JPH10280987A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JPH10280987A
JPH10280987A JP9085294A JP8529497A JPH10280987A JP H10280987 A JPH10280987 A JP H10280987A JP 9085294 A JP9085294 A JP 9085294A JP 8529497 A JP8529497 A JP 8529497A JP H10280987 A JPH10280987 A JP H10280987A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 機関停止中にＮＯX 吸収剤からＮＯX が放出
されることを防止する。 【解決手段】 内燃機関１の排気通路１７にＮＯX 吸収
剤１８を配置するとともに、機関１の燃料噴射量を制御
する制御回路３０を設ける。制御回路３０は機関１をリ
ーン空燃比で運転するとともに、ＮＯX 吸収剤に吸収さ
れたＮＯX 量を推定し、ＮＯX 吸収量が所定値に到達す
ると機関１をリッチ空燃比で運転してＮＯ X 吸収剤から
のＮＯX 放出と還元浄化を行う。また、制御回路３０
は、機関停止操作が行われたとき停止操作後直ちに機関
を停止せず、一定期間リッチ空燃比で運転した後機関停
止を行う。これにより、ＮＯX 吸収剤からＮＯX が放出
され還元浄化される。機関停止中ＮＯX 吸収剤内にはＮ
ＯX が保持されていないため、機関停止後のＮＯX 吸収
剤温度低下によりＮＯX 吸収剤から未浄化のＮＯX が放
出されることが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気通路に、流入排気の空燃
比がリーンのときに排気中の（窒素酸化物）ＮＯX を吸
収し、流入排気中の酸素濃度が低下したときに吸収した
ＮＯXを放出するＮＯX 吸収剤を配置し、機関をリーン
空燃比で運転中に上記ＮＯX 吸収剤に排気中のＮＯX を
吸収させる内燃機関の排気浄化装置が本願出願人により
既に提案されている（国際公開公報第ＷＯ９３−２５８
０６号参照）。同公報の排気浄化装置は、運転中にＮＯ
X 吸収剤に吸収されたＮＯX 量を推定する推定手段を備
えており、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量を運転中常時監
視している。そして、この吸収ＮＯX 量が予め定めた量
に到達したときにＮＯX 吸収剤に流入する排気の酸素濃
度を低下させてＮＯX 吸収剤から吸収したＮＯX を放出
させるとともに、放出されたＮＯX を排気中の未燃Ｈ
Ｃ、ＣＯ等の還元成分により還元浄化している（なお、
本明細書では上記ＮＯX 吸収剤からの吸収したＮＯX の
放出と還元浄化とを行うための操作を「ＮＯX 吸収剤の
再生操作」と呼ぶ）。上記公報の排気浄化装置では、Ｎ
ＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量が所定値に到達する毎に再生
操作を行うことにより、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量が
過度に増大してＮＯX 吸収剤が吸収したＮＯX により飽
和してしまうことが防止される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
にＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量が所定値に到達する毎に
ＮＯX 吸収剤の再生操作を行う場合には、機関停止後に
ＮＯX 吸収剤からＮＯXが放出され、浄化されないまま
大気に放出される可能性が生じる問題がある。後述する
ように、ＮＯX 吸収剤に吸収可能な最大ＮＯX 量（ＮＯ
X 飽和量）は温度により変化する。例えば、機関運転中
はＮＯX 吸収剤は最大ＮＯX 保持吸収量が最も大きくな
る温度範囲（例えば３００℃から５００℃程度）になる
ように、排気通路上でのＮＯX 吸収剤配置等が考慮され
ているため、上記再生操作を行うべきＮＯX 吸収量は比
較的大きな値（例えば、上記温度範囲におけるＮＯX 飽
和量の最大値の７０から８０％程度）に設定される。し
たがって、上記公報の装置では実際のＮＯX 吸収量が上
記所定値に到達する直前に機関が停止されたような場合
には機関停止後ＮＯX 吸収剤にかなりの量のＮＯX が吸
収されたままになっている状態が生じる。ところが、機
関が停止されると、放熱によりＮＯX 吸収剤温度が低下
するため、それに応じてＮＯX 吸収剤の最大ＮＯX 保持
量が低下することになる。このため、ＮＯX 吸収剤のＮ
ＯX 飽和量が、温度低下により機関停止時のＮＯX 吸収
量より低くなると、ＮＯX 飽和量を越えた分のＮＯX は
ＮＯ X 吸収剤から放出され、還元浄化されないまま大気
に放散する問題が生じる。
【０００４】この問題を防止するためには、上記再生操
作を開始するＮＯX 吸収量の所定値（再生操作開始吸収
量）を低く設定して、機関運転中にＮＯX 吸収剤に吸
収、保持されるＮＯX の量を低減し、温度低下時にもＮ
ＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量がＮＯX 飽和量を越えること
がないようにすれば良い。しかし、再生操作開始吸収量
を低く設定したのでは、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収能力
を十分に活用することができず、再生操作実行頻度が増
大することになる。再生操作実行頻度がいたずらに増大
すると、再生操作時の空燃比変動によるドライバビリテ
ィの悪化や燃費の悪化等の問題が生じる可能性があるた
め好ましくない。
【０００５】そこで、本発明は上記問題に鑑み、ＮＯX
吸収剤のＮＯX 吸収能力を十分に活用し、再生操作実行
頻度の不必要な増大を抑制しながら機関停止中のＮＯX
吸収剤から未浄化のＮＯX が放出されることを防止可能
な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的として
いる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、内燃機関の排気通路に配置した、流入する排気
の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯX を吸収しリッ
チ空燃比雰囲気下で吸収したＮＯX を放出、還元浄化す
るＮＯX 吸収剤と、機関運転中に、予め定めた条件が成
立したときに前記ＮＯX 吸収剤をリッチ空燃比雰囲気に
することにより、前記ＮＯX 吸収剤から吸収したＮＯX
を放出させるとともに放出されたＮＯXを還元浄化する
再生手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において機関
運転停止操作が行われた後に、予め定めた時間前記ＮＯ
X 吸収剤をリッチ空燃比雰囲気に保持することにより、
吸収したＮＯX をＮＯX 吸収剤から放出させる停止時再
生手段を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装
置が提供される。
【０００７】すなわち、本発明においても再生手段は機
関運転中、予め定めた条件が成立する毎に、例えばＮＯ
X 吸収剤のＮＯX 吸収量が所定値に到達する毎に、ＮＯ
X 吸収剤の再生を行う。このため、ＮＯX 吸収剤再生条
件が成立する直前に機関が停止された場合にはＮＯX 吸
収剤には比較的多量のＮＯX が吸収、保持されており機
関停止後のＮＯX 吸収剤温度低下とともに、ＮＯX 吸収
剤からＮＯX が放出され未浄化のまま大気に放散する可
能性がある。また、停止後短時間で機関が再始動され、
ＮＯX 吸収剤の温度が低下しなかったような場合には、
機関始動時からＮＯX 吸収剤には比較的多量のＮＯX が
吸収されていることになるため、機関始動後ＮＯX 吸収
剤の再生条件が成立するまでの間にＮＯX 吸収剤のＮＯ
X 吸収量が増大してしまい、ＮＯX 吸収剤が飽和する可
能性がある。
【０００８】しかし、本発明では停止時再生手段が機関
停止操作が行われた後所定の時間ＮＯX 吸収剤をリッチ
空燃比雰囲気に保持し、ＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出
させ還元浄化する。従って、機関停止後ＮＯX 吸収剤は
ＮＯX 吸収量が非常に低い状態で保持されることになる
ため、機関停止後ＮＯX 吸収剤温度が低下してもＮＯ X
吸収剤からはＮＯX が放出されることがない。また、停
止後短時間で機関が再始動された場合でもＮＯX 吸収剤
は吸収量が非常に低い状態でＮＯX の吸収を開始するた
め、次にＮＯX 吸収剤の再生条件が成立して再生操作が
実行されるまでにＮＯX 吸収剤が吸収したＮＯX で飽和
する事態が防止される。
【０００９】なお、機関停止操作後にＮＯX 吸収剤を所
定時間リッチ空燃比に保持する方法としては、例えば機
関停止操作（イグニッションスイッチのオフ操作）後直
ちに機関を停止せず、所定時間機関への供給量を増量し
て機関をリッチ空燃比運転することによりＮＯX 吸収剤
にリッチ空燃比の排気を供給するようにしても良いし、
排気通路のＮＯX 吸収剤入口側にノズルを設け、機関停
止操作後所定期間このノズルからＮＯX 吸収剤にＮ
Ｈ3 、ＣＯ等の還元性を有する物質やＨＣ、ＣＯ2等を
含む物質（還元剤）を供給することによりＮＯX 吸収剤
をリッチ空燃比雰囲気に保持するようにしても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。図１は本発明の排気浄化装
置を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略
構成を示す図である。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は排気ポートをそ
れぞれ示す。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
付けられる。サージタンク１０は吸気ダクト１２および
エアフローメータ１３を介してエアクリーナ１４に連結
され、吸気ダクト１２内にはスロットル弁１５が配置さ
れる。一方、排気ポート８は排気マニホルド１６および
排気管１７を介してＮＯX吸収剤１８を内蔵したケーシ
ング１９に接続されている。
【００１１】制御回路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Ｒ
ＯＭ（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）３
４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。
エアフローメータ１３は吸入空気量に比例した出力電圧
を発生し、この出力電圧がＡＤ変換器３７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２
３が接続される。一方、出力ポート３６は点火回路３
８、駆動回路３９を介してそれぞれ点火栓４および燃料
噴射弁１１に接続される。
【００１２】図１に示す内燃機関では例えば次式に基づ
いて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。 ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋt ここでＴＰは基本燃料噴射時間を示しており、Ｋt 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。この基本燃料噴
射時間ＴＰは予め実験により求められ、機関負荷Ｑ／Ｎ
（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）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ＲＯＭ３
２内に記憶されている。補正係数Ｋt 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Ｋt ＝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Ｋt ＜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、すなわちリーンとなり、Ｋ
t ＞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、すなわちリッチと
なる。
【００１３】図１に示される内燃機関では通常例えばＫ
t ＝０．７に維持されており、機関シリンダ内に供給さ
れる混合気の空燃比はリーンとなってシリンダ内ではリ
ーン混合気の燃焼が行われる。図３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３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１９内に収容されているＮＯX
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なくとも一つ
と、白金Ｐt 、ロジウムＲｈ等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ＮＯX 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の比をＮＯX
吸収剤１８への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ＮＯX の吸放出作用を行
う。なお、ＮＯX 吸収剤１８上流の排気通路内に燃料或
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ＮＯX 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 を放出することになる。
【００１５】上述のＮＯX 吸収剤１８を機関排気通路内
に配置すればこのＮＯX 吸収剤１８は実際にＮＯX の吸
放出作用を行う。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が、概略図４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の白金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】すなわち、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幅に増大し、図４
(A) に示されるようにこれら酸素Ｏ2 がＯ2 - または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 - またはＯ2-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４(A) に示されるように硝酸イオンＮＯ3 - 形で
吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯX がＮＯX 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ＮＯX 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、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。すなわち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると
ＮＯX 吸収剤１８からＮＯX が放出されることになる。
図３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流入排気ガスが
リーンであってもＮＯX 吸収剤１８からＮＯX が放出さ
れることになる。
【００１８】一方、このとき流入排気ガスの空燃比をリ
ッチにすると図３に示されるように機関からは多量の未
燃ＨＣ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは白金
Ｐt上の酸素Ｏ2 - またはＯ2-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をリッチにすると流
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ＮＯ2 が放出され、このＮＯ2 は図４(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ＮＯX 吸収剤１８からＮＯX が放出されることにな
る。
【００１９】すなわち、流入排気ガスの空燃比をリッチ
にするとまず未燃ＨＣ、ＣＯが白金Ｐt 上のＯ2 - また
はＯ2-と直ちに反応して酸化され次いで白金Ｐt 上のＯ
2 -またはＯ2-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ＮＯX および機関から排出されたＮＯX が還元さ
れる。
【００２０】前述したように図１に示した内燃機関では
通常機関シリンダ内に供給される混合気はリーン（例え
ばＫt ＝０．７）に維持されており、このとき発生する
ＮＯ X はＮＯX 吸収剤１８に吸収される。ところがＮＯ
X 吸収剤１８がＮＯX 吸収を続けるとＮＯX 吸収剤１８
に吸収されたＮＯX 量が増大して徐々にＮＯX 吸収能力
が低下する。また、ＮＯX 吸収剤１８が最大ＮＯX 保持
量（飽和量）までＮＯ X を吸収すると、ＮＯX 吸収剤１
８はもはや排気中のＮＯX を吸収できなくなり、機関か
ら排出されたＮＯX はそのまま大気に放出されるように
なる。
【００２１】そこで、本実施形態では、ＮＯX 吸収剤１
８に吸収されたＮＯX の量を推定し、推定したＮＯX 吸
収量が予め定めた量（例えばＮＯX 吸収剤１８の飽和量
の７０から８０％程度）に到達したときには、図５に示
すように機関シリンダ内に供給される混合気を一定時間
ＣＴ0 だけリッチ（Ｋt ＝ＫＫ＞１．０）とし、それに
よってＮＯX 吸収剤１８から吸収したＮＯX を放出さ
せ、排気中のＨＣ、ＣＯ成分により還元浄化するように
している。すなわち、本実施形態では、ＮＯX 吸収剤１
８のＮＯX 吸収量が予め定めた所定値に到達する毎にＮ
ＯX 吸収剤１８の再生操作を行うようにしている。
【００２２】次に、本実施形態における、ＮＯX 吸収剤
１８のＮＯX 吸収量推定方法について説明する。機関か
らのＮＯX 排出量は機関負荷条件（例えば機関１回転当
たりの吸入空気量Ｑ／Ｎと機関回転数Ｎ）に応じて変化
する。一方、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量は機関からの
ＮＯX 排出量に応じて増大するため、機関からのＮＯX
排出量を積算することによりＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収
量を正確に推定することができる。そこで、本実施形態
では機関運転一定時間毎に機関の単位時間当たりのＮＯ
X発生量に一定の係数を乗じたものを積算し、この積算
値（ＮＯX カウンタＣＲ）を用いてＮＯX 吸収剤に吸収
されたＮＯX 量を判定するようにしている。
【００２３】図６は、機関の単位時間当たりのＮＯX 発
生量の機関負荷条件による変化を示す図である。図６に
おいて、縦軸は機関１回転当たりの吸入空気量Ｑ／Ｎ、
横軸は機関回転数Ｎを示す。図６に示すように、機関の
単位時間当たりのＮＯX 発生量は、Ｑ／Ｎが同一であれ
ば機関回転数Ｎが高いほど、また回転数Ｎが同一であれ
ばＱ／Ｎが大きいほど大きな値になる。本実施形態で
は、図６に示した単位時間当たりのＮＯX 発生量をＱ／
ＮとＮとを用いた、図２と同様な形式の数値テーブルと
して制御回路３０のＲＯＭ３２に予め格納してあり、一
定時間毎にＱ／ＮとＮとの値を読み込み、このＱ／Ｎ、
Ｎの値を用いて数値テーブルからＮＯX 発生量を読み出
して積算することにより、ＮＯX 吸収剤１８のＮＯX 吸
収量を推定している。
【００２４】図７は、本実施形態におけるＮＯX 吸収剤
１８のＮＯX 吸収量推定操作を示すフローチャートであ
る。本ルーチンは、制御回路３０により一定時間毎に実
行される。図７においてルーチンがスタートすると、ス
テップ７０１では、機関回転数Ｎと吸入空気量Ｑとが、
それぞれセンサ２３と１３とから読み込まれ、ステップ
７０３では読み込んだＮとＱとから機関１回転あたりの
吸入空気量Ｑ／Ｎが算出され、Ｑ／ＮとＮの値から、予
めＲＯＭ３２に格納した機関の単位時間当りＮＯX発生
量（図６）を表す前述の数値テーブルに基づいて、単位
時間当たりのＮＯX発生量ＫＮＯX を算出する。そし
て、ステップ７０５では、ＫＮＯX の値を積算してＮＯ
X 吸収量カウンタＣＲの値を求めルーチンを終了する。
【００２５】なお、本実施形態では、上記により機関単
位時間当たりのＮＯX 発生量に基づいてＮＯX 吸収量カ
ウンタＣＲの値を算出しているが、ＮＯX 吸収剤１８の
ＮＯ X 吸収量は機関のリーン空燃比運転時間に応じて増
大すると考えられるため、機関がリーン空燃比で運転さ
れている間一定時間毎にカウンタＣＲの値を一定量ずつ
カウントアップして、カウンタＣＲの値を簡易に設定す
るようにしてもよい。
【００２６】図８は、本実施形態におけるＮＯX 吸収剤
の再生操作を示すフローチャートである。本ルーチン
は、図１の制御回路３０により一定時間毎に実行され
る。図８においてルーチンがスタートすると、ステップ
８０１ではＮＯX 吸収剤１８の再生操作を実行すべきか
否か、すなわちＮＯX 吸収量カウンタＣＲの値が所定値
ＣＲ0 以上になっているか否かが判定される。本実施形
態では、ＣＲ0 の値は、例えば後述するＮＯX 吸収剤の
ＮＯX 飽和量の最大値ＫＭＡＸの７０から８０％程度の
値に設定されている。
【００２７】図８ステップ８０１でＲ＜ＣＲ0 の場合に
はＮＯX 吸収剤１８のＮＯX 吸収量は少なく再生操作を
実行する必要はないため、ステップ８０３で再生操作フ
ラグＸＦの値を０にセットしてそのままルーチンを終了
する。なお、フラグＸＦの値が０にセットされると、別
途実行される燃料噴射量演算ルーチンでは、前述の補正
係数Ｋｔの値はＫｔ＝０．７に設定され、機関はリーン
空燃比運転される。これにより、ＮＯX 吸収剤１８はＮ
ＯX の吸収を継続する。一方ステップ８０１でＣＲ≧Ｃ
Ｒ0 の場合には、ＮＯX 吸収剤１８のＮＯX 吸収量が増
大しており再生操作を実行する必要があるためステップ
８０５に進み、再生操作フラグＸＦの値を１に設定す
る。フラグＸＦの値が１にセットされると、別途実行さ
れる燃料噴射量演算ルーチンでは、補正係数Ｋｔの値は
Ｋt ＝ＫＫにセットされる。ＫＫの値は１．０より大き
い値とされ、本実施形態では例えばＫＫ＝１．０４程度
の値に設定されている。従って、ステップ８０５で補正
係数Ｋｔの値がＫＫにセットされると機関はリッチ空燃
比運転され、リッチ空燃比の排気がＮＯX 吸収剤１８に
流入するため、ＮＯX 吸収剤１８から吸収したＮＯX が
放出され排気中のＨＣ、ＣＯ成分により還元浄化され
る。
【００２８】ステップ８０７から８０９は再生操作の終
了動作を示している。本実施形態では、ＮＯX 吸収剤１
８の再生操作は予め定めた時間が経過すると終了する。
すなわち、ステップ８０７では経過時間カウンタＣＴが
カウントアップされ、カウンタＣＴが一定値ＣＴ0 に到
達すると、すなわち再生操作が一定時間実行されると
（ステップ８０８でＣＴ≧ＣＴ0 ）、カウンタＣＲ及び
ＣＴの値がクリアされる。これにより、次回ルーチン実
行時にはステップ８０１の次にステップ８０３が実行さ
れるため、再生フラグＸＦの値は０にセットされるよう
になる。これにより、別途実行される燃料噴射量演算ル
ーチンでは補正係数Ｋｔの値は再び０．７にセットされ
機関はリーン空燃比運転されるようになる。
【００２９】なお、上記カウンタ値ＣＴ0 は、ＮＯX 吸
収量カウンタの値ＣＲ0 に相当する量のＮＯX が保持さ
れている場合にＮＯX 吸収剤から全量のＮＯX を放出さ
せるのに十分な再生時間である。ＣＴ0 の値は使用する
ＮＯX 吸収剤の種類、容量に応じて異なってくるため、
詳細には実際のＮＯX 吸収剤を用いた実験等により決定
することが好ましい。
【００３０】上述のように、機関の運転中はＮＯX 吸収
剤１８のＮＯX 吸収量が増大して所定値に到達する毎に
再生操作が実行されるため、ＮＯX 吸収剤１８から未浄
化のＮＯX が放出されることはない。しかし、上記のよ
うに機関の運転中所定条件が成立する毎にＮＯX 吸収剤
１８の再生操作を実行していると、機関停止時のＮＯ X
吸収剤１８のＮＯX 吸収量によっては停止中にＮＯX 吸
収剤１８から未浄化のＮＯX が放出される場合が生じ
る。以下、図９を用いてこの問題を詳細に説明する。
【００３１】図９はＮＯX 吸収剤が吸収、保持可能なＮ
ＯX 量の温度による変化を説明するグラフである。ＮＯ
X 吸収剤の吸収保持可能なＮＯX 量（ＮＯX 飽和量）は
図９に示すように温度とともに変化するが、図９に示し
た各温度におけるＮＯX 飽和量以上にＮＯX を吸収、保
持することはできない。また、ＮＯX 吸収剤は硝酸塩の
形で吸収剤内にＮＯX を保持するが、ＮＯX 吸収剤の温
度が低い領域では吸収剤の硝酸塩吸収容量は温度ととも
に増大するため、図９に示すように低温領域ではＮＯX
吸収剤の保持可能なＮＯX 量は温度とともに増大する。
しかし、温度が過度に増大するとＮＯX 吸収剤内に吸収
された硝酸塩が熱分解するようになり、ある温度以上の
領域では温度上昇とともにＮＯX 吸収剤の保持可能なＮ
ＯX 量は低下する。すなわち、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 飽
和量はある温度で最大値（図９ＫＭＡＸ）となる。通
常、ＮＯX 吸収剤は機関運転時にＮＯX 飽和量が最大値
をとる温度近傍の範囲（例えば３００℃から５００℃程
度）になるような位置、すなわち流入する排気温度が図
９に示した常用温度範囲になるような排気通路上の位置
に配置されており、ＮＯX 吸収剤の吸収能力を最大限に
利用するようになっている。
【００３２】ところで、前述の実施形態では機関運転中
ＮＯX 吸収剤１８のＮＯX 吸収量が前述のＮＯX 吸収量
カウンタの値でＣＲ0 に相当する量（ＮＯX 飽和量の最
大値ＫＭＡＸの７０から８０％程度の量）に到達すると
再生操作を実行するようにしている。このため、吸収量
がＣＲ0 に到達する直前に機関が停止されたような場合
には、ＮＯX 吸収剤には最大でＣＲ0 に相当する量のＮ
ＯX が保持されたままになっている。この状態で機関停
止後ＮＯX 吸収剤の温度が低下すると、温度とともにＮ
ＯX 飽和量が低下し、冷却後の温度におけるＮＯX 飽和
量が吸収したＮＯX 量を下回るようになった場合には、
飽和量を越える分のＮＯX がＮＯX 吸収剤１８から放出
されるようになる。しかも、機関停止中はＮＯX 吸収剤
を含む排気系はほぼ大気と同じ酸素濃度（すなわち極め
てリーンな空燃比）になっているため、放出されたＮＯ
X は浄化されることなくそのまま大気に放出されるよう
になる。このため、例えば機関停止時にＮＯX 吸収剤１
８にＣＲ0 に相当する量のＮＯX が保持されていたよう
な場合には、ＮＯX 吸収剤が冷却されると図９に斜線で
示した領域に相当する量の未浄化のＮＯX が大気に放出
されることになる。
【００３３】一方、停止後短時間で機関が再始動された
ような場合にはＮＯX 吸収剤の冷却による未浄化のＮＯ
X の放出は生じないが、この場合には機関再始動時には
ＮＯ X 吸収剤には既に飽和量に近い量のＮＯX が保持さ
れていることになる。一方、前述の実施形態では機関再
始動時にはＮＯX 吸収量カウンタＣＲの値は初期値
（０）にリセットされるため、運転開始後ＮＯX 吸収量
カウンタの値がＣＲ０に到達して再生操作が実行される
までの間にＮＯX 吸収剤が吸収したＮＯX で飽和してし
まう場合がある。このような事態が生じると、機関から
排出されたＮＯX はＮＯX 吸収剤に吸収されないまま大
気に放出されるため、この場合には機関運転中に未浄化
のＮＯX が大気に放出されるようになってしまう。
【００３４】本実施形態では、上記により生じる未浄化
のＮＯX 放出を防止するため、機関停止時にＮＯX 吸収
剤の再生操作を行いＮＯX 吸収剤から吸収したＮＯX を
放出させ、機関停止後にはＮＯX 吸収剤内にＮＯX が残
留しないようにしている。このように、機関停止後のＮ
ＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量がほぼ０の状態になるように
したことにより、機関停止後にＮＯX 吸収剤の温度が低
下した場合や、短時間の停止後に機関が再始動されたよ
うな場合でも未浄化のＮＯX が大気に放出される事態が
完全に防止される。
【００３５】図１０は、本実施形態の機関停止時再生操
作を説明するフローチャートである。本ルーチンは制御
回路３０により一定時間毎に実行される。図１０のルー
チンでは、制御回路３０は機関停止操作（機関のイグニ
ッションスイッチがオフにされた動作）を検出し、停止
操作検出後直ちには機関を停止せず所定時間機関をリッ
チ空燃比で運転して再生操作を行った後に機関を停止す
るようにしている。
【００３６】すなわち、図１０ステップ１００１では、
現在イグニッションスイッチがオフにされているか否か
が判定され、現在イグニッションスイッチがオンであっ
た場合には現在機関が運転中であるため、ステップ１０
０３以下の動作を行うことなくそのままルーチンを終了
し、機関の運転を継続する。ステップ１００１でイグニ
ッションスイッチがオフであった場合には、次にステッ
プ１００３で前回ルーチン実行時にイグニッションスイ
ッチがオンであったか否かを判定する。ステップ１００
３で前回イグニッションスイッチがオン状態であった場
合には、今回のルーチン実行はイグニッションスイッチ
がオフ、すなわち機関停止操作が行われてから最初のル
ーチン実行であるため、ステップ１００５に進み、機関
停止後の時間の計時を開始するために停止後経過時間カ
ウンタＣＳＴの値を０にセットしてステップ１００７に
進む。また、ステップ１００３で前回ルーチン実行時に
もイグニッションスイッチがオフ状態であった場合、す
なわち今回が機関停止操作が行われてから最初のルーチ
ン実行でなかった場合には、ステップ１００５を実行す
ることなくそのままステップ１００７に進む。ここで、
カウンタＣＳＴは制御回路３０により１秒間隔で実行さ
れる図１１のルーチンによりカウントアップされるカウ
ンタであり、ステップ１００５の操作により機関停止操
作が実行されてからの経過時間を表すようになる。
【００３７】ステップ１００７では、現在機関が停止し
てから予め定めた所定時間ＣＳＴ1が経過しているか否
かが判定される。そして、時間ＣＳＴ１が経過していな
い場合、すなわちＣＳＴ＜ＣＳＴ1 であった場合にはス
テップ１００９に進み前述の再生操作フラグＸＦの値を
１にセットしてからルーチンを終了する。また、ステッ
プ１００７で所定時間ＣＳＴ1 が経過していた場合、す
なわちＣＳＴ≧ＣＳＴ 1 であった場合にはステップ１０
１１に進みＮＯX 吸収量カウンタＣＲの値を０にリセッ
トし、再生操作フラグＸＦの値を０にセットしてからス
テップ１０１３でメインリレーをオフにして機関を停止
させる。すなわち、ステップ１００７から１０１３の操
作では、機関停止操作（イグニッションスイッチオフ動
作）が行われてから所定時間ＣＳＴ1 の間は機関はリッ
チ空燃比運転（ＸＦ＝１）され、ＣＳＴ1 経過後に機関
が停止される。ここで、ＣＳＴ1 はＮＯX 吸収剤にＮＯ
X吸収量カウンタの値でＣＲ0 に相当する量のＮＯX が
保持されていた場合にもほぼ全量のＮＯX をＮＯX 吸収
剤から放出させるのに十分な再生操作時間とされる。Ｃ
ＳＴ1 の値はＮＯX 吸収剤の種類、容量等によって異な
るため詳細には実際のＮＯX 吸収剤を用いた実験により
決定することが好ましいが、本実施形態では例えば１０
秒程度の時間とされている。
【００３８】上記ルーチンを実行することにより、機関
停止時には常にＮＯX 吸収剤に吸収されたＮＯX の全量
が放出、還元浄化されるため機関停止後や機関再始動後
にＮＯX 吸収剤から未浄化のＮＯX が放出されることが
防止される。なお、本実施形態では機関停止後の再生操
作継続時間ＣＳＴ1 は一定値（例えば１０秒）とされて
いるが、ＮＯX 吸収剤の再生に必要な時間は吸収剤内に
保持したＮＯX の量が少ないほど短くなる。そこで、Ｃ
ＳＴ1 の値を機関停止時のＮＯX 吸収剤内に保持された
ＮＯX 量に応じて変化させるようにしても良い。この場
合には、予めＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量（すなわち、
ＮＯX 吸収量カウンタＣＲの値）と、必要とされる再生
時間との関係を実験等により求めて制御回路３０のＲＯ
Ｍ３２にこの関係を格納しておき、機関停止時のＮＯX
吸収量カウンタＣＲの値に基づいて上記関係から再生時
間ＣＳＴ1 を決定するようにすればよい。
【００３９】また、本実施形態ではＮＯX 吸収剤１８の
停止時再生操作は機関停止操作後も一定の時間機関をリ
ッチ空燃比で運転することにより行っているが、他の方
法で停止時再生操作を行ってもよい。停止時再生操作の
他の方法としては、例えば排気管１７（図１）のＮＯX
吸収剤ケーシング１９入口部分にノズルを配置し、別途
設置した還元剤（例えば、ＨＣガス、ＮＨ3 等）容器か
ら機関停止後所定の期間上記ノズルを通じてＮＯX 吸収
剤１８に還元剤を供給することにより、ＮＯX吸収剤の
再生操作を行うようにしてもよい。この場合には、機関
停止操作後直ちに機関を停止することが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、機関運転中のＮＯX 吸
収剤の再生操作実行頻度が不必要に増大することを防止
しながら、機関停止後のＮＯX 吸収剤の温度低下や、短
時間の停止後に機関が再始動された場合等の大気への未
浄化のＮＯX 放出を防止することを可能とする優れた効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用内燃機関に適用した実施形態
の概略構成を示す図である。
【図２】図１の機関の燃料噴射量演算に用いるマップの
形式を示す図である。
【図３】空燃比による排気ガス性状の変化を示す図であ
る。
【図４】ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸放出作用を説明する図
である。
【図５】ＮＯX 吸収剤の再生操作時の空燃比設定を説明
する図である。
【図６】機関の単位時間当たりＮＯX 発生量の機関負荷
条件による変化を示す図である。
【図７】ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量推定操作を説明す
るフローチャートである。
【図８】ＮＯX 吸収剤の再生操作の一実施形態を示すフ
ローチャートである。
【図９】ＮＯX 吸収剤のＮＯX 飽和量の温度による変化
を説明する図である。
【図１０】機関停止時のＮＯX 吸収剤再生操作を説明す
るフローチャートである。
【図１１】計時カウンタのカウントアップ操作を説明す
るフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関本体 １７…排気通路 １８…ＮＯX 吸収剤 ３０…制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 45/00 ＺＡＢ Ｆ０２Ｄ 45/00 ＺＡＢ ３１２ ３１２Ｇ ３２４ ３２４

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に配置した、流入す
    る排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯX を吸収
    しリッチ空燃比雰囲気下で吸収したＮＯX を放出、還元
    浄化するＮＯX 吸収剤と、機関運転中に、予め定めた条
    件が成立したときに前記ＮＯX 吸収剤をリッチ空燃比雰
    囲気にすることにより、前記ＮＯX 吸収剤から吸収した
    ＮＯX を放出させるとともに放出されたＮＯX を還元浄
    化する再生手段を備えた内燃機関の排気浄化装置におい
    て、 機関運転停止操作が行われた後に、予め定めた時間前記
    ＮＯX 吸収剤をリッチ空燃比雰囲気に保持することによ
    り、吸収したＮＯX をＮＯX 吸収剤から放出させる停止
    時再生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。
JP08529497A 1997-04-03 1997-04-03 内燃機関の排気浄化装置 Expired - Lifetime JP4034375B2 (ja)

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