JP2001271679A

JP2001271679A - 空燃比制御方法

Info

Publication number: JP2001271679A
Application number: JP2000086823A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Hayakawa; 暢博早川; Mineji Nasu; 峰次那須; Koji Shiotani; 宏治塩谷; Shinji Tanabe; 真志田辺
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】リッチスパイクの打込時間に過不足が生じる
ことがなく、常に良好な排気エミッションが得られる空
燃比制御方法を提供する。【解決手段】窒素酸化物吸着触媒（以下「触媒」と記
す）の下流に放出される排ガスは、リッチスパイクの開
始により内燃機関から未燃成分が大量に排出されると、
触媒中に未燃成分によって還元されるべき窒素酸化物が
残存している間はストイキ（時刻ｔ２：酸素濃度が０
％）雰囲気となる。その後、この窒素酸化物の還元が完
了すると（時刻ｔ３）、未燃成分が触媒の下流に放出さ
れるため、排ガスはリッチ雰囲気に変化する（酸素濃
度：マイナス）。このような触媒の下流における排ガス
のリッチ雰囲気への変化を、排ガス中の酸素濃度や窒素
酸化物濃度の変化から検出して、その検出タイミング
（時刻ｔ３）にてリッチスパイクを終了することによ
り、過剰なリッチスパイクの打込が確実に防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気経
路中に設けられた窒素酸化物吸着触媒の吸着能力の回復
のために、一時的に空燃比をリッチにするリッチスパイ
クを実施する内燃機関の空燃比制御方法に関し、特にリ
ッチスパイクの終了タイミングの制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、燃料に対する空気の量が多い
希薄（リーン）空燃比にて運転制御されるリーンバーン
エンジンや直噴エンジン等では、窒素酸化物（ＮＯｘ）
吸着触媒を用いた排ガスの浄化が行われている。

【０００３】即ち、通常、内燃機関では、排ガスに含ま
れる窒素酸化物と未燃成分（Ｈ₂，ＨＣ，ＣＯ）とを三
元触媒を用いて反応させ、窒素酸化物をＮ₂に還元して
排ガスの浄化を行っているが、希薄空燃比で運転した場
合は、排ガスに多量の酸素が含まれるため、この酸素と
未燃成分とが反応してしまい、窒素酸化物を浄化するこ
とができない。このため、排ガス中の窒素酸化物を硝酸
塩として蓄積する窒素酸化物吸着材を触媒中に設けた窒
素酸化物吸着触媒が用いられているのである。

【０００４】但し、その窒素酸化物吸着量には限界があ
るため、窒素酸化物吸着触媒を用いる場合は、窒素酸化
物の吸着量が限界に達する前に、適宜窒素酸化物吸着能
力を回復させる必要がある。このため、一時的に、内燃
機関に供給する燃料混合気の空燃比を燃料の多いリッチ
空燃比に制御して、いわゆるリッチスパイクを打ち込む
ことにより、内燃機関から未燃成分を多量に含む排ガス
を排出させ、窒素酸化物吸着触媒に蓄積された窒素酸化
物を、この未燃成分にて還元することが行われている。

【０００５】そして、リッチスパイクの打込は、通常、
予め設定された一定時間（例えば４０ｓ）毎に定期的に
行うか、又は窒素酸化物吸着触媒の下流に窒素酸化物セ
ンサを取り付け、窒素酸化物吸着触媒からの窒素酸化物
の漏出量を検出し、窒素酸化物の漏出量が規定量以上と
なった時点で開始され、運転条件（車速、エンジン回転
数、吸入空気量、吸着触媒温度など）に基づき予め設定
されたマップデータを参照することにより求められる打
込時間の間、或いは予め設定された一定時間（例えば３
ｓ）の間だけ継続される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような方
法では、マップデータを用いて打込時間を設定したとし
ても、運転状態等に基づいてい窒素酸化物吸着触媒の吸
着状態を予想して制御しているに過ぎず、その時々の運
転状態の変化に応じた窒素酸化物吸着量のばらつきや、
窒素酸化物吸着触媒の特性の経年変化等に柔軟に対応す
ることができない。その結果、打込時間に過不足が発生
して、排気エミッションを悪化させてしまうという問題
があった。

【０００７】即ち、リッチスパイクの打込時間が不足し
ている場合には、窒素酸化物吸着触媒に吸着された窒素
酸化物が十分に還元されないため、新たに窒素酸化物を
吸着できる量が減少し、リッチスパイク終了後に希薄
（リーン）空燃比での運転に戻った時の窒素酸化物の発
生量が多くなることにより排気エミッションが悪化す
る。一方、リッチスパイクの打込時間が過剰な場合に
は、窒素酸化物吸着触媒に吸着されている窒素酸化物は
完全に還元されるが、窒素酸化物の還元に使用されない
ＣＯ，ＨＣが発生することにより排気エミッションが悪
化する。特に、打込時間が過剰な場合には、リッチスパ
イクにて消費される過剰な燃料のため、燃費が悪化する
という問題もあった。

【０００８】本発明は、上記問題点を解決するために、
リッチスパイクの打込時間に過不足が生じることがな
く、常に良好な排気エミッションが得られる空燃比制御
方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の検討の一つとして、窒素酸化物吸着触媒の下流に放出
される排ガス成分の測定を行った。なお、排ガス成分を
検出するセンサとしては、図３に示すように、酸素イオ
ン伝導性のある固体電解質層に多孔質電極を形成するこ
とにより形成された第１酸素ポンプセル１１，酸素濃度
測定セル１２，第２酸素ポンプセル１３を絶縁層１４，
１５を介して積層した構造を有するセンサ本体１０ａ、
及びセンサ本体１０ａを加熱するヒータ１０ｂからなる
周知の窒素酸化物センサ１０を用いた。

【００１０】即ち、センサ本体１０ａは、第１拡散経路
１６を介して被測定ガス空間（排気管内）に連通する第
１測定室Ｓ１、及び第２拡散経路１７を介して第１測定
室Ｓ１に連通する第２測定室Ｓ２を有し、第１酸素ポン
プセル１１及び第２酸素ポンプセル１３により、第１測
定室Ｓ１及び第２測定室Ｓ２内の酸素のポンピング（汲
み出し，汲み入れ）をそれぞれ可能とし、酸素濃度測定
セル１２により、酸素濃度を一定に制御された酸素基準
室１８と第１測定室Ｓ１との酸素濃度差、つまり第１測
定室Ｓ１内の酸素濃度の測定を可能とするように構成さ
れている。

【００１１】そして、窒素酸化物センサ１０を駆動する
駆動回路２０は、酸素濃度測定セル１２の両端電圧Ｖｓ
が予め設定された一定電圧（４２５ｍＶ）となるように
第１ポンプ電流Ｉp1を制御する。すると、第１酸素ポン
プセル１１により、第１測定室Ｓ１内のＯ₂濃度が第１
測定室Ｓ１内にて窒素酸化物の少なくとも一部が分解さ
れる程度の低濃度（≒０％）に保持される。この時流れ
る第１ポンプ電流Ｉp1が、被測定ガス中のＯ₂濃度に応
じた大きさとなり、またこの電流値Ｉp1に応じて、第１
酸素ポンプセル１１に印加される第１ポンプ電圧Ｖp1も
変化する。

【００１２】これと共に、駆動回路２０は、第２酸素ポ
ンプセル１３に、第２測定室Ｓ２から酸素を汲み出す方
向に一定の第２ポンプ電圧Ｖ2pを印加する。すると、第
２酸素ポンプセル１３は、その多孔質電極の触媒機能に
よって、被測定ガス中の窒素酸化物を窒素と酸素とに分
解し、この窒素酸化物の分解により得られた酸素を第２
測定室Ｓ２から抜き取る。このため、第２ポンプ電流Ｉ
p2は、被測定ガス中の窒素酸化物濃度に応じた大きさと
なる。

【００１３】そして、駆動回路２０は、窒素酸化物セン
サ１０の出力として、第１ポンプ電流Ｉp1（酸素濃
度），第２ポンプ電流Ｉp2（窒素酸化物濃度），及び第
１ポンプ電圧Ｖp1の各検出値を出力するように構成され
ている。このように構成された窒素酸化物センサ１０
を、ガソリン直噴（ＤＩ）エンジンを搭載した自動車の
排気管に、窒素酸化物吸着触媒の下流に位置するよう備
え付け、駆動回路２０を介して検出される窒素酸化物セ
ンサ１０の出力を測定した。

【００１４】図４は、自動車を時速９０ｋｍ／ｈで走行
させた状態で、リッチスパイクを一定期間（ここでは約
２秒間）だけ打ち込み、その前後における測定結果を表
すグラフである。図４に示すように、リッチスパイク打
込前の通常運転中（リーン空燃比）は、排ガス組成に応
じた安定した第１ポンプ電流Ｉp1（酸素濃度≒１０
％），第１ポンプ電圧Ｖp1（≒３００ｍＶ），第２ポン
プ電流Ｉp2（窒素酸化物濃度≒３０ｐｐｍ）が得られ
る。但し、窒素酸化物濃度は、窒素酸化物吸着触媒にて
吸着された後の大きさであり、時間の経過と共に少しず
つ増大している。

【００１５】リッチスパイクの打込が開始されると（時
刻ｔ１）、エンジンから未燃成分を大量に含み酸素が欠
乏したリッチガスが排出されることにより、第１ポンプ
電流Ｉp1及び第１ポンプ電圧Ｖp1が、ストイキ（酸素濃
度≒０％）に近い値まで急激に低下する（時刻ｔ２）。
これは、窒素酸化物吸着触媒に吸着されていた窒素酸化
物が、リッチガスと反応して浄化（Ｎ₂，Ｈ₂０，Ｃ
Ｏ₂）され、この浄化された排ガスが窒素酸化物吸着触
媒の下流に放出されるためであり、窒素酸化物吸着触媒
に窒素酸化物が残存する間は、この状態が継続する。

【００１６】その一方で、窒素酸化物吸着触媒に吸着さ
れていた窒素酸化物の一部は吸着触媒から脱離して下流
に放出され、ＮＯｘセンサに検知される。また、別の一
部は反応してＮＨ₃になり、これを窒素酸化物センサ１
０が窒素酸化物と区別できずに検出してしまうことによ
り、第２ポンプ電流Ｉp2の出力は、一時的に増大する
が、リッチガスによる還元反応が進み窒素酸化物吸着触
媒中の窒素酸化物残存量が減少するに従って、第２ポン
プ電流Ｉp2の出力は再び減少する（第１の窒素酸化物ピ
ーク）。

【００１７】窒素酸化物吸着触媒に吸着されていた窒素
酸化物が完全に還元されてしまうと（時刻ｔ３）、リッ
チガスが窒素酸化物吸着触媒の下流にそのまま放出され
ることにより、第１ポンプ電流Ｉp1及び第１ポンプ電圧
Ｖp1は、リッチ状態（酸素濃度マイナス，Ｖp1≒−６０
０ｍＶ）を示す値まで急激に低下する。

【００１８】この時、エンジンからの排ガスには、リッ
チ雰囲気でも相当量の窒素酸化物が含まれ、これらが浄
化されることなく、あるいはリッチガスと反応したＮＨ
₃となって、窒素酸化物吸着触媒の下流に放出され、こ
れら窒素酸化物及びＮＨ₃が窒素酸化物センサにて検出
されることにより、第２ポンプ電流Ｉp2は、再度増大に
転じる（第２の窒素酸化物ピーク）。

【００１９】その後、リッチスパイクの打込が終了する
と（時刻ｔ４）、通常運転（リーン空燃比）に戻ること
により、窒素酸化物センサ１０の各出力は、排ガス組成
に応じた値に復帰する。この時、第１ポンプ電流Ｉp1及
び第１ポンプ電圧Ｖp1は、リッチスパイク打込前とほぼ
同じ値ととなり、第２ポンプ電流Ｉp2は、窒素酸化物吸
着触媒の窒素酸化物吸着能力が回復したことにより、窒
素酸化物吸着触媒にてより多くの窒素酸化物が吸着され
るため、リッチスパイク打込前より小さな値（窒素酸化
物濃度≒１５ｐｐｍ）となる。

【００２０】このような測定結果に基づき、上記目的を
達成するためになされた発明である請求項１記載の空燃
比制御方法は、リッチスパイク開始後の窒素酸化物吸着
触媒の下流の排ガス成分の変化に基づいて、リッチスパ
イクを終了させることを特徴とする。

【００２１】つまり、窒素酸化物吸着触媒の下流にて検
出される排ガス成分は、窒素酸化物吸着触媒の状態を正
確に反映したものとなるため、その排ガス成分の変化に
基づいてリッチスパイクを終了させれば、窒素酸化物吸
着触媒の特性や運転状態がどのように変化したとして
も、打込時間に大きな過不足を生じさせることがなく、
排気エミッションを常に良好に保つことができると共
に、リッチスパイクによって必要以上に燃費を低下させ
てしまうことを確実に防止できる。

【００２２】なお、排ガス成分を検出するセンサとして
は、従来知られている様々なタイプのガスセンサを用い
ることができる。また、窒素酸化物吸着触媒の下流の排
ガス中では、上記のガスセンサによって検出されるあら
ゆる排ガス成分が、窒素酸化物吸着触媒の吸着能力の変
化に対して変化する。従って、これら排ガス成分の変化
を検出することで、窒素酸化物吸着触媒の吸着能力の変
化を検出することができる。

【００２３】これらガスセンサの測定対象としては、酸
素濃度でも良いし、空燃比でも良い。或いは排ガス中の
窒素酸化物や炭化水素、或いはアンモニアや水蒸気、一
酸化炭素などの特定ガス種の変化を検出しても良い。上
記の排ガス成分の変化の中で、最も簡単に測定できるの
は空燃比である。即ち、リッチスパイクの打込後に、窒
素酸化物吸着触媒の下流にて検出される排ガス成分は、
窒素酸化物吸着触媒に還元すべき窒素酸化物が残存して
いる間、ストイキ雰囲気となり、窒素酸化物吸着触媒の
窒素酸化物が完全に還元されてしまうと、リッチ雰囲気
となる。

【００２４】従って、具体的には、請求項２記載のよう
に、窒素酸化物吸着触媒の下流の排ガスが、リーン雰囲
気からストイキ雰囲気或いはリッチ雰囲気に変化したこ
とに基づいて、リッチスパイクを終了させることが望ま
しい。なお、排ガスのリッチ雰囲気への変化（図４中の
時刻ｔ３参照）を検出後にリッチスパイクを終了させれ
ば、窒素酸化物吸着触媒に吸着された窒素酸化物を完全
に還元することができる。但し、この場合、排ガス成分
の変化を検出後、希薄空燃比での運転に戻るまでの間、
未燃成分が排出されてしまう。このため、この間の制御
遅れが大きい場合には、ストイキ雰囲気に変化した時点
（図４中の時刻ｔ２参照）に基づいて、リッチスパイク
を終了させてもよい。この場合、窒素酸化物吸着触媒に
吸着された窒素酸化物を完全には還元できない場合があ
るが、窒素酸化物吸着触媒の下流への未燃成分の排出量
を確実に減少させることが可能となる。

【００２５】このような空燃比を単純に測定するのは、
例えば、特開昭６０−１５８３４６号公報に開示されて
いる酸化物半導体の抵抗値によって、排ガス中の酸素濃
度を検出するセンサや、特開平１１−１８３４２６号公
報に開示されている固体電解質体の起電力によって、排
ガス中の酸素濃度を検出するセンサなどでもよい。或い
は、特開平９−２３６５７８号公報に開示されている様
な、排ガスの空燃比に対して直線的に出力を出すガスセ
ンサを用いることもできる。

【００２６】また、この他、請求項３記載のように、窒
素酸化物吸着触媒の下流の排ガス中の酸素濃度の変化、
或いは請求項６記載のように、窒素酸化物吸着触媒の下
流の排ガス中の窒素酸化物濃度の変化に基づいて、リッ
チスパイクを終了させるように構成してもよい。

【００２７】実際には、空燃比と酸素濃度とは、少なく
ともリーン雰囲気においては良い相関関係を有してお
り、センサ出力としては区別しないで用いる場合もあ
る。このうち、酸素濃度を用いる場合には、例えば請求
項４記載のように、被測定ガス空間に連通した第１測定
室と、この第１測定室に面する第１酸素ポンプセル及び
酸素濃度測定セルとを備えたガスセンサを用いることが
できる。

【００２８】この場合、第１酸素ポンプセルに流れる第
１ポンプ電流、この第１酸素ポンプセルに印加される第
１ポンプ電圧、若しくは酸素濃度測定セルの出力電圧の
内の少なくとも一つから、酸素濃度の変化、ひいては排
ガス成分の変化を検知することができる。

【００２９】具体的には、例えば、ストイキ雰囲気に対
応する第１ポンプ電流，第１ポンプ電圧以下、或いはこ
れに対応する酸素濃度測定セルの出力電圧以上の基準値
を設定し、第１ポンプ電流，第１ポンプ電圧，或いは酸
素濃度測定セルの出力電圧が、この基準値を越えてリー
ン側からリッチ側に変化したことに基づき、リッチスパ
イクを終了させればよい。

【００３０】特に、請求項５記載のように、第１測定室
内の酸素を、第１酸素ポンプセルによってストイキ雰囲
気程度の低濃度に制御すれば、酸素濃度がほぼゼロとな
る付近で第１ポンプ電流がゼロとなり、空燃比がリーン
の時には第１測定室から酸素を汲み出す方向に、また空
燃比がリッチの時には第１測定室に酸素を汲み入れる方
向に第１ポンプ電流が流れ、即ち、排ガスがリーン雰囲
気の場合とリッチ雰囲気の場合とで極性が反転する。な
お、この第１ポンプ電流に従って、第１ポンプ電圧も同
様に極性が反転する。

【００３１】従って、このような場合には、第１ポンプ
電流或いは第１ポンプ電圧の極性が反転したことに基づ
いて、リッチスパイクを終了させればよい。なお、リ
ーン雰囲気からリッチ雰囲気への変化時に生じるポンプ
電流及びポンプ電圧の変化はポンプ電圧の方が大きくノ
イズに強いため、ポンプ電圧の方がより検知に適してい
る。

【００３２】窒素酸化物吸着触媒の吸着能力の変化を最
も敏感に反映するのが、窒素酸化物濃度である。従っ
て、窒素酸化物濃度を検出して窒素酸化物濃度の吸着能
力を判定するのが、最も精度良く吸着能力の変化を検出
できる。一方、窒素酸化物吸着触媒の下流の排ガス中の
窒素酸化物濃度の変化に基づいて、リッチスパイクを終
了させる場合には、例えば、請求項７記載のように、被
測定ガス空間に連通した第１測定室と、この第１測定室
に面する第１酸素ポンプセル及び酸素濃度測定セルと、
第１測定室に連通した第２測定室と、この第２測定室に
面した第２酸素ポンプセルとを備えたガスセンサを用い
ることができる。

【００３３】この場合、第２酸素ポンプセルに流れる第
２ポンプ電流から、排ガス中の窒素酸化物濃度の変化、
ひいては排ガス成分の変化を検出することができる。な
お、請求項７記載のガスセンサは、請求項８記載のよう
に、第１測定室内の酸素を、この第１測定室内の少なく
とも一部の窒素酸化物が分解する程度の低濃度に、第１
酸素ポンプセルによって制御すると共に、第２測定室内
の酸素を、この第２測定室内の殆ど全ての窒素酸化物が
酸素と窒素とに分解する程度の低濃度に、第２酸素ポン
プセルによって制御することが望ましい。

【００３４】また、請求項７記載のガスセンサを用いた
場合、リッチスパイク打込後に、第２ポンプ電流は、上
述したように（図４中の時刻ｔ１〜ｔ３参照）、窒素酸
化物吸着触媒が完全に還元されるまでの間に第１の窒素
酸化物ピークが表れ、更に、窒素酸化物吸着触媒が完全
に還元されて測定対象の排ガスがリッチに変化すると
（図中の時刻ｔ３〜ｔ４参照）、これに伴って第２ポン
プ電流は、急激に増大することになる。

【００３５】従って、請求項７記載のガスセンサを用い
た場合には、請求項８記載のように、第２ポンプ電流
が、増大から減少に転じるか、或いは減少から再度増大
に転じた時点に基づいて、リッチスパイクを終了させる
ように制御すればよい。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面と
共に説明する。［第１実施形態］図１は、本発明が適用された自動車用
排ガス浄化システムの全体構成図である。

【００３７】図１に示すように、本実施形態の排ガス浄
化システム２は、内燃機関（ガソリン直噴エンジン）Ｍ
１の排気管Ｍ３に設けられ、排ガス中の窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）を吸着して除去する窒素酸化物吸着触媒４と、こ
の窒素酸化物吸着触媒４を通過した排ガス中の酸素（Ｏ
₂ ）濃度，及び窒素酸化物濃度の検出が可能な窒素酸化
物センサ１０と、窒素酸化物センサ１０を駆動する駆動
回路２０と、窒素酸化物吸着触媒４に流入する前の排ガ
スの空燃比を検出する空燃比センサＭ６等、内燃機関Ｍ
１の運転状態を検出する各種センサ（図示せず）の出
力、及び駆動回路２０を介して取り込まれる窒素酸化物
センサ１０の出力に基づき、内燃機関Ｍ１の吸気管Ｍ２
に設けられたスロットルバルブＭ４やインジェクタＭ５
を駆動して、内燃機関Ｍ１の運転状態を制御する電子制
御装置（ＥＣＵ）６とを備えている。

【００３８】このうち、窒素酸化物吸着触媒４は、例え
ば、窒素酸化物吸着物質である炭酸バリウム、及びロジ
ウムや白金等の触媒をセラミック製のハニカム担体に担
持させた周知のものであり、排ガス中に含まれるＮＯ
を、触媒の作用によりＮＯ₂に変換し、更に炭酸バリウ
ムと反応して生成される硝酸バリウムの状態で吸着す
る。

【００３９】また、窒素酸化物センサ１０及び駆動回路
２０は、先の［課題を解決するための手段］にて説明し
たもの（図３参照）と全く同じものであるため、ここで
は説明を省略する。次にＥＣＵ６は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，
ＲＡＭを中心に構成されたマイクロコンピュータからな
り、図示しない各種センサの出力に基づき、空燃比セン
サＭ６にて検出される空燃比が所望の目標値（通常はリ
ーン状態）となるよう、スロットルバルブＭ４，インジ
ェクタＭ５を制御する運転制御処理を繰り返し実行する
他、窒素酸化物センサ１０にて検出される窒素酸化物濃
度が予め設定されたしきい値（例えば３０ｐｐｍ）を越
えると、窒素酸化物吸着触媒４の窒素酸化物吸着能力を
回復させるために、内燃機関Ｍ１を一時的にリッチ状態
にて運転させるリッチスパイク打込処理を実行する。

【００４０】このリッチスパイク打込処理を、図２
（ａ）に示すフローチャートに沿って説明する。本処理
が起動されると、まずＳ１１０では、リッチスパイクの
打込開始を指示する。これにより、本処理と並列に実行
される運転制御処理において、空燃比の目標値が所望の
リッチ状態となるように変更され、リッチ状態での内燃
機関Ｍ１の運転が開始される。

【００４１】Ｓ１２０では、駆動回路２０を介して第１
ポンプ電流Ｉp1の検出値を読み込み、続くＳ１３０で
は、第１ポンプ電流Ｉp1が、予め設定された基準値Ｉth
（例えばＯ₂濃度：−１％（酸素が１％不足している状
態）に相当する大きさ）以下であるか否かを判断する。

【００４２】そして、第１ポンプ電流Ｉp1が基準値Ｉth
より大きい（Ｉp1＞Ｉth）間は、Ｓ１２０，Ｓ１３０を
繰り返し実行することで待機し、第１ポンプ電流Ｉp1が
基準値Ｉth以下（Ｉp1≦Ｉth）になると、Ｓ１４０に移
行して、リッチスパイクの打込終了を指示して本処理を
終了する。

【００４３】これにより、運転制御処理において、空燃
比の目標値がリーン状態となるように戻され、リッチ状
態での内燃機関Ｍ１の運転から、リーン状態での通常運
転に戻る。以上説明したように、本実施形態の排ガス浄
化システム２においては、リッチスパイクの打込を開始
後、排ガス中のＯ₂濃度を表す第１ポンプ電流Ｉp1に基
づいて、排ガス成分のリッチへの変化、即ち、リッチス
パイクによる窒素酸化物吸着触媒４に吸着された窒素酸
化物の還元完了を検出し、リッチスパイクの打込を終了
するようにされている。つまり、図４中の時刻ｔ１〜ｔ
３の期間だけ、リッチスパイクの打込を行うようにされ
ている。

【００４４】従って、本実施形態の排ガス浄化システム
２によれば、窒素酸化物吸着触媒４に吸着された窒素酸
化物の還元完了後に、過剰にリッチスパイクが打ち込ま
れてしまうことを確実に防止できるため、排気エミッシ
ョンの改善と燃費の向上とを図ることができる。

【００４５】しかも、本実施形態の排ガス浄化システム
２は、リッチスパイクの打込開始タイミングを検出する
ために、既に窒素酸化物センサ１０が設けられている場
合には、新たなセンサを追加する必要がなく、簡単に実
現することができる。［第２実施形態］次に、第２実施形態について説明す
る。

【００４６】本実施形態では、第１実施形態とはリッチ
スパイク打込処理の内容が異なるだけであるため、この
処理についてのみ説明する。本実施形態におけるリッチ
スパイク打込処理では、図２（ｂ）に示すように、Ｓ２
１０にてリッチスパイクの打込開始を指示した後、Ｓ２
２０では、駆動回路２０を介して第１ポンプ電圧Ｖp1の
検出値を読み込み、続くＳ２３０では、第１ポンプ電圧
Ｖp1が０Ｖ以下であるか否か、即ち、極性が反転したか
否かを判断する。

【００４７】そして、第１ポンプ電圧Ｖp1が、０Ｖより
大きい（Ｖp1＞０）間は、Ｓ２２０，Ｓ２３０を繰り返
し実行することで待機し、第１ポンプ電圧Ｖp1が０Ｖ以
下（Ｖp1≦０）になると、Ｓ２４０に移行して、リッチ
スパイクの打込終了を指示して本処理を終了する。但
し、第１ポンプ電圧Ｖp1にノイズが乗っている場合は、
確実にリッチになったタイミングでリッチスパイクを終
了させるため、例えば第１ポンプ電圧Ｖp1が０Ｖより小
さな値（例えばＶp1＝−１５０ｍＶ）に達した時点で打
ち込みを終了させるようにしてもよい。

【００４８】即ち、第１実施形態では、リッチスパイク
の打込終了タイミングを、第１ポンプ電流Ｉp1の変化か
ら求めているが、本実施形態では、第１ポンプ電圧Ｖp1
の変化から求めている点が異なっている。なお、第１ポ
ンプ電圧Ｖp1は、第１ポンプ電流Ｉp1と連動して変化
し、しかも、ストイキ付近では、第１ポンプ電流Ｉp1よ
り大きく変化する。

【００４９】従って、本実施形態によれば、第１ポンプ
電流Ｉp1を用いた第１実施例の場合と同様の効果を得る
ことができるだけでなく、判定に用いる基準値（ここで
は０Ｖ）のマージンを大きくとることができ、ノイズな
どによる誤判定が生じる可能性が小さいため、処理の信
頼性を向上させることができる。［第３実施形態］次に、第３実施形態について説明す
る。

【００５０】本実施形態では、第１実施形態とはリッチ
スパイク打込処理の内容が異なるだけであるため、この
処理についてのみ説明する。本実施形態におけるリッチ
スパイク打込処理では、図２（ｃ）に示すように、Ｓ３
１０にてリッチスパイクの打込開始を指示した後、Ｓ３
２０では、駆動回路２０を介して第２ポンプ電流Ｉp2の
検出値を読み込み、続くＳ３３０では、前回読み込んだ
第２ポンプ電流Ｉp2の検出値と比較することにより、第
２ポンプ電流の変化率δＩp2を算出する。

【００５１】続くＳ３４０では、Ｓ３３０にて算出した
変化率δＩp2が負値から正値に変化したか否か、即ち、
第２ポンプ電流Ｉp2の変化が減少から増大に転じたか否
かを判断する。そして、第２ポンプ電流の変化率δＩp2
が負値から正値に変化していない間は、Ｓ３２０，Ｓ３
４０を繰り返し実行することで待機し、第２ポンプ電流
の変化率δＩp2が負値から正値に変化すると、Ｓ３５０
に移行して、リッチスパイクの打込終了を指示して本処
理を終了する。

【００５２】即ち、本実施形態では、リッチスパイクの
打込終了タイミングを、第２ポンプ電流Ｉp2に基づいて
求めている点が、第１及び第２実施形態とは異なってい
る。但し、本実施形態の場合も、排ガス成分のリッチへ
の変化、即ち、リッチスパイクによる窒素酸化物吸着触
媒４に吸着された窒素酸化物の還元完了を検出している
ことに代わりはなく、ほぼ図４中の時刻ｔ１〜ｔ３の期
間だけ、リッチスパイクの打込が行われるため、第１実
施形態と同様の効果を得ることができる。

【００５３】以上、本発明のいくつかの実施形態につい
て説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるもの
ではなく、様々な態様での実施が可能である。例えば、
上記実施形態では、リッチスパイク打込の終了タイミン
グを、ＥＣＵ６の処理により判断しているが、窒素酸化
物センサ１０の出力と基準値とを比較する比較回路によ
り判断し、割り込み処理等を用いて、リッチスパイクの
打込を終了させるようにしてもよい。この場合、終了タ
イミングを検出してから、実際にリッチスパイクが終了
するまでの制御遅れが短縮されるため、未燃成分の排出
をより低減することができる。

【００５４】また、上記実施形態では、リッチスパイク
打込処理の起動を、窒素酸化物濃度の検出値に基づいて
行っているが、一定時間毎に定期的に起動したり、運転
状態に応じて起動タイミングを変化させたりしてもよ
い。更に、上記実施形態では、リッチスパイク打込の終
了タイミングとして、排ガス成分のリッチへの変化を検
出しているが、例えば、第１ポンプ電流の変化率δＩp1
から、第１ポンプ電流Ｉp1がストイキを示す時点（図４
中の時刻ｔ２）や、第２ポンプ電流の変化率δＩp2が正
値から負値に変化する時点（図４中の時刻ｔ１〜ｔ３の
間にある第２ポンプ電流Ｉp2のピーク）を検出し、この
時点に基づいて、リッチスパイク打込の終了タイミング
を設定してもよい。

【００５５】また更に、上記実施形態では、酸素イオン
伝導性の固定電解質層などからなる窒素酸化物センサ１
０を用いているが、排ガス成分がリーンからストイキや
リッチに変化したことを検出可能なセンサであれば、ど
のようなセンサを用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の排ガス浄化システムの概略構成図
である。

【図２】ＥＣＵが実行するリッチスパイク打込処理の
内容を表すフローチャートである。

【図３】窒素酸化物吸着触媒の下流における排ガス成
分の測定に用いた窒素酸化物センサの構成、及び駆動方
法を表す説明図である。

【図４】測定結果を表すグラフである。

【符号の説明】

２…排ガス浄化システム、４…窒素酸化物吸着触媒、１
０…窒素酸化物センサ、１１…第１酸素ポンプセル、１
２…酸素濃度測定セル、１３…第２酸素ポンプセル、１
４，１５…絶縁層、１６…第１拡散経路、１７…第２拡
散経路、１８…酸素基準室、２０…駆動回路、Ｍ１…内
燃機関、Ｍ２…吸気管、Ｍ３…排気管、Ｍ４…スロット
ルバルブ、Ｍ５…インジェクタ、Ｍ６…空燃比センサ、
Ｓ１…第１測定室、Ｓ２…第２測定室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塩谷宏治愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内 (72)発明者田辺真志愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号日本特殊陶業株式会社内Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA12 AA22 AB05 AB09 BA11 BA14 BA27 CA24 CA26 CB03 DA03 EA34 FB10 FB12 HA36 HA37 HA42 3G301 HA01 HA04 HA16 JA26 KA21 LA03 LB04 LC03 MA01 NA08 ND01 NE13 PD03Z PD09Z 4D048 AA06 AB01 AB02 BA10X BA15X BA30X BA33X BB02 CD01 DA01 DA02 DA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気経路中に設けられた窒素
酸化物吸着触媒の吸着能力の回復のために、一時的に空
燃比をリッチにするリッチスパイクを実施する内燃機関
の空燃比制御方法であって、前記リッチスパイク開始後の前記窒素酸化物吸着触媒の
下流の排ガス成分の変化に基づいて、前記リッチスパイ
クを終了させることを特徴とする空燃比制御方法。
【請求項２】前記窒素酸化物吸着触媒の下流の排ガス
が、リーン雰囲気からストイキ雰囲気或いはリッチ雰囲
気に変化したことに基づいて、前記リッチスパイクを終
了させることを特徴とする請求項１記載の空燃比制御方
法。
【請求項３】前記窒素酸化物吸着触媒の下流の排ガス
中の酸素濃度の変化に基づいて、前記リッチスパイクを
終了させることを特徴とする請求項１記載の空燃比制御
方法。
【請求項４】被測定ガス空間に連通した第１測定室
と、該第１測定室に面する第１酸素ポンプセル及び酸素
濃度測定セルとを備えたガスセンサを用い、前記第１酸素ポンプセルに流れる第１ポンプ電流、該第
１酸素ポンプセルに印加される第１ポンプ電圧、若しく
は前記酸素濃度測定セルの出力電圧の内の少なくとも一
つから、前記排ガス成分の変化を検出し、該変化に基づ
いて前記リッチスパイクを終了させることを特徴とする
請求項１ないし請求項３いずれか記載の空燃比制御方
法。
【請求項５】前記第１測定室内の酸素を、前記第１酸
素ポンプセルによってストイキ雰囲気程度の低濃度に制
御し、前記第１ポンプ電流或いは第１ポンプ電圧の極性が反転
したことから、前記排ガス成分の変化を検出し、該変化
に基づいて前記リッチスパイクを終了させることを特徴
とする請求項４記載の空燃比制御方法。
【請求項６】前記窒素酸化物吸着触媒の下流の排ガス
中の窒素酸化物濃度の変化に基づいて、前記リッチスパ
イクを終了させることを特徴とする請求項１記載のリッ
チスパイクの制御方法。
【請求項７】被測定ガス空間に連通した第１測定室
と、該第１測定室に面する第１酸素ポンプセル及び酸素
濃度測定セルと、前記第１測定室に連通した第２測定室
と、該第２測定室に面した第２酸素ポンプセルとを備え
たガスセンサを用い、前記第２酸素ポンプセルに流れる第２ポンプ電流から、
前記排ガス成分の変化を検出し、該変化に基づいて前記
リッチスパイクを終了させることを特徴とする請求項１
又は請求項６記載の空燃比制御方法。
【請求項８】前記第１測定室内の酸素を、該第１測定
室内の少なくとも一部の窒素酸化物が分解する程度の低
濃度に、前記第１酸素ポンプセルによって制御すると共
に、前記第２測定室内の酸素を、前記第２測定室内の殆
ど全ての窒素酸化物が酸素と窒素とに分解する程度の低
濃度に、前記第２酸素ポンプセルによって制御し、少なくとも前記第２酸素ポンプセルに流れる第２ポンプ
電流から、前記排ガス中の窒素酸化物濃度の変化を検出
し、該変化に基づいて前記リッチスパイクを終了させる
ことを特徴とする請求項７記載の空燃比制御方法。
【請求項９】前記第２ポンプ電流が、増大から減少に
転じるか、或いは減少から再度増大に転じることから、
前記排ガス成分の変化を検出し、該変化に基づいて前記
リッチスパイクを終了させることを特徴とする請求項７
又は請求項８記載の空燃比制御方法。