JP4114025B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【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係り、詳しくは、吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxを除去する技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
近年、燃費が良く且つＣＯ2の排出量等が少ないことから、空燃比を理論空燃比（値１４．７）よりも希薄側（リーン側）の目標値に制御可能とし、理論空燃比運転やリッチ空燃比運転のみならずリーン空燃比運転を実現した内燃機関（リーンバーンエンジン）が開発され車両用内燃機関として実用化されている。
【０００３】
ところが、このように空燃比をリーン空燃比とすると、従来の三元触媒ではその浄化特性から排ガス中のＮＯx（窒素酸化物）を充分に浄化できないという問題があり、最近では、酸素過剰雰囲気においてもＮＯxを浄化できる吸蔵型ＮＯx触媒が開発され実用化されている。
吸蔵型ＮＯx触媒は、酸素過剰状態（酸化雰囲気）において排ガス中のＮＯxを硝酸塩Ｘ−ＮＯ3として付着させ吸蔵し、該吸蔵したＮＯxをＣＯ（一酸化炭素）過剰状態（還元雰囲気）で一旦ＮＯxのまま放出した後Ｎ2（窒素）に還元させる特性（同時に炭酸塩Ｘ−ＣＯ3が生成される）を有した触媒として構成されている。従って、特許登録第２５８６７３８号公報等に開示されているように、実際には、リーン空燃比運転が所定時間継続すると、空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するようなリッチ空燃比運転に定期的に切換え（これをリッチスパイクという）、これにより、ＣＯの多い還元雰囲気を生成し、吸蔵したＮＯxを放出し浄化還元（ＮＯxパージ）して吸蔵型ＮＯx触媒の再生を図るようにしている。
【０００４】
ところで、このようなリッチスパイクを実施する場合、ＮＯxの放出に要求されるリッチ空燃比運転の運転期間及びリッチ空燃比度合は、リーン空燃比運転時の継続時間により推定される吸蔵型ＮＯx触媒の堆積ＮＯx量に応じて予め所定時間及び所定のリッチ空燃比に設定されるようにされており、当該所定のリッチ空燃比の下で所定時間に亘りリッチ空燃比運転が実施される。
【０００５】
ところが、実際には、吸蔵型ＮＯx触媒のＮＯx浄化効率やＣＯの流量に影響する内燃機関の運転条件等によってＮＯxの放出に現実に要する時間は変化する。故に、例えば、リッチ空燃比運転の運転期間が短いと、上述の如く一旦放出されたＮＯxがＣＯ（還元剤）不足により還元されずにそのまま排出されるおそれがあり、一方運転期間が長すぎると、ＣＯが余剰に排出され続け燃費の悪化等の要因となる。
【０００６】
そこで、リッチスパイク時に吸蔵型ＮＯx触媒から放出されるＮＯx量の変化をＨＥＧＯセンサ（Ｏ2センサ）を用いて監視し、リッチ空燃比運転の運転期間を予め設定せず、当該放出されるＮＯx量が略完全になくなるまで所定のリッチ空燃比で該リッチ空燃比運転を継続し、これにより確実に吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させる技術が例えば特開平１０−１２１９４４号公報に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸蔵型ＮＯx触媒から放出されるＮＯx量（ＮＯx濃度）は、ＮＯx放出期間中その時々で異なる。具体的には、放出されるＮＯx量がＮＯx放出開始時には多くＮＯx放出完了前には少ない傾向にある。故に、ＮＯx放出期間中においても、その時々でＮＯxを還元するための還元剤の量は異なることになる。
【０００８】
ところが、この点に関し、上記公報に開示された技術では、ＮＯx放出のためのリッチ空燃比を所定のリッチ空燃比で一定としている。従って、当該公報に開示の技術では、ＮＯx放出開始時には還元剤が不足する場合があり、ＮＯx放出完了前には該還元剤が過剰となる場合があり好ましいことではない。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの放出時において、ＮＯx放出に必要とされるリッチ空燃比の最適化を図った内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、請求項１の発明によれば、吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの放出が必要なときにはＮＯx放出制御手段によって内燃機関の運転状態がリッチ空燃比運転とされるが、この際、第１及び第２検出手段によって吸蔵型ＮＯx触媒の上流側のＮＯxの濃度に相関する値と放出される下流側のＮＯxの濃度に相関する値とが検出されるとともに演算手段によってこれらＮＯxの濃度に相関する値の差が算出され、リッチ空燃比運転開始後に第１検出手段により検出される値が所定値以上になってから或いは所定時間経過してからはその算出値に応じてリッチ空燃比のリッチ化度合が可変設定される。
【００１０】
従って、吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの放出に必要なリッチ空燃比運転の運転期間が、放出されるＮＯxの濃度に基づいて極めて適正なものとされ、さらに、リッチ空燃比運転開始後、第１検出手段により検出される値が所定値以上になってから或いは所定時間経過してからは、当該放出されるＮＯxの濃度に応じて空燃比が常に最適なものとされ、不用意にＮＯxが排出されることがなくなるとともに還元剤としてのＣＯが過剰に排出されることがなくなり、環境悪化のみならず燃費の悪化が好適に防止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づき説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づいて本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
【００１２】
機関本体（以下、単にエンジンという）１は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）を切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）または圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射モード）を実施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジンとされている。そして、この筒内噴射型のエンジン１は、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能とされており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リーン空燃比での運転が可能とされている。
【００１３】
同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃焼室８内に燃料を直接噴射可能とされている。
燃料噴射弁６には、燃料パイプを介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（共に図示せず）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能とされている。
【００１４】
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド１０の他端にはスロットル弁１１が接続されており、該スロットル弁１１にはスロットル開度θthを検出するスロットルセンサ１１ａが設けられている。
【００１５】
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。
なお、図中符号１３は、クランク角を検出するクランク角センサであり、該クランク角センサ１３はエンジン回転速度Ｎeを検出可能とされている。
【００１６】
なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に公知のものであり、その構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
同図に示すように、排気マニホールド１２には排気管（排気通路）１４が接続されており、この排気管１４には排気浄化触媒装置３０を介してマフラー（図示せず）が接続されている。そして、排気管１４には排気温度を検出する高温センサ１６が設けられている。
【００１７】
排気浄化触媒装置３０は、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａと三元触媒３０ｂとの２つの触媒を備えて構成されており、三元触媒３０ｂの方が吸蔵型ＮＯx触媒３０ａよりも下流側に配設されている。
吸蔵型ＮＯx触媒３０ａは、酸化雰囲気においてＮＯxを吸蔵させ、主としてＣＯの存在する還元雰囲気中においてＮＯxを一旦放出した後Ｎ2（窒素）等に還元させる機能を持つものである。詳しくは、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａは、貴金属として白金（Ｐt），ロジウム（Ｒｈ）等を有した触媒として構成されており、吸蔵材としてはバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が採用されている。
【００１８】
また、排気管１４には吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの上流に位置して＃１Ｏ2センサ（第１検出手段）２０が設けられており、さらに吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの下流に位置して＃２Ｏ2センサ（第２検出手段）２２が設けられている。これら＃１Ｏ2センサ２０及び＃２Ｏ2センサ２２の各Ｏ2センサは、排気中のＮＯxの濃度に相関する値としての酸素量を検出するものである。これらＯ2センサは、酸素量が少ないときには大きな値をとり、逆に酸素量が多いときには小さな値をとるように構成されている。つまり、Ｏ2センサの出力特性は、図２に示すように、酸素が化合物ＣＯとなって存在するリッチ空燃比雰囲気では大きく、ストイキオ雰囲気近傍では急勾配で変化し、酸素過剰状態にあるリーン空燃比雰囲気では小さくなるようにされている。従って、これら＃１Ｏ2センサ２０及び＃２Ｏ2センサ２２により吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの上流及び下流の酸素量を検出することで、当該吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの上流及び下流の空燃比をそれぞれ良好に検出可能となっている。
【００１９】
さらに、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０が設置されており、このＥＣＵ４０により、エンジン１を含めた本発明に係る排気浄化装置の総合的な制御が行われる。ＥＣＵ４０の入力側には、上述したスロットルセンサ１１ａ、クランク角センサ１３、高温センサ１６、＃１Ｏ2センサ２０、＃２Ｏ2センサ２２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。
【００２０】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、点火コイルを介して上述した点火プラグ４や燃料噴射弁６等が接続されており、これら点火コイル、燃料噴射弁６等には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ出力される。これにより、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ４によって適正なタイミングで点火が実施される。
【００２１】
実際には、ＥＣＵ４０では、スロットルセンサ１１ａからのスロットル開度情報θthとクランク角センサ１３からのエンジン回転速度情報Ｎeとに基づいてエンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち目標平均有効圧Ｐeを求めるようにされており、さらに、当該目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとに応じて、燃料噴射モード設定マップ（図示せず）より燃料噴射モードを設定するようにされている。例えば、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeとが共に小さいときには、燃料噴射モードは圧縮行程噴射リーンモード、即ち圧縮リーンモードとされ、リーン空燃比の下に燃料は圧縮行程で噴射され、一方、目標平均有効圧Ｐeが大きくなり或いはエンジン回転速度Ｎeが大きくなると燃料噴射モードは吸気行程噴射モードとされ、燃料は吸気行程で噴射される。吸気行程噴射モードには、リーン空燃比とされる吸気リーンモード、理論空燃比（ストイキオ）とされるストイキオフィードバックモード、及び、リッチ空燃比とされるオープンループモード（Ｏ／Ｌモード）がある。
【００２２】
そして、通常は目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeとから制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定され、上記適正量の燃料噴射量は該目標Ａ／Ｆに基づいて決定される。
また、上記高温センサ１６により検出された排気温度情報からは触媒温度Ｔcatが推定される。
【００２３】
以下、このように構成された排気浄化装置の本発明に係る作用、つまり、本発明に係る吸蔵型ＮＯx触媒３０ａのＮＯxパージ制御（ＮＯx放出制御手段）について説明する。
図３を参照すると、ＥＣＵ４０が実行する、本発明に係るＮＯxパージ制御ルーチンのフローチャートが示されており、また、図４を参照すると、当該ＮＯxパージ制御を行った場合のＮＯx放出量（ａ）、＃１Ｏ2センサ２０、＃２Ｏ2センサ２２の各Ｏ2センサ出力Ｄ(#1)，Ｄ(#2)（ｂ）及び目標Ａ／Ｆ（ｃ）の時間変化を示すタイムチャートが示されており、以下当該フローチャート及びタイムチャートに沿って説明する。
【００２４】
図３に示すように、先ず、ステップＳ１０では、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａのＮＯx吸蔵量が許容値を越えたか否かを判別する。
この際、ＮＯx吸蔵量は、例えば次式(1)から演算により求められる。
Ｑ(n)＝Ｑ(n-1)＋ｑ1−ｑ2 …(1)
ここに、Ｑ(n)は現在のＮＯx積算量、即ちＮＯx吸蔵量であり、Ｑ(n-1)は当該ルーチンの前回実行時のＮＯx積算量である。そして、ｑ1は吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに新たに吸蔵される吸着ＮＯx量を示しており、ｑ2は吸蔵型ＮＯx触媒３０ａから除去される脱離ＮＯx量を示している。
【００２５】
吸着ＮＯx量ｑ1は、即ちエンジン１から排出されて吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに流入し吸着されるＮＯx量を意味しており、上述の目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとに基づいて容易に求められる。また、脱離ＮＯx量ｑ2は次式(2)及び(2)’から求められる。
ｑ2＝ｑ2’・Ｚa …(2)
Ｚa＝Ｑa・（Ａ／Ｆ係数） …(2)’
ここに、ｑ2’は単位吸入空気量あたりの脱離ＮＯx量（単位脱離ＮＯx量）であり、Ｚaは吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに流入する還元剤（例えば、ＣＯ）流量、Ｑaは吸入空気量である。この際、Ｚaについては、上述の目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとから予め求めておいてもよい。
【００２６】
なお、ＮＯx吸蔵量は、リーン空燃比での運転時間によってもある程度は推定可能である。
ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）でＮＯx吸蔵量が許容値に達していない場合には何もせずに当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）でＮＯx吸蔵量が許容値を越えたと判定された場合には次にステップＳ１２に進み、ＮＯxパージを開始する。
【００２７】
ステップＳ１２では、ＮＯxパージの開始に際し、目標Ａ／Ｆを所定の初期値、即ち初期リッチ空燃比（例えば、値１０）に設定する。これにより、図４（ａ）に示すように、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＮＯxが急速に放出され、還元除去され始める。
次のステップＳ１４では、＃１Ｏ2センサ２０の出力Ｄ(#1)が所定値Ｄ1（例えば、ストイキオに対応する出力値（図２参照））以上になったか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合にはステップＳ１２において目標Ａ／Ｆを所定の初期値、即ち初期リッチ空燃比（例えば、値１０）のままに保持する。なお、この初期リッチ空燃比（例えば、値１０）は、ＮＯxパージ制御において使用される最もリッチ化度合の大きな値とされるのがよい。
【００２８】
このようにすれば、次のステップＳ１６において＃１Ｏ2センサ２０の出力Ｄ(#1)と＃２Ｏ2センサ２２の出力Ｄ(#2)とを用いて演算を行うのであるが、＃１Ｏ2センサ２０及び＃２Ｏ2センサ２２のＮＯxパージの開始初期における応答遅れの要素が排除（マスキング）され、正確な演算が可能とされる。
一方、ステップＳ１４の判別結果が真（Ｙｅｓ）で出力Ｄ(#1)が所定値Ｄ1以上となり、＃１Ｏ2センサ２０や＃２Ｏ2センサ２２の応答遅れの要素が排除されたとみなされたら、次にステップＳ１６に進む。
【００２９】
ステップＳ１６では、次式(3)により＃１Ｏ2センサ２０の出力Ｄ(#1)と＃２Ｏ2センサ２２の出力Ｄ(#2)との差ΔＤを演算する（演算手段）。
ΔＤ＝Ｄ(#1)−Ｄ(#2) …(3)
即ち、図４（ｂ）には、＃１Ｏ2センサ２０の出力Ｄ(#1)を一点鎖線で、＃２Ｏ2センサ２２の出力Ｄ(#2)を実線で示してあるが、これら出力Ｄ(#1)と出力Ｄ(#2)の差を演算し、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの上流側の排気中の酸素量と下流側の排気中の酸素量との差、即ち排気中の空燃比の差を求めるようにする。
【００３０】
これにより、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＮＯxがＮＯxパージによって放出、還元されるとＮ2とともにＯ2（酸素）が発生するのであるが、当該還元により発生したＯ2の量が適切に検出され、ひいてはＮＯxの放出量が適切に検出可能とされる。
空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比とされるときには、酸素量が急減するため、図４（ｂ）に示すように、上述した理由に基づき、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの上流側にある＃１Ｏ2センサ２０の出力Ｄ(#1)は急勾配で大側に変化した後一定に保持される。一方、このとき、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａでは、吸蔵されたＮＯxが初期リッチ空燃比（例えば、値１０）の下に発生する多量のＣＯにより放出、還元されてＯ2が多量に発生しており、故に吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの下流側にある＃２Ｏ2センサ２２の出力Ｄ(#2)は小さいままに保持される。つまり、出力Ｄ(#1)が所定値Ｄ1以上となった時点では、同図（ａ）及び（ｂ）に示すように、差ΔＤ、即ちＮＯxの放出量は比較的大きなものとなっている。
【００３１】
そして、次のステップＳ１８では、上記のように求めた差ΔＤに基づいて最適な目標Ａ／Ｆを演算により決定する。実際には、例えば図５に示すように、差ΔＤと目標Ａ／Ｆとの関係を示すマップが予め実験等により設定されており、目標Ａ／Ｆは差ΔＤに応じて当該マップより求められる。同図によれば、出力Ｄ(#1)が所定値Ｄ1以上となった時点では、上述したように差ΔＤは比較的大きいため、目標Ａ／Ｆは初期リッチ空燃比と同じ空燃比（例えば、値１０）とされる。
【００３２】
次のステップＳ２０では、差ΔＤが所定値ΔＤ0（極小値または値０）以下となったか否かを判別する。つまり、還元により発生するＯ2が極めて少なくなり、吸蔵ＮＯx量が殆ど還元され尽くしてもはやＮＯxパージを行う必要がなくなったか否かを判別する。この時点では、差ΔＤは比較的大きいため、判別結果は偽（Ｎｏ）であり、この場合にはステップＳ１６及びステップＳ１８の実行を繰り返し継続する。
【００３３】
吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＮＯxの放出、還元が進むと、還元により発生するＯ2が増加した後次第に少なくなり、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの下流側の空燃比もリッチ空燃比側に遷移して＃２Ｏ2センサ２２の出力Ｄ(#2)も大側に変化し始める。このように出力Ｄ(#2)が大側に変化するようになると、図４（ｂ）に示すように、出力Ｄ(#1)一定の下に差ΔＤは徐々に小さくなる。そして、差ΔＤが例えば所定値ΔＤ1まで小さくなると、図５のマップに基づき、目標Ａ／Ｆは若干リッチ化度合の小さい空燃比（例えば、値１２）とされる（図４（ｃ）参照）。つまり、ＮＯxの放出、還元がある程度進行したときには、もはや還元剤であるＣＯはそれほど必要なく、故に、この場合には燃料供給量を減らす等して目標Ａ／Ｆをリッチ化度合の低い側に変更する。これにより、余剰のＣＯが排出されることなくなり、燃費の悪化等が好適に防止されることになる。
【００３４】
ところで、＃２Ｏ2センサ２２の出力Ｄ(#2)は、実際には、図４（ｂ）に示すように、差ΔＤが所定値ΔＤ2とされた状態のまま暫くの間継続するのであるが、これは、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＮＯxがある程度放出されると、放出され難い一部のＮＯxのみが残り、この放出され難いＮＯxは少しずつしか放出されず、放出するのに時間がかかるためであり（図４（ａ）参照）、この間は、当該放出され難いＮＯxを完全に放出すべく、目標Ａ／Ｆは上記若干リッチ化度合の小さい空燃比（例えば、値１２）のままとする。
【００３５】
そして、当該放出され難いＮＯxが略完全に放出、還元されたら、差ΔＤは再び減少に向かうため、これに応じて、図５のマップに基づき、目標Ａ／Ｆのリッチ化度合を徐々に小さく変化させるようにする。これにより、排気中のＣＯが徐々に減少させられ、つまり、還元剤であるＣＯが未だ放出されずに残っているＮＯxの還元に最低限必要な量に抑えられ、やはり余剰のＣＯが排出されることなく燃費の悪化等が極めて好適に防止されることになる。
【００３６】
その後、ステップＳ２０の判別結果が真（Ｙｅｓ）となり、差ΔＤが所定値ΔＤ0（極小値または値０）を下回ったら、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＮＯxは略完全に除去されたと判断でき、この場合には、もはや還元剤であるＣＯは必要なく、当該ＮＯxパージ制御を終了する。これにより、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＮＯxが過不足なく確実に除去される。
【００３７】
なお、図５に示すように、差ΔＤが所定値ΔＤ0（極小値または値０）となったときには、目標Ａ／Ｆはストイキオ（値１４．７）近傍のややリッチな空燃比（例えば、値１４．５）とされるが、これは、ＮＯxパージ終了まではリッチ空燃比を維持して吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに新たにＮＯxを吸蔵させないようにするためであり、さらに、当該ややリッチな空燃比（例えば、値１４．５）であれば、ストイキオに近いことからＣＯやＨＣの発生をも確実に抑えることができるからである。
【００３８】
また、ここでは、図４（ｃ）に示すように、ＮＯxパージを終了した後、再び目標Ａ／Ｆをリーン空燃比としているが、これはエンジン１の運転状態に応じてたまたま燃料噴射モードがリーン空燃比に対応したモードとされたためであり、ストイキオフィードバックモードであれば目標Ａ／Ｆはストイキオとされ、オープンループモードであればリッチ空燃比とされる。
【００３９】
ところで、上記実施形態では、ＮＯxパージ時においてＮＯxの放出と還元とを併せて実施可能な吸蔵型ＮＯx触媒３０ａを用いるようにしたが、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａをＮＯxの放出のみ実施可能な吸蔵型ＮＯx触媒とし、下流の三元触媒３０ｂで還元を行うような触媒構成としてもよい。この場合、＃２Ｏ2センサ２２は三元触媒３０ｂの下流に設けるのが好ましい。
【００４０】
また、三元触媒３０ｂを用いず、ＮＯxの放出機能と還元機能とを併せ有した吸蔵型ＮＯx触媒３０ａのみを用いる構成としてもよい。
また、上記実施形態では、ＮＯxパージが開始された後、＃１Ｏ2センサ２０の出力Ｄ(#1)が所定値Ｄ1以上となるまで出力Ｄ(#1)、出力Ｄ(#2)の差ΔＤの演算を行わず、＃１Ｏ2センサ２０及び＃２Ｏ2センサ２２の応答遅れの要素を排除（マスキング）するようにしたが（図３中のステップＳ１４参照）、単に初期リッチ空燃比を所定時間（初期リッチ化期間）が経過するまで継続するようにしてもよい。この場合、所定時間は、予めエンジン１の運転条件等に応じて設定したマップから求めてもよいし、予め設定した固定値であってもよい。また、このようなマスキングを行わず、出力Ｄ(#1)、出力Ｄ(#2)を一次遅れ補正等によって補正するようにしてもよい。
【００４１】
また、センサの経時劣化を考慮して、＃１Ｏ2センサ２０の出力値を予め運転状態に応じて定めた固定値とし、当該固定値と＃２Ｏ2センサ２２の出力Ｄ(#2)から差ΔＤの演算を行うようにしてもよい。この場合、Ｏ2センサとしては、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａ下流の＃２Ｏ2センサ２２のみを使用することになる。
また、上記実施形態では、＃１Ｏ2センサ２０及び＃２Ｏ2センサ２２として一般的なＯ2センサを用いるようにしたが、好ましくは通常触媒に使用されＮＯxを還元し易い貴金属（ロジウム等）を先端検出部近傍に添加したような、または先端検出部の電極自体をＮＯxを還元し易い貴金属（ロジウム等）にしたような構成のＯ2センサを用いるのがよい。これにより、実際には吸蔵型ＮＯx触媒３０ａから放出されたＮＯxの一部が還元され難いという事実があり、Ｏ2の発生量でＮＯxの放出量を代表させている場合、通常のＯ2センサではＮＯxの放出量の検出値に若干ずれが生じることがあるのであるが、このように貴金属（ロジウム等）を先端検出部近傍に添加した或いは電極自体を貴金属（ロジウム等）にしたＯ2センサを用いることで、放出されたＮＯxを略完全に還元し、放出されたＮＯx量に対応したＯ2量を適正に検出することができ、ＮＯxの放出量をより一層正確に把握することが可能となる。
【００４２】
また、上記実施形態では、＃１Ｏ2センサ２０と＃２Ｏ2センサ２２からの出力Ｄ(#1)及び出力Ｄ(#2)の差ΔＤに基づいて、排気中の空燃比差、即ちＮＯxの放出量を検出するようにしたが、＃１Ｏ2センサ２０と＃２Ｏ2センサ２２をそれぞれリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）に置き換えて直接的に空燃比を検出するようにしてもよく、また、ＨＣセンサ等の排ガスセンサを用いるようにしても本発明を好適に実施可能である。さらに、上記の如く吸蔵型ＮＯx触媒３０ａをＮＯxの放出機能のみ有した吸蔵型ＮＯx触媒とした場合には、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの上流と直下流とにＮＯxセンサを設け、直接的にＮＯxの放出量を検出するようにしてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、差ΔＤが所定値ΔＤ0（極小値または値０）を下回ったら当該ＮＯxパージ制御を終了するようにしているが、当該ＮＯxパージ制御時間が所定時間経過するまで継続するようにしてもよい。この場合、所定時間は予めエンジン１の運転条件等に応じて設定したマップから求めてもよいし、予め設定した固定値であってもよい。これは、Ｏ2センサの出力誤差が比較的大きく、ＮＯx放出完了を精度よく検知困難な場合に有効である。この場合にも、ＮＯxパージ制御終了前には差ΔＤは十分に小さくなっているため、Ａ／Ｆもストイキオ近傍となっており、ＮＯxパージ制御時間の延長によるＣＯ等の排出はない。
【００４４】
また、上記実施形態では、エンジン１を筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジンとしたが、空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比との間で切換可能であれば、エンジン１は吸気管噴射型のリーンバーンエンジン等であってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、放出されるＮＯxの濃度を監視することで吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの放出に必要なリッチ空燃比運転の運転期間を適正なものにでき、さらに、リッチ空燃比運転開始後、第１検出手段により検出される値が所定値以上になってから或いは所定時間経過してからは、当該放出されるＮＯxの濃度に応じて空燃比を常に最適なものにできる。従って、第１及び第２検出手段の応答遅れの要素を効率よく排除しつつ、不用意にＮＯxを排出させないようにしながら併せて還元剤としてのＣＯを過剰に排出させないようにでき、環境悪化を防止しながら燃費の悪化をも好適に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を示す概略構成図である。
【図２】Ｏ2センサの空燃比に対する出力特性を示す図である。
【図３】本発明に係るＮＯxパージ制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】図３のＮＯxパージ制御を行った場合のＮＯx放出量（ａ）、＃１Ｏ2センサ、＃２Ｏ2センサの各出力Ｄ(#1)，Ｄ(#2)（ｂ）及び目標Ａ／Ｆ（ｃ）の時間変化を示すタイムチャートである。
【図５】出力Ｄ(#1)，Ｄ(#2)の差ΔＤと目標Ａ／Ｆとの関係を示すマップである。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関）
４ 点火プラグ
６ 燃料噴射弁
１１ スロットル弁
１１ａ スロットルセンサ
１３ クランク角センサ
２０ ＃１Ｏ2センサ（第１検出手段）
２２ ＃２Ｏ2センサ（第２検出手段）
３０ａ 吸蔵型ＮＯx触媒
４０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
【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係り、詳しくは、吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxを除去する技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
近年、燃費が良く且つＣＯ2の排出量等が少ないことから、空燃比を理論空燃比（値１４．７）よりも希薄側（リーン側）の目標値に制御可能とし、理論空燃比運転やリッチ空燃比運転のみならずリーン空燃比運転を実現した内燃機関（リーンバーンエンジン）が開発され車両用内燃機関として実用化されている。
【０００３】
ところが、このように空燃比をリーン空燃比とすると、従来の三元触媒ではその浄化特性から排ガス中のＮＯx（窒素酸化物）を充分に浄化できないという問題があり、最近では、酸素過剰雰囲気においてもＮＯxを浄化できる吸蔵型ＮＯx触媒が開発され実用化されている。
吸蔵型ＮＯx触媒は、酸素過剰状態（酸化雰囲気）において排ガス中のＮＯxを硝酸塩Ｘ−ＮＯ3として付着させ吸蔵し、該吸蔵したＮＯxをＣＯ（一酸化炭素）過剰状態（還元雰囲気）で一旦ＮＯxのまま放出した後Ｎ2（窒素）に還元させる特性（同時に炭酸塩Ｘ−ＣＯ3が生成される）を有した触媒として構成されている。従って、特許登録第２５８６７３８号公報等に開示されているように、実際には、リーン空燃比運転が所定時間継続すると、空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に制御するようなリッチ空燃比運転に定期的に切換え（これをリッチスパイクという）、これにより、ＣＯの多い還元雰囲気を生成し、吸蔵したＮＯxを放出し浄化還元（ＮＯxパージ）して吸蔵型ＮＯx触媒の再生を図るようにしている。
【０００４】
ところで、このようなリッチスパイクを実施する場合、ＮＯxの放出に要求されるリッチ空燃比運転の運転期間及びリッチ空燃比度合は、リーン空燃比運転時の継続時間により推定される吸蔵型ＮＯx触媒の堆積ＮＯx量に応じて予め所定時間及び所定のリッチ空燃比に設定されるようにされており、当該所定のリッチ空燃比の下で所定時間に亘りリッチ空燃比運転が実施される。
【０００５】
ところが、実際には、吸蔵型ＮＯx触媒のＮＯx浄化効率やＣＯの流量に影響する内燃機関の運転条件等によってＮＯxの放出に現実に要する時間は変化する。故に、例えば、リッチ空燃比運転の運転期間が短いと、上述の如く一旦放出されたＮＯxがＣＯ（還元剤）不足により還元されずにそのまま排出されるおそれがあり、一方運転期間が長すぎると、ＣＯが余剰に排出され続け燃費の悪化等の要因となる。
【０００６】
そこで、リッチスパイク時に吸蔵型ＮＯx触媒から放出されるＮＯx量の変化をＨＥＧＯセンサ（Ｏ2センサ）を用いて監視し、リッチ空燃比運転の運転期間を予め設定せず、当該放出されるＮＯx量が略完全になくなるまで所定のリッチ空燃比で該リッチ空燃比運転を継続し、これにより確実に吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出させる技術が例えば特開平１０−１２１９４４号公報に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸蔵型ＮＯx触媒から放出されるＮＯx量（ＮＯx濃度）は、ＮＯx放出期間中その時々で異なる。具体的には、放出されるＮＯx量がＮＯx放出開始時には多くＮＯx放出完了前には少ない傾向にある。故に、ＮＯx放出期間中においても、その時々でＮＯxを還元するための還元剤の量は異なることになる。
【０００８】
ところが、この点に関し、上記公報に開示された技術では、ＮＯx放出のためのリッチ空燃比を所定のリッチ空燃比で一定としている。従って、当該公報に開示の技術では、ＮＯx放出開始時には還元剤が不足する場合があり、ＮＯx放出完了前には該還元剤が過剰となる場合があり好ましいことではない。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの放出時において、ＮＯx放出に必要とされるリッチ空燃比の最適化を図った内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、請求項１の発明によれば、吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの放出が必要なときにはＮＯx放出制御手段によって内燃機関の運転状態がリッチ空燃比運転とされるが、この際、第１及び第２検出手段によって吸蔵型ＮＯx触媒の上流側のＮＯxの濃度に相関する値と放出される下流側のＮＯxの濃度に相関する値とが検出されるとともに演算手段によってこれらＮＯxの濃度に相関する値の差が算出され、リッチ空燃比運転開始後に第１検出手段により検出される値が所定値以上になってから或いは所定時間経過してからはその算出値に応じてリッチ空燃比のリッチ化度合が可変設定される。
【００１０】
従って、吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの放出に必要なリッチ空燃比運転の運転期間が、放出されるＮＯxの濃度に基づいて極めて適正なものとされ、さらに、リッチ空燃比運転開始後、第１検出手段により検出される値が所定値以上になってから或いは所定時間経過してからは、当該放出されるＮＯxの濃度に応じて空燃比が常に最適なものとされ、不用意にＮＯxが排出されることがなくなるとともに還元剤としてのＣＯが過剰に排出されることがなくなり、環境悪化のみならず燃費の悪化が好適に防止される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づき説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づいて本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
【００１２】
機関本体（以下、単にエンジンという）１は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）を切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）または圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射モード）を実施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジンとされている。そして、この筒内噴射型のエンジン１は、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能とされており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リーン空燃比での運転が可能とされている。
【００１３】
同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃焼室８内に燃料を直接噴射可能とされている。
燃料噴射弁６には、燃料パイプを介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（共に図示せず）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能とされている。
【００１４】
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド１０の他端にはスロットル弁１１が接続されており、該スロットル弁１１にはスロットル開度θthを検出するスロットルセンサ１１ａが設けられている。
【００１５】
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。
なお、図中符号１３は、クランク角を検出するクランク角センサであり、該クランク角センサ１３はエンジン回転速度Ｎeを検出可能とされている。
【００１６】
なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に公知のものであり、その構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
同図に示すように、排気マニホールド１２には排気管（排気通路）１４が接続されており、この排気管１４には排気浄化触媒装置３０を介してマフラー（図示せず）が接続されている。そして、排気管１４には排気温度を検出する高温センサ１６が設けられている。
【００１７】
排気浄化触媒装置３０は、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａと三元触媒３０ｂとの２つの触媒を備えて構成されており、三元触媒３０ｂの方が吸蔵型ＮＯx触媒３０ａよりも下流側に配設されている。
吸蔵型ＮＯx触媒３０ａは、酸化雰囲気においてＮＯxを吸蔵させ、主としてＣＯの存在する還元雰囲気中においてＮＯxを一旦放出した後Ｎ2（窒素）等に還元させる機能を持つものである。詳しくは、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａは、貴金属として白金（Ｐt），ロジウム（Ｒｈ）等を有した触媒として構成されており、吸蔵材としてはバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が採用されている。
【００１８】
また、排気管１４には吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの上流に位置して＃１Ｏ2センサ（第１検出手段）２０が設けられており、さらに吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの下流に位置して＃２Ｏ2センサ（第２検出手段）２２が設けられている。これら＃１Ｏ2センサ２０及び＃２Ｏ2センサ２２の各Ｏ2センサは、排気中のＮＯxの濃度に相関する値としての酸素量を検出するものである。これらＯ2センサは、酸素量が少ないときには大きな値をとり、逆に酸素量が多いときには小さな値をとるように構成されている。つまり、Ｏ2センサの出力特性は、図２に示すように、酸素が化合物ＣＯとなって存在するリッチ空燃比雰囲気では大きく、ストイキオ雰囲気近傍では急勾配で変化し、酸素過剰状態にあるリーン空燃比雰囲気では小さくなるようにされている。従って、これら＃１Ｏ2センサ２０及び＃２Ｏ2センサ２２により吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの上流及び下流の酸素量を検出することで、当該吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの上流及び下流の空燃比をそれぞれ良好に検出可能となっている。
【００１９】
さらに、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０が設置されており、このＥＣＵ４０により、エンジン１を含めた本発明に係る排気浄化装置の総合的な制御が行われる。ＥＣＵ４０の入力側には、上述したスロットルセンサ１１ａ、クランク角センサ１３、高温センサ１６、＃１Ｏ2センサ２０、＃２Ｏ2センサ２２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。
【００２０】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、点火コイルを介して上述した点火プラグ４や燃料噴射弁６等が接続されており、これら点火コイル、燃料噴射弁６等には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ出力される。これにより、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ４によって適正なタイミングで点火が実施される。
【００２１】
実際には、ＥＣＵ４０では、スロットルセンサ１１ａからのスロットル開度情報θthとクランク角センサ１３からのエンジン回転速度情報Ｎeとに基づいてエンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち目標平均有効圧Ｐeを求めるようにされており、さらに、当該目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとに応じて、燃料噴射モード設定マップ（図示せず）より燃料噴射モードを設定するようにされている。例えば、目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeとが共に小さいときには、燃料噴射モードは圧縮行程噴射リーンモード、即ち圧縮リーンモードとされ、リーン空燃比の下に燃料は圧縮行程で噴射され、一方、目標平均有効圧Ｐeが大きくなり或いはエンジン回転速度Ｎeが大きくなると燃料噴射モードは吸気行程噴射モードとされ、燃料は吸気行程で噴射される。吸気行程噴射モードには、リーン空燃比とされる吸気リーンモード、理論空燃比（ストイキオ）とされるストイキオフィードバックモード、及び、リッチ空燃比とされるオープンループモード（Ｏ／Ｌモード）がある。
【００２２】
そして、通常は目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度Ｎeとから制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定され、上記適正量の燃料噴射量は該目標Ａ／Ｆに基づいて決定される。
また、上記高温センサ１６により検出された排気温度情報からは触媒温度Ｔcatが推定される。
【００２３】
以下、このように構成された排気浄化装置の本発明に係る作用、つまり、本発明に係る吸蔵型ＮＯx触媒３０ａのＮＯxパージ制御（ＮＯx放出制御手段）について説明する。
図３を参照すると、ＥＣＵ４０が実行する、本発明に係るＮＯxパージ制御ルーチンのフローチャートが示されており、また、図４を参照すると、当該ＮＯxパージ制御を行った場合のＮＯx放出量（ａ）、＃１Ｏ2センサ２０、＃２Ｏ2センサ２２の各Ｏ2センサ出力Ｄ(#1)，Ｄ(#2)（ｂ）及び目標Ａ／Ｆ（ｃ）の時間変化を示すタイムチャートが示されており、以下当該フローチャート及びタイムチャートに沿って説明する。
【００２４】
図３に示すように、先ず、ステップＳ１０では、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａのＮＯx吸蔵量が許容値を越えたか否かを判別する。
この際、ＮＯx吸蔵量は、例えば次式(1)から演算により求められる。
Ｑ(n)＝Ｑ(n-1)＋ｑ1−ｑ2 …(1)
ここに、Ｑ(n)は現在のＮＯx積算量、即ちＮＯx吸蔵量であり、Ｑ(n-1)は当該ルーチンの前回実行時のＮＯx積算量である。そして、ｑ1は吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに新たに吸蔵される吸着ＮＯx量を示しており、ｑ2は吸蔵型ＮＯx触媒３０ａから除去される脱離ＮＯx量を示している。
【００２５】
吸着ＮＯx量ｑ1は、即ちエンジン１から排出されて吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに流入し吸着されるＮＯx量を意味しており、上述の目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとに基づいて容易に求められる。また、脱離ＮＯx量ｑ2は次式(2)及び(2)’から求められる。
ｑ2＝ｑ2’・Ｚa …(2)
Ｚa＝Ｑa・（Ａ／Ｆ係数） …(2)’
ここに、ｑ2’は単位吸入空気量あたりの脱離ＮＯx量（単位脱離ＮＯx量）であり、Ｚaは吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに流入する還元剤（例えば、ＣＯ）流量、Ｑaは吸入空気量である。この際、Ｚaについては、上述の目標平均有効圧Ｐeとエンジン回転速度情報Ｎeとから予め求めておいてもよい。
【００２６】
なお、ＮＯx吸蔵量は、リーン空燃比での運転時間によってもある程度は推定可能である。
ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）でＮＯx吸蔵量が許容値に達していない場合には何もせずに当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）でＮＯx吸蔵量が許容値を越えたと判定された場合には次にステップＳ１２に進み、ＮＯxパージを開始する。
【００２７】
ステップＳ１２では、ＮＯxパージの開始に際し、目標Ａ／Ｆを所定の初期値、即ち初期リッチ空燃比（例えば、値１０）に設定する。これにより、図４（ａ）に示すように、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＮＯxが急速に放出され、還元除去され始める。
次のステップＳ１４では、＃１Ｏ2センサ２０の出力Ｄ(#1)が所定値Ｄ1（例えば、ストイキオに対応する出力値（図２参照））以上になったか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合にはステップＳ１２において目標Ａ／Ｆを所定の初期値、即ち初期リッチ空燃比（例えば、値１０）のままに保持する。なお、この初期リッチ空燃比（例えば、値１０）は、ＮＯxパージ制御において使用される最もリッチ化度合の大きな値とされるのがよい。
【００２８】
このようにすれば、次のステップＳ１６において＃１Ｏ2センサ２０の出力Ｄ(#1)と＃２Ｏ2センサ２２の出力Ｄ(#2)とを用いて演算を行うのであるが、＃１Ｏ2センサ２０及び＃２Ｏ2センサ２２のＮＯxパージの開始初期における応答遅れの要素が排除（マスキング）され、正確な演算が可能とされる。
一方、ステップＳ１４の判別結果が真（Ｙｅｓ）で出力Ｄ(#1)が所定値Ｄ1以上となり、＃１Ｏ2センサ２０や＃２Ｏ2センサ２２の応答遅れの要素が排除されたとみなされたら、次にステップＳ１６に進む。
【００２９】
ステップＳ１６では、次式(3)により＃１Ｏ2センサ２０の出力Ｄ(#1)と＃２Ｏ2センサ２２の出力Ｄ(#2)との差ΔＤを演算する（演算手段）。
ΔＤ＝Ｄ(#1)−Ｄ(#2) …(3)
即ち、図４（ｂ）には、＃１Ｏ2センサ２０の出力Ｄ(#1)を一点鎖線で、＃２Ｏ2センサ２２の出力Ｄ(#2)を実線で示してあるが、これら出力Ｄ(#1)と出力Ｄ(#2)の差を演算し、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの上流側の排気中の酸素量と下流側の排気中の酸素量との差、即ち排気中の空燃比の差を求めるようにする。
【００３０】
これにより、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＮＯxがＮＯxパージによって放出、還元されるとＮ2とともにＯ2（酸素）が発生するのであるが、当該還元により発生したＯ2の量が適切に検出され、ひいてはＮＯxの放出量が適切に検出可能とされる。
空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比とされるときには、酸素量が急減するため、図４（ｂ）に示すように、上述した理由に基づき、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの上流側にある＃１Ｏ2センサ２０の出力Ｄ(#1)は急勾配で大側に変化した後一定に保持される。一方、このとき、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａでは、吸蔵されたＮＯxが初期リッチ空燃比（例えば、値１０）の下に発生する多量のＣＯにより放出、還元されてＯ2が多量に発生しており、故に吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの下流側にある＃２Ｏ2センサ２２の出力Ｄ(#2)は小さいままに保持される。つまり、出力Ｄ(#1)が所定値Ｄ1以上となった時点では、同図（ａ）及び（ｂ）に示すように、差ΔＤ、即ちＮＯxの放出量は比較的大きなものとなっている。
【００３１】
そして、次のステップＳ１８では、上記のように求めた差ΔＤに基づいて最適な目標Ａ／Ｆを演算により決定する。実際には、例えば図５に示すように、差ΔＤと目標Ａ／Ｆとの関係を示すマップが予め実験等により設定されており、目標Ａ／Ｆは差ΔＤに応じて当該マップより求められる。同図によれば、出力Ｄ(#1)が所定値Ｄ1以上となった時点では、上述したように差ΔＤは比較的大きいため、目標Ａ／Ｆは初期リッチ空燃比と同じ空燃比（例えば、値１０）とされる。
【００３２】
次のステップＳ２０では、差ΔＤが所定値ΔＤ0（極小値または値０）以下となったか否かを判別する。つまり、還元により発生するＯ2が極めて少なくなり、吸蔵ＮＯx量が殆ど還元され尽くしてもはやＮＯxパージを行う必要がなくなったか否かを判別する。この時点では、差ΔＤは比較的大きいため、判別結果は偽（Ｎｏ）であり、この場合にはステップＳ１６及びステップＳ１８の実行を繰り返し継続する。
【００３３】
吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＮＯxの放出、還元が進むと、還元により発生するＯ2が増加した後次第に少なくなり、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの下流側の空燃比もリッチ空燃比側に遷移して＃２Ｏ2センサ２２の出力Ｄ(#2)も大側に変化し始める。このように出力Ｄ(#2)が大側に変化するようになると、図４（ｂ）に示すように、出力Ｄ(#1)一定の下に差ΔＤは徐々に小さくなる。そして、差ΔＤが例えば所定値ΔＤ1まで小さくなると、図５のマップに基づき、目標Ａ／Ｆは若干リッチ化度合の小さい空燃比（例えば、値１２）とされる（図４（ｃ）参照）。つまり、ＮＯxの放出、還元がある程度進行したときには、もはや還元剤であるＣＯはそれほど必要なく、故に、この場合には燃料供給量を減らす等して目標Ａ／Ｆをリッチ化度合の低い側に変更する。これにより、余剰のＣＯが排出されることなくなり、燃費の悪化等が好適に防止されることになる。
【００３４】
ところで、＃２Ｏ2センサ２２の出力Ｄ(#2)は、実際には、図４（ｂ）に示すように、差ΔＤが所定値ΔＤ2とされた状態のまま暫くの間継続するのであるが、これは、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＮＯxがある程度放出されると、放出され難い一部のＮＯxのみが残り、この放出され難いＮＯxは少しずつしか放出されず、放出するのに時間がかかるためであり（図４（ａ）参照）、この間は、当該放出され難いＮＯxを完全に放出すべく、目標Ａ／Ｆは上記若干リッチ化度合の小さい空燃比（例えば、値１２）のままとする。
【００３５】
そして、当該放出され難いＮＯxが略完全に放出、還元されたら、差ΔＤは再び減少に向かうため、これに応じて、図５のマップに基づき、目標Ａ／Ｆのリッチ化度合を徐々に小さく変化させるようにする。これにより、排気中のＣＯが徐々に減少させられ、つまり、還元剤であるＣＯが未だ放出されずに残っているＮＯxの還元に最低限必要な量に抑えられ、やはり余剰のＣＯが排出されることなく燃費の悪化等が極めて好適に防止されることになる。
【００３６】
その後、ステップＳ２０の判別結果が真（Ｙｅｓ）となり、差ΔＤが所定値ΔＤ0（極小値または値０）を下回ったら、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＮＯxは略完全に除去されたと判断でき、この場合には、もはや還元剤であるＣＯは必要なく、当該ＮＯxパージ制御を終了する。これにより、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに吸蔵されたＮＯxが過不足なく確実に除去される。
【００３７】
なお、図５に示すように、差ΔＤが所定値ΔＤ0（極小値または値０）となったときには、目標Ａ／Ｆはストイキオ（値１４．７）近傍のややリッチな空燃比（例えば、値１４．５）とされるが、これは、ＮＯxパージ終了まではリッチ空燃比を維持して吸蔵型ＮＯx触媒３０ａに新たにＮＯxを吸蔵させないようにするためであり、さらに、当該ややリッチな空燃比（例えば、値１４．５）であれば、ストイキオに近いことからＣＯやＨＣの発生をも確実に抑えることができるからである。
【００３８】
また、ここでは、図４（ｃ）に示すように、ＮＯxパージを終了した後、再び目標Ａ／Ｆをリーン空燃比としているが、これはエンジン１の運転状態に応じてたまたま燃料噴射モードがリーン空燃比に対応したモードとされたためであり、ストイキオフィードバックモードであれば目標Ａ／Ｆはストイキオとされ、オープンループモードであればリッチ空燃比とされる。
【００３９】
ところで、上記実施形態では、ＮＯxパージ時においてＮＯxの放出と還元とを併せて実施可能な吸蔵型ＮＯx触媒３０ａを用いるようにしたが、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａをＮＯxの放出のみ実施可能な吸蔵型ＮＯx触媒とし、下流の三元触媒３０ｂで還元を行うような触媒構成としてもよい。この場合、＃２Ｏ2センサ２２は三元触媒３０ｂの下流に設けるのが好ましい。
【００４０】
また、三元触媒３０ｂを用いず、ＮＯxの放出機能と還元機能とを併せ有した吸蔵型ＮＯx触媒３０ａのみを用いる構成としてもよい。
また、上記実施形態では、ＮＯxパージが開始された後、＃１Ｏ2センサ２０の出力Ｄ(#1)が所定値Ｄ1以上となるまで出力Ｄ(#1)、出力Ｄ(#2)の差ΔＤの演算を行わず、＃１Ｏ2センサ２０及び＃２Ｏ2センサ２２の応答遅れの要素を排除（マスキング）するようにしたが（図３中のステップＳ１４参照）、単に初期リッチ空燃比を所定時間（初期リッチ化期間）が経過するまで継続するようにしてもよい。この場合、所定時間は、予めエンジン１の運転条件等に応じて設定したマップから求めてもよいし、予め設定した固定値であってもよい。また、このようなマスキングを行わず、出力Ｄ(#1)、出力Ｄ(#2)を一次遅れ補正等によって補正するようにしてもよい。
【００４１】
また、センサの経時劣化を考慮して、＃１Ｏ2センサ２０の出力値を予め運転状態に応じて定めた固定値とし、当該固定値と＃２Ｏ2センサ２２の出力Ｄ(#2)から差ΔＤの演算を行うようにしてもよい。この場合、Ｏ2センサとしては、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａ下流の＃２Ｏ2センサ２２のみを使用することになる。
また、上記実施形態では、＃１Ｏ2センサ２０及び＃２Ｏ2センサ２２として一般的なＯ2センサを用いるようにしたが、好ましくは通常触媒に使用されＮＯxを還元し易い貴金属（ロジウム等）を先端検出部近傍に添加したような、または先端検出部の電極自体をＮＯxを還元し易い貴金属（ロジウム等）にしたような構成のＯ2センサを用いるのがよい。これにより、実際には吸蔵型ＮＯx触媒３０ａから放出されたＮＯxの一部が還元され難いという事実があり、Ｏ2の発生量でＮＯxの放出量を代表させている場合、通常のＯ2センサではＮＯxの放出量の検出値に若干ずれが生じることがあるのであるが、このように貴金属（ロジウム等）を先端検出部近傍に添加した或いは電極自体を貴金属（ロジウム等）にしたＯ2センサを用いることで、放出されたＮＯxを略完全に還元し、放出されたＮＯx量に対応したＯ2量を適正に検出することができ、ＮＯxの放出量をより一層正確に把握することが可能となる。
【００４２】
また、上記実施形態では、＃１Ｏ2センサ２０と＃２Ｏ2センサ２２からの出力Ｄ(#1)及び出力Ｄ(#2)の差ΔＤに基づいて、排気中の空燃比差、即ちＮＯxの放出量を検出するようにしたが、＃１Ｏ2センサ２０と＃２Ｏ2センサ２２をそれぞれリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）に置き換えて直接的に空燃比を検出するようにしてもよく、また、ＨＣセンサ等の排ガスセンサを用いるようにしても本発明を好適に実施可能である。さらに、上記の如く吸蔵型ＮＯx触媒３０ａをＮＯxの放出機能のみ有した吸蔵型ＮＯx触媒とした場合には、吸蔵型ＮＯx触媒３０ａの上流と直下流とにＮＯxセンサを設け、直接的にＮＯxの放出量を検出するようにしてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、差ΔＤが所定値ΔＤ0（極小値または値０）を下回ったら当該ＮＯxパージ制御を終了するようにしているが、当該ＮＯxパージ制御時間が所定時間経過するまで継続するようにしてもよい。この場合、所定時間は予めエンジン１の運転条件等に応じて設定したマップから求めてもよいし、予め設定した固定値であってもよい。これは、Ｏ2センサの出力誤差が比較的大きく、ＮＯx放出完了を精度よく検知困難な場合に有効である。この場合にも、ＮＯxパージ制御終了前には差ΔＤは十分に小さくなっているため、Ａ／Ｆもストイキオ近傍となっており、ＮＯxパージ制御時間の延長によるＣＯ等の排出はない。
【００４４】
また、上記実施形態では、エンジン１を筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジンとしたが、空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比との間で切換可能であれば、エンジン１は吸気管噴射型のリーンバーンエンジン等であってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、放出されるＮＯxの濃度を監視することで吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの放出に必要なリッチ空燃比運転の運転期間を適正なものにでき、さらに、リッチ空燃比運転開始後、第１検出手段により検出される値が所定値以上になってから或いは所定時間経過してからは、当該放出されるＮＯxの濃度に応じて空燃比を常に最適なものにできる。従って、第１及び第２検出手段の応答遅れの要素を効率よく排除しつつ、不用意にＮＯxを排出させないようにしながら併せて還元剤としてのＣＯを過剰に排出させないようにでき、環境悪化を防止しながら燃費の悪化をも好適に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を示す概略構成図である。
【図２】Ｏ2センサの空燃比に対する出力特性を示す図である。
【図３】本発明に係るＮＯxパージ制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】図３のＮＯxパージ制御を行った場合のＮＯx放出量（ａ）、＃１Ｏ2センサ、＃２Ｏ2センサの各出力Ｄ(#1)，Ｄ(#2)（ｂ）及び目標Ａ／Ｆ（ｃ）の時間変化を示すタイムチャートである。
【図５】出力Ｄ(#1)，Ｄ(#2)の差ΔＤと目標Ａ／Ｆとの関係を示すマップである。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関）
４ 点火プラグ
６ 燃料噴射弁
１１ スロットル弁
１１ａ スロットルセンサ
１３ クランク角センサ
２０ ＃１Ｏ2センサ（第１検出手段）
２２ ＃２Ｏ2センサ（第２検出手段）
３０ａ 吸蔵型ＮＯx触媒
４０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
Claims (1)
- 内燃機関の排気通路に設けられ、排気空燃比がリーン空燃比であるとき排気中のＮＯxを吸蔵させ、リッチ空燃比または理論空燃比であるとき前記吸蔵させたＮＯxを放出または還元する吸蔵型ＮＯx触媒と、
前記吸蔵型ＮＯx触媒に流入するＮＯxの濃度に相関する値を検出する第１検出手段と、
前記吸蔵型ＮＯx触媒から放出されるＮＯxの濃度に相関する値を検出する第２検出手段と、
前記第１検出手段及び前記第２検出手段により検出されるＮＯxの濃度に相関する値の差を算出する演算手段と、
前記吸蔵型ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxの放出が必要なとき、内燃機関の運転状態をリッチ空燃比運転とするとともに、該リッチ空燃比運転開始後に前記第１検出手段により検出される値が所定値以上になってから或いは所定時間経過してからはリッチ空燃比のリッチ化度合を前記演算手段により算出された算出値に応じて可変設定するＮＯx放出制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP28218998A JP4114025B2 (ja) | 1998-10-05 | 1998-10-05 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28218998A JP4114025B2 (ja) | 1998-10-05 | 1998-10-05 | 内燃機関の排気浄化装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000110613A JP2000110613A (ja) | 2000-04-18 |
| JP4114025B2 true JP4114025B2 (ja) | 2008-07-09 |
Family
ID=17649243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28218998A Expired - Lifetime JP4114025B2 (ja) | 1998-10-05 | 1998-10-05 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4114025B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7257943B2 (en) * | 2004-07-27 | 2007-08-21 | Ford Global Technologies, Llc | System for controlling NOx emissions during restarts of hybrid and conventional vehicles |
-
1998
- 1998-10-05 JP JP28218998A patent/JP4114025B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP2000110613A (ja) | 2000-04-18 |
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