JP3156469B2 - 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、詳細にはリーン空燃比の燃焼を行う内燃機関
の排気中に含まれる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】この種の内燃機関の排気浄化装置として
は、本願出願人が国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ９３１００
７７８号で提案したものがある。上記にて提案した排気
浄化装置では、流入する排気の空燃比がリーンのときに
排気中のＮＯ_X を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が
低下したときに吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X 吸収剤
を内燃機関の排気通路に配置し、通常は内燃機関をリー
ン空燃比で運転し、上記ＮＯ_X 吸収剤に排気中のＮＯ_X
を吸収させる。また、リーン空燃比運転が続き、ＮＯ_X
吸収剤が吸収したＮＯ_X 量が所定量を越えた場合には、
内燃機関の運転空燃比をリーン空燃比からリッチ又は理
論空燃比に切り換えて排気中の酸素濃度を低下させ、Ｎ
Ｏ_X 吸収剤から吸収したＮＯ_X を放出させるとともに、
この放出されたＮＯ_X を排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ等の成
分により還元浄化するようにしている。

【０００３】また、上記装置では、ＮＯ_X 吸収剤が吸収
したＮＯ_X 吸収量を推定するためにＮＯ_X 吸収剤のＮＯ
_X 吸収量を表すＮＯ_X 吸収量カウンタを設け、機関がリ
ーン空燃比で運転されているときには、一定時間毎に上
記ＮＯ_X 吸収量カウンタに機関負荷と回転数等の機関運
転状態に応じて決定される所定の加算量を加算し、機関
がリッチまたは理論空燃比で運転されているときには、
一定時間毎に所定の減算量を上記ＮＯ_X 吸収量カウンタ
から減算している。

【０００４】すなわち、機関運転中には機関から負荷、
回転数等の運転条件に応じた量のＮＯ_X が発生するが、
機関がリーン空燃比で運転されている場合（すなわち、
ＮＯ _X 吸収剤に流入する排気の空燃比がリーンである場
合）には、発生したＮＯ_X 量のうち一定の割合がＮＯ_X
吸収剤に吸収されるため、ＮＯ_X 吸収剤中に吸収された
ＮＯ_X の量は機関のＮＯ_X 発生量に応じて増大する。ま
た、機関がリッチまたは理論空燃比で運転されている場
合には、ＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X が放出されるため、Ｎ
Ｏ_X 吸収剤中に吸収されたＮＯ_X の量は減少する。この
ため、上記装置のように、機関運転空燃比がリーン空燃
比のときに所定量ずつ加算され、機関運転空燃比がリッ
チまたは理論空燃比のときに所定量ずつ減算されるＮＯ
_X 吸収量カウンタを設けることによりＮＯ_X 吸収剤のＮ
Ｏ_X 吸収量を推定することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記のよう
に、機関が現在リーン空燃比で運転されているかリッチ
または理論空燃比で運転されているかだけに基づいてＮ
Ｏ_X 吸収量カウンタの加算及び減算を行うと機関の運転
状態によっては、ＮＯ_X 吸収量カウンタの値とＮＯ _X 吸
収剤の実際のＮＯ_X 吸収量との間に大きな誤差が生じる
場合がある。以下、この問題を図８を用いて説明する。

【０００６】図８は、機関の運転空燃比と機関の発生す
るＮＯ_X 量との関係を示す図である。図８に示すよう
に、機関の発生するＮＯ_X 量は空燃比１８近傍で最大に
なり、この空燃比領域から空燃比がリッチ側に移行して
もリーン側に移行しても発生するＮＯ_X 量は減少する。
機関のリーン空燃比運転を行う場合には通常、このＮＯ
_X 発生量が最大になる空燃比領域を避けて、図８にＬで
示した、ＮＯ_X 発生量が少ないリーン空燃比領域（例え
ば、空燃比２０以上の範囲）で運転を行う。また、運転
状態の変化等により機関の運転空燃比を上記リーン空燃
比から理論空燃比以下の空燃比領域（図８にＲで示す領
域）に切り換える必要が生じた場合には、機関への燃料
供給量を中間段階を経ずにステップ状に増大させ、機関
運転空燃比が上記ＮＯ_X 発生量が増加する空燃比領域を
通過しないようにしている。また、理論空燃比以下の空
燃比領域での運転からリーン空燃比領域の運転に復帰す
る場合も、同様に機関への燃料供給量をステップ状に減
少させ、上記ＮＯ_X 発生量が増大する空燃比領域で機関
が運転されることを防止している。

【０００７】このため、理論的には機関は図８にＬ又は
Ｒで示した空燃比領域のみで運転され、空燃比切換時に
も中間の空燃比領域での運転は生じないはずである。上
記国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ９３１００７７８号で提案
した装置では、この前提に基づいて、機関がリーン空燃
比運転に切り換えられたときには図８にＬで示す空燃比
領域に対応するＮＯ_X 発生量に対応する量だけＮＯ_X 吸
収量カウンタを増加し、機関がリッチまたは理論空燃比
運転に切り換えられたときには、常にＮＯ_X 吸収量カウ
ンタを減少させている。

【０００８】ところが、現実には上記のように機関への
燃料供給量をステップ状に切り換えた場合でも、機関運
転空燃比はそれに応じてステップ状には切り換わらず、
中間の空燃比を経て徐々に変化することが判明してい
る。機関空燃比が燃料供給量とともにステップ上に切り
換わらない理由は明らかでない点もあるが、以下に述べ
るように、壁面付着燃料の量の変化が遅れるためと考え
られる。

【０００９】例えば、機関各気筒の吸気ポートに燃料を
噴射する燃料噴射弁を備えた機関を例にとって説明する
と、燃料噴射弁から吸気ポートに噴射された燃料は、そ
の全部が吸気とともに直ちに機関燃焼室に流入するので
はなく、噴射燃料の一部は吸気ポート壁面に一旦付着し
た後壁面をつたって燃焼室内に流入する。この、壁面を
つたって燃焼室内に流入する燃料の量は壁面付着してい
る燃料の量が多い程大きくなる。また、吸気ポート壁面
に付着する燃料の量は、燃料噴射量に応じて増大する。
従って、現実の運転においては、燃料噴射弁から噴射さ
れた燃料のうち一部は吸気とともに直ちに燃焼室内に流
入するが、残りの燃料は一旦吸気ポート壁面に付着して
壁面上に保持され、この壁面に保持された燃料の量に応
じた量の燃料が吸気ポート壁面から燃焼室内に流入する
ことになる。

【００１０】ここで、燃料噴射量が一定の運転状態があ
る程度継続した場合には上記壁面に保持された燃料の量
も一定になり、新たに壁面に付着する燃料の量と壁面か
ら燃焼室に流入する燃料の量とはバランスして等しくな
る。このため、壁面から燃焼室内に流入する燃料の量
と、吸気とともに直ちに燃焼室に流入する燃料の量との
合計は燃料噴射弁からの燃料噴射量に等しくなる。

【００１１】ところが、燃料噴射量がステップ状に変化
した場合には、上記の吸気とともに燃焼室内に流入する
燃料の量は燃料噴射量に応じてステップ状に変化するも
のの、壁面から燃焼室に流入する燃料の量はステップ状
には変化しない。このため、燃料噴射量をステップ状に
変化した場合でも実際に燃焼室に流入する燃料の合計量
は徐々に変化することになり、中間の燃料供給量（すな
わち中間の空燃比）での運転が生じるのである。

【００１２】例えば、リーン空燃比運転からリッチまた
は理論空燃比運転に切り換えるために燃料噴射量をステ
ップ状に増大した場合について考えると、空燃比切換前
は燃料噴射量はリーン空燃比に対応して少なく、それに
応じて吸気ポート壁面に保持された燃料の量も少なくな
っている。また、この場合、壁面保持量が少ないため吸
気ポート壁面から燃焼室内に流入する燃料の量も少なく
なっている。この状態から、燃料噴射量がステップ状に
増大すると、前述のように吸気とともに直接燃焼室に流
入する燃料の量は直ちに増大するが、壁面から燃焼室内
に流入する燃料の量は壁面に保持された燃料の量が増大
しない限り増加しない。このため、燃料噴射量を増大し
た直後は、壁面から燃焼室内に流入する燃料の量は空燃
比切換前と略同じになり、実際に燃焼室内に流入する燃
料の合計は一時的に燃料噴射量より少なくなる。

【００１３】一方、燃料噴射量の増大により新たに壁面
に付着する燃料の量も増大するため、壁面に保持された
燃料の量は上記新たに壁面に付着する燃料の量と壁面か
ら燃焼室内に流入する燃料量との差に相当する量ずつ徐
々に増大し、この壁面保持燃料の増大に伴って、上記壁
面から燃焼室内に流入する燃料の量も徐々に増大する。
このため、最終的には新たに壁面に付着する燃料の量と
壁面から燃焼室内に流入する燃料の量とがバランスし
て、燃焼室内に流入する燃料の合計量は燃料噴射量に等
しくなるが、この状態に到達するためにはある程度の時
間が必要とされる。すなわち、燃料噴射量が増大すると
新たに壁面に付着する燃料の量も増加するが、この付着
燃料量の増加量の一部は壁面に保持された燃料の量を増
大させるのに費やされるため、吸気ポート壁面から燃焼
室内に流入する燃料の量は空燃比切換前の状態から切換
後のバランス状態にはすぐには到達しない。このため、
燃料供給量をステップ状に増大した場合でも、実際に機
関燃焼室内に供給される燃料の量の合計はステップ状に
増大せず、必ず中間の燃料供給量の運転状態が生じるの
である。上記は燃料供給量を増加する場合について説明
したが、逆に燃料供給量を減少させる場合についても同
じ理由から必ず中間の燃料供給量の運転状態が生じるこ
とになる。

【００１４】従って、前述のように機関の運転空燃比を
リーン空燃比からリッチ又は理論空燃比に、又はその逆
に切り換えた場合には、機関は必ず一時的にＮＯ_X 発生
量の増大する中間空燃比領域で運転されることになり、
空燃比切換の際にＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収量は増大す
る。ところが、国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ９３１００７
７８号の装置では、機関運転空燃比がリーン空燃比から
リッチまたは理論空燃比に切り換えられた場合には、Ｎ
Ｏ_X 吸収量カウンタのは直ちに減算されるためカウンタ
の値は現実のＮＯ_X 吸収量より小さくなってしまい、実
際のＮＯ_X 吸収量とカウンタの値との間に誤差が生じる
ことになる。また、機関運転空燃比がリッチまたは理論
空燃比からリーン空燃比に切り換えられた場合にはＮＯ
_X 吸収量カウンタの加算が直ちに行われるものの、カウ
ンタの加算量は切換後の空燃比領域（図８にＬで示す領
域）におけるＮＯ_X 発生量を基準として決定されてお
り、現実のＮＯ_X 吸収量（中間空燃比領域における吸収
量）よりはるかに小さくなっているため、上記と同様Ｎ
Ｏ_X 吸収量カウンタの値は現実のＮＯ_X 吸収量より小さ
くなってしまう。

【００１５】このため、空燃比切換の頻度が大きい運転
状態が継続すると、上記装置ではＮＯ_X 吸収剤の現実の
ＮＯ_X 吸収量がＮＯ_X カウンタの値を大幅に越えてしま
う場合が生じ、ＮＯ_X 吸収量カウンタの値に基づいてＮ
Ｏ_X 吸収剤からのＮＯ_X の放出、還元浄化を行っている
と、ＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X の放出、還元浄化を適切
に行うことができなくなる問題が生じる。

【００１６】本発明は、上記問題を解決するために、Ｎ
Ｏ_X 吸収剤に吸収されたＮＯ_X の量を正確に推定するこ
とが可能な手段を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、内燃機
関の排気通路に配置された、排気の空燃比がリーンのと
きに排気中のＮＯ_X を吸収し、排気中の酸素濃度が低下
したときに吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X 吸収剤と、
前記内燃機関がリーン空燃比で運転されているときに、
機関運転状態に応じて決定される所定の加算量を前記Ｎ
Ｏ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収量を表すＮＯ_X 吸収量カウンタ
に所定時間毎に加算し、前記内燃機関がリッチまたは理
論空燃比で運転されているときに、機関運転状態に応じ
て決定される所定の減算量を前記ＮＯ_X吸収量カウンタ
から所定時間毎に減算することにより前記ＮＯ_X 吸収剤
のＮＯ_X吸収量を推定する吸収量推定手段と、前記内燃
機関の運転空燃比がリーン空燃比とリッチ又は理論空燃
比との間で切換えられたときに、該空燃比切換直後に実
行される前記吸収量推定手段のＮＯ_X吸収量カウンタの
前記加算及び減算操作に使用される前記加算量と減算量
との値を、前記空燃比切換操作に応じて補正する補正手
段とを備えた内燃機関の排気浄化装置が提供される。

【００１８】

【作用】機関空燃比切換時に、吸収量推定手段はＮＯ_X
吸収量カウンタの加算または減算を機関の切換前後の空
燃比に基づいて行う。例えば、リーン空燃比からリッチ
又は理論空燃比への切換の場合であれば、切換前はＮＯ
_X 吸収量カウンタの加算を行い、切換後は直ちにカウン
タの減算を開始するため、切換過程で通過する中間空燃
比領域でのＮＯ_X の吸収はカウンタに反映されない。

【００１９】本発明では、中間空燃比領域でのＮＯ_X 吸
収量をカウンタの値に反映させるため、吸収量推定手段
は空燃比切換があったときには、切換直後のＮＯ_X 吸収
量カウンタの加算及び減算に使用する加算量及び減算量
を補正し、切換直後のカウンタの加算及び減算の際に中
間空燃比領域でのＮＯ_X の吸収量をカウンタの値に反映
させるようにする。

【００２０】すなわち、補正手段は、リーン空燃比から
リッチまたは理論空燃比への切換時には切換直後に実行
されるカウンタの減算動作に使用する減算量を負の値に
補正し、吸収量推定手段の行うカウンタ減算動作により
逆にカウンタの値が増大するようにする。また、リッチ
または理論空燃比からリーン空燃比への切換の際には、
補正手段は切換直後のカウンタの加算動作に使用する加
算量を増大する補正を行い、カウンタの値が中間空燃比
領域にでのＮＯ_X 吸収量に応じて増大するようにする。
これにより、切換直後の加算及び減算動作により中間空
燃比領域におけるＮＯ_X 吸収量がカウンタの値に反映さ
れるため、実際のＮＯ_X 吸収量とカウンタの値との間に
誤差が生じない。

【００２１】なお、上記加算量と減算量の補正は空燃比
切換直後の加算及び減算操作時のみに行われ、次回から
の加算、減算動作からは切換後の空燃比に応じた加算量
及び減算量が使用される。

【００２２】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明の排気浄化装置を適用した内
燃機関の全体図である。図１において、１はリーン空燃
比の燃焼を行うガソリンエンジン等の内燃機関、２は機
関１のピストン、３は燃焼室、４は点火プラグを示す。
また、６は機関の吸気ポート、５は吸気弁、８は排気ポ
ート、７は排気弁を示し、各吸気ポート６は吸気枝管９
を介してサージタンク１０に接続されるとともに、各枝
管９にはそれぞれの吸気ポート６に燃料を噴射する燃料
噴射弁１１が配置されている。

【００２３】また、サージタンク１０は吸気通路１２を
介してエアクリーナ１３に接続され、吸気通路１２内に
は運転者のアクセルペダル（図示せず）の操作に応じた
開度をとるスロットル弁１４が配置されている。更に、
サージタンク１０にはサージタンク１０内の絶対圧力に
比例した出力電圧を発生する吸気圧センサ１５が設けら
れている。

【００２４】一方、機関１の排気ポート８は排気マニホ
ルド１６を介して排気通路１７に接続されており、排気
通路１７には後述するＮＯ_X 吸収剤１８を内蔵したケー
シング１９が接続されている。図１に３０で示すのは、
機関１の電子制御回路である。電子制御回路３０はＲＯ
Ｍ（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）３
４、入力ポート３５、出力ポート３６をそれぞれ双方向
性バス３１で接続した公知の構成のディジタルコンピュ
ータからなり、機関１の燃料噴射量制御、点火時期制御
等の基本制御を行うほか、本実施例ではＮＯ_X 吸収量カ
ウンタの演算を行いＮＯ_X 吸収剤１８のＮＯ_X 吸収量を
推定する、請求項１に記載した吸収量推定手段と補正手
段としての機能を果たしている。

【００２５】上記目的のため、制御回路３０の入力ポー
ト３５には、吸気圧センサ１５からの電圧信号がＡＤ変
換器３７を介して入力されている他、スロットル弁１４
が全閉になったことを検出するアイドルスイッチ２０の
出力、及び機関のディストリビュータ（図示せず）に設
けられた機関回転数センサ２１から機関回転数を表すパ
ルス信号が入力されている。

【００２６】また、制御回路３０の出力ポート３６はそ
れぞれ対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁１１と
点火プラグ４とに接続され、これらの作動を制御してい
る。ケーシング１９に内蔵されたＮＯ_X 吸収剤１８は、
例えばアルミナ等の担体を使用し、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た構成とされる。こ
のＮＯ_X 吸収剤１８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。

【００２７】なお、上述の排気空燃比とは、ここではＮ
Ｏ_X 吸収剤１８の上流側の排気通路や機関燃焼室、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
との比を意味するものとする。従って、ＮＯ_X 吸収剤１
８の上流側排気通路に燃料または空気が供給されない場
合には、排気空燃比は機関の空燃比（機関燃焼室内の燃
焼における空燃比）と等しくなる。

【００２８】本実施例では、リーン空燃比の燃焼を行う
機関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１８は排気中のＮＯ_X の吸
収を行う。また、機関の空燃比がリーン空燃比からリッ
チまたは理論空燃比に切り換えられて排気中の酸素濃度
が低下すると、ＮＯ_X 吸収剤１８は吸収した還元剤の放
出を行う。

【００２９】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、この吸放出作用
は図２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Ｐ
t 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。

【００３０】すなわち、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２(A) に示
されるようにこれら酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^- またはＯ^2-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 の表面上でこのＯ₂ ^- またはＯ^2-と反応し、Ｎ
Ｏ₂ 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２
(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１
８内に吸収される。

【００３１】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。これに対して機関１
の空燃比がリッチまたは理論空燃比に切り換えられる
と、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。これにより反応は逆方向（ＮＯ₃ ^- →Ｎ
Ｏ₂ ）に進み、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。すなわち、流入排気中の
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。

【００３２】一方、流入排気中に未燃ＨＣ、ＣＯ等の成
分が存在すると、これらの成分は白金Ｐt 上の酸素Ｏ₂
^- またはＯ^2-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１８から放出されたＮＯ
₂ は図２(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。

【００３３】すなわち、流入排気中のＨＣ，ＣＯは、ま
ず白金Ｐt 上のＯ₂ ^- またはＯ^2-とただちに反応して酸
化され、次いで白金Ｐt 上のＯ₂ ^- またはＯ^2-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ＮＯ_X 、および排気ととも
に流入するＮＯ_X が還元される。本実施例では、後述の
ＮＯ_X 吸収量カウンタによりＮＯ_X 吸収剤１８に吸収さ
れたＮＯ_X 量を推定し、ＮＯ_X 吸収量が増大して所定値
を越えた場合には機関空燃比をリッチ又は理論空燃比に
切り換えてＮＯ_X 吸収剤１８から吸収したＮＯ_Xを放出
させるとともに、排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ成分により放
出されたＮＯ_X を還元浄化している（以下、ＮＯ_X 吸収
剤からの上記ＮＯ_X 放出と還元浄化の操作を「ＮＯ_X 吸
収剤の再生操作」と言う）。

【００３４】すなわち、機関空燃比がリッチまたは理論
空燃比に切り換えられると、排気中の酸素濃度が急激に
低下するとともに、機関から排出される未燃ＨＣ、ＣＯ
の量が大幅に増大する。従って、機関空燃比をリッチま
たは理論空燃比に切り換えることにより排気中の酸素濃
度を低下させ、同時に未燃ＨＣ、ＣＯの量を増大させる
ことにより短時間でＮＯ_X 吸収剤１８の再生が行われる
ことになる。

【００３５】本実施例では、前述の国際出願番号ＰＣＴ
／ＪＰ９３１００７７８号と同じ空燃比切換制御を行う
ことにより、ＮＯ_X 吸収剤１８の再生を行う。以下、こ
のＮＯ_X 吸収剤１８の再生のための空燃比切換制御につ
いて簡単に説明する。本実施例では、燃料噴射弁１１か
らの燃料噴射量、すなわち燃料噴射時の燃料噴射弁１１
の開弁時間（燃料噴射時間）ＴＡＵは、制御回路３０に
より、例えばＴＡＵ＝ＴＰ×Ｋとして算出される。

【００３６】ここで、ＴＰは機関燃焼室内に供給される
混合気の空燃比を理論空燃比にするために必要とされる
燃料噴射時間、すなわち基本燃料噴射時間を示し、吸気
圧センサ１５により検出されたサージタンク１０内絶対
圧ＰＭと機関回転数Ｎとの関数として、予め実験等によ
り求められ、図３に示すような数値テーブルの形で制御
回路３０のＲＯＭ３２に格納されている。

【００３７】また、Ｋは機関空燃比を制御するための補
正係数であり、Ｋ＝１．０に設定すると機関空燃比は理
論空燃比になる。また、Ｋ＞１．０に設定すれば機関空
燃比は理論空燃比より小さく（すなわちリッチ空燃比
に）なり、Ｋ＜１．０に設定すると機関空燃比は理論空
燃比より大きく（すなわちリーン空燃比に）なる。補正
係数Ｋの値は、サージタンク１０内の絶対圧ＰＭと機関
回転数Ｎとの関数として、例えば図４に示すような形で
与えられている。すなわち、図４に示すように、本実施
例ではＰＭが比較的低い領域（機関低中負荷運転領域）
では補正係数Ｋは１．０より小さく設定され、機関はリ
ーン空燃比で運転される。また、ＰＭが比較的高い領域
（機関高負荷運転領域）では補正係数Ｋの値は１．０と
され、機関は理論空燃比で運転される。また，更にＰＭ
が高い領域（機関全負荷運転領域）では、補正係数Ｋの
値は１．０より大きく設定され機関はリッチ空燃比で運
転されることになる。特に車両用機関等では、通常低中
負荷運転が行われる頻度が最も高い、このため、これら
の機関では運転中の大部分の期間リーン空燃比で運転さ
れることになる。また、本実施例では、機関がリーン空
燃比で運転される領域では補正係数Ｋの値は、例えば機
関空燃比が２０以上に相当する値に設定され、機関から
のＮＯ_X 発生量が増大する中間空燃比領域（図８参照）
での運転は行わない。

【００３８】前述のように、ＮＯ_X 吸収剤は機関がリー
ン空燃比で運転されている時には排気中のＮＯ_X を吸収
し、機関がリッチまたは理論空燃比で運転されている時
には吸収したＮＯ_X を放出する。従って、リッチまたは
理論空燃比の運転が適度に行われれば、ＮＯ_X 吸収剤の
ＮＯ_X 吸収量はある程度のレベル以上には増大せず、特
別な再生操作を行う必要はない。しかし、機関運転状況
によってリーン空燃比での運転が長時間継続するような
場合があると、ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収量が増大し、
ＮＯ_X 吸収能力が飽和してしまう恐れがある。

【００３９】本実施例では、以下に説明するＮＯ_X 吸収
量カウンタによりＮＯ_X 吸収剤１８の吸収したＮＯ_X 量
を積算し、ＮＯ_X 吸収量が所定量以上になった時には、
図４の領域にかかわらず、一定時間補正係数Ｋの値を
１．０以上に強制的に設定して機関をリッチまたは理論
空燃比で運転し、ＮＯ_X 吸収剤の再生操作を行うことに
よりＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収能力が飽和することを防
止している。

【００４０】次に、本実施例のＮＯ_X 吸収量カウンタを
用いたＮＯ_X 吸収量の推定について説明する。前述のよ
うに、機関がリーン空燃比で運転されている時には、Ｎ
Ｏ_X 吸収剤は排気中のＮＯ_X を吸収しＮＯ_X 吸収剤のＮ
Ｏ_X 吸収量は増大する。このとき、単位時間当たりにＮ
Ｏ_X 吸収剤が吸収するＮＯ_X 量、すなわちＮＯ_X 吸収剤
中に吸収されたＮＯ_X の単位時間当たりの増加量は排気
中に含まれるＮＯ_X の量、すなわち機関が発生するＮＯ
_X の量に比例すると考えられる。従って、機関がリーン
空燃比で運転されている場合には、機関が発生するＮＯ
_X 量に一定の係数を乗じた量を一定時間毎に積算するこ
とによりＮＯ_X 吸収剤が吸収したＮＯ_X の総量を算出す
ることができる。

【００４１】また、逆に機関がリッチ又は理論空燃比で
運転されている場合には、ＮＯ_X 吸収剤は吸収したＮＯ
_X を放出し、ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収量は減少する。
ここで、単位時間当たりにＮＯ_X 吸収剤から放出される
ＮＯ_X 量は、機関の空燃比等により定まる量となる。そ
こで、機関がリッチまたは理論空燃比で運転されている
場合には、一定時間毎にＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X 放出
量に相当する量を積算することによりＮＯ_X 吸収剤から
放出されたＮＯ_X の総量を算出することができる。

【００４２】従って、ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収量を表
すＮＯ_X 吸収量カウンタを設け、機関がリーン空燃比で
運転されている時には、機関のＮＯ_X 発生量に比例する
加算量を一定時間毎にＮＯ_X 吸収量カウンタに加算し、
逆に機関がリッチまたは理論空燃比で運転されている時
には、ＮＯ_X 吸収剤からの単位時間当たりのＮＯ_X 放出
量に相当する減算量を一定時間毎にＮＯ_X 吸収量カウン
タから減算することにより、現在ＮＯ_X 吸収剤中に吸収
されているＮＯ_X の量を推定することができるはずであ
る。

【００４３】ところが、このように、機関がリーン空燃
比で運転されているか、リッチまたは理論空燃比で運転
されているかのみに基づいてＮＯ_X 吸収量の加算または
減算を行っていると、機関空燃比がリーン空燃比からリ
ッチまたは理論空燃比に、またはその逆に切り換えられ
た場合には、前述のように、空燃比切換時の中間空燃比
領域通過によるＮＯ_X 吸収量がＮＯ_X 吸収量カウンタに
反映されなくなるため、実際のＮＯ_X 吸収量とカウンタ
の値との間に誤差が生じる。そこで、本実施例では、機
関空燃比の切換が行われた場合には、切換直後に行われ
るＮＯ_X 吸収量カウンタの計算の際の加算量及び減算量
を通常の値とは異なる値にして、中間空燃比通過時のＮ
Ｏ_X 吸収量をカウンタの値に反映させている。

【００４４】図５、図６は上記に説明したＮＯ_X 吸収量
カウンタの演算動作を示すフローチャートである。本ル
ーチンは制御回路３０により一定時間毎に実行される。
図５においてルーチンがスタートすると、ステップ５０
０では吸気圧力ＰＭ、機関回転数Ｎがそれぞれ対応する
センサから、また前述の補正係数Ｋの値とフュエルカッ
トフラグＦＣの値がＲＡＭ３３から読み込まれる。フュ
エルカットフラグＦＣは、別途制御回路３０により実行
されるルーチンにより、エンジンブレーキ中機関回転数
が所定値以上であるときにセット（＝１）され、それ以
外の条件でリセットされるフラグである。フラグＦＣが
セット（＝１）されると、補正係数Ｋの値にかかわらず
燃料噴射は停止される。

【００４５】次いで、ステップ５０１ではフラグＦＣが
セット（＝１）されているか否か、すなわち現在フュエ
ルカットが行われているか否かが判定され、フュエルカ
ット中でない場合には、ステップ５０３で補正係数Ｋの
値が１．０以上か否か、すなわち現在の機関空燃比がリ
ッチまたは理論空燃比に設定されているか否かが判定さ
れる。

【００４６】ステップ５０３でＫ＜１．０の場合、すな
わち、フュエルカット中でもなくリッチまたは理論空燃
比運転中でもない場合、つまり現在リーン空燃比運転中
である場合には、ステップ５０５で前回ルーチン実行時
の機関空燃比がリッチまたは理論空燃比であったか否か
が前回ルーチン実行時の補正係数Ｋ_i-1 の値から判定さ
れる。

【００４７】ステップ５０５でＫ_i-1 ＜１．０であった
場合、すなわち、前回ルーチン実行時から引き続きリー
ン空燃比の運転が行われている場合には、ステップ５０
７が実行され、ＮＯ_X 吸収量カウンタＣの値が所定量α
だけ増加される。ここで、αは現在のリーン空燃比運転
中の機関ＮＯ_X 発生量に比例する量である。つまり、前
回ルーチン実行時も今回ルーチン実行時も機関がリーン
空燃比運転されており、空燃比切換が行われていないの
であるから、前回ルーチン実行時から今回ルーチン実行
時までの間に現実にＮＯ_X 吸収剤が吸収したＮＯ_X 量を
現在の運転状態における機関ＮＯ_X 発生量に基づいて算
出しても誤差は生じないと考えられるため現在の機関運
転状態に基づいてカウンタ加算量αが決定される。

【００４８】リーン空燃比運転中の機関ＮＯ_X 発生量
は、機関負荷（すなわち吸気圧力ＰＭ）が高い程、また
機関回転数Ｎ（機関吸入空気量）が大きい程大きくな
る。また、機関ＮＯ_X 発生量は機関運転空燃比によって
も変化する（図８参照）。本実施例では、機関運転空燃
比は吸気圧力ＰＭと機関回転数Ｎとの関数として決定さ
れるため（図４参照）、機関のＮＯ_X 発生量は吸気圧力
ＰＭと機関回転数Ｎとにより定まることになる。そこ
で、本実施例では、機関ＮＯ_X 発生量を予め実験等によ
り吸気圧力ＰＭと機関回転数Ｎとの関数として求め、こ
れに一定の係数を乗じたものをαの値として図７に示す
ような数値テーブルの形でＲＯＭ３２に格納しておき、
ステップ５０７では、ステップ５００で読み込んだＰＭ
とＮとの値を用いてこの数値テーブルからαの値を読み
だすようにしている。

【００４９】一方、ステップ５０５でＫ_i-1 ≧１．０で
あった場合には、前回ルーチン実行時にはリッチまたは
理論空燃比の運転が行われており、今回ルーチン実行時
にリーン空燃比に空燃比が切り換えられたことを意味す
るので、この場合には空燃比切換に伴って機関空燃比が
ＮＯ_X 発生量の増大する中間空燃比領域を通過してお
り、切換後の機関運転状態に基づいてカウンタの加算量
を決定したのでは実際のＮＯ_X 吸収量とカウンタの値と
の間に誤差を生じてしまう。そこで、この場合にはステ
ップ５０５から５０９に進み、中間空燃比領域（図８）
通過に伴うＮＯ_X吸収剤のＮＯ_X 吸収量増大に対応し
て、ステップ５０７のαより大きな加算量γをカウンタ
Ｃに加算する。本実施例では加算量γは、図７により決
定されるアルファの１０倍程度に設定される。

【００５０】次に、前記ステップ５０３でＫ≧１．０で
あった場合、すなわち、現在リッチまたは理論空燃比で
機関が運転されている場合について説明する。この場合
も、同様に前回ルーチン実行時から空燃比切換が行われ
たか否かがステップ５１１、５１３で判断される。すな
わち、ステップ５１１では前回ルーチン実行時の補正係
数Ｋ_i-1 の値から前回リッチまたは理論空燃比運転が行
われていたかが判定され、前回リッチまたは理論空燃比
で運転が行われていた場合には、ステップ５１３で前回
ルーチン実行時にフュエルカットが行われていたか否か
が判定される。ここで、ステップ５１３のＦＣ_i-1 は、
前回ルーチン実行時のフュエルフラグＦＣの値である。
ここで、前回フュエルカットが行われていたか否かを判
断するのは、フュエルカット状態からリッチまたは理論
空燃比運転への切換が行われた場合にもリーン空燃比か
らリッチまたは理論空燃比への切換の場合と同様に必ず
中間空燃比領域での運転が生じるためである。

【００５１】ステップ５１１、５１３で前回ルーチン実
行時もリッチまたは理論空燃比運転が行われており、フ
ュエルカットも実施されていない場合には、ステップ５
１５でＮＯ_X 吸収量カウンタＣの値が所定の減算量βだ
け減少される。減算量βは、排気空燃比がリッチまたは
理論空燃比のときにＮＯ_X 吸収剤から単位時間当たりに
放出されるＮＯ_X 量に比例する量であり、前回ルーチン
実行時から今回ルーチン実行時までにＮＯ_X 吸収剤から
放出されたＮＯ_X 量に対応する。

【００５２】ＮＯ_X 吸収剤からのＮＯ_X 放出速度は極め
て速いため、βの値は前述の加算量αよりはるかに大き
な値（例えば、αの１００倍程度）に設定される。な
お、βの値は機関空燃比に応じて変化するため、予め加
算量αと同様に実験等により吸気圧力ＰＭと回転数Ｎと
の関数として求めておき、ステップ５１５では、ステッ
プ５００で読み込んだＰＭとＮとの値に応じてβの値が
決定される。一方、ステップ５１１、５１３で、前回ル
ーチン実行時にリーン空燃比運転またはフュエルカット
が実施されていた場合には、ステップ５１７が実行され
る。すなわち、この場合には機関空燃比がＮＯ_X の発生
量が増大する中間空燃比領域を通過しているため、実際
にはＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収量は増大しているので、
ステップ５１７では前述のステップ５０９と同様、カウ
ンタＣの値は加算量γだけ増大される。

【００５３】次に、ステップ５０１で現在フュエルカッ
ト実施中であった場合について説明する。この場合、ル
ーチンは図６ステップ５１９に進み、前回ルーチン実行
時にフュエルカットが実施されていたか否かが判定さ
れ、ＦＣ_i-1 ＝１であった場合、すなわち前回からフュ
エルカットが継続している場合には、ＮＯ_X 吸収量カウ
ンタの加算、減算は行わずカウンタの値は変更せずに後
述のステップ５２７に進む。これは、フュエルカット継
続中は機関では燃焼が停止しているのでＮＯ_X も発生し
ないためである。

【００５４】一方、ステップ５１９で前回フュエルカッ
トが実行されていない場合には、ステップ５２１で前回
の機関空燃比がリーンであったかリッチまたは理論空燃
比であったかが判定され、この判定結果に応じて以下の
操作を行う。すなわち、前回リーン空燃比運転が行われ
ていた場合には、リーン空燃比からフュエルカットが実
施されたため、機関は通常のリーン空燃比運転からさら
にリーンな空燃比領域を経て燃焼を停止している。従っ
て、この時には通常のリーン空燃比運転時より少ないも
のの、ある程度の量のＮＯ_X が機関から発生しているた
め、ＮＯ_X 発生量をゼロとしたのでは誤差を生じること
になる。そこで、この場合ステップ５２３に進み、図７
で決定される加算量αに一定の係数ａ（ａ＜１．０）を
乗じた加算量をＮＯ_X 吸収量カウンタＣに加算する。

【００５５】また、ステップ５２１で前回リッチまたは
理論空燃比で機関が運転されていた場合には、フュエル
カットに伴ってＮＯ_X 発生量の増大する中間空燃比領域
での運転が生じていることを意味するので、ステップ５
２５に進み、前述の加算量γをＮＯ_X 吸収量カウンタに
加算する。上記操作により、空燃比切換操作に応じて中
間空燃比領域でのＮＯ_X 吸収量がＮＯ_X 吸収量カウンタ
の値に正確に反映されるため、実際のＮＯ_X 吸収量とカ
ウンタの値との間に誤差が生じない。

【００５６】図５ステップ５２７から５３１は上記によ
りＮＯ_X 吸収量カウンタの加算、減算を行った後に実行
される、ＮＯ_X 吸収剤の再生操作実行の要否の判定動作
を示す。ステップ５２７では、上記により計算したＮＯ
_X 吸収量カウンタＣの値が所定値Ｃ₀ 以上か否かが判定
され、Ｃ≧Ｃ₀ であった場合にはステップ５３１でＮＯ
_X 吸収剤再生操作実行フラグＦＲがセットされる。フラ
グＦＲがセット（＝１）されると、別途実行される燃料
噴射量制御ルーチンでは補正係数Ｋの値は、所定時間強
制的に１．０より大きな値に設定され、機関はリッチ空
燃比で運転され、ＮＯ_X 吸収剤の再生が行われる。な
お、図５、図６には示していないが、再生操作完了後は
ＮＯ_X 吸収量カウンタＣの値はゼロに戻される。また、
上記Ｃ₀ の値は、例えばＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収剤が
吸収可能な最大ＮＯ_X 量（飽和量）の７０パーセント程
度に相当する値である。

【００５７】ステップ５２７でＣ＜Ｃ₀ の場合には、ス
テップ５２９でフラグＦＲはリセット（＝０）され、Ｎ
Ｏ_X 吸収剤の再生操作は実行されない。また、上記ステ
ップを実行後、ステップ５３３では次のルーチン実行に
備えて、Ｋ_i-1 とＦＣ_i-1 の値を更新した後ルーチンは
終了する。なお、上記ルーチンでは、フュエルカットか
らリーン空燃比への切換、及びリッチ空燃比と理論空燃
比との切換時には吸収量カウンタの加算量と減算量との
補正を行っていないが、厳密にはこれらの場合も切換前
と切換後の中間の空燃比領域を経て機関空燃比が変化す
るため、たとえば、フュエルカットからリーン空燃比へ
の切換直後にも図６ステップ５２３に示したように加算
量αを減少する補正を、また、リッチ空燃比から理論空
燃比への切換時には減算量βを増大し、理論空燃比から
リッチ空燃比への切換時には逆に減算量βを減少する補
正を行えば、更に正確なＮＯ_X 吸収量の推定を行うこと
ができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明の排気浄化装置によれば、リーン
空燃比とリッチまたは理論空燃比との間の空燃比切換直
後のＮＯ_X 吸収量カウンタの加算及び減算操作時に、空
燃比切換操作に応じて加算量と減算量とを補正するよう
にしたことにより、ＮＯ_X 吸収剤の吸収したＮＯ_X 量を
正確に推定することができ、ＮＯ_X 吸収剤の再生操作の
時期を適切に設定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気浄化装置の一実施例を示す内燃機
関の全体図である。

【図２】本発明に使用するＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X の吸放
出メカニズムを説明するための図である。

【図３】図１の機関の基本燃料噴射量決定に使用する数
値テーブルの形態を示す図である。

【図４】燃料噴射量の補正係数Ｋの設定例を示す図であ
る。

【図５】ＮＯ_X 吸収量カウンタの演算を示すフローチャ
ートの一部である。

【図６】ＮＯ_X 吸収量カウンタの演算を示すフローチャ
ートの一部である。

【図７】リーン空燃比運転時のＮＯ_X 吸収量カウンタ加
算量の決定に使用する数値テーブルの形態を示す図であ
る。

【図８】機関運転空燃比とＮＯ_X 発生量との関係を説明
する図である。

【符号の説明】

１…内燃機関 １０…サージタンク １１…燃料噴射弁 １５…吸気圧センサ １７…排気通路 １８…ＮＯ_X 吸収剤 ３０…電子制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/24 ZAB F01N 3/08 ZAB F01N 3/18 ZAB F02D 41/14 310

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に配置された、排気
   の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_X を吸収し、排
   気中の酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯ_X を放出
   するＮＯ_X 吸収剤と、 前記内燃機関がリーン空燃比で運転されているときに、
   機関運転状態に応じて決定される所定の加算量を、前記
   ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸収量を表すＮＯ_X 吸収量カウン
   タに所定時間毎に加算し、前記内燃機関がリッチまたは
   理論空燃比で運転されているときに、機関運転状態に応
   じて決定される所定の減算量を前記ＮＯ _X 吸収量カウン
   タから所定時間毎に減算することにより、前記ＮＯ_X 吸
   収剤のＮＯ_X 吸収量を推定する吸収量推定手段と、 前記内燃機関の運転空燃比がリーン空燃比とリッチ又は
   理論空燃比との間で切換えられたときに、空燃比切換直
   後に実行される前記吸収量推定手段のＮＯ_X 吸収量カウ
   ンタの前記加算及び減算操作に使用される前記加算量と
   減算量との値を、前記空燃比切換操作に応じて補正する
   補正手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置。