JP3800049B2

JP3800049B2 - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP3800049B2
Application number: JP2001238630A
Authority: JP
Inventors: 聡西井; 靖二石塚; 健一佐藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2021-08-07
Also published as: JP2003049680A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気浄化装置として、排気空燃比が理論空燃比よりよりもリーン側のときに排気中のＮＯｘをトラップ（例えば吸収）し、排気中の酸素濃度が低下したときつまり空燃比がストイキあるいはリッチ空燃比に切換わるとそれまでトラップしていたＮＯｘを脱離し、かつ脱離したＮＯｘを排気中のＨＣやＣＯなどの還元成分のもとで還元処理する触媒がある（特開平６−３３６９１６号公報参照）。
【０００３】
ところで一般的にはエンジンの燃料や潤滑油中には硫黄分（浄化能力低下物質）が含まれていて特にリーン空燃比での運転が長く続くようなときに上記触媒に排気中のＳＯｘ（硫黄酸化物）が吸収堆積されやすくいわゆる硫黄被毒が進行する。この硫黄被毒が進むと触媒で本来トラップすべきＮＯｘトラップ能力が低下し、それだけ排気組成が悪化してしまうので、この硫黄被毒を解除するようにした装置が特開平８−６１０５２号公報により提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで触媒の硫黄被毒を解除するためには一般的に
〈１〉ある程度の触媒内部温度（例えば、６５０℃以上）を確保すること、
〈２〉理論空燃比よりも若干リッチな空燃比状態での運転を保つこと、
の２つが必要である。
【０００５】
このため特開平８−６１０５２号公報においては堆積したＳＯｘにより触媒のＮＯｘトラップ能力が低下したら、〈２〉のために触媒に燃料を供給するとともに該燃料の燃焼を促進し得る量の空気を供給しており、このとき１３．７といった若干リッチな平均空燃比となるように各気筒の空燃比を補正している。
【０００６】
この場合に空燃比が理論空燃比の状態からこの若干リッチな空燃比へと移行させるのであれば、エンジンの燃焼状態に大きな影響を及ぼすことはないのであるが、硫黄被毒を解除する制御に入るタイミングで理論空燃比での運転が行われている確率は却って低い。すなわち前述のようにリーン空燃比での運転が長く続くようなときに触媒にＳＯｘが吸収堆積されやすいのであるから、リーン空燃比での運転が行われている途中で硫黄被毒解除制御を開始することのほうが多い。このことは硫黄被毒解除制御を開始するタイミングでリーン側の値から若干リッチな値へと空燃比が大きく変化することを意味する。空燃比が大きく変化するとエンジンの燃焼状態が変化しエンジンに負荷変動が生じて運転性に悪影響を及ぼす。
【０００７】
また空燃比の切換の前後でエンジンから排出されるガスの体積変化、排気濃度の変化を発生させることになり、空燃比の切換直後は硫黄被毒解除のために狙いとする空燃比の安定性を欠き、結果的に良好な硫黄被毒解除効果が得ることができない可能性がある。
【０００８】
そこで本発明は、触媒に付着したＳＯｘなどの浄化能力低下物質を放出すべきタイミングでの空燃比状態に関係なく一気にリッチな空燃比へと切換えるのでなく、いったん理論空燃比に落ち着かせた後でリッチな空燃比へと切換えることにより、触媒に付着した浄化能力低下物質の放出のために狙いとする空燃比の安定性を維持することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、エンジンの排気通路に設けられた触媒と、この触媒への浄化能力低下物質の付着量を推定する手段と、この推定された付着量に基づいて触媒に付着した浄化能力低下物質を放出すべきタイミング（例えばＳＯｘによる被毒を解除すべきタイミング）であるかどうかを判定する判定手段と、この判定手段により触媒に付着した浄化能力低下物質を放出すべきタイミングになったとき触媒温度を上昇させる昇温手段と、同じく触媒に付着した浄化能力低下物質を放出すべきタイミングになったとき触媒の排気空燃比を理論空燃比近傍に維持する空燃比制御手段と、この空燃比制御手段により排気空燃比が理論空燃比近傍に維持された後に排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ化する空燃比リッチ化制御手段とを備え、前記空燃比制御手段が、触媒上流の排気空燃比を検出する第１空燃比検出手段と、この第１空燃比検出手段の出力に基づいて第１空燃比フィードバック補正量（例えば空燃比フィードバック補正係数α）を演算する第１空燃比フィードバック補正量演算手段と、触媒下流の空燃比を検出する第２空燃比検出手段と、この第２空燃比検出手段の出力に基づいて第２空燃比フィードバック補正量（例えば比例分修正値ＰＨＯＳ）を演算する第２空燃比フィードバック補正量演算手段と、これら２つの空燃比フィードバック補正量（αとＰＨＯＳ）でエンジンに供給する燃料量を補正する燃料量補正手段とからなる。
【００１１】
第２の発明では、第１の発明において前記空燃比リッチ化制御手段が、排気空燃比が理論空燃比近傍に維持されたかどうかを判定する判定手段を含んで構成される。
【００１２】
第３の発明では、第２の発明において前記判定手段が、前記第２空燃比フィードバック補正量（ＰＨＯＳ）に基づいて学習値（ＰＨＬＮ）を演算する学習値演算手段と、この学習値（ＰＨＬＮ）が収束したかどうかにより触媒下流の排気空燃比が理論空燃比近傍に維持されたかどうかを判定する収束判定手段とからなる。
【００１３】
第４の発明では、第１の発明において前記昇温手段が点火時期を遅角させる点火時期遅角化手段である。
【００１４】
第５の発明では、第１の発明において前記空燃比リッチ化制御手段が、空燃比を一律にリッチ化する一律リッチ化手段である。
【００１５】
第６の発明では、第５の発明において空燃比を一律にリッチ化している途中で排気空燃比がリーンとなった場合に、排気空燃比がリーンとなる前の一律リッチ化の程度より大きくしての空燃比の一律リッチ化を行う。
【００１６】
第７の発明では、第５の発明において空燃比を一律にリッチ化している途中で排気空燃比がリーンとなった場合に、そのリーン区間でのみ触媒に付着した浄化能力低下物質の放出に要求されるリッチレベルとなるように空燃比フィードバック制御を行なう。
【００１７】
【発明の効果】
第１、第２、第３、第４、第５の発明によれば触媒に付着したＳＯｘなどの浄化能力低下物質を放出すべきタイミングになったときリーン運転中であってもいったん排気空燃比が理論空燃比近傍へと維持された後に触媒に付着した浄化能力低下物質を放出するために要求されるリッチな空燃比へと制御されるので、触媒に付着した浄化能力低下物質を放出すべきタイミングになったときリーン運転中であった状態から一気に若干リッチな空燃比へと切換える場合と比較して、触媒に付着した浄化能力低下物質を放出する際の触媒の内部温度と空燃比が安定し、これにより触媒に付着した浄化能力低下物質の放出をより効果的に行うことができる。
【００１８】
空燃比リッチ化制御中にも拘わらずエンジン運転状態の変動などにより排気空燃比が一時的に理論空燃比よりもリーンとなることがあり、このときにはその後の浄化能力低下物質の放出が有効に行われない可能性があるのであるが、第６、第７の発明によればエンジン運転状態の変動などにより排気空燃比が一時的に理論空燃比よりもリーンとなることがあっても速やかに浄化能力低下物質の放出に要求されるリッチレベルへと戻すことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１に第１実施形態のエンジンの制御システムの構成を示す。同図においてスロットル弁４で計量された空気がエンジン１の燃焼室に吸入され、燃料噴射弁５からの噴射燃料と混合して燃焼室内に所定の空燃比の混合気が形成される。燃料噴射弁５として燃焼室内に直接燃料を噴射するものを示しているが、吸気ポートに燃料を噴射するものであってもかまわない。
【００２０】
混合気は点火プラグ６による火花点火により着火燃焼し燃焼ガスは排気として排気通路３に排出される。
【００２１】
混合気の目標空燃比は運転領域により予め定められている。例えば大きなエンジン出力が要求されない低負荷側の運転域では燃費向上のためリーン側の空燃比を目標値として運転が行われ、これに対して大きなエンジン出力が要求される高負荷側の運転域なると、理論空燃比を目標として運転が行われる。
【００２２】
排気にはＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの有害三成分が含まれ、理論空燃比での運転時には排気通路３に設けた三元触媒７によりこれら三成分が同時に効率よく浄化されるのであるが、リーン空燃比での運転時になるとＮＯｘが多く発生しこのＮＯｘは三元触媒によっては効率よく浄化できない。そのため排気の空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘをトラップし、排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ側であるときに前記トラップしたＮＯｘを放出するとともにその放出されるＮＯｘをそのときの排気中に多く含まれるＣＯ、ＨＣを還元剤として還元処理するＮＯｘトラップ触媒が三元触媒７と一体化されている。三元触媒７にＮＯｘトラップ触媒が一体化されたものはＮＯｘトラップ型三元触媒といわれるが、以下では略して触媒７という。
【００２３】
前記燃料噴射弁５からの燃料噴射量、燃料噴射時期、点火プラグ６による火花点火の時期を運転条件に応じて制御するためエンジンコントローラ１１を備える。このコントローラ１１は周知のようにマイクロコンピュータを含んで構成される。
【００２４】
エンジンコントローラ１１にはクランク角センサ１２からの回転速度、エアフローメータ１３からの吸入空気流量の信号が入力すると共に、触媒７の上流に設置したＯ₂センサ１４（第１空燃比検出手段）からの出力、触媒７の下流に設置した広域空燃比センサ１５（第２空燃比検出手段）からの出力が入力し、これらに基づいて燃料噴射弁５からの燃料噴射量、噴射時期を制御し、また点火プラグ６による火花点火の時期、さらにはＥＧＲ通路２１に設けられたＥＧＲ弁２２の開度を制御する。例えばエンジン回転速度と負荷に応じて目標当量比ＴＦＢＹＡを定め、この目標当量比ＴＦＢＹＡと理論空燃比に対する燃料噴射量Ｔｐとから運転条件毎の基本燃料噴射量を決定する。また、理論空燃比を目標とするときには上流側Ｏ₂センサ１４の出力に基づいて比例分と積分分からなる空燃比フィードバック補正係数α（第１空燃比フィードバック補正量）を演算するとともに、下流側広域空燃比センサ１５の出力に基づいて前記比例分に対する修正値（以下「比例分修正値」という。）ＰＨＯＳ（第２空燃比フィードバック補正量）を演算し、これら空燃比フィードバック補正係数αと比例分修正値ＰＨＯＳとで前記基本燃料噴射量を補正する。このようにして燃料噴射弁５にはＴｉ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×α＋Ｔｓの式で与えられる燃料噴射パルス幅Ｔｉを含んだ噴射パルス信号が出力される。なお、上流側Ｏ₂センサ１４は理論空燃比を境に２値を採るものであるが、下流側広域空燃比センサ１５のように排気空燃比を広域に検出できるセンサであってもかまわない。
【００２５】
またエンジン冷却水温を検出する水温センサ１６、アクセル踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ１７などからの信号もコントローラ１１に入力し、これらに基づいてスロットル弁４の開度を可変的に制御している。
【００２６】
コントローラ１１では、特にリーン空燃比での運転が継続したときなど触媒７に排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）が吸収堆積されてＮＯｘトラップ能力が低下したときには、触媒７の硫黄被毒解除制御を行う。触媒７に付着したＳＯｘを放出させるためには一般的に、
〈１〉ある程度の触媒内部温度（例えば、６５０℃以上）を確保すること、
〈２〉理論空燃比よりも若干リッチな空燃比状態での運転を保つこと、
が必要である。
【００２７】
そこで硫黄被毒解除制御開始条件が成立すると、〈１〉のためにＥＧＲ弁２２の作動状態をみてＥＧＲ弁２２が開かれているときにはＥＧＲ弁２２の作動を停止させＥＧＲ弁２２を全閉状態とする。このようにＥＧＲ弁２２の作動を停止する（あるいはＥＧＲ量を少なくする）ことで排気温度を上昇させることができる。さらに排気温度を上昇させるために点火時期を燃焼の安定度を損なわないレベルまで最大限に遅角させる。ＥＧＲ弁２２の作動停止は点火時期の遅角化の限界領域を拡大する意味でも効果がある。なお、排気温度を最大限に上昇させるためＥＧＲ弁２２を全閉としかつ点火時期を遅角させているが、ＥＧＲ弁２２の全閉（あるいはＥＧＲ量の減少）もしくは点火時期の遅角のいずれか一方のみで排気温度を上昇させてもよい。
【００２８】
また、〈２〉のため空燃比リッチ化制御を行うが、硫黄被毒解除制御開始条件が成立したときリーン空燃比での運転中であることがあるので、排気空燃比を理論空燃比へと維持させた後に行う。
【００２９】
コントローラ１１で行われるこの制御内容を以下のフローチャートに従って詳しく説明する。
【００３０】
図２は硫黄被毒解除要求フラグＦＬＳ１の設定を行うためのもので、一定周期で（例えば一定時間毎）行なう。
【００３１】
ステップ１ではフラグＦＬＳ１をみる。このフラグＦＬＳ１はエンジン始動時にゼロに初期設定されている。従って始動当初はステップ２に進み演算周期当たりのＳＯｘ付着量を積算する。すなわちＳＯｘ付着量（積算値）の前回値であるＳｚに演算周期当たりのＳＯｘ付着量である所定値ΔＳ１を加算した値を今回のＳＯｘ付着量Ｓ（始動時にゼロに初期設定する）として算出する。Ｓｚは前回値を入れる変数（メモリ）である。Ｓに付した「ｚ」は前回値を表し、この符号「ｚ」は他でも使用する。
【００３２】
ステップ３では演算したＳＯｘ付着量Ｓと上限値（一定値）を比較する。上限値は触媒７へのＳＯｘ付着量として許される限界の値である。ＳＯｘ付着量Ｓが上限値未満のときにはステップ４、５に進み次回演算のためフラグＦＬＳ１＝０とするとともに今回のＳの値を前回値を表すＳｚに移す。
【００３３】
ステップ２の処理を繰り返しやがてＳが上限値以上になるとステップ３よりステップ６に進みフラグＦＬＳ１＝１とする。
【００３４】
このようにＳＯｘ付着量Ｓは触媒７に付着したＳＯｘの量を推定するためのもので、ＳＯｘ付着量Ｓが上限値に達したときには硫黄被毒解除要求条件が成立したとして硫黄被毒解除要求フラグＦＬＳ１を１にセットする。従ってこのフラグＦＬＳ１により硫黄被毒解除要求条件が成立したか否かを判定できる。
【００３５】
ここでは簡単のため運転時間に比例してＳＯｘ付着量が増加するものと推定しているが、これに限られるものでない。例えばＳＯｘ付着量は一般的にエンジン本体の消費燃料積算値に略比例して増加することが知られている。従ってこれに従うときには燃料噴射弁５を駆動する燃料噴射信号（噴射パルス信号）のパルス幅（上記のＴｉ）を積算した値を消費燃料量積算値とし、この消費燃料量積算値に基づいてＳＯｘ付着量を推定すればよい。また、図示しない車速センサよりコントローラ１１に入力される車速信号から単位時間毎に走行距離を算出し、この走行距離を積算して走行距離積算値を求め、この走行距離積算値に基づいてＳＯｘ付着量を推定することも可能である。
【００３６】
図３は硫黄被毒解除制御開始フラグＦＬＳ２の設定を行うためのもので、これも一定周期で（例えば一定時間毎）行なう。
【００３７】
ステップ１１では硫黄被毒解除要求フラグＦＬＳ１をみる。フラグＦＬＳ１＝０であるときにはそのまま今回の処理を終了する。フラグＦＬＳ１＝１であるときにはステップ１２に進みフラグＦＬＳ２をみる。このフラグＦＬＳ２も始動時にＦＬＳ２＝０に初期設定されている。従ってステップ１３に進みリーンフラグＦＬＬＮをみる。このリーンフラグＦＬＬＮは燃焼噴射制御（図示しない）に用いられるフラグで、ＦＬＬＮ＝１のときリーン空燃比での運転を、ＦＬＬＮ＝０のとき理論空燃比での運転を指示する。従ってリーンフラグＦＬＬＮ＝０（理論空燃比での運転時）であるときにはそのままステップ１５に進み、リーンフラグＦＬＬＮ＝１（リーン空燃比での運転時）であるときには理論空燃比での運転を行わせるためステップ１４に進んでリーン運転禁止フラグ（始動時にゼロに初期設定する）＝１とする。このリーン運転禁止フラグ＝１を受けて図示しない燃焼噴射制御ではリーン空燃比での運転が禁止され、理論空燃比が目標値となる。
【００３８】
ステップ１５ではエンジン回転速度Ｎｅ、燃料噴射量をそれぞれ所定値と比較する。上記の〈１〉のために点火時期を遅角してもそのときの運転条件が例えばアイドル状態にあるのでは触媒よりＳＯｘを放出させるだけの排気温度の十分な上昇が望めないので、こうした運転条件において硫黄被毒解除制御を開始しても触媒７からＳＯｘが放出されてゆかない。かといって点火時期の遅角により排気温度を上昇させるにしてもその遅角させ得る量には自ずと限度がある。そこで点火時期を遅角してもＳＯｘの放出が望めない低負荷低回転速度側の運転域を制御禁止領域として定めておき、この制御禁止領域にあるとき（エンジン回転速度Ｎｅが所定値未満であったり燃料噴射量が所定値未満であるとき）には硫黄被毒解除制御の開始を禁止するためステップ１５よりステップ１６に進んでフラグＦＬＳ２＝０とし、これに対して制御禁止領域でないとき（つまりエンジン回転速度Ｎｅが所定値以上かつ燃料噴射量が所定値以上であるとき）に硫黄被毒解除が可能な運転状態であると判断しステップ１５よりステップ１７に進みフラグＦＬＳ２＝１とする。
【００３９】
このようにフラグＦＬＳ２は理論空燃比を目標値としかつ運転条件（Ｎｅ、燃料噴射量）が制御禁止領域にないときＦＬＳ２＝１となるフラグであり、このフラグＦＬＳ２により硫黄被毒解除制御開始条件が成立したか否かを判定できる。
【００４０】
図４は硫黄被毒解除制御開始フラグＦＬＳ２に基づいて上記〈１〉のための排気温度の上昇と〈２〉のための空燃比制御開始を指示するためのものである。具体的にはＥＧＲ弁作動禁止フラグＦＬＥＧＲ、点火時期遅角化フラグ、空燃比制御開始フラグを設定する。これら３つのフラグはいずれも始動時に０に初期設定されている。
【００４１】
ステップ２１ではフラグＦＬＳ２をみる。ＦＬＳ２＝１であればステップ２２に進みＥＧＲ弁２２が作動中であるかどうかみる。図３のステップ１３でリーンフラグＦＬＬＮ＝０（理論空燃比での運転時）であるときにはＥＧＲ弁２２を開いてのＥＧＲ制御が行われていることがあるので、ステップ２３に進みＥＧＲ弁作動禁止フラグＦＬＥＧＲ＝１とする。このフラグＦＬＥＧＲ＝１により図示しないＥＧＲ制御ではＥＧＲ弁２２が全閉位置に駆動される。一方、ＥＧＲ弁２２の非作動中であればＥＧＲ弁２２の作動を禁止するまでもないのでステップ２２よりステップ２４に進みＥＧＲ弁作動禁止フラグＦＬＥＧＲ＝０とする。
【００４２】
ステップ２５、２６では点火時期遅角化フラグ＝１、空燃比制御開始フラグ＝１とする。図示しない点火時期制御ではこの点火時期遅角化フラグ＝１を受けて点火時期が一定値だけ遅角される。
【００４３】
なお、フラグＦＬＳ２＝０であるときにはステップ２１よりステップ２７、２８、２９に進み各フラグともゼロとする。
【００４４】
次に上記の空燃比制御開始フラグ＝１を受けて排気空燃比が理論空燃比付近に維持されるように空燃比フィードバック制御を行うのであるが、ここでは触媒の上下流に排気濃度を検出するセンサを設けている、いわゆるダブルＯ₂センサシステムであるため、このシステムにおける公知の手法（例えば特開平１０−２７４０８１号公報参照）を用いて空燃比フィードバック制御を行う。すなわち
▲１▼上流側Ｏ₂センサ１４の出力に基づいて比例分（ＰＬ、ＰＲ）と積分分（ＩＬ、ＩＲ）からなる空燃比フィードバック補正係数αを演算しつつ、
▲２▼下流側広域空燃比センサ１５の出力に基づいて比例分修正値ＰＨＯＳを演算し、
▲３▼この比例分修正値ＰＨＯＳで前記の比例分（ＰＬ、ＰＲ）を補正する。その際に
▲４▼比例分修正値ＰＨＯＳに基づいて学習値ＰＨＬＮを演算し、
▲４▼その学習値ＰＨＬＮに基づいて学習値が収束したかどうかの判定を行う。
【００４５】
図５、図６はこのうち▲２▼〜▲５▼を実行するためのもので、上流側Ｏ₂センサ１４の出力ＯＳＲ１の反転毎に行なう。
【００４６】
図５においてステップ３１では空燃比制御開始フラグをみる。空燃比制御開始フラグ＝１のときにはステップ３２に進み、下流側広域空燃比センサの出力ＭＶＲＯ２を読み込み、このＭＶＲＯ２をステップ３３においてスライスレベルＳＬＲと比較する。ＭＶＲＯ２＞ＳＬＲであればステップ３４でフラグＡＦＲ１＝１とし、またＭＶＲＯ２≦ＳＬＲであるときにはステップ３５でフラグＡＦＲ１＝０とする。これによってＡＦＲ１＝０は触媒下流の排気空燃比がリーン側に、またＡＦＲ１＝１は触媒下流の排気空燃比がリッチ側にあることを表す。
【００４７】
ステップ３６では空燃比制御開始フラグ＝１となった直後（初回）かどうかみる。初回であるあるときはステップ３７に進み比例分修正値の初期値ＰＨＯＳ０と学習値（ＰＨＬＮ、ＰＨＬＮ_-1、ＰＨＬＮ_-2）を初期化する。
【００４８】
ステップ３８〜４１は初回のＰＨＯＳを演算する部分である。すなわちステップ３８でフラグＡＦＲ１＝１（リッチ側）であるときにはステップ３９で比例分修正値の初期値ＰＨＯＳ０から初回用比例分ＰＨＰＲ０を減算して比例分修正値ＰＨＯＳを算出し、これに対してフラグＡＦＲ１＝０（リーン側）であるときにはステップ４０で比例分修正値の初期値ＰＨＯＳ０に初回用比例分ＰＨＰＬ０を加算して比例分修正値ＰＨＯＳを算出する。ステップ４１では次回演算のためＰＨＯＳの値をＰＨＯＳの前回値であるＰＨＯＳｚに移し、フラグＡＦＲ１の値をフラグＡＦＲ０に移した後で図５、図６のフローの今回の処理を終了する。一方、空燃比制御開始フラグ＝０であるときにはステップ３１よりステップ４２に進み比例分修正値ＰＨＯＳ＝０とする。
【００４９】
ステップ３６で初回でないときには図６に進む。図６においてステップ４３〜５０は２回目以降のＰＨＯＳを演算する部分である。すなわちステップ４３ではフラグＡＦＲ０の値を読み込む。ＡＦＲ０＝０は触媒下流の排気空燃比が前回にリーン側にあったことを、またＡＦＲ０＝１は触媒下流の排気空燃比が前回にリッチ側にあったことを表すので、ステップ４４で２つのフラグＡＦＲ０、ＡＦＲ１を比較し両者の値が等しくないとき（つまりリッチからリーンへの反転時またはその反対にリーンからリッチへの反転時）にはステップ４５でフラグＡＦＲ１をみる。ＡＦＲ１＝０（リッチからリーンへの反転時）のときはステップ４６でＰＨＯＳの前回値であるＰＨＯＳｚに比例分ＰＨＰＬを加えた値をＰＨＯＳとすることにより、またＡＦＲ１＝１（リーンからリッチへの反転時）のときはステップ４７においてＰＨＯＳの前回値であるＰＨＯＳｚより比例分ＰＨＰＲを差し引いた値をＰＨＯＳとすることによりそれぞれＰＨＯＳを更新する。
【００５０】
ステップ４４でＡＦＲ０とＡＦＲ１が等しいときにはステップ４８に進み、フラグＡＦＲ１の値をみてＡＦＲ１＝０（前回、今回ともリーン）であるときはステップ４９でＰＨＯＳの前回値であるＰＨＯＳｚに積分分ＰＨＩＬを加えた値をＰＨＯＳとし、またＡＦＲ１＝１（前回、今回ともリッチ）であるときはステップ５０でＰＨＯＳの前回値であるＰＨＯＳｚより積分分ＰＨＩＲを差し引いた値をＰＨＯＳとすることにより、ＰＨＯＳを更新する。
【００５１】
ＰＨＯＳの更新に用いた比例分（ＰＨＰＬ、ＰＨＰＲ）と積分分（ＰＨＩＬ、ＰＨＩＲ）はそのときのエンジン回転速度と負荷とから比例分マップ、積分分マップを検索することにより演算する。ここで比例分マップ、積分分マップは回転速度と負荷をパラメータとして比例分（ＰＨＰＬ、ＰＨＰＲ）、積分分（ＰＨＩＬ、ＰＨＩＲ）を割り付けたマップである。
【００５２】
次に反転時に限りステップ５１で比例分修正値ＰＨＯＳを用いて
ＰＨＬＮ_n＝ＰＨＯＳ×ｋ＋ＰＨＬＮ_n-1×（１−ｋ）、
ただし、ｋ：更新割合、
ＰＨＬＮ_n：更新後の学習値、
ＰＨＬＮ_n-1：更新前の学習値、
の式により比例分修正値の学習値を更新する。
【００５３】
ステップ５２では学習データが最新値より３つストアされたかどうかみる。初めてステップ５２に進んできたときには学習データは１つ得たばかりであるためステップ５３に進み次回演算のため学習値の前回値であるＰＨＬＮ_-1の値を学習値の前前回値であるＰＨＬＮ_-2に、今回の学習値ＰＨＬＮ（＝ＰＨＬＮ_n）の値を学習値の前回値であるＰＨＬＮ_-1に移す。つまり学習値はＰＨＬＮ、ＰＨＬＮ_-1、ＰＨＬＮ_-2に最新値から古い順に３つの値がサンプリングされる。
【００５４】
ステップ５１での学習値の更新を３度繰り返すと３つの学習データが得られるのでステップ５２からステップ５５に進み最新値からの３つの学習データが等しいかどうかみる。ＥＧＲ弁２２の作動停止及び点火時期の遅角化を行ってしばらくは過渡時であり３つの学習データは一致しないのでステップ５１、５５、５３の処理を繰り返す。やがて３つの学習データが一致した段階で触媒下流の平均空燃比が理論空燃比付近に維持されたと判断する。このときには空燃比フィードバック制御を終了して空燃比リッチ化制御へと移るためテップ５６、５７で空燃比制御開始フラグ＝０、空燃比リッチ化フラグＦＲＩＣＨ＝１とする。なお、２回目以降のＰＨＯＳの演算時にも図５のステップ４１と同様に図６のステップ５４の処理を行う。
【００５５】
図７は上流側Ｏ₂センサ出力ＯＳＲ１に基づいて空燃比フィードバック補正係数αを演算するためのもので、クランク角センサの基準位置信号（Ｒｅｆ信号）の入力毎に実行する。
【００５６】
図７においてステップ６１で空燃比リッチ化フラグＦＲＩＣＨをみる。空燃比リッチ化フラグＦＲＩＣＨ＝０であるときにはステップ６２以降に進み上流側Ｏ₂センサの出力ＯＳＲ１に基づく空燃比フィードバック補正係数αを演算する。ステップ６２以降の処理は周知であるため詳述しない。なお、前述の図５、図６の処理は図７のステップ７０の内容をなすものである。
【００５７】
一方、空燃比リッチ化フラグＦＲＩＣＨ＝１であるときにはステップ６１より図８の処理に進む。図８においてステップ８１、８２、８５は現在理論空燃比付近にある空燃比を運転条件に関係なく一定だけリッチ側にする、一律空燃比リッチ化制御を行う部分である。すなわちステップ８１で空燃比リッチ化フラグＦＲＩＣＨ＝１となった直後（初回）であるかどうかみる。初回であればステップ８２に進みそのときの空燃比フィードバック補正係数の前回値であるαｚにリッチ化分補正量ＰＲＩＣＨ（一定値）を加算して今回の空燃比フィードバック補正係数αとしたあとステップ８３に、これに対して初回でないときにはステップ８２を飛ばしてステップ８３に進む。リッチ化分補正量ＰＲＩＣＨは硫黄被毒解除制御時に要求されるリッチレベルの空燃比が得られるように予め実験などにより求めた定数である。
【００５８】
初回にリッチ化分補正量ＰＲＩＣＨだけ大きくされた空燃比フィードバック補正係数αは空燃比リッチ化制御を終了するまで固定され、この一律空燃比リッチ化制御と前述の点火時期の遅角化に伴う触媒温度の上昇により触媒７からＳＯｘが放出されてゆく。
【００５９】
このためステップ８３ではＳＯｘ付着量の前回値であるＳｚ（この値は図２のステップ３の上限値である。）から演算周期当たりのＳＯｘ放出量である所定値ΔＳ２を減算した値を今回のＳＯｘ付着量Ｓとして算出し、ステップ８４においてこのＳＯｘ付着量Ｓとゼロを比較する。所定値ΔＳ２は予め実験などより求めておく。
【００６０】
空燃比リッチ化制御を開始した当初はＳ＞０である。このときにはステップ８５に進みαの値を前回値であるαｚに移すことによりαを一定値に保つ（クランプする）。またステップ８６では次回処理のためＳの値を前回値であるＳｚに移す。
【００６１】
空燃比リッチ化制御を続ければやがてＳ＝０になる。このときには硫黄被毒解除制御を終了するためステップ８４よりステップ８７、８８に進みαｚからリッチ化分補正量ＰＲＩＣＨを差し引いた値をαとすることにより、αを空燃比リッチ化制御を行う直前の状態に戻すとともに次回演算に備えてαの値をαｚに移す。ステップ８９では硫黄被毒解除制御に用いたフラグをすべてゼロとする。
【００６２】
なお、空燃比リッチ化制御については、リッチ化された後の空燃比レベルについて排気目標値やエンジン安定度などからの要求により上下限を設けている。下限は例えば硫黄被毒解除が最低限可能な空燃比から定まるリッチレベルαＬＬで、上限は例えば排気規制から定まるＨＣ，ＣＯの値を満たすことが可能な空燃比あるいは失火の発生などエンジンの燃焼安定度を損なわない空燃比から定まるリッチレベルαＬＨである。
【００６３】
ここで本実施形態の作用を図９、図１０を参照しながら説明すると、両図の横軸は時間であり、同じ時間スケールで描いている。ただし簡単のためＥＧＲは考えない。また空燃比制御開始直後（初回）に付与される初回のＰＨＯＳも考えない。
【００６４】
例えばリーン運転時にＳＯｘ付着量が上限値に達したｔ１のタイミングで硫黄被毒解除要求フラグＦＬＳ１＝１となりそのときの回転速度と燃料噴射量が所定の運転領域にあれば同じｔ１のタイミングで硫黄被毒解除制御開始フラグＦＬＳ２＝１となり、硫黄被毒解除制御が開始される。
【００６５】
この硫黄被毒解除制御は上述のように〈１〉、〈２〉の２つの条件を満たそうとするものであり、まず〈１〉の条件を満たすため制御開始当初のｔ１より点火時期が一定値だけ遅角される。
【００６６】
また〈２〉の条件を満たすに際しては触媒下流の排気空燃比を理論空燃比へと維持させた後に空燃比リッチ化処理が行われる。すなわちフラグＦＬＳ１＝１となったタイミングでリーン運転の禁止により目標空燃比が理論空燃比へと切換えられ、理論空燃比を目標値とする空燃比フィードバック制御が開始される。
【００６７】
この空燃比フィードバック制御により下流側広域空燃比センサ１５の出力に基づいて演算される比例分修正値ＰＨＯＳが、図１０の最下段に示したように比例積分動作で変化し、これによって触媒下流の排気濃度が振動的に変化しつつ平均の空燃比が理論空燃比へと収束してゆく（図１０の最上段参照）。ｔ１からのこの理論空燃比への空燃比フィードバック制御と上記の点火時期の遅角とにより排気温度（触媒温度）が上昇することになり（図９の最下段参照）、これに伴い触媒７よりＳＯｘの放出が開始されＳＯｘ付着量が低下してゆく（図９の最上段参照）。
【００６８】
この場合に空燃比の収束判定が容易になるように比例分修正値ＰＨＯＳより学習値ＰＨＬＮを演算しており、この学習値を新しい順に記憶している３つのデータ（最新値ＰＨＬＮ、前回値ＰＨＬＮ_-1、前々回値ＰＨＬＮ_-2）を用いてこれらが一致するｔ２のタイミングで学習値が収束した（触媒下流の排気空燃比が理論空燃比に収束した）と判定され、このｔ２のタイミングで空燃比リッチ化フラグＦＲＩＣＨ＝１となり空燃比リッチ化制御のため空燃比フィードバック補正係数αに一定値ＰＲＩＣＨが加算される。図１０の最下段においてｔ２のタイミングからはαの波形に変更しこの様子を示す。
【００６９】
ｔ２のタイミングでは空燃比が理論空燃比からこれより若干リッチ側の空燃比へと変更されるだけなので、ｔ２のタイミングの前後で大きな燃焼状態の変更はなく、従って図９の最下段に示すように触媒温度がｔ２の直前よりもわずかに上昇して安定する。この安定した高い触媒温度により触媒７からのＳＯｘの放出が進む。やがてＳＯｘ付着量Ｓがｔ３のタイミングでゼロになると空燃比リッチ化フラグＦＲＩＣＨ＝０となって硫黄被毒解除制御が終了し、硫黄被毒解除制御の開始前の状態に戻る（フラグＦＬＳ１＝０、フラグＦＬＳ２＝０、点火時期の復帰）。
【００７０】
このように本実施形態によれば触媒７に付着したＳＯｘ（浄化能力低下物質）を放出すべきタイミングになったときリーン運転中であってもいったん排気空燃比を理論空燃比近傍へと維持した後に若干リッチな空燃比へと制御するので、触媒７に付着したＳＯｘを放出すべきタイミングになったときリーン運転中であった状態から一気に若干リッチな空燃比へと切換える場合と比較して、触媒７からＳＯｘを放出する際の触媒７の内部温度と空燃比が安定し、これによりＳＯｘの放出をより効果的に行うことができる。
【００７１】
なお、硫黄被毒解除制御中に空燃比リッチ化制御により空燃比を一度リッチ化したにも拘わらず触媒下流側広域空燃比センサの出力がリーンとなることが考えられる（図１１、図１２のｔ４以降参照）。これは、硫黄被毒解除制御中のエンジン運転状態の変動などにより一時的なリーン状態が生じるためで、このときにはその後の硫黄被毒解除が有効に行われない可能性がある。そこで図１１に示したように下流側広域空燃比センサの出力がリーンを示すｔ４のタイミングより、ｔ２で加算したリッチ分補正量ＰＲＩＣＨよりも大きなリッチ分補正量ＰＲＩＣＨ２（一定値）を付加することが考えられる（図１１の最下段参照）。また、図１２のようにリッチ分補正量ＰＲＩＣＨを付加した後のリーン判定区間でのみ硫黄被毒解除に要求される空燃比のリッチレベルとなるように空燃比フィードバック制御を行なうようにしてもかまわない（図１２の最下段参照）。
【００７２】
実施形態ではダブルＯ₂センサシステムを用いて空燃比フィードバック制御を行う場合で説明したが、これに限られるものでなく触媒上流側Ｏ₂センサの出力のみに基づく空燃比フィードバック制御でもかまわない。
【００７３】
実施形態では浄化能力低下物質がＳＯｘの場合で説明したが、これに限られるものでない。
【００７４】
実施形態では触媒が、ＳＯｘによる排気浄化性能の低下が顕著となるＮＯｘトラップ型三元触媒（あるいはＮＯｘトラップ触媒）である場合で説明したが、三元触媒あるいはＳＯｘ触媒であってもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のシステム構成を示すブロック図。
【図２】硫黄被毒解除要求フラグの設定を説明するためのフローチャート。
【図３】硫黄被毒解除制御開始フラグの設定を説明するためのフローチャート。
【図４】硫黄被毒解除制御を説明するためのフローチャート。
【図５】サブルーチンを説明するためのフローチャート。
【図６】同じくサブルーチンを説明するためのフローチャート。
【図７】空燃比フィードバック補正係数の演算を説明するためのフローチャート。
【図８】空燃比リッチ化制御を説明するためのフローチャート。
【図９】第１実施形態の作用を示す波形図。
【図１０】第１実施形態の作用を示す波形図。
【図１１】第２実施形態の作用を示す波形図。
【図１２】第３実施形態の作用を示す波形図。
【符号の説明】
７触媒
１１エンジンコントローラ
１４上流側Ｏ₂センサ（第１空燃比検出手段）
１５下流側広域空燃比センサ（第２空燃比検出手段）

Claims

エンジンの排気通路に設けられた触媒と、
この触媒への浄化能力低下物質の付着量を推定する手段と、
この推定された付着量に基づいて触媒に付着した浄化能力低下物質を放出すべきタイミングであるかどうかを判定する判定手段と、
この判定手段により触媒に付着した浄化能力低下物質を放出すべきタイミングになったとき触媒温度を上昇させる昇温手段と、
同じく触媒に付着した浄化能力低下物質を放出すべきタイミングになったとき触媒の排気空燃比を理論空燃比近傍に維持する空燃比制御手段と、
この空燃比制御手段により排気空燃比が理論空燃比近傍に維持された後に排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ化する空燃比リッチ化制御手段と
を備え、
前記空燃比制御手段は、触媒上流の排気空燃比を検出する第１空燃比検出手段と、この第１空燃比検出手段の出力に基づいて第１空燃比フィードバック補正量を演算する第１空燃比フィードバック補正量演算手段と、触媒下流の空燃比を検出する第２空燃比検出手段と、この第２空燃比検出手段の出力に基づいて第２空燃比フィードバック補正量を演算する第２空燃比フィードバック補正量演算手段と、これら２つの空燃比フィードバック補正量でエンジンに供給する燃料量を補正する燃料量補正手段とからなる
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
前記空燃比リッチ化制御手段は、排気空燃比が理論空燃比近傍に維持されたかどうかを判定する判定手段を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記判定手段は、前記第２空燃比フィードバック補正量に基づいて学習値を演算する学習値演算手段と、この学習値が収束したかどうかにより触媒下流の排気空燃比が理論空燃比近傍に維持されたかどうかを判定する収束判定手段とからなることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記昇温手段は点火時期を遅角させる点火時期遅角化手段であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
前記空燃比リッチ化制御手段は、空燃比を一律にリッチ化する一律リッチ化手段であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
空燃比を一律にリッチ化している途中で排気空燃比がリーンとなった場合に、排気空燃比がリーンとなる前の一律リッチ化の程度より大きくしての空燃比の一律リッチ化を行うことを特徴とする請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置。
空燃比を一律にリッチ化している途中で排気空燃比がリーンとなった場合に、そのリーン区間でのみ触媒に付着した浄化能力低下物質の放出に要求されるリッチレベルとなるように空燃比フィードバック制御を行なうことを特徴とする請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置。