JP2000265833A

JP2000265833A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2000265833A
Application number: JP11070355A
Authority: JP
Inventors: Taro Yokoi; 太郎横井; Koji Ishihara; 康二石原; Hirobumi Tsuchida; 博文土田; Akira Tayama; 彰田山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2000-09-26
Anticipated expiration: 2019-03-16
Also published as: JP3680620B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】希薄燃焼内燃機関のＮＯｘ排出量を低減する。【解決手段】内燃機関１の排気通路１２に、リーン燃焼
時にＮＯｘを吸収し、所定の条件でリッチ化すると吸収
していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤１３と，その下
流側に三元触媒１６を配置し、一時的にリッチ化してＮ
Ｏｘを放出する前に，ＮＯｘ吸収剤１３下流で三元触媒
１６上流の排気リッチ化用燃料噴射弁１４から燃料を噴
射してリッチ化した排気雰囲気下で、前記ＮＯｘ吸収剤
１３から放出したＮＯｘを、三元触媒１６で浄化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に搭載さ
れる内燃機関の排気浄化装置に関し、特に希薄燃焼によ
り発生するＮＯｘの浄化対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関から排出されるＮＯｘ
は、三元触媒を排気通路に配置することで浄化してい
た。該三元触媒は流入する排気の空燃比が理論空燃比の
ときにＨＣ，ＣＯ成分の酸化とＮＯｘの還元を同時に行
ない、浄化するものである。ところが、三元触媒はリー
ン空燃比でのＮＯｘの還元効率が悪く、リーン空燃比で
運転し燃費を向上させるいわゆるリーンバーンエンジン
の排気中のＮＯｘを低レベルまで浄化することは困難で
あった。

【０００３】前記問題を解決するために、流入する排気
の空燃比がリーンである場合にＮＯｘを吸収し、流入す
る排気の空燃比がリッチである場合に吸収したＮＯｘを
放出，浄化処理するＮＯｘ吸収剤を排気通路内に配置
し、リーン空燃比で運転中に排出されるＮＯｘを前記Ｎ
Ｏｘ吸収剤に吸収させ、ＮＯｘ吸収量が所定値以上にな
った場合一時的に空燃比をリッチにして吸収したＮＯｘ
を浄化処理するにすることでリーンバーンエンジンの排
気中のＮＯｘを低レベルまで浄化する技術が公知であ
る。

【０００４】ところが、上記のごとくＮＯｘ吸収剤に流
入する排気の空燃比を一時的にリッチにすることでＮＯ
ｘ吸収剤に吸収されているＮＯｘを放出するときに、放
出されたＮＯｘはＮＯｘ吸収剤上で排気中の未燃ＨＣ，
ＣＯと反応，浄化されるため本来ＮＯｘ吸収剤下流には
ＮＯｘがそのまま流出することは無いはずであるが、実
際には一時的に流出する場合がある。この理由について
は現在も明らかでない部分が多いが、ＮＯｘ吸収剤に流
入する排気の空燃比をリッチにした瞬間、ＮＯｘ吸収剤
の排気入口付近に吸収されていた大量のＮＯｘとリッチ
な排気に含まれるＨＣ，ＣＯが反応し、ＮＯｘ吸収剤の
排気入口付近に吸収されていたＮＯｘは浄化されるが、
ＮＯｘ吸収剤出口付近は酸素濃度が低いにもかかわらず
（ＮＯｘ吸収剤の排気入口付近で使用されてしまうた
め）還元剤であるＨＣ，ＣＯが供給されないため反応，
浄化されずに流出するものと考えられている。

【０００５】上記問題点を解決する従来技術として例え
ば特開平１０−２２１３号に開示された技術がある。こ
れは、前記同様排気通路にＮＯｘ吸収剤を配置すると共
に、該ＮＯｘ吸収剤下流の排気通路内に排気中のアンモ
ニアとＮＯｘとを反応させる排気浄化手段、前記ＮＯｘ
吸収剤下流でかつ前記排気浄化手段上流の排気通路内に
アンモニアを供給するアンモニア供給手段を夫々配置
し、リーン空燃比で運転中に前記ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘ
を吸収させ、一時的に空燃比をリッチで運転して吸収剤
から吸収したＮＯｘを放出させるときに、該放出された
ＮＯｘと前記アンモニア供給手段により供給されたアン
モニアとを前記排気浄化手段に流入させ反応させて浄化
するものである。

【０００６】第1の実施例では、第１気筒の排気のみを
導く第１排気通路に三元触媒を配置すると共に、他の気
筒の排気を導く第２排気通路に前記ＮＯｘ吸収剤を配置
し、前記第１排気通路の三元触媒下流及び前記第2排気
通路のＮＯｘ吸収剤下流で第１，第２排気通路を合流さ
せ、さらに該合流点の下流に脱硝触媒を配置する。そし
て、第１気筒以外をリーン空燃比で運転しＮＯｘ吸収剤
にＮＯｘを吸収せしめている間は、第１気筒のみリッチ
空燃比で運転して第１排気通路に配置された三元触媒に
てＮＨ₃（アンモニア）を生成して脱硝触媒に供給し、
ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出，浄化するため
に第２排気通路内の空燃比をリッチとするときに、第１
排気通路内の空燃比を第２排気通路内空燃比がリッチと
なってから所定時間第１排気通路内空燃比もリッチとす
るようにしている。

【０００７】第2の実施例では、第１排気通路の三元触
媒上流と第２排気通路のＮＯｘ吸収剤上流を連通させる
場合と、実施例１と同じ排気の経路とを選択できるバル
ブを設け、燃費を向上させる場合は全気筒リーン空燃比
で運転すると共に第１排気通路の三元触媒上流と第２排
気通路のＮＯｘ吸収剤上流とを連通させて排出されるＮ
ＯｘをＮＯｘ吸収剤に吸収させ、ＮＯｘ吸収剤に吸収さ
れているＮＯｘを放出，浄化せしめる場合は、第1実施
例と同じ排気経路を選択すると共に全気筒リッチ運転す
ることで、第１排気通路の三元触媒で生成されるアンモ
ニアと第２排気通路で浄化しきれずに流出するＮＯｘと
を反応，浄化させるものを挙げている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記第
1実施例のような内燃機関の排気浄化装置においては第
１気筒は常にリッチ（もしくはストイキ）空燃比で運転
することとなり燃費向上に対して逆行することとなる。
仮に他の気筒をリッチ運転する直前までリーン運転した
場合は、リーン運転中のＮＯｘを浄化しきれないまま大
気に放出することとなり、今後の厳しい排気規制や環境
保護を考えると得策でない。また、１気筒のみをリッチ
（もしくはストイキ）運転する場合は、気筒間のトルク
段差を無くすために吸入空気量をコントロールする必要
があり、非常に高価なシステムとなりコストアップにつ
ながる。

【０００９】また前記第2実施例のような内燃機関の排
気浄化装置においては全気筒リーン空燃比運転が可能だ
が、ＮＯｘ吸収剤に吸収されているＮＯｘを放出，浄化
すべく全気筒をリッチ空燃比運転にすると共に第１気筒
の排気を第１排気通路に導くように前記バルブを動作さ
せるとき、例えば空燃比のリッチ化を第１気筒燃焼直後
に実施した場合、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘの放出がアンモ
ニア生成よりも速いタイミングで実施されることとな
り、ＮＯｘ吸収剤より流出したＮＯｘを処理するに十分
なアンモニアが脱硝触媒に供給される前にＮＯｘ吸収剤
より流出したＮＯｘが脱硝触媒を通過してしまい、ＮＯ
ｘが十分に処理される前に大気に放出されてしまう場合
がある。

【００１０】本発明はこのような従来の課題に着目して
なされたもので、ＮＯｘ吸収剤から放出されたＮＯｘを
効率よく浄化できるようにした内燃機関の浄化装置を提
供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解するための手段】このため、請求項1に係る
発明は、図１に示すように、希薄燃焼運転可能な内燃機
関の排気通路内に、流入する排気の空燃比がリーンであ
る場合にＮＯｘを吸収し、流入する排気の空燃比がリッ
チである場合に吸収したＮＯｘを放出，浄化処理するＮ
Ｏｘ吸収剤を配置し、空燃比リーンで運転中に排出され
るＮＯｘを前記ＮＯｘ吸収剤に吸収させると共に、該Ｎ
Ｏｘ吸収剤へのＮＯｘ吸収量が所定値以上になった場合
一時的に空燃比をリッチで運転して前記吸収したＮＯｘ
を浄化処理する内燃機関の排気浄化装置において、前記
ＮＯｘ吸収剤の下流にＮＯｘの還元とＨＣ，ＣＯの酸化
を同時に行う三元触媒を設けると共に、前記一時的に空
燃比をリッチで運転したときの排気がＮＯｘ吸収剤に流
入する前に、前記ＮＯｘ吸収剤下流でかつ前記三元触媒
上流の排気の空燃比を所定時間リッチとするＮＯｘ吸収
剤下流空燃比リッチ化手段を設けたことを特徴とする。

【００１２】請求項１に係る発明によると、以下のよう
な効果が得られる。ＮＯｘ吸収剤へのＮＯｘ吸収量が所
定量以上になった場合に、リッチスパイク手段により一
時的に空燃比をリッチにして吸収したＮＯｘを浄化処理
する操作（以下リッチスパイクと呼ぶ）を行うことによ
り排気がリッチとされるが、該リッチとされた排気がＮ
Ｏｘ吸収剤に流入する前からＮＯｘ吸収剤下流の空燃比
がリッチとなっているため、リッチスパイク初期等に浄
化されずにＮＯｘ吸収剤から流出してきたＮＯｘが、リ
ッチ雰囲気で下流の三元触媒に導かれるため、ＨＣ，Ｃ
Ｏとの間で還元反応が促進され十分に浄化される。な
お、リッチ雰囲気の排気を三元触媒に導くため、ＨＣ，
ＣＯの悪化が懸念されるが、所定量のＨＣ，ＣＯであれ
ば三元触媒内のＯ₂ストレージ効果で浄化処理すること
ができるため大きな問題とはならない。

【００１３】また、請求項２に係る発明は、前記ＮＯｘ
吸収剤下流空燃比リッチ化手段が、前記ＮＯｘ吸収剤と
前記三元触媒の間の排気通路に燃料を噴射する排気リッ
チ化用燃料噴射弁を設け、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸
収量が所定値以上になり一時的に空燃比をリッチで運転
すると同時もしくはリッチで運転する所定時間前から、
前記排気リッチ化用燃料噴射弁により燃料を所定量噴射
することにより構成されることを特徴とする。

【００１４】請求項２に係る発明によると、リッチスパ
イクと同時もしくは所定時間前からＮＯｘ吸収剤の下流
かつ三元触媒の上流に配置された燃料噴射弁にて排気通
路内に燃料を噴射することでＮＯｘ吸収剤下流かつ三元
触媒上流の空燃比をリッチとし、リッチスパイク時にＮ
Ｏｘ吸収剤から流出するＮＯｘをリッチ雰囲気で下流の
三元触媒に導くため、ＨＣ，ＣＯとの間で還元反応が促
進されリッチスパイク時にＮＯｘ吸収剤から流出するＮ
Ｏｘを十分に浄化することができる。

【００１５】また、請求項３に係る発明は、前記ＮＯｘ
吸収剤下流空燃比リッチ化手段が、一端を前記ＮＯｘ吸
収剤の上流に連通し他端を前記ＮＯｘ吸収剤の下流に連
通する副排気通路を設けると共に、該副排気通路の連通
／非連通を選択的に変更できる副排気通路連通弁を配置
し、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が所定値以上にな
り一時的に空燃比をリッチにすると同時に前記副排気通
路を前記副排気通路連通弁にて連通させることにより構
成されることを特徴とする。

【００１６】請求項３に係る発明によると、リッチスパ
イクと同時にＮＯｘ吸収剤の上流と下流を副排気通路で
連通させることでＮＯｘ吸収剤下流の空燃比をリッチと
し、リッチスパイク時にＮＯｘ吸収剤から流出するＮＯ
ｘをリッチ雰囲気で下流の三元触媒に導くため、還元反
応が促進され、リッチスパイク時にＮＯｘ吸収剤から流
出するＮＯｘを十分に浄化することができる。この場
合、副排気通路の排気抵抗がＮＯｘ吸収剤を通過する主
排気の排気抵抗よりも小さくなるように、通路の径、
主，副排気通路の連通位置、その他の諸元を選定するこ
とでＮＯｘ吸収剤入口の空燃比がリッチとなり、吸収さ
れているＮＯｘが放出される前にＮＯｘ吸収剤下流の空
燃比をリッチとすることが可能である。

【００１７】また、請求項４に係る発明は、前記ＮＯｘ
吸収剤下流空燃比リッチ化手段が、一端を所定気筒の排
気弁近傍に連通し他端を前記ＮＯｘ吸収剤の下流に連通
する副排気通路を設けると共に、該副排気通路の連通／
非連通を選択的に変更できる副排気通路連通弁を配置
し、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が所定値以上にな
り一時的に空燃比をリッチにすると同時もしくはリッチ
にする所定時間前から、前記副排気通路を前記副排気通
路連通弁にて連通させると共に、所定気筒の排気行程も
しくは膨張行程にて該所定気筒の燃料噴射弁により所定
量の燃料を噴射することにより構成されることを特徴と
する。

【００１８】請求項４に係る発明によると、リッチスパ
イクと同時もしくはその所定時間前から所定気筒にて少
なくとも膨張行程もしくは排気行程の一方で必要量の燃
料を噴射すると共に副排気通路を連通させることで、少
なくとも膨張行程もしくは排気行程の一方で噴射された
燃料が副排気通路を介してＮＯｘ吸収剤下流かつ三元触
媒上流に導かれるため、ＮＯｘ吸収剤下流の空燃比をリ
ッチとし、リッチスパイク時にＮＯｘ吸収剤から流出す
るＮＯｘをリッチ雰囲気で下流の三元触媒に導くことが
できるため、還元反応が促進されリッチスパイク時にＮ
Ｏｘ吸収剤から流出するＮＯｘを十分に浄化することが
できる。この場合膨張行程もしくは排気行程の一方で燃
料を噴射するため、噴射された燃料は機関の出力に影響
を与えない。すなわちこの方法で空燃比をリッチ化する
ことで所定気筒へ流入する空気量を制限するなどのトル
クコントロールシステムが不要であり、コストを抑える
ことができる。また、本請求項では所定気筒の近傍に副
排気通路の連通口を設ける構成となっているが、副排気
通路を所定気筒の排気全量をＮＯｘ吸収剤の下流に導く
かＮＯｘ吸収剤上流に導くかを選択できる構成としても
良い。本構成では、少なくとも膨張行程もしくは排気行
程の一方で噴射された燃料が全量確実にＮＯｘ吸収剤下
流に導かれるため、無駄な燃料が無くなるという利点が
ある。また、この場合はリッチスパイクを実行する際、
排気をＮＯｘ吸収剤下流に全量導かれている所定気筒か
らリッチ化を実行することおよび副排気通路の容積を主
排気通路の容積のすくなくとも１／３よりも少なくする
ことで、リッチ排気がＮＯｘ吸収剤に導かれ、ＮＯｘが
ＮＯｘ吸収剤から流出する前にＮＯｘ吸収剤の下流かつ
三元触媒上流の空燃比をリッチ化することが可能とな
る。ただし、全量を切り換えるバルブを設けることはコ
ストの増加につながるばかりでなく、熱容量の増加にも
つながるため現状では得策ではない。所定気筒近傍に開
口する副排気通路を連通／非連通させるバルブを設ける
程度であればコスト増加も少なく、熱容量も大幅にアッ
プすることはない。

【００１９】また、請求項５に係る発明は、希薄燃焼運
転可能な内燃機関の排気通路内に、流入する排気の空燃
比がリーンである場合にＮＯｘを吸収し、流入する排気
の空燃比がリッチである場合に吸収したＮＯｘを放出，
浄化処理するＮＯｘ吸収剤を配置し、空燃比リーンで運
転中に排出されるＮＯｘを前記ＮＯｘ吸収剤に吸収さ
せ、該ＮＯｘ吸収剤へのＮＯｘ吸収量が所定値以上にな
った場合一時的に空燃比をリッチで運転して前記吸収し
たＮＯｘを浄化処理する内燃機関の排気浄化装置におい
て、前記ＮＯｘ吸収剤の下流にアンモニアとＮＯｘを反
応せしめるアンモニア／ＮＯｘ反応触媒を設けると共
に、前記一時的に空燃比をリッチで運転したときの排気
がＮＯｘ吸収剤に流入する前に、前記ＮＯｘ吸収剤下流
で前記アンモニア／ＮＯｘ反応触媒上流にアンモニアを
供給するアンモニア供給手段を設けたことを特徴とす
る。

【００２０】請求項５に係る発明によると、前記従来技
術として述べた特開平１０−２２１３を改良することが
できる。即ち、特開平１０−２２１３ではＮＯｘ浄化剤
としてのアンモニアをＮＯｘ吸収剤の下流へ供給すると
しているが、本発明ではＮＯｘ吸収剤ヘリッチ空燃比の
排気が流入する前にアンモニアをＮＯｘ吸収剤の下流へ
供給することでＮＯｘ吸収剤より流出したＮＯｘを確実
に浄化することができる。

【００２１】また、請求項６に係る発明は、前記ＮＯｘ
吸収剤の下流近傍に排気を均一化する排気均一化手段を
設けたことを特徴とする。

【００２２】請求項６に係る発明によると、ＮＯｘ吸収
剤直後の排気均一化手段により、ＮＯｘ吸収剤より流入
した排気とＮＯｘを浄化処理するために流入させたＮＯ
ｘ浄化剤とを均一に混合することでＮＯｘ吸収剤より流
出したＮＯｘを効率よく浄化できる。

【００２３】また、請求項7に係る発明は、前記ＮＯｘ吸
収剤上下流の排気の空燃比をリッチにした後、該ＮＯｘ
吸収剤上流の排気の空燃比をリーンとする前に、該ＮＯ
ｘ吸収剤下流の排気の空燃比をリッチ化することを禁止
することを特徴とする。

【００２４】請求項7に係る発明によると、リッチスパイ
ク初期にＮＯｘ吸収剤より流出するＮＯｘを還元処理す
るためのＮＯｘ吸収剤下流かつ三元触媒上流空燃比のリ
ッチ化をリッチスパイク初期に限ることで、不要なリッ
チ化を避けると共にその分ＸＯｘ吸収剤にリッチ空燃比
を供給することでＮＯｘの放出，ＮＯｘ吸収剤上でのＮ
Ｏｘの浄化を促進させ、無駄な燃料を最小限とし、燃費
を向上させることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例につい
て図１を用いて詳細に説明する。図１において内燃機関
１は、本体にピストン２、クランク軸３を備え、該クラ
ンク軸３近傍に装着されたクランク角センサ４は、クラ
ンク角を検出し、これにより機関回転速度を算出でき
る。また、吸気通路5には、吸入空気量を検出するエア
フロメ一夕６、吸入空気量を調節するスロットル弁７を
備える。また、燃焼室８周りには、燃料噴射弁９、点火
栓１０が装着され、前記クランク角センサ４，エアフロ
メータ６等からの信号に基づいてエンジンコントロール
ユニット（以後ＥＣＵと略す）１１からの出力される信
号により、燃料噴射弁９は、最適な量の燃料を燃焼室８
に最適なタイミングで供給し、点火栓１０は、最適なタ
イミングで混合気に点火する。

【００２６】一方、排気通路１２には、上流側からＮＯ
ｘ吸収剤１３、排気リッチ化用燃料噴射弁１４、排気均
一化手段としての排気混合器１５、三元触媒１６が介装
される。

【００２７】前記ＮＯｘ吸収剤１３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の様なアルカリ金
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１つの成分と、白金Ｐｔ等の貴金属
を担持したものである。バリウムＢａを担持した場合を
例にとると、流入する排気がリーンである場合に排気中
のＮＯｘを酸化バリウムＢａＯと結合させ硝酸イオンＮ
Ｏ₃ ^-の形で吸収し、流入する排気がリッチの場合は吸収
剤内の硝酸イオンをＮＯ₂ ^-として放出する性質を有して
いる。このため、機関をリーン空燃比で運転していると
ＮＯｘ吸収剤１３は排気中のＮＯｘを吸収するが、酸化
バリウムＢａＯが硝酸イオンで飽和するとＮＯｘ吸収剤
１３の排気中のＮＯｘを吸収する能力がなくなるため必
要に応じて（例えばＮＯｘ吸収剤１３のＮＯｘ吸収量を
推定し、吸収量が所定値以上になった場合）ＮＯｘ吸収
剤１３に流入する排気をリッチとして吸収したＮＯｘを
放出，浄化させる。

【００２８】前記排気リッチ化燃料噴射弁１４は、前記
ＮＯｘ吸収剤１３下流で三元触媒１６上流の排気をリッ
チにするため、前記ＥＣＵ１１からの信号により排気通
路１２内に最適量の燃料を最適なタイミングで噴射す
る。また、本噴射弁から燃料ではなくアンモニアＮＨ₃
を後述するロジックにより噴射しても本発明の目的を達
成することができる。

【００２９】排気混合器１４は、ＮＯｘ吸収剤１３より
流入する排気と排気リッチ化燃料噴射弁８より噴射され
た燃料を混合するためのものである。内部にフィンを設
けるなどしてもよいが、ただ単に排気通路のボリューム
を増やすだけでも均一化効果が得られる場合もある。

【００３０】前記三元触媒１５は、流入する排気の空燃
比が理論空燃比のときにＨＣ，ＣＯ成分の酸化とＮＯｘ
の還元を同時に行なって、浄化するものであり、通常は
白金Ｐｔ，パラジウムＰｄ，ロジウムＲｈのうち少なく
とも１種以上を含む。

【００３１】次に、図２のブロック図を用いて、前記排
気浄化作用を行なうためにＥＣＵ１１で実行される演算
内容について説明する。ＮＯｘ吸収量予測部で機関運転
状態に基づいてＮＯｘ吸収量を予測し、該予測値が所定
値（例えばＮＯｘ吸収剤１３の吸収能力に対して充分に
低い値）以下である場合はリーン空燃比で機関１を運転
すべくリーン運転部で燃料噴射量，噴射時期を演算し、
燃料噴射弁９と点火栓１０を駆動する。またＮＯｘ吸収
量の予測値が所定値以上である場合は、ＮＯｘ吸収剤下
流空燃比リッチ化部によりＮＯｘ吸収剤１３下流かつ三
元触媒１６上流の空燃比をリッチとする。その後、リッ
チスパイク許可部がリッチスパイク条件に至ったかを判
定し、リッチスパイク条件であればリッチスパイクを実
行し、リッチスパイク条件でなければリーン空燃比での
運転を継続する。

【００３２】さらに、図３〜図７のフローチャートを用
いて演算内容について詳細に説明する。図３は、前記Ｎ
Ｏｘ吸収量部のフローを示す。Ｓ１１では、フラグＦＬ
ＧＳＮＯの値をルックアップし、１であれば現状ＮＯｘ
吸収量は所定値に達していると判断し、本ルーチンを終
了する。０であればＮＯｘ吸収量は所定値に達していな
いと判断し、以下のステップを実行する。ここで、前記
ＦＬＧＳＮＯは、本ルーチンの以下のステップでＮＯｘ
吸収量が所定値以上であれば１にセットされるものであ
る。

【００３３】Ｓ１２では、現状の運転状態を表す２つの
パラメータにより定義されたマップより現状のＮＯｘ排
出量予測値ＮＯを読み込む。ここでＮｅは機関回転速度
でクランク角センサ４の検出値より演算される。また、
Ｔｐは基本燃料噴射量であり、エアフロメータ４で検出
される吸入空気量Ｑより以下の式により演算される。

【００３４】Ｔｐ×Ｑ／Ｎｅ（ここでｋは定数）ＮＯｘ
排出量予測値ＮＯは実験的に求められるものであり、機
関の違いにより若干の誤差はあるもののＮＯｘ吸収剤１
３へのＮＯｘ吸収量を予測するのに充分使用できる。ま
た、本ルーチンがｔ秒（例えば１秒）毎に実行される場
合、ＮＯはｔ秒間のＮＯｘ排出予測値とすべきである。

【００３５】Ｓ１３では、ＦＬＧＳＮＯが０となってか
ら現在までのＮＯ値を積算することで該ＦＬＧＳＮＯが
０となってから現在までの総ＮＯｘ排出量を予測計算す
る。Ｓ１４では、前記総ＮＯｘ排出量の予測値が所定値
ＳＬＳＮＯを上回っているか否かを判断し、上回ってい
る場合はＳ１５でＦＬＧＳＮＯ＝１として、ＮＯｘ吸収
剤１３のＮＯｘ吸収能力が低下しつつあるとし、上回っ
ていない場合はＦＬＧＳＮＯ＝０のままとし、まだＮＯ
ｘ吸収剤１３のＮＯｘ吸収能力は充分あるとして本ルー
チンを終了する。

【００３６】図４は、前記リーン運転部のフローを示
す。Ｓ２１では、現状の運転状態から予め定められた目
標空燃比を読み込む。Ｓ２２では、燃料噴射量Ｔｉを演
算する（Ｔｉ＝Ｔｐ×１４．７／目標空燃比）。

【００３７】さらにＳ２３では、現状の運転状態から最
適な点火時期を読み込み、リーン運転に最適なタイミン
グで最適量の燃料を燃料噴射弁９に噴射し、最適なタイ
ミングで点火栓１０にて混合気に点火する。

【００３８】図５は、ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化
部のフローを示す。Ｓ３１では、ＮＯｘ吸収剤１３の吸
収能力が充分あるか否かを判定し、充分であれば（ＦＬ
ＧＳＮＯ＝０）、本ルーチンを実行する必要が無いので
本ルーチンを終了する。また、ＮＯｘ吸収剤１３の吸収
能力が低下しつつあると判断すれば（ＦＬＧＳＮＯ＝
１）、以下のステップを実行する。

【００３９】Ｓ３２では、ＦＬＧＳＮＯ＝１となってか
ら、つまりリッチスパイクを開始してから所定時間ｔ２
経過したかを判定し（タイマースタートは後述するリッ
チスパイク許可フローで実行される）、ｔ２経過してい
ればリッチスパイク初期でないのでＮＯｘ吸収剤１３か
ら放出されたＮＯｘはＮＯｘ吸収剤１３上でほとんど還
元処理されているためＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比を
リッチにする必要はないと判断し、本ルーチンを終了す
る。ｔ２経過していなければＮＯｘ吸収剤１３下流の空
燃比をリッチにする必要がある（リッチスパイク初期で
ある）と判断し、Ｓ３３で燃料噴射量Ｔを以下の計算式
により算出し、排気リッチ化用燃料噴射弁１４を駆動す
る。

【００４０】Ｔ＝４×（ＡＦＲＬ−ＡＦＲＲＳ）×１
４．７×Ｔｐ／（ＡＦＲＬ×ＡＦＲＲＳ）ここで、ＡＦＲＬは現状のリーン運転空燃比，ＡＦＲＲ
Ｓはリッチスパイク時目標空燃比（例えばｌｌ）であ
る。ＡＦＲＲＳは定数とは限らず、その時の触媒温度や
吸入空気量，経過時間等によって変化させてもよい。ま
た、排気リッチ化用噴射弁１４よりアンモニア（Ｎ
Ｈ₃）を噴射する場合は、アンモニアに対応した別の演
算式にて算出すればよい。

【００４１】図６は、前記リッチスパイク許可部のフロ
ーである。Ｓ４１では、ＮＯｘ吸収剤１３の吸収能力が
充分あるか否かを判定し、充分であれば（ＦＬＧＳＯ＝
０）、本ルーチンを実行する必要が無いので木ルーチン
を終了する。ＮＯｘ吸収剤１３の吸収能力が低下しつつ
あると判断すれば（ＦＬＧＳＮＯ＝１）、以下のステッ
プを実行する。

【００４２】Ｓ４２では、ＦＬＧＳＮＯが０から１に変
わってから本ルーチンをはじめて実行するか否かを判定
し、初めてであればＦＬＧＳＮＯが１になってからリッ
チスパイク許可までのディレイ時間ｔ１をカウントする
ためのタイマーをスタートさせる。このタイマーは前述
したＮＯｘ吸収剤１３の下流をリッチ化するフローでｔ
２をカウントするタイマーを兼ねている。Ｓ４４でＦＬ
ＧＳＮＯ＝１となってから所定時間経過したかを判定
し、所定時間経過していなければまだリッチスパイクは
許可できないため本ルーチンを終了し、所定時間経過し
ていればリッチスパイクを許可すべくＳ４５でＦＬＧＲ
Ｓ＝１とする。本動作で、ＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃
比が充分にリッチとなるための時間を稼いでいる。ただ
し、ＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比が充分にリッチとな
るまでにディレイ時間を設定する必要が無ければ所定時
間ｔ１をゼロとすればよい。

【００４３】Ｓ４６では、ＦＬＧＲＳがＯから１に変わ
ってから本ルーチンをはじめて実行するか否かを判定
し、初めてであればＳ４７でリッチスパイク継続時間ｔ
ｒｓをカウントするためのタイマーをスタートさせる。

【００４４】Ｓ４８では、ＦＬＧＲＳ＝１となってから
所定時間ｔｒｓ経過したかを判定し、所定時間ｔｒｓ経
過していなければリッチスパイクを継続すべく本ルーチ
ンを終了し、所定時間ｔｒｓ経過していればリッチスパ
イクを終了すべくＳ４９でＦＬＧＲＳ＝０とするととも
に各タイマーをストップ，リセットし、ＮＯｘ吸収剤１
３のＮＯｘ吸収能力も回復したと判断しＦＬＧＳＮＯ＝
０とする。

【００４５】図７はリッチスパイクを行うフローであ
る。Ｓ５１では、リッチスパイクが許可されているかい
なかを判定し、許可されていなければ（ＦＬＧＲＳ＝
０）本ルーチンを終了する。

【００４６】リッチスパイクが許可されていれば（ＦＬ
ＧＲＳ＝１）、Ｓ５２へ進んで燃料噴射量Ｔｉを算出し
（Ｔｉ＝Ｔｐ×１４．７／目標空燃比）、燃料噴射弁９
を駆動して前記噴射量相当の燃料を噴射する。

【００４７】Ｓ５３では、最適な点火時期を読み込み、
点火栓１０を駆動して前記点火時期に点火を行う。次に
第２実施例について図８を用いて説明する。ハードウエ
アの構成は第１の実施形態からの変更点のみ記す。本実
施形態の場合、排気リッチ化用燃料噴射弁１４は必要が
無い。そのかわりＮＯｘ吸収剤１３の上流に一端を連通
させ、他端をＮＯｘ吸収剤１３の下流でかつ三元触媒１
６の上流に連通させた副排気通路２０を設け、該副排気
通路２０の任意の位置（図８では下流端）に副排気通路
２０の連通／非連通を選択できる副排気通路連通弁２１
を配置してある。

【００４８】図９は本実施形態のブロック図である。第
１の実施形態との違いはリッチスパイク許可部によりリ
ッチスパイクが許可となった後に、ＮＯｘ吸収剤下流空
燃比リッチ化部によりＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比の
リッチ化をリッチ運転実行と同時に実行することであ
る。

【００４９】さらに、図１０、図１１を用いて演算内容
について詳細に説明する。図１０はリッチスパイク許可
部のフローであり、第１の実施形態と異なる部分はＦＬ
ＧＳＮＯ＝１となってから所定期間経過するまでリッチ
スパイクを許可しない部分を削除したことである。

【００５０】すなわち、ＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比
のリッチ化を実行してからＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃
比がリッチになるまで待たなくとも、本実施形態ではＮ
Ｏｘ吸収剤１３下流の空燃比をＮＯｘ吸収剤１３入口の
空燃比がリッチとなる前にリッチにすることが可能とい
うことである。本フローのステップ毎の説明は第１の実
施形態と同等であるので省略する。

【００５１】図１１はＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比を
リッチ化するフローである。Ｓ７１では、リッチスパイ
ク許可条件であるか否かを判定し、許可条件（ＦＬＧＲ
Ｓ＝１）であればＳ７２でＦＬＧＲＳ＝１となってから
所定時間ｔ２経過したかを判定し、経過していなければ
Ｓ７３で副排気通路連通弁２１を開弁する。

【００５２】Ｓ７１でリッチスパイク許可条件でない場
合（ＦＬＧＲＳ＝０）もしくはＳ７２で所定時間ｔ２経
過したと判断された場合は、Ｓ７４で副排気通路連通弁
２１を閉弁する。

【００５３】以上の操作でリッチスパイク時にリッチス
パイクによるリッチ空燃比が副排気通路２０，副排気通
路連通弁２１を介してＮＯｘ吸収剤１３下流にも供給さ
れ、リッチスパイク初期にＮＯｘ吸収剤１３より排出さ
れるＮＯｘを下流の三元触媒１６で効率よく浄化でき
る。この場合、前記作用説明部の第３の発明説明部でも
述べたが、副排気通路の排気抵抗を、ＮＯｘ吸収剤１３
を通過する主排気通路の排気抵抗よりも小さくなるよう
管径等を設計すると共に、主，副排気通路連通位置、そ
の他の諸元を最適に設計、配直することでＮＯｘ吸収剤
１３入口の空燃比がリッチとなり、吸収されているＮＯ
ｘが放出される前にＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比をリ
ッチとすることが可能となる。

【００５４】次に第３の実施形態について図１２を用い
て説明する。ハードウエア構成の変更点は第２の実施形
態に対して副排気通路２０の上流端のＮＯｘ吸収剤上流
との接続位置を所定気筒（図１２では＃１気筒）の排気
ポート近傍３０に配置したことのみである。また、ブロ
ック図としては第１の実施形態（図２）と同一であるた
め説明を省略する。

【００５５】さらに、図１３のフローチャートを用いて
第１の実施形態と本実施形態の異なる部分、具体的には
ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ部について詳細に説明す
る。Ｓ８１では、ＮＯｘ吸収剤１３の現状の吸収能力が
充分にあるか否かを判定し、吸収能力が充分でなければ
（ＦＬＧＳＮＯ＝１）、Ｓ８２でＦＬＧＳＮＯ＝１とな
ってからｔ２経過したか否かを判定し、経過していなけ
ればＳ８３で副排気通路連通弁２１を開弁する。

【００５６】Ｓ８１でＮＯｘ吸収剤１０の吸収能力が充
分あると判定された場合もしくはＳ８２でＦＬＧＳＮＯ
＝１となってからｔ２以上経過したと判断された場合は
Ｓ８６で副排気通路連通弁２１を閉弁し、本ルーチンを
終了する。

【００５７】Ｓ８３で副排気通路連通弁２１を開弁した
場合はＳ８４で副排気通路２０の上流端接続部に近接し
ている気筒（図１２では第１気筒）が現在膨張行程もし
くは排気行程の所定タイミングにあるか否かを検出し、
なければ本ルーチンを終了し、所定タイミングにあると
判断すればＳ８５で２度燃料噴射量を読み込む。この燃
料噴射量は副排気通路２０を通過する燃料量が第１の実
施形態でＮＯｘ吸収剤下流に噴射した燃料量と同等とな
る分の燃料噴射量である。本実施例では所定気筒（＃
１）で噴射された燃料全てが副排気通路２０を通過する
わけでないため、副排気通路２０を通過してＮＯｘ吸収
剤下流に供給される燃料量が第１の実施形態でＮＯｘ吸
収剤１３下流に噴射した燃料量と同等となる噴射量を機
関の運転状態別に実験により求め記憶しておく必要があ
る。

【００５８】最後にＳ８５で読み込んだ２度燃料噴射量
を所定気筒（＃１）の燃料噴射弁９にて噴射する。な
お、既述したように本実施形態では副排気通路２０の上
流端を所定気筒の排気ポートに近接させ、所定気筒の排
気の一部を副排気通路２０へ導く構成としているが、副
排気通路２０に所定気筒の排気全量を導くか否かを副排
気通路連通弁２１にて選択できる構成としてもよい（図
１４）。この構成にすることで無駄な燃料を噴かずに済
む。

【００５９】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、ＮＯｘ吸
収剤のＮＯｘ吸収能力が低下しつつある場合、ＮＯｘ吸
収剤のＮＯｘ吸収能力を回復させるためのリッチスパイ
クを実施する際、ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化手段
により、リッチスパイク初期にＮＯｘ吸収剤より流出す
るＮＯｘを下流の三元触媒で効率よく還元，浄化処理す
ることが可能となり、排気性能をさらに向上させること
ができる。

【００６０】請求項２に係る発明によると、ＮＯｘ吸収
剤下流かつ三元触媒上流に排気リッチ化用燃料噴射弁に
て燃料を噴射することで比較的容易にリッチスパイク開
始直前から所定期間ＮＯｘ吸収剤下流かつ三元触媒上流
の空燃比をリッチ化することができ、リッチスパイク初
期にＮＯｘ吸収剤より流出するＮＯｘを下流の三元触媒
で効率よく還元，浄化処理することが可能となる。

【００６１】請求項３に係る発明によれば、リッチスパ
イク時にＮＯｘ吸収剤上流のリッチ排気を下流に導くこ
とでリッチスパイク開始直前から所定期問ＮＯｘ吸収剤
下流かつ三元触媒上流の空燃比をリッチ化することがで
きるため、請求項２に係る発明のような燃料噴射量の演
算等の複雑な制御を簡易化できると共に排気リッチ化用
燃料噴射弁及び燃料配管が不要となる。

【００６２】請求項４に係る発明によれば、リッチスパ
イク実行タイミングよりも前からＮＯｘ吸収剤下流かつ
三元触媒上流の空燃比をリッチ化することができるた
め、確実にリッチスパイク初期にＮＯｘ吸収剤より流出
するＮＯｘを還元，浄化できる。

【００６３】請求項５に係る発明によれば、リッチスパ
イク初期にＮＯｘ吸収剤より流出するＮＯｘとアンモニ
アＮＨ３を反応させ浄化することでリッチスパイク初期
にＮＯｘ吸収剤より流出するＮＯｘを浄化，処理するこ
とが可能となる。

【００６４】請求項６に係る発明によれば、ＮＯｘ吸収
剤下流かつ三元触媒上流の排気を充分に混合することが
可能となり、リッチスパイク初期にＮＯｘ吸収剤より流
出するＮＯｘを下流の触媒にて効率よく浄化，処理する
ことが可能となる。

【００６５】請求項７に係る発明によれば、不必要なＮ
Ｏｘ吸収剤下流かつ三元触媒上流の排気のリッチ化を防
止し、更なる燃費の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るシステム構成を示
す図。

【図２】第１，第３実施形態のブロック図。

【図３】ＮＯｘ吸収量予測部のフローチャート。

【図４】リーン運転部を説明するフローチャート。

【図５】第１実施形態のＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ
化部を説明するフローチャート。

【図６】第１，第３実施形態のリッチスパイク許可部を
説明するフローチャート。

【図７】リッチ運転手段を説明するフローチャート。

【図８】第２実施形態のハード構成を説明する図。

【図９】第２実施形態のブロック図である。

【図１０】第２実施形態のリッチスパイク許可部を説明
するフローチャート。

【図１１】第２実施形態のＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッ
チ化部を説明するフローチャート。

【図１２】第３実施形態のハード構成を説明する図。

【図１３】第３実施形態のＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッ
チ化部を説明するフローチャート。

【図１４】第３実施形態の別形態を説明する図。

【符号の説明】

１内燃機関４クランク角センサ５吸気通路６エアフロメータ９燃料噴射弁１１コントロールユニット１２排気通路１３ＮＯｘ吸収剤１４排気リッチ化用燃料噴射弁１５排気混合器１６三元触媒２０副排気通路２１副排気通路連通弁

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＥＦ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５Ａ (72)発明者土田博文神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者田山彰神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA12 AA17 AB03 AB04 AB09 BA14 CA12 CA13 CA17 CA18 CB02 DB10 DC06 EA08 EA10 EA30 EA35 FB06 FB07 FB10 FB12 FC04 GB02W GB04W GB05W GB06W GB07W GB17X HA20 HB03 3G301 HA01 HA04 HA06 HA15 JA02 JA25 LB04 LB05 MA01 MA12 MA19 NE13 NE23 PA01Z PE01Z PE03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路内
に、流入する排気の空燃比がリーンである場合にＮＯｘ
を吸収し、流入する排気の空燃比がリッチである場合に
吸収したＮＯｘを放出，浄化処理するＮＯｘ吸収剤を配
置し、リーン運転手段により空燃比リーンで運転中に排
出されるＮＯｘを前記ＮＯｘ吸収剤に吸収させると共
に、該ＮＯｘ吸収剤へのＮＯｘ吸収量が所定値以上にな
った場合一時的に空燃比をリッチで運転して前記吸収し
たＮＯｘを浄化処理するリッチスパイク手段を備えた内
燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸収剤の下流にＮＯｘの還元とＨＣ，ＣＯの
酸化を同時に行う三元触媒を設けると共に、前記リッチ
スパイク手段により一時的に空燃比をリッチで運転した
ときの排気がＮＯｘ吸収剤に流入する前に、前記ＮＯｘ
吸収剤下流でかつ前記三元触媒上流の排気の空燃比を所
定時間リッチとするＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化手
段を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化手段
は、前記ＮＯｘ吸収剤と前記三元触媒の間の排気通路に
燃料を噴射する排気リッチ化用燃料噴射弁を設け、前記
ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が所定値以上になり一時的
に空燃比をリッチで運転すると同時もしくはリッチで運
転する所定時間前から、前記排気リッチ化用燃料噴射弁
により燃料を所定量噴射することにより構成されること
を特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項３】前記ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化手段
は、一端を前記ＮＯｘ吸収剤の上流に連通し他端を前記
ＮＯｘ吸収剤の下流に連通する副排気通路を設けると共
に、該副排気通路の連通／非連通を選択的に変更できる
副排気通路連通弁を配置し、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ
吸収量が所定値以上になり一時的に空燃比をリッチにす
ると同時に前記副排気通路を前記副排気通路連通弁にて
連通させることにより構成されることを特徴とする請求
項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】前記ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化手段
は、一端を所定気筒の排気弁近傍に連通し他端を前記Ｎ
Ｏｘ吸収剤の下流に連通する副排気通路を設けると共
に、該副排気通路の連通／非連通を選択的に変更できる
副排気通路連通弁を配置し、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ
吸収量が所定値以上になり一時的に空燃比をリッチにす
ると同時もしくはリッチにする所定時間前から、前記副
排気通路を前記副排気通路連通弁にて連通させると共
に、所定気筒の排気行程もしくは膨張行程にて該所定気
筒の燃料噴射弁により所定量の燃料を噴射することによ
り構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機
関の排気浄化装置。
【請求項５】希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路内
に、流入する排気の空燃比がリーンである場合にＮＯｘ
を吸収し、流入する排気の空燃比がリッチである場合に
吸収したＮＯｘを放出，浄化処理するＮＯｘ吸収剤を配
置し、空燃比リーンで運転中に排出されるＮＯｘを前記
ＮＯｘ吸収剤に吸収させるようにした内燃機関の排気浄
化装置において、前記ＮＯｘ吸収剤の下流にアンモニア
とＮＯｘを反応せしめるアンモニア／ＮＯｘ反応触媒を
設けると共に、前記ＮＯｘ吸収剤へのＮＯｘ吸収量を予
測するＮＯｘ吸収量予測手段と、前記ＮＯｘ吸収量予測
手段によりＮＯｘ吸収量が所定値以上になったと予測さ
れた場合に一時的に空燃比をリッチで運転して前記吸収
したＮＯｘを浄化処理するリッチスパイク手段と、前記
リッチスパイク手段により一時的に空燃比をリッチで運
転したときの排気がＮＯｘ吸収剤に流入する前に、前記
ＮＯｘ吸収剤下流で前記アンモニア／ＮＯｘ反応触媒上
流にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、を設
けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】前記ＮＯｘ吸収剤の下流近傍に排気を均一
化する排気均一化手段を設けたことを特徴とする請求項
１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄
化装置。
【請求項７】前記ＮＯｘ吸収剤上下流の排気の空燃比を
リッチにした後、該ＮＯｘ吸収剤上流の排気の空燃比を
リーンとする前に、該ＮＯｘ吸収剤下流の排気の空燃比
をリッチ化することを禁止することを特徴とする請求項
１〜請求項４又は請求項６に記載の内燃機関の排気浄化
装置。