(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管にリーン条件ではＮＯｘを吸着すると共にストイキ条件ではＮＯｘを還元するＮＯｘ吸着型三元触媒を有し、
その下流にはＨＣを吸着すると共にストイキ条件ではＮＯｘを還元するＨＣ吸着型三元触媒を有し、
予め回転数と負荷に基づいて設定された運転領域に対応してエンジンに吸入される混合気のＡ／Ｆをリーンとストイキに切換える一方、ストイキからリーンに切換えるときの切換時間は、切換前の計測されたストイキ運転時間が長いほど長く設定し、この切換時間内において時間の経過と共に空燃比をストイキからリーンまで変化させる事を特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
同一のコンテナ内に２つの担体を有し、上流側の担体には前記ＮＯｘ吸着型三元触媒を、その下流側には前記ＨＣ吸着型三元触媒を有する事を特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＨＣ吸着型三元触媒として、Ｃｕ−ＺＳＭ−５と貴金属系三元触媒とを二層に塗り分けたハイブリッド型触媒とする事を特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
エンジンに吸入される混合気のＡ／Ｆをリーンとストイキとに運転条件に対応して変化させる場合、リーンからストイキへ変化させる時に、一時的にＡ／ＦをストイキよりリッチなＡ／Ｆとする事を特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リーン条件でＮＯｘを吸着し、ストイキ条件でＮＯｘを還元する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の排気浄化装置としては、例えば特開平６−６６１８５号公報がある。この装置はＮＯｘ吸着材の下流に三元触媒を有し、リーン条件でＮＯｘを吸着する。三元条件でのスタートでＡ／Ｆをリッチ化して脱離したＮＯｘをＡ／Ｆのリッチ化による過剰な還元材（ＨＣ，ＣＯ）で処理するものである。
【０００３】
またＮＯｘ吸着材としては特開平６−２０５９７５号公報に示すように、Ｐｔ／Ｐｄ／ＲｈとＬａ，Ｃｅの組み合わせがある。
【０００４】
さらにＨＣ吸着材としては特開平３−１３５４３７号公報に示すように、ゼオライトにＣｕをイオン交換したものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の排気浄化装置にあっては、リーン条件で吸着したＮＯｘを還元するには、リーン条件からの切り換え時に一時的にＡ／Ｆをストイキよりリッチにして、還元材を多量に供給して脱離したＮＯｘを処理する触媒となっていたため、ＮＯｘの脱離が終了するまでリッチにし続けると燃費の悪化が大きいという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、ＮＯｘ吸着触媒の下流にＨＣ吸着材と、この吸着材に吸着されたＨＣとＮＯｘ吸着触媒から脱離したＮＯｘを反応させる三元触媒とを装着した排気浄化装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、排気管にリーン条件ではＮＯｘを吸着すると共にストイキ条件ではＮＯｘを還元するＮＯｘ吸着型三元触媒を有し、その下流にはＨＣを吸着すると共にストイキ条件ではＮＯｘを還元するＨＣ吸着型三元触媒を有し、予め回転数と負荷に基づいて設定された運転領域に対応してエンジンに吸入される混合気のＡ／Ｆをリーンとストイキに切換える一方、ストイキからリーンに切換えるときの切換時間は、切換前の計測されたストイキ運転時間が長いほど長く設定し、この切換時間内において時間の経過と共に空燃比をストイキからリーンまで変化させる事を特徴とする。
【０００８】
【作用】
本発明によれば、ストイキからリーンへＡ／Ｆを切り換える時に、Ａ／Ｆを著しくリッチ化する必要がないので燃費の悪化を防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明に用いる材料は従来例に示した特開平６−２０５９７５号公報および特開平３−１３５４３７号公報のものが適用される。
【００１０】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の形態１を図１〜図６により説明する。
【００１１】
図１はシステム構成を示している。
【００１２】
図１においてエンジン１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から、スロットル弁３、吸気マニホールド４を介して、空気が吸入される。吸気マニホールド４の各ブランチ部にはそれぞれ電磁式の燃料噴射弁５が設けられており、各燃料噴射弁５から噴射される燃料により混合気が生成される。そして、混合気は燃焼室内で点火栓６により点火されて燃焼する。
【００１３】
燃料噴射弁５は後述するコントロールユニット１２からのエンジン回転に同期して所定のタイミングで出力される駆動パルス信号により通電されて開弁し、所定圧力に調整された燃料を噴射する。従って、駆動パルス信号のパルス幅により燃料噴射量が制御される。
【００１４】
エンジン１からの排気は、排気マニホールド７を経て、排気管８に至る。
【００１５】
この排気管８の途中には、ＮＯｘ吸着触媒９ＡとＨＣ吸着型三元触媒９Ｂとが介装されている。このＮＯｘ吸着触媒９Ａは、リーン運転時にＮＯｘを吸着し、このＮＯｘをストイキ運転時に脱離するものである。
【００１６】
ＨＣ吸着型三元触媒９ＢはＨＣを吸着すると共に、三元触媒としての機能を有するものである。そして、排気はマフラー１１を経て排出される。
【００１７】
燃料噴射弁５の作動を制御するコントロールユニット１２は、マイクロコンピュータを内蔵するもので、各種のセンサから信号が入力されている。
【００１８】
前記各種のセンサとしては、スロットル弁３の上流側でエンジン１の吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ１３、エンジン１のカム軸回転から基準クランンク角信号及び単位クランク角信号を出力し間接的にエンジン回転数Ｎを検出できるクランク角センサ１４、エンジン１のウォータジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１５、排気マニホールド７に取付けられてエンジン１に吸入される混合気の空燃比に関連する排気中酸素濃度に対応した電圧信号を出力するＯ2 センサ１６、更に必要により排気温度（触媒入口温度又は出口温度）Ｔｅを検出する排気温センサ１７等が設けられている。
【００１９】
ここにおいて、コントロールユニット１２は、前記各種のセンサからの信号に基づき後述のごとく演算処理を行って、燃料噴射弁５の作動を制御する。
【００２０】
次に図２〜図３のフローチャートに従ってコントロールユニット１２の演算処理内容について説明する。尚、本フローは所定時間Δｔ（例えば１０ｍｓ）毎に実行される。
【００２１】
ステップ１（図にはＳ１と記してある。以下同様）では、エアフローメータ１３からの信号に基づいて吸入空気流量Ｑを検出する。
【００２２】
ステップ２では、クランク角センサ１４からの信号に基づいてエンジン回転数Ｎを検出する。
【００２３】
ステップ３では、吸入空気流量Ｑとエンジン回転数Ｎとから、ストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．６）相当の基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎ（Ｋは定数）を計算する。
【００２４】
ステップ４では、水温センサ１５からの信号に基づいて冷却水温度Ｔｗを検出する。
【００２５】
ステップ５では、冷却水温度Ｔｗが例えば７５℃以上か否かを判定し、７５℃未満の低温時は、ストイキにより運転するため、ステップ８へ進む。
【００２６】
冷却水温度Ｔｗが７５℃以上の時は、運転領域に応じた空燃比の切換制御を実現するため、ステップ６へ進む。
【００２７】
ステップ６では、エンジン回転数Ｎと基本燃料噴射量（負荷）Ｔｐとに基づき、図４のマップ上での領域（ストイキ領域・リーン領域）を検出して、ステップ７へ進む。
【００２８】
ステップ７では、リーン領域か否かを判定し、ＮＯ（ストイキ領域）のときはストイキ運転のためにステップ８へ進み、ＹＥＳ（リーン領域）のときはリーン運転のためにステップ１４へ進む。ストイキ領域、リーン領域の処理は図３の処理フローに示されている。
【００２９】
〔ストイキ運転の場合〕
ステップ８では、リーンフラグＦＬの値（ストイキ運転中はＦＬ＝０、リーン運転中はＦＬ＝１）を判定する。
【００３０】
ＦＬ＝１のときは、現在リーン運転中でリーン→ストイキの切換指令がなされたときであり、このときはステップ９へ進み、リーンフラグＦＬ＝０にする。また、次のステップ１０では、ストイキ運転継続時間計測用のタイマＴＭＳをクリアする（ＴＭＳ＝０）。
【００３１】
ＦＬ＝０のときは、ストイキ運転継続中であるので、ステップ１１へ進み、ストイキ運転継続時間計測用のタイマＴＭＳを本ルーチンの実行時間隔Δｔ分カウントアップする（ＴＭＳ＝ＴＭＳ＋Δｔ）。
【００３２】
これらの後、ステップ１２へ進み、Ｏ2 センサ１６からの信号に基づいて空燃比フィードバック補正係数αを計算する。
【００３３】
次のステップ１３では、ストイキ相当の基本燃料噴射量Ｔｐと、空燃比フィードバック補正係数αと、バッテリ電圧に基づいて設定される電圧補正分（無効噴射時間）Ｔｓとから、次式に従って、燃料噴射量Ｔｉを計算し、本ルーチンを終了する。
【００３４】
Ｔｉ＝Ｔｐ×α＋Ｔｓ
燃料噴射量Ｔｉが計算されると、これが所定のレジスタにセットされ、エンジン回転に同期して所定のタイミングで、このＴｉのパルス幅の駆動パルス信号が燃料噴射弁５に出力されて燃料噴射が行われる。このとき、空燃比はストイキに制御される。
【００３５】
〔リーン運転の場合〕
ステップ１４では、リーンフラグＦＬの値（ストイキ運転中はＦＬ＝０、リーン運転中はＦＬ＝１）を判定する。
【００３６】
ＦＬ＝０のときは、現在ストイキ運転中でストイキ→リーンの切換指令がなされたときであり、このときはステップ１５へ進み、リーンフラグＦＬ＝１にする。また、次のステップ１６では、リーン切換後時間計測用のタイマＴＭＬをクリアする（ＴＭ＝０）。
【００３７】
更に、次のステップ１７では、図５に示すように、ストイキ運転継続時間ＴＭＳに応じてリーン切換時の最終目標リーン空燃比（例えばＡ／Ｆ＝２２）への切換速度に関連する切換時間（切換開始から完了までの時間）Ｔｃを定めたマップを参照して、実際のストイキ運転継続時間ＴＭＳから切換時間Ｔｃを検索する。ここで、ストイキ運転継続時間ＴＭＳが長い程、切換速度が遅くなるように、切換時間Ｔｃを長く設定してある。本実施の形態のＮＯｘ吸着触媒９Ａは、リーン条件においてＮＯｘを吸着し、その後のストイキ条件においてＮＯｘを脱離・還元するものであるので、ストイキ運転継続時間ＴＭＳが長い程、ＮＯｘの脱離・還元処理が進むので、ＮＯｘ吸着能力が高くなるからである。
【００３８】
ＦＬ＝１のときは、リーン運転継続中であるので、ステップ１８へ進み、リーン切換後時間計測用のタイマＴＭＬを本ルーチンの実行時間隔Δｔ分カウントアップする。
【００３９】
これらの後、ステップ１９へ進み、現時点のリーン切換後時間ＴＭＬを切換時間Ｔｃと比較し、ＴＭＬ≦Ｔｃ（切換時間内）の場合は、ステップ２０へ進む。ステップ２０では、次式のごとく、基本燃料噴射量Ｔｐを補正した上で、燃料噴射量Ｔｉを計算し、本ルーチンを終了する。
【００４０】
Ｔｉ＝Ｔｐ×〔１−（１−14.6／２２）・（ＴＭＬ／Ｔｃ）〕＋Ｔｓ
すなわち、切換時間Ｔｃ内において、時間（ＴＭＬ）経過と共に、目標空燃比をストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．６）から最終目標リーン空燃比（Ａ／Ｆ＝２２）まで変化させつつ、基本燃料噴射量Ｔｐを目標空燃比相当に補正した上で、燃料噴射量Ｔｉを計算する。
【００４１】
ＴＭＬ＞Ｔｃ（切換時間経過後）の場合は、ステップ２１へ進む。
【００４２】
ステップ２１では、次式のごとく、基本燃料噴射量Ｔｐを最終目標リーン空燃比（Ａ／Ｆ＝２２）相当に補正した上で、燃料噴射量Ｔｉを計算し、本ルーチンを終了する。
【００４３】
Ｔｉ＝Ｔｐ×（１４．６／２２）＋Ｔｓ
燃料噴射量Ｔｉが計算されると、これが所定のレジスタにセットされ、エンジン回転に同期して所定のタイミングで、このＴｉのパルス幅の駆動パルス信号が燃料噴射弁５に出力されて燃料噴射が行われる。このとき、空燃比はリーンに制御される。
【００４４】
本実施の形態においては、主にステップ６，７，１３，１９，２０，２１の部分が空燃比切換手段に相当し、ステップ８，９，１０，１１の部分が運転履歴（ストイキ運転継続時間）記憶手段に相当し、ステップ１７の部分が切換速度決定手段に相当する。
【００４５】
本実施の形態と従来例との比較を図６に示す。
【００４６】
図６において時刻▲１▼でＦＬを０→１として、リーン条件になる。
【００４７】
時刻▲２▼でＦＬを１→０として、ストイキ条件になる。Ａ／Ｆを上段に示す。
【００４８】
従来例では、点線に示すように▲２▼ではＡ／Ｆ＝１０程度のリッチにして還元材であるＣＯやＨＣを多量に排出して、吸着されていたＮＯｘを還元する。一方、本実施の形態では、実線に示すようにＨＣ吸着材９Ｂに吸着されていたＨＣを還元材とできるので図のようにＡ／Ｆのリッチ化を小さくしたり、不要にできる。このため下段のように燃料消費量の増加が小さく、本実施の形態では燃費悪化を小さくできる。
【００４９】
なお図示していないが、触媒から排出されるＮＯｘ量は同一である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によればその構成をＮＯｘ吸着材の下流にＨＣ吸着材と三元触媒とを装着する排気システムとしたため、ストイキからリーンへＡ／Ｆを切り換える時に、Ａ／Ｆを著しくリッチ化する必要がないので燃費の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施の形態１のシステム構成を示した図である。
【図２】本発明における実施の形態１の演算処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明における実施の形態１の演算処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明における実施の形態１のマップを示した図である。
【図５】本発明における実施の形態１の切換時間を定めたマップを示した図である。
【図６】本発明における実施の形態１と従来例との比較を示した図である。
【符号の説明】
１    エンジン
２    エアクリーナ
３    スロットル弁
４    吸気マニホールド
５    燃料噴射弁
６    点火栓
７    排気マニホールド
８    排気管
９Ａ    ＮＯｘ吸着触媒
９Ｂ    ＨＣ吸着型三元触媒
１１    マフラー
１２    コントロールユニット
１３    エアフローメータ
１４    クランク角センサ
１５    水温センサ
１６    Ｏ2 センサ
１７    排気温センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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