JP4998714B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気系に触媒が設けられた排気浄化装置に関し、運転条件や触媒の劣化状態、触媒を含む内燃機関の劣化状態に拘わらず、触媒の排気浄化性能を高く維持するように企図したものである。

特に、本発明は、内燃機関の排気系に吸蔵型ＮＯｘ触媒が設けられた排気浄化装置に関し、運転条件や吸蔵型ＮＯｘ触媒の劣化状態、吸蔵型ＮＯｘ触媒を含む内燃機関の劣化状態に拘わらず、吸蔵型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能を高く維持するように企図したものである。

リーンバーン内燃機関（リーンバーンエンジン）等では空燃比を理論空燃比(ストイキ)よりリーン空燃比側に制御して酸化雰囲気で燃焼を行なうことから、三元触媒ではその特性上、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を充分に浄化できない。このため、この種の内燃機関には、リーン空燃比の運転時に排気中のＮＯｘを吸蔵すると共に、吸蔵したＮＯｘをリッチ空燃比の運転時に放出還元する吸蔵型ＮＯｘ触媒が備えられている。

吸蔵型ＮＯｘ触媒は、還元成分濃度が低い酸化雰囲気中において排気ガス中のＮＯｘを硝酸塩Ｘ−ＮＯ_３として吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）等の還元成分が多量に存在する還元雰囲気で窒素（Ｎ_２）に還元させる特性を有した触媒として構成されている。吸蔵型ＮＯｘ触媒では、リーン運転時に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵して大気中への排出を防止すると共に、最適なタイミングで（吸蔵型ＮＯｘ触媒が飽和する以前に）空燃比をリッチ側に制御するリッチスパイクを実行して吸蔵されているＮＯｘを放出還元して浄化している（リッチパージ）。

リッチパージが不適切であると、無用な燃料消費やＮＯｘ放出還元の不足を引き起こすため、リッチパージにおけるリッチ混合気の量を求めることは重要である。このため、リーン継続時間や車速等のパラメータを基本としてリッチ混合気の量を求める対策が従来から種々提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１に開示された排気浄化装置では、ＮＯｘの前後に設けられたＮＯｘ濃度検出手段の出力と吸入空気量とからＮＯｘ触媒のＮＯｘ累積量を算出すると共に、触媒温度検出手段により検出した触媒温度指数値からリッチ制御を実行した場合の単位時間当たりのＮＯｘ放出量を算出し、ＮＯｘ累積量とＮＯｘ放出量とからリッチ制御時間（リッチスパイクの継続時間：リッチパージ量）を算出し、得られたリッチ制御時間に基づいてＮＯｘパージを実行している。

特許文献２に開示されたエンジンの制御装置では、リーンＮＯｘ触媒の下流に排気ガス中の酸素の有無を検出するＯ_２センサを配置し、Ｏ_２センサの出力信号からの期間に応じて貯蔵ＮＯｘ量を演算し、貯蔵ＮＯｘ量を反映してリーンＮＯｘ触媒の制御を実行している。

特開２００５−２９５４号公報 特開２００５−９０４６０号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、理論的には正しい手法であるものの、ＮＯｘ累積量やＮＯｘ放出量等の全ての値を算出処理により推定しているため、現実に則した値を求めることが非常に困難である。また、特許文献２の技術は、Ｏ_２センサの出力信号を演算期間のパラメータの一つとして貯蔵ＮＯｘ量を演算しているため、特許文献１の技術と同様に貯蔵ＮＯｘ量を現実に則した値の貯蔵ＮＯｘ量を求めることが非常に困難である。また、特許文献２に記載されたＯ_２センサは、排気空燃比の状態が理論空燃比近傍であるか否かを検出するものであり、触媒の状態に対して応答遅れが存在し、現実に則した値の貯蔵ＮＯｘ量を求めるためには別途補正演算処理等をする必要がある。

従って、特許文献１に開示されたリッチ制御時間や、特許文献２に開示された貯蔵ＮＯｘ量には無視できない誤差が含まれることになり、リッチパージ中のＮＯｘ放出還元が不適切なものとなってしまう。そして、触媒の個体差や触媒を含むエンジンの劣化、運転状況等により、演算等で求められたリッチパージ量の設定では更に誤差が生じて、リッチパージ中のＮＯｘ放出還元が不適切なものとなってしまう。この結果、無用な燃料消費やＮＯｘ放出還元の不足が生じることが考えられるため、触媒の能力に余裕を持たせる等の手段を講じる必要があった。

このことは、リーン運転により浄化装置の性能が劣化した時に性能を回復させるための手段としてリッチ化する時、例えば、燃料カットを実施した場合の燃料復帰時に、リッチ化制御を行なってＯ_２を触媒から離脱させるＯ_２パージの時のリッチ混合気の量の設定の際にも同様に当てはまるものである。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、運転条件や触媒の劣化状態、触媒を含む内燃機関の劣化状態に拘わらず、リッチスパイクの継続時間であるリッチパージ量を適切に制御することができ、触媒の排気浄化性能を高く維持することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

特に、運転条件や吸蔵型ＮＯｘ触媒の劣化状態、吸蔵型ＮＯｘ触媒を含む内燃機関の劣化状態に拘わらず、リッチスパイクの継続時間であるリッチパージ量を適切に制御することができ、吸蔵型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能を高く維持することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の排気成分を吸着すると共に、還元成分を供給することで吸着した前記排気成分を離脱する触媒と、前記触媒の後流側に設けられ排気空燃比の値を検出する空燃比検出手段と、前記内燃機関が前記リーン空燃比により運転された際に前記触媒に吸着された前記排気成分を放出するために前記触媒に供給する還元成分の目標供給量を設定して排気成分の離脱を実行させるように前記内燃機関を制御する空燃比制御手段とを備え、前記空燃比制御手段は、還元成分の供給に伴う前記空燃比検出手段が検出する排気空燃比値のリーンからリッチへの経時変化で所定の排気空燃比値からリッチ側への変化に応じて前記目標供給量を補正することを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、出力が空燃比に対して連続的に変化する空燃比検出手段により排気空燃比の値を検出し、排気空燃比値のリーンからリッチへの経時変化で所定の排気空燃比値からリッチ側への変化に応じて還元成分の目標供給量を補正しリッチスパイクを適切に制御する。このため、運転条件や触媒の劣化状態、触媒を含む内燃機関の劣化状態に拘わらず、排気成分の離脱を適切に制御することができ、触媒の排気浄化性能を高く維持することができる内燃機関の排気浄化装置となる。

好ましくは、触媒を吸蔵型ＮＯｘ触媒とする。一般に吸蔵型ＮＯｘ触媒は、内燃機関のリーン運転を実施した場合、ＮＯｘを吸蔵しＮＯｘが飽和する前にリッチ運転（リッチパージ）により還元成分を多く流入させ、吸蔵されているＮＯｘを放出還元浄化（性能の回復）している。

吸蔵型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関では、排出されるＮＯｘ濃度と吸入空気量に基づいてＮＯｘ排出量が積算され、ＮＯｘ排出量の積算値によりリッチパージ終了のリッチ運転における還元成分の目標供給量（リッチ化分燃料積算目標値）が決定される。リッチパージの際には、決定されたリッチ化分燃料積算目標値（係数処理した値）を目標値としてリッチ混合気が供給され、燃料量がリッチ化分燃料積算目標値（係数処理した値）に達するまでリッチパージが実行される。

出力が空燃比に対して連続的に変化する空燃比検出手段により排気空燃比の値を検出し、空燃比検出手段の検出値の波形に応じてリッチ化分燃料積算値を補正してリッチスパイクの継続時間を適切に制御することができる。これにより、運転条件や吸蔵型ＮＯｘ触媒の劣化状態、吸蔵型ＮＯｘ触媒を含む内燃機関の劣化状態に拘わらず、リッチスパイクの継続時間であるリッチパージ量を適切に制御することができ、吸蔵型ＮＯｘ触媒のリッチパージ時の浄化効率のばらつきを抑制して排気浄化性能を高く維持することができる内燃機関の排気浄化装置となる。

そして、前記空燃比制御手段は、還元成分の供給に伴う前記空燃比検出手段が検出する空燃比値の所定空燃比値からリッチ側への変化率に応じて還元成分の目標供給量を補正することができる。

これにより、空燃比検出手段の検出値のリッチ側への変化率で還元成分の目標供給量の過不足を判断することができ、この過不足に基づいて目標供給量を補正することで、リッチパージを適切に制御することができる。好ましくは、変化率が所定値以上の場合には目標供給量を減量し、所定値未満の場合には目標供給量を増量する。

また、請求項２に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１において、前記所定の排気空燃比値は、前記空燃比検出手段が検出する排気空燃比値のリーンからリッチへの変化率が急変した時点の空燃比とすることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、排気空燃比値のリーンからリッチへの変化率が急変した時点の空燃比で還元成分の目標供給量の過不足を判断することができ、この過不足に基づいて目標供給量を補正することで、リッチパージを適切に制御することができる。好ましくは、偏差が所定値以上の場合には目標供給量を減量し、所定値未満の場合には目標供給量を増量する。

また、請求項３に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１または２において、前記空燃比制御手段は、前記変化率が急変したと判断された場合、前記所定の排気空燃比のリッチピークの有無またはリッチピークの値に応じて前記目標供給量を補正することを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、空燃比検出手段の検出値のリッチピークが存在するか否か、またはリッチピークの検出値で還元成分の目標供給量の過不足を判断することができ、この過不足に基づいて目標供給量を補正することで、リッチパージを適切に制御することができる。

本発明の内燃機関の排気浄化装置は、運転条件や触媒の劣化状態、触媒を含む内燃機関の劣化状態に拘わらず、リッチパージを適切に制御することができ、触媒の排気浄化性能を高く維持することができる。

以下図面に基づいて本発明の一実施形態例を説明する。以下の実施形態例の内燃機関は、吸気管噴射型の多気筒（例えば４気筒）ガソリンエンジンを例示してある。尚、内燃機関としては、吸気管噴射の多気筒ガソリンエンジンだけでなく、筒内噴射型ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等を適用することも可能である。

図１には本発明の一実施形態例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成、図２にはリッチパージ制御のタイミングチャート、図３、図４にはリッチパージ制御のフローチャート、図５には空燃比センサ（ＬＡＦＳ）処理フラグセット制御のフローチャート、図６にはリッチパージ量補正制御のフローチャートを示してある。

図１に基づいて内燃機関の排気浄化装置の構成を説明する。

図に示すように、リーンバーン内燃機関（リーンバーンエンジン）であるエンジン本体（以下、エンジンと称する）１のシリンダヘッド２には気筒毎に点火プラグ３が取り付けられ、点火プラグ３には高電圧を出力する点火コイル４が接続されている。シリンダヘッド２には気筒毎に吸気ポート５が形成され、各吸気ポート５の燃焼室６側には吸気弁７がそれぞれ設けられている。吸気弁７は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト８のカムに倣って開閉作動され、各吸気ポート５と燃焼室６との連通・遮断を行なうようになっている。

各吸気ポート５には吸気マニホールド９の一端がそれぞれ接続され、各吸気ポート５に吸気マニホールド９が連通している。吸気マニホールド９には電磁式の燃料噴射弁（インジェクション）１０が取り付けられ、燃料噴射弁１０には燃料パイプ１１が取り付けられている。燃料パイプ１１は図示しない燃料供給装置に接続され、図示しない燃料タンクから燃料パイプ１１を介して燃料噴射弁１０に燃料が供給される。

燃料噴射弁１０の上流側における吸気マニホールド９には電磁式のスロットル弁１２が取り付けられ、スロットル弁１２の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ１３が設けられている。スロットル弁１２の上流側には吸入空気量Ｑを計測するエアフローセンサ１４が設けられている。エアフローセンサ１４としては、カルマン渦流式やホットフィルム式のエアフローセンサが使用される。

一方、シリンダヘッド２には気筒毎に排気ポート１５が形成され、各排気ポート１５の燃焼室６側には排気弁１７がそれぞれ設けられている。排気弁１７は、エンジン回転に応じて回転するカムシャフト１８のカムに倣って開閉作動され、各排気ポート１５と燃焼室６との連通・遮断を行なうようになっている。そして、各排気ポート１５には排気マニホールド１６の一端がそれぞれ接続され、各排気ポート１５に排気マニホールド１６が連通している。尚、このようなＭＰＩエンジンは公知のものであるため、構成の詳細については省略してある。

排気マニホールド１６の他端には排気管（排気通路）２０が接続され、排気管２０には触媒としての吸蔵型ＮＯｘ触媒２１が設けられている。吸蔵型ＮＯｘ触媒２１は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属と、バリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、等のアルカリ金属、アルカリ土類金属のＮＯｘトラップ剤を含んでいる。吸蔵型ＮＯｘ触媒２１は、排気空燃比がリーン空燃比（還元成分濃度が低い酸化雰囲気中）の時に排気ガス中のＮＯｘを硝酸塩Ｘ−ＮＯ_３として吸蔵し、排気空燃比がリッチ空燃比（一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）等の還元成分が多量に存在する）の時に、吸蔵するＮＯｘを放出して窒素（Ｎ_２）等に還元する機能を有している。

吸蔵型ＮＯｘ触媒２１の上流側（入口側）の排気管２０には排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ２２が設けられ、吸蔵型ＮＯｘ触媒２１の下流側（出口側）の排気管２０には排気空燃比の値を検出する空燃比検出手段としての空燃比センサ２３が設けられている。空燃比センサ２３は、例えば、出力が空燃比に対して連続的に変化するセンサが適用される。

ＥＣＵ（電子コントロールユニット）３１は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えている。このＥＣＵ３１により、エンジン１を含めた空燃比制御装置の総合的な制御が行われる。

ＥＣＵ３１の入力側には、上述したＴＰＳ１３、エアフローセンサ１４、ＮＯｘ濃度センサ２２、空燃比センサ２３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２５、エンジン１の冷却水温を検出する図示しない温度センサ等の各種センサ類が接続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。

一方、ＥＣＵ３１の出力側には、上述の燃料噴射弁１０、点火コイル４、スロットル弁１２等の各種出力デバイスが接続されている。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ＥＣＵ３１で演算された燃料噴射料、燃料噴射時間、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に設定され、通常は、空燃比を理論空燃比(ストイキ)よりリーン空燃比側に制御して運転が行なわれる。つまり、リーン空燃比側の目標空燃比に応じた量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁１０から噴射され、また、スロットル弁１２が適正な開度に調整され、点火プラグ３により適正なタイミングで火花点火が実施されるようになっている。

そして、リーン空燃比でのリーン運転時には排気ガス中のＮＯｘを吸蔵型ＮＯｘ触媒２１で吸蔵して大気中への排出を防止すると共に、最適なタイミングで（吸蔵型ＮＯｘ触媒２１が飽和する以前に）空燃比をリッチ側に制御するリッチスパイクを実行して吸蔵されているＮＯｘを放出還元して浄化している（リッチパージ）。

本実施形態例の吸蔵型ＮＯｘ触媒２１を備えたエンジン１では、排出されるＮＯｘ濃度と吸入空気量に基づいてＮＯｘ排出量が積算され、ＮＯｘ排出量の積算値によりリッチパージ終了のリッチ運転における還元成分の目標供給量（リッチ化分燃料積算目標値）が決定される。リッチパージの際には、決定されたリッチ化分燃料積算目標値（係数処理した値）を目標値としてリッチ混合気が供給され、燃料量がリッチ化分燃料積算目標値（係数処理した値）に達するまでリッチパージが実行される。

ここで、還元成分の目標供給量をストイキ空燃比からリッチ化させるための燃料量と設定している。これは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２１のＮＯｘ浄化に必要な還元成分はストイキよりリッチ側の空燃比で運転したときに生成され、リッチ側の燃料量とほぼ比例する関係にあり、還元剤量を正確に制御できる。

実際に供給されるリッチ化分燃料積算値が目標値に達するまでリッチ混合気を供給する場合、エンジン１の運転条件や吸蔵型ＮＯｘ触媒２１の劣化状態、吸蔵型ＮＯｘ触媒２１を含むエンジン１の劣化状態によっては、リッチパージが不適切になって無用な燃料消費やＮＯｘ放出還元の不足を引き起こす虞がある。

このため、本実施形態例の吸蔵型ＮＯｘ触媒２１を備えたエンジン１では、リッチ化分燃料積算値をエンジン１や吸蔵型ＮＯｘ触媒２１の状態、運転状況等に応じてリッチ化分燃料積算目標値を補正するようにしている。具体的には、出力が空燃比に対して連続的に変化する空燃比センサ２３により排気空燃比の値を検出し、空燃比センサ２３の検出値の波形に応じてリッチ化分燃料積算目標値を補正してリッチパージを適切に制御するようにしている。

これにより、運転条件や吸蔵型ＮＯｘ触媒２１の劣化状態、吸蔵型ＮＯｘ触媒２１を含むエンジン１の劣化状態に拘わらず、リッチパージを適切に制御することができ、吸蔵型ＮＯｘ触媒２１のリッチパージ時の浄化効率のばらつきを抑制して排気浄化性能を高く維持することができる。

図２〜図６に基づいて上述した排気浄化装置におけるリッチパージの詳細を説明する。

図２を参照してリッチパージ制御の全体の状況を説明する。

図２において、（ａ）は空燃比センサ２３の出力値（ＬＡＦＳ出力）の経時変化、（ｂ）は運転モードの経時変化、（ｃ）は筒内空燃比（Ａ／Ｆ）の経時変化、（ｄ）は炭化水素（ＨＣ）の流量の経時変化、（ｅ）はＮＯｘの流量の経時変化を示してある。

図２（ｂ）に示すように、運転モードがリーンからリッチに切り替わると、図２（ｃ）に示すように、筒内空燃比（Ａ／Ｆ）がリーンからリッチに徐々に変化し（テーリング）、所定の時間リッチ状態が継続し、リッチパージが行われる。リッチパージが進行し吸蔵型ＮＯｘ触媒２１に吸蔵されているＮＯｘが少なく又は無くなると、図２（ａ）に示すように、空燃比センサ２３の出力値（ＬＡＦＳ出力）がリッチ側の値に変化する。まず、ＬＡＦＳ出力がストイキ近傍まで変化したのち更にリッチ空燃比値側に急変、即ち、ストイキ空燃比値からリッチ空燃比値への変化率が急変し（出力急変部分）、最もリッチ側のリッチ空燃比値まで変化する。

リッチパージが終了すると、図２（ｂ）に示すように、運転モードがリッチからストイキに切り替わり、図２（ｃ）に示すように、筒内空燃比（Ａ／Ｆ）が徐々にリッチからストイキに変化してストイキパージが実行される。ストイキパージが実行されると、図２（ａ）に示すように、ＬＡＦＳ出力がストイキに収束する。

そして、ＬＡＦＳ出力の波形に応じてリッチ化分燃料積算目標値を補正して、リッチパージ時の浄化効率のばらつきを抑制している。具体的には、ストイキ近傍でのＬＡＦＳ出力の変化率に応じて補正する。

すなわち、リッチ化分燃料積算目標値が小さくリッチ化燃料が不足している場合、リッチ空燃比になれない又はなり難いため、変化率が無い又は小さくなってしまい、また、リッチ化分燃料積算目標値が大きくリッチ化燃料が過多な場合、リッチ空燃比になりやすく変化率が大きく現れるものである。

尚、ＬＡＦＳ出力の変化率だけでなく、ストイキ近傍のＬＡＦＳ出力の出力急変部分から最もリッチ側のリッチ空燃比値までの変化量（ΔＲｉｃｈ）または、ストイキから最もリッチ側のリッチ空燃比値までの変化量（ΔＲｉｃｈ）としてリッチ化分燃料積算目標値を補正することも可能である。また、ＬＡＦＳ出力のリッチ側の山となるリッチピークの有無やリッチピークの出力値によりリッチ化分燃料積算目標値を補正することも可能である。また、出力急変部分を基準として経過時間、車両の走行距離、車速等他のパラメータによりリッチ化分燃料積算目標値を補正することも可能である。

実際の運転におけるＬＡＦＳ出力の変化率やΔＲｉｃｈに応じてリッチ化分燃料積算目標値を補正することで、運転条件や吸蔵型ＮＯｘ触媒２１の劣化状態、吸蔵型ＮＯｘ触媒２１を含むエンジン１の劣化状態に拘わらず、リッチパージを適切に制御することができる。

図３から図６に基づいて上述したリッチ化分燃料積算目標値の補正の処理を詳細に説明する。

図３に示すように、処理がスタートするとステップＳ１でエンジン１の回転・負荷の情報が読み込まれ、ステップＳ２でリッチパージフラグがＯＮであるか否かが判断される。即ち、リッチパージを実行する条件になったか否かが判断される。リッチパージを実行する条件になっていない場合にはリッチパージフラグがＯＦＦ（Ｎｏ）であるので、図４に示すステップに移行して（Ａ）リッチパージを実行するための基本的な条件を設定する。

図４に示すように、ステップＳ４でリーン運転中であるか否かが判断され、リーン運転中である（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ５でＮＯｘ濃度センサ２２の検出情報もしくはＮＯｘ濃度マップから排出ＮＯｘ濃度を求める。排出ＮＯｘ濃度を求めた後、ステップＳ６で吸入空気量と排出ＮＯｘ濃度の積からＮＯｘ排出量を求める。そして、ステップＳ７でＮＯｘ排出量を積算し、ステップＳ８でＮＯｘ積算値（吸蔵型ＮＯｘ触媒２１に蓄えられたと推定されるＮＯｘ量）から、リッチパージ終了のリッチ化分燃料積算目標値（ＲＦｕｅｌ）を決定する。

ＮＯｘの積算量である蓄積量が多ければリッチパージのリッチ化燃料を多くし、蓄積量が少なければリッチパージのリッチ化燃料は少なくてよい。つまり、ＮＯｘの蓄積量とリッチパージのリッチ化燃料との間に関係を持たせる処理が実行される。

ステップＳ８でリッチ化分燃料積算目標値（ＲＦｕｅｌ）が決定されると、ステップＳ９でリッチパージの実行タイミングか否かが判断される。ステップＳ９でリッチパージの実行タイミングである（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ１０でリッチパージフラグをＯＮにし図３に示す処理に移行して（Ｂ）リターンとなる。また、ステップＳ９でリッチパージの実行タイミングではない（Ｎｏ）と判断された場合、そのまま図３に示す処理に移行して（Ｂ）リターンとなる。

図３に示すように、ステップＳ２でリッチパージフラグがＯＮである（Ｙｅｓ）と判断された場合、即ち、リッチパージを実行する条件になっていると判断された場合、ステップＳ１１でＡ／Ｆがリーンからリッチに徐々に変化しているテーリング中か否かが判断される。ステップＳ１１でテーリング中である（Ｙｅｓ）と判断された場合、Ａ／Ｆがリッチに変化している途中であるのでリターンとなる。

ステップＳ１１でテーリング中ではない（Ｎｏ）と判断された場合、テーリングが終了しているとしてステップＳ１２に移行し、吸蔵型ＮＯｘ触媒２１（ＬＮＴ）のＮＯｘ浄化リッチパージＡ／Ｆを設定する。ステップＳ１３でＬＮＴ浄化のリッチ化燃料積算分がリッチ化分燃料目標値である{ＲＦｕｅｌ＊ＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ）}よりも多いか否かが判断される。即ち、ストイキからリッチ化した分（リッチ化した分だけの燃料量）の燃料量を積算し、積算した燃料量が基本となる燃料量よりも多いか否かが判断される。

リッチ化した分の燃料量がステップ１３で{ＲＦｕｅｌ＊ＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ）}よりも多い（Ｙｅｓ）と判断された場合、積算したリッチ化した分だけの燃料量がリッチ化分燃料目標値よりも多くなって所定のリッチパージが終了する。リッチパージの終了が判断されると、ステップ１４でリッチパージフラグをＯＦＦにし、ステップ１５でリッチパージ終了フラグをＯＮにしてリターンとなる。また、リッチ化した分の燃料量がステップ１３で{ＲＦｕｅｌ＊ＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ）}よりも少ない（Ｎｏ）と判断された場合、所定のリッチパージが終了していないと判断されそのままリターンとなる。つまり、ＲＦｕｅｌがリッチパージを終了する判定値とされ、ＲＦｕｅｌの値に基づいてリッチパージが制御される。

本実施形態例では、詳細は後述するが、リッチパージを終了する判定値である次回のＲＦｕｅｌの値を実際の前回のＬＡＦＳ出力の波形に応じて補正するようになっている。これにより、空燃比センサ２３の出力値を用いてリッチ化分燃料目標値を補正してリッチ化の燃料量を多くし、リッチパージの燃料量を補正することができるようになっている。

一方、図４に示したステップＳ４に戻り、ステップＳ４でリーン運転中ではない（Ｎｏ）と判断された場合、リッチパージをしていないとされ、ステップＳ１６でリッチパージ終了フラグがＯＮであるか否かが判断される。ステップＳ１６でリッチパージ終了フラグがＯＮである（Ｙｅｓ）と判断された場合、リッチパージが終了したとされ、ステップＳ１７でＲＦｕｅｌがリセットされ、ステップＳ１８でＮＯｘ積算値がリセットされる。そして、ステップＳ１９でストイキパージに移行してリターンとなる。ステップＳ１６でリッチパージ終了フラグがＯＮではない（Ｎｏ）と判断された場合、リーン運転中でもなくリッチパージが終了した直後でもないため、ステップＳ２０で通常の制御が実行される。

つまり、リーン運転中ではない状態でリッチパージが終了したと判断された時に、ストイキ運転によりＮＯｘがパージされるストイキパージが行なわれてリターンとなり、リッチパージが終了していないと判断された時に、通常の制御が行なわれてリターンとなる。

図５に基づいて空燃比センサ２３の出力値（ＬＡＦＳ出力）に基づく処理（ＬＡＦＳフラグセット）、即ち、ＬＡＦＳ出力の波形に応じてリッチ化分燃料積算目標値を補正するためのフラグ処理を説明する。図５に示した処理は、リッチパージが開始された時に実行される。

ステップＳ２１でリッチパージ後所定時間内か否かが判断され、リッチパージ後所定時間内である（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ２２でＬＡＦＳ補正処理フラグをＯＮにする。ステップＳ２１でリッチパージ後所定時間内ではない（Ｎｏ）と判断された場合、後述するリッチ化分燃料積算目標値の補正係数の補正処理が実行されるため、そのままリターンとなる。

ステップＳ２２でＬＡＦＳ補正処理フラグがＯＮにされた後、ステップＳ２３でＬＡＦＳ出力がストイキ出力＋αよりもリッチ側（ＬＡＦＳ出力＜ストイキ出力＋α）であるか否かが判断される。即ち、図２（ａ）に示すように、ストイキからリーン側のαの範囲にあるか（ストイキに近いか）否かが判断される。

ステップＳ２３でＬＡＦＳ出力がストイキ出力＋αではない（Ｎｏ）と判断された場合、リーン状態からストイキに近づいてないとされ、リターンとなる。ステップＳ２３でＬＡＦＳ出力がストイキ出力＋αを下回る（Ｙｅｓ）と判断された場合、リーン開始後ストイキに近くなっているので、ステップＳ２４でＬＡＦＳ急変フラグがＯＮになっているか否かが判断される。つまり、ＬＡＦＳ出力が図２（ａ）に示す出力急変部分になっているかが判断される。

ステップＳ２４でＬＡＦＳ急変フラグがＯＮになっていない（Ｎｏ）と判断された場合、ＬＡＦＳ出力が図２（ａ）に示す出力急変部分になっていない（ＬＡＦＳ出力の変化率がリッチ空燃比値側に大きくなっていない）とされ、ステップＳ２５でＬＡＦＳ信号変化率が所定値を下回っているか否かが判断される。つまり、ＬＡＦＳ出力の変化率の急変が判断される。リッチ側への変化の際のＬＡＦＳ信号の変化は負の変化であるので、変化率が所定値を下回る時に傾きが急になってＬＡＦＳ出力の変化率が急に変化したと判断される。

ステップＳ２５でＬＡＦＳ信号変化率が所定値を下回っていない（Ｎｏ）と判断された場合、ＬＡＦＳ出力の変化率は急変していないとされ、リターンとなる。ステップＳ２５でＬＡＦＳ信号変化率が所定値を下回っている（Ｙｅｓ）と判断された場合、ＬＡＦＳ出力の変化率が急変しているとされ、ステップＳ２６でＬＡＦＳ急変フラグをＯＮにしてリターンとなる。

一方、ステップＳ２４でＬＡＦＳ急変フラグがＯＮになっている（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ２７でリッチ空燃比値のピーク値（リッチピーク値）を検出してΔＲｉｃｈを記録し、リターンとなる。つまり、ＬＡＦＳ出力のリッチ側への変化率が急変した時点から最もリッチ側のリッチ空燃比値までの変化量であるΔＲｉｃｈが記録される。

このため、ストイキからリーン側のαの範囲でＬＡＦＳ出力の出力急変部分が生じている時、ＬＡＦＳ出力の急変部分の空燃比値から最もリッチ側のリッチ空燃比値までの変化量であるΔＲｉｃｈが記録され、ΔＲｉｃｈに基づいてリッチパージを終了する判定値であるＲＦｕｅｌを補正することができる（詳細は後述する）。

図６に基づいてΔＲｉｃｈに応じてＲＦｕｅｌの補正係数を補正する処理、即ち、ΔＲｉｃｈに基づいてＲＦｕｅｌ補正係数を補正してリッチ化分燃料積算目標値を補正するための処理を説明する。

図６に示した処理は、リッチパージが開始されて所定時間が経過した後に実行される。つまり、リッチパージが開始されて所定時間内は図５に示したＬＡＦＳフラグセットの処理が実行され、ＬＡＦＳフラグセットの処理が実行された直後にＲＦｕｅｌ補正係数を補正する処理が実行される。

ステップＳ３１でリッチパージ後所定時間内か否かが判断され、リッチパージ後所定時間内である（Ｙｅｓ）と判断された場合、ＬＡＦＳフラグセットの処理が実行中であるとされ、リターンとなる。ステップＳ３１でリッチパージ後所定時間内ではない（Ｎｏ）と判断された場合、ステップＳ３２でＬＡＦＳ補正処理フラグがＯＮであるか否かが判断される。即ち、図５に示したＬＡＦＳフラグセットの処理が実行されたか否かが判断される。ステップＳ３２でＬＡＦＳ補正処理フラグがＯＮではない（Ｎｏ）と判断された場合、図５に示したＬＡＦＳフラグセットの処理が実行されていないとされ、リターンとなる。

ステップＳ３２でＬＡＦＳ補正処理フラグがＯＮである（Ｙｅｓ）と判断された場合、ステップＳ３３でＬＡＦＳ急変フラグがＯＮであるか否かが判断される。即ち、図５に示したＬＡＦＳフラグセットの処理でＬＡＦＳ出力の変化率が急変しているとされた後か否かが判断される。ステップＳ３３でＬＡＦＳ急変フラグがＯＮではない（Ｎｏ）と判断された場合、ＬＡＦＳ出力の変化率が急変しておらずΔＲｉｃｈが記録されていないので、ステップＳ３４に移行してΔＲｉｃｈを加味しない状態でＲＦｕｅｌの補正係数であるＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ）を求める。即ち、前回のＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ−１）に調整用のゲインＡを乗じてＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ）とする。

ここで、ゲインＡは１より大きい値とする。すなわち、ＬＡＦＳ急変フラグがＯＮではないということは、吸蔵型ＮＯｘ触媒２１に吸蔵しているＮＯｘが十分に還元されるだけの還元剤がかなり不足していることとなり、ＲＦｕｅｌ補正係数を大きくする方向に設定してリッチ化分燃料積算目標値を大きくする。

ステップＳ３３でＬＡＦＳ急変フラグがＯＮである（Ｙｅｓ）と判断された場合、ＬＡＦＳ出力の変化率の急変を検出してΔＲｉｃｈが記録されているので、ステップＳ３５に移行してΔＲｉｃｈを加味してＲＦｕｅｌの補正係数であるＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ）を求める。即ち、予め設定された目標となるΔＲｉｃｈ（ΔＲｉｃｈ目標）に対して今回記録されたΔＲｉｃｈの比（ΔＲｉｃｈ目標／ΔＲｉｃｈ）を求めて１を減じ、更に、調整用のゲインＢを乗じた値を前回のＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ−１）に加算する。つまり、ＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ）がΔＲｉｃｈに基づいて、即ち、実際の状況に応じたΔＲｉｃｈの深さによって補正され、{ＲＦｕｅｌ＊ＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ）}により決められるリッチ化燃料積算分が補正される。

例えば、ΔＲｉｃｈの深さが深い場合、吸蔵型ＮＯｘ触媒２１に吸蔵されているＮＯｘが十分に還元される以上の還元剤が使われたこととなり、図２（ｄ）で示した排出されるＨＣが多いことになり、リッチが過剰になるのでリッチ化分燃料を少なくする必要がある。このため、リッチ化分燃料積算目標値である{ＲＦｕｅｌ＊ＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ）}が小さくなるようにＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ）を補正する。

逆に、ΔＲｉｃｈの深さが浅い場合、吸蔵型ＮＯｘ触媒２１に吸蔵しているＮＯｘが十分に還元されるだけの還元剤が少し不足していることとなり、図２（ｄ）で示した排出されるＨＣが少ないことになり、リッチにならないのでリッチ化分燃料を多くする必要がある。このため、リッチ化分燃料積算目標値である{ＲＦｕｅｌ＊ＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ）}が大きくなるようにＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ）を補正する。

ステップＳ３４でΔＲｉｃｈを加味しない状態でＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ）を求めた後、もしくは、ステップＳ３５でΔＲｉｃｈを加味してＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ）を求めた後、ステップＳ３６でＬＡＦＳ補正処理フラグをＯＦＦにし、ステップＳ３７でＬＡＦＳ急変フラグをＯＦＦにしてリターンとなる。

上述したように、ストイキからリーン側のαの範囲にある（ストイキに近い）時に、ＬＡＦＳ出力、即ち、空燃比センサ２３の検出値が急変した時点から最もリッチ側のリッチ空燃比値までの変化量ΔＲｉｃｈにより、ＲＦｕｅｌ補正係数（ｎ）を補正してリッチ化分燃料積算目標値を補正するようにしたので、的確なタイミングでのＬＡＦＳ出力に基づいて、運転条件や吸蔵型ＮＯｘ触媒２１の劣化状態、吸蔵型ＮＯｘ触媒２１を含むエンジン１の劣化状態に合わせてリッチパージを適切に制御することができる。

このため、エンジン１の運転条件や吸蔵型ＮＯｘ触媒２１の劣化状態、吸蔵型ＮＯｘ触媒２１を含むエンジン１の劣化状態に拘わらず、リッチパージを適切に行うことができ、ＮＯｘの浄化効率のばらつきを抑制して無用な燃料消費やＮＯｘ放出還元の不足を引き起こすことがなくなり、安定した排ガス特性を得ることが可能になり、ＮＯｘ浄化性能を高く維持することができる。

尚、上述した実施形態例では、吸蔵型ＮＯｘ触媒２１を備えたエンジン１におけるＮＯｘ浄化のためのリッチパージを例に挙げて説明したが、リーン運転により浄化装置の性能が劣化した時に性能を回復させるための手段としてリッチ化する時、例えば、燃料カットを実施した場合の燃料復帰時に、リッチ化制御を行なってＯ_２を触媒から離脱させるＯ_２パージの時のリッチ混合気の量の設定の際にも同様に適用することが可能である。

また、上述した実施形態例では、ＲＦｕｅｌ補正係数を前回のリッチパージ時のＬＡＦＳ出力で補正しているが、過去数回のリッチパージ時の平均値による補正や学習値を用いた補正を行っても良い。この場合、より正確なＲＦｕｅｌ補正係数を設定することができる。なお、補正の応答性が遅くなるように思われるが、エンジン１や吸蔵型ＮＯｘ触媒２１の劣化は急激に進まないため問題ない。

本発明は、内燃機関の排気系に触媒が設けられた排気浄化装置の産業分野で利用することができる。

特に、本発明は、内燃機関の排気系に吸蔵型ＮＯｘ触媒が設けられた排気浄化装置の産業分野で利用することができる。

本発明の一実施形態例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。 リッチパージ制御のタイミングチャートである。 リッチパージ制御のフローチャートである。 リッチパージ制御のフローチャートである。 空燃比センサ（ＬＡＦＳ）処理フラグセット制御のフローチャートである。 リッチパージ量補正制御のフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン本体（エンジン）
２ シリンダヘッド
３ 点火プラグ
４ 点火コイル
５ 吸気ポート
６ 燃焼室
７ 吸気弁
８、１８ カムシャフト
９ 吸気マニホールド
１０ 燃料噴射弁（インジェクション）
１１ 燃料パイプ
１２ スロットル弁
１３ スロットルポジションセンサ
１４ エアフローセンサ
１５ 排気ポート
１６ 排気マニホールド
１７ 排気弁
２０ 排気管
２１ 吸蔵型ＮＯｘ触媒
２２ ＮＯｘ濃度センサ
２３ 空燃比センサ
２５ クランク角センサ
３１ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の排気成分を吸着すると共に、還元成分を供給することで吸着した前記排気成分を離脱する触媒と、
   前記触媒の後流側に設けられ排気空燃比の値を検出する空燃比検出手段と、
   前記内燃機関が前記リーン空燃比により運転された際に前記触媒に吸着された前記排気成分を放出するために前記触媒に供給する還元成分の目標供給量を設定して排気成分の離脱を実行させるように前記内燃機関を制御する空燃比制御手段とを備え、
   前記空燃比制御手段は、還元成分の供給に伴う前記空燃比検出手段が検出する排気空燃比値のリーンからリッチへの経時変化で所定の排気空燃比値からリッチ側への変化に応じて前記目標供給量を補正する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記所定の排気空燃比値は、前記空燃比検出手段が検出する排気空燃比値のリーンからリッチへの変化率が急変した時点の空燃比とする
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記空燃比制御手段は、前記変化率が急変したと判断された場合、前記所定の排気空燃比のリッチピークの有無またはリッチピークの値に応じて前記目標供給量を補正する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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