(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸排気バルブが共に開放されるバルブオーバーラップ期間中に燃料が噴射されるポート燃料噴射型の内燃機関の排気系に、酸化雰囲気で窒素酸化物を還元させる選択還元型窒素酸化物還元触媒を備えてなる排気ガス浄化装置において、
ａ．前記内燃機関の空燃比を理論空燃比よりリーンな値に制御する空燃比制御手段、
および
ｂ．予め定められた特性に従って前記排気ガス中の、不飽和もしくは芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃度の比が所定値以上とすべく、前記内燃機関の吸排気バルブが共に開放されるバルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射タイミング制御手段、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記燃料噴射タイミング制御手段は、前記排気ガスが酸化雰囲気にあるとき、前記バルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御することを特徴とする請求項１項記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記燃料噴射タイミング制御手段は、前記内燃機関の目標空燃比が所定値未満であるとき、前記バルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御することを特徴とする請求項１項記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記選択還元型窒素酸化物還元触媒が、耐熱性無機酸化物にイリジウムを活性種として担持させた触媒からなることを特徴とする請求項１項から３項のいずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【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ガス浄化装置に関し、具体的には、酸化雰囲気でＨＣ（炭化水素）を用いてＮＯｘ（窒素酸化物）を還元させる選択還元型ＮＯｘ還元触媒を用いた排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平５−３１２０７１号公報記載の技術のように、酸化雰囲気（リーン空燃比）においてＮＯｘ（窒素酸化物）成分を分解する触媒、特に酸化雰囲気でＮＯｘ成分を還元させる選択還元型ＮＯｘ（窒素酸化物）還元触媒を用い、排気中のＮＯｘ成分とＨＣ成分の濃度がある特定の値になるように排気濃度を制御して排気ガスの浄化を行うものが知られている。
【０００３】
即ち、ＮＯｘ分解触媒は、ＮＯｘとＨＣの比、より詳しくはＮＯｘとＨＣの濃度の比がある定められた関係にあるときに最も良くＮＯｘ，ＨＣの両者とも浄化することから、上記した従来技術においては、排気中のＮＯｘおよびＨＣ濃度を検出し、空燃比、二次空気量、点火時期などを介してＮＯｘとＨＣの濃度が所定値となるように制御することで、酸化雰囲気でＮＯｘを浄化している。
【０００４】
尚、この種のＮＯｘ分解触媒としては、上記した選択還元型ＮＯｘ（窒素酸化物）還元触媒、例えば特開平６−３１１７３号公報などで提案される、金属炭化物および金属窒化物から選ばれる少なくとも１種からなる担体上に、イリジウムとアルカリ土類金属とを共存担持させてなる触媒の他に、特開平６−８８５１８号公報で提案される、白金Ｐｔなどを担体上に担持させてＮＯｘ吸収材とした、吸蔵型と呼ばれる触媒が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年はリーンバーン機関ないしは直噴機関など、空燃比のリーン化が進みつつあり、酸化雰囲気でのＮＯｘ成分の浄化性能の一層の向上が望まれている。
【０００６】
従って、この発明の目的は、上記した選択還元型ＮＯｘ（窒素酸化物）還元触媒を用いた内燃機関の排気ガス浄化装置において、酸化雰囲気でのＮＯｘ成分の浄化性能を一層向上させるようにした内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【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、吸排気バルブが共に開放されるバルブオーバーラップ期間中に燃料が噴射されるポート燃料噴射型の内燃機関の排気系に、酸化雰囲気で窒素酸化物を還元させる選択還元型窒素酸化物還元触媒を備えてなる排気ガス浄化装置において、前記内燃機関の空燃比を理論空燃比よりリーンな値に制御する空燃比制御手段、および予め定められた特性に従って前記排気ガス中の、不飽和もしくは芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃度の比が所定値以上とすべく、前記内燃機関の吸排気バルブが共に開放されるバルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射タイミング制御手段を備える如く構成した。
【０００８】
請求項２項にあっては、前記燃料噴射タイミング制御手段は、前記排気ガスが酸化雰囲気にあるとき、前記バルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御する如く構成した。
【０００９】
請求項３項にあっては、前記燃料噴射タイミング制御手段は、前記内燃機関の目標空燃比が所定値未満であるとき、前記バルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御する如く構成した。
【００１０】
請求項４項にあっては、前記選択還元型窒素酸化物還元触媒が、耐熱性無機酸化物にイリジウムを活性種として担持させた触媒からなる如く構成した。
【００１１】
【作用】
請求項１項にあっては、内燃機関の空燃比を理論空燃比よりリーンな値に制御する空燃比制御手段と予め定められた特性に従って前記排気ガス中の、不飽和もしくは芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃度の比が所定値以上とすべく、前記内燃機関の吸排気バルブが共に開放されるバルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射タイミング制御手段を備える如く構成したので、酸化雰囲気において排気ガス中の、不飽和もしくは芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃度の比を最適にすることができ、さらに触媒のＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【００１２】
請求項２項にあっては、前記燃料噴射タイミング制御手段は、前記排気ガスが酸化雰囲気にあるとき、前記バルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御する如く構成したので、排気ガス中に未燃ガスが排出されることが少なくなるため、ＨＣ成分においてＮＯｘの浄化率に寄与しないパラフィン系ＨＣの占める割合が低くなると共に、多重結合を有するオレフィン系などのＨＣ成分の占める割合が高くなり、ＮＯｘ浄化率を最良にすることができる。
【００１３】
請求項３項にあっては、前記燃料噴射タイミング制御手段は、前記内燃機関の目標空燃比が所定値未満であるとき、前記バルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御する如く構成したので、排気ガス中に未燃ガスが排出されることが少なくなるため、ＨＣ成分においてＮＯｘの浄化率に寄与しないパラフィン系ＨＣの占める割合が低くなると共に、多重結合を有するオレフィン系などのＨＣ成分の占める割合が高くなり、ＮＯｘ浄化率を最良にすることができる。
【００１４】
尚、ＮＯｘ浄化率の向上は、請求項４項に記載するように、耐熱性無機酸化物にイリジウムを活性種として担持させた触媒において顕著である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの出願に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１はその装置を概略的に示す全体図である。
【００１７】
図において、符号１０はＯＨＣ直列４気筒４サイクルの内燃機関を示し、吸気管１２の先端に配置されたエアクリーナ１４から導入された吸気は、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１８と吸気マニホルド２０を経て、吸気バルブ（図示せず）を介して第１から第４気筒へと流入される。
【００１８】
各気筒の吸気バルブ（図示せず）の付近にはインジェクタ２２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。
【００１９】
燃焼後の排気ガスは、排気バルブ（図示せず）を介して排気マニホルド２４に排出され、排気管２６を経て第１の触媒２８と第２の触媒（三元触媒）３０とで浄化されて機関外に排出される。
【００２０】
ここで、第１の触媒装置２８は、前記した選択還元型窒素酸化物還元触媒、即ち、セラミック材などの耐熱性無機酸化物からなる担体上にイリジウムを活性種として担持させた触媒からなる。尚、触媒２８は、特開平５−３１２０７１、特開平６−３１１７３号公報などで提案される、金属炭化物および金属窒化物から選ばれる少なくとも１種からなる担体上に、イリジウムとアルカリ土類金属とを共存担持させた、ＮＯｘ分解触媒であっても良い。また、第２の触媒３０は、従来的な三元触媒からなる。
【００２１】
ここで、内燃機関１０には、排気ガスを吸気側に還流させるＥＧＲ機構（排気還流機構）１００が設けられる。
【００２２】
図２を参照して説明すると、ＥＧＲ機構１００のＥＧＲ通路１０２は、一端１０２ａが排気管２６の第１の触媒装置２８（図２に図示省略）の上流側に、他端１０２ｂが吸気管１２のスロットルバルブ１６（図２で図示省略）の下流側に連通する。このＥＧＲ通路１０２の途中には、ＥＧＲ量を調節するＥＧＲバルブ１０４と容積室１０６が設けられる。
【００２３】
ＥＧＲバルブ１０４はソレノイド１０８を有する電磁バルブであり、ソレノイド１０８は後述する制御ユニット（ＥＣＵ）３４に接続され、制御ユニット３４からの出力によってそのバルブ開度をリニアに変化させる。ＥＧＲバルブ１０４には、そのバルブ開度を検出するリフトセンサ１１０が設けられ、その出力は制御ユニット３４に送出される。
【００２４】
図１の説明に戻ると、図示の如く、内燃機関１０のディストリビュータ（図示せず）内にはクランク角センサ４０が設けられ、所定気筒の所定クランク角度で気筒判別信号を出力すると共に、各気筒のＴＤＣなどの所定クランク角度およびそれを細分した１５度などのクランク角度でＴＤＣ信号およびＣＲＫ信号を出力する。
【００２５】
スロットルバルブ１６にはスロットル開度センサ４２が接続され、その開度に応じた信号を出力すると共に、スロットルバルブ１６下流の吸気管１２内には絶対圧センサ４４が設けられ、吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じた信号を出力する。
【００２６】
内燃機関１０の適宜位置には大気圧センサ４６が設けられて大気圧ＰＡに応じた信号を出力すると共に、スロットルバルブ１６の上流側には吸気温センサ４８が設けられて吸入空気の温度に応じた信号を出力する。また、機関の適宜位置には水温センサ５０が設けられて機関冷却水温ＴＷに応じた信号を出力する。
【００２７】
更に、排気系において、排気マニホルド２４の下流側で第１の触媒装置２８の上流側の排気系集合部には、空燃比センサ５４が設けられ、排気ガスの酸素濃度に比例した信号を出力する。
【００２８】
図３は制御ユニット３４の詳細を示すブロック図である。空燃比センサ（「ＬＡＦセンサ」と示す）５４の出力は検出回路６０に入力され、所定の線型化処理を経て排気ガスの酸素濃度に比例した信号が得られる。
【００２９】
検出回路６０の出力は、マルチプレクサ６２およびＡ／Ｄ変換回路６４を介してＣＰＵ内に入力される。ＣＰＵはＣＰＵコア６６、ＲＯＭ６８、ＲＡＭ７０を備える。スロットル開度センサ４２などのアナログセンサ出力も同様にマルチプレクサ６２およびＡ／Ｄ変換回路６４を介してＣＰＵ内に取り込まれ、ＲＡＭ７０に格納される。
【００３０】
またクランク角センサ４０の出力は波形整形回路７２で波形整形された後、前記したＣＲＫ信号がカウンタ７４でカウントされ、カウント値は機関回転数ＮＥとしてＣＰＵ内に入力される。ＣＰＵにおいてＣＰＵコア６６は、ＲＯＭ６８に格納された命令に従って後述の如く制御値を演算し、駆動回路７６を介して各気筒のインジェクタ２２を駆動すると共に、駆動回路７８を介してＥＧＲバルブ１０４を駆動する。尚、図３でリフトセンサ１１０の図示は省略した。
【００３１】
次いで、この装置の動作を説明する。
【００３２】
図４は、この装置の動作を示すフロー・チャートであるが、同図の説明に入る前に、この発明に係る排気ガス浄化手法を説明する。
【００３３】
先ず、この装置においては既述の如く、第１の触媒２８として、酸化雰囲気でＮＯｘ成分を還元させる選択還元型ＮＯｘ還元触媒、より具体的にはＮＯｘ成分の分解にＨＣ成分を必要とする選択還元型ＮＯｘ還元触媒であって、耐熱性無機酸化物からなる担体上にイリジウムを活性種として担持させた触媒を用いる。
【００３４】
前述の通り、特開平５−３１２０７１号公報で提案されるように、ＮＯｘ分解触媒を用いると共に、排気中のＮＯｘとＨＣの濃度比を目標値に制御することで酸化雰囲気でＮＯｘの浄化性能を向上させることが提案されている。
【００３５】
ところで、発明者達の実験によれば、図５の触媒温度（ＴＣＡＴ）に対するＮＯｘ浄化率ηＮＯｘの特性に示す如く、ＮＯｘ成分の分解に炭化水素を必要とする選択還元型窒素酸化物還元触媒において、パラフィン系のＨＣ成分、即ち、炭素の二重結合や三重結合などの多重結合を有しないＨＣ成分はＮＯｘの浄化に寄与せず、炭素の二重結合や三重結合などの多重結合を有するオレフィン系ＨＣ（不飽和炭化水素）あるいはアロマ系のＨＣ成分（芳香族炭化水素）がＮＯｘ浄化に寄与することが知見された。ここで、ＮＯｘの浄化に寄与するのはＨＣ成分の持つ炭素の多重結合であって、ＨＣが鎖式であるか環式であるかは問わない。
【００３６】
即ち、ＮＯｘ成分の分解にＨＣ成分を必要とする選択還元型ＮＯｘ還元触媒において、浄化率を最良にするには、ＮＯｘ浄化に必要な排気ガス中のＨＣ成分のうち、多重結合を有するオレフィン系炭化水素（不飽和炭化水素）あるいはアロマ系炭化水素（芳香族炭化水素）の構成比を上げるか、あるいは低下させないことが有効であることが知見された。以下、この明細書および図面において多重結合を有するオレフィン系炭化水素などと記述する場合は、アロマ系などの芳香族炭化水素も含むものとする。
【００３７】
ところで、燃焼室に供給する燃料（ガソリン）と、そこで燃焼されて排出される排気ガス中のＨＣ成分の構成比率を分析すると、図６に示す如く、ＨＣ成分中に占めるパラフィン系ＨＣ成分などの多重結合を有しないＨＣ成分の割合は、燃料（ガソリン）の方が、排気ガスより大きい。尚、この割合は、ガソリンによっても大きく異なる。
【００３８】
従って、ＨＣとＮＯｘの濃度比を所定の値に制御しても、未燃ガスが多く排出される場合、ＮＯｘの浄化率が必ずしも向上しない。未燃ガスが多く排出されるのは、吸排気バルブが共に開放されるオーバラップ期間中に燃料を噴射したことによる。さらに、図７に示す如く、選択還元型ＮＯｘ還元触媒を用いたとき、ＨＣ／ＮＯｘ比、より詳しくは不飽和もしくは芳香族炭化水素（ＨＣ）濃度とＮＯｘ濃度の比が、所定値（図中に破線αで示す。より詳しくは４．０）以上ではないと、浄化率が低下することも実験により確認された。
【００３９】
この発明は上記の知見に基づいてなされたものであり、前記したＮＯｘ成分の分解にＨＣ成分を必要とする選択還元型ＮＯｘ還元触媒を用いると共に、吸排気バルブが共に開放されるオーバーラップ期間中に燃料の噴射を行わないようにすることで、多重結合を有するオレフィン系炭化水素などの構成比を上げる、あるいは低下させないようにし、酸化雰囲気におけるＮＯｘの浄化率を上げるようにした。
【００４０】
図４を参照して説明すると、Ｓ１０において機関回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡなどの検出された運転パラメータを読み出し、Ｓ１２に進んで目標空燃比ＫＣＭＤを算出する。
【００４１】
図８はその作業を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
【００４２】
以下説明すると、先ずＳ１００においてフューエルカット中か否か判断し、肯定されるときはＳ１０２に進んで目標空燃比ＫＣＭＤを所定値ＫＣＭＤＦＣ（例えば１．０）に設定する。
【００４３】
他方、Ｓ１００で否定されるときはＳ１０４に進んでフューエルカット直後（例えばフューエルカット終了後５００ｍｓ以内）か否か判断し、肯定されるときはＳ１０６に進んで目標空燃比の前回値ＫＣＭＤ(k-1) と検出空燃比（ＬＡＦセンサ出力値）の前回値ＫＡＣＴ(k-1) の偏差の絶対値が所定値ΔＫＦＰＣ（例えば０．１４）を超えるか否か判断する。尚、(k-1) は離散系のサンプル時刻(k)（具体的には図４プログラムの起動時刻）の前回値を示す。
【００４４】
Ｓ１０６で肯定されるときはＳ１０８に進んでフューエルカット直後であることを示すフラグＦＰＦＣのビットを１にセットしてＳ１０２に進むと共に、Ｓ１０６で否定されるとき、およびＳ１０４で否定されるときはＳ１１０に進んでそのフラグのビットを０にリセットする。
【００４５】
次いでＳ１１２に進み、検出した機関回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとから所定のマップを検索し、目標空燃比の基準値ＫＢＳを求める。続いてＳ１１４に進み、検索した基準値に対して運転状態に応じて水温、負荷などから補正を加える。続いてＳ１１６に進み、補正された基準値に、リーン化補正係数、減速時補正係数などを乗算して更に補正し、目標空燃比ＫＣＭＤの今回値を算出する（簡略化のため、今回値にｋを付すのは省略した）。
【００４６】
続いてＳ１１８に進んで適宜なリミット処理を行い、Ｓ１２０に進んで算出した目標空燃比ＫＣＭＤから所定のテーブルを検索して充填効率の補正係数ＫＥＴＣを求め、Ｓ１２２に進んで検索した充填効率補正係数ＫＥＴＣを目標空燃比ＫＣＭＤに乗じて目標空燃比補正係数ＫＣＭＤＭを算出する。尚、目標空燃比ＫＣＭＤおよび目標空燃比補正係数ＫＣＭＤＭは、より詳しくは当量比で示される。
【００４７】
図４フロー・チャートの説明に戻ると、続いてＳ１４に進んで燃料噴射量Ｔｏｕｔを演算する。
【００４８】
燃料噴射量Ｔｏｕｔは、公知の手法に従って、
Ｔｏｕｔ＝Ｔｉｍ×ＫＣＭＤＭ×ＫＴＯＴＡＬ×ＫＦＢ＋ＴＴＯＴＡＬ
で求める。ここで、Ｔｉｍ：機関回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡから所定のマップを検索して求められる基本値、ＫＣＭＤＭ：上記した目標空燃比補正係数、ＫＴＯＴＡＬ：乗算補正項（後述するＥＧＲ補正項ＫＥＧＲＮなどを含む）、ＫＦＢ：空燃比フィードバック補正項、ＴＴＯＴＡＬ：加算補正項である。
【００４９】
次いでＳ１６に進み、算出した目標空燃比ＫＣＭＤが所定値ＫＣＭＤＬ未満か否か判断する。上記したように目標空燃比ＫＣＭＤは当量比で示されることから、ここで所定値ＫＣＭＤＬはリーン方向の所定値、即ち、排気ガスが酸化雰囲気にあることを示すに足る値、具体的には０．８などの値とする。尚、この値は機関回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡなどで変わることから、予め実験により求めておき、検出した機関回転数などから検索するようにしても良い。
【００５０】
そして、Ｓ１６で肯定されるときはＳ１８に進み、燃料噴射タイミング、より具体的には燃料噴射終了タイミングθｉｎｊを、図９に示す如く、吸排気バルブが共に開放されるバルブオーバラップ期間を避けるに足る値θｉｎｊｌｅに設定する。即ち、図９に示す如く、バルブオーバーラップ期間が経過した後に燃料噴射を開始して吸気行程中に燃料噴射を完了させるべく、θｉｎｊｌｅを例えばＡＴＤＣ１２０度に設定し、そのクランク角度で燃料噴射を終了する。
【００５１】
他方、Ｓ１６で否定されるときはＳ２０に進み、燃料噴射終了タイミングθｉｎｊは通常の値θｉｎｊｓｔに設定する。従って、この場合には図９に示す如く、排気行程の後期、例えばＢＴＤＣ６０度に燃料噴射を終了するように、θｉｎｊｓｔを設定する。
【００５２】
尚、目標空燃比ＫＣＭＤが理論空燃比に近い当量比であるとき、主として第２の触媒３０において排気ガス中のＨＣ，ＮＯｘ，ＣＯ成分の浄化が行われる。また、図示しない別ルーチンにおいて、Ｓ１８あるいはＳ２０で設定された燃料噴射終了タイミングθｉｎｊに基づいて決定した燃料噴射量Ｔｏｕｔが噴射されるが、それ自体は公知の手法であるので、詳細な説明は省略する。
【００５３】
ここで、上記した制御を敷衍すると、図９に示す如く、ある気筒に着目するとき、例えばＡＴＤＣ１０から３０度で排気バルブ（図にＥＸと示す）が閉じる前に、ＢＴＤＣ１０から３０度で吸気バルブ（図にＩＮと示す）が開き、図示のような吸排気バルブが共に開放されるバルブオーバーラップ期間が存在する。しかし、この実施の形態においては上記の如く、目標空燃比ＫＣＭＤが所定値未満のリーン方向の値であるときは、バルブオーバラップ期間中の燃料噴射を回避するように構成したので、排気ガス中に未燃ガスが排出されることが少ない。
【００５４】
従って、ＨＣ成分においてＮＯｘの浄化率に寄与しないパラフィン系ＨＣの占める割合が低くなると共に、多重結合を有するオレフィン系などのＨＣ成分の占める割合が高くなり、ＮＯｘ浄化率を最良にすることができる。
【００５５】
図１０は、同一のリーン運転条件下（目標ＫＣＭＤ≦０．８）において、同一の燃料噴射タイミングθｉｎｊのみを変更して燃料噴射を行った場合のＨＣ／ＮＯｘ比（より詳しくはＨＣ濃度とＮＯｘ濃度の比）とＮＯｘ浄化率ηＮＯｘの実験結果を示す。
【００５６】
図から明らかな如く、バルブオーバーラップ期間中から燃料噴射したときのＨＣ／ＮＯｘ比（図にａで示す）は、噴射された燃料の一部が未燃ガスとして排気バルブが閉じられるまでに排気系に吹き抜ける結果、バルブオーバーラップ期間を避けて燃料噴射した場合の値（図にｂで示す）よりも大きい。
【００５７】
しかし、ＨＣ／ＮＯｘ比は大きくなるものの、排気ガス中にパラフィン系のＨＣ成分が増加し、オレフィン系などの多重結合を有するＨＣ成分が低下することから、ＮＯｘ浄化率は、吸排気バルブが共に開放されるバルブオーバーラップ期間を避けて燃料噴射した場合（図にｃで示す）に比較し、バルブオーバーラップ期間に燃料噴射を開始した場合（図にｄで示す）には低下している。
【００５８】
この実施の形態は、図１０に示す知見に基づいてなされたものであり、ＮＯｘ成分の分解にＨＣ成分を必要とする選択還元型ＮＯｘ還元触媒を用いると共に、吸排気バルブが共に開放されるオーバーラップ期間を避けて燃料噴射を行うように構成した。尚、燃料噴射量が多く、燃料噴射タイミングθｉｎｊｌｅをＡＴＤＣ１２０℃に設定しても吸気行程中に燃料噴射を終了できないような場合には、燃料噴射を排気行程と吸気行程に分けることで、オーバーラップ期間を避けて噴射すれば良い。
【００５９】
この実施の形態においては、上記の如く構成したことによって、多重結合を有するオレフィン系炭化水素などの構成比を上げるか、あるいは少なくとも低下させないことが可能となり、酸化雰囲気におけるＮＯｘの浄化率を上げることができる。
【００６０】
図１１はこの発明に係る装置の第２の実施の形態を示す、図４と同様のフロー・チャートである。
【００６１】
発明者達がさらに実験を重ねた結果、ＮＯｘ浄化率は排気ガス中のＯ２（酸素）濃度に依存し、図１２に示す如く、Ｏ２濃度が低い方が浄化率は向上することが判明した。
【００６２】
即ち、ＮＯｘ成分の分解にＨＣ成分を必要とする選択還元型ＮＯｘ還元触媒においては多重結合を有するオレフィン系などのＨＣ成分が有益であり、選択還元型ＮＯｘ還元触媒として耐熱性無機酸化物からなる担体上にイリジウムを活性種として担持させてなる触媒を用いる場合、図７に示したように、多重結合を有するＨＣとＮＯｘの比、より詳しくは不飽和もしくは芳香族ＨＣの濃度とＮＯｘ濃度の比が所定値以上ではないと浄化率が低下すると共に、図１２に示す如く、低Ｏ２  濃度の方が、高い浄化率を得られることが判明した。
【００６３】
換言すれば、そのようなＮＯｘ分解触媒を用いる場合、排気ガス中のＨＣ（不飽和もしくは芳香族ＨＣ）／ＮＯｘ濃度比が所定値以上で、かつＯ２  濃度を低くすることにより、ＮＯｘ浄化率を一層高くできることが実験により確認された。
【００６４】
さらに考究を続けたところ、ＥＧＲがＮＯｘ浄化率の向上に有益であることが判明した。それについて図１３を参照して説明すると、図中でｅ，ｆは多重結合を有するＨＣとＮＯｘの濃度比が１．５のときのＮＯｘ浄化率ηＮＯｘを示し、ｇ，ｈは同様に多重結合を有するＨＣとＮＯｘの濃度比が４．０のときのＮＯｘ浄化率ηＮＯｘを示す。
【００６５】
同図で、ｅ，ｆ，ｇ，ｈは、それぞれ、ほぼ同一の機関出力を確保することができる、言い換えれば、ほぼ同一の燃料噴射量を与えたときのＮＯｘ浄化率を示している。ｅ，ｇにおいて空燃比Ａ／Ｆは２２：１であり、ＥＧＲ率は零（ＥＧＲ実行なし）である
【００６６】
この状態から、吸入空気量を調整することにより、空燃比Ａ／Ｆを１９：１までリッチ方向に変化させると、ＮＯｘ浄化率はｆ点まで向上する。これは、排気ガス中の酸素濃度が低下することによる。他方、ｅ点から燃料噴射タイミングθｉｎｊなどを制御して多重結合を有するＨＣとＮＯｘの濃度比を４．０に上げると、ＮＯｘ浄化率はｇ点まで向上する。このことは、ＮＯｘ浄化率は、排気ガス中の酸素濃度と、多重結合を有するＨＣとＮＯｘの濃度比に、それぞれ依存することを示している。
【００６７】
さらに、ｅ点に示す状態から、ＥＧＲ率（即ち、ＥＧＲ量）を最適に制御することにより、ＮＯｘ浄化率をｇ点まで向上できることが知見できた。これは、ＥＧＲを実行することで、酸素濃度を低下できることから、空燃比を２２：１から１９：１まで変化させることができ、同時に、ＥＧＲの実行によって燃焼状態が変化することで、排気ガス中のＮＯｘ濃度が低下する一方、不飽和もしくは芳香族ＨＣ濃度も若干増加し、結果的に多重結合を有するＨＣとＮＯｘの比が増大することによるものと思われる。
【００６８】
いずれにしても、このようにＥＧＲを実行することで、排気ガス中のＮＯｘ濃度を低下できる一方、多重結合を有するＨＣとＮＯｘの濃度比を増大させることができ、さらに酸素濃度を低下させることもできてＮＯｘ浄化率を大幅に向上できることが知見された。第２の実施の形態は、このような知見に基づく。
【００６９】
以下、図１１を参照して説明すると、Ｓ２００からＳ２１０まで第１の実施の形態と同様の処理を行って燃料噴射タイミングを設定した後、Ｓ２１２に進んでＥＧＲ（排気還流）が実行されるＥＧＲ領域にあるか否か判断し、肯定されるときはＳ２１４に進んでＥＧＲ率（排気還流率）を算出する。
【００７０】
以下、図１４はその作業を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
【００７１】
尚、このＥＧＲ率の算出においては、燃焼室に流入する正味のＥＧＲ率は、
正味ＥＧＲ率＝（定常時のＥＧＲ率）×（実リフトと弁前後の圧力比より求まるガス量ＱＡＣＴ）／（リフト指令値と弁前後の圧力比より求まるガス量ＱＣＭＤ）
で求め、定常時（基本）のＥＧＲ率は、ＥＧＲ率補正係数を求め、１から減算することで求める。即ち、定常時のＥＧＲ率補正係数をＫＥＧＲＭＡＰとすると、
定常時のＥＧＲ率＝（１−ＫＥＧＲＭＡＰ）
で算出する。
【００７２】
また、ＥＧＲガスの流入遅れは、ある無駄時間が経過した後に一度に燃焼室に流入するとみなし、所定の周期ごとに前記した正味還流率を算出して記憶手段に格納しておくと共に、無駄時間に相当する過去の周期の算出値をもって真に燃焼室に流入した排気ガスの還流率とみなすようにした。尚、「ＥＧＲ率」（排気還流率）は、排気ガス／吸入空気の体積比ないしは重量比を意味する。
【００７３】
尚、上記は本出願人が先に特開平８−２９１７３７号で提案しているので、以下の説明は簡単に止める。
【００７４】
先ずＳ３００で機関回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ、大気圧ＰＡ、実リフトＬＡＣＴ（リフトセンサ１１０の出力）などを読み込み、Ｓ３０２に進んで検出した機関回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡと目標空燃比ＫＣＭＤからリフト指令値ＬＣＭＤを検索する。リフト指令値ＬＣＭＤは、図１５に示す如く、予め特性を定めて設定しておいたマップを機関回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡおよび目標空燃比ＫＣＭＤから検索して求める。
【００７５】
図示の特性において、ＫＣＭＤ２はＫＣＭＤ１より当量比において小さい（よりリーンな）値であり、ＫＣＭＤ３はＫＣＭＤ２より当量比においてさらに小さい（より一層リーンな）値である。そして、リフト指令値ＬＣＭＤは、ＫＣＭＤ１よりＫＣＭＤ２が、ＫＣＭＤ２よりＫＣＭＤ３が、大きくなるように設定する。
【００７６】
即ち、目標空燃比ＫＣＭＤがリーンになるに従って、より大量の排気ガスを吸気側に還流させて燃焼室に供給し、排気ガス中のＯ２  濃度を低下させるように設定する。
【００７７】
続いてＳ３０４に進み、同様に機関回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡと目標空燃比ＫＣＭＤから図１６にその特性を示すマップを検索し、定常時（基本）のＥＧＲ率補正係数ＫＥＧＲＭＡＰを求める。
【００７８】
図１６に示す如く、定常時のＥＧＲ率補正係数ＫＥＧＲＭＡＰも予め実験で求めてマップとして設定しておき、同様のパラメータから検索して求める。
【００７９】
図１５に示した特性と同様に、ＫＣＭＤ２はＫＣＭＤ１より当量比において小さい（よりリーンな）値であり、ＫＣＭＤ３はＫＣＭＤ２より当量比において小さい（より一層リーンな）値であり、定常時のＥＧＲ率補正係数ＫＥＧＲＭＡＰは、ＫＣＭＤ１よりＫＣＭＤ２が、ＫＣＭＤ２よりＫＣＭＤ３が小さくなるように設定される。これは、目標空燃比ＫＣＭＤがリーンになるに従って、より大量の排気ガスを吸気側に還流させて燃焼室に供給しているので、必要な燃料噴射量が減少するためである。
【００８０】
次いでＳ３０６に進んで検出した実リフトＬＡＣＴが零ではないことを確認してＳ３０８に進み、検索したリフト指令値ＬＣＭＤを所定の下限値ＬＣＭＤＬＬ（微小値）と比較する。
【００８１】
Ｓ３０８で検索値が下限値以下ではないと判断されるときはＳ３１０に進んで吸気管内絶対圧ＰＢＡと大気圧ＰＡとの比ＰＢＡ／ＰＡを求め、それと検索したリフト指令値ＬＣＭＤから所定のマップを検索し、ガス量（前記したリフト指令値と弁前後の圧力比より求まるガス量）ＱＣＭＤを求める。
【００８２】
続いてＳ３１２に進み、検出した実リフトＬＡＣＴと同様の比ＰＢＡ／ＰＡとから同様のマップを検索し、ガス量（前記した実リフトと弁前後の圧力比より求まるガス量）ＱＡＣＴを求める。
【００８３】
続いてＳ３１４に進んで検索した基本ＥＧＲ率補正係数ＫＥＧＲＭＡＰを１から減算して得た値を定常時のＥＧＲ率（ＥＧＲ動作が安定しているときのＥＧＲ率）を求め、続いてＳ３１６に進んで図示の如く正味ＥＧＲ率を求める。次いでＳ３１８に進んでＥＧＲ率に対する燃料噴射補正係数ＫＥＧＲＮを演算する。
【００８４】
図１７はその作業を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
【００８５】
同図に従って説明すると、Ｓ４００において１から正味ＥＧＲ率を減算した差を燃料噴射補正係数ＫＥＧＲＮとし、Ｓ４０２に進んで算出した燃料噴射補正係数ＫＥＧＲＮをリングバッファに順次格納（記憶）する。続いてＳ４０４に進み、検出した機関回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとから所定のマップを検索して無駄時間τ（リングバッファの番号で示される）を検索し、Ｓ４０６に進んで検索した無駄時間τに対応する燃料噴射補正係数ＫＥＧＲＮを読み出す。
【００８６】
即ち、図１８に示すように、現在時点がＡであるとき、例えば１２回前の算出値を選択し、それを今回の燃料噴射補正係数ＫＥＧＲＮとする。尚、決定された燃料噴射補正係数ＫＥＧＲＮは前記の如く、補正項ＫＴＯＴＡＬの一部として燃料噴射量の補正に用いられる。
【００８７】
尚、図１４フロー・チャートにおいて、Ｓ３０６で肯定されるときはＳ３２０に進んで比を零とすると共に、Ｓ３０８で肯定されるときはＳ３２２，Ｓ３２４に進んで前回値を保持する。
【００８８】
図１１フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ２１６に進み、図１４フロー・チャートのＳ３０２で検索したリフト指令値ＬＣＭＤとなるように、ＥＧＲバルブ１０４をデューティ比制御する。即ち、Ｓ２０６で肯定されるときはＳ３０２においてＫＣＭＤＬ相当のＫＣＭＤ３が選択され、リフト指令値ＬＣＭＤが決定される。他方、Ｓ２１２で否定されるときはＳ２１８に進んでリフト指令値ＬＣＭＤは零と決定され、Ｓ２２０に進んで燃料噴射補正係数ＫＥＧＲＮが１に決定される。
【００８９】
第２の実施の形態においては上記の如く構成したことから、燃料量を増加させることなく、排気ガス中のＯ２  濃度を低下できる一方、不飽和もしくは芳香族ＨＣとＮＯｘの濃度比を増大させることができ、さらに酸素濃度を低下させることもできてＮＯｘ浄化率を大幅に向上させることができる。
【００９０】
図１９はこの発明の第３の実施の形態を示すグラフ図である
【００９１】
第３の実施の形態においては、目標空燃比ＫＣＭＤに応じて補正係数ＫＬを求めるようにした。即ち、図１５に示したリフト指令値ＬＣＭＤのマップ特性は１種類のみ設定しておき、機関回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとから検索すると共に、検索値に補正係数ＫＬを乗じてリフト指令値ＬＣＭＤを算出するようにした。尚、図示は省略するが、図１６に示した定常時のＥＧＲ率補正係数ＫＥＧＲＭＡＰについても同様の補正係数を設定しても良い。
【００９２】
第３の実施の形態においては、第２の実施の形態と同様に、排気ガス中のＯ２濃度を低下させてＮＯｘ浄化率を向上できると共に、リフト指令値ＬＣＭＤなどに複数のマップを必要としないので、構成としても簡易となる。
【００９３】
尚、第２および第３の実施の形態において、図１１フロー・チャートのＳ２００からＳ２１０において第１の実施の形態と同様の処理を行ったが、Ｓ２００からＳ２１０までの処理を廃し、Ｓ２１２からＳ２１６までのＥＧＲ制御のみを行っても良い。
【００９４】
ここで、請求項との対応を示すと、請求項１項にあっては、吸排気バルブが共に開放されるバルブオーバーラップ期間中に燃料が噴射されるポート燃料噴射型の内燃機関（１０）の排気系（排気管２６）に、酸化雰囲気で窒素酸化物を還元させる選択還元型窒素酸化物還元触媒（第１の触媒２８）を備えてなる排気ガス浄化装置において、前記内燃機関の空燃比を理論空燃比よりリーンな値に制御する空燃比制御手段（図４のＳ１２、図８のＳ１００からＳ１２２）、および、予め定められた特性に従って前記排気ガス中の、不飽和もしくは芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃度の比が所定値以上とすべく、前記内燃機関の吸排気バルブが共に開放されるバルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射タイミング制御手段（図４のＳ１６からＳ２０、図１１のＳ２００からＳ２１０）を備える如く構成した。
【００９５】
また、請求項２項にあっては、前記燃料噴射タイミング制御手段は、前記排気ガスが酸化雰囲気にあるとき、前記バルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御する（図４のＳ１６，Ｓ１８、図１１のＳ２０６，Ｓ２０８）如く構成した。
【００９６】
また、請求項３項にあっては、前記燃料噴射タイミング制御手段は、前記内燃機関の目標空燃比が所定値未満であるとき、前記バルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御する（図４のＳ１６，Ｓ１８、図１１のＳ２０６，Ｓ２０８）如く構成した。
【００９７】
また、請求項４項にあっては、前記選択還元型窒素酸化物還元触媒（第１の触媒２８）が、耐熱性無機酸化物にイリジウムを活性種として担持させた触媒からなる如く構成した。
【００９８】
尚、上記した手法は全て、いわゆる直噴機関にも適用することができる。直噴機関においては燃料を気筒内に直接噴射することから、燃料噴射タイミングは吸気工程から圧縮工程の間になるので、実施の形態に示したポート噴射機関のように、基本的には、噴射された燃料が吸排気バルブが共に開放されるバルブタイミングのオーバーラップ期間中に排気系に吹き抜けない。
【００９９】
しかしながら、直噴機関においても燃料噴射タイミングに応じて排気ガス中のＨＣ成分の構成に違いが見られる。直噴機関においては通例、低負荷時は成層燃焼を行わせるため、燃料噴射タイミングは圧縮工程になるが、燃料噴射タイミングを圧縮工程の中で変化させると、層状燃焼の範囲から外れた燃料が、燃焼されずに排出される場合がある。
【０１００】
また、中高負荷においては燃料噴射タイミングは吸気工程となり、予混合燃焼となるか、もしくは吸気工程と圧縮工程の組み合わせにより予混合と層状吸気の組み合わせとなる。この場合においても、吸気工程中の燃料噴射タイミングを変更したり、吸気工程と圧縮工程の燃料噴射タイミングや噴射の比率を変更することで燃焼状態が変化し、排気ガス中のＨＣの種類を変えることができる。
【０１０１】
このことから、直噴機関においても、燃料噴射タイミングを変えることで、排気ガス中の不飽和もしくは芳香族ＨＣの濃度を制御することができる。
【０１０２】
尚、上記において、第２の触媒３０は、三元触媒機能を備えたＮＯｘ分解触媒であっても良く、あるいは炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯなどを酸化する酸化触媒であっても良い。要は、第２の触媒３０は、リーン空燃比以外の空燃比雰囲気で炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯを効率良く浄化できるものであれば良い。
【０１０３】
また、上記でＥＧＲ機構について、電動型の排気還流弁を用いたが、機関の負圧により作動するダイアフラムを用いた排気還流弁を使用しても良い。
【０１０４】
また、排気ガスの酸素濃度に比例した出力が得られる空燃比センサを用いたが、Ｏ２  センサであっても良い。
【０１０５】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、内燃機関の空燃比を理論空燃比よりリーンな値に制御する空燃比制御手段と予め定められた特性に従って前記排気ガス中の、不飽和もしくは芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃度の比が所定値以上とすべく、前記内燃機関の吸排気バルブが共に開放されるバルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御する燃料噴射タイミング制御手段を備える如く構成したので、酸化雰囲気において排気ガス中の、不飽和もしくは芳香族炭化水素の濃度と、窒素酸化物の濃度の比を最適にすることができ、さらに触媒のＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【０１０６】
請求項２項にあっては、前記燃料噴射タイミング制御手段は、前記排気ガスが酸化雰囲気にあるとき、前記バルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御する如く構成したので、排気ガス中に未燃ガスが排出されることが少なくなるため、ＨＣ成分においてＮＯｘの浄化率に寄与しないパラフィン系ＨＣの占める割合が低くなると共に、多重結合を有するオレフィン系などのＨＣ成分の占める割合が高くなり、ＮＯｘ浄化率を最良にすることができる。
【０１０７】
請求項３項にあっては、前記燃料噴射タイミング制御手段は、前記内燃機関の目標空燃比が所定値未満であるとき、前記バルブオーバーラップ期間を避けるように前記内燃機関の燃料噴射タイミングを制御する如く構成したので、排気ガス中に未燃ガスが排出されることが少なくなるため、ＨＣ成分においてＮＯｘの浄化率に寄与しないパラフィン系ＨＣの占める割合が低くなると共に、多重結合を有するオレフィン系などのＨＣ成分の占める割合が高くなり、ＮＯｘ浄化率を最良にすることができる。
【０１０８】
尚、ＮＯｘ浄化率の向上は、請求項４項に記載するように、耐熱性無機酸化物にイリジウムを活性種として担持させた触媒において顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願に係る内燃機関の排気ガス浄化装置を全体的に示す概略図である。
【図２】図１中のＥＧＲ機構の詳細を示す説明図である。
【図３】図１中の制御ユニットの詳細を示すブロック図である。
【図４】この出願に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図５】図４に示す排気ガス浄化手法を説明する不飽和もしくは芳香族ＨＣ成分とそれ以外のＨＣ成分のＮＯｘ浄化率を示す説明グラフ図である。
【図６】燃料（ガソリン）と排気ガス中の不飽和もしくは芳香族ＨＣ成分とそれ以外のＨＣ成分の成分比を示す説明データ図である。
【図７】不飽和もしくは芳香族ＨＣ成分／ＮＯｘ比の浄化率に対する特性を示す説明グラフ図である。
【図８】図４フロー・チャートの目標空燃比ＫＣＭＤの算出作業を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
【図９】図４フロー・チャートの燃料噴射タイミングを示す説明グラフ図である。
【図１０】この発明に係る装置のＮＯｘ浄化率を示すデータ図である。
【図１１】この発明の第２の実施の形態を示す、図４と同様の装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図１２】第２の実施の形態における浄化手法で、酸素濃度に対するＮＯｘ浄化率の特性を示す説明グラフ図である。
【図１３】第２の実施の形態の浄化率を示す説明データ図である。
【図１４】図１１フロー・チャートの中のＥＧＲ率算出作業を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
【図１５】図１４フロー・チャートで用いるリフト指令値のマップ特性を示す説明グラフ図である。
【図１６】図１４フロー・チャートで用いる基本ＥＧＲ率補正係数ＫＥＧＲＭＡＰのマップ特性を示す説明グラフ図である。
【図１７】図１４フロー・チャートの燃料噴射補正係数の算出作業を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
【図１８】図１７フロー・チャートの無駄時間τによる燃料噴射補正係数の算出を示す説明タイミング・チャートである。
【図１９】この発明の第３の実施の形態を示す説明グラフ図である。
【符号の説明】
１０  内燃機関
２２  インジェクタ
２４  排気マニホルド
２８  第１の触媒（選択還元型窒素酸化物還元触媒）
３０  第２の触媒（三元触媒）
３４  制御ユニット
５４  空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）
１００  ＥＧＲ機構
１０４  ＥＧＲバルブ
【図１】
0003974550.tif 000002
【図２】
0003974550.tif 000003
【図３】
0003974550.tif 000004
【図４】
0003974550.tif 000005
【図５】
0003974550.tif 000006
【図６】
0003974550.tif 000007
【図７】
0003974550.tif 000008
【図８】
0003974550.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003974550.tif 000012
【図１２】
0003974550.tif 000013
【図１３】
0003974550.tif 000014
【図１４】
0003974550.tif 000015
【図１５】
0003974550.tif 000016
【図１６】
0003974550.tif 000017
【図１７】
0003974550.tif 000018
【図１８】
0003974550.tif 000019
【図１９】
0003974550.tif 000020