JP4159656B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に排気系にＮＯｘ（窒素酸化物）吸収触媒を備えた内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーン運転を実行すると、ＮＯｘの排出量が増加する傾向があるため、機関の排気通路内にＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒を配置し、排気ガスの浄化を行う技術が従来より知られている。このＮＯｘ吸収触媒は、空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い（ＮＯｘが多い）状態（以下「排気ガスリーン状態」という）においては、ＮＯｘを吸収する一方、逆に空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が低く、ＨＣ、ＣＯ成分が多い状態（以下「排気ガスリッチ状態」という）においては、吸収したＮＯｘを還元する特性を有する。
【０００３】
このようなＮＯｘ吸収触媒を三元触媒とともに機関の排気通路に配置し、機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比のリーン側とリッチ側とに周期的に制御する空燃比制御装置が従来より知られている（特許第２６０５５７９号公報）。この装置では、空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定したときに三元触媒のＮＯｘ浄化率が低下することに鑑み、三元触媒の下流側にＮＯｘ吸収触媒を設けて、ＮＯｘを吸収するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の装置では、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘの還元（放出）について考慮されていないため、以下のような問題があった。
【０００５】
すなわち、理論空燃比の近傍に空燃比を制御する場合、理論空燃比よりリッチ側の空燃比は、三元触媒の浄化特性によってＨＣ，ＣＯを浄化できる程度の値に設定されるため、三元触媒の下流側では、通常は上記排気ガスリッチ状態とならない。したがって、ＮＯｘ吸収触媒における、吸収したＮＯｘの還元が不十分となり、ＮＯｘ吸収能力が徐々に低下して、ＮＯｘの排出量が増加するという問題があった。
【０００６】
本発明はこの問題を解決するためになされたものであり、排気系に三元触媒と、その下流側にＮＯｘ吸収触媒を有する内燃機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比近傍に設定して制御する場合に、ＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘ吸収能力を維持し、ＮＯｘ排出量の増加を防止することができる空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスリーン状態において排気ガス中のＮＯｘを吸収し、排気ガスリッチ状態において吸収したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸収触媒と、該ＮＯｘ吸収触媒の上流側に設けられた三元触媒と、前記排気系に設けられた空燃比検出手段と、前記機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比を中心として理論空燃比よりリーン側の所定リーン側空燃比と、理論空燃比よりリッチ側の所定リッチ側空燃比の間で変動させる空燃比制御手段とを有する内燃機関の空燃比制御装置において、前記空燃比検出手段の出力が所定値より小さく、前記空燃比が理論空燃比よりリーン側であることを示すときに前記ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘ量が増加するように前記ＮＯｘ量を推定するＮＯｘ量推定手段と、前記空燃比制御手段の作動中に、前記ＮＯｘ量推定手段により推定したＮＯｘ量が設定値に達したとき前記機関に供給する混合気の空燃比を前記所定リッチ側空燃比よりさらにリッチ側の所定空燃比に設定し、その後所定時間に亘って前記混合気の空燃比を徐々によりリッチ方向に変更する空燃比リッチ化手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
ここで、上記「設定値」は、ＮＯｘ吸収触媒が、そのＮＯｘ吸収能力の限界までＮＯｘを吸収したときのＮＯｘ量に対応する値、若しくはそれより若干小さい値とする。
【０００９】
この構成によれば、機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比を中心として所定リーン側空燃比と所定リッチ側空燃比の間で変動させる空燃比変動制御が実行されるとともに、空燃比検出手段の出力が所定値より小さく、空燃比が理論空燃比よりリーン側であることを示すときにＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘ量が増加するように推定され、前記空燃比変動制御実行中に、推定されたＮＯｘ量が設定値に達したとき混合気の空燃比が、前記所定リッチ側空燃比よりさらにリッチ側の所定空燃比に設定され、その後所定時間に亘って混合気の空燃比が徐々にリッチ方向に変更されるので、三元触媒の下流側に設けられたＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘが適時還元され、ＮＯｘ吸収能力を維持してＮＯｘ排出量の増加を防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の一形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその空燃比制御装置の全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【００１１】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００１２】
一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ８が設けられており、この絶対圧センサ８により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気温（ＴＡ)センサ９が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１３】
エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ１０はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１４】
エンジン１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲には、エンジン回転数（ＮＥ）センサ１１及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１２が取り付けられている。エンジン回転数センサ１１は、エンジン１の各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０゜毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力し、気筒判別センサ１２は、特定の気筒の所定クランク角度位置で気筒判別信号パルスを出力するものであり、これらの各信号パルスはＥＣＵ５に供給される。
【００１５】
排気管１３には三元触媒及びＮＯｘ吸収触媒１４ａを内蔵する排気ガス浄化装置１４が設けられている。三元触媒は、酸素蓄積能力を有し、エンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い排気ガスリーン状態では、排気ガス中の酸素を蓄積し、逆にエンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が低く、ＨＣ、ＣＯ成分が多い排気ガスリッチ状態では、蓄積した酸素により排気ガス中のＨＣ，ＣＯを酸化する機能を有する。
【００１６】
ＮＯｘ吸収触媒１４ａは、ＮＯｘ吸収剤と触媒からなり、ＮＯｘ吸収剤としては、前記排気ガスリーン状態においては、ＮＯｘを吸蔵する一方、前記排気ガスリッチ状態においては、吸蔵したＮＯｘを放出する特性を有する吸蔵式のもの、あるいは排気ガスリーン状態においてＮＯｘを吸着し、排気ガスリッチ状態においてＮＯｘを還元する吸着式のものを使用する。ＮＯｘ吸収触媒１４ａは、排気ガスリーン状態においては、ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘを吸収させる一方、排気ガスリッチ状態においては、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘがＨＣ、ＣＯにより還元されて、窒素ガスとして排出され、またＨＣ、ＣＯは酸化されて水蒸気及び二酸化炭素として排出されるように構成されている。吸蔵式のＮＯｘ吸収剤としては、例えば酸化バリウム（Ｂａ０）が使用され、吸着式のＮＯｘ吸収剤としては、例えばナトリウム（Ｎａ）とチタン（Ｔｉ）またはストロンチウム（Ｓｒ）とチタン（Ｔｉ）が使用され、触媒としては吸蔵式及び吸着式のいずれにおいても例えば白金（Ｐｔ）が使用される。このＮＯｘ吸収剤は、一般にその温度が高くなるほど、吸収したＮＯｘを放出しやすくなる特性を有する。
【００１７】
排気ガス浄化装置１４の上流位置には、空燃比検出手段としての酸素濃度センサ１６（以下「Ｏ２センサ１６」という）が装着されており、このＯ２センサ１６は排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出値に応じた電気信号を出力しＥＣＵ５に供給する。
【００１８】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成される。記憶手段５ｃは、イグニッションスイッチがオフされたときもバッテリによりバックアップされ、記憶内容を保持するバックアップメモリを有する。
【００１９】
ＣＰＵ５ｂは、上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、排気ガス中の酸素濃度に応じた空燃比制御を行う空燃比フィードバック制御領域や空燃比フィードバック制御を行わないオープンループ制御領域等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、下記式（１）に基づき、前記ＴＤＣ信号パルスに同期する燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。
ＴＯＵＴ＝ＴＩＭ×ＫＯ２×Ｋ１＋Ｋ２ （１）
ここに、ＴＩＭは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁６の基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたＴＩマップを検索して決定される。ＴＩマップは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに対応する運転状態において、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。
【００２０】
ＫＯ２は空燃比補正係数（以下、単に「補正係数」という）であり、空燃比フィードバック制御時、Ｏ２センサ１６により検出された排気ガス中の酸素濃度に応じて求められ、さらにオープンループ制御領域では各運転領域に応じた値に設定される。
【００２１】
Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決定される。
【００２２】
ＣＰＵ５ｂは上述のようにして求めた燃料噴射時間ＴＯＵＴに基づいて燃料噴射弁６を駆動する駆動信号を出力回路５ｄを介して燃料噴射弁６に供給する。
【００２３】
図２は、排気ガス浄化装置１４内のＮＯｘ吸収触媒１４ａに吸収されたＮＯｘを還元するために空燃比をリッチ化することを「１」で示すリッチ化フラグＦＲＩＣＨを設定する処理のフローチャートであり、本処理は一定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎にＣＰＵ５ｂで実行される。
【００２４】
ステップＳ１１では、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が、ほぼ理論空燃比に対応する基準値ＶＲＥＦより低いか否かを判別し、ＶＯ２≧ＶＲＥＦであるときは直ちに本処理を終了し、ＶＯ２＜ＶＲＥＦであって、空燃比が理論空燃比よりリーン側にあるときは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて加算項ＮＡＤＤを算出する（ステップＳ１２）。加算項ＮＡＤＤは、空燃比が理論空燃比よりリーン側の値に設定されている期間中に単位時間当たりに排出されるＮＯｘ量に対応するパラメータであり、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが増加するほど、増加するように設定される。
【００２５】
ステップＳ１３では、下記式にステップＳ１２で算出した加算項ＮＡＤＤを適用し、ＮＯｘ量カウンタｎＮＯｘをインクリメントする。これによりＮＯｘ排出量に相当するカウント値が得られる。
ｎＮＯｘ＝ｎＮＯｘ＋ＮＡＤＤ
【００２６】
ステップＳ１４では、ＮＯｘ量カウンタｎＮＯｘの値が設定値ＮＳＡＴ以上か否かを判別し、ｎＮＯｘ＜ＮＳＡＴである間は直ちに本処理を終了し、ｎＮＯｘ≧ＮＳＡＴとなると、リッチ化フラグＦＲＩＣＨが既に「１」に設定されているか否かを判別する（ステップＳ１５）。最初は、リッチ化フラグＦＲＩＣＨ＝０であるので、これを「１」に設定し、リッチ化を実行する時間を計時するアップカウントタイマｔｍＰＲをスタートさせて（ステップＳ１６）、本処理を終了する。その後の処理で、ステップＳ１５に至ったときは、ＦＲＩＣＨ＝１となっているので、直ちに本処理を終了する。
【００２７】
ここで、設定値ＮＳＡＴは、ＮＯｘ吸収触媒１４ａが、そのＮＯｘ吸収能力の限界までＮＯｘを吸収したときのＮＯｘ量に対応する値、若しくはそれより若干小さい値とする。
【００２８】
本処理により、空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定されている期間中に排出されるＮＯｘ量がカウンタｎＮＯｘにより積算され、排気ガス浄化装置１４内のＮＯｘ吸収触媒１４ａに吸収されているＮＯｘ量が推定される。そして、カウンタｎＮＯｘの値が設定値ＮＳＡＴに達し、ＮＯｘ吸収触媒１４ａの吸収能力のほぼ限界まで、ＮＯｘを吸収したとき、リッチ化フラグＦＲＩＣＨが「１」に設定される。
【００２９】
図３は、Ｏ２センサ１６の出力に応じて補正係数ＫＯ２を算出するＫＯ２フィードバック制御処理のフローチャートであり、本処理はＴＤＣ信号パルスの発生に同期してＣＰＵ５ｂで実行される。
【００３０】
先ずステップＳ２１では、リッチ化フラグＦＲＩＣＨが「１」か否かを判別し、ＦＲＩＣＨ＝０であるときは、通常のフィードバック制御を実行すべくステップＳ２２に進み、Ｏ２センサ出力ＶＯ２と基準値ＶＲＥＦとの大小関係が反転したか否かを判別する。この判別は、本実施形態ではヒステリシスを設けて、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が増加しているときは、出力ＶＯ２が上側基準値ＶＲＥＦＨ（＞ＶＲＥＦ）を越えたとき反転したと判別し、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が減少しているときは、出力ＶＯ２が下側基準値ＶＲＥＦＬ（＜ＶＲＥＦ）を下回ったとき反転したと判別するようにしている（図４（ｂ）参照）。
【００３１】
Ｏ２センサ出力ＶＯ２と基準値ＶＲＥＦとの大小関係が反転したとき、すなわち比例項ＰＲ，ＰＬによる更新タイミングであるときは、出力ＶＯ２が基準値ＶＲＥＦより小さいか否かを判別する（ステップＳ２３）。その結果、ＶＯ２＜ＶＲＥＦであるときは、補正係数ＫＯ２を比例項ＰＲを加算することにより更新し（ステップＳ２４）、ＶＯ２＞ＶＲＥＦであるときは、補正係数ＫＯ２を比例項ＰＬを減算することにより更新して（ステップＳ２５）、本処理を終了する。
【００３２】
また、ステップＳ２２で前記大小関係が反転していないときは、ステップＳ２６でＯ２センサ出力ＶＯ２が基準値ＶＲＥＦより小さいか否かを判別し、ＶＯ２＜ＶＲＥＦであるときは、補正係数ＫＯ２を積分項ＩＲを加算することにより更新し（ステップＳ２７）、ＶＯ２＞ＶＲＥＦであるときは、補正係数ＫＯ２を積分項ＩＬを減算することにより更新して（ステップＳ２８）、本処理を終了する。
【００３３】
図２の処理によりリッチ化フラグＦＲＩＣＨが「１」に設定されると、ステップＳ２１からステップＳ３１に進み、タイマｔｍＰＲの値が所定時間ＴＰＲ（例えば１秒）を越えたか否かを判別する。最初は、ｔｍＰＲ＜ＴＰＲであるので、本処理の前回実行時においてリッチ化フラグＦＲＩＣＨが「０」であったか否かを判別し（ステップＳ３２）、最初はこの答は肯定（ＹＥＳ）となるので、補正係数ＫＯ２をリッチ化所定値ＫＯ２ＲＩＣＨ（例えば空燃比で、１３．５相当の値）に設定して（ステップＳ３３）、本処理を終了する。
【００３４】
次回は、ステップＳ３２の答が否定（ＮＯ）となるのでステップＳ３４に進んで、補正係数ＫＯ２を、ステップＳ２７で適用される積分項ＩＲより小さい積分項ＩＲＳＰを加算することにより更新し、本処理を終了する。以後、ｔｍＰＲ＜ＴＰＲである間は、ステップＳ３４が繰り返し実行される。
【００３５】
ステップＳ３１でｔｍＰＲ≧ＴＰＲとなると、補正係数ＫＯ２を、スペシャル比例項ＰＬＳＰ（＞ＰＬ）を減算することにより更新し（ステップＳ３６）、リッチ化処理を終了すべく、リッチ化フラグＦＲＩＣＨを「０」に設定し、タイマｔｍＰＲ及びカウンタｎＮＯｘの値を共に「０」にリセットして（ステップＳ３７）、本処理を終了する。
なお、上記所定時間ＴＰＲは、ＮＯｘ吸収触媒１４ａに吸収されたＮＯｘのほぼ全量を還元しうる程度の時間に設定することが望ましい。
【００３６】
図４は、図２及び３の処理を説明するためのタイムチャートであり、同図（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ補正係数ＫＯ２，Ｏ２センサ出力ＶＯ２，ＮＯｘ量カウンタｎＮＯｘの値，リッチ化フラグＦＲＩＣＨ及びタイマｔｍＰＲの値の推移を示す。この図は、時刻ｔ１からＮＯｘ量カウンタｎＮＯｘの計数を開始する例を示している。
【００３７】
時刻ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８，ｔ１０，ｔ１２，ｔ１４では、Ｏ２センサ出力ＶＯ２と基準値ＶＲＥＦとの大小関係の反転がヒステリシス付きで判定されるので、比例項ＰＲ、ＰＬが適用されて、補正係数ＫＯ２の更新が行われ、これらの時点の間では、積分項ＩＲ，ＩＬが適用されて、補正係数ＫＯ２の更新が行われる。このような通常のフィードバック制御中は、補正係数ＫＯ２の極大値は、空燃比１４．５相当程度の値であり、また極小値は空燃比１４．９相当程度の値であり、エンジン１に供給する混合気の空燃比は、理論空燃比（１４．７）近傍（例えば１４．５〜１４．９の範囲）において、理論空燃比よりリッチ側及びリーン側の空燃比の間を変動するように制御される。
【００３８】
ＮＯｘ量カウンタｎＮＯｘは、ＶＯ２＜ＶＲＥＦである期間（時刻ｔ１〜ｔ３，ｔ５〜ｔ７，ｔ９〜ｔ１１，ｔ１３〜ｔ１７の期間）中、カウントアップされ、ＶＯ２＞ＶＲＥＦである期間（ｔ３〜ｔ５，ｔ７〜ｔ９，ｔ１１〜ｔ１３，ｔ１７〜ｔ１８の期間）中はその値が保持される。
【００３９】
そして、時刻ｔ１５において、ＮＯｘカウンタｎＮＯｘの値が設定値ＮＳＡＴに達するので、リッチ化フラグＦＲＩＣＨが「１」に設定されると共に、タイマｔｍＰＲがスタートされる。リッチ化フラグＦＲＩＣＨが「１」に設定されることにより、補正係数ＫＯ２は、リッチ化所定値ＫＯ２ＲＩＣＨ、すなわち上記通常のフィードバック制御中の極大値である空燃比１４．５相当の値よりリッチ側の、空燃比１３．５相当程度の値に設定され、その後積分項ＩＲＳＰにより徐々に増加するように制御される。
【００４０】
時刻ｔ１８にタイマｔｍＰＲの値が所定時間ＴＰＲに達するので、リッチ化フラグＦＲＩＣＨが「０」に戻され、補正係数ＫＯ２はスペシャル比例項ＩＬＳＰによりほぼ通常の理論空燃比近傍の値に戻される。このとき、ＮＯｘ量カウンタｎＮＯｘ及びタイマｔｍＰＲも「０」にリセットされる。
【００４１】
このように本実施形態によれば、通常の空燃比フィードバック制御実行中において、空燃比が理論空燃比よりリーン側にあるときにＮＯｘ吸収触媒１４ａに吸収されるＮＯｘ量をＮＯｘ量カウンタｎＮＯｘを用いて推定し、このカウント値が設定値ＮＳＡＴに達したとき、空燃比を上記通常のフィードバック制御中のリッチ側の空燃比よりさらにリッチ側の空燃比に設定するようにしたので、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ成分が多い排気ガスリッチ状態となってＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘが還元され、ＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘ吸収能力を維持してＮＯｘ排出量の増加を防止することができる。
【００４２】
本実施形態では、図３のステップＳ２２〜Ｓ２８が空燃比制御手段に相当し、図２ののステップＳ１１〜Ｓ１４がＮＯｘ量推定手段に相当し、図２のステップＳ１５〜Ｓ１６及び図３のステップＳ２１，Ｓ３１〜Ｓ３７が空燃比リッチ化手段に相当する。
【００４３】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、Ｏ２センサ出力ＶＯ２に応じて、比例項及び積分項を用いた空燃比フィードバック制御により、エンジン１に供給する混合気の空燃比を理論空燃比のリーン側及びリッチ側の空燃比に変動させるようにしたが、比例項又は積分項のいずれか一方のみを用いたフィードバック制御、あるいはオープンループ制御により、補正係数ＫＯ２を理論空燃比よりリーン側の値と、リッチ側の値とに周期的に制御するようにしてもよい。
【００４５】
また、上述した実施形態では、リッチ化フラグＦＲＩＣＨ＝１である期間中、積分項ＩＲＳＰにより補正係数ＫＯ２を増加方向に更新するようにしたが、リッチ化所定値ＫＯ２ＲＩＣＨに保持するようにしてもよい。
【００４６】
また、上述した実施形態では三元触媒と、ＮＯｘ吸収触媒とを一体として排気ガス浄化装置１４を構成したが、三元触媒を格納する三元触媒格納部と、ＮＯｘ吸収触媒を格納するＮＯｘ吸収触媒格納部とを別体とし、ＮＯｘ吸収触媒格納部を三元触媒格納部の下流側に配置するようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比を中心として所定リーン側空燃比と所定リッチ側空燃比の間で変動させる空燃比変動制御が実行されるとともに、空燃比検出手段の出力が所定値より小さく、空燃比が理論空燃比よりリーン側であることを示すときにＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘ量が増加するように推定され、前記空燃比変動制御実行中に、推定されたＮＯｘ量が設定値に達したとき混合気の空燃比が、前記所定リッチ側空燃比よりさらにリッチ側の所定空燃比に設定され、その後所定時間に亘って混合気の空燃比が徐々にリッチ方向に変更されるので、三元触媒の下流側に設けられたＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘが適時還元され、ＮＯｘ吸収能力を維持してＮＯｘ排出量の増加を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその空燃比制御装置の構成を示す図である。
【図２】リッチ化フラグ（ＦＲＩＣＨ）を設定する処理のフローチャートである。
【図３】空燃比補正係数（ＫＯ２）を算出する処理のフローチャートである。
【図４】図２及び３の処理による制御を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関
５ 電子コントロールユニット（空燃比制御手段、ＮＯｘ量推定手段、空燃比リッチ化手段）
６ 燃料噴射弁
１３ 排気管
１４ａ ＮＯｘ吸収触媒
１６ 酸素濃度センサ（空燃比検出手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に排気系にＮＯｘ（窒素酸化物）吸収触媒を備えた内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーン運転を実行すると、ＮＯｘの排出量が増加する傾向があるため、機関の排気通路内にＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒を配置し、排気ガスの浄化を行う技術が従来より知られている。このＮＯｘ吸収触媒は、空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い（ＮＯｘが多い）状態（以下「排気ガスリーン状態」という）においては、ＮＯｘを吸収する一方、逆に空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が低く、ＨＣ、ＣＯ成分が多い状態（以下「排気ガスリッチ状態」という）においては、吸収したＮＯｘを還元する特性を有する。
【０００３】
このようなＮＯｘ吸収触媒を三元触媒とともに機関の排気通路に配置し、機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比のリーン側とリッチ側とに周期的に制御する空燃比制御装置が従来より知られている（特許第２６０５５７９号公報）。この装置では、空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定したときに三元触媒のＮＯｘ浄化率が低下することに鑑み、三元触媒の下流側にＮＯｘ吸収触媒を設けて、ＮＯｘを吸収するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の装置では、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘの還元（放出）について考慮されていないため、以下のような問題があった。
【０００５】
すなわち、理論空燃比の近傍に空燃比を制御する場合、理論空燃比よりリッチ側の空燃比は、三元触媒の浄化特性によってＨＣ，ＣＯを浄化できる程度の値に設定されるため、三元触媒の下流側では、通常は上記排気ガスリッチ状態とならない。したがって、ＮＯｘ吸収触媒における、吸収したＮＯｘの還元が不十分となり、ＮＯｘ吸収能力が徐々に低下して、ＮＯｘの排出量が増加するという問題があった。
【０００６】
本発明はこの問題を解決するためになされたものであり、排気系に三元触媒と、その下流側にＮＯｘ吸収触媒を有する内燃機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比近傍に設定して制御する場合に、ＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘ吸収能力を維持し、ＮＯｘ排出量の増加を防止することができる空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスリーン状態において排気ガス中のＮＯｘを吸収し、排気ガスリッチ状態において吸収したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸収触媒と、該ＮＯｘ吸収触媒の上流側に設けられた三元触媒と、前記排気系に設けられた空燃比検出手段と、前記機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比を中心として理論空燃比よりリーン側の所定リーン側空燃比と、理論空燃比よりリッチ側の所定リッチ側空燃比の間で変動させる空燃比制御手段とを有する内燃機関の空燃比制御装置において、前記空燃比検出手段の出力が所定値より小さく、前記空燃比が理論空燃比よりリーン側であることを示すときに前記ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘ量が増加するように前記ＮＯｘ量を推定するＮＯｘ量推定手段と、前記空燃比制御手段の作動中に、前記ＮＯｘ量推定手段により推定したＮＯｘ量が設定値に達したとき前記機関に供給する混合気の空燃比を前記所定リッチ側空燃比よりさらにリッチ側の所定空燃比に設定し、その後所定時間に亘って前記混合気の空燃比を徐々によりリッチ方向に変更する空燃比リッチ化手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
ここで、上記「設定値」は、ＮＯｘ吸収触媒が、そのＮＯｘ吸収能力の限界までＮＯｘを吸収したときのＮＯｘ量に対応する値、若しくはそれより若干小さい値とする。
【０００９】
この構成によれば、機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比を中心として所定リーン側空燃比と所定リッチ側空燃比の間で変動させる空燃比変動制御が実行されるとともに、空燃比検出手段の出力が所定値より小さく、空燃比が理論空燃比よりリーン側であることを示すときにＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘ量が増加するように推定され、前記空燃比変動制御実行中に、推定されたＮＯｘ量が設定値に達したとき混合気の空燃比が、前記所定リッチ側空燃比よりさらにリッチ側の所定空燃比に設定され、その後所定時間に亘って混合気の空燃比が徐々にリッチ方向に変更されるので、三元触媒の下流側に設けられたＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘが適時還元され、ＮＯｘ吸収能力を維持してＮＯｘ排出量の増加を防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の一形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその空燃比制御装置の全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【００１１】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００１２】
一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ８が設けられており、この絶対圧センサ８により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気温（ＴＡ)センサ９が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１３】
エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ１０はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１４】
エンジン１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲には、エンジン回転数（ＮＥ）センサ１１及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１２が取り付けられている。エンジン回転数センサ１１は、エンジン１の各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０゜毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力し、気筒判別センサ１２は、特定の気筒の所定クランク角度位置で気筒判別信号パルスを出力するものであり、これらの各信号パルスはＥＣＵ５に供給される。
【００１５】
排気管１３には三元触媒及びＮＯｘ吸収触媒１４ａを内蔵する排気ガス浄化装置１４が設けられている。三元触媒は、酸素蓄積能力を有し、エンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い排気ガスリーン状態では、排気ガス中の酸素を蓄積し、逆にエンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が低く、ＨＣ、ＣＯ成分が多い排気ガスリッチ状態では、蓄積した酸素により排気ガス中のＨＣ，ＣＯを酸化する機能を有する。
【００１６】
ＮＯｘ吸収触媒１４ａは、ＮＯｘ吸収剤と触媒からなり、ＮＯｘ吸収剤としては、前記排気ガスリーン状態においては、ＮＯｘを吸蔵する一方、前記排気ガスリッチ状態においては、吸蔵したＮＯｘを放出する特性を有する吸蔵式のもの、あるいは排気ガスリーン状態においてＮＯｘを吸着し、排気ガスリッチ状態においてＮＯｘを還元する吸着式のものを使用する。ＮＯｘ吸収触媒１４ａは、排気ガスリーン状態においては、ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘを吸収させる一方、排気ガスリッチ状態においては、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘがＨＣ、ＣＯにより還元されて、窒素ガスとして排出され、またＨＣ、ＣＯは酸化されて水蒸気及び二酸化炭素として排出されるように構成されている。吸蔵式のＮＯｘ吸収剤としては、例えば酸化バリウム（Ｂａ０）が使用され、吸着式のＮＯｘ吸収剤としては、例えばナトリウム（Ｎａ）とチタン（Ｔｉ）またはストロンチウム（Ｓｒ）とチタン（Ｔｉ）が使用され、触媒としては吸蔵式及び吸着式のいずれにおいても例えば白金（Ｐｔ）が使用される。このＮＯｘ吸収剤は、一般にその温度が高くなるほど、吸収したＮＯｘを放出しやすくなる特性を有する。
【００１７】
排気ガス浄化装置１４の上流位置には、空燃比検出手段としての酸素濃度センサ１６（以下「Ｏ２センサ１６」という）が装着されており、このＯ２センサ１６は排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出値に応じた電気信号を出力しＥＣＵ５に供給する。
【００１８】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成される。記憶手段５ｃは、イグニッションスイッチがオフされたときもバッテリによりバックアップされ、記憶内容を保持するバックアップメモリを有する。
【００１９】
ＣＰＵ５ｂは、上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、排気ガス中の酸素濃度に応じた空燃比制御を行う空燃比フィードバック制御領域や空燃比フィードバック制御を行わないオープンループ制御領域等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、下記式（１）に基づき、前記ＴＤＣ信号パルスに同期する燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。
ＴＯＵＴ＝ＴＩＭ×ＫＯ２×Ｋ１＋Ｋ２ （１）
ここに、ＴＩＭは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁６の基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたＴＩマップを検索して決定される。ＴＩマップは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに対応する運転状態において、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。
【００２０】
ＫＯ２は空燃比補正係数（以下、単に「補正係数」という）であり、空燃比フィードバック制御時、Ｏ２センサ１６により検出された排気ガス中の酸素濃度に応じて求められ、さらにオープンループ制御領域では各運転領域に応じた値に設定される。
【００２１】
Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決定される。
【００２２】
ＣＰＵ５ｂは上述のようにして求めた燃料噴射時間ＴＯＵＴに基づいて燃料噴射弁６を駆動する駆動信号を出力回路５ｄを介して燃料噴射弁６に供給する。
【００２３】
図２は、排気ガス浄化装置１４内のＮＯｘ吸収触媒１４ａに吸収されたＮＯｘを還元するために空燃比をリッチ化することを「１」で示すリッチ化フラグＦＲＩＣＨを設定する処理のフローチャートであり、本処理は一定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎にＣＰＵ５ｂで実行される。
【００２４】
ステップＳ１１では、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が、ほぼ理論空燃比に対応する基準値ＶＲＥＦより低いか否かを判別し、ＶＯ２≧ＶＲＥＦであるときは直ちに本処理を終了し、ＶＯ２＜ＶＲＥＦであって、空燃比が理論空燃比よりリーン側にあるときは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて加算項ＮＡＤＤを算出する（ステップＳ１２）。加算項ＮＡＤＤは、空燃比が理論空燃比よりリーン側の値に設定されている期間中に単位時間当たりに排出されるＮＯｘ量に対応するパラメータであり、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが増加するほど、増加するように設定される。
【００２５】
ステップＳ１３では、下記式にステップＳ１２で算出した加算項ＮＡＤＤを適用し、ＮＯｘ量カウンタｎＮＯｘをインクリメントする。これによりＮＯｘ排出量に相当するカウント値が得られる。
ｎＮＯｘ＝ｎＮＯｘ＋ＮＡＤＤ
【００２６】
ステップＳ１４では、ＮＯｘ量カウンタｎＮＯｘの値が設定値ＮＳＡＴ以上か否かを判別し、ｎＮＯｘ＜ＮＳＡＴである間は直ちに本処理を終了し、ｎＮＯｘ≧ＮＳＡＴとなると、リッチ化フラグＦＲＩＣＨが既に「１」に設定されているか否かを判別する（ステップＳ１５）。最初は、リッチ化フラグＦＲＩＣＨ＝０であるので、これを「１」に設定し、リッチ化を実行する時間を計時するアップカウントタイマｔｍＰＲをスタートさせて（ステップＳ１６）、本処理を終了する。その後の処理で、ステップＳ１５に至ったときは、ＦＲＩＣＨ＝１となっているので、直ちに本処理を終了する。
【００２７】
ここで、設定値ＮＳＡＴは、ＮＯｘ吸収触媒１４ａが、そのＮＯｘ吸収能力の限界までＮＯｘを吸収したときのＮＯｘ量に対応する値、若しくはそれより若干小さい値とする。
【００２８】
本処理により、空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定されている期間中に排出されるＮＯｘ量がカウンタｎＮＯｘにより積算され、排気ガス浄化装置１４内のＮＯｘ吸収触媒１４ａに吸収されているＮＯｘ量が推定される。そして、カウンタｎＮＯｘの値が設定値ＮＳＡＴに達し、ＮＯｘ吸収触媒１４ａの吸収能力のほぼ限界まで、ＮＯｘを吸収したとき、リッチ化フラグＦＲＩＣＨが「１」に設定される。
【００２９】
図３は、Ｏ２センサ１６の出力に応じて補正係数ＫＯ２を算出するＫＯ２フィードバック制御処理のフローチャートであり、本処理はＴＤＣ信号パルスの発生に同期してＣＰＵ５ｂで実行される。
【００３０】
先ずステップＳ２１では、リッチ化フラグＦＲＩＣＨが「１」か否かを判別し、ＦＲＩＣＨ＝０であるときは、通常のフィードバック制御を実行すべくステップＳ２２に進み、Ｏ２センサ出力ＶＯ２と基準値ＶＲＥＦとの大小関係が反転したか否かを判別する。この判別は、本実施形態ではヒステリシスを設けて、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が増加しているときは、出力ＶＯ２が上側基準値ＶＲＥＦＨ（＞ＶＲＥＦ）を越えたとき反転したと判別し、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が減少しているときは、出力ＶＯ２が下側基準値ＶＲＥＦＬ（＜ＶＲＥＦ）を下回ったとき反転したと判別するようにしている（図４（ｂ）参照）。
【００３１】
Ｏ２センサ出力ＶＯ２と基準値ＶＲＥＦとの大小関係が反転したとき、すなわち比例項ＰＲ，ＰＬによる更新タイミングであるときは、出力ＶＯ２が基準値ＶＲＥＦより小さいか否かを判別する（ステップＳ２３）。その結果、ＶＯ２＜ＶＲＥＦであるときは、補正係数ＫＯ２を比例項ＰＲを加算することにより更新し（ステップＳ２４）、ＶＯ２＞ＶＲＥＦであるときは、補正係数ＫＯ２を比例項ＰＬを減算することにより更新して（ステップＳ２５）、本処理を終了する。
【００３２】
また、ステップＳ２２で前記大小関係が反転していないときは、ステップＳ２６でＯ２センサ出力ＶＯ２が基準値ＶＲＥＦより小さいか否かを判別し、ＶＯ２＜ＶＲＥＦであるときは、補正係数ＫＯ２を積分項ＩＲを加算することにより更新し（ステップＳ２７）、ＶＯ２＞ＶＲＥＦであるときは、補正係数ＫＯ２を積分項ＩＬを減算することにより更新して（ステップＳ２８）、本処理を終了する。
【００３３】
図２の処理によりリッチ化フラグＦＲＩＣＨが「１」に設定されると、ステップＳ２１からステップＳ３１に進み、タイマｔｍＰＲの値が所定時間ＴＰＲ（例えば１秒）を越えたか否かを判別する。最初は、ｔｍＰＲ＜ＴＰＲであるので、本処理の前回実行時においてリッチ化フラグＦＲＩＣＨが「０」であったか否かを判別し（ステップＳ３２）、最初はこの答は肯定（ＹＥＳ）となるので、補正係数ＫＯ２をリッチ化所定値ＫＯ２ＲＩＣＨ（例えば空燃比で、１３．５相当の値）に設定して（ステップＳ３３）、本処理を終了する。
【００３４】
次回は、ステップＳ３２の答が否定（ＮＯ）となるのでステップＳ３４に進んで、補正係数ＫＯ２を、ステップＳ２７で適用される積分項ＩＲより小さい積分項ＩＲＳＰを加算することにより更新し、本処理を終了する。以後、ｔｍＰＲ＜ＴＰＲである間は、ステップＳ３４が繰り返し実行される。
【００３５】
ステップＳ３１でｔｍＰＲ≧ＴＰＲとなると、補正係数ＫＯ２を、スペシャル比例項ＰＬＳＰ（＞ＰＬ）を減算することにより更新し（ステップＳ３６）、リッチ化処理を終了すべく、リッチ化フラグＦＲＩＣＨを「０」に設定し、タイマｔｍＰＲ及びカウンタｎＮＯｘの値を共に「０」にリセットして（ステップＳ３７）、本処理を終了する。
なお、上記所定時間ＴＰＲは、ＮＯｘ吸収触媒１４ａに吸収されたＮＯｘのほぼ全量を還元しうる程度の時間に設定することが望ましい。
【００３６】
図４は、図２及び３の処理を説明するためのタイムチャートであり、同図（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ補正係数ＫＯ２，Ｏ２センサ出力ＶＯ２，ＮＯｘ量カウンタｎＮＯｘの値，リッチ化フラグＦＲＩＣＨ及びタイマｔｍＰＲの値の推移を示す。この図は、時刻ｔ１からＮＯｘ量カウンタｎＮＯｘの計数を開始する例を示している。
【００３７】
時刻ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８，ｔ１０，ｔ１２，ｔ１４では、Ｏ２センサ出力ＶＯ２と基準値ＶＲＥＦとの大小関係の反転がヒステリシス付きで判定されるので、比例項ＰＲ、ＰＬが適用されて、補正係数ＫＯ２の更新が行われ、これらの時点の間では、積分項ＩＲ，ＩＬが適用されて、補正係数ＫＯ２の更新が行われる。このような通常のフィードバック制御中は、補正係数ＫＯ２の極大値は、空燃比１４．５相当程度の値であり、また極小値は空燃比１４．９相当程度の値であり、エンジン１に供給する混合気の空燃比は、理論空燃比（１４．７）近傍（例えば１４．５〜１４．９の範囲）において、理論空燃比よりリッチ側及びリーン側の空燃比の間を変動するように制御される。
【００３８】
ＮＯｘ量カウンタｎＮＯｘは、ＶＯ２＜ＶＲＥＦである期間（時刻ｔ１〜ｔ３，ｔ５〜ｔ７，ｔ９〜ｔ１１，ｔ１３〜ｔ１７の期間）中、カウントアップされ、ＶＯ２＞ＶＲＥＦである期間（ｔ３〜ｔ５，ｔ７〜ｔ９，ｔ１１〜ｔ１３，ｔ１７〜ｔ１８の期間）中はその値が保持される。
【００３９】
そして、時刻ｔ１５において、ＮＯｘカウンタｎＮＯｘの値が設定値ＮＳＡＴに達するので、リッチ化フラグＦＲＩＣＨが「１」に設定されると共に、タイマｔｍＰＲがスタートされる。リッチ化フラグＦＲＩＣＨが「１」に設定されることにより、補正係数ＫＯ２は、リッチ化所定値ＫＯ２ＲＩＣＨ、すなわち上記通常のフィードバック制御中の極大値である空燃比１４．５相当の値よりリッチ側の、空燃比１３．５相当程度の値に設定され、その後積分項ＩＲＳＰにより徐々に増加するように制御される。
【００４０】
時刻ｔ１８にタイマｔｍＰＲの値が所定時間ＴＰＲに達するので、リッチ化フラグＦＲＩＣＨが「０」に戻され、補正係数ＫＯ２はスペシャル比例項ＩＬＳＰによりほぼ通常の理論空燃比近傍の値に戻される。このとき、ＮＯｘ量カウンタｎＮＯｘ及びタイマｔｍＰＲも「０」にリセットされる。
【００４１】
このように本実施形態によれば、通常の空燃比フィードバック制御実行中において、空燃比が理論空燃比よりリーン側にあるときにＮＯｘ吸収触媒１４ａに吸収されるＮＯｘ量をＮＯｘ量カウンタｎＮＯｘを用いて推定し、このカウント値が設定値ＮＳＡＴに達したとき、空燃比を上記通常のフィードバック制御中のリッチ側の空燃比よりさらにリッチ側の空燃比に設定するようにしたので、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ成分が多い排気ガスリッチ状態となってＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘが還元され、ＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘ吸収能力を維持してＮＯｘ排出量の増加を防止することができる。
【００４２】
本実施形態では、図３のステップＳ２２〜Ｓ２８が空燃比制御手段に相当し、図２ののステップＳ１１〜Ｓ１４がＮＯｘ量推定手段に相当し、図２のステップＳ１５〜Ｓ１６及び図３のステップＳ２１，Ｓ３１〜Ｓ３７が空燃比リッチ化手段に相当する。
【００４３】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、Ｏ２センサ出力ＶＯ２に応じて、比例項及び積分項を用いた空燃比フィードバック制御により、エンジン１に供給する混合気の空燃比を理論空燃比のリーン側及びリッチ側の空燃比に変動させるようにしたが、比例項又は積分項のいずれか一方のみを用いたフィードバック制御、あるいはオープンループ制御により、補正係数ＫＯ２を理論空燃比よりリーン側の値と、リッチ側の値とに周期的に制御するようにしてもよい。
【００４５】
また、上述した実施形態では、リッチ化フラグＦＲＩＣＨ＝１である期間中、積分項ＩＲＳＰにより補正係数ＫＯ２を増加方向に更新するようにしたが、リッチ化所定値ＫＯ２ＲＩＣＨに保持するようにしてもよい。
【００４６】
また、上述した実施形態では三元触媒と、ＮＯｘ吸収触媒とを一体として排気ガス浄化装置１４を構成したが、三元触媒を格納する三元触媒格納部と、ＮＯｘ吸収触媒を格納するＮＯｘ吸収触媒格納部とを別体とし、ＮＯｘ吸収触媒格納部を三元触媒格納部の下流側に配置するようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比を中心として所定リーン側空燃比と所定リッチ側空燃比の間で変動させる空燃比変動制御が実行されるとともに、空燃比検出手段の出力が所定値より小さく、空燃比が理論空燃比よりリーン側であることを示すときにＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘ量が増加するように推定され、前記空燃比変動制御実行中に、推定されたＮＯｘ量が設定値に達したとき混合気の空燃比が、前記所定リッチ側空燃比よりさらにリッチ側の所定空燃比に設定され、その後所定時間に亘って混合気の空燃比が徐々にリッチ方向に変更されるので、三元触媒の下流側に設けられたＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘが適時還元され、ＮＯｘ吸収能力を維持してＮＯｘ排出量の増加を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその空燃比制御装置の構成を示す図である。
【図２】リッチ化フラグ（ＦＲＩＣＨ）を設定する処理のフローチャートである。
【図３】空燃比補正係数（ＫＯ２）を算出する処理のフローチャートである。
【図４】図２及び３の処理による制御を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関
５ 電子コントロールユニット（空燃比制御手段、ＮＯｘ量推定手段、空燃比リッチ化手段）
６ 燃料噴射弁
１３ 排気管
１４ａ ＮＯｘ吸収触媒
１６ 酸素濃度センサ（空燃比検出手段）
Claims (1)
- 内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスリーン状態において排気ガス中のＮＯｘを吸収し、排気ガスリッチ状態において吸収したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸収触媒と、該ＮＯｘ吸収触媒の上流側に設けられた三元触媒と、前記排気系に設けられた空燃比検出手段と、前記機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比を中心として理論空燃比よりリーン側の所定リーン側空燃比と、理論空燃比よりリッチ側の所定リッチ側空燃比の間で変動させる空燃比制御手段とを有する内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比検出手段の出力が所定値より小さく、前記空燃比が理論空燃比よりリーン側であることを示すときに前記ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘ量が増加するように前記ＮＯｘ量を推定するＮＯｘ量推定手段と、前記空燃比制御手段の作動中に、前記ＮＯｘ量推定手段により推定したＮＯｘ量が設定値に達したとき前記機関に供給する混合気の空燃比を前記所定リッチ側空燃比よりさらにリッチ側の所定空燃比に設定し、その後所定時間に亘って前記混合気の空燃比を徐々によりリッチ方向に変更する空燃比リッチ化手段とを有することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17706998A JP4159656B2 (ja) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
| US09/328,002 US6223525B1 (en) | 1998-06-24 | 1999-06-08 | Air-fuel ratio controlling device for an internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17706998A JP4159656B2 (ja) | 1998-06-24 | 1998-06-24 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
Publications (2)
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