JPH08105318A

JPH08105318A - 排気浄化触媒を備えた内燃エンジン

Info

Publication number: JPH08105318A
Application number: JP6241087A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Okada; 公二郎岡田; Tadashi Hirako; 廉平子; Shogo Omori; 祥吾大森; Yoshiaki Kodama; 嘉明児玉; Daisuke Mitsuhayashi; 大介三林; Yoshiro Danno; 喜朗団野; Kazuo Koga; 一雄古賀; Kazuhide Togai; 一英栂井
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1994-10-05
Filing date: 1994-10-05
Publication date: 1996-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】リーン燃焼運転時において排気ガス中の窒素
酸化物を吸着させ、リッチ燃焼運転時には吸着させた窒
素酸化物を還元させて窒素酸化物の吸着能力を維持する
排気浄化触媒（ＮＯｘ触媒）を備えた内燃エンジンにお
いて、排気浄化触媒に付着する窒素酸化物（ＮＯｘ）以
外の浄化能力低下物質を確実に除去し、排気浄化触媒の
機能を良好に維持する。【構成】排気通路を、第１排気通路(14a,14b) と、こ
の第１排気通路より短い第２排気通路(30a,30b) と、こ
の第２排気通路を開閉する弁手段(31a,31b) とから構成
し、浄化能力低下物質の排気浄化触媒(13a,13b) への付
着量を推定する付着量推定手段と、この付着量が所定値
に達したとき、弁手段によって第２排気通路を開き、第
１排気通路を介するよりも高温の排気ガスを第２排気通
路を介して排気浄化触媒に供給し排気浄化触媒の昇温を
行う触媒昇温手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気浄化触媒を備えた
内燃エンジンに係り、特に排気浄化触媒の浄化効率復活
機能を有する内燃エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃エンジンが所定運転状態にある時に
空燃比を理論空燃比（１４．７）よりも燃料希薄側（リ
ーン側）の目標値（例えば、２２）に制御して、エンジ
ンの燃費特性等を改善する空燃比制御方法が知られてい
る。このようなリーン空燃比制御方法において、従来の
三元触媒装置では排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が
充分に浄化できないという問題がある。

【０００３】この問題を解決するために、酸素富過状態
（酸化雰囲気）において排気ガス中のＮＯｘを吸着し、
吸着したＮＯｘを炭化水素（ＨＣ）過剰状態（還元雰囲
気）で還元させる特性を有した排気浄化触媒、所謂ＮＯ
ｘ触媒を使用して、大気へのＮＯｘ排出量を低減させる
ことが知られている。このＮＯｘ触媒では、リーン空燃
比制御時にＮＯｘを吸着させることになるが、リーン燃
焼運転を連続して行うと触媒の吸着量に限度があるため
に吸着が飽和量に達したときには排気ガス中のＮＯｘの
大部分が大気に排出されることになる。そこで、ＮＯｘ
触媒の吸着量が飽和に達する前に、空燃比を理論空燃比
またはその近傍値に制御するリッチ空燃比制御に切換
え、還元雰囲気（リッチ状態）でＮＯｘの還元を行うよ
うな方法が、特開平５−１３３２６０号公報等により知
られている。

【０００４】この空燃比制御方法では、リーン燃焼運転
からリッチ燃焼運転への切換えタイミングをリーン空燃
比制御を開始してからの経過時間に基づいて制御し、所
定時間が経過した時点でリッチ空燃比制御に切換えた
後、リッチ空燃比制御により触媒に吸着されていたＮＯ
ｘの還元が終了した時点で再びリーン空燃比制御に戻す
ようにしており、このようにリーン燃焼運転とリッチ燃
焼運転とを交互に繰り返すことによって、ＮＯｘ触媒の
吸着能力を維持し、ＮＯｘ量の低減を図るようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＮＯｘ触媒に吸着する
物質は、ＮＯｘだけならよいが、実際にはＮＯｘ以外の
物質、例えば、硫黄やその化合物等も付着する。このよ
うなＮＯｘ以外の物質（以下、浄化能力低下物質とい
う）は、本来ＮＯｘが吸着されるべきところに、ＮＯｘ
の替わりに付着することになるため、結果的にＮＯｘの
吸着能力を低減させることになる。

【０００６】このように、ＮＯｘ触媒に付着したＮＯｘ
以外の浄化能力低下物質は、上述の公報に開示されるよ
うな空燃比制御を行っても取り除くことができず、時間
の経過とともに、その付着堆積量は増加することにな
る。このような浄化能力低下物質の堆積を放置しておく
と、ＮＯｘの吸着能力は低下する一方となり、ＮＯｘ触
媒がその機能を充分に果たさなくなる虞がある。

【０００７】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、排気浄化
触媒（ＮＯｘ触媒）に窒素酸化物（ＮＯｘ）以外の浄化
能力低下物質が付着しても、内燃エンジンを運転させた
ままその浄化能力低下物質を確実に除去し、排気浄化触
媒の機能を維持可能な排気浄化触媒を備えた内燃エンジ
ンを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】上記した目的
を達成するために、請求項１の発明では、内燃エンジン
本体の排気ポートに連通する排気通路に配設され、理論
空燃比より大きな空燃比でのリーン燃焼運転時に排気ガ
ス中の窒素酸化物を吸着させ、吸着させた窒素酸化物を
理論空燃比または理論空燃比より小さな空燃比でのリッ
チ燃焼運転時に還元することにより窒素酸化物の排出量
を低減させる排気浄化触媒を備えた内燃エンジンにおい
て、前記排気通路を、第１排気通路と、この第１排気通
路より短い第２排気通路と、この第２排気通路を開閉す
る弁手段とにより構成し、前記排気浄化触媒に付着した
浄化能力低下物質の付着量を推定し、この付着量が所定
付着量に達したか否かを判定する付着量推定手段と、こ
の付着量推定手段により前記浄化能力低下物質の付着量
が前記所定付着量に達したと判定されるまでは前記弁手
段により前記第２排気通路を閉じる一方、前記付着量が
前記所定付着量に達したと判定されたときには前記弁手
段により前記第２排気通路を開き、前記第１排気通路を
介して排出される排気ガスよりも高温の排気ガスを前記
第２排気通路を介して前記排気浄化触媒に供給し前記排
気浄化触媒の昇温を行う触媒昇温手段とを具備したこと
を特徴とする。

【０００９】これにより、排気浄化触媒に付着し窒素酸
化物の浄化能力を低下させる浄化能力低下物質の付着量
が推定され、その付着量が所定付着量を超えたと判定さ
れると、弁手段によって第２排気通路が開かれ、内燃エ
ンジン本体の排気ポートから排出される排気ガスは、第
１排気通路よりもその経路長の短い第２排気通路を介し
て排気浄化触媒に供給される。このように第２排気通路
を介して供給される排気ガスは、高温を維持した状態の
まま排気浄化触媒に達することになり、その高温の排気
ガスの熱によって排気浄化触媒は昇温させられ、浄化能
力低下物質が排気浄化触媒から良好に燃焼除去されて排
気浄化触媒への窒素酸化物の吸着能力が復活する。

【００１０】また、請求項２の発明では、前記付着量推
定手段は、車両の走行距離積算手段を有し、この走行距
離積算手段によって求められる走行距離の積算値が所定
値となったとき、前記浄化能力低下物質の付着量が前記
所定付着量に達したと判定することを特徴とする。これ
により、浄化能力低下物質の付着量は走行距離の積算値
によって容易に推定され、この走行距離の積算値が所定
値を越えたとき、付着量は所定付着量に達したと良好に
判定される。

【００１１】また、請求項３の発明では、前記排気浄化
触媒を前記内燃エンジン本体近傍に配置したことを特徴
とする。これにより、排気浄化触媒は、内燃エンジン本
体が大気中に発散する熱を受けてより良好に昇温させら
れる。また、請求項４の発明では、前記触媒昇温手段
は、前記排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手
段と、この触媒温度検出手段により検出される触媒温度
が所定の昇温温度に達したとき、前記排気浄化触媒の上
流に燃料を供給する燃料供給手段とを備えたことを特徴
とする。

【００１２】これにより、触媒温度が所定の昇温温度に
達したときには排気浄化触媒の上流に燃料が投入されて
排気浄化触媒に炭化水素が供給され、この炭化水素と浄
化能力低下物質とが高温下で反応することにより、浄化
能力低下物質は排気浄化触媒からさらに良好に除去され
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は、本発明に係る排気浄化触媒を備え
た内燃エンジンを示す概略構成図である。同図におい
て、符号１は自動車用エンジン、例えば、Ｖ型６気筒ガ
ソリンエンジン本体であり、燃焼室を始め吸気系や点火
系等がリーン燃焼可能に設計されている。このＶ型６気
筒ガソリンエンジン本体（以下、単にエンジン本体と記
す）１は、片方側（左側）バンク１ａと他方側（右側）
バンク１ｂにそれぞれ気筒が３気筒ずつ配設されてい
る。左側バンク１ａと右側バンク１ｂの各気筒毎に設け
られた吸気ポート２ａ，２ｂには、燃料噴射弁３ａ，３
ｂが取り付けられた吸気マニホールド４を介し、エアク
リーナ５、吸入空気量Ａｆを検出するエアフローセンサ
６、スロットルバルブ７、ＩＳＣ（アイドルスピードコ
ントロール）バルブ８等を備えた吸気管９が接続されて
いる。

【００１４】エアフローセンサ６としては、カルマン渦
式エアフローセンサ等が好適に使用される。ＩＳＣバル
ブ８は、アイドリング回転数を制御するためのものであ
り、図示しないエアコンの作動等によるエンジン負荷Ｌ
ｅの変動に応じてバルブ開度を調節し、これにより吸入
空気量を変化させ、アイドリング運転を安定させる働き
をするものである。

【００１５】また、各気筒の排気ポート１０ａ，１０ｂ
には、排気マニホールド１１ａ，１１ｂを介して、空燃
比を検出するための空燃比センサ（リニアＯ₂センサ
等）１２ａ，１２ｂの取り付けられた排気管（第１排気
通路）１４ａ，１４ｂが接続され、この排気管１４ａ，
１４ｂには、排気浄化触媒のうちＮＯｘ触媒１３ａ，１
３ｂがそれぞれ接続されている。

【００１６】これらの排気管１４ａ，１４ｂには、排気
マニホールド１１ａ，１１ｂ付近から分岐し、ＮＯｘ触
媒１３ａ，１３ｂ手前で合流する管路の短いバイパス管
（第２排気通路）３０ａ，３０ｂが排気管１４ａ，１４
ｂと並列にして接続されており、エンジン本体１の排気
ポート１０ａ，１０ｂを出た排気ガスを排気管１４ａ，
１４ｂを介することなくＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂに短
絡させられるようになっている。

【００１７】バイパス管３０ａ，３０ｂの流入口付近に
は、切換弁（弁手段）３１ａ，３１ｂが設けられてお
り、この切換弁３１ａ，３１ｂは通常閉弁されており、
これにより、通常運転時には、排気ガスは排気管１４
ａ，１４ｂを通るようになっている。一方、切換弁３１
ａ，３１ｂが弁駆動装置３２ａ，３２ｂによって開弁さ
せられると、排気ガスの大部分はバイパス管３０ａ，３
０ｂを介してＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂに達するように
短絡される。このように短絡されることにより、ＮＯｘ
触媒１３ａ，１３ｂにはエンジン本体１の排気ポート１
０ａ，１０ｂからの排出直後の高温の排気ガスが供給さ
れる。そして、この高温ガスがＮＯｘ触媒１３ａ，１３
ｂを通過することにより、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂは
その熱を受けて加熱され昇温させられることになる。ま
た、これらのＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂは、エンジン本
体１の近傍に配置されることから、エンジン本体１が大
気中に発散する熱によっても加温される。

【００１８】ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂは、酸化雰囲気
においてＮＯｘ（窒素酸化物）を吸着させ、ＨＣ（炭化
水素）の存在する還元雰囲気では、ＮＯｘをＮ₂（窒
素）等に還元させる機能を持つものである。ＮＯｘ触媒
１３ａ，１３ｂとしては、例えば、耐熱劣化性を有する
Ｐt とランタン、セリウム等のアルカリ希土類からなる
触媒が使用されている。ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂに
は、触媒温度センサ（触媒温度検出手段）２６ａ，２６
ｂが接続されており、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂの温度
を高温域まで検出可能になっている。

【００１９】また、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂの上流部
には、燃料噴射ノズル（燃料供給手段）３４ａ，３４ｂ
がそれぞれ設けられており、必要に応じ、ＮＯｘ触媒１
３ａ，１３ｂに向けて燃料（ガソリン等）を噴射できる
ようになっている。ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂから延び
る排気管２７には、ＮＯｘ触媒１３とは別にして酸化還
元触媒である三元触媒２８が介在されており、この三元
触媒２８には図示しないマフラーが接続されている。

【００２０】この三元触媒２８は、ＨＣ、ＣＯ（一酸化
炭素）を酸化させるとともに、ＮＯｘを還元する機能を
もっており、この三元触媒２８によるＨＣ、ＣＯの酸化
とＮＯｘの還元は、理論空燃比（１４．７）付近での燃
焼時において最大に促進されるようになっている。エン
ジン本体１には、吸気ポート２ａ，２ｂから燃焼室１５
ａ，１５ｂに供給された空気と燃料との混合ガスに着火
するための点火プラグ１６ａ，１６ｂが各気筒毎に配置
されている。また、符号１８は、カムシャフトと連動す
るエンコーダからクランク角同期信号θCRを検出するク
ランク角センサ、符号１９はスロットルバルブ７の開度
θTHを検出するスロットルセンサ、符号２０は冷却水温
ＴWを検出する水温センサ、符号２１は大気圧Ｐa を検
出する大気圧センサ、符号２２は吸気温度Ｔａを検出す
る吸気温センサである。

【００２１】尚、エンジン回転速度（エンジン回転数）
Ｎｅは、クランク角センサ１８が検出するクランク角同
期信号θCRの発生時間間隔から演算される。また、体積
効率ηv は、上記エアフローセンサ６により検出された
空気流量Ａｆと上記エンジン回転速度Ｎｅ等とから演算
され、大気圧センサ２１が検出する大気圧Ｐa 、吸気温
センサ２２が検出する吸気温度Ｔａ等によって補正され
る。さらに、エンジン負荷Ｌｅは、スロットルセンサ１
９により検出されるスロットル開度θTH、上記体積効率
ηv 等から演算される。

【００２２】車室内には、図示しない入出力装置、多数
の制御プログラムを内蔵した記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡ
Ｍ、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（電子制御ユニット）２
３が設置されており、エンジン本体１の空燃比制御、点
火時期制御、吸入空気量制御や後述する排気浄化触媒の
リフレッシュ制御等を行っている。ＥＣＵ２３の入力側
には、車両の走行距離を車速パルスの積算値等によりカ
ウントする距離メータ２５や上述した各種センサ類が接
続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
一方、ＥＣＵ２３の出力側には、上述の燃料噴射弁３
ａ，３ｂや点火ユニット２４、さらには弁駆動装置３２
ａ，３２ｂや燃料噴射ノズル３４ａ，３４ｂ等が接続さ
れ、これらに向けて各種センサ類からの入力情報に基づ
き演算された最適値が出力されるようになっている。燃
料噴射弁３ａ，３ｂや燃料噴射ノズル３４ａ，３４ｂ
は、ＥＣＵ２３からの指令により、パルス状の電流が供
給されて駆動するものであり、その電流のパルス幅によ
って燃料噴射量が決定される。点火ユニット２４は、Ｅ
ＣＵ２３からの指令により、各気筒の点火プラグ１６
ａ，１６ｂに高電圧を出力する。

【００２３】次に、上述のように構成される内燃エンジ
ンの排気浄化触媒のリフレッシュ制御について説明す
る。図２および図３に示すフローチャートは、ＥＣＵ２
３が実行するリフレッシュ制御手順を示している。この
リフレッシュ制御は、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂに付着
するＮＯｘ以外の付着物（浄化能力低下物質）、例えば
硫黄やその化合物等が所定量に達したと判定されたら、
高温の排気ガスがＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂを通過する
ように排気経路を変え、これによりＮＯｘ触媒１３ａ，
１３ｂを高温状態に昇温させるリフレッシュ運転を実施
し、浄化能力低下物質をＮＯｘがＮＯｘ触媒１３ａ，１
３ｂに吸着するときの障害とならないように除去しよう
というものである。

【００２４】先ず、ステップＳ１０では、ＥＣＵ２３
は、浄化能力低下物質の付着量が車両の走行距離Ｄに略
比例して増加することから、距離メータ２５によって車
両の走行距離Ｄを読み込んで（走行距離積算手段）、Ｎ
Ｏｘ触媒１３ａ，１３ｂに付着堆積している浄化能力低
下物質の量を推定する（付着量推定手段）。次に、ステ
ップＳ１２では、浄化能力低下物質が所定量に達したか
否かを、ステップＳ１０で読込んだ走行距離Ｄが所定値
Ｄ1 （例えば、１０００ｋｍ）以上であるか否かで判別
する。この所定値Ｄ1 は、実験等により適宜値に設定さ
れ、浄化能力低下物質の付着量が許容量を越えない範
囲、つまり、浄化能力低下物質の付着によって増加する
ＮＯｘ排出量が法規等の規制値を越えない範囲内の値に
設定される。判別結果がＹｅｓ（肯定）の場合には、浄
化能力低下物質が所定量を越えたと判定でき、次にステ
ップＳ１６に進む。一方、判別結果がＮｏ（否定）で走
行距離Ｄが所定値Ｄ1 （１０００ｋｍ）に達していない
場合には、次にステップＳ１４に進む。

【００２５】ステップＳ１４は、制御電源であるバッテ
リが、車両整備の実施等のために一旦外され、再度接続
された直後であるか否かを判別するステップである。こ
の判別は、バッテリが外された際、ＥＣＵ２３のＲＡＭ
に記憶された走行距離Ｄに基づき推定される浄化能力低
下物質の付着量の推定値が一旦ゼロ値にリセットされ、
付着量の推定値と実際の付着量との整合性がとれなくな
ることを防止すべく実施されるものである。

【００２６】このステップＳ１４の判別結果がＮｏ（否
定）の場合には、バッテリは接続されているが、ステッ
プＳ１２での走行距離Ｄの判別結果が未だ所定値Ｄ1
（１０００ｋｍ）に達していない状態と判定でき、この
場合には何もせずに当該ルーチンを終了する。一方、判
別結果がＹｅｓ（肯定）で、バッテリ再接続直後の場合
には、ステップＳ１２のＹｅｓ（肯定）の判別結果と同
様に、次にステップＳ１６に進む。尚、バッテリが外さ
れても、ＥＣＵ２３のバックアップ機能等により、走行
距離Ｄに基づく付着量の推定値が確実に記憶保持される
ような場合には、ステップＳ１４の判別を実施しなくて
もよい。

【００２７】ステップＳ１６では、エンジン本体１の運
転状態が、リフレッシュ運転を実施しても良い状態であ
るか否かを、各種センサ類からの信号値に基づいて判別
する。ここでは、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷
Ｌｅの要素である体積効率ηv および冷却水温ＴW が判
定の対象となり、それぞれの値が下記(1) 乃至(3) に示
す不等式の範囲内となるか否かが判別される。

【００２８】Ｎｅ1 ≦Ｎｅ≦Ｎｅ2 …(1) ηv1≦ηv ≦ηv2 …(2) ＴW 1 ≦ＴW …(3) ここに、Ｎｅ1 、Ｎｅ2 、ηv1、ηv2およびＴW 1 は閾
値を示し、例えば、Ｎｅ1 は１５００rpm 、Ｎｅ2 は５
０００rpm 、ηv1は３０％、ηv2は８５％であり、ＴW
1 は、例えば暖機運転が完了したとみなせる５０℃に設
定されている。これらの閾値は、エンジン本体１の運転
状態が、所謂中負荷域から高負荷域となる値を示してお
り、この場合、エンジン本体１の排気温度は所定温度Ｔ
EX（例えば、６００℃）以上であると推定される。

【００２９】このように、エンジン本体１の運転状態が
中負荷域から高負荷域となるような運転状態をリフレッ
シュ運転実施の成立条件とするのは、例えば、Ｎｅ1 、
ηv1よりも小さい低負荷域においてリフレッシュ運転を
実施すると、エンジン本体１の出力が安定せず、運転フ
ィーリングが悪化する虞があるためであり、またＮｅ、
ηv の値がＮｅ2 、ηv2よりも大きい高負荷域において
は、排気ガス温度が高温であり、これによりＮＯｘ触媒
１３ａ，１３ｂも高温状態となっていることから、この
状態でリフレッシュ運転を実施すると、ＮＯｘ触媒１３
ａ，１３ｂが過熱され、焼損する虞があるためである。

【００３０】ステップＳ１６の判別結果がＮｏ（否
定）、すなわちＮｅ、ηv 、ＴW のいずれかが上記の範
囲から外れている場合には、リフレッシュ運転を行うべ
きではない状態と判定でき、この場合にはリフレッシュ
運転は実施せず、ステップＳ１８を経て再度ステップＳ
１６を実行し、このステップＳ１６の実行は、その判別
結果がＮｏ（否定）でなくなるまで繰り返される。尚、
ステップＳ１８では、後述するフラグｆ(RF)がゼロ値に
リセットされる。

【００３１】一方、ステップＳ１６の判別結果がＹｅｓ
（肯定）で、Ｎｅ、ηv 、ＴW の全ての値が上記不等式
(1) 〜(3) の範囲内にある場合には、エンジン本体１の
運転状態が中負荷域から高負荷域にあってリフレッシュ
運転を実施してもよい安定した状態であるため、次にス
テップＳ２０に進む。このとき、ＥＣＵ２３のタイマカ
ウンタが経過時間ｔの積算を開始する。

【００３２】ステップＳ２０は、後述するリフレッシュ
モード運転が実行されたことを記憶する前記フラグｆ(R
F)が値１であるか否かを判別するステップである。ステ
ップＳ１６の判別結果がＹｅｓ（肯定）でリフレッシュ
運転が可能となった直後においては、このフラグｆ(RF)
の値はリセットされたゼロ値の状態（ｆ(RF)＝０）であ
るため、この場合には、ステップＳ２０の判別結果は必
然的にＮｏ（否定）となり、次にステップＳ２４に進
む。

【００３３】次のステップＳ２４以降はリフレッシュ運
転を実行するステップである。ステップＳ２４はリフレ
ッシュ運転のうち昇温モード運転を構成するステップで
あり、ここではＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂの温度ＴCAT
をＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂから浄化能力低下物質を燃
焼除去するのに充分な所定温度Ｔ1 （例えば、６５０
℃）まで昇温させる（触媒昇温手段）。

【００３４】このステップＳ２４では、ＥＣＵ２３は弁
駆動装置３２ａ，３２ｂに駆動信号を供給し、切換弁３
１ａ，３１ｂを開弁してその開度を全開とする。このよ
うに切換弁３１ａ，３１ｂを全開にすると、前述したよ
うに、排気ポート１０ａ，１０ｂから排出された直後の
高温状態の排気ガスの大部分がバイパス管３０ａ，３０
ｂを介して短時間でＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂに至るこ
とになる。従って、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂを通過す
る排気ガスは、通常運転時の距離の長い排気管１４ａ，
１４ｂを経由するときの排気ガスよりも高い温度を維持
していることになり、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂは、こ
の高温の排気ガスの熱によって高温にまで加熱されるこ
とになる。

【００３５】このように、リフレッシュ運転の昇温モー
ド運転が実施されると、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂは急
速に昇温させられ、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂの温度Ｔ
CATは、共にＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂに付着した浄化
能力低下物質が燃焼除去されるに充分な所定温度Ｔ1
（６５０℃）にまで達することになる。次のステップＳ
３０では、触媒温度センサ２６ａ，２６ｂによって検出
されたそれぞれの触媒温度ＴCAT が、共に所定温度Ｔ1
（例えば、６５０℃）以上に達したか否かを判別する。
判別結果がＮｏ（否定）であり、いずれか一方の触媒温
度ＴCAT が所定温度Ｔ1 （６５０℃）未満の場合には、
未だ浄化能力低下物質を燃焼除去させるに充分な温度で
はないと判定でき、前述のステップＳ１６を経てステッ
プＳ２４を継続して実施し、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂ
が充分に昇温するのを待つ。一方、判別結果がＹｅｓ
（肯定）で触媒温度ＴCAT が共に所定温度Ｔ1 （６５０
℃）に達したと判定された場合には、次にステップＳ３
２に進む。

【００３６】ステップＳ３２では、前述したステップＳ
１６の判別結果がＹｅｓ（肯定）となり、リフレッシュ
運転の実施とともに計時を開始した経過時間ｔが一定時
間ｔ _s（例えば、５秒）経過したか否かを判別する。判
別結果がＮｏ（否定）で未だ一定時間ｔ_s（５秒）が経
過していない場合には、エンジン本体１の運転状態が不
安定であるとみなすことができ、この場合にはステップ
Ｓ１６に戻り、エンジン本体１の運転状態が安定するの
を待つ。一方、判別結果がＹｅｓ（肯定）で一定時間ｔ
_s（５秒）が経過したと判定された場合には、エンジン
本体１の運転状態は安定し、排気ガス温度は充分高くな
っているとみなすことができ、次にステップＳ３４に進
む。

【００３７】ステップＳ３４およびステップＳ３６はリ
フレッシュ運転のうちリフレッシュモード運転を構成す
るステップであり、ここでは所定温度Ｔ1 （６５０℃）
に達したＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂの温度を共に所定温
度Ｔ1 （６５０℃）に維持するとともに浄化能力低下物
質とＨＣ（炭化水素）とを結合させるようにして、浄化
能力低下物質（硫黄やその化合物）をＮＯｘ触媒１３
ａ，１３ｂから略完全に燃焼除去させるようにする。

【００３８】このリフレッシュモード運転では、先ずス
テップＳ３４において、ステップＳ２４の場合と同様
に、弁駆動装置３２ａ，３２ｂに駆動信号を供給して切
換弁３１ａ，３１ｂを開弁した状態のままとし、排気ガ
スがバイパス管３０ａ，３０ｂを通るようにする。これ
により、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂの温度ＴCAT は所定
温度Ｔ1 （６５０℃）またはそれ以上に維持されること
になり、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂに付着した浄化能力
低下物質が良好に燃焼除去されることになる。

【００３９】このとき、ＥＣＵ２３からの駆動信号を操
作し、弁駆動装置３２ａ，３２ｂの作動量を変化させる
ようにすれば、切換弁３１ａ，３１ｂの弁開度を変えて
バイパス管３０ａ，３０ｂを通る排気ガスの量を調節す
ることができる。従って、排気ガスの温度が所定温度Ｔ
1 （６５０℃）よりも高すぎる場合には、切換弁３１
ａ，３１ｂの弁開度を小さくすることにより、バイパス
管３０ａ，３０ｂを通る排気ガスの量を少なくすること
ができ、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂの温度ＴCATを所定
温度Ｔ1 （６５０℃）に好適に保持できる。

【００４０】そして、ステップＳ３６では、燃料噴射ノ
ズル３４ａ，３４ｂから所定量に設定された燃料（ガソ
リン等）を噴射して、排気ガスに強制的に燃料を混入さ
せる。これにより、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂを通過す
る排気ガスはＨＣを多く含むことになり、ＮＯｘ触媒１
３ａ，１３ｂから燃焼除去される浄化能力低下物質とこ
のＨＣとが高温下で反応して、浄化能力低下物質が再び
ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂに付着することなく確実に除
去されることになる。また、このＨＣはＮＯｘを還元す
ることから、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂに吸着されてい
るＮＯｘも同時に除去されることになる。

【００４１】このリフレッシュモード運転を実行した
ら、次にステップＳ４０に進む。このステップＳ４０で
は、フラグｆ(RF)に値１を設定して、リフレッシュモー
ド運転が実行されたことを記憶し、ステップＳ４２に進
む。ステップＳ４２では、当該ステップＳ４２が実行さ
れる毎に、累積時間ＣSTが次式(8) により演算される。
ここでは、触媒温度ＴCAT が所定温度Ｔ1 （６５０℃）
を越え、かつリフレッシュ運転開始時に計時し始めた経
過時間ｔが一定時間ｔ_s（５秒）経過した後のリフレッ
シュ運転の継続時間が積算される。

【００４２】ＣST＝ＣST＋１ …(8) この累積時間ＣSTは、当該ステップＳ４２が実行される
ときのみ値１だけカウントアップされるものであるた
め、上述したステップＳ１６の判別結果がＮｏ（否定）
の場合や、ステップＳ３０あるいはステップＳ３２の判
別結果のいずれかがＮｏ（否定）の場合には加算されな
いことになる。従って、ステップＳ１６、ステップＳ３
０およびステップＳ３２の判別結果が全てＹｅｓ（肯
定）であり、リフレッシュモード運転が確実に実行され
た場合の時間だけが正味時間として累積されることにな
る。ここに、カウントアップする値１は、例えば、当該
ルーチンの実行周期に応じて設定された基準時間Ｘt に
対応したものである。

【００４３】このように加算された累積時間ＣSTは、次
のステップＳ４４において、予め実験等により設定され
た所定時間ｔ1 （例えば、６００秒）に対応する所定値
ＸCと比較され、リフレッシュ運転を所定時間ｔ1 （６
００秒）に亘って行ったか否かが判別される。この所定
時間ｔ1 （６００秒）は、浄化能力低下物質が充分に除
去されたとみなせる時間であり、判別結果がＮｏ（否
定）で累積時間ＣSTが所定値ＸC に達していない場合に
は、浄化能力低下物質の除去が充分でないと判断でき、
ステップＳ１６に戻りリフレッシュ運転を継続する。

【００４４】累積時間ＣSTが所定値ＸC に達しておら
ず、再びステップＳ１６が実行されたときにおいて、そ
の判別結果がＹｅｓ（肯定）でエンジン本体１がリフレ
ッシュ運転に良好な運転状態であればステップＳ２０に
進む。今回は、既にリフレッシュモード運転が実行され
てフラグｆ(RF)が値１に設定されていることから、この
ステップＳ２０の判別結果はＹｅｓ（肯定）となる。こ
の場合には、昇温モード運転を実行することなくステッ
プＳ３４に進み、リフレッシュモード運転のみを実行し
て触媒温度ＴCAT を所定温度Ｔ1 （６５０℃）に維持す
ることになる。

【００４５】一方、リフレッシュ運転が一旦開始された
にもかかわらず、エンジン本体１の運転状態がリフレッ
シュ運転域から外れ、ステップＳ１６の判別結果がＮｏ
（否定）となった場合には、リフレッシュ運転を中止し
て次にステップＳ１８に進む。このステップＳ１８では
フラグｆ(RF)の値をゼロ値にリセットする（ｆ(RF)＝
０）。このようにフラグｆ(RF)の値が一旦ゼロ値に戻さ
れると、次回ステップＳ１６を経てステップＳ２０が実
行されたときには、その判別結果はＮｏ（否定）とな
り、ステップＳ２４の昇温モード運転が再度実行される
ことになる。これにより、リフレッシュ運転の中止によ
って低下した触媒温度ＴCAT を再び所定温度Ｔ1 （６５
０℃）にまで戻すことができる。

【００４６】ステップＳ４４の判別結果がＹｅｓ（肯
定）となり、累積時間ＣSTが所定値ＸC に達したと判定
された場合には、浄化能力低下物質が略完全に除去され
たとみなすことができ、リフレッシュ運転を終了して、
最後にステップＳ４６を実行する。ステップＳ４６で
は、リフレッシュ運転の終了により、開弁していた切換
弁３１ａ，３１ｂを閉弁し、さらに、積算されていた累
積時間ＣST、走行距離Ｄおよびフラグｆ(RF)の値をゼロ
値にリセットする。これにより、次回のリフレッシュ運
転の実行に備える。

【００４７】以上、詳細に説明したように、切換弁３１
ａ，３１ｂを開弁し、排気ガスが距離の短いバイパス管
３０ａ，３０ｂを通るようにすると、ＮＯｘ触媒１３
ａ，１３ｂには高温の排気ガスを供給できることにな
り、これにより、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂの温度ＴCA
T を共に容易に所定温度Ｔ1 （６５０℃）にまで昇温さ
せ、浄化能力低下物質を良好に除去することができる。

【００４８】尚、上記実施例では、リフレッシュ制御ル
ーチンのステップＳ３０での温度判定時において、触媒
温度センサ２６ａの検出する温度ＴCAT と触媒温度セン
サ２６ｂの検出する温度ＴCAT とが共に所定温度Ｔ1
（６５０℃）に達したとき、ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂ
双方のリフレッシュモード運転を同時に実施するような
リフレッシュ制御としたが、ＮＯｘ触媒１３ａとＮＯｘ
触媒１３ｂについてそれぞれ独立してリフレッシュ制御
を行うようにしてもよく、この場合には、触媒温度セン
サ２６ａあるいは触媒温度センサ２６ｂの検出信号に基
づいて個別に温度判定が行われ、一方が他方の判定を待
つことなくリフレッシュモード運転がＮＯｘ触媒毎に実
施されることになる。

【００４９】また、上記実施例では、走行距離Ｄに基づ
いて浄化能力低下物質の付着量を推定するような付着量
推定手段を用いるようにしたが、この他に、消費燃料積
算量や吸入空気積算量、さらにはエンジン本体１の運転
時間等に基づいて付着量を推定しても、走行距離Ｄによ
る推定と同様の効果を得ることができる。この場合、消
費燃料積算量については、燃料噴射弁３ａ，３ｂに供給
される電流のパルス幅によって求めるようにし、吸入空
気積算量については、カルマン渦式のエアフローセンサ
６の渦パルス数の積算値を演算して求めるようにする。
また、運転時間については、例えばタイマによってエン
ジン本体１作動中の時間を計時するようにすればよい。

【００５０】また、上記実施例では、リフレッシュ運転
の継続時間には、ステップＳ１６での運転状態判別、ス
テップＳ３０での触媒温度判別およびステップＳ３２で
の経過時間判別の全ての判別結果がＹｅｓ（肯定）であ
り、リフレッシュ運転が良好に実施されている場合のみ
の累積時間ＣSTをカウントアップするようにしたが、こ
れに限られず、例えば、ステップＳ１６の運転状態の判
別結果とステップＳ３０の触媒温度ＴCAT の判別結果の
みがＹｅｓ（肯定）である場合や、ステップＳ１６の判
別結果とステップＳ３２での経過時間ｔの判別結果のみ
がＹｅｓ（肯定）である場合に累積時間ＣSTをカウント
アップするようにしても同様の効果が得られる。また、
ステップＳ１６の運転状態の判別結果だけで判定するよ
うにしても充分な効果が期待できる。

【００５１】また、上記実施例では、リフレッシュモー
ド運転時において、燃料噴射ノズル３４ａ，３４ｂから
強制的に燃料を噴射し、これによりＨＣをＮＯｘ触媒１
３ａ，１３ｂに供給するようにしたが、ＨＣの供給方法
はこれに限られるものではなく、例えば、エンジン本体
１の空燃比をリッチ空燃比としてその排気ガスに含まれ
る未燃ＨＣを利用するようにしても同様の効果が得られ
る。

【００５２】また、上記実施例では、リフレッシュ運転
の実施周期を、浄化能力低下物質が所定量に達する毎、
すなわち走行距離Ｄが所定値Ｄ1 に達する毎としたが、
ＮＯｘ触媒１３ａ，１３ｂはその使用時間が長くなると
劣化が進むため、徐々に各所定値を小さくし、その実施
周期を短くするとより効果的である。また、上記実施例
では、エンジン本体１は、Ｖ型６気筒エンジンとした
が、気筒数やエンジン形式（例えば、水平対向式等）に
よる制限はなく、いかなる気筒数のものでも、また、い
かなるエンジン形式のものでも適用可能である。

【００５３】さらに、本発明は、排気マニホールド１１
ａ，１１ｂの周りに断熱性の高い保温材を設けることに
よって、より大きな効果が期待できる。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
請求項１の排気浄化触媒を備えた内燃エンジンによれ
ば、内燃エンジン本体の排気ポートに連通する排気通路
に配設され、理論空燃比より大きな空燃比でのリーン燃
焼運転時に排気ガス中の窒素酸化物を吸着させ、吸着さ
せた窒素酸化物を理論空燃比または理論空燃比より小さ
な空燃比でのリッチ燃焼運転時に還元することにより窒
素酸化物の排出量を低減させる排気浄化触媒を備えた内
燃エンジンにおいて、排気通路を、第１排気通路と、こ
の第１排気通路より短い第２排気通路と、この第２排気
通路を開閉する弁手段とにより構成し、排気浄化触媒に
付着した浄化能力低下物質の付着量を推定し、この付着
量が所定付着量に達したか否かを判定する付着量推定手
段と、この付着量推定手段により浄化能力低下物質の付
着量が所定付着量に達したと判定されるまでは弁手段に
より第２排気通路を閉じる一方、付着量が所定付着量に
達したと判定されたときには弁手段により第２排気通路
を開き、第１排気通路を介して排出される排気ガスより
も高温の排気ガスを第２排気通路を介して排気浄化触媒
に供給し排気浄化触媒の昇温を行う触媒昇温手段とを具
備するようにしたので、排気浄化触媒に付着し窒素酸化
物の浄化能力を低下させる浄化能力低下物質の付着量を
良好に推定でき、その付着量が所定付着量を超えたとき
には、内燃エンジン本体の排気ポートから排出される排
気ガスを第１排気通路よりもその経路長の短い第２排気
通路を介して排気浄化触媒に供給することができ、これ
により、高温の排気ガスの熱によって排気浄化触媒を昇
温させ、浄化能力低下物質を排気浄化触媒から良好に燃
焼除去して排気浄化触媒への窒素酸化物の吸着能力を復
活させることができる。

【００５５】また、請求項２の排気浄化触媒を備えた内
燃エンジンによれば、付着量推定手段は、車両の走行距
離積算手段を有し、この走行距離積算手段によって求め
られる走行距離の積算値が所定値となったとき、浄化能
力低下物質の付着量が所定付着量に達したと判定するよ
うにしたので、浄化能力低下物質の付着量を車両の走行
距離の積算値によって容易に求め、付着量の飽和判定を
良好に実施することができる。

【００５６】また、請求項３の排気浄化触媒を備えた内
燃エンジンによれば、排気浄化触媒を内燃エンジン本体
近傍に配置したので、内燃エンジン本体が大気中に発散
する熱を有効に利用して容易に排気浄化触媒の昇温を補
助することができる。また、請求項４の排気浄化触媒を
備えた内燃エンジンによれば、触媒昇温手段は、排気浄
化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、この触媒
温度検出手段により検出される触媒温度が所定の昇温温
度に達したとき、排気浄化触媒の上流に燃料を供給する
燃料供給手段とを備えるようにしたので、触媒温度が所
定温度に達したときには排気浄化触媒の上流に燃料を投
入することで排気浄化触媒に炭化水素を供給でき、この
炭化水素と浄化能力低下物質とを高温下で反応させるこ
とにより、浄化能力低下物質を排気浄化触媒に再び付着
させることなく確実に除去できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例が適用される排気浄化触媒を
備えた内燃エンジンの概略構成図である。

【図２】図１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）が実行する
リフレッシュ制御ルーチンのフローチャートの一部であ
る。

【図３】図２に示すフローチャートに続くリフレッシュ
制御ルーチンのフローチャートの残部である。

【符号の説明】

１エンジン本体１ａ片方側（左側）バンク１ｂ他方側（右側）バンク１３ａＮＯｘ触媒１３ｂＮＯｘ触媒１４ａ排気管（第１排気通路）１４ｂ排気管（第１排気通路）１６ａ点火プラグ１６ｂ点火プラグ２３電子制御ユニット（ＥＣＵ）２５距離メータ２６ａ触媒温度センサ（触媒温度検出手段）２６ｂ触媒温度センサ（触媒温度検出手段）２８三元触媒３０ａバイパス管（第２排気通路）３０ｂバイパス管（第２排気通路）３１ａ切換弁（弁手段）３１ｂ切換弁（弁手段）３４ａ燃料噴射ノズル（燃料供給手段）３４ｂ燃料噴射ノズル（燃料供給手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ０１Ｄ 53/96 Ｆ０１Ｎ 3/08 ＢＺＡＢＡ 3/10 ＺＡＢＡ 3/24 ＬＧＮＲＺＡＢＡＢ０１Ｄ 53/36 １０２Ｅ１０４Ａ (72)発明者児玉嘉明東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者三林大介東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者団野喜朗東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者古賀一雄東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者栂井一英東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃エンジン本体の排気ポートに連通す
る排気通路に配設され、理論空燃比より大きな空燃比で
のリーン燃焼運転時に排気ガス中の窒素酸化物を吸着さ
せ、吸着させた窒素酸化物を理論空燃比または理論空燃
比より小さな空燃比でのリッチ燃焼運転時に還元するこ
とにより窒素酸化物の排出量を低減させる排気浄化触媒
を備えた内燃エンジンにおいて、前記排気通路を、第１排気通路と、この第１排気通路より短い第２排気通路と、この第２排気通路を開閉する弁手段とにより構成し、前記排気浄化触媒に付着した浄化能力低下物質の付着量
を推定し、この付着量が所定付着量に達したか否かを判
定する付着量推定手段と、この付着量推定手段により前記浄化能力低下物質の付着
量が前記所定付着量に達したと判定されるまでは前記弁
手段により前記第２排気通路を閉じる一方、前記付着量
が前記所定付着量に達したと判定されたときには前記弁
手段により前記第２排気通路を開き、前記第１排気通路
を介して排出される排気ガスよりも高温の排気ガスを前
記第２排気通路を介して前記排気浄化触媒に供給し前記
排気浄化触媒の昇温を行う触媒昇温手段と、を具備した
ことを特徴とする排気浄化触媒を備えた内燃エンジン。
【請求項２】前記付着量推定手段は、車両の走行距離
積算手段を有し、この走行距離積算手段によって求めら
れる走行距離の積算値が所定値となったとき、前記浄化
能力低下物質の付着量が前記所定付着量に達したと判定
することを特徴とする、請求項１記載の排気浄化触媒を
備えた内燃エンジン。
【請求項３】前記排気浄化触媒を前記内燃エンジン本
体近傍に配置したことを特徴とする、請求項１または２
記載の排気浄化触媒を備えた内燃エンジン。
【請求項４】前記触媒昇温手段は、前記排気浄化触媒
の温度を検出する触媒温度検出手段と、この触媒温度検
出手段により検出される触媒温度が所定の昇温温度に達
したとき、前記排気浄化触媒の上流に燃料を供給する燃
料供給手段とを備えたことを特徴とする、請求項１乃至
３のいずれか記載の排気浄化触媒を備えた内燃エンジ
ン。