JP2658757B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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】大部分の機関運転領域においてリーン混
合気を燃焼せしめるようにした内燃機関において、流入
排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_x 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ＮＯ_x
を放出するＮＯ_x 吸収剤を機関排気通路内に配置し、リ
ーン混合気の燃焼期間が一定期間以上継続したときには
ＮＯ_x 吸収剤への流入排気ガスの空燃比をリッチにして
ＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_xを放出させると共に放出された
ＮＯ_x を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】この内燃機関では機関からのＮＯ_x の排出
量が多い機関中高負荷運転時であっても機関からのＮＯ
_x の排出量が少ない機関低負荷運転時であってもリーン
混合気の燃焼期間が一定期間以上継続すればＮＯ_x 吸収
剤への流入排気ガスの空燃比がリッチとされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところでＮＯ_x 吸収剤
への流入排気ガスの空燃比をリッチにすると機関からは
多量の未燃ＨＣ，ＣＯ等が排出され、しかも流入排気ガ
ス中の酸素濃度が低下するためにＮＯ_x 吸収剤からは吸
収されているＮＯ_x が放出される。このとき機関から排
出された未燃ＨＣ，ＣＯ等の一部は機関から排出された
ＮＯ_x を還元するために使用され、残りの未燃ＨＣ，Ｃ
Ｏ等はＮＯ_x 吸収剤から放出されたＮＯ_xを還元するた
めに使用される。従ってこの場合、ＮＯ_x が大気中に放
出されるのを抑制するためには機関から排出されるＮＯ
_x およびＮＯ_x 吸収剤から放出されるＮＯ_x を共に還元
しうる量の未燃ＨＣ，ＣＯ等を機関から排出させる必要
がある。

【０００５】ところで機関から排出される未燃ＨＣ，Ｃ
Ｏ等の量は機関において燃焼せしめられる混合気の空燃
比をリッチにすればするほど増大する。従って上述の内
燃機関におけるようにＮＯ_x の排出量が多い機関中高負
荷運転時にＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x を放出させるように
した場合には機関において燃焼せしめられる混合気の空
燃比をかなりリッチにしなければＮＯ_x が大気に放出さ
れるのを抑制できないことになる。

【０００６】しかしながら機関において燃焼せしめられ
る混合気の空燃比のリッチの度合を大きくすると燃料消
費率が増大するばかりでなく、トルク変動が大きくなる
という問題を生ずる。

【０００７】

【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、大部分の機関運転領域においてリ
ーン混合気を燃焼せしめるようにした内燃機関におい
て、流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_x 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ＮＯ_x を放出するＮＯ_x 吸収剤を機関排気通路内に配
置し、機関の運転状態により予め定められているリッチ
運転領域があるときにはそのときを除いて機関負荷が予
め定められた負荷以下の低負荷となったときにＮＯ_x 吸
収剤への流入排気ガスの空燃比をリッチにし、ＮＯ_x 吸
収剤からＮＯ_x を放出させると共に放出されたＮＯ_x を
還元するようにしている。

【０００８】

【作用】機関から排出されるＮＯ_x の量が少ないときに
ＮＯ_x 吸収剤への流入ガスの空燃比がリッチにされる。
従ってこのときリッチの度合をさほど大きくしなくても
ＮＯ_x が大気に放出するのが抑制される。

【０００９】

【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およびエアフローメータ１３
を介してエアクリーナ１４に連結され、吸気ダクト１２
内にはスロットル弁１５が配置される。一方、排気ポー
ト８は排気マニホルド１６および排気管１７を介してＮ
Ｏ_x 吸収剤１８を内蔵したケーシング１９に接続され
る。

【００１０】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（ＲＡＭ））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。エアフローメータ１３は吸入空気量
に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧が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１５にはスロットル開度に比例した出力電圧を発生
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の出力電圧がＡＤ変換器３８を介して入力
ポート３５に入力される。機関本体１には機関冷却水温
に比例した出力電圧を発生する水温センサ２１が取付け
られ、この水温センサ２１の出力電圧がＡＤ変換器３９
を介して入力ポート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２２が接続される。一方、出力ポート３６は
対応する駆動回路４０，４１を介して夫々点火栓４およ
び燃料噴射弁１１に接続される。

【００１１】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Ｑ／Ｎ
（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）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ＲＯＭ３
２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。

【００１２】この補正係数Ｋは機関の運転状態に応じて
制御され、図３はこの補正係数Ｋの制御の一実施例を示
している。図３に示す実施例では暖機運転中は機関冷却
水温が高くなるにつれて補正係数Ｋが徐々に低下せしめ
られ、暖機が完了すると補正係数Ｋは１．０よりも小さ
い一定値、即ち機関シリンダ内に供給される混合気の空
燃比がリーンに維持される。次いで加速運転が行われれ
ば補正係数Ｋは例えば１．０とされ、即ち機関シリンダ
内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比とされ、全
負荷運転が行われれば補正係数Ｋは１．０よりも大きく
される、即ち機関シリンダ内に供給される混合気の空燃
比はリッチにされる。図３からわかるように図３に示さ
れる実施例では暖機運転時、加速運転時および全負荷運
転時を除けば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃
比は一定のリーン空燃比に維持されており、従って大部
分の機関運転領域においてリーン混合気が燃焼せしめら
れることになる。

【００１３】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の量は燃焼室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 の量は燃焼室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。

【００１４】ケーシング１９内に収容されているＮＯ_x
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ＮＯ_x 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ＮＯ_x 吸収剤１８は
流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_x 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Ｎ
Ｏ_x を放出するＮＯ_x の吸放出作用を行う。なお、ＮＯ
_x 吸収剤１８上流の排気通路内に燃料或いは空気が供給
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ＮＯ_x 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ＮＯ_x 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
ＮＯ_x を放出することになる。

【００１５】上述のＮＯ_x 吸収剤１８を機関排気通路内
に配置すればこのＮＯ_x 吸収剤１８は実際にＮＯ_x 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。

【００１６】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 ^- の形で
白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガス中のＮ
Ｏは白金Ｐｔの表面上で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ＮＯ_x がＮＯ_x 吸収剤１８内に吸収
される。

【００１７】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ＮＯ_x 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ＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x 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ＮＯ_x 吸収
剤１８からＮＯ_x が放出されることになる。

【００１８】一方、このとき流入排気ガスの空燃比をリ
ッチにすると図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、これら未燃ＨＣ，ＣＯは白金
Ｐｔ上の酸素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をリッチにすると流入排気ガ
ス中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮＯ
₂ 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Ｎ
Ｏ_x 吸収剤１８からＮＯ_x が放出されることになる。

【００１９】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 ^- 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 ^- 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Ｎ
Ｏ_x 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したときに
吸収剤から放出された全ＮＯ_x および機関から排出され
た全ＮＯ_x を還元せしめるには白金Ｐｔ上のＯ ₂ ^- を消
費するのに必要な量の未燃ＨＣ，ＣＯと、全ＮＯ_x を還
元させるのに必要な量の未燃ＨＣ，ＣＯがＮＯ_x 吸収剤
１８に流入するように流入ガスの空燃比のリッチの度合
を制御しなければならないことになる。

【００２０】図６は本発明による実施例において用いら
れている流入ガスの空燃比のリッチ制御を示している。
図６に示される実施例ではＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x
を放出すべきときには前述した燃料噴射時間ＴＡＵの算
出に用いられる補正係数ＫをＫＫ（＞１．０）まで増大
せしめることによって燃焼室３内に供給される混合気の
空燃比がリッチとされる。次いで補正係数Ｋが徐々に減
少せしめられ、次いで補正係数Ｋが１．０に、即ち燃焼
室３内に供給される混合気の空燃比が理論空燃比に維持
される。次いでリッチ制御が開始されてからＣ₀ 時間経
過すると再び補正係数Ｋが１．０よりも小さくされて再
びリーン混合気の燃焼が開始される。

【００２１】燃焼室３内に供給される混合気の空燃比が
リッチ（Ｋ＝ＫＫ）になるとＮＯ_x吸収剤１８に吸収さ
れている大部分のＮＯ_x が急激に放出される。補正係数
ＫＫの値はこのとき白金Ｐｔ上のＯ₂ ^- を消費しかつ全
ＮＯ_x を還元させるのに必要な量の未燃ＨＣ，ＣＯが発
生するように定められている。この場合、排気ガス温が
高くなってＮＯ_x 吸収剤１８の温度が高くなるほどＮＯ
_x 吸収剤１８から放出されるＮＯ_x の量が増大する。従
って図７（Ａ）に示されるように補正係数ＫＫの値は排
気ガス温Ｔが高くなるほど大きくされる。なお、図７
（Ａ）に示す補正係数ＫＫと排気ガス温Ｔとの関係は予
めＲＯＭ３２内に記憶されている。

【００２２】この場合、排気ガス温Ｔは直接検出するこ
ともできるが吸入空気量Ｑと機関回転数Ｎから推定する
こともできる。そこで本発明による実施例では排気ガス
温Ｔと吸入空気量Ｑ、機関回転数Ｎとの関係を予め実験
により求めておき、この関係を図８に示すようなマップ
の形で予めＲＯＭ３２内に記憶しておいてこのマップか
ら排気ガス温Ｔを算出するようにしている。

【００２３】一方、前述したように燃焼室３内に供給さ
れる混合気の空燃比がリッチ（Ｋ＝ＫＫ）になるとＮＯ
_x 吸収剤１８に吸収されている大部分のＮＯ_x が急激に
放出され、その後は空燃比をリッチにしておいてもＮＯ
_x 吸収剤１８からは少しずつしかＮＯ_x が放出されな
い。従って空燃比をリッチにし続けると未燃ＨＣ，ＣＯ
が大気に放出されることになる。そこで図６に示される
ように空燃比をリッチ（Ｋ＝ＫＫ）にした後は少しずつ
リッチの度合を小さくし、次いで空燃比を理論空燃比
（Ｋ＝１．０）に維持してＮＯ_x 吸収剤１８から少しず
つ放出されるＮＯ_xを順次還元せしめるようにしてい
る。

【００２４】なお、空燃比をリッチにしたときにＮＯ_x
吸収剤１８から放出されるＮＯ_x の量が多いほどその後
ＮＯ_x 吸収剤１８から放出されるＮＯ_x の量が少なくな
り、従ってＮＯ_x 吸収剤１８がＮＯ_x を放出し終えるま
での時間が短かくなる。前述したように排気ガス温Ｔが
高くなるほど空燃比をリッチにしたときにＮＯ_x 吸収剤
１８から放出されるＮＯ_x の量が多くなり、従って図７
（Ｂ）に示されるように空燃比をリッチにしてから再び
リーンに戻すまでの時間Ｃ₀ は排気ガス温Ｔが高くなる
ほど短かくされる。なお、図７（Ｂ）に示す時間Ｃ₀ と
排気ガス温Ｔとの関係は予めＲＯＭ３２内に記憶されて
いる。

【００２５】図３に示されるように本発明による実施例
では暖機運転の初期および全負荷運転時には燃焼室３内
に供給される混合気がリッチにされ、また加速運転時に
は混合気が理論空燃比とされる。従ってこのときにもＮ
Ｏ_x 吸収剤１８からＮＯ_x が放出される。しかしながら
全負荷運転時のように機関の運転状態により予め定めら
れているリッチ運転領域において機関が運転される頻度
が少ない場合にはこのようなリッチ運転領域のみにおい
てＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x を放出させるようにする
とリーン運転中にＮＯ_x 吸収剤１８によるＮＯ_x の吸収
能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯ_x 吸収剤１８によ
りＮＯ_x を吸収できなくなってしまう。そこで本発明に
よる実施例ではこのようなリッチ運転領域以外のときに
も流入排気ガスの空燃比をリッチにしてＮＯ_x 吸収剤１
８からＮＯ_x を放出させるようにしている。

【００２６】ところが内燃機関では機関負荷が高くなる
と機関から排出されるＮＯ_x の量が増大し、従って機関
負荷が高いときにＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x を放出さ
せるべく流入排気ガスの空燃比をリッチにするとこのと
き全ＮＯ_x を還元するためには未燃ＨＣ，ＣＯの量を増
大させなければならない、即ち本発明による実施例では
燃焼室３内に供給される混合気のリッチの度合を大きく
しなければならないことになる。しかしながら燃焼室３
内に供給される混合気のリッチの度合を大きくすると燃
料消費率が悪化し、しかも機関出力が大巾に変動するの
でリッチの度合を大きくすることは回避しなければなら
ない。そこで本発明では機関からのＮＯ _x の排出量が少
ない機関低負荷運転時に流入排気ガスの空燃比をリッチ
にするようにしている。このように機関低負荷運転時に
流入排気ガスの空燃比をリッチにすれば全ＮＯ_x を還元
するためにリッチの度合をさほど大きくする必要がな
く、斯くして燃料消費率を向上することができると共に
機関出力トルクの変動を抑制できることになる。これが
本発明によるリッチ制御の基本である。

【００２７】ところで図６において時間Ｃ₀ が長くなれ
ば長くなるほど燃料消費率が悪化し、従って燃料消費率
を向上するには時間Ｃ₀ をできるだけ短かくすることが
好ましい。時間Ｃ₀ を短かくするためには流入排気ガス
をリッチにしたときのＮＯ_x吸収剤１８からのＮＯ_x 放
出量を増大させればよく、そのためには流入排気ガスを
リッチにしたときの排気ガス温ＴおよびＮＯ_x 吸収剤１
８の温度を高くすればよいことになる。そこで本発明に
よる実施例ではスロットル弁１５が閉弁した直後の低負
荷運転時に流入排気ガスをリッチにするようにしてい
る。即ちスロットル弁１５が閉弁する前は機関負荷が高
い状態で運転されているので排気ガス温Ｔが高く、従っ
てＮＯ_x 吸収剤１８の温度も高くなっている。従ってス
ロットル弁１５が閉弁した直後はＮＯ_x 吸収剤１８の温
度が高く、しかも燃焼室３および排気系の温度が高くな
っているので排気ガス温Ｔもかなり高くなっている。従
ってスロットル弁１５が閉弁した直後に流入ガスの空燃
比をリッチにすると多量のＮＯ_x がＮＯ_x 吸収剤１８か
ら放出され、斯くして時間Ｃ₀ を短かくできることにな
る。

【００２８】また、スロットル弁１５が閉弁せしめられ
ると機関出力トルクが低下するのでこのとき流入排気ガ
スの空燃比をリッチにしても運転者に機関出力トルクの
変動感を与えない。また、スロットル弁１５が閉弁して
減速運転が開始されたときに燃料の噴射を停止するよう
にした内燃機関ではスロットル弁１５が閉弁した直後に
流入排気ガスのリッチ制御を行い、その後燃料の噴射を
停止しても運転者に機関出力トルクの変動感を与えな
い。従って機関低負荷運転時とは云っても特に機関低負
荷運転に移行した直後に流入排気ガスのリッチ制御を行
うことが好ましいことになる。

【００２９】また、機関低負荷運転に移行する毎に流入
排気ガスのリッチ制御を行うと必然的に燃料消費率が悪
化する。そこで本発明による実施例ではＮＯ_x 吸収剤１
８に吸収されているＮＯ_x 量を推定し、ＮＯ_x 吸収剤１
８に吸収されているＮＯ_x 量が一定量を越えたと推定さ
れた後、機関低負荷運転に移行したときに流入排気ガス
のリッチ制御を行うようにしている。

【００３０】次に図９から図１２を参照して本発明によ
るＮＯ_x 吸収剤１８の吸放出制御の一実施例について説
明する。図９は燃料の噴射を停止すべきことを示す燃料
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５０において燃料の噴射を
停止すべき条件が成立したことを示すカット条件成立フ
ラグがセットされているか否かが判別される。カット条
件成立フラグがセットされていないときはステップ５１
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１５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５２に進
んで機関回転数Ｎが予め定められた設定値、例えば１２
００ｒ．ｐ．ｍよりも高いか否が判別され、Ｎ＞１２０
０ｒ．ｐ．ｍのときにはステップ５３に進む。即ち、ス
ロットル弁１５がアイドリング開度であってＮ＞１２０
０ｒ．ｐ．ｍのときには減速運転時であると判断し、ス
テップ５３に進んでカット条件成立フラグがセットされ
る。

【００３１】次いでステップ５４ではＮＯ_x 吸収剤１８
からＮＯ_x を放出させるためのリッチ制御が実行されて
いることを示す実行フラグがセットされているか否かが
判別される。この実行フラグは図１０および図１１に示
すルーチンにおいて制御される。実行フラグがセットさ
れていないときにはステップ５５に進んで燃料カットフ
ラグがセットされる。この燃料カットフラグがセットさ
れると燃料の噴射が停止せしめられる。一方、ステップ
５４において実行フラグがセットされていないと判別さ
れたときには処理サイクルを完了し、従ってこのときに
は燃料噴射は停止せしめられない。

【００３２】カット条件成立フラグがセットされるとス
テップ５６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１５が開弁したか否かが判別される。
スロットル弁１５が開弁していないときにはステップ５
７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５６においてスロットル
弁１５が開弁したと判別されたとき、或いはステップ５
７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５８に進んでカット条件成立フラグがリ
セットされる。次いでステップ５９において燃料カット
フラグがリセットされ、燃料の噴射が開始される。

【００３３】図１０および図１１はリッチ制御時の補正
係数ＫＫの算出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１０および
図１１を参照するとまず初めにステップ６０において補
正係数Ｋが１．０よりも小さいか否か、即ちリーン混合
気が燃焼せしめられているか否かが判別される。Ｋ≧
１．０のとき、即ち燃焼室３内に供給される混合気が理
論空燃比或いはリッチのときには処理サイクルを完了す
る。これに対してＫ＜１．０のとき、即ちリーン混合気
が燃焼せしめられているときにはステップ６１に進んで
ＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されているＮＯ_x 量Ｗが算出さ
れる。即ち、燃焼室３から排出されるＮＯ_x 量は吸入空
気量Ｑが多くなるほど増大し、機関負荷Ｑ／Ｎが高くな
るほど増大するのでＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されている
ＮＯ_x 量ＷはＷとｋ₁ ・Ｑ・Ｑ／Ｎ（ｋ₁ は定数）との
和によって表わされることになる。

【００３４】次いでステップ６２では実行フラグがセッ
トされているか否かが判別される。実行フラグがセット
されていないときにはステップ６３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１５の開度θ
が予め定められた設定開度θ ₀ よりも小さいか否かが判
別される。なお、この設定開度θ₀ はアイドリング開度
よりも若干大きな開度であり、従ってθ＜θ₀ は低負荷
運転が行われていることを意味している。θ≦θ₀ のと
きには処理サイクルを完了し、θ＜θ₀ のときにはステ
ップ６４に進む。

【００３５】ステップ６４ではＮＯ_x 吸収剤１８に吸収
されているＮＯ_x 量Ｗが予め定められた設定量Ｗ₀ より
も大きいか否かが判別される。この設定量Ｗ₀ は例えば
ＮＯ _x 吸収剤１８が吸収しうる最大ＮＯ_x 量の３０パー
セント程度である。Ｗ≦Ｗ₀であれば処理サイクルを完
了し、Ｗ＞Ｗ₀ であればステップ６５に進んで実行フラ
グがセットされる。従って実行フラグがセットされるの
は低負荷運転に移行したときにＷ＞Ｗ₀ となっていると
きである。なお、図９からわかるように実行フラグがセ
ットされるとこのときたとえ燃料噴射を停止すべき条件
が成立していたとしても燃料噴射は停止せしめられな
い。

【００３６】実行フラグがセットされるとステップ６６
において図７（Ａ）に示す関係および図８に示すマップ
から補正係数ＫＫが算出される。次いでステップ６７で
はＫＫにｋ₂ ・Ｗ（ｋ₂ は定数）を乗算することによっ
て最終的な補正係数ＫＫが算出される。即ち、ＮＯ_x 吸
収剤１８に吸収されているＮＯ_x 量Ｗが少ないほどリッ
チの度合（ＫＫ）が小さくされる。次いでステップ６８
では図７（Ｂ）に示す関係および図８に示すマップから
時間Ｃ₀ が算出される。次いでステップ６９ではＣ₀ に
ｋ₃ ・Ｗ（ｋ₃ は定数）を乗算することによって最終的
な時間Ｃ₀ が算出される。即ち、ＮＯ_x 吸収剤１８に吸
収されているＮＯ_x 量Ｗが少ないほど時間Ｃ₀ が短かく
される。次いで処理サイクルを完了する。

【００３７】実行フラグがセットされると次の処理サイ
クルでは図１０のステップ６２から図１１のステップ７
０に進んでＮＯ_x 放出フラグがセットされる。次いでス
テップ７１ではカウント値Ｃが１だけインクリメントさ
れる。次いでステップ７２ではカウント値Ｃが時間Ｃ₀
よりも大きくなったか否か、即ちリッチ制御を開始して
から時間Ｃ₀ が経過したか否かが判別される。Ｃ≦Ｃ₀
のときにはステップ７３に進んで補正係数ＫＫから一定
値αが減算される。次いでステップ７４では補正係数Ｋ
Ｋが１．０よりも小さくなったか否かが判別される。Ｋ
Ｋ≦１．０になるとステップ７５に進んでＫＫが１．０
とされる。従って図６に示されるように補正係数ＫＫは
徐々に小さくなり、次いで１．０に保持される。

【００３８】次いでＣ＞Ｃ₀ になるとステップ７２から
ステップ７６に進んで実行フラグがリセットされ、次い
で７７においてＮＯ_x 放出フラグがリセットされる。次
いでステップ７８ではＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されてい
るＮＯ_x 量Ｗが零とされ、次いでステップ７９において
カウント値Ｃが零とされる。次いでステップ８０ではカ
ット条件成立フラグがセットされているか否かが判別さ
れ、カット条件成立フラグがセットされている場合には
ステップ８１に進んで燃料カットフラグがセットされ
る。即ち、燃料噴射を停止すべき条件が依然として成立
している場合にはステップ８１に進んで燃料カットフラ
グがセットされ、燃料の噴射が停止せしめられる。

【００３９】図１２は燃料噴射時間ＴＡＵの算出ルーチ
ンを示しており、このルーチンは繰返し実行される。図
１２を参照するとまず初めにステップ９０において図２
に示すマップから基本燃料噴射時間ＴＰが算出される。
次いでステップ９１では水温センサ２１の出力信号から
暖機運転中か否かが判別される。暖機運転中のときには
ステップ９３に進んで機関冷却水温の関数である値Ａが
補正係数Ｋとされ、次いでステップ９６に進む。一方、
暖機運転が完了したときにはステップ９２に進んでＮＯ
_x 放出フラグがセットされているか否かが判別される。
ＮＯ_x 放出フラグがセットされていないときにはステッ
プ９４に進んで機関の運転状態により予め定められた値
Ｂが補正係数Ｋとされる。例えば加速運転時にはＫ＝
１．０とされ、全負荷運転時にはＫ＝１．３とされ、そ
の他の運転状態ではＫ＝０．６とされる。次いでステッ
プ９６に進む。

【００４０】一方、ステップ９２においてＮＯ_x 放出フ
ラグがセットされていると判別されたときにはステップ
９５に進んで図１０および図１１のルーチンにより算出
されている補正係数ＫＫがＫとされ、次いでステップ９
６に進む。ステップ９６では燃料カットフラグがセット
されているか否かが判別され、燃料カットフラグがセッ
トされていないときにはステップ９８にジャンプする。
これに対して燃料カットフラグがセットされているとき
にはステップ９７に進んで補正係数Ｋが零とされ、次い
でステップ９８に進む。ステップ９８では基本燃料噴射
時間ＴＰに補正係数Ｋを乗算することによって燃料噴射
時間ＴＡＵが算出される。

【００４１】

【発明の効果】燃料消費率を悪化させることなく、しか
も大きなトルク変動を生ずることなくＮＯ_x 吸収剤から
ＮＯ_x を放出させることができる。

【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】ＮＯ_x の吸放出作用を説明するための図であ
る。

【図６】リッチ制御時の補正係数Ｋの変化を示す図であ
る。

【図７】補正係数ＫＫ、時間Ｃ₀ と排気ガス温Ｔとの関
係を示す線図である。

【図８】排気ガス温Ｔのマップを示す図である。

【図９】燃料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】補正係数ＫＫを算出するためのフローチャー
トである。

【図１１】補正係数ＫＫを算出するためのフローチャー
トである。

【図１２】燃料噴射時間ＴＡＵを算出するためのフロー
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…ＮＯ_x 吸収剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/20 Ｆ０２Ｄ 45/00 ３０１Ｇ 3/28 ３０１ Ｂ０１Ｄ 53/34 １２９Ａ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５ 53/36 １０１Ｚ 45/00 ３０１ (72)発明者 加藤 健治 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 井口 哲 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−135417（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−247710（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−117620（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−106826（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−97630（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大部分の機関運転領域においてリーン混
   合気を燃焼せしめるようにした内燃機関において、流入
   排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_x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ＮＯ_x
   を放出するＮＯ_x 吸収剤を機関排気通路内に配置し、機
   関の運転状態により予め定められているリッチ運転領域
   があるときにはそのときを除いて機関負荷が予め定めら
   れた負荷以下の低負荷となったときにＮＯ_x 吸収剤への
   流入排気ガスの空燃比をリッチにし、ＮＯ_x 吸収剤から
   ＮＯ_x を放出させると共に放出されたＮＯ_x を還元する
   ようにした内燃機関の排気浄化装置。