JP3562046B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関し、詳しくは、機関排気通路にＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着触媒を有し、該ＮＯｘ吸着触媒に吸着されたＮＯｘを理論空燃比以下での燃焼状態でＨＣ，ＣＯと反応させて浄化するシステムにおいて、前記ＮＯｘ浄化を適正に行わせるための空燃比制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、前記ＮＯｘ吸着触媒を備えた内燃機関としては、特開平６−１２９２４６号公報に開示されるようなものがあった。
このものは、流入排気の空燃比がリーンであるときにＮＯｘを吸収し、リッチになると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸着剤を排気通路に備え、リーン運転から理論空燃比付近での運転に移行するときに、空燃比を一時的にリッチにした後に理論空燃比付近にする構成であり、前記リッチ化度合い或いはリッチ化の期間を、ＮＯｘ吸着剤に蓄えられたＮＯｘ量に基づいて制御する構成となっている。
【０００３】
かかる構成によると、リーン運転から理論空燃比付近での運転への移行に伴って放出されるＮＯｘ量に見合うだけのＨＣを確保することができ、以って、ＮＯｘを良好に浄化できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の装置では、前記リッチ化度合いが適正であるか否かを判定する手段をもたない構成であったため、リッチ化によるＮＯｘ低減効果が要求通りに発揮されなかったり、リッチ化度合いが過剰となって排気性状や燃費を悪化させたりする可能性があった。
【０００５】
即ち、リッチ化制御に見合ったリッチ空燃比に制御されない場合や、ＮＯｘ吸着剤のばらつき等によって予測されるＮＯｘ量とは異なるＮＯｘ量が放出される場合には、ＮＯｘ吸着剤に蓄えられたＮＯｘ量に基づいてリッチ化度合いを制御しても、かかるリッチ化度合いが適正量とはならず、リッチ化が過剰であるとＨＣ排出量が増大し、また、燃費を悪化させることになり、逆に、リッチ化が過小であると、ＮＯｘの浄化性能が低下してＮＯｘ排出量を要求レベル以下に抑制することができなくなってしまう（図１４参照）。
【０００６】
リッチ化制御に見合ったリッチ空燃比に制御されない場合とは、例えば製品の特性ばらつき等によって、ベースとなる空燃比が元々リーン側になっていて、リッチ化を行っても所望の値よりもリーンになり、充分なＨＣの供給が行えない場合、逆に、ベース空燃比がリッチ側になっていて、所望よりもリッチ化され、余剰のＨＣが排出される場合である。ここで、前記ベース空燃比のばらつきを解消する技術として空燃比学習制御が知られているが、リーン運転から理論空燃比運転に移行する典型的なパターンである加速状態への移行時には、吸入空気量の計測誤差が生じ易く、また、吸気ポート壁面に付着している燃料の状態も大きく変化するから、定常時の空燃比安定を狙いとする前記空燃比学習では、リーン運転から理論空燃比運転に移行するときのベース空燃比を高精度に補正できず、結果的に、リッチ化制御によって所期のリッチ混合気を形成することができない場合が生じる。
【０００７】
また、ＮＯｘ吸着剤の吸着能力や放出作用にもばらつきがあるから、吸着量の推定に誤りが生じる可能性があり、また、吸着量の推定に誤りがない場合であっても、その放出量にばらつきが発生する可能性があり、ＮＯｘ量に精度良く対応したリッチ化度合いに制御することが困難であった。
尚、前記従来装置には、ＮＯｘ吸着剤の下流側でのＨＣ濃度を検出して、ＮＯｘ放出作用の完了を検出し、リッチ化を終了させる構成の開示があるが、この場合も、ＮＯｘ放出作用終了後の無用なリッチ化によってＨＣ量が所定量を越える状態を検出するものであるから、ＮＯｘ放出中のリッチ化度合いを最適に制御できるものではなく、結果的に、過剰なリッチ化による燃費・排気性状の悪化を招く可能性がある。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ベース空燃比のばらつきやＮＯｘ吸着剤のばらつきがあっても、ＮＯｘの低減に最適なリッチ化制御を安定的に行えるようにし、以って、ＮＯｘ排出量を確実に抑制しつつ、ＨＣ量の増大や燃費の悪化を回避できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、以下に示すように構成される。
ＮＯｘ吸着触媒は、理論空燃比よりもリーン空燃比雰囲気において排気中のＮＯｘを吸着し、理論空燃比以下の空燃比雰囲気において前記吸着したＮＯｘを脱離する触媒であって排気通路に備えられる。
【００１０】
リッチ化手段は、前記リーン空燃比で燃焼させる運転領域から理論空燃比付近で燃焼させる運転領域に移行したときに一時的に空燃比を目標空燃比よりもリッチ化させる。
一方、ＮＯｘ濃度検出手段は、前記ＮＯｘ吸着触媒の下流側において排気中のＮＯｘ濃度を検出する。
【００１１】
ＮＯｘ排出量算出手段は、吸入空気量検出手段で検出された吸入空気量と、前記ＮＯｘ濃度検出手段で検出された排気中のＮＯｘ濃度とに基づいて、前記リーン空燃比で燃焼させる運転領域から理論空燃比付近で燃焼させる運転領域に移行した直後の所定期間におけるＮＯｘ排出量の総量を算出する。
また、ＮＯｘ吸着量算出手段は、前記リーン空燃比で燃焼させる運転領域において、前記ＮＯｘ吸着触媒に吸着されたＮＯｘ吸着量の総量を算出する。
そして、リッチ化度合い制御手段は、ＮＯｘ吸着量算出手段で算出されたＮＯｘ吸着量の総量と吸入空気量とに基づいて設定したＮＯｘ排出量の総量の目標値に、前記ＮＯｘ排出量算出手段で算出されたＮＯｘ排出量の総量が近づくように、前記リッチ化手段によるリッチ化度合いを学習する。
【００１２】
かかる構成によると、前記リーン空燃比で燃焼させる運転領域から理論空燃比付近で燃焼させる運転領域に移行し、ＮＯｘ吸着触媒からＮＯｘが脱離されるときに、空燃比を積極的にリッチ化して、ＮＯｘの還元処理に必要とされるＨＣ量の確保を図る。
ここで、ＮＯｘ吸着量の総量と吸入空気量とに基づいて、許容されるＮＯｘ排出量の総量が目標値として設定され、リーン空燃比で燃焼させる運転領域から理論空燃比付近で燃焼させる運転領域に移行した直後の所定期間におけるＮＯｘ排出量の総量が前記目標値に近づくようにリッチ化度合いが学習されるから、適正なリッチ化が行われることになる。
【００１３】
請求項２記載の発明では、前記リッチ化度合い制御手段が、機関負荷と機関回転速度とによって複数に区分される運転領域毎に、前記リッチ化手段によるリッチ化度合いを学習する構成とした。
【００１４】
かかる構成によると、機関負荷と機関回転速度とによって複数に区分される運転領域毎に、ＮＯｘ排出量を適正値にできるリッチ化度合いが学習されるから、運転条件が異なっても、安定的にＮＯｘ排出量を低く制御でき、また、過剰なリッチ化によってＨＣ量が増大することを回避できる。
【００１５】
請求項３記載の発明では、前記リッチ化度合い制御手段が、前記ＮＯｘ吸着量算出手段で算出されたＮＯｘ吸着量の総量に基づく基本リッチ化度合いを、前記目標値に前記ＮＯｘ排出量算出手段で算出されたＮＯｘ排出量の総量が近づくように修正する構成とした。
【００１６】
かかる構成によると、基本的には、ＮＯｘ吸着量が多いときほどリッチ化度合いを大きくする必要があるので、ＮＯｘ排出量の総量の目標値と実際値とに基づく修正が行われる前であっても、少なくとも吸着量に見合ったリッチ化度合いに制御できる。
【００１７】
請求項４記載の発明では、前記ＮＯｘ排出量算出手段が、前記ＮＯｘ吸着量算出手段で算出されたＮＯｘ吸着量に基づいて設定した吸入空気量の積算目標値に実際の吸入空気量の積算値が達するまでの期間を、前記ＮＯｘ排出量の総量を算出する所定期間とする構成とした。
かかる構成によると、ＮＯｘ吸着量が多いときほど、吸着されたＮＯｘの脱離に長い期間を要することになるから、ＮＯｘ吸着量に基づいて設定した目標値に実際の吸入空気量の積算値が到達するまでを、ＮＯｘ排出量の総量を求める期間として設定し、脱離されたＮＯｘの総量を精度良く求められる。
【００１８】
請求項５記載の発明では、理論空燃比付近で燃焼させる運転領域において、目標空燃比に実際の空燃比を近づけるように機関吸入混合気の空燃比を少なくとも比例・積分制御によって制御する空燃比フィードバック制御手段を備え、前記リッチ化手段が、前記空燃比フィードバック制御手段におけるリッチ化方向の比例操作量を増大補正することで、一時的に空燃比を目標空燃比よりもリッチ化させる構成であり、かつ、前記空燃比フィードバック制御手段による１制御周期が終了した時点で前記比例操作量の増大補正を中止する構成とした。
【００１９】
かかる構成によると、比例操作量の増大補正によって一時的にリッチ化された空燃比が徐々に目標空燃比付近に復帰し、再度リッチ化方向に比例制御が行われる段階、即ち、１制御周期を終了した時点では、比例操作量の増大補正が中止されるので、リッチ化制御状態から目標空燃比付近の状態へと滑らかに変化させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本実施形態における内燃機関のシステム構成を示す図である。
この図１において、内燃機関１には、エアクリーナ２を介した空気がスロットル弁３で流量調整されて吸引される。
【００２１】
各気筒の吸気ポートに介装された燃料噴射弁４から噴射供給される燃料が前記空気と混合して混合気が形成され、シリンダ内に吸引された混合気を、点火栓５による火花点火で着火燃焼させる。
燃焼排気は、ＮＯｘ吸着剤を有してなるＮＯｘ吸着触媒６及び三元触媒７で浄化された後、マフラー８を介して大気中に排出される。
【００２２】
前記ＮＯｘ吸着触媒６は、流入排気の空燃比がリーンであるときにＮＯｘを吸収し、リッチになると吸収したＮＯｘを放出する機能を有するものである。
前記燃料噴射弁４による燃料噴射量を制御するマイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット９には、各種センサからの検出信号が入力される。
即ち、前記コントロールユニット９には、ディストリビュータ10に内蔵されたクランク角センサ11からの回転信号、水温センサ12からの水温信号、酸素センサ13からの酸素濃度信号、吸入空気量検出手段としてのエアフローメータ14からの吸入空気量信号、スロットルセンサ15からの開度信号等が入力される。
【００２３】
そして、コントロールユニット９は前記各種センサからの検出信号に基づいて前記燃料噴射弁４による噴射量を制御すると共に、点火栓５による点火時期、補助空気量調整バルブ16の開度を制御する。
ここで、本実施形態の機関１は、理論空燃比よりも大幅にリーンである空燃比（例えば空燃比20〜22程度）で燃焼させる所謂リーン燃焼機関であり、図２に示すルーチンに従って、前記リーン空燃比での燃焼と、理論空燃比付近での燃焼とを切り換えるようになっている。
【００２４】
図２のフローチャートにおいて、Ｓ301では、前記スロットルセンサ15に設けられたアイドルスイッチの信号を読み込み、Ｓ302で、アイドルスイッチがＯＮであるか否か、即ち、スロットル弁３が全閉の状態であるか否かを判別する。
そして、アイドルスイッチがＯＦＦでスロットル弁３が開かれている状態であるときには、スロットル弁開度がリーン燃焼条件にあると判断してＳ303へ進む。
【００２５】
Ｓ303では、水温センサ12による検出信号を読み込み、次のＳ304では、水温ＴＷが所定温度範囲内（ＴＷＬ≦ＴＷ≦ＴＷＨ）であるか否かを判別する。
尚、本実施例では、図８に示すように、前記酸素センサ13の検出信号に基づいて空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御（図８では、「λコン」と示してある。）を実行する水温範囲内のより狭い範囲をリーン燃焼条件域としてある。
【００２６】
Ｓ304で、水温ＴＷがリーン燃焼条件域であると判別された場合には、Ｓ305へ進み、機関負荷ＴＰの検出を行う。
本実施例では、前記エアフローメータ14で検出される吸入空気量Ｑと、クランク角センサ11からの検出信号に基づいて算出される機関回転速度ＮＥとに基づいて算出される燃料噴射弁４の基本燃料噴射量ＴＰ（ＴＰ＝Ｑ／ＮＥ×Ｋ：Ｋは定数）を、機関負荷を代表する値とする。
【００２７】
Ｓ306では、前記機関負荷ＴＰが所定範囲内（ＴＰＬ≦ＴＰ≦ＴＰＨ）であるか否かを判別し、所定範囲内であれば、Ｓ307へ進んで、クランク角センサ11からの検出信号に基づいて機関回転速度ＮＥを検出する。
そして、Ｓ308では、機関回転速度ＮＥが所定範囲内（ＮＥＬ≦ＮＥ≦ＮＥＨ）であるか否かを判別し、図９に示すように、機関負荷ＴＰと機関回転速度ＮＥとがそれぞれ所定範囲内である運転領域として予め特定されているリーン燃焼領域に該当しているか否かを判別する。
【００２８】
前記リーン燃焼領域に該当している場合には、Ｓ309へ進み、スロットルセンサ15によりスロットル弁開度ＴＶＯを検出する。
Ｓ310では、スロットル弁開度ＴＶＯが所定開度ＴＶＯＨ以下であるか否かを判別し、所定開度ＴＶＯＨ以下であれば、Ｓ311へ進む。
Ｓ311では、車速ＶＳＰを検出し、次のＳ312では、車速ＶＳＰが所定速度ＶＳＰＬ以上であるか否かを判別する（図１０参照）。
【００２９】
そして、車速ＶＳＰが所定速度ＶＳＰＬ以上であれば、Ｓ313へ進み、車速ＶＳＰの変化率ΔＶＳＰを検出する。
Ｓ314では、前記変化率ΔＶＳＰが所定値ＤＶＨ（図１０参照）以下であるか否かを判別し、車速ＶＳＰが略安定しているときには、Ｓ315へ進み、リーン運転許可フラグＦＬＥＡＮに１をセットする。
【００３０】
一方、上記条件のうちの１つでも満足しない条件がある場合には、Ｓ316へ進んで、前記リーン運転許可フラグＦＬＥＡＮに０をセットする。
図３のフローチャートに示すルーチンは、前記リーン運転許可フラグＦＬＥＡＮに基づく燃空比制御の様子を示すものである。
この図３のフローチャートにおいて、まず、Ｓ401では、前記リーン運転許可フラグＦＬＥＡＮの判別を行う。
【００３１】
そして、リーン運転許可フラグＦＬＥＡＮが１であるときには、Ｓ402へ進み、目標燃空比ＴＤＭＬを、リーン燃空比マップを参照して求める。
一方、前記リーン運転許可フラグＦＬＥＡＮが０であるときには、Ｓ403へ進み、目標燃空比ＴＤＭＬを、ストイキ燃空比（理論空燃比）マップを参照して求める。
【００３２】
Ｓ404では、再度前記リーン運転許可フラグＦＬＥＡＮを判別し、リーン運転許可フラグＦＬＥＡＮが１であるときには、Ｓ405へ進んで、燃空比補正係数ＤＭＬを、
ＤＭＬ＝Ｍａｘ（ＤＭＬ−ΔＤＭＬ，ＴＤＭＬ）
として設定する。
【００３３】
前記ΔＤＭＬは、図１１に示すように、スロットル弁の開度変化率ΔＴＶＯが大きいときほど大きな値として設定される燃空比補正係数ＤＭＬのステップ変化量であり、リーン運転許可フラグＦＬＥＡＮが０の状態から１に変化すると、前記ΔＤＭＬによる変化速度で、目標燃空比ＴＤＭＬにまで徐々にリーン化されるようにする。
【００３４】
一方、リーン運転許可フラグＦＬＥＡＮが０であるときには、Ｓ406へ進んで、燃空比補正係数ＤＭＬを、
ＤＭＬ＝Ｍｉｎ（ＤＭＬ＋ΔＤＭＬ，ＴＤＭＬ）
として設定する。
即ち、リーン燃焼状態からストイキ（理論空燃比）に切り換えるときには、前記ΔＤＭＬによる変化速度で、目標燃空比ＴＤＭＬにまで徐々にリッチ化されるようにする（図１１参照）。
【００３５】
Ｓ407では、前記燃空比補正係数ＤＭＬが1.0であるか否かを判別し、前記燃空比補正係数ＤＭＬが1.0であって、理論空燃比での燃焼を行わせるときには、そのまま本ルーチンを終了させる。
一方、Ｓ407で前記燃空比補正係数ＤＭＬが1.0でないと判別されたときには、理論空燃比に実際の空燃比を近づける空燃比フィードバック制御を行わないので、Ｓ408へ進んで、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを1.0にクランプする。
【００３６】
図４のフローチャートに示すルーチンは、前記ＮＯｘ吸着触媒６におけるＮＯｘ吸着量を算出するものである。尚、この図４のフローチャートに示す機能が、ＮＯｘ吸着量算出手段に相当する。
Ｓ501では、前記燃空比補正係数ＤＭＬが1.0未満であるか否かに基づいてリーン燃焼状態であるか否かを判別する。
【００３７】
燃空比補正係数ＤＭＬが1.0未満であってリーン燃焼されているときには、前記ＮＯｘ吸着触媒６にＮＯｘが吸着されることになるので、Ｓ502へ進んで、ＮＯｘ吸着速度ＤＡＢＳＲを下式に基づいて推定する。
ＤＡＢＳＲ＝ＤＡＢＳＲ０＃×ＴＰ／ＴＰ０×Ｑ／Ｑ０
×（ＡＢＳＦＣ＃−ＡＢＳＴＣ）／ＡＢＳＦＣ＃
ここで、ＤＡＢＳＲ０＃は基準吸着速度、ＴＰ０は基準負荷、Ｑ０は基準空気量、ＡＢＳＦＣ＃は最大吸着量、ＡＢＳＴＣは現時点における吸着量であり、負荷ＴＰが大きいほど、また、吸入空気量Ｑが大きいほど吸着速度ＤＡＢＳＲを大きく推定し、更に、吸着量ＡＢＳＴＣが多くなるほど吸着速度ＤＡＢＳＲを遅く推定する構成としてある。
【００３８】
次のＳ503では、前記吸着速度ＤＡＢＳＲを用いて現時点におけるＮＯｘ吸着量ＡＢＳＴＣを下式に従って推定する。
ＡＢＳＴＣ＝ＡＢＳＴＣ（old）＋ＤＡＢＳＲ
一方、Ｓ501で燃空比補正係数ＤＭＬが1.0未満でないと判別されたときには、理論空燃比燃焼時であり、前記ＮＯｘ吸着触媒６に吸着されていたＮＯｘが放出されることになるので、Ｓ504でＮＯｘ脱離速度ＤＰＲＧＲを下式に従って推定する。
【００３９】
ＤＰＲＧＲ＝ＤＰＲＧＲ０＃×ＴＰ／ＴＰ０×Ｑ／Ｑ０ ×ＡＢＳＴＣ／ＡＢＳＦＣ＃
ここで、前記ＤＰＲＧＲ０＃は、基準の脱離速度である。
Ｓ505では、前記脱離速度ＤＰＲＧＲを用いて現時点におけるＮＯｘ吸着量ＡＢＳＴＣを下式に従って推定する。
【００４０】
ＡＢＳＴＣ＝ＡＢＳＴＣ（old）−ＤＰＲＧＲ
図５のフローチャートに示すルーチンは、空燃比フィードバック制御を示すものであり、機関の１回転毎に実行されるようになっている。尚、この図５のフローチャートに示す機能が、空燃比フィードバック制御手段，リッチ化手段，リッチ化度合い制御手段に相当する。
【００４１】
Ｓ601では、前記燃空比補正係数ＤＭＬが1.0未満であるか否かに基づいてリーン燃焼状態であるか否かを判別する。
リーン燃焼時であるときには、Ｓ610でリッチ化実行フラグＦＲＳＦＴに１をセットし、Ｓ611で空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを1.0にクランプして本ルーチンを終了させる。
【００４２】
一方、前記燃空比補正係数ＤＭＬが1.0であって、理論空燃比燃焼時であるときには、Ｓ602へ進み、所定のクランプ条件が成立しているか否かを判別し、理論空燃比燃焼時であっても、所定のクランプ条件が成立しているときには、Ｓ611へ進んで、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを1.0にクランプして本ルーチンを終了させる。
【００４３】
クランプ条件が成立していない場合には、Ｓ603へ進み、前記リッチ化実行フラグＦＲＳＦＴに１がセットされているか否かを判別する。
前記リッチ化実行フラグＦＲＳＦＴが０であるときには、Ｓ612に進み、前記空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡの比例積分制御に用いる積分分ｉ，比例分ＰＲ，ＰＬ（図１２参照）をそれぞれマップを参照して求める。
【００４４】
そして、Ｓ609へ進み、酸素センサ13で検出される理論空燃比に対する実際の空燃比のリッチ・リーンに基づいて、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡの比例積分制御する。
一方、Ｓ603でリッチ化実行フラグＦＲＳＦＴが１であると判別されたときには、Ｓ604へ進み、ＮＯｘ吸着量ＡＢＳＴＣに従ってリッチ化度合ＬＲＰＬを設定する。ここで、ＮＯｘ吸着量が多いときほど、これが脱離したときに還元するのに必要なＨＣ量が多くなるため、ＮＯｘ吸着量が多いときほどリッチ化度合ＬＲＰＬを大きく設定するようにしてある。
【００４５】
次のＳ605では、機関負荷ＴＰ及び回転速度ＮＥに従ってマップからリッチ化度合学習補正係数ＬＲＰＬＨＳを参照する。前記リッチ化度合学習補正係数ＬＲＰＬＨＳの学習設定については後述するが、ＮＯｘ吸着触媒６及び三元触媒７の下流側に設けられるＮＯｘ濃度検出手段としてのＮＯｘ濃度センサ17によるＮＯｘの濃度の検出結果に基づいて学習されるようになっている。
【００４６】
Ｓ606では、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡの比例制御による増大設定に用いる比例分ＰＬ（図１２参照）を、
ＰＬ＝ＬＲＰＬ×ＬＲＰＬＨＳ
として設定すると共に、減少比例制御に用いるＰＲを０にする。
更に、補正係数ＡＬＰＨＡの積分制御に用いる積分分ｉとして所定値ＬＲＩ＃をセットする。
【００４７】
上記のように補正係数ＡＬＰＨＡの比例制御による増大設定に用いる比例分ＰＬ（比例操作量）を増大設定することで、リーン→ストイキ切り換え時に空燃比を一時的にリッチ化するものであり、かかるリッチ化をフィードバックの１周期だけ実行したか否かをＳ607で判別し、１周期間だけリッチ化すると、Ｓ608へ進んで前記リッチ化実行フラグＦＲＳＦＴに０をセットして、その後は、通常のフィードバック制御が行われるようにする。
【００４８】
図６のフローチャートに示すルーチンは、前記リッチ化度合学習補正係数ＬＲＰＬＨＳの学習の様子を示すものであり、前記図５のフローチャートに基づくリッチシフト終了後、即ち、リッチ化実行フラグＦＲＳＦＴが１から０に切り換えられたときに毎回実行されるようにしてある。尚、この図６のフローチャートに示す機能も、リッチ化度合い制御手段に相当する。
【００４９】
Ｓ701では、機関負荷ＴＰ，回転速度ＮＥなどの運転条件を検出する。
Ｓ702では、ＮＯｘ吸着量ＡＢＳＴＣ及び吸入空気量Ｑに基づいて、リーン→ストイキ切り換え時におけるＮＯｘ排出量の目標値ＳＬＴＮＯＸを求める。
Ｓ703では、後述する図７のフローチャートに従って求めたリーン→ストイキ切り換え時における実際のＮＯｘ排出量ＴＡＬＮＯＸが、前記目標値ＳＬＴＮＯＸから所定値ＨＹＳＮＯＸ＃を減算した値以下であるか否かを判別する。
【００５０】
実際のＮＯｘ排出量ＴＡＬＮＯＸが、前記目標値ＳＬＴＮＯＸを大きく下回っている場合には、Ｓ704へ進んで、マップの該当領域からリッチ化度合学習補正係数ＬＲＰＬＨＳを参照する。
そして、Ｓ705では、前記補正係数ＬＲＰＬＨＳを所定値ＤＰＬ＃だけ減少補正し、次のＳ706では、かかる減少補正後の補正係数ＬＲＰＬＨＳにマップデータを書き換える。
【００５１】
即ち、ＮＯｘ排出量が目標を大きく下回っている場合には、リッチ化度合いを減少させても、ＮＯｘ排出量を目標以下に抑制できる可能性があるので、過剰なリッチシフトを回避すべく補正係数ＬＲＰＬＨＳを減少させるものである。
一方、Ｓ703で、実際のＮＯｘ排出量ＴＡＬＮＯＸが、前記目標値ＳＬＴＮＯＸから所定値ＨＹＳＮＯＸ＃を減算した値を越えていると判別されたときには、Ｓ707へ進み、実際のＮＯｘ排出量ＴＡＬＮＯＸが、前記目標値ＳＬＴＮＯＸに所定値ＨＹＳＮＯＸ＃を加算した値以上であるか否かを判別する。
【００５２】
そして、実際のＮＯｘ排出量ＴＡＬＮＯＸが、前記目標値ＳＬＴＮＯＸに所定値ＨＹＳＮＯＸ＃を加算した値以上である場合には、Ｓ708へ進み、マップから現状の補正係数ＬＲＰＬＨＳを読み出し、Ｓ709では、読み出した補正係数ＬＲＰＬＨＳを所定値ＤＰＬ＃だけ増大補正し、Ｓ710では前記増大補正した補正係数ＬＲＰＬＨＳに基づいてマップデータを更新する。
【００５３】
即ち、実際のＮＯｘ排出量ＴＡＬＮＯＸが、目標値を大きく上回る場合には、リッチ化度合いが少なく、ＮＯｘの浄化に必要とされるＨＣ量が不足しているものと推定されるので、リッチ化度合いを大きくしてＨＣ量を増大させるべく、前記補正係数ＬＲＰＬＨＳを増大補正するものである。
一方、実際のＮＯｘ排出量ＴＡＬＮＯＸが、目標値ＳＬＴＮＯＸ±ＨＹＳＮＯＸ＃の範囲内であるときには、現状のリッチシフト量が適正であると判断して、マップデータの更新を行うことなく本ルーチンを終了する。
【００５４】
図７のフローチャートに示すルーチンは、前記ＮＯｘ排出量ＴＡＬＮＯＸを求めるためのルーチンであり、このフローチャートに示す機能が、ＮＯｘ排出量算出手段に相当する。
Ｓ801では、前記燃空比補正係数ＤＭＬが1.0以上であるか否かに基づいてストイキ燃焼状態であるか否かを判別する。
【００５５】
前記燃空比補正係数ＤＭＬが1.0以上であってストイキ燃焼時であるときには、Ｓ802へ進み、累積空気量の目標値ＱＲを、前記ＮＯｘ吸着量ＡＢＳＴＣに基づいて設定する。即ち、リーン→ストイキ切り換え後の実際の吸入空気量の累積値ＱＳＵＭが前記目標値ＱＲに達するまでに排出されたＮＯｘ排出量の総量を求めるものであり、ＮＯｘ吸着量ＡＢＳＴＣが多いときほど、前記目標値ＱＲを大きく設定する。
【００５６】
Ｓ803では、リーン→ストイキ切り換え後の吸入空気量の累積ＱＳＵＭが、前記目標値ＱＲ以上になったか否かを判別し、目標値ＱＲに達していない場合には、Ｓ804へ進む。
Ｓ804では、前記ＮＯｘ濃度センサ17で検出された触媒６，７下流側（触媒出口）でのＮＯｘ濃度ＣＮＣＮＯＸを読み込む。
【００５７】
Ｓ805では、エアフローメータ14で検出された吸入空気量Ｑを読み込む。
Ｓ806では、ＮＯｘ排出量ＴＡＬＮＯＸを、下式に従って求める。
ＴＡＬＮＯＸ＝ＴＡＬＮＯＸ＋Ｑ×ＣＮＣＮＯＸ
Ｓ807では、累積空気量ＱＳＵＭを、下式に従って求める。
ＱＳＵＭ＝ＱＳＵＭ＋Ｑ
一方、前記燃空比補正係数ＤＭＬが1.0 未満であると判別されるリーン燃焼時には、Ｓ808へ進み、前記累積空気量ＱＳＵＭ及びＮＯｘ排出量ＴＡＬＮＯＸをそれぞれゼロリセットし、リーン→ストイキ切り換え後の累積空気量ＱＳＵＭ及びＮＯｘ排出量ＴＡＬＮＯＸが求められるようにする（図１３参照）。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によると、ＮＯｘ吸着触媒からＮＯｘが脱離されるときに、空燃比を一時的にリッチ化して、ＮＯｘの還元処理に必要とされるＨＣ量の確保を図る構成において、ＮＯｘ吸着量の総量と吸入空気量とに基づいて許容されるＮＯｘ排出量の総量が目標値として設定され、かかる目標値に実際のＮＯｘ排出量が一致するような適正なリッチ化度合いを設定できるという効果がある。
【００５９】
請求項２記載の発明によると、運転条件が変化しても、各運転条件において適正なリッチ化制御を実行させて、安定的にＮＯｘ濃度を低く制御でき、また、過剰なリッチ化によってＨＣ量が増大することを回避できるという効果がある。
【００６０】
請求項３記載の発明によると、ＮＯｘ吸着量の総量に基づいてリッチ化度合いの基本値が設定されるから、ＮＯｘ排出量の総量に基づきリッチ化度合いを高精度に修正する前であっても、ＮＯｘが多量に排出されてしまうことを回避できるという効果がある。
請求項４記載の発明によると、ＮＯｘ吸着触媒に吸着されていて脱離されたＮＯｘの総量を精度良く求めることができるという効果がある。
【００６１】
請求項５記載の発明によると、脱離されたＮＯｘを還元するために空燃比を一時的にリッチ状態にしても、その後、目標空燃比付近の状態へと滑らかに変化させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関のシステム構成図。
【図２】リーン運転制御を示すフローチャート。
【図３】燃空比制御を示すフローチャート。
【図４】ＮＯｘ吸着量の推定演算を示すフローチャート。
【図５】空燃比フィードバック制御を示すフローチャート。
【図６】リッチ化度合いの学習制御を示すフローチャート。
【図７】ＮＯｘ排出量の推定演算を示すフローチャート。
【図８】リーン運転条件としての水温範囲を示す図。
【図９】リーン運転領域を示す図。
【図１０】リーン運転条件としての車速と車速変化率とを示す図。
【図１１】燃空比制御の様子を示すタイムチャート。
【図１２】空燃比フィードバック制御の様子を示すタイムチャート。
【図１３】ＮＯｘ排出量の変化を示すタイムチャート。
【図１４】リッチ化度合いとＮＯｘ濃度との相関を示す線図。
【符号の説明】
１…内燃機関
３…スロットル弁
４…燃料噴射弁
５…点火栓
６…ＮＯｘ吸着触媒
７…三元触媒
９…コントロールユニット
11…クランク角センサ
12…水温センサ
13…酸素センサ
14…エアフローメータ
15…スロットルセンサ
17…ＮＯｘ濃度センサ

Claims (5)

1. 理論空燃比よりもリーン空燃比雰囲気において排気中のＮＯｘを吸着し、理論空燃比以下の空燃比雰囲気において前記吸着したＮＯｘを脱離するＮＯｘ吸着触媒を排気通路に備えてなる内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記リーン空燃比で燃焼させる運転領域から理論空燃比付近で燃焼させる運転領域に移行したときに一時的に空燃比を目標空燃比よりもリッチ化させるリッチ化手段と、
   前記ＮＯｘ吸着触媒の下流側において排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段と、
   機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   該吸入空気量検出手段で検出された吸入空気量と、前記ＮＯｘ濃度検出手段で検出された排気中のＮＯｘ濃度とに基づいて、前記リーン空燃比で燃焼させる運転領域から理論空燃比付近で燃焼させる運転領域に移行した直後の所定期間におけるＮＯｘ排出量の総量を算出するＮＯｘ排出量算出手段と、
   前記リーン空燃比で燃焼させる運転領域において、前記ＮＯｘ吸着触媒に吸着されたＮＯｘ吸着量の総量を算出するＮＯｘ吸着量算出手段と、
   該ＮＯｘ吸着量算出手段で算出されたＮＯｘ吸着量の総量と吸入空気量とに基づいて設定したＮＯｘ排出量の総量の目標値に、前記ＮＯｘ排出量算出手段で算出されたＮＯｘ排出量の総量が近づくように、前記リッチ化手段によるリッチ化度合いを学習するリッチ化度合い制御手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記リッチ化度合い制御手段が、機関負荷と機関回転速度とによって複数に区分される運転領域毎に、前記リッチ化手段によるリッチ化度合いを学習することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 前記リッチ化度合い制御手段が、前記ＮＯｘ吸着量算出手段で算出されたＮＯｘ吸着量の総量に基づく基本リッチ化度合いを、前記目標値に前記ＮＯｘ排出量算出手段で算出されたＮＯｘ排出量の総量が近づくように修正することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 前記ＮＯｘ排出量算出手段が、前記ＮＯｘ吸着量算出手段で算出されたＮＯｘ吸着量に基づいて設定した吸入空気量の積算目標値に実際の吸入空気量の積算値が達するまでの期間を、前記ＮＯｘ排出量の総量を算出する所定期間とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. 理論空燃比付近で燃焼させる運転領域において、目標空燃比に実際の空燃比を近づけるように機関吸入混合気の空燃比を少なくとも比例・積分制御によって制御する空燃比フィードバック制御手段を備え、
   前記リッチ化手段が、前記空燃比フィードバック制御手段におけるリッチ化方向の比例操作量を増大補正することで、一時的に空燃比を目標空燃比よりもリッチ化させる構成であり、かつ、前記空燃比フィードバック制御手段による１制御周期が終了した時点で前記比例操作量の増大補正を中止することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。