JP3630058B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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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、詳しくは、排気中のＮＯｘを浄化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、燃焼混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定するリーン燃焼機関において、排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに、排気中のＮＯｘをトラップする一方、排気の空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときに、トラップしていたＮＯｘを排気中のＨＣ，ＣＯで還元浄化する排気浄化触媒を排気通路に備え、リーン燃焼の継続によって触媒におけるＮＯｘトラップ量が許容量を超えると、触媒に流入する排気の空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチにして、触媒にトラップしていたＮＯｘを還元浄化して、ＮＯｘのトラップが可能な状態に触媒を再生させる排気浄化装置が知られている（特開平７−１８９６６０号公報、特開平１０−３３１６８３号公報等参照）。
【０００３】
前記特開平７−１８９６６０号公報に開示されるものでは、排気空燃比と吸入空気量とからＮＯｘトラップ量を推定し、該ＮＯｘトラップ量に応じて触媒再生制御を行う構成の開示がある。
【０００４】
また、前記特開平１０−３３１６８３号公報には、理論空燃比で燃焼させる運転領域からリーン空燃比燃焼領域に移行したときに、まずリッチ燃焼を行わせて、それまでに触媒にトラップされているＮＯｘの浄化してから、リーン燃焼に移行させる構成の開示がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ＮＯｘをトラップして浄化する触媒は、一般にＮＯｘと共にＯ２をトラップする現象を有するため、触媒再生のために排気空燃比をリッチにしても、ＨＣ，ＣＯが前記トラップされたＯ２と反応してしまい、ＮＯｘを効率良く還元浄化させることができない場合があった。
【０００６】
リーン燃焼の継続によって触媒におけるＮＯｘトラップ量が許容量を超える場合には、Ｏ２トラップ量も多いため、排気空燃比をリッチ化して触媒に供給したＨＣ，ＣＯがＮＯｘと反応せずにＯ２と反応してしまうが、触媒の再生が最優先であり、無駄が発生するとしてもＨＣ，ＣＯを触媒に供給する必要がある。
【０００７】
しかし、リーン空燃比燃焼領域に移行したときの再生制御においてはＯ２トラップ量に大きな違いが生じるため、Ｏ２トラップ量とは無関係に毎回再生制御を行わせる構成であると、Ｏ２トラップ量の少ないときには、触媒に供給されるＨＣ，ＣＯが無駄なく使用されてＮＯｘの還元浄化が効率良く進むのに対し、Ｏ２トラップ量が多いときには、ＮＯｘの還元浄化が効率良く進まないのに、触媒へのＨＣ，ＣＯ供給が無駄に行われることになってしまう。前記リーン空燃比燃焼領域に移行したときの再生制御においては、通常ＮＯｘトラップ量が許容量以下であり、再生制御の実行が必須ではないため、触媒へのＨＣ，ＣＯの無駄な供給を回避してＮＯｘの還元浄化を効率良く行えるようにすることが望まれていた。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、触媒へのＨＣ，ＣＯの無駄な供給を極力回避できるようにして、燃費性能を向上させつつ、触媒性能（ＮＯｘトラップ能力）を維持できる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明は、機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに、排気中のＮＯx，Ｏ2をトラップする一方、流入する排気の空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときに、トラップしていたＯ2で排気中のＨＣ，ＣＯを酸化浄化すると共に、トラップしていたＮＯxを排気中のＨＣ，ＣＯで還元浄化する排気浄化触媒を備える一方、前記排気浄化触媒におけるＯ 2 のトラップ量を推定し、燃焼混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定するリーン空燃比燃焼領域への移行時における前記Ｏ 2 のトラップ量に基づいて、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチに制御する触媒再生制御の実行を判定する構成とした。
【００１４】
かかる構成によると、リーン空燃比燃焼領域への移行時に、リーン燃焼に備えてそれまでに触媒にトラップされているＮＯxを還元浄化する再生制御を行うべきであるか否かを、前記移行時におけるＯ2トラップ量に基づき判断する。
【００１５】
請求項２記載の発明では、前記リーン空燃比燃焼領域への移行時における前記Ｏ2トラップ量が所定の最小量よりも小さいことを少なくとも条件として、前記触媒再生制御を実行させる構成とした。
【００１６】
かかる構成によると、リーン空燃比燃焼領域外からリーン空燃比燃焼領域へ移行するときに、Ｏ２トラップ量が所定の最小量よりも小さい場合には、触媒再生制御の実行により触媒に供給されるＨＣ，ＣＯが触媒にトラップされているＮＯｘの還元浄化に無駄なく使用されると判断し、Ｏ２トラップ量については触媒再生制御の実行条件が成立しているものとする。
【００１７】
請求項３記載の発明では、前記リーン空燃比燃焼領域への移行直前のリーン空燃比燃焼領域外であったときの前記Ｏ2トラップ量の減少割合が所定値よりも大きいことを少なくとも条件として、前記触媒再生制御を実行させる構成とした。
【００１８】
かかる構成によると、リーン空燃比燃焼領域へ移行する直前の理論空燃比又はリッチ空燃比燃焼領域で、触媒におけるＯ2トラップ量が順調に減少変化していた場合には、Ｏ 2 トラップ量が充分に少なく、触媒再生制御の実行により触媒に供給されるＨＣ，ＣＯが触媒にトラップされているＮＯxの浄化に無駄なく使用されると判断し、触媒再生制御の実行条件が成立しているものとする。
【００１９】
請求項４記載の発明では、前記排気浄化触媒におけるＮＯxのトラップ量を推定し、前記リーン空燃比燃焼領域への移行時に、前記Ｏ2トラップ量が前記触媒再生制御の実行条件を満たし、かつ、前記ＮＯxトラップ量が所定の最小量以上であるときに、前記触媒再生制御を実行させる構成とした。
【００２０】
かかる構成によると、リーン空燃比燃焼領域外からリーン空燃比燃焼領域へ移行するときに、そのときのＯ2トラップ量に基づき、触媒再生制御の実行により触媒に供給されるＨＣ，ＣＯが触媒にトラップされているＮＯxの還元浄化に無駄なく使用されると判断され、然も、ＮＯxトラップ量が所定の最小量以上であれば、還元浄化すべきＮＯxがトラップされていることになるので、触媒再生制御を実行させる。
【００２１】
請求項５記載の発明では、前記排気浄化触媒におけるＮＯxのトラップ量を推定し、前記Ｏ2トラップ量に基づく触媒再生制御の実行判定に優先して、前記推定したＮＯxトラップ量が所定の最大量よりも大きいときに、前記触媒再生制御を実行させる構成とした。
【００２２】
かかる構成によると、触媒にトラップされているＮＯｘの量が所定の最大量よりも大きいときには、そのときのＯ２トラップ量とは無関係に触媒再生制御を実行させ、触媒におけるＮＯｘのトラップ能力を回復させる。
【００２３】
請求項６記載の発明では、前記推定したＮＯxトラップ量が所定の最大量以上であると判断されたときに前記触媒再生制御を開始させ、前記推定したＮＯxトラップ量が所定の最小量よりも小さくなったときに前記触媒再生制御を終了させる構成とした。
【００２４】
かかる構成によると、ＮＯｘトラップ量が所定の最大量以上であると判断されると触媒再生制御を開始させ、ＮＯｘトラップ量が前記最大量を下回るようになってもそのまま触媒再生制御を継続させ、ＮＯｘトラップ量が所定の最小量よりも小さくなって初めて触媒再生制御を終了させる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、リーン燃焼に備えた触媒再生制御を、触媒に供給されるＨＣ，ＣＯがＮＯ x の還元浄化に無駄なく使用されるときにのみ行わせることができるという効果がある。
【００２８】
請求項２記載の発明によると、触媒にトラップされているＯ2量が充分に少なく、触媒に供給されるＨＣ，ＣＯがＮＯxの還元浄化に無駄なく使用されると判断されるときに、再生制御を行わせることができるという効果がある。
【００２９】
請求項３記載の発明によると、触媒におけるトラップＯ2量が順調に減少変化していて、Ｏ 2 トラップ量が充分に少なく、触媒に供給されるＨＣ，ＣＯがＮＯxの還元浄化に無駄なく使用されると判断されるときに、再生制御を行わせることができるという効果がある。
【００３０】
請求項４記載の発明によると、リーン空燃比燃焼領域に移行したときに、触媒に還元浄化すべきＮＯxがトラップされているときに限って再生制御を行わせるので、無駄な再生制御の実行による燃費の悪化を抑制できるという効果がある。
【００３１】
請求項５記載の発明によると、リーン燃焼の継続によって触媒に許容量よりも多いＮＯxがトラップされた場合に、早期に触媒を再生させ、ＮＯxが浄化されずに排出されることを確実に防止できるという効果がある。
【００３２】
請求項６記載の発明によると、触媒におけるＮＯxのトラップ可能量を確実に回復させることができるという効果がある。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は実施の形態における車両用内燃機関のシステム構成図である。
【００３４】
この図１に示す内燃機関１は、燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２を各気筒毎に備える筒内直接噴射式ガソリン機関であり、理論空燃比よりもリーンな空燃比で燃焼させるときには、圧縮行程中の噴射によって成層燃焼を行わせ、理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチな空燃比で燃焼させるときには、吸気行程中の噴射によって均質燃焼を行わせる構成となっている。
【００３５】
但し、理論空燃比よりもリーンな空燃比で燃焼させる機関であれば良く、筒内直接噴射式ガソリン機関に限定されない。
前記機関１においては、スロットルバルブ３で流量制御される空気が、エアクリーナ４，吸気通路５，吸気弁６を介してシリンダ内に吸引され、吸入空気量は、エアフローメータ７で計測される。
【００３６】
前記スロットルバルブ３は、スロットルアクチュエータ８によって開閉駆動され、開度がスロットル開度センサ９によって検出される。
シリンダ内に形成された混合気は、点火プラグ１０の火花点火によって着火燃焼し、機関１からの燃焼排気は、排気弁１１，排気通路１２，排気浄化触媒１３を介して大気中に排出される。
【００３７】
前記排気浄化触媒１３は、流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに、排気中のＮＯｘ，Ｏ２をトラップする一方、流入する排気の空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときに、トラップしていたＯ２で排気中のＨＣ，ＣＯを酸化浄化すると共に、トラップしていたＮＯｘを排気中のＨＣ，ＣＯで還元浄化する機能を有するものである。
【００３８】
前記排気浄化触媒１３の上流側の排気通路１２には、排気空燃比を検出する空燃比センサ１４が設けられ、前記排気浄化触媒１３には、触媒温度を測定する触媒温度センサ１５が設けられている。
【００３９】
前記燃料噴射弁２，スロットルアクチュエータ８及び点火プラグ１０（図示しないパワートランジスタ）を駆動制御するコントロールユニット１６には、前記エアフローメータ７，スロットル開度センサ９，空燃比センサ１４，触媒温度センサ１５からの検出信号が入力されると共に、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ１７及び運転者が操作するアクセルの開度を検出するアクセル開度センサ１８からの検出信号等が入力される。
【００４０】
尚、前記クランク角センサ１７からの検出信号に基づいて、機関回転速度Ｎｅが算出される。
前記コントロールユニット１６は、前記各種検出信号を入力するための入力ポート２０、前記燃料噴射弁２，スロットルアクチュエータ８及び点火プラグ１０（図示しないパワートランジスタ）に制御信号を出力するための出力ポート２１、後述する制御ルーチンを含む機関制御のための各種演算処理を行うＣＰＵ２２、後述する制御ルーチンが予め記憶されるＲＯＭや各種演算データが格納されるＲＡＭからなるメモリ２３を含んで構成される。
【００４１】
前記コントロールユニット１６は、後述するように、アクセル開度と機関回転速度とから目標トルクを演算し、該目標トルクと機関回転速度とから目標当量比（＝理論空燃比／目標空燃比）を演算し、更に、前記目標トルクと目標当量比とから目標吸入空気量を演算して、該目標吸入空気量に基づきスロットル開度を制御する一方、吸入空気量の検出値と前記目標当量比とから燃料噴射量を演算して燃料噴射弁２を制御し、前記目標トルクと機関回転速度とから点火時期を演算して点火プラグ１０による点火時期を制御する。
【００４２】
また、コントロールユニット１６は、前記排気浄化触媒１３がトラップしたＮＯｘを、燃焼混合気の空燃比を強制的にリッチに制御することで還元浄化する触媒再生制御を行うようになっており、以下、前記触媒再生制御の詳細を説明する。
【００４３】
図２のフローチャートは、前記排気浄化触媒１３におけるＯ２トラップ量及びＮＯｘトラップ量を推定するルーチンを示すものである。
尚、前記排気浄化触媒１３は、前述のように、排気の空燃比がリーンであるときには、排気中のＯ２とＮＯｘとを並行してトラップし、排気の空燃比がリッチであるときには、排気中のＨＣ，ＣＯをトラップしていたＯ２で酸化浄化すると共に、トラップしていたＮＯｘを排気中のＨＣ，ＣＯで還元浄化する特性を有する一方、ＨＣ，ＣＯとトラップしていたＯ２との反応が優先して起こり、トラップしていたＯ２がなくなってから、ＨＣ，ＣＯとトラップしていたＮＯｘとの反応が起きる特性を有している。
【００４４】
図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１では、エアフローメータ７で検出された吸入空気量Ｑａと、目標トルクＴｅと機関回転速度Ｎｅとから演算される目標当量比ＴＦＢＹＡを読み込む。
【００４５】
ステップＳ１０２では、前記目標当量比ＴＦＢＹＡが１よりも小さいか否かを判別することで、リーン空燃比燃焼領域であるか否かを判別する。
目標当量比ＴＦＢＹＡが１よりも小さいリーン空燃比燃焼領域であるときには、ステップＳ１０３へ進み、吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに基づいて、所定時間（本ルーチンの実行周期時間）当たりに触媒１３がトラップするＮＯｘトラップ量ｑｎ及びＯ２トラップ量ｑｏを算出する。
【００４６】
具体的には、図３及び図４に示すように、予め吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとをパラメータとしてＮＯｘトラップ量ｑｎ及びＯ２トラップ量ｑｏをそれぞれ記憶するマップを参照して、そのときの吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに対応するＮＯｘトラップ量ｑｎ及びＯ２トラップ量ｑｏを検索する。
【００４７】
ステップＳ１０４では、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎの前回値Ｑｎｚに、前記所定時間当たりのＮＯｘトラップ量ｑｎを加算して、新たなＮＯｘトラップ総量Ｑｎを算出する。同様に、Ｏ２トラップ総量Ｑｏの前回値Ｑｏｚに、前記所定時間当たりのＯ２トラップ量ｑｏを加算して、新たなＯ２トラップ総量Ｑｏを算出する。
【００４８】
ステップＳ１０５では、前記ステップＳ１０４で新たに算出されたＮＯｘトラップ総量Ｑｎ及びＯ２トラップ総量Ｑｏが、予め記憶されている上限値Ｑｎｍ，Ｑｏｍを超えているか否かを判別し、上限値Ｑｎｍ，Ｑｏｍを超えている場合には、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎ及びＯ２トラップ総量Ｑｏを上限値Ｑｎｍ，Ｑｏｍにリセットし、上限値Ｑｎｍ，Ｑｏｍを超える総量Ｑｎ，Ｑｏが設定されることを回避する。
【００４９】
前記触媒１３におけるＮＯｘトラップ総量Ｑｎ及びＯ２トラップ総量Ｑｏが飽和量を超えて増え続けることがないので、上記のように、上限値Ｑｎｍ，Ｑｏｍ内に総量Ｑｎ，Ｑｏを制限する。
【００５０】
尚、触媒の再生制御が正常に機能している場合には、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが上限値Ｑｎｍに到達する前に、トラップされていたＮＯｘが還元浄化されることになるので、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが上限値Ｑｎｍを超えることはない。
【００５１】
一方、ステップＳ１０２で目標当量比ＴＦＢＹＡが１以上であると判別され、理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチな空燃比で燃焼させる運転領域である場合には、ステップＳ１０６へ進む。
【００５２】
ステップＳ１０６では、Ｏ２トラップ総量Ｑｏの前回値Ｑｏｚが０より大きいか否かを判別することで、触媒１３にＯ２がトラップされているか否かを判別する。
【００５３】
Ｏ２トラップ総量Ｑｏの前回値Ｑｏｚが０より大きい場合には、ステップＳ１０７へ進み、吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに基づいて、所定時間（本ルーチンの実行周期時間）当たりのＯ２トラップ量の減少量ｐｏを算出する。
【００５４】
具体的には、図５に示すように、予め吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとをパラメータとしてＯ２減少量ｐｏを記憶するマップを参照して、そのときの吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに対応するＯ２減少量ｐｏを検索する。
【００５５】
ステップＳ１０８では、Ｏ２トラップ総量Ｑｏの前回値Ｑｏｚから、前記所定時間当たりのＯ２減少量ｐｏを減算して、新たなＯ２トラップ総量Ｑｏを算出する。
【００５６】
ステップＳ１０９では、前記ステップＳ１０８で新たに求めたＯ２トラップ総量Ｑｏが０よりも小さくなっていないかを判別し、マイナスの値になっているときには、Ｏ２トラップ総量Ｑｏを０にリセットする。
【００５７】
また、ステップＳ１０６で、Ｏ２トラップ総量Ｑｏが０になっていると判別されるときには、ＨＣ，ＣＯとトラップしていたＮＯｘとの反応が起きることになるので、ステップＳ１１０へ進み、吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに基づいて、所定時間（本ルーチンの実行周期時間）当たりのＮＯｘトラップ量の減少量ｐｎを算出する。
【００５８】
具体的には、図６に示すように、予め吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとをパラメータとしてＮＯｘ減少量ｐｎを記憶するマップを参照して、そのときの吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに対応するＮＯｘ減少量ｐｎを検索する。
【００５９】
そして、ステップＳ１１１では、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎの前回値Ｑｎｚから、前記所定時間当たりのＮＯｘ減少量ｐｎを減算して、新たなＮＯｘトラップ総量Ｑｎを算出する。
【００６０】
ステップＳ１１２では、前記ステップＳ１１１で新たに求めたＮＯｘトラップ総量Ｑｎが０よりも小さくなっていないかを判別し、マイナスの値になっているときには、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎを０にリセットする。
【００６１】
上記のようにして求められるＯ２トラップ総量Ｑｏ及びＮＯｘトラップ総量Ｑｎは、ステップＳ１１３において、メモリ２３に格納され、他の制御ルーチンから参照できるようにする。
【００６２】
また、ステップＳ１１４では、今回新たに求めたＯ２トラップ総量Ｑｏ及びＮＯｘトラップ総量Ｑｎを、次回の演算に備えて前回値Ｑｏｚ，Ｑｎｚにセットする。
【００６３】
図７のフローチャートは、触媒再生制御判定ルーチンを示す。
ステップＳ２０１では、メモリ２３に格納されているＯ２トラップ総量Ｑｏ及びＮＯｘトラップ総量Ｑｎを読み込む。
【００６４】
ステップＳ２０２では、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが予め記憶された最小値ＱｎＬよりも小さいか否かを判別する。前記最小値ＱｎＬは０に近い値であり、触媒１３が殆どＮＯｘをトラップしていないことを判断するための判定値である。
【００６５】
ステップＳ２０２で、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬよりも小さいと判断された場合、触媒再生制御の要否を示すフラグＦＬＧ１及びＦＬＧ２を、触媒再生制御の終了を示す０とする。従って、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬよりも小さい状態では、触媒再生制御が開始されず、また、開始されていた再生制御を終了させる。
【００６６】
一方、ステップＳ２０２で、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬ以上であると判別された場合には、ステップＳ２０４へ進み、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが予め記憶された最大量ＱｎＨ以上であるか否かを判別する。
【００６７】
前記最大量ＱｎＨは、触媒１３におけるＮＯｘトラップ総量Ｑｎの許容値を判定する値であり、ＱｎＬ＜ＱｎＨ＜Ｑｎｍである。
ステップＳ２０４で、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最大量ＱｎＨ以上であると判別されたときには、ステップＳ２０５へ進み、前記フラグＦＬＧ１に触媒再生制御の開始を示す１をセットし、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最大量ＱｎＨ（許容量）を超え、ＮＯｘを更にトラップできる余裕代が少なくなったときに、Ｏ２トラップ総量Ｑｏの条件とは無関係に、触媒再生制御を行わせるようにする（図１４参照）。
【００６８】
また、ステップＳ２０４で、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最大量ＱｎＨよりも少ないと判別され、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬ以上であるが、最大量ＱｎＨよりも少ないときには、ステップＳ２０６へ進む。
【００６９】
ステップＳ２０６では、前記フラグＦＬＧ１の前回値ＦＬＧ１ｚを今回値として、フラグＦＬＧ１の値が維持されるようにする。従って、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最大量ＱｎＨ以上であると判定されてフラグＦＬＧ１に１をセットした後は、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最大量ＱｎＨよりも少なくなってもフラグＦＬＧ１の値は１（触媒再生実行状態）に維持され、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬよりも小さくなって初めてフラグＦＬＧ１の値が０にリセットされる（図１４参照）。
【００７０】
ステップＳ２０７では、機関の運転条件が、理論空燃比燃焼領域（Ｓ領域）又はリッチ空燃比燃焼領域（Ｒ領域）からリーン空燃比燃焼領域（Ｌ領域）へ移行したか否かを判別する。
【００７１】
具体的には、本ルーチンの前回実行時における機関の運転条件（目標トルク・機関回転速度）が、図８に示す目標当量比マップのＳ領域又はＲ領域に該当していたのに対し、現在の運転条件がＬ領域に該当する場合、Ｌ領域へ移行したと判断する。
【００７２】
ステップＳ２０７で、リーン空燃比燃焼領域（Ｌ領域）への移行を判定すると、ステップＳ２０８へ進み、Ｏ２トラップ総量Ｑｏが予め記憶された最小量ＱｏＬ以上であるか否かを判別する。
【００７３】
Ｏ２トラップ総量Ｑｏが最小量ＱｏＬ以上であるときには、最小量ＱｏＬを超えるトラップＯ２がＨＣ，ＣＯと反応してなくなってから、ＨＣ，ＣＯとトラップＮＯｘとの反応が起きることになり、触媒再生制御において触媒１３に供給されるＨＣ，ＣＯが無駄に消費されてしまうことになるので、ステップＳ２０９へ進んで、フラグＦＬＧ２に０（触媒再生制御終了）をセットする。
【００７４】
一方、Ｏ２トラップ総量Ｑｏが最小量ＱｏＬよりも少ないときには、トラップＯ２との反応で消費されるＨＣ，ＣＯが僅かで、触媒再生制御によって触媒１３に供給されるＨＣ，ＣＯが有効にＮＯｘの還元浄化に使用されることになるので、ステップＳ２１０へ進んで、フラグＦＬＧ２に１（触媒再生制御開始）をセットする（図１４参照）。
【００７５】
ステップＳ２０７で、リーン空燃比燃焼領域（Ｌ領域）への移行が判定されないときには、ステップＳ２１１へ進んで、前記フラグＦＬＧ２を前回値ＦＬＧ２ｚに維持する。
【００７６】
従って、理論空燃比燃焼領域（Ｓ領域）又はリッチ空燃比燃焼領域（Ｒ領域）からリーン空燃比燃焼領域（Ｌ領域）へ移行したときに、触媒１３におけるＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬ以上で、かつ、Ｏ２トラップ総量Ｑｏが最小量ＱｏＬよりも少ないときには、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬよりも小さくなるまで、触媒再生制御が行われ、結果、理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチ空燃比での燃焼が継続されることになり、リーン燃焼への移行は、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬよりも小さくなってから行われる（図１４参照）。
【００７７】
ここで、リーン空燃比燃焼領域（Ｌ領域）への移行時に、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬ以上であれば、Ｏ２トラップ総量Ｑｏとは無関係に毎回再生制御を行わせる構成とすると、Ｏ２トラップ総量Ｑｏが多く、触媒１３に供給されるＨＣ，ＣＯがトラップＯ２と反応してしまい、ＮＯｘ還元浄化に寄与しないときにも、再生が行われることになってしまい、無駄な再生制御によって燃費性能が悪化してしまう。これに対し、Ｏ２トラップ総量Ｑｏが最小量ＱｏＬよりも少ないときに限って、再生制御を行わせる構成であれば、再生制御の実行によって触媒１３に供給したＨＣ，ＣＯが効率良くＮＯｘ還元浄化に使用され、無駄な再生制御による燃費性能の悪化を回避できる。
【００７８】
ステップＳ２１２では、前記フラグＦＬＧ１，ＦＬＧ２の値をメモリ２３に格納し、ステップＳ２１３では、次回の演算に備えて、今回設定したフラグＦＬＧ１，ＦＬＧ２の値を、前回値ＦＬＧ１ｚ，ＦＬＧ２ｚにセットする。
【００７９】
尚、ステップＳ２０８では、Ｏ２トラップ総量Ｑｏが最小量ＱｏＬよりも少ないか否かを判別させることで、触媒１３に供給したＨＣ，ＣＯが無駄なくＮＯｘ還元浄化に使用される条件を判別する構成としたが、このような構成に代えて、Ｌ領域からＲ領域又はＳ領域に移行した時のＯ２トラップ総量Ｑｏを初期量として記憶しておき、Ｒ領域又はＳ領域で減少したＯ２トラップ総量Ｑｏと前記初期量とからＯ２トラップ総量Ｑｏの減少割合を算出し、この減少割合が所定値よりも大きいときに、触媒再生制御の開始を判定する構成とすることができる。
【００８０】
この場合も、Ｏ２トラップ総量Ｑｏの減少割合からＯ２トラップ総量Ｑｏが充分に少ない状態を判別して、触媒１３に供給したＨＣ，ＣＯが無駄なくＮＯｘ還元浄化に使用される状態での再生制御を行わせることができる。
【００８１】
図９のフローチャートは、目標トルク演算ルーチンを示し、ステップＳ３０１では、アクセル開度Ａｏ及び機関回転速度Ｎｅを読み込む。
ステップＳ３０２では、前記読み込んだアクセル開度Ａｏ及び機関回転速度Ｎｅに基づいて、目標トルクＴｅを算出する。
【００８２】
具体的には、図１０に示す目標トルク制御マップから、現在のアクセル開度Ａｏ及び機関回転速度Ｎｅに対応する目標トルクＴｅを検索する。
ステップＳ３０３では、前記算出した目標トルクＴｅをメモリ２３に格納する。
【００８３】
図１１のフローチャートは、目標当量比演算ルーチンを示す。
尚、本実施形態における機関では、排気に二次空気や二次燃料を添加したりしないので、この目標当量比演算ルーチンで演算される目標当量比で決定される燃焼空燃比が触媒１３に流入する排気の空燃比と一致する。
【００８４】
ステップＳ４０１では、機関回転速度Ｎｅ、目標トルクＴｅ、フラグＦＬＧ１，ＦＬＧ２を読み込む。
ステップＳ４０２では、機関回転速度Ｎｅと目標トルクＴｅとから、目標当量比の基本値ＴＦＢＹＡｍｐを算出する。
【００８５】
具体的には、図８に示す目標当量比制御マップから、現在の機関回転速度Ｎｅ，目標トルクＴｅに対応する目標当量比を検索し、該検索結果を基本値ＴＦＢＹＡｍｐとする。
【００８６】
ステップＳ４０３では、前記フラグＦＬＧ１，ＦＬＧ２がいずれも０であるか否かを判別する。
フラグＦＬＧ１，ＦＬＧ２がいずれも０である場合には、触媒１３の再生制御を行わないので、ステップＳ４０４へ進み、前記基本値ＴＦＢＹＡｍｐをそのまま最終的な目標当量比ＴＦＢＹＡとする。
【００８７】
一方、フラグＦＬＧ１，ＦＬＧ２の何れか一方でも１であるときには、触媒１３の再生制御を行うべく、ステップＳ４０５へ進み、最終的な目標当量比ＴＦＢＹＡに予め記憶されたリッチ当量比ＲＩＣＨ（＞１）をセットする。
【００８８】
上記リッチ当量比ＲＩＣＨのセットによって燃焼空燃比が理論空燃比よりもリッチに制御され、触媒１３に流入する排気の空燃比がリッチとなり、係るリッチ排気中に含まれるＨＣ，ＣＯが触媒１３にトラップされているＮＯｘと反応してＮＯｘが還元浄化され、トラップＮＯｘ量が減少し、逆に、トラップ可能なＮＯｘ量が増大する。
【００８９】
ステップＳ４０６では、算出した目標当量比ＴＦＢＹＡをメモリ２３に格納する。
図１２のフローチャートは目標吸入空気量演算ルーチンを示す。ここでは、目標当量比ＴＦＢＹＡの混合気を燃焼させることで、目標トルクＴｅを発生させることができる吸入空気量を目標吸入空気量ＴＱａとして算出し、図示しない吸入空気量制御ルーチンでは、実際の吸入空気量Ｑａが目標吸入空気量ＴＱａになるようにスロットル開度を制御する。
【００９０】
従って、触媒１３の再生のために目標当量比ＴＦＢＹＡがリッチにシフトされるときにも、吸入空気量を絞って目標トルクＴｅを発生させることになり、運転者の意思に反して機関出力が増大することが避けられる。
【００９１】
図１２のフローチャートにおいて、ステップＳ５０１では、メモリ２３から目標トルクＴｅ，目標当量比ＴＦＢＹＡを読み込む。
ステップＳ５０２では、目標トルクＴｅと目標当量比ＴＦＢＹＡとから目標吸入空気量ＴＱａを算出する。
【００９２】
ステップＳ５０３では、算出した目標吸入空気量ＴＱａをメモリ２３に格納する。
図１３のフローチャートは、燃料噴射量演算ルーチンを示し、ここで算出された燃料噴射量Ｔｉが図示しない燃料噴射制御ルーチンで参照され、燃料噴射量Ｔｉに対応する幅の燃料噴射パルス信号が、所定の燃料噴射時期に燃料噴射弁２に出力される。
【００９３】
ステップＳ６０１では、吸入空気量Ｑａ、機関回転速度Ｎｅ、目標当量比ＴＦＢＹＡをそれぞれ読み込む。
ステップＳ６０２では、吸入空気量Ｑａと機関回転速度Ｎｅとから、燃焼混合気の空燃比を理論空燃比とするときの基本燃料噴射量Ｔｐを算出する。
【００９４】
ステップＳ６０３では、前記基本燃料噴射量Ｔｐに前記目標当量比ＴＦＢＹＡを乗じて、目標当量比ＴＦＢＹＡの混合気を形成するための燃料噴射量Ｔｉを算出する。
【００９５】
ステップＳ６０４では、算出した燃料噴射量Ｔｉをメモリ２３に格納する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】実施の形態におけるトラップ量推定ルーチンを示すフローチャート。
【図３】吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに応じて所定時間当たりのＮＯｘトラップ量を記憶するマップを示す図。
【図４】吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに応じて所定時間当たりのＯ２トラップ量を記憶するマップを示す図。
【図５】吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに応じて所定時間当たりのＯ２トラップ減少量を記憶するマップを示す図。
【図６】吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに応じて所定時間当たりのＮＯｘトラップ減少量を記憶するマップを示す図。
【図７】実施の形態における触媒再生制御判定ルーチンを示すフローチャート。
【図８】目標トルクＴｅと機関回転速度Ｎｅとに応じて目標当量比ＴＦＢＹＡを記憶するマップを示す図。
【図９】実施の形態における目標トルク演算ルーチンを示すフローチャート。
【図１０】アクセル開度Ａｏと機関回転速度Ｎｅとに応じて目標トルクＴｅを記憶するマップを示す図。
【図１１】実施の形態における目標当量比演算ルーチンを示すフローチャート。
【図１２】実施の形態における目標吸入空気量演算ルーチンを示すフローチャート。
【図１３】実施の形態における燃料噴射量演算ルーチンを示すフローチャート。
【図１４】実施の形態における触媒再生制御の実行判定を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…燃料噴射弁
３…スロットルバルブ
５…燃料噴射弁
７…エアフローメータ
８…スロットルアクチュエータ
９…スロットル開度センサ
１０…点火プラグ
１３…排気浄化触媒
１６…コントロールユニット
１７…クランク角センサ
１８…アクセル開度センサ
【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、詳しくは、排気中のＮＯｘを浄化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、燃焼混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定するリーン燃焼機関において、排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに、排気中のＮＯｘをトラップする一方、排気の空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときに、トラップしていたＮＯｘを排気中のＨＣ，ＣＯで還元浄化する排気浄化触媒を排気通路に備え、リーン燃焼の継続によって触媒におけるＮＯｘトラップ量が許容量を超えると、触媒に流入する排気の空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチにして、触媒にトラップしていたＮＯｘを還元浄化して、ＮＯｘのトラップが可能な状態に触媒を再生させる排気浄化装置が知られている（特開平７−１８９６６０号公報、特開平１０−３３１６８３号公報等参照）。
【０００３】
前記特開平７−１８９６６０号公報に開示されるものでは、排気空燃比と吸入空気量とからＮＯｘトラップ量を推定し、該ＮＯｘトラップ量に応じて触媒再生制御を行う構成の開示がある。
【０００４】
また、前記特開平１０−３３１６８３号公報には、理論空燃比で燃焼させる運転領域からリーン空燃比燃焼領域に移行したときに、まずリッチ燃焼を行わせて、それまでに触媒にトラップされているＮＯｘの浄化してから、リーン燃焼に移行させる構成の開示がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記ＮＯｘをトラップして浄化する触媒は、一般にＮＯｘと共にＯ２をトラップする現象を有するため、触媒再生のために排気空燃比をリッチにしても、ＨＣ，ＣＯが前記トラップされたＯ２と反応してしまい、ＮＯｘを効率良く還元浄化させることができない場合があった。
【０００６】
リーン燃焼の継続によって触媒におけるＮＯｘトラップ量が許容量を超える場合には、Ｏ２トラップ量も多いため、排気空燃比をリッチ化して触媒に供給したＨＣ，ＣＯがＮＯｘと反応せずにＯ２と反応してしまうが、触媒の再生が最優先であり、無駄が発生するとしてもＨＣ，ＣＯを触媒に供給する必要がある。
【０００７】
しかし、リーン空燃比燃焼領域に移行したときの再生制御においてはＯ２トラップ量に大きな違いが生じるため、Ｏ２トラップ量とは無関係に毎回再生制御を行わせる構成であると、Ｏ２トラップ量の少ないときには、触媒に供給されるＨＣ，ＣＯが無駄なく使用されてＮＯｘの還元浄化が効率良く進むのに対し、Ｏ２トラップ量が多いときには、ＮＯｘの還元浄化が効率良く進まないのに、触媒へのＨＣ，ＣＯ供給が無駄に行われることになってしまう。前記リーン空燃比燃焼領域に移行したときの再生制御においては、通常ＮＯｘトラップ量が許容量以下であり、再生制御の実行が必須ではないため、触媒へのＨＣ，ＣＯの無駄な供給を回避してＮＯｘの還元浄化を効率良く行えるようにすることが望まれていた。
【０００８】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、触媒へのＨＣ，ＣＯの無駄な供給を極力回避できるようにして、燃費性能を向上させつつ、触媒性能（ＮＯｘトラップ能力）を維持できる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明は、機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに、排気中のＮＯx，Ｏ2をトラップする一方、流入する排気の空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときに、トラップしていたＯ2で排気中のＨＣ，ＣＯを酸化浄化すると共に、トラップしていたＮＯxを排気中のＨＣ，ＣＯで還元浄化する排気浄化触媒を備える一方、前記排気浄化触媒におけるＯ 2 のトラップ量を推定し、燃焼混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定するリーン空燃比燃焼領域への移行時における前記Ｏ 2 のトラップ量に基づいて、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチに制御する触媒再生制御の実行を判定する構成とした。
【００１４】
かかる構成によると、リーン空燃比燃焼領域への移行時に、リーン燃焼に備えてそれまでに触媒にトラップされているＮＯxを還元浄化する再生制御を行うべきであるか否かを、前記移行時におけるＯ2トラップ量に基づき判断する。
【００１５】
請求項２記載の発明では、前記リーン空燃比燃焼領域への移行時における前記Ｏ2トラップ量が所定の最小量よりも小さいことを少なくとも条件として、前記触媒再生制御を実行させる構成とした。
【００１６】
かかる構成によると、リーン空燃比燃焼領域外からリーン空燃比燃焼領域へ移行するときに、Ｏ２トラップ量が所定の最小量よりも小さい場合には、触媒再生制御の実行により触媒に供給されるＨＣ，ＣＯが触媒にトラップされているＮＯｘの還元浄化に無駄なく使用されると判断し、Ｏ２トラップ量については触媒再生制御の実行条件が成立しているものとする。
【００１７】
請求項３記載の発明では、前記リーン空燃比燃焼領域への移行直前のリーン空燃比燃焼領域外であったときの前記Ｏ2トラップ量の減少割合が所定値よりも大きいことを少なくとも条件として、前記触媒再生制御を実行させる構成とした。
【００１８】
かかる構成によると、リーン空燃比燃焼領域へ移行する直前の理論空燃比又はリッチ空燃比燃焼領域で、触媒におけるＯ2トラップ量が順調に減少変化していた場合には、Ｏ 2 トラップ量が充分に少なく、触媒再生制御の実行により触媒に供給されるＨＣ，ＣＯが触媒にトラップされているＮＯxの浄化に無駄なく使用されると判断し、触媒再生制御の実行条件が成立しているものとする。
【００１９】
請求項４記載の発明では、前記排気浄化触媒におけるＮＯxのトラップ量を推定し、前記リーン空燃比燃焼領域への移行時に、前記Ｏ2トラップ量が前記触媒再生制御の実行条件を満たし、かつ、前記ＮＯxトラップ量が所定の最小量以上であるときに、前記触媒再生制御を実行させる構成とした。
【００２０】
かかる構成によると、リーン空燃比燃焼領域外からリーン空燃比燃焼領域へ移行するときに、そのときのＯ2トラップ量に基づき、触媒再生制御の実行により触媒に供給されるＨＣ，ＣＯが触媒にトラップされているＮＯxの還元浄化に無駄なく使用されると判断され、然も、ＮＯxトラップ量が所定の最小量以上であれば、還元浄化すべきＮＯxがトラップされていることになるので、触媒再生制御を実行させる。
【００２１】
請求項５記載の発明では、前記排気浄化触媒におけるＮＯxのトラップ量を推定し、前記Ｏ2トラップ量に基づく触媒再生制御の実行判定に優先して、前記推定したＮＯxトラップ量が所定の最大量よりも大きいときに、前記触媒再生制御を実行させる構成とした。
【００２２】
かかる構成によると、触媒にトラップされているＮＯｘの量が所定の最大量よりも大きいときには、そのときのＯ２トラップ量とは無関係に触媒再生制御を実行させ、触媒におけるＮＯｘのトラップ能力を回復させる。
【００２３】
請求項６記載の発明では、前記推定したＮＯxトラップ量が所定の最大量以上であると判断されたときに前記触媒再生制御を開始させ、前記推定したＮＯxトラップ量が所定の最小量よりも小さくなったときに前記触媒再生制御を終了させる構成とした。
【００２４】
かかる構成によると、ＮＯｘトラップ量が所定の最大量以上であると判断されると触媒再生制御を開始させ、ＮＯｘトラップ量が前記最大量を下回るようになってもそのまま触媒再生制御を継続させ、ＮＯｘトラップ量が所定の最小量よりも小さくなって初めて触媒再生制御を終了させる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、リーン燃焼に備えた触媒再生制御を、触媒に供給されるＨＣ，ＣＯがＮＯ x の還元浄化に無駄なく使用されるときにのみ行わせることができるという効果がある。
【００２８】
請求項２記載の発明によると、触媒にトラップされているＯ2量が充分に少なく、触媒に供給されるＨＣ，ＣＯがＮＯxの還元浄化に無駄なく使用されると判断されるときに、再生制御を行わせることができるという効果がある。
【００２９】
請求項３記載の発明によると、触媒におけるトラップＯ2量が順調に減少変化していて、Ｏ 2 トラップ量が充分に少なく、触媒に供給されるＨＣ，ＣＯがＮＯxの還元浄化に無駄なく使用されると判断されるときに、再生制御を行わせることができるという効果がある。
【００３０】
請求項４記載の発明によると、リーン空燃比燃焼領域に移行したときに、触媒に還元浄化すべきＮＯxがトラップされているときに限って再生制御を行わせるので、無駄な再生制御の実行による燃費の悪化を抑制できるという効果がある。
【００３１】
請求項５記載の発明によると、リーン燃焼の継続によって触媒に許容量よりも多いＮＯxがトラップされた場合に、早期に触媒を再生させ、ＮＯxが浄化されずに排出されることを確実に防止できるという効果がある。
【００３２】
請求項６記載の発明によると、触媒におけるＮＯxのトラップ可能量を確実に回復させることができるという効果がある。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は実施の形態における車両用内燃機関のシステム構成図である。
【００３４】
この図１に示す内燃機関１は、燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２を各気筒毎に備える筒内直接噴射式ガソリン機関であり、理論空燃比よりもリーンな空燃比で燃焼させるときには、圧縮行程中の噴射によって成層燃焼を行わせ、理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチな空燃比で燃焼させるときには、吸気行程中の噴射によって均質燃焼を行わせる構成となっている。
【００３５】
但し、理論空燃比よりもリーンな空燃比で燃焼させる機関であれば良く、筒内直接噴射式ガソリン機関に限定されない。
前記機関１においては、スロットルバルブ３で流量制御される空気が、エアクリーナ４，吸気通路５，吸気弁６を介してシリンダ内に吸引され、吸入空気量は、エアフローメータ７で計測される。
【００３６】
前記スロットルバルブ３は、スロットルアクチュエータ８によって開閉駆動され、開度がスロットル開度センサ９によって検出される。
シリンダ内に形成された混合気は、点火プラグ１０の火花点火によって着火燃焼し、機関１からの燃焼排気は、排気弁１１，排気通路１２，排気浄化触媒１３を介して大気中に排出される。
【００３７】
前記排気浄化触媒１３は、流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに、排気中のＮＯｘ，Ｏ２をトラップする一方、流入する排気の空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときに、トラップしていたＯ２で排気中のＨＣ，ＣＯを酸化浄化すると共に、トラップしていたＮＯｘを排気中のＨＣ，ＣＯで還元浄化する機能を有するものである。
【００３８】
前記排気浄化触媒１３の上流側の排気通路１２には、排気空燃比を検出する空燃比センサ１４が設けられ、前記排気浄化触媒１３には、触媒温度を測定する触媒温度センサ１５が設けられている。
【００３９】
前記燃料噴射弁２，スロットルアクチュエータ８及び点火プラグ１０（図示しないパワートランジスタ）を駆動制御するコントロールユニット１６には、前記エアフローメータ７，スロットル開度センサ９，空燃比センサ１４，触媒温度センサ１５からの検出信号が入力されると共に、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ１７及び運転者が操作するアクセルの開度を検出するアクセル開度センサ１８からの検出信号等が入力される。
【００４０】
尚、前記クランク角センサ１７からの検出信号に基づいて、機関回転速度Ｎｅが算出される。
前記コントロールユニット１６は、前記各種検出信号を入力するための入力ポート２０、前記燃料噴射弁２，スロットルアクチュエータ８及び点火プラグ１０（図示しないパワートランジスタ）に制御信号を出力するための出力ポート２１、後述する制御ルーチンを含む機関制御のための各種演算処理を行うＣＰＵ２２、後述する制御ルーチンが予め記憶されるＲＯＭや各種演算データが格納されるＲＡＭからなるメモリ２３を含んで構成される。
【００４１】
前記コントロールユニット１６は、後述するように、アクセル開度と機関回転速度とから目標トルクを演算し、該目標トルクと機関回転速度とから目標当量比（＝理論空燃比／目標空燃比）を演算し、更に、前記目標トルクと目標当量比とから目標吸入空気量を演算して、該目標吸入空気量に基づきスロットル開度を制御する一方、吸入空気量の検出値と前記目標当量比とから燃料噴射量を演算して燃料噴射弁２を制御し、前記目標トルクと機関回転速度とから点火時期を演算して点火プラグ１０による点火時期を制御する。
【００４２】
また、コントロールユニット１６は、前記排気浄化触媒１３がトラップしたＮＯｘを、燃焼混合気の空燃比を強制的にリッチに制御することで還元浄化する触媒再生制御を行うようになっており、以下、前記触媒再生制御の詳細を説明する。
【００４３】
図２のフローチャートは、前記排気浄化触媒１３におけるＯ２トラップ量及びＮＯｘトラップ量を推定するルーチンを示すものである。
尚、前記排気浄化触媒１３は、前述のように、排気の空燃比がリーンであるときには、排気中のＯ２とＮＯｘとを並行してトラップし、排気の空燃比がリッチであるときには、排気中のＨＣ，ＣＯをトラップしていたＯ２で酸化浄化すると共に、トラップしていたＮＯｘを排気中のＨＣ，ＣＯで還元浄化する特性を有する一方、ＨＣ，ＣＯとトラップしていたＯ２との反応が優先して起こり、トラップしていたＯ２がなくなってから、ＨＣ，ＣＯとトラップしていたＮＯｘとの反応が起きる特性を有している。
【００４４】
図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１では、エアフローメータ７で検出された吸入空気量Ｑａと、目標トルクＴｅと機関回転速度Ｎｅとから演算される目標当量比ＴＦＢＹＡを読み込む。
【００４５】
ステップＳ１０２では、前記目標当量比ＴＦＢＹＡが１よりも小さいか否かを判別することで、リーン空燃比燃焼領域であるか否かを判別する。
目標当量比ＴＦＢＹＡが１よりも小さいリーン空燃比燃焼領域であるときには、ステップＳ１０３へ進み、吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに基づいて、所定時間（本ルーチンの実行周期時間）当たりに触媒１３がトラップするＮＯｘトラップ量ｑｎ及びＯ２トラップ量ｑｏを算出する。
【００４６】
具体的には、図３及び図４に示すように、予め吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとをパラメータとしてＮＯｘトラップ量ｑｎ及びＯ２トラップ量ｑｏをそれぞれ記憶するマップを参照して、そのときの吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに対応するＮＯｘトラップ量ｑｎ及びＯ２トラップ量ｑｏを検索する。
【００４７】
ステップＳ１０４では、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎの前回値Ｑｎｚに、前記所定時間当たりのＮＯｘトラップ量ｑｎを加算して、新たなＮＯｘトラップ総量Ｑｎを算出する。同様に、Ｏ２トラップ総量Ｑｏの前回値Ｑｏｚに、前記所定時間当たりのＯ２トラップ量ｑｏを加算して、新たなＯ２トラップ総量Ｑｏを算出する。
【００４８】
ステップＳ１０５では、前記ステップＳ１０４で新たに算出されたＮＯｘトラップ総量Ｑｎ及びＯ２トラップ総量Ｑｏが、予め記憶されている上限値Ｑｎｍ，Ｑｏｍを超えているか否かを判別し、上限値Ｑｎｍ，Ｑｏｍを超えている場合には、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎ及びＯ２トラップ総量Ｑｏを上限値Ｑｎｍ，Ｑｏｍにリセットし、上限値Ｑｎｍ，Ｑｏｍを超える総量Ｑｎ，Ｑｏが設定されることを回避する。
【００４９】
前記触媒１３におけるＮＯｘトラップ総量Ｑｎ及びＯ２トラップ総量Ｑｏが飽和量を超えて増え続けることがないので、上記のように、上限値Ｑｎｍ，Ｑｏｍ内に総量Ｑｎ，Ｑｏを制限する。
【００５０】
尚、触媒の再生制御が正常に機能している場合には、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが上限値Ｑｎｍに到達する前に、トラップされていたＮＯｘが還元浄化されることになるので、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが上限値Ｑｎｍを超えることはない。
【００５１】
一方、ステップＳ１０２で目標当量比ＴＦＢＹＡが１以上であると判別され、理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチな空燃比で燃焼させる運転領域である場合には、ステップＳ１０６へ進む。
【００５２】
ステップＳ１０６では、Ｏ２トラップ総量Ｑｏの前回値Ｑｏｚが０より大きいか否かを判別することで、触媒１３にＯ２がトラップされているか否かを判別する。
【００５３】
Ｏ２トラップ総量Ｑｏの前回値Ｑｏｚが０より大きい場合には、ステップＳ１０７へ進み、吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに基づいて、所定時間（本ルーチンの実行周期時間）当たりのＯ２トラップ量の減少量ｐｏを算出する。
【００５４】
具体的には、図５に示すように、予め吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとをパラメータとしてＯ２減少量ｐｏを記憶するマップを参照して、そのときの吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに対応するＯ２減少量ｐｏを検索する。
【００５５】
ステップＳ１０８では、Ｏ２トラップ総量Ｑｏの前回値Ｑｏｚから、前記所定時間当たりのＯ２減少量ｐｏを減算して、新たなＯ２トラップ総量Ｑｏを算出する。
【００５６】
ステップＳ１０９では、前記ステップＳ１０８で新たに求めたＯ２トラップ総量Ｑｏが０よりも小さくなっていないかを判別し、マイナスの値になっているときには、Ｏ２トラップ総量Ｑｏを０にリセットする。
【００５７】
また、ステップＳ１０６で、Ｏ２トラップ総量Ｑｏが０になっていると判別されるときには、ＨＣ，ＣＯとトラップしていたＮＯｘとの反応が起きることになるので、ステップＳ１１０へ進み、吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに基づいて、所定時間（本ルーチンの実行周期時間）当たりのＮＯｘトラップ量の減少量ｐｎを算出する。
【００５８】
具体的には、図６に示すように、予め吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとをパラメータとしてＮＯｘ減少量ｐｎを記憶するマップを参照して、そのときの吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに対応するＮＯｘ減少量ｐｎを検索する。
【００５９】
そして、ステップＳ１１１では、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎの前回値Ｑｎｚから、前記所定時間当たりのＮＯｘ減少量ｐｎを減算して、新たなＮＯｘトラップ総量Ｑｎを算出する。
【００６０】
ステップＳ１１２では、前記ステップＳ１１１で新たに求めたＮＯｘトラップ総量Ｑｎが０よりも小さくなっていないかを判別し、マイナスの値になっているときには、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎを０にリセットする。
【００６１】
上記のようにして求められるＯ２トラップ総量Ｑｏ及びＮＯｘトラップ総量Ｑｎは、ステップＳ１１３において、メモリ２３に格納され、他の制御ルーチンから参照できるようにする。
【００６２】
また、ステップＳ１１４では、今回新たに求めたＯ２トラップ総量Ｑｏ及びＮＯｘトラップ総量Ｑｎを、次回の演算に備えて前回値Ｑｏｚ，Ｑｎｚにセットする。
【００６３】
図７のフローチャートは、触媒再生制御判定ルーチンを示す。
ステップＳ２０１では、メモリ２３に格納されているＯ２トラップ総量Ｑｏ及びＮＯｘトラップ総量Ｑｎを読み込む。
【００６４】
ステップＳ２０２では、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが予め記憶された最小値ＱｎＬよりも小さいか否かを判別する。前記最小値ＱｎＬは０に近い値であり、触媒１３が殆どＮＯｘをトラップしていないことを判断するための判定値である。
【００６５】
ステップＳ２０２で、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬよりも小さいと判断された場合、触媒再生制御の要否を示すフラグＦＬＧ１及びＦＬＧ２を、触媒再生制御の終了を示す０とする。従って、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬよりも小さい状態では、触媒再生制御が開始されず、また、開始されていた再生制御を終了させる。
【００６６】
一方、ステップＳ２０２で、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬ以上であると判別された場合には、ステップＳ２０４へ進み、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが予め記憶された最大量ＱｎＨ以上であるか否かを判別する。
【００６７】
前記最大量ＱｎＨは、触媒１３におけるＮＯｘトラップ総量Ｑｎの許容値を判定する値であり、ＱｎＬ＜ＱｎＨ＜Ｑｎｍである。
ステップＳ２０４で、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最大量ＱｎＨ以上であると判別されたときには、ステップＳ２０５へ進み、前記フラグＦＬＧ１に触媒再生制御の開始を示す１をセットし、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最大量ＱｎＨ（許容量）を超え、ＮＯｘを更にトラップできる余裕代が少なくなったときに、Ｏ２トラップ総量Ｑｏの条件とは無関係に、触媒再生制御を行わせるようにする（図１４参照）。
【００６８】
また、ステップＳ２０４で、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最大量ＱｎＨよりも少ないと判別され、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬ以上であるが、最大量ＱｎＨよりも少ないときには、ステップＳ２０６へ進む。
【００６９】
ステップＳ２０６では、前記フラグＦＬＧ１の前回値ＦＬＧ１ｚを今回値として、フラグＦＬＧ１の値が維持されるようにする。従って、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最大量ＱｎＨ以上であると判定されてフラグＦＬＧ１に１をセットした後は、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最大量ＱｎＨよりも少なくなってもフラグＦＬＧ１の値は１（触媒再生実行状態）に維持され、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬよりも小さくなって初めてフラグＦＬＧ１の値が０にリセットされる（図１４参照）。
【００７０】
ステップＳ２０７では、機関の運転条件が、理論空燃比燃焼領域（Ｓ領域）又はリッチ空燃比燃焼領域（Ｒ領域）からリーン空燃比燃焼領域（Ｌ領域）へ移行したか否かを判別する。
【００７１】
具体的には、本ルーチンの前回実行時における機関の運転条件（目標トルク・機関回転速度）が、図８に示す目標当量比マップのＳ領域又はＲ領域に該当していたのに対し、現在の運転条件がＬ領域に該当する場合、Ｌ領域へ移行したと判断する。
【００７２】
ステップＳ２０７で、リーン空燃比燃焼領域（Ｌ領域）への移行を判定すると、ステップＳ２０８へ進み、Ｏ２トラップ総量Ｑｏが予め記憶された最小量ＱｏＬ以上であるか否かを判別する。
【００７３】
Ｏ２トラップ総量Ｑｏが最小量ＱｏＬ以上であるときには、最小量ＱｏＬを超えるトラップＯ２がＨＣ，ＣＯと反応してなくなってから、ＨＣ，ＣＯとトラップＮＯｘとの反応が起きることになり、触媒再生制御において触媒１３に供給されるＨＣ，ＣＯが無駄に消費されてしまうことになるので、ステップＳ２０９へ進んで、フラグＦＬＧ２に０（触媒再生制御終了）をセットする。
【００７４】
一方、Ｏ２トラップ総量Ｑｏが最小量ＱｏＬよりも少ないときには、トラップＯ２との反応で消費されるＨＣ，ＣＯが僅かで、触媒再生制御によって触媒１３に供給されるＨＣ，ＣＯが有効にＮＯｘの還元浄化に使用されることになるので、ステップＳ２１０へ進んで、フラグＦＬＧ２に１（触媒再生制御開始）をセットする（図１４参照）。
【００７５】
ステップＳ２０７で、リーン空燃比燃焼領域（Ｌ領域）への移行が判定されないときには、ステップＳ２１１へ進んで、前記フラグＦＬＧ２を前回値ＦＬＧ２ｚに維持する。
【００７６】
従って、理論空燃比燃焼領域（Ｓ領域）又はリッチ空燃比燃焼領域（Ｒ領域）からリーン空燃比燃焼領域（Ｌ領域）へ移行したときに、触媒１３におけるＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬ以上で、かつ、Ｏ２トラップ総量Ｑｏが最小量ＱｏＬよりも少ないときには、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬよりも小さくなるまで、触媒再生制御が行われ、結果、理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチ空燃比での燃焼が継続されることになり、リーン燃焼への移行は、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬよりも小さくなってから行われる（図１４参照）。
【００７７】
ここで、リーン空燃比燃焼領域（Ｌ領域）への移行時に、ＮＯｘトラップ総量Ｑｎが最小値ＱｎＬ以上であれば、Ｏ２トラップ総量Ｑｏとは無関係に毎回再生制御を行わせる構成とすると、Ｏ２トラップ総量Ｑｏが多く、触媒１３に供給されるＨＣ，ＣＯがトラップＯ２と反応してしまい、ＮＯｘ還元浄化に寄与しないときにも、再生が行われることになってしまい、無駄な再生制御によって燃費性能が悪化してしまう。これに対し、Ｏ２トラップ総量Ｑｏが最小量ＱｏＬよりも少ないときに限って、再生制御を行わせる構成であれば、再生制御の実行によって触媒１３に供給したＨＣ，ＣＯが効率良くＮＯｘ還元浄化に使用され、無駄な再生制御による燃費性能の悪化を回避できる。
【００７８】
ステップＳ２１２では、前記フラグＦＬＧ１，ＦＬＧ２の値をメモリ２３に格納し、ステップＳ２１３では、次回の演算に備えて、今回設定したフラグＦＬＧ１，ＦＬＧ２の値を、前回値ＦＬＧ１ｚ，ＦＬＧ２ｚにセットする。
【００７９】
尚、ステップＳ２０８では、Ｏ２トラップ総量Ｑｏが最小量ＱｏＬよりも少ないか否かを判別させることで、触媒１３に供給したＨＣ，ＣＯが無駄なくＮＯｘ還元浄化に使用される条件を判別する構成としたが、このような構成に代えて、Ｌ領域からＲ領域又はＳ領域に移行した時のＯ２トラップ総量Ｑｏを初期量として記憶しておき、Ｒ領域又はＳ領域で減少したＯ２トラップ総量Ｑｏと前記初期量とからＯ２トラップ総量Ｑｏの減少割合を算出し、この減少割合が所定値よりも大きいときに、触媒再生制御の開始を判定する構成とすることができる。
【００８０】
この場合も、Ｏ２トラップ総量Ｑｏの減少割合からＯ２トラップ総量Ｑｏが充分に少ない状態を判別して、触媒１３に供給したＨＣ，ＣＯが無駄なくＮＯｘ還元浄化に使用される状態での再生制御を行わせることができる。
【００８１】
図９のフローチャートは、目標トルク演算ルーチンを示し、ステップＳ３０１では、アクセル開度Ａｏ及び機関回転速度Ｎｅを読み込む。
ステップＳ３０２では、前記読み込んだアクセル開度Ａｏ及び機関回転速度Ｎｅに基づいて、目標トルクＴｅを算出する。
【００８２】
具体的には、図１０に示す目標トルク制御マップから、現在のアクセル開度Ａｏ及び機関回転速度Ｎｅに対応する目標トルクＴｅを検索する。
ステップＳ３０３では、前記算出した目標トルクＴｅをメモリ２３に格納する。
【００８３】
図１１のフローチャートは、目標当量比演算ルーチンを示す。
尚、本実施形態における機関では、排気に二次空気や二次燃料を添加したりしないので、この目標当量比演算ルーチンで演算される目標当量比で決定される燃焼空燃比が触媒１３に流入する排気の空燃比と一致する。
【００８４】
ステップＳ４０１では、機関回転速度Ｎｅ、目標トルクＴｅ、フラグＦＬＧ１，ＦＬＧ２を読み込む。
ステップＳ４０２では、機関回転速度Ｎｅと目標トルクＴｅとから、目標当量比の基本値ＴＦＢＹＡｍｐを算出する。
【００８５】
具体的には、図８に示す目標当量比制御マップから、現在の機関回転速度Ｎｅ，目標トルクＴｅに対応する目標当量比を検索し、該検索結果を基本値ＴＦＢＹＡｍｐとする。
【００８６】
ステップＳ４０３では、前記フラグＦＬＧ１，ＦＬＧ２がいずれも０であるか否かを判別する。
フラグＦＬＧ１，ＦＬＧ２がいずれも０である場合には、触媒１３の再生制御を行わないので、ステップＳ４０４へ進み、前記基本値ＴＦＢＹＡｍｐをそのまま最終的な目標当量比ＴＦＢＹＡとする。
【００８７】
一方、フラグＦＬＧ１，ＦＬＧ２の何れか一方でも１であるときには、触媒１３の再生制御を行うべく、ステップＳ４０５へ進み、最終的な目標当量比ＴＦＢＹＡに予め記憶されたリッチ当量比ＲＩＣＨ（＞１）をセットする。
【００８８】
上記リッチ当量比ＲＩＣＨのセットによって燃焼空燃比が理論空燃比よりもリッチに制御され、触媒１３に流入する排気の空燃比がリッチとなり、係るリッチ排気中に含まれるＨＣ，ＣＯが触媒１３にトラップされているＮＯｘと反応してＮＯｘが還元浄化され、トラップＮＯｘ量が減少し、逆に、トラップ可能なＮＯｘ量が増大する。
【００８９】
ステップＳ４０６では、算出した目標当量比ＴＦＢＹＡをメモリ２３に格納する。
図１２のフローチャートは目標吸入空気量演算ルーチンを示す。ここでは、目標当量比ＴＦＢＹＡの混合気を燃焼させることで、目標トルクＴｅを発生させることができる吸入空気量を目標吸入空気量ＴＱａとして算出し、図示しない吸入空気量制御ルーチンでは、実際の吸入空気量Ｑａが目標吸入空気量ＴＱａになるようにスロットル開度を制御する。
【００９０】
従って、触媒１３の再生のために目標当量比ＴＦＢＹＡがリッチにシフトされるときにも、吸入空気量を絞って目標トルクＴｅを発生させることになり、運転者の意思に反して機関出力が増大することが避けられる。
【００９１】
図１２のフローチャートにおいて、ステップＳ５０１では、メモリ２３から目標トルクＴｅ，目標当量比ＴＦＢＹＡを読み込む。
ステップＳ５０２では、目標トルクＴｅと目標当量比ＴＦＢＹＡとから目標吸入空気量ＴＱａを算出する。
【００９２】
ステップＳ５０３では、算出した目標吸入空気量ＴＱａをメモリ２３に格納する。
図１３のフローチャートは、燃料噴射量演算ルーチンを示し、ここで算出された燃料噴射量Ｔｉが図示しない燃料噴射制御ルーチンで参照され、燃料噴射量Ｔｉに対応する幅の燃料噴射パルス信号が、所定の燃料噴射時期に燃料噴射弁２に出力される。
【００９３】
ステップＳ６０１では、吸入空気量Ｑａ、機関回転速度Ｎｅ、目標当量比ＴＦＢＹＡをそれぞれ読み込む。
ステップＳ６０２では、吸入空気量Ｑａと機関回転速度Ｎｅとから、燃焼混合気の空燃比を理論空燃比とするときの基本燃料噴射量Ｔｐを算出する。
【００９４】
ステップＳ６０３では、前記基本燃料噴射量Ｔｐに前記目標当量比ＴＦＢＹＡを乗じて、目標当量比ＴＦＢＹＡの混合気を形成するための燃料噴射量Ｔｉを算出する。
【００９５】
ステップＳ６０４では、算出した燃料噴射量Ｔｉをメモリ２３に格納する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】実施の形態におけるトラップ量推定ルーチンを示すフローチャート。
【図３】吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに応じて所定時間当たりのＮＯｘトラップ量を記憶するマップを示す図。
【図４】吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに応じて所定時間当たりのＯ２トラップ量を記憶するマップを示す図。
【図５】吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに応じて所定時間当たりのＯ２トラップ減少量を記憶するマップを示す図。
【図６】吸入空気量Ｑａと目標当量比ＴＦＢＹＡとに応じて所定時間当たりのＮＯｘトラップ減少量を記憶するマップを示す図。
【図７】実施の形態における触媒再生制御判定ルーチンを示すフローチャート。
【図８】目標トルクＴｅと機関回転速度Ｎｅとに応じて目標当量比ＴＦＢＹＡを記憶するマップを示す図。
【図９】実施の形態における目標トルク演算ルーチンを示すフローチャート。
【図１０】アクセル開度Ａｏと機関回転速度Ｎｅとに応じて目標トルクＴｅを記憶するマップを示す図。
【図１１】実施の形態における目標当量比演算ルーチンを示すフローチャート。
【図１２】実施の形態における目標吸入空気量演算ルーチンを示すフローチャート。
【図１３】実施の形態における燃料噴射量演算ルーチンを示すフローチャート。
【図１４】実施の形態における触媒再生制御の実行判定を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…燃料噴射弁
３…スロットルバルブ
５…燃料噴射弁
７…エアフローメータ
８…スロットルアクチュエータ
９…スロットル開度センサ
１０…点火プラグ
１３…排気浄化触媒
１６…コントロールユニット
１７…クランク角センサ
１８…アクセル開度センサ
Claims (6)
- 機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに、排気中のＮＯx，Ｏ2をトラップする一方、流入する排気の空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときに、トラップしていたＯ2で排気中のＨＣ，ＣＯを酸化浄化すると共に、トラップしていたＮＯxを排気中のＨＣ，ＣＯで還元浄化する排気浄化触媒を備える一方、
前記排気浄化触媒におけるＯ2のトラップ量を推定し、燃焼混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定するリーン空燃比燃焼領域への移行時における前記Ｏ 2 のトラップ量に基づいて、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチに制御する触媒再生制御の実行を判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記リーン空燃比燃焼領域への移行時における前記Ｏ2トラップ量が所定の最小量よりも小さいことを少なくとも条件として、前記触媒再生制御を実行させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記リーン空燃比燃焼領域への移行直前のリーン空燃比燃焼領域外であったときの前記Ｏ2トラップ量の減少割合が所定値よりも大きいことを少なくとも条件として、前記触媒再生制御の実行させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気浄化触媒におけるＮＯxのトラップ量を推定し、前記リーン空燃比燃焼領域への移行時に、前記Ｏ2トラップ量が前記触媒再生制御の実行条件を満たし、かつ、前記ＮＯxトラップ量が所定の最小量以上であるときに、前記触媒再生制御を実行させ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排気浄化装置。
- 前記排気浄化触媒におけるＮＯxのトラップ量を推定し、前記Ｏ2トラップ量に基づく触媒再生制御の実行判定に優先して、前記推定したＮＯxトラップ量が所定の最大量よりも大きいときに、前記触媒再生制御を実行させ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排気浄化装置。
- 前記推定したＮＯxトラップ量が所定の最大量以上であると判断されたときに前記触媒再生制御を開始させ、前記推定したＮＯxトラップ量が所定の最小量よりも小さくなったときに前記触媒再生制御を終了させることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
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