JP3446617B2

JP3446617B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3446617B2
Application number: JP23324298A
Authority: JP
Inventors: 直人鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-08-19
Filing date: 1998-08-19
Publication date: 2003-09-16
Anticipated expiration: 2018-08-19
Also published as: JP2000064826A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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】近年、燃料消費率を低減するために、リ
ーン混合気を燃焼させる希薄燃焼内燃機関が実用化され
ている。希薄燃焼においては、有害なＮＯ_xが比較的多
量に生成され、大気中へのＮＯ_x放出量を低減しなけれ
ばならない。

【０００３】このために、機関排気系にＮＯ_x吸蔵還元
触媒を配置することが提案されている。ＮＯ_x吸蔵還元
触媒は、排気ガス中の酸素濃度が高い時にＮＯ_xを硝酸
塩の形で吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低くなると吸
収したＮＯ_xを放出すると共に、排気ガス中の還元成分
によって放出したＮＯ_xを還元浄化させるものである。
このように、ＮＯ_x吸蔵還元触媒は、酸素濃度の高い希
薄燃焼の排気ガス中からＮＯ_xを良好に吸収し、定期的
なリッチ混合気燃焼運転によって、排気ガス中の酸素濃
度を低下させると共に排気ガス中にＨＣ及びＣＯ等の還
元成分を存在させ、吸収したＮＯ_xを大気中に放出させ
ることなく良好に浄化することができる。

【０００４】ところで、内燃機関の燃料には硫黄が含ま
れており、燃焼に際してＳＯ_xが生成される。ＳＯ
_xは、ＮＯ_x吸蔵還元触媒へＮＯ_xと同様なメカニズム
により硫酸塩の形で吸収される。硫酸塩は、安定な物質
であるために、通常のリッチ混合気燃焼運転を実施して
もＮＯ_x吸蔵還元触媒から放出され難く、吸蔵量が徐々
に増加する。ＮＯ_x吸蔵還元触媒への硝酸塩又は硫酸塩
の吸蔵可能量は有限であり、ＮＯ_x吸蔵還元触媒におけ
る硫酸塩の吸蔵量が増加すれば（以下、ＳＯ_x被毒と称
する）、その分、硝酸塩の吸蔵可能量が減少し、遂に
は、全くＮＯ_xを吸収することができなくなる。

【０００５】このようにＳＯ_x被毒されたＮＯ_x吸蔵還
元触媒を回復するために、特開平６−８８５１８号公報
には、排気ガスが高温となる時に、排気ガスをストイキ
又はリッチ状態として酸素濃度を低下させることが提案
されている。硫酸塩は安定な物質であるが、ＮＯ_x吸蔵
還元触媒が排気ガスにより高温とされれば、排気ガス中
の酸素濃度の低下により、ＳＯ_xとして放出させること
ができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ＮＯ_x吸蔵還元触媒の
ＳＯ_x被毒回復処理において、処理中の機関運転におい
ても燃料に含まれる硫黄によってＳＯ_xが生成されてお
り、この時の排気ガス中のＳＯ_x濃度に応じてＮＯ_x吸
蔵還元触媒のＳＯ_x被毒回復に程度の差が発生する。そ
れにより、これを考慮することなく、前述の従来技術に
よって排気ガスを所定のストイキ又はリッチ状態とする
と、ＳＯ_x被毒回復が不十分であったり、排気ガスが過
剰にリッチ状態とされて、燃料消費率及び排気エミッシ
ョンを悪化させる可能性がある。

【０００７】従って、本発明の目的は、ＮＯ_x吸蔵還元
触媒の被毒回復処理において、排気エミッションを悪化
させることなく完全な被毒回復を可能とする内燃機関の
排気浄化装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による請求項１に
記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスがリーン状
態の時にＮＯ_x及び被毒物質を吸蔵するＮＯ_x吸蔵還元
触媒と、前記ＮＯ_x吸蔵還元触媒における前記被毒物質
の吸蔵量を把握する吸蔵量把握手段と、前記吸蔵量把握
手段によって把握された前記吸蔵量が所定値となった後
の回復期間の間、前記ＮＯ_x吸蔵還元触媒を所定高温度
範囲内とすると共に前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する
排気ガスを前記被毒物質が放出される回復空燃比に制御
する回復手段と、前記回復手段による前記ＮＯ_x吸蔵還
元触媒の回復程度を評価する回復程度評価手段と、前記
回復程度評価手段によって評価された回復程度に応じ
て、次回の前記回復期間中に前記ＮＯ_x吸蔵還元触媒へ
流入する還元物質総量を変化させる第一変化手段とを具
備することを特徴とする。

【０００９】また、本発明による請求項２に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記第一変化手段は、前記回復空
燃比を変化させることにより、次回の前記回復期間中に
前記ＮＯ_x吸蔵還元触媒へ流入する前記還元物質総量を
変化させることを特徴とする。

【００１０】また、本発明による請求項３に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記第一変化手段は、前記回復期
間を変化させることにより、次回の前記回復期間中に前
記ＮＯ_x吸蔵還元触媒へ流入する前記還元物質総量を変
化させることを特徴とする。

【００１１】また、本発明による請求項４に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記回復程度評価手段は、前記Ｎ
Ｏ_Ｘ吸蔵還元触媒の劣化を検出する劣化検出手段である
ことを特徴とする。

【００１２】また、本発明による請求項５に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、排気ガスがリーン状態の時にＮ
Ｏ_Ｘ及び被毒物質を吸蔵するＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒と、前
記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒における前記被毒物質の吸蔵量を
把握する吸蔵量把握手段と、前記吸蔵量把握手段によっ
て把握された前記吸蔵量が所定値となった後の回復期間
の間、前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を所定高温度範囲内とす
ると共に前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスを
前記被毒物質が放出される回復空燃比に制御する回復手
段と、燃料中における前記被毒物質の前駆物質濃度を把
握する把握手段と、前記把握手段によって把握された前
記前駆物質濃度に応じて前記回復期間中に前記ＮＯ_Ｘ吸
蔵還元触媒へ流入する還元物質総量を変化させる第二変
化手段とを具備することを特徴とする。

【００１３】また、本発明による請求項６に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項５に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記第二変化手段は、前記回復空
燃比を変化させることにより前記回復期間中に前記ＮＯ
_x吸蔵還元触媒へ流入する前記還元物質総量を変化させ
ることを特徴とする。

【００１４】また、本発明による請求項７に記載の内燃
機関の排気浄化装置は、請求項５に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、前記第二変化手段は、前記回復期
間を変化させることにより前記回復期間中に前記ＮＯ_x
吸蔵還元触媒へ流入する前記還元物質総量を変化させる
ことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による内燃機関の
排気浄化装置が取り付けられた機関排気系を示す概略図
である。同図において、１は希薄燃焼を実施する内燃機
関本体である。本実施形態において、内燃機関は＃１〜
＃４の四つの気筒を有するものである。これら四つの気
筒の点火順序は、＃１−＃３−＃４−＃２である。２１
〜２４は各気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁
である。

【００１６】機関排気系において、各気筒の排気管３１
〜３４は、＃１気筒の排気管３１と＃４気筒の排気管３
４とが第１合流部４１において合流し、＃２気筒の排気
管３２と＃３気筒の排気管３３とが第２合流部４２にお
いて合流し、第１合流部４１と第２合流部４２との下流
側が第３合流部４３において合流するように構成されて
おり、第３合流部４３の下流側にはＮＯ_x吸蔵還元触媒
５が配置されている。

【００１７】６はＮＯ_x吸蔵還元触媒５へ流入する排気
ガスの空燃比状態を検出する第一空燃比センサであり、
７はＮＯ_x吸蔵還元触媒５から流出する排気ガスの空燃
比状態を検出する第二空燃比センサである。第一及び第
二空燃比センサ６，７として、排気ガス中の酸素濃度を
検出する酸素センサが使用可能である。

【００１８】２０は各燃料噴射弁２１〜２４を介しての
燃料噴射制御及び点火時期制御等の運転状態を制御する
制御装置であり、第一及び第二空燃比センサ６，７が接
続されると共に、例えば、機関負荷としてのアクセルペ
ダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルストローク
センサ、機関回転数を検出するための回転センサ、及
び、機関温度として冷却水温を検出する冷却水温センサ
（いずれも図示せず）等の機関運転状態を把握するため
のセンサが接続されている。

【００１９】内燃機関１における希薄燃焼において、排
気ガス中には比較的多量のＮＯ_xが含まれている。ＮＯ
_x吸蔵還元触媒５は、この排気ガス中からＮＯ_xを吸蔵
して還元浄化するためのものであり、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、セリウムＣｅ、イットリウムＹのよ
うな希土類から選択された少なくとも一つの成分と、白
金Ｐｔのような貴金属とを担持させたものである。

【００２０】このようなＮＯ_x吸蔵還元触媒５として、
白金Ｐｔ及びバリウムＢａを使用した場合を例として、
以下にＮＯ_xを吸収するメカニズムを説明する。まず、
排気ガス中の酸素濃度が高いリーン状態の排気ガスにお
いて、酸素が、Ｏ₂ ^-の形で白金Ｐｔの表面に付着し、
次いで、排気ガス中のＮＯが白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-
と反応してＮＯ₂となる。こうして生成されたＮＯ₂の
一部は、白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯ_x吸蔵還元触媒
内へ吸収され、酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸
塩ＢａＳＯ₄として硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で吸蔵され
る。

【００２１】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、ＮＯ_x吸蔵還元触媒のＮＯ
_x吸蔵能力が飽和しない限りＮＯ₂が吸蔵される。しか
しながら、排気ガスがリッチ状態となって酸素濃度が低
下することによってＮＯ₂の生成量が低下すると、逆に
硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形でＮＯ_x吸蔵還元触媒
から放出される。このＮＯ₂は、リッチ状態の排気ガス
中に含まれる未燃ＨＣ及びＣＯと反応して還元浄化され
る。

【００２２】この一方で、ガソリン等の内燃機関の燃料
には硫黄Ｓが含まれており、内燃機関における燃焼によ
ってＳＯ_xが生成される。排気ガス中のＳＯ_xは、ＮＯ
_xと同様なメカニズムによって硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形
でＮＯ_x吸蔵還元触媒に吸収され、硫酸塩ＢａＳＯ₄が
生成される。この硫酸塩ＢａＳＯ₄は安定していて分解
し難く、排気ガスがリッチ状態となっても分解されずに
ＮＯ_x吸蔵還元触媒内に残留する。こうして、徐々に、
ＮＯ_x吸蔵還元触媒内の硫酸塩ＢａＳＯ₄が増大する。
ＮＯ_x吸蔵還元触媒における硝酸塩ＢａＮＯ₄又は硫酸
塩ＢａＳＯ₄の吸蔵可能量は有限であり、硫酸塩ＢａＳ
Ｏ₄の吸蔵によるＳＯ_x被毒によって、その分、硝酸塩
ＢａＮＯ₄の吸蔵可能量が減少し、遂には、全くＮＯ_x
を吸収することができなくなる。それにより、ＮＯ_x吸
蔵還元触媒からＳＯ_x被毒を良好に回復させなければな
らない。

【００２３】制御装置２０による運転状態制御は、図２
に示す第一フローチャートに従って実施される。本フロ
ーチャートは、所定期間毎に繰り返されるものである。
まず、ステップ１０１において、詳しくは後述されるフ
ラグＦ１が１であるか否かが判断される。通常時は、こ
の判断は否定されてステップ１０２に進み、詳しくは後
述されるフラグＦ２が１であるか否かが判断される。通
常時は、この判断は否定されてステップ１０３に進み、
詳しくは後述されるフラグＦ３が１であるか否かが判断
される。通常時は、この判断は否定されてステップ１０
４に進み、リーン運転実行処理が行われる。

【００２４】このリーン運転実行処理は、圧縮行程での
燃料噴射によって点火プラグ近傍だけに可燃混合気を形
成して成層燃焼を実施し、全体としてリーン混合気を燃
焼を可能とするものである。もちろん、前述のセンサに
より把握される現在の機関運転状態に基づき、燃料噴射
量及び点火時期等は最適値に制御される。

【００２５】こうして、通常時はリーン運転が実行さ
れ、排気ガス中にはＮＯ_xが比較的多量に含まれる。し
かしながら、排気ガスはリーン状態であり、酸素濃度が
高いために、前述したように、ＮＯ_x吸蔵還元触媒５が
排気ガス中のＮＯ_xを良好に吸蔵し、大気中に放出され
るＮＯ_x量を十分に低減することができる。

【００２６】フラグＦ１は、現在の機関運転状態が加速
時又は機関高負荷時等の高出力を必要としている場合
に、セットされるものである。それにより、ステップ１
０１における判断が肯定される時には、ステップ１０５
に進み、ストイキ運転実行処理が行われる。このストイ
キ運転実行処理は、吸気行程での燃料噴射によって気筒
内全体に均一混合気を形成して均一燃焼を実施し、スト
イキ混合気を燃焼させるものである。もちろん、前述の
センサにより把握される現在の機関運転状態に基づき、
燃料噴射量及び点火時期等は最適値に制御される。

【００２７】前述のリーン運転によってＮＯ_x吸蔵還元
触媒５に吸蔵されたＮＯ_x量は徐々に増加する。前述し
たように、ＮＯ_x吸蔵還元触媒５におけるＮＯ_x吸蔵可
能量は有限であり、吸蔵されたＮＯ_x量がＮＯ_x吸蔵可
能量を越える以前にＮＯ_x吸蔵還元触媒５からＮＯ_xを
放出させて還元浄化する必要がある。この時にはフラグ
Ｆ２がセットされてステップ１０６に進み、リッチスパ
イク実行処理が行われる。

【００２８】図３は、フラグＦ２をセットするための第
二フローチャートであり、これを以下に説明する。本フ
ローチャートは所定期間毎に繰り返されるものである。
まず、ステップ２０１において、詳しくは後述されるフ
ラグＦ４が１であるか否かが判断される。この判断は当
初否定されてステップ２０２に進み、目標ＮＯ_x吸蔵量
ｓｔはｓ１とされる。このｓ１は、例えば、ＮＯ_x吸蔵
還元触媒５のＮＯ_x吸蔵可能量の７０％の値である。次
いで、リーン運転毎にＮＯ_x吸蔵還元触媒５に吸蔵され
るＮＯ_x量が積算され、ＮＯ_x吸蔵量ｓが算出される。
この積算には、機関運転状態に基づき単位時間当たりに
内燃機関で生成されるＮＯ_x量が考慮される。

【００２９】次いで、ステップ２０５において、ＮＯ_x
吸蔵量ｓが目標ＮＯ_x吸蔵量ｓｔに達したか否かが判断
され、この判断が否定される時はステップ２０６に進
み、フラグＦ２は０のまま終了する。一方、ステップ２
０５における判断が肯定される時にはステップ２０７に
進み、フラグＦ２は１にセットされ、ステップ２０８に
おいて、ＮＯ_x吸蔵量ｓは０とされ終了する。

【００３０】リッチスパイク実行処理は、図４に示す第
三フローチャートに従って実行される。まず、ステップ
３０１において、リッチスパイクを実行する。リッチス
パイクは、運転空燃比を所定のリッチ空燃比にすること
である。それにより、排気ガスがリッチ状態となって酸
素濃度が低くなるために、前述したように、ＮＯ_x吸蔵
還元触媒５からＮＯ_xが徐々に放出され、このＮＯ
_xは、この時の排気ガス中に含まれるＨＣ及びＣＯ等に
よって還元浄化される。

【００３１】次いで、ステップ３０２においてタイマを
作動し、ステップ３０３において第一空燃比センサ６の
出力Ａ１と第二空燃比センサ７の出力Ａ２とがほぼ一致
しているか否かが判断される。この判断が否定される時
には、ステップ３０１におけるリッチスパイクを継続す
る。リッチスパイクによるＮＯ_xの還元が行われている
間は、ＮＯ_x吸蔵還元触媒５から流出する排気ガスの空
燃比状態はストイキとなるために、ＮＯ_x吸蔵還元触媒
５へ流入する排気ガスのリッチ空燃比状態とは異なり、
第一空燃比センサ６の出力Ａ１と第二空燃比センサ７の
出力Ａ２とは異なっている。

【００３２】これに対して、ＮＯ_x吸蔵還元触媒５から
全てのＮＯ_xが放出されて還元が完了すると、ＮＯ_x吸
蔵還元触媒５から流出する排気ガスの空燃比状態は、Ｎ
Ｏ_x吸蔵還元触媒５へ流入する排気ガスの空燃比状態と
ほぼ等しくなり、第一空燃比センサ６の出力Ａ１と第二
空燃比センサ７の出力Ａ２とがほぼ一致するために、ス
テップ３０４に進み、リッチスパイクが中止されると共
にタイマを停止させる。本実施形態において、二つの燃
比センサを設けたが、ＮＯ_x吸蔵還元触媒の下流側だけ
に空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力がリッ
チスパイクの空燃比と一致した時にＮＯ_x吸蔵還元触媒
から全てのＮＯ_xが放出されて還元が完了したとしても
良い。

【００３３】次いで、ステップ３０５において、詳しく
は後述されるフラグＦ４が１であるか否かが判断され、
この判断は当初否定されてステップ３０６に進む。ステ
ップ３０６では、タイマのカウント時間Ｔが第一所定時
間Ｔ１未満であるか否かが判断される。この第一所定時
間Ｔ１は、リッチスパイクの排気ガスの空燃比状態にお
いて、ＮＯ_x吸蔵還元触媒５からＮＯ_x吸蔵可能量の７
０％のＮＯ_xを放出させ還元するのに要する時間であ
る。それにより、ＮＯ_x吸蔵可能量の７０％を目標ＮＯ
_x吸蔵量としている現在において、ＮＯ_x吸蔵還元触媒
５に目標ＮＯ_x吸蔵量が貯蔵されていれば、ステップ３
０６における判断は否定されてステップ３０７に進み、
フラグＦ３は０とされる。

【００３４】一方、ステップ３０６における判断が肯定
される時には、ＮＯ_x吸蔵還元触媒５にＮＯ_x吸蔵可能
量の７０％未満のＮＯ_xしか吸蔵されていないことにな
る。これは、前述の積算計算がＮＯ_x吸蔵還元触媒５に
吸蔵されるはずのＮＯ_x量を比較的正確に算出するもの
であるために、ＳＯ_x被毒がＮＯ_x吸蔵可能量の３０％
を越えて進行したことを示している。ＳＯ_x被毒は、リ
ッチスパイク実行頻度に比較して緩やかに進行するもの
であるために、ステップ３０６における判断が肯定され
ると、ＳＯ_x被毒は、ＮＯ_x吸蔵可能量のほぼ３０％と
なる。この時には、ステップ３０８に進み、フラグＦ３
は１とされる。フラグＦ３がセットされると、前述の第
一フローチャートのステップ１０３における判断が肯定
されてステップ１０７に進み、ＳＯ_x被毒の回復運転実
行処理が行われる。

【００３５】第三フローチャートにおいて、ステップ３
０７又はステップ３０８を通過した後は、ステップ３１
２においてフラグＦ２は０とされ、ステップ３１３にお
いてフラグＦ４は０とされ終了する。第三フローチャー
トのステップ３０９〜３１０を説明する前に、図４に示
す第四フローチャートに従って実施されるＳＯ_x被毒の
回復運転実行処理を説明する。

【００３６】まず、ステップ４０１において、本処理が
実行可能であるか否かが判断される。ＳＯ_x被毒の回復
には、前述したように、ＮＯ_x吸蔵還元触媒５が、例え
ば、６００°Ｃ以上の温度となっていなければならな
い。それにより、現在の機関運転状態に基づき、ＮＯ_x
吸蔵還元触媒５の温度が６００°Ｃ以上の所定温度範囲
内となった時に、ステップ４０１における判断は肯定さ
れてステップ４０２に進む。ＳＯ_x被毒は、比較的緩や
かであるために、この間において、ＮＯ_x吸蔵還元触媒
のＳＯ_x吸蔵量が大きく増加することはない。

【００３７】また、ＮＯ_x吸蔵還元触媒５の温度が低い
時には、例えば、＃１気筒及び＃４気筒をリッチ空燃比
で運転し、＃２気筒と＃３気筒をリーン空燃比で運転す
ることにより、各気筒からはリッチ状態の排気ガスとリ
ーン状態の排気ガスとが交互に排出され、図１の排気管
の構成においては、ＮＯ_x吸蔵還元触媒５へリッチ状態
の排気ガスとリーン状態の排気ガスとが直前で混合され
て到来するために、ＮＯ_x吸蔵還元触媒上でＨＣ及びＣ
Ｏを燃焼させ、ＮＯ_x吸蔵還元触媒５の温度を所定温度
範囲内とすることができる。

【００３８】ステップ４０２において、詳しくは後述さ
れるフラグＦ５が１であるか否かが判断され、この判断
が当初否定されてステップ４０４に進む。ステップ４０
４では、回復運転における排気ガスの目標空燃比ＡＦｔ
をｄＡＦだけリーン側に変化させる。最初の目標空燃比
ＡＦｔはストイキからｄＡＦだけリッチ側とされた空燃
比とされており、最初にステップ４０４を通過した時点
で、目標空燃比ＡＦｔはストイキとされる。次いで、ス
テップ４０５において、排気ガスの空燃比が目標空燃比
ＡＦｔとなるような運転が実施される。

【００３９】次いで、ステップ４０６において、所定時
間経過したか否かが判断され、この判断が否定される時
には、ステップ４０５の処理を継続する。すなわち、排
気ガスの空燃比が目標空燃比ＡＦｔとなるような運転を
所定時間継続した後にステップ４０７においてフラグＦ
４は１にセットされ終了する。排気ガスの空燃比が目標
空燃比ＡＦｔとなる運転は、各気筒における燃焼空燃比
を目標空燃比ＡＦｔとして運転しても良いが、点火時期
が連続する二つの気筒における燃焼空燃比を合わせて目
標空燃比ＡＦｔとしても良く、また、機関排気系に直接
的に燃料を供給して、又は排気行程での二次燃料噴射に
よって、排気ガスの空燃比を目標空燃比ＡＦｔとしても
良い。

【００４０】こうして、ＳＯ_x被毒の回復運転が終了す
るが、この時にだけフラグＦ４がセットされる。それに
より、フラグＦ２をセットするための第二フローチャー
トにおいて、ステップ２０１の判断が肯定されてステッ
プ２０３に進み、この時に限り、目標ＮＯ_x吸蔵量ｓｔ
はｓ２とされる。このｓ２は、ＮＯ_x吸蔵還元触媒５の
ＮＯ_x吸蔵可能量と等しくされる。それにより、ＳＯ_x
被毒の回復運転後の一回に限り、ステップ２０５におい
て、ＮＯ_x吸蔵可能量の１００％のＮＯ_xが吸蔵された
と積算されるまでフラグＦ２はセットされない。

【００４１】フラグＦ２がセットされると、前述の第三
フローチャートが実施されるが、今回はフラグＦ４は１
であり、ステップ３０５における判断が肯定され、ステ
ップ３０９に進む。ステップ３０９では、タイマのカウ
ント時間Ｔが第二所定時間Ｔ２未満であるか否かが判断
される。この第二所定時間Ｔ２は、リッチスパイクの排
気ガスの空燃比状態において、ＮＯ_x吸蔵還元触媒５か
らＮＯ_x吸蔵可能量の１００％のＮＯ_xを放出させ還元
するのに要する時間である。それにより、ＮＯ _x吸蔵可
能量の１００％のＮＯ_xがＮＯ_x吸蔵還元触媒に吸蔵さ
れていれば、すなわち、回復運転によってＳＯ_x被毒が
完全に回復していれば、ステップ３０９における判断は
否定されてステップ３１０に進み、フラグＦ５は０とさ
れる。

【００４２】一方、ステップ３０９における判断が肯定
される時には、ＮＯ_x吸蔵還元触媒５にＮＯ_x吸蔵可能
量の１００％のＮＯ_xが吸蔵されていないことになり、
ＳＯ _x被毒から完全に回復していないことを示してい
る。この時には、ステップ３１１において、フラグＦ５
は１にセットされる。このように、本実施形態では、回
復運転後の回復程度の評価に、一般的な劣化検出法を使
用している。

【００４３】フラグＦ５がセットされると、次回のＳＯ
_x被毒の回復運転において、第四フローチャートのステ
ップ４０２における判断が肯定され、ステップ４０３に
おいて排気ガスの目標空燃比ＡＦｔはｄＡＦだけリッチ
側とされ、所定時間だけ回復運転が実施される。

【００４４】このように、ＮＯ_x吸蔵還元触媒５のＳＯ
_x被毒がＮＯ_x吸蔵可能量の３０％に達した時点で、所
定時間だけ排気ガスの空燃比状態をストイキ又はリッチ
とする回復運転が実施されるが、回復運転における排気
ガスの空燃比状態は、完全に回復すれば徐々にリーン側
に変更され、回復が不十分であると徐々にリッチ側に変
更されるようになっている。また、タイマのカウント時
間ＴはＳＯ_x被毒の未回復度に反比例する値であり、カ
ウント時間Ｔが小さいほど、リッチ側の変更空燃比ｄＡ
Ｆを増加させるようにしても良い。

【００４５】ＮＯ_x吸蔵還元触媒のＳＯ_x被毒の回復
は、安定した硫酸塩を分解させなければならない。その
ために、ＮＯ_x吸蔵還元触媒は６００°Ｃ以上の高温と
され、排気ガス中の酸素濃度を低下させる。このような
ＳＯ_x被毒の回復において、ＮＯ_x吸蔵還元触媒の温度
が高いほど、また、排気ガス中の酸素濃度が低いほど、
ＳＯ_xが放出され易い。さらに、排気ガス中の還元物質
が多いほど、ＮＯ_x吸蔵還元触媒の白金Ｐｔ上の酸素が
還元物質によって消費されるために、ＳＯ_xが放出され
易くなる。

【００４６】ＮＯ_x吸蔵還元触媒の温度は、機械的及び
機能的な破壊がもたらされるために、過剰に高くするこ
とはできず、本実施形態において、所定温度範囲（例え
ば、６００℃〜８００℃）内とされている。また、回復
時における排気ガスの空燃比状態は、過剰にリッチにす
ることで、酸素濃度が非常に低下すると共に還元物質を
多量に含み、良好なＳＯ_x被毒の回復が保証されるが、
燃料消費率が悪化するだけでなく、ＨＣ及びＣＯ等が多
量に大気中に放出され、排気エミッションを悪化させる
こととなる。

【００４７】それにより、例えば、本実施形態のよう
に、ＮＯ_x吸蔵可能量の３０％ＳＯ_x被毒されたＮＯ_x
吸蔵還元触媒を、所定温度範囲内とし所定時間で排気エ
ミッションを悪化させることなく完全に回復するために
は、排気ガスの空燃比状態を所定空燃比とすることが考
えられる。

【００４８】しかしながら、ＮＯ_x吸蔵還元触媒５から
のＳＯ_xの放出され易さは、回復運転における排気ガス
中のＳＯ_x濃度にも依存する。すなわち、ＳＯ_xの前駆
物質である燃料中の硫黄の濃度が高い場合には、排気ガ
ス中のＳＯ_x濃度が高くなり、その分、ＮＯ_x吸蔵還元
触媒５からＳＯ_xが放出され難くなる。それにより、完
全な回復のためには、排気ガスの空燃比状態を所定空燃
比よりリッチにしなければならない。

【００４９】一方、燃料の硫黄濃度が低い場合には、排
気ガス中のＳＯ_x濃度が低くなり、その分、ＮＯ_x吸蔵
還元触媒５からＳＯ_xが放出され易くなる。それによ
り、排気エミッションを改善するためには、排気ガスの
空燃比状態を所定空燃比よりリーンにしなければならな
い。

【００５０】本実施形態では、前述したように、回復運
転後のＮＯ_x吸蔵可能量に基づきＳＯ_x被毒の回復程度
を評価し、完全に回復していれば、次回の回復運転にお
いて、排気ガスの空燃比状態をリーン側に変更し、完全
に回復していなければ、次回の回復運転において、排気
ガスの空燃比状態をリッチ側に変更するようになってい
る。それにより、回復運転において、排気ガスの空燃比
状態を、燃料の硫黄濃度に応じて、排気エミッションを
悪化させることなく完全な回復を保証する空燃比に最適
化することができる。

【００５１】また、こうして最適化された排気ガスの空
燃比は、燃料の硫黄濃度及び排気ガス中のＳＯ_x濃度に
対応する値であるために、この空燃比を監視すること
で、ＳＯ_xから生成されるサルフェート量を推定し、機
関排気系の腐食程度を運転者に知らせることが可能とな
る。

【００５２】図５は、もう一つのＳＯ_x被毒の回復運転
実行処理を示す第五フローチャートである。第四フロー
チャートとの違いについてのみ以下に説明する。本フロ
ーチャートでは、ステップ５０２の判断において、フラ
グＦ５が１である時、すなわち、ＳＯ_x被毒の回復が不
十分である時には、目標回復運転時間ｔをｄｔだけ延長
し、フラグＦ５が０である時、すなわち、ＳＯ_x被毒が
完全に回復した時には、目標回復運転時間ｔをｄｔだけ
短縮するようになっている。

【００５３】その後、ステップ５０５及び５０６におい
て、排気ガスの空燃比状態をストイキ又はリッチの所定
空燃比として、ステップ５０３又は５０４において変更
された目標回復運転時間ｔだけ回復運転を実施するよう
になっている。このように、回復運転において、排気ガ
スの空燃比状態を所定空燃比とし、目標回復運転時間を
変更することにより、燃料の硫黄濃度に応じて、排気エ
ミッションを悪化させることなく完全な回復を保証する
回復運転時間に最適化することができる。

【００５４】前述した第四及び第五フローチャートは、
言わば、燃料の硫黄濃度に応じて、回復運転における排
気ガスの空燃比状態及び回復時間の固定された一方に対
して他方を最適化するものである。これは、すなわち、
回復運転期間中にＮＯ_x吸蔵還元触媒へ流入する還元物
質総量と、それに伴う酸素総量とを最適化することであ
り、このために、燃料の硫黄濃度に応じて排気ガスの空
燃比状態及び回復時間の両方を変更するようにしても良
い。

【００５５】また、第四フローチャートにおいて、回復
運転における排気ガスの目標空燃比は、前述したよう
に、最初はストイキとされ、燃料の硫黄濃度に応じた最
適空燃比となるように、徐々にリッチ側に変更される。
燃料の硫黄濃度が非常に低い場合には、ストイキ近傍で
目標空燃比が変化し、直ぐに目標空燃比が最適空燃比と
なるが、燃料の硫黄濃度が比較的高く最適空燃比のリッ
チ程度が高い場合には、目標空燃比が最適空燃比となる
までの回復運転において、ＳＯ_x被毒の回復が不十分と
なり、比較的頻繁に回復運転を実施しなければならな
い。回復運転は、通常のリーン運転に比較して燃料消費
率が悪化するために、望ましいものではない。

【００５６】この問題を解決するために、図７に示す第
六フローチャートを使用し、ステップ６０１において、
硫黄濃度センサによって燃料の硫黄濃度を直接検出し、
ステップ６０２において、図８に示すマップから硫黄濃
度に基づき回復運転における最初の目標空燃比ＡＦｔを
設定するようにすれば、第四フローチャートにおいて、
直ぐに目標空燃比ＡＦｔを最適空燃比にすることがで
き、回復運転が頻繁に実施されることはない。

【００５７】図８に示すマップは、硫黄濃度が高いほど
目標空燃比ＡＦｔのリッチ程度が高くなるように設定さ
れている。実験等によってこのマップを非常に正確なも
のとすれば、第四フローチャートにおいて目標空燃比Ａ
ＦｔをＳＯ_x被毒の回復程度に応じて変化させる必要は
なく、そのまま回復運転における排気ガスの空燃比とし
て使用することも可能である。もちろん、同様な考え方
に基づき、燃料中の硫黄濃度に応じて目標回復運転時間
をマップから設定するようにしても良い。

【００５８】

【発明の効果】このように、本発明による内燃機関の排
気浄化装置によれば、排気ガスがリーン状態の時にＮＯ
_x及び被毒物質を吸蔵するＮＯ_x吸蔵還元触媒と、ＮＯ
_x吸蔵還元触媒における被毒物質の吸蔵量を把握する吸
蔵量把握手段と、吸蔵量把握手段によって把握された吸
蔵量が所定値となった後の回復期間の間、ＮＯ_x吸蔵還
元触媒を所定高温度範囲内とすると共にＮＯ_X吸蔵還元
触媒に流入する排気ガスを被毒物質が放出される回復空
燃比に制御する回復手段と、回復手段によるＮＯ _x吸蔵
還元触媒の回復程度を評価する回復程度評価手段とを具
備し、第一変化手段が、回復程度評価手段によって評価
された回復程度に応じて、次回の回復期間中にＮＯ_x吸
蔵還元触媒へ流入する還元物質総量を変化させるため
に、燃料中の被毒物質の前駆物質濃度に応じて変化する
回復期間中の排気ガス中の被毒物質濃度に応じて、回復
期間中の還元物質総量を最適化とすることができ、排気
エミッションを悪化させることなく完全な被毒回復を実
現することができる。

【００５９】また、本発明によるもう一つの内燃機関の
排気浄化装置によれば、排気ガスがリーン状態の時にＮ
Ｏ_Ｘ及び被毒物質を吸蔵するＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒と、Ｎ
Ｏ_Ｘ吸蔵還元触媒における被毒物質の吸蔵量を把握する
吸蔵量把握手段と、吸蔵量把握手段によって把握された
吸蔵量が所定値となった後の回復期間の間、ＮＯ_Ｘ吸蔵
還元触媒を所定高温度範囲内とすると共にＮＯ_Ｘ吸蔵還
元触媒へ流入する排気ガスを被毒物質が放出される回復
空燃比に制御する回復手段と、燃料中における被毒物質
の前駆物質濃度を把握する把握手段とを具備し、第二変
化手段が、把握手段により把握された前駆物質濃度に応
じて回復期間中にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒へ流入する還元物
質総量を変化させるために、燃料中の被毒物質の前駆物
質濃度に応じて変化する回復期間中の排気ガス中の被毒
物質濃度に応じて、回復期間中の還元物質総量を最適化
とすることができ、排気エミッションを悪化させること
なく完全な被毒回復を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による排気浄化装置が取り付けられた内
燃機関の排気系を示す概略図である。

【図２】機関運転状態を制御するための第一フローチャ
ートである。

【図３】リッチスパイク実行処理のためのフラグＦ２を
セットするための第二フローチャートである。

【図４】リッチスパイク実行処理のための第三フローチ
ャートである。

【図５】回復運転実行処理のための第四フローチャート
である。

【図６】もう一つの回復運転実行処理のための第五フロ
ーチャートである。

【図７】回復運転実行処理における排気ガスの目標空燃
比を設定するための第六フローチャートである。

【図８】第六フローチャートで使用される目標空燃比を
設定するためのマップである。

【符号の説明】

１…内燃機関５…ＮＯ_x吸蔵還元触媒６…第一空燃比センサ７…第二空燃比センサ２０…制御装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｃ 3/36 3/36 ＢＦ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｚ 45/00 ３１４ 45/00 ３１４Ｒ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/36 F02D 41/04 F02D 45/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排気ガスがリーン状態の時にＮＯ_x及び
被毒物質を吸蔵するＮＯ_x吸蔵還元触媒と、前記ＮＯ_x
吸蔵還元触媒における前記被毒物質の吸蔵量を把握する
吸蔵量把握手段と、前記吸蔵量把握手段によって把握さ
れた前記吸蔵量が所定値となった後の回復期間の間、前
記ＮＯ_x吸蔵還元触媒を所定高温度範囲内とすると共に
前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気ガスを前記被毒
物質が放出される回復空燃比に制御する回復手段と、前
記回復手段による前記ＮＯ_x吸蔵還元触媒の回復程度を
評価する回復程度評価手段と、前記回復程度評価手段に
よって評価された回復程度に応じて、次回の前記回復期
間中に前記ＮＯ_x吸蔵還元触媒へ流入する還元物質総量
を変化させる第一変化手段とを具備することを特徴とす
る内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記第一変化手段は、前記回復空燃比を
変化させることにより、次回の前記回復期間中に前記Ｎ
Ｏ_x吸蔵還元触媒へ流入する前記還元物質総量を変化さ
せることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気
浄化装置。
【請求項３】前記第一変化手段は、前記回復期間を変
化させることにより、次回の前記回復期間中に前記ＮＯ
_x吸蔵還元触媒へ流入する前記還元物質総量を変化させ
ることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄
化装置。
【請求項４】前記回復程度評価手段は、前記ＮＯ_Ｘ吸
蔵還元触媒の劣化を検出する劣化検出手段であることを
特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】排気ガスがリーン状態の時にＮＯ_Ｘ及び
被毒物質を吸蔵するＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒と、前記ＮＯ_Ｘ
吸蔵還元触媒における前記被毒物質の吸蔵量を把握する
吸蔵量把握手段と、前記吸蔵量把握手段によって把握さ
れた前記吸蔵量が所定値となった後の回復期間の間、前
記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒を所定高温度範囲内とすると共に
前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスを前記被毒
物質が放出される回復空燃比に制御する回復手段と、燃
料中における前記被毒物質の前駆物質濃度を把握する把
握手段と、前記把握手段によって把握された前記前駆物
質濃度に応じて前記回復期間中に前記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触
媒へ流入する還元物質総量を変化させる第二変化手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】前記第二変化手段は、前記回復空燃比を
変化させることにより前記回復期間中に前記ＮＯ_x吸蔵
還元触媒へ流入する前記還元物質総量を変化させること
を特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項７】前記第二変化手段は、前記回復期間を変
化させることにより前記回復期間中に前記ＮＯ_x吸蔵還
元触媒へ流入する前記還元物質総量を変化させることを
特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。