JP4003683B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_x を吸収し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチのときには吸収したＮＯ_x を放出するＮＯ_x 吸収剤を機関排気通路内に配置し、ＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x を放出すべきときには機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比をリーンから理論空燃比又はリッチに予め定められた一定時間切換え、次いで混合気の空燃比を再びリーンに戻すようにした内燃機関が本出願人により既に提案されている（国際公開ＷＯ９３／０７３６３号参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらＮＯ_x 吸収剤に吸収されているＮＯ_x 量がわからない状態でＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x を放出すべく混合気の空燃比を予め定められた一定時間例えばリッチに切換えてもＮＯ_x 吸収剤に吸収されているＮＯ_x 量が多い場合にはＮＯ_x 吸収剤から十分な量のＮＯ_x を放出させることができないためにＮＯ_x 吸収剤のＮＯ_x 吸収能力が低下し、これに対しＮＯ_x 吸収剤に吸収されているＮＯ_x 量が少ない場合にはリッチな混合気がＮＯ_x 吸収剤を通り抜けて大気中に排出されるという問題を生じる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために１番目の発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_xを吸収し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチのときには吸収したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸収剤を機関排気通路内に配置し、リーン混合気が燃焼せしめられているときには排気ガス中のＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤に吸収され、理論空燃比の混合気又はリッチ混合気が燃焼せしめられたときにはＮＯ_x吸収剤からＮＯ_xが放出せしめられる内燃機関において、リーン混合気が燃焼せしめられているときに機関の運転状態に応じて変化する単位時間当りのＮＯ _x 吸収剤へのＮＯ _x 吸収量を求めると共に理論空燃比の混合気又はリッチ混合気が燃焼せしめられているときに機関の運転状態に応じて変化する単位時間当りのＮＯ _x 吸収剤からのＮＯ _x 放出量を求めてこれら単位時間当りのＮＯ _x 吸収量および単位時間当りのＮＯ _x 放出量からＮＯ_x吸収剤に吸収されている吸収ＮＯ_x量を算出する算出手段を具備し、算出された吸収ＮＯ_x量が零になったときにＮＯ_x放出のためのリッチ混合気燃焼を停止するようにしている。
【０００５】
２番目の発明では１番目の発明において、リーン混合気を燃焼すべき運転状態から理論空燃比の混合気を燃焼すべき運転状態になったときにはリッチ混合気の燃焼を行い、算出された吸収ＮＯ_x量が零になったときにはＮＯ_x放出のためのリッチ混合気燃焼から理論空燃比の混合気の燃焼に切換えるようにしている。
【０００６】
【実施例】
図１を参照すると、１は機関本体、２はピストン、３は燃焼室、４は点火栓、５は吸気弁、６は吸気ポート、７は排気弁、８は排気ポートを夫々示す。吸気ポート６は対応する枝管９を介してサージタンク１０に連結され、各枝管９には夫々吸気ポート６内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１１が取付けられる。サージタンク１０は吸気ダクト１２を介してエアクリーナ１３に連結され、吸気ダクト１２内にはスロットル弁１４が配置される。一方、排気ポート８は排気マニホルド１５および排気管１６を介してＮＯ_x 吸収剤１８を内蔵したケーシング１７に接続される。
【０００７】
電子制御ユニット３０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。サージタンク１０内にはサージタンク１０内の絶対圧に比例した出力電圧を発生する圧力センサ１９が配置され、この圧力センサ１９の出力電圧はＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。スロットル弁１４にはスロットル開度がアイドリング開度になったときにオンとなるスロットルスイッチ２０が取付けられ、このスロットルスイッチ２０の出力信号は入力ポート３５に入力される。排気マニホルド１５内には空燃比センサ２１が配置され、この空燃比センサ２１の出力電圧はＡＤ変換器３８を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５には機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転数センサ２２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３９を介して夫々点火栓４および燃料噴射弁１１に接続される。
【０００８】
図１に示す内燃機関では例えば次式に基いて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
ＴＡＵ＝ｆ・ＴＰ・Ｋ・ＦＡＦ
ここでｆは定数、ＴＰは基本燃料噴射時間、Ｋは補正係数、ＦＡＦはフィードバック補正係数を夫々示す。基本燃料噴射時間ＴＰは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とするのに必要な燃料噴射時間を示している。この基本燃料噴射時間ＴＰは予め実験により求められ、サージタンク１０内の絶対圧ＰＭおよび機関回転数Ｎの関数として図２に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。補正係数Ｋは機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を制御するための係数であってＫ＝１．０であれば機関シリンダ内に供給される混合気は理論空燃比となる。これに対してＫ＜１．０になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比よりも大きくなり、即ちリーンとなり、Ｋ＞１．０になれば機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比よりも小さくなる、即ちリッチとなる。
【０００９】
フィードバック補正係数ＦＡＦは基本的にはＫ＝１．０のとき、即ち機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とすべきときに空燃比センサ２１の出力信号に基いて空燃比を理論空燃比に正確に一致させるための係数である。このフィードバック補正係数ＦＡＦはほぼ１．０を中心として上下動しており、このＦＡＦは混合気がリッチになると減少し、混合気がリーンになると増大する。なお、Ｋ＜１．０又はＫ＞１．０のときにはＦＡＦは１．０に固定される。
【００１０】
機関シリンダ内に供給すべき混合気の目標空燃比、即ち補正係数Ｋの値は機関の運転状態に応じて変化せしめられ、本発明による実施例では基本的には図３に示されるようにサージタンク１０内の絶対圧ＰＭおよび機関回転数Ｎの関数として予め定められている。即ち、図３に示されるように実線Ｒよりも低負荷側の低負荷運転領域ではＫ＜１．０、即ち混合気がリーンとされ、実線Ｒと実線Ｓの間の高負荷運転領域ではＫ＝１．０、即ち混合気の空燃比が理論空燃比とされ、実線Ｓよりも高負荷側の全負荷運転領域ではＫ＞１．０、即ち混合気がリッチとされる。更に、アイドリング運転時にはＫ＝１．０、即ち理論空燃比とされる。
【００１１】
図４は燃焼室３から排出される排気ガス中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。図４からわかるように燃焼室３から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯの濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、燃焼室３から排出される排気ガス中の酸素Ｏ₂ の濃度は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【００１２】
ケーシング１７内に収容されているＮＯ_x 吸収剤１８は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。機関吸気通路およびＮＯ_x 吸収剤１８上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比をＮＯ_x 吸収剤１８への流入排気ガスの空燃比と称するとこのＮＯ_x 吸収剤１８は流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_x を吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_x を放出するＮＯ_x の吸放出作用を行う。なお、ＮＯ_x 吸収剤１８上流の排気通路内に燃料（炭化水素）或いは空気が供給されない場合には流入排気ガスの空燃比は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比に一致し、従ってこの場合にはＮＯ_x 吸収剤１８は燃焼室３内に供給される混合気の空燃比がリーンのときにはＮＯ_x を吸収し、燃焼室３内に供給される混合気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_x を放出することになる。
【００１３】
上述のＮＯ_x 吸収剤１８を機関排気通路内に配置すればこのＮＯ_x 吸収剤１８は実際にＮＯ_x の吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用は図５に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００１４】
即ち、流入排気ガスがかなりリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、図５（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^- 又はＯ^{2 -} の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^- 又はＯ^{2 -} と反応し、ＮＯ₂ となる（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ₂ ）。次いで生成されたＮＯ₂ の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら図５（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ₃ ^- の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯ_x がＮＯ_x 吸収剤１８内に吸収される。
【００１５】
流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ₂ が生成され、吸収剤のＮＯ_x 吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂ が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^- が生成される。これに対して流入排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ₂ の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ₃ ^- →ＮＯ₂ ）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^- がＮＯ₂ の形で吸収剤から放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x が放出されることになる。図４に示されるように流入排気ガスのリーンの度合が低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、従って流入排気ガスのリーンの度合を低くすればたとえ流入排気ガスの空燃比がリーンであってもＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x が放出されることになる。
【００１６】
一方、このとき燃焼室３内に供給される混合気がリッチにされて流入排気ガスの空燃比がリッチになると図４に示されるように機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、これは未燃ＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^- 又はＯ^{2 -} と反応して酸化せしめられる。また、流入排気ガスの空燃比がリッチになると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮＯ₂ が放出され、このＮＯ₂ は図５（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ₂ が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ₂ が放出される。従って流入排気ガスの空燃比をリッチにすると短時間のうちにＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x が放出されることになる。
【００１７】
即ち、流入排気ガスの空燃比をリッチにするとまず始めに未燃ＨＣ，ＣＯが白金Ｐｔ上のＯ₂ ^- 又はＯ^{2 -} とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上のＯ₂ ^- 又はＯ^{2 -} が消費されてもまだ未燃ＨＣ，ＣＯが残っていればこの未燃ＨＣ、ＣＯによって吸収剤から放出されたＮＯ_x および機関から排出されたＮＯ_x が還元せしめられる。従って流入排気ガスの空燃比をリッチにすれば短時間のうちにＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されているＮＯ_x が放出され、しかもこの放出されたＮＯ_x が還元されるために大気中にＮＯ_x が排出されるのを阻止することができることになる。また、ＮＯ_x 吸収剤１８は還元触媒の機能を有しているので流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にしてもＮＯ_x 吸収剤１８から放出されたＮＯ_x が還元せしめられる。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にした場合にはＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x が徐々にしか放出されないためにＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されている全ＮＯ_x を放出させるには若干長い時間を要する。
【００１８】
上述したようにリーン混合気が燃焼せしめられるとＮＯ_x がＮＯ_x 吸収剤１８に吸収され、理論空燃比の混合気又はリッチ混合気が燃焼せしめられるとＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x が放出される。しかしながら上述したように理論空燃比の混合気が燃焼せしめられているときにはＮＯ_x 吸収剤１８からのＮＯ_x の放出作用が完了するまでに時間を要し、従ってＮＯ_x 吸収剤１８から十分にＮＯ_x が放出されないうちに図３に示すリーン混合気を燃焼すべき運転状態（Ｋ＜１．０）に移行するとＮＯ_x 吸収剤１８のＮＯ_x 吸収能力が飽和してＮＯ_x 吸収剤１８がＮＯ_x を吸収しえなくなる危険性がある。このような危険性を回避するためにはＮＯ_x 吸収剤１８からできるだけ速くＮＯ_x を放出させる必要があり、そのために本発明による実施例では空燃比を理論空燃比にすべき機関運転状態となったときには混合気の空燃比を空燃比の平均値が理論空燃比よりもわずかばかりリッチとなるようにフィードバック制御するようにしている。
【００１９】
そこでまず初めに図６および図７を参照しつつ空燃比のフィードバック制御について説明する。
図６に示されるように空燃比センサ２１は混合気がリッチのときには０．９（Ｖ）程度の出力電圧Ｖを発生し、混合気がリーンのときには０．１（Ｖ）程度の出力電圧Ｖを発生する。図７はこの空燃比センサ２１の出力信号に基いて行われる空燃比のフィードバック制御を示しており、図７に示すルーチンは一定時間毎の割込みによって行われる。
【００２０】
図７を参照するとまず初めにステップ５０においてフィードバック制御を実行すべきことを示すフラグＦがセットされているか否かが判別される。フラグＦがセットされていないときには処理サイクルを完了し、従ってこのときにはフィードバック制御は行われない。
これに対してフラグＦがセットされているときにはステップ５１に進んで空燃比センサ２１の出力電圧Ｖが０．４５（Ｖ）程度の基準電圧Ｖｒよりも小さいか否かが判別される。Ｖ≦Ｖｒのとき、即ち空燃比がリーンのときにはステップ５２に進んでディレイカウント値ＣＤＬが１だけディクリメントされる。次いでステップ５３ではディレイカウント値ＣＤＬが最小値ＴＤＲよりも小さくなったか否かが判別され、ＣＤＬ＜ＴＤＲになったときにはステップ５４に進んでＣＤＬをＴＤＲとした後ステップ５５に進む。従って図６に示されるようにＶ≦Ｖｒになるとディレイカウント値ＣＤＬが徐々に減少せしめられ、次いでＣＤＬは最小値ＴＤＲに維持される。
【００２１】
一方、ステップ５１においてＶ＞Ｖｒであると判別されたとき、即ち空燃比がリッチのときにはステップ５６に進んでディレイカウント値ＣＤＬが１だけインクリメントされる。次いでステップ５７ではディレイカウント値ＣＤＬが最大値ＴＤＬよりも大きくなったか否かが判別され、ＣＤＬ＞ＴＤＬになったときにはステップ５８に進んでＣＤＬをＴＤＬとした後ステップ５５に進む。従って図６に示されるようにＶ＞Ｖｒになるとディレイカウント値ＣＤＬが徐々に増大せしめられ、次いでＣＤＬは最大値ＴＤＬに維持される。
【００２２】
ステップ５５では前回の処理サイクルから今回の処理サイクルの間にディレイカウント値ＣＤＬの符号が正から負へ又は負から正へ反転したか否かが判別される。ディレイカウント値ＣＤＬの符号が反転したときにはステップ５９に進んで正から負への反転か否か、即ちリッチからリーンへの反転であるか否かが判別される。リッチからリーンへの反転のときにはステップ６０に進んでフィードバック補正係数ＦＡＦにリッチスキップ値ＲＳＲが加算され、斯くして図６に示されるようにＦＡＦはリッチスキップ値ＲＳＲだけ急激に増大せしめられる。これに対してリーンからリッチへの反転のときにはステップ６１に進んでＦＡＦからリーンスキップ値ＲＳＬが減算され、斯くして図６に示されるようにＦＡＦはリーンスキップ値ＲＳＬだけ急激に減少せしめられる。
【００２３】
一方、ステップ５５においてディレイカウント値ＣＤＬの符号が反転していないと判別されたときにはステップ６２に進んでディレイカウント値ＣＤＬが負であるか否かが判別される。ＣＤＬ≦０のときにはステップ６３に進んでフィードバック補正係数ＦＡＦにリッチ積分値ＫＩＲ（ＫＩＲ＜ＲＳＲ）が加算され、斯くして図６に示されるようにＦＡＦは徐々に増大せしめられる。一方、ＣＤＬ＞０のときにはステップ６４に進んでＦＡＦからリーン積分値ＫＩＬが減算され、斯くして図６に示されるようにＦＡＦは徐々に減少せしめられる。
【００２４】
このようなフィードバック制御方法を採用すると図６からわかるように例えば空燃比が一時的にリーンになったとしてもこれによってＦＡＦが影響を受けないようにすることができる。
図８（Ａ）は空燃比が理論空燃比に維持されている場合を示している。このとき実際の空燃比は理論空燃比１４．６を中心して上下動し、斯くしてこのときには実際の空燃比の平均値は理論空燃比１４．６となる。これに対して図８（Ｂ）はリッチ積分値ＫＩＲをリーン積分値ＫＩＬよりも大きくした場合を示している。この場合には実際の空燃比は全体としてリッチ側に片寄りつつ変動し、リッチである時間およびこの間のリッチの度合がリーンである時間およびこの間のリーンの度合よりも大きくなる。従ってこのときには空燃比の平均値は理論空燃比に対してすこしばかりリッチ側となる。
【００２５】
なお、空燃比の平均値を理論空燃比よりもすこしばかりリッチ側にするには図６に示されるリッチスキップ値ＲＳＲをリーンスキップ値ＲＳＬより大きくしてもよく、また図６に示される最小値ＴＤＲの絶対値を最大値ＴＤＬより大きくしてもよい。
図９から図１１はリッチ積分値ＫＩＲをリーン積分値ＫＩＬよりも大きくすることによって空燃比の平均値を理論空燃比に対してわずかばかりリッチ側にずらすようにした第１実施例を示している。この実施例では図９に示すようにＫ＝１．０になったときには、即ち空燃比を理論空燃比とすべき運転状態（アイドリング運転時および図３のＫ＝１．０の運転領域）になったときには空燃比の平均値が理論空燃比に対してわずかばかりリッチ側となるように空燃比がフィードバック制御される。
【００２６】
また、この第１実施例ではＫ＝１．０になるとカウント値Ｃのカウントアップ作用が開始され、カウント値Ｃが設定値Ｃ₀ に達すると空燃比の平均値が理論空燃比となるように空燃比がフィードバック制御される。
図１０および図１１は図９に示される空燃比制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
【００２７】
図１０および図１１を参照するとまず初めにステップ１００において図２に示すマップから基本燃料噴射時間ＴＰが算出される。次いでステップ１０１では減速運転時であって燃料の供給が停止されているか否かが判別される。燃料の供給が停止されていないときにはステップ１０２に進んでアイドルスイッチ２０がオンであるか否か、即ちスロットル弁１４がアイドリング開度であるか否かが判別される。アイドルスイッチ２０がオンでないときにはステップ１０３に進んで図３に示す関係に基いて機関の運転状態から補正係数Ｋが算出される。次いでステップ１０４ではＫ＝１．０であるか否かが判別される。Ｋ＝１．０でないとき、即ちリーン混合気又はリッチ混合気を燃焼すべき運転状態のときにはステップ１０５に進んでカウント値Ｃが零とされ、次いでステップ１１０に進む。
【００２８】
一方、ステップ１０２においてアイドルスイッチ２０がオンになったときにはステップ１０６に進んでＫ＝１．０とされる。次いでステップ１０７においてカウント値Ｃが１だけインクリメントされ、ステップ１１０に進む。また、ステップ１０４においてＫ＝１．０であると判別されたときにはステップ１０７に進んでカウント値Ｃが１だけインクリメントされ、次いでステップ１１０に進む。従ってカウント値Ｃのカウントアップ作用が開始されるのはＫ＝１のとき、即ちアイドリング運転時と図３に示すＫ＝１の領域のときである。
【００２９】
一方、ステップ１０１において燃料の供給が停止されていると判別されたときにはステップ１０８に進んでＫ＝０とされる。次いでステップ１０９においてカウント値Ｃが零とされ、ステップ１１０に進む。ステップ１１０ではＫ＝１．０であるか否かが判別される。Ｋ＝１．０でないとき、即ちリーン混合気又はリッチ混合気を燃焼すべきときにはステップ１１１に進んでフィードバック補正係数ＦＡＦが１．０とされる。次いでステップ１１２ではフラグＦがリセットされ、次いでステップ１１９では次式に基いて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
【００３０】
ＴＡＵ＝ｆ・ＴＰ・Ｋ・ＦＡＦ
従ってこのときには空燃比が予め定められたリーン空燃比又はリッチ空燃比にオープンループ制御される。
一方、ステップ１１０においてＫ＝１．０であると判別されたとき、即ち空燃比を理論空燃比とすべきときにはステップ１１３に進んでカウント値Ｃが設定値Ｃ₀ （図９）よりも大きくなったか否かが判別される。Ｃ≦Ｃ₀ のときにはステップ１１４に進んで基準リッチ積分値ＫＩＲ₀ と一定値ｋ₁ との和がリッチ積分値ＫＩＲとされ、次いでステップ１１５では基準リーン積分値ＫＩＬ₀ から一定値ｋ₂ を減算した減算結果がリーン積分値ＫＩＬとされる。次いでステップ１１８においてフラグＦがセットされ、ステップ１１９に進む。フラグＦがセットされると図７に示すフィードバック制御ルーチンにおいてフィードバック補正係数ＦＡＦが算出され、空燃比フィードバック制御が開始される。
【００３１】
Ｃ＞Ｃ₀ になるとステップ１１６に進んでリッチ積分値ＫＩＲが基準リッチ積分値ＫＩＲ₀ とされ、次いでステップ１１７に進んでリーン積分値ＫＩＬが基準リーン積分値ＫＩＬ₀ とされる。次いでステップ１１８を経てステップ１１９に進む。従ってＫ＝１．０となった後Ｃ＞Ｃ₀ となるまでの間はリッチ積分値ＫＩＲが増大され、リーン積分値ＫＩＬが減少せしめられるので空燃比は空燃比の平均値が理論空燃比に対してわずかばかりリッチになるようにフィードバック制御され、Ｃ＞Ｃ₀ になるとリッチ積分値ＫＩＲおよびリーン積分値ＫＩＬは夫々基準値ＫＩＲ₀ ，ＫＩＬ₀ に戻されるので空燃比は空燃比の平均値が理論空燃比となるようにフィードバック制御される。
【００３２】
図１２から図１６はリッチスキップ値ＲＳＲをリーンスキップ値ＲＳＬよりも大きくすることによって空燃比の平均値を理論空燃比に対してわずかばかりリッチ側にずらすようにした第２実施例を示している。この実施例では図１２に示すようにＫ＝１．０になったときには、即ち空燃比を理論空燃比とすべき運転状態（アイドリング運転時および図３のＫ＝１．０の運転領域）になったときには空燃比の平均値が理論空燃比に対してわずかばかりリッチ側となるように空燃比がフィードバック制御される。
【００３３】
また、この第２実施例ではＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されていると推定されるＮＯ_x 量ΣＮＯＸが算出され、このＮＯ_x 量ΣＮＯＸが零になると空燃比の平均値が理論空燃比となるように空燃比がフィードバック制御される。従ってこの第２実施例ではＮＯ_x 吸収剤１８から全ＮＯ_x が放出されたと推定されたときに空燃比の平均値がわずかばかりリッチ側から理論空燃比に切換えられる。このようにこの第２実施例ではＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されていると推定されるＮＯ_x 量ΣＮＯＸに基いて空燃比の切換えが行われ、従ってまず初めにこのＮＯ_x 量ΣＮＯＸの算出方法について説明する。
【００３４】
リーン混合気が燃焼せしめられているときには機関負荷が高くなるほど単位時間当り機関から排出されるＮＯ_x 量が増大するために単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されるＮＯ_x 量が増大し、また機関回転数が高くなるほど単位時間当り機関から排出されるＮＯ_x 量が増大するために単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されるＮＯ_x が増大する。従って単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されるＮＯ_x 量は機関負荷と機関回転数の関数となる。この場合、機関負荷はサージタンク１０内の絶対圧でもって代表することができるので単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されるＮＯ_x 量はサージタンク１０内の絶対圧ＰＭと機関回転数Ｎの関数となる。従って本発明による実施例では単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されるＮＯ_x 量ＮＯＸＡを絶対圧ＰＭおよび機関回転数Ｎの関数として予め実験により求め、このＮＯ_x 量ＮＯＸＡがＰＭおよびＮの関数として図１３（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３５】
一方、機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比が理論空燃比又はリッチになるとＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x が放出されるがこのときのＮＯ_x 放出量は主に排気ガス量と空燃比の影響を受ける。即ち、排気ガス量が増大するほど単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８から放出されるＮＯ_x 量が増大し、空燃比がリッチとなるほど単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８から放出されるＮＯ_x 量が増大する。この場合、排気ガス量、即ち吸入空気量は機関回転数Ｎとサージタンク１０内の絶対圧ＰＭとの積でもって代表することができ、従って図１３（Ｂ）に示されるように単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８から放出されるＮＯ_x 量ＮＯＸＤはＮ・ＰＭが大きくなるほど増大する。また、空燃比は補正係数Ｋの値に対応しているので図１３（Ｃ）に示されるように単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８から放出されるＮＯ_x 量ＮＯＸＤはＫの値が大きくなるほど増大する。この単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８から放出されるＮＯ_x 量ＮＯＸＤはＮ・ＰＭとＫの関数として図１４（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３６】
また、ＮＯ_x 吸収剤１８の温度が高くなると吸収剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^- が分解しやすくなるのでＮＯ_x 吸収剤１８からのＮＯ_x 放出率が増大する。この場合、ＮＯ_x 吸収剤１８の温度はほぼ排気ガス温に比例するので図１４（Ｂ）に示されるようにＮＯ_x 放出率Ｋｆは排気ガス温Ｔが高くなるほど大きくなる。従ってＮＯ_x 放出率Ｋｆを考慮に入れた場合には単位時間当りＮＯ_x 吸収剤１８から放出されるＮＯ_x 量は図１４（Ａ）に示されるＮＯＸＤとＮＯ_x 放出率Ｋｆとの積で表わされることになる。なお、本発明による実施例では排気ガス温Ｔはサージタンク１０内の絶対圧ＰＭおよび機関回転数Ｎの関数として図１４（Ｃ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３７】
上述したようにリーン混合気が燃焼せしめられたときには単位時間当りのＮＯ_x 吸収量がＮＯＸＡで表わされ、理論空燃比の混合気又はリッチ混合気が燃焼せしめられたときには単位時間当りのＮＯ_x 放出量はＫｆ・ＮＯＸＤで表わされるのでＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されていると推定されるＮＯ_x 量ΣＮＯＸは次式で表わされることになる。
【００３８】
ΣＮＯＸ＝ΣＮＯＸ＋ＮＯＸＡ−Ｋｆ・ＮＯＸＤ
図１５および図１６は図１２に示される空燃比制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間の割込みによって実行される。
図１５および図１６を参照するとまず初めにステップ２００において図２に示すマップから基本燃料噴射時間ＴＰが算出される。次いでステップ２０１では減速運転時であって燃料の供給が停止されているか否かが判別される。燃料の供給が停止されていないときにはステップ２０２に進んでアイドルスイッチ２０がオンであるか否か、即ちスロットル弁１４がアイドリング開度であるか否かが判別される。アイドルスイッチ２０がオンでないときにはステップ２０３に進んで図３に示す関係に基いて機関の運転状態から補正係数Ｋが算出され、次いでステップ２０５に進む。
【００３９】
一方、ステップ２０２においてアイドルスイッチ２０がオンになったときにはステップ２０４に進んでＫ＝１．０とされ、次いでステップ２０５に進む。従ってＫ＝１．０となるのはアイドリング運転時又は図３に示すＫ＝１．０の領域である。ステップ２０５ではＫ＜１．０であるか否か、即ちリーン混合気を燃焼すべき運転状態であるか否かが判別される。Ｋ＜１．０のとき、即ちリーン混合気の燃焼すべき運転状態のときにはステップ２０６に進んで図１３（Ａ）に示すマップから単位時間当りのＮＯ_x 吸収量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ２０７ではＮＯ_x 放出量ＮＯＸＤが零とされ、次いでステップ２１１においてフィードバック補正係数ＦＡＦが１．０に固定される。次いでステップ２１２においてフラグＦがリセットされ、次いでステップ２２２に進む。
【００４０】
一方、ステップ２０５においてＫ＜１．０でないと判別されたときにはステップ２０８に進んでＫ＞１．０であるか否か、即ちリッチ混合気を燃焼すべき運転状態であるか否かが判別される。Ｋ＞１．０のとき、即ちリッチ混合気を燃焼すべき運転状態のときにはステップ２０９に進んで図１４（Ａ）に示すマップから単位時間当りの放出ＮＯ_x 量ＮＯＸＤが算出され、図１４（Ｂ）に示す関係と図１４（Ｃ）に示すマップからＮＯ_x 放出率Ｋｆが算出される。次いでステップ２１０では単位時間当りのＮＯ_x 吸収量ＮＯＸＡが零とされる。次いでステップ２１１では補正係数Ｋが１．０に固定され、次いでステップ２１２においてフラグＦがリセットされた後ステップ２２２に進む。ステップ２２２では次式に基いて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
【００４１】
ＴＡＵ＝ｆ・ＴＰ・Ｋ・ＦＡＦ
従ってこのときには空燃比が予め定められたリーン空燃比又はリッチ空燃比にオープンループ制御される。次いでステップ２２３では次式に基いてＮＯ_x 吸収剤１８に吸収されているＮＯ_x 量ΣＮＯＸが算出される。
ΣＮＯＸ＝ΣＮＯＸ＋ＮＯＸＡ−Ｋｆ・ＮＯＸＤ
次いでステップ２２４ではＮＯ_x 量ΣＮＯＸが負になったか否かが判別され、ΣＮＯＸ＜０になったときにはステップ２２５に進んでΣＮＯＸが零とされる。一方、ステップ２０８においてＫ＞１．０でないとき、即ちＫ＝１．０であって空燃比を理論空燃比とすべきときにはステップ２１３に進んでＮＯ_x 量ΣＮＯＸが零であるか否かが判別される。ΣＮＯＸ＝０でないときにはステップ２１４に進んで基準リッチスキップ値ＲＳＲ₀ と一定値ｋ₃ との和がリッチスキップ値ＲＳＲとされ、次いでステップ２１５では基準リーンスキップ値ＲＳＬ₀ から一定値ｋ₄ を減算した減算結果がリーンスキップ値ＲＳＬとされる。次いでステップ２１６において図１４（Ａ）に示すマップからＮＯ_x 放出量ＮＯＸＤが算出され、図１４（Ｂ）に示す関係と図１４（Ｃ）に示すマップからＮＯ_x 放出率Ｋｆが算出される。次いでステップ２２０ではＮＯ_x 吸収量ＮＯＸＡが零とされる。次いでステップ２２１においてフラグＦがセットされ、ステップ２２２に進む。フラグＦがセットされると図７に示すフィードバック制御ルーチンにおいてフィードバック補正係数ＦＡＦが算出され、空燃比フィードバック制御が開始される。
【００４２】
ΣＮＯＸ＝０になるとステップ２１７に進んでリッチスキップ値ＲＳＲが基準リップスキップ値ＲＳＲ₀ とされ、次いでステップ２１８に進んでリーンスキップ値ＲＳＬが基準リーンスキップ値ＲＳＬ₀ とされる。次いでステップ２１９ではＮＯ_x 放出量ＮＯＸＤが零とされる。次いでステップ２２０，２２１を経てステップ２２２に進む。従ってＫ＝１．０となった後ΣＮＯＸ＝０となるまでの間はリッチスキップ値ＲＳＲが増大され、リーンスキップ値ＲＳＬが減少せしめられるので空燃比は空燃比の平均値が理論空燃比に対してわずかばかりリッチになるようにフィードバック制御され、ΣＮＯＸ＝０になるとリッチスキップ値ＲＳＲおよびリーンスキップ値ＲＳＬは夫々基準値ＲＳＲ₀ ，ＲＳＬ₀ に戻されるので空燃比は空燃比の平均値が理論空燃比となるようにフィードバック制御される。
【００４３】
このようにΣＮＯＸ＝０となるまでの間は空燃比の平均値が理論空燃比に対してわずかばかりリッチ側に維持されており、従ってこのときには空燃比の平均値が理論空燃比であるときに比べてＮＯ_x 吸収剤１８からのＮＯ_x 放出量ＮＯＸＤは増大する。従ってステップ２１６に進んだときにはＫ＝１．０となっているがステップ２１６ではリッチ側となっている空燃比の平均値に対応したＫの値（Ｋ＞１．０）に基いて図１４（Ａ）に示すマップからＮＯ_x 放出量ＮＯＸＤが算出される。
【００４４】
一方、ステップ２０１において燃料の供給が停止されていると判別されたときにはステップ２２６に進んでＮＯ_x 吸収量ＮＯＸＡが零とされ、次いでステップ２２７に進んでＮＯ_x 放出量ＮＯＸＤが零とされる。次いでステップ２２８においてＫ＝０とされ、次いでステップ２２９においてフラグＦがリセットされた後ステップ２２２に進む。
【００４５】
図１７から図２０に第３実施例を示す。図１７に示されるようにこの第３実施例ではＮＯ_x 吸収剤１８下流の機関排気通路内に第２の空燃比センサ４０が設けられている。この第２の空燃比センサ４０は空燃比に対して空燃比センサ２１と同様な出力特性を有し、この第２の空燃比センサ４０の出力信号はＡＤ変換器４１を介して入力ポート３５に入力される。
【００４６】
この第３実施例においても図１８に示すようにＫ＝１．０になったときには、即ち空燃比を理論空燃比とすべき運転状態（アイドリング運転時および図３のＫ＝１．０の運転領域）になったときには空燃比の平均値が理論空燃比に対してわずかばかりリッチ側となるように空燃比がフィードバック制御される。このときこの第３実施例では最小値ＴＤＲ（図６）の絶対値を増大させ、最大値ＴＤＬ（図６）を減少させることによって空燃比の平均値を理論空燃比に対してわずかばかりリッチ側にずらすようにしている。
【００４７】
また、この第３実施例では第２の空燃比センサ４０の出力信号からＮＯ_x 吸収剤１８からのＮＯ_x 放出作用が完了したか否かを判断しており、図１８に示されるように第２の空燃比センサ４０の出力電圧Ｖが一定値Ｖ₀ よりも高くなったときに空燃比の平均値が理論空燃比となるように空燃比がフィードバック制御される。このようにこの第３実施例ではＮＯ_x 吸収剤１８からのＮＯ_x 放出作用が完了したことを第２の空燃比センサ４０の出力電圧の変化から検出するようにしており、従って以下このことについて説明する。
【００４８】
即ち、燃焼室３内に供給される混合気がリッチになると図４に示されるように燃焼室３からは酸素Ｏ₂ および未燃ＨＣ，ＣＯを含んだ排気ガスが排出されるがこの酸素Ｏ₂ と未燃ＨＣ，ＣＯとはほとんど反応せず、斯くしてこの酸素Ｏ₂ はＮＯ_x 吸収剤１８を通り過ぎてＮＯ_x 吸収剤１８から排出されることになる。一方、燃焼室３内に供給される混合気がリッチになるとＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x が放出される。このとき排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯは放出されたＮＯ_x を還元するために使用されるのでＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x が放出されている間はＮＯ_x 吸収剤１８から全く未燃ＨＣ，ＣＯが排出されないことになる。従ってＮＯ_x 吸収剤１８からＮＯ_x が放出され続けている間はＮＯ_x 吸収剤１８から排出される排気ガス中には酸素Ｏ₂ が含まれているが未燃ＨＣ，ＣＯが全く含まれておらず、従ってこの間はＮＯ_x 吸収剤１８から排出される排気ガスの空燃比はわずかばかりリーンとなっている。
【００４９】
次いでＮＯ_x 吸収剤１８からのＮＯ_x の放出作用が完了すると排気ガスに含まれている未燃ＨＣ，ＣＯはＮＯ_x 吸収剤１８内でＮＯ_x の還元のために作用されることなくそのままＮＯ_x 吸収剤１８から排出される。従ってこのとき燃焼室３内に供給されている混合気がリッチの場合にはＮＯ_x 吸収剤１８から排出される排気ガスの空燃比もリッチとなる。即ち、ＮＯ_x 吸収剤１８からのＮＯ_x の放出作用が完了すればＮＯ_x 吸収剤１８から排出される排気ガスがリーンからリッチに変化することになる。従ってＮＯ_x 吸収剤１８からのＮＯ_x 放出作用が完了すれば図１８に示されるように第２の空燃比センサ４０の出力電圧Ｖが立上がることになる。
【００５０】
図１９および図２０は図１８に示される空燃比制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図１９および図２０を参照するとまず初めにステップ３００において図２に示すマップから基本燃料噴射時間ＴＰが算出される。次いでステップ３０１では減速運転時であって燃料の供給が停止されているか否かが判別される。燃料の供給が停止されていないときにはステップ３０２に進んでアイドルスイッチ２０がオンであるか否か、即ちスロットル弁１４がアイドリング開度であるか否かが判別される。アイドルスイッチ２０がオンでないときにはステップ３０３に進んで図３に示す関係に基いて機関の運転状態から補正係数Ｋが算出される。次いでステップ３０６に進む。
【００５１】
一方、ステップ３０２においてアイドルスイッチ２０がオンになったときにはステップ３０４に進んでＫ＝１．０とされ、次いでステップ３０６に進む。また、ステップ３０１において燃料の供給が停止されていると判別されたときにはステップ３０５に進んでＫ＝０とされ、次いでステップ３０６に進む。
ステップ３０６ではＫ＝１．０であるか否かが判別される。Ｋ＝１．０でないとき、即ちリーン混合気又はリッチ混合気を燃焼すべきときにはステップ３０７に進んで空燃比の平均値をわずかばかりリッチにする処理が完了したことを示すフラグＸがリセットされる。次いでステップ３０８に進んでフィードバック補正係数ＦＡＦが１．０とされる。次いでステップ３０９ではフラグＦがリセットされ、次いでステップ３１８では次式に基いて燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
【００５２】
ＴＡＵ＝ｆ・ＴＰ・Ｋ・ＦＡＦ
従ってこのときには空燃比が予め定められたリーン空燃比又はリッチ空燃比にオープンループ制御される。
一方、ステップ３０６においてＫ＝１．０であると判別されたとき、即ち空燃比を理論空燃比とすべきときにはステップ３１０に進んでフラグＸがセットされているか否かが判別される。Ｋ＝１．０となったときにはフラグＸはリセットされているのでステップ３１１に進み、第２の空燃比センサ４０の出力電圧Ｖが一定値Ｖ₀ （図１８）よりも大きくなったか否かが判別される。リーン混合気の燃焼が行われている状態からＫ＝１．０となったときにはＶ≦Ｖ₀ であるのでステップ３１２に進む。
【００５３】
ステップ３１２では基準最小値ＴＤＲ₀ から一定値ｋ₅ を減算した減算結果が最小値ＴＤＲとされる。即ち、最小値ＴＤＲの絶対値が基準最小値ＴＤＲ₀ の絶対値に対して一定値ｋ₅ だけ増大せしめられる。次いでステップ３１３では基準最大値ＴＤＬ₀ から一定値ｋ₆ を減算した減算結果が最大値ＴＤＬとされる。次いでステップ３１７においてフラグＦがセットされ、ステップ３１８に進む。フラグＦがセットされると図７に示すフィードバック制御ルーチンにおいてフィードバック補正係数ＦＡＦが算出され、空燃比フィードバック制御が開始される。
【００５４】
ステップ３１１においてＶ＞Ｖ₀ になったと判断されるとステップ３１４においてフラグＸがセットされ、次いでステップ３１５に進む。フラグＸがセットされると次の処理サイクルからはステップ３１０からステップ３１５にジャンプする。ステップ３１５では最小値ＴＤＲが基準最小値ＴＤＲ₀ とされ、次いでステップ３１６では最大値ＴＤＬが基準最大値ＴＤＬ₀ とされる。次いでステップ３１７を経てステップ３１８に進む。
【００５５】
従ってＫ＝１．０となった後はＶ＞Ｖ₀ となるまでの間は最小値ＴＤＲの絶対値が増大され、最大値ＴＤＬが減少せしめられるので空燃比は空燃比の平均値が理論空燃比に対してわずかばかりリッチになるようにフィードバック制御され、Ｖ＞Ｖ₀ になると最小値ＴＤＲおよび最大値ＴＤＬは夫々基準値ＴＤＲ₀ ，ＤＴＬ₀ に戻されるので空燃比は空燃比の平均値が理論空燃比となるようにフィードバック制御される。
【００５６】
【発明の効果】
ＮＯ_x 吸収剤に吸収されているＮＯ_x を確実にＮＯ_x 吸収剤から放出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】基本燃料噴射時間のマップを示す図である。
【図３】補正係数Ｋを示す図である。
【図４】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよび酸素の濃度を概略的に示す線図である。
【図５】ＮＯ_x の吸放出作用を説明するための図である。
【図６】フィードバック補正係数ＦＡＦの変化を示すタイムチャートである。
【図７】フィードバック制御を行うためのフローチャートである。
【図８】空燃比の変化を示す図である。
【図９】空燃比制御の第１実施例を示すタイムチャートである。
【図１０】空燃比制御の第１実施例を実行するためのフローチャートである。
【図１１】空燃比制御の第１実施例を実行するためのフローチャートである。
【図１２】空燃比制御の第２実施例を示すタイムチャートである。
【図１３】ＮＯ_x 吸収量ＮＯＸＡ等を示す図である。
【図１４】ＮＯ_x 放出量ＮＯＸＤ等を示す図である。
【図１５】空燃比制御の第２実施例を実行するためのフローチャートである。
【図１６】空燃比制御の第２実施例を実行するためのフローチャートである。
【図１７】内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【図１８】空燃比制御の第３実施例を示すタイムチャートである。
【図１９】空燃比制御の第３実施例を実行するためのフローチャートである。
【図２０】空燃比制御の第３実施例を実行するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１６…排気管
１８…ＮＯ_x 吸収剤

Claims (2)

1. 流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_xを吸収し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチのときには吸収したＮＯ_xを放出するＮＯ_x吸収剤を機関排気通路内に配置し、リーン混合気が燃焼せしめられているときには排気ガス中のＮＯ_xがＮＯ_x吸収剤に吸収され、理論空燃比の混合気又はリッチ混合気が燃焼せしめられたときにはＮＯ_x吸収剤からＮＯ_xが放出せしめられる内燃機関において、リーン混合気が燃焼せしめられているときに機関の運転状態に応じて変化する単位時間当りのＮＯ _x 吸収剤へのＮＯ _x 吸収量を求めると共に理論空燃比の混合気又はリッチ混合気が燃焼せしめられているときに機関の運転状態に応じて変化する単位時間当りのＮＯ _x 吸収剤からのＮＯ _x 放出量を求めてこれら単位時間当りのＮＯ _x 吸収量および単位時間当りのＮＯ _x 放出量からＮＯ_x吸収剤に吸収されている吸収ＮＯ_x量を算出する算出手段を具備し、算出された吸収ＮＯ_x量が零になったときにＮＯ_x放出のためのリッチ混合気燃焼を停止するようにした内燃機関の制御装置。
2. リーン混合気を燃焼すべき運転状態から理論空燃比の混合気を燃焼すべき運転状態になったときにはリッチ混合気の燃焼を行い、算出された吸収ＮＯ _x 量が零になったときにはＮＯ _x 放出のためのリッチ混合気燃焼から理論空燃比の混合気の燃焼に切換えるようにした請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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