JP3944731B2 - 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係り、詳しくは、空燃比を強制変調させることにより触媒コンバータの浄化性能を向上させる技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
白金（Ｐｔ）等の貴金属を利用した排気浄化用の三元触媒コンバータは、少なからず酸素（Ｏ2）ストレージ機能を有しており、排気空燃比がリーン空燃比（酸化雰囲気）であるときにＯ2を吸蔵してＮＯxの発生を抑え、一方排気空燃比がリッチ空燃比（還元雰囲気）であるときには、上記吸蔵したＯ2を放出してＨＣ、ＣＯの酸化促進を図り、排気浄化性能を向上させることが可能である。
【０００３】
このようなことから、近年では、例えば内燃機関の燃焼室内の空燃比を一定期間毎にリーン空燃比とリッチ空燃比とに切り換えることで排気空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比とに強制的に変調させ、三元触媒コンバータの排気浄化性能向上を図った自動車が開発され、実用化されている（特許文献１等参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１６６９２４号公報（段落０００２等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸気管噴射型の内燃機関で上記排気空燃比の強制変調を行う場合、内燃機関の加速時や減速時等の過渡運転時において、目標空燃比（目標燃料量）と実空燃比（実燃料量）間に誤差が生じ、例えば目標空燃比がリーン空燃比側である場合にオーバリーンとなったり、目標空燃比がリッチ空燃比側である場合にオーバリッチとなったりする場合がある。これは、過渡運転時のスロットル開度変化によって、吸気ポート壁面への燃料付着量が増減し、つまり減速時にはスロットル開度が絞られて燃料付着量が増大する一方加速時にはスロットル開度が開かれて付着した燃料が持ち去られる等して燃料付着量が減少し、燃焼室に輸送される燃料量が一時的に変動するためと考えられる。
【０００６】
このように目標空燃比に対して実空燃比がオーバリーンとなったりオーバリッチとなったりすると、三元触媒コンバータの酸素ストレージ機能によるＯ2の吸蔵量が過剰になったり不足したりして偏りが生じ、（オーバ）リーン空燃比時にはストレージされるＯ2が少ないためにＮＯxスパイクが発生し、（オーバ）リッチ空燃比時には放出されるＯ2が足りなくてＨＣスパイクが発生し、排気浄化性能が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、空燃比を強制変調させる場合において、過渡運転時においても触媒コンバータの排気浄化性能を高く維持可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、吸気通路に吸気絞り弁を有するとともに燃料噴射弁を有した吸気管噴射型の内燃機関の排気浄化装置であって、内燃機関の排気通路に設けられた触媒コンバータと、前記触媒コンバータに流入する排気の空燃比を所定の中心空燃比を挟みリーン空燃比側とリッチ空燃比側とに所定の周期、振幅で強制変調させる空燃比強制変調手段と、前記吸気絞り弁の開度を増大させる内燃機関の加速運転時及び前記吸気絞り弁の開度を減少させる減速運転時に、前記空燃比強制変調手段による強制変調の前記所定の振幅を定常運転時に比べて大きくする変調振幅増大手段とを備えることを特徴としている。
【０００９】
即ち、内燃機関が吸気管噴射型である場合、空燃比強制変調手段により排気空燃比をリーン空燃比側とリッチ空燃比側とに所定の周期、振幅で強制変調させることによって触媒コンバータの酸素ストレージ機能を利用して排気浄化性能の向上が図られるが、さらに吸気絞り弁の開度を増大させる内燃機関の加速運転時及び吸気絞り弁の開度を減少させる減速運転時、即ち過渡運転時には、変調振幅増大手段により強制変調の所定の振幅が定常運転時に比べて大きく、即ち所謂ウィンドウ幅が拡大されて強制変調が実施される。
【００１０】
つまり、内燃機関が吸気管噴射型である場合において、強制変調の所定の振幅が大きくされ、ウィンドウ幅が拡大されると、触媒コンバータの酸素吸蔵量が増大するとともにＨＣ、ＣＯ量が増大して反応が促進され、触媒コンバータの排気浄化性能が向上し、このように過渡運転時において当該ウィンドウ幅を拡大すると、たとえ過渡運転時において吸気ポート壁面への燃料付着量の変化等により目標空燃比（目標燃料量）と実空燃比（実燃料量）間に誤差が生じてオーバリーンやオーバリッチとなり、ＮＯxスパイクやＨＣスパイクが発生しても、これらオーバリーンやオーバリッチに拘わらず、触媒コンバータの排気浄化性能の低下が抑制される。
【００１１】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、さらに、前記排気通路の前記触媒コンバータよりも上流側に設けられ、排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、前記空燃比強制変調手段による強制変調中、前記排気空燃比検出手段により検出される実際の排気空燃比に基づき前記空燃比強制変調手段による強制変調を補正する補正手段と、内燃機関の前記加速運転時及び前記減速運転時に、前記空燃比強制変調手段による強制変調の前記所定の周期を定常運転時に比べて短縮する変調周期短縮手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
即ち、内燃機関が吸気管噴射型である場合に、ウィンドウ幅の拡大によって触媒コンバータの排気浄化性能の低下が抑制されることに加え、強制変調の所定の周期が過渡運転時において短くされると、当該過渡運転時において吸気ポート壁面への燃料付着量の変化等により目標空燃比（目標燃料量）と実空燃比（実燃料量）間に誤差が生じてオーバリーンやオーバリッチとなっても、排気空燃比検出手段により検出される排気空燃比に基づいて補正手段により短期間（短縮された周期）で瞬時に次の変調周期に空燃比補正をかけることが可能となり、オーバリーンやオーバリッチによる酸素吸蔵量の過不足が極力抑えられ、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生が十分に抑制されて触媒コンバータの排気浄化性能がさらに向上する。
【００１３】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、前記補正手段は、前記実際の排気空燃比の前記所定の周期間での平均値または平均相関値が、前記所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリーン空燃比側に設定された第１所定値または第１所定相関値よりリーン空燃比寄りの値であるとき、前記所定の中心空燃比をリッチ空燃比側に変更し、前記所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリッチ空燃比側に設定された第２所定値または第２所定相関値よりリッチ空燃比寄りの値であるとき、前記所定の中心空燃比をリーン空燃比側に変更することを特徴としている。
【００１４】
つまり、実際の排気空燃比の所定の周期間での平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリーン空燃比側に設定された第１所定値または第１所定相関値（例えば、第１所定空燃比積算量）よりもリーン空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が増加して燃料供給量が減少しオーバリーンになっていると判断でき、この場合には所定の中心空燃比をリッチ空燃比側に補正し、一方、当該平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリッチ空燃比側に設定された第２所定値または第２所定相関値（例えば、第２所定空燃比積算量）よりもリッチ空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が持ち去り等により減少して燃料供給量が増加しオーバリッチになっていると判断でき、この場合には所定の中心空燃比をリーン空燃比側に補正する。
【００１５】
これにより、過渡運転時においても空燃比補正が空燃比の偏りを是正するよう容易にして速やかに実施されてオーバリーンやオーバリッチによる酸素吸蔵量の過不足が即座に抑えられ、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生が確実に抑制される。
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置では、前記補正手段は、前記実際の排気空燃比の前記所定の周期間での平均値または平均相関値が、前記所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリーン空燃比側に設定された第１所定値または第１所定相関値よりリーン空燃比寄りの値であるとき、前記空燃比強制変調手段による強制変調のデューティ比をリッチ空燃比側が大となるよう変更し、前記所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリッチ空燃比側に設定された第２の所定値または第２所定相関値よりリッチ空燃比寄りの値であるとき、前記強制変調のデューティ比をリーン空燃比側が大となるよう変更することを特徴としている。
【００１６】
つまり、実際の排気空燃比の所定の周期間での平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリーン空燃比側に設定された第１所定値または第１所定相関値（例えば、第１所定空燃比積算量）よりもリーン空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が増加して燃料供給量が減少しオーバリーンになっていると判断でき、この場合には強制変調のデューティ比をリッチ空燃比側が大となるよう補正し、一方、当該平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリッチ空燃比側に設定された第２所定値または第２所定相関値（例えば、第２所定空燃比積算量）よりもリッチ空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が持ち去り等により減少して燃料供給量が増加しオーバリッチになっていると判断でき、この場合には強制変調のデューティ比をリーン空燃比側が大となるよう補正する。
【００１７】
これにより、やはり、過渡運転時においても空燃比補正が空燃比の偏りを是正するよう容易にして速やかに実施されてオーバリーンやオーバリッチによる酸素吸蔵量の過不足が即座に抑えられ、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生が確実に抑制される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下、当該排気浄化装置の構成を説明する。
同図に示すように、内燃機関であるエンジン本体（以下、単にエンジンという）１としては、吸気管噴射型（Multi Port Injection：ＭＰＩ）ガソリンエンジンが採用される。
【００１９】
エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４が取り付けられており、点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。
シリンダヘッド２には、各気筒毎に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド１０には、電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。
【００２０】
吸気マニホールド１０の燃料噴射弁６よりも上流側には、吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４が設けられており、併せてスロットル弁１４の弁開度θthを検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１６が設けられている。さらに、スロットル弁１４の上流には、吸入空気量を計測するエアフローセンサ１８が介装されている。エアフローセンサ１８としては、カルマン渦式エアフローセンサが使用される。
【００２１】
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。
なお、当該ＭＰＩエンジンは公知のものであるため、その構成の詳細については説明を省略する。
【００２２】
排気マニホールド１２の他端には排気管２０が接続されており、当該排気管２０には、排気浄化触媒装置として三元触媒（触媒コンバータ）３０が介装されている。
この三元触媒３０は、担体に活性貴金属として銅（Ｃｕ），コバルト（Ｃｏ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ）のいずれかを有している。セリウム（Ｃｅ）、ジルコニア（Ｚｒ）等の酸素吸蔵材を含む場合の他、当該酸素吸蔵材を含まない場合においても、活性貴金属は、酸素吸蔵機能（Ｏ2ストレージ機能）を有しており、故に、三元触媒３０は、排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）がリーン空燃比（リーンＡ／Ｆ）である酸化雰囲気中において酸素（Ｏ2）を吸着すると、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比（リッチＡ／Ｆ）となり還元雰囲気となるまでそのＯ2をストレージＯ2として保持し、当該ストレージＯ2により、還元雰囲気状態においてもＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）を酸化除去可能である。即ち、当該三元触媒３０は、酸化雰囲気でＨＣ、ＣＯを浄化できるのは勿論のことＮＯxの発生をもある程度抑え、吸蔵されたＯ2により還元雰囲気中においてＮＯxの浄化のみならずＨＣ、ＣＯをもある程度浄化可能である。
【００２３】
また、排気管２０の三元触媒コンバータ３０よりも上流側には、Ａ／Ｆセンサ（排気空燃比検出手段）２２が配設されている。ここでは、Ａ／Ｆセンサ２２としてリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳと略す）が採用され、当該ＬＡＦＳを用いることで比較的広範囲に亘り排気Ａ／Ｆの値を適切に検出可能である。
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ４０により、エンジン１を含めた排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
【００２４】
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したＴＰＳ１６、エアフローセンサ１８、Ａ／Ｆセンサ２２の他、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ４２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。なお、クランク角センサ４２からのクランク角情報に基づいてエンジン回転速度Ｎeが検出される。
【００２５】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の燃料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１４等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等がそれぞれ出力される。詳しくは、各種センサ類からの検出情報に基づき空燃比が適正な目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）に設定され、当該目標Ａ／Ｆに応じた量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁６から噴射され、またスロットル弁１４が適正な開度に調整され、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００２６】
より詳しくは、当該排気浄化装置では、三元触媒３０が上記Ｏ2ストレージ機能を有していることから、三元触媒３０の能力を十分発揮するために、通常運転時には、ＥＣＵ４０によって目標Ａ／Ｆを所定の中心空燃比（中心Ａ／Ｆ）を境に所定のリッチＡ／Ｆと所定のリーンＡ／Ｆとの間で強制的に交互に振る強制変調を行うようにしている。つまり、燃焼室内の空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）を一定期間に亘りリーンＡ／Ｆとした後一定期間リッチＡ／Ｆとするように変調制御し、排気Ａ／Ｆを所定のリーンＡ／Ｆと所定のリッチＡ／Ｆ間で所定の周期、振幅で周期的に変調させるようにしている（空燃比強制変調手段）。なお、変調波形は方形波に限られるものではなく、三角波、正弦波等でもよい。
【００２７】
これにより、排気Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆである酸化雰囲気中ではＨＣ、ＣＯが良好に浄化されるとともに三元触媒３０のＯ2ストレージ機能によりＯ2が吸蔵されてＮＯxの発生がある程度抑えられ、排気Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆである還元雰囲気中ではＮＯxが良好に浄化されるとともに吸蔵されたストレージＯ2によってＨＣ、ＣＯがある程度継続的に浄化され続け、三元触媒３０の排気浄化性能の向上が図られる。
【００２８】
ところで、ＭＰＩガソリンエンジンであるエンジン１でこのような空燃比の強制変調を行う場合、上述したように、エンジン１の加速時、減速時等の過渡運転時には、吸気ポート壁面への燃料付着量がスロットル弁１４の開度θthに応じて増減するため、目標Ａ／Ｆ（目標燃料量）に対して実Ａ／Ｆ（実燃料量）がオーバリーンとなったりオーバリッチとなったりしてストレージＯ2が過剰或いは不足して偏り、（オーバ）リーンＡ／Ｆ時にストレージされるＯ2が少ないためＮＯxスパイクが生じたり或いは（オーバ）リッチＡ／Ｆ時に放出されるＯ2が足りなくてＨＣスパイクが生じたりするという問題がある。
【００２９】
本発明に係る排気浄化装置では、このような問題を解決するように図っており、以下、上記のように構成された本発明に係る排気浄化装置の作用、即ち本発明に係る強制変調手法について説明する。
先ず、第1実施例について説明する。
図２を参照すると、本発明の第1実施例に係る強制変調制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。
【００３０】
ステップＳ１０では、強制変調制御中において、エンジン１の運転状態が過渡運転状態になったか否か、即ち、エンジン１が加速運転或いは減速運転をしているか否かを判別する。ここに、過渡運転状態であるか否かは、例えばＴＰＳ１６からのスロットル開度θth情報に基づき、スロットル弁１４が開閉作動したか否かで判別する。詳しくは、スロットル開度θthの時間変化率が加速側に所定正値以上であるか否か、減速側に所定負値以下であるか否かを判別する。なお、クランク角センサ４２から検出されるエンジン回転速度Ｎeやエアフローセンサ１８から検出される吸入空気量の時間変化率に基づいて過渡運転状態を判別するようにしてもよいし、検出可能であれば、車速Ｖや吸気マニホールド圧や排気流量の時間変化率に基づいて過渡運転状態を判別するようにしてもよい。
【００３１】
ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）で、過渡運転状態ではないと判定された場合には、ステップＳ１２において通常通り変調振幅をベース値として強制変調を行う。一方、ステップＳ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、加速運転或いは減速運転をしていると判定された場合には、ステップＳ１４に進む。
過渡運転状態であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量がスロットル弁１４の開度θthに応じて増減し、上記の如く目標Ａ／Ｆに対して実Ａ／Ｆがオーバリーンやオーバリッチとなり、ＮＯxスパイクが生じたり或いはＨＣスパイクが生じたりして三元触媒３０の排気浄化性能が低下する。
【００３２】
そこで、ステップＳ１４では、図３に変調波形の一例を示すように、過渡運転時における変調振幅を上記ベース値に対し大きくする（変調振幅増大手段）。
変調振幅を大きくすると、三元触媒３０における排気浄化性能のリーンＡ／Ｆ側でのＮＯx浄化効率及びリッチＡ／Ｆ側でのＨＣ、ＣＯ浄化効率が向上されて、ＮＯx浄化効率及びＨＣ、ＣＯ浄化効率の両浄化効率が高効率（例えば、９５％以上）となる空燃比領域、所謂ウィンドウ幅が拡大される。これより、各種原因によって空燃比が変動し、浄化効率が低下してＮＯxスパイクやＨＣスパイクが発生するような場合であっても、ウィンドウ幅が拡大されて浄化効率の高い空燃比領域が拡張されることで、当該空燃比変動に拘わらず高い浄化効率を維持でき、ＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生を抑制することができる。
【００３３】
そして、変調振幅の増大によって、ＮＯx浄化効率及びＨＣ、ＣＯ浄化効率の両浄化効率が高効率（例えば、９５％以上）となる空燃比領域、所謂ウィンドウ幅が拡大されると、三元触媒３０のストレージＯ2の量が増大するとともにＨＣ、ＣＯ量が増大して反応が促進され、三元触媒３０の排気浄化性能が向上する。故に、過渡運転時において当該ウィンドウ幅を拡大することにより、例え吸気ポート壁面への燃料付着量がスロットル弁１４の開度θthに応じて増減し、上記の如く目標Ａ／Ｆに対して実Ａ／Ｆがオーバリーンやオーバリッチとなり、ＮＯxスパイクやＨＣスパイクが生じたとしても、これらオーバリーンやオーバリッチに拘わらず、三元触媒３０の排気浄化性能の低下が抑制され、当該排気浄化性能が高く維持される。
【００３４】
なお、このようにウィンドウ幅を拡大すると、燃費が悪化するが、ウィンドウ幅の拡大を過渡運転時に限定することにより、燃費の悪化は最小限に抑えられる。
次に、第２実施例について説明する。
図４を参照すると、本発明の第２実施例に係る強制変調制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。なお、第２実施例では、上記第１実施例の図２のフローチャートに対しステップＳ１３及びステップＳ１５以降が追加されている点が異なっており、ここでは第１実施例と異なる部分を中心に説明する。
【００３５】
ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）で、過渡運転状態ではないと判定された場合には、ステップＳ１２において通常通り変調振幅をベース値として強制変調を行うとともに、ステップＳ１３において通常通り変調周期をベース値（例えば、１sec）として強制変調を行う。
一方、ステップＳ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、加速運転或いは減速運転をしていると判定された場合には、ステップＳ１４に進み、変調振幅を上記変調振幅のベース値に対し大きくし、所謂ウィンドウ幅を拡大するとともに、ステップＳ１５において変調周期を上記変調周期のベース値（例えば、１sec）に対し短期化する（変調周期短縮手段）。
【００３６】
図５を参照すると、減速時（過渡運転時）においても変調周期をベース値（例えば、１sec）のまま保持した場合の目標Ａ／Ｆ（実線）と排気Ａ／Ｆ、即ち実Ａ／Ｆ（破線）との時間変化が示されているが、減速時には吸気ポート壁面への燃料付着量が増加し、このように応答遅れがあるものの実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆを超えてオーバリーンとなる。図示しないが加速時についても図５と同様であり、吸気ポート壁面への燃料付着量が持ち去りにより減少し、実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆを超えてオーバリッチとなる。
【００３７】
また、強制変調制御では、一旦中心Ａ／Ｆを境に所定のリッチＡ／Ｆと所定のリーンＡ／Ｆとを設定して強制変調を開始すると、実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆから外れてもその周期間では空燃比を補正することは困難であり、図５に示すように、空燃比補正は次の周期で初めて反映される。つまり、変調周期がベース値のままでは、過渡運転時における加速、減速直後の最初の一周期間に発生するＮＯxスパイクやＨＣスパイクを十分に抑制できない。
【００３８】
そこで、ステップＳ１５では、変調周期を上記ベース値（例えば、１sec）に対し短期化し、空燃比補正が反映されるまでの期間を短くする。ここでは、例えば変調周期を上記ベース値の半分以下の値（例えば、０．５sec以下）に設定して強制変調を実施する。つまり、図６を参照すると、減速時（過渡運転時）であるときにおいて変調周期を短周期（例えば、０．５sec以下）に変更した場合の目標Ａ／Ｆ（実線）と排気Ａ／Ｆ、即ち実Ａ／Ｆ（破線）との時間変化が示されているが、同図に示すように変調周期を短期化する。図示しないが加速時についても図６と同様である。
【００３９】
このように、過渡運転時において強制変調の変調周期を短くすると、過渡運転により目標Ａ／Ｆと実Ａ／Ｆ間に誤差が生じてオーバリーンやオーバリッチとなっても、短期間（短縮された周期）で瞬時に次の変調周期に空燃比補正をかけることが可能となり、図５と図６の比較から分かるように、オーバリーンやオーバリッチが極力抑えられる。これにより、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生が十分に抑制されて三元触媒３０の排気浄化性能がさらに向上する。
【００４０】
ステップＳ１６以降では空燃比の具体的な補正手順を示す（補正手段）。
ステップＳ１６では、Ａ／Ｆセンサ２２からの排気Ａ／Ｆ情報に基づき、強制変調周期の一周期間における実Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆ、即ちリッチＡ／Ｆ側の実際の検出値とリーンＡ／Ｆ側の実際の検出値との平均値、即ち平均Ａ／Ｆ（ＡＦave）を算出する。
【００４１】
そして、ステップＳ１８では、上記のように求めたＡＦaveがリーンＡ／Ｆ側の所定値ＡＦ1（第１所定値）よりも大きい（ＡＦave＞ＡＦ1）か否かを判別する。ここに、所定値ＡＦ1は、中心Ａ／Ｆまたは中心Ａ／ＦよりややリーンＡ／Ｆ寄りの値に設定されている。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ＡＦaveが所定値ＡＦ1よりも大きいと判定された場合には、強制変調の空燃比が全体としてリーンＡ／Ｆ寄り、つまり目標Ａ／Ｆとしての所定のリーンＡ／Ｆを超えてオーバリーンになっていると判断できる（図６参照）。従って、この場合には、ステップＳ２０に進む。
【００４２】
ステップＳ２０では、強制変調の中心Ａ／Ｆをリッチ化する。具体的には、例えばＡＦaveと所定値ＡＦ1との差分だけ中心Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆ側に補正する。
一方、ステップＳ１８の判別結果が偽（Ｎｏ）で、ＡＦaveが所定値ＡＦ1以下と判定された場合には、ステップＳ２２に進み、今度はＡＦaveがリッチＡ／Ｆ側の所定値ＡＦ2（第２所定値）よりも小さい（ＡＦave＜ＡＦ2）か否かを判別する。ここに、所定値ＡＦ2は、中心Ａ／Ｆまたは中心Ａ／ＦよりややリッチＡ／Ｆ寄りの値に設定されている。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ＡＦaveが所定値ＡＦ2よりも小さいと判定された場合には、強制変調の空燃比が全体としてリッチＡ／Ｆ寄り、つまり目標Ａ／Ｆとしての所定のリッチＡ／Ｆを超えてオーバリッチになっていると判断できる。従って、この場合には、ステップＳ２４に進む。
【００４３】
ステップＳ２４では、強制変調の中心Ａ／Ｆをリーン化する。具体的には、例えばＡＦaveと所定値ＡＦ2との差分だけ中心Ａ／ＦをリーンＡ／Ｆ側に補正する。
このようにＡＦaveを補正すると、ステップＳ２２の判別結果は偽（Ｎｏ）、即ちＡＦaveが所定値ＡＦ1と所定値ＡＦ2間の目標範囲内（ＡＦ2≦ＡＦave≦ＡＦ1）となり、強制変調の次の周期では、図６に示すように容易にして速やかに実Ａ／Ｆ（破線）が目標Ａ／Ｆ（実線）と偏りなく略一致する。これにより、以降実Ａ／Ｆがオーバリーン或いはオーバリッチとなることが防止され、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生が確実に抑制されて三元触媒３０の排気浄化性能がさらに向上する。
【００４４】
以上第１、第２実施例に基づき説明したように、本発明に係る排気浄化装置では、過渡運転時において強制変調の変調振幅を大きくし、所謂ウィンドウ幅を拡大するので、強制変調中に加速、減速により目標Ａ／Ｆと実Ａ／Ｆ間に誤差が生じてオーバリーンやオーバリッチとなり、ＮＯxスパイクやＨＣスパイクが発生しても、これらオーバリーンやオーバリッチに拘わらず、燃費の悪化を招くウィンドウ幅の拡大を過渡運転時に限定して燃費の悪化を最小限に抑えつつ、三元触媒３０の排気浄化性能の低下を抑制することができ、排気浄化性能を高く維持することができる。
【００４５】
また、第２実施例に示すように、過渡運転時において併せて変調周期を短くすることにより、強制変調中に加速、減速により目標Ａ／Ｆと実Ａ／Ｆ間に誤差が生じてオーバリーンやオーバリッチとなっても、短期間（短縮された周期）で瞬時に次の変調周期に空燃比補正をかけることが可能となり、全体としてオーバリーンやオーバリッチによるストレージＯ2の過不足を極力抑えることができる。これにより、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生を十分に抑制でき、三元触媒３０の排気浄化性能をより一層向上させることができる。
【００４６】
この際、実Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆ（ＡＦave）を求め、ＡＦaveと強制変調の中心Ａ／Ｆまたは中心Ａ／Ｆ近傍値（所定値ＡＦ1、所定値ＡＦ2）との比較に基づいて中心Ａ／Ｆを補正するので、通常運転時のみならず過渡運転時においても空燃比補正を容易にして速やかに実施して実Ａ／Ｆの偏りを是正することができる。これにより、オーバリーンやオーバリッチを即座に抑えて過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生を確実に抑制することができる。
【００４７】
なお、上記実施形態では、エンジン１の加速時及び減速時の双方を過渡運転時とみなして説明したが（ステップＳ１０）、状況に応じて加速時のみ或いは減速時のみを過渡運転時として、ウィンドウ幅を拡大し、変調周期を短期化するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、エンジン１の加速、減速に拘わらず過渡運転時には同一のウィンドウ幅拡大度合いで変調振幅を大きくし、同一の短期化度合いで変調周期を短縮するようにしたが、加速時と減速時でウィンドウ幅拡大度合い及び短期化度合いを変えるようにしてもよい。また、過渡運転度合いに応じて、例えば加速度合いや減速度合いが大きいほどウィンドウ幅拡大度合いや短期化度合いを大きくするようにしてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、第２実施例において、実Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆ（ＡＦave）を求め、ＡＦaveと強制変調の中心Ａ／Ｆまたは中心Ａ／Ｆ近傍値（所定値ＡＦ1、所定値ＡＦ2）との比較に基づいて中心Ａ／Ｆを補正するようにしたが（ステップＳ２０、ステップＳ２４）、ステップＳ１６において実Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆに代えて平均Ａ／Ｆの相関値として周期間の空燃比積算量Ｑaf（平均相関値）を算出し、ステップＳ１８、ステップＳ２２において当該空燃比積算量Ｑafが所定値Ｑ1（第１所定相関値）より大きい（Ｑaf＞Ｑ1）か否か或いは所定値Ｑ2（第２所定相関値）より小さい（Ｑaf＜Ｑ2）か否かを判別するようにしてもよい。この場合には、例えば空燃比積算量Ｑafと所定値Ｑ1または所定値Ｑ2との差に相当する分だけ中心Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆ側或いはリーンＡ／Ｆ側に補正すればよい（補正手段）。さらに、その他の平均Ａ／Ｆの相関値を用いるようにしてもよい。
【００４９】
また、空燃比の変わりに空燃比の逆数である燃空比、理論燃空比に対する実燃空比の比率である当量比を用いるようにしてもよい。
また、第２実施例では、中心Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆ側或いはリーンＡ／Ｆ側に補正するようにしたが（ステップＳ２０、ステップＳ２４）、これに代えて強制変調のデューティ比（一周期中の中心Ａ／ＦよりリーンＡ／Ｆ側である期間と中心Ａ／ＦよりリッチＡ／Ｆ側である期間との比）を平均Ａ／Ｆ（ＡＦave）或いは上記空燃比積算量Ｑaf（平均値または平均相関値）に応じて、ＡＦaveが所定値ＡＦ1（第１所定値）よりも大きいとき或いは空燃比積算量Ｑafが所定値Ｑ1（第１所定相関値）より大きいときにはリッチＡ／Ｆ側が大となるよう補正し、ＡＦaveが所定値ＡＦ2（第２所定値）よりも小さいとき或いは空燃比積算量Ｑafが所定値Ｑ2（第２所定相関値）より小さいときにはリーンＡ／Ｆ側が大となるよう補正するようにしてもよい（補正手段）。これにより、やはり容易にして速やかに実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆと偏りなく略一致し、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生が確実に抑制される。
【００５０】
また、やはり第２実施例では、Ａ／Ｆセンサ２２としてＬＡＦＳを用いるようにしたが、中心Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキオ）またはその近傍値であって強制変調幅が小さいような場合にあっては、Ａ／Ｆセンサ２２としてＯ2センサを適用させることも可能である。この場合には、上記ＡＦaveに代えてＯ2aveを用い、例えば、当該Ｏ2aveと中心Ａ／Ｆまたは中心Ａ／ＦよりリーンＡ／Ｆ側に設定された所定値Ｏ21或いは中心Ａ／Ｆまたは中心Ａ／ＦよりリッチＡ／Ｆ側に設定された所定値Ｏ22とを比較することで空燃比補正を行うようにすればよい。好ましくは、Ｏ2センサ出力を空燃比、或いは燃空比、当量比に変換して用いるのがよく、これにより精度が向上する。
【００５１】
また、上記実施形態では、触媒コンバータとして三元触媒３０を例に説明したが、これに限られず、触媒コンバータは少なくともＯ2ストレージ機能を有していれば如何なるものであってもよい。
また、上記実施形態では、エンジン１としてＭＰＩエンジンを採用した例を示したが、これに限られず、エンジン１は強制変調制御が可能であれば如何なるエンジンであってもよく、筒内噴射型エンジンであってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関が吸気管噴射型である場合において、空燃比強制変調手段による所定の周期、振幅での強制変調中、吸気絞り弁の開度を増大させる内燃機関の加速運転時及び吸気絞り弁の開度を減少させる減速運転時、即ち過渡運転時には、上記強制変調の所定の振幅を定常運転時に比べ大きく、即ちウィンドウ幅を拡大して強制変調を実施するようにしたので、たとえ過渡運転時において吸気ポート壁面への燃料付着量の変化等により目標空燃比（目標燃料量）と実空燃比（実燃料量）間に誤差が生じてオーバリーンやオーバリッチとなり、ＮＯxスパイクやＨＣスパイクが発生しても、これらオーバリーンやオーバリッチに拘わらず、燃費の悪化を招くウィンドウ幅の拡大を過渡運転時に限定することで燃費の悪化を最小限に抑えつつ、触媒コンバータの排気浄化性能の低下を抑制することができる。
【００５３】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関が吸気管噴射型である場合において、空燃比強制変調手段による所定の周期、振幅での強制変調中、内燃機関の加速運転時及び減速運転時、即ち過渡運転時には、ウィンドウ幅の拡大による排気浄化性能の低下の抑制に加え、上記強制変調の所定の周期を定常運転時に比べ短縮して強制変調を実施するようにしたので、過渡運転時において吸気ポート壁面への燃料付着量の変化等により目標空燃比（目標燃料量）と実空燃比（実燃料量）間に誤差が生じてオーバリーンやオーバリッチとなっても、短期間（短縮された周期）で瞬時に次の変調周期に空燃比補正をかけることができ、故に、オーバリーンやオーバリッチとなり酸素吸蔵量の過不足が生じることを極力抑えて過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生を十分に抑制でき、触媒コンバータの排気浄化性能をより一層向上させることができる。
【００５４】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、補正手段は、実際の排気空燃比の所定の周期間での平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリーン空燃比側に設定された第１所定値または第１所定相関値（例えば、第１所定空燃比積算量）よりもリーン空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が増加して燃料供給量が減少しオーバリーンになっていると判断して所定の中心空燃比をリッチ空燃比側に補正し、一方、当該平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリッチ空燃比側に設定された第２所定値または第２所定相関値（例えば、第２所定空燃比積算量）よりもリッチ空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が持ち去り等により減少して燃料供給量が増加しオーバリッチになっていると判断して所定の中心空燃比をリーン空燃比側に補正するので、過渡運転時においても空燃比補正を空燃比の偏りを是正するよう容易にして速やかに実施してオーバリーンやオーバリッチによる酸素吸蔵量の過不足を即座に抑えるようにでき、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生を確実に抑制することができる。
【００５５】
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置によれば、補正手段は、実際の排気空燃比の所定の周期間での平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリーン空燃比側に設定された第１所定値または第１所定相関値（例えば、第１所定空燃比積算量）よりもリーン空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が増加して燃料供給量が減少しオーバリーンになっていると判断して強制変調のデューティ比をリッチ空燃比側が大となるよう補正し、一方、当該平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリッチ空燃比側に設定された第２所定値または第２所定相関値（例えば、第２所定空燃比積算量）よりもリッチ空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が持ち去り等により減少して燃料供給量が増加しオーバリッチになっていると判断して強制変調のデューティ比をリーン空燃比側が大となるよう補正するので、やはり、過渡運転時においても空燃比補正を空燃比の偏りを是正するよう容易にして速やかに実施してオーバリーンやオーバリッチによる酸素吸蔵量の過不足を即座に抑えるようにでき、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生を確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第1実施例に係る強制変調制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第1実施例に係る強制変調制御の過渡運転時における変調波形の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る強制変調制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】減速時（過渡運転時）においても変調周期をベース値（例えば、１sec）のまま保持した場合の目標Ａ／Ｆ（実線）と排気Ａ／Ｆ、即ち実Ａ／Ｆ（破線）との時間変化を示す図である。
【図６】減速時（過渡運転時）であるときにおいて変調周期を短周期（例えば、０．５sec以下）に変更した場合の目標Ａ／Ｆ（実線）と排気Ａ／Ｆ、即ち実Ａ／Ｆ（破線）との時間変化を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
１６ ＴＰＳ
２２ Ａ／Ｆセンサ（排気空燃比検出手段）
３０ 三元触媒（触媒コンバータ）
４０ ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
【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係り、詳しくは、空燃比を強制変調させることにより触媒コンバータの浄化性能を向上させる技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
白金（Ｐｔ）等の貴金属を利用した排気浄化用の三元触媒コンバータは、少なからず酸素（Ｏ2）ストレージ機能を有しており、排気空燃比がリーン空燃比（酸化雰囲気）であるときにＯ2を吸蔵してＮＯxの発生を抑え、一方排気空燃比がリッチ空燃比（還元雰囲気）であるときには、上記吸蔵したＯ2を放出してＨＣ、ＣＯの酸化促進を図り、排気浄化性能を向上させることが可能である。
【０００３】
このようなことから、近年では、例えば内燃機関の燃焼室内の空燃比を一定期間毎にリーン空燃比とリッチ空燃比とに切り換えることで排気空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比とに強制的に変調させ、三元触媒コンバータの排気浄化性能向上を図った自動車が開発され、実用化されている（特許文献１等参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１６６９２４号公報（段落０００２等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、吸気管噴射型の内燃機関で上記排気空燃比の強制変調を行う場合、内燃機関の加速時や減速時等の過渡運転時において、目標空燃比（目標燃料量）と実空燃比（実燃料量）間に誤差が生じ、例えば目標空燃比がリーン空燃比側である場合にオーバリーンとなったり、目標空燃比がリッチ空燃比側である場合にオーバリッチとなったりする場合がある。これは、過渡運転時のスロットル開度変化によって、吸気ポート壁面への燃料付着量が増減し、つまり減速時にはスロットル開度が絞られて燃料付着量が増大する一方加速時にはスロットル開度が開かれて付着した燃料が持ち去られる等して燃料付着量が減少し、燃焼室に輸送される燃料量が一時的に変動するためと考えられる。
【０００６】
このように目標空燃比に対して実空燃比がオーバリーンとなったりオーバリッチとなったりすると、三元触媒コンバータの酸素ストレージ機能によるＯ2の吸蔵量が過剰になったり不足したりして偏りが生じ、（オーバ）リーン空燃比時にはストレージされるＯ2が少ないためにＮＯxスパイクが発生し、（オーバ）リッチ空燃比時には放出されるＯ2が足りなくてＨＣスパイクが発生し、排気浄化性能が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、空燃比を強制変調させる場合において、過渡運転時においても触媒コンバータの排気浄化性能を高く維持可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、吸気通路に吸気絞り弁を有するとともに燃料噴射弁を有した吸気管噴射型の内燃機関の排気浄化装置であって、内燃機関の排気通路に設けられた触媒コンバータと、前記触媒コンバータに流入する排気の空燃比を所定の中心空燃比を挟みリーン空燃比側とリッチ空燃比側とに所定の周期、振幅で強制変調させる空燃比強制変調手段と、前記吸気絞り弁の開度を増大させる内燃機関の加速運転時及び前記吸気絞り弁の開度を減少させる減速運転時に、前記空燃比強制変調手段による強制変調の前記所定の振幅を定常運転時に比べて大きくする変調振幅増大手段とを備えることを特徴としている。
【０００９】
即ち、内燃機関が吸気管噴射型である場合、空燃比強制変調手段により排気空燃比をリーン空燃比側とリッチ空燃比側とに所定の周期、振幅で強制変調させることによって触媒コンバータの酸素ストレージ機能を利用して排気浄化性能の向上が図られるが、さらに吸気絞り弁の開度を増大させる内燃機関の加速運転時及び吸気絞り弁の開度を減少させる減速運転時、即ち過渡運転時には、変調振幅増大手段により強制変調の所定の振幅が定常運転時に比べて大きく、即ち所謂ウィンドウ幅が拡大されて強制変調が実施される。
【００１０】
つまり、内燃機関が吸気管噴射型である場合において、強制変調の所定の振幅が大きくされ、ウィンドウ幅が拡大されると、触媒コンバータの酸素吸蔵量が増大するとともにＨＣ、ＣＯ量が増大して反応が促進され、触媒コンバータの排気浄化性能が向上し、このように過渡運転時において当該ウィンドウ幅を拡大すると、たとえ過渡運転時において吸気ポート壁面への燃料付着量の変化等により目標空燃比（目標燃料量）と実空燃比（実燃料量）間に誤差が生じてオーバリーンやオーバリッチとなり、ＮＯxスパイクやＨＣスパイクが発生しても、これらオーバリーンやオーバリッチに拘わらず、触媒コンバータの排気浄化性能の低下が抑制される。
【００１１】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、さらに、前記排気通路の前記触媒コンバータよりも上流側に設けられ、排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、前記空燃比強制変調手段による強制変調中、前記排気空燃比検出手段により検出される実際の排気空燃比に基づき前記空燃比強制変調手段による強制変調を補正する補正手段と、内燃機関の前記加速運転時及び前記減速運転時に、前記空燃比強制変調手段による強制変調の前記所定の周期を定常運転時に比べて短縮する変調周期短縮手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
即ち、内燃機関が吸気管噴射型である場合に、ウィンドウ幅の拡大によって触媒コンバータの排気浄化性能の低下が抑制されることに加え、強制変調の所定の周期が過渡運転時において短くされると、当該過渡運転時において吸気ポート壁面への燃料付着量の変化等により目標空燃比（目標燃料量）と実空燃比（実燃料量）間に誤差が生じてオーバリーンやオーバリッチとなっても、排気空燃比検出手段により検出される排気空燃比に基づいて補正手段により短期間（短縮された周期）で瞬時に次の変調周期に空燃比補正をかけることが可能となり、オーバリーンやオーバリッチによる酸素吸蔵量の過不足が極力抑えられ、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生が十分に抑制されて触媒コンバータの排気浄化性能がさらに向上する。
【００１３】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、前記補正手段は、前記実際の排気空燃比の前記所定の周期間での平均値または平均相関値が、前記所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリーン空燃比側に設定された第１所定値または第１所定相関値よりリーン空燃比寄りの値であるとき、前記所定の中心空燃比をリッチ空燃比側に変更し、前記所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリッチ空燃比側に設定された第２所定値または第２所定相関値よりリッチ空燃比寄りの値であるとき、前記所定の中心空燃比をリーン空燃比側に変更することを特徴としている。
【００１４】
つまり、実際の排気空燃比の所定の周期間での平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリーン空燃比側に設定された第１所定値または第１所定相関値（例えば、第１所定空燃比積算量）よりもリーン空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が増加して燃料供給量が減少しオーバリーンになっていると判断でき、この場合には所定の中心空燃比をリッチ空燃比側に補正し、一方、当該平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリッチ空燃比側に設定された第２所定値または第２所定相関値（例えば、第２所定空燃比積算量）よりもリッチ空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が持ち去り等により減少して燃料供給量が増加しオーバリッチになっていると判断でき、この場合には所定の中心空燃比をリーン空燃比側に補正する。
【００１５】
これにより、過渡運転時においても空燃比補正が空燃比の偏りを是正するよう容易にして速やかに実施されてオーバリーンやオーバリッチによる酸素吸蔵量の過不足が即座に抑えられ、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生が確実に抑制される。
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置では、前記補正手段は、前記実際の排気空燃比の前記所定の周期間での平均値または平均相関値が、前記所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリーン空燃比側に設定された第１所定値または第１所定相関値よりリーン空燃比寄りの値であるとき、前記空燃比強制変調手段による強制変調のデューティ比をリッチ空燃比側が大となるよう変更し、前記所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリッチ空燃比側に設定された第２の所定値または第２所定相関値よりリッチ空燃比寄りの値であるとき、前記強制変調のデューティ比をリーン空燃比側が大となるよう変更することを特徴としている。
【００１６】
つまり、実際の排気空燃比の所定の周期間での平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリーン空燃比側に設定された第１所定値または第１所定相関値（例えば、第１所定空燃比積算量）よりもリーン空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が増加して燃料供給量が減少しオーバリーンになっていると判断でき、この場合には強制変調のデューティ比をリッチ空燃比側が大となるよう補正し、一方、当該平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリッチ空燃比側に設定された第２所定値または第２所定相関値（例えば、第２所定空燃比積算量）よりもリッチ空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が持ち去り等により減少して燃料供給量が増加しオーバリッチになっていると判断でき、この場合には強制変調のデューティ比をリーン空燃比側が大となるよう補正する。
【００１７】
これにより、やはり、過渡運転時においても空燃比補正が空燃比の偏りを是正するよう容易にして速やかに実施されてオーバリーンやオーバリッチによる酸素吸蔵量の過不足が即座に抑えられ、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生が確実に抑制される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下、当該排気浄化装置の構成を説明する。
同図に示すように、内燃機関であるエンジン本体（以下、単にエンジンという）１としては、吸気管噴射型（Multi Port Injection：ＭＰＩ）ガソリンエンジンが採用される。
【００１９】
エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４が取り付けられており、点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。
シリンダヘッド２には、各気筒毎に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド１０には、電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。
【００２０】
吸気マニホールド１０の燃料噴射弁６よりも上流側には、吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４が設けられており、併せてスロットル弁１４の弁開度θthを検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１６が設けられている。さらに、スロットル弁１４の上流には、吸入空気量を計測するエアフローセンサ１８が介装されている。エアフローセンサ１８としては、カルマン渦式エアフローセンサが使用される。
【００２１】
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。
なお、当該ＭＰＩエンジンは公知のものであるため、その構成の詳細については説明を省略する。
【００２２】
排気マニホールド１２の他端には排気管２０が接続されており、当該排気管２０には、排気浄化触媒装置として三元触媒（触媒コンバータ）３０が介装されている。
この三元触媒３０は、担体に活性貴金属として銅（Ｃｕ），コバルト（Ｃｏ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ）のいずれかを有している。セリウム（Ｃｅ）、ジルコニア（Ｚｒ）等の酸素吸蔵材を含む場合の他、当該酸素吸蔵材を含まない場合においても、活性貴金属は、酸素吸蔵機能（Ｏ2ストレージ機能）を有しており、故に、三元触媒３０は、排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）がリーン空燃比（リーンＡ／Ｆ）である酸化雰囲気中において酸素（Ｏ2）を吸着すると、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比（リッチＡ／Ｆ）となり還元雰囲気となるまでそのＯ2をストレージＯ2として保持し、当該ストレージＯ2により、還元雰囲気状態においてもＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）を酸化除去可能である。即ち、当該三元触媒３０は、酸化雰囲気でＨＣ、ＣＯを浄化できるのは勿論のことＮＯxの発生をもある程度抑え、吸蔵されたＯ2により還元雰囲気中においてＮＯxの浄化のみならずＨＣ、ＣＯをもある程度浄化可能である。
【００２３】
また、排気管２０の三元触媒コンバータ３０よりも上流側には、Ａ／Ｆセンサ（排気空燃比検出手段）２２が配設されている。ここでは、Ａ／Ｆセンサ２２としてリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳと略す）が採用され、当該ＬＡＦＳを用いることで比較的広範囲に亘り排気Ａ／Ｆの値を適切に検出可能である。
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ４０により、エンジン１を含めた排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
【００２４】
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したＴＰＳ１６、エアフローセンサ１８、Ａ／Ｆセンサ２２の他、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ４２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。なお、クランク角センサ４２からのクランク角情報に基づいてエンジン回転速度Ｎeが検出される。
【００２５】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の燃料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１４等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等がそれぞれ出力される。詳しくは、各種センサ類からの検出情報に基づき空燃比が適正な目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）に設定され、当該目標Ａ／Ｆに応じた量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁６から噴射され、またスロットル弁１４が適正な開度に調整され、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００２６】
より詳しくは、当該排気浄化装置では、三元触媒３０が上記Ｏ2ストレージ機能を有していることから、三元触媒３０の能力を十分発揮するために、通常運転時には、ＥＣＵ４０によって目標Ａ／Ｆを所定の中心空燃比（中心Ａ／Ｆ）を境に所定のリッチＡ／Ｆと所定のリーンＡ／Ｆとの間で強制的に交互に振る強制変調を行うようにしている。つまり、燃焼室内の空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）を一定期間に亘りリーンＡ／Ｆとした後一定期間リッチＡ／Ｆとするように変調制御し、排気Ａ／Ｆを所定のリーンＡ／Ｆと所定のリッチＡ／Ｆ間で所定の周期、振幅で周期的に変調させるようにしている（空燃比強制変調手段）。なお、変調波形は方形波に限られるものではなく、三角波、正弦波等でもよい。
【００２７】
これにより、排気Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆである酸化雰囲気中ではＨＣ、ＣＯが良好に浄化されるとともに三元触媒３０のＯ2ストレージ機能によりＯ2が吸蔵されてＮＯxの発生がある程度抑えられ、排気Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆである還元雰囲気中ではＮＯxが良好に浄化されるとともに吸蔵されたストレージＯ2によってＨＣ、ＣＯがある程度継続的に浄化され続け、三元触媒３０の排気浄化性能の向上が図られる。
【００２８】
ところで、ＭＰＩガソリンエンジンであるエンジン１でこのような空燃比の強制変調を行う場合、上述したように、エンジン１の加速時、減速時等の過渡運転時には、吸気ポート壁面への燃料付着量がスロットル弁１４の開度θthに応じて増減するため、目標Ａ／Ｆ（目標燃料量）に対して実Ａ／Ｆ（実燃料量）がオーバリーンとなったりオーバリッチとなったりしてストレージＯ2が過剰或いは不足して偏り、（オーバ）リーンＡ／Ｆ時にストレージされるＯ2が少ないためＮＯxスパイクが生じたり或いは（オーバ）リッチＡ／Ｆ時に放出されるＯ2が足りなくてＨＣスパイクが生じたりするという問題がある。
【００２９】
本発明に係る排気浄化装置では、このような問題を解決するように図っており、以下、上記のように構成された本発明に係る排気浄化装置の作用、即ち本発明に係る強制変調手法について説明する。
先ず、第1実施例について説明する。
図２を参照すると、本発明の第1実施例に係る強制変調制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。
【００３０】
ステップＳ１０では、強制変調制御中において、エンジン１の運転状態が過渡運転状態になったか否か、即ち、エンジン１が加速運転或いは減速運転をしているか否かを判別する。ここに、過渡運転状態であるか否かは、例えばＴＰＳ１６からのスロットル開度θth情報に基づき、スロットル弁１４が開閉作動したか否かで判別する。詳しくは、スロットル開度θthの時間変化率が加速側に所定正値以上であるか否か、減速側に所定負値以下であるか否かを判別する。なお、クランク角センサ４２から検出されるエンジン回転速度Ｎeやエアフローセンサ１８から検出される吸入空気量の時間変化率に基づいて過渡運転状態を判別するようにしてもよいし、検出可能であれば、車速Ｖや吸気マニホールド圧や排気流量の時間変化率に基づいて過渡運転状態を判別するようにしてもよい。
【００３１】
ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）で、過渡運転状態ではないと判定された場合には、ステップＳ１２において通常通り変調振幅をベース値として強制変調を行う。一方、ステップＳ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、加速運転或いは減速運転をしていると判定された場合には、ステップＳ１４に進む。
過渡運転状態であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量がスロットル弁１４の開度θthに応じて増減し、上記の如く目標Ａ／Ｆに対して実Ａ／Ｆがオーバリーンやオーバリッチとなり、ＮＯxスパイクが生じたり或いはＨＣスパイクが生じたりして三元触媒３０の排気浄化性能が低下する。
【００３２】
そこで、ステップＳ１４では、図３に変調波形の一例を示すように、過渡運転時における変調振幅を上記ベース値に対し大きくする（変調振幅増大手段）。
変調振幅を大きくすると、三元触媒３０における排気浄化性能のリーンＡ／Ｆ側でのＮＯx浄化効率及びリッチＡ／Ｆ側でのＨＣ、ＣＯ浄化効率が向上されて、ＮＯx浄化効率及びＨＣ、ＣＯ浄化効率の両浄化効率が高効率（例えば、９５％以上）となる空燃比領域、所謂ウィンドウ幅が拡大される。これより、各種原因によって空燃比が変動し、浄化効率が低下してＮＯxスパイクやＨＣスパイクが発生するような場合であっても、ウィンドウ幅が拡大されて浄化効率の高い空燃比領域が拡張されることで、当該空燃比変動に拘わらず高い浄化効率を維持でき、ＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生を抑制することができる。
【００３３】
そして、変調振幅の増大によって、ＮＯx浄化効率及びＨＣ、ＣＯ浄化効率の両浄化効率が高効率（例えば、９５％以上）となる空燃比領域、所謂ウィンドウ幅が拡大されると、三元触媒３０のストレージＯ2の量が増大するとともにＨＣ、ＣＯ量が増大して反応が促進され、三元触媒３０の排気浄化性能が向上する。故に、過渡運転時において当該ウィンドウ幅を拡大することにより、例え吸気ポート壁面への燃料付着量がスロットル弁１４の開度θthに応じて増減し、上記の如く目標Ａ／Ｆに対して実Ａ／Ｆがオーバリーンやオーバリッチとなり、ＮＯxスパイクやＨＣスパイクが生じたとしても、これらオーバリーンやオーバリッチに拘わらず、三元触媒３０の排気浄化性能の低下が抑制され、当該排気浄化性能が高く維持される。
【００３４】
なお、このようにウィンドウ幅を拡大すると、燃費が悪化するが、ウィンドウ幅の拡大を過渡運転時に限定することにより、燃費の悪化は最小限に抑えられる。
次に、第２実施例について説明する。
図４を参照すると、本発明の第２実施例に係る強制変調制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。なお、第２実施例では、上記第１実施例の図２のフローチャートに対しステップＳ１３及びステップＳ１５以降が追加されている点が異なっており、ここでは第１実施例と異なる部分を中心に説明する。
【００３５】
ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）で、過渡運転状態ではないと判定された場合には、ステップＳ１２において通常通り変調振幅をベース値として強制変調を行うとともに、ステップＳ１３において通常通り変調周期をベース値（例えば、１sec）として強制変調を行う。
一方、ステップＳ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、加速運転或いは減速運転をしていると判定された場合には、ステップＳ１４に進み、変調振幅を上記変調振幅のベース値に対し大きくし、所謂ウィンドウ幅を拡大するとともに、ステップＳ１５において変調周期を上記変調周期のベース値（例えば、１sec）に対し短期化する（変調周期短縮手段）。
【００３６】
図５を参照すると、減速時（過渡運転時）においても変調周期をベース値（例えば、１sec）のまま保持した場合の目標Ａ／Ｆ（実線）と排気Ａ／Ｆ、即ち実Ａ／Ｆ（破線）との時間変化が示されているが、減速時には吸気ポート壁面への燃料付着量が増加し、このように応答遅れがあるものの実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆを超えてオーバリーンとなる。図示しないが加速時についても図５と同様であり、吸気ポート壁面への燃料付着量が持ち去りにより減少し、実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆを超えてオーバリッチとなる。
【００３７】
また、強制変調制御では、一旦中心Ａ／Ｆを境に所定のリッチＡ／Ｆと所定のリーンＡ／Ｆとを設定して強制変調を開始すると、実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆから外れてもその周期間では空燃比を補正することは困難であり、図５に示すように、空燃比補正は次の周期で初めて反映される。つまり、変調周期がベース値のままでは、過渡運転時における加速、減速直後の最初の一周期間に発生するＮＯxスパイクやＨＣスパイクを十分に抑制できない。
【００３８】
そこで、ステップＳ１５では、変調周期を上記ベース値（例えば、１sec）に対し短期化し、空燃比補正が反映されるまでの期間を短くする。ここでは、例えば変調周期を上記ベース値の半分以下の値（例えば、０．５sec以下）に設定して強制変調を実施する。つまり、図６を参照すると、減速時（過渡運転時）であるときにおいて変調周期を短周期（例えば、０．５sec以下）に変更した場合の目標Ａ／Ｆ（実線）と排気Ａ／Ｆ、即ち実Ａ／Ｆ（破線）との時間変化が示されているが、同図に示すように変調周期を短期化する。図示しないが加速時についても図６と同様である。
【００３９】
このように、過渡運転時において強制変調の変調周期を短くすると、過渡運転により目標Ａ／Ｆと実Ａ／Ｆ間に誤差が生じてオーバリーンやオーバリッチとなっても、短期間（短縮された周期）で瞬時に次の変調周期に空燃比補正をかけることが可能となり、図５と図６の比較から分かるように、オーバリーンやオーバリッチが極力抑えられる。これにより、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生が十分に抑制されて三元触媒３０の排気浄化性能がさらに向上する。
【００４０】
ステップＳ１６以降では空燃比の具体的な補正手順を示す（補正手段）。
ステップＳ１６では、Ａ／Ｆセンサ２２からの排気Ａ／Ｆ情報に基づき、強制変調周期の一周期間における実Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆ、即ちリッチＡ／Ｆ側の実際の検出値とリーンＡ／Ｆ側の実際の検出値との平均値、即ち平均Ａ／Ｆ（ＡＦave）を算出する。
【００４１】
そして、ステップＳ１８では、上記のように求めたＡＦaveがリーンＡ／Ｆ側の所定値ＡＦ1（第１所定値）よりも大きい（ＡＦave＞ＡＦ1）か否かを判別する。ここに、所定値ＡＦ1は、中心Ａ／Ｆまたは中心Ａ／ＦよりややリーンＡ／Ｆ寄りの値に設定されている。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ＡＦaveが所定値ＡＦ1よりも大きいと判定された場合には、強制変調の空燃比が全体としてリーンＡ／Ｆ寄り、つまり目標Ａ／Ｆとしての所定のリーンＡ／Ｆを超えてオーバリーンになっていると判断できる（図６参照）。従って、この場合には、ステップＳ２０に進む。
【００４２】
ステップＳ２０では、強制変調の中心Ａ／Ｆをリッチ化する。具体的には、例えばＡＦaveと所定値ＡＦ1との差分だけ中心Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆ側に補正する。
一方、ステップＳ１８の判別結果が偽（Ｎｏ）で、ＡＦaveが所定値ＡＦ1以下と判定された場合には、ステップＳ２２に進み、今度はＡＦaveがリッチＡ／Ｆ側の所定値ＡＦ2（第２所定値）よりも小さい（ＡＦave＜ＡＦ2）か否かを判別する。ここに、所定値ＡＦ2は、中心Ａ／Ｆまたは中心Ａ／ＦよりややリッチＡ／Ｆ寄りの値に設定されている。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ＡＦaveが所定値ＡＦ2よりも小さいと判定された場合には、強制変調の空燃比が全体としてリッチＡ／Ｆ寄り、つまり目標Ａ／Ｆとしての所定のリッチＡ／Ｆを超えてオーバリッチになっていると判断できる。従って、この場合には、ステップＳ２４に進む。
【００４３】
ステップＳ２４では、強制変調の中心Ａ／Ｆをリーン化する。具体的には、例えばＡＦaveと所定値ＡＦ2との差分だけ中心Ａ／ＦをリーンＡ／Ｆ側に補正する。
このようにＡＦaveを補正すると、ステップＳ２２の判別結果は偽（Ｎｏ）、即ちＡＦaveが所定値ＡＦ1と所定値ＡＦ2間の目標範囲内（ＡＦ2≦ＡＦave≦ＡＦ1）となり、強制変調の次の周期では、図６に示すように容易にして速やかに実Ａ／Ｆ（破線）が目標Ａ／Ｆ（実線）と偏りなく略一致する。これにより、以降実Ａ／Ｆがオーバリーン或いはオーバリッチとなることが防止され、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生が確実に抑制されて三元触媒３０の排気浄化性能がさらに向上する。
【００４４】
以上第１、第２実施例に基づき説明したように、本発明に係る排気浄化装置では、過渡運転時において強制変調の変調振幅を大きくし、所謂ウィンドウ幅を拡大するので、強制変調中に加速、減速により目標Ａ／Ｆと実Ａ／Ｆ間に誤差が生じてオーバリーンやオーバリッチとなり、ＮＯxスパイクやＨＣスパイクが発生しても、これらオーバリーンやオーバリッチに拘わらず、燃費の悪化を招くウィンドウ幅の拡大を過渡運転時に限定して燃費の悪化を最小限に抑えつつ、三元触媒３０の排気浄化性能の低下を抑制することができ、排気浄化性能を高く維持することができる。
【００４５】
また、第２実施例に示すように、過渡運転時において併せて変調周期を短くすることにより、強制変調中に加速、減速により目標Ａ／Ｆと実Ａ／Ｆ間に誤差が生じてオーバリーンやオーバリッチとなっても、短期間（短縮された周期）で瞬時に次の変調周期に空燃比補正をかけることが可能となり、全体としてオーバリーンやオーバリッチによるストレージＯ2の過不足を極力抑えることができる。これにより、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生を十分に抑制でき、三元触媒３０の排気浄化性能をより一層向上させることができる。
【００４６】
この際、実Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆ（ＡＦave）を求め、ＡＦaveと強制変調の中心Ａ／Ｆまたは中心Ａ／Ｆ近傍値（所定値ＡＦ1、所定値ＡＦ2）との比較に基づいて中心Ａ／Ｆを補正するので、通常運転時のみならず過渡運転時においても空燃比補正を容易にして速やかに実施して実Ａ／Ｆの偏りを是正することができる。これにより、オーバリーンやオーバリッチを即座に抑えて過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生を確実に抑制することができる。
【００４７】
なお、上記実施形態では、エンジン１の加速時及び減速時の双方を過渡運転時とみなして説明したが（ステップＳ１０）、状況に応じて加速時のみ或いは減速時のみを過渡運転時として、ウィンドウ幅を拡大し、変調周期を短期化するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、エンジン１の加速、減速に拘わらず過渡運転時には同一のウィンドウ幅拡大度合いで変調振幅を大きくし、同一の短期化度合いで変調周期を短縮するようにしたが、加速時と減速時でウィンドウ幅拡大度合い及び短期化度合いを変えるようにしてもよい。また、過渡運転度合いに応じて、例えば加速度合いや減速度合いが大きいほどウィンドウ幅拡大度合いや短期化度合いを大きくするようにしてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、第２実施例において、実Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆ（ＡＦave）を求め、ＡＦaveと強制変調の中心Ａ／Ｆまたは中心Ａ／Ｆ近傍値（所定値ＡＦ1、所定値ＡＦ2）との比較に基づいて中心Ａ／Ｆを補正するようにしたが（ステップＳ２０、ステップＳ２４）、ステップＳ１６において実Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆに代えて平均Ａ／Ｆの相関値として周期間の空燃比積算量Ｑaf（平均相関値）を算出し、ステップＳ１８、ステップＳ２２において当該空燃比積算量Ｑafが所定値Ｑ1（第１所定相関値）より大きい（Ｑaf＞Ｑ1）か否か或いは所定値Ｑ2（第２所定相関値）より小さい（Ｑaf＜Ｑ2）か否かを判別するようにしてもよい。この場合には、例えば空燃比積算量Ｑafと所定値Ｑ1または所定値Ｑ2との差に相当する分だけ中心Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆ側或いはリーンＡ／Ｆ側に補正すればよい（補正手段）。さらに、その他の平均Ａ／Ｆの相関値を用いるようにしてもよい。
【００４９】
また、空燃比の変わりに空燃比の逆数である燃空比、理論燃空比に対する実燃空比の比率である当量比を用いるようにしてもよい。
また、第２実施例では、中心Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆ側或いはリーンＡ／Ｆ側に補正するようにしたが（ステップＳ２０、ステップＳ２４）、これに代えて強制変調のデューティ比（一周期中の中心Ａ／ＦよりリーンＡ／Ｆ側である期間と中心Ａ／ＦよりリッチＡ／Ｆ側である期間との比）を平均Ａ／Ｆ（ＡＦave）或いは上記空燃比積算量Ｑaf（平均値または平均相関値）に応じて、ＡＦaveが所定値ＡＦ1（第１所定値）よりも大きいとき或いは空燃比積算量Ｑafが所定値Ｑ1（第１所定相関値）より大きいときにはリッチＡ／Ｆ側が大となるよう補正し、ＡＦaveが所定値ＡＦ2（第２所定値）よりも小さいとき或いは空燃比積算量Ｑafが所定値Ｑ2（第２所定相関値）より小さいときにはリーンＡ／Ｆ側が大となるよう補正するようにしてもよい（補正手段）。これにより、やはり容易にして速やかに実Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆと偏りなく略一致し、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生が確実に抑制される。
【００５０】
また、やはり第２実施例では、Ａ／Ｆセンサ２２としてＬＡＦＳを用いるようにしたが、中心Ａ／Ｆが理論空燃比（ストイキオ）またはその近傍値であって強制変調幅が小さいような場合にあっては、Ａ／Ｆセンサ２２としてＯ2センサを適用させることも可能である。この場合には、上記ＡＦaveに代えてＯ2aveを用い、例えば、当該Ｏ2aveと中心Ａ／Ｆまたは中心Ａ／ＦよりリーンＡ／Ｆ側に設定された所定値Ｏ21或いは中心Ａ／Ｆまたは中心Ａ／ＦよりリッチＡ／Ｆ側に設定された所定値Ｏ22とを比較することで空燃比補正を行うようにすればよい。好ましくは、Ｏ2センサ出力を空燃比、或いは燃空比、当量比に変換して用いるのがよく、これにより精度が向上する。
【００５１】
また、上記実施形態では、触媒コンバータとして三元触媒３０を例に説明したが、これに限られず、触媒コンバータは少なくともＯ2ストレージ機能を有していれば如何なるものであってもよい。
また、上記実施形態では、エンジン１としてＭＰＩエンジンを採用した例を示したが、これに限られず、エンジン１は強制変調制御が可能であれば如何なるエンジンであってもよく、筒内噴射型エンジンであってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関が吸気管噴射型である場合において、空燃比強制変調手段による所定の周期、振幅での強制変調中、吸気絞り弁の開度を増大させる内燃機関の加速運転時及び吸気絞り弁の開度を減少させる減速運転時、即ち過渡運転時には、上記強制変調の所定の振幅を定常運転時に比べ大きく、即ちウィンドウ幅を拡大して強制変調を実施するようにしたので、たとえ過渡運転時において吸気ポート壁面への燃料付着量の変化等により目標空燃比（目標燃料量）と実空燃比（実燃料量）間に誤差が生じてオーバリーンやオーバリッチとなり、ＮＯxスパイクやＨＣスパイクが発生しても、これらオーバリーンやオーバリッチに拘わらず、燃費の悪化を招くウィンドウ幅の拡大を過渡運転時に限定することで燃費の悪化を最小限に抑えつつ、触媒コンバータの排気浄化性能の低下を抑制することができる。
【００５３】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関が吸気管噴射型である場合において、空燃比強制変調手段による所定の周期、振幅での強制変調中、内燃機関の加速運転時及び減速運転時、即ち過渡運転時には、ウィンドウ幅の拡大による排気浄化性能の低下の抑制に加え、上記強制変調の所定の周期を定常運転時に比べ短縮して強制変調を実施するようにしたので、過渡運転時において吸気ポート壁面への燃料付着量の変化等により目標空燃比（目標燃料量）と実空燃比（実燃料量）間に誤差が生じてオーバリーンやオーバリッチとなっても、短期間（短縮された周期）で瞬時に次の変調周期に空燃比補正をかけることができ、故に、オーバリーンやオーバリッチとなり酸素吸蔵量の過不足が生じることを極力抑えて過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生を十分に抑制でき、触媒コンバータの排気浄化性能をより一層向上させることができる。
【００５４】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、補正手段は、実際の排気空燃比の所定の周期間での平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリーン空燃比側に設定された第１所定値または第１所定相関値（例えば、第１所定空燃比積算量）よりもリーン空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が増加して燃料供給量が減少しオーバリーンになっていると判断して所定の中心空燃比をリッチ空燃比側に補正し、一方、当該平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリッチ空燃比側に設定された第２所定値または第２所定相関値（例えば、第２所定空燃比積算量）よりもリッチ空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が持ち去り等により減少して燃料供給量が増加しオーバリッチになっていると判断して所定の中心空燃比をリーン空燃比側に補正するので、過渡運転時においても空燃比補正を空燃比の偏りを是正するよう容易にして速やかに実施してオーバリーンやオーバリッチによる酸素吸蔵量の過不足を即座に抑えるようにでき、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生を確実に抑制することができる。
【００５５】
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置によれば、補正手段は、実際の排気空燃比の所定の周期間での平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリーン空燃比側に設定された第１所定値または第１所定相関値（例えば、第１所定空燃比積算量）よりもリーン空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が増加して燃料供給量が減少しオーバリーンになっていると判断して強制変調のデューティ比をリッチ空燃比側が大となるよう補正し、一方、当該平均値または平均相関値（例えば、周期間の空燃比積算量）が所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリッチ空燃比側に設定された第２所定値または第２所定相関値（例えば、第２所定空燃比積算量）よりもリッチ空燃比寄りの値であるときには、吸気ポート壁面への燃料付着量が持ち去り等により減少して燃料供給量が増加しオーバリッチになっていると判断して強制変調のデューティ比をリーン空燃比側が大となるよう補正するので、やはり、過渡運転時においても空燃比補正を空燃比の偏りを是正するよう容易にして速やかに実施してオーバリーンやオーバリッチによる酸素吸蔵量の過不足を即座に抑えるようにでき、過渡運転時におけるＮＯxスパイクやＨＣスパイクの発生を確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第1実施例に係る強制変調制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第1実施例に係る強制変調制御の過渡運転時における変調波形の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る強制変調制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】減速時（過渡運転時）においても変調周期をベース値（例えば、１sec）のまま保持した場合の目標Ａ／Ｆ（実線）と排気Ａ／Ｆ、即ち実Ａ／Ｆ（破線）との時間変化を示す図である。
【図６】減速時（過渡運転時）であるときにおいて変調周期を短周期（例えば、０．５sec以下）に変更した場合の目標Ａ／Ｆ（実線）と排気Ａ／Ｆ、即ち実Ａ／Ｆ（破線）との時間変化を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
１６ ＴＰＳ
２２ Ａ／Ｆセンサ（排気空燃比検出手段）
３０ 三元触媒（触媒コンバータ）
４０ ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
Claims (4)
- 吸気通路に吸気絞り弁を有するとともに燃料噴射弁を有した吸気管噴射型の内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられた触媒コンバータと、
前記触媒コンバータに流入する排気の空燃比を所定の中心空燃比を挟みリーン空燃比側とリッチ空燃比側とに所定の周期、振幅で強制変調させる空燃比強制変調手段と、
前記吸気絞り弁の開度を増大させる内燃機関の加速運転時及び前記吸気絞り弁の開度を減少させる減速運転時に、前記空燃比強制変調手段による強制変調の前記所定の振幅を定常運転時に比べて大きくする変調振幅増大手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - さらに、前記排気通路の前記触媒コンバータよりも上流側に設けられ、排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
前記空燃比強制変調手段による強制変調中、前記排気空燃比検出手段により検出される実際の排気空燃比に基づき前記空燃比強制変調手段による強制変調を補正する補正手段と、
内燃機関の前記加速運転時及び前記減速運転時に、前記空燃比強制変調手段による強制変調の前記所定の周期を定常運転時に比べて短縮する変調周期短縮手段と、
を備え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。 - 前記補正手段は、前記実際の排気空燃比の前記所定の周期間での平均値または平均相関値が、前記所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリーン空燃比側に設定された第１所定値または第１所定相関値よりリーン空燃比寄りの値であるとき、前記所定の中心空燃比をリッチ空燃比側に変更し、前記所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリッチ空燃比側に設定された第２所定値または第２所定相関値よりリッチ空燃比寄りの値であるとき、前記所定の中心空燃比をリーン空燃比側に変更することを特徴とする、請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記補正手段は、前記実際の排気空燃比の前記所定の周期間での平均値または平均相関値が、前記所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリーン空燃比側に設定された第１所定値または第１所定相関値よりリーン空燃比寄りの値であるとき、前記空燃比強制変調手段による強制変調のデューティ比をリッチ空燃比側が大となるよう変更し、前記所定の中心空燃比に或いは該所定の中心空燃比よりもリッチ空燃比側に設定された第２の所定値または第２所定相関値よりリッチ空燃比寄りの値であるとき、前記強制変調のデューティ比をリーン空燃比側が大となるよう変更することを特徴とする、請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
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