JPH10176522A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】希薄燃焼の度合いに応じて、ＮＯx 吸収剤から
タイミング良くＮＯx 放出制御を行う。 【解決手段】希薄燃焼の度合いを運転状態に応じて変化
させる内燃機関の排気系に設けられ、排気空燃比がリー
ンのときにＮＯx を吸収し、排気酸素濃度が低下すると
吸収していたＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤と、希薄燃
焼時に前記ＮＯx 吸収剤に吸収されたＮＯx 吸収量を推
定し、推定したＮＯx 吸収量が前記ＮＯx 吸収剤でのＮ
Ｏx 吸収許容量を越えたと判断したとき、排気酸素濃度
を低下させる排気酸素濃度低下制御手段と、を備えた内
燃機関の排気浄化装置において、図９に示したように、
希薄燃焼の度合いが大きい、すなわち空燃比が大きいほ
どＮＯx 吸収容量が大きくなる点に着眼し、希薄燃焼の
度合いが大きいほど前記排気酸素濃度低下制御手段によ
る排気酸素濃度低下制御の開始時期を遅延させることと
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気空燃比がリー
ンのときにＮＯx を吸収し、排気酸素濃度が低下すると
吸収していたＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤を備えた内
燃機関の排気系において、ＮＯx 吸収剤へのＮＯx 吸収
量を推定して、吸収量がＮＯx 吸収剤でのＮＯx 吸収許
容量を越えたと判断したとき、いわゆる空燃比のリッチ
制御によって排気酸素濃度を低下させることでＮＯx を
還元・浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の内燃機関の排気浄化装置とし
て、例えば、ＷＯ９３／２５８０６号が知られている。

【０００３】この明細書には、流入する排気ガスの空燃
比がリーンであるときにＮＯx を吸収し、流入する排気
ガス中の酸素濃度を低下させると吸収したＮＯx を放出
するＮＯx 吸収剤を機関排気通路内に配置し、ＮＯx 吸
収剤に吸収されているＮＯx量を推定するＮＯx 量推定
手段と、ＮＯx 量推定手段によりＮＯx 吸収剤に吸収さ
れていると推定されたＮＯx 量が予め定められた許容量
を越えたときにＮＯx吸収剤に流入する排気ガス中の酸
素濃度を低下させてＮＯx 吸収剤からＮＯx を放出させ
るＮＯx 放出手段を具備した排気浄化装置が開示されて
いる。

【０００４】そして、この装置では、ＮＯx 吸収剤のＮ
Ｏx 吸収許容量は固定であるとして、酸素濃度の低下の
タイミングをとっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＮＯx 吸収剤
でのＮＯx 吸収容量（ＮＯx 吸収剤が吸収可能なＮＯx
最大量であり、ＮＯx 飽和量ともいう）は、ＮＯx 吸収
剤の雰囲気における空燃比あるいは酸素濃度に依存する
ことが判明した。

【０００６】この結果、従来のようにＮＯx 吸収容量を
固定値として、リッチ制御を行うと、例えば、外界条件
の変化やセンサ類のフェイルなどによってリーン空燃比
が変化した場合、リッチ制御のタイミングの最適な時期
を逃すこととなり、排気管からの大気へのＮＯx 排出量
の増加や、燃費の悪化を招くこととなる。

【０００７】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、変化するＮＯx 吸収容量に応じて適切なタイミン
グでリッチ制御を行うことのできる内燃機関の排気浄化
装置を提供し、排気管からの大気へのＮＯx 排出量の増
加や、燃費の悪化を防止することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、内燃機関の排気浄化装置において、以下の
構成とした。

【０００９】すなわち、本発明は、希薄燃焼の度合いを
運転状態に応じて変化させる内燃機関の排気系に設けら
れ、排気空燃比がリーンのときにＮＯx を吸収し、排気
酸素濃度が低下すると吸収していたＮＯx を放出するＮ
Ｏx 吸収剤と、 希薄燃焼時に前記ＮＯx 吸収剤に吸収されたＮＯx 吸収
量を推定し、推定したＮＯx 吸収量が前記ＮＯx 吸収剤
でのＮＯx 吸収許容量を越えたと判断したとき、排気酸
素濃度を低下させる排気酸素濃度低下制御手段と、 を備えた内燃機関の排気浄化装置において、 希薄燃焼の度合いが大きいほど前記排気酸素濃度低下制
御手段による排気酸素濃度低下制御の開始時期を遅延さ
せる遅延手段を備えたことを特徴とする。

【００１０】そして、外界条件の変化やセンサ類のフェ
イルなどによってリーン空燃比が変化した場合、希薄燃
焼（リーン）の度合いが大きくなるほど、遅くしたタイ
ミングで排気酸素濃度低下制御（リッチ制御）を行う。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しつつ説明する。 ＜装置の概要＞図１は、本発明の排気浄化装置をガソリ
ン機関に適用した例である。

【００１２】本ガソリン機関は、機関本体１のシリンダ
内にピストン２を有するとともに、燃焼室３を有してい
る。さらに、機関本体１には、燃焼室内のガソリンに点
火する点火栓４が設けられるとともに、吸気弁５によっ
て開閉されかつガソリンと空気の混合気をシリンダ内に
導入する吸気ポート６、及び、排気弁７によって開閉さ
れかつシリンダ内の燃焼済み排気ガスを排出する排気ポ
ート８が設けられている。

【００１３】前記吸気ポート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、それ
ぞれ吸気ポート６内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁
１１が取付けられている。前記サージタンク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が配置されてい
る。一方、吸気ポート８は、排気マニホールド１５及び
排気管１６を介してＮＯx 吸収剤１７を内蔵したケーシ
ング１８に接続されている。

【００１４】このガソリン機関は、ディジタルコンピュ
ータからなる電子制御ユニット３０によって制御されて
おり、この電子制御ユニット３０は、双方向性バス３１
によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリーメモ
リ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、Ｃ
ＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５、及
び、出力ポート３６を備えている。

【００１５】入力ポート３５には、サージタンク１０内
に設けた圧力センサ１９、スロットル弁１４に設けたア
イドルスイッチ２０、クランクシャフト２１に連結して
いる自動変速機に設けたギア位置検出器２３及び車速セ
ンサ２４、排気管１６に設けた温度センサ２５、クラン
クシャフト部分に設けた機関回転数センサ２６が接続さ
れている。

【００１６】圧力センサ１９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。アイドルスイッ
チ２０はスロットル弁がアイドリング開度であることを
検出する。ギア位置検出器２３は自動変速機のギアの状
態を検出する。車速センサ２４は車体速度を検出する。
温度センサ２５は、ケーシング１８上流の排気管内の排
気ガス温度を検出する。機関回転数センサ２６はエンジ
ン回転数を検出する。なお、圧力センサ１９、温度セン
サ２５の出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器３７、３８をそれぞ
れ介して入力ポート３５に入力される。

【００１７】出力ポートは、対応する駆動回路３９を介
して、点火栓４及び燃料噴射弁１１に接続される。前記
ＣＰＵ３４では、前記各センサ等からの検出結果に基づ
き、例えば、次式による燃料噴射時間ＴＡＵが算出され
る。

【００１８】ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋ ここで、ＴＰは基本燃料噴射時間を示し、Ｋは補正係数
を示している。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。理論空燃比とは、空
気と燃料の混合気において、燃料量が空気中の酸素量に
対して完全燃焼する量となるような混合比率をいう。

【００１９】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及び機関回
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。

【００２０】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調整するための係数であって、Ｋ＝
１．０のとき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、Ｋ＜１．０のとき機関シリ
ンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比より大
きくなり、すなわちリーンとなり、Ｋ＞１．０のとき機
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
より小さくなり、すなわちリッチとなる。

【００２１】この補正係数Ｋの値は、サージタンク１０
内の絶対値ＰＭ及び機関回転数Ｎに対して予め定められ
ており、図３にその一例を示す。この例では、サージタ
ンク１０内の絶対圧ＰＭが比較的低い領域、すなわち一
定速度で走行するような機関低中負荷運転領域では補正
係数Ｋの値が、１．０より小さい値とされ、機関シリン
ダ内供給される混合気の空燃比がリーンとされる。

【００２２】一方、サージタンク１０内の絶対圧ＰＭが
比較的高い領域、すなわち、加速運転時のような機関高
負荷運転領域では補正係数Ｋの値が１．０とされ、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と
される。また、サージタンク１０内の絶対圧ＰＭが最も
高くなる領域、すなわち機関全負荷運転領域では補正係
数Ｋの値が１．０より大きな値となり、機関シリンダ内
に供給される混合気の空燃比がリッチとされる。

【００２３】内燃機関では、通常、低中負荷運転される
頻度が最も高く、運転期間中の大部分においてリーン混
合気が燃焼される。次に、ＮＯx 吸収剤を使用した排気
浄化装置について説明する。

【００２４】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
ら明かなように、燃焼室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。

【００２５】ケーシング１８内に収容されたＮＯx 吸収
剤１７は、ＮＯx 吸蔵還元型触媒であり、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、イットリウムＹのような希土類
から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金
属とが担持されている。機関吸気通路及びＮＯx 吸収剤
１７上流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭
化水素）の比をＮＯx 吸収剤１７への流入排気ガスの空
燃比と称すると、このＮＯx 吸収剤１７は、流入排気ガ
スの空燃比がリーンのときはＮＯx 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ＮＯx を放出す
る。

【００２６】なお、ＮＯx 吸収剤１７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、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、ＮＯx 吸収剤１
７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、ＮＯx 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ＮＯx を放出・
還元する。 ＜ＮＯx の吸収・放出・還元メカニズム＞ＮＯx 吸収剤
（ＮＯx 吸蔵還元型触媒）１７でのＮＯx 吸収・還元
は、図５に示したようなメカニズムで行われると考えら
れている。このメカニズムは、担体上に白金Ｐｔ及びバ
リウムＢａを担持させた場合であるが、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のメ
カニズムとなる。

【００２７】まず、排気ガスがかなりリーンになると排
気ガス中の酸素濃度が大巾に増大するため、図５（Ａ）
に示すように酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で白金Ｐｔの
表面に付着する。次に、排気ガスに含まれる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 ）。

【００２８】その後、生成されたＮＯ₂ は、ＮＯx 吸収
剤のＮＯx 吸収能力が飽和しない限り、白金Ｐｔ上で酸
化されながら吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯ
と結合し、図５（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ
₃ ^- の形でＮＯx 吸収剤１９内に拡散する。このように
してＮＯx がＮＯx 吸収剤１７内に吸収される。

【００２９】これに対し、排気ガス中の酸素濃度が低下
した場合は、ＮＯ₂の生成量が低下し、前記反応とは逆
の反応によって、ＮＯx 吸収剤１９内の硝酸イオンＮＯ
₃ ^-は、ＮＯ₂ またはＮＯの形でＮＯx 吸収剤１７から放
出される。

【００３０】つまり、ＮＯx は、排気ガス中の酸素濃度
が低下すると、ＮＯx 吸収剤１７から放出されることに
なる。図４に示されたように、流入排気ガスのリーン度
合いが低くなれば、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度合いを低くすれ
ば、たとえ流入排気ガスの空燃比がリーンであってもＮ
Ｏx 吸収剤からＮＯx が放出されることとなる。

【００３１】一方、このとき、燃焼室３内に供給する混
合気がリッチにされて、排気ガスの空燃比がリッチにな
ると、図４に示すように多量の未燃ＨＣ，ＣＯがエンジ
ンから排出される。これら未燃ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ
上の酸素Ｏ₂ ^-又はＯ^2-とすぐに反応して酸化される。

【００３２】また、流入排気ガスの空燃比がリッチにな
ると、排気ガス中の酸素濃度は極度に低下するため、Ｎ
Ｏx 吸収剤１７は、ＮＯ₂ またはＮＯを放出する。この
ＮＯ ₂ またはＮＯは、図５（Ｂ）に示すように、未燃Ｈ
Ｃ、ＣＯと反応して還元される。このようにして白金Ｐ
ｔ上のＮＯ₂ またはＮＯが存在しなくなると、吸収剤か
ら次から次へとＮＯ₂ またはＮＯ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内
にＮＯx 吸収剤１７からＮＯx が放出される。白金Ｐｔ
上のＯ₂ ^-又はＯ^2-を消費しても未燃ＨＣ，ＣＯが残って
いれば、ＮＯx 吸収剤１７から放出されたＮＯx も、エ
ンジンから排出されたＮＯx も、この未燃ＨＣ，ＣＯに
よって還元される。

【００３３】従って、流入排気ガスの空燃比をリッチに
すれば短時間の内にＮＯx 吸収剤１７に吸収されている
ＮＯx が放出され、しかも、この放出されたＮＯx が還
元されるために大気中にＮＯx が排出されるのを阻止す
ることができる。

【００３４】また、ＮＯx 吸収剤１７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ＮＯx 吸収剤から放出されたＮＯx が還元され
る。しかし、流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にした
場合、ＮＯx 吸収剤１７からはＮＯx が徐々にしか放出
されないため、ＮＯx 吸収剤１７に吸収されている全Ｎ
Ｏx を放出するには長い時間を要する。

【００３５】流入排気ガスの空燃比をリーンの度合いを
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
たとしても、ＮＯx 吸収剤１７からＮＯx が放出され
る。従って、ＮＯx 吸収剤１７からＮＯx を放出させる
には、流入排気ガス中の酸素濃度を低下させればよいこ
ととなる。

【００３６】但し、ＮＯx 吸収剤１７からＮＯx が放出
されても、流入排気ガスの空燃比がリーンであると、Ｎ
Ｏx 吸収剤１７においてＮＯx が還元されない。そこ
で、この場合には、ＮＯx 吸収剤１７の下流に還元剤を
配置する必要がある。この点を考慮すると、流入排ガス
の空燃比をリッチにしてＮＯx 放出をした方が、別途還
元剤を設けずにすみ経済的である。 ＜ＮＯx 放出制御装置＞低温時の暖機運転時や全負荷運
転時は、図３に示すように、燃焼室３内に供給される混
合気の空燃比がリッチとなり、加速運転時は、混合気が
理論空燃比となる。それ以外の大部分の運転領域は、リ
ーン混合気が燃焼室３内において燃焼している。

【００３７】しかし、ＮＯx 吸収剤１７は、全負荷運転
時および加速運転時にＮＯx を放出しても、全負荷運転
或いは加速運転が行われる頻度が少ない場合、リーン混
合気が燃焼している間にＮＯx が徐々にたまってしま
い、ＮＯx の吸収能力が低下する。

【００３８】そうすると、しばらくしてＮＯx 吸収剤１
７は、ＮＯx を吸収できなくなってしまう。したがっ
て、ＮＯx をＮＯx 吸収剤１７に継続して吸収させるた
めには、リーン混合気が継続して燃焼している時でも、
周期的に流入排気ガスの酸素濃度を低下させる制御、す
なわち、排気ガスの空燃比を周期的にリッチにするか、
あるいは排気ガスの空燃比を周期的に理論空燃比にする
などし、ＮＯx 吸収剤１７から周期的にＮＯx を放出さ
せる必要がある。

【００３９】便宜上この制御を以下単にリッチ制御とい
うが、このリッチ制御の周期が長いと、リーン混合気の
燃焼が行われている間にＮＯx 吸収剤１７のＮＯx 吸収
能力が低下してしまい、ＮＯx を吸収できずに大気に放
出してしまう。一方、リッチ制御の周期を短くしすぎる
と、今度は燃料消費量が増大してしまう。従って、リッ
チ制御はこれらを考慮した最適なタイミングで行う必要
がある。

【００４０】本実施例におけるＮＯx 放出制御装置で
は、ＮＯx 吸収剤１７に吸収されたＮＯx 量が予め定め
た基準を越えたときにリッチ制御を行うようにし、しか
も、希薄燃焼の度合いに応じてその基準を変化させるよ
うにしている。

【００４１】この例では、ＮＯx 吸収剤１７から周期的
に放出制御をするためのプログラムが、あらかじめ、前
記ＲＯＭに記憶され、このプログラムによって前記ＣＰ
Ｕ３４上に以下の手段がＮＯx 放出制御装置として実現
される。

【００４２】すなわち、図６に示したように、本装置
は、前記各種センサーから入力された機関回転数、負荷
情報、触媒温度等の検出した諸条件から、機関からのＮ
Ｏx 排出量を推定するＮＯx 排出量推定手段５１と、Ｎ
Ｏx 吸収剤１７に吸収されたＮＯx 吸収量を推定するＮ
Ｏx 吸収量推定手段５２と、前記各諸条件からＮＯx 吸
収剤前後の空燃比を算出する空燃比算出手段５３と、こ
の空燃比算出手段５３で算出した空燃比及び前記各種諸
条件とからＮＯx 吸収剤におけるＮＯx 吸収容量を推定
するＮＯx 吸収容量推定手段５４と、このＮＯx 吸収容
量推定手段５４で推定したＮＯx 吸収容量からＮＯx 飽
和判定値を決定するＮＯx 飽和判定値決定手段５５と、
ＮＯx 吸収量推定手段５２で推定したＮＯx 吸収量がＮ
Ｏx 飽和判定値以上となったときリッチ制御を実行する
リッチ制御実行手段５６とを備える。

【００４３】よって、これら手段が、本発明でいう、希
薄燃焼時に前記ＮＯx 吸収剤に吸収されたＮＯx 吸収量
を推定し、推定したＮＯx 吸収量が前記ＮＯx 吸収剤で
のＮＯx 吸収許容量を越えたと判断したとき、排気酸素
濃度を低下させる排気酸素濃度低下制御手段６１であ
る。

【００４４】ここで、本実施例の装置における、機関か
らのＮＯx 排出量を推定するＮＯx排出量推定手段５１
と、ＮＯx 吸収剤１７に吸収されたＮＯx 吸収量を推定
するＮＯx 吸収量推定手段５２と、について説明する。

【００４５】ＮＯx 吸収剤１７に吸収されているＮＯx
量を求める場合、ＮＯx 吸収剤１７に吸収されている総
ＮＯx 量を直接検出することは困難である。そこで、こ
こでは機関から排出された排気ガス中のＮＯx 排出量を
推定し、その排出ＮＯx 量からＮＯx 吸収剤１７に吸収
されるＮＯx 吸収量を推定するようにした。

【００４６】すなわち、機関回転数Ｎが高くなるほど機
関から単位時間あたり排出される排気ガス量が増大する
ので、機関回転数が高くなるにつれて機関から排出され
るＮＯx 量は増大する。また、機関負荷が高くなるほ
ど、すなわち、サージタンク１０内の絶対圧ＰＭが高く
なるほど各燃焼室３から排出される排気ガス量が増大
し、しかも、燃焼温度が高くなるので、機関負荷が高く
なるほど（サージタンク内絶対圧が高くなるほど）機関
から単位時間あたり排出されるＮＯx 量が増大する。

【００４７】図７（Ａ）は実験により求められた単位時
間あたりに機関から排出されるＮＯx 量と、サージタン
ク１０内の絶対圧ＰＭ、機関回転数Ｎとの関係を示して
おり、、各曲線は同一ＮＯx 量を示している。この図に
示されるように、単位時間あたりに機関から排出される
ＮＯx 量は、サージタンク１０内の絶対圧ＰＭが高くな
るほど多くなり、また、機関回転数Ｎが高くなるほど多
くなる。なお、図７（Ａ）に示されるＮＯx 量は図７
（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記
憶されている。従って、この図７（Ｂ）のマップから、
ＮＯx 排出量を推定できるのである。

【００４８】次に、ＮＯx 吸収容量推定手段５４につい
て説明する。ＮＯx 吸収容量推定手段５４は、まず、図
８に示したような、ＮＯx 吸収剤への流入排気ガス温度
と、ＮＯx 吸収容量との関係から、ＮＯx 吸収剤のＮＯ
x 吸収容量を推定する。すなわち、排気ガス温Ｔが低く
なると、触媒（吸収剤）の活性が低下するために、ＮＯ
x 吸収容量NoxCAPが低下し、また排気ガス温度の上昇に
よりＮＯx 吸収剤の温度が高くなると、ＮＯx 吸収剤に
含まれていたＮＯx が分解して自然放出するため、ＮＯ
x 吸収容量は小さくなる。従って、ＮＯx 吸収容量は排
気ガス温がほぼ３５０℃から５００℃の間で大きくな
る。

【００４９】ＮＯx 吸収容量は基本的には排気ガス温に
より決まるが、希薄燃焼すなわちリーンの度合いによっ
ても変化することが知見された。本発明にあっては、空
燃比とＮＯx 吸収容量との関係は、図９に示したよう
に、空燃比が大きくなるほど、すなわち、酸素濃度の大
きいリーン状態であるほどＮＯx 吸収剤１７でのＮＯx
吸収容量が大きくなることが、実験により判明した。

【００５０】そこで、前記ＮＯx 吸収容量推定手段５４
は、図８で関係から求めたＮＯx 吸収容量に、図９に示
した関係を考慮して、修正を加える。空燃比とＮＯx 吸
収容量との関係は予めマップの形でＲＯＭに備えられ、
空燃比算出手段５３で算出した空燃比に対応するＮＯx
吸収容量をＲＯＭのマップから読み出すようにしてい
る。そして、空燃比の変化に応じて、ＮＯx 吸収容量の
変化の度合いが判明するので、その変化の度合いを図８
で求めたＮＯx 吸収容量に乗じれば、修正後のＮＯx 吸
収容量を求めることができる。

【００５１】また、マップには、ＮＯx 吸収容量に対応
するＮＯx 飽和判定値が設定されている。ＮＯx 飽和判
定値決定手段５５は、このマップからＮＯx 吸収容量に
対応するＮＯx 飽和判定値を読み出す。

【００５２】リッチ制御実行手段５６は、ＮＯx 吸収剤
に吸収されたＮＯx 吸収量がこのＮＯx 飽和判定値を越
えたとき、ＮＯx 吸収許容量を越えたと判断し、リッチ
制御を開始する。

【００５３】なお、ＮＯx 飽和判定値は、ＮＯx 吸収容
量の値のＸ％である。ここでは、Ｘ＝１００すなわちＮ
Ｏｘ吸収容量自体と同一値でもよいが、たとえばＮＯx
吸収容量の５０％等、ＮＯx 吸収容量の値より低めに設
定する。ＮＯx 吸収剤が劣化したとき、実際のＮＯx 吸
収量がＮＯx 吸収容量に至る前にＮＯx 吸収剤が飽和し
てしまうが、このとき、ＮＯx 飽和判定値がＮＯx 吸収
容量と同一値であると、リッチ制御を開始する前にすで
にＮＯx 吸収剤が飽和し、吸収できなかったＮＯx を大
気に放出することとなる。ＮＯx 飽和判定値を前記のよ
うにＮＯx 吸収容量より低めにすることで、ＮＯx 吸収
剤の劣化に備えてＮＯx 放出制御を確実に行える。

【００５４】本発明の特徴的な点は、リーン（希薄燃
焼）の度合いが大きいほど前記排気酸素濃度低下制御手
段６１による排気酸素濃度低下制御の開始時期を遅延さ
せる遅延手段６２を備えた点であるが、本実施例では、
空燃比検出手段５３と、ＮＯx吸収容量推定手段５４
と、ＮＯx 飽和判定値決定手段５５と、リッチ制御実行
手段５６とが、前記遅延手段６２を実現しているといえ
る。

【００５５】なお、希薄燃焼（リーン）の度合いが変化
する原因としては、外界条件の変化やセンサ類のフェイ
ルによって空燃比が変化する場合がある。その他に、運
転領域毎にリーンの度合いが変化する。すなわち、定常
運転の時にはトルクはそれほど必要ではないので空燃比
を大きくリーン側で制御し、加速が必要な運転の時に
は、理想空燃比（ストイキ）に近いリーンで制御する。
＜リッチ制御のタイミング＞このように、ＮＯx 吸収容
量推定手段５４で推定するＮＯx 吸収剤のＮＯx 吸収容
量が変動することに応じて、ＮＯx 飽和判定値も変動
し、よって、リッチ制御の実行時期も変動する。この様
子を示すリッチ制御のタイミングチャートを図１０に示
す。

【００５６】(a) リーン度合いが大きいとき リーン度合いが大きいとき、図１０で太い破線で示した
ように、エンジンから排出された、ＮＯx 吸収剤１７へ
の流入排気ガスのＮＯx 濃度は比較的低い。また、図か
ら明かなように、ＮＯx 吸収剤１７でのＮＯx 吸収容量
が大きく（図の９(a)）、その結果飽和判定値も高いの
で、長時間ＮＯx を吸収できる。

【００５７】従って、リッチ制御の周期は図１０に示し
たように長くなる。この時のＮＯx吸収剤１７の出口側
ＮＯx 濃度は、図１０の下段に太い破線で示したように
変化する。なお、参考までに述べるが、仮にリッチ制御
を実行しなければ、ＮＯx 吸収剤出側ＮＯx 濃度は２点
鎖線で示したように変化し、流入排気ガスのＮＯx 濃度
に近づく。

【００５８】(b) リーン度合いが小さいとき リーン度合いが小さいとき、図１０で太い実線で示した
ように、エンジンから排出された、ＮＯx 吸収剤１７へ
の流入排気ガスのＮＯx 濃度は、リーン度合いが大きい
(a) の場合に比較して高い。また、図９から明かなよう
に、リーン度合いが大きい(a) の場合に比較して、ＮＯ
x 吸収剤１７でのＮＯx 吸収容量が小さく（図９の
(b)）、その結果飽和判定値も低いので、あまり長時間
ＮＯx を吸収できない。

【００５９】従って、リッチ制御の周期は図１０に示し
たようにリーン度合いが大きい(a)の場合に比較して短
くし、頻繁にリッチ制御を行う。この時のＮＯx 吸収剤
１７の出口側ＮＯx 濃度は、図１０の下段に太い実線で
示したように変化する。

【００６０】なお、参考までに述べるが、仮にリッチ制
御を実行しなければ、ＮＯx 吸収剤出側ＮＯx 濃度は１
点鎖線で示したように変化し、流入排気ガスのＮＯx 濃
度に近づく。また、ここで、リーン度合いが大きい(a)
の場合に比較して、出口側のＮＯx 濃度の傾きが大きい
理由は、図１０の中段に示したように、(b)の方が流入
排気ガスＮＯx 濃度が大きいためである。

【００６１】このように、リーン（希薄燃焼）の度合い
が大きいほど、リッチ制御実行手段５６（排気酸素濃度
低下制御手段）によるリッチ制御（排気酸素濃度低下制
御）の周期を長くし、すなわち、リッチ制御の開始時期
を遅延させている。 ＜リッチ制御のフロー＞ＮＯx 放出制御は、前記したよ
うに混合気を周期的にリッチにすることで行うが、その
制御の手順を図１１のフローチャートに従って説明す
る。図１１は一定時間毎の割込で実行される時間割込ル
ーチンを示している。

【００６２】まず、ステップ１０１において、燃料噴射
時間ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋにおける、補正係数Ｋが１.０よ
りも小さいか否かを判断することによって、リーン燃焼
かリッチ燃焼かを判定する。

【００６３】補正係数Ｋ＜１．０のとき、すなわち、混
合気をリーンにすべき運転状態のときにはステップ１０
２に進み、カウント値Ｄが零とされ、次いでステップ１
０３に進む。

【００６４】ステップ１０３では、圧力センサ１９によ
り検出されたサージタンク１０内の絶対圧ＰＭ及び機関
回転数Ｎに基づいて図７（Ｂ）に示すマップから単位時
間あたりの機関排出ＮＯx 量ＮijがＮＯx 排出量推定手
段５１によって算出される。

【００６５】次いで、ステップ１０４では、ＮＯx 吸収
量推定手段５２が、ＮＯx 量Ｎijに割込時間間隔△ｔを
乗算し、これらの積（Ｎij・△ｔ）がΣＮＯx に加算さ
れる。積（Ｎij・△ｔ）は割込時間間隔△ｔの間に機関
から排出されたＮＯx 量を表しており、これがＮＯx 吸
収剤に吸収されるので、ΣＮＯx はＮＯx 吸収剤に吸収
された総ＮＯx 量の推定値を表す。

【００６６】次いで、ステップ１０５では、温度センサ
により検出された排気ガス温Ｔに基づいて、図８に示す
関係からＮＯx 吸収容量推定手段５４によりＮＯx 吸収
容量NoxCAPが算出される。ＮＯx 吸収容量NoxCAPが算出
されると、ステップ１０６では、酸素濃度センサによっ
て検出したＮＯx 吸収剤への流入排気ガス中の酸素濃度
を基にＮＯx 吸収剤の雰囲気の空燃比を算出し、図９に
示したように、空燃比に従ってＮＯx 吸収容量を修正す
る。次いで、ステップ１０７でＮＯx 飽和判定値決定手
段５５によりＮＯx 飽和判定値が決定される。

【００６７】ステップ１０８では、ＮＯx 吸収剤に吸収
されたＮＯx 量（ΣＮＯx ）が飽和判定値を越えたか否
かを判定し、越えていない場合は、処理サイクルを終了
する。このときには、リーン混合気の燃焼が行われてお
り、機関から排出されるＮＯx がＮＯx 吸収剤に順次吸
収される。

【００６８】ステップ１０８で、ΣＮＯx が飽和判定値
を越えたと判断された場合、ステップ１０９に進み、Ｎ
Ｏx 放出のためにリッチ処理を行う。リッチ処理量は、
空燃比のリッチ度、処理時間により定まるので、リッチ
度の増減制御、処理時間の長短で処理量を制御する。リ
ッチ処理は、先に説明した ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋにおい
て、補正係数Ｋを変更し、燃料噴射時間（燃料噴射量）
ＴＡＵを変えることで行う。リッチ処理が完了すると、
処理サイクルを終了する。

【００６９】一方、ステップ１０１でＫ≧１．０である
と判断されたとき、すなわち、混合気をリッチまたは理
論空燃比にすべき機関運転状態であるときには、ステッ
プ１１８に進んでカウント値Ｄが１だけインクリメント
される。次いで、ステップ１１９では、カウント値Ｄが
一定値Ｄ₀ より大きくなったか否かが判定される。Ｄ＞
Ｄ₀ となったときには、ステップ１２０に進み、ΣＮＯ
x が零とされる。すなわち、リッチ混合気あるいは理論
空燃比の混合気の燃焼が一定時間継続したときにはＮＯ
x 吸収剤１７から全ＮＯx が放出したと考えられるの
で、吸収ＮＯx 量の推定値ΣＮＯx を零とするのであ
る。

【００７０】最後に、本発明の特徴的な点は、すでに説
明したように、リーン（希薄燃焼）の度合いが大きいほ
ど前記排気酸素濃度低下制御手段による排気酸素濃度低
下制御の開始時期を遅延させる遅延手段を備えた点であ
り、具体的には、図９に示したように、空燃比に従って
ＮＯx 吸収容量が変動する点に着目して、ＮＯx 放出の
ためのリッチ制御開始トリガーとなる飽和判定値を変動
させ、図１０に示したように、リーンの度合いが大きい
ほど、リッチ制御の開始時期を遅くした、あるいは、リ
ッチ制御の周期を長くしたのである。この点を除き、基
本的技術は、国際公開番号ＷＯ９３／２５８０６に記載
した技術と同一であり、本公開公報は本発明理解のた
め、可能な限り参照される。

【００７１】

【発明の効果】本発明は、希薄燃焼（リーン）の度合い
が大きいほど前記排気酸素濃度低下制御手段による排気
酸素濃度低下制御の開始時期を遅延させる遅延手段を備
えたので、外界条件の変化やセンサ類のフェイルなどに
よってリーン空燃比が変化した場合、リーンの度合いに
応じて最適なタイミングで排気酸素濃度低下制御（リッ
チ制御）を行うことができ、排気管からの大気へのＮＯ
x 排出量の増加や、燃費の悪化を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した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及び酸素の濃度を概略的に示すグラフ図である。

【図５】ＮＯx の吸放出作用を示す図である。

【図６】ＮＯx 放出制御装置を示すブロック図である。

【図７】機関から排出されるＮＯx 量を示す図である。

【図８】ＮＯx 吸収剤の吸収容量と排気ガス温度との関
係を示す図である。

【図９】空燃比とＮＯx 吸収容量との関係を示すグラフ
図である。

【図１０】定常走行時の空燃比制御とＮＯx の挙動を示
すタイミングチャート図である。

【図１１】リッチ制御手順を示したフローチャート図で
ある。

【符号の説明】

１…機関本体 ２…ピストン ３…燃焼室 ４…点火栓 ５…吸気弁 ６…吸気ポート ７…排気弁 ８…排気ポート ９…枝管 １０…サージタンク １１…燃料噴射弁 １２…吸気ダクト １３…エアクリーナ １４…スロットル弁 １５…排気マニホールド １６…排気管 １７…ＮＯx 吸収剤 １８…ケーシング １９…圧力センサ ２０…アイドルスイッチ ２１…クランクシャフト ２３…ギア位置検出器 ２４…車速センサ ２５…温度センサ ２６…機関回転数センサ ３０…電子制御ユニット ３１…双方向性バス ３２…ＲＯＭ（リードオンリーメモリ） ３３…ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ） ３４…ＣＰＵ（マイクロプロセッサ） ３５…入力ポート ３６…出力ポート ３７、３８…A/D変換器 ５１…ＮＯx 排出量推定手段 ５２…ＮＯx 吸収量推定手段 ５３…空燃比算出手段 ５４…ＮＯx 吸収容量推定手段 ５５…ＮＯx 飽和判定値決定手段５６…リッチ制御実行
手段 ６１…排気酸素濃度低下制御手段 ６２…遅延手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 希薄燃焼の度合いを運転状態に応じて変
   化させる内燃機関の排気系に設けられ、排気空燃比がリ
   ーンのときにＮＯx を吸収し、排気酸素濃度が低下する
   と吸収していたＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤と、 希薄燃焼時に前記ＮＯx 吸収剤に吸収されたＮＯx 吸収
   量を推定し、推定したＮＯx 吸収量が前記ＮＯx 吸収剤
   でのＮＯx 吸収許容量を越えたと判断したとき、排気酸
   素濃度を低下させる排気酸素濃度低下制御手段と、 を備えた内燃機関の排気浄化装置において、 希薄燃焼の度合いが大きいほど前記排気酸素濃度低下制
   御手段による排気酸素濃度低下制御の開始時期を遅延さ
   せる遅延手段を備えたことを特徴とする内燃機関の排気
   浄化装置。