JP3480351B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
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- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リーン燃焼時に排
気ガス中のＮＯｘを吸収する排気浄化用触媒を備える内
燃機関の排気浄化装置に関し、特に前記触媒からＮＯｘ
が未浄化のまま放出されるのを防止しうるようにした排
気浄化装置に関する。
気ガス中のＮＯｘを吸収する排気浄化用触媒を備える内
燃機関の排気浄化装置に関し、特に前記触媒からＮＯｘ
が未浄化のまま放出されるのを防止しうるようにした排
気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の排気ガス浄化には、貴金属（白
金、パラジウム、ロジウム等）又はその他の金属を担持
した触媒が従来から使われている。このような触媒は排
気ガス中の有害成分であるＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等を酸化
還元して浄化している。
金、パラジウム、ロジウム等）又はその他の金属を担持
した触媒が従来から使われている。このような触媒は排
気ガス中の有害成分であるＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等を酸化
還元して浄化している。
【０００３】ところで、所定の運転条件にて空燃比を理
論空燃比よりも空気過剰な状態で燃焼させるリーン燃焼
（希薄燃焼）を行う内燃機関においては、従来の理論空
燃比付近でＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等を同時に酸化還元し浄
化する三元触媒では、ＮＯｘを十分浄化することができ
ない。
論空燃比よりも空気過剰な状態で燃焼させるリーン燃焼
（希薄燃焼）を行う内燃機関においては、従来の理論空
燃比付近でＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等を同時に酸化還元し浄
化する三元触媒では、ＮＯｘを十分浄化することができ
ない。
【０００４】このため、リーン燃焼を行う内燃機関で
は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな条件
では排気ガス中のＮＯｘを吸収し、リッチな条件では吸
収したＮＯｘを放出しつつ浄化を行うＮＯｘ吸収剤を用
いた排気浄化装置が公知である（特許第２６００４９２
号等）。
は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな条件
では排気ガス中のＮＯｘを吸収し、リッチな条件では吸
収したＮＯｘを放出しつつ浄化を行うＮＯｘ吸収剤を用
いた排気浄化装置が公知である（特許第２６００４９２
号等）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ＮＯｘ吸収剤はＮＯｘ浄化作用を得るためには吸収剤温
度が高くなければならず、一般に３００〜４００℃程度
の温度が必要である。更にこのＮＯｘ吸収剤は前記の活
性温度に達していなくとも、１５０〜２００℃程度の中
間活性温度に達すると、排気ガスの空燃比が理論空燃比
〜リッチ空燃比であれば（リーン燃焼可能な内燃機関で
あっても始動直後はリッチ化するため）、吸収していた
ＮＯｘを放出することがある。このため、上記従来の排
気浄化装置にあっては、始動後のＮＯｘ吸収剤の中間活
性温度域で、吸収していたＮＯｘを未浄化のまま大気中
へ放出してしまう可能性があるという問題点があった。
ＮＯｘ吸収剤はＮＯｘ浄化作用を得るためには吸収剤温
度が高くなければならず、一般に３００〜４００℃程度
の温度が必要である。更にこのＮＯｘ吸収剤は前記の活
性温度に達していなくとも、１５０〜２００℃程度の中
間活性温度に達すると、排気ガスの空燃比が理論空燃比
〜リッチ空燃比であれば（リーン燃焼可能な内燃機関で
あっても始動直後はリッチ化するため）、吸収していた
ＮＯｘを放出することがある。このため、上記従来の排
気浄化装置にあっては、始動後のＮＯｘ吸収剤の中間活
性温度域で、吸収していたＮＯｘを未浄化のまま大気中
へ放出してしまう可能性があるという問題点があった。
【０００６】本発明は、このような従来の問題点に鑑
み、リーン燃焼時に排気ガス中のＮＯｘを吸収する排気
浄化用触媒が機関の始動直後等の不活性状態であり吸収
したＮＯｘを浄化させることができない状態にある場合
に、排気浄化用触媒からＮＯｘが未浄化のまま放出され
るのを防止できるようにすることを目的とする。
み、リーン燃焼時に排気ガス中のＮＯｘを吸収する排気
浄化用触媒が機関の始動直後等の不活性状態であり吸収
したＮＯｘを浄化させることができない状態にある場合
に、排気浄化用触媒からＮＯｘが未浄化のまま放出され
るのを防止できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、所定の運転条件にて空燃比を理論空燃比よ
りも空気過剰な状態でリーン燃焼を行わせる一方、リー
ン燃焼時に排気ガス中のＮＯｘを吸収する排気浄化用触
媒を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置におい
て、図１に示すように、前記触媒の活性状態を判定する
触媒活性判定手段と、前回の機関停止時に前記触媒に吸
収されていたＮＯｘの量が所定値以上であるかを判定す
るＮＯｘ吸収量判定手段と、前記触媒活性判定手段が、
前記触媒が吸収したＮＯｘを浄化しない不活性状態であ
ると判定し、かつ、前記ＮＯｘ吸収量判定手段が前回の
機関停止時に前記触媒に吸収されていたＮＯｘの量が所
定値以上であると判定したときに、排気ガスの空燃比を
理論空燃比よりも空気過剰な状態とする排気空燃比リー
ン化手段と、を設けたことを特徴とする。
る発明では、所定の運転条件にて空燃比を理論空燃比よ
りも空気過剰な状態でリーン燃焼を行わせる一方、リー
ン燃焼時に排気ガス中のＮＯｘを吸収する排気浄化用触
媒を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置におい
て、図１に示すように、前記触媒の活性状態を判定する
触媒活性判定手段と、前回の機関停止時に前記触媒に吸
収されていたＮＯｘの量が所定値以上であるかを判定す
るＮＯｘ吸収量判定手段と、前記触媒活性判定手段が、
前記触媒が吸収したＮＯｘを浄化しない不活性状態であ
ると判定し、かつ、前記ＮＯｘ吸収量判定手段が前回の
機関停止時に前記触媒に吸収されていたＮＯｘの量が所
定値以上であると判定したときに、排気ガスの空燃比を
理論空燃比よりも空気過剰な状態とする排気空燃比リー
ン化手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００８】請求項２に係る発明では、前記排気空燃比
リーン化手段は、前記触媒活性判定手段が、前記触媒が
吸収したＮＯｘを浄化しない不活性状態のうち、前記触
媒が燃料過剰雰囲気であっても吸収したＮＯｘを脱離し
ない完全不活性状態を除く、前記触媒が燃料過剰雰囲気
であると吸収したＮＯｘを脱離するが浄化しない中間活
性状態であると判定し、かつ、前記ＮＯｘ吸収量判定手
段が前回の機関停止時に前記触媒に吸収されていたＮＯ
ｘの量が所定値以上であると判定したときに、排気ガス
の空燃比を理論空燃比よりも空気過剰な状態とすること
を特徴とする。
リーン化手段は、前記触媒活性判定手段が、前記触媒が
吸収したＮＯｘを浄化しない不活性状態のうち、前記触
媒が燃料過剰雰囲気であっても吸収したＮＯｘを脱離し
ない完全不活性状態を除く、前記触媒が燃料過剰雰囲気
であると吸収したＮＯｘを脱離するが浄化しない中間活
性状態であると判定し、かつ、前記ＮＯｘ吸収量判定手
段が前回の機関停止時に前記触媒に吸収されていたＮＯ
ｘの量が所定値以上であると判定したときに、排気ガス
の空燃比を理論空燃比よりも空気過剰な状態とすること
を特徴とする。
【０００９】
【００１０】請求項３に係る発明では、前記排気空燃比
リーン化手段は、機関に強制的にリーン燃焼を行わせ
て、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気過剰な状
態とすることを特徴とする。
リーン化手段は、機関に強制的にリーン燃焼を行わせ
て、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気過剰な状
態とすることを特徴とする。
【００１１】請求項４に係る発明では、前記排気空燃比
リーン化手段は、排気通路の前記触媒上流に２次空気を
供給して、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気過
剰な状態とすることを特徴とする。
リーン化手段は、排気通路の前記触媒上流に２次空気を
供給して、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気過
剰な状態とすることを特徴とする。
【００１２】請求項５に係る発明では、前記排気空燃比
リーン化手段は、機関に空燃比を理論空燃比よりも燃料
過剰な状態でリッチ燃焼（過濃燃焼）を行わせながら、
排気通路の前記触媒上流に２次空気を供給して、排気ガ
スの空燃比を理論空燃比よりも空気過剰な状態とするこ
とを特徴とする。
リーン化手段は、機関に空燃比を理論空燃比よりも燃料
過剰な状態でリッチ燃焼（過濃燃焼）を行わせながら、
排気通路の前記触媒上流に２次空気を供給して、排気ガ
スの空燃比を理論空燃比よりも空気過剰な状態とするこ
とを特徴とする。
【００１３】請求項６に係る発明では、前記触媒活性判
定手段が前記触媒が吸収したＮＯｘを浄化しうる活性状
態に達したと判定したときに、一時的に機関に空燃比を
理論空燃比よりも燃料過剰な状態でリッチ燃焼を行わせ
るリッチ運転手段を設けたことを特徴とする（図１参
照）。
定手段が前記触媒が吸収したＮＯｘを浄化しうる活性状
態に達したと判定したときに、一時的に機関に空燃比を
理論空燃比よりも燃料過剰な状態でリッチ燃焼を行わせ
るリッチ運転手段を設けたことを特徴とする（図１参
照）。
【００１４】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、冷機始動
直後等であって、触媒が吸収したＮＯｘを浄化しない不
活性状態である場合に、排気ガスの空燃比を理論空燃比
よりも空気過剰な状態（リーン状態）とすることで、触
媒の不活性期間に理論空燃比〜リッチ空燃比の排気ガス
がＮＯｘ吸収触媒に流入することが防止され、触媒から
ＮＯｘが未浄化のまま大気中に放出されることが抑制さ
れる。また、前回の機関停止時に触媒に吸収されていた
ＮＯｘの量が所定値以上であるかを判定し、所定値以上
の場合のみ、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気
過剰な状態とするように制御し、所定値未満の場合はそ
の制御を禁止することで、機関の安定度を向上できる。
直後等であって、触媒が吸収したＮＯｘを浄化しない不
活性状態である場合に、排気ガスの空燃比を理論空燃比
よりも空気過剰な状態（リーン状態）とすることで、触
媒の不活性期間に理論空燃比〜リッチ空燃比の排気ガス
がＮＯｘ吸収触媒に流入することが防止され、触媒から
ＮＯｘが未浄化のまま大気中に放出されることが抑制さ
れる。また、前回の機関停止時に触媒に吸収されていた
ＮＯｘの量が所定値以上であるかを判定し、所定値以上
の場合のみ、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気
過剰な状態とするように制御し、所定値未満の場合はそ
の制御を禁止することで、機関の安定度を向上できる。
【００１５】請求項２に係る発明によれば、触媒が吸収
したＮＯｘを浄化しない不活性状態のうち、完全不活性
状態を除く、触媒が燃料過剰雰囲気であると吸収したＮ
Ｏｘを脱離するが浄化しない中間活性状態である場合
に、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気過剰な状
態とすることで、完全不活性状態での機関の安定度を向
上させると共に、中間活性状態での触媒からＮＯｘの放
出を抑制できる。
したＮＯｘを浄化しない不活性状態のうち、完全不活性
状態を除く、触媒が燃料過剰雰囲気であると吸収したＮ
Ｏｘを脱離するが浄化しない中間活性状態である場合
に、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気過剰な状
態とすることで、完全不活性状態での機関の安定度を向
上させると共に、中間活性状態での触媒からＮＯｘの放
出を抑制できる。
【００１６】
【００１７】請求項３に係る発明によれば、強制的にリ
ーン燃焼を行わせて、排気ガスの空燃比を理論空燃比よ
りも空気過剰な状態とすることで、特別な装置の追加な
しに実施できる。
ーン燃焼を行わせて、排気ガスの空燃比を理論空燃比よ
りも空気過剰な状態とすることで、特別な装置の追加な
しに実施できる。
【００１８】請求項４に係る発明によれば、排気通路の
触媒上流に２次空気を供給して、排気ガスの空燃比を理
論空燃比よりも空気過剰な状態とすることで、機関の安
定度を損なうことがないと共に、機関からのＮＯｘ発生
量を低減できる。
触媒上流に２次空気を供給して、排気ガスの空燃比を理
論空燃比よりも空気過剰な状態とすることで、機関の安
定度を損なうことがないと共に、機関からのＮＯｘ発生
量を低減できる。
【００１９】請求項５に係る発明によれば、機関にリッ
チ燃焼を行わせながら、排気通路の触媒上流に２次空気
を供給して、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気
過剰な状態とすることで、機関の安定度を更に向上させ
ると共に、機関からのＮＯｘ排出量を低減できる。
チ燃焼を行わせながら、排気通路の触媒上流に２次空気
を供給して、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気
過剰な状態とすることで、機関の安定度を更に向上させ
ると共に、機関からのＮＯｘ排出量を低減できる。
【００２０】請求項６に係る発明によれば、触媒が吸収
したＮＯｘを浄化しうる活性状態に達した場合に、一時
的に機関にリッチ燃焼を行わせることで、触媒からＮＯ
ｘを放出させて浄化できる。
したＮＯｘを浄化しうる活性状態に達した場合に、一時
的に機関にリッチ燃焼を行わせることで、触媒からＮＯ
ｘを放出させて浄化できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て説明する。図２は第１実施形態又は第２実施形態の場
合の内燃機関のシステム図である。先ず、これについて
説明する。
て説明する。図２は第１実施形態又は第２実施形態の場
合の内燃機関のシステム図である。先ず、これについて
説明する。
【００２２】内燃機関１の各気筒の燃焼室には、吸気通
路２により、スロットル弁３の制御を受けて、空気が吸
入される。そして、燃焼室内に燃料を直接噴射するよう
に、電磁式の燃料噴射弁４が設けられている。
路２により、スロットル弁３の制御を受けて、空気が吸
入される。そして、燃焼室内に燃料を直接噴射するよう
に、電磁式の燃料噴射弁４が設けられている。
【００２３】燃料噴射弁４は、コントロールユニット１
０から機関回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出
力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて
開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようにな
っている。そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の
場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、また
圧縮行程噴射の場合は点火プラグ５回りに集中的に層状
の混合気を形成し、コントロールユニット１０からの点
火信号に基づき、点火プラグ５により点火されて、燃焼
する。ここでは内燃機関１は直噴式内燃機関としている
が、リーン燃焼可能な内燃機関であれば、直噴式内燃機
関に限らない。
０から機関回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出
力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて
開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようにな
っている。そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の
場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、また
圧縮行程噴射の場合は点火プラグ５回りに集中的に層状
の混合気を形成し、コントロールユニット１０からの点
火信号に基づき、点火プラグ５により点火されて、燃焼
する。ここでは内燃機関１は直噴式内燃機関としている
が、リーン燃焼可能な内燃機関であれば、直噴式内燃機
関に限らない。
【００２４】内燃機関１からの排気ガスは排気通路６よ
り排出され、排気通路６には排気浄化用触媒７が介装さ
れている。排気浄化用触媒７は、例えばアルミナをコー
ティングしたハニカム担体に、白金Ｐｔ、パラジウムＰ
ｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属を担持した触媒をべ一ス
に、バリウムＢａで代表されるアルカリ土類、セシウム
Ｃｓで代表されるアルカリ金属から選ばれた少なくとも
１つの成分を担持して構成されるものであり、この触媒
７は排気空燃比がリーンの条件で排気ガス中のＮＯｘを
吸収し、リッチの条件で排気ガス中の還元成分（ＨＣ，
ＣＯ，Ｈ2 等）により吸収したＮＯｘを放出すると同時
に還元浄化する特性を有するものである。
り排出され、排気通路６には排気浄化用触媒７が介装さ
れている。排気浄化用触媒７は、例えばアルミナをコー
ティングしたハニカム担体に、白金Ｐｔ、パラジウムＰ
ｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属を担持した触媒をべ一ス
に、バリウムＢａで代表されるアルカリ土類、セシウム
Ｃｓで代表されるアルカリ金属から選ばれた少なくとも
１つの成分を担持して構成されるものであり、この触媒
７は排気空燃比がリーンの条件で排気ガス中のＮＯｘを
吸収し、リッチの条件で排気ガス中の還元成分（ＨＣ，
ＣＯ，Ｈ2 等）により吸収したＮＯｘを放出すると同時
に還元浄化する特性を有するものである。
【００２５】尚、図示していないが触媒７の上流に更に
触媒を配置することも可能である。コントロールユニッ
ト１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び
入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロ
コンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受
け、これに基づいて演算処理して、燃料噴射弁４及び点
火プラグ５などの作動を制御する。
触媒を配置することも可能である。コントロールユニッ
ト１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び
入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロ
コンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受
け、これに基づいて演算処理して、燃料噴射弁４及び点
火プラグ５などの作動を制御する。
【００２６】前記各種センサとしては、機関１のクラン
ク軸回転を検出しこれにより機関回転数Ｎｅを検出可能
なクランク角センサ１１、吸気通路２のスロットル弁３
上流で吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ１
２、スロットル弁３の開度ＴＶＯを検出するスロットル
センサ１３、機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温セン
サ１４、排気浄化用触媒７の温度Ｔｃを検出する触媒温
度センサ１５などが設けられている。
ク軸回転を検出しこれにより機関回転数Ｎｅを検出可能
なクランク角センサ１１、吸気通路２のスロットル弁３
上流で吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ１
２、スロットル弁３の開度ＴＶＯを検出するスロットル
センサ１３、機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温セン
サ１４、排気浄化用触媒７の温度Ｔｃを検出する触媒温
度センサ１５などが設けられている。
【００２７】特に、コントロールユニット１０による燃
料噴射弁４の燃料噴射量制御については、機関の運転条
件に応じて目標空燃比を定め、この目標空燃比を得るよ
うにシリンダ吸入空気量に対する燃料噴射量を演算して
制御し、所定の運転条件にて、目標空燃比を理論空燃比
より空気過剰な状態として、リーン燃焼を行わせるが、
排気浄化用触媒７の活性状態に応じて、フローチャート
に示すような制御を行う。
料噴射弁４の燃料噴射量制御については、機関の運転条
件に応じて目標空燃比を定め、この目標空燃比を得るよ
うにシリンダ吸入空気量に対する燃料噴射量を演算して
制御し、所定の運転条件にて、目標空燃比を理論空燃比
より空気過剰な状態として、リーン燃焼を行わせるが、
排気浄化用触媒７の活性状態に応じて、フローチャート
に示すような制御を行う。
【００２８】図３は第１実施形態のフローチャートであ
り、例えば１０ｍｓに実行される。ステップ１（図には
Ｓ１と記す。以下同様）では、排気浄化用触媒が活性状
態であるか否かを判定する。これは触媒温度センサによ
り検出される触媒温度Ｔｃが所定値（例えば３００℃）
以上であるか否かにより判定する。この部分が触媒活性
判定手段に相当する。
り、例えば１０ｍｓに実行される。ステップ１（図には
Ｓ１と記す。以下同様）では、排気浄化用触媒が活性状
態であるか否かを判定する。これは触媒温度センサによ
り検出される触媒温度Ｔｃが所定値（例えば３００℃）
以上であるか否かにより判定する。この部分が触媒活性
判定手段に相当する。
【００２９】排気浄化用触媒が活性状態でない場合に
は、ステップ２へ進み、前回の機関停止時に排気浄化用
触媒に吸収されていたＮＯｘの量（停止時ＮＯｘ吸収
量）が所定値以上か否かを判定する。この所定値は、排
気浄化用触媒が不活性中に排気空燃比が理論空燃比〜リ
ッチ空燃比となった場合に吸収されていたＮＯｘが未浄
化のまま放出されてしまう可能性のある最低値であり、
実験的に求められるものである。また、排気浄化用触媒
に吸収されていたＮＯｘの量を推定する手段は公知であ
るため、詳細な説明は省略するが、例えば、排気浄化用
触媒からＮＯｘが放出されてからのリーン燃焼運転時間
の積算値等から推定すればよい。この部分がＮＯｘ吸収
量判定手段に相当する。
は、ステップ２へ進み、前回の機関停止時に排気浄化用
触媒に吸収されていたＮＯｘの量（停止時ＮＯｘ吸収
量）が所定値以上か否かを判定する。この所定値は、排
気浄化用触媒が不活性中に排気空燃比が理論空燃比〜リ
ッチ空燃比となった場合に吸収されていたＮＯｘが未浄
化のまま放出されてしまう可能性のある最低値であり、
実験的に求められるものである。また、排気浄化用触媒
に吸収されていたＮＯｘの量を推定する手段は公知であ
るため、詳細な説明は省略するが、例えば、排気浄化用
触媒からＮＯｘが放出されてからのリーン燃焼運転時間
の積算値等から推定すればよい。この部分がＮＯｘ吸収
量判定手段に相当する。
【００３０】前回の機関停止時に排気浄化用触媒に吸収
されていたＮＯｘの量が所定値以上の場合には、ＮＯｘ
が未浄化のまま放出されてしまう可能性があるため、ス
テップ３にて、排気浄化用触媒にＮＯｘが吸収されたま
まであることを示すフラグＦＬＧＮＯＸを１として、ス
テップ４へ進む。尚、このフラグＦＬＧＮＯＸはイグニ
ッションスイッチのＯＮ時に０に初期化されている。
されていたＮＯｘの量が所定値以上の場合には、ＮＯｘ
が未浄化のまま放出されてしまう可能性があるため、ス
テップ３にて、排気浄化用触媒にＮＯｘが吸収されたま
まであることを示すフラグＦＬＧＮＯＸを１として、ス
テップ４へ進む。尚、このフラグＦＬＧＮＯＸはイグニ
ッションスイッチのＯＮ時に０に初期化されている。
【００３１】ステップ４では、排気浄化用触媒からＮＯ
ｘが放出されるのを防止するために、強制的にリーン燃
焼制御を行い、ルーチンを終了する。ここでの機関のリ
ーン燃焼制御は、図４に示しているように、排気浄化用
触媒の飽和ＮＯｘ吸収量が最大となり、かつ、機関の安
定度を確保するためにできるだけリッチ側の空燃比であ
るＡ点（空燃比１６程度）に設定し、排気浄化用触媒か
らのＮＯｘの放出を抑制する。この部分が排気空燃比リ
ーン化手段に相当する。
ｘが放出されるのを防止するために、強制的にリーン燃
焼制御を行い、ルーチンを終了する。ここでの機関のリ
ーン燃焼制御は、図４に示しているように、排気浄化用
触媒の飽和ＮＯｘ吸収量が最大となり、かつ、機関の安
定度を確保するためにできるだけリッチ側の空燃比であ
るＡ点（空燃比１６程度）に設定し、排気浄化用触媒か
らのＮＯｘの放出を抑制する。この部分が排気空燃比リ
ーン化手段に相当する。
【００３２】ステップ２での判定で前回の機関停止時に
排気浄化用触媒に吸収されていたＮＯｘの量が所定値未
満の場合には、ＮＯｘは放出されないため、ステップ８
にて、通常の燃料噴射量制御を行い、ルーチンを終了す
る。ここでいう通常の燃料噴射量制御とは、機関の運転
条件に応じた空燃比制御であり、冷機始動直後であれば
空燃比がリッチ化されてリッチ燃焼が行われる。
排気浄化用触媒に吸収されていたＮＯｘの量が所定値未
満の場合には、ＮＯｘは放出されないため、ステップ８
にて、通常の燃料噴射量制御を行い、ルーチンを終了す
る。ここでいう通常の燃料噴射量制御とは、機関の運転
条件に応じた空燃比制御であり、冷機始動直後であれば
空燃比がリッチ化されてリッチ燃焼が行われる。
【００３３】また、ステップ１での判定で排気浄化用触
媒が活性していると判定された場合には、ステップ５へ
進み、フラグＦＬＧＮＯＸが１であるか否か、つまり排
気浄化用触媒にＮＯｘが吸収されたままであるか否かを
判定する。
媒が活性していると判定された場合には、ステップ５へ
進み、フラグＦＬＧＮＯＸが１であるか否か、つまり排
気浄化用触媒にＮＯｘが吸収されたままであるか否かを
判定する。
【００３４】ＦＬＧＮＯＸ＝１である場合は、ＮＯｘを
放出、浄化する必要があるため、ステップ６で、リッチ
スパイク制御を行って、ＮＯｘを放出、浄化し、ステッ
プ７で、フラグＦＬＧＮＯＸを０として、ルーチンを終
了する。ここでいうリッチスパイク制御とは、一時的に
機関に空燃比を理論空燃比よりも燃料過剰な状態でリッ
チ燃焼を行わせることであり、従ってこの部分がリッチ
運転手段に相当する。
放出、浄化する必要があるため、ステップ６で、リッチ
スパイク制御を行って、ＮＯｘを放出、浄化し、ステッ
プ７で、フラグＦＬＧＮＯＸを０として、ルーチンを終
了する。ここでいうリッチスパイク制御とは、一時的に
機関に空燃比を理論空燃比よりも燃料過剰な状態でリッ
チ燃焼を行わせることであり、従ってこの部分がリッチ
運転手段に相当する。
【００３５】ＦＬＧＮＯＸ＝０である場合は、ステップ
８にて、通常の燃料噴射量制御を行い、ルーチンを終了
する。以上説明してきたように、第１実施形態の内燃機
関の排気浄化装置にあっては、排気浄化用触媒が活性し
ていない時において、前回の機関停止時に排気浄化用触
媒に吸収されていたＮＯｘの量が所定値以上であった場
合には、機関に強制的にリーン燃焼を行わせて、排気浄
化用触媒に流入する排気ガスをリーン空燃比とするた
め、排気浄化用触媒の不活性期間にＮＯｘが未浄化のま
ま大気中に放出されることが抑制される。
８にて、通常の燃料噴射量制御を行い、ルーチンを終了
する。以上説明してきたように、第１実施形態の内燃機
関の排気浄化装置にあっては、排気浄化用触媒が活性し
ていない時において、前回の機関停止時に排気浄化用触
媒に吸収されていたＮＯｘの量が所定値以上であった場
合には、機関に強制的にリーン燃焼を行わせて、排気浄
化用触媒に流入する排気ガスをリーン空燃比とするた
め、排気浄化用触媒の不活性期間にＮＯｘが未浄化のま
ま大気中に放出されることが抑制される。
【００３６】次に第２実施形態について説明する。図５
は第２実施形態のフローチャートである。第２実施形態
は、第１実施形態における強制リーン燃焼制御の開始条
件が異なるものであり、フローチャート上では、第１実
施形態のステップ３とステップ４との間にステップ１１
が加えられている。ここでは、第１実施形態と異なる部
分についてのみ説明を行う。
は第２実施形態のフローチャートである。第２実施形態
は、第１実施形態における強制リーン燃焼制御の開始条
件が異なるものであり、フローチャート上では、第１実
施形態のステップ３とステップ４との間にステップ１１
が加えられている。ここでは、第１実施形態と異なる部
分についてのみ説明を行う。
【００３７】ステップ１で排気浄化用触媒が活性状態で
ないと判定され、更にステップ２で前回の機関停止時に
排気浄化用触媒に吸収されていたＮＯｘの量が所定値以
上であると判定されると、ステップ３でフラグＦＬＧＮ
ＯＸを１とした後、Ｓ１１へ進む。
ないと判定され、更にステップ２で前回の機関停止時に
排気浄化用触媒に吸収されていたＮＯｘの量が所定値以
上であると判定されると、ステップ３でフラグＦＬＧＮ
ＯＸを１とした後、Ｓ１１へ進む。
【００３８】ステップ１１では、排気浄化用触媒が完全
活性はしていないものの中間活性しているか否かを判定
する。これは触媒温度センサにより検出される触媒温度
Ｔｃが第２の所定値（例えば１５０℃）以上であるか否
かにより判定する。この排気浄化用触媒の中間活性状態
は、まだＮＯｘを浄化できないが、排気空燃比が理論空
燃比〜リッチ空燃比となるとＮＯｘの放出が開始される
状態であり、触媒温度が前記第２の所定値未満の完全不
活性状態であれば排気空燃比が理論空燃比〜リッチ空燃
比となってもＮＯｘの放出は起きない。本実施形態では
この部分が触媒活性判定手段に相当する。
活性はしていないものの中間活性しているか否かを判定
する。これは触媒温度センサにより検出される触媒温度
Ｔｃが第２の所定値（例えば１５０℃）以上であるか否
かにより判定する。この排気浄化用触媒の中間活性状態
は、まだＮＯｘを浄化できないが、排気空燃比が理論空
燃比〜リッチ空燃比となるとＮＯｘの放出が開始される
状態であり、触媒温度が前記第２の所定値未満の完全不
活性状態であれば排気空燃比が理論空燃比〜リッチ空燃
比となってもＮＯｘの放出は起きない。本実施形態では
この部分が触媒活性判定手段に相当する。
【００３９】このステップ１１で、排気浄化用触媒が中
間活性状態であると判定された場合には、ステップ４へ
進み、排気浄化用触媒からＮＯｘが放出されるのを防止
するために、第１実施形態と同様に強制リーン燃焼制御
を行って、ルーチンを終了する。
間活性状態であると判定された場合には、ステップ４へ
進み、排気浄化用触媒からＮＯｘが放出されるのを防止
するために、第１実施形態と同様に強制リーン燃焼制御
を行って、ルーチンを終了する。
【００４０】また、排気浄化用触媒が中間活性状態に達
しておらず完全不活性状態であると判定された場合に
は、排気空燃比が理論空燃比〜リッチ空燃比となっても
ＮＯｘの放出は起きないため、ステップ８にて、通常の
燃料噴射量制御を行い、ルーチンを終了する。
しておらず完全不活性状態であると判定された場合に
は、排気空燃比が理論空燃比〜リッチ空燃比となっても
ＮＯｘの放出は起きないため、ステップ８にて、通常の
燃料噴射量制御を行い、ルーチンを終了する。
【００４１】以上説明してきたように、第２実施形態の
内燃機関の排気浄化装置にあっては、排気浄化用触媒が
活性していない時において、前回の機関停止時に排気浄
化用触媒に吸収されていたＮＯｘの量が所定値以上であ
った場合は、排気浄化用触媒が完全不活性状態時には機
関に通常の燃料噴射量制御を行わせ、排気浄化用触媒が
中間活性状態に達したら機関に強制的にリーン燃焼を行
わせて、排気浄化用触媒に流入する排気ガスをリーン空
燃比とするため、排気浄化用触媒の中間活性期間にＮＯ
ｘが未浄化のまま大気中に放出されることが抑制され、
かつ、機関始動直後の機関の安定度が確保される。
内燃機関の排気浄化装置にあっては、排気浄化用触媒が
活性していない時において、前回の機関停止時に排気浄
化用触媒に吸収されていたＮＯｘの量が所定値以上であ
った場合は、排気浄化用触媒が完全不活性状態時には機
関に通常の燃料噴射量制御を行わせ、排気浄化用触媒が
中間活性状態に達したら機関に強制的にリーン燃焼を行
わせて、排気浄化用触媒に流入する排気ガスをリーン空
燃比とするため、排気浄化用触媒の中間活性期間にＮＯ
ｘが未浄化のまま大気中に放出されることが抑制され、
かつ、機関始動直後の機関の安定度が確保される。
【００４２】次に第３実施形態について説明する。図６
は第３実施形態又は第４実施形態の場合の内燃機関のシ
ステム図である。図２と異なる点は、排気通路６の排気
浄化用触媒７上流に２次空気を供給可能な２次空気供給
装置８が設けられていて、この２次空気供給装置８がコ
ントロールユニット１０により制御されるようになって
いる。
は第３実施形態又は第４実施形態の場合の内燃機関のシ
ステム図である。図２と異なる点は、排気通路６の排気
浄化用触媒７上流に２次空気を供給可能な２次空気供給
装置８が設けられていて、この２次空気供給装置８がコ
ントロールユニット１０により制御されるようになって
いる。
【００４３】図７は第３実施形態のフローチャートであ
る。第３実施形態は、第１実施形態のステップ４に代え
て、ステップ１２を設けている。第１実施形態と異なる
部分についてのみ説明を行う。
る。第３実施形態は、第１実施形態のステップ４に代え
て、ステップ１２を設けている。第１実施形態と異なる
部分についてのみ説明を行う。
【００４４】ステップ１で排気浄化用触媒が活性状態で
ないと判定され、更にステップ２で前回の機関停止時に
排気浄化用触媒に吸収されていたＮＯｘの量が所定値以
上であると判定されると、ステップ３でフラグＦＬＧＮ
ＯＸを１とした後、ステップ１２へ進む。
ないと判定され、更にステップ２で前回の機関停止時に
排気浄化用触媒に吸収されていたＮＯｘの量が所定値以
上であると判定されると、ステップ３でフラグＦＬＧＮ
ＯＸを１とした後、ステップ１２へ進む。
【００４５】ステップ１２では、機関に対しては、通常
の燃料噴射量制御（始動直後リッチ制御）を行わせる一
方、２次空気供給装置を作動させて、排気ガス中に２次
空気を供給することにより、排気ガスの空燃比を理論空
燃比よりもリーンとして、排気浄化用触媒からＮＯｘが
放出されるのを防止する。ここでも、排気ガス中の酸素
濃度が少なくとも図４に示しているＡ点となるように、
２次空気供給量を制御する。本実施形態ではこの部分が
排気空燃比リーン化手段に相当する。
の燃料噴射量制御（始動直後リッチ制御）を行わせる一
方、２次空気供給装置を作動させて、排気ガス中に２次
空気を供給することにより、排気ガスの空燃比を理論空
燃比よりもリーンとして、排気浄化用触媒からＮＯｘが
放出されるのを防止する。ここでも、排気ガス中の酸素
濃度が少なくとも図４に示しているＡ点となるように、
２次空気供給量を制御する。本実施形態ではこの部分が
排気空燃比リーン化手段に相当する。
【００４６】以上説明してきたように、第３実施例の内
燃機関の排気浄化装置にあっては、排気浄化用触媒が活
性していない時において、前回の機関停止時に排気浄化
用触媒に吸収されていたＮＯｘの量が所定値以上であっ
た場合には、機関には通常の燃料噴射量比制御（始動直
後リッチ制御）を行わせながら、排気通路の排気浄化用
触媒上流に２次空気を供給して、排気浄化用触媒に流人
する排気ガスをリーン空燃比とするため、排気浄化用触
媒の不活性期間にＮＯｘが未浄化のまま大気中に放出さ
れることが抑制され、かつ、機関から排出されるＮＯｘ
も低減される。
燃機関の排気浄化装置にあっては、排気浄化用触媒が活
性していない時において、前回の機関停止時に排気浄化
用触媒に吸収されていたＮＯｘの量が所定値以上であっ
た場合には、機関には通常の燃料噴射量比制御（始動直
後リッチ制御）を行わせながら、排気通路の排気浄化用
触媒上流に２次空気を供給して、排気浄化用触媒に流人
する排気ガスをリーン空燃比とするため、排気浄化用触
媒の不活性期間にＮＯｘが未浄化のまま大気中に放出さ
れることが抑制され、かつ、機関から排出されるＮＯｘ
も低減される。
【００４７】次に第４実施形態について説明する。図８
は第４実施形態のフローチャートである。第４実施形態
は、第２実施形態のステップ４に代えて、ステップ１２
を設けており、第２実施形態と第３実施形態とを組み合
わせたものである。第２実施形態と異なる部分について
のみ説明を行う。
は第４実施形態のフローチャートである。第４実施形態
は、第２実施形態のステップ４に代えて、ステップ１２
を設けており、第２実施形態と第３実施形態とを組み合
わせたものである。第２実施形態と異なる部分について
のみ説明を行う。
【００４８】ステップ１１にて、中間活性状態と判定さ
れた場合にのみ、ステップ１２にて、機関に対しては、
通常の燃料噴射量制御（始動直後リッチ制御）を行わせ
る一方、２次空気供給装置を作動させて、排気ガス中に
２次空気を供給することにより、排気ガスの空燃比を理
論空燃比よりもリーンとして、排気浄化用触媒からＮＯ
ｘが放出されるのを防止する。
れた場合にのみ、ステップ１２にて、機関に対しては、
通常の燃料噴射量制御（始動直後リッチ制御）を行わせ
る一方、２次空気供給装置を作動させて、排気ガス中に
２次空気を供給することにより、排気ガスの空燃比を理
論空燃比よりもリーンとして、排気浄化用触媒からＮＯ
ｘが放出されるのを防止する。
【００４９】以上説明してきたように、第４実施形態の
内燃機関の排気浄化装置にあっては、排気浄化用触媒が
活性していない時において、前回の機関停止時に排気浄
化用触媒に吸収されていたＮＯｘの量が所定値以上であ
った場合は、排気浄化用触媒が完全不活性状態時には機
関に通常の燃料噴射量制御（始動直後リッチ制御）を行
わせ、排気浄化用触媒が中間活性状態に達したら機関に
通常の燃料噴射量制御（始動直後リッチ制御）を行わせ
ながら、排気通路の排気浄化用触媒上流に２次空気を供
給して、排気浄化用触媒に流人する排気ガスをリーン空
燃比とするため、排気浄化用触媒の中間活性期間にＮＯ
ｘが未浄化のまま大気中に放出されることが抑制され、
かつ、機関から排出されるＮＯｘも低減され、更に、機
関始動直後の安定度が確保される。
内燃機関の排気浄化装置にあっては、排気浄化用触媒が
活性していない時において、前回の機関停止時に排気浄
化用触媒に吸収されていたＮＯｘの量が所定値以上であ
った場合は、排気浄化用触媒が完全不活性状態時には機
関に通常の燃料噴射量制御（始動直後リッチ制御）を行
わせ、排気浄化用触媒が中間活性状態に達したら機関に
通常の燃料噴射量制御（始動直後リッチ制御）を行わせ
ながら、排気通路の排気浄化用触媒上流に２次空気を供
給して、排気浄化用触媒に流人する排気ガスをリーン空
燃比とするため、排気浄化用触媒の中間活性期間にＮＯ
ｘが未浄化のまま大気中に放出されることが抑制され、
かつ、機関から排出されるＮＯｘも低減され、更に、機
関始動直後の安定度が確保される。
【００５０】尚、以上の説明では、触媒温度センサ１５
を用いて、触媒温度Ｔｃより、排気浄化用触媒７の活性
状態（完全活性状態及び中間活性状態）を判定するよう
にしたが、水温センサ１４により検出される冷却水温Ｔ
ｗより排気浄化用触媒７の活性状態を推定するようにし
てもよい。
を用いて、触媒温度Ｔｃより、排気浄化用触媒７の活性
状態（完全活性状態及び中間活性状態）を判定するよう
にしたが、水温センサ１４により検出される冷却水温Ｔ
ｗより排気浄化用触媒７の活性状態を推定するようにし
てもよい。
【図１】 本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】 第１実施形態又は第２実施形態の場合の内燃
機関のシステム図
機関のシステム図
【図３】 第１実施形態のフローチャート
【図４】 排気空燃比と飽和ＮＯｘ吸収量との関係を示
す図
す図
【図５】 第２実施形態のフローチャート
【図６】 第３実施形態又は第４実施形態の場合の内燃
機関のシステム図
機関のシステム図
【図７】 第３実施形態のフローチャート
【図８】 第４実施形態のフローチャート
１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ スロットル弁
４ 燃料噴射弁
５ 点火プラグ
６ 排気通路
７ 排気浄化用触媒
８ ２次空気供給装置
１０ コントロールユニット
１４ 水温センサ
１５ 触媒温度センサ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 兼利 和彦
神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日
産自動車株式会社内
(56)参考文献 特開 平６−264729（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−36968（ＪＰ，Ａ)
特許2600492（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F01N 3/08 - 3/24
F02D 41/14
Claims (7)
- 【請求項１】所定の運転条件にて空燃比を理論空燃比よ
りも空気過剰な状態でリーン燃焼を行わせる一方、リー
ン燃焼時に排気ガス中のＮＯｘを吸収する排気浄化用触
媒を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置におい
て、 前記触媒の活性状態を判定する触媒活性判定手段と、前回の機関停止時に前記触媒に吸収されていたＮＯｘの
量が所定値以上であるかを判定するＮＯｘ吸収量判定手
段と、 前記触媒活性判定手段が、前記触媒が吸収したＮＯｘを
浄化しない不活性状態であると判定し、かつ、前記ＮＯ
ｘ吸収量判定手段が前回の機関停止時に前記触媒に吸収
されていたＮＯｘの量が所定値以上であると判定したと
きに、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気過剰な
状態とする排気空燃比リーン化手段と、 を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項２】前記排気空燃比リーン化手段は、前記触媒
活性判定手段が、前記触媒が吸収したＮＯｘを浄化しな
い不活性状態のうち、前記触媒が燃料過剰雰囲気であっ
ても吸収したＮＯｘを脱離しない完全不活性状態を除
く、前記触媒が燃料過剰雰囲気であると吸収したＮＯｘ
を脱離するが浄化しない中間活性状態であると判定し、
かつ、前記ＮＯｘ吸収量判定手段が前回の機関停止時に
前記触媒に吸収されていたＮＯｘの量が所定値以上であ
ると判定したときに、排気ガスの空燃比を理論空燃比よ
りも空気過剰な状態とすることを特徴とする請求項１記
載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項３】 前記排気空燃比リーン化手段は、機関に強
制的にリーン燃焼を行わせて、排気ガスの空燃比を理論
空燃比よりも空気過剰な状態とすることを特徴とする請
求項１又は請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項４】 前記排気空燃比リーン化手段は、排気通路
の前記触媒上流に２次空気を供給して、排気ガスの空燃
比を理論空燃比よりも空気過剰な状態とすることを特徴
とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の排気浄化
装置。 - 【請求項５】 前記排気空燃比リーン化手段は、機関に空
燃比を理論空燃比よりも燃料過剰な状態でリッチ燃焼を
行わせながら、排気通路の前記触媒上流に２次空気を供
給して、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりも空気過剰
な状態とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記
載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項６】 前記触媒活性判定手段が前記触媒が吸収し
たＮＯｘを浄化しうる活性状態に達したと判定したとき
に、一時的に機関に空燃比を理論空燃比よりも燃料過剰
な状態でリッチ燃焼を行わせるリッチ運転手段を設けた
ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに
記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項７】機関の運転条件に応じて目標空燃比を定
め、この目標空燃比を得るようにシリンダ吸入空気量に
対する燃料噴射量を演算して制御し、所定の運転条件に
て前記目標空燃比を理論空燃比より空気過剰な状態とし
てリーン燃焼を行わせる一方、リーン燃焼時に排気ガス
中のＮＯｘを吸収する排気浄化用触媒を排気通路に備え
た内燃機関の排気浄化装置において、 前記触媒が活性状態であるか否かを判定し、前記触媒が
完全活性はしていないものの中間活性しているか否かを
判定し、前記触媒が中間活性状態であると判定したとき
に強制リーン燃焼制御を行う一方、前記触媒が中間活性
状態に達していないと判定したときに通常の燃料噴射制
御を行うコントロールユニットを設けたことを特徴とす
る内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02145199A JP3480351B2 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02145199A JP3480351B2 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000220440A JP2000220440A (ja) | 2000-08-08 |
| JP3480351B2 true JP3480351B2 (ja) | 2003-12-15 |
Family
ID=12055339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02145199A Expired - Lifetime JP3480351B2 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3480351B2 (ja) |
-
1999
- 1999-01-29 JP JP02145199A patent/JP3480351B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000220440A (ja) | 2000-08-08 |
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