JPH07189659A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＮＯ_x 吸収剤のＮＯ_x 吸収能力が低下しても
ＮＯ_x 吸収剤が飽和する前にＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x を
放出させる。 【構成】 流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに
はＮＯ_x を吸収し、流入する排気ガスの空燃比が理論空
燃比又はリッチのときには吸収したＮＯ_x を放出するＮ
Ｏ_x 吸収剤１８を機関排気通路内に配置する。ＮＯ_x 吸
収剤に吸収されたＮＯ_x 量を推定し、推定されたＮＯ_x
量が許容量を越えたときに混合気を一時的にリッチにす
る。ＮＯ_x 吸収剤のＮＯ_x 吸収能力を推定し、推定した
ＮＯ_x 吸収能力が低下するほど許容量を小さくする。

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
に関する。

【０００２】

【従来の技術】流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
きにはＮＯ_x を吸収し、流入する排気ガスの空燃比が理
論空燃比又はリッチのときには吸収したＮＯ_x を放出す
るＮＯ _x 吸収剤を機関排気通路内に配置し、ＮＯ_x 吸収
剤に吸収されたＮＯ_x 量を推定すると共に推定されたＮ
Ｏ_x 量が許容量を越えたときにＮＯ_x 吸収剤に流入する
排気ガスの空燃比をリーンから理論空燃比又はリッチに
一時的に切換えてＮＯ_x吸収剤からＮＯ_x を放出させ、
次いでＮＯ_x 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を再び
リーンに戻すようにした内燃機関が本出願人により既に
提案されている（国際出願ＰＣＴ／ＪＰ９３／００７７
８号参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが燃料および機
関の潤滑油内にはイオウが含まれており、このイオウは
ＳＯ_x の形でＮＯ_x と共にＮＯ_x 吸収剤に吸収される。
しかしながらこのＳＯ_xはＮＯ_x 吸収剤の温度が高くか
つＮＯ_x 吸収剤に流入する排気ガスがリッチにされない
とＮＯ_x 吸収剤から放出されず、従ってＮＯ_x 吸収剤か
らＮＯ_x を放出すべくＮＯ_x 吸収剤に流入する排気ガス
の空燃比がリッチにされてもこのときＮＯ _x 吸収剤の温
度がさほど高くない場合にはＮＯ_x のみが放出されてＳ
Ｏ_x が放出されないことになる。従ってＳＯ_x はＮＯ_x
吸収剤に徐々に蓄積され、ＳＯ_x の蓄積量が増大すると
それに伴なってＮＯ_x 吸収剤のＮＯ_x 吸収容量が減少す
ることになる。

【０００４】ところでＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x を放出さ
せるために例えば混合気の空燃比をリッチにする場合を
考えるとこの場合には吸収されているＮＯ_x を放出させ
るのに必要な時間だけ混合気をリッチにさせる必要があ
る。従ってＮＯ_x 吸収剤に吸収されているＮＯ_x 量が少
ない場合には混合気をリッチにする時間を短かくしなけ
ればならないが短かくするといっても実際には限度があ
り、従って吸収されているＮＯ_x 量が少ないときに混合
気をリッチにするとリッチ時間を必要以上に長くしなけ
ればならないために燃料消費量が増大してしまう。従っ
てＮＯ_x 吸収剤からのＮＯ_x 放出作用は或る程度以上の
ＮＯ_x が吸収されているときに行うことが好ましいこと
になる。前述の内燃機関ではＮＯ_x の放出作用を行うた
めの吸収ＮＯ_x 量に対する許容値は或る程度以上のＮＯ
_x 量に設定されており、従ってこの点からみると前述の
内燃機関は好ましいことになる。

【０００５】しかしながら前述の内燃機関ではＮＯ_x 吸
収剤のＮＯ_x 吸収容量を考慮して許容値が定められてい
ない。従ってＮＯ_x 吸収剤のＮＯ_x 吸収容量が減少した
場合にはＮＯ_x の吸収容量が飽和してもＮＯ_x の放出作
用が行われず、斯くしてＮＯ _x 吸収剤により吸収しえな
いＮＯ_x が大気中に放出されるという問題を生ずる。ま
た、ＮＯ_x 吸収量が許容値を越えたという判定に加えて
他の予め定められた条件が全て成立したときにＮＯ_x を
放出すべく混合気の空燃比をリッチにするようにしたＮ
Ｏ_x 放出システムの場合においてもＮＯ_x 吸収剤のＮＯ
_x 吸収容量を考慮して許容値が定められていない場合に
は実際にはＮＯ_x 吸収量が飽和しておりかつ他の全ての
条件も成立しているにもかかわらずにＮＯ_x 吸収量が許
容値を越えていないと判断されるためにＮＯ_x の放出作
用が行われず、斯くしてＮＯ_x吸収剤により吸収しえな
いＮＯ_x が大気中に放出されるという問題を生ずる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリー
ンのときにはＮＯ_x を吸収し、流入する排気ガスの空燃
比が理論空燃比又はリッチのときには吸収したＮＯ_x を
放出するＮＯ_x 吸収剤を機関排気通路内に配置した内燃
機関において、ＮＯ_x 吸収剤に吸収されたＮＯ_x 量を推
定するＮＯ_x 量推定手段と、ＮＯ_x 量推定手段により推
定されたＮＯ_x 量が許容量を越えたときにＮＯ_x 吸収剤
に流入する排気ガスの空燃比をリーンから理論空燃比又
はリッチに一時的に切換えることを許可する空燃比切換
許可手段と、ＮＯ_x 吸収剤のＮＯ _x 吸収容量を推定する
ＮＯ_x 吸収容量推定手段とを具備し、ＮＯ_x 吸収容量推
定手段により推定されたＮＯ_x 吸収容量が減少するほど
許容値を小さくするようにしている。

【０００７】

【作用】ＮＯ_x 吸収剤のＮＯ_x 吸収容量が減少するほど
許容値が小さくされるのでＮＯ _x 吸収容量にかかわらず
にＮＯ_x 吸収容量が飽和する前にＮＯ_x を放出するため
の空燃比の切換許可が出される。

【０００８】

【実施例】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は排気ポートを夫々示す。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には夫々吸気ポート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を介してエアクリーナ１３に
連結され、吸気ダクト１２内にはスロットル弁１４が配
置される。一方、排気ポート８は排気マニホルド１５お
よびおよび排気管１６を介してＮＯ_x 吸収剤１８を内蔵
したケーシング１７に接続される。

【０００９】電子制御ユニット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を具
備する。サージタンク１０内にはサージタンク１０内の
絶対圧に比例した出力電圧を発生する圧力センサ１９が
配置され、この圧力センサ１９の出力電圧はＡＤ変換器
３７を介して入力ポート３５に入力される。スロットル
弁１４にはスロットル開度がアイドリング開度になった
ときにオンとなるスロットルスイッチ２０が取付けら
れ、このスロットルスイッチ２０の出力信号は入力ポー
ト３５に入力される。排気マニホルド１５内には空燃比
センサ２１が配置され、この空燃比センサ２１の出力電
圧はＡＤ変換器３８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２２が接続される。一
方、出力ポート３６は対応する駆動回路３９を介して夫
々点火栓４および燃料噴射弁１１に接続される。

【００１０】図１に示す内燃機関では例えば次式に基い
て燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。 ＴＡＵ＝ｆ・ＴＰ・Ｋ・ＦＡＦ ここでｆは係数、ＴＰは基本燃料噴射時間、Ｋは補正係
数、ＦＡＦはフィードバック補正係数を夫々示す。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、サージタンク１０内の絶対圧ＰＭ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Ｋ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Ｋ＝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Ｋ＜
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なり、即ちリーンとな
り、Ｋ＞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なる、即ちリッ
チとなる。

【００１１】フィードバック補正係数ＦＡＦはＫ＝１．
０のとき、即ち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べきときに空燃比センサ２１の出
力信号に基いて空燃比を理論空燃比に正確に一致させる
ための係数である。このフィードバック補正係数ＦＡＦ
はほぼ１．０を中心として上下動しており、このＦＡＦ
は混合気がリッチになると減少し、混合気がリーンにな
ると増大する。なお、Ｋ＜１．０又はＫ＞１．０のとき
にはＦＡＦは１．０に固定される。

【００１２】機関シリンダ内に供給すべき混合気の目標
空燃比、即ち補正係数Ｋの値は機関の運転状態に応じて
変化せしめられ、本発明による実施例では基本的には図
３に示されるようにサージタンク１０内の絶対圧ＰＭお
よび機関回転数Ｎの関数として予め定められている。即
ち、図３に示されるように実線Ｒよりも低負荷側の低負
荷運転領域ではＫ＜１．０、即ち混合気がリーンとさ
れ、実線Ｒと実線Ｓの間の高負荷運転領域ではＫ＝１．
０、即ち混合気の空燃比が理論空燃比とされ、実線Ｓよ
りも高負荷側の全負荷運転領域ではＫ＞１．０、即ち混
合気がリッチとされる。

【００１３】図４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４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。

【００１４】ケーシング１７内に収容されているＮＯ_x
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くとも一つ
と、白金Ｐｔ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ＮＯ_x 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（炭化水素）の比をＮＯ _x 吸収
剤１８への流入排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯ_x
吸収剤１８は流入排気ガスの空燃比がリーンのときには
ＮＯ_x 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ＮＯ_x を放出するＮＯ_x の吸放出作用を行
う。なお、ＮＯ_x 吸収剤１８上流の排気通路内に燃料
（炭化水素）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ＮＯ_x 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ＮＯ_x 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ＮＯ_x を放出することに
なる。

【００１５】上述のＮＯ_x 吸収剤１８を機関排気通路内
に配置すればこのＮＯ_x 吸収剤１８は実際にＮＯ_x の吸
放出作用を行うが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。しかしながらこの吸
放出作用は図５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。

【００１６】即ち、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巾に増大し、図５
（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^- 又はＯ
^2-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 ^- 又はＯ^2-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５（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１８内に吸収される。

【００１７】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、斯くして吸
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。即ち、流入排気ガス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。図４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たとえ流入
排気ガスの空燃比がリーンであってもＮＯ_x 吸収剤１８
からＮＯ _x が放出されることになる。

【００１８】一方、このとき燃焼室３内に供給される混
合気がリッチにされて流入排気ガスの空燃比がリッチに
なると図４に示されるように機関からは多量の未燃Ｈ
Ｃ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ
上の酸素Ｏ₂ ^- 又はＯ^2-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がリッチになると流入排気
ガス中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮ
Ｏ₂ が放出され、このＮＯ₂ は図５（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。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
ＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x が放出されることになる。

【００１９】即ち、流入排気ガスの空燃比をリッチにす
るとまず始めに未燃ＨＣ，ＣＯが白金Ｐｔ上のＯ₂ ^- 又
はＯ^2-とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金
Ｐｔ上のＯ₂ ^- 又はＯ^2-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ＮＯ_x および機関から放出されたＮＯ _x
が還元せしめられる。従って流入排気ガスの空燃比をリ
ッチにすれば短時間のうちにＮＯ_x 吸収剤１８に吸収さ
れているＮＯ_x が放出され、しかもこの放出されたＮＯ
_x が還元されるために大気中にＮＯ_x が排出されるのを
阻止することができることになる。また、ＮＯ_x 吸収剤
１８は還元触媒の機能を有しているので流入排気ガスの
空燃比を理論空燃比にしてもＮＯ_x 吸収剤１８から放出
されたＮＯ_x が還元せしめられる。しかしながら流入排
気ガスの空燃比を理論空燃比にした場合にはＮＯ_x 吸収
剤１８からＮＯ_x が徐々にしか放出されないためにＮＯ
_x吸収剤１８に吸収されている全ＮＯ_x を放出させるに
は若干長い時間を要する。

【００２０】上述したようにリーン混合気が燃焼せしめ
られるとＮＯ_x がＮＯ_x 吸収剤１８に吸収される。しか
しながらＮＯ_x 吸収剤１８のＮＯ_x 吸収能力には限度が
あり、ＮＯ_x 吸収剤１８のＮＯ_x 吸収能力が飽和すれば
ＮＯ_x 吸収剤１８はもはやＮＯ_x を吸収しえなくなる。
従ってＮＯ_x 吸収剤１８のＮＯ_x 吸収能力が飽和する前
にＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x を放出させる必要があ
り、そのためにはＮＯ_x吸収剤１８にどの程度のＮＯ_x
が吸収されているかを推定する必要がある。次にこのＮ
Ｏ_x 吸収量の推定方法について説明する。

【００２１】リーン混合気が燃焼せしめられているとき
には機関負荷が高くなるほど単位時間当り機関から排出
されるＮＯ_x 量が増大するために単位時間当りＮＯ_x 吸
収剤１８に吸収されるＮＯ_x 量が増大し、また機関回転
数が高くなるほど単位時間当り機関から排出されるＮＯ
_x 量が増大するために単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８に
吸収されるＮＯ_x が増大する。従って単位時間当りＮＯ
_x 吸収剤１８に吸収されるＮＯ_x 量は機関負荷と機関回
転数の関数となる。この場合、機関負荷はサージタンク
１０内の絶対圧でもって代表することができるので単位
時間当りＮＯ_x吸収剤１８に吸収されるＮＯ_x 量はサー
ジタンク１０内の絶対圧ＰＭと機関回転数Ｎの関数とな
る。従って本発明による実施例では単位時間当りＮＯ_x
吸収剤１８に吸収されるＮＯ_x 量ＮＯＸＡを絶対圧ＰＭ
および機関回転数Ｎの関数として予め実験により求め、
このＮＯ_x 量ＮＯＸＡがＰＭおよびＮの関数として図６
（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶され
ている。

【００２２】一方、機関シリンダ内に供給される混合気
の空燃比が理論空燃比又はリッチになるとＮＯ_x 吸収剤
１８からＮＯ_x が放出されるがこのときのＮＯ_x 放出量
は主に排気ガス量と空燃比の影響を受ける。即ち、排気
ガス量が増大するほど単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８か
ら放出されるＮＯ_x 量が増大し、空燃比がリッチとなる
ほど単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８から放出されるＮＯ
_x 量が増大する。この場合、排気ガス量、即ち吸入空気
量は機関回転数Ｎとサージタンク１０内の絶対圧ＰＭと
の積でもって代表することができ、従って図６（Ｂ）に
示されるように単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８から放出
されるＮＯ_x 量ＮＯＸＤはＮ・ＰＭが大きくなるほど増
大する。また、空燃比は補正係数Ｋの値に対応している
ので図６（Ｃ）に示されるように単位時間当りＮＯ_x 吸
収剤１８から放出されるＮＯ_x 量ＮＯＸＤはＫの値が大
きくなるほど増大する。この単位時間当りＮＯ_x 吸収剤
１８から放出されるＮＯ_x 量ＮＯＸＤはＮ・ＰＭとＫの
関数として図７（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３
２内に記憶されている。

【００２３】また、ＮＯ_x 吸収剤１８の温度が高くなる
と吸収剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^- が分解しやすくなるの
でＮＯ_x 吸収剤１８からのＮＯ_x 放出率が増大する。こ
の場合、ＮＯ_x 吸収剤１８の温度はほぼ排気ガスに比例
するので図７（Ｂ）に示されるようにＮＯ_x 放出率Ｋｆ
は排気ガス温Ｔが高くなるほど大きくなる。従ってＮＯ
_x 放出率Ｋｆを考慮に入れた場合には単位時間当りＮＯ
_x 吸収剤１８から放出されるＮＯ_x 量は図７（Ａ）に示
されるＮＯＸＤとＮＯ_x 放出率Ｋｆとの積で表わされる
ことになる。なお、本発明による実施例では排気ガス温
Ｔはサージタンク１０内の絶対圧ＰＭおよび機関回転数
Ｎの関数として図７（Ｃ）に示すマップの形で予めＲＯ
Ｍ３２内に記憶されている。

【００２４】上述したようにリーン混合気が燃焼せしめ
られたときには単位時間当りのＮＯ _x 吸収量がＮＯＸＡ
で表わされ、理論空燃比の混合気又はリッチ混合気が燃
焼せしめられたときには単位時間当りのＮＯ_x 放出量は
Ｋｆ・ＮＯＸＤで表わされるのでＮＯ_x 吸収剤１８に吸
収されていると推定されるＮＯ_x 量ΣＮＯＸは次式で表
わされることになる。

【００２５】 ΣＮＯＸ＝ΣＮＯＸ＋ＮＯＸＡ−Ｋｆ・ＮＯＸＤ 前述したように本発明による実施例では基本的には図３
において実線Ｒ，Ｓにより区別けされる補正係数Ｋの値
に従って空燃比が制御される。従って図３の実線Ｒより
も低負荷側の領域ではリーン混合気（Ｋ＜１．０）が燃
焼せしめられるのでＮＯ_x がＮＯ_x 吸収剤１８に吸収さ
れ、図３の実線Ｒよりも高負荷側の領域では理論空燃比
の混合気（Ｋ＝１．０）又はリッチ混合気（Ｋ＞１．
０）が燃焼せしめられるのでＮＯ吸収剤１８からＮＯ_x
が放出されることになる。従って図３の実線Ｒを境にし
て低負荷運転と高負荷運転が交互に繰返されるとＮＯ_x
吸収剤１８のＮＯ_x 吸収能力は飽和しないことになるが
実際には低負荷運転される機会が多く、従ってＮＯ_x 吸
収剤１８のＮＯ_x 吸収能力は飽和してしまうことにな
る。従ってこの場合にはＮＯ_x 吸収剤１８のＮＯ_x 吸収
能力が飽和する前にＮＯ _x 吸収剤１８からＮＯ_x を放出
させることが必要となる。

【００２６】ところが排気ガス中にはＳＯ_x が含まれて
おり、ＮＯ_x 吸収剤１８にはＮＯ_xばかりでなくＳＯ_x
も吸収される。このＮＯ_x 吸収剤１８へのＳＯ_x の吸収
メカニズムはＮＯ_x の吸収メカニズムと同じであると考
えられる。即ち、ＮＯ_x の吸収メカニズムを説明したと
きと同様に担体上に白金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と、前述したように流
入排気ガスの空燃比がリーンのときには酸素Ｏ₂ がＯ₂
^- の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排気ガス
中のＳＯ₂ は白金Ｐｔの表面でＯ₂ ^- と反応してＳＯ₃
となる。ついで生成されたＳＯ₃ は白金Ｐｔ上で更に酸
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、硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の形で吸収剤内に拡
散する。次いでこの硫酸イオンＳＯ₄ ^2-はバリウムイオ
ンＢａ²⁺と結合して硫酸塩ＢａＳＯ₄ を生成する。吸収
剤内におけるこの硫酸塩ＢａＳＯ₄ の量が増大するとＮ
Ｏ_x 吸収剤１８のＮＯ_x 吸収能力が低下する。従ってＮ
Ｏ_x 吸収剤１８のＮＯ_x 吸収能力が飽和する前にＮＯ_x
吸収剤１８からＮＯ_x を放出させるためはＮＯ_x 吸収剤
１８のＮＯ_x 吸収能力を推定する必要がある。

【００２７】ところで機関から単位時間当り排出される
排気ガス中に含まれるＳＯ_x 量は燃料噴射量ＴＡＵが増
大すればそれに伴なって増大し、機関回転数Ｎが高くな
ればそれに伴なって増大する。従ってＮＯ_x 吸収剤１８
に単位時間当り吸収される吸収ＳＯ_x 量ＳＯＸＡは次式
で表わされることになる。 ＳＯＸＡ＝ｋ₁ ・ＴＡＵ・Ｎ（ｋ₁ は定数） 一方、ＮＯ_x 吸収剤１８の温度がＮＯ_x 吸収剤１８によ
り定まる一定温度Ｔ₀、例えば５００℃よりも高くなる
と硫酸塩ＢａＳＯ₄ が分解し、このときＮＯ_x吸収剤１
８に流入する排気ガスの空燃比がリッチになるとＮＯ_x
吸収剤１８からＳＯ_x が放出される。この場合、排気ガ
スの空燃比のリッチの度合を一定としたときのＳＯ_x 放
出率ｆ（Ｔ）は図８（Ａ）に示されるようにＮＯ_x 吸収
剤１８の温度Ｔが高くなるほど高くなり、またＮＯ_x 吸
収剤１８の温度を一定としたときのＳＯ_x 放出率ｆ
（Ｋ）は補正係数Ｋが大きくなるほど、即ち排気ガスの
空燃比がリッチになるほど高くなる。従ってＮＯ_x 吸収
剤１８から単位時間当り放出されるＳＯ_x 放出量ＳＯＸ
Ｄは次式で表わされることになる。

【００２８】ＳＯＸＤ＝ｋ₂ ・ｆ（Ｔ）・ｆ（ｋ） 従ってＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されていると推定される
ＳＯ_x 量ΣＳＯＸは次式で表わされることになる。 ΣＳＯＸ＝ΣＳＯＸ＋ＳＯＸＡ−ＳＯＸＤ ところで本発明による実施例ではＮＯ_x 吸収剤１８のＮ
Ｏ_x 吸収能力が飽和する以前においてＮＯ_x 吸収剤１８
のＮＯ_x 吸収能力が許容値ＭＡＸを越えたときにＮＯ_x
の放出作用が行われる。ＮＯ_x 吸収剤１８にＳＯ_x が全
く吸収されていないときのＮＯ_x 吸収剤１８のＮＯ_x 吸
収能力をＭＡＸ₀ とするとＳＯ_x 量ΣＳＯＸのＳＯ_x が
吸収されたときのＮＯ_x 吸収剤１８のＮＯ_x 吸収能力は
（ＭＡＸ ₀ −ΣＳＯＸ）となる。本発明による実施例で
はＮＯ_x 吸収剤１８のＮＯ_x 吸収能力がＮＯ_x 吸収能力
（ＭＡＸ₀ −ΣＳＯＸ）よりも一定値αだけ低いＮＯ_x
吸収能力のときを許容量ＭＡＸであると定めてあり、従
って許容量ＭＡＸは次式で表わされることになる。

【００２９】ＭＡＸ＝ＭＡＸ₀ −ΣＳＯＸ−α 図９はこの許容量ＭＡＸの変化とＮＯ_x 放出作用との関
係を示している。図９に示されるようにリーン混合気
（Ｋ＜１．０）が燃焼せしめられているときにはＮＯ_x
吸収剤１８に吸収されていると推定されるＮＯ_x 量ΣＮ
ＯＸおよびＳＯ_x量ΣＳＯＸは共に上昇し、ＳＯ_x 量Σ
ＳＯＸが上昇するにつれて許容量ＭＡＸが減少せしめら
れる。ＮＯ_x 量ΣＮＯＸが許容量ＭＡＸを越えると混合
気は一時的にリッチ（Ｋ＞１．０）にされ、このときＮ
Ｏ_x の放出作用が行われるためにＮＯ_x 量ΣＮＯＸは急
激に低下する。一方このときＮＯ_x 吸収剤１８の温度
Ｔ、即ち排気ガスの温度Ｔはさほど上昇しないので（Ｔ
＜Ｔ₀ ）ＳＯＸの放出作用は行われない。次いで例えば
機関全負荷運転（Ｋ＞１．０）が行われてＮＯ_x 吸収剤
１８の温度Ｔ、即ち排気ガス温Ｔが上昇すると（Ｔ＞Ｔ
₀ ）ＮＯ_x の放出作用と共にＳＯ_x の放出作用が行わ
れ、斯くしてＳＯ_x 量ΣＳＯＸが急激に低下する。

【００３０】図１０から図１２は空燃比を制御するため
のルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の
割込みによって実行される。図１０から図１２を参照す
るとまず初めにステップ１００において図２に示すマッ
プから基本燃料噴射時間ＴＰが算出される。次いでステ
ップ１０１ではＮＯ _x 吸収剤１８に吸収されていると推
定されるＮＯ_x 量ΣＮＯＸが許容量ＭＡＸよりも大きく
なったか否かが判別される。ΣＮＯＸ≦ＭＡＸのときは
ステップ１０３に進んでＮＯ_x を放出すべきことを示す
ＮＯ_x 放出フラグがセットされているか否かが判別され
る。ＮＯ_x 放出フラグがセットされていないときにはス
テップ１０４に進んで図３に示す関係から補正係数Ｋが
算出される。

【００３１】次いでステップ１０５では補正係数Ｋが
１．０よりも小さいか否かが判別される。Ｋ＜１．０の
とき、即ちリーン混合気を燃焼すべき運転状態のときに
はステップ１０６に進んで図６（Ａ）に示すマップから
単位時間当りのＮＯ_x 吸収量ＮＯＸＡが算出される。次
いでステップ１０７ではＮＯ_x 放出量ＮＯＸＤが零とさ
れ、次いでステップ１０８においてフィードバック補正
係数ＦＡＦが１．０に固定される。次いでステップ１１
７において次式に基き燃料噴射時間ＴＡＵが算出され
る。

【００３２】ＴＡＵ＝ｆ・ＴＰ・Ｋ・ＦＡＦ 一方、ステップ１０５においてＫ≧１．０であると判別
されたときにはステップ１１２に進んで図７（Ａ）に示
すマップから単位時間当りのＮＯ_x 放出量ＮＯＸＤが算
出される。次いでステップ１１３では図７（Ｂ）に示す
関係と図７（Ｃ）に示すマップからＮＯ_x 放出率Ｋｆが
算出され、次いでステップ１１４では単位時間当りのＮ
Ｏ_x 吸収量ＮＯＸＡが零とされる。次いでステップ１１
５では補正係数Ｋが１．０よりも大きいか否かが判別さ
れる。Ｋ＞１．０のとき、即ちリッチ混合気を燃焼すべ
き運転状態のときにはステップ１０８を経てステップ１
１７に進む。

【００３３】これに対してＫ＝１．０のとき、即ち理論
空燃比の混合気を燃焼すべきときにはステップ１１６に
進んで空燃比センサ２１の出力信号に基きフィードバッ
ク補正係数ＦＡＦが算出され、次いでステップ１１７に
進む。ステップ１１６では空燃比センサ２１によって空
燃比がリッチになったことが検出されるとＦＡＦは減少
せしめられ、空燃比がリーンになったことが検出される
とＦＡＦは増大せしめられるので空燃比は理論空燃比に
維持されることになる。

【００３４】ステップ１１７に続くステップ１１８では
次式に基いてＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されているＮＯ_x
量ΣＮＯＸが算出される。 ΣＮＯＸ＝ΣＮＯＸ＋ＮＯＸＡ−Ｋｆ・ＮＯＸＤ 次いでステップ１１９ではＮＯ_x 量ΣＮＯＸが負になっ
たか否かが判別され、ΣＮＯＸ＜０になったときにはス
テップ１２０に進んでΣＮＯＸが零とされ、次いでステ
ップ１２１に進む。ステップ１２１では補正係数Ｋが
１．０よりも大きいか否かが判別される。Ｋ＞１．０の
とき、即ちリッチ混合気を燃焼すべきときにはステップ
１２２に進んで図７（Ｃ）に示すマップから求められた
排気ガス温Ｔが一定値Ｔ₀ （図８（Ａ））よりも高いか
否かが判別される。Ｔ＞Ｔ₀ のときにはステップ１２３
に進んで図８（Ａ）に示す関係からｆ（Ｔ）が算出さ
れ、次いでステップ１２４に進んで図８（Ｂ）に示す関
係からｆ（Ｋ）が算出される。次いでステップ１２５で
は単位時間当りのＳＯ_x 放出量ＳＯＸＤ（＝ｋ₂ ・ｆ
（Ｔ）・ｆ（Ｋ））が算出され、次いでステップ１２６
ではＳＯ_x 放出量ＳＯＸＡが零とされる。次いでステッ
プ１２９に進む。

【００３５】一方、ステップ１２１においてＫ≦１．０
と判断されたとき、又はステップ１２２においてＴ≦Ｔ
₀ と判断されたときにはステップ１２７に進んで単位時
間当り吸収されるＳＯ_x 吸収量ＳＯＸＡ（＝ｋ₁ ・ＴＡ
Ｕ・Ｎ）が算出される。次いでステップ１２８において
ＳＯ_x 放出量ＳＯＸＤが零とされ、次いでステップ１２
９に進む。ステップ１２９では次式に基いてＳＯ_x 量Σ
ＳＯＸが算出される。

【００３６】 ΣＳＯＸ＝ΣＳＯＸ＋ＳＯＸＡ−ＳＯＸＤ 次いでステップ１３０ではＳＯ_x 量ΣＳＯＸが負になっ
たか否かが判別され、ΣＳＯＸ＜０になったときにはス
テップ１３１においてΣＳＯＸを零にした後ステップ１
３２に進む。ステップ１３２では次式に基いて許容量Ｍ
ＡＸが算出される。

【００３７】ＭＡＸ＝ＭＡＸ₀ −ΣＳＯＸ−α 一方、ステップ１０１においてΣＮＯＸ＞ＭＡＸである
と判別されたときにはステップ１０２に進んでＮＯ_x 放
出フラグがセットされる。次いでステップ１０３からス
テップ１０９に進んで補正係数Ｋが一定値ＫＫとされ
る。この一定値ＫＫは混合気の空燃比が１１から１３程
度のリッチ混合気となる１．１から１．３程度の値であ
る。次いでステップ１１０ではＮＯ_x 量ΣＮＯＸが零又
は負になったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞０のとき
にはステップ１１２にジャンプする。これに対してΣＮ
ＯＸ≦０になるとステップ１１１に進んでＮＯ_x 放出フ
ラグがリセットされ、次いでステップ１１２に進む。従
ってΣＮＯＸ＞ＭＡＸになるとΣＮＯＸ≦０となるまで
混合気がリッチ（Ｋ＝ＫＫ）とされる。

【００３８】なお、これまで述べた実施例ではΣＮＯＸ
＞ＭＡＸとなったらただちにＮＯ_xの放出作用を行うよ
うにしているがΣＮＯＸ＞ＭＡＸとなりかつ他の予め定
められた条件が全て成立したときにＮＯ_x 放出のための
空燃比の切換許可を出すようにしてもよい。

【００３９】

【発明の効果】ＮＯ_x 吸収剤のＮＯ_x 吸収能力が低下し
た場合であってもＮＯ_x 吸収剤が飽和する前にＮＯ_x 吸
収剤からＮＯ_x を放出するための空燃比の切換許可を出
すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の全体図である。

【図２】基本燃料噴射時間のマップを示す図である。

【図３】補正係数Ｋを示す図である。

【図４】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，Ｃ
Ｏおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。

【図５】ＮＯ_x の吸放出作用を説明するための図であ
る。

【図６】ＮＯ_x 吸収量ＮＯＸＡ等を示す図である。

【図７】ＮＯ_x 吸収量ＮＯＸＤ等を示す図である。

【図８】ＳＯ_x 放出率を示す図である。

【図９】空燃比制御のタイムチャートである。

【図１０】空燃比制御を示すフローチャートである。

【図１１】空燃比制御を示すフローチャートである。

【図１２】空燃比制御を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１６…排気管 １８…ＮＯ_x 吸収剤

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
   きにはＮＯ_x を吸収し、流入する排気ガスの空燃比が理
   論空燃比又はリッチのときには吸収したＮＯ _x を放出す
   るＮＯ_x 吸収剤を機関排気通路内に配置した内燃機関に
   おいて、ＮＯ _x 吸収剤に吸収されたＮＯ_x 量を推定する
   ＮＯ_x 量推定手段と、該ＮＯ_x 量推定手段により推定さ
   れたＮＯ_x 量が許容量を越えたときにＮＯ_x 吸収剤に流
   入する排気ガスの空燃比をリーンから理論空燃比又はリ
   ッチに一時的に切換えることを許可する空燃比切換許可
   手段と、ＮＯ_x 吸収剤のＮＯ_x 吸収容量を推定するＮＯ
   _x 吸収容量推定手段とを具備し、該ＮＯ_x 吸収容量推定
   手段により推定されたＮＯ_x 吸収容量が減少するほど上
   記許容値を小さくするようにした内燃機関の排気浄化装
   置。