JP2000352310A

JP2000352310A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2000352310A
Application number: JP11161005A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sugiura; 賢治杉浦; Keiichi Yagisawa; 啓一八木沢
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】運転性を悪化させることなくＮＯｘ吸収剤の
昇温を促進し、ＳＯｘ除去を迅速に行うことを可能とす
る内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＮＯｘ吸収剤の早期昇温を目的とした短
周期空燃比変動制御を実行する場合において（Ｓ９２，
ＦＳＰ＝１）、空燃比を理論空燃比よりリッチ側に設定
するときは（Ｓ９３，ＦＳＰＲ＝１）、点火時期ＩＧを
遅角させ（Ｓ９４）、空燃比を理論空燃比よりリーン側
に設定するときは（ＦＳＰＲ＝０）、進角させる（Ｓ９
５）。さらに短周期空燃比変動制御実行中は、排気還流
量を低減させる制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気系に窒素酸化
物（ＮＯｘ）浄化装置を備えた内燃機関の制御装置に関
し、特にＮＯｘ浄化装置が硫黄被毒により劣化した場合
に劣化再生処理を行うものに関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関に供給する混合気の空燃比を理
論空燃比よりリーン側に設定するリーン運転を実行する
と、ＮＯｘの排出量が増加する傾向があるため、リーン
運転中にＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収剤を有し、吸収し
たＮＯｘを適時還元することによりＮＯｘを浄化するＮ
Ｏｘ浄化装置を機関排気系に設けることが従来より知ら
れている（例えば特許第２５８６７３９号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＮＯｘ浄化装置のＮＯ
ｘ吸収剤は、ＮＯｘだけでなくＳＯｘ（硫黄酸化物）も
吸収するので、燃料に含まれる硫黄（Ｓ）がＳＯｘとし
て徐々に蓄積する。そのため、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸
収能力が著しく低下する（例えば、８０％の吸収能力が
２０％程度まで低下する）という硫黄被毒の問題が避け
られない。ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＳＯｘは、ＮＯｘ
吸収剤が高温（６００℃以上）の状態でＮＯｘ吸収剤か
ら放出されるので、その状態で空燃比をリッチ化するこ
とにより還元可能である。

【０００４】そのようなＳＯｘの放出、還元を行う場合
には、ＮＯｘ吸収剤を短時間で昇温させることが望まし
く、本願出願人は、機関に供給する混合気の空燃比を理
論空燃比のリーン側とリッチ側とに変動させ、しかもそ
の変動周期を例えば３秒以下という短周期とすると、短
時間でＮＯｘ吸収剤を昇温させることができることを確
認している。しかしながら、そのような短周期の空燃比
変動を実行すると、機関の出力トルクが短周期で変動
し、運転性が悪化するという問題がある。

【０００５】本発明はこの問題を解決するためになされ
たものであり、運転性を悪化させることなくＮＯｘ吸収
剤の昇温を促進し、ＳＯｘ除去を迅速に行うことを可能
とする内燃機関の制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けら
れ、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い排気ガスリーン
状態のとき排気ガス中の窒素酸化物を吸収する窒素酸化
物浄化手段と、排気ガスを吸気系に還流させる排気還流
手段とを備える内燃機関の制御装置において、所定時間
以下に設定される周期で、前記機関に供給する混合気の
空燃比を理論空燃比を境としてリーン側とリッチ側とに
変動させる空燃比変動手段と、該空燃比変動手段の作動
中は、前記排気還流手段による還流される排気ガス量を
低減する排気還流制御手段と、前記空燃比変動手段によ
り、前記空燃比を前記リッチ側に設定するときは点火時
期を遅角させ、前記空燃比を前記リーン側に設定すると
きは点火時期を進角させる点火時期制御手段とを備える
ことを特徴とする。

【０００７】ここで「所定時間」は、窒素酸化物浄化手
段を昇温させるのに適した時間、例えば３秒以下に設定
される。この構成によれば、短周期の空燃比変動を実行
するときは、排気還流量が低減されるとともに、空燃比
を理論空燃比のリッチ側に設定するときは点火時期が遅
角され、空燃比を理論空燃比のリーン側に設定するとき
は点火時期が進角されるので、点火時期の遅角及び進角
により空燃比の変更による機関出力トルクの変動が抑制
されるとともに、排気還流量の低減により排気還流手段
の応答遅れ等の影響が軽減され、良好な運転性を維持す
ることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る
内燃機関（以下「エンジン」という）及びその制御装置
の全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気
管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロッ
トル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連
結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気
信号を出力してエンジン制御用電子コントロールユニッ
ト（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。

【０００９】燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁
３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側
に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃
料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接
続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の
開弁時間が制御される。

【００１０】一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気
管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ７が設けられており、この
絶対圧センサ７により電気信号に変換された絶対圧信号
は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気
温（ＴＡ)センサ８が取付けられており、吸気温ＴＡを
検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給す
る。

【００１１】エンジン１の本体に装着されたエンジン水
温（ＴＷ）センサ９はサーミスタ等から成り、エンジン
水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出
力してＥＣＵ５に供給する。エンジン１の図示しないカ
ム軸周囲又はクランク軸周囲には、エンジン回転数（Ｎ
Ｅ）センサ１０及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１１が取
り付けられている。エンジン回転数センサ１０は、エン
ジン１の各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に
関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒
エンジンではクランク角１８０゜毎に）ＴＤＣ信号パル
スを出力し、気筒判別センサ１１は、特定の気筒の所定
クランク角度位置で気筒判別信号パルスを出力するもの
であり、これらの各信号パルスはＥＣＵ５に供給され
る。

【００１２】エンジン１の各気筒に設けられた点火プラ
グ１３は、ＥＣＵ５に接続されており、その作動がＥＣ
Ｕ５により制御される。排気管１２には三元触媒１５
と、窒素酸化物浄化手段としてのＮＯｘ浄化装置１６と
が上流側からこの順序で設けられている。三元触媒１５
は、エンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃
比近傍に設定されたときに、効率よく排気ガス中のＨ
Ｃ，ＣＯを酸化するとともにＮＯｘを還元する機能を有
する。

【００１３】ＮＯｘ浄化装置１６は、ＮＯｘを吸収する
ＮＯｘ吸収剤及び酸化、還元を促進するための触媒を内
蔵する。ＮＯｘ吸収剤としては、エンジン１に供給され
る混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定さ
れ、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い（ＮＯｘが多
い）排気ガスリーン状態においては、ＮＯｘを吸蔵する
一方、逆にエンジン１に供給される混合気の空燃比が理
論空燃比近傍または理論空燃比よりリッチ側に設定さ
れ、排気ガス中の酸素濃度が比較的低い排気ガスリッチ
状態においては、吸蔵したＮＯｘを放出する特性を有す
る吸蔵式のもの、あるいは排気ガスリーン状態において
はＮＯｘを吸着し、排気ガスリッチ状態において還元す
る吸着式のものを使用する。ＮＯｘ浄化装置１６は、排
気ガスリーン状態においては、ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘを
吸収させる一方、排気ガスリッチ状態においては、ＮＯ
ｘ吸収剤から放出されるＮＯｘがＨＣ、ＣＯにより還元
されて、窒素ガスとして排出され、またＨＣ、ＣＯは酸
化されて水蒸気及び二酸化炭素として排出されるように
構成されている。吸蔵式のＮＯｘ吸収剤としては、例え
ば酸化バリウム（Ｂａ０）が使用され、吸着式のＮＯｘ
吸収剤としては、例えばナトリウム（Ｎａ）とチタン
（Ｔｉ）またはストロンチウム（Ｓｒ）とチタン（Ｔ
ｉ）が使用され、触媒としては吸蔵式及び吸着式のいず
れにおいても、例えばロジウム（Ｒｈ）、パラジウム
（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）などの貴金属が使用される。

【００１４】ＮＯｘ浄化装置１６は、ＮＯｘ吸収剤を内
蔵したＮＯｘ浄化装置であるが、後述するようにエンジ
ン１に供給する混合気の空燃比を比較的短い周期で変動
させる短周期空燃比変動制御を特定のエンジン運転状態
において実行することにより、ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘを
吸収する作用なしに触媒のみの作用によってＮＯｘを効
率よく還元することができるとともに、ＮＯｘ吸収剤の
昇温を促進することができる。

【００１５】ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力の限界、す
なわち最大ＮＯｘ吸収量まで、ＮＯｘを吸収すると、そ
れ以上ＮＯｘを吸収できなくなるので、適時ＮＯｘを放
出させて還元するために空燃比のリッチ化、すなわち還
元リッチ化を実行する。またＮＯｘ吸収剤に吸収された
ＳＯｘの量が多くなったときは、ＮＯｘ吸収剤の劣化再
生モードに移行し、ＮＯｘ吸収剤の温度を上昇させるた
めに短周期空燃比変動制御を実行し、次いでＳＯｘを除
去する処理を実行する。

【００１６】ＮＯｘ浄化装置１６の上流位置には、比例
型空燃比センサ１４（以下「ＬＡＦセンサ１４」とい
う）が装着されており、このＬＡＦセンサ１４は排気ガ
ス中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した電気信号を出
力し、ＥＣＵ５に供給する。ＥＣＵ５には、さらにエン
ジン１が搭載され、エンジン１によって駆動される車両
の走行速度（車速）ＶＣＡＲを検出する車速検出手段と
しての車速センサ２５が接続されており、その検出信号
がＥＣＵ５に供給される。

【００１７】吸気管２のスロットル弁３の下流側と、排
気管１２の三元触媒１５の上流側との間には、排気還流
路２１が設けられており、排気還流路２１の途中には排
気還流量を制御する排気還流弁（以下「ＥＧＲ弁」とい
う）２２が設けられている。ＥＧＲ弁２２は、ソレノイ
ドを有する電磁弁であり、その弁開度はＥＣＵ５により
制御される。ＥＧＲ弁２２には、その弁開度（弁リフト
量）ＬＡＣＴを検出するリフトセンサ２３が設けられて
おり、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。

【００１８】ＥＣＵ５は、各種エンジンパラメータ信号
に基づいてエンジン運転状態を判別し、エンジン回転数
ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されるＥＧ
Ｒ弁２２の弁開度指令値（開弁制御量）ＬＣＭＤと、リ
フトセンサ２３によって検出される実弁開度ＬＡＣＴと
の偏差を零にするようにＥＧＲ弁２２のソレノイドに制
御信号を供給する。

【００１９】エンジン１は、吸気弁及び排気弁のバルブ
タイミングを、エンジンの高速回転領域に適した高速バ
ルブタイミングと、低速回転領域に適した低速バルブタ
イミングとの２段階に切換可能なバルブタイミング切換
機構３０を有する。このバルブタイミングの切換は、弁
リフト量の切換も含み、さらに低速バルブタイミング選
択時は２つの吸気弁のうちの一方を休止させて、空燃比
を理論空燃比よりリーン化する場合においても安定した
燃焼を確保するようにしている。

【００２０】バルブタイミング切換機構３０は、バルブ
タイミングの切換を油圧を介して行うものであり、この
油圧切換を行う電磁弁及び油圧センサがＥＣＵ５に接続
されている。油圧センサの検出信号はＥＣＵ５に供給さ
れ、ＥＣＵ５は電磁弁を制御してエンジン１の運転状態
に応じたバルブタイミングの切換制御を行う。

【００２１】ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波
形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナロ
グ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する
入力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」とい
う）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラ
ム、該演算プログラムで使用されるテーブルやマップ、
演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射弁
６、点火プラグ１３、ＥＧＲ弁２２等に駆動信号を供給
する出力回路５ｄ等から構成される。

【００２２】ＣＰＵ５ｂは、上述の各種エンジンパラメ
ータ信号に基づいて、種々のエンジン運転状態を判別す
るとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、
次式（１）に基づき、前記ＴＤＣ信号パルスに同期して
開弁作動する燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演
算する。ＴＯＵＴ＝ＴＩ×ＫＣＭＤ×ＫＬＡＦ×Ｋ１＋Ｋ２（１）ここに、ＴＩは燃料噴射弁６の基本燃料噴射時間であ
り、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応
じて設定されたＴＩマップを検索して決定される。ＴＩ
マップは、マップ上のエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内
絶対圧ＰＢＡに対応する運転状態において、エンジンに
供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように
設定されている。

【００２３】ＫＣＭＤは目標空燃比係数であり、エンジ
ン回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ、エンジン水温Ｔ
Ｗ等のエンジン運転パラメータに応じて設定される。目
標空燃比係数ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわ
ち燃空比Ｆ／Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０を
とるので、目標当量比ともいう。ＫＬＡＦは、ＬＡＦセ
ンサ１４の検出値から算出される検出当量比ＫＡＣＴが
目標当量比ＫＣＭＤに一致するようにＰＩＤ制御により
算出される空燃比補正係数である。Ｋ１及びＫ２は夫々
各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補
正係数および補正変数であり、エンジン運転状態に応じ
た燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図
れるような所定値に決定される。

【００２４】ＣＰＵ５ｂはさらに、エンジン運転状態に
応じて下記式（２）により点火時期ＩＧを算出する。点
火時期ＩＧは、上死点に対する進角量として演算され
る。ＩＧ＝ＩＧＭＡＰ＋ＩＧＣＲ（２）ここで、ＩＧＭＡＰはエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内
絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたＩＧマップを検索して
決定される基本点火時期であり、ＩＧＣＲは、エンジン
運転状態に応じて設定される補正項である。ＣＰＵ５ｂ
は上述のようにして求めた燃料噴射時間ＴＯＵＴに基づ
いて燃料噴射弁６を開弁させる駆動信号を燃料噴射弁６
に供給するとともに、点火時期ＩＧに基づいて点火プラ
グ１３を駆動する点火信号を点火プラグ１３に供給す
る。

【００２５】図２は、前記式（１）に適用される目標空
燃比係数ＫＣＭＤを算出する処理のフローチャートであ
る。本処理は一定時間毎にＣＰＵ５ｂで実行される。ス
テップＳ１１では、後述する図３の処理により設定さ
れ、ＮＯｘ吸収剤の劣化再生モードであることを「１」
で示す劣化再生モードフラグＦＳＲＣＭＯＤＥが「１」
であるか否かを判別し、ＦＳＲＣＭＯＤＥ＝０であると
きは、ステップＳ２５の短周期空燃比変動処理を実行す
る時間を計測するダウンカウントタイマｔｍＳＲに所定
昇温時間ＴＳＲ（例えば６０秒）を設定してスタートさ
せ（ステップＳ１２）、さらにＳＯｘ除去処理を実行中
であることを「１」で示すＳＯｘ除去実行フラグＦＳＣ
ＡＴＯＫ及び短周期空燃比変動制御を実行中であること
を「１」で示す空燃比変動フラグＦＳＰをともに「０」
に設定して（ステップＳ１３）、ステップＳ１４に進
む。

【００２６】ステップＳ１４では、リーン運転中か否
か、すなわち通常制御時に後述するステップＳ２０で記
憶された目標空燃比係数ＫＣＭＤの記憶値ＫＣＭＤＢが
「１．０」より小さいか否かを判別する。その結果、Ｋ
ＣＭＤＢ≧１．０であってリーン運転中でないときは、
直ちにステップＳ１８に進み、後述するステップＳ２２
で参照するダウンカウントタイマｔｍＲＲに還元リッチ
化時間ＴＲＲ（例えば１〜２秒）をセットしてスタート
させる。次いで、通常制御、すなわちエンジン運転状態
に応じて目標空燃比係数ＫＣＭＤの設定を行う（ステッ
プＳ１９）。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、基本的には、
エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて
算出し、エンジン水温ＴＷの低温状態や所定の高負荷運
転状態では、それらの運転状態に応じた値に変更され
る。次いでステップＳ１９で算出した目標空燃比係数Ｋ
ＣＭＤを記憶値ＫＣＭＤＢとして記憶して（ステップＳ
２０）、本処理を終了する。

【００２７】ステップＳ１４でＫＣＭＤＢ＜１．０であ
ってリーン運転中であるときは、エンジン回転数ＮＥ及
び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて、次のステップＳ１６
で使用する増分値ＡＤＤＮＯｘを決定する（ステップＳ
１５）。増分値ＡＤＤＮＯｘは、リーン運転中に単位時
間当たりに排出されるＮＯｘ量に対応するパラメータで
あり、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、また吸気管
内絶対圧ＰＢＡが増加するほど、増加するように設定さ
れている。

【００２８】ステップＳ１６では、下記式にステップＳ
１５で決定した増分値ＡＤＤＮＯｘを適用し、ＮＯｘ量
カウンタＣＮＯｘをインクリメントする。これによりＮ
Ｏｘ排出量、すなわちＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ
量に相当するカウント値が得られる。ＣＮＯｘ＝ＣＮＯｘ＋ＡＤＤＮＯｘ

【００２９】続くステップＳ１７では、ＮＯｘ量カウン
タＣＮＯｘの値が、許容値ＣＮＯｘＲＥＦを越えたか否
かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、前
記ステップＳ１８に進み、通常制御、すなわちエンジン
運転状態に応じた目標空燃比係数ＫＣＭＤの設定を行
う。許容値ＣＮＯｘＲＥＦは、ＮＯｘ吸収剤の最大ＮＯ
ｘ吸収量より若干小さいＮＯｘ量に対応する値、あるい
は余裕を持たせて最大ＮＯｘ吸収量の１／２程度のＮＯ
ｘ量に対応する値に設定される。

【００３０】ステップＳ１７で、ＣＮＯｘ＞ＣＮＯｘＲ
ＥＦとなると、目標空燃比係数ＫＣＭＤを空燃比１４．
０相当程度の値に対応するリッチ化所定値ＫＣＭＤＲ１
に設定し、還元リッチ化を実行する（ステップＳ２
１）。そして、タイマｔｍＲＲの値が「０」か否かを判
別し（ステップＳ２２）、ｔｍＲＲ＞０である間は直ち
に本処理を終了し、ｔｍＲＲ＝０となるとＮＯｘ量カウ
ンタＣＮＯｘの値を「０」にリセットする（ステップＳ
２３）。これにより、次回からはステップＳ１７の答が
否定（ＮＯ）となるので、通常制御に移行する。

【００３１】一方ステップＳ１１でＦＳＲＣＭＯＤＥ＝
１となると、タイマｔｍＳＲの値が「０」か否かを判別
する（ステップＳ２４）。ｔｍＳＲ＞０である間はステ
ップＳ２５に進んで短周期空燃比変動制御を実行し、ｔ
ｍＳＲ＝０となると触媒温度ＴＣＡＴがＳＯｘ除去処理
が可能な温度まで昇温したと判定して、ＳＯｘ除去実行
フラグＦＳＣＡＴＯＫを「１」に設定するとともに空燃
比変動フラグＦＳＰを「０」に戻し（ステップＳ２
６）、ＳＯｘ除去処理を実行する（ステップＳ２７）。

【００３２】図２の処理によれば、リーン運転可能な運
転状態におけるリーン運転継続時間、すなわちＮＯｘ量
カウンタＣＮＯｘの値が０から許容値ＣＮＯｘＲＥＦに
達する時間は、エンジン運転状態によって変化するが、
おおむね８〜３０秒程度である。したがって、ＮＯｘ吸
収剤に吸収されたＳＯｘを除去する劣化再生モードでな
く（ＦＳＲＣＭＯＤＥ＝０）、リーン運転可能な運転状
態においては、リーン運転継続時間が、８から３０秒程
度で、還元リッチ化実行時間（＝ＴＲＲ）が、１から２
秒程度である空燃比変動制御が実行される（ステップＳ
１４〜Ｓ２３）。そして、劣化再生モードフラグＦＳＲ
ＣＭＯＤＥが「１」となり、劣化再生モードに移行する
と、先ず空燃比変動周期のより短い短周期空燃比変動制
御が実行され（ステップＳ２５）、ＮＯｘ吸収剤の温度
がＳＯｘ除去処理の可能な温度に達するとＳＯｘ除去処
理（ステップＳ２７）が実行される。

【００３３】図３は、図２のステップＳ１１で参照され
る劣化再生モードフラグＦＳＲＣＭＯＤＥの設定を行う
運転状態判別処理のフローチャートである。本処理は、
一定時間毎にＣＰＵ５ｂで実行される。先ず車速ＶＣＡ
Ｒが所定車速ＳＶＣＡＲ（例えば６０ｋｍ／ｈ）より高
いか否かを判別し（ステップＳ３１）、ＶＣＡＲ＞ＳＶ
ＣＡＲであるときは、エンジン回転数ＮＥが所定回転数
ＳＮＥ（例えば１８００ｒｐｍ）より高いか否かを判別
し（ステップＳ３２）、ＮＥ＞ＳＮＥであるときは、吸
気管内絶対圧ＰＢＡが所定圧ＳＰＢＡ（例えば３６０ｍ
ｍＨｇ）より高いか否かを判別する（ステップＳ３
３）。そして、ステップＳ３１〜Ｓ３３のいずれかの答
が否定（ＮＯ）のときは、劣化再生モードフラグＦＣＲ
ＣＭＯＤＥを「０」に設定して（ステップＳ４１）、本
処理を終了する。

【００３４】一方ステップＳ３１〜Ｓ３３の答がすべて
肯定（ＹＥＳ）であるときは、図４の処理で設定され、
ＮＯｘ浄化装置１６のＮＯｘ吸収剤に吸収されたＳＯｘ
量が許容値を越えたこと、すなわちＮＯｘ浄化装置１６
が劣化していることを「１」で示す劣化フラグＦＤＳＯ
ｘが「１」であるか否かを判別し（ステップＳ３４）、
ＦＤＳＯｘ＝０であってＳＯｘ量が許容値を越えていな
いときは、前記ステップＳ４１に進む一方、ＦＤＳＯｘ
＝１であってＮＯｘ浄化装置１６が劣化しているとき
は、劣化再生モードフラグＦＳＲＣＭＯＤＥを「１」に
設定して（ステップＳ４０）、本処理を終了する。

【００３５】図４は、ＮＯｘ浄化装置１６のＮＯｘ吸収
剤に吸収されたＳＯｘ量を推定する処理のフローチャー
トであり、本処理は一定時間毎にＣＰＵ５ｂで実行され
る。先ずエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡ
に応じて次のステップＳ５３で使用する増分値ＡＤＤＳ
Ｏｘを決定する（ステップＳ５２）。増分値ＡＤＤＳＯ
ｘは、リーン運転中に単位時間当たりに排出されるＳＯ
ｘ量に対応するパラメータであり、エンジン回転数ＮＥ
が増加するほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが増加する
ほど、増加するように設定されている。単位時間当たり
のＳＯｘ排出量は、ＮＯｘ排出量に比べてはるかに小さ
いので、増分値ＡＤＤＳＯｘは、ＮＯｘ排出量に対応す
る増分値ＡＤＤＮＯｘより小さい。

【００３６】ステップＳ５３では、下記式にステップＳ
５２で決定した増分値ＡＤＤＳＯｘを適用し、ＳＯｘ量
カウンタＣＳＯｘをインクリメントする。これによりＳ
Ｏｘ排出量、すなわちＮＯｘ吸収剤に吸収されたＳＯｘ
量に相当するカウント値が得られる。ＣＳＯｘ＝ＣＳＯ
ｘ＋ＡＤＤＳＯｘ

【００３７】続くステップＳ５４では、ＳＯｘ量カウン
タＣＳＯｘの値が、許容値ＣＳＯｘＲＥＦを越えたか否
かを判別する。ＣＳＯｘ≦ＣＳＯｘＲＥＦであるとき
は、劣化フラグＦＤＳＯｘを「０」とし（ステップＳ５
５）、ＣＳＯｘ＞ＣＳＯｘＲＥＦであるときは、劣化フ
ラグＦＤＳＯｘを「１」に設定する（ステップＳ５
６）。許容値ＣＳＯｘＲＥＦは、例えばＮＯｘ吸収剤の
吸収能力が新品の１／２程度の低下した状態に対応する
値に設定される。

【００３８】図４の処理によりＮＯｘ吸収剤に吸収され
たＳＯｘ量が推定され、そのＳＯｘ量が許容値を越える
と劣化フラグＦＤＳＯｘが「１」に設定される。その結
果図３のステップＳ３１〜Ｓ３３の答が肯定（ＹＥＳ）
であるときは、劣化再生モードフラグＦＳＲＣＭＯＤＥ
が「１」に設定され（ステップＳＳ４０）、短周期空燃
比変動処理（図２、ステップＳ２５）及びＳＯｘ除去処
理（図２，ステップＳ２７）が実行される。

【００３９】図５は、図２のステップＳ２５で実行され
る短周期空燃比変動制御のフローチャートである。ステ
ップＳ６１では、空燃比変動フラグＦＳＰを「１」に設
定し、次いで図２の処理の前回実行時において劣化再生
モードフラグＦＳＲＣＭＯＤＥが「１」であったか否か
を判別する（ステップＳ６２）。前回ＦＳＲＣＭＯＤＥ
＝０であったときは、リーン運転継続時間を計時するダ
ウンカウントタイマｔｍＬＥＡＮにリーン時間ＴＬＥＡ
Ｎ（例えば０．３秒）をセットしてスタートさせる（ス
テップＳ６３）とともに、リッチ運転継続時間を計時す
るダウンカウントタイマｔｍＲＩＣＨにリッチ時間ＴＲ
ＩＣＨ（例えば０．３秒）をセットしてスタートさせる
（ステップＳ６４）。次いで、リーン化所定値ＫＣＭＤ
Ｌをエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応
じて決定し（ステップＳ６５）、目標空燃比係数ＫＣＭ
ＤをステップＳ６５で決定されたリーン化所定値ＫＣＭ
ＤＬに設定する（ステップＳ６６）。リーン化所定値Ｋ
ＣＭＤＬは、例えば空燃比２０程度に相当する値を中心
値とする。続くステップＳ６７では、リッチ運転実行中
であることを「１」で示すリッチ運転フラグＦＳＰＲを
「０」に設定し、本処理を終了する。

【００４０】次回以降は、ステップＳ６２の答が肯定
（ＹＥＳ）となるので、ステップＳ６８に進み、タイマ
ｔｍＬＥＡＮの値が「０」か否かを判別する。最初はｔ
ｍＬＥＡＮ＞０であるので、前記ステップＳ６４に進
み、リーン運転を継続する。ステップＳ６８でｔｍＬＥ
ＡＮ＝０となると、ステップＳ６９でタイマｔｍＲＩＣ
Ｈの値が「０」であるか否かを判別する。最初はｔｍＲ
ＩＣＨ＞０であるので、リッチ化所定値ＫＣＭＤＲ２
を、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応
じて決定し（ステップＳ７０）、目標空燃比係数ＫＣＭ
ＤをステップＳ７０で決定されたリッチ化所定値ＫＣＭ
ＤＲ２に設定する（ステップＳ７１）。リッチ化所定値
ＫＣＭＤＲ２は、例えば空燃比１１程度に相当する値を
中心値とする。続くステップＳ７２では、リッチ運転実
行中であることを「１」で示すリッチ運転フラグＦＳＰ
Ｒを「１」に設定し、本処理を終了する。

【００４１】図５の処理により、図６に示すように、リ
ーン時間ＴＬＥＡＮのリーン運転と、リッチ時間ＴＲＩ
ＣＨのリッチ運転とを繰り返す短周期空燃比変動制御が
実行される。

【００４２】図７は、図２のステップＳ２４で実行され
るＳＯｘ除去処理のフローチャートである。ステップＳ
８１では、図２の処理の前回実行時においてＳＯｘ除去
実行フラグＦＳＣＡＴＯＫが「１」であったか否かを判
別し、ＦＳＣＡＴＯＫ＝０であったとき、すなわちＦＳ
ＣＡＴＯＫ＝０の状態からＦＳＣＡＴＯＫ＝１の状態に
移行したときは、ＳＯｘ除去のためのリッチ運転継続時
間を計時するダウンカウントタイマｔｍＲＳＯｘに劣化
再生時間ＴＲＳＯｘ（例えば８分）を設定して（ステッ
プＳ８２）、ステップＳ８３に進む。次回以降はステッ
プＳ８１から直ちにステップＳ８３に進む。

【００４３】ステップＳ８３ではＳＯｘ還元リッチ化所
定値ＫＣＭＤＲ３をエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶
対圧ＰＢＡに応じて設定し、次いで目標空燃比係数ＫＣ
ＭＤをこのＳＯｘ還元リッチ化所定値ＫＣＭＤＲ３に設
定する（ステップＳ８４）。ＳＯｘ還元リッチ化所定値
ＫＣＭＤＲ３は、例えば空燃比１１程度に相当する値を
中心値とする。続くステップＳ８５では、タイマｔｍＲ
ＳＯｘの値が「０」であるか否かを判別し、ｔｍＲＳＯ
ｘ＞０である間は、直ちに本処理を終了する。ｔｍＲＳ
Ｏｘ＝０となると、ＳＯｘ量カウンタＣＳＯｘを「０」
にリセットし、劣化フラグＦＤＳＯｘを「０」に設定す
るとともに（ステップＳ８６）、ＳＯｘ除去処理実行フ
ラグＦＳＣＡＴＯＫを「０」に設定して（ステップＳ８
７）、本処理を終了する。ステップＳ８６を実行するこ
とにより、劣化再生モードフラグＦＳＲＣＭＯＤＥが
「０」に戻され（図３，ステップＳ３４，Ｓ４１）、Ｓ
Ｏｘ除去処理が終了する。

【００４４】図８は、点火時期ＩＧを算出する処理のフ
ローチャートであり、本処理は、一定時間毎にまたはＴ
ＤＣ信号パルスの発生に同期してＣＰＵ５ｂで実行され
る。ステップＳ９１では、通常制御を実行する、すなわ
ちエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じ
て基本点火時期ＩＧＭＡＰを算出するとともに、エンジ
ン運転状態に応じて補正項ＩＧＣＲを算出し、前記式
（２）により点火時期ＩＧを算出する。次いで空燃比変
動フラグＦＳＰが「１」であるか否かを判別し（ステッ
プＳ９２）、ＦＳＰ＝０であって短周期空燃比変動制御
を実行していないときは、直ちに本処理を終了する。

【００４５】ＦＳＰ＝１であって短周期空燃比変動制御
を実行しているときは、リッチ運転フラグＦＳＰＲが
「１」であるか否かを判別し（ステップＳ９３）、ＦＳ
ＰＲ＝１であるときは、ステップＳ９１で算出した点火
時期ＩＧを補正値ＩＧＲだけ遅角させる補正を行う一方
（ステップＳ９４）、ＦＳＰＲ＝０であるときは、ステ
ップＳ９１で算出した点火時期ＩＧをそのまま使用すべ
く、直ちに本処理を終了する。

【００４６】図８の処理により、短周期空燃比変動制御
の実行中は、空燃比をリッチ側に設定するときは点火時
期ＩＧの遅角補正、すなわちエンジン出力を減少させる
方向の補正を行い、空燃比をリーン側に設定するときは
点火時期ＩＧをリッチ時より進角させてエンジン出力を
増加させるようにしたので、空燃比の変更に伴うエンジ
ン出力トルクの変動を点火時期ＩＧの補正によって抑制
し、良好な運転性を維持することができる。

【００４７】図９は、ＥＧＲ弁２２の弁開度指令値ＬＣ
ＭＤを算出する処理のフローチャートであり、本処理は
一定時間毎にまたはＴＤＣ信号パルスの発生に同期して
ＣＰＵ５ｂで実行される。ステップＳ１０１では、通常
制御を実行する、すなわちエンジン回転数ＮＥ及び吸気
管内絶対圧ＰＢＡに応じてＬＣＭＤＭマップを検索し
て、弁開度指令値ＬＣＭＤのマップ値ＬＣＭＤＭを算出
する。マップ値ＬＣＭＤＭは、排気還流量がマップ上の
運転状態に対応して予め設定されている目標排気還流量
と一致するように設定されている。

【００４８】次いで空燃比変動フラグＦＳＰが「１」か
否かを判別し（ステップＳ１０２）、ＦＳＰ＝０であっ
て短周期空燃比変動制御を実行していないときは、直ち
に本処理を終了する。またＦＳＰ＝１であって短周期空
燃比変動制御の実行中は、ステップＳ１０１で算出した
弁開度指令値ＬＣＭＤに１より小さい値に設定される補
正係数ＫＳＰを乗算し、弁開度指令値ＬＣＭＤを減少方
向に補正する（ステップＳ１０３）。

【００４９】図９の処理により、短周期空燃比変動制御
の実行中は、ＥＧＲ弁２２の弁開度指令値ＬＣＭＤが減
少方向に補正される、すなわち排気還流量が通常制御時
より減少されるので、短周期空燃比変動に起因するＥＧ
Ｒ弁２２の応答遅れ等の影響を軽減し、良好な運転性を
維持することができる。これは、排気還流量（ＥＧＲ弁
２２の開弁量）は、設定空燃比に応じて変更されるた
め、短周期空燃比変動制御実行時にその空燃比変動に合
わせて通常制御時と同様の排気還流量とすると、ＥＧＲ
弁２２の応答遅れや、還流ガス自体の遅れに起因して所
望の特性が得られなくなることを考慮したものであり、
排気還流量を減少させ、あるいは排気還流を停止させる
ことにより、ＥＧＲ弁２２の応答遅れ等の影響を軽減で
きる。

【００５０】なお、点火時期の遅角方向への変更及び排
気還流量の低減は、いずれも排気ガス温度を上昇させる
ように作用するので、ＮＯｘ吸収剤の昇温はより促進さ
れ、その点でも好ましい特性を得ることができる。本実
施形態では、排気還流路２１及び排気還流弁２２が排気
還流手段に相当し、図５の処理が空燃比変動手段に相当
し、図５のステップＳ６１及び図９の処理が排気還流制
御手段に相当し、図５のステップＳ６１，Ｓ６７，Ｓ７
２及び図８の処理が点火時期制御手段に相当する。

【００５１】なお本発明は上述した実施形態に限るもの
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した
図９の処理では短周期空燃比変動制御実行中は、弁開度
指令値ＬＣＭＤを減少方向に補正して排気還流を実行す
るようにしたが、ＬＣＭＤ＝０として、排気還流を停止
するようにしてもよい。

【００５２】また内燃機関は、燃料を吸気管内に噴射す
るものに限らず、各気筒の燃焼室内に直接噴射するもの
であってもよい。

【００５３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、短
周期の空燃比変動を実行するときは、排気還流量が低減
されるとともに、空燃比を理論空燃比のリッチ側に設定
するときは点火時期が遅角され、空燃比を理論空燃比の
リーン側に設定するときは点火時期が進角されるので、
点火時期の遅角及び進角により空燃比の変更による機関
出力トルクの変動が抑制されるとともに、排気還流量の
低減により排気還流手段の応答遅れ等の影響が軽減さ
れ、良好な運転性を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその
制御装置の構成を示す図である。

【図２】目標空燃比係数（ＫＣＭＤ）を算出する処理の
フローチャートである。

【図３】ＳＯｘ除去を行う運転状態を判別するための処
理のフローチャートである。

【図４】ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＳＯｘ量を推定する
処理のフローチャートである。

【図５】短周期空燃比変動制御を行う処理のフローチャ
ートである。

【図６】図５の処理を説明するためのタイムチャートで
ある。

【図７】ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＳＯｘを除去する処
理のフローチャートである。

【図８】点火時期の制御を行う処理のフローチャートで
ある。

【図９】排気還流量の制御を行う処理のフローチャート
である。

【符号の説明】

１内燃機関２吸気管５電子コントロールユニット（空燃比変動手段、排気
還流制御手段、点火時期制御手段）１２排気管１６ＮＯｘ浄化装置（窒素酸化物浄化手段）２１排気還流路（排気還流手段）２２排気還流弁（排気還流手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ａ３Ｇ３０１３０１Ｃ３０１ＧＦ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｊ 21/08 ３０１ 21/08 ３０１Ｃ３０１Ｇ 41/04 ３０５ 41/04 ３０５Ａ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｂ３０１Ｎ３０１Ｚ３０１ＴＦ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｇ５５０ＲＦ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 ＢＦターム(参考） 3G022 AA10 CA00 DA01 DA02 EA00 GA00 GA01 GA02 GA05 GA07 GA08 GA09 GA19 3G062 BA02 BA05 BA06 BA08 BA09 CA06 EA12 GA02 GA04 GA05 GA06 GA08 GA12 GA15 GA17 GA25 3G084 BA09 BA13 BA17 BA20 BA23 BA24 DA04 DA10 FA02 FA05 FA10 FA11 FA20 FA29 FA33 FA38 3G091 AA02 AA11 AA23 AA24 AA28 AB03 AB06 BA11 BA14 BA15 BA19 BA32 BA33 CA13 CB02 CB05 CB07 CB08 DA01 DA02 DA03 DA05 DA08 DB06 DB10 DC01 EA00 EA01 EA06 EA07 EA15 EA16 EA21 EA23 EA30 EA31 EA34 EA39 FB10 FB11 FB12 FC02 GB01W GB02W GB03W GB05W GB06W GB07W GB10W HA08 HA36 HB03 HB05 3G092 AA01 AA11 AA17 BA04 BA09 BB03 DA08 DC09 DF04 DG09 EA02 EA07 FA03 FA15 FA20 HA04Z HA05Z HA06Z HD05Z HD07Z HE01Z HE03Z HE05Z HE08Z HF21Z 3G301 HA01 HA13 HA19 JA00 JA04 JA21 JA33 LA00 MA01 MA13 NB15 NE13 NE15 PA07Z PA10Z PA11Z PD04Z PD15Z PE01Z PE03Z PE05Z PE08Z PF01Z

Claims

【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
中の酸素濃度が比較的高い排気ガスリーン状態のとき排
気ガス中の窒素酸化物を吸収する窒素酸化物浄化手段
と、排気ガスを吸気系に還流させる排気還流手段とを備
える内燃機関の制御装置において、所定時間以下に設定される周期で、前記機関に供給する
混合気の空燃比を理論空燃比を境としてリーン側とリッ
チ側とに変動させる空燃比変動手段と、該空燃比変動手段の作動中は、前記排気還流手段による
還流される排気ガス量を低減する排気還流制御手段と、前記空燃比変動手段により、前記空燃比を前記リッチ側
に設定するときは点火時期を遅角させ、前記空燃比を前
記リーン側に設定するときは点火時期を進角させる点火
時期制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制
御装置。