JP4517463B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気浄化装置に関し、特に、リーン運転時に発生する排ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えたエンジンの排気浄化装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用等のエンジンに備えられる三元触媒は、排ガス中に含まれるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の有害成分を効率よく浄化する。しかし、ウィンドウが理論空燃比（λ＝１）近傍の狭い範囲に限られるため、近年における燃費性能の向上を目的とした直噴成層燃焼方式を採用するいわゆるリーンバーンエンジン等ではＮＯｘ浄化率が低下する。そこで、空燃比が酸素過剰雰囲気のときは排ガス中のＮＯｘ成分を吸蔵し、酸素濃度の低下により吸蔵していたＮＯｘ成分を還元して放出するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下単に「ＮＯｘ触媒」ということがある）が排気通路に併備される。
【０００３】
このＮＯｘ触媒は、リーン運転が長く継続すると吸蔵したＮＯｘで飽和状態となるから、吸蔵したＮＯｘの量が所定の吸蔵量以上となったときには、排ガスの空燃比をリッチ化することによって触媒からＮＯｘを放出させ、触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させることが行なわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなＮＯｘの放出処理を開始するかどうかの判断基準となるＮＯｘ吸蔵量は直接測定することができず、一般に推定により求められる。典型的な一例は、所定周期（例えば制御サイクル又はサンプリングサイクル）毎に運転状態等に基いて瞬時ＮＯｘ吸蔵量を推定し、その瞬時量を積算して得られた積算ＮＯｘ吸蔵量を触媒に吸蔵されたＮＯｘ量とするものである。このとき、推定精度が低下し、推定量に誤差があると、いろいろと不具合が生じる。
【０００５】
例えば、実際よりも多い量のＮＯｘ吸蔵量が推定されたときは、まだＮＯｘがそれほど吸蔵されていないのに早々とＮＯｘ放出処理が開始されたり、あるいは、すでにＮＯｘが完全に放出されているのに無駄にＮＯｘ放出処理が続けられて、いずれも燃費性能の面から好ましくない。一方、実際よりも少ない量のＮＯｘ吸蔵量が推定されたときには、すでにＮＯｘが相当量吸蔵されているのになかなかＮＯｘ放出処理が開始されなかったり、あるいは、まだＮＯｘが完全に放出されていないのに早々とＮＯｘ放出処理が終了して、いずれも触媒性能の面から好ましくない。
【０００６】
そこで、特開平７−１３９３４０号公報に開示されるように、ＮＯｘ吸蔵量を、リーン運転時には加算し、リッチ運転時又は理論空燃比運転時には減算するとしたうえで、加算量（瞬時ＮＯｘ吸蔵量）はエンジン回転数や吸気圧力に基いて推定し、減算量（瞬時ＮＯｘ放出量）は過剰燃料供給量や触媒温度に基いて推定する等、ＮＯｘ吸蔵量の推定の正確化を図る数々の提案がなされているのが現状である。
【０００７】
しかしながら、現在提案されている推定技術をもってしてもなお実際のＮＯｘ吸蔵量との間に看過できない大きなずれが発生し、改善の余地が多分にあった。
その原因の一つは、現在ＮＯｘ吸蔵量の推定に用いているパラメータの他にも、ＮＯｘ吸蔵量の増減に大きな影響を及ぼす重要なパラメータが存在するからであると考えられる。
【０００８】
本発明者等は、上記の現状に鑑み、ＮＯｘ吸蔵量の推定精度の向上を目的に鋭意研究検討を重ねた結果、以下に述べる知見を得て本発明を完成するに至ったものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明者等は、瞬時ＮＯｘ吸蔵量が積算ＮＯｘ吸蔵量によって大きな影響を受け、特に、積算ＮＯｘ吸蔵量が多いほど瞬時ＮＯｘ吸蔵量が小さくなることを見出したものである。
【００１０】
すなわち、本願の特許請求の範囲における請求項１に記載の発明は、酸素過剰雰囲気で排ガス中のＮＯｘ成分を吸蔵し、酸素濃度の低下により吸蔵していたＮＯｘ成分を還元放出するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を排気通路に備えると共に、上記触媒に単位時間当たりに吸蔵されるＮＯｘ成分の瞬時量を推定する瞬時ＮＯｘ吸蔵量推定手段と、該推定手段で推定された瞬時量を積算することにより上記触媒に吸蔵されたＮＯｘ成分の積算量を推定する積算ＮＯｘ吸蔵量推定手段と、該推定手段で推定された積算量が所定の吸蔵量以上となったときにＮＯｘ成分を上記触媒から放出させるＮＯｘ放出手段とを有するエンジンの排気浄化装置であって、上記触媒に単位時間当たりに供給されるＮＯｘ成分の瞬時量を設定する瞬時ＮＯｘ供給量設定手段と、上記触媒が単位時間当たりに吸蔵し得るＮＯｘ成分の瞬時量を、上記積算ＮＯｘ吸蔵量推定手段で推定されたＮＯｘ成分の積算量に基き、該積算量が多いほど小さな値に設定する瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量設定手段とが備えられ、上記瞬時ＮＯｘ吸蔵量推定手段は、上記瞬時ＮＯｘ供給量設定手段で設定された瞬時ＮＯｘ供給量と、上記瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量設定手段で設定された瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量のうち小さい方の値を瞬時ＮＯｘ吸蔵量と推定することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、積算ＮＯｘ吸蔵量が多いほど瞬時ＮＯｘ吸蔵量が小さくされる。したがって、積算ＮＯｘ吸蔵量が多くなるほど該積算量の時間当たりの増加量が小さくなる。これは、積算ＮＯｘ吸蔵量が多くなるほどＮＯｘ触媒においてＮＯｘと反応しＮＯｘを新たに吸蔵することのできる表面積が少なくなることが一つの理由であると考えられる。その結果、積算ＮＯｘ吸蔵量の推定精度がより向上し、該ＮＯｘ吸蔵量の推定値に過不足が生じることに起因する前述の燃費性能又は触媒性能の面でのいろいろな不具合が抑制できる。
【００１２】
また、この発明によれば、瞬時ＮＯｘ吸蔵量が合理的に推定される。すなわち、ＮＯｘ触媒が吸蔵し得る瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量が、ＮＯｘ触媒に供給される瞬時ＮＯｘ供給量より大きいときは、ＮＯｘ触媒は、瞬時ＮＯｘ供給量を全て吸蔵して余りあるから、瞬時ＮＯｘ吸蔵量は、値の小さい瞬時ＮＯｘ供給量のほうで支配される。これとは逆に、瞬時ＮＯｘ供給量が、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量より大きいときは、ＮＯｘ触媒は、瞬時ＮＯｘ供給量を全て吸蔵できず一部を通過させてしまうから、瞬時ＮＯｘ吸蔵量は、値の小さい瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量のほうで支配される。
【００１３】
次に、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、触媒に吸蔵されずに通過するＮＯｘ成分の量を設定するＮＯｘ通過量設定手段が備えられ、ＮＯｘ放出手段は、該設定手段で設定された通過量が所定の量以上となったときにもＮＯｘ成分を上記触媒から放出させることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上となったときだけでなく、そのような判定条件とは無関係に、ＮＯｘ触媒が吸蔵できずに通過させてしまうＮＯｘ量が所定量以上となったときにもＮＯｘ成分の放出処理が実行される。
【００１５】
すなわち、ＮＯｘ触媒の吸蔵能力は積算ＮＯｘ吸蔵量の増加に伴って低下する以外に、例えば排ガス温度（触媒温度）の上昇によっても低下する。つまり、積算ＮＯｘ吸蔵量が同じであっても他の要因によりＮＯｘ触媒の吸蔵能力が変化するのである。したがって、積算ＮＯｘ吸蔵量をＮＯｘ放出処理を開始するかどうかの判断基準とする以前に、ＮＯｘ触媒を通過して大気に放出されるＮＯｘ成分の量が多くなったときには、そのときの積算ＮＯｘ吸蔵量に拘りなく、ＮＯｘ放出処理を実行することが好ましいのである。これによりＮＯｘエミッションの悪化を確実にくいとめることができる。
【００１８】
次に、請求項３に記載の発明は、上記請求項１又は２に記載の発明において、燃焼室から単位時間当たりに排出されるＮＯｘ成分の瞬時量を設定する瞬時ＮＯｘ初期排出量設定手段と、触媒が単位時間当たりに還元浄化するＮＯｘ成分の瞬時量を設定する瞬時ＮＯｘ浄化量設定手段とが備えられ、瞬時ＮＯｘ供給量設定手段は、上記排出量設定手段で設定された瞬時ＮＯｘ初期排出量から、上記浄化量設定手段で設定された瞬時ＮＯｘ浄化量を差し引いた値を瞬時ＮＯｘ供給量とすることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、燃焼室から排気通路に最初に排出されるＮＯｘ初期排出量をそのままＮＯｘ供給量とするのではなく、該初期排出量から、触媒がＮＯｘ成分を吸蔵する以前に還元浄化してしまう量を差し引いた値をＮＯｘ供給量とする。したがって、触媒に吸蔵の対象として供給されるＮＯｘ量の値である瞬時ＮＯｘ供給量が合理的に精度よく設定される。
【００２０】
その結果、この瞬時ＮＯｘ供給量の値が瞬時ＮＯｘ吸蔵量に採用された場合には、該瞬時ＮＯｘ吸蔵量の推定精度、ひいては積算ＮＯｘ吸蔵量の推定精度がより向上することになり、該ＮＯｘ吸蔵量の推定値に過不足が生じることに起因する前述の燃費性能又は触媒性能の面でのいろいろな不具合が抑制できる。
【００２１】
次に、請求項４に記載の発明は、上記請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段が備えられ、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量設定手段は、該検出手段で検出された排ガスの温度、又は瞬時ＮＯｘ供給量設定手段で設定された瞬時ＮＯｘ供給量の少なくともいずれかに基いて瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量を設定することを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量が精度よく設定される。すなわち、前述したように、ＮＯｘ触媒の吸蔵能力、つまり瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量は、積算ＮＯｘ吸蔵量だけでなく、さらに他の要因、例えば排ガス温度や瞬時ＮＯｘ供給量等によっても大きく影響を受ける。したがって、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量をこれらの排ガス温度や瞬時ＮＯｘ供給量等に基いて設定することにより精度に優れる値が得られる。
【００２３】
その結果、この瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量の値が瞬時ＮＯｘ吸蔵量に採用された場合には、該瞬時ＮＯｘ吸蔵量の推定精度、ひいては積算ＮＯｘ吸蔵量の推定精度がより向上することになり、該ＮＯｘ吸蔵量の推定値に過不足が生じることに起因する前述の燃費性能又は触媒性能の面でのいろいろな不具合が抑制できる。
【００２４】
以下、その他の課題を含め、発明の実施の形態を通して、本発明をさらに詳しく説明する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
［システム構成］
図１は本実施の形態に係る直噴成層燃焼式エンジン１の制御システム構成図である。エンジン１の本体２にはピストン３によって画成された複数の燃焼室４（そのうちの一つのみ図示）が設けられている。燃焼室４の上部には点火プラグ５が、また側部にはインジェクタ６が臨まれている。インジェクタ６は燃焼室４内に燃料を直接噴射する。
【００２６】
燃焼室４には吸気弁７及び排気弁８を介して吸気通路９及び排気通路１０が接続されている。吸気通路９には上流側からエアクリーナ１１、エアフローセンサ１２、スロットルバルブ１３、及びサージタンク１４が配設されている。サージタンク１４の下流側は各気筒毎に独立吸気通路９ａに分岐している。各独立吸気通路９ａの下流端部は二つの通路９ｂ，９ｃに分割されている。一方の通路９ｃにはスワール生成弁１５が備えられている。スワール生成弁１５を閉じると他方の通路９ｂから導入される吸気によって燃焼室４内にスワールが生成する。
【００２７】
排気通路１０には三元触媒１６とＮＯｘ吸蔵還元型触媒１７とが直列に配置されている。三元触媒１６は理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）近傍で排ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを同時に除去する。
【００２８】
ＮＯｘ触媒１７は、空燃比が例えば理論空燃比よりリーンの状態（λ＞１）のときは、三元触媒１６で浄化されずに流れ込んでくるＮＯｘを吸蔵して外部への排出を抑制する。一方、空燃比が例えば理論空燃比近傍ないしそれよりリッチの状態（λ≦１）のときは、吸蔵していたＮＯｘを排ガス中のＣＯ，ＨＣと酸化還元反応させて酸素と窒素とに分解する。ＮＯｘ触媒１７は、バリウムを主成分とし、カリウム、マグネシウム、ストロンチウム、ランタン等のアルカリ金属、アルカリ土類金属、あるいは希土類と、白金等の化学反応触媒作用を有する貴金属とを担持したＮＯｘ吸収材（図示せず）を内装する。
【００２９】
排気通路１０における三元触媒１６の上流側と吸気通路９におけるサージタンク１４の上流側との間に排気還流通路１８が設けられている。排気通路１０内を流れる排ガスの一部がこの排気還流通路１８を通って吸気通路９に還流される。
排気還流通路１８には排ガスの還流量を調節する排気還流量調節弁１９が備えられている。
【００３０】
このエンジン１のコントロールユニット（ＥＣＵ）２０は、吸入空気量を検出するエアフローセンサ１２からの信号、スロットルバルブ１３の開度を検出するスロットル開度センサ２１からの信号、排気還流量調節弁１９の開度を検出する還流量センサ２２からの信号、サージタンク１４内の吸気負圧を検出するブーストセンサ２３からの信号、インジェクタ６に供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサ２４からの信号、エンジン本体２内の冷却水の温度を検出する水温センサ２５からの信号、三元触媒１６の上流側に設けられ、燃焼室４から排出される排ガス中の残存酸素濃度から燃焼室４に供給されている混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチかリーンかを検出するＯ２センサでなる第１空燃比センサ２６からの信号、三元触媒１６とＮＯｘ触媒１７との間に設けられ、ＮＯｘ触媒１７に流入する直前の排ガス温度を検出する排気温センサ２７からの信号、ＮＯｘ触媒１７の下流側に設けられ、ＮＯｘ触媒１７を通過した排ガス中の残存酸素濃度を検出するＯ２センサでなる第２空燃比センサ２８からの信号、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転センサ２９からの信号、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３０からの信号、吸気の温度を検出する吸気温センサ３１からの信号、及び、大気圧を検出する大気圧センサ３２からの信号等を入力する。
【００３１】
コントロールユニット２０は、上記の各種の信号から判断されるエンジン１の運転状態等に基いて、スロットルバルブ１３を駆動するアクチュエータ３３、排気還流量調節弁１９、インジェクタ６、スワール生成弁１５を駆動するアクチュエータ３４、及び、点火プラグ５を点火させる点火回路３５等に制御信号を出力することにより、スロットル開度制御、排ガス還流制御、燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御、スワール生成制御、点火時期制御等のほか、ＮＯｘ触媒１７からのＮＯｘ放出制御、同じくＮＯｘ触媒１７からのイオウ放出制御等を総合的に行う。
［空燃比マップ］
図２はエンジン１の空燃比マップである。このマップでは、エンジン回転数とエンジン負荷とをパラメータとするエンジンの運転領域が、リーン運転領域Ａと、リッチ運転領域Ｂ１と、理論空燃比運転領域Ｂ２と、燃料カット領域Ｃとに分割されている。ＮＯｘ放出制御では、リーン運転領域Ａと理論空燃比運転領域Ｂ２との間の境界Ｌが変更される。図２に示したマップは、ＮＯｘ放出制御が実質的に実行されていない通常時のマップである。
【００３２】
リーン運転領域Ａは、最も運転頻度の高い低回転〜中回転側、且つ低負荷〜中負荷側に設定されている。この領域Ａでは空燃比が理論空燃比より大きくされる（λ＞１）。この領域Ａでのリーン運転時は、燃料を圧縮行程中に噴射し（後期噴射）、燃料を点火プラグ５の近傍に偏在させて成層燃焼させる。リーン運転時は、排ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒１７に吸蔵されて燃費性能と排気性能とが共に向上する。
【００３３】
リッチ運転領域Ｂ１は、高速運転時や加速時等の運転領域である高回転側、且つ高負荷側に設定されている。この領域Ｂでは空燃比が理論空燃比より小さくされる（λ＜１）。この領域Ｂでのリッチ運転時は、燃料を吸気行程中に噴射し（前期噴射）、燃料を燃焼室４内で充分に気化霧化させる。リッチ運転時は、ＮＯｘ触媒１７に吸蔵されていたＮＯｘとＣＯ，ＨＣとが酸化還元反応して良好なトルクが得られると共に排気性能が向上する。
【００３４】
理論空燃比運転領域Ｂ２は、リーン運転領域Ａとリッチ運転領域Ｂ１との間に設定されている。この領域Ｂ２では空燃比が理論空燃比とされる（λ＝１）。この領域Ｂ２での理論空燃比運転時は、リッチ運転時と同様に燃料を吸気行程中に噴射し（前期噴射）、燃料を燃焼室４内で充分に気化霧化させる。理論空燃比運転時は、排ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘが三元触媒１６によって同時に浄化される。
【００３５】
燃料カット領域Ｃは、中回転〜高回転側、且つ低負荷側に設定されている。この領域Ｃでは燃焼室４内への燃料噴射が停止される。
［ＮＯｘ放出制御］
ＮＯｘ放出制御は、基本的に、リーン運転領域Ａでのリーン運転の継続に伴ってＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ吸蔵量が増加したときに、排ガスの空燃比を少なくともリーン運転時の空燃比よりもリッチ化する（例えば理論空燃比とする。あるいはそれ以上にリッチとする）ことによって、吸蔵ＮＯｘを酸素と窒素とに分解放出させて触媒１７の吸蔵能力を回復させるものである。
【００３６】
この場合、ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上となったときは、そのときの運転状態に拘らず、直ちに空燃比を所定時間リッチ化し、吸蔵ＮＯｘのすべてを放出するようにしてもよい。この方法は、例えば、前述の空燃比マップにおいて、全運転領域を所定時間だけリッチ運転領域Ｂ１又は理論空燃比運転領域Ｂ２（以下これら二つの領域Ｂ１，Ｂ２を合わせて「リッチ化領域Ｂ」という）とすることにより達成される。
【００３７】
これに対し、本実施の形態では、ＮＯｘ放出制御は、ＮＯｘ吸蔵量が増加するに従ってリーン運転領域Ａを縮小し、リッチ化領域Ｂを拡大することにより、これを達成する。すなわち、運転状態がリーン運転領域Ａにある場合は、ＮＯｘ吸蔵量が多くなるほどＮＯｘ放出処理が開始される可能性が高くなり、逆にＮＯｘ吸蔵量が少なくなるほどＮＯｘ放出処理が開始される可能性が低くなる。また、運転状態がリッチ化領域Ｂにある場合は、ＮＯｘ吸蔵量が多くなるほどＮＯｘ放出処理が終了される可能性が低くなり、逆にＮＯｘ吸蔵量が少なくなるほどＮＯｘ放出処理が終了される可能性が高くなる。
【００３８】
図３を参照して具体的に説明する。例えば、運転状態が符号Ｘ１で示す状態に維持されているとする。この運転状態Ｘ１は、図２に示した通常時の空燃比マップにおいてリーン運転領域Ａにある。図３では、通常時の空燃比マップにおけるリーン運転領域Ａとリッチ化領域Ｂとの境界を実線Ｌ１で示す。
【００３９】
ＮＯｘ吸蔵量が増加すると、リーン運転領域Ａとリッチ化領域Ｂとの境界が破線Ｌ２のように低負荷側にも低回転側にもシフトされる。これにより、リーン運転領域Ａが縮小し、リッチ化領域Ｂが拡大する。ただし、図例においては、運転状態Ｘ１は依然としてリーン運転領域ＡにあるからＮＯｘ放出処理はまだ開始されない。
【００４０】
ＮＯｘ吸蔵量がさらに増加すると、リーン運転領域Ａとリッチ化領域Ｂとの境界が点線Ｌ３のようにさらに低負荷側にも低回転側にもシフトされる。これにより、リーン運転領域Ａがさらに縮小し、リッチ化領域Ｂがさらに拡大する。そして、図例においては、運転状態Ｘ１がリッチ化領域Ｂに属するようになってＮＯｘ放出処理が開始される。
【００４１】
ＮＯｘ放出処理が開始されると、空燃比のリッチ化によって触媒１７から放出されるＮＯｘ成分量の推定、ひいては残存ＮＯｘ吸蔵量の推定が行なわれる。そして、残存ＮＯｘ吸蔵量がゼロになると、つまりＮＯｘ放出処理によって放出されたＮＯｘ量がＮＯｘ放出処理開始時のＮＯｘ吸蔵量に到達すると、リーン運転領域Ａとリッチ化領域Ｂとの境界が実線Ｌ１で示す通常時の位置に戻される。これにより、運転状態Ｘ１が再びリーン運転領域Ａに属するようになってＮＯｘ放出処理が終了される。
【００４２】
このように、空燃比マップにおけるリーン運転領域Ａを徐々に縮小し、リッチ化領域Ｂを徐々に拡大する方法は、全運転領域を一気にリッチ化領域Ｂとする方法に比べて燃費性能に優れるものである。
【００４３】
以上の典型的なＮＯｘ放出制御が行なわれた場合のタイムチャートを図４に示す。ＮＯｘ吸蔵量は、リーン運転時に増加している期間中は積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）と表現され、符号アで示すリッチ化期間中（ＮＯｘ放出処理期間中）は残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）と表現される。ＮＯｘ放出処理は、時刻ｔ０からｔ１の間行なわれる。この例では、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が「ａ」まで増加したときにリッチ化領域Ｂが境界Ｌ３まで拡大されることが示されている。そして、そのＬ３まで拡大されたリッチ化領域ＢによってＮＯｘ放出処理が達成される。
【００４４】
なお、符号イで示したリッチ化は、ＮＯｘ放出制御によるリッチ化ではなく、例えば運転者のアクセル操作によるリッチ化である。すなわち、図３において、運転者が加速を希望し、アクセルペダルを踏み込んで、運転状態がＸ１からＸ２に移行したときは、運転状態Ｘ２は、Ｌ１で示した通常時のリッチ化領域Ｂに属するから、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が「ａ」まで増加する前であっても、通常時Ｌ１のリッチ化領域ＢによってＮＯｘが放出されることが示されている。
【００４５】
ここで、図３に示したように、リーン運転領域Ａとリッチ化領域Ｂとの境界Ｌは、エンジン負荷と、エンジン回転数とに対して、同程度にはシフトされない。
境界Ｌは、エンジン負荷に対しては小さい度合いでシフトされ、エンジン回転数に対しては大きい度合いでシフトされる。その結果、リーン運転領域Ａは、エンジン負荷に対しては縮小される度合いが小さく、エンジン回転数に対しては縮小される度合いが大きい。また、リッチ化領域Ｂは、エンジン負荷に対しては拡大される度合いが小さく、エンジン回転数に対しては拡大される度合いが大きい。
【００４６】
ＮＯｘ放出処理が行なわれる機会を大きくするために、リーン運転領域Ａを縮小し、リッチ化領域Ｂを拡大するのであれば、他にも、例えば、エンジン負荷とエンジン回転数とに対して同じような度合いで境界Ｌをシフトしてもよいし、逆に、エンジン負荷に対するシフトの度合いをエンジン回転数に対するシフトの度合いよりも大きくすることもできる。
【００４７】
しかし、本実施の形態においては、境界Ｌをエンジン負荷よりもエンジン回転数において優先的に変化させている。その結果、高回転領域がリーン運転領域Ａでなくリッチ化領域Ｂとされる割合が大きくなっている。これは、高回転領域ほど排ガス温度が高く、そして、排ガス温度が高くなってＮＯｘ触媒１７の温度が高くなると、該触媒１７のリーン運転時における浄化機能が低下するからである。すなわち、リーン運転領域Ａとしておくと触媒１７の浄化機能が低下する高回転領域を高い頻度でリッチ化領域Ｂとすることによって、かかる不具合が抑制されて好ましい結果が得られるからである。
【００４８】
例えば、後述するように、排ガス温度が高くなってＮＯｘ触媒１７の温度が高くなると、リーン状態で触媒１７が選択還元するＮＯｘ成分の選択還元浄化率αが低下する（図１７参照）。また、リーン状態で触媒１７が単位時間当たりに吸蔵することのできるＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）、すなわちＮＯｘ吸蔵速度が低下する（図２０参照）。
【００４９】
したがって、境界Ｌのエンジン負荷を変化させずに、エンジン回転数だけを低回転側にシフトするようにしてもよい。さらには、エンジン回転数を低回転側にシフトし、その結果、リーン運転領域Ａが縮小する限りは、エンジン負荷の値は問題とならず、増加してもよい。
【００５０】
リーン運転領域Ａとリッチ化領域Ｂとの境界Ｌは、好ましくは、ＮＯｘ吸蔵量と排ガス温度とに基いて決定される。例えば、図５に示すマップに従って、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が多くなるほど、リーン運転領域Ａが縮小されると共にリッチ化領域Ｂが拡大される。且つ、排ガス温度（Ｔｍｐ）が高くなるほど、リーン運転領域Ａが縮小されると共にリッチ化領域Ｂが拡大される。その理由は、上記と同様に、排ガス温度が高くなってＮＯｘ触媒１７の温度が高くなるほど、リーン状態における触媒１７の浄化機能が低下するから、排ガス温度が高い場合は、かかる不具合を抑制するために、リーン運転領域Ａを縮小するのである。
【００５１】
これにより、例えば運転状態が高回転領域にある場合、又は排ガス温度が高い場合は、早いタイミングでＮＯｘ放出処理のための空燃比のリッチ化が行なわれることになる。逆に、例えば運転状態が低回転領域にある場合、又は排ガス温度が低い場合は、遅いタイミングでＮＯｘ放出処理のための空燃比のリッチ化が行なわれることになる。その場合に、運転状態が比較的長時間継続して同じ回転領域にあり、あるいは排ガス温度が比較的長時間継続して同じ温度である場合には、ＮＯｘ触媒１７の温度が同温度に安定していることが明らかであるから、ＮＯｘ触媒１７の温度としては、排気温センサ２７で検出された排ガス温度Ｔｍｐを代用することができるが、運転状態がそれほど長時間継続して同じ回転領域になく、あるいは排ガス温度がそれほど長時間継続して同じ温度にない場合には、ＮＯｘ触媒１７の温度が同温度に安定しているとは限らないから、ＮＯｘ触媒１７の温度としては、排ガス温度Ｔｍｐから推定した温度を用いることが好ましい。
【００５２】
図４に示したＮＯｘ放出制御は、運転状態がＸ１に維持されている典型的な例であったが、運転者のアクセル戻し操作や登坂勾配等により減速が起こり、その結果、ＮＯｘ放出処理中に、図３に符号Ｘ３で示すように、運転状態Ｘ１がリッチ化領域Ｂからリーン運転領域Ａに逸脱することがある。また、運転者の急激なアクセル戻し操作により、ＮＯｘ放出処理中に、図３に符号Ｘ４で示すように、運転状態Ｘ１がリッチ化領域ＢからＮＯｘ放出処理非実行領域Ｄに逸脱することがある。前者の場合のタイムチャートを図６に、後者の場合のタイムチャートを図７及び図８に示す。
【００５３】
前者の場合は、原則的には、運転状態Ｘ３がリーン運転領域Ａに属するからＮＯｘ放出処理は中断される。しかし、本実施の形態では、運転状態がリッチ化領域Ｂから逸脱した時点での残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）に応じて対処が異なる。
【００５４】
すなわち、図６に点線ウで示したように、時刻ｔ２において運転状態がリッチ化領域Ｂから逸脱し、ＮＯｘ放出処理が中断されると、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）がその時刻ｔ２から点線エで示したように再び増加する。もちろん、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が「ａ」を越えてさらに増加したときには、境界Ｌ３よりも低負荷側且つ低回転側の次の境界Ｌ４が設定されて、その時点から、そのＬ４まで拡大されたリッチ化領域ＢによってＮＯｘ放出処理が再開される。しかし、それまでの間は、ＮＯｘ放出処理に空白時間が生じ、効率がよくないばかりでなく、ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）がまだ多く残っている状態でリーン運転されるから、触媒１７の浄化性能の面でも好ましくない。
【００５５】
そこで、運転状態がリッチ化領域Ｂから逸脱した時点での残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）が所定量「ｂ」以上のときは、ＮＯｘ放出処理を中断せずに続行する。そのためには、例えば、運転状態Ｘ３がリッチ化領域Ｂに含まれるように、境界Ｌを直ちに設定し直す。これにより、図６に符号オで示したように、空燃比のリッチ化が維持される。図例では、時刻ｔ２以降においては、Ｌ４まで拡大されたリッチ化領域ＢによってＮＯｘ放出処理が空白時間なく引き続き行なわれることが示されている。ＮＯｘ放出処理が効率よく完遂され、触媒浄化性能の面でも好ましい結果が得られる。
【００５６】
これに対し、運転状態がリッチ化領域Ｂから逸脱した時点での残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）が所定量「ｂ」以下のときは、ＮＯｘ放出処理をそのまま中断する。ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）がすでに少ない状態であるから、触媒１７の浄化性能が回復しており、リーン運転を実行しても不具合が少ない。それ以上に、リーン運転することにより、良好な燃費性能が担保されるメリットが大きい。このとき、リーン運転領域Ａとリッチ化領域Ｂとの境界は、例えばその残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）に応じて、Ｌ２の位置、あるいはＬ１の通常時の位置まで戻されているであろう。
【００５７】
後者の場合は、運転状態Ｘ４がＮＯｘ放出処理非実行領域Ｄに属するからＮＯｘ放出処理は無条件に中断される。しかし、その後、運転状態Ｘ４が、図３に符号Ｘ５で示すように、再度リッチ化領域Ｂに抜け出たときはともかくとして、符号Ｘ６で示すように、リーン運転領域Ａに抜け出たときに、残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）に応じて対処が異なる。
【００５８】
ＮＯｘ放出処理非実行領域Ｄは、燃料カット領域Ｃと、該領域Ｃよりも低回転側の領域とを合わせた領域である。この領域Ｄ内では燃料の供給量が極めて少ないため積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）はほとんど増加しない。この領域Ｄで空燃比をリッチ化することは困難であり、リッチ化を行なうと未燃成分が多く残り、エンジン１の運転状態が不安定になる。
【００５９】
図７に符号カで示したように、時刻ｔ３において運転状態がＮＯｘ放出処理非実行領域Ｄに移行し、ＮＯｘ放出処理が中断されると、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）はほとんどそのままの量で推移する。この間、境界Ｌは、例えば時刻ｔ３におけるＮＯｘ残存量（Ｑｎｈ）に応じて、そのままＬ３に維持されるか、あるいはＬ２に戻される。
【００６０】
そして、符号キで示したように、時刻ｔ４において運転状態が再びリッチ化領域Ｂに移行すると、ＮＯｘ放出処理が再開される。図例では、時刻ｔ４以降においても、境界Ｌ３で画成されるリッチ化領域ＢによってＮＯｘ放出処理が再開されることが示されている。このように、非実行領域Ｄによる中断の後、運転状態がリッチ化領域Ｂに移行したときは、ＮＯｘ残存量（Ｑｎｈ）に拘らず、ＮＯｘ放出処理の続きが行なわれる。
【００６１】
しかし、非実行領域Ｄによる中断の後、運転状態がリーン運転領域Ａに移行したときは問題となる。すなわち、図８に点線クで示したように、時刻ｔ４において運転状態がリーン運転領域Ａに移行すると、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）がその時刻ｔ４から点線ケで示したように再び増加する。もちろん、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が「ａ」を越えてさらに増加したときには、境界Ｌ３よりも低負荷側且つ低回転側の次の境界Ｌ４が設定されて、その時点から、そのＬ４まで拡大されたリッチ化領域ＢによってＮＯｘ放出処理が再開される。しかし、それまでの間は、ＮＯｘ放出処理にさらに空白時間が生じ、効率がよくないばかりでなく、ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）がまだ多く残っている状態でリーン運転されるから、触媒１７の浄化性能の面でも好ましくない。
【００６２】
そこで、運転状態がリーン運転領域Ａに移行した時点での積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が所定量「ｃ」以上のときは、ＮＯｘ放出処理を直ちに再開する。そのためには、例えば、図３に示す運転状態Ｘ６がリッチ化領域Ｂに含まれるように、境界Ｌを直ちに設定し直す。これにより、図８に符号コで示したように、空燃比がリッチ化される。図例では、時刻ｔ４以降においては、Ｌ４まで拡大されたリッチ化領域ＢによってＮＯｘ放出処理が再開されることが示されている。ＮＯｘ放出処理が効率よく完遂され、触媒浄化性能の面でも好ましい結果が得られる。
【００６３】
これに対し、運転状態がリーン運転領域Ａに移行した時点での積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が所定量「ｃ」以下のときは、ＮＯｘ放出処理は再開しない。ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）がすでに少ない状態であるから、触媒１７の浄化性能が回復しており、そのままリーン運転を実行しても不具合が少ない。それ以上に、リーン運転することにより、良好な燃費性能が担保されるメリットが大きい。このとき、リーン運転領域Ａとリッチ化領域Ｂとの境界は、例えばその積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）に応じて、Ｌ２の位置、あるいはＬ１の通常時の位置まで戻されているであろう。
【００６４】
図９に示すように、リーン運転時は、時間の経過と伴に、ＮＯｘ触媒１７が単位時間当たりに吸蔵することのできるＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）が減少し、吸蔵できずに通過させてしまうＮＯｘ通過量（Ｑｎｘ）が増加する。燃焼室４…４から最初に排気通路１０に排出される排ガス中のＮＯｘ量をＮＯｘ初期排出量（Ｑｎａ）とする。ＮＯｘ触媒１７は選択還元型であって、リーン時にもある程度の量のＮＯｘ成分を還元浄化する。その浄化率を「α」、浄化量を「Ｑα」とすると、触媒１７に供給されるＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）は、ＮＯｘ初期排出量（Ｑｎａ）からＮＯｘ浄化量（Ｑα）を差し引いた値となる。そして、そのＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）からＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）を差し引いた残りの値がＮＯｘ通過量（Ｑｎｘ）となる。
【００６５】
図９に符号ｄ，ｅで示す曲線はＮＯｘ通過量（Ｑｎｘ）の時間変化を表わす曲線である。符号ｄは排ガス温度（Ｔｍｐ）が低い場合、符号ｅは高い場合である。積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）は、その時点までの曲線ｄ，ｅと、供給量（Ｑｎｃ）とで囲まれた面積で表わされる。図９では、排ガス温度が低い場合（ｄ）を例にとり、斜線部分で示してある。
【００６６】
排ガス温度が低い場合（ｄ）のほうが、高い場合（ｅ）に比べて、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）が長期に亘って多く、したがってＮＯｘ通過量（Ｑｎｘ）が長期に亘って少ない。つまり、ＮＯｘ触媒１７の浄化能力が長期に亘って高水準に保たれる。同時に、排ガス温度が低い場合（ｄ）のほうが、高い場合（ｅ）に比べて、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が早期に大きくなる。しかし、触媒１７の浄化能力は高い。したがって、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）だけでＮＯｘ放出処理の開始を判断すると、浄化能力の高い触媒１７に対しては早々とＮＯｘ放出処理を実行する一方、浄化能力の低い触媒１７に対してはなかなかＮＯｘ放出処理を実行しないことになって不合理である。
【００６７】
そこで、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が所定量以上となったときだけでなく、そのような判定条件とは無関係に、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）が所定量以下に少なくなり、ＮＯｘ通過量（Ｑｎｘ）が所定量以上に多くなったときにもＮＯｘ放出処理を開始することが好ましい。これにより、ＮＯｘ触媒１７を通過して大気に放出されるＮＯｘ量の増加を確実にくいとめることができる。
【００６８】
また、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）は、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が多くなるほど小さくなる。すなわち、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）は、それ自身の値が大きくなるほど、時間当たりの増加量が小さくなる。したがって、この傾向を考慮に入れて、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）の推定を行なうことにより、その推定精度の向上が図られる。
【００６９】
図１０は、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）の変化に対する瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）の変化を示したものである。前述したように、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）は、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が増大するに従って小さくなる。ここで重要なことは、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）が常に瞬時ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｅ）ではないということである。積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）は、実質的に、瞬時ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｅ）が積算された値である。
【００７０】
符号サで示すように、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）が、瞬時ＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）より大きいときは、ＮＯｘ触媒１７には、瞬時ＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）が全量吸蔵されるから、瞬時ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｅ）の値としては、瞬時ＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）が採用される。これとは逆に、符号シで示すように、瞬時ＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）が、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）より大きいときは、ＮＯｘ触媒１７には、瞬時ＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）が全量吸蔵されず、一部を通過させてしまうから、瞬時ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｅ）の値としては、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）が採用される。
【００７１】
したがって、瞬時ＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）と、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）とを比較して、小さいほうの値を瞬時ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｅ）とすることにより、該瞬時ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｅ）が合理的に推定され、ひいては、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）の推定精度が改善されることになる。そして、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）が瞬時ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｅ）の値に採用されたときには、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が多くなるほど瞬時ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｅ）が小さくなることになる。
【００７２】
加えて、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）は、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）に応じて補正される他、排ガス温度ひいては触媒１７の温度や、ＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）に応じても補正される。また、ＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）は、前述したように、燃焼室４…４から最初に排気通路１０に排出されるＮＯｘ初期排出量（Ｑｎａ）がそのまま採用されるのではなく、該初期排出量（Ｑｎａ）から、触媒１７がＮＯｘ成分を吸蔵する以前に選択的に還元浄化してしまう量（Ｑα）を差し引いた値が採用される。
【００７３】
したがって、これらの瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）及び瞬時ＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）が精度よく設定され、その結果、瞬時ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｅ）が精度よく推定され、ひいては、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）の推定精度が改善されることになる。
【００７４】
以下、以上述べたようなＮＯｘ放出制御を実現する具体的動作の一例をフローチャートに従って説明する。まず、図１１を参照して、各種信号の流れを概観すると、エンジン回転センサ２９で検出されたエンジン回転数と、スロットル開度センサ２１で検出されたエンジン負荷とに基いて、瞬時ＮＯｘ初期排出量設定手段により、瞬時ＮＯｘ初期排出量（Ｑｎａ）が設定される。次いで、この初期排出量（Ｑｎａ）から求められる瞬時ＮＯｘ初期排出濃度（Ｑｎｂ）と、排気温センサ２７で検出された排ガス温度（Ｔｍｐ）とに基いて、瞬時ＮＯｘ浄化量設定手段により、瞬時ＮＯｘ浄化量（Ｑα）が設定される。さらに、このＮＯｘ浄化量（Ｑα）と、初期排出量（Ｑｎａ）とに基いて、瞬時ＮＯｘ供給量設定手段により、瞬時ＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）が設定される。そして、このＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）と、排ガス温度（Ｔｍｐ）と、瞬時ＮＯｘ吸蔵量補正手段によって与えられる積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）とに基いて、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量設定手段により、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）が設定される。
【００７５】
瞬時ＮＯｘ吸蔵量推定手段は、ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）とＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）とを比較して小さいほうの値を瞬時ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｅ）とする。そして、積算ＮＯｘ吸蔵量推定手段は、瞬時ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｅ）を積算して得られた値を積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）とする。一方、ＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）と、ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）とに基いて、ＮＯｘ通過量設定手段により、瞬時ＮＯｘ通過量（Ｑｎｘ）が設定される。ＮＯｘ放出手段は、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が所定量以上となったとき、又は、瞬時ＮＯｘ通過量（Ｑｎｘ）が所定量以上となったときのいずれかに、空燃比マップにおけるリーン運転領域Ａとリッチ化領域Ｂとの境界Ｌを少なくとも低回転側にシフトさせてＮＯｘ放出処理を実行する。
【００７６】
図１２〜図１６に示すＮＯｘ放出制御のプログラムは基本的にエンジン１の運転中継続して所定周期で繰り返し実行される。フローチャートはリーン運転状態でスタートし、まず、図１２のステップＳ１で、各種信号を読み込んだうえで、ステップＳ２で、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）を推定する。すなわち、図１５のステップＳ３１で、エンジン回転数及びエンジン負荷からＮＯｘ初期排出量（Ｑｎａ）を設定する。ＮＯｘ初期排出量（Ｑｎａ）は、エンジン回転数が高いほど、またエンジン負荷が大きいほど大きい値に設定される。
【００７７】
次いで、ステップＳ３２で、排ガス温度（Ｔｍｐ）及びＮＯｘ初期排出濃度（Ｑｎｂ）から選択還元浄化率αを設定する。選択還元浄化率αは、図１７に示すように、排ガス温度（Ｔｍｐ）が高いほど小さい値に設定され、図１８に示すように、ＮＯｘ初期排出濃度（Ｑｎｂ）が高いほど大きい値に設定される。
【００７８】
なお、図１７においては、選択還元浄化率αは、ある排ガス温度（Ｔｍｐａ）をピークに、該温度（Ｔｍｐａ）から高くなっても、また低くなっても小さくなるように表わされている。ここで、上記温度（Ｔｍｐａ）より低い温度は、エンジン始動直後等においてのみ実現する温度であって、通常のエンジン１の運転期間中は、排ガス温度は上記温度（Ｔｍｐａ）より高い。したがって、エンジン１の通常の運転期間中は、実質的な意味において、排ガス温度（Ｔｍｐ）が高いほど選択還元浄化率αが小さくなるといえる。このことは、後述する図２０についても同じである。
【００７９】
次いで、ステップＳ３３で、ＮＯｘ初期排出量（Ｑｎａ）及び選択還元浄化率αからＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）を設定する。ＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）は、例えば数１に従って求められる。
【００８０】
【数１】

【００８１】
ここで、（Ｑｎａ×α）が選択還元浄化量（Ｑα）である。
【００８２】
次いで、ステップＳ３４で、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）、排ガス温度（Ｔｍｐ）及びＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）からＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）を設定する。ＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）は、図１９に示すように、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が多いほど小さい値に設定され、図２０に示すように、排ガス温度（Ｔｍｐ）が高いほど小さい値に設定され、図２１に示すように、ＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）が多いほど大きい値に設定される。
【００８３】
次いで、ステップＳ３５で、ＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）とＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）とのうち小さいほうの値をＮＯｘ吸蔵量の今回値、すなわち瞬時ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｅ）とする。そして、ステップＳ３６で、この瞬時ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｅ）を積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）に加算することにより、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）を更新し、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）の今回値を得る。
【００８４】
メインフローに戻り、図１２のステップＳ３で、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）及び排ガス温度（Ｔｍｐ）に基いて、空燃比マップにおけるリーン運転領域Ａとリッチ化領域Ｂとの境界Ｌを設定する。すなわち、リーン運転領域Ａの縮小、及びリッチ化領域Ｂの拡大が行なわれる。このとき、前述した図５に示すマップが用いられる。
【００８５】
次いで、ステップＳ４で、ＮＯｘ通過量（Ｑｎｘ）を設定する。ＮＯｘ通過量（Ｑｎｘ）は、数２に従って、ＮＯｘ供給量（Ｑｎｃ）からＮＯｘ吸蔵可能量（Ｑｎｄ）を減算することにより求められる。
【００８６】
【数２】

【００８７】
次いで、ステップＳ５で、運転領域を判定する。その結果、現在の運転状態がステップＳ３で設定したリッチ化領域Ｂに属するときはステップＳ６に進み、リーン運転領域Ａに属するときはステップＳ７に進み、ＮＯｘ放出処理非実行領域Ｄに属するときはリターンする。ステップＳ６では、空燃比をリッチ化することによりＮＯｘ放出処理を開始する。
【００８８】
ステップＳ７では、ＮＯｘ通過量（Ｑｎｘ）が所定量（Ｑｎ１）より大きいか否かを判定する。その結果、ＮＯのときは、ステップＳ１に戻る。ＹＥＳのときは、ステップＳ８で、現在の運転状態がリッチ化領域Ｂに属するように領域Ａ，Ｂ間の境界Ｌを設定し直す。すなわち、リーン運転領域Ａをさらに縮小し、リッチ化領域Ｂをさらに拡大する。そして、空燃比をリッチ化してＮＯｘ放出処理を開始する。これにより、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が所定量以上となっていなくても、瞬時ＮＯｘ通過量（Ｑｎｘ）が所定量（Ｑｎ１）以上に多いときはＮＯｘ放出処理が開始されることになる。
【００８９】
次いで、図１３のステップＳ９で、残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）を推定する。
すなわち、図１６のステップＳ４１で、空燃比、排ガス流量、残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）及び排ガス温度（Ｔｍｐ）から、ＮＯｘ放出量の今回値、すなわち瞬時ＮＯｘ放出量（Ｑｎｇ）を設定する。
【００９０】
瞬時ＮＯｘ放出量（Ｑｎｇ）は、図２２に示すように、空燃比がリッチになる（小さくなる）ほど大きい値に設定され、図２３に示すように、排ガス流量（Ｔｍｐ）が多いほど大きい値に設定され、図２４に示すように、残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）が多いほど大きい値に設定され、図２５に示すように、排ガス温度（Ｔｍｐ）が高いほど大きい値に設定される。
【００９１】
そして、ステップＳ４２で、この瞬時ＮＯｘ放出量（Ｑｎｇ）を残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）から減算することにより、残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）を更新し、残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）の今回値を得る。
【００９２】
メインフローに戻り、図１３のステップＳ１０で、残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）がゼロか否かを判定する。その結果、ゼロのときは、ステップＳ１１で、ＮＯｘ放出処理を終了する。つまり、空燃比のリッチ化を終了し、リーン運転に戻す。次いで、ステップＳ１２で、領域境界Ｌをリセットする。つまり、縮小したリーン運転領域Ａを拡大し、拡大したリッチ化領域Ｂを縮小して、図２に示すような元の通常時の空燃比マップに戻す。そしてリターンする。
【００９３】
残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）がゼロになるまでは、ステップＳ１３で、運転状態がリッチ化領域Ｂにあることを確認しつつ、ステップＳ９で、残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）を更新していく。このステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１３のループを繰り返し、ステップＳ１０からＳ１１、Ｓ１２と抜け出てリターンした場合が、図４に符号アで示した典型的なＮＯｘ放出制御が行なわれた場合である。
【００９４】
一方、ステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１３のループを繰り返している途中で、すなわちＮＯｘ放出処理の実行中に、ステップＳ１３で、運転状態がリッチ化領域Ｂから逸脱したと判定された場合は、ステップＳ１４で、リーン運転領域Ａに逸脱したのか、又はＮＯｘ放出処理非実行領域Ｄに逸脱したのかを判定する。そして、リーン運転領域Ａに逸脱した場合はステップＳ１５に進み、非実行領域Ｄに逸脱した場合は図１４のステップＳ１８に進む。
【００９５】
ステップＳ１５では、残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）が所定量「ｂ」以下か否かを判定する。その結果、ＹＥＳのときは、ステップＳ１６で、ＮＯｘ放出処理を中断する。つまり、空燃比のリッチ化を中断し、いったんリーン運転に戻す。そしてリターンする。
【００９６】
この場合は、残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）が少なくなっていても、ゼロにはなっていないから、次にステップＳ２で積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）を推定するときは、上記の残存ＮＯｘ吸蔵量（０＜Ｑｎｈ＜ｂ）から始める。その結果、次にステップＳ３で領域境界Ｌを設定したときには、Ｌ１の通常時の位置ではなく、例えばＬ２等のややリッチ化領域Ｂが拡大した位置が設定される可能性がある。したがって、残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）がゼロになってリターンするときのように、ステップＳ１２での領域境界Ｌのリセットは行なわない。このステップＳ１３からＳ１４、Ｓ１５、Ｓ１６と抜け出てリターンした場合が、図６に示したリーン運転領域Ａへの逸脱時における残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）が所定量「ｂ」以下であったときの対処である。
【００９７】
これに対し、ステップＳ１５でＮＯのときは、ステップＳ１７で、運転状態がリッチ化領域Ｂに属するように領域Ａ，Ｂ間の境界Ｌを設定し直す。すなわち、リーン運転領域Ａをさらに縮小し、リッチ化領域Ｂをさらに拡大する。そして、空燃比をリッチ化してＮＯｘ放出処理を続行する。つまり、ステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１３のループに戻る。これにより、ＮＯｘ放出処理が空白時間なく引き続き行なわれることになる。このステップＳ１３からＳ１４、Ｓ１５、Ｓ１７と抜け出てステップＳ９に戻った場合が、図６に符号オで示したリーン運転領域Ａへの逸脱時（ｔ２）における残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）が所定量「ｂ」以上であったときの対処である。
【００９８】
さらに、ステップＳ１４で非実行領域Ｄに逸脱したと判定された場合は、図１４のステップＳ１８で、ＮＯｘ放出処理を中断する。つまり、無条件で、空燃比のリッチ化を中断し、いったんリーン運転に戻す。そのうえで、ステップＳ１９で、ステップＳ２と同様にして積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）を推定し、また、ステップＳ２０で、ステップＳ３と同様にして領域Ａ，Ｂ間の境界Ｌを設定する。ただし、この場合は、運転状態がＮＯｘ放出処理非実行領域Ｄに属するので、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）の増加はほとんど見られず、したがってＮＯｘ放出処理中断時点での領域境界Ｌがそのまま維持される可能性が高い。これらのステップＳ１９，２０を、ステップＳ２１で、運転状態が非実行領域Ｄから逸脱したと判断されるまで繰り返す。
【００９９】
運転状態が非実行領域Ｄから逸脱したときは、ステップＳ２２で、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が所定量「ｃ」以下か否かを判定する。その結果、ＹＥＳのときは、そのままリターンする。つまり、運転状態が非実行領域Ｄからリーン運転領域Ａに逸脱したのか、又はリッチ化領域Ｂに逸脱したのかに拘らず、一律に、ＮＯｘ放出処理を中断したまま、ステップＳ１に戻る。状況としては、前述のリッチ化領域Ｂからリーン運転領域Ａへの逸脱時における残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）が所定量「ｂ」以下であったときの状況（ステップＳ１３からＳ１４、Ｓ１５、Ｓ１６と抜け出てリターンする場合）に類似する。このステップＳ１８からＳ２１、Ｓ２２と抜け出てリターンした場合が、ＮＯｘ放出処理非実行領域Ｄからの逸脱時における積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が所定量「ｃ」以下であったときの対処である。
【０１００】
一方、ステップＳ２２でＮＯのときは、ステップＳ２３で、運転状態が非実行領域Ｄからリーン運転領域Ａに逸脱したのか、又はリッチ化領域Ｂに逸脱したのかを判定する。そして、リッチ化領域Ｂに逸脱した場合はステップＳ２４に進み、リーン運転領域Ａに逸脱した場合はステップＳ２５に進む。
【０１０１】
ステップＳ２４では、ＮＯｘ放出処理を再開する。つまり、空燃比のリッチ化を再開する。そして、ステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１３のループに戻る。これにより、ＮＯｘ放出処理の続きが、非実行領域Ｄによる中断の後、直ちに行なわれることになる。このステップＳ１８からＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４と抜け出てステップＳ９に戻った場合が、図７に符号キで示したＮＯｘ放出処理非実行領域Ｄからリッチ化領域Ｂに逸脱した場合の対処である。
【０１０２】
これに対し、ステップＳ２５では、運転状態がリッチ化領域Ｂに属するように領域Ａ，Ｂ間の境界Ｌを設定し直す。すなわち、リーン運転領域Ａをさらに縮小し、リッチ化領域Ｂをさらに拡大する。そして、空燃比をリッチ化してＮＯｘ放出処理を再開する。つまり、ステップＳ９、Ｓ１０、Ｓ１３のループに戻る。これによっても、ＮＯｘ放出処理の続きが、非実行領域Ｄによる中断の後、直ちに行なわれることになる。このステップＳ１８からＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２５と抜け出てステップＳ９に戻った場合が、図８に符号コで示したＮＯｘ放出処理非実行領域Ｄからリーン運転領域Ａに逸脱した場合であって、リーン運転領域Ａへの逸脱時（ｔ４）における積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）が所定量「ｃ」以上であったときの対処である。
【０１０３】
なお、ＮＯｘ触媒１７には、ＮＯｘ成分が吸蔵される以外に燃料中のイオウ成分が付着するイオウ被毒の問題がある。もちろん、イオウ付着量が所定量以上となれば、触媒１７からイオウを放出させるイオウ放出制御が行なわれる。このイオウ放出制御は、例えば、空燃比をリッチ化すると同時に触媒１７を昇温する等により達成される。イオウ放出制御は、上記のＮＯｘ放出制御に比べると、はるかに少ない頻度で行なわれる。しかし、イオウ放出制御が実行されるまでの間は、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ浄化能力がイオウ被毒の影響を受けることは否めない。
【０１０４】
そこで、例えば、数３に従って、積算ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｆ）をイオウ付着量（Ｑｓ）で下方修正することが好ましい。
【０１０５】
【数３】

【０１０６】
ここで、イオウ付着量（Ｑｓ）は、ＮＯｘ触媒１７に実質的にＮＯｘ成分がまったく吸蔵されなくなるときの付着量を１とし、ＮＯｘ触媒１７にイオウ成分がまったく付着していないときの付着量をゼロとした場合における、ゼロから１までの値（割合）として上記式に代入される。
【０１０７】
また、イオウ付着量（Ｑｓ）は、燃料供給量を基本にして推定される。そして、その推定値は、さらに、燃料のイオウ含有率、触媒温度（排ガス温度）、リーン運転継続時間、既イオウ被毒量（積算イオウ付着量）等によって補正されて、その推定精度が高められる。
【０１０８】
さらに、以上においては、例えば図１３のステップＳ１７や図１４のステップＳ２５等で、運転状態がリッチ化領域Ｂに属するように領域境界Ｌを設定し直すことにより、ＮＯｘ放出処理を続行したり再開したりするように構成したが、これに代えて、領域境界Ｌを設定し直すことなく、例えば他の一例として次のような手法を採用することもできる。
【０１０９】
すなわち、図１２のステップＳ６でＮＯｘ放出処理が開始されたときに、ＮＯｘパージ実行フラグ（ｆｎｏｘ）をセットする。ＮＯｘ放出処理は、運転状態が非実行領域Ｄに移行するまで、あるいは残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）がゼロになるまで継続される。ただし、ＮＯｘパージ実行フラグ（ｆｎｏｘ）は、残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）がゼロになったときにのみリセットするものとする。したがって、例えば、運転状態が非実行領域Ｄに移行した場合において、残存ＮＯｘ吸蔵量（Ｑｎｈ）がゼロでないときは、ＮＯｘパージ実行フラグ（ｆｎｏｘ）はリセットせずにセットしたままとする。
【０１１０】
その結果、ＮＯｘ放出処理が開始された後において、運転状態がいったん非実行領域Ｄに移行し、その後、再び運転状態が非実行領域Ｄから脱した場合は、ＮＯｘパージ実行フラグ（ｆｎｏｘ）がセットされていれば、リーン運転領域Ａに脱したかリッチ化領域Ｂに脱したかに拘らず、ＮＯｘ放出処理を直ちに実行する。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、積算ＮＯｘ吸蔵量に基いて瞬時ＮＯｘ吸蔵量を補正することにより、積算ＮＯｘ吸蔵量を精度よく推定することができる。その結果、ＮＯｘ放出制御を適正なタイミングで行なうことができ、ＮＯｘ触媒の浄化性能やエンジンの燃費性能を最大限に良好な状態に保つことができる。本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えるエンジン一般に広く好ましく適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係るエンジンの制御システム構成図である。
【図２】 エンジンの空燃比マップである。
【図３】 空燃比マップにおいて各領域が変化する態様の一つを示す図である。
【図４】 ＮＯｘ放出制御の一例におけるタイムチャートである。
【図５】 空燃比マップにおける各領域の設定に用いる特性である。
【図６】 ＮＯｘ放出制御の他の例におけるタイムチャートである。
【図７】 さらに他の例におけるタイムチャートである。
【図８】 さらに他の例におけるタイムチャートである。
【図９】 ＮＯｘ通過量のタイムチャートである。
【図１０】 積算ＮＯｘ吸蔵量に対する吸蔵可能量の特性図である。
【図１１】 各種信号の流れを示すブロック図である。
【図１２】 ＮＯｘ放出制御の具体的動作の一例を示すメインフローチャートである。
【図１３】 同じくメインフローチャートである。
【図１４】 同じくメインフローチャートである。
【図１５】 同じくサブフローチャートである。
【図１６】 同じくサブフローチャートである。
【図１７】 ＮＯｘ放出制御で用いる特性図である。
【図１８】 同じく特性図である。
【図１９】 同じく特性図である。
【図２０】 同じく特性図である。
【図２１】 同じく特性図である。
【図２２】 同じく特性図である。
【図２３】 同じく特性図である。
【図２４】 同じく特性図である。
【図２５】 同じく特性図である。
【符号の説明】
１ エンジン
４ 燃焼室
５ 点火プラグ
６ インジェクタ
１７ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
２０ コントロールユニット
２７ 排気温センサ

Claims (4)

1. 酸素過剰雰囲気で排ガス中のＮＯｘ成分を吸蔵し、酸素濃度の低下により吸蔵していたＮＯｘ成分を還元放出するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を排気通路に備えると共に、上記触媒に単位時間当たりに吸蔵されるＮＯｘ成分の瞬時量を推定する瞬時ＮＯｘ吸蔵量推定手段と、該推定手段で推定された瞬時量を積算することにより上記触媒に吸蔵されたＮＯｘ成分の積算量を推定する積算ＮＯｘ吸蔵量推定手段と、該推定手段で推定された積算量が所定の吸蔵量以上となったときにＮＯｘ成分を上記触媒から放出させるＮＯｘ放出手段とを有するエンジンの排気浄化装置であって、上記触媒に単位時間当たりに供給されるＮＯｘ成分の瞬時量を設定する瞬時ＮＯｘ供給量設定手段と、上記触媒が単位時間当たりに吸蔵し得るＮＯｘ成分の瞬時量を、上記積算ＮＯｘ吸蔵量推定手段で推定されたＮＯｘ成分の積算量に基き、該積算量が多いほど小さな値に設定する瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量設定手段とが備えられ、上記瞬時ＮＯｘ吸蔵量推定手段は、上記瞬時ＮＯｘ供給量設定手段で設定された瞬時ＮＯｘ供給量と、上記瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量設定手段で設定された瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量のうち小さい方の値を瞬時ＮＯｘ吸蔵量と推定することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 触媒に吸蔵されずに通過するＮＯｘ成分の量を設定するＮＯｘ通過量設定手段が備えられ、ＮＯｘ放出手段は、該設定手段で設定された通過量が所定の量以上となったときにもＮＯｘ成分を上記触媒から放出させ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。
3. 燃焼室から単位時間当たりに排出されるＮＯｘ成分の瞬時量を設定する瞬時ＮＯｘ初期排出量設定手段と、触媒が単位時間当たりに還元浄化するＮＯｘ成分の瞬時量を設定する瞬時ＮＯｘ浄化量設定手段とが備えられ、瞬時ＮＯｘ供給量設定手段は、上記排出量設定手段で設定された瞬時ＮＯｘ初期排出量から、上記浄化量設定手段で設定された瞬時ＮＯｘ浄化量を差し引いた値を瞬時ＮＯｘ供給量とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの排気浄化装置。
4. 排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段が備えられ、瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量設定手段は、該検出手段で検出された排ガスの温度、又は瞬時ＮＯｘ供給量設定手段で設定された瞬時ＮＯｘ供給量の少なくともいずれかに基き、排ガスの温度が高いほど瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量を小さな値に、瞬時ＮＯｘ供給量が多いほど瞬時ＮＯｘ吸蔵可能量を大きな値に設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。

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