JP3149781B2

JP3149781B2 - エンジンの排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP3149781B2
Application number: JP09572496A
Authority: JP
Inventors: 祐治柳川; 一雄古賀
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1996-04-17
Filing date: 1996-04-17
Publication date: 2001-03-26
Anticipated expiration: 2016-04-17
Also published as: JPH09287436A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガス中のＮＯ
ｘの除去のためのリーンＮＯｘ触媒をそなえた、エンジ
ンの排気ガス浄化装置に関し、特に、リーンＮＯｘ触媒
を加熱する必要が生じたか否かを判定して加熱の必要が
生じるとリーンＮＯｘ触媒を加熱するように制御する、
エンジンの排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車に搭載された内燃機関（以下、エ
ンジンという）をはじめとして、リーン混合気を燃焼せ
しめるようにしたエンジンがあるが、かかるエンジンで
は、リーン運転時に、排出ガス中のＮＯｘ量が増大す
る。そこで、このようなエンジンにおいて排気ガスを浄
化するために、排気系にリーンＮＯｘ触媒又はリーンＮ
Ｏｘ触媒と三元触媒とを組み合わせて設置するようにし
たものがある。

【０００３】このようなリーンＮＯｘ触媒には、流入排
気ガスの空燃比がリーンの時に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吸収剤を排気通路内に設置し、リーン混合気
を燃焼せしめた際に発生するＮＯｘをＮＯｘ吸収剤で吸
収して、リーンＮＯｘ触媒の浄化効率が低下する。そこ
で、ＮＯｘ吸収能力が飽和する前にこのＮＯｘ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こと
で、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを還元しこれを放出させる
ようにしたものがある。

【０００４】ところで、燃料や機関の潤滑油内にはイオ
ウが含まれているため排気ガス中にも硫酸塩等のイオウ
分（以下、単にイオウという）が含まれ、このイオウも
ＮＯｘとともにＮＯｘ吸収剤に吸収される。しかしなが
ら、このイオウは、ＮＯｘ吸収剤への流入排気ガスの空
燃比を単にリッチにしてもＮＯｘ吸収剤から放出されな
いため、ＮＯｘ吸収剤内のイオウの量は次第に増大する
ことになり、このイオウの吸収量の増大に応じて、ＮＯ
ｘ吸収剤が吸収しうるＮＯｘの量が次第に低下し、つい
にはＮＯｘ吸収剤がＮＯｘをほとんど吸着できなくなっ
てしまう。

【０００５】ＮＯｘ吸収剤に吸収されたイオウは、ＮＯ
ｘ吸収剤を加熱することで分解してＮＯｘ吸収剤から放
出され、しかも、この時、空燃比をリッチ化又はストイ
キオ状態とすると、ＮＯｘ吸収剤から放出されたイオウ
が排気ガス中の未燃のＨＣやＣＯによって直ちに還元せ
しめられる。そこで、例えば特開平６−６６１２９号に
開示された技術では、このような特性に着目して、ある
特定条件が満たされた場合に、ＮＯｘ吸収剤を昇温させ
さらにリッチ運転又はストイキオ運転を行なうことで、
ＮＯｘ吸収剤からイオウを放出してさらに酸化処理をし
て排出するように構成している。この場合の特定条件と
は、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたイオウの量が所定量に達
したことであり、また、ＮＯｘ吸収剤の加熱は、排気系
に設置した電気ヒータを作動させることで行なうように
なっている。

【０００６】電気ヒータを作動させることなく、簡素な
システムで触媒を加熱させる公知例としては、筒内噴射
型内燃機関の排気系に触媒を設けて、機関の排気行程に
て燃料噴射弁を再作動させ追加の燃料噴射を行なうこと
で触媒を加熱させる技術が、特開平４−１８３９２２号
公報に開示されている。なお、リーンＮＯｘ触媒は、他
の排気ガス浄化触媒と同様に、常温よりも適当に高温な
温度状態にしておく方がその浄化性能を十分に発揮でき
る場合がある。つまり、ＮＯｘ吸着型のリーンＮＯｘ触
媒において、イオウの除去を行ない触媒の浄化効率を復
活させる場合だけでなく、他のリーンＮＯｘ触媒（例え
ば接触還元型リーンＮＯｘ触媒）を加熱すべき状態もあ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、触媒の加熱
が要求される場合には、一般に触媒の浄化効率が低下し
ている状態が対応していることから、触媒温度を短時間
で所定温度まで昇温させて、排ガス悪化を抑制すること
が望まれる。しかしながら、上記公知例では、排気行程
での追加燃料が適正に噴射されない虞があり、例えば追
加燃料が多過ぎて排気系で不完全燃焼が起こり排気ガス
の悪化が生じたり、逆に追加燃料が少な過ぎて十分な燃
焼が得られず触媒温度が短時間では所定温度まで達しな
いという課題がある。

【０００８】本発明は、上述の課題に鑑み創案されたも
ので、追加燃料を噴射することで触媒を昇温させるシス
テムにおいて、適正な燃料を排気系に供給して短時間で
触媒を再生できるようにすることを目的としている。ま
た、その副次的な目的としては、かかるシステムをより
簡素に構成することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明のエンジンの排気ガス浄化装置は、燃焼室から
排気ガスを排出する排気通路と、該排気通路に設置され
てリーン燃焼運転時の酸素過剰雰囲気で排気ガス中の窒
素酸化物（ＮＯｘ）を浄化又は吸収するリーンＮＯｘ触
媒と、該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定する
余剰酸素量推定手段と、該余剰酸素量推定手段で推定さ
れた量の余剰酸素で完全燃焼するだけの燃料量を算出す
る燃料量算出手段と、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき
状態であるか否かを判定する加熱判定手段と、該加熱判
定手段で加熱すべき状態であると判定されたときに、該
燃料量算出手段で算出された量の燃料を該触媒の上流側
に供給して燃焼せしめる燃料供給手段と、該燃料供給手
段により供給された該燃料量算出手段で算出された燃料
量による燃焼熱に基づいて該触媒の温度状態を推定する
触媒温度推定手段と、該触媒温度推定手段による推定さ
れた触媒温度が所定温度以上の状態の積算時間が予め設
定された時間を越えたら触媒の加熱が完了したとして該
燃料供給手段による燃料の供給を停止する完了判定手段
とが設けられていることを特徴としている。

【００１０】請求項２記載の本発明のエンジンの排気ガ
ス浄化装置は、請求項１記載の装置において、該燃焼室
内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられ、該燃料
供給手段が、該燃料噴射弁と、該燃料量算出手段で算出
された量の燃料が該エンジンの排気行程中に供給される
ように該燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段とから
構成されていることを特徴としている。

【００１１】請求項３記載の本発明のエンジンの排気ガ
ス浄化装置は、請求項１又は２記載の装置において、該
排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配設され
排気ガス中の酸素濃度を検出しうる触媒上流側酸素濃度
検出手段をそなえ、該余剰酸素量推定手段が、該触媒上
流側酸素濃度検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内
での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されて
いることを特徴としている。

【００１２】請求項４記載の本発明のエンジンの排気ガ
ス浄化装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の装置に
おいて、該エンジンの運転状態を検出する運転状態検出
手段が設けられ、該余剰酸素量推定手段が、該運転状態
検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の
余剰酸素の量を推定するように構成されていることを特
徴としている。

【００１３】請求項５記載の本発明のエンジンの排気ガ
ス浄化装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の装置に
おいて、該リーンＮＯｘ触媒の下流側に三元触媒又は酸
化触媒が設けられ、該触媒下流側空燃比検出手段が、該
リーンＮＯｘ触媒の下流側で且つ該酸化触媒の上流側に
配設されているとともに、該触媒下流側空燃比検出手段
の出力により該リーンＮＯｘ触媒へ流入する混合気の空
燃比が理論空燃比近傍になるように該燃料供給手段を制
御する制御手段をそなえていることを特徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
の形態について説明する。まず、図１〜図９を参照して
本発明の第１実施形態としてのエンジンの排気ガス浄化
装置について説明する。図２は、本実施形態のエンジン
の排気ガス浄化装置をそなえた内燃エンジンを示す概略
構成図であり、図２において、符号１は自動車用エンジ
ンのガソリンエンジン本体であり、燃焼室を始め吸気系
や点火系等がリーン燃焼可能に構成されている。

【００１５】エンジン本体１は、特に、各気筒内に燃料
を直接噴射する筒内噴射エンジンしとて構成されてお
り、このため、各気筒には、その燃焼室２に噴射口を直
接臨ませるようにして、燃料供給手段としての燃料噴射
弁（インジェクタ）３が取り付けられている。また、本
実施形態では、このエンジン本体１が４気筒の直列エン
ジンとして構成されるが、気筒数はこれに限定されず、
エンジン形式についてもＶ型エンジンや水平対抗エンジ
ン等の種々のエンジンに適用できる。

【００１６】そして、燃焼室２に吸気弁４を介して連通
する吸気通路５は、各気筒毎に形成された吸気ポート５
Ａと、これらの各吸気ポート５Ａに結合された吸気マニ
ホールド５Ｂと、吸気マニホールド５Ｂの上流部に設け
られたサージタンク５Ｃと、吸気マニホールド５Ｂの上
流端に結合された吸気管５Ｄとから構成される。このよ
うな吸気通路５には、上流側から、エアクリーナ６，吸
入空気量Ａｆを検出するエアフローセンサ７、スロット
ルバルブ８，ＩＳＣ（アイドルスピードコントロール）
バルブ（図示略）が備えられている。また、エアクリー
ナ６のケース内には、吸気温度センサ９及び大気圧セン
サ１０が設けられている。

【００１７】エアフローセンサ７としては例えばカルマ
ン渦式エアフローセンサ等が用いられている。また、Ｉ
ＳＣバルブは、アイドリング回転数を制御するためのも
のであり、図示しないエアコンの作動等によるエンジン
負荷Ｌｅの変動に応じてバルブ開度を調節して吸入空気
量を変化させ、アイドリング運転を安定させる。また、
このＩＳＣバルブは、後述する空燃比補正制御時には開
弁側に作動し、空燃比補正実施に伴う出力低下を補うよ
うに作用する。

【００１８】また、燃焼室２に吸気弁１１を介して連通
する排気通路１２は、各気筒毎に形成された排気ポート
１２Ａと、これらの各排気ポート１２Ａに結合される排
気マニホールド１２Ｂと、排気マニホールド１２Ｂの上
流側に結合される排気管１２Ｃとから構成される。この
ような排気通路１２には、排気ガス浄化触媒（以下、触
媒という）１３が設置されている。

【００１９】触媒１３は、例えば車両の床下に設置され
た床下触媒として構成されており、リーンＮＯｘ触媒１
３Ａと三元触媒１３Ｂとの２つの触媒を備え、リーンＮ
Ｏｘ触媒１３Ａの方が三元触媒１３Ｂよりも上流側に配
設されている。リーンＮＯｘ触媒１３Ａは、ＮＯｘ吸収
剤が設けられており、空燃比のリーンな状態での運転
（リーン燃焼運転）の際のような酸化雰囲気においてＮ
Ｏｘ（窒素酸化物）を吸着させ、ＨＣ（炭化水素）の存
在する還元雰囲気では、ＮＯｘをＮ₂ （窒素）等に還元
させる機能を持つものである。

【００２０】このＮＯｘ触媒１３Ａとしては、例えば、
耐熱劣化性を有するＰｔとランタン，セリウム等のアル
カリ希土類からなる触媒が使用されている。一方、三元
触媒１３Ｂは、ＨＣ、ＣＯ（一酸化炭素）を酸化させる
とともに、ＮＯｘを還元する機能をもっており、この三
元触媒１３ＢによるＮＯｘの還元は、理論空燃比（１
４．７）付近において最大に促進されるようになってい
る。

【００２１】この触媒１３の上流側の燃焼室２に近い箇
所には空燃比センサ（触媒上流側酸素濃度検出手段）１
４が装備されている。この空燃比センサ１４としては、
例えばリニアＡ／Ｆセンサ（全域空燃比センサ）が用い
られており、燃焼室２から排出された排気の酸素濃度に
基づいて燃焼室２へ供給された混合気の空燃比を広い領
域で検出できるようになっている。

【００２２】また、エンジン本体１には、吸気ポート５
Ａから燃焼室２に供給された空気と燃焼室２内にインジ
ェクタ３から供給された燃料との混合気に着火するため
の点火プラグ１７が各気筒毎に配置されている。また、
１８はスロットルバルブ７の開度θTHを検出するスロッ
トル開度センサ（スロットルセンサ）、１９は冷却水温
ＴＷを検出する水温センサである。

【００２３】そして、このようなエンジンにおける空燃
比制御や、点火時期制御や、吸気量制御や、後述する排
気ガス浄化触媒１３に関する制御等を行なうために、Ｅ
ＣＵ（電子制御ユニット）２３が設置されている。この
ＥＣＵ２３のハードウエア構成は、図３に示すようにな
るが、このＥＣＵ２３はその主要部としてＣＰＵ２７を
そなえており、このＣＰＵ２７へは、上述の吸気温セン
サ９，大気圧センサ１０，空燃比センサ１４，スロット
ルセンサ１８，水温センサ１９からの検出信号の他に、
アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルポジション
センサ２４，バッテリの電圧を検出するバッテリセンサ
２５，車両の走行距離を車速パルスの積算値等によりカ
ウントする距離メータ２６からの各検出信号も入力イン
タフェイス２８およびアナログ／デジタルコンバータ３
０を介して入力されるようになっている。

【００２４】さらに、エアフローセンサ７，始動時を検
出するクランキングスイッチ〔あるいはイグニッション
スイッチ（キースイッチ）〕２０，カムシャフトと連動
するエンコーダからクランク角同期信号θCRを検出する
クランク角センサ２１，第１気筒（基準気筒）の上死点
を検出するＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）２２，アイ
ドルスイッチ３３，イグニッションスイッチ等からの検
出信号が入力インタフェイス２９を介して入力されよう
になっている。

【００２５】なお、エンジン回転速度（エンジン回転
数）Ｎｅは、クランク角センサ２１が検出するクランク
角同期信号θCRの発生時間間隔から演算されるため、ク
ランク角度を検出するクランク角センサ２１はエンジン
回転数を検出する回転数センサも兼ねている。また、こ
のクランク角センサ２１およびＴＤＣセンサ２２はそれ
ぞれディストリビュータに設けられている。

【００２６】さらに、ＣＰＵ２７は、バスラインを介し
て、プログラムデータや固定値データを記憶するＲＯＭ
３１，更新して順次書き替えられるＲＡＭ３２，フリー
ランニングカウンタ４８およびバッテリが接続されてい
る間はその記憶内容が保持されることによってバックア
ップされたバッテリバックアップＲＡＭ（図示せず）と
の間でデータの授受を行なうようになっている。

【００２７】なお、ＲＡＭ３２内データはイグニッショ
ンスイッチをオフすると消えてリセットされるようにな
っている。また、図３では、特に燃料噴射制御に関する
部分を中心に示しているが、ＣＰＵ２７で演算結果に基
づく燃料噴射制御信号は、各気筒毎の（ここでは、４つ
の）噴射ドライバ（燃料噴射弁駆動手段）３４に送ら
れ、噴射ドライバ３４が、インジェクタ３のソレノイド
（インジェクタソレノイド）３ａ（正確には、インジェ
クタソレノイド３ａ用のトランジスタ）へのバッテリか
らの電力供給をオンオフ制御しながらインジェクタ３を
開閉させるようになっている。

【００２８】今、燃料噴射制御（空燃比制御）に着目す
ると、ＣＰＵ２７で演算された燃料噴射用制御信号がド
ライバ３４を介して出力され、例えば４つのインジェク
タ３を順次駆動させてゆくようになっている。そして、
上述のような筒内噴射エンジンの特徴から、このエンジ
ンでは、燃料噴射の態様として、リーン燃焼による運転
（リーン運転）を実現するために圧縮行程後期で燃料噴
射を行なう後期噴射モードと、理論空燃比燃焼による運
転（理論空燃比運転又はストイキオ運転）を実現するた
めに吸気行程の初期又は前期には燃料噴射を終える前期
噴射モードとが設けられている。この理論空燃比運転時
には、供給すべき燃料量が多い場合には、排気行程の後
期又は終期から燃料噴射を始めて吸気行程の初期又は前
期にかけて燃料噴射を終える場合もある。

【００２９】ＣＰＵ２７の機能のうち本エンジンの排気
ガス浄化装置に関する部分について説明すると、図１に
示すように、ＣＰＵ２７には、余剰酸素量推定手段１０
１と、燃料量算出手段１０２と、加熱判定手段１０４
と、燃料噴射制御手段１０５と、触媒温度推定手段１０
６とがそなえられている。このうち、余剰酸素量推定手
段１０１は、燃焼室２内での燃焼後の排気系での余剰酸
素の量を推定するが、本実施形態の余剰酸素量推定手段
１０１は、空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）１４で
検出された空燃比ＡＦ（ｉ），エアフローセンサ７で検
出された吸入空気量等から、燃焼室２内での燃焼後の排
気系における余剰酸素β（ｉ）を算出するようになって
いる。なお、この余剰酸素β（ｉ）は、図６に示すよう
に、ストイキオ状態では０であり、ストイキオよりも空
燃比の大きいリーン状態では、燃焼室内での燃焼後の空
燃比に応じて増加する。

【００３０】燃料量算出手段１０２は、この余剰酸素量
推定手段１０１で推定された余剰酸素量β（ｉ）で完全
燃焼するだけの燃料量γ（ｉ）を算出する。

【００３１】加熱判定手段１０４は、リーンＮＯｘ触媒
１３Ａの状態が、復活制御期開始条件、即ち、イオウ分
等の浄化能力低下物質を除去すべき状態（即ち、リーン
ＮＯｘ触媒１３Ａを復活すべき状態、以下、復活モード
という）にある場合にリーンＮＯｘ触媒１３Ａを加熱す
べきであると判定するもので、加熱開始判定部１０４Ａ
と加熱完了判定部（完了判定手段）１０４Ｂとを有す
る。

【００３２】つまり、リーンＮＯｘ触媒１３Ａにそなえ
られるＮＯｘ吸収剤は、排気ガス中の硫酸塩等のイオウ
分を吸収していくために吸収できるＮＯｘ量が次第に低
下してしまう。そこで、加熱判定手段１０４の加熱開始
判定部１０４Ａとでは、このイオウ分のような浄化能力
低下物質がある程度溜まったことと、エンジンの作動状
態が、以下のように設定される復活モード領域にあるか
否かを判定する。

【００３３】イオウ分のような浄化能力低下物質が溜ま
ったか否かの判定は、ここでは単純に距離メータ２６で
検出された車両の走行距離Ｄに基づいて行なっている。
つまり、前回の復活モードが完了してからの走行距離Ｄ
がＲＡＭ３２内に記憶されており、この記憶された走行
距離Ｄ部が所定値Ｄ₁ 以上になったら、浄化能力低下物
質（イオウ分）がある程度溜まったと判定する。

【００３４】なお、所定値Ｄ₁ は例えば実験結果に応じ
て設定することができ、特に、イオウ分等の滞留量の予
測誤差を安全側に設定するために、所定値Ｄ₁ は実験結
果に応じたものよりも比較的小さな値を設定することが
考えられる。また、ＲＡＭ３２内に記憶された走行距離
Ｄは、図示しない車載のバッテリが取り外されると０に
リセットされてしまうので、バッテリセンサ２５からの
検出情報に基づいて、バッテリの取外しがあったときに
は、実際の走行距離Ｄの値に関係なくイオウ分等がある
程度溜まった場合と同様な処理を行なう。

【００３５】そして、もう一方での復活モードの開始条
件として、エンジンが安定した運転状態の領域にあるこ
とが設定されている。エンジンの運転状態が安定するの
は、エンジンが中負荷域から高負荷域（ただし、一定限
度以下の高負荷域）にある場合であって、エンジン回転
速度Ｎｅ、エンジン負荷Ｌｅの要素である体積効率ηｖ
および冷却水温ＴＷを判定の対象とでき、それぞれの値
が下記（１）〜（３）に示す不等式の範囲内となるか否
かが判別される。

【００３６】Ｎｅ１≦Ｎｅ≦Ｎｅ２・・・（１） ηｖ１≦ηｖ≦ηｖ２・・・（２）ＴＷ１≦ＴＷ・・・（３）なお、体積効率ηｖは、エアフローセンサ７により検出
された空気流量Ａｆとエンジン回転速度Ｎｅ等とから演
算され、大気圧センサ１０が検出する大気圧Ｐａ、吸気
温センサ９が検出する吸気温度Ｔａ等によって補正され
る。さらに、エンジン負荷Ｌｅは、スロットルセンサ１
８により検出されるスロットル開度θTH、上記体積効率
ηｖ等から演算することができる。

【００３７】また、Ｎｅ１、Ｎｅ２、ηｖ１、ηｖ２お
よびＴＷ１は閾値を示し、例えば、Ｎｅ１は１５００rp
m 、Ｎｅ２は５０００rpm 、ηｖ１は３０％、ηｖ２は
８０％であり、ＴＷ１は、例えば暖機運転が完了したと
みなせる５０℃に設定されている。このように、エンジ
ン１の運転状態が中負荷域から高負荷域となるような運
転状態をリフレッシュ運転実施の成立条件をするのは、
例えば、Ｎｅ１、ηｖ１よりも小さい低負荷域において
リフレッシュ運転を実施すると、エンジン本体１の出力
が安定せず、運転フィーリングが悪化する虞があるため
であり、また、Ｎｅ、ηｖの値がＮｅ２、ηｖ２よりも
大きい高負荷域においては、排気ガス温度が高温であ
り、これによりＮＯｘ触媒値１３ａがさらに加熱され、
焼損する虞があるためである。

【００３８】一方、加熱完了判定部（完了判定手段）１
０４Ｂでは、復活のための加熱制御の完了を判定する
が、この判定は、触媒温度推定手段１０６で推定された
触媒温度Ｔ（ｉ）に基づいて行なわれ、触媒温度Ｔ
（ｉ）が所定温度Ｔ₁ （第１設定値，この第１設定値Ｔ
₁ は例えば６５０°Ｃ程度）以上の状態の継続時間ｔ_C
が所定時間ｔ₁ （Ｔ₁ は例えば６００秒程度）以上にな
ったら加熱制御（復活制御）が完了したと判定する。

【００３９】また、触媒温度Ｔ（ｉ）が所定温度Ｔ
₂（第２設定値Ｔ₂、この第２設定値Ｔ ₂は第１設定値
Ｔ₁ よりも高く、例えば７５０°Ｃ程度）以上になった
ら、昇温し過ぎであり、この場合には、排気ガス中にＨ
Ｃ等が増加して排気ガス成分が悪化するので、このよう
な場合には過昇温を防止して排気ガス成分の悪化を回避
するために、加熱完了判定部（完了判定手段）１０４Ｂ
では、加熱制御（復活制御）を終了すべきであると判定
する。

【００４０】ここで、触媒温度推定手段１０６について
説明する。本装置では、触媒１３には触媒本体の温度を
直接検出する触媒温度センサは設けられておらず、これ
に代えて、ＥＣＵ（電子制御ユニット）２３内に、触媒
１３の温度状態を推定する触媒温度推定手段１０６が設
けられ、触媒本体の中心温度を推定により把握できるよ
うになっている。

【００４１】触媒温度推定手段１０６は、体積効率ηｖ
（ｉ），エンジン回転数Ｎｅ（ｉ）に基づいて、復活制
御開始前の触媒温度〔触媒１３の中心温度又は床下触媒
（ＵＣＣ）のベッド温度〕Ｔｕ（ｉ）を求めて、復活制
御開始後には、この復活制御開始前の触媒温度Ｔｕ
（ｉ）に対して排気行程噴射による燃焼によって生じた
昇温量ΔＴ（ｉ）を制御サイクル毎に加算していくよう
に構成されている。

【００４２】なお、復活制御開始前の触媒温度Ｔｕ
（ｉ）は、体積効率η（ｉ）及び回転数Ｎｅ（ｉ）に基
づいて、図５に示すようなマップを用いて求められる。
つまり、図５に示すように、体積効率η（ｉ）に基づい
て得られる単位回転数あたりの吸入空気量Ａ／Ｎとエン
ジン回転数Ｎｅとから触媒温度Ｔｕを求められるように
マップが設けられている。図示するように、触媒温度Ｔ
ｕを推定するマップは、吸入空気量Ａ／Ｎが増加するほ
ど又エンジン回転数Ｎｅが増加するほど触媒温度Ｔｕは
上昇するという特性に基づいて設定されている。

【００４３】また、昇温量ΔＴは次式により求めること
ができる。 ΔＴ＝〔｛ηc ・ｍa ・Ｈu ｝／｛14.7・ρg ・Ｆg ・Ｗg ・Ｃpg｝・ｋ２・・・（４）ただし、ηc は次式（５）で示される燃焼効率であり、
体積効率ηｖ(i) とエンジン回転数Ｎｅ(i) とに対応し
て求めることができ、ここでは、例えば図７に示すよう
なマップにより各行程サイクル毎に求められる体積効率
ηｖ(i) とエンジン回転数Ｎｅ(i) とに対応して各行程
サイクルにおける燃焼効率ηc (i) を求めるようになっ
ている。なお、図７に示すマップは、体積効率ηｖ(i)
が高くなるほど燃焼効率ηc は高まるが、エンジン回転
数Ｎｅ(i) が高くなるほど燃焼効率ηc は低下するとい
う特性に基づいている。 ηc (i) ＝実際の燃焼による発熱量／完全燃焼をしたときの発熱量・・・（５）また、ｍa は空気質量流量、Ｈu は燃料噴射量〔γ
(i）〕に対する低位発熱量（水が水蒸気に気化した分を
除いた発熱量）、14.7は理論空燃比、ρg は燃焼ガス密
度、Ｆg は燃焼ガス通路断面積、Ｗg は燃焼ガス速度、
Ｃpgは燃焼ガス比熱である。

【００４４】これらの各行程サイクルに変化しうる空気
質量流量ｍa ，低位発熱量Ｈu ，燃焼ガス密度ρg ，燃
焼ガス速度Ｗg ，燃焼ガス比熱Ｃpgは、いずれも各行程
サイクル毎の値として、それぞれ、ｍa(i)，Ｈu(i)，ρ
g(i)，Ｗg(i)，Ｃpg(i) と表すことができる。また、ｋ
₂ は排気行程噴射による排気ガス温度を補正する係数
（ただし、０＜ｋ₂ ≦１）である。

【００４５】燃料噴射制御手段１０５は、２つの機能、
即ち、触媒加熱用燃料噴射制御手段１０５Ａと通常燃料
噴射制御手段１０５Ｂとがあり、通常燃料噴射制御手段
１０５Ｂでは、燃焼室２での燃焼のための燃料噴射制御
（吸気行程〜圧縮行程にかけての噴射）を行なうが、触
媒加熱用燃料噴射制御手段１０５Ａでは、触媒復活用の
触媒加熱のための燃料噴射の制御を行なう。

【００４６】つまり、触媒加熱用燃料噴射制御手段１０
５Ａでは、加熱判定手段１０４で触媒復活用の触媒加熱
制御を行なうべき状態であると判定されたときに、燃料
量算出手段１０２で算出された量の燃料をリーンＮＯｘ
触媒１３Ａの上流側に供給するための制御を行なって、
加熱完了判定部１０４Ｂが加熱制御の完了を判定したら
これを終了する。このように、加熱制御時の燃料噴射
は、インジェクタ（燃料供給手段）３を用いて行なう
が、リーンＮＯｘ触媒１３Ａを加熱させるための燃料噴
射であり、燃焼室２での燃焼のために行なう燃料噴射と
は異なる。

【００４７】特に、燃焼室２での燃焼に影響しないよう
に、この触媒加熱のための燃料噴射は、図４に示すよう
に、各気筒の排気行程内（具体的には、膨張行程末期か
ら排気行程の間）の排気弁５の開放中に行なわれるよう
になっている。なお、図４中に示す吸気行程での噴射は
燃焼室２での燃焼のために行なう通常の燃料噴射であ
る。

【００４８】なお、ＥＣＵ２３の出力側には、上述のイ
ンジェクタ３の他に、点火ユニット等が接続されてお
り、各種センサ類からの検出情報に基づいて演算された
燃料噴射量や点火時期等の最適値が出力されるようにな
っている。本発明の第１実施形態としてのエンジンの排
気ガス浄化装置は、上述のように構成されるため、例え
は図８，図９に示すように動作する。

【００４９】図８に示すフローチャートは、ＥＣＵ２３
が実行する加熱制御の開始判定の手順を示し、エンジン
本体１の始動毎に実行されるものである。加熱制御は、
前述のようにリーンＮＯｘ触媒１３ａに付着するＮＯｘ
以外の付着物（浄化能力低下物質）、例えばイオウやそ
の化合物（即ち、イオウ分）等が所定量に達したと判定
されたら、ＮＯｘ触媒１３ａを高温状態に加熱する触媒
復活のための触媒加熱用運転を実施して、その浄化能力
低下物質をリーンＮＯｘ触媒１３ａから無害化しながら
放出するものである。

【００５０】まず、ステップＡ１０では、ＥＣＵ２３
は、浄化能力低下物質の付着量が車両の走行距離（加熱
制御完了後の走行距離）Ｄに略比例して増加することか
ら、距離メータ２５によって車両の走行距離Ｄを読み込
んで、浄化能力低下物質がＮＯｘ触媒１３ａに付着堆積
している量を推定する。次に、ステップＡ２０では、浄
化能力低下物質が所定量に達したか否かを、ステップＡ
１０で読み込んだ走行距離Ｄが所定値Ｄ１（例えば、１
０００km）以上であるか否かで判別する。この所定値Ｄ
１は、実験等により適宜値に設定され、浄化能力低下物
質の付着量が許容量を越えない範囲、例えば、浄化能力
低下物質の付着によって増加するＮＯｘ排出量が、法規
等の規制値を越えない範囲内の値に設定される。

【００５１】走行距離Ｄが所定値Ｄ１以上のときには、
浄化能力低下物質が所定量を越えたと判別でき、次にス
テップＡ４０に進む。一方、走行距離Ｄが所定値Ｄ１に
達していない場合には、次にステップＡ３０に進む。ス
テップＡ３０は、制御電源であるバッテリが、車両整備
の実施等のために一旦外され、再度接続された直後であ
るか否かを判別するステップである。この判別は、バッ
テリが外された際、記憶手段であるＥＣＵ２３に記憶さ
れた走行距離Ｄの記憶値が一旦ゼロ値にリセットされ、
走行距離Ｄと浄化能力低下物質の付着量との整合性がと
れず、ステップＡ１０での付着量の推定が不正確なもの
となることを防止すべく実施されるものである。

【００５２】このステップＡ３０でＮｏ（否定）と判定
されると、バッテリは接続されているが、ステップＡ２
０での走行距離Ｄの判別結果が未だ所定値Ｄ１に達して
いない状態と判定でき、この場合には何もせずに当該ル
ーチンを終了する。一方、バッテリ再接続直後の場合に
は、ステップＡ３０の判別結果がＹｅｓ（肯定）となる
ので、ステップＡ２０のＹｅｓ（肯定）の判別結果と同
様に、次にステップＡ４０に進む。なお、バッテリが外
されても、ＥＣＵ２３のバックアップ機能等により、走
行距離Ｄの値が確実に記憶されるような場合には、ステ
ップＡ３０の判別を実施しなくてもよい。

【００５３】ステップＡ４０では、エンジン本体１の運
転状態が、復活制御のための触媒加熱運転を実施しても
良い状態（復活制御領域）であるか否かを、運転状態検
出手段である各種センサ類からの信号値に基づいて判別
する。ここでは、エンジン回転速度Ｎｅ，エンジン負荷
Ｌｅの要素である体積効率ηｖおよび冷却水温ＴＷが判
定の対象となり、それぞれの値が前記（１）〜（３）に
示す不等式の範囲内となるか否かが判別される。

【００５４】そして、エンジン本体１の運転状態が復活
制御領域ならば、復活モード（復活制御モード）即ち触
媒加熱を実行し（ステップＡ５０）、そうでなければ、
復活モード即ち触媒加熱は実行せずに当該ルーチンを終
了する。復活モードを実行する場合には、図９に示すよ
うな処理を、機関の作動サイクルに合わせて周期的に行
なう。つまり、まず、初期設定を行なう（ステップＢ１
０）。この初期設定では、制御サイクル数ｉを０にセッ
トする。

【００５５】ついで、ステップＢ２０で、体積効率ηｖ
（ｉ），エンジン回転数Ｎｅ（ｉ）に基づいて、図５に
示すようなマップから復活制御開始前の触媒温度（触媒
１３の中心温度）Ｔｕ（ｉ）を求める。なお、復活モー
ドの開始時には、ｉ＝０なので、この時の体積効率ηｖ
（ｉ），エンジン回転数Ｎｅ（ｉ）及び触媒温度Ｔｕ
（ｉ）は、それぞれηｖ（０），エンジン回転数Ｎｅ
（０）及び触媒温度Ｔｕ（０）と表すことができる。ま
た、この後の制御サイクルでは、ｉの値は、１，２，３
・・・と増加していく。

【００５６】そして、ステップＢ３０で、ステップＢ２
０でマップから求めた触媒温度Ｔｕ（ｉ）が、後述する
ステップへ１４０又はＢ１５０で算出された判定用触媒
温度Ｔ（ｉ）よりも大きいか否かを判定し、マップから
求めた触媒温度Ｔｕ（ｉ）が判定用触媒温度Ｔ（ｉ）よ
りも大きい場合には、ステップＢ４０に進んで、触媒温
度Ｔｕ（ｉ）を判定用触媒温度Ｔ（ｉ）とする。

【００５７】なお、ステップＢ３０，Ｂ４０の処理は、
エンジンの加速時を考慮したもので、復活モードに入る
と、通常は、体積効率ηｖ（ｉ），エンジン回転数Ｎｅ
（ｉ）に基づいて得られる触媒温度Ｔｕ（ｉ）の値より
も、後述する昇温量ΔＴを積算した判定用触媒温度Ｔ
（ｉ）の方が大きくなるが、加速時等の過渡時には、エ
ンジン回転の急増による実際上の触媒温度の上昇に対し
て昇温量ΔＴの積算による判定用触媒温度Ｔ（ｉ）の増
加が追いつかず、むしろ図５に示すようなマップから得
られる触媒温度Ｔｕ（ｉ）の値の方が増加し、実際の触
媒温度に近いものが得やすくなる。そこで、このような
過渡時にも、触媒１３の温度の過剰な昇温を回避できる
ように、体積効率ηｖ（ｉ），エンジン回転数Ｎｅ
（ｉ）に基づきマップから求めた触媒温度Ｔｕ（ｉ）
と、昇温量ΔＴを積算した判定用触媒温度Ｔ（ｉ）との
うちの大きい方を判定用触媒温度Ｔ（ｉ）としているの
である。

【００５８】ステップＢ３０又はステップＢ４０に続い
ては、ステップＢ５０に進んで、判定用触媒温度Ｔ
（ｉ）が第２設定値（例えば７５０°Ｃ）以上か否かを
判定する。判定用触媒温度Ｔ（ｉ）が第２設定値以上な
らば、復活完了（復活モード終了）となるが、通常は、
復活モード開始時には、判定用触媒温度Ｔ（ｉ）は第２
設定値までは昇温していないので、ステップＢ６０へ進
む。

【００５９】ステップＢ６０では、空燃比センサにより
空燃比ＡＦ１（ｉ）を検出する。ついで、ステップＢ７
０に進んで、余剰酸素量推定手段１０１で、この検出し
た空燃比ＡＦ１（ｉ）やエアフローセンサ７で検出され
た吸入空気量等に基づいて、排気系での余剰酸素量β
（ｉ）を算出する。ついで、ステップＢ８０で、算出し
た余剰酸素量β（ｉ）に対して完全燃焼する燃料量γ
（ｉ）を公知の理論式から算出する。

【００６０】そして、このように算出された燃料量γ
（ｉ）に相当するような燃料噴射時間で、図４に示すよ
うに排気行程噴射を行なう（ステップＢ９０）。なお、
この排気行程噴射については、触媒の昇温を早めるため
に、算出された燃料量γ（ｉ）に係数ｋ₁（１≦ｋ₁≦
２）を乗算した噴射量ｋ₁γ（ｉ）により燃料噴射を行
なってもよい。

【００６１】これに続いて、ステップＢ１００〜Ｂ２０
０で、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの復活が完了したか否か
が判定される。つまり、ステップＢ１００で、燃料噴射
量γ（ｉ）又はｋ₁γ（ｉ）に対する低位発熱量Ｈｕ
（ｉ）を算出する。さらに、ステップＢ１１０で、体積
効率ηｖ(i) とエンジン回転数Ｎｅ(i) とに基づいて、
燃焼効率ηc (i) を図７に示すようなマップから読み取
る。そして、ステップＢ１２０に進み、燃焼効率ηc
(i) ，空気質量流量ｍa (i) ，低位発熱量Ｈu (i) ，燃
焼ガス密度ρg (i) ，燃焼ガス断面積Ｆg ，燃焼ガス速
度Ｗg(i) ，燃焼ガス比熱Ｃpg(i) ，補正係数ｋ₂ に基
づき、前述の式（４）により昇温量ΔＴを算出する。

【００６２】そして、ステップＢ１３０で、ｉが０か否
か、即ち、復活モードを開始した一回目の制御サイクル
であるか否かが判定される。ｉが０、即ち、復活モード
開始直後の制御サイクルならば、ステップＢ１４０へ進
み、ｉが０でない、即ち、復活モード開始してから２回
目以降の制御サイクルならば、ステップＢ１５０へ進
む。

【００６３】ステップＢ１４０では、ステップＢ２０で
得られた触媒温度Ｔｕ（ｉ）〔ただし、ここではｉ＝０
なので、触媒温度はＴｕ（０）となる〕に昇温量ΔＴを
加算して、判定用触媒温度Ｔ（ｉ＋１）を得る。ただ
し、ここではｉ＝０なので、判定用触媒温度はＴ（１）
となる。また、ステップＢ１５０では、前回の制御サイ
クルのステップＢ１４０又はステップＢ１５０又はステ
ップＢ４０で得られた判定用触媒温度Ｔ（ｉ）に昇温量
ΔＴを加算して、判定用触媒温度Ｔ（ｉ＋１）を得る。

【００６４】さらに、ステップＢ１６０で、今回推定し
た触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値（例えば６５０°Ｃ）
よりも大きいか否かを判定する。制御開始時には、通常
は触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値に達していないので、
ステップＢ１７０へ進んで、制御サイクル数ｉをインク
リメントして、次のサイクルの復活モードルーチンの実
行のために待機する。この場合には、次のサイクルでは
ステップＢ２０から処理を行なう。

【００６５】リーンＮＯｘ触媒１３Ａが昇温して、触媒
温度の推定値Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きくなる
と、はじめて大きくなった時点でタイマのカウントをス
タートして、以後、触媒温度推定値Ｔ（ｉ）が第１設定
値よりも大きい場合には、タイマのカウント値を積算し
て、触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きい状態の
継続時間ｔ₀ をカウントする（ステップＢ１８０）。そ
して、ステップＢ１９０で、継続時間ｔ₀ が所定時間
（例えば６００秒）よりも大きいか否かを判定する。

【００６６】触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大き
くなった直後はタイマカウントが進んでいないので、ス
テップＢ１９０で「Ｎｏ」と判定され、ステップＢ１７
０に進み、制御サイクル数ｉ，ｊをそれぞれインクリメ
ントして、次のサイクルの復活モードルーチンの実行
（ステップＢ２０から開始）のために待機する。一方、
触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値を越えた状態が所定時間
（例えば６００秒）よりも長くなると、復活完了（復活
モード終了）となる。この場合には、タイマ値ｔ₀ を０
リセットするとともに、復活制御完了後の走行距離Ｄを
０にリセットする。

【００６７】このようにして、触媒温度を検出する高温
センサをそなえなくても、触媒温度Ｔ（ｉ）を推定しな
がら、復活完了（復活モード終了）を判定でき、触媒の
復活を確実に行なえるとともに、無駄なく効率的に触媒
の復活のための排気行程噴射を行なうことができる。つ
まり、復活モードでは、リーンＮＯｘ触媒１３Ａに、燃
焼後の余剰酸素とこの余剰酸素で完全燃焼するだけの量
の燃料とが混合した、理論空燃比状態の混合気が供給さ
れることになり、供給された燃料の一部は、リーンＮＯ
ｘ触媒１３Ａに到達する過程で、供給された燃料の残り
は、リーンＮＯｘ触媒１３Ａに到達して触媒作用を受け
て燃焼する。

【００６８】したがって、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの昇
温が速やかに行なわれるようになり、リーンＮＯｘ触媒
１３ＡのＮＯｘ吸収剤に吸収されたイオウ分は、分解し
てＮＯｘ吸収剤から放出されて、リーンＮＯｘ触媒１３
Ａが復活する。また、この段階では、イオウ分は例えば
酸化イオウＳＯ₃ といった有害な状態だが、この時、リ
ーンＮＯｘ触媒１３Ａへ供給される混合気の空燃比が理
論空燃比状態とされるので、ＮＯｘ吸収剤から放出され
たイオウ分が排気ガス中の未燃のＨＣやＣＯによって直
ちに還元せしめられる。

【００６９】このため、例えば走行中にリーン運転中な
どの低負荷領域や低回転領域でもドライバに違和感を与
えないでリーンＮＯｘ触媒の復活制御を行なうことがで
きるという利点がある。また、排気行程噴射によると、
噴射燃料は燃焼室での燃焼にはほとんど供されることな
く未燃の状態で排気ガスとともに触媒にほぼ直接的に供
給されるため、少ない追加燃料で速やかに触媒の活性を
促進して、復活を完了することができる利点がある。

【００７０】さらに、排気行程噴射によると、復活制御
を行なっている場合であっても、通常の燃料噴射（即
ち、排気行程の末期から吸気行程での燃料噴射）の制御
については、追加燃料噴射を行なっている場合であって
も行なっていない場合であっても、同様に行なうことが
できる。また、復活モード時に通常のエンジン運転への
悪影響がないので、復活モード開始の基準となる所定値
Ｄ₁ を安全側に小さめに設定して、イオウ分等が過剰に
滞留することのないように小まめに復活制御を行なうこ
とができる。

【００７１】また、空燃比がストイキオ状態になるよう
に排気行程噴射の制御を行なうことができ、これによ
り、燃費の悪化を抑制しながら触媒の復活制御を行なう
ことができるという利点がある。さらに、触媒温度を検
出しながら復活完了を判定して、復活モード終了を終了
するので、触媒の復活を確実に行なえるとともに、無駄
なく効率的に触媒の復活のための排気行程噴射を行なう
ことができる。

【００７２】また、触媒温度が第２設定値Ｔ₂以上に過
昇温するのも防止され、触媒の過昇温による排気ガスの
悪化を回避することができる。さらに、装置に触媒加熱
用のヒータ等のハード構成を追加することなく触媒９の
昇温を行なえるので、コスト増を抑制しながら触媒復活
を実現できる。また、通常の燃焼のための燃料噴射とは
切り離して、排気行程噴射により復活制御即ち加熱制御
を行なうため、通常の燃焼に影響させずに、従って、ト
ルク変動を生じさせることなく、復活制御（加熱制御）
を行なうことができる。

【００７３】次に、図１０，図１１を参照して本発明の
第２実施形態としてのエンジンの排気ガス浄化装置につ
いて説明する。図１０は第１実施形態における図１に対
応しており、図１０中、図１と同様な符号は同様な部材
又は機能を示し、ここでは、図１（第１実施形態）と同
様な部分については説明を省略し、図１と異なる部分に
ついて説明する。

【００７４】図１０に示すように、本実施形態では、第
１実施形態のものに、酸素センサ（触媒下流側空燃比検
出手段）１５を追加し、さらに、ＣＰＵ２７内の機能と
して、燃料量算出手段１０２で算出する燃料量を補正す
る補正手段１０３を追加している。酸素センサ１５は、
触媒１３の下流側で且つ触媒１３に近い箇所に装備し、
触媒１３の下流側に排出された排気行程噴射後の排気ガ
スの空燃比ＡＦ２（ｉ）を検出する。この酸素センサ１
５としても、例えばリニアＡ／Ｆセンサ（全域空燃比セ
ンサ）を用いることができ、これにより、燃焼室２から
排出された排気の酸素濃度に基づいて燃焼室２へ供給さ
れた混合気の空燃比を広い領域で検出できる。

【００７５】補正手段１０３は、リーンＮＯｘ触媒１３
Ａの下流側が理論空燃比に応じた酸素量となるように、
燃料量算出手段１０２で算出された燃料量γ（ｉ）を補
正する。つまり、補正手段１０３では、リーンＮＯｘ触
媒１３Ａの下流側に配設された酸素センサ（触媒下流側
空燃比検出手段）１５からの検出情報、即ち、リーンＮ
Ｏｘ触媒１３Ａから排出された排気ガス中の酸素濃度が
理論空燃比よりもリッチ側であるかリーン側であるかの
情報に基づいて、燃料量γ（ｉ）を加減補正する。例え
ば、リーンＮＯｘ触媒１３Ａから排出された排気ガスが
リッチ側なら燃料量γ（ｉ）を一定量だけ減少させ、リ
ーンＮＯｘ触媒１３Ａから排出された排気ガスがリーン
側なら燃料量γ（ｉ）を一定量だけ増加させる。

【００７６】このほか、触媒１３の温度状態を推定する
触媒温度推定手段１０６をそなえるなど、第１実施形態
と同様な部材や機能をそなえる。本発明の第２実施形態
としてのエンジンの排気ガス浄化装置は、このように構
成されるので、第１実施形態と同様に、図８に示すよう
な手順でＥＣＵ２３が加熱制御の開始を判定して、復活
モードを実行する場合には、例えば図１１に示すような
処理を、機関の作動サイクルに合わせて周期的に行な
う。なお、図１１において、図９と同符号のステップは
同様な処理内容であるが、ここでは、図１１に基づい
て、これらについても再び説明する。

【００７７】まず、初期設定を行なう（ステップＢ１
２）。この初期設定では、制御サイクル数ｉ，ｊをいず
れも０にセットするとともに、リーンＮＯｘ触媒１３ａ
の下流側の空燃比ＡＦ２（０）を０（理論空燃比）にセ
ットする。ついで、ステップＢ２０で、体積効率ηｖ
（ｉ），エンジン回転数Ｎｅ（ｉ）に基づいて、図５に
示すようなマップから復活制御開始前の触媒温度（触媒
１３の中心温度）Ｔｕ（ｉ）を求める。

【００７８】なお、復活モードの開始時には、ｉ＝０な
ので、この時の体積効率ηｖ（ｉ），エンジン回転数Ｎ
ｅ（ｉ）及び触媒温度Ｔｕ（ｉ）は、それぞれηｖ
（０），エンジン回転数Ｎｅ（０）及び触媒温度Ｔｕ
（０）と表すことができる。また、この後の制御サイク
ルでは、ｉの値は、１，２，３・・・と増加していく。
そして、ステップＢ３０で、ステップＢ２０でマップか
ら求めた触媒温度Ｔｕ（ｉ）が、後述するステップへ１
４０又はＢ１５０で算出された判定用触媒温度Ｔ（ｉ）
よりも大きいか否かを判定し、マップから求めた触媒温
度Ｔｕ（ｉ）が判定用触媒温度Ｔ（ｉ）よりも大きい場
合には、ステップＢ４０に進んで、触媒温度Ｔｕ（ｉ）
を判定用触媒温度Ｔ（ｉ）とする。

【００７９】なお、ステップＢ３０，Ｂ４０の処理は、
エンジンの加速時を考慮したもので、復活モードに入る
と、通常は、体積効率ηｖ（ｉ），エンジン回転数Ｎｅ
（ｉ）に基づいて得られる触媒温度Ｔｕ（ｉ）の値より
も、後述する昇温量ΔＴを積算した判定用触媒温度Ｔ
（ｉ）の方が大きくなるが、加速時等の過渡時には、エ
ンジン回転の急増による実際上の触媒温度の上昇に対し
て昇温量ΔＴの積算による判定用触媒温度Ｔ（ｉ）の増
加が追いつかず、むしろ図５に示すようなマップから得
られる触媒温度Ｔｕ（ｉ）の値の方が増加し、実際の触
媒温度に近いものが得やすくなる。そこで、このような
過渡時にも、触媒１３の温度の過剰な昇温を回避できる
ように、体積効率ηｖ（ｉ），エンジン回転数Ｎｅ
（ｉ）に基づきマップから求めた触媒温度Ｔｕ（ｉ）
と、昇温量ΔＴを積算した判定用触媒温度Ｔ（ｉ）との
うちの大きい方を判定用触媒温度Ｔ（ｉ）としているの
である。

【００８０】ステップＢ３０又はステップＢ４０に続い
ては、ステップＢ５０に進んで、判定用触媒温度Ｔ
（ｉ）が第２設定値（例えば７５０°Ｃ）以上か否かを
判定する。判定用触媒温度Ｔ（ｉ）が第２設定値以上な
らば、復活完了（復活モード終了）となるが、通常は、
復活モード開始時には、判定用触媒温度Ｔ（ｉ）は第２
設定値までは昇温していないので、ステップＢ６０へ進
む。

【００８１】ステップＢ６０では、空燃比センサによっ
て空燃比ＡＦ１（ｉ）を検出する。ついで、ステップＢ
７０に進んで、余剰酸素量推定手段１０１で、この検出
した空燃比ＡＦ１（ｉ）やエアフローセンサ７で検出さ
れた吸入空気量等に基づいて、排気系での余剰酸素量β
（ｉ）を算出する。ついで、ステップＢ８２で、算出し
た余剰酸素量β（ｉ）に対して完全燃焼する燃料量γ
（ｉ）を公知の理論式から算出して、この燃料量γ
（ｉ）に補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ−１））を加算して補
正する。

【００８２】そして、このように算出された燃料噴射量
〔γ(i) ＋γ（ＡＦ２（ｉ−１）〕に相当するような燃
料噴射時間で、図４に示すように排気行程噴射を行なう
（ステップＢ９２）。これに続いて、ステップＢ１０１
で、燃料噴射量〔γ(i) ＋γ（ＡＦ２（ｉ−１）〕に対
する低位発熱量Ｈｕ（ｉ）を算出する。

【００８３】ついで、ステップＢ１０２に進み、触媒下
流側空燃比検出手段１５により触媒１３の下流側で検出
された排気行程噴射後の排気ガスの空燃比ＡＦ２（ｉ）
を検出する。さらに、ステップＢ１０３で、空燃比ＡＦ
２（ｉ）が、理論空燃比と等しいか、理論空燃比よりも
リッチか又はリーンかを判定する。空燃比ＡＦ２（ｉ）
が理論空燃比と等しければ、ステップＢ１０４に進んで
補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））は０に設定して補正を行な
わず、空燃比ＡＦ２（ｉ）が理論空燃比よりもリッチか
又はリーンであれば、ステップＢ１０５，Ｂ１０６に進
んで補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））を設定する。即ち、リ
ッチの場合には、ステップＣ１２０で補正値Δγ（ＡＦ
２（ｉ））として−Δγ（ｊ）を設定し、リーンの場合
には、ステップＣ１３０で補正値Δγ（ＡＦ２（ｉ））
としてΔγ（ｊ）を設定する。なお、補正量Δγ（ｊ）
は触媒下流側の空燃比ＡＦ２（ｉ）に応じて設定され
る。

【００８４】このようにして、補正値Δγ（ＡＦ２
（ｉ））を設定したら、ステップＢ１１０〜Ｂ２００
で、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの復活が完了したか否かが
判定される。つまり、ステップＢ１１０で、体積効率η
ｖ(i) とエンジン回転数Ｎｅ(i) とに基づいて、燃焼効
率ηc (i) を図７に示すようなマップから読み取る。そ
して、ステップＢ１２０に進み、燃焼効率ηc (i) ，空
気質量流量ｍa (i) ，低位発熱量Ｈu (i) ，燃焼ガス密
度ρg (i) ，燃焼ガス断面積Ｆg ，燃焼ガス速度Ｗg(i)
，燃焼ガス比熱Ｃpg(i) ，補正係数ｋ₂ に基づき、前
述の式（４）により昇温量ΔＴを算出する。

【００８５】そして、ステップＢ１３０で、ｉが０か否
か、即ち、復活モードを開始した一回目の制御サイクル
であるか否かが判定される。ｉが０、即ち、復活モード
開始直後の制御サイクルならば、ステップＢ１４０へ進
み、ｉが０でない、即ち、復活モード開始してから２回
目以降の制御サイクルならば、ステップＢ１５０へ進
む。

【００８６】ステップＢ１４０では、ステップＢ２０で
得られた触媒温度Ｔｕ（ｉ）〔ただし、ここではｉ＝０
なので、触媒温度はＴｕ（０）となる〕に昇温量ΔＴを
加算して、判定用触媒温度Ｔ（ｉ＋１）を得る。ただ
し、ここではｉ＝０なので、判定用触媒温度はＴ（１）
となる。また、ステップＢ１５０では、前回の制御サイ
クルのステップＢ１４０又はステップＢ１５０又はステ
ップＢ４０で得られた判定用触媒温度Ｔ（ｉ）に昇温量
ΔＴを加算して、判定用触媒温度Ｔ（ｉ＋１）を得る。

【００８７】さらに、ステップＢ１６０で、今回推定し
た触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値（例えば６５０°Ｃ）
よりも大きいか否かを判定する。制御開始時には、通常
は触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値に達していないので、
ステップＢ１７０へ進んで、制御サイクル数ｉをインク
リメントして、次のサイクルの復活モードルーチンの実
行のために待機する。この場合には、次のサイクルでは
ステップＢ２０から処理を行なう。

【００８８】リーンＮＯｘ触媒１３Ａが昇温して、触媒
温度の推定値Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きくなる
と、はじめて大きくなった時点でタイマのカウントをス
タートして、以後、触媒温度推定値Ｔ（ｉ）が第１設定
値よりも大きい場合には、タイマのカウント値を積算し
て、触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大きい状態の
継続時間ｔ₀ をカウントする（ステップＢ１８０）。そ
して、ステップＢ１９０で、継続時間ｔ₀ が所定時間
（例えば６００秒）よりも大きいか否かを判定する。

【００８９】触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値よりも大き
くなった直後はタイマカウントが進んでいないので、ス
テップＢ１９０で「Ｎｏ」と判定され、ステップＢ１７
０に進み、制御サイクル数ｉ，ｊをそれぞれインクリメ
ントして、次のサイクルの復活モードルーチンの実行
（ステップＢ２０から開始）のために待機する。一方、
触媒温度Ｔ（ｉ）が第１設定値を越えた状態が所定時間
（例えば６００秒）よりも長くなると、復活完了（復活
モード終了）となる。この場合には、タイマ値ｔ₀ を０
リセットするとともに、復活制御完了後の走行距離Ｄを
０にリセットする。

【００９０】このようにして、触媒温度を検出する高温
センサをそなえなくても、触媒温度Ｔ（ｉ）を推定しな
がら、復活完了（復活モード終了）を判定でき、触媒の
復活を確実に行なえるとともに、無駄なく効率的に触媒
の復活のための排気行程噴射を行なうことができ、第１
実施形態と同様な効果や利点を得ることができる上に、
以下のような効果や利点もある。

【００９１】つまり、空燃比センサ１４により検出され
たリーンＮＯｘ触媒１３Ａの上流側の空燃比状態のみに
応じて燃料噴射量を設定した場合には、余剰酸素量の算
出（又は推定）誤差や供給燃料量の誤差等によって、実
際にリーンＮＯｘ触媒に供給される混合気は、理論空燃
比ではない場合もあり、さらに、触媒１３Ａに吸収され
ていたイオウ分などの燃焼（酸化）等によって、実際に
リーンＮＯｘ触媒に理論空燃比の混合気を供給しても、
リーンＮＯｘ触媒から排出される排気ガスは、理論空燃
比に応じた酸素量とならないことがある。

【００９２】ところが、本排気ガス浄化装置では、燃料
噴射量が、リーンＮＯｘ触媒１３Ａの下流側の空燃比状
態に応じて補正されるので、リーンＮＯｘ触媒１３Ａに
供給される混合気は理論空燃比状態により近づけられる
ことになり、イオウ分の無害化排出を効率よくしかも確
実に行なえる利点がある。また、通常の燃焼のための燃
料噴射とは切り離して、排気行程噴射により復活制御即
ち加熱制御を行なうため、通常の燃焼に影響させずに、
従って、トルク変動を生じさせることなく、復活制御
（加熱制御）を行なうことができる。

【００９３】なお、第１，第２実施形態における触媒上
流側酸素検出手段１４として、空燃比センサ（リニヤＡ
／Ｆセンサ）に代えて、他の酸素検出手段を用いたり、
又は、機関の運転状態を用いたりすることも考えられ
る。この場合の機関の運転状態とは、リーン燃焼運転モ
ードなのか理論空燃比燃焼運転モードなのか等の機関の
運転モードやこれに機関の負荷や回転数等を加味したも
のが考えられ、これらを検出する手段（運転状態検出手
段）は一般に自動車用エンジン等では既存のものである
ので、特別なセンサを設けることなく低コストで触媒復
活のための燃料供給制御を行なうことができる利点があ
る。

【００９４】また、第２実施形態における触媒下流側空
燃比検出手段１５として、空燃比センサ（リニヤＡ／Ｆ
センサ）に代えて、例えば酸素センサ（Ｏ₂ センサ）を
用いることも考えられる。この場合、触媒１３の下流側
の排気行程噴射後の排気ガスの空燃比ＡＦ２（ｉ）につ
いて、理論空燃比よりもリッチか又はリーンかのみを判
定することができ、が、空燃比自体を検出することはで
きないので、補正量Δγ（ｊ）としては予め設定された
固定値（例えばΔγ₁ ）を設定することが考えられる。

【００９５】なお、上述の各実施形態では、触媒復活の
ために触媒を加熱しているが、触媒復活のためのみなら
ず、例えば、触媒の温度を触媒反応に適するような温度
領域に保持するためなどに触媒加熱を行なうこともでき
る。また、本装置は、排気系に燃料噴射弁をそなえ排気
系の余剰酸素量に応じてこの燃料噴射弁からの燃料噴射
量を制御してリーンＮＯｘ触媒の加熱を行なうシステム
としてもよい。また、各実施形態のような筒内噴射エン
ジン等のエンジンの種類に限定されるものではなく、種
々のエンジンに適用しうるものである。

【００９６】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明のエンジンの排気ガス浄化装置によれば、燃焼室か
ら排気ガスを排出する排気通路と、該排気通路に設置さ
れてリーン燃焼運転時の酸素過剰雰囲気で排気ガス中の
窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化又は吸収するリーンＮＯｘ
触媒と、該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定す
る余剰酸素量推定手段と、該余剰酸素量推定手段で推定
された量の余剰酸素で完全燃焼するだけの燃料量を算出
する燃料量算出手段と、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべ
き状態であるか否かを判定する加熱判定手段と、該加熱
判定手段で加熱すべき状態であると判定されたときに、
該燃料量算出手段で算出された量の燃料を該触媒の上流
側に供給して燃焼せしめる燃料供給手段と、該燃料供給
手段により供給された該燃料量算出手段で算出された燃
料量による燃焼熱に基づいて該触媒の温度状態を推定す
る触媒温度推定手段と、該触媒温度推定手段による推定
された触媒温度が所定温度以上の状態の積算時間が予め
設定された時間を越えたら触媒の加熱が完了したとして
該燃料供給手段による燃料の供給を停止する完了判定手
段とが設けられるという構成により、リーンＮＯｘ触媒
の加熱を確実に行なえ、これにより、短時間でリーンＮ
Ｏｘ触媒を所要の温度状態に昇温させることができて、
リーンＮＯｘ触媒の性能を十分に発揮させることができ
る。特に、ＮＯｘ吸着型触媒においては、触媒温度を検
出する高温センサをそなえなくても、リーンＮＯｘ触媒
に吸着されたイオウ分等の浄化能力低下物質をリーンＮ
Ｏｘ触媒から放出させて且つ還元された上で排気ガスと
ともに排気通路から排出できるようになる。

【００９７】請求項２記載の本発明のエンジンの排気ガ
ス浄化装置によれば、請求項１記載の装置において、該
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられ、
該燃料供給手段が、該燃料噴射弁と、該燃料量算出手段
で算出された量の燃料が該エンジンの排気行程中に供給
されるように該燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段
とから構成されることにより、リーンＮＯｘ触媒を復活
させるための燃料供給を行なっても、通常の燃焼室での
燃焼に影響しないため、エンジンのトルク変動を招くこ
となくリーンＮＯｘ触媒を復活させることができる。し
たがって、エンジンの低負荷領域や低回転領域でもリー
ンＮＯｘ触媒を復活させることができる。さらに、触媒
復活を行なわない場合と同様に、通常の燃料噴射の制御
を実行することができる。

【００９８】請求項３記載の本発明のエンジンの排気ガ
ス浄化装置によれば、請求項１又は２記載の装置におい
て、該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも上流側に配
設され排気ガス中の酸素濃度を検出しうる触媒上流側酸
素濃度検出手段をそなえ、該余剰酸素量推定手段が、該
触媒上流側酸素濃度検出手段の検出結果に基づいて該燃
焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定するように構成
されることにより、燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量
を確実に推定できて、リーンＮＯｘ触媒の加熱を効率よ
く行なうことができる。

【００９９】請求項４記載の本発明のエンジンの排気ガ
ス浄化装置によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の
装置において、該エンジンの運転状態を検出する運転状
態検出手段が設けられ、該余剰酸素量推定手段が、該運
転状態検出手段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃
焼後の余剰酸素の量を推定するように構成されることに
より、既存の検出手段を利用しながら低コストで触媒加
熱及び加熱による復活のための燃料供給制御を行なうこ
とができる。

【０１００】請求項５記載の本発明のエンジンの排気ガ
ス浄化装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の装置に
おいて、該リーンＮＯｘ触媒の下流側に三元触媒又は酸
化触媒が設けられ、該触媒下流側空燃比検出手段が、該
リーンＮＯｘ触媒の下流側で且つ該酸化触媒の上流側に
配設されているとともに、該触媒下流側空燃比検出手段
の出力により該リーンＮＯｘ触媒へ流入する混合気の空
燃比が理論空燃比近傍になるように該燃料供給手段を制
御する制御手段をそなえることにより、燃料を効率よく
利用しながらリーンＮＯｘ触媒の加熱及び加熱による復
活を確実に行なえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態としてのエンジンの排気
ガス浄化装置の要部構成を模式的に示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の第１実施形態としてのエンジンの排気
ガス浄化装置におけるエンジンシステムの全体構成図で
ある。

【図３】本発明の第１実施形態としてのエンジンの排気
ガス浄化装置におけるエンジンの制御ブロック図であ
る。

【図４】本発明の第１実施形態としてのエンジンの排気
ガス浄化装置における燃料噴射特性を示す図である。

【図５】本発明の第１実施形態としてのエンジンの排気
ガス浄化装置における触媒温度推定マップを示す図であ
る。

【図６】本発明の第１実施形態としてのエンジンの排気
ガス浄化装置の排気系における余剰酸素量の特性を示す
図である。

【図７】本発明の第１実施形態としてのエンジンの排気
ガス浄化装置における燃焼効率検出マップを示す図であ
る。

【図８】本発明の第１実施形態としてのエンジンの排気
ガス浄化装置の動作を説明するフローチャートである。

【図９】本発明の第１実施形態としてのエンジンの排気
ガス浄化装置の動作を説明するフローチャートである。

【図１０】本発明の第２実施形態としてのエンジンの排
気ガス浄化装置の要部構成を模式的に示すブロック図で
ある。

【図１１】本発明の第２実施形態としてのエンジンの排
気ガス浄化装置の動作を説明するフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１エンジン本体２燃焼室３燃料供給手段としての燃料噴射弁（インジェクタ）３ａインジェクタソレノイド４吸気弁５吸気通路５Ａ吸気ポート５Ｂ吸気マニホールド５Ｃサージタンク５Ｄ吸気管６エアクリーナ７エアフローセンサ８スロットルバルブ９吸気温度センサ１０大気圧センサ１１吸気弁１２排気通路１２Ａ排気ポート１２Ｂ排気マニホールド１２Ｃ排気管１３排気ガス浄化触媒１３ＡリーンＮＯｘ触媒１３Ｂ三元触媒１３Ｃ酸素触媒１４空燃比センサ（触媒上流側酸素検出手段）１５酸素センサ（触媒下流側空燃比検出手段）１６触媒温度センサ１７点火プラグ１８スロットル開度センサ（スロットルセンサ）１９水温センサ２０クランキングスイッチ〔イグニッションスイッチ
（キースイッチ）〕２１クランク角センサ（エンジン回転数センサ）２２ＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）２３ＥＣＵ（電子制御ユニット）２４アクセルポジションセンサ２５バッテリセンサ２６距離メータ２７ＣＰＵ２８，２９入力インタフェイス３０アナログ／デジタルコンバータ３１ＲＯＭ３２ＲＡＭ３３アイドルスイッチ３４噴射ドライバ４８フリーランニングカウンタ３４噴射ドライバ（燃料噴射弁駆動手段）１０１余剰酸素量推定手段１０２燃料量算出手段１０３補正手段１０４加熱判定手段１０４Ａ加熱開始判定部１０４Ｂ加熱完了判定部１０５燃料噴射制御手段１０５Ａ触媒加熱用燃料噴射制御手段１０５Ｂ通常燃料噴射制御手段１０６触媒温度推定手段

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０１Ｎ 3/36 Ｆ０１Ｎ 3/36 ＢＦ０２Ｄ 41/34 Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｈ 45/00 ３６０ 45/00 ３６０Ｃ３６８３６８Ｇ (56)参考文献特開平９−32619（ＪＰ，Ａ) 特開平８−200045（ＪＰ，Ａ) 特開平８−100638（ＪＰ，Ａ) 特開平８−177589（ＪＰ，Ａ) 特開平６−66129（ＪＰ，Ａ) 特開平４−50441（ＪＰ，Ａ) 特開平４−183922（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/38 F01N 9/00 - 11/00 F02D 41/00 - 41/40 F02D 43/00 - 45/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室から排気ガスを排出する排気通路
と、該排気通路に設置されてリーン燃焼運転時の酸素過剰雰
囲気で排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化又は吸
収するリーンＮＯｘ触媒と、該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推定する余剰酸
素量推定手段と、該余剰酸素量推定手段で推定された量の余剰酸素で完全
燃焼するだけの燃料量を算出する燃料量算出手段と、該リーンＮＯｘ触媒を加熱すべき状態であるか否かを判
定する加熱判定手段と、該加熱判定手段で加熱すべき状態であると判定されたと
きに、該燃料量算出手段で算出された量の燃料を該触媒
の上流側に供給して燃焼せしめる燃料供給手段と、該燃料供給手段により供給された該燃料量算出手段で算
出された燃料量による燃焼熱に基づいて該触媒の温度状
態を推定する触媒温度推定手段と、該触媒温度推定手段による推定された触媒温度が所定温
度以上の状態の積算時間が予め設定された時間を越えた
ら触媒の加熱が完了したとして該燃料供給手段による燃
料の供給を停止する完了判定手段とが設けられているこ
とを特徴とする、エンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２】該燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴
射弁が設けられ、該燃料供給手段が、該燃料噴射弁と、該燃料量算出手段
で算出された量の燃料が該エンジンの排気行程中に供給
されるように該燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段
とから構成されていることを特徴とする、請求項１記載
のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３】該排気通路の該リーンＮＯｘ触媒よりも
上流側に配設され排気ガス中の酸素濃度を検出しうる触
媒上流側酸素濃度検出手段をそなえ、該余剰酸素量推定手段が、該触媒上流側酸素濃度検出手
段の検出結果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸
素の量を推定するように構成されていることを特徴とす
る、請求項１又は２記載のエンジンの排気ガス浄化装
置。
【請求項４】該エンジンの運転状態を検出する運転状
態検出手段が設けられ、該余剰酸素量推定手段が、該運転状態検出手段の検出結
果に基づいて該燃焼室内での燃焼後の余剰酸素の量を推
定するように構成されていることを特徴とする、請求項
１〜３のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装
置。
【請求項５】該リーンＮＯｘ触媒の下流側に三元触媒
又は酸化触媒が設けられ、該触媒下流側空燃比検出手段
が、該リーンＮＯｘ触媒の下流側で且つ該酸化触媒の上
流側に配設されているとともに、該触媒下流側空燃比検
出手段の出力により該リーンＮＯｘ触媒へ流入する混合
気の空燃比が理論空燃比近傍になるように該燃料供給手
段を制御する制御手段をそなえていることを特徴とす
る、請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの排気ガ
ス浄化装置。