JP3070376B2 - 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
に関する。

【０００２】

【従来の技術】流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
きにはＮＯ_x を吸収し、流入する排気ガスの空燃比が理
論空燃比又はリッチのときには吸収したＮＯ_x を放出す
るＮＯ _x 吸収剤を機関排気通路内に配置し、機関負荷が
減少せしめられたときに機関シリンダ内に供給される混
合気の空燃比を一時的にリッチにしてＮＯ_x 吸収剤から
ＮＯ_x を放出させるようにした内燃機関が本出願人によ
り既に提案されている（特願平５−１０９４７５号参
照）。混合気の空燃比を一時的にリッチにすると機関の
出力トルクは一時的に増大するがこの内燃機関では機関
負荷が減少せしめられて機関の出力トルクが低下したと
きに混合気の空燃比を一時的にリッチにすることにより
機関出力トルクが一時的に増大することなくおだやかに
減少するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらＮＯ_x 吸
収剤からのＮＯ_x 放出作用は排気ガスとＮＯ_x 吸収剤と
の接触時間が長くないと、即ちＮＯ_x 吸収剤内を流れる
排気ガスの流速が遅いときでないとＮＯ_x 吸収剤からＮ
Ｏ_x が効率よく放出されない。従って上述の内燃機関に
おけるように機関負荷が減少せしめられたからといって
混合気の空燃比をリッチにしてもこのとき排気ガスの流
速が速ければＮＯ_x 吸収剤から効率よくＮＯ_x が放出さ
れず、斯くしてＮＯ_x 吸収剤から放出されることなくＮ
Ｏ_x 吸収剤に吸収され続けるＮＯ_x 量が次第に増大する
ことになる。その結果、ついにはＮＯ_x 吸収剤の吸収能
力が飽和し、斯くしてＮＯ_x が大気中に排出されるとい
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、流入する排気ガスの空燃比がリー
ンのときにはＮＯ_x を吸収し、流入する排気ガスの空燃
比が理論空燃比又はリッチのときには吸収したＮＯ_x を
放出するＮＯ_x 吸収剤を機関排気通路内に配置し、スロ
ットル弁がアイドリング位置にあることを検出するスロ
ットル位置検出手段を具備し、スロットル弁がアイドリ
ング位置から開弁せしめられたときに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空燃比
制御手段を具備している。

【０００５】更に本発明によれば上記問題点を解決する
ために、ＮＯ_x 吸収剤に吸収されているＮＯ_x 量を推定
するＮＯ_x 量推定手段を具備し、上述の空燃比制御手段
はスロットル弁がアイドリング位置から開弁せしめられ
たときにＮＯ_x 吸収剤に吸収されていると推定されるＮ
Ｏ_x 量が予め定められた許容量以上であれば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
ようにしている。

【０００６】また本発明によれば上記問題点を解決する
ために、上述の空燃比制御手段はスロットル弁が閉弁し
てアイドリング位置となったときにも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ように
している。

【０００７】

【作用】スロットル弁がアイドリング開度から開弁せし
められたときには排気ガスの流速は遅く、従って１番目
の発明ではこのときにＮＯ_x 吸収剤に流入する排気ガス
の空燃比が一時的にリッチにされる。２番目の発明では
スロットル弁がアイドリング開度から開弁せしめられた
ときにＮＯ_x 吸収剤に吸収されていると推定されるＮＯ
_x 量が予め定められた許容量以上である場合に限ってＮ
Ｏ_x 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッ
チにされる。

【０００８】また、スロットル弁が閉弁してアイドリン
グ位置になったときには排気ガスの流速は遅く、従って
３番目の発明ではこのときにもＮＯ_x 吸収剤に流入する
排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされる。

【０００９】

【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を介してエアクリーナ１３に
連結され、吸気ダクト１２内にはスロットル弁１４が配
置される。一方、排気ポート８は排気マニホルド１５お
よび排気管１６を介してＮＯ_x 吸収剤１８を内蔵したケ
ーシング１７に接続される。

【００１０】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。サージタンク１０内にはサージタンク１０内の
絶対圧に比例した出力電圧を発生する圧力センサ１９が
配置され、この圧力センサ１９の出力電圧はＡＤ変換器
３７を介して入力ポート３５に入力される。スロットル
弁１４にはスロットル弁１４がアイドリング位置になっ
たときにオンとなるスロットルスイッチ２０が取付けら
れ、このスロットルスイッチ２０の出力信号は入力ポー
ト３５に入力される。なお、このようなスロットルスイ
ッチ２０に代えてスロットル弁１４の開度を検出するス
ロットル開度センサを設け、このスロットル開度センサ
の出力からスロットル弁１４がアイドリング位置にある
か否かを判別するようにしてもよい。排気マニホルド１
５内には空燃比センサ２１が配置され、この空燃比セン
サ２１の出力電圧はＡＤ変換器３８を介して入力ポート
３５に入力される。また、入力ポート３５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２２が接
続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３
９を介して夫々点火栓４および燃料噴射弁１１に接続さ
れる。

【００１１】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・Ｆ
ＡＦ・ＦＬＥＡＮ・（１＋ＦＲＩＣＨ）ここでＴＰは基
本燃料噴射時間、ＦＡＦはフィードバック補正係数、Ｆ
ＬＥＡＮはリーン補正係数、ＦＲＩＣＨはリッチ補正係
数を夫々示す。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、サージタンク１０内の
絶対圧ＰＭ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ＲＯＭ３２内に記憶されてい
る。

【００１２】リーン補正係数ＦＬＥＡＮおよびリッチ補
正係数ＦＲＩＣＨ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べきとき
にはＦＬＥＡＮ＝１．０とされ、ＦＲＩＣＨ＝０とされ
る。これに対して機関シリンダ内に供給される混合気の
空燃比をリーンとすべきときにはリーン補正係数ＦＬＥ
ＡＮが１．０よりも小さな機関運転状態により定まる値
とされ、リッチ補正係数ＦＲＩＣＨは零に固定される。
一方、機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比をリ
ッチとすべきときにはリーン補正係数は１．０に固定さ
れ、リッチ補正係数ＦＲＩＣＨは正の値とされる。

【００１３】フィードバック補正係数ＦＡＦはＦＬＥＡ
Ｎ＝１．０でＦＲＩＣＨ＝０のとき、即ち機関シリンダ
内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とすべきと
きに空燃比センサ２１の出力信号に基いて空燃比を理論
空燃比に正確に一致させるための係数である。このフィ
ードバック補正係数ＦＡＦはほぼ１．０を中心として上
下動しており、このＦＡＦは混合気の空燃比がリッチに
なると減少し、混合気の空燃比がリーンになると増大す
る。なお、ＦＬＥＡＮ＜１．０又はＦＲＩＣＨ＞０のと
きにはＦＡＦは１．０に固定される。

【００１４】図３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３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。

【００１５】ケーシング１７内に収容されているＮＯ_x
吸収剤１８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。機関
吸気通路およびＮＯ_x 吸収剤１８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１８への流入排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯ_x
吸収剤１８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、流入排気ガス中の酸素濃度が低下する
と吸収したＮＯ_x を放出するＮＯ_x の吸放出作用を行
う。なお、ＮＯ_x 吸収剤１８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ＮＯ_x 吸収剤１８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ＮＯ_x 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ＮＯ_x を放出することに
なる。

【００１６】上述のＮＯ_x 吸収剤１８を機関排気通路内
に配置すればこのＮＯ_x 吸収剤１８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４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。

【００１７】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４
（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Ｏ^2-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
４（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ＮＯ_x がＮＯ_x 吸収
剤１８内に吸収される。

【００１８】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。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ＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x が放出されることにな
る。図３に示されるように流入排気ガスのリーンの度合
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ＮＯ_x 吸収剤１８
からＮＯ_xが放出されることになる。

【００１９】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３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Ｏ^2-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４（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
ＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x が放出されることになる。

【００２０】即ち、流入排気ガスの空燃比をリッチにす
るとまず始めに未燃ＨＣ，ＣＯが白金Ｐｔ上のＯ₂ ^- 又
はＯ^2-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Ｏ^2-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ＮＯ_x および機関から排出されたＮＯ _x
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ＮＯ_x 吸収剤１８に吸収さ
れている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 が排出されるのを
阻止することができることになる。また、ＮＯ_x 吸収剤
１８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ＮＯ_x 吸収剤１８から放出
されたＮＯ_x 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ＮＯ_x 吸収
剤１８からＮＯ_x が徐々にしか放出されないためにＮＯ
_x吸収剤１８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。

【００２１】上述したようにリーン混合気が燃焼せしめ
られるとＮＯ_x がＮＯ_x 吸収剤１８に吸収される。しか
しながらＮＯ_x 吸収剤１８のＮＯ_x 吸収能力には限度が
あり、ＮＯ_x 吸収剤１８のＮＯ_x 吸収能力が飽和すれば
ＮＯ_x 吸収剤１８はもはやＮＯ_x を吸収しえなくなる。
従ってＮＯ_x 吸収剤１８のＮＯ_x 吸収能力が飽和する前
にＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x を放出させる必要があ
り、そのためにはＮＯ_x吸収剤１８にどの程度のＮＯ_x
が吸収されているかを推定することが好ましい。そこで
次にこのＮＯ_x 吸収量の推定方法について説明する。

【００２２】リーン混合気が燃焼せしめられているとき
には機関負荷が高くなるほど単位時間当り機関から排出
されるＮＯ_x 量が増大するために単位時間当りＮＯ_x 吸
収剤１８に吸収されるＮＯ_x 量が増大し、また機関回転
数が高くなるほど単位時間当り機関から排出されるＮＯ
_x 量が増大するために単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８に
吸収されるＮＯ_x が増大する。従って単位時間当りＮＯ
_x 吸収剤１８に吸収されるＮＯ_x 量は機関負荷と機関回
転数の関数となる。この場合、機関負荷はサージタンク
１０内の絶対圧でもって代表することができるので単位
時間当りＮＯ_x吸収剤１８に吸収されるＮＯ_x 量はサー
ジタンク１０内の絶対圧ＰＭと機関回転数Ｎの関数とな
る。従って本発明による実施例では単位時間当りＮＯ_x
吸収剤１８に吸収されるＮＯ_x 量ＮＯＸＡを絶対圧ＰＭ
および機関回転数Ｎの関数として予め実験により求め、
このＮＯ_x 量ＮＯＸＡがＰＭおよびＮの関数として図５
に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されてい
る。

【００２３】一方、機関シリンダ内に供給される混合気
の空燃比が理論空燃比又はリッチになるとＮＯ_x 吸収剤
１８からＮＯ_x が放出されるがこのときのＮＯ_x 放出量
は主に排気ガス量と空燃比の影響を受ける。即ち、排気
ガス量が増大するほど単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８か
ら放出されるＮＯ_x 量が増大し、空燃比がリッチとなる
ほど単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８から放出されるＮＯ
_x 量が増大する。この場合、排気ガス量、即ち吸入空気
量は機関回転数Ｎとサージタンク１０内の絶対圧ＰＭと
の積でもって代表することができ、従って図６（Ａ）に
示されるように単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８から放出
されるＮＯ_x 量ＮＯＸＤはＮ・ＰＭが大きくなるほど増
大する。また、空燃比はリッチ補正係数ＦＲＩＣＨの値
に対応しているので図６（Ｂ）に示されるように単位時
間当りＮＯ_x 吸収剤１８から放出されるＮＯ_x 量ＮＯＸ
ＤはＦＲＩＣＨの値が大きくなるほど増大する。この単
位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８から放出されるＮＯ_x 量を
ＮＯＸＤはＮ・ＰＭとＦＲＩＣＨの関数として図６
（Ｃ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶され
ている。

【００２４】また、ＮＯ_x 吸収剤１８の温度が高くなる
と吸収剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^- が分解しやすくなるの
でＮＯ_x 吸収剤１８からのＮＯ_x 放出率が増大する。こ
の場合、ＮＯ_x 吸収剤１８の温度はほぼ排気ガス温に比
例するので図７（Ａ）に示されるようにＮＯ_x 放出率Ｋ
ｆは排気ガス温Ｔが高くなるほど大きくなる。従ってＮ
Ｏ_x 放出率Ｋｆを考慮に入れた場合には単位時間当りＮ
Ｏ_x 吸収剤１８から放出されるＮＯ_x 量は図６（Ｃ）に
示されるＮＯＸＤとＮＯ_x 放出率Ｋｆとの積で表わされ
ることになる。なお、本発明による実施例では排気ガス
温Ｔはサージタンク１０内の絶対圧ＰＭおよび機関回転
数Ｎの関数として図７（Ｂ）に示すマップの形で予めＲ
ＯＭ３２内に記憶されている。

【００２５】上述したようにリーン混合気が燃焼せしめ
られたときには単位時間当りのＮＯ _x 吸収量がＮＯＸＡ
で表わされ、理論空燃比の混合気又はリッチ混合気が燃
焼せしめられたときには単位時間当りのＮＯ_x 放出量は
Ｋｆ・ＮＯＸＤで表わされるのでＮＯ_x 吸収剤１８に吸
収されていると推定されるＮＯ_x 量ΣＮＯＸは次式で表
わされることになる。

【００２６】 ΣＮＯＸ＝ΣＮＯＸ＋ＮＯＸＡ−Ｋｆ・ＮＯＸＤ ところでＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されているＮＯ_x 量が
増大したときにはＮＯ _x 吸収剤１８に流入する排気ガス
の空燃比を理論空燃比又はリッチにしなければならな
い。そこで本発明による実施例ではＮＯ_x 吸収剤１８に
吸収されているＮＯ_x 量が増大したときには機関シリン
ダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比又はリッ
チにすることによってＮＯ_x 吸収剤１８に流入する排気
ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにするようにして
いる。

【００２７】ところでこの場合、ＮＯ_x 吸収剤１８から
ＮＯ_x を良好に放出させるためには排気ガスとＮＯ_x 吸
収剤１８との接触時間を長くしなければならない。即
ち、ＮＯ_x 吸収剤１８内を流れる排気ガスの流速が遅い
ときにＮＯ_x の放出作用を行わないとＮＯ_x 吸収剤１８
からＮＯ_x を効率よく放出することができない。そこで
本発明による実施例ではＮＯ_x 吸収剤１８内を流れる排
気ガスの流速が遅いとき、即ちスロットル弁１４が閉弁
せしめられてアイドリング位置になったとき、およびス
ロットル弁１４がアイドリング位置から開弁せしめられ
たときに機関シリンダ内に供給される混合気を一時的に
リッチにしてＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_xを放出させる
ようにしている。

【００２８】次にこのことについて図８に示すタイムチ
ャートを参照しつつもう少し詳しく説明する。図８にお
いて、ＸＩＤＬはスロットル弁１４がアイドリング位置
にあるときにセット（ＸＩＤＬ＝１）されるアイドルフ
ラグ、ＣＩＤＬは待ち時間カウンタ、ＣＲＳＰはリッチ
時間設定カウンタ、リーン許可フラグはセット（＝１）
されたときに混合気の空燃比をリーンにすることを許可
するフラグである。待ち時間カウンタＣＩＤＬおよびリ
ッチ時間設定カウンタＣＲＳＰはクリアされない限り一
定時間毎にカウントアップされ、一定値に達するとその
値に維持される。図８からわかるようにスロットル弁１
４がアイドリング位置まで閉弁せしめられる前はリーン
許可フラグがセットされており、このとき混合気の空燃
比はリーンとなっている。

【００２９】次いでスロットル弁１４がアイドリング位
置（ＸＩＤＬ＝１）になると混合気の空燃比が理論空燃
比とされる。このときＮＯ_x 吸収剤１８からのＮＯ_x 放
出作用が開始されるためにＮＯ_x 量ΣＮＯＸは低下しは
じめる。次いで待ち時間カウンタＣＩＤＬが一定値Ａに
達したときにＮＯ_x 量ＮＯＸが予め定められた許容量Ｍ
ＡＸ以上であればリッチ補正係数ＦＲＩＣＨがα（＞
０）とされ、斯くして混合気の空燃比がリッチとされ
る。なお、アイドリング運転開始後、混合気をリッチに
するまで一定時間待つのはスロットル弁１４が瞬間的に
アイドリング位置になったときの混合気を空燃比がリッ
チされるのを阻止するためである。また、ＮＯ_x 量ΣＮ
ＯＸが許容量ＭＡＸを越えたときに限って混合気をリッ
チにするようにしたのはＮＯ_x 量ΣＮＯＸが少ないとき
に混合気をリッチにしてもリッチにした分だけ燃料消費
量が増大するだけで無駄であるからであり、またＮＯ_x
量ＮＯＸが少ないときにはリーン混合気燃焼に移行して
もＮＯ_x 吸収剤１８によりＮＯ _x を吸収しうるからであ
る。

【００３０】混合気の空燃比がリッチにされるとＮＯ_x
吸収剤１８から急速にＮＯ_x が放出され、斯くしてこの
ときΣＮＯＸは急速に低下する。またこのときリッチ時
間設定カウンタＣＲＳＰが設定値Ｂに達するまで混合気
の空燃比はリッチとされ、この設定値Ｂは図９に示され
るようにＮＯ_x 量ΣＮＯＸが多いほど増大せしめられ
る。即ち、ＮＯ_x 量ΣＮＯＸが多いほど混合気がリッチ
とされる時間が長くされる。

【００３１】次いでスロットル弁１４がアイドリング位
置から開弁せしめられたとき（ＸＩＤＬ＝０）、ΣＮＯ
Ｘ＞ＭＡＸであればリッチ補正係数ＦＲＩＣＨがβ（＞
０）とされ、斯くして再び混合気の空燃比がリッチとさ
れる。このときリッチ時間設定カウンタＣＲＳＰが設定
値Ｃに達するまで混合気の空燃比がリッチとされるがこ
の設定値Ｃも図９に示されるようにＮＯ_x 量ΣＮＯＸが
多いほど増大せしめられる。スロットル弁１４がアイド
リング位置から開弁した直後はＮＯ_x 吸収剤１８内を流
れる排気ガスの流速は遅く、従ってこのときＮＯ_x は効
率よくＮＯ_x 吸収剤１８から放出されることになる。

【００３２】一方、ΣＮＯＸ＜ＭＡＸであればスロット
ル弁１４がアイドリング位置から開弁したときの空燃比
リッチ制御（ＦＲＩＣＨ＝β）は行われない。即ち、最
初の空燃比リッチ制御（ＦＲＩＣＨ＝α）によって、或
いはそれに続く理論空燃比のアイドリング運転によって
ＮＯ_x がＮＯ_x 吸収剤１８から十分に放出されなかった
ときに第２回目の空燃比リッチ制御（ＦＲＩＣＨ＝β）
が行われる。

【００３３】図１０から図１２は空燃比を制御するため
の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１０から図１２を
参照するとまず初めにステップ１００において図２に示
す関係から基本燃料噴射時間ＴＰが算出される。次いで
ステップ１０１ではＸＩＤＬ＝０であるか否か、即ちア
イドルフラグＸＩＤＬがリセットされているか否かが判
別される。ＸＩＤＬ＝０のときにはステップ１０３に進
んでＸＩＤＬ＝１であるか否か、即ちアイドルフラグＸ
ＩＤＬがセットされているか否かが判別される。ＸＩＤ
Ｌ＝０のときにはステップ１０４に進んでＸＩＬＤＯ＝
０であるか否か、即ち前回の割込みルーチンにおいてア
イドルフラグがリセットされていたか否がが判別され
る。ＸＩＬＤＯ＝０のときにはステップ１０８に進んで
再びＸＩＤＬ＝０であるか否かが判別される。ＸＩＤＬ
＝０のときにはステップ１１０に進んで待ち時間カウン
タＣＩＤＬがクリアされ、次いでステップ１１１に進
む。従ってＸＩＤＬ＝０でかつＸＩＬＤＯ＝０のとき、
即ちアイドルフラグＸＩＤＬがセットされる以前は図８
に示されるように待ち時間カウンタＣＩＤＬが零又はほ
ぼ零に維持されることになる。

【００３４】続いてアイドルフラグＸＩＤＬがセットさ
れる以前のルーチンの流れについてみてみると、ステッ
プ１１１ではリッチ補正係数ＦＲＩＣＨが正であるか否
かが判別される。このときリッチ補正係数ＦＲＩＣＨは
正ではないのでステップ１１２に進んでＮＯ_x 吸収剤１
８に吸収されていると推定されるＮＯ_x 量ΣＮＯＸが許
容量ＭＡＸを越えているか否かが判別される。ΣＮＯＸ
≦ＭＡＸのときにはステップ１１７に進む。これに対し
てΣＮＯＸ＞ＭＡＸのときにはステップ１１３に進んで
ＸＩＤＬ＝０であるか否か、即ちアイドルフラグＸＩＤ
Ｌがセットされているか否かが判別される。このときＸ
ＩＤＬ＝０であるのでステップ１１６に進み、リッチ時
間設定カウンタＣＲＳＰが図９に基き定まる設定値Ｃよ
りも大きいか否かが判別される。このとき図８からわか
るようにＣＲＳＰ＞Ｃであるのでステップ１１７に進
む。即ち、ΣＮＯＸ≦ＭＡＸであろうとΣＮＯＸ＞ＭＡ
Ｘであろうとステップ１１７に進むことになる。

【００３５】ステップ１１７ではリッチ補正係数ＦＲＩ
ＣＨが零とされ、次いでステップ１２０では再びＸＩＤ
Ｌ＝０であるか否かが判別される。このときＸＩＤＬ＝
０であるのでステップ１２１に進んでリッチ補正係数Ｆ
ＲＩＣＨが正であるか否かが判別される。このときＦＲ
ＩＣＨ＝０であるのでステップ１２３に進んでリーン許
可フラグが１とされる、即ちリーン許可フラグがセット
される。次いでステップ１２４ではリーン許可フラグ＝
０であるか否か、即ちリーン許可フラグがリセットされ
ているか否かが判別される。このときリーン許可フラグ
＝１であるのでステップ１３２に進む。

【００３６】ステップ１３２では機関運転状態に応じた
リーン補正係数ＦＬＥＡＮが算出され、次いでステップ
１３３ではリッチ補正係数ＦＲＩＣＨが零とされる。次
いでステップ１３４では図５に示すマップから単位時間
当りのＮＯ_x 吸収量ＮＯＸＡが算出される。次いでステ
ップ１３５ではＮＯ_x 放出量ＮＯＸＤが零とされ、次い
でステップ１３６においてフィードバック補正係数ＦＡ
Ｆが１．０に固定される。次いでステップ１３７におい
て次式に基き燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。

【００３７】ＴＡＵ＝ＴＰ・ＦＡＦ・ＦＬＥＡＮ・（１
＋ＦＲＩＣＨ） このときにはＦＡＦ＝１．０でかつＦＲＩＣＨ＝０であ
るので混合気の空燃比がリーンとされる。ステップ１３
７に続くステップ１３８では次式に基いてＮＯ_x 吸収剤
１８に吸収されているＮＯ_x 量ΣＮＯＸが算出される。

【００３８】 ΣＮＯＸ＝ΣＮＯＸ＋ＮＯＸＡ−Ｋｆ・ＮＯＸＤ 次いでステップ１３９ではＮＯ_x 量ΣＮＯＸが負になっ
たか否かが判別され、ΣＮＯＸ＜０になったときにはス
テップ１４０に進んでΣＮＯＸが零とされる。一方、ス
ロットル弁１４が閉弁せしめられてアイドリング位置と
なり、その結果ＸＩＤＬ＝１になるとステップ１０１か
らステップ１０２に進んで待ち時間カウンタＣＩＤＬが
一定値Ａよりも大きくなったか否かが判別される。ＣＩ
ＤＬ≦Ａのときにはステップ１０７に進んでリッチ時間
カウンタＣＲＳＰがクリアされ、次いでステップ１０８
からステップ１０９に進んで減速運転中の燃料の供給停
止作用、即ち燃料カットが行われているか否がが判別さ
れる。燃料カット中のときにはステップ１１０に進んで
待ち時間カウンタＣＩＤＬがクリアされ続け、従って燃
料カット中は待ち時間カウンタＣＩＤＬは零又はほぼ零
に維持されることになる。これに対して燃料カット中で
ないとき、或いは燃料カットが行われた後燃料の供給が
再開されたときにはステップ１１０を経ることなくステ
ップ１１１に進む。従ってこのときには待ち時間カウン
タＣＩＤＬのカウントアップ作用が開始される。

【００３９】ステップ１１１ではＦＲＩＣＨ＞０でない
と判断されるのでステップ１１２に進む。このときΣＮ
ＯＸ＞ＭＡＸであればステップ１１３に進み、次いでス
テップ１１４に進む。ステップ１１４では待ち時間カウ
ンタＣＩＤＬが一定値Ａを越えたか否かが判別される。
ＣＩＤＬ≦Ａのときにはステップ１１７に進んでＦＲＩ
ＣＨ＝０とされ、次いでステップ１２０を経てステップ
１２２進んでリーン許可フラグが０とされる、即ちリー
ン許可フラグがリセットされる。従って続くステップ１
２４ではリーン許可フラグ＝０であると判別されるので
ステップ１２５に進む。

【００４０】ステップ１２５ではリーン補正係数ＦＬＥ
ＡＮが１．０に固定される。次いでステップ１２６では
図６（Ｃ）に示すマップから単位時間当りのＮＯ_x 放出
量ＮＯＸＤが算出される。次いでステップ１２７では図
７（Ａ）に示す関係と図７（Ｂ）に示すマップからＮＯ
_x 放出率Ｋｆが算出され、次いでステップ１２８では単
位時間当りのＮＯ_x 吸収量ＮＯＸＡが零とされる。次い
でステップ１２９ではリッチ補正係数ＦＲＩＣＨ＝０で
あるか否かが判別される。このときＦＲＩＣＨ＝０であ
るのでステップ１３１に進んで空燃比センサ２１の出力
信号に基きフィードバック補正係数ＦＡＦが算出され、
次いでステップ１３７に進む。ステップ１３１では空燃
比センサ２１によって空燃比がリッチになったことが検
出されるとＦＡＦは減少せしめられ、空燃比がリーンに
なったことが検出されるとＦＡＦは増大せしめられるの
でこのとき空燃比は理論空燃比に維持されることにな
る。

【００４１】このように待ち時間カウンタＣＩＤＬが一
定値Ａに達するまでは空燃比が理論空燃比に維持され、
リッチ時間設定カウンタＣＲＳＰは図８に示されるよう
に零又はほぼ零に維持される。次いでＣＩＤＬ＞Ａにな
るとステップ１０２からステップ１０３を経てステップ
１０８に進む。即ち、ステップ１０２からステップ１０
７を経ずにステップ１０８に進むのでリッチ時間設定カ
ウンタＣＲＳＰのカウントアップ作用が開始されること
になる。次いでステップ１０９，１１１，１１２，１１
３，１１４を経てステップ１１５に進み、リッチ時間設
定カウンタＣＲＳＰが図９に基いて算出された設定値Ｂ
よりも大きくなったか否かが判別される。ＣＲＳＰ≦Ｂ
のときにはステップ１１９に進んでＦＲＩＣＨ＝α（図
８）とされ、次いでステップ１２０，１２２，１２４，
１２５，１２６，１２７，１２８を経てステップ１２９
に進む。このときステップ１２９ではＦＲＩＣＨ＝０で
はないと判別されるためにステップ１３０に進んでフィ
ードバック補正係数ＦＡＦが１．０に固定され、次いで
ステップ１３７に進む。

【００４２】その後ステップ１１５においてＣＲＳＰ＞
Ｂであると判別されるとステップ１１７に進んでＦＲＩ
ＣＨ＝０とされ、次いでステップ１２０，１２２，１２
４，１２５，１２６，１２７，１２８，１２９，１３１
を経てステップ１３７に進む。従って図８に示されるよ
うにリッチ時間カウンタＣＲＳＰが設定値Ｂに達するま
ではＦＲＩＣＨ＝αに維持されるのでこの間空燃比がリ
ッチにせしめられることがわかる。なお、スロットル弁
１４が閉弁せしめられてアイドリング位置になったとき
にステップ１１２においてΣＮＯＸ≦ＭＡＸであると判
別されたときにはステップ１１５に進むことはなく、斯
くしてこのときには空燃比がＮＯ_x 放出のためにリッチ
にされることがない。

【００４３】次いでスロットル弁１４がアイドリング位
置から開弁せしめられてＸＩＤＬが１から０に変化した
ときにはステップ１０１からステップ１０３を経てステ
ップ１０４に進む。ステップ１０４では前回の割込みル
ーチンにおいてアイドルフラグがセットされていた、即
ちＸＩＤＬＯ＝１であると判断されるのでステップ１０
５に進む。ステップ１０５では待ち時間カウンタＣＩＤ
Ｌが一定値Ａよりも大きいか否がが判別される。図８に
示されるようにＣＩＤＬ＞Ａのときにはステップ１０７
に進んでリッチ時間設定カウンタＣＲＳＰがクリアされ
る。次いでステップ１０８，１１０，１１１を経てステ
ップ１１２に進む。このときΣＮＯＸ＞ＭＡＸであれば
ステップ１１３を経てステップ１１６に進み、リッチ時
間カウンタＣＲＳＰが図９に基いて算出される設定値Ｃ
よりも大きくなったか否かが判別される。ＣＲＳＰ≦Ｃ
のときにはステップ１１８に進んでＦＲＩＣＨ＝β（図
８）とされ、次いでステップ１２０，１２１，１２２，
１２４，１２５，１２６，１２７，１２８，１２９，１
３０を経てステップ１３７に進む。

【００４４】その後ステップ１１６においてＣＲＳＰ＞
Ｃになったと判断されたときはステップ１１７に進んで
ＦＲＩＣＨ＝０とされ、次いでステップ１２０，１２１
を経てステップ１２３に進んでリーン許可フラグ＝１と
される、即ちリーン許可フラグがセットされる。次いで
ステップ１２４，１３２，１３３，１３４，１３５，１
３６を経てステップ１３７に進む。従って図８に示され
るようにリッチ時間設定カウンタＣＲＳＰが設定値Ｃに
達するまでの間リッチ補正係数ＦＲＩＣＨは設定値βに
維持され、斯くしてこの間空燃比がリッチにされること
になる。

【００４５】一方、スロットル弁１４がアイドリング位
置から開弁せしめられたときにステップ１０５において
ＣＩＤＬ≦Ａであると判別されたときにはステップ１０
６に進んでリッチ時間設定カウンタＣＲＳＰが図８に示
されるような大きな値Ｃ_maxとされる。このときにはス
テップ１１２においてΣＮＯＸ＞ＭＡＸであると判別さ
れてもステップ１１６では常にＣＲＳＰ＞Ｃであると判
別され、斯くしてリッチ補正係数ＦＲＩＣＨは零にされ
続ける。即ち、スロットル弁１４の開閉動作が繰返され
た場合にはスロットル弁１４がアイドリング位置になる
毎に、およびアイドリング位置から開弁する毎に空燃比
がリッチにされるのを阻止し、スロットル弁１４がアイ
ドリング位置となってから待ち時間カウンタＣＩＤＬが
一定値Ａに達するまでスロットル弁１４がアイドリング
位置に保持されているときに限ってΣＮＯＸ＞ＭＡＸで
あれば空燃比をリッチ（ＦＲＩＣＨ＝α）にし、次いで
スロットル弁１４が開弁せしめられたときにもΣＮＯＸ
＞ＭＡＸであれば再び空燃比をリッチ（ＦＲＩＣＨ＝
β）にするようにしている。

【００４６】

【発明の効果】請求項１に記載の発明ではスロットル弁
がアイドリング位置から開弁せしめられたとき、即ちＮ
Ｏ_x 吸収剤内を流れる排気ガスの流速が遅いときにＮＯ
_x 吸収剤からＮＯ_x を放出すべく空燃比がリッチとされ
るのでＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_xを効率よく放出させるこ
とができる。請求項２に記載の発明ではＮＯ_x 吸収剤に
吸収されていると推定されるＮＯ_xが許容量を越えてい
るときのみアイドリング位置からのスロットル弁の開弁
時に空燃比がリッチとされるので燃料の無駄な消費を回
避することができる。

【００４７】請求項３の記載の発明ではＮＯ_x 吸収剤内
を流れる排気ガスの流速が遅いとき、即ちスロットル弁
が閉弁してアイドリング位置になったときにも空燃比が
リッチとされるのでＮＯ_x 吸収剤から一層良好にＮＯ_x
を放出することができる。

【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】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４】ＮＯ_x の吸放出作用を説明するための図であ
る。

【図５】ＮＯ_x 吸収量ＮＯＸＡを示す図である。

【図６】ＮＯ_x 放出量ＮＯＸＤを示す図である。

【図７】ＮＯ_x 放出率等を示す線図である。

【図８】空燃比制御のタイムチャートである。

【図９】設定値Ｂ₁ Ｃを示す線図である。

【図１０】空燃比制御を示すフローチャートである。

【図１１】空燃比制御を示すフローチャートである。

【図１２】空燃比制御を示すフローチャートである。

【符号の説明】 １４…スロットル弁 １６…排気管 １８…ＮＯ_x 吸収剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０ Ｂ０１Ｄ 53/34 １２９Ｚ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/04 305 F02D 41/14 310

Claims (3)

(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のと
   きにはＮＯ_x を吸収し、流入する排気ガスの空燃比が理
   論空燃比又はリッチのときには吸収したＮＯ _x を放出す
   るＮＯ_x 吸収剤を機関排気通路内に配置し、スロットル
   弁がアイドリング位置にあることを検出するスロットル
   位置検出手段を具備し、スロットル弁がアイドリング位
   置から開弁せしめられたときに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空燃比制御手
   段を具備した内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 ＮＯ_x 吸収剤に吸収されているＮＯ_x 量
   を推定するＮＯ_x 量推定手段を具備し、上記空燃比制御
   手段はスロットル弁がアイドリング位置から開弁せしめ
   られたときにＮＯ_x 吸収剤に吸収されていると推定され
   るＮＯ_x 量が予め定められた許容量以上であれば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
   する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 上記空燃比制御手段はスロットル弁が閉
   弁してアイドリング位置となったときにも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請
   求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。