JP2003336518A

JP2003336518A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2003336518A
Application number: JP2002144807A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Hayashi; 孝太郎林; Soichi Matsushita; 宗一松下; Hisashi Oki; 久大木; Daisuke Shibata; 大介柴田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2003-11-28
Anticipated expiration: 2022-05-20
Also published as: JP3858758B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx吸蔵
剤のＳＯx被毒回復時に必要量の還元剤を精度良く供給
することができる技術を提供することを目的とする。【解決手段】ＮＯx吸蔵剤１４と、還元剤供給手段２５
と、ＮＯx吸蔵剤１４の硫黄被毒を回復させる硫黄被毒
回復手段２５と、硫黄被毒回復時の目標酸素濃度を決定
する酸素濃度決定手段２４と、排気中の酸素濃度を検出
する酸素濃度検出手段２０と、還元剤供給時に検出され
る酸素濃度の平均化処理を行う平均化処理手段２４と、
酸素濃度決定手段２４が決定した酸素濃度と平均化処理
手段２４が平均化処理した酸素濃度との差を算出し、酸
素濃度決定手段２４が決定した酸素濃度のほうが大きい
場合には還元剤を減量させ、平均化処理手段２４が平均
化処理した酸素濃度のほうが大きい場合には還元剤を増
量させる還元剤供給量補正手段２４と、を具備した。

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】近年、自動車等に搭載される内燃機関、
特に酸素過剰状態の混合気（所謂、リーン空燃比の混合
気）を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・
ガソリン機関では、該内燃機関の排気中に含まれる窒素
酸化物（ＮＯx）を浄化する技術が望まれている。

【０００３】このような要求に対し、内燃機関の排気系
にＮＯx吸蔵剤を配置する技術が提案されている。この
ＮＯx吸蔵剤の一つとして、流入する排気の酸素濃度が
高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵（吸
収、吸着）し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還
元剤が存在するときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯ
x）を還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒が知られている。

【０００４】吸蔵還元型ＮＯx触媒が内燃機関の排気系
に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の
空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）
が吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵され、吸蔵還元型ＮＯx触
媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元
型ＮＯx触媒に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）が還
元される。

【０００５】ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒には燃料
に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（Ｓ
Ｏx）もＮＯxと同じメカニズムで吸蔵される。このよう
に吸蔵されたＳＯxはＮＯxよりも放出されにくく、吸蔵
還元型ＮＯx触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒（Ｓ
Ｏx被毒）といい、ＮＯx浄化率が低下するため、適宜の
時期にＳＯx被毒から回復させる被毒回復処理を施す必
要がある。

【０００６】例えば、特開１１−４４２１１号公報に記
載された発明では、吸蔵還元型ＮＯx触媒を高温にしつ
つ還元剤の供給により酸素濃度を低下させた排気を該Ｎ
Ｏx触媒に流通させて被毒回復処理が行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＳＯx被毒
回復中に必要となる酸素濃度を得るために、排気中の酸
素濃度を検出して還元剤供給量をフィードバック制御す
ることがある。このようなフィードバック制御は、排気
系に空燃比センサ等の酸素濃度を検出する手段を備える
ことにより可能となる。しかし、空燃比センサには応答
遅れがあり、該空燃比センサの出力信号のみに基づいて
フィードバック制御を行うのは困難である。また、還元
剤噴射弁から排気中へ還元剤を噴射させてＳＯx被毒回
復を行う場合には、該還元剤噴射弁の経時劣化等により
目標となる量の還元剤を供給することが困難となる。

【０００８】本発明は、上記したような問題点に鑑みて
なされたものであり、内燃機関の排気浄化装置におい
て、ＮＯx吸蔵剤のＳＯx被毒回復時に必要量の還元剤を
精度良く供給することができる技術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】上記課題を達成するため
に本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採
用した。即ち、排気中の酸素濃度が高いときにはＮＯx
を吸蔵し、還元剤の存在下で吸蔵していたＮＯxを還元
するＮＯx吸蔵剤と、前記ＮＯx吸蔵剤へ還元剤を供給す
る還元剤供給手段と、複数回の還元剤の供給により前記
ＮＯx吸蔵剤の硫黄被毒を回復させる硫黄被毒回復手段
と、硫黄被毒回復時に目標となる排気中の酸素濃度を決
定する酸素濃度決定手段と、前記ＮＯx吸蔵剤を流通す
る排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、前
記硫黄被毒回復手段により還元剤の供給が行われたとき
に検出される酸素濃度の平均化処理を行う平均化処理手
段と、前記酸素濃度決定手段が決定した酸素濃度と前記
平均化処理手段が平均化処理した酸素濃度との差を算出
し、前記酸素濃度決定手段が決定した酸素濃度のほうが
大きい場合には還元剤を減量させ、前記平均化処理手段
が平均化処理した酸素濃度のほうが大きい場合には還元
剤を増量させる還元剤供給量補正手段と、を具備するこ
とを特徴とする。

【００１０】本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄
化装置において、硫黄被毒回復時の酸素濃度を目標値と
実測値の平均化処理後の値との差に基づいてフィードバ
ック制御を行うことにある。

【００１１】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、ＮＯx吸蔵剤に還元剤が供給されると、ＮＯx
吸蔵剤に流入する排気の酸素濃度が低下して、硫黄酸化
物（ＳＯx）が放出される。このときに還元剤が過剰に
供給されると、還元剤の一部がＮＯx吸蔵剤で反応せず
に下流へ流出することがある。また、ＮＯx吸蔵剤から
放出された硫黄酸化物（ＳＯx）が硫化水素（Ｈ₂Ｓ）と
なりにおい成分を大気中へ放出する虞がある。一方、還
元剤の供給量が少ないと硫黄被毒の回復が十分に行われ
なくなり、ＮＯxの浄化率を向上させることが困難とな
る。

【００１２】そのため、酸素濃度検出手段により排気中
の酸素濃度を検出し、還元剤の供給量をフィードバック
制御する。ここで、酸素濃度検出手段は、排気が該酸素
濃度検出手段に取り込まれてから、そのときの酸素濃度
を出力するまでに時間を要することがある。従って、こ
の出力遅れの期間内に排気中の酸素濃度が変化してしま
うと、適量の還元剤の供給が困難となる。

【００１３】また、還元剤供給手段の経年劣化により還
元剤の供給量が変化することがある。

【００１４】そこで、還元剤供給量補正手段は、酸素濃
度決定手段が決定した酸素濃度と酸素濃度検出手段が検
出した酸素濃度との差に基づいて還元剤の供給量を補正
する。ここで、硫黄被毒回復時には還元剤供給手段によ
り、酸素濃度が周期的に低下されるが、酸素濃度の値に
はばらつきがあるため、平均化処理を施した値を用いて
還元剤の供給量を変更する。このように、還元剤の供給
量を補正することにより、実際の酸素濃度を目標となる
酸素濃度に収束させることが可能となる。

【００１５】本発明においては、前記還元剤供給量補正
手段は、硫黄被毒回復時に増減させた還元剤の供給量
を、ＮＯx吸蔵剤に吸蔵されたＮＯxの還元を行うときの
還元剤の供給量にも適用することができる。

【００１６】ＮＯxの還元時にも硫黄被毒回復時と同様
に還元剤が供給されるため、硫黄被毒回復時に求めた還
元剤の変更量を用いることができる。このように、ＮＯ
x還元時においても、還元剤過剰による還元剤の流出又
は還元剤不足によるＮＯxの未還元等を抑制することが
できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の具
体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここ
では、本発明に係る内燃機関を車両駆動用のディーゼル
機関に適用した場合を例に挙げて説明する。

【００１８】図１は、本実施の形態に係るエンジンとそ
の吸排気系の概略構成を示す図である。

【００１９】図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を
有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。

【００２０】エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃
料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁
３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレー
ル）４と接続されている。

【００２１】前記コモンレール４は、燃料供給管５を介
して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６
は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転ト
ルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポン
プ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエン
ジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられた
クランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されてい
る。

【００２２】このように構成された燃料噴射系では、ク
ランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ
伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから
該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じ
た圧力で燃料を吐出する。

【００２３】前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、
燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモ
ンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴
射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流
が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃
料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。

【００２４】また、エンジン１には、吸気枝管８が接続
されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室
と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。

【００２５】前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、
該吸気管９の途中には、排気の熱エネルギを駆動源とし
て作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコン
プレッサハウジング１５ａが設けられている。

【００２６】前記吸気管９における吸気枝管８の直上流
に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流
量を調節する吸気絞り弁１０が設けられている。この吸
気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸
気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ
１１が取り付けられている。

【００２７】このように構成された吸気系では、吸気は
吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入
する。

【００２８】コンプレッサハウジング１５ａに流入した
吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装された
コンプレッサホイールの回転によって圧縮された後、吸
気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各
枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の
燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼さ
れる。

【００２９】一方、エンジン１には、排気枝管１２が接
続され、排気枝管１２の各枝管が排気ポート１ｂを介し
て各気筒２の燃焼室と連通している。

【００３０】前記排気枝管１２は、前記遠心過給機１５
のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タ
ービンハウジング１５ｂは、排気管１３と接続され、こ
の排気管１３は、下流にてマフラー（図示省略）に接続
されている。

【００３１】前記排気管１３の途中には、吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、
単にフィルタという。）１４が設けられている。フィル
タ１４は吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持し、排気中の粒子
状物質（以下、ＰＭという。）を捕集するとともに、流
入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸
蔵（吸収、吸着）し、流入する排気の酸素濃度が低下し
且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元
する機能を有する。このフィルタ１４の上流には、酸化
機能を有する第１酸化触媒１６が設けられている。ま
た、フィルタ１４と第１酸化触媒１６との間には、流通
する排気の温度に対応した電気信号を出力する第１排気
温度センサ１７が取り付けられている。更に、フィルタ
１４の下流には、酸化機能を有する第２酸化触媒１８が
設けられている。フィルタ１４と第２酸化触媒１８との
間には、流通する排気の温度に対応した電気信号を出力
する第２排気温度センサ１９及び流通する排気の空燃比
に対応した電気信号を出力する第１空燃比センサ２０が
取り付けられている。また、第２酸化触媒１８の下流に
は、流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力す
る第２空燃比センサ２１が取り付けられている。

【００３２】このように構成された排気系では、エンジ
ン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気
ポート１ｂを介して排気枝管１２へ排出され、次いで排
気枝管１２からフィルタ１４上流の第１酸化触媒１６へ
流入する。この第１酸化触媒１６では、還元剤の一部が
酸化して排気の温度を上昇させることができ、後述する
ＳＯx被毒回復時に吸蔵還元型ＮＯx触媒を昇温させるこ
とができる。また、還元剤によるフィルタ１４の目詰ま
りを抑制することもできる。第１酸化触媒１６を通過し
た排気はフィルタ１４へ流入し、該フィルタ１４で排気
中のＰＭが捕集され、またＮＯxが吸蔵される。フィル
タ１４から流出した排気は、下流の第２酸化触媒１８へ
流入する。該第２酸化触媒１８では、排気中の炭化水素
（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化させることが
できる。

【００３３】排気枝管１２と吸気枝管８とは、排気枝管
１２内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させ
るＥＧＲ通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）２２を介し
て連通されている。このＥＧＲ通路２２の途中には、電
磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記Ｅ
ＧＲ通路２２内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとす
る。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁と
する。）２３が設けられている。

【００３４】このように構成されたＥＧＲ機構では、Ｅ
ＧＲ弁２３が開弁されると、ＥＧＲ通路２２が導通状態
となり、排気枝管１２内を流通する排気の一部が前記Ｅ
ＧＲ通路２２へ流入し、吸気枝管８へ導かれる。吸気枝
管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から
流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導
かれる。

【００３５】ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ₂Ｏ）や
二酸化炭素（ＣＯ₂）などのように、自らが燃焼するこ
とがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれ
ているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混
合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）
の発生量が抑制される。

【００３６】尚、本実施の形態では、フィルタ１４より
上流の排気枝管１２を流通する排気中に還元剤たる燃料
（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤
供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィ
ルタ１４に流入する排気の酸素濃度を低下させるととも
に還元剤の濃度を高めるようにした。

【００３７】還元剤供給機構は、図１に示されるよう
に、その噴孔が排気枝管１２内に臨むように取り付けら
れ、後述するＥＣＵ２４からの信号により開弁して燃料
を噴射する還元剤噴射弁２５と、前述した燃料ポンプ６
から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２５へ導く還元
剤供給路２６と、を備えている。

【００３８】このような還元剤供給機構では、燃料ポン
プ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２６を介
して還元剤噴射弁２５へ印加される。そして、ＥＣＵ２
４からの信号により該還元剤噴射弁２５が開弁して排気
枝管１２内へ還元剤としての燃料が噴射される。還元剤
噴射弁２５から排気枝管１２内へ噴射された燃料は、該
排気枝管１２の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低
下させる。

【００３９】その後、ＥＣＵ２４からの信号により還元
剤噴射弁２５が閉弁し、排気枝管１２内への燃料の添加
が停止される。

【００４０】このようにして、フィルタ１４に燃料が供
給された結果、フィルタ１４に流入する排気は、比較的
に短い周期で酸素濃度が変化することになる。これによ
り、フィルタ１４に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯ
x）は還元される。

【００４１】以上述べたように構成されたエンジン１に
は、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット
（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２７が併設され
ている。このＥＣＵ２４は、エンジン１の運転条件や運
転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユ
ニットである。

【００４２】ＥＣＵ２４には、各種センサが電気配線を
介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣ
Ｕ２４に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２
４には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１
１、ＥＧＲ弁２３、還元剤噴射弁２５等が電気配線を介
して接続され、これらを制御することが可能になってい
る。また、前記ＥＣＵ２４は、各種アプリケーションプ
ログラム及び各種制御マップを記憶している。

【００４３】ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒には燃料
に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（Ｓ
Ｏx）もＮＯxと同じメカニズムで吸蔵される。このよう
に吸蔵されたＳＯxはＮＯxよりも放出されにくく、吸蔵
還元型ＮＯx触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒（Ｓ
Ｏx被毒）といい、ＮＯx浄化率が低下するため、適宜の
時期にＳＯx被毒から回復させる被毒回復処理を施す必
要がある。この被毒回復処理は、吸蔵還元型ＮＯx触媒
を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ燃料
添加により酸素濃度を低下させた排気を吸蔵還元型ＮＯ
x触媒に流通させて行われている。ここで、第１排気温
度センサ１７は、ＳＯx被毒回復時にフィルタ１４温度
が所定温度（例えば６００乃至６５０度）となっている
か否か判定するために用いることができる。また、第２
排気温度センサ１９は、ＳＯx被毒回復時にフィルタ１
４が過度に温度上昇したことを検出するために用いるこ
とができる。

【００４４】図２は、ＳＯx被毒回復時にフィルタから
放出されるＳＯxの濃度及びフィルタ内の空燃比の時間
推移を示したタイムチャート図である。

【００４５】ＳＯx被毒回復時には、ＥＣＵ２４は、フ
ィルタ１４に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い
周期でスパイク的に低くする、燃料添加制御（所謂リッ
チスパイク制御）を実行する。

【００４６】燃料添加制御では、ＥＣＵ２４は、還元剤
噴射弁２５からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させ
るべく当該還元剤噴射弁２５を制御することにより、フ
ィルタ１４に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目
標リッチ空燃比とする。

【００４７】具体的には、ＥＣＵ２４は、記憶されてい
る機関回転数、機関負荷（アクセル開度）、エアフロー
メータ（図示省略）の出力信号値（吸入空気量）、第１
空燃比センサ２０の出力信号、燃料噴射量等を読み出
す。

【００４８】ＥＣＵ２４は、前記した機関回転数と機関
負荷と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとして燃
料添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め
設定された目標空燃比とする上で必要となる燃料の添加
量（基本燃料添加量τ）を算出する。

【００４９】続いて、ＥＣＵ２４は、前記目標添加量を
パラメータとして還元剤噴射弁制御マップへアクセス
し、還元剤噴射弁２５から目標添加量の燃料を噴射させ
る上で必要となる還元剤噴射弁２５の開弁時間（目標開
弁時間）を算出する。

【００５０】還元剤噴射弁２５の目標開弁時間が算出さ
れると、ＥＣＵ２４は、還元剤噴射弁２５を開弁させ
る。

【００５１】ＥＣＵ２４は、還元剤噴射弁２５を開弁さ
せた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴
射弁２５を閉弁させる。

【００５２】このように還元剤噴射弁２５が目標開弁時
間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁
２５から排気枝管１２内へ噴射されることになる。そし
て、還元剤噴射弁２５から噴射された燃料は、排気枝管
１２の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃
比の混合気を形成して第１酸化触媒１６及びフィルタ１
４に流入する。

【００５３】第１酸化触媒では、燃料が酸化され、その
ときに熱が発生する。この熱により排気の温度が上昇し
下流のフィルタ１４の温度が上昇される。これにより、
フィルタ１４の温度は、ＳＯx被毒回復に必要となる温
度まで上昇する。

【００５４】一方、フィルタ１４に流入する排気の空燃
比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することにな
る。フィルタ１４では、温度の上昇とともに吸蔵還元型
ＮＯx触媒からＳＯxが放出され、以て、フィルタ１４に
担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx被毒を回復する
ことが可能となる。

【００５５】尚、本実施の形態では、１回のリッチスパ
イクを複数回の燃料噴射により形成させて、空燃比が過
剰なリーンとならないようにしても良い。ここで、１回
に多量の燃料を噴射させると空燃比が過リッチとなる虞
があり、フィルタ１４で反応しきれない燃料の一部が下
流へ流出する虞がある。そこで、本実施の形態では、１
回当たりの燃料噴射量を減量し且つ複数回噴射させるこ
とにより、過リッチを抑制しつつリッチ雰囲気を形成さ
せるようにした。

【００５６】ここで、図３は、図２中のＡで示した箇所
に対応する還元剤噴射弁２５の開閉信号を示した図であ
る。還元剤噴射弁２５は、信号がＯＦＦのときに閉弁
し、ＯＮとなったときに開弁する。

【００５７】１回のリッチスパイクは、例えば１７回の
燃料噴射により形成されている。還元剤噴射弁２５の１
回当たりの開弁時間は例えば６０ｍｓで、その後例えば
１５０ｍｓの間閉弁される。これを、１７回繰り返すこ
とにより、全体として１回のリッチスパイクが形成され
ている。このように、１回のリッチスパイクを複数回の
燃料噴射により形成させると、空燃比が過剰にリッチと
なることを抑制することができる。従って、フィルタ１
４で反応せずに下流へ流出する燃料を低減することが可
能となる。また、リッチスパイクは、例えば７．５ｓの
リッチ休止期間毎に形成されている。このリッチ休止期
間により、フィルタ１４の過熱を抑止することができ、
フィルタ１４の熱劣化を抑制することが可能となる。

【００５８】ところで、ＳＯx被毒回復時には、吸蔵還
元型ＮＯx触媒を流通する排気の空燃比を理論空燃比以
下の狭い範囲内で制御しなくてはならない。また、還元
剤噴射弁２５の経年劣化により、単位時間当たりの燃料
の噴射量が変化することがある。例えば、還元剤噴射弁
２５に排気中の煤等が付着して単位時間当たりの燃料の
噴射量が減少すると、排気の空燃比は必要空燃比まで低
下せずにＳＯxの放出が不十分となる。

【００５９】また、ＳＯx被毒を回復時に燃料が過剰に
供給されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒からＳＯxが放出さ
れるが、この放出されたＳＯxはリッチ雰囲気では硫化
水素（Ｈ₂Ｓ）になり易い。更に、炭化水素（ＨＣ）、
一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が吸蔵還元型ＮＯx触
媒を通過して下流へ流出する虞がある。

【００６０】これに対し、下流に酸化触媒を設けて、炭
化水素（ＨＣ）等を酸化させることも考えられるが、Ｓ
Ｏx被毒回復時では還元雰囲気となるため酸化触媒の酸
化能力は低下している。従って、ＳＯx被毒回復時に適
量の燃料を吸蔵還元型ＮＯx触媒へ添加することが重要
となる。

【００６１】そこで、本実施の形態では、第１空燃比セ
ンサ２０から得られる空燃比による燃料添加量のフィー
ドバック制御を行う。ここで、第１空燃比センサ２０
は、排気が該第１空燃比センサ２０に取り込まれてか
ら、そのときの空燃比を出力するまでに時間を要するこ
とがあり、また、この出力遅れの時間はセンサにより夫
々異なる。従って、この出力遅れの時間内に排気の空燃
比が変化してしまうと、適量の燃料添加が困難となる。

【００６２】ところで、第１空燃比センサ２０の出力信
号は、還元剤噴射弁２５の開弁信号を等しくしても、そ
のときの運転状態等により変動することがある。そこ
で、本実施の形態では、複数回のリッチスパイク時の最
低空燃比を記憶させ、この値に平均化処理を施した値を
用いて燃料の添加量を補正する。このように、燃料の添
加量を補正することにより、目標となる空燃比に実際の
空燃比を収束させることが可能となる。

【００６３】次に、本実施の形態による燃料添加量の補
正方法について説明する。

【００６４】図４は、本実施の形態による燃料添加量の
補正方法のフローを示したフローチャート図である。

【００６５】ステップＳ１０１では、ＳＯx被毒回復制
御を行う必要があるか否か判定される。判定条件として
は、燃料の総消費量やＮＯxセンサ（図示省略）からの
出力信号、車両走行距離等により判定することができ
る。ここで、燃料中の硫黄成分によりフィルタ１４に担
持された吸蔵還元型ＮＯx触媒が被毒するので、燃料の
消費量をＥＣＵ２４に記憶させ、この燃料の消費量が所
定量に達したときをＳＯx被毒回復制御の開始条件とし
ても良い。また、ＳＯx被毒が進行すると吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒のＮＯxの吸蔵量が減少し、フィルタ１４下流に
流通するＮＯxの量が増大する。従って、フィルタ１４
の下流にＮＯxセンサを設け、この出力信号を監視し、
ＮＯxの流通量が所定量以上になったときをＳＯx被毒回
復制御の開始条件としても良い。更に、車両走行距離が
所定値以上になった場合には、ＳＯx被毒の回復が必要
であるとしてこのときをＳＯx被毒回復制御の開始条件
としても良い。

【００６６】ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場
合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合には本ルーチンを終了する。

【００６７】ステップＳ１０２では、前記したＳＯx被
毒回復制御を開始する。

【００６８】ステップＳ１０３では、燃料添加の諸条件
を決定する。この諸条件とは、例えば、図３に示される
添加期間（基本燃料添加量τ）、添加インターバル、リ
ッチ休止期間、リッチスパイクを形成させる回数等であ
る。

【００６９】ステップＳ１０４では、燃料添加が所定の
回数以上行われたか否か判定する。ここで、燃料添加制
御開始直後は、フィルタ１４の温度が上昇途中であり、
第１空燃比センサ２０の出力信号が安定しないため、こ
のときの第１空燃比センサ２０の出力信号に基づいて燃
料添加量の補正を行うのは適切でない。従って、所定回
数（例えば、５乃至１０回）燃料が噴射された後に燃料
添加量の補正を行う。

【００７０】ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場
合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合には本ルーチンを終了させる。

【００７１】ステップＳ１０５では、目標空燃比と実測
空燃比との差から燃料添加量の補正量Ｚを算出する。Ｅ
ＣＵ２４は、第１空燃比センサ２０の出力信号から求ま
る実際の空燃比と目標空燃比とを読み込み、この差を算
出する。次に、ＥＣＵ２４は、この差に係数ｂを乗じて
燃料添加量の補正量Ｚを算出する。係数ｂは、空燃比の
差を燃料添加の補正量に換算する係数であり、予め実験
等により求めておく。従って、燃料添加量の補正量Ｚは
以下の式で表される。

【００７２】補正量Ｚ＝（実測空燃比―目標空燃比）×
ｂステップＳ１０６では、次回の燃料添加時に噴射され
る補正後の燃料添加量τ’を算出する。ここで、実測空
燃比は、機関運転状態等により変動することがあるた
め、ステップＳ１０５で算出された補正量Ｚも変動する
ことがある。従って、その変動した補正量Ｚに基づいて
燃料添加量を補正しても正確な値が得られない虞があ
る。そこで、本実施の形態では、複数回の燃料添加後に
算出された補正量Ｚに平均化処理を施した後の値Ｚ’に
基づいて燃料添加量τ’を補正する。平均化処理後は、
例えば、ｎ回以上の燃料添加時に算出された補正量Ｚの
平均値を求めることにより行われ、補正後の燃料添加量
τ’は次式により表すことができる。

【００７３】補正後の燃料添加量τ’＝基本燃料添加量
τ＋（Ｚ₁＋Ｚ₂＋・・・＋Ｚ_n）／ｎここで、ｎは１０よりも大きい値とし、Ｚ_nはｎ回前の
補正量である。また、ｎには今回の燃料添加分も含まれ
る。補正後の燃料添加量τ’は、ＥＣＵ２４により記憶
される。記憶された補正後の燃料添加量τ’は、エンジ
ン停止後でも保持され、次回エンジン始動後のリッチス
パイク時に読み出し可能である。

【００７４】ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６
で平均化された補正量Ｚ’が所定の範囲内であるか否か
判定する。即ち、次の関係が成立しているか否か判定す
る。

【００７５】｜（Ｚ₁＋Ｚ₂＋・・・＋Ｚ_n）／ｎ｜≦Ｚｓここで、Ｚｓは燃料添加量の補正量の許容値であり予め
定めておく。

【００７６】ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場
合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合にはステップＳ１０９へ進む。

【００７７】ステップＳ１０８では、ステップＳ１０６
で算出された補正後の燃料添加量τ’に基づいて燃料添
加制御が実施される。

【００７８】ステップＳ１０９では、運転者に燃料添加
系の異常を知らせる警告灯（図示省略）を点灯させる。

【００７９】このようにして、ＳＯx被毒回復時の燃料
添加量を補正することができ、また、補正量が許容範囲
を超えた場合には運転者に警告することが可能となる。

【００８０】尚、本実施の形態では、ＳＯx被毒回復時
に補正された燃料添加量に基づいて、ＮＯx還元時のリ
ッチスパイク制御を行うことができる。ここで、ＮＯx
還元時には、ＳＯx被毒回復時と同様に、燃料の添加量
が多いと燃料の一部が吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過して
しまう。一方、燃料の添加量が少ないとＮＯxの還元が
不十分となり、吸蔵還元型ＮＯx触媒の吸蔵能力が低下
してしまう。ここで、ＳＯx被毒回復時とＮＯx還元時と
では、還元剤噴射弁２５により排気中の酸素濃度を同様
の濃度まで低下させるため、リッチスパイク１回当たり
の燃料添加量は略等しい。そこで、ＳＯx被毒回復時に
求めた補正後の燃料添加量に基づいてＮＯxの還元を行
えば、ＮＯx還元に必要な空燃比を得ることが可能とな
る。このように、ＳＯx被毒回復時に求めた補正後の燃
料添加量をＮＯx還元時の燃料添加においても用いるこ
とができる。

【００８１】以上述べたように、本実施の形態による内
燃機関の排気浄化装置によれば、ＳＯx被毒回復時に検
出されるフィルタ１４下流の空燃比と目標となる空燃比
との差に基づいて燃料添加量を補正することができる。

【００８２】更に、燃料添加量の補正は、複数回の燃料
噴射時に検出される前記差に平均化処理を施した値に基
づいて行われるため、運転状態等に起因した変動分を除
去することができる。

【００８３】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置で
は、硫黄被毒回復時に検出される酸素濃度及び目標酸素
濃度から還元剤添加量を補正することができる。これに
より、ＳＯx被毒回復時に還元剤の一部が下流へ流出す
ることを抑制することができ、更には硫化水素の発生を
抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係るエンジンとその吸排気系
の概略構成を示す図である。

【図２】ＳＯx被毒回復時にフィルタから放出される
ＳＯxの濃度及びフィルタ内の空燃比の時間推移を示し
たタイムチャート図である。

【図３】図２中のＡで示した箇所に対応する還元剤噴
射弁の開閉信号を示した図である。

【図４】本実施の形態による燃料添加量の補正方法の
フローを示したフローチャート図である。

【符号の説明】

１・・・・エンジン１ａ・・・クランクプーリ１ｂ・・・排気ポート２・・・・気筒３・・・・燃料噴射弁４・・・・コモンレール５・・・・燃料供給管６ａ・・・ポンププーリ６・・・・燃料ポンプ７・・・・ベルト８・・・・吸気枝管９・・・・吸気管１０・・・吸気絞り弁１１・・・吸気絞り用アクチュエータ１２・・・排気枝管１３・・・排気管１４・・・パティキュレートフィルタ１５・・・ターボチャージャ１５ａ・・コンプレッサハウジング１５ｂ・・タービンハウジング１６・・・第１酸化触媒１７・・・第１排気温度センサ１８・・・第２酸化触媒１９・・・第２排気温度センサ２０・・・第１空燃比センサ２１・・・第２空燃比センサ２２・・・ＥＧＲ通路２３・・・ＥＧＲ弁２４・・・ＥＣＵ２５・・・還元剤噴射弁２６・・・還元剤供給路

───────────────────────────────────────────────────── 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 ３０１Ｅ３０１Ｇ 3/36 3/36 Ａ (72)発明者大木久愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者柴田大介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） 3G090 AA03 AA06 DA12 EA02 EA05 EA06 3G091 AA10 AA11 AA12 AA17 AA18 AB02 AB06 AB13 BA11 BA14 CA18 CA26 DA01 DA02 DB01 EA05 EA17 EA34 GA06 HA15 HA16 HA19 HA20 HA36 HA37 HA42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気中の酸素濃度が高いときにはＮＯxを
吸蔵し、還元剤の存在下で吸蔵していたＮＯxを還元す
るＮＯx吸蔵剤と、前記ＮＯx吸蔵剤へ還元剤を供給する還元剤供給手段
と、複数回の還元剤の供給により前記ＮＯx吸蔵剤の硫黄被
毒を回復させる硫黄被毒回復手段と、硫黄被毒回復時に目標となる排気中の酸素濃度を決定す
る酸素濃度決定手段と、前記ＮＯx吸蔵剤を流通する排気中の酸素濃度を検出す
る酸素濃度検出手段と、前記硫黄被毒回復手段により還元剤の供給が行われたと
きに検出される酸素濃度の平均化処理を行う平均化処理
手段と、前記酸素濃度決定手段が決定した酸素濃度と前記平均化
処理手段が平均化処理した酸素濃度との差を算出し、前
記酸素濃度決定手段が決定した酸素濃度のほうが大きい
場合には還元剤を減量させ、前記平均化処理手段が平均
化処理した酸素濃度のほうが大きい場合には還元剤を増
量させる還元剤供給量補正手段と、を具備することを特
徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記還元剤供給量補正手段は、硫黄被毒回
復時に増減させた還元剤の供給量を、ＮＯx吸蔵剤に吸
蔵されたＮＯxの還元を行うときの還元剤の供給量にも
適用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。