JPH11294147A

JPH11294147A - 希薄燃焼内燃機関

Info

Publication number: JPH11294147A
Application number: JP10103040A
Authority: JP
Inventors: Takashi Dougahara; 隆堂ヶ原; Hiromitsu Ando; 弘光安東; Yasuki Tamura; 保樹田村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1998-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 1999-10-26
Anticipated expiration: 2018-04-14
Also published as: JP3777788B2

Abstract

(57)【要約】【課題】希薄燃焼内燃機関において、吸蔵型ＮＯ_X触
媒の損傷を招くことなく且つ燃費の悪化を抑制しなが
ら、ＮＯ_X触媒からの被毒物質の放出を行なうことがで
きるようにする。【解決手段】リーン燃焼運転が可能な希薄燃焼内燃機
関において、排気通路に、該酸化雰囲気にてＮＯ_Xを吸
蔵し還元雰囲気にてＮＯ_Xを放出する複数の吸蔵型ＮＯ
_X触媒６Ａ，６Ｂが、互いに直列に介装され、劣化判定
手段３２で吸蔵型ＮＯ_X触媒６Ａ，６Ｂが被毒物質が吸
蔵されていると判定すると、触媒再生制御手段２９が、
主燃料噴射と追加燃料噴射とによる排ガスの総合空燃比
をリッチにさせることで被毒物質を放出する処理、又
は、主燃料噴射のみによる排ガスの空燃比を理論空燃比
よりもリッチにさせると共に主燃焼のための点火時期を
リタードさせることで被毒物質を放出する処理、を行な
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス中の有害成
分、特に、ＮＯ_Xを浄化するために少なくとも２つの吸
蔵型ＮＯ_X触媒を排気通路内に直列にそなえた、希薄燃
焼内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、排ガス中の酸素が過剰になる酸素
過剰雰囲気でもＮＯ_Xを浄化できるＮＯ_X触媒が開発さ
れており、希薄燃焼内燃機関においては、排気通路にこ
のＮＯ _X触媒を設けることで希薄燃焼時のＮＯ_Xを浄化
するようにしている。このＮＯ_X触媒のひとつに、ＮＯ
_Xを触媒上に吸蔵させることにより排ガス中のＮＯ_Xを
浄化する吸蔵型ＮＯ_X触媒（トラップ型ＮＯ_X触媒）が
ある。この吸蔵型ＮＯ_X触媒は、酸化雰囲気、即ち、酸
素濃度過剰雰囲気では、排ガス中のＮＯを酸化させて硝
酸塩を生成し、これによりＮＯ_Xを吸蔵する一方、還元
雰囲気、即ち、酸素濃度が低下した雰囲気では、ＮＯ_X
触媒に吸蔵した硝酸塩と排ガス中のＣＯとを反応させて
炭酸塩を生成し、これによりＮＯ_Xを放出，分解する機
能を有する。

【０００３】ところで、ＮＯ_X触媒がＮＯ_Xの吸蔵や放
出の作用を行なうためには、ＮＯ_X触媒の周囲が単に酸
化雰囲気又は還元雰囲気となるだけでなく、さらに、Ｎ
Ｏ_X触媒の温度が所定の触媒反応温度領域であることが
必要である。しかしながら、触媒反応温度領域は、触媒
に担持されている貴金属によって変化し、また、その温
度領域は狭いものである。このため、始動直後における
低排温時や機関の高負荷高回転運転時の高排温に対し、
全ての温度領域で高い浄化効率を得ることは困難であ
る。

【０００４】そこで、例えば特許第２６６３８０７号の
技術のように、排気通路に２つ以上のＮＯ_X吸収剤（Ｎ
Ｏ_X触媒）を直列に設け、広い温度領域で高い浄化効率
を得る方法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料や潤滑
油内には、イオウ成分（Ｓ成分）が含まれており、この
ため、排ガス中にもこのようなイオウ成分が含まれてい
る。このうち、ＮＯ_X触媒では、希薄燃焼運転時の酸素
濃度過剰雰囲気でＮＯ_Xを吸蔵するとともに、このよう
なイオウ成分の一部をＮＯ_X触媒の吸蔵剤と反応させ硫
酸塩として吸蔵する。

【０００６】硫酸塩は塩としての安定度が高く、酸素濃
度が低下した雰囲気とした場合でもその一部しか分解さ
れないため、ＮＯ_X触媒に残留する硫酸塩の量は時間と
ともに増加する。これにより、ＮＯ_X触媒のＮＯ_X吸蔵
能力が時間とともに低下し、ＮＯ_X触媒としての性能が
劣化する。これを、Ｓ被毒という。そこで、ＮＯ_X触媒
に吸着されたイオウ分（ＳＯ_X）を放出してＮＯ_X触媒
のＮＯ_X吸蔵能力を再び増加させる操作（これを「再
生」という）が必要になる。

【０００７】再生処理技術の一例として、例えば特開平
７−２１７４７４号公報には、ＮＯ _X吸収剤（ＮＯ_X触
媒）に許容量以上のイオウ分（ＳＯ_X）が吸収されてい
ると推定されたら、例えば点火時期を遅角させるなどし
てＮＯ_X吸収剤の温度を昇温させるとともに、ＮＯ_X吸
収剤に流入する排ガスの空燃比を一時的にリッチにし
て、所定の高温状態の還元雰囲気としてＮＯ_X吸収剤か
らＳＯ_Xを放出させる技術が開示されている。

【０００８】しかしながら、排気通路の上流側と下流側
とに直列に複数のＮＯ_X触媒を装備したものに、このよ
うな制御を行なっても上流側触媒には有効であるが、下
流側触媒は所定の温度領域まで高温にならないため、十
分に再生処理を行なうことができない。本発明は、この
ような課題に鑑み創案されたもので、少なくとも２つの
吸蔵型ＮＯ_X触媒を排気通路に直列に配置した排ガス浄
化システムをそなえたものにおいて、ＮＯ_X触媒から確
実に被毒物質の放出を行なうことができるようにした、
希薄燃焼内燃機関を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の内燃
機関の排ガス浄化装置は、希薄燃焼内燃機関において理
論空燃比よりも高い空燃比で運転を行なうリーン燃焼が
行なわれ排気通路内を酸化雰囲気となると、排気通路に
直列に配置された少なくとも２つの吸蔵型ＮＯ _X触媒
が、排ガス中のＮＯ_Xを吸蔵する。また、各吸蔵型ＮＯ
_X触媒に吸蔵されたＮＯ_Xは還元雰囲気にて吸蔵型ＮＯ
_X触媒から放出され、この放出されたＮＯ _Xは無害な化
合物に変化して排ガスとともに外部に放出される。

【００１０】そして、劣化判定手段で、該吸蔵型ＮＯ_X
触媒に被毒物質が吸蔵されて劣化していると判定される
と、触媒再生制御手段が、該吸蔵型ＮＯ_X触媒から該被
毒物質を放出させる再生処理を行なう。触媒再生制御手
段は、該劣化判定手段で上流側の該吸蔵型ＮＯ_X触媒が
被毒物質の吸蔵により劣化していると判定されると、該
追加燃料噴射を行なって該主燃料噴射と該追加燃料噴射
とによる排ガスの総合空燃比を理論空燃比よりもリッチ
にさせることで該吸蔵型ＮＯ_X触媒から該被毒物質を放
出する再生処理を行なう。この再生処理における追加燃
料噴射では、同一の燃焼サイクル内で、出力トルクを得
る主燃焼のための主燃料噴射とは別に出力トルクに影響
しにくいタイミングで燃料噴射を行なう。

【００１１】また、触媒再生制御手段は、該劣化判定手
段で下流側の該吸蔵型ＮＯ_X触媒が被毒物質の吸蔵によ
り劣化していると判定されると、該追加燃料噴射は行な
わずに該主燃料噴射のみによる排ガスの空燃比を理論空
燃比よりもリッチにさせると共に主燃焼のための点火時
期をリタードさせることで該吸蔵型ＮＯ_X触媒から該被
毒物質を放出する再生処理を行なう。

【００１２】前者の処理では、燃費の悪化を抑制しなが
ら被毒物質を放出することができ、後者の処理では、上
流側のＮＯ_X触媒と下流側のＮＯ_X触媒との温度差を低
減しながら上流側のＮＯ_X触媒の劣化を招くことなく又
上流側ＮＯ_X触媒及び下流側ＮＯ_X触媒を協働させなが
ら効率良く被毒物質を放出することができるため、これ
らの処理を組み合わせることで、燃費の悪化を抑制し、
ＮＯ_X触媒の劣化を招くことなく、且つ、各ＮＯ_X触媒
を協働させながら効率良く被毒物質を放出することがで
きるようになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
の形態について説明する。まず、本発明の一実施形態に
かかる希薄燃焼内燃機関の構成の概要について説明する
と、本希薄燃焼内燃機関は、図２に示すように、４サイ
クルエンジンであって、火花点火式で、且つ、燃焼室内
に燃料を直接噴射する筒内噴射型内燃機関（筒内噴射エ
ンジン）として構成され、車両に搭載されているものと
する。

【００１４】燃焼室１には、吸気通路２および排気通路
３が連通しうるように接続されており、吸気通路２と燃
焼室１とは吸気弁４によって連通制御されるとともに、
排気通路３と燃焼室１とは排気弁５によって連通制御さ
れるようになっている。また、吸気通路２には、図示し
ないエアクリーナ及びスロットル弁が設けられており、
排気通路３には、排気浄化装置６および図示しないマフ
ラ (消音器）が設けられている。

【００１５】また、燃焼室１の上部中央には点火プラグ
７が設けられ、燃焼室１の上部側縁にはインジェクタ
（燃料噴射弁）８が設けられている。このインジェクタ
８は、気筒内の燃焼室１へ向けて燃料を直接噴射すべ
く、その開口を燃焼室１に臨ませるように配置されてい
る。このような構成により、図示しないスロットル弁の
開度に応じて吸入された空気は、吸気弁４の開放により
燃焼室１内に吸入され、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２
０からの信号に基づいてインジェクタ８から直接噴射さ
れた燃料と混合され、点火プラグ７の適宜のタイミング
での点火により燃焼せしめられて、エンジントルクを発
生させたのち、燃焼室１内から排出ガスとして排気通路
３へ排出され、排気浄化装置６で排出ガス中のＣＯ，Ｈ
Ｃ，ＮＯ_xの３つの有害成分を浄化されてから、マフラ
で消音されて大気側へ脱離されるようになっている。

【００１６】また、本希薄燃焼内燃機関は筒内噴射エン
ジンであり、燃料噴射のタイミングを吸気弁の開閉に関
係なく自由に設定できることから、燃料噴射の態様とし
て、上述の層状超リーン燃焼によるリーン運転を実現し
燃費を向上させるために圧縮行程中（特に、圧縮行程後
半）で燃料噴射を行なう後期噴射モード（後期リーン運
転モード）と、予混合燃焼によるリーン運転を実現し、
緩加速による出力を得るために吸気行程中（特に吸気行
程前半）に燃料噴射を行なう前期噴射モード（前期リー
ン運転モード）と、予混合燃焼によるストイキオ運転
（理論空燃比運転）を実現し、前期噴射モードより出力
を向上させるために吸気行程中に燃料噴射を行なうスト
イキオフィードバックモード（ストイキオ運転モード）
と、予混合燃焼によるリッチ運転（理論空燃比より空燃
比小）を実現し、ストイキオ運転モードより出力を向上
させるエンリッチモード（オープンループモード）とが
設けられており、エンジンの運転状態（負荷や回転数の
状態）に応じたモードが選択されるようになっている。

【００１７】そして、選択された運転モードとエンジン
の運転状態（負荷や回転数の状態）とに応じて空燃比や
燃料噴射や点火時期等が制御されるようになっている。
そこで、本エンジンの電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０
には、運転モード選択手段２１と目標空燃比設定手段２
２と燃料噴射制御手段２３と点火時期制御手段２４とが
設けられており、これらの各処理手段２１，２２，２
３，２４では、ＥＣＵ２０に入力されるＯ₂センサ９，
ＮＯ_Xセンサ１０，タイマ１２，エンジン回転数センサ
１３，アクセルポジションセンサ１４やその他のセンサ
（例えばエアフローセンサ）１５からの信号等に基づい
て、燃料噴射制御を行なうようになっている。

【００１８】また、ＥＣＵ２０には、エンジン回転数セ
ンサ１３で検出されたエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル
ポジションセンサ（ＡＰＳ）１４で検出されたアクセル
開度θの各情報から平均有効圧力Ｐｅを算出する有効圧
力演算手段２５が設けられており、この有効圧力演算手
段２５で算出された平均有効圧力Ｐｅがエンジン回転数
Ｎｅとともにエンジンの運転状態として燃料噴射制御を
はじめとしたエンジン制御に用いられるようになってい
る。

【００１９】運転モード選択手段２１では、エンジン回
転数Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じて上述のような各
運転モードの中から一つを選択するようになっている。
また、目標空燃比設定手段２２では、運転モード選択手
段２１で選択された運転モードに応じた目標空燃比マッ
プを選択して、この選択した目標空燃比マップを用い
て、エンジン回転数Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じ
て、各運転モードにおいて最適な目標空燃比を設定す
る。

【００２０】燃料噴射制御手段２３には、エンジン出力
を得るための通常の燃焼を行なうべく燃料を噴射する通
常燃料噴射制御と、還元雰囲気をつくるための追加燃料
噴射制御とを行なうようになっている。通常燃料噴射制
御時には、目標空燃比設定手段２２で設定された目標空
燃比とエアフローセンサ（その他のセンサ１５）で検出
された吸気流量から燃料噴射量を設定するとともに、運
転モード選択手段２１で選択された運転モードに応じた
燃料噴射時期マップを選択して、この選択した燃料噴射
時期マップを用いて、エンジン回転数Ｎｅ及び平均有効
圧力Ｐｅに応じて、通常の燃焼を行なうための燃料噴射
終了時期を設定して、燃料噴射量及び燃料噴射終了時期
から燃料噴射開始時期を逆算し、これらの燃料噴射終了
時期及び燃料噴射開始時期に基づいて、燃料噴射弁８の
駆動を制御するようになっている。

【００２１】ところで、後期リーン運転モードや前期リ
ーン運転モードといったリーン運転時には、通常の三元
触媒だけでは排ガス中のＮＯ_xを十分に浄化することが
できないため、図２に示すように、排気浄化装置６は、
吸蔵型リーンＮＯ_x触媒（以下、リーンＮＯ_x触媒又は
単にＮＯ_x触媒という）６Ａ，６Ｂと三元触媒６Ｃとを
組み合わせたものになっている。

【００２２】つまり、空燃比がリーンの場合は、排ガス
中にはＣＯ，ＨＣはほとんど含まれない一方でＮＯ_x濃
度は急増するが、このＮＯ_xを、酸化雰囲気（即ち、酸
素過剰雰囲気）で機能するＮＯ_x触媒６Ａにより吸着
し、理論空燃比下では三元触媒６Ｃの三元機能により排
出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯ_xを浄化するようになって
いるのである。

【００２３】そして、ここでは、ＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂ
は、三元触媒６Ｃの上流側に直列に複数（ここでは２
つ）設けられている。これは、必要なＮＯ_X浄化能力
（ＮＯ_x吸蔵能力）を確保しつつＮＯ_x触媒の昇温を速
やかに行なえるようにすることと、ＮＯ_X浄化効率（Ｎ
Ｏ_x吸蔵効率）を向上できるようにするためである。つ
まり、必要なＮＯ_X浄化能力を１つのＮＯ_x触媒で得よ
うとすると、ＮＯ_x触媒が大型化して熱容量が大きくな
って昇温に時間がかかるが、必要なＮＯ_X浄化能力を複
数のＮＯ_x触媒で得るようにすると、各ＮＯ_x触媒が小
型化して熱容量が小さくなって、まず上流のＮＯ_x触媒
がより速やかに昇温するようになる。

【００２４】また、ＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂには、モノリ
ス状触媒が用いられており、モノリス状触媒では、排ガ
ス流を蜂の巣状の微少な流路に分流させて各流路の内面
に担持された触媒金属により排ガスの浄化を行なうもの
である。触媒内の各微少流路に排ガスが均等な濃度で流
れ込めばよいが、実際には、各微少流路によって流れ込
む排ガスの濃度にムラが生じ、排ガス浄化効率が低下す
る。しかし、モノリス状触媒を排気流路に直列に複数配
設すると、上流側の触媒の各微少流路から流出した排ガ
スは、一旦混合した上で、下流側の触媒に流れ込む。し
たがって、下流側の触媒では、各微少流路に流れ込む排
ガスの濃度が均等化され、排ガス浄化効率が向上するよ
うになるのである。

【００２５】ところで、このＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂは、
吸蔵型なのでＮＯ_xを吸着し続けているとやがて飽和状
態に達し、吸着しきれなくなったＮＯ_xが大気中に放出
されてしまうことになる。そこで、本エンジンでは、Ｎ
Ｏ_x触媒６Ａ，６Ｂが飽和状態に達したら、ＮＯ _x触媒
６Ａ，６Ｂの周囲雰囲気を還元雰囲気（即ち、酸素不足
状態）とすることで吸着されているＮＯ_xをＮＯ₂とし
てＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂから脱離させ、さらに、ＨＣ，
ＣＯ（還元剤）の供給によりＮＯ₂を還元してＮ₂とし
て排出することによりＮＯ_xを放出させるようにしてい
る。なお、このＮＯ_X触媒６Ａ，６ＢからＮＯ_xを放出
する制御を「復活制御」と称する。

【００２６】このため、本エンジンには、図１に示すよ
うに、ＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂが飽和状態に達して復活制
御の必要があるか否かを判定する復活制御判定手段３１
と、燃料噴射制御手段２３に備えられ、復活制御判定手
段３１の判定結果に基づいて復活用燃料噴射制御を行な
う復活用燃料噴射制御手段２６とが設けられている。復
活制御判定手段３１では、ＮＯ_X触媒６Ａ，６ＢのＮＯ
_X吸蔵処理が所定時間（例えば約６０秒）以上継続した
ことが判明したら、ＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂが飽和状態に
達したものと推定して復活制御の必要があると判定す
る。

【００２７】復活用燃料噴射制御手段２６では、復活制
御判定手段３１で復活制御の必要があると判定されたら
（即ち、ＮＯ_X触媒６Ａ，６ＢのＮＯ_X吸蔵が所定時間
（例えば約６０秒）以上継続したことが判明したら）、
ストイキオフィードバック運転やエンリッチ運転中に、
ＮＯ_X触媒６Ａ，６Ｂの近傍が酸素濃度の低下したリッ
チ雰囲気（還元雰囲気）となるように、同一燃焼周期内
に、主燃焼のための燃料噴射（主燃料噴射）とは別に追
加燃料噴射（リッチスパイク）を行なう。

【００２８】この追加燃料噴射は、同一の燃焼周期で、
吸気行程等で行なわれる主燃料噴射とは異なり、エンジ
ンの圧縮行程及び膨張行程内において行なわれる。この
ように追加燃料噴射が行なわれると、追加燃料噴射によ
る燃料の一部は燃焼室内でも燃焼するが、他の一部は、
ＮＯｘ触媒６Ａ，６Ｂの近傍で反応して燃焼する。した
がって、このように主燃料噴射と追加燃料噴射とを行な
うことで主燃料噴射による主燃焼と追加燃料噴射による
追加燃焼とが行なわれるので、このような燃焼を２段燃
焼という。

【００２９】また、この場合の追加燃料噴射は、主燃料
噴射と追加燃料噴射との総合空燃比が、理論空燃比より
もややリッチ（例えば約１３）になるように、短時間
（例えば約２秒間）だけ行ない、これにより、排気通路
内を短時間だけリッチ雰囲気（還元雰囲気）としてい
る。このような復活用燃料噴射制御により、ＮＯ_X放出
反応に必要なリッチ雰囲気（還元雰囲気）を確保するこ
とができ、ＮＯ_Xの放出（ＮＯ_Xパージ）が行なわれる
のである。

【００３０】一方、ＮＯ_X触媒６Ａ，６Ｂには、排ガス
中に含まれたイオウ成分がＳＯ₃ 等の酸化イオウ（ＳＯ
_X）の状態で徐々に吸蔵されていき、いわゆるＳ被毒に
より、ＮＯ_X触媒６Ａ，６ＢのＮＯ_X吸蔵能力が時間と
ともに低下する（即ち、ＮＯ _X触媒としての性能が劣化
する）。そこで、本エンジンでは、ＮＯ_X触媒６Ａ，６
Ｂに被毒物質（イオウ分）が所定レベル以上吸蔵されＮ
Ｏ_X触媒６Ａ，６Ｂが劣化していると推定できる場合
に、ＮＯ_X触媒６Ａ，６Ｂに吸蔵された被毒物質（ＳＯ
_X）を放出させるようになっている。なお、このＮＯ_X
触媒６Ａ，６Ｂから被毒物質を放出する制御を「再生制
御」と称する。

【００３１】このため、本エンジンには、ＮＯ_x触媒６
Ａ，６Ｂに所定限度以上の被毒物質（ＳＯ_X）が吸蔵さ
れていてＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂの再生が必要であるか否
かを判定する再生制御用判定手段（劣化判定手段）３２
と、燃料噴射制御手段２３に備えられ再生制御用判定手
段３２の判定結果に基づいて再生用燃料噴射制御を行な
う再生用燃料噴射制御手段２７、及び、点火制御手段２
４に備えられ再生用点火時期制御を行なう再生用点火時
期制御手段２８とが設けられている。なお、再生用燃料
噴射制御手段２７及び再生用点火時期制御手段２８によ
り、触媒再生制御手段２９が構成される。

【００３２】本実施形態の再生制御用判定手段３２で
は、所定のリーン運転状態で通常検出されるべきＮＯｘ
濃度よりも高いＮＯｘ濃度がＮＯｘセンサ１０により検
出された場合、ＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂが劣化状態にあり
（即ち、被毒限界に達しており）、再生が必要であると
判定する。触媒再生制御手段２９では、再生制御用判定
手段３２によりＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂが劣化状態にあり
再生が必要であると判定されると、ＮＯ_X触媒６Ａの近
傍を酸素濃度が低下した還元雰囲気（例えば、Ａ／Ｆ＝
約１２）とし、かつ、所定温度（例えば、約６００℃）
以上となるように、以下に説明する第１の再生制御と第
２の再生制御とを行なう。

【００３３】つまり、第１の再生制御は、復活制御と同
様に、追加燃料噴射により再生を行なうものであり、再
生用燃料噴射制御手段２７では、吸気行程噴射又は圧縮
行程噴射に加え、膨張行程に追加燃料噴射を行なって、
主燃焼と追加燃焼とからなる２段燃焼を行なう。そし
て、主燃料噴射と追加燃料噴射との総合空燃比が、復活
制御の場合よりもさらにリッチ（例えば約１２）になる
ように、復活制御よりも長い期間（例えば約２分間）だ
け燃料噴射を行なうことで、排気通路内のＮＯ_x触媒６
Ａ，６Ｂの周囲を復活制御の場合以上にリッチ雰囲気
（還元雰囲気）とし、且つ、復活制御の場合以上に高温
雰囲気（約６００℃以上）とする。

【００３４】また、第２の再生制御は、追加燃料噴射は
行なわず、再生用燃料噴射制御手段２７を通じて、主燃
料噴射量を調整して主燃焼による空燃比を理論空燃比よ
りもリッチ（例えば、Ａ／Ｆ＝約１２）にするととも
に、再生用点火時期制御手段２８を通じて、点火時期を
リタードさせ排ガス温度を高めるようにして、排気通路
内のＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂの周囲を復活制御の場合以上
にリッチ雰囲気（還元雰囲気）とし、且つ、復活制御の
場合以上に高温雰囲気（約６００℃以上）とする。

【００３５】再生制御用判定手段３２によりＮＯ_x触媒
６Ａ，６Ｂの再生が必要であると判定されると、まず、
第１の再生制御を所定時間（例えば約２分間）行なって
続いて、第２の再生制御を所定時間（例えば約１分間）
行なうようにしている。これらは、タイマ１２の時間情
報に基づいて行なわれる。なお、図４は、再生制御（Ｓ
パージ）時の空燃比Ａ／Ｆ，上流側のＮＯ_x触媒６Ａの
温度，上流側のＮＯ_x触媒６Ａと下流側のＮＯ_x触媒６
Ｂとの温度差を示すデータであり、Ａ１，Ｂ１は２段燃
焼（第１の再生制御）の場合の上流側のＮＯ_x触媒６Ａ
の温度を、Ａ２，Ｂ２は２段燃焼（第１の再生制御）の
場合の上流側のＮＯ_x触媒６Ａと下流側のＮＯ_x触媒６
Ｂとの温度差を、Ｃ１，Ｄ１は主燃焼リッチ化及びリタ
ード（第２の再生制御）の場合の上流側のＮＯ_x触媒６
Ａの温度を、Ｃ２，Ｄ２は主燃焼リッチ化及びリタード
（第２の再生制御）の場合の上流側のＮＯ_x触媒６Ａと
下流側のＮＯ_x触媒６Ｂとの温度差を、それぞれ示して
いる。図４からわかるように、２段燃焼（第１の再生制
御）では、上流側のＮＯ_x触媒６Ａの温度が速やかに上
昇するが、上流側のＮＯ_x触媒６Ａと下流側のＮＯ_x触
媒６Ｂとの温度差が大きくなり、上流側のＮＯ_x触媒６
Ａが過昇温し易い。また、主燃焼リッチ化及びリタード
（第２の再生制御）では、上流側のＮＯ _x触媒６Ａ及び
下流側のＮＯ_x触媒６Ｂの温度がやや緩やかに上昇する
が、上流側のＮＯ_x触媒６Ａと下流側のＮＯ_x触媒６Ｂ
との温度差が小さくなり、上流側のＮＯ_x触媒６Ａが過
昇温し難い。

【００３６】本発明の一実施形態としての内燃機関の排
ガス浄化装置は、上述のように構成されているので、図
３に示すように、ＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂの再生制御が行
なわれる。つまり、まず、再生制御用判定手段３２によ
りＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂが被毒限界に達したか否かが判
定され（ステップＳ１０）、ＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂが被
毒限界に達したら（即ち、劣化状態になったら）再生が
必要であるとして、まず、ステップＳ２０へ進み、被毒
フラグをセットする（この被毒フラグは、復活制御に関
連する各種制御に用いられる）。

【００３７】そして、ステップＳ３０へ進み、まず、第
１の再生制御、即ち、主燃焼と追加燃焼とからなる２段
燃焼を行なって、主燃料噴射及び追加燃料噴射による総
合空燃比をリッチにする。この２段燃焼によるリッチ化
は、所定時間（例えば約２分間）行なう。これにより、
少なくともＮＯ_x触媒６Ａが昇温して温度が所定領域
（約６００°Ｃ以上）になるとともに、ＮＯ_x触媒６
Ａ，６Ｂの周囲が還元雰囲気（例えば空燃比１２程度）
となって、少なくともＮＯ_x触媒６Ａに吸蔵されていた
被毒物質（イオウ分）が放出される。

【００３８】２段燃焼では、まず、ＮＯ_x触媒６Ａの付
近でリッチな混合気が燃焼することによりＮＯ_x触媒６
Ａが昇温するため、上流側のＮＯ_x触媒６Ａでは著しく
昇温し、下流側のＮＯ_x触媒６Ｂでの昇温は比較的緩慢
になる。したがって、まず、上流側のＮＯ_x触媒６Ａを
中心に、被毒物質（イオウ分）が放出される。第１の再
生制御を終えたら、ステップＳ４０へ進み、第２の再生
制御を行なう。つまり、主燃料噴射による空燃比を理論
空燃比よりもリッチ（例えば、Ａ／Ｆ＝約１２）にする
とともに、再生用点火時期制御手段２８を通じて、点火
時期をリタードさせ排ガス温度を高めるようにして、排
気通路内のＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂの周囲を復活制御の場
合以上にリッチ雰囲気（還元雰囲気）とし、且つ、復活
制御の場合以上に高温雰囲気（約６００℃以上）とす
る。

【００３９】この主燃料噴射による空燃比のリッチ化及
び点火時期のリタードによる第２の再生制御では、ＮＯ
_x触媒６Ａ，６Ｂの付近での燃焼ではなく、排ガス自体
が高温となることでＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂの昇温を行な
うので、上流側のＮＯ_x触媒６Ａ及び下流側のＮＯ_x触
媒６Ｂの温度差が少なくなり、上流側のＮＯ_x触媒６Ａ
の過昇温を防止しながら下流側のＮＯ_x触媒６Ｂを所定
温度域（約６００℃以上）に昇温させることができ、こ
れに更にリッチ雰囲気（還元雰囲気）が加わるため、下
流側のＮＯ_x触媒６Ｂからも被毒物質（イオウ分）が放
出される。

【００４０】このような第２の再生制御を所定時間（約
１分間）行なったら、両ＮＯ_x触媒６Ａ，６Ｂの再生
〔被毒物質（イオウ分）の放出〕が完了し、ステップＳ
５０へ進み、被毒フラグをリセットして、再生制御を終
了する。このようにして、本筒内噴射型内燃機関では、
空燃比のリッチ化（例えば、Ａ／Ｆ＝約１２）によるＮ
Ｏ_x触媒６Ａ，６Ｂの周囲のリッチ雰囲気化（還元雰囲
気化）と高温雰囲気化（約６００℃以上）とを、主燃料
噴射と追加燃料噴射とを行なう２段燃焼による第１の再
生制御と、主燃料噴射による空燃比のリッチ化及び点火
時期のリタードによる第２の再生制御とを併用し、特
に、再生制御の前期にまず燃費上有利である第１の再生
制御を行ない、再生制御の後期に燃費上は不利であるが
上流側のＮＯ_x触媒６Ａを過昇温させないで下流側のＮ
Ｏ_x触媒６Ｂを昇温させることのできる第２の再生制御
を行なっているので、ＮＯ_x触媒の過昇温による損傷
（熱損傷）を防止しつつ再生制御時の燃費の悪化を防止
することができる利点がある。

【００４１】また、本実施形態では、ＮＯ_x触媒６Ａ，
６Ｂが共に劣化している場合に、まず、第１の再生制御
により上流側のＮＯ_x触媒６Ａを再生させて、次に、第
２の再生制御を実施している。したがって、第２の再生
制御時には上流側のＮＯ_x触媒６Ａが既に再生されてお
り、第２の再生制御でのリッチ化による還元物質は、上
流側のＮＯ_x触媒６Ａにより消費されることがなく、下
流側のＮＯ_x触媒６Ｂを有効に再生しうる利点がある。

【００４２】なお、本実施形態では、ＮＯ_x触媒を２つ
だけ設けているが、ＮＯ_x触媒の数はこれ以上でもよ
い。また、ＮＯ_x触媒を１つのケース内に収めている
が、各ＮＯ_x触媒を離隔させて別々のケース内に収める
ようにしてもよい。また、三元触媒は省略してもよい。
さらに、主燃料噴射と追加燃料噴射とを行なう２段燃焼
による第１の再生制御と、主燃料噴射による空燃比のリ
ッチ化及び点火時期のリタードによる第２の再生制御と
の併用は、実施形態の順序に限定されるものではなく、
ＮＯ_x触媒の種類や劣化度合いのばらつきなどの各条件
によっては、両再生制御の順序を変えたり、これらを繰
り返して交互に行なうなどしてもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の内燃機関
の排ガス浄化装置によれば、燃費の悪化を抑制し、ＮＯ
_X触媒の劣化を招くことなく、各ＮＯ_X触媒を協働させ
ながら効率良く被毒物質を放出することができるように
なり、機関の燃費性能やＮＯ_X触媒の耐久性を低下させ
ることなく、ＮＯ_X触媒の再生（イオウ分等の被毒物質
の放出）によるＮＯ_X浄化性能の維持を行なうことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての希薄燃焼内燃機関
の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態にかかる希薄燃焼内燃機関
の模式的構成図である。

【図３】本発明の一実施形態としての希薄燃焼内燃機関
による再生制御を説明するフローチャートである。

【図４】本発明の一実施形態としての希薄燃焼内燃機関
の再生制御時の温度特性を示す図である。

【符号の説明】

３排気通路６Ａ，６Ｂ吸蔵型ＮＯ_X触媒２９触媒再生制御手段３２劣化判定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ＪＦ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５Ａ 41/22 ３０５ 41/22 ３０５Ｚ 41/34 41/34 Ｅ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｂ３０１ＥＦ０２Ｐ 5/145 Ｆ０２Ｐ 5/145 Ｌ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路内を酸化雰囲気とするように理
論空燃比よりも高い空燃比で運転を行なうリーン燃焼運
転が可能な希薄燃焼内燃機関において、該排気通路に、該酸化雰囲気にてＮＯ_Xを吸蔵し還元雰
囲気にてＮＯ_Xを放出する少なくとも２つの吸蔵型ＮＯ
_X触媒が、互いに直列に介装されるとともに、同一の燃焼サイクル内で、出力トルクを得る主燃焼のた
めの主燃料噴射とは別に、出力トルクに影響しにくいタ
イミングで燃料噴射を行なう追加燃料噴射を可能に構成
されて、該吸蔵型ＮＯ_X触媒に被毒物質が吸蔵されて劣化してい
るか否かを判定する劣化判定手段と、該劣化判定手段で上流側の該吸蔵型ＮＯ_X触媒が被毒物
質の吸蔵により劣化していると判定されると、該追加燃
料噴射を行なって該主燃料噴射と該追加燃料噴射とによ
る排ガスの総合空燃比を理論空燃比よりもリッチにさせ
ることで該吸蔵型ＮＯ_X触媒から該被毒物質を放出する
処理と、該劣化判定手段で下流側の該吸蔵型ＮＯ_X触媒
が被毒物質の吸蔵により劣化していると判定されると、
該追加燃料噴射は行なわずに該主燃料噴射のみによる排
ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチにさせると共に
主燃焼のための点火時期をリタードさせることで該吸蔵
型ＮＯ_X触媒から該被毒物質を放出する処理と、を行な
う触媒再生制御手段とをそなえていることを特徴とす
る、希薄燃焼内燃機関。