JP2020051296A - 排気浄化システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気の悪化を抑制しつつ、ＮＯｘの還元を適正に行うことができる排気浄化システムの制御装置を提供することにある。【解決手段】排気通路２０に設けられたＮＯｘ触媒２３と、ＮＯｘ触媒２３の下流側における空燃比を検出する第２複合センサ２６と、を備えた排気浄化システムに用いられ、パージ制御を実行するＥＣＵ３０であって、パージ制御開始時からＮＯｘ触媒２３に投入された還元剤の積算値Ｔを算出する積算値算出部と、積算値算出部で算出された積算値Ｔが終了判定値Ｓを超えたことを判定する第１判定部と、パージ制御の開始後に、第２複合センサ２６で検出された空燃比が所定値を下回ったことを判定する第２判定部と、積算値Ｔが終了判定値Ｓを超えたことの判定と空燃比が所定値を下回ったことの判定とのいずれか早い時点でパージ制御を終了するパージ終了部と、を有する。【選択図】 図８

Description

本発明は、排気浄化システムに用いられる制御装置に関するものである。

従来、内燃機関の排気浄化装置として、特許文献１に記載のものが知られている。この内燃機関の排気浄化装置は、三元触媒と三元触媒の下流側に設けられたＮＯｘ触媒とを備えている。このＮＯｘ触媒は、例えばリーン状態下で排出されたＮＯｘを吸蔵するとともに、リッチ運転下で吸蔵したＮＯｘを還元して、排気を浄化している。

この排気浄化装置では、リッチ状態下でＮＯｘを還元するパージ制御中に投入された還元剤の投入積算量を算出し、所定値を上回るとパージ制御を終了する。具体的には、浄化装置の制御装置は、三元触媒よりも上流に設けられた空燃比センサの出力に基づいて、浄化装置に投入された還元剤の量を算出し、三元触媒での還元剤消費量を予測し、ＮＯｘ触媒に投入される還元剤の投入積算量を推定する。そして、推定されたＮＯｘ触媒への還元剤の投入積算量が所定値を超えた場合に、パージ制御を終了する。

特許４７５９４９６号公報

特許文献１の排気浄化装置では、還元剤の投入積算量の推定のみでパージ制御の終了判定を行っている。しかしながら、ＮＯｘ触媒の還元で実際に用いられる還元剤の量は、様々な要因でばらつくことがわかっている。このばらつきによって、推定された還元剤の投入積算量が、実際に用いられる還元剤の量より過剰になると、ＨＣエミッション及び燃費の悪化につながるため望ましくない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、排気の悪化を抑制しつつ、ＮＯｘの還元を適正に行うことができる排気浄化システムの制御装置を提供することにある。

本手段は、内燃機関（１０）の排気通路（２０）に設けられ、排気中のＮＯｘを吸蔵するとともに、吸蔵されたＮＯｘを還元剤により還元することによって浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒であるＮＯｘ触媒（２３）と、前記ＮＯｘ触媒の下流側における空燃比を検出する空燃比センサ（２６）と、を備えた排気浄化システムに用いられ、前記ＮＯｘ触媒にＮＯｘの還元を行わせるために、前記ＮＯｘ触媒の上流側に前記還元剤を供給するパージ制御を実行する制御装置（３０）であって、前記パージ制御開始時から前記ＮＯｘ触媒に投入された前記還元剤の積算値を算出する積算値算出部と、前記積算値算出部で算出された前記積算値が終了判定値を超えたことを判定する第１判定部と、前記パージ制御の開始後に、前記空燃比センサで検出された空燃比が所定値を下回ったことを判定する第２判定部と、前記積算値が前記終了判定値を超えたことの判定と、前記空燃比が所定値を下回ったことの判定とのいずれか早い時点で、前記パージ制御を終了するパージ終了部と、を有する。

本手段では、パージ制御の終了条件として２つの判定条件を有しており、いずれか早い方の終了判定条件を満たした段階で、パージ制御を終了する。第１の終了判定条件では、ＮＯｘ触媒に投入された還元剤の量をパージ制御開始時から積算して積算値を算出し、この積算値が予め設定された終了判定値を超える場合に、パージ制御を終了する。一方、第２の終了判定条件では、ＮＯｘ触媒の下流側に設けられた空燃比センサで検出された空燃比が所定値を下回る場合に、つまり実際に還元剤の成分がＮＯｘ触媒の下流側に漏れ出した場合に、パージ制御を終了する。

ここで、本来は、第１の終了判定条件でパージ制御を終了することが望ましい。なぜなら、第２の終了判定条件では、還元剤の成分がＮＯｘ触媒の下流側に漏れ出す一方、第１の終了判定条件では、還元剤の成分がＮＯｘ触媒の下流側に漏れ出すことなくパージ制御を終了することができるからである。しかしながら、第１の終了判定条件では、ＮＯｘ触媒の個体差や劣化、又は設定ミス等により、予め設定された終了判定値が大きすぎることがある。そのため、第１の終了判定条件しか有していない場合には、ＮＯｘ触媒の還元が終了した後も、予め設定された終了判定値を超えるまで還元剤が投入され続けることになる。

そこで、本手段では、第２の終了判定条件を有しており、第２の終了判定条件では、ＮＯｘ触媒の下流側に設けられた空燃比センサで検出された空燃比が所定値を下回った場合には、パージ制御を終了する。これにより、個体差等により投入量が過剰になった場合でも、空燃比が所定値を下回るとパージ制御を終了することで、個体差等による還元剤の成分の余剰排出を抑制できる。

内燃機関の排気浄化システムの概略構成図 リーン運転中のタイムチャート リーン運転中に実施されるフローチャート 排気流量と判定値の関係を示す図 パージ制御時の排気流量とベース投入量との関係を示す図 ＮＯｘ吸蔵量と吸蔵量ゲインとの関係を示す図 パージ制御時の排気流量と目標空燃比との関係を示す図 パージ制御実行中のタイムチャート 他の実施形態にかかるパージ制御時の目標空燃比を示すタイムチャート

本実施形態は、内燃機関である車載多気筒４サイクルガソリンエンジンを対象に、エンジンの排気浄化システムを構築するものとしている。このエンジン排気浄化システムの概略構成図を図１に示す。なお、以下の図においては、エンジン１０が備える複数気筒のうちの１気筒のみを例示している。

エンジン１０の各気筒の内部には、ピストン１１が往復移動可能なように収容されている。そして、各気筒のピストン１１の頂部側（上側）には、燃焼室１２が設けられている。燃焼室１２は、吸気口１３を介して吸気通路１４に連通されるとともに、排気口２１を介して排気通路２０に連通される。

エンジン１０の吸気通路１４及び排気通路２０には、それぞれ吸気口１３を塞ぐ吸気バルブ１５と、排気口２１を塞ぐ排気バルブ１６とが設けられている。吸気バルブ１５の開動作により吸気通路１４内の空気が燃焼室１２内に流入し、排気バルブ１６の開動作により燃焼室１２内の排気が排気通路２０に排出される。吸気バルブ１５及び排気バルブ１６の開閉タイミング（バルブタイミング）は、可変バルブタイミング装置によりそれぞれ可変制御される。

燃焼室１２には、点火プラグ１７が設けられている。点火プラグ１７には、点火コイル等よりなる点火装置を通じて、所望とする点火時期に高電圧が印加される。点火プラグ１７に対する高電圧の印加により、対向電極間にアーク放電が発生し、燃焼室１２内の混合気に着火する。

エンジン１０の各気筒には、燃焼室１２内に燃料を直接供給する燃料噴射装置１８が設けられている。燃料噴射装置１８は、図示しない燃料配管を介して燃料タンクに接続されている。燃料タンク内の燃料は、各気筒の燃料噴射装置１８に供給され、燃料噴射装置１８から燃焼室１２内に噴射される。

排気通路２０には、排気中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを浄化する三元触媒２２と、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒であるＮＯｘ触媒２３とが直列に設けられている。ＮＯｘ触媒２３は、排気中の空燃比がリーン状態（酸化雰囲気）の場合にＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチ状態（還元雰囲気）の場合に吸蔵したＮＯｘを還元浄化する。ＮＯｘ触媒２３の還元剤は、リッチ燃焼により発生するＣＯやＨＣである。なお、リッチ燃焼により発生するＣＯやＨＣを還元剤とするのではなく、排気通路２０に燃料供給弁を設けて、燃料供給弁から供給された燃料を還元剤としてもよい。

排気通路２０において、三元触媒２２よりも上流側には、排気の空燃比を検出する空燃比センサ２４が設けられ、三元触媒２２とＮＯｘ触媒２３との間には、第１複合センサ２５が設けられ、ＮＯｘ触媒２３の下流側には、第２複合センサ２６が設けられている。複合センサ２５，２６は、ＮＯｘセンサと空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）の機能を有している。なお、複合センサ２５，２６ではなく、ＮＯｘセンサと空燃比センサをそれぞれ設けてもよい。また、ＮＯｘセンサの機能は有していなくてもよい。さらに、排気通路２０には他の各種センサが設けられていてもよい。例えば、三元触媒２２とＮＯｘ触媒２３との間に、排気温度センサが設けられていてもよい。

これら各種センサの出力は、ＥＣＵ３０に入力される。ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを備え、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、燃焼時の空燃比をリーン状態にするリーン制御や、燃焼時の空燃比をリッチ状態としてＮＯｘ触媒２３の還元を行うパージ制御等を行う。なお、ＥＣＵ３０が、「制御装置」に相当する。

次に、パージ制御を行うタイミングについて説明する。図２は、リーン制御及びパージ制御を行うリーン運転中に、ＮＯｘの吸蔵及び還元をする状態を示すタイムチャートである。図２において、ＬＮＴ−ｉｎは、ＮＯｘ触媒２３に流入する排気中のＮＯｘ濃度を示しており、ＬＮＴ−ｏｕｔは、ＮＯｘ触媒２３から流出する排気中のＮＯｘ濃度を示している。

リーン制御の間、ＮＯｘ触媒２３にＮＯｘが吸蔵され、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量が増加する。ＮＯｘ吸蔵量は、周知の方法により算出される。具体的には、第１複合センサ２５のＮＯｘセンサによって、ＮＯｘ濃度が算出される。または、エンジン回転数、トルク等のエンジン１０の運転条件に基づいて、燃焼室１２からのＮＯｘ排出濃度が算出され、算出されたＮＯｘ排出濃度に基づいて、三元触媒２２通過後のＮＯｘ濃度が算出される。そして、これらの方法で算出したＮＯｘ濃度に基づいて、ＮＯｘ吸蔵量が算出される。具体的には、ＮＯｘ吸蔵量は以下の式で、算出される。
ＮＯｘ吸蔵量〔ｇ〕＝Σ（ＮＯｘ濃度［ｐｐｍ］×排気流量［ｍｏｌ／ｓ］×ＮＯｘモル質量［ｇ／ｍｏｌ］／１００００００）
そして、ＮＯｘ吸蔵量が所定の上限吸蔵量に至ると、パージ制御が開始される。そして、ＮＯｘ触媒２３に吸蔵されているＮＯｘが離脱して還元され、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量が下がる。

次に、リーン運転中の制御について説明する。図３は、ＥＣＵ３０が実施するフローチャートであって、リーン運転がされている間にＥＣＵ３０により所定周期で繰り返し実行される。

Ｓ１０で、パージプラグが１になっているか判定する。パージフラグは、パージ制御を実施している状態を示すフラグである。パージフラグが１の状態では、ＮＯｘ触媒２３の還元を行うパージ制御を行う。

Ｓ１０で、パージフラグが１ではないと判定した場合、つまりリーン制御中である場合には、Ｓ１１に進み、パージ制御の開始条件が成立しているか判定する。具体的には、エンジン１０がリーン運転されている間に、ＮＯｘ触媒２３におけるＮＯｘ吸蔵量が所定の判定値に達した場合に、パージ制御の開始条件が成立していると判定する。Ｓ１１で、パージ制御の開始条件が成立していないと判定した場合には、処理を終了する。

パージ制御開始時のＮＯｘ吸蔵量の判定値は、一定であってもよいし、図４に示すように、排気流量及びＮＯｘ触媒２３の温度との関係によって定められていてもよい。排気流量が多いほど、排気と触媒の反応時間が短くなり、ＮＯｘ触媒２３の吸蔵性能が低くなる。そのため、リーン制御中の排気流量が多いほど、パージ制御開始時のＮＯｘ吸蔵量の判定値を小さくする。また、ＮＯｘ触媒２３の温度が低いほど、触媒活性が低下し吸蔵性能が低くなる。そのため、ＮＯｘ触媒２３の温度が低いほど、パージ制御開始時のＮＯｘ吸蔵量の判定値を小さくする。そして、ＮＯｘ吸蔵量が判定値を超えると、パージ制御の開始条件が成立する。なお、判定値の算出に用いる排気流量やＮＯｘ触媒２３の温度は、リーン制御中の平均値を用いてもよいし、所定の時点での排気流量やＮＯｘ触媒２３の温度を用いてもよい。

Ｓ１１で、パージ制御の開始条件が成立していると判定した場合には、Ｓ１２で、パージフラグを１に設定する。そして、Ｓ１３で、パージ制御の終了判定値Ｓを設定する。終了判定値Ｓは、一定であってもよいし、図５及び図６に示すように、排気流量やＮＯｘ触媒２３の温度及びＮＯｘ吸蔵量等に応じて設定されていてもよい。図５は、パージ制御時の排気流量と還元剤のベース投入量との関係を示す図であり、図６は、ＮＯｘ吸蔵量と吸蔵量ゲインとの関係を示す図である。なお、終了判定値Ｓは、パージ制御中に投入される還元剤の量と同じになる。

図５に示すように、三元触媒２２やＮＯｘ触媒２３等の触媒では、排気流量が多いほど、触媒と還元剤との反応時間が短くなり、還元効率が低下する。還元効率が低下すると、吸蔵されたＮＯｘを還元するのに必要な還元剤の量が増加する。また、触媒の温度が低いほど、触媒の酸素吸蔵能（ＯＳＣ）が低下するため、吸蔵されたＮＯｘを還元するのに必要な還元剤の量が減少する。これにより、図５の関係を用いて、排気流量と触媒温度から還元剤のベース投入量が算出される。なお、排気流量と触媒温度は、パージ制御開始時の排気流量や触媒温度を用いるとよい。

終了判定値Ｓは、ＮＯｘ吸蔵量に基づいて算出されるものとなっており、ＮＯｘ吸蔵量に基づいて吸蔵量ゲインが算出され、予め定められたベース値又は図５に基づいて算出されたベース値に、吸蔵量ゲインが乗算されて終了判定値Ｓが算出される。吸蔵量ゲインは、ＮＯｘ吸蔵量が多いほどＮＯｘ触媒２３における必要な還元材料が増加することに応じて定められた係数であり、具体的には、図６に示すように、ＮＯｘ触媒２３でのＮＯｘ吸蔵量が多いほど大きい値に設定される。また、三元触媒２２は酸素吸蔵能（ＯＳＣ）を有しており、三元触媒２２に吸蔵された酸素が還元されている間は、還元に必要なリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ等）が三元触媒２２の酸素と反応して消費され、ＮＯｘ触媒２３側には還元に必要なリッチ成分が投入されない。そのため、ＮＯｘ触媒２３のＮＯｘ吸蔵量に関わらず還元剤をある程度投入しなければ、ＮＯｘ触媒２３の還元は行われない。そこで、図６に示すように、吸蔵量ゲインは三元触媒２２の酸素吸蔵能の分上方にオフセットされている。そして、図６に示す関係を用いて、ＮＯｘ吸蔵量から吸蔵量ゲインを算出する。

また、Ｓ１４〜Ｓ１８において、ＮＯｘ触媒２３へのＮＯｘ流入量と第２複合センサ２６のＮＯｘセンサで検出したＮＯｘ漏れ量に基づいて、ＮＯｘ触媒２３におけるＮＯｘ吸蔵率を算出する。ＮＯｘ吸蔵率は、還元剤の不足によって未還元のＮＯｘが蓄積して下がることがある。具体的には、以前のパージ制御時に、ＮＯｘ触媒２３の個体差等により、ＮＯｘ吸蔵量に対して還元剤が不足すると、ＮＯｘ触媒２３に未還元のＮＯｘが蓄積し、ＮＯｘの吸蔵が予定通りに行えず、ＮＯｘ触媒２３の下流側にＮＯｘの漏れが生じることになる。そこで、Ｓ１４〜Ｓ１８で、ＮＯｘ触媒２３の還元剤が吸蔵されたＮＯｘに対して不足していないか判定する。なお、Ｓ１４〜Ｓ１８の処理は、Ｓ１１でパージ条件が成立した場合に行うのではなく、リーン制御中に所定の間隔で行うようにしてもよい。

Ｓ１４で、ＮＯｘ触媒２３にリーン制御中に流入したＮＯｘ量を積算して、流入ＮＯｘ量を算出する。具体的には、第１複合センサ２５で検出したＮＯｘ量に基づいて積算してもよいし、エンジン１０の運転状態に基づいて、排気通路２０に排出されたＮＯｘ量を算出して積算してもよい。なお、流入ＮＯｘ量は、パージ制御終了時にリセットするとよい。

Ｓ１５で、リーン制御中にＮＯｘ触媒２３から漏れ出したＮＯｘ量を積算して、吸蔵漏れＮＯｘ量を算出する。第２複合センサ２６で検出したＮＯｘ量に基づいて、ＮＯｘ触媒２３の下流側に漏れ出したＮＯｘ量を積算する。なお、ＮＯｘ触媒２３から漏れ出したＮＯｘ量を積算するためには、ＮＯｘ触媒２３の下流側に少なくともＮＯｘセンサが必要になる。また、吸蔵漏れＮＯｘ量は、パージ制御終了時にリセットするとよい。

Ｓ１６で、ＮＯｘ吸蔵率を算出する。ＮＯｘ吸蔵率（％）は、以下の式で算出できる。
ＮＯｘ吸蔵率（％）＝（１−吸蔵漏れＮＯｘ量／流入ＮＯｘ量）×１００
未還元のＮＯｘが蓄積すると、吸蔵できるＮＯｘ量が減少して、漏れ出すＮＯｘ量が増加するため、吸蔵率が悪化し、吸蔵率を示す値が小さくなる。なお、Ｓ１４〜Ｓ１６が、「吸蔵率算出部」に相当する。

Ｓ１７で、Ｓ１６で算出した吸蔵率が所定吸蔵率を下回っているか判定する。Ｓ１７で、吸蔵率が所定吸蔵率よりも大きいと判定した場合には、処理を終了する。一方、Ｓ１７で、吸蔵率が所定吸蔵率を下回っていると判定した場合には、未還元のＮＯｘが蓄積していると判断し、Ｓ１８で、Ｓ１３で設定した終了判定値Ｓが大きくなるように終了判定値Ｓを変更して、処理を終了する。つまり、パージ制御中に投入される還元剤の量が次回以降多くなるように変更して、処理を終了する。終了判定値Ｓの変更方法としては、終了判定値Ｓに１より大きい一定の割合をかけたり、終了判定値Ｓから一定の量を増やしたりして、新たな終了判定値Ｓにする。なお、終了判定値Ｓを大きな値にする変更量は、大きい値とすることが好ましい。投入量が不足して未還元の状態が続くよりも、一度に終了判定値Ｓを大きく変更して投入量が過剰となり、最小限のリッチ成分の流出でパージ制御を終了できる方が望ましいからである。また、吸蔵率に基づいて、変更する量を可変としてもよい。さらに、Ｓ１８が「増加変更部」に相当する。

一方、Ｓ１０で、パージフラグが１であると判定した場合、Ｓ２０で、還元剤を投入する。具体的には、所定のリッチ空燃比になるように、燃料噴射装置１８から燃料を噴射する。図７は、パージ制御時にフィードバック制御を行う場合の目標空燃比を設定するためのマップの一例である。三元触媒２２やＮＯｘ触媒２３等の触媒では、触媒中の貴金属の活性度に応じて、単位時間あたりに処理できる還元剤の上限量が変化する。例えば、触媒温度が低いほど、活性度が下がるため、還元剤の処理能力が低下する。そこで、触媒温度が低いほど、リッチ度合いが弱くなることが望ましい。また、排気流量が多いほど、リッチ度合いが弱くなることが望ましい。このように目標空燃比が設定されることで、単位時間あたりにＮＯｘ触媒２３に流れ込む還元剤の流量が一定にされることが望ましい。そして、図７に示す関係を用いて、排気流量と触媒温度から目標空燃比が算出される。

Ｓ２１で、第２複合センサ２６で検出した空燃比が所定値を下回ったか判定する。ＮＯｘ触媒２３の還元が終了すると、ＮＯｘ触媒２３の下流側にリッチ成分が漏れ出てくる。この場合には、第２複合センサ２６で検出した空燃比がリッチ側を示す値になる。つまり、ＮＯｘ触媒２３の還元が終了して、第２複合センサ２６で検出した空燃比がリッチ側を示す値になっていないか判定する。空燃比が所定値より大きい場合、つまり第２複合センサ２６で検出した空燃比がストイキ近傍を示す値であって、ＮＯｘ触媒２３の還元中の場合には、Ｓ２２に進む。

Ｓ２２で、パージ制御開始時からの還元剤の積算値Ｔを算出する。具体的には、前回の処理で算出した積算値Ｔ（ｎ−１）に、前回からの間に投入された還元剤の量を加えることで、積算値Ｔ（ｎ）を算出する。投入された還元剤の量は、過剰燃料量、つまり燃料噴射量から当量燃料量（空気量に対してストイキ状態となる燃料量）を引いた値によって求めてもよいし、空燃比センサ２４での出力値と空気量等の運転条件によって求めてもよい。なお、Ｓ２２が「積算値算出部」に相当する。

Ｓ２３で、Ｓ２２で算出した積算値Ｔが終了判定値Ｓを超えているか判定する。Ｓ１３で設定した終了判定値Ｓを積算値Ｔが超えていないと判定した場合には、ＮＯｘ触媒２３の還元が途中であるとして、処理を終了する。

Ｓ２３で、予め設定された終了判定値Ｓを積算値Ｔが超えていると判定した場合には、Ｓ２４で、ＮＯｘ触媒２３の還元が終了したと判断して、パージ制御を終了する。具体的には、パージフラグを０にし、リーン制御等の通常の制御に戻す。また、積算値Ｔを０に設定する。なお、Ｓ２３が「第１判定部」に相当し、Ｓ２４が第１判定部の結果に基づいて終了する「パージ終了部」に相当する。

一方、Ｓ２１で、空燃比が所定値を下回った場合、つまり、ＮＯｘ触媒２３の下流側にリッチ成分が検出された場合には、Ｓ２５に進む。Ｓ２５では、ＮＯｘ触媒２３の還元が終了したと判断して、パージ制御を終了する。具体的には、パージフラグを０にリセットして、通常の制御に戻す。なお、Ｓ２１が「第２判定部」に相当し、Ｓ２５が第２判定部の結果に基づいて終了する「パージ終了部」に相当する。

第１判定部の結果ではなく、第２判定部の結果によって、パージ制御を終了する場合には、実際に還元に用いられる還元剤の量よりも設定された終了判定値Ｓが大きく、投入される還元剤の量が過剰になっているおそれがある。終了判定値Ｓが過大になっている場合には、ＮＯｘ触媒２３の下流側にリッチ成分が流出することになり好ましくない。そこで、終了判定値Ｓが過大になっている場合には、次回以降の終了判定値Ｓが小さくなるように変更する必要がある。

ところで、パージ制御実行中に、瞬間的に高濃度（あるいは高流量）の還元剤が投入されると、ＮＯｘ触媒２３の還元剤処理能力を上回ってしまい、ＮＯｘ触媒２３の下流に還元剤が漏れ出る、いわゆる還元剤の吹き抜けという現象が生じることがある。還元剤の吹き抜けがあった場合には、ＮＯｘ触媒２３の下流側で検出された空燃比が瞬間的に所定値を下回ってしまう。このような場合に、還元剤の量が過剰であったと判断し、終了判定値Ｓを変更してしまうと、次回以降のパージ制御の際の還元剤が不足することになる。そこで、Ｓ２６及びＳ２７によって、終了判定値Ｓが大きすぎて投入量が過剰なのか、還元剤の吹き抜けが生じていたのかを判定する。

Ｓ２６で、還元剤の積算値Ｔを取得する。具体的には、Ｓ２２と同様に、前回の処理で算出した積算値Ｔ（ｎ−１）に、前回からの間に投入された還元剤の量を加えることで、積算値Ｔ（ｎ）を算出する。この積算値Ｔが、パージ制御開始時から終了時点までの還元剤の積算値Ｔとなる。そして、Ｓ２７で、Ｓ２６で取得した積算値Ｔが禁止値を超えているかを判定する。禁止値は、終了判定値Ｓよりも小さい値であって、正常にＮＯｘ触媒２３の還元が終了した場合には、積算値Ｔとしてなり得ない程度に小さい値である。具体的には、終了判定値Ｓの半分程度の値となっている。なお、Ｓ２７で、積算値Ｔが禁止値を超えているか判定した後に、積算値Ｔを０に設定する。また、還元剤の積算値Ｔを０にする処理を各パージ制御の終了時（Ｓ２４，Ｓ２７）に行うのではなく、Ｓ１２、つまりパージ制御の開始時に、前回の積算値Ｔを０にする処理を行ってもよい。

Ｓ２７で、積算値Ｔが禁止値未満であった場合には、還元剤の吹き抜けがあったと判断し、処理を終了する。一方、Ｓ２３で、積算値Ｔが禁止値を超えていた場合には、Ｓ２８で、Ｓ１３で設定した終了判定値Ｓが小さくなるように変更して、処理を終了する。つまり、パージ制御中に投入される還元剤の量が次回以降少なくなるように変更して、処理を終了する。終了判定値Ｓの変更方法としては、終了判定値Ｓに１より小さい一定の割合をかけたり、終了判定値Ｓから一定の量を減らしたりして、新たな終了判定値Ｓにする。なお、終了判定値Ｓを小さな値にする変更量は、小さい値にすることが好ましい。一度に大きく変更してしまうと、還元剤の投入量が不足して、還元不足になるおそれがあるからである。また、終了判定値Ｓと積算値Ｔとの差分に基づいて、または積算値Ｔに基づいて、変更する量を可変としてもよい。さらに、Ｓ２８が「減少変更部」に相当する。

図８は、パージ制御実行中のタイムチャートである。具体的には、図８（ａ）は、還元剤の積算値Ｔが終了判定値Ｓを超えたことでパージ制御を終了した場合のタイムチャートであり、図８（ｂ）は、空燃比が所定値を下回ってパージ制御を終了した場合のタイムチャートであり、図８（ｃ）は、還元剤の吹き抜けが生じて、空燃比が所定値を下回ってパージ制御を終了した場合のタイムチャートである。なお、図８（ａ）は、第１判定部の判定条件が満たされてパージ制御を終了した場合のタイムチャートであり、図８（ｂ），（ｃ）は、第２判定部の判定条件が満たされてパージ制御を終了した場合のタイムチャートである。

まず、還元剤の積算値Ｔが終了判定値Ｓを超えたことで終了した場合について、図８（ａ）を用いて説明する。タイミングｔ１１で、パージフラグが１にされてパージ制御が開始されると、ＮＯｘ触媒２３の下流側で第２複合センサ２６により検出される空燃比は、ストイキ近傍の状態を示す値となる。なお、パージ制御を開始してもすぐに空燃比はストイキ近傍の値にはならない。リッチ燃焼（パージ制御）に切り替えてから燃焼ガスが第２複合センサ２６に到達するまでには所定の時間がかかるからである。また、パージ制御が開始されると、還元剤の積算値Ｔは、徐々に増加する。

ＮＯｘ触媒２３での還元が進み、タイミングｔ１２で、還元剤の積算値Ｔが終了判定値Ｓを超えると、パージ制御が終了される。パージフラグが０にされ、還元剤の積算値Ｔが０に設定される。そして、パージ制御が終了されて、リーン制御が開始されると、第２複合センサ２６により検出される空燃比は、リーン状態を示す値になる。

パージ制御は、多くの場合には、図８（ａ）のように、還元剤の積算値Ｔが終了判定値Ｓを超えることで終了する。このような終了方法では、予め設定した終了判定値Ｓまで還元剤が投入されることで、ＮＯｘ触媒２３の還元が十分行われる。また、第２判定部による終了判定条件に比べて、ＮＯｘ触媒２３の下流側にリッチ成分が漏れ出すことがなく好ましい。

次に、空燃比が所定値を下回って終了した場合について、図８（ｂ）を用いて説明する。タイミングｔ２１で、パージフラグが１にされてパージ制御が開始されると、ＮＯｘ触媒２３の下流側で第２複合センサ２６が検出する空燃比は、ストイキ近傍の状態を示す値となる。また、パージ制御が開始されると、還元剤の積算値Ｔは、徐々に増加する。

ＮＯｘ触媒２３での還元が進み、タイミングｔ２２で、ＮＯｘ触媒２３の還元が終わり、ＮＯｘ触媒２３の下流側にリッチ成分が流出すると、第２複合センサ２６により検出される空燃比が所定値を下回る。空燃比が所定値を下回ると、パージ制御が終了される。そして、パージフラグが０になり、還元剤の積算値Ｔが０に設定される。パージ制御が終了され、リーン制御が開始されると、第２複合センサ２６が検出する空燃比は、リーン状態を示す値になる。

なお、パージ制御を終了した段階で、還元剤の積算値Ｔは、禁止値を超えているものの終了判定値Ｓを下回っている。これにより、終了判定値Ｓが大きすぎ、還元剤が過剰であったと考えられる。この場合には、次回以降の終了判定値Ｓが小さくなるように変更する。

図８（ｂ）に示すように、予め設定した終了判定値Ｓが大きすぎ、還元剤が過剰だった場合には、還元剤の積算値Ｔが終了判定値Ｓを超える前に、ＮＯｘ触媒２３の下流側にリッチ成分が流出し、第２複合センサ２６が検出する空燃比が、所定値を下回る。ＮＯｘ触媒２３の下流側にリッチ成分が流出したら、パージ制御が終了されることで、リッチ成分の余剰排出を抑制できる。

このように図８（ａ）に示す終了判定条件と、図８（ｂ）に示す終了判定条件との２つのパージ制御の終了判定条件のいずれかの条件を満たした場合に、パージ制御が終了される。そのため、終了判定値Ｓが正しく設定されている場合には、ＮＯｘ触媒２３の下流側にリッチ成分が漏れ出すことなく、パージ制御が終了される。一方、終了判定値Ｓが大きすぎて、還元剤が過剰になる場合には、空燃比が所定値を下回るとパージ制御が終了されることで、リッチ成分が漏れ出す量を最小限にすることができる。

なお、還元剤の吹き抜けが発生し、空燃比が所定値を下回って終了した場合について、図８（ｃ）を用いて説明する。タイミングｔ３１で、パージフラグが１となり、パージ制御が開始されると、ＮＯｘ触媒２３の下流側で第２複合センサ２６が検出する空燃比は、ストイキ近傍の状態を示す値となる。また、パージ制御が開始されると、還元剤の積算値Ｔは、徐々に増加する。

タイミングｔ２３で、瞬間的に還元剤が高濃度になって、還元剤の吹き抜けが発生し、ＮＯｘ触媒２３の下流側にリッチ成分が流出すると、第２複合センサ２６が検出する空燃比が所定値を下回る。空燃比が所定値を下回ると、パージ制御が終了される。そして、パージフラグが０になり、還元剤の積算値Ｔが０に設定される。パージ制御が終了され、リーン制御が開始されると、第２複合センサ２６が検出する空燃比は、リーン状態を示す値になる。

なお、パージ制御を終了した段階で、還元剤の積算値Ｔは、禁止値を超えていないため、還元剤の吹き抜けが生じたものと推定される。この場合には、次回以降の終了判定値Ｓが小さくなるような補正が実施されない。吹き抜けの場合に、終了判定値Ｓが減少変更されると、次回以降でＮＯｘが未還元状態となるおそれがあるからである。

以上説明した本実施形態では以下の効果を奏する。

本実施形態では、２つのパージ制御の終了判定条件を有しており、いずれか早い方の終了判定条件を満たした段階で、パージ制御を終了する。第１の終了判定条件として、ＮＯｘ触媒２３に投入された還元剤の量をパージ制御開始時から積算して積算値Ｔを算出し、この積算値Ｔが予め設定された終了判定値Ｓを超える場合に、パージ制御を終了する。

一方、第２の終了判定条件では、ＮＯｘ触媒２３の下流側に設けられた第２複合センサ２６で検出された空燃比が所定値を下回るまで、つまり実際に還元剤の成分がＮＯｘ触媒２３の下流側に漏れ出すまで、パージ制御が継続される。そのため、本来は、第１の終了判定条件でパージ制御を終了することが望ましい。なぜなら、第２の終了判定条件では、還元剤の成分がＮＯｘ触媒２３の下流側に漏れ出す一方、第１の終了判定条件では、還元剤の成分がＮＯｘ触媒２３の下流側に漏れ出すことなくパージ制御を終了することができるからである。

しかしながら、第１の終了判定条件では、ＮＯｘ触媒２３の個体差や劣化や設定ミス等により、予め設定された終了判定値Ｓでは還元剤が過大になることがある。そのため、第１の終了判定条件しか有していない場合には、ＮＯｘ触媒２３の還元が終了した後も、予め設定された終了判定値Ｓを超えるまで還元剤が投入され続けることになる。そこで、本実施形態では、第２の終了判定条件として、ＮＯｘ触媒２３の下流側に設けられた第２複合センサ２６で検出された空燃比が所定値を下回った場合には、パージ制御を終了する。そのため、設定ミス等により投入量が過剰になった場合でも、空燃比が所定値を下回るとパージ制御を終了することで、設定ミス等による還元剤の成分の余剰排出を抑制できる。

また、積算値Ｔが設定された終了判定値Ｓを超えると判定する前に、第２複合センサ２６で検出した空燃比が所定値を下回ってパージ制御を終了した場合には、ＮＯｘ触媒２３の個体差や劣化や設定ミス等により、予め設定された終了判定値Ｓが大きすぎ、還元剤が過剰になっていると考えられる。この場合には、終了判定値Ｓが小さくなるように終了判定値Ｓを減少変更する。その結果、次回以降のパージ制御において、終了判定値Ｓが小さくなり投入される還元剤が少なくなり、還元剤が余剰となることを抑制することができる。

なお、積算値Ｔが終了判定値Ｓよりも小さい場合において、さらに禁止値未満であれば、ＮＯｘ触媒２３において、ＮＯｘ還元が完了していない可能性が高く、空燃比が所定値を下回った現象が、瞬間的な高濃度出力に由来するものであることが考えられる。この場合に、補正をすると、次回の還元量が不足することになる。そのため、禁止値未満の場合には、終了判定値Ｓを減少変更することを禁止する。これにより、誤学習による還元剤の不足が生じることを抑制できる。

また、ＮＯｘ触媒２３の個体差等により、設定された終了判定値Ｓにより還元剤の不足が生じることがある。還元剤が不足すると、ＮＯｘ触媒２３に未還元のＮＯｘが蓄積し、ＮＯｘ触媒２３の下流側にＮＯｘの漏れが生じることになる。そこで、ＮＯｘを検出できる第２複合センサ２６をＮＯｘ触媒２３の下流側に設けて、ＮＯｘ漏れ量を検出し、ＮＯｘ漏れ量に基づいてＮＯｘ吸蔵率を算出する。このＮＯｘ吸蔵率が所定吸蔵率を下回った場合に、終了判定値Ｓが大きくなるように終了判定値Ｓを増加変更する。その結果、次回以降のパージ制御において還元剤の投入量が多くなり、未還元のＮＯｘの蓄積を抑制し、ＮＯｘ吸蔵性能の悪化を抑制することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は、上記実施形態に限定されず、例えば以下のように実施してもよい。

・パージ制御時の目標空燃比を一定ではなく、三元触媒２２の還元が終わるまでは、リッチ度合いが高くなるようにしてもよい。図９は、パージ制御時の目標空燃比を示すタイムチャートの一例である。

パージ制御開始後リッチ度合いの強い第１制御が実施されると、三元触媒２２の下流側にある第１複合センサ２５で検出された空燃比が、リーン状態を示す値からストイキ状態を示す値となる。第１制御が実施され、三元触媒２２に吸蔵された酸素がある程度残っている間は、排気中のリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ等）が三元触媒２２に吸蔵された酸素と反応して消費される。このため、三元触媒２２から流出する排気の空燃比は、ストイキ近傍を示す値となる。そして、第１制御が実施され、三元触媒２２に吸蔵された酸素が残り少なくなるまでの間は、第１複合センサ２５で検出される空燃比は、ストイキ近傍を示す値で維持される。

三元触媒２２に吸蔵された酸素が残り少なくなると、三元触媒２２を通過してＮＯｘ触媒２３に供給されるリッチ成分の濃度が増加する。これにより、第１複合センサ２５で検出された空燃比がリッチ側を示す値に変化する。第１複合センサ２５での空燃比がリッチ側を示す値に変化したことが検出されると、第２制御に切り替えられ、リッチ度合いが弱くなる。このように空燃比が切り替えられることで、三元触媒２２の還元を速やかに行いつつ、三元触媒２２の還元が終わった後は、リッチ度合いが弱くなる。これにより、還元剤の過剰によりリッチ成分がＮＯｘ触媒２３から漏れ出た場合に、リッチ成分の流出量を小さくすることができる。

そして、このように２段階の目標空燃比にする場合には、図７で求めた目標空燃比に、第１制御と第２制御とで異なる係数をかけた値を目標空燃比にする。なお、第１制御の経緯数が第２制御の係数よりも大きくなるように設定されている。また、パージ制御中の目標空燃比は、図７に示すように２段階の場合だけでなく、複数の段階に分けて実施してもよいし、リニアに変更するようにしてもよい。

目標空燃比を２段階に設定している場合には、図３の処理のＳ２０で、第１制御中か第２制御中か判定して、目標空燃比を設定し、還元剤を投入する。また、図８の処理のＳ２６で、積算値Ｔを取得し、Ｓ２７で、積算値Ｔが禁止値以上かを判定する代わりに、第１制御の間に空燃比が所定値を下回った場合に、還元剤の吹き抜けがあったと判断するようにしてもよい。還元剤の吹き抜けは、還元剤のリッチ度合いが強い第１制御の間に発生しやすいからである。空燃比が所定値を下回ったタイミングが第１制御中かどうかによって、吹き抜けがあったかを判定する方法について具体的に説明する。Ｓ２６及びＳ２７の代わりに、第１制御中かどうかを判定する。そして、第１制御中であると判定した場合、つまり第１制御の間に空燃比が所定値を下回った場合には、吹き抜けがあったと判断して、補正を行わず処理を終了する。一方、第１制御中でないと判定した場合、つまり第２制御の間に空燃比が所定値を下回った場合には、Ｓ２８で、終了判定値Ｓを減少させる変更を行う。なお、禁止値を超えているか判定した上で、このような判定を行ってもよい。

このように、ＮＯｘ触媒２３の上流に三元触媒２２が設けられていると、パージ制御を開始しても三元触媒２２の還元が終了しなければ、ＮＯｘ触媒２３に還元剤がほとんど投入されない。これにより、三元触媒２２の還元を速やかに行いつつ、過剰だった場合に生じるリッチ成分の漏れ出しを抑制するためには、当初はリッチ度合いを大きくすることが好ましく、三元触媒２２の還元が終わった後は、リッチ度合いが小さいことが望ましい。そこで、パージ制御の最初はリッチ度合いを強くする第１制御を行い、その後リッチ度合いの弱い第２制御を行う。還元剤の吹き抜けは、リッチ度合いの大きい第１制御時に生じやすいため、第１制御を行っている間にＮＯｘ触媒２３の下流側での空燃比が所定値を下回った場合には、還元剤の吹き抜けであると推定できる。そこで、第１制御の間にＮＯｘ触媒２３の下流側での空燃比が所定値を下回って、パージ制御を終了した場合に、投入量を補正することを禁止する。これにより、誤学習による還元剤の不足が生じることを抑制できる。

・パージ制御において、実空燃比を目標空燃比に一致させる空燃比フィードバック制御を実施する以外に、燃料噴射量として、リッチ空燃比となる燃料量を設定してオープン制御を実施する構成であってもよい。

・エンジン１０がリーン運転から通常運転（ストイキ状態での運転）に切り替えられる場合に、周期に関わらず図３の処理を行い、Ｓ１１で、パージ制御の開始条件が成立していると判定し、パージ制御を実施するようにしてもよい。このようにすると、リーン運転からストイキ状態での運転に切り替える際に、ＮＯｘ触媒２３等に吸蔵されたＮＯｘを予め処理してから運転状態を切り替えることができる。

・三元触媒２２の代わりに、酸化触媒を用いてもよい。また、三元触媒２２とＮＯｘ触媒２３の他に、他の触媒を設けてもよい。

・排気通路２０と吸気通路１４との間に、排気の流れによって吸気側の空気を圧縮する過給機を設けてもよい。

・内燃機関は、燃焼室１２に燃料を噴射するガソリンエンジンに限らず、吸気通路１４に燃料を噴射するガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。

１０…エンジン、２０…排気通路、２３…ＮＯｘ触媒、２６…第２複合センサ、３０…ＥＣＵ。

Claims (5)

1. 内燃機関（１０）の排気通路（２０）に設けられ、排気中のＮＯｘを吸蔵するとともに、吸蔵されたＮＯｘを還元剤により還元することによって浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒であるＮＯｘ触媒（２３）と、
   前記ＮＯｘ触媒の下流側における空燃比を検出する空燃比センサ（２６）と、を備えた排気浄化システムに用いられ、前記ＮＯｘ触媒にＮＯｘの還元を行わせるために、前記ＮＯｘ触媒の上流側に前記還元剤を供給するパージ制御を実行する制御装置（３０）であって、
   前記パージ制御開始時から前記ＮＯｘ触媒に投入された前記還元剤の積算値を算出する積算値算出部と、
   前記積算値算出部で算出された前記積算値が終了判定値を超えたことを判定する第１判定部と、
   前記パージ制御の開始後に、前記空燃比センサで検出された空燃比が所定値を下回ったことを判定する第２判定部と、
   前記積算値が前記終了判定値を超えたことの判定と、前記空燃比が前記所定値を下回ったことの判定とのいずれか早い時点で、前記パージ制御を終了するパージ終了部と、
   を有する排気浄化システムの制御装置。
2. 前記積算値が前記終了判定値を超えたことの判定よりも前に、前記空燃比センサで検出した空燃比が前記所定値を下回ったことの判定により前記パージ制御を終了した場合に、次回以降のパージ制御における前記終了判定値が小さくなるように前記終了判定値を変更する減少変更部を有する請求項１に記載の排気浄化システムの制御装置。
3. 前記減少変更部は、前記空燃比センサで検出した空燃比が前記所定値を下回ったことの判定により前記パージ制御を終了した場合に、前記積算値算出部で算出された前記積算値が、前記終了判定値より小さい禁止値未満であれば、前記終了判定値の変更を禁止する請求項２に記載の排気浄化システムの制御装置。
4. 前記排気通路には、前記ＮＯｘ触媒の上流側に三元触媒（２２）が設けられており、
   前記還元剤が燃料であり、
   前記パージ制御は、前記三元触媒で還元を行わせるリッチ度合いの強い第１制御と、前記第１制御終了後に実施され、前記第１制御よりリッチ度合いの弱い第２制御とを有し、
   前記減少変更部は、前記第１制御中において、前記空燃比センサで検出した空燃比が前記所定値を下回ったことの判定により前記パージ制御を終了した場合に、前記終了判定値の変更を禁止する請求項２又は請求項３に記載の排気浄化システムの制御装置。
5. 前記排気通路には、前記ＮＯｘ触媒の下流側にＮＯｘセンサ（２６）が設けられており、
   前記内燃機関の空燃比をリーンとするリーン制御中に、前記ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ流入量と前記ＮＯｘセンサで検出したＮＯｘ漏れ量に基づいて、前記ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵率を算出する吸蔵率算出部と、
   前記吸蔵率算出部で算出した前記ＮＯｘ吸蔵率が所定吸蔵率を下回った場合に、次回以降のパージ制御における前記終了判定値が大きくなるように前記終了判定値を変更する増加変更部と
   を有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の排気浄化システムの制御装置。

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