JP2000192812A

JP2000192812A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2000192812A
Application number: JP10369532A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Okada; 公二郎岡田; Takashi Dougahara; 隆堂ヶ原; Yasuki Tamura; 保樹田村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2000-07-11
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: JP3661464B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、適正条件
で吸蔵型ＮＯｘ触媒を再生させることで燃費の悪化を抑
制可能とする。【解決手段】Ｓパージを行って吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
が再生した後に、Ｓ再生効率Ｅを演算し、演算して求め
たＳ再生効率Ｅが予め設定されたＳ再生基準効率Ｅ₀よ
りも低いと判定されたときには、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
のＳパージを中断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気通路に吸蔵型
ＮＯｘ触媒を有する内燃機関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、内燃機関をリーン空燃比で運転し
て燃費の向上を図るようにした希薄燃焼内燃機関が実用
化されている。この希薄燃焼内燃機関では、リーン空燃
比で運転すると、三元触媒がその浄化特性から排ガス中
のＮＯｘ（窒素酸化物）を充分に浄化できないという問
題があり、最近では、リーン空燃比で運転中に排ガス中
のＮＯｘを吸蔵し、ストイキオまたはリッチ空燃比で運
転中に吸蔵されたＮＯｘを放出還元する吸蔵型ＮＯｘ触
媒が採用されてきている。

【０００３】この吸蔵型ＮＯｘ触媒は、内燃機関の酸素
の過剰状態で排ガス中のＮＯｘを硝酸塩（Ｘ−ＮＯ₃）
として吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを一酸化炭素（ＣＯ）の
過剰状態で放出して窒素（Ｎ₂）に還元させる特性（同
時に炭酸塩Ｘ−ＣＯ₃が生成される）を有した触媒であ
る。ところが、燃料中にはイオウ（Ｓ）成分が含まれて
おり、このＳ成分は酸素と反応して硫黄酸化物（ＳＯ
ｘ）となり、このＳＯｘがＮＯｘの代わりに硫酸塩とし
て硝酸塩の代わりに吸蔵型ＮＯｘ触媒に吸蔵されてしま
い、触媒の浄化効率が低下してしまうという問題があ
る。しかしながら、触媒に吸蔵されたＳＯｘは、空燃比
をリッチ状態にして触媒を高温状態にすることで除去
（Ｓパージ）されることがわかっている。例えば、特開
平７−２１７４７４号公報では、ＳＯｘの吸蔵量が許容
量を越え、温度が所定温度よりも高いときには、空燃比
を一時的にリッチにすると共に触媒を昇温させることで
ＳＯｘを放出し、吸蔵型ＮＯｘ触媒の浄化効率を復活さ
せるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した公
報では、ＳＯｘの吸蔵量と温度を条件として、内燃機関
の運転状態に拘らず空燃比をリッチにしてＳＯｘを放出
する吸蔵型ＮＯｘ触媒の再生制御を実行している。

【０００５】そのため、例えば、車両が市街地のような
場所で加減速を繰り返す運転状態のときは、吸蔵型ＮＯ
ｘ触媒がＳＯｘを放出するのに必要な高温状態になりに
くく、吸蔵型ＮＯｘ触媒の再生に長時間を要してしま
う。即ち、吸蔵型ＮＯｘ触媒が昇温しにくい条件で昇温
させるために、定常走行時での昇温に比べて多く燃料を
噴射して触媒温度を昇温する必要があり、燃費を悪化さ
せてしまうという問題がある。

【０００６】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、適正条件で吸蔵型ＮＯｘ触媒を再生させること
で燃費の悪化を抑制可能とした内燃機関の排気浄化装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の
排気通路に排気空燃比が酸化雰囲気のときに排気ガス中
のＮＯｘを吸蔵すると共に還元雰囲気のときに吸蔵され
たＮＯｘを放出または還元する吸蔵型ＮＯｘ触媒を設け
る共に、排気ガス中に含まれるイオウ成分が吸蔵するこ
とによる吸蔵型ＮＯｘ触媒の浄化能力の低下を検出また
は推定する浄化能力低下検出手段と、浄化能力低下検出
手段の出力により吸蔵型ＮＯｘ触媒を昇温してその周辺
を還元雰囲気とすることで吸蔵型ＮＯｘ触媒の浄化能力
を再生する再生手段とを設け、判定手段が再生した後の
触媒再生効率を判定し、再生中断手段が、その触媒再生
効率が所定の基準値に満たないことが判定されたときに
再生手段の作動を中断させるようにしている。

【０００８】従って、吸蔵型ＮＯｘ触媒の浄化能力が再
生されたとき、その後の触媒再生効率が所定の基準値に
満たないことが判定されたときは、内燃機関は吸蔵型Ｎ
Ｏｘ触媒を昇温しにくい運転状態にあるためであり、こ
のときには再生手段の作動を中断させることで、不要な
燃料の噴射をやめて燃費の悪化を抑制できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００１０】図１に本発明の一実施形態に係る内燃機関
の排気浄化装置の概略構成、図２に本実施形態の排気浄
化装置によるＳパージ制御のフローチャート、図３にＳ
再生効率の判定制御のフローチャートを示す。

【００１１】本実施形態の内燃機関（以下、エンジンと
称する。）は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）
を切換えることで、吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴
射モード）または圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射
モード）を実施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒
ガソリンエンジンである。そして、この筒内噴射型のエ
ンジン１１は、容易にして理論空燃比（ストイキオ）で
の運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の
他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現
可能となっており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リ
ーン空燃比での運転が可能となっている。

【００１２】本実施形態において、図１に示すように、
エンジン１１のシリンダヘッド１２には、各気筒毎に点
火プラグ１３と共に電磁式の燃料噴射弁１４が取付けら
れており、この燃料噴射弁１４によって燃焼室１５内に
燃料を直接噴射可能となっている。この燃料噴射弁１４
には、図示しない燃料パイプを介して燃料タンク擁した
燃料供給装置（燃料ポンプ）が接続されており、燃料タ
ンク内の燃料が高燃圧で供給され、この燃料を燃料噴射
弁１４から燃焼室１５内に向けて所望の燃圧で噴射す
る。この際、燃料噴射量は燃料ポンプの燃料吐出圧と燃
料噴射弁１４の開弁時間（燃料噴射時間）とから決定さ
れる。

【００１３】シリンダヘッド１２には、各気筒毎に略直
立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと
連通するようにして吸気マニホールド１６の一端がそれ
ぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド１６の
他端にはドライブバイワイヤ（ＤＢＷ）方式の電動スロ
ットル弁１７が接続されており、このスロットル弁１７
にはスロットル開度θthを検出するスロットルセンサ１
８が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、
各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、
各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１
９の一端がそれぞれ接続されている。

【００１４】そして、エンジン１１には、クランク角を
検出するクランク角センサ２０が設けられており、この
クランク角センサ２０はエンジン回転速度Ｎｅを検出可
能となっている。なお、上述した筒内噴射型エンジン１
１は既に公知のものであり、その構成の詳細については
ここでは説明を省略する。

【００１５】また、エンジン１１の排気マニホールド１
９には排気管（排気通路）２１が接続されており、この
排気管２１にはエンジン１１に近接した小型の三元触媒
２２及び排気浄化触媒装置２３を介して図示しないマフ
ラーが接続されている。そして、この排気管２１におけ
る三元触媒２２と排気浄化触媒装置２３との間の部分に
は、排気浄化触媒装置２３の直上流、即ち、後述する吸
蔵型ＮＯｘ触媒２５のに直上流に位置して排気温度を検
出する高温センサ２４が設けられている。

【００１６】この排気浄化触媒装置２３は、吸蔵型ＮＯ
ｘ触媒２５と三元触媒２６との２つの触媒を有して構成
されており、三元触媒２６の方が吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
よりも下流側に配設されている。なお、吸蔵型ＮＯｘ触
媒２５が三元触媒の機能を有している場合には、この吸
蔵型ＮＯｘ触媒２５だけであってもよい。この吸蔵型Ｎ
Ｏｘ触媒２５は、酸化雰囲気においてＮＯｘを一旦吸蔵
させ、主としてＣＯの存在する還元雰囲気中においてＮ
Ｏｘを放出してＮ₂（窒素）等に還元させる機能を持つ
ものである。詳しくは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、貴金
属として白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等を有した触
媒として構成されており、吸蔵材としてはバリウム（Ｂ
ａ）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が採用されて
いる。そして、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の下流にはＮＯｘ
濃度を検出するＮＯｘセンサ２７が設けられている。

【００１７】更に、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、
タイマカウンタ等を有するＥＣＵ（電子コントロールユ
ニット）２８が設けられており、このＥＣＵ２８により
エンジン１１を含めた本実施形態の排気浄化装置の総合
的な制御が行われる。即ち、ＥＣＵ２８の入力側には、
上述した高温センサ２４やＮＯｘセンサ２７等の各種セ
ンサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情
報が入力する。一方、ＥＣＵ２８の出力側には、点火コ
イルを介して上述した点火プラグ１３や燃料噴射弁１４
等が接続されており、これら点火コイル、燃料噴射弁１
４等には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算さ
れた燃料噴射量や点火時期等の最適値がそれぞれ出力さ
れる。これにより、燃料噴射弁１４から適正量の燃料が
適正なタイミングで噴射され、点火プラグ１３によって
適正なタイミングで点火が実施される。

【００１８】実際に、ＥＣＵ２８では、スロットルセン
サ１８からのスロットル開度情報θthとクランク角セン
サ２０からのエンジン回転速度情報Ｎｅとに基づいてエ
ンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち目標平均有効圧
Ｐｅを求めるようにされており、更に、この目標平均有
効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じてマップ
（図示せず）より燃料噴射モードを設定するようにされ
ている。例えば、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速
度Ｎｅとが共に小さいときには、燃料噴射モードは圧縮
行程噴射モードとされて燃料が圧縮行程で噴射され、一
方、目標平均有効圧Ｐｅが大きくなり、あるいはエンジ
ン回転速度Ｎｅが大きくなると燃料噴射モードは吸気行
程噴射モードとされ、燃料が吸気行程で噴射される。

【００１９】そして、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回
転速度Ｎｅとから制御目標となる目標空燃比（目標Ａ／
Ｆ）が設定され、適正量の燃料噴射量がこの目標Ａ／Ｆ
に基づいて決定される。また、高温センサ２４により検
出された排気温度情報からは触媒温度Ｔcat が推定され
る。詳しくは、高温センサ２４と吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
とが多少なりとも離れて配置されていることに起因する
誤差を補正するために、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン
回転速度情報Ｎｅとに応じて温度差マップが予め実験等
により設定されており、触媒温度Ｔcat は、目標平均有
効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとが決まると一義
に推定されるようにされている。

【００２０】以下、このように構成された本実施形態の
内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。

【００２１】排気浄化触媒装置２３の吸蔵型ＮＯｘ触媒
２５では、リーンモードにおける超リーン燃焼運転時の
ような酸素濃度過剰雰囲気で、排気中のＮＯｘから硝酸
塩が生成され、これによりＮＯｘが吸蔵されて排気の浄
化が行われる。一方、三元触媒２６では、酸素濃度が低
下した雰囲気で、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵した硝酸
塩と排気中のＣＯとが反応して炭酸塩が生成されると共
にＮＯｘが放出される。従って、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
へのＮＯｘの吸蔵が進むと、空燃比のリッチ化あるいは
追加の燃料噴射を行うなどして酸素濃度を低下させて吸
蔵型ＮＯｘ触媒２５からＮＯｘを放出させて機能を維持
する。

【００２２】ところで、燃料や潤滑油内に含まれるイオ
ウ成分（ＳＯｘ）も排気中に存在し、吸蔵型ＮＯｘ触媒
２５は、酸素濃度過剰雰囲気で、ＮＯｘの吸蔵とともに
ＳＯｘも吸蔵する。つまり、イオウ成分は酸化されてＳ
Ｏｘになり、このＳＯｘの一部は吸蔵型ＮＯｘ触媒２５
上でさらに元来ＮＯｘ用の吸蔵剤と反応して硫酸塩とな
って吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵する。

【００２３】また、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は、酸素濃度
が低下すると吸蔵されたＳＯｘを放出する機能を有して
いる。つまり、酸素濃度が低下した雰囲気では、吸蔵型
ＮＯｘ触媒２５に吸蔵した硫酸塩の一部と排気中のＣＯ
とが反応して炭酸塩が生成されると共にＳＯｘが離脱さ
れる。しかし、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になってもその一部
しか分解されないため、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５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、吸
蔵型ＮＯｘ触媒２５の吸蔵能力が時間と共に低下し、吸
蔵型ＮＯｘ触媒２５としての性能が悪化することになる
（Ｓ被毒）。

【００２４】このため、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に一定量
以上のイオウ成分（ＳＯｘ）が吸蔵されてＮＯｘ触媒２
５が劣化したと判定（浄化能力低下検出手段）されたと
きには、触媒を昇温させ、且つ、空燃比を還元雰囲気に
して吸蔵したＳＯｘを放出（再生手段）するようにして
いる（Ｓパージ運転）。

【００２５】即ち、Ｓパージ制御において、図２に示す
ように、まず、ステップＳ１１では、ＮＯｘ触媒２５が
Ｓ（イオウ）劣化したか否か、即ち、この吸蔵型ＮＯｘ
触媒２５に吸蔵されたＳＯｘの量（被毒Ｓ量Ｑｓ）が所
定のＳパージ開始基準値Ａに達したか否かを判別する。
ここに、被毒Ｓ量Ｑｓは推定により求められる値であ
り、以下、被毒Ｓ量Ｑｓの推定手法を簡単に説明する。

【００２６】被毒Ｓ量Ｑｓは、基本的には燃料噴射積算
量Ｑｆに基づい設定されるものであり、燃料噴射制御ル
ーチン（図示せず）の実行周期毎に次式により演算され
る。Ｑｓ＝Ｑｓ（ｎ−１）＋ΔＱｆ・Ｋ−Ｒｓ・・・（１）ここに、Ｑｓ（ｎ−１）は被毒Ｓ量の前回値であり、Δ
Ｑｆは実行周期当たりの燃料噴射積算量、Ｋは補正係
数、Ｒｓは実行周期当たりの再生Ｓ量を示している。

【００２７】つまり、現在の被毒Ｓ量Ｑｓは、実行周期
当たりの燃料噴射積算量ΔＱｆを補正係数Ｋで補正して
積算すると共に、この積算値から実行周期当たりの再生
Ｓ量Ｒｓを減算することで求められる。この補正係数Ｋ
は、例えば、次式（２）に示すように、空燃比Ａ／Ｆに
応じたＳ被毒係数Ｋ１、燃料中のＳ含有量に応じたＳ被
毒係数Ｋ２及び触媒温度Ｔcat に応じたＳ被毒係数Ｋ３
の３つの補正係数の積からなっている。Ｋ＝Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・・・（２）

【００２８】また、実行周期当たりの再生Ｓ量Ｒｓは次
式（３）から演算される。Ｒｓ＝α・Ｒ１・Ｒ２・ｄＴ・・・（３）ここに、αは単位時間当たりの再生率（設定値）であ
り、ｄＴは燃料噴射制御ルーチンの実行周期を示してお
り、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ触媒温度Ｔcat に応じた再
生能力係数及び空燃比Ａ／Ｆに応じた再生能力係数を示
している。

【００２９】そして、ステップＳ１１にて、上記のよう
にして求めた被毒Ｓ量Ｑｓが未だ開始基準値Ａに達して
いないと判定される場合には、何もせずこのルーチンを
抜ける。一方、ステップＳ１１にて、被毒Ｓ量Ｑｓが開
始基準値Ａに達したと判定される場合には、ステップＳ
１２に移行し、制御モードをＳパージモードに切り換え
る。これにより吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に吸蔵されたＳＯ
ｘの除去、即ち、Ｓパージが開始される。

【００３０】このＳパージが開始されたら、ステップＳ
１３において、目標平均有効圧Ｐｅが所定値Ｐe1（Ｎｅ
に対するＰｅの主噴射モード選択マップ）よりも小さい
か否かを判別する。そして、このステップＳ１３にて、
目標平均有効圧Ｐｅが所定値Ｐe1よりも小さいような場
合、即ち、アイドル時や低速走行時のようにエンジン負
荷、エンジン回転速度が小さい場合にはステップＳ１４
に移行する。

【００３１】このステップＳ１４では、主噴射の燃料噴
射モードを上述した通常の設定に拘わらず圧縮行程噴射
モードとすると共に、膨張行程において副噴射を行うよ
うにする。つまり、Ｓパージを行うときに圧縮行程噴射
と膨張行程噴射とで２段噴射を行う。そして、目標Ａ／
Ｆ、つまり、主噴射と副噴射とを合わせた全体としての
目標Ａ／Ｆ、即ち、全体Ａ／Ｆが所定のリッチ空燃比
（Ｓパージに適した値、例えば、値１２）に設定される
と共に、前述した主噴射モード選択マップに基づき目標
平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅに応じて主噴射
の目標空燃比（メインＡ／Ｆ）が決定される。このと
き、全体Ａ／Ｆは所定のリッチ空燃比（例えば、値１
２）に保持されたまま、メインＡ／Ｆが設定されること
になる。つまり、全体のＡ／Ｆが一定に維持され、還元
雰囲気が良好に形成された状態のままに、主噴射量と副
噴射量のそれぞれの燃料噴射比率が適正に決定される。

【００３２】通常、目標平均有効圧Ｐｅあるいはエンジ
ン回転速度Ｎｅが小さければ、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５は
低温状態にあり、触媒温度Ｔcat は低く吸蔵型ＮＯｘ触
媒２５の昇温は容易でないと判断できる。よって、この
場合には、副噴射量を多くする一方、全体Ａ／Ｆを、上
述のように、所定のリッチ空燃比に保持しながら主噴射
量を極力少なくするようにするのがよい。

【００３３】しかしながら、吸気行程噴射モードで実現
可能な空燃比には上限値（例えば、値２２）があり、こ
の吸気行程噴射モードでは上限値より大きい空燃比では
燃焼が成立しない。従って、メインＡ／Ｆが給気行程噴
射モード時の上限値より大きくなるような場合には、こ
のように上限値よりも大きな空燃比で燃焼が成立する圧
縮行程において主噴射を実施するようにするのである。

【００３４】また、エンジン負荷あるいはエンジン回転
速度が小さいほど吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の温度、即ち、
触媒温度Ｔcat は低いとみなすことができる。従って、
メインＡ／Ｆは、目標平均有効圧Ｐｅあるいはエンジン
回転速度Ｎｅが小さいほどその値が大きく、よりリーン
空燃比側の空燃比となるようにされている。つまり、触
媒温度Ｔcat が低いほど主噴射量が少なく副噴射量が多
くなるようにされている。

【００３５】更に、Ｓパージを行うときに圧縮行程噴射
と膨張行程噴射とで２段噴射を行い、全体の目標Ａ／Ｆ
を一定値に維持した状態で、メインＡ／Ｆ（主噴射量）
とサブＡ／Ｆ（副噴射量）の比率を適正に決定している
が、このメインＡ／Ｆの変更に応じてスロットル弁１７
を作動してスロットル開度θthを調整し、吸入空気量を
操作しており、これによってトルクがほぼ一定となるよ
うに制御している。つまり、メインＡ／Ｆがリッチ空燃
比側に補正されたときには、そのままであればトルクが
大きくなるので、スロットル弁１７のスロットル開度θ
thを減少させる補正を行い、メインＡ／Ｆがリーン空燃
比側に補正されたときには、トルクが小さくなるので、
スロットル弁１７のスロットル開度θthを増大させる補
正を行う。この場合、補正されたメインＡ／Ｆに対する
スロットル開度θthの選択マップにより設定するとよ
い。

【００３６】ところで、このように２段噴射が行われて
副噴射により燃料が膨張行程で噴射されると、この燃料
の多くは燃焼しないまま、つまり未燃燃料成分（未燃Ｈ
Ｃ等）として排気管２１内に排出されて一部は排気管内
で反応（燃焼）し、残りは三元触媒２２に流入すること
になる。しかしながら、三元触媒２２に流入した未燃燃
料成分は、三元触媒２２が活性化している場合には、三
元触媒２２内で触媒の作用により酸化反応（燃焼）を起
こすことになる。つまり、副噴射によって供給された燃
料は、大部分が吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に到達する前に燃
焼し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に流入する排気を十分に昇
温させることになる。これにより、触媒温度Ｔcat が低
温であっても排気昇温されて吸蔵型ＮＯｘ触媒２５はＳ
パージ可能な所定の高温触媒温度ＴcatH（例えば、６５
０℃）まで迅速に加熱されることになり、Ｓパージが良
好に実施可能とされる。

【００３７】一方、前述したステップＳ１３にて、目標
平均有効圧Ｐｅが所定値Ｐe1以上と判定された場合、即
ち、中速走行時のようにエンジン負荷、エンジン回転速
度が比較的大きい場合にはステップＳ１５に移行する。

【００３８】このステップＳ１５では、主噴射の燃料噴
射モードを上述した通常の設定に拘わらず吸気行程噴射
モードとすると共に、膨張行程において副噴射を行うよ
うにする。つまり、Ｓパージを行うときに吸気行程噴射
と膨張行程噴射とで２段噴射を行う。そして、前述と同
様に、全体Ａ／Ｆが所定のリッチ空燃比に設定されると
共に、全体Ａ／Ｆを所定のリッチ空燃比に保持したまま
に主噴射の目標空燃比（メインＡ／Ｆ）が決定され、主
噴射量と副噴射量のそれぞれの燃料噴射比率が適正に決
定される。

【００３９】通常、エンジン負荷、エンジン回転速度が
比較的大きければ、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５はある程度高
温になるまで加熱されており、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を
容易に昇温可能と判断できる。よって、この場合には、
副噴射量を少なくする一方、全体Ａ／Ｆを所定のリッチ
空燃比に保持すべく主噴射量を多くするようにするのが
よい。

【００４０】しかしながら、圧縮行程噴射モードで実現
可能な空燃比には下限値（例えば、値２４）があり、こ
の圧縮行程噴射モードでは、上記の場合とは逆に下限値
以下の空燃比では燃焼が成立しない。従って、主噴射の
空燃比が下限値以下となるような場合には、このように
下限値以下の空燃比で燃焼が成立する吸気行程において
主噴射を実施するようにするのである。

【００４１】そして、この場合においても、上記同様、
三元触媒２２に流入した未燃燃料成分は、三元触媒２２
内で触媒の作用により酸化反応（燃焼）を起こすことに
なる。つまり、副噴射によって供給された燃料は、大部
分が吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に到達する前に燃焼し、吸蔵
型ＮＯｘ触媒２５に流入する排気を十分に昇温させるこ
とになる。これにより、やはり全体のＡ／Ｆが一定に維
持されて還元雰囲気が良好に形成された状態のまま、中
速走行時において吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がＳパージ可能
な所定の高温触媒温度ＴcatH（例えば、６５０℃）まで
迅速に加熱されることになり、Ｓパージが良好に実施可
能とされる。

【００４２】ところで、車両が高速走行してエンジン回
転速度Ｎｅと目標平均有効圧Ｐｅとが大きい状態にある
ような場合には、インジェクタドライバ等の制約もあっ
て２段噴射が困難である一方、元来排気温度が比較的高
く点火時期のリタードだけでも吸蔵型ＮＯｘ触媒２５を
Ｓパージ可能な所定の高温触媒温度ＴcatHまで加熱させ
ることが可能と判断できる。よって、この場合にはステ
ップＳ１５の２段噴射に代えて主噴射のみを吸気行程で
行い、点火時期のリタードによって昇温制御を行うよう
にする。なお、この場合においても、全体Ａ／Ｆは所定
のリッチ空燃比（例えば、値１２）とされる。また、エ
ンジン回転速度Ｎｅと目標平均有効圧Ｐｅとが極めて大
きく、メインＡ／Ｆがリッチ空燃比であるような場合に
は、燃焼熱が極めて大きく昇温制御を実施しなくても排
気温度がＳパージ可能なほど高いと判断でき、この場合
にはステップＳ１５をスキップする。

【００４３】このようにステップＳ１４，Ｓ１５にて、
２段噴射が実行され、三元触媒２２での酸化反応によっ
て吸蔵型ＮＯｘ触媒２５に流入する排気が十分に昇温さ
せられると、ステップＳ１６では、ステップＳ１２の実
行によりＳパージを開始してから所定時間ｔ１（例え
ば、数十秒）が経過したか否かを判別する。そして、所
定時間ｔ１が経過していればステップＳ１７に進むが、
所定時間ｔ１が経過していなければステップＳ１２に戻
る。また、ステップＳ１７では、触媒温度Ｔcatが所定
の触媒温度ＴcatMよりも高いか否かを判別し、所定の触
媒温度ＴcatMよりも高ければステップＳ１８に進むが、
所定の触媒温度ＴcatM以下であれば、ステップＳ１２に
戻る。

【００４４】そして、Ｓパージを開始してから所定時間
ｔ１が経過し、且つ、触媒温度Ｔcat が所定の触媒温度
ＴcatMよりも高くなると、触媒上流側より下流側の方が
温度が極端に高いという状態はなくなり、触媒直上流に
取付けた高温センサ２４と触媒温度の差が小さく、触媒
温度フィードバック制御を行っても触媒を過昇温するこ
とはないと判断できるので、ステップＳ１８に移行して
触媒温度のフィードバック制御を開始する。この触媒温
度のフィードバック制御においては、触媒温度Ｔcat と
所定の触媒温度ＴcatHとわ比較し、主噴射モード選択マ
ップに基づいて設定したメインＡ／Ｆを触媒温度Ｔcat
の温度偏差積算ΣΔＴcat に応じて補正する。更に、メ
インＡ／Ｆが上限値あるいは下限値に達した場合には、
主噴射モード選択マップに基づいて設定した点火時期を
触媒温度Ｔcat の温度偏差積算ΣΔＴcat に応じて補正
する。

【００４５】詳しくは、温度偏差積算ΣΔＴcat は次式
（４）から算出される。 ΣΔＴcat ＝ΣΔＴcat （ｎ−１）＋ΔＴcat ・・・（４）ここに、ΔＴcat は温度偏差であり、所定の高温ＴcatH
（例えば、６５０℃）と高温センサ２４に基づいて推定
された現在の触媒温度Ｔcat とに基づいて次式（５）か
ら算出される。 ΔＴcat ＝ＴcatH−Ｔcat ・・・（５）

【００４６】実際には、温度偏差積算ΣΔＴcat とメイ
ンＡ／Ｆの補正値とが予め実験等により表１に示すよう
にマップ化されており、メインＡ／ＦはこのメインＡ／
Ｆの補正値マップに基づいて補正される（積分補正）。

【００４７】

【表１】

【００４８】ここに、メインＡ／Ｆの補正値のうち正符
号（＋）はリーン側への補正を示し、負符号（−）はリ
ッチ側への補正を示している。つまり、吸蔵型ＮＯｘ触
媒２５が所定の高温ＴcatHを超えオーバシュートして加
熱させられた場合には、温度偏差積算ΣΔＴcat は負の
値となり、この場合にはメインＡ／Ｆは負側、即ち、リ
ッチ側に補正され、副噴射の燃料量が減量されて所定の
高温ＴcatHに戻される。その後、アンダシュートして温
度偏差積算ΣΔＴcat が正の値となるような場合には、
メインＡ／Ｆは正側、即ち、リーン側に補正され、副噴
射の燃料量が増量されて触媒温度Ｔcat が再び所定の高
温ＴcatHまで上昇させられる。

【００４９】ところで、このようにメインＡ／Ｆを補正
していくと、触媒温度Ｔcat が所定の高温ＴcatHで安定
し、つまり吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が所定の高温ＴcatHに
保持されることになるが、このように触媒温度Ｔcat が
安定すると、その後は所定の高温ＴcatHを維持するだけ
の昇温制御を行えばよいことになる。つまり、メインＡ
／Ｆを小さな値として主噴射量を増加させる一方、副噴
射量を少なく絞るようにする。

【００５０】また、圧縮行程噴射モードで燃料噴射を行
う場合には、構造上、燃焼が成立する空燃比には制約が
あり、メインＡ／Ｆが下限値（例えば、値２４）あるい
は上限値（例えば、値５０）になったときには、全体Ａ
／Ｆを所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）に保持す
ると共にメインＡ／Ｆ補正値を保持しながら、２段噴射
に加えて点火時期補正も行って昇温制御を継続するよう
にする。一方、吸気行程噴射モードで燃料噴射を行う場
合には、上述したように空燃比には上限値（例えば、値
２２）による制限があると同時に、所定の全体Ａ／Ｆ
（例えば、値１２）が下限値となり、メインＡ／Ｆが上
限値（例えば、値２２）になったときには、全体Ａ／Ｆ
を所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）に保持すると
共にメインＡ／Ｆ補正値を保持しながら、２段噴射に加
えて点火時期補正も行って昇温制御を継続するようにす
る。

【００５１】この点火時期補正量は、温度偏差積算ΣΔ
Ｔcat に応じて設定される。実際には、温度偏差積算Σ
ΔＴcat と点火時期補正量とが予め実験等により表２に
示すようにマップ化されており、点火時期は当該点火時
期補正量マップに基づいて補正される（積分補正）。な
お、通常の燃焼制御時には基準点火時期はトルクが大と
なるようできるだけアドバンス側に設定されているので
あるが、点火時期補正を行う場合には点火時期をアドバ
ンス側に補正する際の余裕を持たせるため、補正を行う
際の基準点火時期はアドバンスとリタードとの中立位置
に設定される。

【００５２】

【表２】

【００５３】ここに、点火時期補正量において正符号
（＋）はアドバンス側への補正を示し、負符号（−）は
リタード側への補正を示している。つまり、上記同様
に、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が所定の高温ＴcatHを超えオ
ーバシュートして加熱させられた場合には、温度偏差積
算ΣΔＴcat は負の値となり、この場合には点火時期補
正量は正側、即ち、アドバンス側に補正されて昇温効果
が低減される。その後、アンダシュートして温度偏差積
算ΣΔＴcat が正の値となるような場合には、点火時期
補正量は負側、即ち、リタード側に補正されて昇温効果
が高められて触媒温度Ｔcat が再び所定の高温ＴcatHま
で上昇させられる。

【００５４】これにより、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が所定
の高温ＴcatHに安定的に保持され、Ｓパージが良好に継
続されることになる。

【００５５】そして、図２に戻り、ステップＳ１９で
は、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５のＳパージが終了したかどう
かを判定する。即ち、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が再生され
て被毒Ｓ量ＱｓがＳパージ終了基準値Ｃ（０または０近
傍の値）以下になったかどうかを判定する。このステッ
プＳ１９にて、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の被毒Ｓ量Ｑｓが
終了基準値Ｃ以下となってＳパージが終了したと判定さ
れたら、ＳＯｘが十分に除去されたとみなしてＳパージ
制御を終了すべくこのルーチンを抜ける。

【００５６】なお、ステップＳ１９にて、Ｓパージが終
了したかどうかの判定を、Ｓパージモードが開始されて
からの経過時間に基づいて行ってもよい。この場合、経
過時間を吸蔵型ＮＯｘ触媒２５が還元雰囲気中で所定の
高温ＴcatHに保持されたときにＳＯｘを十分に除去可能
な時間として実験等により予め設定すればよい。

【００５７】一方、このステップＳ１９にて、吸蔵型Ｎ
Ｏｘ触媒２５の被毒Ｓ量Ｑｓが終了基準値Ｃよりも大き
くてＳパージが終了していないと判定された場合には、
ステップＳ１２に戻り、Ｓパージモードでの昇温制御を
継続する。このとき、本実施形態では、ステップＳ２０
にてＳ再生効率の判定を行う。即ち、このステップＳ２
０では、上記のようにＳパージを行ってきたエンジン１
１の運転状態がＳパージを効率よく行うのに適正な運転
状態であったかどうかの判定を行う。そして、Ｓ再生効
率が所定の基準値よりも高ければ現在のエンジン１１の
運転状態がＳパージに適したものと判定され、ステップ
Ｓ１２に戻ってＳパージ制御を継続する。ところが、Ｓ
再生効率が所定の基準値よりも低ければ現在のエンジン
１１の運転状態がＳパージに適していないものと判定さ
れるため、Ｓパージ制御を中断する。

【００５８】ここで、Ｓ再生効率の判定制御について説
明する。図３に示すように、ステップＳ３１にて所定時
間ａの経過を待った後、ステップＳ３２では、この所定
時間ａでのＳ再生効率Ｅの演算を行う。Ｓ再生効率Ｅ
は、Ｓパージによる燃料消費量増加度合に対すると再生
度合、即ち、Ｓパージに要した燃料量に対する再生Ｓ量
Ｒｓの割合であって、次式（６）から演算される。Ｅ＝Ｒｓ／Ｄ・・・（６）ここで、Ｄは燃料消費量増加度合であって、次式（７）
から演算される。Ｄ＝ΔＱｆ₁−ΔＱｆ₀ ・・・（７）ここで、ΔＱｆ₁は所定時間ａの期間についての燃料噴
射量の積算値、ΔＱｆ ₀はＳパージを実行しなかったと
仮定したときの所定時間ａの期間についての燃料噴射量
の積算値であり、ΔＱｆ₁は燃料噴射のパルス幅から、
ΔＱｆ₀は負荷・回転数マップからそれぞれ求める。

【００５９】そして、ステップＳ３３では、Ｓ再生効率
の判定、つまり、演算で求めたＳ再生効率Ｅが予め設定
されたＳ再生基準効率Ｅ₀以下かどうかを判定する。こ
こで、Ｓ再生効率ＥがＳ再生基準効率Ｅ₀よりも高けれ
ば、現在のエンジン１１の運転状態がＳパージに適して
いると判定され、ステップＳ１２に戻ってＳパージ制御
を継続する。

【００６０】一方、ステップＳ３３にて、Ｓ再生効率Ｅ
がＳ再生基準効率Ｅ₀以下であれば、現在のエンジン１
１の運転状態がＳパージに適していないと判定され、ス
テップＳ３４にてＳパージ制御を中断する。つまり、ス
テップＳ３６で、所定時間ｂ（例えば、１０分程度）の
経過を待ってステップＳ１２に戻ってＳパージ制御を再
び実行する。これは、現在、エンジン１１の運転状態が
Ｓパージに適していなくとも、所定時間ｂ経過すれば、
エンジン１１の運転状態が変わるだろうと推定するもの
であり、所定時間ｂ経過してＳパージを行った後、再び
Ｓ再生効率を判定すればよいものである。

【００６１】なお、上述の実施形態で、Ｓ再生効率Ｅを
Ｓパージに要した燃料量に対する再生Ｓ量Ｒｓの割合
（式（６））で求めたが、これを簡略化してＳパージ実
行時間に対する触媒温度Ｔcat が所定温度ＴcatH以上で
あった時間としてもよい。また、Ｓ再生効率ＥがＳ再生
基準効率Ｅ₀以下であって、現在のエンジン１１の運転
状態がＳパージに適していないと判定されたときには、
上述の実施形態では、所定時間ｂの経過を待ってＳパー
ジ制御を再び実行するようにしたが、ここで、エンジン
１１の運転状態がＳパージに適しているかどうかを判定
してＳパージ制御を再び実行するようにしてもよい。こ
の場合、所定時間の平均車速が所定平均車速以上である
こと、つまり、車両が高速安定走行状態であること、例
えば、郊外道路や高速道路などを走行していることを判
定すればよい。また、車両が高速安定走行状態であるこ
とを判定するためにナビゲーションシステムにより郊外
道路や高速道路を走行中であることや、クルーズコント
ロールシステムが作動していることを判定条件としても
よい。

【００６２】更に、上述の実施形態において、被毒Ｓ量
Ｑｓあるいは再生Ｓ量Ｒｓを吸蔵型ＮＯｘ触媒２５の下
流に設置したＮＯｘセンサ２７により検出したリーン運
転中あるいはＮＯｘパージリッチスパイク中のＮＯｘ値
から求め、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５のＳ劣化判定あるいは
Ｓ再生効率判定を行ってもよい。

【００６３】また、図３に示すＳ再生効率の判定制御に
おいて、所定時間ａで演算されたＳ再生効率Ｅは、エン
ジン１１の運転状態に拘らず、一定の範囲内にあるもの
であり、このＳ再生効率の上限値及び下限値を設定して
おき、Ｓ再生効率Ｅがこの上限値あるいは下限値を越え
ているときには、例えば、触媒温度Ｔcat を求めるため
の高温センサ２４あるいはＮＯｘセンサ２７等の故障が
考えられるため、この場合は、アラームランプを点灯し
て運転者に知らせ、Ｓ再生効率の判定制御を中断する。

【００６４】また、平均車速をＳ再生効率の判定制御に
用いている場合、車両の安定した高速運転状態が継続し
ているにも拘らず、Ｓ再生効率Ｅが良くないと判定され
たときには、車速センサの故障を判定することができ
る。更に、ナビゲーションシステムやクルーズコントロ
ールシステムなどをＳ再生効率の判定制御に用いている
場合、各システムに使用している各種のセンサの故障を
判定することができる。どの場合であっても、アラーム
ランプを点灯して運転者に知らせ、各種の制御に故障し
たセンサやシステムを用いることをやめる。

【００６５】以上説明したように、本実施形態の内燃機
関の排気浄化装置では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５のＳパー
ジを行った後に、吸蔵型ＮＯｘ触媒２５がまだ完全に再
生されていないと判定された場合には、Ｓパージに要し
た燃料量に対する再生Ｓ量Ｒｓの割合からＳ再生効率Ｅ
をもとめ、この演算で求めたＳ再生効率Ｅが予め設定さ
れたＳ再生基準効率Ｅ₀以下かどうかを判定し、Ｓ再生
効率ＥがＳ再生基準効率Ｅ₀よりも高ければ、現在のエ
ンジン１１の運転状態がＳパージに適していると判定し
てＳパージ制御を継続する一方、Ｓ再生効率ＥがＳ再生
基準効率Ｅ₀以下であれば、現在のエンジン１１の運転
状態がＳパージに適していないと判定してＳパージ制御
を中断するようにしている。

【００６６】即ち、例えば、車両が市街地のような場所
で加減速を繰り返す運転状態のときは、吸蔵型ＮＯｘ触
媒２５がＳＯｘを放出するのに必要な高温状態になりに
くいため、Ｓ再生効率の判定制御でＳ再生効率Ｅが低い
と判定されることとなり、この場合には、Ｓパージモー
ドに入らずにＳパージを所定時間ｂだけ中断させてお
り、これによって不要な燃料の噴射をやめて燃費の悪化
を抑制できる。

【００６７】なお、上述の実施形態では、エンジン１１
を筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジンと
したが、エンジン１１は吸蔵型ＮＯｘ触媒を有するもの
であれば、吸気管噴射型のリーンバーンエンジンであっ
てもよい。

【００６８】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように、本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、再
生した後に判定した触媒再生効率が所定の基準値に満た
ないことが判定されたときには再生手段の作動を中断さ
せるようにしたので、触媒再生効率が低く内燃機関が吸
蔵型ＮＯｘ触媒を昇温しにくい運転状態にあるときに
は、再生手段による吸蔵型ＮＯｘ触媒の昇温や還元雰囲
気とするための不要な燃料の噴射をやめることとなり、
燃費の悪化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化
装置の概略構成図である。

【図２】本実施形態の排気浄化装置によるＳパージ制御
のフローチャートである。

【図３】Ｓ再生効率の判定制御のフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１１エンジン（内燃機関）１３点火プラグ１４燃料噴射弁１５燃焼室１７スロットル弁１８スロットルセンサ２０クランク角センサ２１排気管（排気通路）２２三元触媒２３排気浄化触媒装置２４高温センサ２５吸蔵型ＮＯｘ触媒２６三元触媒２８電子コントロールユニット，ＥＣＵ（浄化能力低
下検出手段、再生手段、判定手段、再生中断手段）

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｅ 3/28 ３０１ 3/28 ３０１ＣＦ０２Ｄ 41/02 ３０１Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ａ３３５３３５ (72)発明者田村保樹東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内Ｆターム(参考） 3G091 AA12 AA17 AA24 AA28 AB03 AB06 BA11 BA14 BA15 BA19 BA32 BA33 CA18 CB02 CB03 CB05 DA01 DA02 DA04 DB10 DB13 DC01 EA01 EA07 EA17 EA30 EA31 EA33 FB10 FB11 FB12 GA06 GA18 GB02Y GB03Y GB05W GB06W HA08 HA12 HA36 HA37 HA47 3G301 HA04 JA02 LA00 LA03 LB04 LC03 MA01 MA11 MA19 MA23 MA26 NA04 NA08 NB02 NC02 ND01 NE06 NE13 NE14 NE17 NE19 NE23 PB03Z PC02A PD11Z PD12A PD12Z PE01Z PE03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられて排気空
燃比が酸化雰囲気のときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵す
ると共に還元雰囲気のときに吸蔵されたＮＯｘを放出ま
たは還元する吸蔵型ＮＯｘ触媒と、排気ガス中に含まれ
るイオウ成分が吸蔵することによる該吸蔵型ＮＯｘ触媒
の浄化能力の低下を検出または推定する浄化能力低下検
出手段と、該浄化能力低下検出手段の出力により前記吸
蔵型ＮＯｘ触媒を昇温してその周辺を還元雰囲気とする
ことで該吸蔵型ＮＯｘ触媒の浄化能力を再生する再生手
段と、該再生手段を作動した後の触媒再生効率を判定す
る判定手段と、該判定手段により該触媒再生効率が所定
の基準値に満たないことが判定されたときに前記再生手
段の作動を中断する再生中断手段とを具えたことを特徴
とする内燃機関の排気浄化装置。