JP2760251B2 - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気ガス浄化装置

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JP2760251B2
JP2760251B2 JP5052426A JP5242693A JP2760251B2 JP 2760251 B2 JP2760251 B2 JP 2760251B2 JP 5052426 A JP5052426 A JP 5052426A JP 5242693 A JP5242693 A JP 5242693A JP 2760251 B2 JP2760251 B2 JP 2760251B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】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】機関排気通路内にＨＣ，ＣＯおよびＮＯ
ｘを同時に浄化しうる三元触媒を配置した内燃機関が公
知である。ところがこの三元触媒は温度が高いときは良
好な浄化作用を行うが温度が低くなるとほとんど浄化作
用を行わなくなる。そこで三元触媒の温度が低くなった
ときにはすみやかに三元触媒の温度を上昇させるために
機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比をリッチに
し、同時に三元触媒上流の機関排気通路内に２次空気を
供給するようにした内燃機関が公知である（特開昭６１
−５８９１２号公報参照）。この内燃機関では混合気の
空燃比がリッチにされたときに機関から排出される多量
の未燃ＨＣ，ＣＯを２次空気によって酸化させ、このと
きの酸化反応熱によって三元触媒をすみやかに温度上昇
させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところでこのように２
次空気を供給すればＨＣおよびＣＯは酸化されるがＮＯ
ｘの還元作用は行われず、斯くして多量のＮＯｘが大気
中に放出されるという問題を生ずる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、機関の運転状態が予め定められた
運転状態のときに機関シリンダ内に供給される混合気の
空燃比をリッチ又は理論空燃比にするようにした内燃機
関において、流入する排気ガスの空燃比がリーンである
ときにＮＯx を吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度
を低下させると吸収したＮＯx を放出するＮＯｘ吸収剤
を機関排気通路内に配置すると共に、ＮＯx 吸収剤上流
の機関排気通路内に酸化機能を有する触媒を配置し、触
媒上流の機関排気通路内に２次空気を供給するための２
次空気供給装置を具備し、機関シリンダ内に供給される
混合気の空燃比がリッチ又は理論空燃比にされたときに
２次空気供給装置から触媒上流の機関排気通路内に２次
空気を供給して排気ガスの空燃比をリーンにするように
している。
【０００５】
【作用】機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比が
リッチ又は理論空燃比にされたときに機関排気通路内に
排出された未燃ＨＣおよびＣＯは２次空気によって酸化
せしめられ、このとき２次空気の供給により排気ガスの
空燃比がリーンとされるのでこのとき機関排気通路内に
排出されたＮＯｘはＮＯx 吸収剤に吸収される。
【０００６】
【実施例】図１を参照すると、１は機関本体、２はピス
トン、３は燃焼室、４は点火栓、５は吸気弁、６は吸気
ポート、７は排気弁、８は排気ポートを夫々示す。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、各枝管９には夫々吸気ポート６内に向けて燃
料を噴射する燃料噴射弁１１が取付けられる。サージタ
ンク１０は吸気ダクト１２およびエアフローメータ１３
を介してエアクリーナ１４に連結され、吸気ダクト１２
内にはスロットル弁１５が配置される。一方、排気ポー
ト８は排気マニホルド１６を介して三元触媒１７を内蔵
した触媒コンバータ１８に連結され、この触媒コンバー
タ１８は排気管１９を介してＮＯｘ吸収剤２０を内蔵し
たケーシング２１に連結される。また、排気マニホルド
１６には排気マニホルド１６内に２次空気を供給するた
めの２次空気供給装置２２が取付けられる。この２次空
気供給装置２２は電動式エアポンプ２３と、エアポンプ
２３の吐出口と排気マニホルド１６とを連結する２次空
気供給導管２４と、排気マニホルド１１内に向けてのみ
流通可能な逆止弁２５とにより構成される。
【０００７】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によって相互に接続
されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２，ＲＡＭ（ラ
ンダムアクセスメモリ）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。エアフローメータ１３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ＡＤ変換器３７を介
して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３
５には機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数
センサ２６が接続される。一方、出力ポート３６は対応
する駆動回路３８を介して夫々燃料噴射弁１１およびエ
アポンプ２３に接続される。
【０００８】図１に示す内燃機関では例えば次式に基い
て燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。 ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋ ここでＴＰは基本燃料噴射時間を示しており、Ｋは補正
係数を示している。基本燃料噴射時間ＴＰは機関シリン
ダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とするの
に必要な燃料噴射時間を示している。この基本燃料噴射
時間ＴＰは予め実験により求められ、機関負荷Ｑ／Ｎ
（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）および機関回転数Ｎの
関数として図２に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３
２内に記憶されている。補正係数Ｋは機関シリンダ内に
供給される混合気の空燃比を制御するための係数であっ
てＫ＝１．０であれば機関シリンダ内に供給される混合
気は理論空燃比となる。これに対してＫ＜１．０になれ
ば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空
燃比よりも大きくなり、即ちリーンとなり、Ｋ＞１．０
になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は
理論空燃比よりも小さくなる、即ちリッチとなる。
【０００９】この補正係数Ｋは機関の運転状態に応じて
制御され、図３はこの補正係数Ｋの制御の一実施例を示
している。図３に示す実施例では暖機運転中は機関冷却
水温が高くなるにつれて補正係数Ｋが徐々に低下せしめ
られ、暖機が完了すると補正係数Ｋは１．０よりも小さ
い一定値に、即ち機関シリンダ内に供給される混合気の
空燃比がリーンに維持される。次いで加速運転が行われ
れば補正係数Ｋは例えば１．０とされ、即ち機関シリン
ダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比とされ、
全負荷運転が行われれば補正係数Ｋは１．０よりも大き
くされる。即ち機関シリンダ内に供給される混合気の空
燃比はリッチにされる。図３からわかるように図３に示
される実施例では暖機運転時、加速運転時および全負荷
運転時を除けば機関シリンダ内に供給される混合気の空
燃比は一定のリーン空燃比に維持されており、従って大
部分の機関運転領域においてリーン混合気が燃焼せしめ
られることになる。
【００１０】図４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。図４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内に供給される混合気の空
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内に供給され
る混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【００１１】ケーシング２１内に収容されているＮＯx
吸収剤２０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いる。機関
吸気通路およびＮＯx吸収剤２０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 吸収
剤２０への流入排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯx
吸収剤２０は流入排気ガスの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。なお、ＮＯx 吸収剤２０上流の排気通路内に燃料
（炭化水素）或いは空気が供給されない場合には流入排
気ガスの空燃比は燃焼室３内に供給される混合気の空燃
比に一致し、従ってこの場合にはＮＯx 吸収剤２０は燃
焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンのときに
はＮＯx を吸収し、燃焼室３内に供給される混合気中の
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。
【００１２】上述のＮＯx 吸収剤２０を機関排気通路内
に配置すればこのＮＯx 吸収剤２０は実際にＮＯx 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。
【００１３】即ち、流入排気ガス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５
（Ａ）に示されるようにこれら酸素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
ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2 - 又はＯ2-と反
応し、ＮＯ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。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ＮＯ3 -の形
で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯx がＮＯx
吸収剤２０内に吸収される。
【００１４】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ＮＯx 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。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、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。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下す
るとＮＯx 吸収剤２０からＮＯx が放出されることにな
る。図４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、従
って流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればたとえ
流入排気ガスの空燃比がリーンであってもＮＯx 吸収剤
２０からＮＯx が放出されることになる。
【００１５】一方、このとき燃焼室３内に供給される混
合気がリッチにされて流入排気ガスの空燃比がリッチに
なると図４に示されるように機関からは多量の未燃Ｈ
Ｃ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ
上の酸素Ｏ2 - 又はＯ2-と反応して酸化せしめられる。
また、流入排気ガスの空燃比が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吸収剤からＮ
Ｏ2 が放出され、このＮＯ2 は図５（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ＮＯ2 が放出される。従って
流入排気ガスの空燃比をリッチにすると短時間のうちに
ＮＯx 吸収剤２０からＮＯx が放出されることになる。
【００１６】即ち、流入排気ガスの空燃比をリッチにす
るとまず初めに未燃ＨＣ，ＣＯが白金Ｐｔ上のＯ2 - 又
はＯ2-とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金
Ｐｔ上のＯ2 - 又はＯ2-が消費されてもまだ未燃ＨＣ，
ＣＯが残っていればこの未燃ＨＣ，ＣＯによって吸収剤
から放出されたＮＯx および機関から排出されたＮＯx
が還元せしめられる。従って流入排気ガスの空燃比をリ
ッチにすれば短時間のうちにＮＯx 吸収剤２０に吸収さ
れているＮＯx 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ＮＯｘが排出されるのを
阻止することができることになる。また、ＮＯｘ吸収剤
２０は還元触媒の機能を有しているので流入排気ガスの
空燃比を理論空燃比にしてもＮＯｘ吸収剤２０から放出
されたＮＯｘが還元せしめられる。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ＮＯｘ吸収
剤２０からＮＯｘが徐々にしか放出されないためにＮＯ
ｘ吸収剤２０は吸収されている全ＮＯｘを放出させるに
は若干長い時間を要する。
【００１７】ところで前述したように流入排気ガスの空
燃比のリーンの度合いを低くすればたとえ流入排気ガス
の空燃比がリーンであってもＮＯｘ吸収剤２０からＮＯ
ｘが放出される。従ってＮＯｘ吸収剤２０からＮＯｘを
放出させるには流入排気ガス中の酸素濃度を低下させれ
ばよいことになる。ただし、ＮＯｘ吸収剤２０からＮＯ
ｘが放出されても流入排気ガスの空燃比がリーンである
とＮＯｘ吸収剤２０においてＮＯｘが還元されず、従っ
てこの場合にはＮＯｘ吸収剤２０の下流にＮＯｘを還元
しうる触媒を設けるか、或いはＮＯｘ吸収剤２０の下流
に還元剤を供給する必要がある。むろんこのようにＮＯ
ｘ吸収剤２０の下流においてＮＯｘを還元することは可
能であるがそれよりもむしろＮＯｘ吸収剤２０において
ＮＯｘを還元する方が好ましい。従って本発明による実
施例ではＮＯｘ吸収剤２０からＮＯｘを放出すべきとき
には流入排気ガスの空燃比が理論空燃比或いはリッチに
され、それによってＮＯｘ吸収剤２０から放出されたＮ
ＯｘをＮＯｘ吸収剤２０において還元するようにしてい
る。
【００１８】ところで本発明による実施例では上述した
ように全負荷運転時には燃焼室３内に供給される混合気
がリッチとされ、また加速運転時には混合気が理論空燃
比とされるので全負荷運転時および加速運転時にＮＯｘ
吸収剤２０からＮＯｘが放出されることになる。しかし
ながらこのような全負荷運転或いは加速運転が行われる
頻度が少なければ全負荷運転時および加速運転時にのみ
ＮＯｘ吸収剤２０からＮＯｘが放出されたとしてもリー
ン混合気が燃焼せしめられている間にＮＯｘ吸収剤２０
によるＮＯｘの吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮ
Ｏｘ吸収剤２０によりＮＯｘを吸収できなくなってしま
う。従って本発明による実施例ではリーン混合気が継続
して燃焼せしめられているときには図６（Ａ）に示され
るように流入排気ガスの空燃比を周期的にリッチにする
か、或いは図６（Ｂ）に示されるように流入排気ガスの
空燃比が周期的に理論空燃比にされる。
【００１９】ところでＮＯx 吸収剤２０からのＮＯx の
放出作用は一定量のＮＯx がＮＯx吸収剤２０に吸収さ
れたとき、例えばＮＯx 吸収剤２０の吸収能力の５０％
ＮＯx を吸収したときに行われる。ＮＯx 吸収剤２０に
吸収されるＮＯx の量は機関から排出される排気ガスの
量と排気ガス中のＮＯx 濃度に比例しており、この場合
排気ガス量は吸入空気量に比例し、排気ガス中のＮＯx
濃度は機関負荷に比例するのでＮＯx 吸収剤２０に吸収
されるＮＯx 量は正確には吸入空気量と機関負荷に比例
することになる。従ってＮＯx 吸収剤２０に吸収されて
いるＮＯx の量は吸入空気量と機関負荷の積の累積値か
ら推定することができるが本発明による実施例では単純
化して機関回転数の累積値からＮＯx 吸収剤２０に吸収
されているＮＯx 量を推定するようにしている。
【００２０】次に図７および図８を参照して本発明によ
るＮＯx 吸収剤２０の吸放出制御の一実施例について説
明する。図７は一定時間毎に実行される割込みルーチン
を示している。図７を参照するとまず初めにステップ１
００において基本燃料噴射時間ＴＰに対する補正係数Ｋ
が１．０よりも小さいか否か、即ちリーン混合気が燃焼
せしめられているか否かが判別される。Ｋ≧１．０のと
き、即ち機関シリンダ内に供給されている混合気の空燃
比が理論空燃比又はリッチのときには処理サイクルを完
了する。これに対してＫ＜１．０のとき、即ちリーン混
合気が燃焼せしめられているときにはステップ１０１に
進んで現在の機関回転数ＮＥにΣＮＥを加算した結果が
ΣＮＥとされる。従ってこのΣＮＥは機関回転数ＮＥの
累積値を示している。次いでステップ１０２では累積回
転数ΣＮＥが一定値ＳＮＥよりも大きいか否かが判別さ
れる。この一定値ＳＮＥはＮＯx 吸収剤２０にそのＮＯ
x 吸収能力の例えば５０％のＮＯx 量が吸収されている
と推定される累積回転数を示している。ΣＮＥ≦ＳＮＥ
のときには処理サイクルを完了し、ΣＮＥ＞ＳＮＥのと
き、即ちＮＯx 吸収剤２０にそのＮＯx 吸収能力の５０
％のＮＯx 量が吸収されていると推定されたときにはス
テップ１０３に進んでＮＯx 放出フラグがセットされ
る。ＮＯx 放出フラグがセットされると後述するように
機関シリンダ内に供給される混合気がリッチにせしめら
れる。
【００２１】次いでステップ１０４ではカウント値Ｃが
１だけインクリメントされる。次いでステップ１０５で
はカウント値Ｃが一定値Ｃ0 よりも大きくなったか否
か、即ち例えば５秒間経過したか否かが判別される。Ｃ
≦Ｃ0 のときには処理ルーチンを完了し、Ｃ＞Ｃ0 にな
るとステップ１０６に進んでＮＯx 放出フラグがリセッ
トされる。ＮＯx 放出フラグがリセットされると後述す
るように機関シリンダ内に供給される混合気がリッチか
らリーンに切換えられ、斯くして機関シリンダ内に供給
される混合気は５秒間リッチにされることになる。次い
でステップ１０７において累積回転数ΣＮＥおよびカウ
ント値Ｃが零とされる。
【００２２】図８は燃料噴射時間ＴＡＵの算出ルーチン
を示しており、このルーチンは繰返し実行される。図８
を参照するとまず初めにステップ２００において図２に
示すマップから基本燃料噴射時間ＴＰが算出される。次
いでステップ２０１ではリーン混合気の燃焼を行うべき
運転状態であるか否かが判別される。リーン混合気の燃
焼を行うべき運転状態でないとき、即ち暖機運転時、又
は加速運転時又は全負荷運転時のときにはステップ２０
２に進んで補正係数Ｋが算出される。機関暖機運転時に
はこの補正係数Ｋは機関冷却水温の関数であり、Ｋ≧
１．０の範囲で機関冷却水温が高くなるほど小さくな
る。また、加速運転時には補正係数Ｋは１．０とされ、
全負荷運転時には補正係数Ｋは１．０よりも大きな値と
される。次いでステップ２０３では補正係数ＫがＫｔと
され、次いでステップ２０４において燃料噴射時間ＴＡ
Ｕ（＝ＴＰ・Ｋｔ）が算出される。このときには機関シ
リンダ内に供給される混合気が理論空燃比又はリッチと
される。
【００２３】一方、ステップ２０１においてリーン混合
気の燃焼を行うべき運転状態であると判別されたときに
はステップ２０５に進んでＮＯx 放出フラグがセットさ
れているか否かが判別される。ＮＯx 放出フラグがセッ
トされていないときにはステップ２０６に進んで補正係
数Ｋが例えば０．６とされ、次いでステップ２０７にお
いて補正係数ＫがＫｔとされた後にステップ２０４に進
む。従ってこのときには機関シリンダ内にリーン混合気
が供給される。一方、ステップ２０５においてＮＯx 放
出フラグがセットされたと判断されたときにはステップ
２０８に進んで予め定められた値ＫＫがＫｔとされ、次
いでステップ２０４に進む。この値ＫＫは機関シリンダ
内に供給される混合気の空燃比が１２．０から１３．５
程度となる１．１から１．２程度の値である。従ってこ
のときには機関シリンダ内にリッチ混合気が供給され、
それによってＮＯx 吸収剤２０に吸収されているＮＯx
が放出されることになる。なお、ＮＯx 放出時に混合気
を理論空燃比にする場合にはＫＫの値は１．０とされ
る。
【００２４】このようにリーン混合気が継続して燃焼せ
しめられた後に機関シリンダ内に供給される混合気の空
燃比がリーンからリッチ又は理論空燃比に切換えられる
とＮＯx 吸収剤２０に吸収されているＮＯx が放出され
る。しかしながらＮＯx 吸収剤２０から全ＮＯx が放出
された後も機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比
がリッチ又は理論空燃比に維持されると未燃ＨＣ，ＣＯ
が大気に放出されるばかりでなく、このとき燃焼室３内
で発生するＮＯx も大気に放出されることになる。そこ
で本発明では機関シリンダ内に供給される混合気の空燃
比がリッチに維持されているときにも未燃ＨＣ，ＣＯお
よびＮＯx を浄化しうるように２次空気供給装置２２か
ら排気マニホルド１６内に２次空気を供給して排気ガス
の空燃比をリーンにするようにしている。
【００２５】即ち、機関シリンダ内に供給される混合気
の空燃比をリッチ又は理論空燃比にすると燃焼室３内か
らは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出される。このとき排気
ガスの空燃比をリーンにしうる量の２次空気を排気マニ
ホルド１６内に供給すると未燃ＨＣ，ＣＯは２次空気に
よって酸化せしめられ、斯くして未燃ＨＣ，ＣＯは良好
に浄化されることになる。
【００２６】一方、機関シリンダ内に供給される混合気
の空燃比をリッチ又は理論空燃比にすると燃焼室３から
は未燃ＨＣ，ＣＯに加えてＮＯx も排出される。ところ
がこのとき燃焼室３から排出される排気ガスの空燃比は
リッチ又は理論空燃比となっているのでＮＯx はＮＯx
吸収剤２０に吸収されない。しかしながらこのとき排気
ガスの空燃比をリーンにしうる量の２次空気を排気マニ
ホルド１６内に供給するとＮＯx 吸収剤２０への流入排
気ガスの空燃比はリーンになり、斯くしてＮＯx がＮＯ
x 吸収剤２０に吸収されることになる。このように機関
排気通路内にＮＯx 吸収剤２０を配置して機関シリンダ
内に供給される混合気の空燃比がリッチ又は理論空燃比
にされたときにＮＯx 吸収剤２０上流の機関排気通路内
に２次空気を供給すると未燃ＨＣ，ＣＯは２次空気によ
って酸化され、ＮＯx はＮＯx 吸収剤２０に吸収される
ので未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯx を同時に浄化できるこ
とになる。
【００２７】一方、リーン混合気が燃焼せしめられてい
るときには前述したようにＮＯx はＮＯx 吸収剤２０に
吸収され、またこのときには排気ガス中の酸素が過剰で
あるために未燃ＨＣ，ＣＯは良好に酸化せしめられる。
従って機関シリンダ内に供給される混合気がリッチであ
ろうと理論空燃比であろうとリーンであろうと未燃Ｈ
Ｃ，ＣＯおよびＮＯx を同時に低減できることになる。
これが本発明の基本的な考え方である。
【００２８】図９はこの基本的な考え方を実行するため
の２次空気供給制御ルーチンを示しており、このルーチ
ンは例えば一定時間毎の割込みによって実行される。図
９を参照するとまず初めにステップ３００において機関
の暖機運転が完了したか否かが判別される。これは例え
ば機関冷却水温が７０℃を越えたか否かで判別される。
次いでステップ３０１では補正係数ＫがＫ≧１．０であ
るか否か、即ち機関シリンダ内に供給される混合気の空
燃比がリッチ又は理論空燃比であるか否かが判別され
る。Ｋ＜１．０のとき、即ちリーン混合気が燃焼せしめ
られているときにはステップ３０５にジャンプしてエア
ポンプ２３が停止せしめられる。これに対してＫ≧１．
０のとき、即ち加速運転或いは全負荷運転が行われて機
関シリンダ内に供給される混合気の空燃比がリッチ又は
理論空燃比にされたときにはステップ３０２に進む。
【００２９】ステップ３０２ではＮＯx の吸収量を代表
している累積回転数ΣＮＥに係数Ｃを乗算することによ
ってＮＯx 吸収剤２０がＮＯx の放出作用を完了すると
推定されるまでの時間Ｔが算出される。次いでステップ
３０３ではＴ時間が経過したか否かが判別され、Ｔ時間
を経過していないときにはステップ３０５に進んでエア
ポンプ２３が停止され続ける。従ってこのときにはＮＯ
x 吸収剤２０に流入する排気ガスの空燃比はリッチ又は
理論空燃比となっており、従ってＮＯx 吸収剤２０から
のＮＯx 放出作用が行われる。
【００３０】一方、時間Ｔを経過するとステップ３０４
に進んでエアポンプ２３が駆動され、斯くして２次空気
の供給が開始される。このときの２次空気量は排気ガス
の空燃比が例えば１５．０から１５．５程度のリーンと
なるように予め設定されている。従ってこのとき燃焼室
３から排出される未燃ＨＣ，ＣＯは２次空気によって酸
化され、燃焼室３から排出されるＮＯx はＮＯx 吸収剤
２０に吸収されることになる。次いで再びＫ＜１．０に
なるとステップ３０５に進んで２次空気の供給が停止さ
れる。
【００３１】次に本発明による基本的な考え方を暖機完
了前の排気ガス浄化方法に適用した場合について説明す
る。機関始動後暫くの間は安定した燃焼を確保するため
に機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比をリッチ
にしなければならず、従ってこの間排気マニホルド１６
内には多量の未燃ＨＣおよびＣＯが排出されることにな
る。このときこれらの未燃ＨＣおよびＣＯを浄化するた
めに図１に示すように排気マニホルド１６のすぐ下流に
三元触媒１７が設けられているがこの三元触媒１７は或
る程度以上温度が高くならないと未燃ＨＣおよびＣＯの
浄化作用を行わない。そこで本発明による実施例では機
関始動後暫くの間、２次空気供給装置２２から排気ガス
の空燃比をリーンにしうる量の２次空気が供給される。
【００３２】このように２次空気を供給すると未燃ＨＣ
およびＣＯの酸化作用が促進され、そのとき発生する酸
化反応熱によって三元触媒１７の温度がすみやかに上昇
せしめられる。その結果、機関始動後早い時期から三元
触媒１７によって未燃ＨＣおよびＣＯを浄化することが
できることになる。一方、このとき排気マニホルド１６
内にはＮＯx が排出されるが２次空気の供給によりＮＯ
x 吸収剤２０への流入排気ガスの空燃比はリーンとなっ
ており、従ってＮＯx がＮＯx 吸収剤２０に吸収され
る。斯くして機関暖機完了前においても未燃ＨＣ，ＣＯ
およびＮＯx を良好に浄化できることになる。
【００３３】図１０は暖機完了前における２次空気供給
制御ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎
の割込みによって実行される。図１０を参照するとまず
初めにステップ４００において２次空気の供給作用が完
了したことを示す２次空気フラグがセットされているか
否かが判別される。機関の始動を開始したときにはこの
２次空気フラグはリセットされているのでステップ４０
１に進み、機関回転数Ｎが例えば４００ｒ．ｐ．ｍより
も高くなったか否か、即ち機関が自力運転を開始したか
否かが判別される。Ｎ＞４００ｒ．ｐ．ｍになるとステ
ップ４０２に進んでエアポンプ２３が駆動され、斯くし
て排気マニホルド１６内への２次空気の供給が開始され
る。次いでステップ４０３ではカウント値Ｄが１だけイ
ンクリメントされ、次いでステップ４０４ではカウント
値Ｄが一定値Ｄ0 よりも大きくなったか否かが判別され
る。
【００３４】Ｄ≧Ｄ0 になるとステップ４０５に進んで
エアポンプ２３が停止され、斯くして２次空気の供給が
停止される。次いでステップ４０６では２次空気フラグ
がセットされる。なお、２次空気が供給されている期間
Ｘは図３に示されるように補正係数Ｋが１．０まで下降
するまでの間である。
【００３５】
【発明の効果】機関シリンダ内に供給される混合気の空
燃比がリッチであろうと理論空燃比であろうとリーンで
あろうと未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯx を良好に浄化する
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】基本燃料噴射時間のマップを示す図である。
【図３】補正係数Ｋの制御の一例を示す図である。
【図４】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，Ｃ
Ｏおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図５】ＮＯx の吸放出作用を説明するための図であ
る。
【図６】ＮＯx の放出タイミングを示す図である。
【図７】時間割込みルーチンのフローチャートである。
【図８】燃料噴射時間ＴＡＵを算出するためのフローチ
ャートである。
【図９】２次空気の供給を制御するためのフローチャー
トである。
【図１０】暖機完了前における２次空気供給制御のフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
１７…三元触媒 ２０…ＮＯx 吸収剤 ２２…２次空気供給装置 ２３…エアポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01N 3/22 301 F01N 3/24 F01N 3/28 301 F01N 3/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機関の運転状態が予め定められた運転状
    態のときに機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比
    をリッチ又は理論空燃比にするようにした内燃機関にお
    いて、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに
    ＮＯx を吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度を低下
    させると吸収したＮＯx を放出するＮＯｘ吸収剤を機関
    排気通路内に配置すると共に、該ＮＯx 吸収剤上流の機
    関排気通路内に酸化機能を有する触媒を配置し、該触媒
    上流の機関排気通路内に２次空気を供給するための２次
    空気供給装置を具備し、機関シリンダ内に供給される混
    合気の空燃比がリッチ又は理論空燃比にされたときに該
    ２次空気供給装置から触媒上流の機関排気通路内に２次
    空気を供給して排気ガスの空燃比をリーンにするように
    した内燃機関の排気浄化装置。
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