリエライト）を含む排気浄化触
媒（以下、ゼオライト触媒という）１８が、更にその下
流側には貴金属（例えば、白金、パラジウム、ロジウ
ム）を含む第２の排気浄化触媒（以下、貴金属触媒とい
う）２０が設けられている。
【００２６】また、前記ゼオライト触媒１８には温度セ
ンサ１９が設けられており、ゼオライト触媒１８の温度
（又は排気温度）を検出する。エンジンコントロールユ
ニット（ＥＣＵ）２２には、エアフローメータ３、空燃
比センサ１７、温度センサ１９からの信号の他、図示し
ないクランク角センサ、冷却水温度センサ、アクセル開
度センサ等からの信号が入力され、ＥＣＵ２２は、これ
ら入力された信号に基づいてスロットル開度、燃料噴射
量、燃料噴射時期、点火時期、ＥＧＲ流量、還元剤供給
等の制御を行う。
【００２７】次に、ＥＣＵ２２で実行される前記ゼオラ
イト触媒１８からのＮＯｘ脱離推定及び脱離したＮＯｘ
を還元浄化するための還元剤供給制御について図２のフ
ローチャートに基づいて説明する。ステップ１（図中、
Ｓ１と記す。以下同様）では、ゼオライト触媒１８の温
度Ｔｃを読み込む。
【００２８】ステップ２では、ゼオライト触媒１８の温
度（触媒温度）Ｔｃが所定温度ＴｃＬ以上であるか否か
を判定する。ここで、所定温度ＴｃＬは、ＮＯｘ脱離判
定用の定数（すなわち、ゼオライト触媒１８にトラップ
されたＮＯｘが脱離を開始する温度）であり、あらかじ
め実験等により求めた値を設定する。なお、触媒温度Ｔ
ｃとゼオライト触媒１８からのＮＯｘ脱離（率）とは、
図３（Ａ）に示すような関係にあることが実験により求
められている。
【００２９】触媒温度Ｔｃが所定温度ＴｃＬ以上であれ
ば、ＮＯｘが脱離する状態にあると判断し、ステップ３
に進む。ステップ３では、還元剤の導入量累積値ｔＦｎ
（前回の制御におけるステップ５で算出する）が所定量
ｔＦｎ１以下であるか否かを判定する。ここで、所定量
ｔＦｎ１は還元剤導入量の上限を規定する定数であり、
例えば、ゼオライト触媒１８がトラップできる量のＮＯ
ｘを還元するために必要十分な還元剤量である。導入量
累積値ｔＦｎが所定量ｔＦｎ１以下であれば、ステップ
４に進む。
【００３０】ステップ４では、目標還元剤量ｄＦｎを演
算する。目標還元剤量ｄＦｎの演算方法としては、目標
還元剤量ｄＦｎをあらかじめ設定した定数として与える
方法や図３（Ａ）の関係（ゼオライト触媒温度ＴｃとＮ
Ｏｘ脱離率との関係）に基づいて、触媒温度Ｔｃに対す
るＮＯｘ脱離量を推定し、推定したＮＯｘ脱離量を還元
できる還元剤量をあらかじめテーブルデータ化してお
き、ステップ１で読み込んだ触媒温度Ｔｃに基づいてテ
ーブル検索する方法等があるがいずれでの方法で求めて
もよい。
【００３１】ステップ５では、次式により還元剤の導入
量累積値の更新値ｔＦｎ（+1）を算出する。 ｔＦｎ（+1）＝ｔＦｎ＋ｄＦｎ ステップ６では、目標還元剤量ｄＦｎ分の還元剤を還元
剤供給装置２１から排気通路内に供給する。
【００３２】一方、ステップ２において触媒温度Ｔｃが
所定温度ＴｃＬ未満のとき（すなわち、ＮＯｘ脱離状態
にないと判定したとき）、又は、ステップ３において供
給量累積値ｔＦｎが所定値ｔＦｎ１を超えているとき
（すなわち、ＮＯｘ脱離量に対して必要十分な還元剤が
供給されているとき）は、ステップ７で目標還元剤量ｄ
Ｆｎを０として（ｄＦｎ＝０）、ステップ８に進み、還
元剤導入量累積値ｔＦｎをリセットする（ｔＦｎ＝
０）。この場合、還元剤の供給は行わない。
【００３３】以上の制御により、ゼオライト触媒を備え
た内燃機関において、簡易な構成によりゼオライト触媒
からのＮＯｘ脱離状態を推定し、ＮＯｘ脱離時には所定
量の還元剤を導入するので、脱離したＮＯｘをゼオライ
ト触媒及び貴金属触媒にて還元浄化することができ、Ｎ
Ｏｘの大気中への放出を防止できる。本発明の第２実施
形態について説明する。
【００３４】第２実施形態のシステム構成を図４に示
す。本実施形態の構成は、図１に示した第１実施形態の
構成とほぼ同じであるが（同じものについては、同一の
番号を付す）、排気浄化触媒を１つとした点及び還元剤
供給装置を備えていない点が異なる。すなわち、本実施
形態における排気浄化触媒２３は、ゼオライトと共に貴
金属を含んでおり、内層に前記ゼオライト触媒１８と同
一成分を有し、表層に前記貴金属触媒１９と同一の成分
を有するものとした。なお、ゼオライト中に貴金属粉を
混在させたものとしてもよい。
【００３５】このように構成することで、貴金属を含む
触媒をより高温度の上流側に配置できるので、触媒の活
性化を早めて排気浄化効率を高めることができる。ま
た、貴金属を含む触媒を別に設ける場合に比べ、コンパ
クトでありコストメリットもある。また、還元剤供給装
置２１を備えていないので、還元剤の供給は、燃料噴射
弁１０から噴射される燃料を増量噴射又は追加噴射する
ことにより行う。
【００３６】次に、本実施形態におけるＮＯｘ脱離量の
推定及び脱離ＮＯｘ還元浄化のために供給する還元剤量
の演算制御を図５のフローチャートに基づいて説明す
る。ステップ１１では、目標燃空比ＴＦＢＹＡ（空気過
剰率λの逆数であり、ＴＦＢＹＡ＝１で理論空燃比、Ｔ
ＦＢＹＡ＜１でリーンを意味する）、エンジン回転速度
Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、エンジン水温Ｔｗ、排気浄化触
媒２３の触媒温度Ｔｃ'を読み込む。
【００３７】ステップ１２では、エンジン１から排出さ
れるＮＯｘ排出量Ｖｎを以下のようにして推定する。す
なわち、排気中のＮＯｘ濃度は、エンジン１の運転状態
（エンジン回転速度Ｎｅ、負荷、空燃比Ａ／Ｆ、エンジ
ン水温Ｔｗ）に対して、図６に示すような関係にあるの
で、これらをあらかじめデータテーブル化しておき、ス
テップ１１で読み込んだ値に基づいてテーブル検索して
推定する。
【００３８】また、別の推定方法として、触媒２３の上
流側にＮＯｘセンサを設けて直接排気中のＮＯｘ濃度を
検出し、これに吸入空気量Ｑａを乗じてＮＯｘ排出量を
算出するようにしてもよい。ステップ１３では、触媒２
３がトラップするＮＯｘ量（ＮＯｘトラップ量）ｄｔｎ
を以下のようにして推定する。
【００３９】すなわち、ＮＯｘトラップ率は、触媒２３
を通過する排気流量、触媒温度Ｔｃ、既に触媒２３にト
ラップされているＮＯｘ量に対して、図７に示すような
関係にあることが実験により求められているので、これ
らの関係をあらかじめテーブルデータ化しておき、ステ
ップ１１で読み込んだデータや前回の制御時にステップ
１６で求めたトラップされているＮＯｘ総量ｔｎに基づ
いてテーブル検索して推定する。
【００４０】また、別の方法として、触媒２３（ゼオラ
イト触媒と貴金属触媒とを併用する場合には、ゼオライ
ト触媒）の上流側、下流側にＮＯｘセンサを設けて直接
ＮＯｘ濃度を検出し、上流側ＮＯｘ濃度と下流側ＮＯｘ
濃度との差に吸入空気量Ｑａを乗じＮＯｘトラップ量を
算出するようにしてもよい。ステップ１４では、前回制
御時に算出したＮＯｘトラップ量積算値ｔｎに、ステッ
プ１３で求めたＮＯｘトラップ量ｄｔｎを加算して、触
媒２３にトラップされているＮＯｘ総量ｔｎ'（＝ｔｎ
＋ｄｔｎ）を算出する。
【００４１】ステップ１５では、触媒２３から脱離する
ＮＯｘ量（ＮＯｘ脱離量）ｄｄｎを以下のようにして推
定する。すなわち、ＮＯｘ脱離量ｄｄｎは、触媒温度Ｔ
ｃ'、ＮＯｘトラップ量ｄｔｎ、触媒２３を通過する通
過ガス流量によって、図３（Ａ）〜（Ｂ）に示すように
変化するので、これらをあらかじめテーブルデータ化し
ておき、ステップ１１で読み込んだ値、ステップ１３で
推定した値に基づいてテーブル検索して推定する。
【００４２】なお、ＮＯｘ脱離量の推定には、前記パラ
メータのうちいずれか１つを用いてテーブル検索を行っ
ても推定できるが、複数のパラメータを用いることでよ
り高精度な推定ができる。ステップ１６では、ステップ
１４で算出した触媒２３にトラップされているＮＯｘ総
量ｔｎ'からステップ１５で推定したＮＯｘ脱離量ｄｄ
ｎを減算し、脱離後にトラップされているＮＯｘ総量ｔ
ｎ（+1）（＝ｔｎ'―ｄｄｎ）を算出する。
【００４３】ステップ１７では、脱離ＮＯｘの還元に必
要な要求還元剤量ｄＦｎを以下のようにして算出する。
すなわち、触媒２３下流側の排気中のＮＯｘの総量は、
ｄｄｎ（ＮＯｘ脱離量）＋Ｖｎ（エンジンからのＮＯｘ
排出量）―ｄｔｎ（ＮＯｘトラップ量）で表すことがで
きる。従って、この値に単位変換のための定数Ｃを乗じ
ることで要求還元剤量ｄＦｎを算出する。
【００４４】ｄＦｎ＝Ｃ×（ｄｄｎ＋Ｖｎ＋ｄｔｎ） 以上により、脱離ＮＯｘの還元に必要な還元剤量を算出
する。なお、本実施形態では、還元剤供給のための特別
な装置（還元剤供給装置）を設けておらず、還元剤とし
ての追加供給燃料を燃料噴射弁より噴射する構成として
いるので、以下に示す制御により求めた目標燃空比ＴＦ
ＢＹＡ及び吸入空気量Ｑａに基づいて算出される燃料噴
射量（基本燃料噴射量）に対して、脱離ＮＯｘ還元のた
めの燃料（要求還元剤量ｄＦｎ）を加算して噴射するよ
うにしている。
【００４５】ここで、要求還元剤量ｄＦｎに相当する燃
料は、前記基本燃料噴射量に加算して一度に噴射するよ
うにしてもよく、また、追加噴射という形で例えば膨張
行程、排気行程に別噴射するようにしてもよい。目標燃
空比ＴＦＢＹＡの演算及び吸入空気量Ｑａの制御フロー
を図８、９に示す。
【００４６】ステップ２１では、アクセル開度Ａｐｓ、
エンジン回転速度Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、エンジン水温
Ｔｗ、触媒温度Ｔｃ'、要求還元剤量ｄＦｎを読み込
む。ステップ２２では、ステップ２１で読み込んだアク
セル開度Ａｐｓから、例えば図中記載のテーブルを検索
して目標トルクＴＴＣを算出する。ステップ２３では、
ステップ２１で読み込んだエンジン回転速度Ｎｅとステ
ップ２２で算出した目標トルクＴＴＣから、例えば図中
記載のマップを参照して燃焼フラグＦＣｍｂを求める。
ここで、燃焼フラグＦＣｍｂが０の領域では成層リーン
燃焼、１の領域では均質リーン燃焼、２の領域では理論
空燃比での燃焼を行う。
【００４７】ステップ２４では、脱離ＮＯｘ還元のため
に還元剤が要求されているか否か（要求還元剤量ｄＦｎ
が０であるか否か）を判定する。要求還元剤量ｄＦｎが
０であれば、ステップ２５に進む。ステップ２５では、
エンジン水温Ｔｗが所定温度ＴｗＬ以上であるか否かを
判定し、エンジン水温Ｔｗが所定温度ＴｗＬ以上であれ
ばステップ２７に進む。
【００４８】ここで、ステップ２４において要求還元剤
量ｄＦｎが０でないとき（すなわち、ＮＯｘ脱離状態に
あるとき）はステップ２６に進み燃焼フラグＦＣｍｂに
２を代入して理論空燃比での運転を行う。また、ステッ
プ２５においてエンジン温度Ｔｗが所定温度ＴｗＬ未満
のときも、リーン燃焼では安定が得られないと判断し、
ステップ６に進み燃焼フラグＦＣｍｂに２を代入してリ
ーン燃焼を禁止し理論空燃比での運転を行う。
【００４９】ステップ２７では、燃焼フラグＦＣｍｂが
２であるか否かを判定する。燃焼フラグＦＣｍｂが２で
ない（ＦＣｍｂ≠２）、すなわち、リーン運転条件と判
定されたときは、ステップ２８に進み、エンジン回転速
度Ｎｅと目標トルクＴＴＣから、例えば図中記載のマッ
プを参照して目標燃空比ＴＦＢＹＡを求める。一方、燃
焼フラグＦＣｍｂが２（ＦＣｍｂ＝２）、すなわち、理
論空燃比運転時は、ステップ２９に進み目標燃空比ＴＦ
ＢＹＡに１を代入する。
【００５０】ステップ３０では、エンジン回転速度Ｎｅ
と目標燃空比ＴＦＢＹＡから例えば図中記載のマップを
参照して機関効率ＩＴＡを算出する。ステップ３１で
は、機関効率ＩＴＡ、目標トルクＴＴＣ、目標燃空比Ｔ
ＦＢＹＡ、から次式により目標新気量Ｑを算出する。 Ｑ＝ＴＴＣ／ＴＦＢＹＡ／ＩＴＡ そして、ＥＣＵ２２は、算出した目標新気量Ｑに基づい
てスロットルバルブ開度を調節して吸入空気量Ｑａを制
御し、燃料噴射弁１０は、以上のようにして設定された
目標燃空比ＴＦＢＹＡ、吸入空気量Ｑａに基づいて算出
した燃料噴射量（基本燃料噴射量）の他に、前記要求還
元剤量ｄＦｎ分に相当する燃料を噴射する。
【００５１】本実施形態によれば、脱離ＮＯｘ還元剤供
給時には目標燃空比ＴＦＢＹＡを理論空燃比とするの
で、還元剤と使用されることなく排気中の残存酸素によ
って消費される燃料（還元剤）を低減でき、燃費の悪化
を抑制できる。なお、目標燃空比ＴＦＢＹＡを理論空燃
比よりもリッチとしてもよい。また、要求還元剤量ｄＦ
ｎを、ＮＯｘ脱離量ｄｄｎ、エンジンからのＮＯｘ排出
量Ｖｎ、ＮＯｘトラップ量ｄｔｎに基づいて、すなわ
ち、排気中のＮＯｘ総量から算出するので、触媒２３か
らＮＯｘが脱離するときだけでなく、ＮＯｘトラップ量
が所定量以上となり、触媒２３のＮＯｘトラップ性能が
低下したときにおいても、前記要求還元剤量ｄＦｎ分に
相当する還元剤を供給すれば、トラップされないＮＯｘ
を還元浄化し、ＮＯｘの大気中への排出を抑制できる。
【００５２】なお、本実施形態の構成（図４）に代えて
第１実施形態の構成（図１）としてもよい。かかる場合
は、要求還元剤量ｄＦｎ分の還元剤を還元剤供給装置２
１により供給するようにしてもよい。本発明の第３実施
形態について説明する。システム構成は第２実施形態
（図４）と同一であり、還元剤量の算出についても第２
実施形態（図５）と同一であるが、還元剤供給時に触媒
２３からのＮＯｘ脱離を促進させるよう制御を行う点が
異なる。なお、第１実施形態と同一の構成としてもよ
い。
【００５３】本実施形態に係る制御フローを図１０、１
１に示す。ステップ４１からステップ４９までは、図
８、９に示すフローチャートにおけるステップ２１から
ステップ２９までと同様であるので説明を省略する。ス
テップ５０では、点火時期ＡＤＶを算出する。なお、本
実施形態では、点火時期ＡＤＶをＭＢＴ（出力、燃料消
費率が最良となる点火時期）に設定しており、エンジン
回転速度Ｎｅ、目標トルクＴＴＣ、目標空燃比ＴＦＢＹ
Ａからマップを参照して、あるいは、計算によって求め
る。
【００５４】ステップ５１では、要求還元剤量ｄＦｎが
０であるか否かを判定する。要求還元剤量ｄＦｎが０で
あれば、ステップ５２に進みエンジン回転速度Ｎｅと目
標燃空比ＴＦＢＹＡから、例えば図中記載のマップを参
照して機関効率ＩＴＡを算出する。一方、要求還元剤量
ｄＦｎが０でなければ、ステップ５３に進みエンジン回
転速度Ｎｅ、目標トルクＴＴＣから、例えば図中記載の
マップを参照して点火遅角量ｒＡＤＶを算出する。
【００５５】ステップ５４では、ステップ５０で算出し
た点火時期ＡＤＶに点火遅角量ｒＡＤＶを加算して点火
時期を遅角する。ステップ５５では、ステップ５２と同
様に、エンジン回転速度Ｎｅと目標燃空比ＴＦＢＹＡか
ら、例えば図中記載のマップを参照して機関効率ＩＴ
Ａ'を算出する。ここで、ステップ５５で算出される機
関効率ＩＴＡ'は、ステップ５２で算出される機関効率
ＩＴＡと比較して、同一Ｎｅ、ＴＦＢＹＡにおいて若干
低い値となる。これは点火時期を遅角させることにより
効率が低下するからである。
【００５６】そして、ステップ５６では、機関効率ＩＴ
Ａ（ＩＴＡ'）、目標燃空比ＴＦＢＹＡ、目標トルクＴ
ＴＣを用いて、図８、９に示すフローチャートのステッ
プ３１と同様にして目標新気量Ｑを算出する。以上のよ
うに、本実施形態では、還元剤供給時に点火時期の遅角
並びに吸入空気の増量（目標新気量の増量）が行われる
ため、排気流量、排気温度（触媒温度）が上昇する結
果、触媒２３からのＮＯｘ脱離が促進される（図３参
照）。
【００５７】また、前記第２実施形態と同様に、ＮＯｘ
トラップ量が所定値（ＮＯｘトラップ性能が低下する
量）以上となったときにおいても、還元剤を供給するよ
う構成してもよい。このようにすれば、触媒２３のＮＯ
ｘトラップ性能が限界に近づいた場合に、ＮＯｘ脱離を
促進して速やかにＮＯｘ脱離、触媒再生を実施でき、Ｎ
Ｏｘトラップ性能を高いレベルに維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るシステム構成を示
す図。
【図２】触媒からのＮＯｘ脱離状態推定及び還元剤供給
制御を示すフローチャート。
【図３】触媒からのＮＯｘ脱離特性を示す図。（Ａ）触
媒温度ＴｃとＮＯｘ脱離率の関係を示す図、（Ｂ）触媒
を通過する排気流量とＮＯｘ脱離率の関係を示す図、
（Ｃ）すでに触媒にトラップされているＮＯｘ量とＮＯ
ｘ脱離率の関係を示す図。
【図４】本発明の第２実施形態に係るシステム構成を示
す図。
【図５】同じく脱離ＮＯｘ還元のために還元剤量演算を
示すフローチャート。
【図６】エンジンの運転状態と排気中のＮＯｘ濃度の関
係を示す図。（Ａ）エンジン回転速度Ｎｅ及びエンジン
負荷によるＮＯｘ濃度マップ、（Ｂ）空燃比Ａ／ＦとＮ
Ｏｘ濃度の関係を示す図、（Ｃ）エンジン水温ＴｗとＮ
Ｏｘ濃度の関係を示す図。
【図７】触媒のＮＯｘトラップ特性を示す図。（Ａ）触
媒温度ＴｃとＮＯｘトラップ率の関係を示す図、（Ｂ）
触媒を通過する排気流量とＮＯｘトラップ率の関係を示
す図、（Ｃ）すでに触媒にトラップされているＮＯｘ量
とＮＯｘトラップ率の関係を示す図。
【図８】目標空燃比及び目標新気量演算を示すフローチ
ャート（その１）。
【図９】目標空燃比及び目標新気量演算を示すフローチ
ャート（その２）。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るエンジン制御を
示すフローチャート（その１）。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るエンジン制御を
示すフローチャート（その２）。
【符号の説明】
１ エンジン ３ エアフローメータ ４ スロットルバルブ ６ 吸気通路 １０ 燃料噴射弁 １１ 点火プラグ １３ 排気ポート １４ ＥＧＲ通路 １７ 空燃比センサ １８ ゼオライト含有排気浄化触媒 １９ 触媒温度センサ ２０ 貴金属含有排気浄化触媒 ２１ 還元剤供給装置 ２２ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ） ２３ ゼオライト・貴金属含有排気浄化触媒
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｇ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３３０ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３３０Ｚ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ ３０１Ｔ (72)発明者 土田 博文 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 BA04 BA09 BA13 BA17 CA02 DA10 EB08 FA07 FA10 FA20 FA29 FA38 3G091 AA02 AA11 AA13 AA17 AB06 BA02 BA14 CA16 CB02 CB05 CB07 DA01 DA02 DB11 DC01 EA01 EA05 EA07 EA16 EA18 EA34 FA04 FB10 FB11 GB09W HA08 3G301 HA01 HA13 HA15 JA25 KA05 LA03 LB04 MA01 MA12 NC04 NE01 NE12 PA01Z PA11Z PD02Z PD12Z PE03Z PE08Z

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】排気通路内に介装されたゼオライトを含む
    排気浄化触媒と、 排気浄化触媒に吸着されたＮＯｘが脱離する状態にある
    か否かを推定するＮＯｘ脱離推定手段と、 ＮＯｘ脱離推定手段によりＮＯｘが脱離する状態にある
    と推定されたときに、前記排気通路内に還元剤を供給す
    る還元剤供給手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】前記排気浄化触媒の下流側に、貴金属を含
    む第２の排気浄化触媒を備えることを特徴とする請求項
    １記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 【請求項３】前記排気浄化触媒は、貴金属を含むことを
    特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 【請求項４】前記還元剤供給手段は、前記排気浄化触媒
    又は前記第２の排気浄化触媒よりも上流側に設けられる
    ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つ
    に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 【請求項５】前記還元剤供給手段は、機関に噴射する燃
    料量を増加させることにより前記排気通路内に還元剤を
    供給することを特徴とする請求項１から請求項４のいず
    れか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 【請求項６】前記還元剤供給手段により還元剤が供給さ
    れるときに、排気空燃比を理論空燃比又はリッチにする
    ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つ
    に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 【請求項７】前記ＮＯｘ脱離推定手段は、前記排気浄化
    触媒に吸着されているＮＯｘ吸着量、排気浄化触媒の温
    度、機関の排気流量又は排気温度のうち少なくとも１つ
    に基づいてＮＯｘが脱離する状態にあるか否かを推定す
    ることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１
    つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  8. 【請求項８】前記ＮＯｘ脱離推定手段は、ＮＯｘ脱離量
    を推定し、 前記還元剤供給手段は、推定されたＮＯｘ脱離量に基づ
    いて設定された量の還元剤を供給することを特徴とする
    請求項７記載の内燃機関に排気浄化装置。
  9. 【請求項９】前記排気浄化触媒に吸着されたＮＯｘの脱
    離を促進する脱離促進手段を備え、 前記ＮＯｘ脱離推定手段によりＮＯｘが脱離する状態に
    あると推定されたときに、ＮＯｘの脱離を促進させるこ
    とを特徴とする請求項１から請求項８記載のいずれか１
    つに内燃機関の排気浄化装置。
  10. 【請求項１０】前記脱離促進手段は、前記排気浄化触媒
    に吸着されているＮＯｘ吸着量が所定量以上となったと
    きに、ＮＯｘの脱離を促進させることを特徴とする請求
    項９記載の内燃機関の排気浄化装置。
  11. 【請求項１１】前記脱離促進手段は、排気温度及び排気
    流量の少なくとも一方を変化させることにより、ＮＯｘ
    の脱離を促進させることを特徴とする請求項９又は請求
    項１０記載の内燃機関の排気浄化装置。
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