JP2001032741A - 筒内噴射式内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成層燃焼を行うことのできる筒内噴射式内燃
機関の排気浄化装置において、ＮＯx 触媒の昇温、再生
を適切に行う。 【解決手段】成層燃焼時にＮＯx 触媒の昇温あるいはＳ
Ｏx 被毒再生を行うにあたり、主噴射で均質リーン状態
を実現するとともに、副噴射で燃料量を補完し、トータ
ルの空燃比をストイキあるいはリッチにして、ＮＯx 触
媒の昇温あるいはＳＯx 被毒再生を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は筒内噴射式内燃機関
の排気浄化装置に係り、特に、排気浄化のために必要な
ＮＯx 触媒の昇温もしくはＳＯx 被毒からの再生に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】筒内噴射式内燃機関の排気浄化装置に関
連して、筒内噴射型内燃機関の排気昇温装置の一例が特
開平１０−２１２９９５号に開示されている。

【０００３】この装置は、排気昇温が要求されるエンジ
ン運転時に、層状燃焼（成層燃焼）のための主噴射を機
関の圧縮行程で行うとともに、追加燃料の噴射を膨張行
程で行う燃料制御手段と、層状燃焼が緩慢になるように
エンジン制御パラメータを制御するエンジン制御手段と
を備えている。

【０００４】ここで、層状燃焼が緩慢になるようにする
ためには、例えば層状燃焼時の空燃比をリーン（希薄）
側にする。層状燃焼が緩慢になるということは、通常の
層状燃焼時に比べて長く層状燃焼が維持されるというこ
とである。従って、これを追加燃料の着火源として利用
することができる。そして、緩慢な層状燃焼と追加燃料
の燃焼により排気昇温効果を得ることができる。

【０００５】但し、追加燃料の噴射タイミングの取り方
によっては、層状燃焼を追加燃焼の着火源として利用で
きない場合もある。その場合、追加燃料を自己着火させ
ることになるが、主燃料の緩慢化のため、燃焼が遅くな
ると燃焼室内の混合気の一部は火炎が伝播する前に周囲
に拡散することとなって燃焼不可能な濃度に薄められ、
燃焼直前連鎖反応を推し進めるのに必要な活性化反応種
（例えば、ＣＨＯ，Ｈ₂Ｏ₂，ＯＨ等の前炎反応生成物）
が存在することになり、追加燃料がより自己着火しやす
い雰囲気を作り出す。

【０００６】このように、前記した公報に記載された装
置では、層状燃焼の緩慢化とともに追加燃料を噴射する
ことで、排気昇温効果を容易に得ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、筒内噴射型
内燃機関では、層状燃焼（成層燃焼）による運転が低負
荷時から高速運転時にわたって行われるが、層状燃焼
（成層燃焼）の運転中にも空燃比を下げて、リッチ側へ
振りたい場合が生じる。

【０００８】例えば、排気浄化触媒の昇温を急速に行い
たいとか、排気浄化触媒が被毒してしまい、これを再生
したいという場合である。このような場合、前記した公
報記載の装置では、層状燃焼のための主噴射で筒内の空
燃比をリッチにしようとすると、点火プラグ周りの混合
気のみが濃くなりすぎて着火しない、あるいはスモーク
が出る、などの問題が生じてしまうので、結局層状燃焼
ではストイキ（理論空燃比）まで空燃比を下げるという
ことはできない。

【０００９】そこで、副噴射の量を増やすことが考えら
れるが、そうすると、触媒へ供給される燃料が多くなり
すぎて触媒温度が高くなりすぎる。本発明はこのような
点に鑑みなされたもので、筒内噴射式内燃機関におい
て、スモークの発生等なしに排気ガスの空燃比を下げて
排気浄化装置の昇温あるいは再生を図ることを課題とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、以下の手段を採った。すなわち、本発明は
少なくとも成層燃焼と均質リーン燃焼とを行う筒内噴射
式内燃機関を対象としている。そして、内燃機関の排気
通路に、ＮＯx 触媒を備えている。さらに、機関運転用
の主たる燃料噴射とは別に、追加燃料の副噴射を行うこ
とで、未燃焼燃料をＮＯx 触媒に供給制御する副噴射燃
料制御手段と、このときの主噴射を均質リーンに制御す
る手段と、を備え、主噴射と副噴射を行ったときの排気
ガスのトータルの空燃比を下げることとした。

【００１１】成層燃焼時に、ＮＯx 触媒の昇温を図るた
め排気ガスの空燃比を例えば１８以下にしたいとする。
あるいは、ＳＯx 被毒したＮＯx 触媒を再生するため、
排気ガスの空燃比を例えば理論空燃比である１４．５に
したいとする。

【００１２】しかし、このために成層燃焼の運転状態で
主噴射の量を多くするとスモークが発生する。一方、主
噴射の量はそのままで副噴射の量を増やすと未燃燃料が
多くなりすぎて過度な昇温となる。

【００１３】そこで、本発明では、主噴射を均質リーン
にしてスモークの発生なくして排気ガスの空燃比を下げ
る一方、それだけでは不十分なため、副噴射も行うこと
としている。副噴射を行う側からみれば、副噴射だけで
空燃比を下げるのではないから未燃燃料がＮＯx 触媒に
過度に供給されてＮＯx 触媒が高温になりすぎない。

【００１４】本発明は、ＳＯx 被毒したＮＯx 触媒の再
生制御にも好適に応用できる。その場合、成層燃焼を行
う筒内噴射式内燃機関の排気通路に、ＮＯx 触媒を備え
た排気浄化装置において、ＮＯx 触媒がＳＯx により被
毒されているか否かを判定するＳＯx 被毒判定手段と、
このＳＯx 被毒判定手段により前記ＮＯx 触媒がＳＯx
被毒されていると判定されたとき、機関運転用の主たる
燃料噴射とは別に、追加燃料の副噴射を機関の膨張行程
もしくは排気行程で行い、未燃焼燃料をＮＯx触媒に供
給制御する副噴射燃料制御手段と、このときの主噴射を
均質リーンに制御する手段と、を備えている。そして、
主噴射と副噴射を行ったときの排気ガスのトータルの空
燃比をストイキまたはリッチに制御するようにした。

【００１５】本発明においては、ＮＯx 触媒の温度が所
定値を越えるまで主噴射と副噴射のトータルの排気ガス
の空燃比をリーンに制御するようにするとよい。本発明
が適用される内燃機関は筒内噴射式のディーゼルエンジ
ンやガソリンエンジンであり、成層燃焼や均質リーン燃
焼、均質燃焼を行える内燃機関をいう。

【００１６】筒内噴射型内燃機関では、例えば、層状燃
焼（成層燃焼）時の空燃比が２５〜５０、弱成層燃焼時
の空燃比が２０〜３０、均質リーン燃焼時の空燃比が１
５〜２３、均質燃焼時の空燃比が１２〜１５と設定され
る。

【００１７】本発明でいうＮＯx 触媒とは、例えば、吸
蔵還元型ＮＯx 触媒や選択還元型ＮＯx 触媒などを例示
できる。吸蔵還元型ＮＯx 触媒は、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Ｎ
ａ、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
選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属と
が担持されている。機関吸気通路及びＮＯx 触媒上流で
の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の
比をＮＯx 触媒への流入排気ガスの空燃比と称すると
き、このＮＯx 触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーン
のときはＮＯx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ＮＯx を放出する。

【００１８】また、選択還元型ＮＯx 触媒とは、酸素過
剰の雰囲気（リーン雰囲気）で、かつ、炭化水素（Ｈ
Ｃ）が存在する状態でＮＯx を還元または分解する触媒
であり、例えば、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオ
ン交換して担持した触媒や、ゼオライトまたはアルミナ
に貴金属を担持した触媒等を例示できる。選択還元型Ｎ
Ｏx 触媒は、触媒床温が所定の温度領域（触媒浄化ウイ
ンドウ）内にあって、流入する排気の空燃比がリーン雰
囲気であり、更に排気中にＨＣ、好ましくは熱分解され
て分子サイズが小さくなったＨＣが存在していれば、Ｈ
Ｃの一部が部分酸化して活性種を生成し、その活性種が
排気中のＮＯx と反応して、ＮＯx をＮ₂、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ
₂等に還元する。

【００１９】これら触媒は、触媒床温が触媒浄化ウイン
ドウに達しないと活性化せず、ＮＯx 浄化作用を発揮し
にくい。なお、本発明では、内燃機関の運転状態を検出
する運転状態検出手段を備えることが好ましい。すなわ
ち、内燃機関の運転状態が成層燃焼や均質リーン燃焼等
を行う主燃料噴射制御のための前提となっており、ま
た、ＮＯx 触媒がＳＯx 被毒しているか否かの判定にも
このような運転状態に関する情報が必要だからである。

【００２０】成層燃焼等は主燃料噴射によって、圧縮行
程に行われる。一方、副噴射は、膨張行程から排気行程
で行われる。ＳＯx 被毒判定手段は、ＮＯx 触媒がＳＯ
x で被毒されているか否かを判定する。ＮＯx 触媒がＳ
Ｏx 被毒しているか否かは、次のような方法により検出
することができる。まず、ＮＯx 触媒への入りガスの空
燃比をストイキあるいはリッチにすると、ＮＯx 触媒に
吸収されていたＮＯx が放出・還元されるので、ＮＯx
触媒からの出ガスの空燃比はリーンとなる。もし、ＳＯ
x 被毒している場合、ＮＯx の放出・還元が行われない
ので、出ガスの空燃比がリーンとなる程度あるいはリー
ンとなる時間が少なくなる。よって、ＮＯx 触媒からの
出ガスの空燃比を検出することで、ＮＯx 触媒がＳＯx
被毒していると判定することが可能となる。

【００２１】なお、ＳＯx 被毒の判定時までにおける走
行状態や燃料使用量などからＳＯx被毒していると推定
するようにしてもよい。このＳＯx 被毒判定手段により
前記ＮＯx 触媒がＳＯx 被毒されていると判定されたと
き、副噴射燃料制御手段は、機関運転用の主たる燃料噴
射とは別に、追加燃料の副噴射を機関の膨張行程もしく
は排気行程で行い、未燃焼燃料をＮＯx触媒に供給制御
する。このとき、主噴射を均質リーンに制御し、主噴射
と副噴射を行ったときの排気ガスのトータルの空燃比を
ストイキまたはリッチに制御する。

【００２２】このことにより、ＮＯx 触媒の温度を所定
の温度まで昇温させることが可能となり、ＮＯx 触媒に
吸着されたＳＯx を放出することができる。主噴射を均
質リーンとすることで、主噴射での空燃比のリッチ度合
いを成層燃焼に比べて大きくすることができる。このた
め、主噴射と副噴射の関係で決まるトータル空燃比をス
トイキ又はリッチとするための副噴射燃料量を大きくす
る必要がなく、ＮＯx 触媒の温度が高くなりすぎない。

【００２３】なお、前記ＮＯx 触媒の温度が所定値を越
えるまで主噴射と副噴射のトータルの排気ガス中の空燃
比をリーンに制御するようにすると、より確実な昇温を
確保できる。以上説明した本発明の各構成は、可能な限
り互いに組み合わせることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。図１に示した例は、筒内噴射式の
内燃機関であり、ピストン１を有するシリンダ２のヘッ
ドに燃料噴射弁３、吸気バルブ４、排気バルブ５を備え
ている。そして、排気ポートから排気ガスを排出する排
気管６に、三元触媒７とＮＯx 吸蔵還元型触媒８を配置
した例である。なお、排気管６の途中から排気ガスの一
部を吸気管９へと戻すＥＧＲ管１０が設けられている。
なお、１１は電子制御スロットル、１２は燃料ポンプ、
１３はエンジン制御用コンピュータからなる制御装置
（ＥＣＵと呼ぶ）である。また、１４、１５は酸素セン
サであり、排気ガスの空燃比を測定するためのものであ
る。１６はクランク角センサでありエンジン回転数を検
出する。

【００２５】三元触媒７は、ＳＯx を捕捉するＳＯx 捕
捉機能を持ち合わせてもよい。三元触媒７は、アルミナ
からなる担体上に銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、マンガンＭｎ、ニッ
ケルＮｉのような遷移金属、ナトリウムＮａ、チタンＴ
ｉおよびリチウムＬｉから選ばれた少なくとも一つを担
持した吸収材である。

【００２６】また、前記ＮＯx 吸蔵還元型触媒８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なくとも一つと、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
ＮＯx 吸蔵還元型触媒８上流での排気通路内に供給され
た空気および燃料（炭化水素）の比をＮＯx 吸蔵還元型
触媒８への流入排気ガスの空燃比と称するとき、このＮ
Ｏx 吸蔵還元型触媒８は、流入排気ガスの空燃比がリー
ンのときはＮＯx 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ＮＯx を放出する。

【００２７】なお、ＮＯx 吸蔵還元型触媒８上流の排気
通路内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない
場合、流入排気ガスの空燃比は燃焼室内に供給される混
合気の空燃比に一致し、従って、この場合には、ＮＯx
吸蔵還元型触媒８は燃焼室内に供給される混合気の空燃
比がリーンのときには、ＮＯx を吸収し、燃焼室内に供
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・還元する。

【００２８】ＮＯx 吸蔵還元型触媒８でのＮＯx 吸収・
還元は、図２に示したようなメカニズムで行われると考
えられている。このメカニズムは、担体上に白金Ｐｔお
よびバリウムＢａを担持させた場合であるが、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
様のメカニズムとなる。

【００２９】まず、排気ガスがかなりリーンになると排
気ガス中の酸素濃度が大巾に増大するため、図２（Ａ）
に示すように酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^-またはＯ^2-の形で白金Ｐｔ
の表面に付着する。次に、排気ガスに含まれるＮＯは、
白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応し、ＮＯ₂ と
なる（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ₂ ）。

【００３０】その後、生成されたＮＯ₂ は、ＮＯx 吸蔵
還元型触媒８のＮＯx 吸収能力が飽和しない限り、白金
Ｐｔ上で酸化されながら触媒内に吸収されて酸化バリウ
ムＢａＯと結合し、図２（Ａ）に示されるように硝酸イ
オンＮＯ₃ ^-の形でＮＯx 吸蔵還元型触媒８内に拡散す
る。このようにしてＮＯx がＮＯx 吸蔵還元型触媒８内
に吸収される。

【００３１】これに対し、排気ガス中の酸素濃度が低下
した場合は、ＮＯ₂の生成量が低下し、前記反応とは逆
の反応によって、ＮＯx 吸蔵還元型触媒８内の硝酸イオ
ンＮＯ₃ ^-は、ＮＯ₂ またはＮＯの形でＮＯx 吸蔵還元型
触媒８から放出される。

【００３２】つまり、ＮＯx は、排気ガス中の酸素濃度
が低下すると、ＮＯx 吸蔵還元型触媒８から放出される
ことになる。図３に示されたように、流入排気ガスのリ
ーン度合いが低くなれば、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度合いを低くす
れば、たとえ流入排気ガスの空燃比がリーンであっても
ＮＯx 吸蔵還元型触媒８からＮＯx が放出されることと
なる。

【００３３】一方、このとき、燃焼室内に供給する混合
気がストイキあるいはリッチにされて、排気ガスの空燃
比がストイキあるいはリッチになると、図３に示すよう
に多量の未燃ＨＣ，ＣＯがエンジンから排出される。こ
れら未燃ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-またはＯ
^2-とすぐに反応して酸化される。

【００３４】また、流入排気ガスの空燃比がストイキあ
るいはリッチになると、排気ガス中の酸素濃度は極度に
低下するため、ＮＯx 吸蔵還元型触媒８は、ＮＯ₂ また
はＮＯを放出する。このＮＯ₂ またはＮＯは、図２
（Ｂ）に示すように、未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元さ
れる。このようにして白金Ｐｔ上のＮＯ₂ またはＮＯが
存在しなくなると、触媒から次から次へとＮＯ₂ または
ＮＯ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内にＮＯx 吸蔵還元型触媒８から
ＮＯx が放出される。白金Ｐｔ上のＯ₂ ^-またはＯ^2-を消
費しても未燃ＨＣ，ＣＯが残っていれば、ＮＯx 吸蔵還
元型触媒８から放出されたＮＯx も、エンジンから排出
されたＮＯx も、この未燃ＨＣ，ＣＯによって還元され
る。

【００３５】従って、流入排気ガスの空燃比をリッチに
すれば短時間の内にＮＯx 吸蔵還元型触媒８に吸収され
ているＮＯx が放出され、しかも、この放出されたＮＯ
x が還元されるために大気中にＮＯx が排出されるのを
阻止することができる。

【００３６】また、ＮＯx 吸蔵還元型触媒８は還元触媒
の機能を有しているので、流入排気ガスの空燃比を理論
空燃比にしてもＮＯx 吸蔵還元型触媒８から放出された
ＮＯx が還元される。

【００３７】流入排気ガスの空燃比をリーンの度合いを
低くすればたとえ流入排気ガスの空燃比がリーンであっ
たとしても、ＮＯx 吸蔵還元型触媒８からＮＯx が放出
される。従って、ＮＯx 吸蔵還元型触媒８からＮＯx を
放出させるには、流入排気ガス中の酸素濃度を低下させ
ればよいこととなる。

【００３８】また、排気管６には、ＮＯx 吸蔵還元型触
媒８の上流側に、触媒入ガス温度センサ１７、が設けら
れ、ＮＯx 吸蔵還元型触媒８の下流側に触媒出ガス温度
センサ１８が設けられ、これらもまたそれぞれコンピュ
ータからなる制御装置（ＥＣＵ）１３に電気的に接続さ
れている。

【００３９】これらセンサや酸素センサ、クランク角セ
ンサ等からの情報により、各触媒の状態ひいては内燃機
関の運転状態が検出される。そして、これらセンサ等か
ら入力されるデータから内燃機関の運転状態を検出する
運転状態検出手段２１が前記制御装置（ＥＣＵ）１３の
コンピュータ上に実現されている。さらに、触媒入ガス
温度センサ１７と触媒出ガス温度センサ１８とで検出し
た触媒温度状況によって触媒の温度状態を検出する。

【００４０】さらに、酸素センサ１４，１５からの情報
を基にＮＯx 吸蔵還元型触媒８がＳＯx 被毒しているか
否かの判定を行うＳＯx 被毒判定手段２２もまた制御装
置（ＥＣＵ）１３上に実現されている。すなわち、酸素
センサ１４で検出したＮＯx吸蔵還元型触媒８への入り
ガスの空燃比がストイキあるいはリッチになった後、酸
素センサ１５で検出したＮＯx 吸蔵還元型触媒８の出ガ
スの空燃比が通常よりも短時間の間だけリーンとなるか
全くリーンとならない場合は、ＮＯx の放出・還元が行
われていないか十分でないことを意味するのでＳＯx 被
毒状態にあると判定する。以下、本排気浄化装置による
排気浄化制御例を説明する。

【００４１】＜第１の制御例＞まず、制御装置１３に、
機関の運転状態を示す各種パラーメータが入力される。
すなわち、エンジン回転数や触媒入りガス温度、触媒出
ガス温度等が入力されている。

【００４２】図４に示したように、軽負荷運転時、スパ
ークプラグ近傍にのみ可燃混合気を形成し、シリンダー
内全体では超希薄な空燃比（例えば５０：１）を実現す
る。このような燃焼を成層燃焼という。成層燃焼を実現
するため、圧縮行程で燃料噴射弁から直接筒内へと燃料
を噴射し、スパークプラグ周りに混合気を形成する。

【００４３】一方、加速時や登坂時などのような高負荷
運転時には、吸気行程で燃料を噴射し、均質な混合気を
生成し、高出力を実現する。成層燃焼と均質燃焼と間に
は、弱成層燃焼、均質リーン燃焼の領域を実現し、成層
燃焼と均質燃焼との間のトルクのつながりをスムーズに
する。弱成層燃焼は吸気行程と圧縮行程の２回に分けて
燃料を噴射し、空燃比２０〜３０の弱成層燃焼状態を生
成する。均質リーンは、圧縮行程において、均質燃焼時
より少ない量の燃料を噴射して空燃比を１５から２３と
する。

【００４４】機関の運転により発生するＮＯx はＮＯx
吸蔵還元型触媒８に吸収され、前記した原理により放出
・還元される。空燃比をリッチ側にして触媒を活性化す
るため、副噴射による追加燃料の噴射を行う。この追加
燃料の噴射により、触媒を活性化して吸収していたＮＯ
x を放出・還元する。

【００４５】なお、本例ではガソリンエンジンの例であ
るが、ディーゼルエンジンの場合は、燃焼室での燃焼が
ストイキよりもはるかにリーン域で行われるので、通常
の機関運転状態ではＮＯx 吸蔵還元型触媒８に流入する
排気ガスの空燃比は非常にリーンであり、ＮＯx の吸収
は行われるものの、ＮＯx の放出が行われることは殆ど
ない。従って、このような追加燃料の噴射はディーゼル
エンジンにおいても重要な技術である。

【００４６】また、ＳＯx 被毒判定手段２２で、ＮＯx
吸蔵還元型触媒８がＳＯx により被毒されていると判定
したとき、ＮＯx 吸蔵還元型触媒の温度を上げて、空燃
比をストイキあるいはリッチにすることでＳＯx 被毒再
生処理を行う。

【００４７】ところで、成層燃焼状態にあるとき、その
燃焼形態で空燃比をリッチ側にすると、点火プラグ周り
の燃料が濃くなりすぎてスモークが発生し十分な燃焼が
できなくなる。そこで、成層燃焼のまま空燃比をストイ
キあるいはリッチにするには主噴射はそのままにして副
噴射による追加燃料を増やすことで対処しなければなら
ない。すると、副噴射での燃料量が多くなりすぎで、触
媒温度が高くなりすぎる。

【００４８】そこで、主噴射の空燃比を均質リーンにし
て、副噴射をすることで、トータルの空燃比をストイキ
またはリッチにし、これにより、触媒温度を６００℃以
上とし、ＳＯx 被毒したＮＯx 吸蔵還元型触媒８を再生
する。

【００４９】この手順を図５のフローチャートで説明す
る。まず、機関の運転状態を読み込み（ステップ１０
１）、得られた情報からＮＯx 吸蔵還元型触媒がＳＯx
被毒しているか否かの判定を行う（ステップ１０２）、
ＳＯx 被毒していなければ、そのままルーチンを終了
し、ＳＯx 被毒していれば、今度はＮＯx 吸蔵還元型触
媒が所定の再生温度（６００℃）に達しているか否かを
判定する（ステップ１０３）。所定の再生温度にすでに
達している場合、空燃比をストイキあるいはリッチにし
てＳＯx 被毒の再生制御を行う（ステップ１０４）。こ
こでのストイキあるいはリッチ化は主噴射のみで均質燃
焼状態にして行う。

【００５０】一方、所定の温度に達していない場合、主
噴射での燃料噴射状態を成層燃焼状態（空燃比３０）か
ら、均質リーン状態（空燃比１８）にし、また、副噴射
を同時に行い、トータルの空燃比をストイキ（１４．
５）にする。これにより、触媒温度が６００℃に達し、
ＮＯx 吸蔵還元型触媒に吸着していたＳＯx を燃やし、
除去する。

【００５１】この制御例における主噴射と副噴射との関
係、及び、それらによるトータル空燃比、触媒温度の上
昇を図６に示す。このように、主噴射による空燃比を均
質リーンである１８にして副噴射で追加燃料を補い、ト
ータル空燃比を１４．５のストイキにすることで、触媒
温度を触媒再生温度である６００℃に制御することがで
きる。

【００５２】なお、副噴射は２回以上の数回に分けて行
ってもよい。

【００５３】＜制御例２＞次に、第２の制御例を説明す
る。この例も、ＳＯx 被毒判定手段で、ＮＯx 吸蔵還元
型触媒がＳＯx により被毒されていると判定したとき、
ＮＯx 吸蔵還元型触媒の温度を上げて、空燃比をストイ
キあるいはリッチにすることでＳＯx 被毒再生処理を行
う場合である。

【００５４】この例では、触媒温度が所定の再生温度に
なるまで、主噴射と副噴射のトータルの空燃比を均質リ
ーンにして、触媒を６００℃以上に昇温する。そして、
触媒温度が所定の再生温度になった後に、主噴射と副噴
射のトータルの空燃比をストイキまたはリッチにするこ
とで、ＳＯx 被毒したＮＯx 吸蔵還元型触媒を再生す
る。

【００５５】この手順を図７のフローチャートで説明す
る。まず、機関の運転状態を読み込み（ステップ２０
１）、得られた情報からＮＯx 吸蔵還元型触媒がＳＯx
被毒しているか否かの判定を行う（ステップ２０２）。
ＳＯx 被毒していなければ、そのままルーチンを終了
し、ＳＯx 被毒していれば、今度はＮＯx 吸蔵還元型触
媒が所定の再生温度（６００℃）に達しているか否かを
判定する（ステップ２０３）。

【００５６】所定の温度に達していない場合、主噴射で
の燃料噴射状態を成層燃焼状態（空燃比３０）から、均
質リーン状態（空燃比１８）にし、また、副噴射を同時
に行い、トータルの空燃比を均質リーン（空燃比１６）
として、触媒温度を昇温する（ステップ２０４）。

【００５７】これにより、触媒温度が６００℃に達した
ら、ステップ２０３で肯定判定されるので、主噴射を均
質リーン（空燃比１８）としたまま、さらに副噴射量を
増やし、トータルでの空燃比をストイキ（１４．５）あ
るいはリッチにしてＳＯx 被毒の再生制御を行う（ステ
ップ２０５）。この経緯を図８に示す。

【００５８】図８で特徴的な点は、触媒温度が６００℃
に達する前に、副噴射を少量行い、６００℃に達した時
点でさらに副噴射の量を多くしている点である。このよ
うに、予め昇温してから、ストイキあるいはリッチに制
御するので、ＳＯx 被毒したＮＯx 触媒の再生処理がよ
りスムーズに行われる。

【００５９】＜制御例３＞次に、第３の制御例を図９に
従い説明する。図８で示した実施例が、主噴射量一定、
副噴射量可変であるのに対し、図９で示した例では、主
噴射量を可変とし、副噴射量を一定とした。

【００６０】まず、機関の運転状態を読み込み、得られ
た情報からＮＯx 吸蔵還元型触媒がＳＯx 被毒している
か否かの判定し、ＳＯx 被毒していれば、ＮＯx 吸蔵還
元型触媒が所定の再生温度（６００℃）に達しているか
否かを判定する。

【００６１】所定の温度に達していない場合、主噴射で
の燃料噴射状態を成層燃焼状態（空燃比３０）から、均
質リーン状態（空燃比２０）にし、また、副噴射を同時
に行い、トータルの空燃比を均質リーン（空燃比１６）
として、触媒温度を昇温する。

【００６２】これにより、触媒温度が６００℃に達した
ら、主噴射を均質リーン（空燃比１８）とする。この
間、副噴射量は一定とし、主噴射と合わせたトータルで
の空燃比をストイキ（１４．５）あるいはリッチにして
ＳＯx 被毒の再生制御を行う。

【００６３】

【発明の効果】本発明の内燃機関の排気浄化装置によれ
ば、成層燃焼中において、主噴射を均質リーンに制御し
つつ、副噴射で追加燃料を補充することで、容易に排気
浄化用のＮＯx 触媒の昇温を行うことができる。

【００６４】また、この制御をＳＯx 被毒判定手段でＮ
Ｏx 触媒がＳＯx 被毒していると判定したときに行うこ
とで、ＳＯx 被毒再生処理に応用することができる。さ
らに、ＮＯx 触媒の温度が所定値を越えるまで主噴射と
副噴射のトータルの排気ガス中の空燃比をリーンに制御
することで、昇温後に空燃比をリッチ側にしてより確実
にＮＯx 触媒の再生処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施
形態の概略構成図である。

【図２】 吸蔵還元型ＮＯx 触媒のＮＯx 吸放出作用を
説明するための図である。

【図３】 機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，
ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。

【図４】 内燃機関の燃焼状態領域を示すグラフ図であ
る。

【図５】 本発明による第１の制御例を示したフローチ
ャート図である。

【図６】 第１の制御例における空燃比の推移と触媒温
度との関係を示す図である。

【図７】 本発明による第２の制御例を示したフローチ
ャート図である。

【図８】 第２の制御例における空燃比の推移と触媒温
度との関係を示す図である。

【図９】 第３の制御例における空燃比の推移と触媒温
度との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ピストン ２シリンダ ３燃料噴射弁 ４吸気バルブ ５排気バルブ ６排気管 ７三元触媒 ８吸蔵還元型触媒 ９吸気管 １０ ＥＧＲ管 １１電子制御スロットル １２燃料ポンプ １３制御装置（ＥＣＵ） 14,15 酸素センサ １６クランク角センサ １７触媒入ガス温度センサ １８触媒出ガス温度センサ １８均質リーン（空燃比 ２１運転状態検出手段 ２２ＳＯx 被毒判定手段

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA12 AA13 AA17 AA18 AA24 AB03 AB05 AB06 AB09 BA11 BA14 BA17 BA33 CA18 CA24 CA26 CB02 CB03 DA02 DB10 EA01 EA18 EA30 EA33 EA34 FA13 FA14 FB06 FB10 FB11 FB12 FC01 FC04 FC05 GB01W GB02W GB03W GB04W GB05W GB09W GB17X HA08 HA10 HA19 3G301 HA01 HA02 HA04 HA16 JA21 JA25 KA08 KA09 LA03 LB04 LB11 MA01 MA11 MA19 MA23 MA26 NA08 NB02 NB06 NB11 NE01 NE13 NE14 NE15 NE23 PD04Z PD12Z PE01Z PE03Z

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成層燃焼を行う筒内噴射式内燃機関の排
   気通路に、ＮＯx 触媒を備えた排気浄化装置において、
   機関運転用の主たる燃料噴射とは別に、追加燃料の副噴
   射を行うことで、未燃焼燃料をＮＯx 触媒に供給制御す
   る副噴射燃料制御手段と、このときの主噴射を均質リー
   ンに制御する手段と、を備え、主噴射と副噴射を行った
   ときの排気ガスのトータルの空燃比を下げることを特徴
   とする筒内噴射式内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 成層燃焼を行う筒内噴射式内燃機関の排
   気通路に、ＮＯx 触媒を備えた排気浄化装置において、
   ＮＯx 触媒がＳＯx により被毒されているか否かを判定
   するＳＯx 被毒判定手段と、このＳＯx 被毒判定手段に
   より前記ＮＯx 触媒がＳＯx 被毒されていると判定され
   たとき、機関運転用の主たる燃料噴射とは別に、追加燃
   料の副噴射を機関の膨張行程もしくは排気行程で行い、
   未燃焼燃料をＮＯx 触媒に供給制御する副噴射燃料制御
   手段と、このときの主噴射を均質リーンに制御する手段
   と、を備え、主噴射と副噴射を行ったときの排気ガスの
   トータルの空燃比をストイキまたはリッチに制御するこ
   とを特徴とする筒内噴射式内燃機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 前記ＮＯx 触媒の温度が所定値を越える
   まで主噴射と副噴射のトータルの排気ガス中の空燃比を
   リーンに制御することを特徴とする請求項２記載の筒内
   噴射式内燃機関の排気浄化装置。