JPH10339195A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JPH10339195A
JPH10339195A JP9151065A JP15106597A JPH10339195A JP H10339195 A JPH10339195 A JP H10339195A JP 9151065 A JP9151065 A JP 9151065A JP 15106597 A JP15106597 A JP 15106597A JP H10339195 A JPH10339195 A JP H10339195A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを、効率良
く、かつ、ＨＣ，ＣＯの排出量を増大させることなく浄
化する。 【解決手段】目標空燃比がリーンから理論空燃比又はリ
ッチに切り換えられたときに、ＮＯｘ処理のための空燃
比制御条件の成立を判断し、フラグＦＲＳに１をセット
する。前記フラグＦＲＳに１がセットされると、空燃比
フィードバック制御に用いる空燃比センサを、通常の触
媒上流側に設けられる第１センサから、触媒下流側に設
けられる第２センサに切り換えて、この第２センサで検
出される空燃比に基づいてフィードバック制御を実行さ
せる。そして、第２センサで検出される排気空燃比がリ
ッチに反転すると、前記フラグＦＲＳをゼロリットし、
空燃比フィードバック制御に用いる空燃比センサを通常
の第１センサに戻す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関し、詳しくは、排気通路にＮＯｘ吸収触媒を
備えた内燃機関において、ＮＯｘの浄化に必要な最適空
燃比に制御するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、排気空燃比がリーンであると
きに排気中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比
（ストイキ）又はリッチであるときに前記吸収したＮＯ
ｘを放出して還元処理するＮＯｘ吸収触媒（ＮＯｘ吸収
型三元触媒）を備えた機関が知られている（特開平７−
１３９３９７号公報等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記ＮＯｘ吸収触媒
は、図14に示すように、リーン燃焼中においてＮＯｘを
吸収して大気中に排出されるＮＯｘ量を低減するが、吸
収量が最大量を越えてしまうと、機関から排出されたＮ
Ｏｘが触媒に吸収されずにそのまま大気中に排出される
ことになってしまう。
【０００４】そこで、ＮＯｘ吸収触媒におけるＮＯｘ吸
収量が最大量に達していることが、負荷，回転，空燃比
などに基づいて推定されると、目標空燃比を強制的に理
論空燃比又はリッチに切り換えて、ＮＯｘ吸収触媒に吸
収されているＮＯｘの放出，還元処理を行わせるように
している。しかし、目標空燃比をリーンから理論空燃比
又はリッチに切り換えても、ＮＯｘ吸収触媒に吸収され
ていたＮＯｘやＯ2 の脱離によって、触媒内がなかなか
リッチ化しないため、ＮＯｘの還元に必要なＨＣやＣＯ
がリーン雰囲気において酸化されてしまい、ＮＯｘが効
率良く浄化されずに排出されてしまうことになる（図14
参照）。
【０００５】従って、ＮＯｘを浄化させるときには、Ｎ
Ｏｘ吸収触媒内を速やかにリッチ化させることが要求さ
れ、そのためには、リッチスパイクを与えることが有効
である。ところが、ＮＯｘ吸収触媒が経時劣化すると、
ＮＯｘの最大吸収量やＯ2 ストレージ能力が変化するた
め、新品状態のＮＯｘ吸収触媒に適合させて、前記リッ
チスパイク量を一律に設定すると、劣化時にリッチスパ
イクが過剰となってＨＣ，ＣＯの排出量を増大させてし
まうという問題があった。
【０００６】また、最適なリッチスパイクを与えた場合
であっても、浄化されずにＮＯｘ吸収触媒から排出され
るＮＯｘが発生することがあり、これは、リッチ量の増
大によっては解消できず、過剰なリッチ制御は、前述の
ようにＨＣ，ＣＯの排出量を増大させてしまうという問
題を生じさせる。本発明は上記問題点に鑑みなされたも
のであり、ＮＯｘ吸収触媒の経時劣化が生じても、ＮＯ
ｘ浄化に最適な空燃比に制御でき、以て、ＮＯｘを効率
良く浄化しつつ、ＨＣ，ＣＯの排出を抑制できる排気浄
化装置を提供することを目的とする。
【０００７】また、ＮＯｘ吸収触媒から還元されずに排
出されるＮＯｘがあっても、これを確実に処理して大気
中への排出を抑止できる排気浄化装置を提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯ
ｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチである
ときに前記吸収したＮＯｘを放出して還元処理するＮＯ
ｘ吸収触媒を備える一方、燃焼混合気の目標空燃比がリ
ーンから理論空燃比又はリッチに切り換えられた直後に
おいて、前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側の排気空燃比をリ
ッチに反転させるべく、燃焼混合気の空燃比をフィード
バック制御する構成とした。
【０００９】かかる構成によると、目標空燃比がリーン
から理論空燃比又はリッチに切り換えられた直後、即
ち、リーン燃焼中にＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘ
の浄化が行われる条件のときに、ＮＯｘ吸収触媒の下流
側の排気空燃比をリーンからリッチに反転させるべく空
燃比フィードバック制御が行われる。尚、前記目標空燃
比の切り換えは、加速等の運転条件の変化による目標空
燃比の切り換えの他、ＮＯｘ吸収触媒に対するＮＯｘ吸
収量が限界にきたために、一時的に目標空燃比が理論空
燃比又はリッチに切り換えられる場合を含む。
【００１０】ＮＯｘ吸収触媒の出口側の排気空燃比、換
言すれば、ＮＯｘ吸収触媒内の雰囲気は、そのときのＮ
Ｏｘ吸収量や酸素ストレージ量などに影響されて入口側
の変化に対して応答遅れをもって変化するから、たとえ
入口側が目標に達していても出口側においては目標に達
していないことがある。そこで、出口側の排気空燃比に
基づいて空燃比フィードバック制御を行わせ、たとえ入
口側が目標に達しても、出口側が目標に対するまでは空
燃比を変化させることで、出口側（触媒内）の空燃比変
化を早めることができる。
【００１１】請求項２記載の発明では、前記ＮＯｘ吸収
触媒の下流側に三元触媒を備え、前記ＮＯｘ吸収触媒の
下流側の排気空燃比がリッチに反転したときのフィード
バック操作量を、前記リッチに反転した時点から前記三
元触媒の下流側の排気空燃比がリッチに反転するまでの
間保持させる構成とした。かかる構成によると、ＮＯｘ
吸収触媒の下流側に更に三元触媒を配置される。そし
て、目標空燃比の切り換え後に前述の空燃比フィードバ
ック制御によって、ＮＯｘ吸収触媒の下流側がリッチに
反転すると、そのときの空燃比の操作量（例えば燃料噴
射量を補正するための補正係数）を、前記三元触媒の下
流側がリッチに反転するまで保持させる。
【００１２】即ち、前記三元触媒を設けることで、ＮＯ
ｘ吸収触媒で浄化できなかったＮＯｘを前記三元触媒で
浄化しようとするものであるが、前記三元触媒での浄化
を効率良く行わせるべく、前記三元触媒内を速やかにリ
ッチにする必要がある。そこで、ＮＯｘ吸収触媒内をリ
ッチに反転させた操作量にクランプさせることで、燃焼
混合気の空燃比をリッチに保持し、三元触媒内がリッチ
に反転してから通常制御に移行させるようにする。
【００１３】請求項３記載の発明では、前記ＮＯｘ吸収
触媒の下流側に三元触媒を備え、前記ＮＯｘ吸収触媒の
下流側の排気空燃比がリッチに反転したときのフィード
バック操作量を、前記リッチに反転した時点から所定時
間保持させる構成とした。かかる構成では、三元触媒の
下流側の排気空燃比が、前記操作量のクランプを開始し
てから所定時間だけ経過したときにリッチに反転するも
のと推定し、前記所定時間経過後に通常制御に復帰させ
る。
【００１４】一方、請求項４記載の発明は、図１に示す
ように構成される。図１において、ＮＯｘ吸収触媒は、
排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸収
し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチであるときに前
記吸収したＮＯｘを放出して還元処理する触媒である。
第１空燃比検出手段は、ＮＯｘ吸収触媒の上流側で排気
空燃比を検出し、第２空燃比検出手段は、ＮＯｘ吸収触
媒の下流側で排気空燃比を検出する。
【００１５】第１空燃比フィードバック手段は、通常状
態において、前記第１空燃比検出手段で検出される排気
空燃比に基づいて燃焼混合気の空燃比を目標空燃比にフ
ィードバック制御する。第２空燃比フィードバック手段
は、燃焼混合気の目標空燃比がリーンから理論空燃比又
はリッチに切り換えられた直後においてのみ、前記第２
空燃比検出手段で検出される排気空燃比に基づいて燃焼
混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御す
る。
【００１６】かかる構成によると、通常は、ＮＯｘ吸収
触媒の上流側で検出される排気空燃比を目標空燃比に近
づけるべくフィードバック制御が行われるが、目標空燃
比がリーンから理論空燃比又はリッチに切り換えられた
直後、即ち、ＮＯｘ吸収触媒において吸収したＮＯｘの
浄化が行われる条件のときには、上記フィードバック制
御に代えて、ＮＯｘ吸収触媒の下流側で検出される排気
空燃比を目標空燃比に近づけるべくフィードバック制御
が行われる。
【００１７】ＮＯｘ吸収触媒の下流側の排気空燃比は、
上流側に比べてその変化が遅れるから、下流側の排気空
燃比に基づく第２空燃比フィードバック制御手段を実行
させることで、下流側の排気空燃比の変化を早めること
になる。尚、第１，第２空燃比検出手段としては、排気
中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出するセンサを
用いることができ、更に、理論空燃比に対するリッチ・
リーンのみを検出するストイキセンサの他、排気空燃比
を連続的に検出し得る広域空燃比センサを用いても良
い。
【００１８】請求項５記載の発明では、前記第２空燃比
フィードバック手段が、目標空燃比の切り換えから前記
第２空燃比検出手段で検出される排気空燃比がリッチに
反転するまで間においてフィードバック制御を行う構成
とした。かかる構成によると、ＮＯｘ吸収触媒の下流側
の排気空燃比がリーンからリッチに反転するまで、ＮＯ
ｘ吸収触媒の下流側の排気空燃比を目標空燃比に近づけ
るようにフィードバック制御され、ＮＯｘ吸収触媒内が
速やかにリッチに反転するようにする。
【００１９】請求項６記載の発明では、前記第２空燃比
フィードバック手段による空燃比フィードバック制御に
より、所定の最大時間が経過してもリッチに反転しない
ときに、前記第２空燃比フィードバック手段による空燃
比フィードバック制御を強制的に停止させる強制停止手
段を備える構成とした。かかる構成によると、第２空燃
比検出手段で検出される排気空燃比に基づく空燃比フィ
ードバック制御を所定時間行ってもリッチに反転しない
ときには、何らかの異常が発生しているものと判断し、
前記空燃比フィードバック制御を停止させてそれ以上の
リッチ化を行わない。
【００２０】請求項７記載の発明では、前記第２空燃比
フィードバック手段による空燃比フィードバック制御に
よってリッチに反転したときの操作量を学習値として学
習する学習手段を備え、前記第２空燃比フィードバック
手段が、空燃比フィードバック制御の開始時に前記学習
値だけ操作量をステップ変化させる構成とした。かかる
構成によると、目標空燃比の切り換え時に、ＮＯｘ吸収
触媒の下流側の排気空燃比がリッチに反転すると、その
ときの操作量が、リッチ反転に必要とされた操作量とし
て学習される。そして、第２空燃比検出手段を用いた空
燃比フィードバック制御を開始するときに、操作量を前
記学習値だけステップ変化させることで、リッチ反転の
応答を早める。
【００２１】請求項８記載の発明では、前記第２空燃比
フィードバック手段による空燃比フィードバック制御に
より、所定の最小時間以内でリッチに反転したときに、
前記学習値を減少修正する学習値減少修正手段を設ける
構成とした。かかる構成によると、第２空燃比検出手段
を用いた空燃比フィードバック制御で、最小時間よりも
早くＮＯｘ吸収触媒の下流側がリッチに反転したときに
は、学習値が過剰に大きいものと推定し、学習値を減少
修正し、前記最大時間と最小時間との中間の適正な時間
でリッチに反転するようにする。
【００２２】請求項９記載の発明では、前記ＮＯｘ吸収
触媒の下流側に配置された三元触媒と、該三元触媒の下
流側で排気空燃比を検出する第３空燃比検出手段と、前
記第２空燃比検出手段で検出される排気空燃比がリッチ
に反転した時点における第２空燃比フィードバック制御
手段による操作量を、前記第３空燃比検出手段で検出さ
れる排気空燃比がリッチに反転するまでの間保持させる
リッチ操作量保持手段と、を設ける構成とした。
【００２３】かかる構成によると、排気通路に対して上
流側から、第１空燃比検出手段、ＮＯｘ吸収触媒，第２
空燃比検出手段，三元触媒，第３空燃比検出手段の順に
配置される。そして、前記第２空燃比フィードバック制
御手段により第２空燃比検出手段で検出される排気空燃
比がリッチに反転すると、該反転時点から第３空燃比検
出手段で検出される排気空燃比がリッチに反転するまで
の間、前記反転時点における操作量に保持される。
【００２４】即ち、前記三元触媒は、ＮＯｘ吸収触媒で
浄化できなかったＮＯｘを浄化するためのものであり、
かかるＮＯｘ浄化を効率良く行わせるべく、三元触媒内
の排気空燃比も速やかにリッチに反転させる必要がある
ので、ＮＯｘ吸収触媒内がリッチに反転しても、直ちに
通常制御（第１空燃比フィードバック制御手段による制
御）に復帰させるのではなく、ＮＯｘ吸収触媒のリッチ
反転に遅れてリッチ化することになる三元触媒のリッチ
化を確認してから通常制御に復帰させるものである。
【００２５】請求項10記載の発明では、前記ＮＯｘ吸収
触媒の下流側に配置された三元触媒と、前記第２空燃比
検出手段で検出される排気空燃比がリッチに反転した時
点における第２空燃比フィードバック制御手段による操
作量を、その後所定時間保持させる時間によるリッチ操
作量保持手段と、を設ける構成とした。かかる構成によ
ると、三元触媒の下流側の排気空燃比をリッチ化させる
構成であるが、請求項９記載の発明のように、第３空燃
比検出手段を設けて直接に排気空燃比を検出する構成で
はなく、ＮＯｘ吸収触媒内をリッチに反転させた操作量
を所定時間だけ保持することで、下流側の三元触媒内も
リッチに反転するものと推定するものである。
【００２６】請求項11記載の発明では、前記時間による
リッチ操作量保持手段が、前記三元触媒がリーン雰囲気
に晒されていた時間に応じて前記操作量を保持させる時
間を変更する構成とした。かかる構成によると、三元触
媒がリーン雰囲気に晒されていた時間（リーン時間）が
長い場合には、それだけ酸素ストレージ量が多く、リッ
チに反転するのに時間を要するものと推定されるので、
ＮＯｘ吸収触媒をリッチ反転させた操作量を保持させる
時間を前記リーン時間に応じて変更する。
【００２７】
【発明の効果】請求項１記載の発明によると、ＮＯｘ吸
収触媒に吸収されていたＮＯｘが放出されるときに、Ｎ
Ｏｘ吸収触媒内を速やかにリッチ化できると共に、ＮＯ
ｘ吸収量の変動などに影響されずに最適な空燃比に制御
でき、以て、ＮＯｘを効率良く還元でき、かつ、ＨＣ，
ＣＯの排出量の増大を抑制できるという効果がある。
【００２８】請求項２記載の発明によると、ＮＯｘ吸収
触媒の下流側に三元触媒を配置して、ＮＯｘ吸収触媒で
浄化できなかったＮＯｘの浄化を図れるようになると共
に、前記三元触媒内を速やかにリッチ化してＮＯｘ吸収
触媒で浄化できなかったＮＯｘを効率良く浄化できると
いう効果がある。請求項３記載の発明によると、ＮＯｘ
吸収触媒の下流側に配置された三元触媒を早期にリッチ
化させるための制御を簡便に実行させることができると
いう効果がある。
【００２９】請求項４記載の発明によると、通常は、Ｎ
Ｏｘ吸収触媒の上流側に設けた空燃比検出手段を用いて
ＮＯｘ吸収触媒に導入される排気空燃比を適正に制御で
きる一方、ＮＯｘ吸収触媒においてＮＯｘ浄化が行われ
る条件下においては、ＮＯｘ吸収触媒内を速やかにリッ
チ化することができ、ＨＣ，ＣＯの排出量を抑制しつつ
ＮＯｘを効率良く浄化できるという効果がある。
【００３０】請求項５記載の発明によると、ＮＯｘ吸収
触媒をＮＯｘの還元処理に最適な空燃比にまで速やかに
変化させることができ、ＮＯｘを効率良く浄化できると
共に、ＨＣ，ＣＯの排出量の増大を抑制できるという効
果がある。請求項６記載の発明によると、ＮＯｘ吸収触
媒の下流側の排気空燃比に基づく空燃比フィードバック
制御により過剰にリッチ制御されることを防止できると
いう効果がある。
【００３１】請求項７記載の発明によると、ＮＯｘ吸収
触媒内をリーンからリッチに反転させる制御の応答性
を、個々の機関，触媒に応じて適正値に制御できるとい
う効果がある。請求項８記載の発明によると、ＮＯｘ吸
収触媒内をリーンからリッチに反転させる制御の応答性
が過剰に早くなって、ＨＣ，ＣＯ浄化率が悪化が低下す
ることを防止できるという効果がある。
【００３２】請求項９記載の発明によると、ＮＯｘ吸収
触媒の下流側に三元触媒を配置して、ＮＯｘ吸収触媒で
浄化できなかったＮＯｘの浄化を図れるようになると共
に、前記三元触媒内を速やかに適正レベルにリッチ化さ
せてＮＯｘ吸収触媒で浄化できなかったＮＯｘを効率良
く浄化できるという効果がある。請求項10記載の発明に
よると、ＮＯｘ吸収触媒の下流側に配置された三元触媒
を早期にリッチ化させるための制御を、三元触媒の下流
側に空燃比検出手段を設けることなく簡便に実行させる
ことができるという効果がある。
【００３３】請求項11記載の発明によると、ＮＯｘ吸収
触媒の下流側に配置された三元触媒内を、簡便な構成に
よって早期に過不足なくリッチ化させることができると
いう効果がある。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図２は、第１の実施の形態における内燃機関のシ
ステム構成を示す図であり、機関１には、スロットル弁
２で計量された空気が吸引され、燃料噴射弁３から噴射
される燃料と前記吸入空気とが混合して混合気が形成さ
れる。
【００３５】前記燃料噴射弁３は、吸気ポート部分に燃
料を噴射するものであっても良いし、また、燃焼室内に
直接燃料を噴射するものであっても良い。前記混合気
は、点火栓４による火花点火によって着火燃焼し、燃焼
排気は、排気通路９に介装されたＮＯｘ吸収触媒５で浄
化された後に大気中に排出される。前記ＮＯｘ吸収触媒
５は、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘ
を吸収し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチであると
きに前記吸収したＮＯｘを放出して三元触媒層で還元処
理する触媒（ＮＯｘ吸収型三元触媒）である。
【００３６】前記燃料噴射弁３による噴射時期，噴射
量、及び、点火栓４による点火時期等を制御するコント
ロールユニット６はマイクロコンピュータを含んで構成
され、各種センサからの検出信号に基づく演算処理によ
って、前記燃料噴射弁３に対して燃料噴射信号（噴射パ
ルス信号）を出力し、点火栓４（パワートランジスタ）
に対しては点火信号を出力する。
【００３７】前記燃料噴射信号の演算においては、運転
条件に応じて目標空燃比を決定し、該目標空燃比の混合
気が形成されるように燃料噴射量（噴射パルス幅）が演
算されるが、前記目標空燃比として理論空燃比よりもリ
ーンである空燃比が設定される構成となっている。前記
各種センサとしては、機関１の吸入空気流量を検出する
エアフローメータ７、前記スロットル弁２の開度を検出
するスロットルセンサ８、前記ＮＯｘ吸収触媒５の上流
側の排気通路９に配置されて排気空燃比を検出する第１
空燃比センサ10（第１空燃比検出手段）、前記ＮＯｘ吸
収触媒５の下流側の排気通路９に配置されて排気空燃比
を検出する第２空燃比センサ11（第２空燃比検出手段）
などが設けられる他、コントロールユニット６には図示
しないクランク角センサからの回転信号や水温センサか
らの水温信号などが入力される。
【００３８】前記第１空燃比センサ10，第２空燃比セン
サ11は、排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出
するセンサであり、理論空燃比のみを検出するストイキ
センサであっても良いし、また、排気空燃比を広域に検
出できる広域空燃比センサであっても良い。前記コント
ロールユニット６は、通常は、前記第１空燃比センサ10
で検出される排気空燃比を目標空燃比に近づけるよう
に、前記燃料噴射量を補正するための空燃比フィードバ
ック補正係数（操作量）αを、例えば比例積分制御等に
より設定する。上記機能が、第１空燃比フィードバック
手段に相当する。
【００３９】一方、目標空燃比がリーンから理論空燃比
又はリッチに切り換えられた直後においては、前記第１
空燃比センサ10の代わりに、前記第２空燃比センサ11を
用いて前記空燃比フィードバック制御を行うようになっ
ており、かかる第２空燃比フィードバック手段に相当す
る制御の様子を図３のフローチャートに示してある。図
３のフローチャートにおいて、まず、ステップ１（図中
にはＳ１と記してある。以下同様）では、ＮＯｘ処理空
燃比制御の開始条件の成立を示すフラグＦＲＳを判別す
ることで、前記開始条件の成立の有無を判断する。
【００４０】前記ＮＯｘ吸収触媒５は、排気空燃比がリ
ーンであるときに排気中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比
が理論空燃比又はリッチであるときに前記吸収したＮＯ
ｘを放出するものであるから、目標空燃比がリーンから
理論空燃比又はリッチに切り換えられたときには、リー
ン燃焼中に吸収されたＮＯｘが放出されることになるの
で、前記フラグＦＲＳに１がセットされて開始条件の成
立が判別されるようになっている。
【００４１】尚、目標空燃比のリーンから理論空燃比又
はリッチへの切り換えは、運転条件（加速，負荷・回転
の変化）によって行われる他、本来目標空燃比としてリ
ーン空燃比が設定される条件下であっても、ＮＯｘ吸収
触媒５におけるＮＯｘ吸収量が限界量に達していると推
定されるときには、一時的にリッチ制御が行われる設定
となっており、このＮＯｘ処理のための一時的なリッチ
制御への切り換えも含むものである。
【００４２】目標空燃比のリーンから理論空燃比又はリ
ッチへの切り換えが行われて前記フラグＦＲＳに１がセ
ットされると、ステップ２へ進み、空燃比フィードバッ
ク制御に用いる空燃比センサを、それまでの第１空燃比
センサ10から第２空燃比センサ11へ切り換える設定を行
う。これにより、切り換え後の目標空燃比に、第２空燃
比センサ11で検出される排気空燃比を近づけるための空
燃比フィードバック制御が行われる。
【００４３】そして、ステップ３では、前記第２空燃比
センサ11で検出されるＮＯｘ吸収触媒５下流側の排気空
燃比が、リーンからリッチに反転したか否かを判別す
る。尚、第２空燃比センサ11として空燃比を広域に検出
できるセンサを用いる場合には、前記ステップ３におけ
る判定を、目標空燃比へ到達したか否かとしても良い。
ステップ３でＮＯｘ吸収触媒５の下流側の空燃比がリッ
チに反転したことが判別されると、ステップ４へ進ん
で、前記フラグＦＲＳをゼロにリセットし、次のステッ
プ５では、空燃比フィードバック制御に用いる空燃比セ
ンサを、第２空燃比センサ11から第１空燃比センサ10に
戻す設定を行う。
【００４４】上記図３のフローチャートに従った制御の
特性を図４のタイムチャートに示してある。尚、図４の
タイムチャートは、空燃比センサとしてストイキセンサ
を用いた場合であって、運転条件によって目標空燃比が
リーンから理論空燃比（ストイキ）に切り換えられた場
合を示してある。前記フラグＦＲＳに１がセットされる
と（目標空燃比がリーンからストイキに切り換えられる
と）、空燃比フィードバック制御に用いる空燃比センサ
が第１空燃比センサ10から第２空燃比センサ11に切り換
えられ、第２空燃比センサ11を用いた空燃比フィードバ
ック制御が開始される。
【００４５】このとき、第１空燃比センサ10で検出され
るＮＯｘ吸収触媒５上流側の排気空燃比は比較的早くリ
ッチに反転するが、第２空燃比センサ11のリッチ反転は
ＮＯｘ吸収触媒５におけるＮＯｘ及びＯ2 の脱離によっ
て遅れるために、第１空燃比センサ10で検出される排気
空燃比がリッチに反転しても、更に、第２空燃比センサ
11のリッチ反転までは燃料噴射量が徐々に増量されてリ
ッチスパイクが与えられ、結果的に、第２空燃比センサ
11（ＮＯｘ吸収触媒５内）のリッチ反転を早めることに
なる。
【００４６】前記ＮＯｘ吸収触媒５におけるＮＯｘ処理
には、リッチスパイクを与えることが有効であるから、
上記のようにしてＮＯｘ吸収触媒５内を速やかにリッチ
雰囲気にできれば、効率良くＮＯｘを還元処理できるこ
とになる。また、第２空燃比センサ11のリッチ反転を基
準としてリッチ化を進めることで、経時劣化によってＮ
Ｏｘ吸収量や酸素ストレージ量の変化があっても、過剰
なリッチ化によってＨＣ，ＣＯの排出量が増大すること
を抑制できる。
【００４７】そして、第２空燃比センサ11で検出される
排気空燃比がリーンからリッチに反転すると、その時点
で第２空燃比センサ11を用いた空燃比フィードバック制
御（第２空燃比フィードバック手段）を停止し、代わり
に、第１空燃比センサ10を用いた空燃比フィードバック
制御（第１空燃比フィードバック手段）が開始され、Ｎ
Ｏｘ吸収触媒５上流側の排気空燃比を理論空燃比に近づ
けるようにフィードバックされる。
【００４８】図５のフローチャートは、前記図３のフロ
ーチャートに示される基本的な制御内容をベースとして
より詳細な処理内容を示すものであり、以下、前記図４
及び図６のタイムチャートを参照しつつ、前記図５のフ
ローチャートを説明する。ステップ11では、前記フラグ
ＦＲＳの判別を行い、前記フラグＦＲＳに１がセットさ
れると、ステップ12へ進む。
【００４９】ステップ12では、空燃比フィードバック制
御に用いる空燃比センサを、第１空燃比センサ10から第
２空燃比センサ11に切り換える。ステップ13では、第２
空燃比センサ11を用いた空燃比制御の時間を計測するた
めのタイマＴαをゼロリセットし、また、空燃比フィー
ドバック補正係数α（燃料噴射量を補正するための操作
量）に初期値（100 ％）をリセットする。
【００５０】ステップ14では、空燃比フィードバック補
正係数αを前記初期値から一律リッチ分ＫＮα＋学習値
ＬＮαだけステップ的に増大変化させる（図６参照）。
前記一律リッチ分ＫＮαは固定値であり、前記学習値Ｌ
Ｎαは、前記第２空燃比センサ11の検出結果がリッチに
反転した時点の補正係数αを学習した値であり、後に詳
述する。
【００５１】ステップ15では、前記タイマＴαをカウン
トアップし、次のステップ16では、前記タイマＴαが、
予め設定された最大値Ｔαmax （図６参照）未満である
か否かを判別する。前記タイマＴαが最大値Ｔαmax 未
満であれば、ステップ17へ進み、前記補正係数αを積分
分αだけ増大修正する。
【００５２】前記積分制御で増大された補正係数αは、
次のステップ18で予め設定された最大値αmax （図６参
照）と比較され、補正係数αが最大値αmax 以上である
ときには、ステップ19へ進み、補正係数αに最大値αma
x をセットすることで、補正係数αが最大値αmax を越
えることを回避する。これにより、過剰なリッチスパイ
クとなることを防止する。
【００５３】尚、前記ステップ17における積分制御を省
略し、空燃比フィードバック補正係数αを前記一律リッ
チ分ＫＮα＋学習値ＬＮαだけステップ的に増大変化さ
せた状態でそのまま保持させて、第２空燃比センサ11で
検出される空燃比がリッチに反転するのを待つ構成とし
ても良い。ステップ20では、第２空燃比センサ11の出力
がリッチに反転したか否かを判別する。そして、リッチ
に反転したときには、所期のリッチスパイクを与えるこ
とができたものとして、通常制御（第１空燃比フィード
バック手段）に復帰させるが、まず、ステップ21へ進
み、前記タイマＴαが最小値Ｔαmin 以下であるか否か
を判別する。
【００５４】タイマＴαが最小値Ｔαmin を越えてから
リッチ反転したときには、ステップ22へ進み、下式（１
式）に従って前記学習値ＬＮαの更新演算を行う。この
ステップ22の部分が、学習手段に相当する。 ＬＮα＝（（ｎ−１）×ＬＮα（旧）＋α’）／ｎ 上式で、ＬＮα（旧）は更新前の学習値であり、α’は
リッチに反転したときの補正係数αを示す。そして、予
め設定された重み係数ｎによって、更新前の学習値ＬＮ
α（旧）とリッチ反転時の補正係数α’とが平均化さ
れ、該平均化後の値が新たな学習値ＬＮαとして更新記
憶される。
【００５５】これにより、第２空燃比センサ11に切り換
えられた直後のステップ変化量として、第２空燃比セン
サ11の出力をリッチに反転させるのに要求される最適な
値を与えることができる。尚、前記学習値ＬＮαを、リ
ッチ反転時における負荷，回転条件毎に演算して記憶さ
せるようにしても良い。
【００５６】また、前記ステップ16で、前記タイマＴα
が最大値Ｔαmax 以上であると判別されたときにも、ス
テップ22へ進んで、上式に従って学習値ＬＮαを更新さ
せる。この場合、前記補正係数α’は、前記タイマＴα
が最大値Ｔαmax になった時点の最終値として与える。
上記のように、前記タイマＴαが最大値Ｔαmax 以上に
なったときには、リッチ反転を待たずに、通常制御に強
制的に復帰させることで、過剰にリッチ制御が継続され
ることを防止するものであり、ステップステップ16から
ステップ22へ進む処理が強制停止手段に相当する。
【００５７】一方、ステップ21で、タイマＴαが最小値
Ｔαmin 未満の状態でリッチ反転した判断されるときに
は、ステップ23へ進んで、下式（２式）に従って前記学
習値ＬＮαの更新演算を行う。このステップ23の部分
が、学習値減少修正手段に相当する。 ＬＮα＝ＤＮα×ＬＮα（旧） 前記ＤＮαは、学習値ＬＮαを減少修正するための係数
（ＤＮα＜１) であり、リッチ反転に要した時間が異常
に短い場合には、学習値ＬＮαを減少修正することで、
リッチ反転に要する時間が最小値Ｔαmin を越えるよう
にし、ＮＯｘ処理に適正な応答性でリッチ反転させるよ
うにする。
【００５８】ステップ24では、前記補正係数αを初期値
（（100 ％）に戻し、次のステップ25では、前記フラグ
ＦＲＳをゼロリセットし、更に、ステップ26では、空燃
比フィードバック制御に用いる空燃比センサを、第２空
燃比センサ11から第１空燃比センサ10に戻し、その後
は、第１空燃比センサ10の検出結果に基づいて通常の空
燃比フィードバック制御（第１空燃比フィードバック手
段）が行われるようにする。
【００５９】ところで、上記のようにリーン燃焼中にＮ
Ｏｘ吸収触媒５に吸収されたＮＯｘを処理するときに、
第２空燃比センサ11を用いた空燃比フィードバック制御
を行うことで、ＮＯｘ吸収触媒５内をＮＯｘ処理に適正
な空燃比雰囲気に早期に制御できるが、上記制御によっ
てもＮＯｘ吸収触媒５の下流側にＮＯｘが排出された
り、リッチスパイクによりＨＣ，ＣＯが排出される可能
性がある。
【００６０】そこで、図７に示す第２の実施の形態のよ
うに、前記ＮＯｘ吸収触媒５の下流側に三元触媒12を配
置し、ＮＯｘ吸収触媒５で浄化できなかったＮＯｘ，Ｈ
Ｃ，ＣＯを前記三元触媒12で処理するよう構成すると良
い。更に、前記三元触媒12で処理を効率良く行わせるた
めに、図８のフローチャートに示すようにして、空燃比
制御を行わせると良い。
【００６１】図８のフローチャートにおいて、ステップ
31からステップ40までの各ステップは、前述の図５のフ
ローチャートのステップ11〜ステップ20と全く同様な処
理を行うものであり、前記フラグＦＲＳに１がセットさ
れると（目標空燃比がリーンから理論空燃比又はリッチ
に切り換えられると）、第２空燃比センサ11の出力がリ
ッチ反転するまで、積分制御によって空燃比フィードバ
ック補正係数αを増大制御させる。
【００６２】そして、ステップ40で、第２空燃比センサ
11の出力がリッチ反転したことが判別されると、次のス
テップ41では、リーン制御時間、即ち、目標空燃比をリ
ーンとする空燃比制御状態の継続時間に応じて予め保持
時間ＮＲＴを記憶したテーブルＴＮＲＴを参照して、前
記空燃比フィードバック補正係数αを保持させる保持時
間ＮＲＴを決定する。ここで、図９に示すように、前記
リーン時間が長いときほど前記保持時間ＴＮＲＴを長く
設定するようにする。
【００６３】ステップ42では、第２空燃比センサ11の出
力がリッチ反転した時点における空燃比フィードバック
補正係数αを、前記保持時間ＮＲＴだけ保持させるよう
にし（図10参照）、前記保持時間ＮＲＴが経過してから
ステップ43へ進む。上記ステップ41，42の部分が、時間
によるリッチ操作量保持手段に相当する。ステップ43〜
48の各ステップは、前記図５のフローチャートのステッ
プ21〜26と同様な処理を行うものであり、学習値ＬＮα
の更新演算を行った後、第１空燃比センサ10による通常
の空燃比フィードバック制御（第１空燃比フィードバッ
ク手段）に復帰させる。
【００６４】上記のように、ＮＯｘ吸収触媒５内がリッ
チ雰囲気になってからも、そのときの空燃比フィードバ
ック補正係数αを保持時間ＮＲＴだけ保持させること
で、三元触媒12内を早期にリッチ雰囲気にして、ＮＯｘ
吸収触媒５で浄化されないで排出されるＮＯｘを効率良
く浄化させることができる。上記図８のフローチャート
に示す実施の形態では、リーン時間に応じて三元触媒12
内がリッチ反転するのに要する時間が変化するものとし
て、リーン時間に応じた保持時間ＮＲＴだけ空燃比フィ
ードバック補正係数αを保持させるようにしたが、三元
触媒12内の空燃比をより最適に制御するために、図11に
示す第３の実施の形態のように、三元触媒12の下流側に
第３空燃比センサ13（第３空燃比検出手段）を配置し、
該第３空燃比センサ13の検出結果に基づいて空燃比フィ
ードバック補正係数αを保持させる期間を制御させるよ
うにしても良い。
【００６５】尚、前記第３空燃比センサ13も、ストイキ
センサ又は広域空燃比センサのいずれであっても良い。
前記第３空燃比センサ13を用いた制御の様子を図12のフ
ローチャートに示してある。図12のフローチャートにお
いて、ステップ51からステップ60までの各ステップは、
前述の図５のフローチャートのステップ11〜ステップ20
と全く同様な処理を行うものであり、前記フラグＦＲＳ
に１がセットされると、第２空燃比センサ11の出力がリ
ッチ反転するまで、積分制御によって空燃比フィードバ
ック補正係数αを増大制御させる。
【００６６】そして、ステップ61では、第２空燃比セン
サ11がリッチ反転した時点の空燃比フィードバック補正
係数αを保持させる設定を行い、次のステップ62では、
前記第３空燃比センサ13の出力がリッチ反転したか否か
を判別する。ステップ62で、第３空燃比センサ13のリッ
チ反転が判別されるまでは、ステップ61に戻って空燃比
フィードバック補正係数αの保持状態を維持させ、第３
空燃比センサ13がリッチ反転した時点でステップ63へ進
む（図13参照）。
【００６７】上記ステップ61，62の部分がリッチ操作量
保持手段に相当する。ステップ63〜68の各ステップは、
前記図５のフローチャートのステップ21〜26と同様な処
理を行うものであり、学習値ＬＮαの更新演算を行った
後、第１空燃比センサ10による通常の空燃比フィードバ
ック制御に復帰させる。上記のように、第３空燃比セン
サ13がリッチ反転するまで空燃比フィードバック補正係
数αを保持させる構成であれば、保持時間を最適に制御
することができ、保持時間が不足して三元触媒12で効率
良くＮＯｘを浄化できなかったり、逆に、保持時間が長
過ぎて過剰なリッチスパイクが与えられてしまうことを
回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明に係る排気浄化装置の基本
構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施の形態における内燃機関のシステム
構成図。
【図３】第１の実施の形態における基本的な空燃比制御
の様子を示すフローチャート。
【図４】第１の実施の形態における空燃比制御の特性を
示すタイムチャート。
【図５】第１の実施の形態における空燃比制御を詳細を
示すフローチャート。
【図６】第１の実施の形態における空燃比フィードバッ
ク補正係数の特性を示すタイムチャート。
【図７】第２の実施の形態における内燃機関のシステム
構成図。
【図８】第２の実施の形態における空燃比制御の詳細を
示すフローチャート。
【図９】第２の実施の形態における保持時間ＮＲＴとリ
ーン時間との相関を示す線図。
【図10】第２の実施の形態における空燃比制御の特性を
示すタイムチャート。
【図11】第３の実施の形態における内燃機関のシステム
構成図。
【図12】第３の実施の形態における空燃比制御の詳細を
示すフローチャート。
【図13】第２の実施の形態における空燃比制御の特性を
示すタイムチャート。
【図14】従来制御の問題点を説明するためのタイムチャ
ート。
【符号の説明】
１ 内燃機関 ２ スロットル弁 ３ 燃料噴射弁 ４ 点火栓 ５ ＮＯｘ吸収触媒 ６ コントロールユニット ７ エアフローメータ ８ スロットルセンサ ９ 排気通路 10 第１空燃比センサ 11 第２空燃比センサ 12 三元触媒 13 第３空燃比センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｅ Ｕ ＺＡＢ ＺＡＢＢ Ｆ０２Ｄ 41/04 ＺＡＢ Ｆ０２Ｄ 41/04 ＺＡＢ ３０５ ３０５Ｂ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】排気空燃比がリーンであるときに排気中の
    ＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチで
    あるときに前記吸収したＮＯｘを放出して還元処理する
    ＮＯｘ吸収触媒を備える一方、 燃焼混合気の目標空燃比がリーンから理論空燃比又はリ
    ッチに切り換えられた直後において、前記ＮＯｘ吸収触
    媒の下流側の排気空燃比をリッチに反転させるべく、燃
    焼混合気の空燃比をフィードバック制御することを特徴
    とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側に三元触媒を
    備え、前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側の排気空燃比がリッ
    チに反転したときのフィードバック操作量を、前記リッ
    チに反転した時点から前記三元触媒の下流側の排気空燃
    比がリッチに反転するまでの間保持させることを特徴と
    する請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 【請求項３】前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側に三元触媒を
    備え、前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側の排気空燃比がリッ
    チに反転したときのフィードバック操作量を、前記リッ
    チに反転した時点から所定時間保持させることを特徴と
    する請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 【請求項４】排気空燃比がリーンであるときに排気中の
    ＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチで
    あるときに前記吸収したＮＯｘを放出して還元処理する
    ＮＯｘ吸収触媒と、 該ＮＯｘ吸収触媒の上流側で排気空燃比を検出する第１
    空燃比検出手段と、 前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側で排気空燃比を検出する第
    ２空燃比検出手段と、 通常状態において、前記第１空燃比検出手段で検出され
    る排気空燃比に基づいて燃焼混合気の空燃比を目標空燃
    比にフィードバック制御する第１空燃比フィードバック
    手段と、 燃焼混合気の目標空燃比がリーンから理論空燃比又はリ
    ッチに切り換えられた直後においてのみ、前記第２空燃
    比検出手段で検出される排気空燃比に基づいて燃焼混合
    気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する第２
    空燃比フィードバック手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の排気浄
    化装置。
  5. 【請求項５】前記第２空燃比フィードバック手段が、目
    標空燃比の切り換えから前記第２空燃比検出手段で検出
    される排気空燃比がリッチに反転するまで間においてフ
    ィードバック制御を行うことを特徴とする請求項４記載
    の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 【請求項６】前記第２空燃比フィードバック手段による
    空燃比フィードバック制御により、所定の最大時間が経
    過してもリッチに反転しないときに、前記第２空燃比フ
    ィードバック手段による空燃比フィードバック制御を強
    制的に停止させる強制停止手段を備えたことを特徴とす
    る請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 【請求項７】前記第２空燃比フィードバック手段による
    空燃比フィードバック制御によってリッチに反転したと
    きの操作量を学習値として学習する学習手段を備え、前
    記第２空燃比フィードバック手段が、空燃比フィードバ
    ック制御の開始時に前記学習値だけ操作量をステップ変
    化させることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃
    機関の排気浄化装置。
  8. 【請求項８】前記第２空燃比フィードバック手段による
    空燃比フィードバック制御により、所定の最小時間以内
    でリッチに反転したときに、前記学習値を減少修正する
    学習値減少修正手段を設けたことを特徴とする請求項７
    記載の内燃機関の排気浄化装置。
  9. 【請求項９】前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側に配置された
    三元触媒と、 該三元触媒の下流側で排気空燃比を検出する第３空燃比
    検出手段と、 前記第２空燃比検出手段で検出される排気空燃比がリッ
    チに反転した時点における第２空燃比フィードバック制
    御手段による操作量を、前記第３空燃比検出手段で検出
    される排気空燃比がリッチに反転するまでの間保持させ
    るリッチ操作量保持手段と、 を設けたことを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つ
    に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  10. 【請求項10】前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側に配置された
    三元触媒と、 前記第２空燃比検出手段で検出される排気空燃比がリッ
    チに反転した時点における第２空燃比フィードバック制
    御手段による操作量を、その後所定時間保持させる時間
    によるリッチ操作量保持手段と、 を設けたことを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つ
    に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  11. 【請求項11】前記時間によるリッチ操作量保持手段が、
    前記三元触媒がリーン雰囲気に晒されていた時間に応じ
    て前記操作量を保持させる時間を変更することを特徴と
    する請求項10記載の内燃機関の排気浄化装置。
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