JPH06129246A - 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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JPH06129246A
JPH06129246A JP5127233A JP12723393A JPH06129246A JP H06129246 A JPH06129246 A JP H06129246A JP 5127233 A JP5127233 A JP 5127233A JP 12723393 A JP12723393 A JP 12723393A JP H06129246 A JPH06129246 A JP H06129246A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 混合気の空燃比をリーンから理論空燃比に切
換えるときにＮＯx が大気中に放出されないようにす
る。 【構成】 流入する排気ガスの空燃比がリーンのはきに
はＮＯx を吸収し、流入する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 吸収剤１８を
機関排気通路内に配置する。混合気の空燃比をリーンか
ら理論空燃比に切換えるとき一時的にリッチにした後に
理論空燃比にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】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】流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
きにはＮＯx を吸収し、流入する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 吸収剤を
機関排気通路内に配置し、リーン混合気の燃焼が一定期
間以上経過したときに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又はリッチにして排気ガス中
の酸素濃度を低下させることによりＮＯx 吸収剤からＮ
Ｏx を放出させ、ＮＯx吸収剤から放出されたＮＯx を
機関から排出された未燃ＨＣ，ＣＯによって還元するよ
うにした内燃機関が本出願人により既に提案されている
（特願平３−２８４０９５号参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが上述したよう
に機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比がリーン
から理論空燃比に切換えられてＮＯx 吸収剤からＮＯx
が放出されてもこのとき機関から排出される未燃ＨＣ，
ＣＯの量はさほど増大しないためにＮＯx 吸収剤から放
出されたＮＯx を未燃ＨＣ，ＣＯにより良好に還元する
ことができず、斯くしてＮＯx が大気中に放出されてし
まうという問題が生ずる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリー
ンのときにはＮＯx を吸収し、流入する排気ガス中の酸
素濃度が低下すると吸収したＮＯx を放出するＮＯx 吸
収剤を機関排気通路内に配置した内燃機関において、機
関の運転領域がリーン混合気を燃焼せしめる運転領域か
らほぼ理論空燃比の混合気を燃焼すべき運転領域に移行
したときには混合気の空燃比を一時的にリッチにした後
にほぼ理論空燃比にする空燃比制御手段を具備してい
る。
【０００５】
【作用】機関の運転領域がリーン混合気を燃焼せしめる
運転領域からほぼ理論空燃比の混合気を燃焼すべき運転
領域に移行したときに混合気の空燃比を一時的にリッチ
にすると機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、
従ってこのときＮＯx 吸収剤から放出されたＮＯx が未
燃ＨＣ，ＣＯによって良好に還元せしめられる。
【０００６】
【実施例】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は排気ポートを夫々示す。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には夫々吸気ポート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
置される。一方、排気ポート８は排気マニホルド１６及
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に接続される。
【０００７】電子制御ユニット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ＲＯＭ（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）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具
備する。サージタンク１０内にはサージタンク１０内の
絶対圧に比例した出力電圧を発生する圧力センサ１５が
取付けられ、この圧力センサ１５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。スロット
ル弁１４にはスロットル弁１４がアイドリング開度にあ
ることを示す出力信号を発生するスロットルセンサ２０
が取付けられ、このスロットルセンサ２０の出力信号が
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２１が接続される。一方、出力ポート３６は対応する
駆動回路３８を介して夫々点火栓４および燃料噴射弁１
１に接続される。
【０００８】図１に示す内燃機関では例えば次式に基い
て燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。 ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋ ここでＴＰは基本燃料噴射時間を示しており、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。この基本燃料噴射
時間ＴＰは予め実験により求められ、機関負荷を表すサ
ージタンク１０の絶対圧ＰＭ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ＲＯＭ３２内
に記憶されている。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制御するための係数であってＫ
＝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Ｋ＜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
よりも大きくなり、即ちリーンとなり、Ｋ＞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なる、即ちリッチとなる。
【０００９】この補正係数Ｋの値はサージタンク１０内
の絶対圧ＰＭおよび機関回転数Ｎに対して予め定められ
ており、図３はこの補正係数Ｋの値の一実施例を示して
いる。図３に示される実施例ではサージタンク１０内の
絶対圧ＰＭが比較的低い領域、即ち機関低中負荷運転領
域では補正係数Ｋの値が１．０よりも小さい値とされ、
従ってこのときには機関シリンダ内に供給される混合気
の空燃比がリーンとされる。一方、サージタンク１０内
の絶対圧ＰＭが比較的高い領域、即ち機関高負荷運転領
域では補正係数Ｋの値が１．０とされ、従ってこのとき
には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Ｐ
Ｍが最も高くなる領域、即ち機関全負荷運転領域では補
正係数Ｋの値は１．０よりも大きな値とされ、従ってこ
のときには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。また、機関アイドリング運転時には
補正係数Ｋが１．０とされ、従って機関アイドリング運
転時には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。内燃機関では、通常、低中負荷運
転される頻度が最も高く、従って運転期間中の大部分に
おいてリーン混合気が燃焼せしめられることになる。
【００１０】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
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。
【００１１】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（炭化水素）の比をＮＯ x 吸収
剤１８への流入排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯx
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
（炭化水素）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。
【００１２】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
放出作用を行うが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。しかしながらこの吸
放出作用は図５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
に白金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。
【００１３】即ち、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巾に増大し、図５
（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ2 がＯ2 - 又は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 - 又は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５（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3 - の形で
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。
【００１４】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、斯くして吸
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。即ち、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４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たとえ流入
排気ガスの空燃比がリーンであってもＮＯx 吸収剤１８
からＮＯ x が放出されることになる。
【００１５】一方、このとき燃焼室３内に供給される混
合気がリッチにされて流入排気ガスの空燃比がリッチに
なると図４に示されるように機関からは多量の未燃Ｈ
Ｃ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ
上の酸素Ｏ2 - 又は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がリッチになると流入排気
ガス中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮ
Ｏ2 が放出され、このＮＯ2 は図５（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。
【００１６】即ち、流入排気ガスの空燃比をリッチにす
るとまず初めに未燃ＨＣ，ＣＯが白金Ｐｔ上のＯ2 - 又
はＯ2-とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金
Ｐｔ上のＯ2 - 又は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ＮＯ x
が還元せしめられる。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うちにＮＯx 吸収剤１８に吸収さ
れているＮＯx が放出され、しかもこの放出されたＮＯ
x 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ことになる。また、燃焼室３に供
給される混合気が理論空燃比にされて流入排気ガスの空
燃比を理論空燃比にしたときにも排気ガス中の未燃Ｈ
Ｃ，ＣＯと白金Ｐｔの表面上のＮＯ2 とが反応して白金
Ｐｔの表面上にＮＯ2 が存在しなくなるのでＮＯx 吸収
剤１８からＮＯx が放出されることになる。しかしなが
ら燃焼室３内に供給される混合気を理論空燃比にした場
合には排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯの量が少ないのでＮ
Ｏx 吸収剤１８からＮＯx が徐々にしか放出されず、斯
くしてＮＯx 吸収剤１８に吸収されている全ＮＯx を放
出させるには若干長い時間を要する。
【００１７】このように燃焼室３内に供給される混合気
がリーンにされているときにはＮＯ x 吸収剤１８にＮＯ
x が吸収され、燃焼室３内に供給される混合気が理論空
燃比又はリッチになるとＮＯx 吸収剤１８に吸収された
ＮＯx が放出されると共にＮＯx 吸収剤１８から放出さ
れたＮＯx が未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。とこ
ろがこの場合、燃焼室３内に供給される混合気がリーン
からリッチに切換えられたとき、および燃焼室３内に供
給される混合気がリーンから理論空燃比又はリッチに切
換えられた後はＮＯx 吸収剤１８から放出されたＮＯx
が未燃ＨＣ，ＣＯによって良好に還元されるが燃焼室３
内に供給される混合気がリーンから理論空燃比に切換え
られたときにはＮＯx 吸収剤１８から放出されるＮＯx
が良好に還元されず、斯くしてＮＯx が大気に放出され
る。次にその理由について説明する。
【００１８】即ち、燃焼室３内に供給される混合気がリ
ーンからリッチに切換えられると排気ガス中の酸素濃度
が急激に低下するために上述した如くＮＯx 吸収剤１８
からＮＯx が放出される。しかしながら燃焼室３内に供
給される混合気がリーンからリッチに切換えられると図
４に示されるように機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが
排出されるのでＮＯx 吸収剤１８から放出されたＮＯx
は未燃ＨＣ，ＣＯによって良好に還元されることにな
る。一方、燃焼室３内に供給される混合気がリーンから
リッチに切換えられた後は前述したように未燃ＨＣ，Ｃ
Ｏの量に応じてＮＯx 吸収剤１８からＮＯx が放出され
るのでこのときにもＮＯx 吸収剤１８から放出されたＮ
Ｏx は未燃ＨＣ，ＣＯによって良好に還元せしめられ
る。同様に、燃焼室３内に供給される混合気がリーンか
ら理論空燃比に切換えられた後も未燃ＨＣ，ＣＯの量に
応じてＮＯx 吸収剤１８からＮＯx が放出されるのでこ
のときにもＮＯx 吸収剤１８から放出されたＮＯx は未
燃ＨＣ，ＣＯによって良好に還元せしめられる。
【００１９】一方、燃焼室３内に供給される混合気がリ
ーンから理論空燃比に切換えられたときにも排気ガス中
の酸素濃度が低下するのでＮＯx 吸収剤１４からＮＯx
が放出される。しかしながら図４からわかるように燃焼
室３内に供給される混合気がリーンから理論空燃比に切
換えられても機関から排出される未燃ＨＣ，ＣＯの量は
さほど増大せず、このとき機関から排出される未燃Ｈ
Ｃ，ＣＯの量はＮＯx 吸収剤１８から放出される全ＮＯ
x を還元しうる量に比べて少なくなる。従ってこのとき
ＮＯx 吸収剤１８から放出されるＮＯx を良好に還元す
ることができず、斯くしてＮＯx が大気中に放出される
ことになる。
【００２０】そこで本発明では燃焼室３内に供給される
混合気をリーンから理論空燃比に切換えるときにはまず
初めに燃焼室３内に供給される混合気を一時的にリッチ
にし、次いで理論空燃比にするようにしている。このよ
うに燃焼室３内に供給される混合気の空燃比を一時的に
リッチにすると機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出
されるためにこのときＮＯx 吸収剤１８から放出される
ＮＯx は未燃ＨＣ，ＣＯによって良好に還元されること
になる。また、燃焼室３内に供給される混合気の空燃比
がリッチから理論空燃比にされた後は未燃ＨＣ，ＣＯの
量に応じてＮＯ x 吸収剤１８からＮＯx が放出されるの
でこのときもＮＯx 吸収剤１８から放出されるＮＯx が
未燃ＨＣ，ＣＯによって良好に還元されることになる。
【００２１】次に図６から図８を参照しつつ本発明によ
る実施例について説明する。前述したように本発明によ
る実施例では機関アイドリング運転時に燃焼室３内に供
給される混合気が理論空燃比とされる。この場合、本発
明による実施例ではスロットル弁１４がアイドリング開
度でありかつ機関回転数Ｎが９００r.p.m 以下のときに
はアイドリング運転であると判断しているので図６に示
されるようにスロットル弁１４がわずかばかり開弁して
いる状態からアイドリング開度まで閉弁せしめられた後
機関回転数Ｎが９００r.p.m 以下となったときに（図６
の時刻ｔ1 ）アイドリング運転になったと判断される。
スロットル弁１４がわずかばかり開弁しているときには
図３からわかるように燃焼室３内に供給される混合気は
リーンとなっており、従って時刻ｔ1 においてアイドリ
ング運転であると判別されると燃焼室３内に供給すべき
混合気の目標空燃比がリーンから理論空燃比に切換えら
れる。このとき本発明による実施例では図６においてＴ
0 で示されるように燃焼室３内に供給される混合気は一
時的にリッチにされた後に理論空燃比とされる。
【００２２】また、本発明による実施例では減速すべく
スロットル弁１４がアイドリング開度まで閉弁せしめら
れたときの機関回数数Ｎが図７に示されるように１４０
０r.p.m 以上であったときには燃料の供給が停止され、
その後機関回転数Ｎが９００r.p.m 以下になると燃料の
供給が開始される。従って燃料の供給が開始されたとき
には機関アイドリング運転状態であると判断され、従っ
てこのとき燃焼室３内に供給すべき混合気の目標空燃比
は理論空燃比となる。本発明による実施例ではこのとき
にも図７においてＴ0 で示されるように燃焼室３内に供
給される混合気は燃料の供給が開始されるや否や一時的
にリッチにされ、次いで理論空燃比とされる。
【００２３】また図３に示されるように本発明による実
施例では機関高負荷運転時に燃焼室３内に供給される混
合気が理論空燃比（Ｋ＝１．０）とされる。従って図８
に示されるようにスロットル弁１４の開度が増大せしめ
られて高負荷運転領域になると燃焼室３内に供給すべき
混合気の目標空燃比がリーンから理論空燃比に切換えら
れる。本発明による実施例ではこのときにも図８におい
てＴ0 で示されるように燃焼室３内に供給される混合気
が一時的にリッチにされ、次いで理論空燃比にされる。
【００２４】次に第９図から図１１を参照して本発明に
よる空燃比制御の第１実施例について説明する。図９は
燃料の噴射を停止すべきことを示すカットフラグの処理
ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割
込みによって実行される。図９を参照するとまず初めに
ステップ１００において燃料の噴射を停止すべきことを
示すカットフラグがセットされているか否かが判別され
る。カットフラグがセットされていないときはステップ
１０１に進んでスロットルセンサ２０の出力信号に基き
スロットル弁１４がアイドリング開度であるか否かが判
別される。アイドリング開度であるときにはステップ１
０２に進んで機関回転数Ｎが予め定められた設定値、例
えば１４００r.p.m よりも高いか否が判別され、Ｎ＞１
４００r.p.m のときにはステップ１０３に進む。即ち、
スロットル弁１４がアイドリング開度であってＮ＞１４
００r.p.m のときには燃料噴射を停止すべき減速運転時
であると判断し、ステップ１０３に進んでカットフラグ
がセットされる。カットフラグがセットされると後述す
るように燃料の噴射が停止される。
【００２５】カットフラグがセットされるとステップ１
００からステップ１０４に進んでスロットルセンサ２０
の出力信号に基きスロットル弁１４が開弁したか否かが
判別される。スロットル弁１４が開弁していないときに
はステップ１０５に進んで機関回転数Ｎが予め定められ
た一定値、例えば９００r.p.m よりも低くなったか否か
が判別される。Ｎ≧９００r.p.m のときには処理サイク
ルを完了する。これに対してステップ１０４においてス
ロットル弁１４が開弁したと判別されたとき、或いはス
テップ１０５においてＮ＜９００r.p.m であると判別さ
れたときにはステップ１０６に進んでカットフラグがリ
セットされる。
【００２６】カットフラグがリセットされると後述する
ように燃料の噴射が開始される。図１０および図１１は
空燃比の制御ルーチンを示しており、このルーチンは繰
返し実行される。図１０および図１１を参照するとまず
初めにステップ２００においてスロットル弁１４がアイ
ドリング開度であるか否かが判別される。スロットル弁
１４がアイドリング開度のときにはステップ２０１に進
んで機関回転数Ｎが９００r.p.m以下であるか否かが判
別される。Ｎ≦９００r.p.m のときはステップ２０２に
進む。即ち、スロットル弁１４がアイドリング開度であ
りかつＮ≦９００r.p.m のときにはアイドリング運転状
態であると判断してステップ２０２に進む。ステップ２
０２では補正係数Ｋが１．０とされ、即ち燃焼室３内に
供給すべき目標空燃比が理論空燃比とされ、次いでステ
ップ２０４に進む。一方、スロットル弁１４がアイドリ
ング開度でないとき、或いはＮ＞９００r.p.m のときに
はステップ２０３に進んでサージタンク１０内の絶対圧
ＰＭおよび機関回転数Ｎから図３に示す関係に基いて補
正係数Ｋが算出され、次いでステップ２０４に進む。
【００２７】ステップ２０４では補正係数Ｋが１．０で
あるか否か、即ち燃焼室３内に供給すべき混合気の目標
空燃比が理論空燃比であるか否かが判別される。Ｋ＝
１．０のときにはステップ２０５に進んで燃焼室３内に
供給される混合気を一時的にリッチにする処理が完了し
たことを示すリッチ完了フラグがセットされているか否
かが判別される。Ｋ＝１．０となった後、初めてステッ
プ２０５に進んだときにはリッチ完了フラグはセットさ
れていないのでこのときにはステップ２０６に進んで補
正係数Ｋt が設定値ＫＫとされる。この設定値ＫＫは燃
焼室３内に供給される混合気の空燃比が１２．０から１
３．５程度となる１．１から１．２程度の値である。
【００２８】次いでステップ２０７ではカウント値Ｔが
１だけインクリメントされ、次いでステップ２０８にお
いてカウント値Ｔが一定値Ｔ0 よりも大きくなったか否
かが判別される。Ｔ≦Ｔ0 のときにはステップ２１０に
進んでカットフラグがセットされているか否かが判別さ
れる。カットフラグがセットされているときにはステッ
プ２１１に進んで補正係数Ｋt が零とされ、次いでステ
ップ２１３に進む。これに対してカットフラグがセット
されていないときにはステップ２１２に進む。ステップ
２１２ではサージタンク１０内の絶対圧ＰＭと機関回転
数Ｎから図２に示すマップに基いて基本燃料噴射時間Ｔ
Ｐが算出され、次いでステップ２１３に進む。ステップ
２１３では基本燃料噴射時間ＴＰに補正係数Ｋt を乗算
することによって燃料噴射時間ＴＡＵ（＝Ｋt ・ＴＰ）
が算出される。
【００２９】次いでステップ２０８においてＴ＞Ｔ0 に
なったと判別されたときにはステップ２０９に進んでリ
ッチ完了フラグがセットされ、次いでステップ２１０お
よび２１１、或いはステップ２１０および２１２を経て
ステップ２１３に進む。リッチ完了フラグがセットされ
るとステップ２０５からステップ２１５に進んで補正係
数Ｋt がＫとされ、次いでステップ２１６においてカウ
ント値Ｔが零とされる。次いでステップ２１０および２
１１、或いはステップ２１０および２１２を経てステッ
プ２１３に進む。従ってＫ＝１．０になると、即ち燃焼
室３内に供給される混合気の目標空燃比が１．０になる
とカットフラグがセットされていない限り一定時間Ｔ0
だけ燃焼室３内に供給される混合気がリッチ（Ｋt ＝Ｋ
Ｋ）とされ、一定時間Ｔ0 を経過すると燃焼室３内に供
給される混合気が理論空燃比（Ｋ t ＝Ｋ）とされる。
【００３０】一方、ステップ２０４においてＫ＝１．０
でないと判別されたとき、即ち燃焼室３内に供給される
混合気の目標空燃比がリーン又はリッチのときにはステ
ップ２１４に進んでリッチ完了フラグがリセットされ、
次いでステップ２１５に進んで補正係数Ｋt がＫとされ
る。従ってこのときにはカットフラグがセットされてい
ない限り燃焼室３内に供給される混合気がリーン或いは
リッチとされる。なお、カットフラグがセットされた場
合にはステップ２１１において補正係数Ｋt が零とされ
るので燃料噴射が停止せしめられる。
【００３１】図１２から図１６は本発明による空燃比制
御の第２実施例を示す。図１２は図６と同様に機関の運
転状態がアイドリング運転状態に移行したときを示して
おり、図１３は図７と同様に減速運転時に燃料噴射が停
止されたときを示しており、図１４は図８と同様に機関
の運転状態が高負荷運転状態に移行した場合を示してい
る。図１２、図１３および図１４からわかるようにこの
第２実施例でも燃焼室３内に供給される混合気の目標空
燃比がリーンから理論空燃比に切換えられると燃焼室３
内に供給される混合気が一時的にリッチにされた後に理
論空燃比にされるがこの第２実施例ではＮＯx 吸収剤１
８から積極的にＮＯx を放出させるために燃焼室３内に
供給される混合気がリッチにされている時間Ｔ0 が第１
実施例に比べて長くされている。
【００３２】即ち、リーン混合気の燃焼が継続して行わ
れるとＮＯx 吸収剤１８に吸収蓄積されるＮＯx 量が次
第に増大する。この場合、ＮＯx 吸収剤１８によるＮＯ
x 吸収能力が飽和してしまうとＮＯx 吸収剤１８により
ＮＯx を吸収しえなくなるのでＮＯx 吸収剤１８のＮＯ
x 吸収能力が飽和する前にＮＯx 吸収剤１８からＮＯ x
を放出させる必要がある。従って第２実施例では燃焼室
３内に供給される混合気の目標空燃比が理論空燃比とな
る毎に比較的長い時間Ｔ0 に亘って燃焼室３内に供給さ
れる混合気をリッチにしてこの間にＮＯx 吸収剤１８か
らＮＯx を放出させるようにしている。
【００３３】なお、リーン混合気の燃焼を行っていると
きにＮＯx 吸収剤１８からＮＯx を放出すべく燃焼室３
内に供給される混合気をリッチにすることもできるがこ
のように混合気をリーンからリッチにすると燃料噴射量
がかなり増大する。これに対して燃焼室３内に供給され
る混合気を理論空燃比からリッチにした場合には混合気
をリーンからリッチにした場合に比べて燃料消費量の増
大は少なくなり、従って燃料消費量の低減を図る上では
本発明の実施例におけるように燃焼室３内に供給される
混合気の目標空燃比が理論空燃比のときに混合気の空燃
比をリッチにすることが好ましいことになる。
【００３４】また、リーン混合気の燃焼が継続して行わ
れる期間が短かければＮＯx 吸収剤１８に吸収蓄積され
るＮＯx 量が少なくなり、ＮＯx 吸収剤１８に吸収蓄積
されるＮＯx 量が少なくなれば混合気をリッチにする時
間Ｔ0 を短かくしてもＮＯx吸収剤１８に吸収されてい
る全ＮＯx をＮＯx 吸収剤１８から放出させることがで
きる。従って第２実施例では図１５に示されるようにリ
ーン混合気の燃焼が継続して行われている時間Ｃが短か
くなるほど混合気をリッチにする時間Ｔ0 が短かくされ
る。なお、図１５に示すＣとＴ0 の関係は予めＲＯＭ３
２内に記憶されている。
【００３５】また、第２実施例では図１３に示されるよ
うに燃料噴射が開始されたときに、即ち機関回転数Ｎが
かなり低下してから混合気がリッチにされる。この場
合、機関回転数Ｎが低くなるほど単位時間当り燃焼室３
内に供給される空気量が少なくなるので混合気を一定の
リッチ度合までリッチにするためには機関回転数Ｎが低
くなるほど増量すべき燃料量が少なくてすむことにな
る。従って図１３に示されるように機関回転数Ｎが低下
したときに混合気をリッチにすると燃焼消費量を低減で
きることになる。また、ＮＯx 吸収剤１８からのＮＯx
の放出作用はＮＯx吸収剤１８内を流れる排気ガスの流
速が遅いほど良好に行われ、従って図１３に示されるよ
うに機関回転数Ｎがかなり低下したときに混合気をリッ
チにするとＮＯx 吸収剤１８からのＮＯx の放出作用が
良好に行われることになる。
【００３６】また図１２および図１３に示すように機関
の運転状態がアイドリング運転状態になったときに燃焼
室３内に供給される混合気を比較的長い期間Ｔ0 に亘っ
てリッチにすると点火栓４の電極周りにカーボンが堆積
しやすくなる。この場合、点火栓４の電極周りに多量の
カーボンが付着すると点火電流がこのカーボンを介して
漏洩し、斯くして良好な着火が得られなくなるために機
関回転数Ｎが低下してしまう。そこで第２実施例におい
ては機関アイドリング運転時において燃焼室３内に供給
される混合気がリッチにされているときには機関回転数
Ｎが一定回転数、例えば５００r.p.m まで低下したとき
には燃焼室３内に供給される混合気をただちにリッチか
ら理論空燃比に切換えるようにしている。燃焼室３内に
供給される混合気をリッチから理論空燃比に切換えると
付着したカーボンが燃焼せしめられるために点火電流が
漏洩もなくなり、斯くして機関回転数Ｎが上昇するため
に機関が停止してしまうのを阻止することができる。
【００３７】図１６および図１７は空燃比制御の第２実
施例を実行するためのルーチンを示しており、このルー
チンは繰返し実行される。なお、この第２実施例におい
ても空燃比を制御するに当って図９に示すカットフラグ
処理ルーチンが用いられる。図１６および図１７を参照
するとまず初めにステップ３００において燃料噴射を停
止すべきことを示すカットフラグがセットされているか
否かが判別される。カットフラグがセットされていない
ときにはステップ３０１に進んで補正係数Ｋ t が１．０
よりも小さいか否かが判別される。Ｋt ＜１．０のと
き、即ち燃焼室３内に供給されている混合気がリーンで
あるときにはステップ３０２に進んでカウント値Ｃが１
だけインクリメントされ、次いでステップ３０４に進
む。これに対してＫt ≧１．０のとき、即ち燃焼室３内
に供給されている混合気が理論空燃比又はリッチのとき
にはステップ３０３に進んでカウント値Ｃが零とされ、
次いでステップ３０４に進む。また、カットフラグがセ
ットされているときにはステップ３００からステップ３
０４にジャンプする。従ってカウント値Ｃはリーン混合
気の燃焼が継続して行われている時間を表わしているこ
とがわかる。
【００３８】次いでステップ３０４ではスロットル弁１
４がアイドリング開度であるか否かが判別される。スロ
ットル弁１４がアイドリング開度のときにはステップ３
０５に進んで機関回転数Ｎが９００r.p.m 以下であるか
否かが判別される。Ｎ≦９００r.p.m のときにはステッ
プ３０６に進む。即ち、スロットル弁１４がアイドリン
グ開度でありかつＮ≦９００r.p.m のときにはアイドリ
ング運転状態であると判断してステップ３０６に進む。
ステップ３０６では補正係数Ｋが１．０とされ、即ち燃
焼室３内に供給すべき目標空燃比が理論空燃比とされ、
次いでステップ３０８に進む。一方、スロットル弁１４
がアイドリング開度でないとき、或いはＮ＞９００r.p.
m のときにはステップ３０７に進んでサージタンク１０
内の絶対圧ＰＭおよび機関回転数Ｎから図３に示す関係
に基いて補正係数Ｋが算出され、次いでステップ３０８
に進む。
【００３９】ステップ３０８では補正係数Ｋが１．０で
あるか否か、即ち燃焼室３内に供給すべき混合気の目標
空燃比が理論空燃比であるか否かが判別される。Ｋ＝
１．０のときにはステップ３０９に進んで燃焼室３内に
供給される混合気を一時的にリッチにする処理が完了し
たことを示すリッチ完了フラグがセットされているか否
かが判別される。Ｋ＝１．０となった後、初めてステッ
プ３０９に進んだときにはリッチ完了フラグはセッされ
ていないのでこのときにはステップ３１０に進んで燃焼
室３内に供給される混合気を一時的にリッチにすべきで
あることを示すリッチフラグがセットされているか否か
が判別される。Ｋ＝１．０となった後、初めてステップ
３１０に進んだときにはリッチフラグはセットされてい
ないのでこのときにはステップ３１１に進んで補正係数
Ｋt が設定値ＫＫとされる。この設定値ＫＫは燃焼室３
内に供給される混合気の空燃比が１２．０から１３．５
程度となる１．１から１．２程度の値である。
【００４０】次いでステップ３１２ではカウント値Ｃか
ら図１５に示す関係に基いて燃焼室３内に供給される混
合気をリッチにする時間Ｔ0 が算出される。次いでステ
ップ３１３においてリッチフラグがセットされ、次いで
ステップ３１４に進んでカットフラグがセットされてい
るか否かが判別される。カットフラグがセットされてい
るときにはステップ３１５に進んで補正係数Ｋt が零と
され、次いでステップ３１７に進む。これに対してカッ
トフラグがセットされていないときにはステップ３１６
に進む。ステップ３１６ではサージタンク１０内の絶対
圧ＰＭと機関回転数Ｎから図２に示すマップに基いて基
本燃料噴射時間ＴＰが算出され、次いでステップ３１７
に進む。ステップ３１７では基本燃料噴射時間ＴＰに補
正係数Ｋ t を乗算することによって燃料噴射時間ＴＡＵ
（＝Ｋt ・ＴＰ）が算出される。
【００４１】リッチフラグがセットされるとステップ３
１０からステップ３１８に進んでカウント値Ｔが１だけ
インクリメントされ、次いでステップ３１９において機
関回転数Ｎが一定値、例えば５００r.p.m よりも低くな
ったか否かが判別される。Ｎ≧５００r.p.m のときには
ステップ３２０に進んでカウント値Ｔが一定値Ｔ0 より
も大きくなったか否かが判別される。Ｔ≦Ｔ0 のときに
はステップ３１４に進む。
【００４２】次いでステップ３２０においてＴ＞Ｔ0 と
なったと判別されたときにはステップ３２１に進んでリ
ッチ完了フラグがセットされ、次いでステップ３２２に
おいてリッチフラグがリセットされる。次いでステップ
３２３ではカウント値Ｔが零とされ、次いでステップ３
２４では補正係数Ｋt がＫとされる。次いでステップ３
１４に進む。リッチ完了フラグがセットされるとステッ
プ３０９からステップ３２２にジャンプし、ステップ３
２３を経てステップ３２４において補正係数Ｋ t がＫと
される。従ってＫ＝１．０になると、即ち燃焼室３内に
供給される混合気の目標空燃比が１．０になるとカット
フラグがセットされていない限り一定時間Ｔ0 だけ燃焼
室３内に供給される混合気がリッチ（Ｋt ＝ＫＫ）とさ
れ、一定時間Ｔ0 を経過すると燃焼室３内に供給される
混合気が理論空燃比（Ｋt ＝Ｋ）とされる。
【００４３】一方、燃焼室３内に供給されている混合気
がリッチとされているときに機関回転数Ｎが５００r.p.
m よりも低くなるとステップ３１９からステップ３２１
にジャンプし、次いで３２２および３２３を経てステッ
プ３２４において補正係数Ｋ t がＫとされる。従ってこ
のときには燃焼室３内に供給される混合気がリッチから
理論空燃比に切換えられる。一方、ステップ３０８にお
いてＫ＝１．０でないと判別されたとき、即ち燃焼室３
内に供給される混合気の目標空燃比がリーン又はリッチ
のときにはステップ３２５に進んでリッチ完了フラグが
リセットされ、次いでステップ３２２および３２３を経
てステップ３２４に進んで補正係数Ｋt がＫとされる。
従ってこのときにはカットフラグがセットされていない
限り燃焼室３内に供給される混合気がリーン或いはリッ
チとされる。なお、カットフラグがセットされた場合に
はステップ３１５において補正係数Ｋt が零とされるの
で燃料噴射が停止せしめられる。
【００４４】図１８から図２０は本発明による第３実施
例を示している。図１８に示すようにこの実施例ではＮ
Ｏx 吸収剤１８下流の排気通路２２内に排気ガス中のＨ
Ｃ濃度を検出するＨＣ濃度センサ２３が配置される。こ
のＨＣ濃度センサ２３はＨＣ濃度に比例した出力電圧を
発生し、この出力電圧はＡＤ変換器２１を介して入力ポ
ート３５に入力される。
【００４５】燃焼室３内に供給される混合気の目標空燃
比がリーンから理論空燃比に切換えられたときに図１２
から図１４においてＴ0 で示されるように混合気を一時
的にリッチにするとこのとき燃焼室３から排出された多
量の未燃ＨＣ，ＣＯはＮＯx吸収剤１８から放出された
ＮＯx を還元するために使用され、斯くしてＮＯx 吸収
剤１８からのＮＯx の放出作用が行われている間はＮＯ
x 吸収剤１８下流の排気通路２２内にＮＯx ，ＨＣおよ
びＣＯはほとんど排出されない。次いでＮＯx吸収剤１
８からのＮＯx の放出作用が完了すると未燃ＨＣ，ＣＯ
がＮＯx の還元のために使用されなくなるために多量の
未燃ＨＣ，ＣＯがＮＯx 吸収剤１８下流の排気通路２２
内に排出されることになる。従ってＮＯx 吸収剤１８か
ら流出した排気ガス中の未燃ＨＣの濃度が増大したこと
からＮＯx 吸収剤１８からのＮＯ x の放出作用が完了し
たことを判断できることになる。
【００４６】この場合、ＮＯx 吸収剤１８から流出した
排気ガス中の未燃ＨＣの濃度が増大したときに燃焼室３
内に供給される混合気の空燃比をリッチから理論空燃比
に切換えればＮＯx 吸収剤１８に吸収されていたＮＯx
をＮＯx 吸収剤１８から完全に放出することができ、し
かも多量の未燃ＨＣ，ＣＯが大気中に放出されるのを阻
止できることになる。そこで第３実施例ではＮＯx 吸収
剤１８から流出する排気ガスのＨＣ濃度ＣCHをＨＣ濃度
センサ２３により検出し、ＨＣ濃度が設定値βを超えた
ときに燃焼室３内に供給される混合気の空燃比をリッチ
から理論空燃比に切換えるようにしている。
【００４７】図１９および図２０は空燃比制御の第３実
施例を実行するためのルーチンを示しており、このルー
チンは繰返し実行される。なお、この第３実施例におい
ても空燃比を制御するに当って図９に示すカットフラグ
処理ルーチンが用いられる。図１９および図２０を参照
するとまず初めにステップ４００においてスロットル弁
１４がアイドリング開度であるか否かが判別される。ス
ロットル弁１４がアイドリング開度のときにはステップ
４０１に進んで機関回転数Ｎが９００r.p.m以下である
か否かが判別される。Ｎ≦９００r.p.m のときはステッ
プ４０２に進む。即ち、スロットル弁１４がアイドリン
グ開度でありかつＮ≦９００r.p.m のときにはアイドリ
ング運転状態であると判断してステップ４０２に進む。
ステップ４０２では補正係数Ｋが１．０とされ、即ち燃
焼室３内に供給すべき目標空燃比が理論空燃比とされ、
次いでステップ４０４に進む。一方、スロットル弁１４
がアイドリング開度でないとき、或いはＮ＞９００r.p.
m のときにはステップ４０３に進んでサージタンク１０
内の絶対圧ＰＭおよび機関回転数Ｎから図３に示す関係
に基いて補正係数Ｋが算出され、次いでステップ４０４
に進む。
【００４８】ステップ４０４では補正係数Ｋが１．０で
あるか否か、即ち燃焼室３内に供給すべき混合気の目標
空燃比が理論空燃比であるか否かが判別される。Ｋ＝
１．０のときにはステップ４０５に進んで燃焼室３内に
供給される混合気を一時的にリッチにする処理が完了し
たことを示すリッチ完了フラグがセットされているか否
かが判別される。Ｋ＝１．０となった後、初めてステッ
プ４０５に進んだときにはリッチ完了フラグはセットさ
れていないのでこのときにはステップ４０６に進んで補
正係数Ｋt が設定値ＫＫとされる。この設定値ＫＫは燃
焼室３内に供給される混合気の空燃比が１２．０から１
３．５程度となる１．１から１．２程度の値である。
【００４９】次いでステップ４０７ではＨＣ濃度センサ
２３により検出されているＨＣ濃度ＣHCが読込まれ、次
いでステップ４０７においてＨＣ濃度ＣHCが設定値βよ
りも大きくなったか否かが判別される。ＣHC≦βのとき
にはステップ４１０に進んでカットフラグがセットされ
ているか否かが判別される。カットフラグがセットされ
ているときにはステップ４１１に進んで補正係数Ｋt が
零とされ、次いでステップ４１３に進む。これに対して
カットフラグがセットされていないときにはステップ４
１２に進む。ステップ４１２ではサージタンク１０内の
絶対圧ＰＭと機関回転数Ｎから図２に示すマップに基い
て基本燃料噴射時間ＴＰが算出され、次いでステップ４
１３に進む。ステップ４１３では基本燃料噴射時間ＴＰ
に補正係数Ｋt を乗算することによって燃料噴射時間Ｔ
ＡＵ（＝Ｋt ・ＴＰ）が算出される。
【００５０】次いでステップ４０８においてＣHC＞βに
なったと判別されたときにはステップ４０９に進んでリ
ッチ完了フラグがセットされ、次いでステップ４１０お
よび４１１、或いはステップ４１０および４１２を経て
ステップ４１３に進む。リッチ完了フラグがセットされ
るとステップ４０５からステップ４１５に進んで補正係
数Ｋt がＫとされ、次いでステップ４１６においてカウ
ント値Ｔが零とされる。次いでステップ４１０および４
１１、或いはステップ４１０および４１２を経てステッ
プ４１３に進む。従ってＫ＝１．０になると、即ち燃焼
室３内に供給される混合気の目標空燃比が１．０になる
とカットフラグがセットされていない限り燃焼室３内に
供給される混合気がリッチ（Ｋt ＝ＫＫ）とされ、次い
でＨＣ濃度ＣHCが設定値βを越えると燃焼室３内に供給
される混合気が理論空燃比（Ｋt＝Ｋ）とされる。
【００５１】一方、ステップ４０４においてＫ＝１．０
でないと判別されたとき、即ち燃焼室３内に供給される
混合気の目標空燃比がリーン又はリッチのときにはステ
ップ４１４に進んでリッチ完了フラグがリセットされ、
次いでステップ４１５に進んで補正係数Ｋt がＫとされ
る。従ってこのときにはカットフラグがセットされてい
ない限り燃焼室３内に供給される混合気がリーン或いは
リッチとされる。なお、カットフラグがセットされた場
合にはステップ４１１において補正係数Ｋt が零とされ
るので燃料噴射が停止せしめられる。
【００５２】
【発明の効果】機関の運転領域がリーン混合気を燃焼せ
しめる運転領域からほぼ理論空燃比の混合気を燃焼すべ
き運転領域に移行したときにＮＯx が大気中に放出する
のを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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Ｋの変化を示す図である。
【図４】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，Ｃ
Ｏおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図５】ＮＯx の吸放出作用を説明するための図であ
る。
【図６】空燃比をリッチにする制御を説明するためのタ
イムチャートである。
【図７】空燃比をリッチにする制御を説明するためのタ
イムチャートである。
【図８】空燃比をリッチにする制御を説明するためのタ
イムチャートである。
【図９】カットフラグを処理するためのフローチャート
である。
【図１０】空燃比制御を実行するためのフローチャート
である。
【図１１】空燃比制御を実行するためのフローチャート
である。
【図１２】空燃比をリッチにする制御を説明するための
タイムチャートである。
【図１３】空燃比をリッチにする制御を説明するための
タイムチャートである。
【図１４】空燃比をリッチにする制御を説明するための
タイムチャートである。
【図１５】カウント値Ｃと時間Ｔ0 との関係を示す線図
である。
【図１６】空燃比制御を実行するための第２実施例のフ
ローチャートである。
【図１７】空燃比制御を実行するための第２実施例のフ
ローチャートである。
【図１８】別の実施例を示す内燃機関の全体図である。
【図１９】空燃比制御を実行するための第３実施例のフ
ローチャートである。
【図２０】空燃比制御を実行するための第３実施例のフ
ローチャートである。
【符号の説明】
１１…燃料噴射弁 １５…スロットル弁 １６…排気マニホルド １８…ＮＯx 吸収剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 雅人 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 浅沼 孝充 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 村上 史恭 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 竹島 伸一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流入する排気ガスの空燃比がリーンのと
    きにはＮＯx を吸収し、流入する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ＮＯ x 吸収剤を
    機関排気通路内に配置した内燃機関において、機関の運
    転領域がリーン混合気を燃焼せしめる運転領域からほぼ
    理論空燃比の混合気を燃焼すべき運転領域に移行したと
    きには混合気の空燃比を一時的にリッチにした後にほぼ
    理論空燃比にする空燃比制御手段を具備した内燃機関の
    排気浄化装置。
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