JP2004285841A

JP2004285841A - Exhaust emission control device of internal combustion engine

Info

Publication number: JP2004285841A
Application number: JP2003075736A
Authority: JP
Inventors: Taisuke Shiraishi; 泰介白石; Tomohiko Tatara; 知彦多々良; Shunichi Shiino; 俊一椎野; Hirobumi Tsuchida; 博文土田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-14

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To supply an appropriate amount of a reducing agent in accordance with a NOx amount trapped upon the regeneration of NOx trap ability of a NOx trap catalyst. <P>SOLUTION: In an exhaust passage of an engine, the NOx trap catalyst 17 is provided which traps NOx when an inflow exhaust air-fuel ratio is lean and which performs the desorption and reduction of NOx trapped when the inflow exhaust air-fuel ratio is stoichiometric or rich. A NOx sensor 19 is arranged to the downstream of the NOx trap catalyst 17. When a combustion air-fuel mixture of the engine is temporarily made rich and NOx desorption and reduction processing in the NOx trap catalyst 17 is performed, a rich control amount is varied depending on an output of the NOx sensor 19. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ能力を再生させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年普及しつつある筒内直噴エンジン等のリーンバーンエンジンにおけるＮＯｘ浄化手段としては、いわゆるＮＯｘトラップ触媒を利用したものが知られている。かかるＮＯｘトラップ触媒は、流入する排気がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気がストイキ又はリッチで還元剤（ＨＣ、ＣＯ等）が存在するときにトラップしたＮＯｘを脱離還元することでＮＯｘを浄化するものである。
【０００３】
ここで、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ能力には限りがあることから、ＮＯｘトラップ量が飽和量に達する前に、適当なタイミングでトラップしたＮＯｘを放出させてＮＯｘトラップ能力を再生させる必要がある。
【０００４】
そのため、ＮＯｘトラップ触媒の下流側にＮＯｘセンサを設け、このＮＯｘセンサの出力が所定値に到達すると、燃焼混合気の空燃比を強制的にリッチとすることでＮＯｘトラップ触媒に還元剤（ＨＣ、ＣＯ）を供給し、トラップしたＮＯｘを脱離還元する、いわゆるリッチスパイク制御を実行するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１０４５３５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リーン走行時に上記リッチスパイク制御を実行する場合には、ストイキに対する不足分とＮＯｘトラップ触媒に供給する還元剤分との燃料増量が必要となるが、例えば、加速運転時等のストイキ要求の際にリッチスパイク制御を実行するようにすれば、必要な燃料増量はＮＯｘトラップ触媒に供給する還元剤分のみとなるから、その分リッチスパイク制御に伴う燃費の悪化を抑制できることなる。
【０００７】
従って、単にＮＯｘトラップ触媒下流側のＮＯｘセンサの出力のみに基づいてリッチスパイク制御を実行するタイミングを決定するだけではなく、運転状態等も考慮してリッチスパイク制御を実行するようにした方が望ましいと言える。
【０００８】
一方、運転状態等に応じてリッチスパイク制御を実行する場合には、その時点においてＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘトラップ量が一定量であるとは限らず、通常は、リッチスパイク制御毎にＮＯｘトラップ量が異なっている。かかる場合、ＮＯｘトラップ量に応じて適切に燃料増量（リッチ化）がなされないと、供給した還元剤（ＨＣ、ＣＯ）に過不足が生じてしまい、ＨＣ、ＣＯの排出が増大したり、ＮＯｘの脱離還元が不十分となったりして、排気及び燃費の悪化を招いてしまうという問題がある。
【０００９】
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あり、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘ量に応じて適切な量の還元剤を供給することにより、排気浄化性能を確保しつつリッチスパイク制御に伴う燃費の悪化を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、燃焼混合気の空燃比を一時的にリッチとしてＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ脱離還元処理を行うに際し、ＮＯｘトラップ触媒下流側のＮＯｘセンサの出力に応じて燃焼混合気をリッチとするためのリッチ化制御量を変更するようにした。
【００１１】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯｘ脱離還元処理のためのリッチスパイク制御の際に、ＮＯｘトラップ触媒下流側のＮＯｘセンサの出力に応じてリッチ化制御量が変更、すなわち、ＮＯｘトラップ触媒に供給される還元剤量が変更されることになる。ここで、ＮＯｘトラップ触媒下流側の排気中のＮＯｘ濃度とＮＯｘトラップ触媒におけるＮＯｘトラップ量との間に相関があることが確認されており、ＮＯｘセンサの出力に応じてリッチ化制御量を変更することにより、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを、脱離還元するために必要な量の還元剤を過不足なく供給できることになる。これにより、排気の悪化を招くことなく、例えば加速運転時等にＮＯｘ脱離還元処理を行うようにして燃費の悪化を抑制すると共に、ＮＯｘの脱離還元処理を確実に行える。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関（エンジン）のシステム図である。図１において、エンジン１に吸入される空気は、エアクリーナ２を通過後、エアフローメータ３で流量ＱＭを計測され、電制スロットル弁４に導かれる。ここで、吸入空気量の制御が行われる。吸入空気は、その後、吸気通路（コレクタ）５、吸気マニホールド６を通り、吸気弁７を介してシリンダ８内に導入される。また、シリンダ８の内部には、往復運動を行うピストン９が配設されている。
【００１３】
燃料噴射弁１０は、シリンダ８内に吸入された空気に対して燃料を噴射して混合気（燃焼混合気）を形成し、この混合気を点火プラグ１１により着火燃焼させる。燃焼排気は、排気弁１２を介して排気通路１３に排出される。
【００１４】
排気通路１３には、排気の一部を吸気通路５に還流するＥＧＲ通路１４が連結されており、このＥＧＲ通路１４には、ＥＧＲ流量を制御するＥＧＲ弁１５が設けられている。
【００１５】
また、排気通路１３には、排気中の酸素濃度を検出するＯ_２センサ１６が設けられており、エンジン１を理論空燃比で運転するときには、燃料噴射制御に際して、Ｏ_２センサ１６の出力信号に基づく空燃比フィードバック制御を実行する。
【００１６】
更に、Ｏ_２センサ１６の下流側には、排気浄化手段としてのＮＯｘトラップ触媒１７が設けられており、このＮＯｘトラップ触媒１７には、ＮＯｘトラップ触媒１７の温度ＴＣＡＴを検出する温度センサ１８が取り付けられている。また、ＮＯｘトラップ触媒１７の下流側には、排気中のＮＯｘ濃度（量）に応じて出力が変化するＮＯｘセンサ１９が設けられている。
【００１７】
前記ＮＯｘトラップ触媒１７は、例えば、白金（Ｐｔ）等の貴金属、ＮＯｘ吸収剤、セリア（ＣｅＯ_２）等の助触媒及び担体で構成されており、ＮＯｘ吸収剤としては、例えば、セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類及びランタン（Ｌａ）等の希土類の中から選ばれた少なくとも一つを含むものが使用される。
【００１８】
このＮＯｘトラップ触媒１７においては、エンジン１をリーン空燃比で運転しているとき（ＮＯｘトラップ触媒１７に流入する排気の空燃比がリーンのとき）には、排気中の酸素が白金（Ｐｔ）上に付着し、排気中のＮＯは、白金（Ｐｔ）上で酸化反応してＮＯ_２（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）となる。そして、ＮＯ_２は、ＮＯｘ吸収剤と反応して硝酸イオン（ＮＯ_３ ⁻）として吸収される。
【００１９】
一方、空燃比を一時的にリッチに切り替えると（ＮＯｘトラップ触媒１７に流入する排気の空燃比がリッチとなると）、排気中のＨＣ、ＣＯは、白金（Ｐｔ）上で酸化反応してＨ_２Ｏ、ＣＯ_２（ＨＣ＋ＣＯ＋Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２）となる。また、このときＮＯｘ吸収剤からＮＯｘ（ＮＯ_２又はＮＯ）が放出（脱離）される。ここで、排気中に含まれるＨＣ、ＣＯは、酸素との結合力が極めて強いことから、排気中に余剰ＨＣ、ＣＯが存在すれば、放出されたＮＯｘはこのＨＣ、ＣＯと反応して無害なＮ_２に還元される。
【００２０】
このように、ＮＯｘトラップ触媒１７は、流入する排気空燃比がリーンのときには排気中のＮＯｘをトラップし、流入する排気空燃比がリッチ（又はストイキ）のときにはトラップしたＮＯｘを脱離還元することで排気中のＮＯｘを浄化する。また、ＮＯｘトラップ触媒１７は、助触媒（セリア）によって酸素を貯蔵する機能（酸素ストレージ機能）を有している。
【００２１】
ここにおいて、電制スロットル弁４のスロットル開度制御、燃料噴射弁１０の燃料噴射量及び噴射時期制御（燃料噴射制御）、点火プラグ１１の点火時期制御、ＥＧＲバルブ１５のＥＧＲ流量制御等の各種エンジン制御は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０にて行われる。また、ＥＣＵ２０は、ＮＯｘトラップ触媒１７にトラップされているＮＯｘを脱離還元してＮＯｘトラップ性能を再生するためにリッチスパイク制御を行う。
【００２２】
このため、ＥＣＵ２０には、前記エアフローメータ３、Ｏ_２センサ１６、温度センサ１８、ＮＯｘセンサ１９のほか、クランク角及びエンジン回転速度ＮＥ検出用のクランク角センサ２１、エンジン冷却水温度ＴＷ検出用の水温センサ２２、アクセルペダル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ２３等からの信号が入力されるようになっている。
【００２３】
ここで、ＥＣＵ２０により実行される燃料噴射制御について説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係る燃料噴射制御のフローチャートを示し、例えば１０ｍｓ毎に実行される。この実施形態は、リッチスパイク制御直前のＮＯｘセンサ１９の出力に応じてリッチスパイク制御時の空燃比リッチ化制御量を変更することにより、トラップされているＮＯｘ量に対応した量の還元剤を供給するようにしたものである。
【００２４】
図２において、ステップ１（図中Ｓ１と記す。以下同じ）では、吸入空気量ＱＭ、エンジン回転速度ＮＥ、エンジン冷却水温度ＴＷ、アクセル開度ＡＰＯ、ＮＯｘトラップ触媒１７の温度（触媒温度）ＴＣＡＴ、ＮＯｘセンサ出力ＳＮＯｘを読み込む。
【００２５】
ステップ２では、リッチ化フラグＦＲＳが０であるか否かを判定し、ＦＲＳ＝０であればステップ３に進む。このリッチ化フラグＦＲＳは、リッチスパイク制御の実行によってＮＯｘトラップ触媒１７に還元剤を供給してＮＯｘの脱離還元処理を行う必要があると判断された場合にセットされるもので（ステップ４参照）、ＦＲＳ＝１の期間は、目標空燃比がリッチに設定される（リッチ化制御量が算出される）。
【００２６】
従って、ＦＲＳ＝０のときは、リーン空燃比でエンジン１を運転してもよいことを示している。
ステップ３では、ＮＯｘセンサ１９の出力ＳＮＯｘが所定値ＨＳＮＯｘ＃以上であるか否かを判定する。所定値ＨＳＮＯｘ＃以上である場合には、そのままリーン運転を継続してもＮＯｘトラップ触媒１７にて排気中のＮＯｘが十分に吸収されず、排気エミッションの悪化を引き起こす可能性が高いと判断してステップ４に進む。なお、上記所定値ＨＳＮＯｘ＃は、ＮＯｘトラップ触媒１７のＮＯｘトラップ量が増加するとそれに対応してＮＯｘセンサ１９の出力も増加する関係にあることから、かかる相関（図３参照）に基づいて設定されるものであり、例えば、ＮＯｘトラップ量がその飽和量に近づいて、トラップ能力が低下し始めるときのＮＯｘトラップ量に対応するセンサ出力が設定される。
【００２７】
ステップ４では、リッチ化フラグＦＲＳを設定して（ＦＲＳ＝１として）ステップ５〜ステップ２１の空燃比リッチ化制御及び空燃比リッチ化制御終了判定ルーチンに進む。
【００２８】
ステップ５では、ＮＯｘトラップ触媒１７にトラップされているＮＯｘ量（以下、総ＮＯｘトラップ量という）ＴＮＯｘを算出する。かかる算出は、簡易には、前記図３に示す関係をＮＯｘセンサ出力ＳＮＯｘに割り付けたテーブルデータとして格納しておき、読み込んだＮＯｘセンサ出力ＳＮＯｘ（直前のＮＯｘセンサ出力）に応じて参照することで可能である。
【００２９】
また、ＮＯｘトラップ触媒１７は、ＮＯｘトラップ触媒１７の温度、ガス流量又はＮＯｘトラップ触媒１７の劣化度合に対して、図４（ａ）〜（ｃ）に示すような特性（ＮＯｘトラップ率）を有していることから、ＮＯｘセンサ出力ＳＮＯｘから算出した総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘにこれらの特性を乗算して調整することでより高精度な総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘの算出が可能となる。なお、かかる調整を適用する場合には、上記特性（傾向）をあらかじめ実験等により求めてマップデータ又はテーブルデータとして格納しておき、読み込んだＮＯｘトラップ触媒１７の温度ＴＣＡＴ、ガス流量（吸入空気量ＱＭ）又はＮＯｘトラップ触媒１７の劣化度合に応じて参照するようにすればよい。また、ＮＯｘトラップ触媒１７の劣化度合は、例えば、特開２０００−１０４５３５号公報に記載されているように、リッチスパイク制御終了後のリーン運転時において、ＮＯｘセンサ出力ＳＮＯｘ≧所定値ＨＳＮＯｘ＃となるまでの時間、すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１７のＮＯｘトラップ量が０から所定量となるまでの時間から推定することが可能であり、かかる時間が短いほど劣化度合が大きいと判断できる。
【００３０】
次のステップ６では、総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘの脱離還元に必要な還元剤量（ＴＮＯｘ分還元剤量、以下、ＮＯｘ用還元剤量という）ＴＮＯｘＲＴを算出する。具体的には、ＮＯｘトラップ触媒１７にトラップされたＮＯｘとこのＮＯｘを脱離還元するための還元剤量とは一義的な関係にあるため、図５に示すような両者の関係をあらかじめ実験等により求め、総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘに割り付けたテーブルデータとして格納しておき、ステップ５で算出した総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘに応じて参照してＮＯｘ用還元剤量ＴＮＯｘＲＴを算出する。
【００３１】
ステップ７では、ＮＯｘトラップ触媒１７にストレージされている総Ｏ_２量ＴＯＳＣを算出する。一般に、酸素ストレージ量は、触媒内に含まれる助触媒（セリアＣｅＯ_２）の量に依存しており、また、リーン運転下では数秒で飽和して一定量となる。従って、簡易には、あらかじめＮＯｘトラップ触媒１７の特性から算出した総Ｏ_２量ＴＯＳＣ（すなわち、飽和ストレージ量）を格納しておき、その値を参照するようにすればよい。
【００３２】
また、酸素ストレージ量は、ＮＯｘトラップ触媒１７の温度、ＮＯｘトラップ触媒１７の劣化度合に対して、例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すような特性を有しているので、あらかじめ算出した総Ｏ_２量ＴＯＳＣにこれらの特性を乗算して調整することでより高精度な総Ｏ_２量の算出が可能となる。かかる調整を適用する場合には、上記特性（傾向）をあらかじめ実験等により求めてマップデータ又はテーブルデータとして格納しておき、読み込んだＮＯｘトラップ触媒１７の温度ＴＣＡＴ、推定したＮＯｘトラップ触媒１７の劣化度合に応じて参照するようにすればよい。
【００３３】
次のステップ８では、総Ｏ_２量ＴＯＳＣの脱離還元に必要な還元剤量（ＴＯＳＣ分還元剤量、以下、Ｏ_２用還元剤量という）ＴＯＳＣＲＴを算出する。具体的には、トラップされたＮＯｘと同様、ＮＯｘトラップ触媒１７にストレージされたＯ_２とこのＯ_２を脱離還元する還元剤量とは一義的な関係にあるため、図７に示すような両者の関係をあらかじめ求め、総Ｏ_２量ＴＯＳＣに割り付けたテーブルデータとして格納しておき、ステップ７で算出した総Ｏ_２量ＴＯＳＣに応じて参照することでＯ_２用還元剤量ＴＯＳＣＲＴを算出する。
【００３４】
ステップ９では、Ｏ_２用還元剤量ＴＯＳＣＲＴが０より多いか否かを判定し、０より多ければステップ１０に進み、前半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＯＳＣを算出する。この前半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＯＳＣは、例えば、図８に示すようにＯ_２用還元剤量ＴＯＳＣＲＴの関数として算出されるものであり、具体的には、あらかじめＯ_２用還元剤量ＴＯＳＣＲＴに割り付けたテーブルデータを格納しておき、ステップ８で算出したＯ_２用還元剤量ＴＯＳＣＲＴに応じて参照することで算出する。
【００３５】
ステップ１１では、「１」と前半リッチ化制御量ＴＦＢＡＯＳＣとの和を目標空燃比ＴＦＢＹＡとして設定する（ＴＦＢＹＡ←１＋ＴＦＢＹＡＯＳＣ）。ここで、ＴＦＢＹＡは空気過剰率λの逆数を意味し、ＴＦＢＹＡ＝１は理論空燃比（ストイキ）、それより大きい値の場合は空燃比リッチを意味する。
【００３６】
ステップ１２では、前半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＯＳＣと吸入空気量ＱＭとの積から供給する還元剤量（供給還元剤量）ＴＯＳＣＲを算出し、ステップ１３では、前記Ｏ_２用還元剤量ＴＯＳＣＲＴから供給還元剤量ＴＯＳＣＲを減算してＯ_２用還元剤量ＴＯＳＣＲＴを更新する。
【００３７】
一方、上記ステップ２において、リッチ化フラグＦＲＳ＝１、すなわち、リッチ化制御実行中と判定された場合にはステップ９に進み、Ｏ_２用還元剤量ＴＯＳＣＲＴが０より多いか否かを判定する。そして、Ｏ_２用還元剤量ＴＯＳＣＲＴが０より多ければ再度上記ステップ１０〜ステップ１３に進む。
【００３８】
また、上記ステップ９において、Ｏ_２用還元剤量ＴＯＳＣＲＴが０以下の場合には、すでにストレージＯ_２の脱離還元が終了したと判断してステップ１４に進む。
【００３９】
ステップ１４では、ＮＯｘ用還元剤量ＴＮＯｘＲＴが０より多いか否かを判定し、０より多ければステップ１５に進み、後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘを算出する。この後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘは、例えば、図９に示すようにＮＯｘ用還元剤量ＴＮＯｘＲＴの関数として算出されるものであり、具体的には、あらかじめＮＯｘ用還元剤量ＴＮＯｘＲＴに割り付けたテーブルデータを格納しておき、ステップ６で算出したＮＯｘ用還元剤量ＴＮＯｘＲＴに応じて参照することで算出する。
【００４０】
また、ＮＯｘトラップ触媒１７は、ＮＯｘトラップ触媒１７の温度、ガス流量、ＮＯｘトラップ触媒１７の劣化度合に対して、図１０（ａ）〜（ｂ）に示すような特性（ＮＯｘ脱離特性）を有しているので、ＮＯｘ用還元剤量ＴＮＯｘＲＴに応じて算出した後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘに、これらの特性を乗算して調整することでより高精度な後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘの算出が可能となる。かかる調整を適用する場合には、上記特性（の傾向）をあらかじめ実験等により求めてマップデータ又はテーブルデータとして格納しておき、読み込んだＮＯｘトラップ触媒１７の温度ＴＣＡＴ、吸入空気量ＱＭ、推定したＮＯｘトラップ触媒１７の劣化度合に応じて参照するようにすればよい。なお、このステップ１５が本発明に係る制御量変更手段に相当する。
【００４１】
ステップ１６では、「１」と後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘとの和を目標空燃比ＴＦＢＹＡとして設定する（ＴＦＢＹＡ←１＋ＴＦＢＹＡＮＯｘ）。
ステップ１７では、後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘと吸入空気量ＱＭとの積から供給する還元剤量（供給還元剤量）ＴＮＯｘＲを算出し、ステップ１８では、前記ＮＯｘ用還元剤量ＴＮＯｘＲＴから供給還元剤量ＴＮＯｘＲを減算してＮＯｘ用還元剤量ＴＮＯｘＲＴを更新する。
【００４２】
また、上記ステップ１４において、ＮＯｘ用還元剤量ＴＮＯｘＲＴが０以下と判定された場合には、リッチ化制御終了と判断してステップ１９でリッチ化フラグＦＲＳをリセットし、ステップ２０で目標空燃比ＴＦＢＹＡを「１」とする。
【００４３】
そして、上記ステップ１１、１６、２０において設定（算出）された目標空燃比ＴＦＢＹＡは、ステップ２１において前回目標空燃比ＢＴＦＢＹＡに代入されて前回目標空燃比ＢＴＦＢＹＡが更新される。
【００４４】
また、上記ステップ３において、ＮＯｘセンサ出力ＳＮＯｘが所定値ＨＳＮＯｘ＃未満である場合は、ＮＯｘトラップ触媒１７が十分に機能しており、リーン運転を継続可能と判断してステップ２２に進む。
【００４５】
ステップ２２では、冷却水温度ＴＷが所定値ＬＴＷ未満であるか否かを判定する。所定値ＬＴＷ未満の場合はリーン運転を行うと燃焼が不安定となって運転性を損なう可能性があると判断してステップ２３に進み、目標空燃比ＴＦＢＹＡを「１」として理論空燃比での運転を行う。一方、所定値ＬＴＷ以上である場合はステップ２４に進み、読み込んだアクセル開度ＡＰＯから図１１に示すようなテーブルデータを参照して目標トルクＴＴＣを算出する。
【００４６】
次のステップ２５では、エンジン回転速度ＮＥ及び目標トルクＴＴＣから図１２に示すようなマップデータを参照して目標空燃比ＴＦＢＹＡを算出する。
ステップ２６では、算出した目標空燃比ＴＦＢＹＡが「１」であるか（理論空燃比であるか）否かを判定し、ステップ２７では、前回目標空燃比ＢＴＦＢＹＡが「１」未満であるか（リーン運転であったか）否かを判定する。そして、算出した（今回の）目標空燃比ＴＦＢＹＡが「１（理論空燃比）」であり、かつ、前回目標空燃比ＢＴＦＢＹＡが「１」未満（リーン空燃比）であった場合にはステップ４に進み、リッチ化フラグＦＲＳを設定してステップ５〜ステップ２１の空燃比リッチ化制御及び空燃比リッチ化制御終了判定ルーチンに進む。
【００４７】
一方、目標空燃比ＴＦＢＹＡが「１」でない場合又は前回目標空燃比が「１」未満でない場合はステップ２１に進み、ステップ２６で算出した目標空燃比ＴＦＢＹＡを前回目標空燃比ＢＴＦＹＡに代入して更新する。
【００４８】
以上のようにして、目標空燃比ＴＦＢＹＡが設定されると（ステップ１１、１６、２０、２６）、吸入空気量ＱＭとエンジン回転速度ＮＥとから定まる理論空燃比相当の基本燃料噴射量（＝Ｋ×ＱＭ／ＮＥ；Ｋは定数）に、目標空燃比ＴＦＢＹＡが乗算され、更に各種補正がなされて最終的な燃料噴射量が設定される。そして、この最終的な燃料噴射量に対応するパルス幅の燃料噴射パルスにより燃料噴射弁１０が駆動されて燃料が噴射されることになる。
【００４９】
この実施形態では、リッチスパイク制御を実行する際に、ＮＯｘセンサ１９の出力に基づいてＮＯｘトラップ触媒１７にトラップされているＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘを算出し、算出したＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘの脱離還元に必要な還元剤量ＴＮＯｘＲＴを算出し、算出した還元剤量ＴＮＯｘＲＴに基づいて後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘを算出するので、リッチスパイク制御時のＮＯｘトラップ量に応じた過不足ない還元剤を供給することができる。これにより、リッチスパイク制御の実行タイミングを調整でき、燃費及び排気の悪化を招くことなくＮＯｘの脱離還元処理を確実に行える。
【００５０】
なお、後述する他の実施形態のように、還元剤量ＴＮＯｘＲＴを算出することなく、ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘに基づいて後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘを算出するようにしてもよい。
【００５１】
また、Ｏ_２ストレージ量ＴＯＳＣが０より多いときは、ＮＯｘトラップ触媒１７にＯ_２ストレージ量ＴＳＯＣに応じて変更するようにし、Ｏ_２ストレージ量ＴＯＳＣが０以下となった後に、後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘをＮＯｘセンサ１９の出力に応じて変更するので適切なタイミングで適切な還元剤量の供給を行うことができる。
【００５２】
また、後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘをＮＯｘトラップ触媒１７の温度ＴＣＡＴ、吸入空気量ＱＭ、ＮＯｘトラップ触媒１７の劣化度合に応じて調整するようにしたので、これらによって変化するＮＯｘトラップ能力を考慮しつつＮＯｘトラップ量に応じた過不足ない還元剤量をより精度よく供給できる。
【００５３】
次に本発明の第２実施形態に係る燃料噴射制御について説明する。
図１３は、第２実施形態に係る燃料噴射制御のフローチャートを示し、例えば１０ｍｓ毎に実行される。この実施形態は、リッチスパイク制御直前のＮＯｘトラップ触媒へのＮＯｘトラップ率に応じてリッチスパイク制御時の空燃比リッチ化制御量を変更することにより、トラップされているＮＯｘ量に対応した量の還元剤を供給するようにしたものである。
【００５４】
図１３において、ステップ３１、３２は前記第１実施形態（図２）におけるステップ１、２と同じであるので説明を省略する。
ステップ３３では、前記第１実施形態におけるステップ２４と同様に、アクセル開度ＡＰＯから図１１に示すようなテーブルデータを参照して目標トルクＴＴＣを算出する。
【００５５】
ステップ３４では、エンジン回転速度ＮＥ及び目標トルクＴＴＣから図１４に示すようなマップデータを参照してエンジン１からのＮＯｘ排出濃度（すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１７の上流側ＮＯｘ濃度、以下、上流側ＮＯｘ濃度という）ＣＮＯｘを算出する。なお、ここで使用するマップデータは、あらかじめ実験等により求めておいたものである。このステップ３４が本発明に係る上流側ＮＯｘ濃度検出手段に相当する。
【００５６】
ステップ３５では、算出した上流側ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘとＮＯｘセンサ出力ＳＮＯｘとに基づいてＮＯｘトラップ触媒１７へのＮＯｘトラップ率（通過したＮＯｘのうちトラップした割合）ＲＮＯｘを算出する。なお、本実施形態では、上流側ＮＯｘ排出濃度をエンジン回転速度ＮＥと目標トルクＴＴＣとから推定（算出）するようにしているが、ＮＯｘトラップ触媒１７の上流側にＮＯｘセンサを設けて直接計測するようにしてもよい。このステップ３５が本発明に係るＮＯｘトラップ率算出手段に相当する。
【００５７】
次のステップ３６では、ＮＯｘトラップ率ＲＮＯｘが所定値ＨＲＮＯｘ＃以上であるか否かを判定する。所定値ＨＲＮＯｘ＃以上である場合には、そのままリーン運転を継続してもＮＯｘトラップ触媒１７にて排気中のＮＯｘが十分にトラップされず、排気エミッションの悪化を引き起こす可能性が高いと判断してステップ３７に進む。なお、上記所定値ＨＲＮＯｘ＃は、図１５に示すように、ＮＯｘトラップ触媒１７のＮＯｘトラップ量が増加するとそれに対応してＮＯｘトラップ率が減少する関係にあることから、かかる相関に基づいて設定されるものであり、例えば、飽和ＮＯｘ量に近づいてＮＯｘトラップ率が低下し始める値が設定される。
【００５８】
ステップ３７では、リッチ化フラグＦＲＳを設定して（ＦＲＳ＝１として）ステップ３８〜ステップ５０の空燃比リッチ化制御及び空燃比リッチ化制御終了判定ルーチンに進む。
【００５９】
ステップ３８では、総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘを算出する。かかる算出は、前記図１５に示す関係をＮＯｘトラップ率ＲＮＯｘに割り付けたテーブルデータとして格納しておき、ステップ３５で算出したＮＯｘトラップ率ＲＮＯｘに応じて参照することで可能である。
【００６０】
また、上記したようにＮＯｘトラップ率は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すような特性を有していることから、前記第１実施形態におけるステップ５と同様に、ＮＯｘトラップ率ＲＮＯｘから算出した総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘにこれらの特性を乗算して調整することでより高精度な総ＮＯｘトラップ量の算出が可能となる。なお、本実施形態においては、リッチスパイク制御終了後のリーン運転時にＮＯｘトラップ率ＲＮＯｘ≧前記所定値ＨＲＮＯｘ＃となるまでの時間からＮＯｘトラップ触媒１７の劣化度合を推定できる。
【００６１】
ステップ３９では、前記第１実施形態におけるステップ７と同様に、ＮＯｘトラップ触媒１７にストレージされている総Ｏ_２量ＴＯＳＣを算出する。
ステップ４０では、総Ｏ_２量ＴＯＳＣが０より多いか否かを判定し、０より多ければステップ４１に進み、前半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＯＳＣを算出する。この前半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＯＳＣは、例えば、図１６に示すように総Ｏ_２量ＴＯＳＣの関数として算出されるものであり、具体的には、あらかじめ総Ｏ_２量ＴＯＳＣに割り付けたテーブルデータを格納しておき、ステップ３９で算出した総Ｏ_２量ＴＯＳＣに応じて参照することで算出する。
【００６２】
ステップ４２では、「１」と前半リッチ化制御量ＴＦＢＡＯＳＣとの和を目標空燃比ＴＦＢＹＡとして設定する（ＴＦＢＹＡ←１＋ＴＦＢＹＡＯＳＣ）。
ステップ４３では、前半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＯＳＣと吸入空気量ＱＭとに基づいて脱離還元するＯ_２量を算出し（ｋ１×ＴＦＢＹＡＯＳＣ×ＱＭ、ｋ１；単位変換定数）、総Ｏ_２量ＴＯＳＣから脱離還元するＯ_２量を減算して総Ｏ_２量ＴＯＳＣを更新する。
【００６３】
一方、上記ステップ３２において、リッチ化フラグＦＲＳ＝１でリッチ化制御中と判定された場合にはステップ４０に進み、総Ｏ_２量ＴＯＳＣが０より多いか否かを判定する。そして、総Ｏ_２量ＴＯＳＣが０より多ければ再度上記ステップ４１〜ステップ４３に進む。
【００６４】
上記ステップ４０において、総Ｏ_２量ＴＯＳＣが０以下の場合にはステップ４４に進む。
ステップ４４では、総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘが０より多いか否かを判定し、０より多ければステップ４５に進み、後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘを算出する。この後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘは、例えば、図１７に示すように総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘの関数として算出されるものであり、具体的には、あらかじめ総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘに割り付けたテーブルデータを格納しておき、ステップ３８で算出した総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘに応じて参照することで算出する。
【００６５】
また、上記したようにＮＯｘトラップ触媒１７は、図１０（ａ）〜（ｂ）に示すようなＮＯｘ脱離特性を有しているので、前記第１実施形態におけるステップ１５と同様に、総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘに応じて算出した後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘにこれらの特性を乗算して調整することで、より高精度な後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘの算出が可能となる。
【００６６】
ステップ４６では、「１」と後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘとの和を目標空燃比ＴＦＢＹＡとして設定する（ＴＦＢＹＡ←１＋ＴＦＢＹＡＮＯｘ）。
ステップ４７では、後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘと吸入空気量ＱＭとに基づいて脱離還元するＮＯｘ量を算出し（ｋ２×ＴＦＢＹＡＮＯｘ×ＱＭ、ｋ２；単位変換定数）、総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘから脱離還元するＮＯｘ量を減算して総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘを更新する。
【００６７】
また、上記ステップ４４において、総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘが０以下と判定された場合にはリッチ化制御終了と判断し、ステップ４８でリッチ化フラグＦＲＳをリセットし、ステップ４９で目標空燃比ＴＦＢＹＡを「１」とする。そして、上記ステップ４２、４６、４９において設定（算出）された目標空燃比ＴＦＢＹＡは、ステップ５０において前回目標空燃比ＢＴＦＢＹＡに代入されて前回目標空燃比ＢＴＦＢＹＡが更新される。
【００６８】
また、上記ステップ３６において、ＮＯｘトラップ率ＲＮＯｘが所定値ＨＲＮＯｘ＃未満である場合は、ＮＯｘトラップ触媒１７が十分に機能しており、リーン運転を継続可能と判断してステップ５１〜ステップ５５に進む。なお、かかるステップ５１〜ステップ５５は、前記第１実施形態におけるステップ２２〜ステップ２７と目標トルクＴＴＣの算出（ステップ２４）を除き同じであるので説明は省略する。
【００６９】
この実施形態では、推定又は計測したＮＯｘトラップ触媒上流側のＮＯｘ濃度とＮＯｘセンサ１９の出力とに基づいてＮＯｘトラップ触媒１７へのＮＯｘトラップ率ＲＮＯｘを算出し、このＮＯｘトラップ率ＲＮＯｘに応じて後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘを変更する。より具体的には、ＮＯｘトラップ率ＲＮＯｘに基づいてＮＯｘトラップ触媒１７にトラップされているＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘを算出するので、エンジン１からの排気中のＮＯｘ濃度が変化してもＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘを精度よく算出することができ、このようにして算出したＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘに基づいて後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘを算出するので、リッチスパイク制御時のＮＯｘトラップ量に応じた過不足ない還元剤をより精度よく供給することができる。これにより、燃費及び排気の悪化を招くことなく、ＮＯｘの脱離還元処理を確実に行える。
【００７０】
なお、前記第１実施形態と同様に、ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘの脱離還元に必要な還元剤量を算出し、算出した還元剤量に基づいて後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘを算出するようにしてもよい。
【００７１】
次に本発明の第３実施形態に係る燃料噴射制御について説明する。
図１８は、第３実施形態に係る燃料噴射制御のフローチャートを示し、例えば１０ｍｓ毎に実行される。この実施形態は、リッチスパイク制御直前のＮＯｘセンサ出力ＳＮＯｘの傾き（出力変化率）に応じて、リッチスパイク制御時の空燃比リッチ化制御量を変更することにより、吸収されているＮＯｘ量に対応した量の還元剤を供給するようにしたものである。なお、この実施形態では、ＮＯｘセンサ出力ＳＮＯｘの傾きに応じて空燃比リッチ化制御量を変更するようにしているが、これに限られず、出力変化に応じて空燃比リッチ化制御量を変更するものであればよい。
【００７２】
図１８において、ステップ６１、６２は、前記第１実施形態のステップ１、２と同じである。ステップ６３では、今回のＮＯｘセンサ出力ＳＮＯｘから前回のＮＯｘセンサ出力ＢＳＮＯｘを減算して出力変化量を求め、本ルーチンの前回実行から今回実行までの（１０ｍｓｅｃ当たりの）ＮＯｘセンサ出力の傾き（以下、出力変化率という）ＳＬＳＮＯｘを算出する。このステップ６３が本発明に係る出力変化算出手段に相当する。ステップ６４では、今回のセンサ出力ＳＮＯｘを前回のＮＯｘセンサ出力ＢＳＮＯｘに代入して前回のＮＯｘセンサ出力ＢＳＮＯｘを更新する。
【００７３】
ステップ６５では、出力変化率ＳＬＳＮＯｘが所定値ＨＳＬＳＮＯｘ＃以上であるか否かを判定する。所定値ＨＳＬＳＮＯｘ＃以上である場合には、そのままリーン運転を継続してもＮＯｘトラップ触媒１７にて排気中のＮＯｘが十分にトラップされず、排気エミッションの悪化を引き起こす可能性が高いと判断してステップ６６に進む。なお、上記所定値ＳＬＳＮＯｘ＃は、図１９に示すようなＮＯｘトラップ量と出力変化率との相関に基づいて設定されるものであり、例えば、飽和ＮＯｘ量に近づいてＮＯｘトラップ能力が低下し始めるＮＯｘトラップ量に対応する出力変化率が設定される。
【００７４】
ステップ６６では、リッチ化フラグＦＲＳを設定して（ＦＲＳ＝１として）ステップ６７〜ステップ８０の空燃比リッチ化制御及び空燃比リッチ化制御終了判定ルーチンに進む。
【００７５】
ステップ６７では、総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘを算出する。かかる算出は、前記図１９に示す関係を出力変化率ＳＬＳＮＯｘに割り付けたテーブルデータとして格納しておき、ステップ６３で算出した出力変化率ＳＬＳＮＯｘに応じて参照することで可能である。また、前記第１実施形態（ステップ５）、前記第２実施形態（ステップ３８）と同様に、出力変化率ＳＬＳＮＯｘに応じて算出した総ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘに、各特性を乗算して調整するようにしてもよい（図４参照）。なお、本実施形態においては、リッチスパイク制御終了後のリーン運転時に出力変化率ＳＬＳＮＯｘ≧前記所定値ＨＳＬＳＮＯｘ＃となるまでの時間からＮＯｘトラップ触媒１７の劣化度合を推定できる。
【００７６】
ステップ６８では、前記第１実施形態（ステップ７）、第２実施形態（ステップ３９）と同様に、ＮＯｘトラップ触媒１７にストレージされている総Ｏ_２量ＴＯＳＣを算出する。
【００７７】
ステップ６９、７０では、前記第２実施形態（ステップ４５、４１）と同様に、後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘ（初期値）、前半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＯＳＣ（初期値）を算出する。
【００７８】
ステップ７１では、リッチスパイク制御開始からの時間をカウントし、ステップ７２では、時間カウント値ｔが前半リッチ化制御期間（供給した還元剤が主としてＮＯｘトラップ触媒１７にストレージされたＯ_２に消費される期間）ｔＯＳＣ以下であるか否かを判定する。なお、かかる前半リッチ化制御期間ｔＯＳＣは、触媒温度ＴＣＡＴや触媒劣化度合に応じて調整するようにしてもよい。そして、前半リッチ化制御期間ｔＯＳＣ以下の場合（すなわち、当該期間が経過していない場合）はステップ７３に進み、「１」と前半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＯＳＣとの和を目標空燃比ＴＦＢＹＡとして設定する。
【００７９】
一方、時間カウント値ｔが前半リッチ化制御期間ｔＯＳＣよりも大きくなった場合はステップ７４に進み、後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘが０より大きいか否かを判定する。
【００８０】
そして、後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘが０より大きい場合はステップ７５で「１」と後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘとの和を目標空燃比ＴＦＢＹＡとして設定し、ステップ７６で後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘから単位時間当たりの減少分ｄＴＦＢＹＡＮＯｘを減算して後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘを更新する。この操作によって後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘは時間経過と共に直線的に０まで減少することになるが、一般に、ＮＯｘトラップ触媒１７からのＮＯｘ脱離量は、時間経過と共に減少する特性を有しているので、単位時間当たりの減少分ｄＴＦＢＹＡＮＯｘを直線ではなく、脱離特性に応じた曲線で定義するようにしてもよい。
【００８１】
なお、上記ステップ７４で後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘが０以下と判定された場合はリッチ化制御終了と判断して、ステップ７７でリッチ化フラグＦＲＳをリセットし、ステップ７８で時間カウント値ｔをリセットし、ステップ７９で目標空燃比ＴＦＢＹＡを「１」とする。
【００８２】
そして、ステップ７３、７５、７９で設定された目標空燃比ＴＦＢＹＡは、ステップ８０において前回目標空燃比ＢＴＦＢＹＡに代入されて前回目標空燃比ＢＴＦＢＹＡが更新される。
【００８３】
また、上記ステップ６５において、出力変化率ＳＬＳＮＯｘが所定値ＨＳＬＳＮＯｘ＃未満である場合は、ＮＯｘトラップ触媒１７が十分に機能しており、リーン運転を継続可能と判断してステップ８１〜ステップ８６に進む。なお、かかるステップ８１〜ステップ８６は、前記第１実施形態におけるステップ２２〜ステップ２７と同じである。
【００８４】
なお、本実施形態において、出力変化率ＳＬＳＮＯｘに代えて前記第２実施形態で用いたＮＯｘトラップ率ＲＮＯｘの傾き（変化率）としてもよい。この場合には、ステップ６３（ＮＯｘトラップ率算出手段に相当する）において今回のＮＯｘトラップ率ＲＮＯｘから前回のＮＯｘトラップ率ＢＲＮＯｘを減算して変化量を算出することでＮＯｘトラップ率の傾きＳＬＲＮＯｘを算出し、ステップ６４で前回のＮＯｘトラップ率ＲＮＯｘを更新し、ステップ６５で算出したＮＯｘトラップ率の傾きＳＬＲＮＯｘが所定値ＨＳＬＲＮＯｘ＃以上であるか否かを判定するようにすればよい。ここで、所定値ＨＳＬＲＮＯｘ＃は、図１９において破線で示すように、ＮＯｘトラップ量とＮＯｘトラップ率の傾きとの相関関係に基づいて設定される。
【００８５】
この実施形態では、今回のＮＯｘセンサ出力ＳＮＯｘと前回のＮＯｘセンサ出力ＢＳＮＯｘとからＮＯｘセンサの出力変化（変化率ＳＬＳＮＯｘ）を算出し、この出力変化に応じて後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘを変更する。より具体的には、出力変化（出力変化率ＳＬＳＮＯｘ）に基づいてＮＯｘトラップ触媒１７にトラップされているＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘの初期値を算出するので、ＮＯｘセンサ１９の特性又は外乱によってセンサ出力のドリフト（０点ずれ）が生じたような場合であっても、ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘを精度よく算出することができ、このようにして算出したＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘに基づいて後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘを算出するので、リッチスパイク制御時のＮＯｘトラップ量に応じた過不足ない還元剤をより精度よく供給することができる。これにより、燃費及び排気の悪化を招くことなく、ＮＯｘを脱離還元処理できる。
【００８６】
なお、ＮＯｘセンサ１９の出力変化に代えてＮＯｘトラップ率ＲＮＯｘの変化としても同様の効果を得ることができる。また、第１実施形態と同様に、ＮＯｘトラップ量ＴＮＯｘの脱離還元に必要な還元剤量を算出し、算出した還元剤量に基づいて後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘを算出するようにしてもよい。
【００８７】
また、前半リッチ化制御期間ｔＯＳＣを経過したか否かで前半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＯＳＣを用いるか後半リッチ化制御量ＴＦＢＹＡＮＯｘを用いるかを切り替えるので、制御を容易化しつつ、リッチスパイク制御において適切なタイミングで適切な還元剤量の供給を行うことができる。
【００８８】
なお、以上説明した各実施形態の空燃比リッチ制御及び空燃比リッチ化制御終了ルーチン（図２のステップ５〜２１、図１３のステップ３８〜５０、図１８のステップ６７〜８０）は、それぞれ入れ替えて実施することももちろん可能である。更に、ＮＯｘトラップ触媒１７の温度を温度センサ１８によって検出する構成としたが、他の方法であってもよい。例えば目標トルクＴＴＣとエンジン回転速度ＮＥとに基づいてあらかじめ割り付けられた触媒温度マップを参照することで、温度センサ１８を用いることなく、ＮＯｘトラップ触媒１７の温度を検出できる。
【００８９】
また、筒内直噴式のエンジンによりリーン運転を行う例について示したが、これに限定されるものではなく、その他のリーン燃焼方式を採用するエンジンに対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシステム構成を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る燃料噴射制御のフローチャートである。
【図３】ＮＯｘセンサ出力とＮＯｘトラップ量との相関を示す図である。
【図４】ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ特性を示す図である。
【図５】ＮＯｘトラップ量とこれを脱離還元するための還元剤量（ＮＯｘ用還元剤量）との関係を示す図である。
【図６】ＮＯｘトラップ触媒の酸素ストレージ特性を示す図である。
【図７】酸素ストレージ量とこれを脱離還元するための還元剤量（Ｏ_２用還元剤量）との関係を示す図である。
【図８】Ｏ_２用還元剤量と前半リッチ化制御量との関係を示す図である。
【図９】ＮＯｘ用還元剤量と後半リッチ化制御量との関係を示す図である。
【図１０】ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ脱離特性を示す図である。
【図１１】目標トルク算出テーブルの一例を示す図である。
【図１２】目標空燃比算出マップの一例を示す図である。
【図１３】第２実施形態に係る燃料噴射制御のフローチャートである。
【図１４】ＮＯｘトラップ触媒上流側のＮＯｘ濃度算出マップの一例を示す図である。
【図１５】ＮＯｘトラップ率とＮＯｘトラップ量との相関を示す図である。
【図１６】酸素ストレージ量と前半リッチ化制御量との関係を示す図である。
【図１７】ＮＯｘトラップ量と後半リッチ化制御量との関係を示す図である。
【図１８】第３実施形態に係る燃料噴射制御のフローチャートである。
【図１９】ＮＯｘセンサの出力変化（ＮＯｘトラップ率の変化）とＮＯｘトラップ量との相関を示す図である。
【符号の説明】
１…エンジン、３…エアフローメータ、１０…燃料噴射弁、１１…点火プラグ、１６…Ｏ_２センサ、１７…ＮＯｘトラップ触媒、１９…ＮＯｘセンサ、２０…エンジンコントロールユニット、２１…クランク角センサ、２２…水温センサ、２３…アクセル開度センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, and more particularly to a technique for regenerating the NOx trapping ability of a NOx trap catalyst.
[0002]
[Prior art]
As a NOx purifying means in a lean burn engine such as an in-cylinder direct injection engine which has been widely used in recent years, a means utilizing a so-called NOx trap catalyst is known. Such a NOx trap catalyst traps NOx in exhaust gas when the inflowing exhaust gas is lean, and desorbs and reduces the trapped NOx when the inflowing exhaust gas is stoichiometric or rich and a reducing agent (HC, CO, etc.) is present. By doing so, NOx is purified.
[0003]
Here, since the NOx trapping ability of the NOx trapping catalyst is limited, it is necessary to release the trapped NOx at an appropriate timing to regenerate the NOx trapping ability before the NOx trapping amount reaches the saturation amount.
[0004]
Therefore, a NOx sensor is provided downstream of the NOx trap catalyst, and when the output of the NOx sensor reaches a predetermined value, the air-fuel ratio of the combustion mixture is forcibly made rich to reduce the reducing agent (HC, There is one that supplies so-called rich spike control, which supplies CO) and desorbs and reduces trapped NOx (see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-104535 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when performing the rich spike control during the lean running, it is necessary to increase the amount of fuel for the stoichiometric shortage and the amount of the reducing agent supplied to the NOx trap catalyst. If the rich spike control is executed at this time, the required fuel increase is only the amount of the reducing agent supplied to the NOx trap catalyst, so that the deterioration of the fuel efficiency due to the rich spike control can be suppressed accordingly.
[0007]
Therefore, it is desirable not only to determine the timing at which the rich spike control is executed based only on the output of the NOx sensor downstream of the NOx trap catalyst, but also to execute the rich spike control in consideration of the operating state and the like. It can be said.
[0008]
On the other hand, when performing the rich spike control in accordance with the operating state or the like, the NOx trap amount trapped in the NOx trap catalyst at that time is not necessarily a fixed amount, and is usually The NOx trap amounts are different. In such a case, if the fuel is not appropriately increased (enriched) in accordance with the NOx trap amount, the supplied reductants (HC, CO) will be excessive or deficient, and the emission of HC and CO will increase, or NOx will increase. There is a problem that the desorption of the fuel becomes insufficient and the exhaust and the fuel efficiency are deteriorated.
[0009]
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and ensures an exhaust gas purification performance by supplying an appropriate amount of a reducing agent according to the amount of NOx trapped in a NOx trap catalyst. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine that can suppress deterioration of fuel efficiency due to rich spike control while controlling the fuel consumption.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, when performing the NOx desorption reduction process of the NOx trap catalyst by temporarily making the air-fuel ratio of the combustion mixture rich, outputs the NOx sensor output downstream of the NOx trap catalyst. The enrichment control amount for enriching the combustion mixture is changed in accordance with.
[0011]
【The invention's effect】
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, at the time of rich spike control for NOx desorption reduction processing, the enrichment control amount is changed according to the output of the NOx sensor downstream of the NOx trap catalyst, that is, NOx The amount of the reducing agent supplied to the trap catalyst will be changed. Here, it has been confirmed that there is a correlation between the NOx concentration in the exhaust gas downstream of the NOx trap catalyst and the NOx trap amount in the NOx trap catalyst, and the enrichment control amount is changed according to the output of the NOx sensor. As a result, the amount of reducing agent required for desorbing and reducing NOx trapped in the NOx trap catalyst can be supplied without excess or shortage. This makes it possible to perform the NOx desorption reduction process during, for example, an acceleration operation without suppressing deterioration of the exhaust gas, thereby suppressing the deterioration of the fuel efficiency and reliably performing the NOx desorption reduction process.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system diagram of an internal combustion engine (engine) according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, after the air taken into the engine 1 passes through an air cleaner 2, the flow rate QM is measured by an air flow meter 3 and guided to an electronically controlled throttle valve 4. Here, the intake air amount is controlled. Thereafter, the intake air passes through an intake passage (collector) 5 and an intake manifold 6 and is introduced into a cylinder 8 via an intake valve 7. In addition, a piston 9 that performs a reciprocating motion is disposed inside the cylinder 8.
[0013]
The fuel injection valve 10 injects fuel into the air sucked into the cylinder 8 to form a mixture (combustion mixture), and the mixture is ignited and burned by a spark plug 11. The combustion exhaust is discharged to an exhaust passage 13 via an exhaust valve 12.
[0014]
An EGR passage 14 that recirculates a part of the exhaust gas to the intake passage 5 is connected to the exhaust passage 13, and the EGR passage 14 is provided with an EGR valve 15 that controls an EGR flow rate.
[0015]
In the exhaust passage 13, O 2 for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is provided.₂When the engine 1 is operated at the stoichiometric air-fuel ratio, a sensor 16 is provided for controlling the fuel injection.₂The air-fuel ratio feedback control based on the output signal of the sensor 16 is executed.
[0016]
Furthermore, O₂A NOx trap catalyst 17 as an exhaust gas purifying means is provided downstream of the sensor 16, and a temperature sensor 18 for detecting the temperature TCAT of the NOx trap catalyst 17 is attached to the NOx trap catalyst 17. A NOx sensor 19 whose output changes according to the NOx concentration (amount) in the exhaust gas is provided downstream of the NOx trap catalyst 17.
[0017]
The NOx trap catalyst 17 includes, for example, a noble metal such as platinum (Pt), a NOx absorbent, ceria (CeO₂)) And a carrier. The NOx absorbent is selected from, for example, alkali metals such as cesium (Cs), alkaline earths such as barium (Ba), and rare earths such as lanthanum (La). Those containing at least one selected are used.
[0018]
In the NOx trap catalyst 17, when the engine 1 is operated at a lean air-fuel ratio (when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx trap catalyst 17 is lean), oxygen in the exhaust gas becomes higher than platinum (Pt). NO in the exhaust gas is oxidized on platinum (Pt) to form NO.₂(2NO + O₂→ 2NO₂ ). And NO₂Reacts with the NOx absorbent to react with nitrate ions (NO₃ ⁻) Is absorbed.
[0019]
On the other hand, when the air-fuel ratio is temporarily switched to rich (when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx trap catalyst 17 becomes rich), HC and CO in the exhaust gas undergo an oxidation reaction on platinum (Pt) to form H.₂O, CO₂(HC + CO + O₂→ H₂O + CO₂). At this time, NOx (NO₂Or NO) is released (desorbed). Here, since HC and CO contained in the exhaust gas have an extremely strong binding force with oxygen, if there is surplus HC and CO in the exhaust gas, the released NOx reacts with the HC and CO to be harmless. N₂Is reduced to
[0020]
As described above, the NOx trap catalyst 17 traps NOx in the exhaust when the inflowing exhaust air-fuel ratio is lean, and desorbs and reduces the trapped NOx when the inflowing exhaust air-fuel ratio is rich (or stoichiometric). Purify NOx in exhaust gas. Further, the NOx trap catalyst 17 has a function of storing oxygen using a co-catalyst (ceria) (oxygen storage function).
[0021]
Here, various controls such as a throttle opening control of the electronically controlled throttle valve 4, a fuel injection amount and injection timing control (fuel injection control) of the fuel injection valve 10, an ignition timing control of the ignition plug 11, an EGR flow control of the EGR valve 15, and the like. Engine control is performed by an engine control unit (ECU) 20. Further, the ECU 20 performs rich spike control in order to desorb and reduce NOx trapped in the NOx trap catalyst 17 to regenerate NOx trap performance.
[0022]
For this reason, the ECU 20 includes the air flow meter 3, O₂In addition to the sensor 16, the temperature sensor 18, the NOx sensor 19, a crank angle sensor 21 for detecting a crank angle and an engine rotational speed NE, a water temperature sensor 22 for detecting an engine cooling water temperature TW, and an accelerator opening for detecting an accelerator pedal opening APO. A signal from the degree sensor 23 or the like is input.
[0023]
Here, the fuel injection control executed by the ECU 20 will be described. FIG. 2 shows a flowchart of the fuel injection control according to the first embodiment of the present invention, which is executed, for example, every 10 ms. This embodiment supplies the reducing agent in an amount corresponding to the trapped NOx amount by changing the air-fuel ratio enrichment control amount during the rich spike control in accordance with the output of the NOx sensor 19 immediately before the rich spike control. It is intended to be.
[0024]
In FIG. 2, in step 1 (referred to as S1 in the figure, the same applies hereinafter), the intake air amount QM, the engine rotation speed NE, the engine coolant temperature TW, the accelerator opening APO, the temperature of the NOx trap catalyst 17 (catalyst temperature) TCAT. , NOx sensor output SNOx is read.
[0025]
In step 2, it is determined whether or not the enrichment flag FRS is 0. If FRS = 0, the process proceeds to step 3. The enrichment flag FRS is set when it is determined that it is necessary to supply a reducing agent to the NOx trap catalyst 17 to perform the NOx desorption reduction process by executing the rich spike control (see Step 4). ), During the period of FRS = 1, the target air-fuel ratio is set to be rich (the enrichment control amount is calculated).
[0026]
Therefore, when FRS = 0, it indicates that the engine 1 may be operated at a lean air-fuel ratio.
In step 3, it is determined whether or not the output SNOx of the NOx sensor 19 is equal to or greater than a predetermined value HSNOx #. If the value is equal to or greater than the predetermined value HSNOx #, it is determined that even if the lean operation is continued, NOx in the exhaust gas is not sufficiently absorbed by the NOx trap catalyst 17, and there is a high possibility that the exhaust emission will deteriorate. Proceed to step 4. The predetermined value HSNOx # is set based on the correlation (see FIG. 3) because the output of the NOx sensor 19 increases in response to an increase in the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 17. For example, a sensor output corresponding to the NOx trap amount when the NOx trap amount approaches the saturation amount and the trapping capability starts to decrease is set.
[0027]
In step 4, the enrichment flag FRS is set (FRS = 1), and the routine proceeds to the air-fuel ratio enrichment control and the air-fuel ratio enrichment control end determination routine in steps 5 to 21.
[0028]
In step 5, the amount of NOx trapped by the NOx trap catalyst 17 (hereinafter referred to as the total NOx trap amount) TNOx is calculated. This calculation is simply performed by storing the relationship shown in FIG. 3 as table data assigned to the NOx sensor output SNOx, and referring to the read NOx sensor output SNOx (the immediately preceding NOx sensor output). It is possible.
[0029]
The NOx trap catalyst 17 has characteristics (NOx trap rate) as shown in FIGS. 4A to 4C with respect to the temperature, the gas flow rate, or the degree of deterioration of the NOx trap catalyst 17. Therefore, the total NOx trap amount TNOx calculated from the NOx sensor output SNOx is multiplied by these characteristics and adjusted, so that the total NOx trap amount TNOx can be calculated with higher accuracy. When such an adjustment is applied, the above characteristics (trend) are obtained in advance through experiments or the like and stored as map data or table data, and the read temperature TCAT of the NOx trap catalyst 17, gas flow rate (intake air amount) QM) or the degree of deterioration of the NOx trap catalyst 17 may be referred to. Further, the degree of deterioration of the NOx trap catalyst 17 satisfies, for example, NOx sensor output SNOx ≧ predetermined value HSNOx # during a lean operation after the end of the rich spike control, as described in JP-A-2000-104535. , That is, the time from when the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 17 becomes 0 to a predetermined amount, and it can be determined that the shorter the time is, the greater the degree of deterioration is.
[0030]
In the next step 6, the amount of reducing agent TNOxRT necessary for desorption reduction of the total NOx trap amount TNOx (the amount of TNOx reducing agent, hereinafter referred to as NOx reducing agent amount) TNOxRT is calculated. Specifically, since the NOx trapped in the NOx trap catalyst 17 and the amount of the reducing agent for desorbing and reducing this NOx have a unique relationship, the relationship between the two as shown in FIG. Is stored as table data allocated to the total NOx trap amount TNOx, and the NOx reducing agent amount TNOxRT is calculated with reference to the total NOx trap amount TNOx calculated in step 5.
[0031]
In step 7, the total O 2 stored in the NOx trap catalyst 17 is₂Calculate the quantity TOSC. In general, the amount of oxygen storage depends on the amount of co-catalyst (ceria CeO₂), And saturates in a few seconds under a lean operation to become a constant amount. Therefore, simply, the total O calculated in advance from the characteristics of the NOx trap₂The amount TOSC (that is, the saturated storage amount) may be stored, and the value may be referred to.
[0032]
Further, the oxygen storage amount has a characteristic as shown in FIGS. 6A and 6B, for example, with respect to the temperature of the NOx trap catalyst 17 and the degree of deterioration of the NOx trap catalyst 17, and is therefore calculated in advance. Total O₂By adjusting the quantity TOSC by multiplying these characteristics, a more accurate total O₂The amount can be calculated. When such an adjustment is applied, the characteristics (trend) are obtained in advance through experiments or the like and stored as map data or table data, and the read temperature TCAT of the NOx trap catalyst 17, the estimated deterioration of the NOx trap catalyst 17, What is necessary is just to refer to according to a degree.
[0033]
In the next step 8, total O₂Amount of reducing agent required for the desorption reduction of the amount TOSC (TOSC reducing agent amount, hereinafter referred to as O₂TOSCRT) is calculated. Specifically, like the trapped NOx, the Ox stored in the NOx trap catalyst 17₂And this O₂And the amount of the reducing agent that desorbs and reduces the total amount of O 2.₂It is stored as table data allocated to the quantity TOSC, and the total O calculated in step 7 is stored.₂By referring to the quantity TOSC, O₂The amount of reducing agent for use TOSCRT is calculated.
[0034]
In step 9, O₂It is determined whether or not the reducing agent amount TOSCRT for use is greater than 0, and if it is greater than 0, the process proceeds to step 10, where the first-half enrichment control amount TFBYAOSC is calculated. This first-half enrichment control amount TFBYAOSC is, for example, as shown in FIG.₂Is calculated as a function of the reducing agent amount TOSCRT.₂The table data allocated to the reducing agent amount TOSCRT is stored, and the O data calculated in step 8 is stored.₂It is calculated by referring to the amount of reducing agent for use TOSCRT.
[0035]
In step 11, the sum of “1” and the first-half enrichment control amount TFBAOSC is set as the target air-fuel ratio TFBYA (TFBYA ← 1 + TFBYAOSC). Here, TFBYA means the reciprocal of the excess air ratio λ, TFBYA = 1 means the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric), and a value larger than this means an air-fuel ratio rich.
[0036]
In step 12, a reducing agent amount (supply reducing agent amount) TOSCR to be supplied is calculated from the product of the first-half enrichment control amount TFBYAOSC and the intake air amount QM.₂The amount of supplied reducing agent TOSCR is subtracted from the amount of reducing agent TOSCRT for₂The amount of reducing agent for use TOSCRT is updated.
[0037]
On the other hand, if it is determined in step 2 that the enrichment flag FRS = 1, that is, it is determined that enrichment control is being performed, the process proceeds to step 9 and O₂It is determined whether or not the use reducing agent amount TOSCRT is larger than 0. And O₂If the amount of the reducing agent for use TOSCRT is larger than 0, the process proceeds to steps 10 to 13 again.
[0038]
In step 9 above, O₂If the amount of reducing agent TOSCRT is less than 0, the storage O₂It is determined that the desorption reduction of has been completed, and the routine proceeds to step 14.
[0039]
In step 14, it is determined whether or not the NOx reducing agent amount TNOxRT is greater than 0, and if it is greater than 0, the process proceeds to step 15, where the latter half enrichment control amount TFBYANOx is calculated. The latter half enrichment control amount TFBYANOx is calculated, for example, as a function of the NOx reducing agent amount TNOxRT as shown in FIG. 9. Specifically, table data previously allocated to the NOx reducing agent amount TNOxRT is used. Is stored, and is calculated by referring to the NOx reducing agent amount TNOxRT calculated in step 6.
[0040]
Further, the NOx trap catalyst 17 has characteristics (NOx desorption characteristics) as shown in FIGS. 10A and 10B with respect to the temperature, the gas flow rate, and the degree of deterioration of the NOx trap catalyst 17. Therefore, the latter half enrichment control amount TFBYANOx calculated according to the NOx reducing agent amount TNOxRT is multiplied by these characteristics to be adjusted, whereby the latter half enrichment control amount TFBYANOx can be calculated with higher accuracy. It becomes. When such an adjustment is applied, the above characteristics (trends) are obtained in advance through experiments or the like and stored as map data or table data, and the read temperature TCAT of the NOx trap catalyst 17, the intake air amount QM, and the estimated value are estimated. What is necessary is just to refer to according to the degree of deterioration of the NOx trap catalyst 17. Step 15 corresponds to a control amount changing unit according to the present invention.
[0041]
In step 16, the sum of “1” and the latter half enrichment control amount TFBYANOx is set as the target air-fuel ratio TFBYA (TFBYA ← 1 + TFBYANOx).
In step 17, the reducing agent amount (supply reducing agent amount) TNOxR to be supplied is calculated from the product of the latter half enrichment control amount TFBYANOx and the intake air amount QM. In step 18, the supply reducing agent amount is calculated from the NOx reducing agent amount TNOxRT. The amount TNOxR is subtracted to update the NOx reducing agent amount TNOxRT.
[0042]
If it is determined in step 14 that the NOx reducing agent amount TNOxRT is equal to or smaller than 0, it is determined that the enrichment control has been completed, the enrichment flag FRS is reset in step 19, and the target air-fuel ratio TFBYA is determined in step 20. Is “1”.
[0043]
Then, the target air-fuel ratio TFBYA set (calculated) in steps 11, 16 and 20 is substituted for the previous target air-fuel ratio BTFBYA in step 21 and the previous target air-fuel ratio BTFBYA is updated.
[0044]
If the NOx sensor output SNOx is less than the predetermined value HSNOx # in step 3, it is determined that the NOx trap catalyst 17 is functioning sufficiently and the lean operation can be continued, and the process proceeds to step 22.
[0045]
In step 22, it is determined whether the cooling water temperature TW is lower than a predetermined value LTW. If it is less than the predetermined value LTW, it is determined that performing the lean operation may cause unstable combustion and impair the drivability, and the process proceeds to step 23, where the target air-fuel ratio TFBYA is set to "1" and the stoichiometric air-fuel ratio is determined. Drive. On the other hand, if it is equal to or greater than the predetermined value LTW, the process proceeds to step 24, and the target torque TTC is calculated from the read accelerator opening APO with reference to table data as shown in FIG.
[0046]
In the next step 25, the target air-fuel ratio TFBYA is calculated from the engine speed NE and the target torque TTC by referring to map data as shown in FIG.
In step 26, it is determined whether or not the calculated target air-fuel ratio TFBYA is “1” (there is a stoichiometric air-fuel ratio). In step 27, it is determined whether the previous target air-fuel ratio BTBYA is less than “1” (lean). Operation). If the calculated (current) target air-fuel ratio TFBYA is “1 (theoretical air-fuel ratio)” and the previous target air-fuel ratio BTFYA is less than “1” (lean air-fuel ratio), the process proceeds to step 4. Then, the enrichment flag FRS is set, and the routine proceeds to the air-fuel ratio enrichment control and the air-fuel ratio enrichment control end determination routine in Steps 5 to 21.
[0047]
On the other hand, if the target air-fuel ratio TFBYA is not "1" or the previous target air-fuel ratio is not less than "1", the process proceeds to step 21, and the target air-fuel ratio TFBYA calculated in step 26 is substituted for the previous target air-fuel ratio BTFYA and updated. I do.
[0048]
When the target air-fuel ratio TFBYA is set as described above (steps 11, 16, 20, and 26), the basic fuel injection amount (= K) corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio determined from the intake air amount QM and the engine speed NE. × QM / NE; K is a constant) multiplied by the target air-fuel ratio TFBYA, and various corrections are made to set the final fuel injection amount. Then, the fuel injection valve 10 is driven by a fuel injection pulse having a pulse width corresponding to the final fuel injection amount to inject fuel.
[0049]
In the present embodiment, when performing the rich spike control, the NOx trap amount TNOx trapped in the NOx trap catalyst 17 is calculated based on the output of the NOx sensor 19, and the calculated NOx trap amount TNOx is desorbed and reduced. Since the necessary reducing agent amount TNOxRT is calculated and the latter half enrichment control amount TFBYANOx is calculated based on the calculated reducing agent amount TNOxRT, it is necessary to supply a sufficient amount of reducing agent according to the NOx trap amount during the rich spike control. Can be. Accordingly, the execution timing of the rich spike control can be adjusted, and the NOx desorption reduction processing can be reliably performed without deteriorating fuel consumption and exhaust gas.
[0050]
As in other embodiments described later, the latter half enrichment control amount TFBYANOx may be calculated based on the NOx trap amount TNOx without calculating the reducing agent amount TNOxRT.
[0051]
Also, O₂When the storage amount TOSC is larger than 0, the NOx trap catalyst 17₂Change according to the storage amount TSOC, and₂After the storage amount TOSC becomes 0 or less, the latter half enrichment control amount TFBYANOx is changed according to the output of the NOx sensor 19, so that an appropriate amount of the reducing agent can be supplied at an appropriate timing.
[0052]
Further, the latter half enrichment control amount TFBYANOx is adjusted in accordance with the temperature TCAT of the NOx trap catalyst 17, the intake air amount QM, and the degree of deterioration of the NOx trap catalyst 17, so that the NOx trap performance that changes due to these factors is taken into consideration. It is possible to more accurately supply a sufficient amount of reducing agent according to the amount of NOx trap.
[0053]
Next, fuel injection control according to a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 13 shows a flowchart of the fuel injection control according to the second embodiment, which is executed, for example, every 10 ms. This embodiment reduces the amount corresponding to the trapped NOx amount by changing the air-fuel ratio enrichment control amount during the rich spike control according to the NOx trap rate to the NOx trap catalyst immediately before the rich spike control. The agent is supplied.
[0054]
In FIG. 13, steps 31 and 32 are the same as steps 1 and 2 in the first embodiment (FIG. 2), and thus description thereof will be omitted.
In step 33, similarly to step 24 in the first embodiment, the target torque TTC is calculated from the accelerator opening APO with reference to table data as shown in FIG.
[0055]
In step 34, the NOx emission concentration from the engine 1 (that is, the NOx concentration on the upstream side of the NOx trap catalyst 17, hereinafter referred to as the upstream NOx) from the engine speed NE and the target torque TTC with reference to map data as shown in FIG. CNOx is calculated. The map data used here has been obtained in advance through experiments and the like. This step 34 corresponds to the upstream NOx concentration detecting means according to the present invention.
[0056]
In step 35, the NOx trapping ratio (the ratio of trapped NOx in the passed NOx) RNOx to the NOx trap catalyst 17 is calculated based on the calculated upstream NOx concentration CNOx and the NOx sensor output SNOx. In the present embodiment, the upstream NOx emission concentration is estimated (calculated) from the engine speed NE and the target torque TTC. However, the NOx sensor is provided directly upstream of the NOx trap catalyst 17 and directly measured. You may do so. This step 35 corresponds to the NOx trap rate calculating means according to the present invention.
[0057]
In the next step 36, it is determined whether or not the NOx trap rate RNOx is equal to or greater than a predetermined value HRNOx #. If the value is equal to or greater than the predetermined value HRNOx #, it is determined that even if the lean operation is continued, NOx in the exhaust gas is not sufficiently trapped by the NOx trap catalyst 17, and there is a high possibility that the exhaust emission is deteriorated. Proceed to step 37. The predetermined value HRNOx # is set based on the correlation, as shown in FIG. 15, since the NOx trap rate decreases as the NOx trap amount of the NOx trap catalyst 17 increases. For example, a value at which the NOx trap rate starts to decrease as the amount approaches the saturated NOx amount is set.
[0058]
In step 37, the enrichment flag FRS is set (FRS = 1), and the routine proceeds to the air-fuel ratio enrichment control and air-fuel ratio enrichment control end determination routine in steps 38 to 50.
[0059]
In step 38, the total NOx trap amount TNOx is calculated. This calculation can be performed by storing the relationship shown in FIG. 15 as table data assigned to the NOx trap rate RNOx, and referring to the table according to the NOx trap rate RNOx calculated in step 35.
[0060]
Further, as described above, since the NOx trap rate has characteristics as shown in FIGS. 4A to 4C, the NOx trap rate is calculated from the NOx trap rate RNOx as in step 5 in the first embodiment. By adjusting the calculated total NOx trap amount TNOx by multiplying these characteristics, it is possible to calculate the total NOx trap amount with higher accuracy. In the present embodiment, the degree of deterioration of the NOx trap catalyst 17 can be estimated from the time until the NOx trap rate RNOx ≧ the predetermined value HRNOx # during the lean operation after the rich spike control ends.
[0061]
In step 39, as in step 7 in the first embodiment, the total amount of oxygen stored in the NOx trap catalyst 17 is stored.₂Calculate the quantity TOSC.
In step 40, the total O₂It is determined whether the amount TOSC is greater than 0, and if it is greater than 0, the process proceeds to step 41, where the first-half enrichment control amount TFBYAOSC is calculated. The first-half enrichment control amount TFBYAOSC is, for example, as shown in FIG.₂It is calculated as a function of the quantity TOSC.₂The table data allocated to the quantity TOSC is stored, and the total O calculated in step 39 is stored.₂It is calculated by referring to the quantity TOSC.
[0062]
In step 42, the sum of “1” and the first-half enrichment control amount TFBAOSC is set as the target air-fuel ratio TFBYA (TFBYA ← 1 + TFBYAOSC).
In step 43, the desorption reduction O based on the first-half enrichment control amount TFBYAOSC and the intake air amount QM is performed.₂Calculate the amount (k1 × TFBYOSC × QM, k1; unit conversion constant) and calculate the total O₂O desorbed and reduced from TOSC₂Subtract the amount to get total O₂Update the quantity TOSC.
[0063]
On the other hand, if it is determined in step 32 that the enrichment control is being performed with the enrichment flag FRS = 1, the process proceeds to step 40, and the total O₂It is determined whether the quantity TOSC is greater than zero. And total O₂If the amount TOSC is larger than 0, the process proceeds to steps 41 to 43 again.
[0064]
In step 40 above, the total O₂If the amount TOSC is equal to or less than 0, the process proceeds to step 44.
In step 44, it is determined whether or not the total NOx trap amount TNOx is greater than 0, and if it is greater than 0, the process proceeds to step 45, where the latter half enrichment control amount TFBYANOx is calculated. The latter half enrichment control amount TFBYANOx is calculated as a function of the total NOx trap amount TNOx, for example, as shown in FIG. 17, and specifically, stores table data previously allocated to the total NOx trap amount TNOx. The calculation is performed by referring to the total NOx trap amount TNOx calculated in step 38.
[0065]
Further, as described above, since the NOx trap catalyst 17 has NOx desorption characteristics as shown in FIGS. 10A and 10B, the total NOx trap is similar to Step 15 in the first embodiment. By multiplying these characteristics and adjusting the latter half enrichment control amount TFBYANOx calculated according to the trap amount TNOx, it becomes possible to calculate the latter half enrichment control amount TFBYANOx with higher accuracy.
[0066]
In step 46, the sum of "1" and the latter half enrichment control amount TFBYANOx is set as the target air-fuel ratio TFBYA (TFBYA ← 1 + TFBYANOx).
In step 47, the amount of NOx to be desorbed and reduced is calculated based on the latter half enrichment control amount TFBYANOx and the intake air amount QM (k2 × TFBYANOx × QM, k2; unit conversion constant) and desorbed from the total NOx trap amount TNOx. The total NOx trap amount TNOx is updated by subtracting the NOx amount to be reduced.
[0067]
If it is determined in step 44 that the total NOx trap amount TNOx is equal to or smaller than 0, it is determined that the enrichment control has been completed, the enrichment flag FRS is reset in step 48, and the target air-fuel ratio TFBYA is set in step 49. 1 ". Then, the target air-fuel ratio TFBYA set (calculated) in steps 42, 46, and 49 is substituted for the previous target air-fuel ratio BTFYA in step 50, and the previous target air-fuel ratio BTFYA is updated.
[0068]
If the NOx trap rate RNOx is less than the predetermined value HRNOx # in step 36, it is determined that the NOx trap catalyst 17 is functioning sufficiently and the lean operation can be continued, and the process proceeds to steps 51 to 55. . Steps 51 to 55 are the same as steps 22 to 27 in the first embodiment, except for the calculation of the target torque TTC (step 24), and therefore description thereof is omitted.
[0069]
In this embodiment, the NOx trapping rate RNOx to the NOx trapping catalyst 17 is calculated based on the estimated or measured NOx concentration upstream of the NOx trapping catalyst and the output of the NOx sensor 19, and the latter half is calculated according to the NOx trapping rate RNOx. The enrichment control amount TFBYANOx is changed. More specifically, since the NOx trap amount TNOx trapped in the NOx trap catalyst 17 is calculated based on the NOx trap rate RNOx, even if the NOx concentration in the exhaust gas from the engine 1 changes, the NOx trap amount TNOx is reduced. Since the second-half enrichment control amount TFBYANOx is calculated based on the NOx trap amount TNOx calculated in this way, it is possible to reduce the amount of the reducing agent in accordance with the NOx trap amount during the rich spike control. It can be supplied with high accuracy. As a result, the NOx desorption reduction process can be reliably performed without deteriorating fuel consumption and exhaust gas.
[0070]
As in the first embodiment, the amount of reducing agent required for the desorption reduction of the NOx trap amount TNOx is calculated, and the latter half enrichment control amount TFBYANOx is calculated based on the calculated amount of reducing agent. Good.
[0071]
Next, fuel injection control according to a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 18 shows a flowchart of the fuel injection control according to the third embodiment, which is executed, for example, every 10 ms. This embodiment responds to the absorbed NOx amount by changing the air-fuel ratio enrichment control amount at the time of the rich spike control according to the gradient (output change rate) of the NOx sensor output SNOx immediately before the rich spike control. Thus, a reduced amount of the reducing agent is supplied. In this embodiment, the air-fuel ratio enrichment control amount is changed according to the gradient of the NOx sensor output SNOx. However, the present invention is not limited to this. The air-fuel ratio enrichment control amount is changed according to the output change. Anything should do.
[0072]
In FIG. 18, steps 61 and 62 are the same as steps 1 and 2 of the first embodiment. In step 63, the output change amount is obtained by subtracting the previous NOx sensor output BSNOx from the current NOx sensor output SNOx, and the slope of the NOx sensor output (per 10 msec) from the previous execution of this routine to this execution (hereinafter, referred to as SLSNOx is calculated. This step 63 corresponds to the output change calculating means according to the present invention. In step 64, the current sensor output SNOx is substituted for the previous NOx sensor output BSNOx to update the previous NOx sensor output BSNOx.
[0073]
In step 65, it is determined whether or not the output change rate SLSNOx is equal to or greater than a predetermined value HSLSNOx #. If the value is equal to or greater than the predetermined value HSLSNOx #, it is determined that even if the lean operation is continued, NOx in the exhaust gas is not sufficiently trapped by the NOx trap catalyst 17, and there is a high possibility that the exhaust emission will deteriorate. Proceed to step 66. The predetermined value SLSNOx # is set based on the correlation between the NOx trap amount and the output change rate as shown in FIG. 19, and, for example, approaches the saturated NOx amount and the NOx trapping capability starts to decrease. An output change rate corresponding to the NOx trap amount is set.
[0074]
In step 66, the enrichment flag FRS is set (FRS = 1), and the routine proceeds to the air-fuel ratio enrichment control and air-fuel ratio enrichment control end determination routine in steps 67 to 80.
[0075]
In step 67, the total NOx trap amount TNOx is calculated. Such calculation can be performed by storing the relationship shown in FIG. 19 as table data assigned to the output change rate SLSNOx, and referring to the output change rate SLSNOx calculated in step 63. Further, similarly to the first embodiment (step 5) and the second embodiment (step 38), the total NOx trap amount TNOx calculated according to the output change rate SLSNOx is adjusted by multiplying each characteristic. (See FIG. 4). In the present embodiment, the degree of deterioration of the NOx trap catalyst 17 can be estimated from the time until the output change rate SLSNOx ≧ the predetermined value HSLSNOx # during the lean operation after the rich spike control ends.
[0076]
In step 68, as in the first embodiment (step 7) and the second embodiment (step 39), the total amount of oxygen stored in the NOx trap catalyst 17 is stored.₂Calculate the quantity TOSC.
[0077]
In steps 69 and 70, the second-half enrichment control amount TFBYANOx (initial value) and the first-half enrichment control amount TFBYAOSC (initial value) are calculated as in the second embodiment (steps 45 and 41).
[0078]
In step 71, the time from the start of the rich spike control is counted. In step 72, the time count value t is set in the first half of the enrichment control period (when the supplied reducing agent is mainly stored in the NOx trap catalyst 17 in the NOx trap catalyst 17).₂Is determined to be less than or equal to tOSC. The first-half enrichment control period tOSC may be adjusted according to the catalyst temperature TCAT and the degree of catalyst deterioration. If the period is equal to or shorter than the first-half enrichment control period tOSC (that is, if the period has not elapsed), the process proceeds to step 73, and the sum of “1” and the first-half enrichment control amount TFBYAOSC is set as the target air-fuel ratio TFBYA. .
[0079]
On the other hand, if the time count value t has become longer than the first-half enrichment control period tOSC, the process proceeds to step 74, and it is determined whether or not the second-half enrichment control amount TFBYANOx is greater than zero.
[0080]
If the second half enrichment control amount TFBYANOx is greater than 0, the sum of "1" and the second half enrichment control amount TFBYANOx is set as the target air-fuel ratio TFBYAX in step 75, and the unit is calculated from the second half enrichment control amount TFBYANOx in step 76. The latter half enrichment control amount TFBYANOx is updated by subtracting the decrease per time dTFBYANOx. By this operation, the latter half enrichment control amount TFBYANOx decreases linearly to 0 with the passage of time, but in general, the amount of NOx desorbed from the NOx trap catalyst 17 has a characteristic of decreasing with the passage of time. Therefore, the decrease dTFBYANOx per unit time may be defined not by a straight line but by a curve corresponding to the desorption characteristics.
[0081]
If it is determined in step 74 that the latter half enrichment control amount TFBYANOx is equal to or less than 0, it is determined that the enrichment control has been completed, the enrichment flag FRS is reset in step 77, and the time count value t is reset in step 78. Then, in step 79, the target air-fuel ratio TFBYA is set to “1”.
[0082]
Then, the target air-fuel ratio TFBYA set in steps 73, 75 and 79 is substituted for the previous target air-fuel ratio BTFYA in step 80, and the previous target air-fuel ratio BTFBYA is updated.
[0083]
If the output change rate SLSNOx is less than the predetermined value HSLSNOx # in step 65, it is determined that the NOx trap catalyst 17 is sufficiently functioning and the lean operation can be continued, and the process proceeds to steps 81 to 86. . Steps 81 to 86 are the same as steps 22 to 27 in the first embodiment.
[0084]
In the present embodiment, the slope (change rate) of the NOx trap rate RNOx used in the second embodiment may be used instead of the output change rate SLSNOx. In this case, the slope SLRNOx of the NOx trap rate is calculated by subtracting the previous NOx trap rate BRNOx from the current NOx trap rate RNOx in step 63 (corresponding to NOx trap rate calculation means). Then, the previous NOx trap rate RNOx may be updated in step 64, and it may be determined whether the slope SLRNOx of the NOx trap rate calculated in step 65 is equal to or greater than a predetermined value HSLRNOx #. Here, the predetermined value HSLRNOx # is set based on the correlation between the NOx trap amount and the slope of the NOx trap rate, as shown by the broken line in FIG.
[0085]
In this embodiment, the output change (change rate SLSNOx) of the NOx sensor is calculated from the current NOx sensor output SNOx and the previous NOx sensor output BSNOx, and the second-half enrichment control amount TFBYANOx is changed according to the output change. More specifically, since the initial value of the NOx trap amount TNOx trapped in the NOx trap catalyst 17 is calculated based on the output change (output change rate SLSNOx), the drift of the sensor output is caused by the characteristics of the NOx sensor 19 or disturbance. Even when (zero point shift) occurs, the NOx trap amount TNOx can be calculated with high accuracy, and the second-half enrichment control amount TFBYANOx is calculated based on the NOx trap amount TNOx calculated in this manner. Therefore, it is possible to more accurately supply a sufficient amount of the reducing agent according to the NOx trap amount during the rich spike control. As a result, NOx can be desorbed and reduced without deteriorating fuel consumption and exhaust gas.
[0086]
The same effect can be obtained by changing the NOx trap rate RNOx instead of changing the output of the NOx sensor 19. Further, similarly to the first embodiment, the amount of the reducing agent required for the desorption reduction of the NOx trap amount TNOx may be calculated, and the second-half enrichment control amount TFBYANOx may be calculated based on the calculated amount of the reducing agent. .
[0087]
Further, whether to use the first-half enrichment control amount TFBYAOSC or the second-half enrichment control amount TFBYANOx is switched depending on whether or not the first-half enrichment control period tOSC has elapsed. Thus, an appropriate amount of the reducing agent can be supplied.
[0088]
Note that the air-fuel ratio rich control and air-fuel ratio enrichment control end routine (steps 5 to 21 in FIG. 2, steps 38 to 50 in FIG. 13, and steps 67 to 80 in FIG. 18) of each embodiment described above are respectively replaced. Of course, it is also possible to carry out. Furthermore, the temperature of the NOx trap catalyst 17 is detected by the temperature sensor 18, but another method may be used. For example, the temperature of the NOx trap catalyst 17 can be detected without using the temperature sensor 18 by referring to a catalyst temperature map assigned in advance based on the target torque TTC and the engine speed NE.
[0089]
Further, an example in which the lean operation is performed by the in-cylinder direct injection type engine has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to an engine adopting another lean combustion method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of fuel injection control according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a correlation between a NOx sensor output and a NOx trap amount.
FIG. 4 is a diagram showing NOx trap characteristics of a NOx trap catalyst.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the amount of NOx trap and the amount of reducing agent for desorbing and reducing the same (the amount of reducing agent for NOx).
FIG. 6 is a diagram showing oxygen storage characteristics of a NOx trap catalyst.
FIG. 7 shows the amount of oxygen storage and the amount of reducing agent (O₂(Amount of reducing agent for use).
FIG. 8₂It is a figure which shows the relationship between the amount of reducing agents for use and the first half enrichment control amount.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the amount of NOx reducing agent and the latter-half enrichment control amount.
FIG. 10 is a graph showing NOx desorption characteristics of a NOx trap catalyst.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a target torque calculation table.
FIG. 12 is a diagram showing an example of a target air-fuel ratio calculation map.
FIG. 13 is a flowchart of a fuel injection control according to a second embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing an example of a NOx concentration calculation map on the upstream side of the NOx trap catalyst.
FIG. 15 is a diagram showing a correlation between a NOx trap rate and a NOx trap amount.
FIG. 16 is a diagram showing a relationship between an oxygen storage amount and a first-half enrichment control amount.
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the NOx trap amount and the second-half enrichment control amount.
FIG. 18 is a flowchart of a fuel injection control according to a third embodiment.
FIG. 19 is a diagram showing a correlation between a change in the output of the NOx sensor (a change in the NOx trap rate) and the NOx trap amount.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 3 ... Air flow meter, 10 ... Fuel injection valve, 11 ... Spark plug, 16 ... O₂Sensor, 17 NOx trap catalyst, 19 NOx sensor, 20 engine control unit, 21 crank angle sensor, 22 water temperature sensor, 23 accelerator opening sensor

Claims

A NOx trap catalyst that traps NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and desorbs and reduces the trapped NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is stoichiometric or rich; An exhaust purification device for an internal combustion engine that performs a NOx desorption reduction process of the NOx trap catalyst by temporarily making the NOx rich.
A NOx sensor provided downstream of the NOx trap catalyst, the output of which changes according to the NOx concentration in the exhaust gas;
Control amount changing means for changing the enrichment control amount for enriching the combustion mixture in accordance with the output of the NOx sensor when performing the NOx desorption reduction process;
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, comprising:

The control amount changing means calculates a NOx trap amount trapped in the NOx trap catalyst based on an output of the NOx sensor, and calculates the enrichment control amount based on the calculated NOx trap amount. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein

Output change calculating means for calculating an output change of the NOx sensor from a present output and a past output of the NOx sensor,
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control amount changing means changes the enrichment control amount according to the output change.

The control amount changing means calculates a NOx trap amount trapped in the NOx trap catalyst based on the output change, and calculates the enrichment control amount based on the calculated NOx trap amount. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 3.

Upstream NOx concentration detecting means for measuring or estimating the NOx concentration in the exhaust gas upstream of the NOx trap catalyst;
NOx trap rate calculation means for calculating the NOx trap rate to the NOx trap catalyst based on the detected NOx concentration and the output of the NOx sensor, and the control amount changing means sets the enrichment control amount to 2. The exhaust gas purifying device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust gas purifying device changes the value according to the NOx trap rate.

The control amount changing means calculates a NOx trap amount trapped in the NOx trap catalyst based on the NOx trap rate, and calculates the enrichment control amount based on the calculated NOx trap amount. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein

A NOx trap rate change calculating means for calculating a NOx trap rate change from a current calculated value and a past calculated value of the NOx trap rate;
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the control amount changing means changes the enrichment control amount in accordance with the change in the NOx trap rate.

The control amount changing means calculates a NOx trap amount trapped in the NOx trap catalyst based on the NOx trap rate change, and calculates the enrichment control amount based on the calculated NOx trap amount. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 7, wherein

3. The control amount changing unit calculates a reducing agent amount necessary for desorption reduction of the calculated NOx trap amount, and calculates the enrichment control amount based on the calculated reducing agent amount. An exhaust purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 4, 6, and 8.

A catalyst temperature detecting means for measuring or estimating the temperature of the NOx trap catalyst,
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 9, wherein the control amount changing unit adjusts the enrichment control amount according to a temperature of the NOx trap catalyst.

The fuel cell system according to claim 1, further comprising a flow rate detecting unit configured to detect a gas flow rate flowing into the NOx trap catalyst, wherein the control amount changing unit adjusts the enrichment control amount according to the gas flow rate. An exhaust purification device for an internal combustion engine according to any one of the preceding claims.

Deterioration detection means for detecting the degree of deterioration of the NOx trap catalyst,
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 11, wherein the control amount changing unit adjusts the enrichment control amount according to the degree of deterioration.

The control amount changing means changes the enrichment control amount according to the output of the NOx sensor after a predetermined period has elapsed from the start of the NOx desorption reduction process. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of the above.