JP2000230421A

JP2000230421A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2000230421A
Application number: JP11031031A
Authority: JP
Inventors: Yasuki Tamura; 保樹田村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2000-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx 放
出制御の開始時期を精度良く判定して排気ガス特性や燃
費の悪化を抑制する。【解決手段】吸蔵型ＮＯｘ触媒２４の上流側に流入す
る排気ガス中の酸素濃度を検出する＃１Ｏ₂センサ２６
を配設する一方、下流側に放出される排気ガス中の酸素
濃度を検出する＃２Ｏ₂センサ２７を配設し、＃１Ｏ₂
センサ２６の出力値Ｄ１から＃２Ｏ₂センサ２７の出力
値Ｄ２を減算して出力値ΔＤを求め、この出力差ΔＤに
基づいて吸蔵されたＮＯｘの放出開始時期を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気通路に吸蔵型
ＮＯｘ触媒を有する内燃機関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、内燃機関をリーン空燃比で運転し
て燃費の向上を図るようにした希薄燃焼内燃機関が実用
化されている。この希薄燃焼内燃機関では、リーン空燃
比で運転すると、三元触媒がその浄化特性から排ガス中
のＮＯｘ（窒素酸化物）を充分に浄化できないという問
題があり、最近では、リーン空燃比で運転中に排ガス中
のＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比（ストイキオ）またはリ
ッチ空燃比で運転中に吸蔵されたＮＯｘを放出還元する
吸蔵型ＮＯｘ触媒が採用されてきている。

【０００３】この吸蔵型ＮＯｘ触媒は、内燃機関の酸素
の過剰状態で排ガス中のＮＯｘを硝酸塩（Ｘ−ＮＯ₃）
として付着させて吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを一酸化炭素
（ＣＯ）の過剰状態で放出して窒素（Ｎ₂）に還元させ
る特性（同時に炭酸塩Ｘ−ＣＯ₃が生成される）を有し
た触媒である。従って、実際には、リーン空燃比運転が
所定時間継続すると、空燃比を理論空燃比またはリッチ
空燃比に制御するようなリッチ空燃比運転に定期的に切
換え（これをリッチスパイクという）、これによってＣ
Ｏの多い還元雰囲気を生成し、吸蔵したＮＯx を放出し
て浄化還元（ＮＯx パージ）することで吸蔵型ＮＯx 触
媒の再生を図ることができる。このような技術は、例え
ば、特許第２５８６７３８号公報等に開示されている。

【０００４】ところで、このようなリッチスパイクを実
施する場合、吸蔵型ＮＯｘ触媒におけるＮＯx の吸蔵量
に応じたリッチスパイクの開始時期や運転期間、リッチ
空燃比度合を設定する必要がある。例えば、特開平１０
−１２１９４４号公報に開示された「ＮＯx トラップの
状態を診断する方法」にあっては、リーン空燃比運転時
の継続時間によって吸蔵型ＮＯx 触媒の堆積ＮＯx 量を
推定し、リーン空燃比運転時の継続時間が所定時間を経
過するとリッチスパイクを開始し、推定された堆積ＮＯ
x 量に応じて予め所定時間及び所定のリッチ空燃比に設
定されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、実際には、
吸蔵型ＮＯx 触媒に堆積するＮＯx 量は、吸蔵型ＮＯx
触媒の温度や排気ガスの流量などに影響し、内燃機関の
運転条件、あるいは触媒の劣化状態によって変化する。
そのため、上述したように、リッチスパイクの開始時期
をリーン空燃比運転時の継続時間に応じて設定すると、
実際に吸蔵型ＮＯx 触媒に堆積したＮＯx 量に対応しな
い時期にリッチスパイクを開始する虞がある。即ち、リ
ッチスパイクの開始時期が早いと、不要なリッチ空燃比
運転が実施されることとなって燃費の悪化等の要因とな
る。一方、リッチスパイクの開始時期が遅れると、排気
ガス中のＮＯｘを十分に吸蔵することができずに排気ガ
ス特性の悪化等の要因となる。

【０００６】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、ＮＯx 放出制御の開始時期を精度良く判定して
排気ガス特性や燃費の悪化を抑制した内燃機関の排気浄
化装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の
排気通路に排気空燃比がリーン空燃比であるときに排気
ガス中のＮＯｘを吸蔵すると共にリッチ空燃比または理
論空燃比であるときに吸蔵されたＮＯｘを放出して還元
する吸蔵型ＮＯｘ触媒を設け、この吸蔵型ＮＯｘ触媒に
流入するＮＯｘ濃度に相関する値を検出する第１検出手
段と、吸蔵型ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘ濃度に相関
する値を検出する第２検出手段とを設け、放出判定手段
が第１検出手段と第２検出手段の出力に基づいて吸蔵さ
れたＮＯｘを放出する時期を判定し、このとき、ＮＯｘ
放出制御手段が排気空燃比をリッチ空燃比または理論空
燃比に変更するするようにしている。

【０００８】従って、第１及び第２検出手段にて検出さ
れるＮＯｘ濃度に相関する値から、吸蔵型ＮＯｘ触媒に
吸蔵されたＮＯｘの放出時期を判定することで、吸蔵型
ＮＯx 触媒の堆積ＮＯx 量を高精度に推定し、適正時期
にＮＯｘ放出制御を開始することができる。そのため、
ＮＯx を吸蔵するリーン空燃比運転の運転期間やＮＯx
の放出に必要なリッチ空燃比運転の運転期間が極めて適
正なものとなり、ＮＯx 放出制御の早期開始による燃費
の悪化やＮＯx 放出制御の開始遅れによる排気ガス特性
の悪化を防止できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００１０】図１に本発明の一実施形態に係る内燃機関
の排気浄化装置の概略構成、図２にＯ₂センサの空燃比
に対する出力特性を表すグラフ、図３に本実施形態の排
気浄化装置によるＮＯx パージ制御のフローチャート、
図４にＮＯx パージ制御のタイムチャート、図５にＯ₂
センサの出力値の差に対する目標空燃比を表すグラフを
示す。

【００１１】本実施形態の内燃機関（以下、エンジンと
称する。）は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）
を切換えることで、吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴
射モード）または圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射
モード）を実施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒
ガソリンエンジンである。そして、この筒内噴射型のエ
ンジン１１は、容易にして理論空燃比（ストイキオ）で
の運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の
他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現
可能となっており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リ
ーン空燃比での運転が可能となっている。

【００１２】本実施形態において、図１に示すように、
エンジン１１のシリンダヘッド１２には、各気筒毎に点
火プラグ１３と共に電磁式の燃料噴射弁１４が取付けら
れており、この燃料噴射弁１４によって燃焼室１５内に
燃料を直接噴射可能となっている。この燃料噴射弁１４
には、図示しない燃料パイプを介して燃料タンクを擁し
た燃料供給装置（燃料ポンプ）が接続されており、燃料
タンク内の燃料が高燃圧で供給され、この燃料を燃料噴
射弁１４から燃焼室１５内に向けて所望の燃圧で噴射す
る。この際、燃料噴射量は燃料ポンプの燃料吐出圧と燃
料噴射弁１４の開弁時間（燃料噴射時間）とから決定さ
れる。

【００１３】シリンダヘッド１２には、各気筒毎に略直
立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと
連通するようにして吸気マニホールド１６の一端がそれ
ぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド１６の
他端にはドライブバイワイヤ（ＤＢＷ）方式の電動スロ
ットル弁１７が接続されており、このスロットル弁１７
にはスロットル開度θthを検出するスロットルポジショ
ンセンサ１８が設けられている。また、シリンダヘッド
１２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成さ
れており、各排気ポートと連通するようにして排気マニ
ホールド１９の一端がそれぞれ接続されている。

【００１４】そして、エンジン１１には、クランク角を
検出するクランク角センサ２０が設けられており、この
クランク角センサ２０はエンジン回転速度Ｎｅを検出可
能となっている。なお、上述した筒内噴射型エンジン１
１は既に公知のものであり、その構成の詳細については
ここでは説明を省略する。

【００１５】また、エンジン１１の排気マニホールド１
９には排気管（排気通路）２１が接続されており、この
排気管２１には排気浄化触媒装置２２を介して図示しな
いマフラーが接続されている。そして、この排気管２１
における排気浄化触媒装置２２の上流側の部分には排気
温度を検出する高温センサ２３が設けられている。

【００１６】この排気浄化触媒装置２２は、吸蔵型ＮＯ
ｘ触媒２４と三元触媒２５との２つの触媒を有して構成
されており、三元触媒２５の方が吸蔵型ＮＯｘ触媒２４
よりも下流側に配設されている。この吸蔵型ＮＯｘ触媒
２４は、酸化雰囲気においてＮＯｘを一旦吸蔵させ、主
としてＣＯの存在する還元雰囲気中においてＮＯｘを放
出してＮ₂（窒素）等に還元させる機能を持つものであ
る。詳しくは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２４は、貴金属として
白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等を有した触媒として
構成されており、吸蔵材としてはバリウム（Ｂａ）等の
アルカリ金属、アルカリ土類金属が採用されている。

【００１７】また、吸蔵型ＮＯｘ触媒２４の上流に位置
して＃１Ｏ₂センサ（第１検出手段）２６が設けられて
おり、更に、吸蔵型ＮＯx 触媒２４の下流に位置して＃
２Ｏ ₂センサ（第２検出手段）２７が設けられている。
これら＃１Ｏ₂センサ２６及び＃２Ｏ₂センサ２７は、
排気中のＮＯx の濃度に相関する値としての酸素濃度を
検出するものである。これらＯ₂センサ２６，２７は、
酸素量が少ないときには大きな値をとり、逆に酸素量が
多いときには小さな値をとるように構成されている。つ
まり、Ｏ₂センサ２６，２７の出力特性は、図２に示す
ように、酸素が化合物ＣＯとなって存在するリッチ空燃
比雰囲気では大きく、ストイキオ雰囲気近傍では急勾配
で変化し、酸素過剰状態にあるリーン空燃比雰囲気では
小さくなるようにされている。従って、これら＃１Ｏ₂
センサ２６及び＃２Ｏ₂センサ２７により吸蔵型ＮＯx
触媒２４の上流及び下流の酸素量を検出することで、こ
の吸蔵型ＮＯx 触媒２４の上流及び下流の空燃比をそれ
ぞれ良好に検出可能となっている。

【００１８】更に、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、
タイマカウンタ等を有するＥＣＵ（電子コントロールユ
ニット）２８が設けられており、このＥＣＵ２８により
エンジン１１を含めた本実施形態の排気浄化装置の総合
的な制御が行われる。即ち、ＥＣＵ２８の入力側には、
上述した高温センサ２３やＮＯｘセンサ２６，２７等の
各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの
検出情報が入力する。一方、ＥＣＵ２８の出力側には、
点火コイルを介して上述した点火プラグ１３や燃料噴射
弁１４等が接続されており、これら点火コイル、燃料噴
射弁１４等には、各種センサ類からの検出情報に基づき
演算された燃料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ
出力される。これにより、燃料噴射弁１４から適正量の
燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ１３に
よって適正なタイミングで点火が実施される。

【００１９】実際に、ＥＣＵ２８では、スロットルポジ
ションセンサ１８からのスロットル開度情報θthとクラ
ンク角センサ２０からのエンジン回転速度情報Ｎｅとに
基づいてエンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち目標
平均有効圧Ｐｅを求めるようにされており、更に、この
目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応
じてマップ（図示せず）より燃料噴射モードを設定する
ようにされている。例えば、目標平均有効圧Ｐｅとエン
ジン回転速度Ｎｅとが共に小さいときには、燃料噴射モ
ードは圧縮行程噴射モードとされて燃料が圧縮行程で噴
射され、一方、目標平均有効圧Ｐｅが大きくなり、ある
いはエンジン回転速度Ｎｅが大きくなると燃料噴射モー
ドは吸気行程噴射モードとされ、燃料が吸気行程で噴射
される。

【００２０】そして、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回
転速度Ｎｅとから制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／
Ｆ）が設定され、適正量の燃料噴射量がこの目標Ａ／Ｆ
に基づいて決定される。また、高温センサ２３により検
出された排気温度情報からは触媒温度Ｔcat が推定され
る。詳しくは、高温センサ２３と吸蔵型ＮＯｘ触媒２４
とが多少なりとも離れて配置されていることに起因する
誤差を補正するために、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン
回転速度情報Ｎｅとに応じて温度差マップが予め実験等
により設定されており、触媒温度Ｔcat は、目標平均有
効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとが決まると一義
に推定されるようにされている。

【００２１】以下、このように構成された本実施形態の
内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。

【００２２】排気浄化触媒装置２２の吸蔵型ＮＯｘ触媒
２４では、リーンモードにおける超リーン燃焼運転時の
ような酸素濃度過剰雰囲気で、排気中のＮＯｘから硝酸
塩が生成され、これによりＮＯｘが吸蔵されて排気の浄
化が行われる。一方、三元触媒２５では、酸素濃度が低
下した雰囲気で、吸蔵型ＮＯｘ触媒２４に吸蔵した硝酸
塩と排気中のＣＯとが反応して炭酸塩が生成されると共
にＮＯｘが放出される。従って、吸蔵型ＮＯｘ触媒２４
へのＮＯｘの吸蔵が進むと、空燃比のリッチ化あるいは
追加の燃料噴射を行うなどして酸素濃度を低下させて吸
蔵型ＮＯｘ触媒２４からＮＯｘを放出させて機能を維持
する。

【００２３】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置で
は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２４の上流にある＃１Ｏ₂センサ
２６の出力値と、吸蔵型ＮＯx 触媒２４の下流にある＃
２Ｏ₂センサ２７の出力値との差からこの吸蔵型ＮＯｘ
触媒２４に吸蔵されたＮＯｘを放出する時期を判定（放
出判定手段）し、この判定結果に基づいて吸蔵型ＮＯx
触媒２４に吸蔵されたＮＯx の放出に必要なパージ制御
（ＮＯｘ放出制御手段）の期間の開始を決定している。
また、排気浄化装置では、各センサ２６，２７の出力値
の差に基づいてこのパージ制御の期間の終了を決定して
いる。

【００２４】ここで、本実施形態の排気浄化装置におけ
る吸蔵型ＮＯx 触媒２４のＮＯx パージ制御について、
図３のフローチャート及び図４のタイムチャートに基づ
いて説明する。

【００２５】図３のフローチャートに示すように、ステ
ップＳ１１において、リーン運転が開始されると、ま
ず、ステップＳ１２にて、吸蔵型ＮＯｘ触媒２４の上流
にある＃１Ｏ₂センサ２６の出力値Ｄ１と、下流にある
＃２Ｏ₂センサ２７の出力値Ｄ２とに基づいて、次式か
ら出力差ΔＤを求める。 ΔＤ＝Ｄ１−Ｄ２

【００２６】次に、ステップＳ１３では、この出力差Δ
Ｄが所定値ΔＤ０（極小値または値０）より大きけれ
ば、ステップＳ１４にて現在のリーン運転を継続する。
一方、出力差ΔＤが所定値ΔＤ０以下であれば、ステッ
プＳ１５以降でＮＯｘパージ制御あるいはＳパージ制御
を実行する。

【００２７】即ち、前述したように、リーン運転で酸素
濃度過剰雰囲気の排気ガスが吸蔵型ＮＯｘ触媒２４に流
入すると、この吸蔵型ＮＯｘ触媒２４では排気ガス中の
ＮＯｘから硝酸塩が生成されることでＮＯｘが吸蔵され
るが、このとき、吸蔵されたＮＯｘに応じたＣＯが排出
されることとなるため、吸蔵型ＮＯｘ触媒２４の下流側
ではリッチ雰囲気となる。従って、リーン運転が実行さ
れているときに、吸蔵型ＮＯｘ触媒２４の上流にある＃
１Ｏ₂センサ２６の出力値Ｄ１と、下流にある＃２Ｏ₂
センサ２７の出力値Ｄ２との出力差ΔＤがΔＤ０よりも
大きければ、この吸蔵型ＮＯｘ触媒２４の下流側がリッ
チ雰囲気であり、吸蔵型ＮＯｘ触媒２４は排気ガス中の
ＮＯｘをまだ十分に吸蔵可能であると推定でき、ステッ
プＳ１４にて現在のリーン運転を継続する。

【００２８】一方、各Ｏ₂センサ２６，２７の出力値Ｄ
１，Ｄ２の出力差ΔＤがΔＤ０以下であれば、吸蔵型Ｎ
Ｏｘ触媒２４の下流側はリーン雰囲気であり、吸蔵型Ｎ
Ｏｘ触媒２４は排気ガス中のＮＯｘをこれ以上吸蔵する
ことができないと推定でき、ステップＳ１５に移行す
る。このステップＳ１５では、リーン運転継続時間Ｔが
所定時間Ｔ_Sを上回っていればステップＳ１６にてＮＯ
ｘパージ制御を開始する。

【００２９】まず、ステップＳ１７にて、ＮＯx パージ
の開始に際し、目標Ａ／Ｆを所定の初期値、即ち、初期
リッチ空燃比（例えば、値１０）に設定する。これによ
り、図４（ａ）に示すように、吸蔵型ＮＯx 触媒２４に
吸蔵されたＮＯx が急速に放出されて還元除去され始め
る。次に、ステップＳ１８では、＃１Ｏ₂センサ２６の
出力Ｄ１が所定値Ｄｓ（例えば、ストイキオに対応する
出力値（図２参照））以上になったか否かを判別する。
ここで、＃１Ｏ₂センサ２６の出力Ｄ１が所定値Ｄｓを
越えていなければステップＳ１７に戻って目標Ａ／Ｆを
所定の初期値、即ち、初期リッチ空燃比（例えば、値１
０）のままに保持する。なお、この初期リッチ空燃比
（例えば、値１０）は、ＮＯx パージ制御において使用
される最もリッチ化度合の大きな値とされるのがよい。

【００３０】このようにすれば、次にステップＳ１９に
おいて、＃１Ｏ₂センサ２６の出力Ｄ１と＃２Ｏ₂セン
サ２７の出力Ｄ２とを用いて演算を行うのであるが、＃
１Ｏ ₂センサ２６及び＃２Ｏ₂センサ２７のＮＯx パー
ジの開始初期における応答遅れの要素が排除（マスキン
グ）され、正確な演算が可能とされる。一方、ステップ
Ｓ１８にて、＃１Ｏ₂センサ２６の出力Ｄ１が所定値Ｄ
ｓ以上となって、＃１Ｏ₂センサ２６や＃２Ｏ₂センサ
２７の応答遅れの要素が排除されたとみなされたら、ス
テップＳ１９に移行する。

【００３１】このステップＳ１９では、前述と同様に次
式により、＃１Ｏ₂センサ２６の出力Ｄ１と＃２Ｏ₂セ
ンサ２７の出力Ｄ２との出力差ΔＤを演算する。 ΔＤ＝Ｄ１−Ｄ２即ち、図４（ｂ）には、＃１Ｏ₂センサ２６の出力Ｄ１
を一点鎖線で、＃２Ｏ ₂センサ２７の出力Ｄ２を実線で
示してあるが、これら出力Ｄ１と出力Ｄ２の差を演算
し、吸蔵型ＮＯx 触媒２４の上流側の排気中の酸素量と
下流側の排気中の酸素量との差、即ち、排気中の空燃比
の差を求めるようにする。

【００３２】これにより、吸蔵型ＮＯx 触媒２４に吸蔵
されたＮＯx がＮＯx パージによって放出、還元される
とＮ₂とともにＯ₂（酸素）が発生するのであるが、こ
の還元により発生したＯ₂の量が適切に検出され、ひい
てはＮＯx の放出量が適切に検出可能とされる。空燃比
がリーン空燃比からリッチ空燃比とされるときには、酸
素量が急激するため、図４（ｂ）に示すように、上述し
た理由に基づき、吸蔵型ＮＯx 触媒２４の上流側にある
＃１Ｏ₂センサ２６の出力Ｄ１は急勾配で大側に変化し
た後一定に保持される。一方、このとき、吸蔵型ＮＯx
触媒２４では、吸蔵されたＮＯx が初期リッチ空燃比
（例えば、値１０）の下に発生する多量のＣＯにより放
出、還元されてＯ₂が多量に発生しており、故に吸蔵型
ＮＯx 触媒２４の下流側にある＃２Ｏ₂センサ２７の出
力Ｄ２は小さいままに保持される。つまり、出力Ｄ１が
所定値Ｄｓ以上となった時点では、同図（ａ）及び
（ｂ）に示すように、差ΔＤ、即ち、ＮＯx の放出量は
比較的大きなものとなっている。

【００３３】そして、次のステップＳ２０では、このよ
うに求めた出力差ΔＤに基づいて最適な目標Ａ／Ｆを演
算により決定する。実際には、例えば、図５に示すよう
に、出力差ΔＤと目標Ａ／Ｆとの関係を示すマップが予
め実験等により設定されており、目標Ａ／Ｆは差ΔＤに
応じてこのマップより求められる。同図によれば、出力
Ｄ１が所定値Ｄｓ以上となった時点では、上述したよう
に差ΔＤは比較的大きいため、目標Ａ／Ｆは初期リッチ
空燃比と同じ空燃比（例えば、値１０）とされる。

【００３４】次のステップＳ２１では、出力差ΔＤが所
定値ΔＤ０以下となったか否かを判別する。つまり、還
元により発生するＯ₂が極めて少なくなり、吸蔵ＮＯx
量が殆ど還元され尽くしてもはやＮＯx パージを行う必
要がなくなったか否かを判別する。この時点では、差Δ
Ｄが比較的大きいため、ステップＳ１９及びステップＳ
２０の実行を繰り返し継続する。

【００３５】そして、吸蔵型ＮＯx 触媒２４に吸蔵され
たＮＯx の放出、還元が進むと、還元により発生するＯ
₂が増加した後次第に少なくなり、吸蔵型ＮＯx 触媒２
４の下流側の空燃比もリッチ空燃比側に遷移して＃２Ｏ
₂センサ２７の出力Ｄ２も大側に変化し始める。このよ
うに出力Ｄ２が大側に変化するようになると、図４
（ｂ）に示すように、出力Ｄ１に対して差ΔＤは徐々に
小さくなる。そして、差ΔＤが、例えば、所定値ΔＤ１
まで小さくなると、図５のマップに基づいて目標Ａ／Ｆ
は若干リッチ化度合の小さい空燃比（例えば、値１２）
とされる（図４（ｃ）参照）。つまり、ＮＯx の放出、
還元がある程度進行したときには、もはや還元剤である
ＣＯはそれほど必要なく、故に、この場合には燃料供給
量を減らす等して目標Ａ／Ｆをリッチ化度合の低い側に
変更する。これにより、余剰のＣＯが排出されることな
くなり、燃費の悪化等が好適に防止されることになる。

【００３６】ところで、＃２Ｏ₂センサ２７の出力Ｄ２
は、実際には、図４（ｂ）に示すように、差ΔＤが所定
値ΔＤ２とされた状態のまま暫くの間継続するのである
が、これは、吸蔵型ＮＯx 触媒２４に吸蔵されたＮＯx
がある程度放出されると、放出され難い一部のＮＯx の
みが残り、この放出され難いＮＯx は少しずつしか放出
されず、放出するのに時間がかかるためであり（図４
（ａ）参照）、この間は、この放出され難いＮＯx を完
全に放出すべく、目標Ａ／Ｆは上記若干リッチ化度合の
小さい空燃比（例えば、値１２）のままとする。

【００３７】そして、この放出され難いＮＯx が略完全
に放出、還元されたら、差ΔＤは再び減少に向かうた
め、これに応じて、図６のマップに基づいて目標Ａ／Ｆ
のリッチ化度合を徐々に小さく変化させるようにする。
これにより、排気中のＣＯが徐々に減少させられ、つま
り、還元剤であるＣＯが未だ放出されずに残っているＮ
Ｏx の還元に最低限必要な量に抑えられ、やはり余剰の
ＣＯが排出されることなく燃費の悪化等が極めて好適に
防止されることになる。

【００３８】その後、ステップＳ２１にて、出力差ΔＤ
が所定値ΔＤ０を下回ったら、吸蔵型ＮＯx 触媒２４に
吸蔵されたＮＯx は略完全に除去されたと判断でき、こ
の場合には、もはや還元剤であるＣＯは必要なく、この
ＮＯx パージ制御を終了する。これにより、吸蔵型ＮＯ
x 触媒２４に吸蔵されたＮＯx が過不足なく確実に除去
され、再び、リーン運転が開始される。

【００３９】なお、図４に示すように、差ΔＤが所定値
ΔＤ０（極小値または値０）となったときには、目標Ａ
／Ｆはストイキオ（値１４．７）近傍のややリッチな空
燃比（例えば、値１４．５）とされるが、これは、ＮＯ
x パージ終了まではリッチ空燃比を維持して吸蔵型ＮＯ
x 触媒２４に新たにＮＯx を吸蔵させないようにするた
めであり、更に、このややリッチな空燃比（例えば、値
１４．５）であれば、ストイキオに近いことからＣＯや
ＨＣの発生をも確実に抑えることができるからである。

【００４０】また、ここでは、図４（ｃ）に示すよう
に、ＮＯx パージを終了した後、再び目標Ａ／Ｆをリー
ン空燃比としているが、これはエンジン１１の運転状態
に応じてたまたま燃料噴射モードがリーン空燃比に対応
したモードとされたためであり、ストイキオフィードバ
ックモードであれば目標Ａ／Ｆはストイキオとされ、オ
ープンループモードであればリッチ空燃比とされる。

【００４１】一方、ステップＳ１５にて、リーン運転継
続時間Ｔが所定時間Ｔ_S以下であればステップＳ２２に
てＳパージ制御を開始する。即ち、燃料や潤滑油内に含
まれるイオウ成分も排気ガス中に存在し、吸蔵型ＮＯｘ
触媒２４は、酸素濃度過剰雰囲気でＮＯｘと共にＳＯｘ
も吸蔵する。つまり、イオウ成分は酸化されてＳＯｘに
なり、このＳＯｘの一部が吸蔵型ＮＯｘ触媒２４上でさ
らに元来ＮＯｘ用の吸蔵剤と反応して硫酸塩となって吸
蔵型ＮＯｘ触媒２４に吸蔵する。また、吸蔵型ＮＯｘ触
媒２４は、酸素濃度が低下すると吸蔵されたＳＯｘを放
出する機能を有している。つまり、酸素濃度が低下した
雰囲気では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２４に吸蔵した硫酸塩の
一部と排気中のＣＯとが反応して炭酸塩が生成されると
共にＳＯｘが離脱される。しかし、硫酸塩は硝酸塩より
も塩としての安定度が高く、酸素濃度が低下した雰囲気
になってもその一部しか分解されないため、吸蔵型ＮＯ
ｘ触媒２４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、吸蔵型ＮＯｘ触媒２４の吸蔵能力が時
間と共に低下し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２４としての性能が
悪化（Ｓ被毒）することになる。このため、リーン運転
継続時間Ｔが所定時間Ｔ_S以下となり、吸蔵型ＮＯｘ触
媒２４のＳ被毒が進行したと判断された場合、本実施形
態では、触媒を所定温度（例えば、６５０℃）以上とな
るように昇温させ、且つ、空燃比を還元雰囲気にして吸
蔵したＳＯｘを放出する（Ｓパージ運転）。

【００４２】このように本実施形態の内燃機関の排気浄
化装置にあっては、吸蔵型ＮＯｘ触媒２４の上流側に流
入する排気ガス中の酸素濃度を検出する＃１Ｏ₂センサ
２６を配設する一方、下流側に放出される排気ガス中の
酸素濃度を検出する＃２Ｏ₂センサ２７を配設し、リー
ン空燃比での運転中に＃１Ｏ₂センサ２６の出力値Ｄ１
から＃２Ｏ₂センサ２７の出力値Ｄ２を減算して出力差
ΔＤを求め、この出力差ΔＤに基づいて排気空燃比のリ
ッチ化による吸蔵型ＮＯｘ触媒２４のＮＯｘパージ制御
を開始するようにしている。

【００４３】そのため、吸蔵型ＮＯx 触媒２４に吸蔵さ
れたＮＯx 量を高精度に推定し、適正時期にＮＯｘパー
ジ制御を開始することができ、ＮＯx を吸蔵するリーン
空燃比運転の運転期間やＮＯx の放出に必要なリッチ空
燃比運転の運転期間が極めて適正なものとなり、ＮＯx
パージ制御の早期開始による燃費の悪化やＮＯx パージ
制御の開始遅れによる排気ガス特性の悪化を防止でき
る。

【００４４】なお、上述の実施形態において、第１検出
手段として吸蔵型ＮＯｘ触媒２４の上流に配設された＃
１Ｏ₂センサ２６としたが、これに限らず、エンジン１
１の運転状態に基づいて予め設定記憶されたマップの値
を用いてもよい。また、この第１、第２検出手段として
Ｏ₂センサ２６，２７を用いて放出判定手段が吸蔵型Ｎ
Ｏｘ触媒２４の上流及び下硫の酸素濃度差に基づいてＮ
Ｏｘパージ開始時期を判定したが、空燃比センサ等を用
いて上流及び下流の空燃比（Ａ／Ｆ）の差からＮＯx 放
出判定を行ってもよい。

【００４５】更に、各Ｏ₂センサ２６，２７の出力差Δ
Ｄに対する所定値ΔＤ０を固定値としたが、エンジン１
１の運転状態に基づいて予め設定記憶されたマップの値
としてもよい。

【００４６】また、本実施形態では、第１、第２検出手
段としてＯ₂センサ２６，２７を用いているが、排気ガ
ス中のＮＯx 濃度を検出可能なＮＯx センサを用いてＮ
Ｏxセンサの出力値から吸蔵型ＮＯｘ触媒２４の吸蔵状
態として、例えば、排出されるＮＯｘ量（＝吸蔵型ＮＯ
ｘ触媒２４に流入するＮＯｘ量−吸蔵されるＮＯｘ
量）、あるいは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２４の吸蔵率（＝吸
蔵型ＮＯｘ触媒２４に流入するＮＯｘ量／吸蔵されるＮ
Ｏｘ量）等を算出したＮＯx パージ開始時期を判定する
ようにしてもよい。なお、ＮＯx センサは吸蔵型ＮＯx
触媒２４の上流または下流の一方のみに配設してもよ
い。

【００４７】また、上述した実施形態では、ＮＯx パー
ジ時においてＮＯx の放出と還元とを併せて実施可能な
吸蔵型ＮＯx 触媒２４を用いるようにしたが、吸蔵型Ｎ
Ｏx触媒２４をＮＯx の放出のみ実施可能な吸蔵型ＮＯx
触媒とし、下流の三元触媒２５で還元を行うような触
媒構成としてもよい。

【００４８】また、三元触媒２５を用いずにＮＯx の放
出機能と還元機能とを併せ有した吸蔵型ＮＯx 触媒２４
のみを用いる構成としてもよい。また、ＮＯx パージが
開始された後、＃１Ｏ₂センサ２６の出力Ｄ１が所定値
Ｄｓ以上となるまで出力Ｄ１、出力Ｄ２の差ΔＤの演算
を行わず、＃１Ｏ₂センサ２６及び＃２Ｏ₂センサ２７
の応答遅れの要素を排除（マスキング）するようにした
が、単に初期リッチ空燃比を所定時間が経過するまで継
続するようにしてもよい。この場合、所定時間は、予め
エンジン１１の運転条件等に応じて設定したマップから
求めてもよいし、予め設定した固定値であってもよい。
また、このようなマスキングを行わず、出力Ｄ１、出力
Ｄ２を一次遅れ補正等によって補正するようにしてもよ
い。

【００４９】そして、上述の実施形態では、エンジン１
１を筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジン
としたが、エンジン１１は吸蔵型ＮＯｘ触媒を有する吸
気管噴射型のリーンバーンエンジンであってもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように、本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、吸
蔵型ＮＯx 触媒の堆積ＮＯx 量を高精度に推定し、適正
時期にＮＯｘ放出制御を開始することができ、その結
果、ＮＯx を吸蔵するリーン空燃比運転の運転期間やＮ
Ｏx の放出に必要なリッチ空燃比運転の運転期間が極め
て適正なものとなり、ＮＯx 放出制御の早期開始による
燃費の悪化やＮＯx 放出制御の開始遅れによる排気ガス
特性の悪化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化
装置の概略構成図である。

【図２】Ｏ₂センサの空燃比に対する出力特性を表すグ
ラフである。

【図３】本実施形態の排気浄化装置によるＮＯx パージ
制御のフローチャートである。

【図４】ＮＯx パージ制御のタイムチャートである。

【図５】Ｏ₂センサの出力値の差に対する目標空燃比を
表すグラフである。

【符号の説明】

１１エンジン（内燃機関）１５燃焼室１７スロットル弁２１排気管（排気通路）２２排気浄化触媒装置２４吸蔵型ＮＯｘ触媒２５三元触媒２６＃１Ｏ₂センサ（第１検出手段）２７＃２Ｏ₂センサ（第２検出手段）２８電子コントロールユニット，ＥＣＵ（放出判定手
段、ＮＯｘ放出制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５ＡＦターム(参考） 3G091 AA12 AA17 AA24 AA28 AB03 AB06 BA01 BA11 BA14 CB02 DA02 DB07 DC01 EA01 EA17 EA18 EA33 FC02 GB02Y GB03Y GB05W GB06W HA08 HA36 HA37 HA38 HA42 HA47 3G301 HA01 HA04 HA06 HA15 JA02 JA25 JA33 MA01 NA06 NA08 NC02 ND01 NE13 PD04Z PD09Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられて排気空
燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中のＮＯｘを
吸蔵すると共にリッチ空燃比または理論空燃比であると
きに吸蔵されたＮＯｘを放出して還元する吸蔵型ＮＯｘ
触媒と、該吸蔵型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ濃度に相
関する値を検出する第１検出手段と、前記吸蔵型ＮＯｘ
触媒に吸蔵されるＮＯｘ濃度に相関する値を検出する第
２検出手段と、前記第１検出手段の検出値と前記第２検
出手段の検出値との出力に基づいて前記吸蔵型ＮＯｘ触
媒に吸蔵されたＮＯｘを放出する時期を判定する放出判
定手段と、該放出判定手段によってＮＯｘの放出時期が
判定されたときに排気空燃比をリッチ空燃比または理論
空燃比に変更するＮＯｘ放出制御手段とを具えたことを
特徴とする内燃機関の排気浄化装置。