(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路内に、流入する排気の空燃比がリーンである場合にＮＯｘを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチである場合に吸収したＮＯｘを放出，浄化処理するＮＯｘ吸収剤を配置し、リーン運転手段により空燃比リーンで運転中に排出されるＮＯｘを前記ＮＯｘ吸収剤に吸収させると共に、該ＮＯｘ吸収剤へのＮＯｘ吸収量が所定値以上になった場合一時的に空燃比をリッチで運転して前記吸収したＮＯｘを浄化処理するリッチスパイク手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯｘ吸収剤の下流にＮＯｘの還元とＨＣ，ＣＯの酸化を同時に行う三元触媒を設けると共に、前記リッチスパイク手段により一時的に空燃比をリッチで運転したときの排気がＮＯｘ吸収剤に流入する前に、前記一時的な空燃比リッチ運転の開始と同時または該開始より所定時間前から、該空燃比リッチ運転の初期期間を経過する前までの間、前記ＮＯｘ吸収剤下流でかつ前記三元触媒上流の排気の空燃比をリッチとするＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化手段を設け、た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ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化手段は、前記ＮＯｘ吸収剤と前記三元触媒の間の排気通路に燃料を噴射する排気リッチ化用燃料噴射弁を設け、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が所定値以上になり一時的に空燃比をリッチで運転すると同時もしくはリッチで運転する所定時間前から、前記排気リッチ化用燃料噴射弁により燃料を所定量噴射することにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化手段は、一端を前記ＮＯｘ吸収剤の上流に連通し他端を前記ＮＯｘ吸収剤の下流に連通する副排気通路を設けると共に、該副排気通路の連通／非連通を選択的に変更できる副排気通路連通弁を配置し、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が所定値以上になり一時的に空燃比をリッチにすると同時に前記副排気通路を前記副排気通路連通弁にて連通させることにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化手段は、一端を所定気筒の排気弁近傍に連通し他端を前記ＮＯｘ吸収剤の下流に連通する副排気通路を設けると共に、該副排気通路の連通／非連通を選択的に変更できる副排気通路連通弁を配置し、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が所定値以上になり一時的に空燃比をリッチにすると同時もしくはリッチにする所定時間前から、前記副排気通路を前記副排気通路連通弁にて連通させると共に、所定気筒の排気行程もしくは膨張行程にて該所定気筒の燃料噴射弁により所定量の燃料を噴射することにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路内に、流入する排気の空燃比がリーンである場合にＮＯｘを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチである場合に吸収したＮＯｘを放出，浄化処理するＮＯｘ吸収剤を配置し、空燃比リーンで運転中に排出されるＮＯｘを前記ＮＯｘ吸収剤に吸収させるようにした内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯｘ吸収剤の下流にアンモニアとＮＯｘを反応せしめるアンモニア／ＮＯｘ反応触媒を設けると共に、前記ＮＯｘ吸収剤へのＮＯｘ吸収量を予測するＮＯｘ吸収量予測手段と、前記ＮＯｘ吸収量予測手段によりＮＯｘ吸収量が所定値以上になったと予測された場合に一時的に空燃比をリッチで運転して前記吸収したＮＯｘを浄化処理するリッチスパイク手段と、前記リッチスパイク手段により一時的に空燃比をリッチで運転したときの排気がＮＯｘ吸収剤に流入する前に、前記一時的な空燃比リッチ運転の開始と同時または該開始より所定時間前から、該空燃比リッチ運転の初期期間を経過する前までの間、前記ＮＯｘ吸収剤下流で前記アンモニア／ＮＯｘ反応触媒上流に、アンモニアを供給する
アンモニア供給手段と、を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記ＮＯｘ吸収剤の下流近傍に排気を均一化する排気均一化手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の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】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関の排気浄化装置に関し、特に希薄燃焼により発生するＮＯｘの浄化対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関から排出されるＮＯｘは、三元触媒を排気通路に配置することで浄化していた。該三元触媒は流入する排気の空燃比が理論空燃比のときにＨＣ，ＣＯ成分の酸化とＮＯｘの還元を同時に行ない、浄化するものである。ところが、三元触媒はリーン空燃比でのＮＯｘの還元効率が悪く、リーン空燃比で運転し燃費を向上させるいわゆるリーンバーンエンジンの排気中のＮＯｘを低レベルまで浄化することは困難であった。
【０００３】
前記問題を解決するために、流入する排気の空燃比がリーンである場合にＮＯｘを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチである場合に吸収したＮＯｘを放出，浄化処理するＮＯｘ吸収剤を排気通路内に配置し、リーン空燃比で運転中に排出されるＮＯｘを前記ＮＯｘ吸収剤に吸収させ、ＮＯｘ吸収量が所定値以上になった場合一時的に空燃比をリッチにして吸収したＮＯｘを浄化処理するにすることでリーンバーンエンジンの排気中のＮＯｘを低レベルまで浄化する技術が公知である。
【０００４】
ところが、上記のごとくＮＯｘ吸収剤に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにすることでＮＯｘ吸収剤に吸収されているＮＯｘを放出するときに、放出されたＮＯｘはＮＯｘ吸収剤上で排気中の未燃ＨＣ，ＣＯと反応，浄化されるため本来ＮＯｘ吸収剤下流にはＮＯｘがそのまま流出することは無いはずであるが、実際には一時的に流出する場合がある。この理由については現在も明らかでない部分が多いが、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気の空燃比をリッチにした瞬間、ＮＯｘ吸収剤の排気入口付近に吸収されていた大量のＮＯｘとリッチな排気に含まれるＨＣ，ＣＯが反応し、ＮＯｘ吸収剤の排気入口付近に吸収されていたＮＯｘは浄化されるが、ＮＯｘ吸収剤出口付近は酸素濃度が低いにもかかわらず（ＮＯｘ吸収剤の排気入口付近で使用されてしまうため）還元剤であるＨＣ，ＣＯが供給されないため反応，浄化されずに流出するものと考えられている。
【０００５】
上記問題点を解決する従来技術として例えば特開平１０−２２１３号に開示された技術がある。これは、前記同様排気通路にＮＯｘ吸収剤を配置すると共に、該ＮＯｘ吸収剤下流の排気通路内に排気中のアンモニアとＮＯｘとを反応させる排気浄化手段、前記ＮＯｘ吸収剤下流でかつ前記排気浄化手段上流の排気通路内にアンモニアを供給するアンモニア供給手段を夫々配置し、リーン空燃比で運転中に前記ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘを吸収させ、一時的に空燃比をリッチで運転して吸収剤から吸収したＮＯｘを放出させるときに、該放出されたＮＯｘと前記アンモニア供給手段により供給されたアンモニアとを前記排気浄化手段に流入させ反応させて浄化するものである。
【０００６】
第1の実施例では、第１気筒の排気のみを導く第１排気通路に三元触媒を配置すると共に、他の気筒の排気を導く第２排気通路に前記ＮＯｘ吸収剤を配置し、前記第１排気通路の三元触媒下流及び前記第2排気通路のＮＯｘ吸収剤下流で第１，第２排気通路を合流させ、さらに該合流点の下流に脱硝触媒を配置する。そして、第１気筒以外をリーン空燃比で運転しＮＯｘ吸収剤にＮＯｘを吸収せしめている間は、第１気筒のみリッチ空燃比で運転して第１排気通路に配置された三元触媒にてＮＨ3（アンモニア）を生成して脱硝触媒に供給し、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出，浄化するために第２排気通路内の空燃比をリッチとするときに、第１排気通路内の空燃比を第２排気通路内空燃比がリッチとなってから所定時間第１排気通路内空燃比もリッチとするようにしている。
【０００７】
第2の実施例では、第１排気通路の三元触媒上流と第２排気通路のＮＯｘ吸収剤上流を連通させる場合と、実施例１と同じ排気の経路とを選択できるバルブを設け、燃費を向上させる場合は全気筒リーン空燃比で運転すると共に第１排気通路の三元触媒上流と第２排気通路のＮＯｘ吸収剤上流とを連通させて排出されるＮＯｘをＮＯｘ吸収剤に吸収させ、ＮＯｘ吸収剤に吸収されているＮＯｘを放出，浄化せしめる場合は、第1実施例と同じ排気経路を選択すると共に全気筒リッチ運転することで、第１排気通路の三元触媒で生成されるアンモニアと第２排気通路で浄化しきれずに流出するＮＯｘとを反応，浄化させるものを挙げている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第1実施例のような内燃機関の排気浄化装置においては第１気筒は常にリッチ（もしくはストイキ）空燃比で運転することとなり燃費向上に対して逆行することとなる。仮に他の気筒をリッチ運転する直前までリーン運転した場合は、リーン運転中のＮＯｘを浄化しきれないまま大気に放出することとなり、今後の厳しい排気規制や環境保護を考えると得策でない。また、１気筒のみをリッチ（もしくはストイキ）運転する場合は、気筒間のトルク段差を無くすために吸入空気量をコントロールする必要があり、非常に高価なシステムとなりコストアップにつながる。
【０００９】
また前記第2実施例のような内燃機関の排気浄化装置においては全気筒リーン空燃比運転が可能だが、ＮＯｘ吸収剤に吸収されているＮＯｘを放出，浄化すべく全気筒をリッチ空燃比運転にすると共に第１気筒の排気を第１排気通路に導くように前記バルブを動作させるとき、例えば空燃比のリッチ化を第１気筒燃焼直後に実施した場合、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘの放出がアンモニア生成よりも速いタイミングで実施されることとなり、ＮＯｘ吸収剤より流出したＮＯｘを処理するに十分なアンモニアが脱硝触媒に供給される前にＮＯｘ吸収剤より流出したＮＯｘが脱硝触媒を通過してしまい、ＮＯｘが十分に処理される前に大気に放出されてしまう場合がある。
【００１０】
本発明はこのような従来の課題に着目してなされたもので、ＮＯｘ吸収剤から放出されたＮＯｘを効率よく浄化できるようにした内燃機関の浄化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解するための手段】
このため、請求項1に係る発明は、図１に示すように、
希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路内に、流入する排気の空燃比がリーンである場合にＮＯｘを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチである場合に吸収したＮＯｘを放出，浄化処理するＮＯｘ吸収剤を配置し、リーン運転手段により空燃比リーンで運転中に排出されるＮＯｘを前記ＮＯｘ吸収剤に吸収させると共に、該ＮＯｘ吸収剤へのＮＯｘ吸収量が所定値以上になった場合一時的に空燃比をリッチで運転して前記吸収したＮＯｘを浄化処理するリッチスパイク手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯｘ吸収剤の下流にＮＯｘの還元とＨＣ，ＣＯの酸化を同時に行う三元触媒を設けると共に、前記リッチスパイク手段により一時的に空燃比をリッチで運転したときの排気がＮＯｘ吸収剤に流入する前に、前記一時的な空燃比リッチ運転の開始と同時または該開始より所定時間前から、該空燃比リッチ運転の初期期間を経過する前までの間、前記ＮＯｘ吸収剤下流でかつ前記三元触媒上流の排気の空燃比をリッチとするＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化手段を設け、たことを特徴とする。
【００１２】
請求項１に係る発明によると、以下のような効果が得られる。ＮＯｘ吸収剤へのＮＯｘ吸収量が所定量以上になった場合に、リッチスパイク手段により一時的に空燃比をリッチにして吸収したＮＯｘを浄化処理する操作（以下リッチスパイクと呼ぶ）を行うことにより排気がリッチとされるが、該リッチとされた排気がＮＯｘ吸収剤に流入する前からＮＯｘ吸収剤下流の空燃比がリッチとなっているため、リッチスパイク初期等に浄化されずにＮＯｘ吸収剤から流出してきたＮＯｘが、リッチ雰囲気で下流の三元触媒に導かれるため、ＨＣ，ＣＯとの間で還元反応が促進され十分に浄化される。なお、リッチ雰囲気の排気を三元触媒に導くため、ＨＣ，ＣＯの悪化が懸念されるが、所定量のＨＣ，ＣＯであれば三元触媒内のＯ2ストレージ効果で浄化処理することができるため大きな問題とはならない。
また、リッチスパイク初期にＮＯｘ吸収剤より流出するＮＯｘを還元処理するためのＮＯｘ吸収剤下流かつ三元触媒上流空燃比のリッチ化をリッチスパイク初期に限ることで、不要なリッチ化を避けると共にその分ＸＯｘ吸収剤にリッチ空燃比を供給することでＮＯｘの放出，ＮＯｘ吸収剤上でのＮＯｘの浄化を促進させ、無駄な燃料を最小限とし、燃費を向上させることができる。
【００１３】
また、請求項２に係る発明は、
前記ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化手段が、前記ＮＯｘ吸収剤と前記三元触媒の間の排気通路に燃料を噴射する排気リッチ化用燃料噴射弁を設け、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が所定値以上になり一時的に空燃比をリッチで運転すると同時もしくはリッチで運転する所定時間前から、前記排気リッチ化用燃料噴射弁により燃料を所定量噴射することにより構成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に係る発明によると、
リッチスパイクと同時もしくは所定時間前からＮＯｘ吸収剤の下流かつ三元触媒の上流に配置された燃料噴射弁にて排気通路内に燃料を噴射することでＮＯｘ吸収剤下流かつ三元触媒上流の空燃比をリッチとし、リッチスパイク時にＮＯｘ吸収剤から流出するＮＯｘをリッチ雰囲気で下流の三元触媒に導くため、ＨＣ，ＣＯとの間で還元反応が促進されリッチスパイク時にＮＯｘ吸収剤から流出するＮＯｘを十分に浄化することができる。
【００１５】
また、請求項３に係る発明は、
前記ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化手段が、一端を前記ＮＯｘ吸収剤の上流に連通し他端を前記ＮＯｘ吸収剤の下流に連通する副排気通路を設けると共に、該副排気通路の連通／非連通を選択的に変更できる副排気通路連通弁を配置し、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が所定値以上になり一時的に空燃比をリッチにすると同時に前記副排気通路を前記副排気通路連通弁にて連通させることにより構成されることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に係る発明によると、
リッチスパイクと同時にＮＯｘ吸収剤の上流と下流を副排気通路で連通させることでＮＯｘ吸収剤下流の空燃比をリッチとし、リッチスパイク時にＮＯｘ吸収剤から流出するＮＯｘをリッチ雰囲気で下流の三元触媒に導くため、還元反応が促進され、リッチスパイク時にＮＯｘ吸収剤から流出するＮＯｘを十分に浄化することができる。この場合、副排気通路の排気抵抗がＮＯｘ吸収剤を通過する主排気の排気抵抗よりも小さくなるように、通路の径、主，副排気通路の連通位置、その他の諸元を選定することでＮＯｘ吸収剤入口の空燃比がリッチとなり、吸収されているＮＯｘが放出される前にＮＯｘ吸収剤下流の空燃比をリッチとすることが可能である。
【００１７】
また、請求項４に係る発明は、
前記ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化手段が、一端を所定気筒の排気弁近傍に連通し他端を前記ＮＯｘ吸収剤の下流に連通する副排気通路を設けると共に、該副排気通路の連通／非連通を選択的に変更できる副排気通路連通弁を配置し、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が所定値以上になり一時的に空燃比をリッチにすると同時もしくはリッチにする所定時間前から、前記副排気通路を前記副排気通路連通弁にて連通させると共に、所定気筒の排気行程もしくは膨張行程にて該所定気筒の燃料噴射弁により所定量の燃料を噴射することにより構成されることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る発明によると、
リッチスパイクと同時もしくはその所定時間前から所定気筒にて少なくとも膨張行程もしくは排気行程の一方で必要量の燃料を噴射すると共に副排気通路を連通させることで、少なくとも膨張行程もしくは排気行程の一方で噴射された燃料が副排気通路を介してＮＯｘ吸収剤下流かつ三元触媒上流に導かれるため、ＮＯｘ吸収剤下流の空燃比をリッチとし、リッチスパイク時にＮＯｘ吸収剤から流出するＮＯｘをリッチ雰囲気で下流の三元触媒に導くことができるため、還元反応が促進されリッチスパイク時にＮＯｘ吸収剤から流出するＮＯｘを十分に浄化することができる。この場合膨張行程もしくは排気行程の一方で燃料を噴射するため、噴射された燃料は機関の出力に影響を与えない。すなわちこの方法で空燃比をリッチ化することで所定気筒へ流入する空気量を制限するなどのトルクコントロールシステムが不要であり、コストを抑えることができる。また、本請求項では所定気筒の近傍に副排気通路の連通口を設ける構成となっているが、副排気通路を所定気筒の排気全量をＮＯｘ吸収剤の下流に導くかＮＯｘ吸収剤上流に導くかを選択できる構成としても良い。本構成では、少なくとも膨張行程もしくは排気行程の一方で噴射された燃料が全量確実にＮＯｘ吸収剤下流に導かれるため、無駄な燃料が無くなるという利点がある。また、この場合はリッチスパイクを実行する際、排気をＮＯｘ吸収剤下流に全量導かれている所定気筒からリッチ化を実行することおよび副排気通路の容積を主排気通路の容積のすくなくとも１／３よりも少なくすることで、リッチ排気がＮＯｘ吸収剤に導かれ、ＮＯｘがＮＯｘ吸収剤から流出する前にＮＯｘ吸収剤の下流かつ三元触媒上流の空燃比をリッチ化することが可能となる。ただし、全量を切り換えるバルブを設けることはコストの増加につながるばかりでなく、熱容量の増加にもつながるため現状では得策ではない。所定気筒近傍に開口する副排気通路を連通／非連通させるバルブを設ける程度であればコスト増加も少なく、熱容量も大幅にアップすることはない。
【００１９】
また、請求項５に係る発明は、
希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路内に、流入する排気の空燃比がリーンである場合にＮＯｘを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチである場合に吸収したＮＯｘを放出，浄化処理するＮＯｘ吸収剤を配置し、空燃比リーンで運転中に排出されるＮＯｘを前記ＮＯｘ吸収剤に吸収させるようにした内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＮＯｘ吸収剤の下流にアンモニアとＮＯｘを反応せしめるアンモニア／ＮＯｘ反応触媒を設けると共に、前記ＮＯｘ吸収剤へのＮＯｘ吸収量を予測するＮＯｘ吸収量予測手段と、前記ＮＯｘ吸収量予測手段によりＮＯｘ吸収量が所定値以上になったと予測された場合に一時的に空燃比をリッチで運転して前記吸収したＮＯｘを浄化処理するリッチスパイク手段と、前記リッチスパイク手段により一時的に空燃比をリッチで運転したときの排気がＮＯｘ吸収剤に流入する前に、前記一時的な空燃比リッチ運転の開始と同時または該開始より所定時間前から、該空燃比リッチ運転の初期期間を経過する前までの間、前記ＮＯｘ吸収剤下流で前記アンモニア／ＮＯｘ反応触媒上流に、アンモニアを供給する
アンモニア供給手段と、を設けたことを特徴とする。
【００２０】
請求項５に係る発明によると、
前記従来技術として述べた特開平１０−２２１３を改良することができる。即ち、特開平１０−２２１３ではＮＯｘ浄化剤としてのアンモニアをＮＯｘ吸収剤の下流へ供給するとしているが、本発明ではＮＯｘ吸収剤ヘリッチ空燃比の排気が流入する前にアンモニアをＮＯｘ吸収剤の下流へ供給することでＮＯｘ吸収剤より流出したＮＯｘを確実に浄化することができる。
【００２１】
また、請求項６に係る発明は、
前記ＮＯｘ吸収剤の下流近傍に排気を均一化する排気均一化手段を設けたことを特徴とする。
【００２２】
請求項６に係る発明によると、
ＮＯｘ吸収剤直後の排気均一化手段により、ＮＯｘ吸収剤より流入した排気とＮＯｘを浄化処理するために流入させたＮＯｘ浄化剤とを均一に混合することでＮＯｘ吸収剤より流出したＮＯｘを効率よく浄化できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例について図１を用いて詳細に説明する。図１において内燃機関１は、本体にピストン２、クランク軸３を備え、該クランク軸３近傍に装着されたクランク角センサ４は、クランク角を検出し、これにより機関回転速度を算出できる。また、吸気通路5には、吸入空気量を検出するエアフロメ一夕６、吸入空気量を調節するスロットル弁７を備える。また、燃焼室８周りには、燃料噴射弁９、点火栓１０が装着され、前記クランク角センサ４，エアフロメータ６等からの信号に基づいてエンジンコントロールユニット（以後ＥＣＵと略す）１１からの出力される信号により、燃料噴射弁９は、最適な量の燃料を燃焼室８に最適なタイミングで供給し、点火栓１０は、最適なタイミングで混合気に点火する。
【００２６】
一方、排気通路１２には、上流側からＮＯｘ吸収剤１３、排気リッチ化用燃料噴射弁１４、排気均一化手段としての排気混合器１５、三元触媒１６が介装される。
【００２７】
前記ＮＯｘ吸収剤１３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の様なアルカリ金属、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１つの成分と、白金Ｐｔ等の貴金属を担持したものである。バリウムＢａを担持した場合を例にとると、流入する排気がリーンである場合に排気中のＮＯｘを酸化バリウムＢａＯと結合させ硝酸イオンＮＯ3-の形で吸収し、流入する排気がリッチの場合は吸収剤内の硝酸イオンをＮＯ2-として放出する性質を有している。このため、機関をリーン空燃比で運転しているとＮＯｘ吸収剤１３は排気中のＮＯｘを吸収するが、酸化バリウムＢａＯが硝酸イオンで飽和するとＮＯｘ吸収剤１３の排気中のＮＯｘを吸収する能力がなくなるため必要に応じて（例えばＮＯｘ吸収剤１３のＮＯｘ吸収量を推定し、吸収量が所定値以上になった場合）ＮＯｘ吸収剤１３に流入する排気をリッチとして吸収したＮＯｘを放出，浄化させる。
【００２８】
前記排気リッチ化燃料噴射弁１４は、前記ＮＯｘ吸収剤１３下流で三元触媒１６上流の排気をリッチにするため、前記ＥＣＵ１１からの信号により排気通路１２内に最適量の燃料を最適なタイミングで噴射する。また、本噴射弁から燃料ではなくアンモニアＮＨ3を後述するロジックにより噴射しても本発明の目的を達成することができる。
【００２９】
排気混合器１４は、ＮＯｘ吸収剤１３より流入する排気と排気リッチ化燃料噴射弁８より噴射された燃料を混合するためのものである。内部にフィンを設けるなどしてもよいが、ただ単に排気通路のボリュームを増やすだけでも均一化効果が得られる場合もある。
【００３０】
前記三元触媒１５は、流入する排気の空燃比が理論空燃比のときにＨＣ，ＣＯ成分の酸化とＮＯｘの還元を同時に行なって、浄化するものであり、通常は白金Ｐｔ，パラジウムＰｄ，ロジウムＲｈのうち少なくとも１種以上を含む。
【００３１】
次に、図２のブロック図を用いて、前記排気浄化作用を行なうためにＥＣＵ１１で実行される演算内容について説明する。
ＮＯｘ吸収量予測部で機関運転状態に基づいてＮＯｘ吸収量を予測し、該予測値が所定値（例えばＮＯｘ吸収剤１３の吸収能力に対して充分に低い値）以下である場合はリーン空燃比で機関１を運転すべくリーン運転部で燃料噴射量，噴射時期を演算し、燃料噴射弁９と点火栓１０を駆動する。またＮＯｘ吸収量の予測値が所定値以上である場合は、ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化部によりＮＯｘ吸収剤１３下流かつ三元触媒１６上流の空燃比をリッチとする。その後、リッチスパイク許可部がリッチスパイク条件に至ったかを判定し、リッチスパイク条件であればリッチスパイクを実行し、リッチスパイク条件でなければリーン空燃比での運転を継続する。
【００３２】
さらに、図３〜図７のフローチャートを用いて演算内容について詳細に説明する。図３は、前記ＮＯｘ吸収量部のフローを示す。
Ｓ１１では、フラグＦＬＧＳＮＯの値をルックアップし、１であれば現状ＮＯｘ吸収量は所定値に達していると判断し、本ルーチンを終了する。０であればＮＯｘ吸収量は所定値に達していないと判断し、以下のステップを実行する。ここで、前記ＦＬＧＳＮＯは、本ルーチンの以下のステップでＮＯｘ吸収量が所定値以上であれば１にセットされるものである。
【００３３】
Ｓ１２では、現状の運転状態を表す２つのパラメータにより定義されたマップより現状のＮＯｘ排出量予測値ＮＯを読み込む。ここでＮｅは機関回転速度でクランク角センサ４の検出値より演算される。また、Ｔｐは基本燃料噴射量であり、エアフロメータ４で検出される吸入空気量Ｑより以下の式により演算される。
【００３４】
Ｔｐ×Ｑ／Ｎｅ（ここでｋは定数）
ＮＯｘ排出量予測値ＮＯは実験的に求められるものであり、機関の違いにより若干の誤差はあるもののＮＯｘ吸収剤１３へのＮＯｘ吸収量を予測するのに充分使用できる。また、本ルーチンがｔ秒（例えば１秒）毎に実行される場合、ＮＯはｔ秒間のＮＯｘ排出予測値とすべきである。
【００３５】
Ｓ１３では、ＦＬＧＳＮＯが０となってから現在までのＮＯ値を積算することで該ＦＬＧＳＮＯが０となってから現在までの総ＮＯｘ排出量を予測計算する。Ｓ１４では、前記総ＮＯｘ排出量の予測値が所定値ＳＬＳＮＯを上回っているか否かを判断し、上回っている場合はＳ１５でＦＬＧＳＮＯ＝１として、ＮＯｘ吸収剤１３のＮＯｘ吸収能力が低下しつつあるとし、上回っていない場合はＦＬＧＳＮＯ＝０のままとし、まだＮＯｘ吸収剤１３のＮＯｘ吸収能力は充分あるとして本ルーチンを終了する。
【００３６】
図４は、前記リーン運転部のフローを示す。
Ｓ２１では、現状の運転状態から予め定められた目標空燃比を読み込む。
Ｓ２２では、燃料噴射量Ｔｉを演算する（Ｔｉ＝Ｔｐ×１４．７／目標空燃比）。
【００３７】
さらにＳ２３では、現状の運転状態から最適な点火時期を読み込み、リーン運転に最適なタイミングで最適量の燃料を燃料噴射弁９に噴射し、最適なタイミングで点火栓１０にて混合気に点火する。
【００３８】
図５は、ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化部のフローを示す。
Ｓ３１では、ＮＯｘ吸収剤１３の吸収能力が充分あるか否かを判定し、充分であれば（ＦＬＧＳＮＯ＝０）、本ルーチンを実行する必要が無いので本ルーチンを終了する。また、ＮＯｘ吸収剤１３の吸収能力が低下しつつあると判断すれば（ＦＬＧＳＮＯ＝１）、以下のステップを実行する。
【００３９】
Ｓ３２では、ＦＬＧＳＮＯ＝１となってから、つまりリッチスパイクを開始してから所定時間ｔ２経過したかを判定し（タイマースタートは後述するリッチスパイク許可フローで実行される）、ｔ２経過していればリッチスパイク初期でないのでＮＯｘ吸収剤１３から放出されたＮＯｘはＮＯｘ吸収剤１３上でほとんど還元処理されているためＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比をリッチにする必要はないと判断し、本ルーチンを終了する。ｔ２経過していなければＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比をリッチにする必要がある（リッチスパイク初期である）と判断し、Ｓ３３で燃料噴射量Ｔを以下の計算式により算出し、排気リッチ化用燃料噴射弁１４を駆動する。
【００４０】
Ｔ＝４×（ＡＦＲＬ−ＡＦＲＲＳ）×１４．７×Ｔｐ／（ＡＦＲＬ×ＡＦＲＲＳ）
ここで、ＡＦＲＬは現状のリーン運転空燃比，ＡＦＲＲＳはリッチスパイク時目標空燃比（例えばｌｌ）である。ＡＦＲＲＳは定数とは限らず、その時の触媒温度や吸入空気量，経過時間等によって変化させてもよい。また、排気リッチ化用噴射弁１４よりアンモニア（ＮＨ3）を噴射する場合は、アンモニアに対応した別の演算式にて算出すればよい。
【００４１】
図６は、前記リッチスパイク許可部のフローである。
Ｓ４１では、ＮＯｘ吸収剤１３の吸収能力が充分あるか否かを判定し、充分であれば（ＦＬＧＳＯ＝０）、本ルーチンを実行する必要が無いので木ルーチンを終了する。ＮＯｘ吸収剤１３の吸収能力が低下しつつあると判断すれば（ＦＬＧＳＮＯ＝１）、以下のステップを実行する。
【００４２】
Ｓ４２では、ＦＬＧＳＮＯが０から１に変わってから本ルーチンをはじめて実行するか否かを判定し、初めてであればＦＬＧＳＮＯが１になってからリッチスパイク許可までのディレイ時間ｔ１をカウントするためのタイマーをスタートさせる。このタイマーは前述したＮＯｘ吸収剤１３の下流をリッチ化するフローでｔ２をカウントするタイマーを兼ねている。Ｓ４４でＦＬＧＳＮＯ＝１となってから所定時間経過したかを判定し、所定時間経過していなければまだリッチスパイクは許可できないため本ルーチンを終了し、所定時間経過していればリッチスパイクを許可すべくＳ４５でＦＬＧＲＳ＝１とする。本動作で、ＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比が充分にリッチとなるための時間を稼いでいる。ただし、ＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比が充分にリッチとなるまでにディレイ時間を設定する必要が無ければ所定時間ｔ１をゼロとすればよい。
【００４３】
Ｓ４６では、ＦＬＧＲＳがＯから１に変わってから本ルーチンをはじめて実行するか否かを判定し、初めてであればＳ４７でリッチスパイク継続時間ｔｒｓをカウントするためのタイマーをスタートさせる。
【００４４】
Ｓ４８では、ＦＬＧＲＳ＝１となってから所定時間ｔｒｓ経過したかを判定し、所定時間ｔｒｓ経過していなければリッチスパイクを継続すべく本ルーチンを終了し、所定時間ｔｒｓ経過していればリッチスパイクを終了すべくＳ４９でＦＬＧＲＳ＝０とするとともに各タイマーをストップ，リセットし、ＮＯｘ吸収剤１３のＮＯｘ吸収能力も回復したと判断しＦＬＧＳＮＯ＝０とする。
【００４５】
図７はリッチスパイクを行うフローである。
Ｓ５１では、リッチスパイクが許可されているかいなかを判定し、許可されていなければ（ＦＬＧＲＳ＝０）本ルーチンを終了する。
【００４６】
リッチスパイクが許可されていれば（ＦＬＧＲＳ＝１）、Ｓ５２へ進んで燃料噴射量Ｔｉを算出し（Ｔｉ＝Ｔｐ×１４．７／目標空燃比）、燃料噴射弁９を駆動して前記噴射量相当の燃料を噴射する。
【００４７】
Ｓ５３では、最適な点火時期を読み込み、点火栓１０を駆動して前記点火時期に点火を行う。
次に第２実施例について図８を用いて説明する。ハードウエアの構成は第１の実施形態からの変更点のみ記す。本実施形態の場合、排気リッチ化用燃料噴射弁１４は必要が無い。そのかわりＮＯｘ吸収剤１３の上流に一端を連通させ、他端をＮＯｘ吸収剤１３の下流でかつ三元触媒１６の上流に連通させた副排気通路２０を設け、該副排気通路２０の任意の位置（図８では下流端）に副排気通路２０の連通／非連通を選択できる副排気通路連通弁２１を配置してある。
【００４８】
図９は本実施形態のブロック図である。第１の実施形態との違いはリッチスパイク許可部によりリッチスパイクが許可となった後に、ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化部によりＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比のリッチ化をリッチ運転実行と同時に実行することである。
【００４９】
さらに、図１０、図１１を用いて演算内容について詳細に説明する。図１０はリッチスパイク許可部のフローであり、第１の実施形態と異なる部分はＦＬＧＳＮＯ＝１となってから所定期間経過するまでリッチスパイクを許可しない部分を削除したことである。
【００５０】
すなわち、ＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比のリッチ化を実行してからＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比がリッチになるまで待たなくとも、本実施形態ではＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比をＮＯｘ吸収剤１３入口の空燃比がリッチとなる前にリッチにすることが可能ということである。本フローのステップ毎の説明は第１の実施形態と同等であるので省略する。
【００５１】
図１１はＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比をリッチ化するフローである。
Ｓ７１では、リッチスパイク許可条件であるか否かを判定し、許可条件（ＦＬＧＲＳ＝１）であればＳ７２でＦＬＧＲＳ＝１となってから所定時間ｔ２経過したかを判定し、経過していなければＳ７３で副排気通路連通弁２１を開弁する。
【００５２】
Ｓ７１でリッチスパイク許可条件でない場合（ＦＬＧＲＳ＝０）もしくはＳ７２で所定時間ｔ２経過したと判断された場合は、Ｓ７４で副排気通路連通弁２１を閉弁する。
【００５３】
以上の操作でリッチスパイク時にリッチスパイクによるリッチ空燃比が副排気通路２０，副排気通路連通弁２１を介してＮＯｘ吸収剤１３下流にも供給され、リッチスパイク初期にＮＯｘ吸収剤１３より排出されるＮＯｘを下流の三元触媒１６で効率よく浄化できる。この場合、前記作用説明部の第３の発明説明部でも述べたが、副排気通路の排気抵抗を、ＮＯｘ吸収剤１３を通過する主排気通路の排気抵抗よりも小さくなるよう管径等を設計すると共に、主，副排気通路連通位置、その他の諸元を最適に設計、配直することでＮＯｘ吸収剤１３入口の空燃比がリッチとなり、吸収されているＮＯｘが放出される前にＮＯｘ吸収剤１３下流の空燃比をリッチとすることが可能となる。
【００５４】
次に第３の実施形態について図１２を用いて説明する。ハードウエア構成の変更点は第２の実施形態に対して副排気通路２０の上流端のＮＯｘ吸収剤上流との接続位置を所定気筒（図１２では＃１気筒）の排気ポート近傍３０に配置したことのみである。また、ブロック図としては第１の実施形態（図２）と同一であるため説明を省略する。
【００５５】
さらに、図１３のフローチャートを用いて第１の実施形態と本実施形態の異なる部分、具体的にはＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ部について詳細に説明する。Ｓ８１では、ＮＯｘ吸収剤１３の現状の吸収能力が充分にあるか否かを判定し、吸収能力が充分でなければ（ＦＬＧＳＮＯ＝１）、Ｓ８２でＦＬＧＳＮＯ＝１となってからｔ２経過したか否かを判定し、経過していなければＳ８３で副排気通路連通弁２１を開弁する。
【００５６】
Ｓ８１でＮＯｘ吸収剤１０の吸収能力が充分あると判定された場合もしくはＳ８２でＦＬＧＳＮＯ＝１となってからｔ２以上経過したと判断された場合はＳ８６で副排気通路連通弁２１を閉弁し、本ルーチンを終了する。
【００５７】
Ｓ８３で副排気通路連通弁２１を開弁した場合はＳ８４で副排気通路２０の上流端接続部に近接している気筒（図１２では第１気筒）が現在膨張行程もしくは排気行程の所定タイミングにあるか否かを検出し、なければ本ルーチンを終了し、所定タイミングにあると判断すればＳ８５で２度燃料噴射量を読み込む。この燃料噴射量は副排気通路２０を通過する燃料量が第１の実施形態でＮＯｘ吸収剤下流に噴射した燃料量と同等となる分の燃料噴射量である。本実施例では所定気筒（＃１）で噴射された燃料全てが副排気通路２０を通過するわけでないため、副排気通路２０を通過してＮＯｘ吸収剤下流に供給される燃料量が第１の実施形態でＮＯｘ吸収剤１３下流に噴射した燃料量と同等となる噴射量を機関の運転状態別に実験により求め記憶しておく必要がある。
【００５８】
最後にＳ８５で読み込んだ２度燃料噴射量を所定気筒（＃１）の燃料噴射弁９にて噴射する。なお、既述したように本実施形態では副排気通路２０の上流端を所定気筒の排気ポートに近接させ、所定気筒の排気の一部を副排気通路２０へ導く構成としているが、副排気通路２０に所定気筒の排気全量を導くか否かを副排気通路連通弁２１にて選択できる構成としてもよい（図１４）。この構成にすることで無駄な燃料を噴かずに済む。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力が低下しつつある場合、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力を回復させるためのリッチスパイクを実施する際、ＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化手段により、リッチスパイク初期にＮＯｘ吸収剤より流出するＮＯｘを下流の三元触媒で効率よく還元，浄化処理することが可能となり、排気性能をさらに向上させることができる。
【００６０】
請求項２に係る発明によると、ＮＯｘ吸収剤下流かつ三元触媒上流に排気リッチ化用燃料噴射弁にて燃料を噴射することで比較的容易にリッチスパイク開始直前から所定期間ＮＯｘ吸収剤下流かつ三元触媒上流の空燃比をリッチ化することができ、リッチスパイク初期にＮＯｘ吸収剤より流出するＮＯｘを下流の三元触媒で効率よく還元，浄化処理することが可能となる。
【００６１】
請求項３に係る発明によれば、リッチスパイク時にＮＯｘ吸収剤上流のリッチ排気を下流に導くことでリッチスパイク開始直前から所定期問ＮＯｘ吸収剤下流かつ三元触媒上流の空燃比をリッチ化することができるため、請求項２に係る発明のような燃料噴射量の演算等の複雑な制御を簡易化できると共に排気リッチ化用燃料噴射弁及び燃料配管が不要となる。
【００６２】
請求項４に係る発明によれば、リッチスパイク実行タイミングよりも前からＮＯｘ吸収剤下流かつ三元触媒上流の空燃比をリッチ化することができるため、確実にリッチスパイク初期にＮＯｘ吸収剤より流出するＮＯｘを還元，浄化できる。
【００６３】
請求項５に係る発明によれば、リッチスパイク初期にＮＯｘ吸収剤より流出するＮＯｘとアンモニアＮＨ３を反応させ浄化することでリッチスパイク初期にＮＯｘ吸収剤より流出するＮＯｘを浄化，処理することが可能となる。
【００６４】
請求項６に係る発明によれば、ＮＯｘ吸収剤下流かつ三元触媒上流の排気を充分に混合することが可能となり、リッチスパイク初期にＮＯｘ吸収剤より流出するＮＯｘを下流の触媒にて効率よく浄化，処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るシステム構成を示す図。
【図２】第１，第３実施形態のブロック図。
【図３】ＮＯｘ吸収量予測部のフローチャート。
【図４】リーン運転部を説明するフローチャート。
【図５】第１実施形態のＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化部を説明するフローチャート。
【図６】第１，第３実施形態のリッチスパイク許可部を説明するフローチャート。
【図７】リッチ運転手段を説明するフローチャート。
【図８】第２実施形態のハード構成を説明する図。
【図９】第２実施形態のブロック図である。
【図１０】第２実施形態のリッチスパイク許可部を説明するフローチャート。
【図１１】第２実施形態のＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化部を説明するフローチャート。
【図１２】第３実施形態のハード構成を説明する図。
【図１３】第３実施形態のＮＯｘ吸収剤下流空燃比リッチ化部を説明するフローチャート。
【図１４】第３実施形態の別形態を説明する図。
【符号の説明】
１    内燃機関
４    クランク角センサ
５    吸気通路
６    エアフロメータ
９    燃料噴射弁
１１  コントロールユニット
１２  排気通路
１３  ＮＯｘ吸収剤
１４  排気リッチ化用燃料噴射弁
１５  排気混合器
１６  三元触媒
２０  副排気通路
２１  副排気通路連通弁
【図１】
0003680620.tif 000002
【図２】
0003680620.tif 000003
【図３】
0003680620.tif 000004
【図４】
0003680620.tif 000005
【図５】
0003680620.tif 000006
【図６】
0003680620.tif 000007
【図７】
0003680620.tif 000008
【図８】
0003680620.tif 000009
【図９】
0003680620.tif 000010
【図１０】
0003680620.tif 000011
【図１１】
0003680620.tif 000012
【図１２】
0003680620.tif 000013
【図１３】
0003680620.tif 000014
【図１４】
0003680620.tif 000015