JPH11229849A - 希薄燃焼内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 希薄燃焼内燃機関に関し、吸蔵型ＮＯx 触媒
の劣化状態を正確に把握することにより、ＮＯx の大気
中への放出量の確実な低減と、リーン運転領域の拡大に
よる燃費の向上とを可能とする。 【解決手段】 酸化雰囲気ではＮＯx を吸蔵し還元雰囲
気においてはＮＯx を放出する吸蔵型ＮＯx 触媒６Ａを
排気通路に設ける。また、吸蔵型ＮＯx 触媒６Ａの下流
にはＮＯx 濃度を検出するＮＯx センサ１０を設ける。
吸蔵型ＮＯx 触媒６Ａの周囲雰囲気は、雰囲気調整手段
２３により調整可能であり、雰囲気調整手段２３が吸蔵
型ＮＯx 触媒６Ａの周囲雰囲気を還元雰囲気に調整した
ときの吸蔵型ＮＯx 触媒６Ａ下流のＮＯx 濃度をＮＯx
センサ１０により検出する。そして、ＮＯx センサ１０
の出力値に基づいて劣化判定手段２２により吸蔵型ＮＯ
x 触媒６Ａの劣化状態を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸蔵型ＮＯx 触媒
をそなえ希薄燃焼可能な内燃機関に関し、特に、かかる
吸蔵型ＮＯx 触媒の劣化を検出することができる、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ＮＯx が浄化できるＮＯx 触媒が開発さ
れており、希薄燃焼内燃機関においては、このＮＯx 触
媒を設けることで希薄燃焼時のＮＯx を浄化するように
している。このＮＯx 触媒としては、ＮＯx を触媒上に
吸蔵させることにより排ガス中のＮＯx を浄化する吸蔵
型ＮＯx 触媒（トラップ型ＮＯx 触媒）が開発されてい
る。この吸蔵型ＮＯx 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ＮＯx 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、ＮＯx 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ＮＯx を放出，分解する機能
を有する。もちろん、吸蔵型ＮＯx 触媒のＮＯx 吸蔵量
には限度がある。そこで、例えば、適宜の時間間隔でＮ
Ｏx 触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気としてやることによ
り、触媒上に吸蔵したＮＯx を放出することができる。
これにより、ＮＯx 触媒によるＮＯx 吸蔵性能を確保し
て、希薄燃焼運転時において排ガス中のＮＯx を浄化す
ることができるようになるのである。

【０００３】なお、このように吸蔵したＮＯx を放出し
て、吸蔵型ＮＯx 触媒のＮＯx 吸蔵量を再び増加させる
操作を「復活」と称する。

【０００４】

【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。ＮＯx 触媒では、希薄燃焼運転時の酸素濃度過剰雰
囲気でＮＯx を吸蔵するとともに、このようなイオウ成
分も吸蔵する。つまり、イオウ成分は燃焼し、更にＮＯ
x 触媒上で酸化されてＳＯ₃ になる。そして、このＳＯ
₃ の一部はＮＯx 触媒上でさらにＮＯx 用の吸蔵剤と反
応して硫酸塩となって、ＮＯx 触媒に吸蔵される。

【０００５】したがって、ＮＯx 触媒には、硝酸塩と硫
酸塩とが吸蔵されることになるが、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
とした場合でもその一部しか分解されないため、ＮＯx
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、ＮＯx 触媒のＮＯx 吸蔵能力が時間とともに
低下し、ＮＯx 触媒としての性能が劣化することにな
り、これを、Ｓ被毒という。

【０００６】このように、劣化したＮＯx 触媒をそのま
ま使用し続けると、浄化されない排気中のＮＯx がその
まま大気中に放出されることになる。したがって、Ｓ被
毒等によるＮＯx 触媒の劣化を判定して、劣化したＮＯ
x 触媒は早期に交換やＳ被毒からの回復（再生）等の処
置を施す必要がある。このため、従来より、希薄燃焼内
燃機関においてＮＯx 触媒の劣化判定を可能にした技術
が開発されており、例えば、特開平７−２０８１５１号
公報には、ＮＯx 触媒の下流側にＮＯx センサをそな
え、酸素濃度が低下した雰囲気としてＮＯx を放出した
後の希薄燃焼運転時のＮＯx 濃度を検出し、検出したＮ
Ｏx 濃度の時間的変化に基づいてＮＯx 触媒の劣化（例
えば、Ｓ被毒）を判定する技術が開示されている。

【０００７】この技術は、ＮＯx 触媒の後流のＮＯx 濃
度はＮＯx 触媒が飽和すると上昇し、かつ、その上昇速
度はＮＯx 触媒のＮＯx 吸蔵容量が減少するほど、即
ち、ＮＯx 触媒の劣化が進むほど大きくなることに着目
したものである。しかしながら、ＮＯx 触媒から大気中
に放出されるＮＯx 濃度は、ＮＯx 触媒が飽和状態近く
なるまでは微小なまま変化が少なく、このような変化量
の少ないＮＯx 濃度の時間的変化に基づいて劣化判定す
ると誤判定する虞が高い。また、逆に、ＮＯx 濃度の差
がはっきりと変化した時には、既にＮＯx 触媒が飽和状
態近くになったときであり、この状態ではＮＯx 触媒か
ら大気中に大量のＮＯx が放出されているという事態も
ありうる。

【０００８】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、吸蔵型ＮＯx 触媒の劣化状態を正確に把握す
ることにより、ＮＯx の大気中への放出量の確実な低減
と、リーン運転領域の拡大による燃費の向上とを可能と
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、本発明の希薄
燃焼内燃機関では、排気通路に吸蔵型ＮＯx 触媒が設け
られており、このＮＯx 触媒は酸化雰囲気ではＮＯx を
吸蔵し還元雰囲気においてはＮＯx を放出する。また、
吸蔵型ＮＯx 触媒の下流にはＮＯx 濃度を検出できるＮ
Ｏx センサが設けられている。吸蔵型ＮＯx 触媒の周囲
雰囲気は、雰囲気調整手段により調整可能であり、雰囲
気調整手段が吸蔵型ＮＯx 触媒の周囲雰囲気を還元雰囲
気に調整したときのＮＯx センサ出力値に基づいて劣化
判定手段により吸蔵型ＮＯx 触媒の劣化状態を判定す
る。

【００１０】これにより、ＮＯx 触媒の劣化状態を正確
に把握することができ、ＮＯx の大気中への放出量の確
実な低減と、リーン運転領域の拡大による燃費の向上と
が可能となる。

【００１１】

【発明の実施形態】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）として構成される。

【００１２】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。

【００１３】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８
が設けられている。このインジェクタ（燃料噴射弁）８
は、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）２０
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
た燃料と混合される。そして、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，ＨＣ，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。

【００１４】この排気浄化装置６は、吸蔵型ＮＯ_x 触媒
（以下、単にＮＯ_x 触媒という）６Ａと三元触媒６Ｂと
を組み合わせたものになっている。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により吸蔵し、理論空燃比下では三元触媒６Ｂ
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。

【００１５】ところで、ＮＯ_x 触媒６Ａは、ＮＯ_x を吸
蔵し続けているとやがて飽和状態に達し、吸蔵しきれな
くなったＮＯ_x は大気中に放出されてしまうことにな
る。そこで、ＮＯ_x 触媒６Ａが飽和状態に達したとき
は、吸蔵されたＮＯ_x を一度放出してやる必要がある
が、このＮＯ_x の放出は、ＮＯ_x 触媒６Ａの周囲雰囲気
を還元雰囲気（即ち、酸素不足状態）とすることで吸蔵
されているＮＯ_x をＮＯ₂ として脱離し、さらに、Ｈ
Ｃ，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行なうようになっている。

【００１６】ここで、本希薄燃焼内燃機関におけるＮＯ
_x 触媒６ＡからのＮＯ_x の放出について、さらに詳しく
説明する。本希薄燃焼内燃機関のような筒内噴射エンジ
ンでは、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
縮行程中で燃料噴射を行なう後期噴射モードと、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に燃料噴射を行なう前期噴射モード
と、予混合燃焼によるストイキオ運転を実現し、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モードと、予混合燃焼によるリ
ッチ運転を実現し、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とが設けられており、エンジ
ンの運転状態に応じて切り換えられるようになってい
る。

【００１７】そして、前述のような各リーン運転のもと
では、ＮＯ_x 触媒６Ａの周囲は酸化雰囲気になっている
ので、ＮＯ_x 触媒６Ａには希薄燃焼により生じたＮＯ_x
が吸蔵されていくが、こうして吸蔵されたＮＯx は還元
雰囲気下で放出，分解されるので、ＮＯ_x 触媒６Ａに吸
蔵されたＮＯx を放出するために、排気通路を還元雰囲
気にする雰囲気調整手段２３がそなえられている。この
雰囲気調整手段２３は、燃料噴射制御を利用して還元雰
囲気をつくるようになっている。

【００１８】つまり、本実施形態にかかる希薄燃焼内燃
機関のＥＣＵ２０には、図１の機能ブロック図に示すよ
うに、モード選択手段２４と燃料噴射制御手段２５とが
設けられている。モード選択手段２４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
モードの中から一つを選択するようになっている。

【００１９】また、燃料噴射制御手段２５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手段２６と、還元雰囲気をつくる
ための追加燃料噴射制御手段２７とが備えられている。
通常燃料噴射制御手段２６は、モード選択手段２４で設
定されたモードに応じた燃料噴射制御マップを選択し
て、この選択した燃料噴射制御マップを用いて、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量及び噴射時期（即ち、燃料
噴射終了時期及び燃料噴射開始時期）を設定する。

【００２０】なお、エンジン回転数Ｎｅにはエンジン回
転数センサ１３の検出情報（又は、演算情報）が用いら
れ、平均有効圧力Ｐｅは、有効圧力演算手段２８の演算
情報が用いられる。この有効圧力演算手段２８では、エ
ンジン回転数Ｎｅ及びアクセルポジションセンサ（ＡＰ
Ｓ）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。

【００２１】追加燃料噴射制御手段２７は、ＮＯｘ触媒
６Ａの復活及び再生のために行なう燃料噴射を制御する
ものである。この追加燃料噴射は、排ガス中のＨＣ，Ｃ
Ｏの確保やエンジンの出力トルクへの影響を考慮して各
気筒の膨張行程内（できれば膨張行程でも末期に近いタ
イミングが好ましい）に追加燃料噴射を行なうようにし
ている。

【００２２】なお、ＮＯｘ触媒６Ａの復活とは、ＮＯｘ
触媒６Ａに吸蔵されたＮＯｘを放出させることで、ＮＯ
ｘ触媒６ＡのＮＯｘ吸蔵性能を確保するための処理であ
り（この処理を復活制御という）、また、ＮＯｘ触媒６
Ａの再生とは、ＮＯｘ触媒６Ａに吸蔵されたＳＯｘを放
出させることで、ＮＯｘ触媒６ＡがＳＯｘを吸蔵したこ
とにより低下（劣化）したＮＯｘ吸蔵性能を再び向上さ
せるための処理である（この処理を再生制御という）。

【００２３】したがって、追加燃料噴射制御手段２７の
制御により行なわれる追加燃料噴射は、ＮＯｘ触媒６Ａ
の復活のための追加燃料噴射（これを、復活用追加燃料
噴射という）と、ＮＯｘ触媒６Ａの再生のための追加燃
料噴射（これを、再生用追加燃料噴射という）とがあ
る。詳細は後述するが、復活用追加燃料噴射では、この
追加燃料噴射によりＮＯｘ触媒６Ａの周囲を酸素濃度の
低下した状態、即ち、還元雰囲気にしてＮＯｘ触媒６Ａ
からのＮＯｘ放出を促し、再生用追加燃料噴射では、こ
の追加燃料噴射によりＮＯｘ触媒６Ａの周囲を所定温度
以上の高温で且つ酸素濃度の低下した状態、即ち、還元
雰囲気にしてＮＯｘ触媒６ＡからのＳＯｘ放出を促すよ
うになっている。

【００２４】なお、ＮＯｘ触媒６Ａの再生及び復活のた
めに触媒周囲雰囲気を還元雰囲気にする方法としては、
追加燃料噴射は用いずに、通常燃料噴射において空燃比
をリッチ化するという方法でもよい。また、ＮＯｘ触媒
６Ａの再生のために触媒周囲雰囲気を所定温度以上の高
温とする方法としては、通常燃料噴射において点火時期
を遅角する方法でもよい。

【００２５】雰囲気調整手段２３は、このような追加燃
料噴射によりＮＯｘ触媒６Ａの周囲を還元雰囲気（酸素
濃度の低下した状態）とする機能であり、追加燃料噴射
制御手段２７と、この追加燃料噴射制御手段２７の制御
により図示しないインジェクタドライバを通じて駆動さ
れ追加燃料噴射を行なうインジェクタ（燃料噴射弁）８
とから構成されている。

【００２６】ところで、復活用追加燃料噴射は復活制御
用判定手段２１の判定に基づいて行なわれ、再生用追加
燃料噴射は劣化判定手段としての再生制御用判定手段２
２の判定に基づいて行なわれるようになっている。復活
制御用判定手段２１は、復活制御を行なう必要があるか
否かを判定すべく、吸気リーンモードや圧縮リーンモー
ド等のリーンモードでの運転が所定時間（例えば、約６
０秒）行なわれたか否かを判定するものである。このた
め、復活制御用判定手段２１には、タイマ１２のカウン
ト値が読み込まれるようになっている。

【００２７】そして、この復活制御用判定手段２１によ
って、リーンモードでの運転が所定時間（例えば、約６
０秒）行なわれたと判定された場合は、復活制御を行な
う必要があると判定し、復活用追加燃料噴射に関する制
御信号を追加燃料噴射制御手段２７に出力するようにな
っている。再生制御用判定手段（劣化判定手段）２２
は、再生制御を行なう必要があるか否かを判定すべく、
ＮＯx 触媒６Ａの劣化を判定するものである。この劣化
判定の詳細は後述するが、この再生制御用判定手段（劣
化判定手段）２２によって、ＮＯx 触媒が劣化している
と判定された場合には、再生制御を行なう必要があるた
め、再生用追加燃料噴射に関する制御信号を追加燃料噴
射制御手段２７に出力するようになっている。

【００２８】ところで、上述の復活制御を行なうのは、
吸気リーンモードや圧縮リーンモード等のリーンモード
での運転が行なわれると、ＮＯx 触媒６Ａの近傍は酸素
過剰雰囲気となり、ＮＯx 吸蔵反応が進むため、これら
のリーンモードが所定時間（例えば約６０秒）以上行な
われると、ＮＯx 触媒６Ａに多量のＮＯx が吸蔵され
て、ＮＯx 触媒６ＡによるＮＯx 浄化効率が徐々に低下
することになるからである。

【００２９】そこで、復活制御では、復活制御用判定手
段２１によりリーンモードが所定時間（例えば約６０
秒）以上行なわれたと判定されると、ＮＯx 触媒６Ａの
近傍が酸素濃度の低下した還元雰囲気となるように追加
燃料噴射を行なうが、この追加燃料噴射では、空燃比が
理論空燃比よりもやや小さく（例えば約１３）なるよう
に、短時間（例えば約２秒間）だけ燃料噴射を行なうこ
とで、排気通路内を還元雰囲気とする。

【００３０】また、上述の再生制御を行なうのは、所定
時間（例えば、約６０秒）毎にＮＯx 触媒６Ａの復活制
御を行なったとしても、ＮＯx 触媒６Ａの近傍が酸素過
剰雰囲気となると、ＮＯx 触媒６Ａには、例えばＳＯx
も徐々に吸蔵されていき、ＮＯx 触媒６Ａの近傍の酸素
濃度が低下して排気空燃比が還元雰囲気になっても、こ
のＳＯx はＮＯx 触媒６Ａに吸蔵されたままとなってし
まうため、ＳＯx の吸蔵分だけＮＯx 触媒６ＡによるＮ
Ｏx の浄化能力が低下（Ｓ被毒）するなど、復活制御で
は除去できない劣化要因が生じるからである。

【００３１】そこで、再生制御では、再生制御用判定手
段（劣化判定手段）２２により、ＮＯx 触媒６Ａが劣化
したと判定されると、ＮＯx 触媒６Ａの近傍を酸素濃度
が低下した雰囲気（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、所定時間（例えば、約３分）追加燃料噴射を行なう
ようにしている。

【００３２】ところで、劣化判定手段２２では、ＮＯx
センサ１０，ＮＯx 触媒温度センサ（高温センサ）１
１，エンジン回転数センサ１３，有効圧力演算手段２８
からの情報に基づいて、上述の復活制御のための追加燃
料噴射を行なっている期間に得られるＮＯx 濃度αを評
価しながら、ＮＯx 触媒６Ａの劣化を判定するようにな
っている。

【００３３】つまり、図３に示すように、復活用の追加
燃料噴射の開始信号が入力されると（時点ｔ₀ ）、劣化
判定手段２２では、タイマ１２のカウントを開始して、
復活制御信号の入力（時点ｔ₀ ）から所定時間tt₀₁経過
した時点（時点ｔ₁ ）から、ＮＯx センサ１０から入力
されるＮＯx 濃度αを所定の周期でサンプリングしてい
く。そして、サンプリング開始（時点ｔ₁ ）から時間tt
₁₂経過した時点（時点ｔ₂ ）でサンプリングを終了し、
サンプリングした各ＮＯx 濃度の平均値βを算出する。

【００３４】ただし、この平均値βはサンプリングした
各ＮＯx 濃度を平均するとともに、ＮＯx 触媒６Ａから
放出されるＮＯx 量をより正確に推定するために適宜の
補正が施されている。つまり、ＮＯx センサ１０が検出
するＮＯx 濃度αは、ＮＯx 触媒６Ａから放出されるＮ
Ｏx 濃度とともに、復活制御中にエンジン本体から排出
されるＮＯx濃度α₀ をも含んでいるので、後者のＮＯx
濃度α₀ をあらかじめ計測しておき、サンプリングし
た各ＮＯx 濃度の平均から除算するようになっている。

【００３５】また、ＮＯx センサ１０自体の個体バラツ
キ、経時変化を補正するために、あらかじめＮＯx 濃度
が明らかな運転領域においてＮＯx センサ出力値とＮＯ
x 濃度との差、即ち、補正量を求め、サンプリングした
各ＮＯx 濃度の平均値から除算するようにもなってい
る。このように適宜の補正を施すことにより、ＮＯx 触
媒６Ａから放出されるＮＯx のみの濃度の平均値βを算
出するようになっているのである。

【００３６】この平均値βは、触媒復活のためのＮＯx
放出処理においてＮＯx 触媒６Ａから放出されるＮＯx
濃度の評価値であり、この平均値βが小さいほど、ＮＯ
x 触媒６Ａから放出されるＮＯx 量も少ない、即ち、Ｎ
Ｏx 触媒６Ａに吸蔵されたＳＯx 量が多いと推定され
る。そこで、この平均値（以下、評価値という）βを予
め設定された判定基準値β₀ と比較して、β≦β₀ なら
ば劣化していると判定することができる。

【００３７】なお、上述の時間ｔ₀₁は、ＮＯx 濃度αが
安定状態になるまでの時間であり、時間tt₁₂はＮＯx 触
媒６Ａから放出されるＮＯx の濃度を正確に評価するた
めに十分なサンプリング数を取れる時間とする。また、
判定基準値β₀ は、劣化判定手段２２に予め記憶されて
いる。ところで、このような復活制御中のＮＯx 濃度の
評価を適正に行なうためには、種々の条件が必要にな
る。そこで、劣化判定手段２２では、ＮＯx 濃度の評価
を含めて、各種条件が成立したときにＮＯx 触媒６Ａが
劣化していると判定するようになっている。

【００３８】つまり、劣化判定手段２２では、以下の条
件が全て成立した時、ＮＯx 触媒６Ａが劣化していると
判定する。まず、第１条件は、有効圧力演算手段２４か
ら入力される有効圧力Ｐｅと、回転数センサ１５から入
力されるエンジン回転数Ｎｅとが、ＮＯx 放出のための
追加燃料噴射制御処理中の所定時間tt_a （前述のサンプ
リング時間tt₁₂以上）の間、ほぼ一定である（即ち、有
効圧力Ｐｅの変動が所定値以内で且つエンジン回転数Ｎ
ｅの変動幅が所定値以内に収まっている）ことである。

【００３９】前述のように、ＮＯx 触媒６Ａから放出さ
れるＮＯx の濃度αを正確に評価するため、ＮＯx 濃度
αの十分なサンプルをとる必要があるが、ＮＯx 濃度α
はエンジンの負荷状態や回転数状態により変化するた
め、ＮＯx 濃度αを評価するためには、少なくともサン
プリング時間tt₁₂中はエンジンの負荷状態や回転数状態
が一定であることが必要となる。本実施形態では、この
エンジンの負荷状態として有効圧力Ｐｅを用いており、
これらの有効圧力Ｐｅやエンジン回転数Ｎｅがほぼ一定
（即ち、各変動幅がそれぞれ所定値以内）であることを
前提条件としているのである。

【００４０】次に、第２条件は、評価値βが判定基準値
β₀ 以下であることである。つまり、ＮＯｘ触媒６Ａが
劣化していれば、ＮＯｘを十分な量だけ吸蔵することが
できないため、評価値（復活制御時のＮＯｘ濃度平均
値）βが判定基準値β ₀ 以下に低下するはずである。こ
のため、評価値βが判定基準値β₀ 以下であることを劣
化条件としているのである。

【００４１】第３条件は、高温センサ１１で検出される
触媒温度θ_C.C がＮＯx 触媒６Ａが有効に機能する所定
温度範囲内であることである。ＮＯx 触媒６Ａが有効に
機能していることを確認するためである。また、第４条
件は、高温センサ１１が正常であることであり、第５条
件は、ＮＯx センサ１０が正常であることである。

【００４２】そして、第６条件は、上記の第１条件から
第５条件までが、所定回数ｎ₀ 以上連続して成立するこ
とである。これは、偶然に第２条件が成立した場合の誤
判定を防止し、無駄な追加燃料噴射による燃費悪化や出
力トルクの変動によるドライバの違和感を防止するため
である。以上の第１条件から第６条件までが全て成立し
た時、劣化判定手段２２は、ＮＯx 触媒６Ａが劣化して
いると判定するのである。そして、劣化判定手段２２
は、ＮＯx 触媒６Ａに吸蔵されたＳＯx 等を放出し、Ｎ
Ｏx 触媒６ＡのＮＯx 吸蔵能力の回復、即ち、ＮＯx 触
媒６Ａの再生処理をするべく、追加燃料噴射制御手段２
７に信号（再生処理用追加燃料噴射信号）を送るように
なっている。

【００４３】本発明の一実施形態にかかる希薄燃焼内燃
機関は、上述のように構成されているので、例えば図４
のフローチャートに示すようにしてＮＯx 触媒６Ａの劣
化判定と劣化時の再生処理が行なわれる。まず、復活制
御用判定手段２１では、リーンモードによる運転時間を
タイマ１２のカウント情報から求め、このリーン運転時
間が所定時間（例えば６０秒）に達したとき、ＮＯx 触
媒６ＡからＮＯx の放出が必要と判定する。追加燃料噴
射制御手段２７では、この判定に基づきＮＯx 触媒６Ａ
からＮＯx を放出させるための追加燃料噴射制御を行う
（以上、ステップＳ１０）。

【００４４】この追加燃料噴射制御によるインジェクタ
８からの追加燃料噴射は所定時間（例えば２秒程度）継
続して行なわれるが、劣化判定手段２２では、追加燃料
噴射中の所定時間tt_a 、有効圧力演算手段２８から入力
される有効圧力Ｐｅと、回転数センサ１３から入力され
るエンジン回転数Ｎｅとがほぼ一定であるかどうかを判
定する（第１条件、ステップＳ２０）。

【００４５】ステップＳ２０において、所定時間tt_a 、
燃焼圧力Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとがほぼ一定であっ
た場合は、さらに、劣化判定手段２２では、追加燃料噴
射の開始から所定時間tt₀₁経過した時点から、所定時間
tt₁₂の間ＮＯx センサ１０から入力されるＮＯx 濃度α
を所定の周期でサンプリングしていく。この結果、サン
プリングしたＮＯx 濃度αの平均値βを算出し、この平
均値（評価値）βを判定基準値β₀ と比較する。判定基
準値β₀ は、有効圧力Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとに対
応するように、予め記憶している対応マップに照らし合
わせることにより設定する（第２条件、以上、ステップ
Ｓ３０）。

【００４６】評価値βが判定基準値β₀ 以下になったと
き、ＮＯx 触媒６Ａが基準値を越えて劣化していると判
定することが可能になるが、劣化判定手段２２は、この
判定が正しいかどうかステップＳ４０〜ステップＳ８０
の処理において確認を行なう。まず、ステップＳ４０で
は、高温センサ１１で検出される触媒温度θ_C.C がＮＯ
x 触媒６Ａが有効に機能する所定温度範囲内であるか否
かを判定する（第３条件）。

【００４７】ステップＳ５０では、高温センサ１１が正
常であるか否か判定し（第４条件）、さらに、ステップ
Ｓ６０では、ＮＯx センサ１０が正常であるか否か判定
する（第５条件）。ステップＳ４０〜ステップＳ６０の
どの条件も成立した時、条件成立回数ｎに１を加算し
（ステップＳ７０）、この条件成立回数ｎが所定回数ｎ
₀ に達したか否かを判定する（第６条件、ステップＳ８
０）。

【００４８】そして、条件成立回数ｎが所定回数ｎ₀ に
達したとき、即ち、所定回数ｎ₀ だけ連続して条件１〜
６が成立したとき、劣化判定手段２２では、ＮＯx 触媒
６Ａが真に基準値を越えて劣化していると判断し、ＮＯ
x 触媒６Ａに吸蔵されたＳＯx 等を放出するための追加
燃料噴射が必要と判定する。追加燃料噴射制御手段２７
では、劣化判定手段２２の判定に基づきＮＯx 触媒６Ａ
からＳＯx 等を放出させるための追加燃料噴射制御を行
い、インジェクタ８より、所定の時間、ＳＯx等放出の
ための追加燃料噴射が行なわれる。

【００４９】このＳＯx 等放出のための追加燃料噴射
は、復活制御時と同様、通常の燃焼のための燃料噴射と
は別個の追加燃料の噴射であるが、復活制御時よりもさ
らにＮＯ_X 触媒６Ａの近傍を酸素濃度が低下したリッチ
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、所定時間
（例えば、約３分）追加燃料噴射が行なわれる。これに
より、ＮＯx 触媒６ＡからＳＯx 等を放出し、ＮＯx 触
媒６Ａの再生処理を行うのである（以上、ステップＳ９
０）。

【００５０】ＮＯx 触媒６Ａの再生処理が完了した後は
条件成立回数ｎを０にリセットし（ステップＳ１０
０）、次回のＮＯx 触媒６Ａの再生処理に備える。な
お、ステップＳ８０において、条件成立回数ｎが所定回
数ｎ₀ に達しなかった場合は、条件成立回数ｎを保持し
たままステップＳ１０に戻り、次のＮＯ_x 放出用の追加
燃料噴射が行なわれるのを待って、再びステップＳ２０
〜ステップＳ６０までの条件が成立するか否か判定す
る。

【００５１】また、ステップＳ２０〜ステップＳ６０に
おいて、各条件が成立しなかった場合は、まだ、ＮＯx
触媒６Ａの再生処理を行なうほどＳＯx 等が吸蔵されて
いないか、或いはセンサ１０，１１に異常があるものと
して、条件成立回数ｎを０にリセットし（ステップＳ１
１０）、再度、ＮＯx 触媒６Ａの再生処理を行なうかど
うかの判定処理を行なう。

【００５２】このように、本希薄燃焼内燃機関によれ
ば、ＮＯx 触媒の劣化状態を、追加燃料噴射による復活
制御時のＮＯx 濃度の高低に基づいて判定しているが、
この復活制御時のＮＯx 濃度の高低差は、リーン運転時
のＮＯx 濃度の高低差に比べて差が大きいので、ＮＯx
触媒の劣化状態を誤判定することなく正確に把握するこ
とができるという利点がある。

【００５３】これにより、ＮＯx の大気中への放出量を
確実に低減することができ、また、誤判定や判定基準の
甘さに基づく無駄な追加燃料噴射による燃費の悪化を防
止し、リーン運転領域の拡大による燃費の向上をはかる
ことができるという利点がある。なお、本実施形態で
は、復活制御時間中に劣化判定のためのＮＯx 濃度αの
サンプリングを行なっているが、この劣化判定のための
ＮＯx 濃度αのサンプリングを行なう場合は、復活制御
時よりも追加燃料の噴射時間を長めに設定し、ＮＯx 触
媒６Ａから放出されるＮＯx の濃度を正確に評価するた
めに十分なサンプリング数を取れるようにするようにし
てもよい。

【００５４】また、ＮＯx 触媒６Ａの劣化判定条件とし
て、上述の第１条件〜第６条件に以下の条件を第７条件
として加えてもよい。つまり、前回のＮＯx 触媒６Ａの
再生処理以降のリーンモード時の燃料積算値が所定値Ｘ
以上であることを第７条件とするのである。ただし、こ
の所定値Ｘは、ＮＯx 触媒のばらつき下限品に対し使用
が想定される最もイオウ分が多い燃料を使用した場合
に、ＮＯx 触媒が劣化したと判定された時点でのリーン
モードにおける燃料積算値である。

【００５５】燃料積算値はインジェクタ８の駆動時間の
積算値から算出することができ、ＥＣＵ２０によるモー
ドの判定と組合せることにより、リーンモードでの燃料
積算値を算出することができるのである。なお、ＮＯx
触媒６Ａの再生処理を行なった際には燃料積算値はリセ
ットし、また、エンジン停止時にはバッテリにより燃料
積算値のバックアップを行なうようにする。

【００５６】この第７条件の付加により、ＮＯx 触媒６
Ａの劣化判定のさらなる精度向上が期待できる。さら
に、上述の第１条件〜第７条件に対し、以下の条件をＯ
Ｒ条件として加えてもよい。つまり、前回のＮＯx 触媒
６Ａの再生処理から、リーンモードで運転したときの燃
料積算値が所定値Ｙ（Ｙ≧Ｘ）以上になったときには、
上述の第１条件〜第７条件の成立とは無関係にＮＯx 触
媒６Ａが劣化したと判定してＮＯx 触媒６Ａの再生処理
を行なうのである。ただし、この所定値Ｙは、ＮＯx 触
媒のばらつき上限品に対し使用が想定される最もイオウ
分が少ない燃料を使用した場合に、ＮＯx 触媒が劣化し
たと判定された時点でのリーンモードでの燃料積算値で
ある。

【００５７】この条件は、通常は上述の第１条件〜第７
条件の成立によりＮＯx 触媒６Ａの再生処理が行なわれ
るが、例えば、ＮＯx センサ１０や高温センサ１１に異
常が発生した場合は何時までたっても全ての条件が成立
することがなく、ＮＯx 触媒６Ａの再生処理が行なわれ
ず大気中にＮＯx を放出してしまうような事態を防止す
るためのものである。

【００５８】つまり、上記条件を第１条件〜第７条件に
対しＯＲ条件として加えることにより、リーンモードで
運転したときの燃料積算値が所定値Ｙを越えたときには
ＮＯx 触媒６Ａの再生処理が強制的に行なうようにした
ものである。また、所定値Ｙを上述のように設定するこ
とで、まだ、劣化していないにもかかわらず劣化判定し
てしまう不具合も回避される。

【００５９】なお、ＮＯx 触媒の中には酸化雰囲気だけ
でなく、ストイキオ雰囲気近傍でも幾分ＮＯx を吸蔵す
るものがあるため、上述の燃料積算値は、リーンモード
で運転したときの燃料積算値のみならず、ストイキオモ
ードで運転したときの燃料積算値も加えたものにしても
よく、その際、ストイキオモードで運転したときの燃料
積算値には所定の係数ａ（０＜ａ＜１）を掛けるように
してもよい。これにより、ＮＯx 触媒６Ａの劣化の度合
いをより正確に判定することができるようになる。ま
た、燃料積算値の代わりに各モードでの走行距離に基づ
きＮＯx 触媒６Ａの劣化の度合いを判定するようにして
もよい。

【００６０】また、本実施形態では、判定基準値β₀ を
有効圧力（負荷情報）Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅで定ま
るマップに基づいて設定しているが、所定走行距離以下
の段階（ＮＯx 触媒６ＡにＳＯx 等が吸蔵されていない
状態）において劣化判定手段２２で算出された評価値β
に所定の劣化係数ｂ（ｂ＜１）を掛けたものを判定基準
値β₀ とし、その時の有効圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎ
ｅとともに、別に設けた記憶手段に記憶するようにして
もよい。そして、上述の第２条件の成否判定の際には、
入力される有効圧力Ｐｅ，エンジン回転数Ｎｅに対応し
た判定基準値β ₀ を記憶手段からよみ出し、評価値βと
比較するようにしてもよい。

【００６１】さらに、本実施形態では、復活制御用判定
手段２１は、リーン運転時間の積算値から復活判定（Ｎ
Ｏx 吸蔵量の推定）をしているが、復活判定（ＮＯx 吸
蔵量の推定）はこれに限られるものではなく、リーン運
転時におけるＮＯx 濃度をＮＯx センサ１０により検出
し、検出したＮＯx 濃度の高さや上昇度合いに基づいて
ＮＯx 触媒６Ａに吸蔵されたＮＯx 量を推定するものと
して構成してもよい。また、リーン運転時のインジェク
タ駆動時間の積算値等に基づいて推定するものとして構
成してもよい。

【００６２】また、本実施形態では、ＮＯx センサ１０
により排ガス中のＮＯx 濃度を検出し、検出したＮＯx
濃度に基づきＮＯx 触媒６Ａの劣化判定を行なっている
が、触媒によっては還元雰囲気でＮＯx 触媒から放出さ
れたＮＯx の一部が触媒上での反応によりＮＨ₃ となる
場合がある。このＮＨ₃ は元来ＮＯx 触媒に吸蔵されて
いたＮＯx が変化したものであるので、ＮＨ₃ 濃度も検
出して劣化判定に利用することもできる。

【００６３】その場合、ＮＯx センサがＮＯx 濃度に加
えＮＨ₃ 濃度も検出するものである場合は、両者の合計
として出力されるＮＯx センサ出力値をもとに劣化判定
を行なうようにしてもよい。逆に、ＮＯx センサがＮＯ
x 濃度のみを検出するものである場合は、新たにＮＨ₃
センサを設けて排ガス中のＮＨ₃ 濃度を検出し、ＮＯx
センサ出力値とＮＨ₃ センサ出力値との双方により劣化
判定を行なうようにしてもよい。また、ＮＨ₃ センサの
みによりＮＯx 触媒６Ａの劣化判定を行なうようにして
もよい。

【００６４】そして、本実施形態では、希薄燃焼内燃機
関のひとつである筒内噴射エンジンの場合について説明
してきたが、本発明の希薄燃焼内燃機関はこの筒内噴射
エンジンに限られるものではなく、希薄燃焼可能な内燃
機関であれば良い。

【００６５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の希薄燃焼
内燃機関によれば、ＮＯx 触媒の劣化判定を、吸蔵型Ｎ
Ｏx 触媒の周囲雰囲気が還元雰囲気になったときのＮＯ
x センサの出力値に基づいて判定しているが、この還元
雰囲気時におけるＮＯx センサ出力値の触媒劣化に応じ
た高低差は、希薄燃焼運転時におけるＮＯx センサ出力
値の触媒劣化に応じた高低差に比べて差が大きいので、
ＮＯx 触媒の劣化状態を誤判定することなく正確に把握
することができ、ＮＯx の大気中への放出量を確実に低
減するとともに、希薄運転領域の拡大による燃費の向上
をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる希薄燃焼内燃機関
の追加燃料噴射制御の制御系の要部構成を模式的に示す
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
の構成を示す模式図である。

【図３】ＮＯx 触媒の再生処理の開始判定にかかるＮＯ
x 濃度の検出タイミングを説明するための図である。

【図４】本発明の一実施形態にかかる希薄燃焼内燃機関
のＮＯx 触媒の再生処理の流れを示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

３ 排気通路 ６ 排気浄化装置 ６Ａ ＮＯx 触媒 ６Ｂ 三元触媒 ８ インジェクション（燃料噴射弁） １０ ＮＯx センサ ２０ ＥＣＵ ２１ 復活制御用判定手段 ２２ 再生制御用判定手段（劣化判定手段） ２３ 雰囲気調整手段 ２５ 燃料噴射制御手段 ２７ 追加燃料噴射制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気通路内を酸化雰囲気とする希薄燃焼
   が可能な内燃機関において、 該排気通路に設けられ酸化雰囲気にてＮＯx を吸蔵し還
   元雰囲気にてＮＯx を放出する吸蔵型ＮＯx 触媒と、 該吸蔵型ＮＯx 触媒の下流に設けられＮＯx 濃度を検出
   するＮＯx センサと、 該吸蔵型ＮＯx 触媒の周囲雰囲気を調整する雰囲気調整
   手段と、 該雰囲気調整手段が該吸蔵型ＮＯx 触媒の周囲雰囲気を
   還元雰囲気としたときに該ＮＯx センサの出力値に基づ
   いて該吸蔵型ＮＯx 触媒の劣化状態を判定する劣化判定
   手段とをそなえたことを特徴とする、希薄燃焼内燃機
   関。