JP3509482B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関し、詳しくは、燃焼室内に直接燃料を噴射す
る燃料噴射弁を備えた筒内噴射型の内燃機関において、
ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを還元処理するため
の技術に関する。
化装置に関し、詳しくは、燃焼室内に直接燃料を噴射す
る燃料噴射弁を備えた筒内噴射型の内燃機関において、
ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを還元処理するため
の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、排気空燃比がリーンであると
きに排気中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比
（ストイキ）又はリッチであるときに前記吸収したＮＯ
ｘを放出して還元処理するＮＯｘ吸収触媒（ＮＯｘ吸収
型三元触媒）を備えた筒内噴射型の内燃機関が知られて
いる（特開平９−３２６１９号公報参照）。
きに排気中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比
（ストイキ）又はリッチであるときに前記吸収したＮＯ
ｘを放出して還元処理するＮＯｘ吸収触媒（ＮＯｘ吸収
型三元触媒）を備えた筒内噴射型の内燃機関が知られて
いる（特開平９−３２６１９号公報参照）。
【０００３】前記特開平９−３２６１９号公報に開示さ
れるものでは、硫黄が前記ＮＯｘ吸収触媒に付着すると
浄化能力が低下することから、前記硫黄の付着量が所定
量に達したときに、通常の燃料噴射を行いつつ、排気行
程において燃料噴射を行わせ、この排気行程で噴射され
た燃料が排気通路内及びＮＯｘ吸収触媒内で燃焼するこ
とで、前記硫黄が除去されるようにしている。
れるものでは、硫黄が前記ＮＯｘ吸収触媒に付着すると
浄化能力が低下することから、前記硫黄の付着量が所定
量に達したときに、通常の燃料噴射を行いつつ、排気行
程において燃料噴射を行わせ、この排気行程で噴射され
た燃料が排気通路内及びＮＯｘ吸収触媒内で燃焼するこ
とで、前記硫黄が除去されるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記排気行
程噴射では、ＮＯｘ吸収触媒に付着した硫黄の除去が行
えるとしても、ＮＯｘの還元処理は行えないという問題
があった。即ち、前記排気行程での燃料噴射は、リーン
燃焼中に行われ、酸素過剰状態で燃料（ＨＣ）がＮＯｘ
吸収触媒内に流入することになるので、ＮＯｘが脱離さ
れないことになる。また、ＮＯｘ吸収触媒に酸化作用が
あったとしても、触媒の前部で燃料が燃焼して触媒後部
のみが還元雰囲気になるので、上流側に吸収されていた
ＮＯｘは未浄化のまま放置されることになってしまう。
程噴射では、ＮＯｘ吸収触媒に付着した硫黄の除去が行
えるとしても、ＮＯｘの還元処理は行えないという問題
があった。即ち、前記排気行程での燃料噴射は、リーン
燃焼中に行われ、酸素過剰状態で燃料（ＨＣ）がＮＯｘ
吸収触媒内に流入することになるので、ＮＯｘが脱離さ
れないことになる。また、ＮＯｘ吸収触媒に酸化作用が
あったとしても、触媒の前部で燃料が燃焼して触媒後部
のみが還元雰囲気になるので、上流側に吸収されていた
ＮＯｘは未浄化のまま放置されることになってしまう。
【０００５】更に、ＮＯｘ吸収触媒は通常の三元触媒よ
りも耐熱性が低いので、排気行程で噴射した燃料のＮＯ
ｘ吸収触媒内での燃焼によって触媒内の雰囲気を還元雰
囲気にしようとすると、触媒の温度上昇を招いて触媒劣
化が進んでしまうという問題もあった。本発明は上記問
題点に鑑みなされたものであり、燃焼空燃比を変化させ
ることのない膨張〜排気行程での燃料噴射により、ＮＯ
ｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘの浄化を図れ、然も、Ｎ
Ｏｘ吸収触媒の熱劣化を回避できる排気浄化装置を提供
することを目的とする。
りも耐熱性が低いので、排気行程で噴射した燃料のＮＯ
ｘ吸収触媒内での燃焼によって触媒内の雰囲気を還元雰
囲気にしようとすると、触媒の温度上昇を招いて触媒劣
化が進んでしまうという問題もあった。本発明は上記問
題点に鑑みなされたものであり、燃焼空燃比を変化させ
ることのない膨張〜排気行程での燃料噴射により、ＮＯ
ｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘの浄化を図れ、然も、Ｎ
Ｏｘ吸収触媒の熱劣化を回避できる排気浄化装置を提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料
噴射弁を備え、理論空燃比よりもリーン空燃比での燃焼
運転を行いうる内燃機関の排気浄化装置であって、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中の
ＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃
比よりもリッチであるときに前記吸収したＮＯｘを放出
して還元処理するＮＯｘ吸収触媒と、該ＮＯｘ吸収触媒
よりも上流側の排気通路に介装される酸化触媒とを備
え、リーン燃焼中に前記燃料噴射弁により膨張〜排気行
程で燃料を噴射させることにより、前記ＮＯｘ吸収触媒
の入口での排気空燃比をリッチにして、前記ＮＯｘ吸収
触媒に吸収されたＮＯｘの還元処理を行うと共に、前記
膨張〜排気行程で噴射される燃料量を、吸入空気量，燃
焼空燃比，ＮＯｘ吸収触媒におけるＮＯｘ吸収量に応じ
て設定する構成とした。
発明は、内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料
噴射弁を備え、理論空燃比よりもリーン空燃比での燃焼
運転を行いうる内燃機関の排気浄化装置であって、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中の
ＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃
比よりもリッチであるときに前記吸収したＮＯｘを放出
して還元処理するＮＯｘ吸収触媒と、該ＮＯｘ吸収触媒
よりも上流側の排気通路に介装される酸化触媒とを備
え、リーン燃焼中に前記燃料噴射弁により膨張〜排気行
程で燃料を噴射させることにより、前記ＮＯｘ吸収触媒
の入口での排気空燃比をリッチにして、前記ＮＯｘ吸収
触媒に吸収されたＮＯｘの還元処理を行うと共に、前記
膨張〜排気行程で噴射される燃料量を、吸入空気量，燃
焼空燃比，ＮＯｘ吸収触媒におけるＮＯｘ吸収量に応じ
て設定する構成とした。
【０００７】かかる構成によると、膨張〜排気行程で噴
射された燃料は、排気通路にリーン燃焼排気と共に排出
され、まず、酸化触媒に流入する。そして、酸化触媒の
酸化作用によって前記燃料が燃焼することで酸素が消費
され、酸化触媒出口では、排気空燃比がリッチになり、
かかるリッチ空燃比の排気がＮＯｘ吸収触媒に流入し
て、ＮＯｘ吸収触媒におけるＮＯｘの脱離，還元処理が
行われる。また、吸入空気量，燃焼空燃比，ＮＯｘ吸収
量によって、ＮＯｘ吸収触媒内がＮＯｘ還元処理に最適
な雰囲気となるように、膨張〜排気行程での燃料噴射に
おける噴射量が設定される。
射された燃料は、排気通路にリーン燃焼排気と共に排出
され、まず、酸化触媒に流入する。そして、酸化触媒の
酸化作用によって前記燃料が燃焼することで酸素が消費
され、酸化触媒出口では、排気空燃比がリッチになり、
かかるリッチ空燃比の排気がＮＯｘ吸収触媒に流入し
て、ＮＯｘ吸収触媒におけるＮＯｘの脱離，還元処理が
行われる。また、吸入空気量，燃焼空燃比，ＮＯｘ吸収
量によって、ＮＯｘ吸収触媒内がＮＯｘ還元処理に最適
な雰囲気となるように、膨張〜排気行程での燃料噴射に
おける噴射量が設定される。
【０００８】尚、一般的に酸化触媒（三元触媒でも可）
の耐熱性は、ＮＯｘ吸収触媒よりも高く、膨張〜排気行
程で噴射された燃料の燃焼による酸化触媒の劣化は充分
に小さい。
の耐熱性は、ＮＯｘ吸収触媒よりも高く、膨張〜排気行
程で噴射された燃料の燃焼による酸化触媒の劣化は充分
に小さい。
【０００９】請求項２記載の発明では、前記吸入空気量
と燃焼空燃比とに基づいて前記酸化触媒における酸化反
応で排気中の酸素を消費する分の燃料量を演算する一
方、前記ＮＯｘ吸収触媒におけるＮＯｘ吸収量に基づい
てＮＯｘを還元処理する分の燃料量を演算し、これらの
合計を膨張〜排気行程で噴射する燃料量とする構成とし
た。
と燃焼空燃比とに基づいて前記酸化触媒における酸化反
応で排気中の酸素を消費する分の燃料量を演算する一
方、前記ＮＯｘ吸収触媒におけるＮＯｘ吸収量に基づい
てＮＯｘを還元処理する分の燃料量を演算し、これらの
合計を膨張〜排気行程で噴射する燃料量とする構成とし
た。
【００１０】かかる構成によると、吸入空気量と燃焼空
燃比とから排気中の過剰酸素を酸化触媒での燃焼で消費
するための燃料量を判定でき、また、ＮＯｘの還元処理
には、同時に酸化されるＨＣの存在が不可欠であるか
ら、ＮＯｘ吸収量からＮＯｘ還元処理時に必要となる燃
料量を判定でき、前記過剰酸素を消費するための燃料量
と還元処理時に必要となる燃料量との合計を、膨張〜排
気行程において噴射させる。
燃比とから排気中の過剰酸素を酸化触媒での燃焼で消費
するための燃料量を判定でき、また、ＮＯｘの還元処理
には、同時に酸化されるＨＣの存在が不可欠であるか
ら、ＮＯｘ吸収量からＮＯｘ還元処理時に必要となる燃
料量を判定でき、前記過剰酸素を消費するための燃料量
と還元処理時に必要となる燃料量との合計を、膨張〜排
気行程において噴射させる。
【００１１】請求項３記載の発明は、内燃機関の燃焼室
内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、理論空燃比
よりもリーン空燃比での燃焼運転を行いうる内燃機関の
排気浄化装置であって、図１に示すように構成される。
図１において、ＮＯｘ吸収触媒は、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中のＮＯｘを吸収
し、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッ
チであるときに前記吸収したＮＯｘを放出して還元処理
する触媒であり、酸化触媒は、前記ＮＯｘ吸収触媒より
も上流側の排気通路に介装される。
内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、理論空燃比
よりもリーン空燃比での燃焼運転を行いうる内燃機関の
排気浄化装置であって、図１に示すように構成される。
図１において、ＮＯｘ吸収触媒は、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中のＮＯｘを吸収
し、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッ
チであるときに前記吸収したＮＯｘを放出して還元処理
する触媒であり、酸化触媒は、前記ＮＯｘ吸収触媒より
も上流側の排気通路に介装される。
【００１２】一方、ＮＯｘ吸収量予測手段は、前記ＮＯ
ｘ吸収触媒におけるＮＯｘの吸収量を予測する。そし
て、排気行程噴射制御手段は、リーン燃焼運転中に前記
ＮＯｘ吸収量予測手段で予測されるＮＯｘ吸収量が所定
値以上になったときに、前記燃料噴射弁により膨張〜排
気行程中に燃料噴射を所定期間だけ行わせる。
ｘ吸収触媒におけるＮＯｘの吸収量を予測する。そし
て、排気行程噴射制御手段は、リーン燃焼運転中に前記
ＮＯｘ吸収量予測手段で予測されるＮＯｘ吸収量が所定
値以上になったときに、前記燃料噴射弁により膨張〜排
気行程中に燃料噴射を所定期間だけ行わせる。
【００１３】ここで、排気行程噴射量演算手段は、前記
排気行程噴射制御手段による燃料噴射量を、機関の吸入
空気量，燃焼空燃比及び前記ＮＯｘ吸収量予測手段で予
測されたＮＯｘ吸収量に基づいて演算する。かかる構成
によると、リーン燃焼中に、ＮＯｘ吸収触媒に吸収され
たＮＯｘ量が所定値以上になると、リーン燃焼混合気形
成のための通常の燃料噴射（吸気行程噴射又は圧縮行程
噴射）の他、膨張〜排気行程でも燃料噴射を行わせる。
排気行程噴射制御手段による燃料噴射量を、機関の吸入
空気量，燃焼空燃比及び前記ＮＯｘ吸収量予測手段で予
測されたＮＯｘ吸収量に基づいて演算する。かかる構成
によると、リーン燃焼中に、ＮＯｘ吸収触媒に吸収され
たＮＯｘ量が所定値以上になると、リーン燃焼混合気形
成のための通常の燃料噴射（吸気行程噴射又は圧縮行程
噴射）の他、膨張〜排気行程でも燃料噴射を行わせる。
【００１４】膨張行程又は排気行程で燃焼室内に噴射さ
れた燃料は、燃焼排気と共に燃焼室から排出されて酸化
触媒に流入し、ここでの酸化触媒作用によって燃焼して
リーン燃焼による過剰酸素を消費する。酸化触媒で燃焼
せずに残った燃料（ＨＣ）は、リーン排気と共にＮＯｘ
吸収触媒に流入し、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されていたＮ
Ｏｘは、リーン排気の下で脱離し、燃料（ＨＣ）の酸化
と同時に還元処理される。
れた燃料は、燃焼排気と共に燃焼室から排出されて酸化
触媒に流入し、ここでの酸化触媒作用によって燃焼して
リーン燃焼による過剰酸素を消費する。酸化触媒で燃焼
せずに残った燃料（ＨＣ）は、リーン排気と共にＮＯｘ
吸収触媒に流入し、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されていたＮ
Ｏｘは、リーン排気の下で脱離し、燃料（ＨＣ）の酸化
と同時に還元処理される。
【００１５】前記膨張〜排気行程での燃料噴射量は、過
剰酸素量を示す機関の吸入空気量及び燃焼空燃比と、還
元処理するＮＯｘ吸収量とに基づいて演算される。請求
項４記載の発明では、前記排気行程噴射量演算手段が、
前記吸入空気量と燃焼空燃比とに基づいて前記酸化触媒
における酸化反応で排気中の酸素を消費する分の燃料量
を演算する一方、前記ＮＯｘ吸収触媒におけるＮＯｘ吸
収量に基づいてＮＯｘを還元処理する分の燃料量を演算
し、これらの合計を膨張〜排気行程で噴射する燃料量と
して演算する構成とした。
剰酸素量を示す機関の吸入空気量及び燃焼空燃比と、還
元処理するＮＯｘ吸収量とに基づいて演算される。請求
項４記載の発明では、前記排気行程噴射量演算手段が、
前記吸入空気量と燃焼空燃比とに基づいて前記酸化触媒
における酸化反応で排気中の酸素を消費する分の燃料量
を演算する一方、前記ＮＯｘ吸収触媒におけるＮＯｘ吸
収量に基づいてＮＯｘを還元処理する分の燃料量を演算
し、これらの合計を膨張〜排気行程で噴射する燃料量と
して演算する構成とした。
【００１６】かかる構成によると、吸入空気量と燃焼空
燃比とから過剰酸素を酸化触媒での燃焼で消費するため
の燃料量を演算し、また、ＮＯｘの還元処理には、同時
に酸化されるＨＣが必要であるから、ＮＯｘ吸収量から
ＮＯｘ還元処理時に必要となる燃料量（酸化処理される
燃料量）を演算し、これらの合計を膨張〜排気行程にお
いて噴射させる燃料量とする。
燃比とから過剰酸素を酸化触媒での燃焼で消費するため
の燃料量を演算し、また、ＮＯｘの還元処理には、同時
に酸化されるＨＣが必要であるから、ＮＯｘ吸収量から
ＮＯｘ還元処理時に必要となる燃料量（酸化処理される
燃料量）を演算し、これらの合計を膨張〜排気行程にお
いて噴射させる燃料量とする。
【００１７】請求項５記載の発明では、前記排気行程噴
射量演算手段が、機関の吸入空気量と燃焼空燃比とに基
づいて、理論空燃比燃焼時相当の燃料噴射量とそのとき
の燃焼空燃比での燃料噴射量との差分を演算し、この差
分を前記酸化触媒における酸化反応で排気中の酸素を消
費する分の燃料量とする構成とした。かかる構成による
と、理論空燃比燃焼を行わせるときの燃料噴射量から、
そのときのリーン燃焼での燃料噴射量との差分が、過剰
酸素を生じさせる燃料の不足分となるから、前記差分を
膨張〜排気行程で噴射させて、一旦過剰酸素として排気
通路に排出された酸素を、膨張〜排気行程噴射で噴射さ
れた燃料の酸化触媒での燃焼で消費させる。
射量演算手段が、機関の吸入空気量と燃焼空燃比とに基
づいて、理論空燃比燃焼時相当の燃料噴射量とそのとき
の燃焼空燃比での燃料噴射量との差分を演算し、この差
分を前記酸化触媒における酸化反応で排気中の酸素を消
費する分の燃料量とする構成とした。かかる構成による
と、理論空燃比燃焼を行わせるときの燃料噴射量から、
そのときのリーン燃焼での燃料噴射量との差分が、過剰
酸素を生じさせる燃料の不足分となるから、前記差分を
膨張〜排気行程で噴射させて、一旦過剰酸素として排気
通路に排出された酸素を、膨張〜排気行程噴射で噴射さ
れた燃料の酸化触媒での燃焼で消費させる。
【００１８】請求項６記載の発明では、前記酸化触媒の
下流側でかつ前記ＮＯｘ吸収触媒の上流側の排気通路に
おいて排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、該
排気空燃比検出手段で検出される排気空燃比に基づいて
前記排気行程噴射制御手段による膨張〜排気行程での燃
料噴射量をフィードバック補正する噴射量フィードバッ
ク手段と、を設ける構成とした。
下流側でかつ前記ＮＯｘ吸収触媒の上流側の排気通路に
おいて排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、該
排気空燃比検出手段で検出される排気空燃比に基づいて
前記排気行程噴射制御手段による膨張〜排気行程での燃
料噴射量をフィードバック補正する噴射量フィードバッ
ク手段と、を設ける構成とした。
【００１９】かかる構成によると、膨張〜排気行程で燃
料噴射を行わせてリーン燃焼による過剰酸素の消費を図
るときに、酸化触媒の下流側で排気空燃比を検出して、
過剰酸素が実際に消費されているか否かを確認して、膨
張〜排気行程での噴射における燃料量をフィードバック
補正する。
料噴射を行わせてリーン燃焼による過剰酸素の消費を図
るときに、酸化触媒の下流側で排気空燃比を検出して、
過剰酸素が実際に消費されているか否かを確認して、膨
張〜排気行程での噴射における燃料量をフィードバック
補正する。
【００２０】
【発明の効果】請求項１記載の発明によると、リーン燃
焼中の膨張〜排気行程での噴射により、ＮＯｘ吸収触媒
内を還元雰囲気としてＮＯｘを脱離・還元処理でき、ま
た、膨張〜排気行程での噴射による燃料は酸化触媒で燃
焼するのでＮＯｘ吸収触媒の熱劣化を回避できると共
に、ＮＯｘ吸収触媒内を還元雰囲気とするための膨張〜
排気行程での噴射量を適切に設定でき、ＮＯｘが不完全
に浄化されたり、排気，燃費が悪化することを防止でき
るという効果がある。
焼中の膨張〜排気行程での噴射により、ＮＯｘ吸収触媒
内を還元雰囲気としてＮＯｘを脱離・還元処理でき、ま
た、膨張〜排気行程での噴射による燃料は酸化触媒で燃
焼するのでＮＯｘ吸収触媒の熱劣化を回避できると共
に、ＮＯｘ吸収触媒内を還元雰囲気とするための膨張〜
排気行程での噴射量を適切に設定でき、ＮＯｘが不完全
に浄化されたり、排気，燃費が悪化することを防止でき
るという効果がある。
【００２１】請求項２記載の発明によると、過剰酸素の
消費に必要な燃料量と、還元処理に必要とされる燃料量
とをそれぞれに求めて、これらの合計を膨張〜排気行程
において噴射させることで、過剰酸素状態を確実に解消
し、かつ、脱離されたＮＯｘの還元処理を確実に行わせ
ることができるという効果がある。
消費に必要な燃料量と、還元処理に必要とされる燃料量
とをそれぞれに求めて、これらの合計を膨張〜排気行程
において噴射させることで、過剰酸素状態を確実に解消
し、かつ、脱離されたＮＯｘの還元処理を確実に行わせ
ることができるという効果がある。
【００２２】請求項３記載の発明によると、ＮＯｘ吸収
触媒に吸収されたＮＯｘが所定値以上になったときに、
リーン燃焼運転のまま、膨張〜排気行程での燃料噴射に
よってＮＯｘ吸収触媒内を還元雰囲気にしてＮＯｘを浄
化でき、かつ、リーン燃焼による酸素過剰状態を、上流
側の酸化触媒での燃焼によって解消するので、ＮＯｘ吸
収触媒の熱劣化を回避できるという効果がある。
触媒に吸収されたＮＯｘが所定値以上になったときに、
リーン燃焼運転のまま、膨張〜排気行程での燃料噴射に
よってＮＯｘ吸収触媒内を還元雰囲気にしてＮＯｘを浄
化でき、かつ、リーン燃焼による酸素過剰状態を、上流
側の酸化触媒での燃焼によって解消するので、ＮＯｘ吸
収触媒の熱劣化を回避できるという効果がある。
【００２３】請求項４記載の発明によると、酸化触媒で
の燃焼による過剰酸素の消費に必要な燃料量と、ＮＯｘ
吸収触媒における還元処理に必要とされる燃料量とを膨
張〜排気行程において噴射させることで、過剰酸素状態
を確実に解消してＮＯｘを脱離させ、かつ、脱離された
ＮＯｘの還元処理を確実に行わせることができるという
効果がある。
の燃焼による過剰酸素の消費に必要な燃料量と、ＮＯｘ
吸収触媒における還元処理に必要とされる燃料量とを膨
張〜排気行程において噴射させることで、過剰酸素状態
を確実に解消してＮＯｘを脱離させ、かつ、脱離された
ＮＯｘの還元処理を確実に行わせることができるという
効果がある。
【００２４】請求項５記載の発明によると、リーン燃焼
状態における酸素過剰状態を、酸化触媒における燃料の
燃焼によって解消するための燃料量を、簡便かつ確実に
求めることができるという効果がある。請求項６記載の
発明によると、酸化触媒における燃料の燃焼によって過
剰酸素状態を解消し得る燃料量を、過不足なく膨張〜排
気行程において噴射させることができるという効果があ
る。
状態における酸素過剰状態を、酸化触媒における燃料の
燃焼によって解消するための燃料量を、簡便かつ確実に
求めることができるという効果がある。請求項６記載の
発明によると、酸化触媒における燃料の燃焼によって過
剰酸素状態を解消し得る燃料量を、過不足なく膨張〜排
気行程において噴射させることができるという効果があ
る。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図２は、実施の形態における内燃機関のシステム
構成を示す図であり、内燃機関１には、エアクリーナ２
を通過した空気がスロットル弁３で調量されて吸引され
る。機関１の各気筒には、燃焼室内に直接燃料を噴射す
る燃料噴射弁４がそれぞれ設けられており、該燃料噴射
弁４による燃料噴射によって燃焼室内に混合気が形成さ
れる。
する。図２は、実施の形態における内燃機関のシステム
構成を示す図であり、内燃機関１には、エアクリーナ２
を通過した空気がスロットル弁３で調量されて吸引され
る。機関１の各気筒には、燃焼室内に直接燃料を噴射す
る燃料噴射弁４がそれぞれ設けられており、該燃料噴射
弁４による燃料噴射によって燃焼室内に混合気が形成さ
れる。
【００２６】ここで、吸気行程での燃料噴射による均質
リーン燃焼運転及び／又は圧縮行程での燃料噴射による
成層リーン燃焼運転が行われるようになっており、マイ
クロコンピュータを内蔵したコントロールユニット５は
目標空燃比の混合気を形成させるべく燃料噴射弁４の燃
料噴射量及び噴射タイミングを制御する。前記燃料噴射
弁４からの燃料噴射で形成された混合気は、点火プラグ
６による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は、上
流側から順に酸化触媒７，ＮＯｘ吸収触媒８が介装され
た排気通路９を介して大気中に排出される。
リーン燃焼運転及び／又は圧縮行程での燃料噴射による
成層リーン燃焼運転が行われるようになっており、マイ
クロコンピュータを内蔵したコントロールユニット５は
目標空燃比の混合気を形成させるべく燃料噴射弁４の燃
料噴射量及び噴射タイミングを制御する。前記燃料噴射
弁４からの燃料噴射で形成された混合気は、点火プラグ
６による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は、上
流側から順に酸化触媒７，ＮＯｘ吸収触媒８が介装され
た排気通路９を介して大気中に排出される。
【００２７】前記酸化触媒７は、酸化作用のある触媒で
あり、三元触媒であっても良い。また、前記ＮＯｘ吸収
触媒８は、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンである
ときに排気中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃
比又は理論空燃比よりもリッチであるときに前記吸収し
たＮＯｘを放出して還元処理するＮＯｘ吸収型三元触媒
である。
あり、三元触媒であっても良い。また、前記ＮＯｘ吸収
触媒８は、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンである
ときに排気中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃
比又は理論空燃比よりもリッチであるときに前記吸収し
たＮＯｘを放出して還元処理するＮＯｘ吸収型三元触媒
である。
【００２８】前記ＮＯｘ吸収触媒８におけるＮＯｘの吸
放出作用を、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持
させた場合を例として説明する。尚、他の貴金属，アル
カリ金属，アルカリ土類，希土類を用いる構成の場合も
同様である。排気空燃比がリーンであるときには、図３
（Ａ）に示すように、排気中の酸素Ｏ2 が、Ｏ2-形で白
金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気中のＮＯ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上で更に酸化されつつ、硝酸イオンＮＯ3-の形
で吸収物質（バリウム) 内に吸収される。
放出作用を、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持
させた場合を例として説明する。尚、他の貴金属，アル
カリ金属，アルカリ土類，希土類を用いる構成の場合も
同様である。排気空燃比がリーンであるときには、図３
（Ａ）に示すように、排気中の酸素Ｏ2 が、Ｏ2-形で白
金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気中のＮＯ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上で更に酸化されつつ、硝酸イオンＮＯ3-の形
で吸収物質（バリウム) 内に吸収される。
【００２９】一方、ストイキ燃焼又はリッチ燃焼への切
り換えによって排気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、吸収物質内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2 の形で吸
収物質から放出される。放出されたＮＯ2 は、ＣＯ又は
ＨＣと反応してＮ2 に還元処理される。前記コントロー
ルユニット５には、燃料噴射制御のために各種センサか
らの検出信号が入力される。
り換えによって排気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、吸収物質内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2 の形で吸
収物質から放出される。放出されたＮＯ2 は、ＣＯ又は
ＨＣと反応してＮ2 に還元処理される。前記コントロー
ルユニット５には、燃料噴射制御のために各種センサか
らの検出信号が入力される。
【００３０】前記各種センサとしては、機関１の吸入空
気流量Ｑａを検出するエアフローメータ10，スロットル
弁３の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ11，機関
１の冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ12，クランク
角を検出するクランク角センサ13，前記酸化触媒７の上
流側の排気通路９に介装されて排気中の酸素濃度を検出
する酸素センサ14などが設けられている。尚、前記クラ
ンク角センサ13からの検出信号に基づいて機関回転数Ｎ
ｅ（rpm)が算出される。
気流量Ｑａを検出するエアフローメータ10，スロットル
弁３の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ11，機関
１の冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ12，クランク
角を検出するクランク角センサ13，前記酸化触媒７の上
流側の排気通路９に介装されて排気中の酸素濃度を検出
する酸素センサ14などが設けられている。尚、前記クラ
ンク角センサ13からの検出信号に基づいて機関回転数Ｎ
ｅ（rpm)が算出される。
【００３１】そして、コントロールユニット５は、図４
の制御ブロック図に示すようにして、燃料噴射弁４によ
る燃料噴射を制御する。リーン・ストイキ切り替え手段
Ａは、燃焼空燃比を、リーンとストイキ（理論空燃比）
とに切り替え、該切り替えに応じてストイキ空燃比制御
手段Ｂ又はリーン空燃比制御手段Ｃが、前記燃料噴射弁
４による燃料噴射量を制御して燃焼混合気を形成する。
の制御ブロック図に示すようにして、燃料噴射弁４によ
る燃料噴射を制御する。リーン・ストイキ切り替え手段
Ａは、燃焼空燃比を、リーンとストイキ（理論空燃比）
とに切り替え、該切り替えに応じてストイキ空燃比制御
手段Ｂ又はリーン空燃比制御手段Ｃが、前記燃料噴射弁
４による燃料噴射量を制御して燃焼混合気を形成する。
【００３２】一方、リーン空燃比制御手段Ｃにより燃料
噴射が制御されるリーン燃焼運転時には、ＮＯｘ吸収量
予測手段Ｄが前記ＮＯｘ吸収触媒８に対するＮＯｘの吸
収量を予測し、該予測結果に基づいて２次噴射許可手段
Ｅが、２次噴射（膨張〜排気行程噴射）の許可判断を下
し、噴射量算出手段Ｆ（排気行程噴射制御手段，排気行
程噴射量演算手段）は、前記２次噴射（膨張〜排気行程
噴射）における噴射量を算出して、通常の燃料噴射とは
別に、膨張〜排気行程において燃料噴射弁４による燃料
噴射を行わせる。
噴射が制御されるリーン燃焼運転時には、ＮＯｘ吸収量
予測手段Ｄが前記ＮＯｘ吸収触媒８に対するＮＯｘの吸
収量を予測し、該予測結果に基づいて２次噴射許可手段
Ｅが、２次噴射（膨張〜排気行程噴射）の許可判断を下
し、噴射量算出手段Ｆ（排気行程噴射制御手段，排気行
程噴射量演算手段）は、前記２次噴射（膨張〜排気行程
噴射）における噴射量を算出して、通常の燃料噴射とは
別に、膨張〜排気行程において燃料噴射弁４による燃料
噴射を行わせる。
【００３３】次に図５〜図10のフローチャートに従って
図４に示される各手段を詳細に説明する。図５のフロー
チャートは、リーン燃焼の許可判断を行うルーチン（リ
ーン・ストイキ切り替え手段Ａ）を示し、まず、ステッ
プ１（図中にはＳ１と記してある。以下同様）では、機
関回転数ＮｅがスライスレベルＳＬＮＥ未満であるか否
かを判別し、スライスレベルＳＬＮＥ未満であるときに
はステップ２へ進む。
図４に示される各手段を詳細に説明する。図５のフロー
チャートは、リーン燃焼の許可判断を行うルーチン（リ
ーン・ストイキ切り替え手段Ａ）を示し、まず、ステッ
プ１（図中にはＳ１と記してある。以下同様）では、機
関回転数ＮｅがスライスレベルＳＬＮＥ未満であるか否
かを判別し、スライスレベルＳＬＮＥ未満であるときに
はステップ２へ進む。
【００３４】ステップ２では、機関負荷がスライスレベ
ルＳＬＴＰ未満であるか否かを判別する。ここで、機関
負荷は、吸入空気流量Ｑａと機関回転数Ｎｅとに基づい
て演算される理論空燃比相当の基本噴射量Ｔｐ（シリン
ダ吸入空気量）で代表させることができる。ステップ２
で、機関負荷がスライスレベルＳＬＴＰ未満であると判
別されたときには、更に、ステップ３へ進み、スロット
ル開度変化率ΔＴＶＯがスライスレベルＳＬＴＶＯ未満
であるか否かを判別することで、スロットル弁３の開度
が安定している定常状態であるか否かを判別する。
ルＳＬＴＰ未満であるか否かを判別する。ここで、機関
負荷は、吸入空気流量Ｑａと機関回転数Ｎｅとに基づい
て演算される理論空燃比相当の基本噴射量Ｔｐ（シリン
ダ吸入空気量）で代表させることができる。ステップ２
で、機関負荷がスライスレベルＳＬＴＰ未満であると判
別されたときには、更に、ステップ３へ進み、スロット
ル開度変化率ΔＴＶＯがスライスレベルＳＬＴＶＯ未満
であるか否かを判別することで、スロットル弁３の開度
が安定している定常状態であるか否かを判別する。
【００３５】スロットル開度変化率ΔＴＶＯがスライス
レベルＳＬＴＶＯ未満であるときには、ステップ４へ進
み、水温ＴＷがスライスレベルＳＬＴＷを越えているか
否かを判別する。そして、水温ＴＷがスライスレベルＳ
ＬＴＷを越えているとき、即ち、低負荷低回転領域の定
常かつ完暖状態であるときには、ステップ５へ進んで、
リーン燃焼の許可を判定し、フラグＦＬＧＬＥＮに１を
セットする。
レベルＳＬＴＶＯ未満であるときには、ステップ４へ進
み、水温ＴＷがスライスレベルＳＬＴＷを越えているか
否かを判別する。そして、水温ＴＷがスライスレベルＳ
ＬＴＷを越えているとき、即ち、低負荷低回転領域の定
常かつ完暖状態であるときには、ステップ５へ進んで、
リーン燃焼の許可を判定し、フラグＦＬＧＬＥＮに１を
セットする。
【００３６】一方、ステップ１〜４のリーン許可条件の
うちのいずれか１つでも成立していないときには、ステ
ップ６へ進み、リーン燃焼の不許可を判定して前記フラ
グＦＬＧＬＥＮに０をセットする。ステップ７では、前
記ＮＯｘ吸収触媒８におけるＮＯｘ吸収量の予測値であ
るＳＩＧＮＯに０をセットする。リーン燃焼運転でな
く、理論空燃比（又はリッチ）燃焼運転を行わせるとき
には、前記ＮＯｘ吸収触媒８においてＮＯｘが逐次還元
処理され、ＮＯｘが吸収されることがないので、前述の
ように、吸収量ＳＩＧＮＯに０をセットする。
うちのいずれか１つでも成立していないときには、ステ
ップ６へ進み、リーン燃焼の不許可を判定して前記フラ
グＦＬＧＬＥＮに０をセットする。ステップ７では、前
記ＮＯｘ吸収触媒８におけるＮＯｘ吸収量の予測値であ
るＳＩＧＮＯに０をセットする。リーン燃焼運転でな
く、理論空燃比（又はリッチ）燃焼運転を行わせるとき
には、前記ＮＯｘ吸収触媒８においてＮＯｘが逐次還元
処理され、ＮＯｘが吸収されることがないので、前述の
ように、吸収量ＳＩＧＮＯに０をセットする。
【００３７】図６のフローチャートは、理論空燃比燃焼
時における噴射量Ｔｉ制御の様子（ストイキ空燃比制御
手段Ｂ）を示すものであり、ステップ11では、吸入空気
流量Ｑａ及び機関回転数Ｎｅの検出値を読み込む。ステ
ップ12では、基本噴射量Ｔｐを、 Ｔｐ＝ｋ×Ｑａ／Ｎｅ （ｋは定数） として演算する。
時における噴射量Ｔｉ制御の様子（ストイキ空燃比制御
手段Ｂ）を示すものであり、ステップ11では、吸入空気
流量Ｑａ及び機関回転数Ｎｅの検出値を読み込む。ステ
ップ12では、基本噴射量Ｔｐを、 Ｔｐ＝ｋ×Ｑａ／Ｎｅ （ｋは定数） として演算する。
【００３８】ステップ13では、酸素センサ14の信号に基
づいて実際の空燃比の理論空燃比に対するリッチ・リー
ンを判定し、該リッチ・リーンの判定結果に基づいて、
空燃比フィードバック補正係数αを例えば比例・積分制
御する。ステップ14では、前記基本噴射量Ｔｐを、前記
空燃比フィードバック補正係数α等によって補正して最
終的な燃料噴射量Ｔｉを演算する。
づいて実際の空燃比の理論空燃比に対するリッチ・リー
ンを判定し、該リッチ・リーンの判定結果に基づいて、
空燃比フィードバック補正係数αを例えば比例・積分制
御する。ステップ14では、前記基本噴射量Ｔｐを、前記
空燃比フィードバック補正係数α等によって補正して最
終的な燃料噴射量Ｔｉを演算する。
【００３９】Ｔｉ＝Ｔｐ×α
コントロールユニット５は、各気筒の吸気行程に合わせ
た噴射タイミングにおいて、前記燃料噴射量Ｔｉに相当
するパルス幅の噴射パルス信号を燃料噴射弁４に出力し
て、燃料噴射弁４による燃料噴射を制御し、理論空燃比
（ストイキ）燃焼運転を行わせる。
た噴射タイミングにおいて、前記燃料噴射量Ｔｉに相当
するパルス幅の噴射パルス信号を燃料噴射弁４に出力し
て、燃料噴射弁４による燃料噴射を制御し、理論空燃比
（ストイキ）燃焼運転を行わせる。
【００４０】一方、図７のフローチャートは、リーン燃
焼時における噴射量Ｔｉ制御の様子（リーン空燃比制御
手段Ｃ）を示すものであり、ステップ21では、吸入空気
流量Ｑａ及び機関回転数Ｎｅの検出値を読み込み、ステ
ップ22では、理論空燃比相当の基本噴射量Ｔｐを演算す
る。そして、ステップ23では、そのときの目標空燃比
と、前記理論空燃比相当の基本噴射量Ｔｐとに基づい
て、リーン燃焼時の燃料噴射量Ｔｉを演算する。
焼時における噴射量Ｔｉ制御の様子（リーン空燃比制御
手段Ｃ）を示すものであり、ステップ21では、吸入空気
流量Ｑａ及び機関回転数Ｎｅの検出値を読み込み、ステ
ップ22では、理論空燃比相当の基本噴射量Ｔｐを演算す
る。そして、ステップ23では、そのときの目標空燃比
と、前記理論空燃比相当の基本噴射量Ｔｐとに基づい
て、リーン燃焼時の燃料噴射量Ｔｉを演算する。
【００４１】Ｔｉ＝Ｔｐ×14.7／目標空燃比
コントロールユニット５は、成層リーン燃焼を行わせる
場合には各気筒の圧縮行程において、また、均質リーン
燃焼を行わせる場合には各気筒の吸気行程において、前
記燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の噴射パルス信号
を燃料噴射弁４に出力して、リーン燃焼運転を行わせ
る。
場合には各気筒の圧縮行程において、また、均質リーン
燃焼を行わせる場合には各気筒の吸気行程において、前
記燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の噴射パルス信号
を燃料噴射弁４に出力して、リーン燃焼運転を行わせ
る。
【００４２】ここで、リーン燃焼運転中には、前述のよ
うにＮＯｘがＮＯｘ吸収触媒８に吸収されることにな
り、このＮＯｘ吸収触媒８に対するＮＯｘ吸収量が、図
８のフローチャートに示すようにして推定される（ＮＯ
ｘ吸収量予測手段Ｄ）。図８のフローチャートは、１se
c 毎に実行されるようになっており、ステップ31では、
前記フラグＦＬＧＬＥＮの判別によってリーン燃焼状態
であるか否かを判別する。
うにＮＯｘがＮＯｘ吸収触媒８に吸収されることにな
り、このＮＯｘ吸収触媒８に対するＮＯｘ吸収量が、図
８のフローチャートに示すようにして推定される（ＮＯ
ｘ吸収量予測手段Ｄ）。図８のフローチャートは、１se
c 毎に実行されるようになっており、ステップ31では、
前記フラグＦＬＧＬＥＮの判別によってリーン燃焼状態
であるか否かを判別する。
【００４３】前記フラグＦＬＧＬＥＮに１がセットされ
ていてリーン燃焼が許可される条件であるときには、ス
テップ32へ進み、前記ＮＯｘ吸収触媒８に吸収されたＮ
Ｏｘを還元処理するための膨張〜排気行程噴射の許可状
態であるか否かを、フラグＦＬＧＲＳに基づいて判別す
る。尚、上記膨張〜排気行程噴射及びフラグＦＬＧＲＳ
については、後に詳細に説明する。
ていてリーン燃焼が許可される条件であるときには、ス
テップ32へ進み、前記ＮＯｘ吸収触媒８に吸収されたＮ
Ｏｘを還元処理するための膨張〜排気行程噴射の許可状
態であるか否かを、フラグＦＬＧＲＳに基づいて判別す
る。尚、上記膨張〜排気行程噴射及びフラグＦＬＧＲＳ
については、後に詳細に説明する。
【００４４】前記フラグＦＬＧＲＳに０がセットされて
いて、ＮＯｘ還元処理のための膨張〜排気行程噴射が行
われない状態であるとき、換言すれば、ＮＯｘ吸収触媒
８にＮＯｘが吸収されるリーン燃焼運転時であるときに
は、ステップ33へ進む。ステップ33では、機関回転数Ｎ
ｅ及び機関負荷を代表する基本噴射量Ｔｐを読み込む。
いて、ＮＯｘ還元処理のための膨張〜排気行程噴射が行
われない状態であるとき、換言すれば、ＮＯｘ吸収触媒
８にＮＯｘが吸収されるリーン燃焼運転時であるときに
は、ステップ33へ進む。ステップ33では、機関回転数Ｎ
ｅ及び機関負荷を代表する基本噴射量Ｔｐを読み込む。
【００４５】ステップ34では、予め機関回転数Ｎｅ及び
機関負荷をパラメータとして１秒当たりのＮＯｘ排出量
ＮＯＧを記憶したマップを参照し、現在の機関回転数Ｎ
ｅ及び機関負荷に対応する排出量ＮＯＧを読み出す。ス
テップ35では、前記ステップ34で読み出した排出量ＮＯ
Ｇをそれまでの吸収量ＳＩＧＮＯに加算して、該加算結
果を新たな吸収量ＳＩＧＮＯとする。即ち、リーン燃焼
運転中には、機関回転数Ｎｅ及び機関負荷から推定され
る機関１からのＮＯｘ排出量を逐次積算して、ＮＯｘ吸
収触媒８に対するＮＯｘの吸収量を予測する。
機関負荷をパラメータとして１秒当たりのＮＯｘ排出量
ＮＯＧを記憶したマップを参照し、現在の機関回転数Ｎ
ｅ及び機関負荷に対応する排出量ＮＯＧを読み出す。ス
テップ35では、前記ステップ34で読み出した排出量ＮＯ
Ｇをそれまでの吸収量ＳＩＧＮＯに加算して、該加算結
果を新たな吸収量ＳＩＧＮＯとする。即ち、リーン燃焼
運転中には、機関回転数Ｎｅ及び機関負荷から推定され
る機関１からのＮＯｘ排出量を逐次積算して、ＮＯｘ吸
収触媒８に対するＮＯｘの吸収量を予測する。
【００４６】尚、ＮＯｘ吸収量の予測方法を上記に限定
するものではなく、機関回転数及び機関負荷以外の条件
で燃焼空燃比が変化する場合には、燃焼空燃比をパラメ
ータに含めてＮＯｘ吸収量を予測させれば良い。図９の
フローチャートは、前記吸収量ＳＩＧＮＯに基づいてリ
ーン燃焼運転中にＮＯｘを脱離・還元処理するための制
御（２次噴射許可手段Ｅ）を示すものである。
するものではなく、機関回転数及び機関負荷以外の条件
で燃焼空燃比が変化する場合には、燃焼空燃比をパラメ
ータに含めてＮＯｘ吸収量を予測させれば良い。図９の
フローチャートは、前記吸収量ＳＩＧＮＯに基づいてリ
ーン燃焼運転中にＮＯｘを脱離・還元処理するための制
御（２次噴射許可手段Ｅ）を示すものである。
【００４７】ステップ41では、前記推定された吸収量Ｓ
ＩＧＮＯがスライスレベルＳＬＳＮＯを越えているか否
かを判別する。そして、ＮＯｘ吸収触媒８におけるＮＯ
ｘ吸収量ＳＩＧＮＯがスライスレベルＳＬＳＮＯを越え
ているときには、ステップ42へ進み、ＮＯｘ処理時間Ｎ
ＯＴＩＭＥ（ＮＯｘ浄化のための膨張〜排気行程噴射の
継続時間）がスライスレベルＳＬＮＯＴＭ未満であるか
否かを判別する。
ＩＧＮＯがスライスレベルＳＬＳＮＯを越えているか否
かを判別する。そして、ＮＯｘ吸収触媒８におけるＮＯ
ｘ吸収量ＳＩＧＮＯがスライスレベルＳＬＳＮＯを越え
ているときには、ステップ42へ進み、ＮＯｘ処理時間Ｎ
ＯＴＩＭＥ（ＮＯｘ浄化のための膨張〜排気行程噴射の
継続時間）がスライスレベルＳＬＮＯＴＭ未満であるか
否かを判別する。
【００４８】ＮＯｘ処理時間ＮＯＴＩＭＥがスライスレ
ベルＳＬＮＯＴＭ未満であるときには、ＮＯｘ吸収触媒
８に吸収されたＮＯｘの脱離・還元を行うための処理を
行わせるべく、ステップ43へ進んで、フラグＦＬＧＲＳ
に１をセットする。一方、ＮＯｘ処理時間ＮＯＴＩＭＥ
がスライスレベルＳＬＮＯＴＭ以上になったときには、
スライスレベルＳＬＳＮＯを越えるまでに増大したＮＯ
ｘ吸収量ＳＩＧＮＯの脱離・還元処理が終了したものと
見做し、ステップ44で前記ＮＯｘ吸収量ＳＩＧＮＯをゼ
ロリセットした後、ステップ45へ進んで、前記フラグＦ
ＬＧＲＳに０をセットする。
ベルＳＬＮＯＴＭ未満であるときには、ＮＯｘ吸収触媒
８に吸収されたＮＯｘの脱離・還元を行うための処理を
行わせるべく、ステップ43へ進んで、フラグＦＬＧＲＳ
に１をセットする。一方、ＮＯｘ処理時間ＮＯＴＩＭＥ
がスライスレベルＳＬＮＯＴＭ以上になったときには、
スライスレベルＳＬＳＮＯを越えるまでに増大したＮＯ
ｘ吸収量ＳＩＧＮＯの脱離・還元処理が終了したものと
見做し、ステップ44で前記ＮＯｘ吸収量ＳＩＧＮＯをゼ
ロリセットした後、ステップ45へ進んで、前記フラグＦ
ＬＧＲＳに０をセットする。
【００４９】ステップ41でＮＯｘ吸収量ＳＩＧＮＯがス
ライスレベルＳＬＳＮＯ以下であると判別されたときに
も、吸収されたＮＯｘの脱離・還元処理は必要ないもの
と判断して、ステップ45へ進む。前記ＮＯｘ吸収触媒８
においてはリーン燃焼運転中にＮＯｘを吸収し、運転が
理論空燃比燃焼又はリッチ燃焼に切り換われば、それま
でに吸収したＮＯｘが脱離・還元処理されることになる
が、リーン燃焼運転が継続されてＮＯｘを脱離・還元処
理する機会がないと、ＮＯｘ吸収量が最大吸収量を越え
るようになってしまい、機関１から排出されるＮＯｘが
そのまま大気中に排出されることになってしまう。
ライスレベルＳＬＳＮＯ以下であると判別されたときに
も、吸収されたＮＯｘの脱離・還元処理は必要ないもの
と判断して、ステップ45へ進む。前記ＮＯｘ吸収触媒８
においてはリーン燃焼運転中にＮＯｘを吸収し、運転が
理論空燃比燃焼又はリッチ燃焼に切り換われば、それま
でに吸収したＮＯｘが脱離・還元処理されることになる
が、リーン燃焼運転が継続されてＮＯｘを脱離・還元処
理する機会がないと、ＮＯｘ吸収量が最大吸収量を越え
るようになってしまい、機関１から排出されるＮＯｘが
そのまま大気中に排出されることになってしまう。
【００５０】そこで、リーン燃焼中にＮＯｘ吸収量ＳＩ
ＧＮＯが許容量ＳＬＳＮＯを越えたときには、ＮＯｘ吸
収触媒８の雰囲気を強制的に還元雰囲気として吸収され
たＮＯｘの脱離・還元を行わせる必要があり、本願発明
では、ＮＯｘ吸収触媒８の上流側に介装した酸化触媒７
と膨張〜排気行程での燃料噴射との組み合わせによっ
て、リーン燃焼運転を行わせたまま前記還元雰囲気を作
り出せるようにしている。
ＧＮＯが許容量ＳＬＳＮＯを越えたときには、ＮＯｘ吸
収触媒８の雰囲気を強制的に還元雰囲気として吸収され
たＮＯｘの脱離・還元を行わせる必要があり、本願発明
では、ＮＯｘ吸収触媒８の上流側に介装した酸化触媒７
と膨張〜排気行程での燃料噴射との組み合わせによっ
て、リーン燃焼運転を行わせたまま前記還元雰囲気を作
り出せるようにしている。
【００５１】図10のフローチャートは、前記膨張〜排気
行程噴射の制御の様子（噴射量算出手段Ｆ：排気行程噴
射制御手段，排気行程噴射量演算手段）を示すものであ
り、ステップ51では、前記フラグＦＬＧＲＳに１がセッ
トされているか否かを判別する。前記フラグＦＬＧＲＳ
に１がセットされている場合には、ステップ52へ進み、
過剰酸素を消費させるために各気筒の膨張〜排気行程で
噴射させる燃料噴射量ＴＩＯ２を、 ＴＩＯ２＝Ｔｐ×（１−14.7／目標空燃比） として演算する。
行程噴射の制御の様子（噴射量算出手段Ｆ：排気行程噴
射制御手段，排気行程噴射量演算手段）を示すものであ
り、ステップ51では、前記フラグＦＬＧＲＳに１がセッ
トされているか否かを判別する。前記フラグＦＬＧＲＳ
に１がセットされている場合には、ステップ52へ進み、
過剰酸素を消費させるために各気筒の膨張〜排気行程で
噴射させる燃料噴射量ＴＩＯ２を、 ＴＩＯ２＝Ｔｐ×（１−14.7／目標空燃比） として演算する。
【００５２】前記基本噴射量Ｔｐは、理論空燃比相当の
基本噴射量であり、シリンダ吸入空気量を示すことにな
り、目標空燃比はそのときの燃焼空燃比である。上記燃
料噴射量ＴＩＯ２は、理論空燃比相当の基本噴射量Ｔｐ
からリーン燃焼相当の基本噴射量Ｔｐ’を減算した値と
なり、このＴＩＯ２分だけ燃焼に供する燃料量が少ない
ために過剰酸素の排気が排出されることになる。前記燃
料噴射弁４は燃焼室内に直接燃料を噴射するから、膨張
〜排気行程で燃料を噴射させると、排気と共に燃料がそ
のまま排気系に流れ出すことになり、この燃焼室から排
出された燃料は、酸化触媒７の酸化作用で燃焼し、酸素
を消費することになる。従って、前記燃料量ＴＩＯ２だ
け膨張〜排気行程で燃料を噴射させれば、酸化触媒７に
おいて燃料が燃焼することで、過剰酸素が消費される。
基本噴射量であり、シリンダ吸入空気量を示すことにな
り、目標空燃比はそのときの燃焼空燃比である。上記燃
料噴射量ＴＩＯ２は、理論空燃比相当の基本噴射量Ｔｐ
からリーン燃焼相当の基本噴射量Ｔｐ’を減算した値と
なり、このＴＩＯ２分だけ燃焼に供する燃料量が少ない
ために過剰酸素の排気が排出されることになる。前記燃
料噴射弁４は燃焼室内に直接燃料を噴射するから、膨張
〜排気行程で燃料を噴射させると、排気と共に燃料がそ
のまま排気系に流れ出すことになり、この燃焼室から排
出された燃料は、酸化触媒７の酸化作用で燃焼し、酸素
を消費することになる。従って、前記燃料量ＴＩＯ２だ
け膨張〜排気行程で燃料を噴射させれば、酸化触媒７に
おいて燃料が燃焼することで、過剰酸素が消費される。
【００５３】ステップ53では、予めＮＯｘ吸収量ＳＩＧ
ＮＯに応じてＮＯｘ還元のための燃料量ＴＩＮＯを記憶
したテーブルを参照し、そのときの吸収量ＳＩＧＮＯに
対応する燃料量ＴＩＮＯを読み出す。そして、ステップ
54では、前記ＴＩＯ２とＴＩＮＯとの合計を、最終的な
膨張〜排気行程における燃料噴射量ＴＩＲＳにセットす
る。コントロールユニット５は、吸気行程又は圧縮行程
での燃焼に供される燃料噴射の他に、各気筒の膨張〜排
気行程において前記燃料噴射量ＴＩＲＳに相当するパル
ス幅の噴射パルス信号を各燃料噴射弁４に出力する。
ＮＯに応じてＮＯｘ還元のための燃料量ＴＩＮＯを記憶
したテーブルを参照し、そのときの吸収量ＳＩＧＮＯに
対応する燃料量ＴＩＮＯを読み出す。そして、ステップ
54では、前記ＴＩＯ２とＴＩＮＯとの合計を、最終的な
膨張〜排気行程における燃料噴射量ＴＩＲＳにセットす
る。コントロールユニット５は、吸気行程又は圧縮行程
での燃焼に供される燃料噴射の他に、各気筒の膨張〜排
気行程において前記燃料噴射量ＴＩＲＳに相当するパル
ス幅の噴射パルス信号を各燃料噴射弁４に出力する。
【００５４】ここで、前記燃料噴射量ＴＩＲＳによる排
気行程噴射の開始から前記図９のフローチャートのステ
ップ２で判別される一定時間ＳＬＮＯＴＭが経過する
と、ＮＯｘ吸収量ＳＩＧＮＯがゼロリセットされると共
に、フラグＦＬＧＲＳに１がセットされることで、ステ
ップ51からステップ55に進むようになる。そして、ステ
ップ55で前記燃料噴射量ＴＩＲＳに０がセットされるよ
うになることで、膨張〜排気行程での燃料噴射が停止さ
れ、通常のリーン燃焼のための吸気或いは圧縮行程での
噴射のみが行われるようになる。
気行程噴射の開始から前記図９のフローチャートのステ
ップ２で判別される一定時間ＳＬＮＯＴＭが経過する
と、ＮＯｘ吸収量ＳＩＧＮＯがゼロリセットされると共
に、フラグＦＬＧＲＳに１がセットされることで、ステ
ップ51からステップ55に進むようになる。そして、ステ
ップ55で前記燃料噴射量ＴＩＲＳに０がセットされるよ
うになることで、膨張〜排気行程での燃料噴射が停止さ
れ、通常のリーン燃焼のための吸気或いは圧縮行程での
噴射のみが行われるようになる。
【００５５】前記燃料量ＴＩＯ２だけ膨張〜排気行程で
燃料を噴射させることで、過剰酸素状態を解消して、Ｎ
Ｏｘ吸収触媒８に流入する排気の空燃比をリッチにでき
るものの、ＮＯｘの還元処理には、同時にＨＣの酸化処
理が行われる必要がある。そのため、酸化触媒７で燃焼
せずにＮＯｘ吸収触媒８に到達して、ＮＯｘ還元処理と
同時に酸化処理されるＨＣを確保すべく、ＮＯｘ吸収量
に応じた燃料量ＴＩＮＯを前記燃料量ＴＩＯ２に加えて
噴射させるものである。
燃料を噴射させることで、過剰酸素状態を解消して、Ｎ
Ｏｘ吸収触媒８に流入する排気の空燃比をリッチにでき
るものの、ＮＯｘの還元処理には、同時にＨＣの酸化処
理が行われる必要がある。そのため、酸化触媒７で燃焼
せずにＮＯｘ吸収触媒８に到達して、ＮＯｘ還元処理と
同時に酸化処理されるＨＣを確保すべく、ＮＯｘ吸収量
に応じた燃料量ＴＩＮＯを前記燃料量ＴＩＯ２に加えて
噴射させるものである。
【００５６】上記のように燃料噴射量ＴＩＲＳだけ膨張
〜排気行程噴射を行わせれば、酸化触媒７における燃焼
によって過剰酸素状態が解消されて排気空燃比がリッチ
となり、下流側のＮＯｘ吸収触媒８においてＮＯｘの脱
離が行われるようになり、更に、酸化触媒７で燃焼せず
にＮＯｘ吸収触媒８に流れ込む燃料（ＨＣ）の酸化反応
に伴ってＮＯｘの還元処理が行われることになる。
〜排気行程噴射を行わせれば、酸化触媒７における燃焼
によって過剰酸素状態が解消されて排気空燃比がリッチ
となり、下流側のＮＯｘ吸収触媒８においてＮＯｘの脱
離が行われるようになり、更に、酸化触媒７で燃焼せず
にＮＯｘ吸収触媒８に流れ込む燃料（ＨＣ）の酸化反応
に伴ってＮＯｘの還元処理が行われることになる。
【００５７】上記のように、膨張〜排気行程での噴射
（２次噴射）により供給された燃料は酸化触媒７で燃焼
することになるが、一般に、ＮＯｘ吸収触媒８に比して
酸化触媒（三元触媒）７の耐熱性が高いために触媒劣化
の原因となることがない。また、上記のように、過剰酸
素状態を解消するのに要する燃料量と、脱離されたＮＯ
ｘを還元処理するのに要する燃料（ＨＣ）量とに基づい
て、膨張〜排気行程で噴射させる燃料量を決定する構成
であれば、確実にＮＯｘの脱離，還元処理を行え、然
も、燃費性能の悪化を回避できる。
（２次噴射）により供給された燃料は酸化触媒７で燃焼
することになるが、一般に、ＮＯｘ吸収触媒８に比して
酸化触媒（三元触媒）７の耐熱性が高いために触媒劣化
の原因となることがない。また、上記のように、過剰酸
素状態を解消するのに要する燃料量と、脱離されたＮＯ
ｘを還元処理するのに要する燃料（ＨＣ）量とに基づい
て、膨張〜排気行程で噴射させる燃料量を決定する構成
であれば、確実にＮＯｘの脱離，還元処理を行え、然
も、燃費性能の悪化を回避できる。
【００５８】ところで、膨張〜排気行程での燃料噴射に
よって、ＮＯｘ吸収触媒８に流れ込む排気の空燃比を確
実にリッチにするために、図11に示すように、酸化触媒
７の下流側でＮＯｘ吸収触媒８上流側の排気通路９に、
排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を広域に検出で
きる空燃比センサ15（排気空燃比検出手段）を設け、前
記燃料噴射量ＴＩＲＳを前記空燃比センサ15による検出
結果に基づいてフィードバック制御するようにしても良
い（噴射量フィードバック手段）。
よって、ＮＯｘ吸収触媒８に流れ込む排気の空燃比を確
実にリッチにするために、図11に示すように、酸化触媒
７の下流側でＮＯｘ吸収触媒８上流側の排気通路９に、
排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を広域に検出で
きる空燃比センサ15（排気空燃比検出手段）を設け、前
記燃料噴射量ＴＩＲＳを前記空燃比センサ15による検出
結果に基づいてフィードバック制御するようにしても良
い（噴射量フィードバック手段）。
【００５９】具体的には、前記空燃比センサ15で検出さ
れる排気空燃比と、ＮＯｘ吸収触媒８に流入させる排気
の目標空燃比とを比較し、目標よりも実際の空燃比がリ
ーンであるときには噴射量を増量修正し、逆に、リッチ
であるときには噴射量を減量修正するようにする。かか
る構成とすれば、各種のばらつき要因があっても、ＮＯ
ｘ吸収触媒８入口における排気空燃比をリッチ状態とし
て、ＮＯｘ吸収触媒８に吸収されたＮＯｘの脱離・還元
を確実に行わせることができる。
れる排気空燃比と、ＮＯｘ吸収触媒８に流入させる排気
の目標空燃比とを比較し、目標よりも実際の空燃比がリ
ーンであるときには噴射量を増量修正し、逆に、リッチ
であるときには噴射量を減量修正するようにする。かか
る構成とすれば、各種のばらつき要因があっても、ＮＯ
ｘ吸収触媒８入口における排気空燃比をリッチ状態とし
て、ＮＯｘ吸収触媒８に吸収されたＮＯｘの脱離・還元
を確実に行わせることができる。
【図１】請求項３記載の発明に係る排気浄化装置の基本
構成を示すブロック図。
構成を示すブロック図。
【図２】実施の形態における内燃機関のシステム構成
図。
図。
【図３】ＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘの吸放出作用を説明す
るための図。
るための図。
【図４】上記実施の形態における基本的な燃料制御ブロ
ック図。
ック図。
【図５】リーン・ストイキの切り替え制御を示すフロー
チャート。
チャート。
【図６】ストイキ燃焼時の燃料噴射制御を示すフローチ
ャート。
ャート。
【図７】リーン燃焼時の燃料噴射制御を示すフローチャ
ート。
ート。
【図８】ＮＯｘ吸収量の予測制御を示すフローチャー
ト。
ト。
【図９】膨張〜排気行程噴射の許可制御を示すフローチ
ャート。
ャート。
【図10】膨張〜排気行程噴射の噴射量演算を示すフロー
チャート。
チャート。
【図11】第２の実施の形態における内燃機関のシステム
構成図。
構成図。
１ 内燃機関
２ エアクリーナ
３ スロットル弁
４ 燃料噴射弁
５ コントロールユニット
６ 点火プラグ
７ 酸化触媒
８ ＮＯｘ吸収触媒
９ 排気通路
10 エアフローメータ
11 スロットルセンサ
12 水温センサ
13 クランク角センサ
14 酸素センサ
15 空燃比センサ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｒ
Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３２５Ａ
41/04 ３０５ 41/04 ３０５Ｚ
41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ａ
(56)参考文献 特開 平８−200045（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−32619（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−312408（ＪＰ，Ａ)
国際公開96／22457（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02D 41/34
F01N 3/08
F01N 3/24
F02D 41/02 325
F02D 41/04 305
F02D 41/14 310
Claims (6)
- 【請求項１】内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する
燃料噴射弁を備え、理論空燃比よりもリーン空燃比での
燃焼運転を行いうる内燃機関の排気浄化装置であって、 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
中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比又は理論
空燃比よりもリッチであるときに前記吸収したＮＯｘを
放出して還元処理するＮＯｘ吸収触媒と、該ＮＯｘ吸収
触媒よりも上流側の排気通路に介装される酸化触媒とを
備え、リーン燃焼中に前記燃料噴射弁により膨張〜排気
行程で燃料を噴射させることにより、前記ＮＯｘ吸収触
媒の入口での排気空燃比をリッチにして、前記ＮＯｘ吸
収触媒に吸収されたＮＯｘの還元処理を行うと共に、前
記膨張〜排気行程で噴射される燃料量を、吸入空気量，
燃焼空燃比，ＮＯｘ吸収触媒におけるＮＯｘ吸収量に応
じて設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装
置。 - 【請求項２】前記吸入空気量と燃焼空燃比とに基づいて
前記酸化触媒における酸化反応で排気中の酸素を消費す
る分の燃料量を演算する一方、前記ＮＯｘ吸収触媒にお
けるＮＯｘ吸収量に基づいてＮＯｘを還元処理する分の
燃料量を演算し、これらの合計を膨張〜排気行程で噴射
する燃料量とすることを特徴とする請求項１記載の内燃
機関の排気浄化装置。 - 【請求項３】内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する
燃料噴射弁を備え、理論空燃比よりもリーン空燃比での
燃焼運転を行いうる内燃機関の排気浄化装置であって、 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
中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比又は理論
空燃比よりもリッチであるときに前記吸収したＮＯｘを
放出して還元処理するＮＯｘ吸収触媒と、 該ＮＯｘ吸収触媒よりも上流側の排気通路に介装される
酸化触媒と、 前記ＮＯｘ吸収触媒におけるＮＯｘの吸収量を予測する
ＮＯｘ吸収量予測手段と、 リーン燃焼運転中に前記ＮＯｘ吸収量予測手段で予測さ
れるＮＯｘ吸収量が所定値以上になったときに、前記燃
料噴射弁により膨張〜排気行程中に燃料噴射を所定期間
だけ行わせる排気行程噴射制御手段と、 前記排気行程噴射制御手段による燃料噴射量を、機関の
吸入空気量，燃焼空燃比及び前記ＮＯｘ吸収量予測手段
で予測されたＮＯｘ吸収量に基づいて演算する排気行程
噴射量演算手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の排気浄
化装置。 - 【請求項４】前記排気行程噴射量演算手段が、前記吸入
空気量と燃焼空燃比とに基づいて前記酸化触媒における
酸化反応で排気中の酸素を消費する分の燃料量を演算す
る一方、前記ＮＯｘ吸収触媒におけるＮＯｘ吸収量に基
づいてＮＯｘを還元処理する分の燃料量を演算し、これ
らの合計を膨張〜排気行程で噴射する燃料量として演算
することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄
化装置。 - 【請求項５】前記排気行程噴射量演算手段が、機関の吸
入空気量と燃焼空燃比とに基づいて、理論空燃比燃焼時
相当の燃料噴射量とそのときの燃焼空燃比での燃料噴射
量との差分を演算し、この差分を前記酸化触媒における
酸化反応で排気中の酸素を消費する分の燃料量とするこ
とを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排気浄化装
置。 - 【請求項６】前記酸化触媒の下流側でかつ前記ＮＯｘ吸
収触媒の上流側の排気通路において排気空燃比を検出す
る排気空燃比検出手段と、 該排気空燃比検出手段で検出される排気空燃比に基づい
て前記排気行程噴射制御手段による膨張〜排気行程での
燃料噴射量をフィードバック補正する噴射量フィードバ
ック手段と、 を設けたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つ
に記載の内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20640997A JP3509482B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20640997A JP3509482B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1150894A JPH1150894A (ja) | 1999-02-23 |
| JP3509482B2 true JP3509482B2 (ja) | 2004-03-22 |
Family
ID=16522895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20640997A Expired - Lifetime JP3509482B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3509482B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7703275B2 (en) | 2003-12-01 | 2010-04-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust purification device of compression ignition type internal combustion engine |
| SE0401217D0 (sv) | 2004-05-11 | 2004-05-11 | Hoeganaes Ab | Electrical machine and method for producing an electrical machine |
| JP2007255310A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp | 排気浄化装置 |
| JP4665830B2 (ja) * | 2006-05-24 | 2011-04-06 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化システム |
| JP4816599B2 (ja) * | 2007-09-04 | 2011-11-16 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化システム |
-
1997
- 1997-07-31 JP JP20640997A patent/JP3509482B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1150894A (ja) | 1999-02-23 |
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