JP2002089249A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機関運転停止要求時にＮＯｘ浄化触媒内に吸
収されているＮＯｘを除去することなく機関始動時にＮ
ＯｘがＮＯｘ浄化触媒から下流へ流出することを防止す
る。 【解決手段】 排気空燃比がリーンのときに排気ガス中
のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が小さくなると吸収して
いるＮＯｘを放出するＮＯｘ浄化触媒２３を機関排気通
路に具備する。機関運転中において予め定められた条件
が満たされたときにＮＯｘ浄化触媒内部をリッチ雰囲気
とすることにより吸収しているＮＯｘをＮＯｘ浄化触媒
から放出させると共に放出されたＮＯｘを還元浄化す
る。内燃機関の始動時に空燃比を僅かばかりリッチとす
る弱リッチ処理を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃費を向上させるために大部分の機関運
転領域において理論空燃比よりもリーンな空燃比で運転
するようにした内燃機関が例えば特開平１０−２８０９
８７号公報に開示されている。当該内燃機関からは比較
的多量にＮＯｘ（窒素酸化物）が排出されるのでＮＯｘ
を浄化するためのＮＯｘ浄化触媒が機関排気通路に配置
されている。このＮＯｘ浄化触媒は排気空燃比がリーン
であるときには排気ガス中のＮＯｘを吸収し、排気空燃
比がリッチ方向へと小さくなると吸収しているＮＯｘを
放出する。こうしたＮＯｘ浄化触媒を備えた内燃機関で
は内燃機関がリーン空燃比にて運転されている間はＮＯ
ｘ浄化触媒にＮＯｘが吸収され、所定の時期に排気空燃
比を理論空燃比よりもリッチとしてＮＯｘ浄化触媒から
ＮＯｘを放出させると共に排気ガス中の炭化水素を還元
剤として放出されたＮＯｘを還元浄化する。

【０００３】ところでＮＯｘ浄化触媒はその温度が或る
一定の温度（以下、活性温度）以上となるとＮＯｘを還
元浄化することができるようになる。すなわち例えば機
関始動時のようにＮＯｘ浄化触媒の温度が比較的低いと
きにはＮＯｘ浄化触媒はＮＯｘを浄化することができな
い。そこで機関始動時のようにＮＯｘ浄化触媒の温度が
比較的低いときには理論空燃比にて機関運転させ、ＮＯ
ｘ浄化触媒に流入する排気ガスの温度を上昇し、斯くし
てＮＯｘ浄化触媒の温度をその活性温度まで上昇させる
必要がある。

【０００４】ところがこのようにＮＯｘ浄化触媒の温度
を上昇させるべく理論空燃比にて機関運転させたときに
ＮＯｘ浄化触媒にＮＯｘが吸収されているとＮＯｘ浄化
触媒からＮＯｘが放出されるがＮＯｘ浄化触媒の温度が
その活性温度にまで上昇していないので放出されたＮＯ
ｘはＮＯｘ浄化触媒にて浄化されずにその下流へと流出
してしまう。

【０００５】そこで上記特開平１０−２８０９８７号公
報では機関運転の停止が要求されたときに機関運転を一
定時間だけ継続し、ＮＯｘ浄化触媒内に吸収されている
ＮＯｘをＮＯｘ浄化触媒から放出させて還元浄化させて
から機関運転を停止するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら機関運転
停止要求は内燃機関の運転を停止することが所望された
ときに発せられるものであり、上記公報のようにＮＯｘ
浄化触媒に吸収されているＮＯｘを浄化してから機関運
転を停止するようにすると本来、機関運転を停止すべき
であるにもかかわらず機関運転が停止されないので好ま
しくない。

【０００７】そこで本発明の目的は機関運転停止要求時
にＮＯｘ浄化触媒内に吸収されているＮＯｘを除去する
ことなく機関始動時にＮＯｘがＮＯｘ浄化触媒から下流
へ流出することを防止することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の１番目の発明では、排気空燃比がリーンのときに排気
ガス中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が小さくなると吸
収しているＮＯｘを放出するＮＯｘ浄化触媒を機関排気
通路に具備し、機関運転中において予め定められた条件
が満たされたときに上記ＮＯｘ浄化触媒内部をリッチ雰
囲気とすることにより吸収しているＮＯｘをＮＯｘ浄化
触媒から放出させると共に該放出されたＮＯｘを還元浄
化するようにした内燃機関の排気浄化装置において、内
燃機関の始動時に空燃比を僅かばかりリッチとする弱リ
ッチ処理を実行する。これによれば内燃機関の始動時に
は空燃比が僅かばかりリッチの排気ガスがＮＯｘ浄化触
媒に流入する。

【０００９】２番目の発明では１番目の発明において、
上記排気浄化触媒の温度が予め定められた温度以下であ
るときには上記弱リッチ処理の実行を禁止する。３番目
の発明では１番目の発明において、内燃機関が停止され
たときにＮＯｘ浄化触媒内に吸収されているＮＯｘ吸収
量を記憶するための記憶手段を具備し、該記憶手段に記
憶されているＮＯｘ吸収量が予め定められた量以下であ
るときには上記弱リッチ処理の実行を禁止する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図示した実施例を参照して
本発明の排気浄化装置を説明する。なお以下の説明にお
いて機関空燃比とは燃焼室に供給された燃料の量に対す
る同様に燃焼室に供給された空気の量の比を意味し、排
気空燃比とは排気ガスの空燃比を意味し、排気ガスの空
燃比とは燃焼室に供給された燃料（機関排気通路に燃料
を供給することができるようにしたシステムでは排気通
路に供給された燃料を含む）の量に対する内燃機関の燃
焼室に吸入された空気（内燃機関の排気通路に空気を供
給することができるようにしたシステムでは排気通路に
供給された空気を含む）の量の比を意味する。

【００１１】図１に本発明の排気浄化装置を備えた内燃
機関を示した。図１に示した内燃機関はいわゆる４サイ
クルガソリンエンジンである。図１において１は機関本
体、２は吸気ポート、３は吸気弁、４は排気ポート、５
は排気弁、６は燃焼室、７は点火栓である。燃焼室６内
にはピストン８が配置される。吸気ポート２は吸気マニ
ホルド９に接続される。吸気マニホルド９はサージタン
ク１０を介して吸気通路１１に接続される。吸気通路１
１には機関本体１へ吸入せしめられる空気の質量流量
（以下、吸気量）を検出するための質量流量検出器１２
が配置される。質量流量検出器１２の上流側の吸気通路
５にはエアクリーナ１３が接続される。一方、質量流量
検出器１２の下流側の吸気通路５にはスロットル弁１５
が配置される。スロットル弁１５の下流側であって吸気
ポート２近傍の吸気マニホルド９には燃料噴射弁１６が
取り付けられる。燃料噴射弁１６は燃料供給通路１７を
介して燃料タンク１８に接続される。燃料供給通路１７
には吐出量可変の燃料ポンプ１９が配置される。排気ポ
ート４は排気マニホルド２０に接続される。排気マニホ
ルド２０は排気通路２１に接続される。

【００１２】排気通路２１には三元触媒２２が配置され
る。図２に示したように三元触媒２２は一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）、炭化水素（ＨＣ）、および窒素酸化物（ＮＯｘ）
を浄化することができ、流入する排気空燃比が理論空燃
比近傍の領域Ｘにあるときに排気ガス中に含まれている
ＣＯ、ＨＣ、およびＮＯｘを同時に高い浄化率で浄化す
ることができる。

【００１３】三元触媒２２下流の排気通路２１にはＮＯ
ｘ浄化触媒２３が配置される。ＮＯｘ浄化触媒２３は流
入する排気空燃比が理論空燃比よりもリーンであるとき
に排気ガス中のＮＯｘを吸収し、流入する排気空燃比が
リッチ方向へと小さくなると吸収しているＮＯｘを放出
する。さらにＮＯｘ浄化触媒２３下流の排気通路２１に
は酸化触媒２４が配置される。酸化触媒２４はＮＯｘ浄
化触媒２３下流へ流出した排気ガス中に残存しているＨ
Ｃを酸化する。

【００１４】三元触媒２２上流側の排気通路２１には排
気空燃比を検出し、したがって機関空燃比を検出するこ
とができる空燃比センサ（以下、上流側空燃比センサ）
２９が配置される。一方、ＮＯｘ浄化触媒２３と酸化触
媒との間の排気通路２１にも排気空燃比を検出すること
ができる空燃比センサ（以下、下流側空燃比センサ）３
０が配置される。本実施例にて使用される空燃比センサ
２９，３０は図３に示したように排気空燃比が理論空燃
比よりもリーンであるときには略０Ｖの電圧を出力し、
理論空燃比よりもリッチであるときには略１Ｖの電圧を
出力し、出力電圧は排気空燃比が理論空燃比近傍にある
領域において急激に変化して理論空燃比に相当する基準
電圧（ここでは０．５Ｖ）を横切る。すなわち空燃比セ
ンサ２９，３０は排気空燃比が理論空燃比に対してリー
ンであるかリッチであるかに応じて異なる一定の電圧を
出力する。本実施例ではこれら空燃比センサ２９，３０
の出力を利用して機関空燃比の制御を行う。

【００１５】機関本体１には点火デストリビュータ２５
が取り付けられる。点火デストリビュータ２５には二つ
のクランク角センサ２６および２７が取り付けられる。
これらクランク角センサ２６および２７から出力される
パルス信号に基づいて機関回転数が算出される。内燃機
関は電子制御装置５０を具備する。電子制御装置５０は
デジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によ
り互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５
２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ
（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５、および
出力ポート５６を具備する。質量流量検出器１２、上流
側空燃比センサ２９、および下流側空燃比センサ３０は
対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に接続
される。クランク角センサ２６および２７は入力ポート
５５に直接接続される。点火栓７、燃料噴射弁１６、お
よび燃料ポンプ１９は対応する駆動回路５８を介して出
力ポート５６に接続される。アクセルペダル１４には負
荷センサ２８が接続される。負荷センサ２８は内燃機関
に対する要求機関負荷を検出する。負荷センサ２８は対
応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に接続さ
れる。

【００１６】次に本実施例における内燃機関の運転制御
について説明する。本実施例では主に機関運転状態に応
じて三つの運転制御のうちのいずれか一つを選択し、こ
の選択された運転制御に従って機関運転を行う。三つの
運転制御とは機関始動時に選択される始動時運転制御
と、機関始動時以外であってＮＯｘ浄化触媒２３に吸収
されているＮＯｘを浄化処理すべきであるときに選択さ
れるＮＯｘ浄化運転制御と、機関始動時以外であってＮ
Ｏｘを浄化処理すべきであるとき以外に選択される通常
運転制御とである。

【００１７】初めに始動時運転制御について説明する。
機関始動時においては機関温度が低いのでＮＯｘ浄化触
媒２３の温度も低い。ＮＯｘ浄化触媒２３はその温度が
或る一定の温度以上となるとＮＯｘを還元剤により還元
浄化することができるようになり、さらに温度が高くな
るとＮＯｘ浄化触媒２３のＮＯｘ浄化率が最大となる。
このため排気ガス中のＮＯｘを最大限に浄化するために
は機関始動時においてＮＯｘ浄化触媒２３の温度をＮＯ
ｘを最大限に浄化することができる温度（以下、最適活
性温度）まで上昇させる必要がある。そこで機関始動時
にＮＯｘ浄化触媒２３の温度を最適活性温度まで上昇さ
せる方法として機関空燃比を理論空燃比とし、排気ガス
の温度を上昇させ、この高温の排気ガスをＮＯｘ浄化触
媒２３に流入させるという方法が考えられる。しかしな
がら機関空燃比を理論空燃比とするとＮＯｘ浄化触媒２
３に流入する排気ガスの空燃比も理論空燃比となるので
機関始動時に既にＮＯｘ浄化触媒２３に吸収されている
ＮＯｘが放出されるがその一方で排気ガス中にはＮＯｘ
を浄化するための還元剤となるＨＣが含まれておらず、
したがってＮＯｘ浄化触媒２３の温度がＮＯｘを浄化す
ることができる温度（以下、活性開始温度）を超えたと
しても放出せしめられたＮＯｘはＮＯｘ浄化触媒２３に
て浄化されずにＮＯｘ浄化触媒２３下流に流出してしま
う。

【００１８】そこで本実施例ではこうしたＮＯｘの流出
を防止するために機関始動時においては機関空燃比を理
論空燃比よりも僅かばかりリッチ（以下、弱リッチ）と
して機関運転を行うようにする。これによればＮＯｘ浄
化触媒２３の温度が最適活性温度よりも低いものの活性
開始温度以上となればＮＯｘ浄化触媒２３から放出され
たＮＯｘは排気ガス中のＨＣにより還元浄化せしめられ
る。斯くしてＮＯｘがＮＯｘ浄化触媒２３下流へ流出す
ることが防止される。もちろん機関空燃比を弱リッチと
して機関運転を行っても排気ガスの温度は上昇せしめら
れるので結果としてＮＯｘ浄化触媒２３の温度を上昇さ
せることができる。

【００１９】次にＮＯｘ浄化運転制御について説明す
る。ＮＯｘ浄化触媒２３に吸収されているＮＯｘはＮＯ
ｘ浄化触媒２３に流入する排気空燃比がリッチ方向へと
小さくなるとＮＯｘ浄化触媒２３から放出され、排気ガ
ス中のＨＣにより還元浄化せしめられる。そこで本実施
例ではＮＯｘを還元浄化すべきであるときには機関空燃
比を理論空燃比とすると共に機関膨張行程後半または機
関排気行程において燃料噴射弁から燃料を噴射するいわ
ゆるリッチスパイクを実行する。これによればＮＯｘ浄
化触媒２３に流入する排気空燃比をリッチとすることが
できるのでＮＯｘ浄化触媒２３に吸収されているＮＯｘ
を排気ガス中のＨＣを還元剤として還元浄化することが
できる。

【００２０】最後に通常運転制御について説明する。通
常運転制御では機関回転数Ｎｅと要求機関負荷Ｌとに基
づいて目標空燃比が決定される。通常運転制御における
目標空燃比は大部分の通常機関運転領域においてリーン
であり、或る特定の通常機関運転領域（例えば機関回転
数が高く、或いは機関要求負荷が大きい運転領域）にお
いて理論空燃比またはリッチとされる。このように大部
分の通常機関運転領域において空燃比をリーンとして運
転せしめられる内燃機関はリーンバーンエンジンとして
知られており、こうしたリーンバーンエンジンの燃費は
全体として非常に高い。なおリーン空燃比にて機関運転
が行われているときには比較的多量のＮＯｘが燃焼室か
ら排出されるがこれらＮＯｘはＮＯｘ浄化触媒２３にて
吸収され、吸収されたＮＯｘは一定の条件が満たされた
ときに上記ＮＯｘ浄化運転制御が実行されることにより
還元浄化せしめられる。

【００２１】次に上述した本実施例の運転制御について
図４のフローチャートを参照して説明する。初めにステ
ップ１００において機関始動時であるか否かが判別され
る。ステップ１００において機関始動時であると判別さ
れたときにはステップ１０４に進んで運転制御III が実
行される。運転制御III は上述した始動時運転制御であ
り、機関空燃比が弱リッチとされて機関運転が行われ
る。一方、ステップ１００において機関始動時ではない
と判別されたときにはステップ１０１に進む。

【００２２】ステップ１０１ではＮＯｘ浄化触媒２３に
吸収されているＮＯｘの浄化処理が要求されているか否
かが判別される。ステップ１０１においてＮＯｘの浄化
処理が要求されていると判別されたときにはステップ１
０３に進んで運転制御IIが実行される。運転制御IIは上
述したＮＯｘ浄化運転制御であり、機関空燃比が理論空
燃比とされて機関運転が行われ、かつ機関膨張行程後半
または機関排気行程においてリッチスパイクが行われ
る。一方、ステップ１０１においてＮＯｘの浄化処理が
要求されていないと判別されたときにはステップ１０２
に進んで運転制御Ｉが実行される。運転制御Ｉは上述し
た通常運転制御であり、機関空燃比が機関回転数Ｎｅと
要求機関負荷Ｌとにより決定される空燃比とされて機関
運転が行われる。

【００２３】なおＮＯｘの浄化処理が要求される場合と
は例えばＮＯｘ浄化触媒２３に吸収されているＮＯｘの
量（以下、ＮＯｘ吸収量）が或る一定量以上となった場
合やリッチスパイクを実行しても機関出力特性に与える
悪影響が小さい場合などである。ＮＯｘ吸収量の算出方
法について簡単に説明する。リーン空燃比にて機関運転
が行われているときに単位時間当たりに内燃機関から排
出されるＮＯｘ量（排出ＮＯｘ量）は機関負荷が高いほ
ど多く、また機関回転数が大きいほど多くなる。さらに
排出ＮＯｘ量は機関空燃比によっても変化する。ここで
上記実施例において機関空燃比は機関要求負荷と要求機
関負荷とに基づいて決定されるので結果的には排出ＮＯ
ｘ量は機関回転数と要求機関負荷との関数として把握す
ることができる。そこで排出ＮＯｘ量を実験等により予
め求め、各排出ＮＯｘ量に対応した加算係数Ｉを要求機
関負荷Ｌと機関回転数Ｎｅとの関数として図５（Ａ）に
示したようにマップの形で記憶しておき、リーン空燃比
にて機関運転が行われているときに一定時間毎に機関回
転数Ｎｅと要求機関負荷Ｌとに応じて加算係数αを読み
出し、これら加算係数Ｉを積算する。

【００２４】一方、理論空燃比またはリッチ空燃比にて
機関運転が行われているときに単位時間当たりにＮＯｘ
浄化触媒２３から放出されるＮＯｘ量（放出ＮＯｘ量）
はＮＯｘ浄化触媒２３に流入する排気空燃比がリッチで
あるほど多い。そこで放出ＮＯｘ量を実験等により予め
求め、各放出ＮＯｘ量に対応した減算係数Ｄを排気空燃
比Ｅａｆの関数として図５（Ｂ）に示した関係として記
憶しておき、理論空燃比またはリッチ空燃比にて機関運
転が行われているときに一定時間毎に排気空燃比Ｅａｆ
に応じて減算係数Ｄを読み出し、これら減算係数Ｄを加
算係数Ｉの積算値から減算する。

【００２５】斯くして算出された値はＮＯｘ浄化触媒２
３に吸収されているＮＯｘの量に相当するのでこの算出
値に基づいてＮＯｘ浄化触媒２３に吸収されているＮＯ
ｘ量を正確に把握することができる。次に第二の実施例
の運転制御について説明する。第一実施例の運転制御で
はＮＯｘ浄化触媒２３の温度に関係なく機関始動時には
始動時運転制御が実行される。ところがこの場合におい
てＮＯｘ浄化触媒２３の温度がＮＯｘを浄化することが
できる最低限の温度、すなわち活性開始温度に達してい
ない間は始動時運転制御を実行してＮＯｘを浄化するた
めのＨＣをＮＯｘ浄化触媒に供給してもＮＯｘ浄化触媒
２３から放出されたＮＯｘを還元浄化することはできな
いばかりかＮＯｘ浄化に消費されなかったＨＣがＮＯｘ
浄化触媒２３下流側に流出してしまう。このことは燃費
の向上という観点からは好ましくない。そこで第二実施
例の運転制御では機関始動時においてＮＯｘ浄化触媒２
３の温度が活性開始温度に達している場合に限り始動時
運転制御を実行する。すなわち機関始動時であってもＮ
Ｏｘ浄化触媒２３の温度が活性開始温度に達していない
ときには始動時運転制御の実行を禁止する。一方、機関
始動時においてＮＯｘ浄化触媒２３の温度がＮＯｘ浄化
開始温度に達していないときには理論空燃比にて機関運
転を行うようにする。

【００２６】これによればＮＯｘ浄化触媒２３の温度が
ＮＯｘ浄化温度に達するまでは理論空燃比にて機関運転
が行われるので燃費を悪化させることはなくＮＯｘ浄化
触媒２３の温度を上昇させることができ、いったんＮＯ
ｘ浄化触媒２３の温度が活性開始温度に達すれば始動時
運転制御が実行されるのでＮＯｘ浄化触媒２３下流にＮ
Ｏｘが流出することを防止しつつＮＯｘ浄化触媒２３の
温度を上昇させることができる。

【００２７】第二実施例の始動時運転制御を実行するた
めのフローチャートを図６に示した。なお図６のフロー
チャートは図４のステップ１０４の代わりに実行され
る。ステップ２００ではＮＯｘ浄化触媒２３の温度Ｔｃ
ａｔが活性開始温度ＴｃａｔＴＨ以上である（Ｔｃａｔ
≧ＴｃａｔＴＨ）か否かが判別される。ステップ２００
においてＴｃａｔ≧ＴｃａｔＴＨであると判別されたと
きにはステップ２０２に進んで運転制御III が実行され
る。運転制御III は始動時運転制御である。一方、ステ
ップ２００においてＴｃａｔ＜ＴｃａｔＴＨであると判
別されたときにはステップ２０１に進んで運転制御IVが
実行される。運転制御IVは理論空燃比にて機関運転を行
う制御である。

【００２８】次に第三の実施例の運転制御について説明
する。第一実施例の運転制御ではＮＯｘ浄化触媒２３に
吸収されているＮＯｘ吸収量に関係なく機関始動時には
始動時運転制御が実行される。ところがこの場合におい
てＮＯｘ吸収量が極めて少ないときには始動時運転制御
を実行してＮＯｘを浄化するためのＨＣをＮＯｘ浄化触
媒２３に供給してもそのＨＣは消費されない。このこと
は燃費の向上という観点や排気エミッションの向上とい
う観点から好ましくない。そこで第三実施例の運転制御
では機関始動時においてＮＯｘ吸収量が或る一定量以上
である場合に限り始動時運転制御を実行する。すなわち
機関始動時であってもＮＯｘ吸収量が少ないときには始
動時運転制御の実行を禁止する。一方、機関始動時にお
いてＮＯｘ吸収量が或る一定量以上であるときには理論
空燃比にて機関運転を行うようにする。

【００２９】これによればＮＯｘ吸収量が或る一定量以
下である場合には始動時運転制御は実行されないので燃
費を悪化させることはなくＮＯｘ浄化触媒２３の温度を
上昇させることができる。もちろんＮＯｘ吸収量が或る
一定量以上である場合には始動時運転制御が実行される
のでＮＯｘ浄化触媒２３下流にＮＯｘが流出することを
防止しつつＮＯｘ浄化触媒２３の温度を上昇させること
ができる。

【００３０】第三実施例の始動時運転制御を実行するた
めのフローチャートを図７示した。なお図７のフローチ
ャートは図４のステップ１０４の代わりに実行される。
ステップ３００ではＮＯｘ吸収量Ａｎｏｘが予め定めら
れた量ＡｎｏｘＴＨ以上である（Ａｎｏｘ≧ＡｎｏｘＴ
Ｈ）か否かが判別される。ステップ３００においてＡｎ
ｏｘ≧ＡｎｏｘＴＨであると判別されたときにはステッ
プ３０２に進んで運転制御III が実行される。運転制御
III は始動時運転制御である。一方、ステップ３００に
おいてＡｎｏｘ＜ＡｎｏｘＴＨであると判別されたとき
にはステップ３０１に進んで運転制御IVが実行される。
運転制御IVは理論空燃比にて機関運転を行う制御であ
る。

【００３１】なお第二実施例と第三実施例とを組み合わ
せてもよい。このように第二実施例と第三実施例とを組
み合わせた始動時運転制御を実行するためのフローチャ
ートを図８に示した。なお図８のフローチャートは図４
のステップ１０４の代わりに実行される。ステップ７０
０ではＮＯｘ浄化触媒２３の温度Ｔｃａｔが活性開始温
度ＴｃａｔＴＨ以上である（Ｔｃａｔ≧ＴｃａｔＴＨ）
か否かが判別される。ステップ７００においてＴｃａｔ
≧ＴｃａｔＴＨであると判別されたときにはステップ７
０２に進む。一方、ステップ７００においてＴｃａｔ＜
ＴｃａｔＴＨであると判別されたときにはステップ７０
１に進んで運転制御IVが実行される。運転制御IVは理論
空燃比にて機関運転を行う制御である。

【００３２】ステップ７０２ではＮＯｘ吸収量Ａｎｏｘ
が予め定められた量ＡｎｏｘＴＨ以上である（Ａｎｏｘ
≧ＡｎｏｘＴＨ）か否かが判別される。ステップ４０２
においてＡｎｏｘ≧ＡｎｏｘＴＨであると判別されたと
きにはステップ４０４に進んで運転制御III が実行され
る。運転制御III は始動時運転制御である。一方、ステ
ップ４０２においてＡｎｏｘ＜ＡｎｏｘＴＨであると判
別されたときにはステップ４０３に進んで運転制御IVが
実行される。運転制御IVは理論空燃比にて機関運転を行
う制御である。

【００３３】次に上述した実施例において機関空燃比を
理論空燃比よりも僅かばかりリッチ（弱リッチ）とする
方法について機関空燃比を目標空燃比に制御する方法と
合わせて説明する。初めに機関空燃比を目標空燃比に正
確に制御するための本実施例の方法である空燃比フィー
ドバック制御について説明する。上流側空燃比センサ２
９において排気空燃比が目標空燃比よりもリーンである
ことが検出されたときには機関空燃比が目標空燃比より
もリーンであるので燃料噴射量を徐々に増大し、機関空
燃比が目標空燃比に近づくようにする。一方、上流側空
燃比センサ２９において排気空燃比が目標空燃比よりも
リッチであることが検出されたときには機関空燃比が目
標空燃比よりもリッチであるので燃料噴射量を徐々に減
少し、機関空燃比が目標空燃比に近づくようにする。

【００３４】さらに機関空燃比を全体として目標空燃比
に維持するためには機関空燃比が目標空燃比からずれた
ことが検出されたときにそのずれている機関空燃比をで
きるだけ迅速に目標空燃比に近づけることが好ましい。
そこで本実施例では上流側空燃比センサ２９において機
関空燃比が目標空燃比よりもリーンからリッチに変わっ
たことが検出されたときに減少すべき燃料噴射量と、機
関空燃比が目標空燃比よりもリッチからリーンに変わっ
たことが検出されたときに増大すべき燃料噴射量とを下
流側空燃比センサ３０の出力値に基づいて補正する。

【００３５】すなわち下流側空燃比センサ３０において
理論空燃比よりもリーンが出力されている期間（以下、
リーン出力期間）が長いほど上流側空燃比センサ２９に
おいて機関空燃比が目標空燃比よりもリッチからリーン
に変わったことが検出されたときに増大すべき燃料噴射
量を大きくする。なぜならばリーン出力期間が長いほど
機関空燃比は目標空燃比から大きくリーン側にずれてい
るからである。すなわち三元触媒２２から流出する排気
空燃比は三元触媒２２の酸素吸放出能力により理論的に
は理論空燃比となるはずである。それでもなおリーン出
力期間が長く出力される場合とは三元触媒２２が吸収す
ることができないほどの酸素が三元触媒２２に供給され
ている場合、すなわち機関空燃比が目標空燃比よりもリ
ーン側に大きくずれている場合である。

【００３６】一方、下流側空燃比センサ３０においてリ
ッチが出力されている期間（以下、リッチ出力期間）が
長いほど上流側空燃比センサ２９において機関空燃比が
目標空燃比よりもリーンからリッチに変わったことが検
出されたときに減少すべき燃料噴射量を大きくする。な
ぜならばリッチ出力期間が長いほど機関空燃比は目標空
燃比から大きくリッチ側にずれているからである。すな
わち三元触媒２２から流出する排気空燃比は三元触媒２
２の酸素吸放出能力により理論的には理論空燃比となる
はずである。それでもなおリッチ出力期間が長く出力さ
れる場合とは三元触媒２２に吸収されている酸素が全て
放出されるほど三元触媒２２に供給される酸素が少ない
場合、すなわち機関空燃比が目標空燃比よりもリッチ側
に大きくずれている場合である。

【００３７】本発明によればこのように機関空燃比を制
御することにより機関空燃比を全体として目標空燃比に
維持することができる。次に上述した空燃比制御につい
て図９〜図１１に示したフローチャートを参照して説明
する。なお以下で説明する空燃比制御は機関空燃比を理
論空燃比に制御する場合を示している。また以下で説明
する空燃比フィードバック制御には図１０に示したメイ
ンフィードバック制御と、図１１に示したサブフィード
バック制御とが含まれる。メインフィードバック制御は
主に上流側空燃比センサ２９の出力電圧に基づいて実行
される制御であり、サブフィードバック制御はメインフ
ィードバック制御の応答性を向上させるために下流側空
燃比センサ３０の出力電圧に基づいて実行される制御で
ある。

【００３８】まず燃料噴射制御について図９のフローチ
ャートを参照して説明する。図９は目標燃料噴射量の燃
料噴射するために必要な燃料噴射弁の開弁時間ＴＡＵを
算出するためのフローチャートである。図９では初めに
ステップ５００において単位機関回転数当たりの吸入空
気量Ｇａ／Ｎが算出され、次いでステップ５０１におい
て基本燃料噴射時間ＴＡＵＰが式ＴＡＵＰ＝α×Ｇａ／
Ｎに従って算出される。ここで基本燃料噴射時間ＴＡＵ
Ｐは燃焼室６内に供給される燃料と空気との混合気を目
標空燃比とするのに必要な燃料噴射時間であり、αは定
数である。

【００３９】次いでステップ５０２において実際の燃料
噴射時間ＴＡＵが式ＴＡＵ＝ＴＡＵＰ×ＦＡＦ×β×γ
に従って算出される。ここでＦＡＦは後述するメインフ
ィードバック制御により算出される空燃比補正係数であ
り、β，γはそれぞれ機関運転状態に応じて決まる定数
である。次いでステップ５０３において燃料噴射時間Ｔ
ＡＵがセットされ、この燃料噴射時間ＴＡＵだけ燃料噴
射弁６が開弁せしめられ、燃料噴射時間ＴＡＵに応じた
量の燃料が燃料噴射弁６から噴射される。

【００４０】図１０はメインフィードバック制御を示し
ており、図９の燃料噴射制御において使用される空燃比
補正係数ＦＡＦを算出する。図１０を参照すると初めに
ステップ６００において空燃比フィードバック制御が実
行されている（Ｆ／Ｂ中）であるか否か、すなわち空燃
比フィードバック制御を実行することができる条件（以
下、フィードバック実行条件）が成立しているか否かが
判別される。ここでフィードバック実行条件とは例えば
空燃比センサが活性化していること、内燃機関の暖機が
完了していること、一時的に燃料の噴射を停止する燃料
カット処理を解除してから所定時間が経過していること
などである。ステップ６００においてＦ／Ｂ中であると
判別されたときにはステップ６０１に進んで上流側空燃
比センサ２９の出力電流ＶＯＭが理論空燃比に相当する
基準出力値Ｖ_R1以下である（ＶＯＭ≦Ｖ_R1）か否かが判
別される。すなわち触媒２５に流入する排気空燃比（以
下、流入排気空燃比）が理論空燃比よりもリーンである
か否かが判別される。

【００４１】ステップ６０１においてＶＯＭ≦Ｖ_R1であ
ると判別されたときにはステップ６０２に進んで流入排
気空燃比が理論空燃比よりもリッチからリーンに反転し
たところか否かが判別される。ステップ６０２において
流入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチからリーンに
反転したところであると判別されたときにはステップ６
０３に進んで空燃比補正係数ＦＡＦをスキップ増大量Ｒ
ＳＲだけ比較的大きくスキップ的に増大する。一方、ス
テップ６０２において流入排気空燃比が理論空燃比より
もリッチからリーンに反転したところではない、すなわ
ち流入排気空燃比が既にリーンであったと判別されたと
きにはステップ６０５に進んで空燃比補正係数ＦＡＦを
定数ＫＩＲだけ比較的小さく増大する。これによれば流
入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチからリーンとな
った直後にスキップ的に流入排気空燃比のリーン度合が
小さくなるように空燃比補正係数ＦＡＦが増大せしめら
れ、その後は流入排気空燃比のリーン度合が小さくなる
ように空燃比補正係数ＦＡＦが増大せしめられる。

【００４２】ステップ６０１においてＶＯＭ≧Ｖ_R1であ
ると判別されたときにはステップ６０６に進んで流入排
気空燃比が理論空燃比よりもリーンからリッチに反転し
たところか否かが判別される。ステップ６０６において
流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンからリッチに
反転したところであると判別されたときにはステップ６
０７に進んで空燃比補正係数ＦＡＦをスキップ減少量Ｒ
ＳＬだけ比較的大きくスキップ的に減少する。一方、ス
テップ６０６において流入排気空燃比が理論空燃比より
もリーンからリッチに反転したところではない、すなわ
ち流入排気空燃比が既にリーンであったと判別されたと
きにはステップ６０８に進んで空燃比補正係数ＦＡＦを
定数ＫＩＬだけ比較的小さく減少する。これによれば流
入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンからリッチとな
った直後にスキップ的に流入排気空燃比のリッチ度合が
小さくなるように空燃比補正係数ＦＡＦが減少せしめら
れ、その後は流入排気空燃比のリッチ度合が小さくなる
ように空燃比補正係数ＦＡＦが減少せしめられる。

【００４３】なおステップ６０４では空燃比補正係数Ｆ
ＡＦがその許容最小値と許容最大値との間となるように
空燃比補正係数ＦＡＦをガード処理する。図１１はサブ
フィードバック制御を示しており、ここでは図１０のフ
ローチャートにて使用されるスキップ増大量ＲＳＲとス
キップ減少量ＲＳＬとが算出される。図１１を参照する
と初めにステップ７００においてＦ／Ｂ中であるか否か
が判別される。ここでのフィードバック実行条件は図１
０での条件に加えて内燃機関がアイドル運転中でないこ
とが条件とされる。ステップ７００においてＦ／Ｂ中で
あると判別されたときにはステップ７０１に進んで下流
側空燃比センサ６０の出力電流ＶＯＳが理論空燃比に相
当する出力値Ｖ_R2以下である（ＶＯＳ≦Ｖ_R2）か否かが
判別される。すなわち三元触媒２２から流出する排気空
燃比（以下、流出排気空燃比）が理論空燃比よりもリー
ンであるか否かが判別される。ステップ７０１において
ＶＯＳ≦Ｖ_R2であると判別されたときにはステップ７０
２に進んでスキップ増大量ＲＳＲが所定量ΔＲＳだけ増
大せしめられる。一方、ステップ７０１においてＶＯＳ
＞Ｖ_R2であると判別されたときにはステップ７０５に進
んでスキップ増大量ＲＳＲが所定量ΔＲＳだけ減少せし
められる。

【００４４】ステップ７０３ではスキップ増大量ＲＳＲ
がその許容最小値と許容最大値との間になるようにスキ
ップ増大量ＲＳＲがガードせしめられ、ステップ７０４
に進んで０．１からスキップ増大量ＲＳＲを引いてスキ
ップ減少量ＲＳＬが算出される。次に上述した空燃比制
御を使用して機関空燃比を理論空燃比よりも僅かばかり
リッチにする方法について説明する。本方法では図１２
に示した関係に基づいて基準電圧Ｖ_R1を決定し、また図
１０のステップ６０３を実行して機関空燃比をステップ
的にリーンからリッチに向かって小さくするタイミング
を遅らせるリッチ遅延時間ＴＤＲと、ステップ６０７を
実行して機関空燃比をステップ的にリッチからリーンに
向かって大きくするタイミングを遅らせるリーン遅延時
間ＴＤＬとを決定する。すなわち図１２（Ａ）に示した
ように基準電圧Ｖ_R1は目標空燃比がリッチになるほど大
きく設定され、図１２（Ｂ）に示したようにリーン遅延
時間ＴＤＬは目標空燃比がリッチになるほど大きく設定
され、図１２（Ｃ）に示したようにリッチ遅延時間ＴＤ
Ｒは目標空燃比がリーンになるほど小さく設定される。
図１２に示したこれら関係から目標とする弱リッチ空燃
比に応じて基準電圧Ｖ _R1、リーン遅延時間ＴＤＬ、およ
びリッチ遅延時間ＴＤＲを設定すれば機関空燃比を弱リ
ッチ空燃比とすることができる。

【００４５】なお排気空燃比を弱リッチとする別の方法
としては内燃機関全体の温度が比較的低いときに空燃比
が理論空燃比となるように上記メインフィードバック制
御を実行すると共に本来、内燃機関全体の温度が比較的
低いときには実行しない上記サブフィードバック制御を
実行するという方法がある。これにより内燃機関全体の
温度が比較的低いときに空燃比が理論空燃比となるよう
に空燃比フィードバック制御が実行され、空燃比が理論
空燃比である排気ガスがＮＯｘ浄化触媒２３に流入する
とＮＯｘ浄化触媒２３に吸収されているＮＯｘが浄化さ
れずにＮＯｘ浄化触媒２３下流へと放出される。このよ
うにＮＯｘ浄化触媒２３から流出する排気ガス中のＮＯ
ｘ濃度が増大するのでＮＯｘ浄化触媒２３下流側の排気
空燃比は相対的にリーンとなる。このため下流側空燃比
センサ３０の出力に基づいてサブフィードバック制御が
実行されれば結果的には機関空燃比はよりリッチとなる
ように制御される。そして排気空燃比が弱リッチとされ
ればＮＯｘ浄化触媒２３下流に流出する排気ガスの空燃
比は理論空燃比となるのでこれ以上機関空燃比はリッチ
側へは変化されない。斯くして本方法によれば排気空燃
比が弱リッチに制御される。

【００４６】また排気空燃比を弱リッチとする別の方法
としてはスキップ増大量ＲＳＲの値を空燃比を理論空燃
比に制御するときに使用されるスキップ増大量ＲＳＲの
値よりも大きくするという方法を採用することもでき
る。これによれば下流側空燃比センサ３０により排気空
燃比が目標空燃比よりもリーンとなったことが検出され
たときに空燃比をリッチ側に近づける度合が大きくな
る。すなわちより素早く空燃比が目標空燃比よりもリッ
チとされる。斯くして本方法によっても排気空燃比が弱
リッチに制御される。

【００４７】上述したように上記実施例において使用さ
れる空燃比センサは空燃比が理論空燃比よりもリッチと
なると１ボルトに近い略一定の電圧を出力し、空燃比が
理論空燃比よりもリーンとなると０ボルトに近い略一定
の電圧を出力するタイプである。すなわち空燃比のリッ
チ度合やリーン度合に係わりなく空燃比が理論空燃比よ
りもリッチであるか或いはリーンであるかに応じて異な
る略一定の電圧を出力する。しかしながら排気ガス中の
酸素濃度に対応してそれぞれ異なる電流値を出力するタ
イプの空燃比センサを採用してもよい。このタイプの空
燃比センサを採用した場合には排気空燃比を適時把握す
ることができるので上述した空燃比を弱リッチとする方
法を用いなくても目標空燃比を弱リッチ空燃比に設定し
さえすれば空燃比を弱リッチとすることができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば内燃機関の始動時におい
ては空燃比を僅かばかりリッチとする弱リッチ処理が実
行されるので内燃機関の始動時には空燃比が僅かばかり
リッチとなった排気ガスがＮＯｘ浄化触媒に流入する。
このためＮＯｘ浄化触媒に吸収されているＮＯｘが放出
されると共に排気ガス中の炭化水素を還元剤として放出
されたＮＯｘが還元浄化される。斯くして内燃機関の始
動時にＮＯｘ浄化触媒から下流へＮＯｘが流出すること
が防止される。もちろんこのときＮＯｘ浄化触媒に流入
する排気ガスの温度は上昇せしめられているのでＮＯｘ
浄化触媒の温度もその活性温度に向かって上昇せしめら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関の全体
図である。

【図２】三元触媒の浄化作用を説明するための図であ
る。

【図３】空燃比センサの出力特性を示した図である。

【図４】第一実施例の運転制御を実行するためのフロー
チャートである。

【図５】ＮＯｘ吸収量を算出するために使用されるマッ
プを示した図である。

【図６】第二の実施例の空燃比決定制御を実行するため
のフローチャートである。

【図７】第三の実施例の空燃比決定制御を実行するため
のフローチャートである。

【図８】第四の実施例の空燃比決定制御を実行するため
のフローチャートである。

【図９】燃料噴射弁の開弁時間を算出するためのフロー
チャートである。

【図１０】メインフィードバック制御を実行するための
フローチャートである。

【図１１】サブフィードバック制御を実行するためのフ
ローチャートである。

【図１２】空燃比を弱リッチとするときに使用される関
係を示した図である。

【符号の説明】

１…機関本体 ２３…ＮＯｘ浄化触媒 ２９…上流側空燃比センサ ３０…下流側空燃比センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G091 AB02 AB03 AB06 BA01 BA14 CB02 CB03 DA08 DB10 EA05 EA18 EA27 EA34 EA35 FA01 FA06 FB11 FB12 FC07 HA36 HA37 3G301 HA01 HA15 JA02 JA25 KA01 MA01 MA11 MA19 NC02 NE12 NE13 NE14 NE16 PA01Z PD03Z PD09Z PD12Z PE03Z PF03Z

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気空燃比がリーンのときに排気ガス中
   のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が小さくなると吸収して
   いるＮＯｘを放出するＮＯｘ浄化触媒を機関排気通路に
   具備し、機関運転中において予め定められた条件が満た
   されたときに上記ＮＯｘ浄化触媒内部をリッチ雰囲気と
   することにより吸収しているＮＯｘをＮＯｘ浄化触媒か
   ら放出させると共に該放出されたＮＯｘを還元浄化する
   ようにした内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関
   の始動時に空燃比を僅かばかりリッチとする弱リッチ処
   理を実行するようにしたことを特徴とする内燃機関の排
   気浄化装置。
2. 【請求項２】 上記排気浄化触媒の温度が予め定められ
   た温度以下であるときには上記弱リッチ処理の実行を禁
   止するようにした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。
3. 【請求項３】 内燃機関が停止されたときにＮＯｘ浄化
   触媒内に吸収されているＮＯｘ吸収量を記憶するための
   記憶手段を具備し、該記憶手段に記憶されているＮＯｘ
   吸収量が予め定められた量以下であるときには上記弱リ
   ッチ処理の実行を禁止するようにしたことを特徴とする
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。