JP2830655B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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
置に関し、詳細には、ディーゼルエンジンや希薄燃焼を
行うガソリンエンジン等、大部分の運転領域においてリ
ーン空燃比の燃焼を行う内燃機関の排気中のＮＯ_X を効
果的に除去可能な排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の排気浄化装置の例としては、例
えば特開昭６２─１０６８２６号公報に開示されたもの
がある。 同公報の装置は、ディーゼル機関の排気通路に
酸素の存在下でＮＯ _X を吸収する触媒を配置して排気中
のＮＯ _X を吸収させ、該触媒のＮＯ _X 吸収効率が低下し
たときに触媒への排気の流入を遮断して触媒に気体状の
還元剤を供給することにより、触媒からＮＯ _X を放出さ
せると共に放出されたＮＯ _X を還元浄化するようにした
ものである。同公報の装置は、機関排気通路を一対の排
気枝通路に分岐させ、それぞれの枝通路に上記触媒を配
置し、切換弁を用いて一方の触媒に排気を導くと共に、
他方の触媒への排気の流入を遮断して上記ＮＯ _X の放
出、還元浄化を行っている。すなわち、上記特開昭６２
−１０６８２６号公報の装置では、機関運転中、触媒か
らのＮＯ _X の放出、還元浄化のために触媒への排気の導
入が交互に停止される。 しかし、このように触媒への排
気の導入を停止すると停止中に触媒温度が低下してしま
う。このため、上記特開昭６２−１０６８２６号公報の
装置では、排気の導入を再開後も触媒温度が上昇して活
性化温度に到達するまでしばらくの間触媒にＮＯ _X が吸
収されず、排気中のＮＯ _X がそのまま大気に放出される
問題がある。 本出願人は、上記触媒温度の低下による問
題を解決するために、流入する排気ガスの空燃比がリー
ンであるときにＮＯ _X 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ＮＯ _X を放出するＮＯ
_X 吸収剤を機関排気通路内に配置すると共に、機関運転
中常時ＮＯ _X 吸収剤に排気ガスを流通させておき、ＮＯ
_X 吸収剤に流入する排気ガスがリーンのときにＮＯ _X 吸
収剤に吸収されたＮＯ _X をＮＯ _X 吸収剤に流入する排気
ガス中の酸素濃度が低下せしめられたときにＮＯ _X 吸収
剤から放出するようにした内燃機関の排気浄化装置を既
に提案している（国際公開第ＷＯ９３／０７３６３号公
報）。 この排気浄化装置では排気通路に枝通路を設けて
おらず、排気通路に配置したＮＯ _X 吸収剤に機関運転中
常時排気を流通させたままで、機関の運転空燃比（燃焼
室内における燃焼の空燃比）をリーンとリッチ（又は理
論空燃比）とに切換えることによりＮＯx 吸収剤のＮＯ
x 吸収，放出作用の制御を行っている。このように、常
時ＮＯ _X 吸収剤に排気を流通させたままでＮＯ _X の吸放
出を行わせるようにしたことにより上述の触媒温度低下
の問題が解決される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ＷＯ９
３／０７３６３号公報の装置では、触媒温度低下の問題
は解決できるものの、還元剤として液体燃料などの液状
還元剤を使用する上で問題がある。すなわち、前述の特
開昭６２−１０８２６号公報の排気浄化装置のように、
ＮＯ _X 吸収剤からのＮＯ _X の放出と還元浄化（以下「再
生」という）を行うために水素等の気体状還元剤を使用
すると、貯蔵に際して特別な容器を必要とする等、取扱
が困難な問題が生じる。特に車両用内燃機関に使用する
場合には水素等の気体状還元剤は補給の上でも問題があ
る。

【０００４】従って、ＮＯ_X 吸収剤の再生に用いる還元
剤としては、当該内燃機関に使用するガソリン、軽油等
の液体燃料をそのまま使用できることが好ましい。とこ
ろが、ガソリン、軽油等の液体燃料は沸点の異なる多く
の成分を含んでおり、温度により気化する燃料の量が変
化する。このため、これらの液体燃料をそのまま排気系
に供給すると排気温度に応じて燃料の一部が気化せずに
残り、液状のまま排気通路壁面に付着する問題を生じ
る。これらの壁面付着燃料も排気通路壁面を伝ってなが
れ、最終的にはＮＯ_X 吸収剤に到達して燃焼、気化す
る。しかし、ＮＯ_X 吸収剤に到達するまでにはＮＯ_X 吸
収剤までの距離や排気流速に応じて変わる到達時間が必
要となるため、還元剤を排気系に注入してからＮＯ_X 吸
収剤で所定量の還元剤が得られるまでに時間遅れが生じ
ることになる。

【０００５】これを防止するために予め、壁面付着量を
考慮して必要量以上の還元剤を排気系に注入して初期に
ＮＯ_X 吸収剤に到達する気化成分の量を増大させること
も可能である。しかし、この場合壁面に付着した還元剤
が上記遅れ時間経過後にＮＯ _X 吸収剤に到達すると還元
剤の量が過剰になり、ＮＯ_X 吸収剤部分での空燃比が過
濃になるため、ＮＯ_X 吸収剤でアンモニアが発生した
り、還元剤のＨＣ、ＣＯ成分などが消費されずに大気に
放出される恐れがある。

【０００６】このため、軽油等の液状還元剤を使用して
ＮＯ_X 吸収剤の再生を行う場合には、上述の還元剤の壁
面付着とＮＯ_X 吸収剤への到達遅れを考慮してＮＯ_X 吸
収剤に常に所定流量の還元剤が到達するように還元剤供
給量を時間とともに変化させる必要がある。しかし、還
元剤の壁面付着量やＮＯ_X 吸収剤への到達遅れ時間は、
排気温度や排気流速などの運転条件により大きく変化す
る。したがって、液状還元剤を使用する場合にはこれら
の条件に応じて還元剤供給量を細かく制御する必要が生
じ、制御系統が複雑化する問題があり、また、還元剤供
給量を正確に制御した場合であっても、上述の壁面付着
による遅れ時間があるため制御の応答性や安定性を向上
させることが困難な問題があった。

【０００７】予め、液状の還元剤を完全に気化させてか
ら排気系に注入するか、壁面付着を生じない程度まで微
粒化してから排気系に注入するようにすれば液状還元剤
を使用する際の上記問題はある程度解決可能である。し
かし、このためには、還元剤の気化や微粒化のための特
別な機器を必要とするため、装置の複雑化やコストの増
加を招く問題がある。

【０００８】本発明は上記問題に鑑み、ＮＯ _X 吸収剤の
温度低下の問題を解決するとともに、還元剤の気化や微
粒化のための特別な装置を設けることなく上述の液状還
元剤使用に関する問題を解決し、還元剤供給量制御の応
答性と安定性を向上させてＮＯ_X 吸収剤の効率的な再生
を行うことのできる排気浄化装置を提供することを目的
としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、流入す
る排気ガスの空燃比がリーンであるときにＮＯ _X 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ＮＯ _X を放出するＮＯ _X 吸収剤を機関排気通路内に
配置すると共に、機関運転中常時ＮＯ _X 吸収剤に排気ガ
スを流通させておき、ＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガス
がリーンのときにＮＯ _X 吸収剤に吸収されたＮＯ _X をＮ
Ｏ _X 吸収剤に流入する排気ガス中の酸素濃度が低下せし
められたときにＮＯ _X 吸収剤から放出するようにした内
燃機関の排気浄化装置において、所定の機関運転条件下
で前記ＮＯ_X 吸収剤に少なくとも吸収したＮＯ_X の還元
浄化に必要とされる以上の量の還元剤を供給する還元剤
供給手段と、前記還元剤供給時に前記ＮＯ_X 吸収剤上流
側の排気通路に二次空気を導入する二次空気導入手段
と、前記ＮＯ_X 吸収剤下流側の排気中の酸素濃度を検出
する酸素濃度検出手段と、検出された酸素濃度に基づい
て前記二次空気導入手段の二次空気量を調整して前記Ｎ
Ｏ_X 吸収剤に流入する排気の空燃比を所定範囲に制御す
る制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気
浄化装置が提供される。

【００１０】

【作用】還元剤供給時には、還元剤供給手段Ａは、常に
ＮＯ_X 吸収剤再生に必要な量より過剰な還元剤を排気に
導入し、精密な還元剤供給量の制御は行わない。制御手
段Ｄは酸素濃度検出手段Ｃの検出した酸素濃度に基づい
て、二次空気導入手段Ｂの導入空気量をフィードバック
制御してＮＯ_X 吸収剤に流入する排気の空燃比を所定範
囲に維持する。これにより、壁面に付着する還元剤の量
にかかわらずＮＯ _X 吸収剤には常に必要量の還元剤が供
給されると共にＮＯ_X 吸収剤部分に流入する排気の空燃
比制御の応答性と安定性が向上する。

【００１１】

【実施例】図２を参照して、本発明をディーゼルエンジ
ンに適用した場合の実施例について説明する。図２にお
いて、１はディーゼルエンジン、２はエンジンの吸気
管、３はエンジンの排気管を示す。本実施例では、エン
ジンの吸気管２にはシャッターバルブ６が設けられてい
る。

【００１２】シャッターバルブ６は全開時の吸気抵抗の
少ないバタフライ弁の形式であり、エンジンの通常運転
時には全開に保持されており、後述のＮＯ_X 吸収剤に吸
収されたＮＯ_X の放出、還元操作時に所定開度まで閉弁
され、吸気管２を絞ってエンジンに吸入される空気量を
低下させる。７は後述の電子制御ユニット（ＥＣＵ）２
０からの信号を受けてシャッターバルブ６を開閉駆動す
るステップモータ、負圧アクチュエータなどの適宜な形
式のアクチュエータ、８はシャッターバルブの開度を検
出する開度センサである。

【００１３】又、エンジン排気管３には還元剤供給装置
１１と、その下流側に二次空気導入装置１３が配置され
ており、排気管３は、更にその下流部でＮＯ_X 吸収剤１
５を収容したケーシングに接続されている。また、ＮＯ
_X 吸収剤１５出口の排気通路にはＮＯ_X 吸収剤を通過す
る排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１０が設
けられている。

【００１４】還元剤供給装置１１は、ＮＯ_X 吸収剤１５
の上流側の排気管３に還元剤を噴射する噴射弁１１ａを
備え、ＥＣＵ２０からの入力信号に応じて所定の流量の
還元剤を排気管３内に注入する。還元剤としては、排気
中で炭化水素や一酸化炭素等の還元成分を発生するもの
であれば良く、プロパン、プロピレン、ブタン等の液体
又は気体の炭化水素、ガソリン、軽油、灯油等の液体燃
料等が使用できる。しかし、前述の理由から本実施例で
は還元剤としてエンジンの燃料と同じ軽油を使用してお
り、軽油は図示しないエンジンの燃料タンクから供給ポ
ンプにより加圧されて噴射弁１１ａに供給される。

【００１５】二次空気導入装置１３は電動ポンプ等の加
圧空気供給源１３ａ、ステッパモータ等のアクチュエー
タ１３ｂを有する流量制御弁１３ｃ、及びノズル１３ｄ
を備えており、ＥＣＵ２０からの制御信号により流量制
御弁１３ｃのアクチュエータ１３ｂを駆動して流量制御
弁１３ｃの開度を変え、ノズル１３ｄから排気管３に導
入する二次空気の流量を調節出来るようになっている。

【００１６】酸素濃度センサ１０には、排気中の酸素濃
度に応じて連続的に変化する信号を出力するリーンミク
スチャセンサが使用されている。但し、本実施例では、
後述のように流量制御弁１３ｃをＯＮ／ＯＦＦ制御して
いるため、酸素濃度センサ１０として理論空燃比近傍で
出力が急変するタイプのセンサを使用してもよい。ま
た、図に２０で示すのはエンジン１の電子制御ユニット
（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ２０はＣＰＵ２１，ＲＡＭ２
２，ＲＯＭ２３及び入力ポート２４、出力ポート２５を
相互に双方向バス２６で接続した構成のディジタルコン
ピュータからなり、エンジンの燃料噴射量制御等の基本
制御を行うほか、本実施例ではＮＯ_X吸収剤の再生操作
の制御等を行っている。これらの制御のためＥＣＵ２０
の入力ポート２４には、酸素濃度センサ１０から排気中
の酸素濃度信号が、またシャッターバルブ開度センサ８
からシャッターバルブの開度信号が、それぞれ入力され
ている他、エンジン回転数、アクセル開度、排気温度信
号等の信号がそれぞれ図示しないセンサから入力されて
いる。

【００１７】ＮＯx 吸収剤１５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。このＮＯ_X 吸収剤１５は流入する排
気の空燃比がリーンの場合にはＮＯ_X を吸収し、酸素濃
度が低下するとＮＯ_X を放出するＮＯ_X の吸放出作用を
行う。

【００１８】なお、上述の排気空燃比とは、ここではＮ
Ｏ_X 吸収剤１５の上流側の排気通路やエンジン燃焼室、
吸気通路等にそれぞれ供給された空気量の合計と燃料の
合計の比を意味するものとする。従って、ＮＯ_X 吸収剤
１５の上流側排気通路に燃料（還元剤）または空気が供
給されない場合には排気空燃比はエンジンの運転空燃比
（エンジン燃焼室内の燃焼における空燃比）と等しくな
る。

【００１９】本実施例では、ディーゼルエンジンが使用
されているため、通常運転時の排気空燃比はリーンであ
り、ＮＯ_X 吸収剤１５は排気中のＮＯ_X の吸収を行う。
また、後述の操作により排気中に還元剤が導入されて酸
素濃度が低下すると、ＮＯ_X吸収剤１５は吸収した還元
剤の放出を行う。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３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。

【００２０】即ち、流入排気がかなりリーンになると流
入排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図３(A) に示され
るようにこれら酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^- の形で白金Ｐt の表面
に付着する。一方、流入排気中のＮＯは白金Ｐt の表面
上でＯ₂ ^- と反応し、ＮＯ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２
ＮＯ₂ ) 。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Ｂａ
Ｏと結合しながら、図３(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１５内に吸収される。

【００２１】従って、流入排気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
気中の酸素濃度が低下してＮＯ₂ の生成量が減少すると
反応が逆方向（ＮＯ₃ ^- →ＮＯ₂ ）に進み、こうして吸
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、流入排気中の酸素濃度が低下すると
ＮＯx 吸収剤１５からＮＯx が放出されることになる。

【００２２】一方、流入排気中にＨＣ，ＣＯ等の還元成
分が存在すると、これらの成分は白金Ｐt 上の酸素Ｏ₂
^- と反応して酸化され、排気中の酸素を消費して排気中
の酸素濃度を低下させる。また、排気中の酸素濃度低下
によりＮＯ_X 吸収剤１５から放出されたＮＯ₂ は図３
(B) に示すようにＨＣ，ＣＯと反応して還元される。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
て流入排気中のＨＣ，ＣＯ成分が増加する程短時間のう
ちに白金Ｐt 上の酸素Ｏ₂ ^- と排気中の酸素の消費がお
こなわれ、ＮＯx吸収剤１５から短時間でＮＯx が放出
され、還元されることになる。

【００２３】即ち、流入排気中のＨＣ，ＣＯは、まず白
金Ｐt 上のＯ₂ ^- とただちに反応して酸化され、次いで
白金Ｐt 上のＯ₂ ^- が消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残
っていればこの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 が還元され
る。従って、エンジン運転中にＮＯ_X の放出、還元を行
うためにＮＯ_X 吸収剤に供給すべき還元剤の量は、
（１）排気の希釈及び白金Ｐt 上での酸化による酸素消
費により排気中の酸素濃度を充分に低下させるのに必要
な量と、（２）ＮＯ_X 吸収剤１５から放出される全ＮＯ
_X を還元するのに必要な量との合計となる。

【００２４】又、ＮＯ_X の放出、還元による再生を短時
間で完了させるためには、上述のようにＮＯ_X 吸収剤で
の還元剤の濃度が常にある程度以上になるようにしてＮ
Ｏ_Xの還元を促進し、ＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X 放出速
度を増大する必要がある。従ってＮＯ_X 吸収剤の再生時
間を短縮するためには、上記必要量の還元剤を、ＮＯ _X
吸収剤での還元剤の濃度が常にある程度以上になるよう
な流量で供給しなければならない。一方、ＮＯ_X 吸収剤
に供給する還元剤の量が上記（１）と（２）の合計を越
えてＮＯ_X 吸収剤に流入する排気の空燃比が大幅にリッ
チになると、還元剤のＨＣ，ＣＯ等の成分がＮＯ_X 吸収
剤で酸化されずにそのまま大気に放出されたり、ＮＯ_X
吸収剤でアンモニアを生成したりする問題が生じる。

【００２５】しかし、液状還元剤を使用した場合、前述
のように還元剤の壁面付着等の問題があるため、還元剤
供給量を調節することによってＮＯ_X 吸収剤に流入する
還元剤の濃度（排気空燃比）を適正な範囲に精度良く制
御することは困難である。そこで、本実施例では、ＮＯ
_X 吸収剤再生時に排気の空燃比を、還元剤供給量を調節
して制御するのではなく二次空気の導入量を調節するこ
とにより制御している。すなわち、本実施例では、還元
剤は上記（１）と（２）の合計を越えた過剰な量を供給
するようにして供給量の微細な制御は行わず、ＮＯ_X 吸
収剤１５出口の酸素濃度センサ１０で検出した酸素濃度
に基づいてＮＯ_X 吸収剤に流入する排気空燃比が所定値
（例えば理論空燃比）になるように二次空気量をフィー
ドバック制御しているのである。

【００２６】図４、図５は上記のＮＯ_X 吸収剤再生制御
のフローチャートの一例を示している。本ルーチンは一
定時間毎にＥＣＵ２０により実行される。図４において
ルーチンがスタートするとステップ４０１ではエンジン
回転数Ｎ、アクセル開度Ａ_CC、エンジン排気温度Ｔ_EXが
それぞれのセンサから、また、ＮＯ_X 吸収剤出口での排
気中の酸素濃度Ｒ_OXが酸素濃度センサ１０からそれぞれ
入力されると共に、後述のルーチンで計算されＲＡＭ２
２に格納されているＮＯ_X吸収剤のＮＯ_X 吸収量Ｗが読
み込まれ、ステップ４０３では、これらを基にＮＯ _X 吸
収剤の再生実行条件が成立しているか否かが判定され
る。

【００２７】ここで、ＮＯ_X 吸収剤の再生実行条件は、
（１）アクセル開度Ａ_CCが所定値以下、かつ、エンジン
回転数Ｎが所定値以上であること（すなわちエンジンが
減速運転中であること）、（２）エンジン排気温度Ｔ_EX
が所定温度以上であること、（３）ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ
_X 吸収量Ｗが所定量以上であること、等であり、上記
（１）〜（３）の条件が全部成立した場合のみにステッ
プ４０５以下のＮＯ_X吸収剤再生操作を行う。

【００２８】ここで、ＮＯ_X 吸収剤１５の再生をエンジ
ン減速時にのみ行うのは（上記条件（１））、再生時に
は後述のように吸気シャッターバルブ６を閉じて吸入空
気量を低減する必要があるため、通常運転中に再生を行
うとトルクショックを生じ運転性が悪化するためであ
る。また、排気温度が所定値以上（上記条件（２））と
するのは、ＮＯ_X 吸収剤がＮＯ_X の放出、還元作用の活
性化する活性化温度に達していることが必要だからであ
る。また、ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収量が所定量以上で
あること（上記条件（３））を再生実行条件としている
のは頻繁な再生操作を避けて真に再生が必要な場合にの
み再生操作を行うようにするためである。なお、上記Ｎ
Ｏ_X 吸収量の所定値は、例えばＮＯ_X 吸収剤１５が吸収
しうるＮＯ _X の最大量の３０パーセント程度とされる。

【００２９】ステップ４０３でＮＯ_X 吸収剤再生条件が
全て成立している場合ステップ４０５でカウンタＣがプ
ラス１カウントアップされ、ステップ４０７ではカウン
タＣが所定値ＣＲ以上か否かが判定される。ここで、カ
ウンタＣは、ステップ４０３で再生条件が成立してから
の経過時間に対応するカウンタであり、所定値ＣＲは、
ＮＯ_X 吸収剤の再生を完了するのに必要とされる再生時
間ｔ_R に相当するルーチン実行回数である。再生時間ｔ
_R はＮＯ_X 吸収剤のタイプ、再生実行条件におけるＮＯ
_X 吸収量の所定量の設定（ステップ４０３、上記条件
（３））等によって決まる定数である。ステップ４０７
でＣ≧ＣＲであった場合は、即ち再生が完了しているの
でステップ４０９でＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収量Ｗをゼ
ロにセットしてステップ４３１以下を実行して再生操作
を終了する。

【００３０】ステップ４０７でＣ＜ＣＲであった場合
は、ステップ４１１以下のＮＯ_X 吸収剤再生操作を実行
する。すなわち、ステップ４１１では、エンジン吸気管
２のシャッターバルブ６が所定の開度まで閉弁される。
ディーゼルエンジンでは、吸気管にスロットル弁がなく
吸入空気量が多いため再生時に吸気管を絞らないと排気
中の酸素濃度を低下させるために必要とされる還元剤の
量が過大になるためである。なお、還元剤の量を低減す
るためシャッターバルブに代えて、またはシャッターバ
ルブに加えて、バーナ等の排気中の酸素を消費する手段
を排気系のＮＯ_X 吸収剤上流側に設けるようにしてもよ
い。

【００３１】シャッターバルブの開度は急激な減速が生
じるのを防止するため、予めエンジン回転数の関数とし
て設定されており、この関数はＥＣＵ２０のＲＯＭ２３
に数値テーブルの形で格納されている。ステップ４１１
では、エンジン回転数を基に数値テーブルからシャッタ
ーバルブ６の開度設定値を読みだし、シャッターバルブ
開度センサ８で検出した開度が上記設定値に等しくなる
ようにシャッターバルブアクチュエータ７を駆動してシ
ャッターバルブ６を所定開度に制御する。次いで、ステ
ップ４１３では還元剤供給量が決定される。すなわち、
ステップ４０１で読み込んだ排気中の酸素濃度Ｒ_OXとエ
ンジン吸入空気量とから排気中の酸素量が計算され、そ
の酸素量を消費するために必要な還元剤の流量Ｆ₁ が算
出される。更に、ステップ４０１で読み込んだＮＯ_X 吸
収剤のＮＯ_X 吸収量Ｗを還元するのに必要とされる還元
剤の量Ｗ_R が計算され、Ｗ_R を所定の再生時間ｔ_R で割
ってＮＯ_X 吸収量Ｗを還元するのに必要な還元剤流量Ｆ
₂ が算出される。そして、供給すべき還元剤の流量Ｆ
が、Ｆ＝（Ｆ₁ ＋Ｆ₂ ）×αとして決定される。

【００３２】ここで、エンジン吸入空気量はエンジン回
転数とシャッターバルブ開度とから計算され、ＮＯ_X 吸
収量Ｗは後述のルーチンで計算される。また、αは１よ
り大きい定数である。すなわち、還元剤は再生に必要な
量より過剰に供給される。次いで、ステップ４１５では
噴射量Ｆを得るように還元剤噴射弁１１ａの開度が設定
され、還元剤が排気管３に導入される。

【００３３】また、ステップ４１７では二次空気導入装
置１３の電動ポンプ１３ａがＯＮにされ、二次空気が排
気管３に導入される。次いで、図５に進み、ステップ４
１９から４２５では二次空気導入装置１３の流量制御弁
１３ｃの開度が酸素濃度センサ１０の出力に応じて調整
される。すなわち、ステップ４１９ではステップ４０１
で読み込んだ排気酸素濃度Ｒ_OXが所定値Ｒ_st以上か否か
が判定され、Ｒ_OX≧Ｒ_stであればステップ４２１で流量
制御弁１３ｃの開度Ｖ_A が所定値βだけ低減される。ま
た、Ｒ_OX＜Ｒ_stであれば、ステップ４２３で流量制御弁
１３ｃの開度Ｖ_A がβだけ増大される。これにより、流
量制御弁１３ｃの開度Ｖ_A は、酸素濃度センサ１０の出
力Ｒ_OXが所定値Ｒ_stになるように制御される。本実施例
では、上記所定値Ｒ_stは、理論空燃比を与える酸素濃度
に設定されている。ステップ４２５では、上記により設
定した開度Ｖ_A を流量制御弁１３ｃのアクチュエータ１
３ｂに出力してルーチンを終了する。

【００３４】なお、前述の図４、ステップ４０７で所定
の再生時間ｔ_R が経過するか、またはステップ４０３で
再生実行条件が成立しなくなると図５、ステップ４３１
からステップ４３９が実行され、カウンタＣがゼロリセ
ットされ（ステップ４３１）、シャッターバルブ６が全
開にされ（ステップ４３３）、還元剤供給と二次空気の
導入が停止され（ステップ４３５、４３７、４３９）、
再生操作は停止される。

【００３５】上述のように、本実施例では、還元剤を過
剰に供給して、排気空燃比の制御は二次空気の導入量の
調整で行うようにしているため、ＮＯ_X 吸収剤には液状
還元剤の壁面付着に関係なく常に充分な量の還元剤が供
給され、還元剤不足によりＮＯ_X 吸収剤の再生が不十分
になる事態が防止される。また、ＮＯ_X 吸収剤に流入す
る排気空燃比は常に理論空燃比近傍に維持されるので、
余剰のＨＣ、ＣＯ成分はＮＯ_X 吸収剤により完全に酸化
され、余剰のＨＣ、ＣＯ成分が大気に放出されたりＮＯ
_X 吸収剤でアンモニアが生成されたりする問題が防止さ
れる。

【００３６】次に、図６に図４ステップ４０１で読み込
むＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収量Ｗの算出ルーチンを示
す。本ルーチンもＥＣＵ２０により、一定時間毎に実行
される。図６においてルーチンがスタートすると、ステ
ップ６０１ではエンジン回転数Ｎ、アクセル開度Ａ_CCが
それぞれのセンサから入力される。次いで、ステップ６
０３ではＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収量Ｗが算出される。
ここで、エンジン燃焼室で発生するＮＯ_X 量はエンジン
負荷が高くなるほど増大し、エンジン負荷はディーゼル
エンジンにおいてはアクセル開度と回転数に比例すると
考えられるため、ＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X
量Ｗは前回ルーチン実行時に較べて、Ｋ×Ａ_CC×Ｎ
（Ｋは定数）だけ増加していると考えられる。従ってス
テップ６０３ではＮＯ_X 吸収量Ｗが、Ｗ←Ｗ＋Ｋ×Ａ_CC
×Ｎとして求められる。

【００３７】次いで、ステップ６０５では上記により求
めたＮＯ_X 吸収量ＷがＲＡＭ２２に格納され、本ルーチ
ンは終了する。なお、前述のように、ＮＯ_X 吸収量Ｗは
ＮＯ _X 吸収剤の再生が完了すると、ゼロにセットされる
（ステップ４０９）。なお、上記実施例ではＮＯ_X 吸収
剤に吸収されているＮＯ_X 量の増加分を、Ｋ×Ａ_CC×Ｎ
として求めたが（ステップ６０３）、エンジン回転数Ｎ
とアクセル開度Ａ_CCとＮＯ_X 吸収量の増加分ΔＷとの関
係を予め求めておき、エンジン回転数Ｎとアクセル開度
Ａ_CCとの数値マップとしてＥＣＵ２０のＲＯＭ２３に格
納しておいて、エンジン回転数Ｎとアクセル開度Ａ_CCと
を用いてＲＯＭ２３から増加分を読み出すようにしても
よい。図７はこの場合の図６に相当するルーチンを示し
ている。すなわち、ルーチンがスタートすると、ステッ
プ７０１ではエンジン回転数Ｎ、アクセル開度Ａ_CCがそ
れぞれのセンサから入力され、ステップ７０３ではこの
エンジン回転数Ｎ、アクセル開度Ａ_CCを用いてＥＣＵ２
０のＲＯＭ２３からＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ
_X 量の増加分ΔＷが読み出される。次いでステップ７０
５では今回ルーチン実行時のＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収
量ＷをＷ←Ｗ＋Ｋ₁ ×ΔＷ（Ｋ₁ は定数）として求め、
ステップ７０７では上記より求めたＮＯ_X 吸収量ＷをＲ
ＡＭ２２に格納してルーチンを終了する。

【００３８】また、上述の実施例では図４、ステップ４
１３において、排気酸素濃度Ｒ_OXとＮＯ_X 吸収剤のＮＯ
_X 吸収量Ｗとを用いてルーチン実行毎に還元剤供給量Ｆ
を決定しているが、還元剤供給量ＦはＮＯ_X 吸収剤の再
生に必要な量に対して過剰になっていれば良く、充分に
大きな一定量としても良い。更に、上述の実施例は液状
還元剤として軽油を使用する場合について説明したが、
本発明は、これに限定されるわけではなく、他の液状還
元剤を使用する場合にも適用可能である。更に、上述の
実施例は本発明をディーゼルエンジンに適用した場合に
ついて説明しているが、本発明は、同様にガソリンエン
ジンにも適用可能である。

【００３９】

【発明の効果】本発明の排気浄化装置は、機関運転中常
時ＮＯ _X 吸収剤に排気を流通させた状態でＮＯ _X 吸収剤
からのＮＯ _X の吸放出を行うことによりＮＯ _X 吸収剤の
温度低下を防止することを可能とするとともに、更に、
還元剤を過剰に供給し、排気空燃比を二次空気量で制御
するようにしたことにより、気化や微粒化のための特別
な装置を設けることなく液状還元剤を用いてＮＯ_X 吸収
剤への還元剤供給制御の応答性と安定性を向上させ、Ｎ
Ｏ_X 吸収剤の効果的な再生を行うことを可能とする効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明をディーゼルエンジンに適用した実施例
を示す図である。

【図３】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４】ＮＯ_X 吸収剤の再生操作を示すフローチャート
の一部である。

【図５】ＮＯ_X 吸収剤の再生操作を示すフローチャート
の一部である。

【図６】ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収量算出を示すフロー
チャートの一実施例である。

【図７】ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収量算出を示すフロー
チャートの図６とは別の実施例である。

【符号の説明】

１…ディーゼルエンジン ２…エンジン吸気管 ３…エンジン排気管 ６…シャッターバルブ ７…アクチュエータ ８…シャッターバルブ開度センサ １０…酸素濃度センサ １１…還元剤供給装置 １１ａ…還元剤噴射弁 １３…二次空気導入装置 １３ｃ…流量制御弁 １５…ＮＯ_X 吸収剤 ２０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−106826（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−119009（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−137826（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/28

Claims (1)

(57)【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ＮＯ _X 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ＮＯ _X を放出するＮＯ _X 吸収
   剤を機関排気通路内に配置すると共に、機関運転中常時
   ＮＯ _X 吸収剤に排気ガスを流通させておき、ＮＯ _X 吸収
   剤に流入する排気ガスがリーンのときにＮＯ _X 吸収剤に
   吸収されたＮＯ _X をＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガス中
   の酸素濃度が低下せしめられたときにＮＯ _X 吸収剤から
   放出するようにした内燃機関の排気浄化装置において、
   所定の機関運転条件下で前記ＮＯ_X 吸収剤に少なくとも
   吸収したＮＯ_X の還元浄化に必要とされる以上の量の還
   元剤を供給する還元剤供給手段と、前記還元剤供給時に
   前記ＮＯ_X 吸収剤上流側の排気通路に二次空気を導入す
   る二次空気導入手段と、前記ＮＯ_X 吸収剤下流側の排気
   中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、検出され
   た酸素濃度に基づいて前記二次空気導入手段の二次空気
   量を調整して前記ＮＯ_X 吸収剤に流入する排気の空燃比
   を所定範囲に制御する制御手段とを備えたことを特徴と
   する内燃機関の排気浄化装置。