JP3341284B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JP3341284B2 JP54902498A JP54902498A JP3341284B2 JP 3341284 B2 JP3341284 B2 JP 3341284B2 JP 54902498 A JP54902498 A JP 54902498A JP 54902498 A JP54902498 A JP 54902498A JP 3341284 B2 JP3341284 B2 JP 3341284B2
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孝充 浅沼
健治 加藤
雅人 後藤
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
背景技術 内燃機関の排気通路に、流入排気の空燃比がリーンの
ときに排気中のNOX（窒素酸化物）を吸収し、流入排気
中の酸素濃度が低下したときに吸収したNOXを放出するN
OX吸収剤を配置し、機関をリーン空燃比で運転中に上記
NOX吸収剤に排気中のNOXを吸収させる内燃機関の排気浄
化装置が本願出願人により既に提案されている（国際公
開公報第WO93−25806号参照）。同公報の排気浄化装置
はNOX吸収剤に吸収されたNOX量を推定する推定手段を備
えており、NOX吸収剤のNOX吸収量を運転中常時監視して
いる。そして、この吸収NOX量が予め定めた量に到達し
たときにNOX吸収剤に流入する排気の酸素濃度を低下さ
せてNOX吸収剤から吸収したNOXを放出させるとともに、
放出されたNOXを排気中の未燃HC、CO等の還元成分によ
り還元浄化している（なお、本明細書では上記NOX吸収
剤からの吸収したNOXの放出と還元浄化とを行うための
操作を「NOX吸収剤の再生操作」と呼ぶ）。上記公報の
排気浄化装置では、NOX吸収剤のNOX吸収量が所定値に到
達する毎に再生操作を行うことにより、NOX吸収剤のNOX
吸収量が過度に増大してNOX吸収剤が吸収したNOXにより
飽和してしまうことが防止される。
ところが、上記のようにNOX吸収剤のNOX吸収量を推定
し、機関運転中に推定したNOX吸収量が所定値に到達す
る毎にNOX吸収剤の再生操作を行う場合には、機関始動
時等にNOX吸収剤から未浄化のNOXが放出される可能性が
生じる。
上記公報の装置のように、機関運転中にNOX吸収剤の
吸収NOX量が所定値に到達する毎に再生操作を行ってい
ると、例えばNOX吸収剤の吸収NOX量が上記所定値に到達
する直前に機関が停止されたような場合には、次回の機
関開始時にはNOX吸収剤にかなりの量のNOXが保持された
状態になっている場合が生じる。
通常、機関冷間始動時等には機関温度に応じて機関へ
の燃料供給量を増量する暖機増量や始動時増量が行わ
れ、機関始動後所定期間は機関は通常よりリッチな空燃
比（例えば空燃比で12から14程度）で運転される。ま
た、この燃料増量は機関温度の上昇とともに低減され、
機関の暖機が完了すると増量は停止される。すなわち、
機関は始動直後はリッチな空燃比で運転され、暖機が進
むとともに空燃比は理論空燃比に近づく。そして、暖機
が完了すると運転条件に応じて機関のリーン空燃比運転
が開始されるようになる。このため、NOX吸収剤は機関
始動時の燃料増量のためにリッチ空燃比の排気に曝され
ることになる。
NOX吸収剤がNOXの吸放出作用を行うためには、NOX吸
収剤の温度がNOX吸収剤の種類に応じて定まる活性化温
度（例えば、250℃程度）を越えていることが必要とな
る。このため、機関始動直後等で、NOX吸収剤の温度が
低い場合にはリッチ空燃比の排気に曝されてもNOX吸収
剤からはNOXは放出されない。
ところが、機関始動時にNOX吸収剤に比較的多量のNOX
が吸収されていると、機関始動後NOX吸収剤温度が上昇
して活性化温度を越えると吸収したNOXが一挙に放出さ
れるようになる。前述のように、機関始動後の燃料増量
は機関温度上昇とともに低減されるため、NOX吸収剤が
活性化温度に到達した時点では機関温度も上昇しており
排気空燃比は必ずしも十分にリッチになっていない。
この状態でNOX吸収剤からNOXが一挙に放出されると、
NOX吸収剤上でNOXの還元に必要なHC、CO成分等が不足す
るために放出されたNOXが浄化されないまま大気に放出
される場合がある。
このように、機関始動後暖機が完了するまでは機関の
運転状態が不安定でありNOX吸収剤に比較的多量のNOXが
吸収されたままで機関を始動すると運転状態の変化等に
より未浄化のNOXがNOX吸収剤から放出されてしまう場合
がある。しかも、この場合放出される未浄化のNOXの量
はNOX吸収剤が吸収したNOX量が多いほど多くなるため、
最大NOX保持量の大きい（多量のNOXを吸蔵可能な）NOX
吸収剤を使用した場合には放出される未浄化のNOX量も
多量になる場合がある。
また、上記公報の装置のように機関運転中にNOX吸収
剤の吸収NOX量が所定値に到達する毎にNOX吸収剤の再生
を行う装置では、機関暖機後のリーン空燃比運転開始時
にNOX吸収剤にNOXが吸収されたままになっていると、上
記問題に加えてNOX吸収剤の再生操作のタイミングが不
正確になるおそれがある。すなわち、上記公報の装置で
は機関運転中にNOX吸収剤の吸収量を常時監視している
ため、機関停止時にNOX吸収剤に吸収されたNOX量が判明
している。従って、前回機関停止時の吸収NOX量を不揮
発性メモリなどに記憶しておけば、その値に基づいて機
関始動時から正確にNOX吸収剤に吸収されたNOX量をを算
出することができ、正確なタイミングで再生操作を行う
ことができるはずである。しかし、実際には機関停止中
にNOX吸収剤からNOXが放出されたりする場合があり機関
始動時のNOX吸収剤の吸収NOX量は前回機関停止時の吸収
NOX量とは異なっている場合がある。このため、前回機
関停止時の吸収NOX量に基づいて機関始動後の吸収NOX量
を推定すると実際の吸収NOX量と推定値との間に差異が
生じ、再生操作のタイミングが不正確になり、排気性状
が悪化する場合が生じるのである。
発明の開示 本発明は、上記問題に鑑み、前回の機関運転中にNOX
吸収剤に吸収されたNOXを、機関始動時にほぼ全量放出
し還元浄化することにより、始動後の未浄化のNOXの放
出や再生操作のタイミングのずれが生じることを防止可
能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とし
ている。
本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置した、流
入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のNOXを吸
収しリッチ空燃比雰囲気下で吸収したNOXを放出、還元
浄化するNOX吸収剤と、機関始動後、機関暖機が完了す
るまで機関に供給する燃料を増量して機関空燃比を理論
空燃比よりリッチ空燃比側に維持する暖機手段と、前記
暖機手段による燃料増量中または機関暖機完了後最初に
機関がリーン空燃比運転されるまでの間に、予め定めた
期間前記機関への燃料供給量を更に増量して、前記NOX
吸収剤に吸収されたNOXが放出され還元浄化されるのに
充分な予め定めたリッチ空燃比で機関を運転するNOX放
出手段を備え、前記NOX放出手段は、前記燃料供給量の
増量を前記NOX吸収剤が活性化温度に到達した後に行う
内燃機関の排気浄化装置が提供される。
すなわち、本発明では、機関始動後の暖機のための燃
料増量中または機関暖機完了後最初に機関がリーン運転
されるまでの間に予め定めたリッチ空燃比でNOX吸収剤
の再生操作が行われる。このリッチ空燃比は、通常の機
関始動時の空燃比とは別の、NOX吸収剤から比較的多量
のNOXが放出された場合でも放出されたNOXの全量を還元
浄化することが可能な空燃比とされている。従って、、
リーン空燃比運転が開始されるまでにNOX吸収剤に吸収
されたNOXのほぼ全量がNOX吸収剤から放出され、還元浄
化されるようになり、機関始動時に未浄化のNOXが放出
されることが防止される。また、前回機関停止時のNOX
吸収量にかかわらず、リーン空燃比運転開始時にはNOX
吸収剤の吸収NOX量はほぼ０になっているため、運転中
のNOX吸収剤の吸収NOX量を正確に推定することが可能と
なり、再生操作のタイミングを正確に算出することが可
能となる。
更に、このように機関始動後リーン空燃比運転が開始
されるまでの間に、必ずNOX吸収剤の吸収、保持するNOX
量を低減（好ましくはほぼゼロに）しておくことにより
リーン空燃比運転開始時にはNOX吸収剤のNOX吸収容量を
最大限近くまで増大させておくことができる。このた
め、例えば機関の運転中に発生するNOXの全量を吸収保
持することができるだけの最大NOX保持量（吸蔵できるN
OXの最大量）を有するNOX吸収剤を使用した場合には、
機関の通常のリーン空燃比運転中には再生操作を行う必
要がなくなり、機関始動後のみに再生操作を行うだけで
足りるようになる。
図面の簡単な説明 図１は本発明を自動車用内燃機関に適用した実施形態
の概略構成を示す図、図２は図１の機関の燃料噴射量演
算に用いるマップの形式を示す図、図３は空燃比による
排気ガス性状の変化を示す図、図4A,4BはNOX吸収剤のNO
X吸放出作用を説明する図、図５はNOX吸収剤の再生操作
時の空燃比設定を説明する図、図６は機関の単位時間当
たりのNOX発生量の機関負荷条件による変化を示す図、
図７はNOX吸収剤のNOX吸収量推定操作を説明するフロー
チャート、図８はNOX吸収剤の再生操作の一実施形態を
示すフローチャート、図９は機関冷間始動後の暖機中の
燃料増量値の変化を説明する図、図10は機関暖機運転中
のNOX吸収剤再生操作時の燃料増量値の変化を説明する
図、図11は機関暖機運転中のNOX吸収剤再生操作を説明
するフローチャート、図12は機関の運転条件に応じた燃
料噴射量補正係数の設定の一例を示すチャートである。
発明を実施するための最良の形態 以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説
明する。
（１）第１の実施形態 図１は本発明の排気浄化装置を自動車用内燃機関に適
用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
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は排気ポートをそれぞれ示す。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にはそれぞれ吸気ポート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および排気管17を介してNOX吸収剤18を内蔵した
ケーシング19に接続されている。また、排気管17のNOX
吸収剤18上流側には排気中の特定成分濃度を検出する上
流側排気成分センサ24が設けられており、さらに排気管
17のNOX吸収剤18下流側には排気中の特定成分濃度を検
出する下流側排気成分センサ25と排気温度を検出する排
気温度センサ26とが配置されている。排気成分センサ2
4、25としては、例えば排気中の酸素濃度を検出する酸
素濃度センサ、排気中のHC、CO濃度を検出するHCセン
サ、排気中のNOX濃度を検出するNOXセンサ等が用いられ
る。
制御回路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、バックアップRAM29を具備する。バックアップR
AM29は、バッテリ（図示せず）に直結され機関メインス
イッチオフ時にも記憶内容を保持可能なメモリである。
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、この出力電圧がマルチプレクサ付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23が接続される。更に、入力ポート35には、前述の
排気温度センサ26、上流側と下流側排気成分センサ24、
25の出力、及び機関シリンダジャケットに設けられた冷
却水温度センサ27から機関冷却水温度を表す信号がAD変
換器37を介して入力されている。一方、出力ポート36は
点火回路38、駆動回路39を介してそれぞれ点火栓４およ
び燃料噴射弁11に接続される。
図１に示す内燃機関では、機関暖機完了後は、例えば
次式に基づいて燃料噴射時間TAUが算出される。
TAU＝TP×Kt ここでTPは基本燃料噴射時間を示しており、Kt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ROM32内に記憶され
ている。補正係数Kt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Kt＝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Kt＜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、
すなわちリーンとなり、Kt＞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、すなわちリッチとなる。
図１に示される内燃機関では通常例えばKt＝0.7に維
持されており、機関シリンダ内に供給される混合気の空
燃比はリーンとなってシリンダ内ではリーン混合気の燃
焼が行われる。
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。
ケーシング19内に収容されているNOX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
ばれた少なくとも一つと、白金Pt、ロジウムRh等のよう
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18上流の排気通路内に供給された空気および燃料
の比をNOX吸収剤18への排気ガスの空燃比と称すると、
このNOX吸収剤18は活性化温度以上では流入排気ガスの
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18上流の排気通路
内に燃料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。
上述のNOX吸収剤18を機関排気通路内に配置すればこ
のNOX吸収剤18は実際にNOXの吸放出作用を行う。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
分もあるが、概略図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。
すなわち、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幅に増大し、図４（Ａ）に示
されるようにこれら酸素O2がO2 -またはO2-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 -または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４（Ａ）に示されるように硝酸イオンNO
3 -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18内に吸収される。
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、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、流入排気ガス中の酸素濃度が
低下するとNOX吸収剤18からNOX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流入排気ガ
スがリーンであってもNOX吸収剤18からNOXが放出される
ことになる。
一方、このとき流入排気ガスの空燃比をリッチにする
と図３に示されるように機関からは多量の未燃HC,COが
排出され、これら未燃HC,COは白金Pt上の酸素O2 -または
O2-と反応して酸化せしめられる。また、流入排気ガス
の空燃比をリッチにす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NO2が放出され、このN
O2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NO
2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18からNOXが放出されることに
なる。
すなわち、流入排気ガスの空燃比をリッチにするとま
ず未燃HC、COが白金Pt上のO2 -またはO2-と直ちに反応し
て酸化され次いで白金Pt上のO2 -または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
が還元される。
前述したように図１に示した内燃機関では通常機関シ
リンダ内に供給される混合気はリーン（例えばKt＝0.
7）に維持されており、このとき発生するNOXはNOX吸収
剤18に吸収される。ところがNOX吸収剤18がNOX吸収を続
けるとNOX吸収剤18に吸収されたNOX量が増大して徐々に
NOX吸収能力が低下する。また、NOX吸収剤18が最大NOX
保持量（飽和量）までNOXを吸収すると、NOX吸収剤18は
もはや排気中のNOXを吸収できなくなり、機関から放出
されたNOXはそのまま大気に放出されるようになる。
そこで、本実施形態では、NOX吸収剤18に吸収されたN
OXの量を推定し、推定したNOX吸収量が予め定めた量
（例えばNOX吸収剤18の飽和量の70から80％程度）に到
達したときには、図５に示すように機関シリンダ内に供
給される混合気を一定時間CT0だけリッチ（Kt＝KK＞1.
0）とし、それによってNOX吸収剤18から吸収したNOXを
放出させ、排気中のHC、CO成分により還元浄化するよう
にしている。すなわち、本実施形態では、NOX吸収剤18
のNOX吸収量が予め定めた所定値に到達する毎にNOX吸収
剤18の再生操作を行うようにしている。
次に、本実施形態における、NOX吸収剤18のNOX吸収量
推定方法について説明する。
機関からのNOX排出量は機関負荷条件（例えば機関１
回転当たりの吸入空気量Q/Nと機関回転数Ｎ）に応じて
変化する。一方、NOX吸収剤のNOX吸収量は機関からのNO
X排出量に応じて増大するため、機関からのNOX排出量を
積算することによりNOX吸収剤のNOX吸収量を正確に推定
することができる。そこで、本実施形態では機関運転一
定時間毎に機関の単位時間当たりのNOX発生量に一定の
係数を乗じたものを積算し、この積算値（NOXカウンタC
R）を用いてNOX吸収剤に吸収されたNOX量を判定するよ
うにしている。
図６は、機関の単位時間当たりのNOX発生量の機関負
荷条件による変化を示す図である。図６において、縦軸
は機関１回転当たりの吸入空気量Q/N、横軸は機関回転
数Ｎを示す。図６に示すように、機関の単位時間当たり
のNOX発生量は、Q/Nが同一であれば機関回転数Ｎが高い
ほど、また回転数Ｎが同一であればQ/Nが大きいほど大
きな値になる。本実施形態では、図６に示した単位時間
当たりのNOX発生量をQ/NとＮとを用いた、図２と同様な
形式の数値テーブルとして制御回路30のROM32に予め格
納してあり、一定時間毎にQ/NとＮとの値を読み込み、
このQ/N、Ｎの値を用いて数値テーブルからNOX発生量を
読み出して積算することにより、NOX吸収剤18のNOX吸収
量を推定している。
図７は、本実施形態におけるNOX吸収剤18のNOX吸収量
推定操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７においてルーチンがスタートすると、ステップ70
1では、機関回転数Ｎと吸入空気量Ｑとが、それぞれセ
ンサ23と13とから読み込まれ、ステップ703では読み込
んだＮとＱとから機関１回転あたりの吸入空気量Q/Nが
算出され、Q/NとＮの値から、予めROM32に格納した機関
の単位時間当りNOX発生量（図６）を表す前述の数値テ
ーブルに基づいて、単位時間当たりのNOX発生量KNOXを
算出する。そして、ステップ705では、KNOXの値を積算
してNOX吸収量カウンタCRの値を求めルーチンを終了す
る。
なお、本実施形態では、上記により機関単位時間当た
りのNOX発生量に基づいてNOX吸収量カウンタCRの値を算
出しているが、NOX吸収剤18のNOX吸収量は機関のリーン
空燃比運転時間に応じて増大すると考えられるため、機
関がリーン空燃比で運転されている間一定時間毎にカウ
ンタCRの値を一定量ずつカウントアップして、カウンタ
CRの値を簡易に設定するようにしてもよい。
図８は、本実施形態におけるNOX吸収剤の再生操作を
示すフーローチャートである。本ルーチンは、図１の制
御回路30により一定時間毎に実行される。
図８においてルーチンがスタートすると、ステップ80
1ではNOX吸収剤18の再生操作を実行すべきか否か、すな
わちNOX吸収量カウンタCRの値が所定値CR0以上になって
いるか否かが判定される。本実施形態では、CR0の値
は、例えば後述するNOX吸収剤のNOX飽和量の最大値KMAX
の70から80％程度の値に設定されている。
図８ステップ801でCR＜CR0の場合にはNOX吸収剤18のN
OX吸収量は少なく再生操作を実行する必要はないため、
ステップ803で再生操作フラグXFの値を０にセットして
ステップ811に進み、現在のNOX吸収量カウンタCRの値を
バックアップRAM29に記憶した後ルーチンを終了する。
これにより、バックアップRAM29には常時最新のNOX吸収
量が記憶される。なお、フラグXFの値が０にセットされ
ると、別途実行される燃料噴射量演算ルーチンでは、前
述の補正係数Ktの値はKt＝0.7に設定され、機関はリー
ン空燃比運転される。これにより、NOX吸収剤18はNOXの
吸収を継続する。一方ステップ801でCR≧CR0の場合に
は、NOX吸収剤18のNOX吸収量が増大しており再生操作を
実行する必要があるためステップ805に進み、再生操作
フラグXFの値を１に設定する。フラグXFの値が１にセッ
トされると、別途実行される燃料噴射量演算ルーチンで
は、補正係数Ktの値はKt＝KKにセットされる。KKの値は
1.0より大きい値とされ、本実施形態では例えばKK＝1.0
4程度の値に設定されている。従って、ステップ805で補
正係数Ktの値がKKにセットされると機関はリッチ空燃比
運転され、リッチ空燃比の排気がNOX吸収剤18に流入す
るため、NOX吸収剤18から吸収したNOXが放出され排気中
のHC、CO成分により還元浄化される。
ステップ807から809は再生操作の終了動作を示してい
る。本実施形態では、NOX吸収剤18の再生操作は予め定
めた時間が経過すると終了する。すなわち、ステップ80
7では経過時間カウンタCTがカウントアップされ、カウ
ンタCTが一定値CT0に到達すると、すなわち再生操作が
一定時間実行されると（ステップ808でCT≧CT0）、カウ
ンタCR及びCTの値がクリアされる。これにより、次回ル
ーチン実行時にはステップ801の次にステップ803が実行
されるため、再生フラグXFの値は０にセットされるよう
になる。これにより、別途実行される燃料噴射量演算ル
ーチンでは補正係数Ktの値は再び0.7にセットされ機関
はリーン空燃比運転されるようになる。また、ステップ
808、809を実行後ステップ811では現在のNOX吸収量カウ
ンタ値CRをバックアップRAM29に記憶し、ルーチンを終
了する。
なお、上記カウンタ値CT0は、NOX吸収量カウンタの値
CR0に相当する量のNOXが保持されている場合にNOX吸収
剤から全量のNOXを放出させるのに十分な再生時間であ
る。CT0の値は使用するNOX吸収剤の種類、容量に応じて
異なってくるため、詳細には実際のNOX吸収剤を用いた
実験等により決定することが好ましい。
上述のように、機関の運転中はNOX吸収剤18のNOX吸収
量が増大して所定値に到達する毎に再生操作が実行され
るため、NOX吸収剤18から未浄化のNOXが放出されること
はない。しかし、上記のように機関の運転中にNOX吸収
量が所定値CR0（例えばNOX飽和量の最大値KMAXの70から
80％程度の量）に到達する毎にNOX吸収剤18の再生操作
を実行していると、吸収量がCR0に到達する直前に機関
が停止されたような場合にはNOX吸収剤には最大でCR0に
相当する量のNOXが保持されたままになっている。
ところで、本実施形態の機関では、機関始動時から機
関暖機が完了するまでは、前述の補正係数Ktを用いた燃
料噴射制御は行わず、以下の式により燃料噴射TAUを決
定する。
TAU＝TP×FWL×FASE ここでTPは前述の基本燃料噴射時間、FWLは暖機増量
係数、FASEは始動後増量係数である。
暖機増量係数FWLは、機関温度が低いときに燃料の霧
化の悪化による燃焼不安定が生じることを防止するため
に燃料を増量する係数であり、FWL≧1.0の値をとる。FW
Lは、機関温度（冷却水温度）に応じて定まる値とさ
れ、機関温度が高くなるにつれて小さな値に設定され、
機関暖機完了後（例えば冷却水温度が80℃に到達後）に
は1.0に設定される。
始動後増量係数FASEは、機関始動時に吸気ポート壁面
を燃料で濡らすための燃料増量値であり、FASE≧1.0の
値をとる。すなわち、機関始動時には各気筒の吸気ポー
トが乾いているため、噴射された燃料のうち壁面に付着
する燃料の割合が大きくなり実際に気筒燃焼室に到達す
る燃料量が少なくなる。始動後増量係数FASEはこの壁面
に付着する分の燃料量を予め増量して、必要な量の燃料
を気筒に到達させるための係数であり、壁面が十分に濡
れた後（壁面に運転条件に応じた量の燃料が付着した
後）は1.0に設定される。FASEは、機関始動時の冷却水
温度温度に応じた値（初期値）に設定され、その後1.0
に到達するまで燃料噴射一定回数毎に低減される。
図９は、機関冷間始動後の燃料噴射量TAUの時間変化
を説明する図である。図９に示すように、機関冷間始動
直後は上記FWLとFASEとが1.0より大きな値に設定される
ため、燃料噴射量TAUはTPより大きな値になり、機関空
燃比はリッチ（例えば空燃比で1.2程度）になる。しか
し、始動後時間の経過とともに始動後増量係数FASEが減
少し、更に冷却水温度上昇とともに暖機増量係数FWLが
減少するため、燃料噴射量は徐々に減少し、暖機完了と
ともに基本燃料噴射量TPに収束する。これに伴って、機
関空燃比は1.2程度のリッチ空燃比から理論空燃比まで
上昇する。
上述のように、機関始動時には機関空燃比はリッチ空
燃比から理論空燃比に徐々に変化する。このため、NOX
吸収剤18を通過する排気空燃比もリッチ空燃比から理論
空燃比に徐々に変化することになる。ところが、前述の
ように本実施形態では機関始動時にNOX吸収剤18には最
大でカウンタ値CR0に相当する量のNOXが保持されている
場合がある。このように、NOX吸収剤18にNOXが保持され
た状態で機関が始動されると、NOX吸収剤温度が上昇し
て活性化温度に到達した時点でNOX吸収剤からNOXが一挙
に放出されるようになる。この場合、NOX吸収剤からNOX
が放出される時の機関空燃比がかなりリッチな状態（例
えば空燃比で12程度）であれば放出されたNOXは全量がN
OX吸収剤上で還元される。しかし、NOX放出時、すなわ
ちNOX吸収剤が活性化温度に到達した時の機関空燃比が
理論空燃比近傍まで上昇していると、排気中のHC、CO成
分が不足してしまい放出されたNOXの全量を還元するこ
とができなくなってしまう。
従って、NOX吸収剤18が活性化温度に到達するタイミ
ングによっては未浄化のNOXが大気に放出されてしまう
場合が生じる。
また、NOX吸収剤の再生に要する時間は空燃比がリッ
チな程短いため、機関空燃比が理論空燃比近傍になって
からNOX吸収剤18が活性化温度に到達したのでは、機関
の暖機が完了するまでにNOX吸収剤18から全量のNOXが放
出されず、NOX吸収剤に吸収したNOXが残った状態で機関
のリーン空燃比運転が開始される場合が生じることがあ
る。この場合、NOX吸収剤18に残留するNOX量を推定する
ことは難しく、その後のNOX吸収量カウンタの値が実際
の吸収NOX量からずれてしまい、図８の再生操作実行の
タイミングを正確に判定することができなくなる問題が
生じる。
本実施形態では上記問題を解決するために、機関の暖
機運転が完了する前にNOX吸収剤18に吸収されたNOXの全
量を放出させ、還元浄化するようにしている。すなわ
ち、本実施形態では機関暖機運転中に後述する方法でNO
X吸収剤が活性化温度に到達したことを検出し、活性化
温度に到達した時点から前述の暖機増量係数FWLおよび
始動後増量係数FASEによる燃料増量を停止し、機関への
燃料噴射量を以下の式により算出する。
TAU＝TP×FNOX ここで、FNOXはNOX吸収剤再生のための燃料増量係数
であり、前述のNOX吸収量カウンタ値CR0に相当する量の
NOXがNOX吸収剤18に保持されていた場合に活性化温度に
到達したNOX吸収剤から放出されるNOXの全量を還元浄化
するのに十分な値、例えば機関空燃比が12程度のリッチ
空燃比になるように設定される。
本実施形態では、NOX吸収剤再生のためのFNOXによる
燃料増量はNOX吸収剤からほぼ全量のNOXが放出されるま
で行われ、NOX吸収剤のNOX保持量がほぼ０になると、通
常の暖機時の燃料増量（暖機増量係数FWLおよび始動後
増量係数FASEによる燃料増量）が再開される。
図10は、上述の場合の機関冷間始動後の燃料噴射量の
時間変化を説明する図９と同様な図である。図10に示す
ように、本実施形態では機関始動後NOX吸収剤が活性化
温度に到達するまでは図９と同じ燃料増量が行われるが
（図10、区間Ｉ）、NOX吸収剤が活性化温度に到達する
と燃料噴射量は所定の値（TAU＝TP×FNOX）に増量さ
れ、十分にリッチな空燃比雰囲気下でNOX吸収剤の再生
が行われる（図10、区間II）。そして、NOX吸収剤から
ほぼ全量のNOXが放出、還元浄化されると再度図９と同
じ燃料増量が行われるようになる（図10、区間III）。
このように、機関暖機中にNOX吸収剤が活性化温度到
達後十分にリッチな空燃比でNOX吸収剤の再生操作を行
うことにより、機関暖機中にNOX吸収剤から未浄化のNOX
が放出されることが防止できる。また、暖機完了後のリ
ーン空燃比運転開始時には、NOX吸収剤のNOX吸収量はほ
ぼ０であるためNOX吸収量カウンタCRの初期値を０に設
定することにより、運転中のNOX吸収剤の吸収NOX量を正
確に推定することが可能となる。
図11は、本実施形態における機関始動時のNOX吸収剤
再生操作を説明するフローチャートである。本操作は制
御回路30により一定時間毎に実行される。
図11においてルーチンがスタートすると、ステップ11
01では機関の暖機が完了しているか否かが判定される。
本実施形態では、暖機完了が完了したか否かの判定は、
機関冷却水温度が所定値（例えば80℃）以上に上昇した
か否かに基づいて行われる。
ステップ1101で暖機が完了していた場合（冷却水温度
温度が所定値以上の場合には、ルーチンはステップ1103
に進み前述した暖機完了後の燃料噴射量の設定が行わ
れ、燃料噴射TAUは、TAU＝TP×Ktとして算出される。ま
た、ステップ1101で機関暖機が完了していない場合には
ステップ1105でNOX吸収剤18が活性化温度に到達したか
否かが判定される。ステップ1105のNOX吸収剤の活性化
温度到達の有無の判定については後述する。
ステップ1105でNOX吸収剤18が活性化温度に到達して
いた場合には、次にステップ1107でNOX吸収剤18からのN
OX放出が完了しているか否かが判定される。このNOX吸
収剤18からのNOX放出完了の有無の判定についても後述
する。
ステップ1105でNOX吸収剤18が活性化温度に到達して
おりステップ1107でまだNOX吸収剤からのNOXの放出が完
了していない場合には、NOX吸収剤からのNOX放出及び還
元浄化を行うため、ステップ1109で燃料噴射量TAUは、T
AU＝TP×FNOXとして設定された機関は予め定めた十分に
リッチな空燃比で運転される。これにより、NOX吸収剤
から放出されたNOXはその全量が還元浄化されるため、
機関暖機中に未浄化のNOXが大気に放出される事態が防
止される。
ステップ1105でNOX吸収剤18が未だ活性化温度に到達
していない場合、及びステップ1107で、既にNOX吸収剤
からのNOX放出が行われ吸収剤中のNOXのほぼ全量が放
出、還元浄化されていた場合には、次にステップ1111か
ら1115が実行され図９で説明した通常の暖機中の燃料噴
射量設定が行われる。すなわち、ステップ1111では冷却
水温度に基づいて暖機増量係数FWLの値が設定され、ス
テップ1113では、冷却水温度に基づいて決定される初期
値と始動後の燃料噴射回数とから始動後増量係数FASEの
値が設定される。また、ステップ1115で暖機時の燃料噴
射量TAUが、TAU＝TP×FWL×FASEとして算出される。
次に、ステップ1105で実行されるNOX吸収剤が活性化
温度に到達したか否かの判定方向について説明する。
NOX吸収剤18が活性化温度に到達したか否かは、例え
ばNOX吸収剤18に温度センサを配置して直接NOX吸収剤温
度を検出することによっても判定することができるが、
それ以外にも例えば以下の方法に基づいて判定すること
ができる。
冷却水温度に基づく判定方法。
排気温度に基づく判定方法。
NOX吸収剤を通過する排気の熱量積算値に基づく判
定方法。
NOX吸収剤入口と出口とにおける排気中の特定成分
濃度に基づく判定方法。
以下、それぞれの方法について説明する。
冷却水温度に基づく判定方法。
NOX吸収剤温度は、機関冷却水温度の上昇に対応して
上昇する。従って、予め機関冷却始動後にNOX吸収剤が
活性化温度（例えば250℃程度）に到達した後の機関冷
却水温度（例えば70℃）を実際に測定しておけば、機関
始動後に冷却水温度センサ27で検出した機関冷却水温度
がこの温度に到達した場合にNOX吸収剤が活性化したと
判定することができる。
排気温度に基づく判定方法。
本実施形態では、排気温度センサ26はNOX吸収剤18下
流側に設置されており、NOX吸収剤18を通過した後の排
気の温度を検出している。このため、排気温度センサ26
で検出した排気温度はNOX吸収剤18自体の温度とはほぼ
等しくなっている。このため、排気温度センサ26で検出
した温度が所定温度（例えばNOX吸収剤の活性化温度）
に到達した場合にNOX吸収剤が活性化温度に到達したと
判定することができる。
NOX吸収剤を通過する排気の熱量積算値に基づく判
定方法。
始動後のNOX吸収剤温度上昇は、NOX吸収剤に与えられ
る熱量、すなわち始動後にNOX吸収剤を通過した排気の
熱量の積算値に対応している。一方、排気の有する熱量
は例えば機関に供給される燃料の量、または機関の機関
吸入空気量に比例する。このため、機関始動時からの燃
料噴射量、または始動時からの機関吸入空気量を積算
し、いずれかの積算値が予め定めた値に到達したときに
NOX吸収剤が活性化温度に到達したと判定することがで
きる。なお、上記積算値の判定値は、予め実際のNOX吸
収剤温度を実測して活性化温度に対応した値に設定され
る。
NOX吸収剤入口と出口とにおける排気中の特定成分
濃度に基づく判定方法。
NOX吸収剤が活性化温度に到達したか、すなわちNOX吸
収剤が活性化したか否かは、NOX吸収剤入口と出口とに
おける排気中の特定成分（HC、CO成分、NOX成分等）の
濃度に基づいても判定することができる。図４で説明し
たようにNOX吸収剤はリッチ空燃比下では排気中のHC、C
O成分を消費して、流入する排気中のNOXや吸収剤から放
出されたNOXを還元する。ところが、NOX吸収剤が活性化
していない場合には流入する排気中のHC、CO成分やNOX
成分はNOX吸収剤中で反応することなくそのままNOX吸収
剤を通過する。このため、NOX吸収剤が活性化していな
い状態ではNOX吸収剤出口におけるHC、CO及びNOX成分の
濃度はNOX吸収剤入口におけるHC、CO及びNOX成分の濃度
と等しくなる。しかし、NOX吸収剤が活性化するにつれ
て流入する排気中のHC、CO成分とNOX成分とが反応する
ようになるため、NOX吸収剤出口におけるHC、CO及びNOX
成分濃度は入口における濃度より低くなる。そこで、例
えばNOX吸収剤出口における上記成分濃度と入口におけ
る上記成分濃度との比が予め定めた値（例えば50％程
度）まで低下したときにNOX吸収剤が活性化したと判定
するようにしてもよい。本実施形態ではNOX吸収剤18の
上流側と下流側とには排気成分センサ24、25が配置され
ている。従って、排気成分センサ24、25としてHCセンサ
を用いた場合には排気中のHC、CO成分濃度、NOXセンサ
を用いた場合にはNOX成分濃度をそれぞれ検出すること
によりNOX吸収剤18が活性化したか否かを判定すること
ができる。
図11ステップ1105では、上記からのいずれか１
つ、または２つ以上の方法を組み合わせてNOX吸収剤が
活性化温度に到達したか否かを判定している。
次に、図11ステップ1107における、NOX吸収剤からのN
OX放出が完了したか否かの判定について説明する。
NOX吸収剤からほぼ全量のNOXが放出されNOX放出が完
了したか否かは、例えば以下の方法に基づいて判定する
ことができる。
１） 所定時間が経過したか否かに基づく判定方法 本実施形態では、前述したように機関始動時にNOX吸
収剤18中に保持されているNOX量の最大値はNOX吸収量カ
ウンタ値CR0に相当するNOX量である。このため実際の運
転では、カウンタ値CR0に相当する量のNOXをNOX吸収剤
から放出させるのに十分な時間だけNOX吸収剤の再生操
作を行えば、必ずNOX吸収剤からほぼ全量のNOXを放出さ
せることができる。従って、予め燃料増量係数FNOXに相
当する空燃比で再生操作を行った場合にカウンタ値CR0
に相当する量のNOXを保持したNOX吸収剤から全量のNOX
を放出させるのに要する時間T0を測定しておき、再生操
作開始後の経過時間が上記T0に到達したときにNOX吸収
剤から全量のNOXが放出されたと判定することができ
る。
２） NOX吸収剤入口と出口とにおける排気中の酸素濃
度に基づく判定方法。
NOX吸収剤再生操作時には、NOX吸収剤に流入する排気
の空燃比は大幅にリッチ（例えば空燃比で12程度）とさ
れるため、NOX吸収剤入口での排気酸素濃度は非常に低
い値となる。しかし、再生操作中はNOX吸収剤から放出
されたNOXが排気中のHC、CO成分により還元されNOX吸収
剤上でO2が生成されるようになるため、NOX吸収剤出口
における排気酸素濃度は入口における排気酸素濃度より
高くなる。一方、NOX吸収剤から全量のNOXが放出されて
しまうと、NOX吸収剤上ではNOXの還元反応が生じなくな
りO2も生成されなくなる。従って、NOX吸収剤から全量
のNOXが放出された後はNOX吸収剤出口における排気酸素
濃度は入口における酸素濃度まで低下する。従って、NO
X吸収剤再生操作中にNOX吸収剤出口における排気酸素濃
度を監視し、この酸素濃度が低下してNOX吸収剤入口に
おける排気酸素濃度と等しくなったときにNOX吸収剤か
らのNOX放出が完了したと判定することができる。本判
定方法は、排気成分センサ24、25として酸素濃度センサ
を使用した場合に行うことができる。
３） 前回機関停止時のNOX吸収剤の吸収NOX量に基づく
判定方法。
前述したように、NOX吸収剤からは機関停止中にNOXが
放出される場合があり前回機関停止時のNOX保持量とは
必ずしも一致しない。しかし、機関停止中にNOX吸収剤
のNOX保持量が増大することはないため、前回機関停止
時のNOX吸収剤のNOX保持量を全量放出させるのに十分な
時間だけ再生操作を行えば、確実にNOX吸収剤から全量
のNOXを放出させることができる。そこで、前回機関停
止時のNOX吸収剤の吸収NOX量に応じて再生操作実行時間
を設定し、この実行時間が経過したときにNOX吸収剤か
ら全量のNOXが放出されたと判定するようにしてもよ
い。この場合、図11ステップ1107では、前回機関停止時
に制御回路30のバックアップRAM29に記憶したNOX吸収量
カウンタCRの値を読み出し、CRの値に応じて再生操作実
行時間を設定する。再生操作実行時間は、予めNOX吸収
剤のNOX吸収量（カウンタ値CR）を変えて再生操作に必
要とする時間を実測し、制御回路30のROM32を格納して
おくようにすればよい。前述の１）の方法では、NOX吸
収剤からNOXを放出させるのに必要な時間の最大値を設
定し、再生開始後この最大時間が経過したときにNOX放
出が完了したと判定していた。しかし、実際には機関始
動時にNOX吸収剤に吸収されているNOX量は常に最大量に
はなっていないため、実際には必要以上に再生操作を継
続する場合が生じるが、本判定方法によれば、NOX吸収
剤の実際の吸収NOX量に応じて再生操作実行時間が設定
されるため、必要以上に長時間再生操作を実行すること
による燃費の増大が防止される利点がある。
次に、本発明の別の実施形態について説明する。
前述の第１の実施形態では機関の通常運転（すなわち
リーン空燃比運転）中にNOX吸収剤のNOX吸収量がある程
度まで増大すると一定時間機関空燃比をリッチ空燃比に
制御してNOX吸収剤の再生を行うことにより、NOX吸収剤
がNOXで飽和することを防止していた。すなわち、前述
の第１の実施形態では、図８で説明したようにNOX吸収
剤の吸収したNOX量（CR）がNOX吸収剤の最大NOX保持量
（飽和量）の70から80％程度に到達する毎にNOX吸収剤
の再生操作が行なわれていた。ところが、通常運転（リ
ーン空燃比運転）中に機関空燃比をリッチ空燃比にして
NOX吸収剤の再生を行なうと、機関の燃費が悪化した
り、空燃比変化に伴う機関出力トルクの変動が発生する
などの問題が生じる場合がある。そこで、以下に説明す
る実施形態では、最大NOX保持量の大きいNOX吸収剤を使
用することにより、機関通常運転時（リーン空燃比運転
時）の再生操作実行頻度を低減（もしくは通常運転時に
は全く再生操作を行なわないように）して燃費の悪化や
出力トルク変動の発生を防止している。
まず、NOX吸収剤の最大NOX保持量（飽和量）を増大さ
せる手段について説明する。
NOX吸収剤の飽和量を増大させる方法としては、例え
ば以下のものがあげられる。
NOX吸収剤の容量（容積）を増大する。
すなわち、単位容積当たりのNOX保持量が同じであれ
ばNOX吸収剤の容積に比例して最大保持量が増大する。
吸収剤の組成を、多量のNOXを保持できるものに変更
する。
図４の説明ではNOX吸収剤に使用する、NOXを吸収保持
する物質（以下「吸収材」という）として酸化バリウム
BaOを使用したものを例にとって説明したが、吸収材と
して塩基性の強いものを使用するとNOX吸収剤単位容積
当たりのNOX保持量を増大させることができることが判
明している。そこで、バリウムBaに代えて、例えばカリ
ウムＫやセシウムCs等の塩基性の強いアルカリ金属を使
用することによりNOX吸収剤の容積を同一に保持したま
までNOX吸収剤の最大NOX保持量を増大させることができ
る。
NOX吸収剤の上流側に三元触媒を配置する。
NOX吸収剤は、排気中に多量のHC成分が存在するとHC
成分の付着によりNOX吸収能力が低下する場合がある。
このため、例えばNOX吸収剤上流側の排気通路に三元触
媒を配置して過剰なHC成分がNOX吸収剤に到達すること
を防止することによってもNOX吸収剤のNOX保持量を増大
（保持量の低下を防止）することができる。また、三元
触媒はリーン空燃比下で排気中のNOを酸化してNO2を生
成する。一方、図４で説明したようにNOX吸収剤上ではN
Oが一旦NO2に酸化され、このNO2が更に酸化されて硝酸
イオンを生成することによりNOXの吸収が行なわれる。
このため、NOX吸収剤の上流側に三元触媒を配置して、N
OX吸収剤にNOXの形でNOXを供給してやることにより、吸
収材へのNOX吸収が促進されるようになる効果がある。
NOX吸収剤入口の排気温度を特定の範囲に調節する。
NOX吸収剤の保持可能な最大NOX量はNOX吸収剤温度と
ともに変化する。例えば、NOX吸収剤温度が低い領域で
はNOX吸収剤の最大NOX保持量は温度とともに上昇する
が、ある温度領域（最大吸収量温度領域）を越えると硝
酸塩の形で吸収材中に保持したNOXが熱分解により放出
されるようになり、最大NOX保持量は低下する。そこ
で、NOX吸収剤に流入する排気の温度が機関の通常運転
時に上記最大吸収量領域になるような排気通路上の位置
にNOX吸収剤を配置することによってもNOX吸収剤の最大
NOX保持量を増大させることができる。なお、排気通路
に冷却フィンや冷却水用のジャケットを設置して積極的
にNOX吸収剤温度を調節するようにしても良い。
以下に説明する第２と第３の実施形態では、上記の方
法のいずれか１つまたは２つ以上の方法を用いて最大NO
X保持量を増大させたNOX吸収剤を使用している。なお、
以下の実施形態においても装置全体構成は図１のものと
同一である。
（２）第２の実施形態 本実施形態では、機関始動後図11の再生操作を行なっ
て、NOX吸収剤に吸収されたNOXのほぼ全量を放出、還元
浄化した後はNOX吸収剤のNOX吸収量に基づく再生操作
（図８）は実行しない。但し、機関加速運転や高負荷運
転時など機関の高出力が要求される運転状態では機関を
リッチ空燃比で運転してNOX吸収剤にリッチ空燃比の排
気を供給し、NOX吸収剤の再生を行なう。
本実施形態においても、機関１の燃料噴射量補正係数
Ktの値は図２のマップに基づいて機関吸入空気量Ｑと回
転数Ｎとから設定されるが、本実施形態では、機関加速
時や高負荷運転時等の機関出力が要求される運転領域で
はKtの値はKt≧1.0（理論空燃比またはリッチ空燃比）
に設定されている。図12は、本実施形態におけるKtの値
の設定を説明するグラフである。図12に示すように、Kt
の値は負荷（Q/N）が大きい領域ではKt＞1.0（リッチ）
に設定され、機関出力を確保するようにされている。
従って、本実施形態では機関加速時や高負荷運転時等
に機関がリッチ空燃比で運転されるとNOX吸収剤にはリ
ッチ空燃比の排気が流入し、NOX吸収剤から吸収したNOX
が放出され還元浄化される。
上述のように、本実施形態では機関が特定の運転状態
にある時にのみNOX吸収剤の再生操作が実行される。こ
のため、NOX吸収剤の再生操作実行頻度は機械運転状態
によって大きく変化する。本実施形態では、前述したよ
うにNOX吸収剤の最大NOX保持量は第１の実施形態に比べ
て大きく設定されており、極めてリッチ空燃比運転が実
行される頻度が少ない場合でもNOX吸収剤が飽和しない
程度の大きさとされている。このように、NOX吸収剤の
最大NOX保持量を大きく設定することにより、機関のリ
ッチ空燃比運転は運転者が機関高出力を要求したときに
のみ実行されるようになり、運転者の予期しないリッチ
空燃比運転（すなわち、第１の実施形態におけるよう
な、NOX吸収剤のNOX吸収量に応じて実行されるリッチ空
燃比運転）が生じない。このため、運転者の予期しない
機関出力変動が生じることが防止され、車両の運転感覚
の悪化が生じない。
なお、本実施形態では、機関加速時や高負荷運転時に
おけるKtの値を機関の出力要求から定まる値よりややリ
ッチ側（例えば空燃比で12程度になるように）に設定し
ている。これにより、比較的短時間の加速や高負荷運転
でもNOX吸収剤の再生が十分に行なわれる。また、本実
施形態ではNOX吸収剤の最大NOX保持量を十分大きく設定
すれば、機関加速時や高負荷運転時におけるリッチ空燃
比運転中にNOX吸収剤から全量のNOXを放出させなくても
運転中にNOX吸収剤が飽和することはない。このため、
機関加速時や高負荷運転時におけるKtの値を機関の出力
要求から定まる比較的小さな値に設定して、吸収したNO
Xの一部のみを放出させるようにすることも可能であ
る。すなわち、この場合には機関始動時のNOX吸収剤の
再生操作に対して機関加速時や高負荷運転時におけるNO
X吸収剤の再生は補助的に用いられることになる。
（３）第３の実施形態 本実施形態においても、機関始動時に図11の操作を行
いNOX吸収剤から吸収したNOXのほぼ全量を放出させる。
しかし、本実施形態では、機関の加速時や高負荷運転時
にもリッチ空燃比運転は行なわず、燃料噴射量補正係数
Ktの値は全ての運転領域でKt≦1.0に設定される。つま
り、NOX吸収剤の再生は機関始動時に行なわれるだけ
で、通常運転中にはNOX吸収剤の再生はほとんど行なわ
れない。本実施形態では、NOX吸収剤の最大NOX保持量は
第２の実施形態のものより更に大きく設定されており、
機関運転中に排出されるNOXの全量を吸収、保持可能な
ように設定されている。このため、機関の通常運転（リ
ーン空燃比運転）中には図８の再生操作は全く行なわな
い。これにより、空燃比変化による機関出力変動や燃費
の悪化が完全に防止される。
なお、第２、第３の実施形態においても図７の操作に
よりNOX吸収剤のNOX吸収量CRを推定してCRの値をバック
アップRAMに記憶しておき、前回機関停止時のNOX吸収量
に応じて機関始動時のリッチ空燃比運転時間を変更する
ようにすることも可能である。
上述したように、本発明によれば、機関始動時にNOX
吸収剤から未浄化のNOXが放出される事態を防止すると
ともに、NOX吸収剤のNOX吸収能力（吸収容量）を最大限
に利用した効率のよい排気浄化が可能となる。このた
め、NOX吸収容量の大きいNOX吸収剤を使用した場合に
は、機関運転中にNOX吸収剤再生のためのリッチ空燃比
運転を行なわないでも十分に排気浄化が可能となる利点
がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−272536（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−257487（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−280550（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−291814（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−129246（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 (6)

    (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した、流入する
    排気の空燃比がリーンのときに排気中のNOXを吸収しリ
    ッチ空燃比雰囲気下で吸収したNOXを放出、還元浄化す
    るNOX吸収剤と、機関始動後、機関暖機が完了するまで
    機関に供給する燃料を増量して機関空燃比を理論空燃比
    よりリッチ空燃比側に維持する暖機手段と、前記暖機手
    段による燃料増量中または機関暖機完了後最初に機関が
    リーン空燃比運転されるまでの間に、予め定めた期間前
    記機関への燃料供給量を更に増量して、前記NOX吸収剤
    に吸収されたNOXが放出され還元浄化されるのに充分な
    予め定めたリッチ空燃比で機関を運転するNOX放出手段
    を備え、前記NOX放出手段は、前記燃料供給量の増量を
    前記NOX吸収剤が活性化温度に到達した後に行う内燃機
    関の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】内燃機関の排気通路に配置した、流入する
    排気の空燃比がリーンのときに排気中のNOXを吸収しリ
    ッチ空燃比雰囲気下で吸収したNOXを放出、還元浄化す
    るNOX吸収剤と、機関始動後、機関暖機が完了するまで
    機関に供給する燃料を増量して機関空燃比を理論空燃比
    よりリッチ空燃比側に維持する暖機手段と、前記暖機手
    段による燃料増量中または機関暖機完了後最初に機関が
    リーン空燃比運転されるまでの間に、予め定めた期間前
    記機関への燃料供給量を更に増量して、前記NOX吸収剤
    に吸収されたNOXが放出され還元浄化されるのに充分な
    予め定めたリッチ空燃比で機関を運転するNOX放出手段
    を備え、前記NOX放出手段は、前回機関停止時に前記NOX
    吸収剤に吸収されたNOX吸収量を推定し記憶する手段
    と、該記憶した推定NOX吸収量に基づいて前記機関への
    燃料供給量を増量する期間を変更する可変手段とを備え
    た内燃機関の排気浄化装置。
  3. 【請求項３】前記NOX放出手段は、前記燃料供給量の増
    量を前記NOX吸収剤が活性化温度に到達した後に行う請
    求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 【請求項４】更に、機関リーン空燃比運転中に所定の条
    件が成立したときに前記NOX吸収剤をリッチ空燃比雰囲
    気にすることにより、前記NOX吸収剤から吸収したNOXを
    放出させるとともに放出されたNOXを還元浄化する再生
    操作を行う再生手段を備えた請求項１から３のいずれか
    １項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 【請求項５】前記再生手段は、機関加速時または高負荷
    運転時に前記再生操作を行う請求項４に記載の内燃機関
    の排気浄化装置。
  6. 【請求項６】前記再生手段は、機関運転中に前記NOX吸
    収剤の吸収したNOX量を推定する推定手段を備え、機関
    リーン空燃比運転中にNOX吸収剤の推定NOX吸収量が所定
    値に到達したときに前記再生操作を行う請求項４に記載
    の内燃機関の排気浄化装置。
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