JPH10252524A

JPH10252524A - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JPH10252524A
Application number: JP9055107A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Saito; 陽一斎藤
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1997-03-10
Publication date: 1998-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する触媒のＮＯｘ
吸蔵能力が低下した場合においても、ＮＯｘ浄化に適し
たリッチ空燃比での運転を適正に実施することができ、
排気エミッションの悪化を防止する。【解決手段】リーン空燃比での運転時、ＮＯｘ吸蔵量
推定部７５で希薄燃焼用三元触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定
し、ＮＯｘ吸蔵能力飽和判定部７６でＮＯｘ吸蔵能力が
飽和に達したと判定すると、リッチ運転実施部７７によ
り、リーン空燃比での運転からリッチ空燃比での運転へ
一時的に切り換えてＨＣ，ＣＯの排出量を増大させ、希
薄燃焼用三元触媒内のＮＯｘを還元浄化する。また、リ
ッチ空燃比でのエンジン運転開始後、触媒下流側に介装
した空燃比センサの出力に基づいてリッチ度合いを評価
し、リッチ度合いが過剰のときには、リッチ運転量を減
少補正し、リッチ度合いが過少であるときには、リッチ
運転量を増加補正することで、ＮＯｘ吸蔵量に応じた適
正なリッチ運転量とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガス中のＮＯ
ｘを吸蔵し、ＨＣ，ＣＯとともに還元浄化する希薄燃焼
用三元触媒を排気系に介装したエンジンの排気浄化装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジンの空燃比制御において
は、排気ガスを触媒により浄化するため、触媒の排気ガ
ス浄化効率の最も良い領域に空燃比が収まるように燃料
噴射量等を制御しているが、最近のエンジンでは燃焼過
程の解析が進み、希薄な空燃比であっても失火せず、少
ない燃料量で効率的に燃焼させることのできる希薄燃焼
（リーンバーン）エンジンが開発されている。

【０００３】上記リーンバーンエンジンでは、排気ガス
の酸素濃度が高いとき、ＨＣ，ＣＯを酸化還元するとと
もにＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下する
と、吸蔵したＮＯｘを放出して酸化還元されずに余剰と
なったＨＣ，ＣＯで還元浄化する、ＮＯｘ吸蔵機能とＯ
2ストレージ機能とを備えた希薄燃焼用の三元触媒を採
用するものがあり、このような希薄燃焼用三元触媒で
は、リーン空燃比での運転中、ＮＯｘ吸蔵量が飽和に達
する前に短時間のリッチ空燃比での運転を実施して一時
的にＨＣ，ＣＯの排出量を増大させ、吸蔵したＮＯｘを
放出させて還元浄化する必要がある。

【０００４】この場合、上記希薄燃焼用三元触媒のＮＯ
ｘ吸蔵能力は、高温排気ガスの暴露による熱劣化や硫黄
酸化物等の被毒によって低下する場合があり、ＮＯｘ吸
蔵能力が低下したまま放置すると、排気中のＮＯｘが浄
化されずに大気に放出される虞があるため、特開平７−
２０８１５１号公報には、ＮＯｘ吸収剤の下流側に排気
中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設け、ＮＯｘ
吸収剤が吸収したＮＯｘの放出を終了してＮＯｘ吸収を
再開した後のＮＯｘ吸収剤下流側のＮＯｘ濃度の時間変
化に基づいてＮＯｘ吸収剤の劣化の有無を判定する技術
が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、排気中
のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサは、コスト、耐久
性等の観点から難がある上、劣化を検出するのみでは、
触媒の交換、被毒回復等の処置をとるまでの間、ＮＯｘ
吸蔵能力の低下に対してリッチ空燃比での運転量が過剰
となり、排気エミッションが悪化したままになってしま
うという問題がある。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する触媒のＮＯｘ吸蔵能
力が低下した場合においても、ＮＯｘ浄化に適したリッ
チ空燃比での運転を適正に実施することができ、排気エ
ミッションの悪化を防止することのできるエンジンの排
気浄化装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
排気ガス中の酸素濃度が高いときにＮＯｘを吸蔵し、排
気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出
して還元浄化する触媒を排気系に介装したエンジンの排
気浄化装置において、リーン空燃比でのエンジン運転
時、排気ガス中のＮＯｘ排出量を運転領域に応じて推定
し、このＮＯｘ排出量の推定値を積算して上記触媒に吸
蔵されるＮＯｘ量を推定する手段と、上記ＮＯｘ吸蔵量
の推定値が飽和判定値を超えたとき、上記触媒のＮＯｘ
吸蔵能力が飽和に達したと判定する手段と、上記触媒の
ＮＯｘ吸蔵能力が飽和に達したと判定されたとき、リー
ン空燃比でのエンジン運転からリッチ空燃比でのエンジ
ン運転へ一時的に切り換え、上記触媒に吸蔵したＮＯｘ
を浄化する手段と、リッチ空燃比でのエンジン運転開始
後、上記触媒下流側に介装した空燃比センサの出力に基
づいてリッチ運転量を増減補正する手段とを備えたこと
を特徴とする。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、上記空燃比センサの出力に基づいてリッチ
度合いを評価し、リッチ度合いが過剰のとき上記リッチ
運転量を減少補正する一方、リッチ度合いが過少である
ときには上記リッチ運転量を増加補正することを特徴と
する。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の発明において、リッチ空燃比でのエンジン
運転を、リッチ空燃比でのエンジン開始後の吸入空気量
を積算した値が浄化判定値に達するまで実施することを
特徴とする。

【００１０】請求項４記載の発明は、請求項２または請
求項３記載の発明において、上記触媒下流側の空燃比セ
ンサを、排気ガス中の酸素濃度によって出力が急変する
スイッチングタイプのＯ2センサとし、このＯ2センサに
よるリッチ検出時の吸入空気量に基づいてリッチ度合い
を評価することを特徴とする。

【００１１】請求項５記載の発明は、請求項２または請
求項３記載の発明において、上記触媒下流側の空燃比セ
ンサを、排気ガス中の空燃比をリニアに検出可能な広域
空燃比センサとし、この広域空燃比センサによるリッチ
検出時の吸入空気量と当量比とに基づいてリッチ度合い
を評価することを特徴とする。

【００１２】請求項６記載の発明は、請求項３記載の発
明において、上記リッチ運転量の補正を、上記浄化判定
値の補正によって行うことを特徴とする。

【００１３】請求項７記載の発明は、請求項１，２，
３，４，５のいずれか一に記載の発明において、上記リ
ッチ運転量の補正を、リッチ空燃比のエンジン運転にお
ける目標空燃比の補正によって行うことを特徴とする。

【００１４】請求項８記載の発明は、請求項１，２，
３，４，５のいずれか一に記載の発明において、上記リ
ッチ運転量の補正を、上記飽和判定値の補正によって行
うことを特徴とする。

【００１５】すなわち、本発明では、リーン空燃比での
エンジン運転時、排気ガス中のＮＯｘ排出量推定値を積
算して触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定し、このＮＯｘ吸蔵量
の推定値が飽和判定値を超えたとき、触媒のＮＯｘ吸蔵
能力が飽和に達したと判定する。そして、吸蔵したＮＯ
ｘを浄化するため、リーン空燃比でのエンジン運転から
リッチ空燃比でのエンジン運転へ切り換えるとともに、
リッチ空燃比でのエンジン運転開始後、触媒下流側に介
装した空燃比センサの出力に基づいてリッチ運転量を増
減補正する。

【００１６】この際、空燃比センサの出力に基づいてリ
ッチ度合いを評価し、リッチ度合いが過剰のときリッチ
運転量を減少補正する一方、リッチ度合いが過少である
ときにはリッチ運転量を増加補正することが望ましく、
また、リッチ空燃比でのエンジン運転は、リッチ空燃比
でのエンジン開始後の吸入空気量を積算した値が浄化判
定値に達するまで実施することが望ましい。また、リッ
チ空燃比でのエンジン運転におけるリッチ度合いは、触
媒下流側の空燃比センサを排気ガス中の酸素濃度によっ
て出力が急変するスイッチングタイプのＯ2センサとし
たとき、このＯ2センサによるリッチ検出時の吸入空気
量に基づいて評価することができ、触媒下流側の空燃比
センサを排気ガス中の空燃比をリニアに検出可能な広域
空燃比センサとしたときには、この広域空燃比センサに
よるリッチ検出時の吸入空気量と当量比とに基づいて評
価することができる。さらに、リッチ運転量の補正は、
浄化判定値の補正、リッチ空燃比のエンジン運転におけ
る目標空燃比の補正、あるいは、飽和判定値の補正によ
って行うことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１〜図１０は本発明の実施の第
１形態に係わり、図１は制御装置の機能ブロック図、図
２はＮＯｘ吸蔵量推定ルーチンのフローチャート、図３
はＮＯｘ吸蔵能力飽和判定ルーチンのフローチャート、
図４はリッチ運転実施許可ルーチンのフローチャート、
図５はＮＯｘ浄化終了判定ルーチンのフローチャート、
図６はリッチ運転量補正実施判定ルーチンのフローチャ
ート、図７はリッチ運転量補正ルーチンのフローチャー
ト、図８はＮＯｘ排出量推定マップの説明図、図９は浄
化判定値の説明図、図１０はエンジン制御系の概略構成
図である。

【００１８】図１０において、符号１はエンジン（本形
態においては、水平対向型４気筒エンジン）であり、高
出力を要求される高負荷・加速運転時等の一部の運転領
域を除く全運転領域で希薄燃焼（リーンバーン）を行う
リーンバーンエンジンである。このエンジン１のシリン
ダブロック１ａの左右両バンクには、それぞれシリンダ
ヘッド２が設けられ、このシリンダヘッド２と上記シリ
ンダブロック１ａとで形成される気筒毎の燃焼室３に、
吸気ポート４を介してインテークマニホルド５が連通さ
れるとともに排気ポート６を介してエキゾーストマニホ
ルド７が連通されている。

【００１９】上記吸気ポート４の直上流側にはインジェ
クタ８が臨まされ、上記シリンダヘッド２には、先端を
上記燃焼室３に露呈する点火プラグ９が各気筒毎に取り
付けられている。この点火プラグ９には、点火コイル１
０が連設され、この点火コイル１０にイグナイタ１１が
接続されている。

【００２０】また、上記インテークマニホルド５の上流
側集合部にエアチャンバ１２が形成されて吸気管１３に
連通され、この吸気管１３の上流の空気取入れ口側には
エアクリーナ１４が取付けられ、中途にスロットルバル
ブ１５が介装されている。さらに、上記吸気管１３に
は、上記スロットルバルブ１５をバイパスするバイパス
通路１６が接続されており、このバイパス通路１６にア
イドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣＶ）１７が
介装されている。

【００２１】一方、上記エキゾーストマニホルド７には
排気管１８が連通され、この排気管１８の上記エキゾー
ストマニホルド７の集合部直下流に、希薄燃焼用三元触
媒を内蔵した触媒コンバータ１９が介装され、さらに、
下流端にマフラ２０が介装されている。上記希薄燃焼用
三元触媒は、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類、希
土類等のＮＯｘ吸蔵物質と白金等の貴金属とをアルミナ
等の担体上に担持させてなり、ＮＯｘ及びＯ2のストレ
ージ機能により、排気ガスの酸素濃度が高いとき、Ｈ
Ｃ，ＣＯを酸化還元するとともにＮＯｘを吸蔵し、排気
ガス中の酸素濃度が低下すると、吸蔵したＮＯｘを放出
して酸化還元されずに余剰となったＨＣ，ＣＯで還元浄
化する。

【００２２】また、上記エンジン１には、各種センサ類
が配置されており、そのセンサ類としては、上記スロッ
トルバルブ１５に連設され、スロットル開度を検出する
スロットル開度センサとスロットル全閉でＯＮするアイ
ドルスイッチとを内蔵したスロットルセンサ２１、上記
吸気管１３の上記エアクリーナ１４の直下流に介装され
るホットワイヤ式あるいはホットフィルム式等の吸入空
気量センサ２２、上記シリンダブロック１ａの左右両バ
ンクを連通する冷却水通路１ｂに臨まされる冷却水温セ
ンサ２３、クランクシャフト１ｃに軸着されたクランク
ロータ２４の外周に対設されるクランク角センサ２５、
カムシャフト１ｄに連設するカムロータ２６に対設され
る気筒判別用センサ２７、上記排気管１８の触媒コンバ
ータ１９上流側に臨まされるフロント空燃比センサ（広
域空燃比センサ）２８、上記排気管１８の触媒コンバー
タ１９下流側に臨まされるリヤ空燃比センサ（Ｏ2セン
サあるいは広域空燃比センサ）２９、その他、図示しな
い各種センサ類がある。

【００２３】上記各種センサ類は、上記エンジン１の空
燃比制御等を電子的に行う電子制御装置（ＥＣＵ）５０
に接続されている。このＥＣＵ５０は、ＣＰＵ５１、Ｒ
ＯＭ５２、ＲＡＭ５３、バックアップＲＡＭ５４、Ｉ／
Ｏインタフェース５５等からなるマイクロコンピュータ
を中心として構成され、各部に安定化電圧を供給する電
源回路５６、上記Ｉ／Ｏインタフェース５５の出力ポー
トからの信号によりアクチュエータ類を駆動する駆動回
路５７、及び、センサ類からのアナログ信号をデジタル
信号に変換するＡ／Ｄ変換器５８等の周辺回路が組み込
まれている。

【００２４】上記Ｉ／Ｏインタフェース５５の入力ポー
トには、上記クランク角センサ２５、上記気筒判別用セ
ンサ２７、その他、図示しないセンサ類・スイッチ類が
接続され、さらに、上記Ａ／Ｄ変換器５８を介して、上
記スロットルセンサ２１、上記吸入空気量センサ２２、
上記冷却水温センサ２３、上記フロント空燃比センサ２
８、上記リヤ空燃比センサ２９等が接続されている。一
方、上記Ｉ／Ｏインタフェース５５の出力ポートには、
上記イグナイタ１１が接続されるとともに、上記駆動回
路５７を介して、上記インジェクタ８、上記ＩＳＣＶ１
７、その他、図示しない各種アクチュエータ類が接続さ
れている。

【００２５】また、上記電源回路５６は、ＥＣＵリレー
６０のリレー接点を介してバッテリ６１に接続され、こ
のバッテリ６１に、上記ＥＣＵリレー６０のリレーコイ
ルがイグニッションスイッチ６２を介して接続されてい
る。また、上記電源回路５６は、直接、上記バッテリ６
１に接続されており、上記イグニッションスイッチ６２
がＯＮされてＥＣＵリレー６０のリレー接点が閉となっ
たとき、上記電源回路５６から各部へ電源が供給される
一方、上記イグニッションスイッチ６２のＯＮ，ＯＦＦ
に拘らず、常時、上記バックアップＲＡＭ５４にバック
アップ用の電源が供給される。

【００２６】上記ＥＣＵ５０では、ＲＯＭ５２に記憶さ
れている制御プログラムに従い、上記各センサ、スイッ
チからの出力信号を読込んでエンジン運転状態を検出
し、検出したエンジン運転状態から最適な燃料噴射量、
点火時期等を演算してリーンあるいはストイキオでの空
燃比制御を行い、燃費向上、排気エミッションの改善を
図るとともに、エンジン出力を確保する。

【００２７】また、上記ＥＣＵ５０では、図１に示すよ
うに、運転領域判定部７１、リーン運転許可部７２、燃
料噴射制御部７３、点火時期制御部７４、ＮＯｘ吸蔵量
推定部７５、ＮＯｘ吸蔵能力飽和判定部７６、リッチ運
転実施部７７、リッチ運転量補正部７８、触媒下流排気
空燃比検出部７９の機能により、リーン空燃比での運転
時に、希薄燃焼用三元触媒の劣化度合いに応じて変化す
るＮＯｘ吸蔵能力を監視し、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和に達
したと判定すると、リーン空燃比での運転からリッチ空
燃比での運転へ一時的に切り換えることでＨＣ，ＣＯの
排出量を増大させて希薄燃焼用三元触媒内のＮＯｘを還
元浄化し、ＮＯｘ浄化終了後、リーン空燃比での運転に
復帰させる。

【００２８】すなわち、運転領域判定部７１で判定した
運転領域がリーン運転領域のとき、リーン運転許可部７
２でリーン運転を許可し、燃料噴射制御部７３における
燃料噴射量を減量補正させるとともに、点火時期制御部
７４における点火時期をリーン空燃比に応じて補正さ
せ、同時に、ＮＯｘ吸蔵量推定部７５により、リーン運
転開始後の希薄燃焼用三元触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定さ
せる。

【００２９】燃料噴射制御部７３では、エンジン回転数
ＮEと吸入空気量Ｑとから基本燃料噴射パルス幅ＴPを算
出し（ＴP←Ｋ×Ｑ／ＮE；但し、Ｋはインジェクタ特性
補正定数）、以下の(1)式に示すように、基本燃料噴射
パルス幅ＴPを、冷却水温ＴW等に基づく補正係数ＣＯＥ
Ｆ、目標空燃比補正係数ＫＴＧＴ、フロント空燃比セン
サ２８の出力電圧に基づいて空燃比を目標空燃比に近付
けるための空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤ
Ａ、吸入空気量計測系や燃料供給系の生産時のバラツキ
あるいは経時変化による空燃比のずれを迅速に補正する
ための学習補正係数ＫＢＬＲＣ等により補正して有効燃
料噴射パルス幅ＴEを算出する。そして、この有効燃料
噴射パルス幅ＴEに、以下の(2)式に示すように、バッテ
リ電圧ＶBに基づいて設定したインジェクタ８の無効噴
射時間を補償する無効噴射パルス幅ＴVを加算し、最終
的な燃料噴射パルス幅Ｔiを算出する。

【００３０】ＴE＝ＴP×ＣＯＥＦ×ＫＴＧＴ×ＬＡＭＢＤＡ×ＫＢＬＲＣ …(1) Ｔi＝ＴE＋ＴV …(2) 上記目標空燃比補正係数ＫＴＧＴはリーン運転時とリッ
チ運転時とで異なる値が採用され、例えば、０．６〜
０．８のリーン値で燃料噴射量が減量され、１．２〜
１．５のリッチ値で燃料噴射量が増量される。

【００３１】点火時期制御部７４では、エンジン回転数
ＮEと、基本燃料噴射パルス幅Ｔp等のエンジン負荷とを
パラメータとするマップ参照により基本点火時期ＩＧＲ
ＥＧを設定し、以下の(3)式に示すように、この基本点
火時期ＩＧＲＥＧを、冷却水温ＴWに基づく水温補正値
ＡＤＶＴＷ、スロットルセンサ２１からの信号に基づい
て検出した加速時の補正値である加速補正値ＡＤＶＭＡ
Ｃ等により補正して最終的な点火時期ＡＤＶを算出す
る。

【００３２】ＡＤＶ＝ＩＧＲＥＧ±ＡＤＶＴＷ±ＡＤＶＭＡＣ …(3) この点火時期算出においても、リーン運転時とリッチ運
転時とに対応して、リーン運転時用基本点火時期マップ
とリッチ運転時用基本点火時期マップとの２つのマップ
が用意されており、リーン運転／リッチ運転に応じてマ
ップを選択し、基本点火時期ＩＧＲＥＧを設定するよう
にしている。

【００３３】また、ＮＯｘ吸蔵量推定部７５では、エン
ジン回転数ＮEと吸入空気量Ｑとによって特定される運
転量領域毎に推定したＮＯｘ排出量を、リーン運転時の
み設定時間毎に積算し、この積算値を希薄燃焼用三元触
媒のＮＯｘ吸蔵量推定値として求める。このＮＯｘ吸蔵
量推定値は、リッチ運転実施時にクリアされる。

【００３４】そして、ＮＯｘ吸蔵能力飽和判定部７６
で、上記ＮＯｘ吸蔵量推定部７５で推定したＮＯｘ吸蔵
量推定値が飽和判定値に達したとき、希薄燃焼用三元触
媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和状態であると判定してリッチ
運転実施部７７へリッチ運転開始を指示する。

【００３５】リッチ運転実施部７７では、希薄燃焼用三
元触媒に吸蔵されたＮＯｘを浄化するため、燃料噴射量
及び点火時期をリーン運転時の値からリッチ運転時の値
に切り換えてリッチ運転を実施する。同時に、リッチ運
転切り換え開始後の吸入空気量を設定時間毎に積算し、
この積算値が浄化判定値に達したとき、リーン運転から
リッチ運転への切り換えによって希薄燃焼用三元触媒に
吸蔵されたＮＯｘの浄化が終了したと判定し、リッチ運
転からリーン運転に復帰させる。

【００３６】リッチ運転量補正部７８では、ＮＯｘ浄化
のためのリッチ運転のリッチ度合いを、希薄燃焼用三元
触媒の劣化度合いに拘らず適正に維持するため、上記リ
ッチ運転実施部７７によるリッチ運転のリッチ運転量を
補正する。本形態では、上記リッチ運転実施部７７によ
るリッチ運転は空燃比が一定となっており、リヤ空燃比
センサ２９の出力に基づいて触媒下流排気空燃比検出部
７９で検出した希薄燃焼用三元触媒下流側の排気空燃比
がリッチのとき、リッチ運転量補正部７８でリッチ運転
のリッチ度合いを評価し、リッチ度合いに応じてリッチ
運転を終了するための浄化判定値を補正し、リッチ運転
時間を適正に維持する。

【００３７】以下、上記ＥＣＵ５０によるリーン運転許
可後のリーン運転からリッチ運転への切り換え、及び、
リッチ運転からリーン運転への復帰に係わる処理につい
て、図２〜図７のフローチャートに従って説明する。

【００３８】リーン運転時における希薄燃焼三元触媒の
ＮＯｘ浄化のためのリッチ運転への切り換えは、図２の
ＮＯｘ吸蔵量推定ルーチンによって求めた希薄燃焼用三
元触媒のＮＯｘ吸蔵量推定値から、図３のＮＯｘ吸蔵能
力飽和判定ルーチンによって希薄燃焼用三元触媒のＮＯ
ｘ吸蔵能力が飽和状態と判定されたとき、図４のリッチ
運転実施許可ルーチンでリーン運転からリッチ運転への
切り換えを許可するリッチ運転実施フラグがセットされ
ることで実施され、リッチ運転からリーン運転への復帰
は、図５のＮＯｘ浄化終了判定ルーチンによって希薄燃
焼用三元触媒のＮＯｘ浄化が終了したと判定されたと
き、図４のリッチ運転実施許可ルーチンによってリッチ
運転実施フラグがクリアされることで実施される。

【００３９】まず、図２のＮＯｘ吸蔵量推定ルーチンに
ついて説明する。このルーチンは設定時間毎に割り込み
実行される定期処理ルーチンであり、ステップS101で、
吸入空気量センサ２２からの信号に基づいて吸入空気量
Ｑを算出するとともに、クランク角センサ２５からの信
号に基づいてエンジン回転数ＮEを算出し、ステップS10
2で、現在の運転領域がリーン運転領域にあり、リーン
運転実施中か否かを調べる。

【００４０】そして、リーン運転実施中でないときに
は、上記ステップS102からルーチンを抜け、リーン運転
実施中のとき、上記ステップS102からステップS103へ進
んで、リッチ運転実施フラグがセットされているか否
か、すなわち、リーン運転中に希薄燃焼用三元触媒のＮ
Ｏｘ浄化のために一時的にリッチ運転に切り換えられて
いるか否かを調べ、リッチ運転実施フラグがセットされ
ていないとき、ステップS104へ進んで、吸入空気量Ｑと
エンジン回転数ＮEとをパラメータとしてＮＯｘ排出量
推定マップから運転状態に応じたＮＯｘ排出量を推定
し、ステップS105へ進む。

【００４１】上記ＮＯｘ排出量推定マップは、図８に示
すように、エンジン回転数ＮEと吸入空気量Ｑとによっ
て特定される運転量領域毎に、エンジンの排気ガスを分
析して求めたＮＯｘ排出量を、推定ＮＯｘ排出量として
予め格納しておくものであり、上記ＮＯｘ排出量推定マ
ップを参照することにより、エンジンの運転状態に応じ
たＮＯｘ排出量を推定することができる。

【００４２】ステップS105では、上記ＮＯｘ排出量推定
マップを参照して得られた推定ＮＯｘ排出量を、前回ル
ーチン実行時に求めた希薄燃焼用三元触媒のＮＯｘ吸蔵
量推定値に加算することにより現時点でのＮＯｘ吸蔵量
推定値として更新し、ルーチンを抜ける。

【００４３】一方、上記ステップS103でリッチ運転実施
フラグがセットされているときには、リッチ運転の実施
により希薄燃焼用三元触媒に吸蔵されたＮＯｘの浄化が
始まっているため、上記ステップS103からステップS106
へ進んでＮＯｘ吸蔵量推定値をクリアし、ルーチンを抜
ける。

【００４４】上記ＮＯｘ吸蔵量推定ルーチンで求めたＮ
Ｏｘ吸蔵量推定値は、図３のＮＯｘ吸蔵能力飽和判定ル
ーチンで参照される。このＮＯｘ吸蔵能力飽和判定ルー
チンでは、ステップS201でＮＯｘ吸蔵量推定値を飽和判
定値と比較し、ＮＯｘ吸蔵量推定値が飽和判定値を超え
たとき、ステップS202でＮＯｘ吸蔵能力飽和と判定して
判定結果をＲＡＭ５３の所定アドレスにストアし、ＮＯ
ｘ吸蔵量推定値が飽和判定値以下のときには、ステップ
S203でＮＯｘ吸蔵能力飽和判定を解除し、ＲＡＭ５３の
所定アドレスにストアした判定結果をクリアする。

【００４５】次に、図４のリッチ運転実施許可ルーチン
について説明する。このルーチンでは、ステップS301
で、リッチ運転実施フラグがセットされているか否かを
調べ、リッチ運転実施フラグがセットされていないとき
には、ステップS302へ進んで前述のＮＯｘ吸蔵能力飽和
判定ルーチンによる判定結果を参照し、希薄燃焼用三元
触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和しているか否かを調べる。

【００４６】そして、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和していない
と判定されているときには、上記ステップS302からステ
ップS304へ進んでリッチ運転実施フラグをクリアしてル
ーチンを抜け、希薄燃焼用三元触媒のＮＯｘ吸蔵能力が
飽和しているとの判定結果であるとき、上記ステップS3
02からステップS305へ進んでリッチ運転実施フラグをセ
ットし、ルーチンを抜ける。

【００４７】一方、上記ステップS301で既にリッチ運転
実施フラグがセットされているときには、上記ステップ
S301からステップS303へ分岐して後述する図５のＮＯｘ
浄化終了判定ルーチンの判定結果を参照し、リッチ運転
の実施によって希薄燃焼用三元触媒に吸蔵されたＮＯｘ
の浄化が終了しているか否かを調べる。

【００４８】その結果、ＮＯｘ浄化が終了していないと
きには、上記ステップS303から前述のステップS305へ進
んでリッチ運転実施フラグをセット状態のままルーチン
を抜け、ＮＯｘ浄化が終了したとき、上記ステップS303
から前述のステップS304へ進んでリッチ運転実施フラグ
をクリアし、ルーチンを抜ける。

【００４９】上記リッチ運転実施フラグのセットによる
リーン運転から希薄燃焼用三元触媒のＮＯｘ浄化のため
のリッチ運転への一時的な切り換えは、目標空燃比補正
係数ＫＴＧＴがリーン値からリッチ値に切り換えられて
最終的な燃料噴射パルス幅Ｔiが増量されるとともに、
リーン運転時用の基本点火時期マップからリッチ運転時
用の基本点火時期マップに切り換えられて最終的な点火
時期ＡＤＶがリッチ運転時の値にセットされることで実
施される。

【００５０】この一時的なリッチ運転は、図５のＮＯｘ
浄化終了判定ルーチンによってＮＯｘ浄化終了と判定さ
れるまで継続される。このＮＯｘ浄化終了判定ルーチン
では、ステップS401でリッチ運転実施フラグがセットさ
れているか否かを調べ、リッチ運転実施フラグがセット
されていないとき、ステップS402へ進んでＮＯｘ浄化量
カウンタをクリアしてルーチンを抜け、リッチ運転実施
フラグがセットされているとき、ステップS403へ進ん
で、リッチ運転開始後の吸入空気量Ｑを積算するＮＯｘ
浄化量カウンタへ、今回の吸入空気量Ｑを加算する。

【００５１】そして、上記ステップS403からステップS4
04へ進み、ＮＯｘ浄化量カウンタの値を、飽和判定され
た吸蔵ＮＯｘ量を還元浄化するために必要な排気ガス量
に相当する吸入空気量の設定値である浄化判定値と比較
し、浄化判定値以下のときにはルーチンを抜け、浄化判
定値を超えているとき、ステップS405でＮＯｘ浄化終了
と判定してＲＡＭ５３の所定アドレスに判定結果をスト
アし、ルーチンを抜ける。

【００５２】この場合、希薄燃焼用三元触媒のＮＯｘ吸
蔵能力に応じてリッチ運転の運転量が補正され、適正な
値に維持される。このリッチ運転量の補正は、本形態で
は、図６のリッチ運転量補正実施判定ルーチンによる補
正実施判定結果に応じ、図７のリッチ運転量補正ルーチ
ンで上記浄化判定値が補正されることで行われる。

【００５３】まず、図６のリッチ運転量補正実施判定ル
ーチンについて説明すると、ステップS501でリッチ運転
実施後の経過時間が設定期間内か否かを調べ、設定期間
内のとき、ステップS502へ進んでリヤ空燃比センサ２９
からリッチ出力が検出されるか否かを調べる。そして、
リヤ空燃比センサ２９からリッチ出力が検出されないと
きには、そのままルーチンを抜け、リヤ空燃比センサ２
９からリッチ出力が検出されるとき、ステップS503へ進
んでリッチ出力カウンタへリッチ度合いの評価値を加算
し、ルーチンを抜ける。

【００５４】このリッチ運転のリッチ度合いは、希薄燃
焼用三元触媒の吸蔵ＮＯｘ量に対し、リッチ運転量が不
足している場合には触媒下流側のリヤ空燃比センサ２９
には、リッチ出力は殆ど検出されないことから理論空燃
比を超えたリッチ領域の大きさで評価することができ、
リヤ空燃比センサ２９として排気ガス中の酸素濃度によ
って出力が急変するスイッチングタイプのＯ2センサを
装備する場合には、吸入空気量を上記リッチ出力カウン
タで積算した値を評価値とする。

【００５５】また、リヤ空燃比センサ２９として広域空
燃比センサを装備する場合には、吸入空気量と、検出当
量比から１．０を減算した値（排気過剰当量比）との乗
算値を上記リッチ出力カウンタで積算した値を評価値と
することで、リッチ運転量の過剰度合いをより正確に評
価することができ、制御性、信頼性を向上することがで
きる。

【００５６】以上の処理を繰り返し、その後、リッチ運
転実施後の経過時間が設定期間を超えると、上記ステッ
プS501からステップS504へ分岐して設定期間終了直後か
否かを調べ、設定期間終了直後のときには、そのままル
ーチンを抜け、設定期間終了直後でないとき、ステップ
S505へ進んでリッチ出力カウンタで積算したリッチ度合
いの評価値が設定値Ａを超えているか否かを調べる。

【００５７】その結果、リッチ度合いの評価値が設定値
Ａを超えていないときには、リッチ度合いが過少である
と判断して上記ステップS505からステップS506へ進んで
リッチ運転量増加補正の実施判定を下し、ステップS509
でリッチ出力カウンタをクリアしてルーチンを抜ける。
また、リッチ度合いの評価値が設定値Ａを超えていると
きには、上記ステップS505からステップS507へ進んでリ
ッチ出力カウンタで積算したリッチ度合いの評価値が設
定値Ｂ（但し、設定値Ｂ＞設定値Ａ）を超えているか否
かを調べる。

【００５８】そして、リッチ度合いの評価値が設定値Ｂ
を超えていないとき、すなわち、リッチ度合いが設定値
Ａと設定値Ｂとの間にあるときには、リッチ度合いは適
正であると判断して上記ステップS507からリッチ出力カ
ウンタをクリアする前述のステップS509へジャンプして
ルーチンを抜け、リッチ度合いの評価値が設定値Ｂを超
えているとき、リッチ度合いが過剰であると判断して上
記ステップS507からステップS508へ進んでリッチ運転量
減少補正の実施判定を下し、前述のステップS509でリッ
チ出力カウンタをクリアしてルーチンを抜ける。

【００５９】次に、図７のリッチ運転量補正ルーチンで
は、ステップS601で、上述のリッチ運転量補正実施判定
ルーチンによってリッチ運転量減少補正の実施判定がな
されているか否かを調べ、リッチ運転量減少補正の実施
判定がなされているとき、ステップS602で、前述のＮＯ
ｘ浄化終了判定ルーチンにおける浄化判定値を設定値だ
け減少させてルーチンを抜け、リッチ運転量減少補正の
実施判定がなされていないとき、ステップS603へ進む。

【００６０】ステップS603では、さらに、リッチ運転量
補正実施判定ルーチンによってリッチ運転量増加補正の
実施判定がなされているか否かを調べ、リッチ運転量増
加補正の実施判定がなされていないときには、そのまま
ルーチンを抜け、リッチ運転量増加補正の実施判定がな
されているとき、ステップS604へ進んで浄化判定値を設
定値だけ増加させ、ルーチンを抜ける。

【００６１】すなわち、図９に示すように（図９はリヤ
空燃比センサ２９にＯ2センサを使用した場合を示
す）、希薄燃焼用三元触媒に吸蔵したＮＯｘを一時的に
浄化するためのリッチ領域の大きさが設定範囲を超えて
大きくなり、リッチ度合いが過剰となったときには、浄
化判定値を減少補正することでリッチ運転時間を短く
し、実質的にリッチ運転量を小さくする。また、リッチ
領域の大きさが設定範囲内よりも小さく、リッチ度合い
が過少であるときには、浄化判定値を増加補正すること
でリッチ運転時間を長くし、実質的にリッチ運転量を大
きくする。

【００６２】これにより、希薄燃焼用三元触媒のＮＯｘ
吸蔵能力が低下した場合においても、常にＮＯｘ吸蔵量
に適したリッチ運転量とすることができ、ＮＯｘが浄化
されずに大気に放出されることを防止することができる
ばかりでなく、高いＮＯｘ浄化率とリッチ運転時のＨ
Ｃ，ＣＯ排出防止とを両立することができる。

【００６３】尚、浄化判定値に補正によるリーン・リッ
チ運転切り換え間隔の変化により、触媒の劣化診断を行
うことも可能である。

【００６４】図１１は本発明の実施の第２形態に係わ
り、リッチ運転量補正ルーチンのフローチャートであ
る。

【００６５】本形態は、前述の第１形態が一定のリッチ
空燃比のもとでＮＯｘ浄化終了のための浄化判定値を補
正し、リッチ運転時間を変更してリッチ運転量の補正を
行うものであるのに対し、リッチ運転時の目標空燃比補
正係数ＫＴＧＴを補正して空燃比のリッチ度を変更する
ことで、リッチ運転量を補正するものである。

【００６６】このため、本形態では、図７のリッチ運転
量補正ルーチンに代えて図１１のリッチ運転量補正ルー
チンを実行する。図１１のリッチ運転量補正ルーチンで
は、ステップS701で、リッチ運転量補正実施判定ルーチ
ンによってリッチ運転量減少補正の実施判定がなされて
いるか否かを調べ、リッチ運転量減少補正の実施判定が
なされているとき、ステップS702で、リッチ運転時の目
標空燃比補正係数ＫＴＧＴを設定値だけ減少させてルー
チンを抜け、リッチ運転量減少補正の実施判定がなされ
ていないときには、ステップS703へ進む。

【００６７】ステップS703では、さらに、リッチ運転量
増加補正の実施判定がなされているか否かを調べ、リッ
チ運転量増加補正の実施判定がなされていないとき、そ
のままルーチンを抜け、リッチ運転量増加補正の実施判
定がなされているとき、ステップS704で、リッチ運転時
の目標空燃比補正係数ＫＴＧＴを設定値だけ増加させて
ルーチンを抜ける。

【００６８】これにより、リッチ運転時の空燃比が希薄
燃焼用三元触媒のＮＯｘ吸蔵能力に応じて補正され、リ
ッチ運転量が過剰のときには空燃比のリッチ度が小さく
され、リッチ運転量が過少のときには空燃比のリッチ度
が大きくされる。

【００６９】本形態においても、前述の第１形態と同
様、希薄燃焼用三元触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下した場
合においても、常にＮＯｘ吸蔵量に適したリッチ運転量
とすることができ、高いＮＯｘ浄化率とリッチ運転時の
ＨＣ，ＣＯ排出防止とを両立することができる。

【００７０】図１２〜図１５は本発明の実施の第３形態
に係わり、図１２は制御装置の機能ブロック図、図１３
はＮＯｘ吸蔵能力飽和判定補正ルーチンのフローチャー
ト、図１４は飽和判定値補正テーブルの説明図、図１５
は飽和判定値の説明図である。

【００７１】本形態は、前述の第１形態あるいは第２形
態に対し、リッチ運転量の補正に加えて、希薄燃焼用三
元触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和状態となったか否かを判
定する飽和判定値の補正を追加するものである。

【００７２】このため、本形態では、第１形態あるいは
第２形態に対し、図１２に示すように、ＥＣＵ５０の機
能にＮＯｘ吸蔵能力飽和判定補正部８０を加え、このＮ
Ｏｘ吸蔵能力飽和判定補正部８０で、ＮＯｘ吸蔵能力飽
和判定部７６で参照する飽和判定値をリッチ運転量補正
量に応じて補正する。

【００７３】上記飽和判定値の補正は、図１３のＮＯｘ
吸蔵能力飽和判定補正ルーチンによって行われる。この
ルーチンでは、ステップS801でリッチ運転量補正量を読
み込む。このリッチ運転量補正量としては、例えば、リ
ッチ運転時の燃料噴射量の基準値からの変化量等がある
が、前述の第１形態のように一定のリッチ空燃比のもと
でＮＯｘ浄化終了のための浄化判定値を補正してリッチ
運転量を変える場合には、浄化判定値の基準値からの変
化量を採用して良く、また、前述の第２形態のようにリ
ッチ運転時の目標空燃比補正係数ＫＴＧＴを補正してリ
ッチ運転量を変える場合には、目標空燃比補正係数ＫＴ
ＧＴの基準値からの変化量を採用するしても良い。

【００７４】次いで、ステップS802へ進み、リッチ運転
量補正量に基づきテーブルを参照して飽和判定値補正量
を算出する。このテーブルには、図１４に示すように、
リッチ運転量補正量に対応して、飽和判定値を基準値か
ら補正するための補正量がストアされており、リッチ運
転量補正量が０のときを中心として正負の飽和判定値補
正量がストアされている。

【００７５】そして、上記ステップS802からステップS8
03へ進み、希薄燃焼用三元触媒が新品時のＮＯｘ吸蔵能
力に対応する基準飽和判定値に、上記ステップS802で算
出した飽和判定値補正量を加算あるいは減算して飽和判
定値を算出し、ルーチンを抜ける。

【００７６】すなわち、リッチ運転時間を決定する浄化
判定値の補正、あるいは、リッチ運転時の目標空燃比の
補正によってリッチ運転量が補正されるときには、希薄
燃焼用三元触媒のＮＯｘ吸蔵能力が変化したときである
ため、リッチ運転量を増加補正するときには、飽和判定
値を増加補正し、リッチ運転量を減少補正するときに
は、飽和判定値を減少補正する（図１５参照）ことで、
リッチ運転実施間隔を縮小し、前述の第１，第２形態に
比較し、より緻密な制御が可能となる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、排
気ガス中のＮＯｘを吸蔵する触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低
下した場合においても、ＮＯｘ浄化のためのリッチ空燃
比での運転をＮＯｘ吸蔵量に対応して適正に実施するこ
とができ、高いＮＯｘ浄化率とリッチ運転時のＨＣ，Ｃ
Ｏ排出防止とを両立することができる等優れた効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係わり、制御装置の
機能ブロック図

【図２】同上、ＮＯｘ吸蔵量推定ルーチンのフローチャ
ート

【図３】同上、ＮＯｘ吸蔵能力飽和判定ルーチンのフロ
ーチャート

【図４】同上、リッチ運転実施許可ルーチンのフローチ
ャート

【図５】同上、ＮＯｘ浄化終了判定ルーチンのフローチ
ャート

【図６】同上、リッチ運転量補正実施判定ルーチンのフ
ローチャート

【図７】同上、リッチ運転量補正ルーチンのフローチャ
ート

【図８】同上、ＮＯｘ排出量推定マップの説明図

【図９】同上、浄化判定値の説明図

【図１０】同上、エンジン制御系の概略構成図

【図１１】本発明の実施の第２形態に係わり、リッチ運
転量補正ルーチンのフローチャート

【図１２】本発明の実施の第３形態に係わり、制御装置
の機能ブロック図

【図１３】同上、ＮＯｘ吸蔵能力飽和判定補正ルーチン
のフローチャート

【図１４】同上、飽和判定値補正テーブルの説明図

【図１５】同上、飽和判定値の説明図

【符号の説明】

１ …エンジン１９…触媒コンバータ２９…リヤ空燃比センサ５０…ＥＣＵ７５…ＮＯｘ吸蔵量推定部７６…ＮＯｘ吸蔵能力飽和判定部７７…リッチ運転実施部７８…リッチ運転量補正部８０…ＮＯｘ吸蔵能力飽和判定補正部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｚ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気ガス中の酸素濃度が高いときにＮＯ
ｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵し
たＮＯｘを放出して還元浄化する触媒を排気系に介装し
たエンジンの排気浄化装置において、リーン空燃比でのエンジン運転時、排気ガス中のＮＯｘ
排出量を運転領域に応じて推定し、このＮＯｘ排出量の
推定値を積算して上記触媒に吸蔵されるＮＯｘ量を推定
する手段と、上記ＮＯｘ吸蔵量の推定値が飽和判定値を超えたとき、
上記触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和に達したと判定する手
段と、上記触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和に達したと判定された
とき、リーン空燃比でのエンジン運転からリッチ空燃比
でのエンジン運転へ一時的に切り換え、上記触媒に吸蔵
したＮＯｘを浄化する手段と、リッチ空燃比でのエンジン運転開始後、上記触媒下流側
に介装した空燃比センサの出力に基づいてリッチ運転量
を増減補正する手段とを備えたことを特徴とするエンジ
ンの排気浄化装置。
【請求項２】上記空燃比センサの出力に基づいてリッ
チ度合いを評価し、リッチ度合いが過剰のとき上記リッ
チ運転量を減少補正する一方、リッチ度合いが過少であ
るときには上記リッチ運転量を増加補正することを特徴
とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】リッチ空燃比でのエンジン運転を、リッ
チ空燃比でのエンジン運転開始後の吸入空気量を積算し
た値が浄化判定値に達するまで実施することを特徴とす
る請求項１または請求項２記載のエンジンの排気浄化装
置。
【請求項４】上記触媒下流側の空燃比センサを、排気
ガス中の酸素濃度によって出力が急変するスイッチング
タイプのＯ2センサとし、このＯ2センサによるリッチ検
出時の吸入空気量に基づいてリッチ度合いを評価するこ
とを特徴とする請求項２または請求項３記載のエンジン
の排気浄化装置。
【請求項５】上記触媒下流側の空燃比センサを、排気
ガス中の空燃比をリニアに検出可能な広域空燃比センサ
とし、この広域空燃比センサによるリッチ検出時の吸入
空気量と当量比とに基づいてリッチ度合いを評価するこ
とを特徴とする請求項２または請求項３記載のエンジン
の排気浄化装置。
【請求項６】上記リッチ運転量の補正を、上記浄化判
定値の補正によって行うことを特徴とする請求項３記載
のエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】上記リッチ運転量の補正を、リッチ空燃
比のエンジン運転における目標空燃比の補正によって行
うことを特徴とする請求項１，２，３，４，５のいずれ
か一に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】上記リッチ運転量の補正を、上記飽和判
定値の補正によって行うことを特徴とする請求項１，
２，３，４，５のいずれか一に記載のエンジンの排気浄
化装置。