(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中の窒素酸化物を吸収し、排気ガスの空燃比が理論空燃比あるいはリッチのときに吸収した窒素酸化物を還元する窒素酸化物浄化手段を有する内燃機関の排気浄化装置において、
ａ．前記内燃機関がクルーズ運転状態にあるか否か検出するクルーズ運転状態検出手段、
ｂ．前記内燃機関がクルーズ運転状態にあることが検出されたとき、前記内燃機関のクランク角速度の変化を検出して所定値と比較する比較手段、
ｃ．前記検出されたクランク角速度の変化が所定値未満のとき、前記窒素酸化物浄化手段が硫黄による被毒状態にある場合、前記内燃機関に供給する点火時期を遅角させて排気温度を上昇させる排気温度上昇手段、
および
ｄ．前記検出されたクランク角速度の変化が所定値以上のとき、前記内燃機関に供給する吸入空気量を増量する吸入空気量増量手段、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、リーンバーン機関など空燃比のリーン化が進みつつあり、そのような機関にあっては、排気ガスがリーン雰囲気にあるときに排気ガス中の窒素酸化物を吸収し、排気ガスが理論空燃比以下のリッチ雰囲気にあるときに吸収した窒素酸化物を還元（浄化）するＮＯｘ吸収材（ＮＯｘ吸収触媒。窒素酸化物浄化手段）などを用いてリーン雰囲気でのＮＯｘ（窒素酸化物）成分の浄化を図っている。
【０００３】
ところで、燃料には硫黄Ｓが含まれているが、その硫黄が触媒表面あるいはミクロポアにＳＯｘ（硫黄酸化物）として付着（吸収）すると、触媒の浄化効率が低下する。特に、上記したＮＯｘ吸収材にあっては、硫黄を吸収し易く、いわゆる硫黄被毒を生じてＮＯｘ吸収効率が低下する。
【０００４】
ＮＯｘ吸収材の吸収（吸着）あるいは還元（脱離）に適した温度は２５０℃から５５０℃であるが、硫黄被毒再生に適する温度はそれよりも高く、リッチ雰囲気であれば６００℃程度であり、さらに７００℃程度まで昇温されると、一層効果的に硫黄被毒から再生することができる。
【０００５】
そこで、特開平８−１００６３９号公報において、走行距離などから硫黄による被毒状態にあるか否か推定し、被毒状態にあるときは中高負荷域において点火時期を遅角して排気温度を上昇させ、付着した硫黄を燃焼除去すると共に、機関回転数および負荷からマップを検索して得た値だけ吸入空気量を増量補正し、点火時期遅角によって低下した機関出力を回復させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来技術においては、機関回転数と負荷から予め設定された特性（マップ）を検索して増加吸入空気量を求めて行うのみで、実際に機関出力の変動を検出して吸入空気量の増量補正を行うものではなかった。
【０００７】
さらに、上記した従来技術においては、機関出力が安定した運転フィーリングが悪化しない中負荷域から高負荷域において点火時期遅角補正および吸入空気量増加補正を行っているが、特にクルーズ運転状態のような低負荷域にあっては、遅角補正による機関出力変化が大きくなり、ドライバビリティの低下を招く。
【０００８】
従って、この発明の目的は上記した不都合を解消することにあり、クルーズ運転状態にあるとき、クランク角速度の変化から機関出力の変動を監視し、クランク角速度の変化が所定値未満のとき、点火時期を遅角させて排気温度を昇温させると共に、クランク角速度の変化が所定値以上のとき、吸入空気量を増量補正し、よってクルーズ運転状態における機関出力の変動を抑制してドライバビリティを向上させるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１項にあっては、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中の窒素酸化物を吸収し、排気ガスの空燃比が理論空燃比あるいはリッチのときに吸収した窒素酸化物を還元する窒素酸化物浄化手段を有する内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関がクルーズ運転状態にあるか否か検出するクルーズ運転状態検出手段、前記内燃機関がクルーズ運転状態にあることが検出されたとき、前記内燃機関のクランク角速度の変化を検出して所定値と比較する比較手段、前記検出されたクランク角速度の変化が所定値未満のとき、前記窒素酸化物浄化手段が硫黄による被毒状態にある場合、前記内燃機関に供給する点火時期を遅角させて排気温度を上昇させる排気温度上昇手段、および前記検出されたクランク角速度の変化が所定値以上のとき、前記内燃機関に供給する吸入空気量を増量する吸入空気量増量手段を備える如く構成した。
【００１０】
これにより、遅角補正によるエンジン出力（トルク）が比較的大きいと判断されるときは吸入空気量を増量、より詳しくは所定量だけ増量補正するので、点火時期遅角補正によって低下したエンジン出力（トルク）を増加（回復）することができ、エンジン出力の変動を抑制することができ、よってドライバビリティ、特にクルーズ運転状態におけるドライバビリティを向上させることができる。
【００１１】
さらに、吸入空気量の増加補正は、遅角補正によるエンジン出力（トルク）の変動が比較的大きいと判断されるときに行われることから、吸入空気量を不要に増加させることがなく、よって燃料噴射量を不要に増加させることがない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は、その排気浄化装置を概略的に示す全体図である。
【００１４】
図において、符号１０は４気筒などの多気筒内燃機関（以下「エンジン」という）を示し、１０ａはその本体を示す。
【００１５】
吸気管１２の先端に配置されたエアクリーナ（図示せず）から導入された吸気は、スロットルボディ１４に収容されたスロットルバルブ１６でその流量を調節されつつサージタンクおよび吸気マニホルド（共に図示せず）を経て、各気筒へ流入される。
【００１６】
各気筒の吸気バルブ（図示せず）の付近にはインジェクタ（燃料噴射弁）１８が設けられて燃料を噴射する。噴射されて吸気と一体となった混合気は、各気筒内で図示しない点火プラグで点火されて燃焼してピストン（図示せず）を駆動する。
【００１７】
燃焼後の排気ガスは、排気バルブ（図示せず）および排気マニホルド（図示せず）を介して排気管２２に送られる。排気管２２には三元触媒機能を備えたＮＯｘ吸収材（ＮＯｘ吸収触媒あるいは窒素酸化物浄化手段）２４が配置される。
【００１８】
ＮＯｘ吸収材２４は、特開平６−６６１２９号公報あるいは特開平７−２１７４７４号公報に記載されるＮＯｘ吸収剤と同種の触媒であって、排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中の窒素酸化物を吸収し、排気ガスの空燃比が理論空燃比あるいはリッチのとき、換言すれば排気ガス中の酸素濃度が低下すると、吸収したＮＯｘを排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯと反応させて還元浄化する。
【００１９】
吸気管１２において、インジェクタ１８とスロットルボディ１４の間には、吸気管１２を大気に連通するバイパスエア通路２６が接続される。バイパスエア通路２６の大気開口端にはエアクリーナ２８が取り付けられると共に、その途中にはバイパスエア制御バルブ（ＥＡＣＶ）３０が配置される。
【００２０】
バイパスエア制御バルブ３０は常閉型であり、バイパスエア通路２６の開度（開口面積）を連続的に変化させるバルブ本体３０ａと、そのバルブ本体３０ａを閉塞方向に付勢するスプリング３０ｂと、通電時にバルブ本体３０ａをスプリング力に抗して開放方向に移動させる電磁ソレノイド３０ｃからなる。
【００２１】
図１においてエンジン本体１０のカム軸またはクランク軸（共に図示せず）の付近にクランク角センサ（図で「ＮＥ」と示す）３４が設けられ、特定気筒の特定クランク角度ごとに気筒判別信号を、ＴＤＣ（上死点）あるいはその近傍ごとにＴＤＣ信号を、所定クランク角度ごとにＣＲＫ信号を出力する。
【００２２】
スロットルバルブ１６にはスロットル開度センサ（図で「ＴＨ」と示す）３６が接続され、スロットル開度ＴＨに比例した信号を出力する。その下流の分岐路３８の末端には絶対圧センサ（図で「ＰＢＡ」と示す）４０が設けられ、吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じた信号を出力する。
【００２３】
シリンダブロックなどの適宜位置には水温センサ（図で「ＴＷ」と示す）４２が設けられてエンジン冷却水温ＴＷに応じた信号を出力すると共に、排気管２２においてＮＯｘ吸収材２４の上流にはＯ２  センサ（図で「Ｏ２  」と示す）４６が設けられ、排気ガス中の酸素濃度に比例した信号を出力する。
【００２４】
さらに、ＮＯｘ吸収材２４の下流にはＮＯｘ吸収材２４に近接して温度センサ（図で「ＴＣＡＴ」と示す）４８が設けられ、ＮＯｘ吸収材２４の温度（あるいは排気温度）ＴＣＡＴに応じた信号を出力する。
【００２５】
さらに、エンジン１０が搭載された車両（図示せず）のドライブシャフト（図示せず）の付近には車速センサ５０が設けられ、ドライブシャフト所定回転当たり、即ち、車速Ｖに応じた信号を出力する。
【００２６】
これらセンサ群の出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と言う）６０に送られる。
【００２７】
ＥＣＵ６０は、入力回路６０ａ、ＣＰＵ６０ｂ、記憶手段６０ｃ、および出力回路６０ｄよりなる。入力回路６０ａは、各種センサからの入力信号波形を整形する、信号レベルを所定レベルに変換する、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する、などの処理を行う。記憶手段６０ｃは、ＣＰＵ６０ｂが実行する各種演算プログラムおよび演算結果などを記憶する。
【００２８】
ＣＰＵ６０ｂは前記したＣＲＫ信号をカウントしてエンジン回転数ＮＥを検出し、エンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとから基本燃料噴射量（インジェクタ開弁時間）を演算し、目標空燃比などで補正すると共に、エンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとから基本点火時期を演算し、水温などで補正する。
【００２９】
さらに、ＣＰＵ６０ｂは、続いて述べる如く、点火時期を遅角補正させて排気温度を上昇させると共に、吸入空気量を増量補正する。
【００３０】
次いで、図２フロー・チャートを参照して出願に係る装置の上記した動作を説明する。図示のプログラムは、例えばＴＤＣごとに実行される。
【００３１】
以下説明すると、先ずＳ１０においてリーン運転中か否か判断し、否定されるときは以降の処理をスキップする。ここで、リーン運転中とは、目標空燃比が２２：１付近のリーン空燃比に制御される運転状態にあることを意味する。
【００３２】
Ｓ１０で肯定されるときはＳ１２に進み、ＮＯｘ吸収材２４にＳＯｘ（硫黄酸化物）が所定量以上付着した、即ち、Ｓ（硫黄）、より詳しくはＳＯｘ（硫黄酸化物）による被毒状態にあるか否か判断する。
【００３３】
この判断は前記した従来技術と同様に走行距離から推定して行っても良く、あるいは特開平６−６６１２９号公報で提案されるように、ＮＯｘ吸収量などから推定して行っても良く、あるいは特開平６−１７４６９２号公報または特開平９−１８９６７８号公報で提案されるＳＯｘセンサを用いて排気ガス中のＳＯｘ濃度を検出して行っても良い。
【００３４】
Ｓ１２で否定されるときは以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはＳ１４に進み、車両がクルーズ運転状態にあるか否か判断する。これは、前記した車速センサ５０の出力から、車速Ｖの変化が少ない運転状態にあるか否か判断することで行う。
【００３５】
Ｓ１４で否定されるときは以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはＳ１６に進み、クランク角速度変化量（クランク角速度の変化）ΔＭＥが所定値ＳＭ以上か否か判断する。クランク角速度変化量は、前記したクランク角センサ３４が出力するＴＤＣ信号あるいはＣＲＫ信号の周期の１階差分値（あるいは微分値）を算出することで求める。
【００３６】
Ｓ１６の処理は、具体的には、エンジン１０の回転変動、より具体的にはエンジン出力（トルク）の変動が比較的大きいか否か判断する作業であり、その意図から所定値ＳＭは適宜な値を選んで設定する。
【００３７】
Ｓ１６で否定され、クランク角速度変化量ΔＭＥが所定値ＳＭ未満、換言すればエンジン１０の出力（トルク）の変動が比較的小さいと判断されるときはＳ１８に進み、点火時期を所定量遅角補正する。
【００３８】
点火時期制御は図示しない別ルーチンで行われ、前記した如く、エンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡから得た吸気管内絶対圧ＰＢＡから予め設定された特性（マップ）を検索して基本点火時期が算出され、水温などで補正されて出力点火時期が決定される。
【００３９】
Ｓ１８においてはエンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡから予め設定された第２の特性（マップ。特性図示省略）を検索して点火時期遅角量を算出し、その量だけ出力点火時期を遅角補正する。
【００４０】
それによって燃焼時期が遅延されて排気温度が経時的に上昇させられ、ＮＯｘ吸収材２４に付着したＳＯｘが燃焼除去される。それによって、ＮＯｘ吸収材２４を硫黄被毒から再生することができる。
【００４１】
尚、排気温度が前記した再生温度以上に上昇した時点で理論空燃比以下のリッチ空燃比、例えば１２：１を供給すると、付着したＳＯｘが排気ガス中の未燃ＨＣ、未燃ＣＯなどの還元剤により還元させられてＮＯｘ吸収材２４から脱離することから、ＮＯｘ吸収材２４をより効果的に硫黄被毒から再生することができる。
【００４２】
他方、Ｓ１６で肯定され、クランク角速度変化量ΔＭＥが所定値ＳＭ以上、換言すれば遅角補正によるエンジン出力（トルク）の変動が比較的大きいと判断されるときはＳ２０に進み、吸入空気量を所定量だけ増量補正する。
【００４３】
より具体的には、エンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡから予め設定された第３の特性（マップ）を検索して吸入空気量の増加補正量を算出する。そして、図示しないＥＡＣＶ制御ルーチンにおいて算出された量に相当する量だけ前記したＥＡＣＶバルブが開弁され、結果的に、算出された増加補正量に相当する空気量がバイパスエア通路２６を通って吸気管１２に流入される。
【００４４】
燃料噴射も図示しない別ルーチンで行われ、前記の如く、エンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡから予め設定された第４の特性（マップ）を検索して基本燃料噴射量が算出され、Ｏ２  センサ４６の出力などから適宜補正されて出力燃料噴射量が前記したインジェクタ１８の開弁時間で算出される。
【００４５】
上記した処理を、ＮＯｘ吸収材温度ＴＣＡＴが前記した再生温度に達するまで繰り返す。
【００４６】
この実施の形態にあっては、以上の如く、内燃機関（エンジン１０）の排気系（排気管２２）に設けられ、排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘを吸収し、排気ガスの空燃比が理論空燃比あるいはリッチのときに吸収した窒素酸化物を還元する窒素酸化物浄化手段（ＮＯｘ吸収材２４）を有する内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関がクルーズ運転状態にあるか否か検出するクルーズ運転状態検出手段（ＥＣＵ６０，Ｓ１４）、前記内燃機関がクルーズ運転状態にあることが検出されたとき、前記内燃機関のクランク角速度の変化（クランク角速度変化量）ΔＭＥを検出して所定値ＳＭと比較する比較手段（ＥＣＵ６０，Ｓ１６）、前記検出されたクランク角速度の変化が所定値未満のとき、前記窒素酸化物浄化手段が硫黄による被毒状態にある場合、前記内燃機関に供給する点火時期を遅角させて排気温度を上昇させる排気温度上昇手段（ＥＣＵ６０，Ｓ１２，Ｓ１８）、および前記検出されたクランク角速度の変化が所定値以上のとき、前記内燃機関に供給する吸入空気量を増量する吸入空気量増量手段（ＥＣＵ６０，Ｓ２０）を備える如く構成した。
【００４７】
尚、上記において、ＮＯｘ吸収材温度をセンサから検出したが、適宜な論理を用いて推定しても良い。
【００４８】
また、三元触媒機能を備えたＮＯｘ吸収材を使用したが、三元触媒を独立に設けても良い。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、遅角補正によるエンジン出力（トルク）が比較的大きいと判断されるときは吸入空気量を増量、より詳しくは所定量だけ増量補正するので、点火時期遅角補正によって低下したエンジン出力（トルク）を増加（回復）することができ、エンジン出力の変動を抑制することができ、よってドライバビリティ、特にクルーズ運転状態におけるドライバビリティを向上させることができる。
【００５０】
さらに、吸入空気量の増加補正は、遅角補正によるエンジン出力（トルク）の変動が比較的大きいと判断されるときに行われることから、吸入空気量を不要に増加させることがなく、よって燃料噴射量を不要に増加させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る内燃機関の排気浄化装置を含む内燃機関の制御装置を全体的に示す概略図である。
【図２】この発明に係る内燃機関の排気浄化装置の動作を示すフロー・チャートである。
【符号の説明】
１０  内燃機関（エンジン）
１２  吸気管
１６  スロットルバルブ
１８  インジェクタ
２２  排気管
２４  ＮＯｘ吸収材（ＮＯｘ吸収触媒。窒素酸化物浄化手段）
３０  ＥＡＣＶ（バイパスエア制御バルブ）
３４  クランク角センサ
４０  絶対圧センサ
４８  温度センサ
６０  ＥＣＵ（電子制御ユニット）
【図１】
0003634167.tif 000002
【図２】
0003634167.tif 000003