WO2012144269A1 - 内燃機関の排気ガス浄化制御装置 - Google Patents

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高橋　秀明
将 天内
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification control device for an internal combustion engine.
  • Patent Document 1 In an internal combustion engine in which a plurality of catalysts are arranged in series in the exhaust passage and the air-fuel ratio is controlled while detecting the states of the upstream catalyst and the downstream catalyst with three air-fuel ratio sensors, An exhaust gas purification control device that changes the richness of the air-fuel ratio based on the detection values of the air-fuel ratio sensors before and after the downstream catalyst when the amount of adsorption becomes excessive is known (Patent Document 1).
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an exhaust gas purification control device that can efficiently recover the oxygen storage capacity of the downstream catalyst.
  • the richness of the injected fuel is set to a first richness larger than the stoichiometry from the start of the enrichment, and even after the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side catalyst reaches the stoichiometry, the first richness is increased.
  • the above problem is solved by maintaining the degree.
  • oxygen adsorbed to the downstream catalyst can be rapidly reduced by maintaining the first rich degree even after the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream catalyst reaches stoichiometry.
  • the oxygen storage capacity of the downstream catalyst can be efficiently recovered.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an internal combustion engine to which an embodiment of the present invention is applied.
  • 2 is a flowchart showing a procedure of exhaust gas purification control executed by the engine control unit of FIG. 1.
  • 6 is a flowchart showing another procedure of exhaust gas purification control executed by the engine control unit of FIG. 1. It is a time chart which shows the time state of each element when the control of FIG.2 and FIG.3 is performed.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an engine EG to which an embodiment of the present invention is applied.
  • An air filter 112, an air flow meter 113 for detecting an intake air flow rate, and an intake air flow rate are provided in an intake passage 111 of the engine EG.
  • a throttle valve 114 and a collector 115 to be controlled are provided.
  • the throttle valve 114 is provided with an actuator 116 such as a DC motor for adjusting the opening of the throttle valve 114.
  • the throttle valve actuator 116 electronically controls the opening of the throttle valve 114 based on the drive signal from the engine control unit 11 so as to achieve the required torque calculated based on the driver's accelerator pedal operation amount and the like.
  • a throttle sensor 117 for detecting the opening degree of the throttle valve 114 is provided, and the detection signal is output to the engine control unit 1.
  • the throttle sensor 117 can also function as an idle switch.
  • a fuel injection valve 118 is provided facing the intake passage 111a branched from the collector 115 to each cylinder.
  • the fuel injection valve 118 is driven to open by a drive pulse signal set in the engine control unit 11, and feeds fuel that is pumped from a fuel pump (not shown) and controlled to a predetermined pressure by a pressure regulator (hereinafter referred to as fuel injection valve). (Also referred to as a port) 111a.
  • the fuel injection valve 118 may be exposed to the combustion chamber 123 to directly inject fuel into the combustion chamber 123.
  • the space surrounded by the cylinder 119, the crown surface of the piston 120 that reciprocates within the cylinder, and the cylinder head provided with the intake valve 121 and the exhaust valve 122 constitutes a combustion chamber 123.
  • the spark plug 124 is mounted facing the combustion chamber 123 of each cylinder, and ignites the intake air-fuel mixture based on an ignition signal from the engine control unit 11.
  • exhaust purification catalysts 126 and 127 for purifying the exhaust are provided in series.
  • the exhaust purification catalysts 126 and 127 of this example use a catalyst in which a three-way catalyst or an oxidation catalyst is supported on a crystalline porous aluminosilicate (so-called zeolite) that adsorbs an unburned gas such as hydrocarbon HC.
  • zeolite crystalline porous aluminosilicate
  • the adsorbent composed of zeolite or the like physically adsorbs the unburned gas in the low temperature region, while desorbing the adsorbent from the adsorbent due to molecular motion of the unburned gas adsorbed in the high temperature region such as 150 ° C. or higher.
  • the exhaust gas can be purified by oxidizing CO and hydrocarbon HC and reducing nitrogen oxide NOx.
  • the oxidation catalyst oxidizes carbon monoxide CO and hydrocarbon HC in the exhaust.
  • the adsorbent that adsorbs the unburned gas and the three-way catalyst or the oxidation catalyst are configured as one exhaust purification catalyst, and two such catalysts 126 and 127 are arranged in series. These catalysts may be arranged.
  • the catalyst on the upstream side of the exhaust passage 125 is referred to as a first catalyst 126
  • the catalyst on the downstream side is referred to as a second catalyst 127.
  • the exhaust passage 125 is provided with three air-fuel ratio sensors 128A, 128B, and 128C that detect the exhaust gas by detecting a specific component in the exhaust gas, for example, the oxygen concentration, and thus the air-fuel ratio of the intake air-fuel mixture. Are output to the engine control unit 11, respectively.
  • the air-fuel ratio sensor 128 may be an oxygen sensor that performs rich / lean output, or may be a wide-area air-fuel ratio sensor that linearly detects the air-fuel ratio over a wide area.
  • the first air-fuel ratio sensor 128A is provided in the vicinity of the inlet of the first catalyst 126, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 126 or rich / Lean is detected and output to the engine control unit 11.
  • the second air-fuel ratio sensor 128B is provided in the exhaust passage 125 between the first catalyst 126 and the second catalyst 127, and the air-fuel ratio or the rich / rich exhaust gas flowing out of the first catalyst 126 and flowing into the second catalyst. Lean is detected and output to the engine control unit 11.
  • the third air-fuel ratio sensor 128 ⁇ / b> C is provided in the vicinity of the outlet of the second catalyst 127, detects the air-fuel ratio or rich / lean of the exhaust gas flowing out from the second catalyst 127, and outputs it to the engine control unit 11.
  • reference numeral 129 denotes a muffler.
  • the crankshaft 130 of the engine EG is provided with a crank angle sensor 131, and the engine control unit 11 counts a crank unit angle signal output from the crank angle sensor 131 in synchronization with the engine rotation for a predetermined time, or By measuring the cycle of the crank reference angle signal, the engine speed Ne can be detected.
  • the cooling jacket 132 of the engine EG is provided with a water temperature sensor 133 facing the cooling jacket, detects the cooling water temperature Tw in the cooling jacket 132, and outputs this to the engine control unit 11.
  • Normal air-fuel ratio feedback control is executed when the water temperature of the engine cooling water detected by the water temperature sensor 133 is equal to or higher than a predetermined temperature and the operating state of the engine EG is not in the high rotation / high load region.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the second catalyst 127 is detected by the third air-fuel ratio sensor 128C, and outflowing from the first catalyst 126 based on the output of the third air-fuel ratio sensor 128C. Set the target air-fuel ratio of the exhaust gas.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the first catalyst 126 is detected by the second air-fuel ratio sensor 128B, and the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 126 based on the deviation from the target air-fuel ratio described above.
  • an air-fuel ratio correction coefficient is calculated based on the deviation between the target air-fuel ratio and the output of the first air-fuel ratio sensor 128A.
  • the air-fuel ratio of the intake air introduced into the combustion chamber 123 is feedback-controlled using this air-fuel ratio correction coefficient.
  • the engine control unit 11 temporarily interrupts the fuel injection from the fuel injection valve 118.
  • the fuel cut during deceleration or the fuel cut during high rotation is performed, oxygen sucked into the combustion chamber 123 is not combusted and is directly discharged into the exhaust passage 125. Therefore, the first catalyst 126 and the second catalyst 127 The amount of oxygen adsorption is greatly increased. As described above, when the oxygen adsorption amount of the first catalyst 126 and the second catalyst 127 is too large, the processing capacity of NOx in the exhaust gas is lowered.
  • the air-fuel ratio of the mixed air introduced into the combustion chamber 123 is temporarily enriched and adsorbed by the first catalyst 126 and the second catalyst 127.
  • the control is performed by causing the oxygen thus reacted to react with the rich components (HC, CO, etc.) of the exhaust gas and quickly reducing the oxygen adsorption amount of the first catalyst 126 and the second catalyst 127.
  • the following control is executed.
  • step S201 it is determined whether or not a fuel cut condition is satisfied. If the fuel cut condition is not satisfied, steps S202 to S211 are performed. The routine is terminated without performing the above process, and the above-described normal air-fuel ratio feedback control or the like is executed. If the fuel cut condition is satisfied, the process proceeds to step S202.
  • the fuel cut conditions are, for example, the above-described fuel cut at deceleration and fuel cut at high speed.
  • step S202 the amount of oxygen adsorbed on the first catalyst 126 is estimated based on the detected values of the first air-fuel ratio sensor 128A, the second air-fuel ratio sensor 128B, and the engine speed (exhaust amount).
  • step S203 the amount of oxygen adsorbed by the second catalyst 127 is estimated based on the detected values of the second air-fuel ratio sensor 128B, the third air-fuel ratio sensor 128C, and the engine speed (exhaust amount).
  • step S204 When it is confirmed in step S204 that the fuel cut has been completed (time t3), the process proceeds to step S205, and the air-fuel ratio of the mixed air introduced into the combustion chamber 123 is set to a first rich degree that is richer in fuel than stoichiometric. Then, in step S206, it is determined whether or not the output of the second air-fuel ratio sensor 128B exceeds a predetermined V s1. If the output of the second air-fuel ratio sensor 128B exceeds V s1 (time t4), the process proceeds to step S207. .
  • the threshold value V s1 of the second air-fuel ratio sensor 128B is, for example, an output value in a state where the first catalyst 126 is restored to stoichiometry.
  • step S207 subtraction is started from the oxygen adsorption amount of the second catalyst 127 calculated in step S203 (time t4 to t5). This subtraction operation is calculated based on the second air-fuel ratio sensor 128B, the third air-fuel ratio sensor 128C, and the engine speed (displacement). If it is confirmed in step S208 that the oxygen adsorption amount of the second catalyst 127 has decreased to the target oxygen adsorption amount, the process proceeds to step S209.
  • This target oxygen adsorption amount can be determined in advance by experiment, simulation, or the like. In step S208 of this example, it is determined that the value obtained by subtracting a predetermined margin from the oxygen adsorption amount of the second catalyst 127 has decreased to the target oxygen adsorption amount.
  • step S209 the air-fuel ratio of the mixed air introduced into the combustion chamber 123 is switched from a first rich degree to a second rich degree that is fuel lean and fuel richer than stoichiometric (time t5).
  • step S210 it is determined whether or not the output of the third air-fuel ratio sensor 128C exceeds a predetermined V s2, and if the output of the third air-fuel ratio sensor 128C2 exceeds V s2 (time t6), the process proceeds to step S211. Then, the air-fuel ratio enrichment control is terminated.
  • the threshold value V s2 of the third air-fuel ratio sensor 128C is, for example, an output value in a state where the second catalyst 127 is restored to stoichiometry.
  • the recovery process of the oxygen adsorption capacity of the first catalyst 126 and the second catalyst 127 accompanying the fuel cut is performed after the oxygen adsorption capacity of the first catalyst 126 is recovered.
  • the first rich degree with a large rich degree is executed, so that the decrease rate of the oxygen adsorption amount of the second catalyst 127 is large as shown in FIG.
  • the absolute value of the decreasing slope at time t4 to t5 is large), and the oxygen adsorption capacity can be recovered more efficiently than the conventional method indicated by the dotted line in FIG. Therefore, the NOx conversion efficiency is increased as shown in FIG.
  • the timing at which the rich degree of fuel injection is switched from the first rich degree to the second rich degree is the time when the oxygen adsorption amount of the second catalyst 127 reaches the target oxygen adsorption amount (FIG. 2).
  • step S208 at this time, the exhaust passage 125 upstream of the second catalyst 127 is filled with the first rich degree of fuel-rich reducing agent. May be judged.
  • FIG. 3 is a control flow according to another embodiment.
  • step S301 to step S307 have the same control content as step S201 to step S207 in FIG. 2 described above, description thereof will be omitted.
  • step S308 the margin is further subtracted from the oxygen adsorption amount of the second catalyst 127 subtracted in step S307, and in the subsequent step S309, the fuel-rich reducing agent amount remaining in the exhaust passage 125 upstream of the second catalyst 127 is determined. calculate.
  • the amount of the reducing agent is determined based on the correction coefficient for correcting the reaction ratio between the richness of the air-fuel ratio (here, the first richness), the intake air amount, and oxygen, in the exhaust passage 125 upstream of the second catalyst 127. Calculate using volume.
  • step S310 the value obtained by subtracting the margin from the oxygen adsorption amount of the second catalyst 127 reacts with the residual reducing agent upstream of the second catalyst 127 without excess or deficiency (the margin is reduced because the margin is reduced). If it is confirmed that the amount has decreased to less than the amount that reacts, the process proceeds to step S311. Note that the margin for steps S308 and S310 may be zero.
  • step S311 the air-fuel ratio of the mixed air introduced into the combustion chamber 123 is switched to a second rich degree that is fuel leaner than the first rich degree and fuel richer than stoichiometric. Then, in step S312, it is determined whether or not the output of the third air-fuel ratio sensor 128C exceeds a predetermined V s2, and if the output of the third air-fuel ratio sensor 128C2 exceeds V s2 (time t6), the process proceeds to step S313. Then, the air-fuel ratio enrichment control is terminated.
  • the oxygen adsorption capacity recovery process of the first catalyst 126 and the second catalyst 127 accompanying the fuel cut is performed after the oxygen adsorption capacity of the first catalyst 126 is recovered.
  • 4 is executed with the first rich degree having a large rich degree until the target value is reduced to the target value, the reduction rate of the oxygen adsorption amount of the second catalyst 127 is large as shown in FIG. 4 (decreasing slope from time t4 to t5)
  • the oxygen adsorption capacity can be recovered more efficiently than the conventional method indicated by the dotted line in FIG. Therefore, the NOx conversion efficiency is increased as shown in FIG.
  • the oxygen adsorption amount of the second catalyst 127 has decreased to an amount that causes an oxidation / reduction reaction with the residual reducing agent upstream of the second catalyst 127 without excess or deficiency, the fuel lean becomes more lean than the first rich degree. Therefore, when the third air-fuel ratio sensor 128C on the downstream side of the second catalyst 127 detects the rich air-fuel ratio, the rich degree is smaller than the first rich degree. The fuel component passing through the second catalyst 127 can be suppressed. In particular, the richness of fuel injection can be switched at an optimal timing even if the intake air amount changes.
  • the second air-fuel ratio sensor 128B corresponds to detection means according to the present invention, and the first air-fuel ratio sensor 128A, the second air-fuel ratio sensor 128B, the third air-fuel ratio sensor 128C, and the crank angle sensor 131 are estimated according to the present invention.
  • the engine control unit 11 corresponds to the enrichment control means according to the present invention.
  • EG Engine (internal combustion engine) DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Engine controller 111, 111a ... Intake passage 112 ... Air filter 113 ... Air flow meter 114 ... Throttle valve 115 ... Collector 116 ... Throttle valve actuator 117 ... Throttle sensor 118 ... Fuel injection valve 119 ... Cylinder 120 ... Piston 121 ... Intake valve 122 ... exhaust valve 123 ... combustion chamber 124 ... ignition plug 125 ... exhaust passage 126 ... first catalyst 127 ... second catalyst 128A ... first air-fuel ratio sensor 128B ... second air-fuel ratio sensor 128C ... third air-fuel ratio sensor 129 ... muffler 130 ... Crankshaft 131 ... Crank angle sensor 132 ... Cooling jacket 133 ... Water temperature sensor

Abstract

上流側に配置された第１触媒（１２６）から流出する排気ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する検出手段（１２８Ｂ）と、前記第１触媒及び第２触媒（１２７）の酸素吸着量を推定する推定手段（１２８Ａ～１２８Ｃ）と、前記第１触媒及び前記第２触媒の酸素吸着量が所定値以上と推定される場合に、噴射燃料のリッチ度合いを一時的に変えてリッチ化するリッチ化制御手段（１１）と、を備え、前記リッチ化制御手段は、前記リッチ化開始から前記噴射燃料のリッチ度合いをストイキよりも大きい第１のリッチ度合いに設定し、前記検出手段の出力がストイキの空燃比又はリッチ／リーン値に達した後も前記第１のリッチ度合いを維持する。

Description

内燃機関の排気ガス浄化制御装置
　本発明は、内燃機関の排気ガス浄化制御装置に関するものである。
　排気通路に複数の触媒を直列に配置し、上流側触媒と下流側触媒の状態を３つの空燃比センサで検出しながら空燃比を制御する内燃機関において、燃料カット時のように各触媒の酸素吸着量が過剰になったときに、下流側触媒の前後の空燃比センサの検出値に基づいて空燃比のリッチ度合いを変化させる排気ガス浄化制御装置が知られている（特許文献１）。
特開２００２－２７６４３３号公報
　しかしながら、上記従来の制御方法では、リッチ度合いの変化制御の後半において最大リッチの状態から下流側触媒の前後の空燃比センサの検出値に応じて低下させる制御であるため、下流側触媒の酸素ストレージ能力の回復が非効率的であるという問題がある。
　本発明が解決しようとする課題は、下流側触媒の酸素ストレージ能力を効率的に回復できる排気ガス浄化制御装置を提供することである。
　本発明は、リッチ化開始から噴射燃料のリッチ度合いをストイキよりも大きい第１のリッチ度合いに設定し、上流側触媒から流出する排気ガスの空燃比がストイキに達した後も当該第１のリッチ度合いを維持することによって、上記課題を解決する。
　本発明によれば、上流側触媒から流出する排気ガスの空燃比がストイキに達した後も第１のリッチ度合いを維持することで、下流側触媒に吸着した酸素を急速に還元することができ、下流側触媒の酸素ストレージ能力を効率的に回復させることができる。
本発明の一実施の形態を適用した内燃機関を示すブロック図である。 図１のエンジンコントロールユニットで実行される排気ガス浄化制御の手順を示すフローチャートである。 図１のエンジンコントロールユニットで実行される排気ガス浄化制御の他の手順を示すフローチャートである。 図２及び図３の制御を実行したときの各要素の時間的状態を示すタイムチャートである。
　図１は、本発明の一実施の形態を適用したエンジンＥＧを示すブロック図であり、エンジンＥＧの吸気通路１１１には、エアーフィルタ１１２、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１３、吸入空気流量を制御するスロットルバルブ１１４およびコレクタ１１５が設けられている。
　スロットルバルブ１１４には、当該スロットルバルブ１１４の開度を調整するＤＣモータ等のアクチュエータ１１６が設けられている。このスロットルバルブアクチュエータ１１６は、運転者のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを達成するように、エンジンコントロールユニット１１からの駆動信号に基づき、スロットルバルブ１１４の開度を電子制御する。また、スロットルバルブ１１４の開度を検出するスロットルセンサ１１７が設けられて、その検出信号をエンジンコントロールユニット１へ出力する。なお、スロットルセンサ１１７はアイドルスイッチとしても機能させることができる。
　また、コレクタ１１５から各気筒に分岐した吸気通路１１１ａに臨ませて、燃料噴射バルブ１１８が設けられている。燃料噴射バルブ１１８は、エンジンコントロールユニット１１において設定される駆動パルス信号によって開弁駆動され、図外の燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を吸気通路（以下、燃料噴射ポートともいう）１１１ａ内に噴射する。なお、燃料噴射バルブ１１８を燃料噴射ポート１１１ａに臨ませることに代えて燃焼室１２３に臨ませ、当該燃焼室１２３に直接燃料を噴射する、いわゆる直噴型燃料噴射とすることもできる。
　シリンダ１１９と、当該シリンダ内を往復移動するピストン１２０の冠面と、吸気バルブ１２１及び排気バルブ１２２が設けられたシリンダヘッドとで囲まれる空間が燃焼室１２３を構成する。点火プラグ１２４は、各気筒の燃焼室１２３に臨んで装着され、エンジンコントロールユニット１１からの点火信号に基づいて吸入混合気に対して点火を行う。
　一方、排気通路１２５には、排気を浄化するための排気浄化触媒１２６，１２７が直列に設けられている。本例の排気浄化触媒１２６，１２７は、炭化水素ＨＣなどの未燃ガスを吸着する結晶性多孔質アルミノケイ酸塩（いわゆるゼオライト）に三元触媒又は酸化触媒を担持させた触媒を用いている。ゼオライトなどから構成される吸着材は、低温領域において未燃ガスを物理吸着する一方で、たとえば１５０℃以上といった高温領域において吸着した未燃ガスが分子運動することにより吸着材から脱離する特性を有する。
　また、ゼオライトなどの吸着材に担持された三元触媒は、活性温度に達すると、ストイキ（理論空燃比，λ＝１、空気重量／燃料重量＝１４．７）近傍において排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣを酸化するとともに、窒素酸化物ＮＯｘの還元を行って排気を浄化することができる。また、酸化触媒は、排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣを酸化する。
　なお、本例では未燃ガスを吸着する吸着材と三元触媒又は酸化触媒とを一つの排気浄化触媒として構成し、この種の触媒１２６，１２７を直列に２つ配置したが、３つ以上の触媒を配置してもよい。以下、排気通路１２５の上流側の触媒を第１触媒１２６、下流側の触媒を第２触媒１２７と称する。
　排気通路１２５には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出することにより排気、ひいては吸入混合気の空燃比を検出する３つの空燃比センサ１２８Ａ，１２８Ｂ，１２８Ｃが設けられ、それらの検出信号はそれぞれエンジンコントロールユニット１１へ出力される。この空燃比センサ１２８は、リッチ／リーン出力する酸素センサであってもよいし、空燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサであってもよい。
　排気通路１２５に設けられた３つの空燃比センサのうちの第１空燃比センサ１２８Ａは、第１触媒１２６の入口近傍に設けられ、当該第１触媒１２６に流入する排気ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出し、エンジンコントロールユニット１１へ出力する。第２空燃比センサ１２８Ｂは、第１触媒１２６と第２触媒１２７との間の排気通路１２５に設けられ、第１触媒１２６を流出して第２触媒に流入する排気ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出し、エンジンコントロールユニット１１へ出力する。第３空燃比センサ１２８Ｃは、第２触媒１２７の出口近傍に設けられ、当該第２触媒１２７を流出する排気ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出し、エンジンコントロールユニット１１へ出力する。
　なお、図１において１２９はマフラである。
　エンジンＥＧのクランク軸１３０にはクランク角センサ１３１が設けられ、エンジンコントロールユニット１１は、クランク角センサ１３１から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントすることで、又は、クランク基準角信号の周期を計測することで、機関回転速度Ｎｅを検出することができる。
　エンジンＥＧの冷却ジャケット１３２には、水温センサ１３３が当該冷却ジャケットに臨んで設けられ、冷却ジャケット１３２内の冷却水温度Ｔｗを検出し、これをエンジンコントロールユニット１１へ出力する。
　通常の空燃比フィードバック制御は、水温センサ１３３により検出されるエンジン冷却水の水温が所定温度以上であり、エンジンＥＧの運転状態が高回転・高負荷領域でない場合に実行される。その一例を説明すると、まず第２触媒１２７から流出する排気ガスの空燃比を第３空燃比センサ１２８Ｃで検出し、この第３空燃比センサ１２８Ｃの出力に基づいて、第１触媒１２６から流出する排気ガスの目標空燃比を設定する。ついで、第１触媒１２６から流出する排気ガスの空燃比を第２空燃比センサ１２８Ｂで検出し、上述した目標空燃比との偏差に基づいて、第１触媒１２６に流入する排気ガスの目標空燃比を設定する。そして、この目標空燃比と第１空燃比センサ１２８Ａの出力との偏差に基づいて、空燃比補正係数を算出する。この空燃比補正係数を用いて燃焼室１２３に導入される吸入空気の空燃比がフィードバック制御されることになる。
　さて、エンジンＥＧが運転中に、たとえばアクセル開度がゼロでエンジン回転速度が所定値以上になったり、エンジン回転速度がレッドゾーンに入ったりすると、燃料節減やエンジン回転の過上昇を防止するために、エンジンコントロールユニット１１は燃料噴射バルブ１１８からの燃料噴射を一時的に中断する。こうした減速時燃料カットや高回転時燃料カットが実施されると、燃焼室１２３に吸入された酸素は燃焼せずにそのまま排気通路１２５に排出されるため、第１触媒１２６及び第２触媒１２７の酸素吸着量が大幅に増加する。このように第１触媒１２６及び第２触媒１２７の酸素吸着量が多過ぎると、排気ガス中のＮＯｘの処理能力が低下することになる。
　このため、本例では、燃料カットが終了して燃料噴射を再開する際に、燃焼室１２３に導入する混合空気の空燃比を一時的にリッチ化して第１触媒１２６及び第２触媒１２７に吸着した酸素を排気ガスのリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ等）と反応させ、これら第１触媒１２６及び第２触媒１２７の酸素吸着量を速やかに減少させる制御を実行する。そしてその際に、特に下流側触媒（本例では第２触媒１２７）の酸素吸着量を効率的に減少させるため、以下の制御を実行する。
　図２は制御フローチャート、図４は制御タイムチャートであり、まずステップＳ２０１にて燃料カットの条件が成立しているか否かを判断し、燃料カットの条件が成立していない場合はステップＳ２０２～Ｓ２１１の処理を行うことなく当該ルーチンを終了し、上述した通常の空燃比フィードバック制御などを実行する。燃料カットの条件が成立している場合はステップＳ２０２へ進む。燃料カットの条件は、たとえば上述した減速時燃料カットや高回転時燃料カットなどの条件である。
　ステップＳ２０２では、第１空燃比センサ１２８Ａ及び第２空燃比センサ１２８Ｂ並びにエンジン回転速度（排気量）の各検出値に基づいて第１触媒１２６に吸着される酸素吸着量を推定する。同様に、ステップＳ２０３では、第２空燃比センサ１２８Ｂ及び第３空燃比センサ１２８Ｃ並びにエンジン回転速度（排気量）の各検出値に基づいて第２触媒１２７に吸着される酸素吸着量を推定する。これら酸素吸着量の推定演算はステップＳ２０４で燃料カットが終了するまで継続する。図４の第１触媒Ｏ２量、第２触媒Ｏ２量はステップＳ２０２，Ｓ２０３で算出される酸素吸着量を示し、燃料カット開始（時間ｔ１）とほぼ同時に第１触媒１２６の酸素吸着量が増加し、少し遅れて（時間ｔ２）第２触媒１２７の酸素吸着量が増加する。
　ステップＳ２０４にて燃料カットが終了したことを確認したら（時間ｔ３）ステップＳ２０５へ進み、燃焼室１２３に導入する混合空気の空燃比をストイキより燃料リッチな第１のリッチ度合いに設定する。そして、ステップＳ２０６にて第２空燃比センサ１２８Ｂの出力が所定のＶｓ１を超えるか否かを判断し、第２空燃比センサ１２８Ｂの出力がＶｓ１を超えたら（時間ｔ４）ステップＳ２０７へ進む。この第２空燃比センサ１２８Ｂの閾値Ｖｓ１は、たとえば第１触媒１２６がストイキに回復した状態の出力値である。
　ステップＳ２０７では、ステップＳ２０３にて算出した第２触媒１２７の酸素吸着量から減算を開始する（時間ｔ４～ｔ５）。この減算演算は第２空燃比センサ１２８Ｂ及び第３空燃比センサ１２８Ｃ並びにエンジン回転速度（排気量）に基づいて算出する。そして、ステップＳ２０８にて、第２触媒１２７の酸素吸着量が目標酸素吸着量まで減少したことを確認したら、ステップＳ２０９へ進む。この目標酸素吸着量は、実験やシミュレーション等により予め決定することができる。なお、本例のステップＳ２０８では、第２触媒１２７の酸素吸着量から所定の余裕代を減じた値が目標酸素吸着量まで減少したことを判断する。
　ステップＳ２０９では、燃焼室１２３に導入される混合空気の空燃比を、第１のリッチ度合いより燃料リーンであってストイキより燃料リッチな第２のリッチ度合いに切り換える（時間ｔ５）。そして、ステップＳ２１０にて、第３空燃比センサ１２８Ｃの出力が所定のＶｓ２を超えるか否かを判断し、第３空燃比センサ１２８Ｃ２の出力がＶｓ２を超えたら（時間ｔ６）ステップＳ２１１へ進み、空燃比リッチ化制御を終了する。この第３空燃比センサ１２８Ｃの閾値Ｖｓ２は、たとえば第２触媒１２７がストイキに回復した状態の出力値である。
　以上のとおり、本例の排気ガス浄化制御によれば、燃料カットにともなう第１触媒１２６及び第２触媒１２７の酸素吸着能力の回復処理を、第１触媒１２６の酸素吸着能力が回復した後も第２触媒の酸素吸着量が目標値に減少するまで、リッチ度合いの大きい第１のリッチ度合いで実行するため、図４に示すように、第２触媒１２７の酸素吸着量の減少率が大きく（時間ｔ４～ｔ５の減少傾きの絶対値が大きい）、同図に点線で示す従来方法に比べて効率よく酸素吸着能力を回復させることができる。したがって、同図に示すようにＮＯｘ転換効率が高くなる。
　上述した実施の形態では、燃料噴射のリッチ度合いを第１のリッチ度合いから第２のリッチ度合いに切り換えるタイミングを第２触媒１２７の酸素吸着量が目標酸素吸着量に達した時点とした（図２のステップＳ２０８）が、この時点では、第２触媒１２７の上流側の排気通路１２５には第１のリッチ度合いの燃料リッチな還元剤が満たされているので、この還元剤量を基準に切り換えるタイミングを判断してもよい。図３は他の実施の形態に係る制御フローである。
　ステップＳ３０１からステップＳ３０７は上述した図２のステップＳ２０１からステップＳ２０７と同じ制御内容であるため、その説明を省略する。ステップＳ３０８では、ステップＳ３０７で減算した第２触媒１２７の酸素吸着量からさらに余裕代を減算し、続くステップＳ３０９では第２触媒１２７の上流側の排気通路１２５に残留する燃料リッチな還元剤量を算出する。この還元剤量は、空燃比のリッチ度合い（ここでは第１のリッチ度合い）と吸入空気量、及び酸素との反応割合を補正する補正係数により、第２触媒１２７の上流側の排気通路１２５の容積を用いて算出する。
　そして、ステップＳ３１０にて、第２触媒１２７の酸素吸着量から余裕代を減じた値が第２触媒１２７上流側の残留還元剤と過不足なく反応する量（余裕代を減じているので過不足なく反応する量未満）まで減少したことを確認したら、ステップＳ３１１へ進む。なお、ステップＳ３０８及びＳ３１０の余裕代をゼロとしてもよい。
　ステップＳ３１１では、燃焼室１２３に導入される混合空気の空燃比を、第１のリッチ度合いより燃料リーンであってストイキより燃料リッチな第２のリッチ度合いに切り換える。そして、ステップＳ３１２にて、第３空燃比センサ１２８Ｃの出力が所定のＶｓ２を超えるか否かを判断し、第３空燃比センサ１２８Ｃ２の出力がＶｓ２を超えたら（時間ｔ６）ステップＳ３１３へ進み、空燃比リッチ化制御を終了する。
　このように構成しても、燃料カットにともなう第１触媒１２６及び第２触媒１２７の酸素吸着能力の回復処理を、第１触媒１２６の酸素吸着能力が回復した後も第２触媒の酸素吸着量が目標値に減少するまで、リッチ度合いの大きい第１のリッチ度合いで実行するため、図４に示すように、第２触媒１２７の酸素吸着量の減少率が大きく（時間ｔ４～ｔ５の減少傾きの絶対値が大きい）、同図に点線で示す従来方法に比べて効率よく酸素吸着能力を回復させることができる。したがって、同図に示すようにＮＯｘ転換効率が高くなる。また、第２触媒１２７の酸素吸着量が第２触媒１２７上流側の残留還元剤と互いに過不足なく酸化・還元反応する量にまで減少したことを確認したら、第１のリッチ度合いより燃料リーンであってストイキより燃料リッチな第２のリッチ度合いに切り換えるので、第２触媒１２７下流側の第３空燃比センサ１２８Ｃがリッチ空燃比を検出するときには、リッチ度合いが第１のリッチ度合いより小さな第２のリッチ度合いになっていて、第２触媒１２７を通過する燃料成分を抑制することができる。特に吸入空気量が変化しても最適なタイミングで燃料噴射のリッチ度合いを切り換えることができる。
　上記第２空燃比センサ１２８Ｂは本発明に係る検出手段に相当し、上記第１空燃比センサ１２８Ａ，第２空燃比センサ１２８Ｂ，第３空燃比センサ１２８Ｃ，クランク角センサ１３１は本発明に係る推定手段に相当し、上記エンジンコントロールユニット１１は本発明に係るリッチ化制御手段に相当する。
ＥＧ…エンジン（内燃機関）
１１…エンジンコントローラ
１１１，１１１ａ…吸気通路
１１２…エアーフィルタ
１１３…エアフローメータ
１１４…スロットルバルブ
１１５…コレクタ
１１６…スロットルバルブアクチュエータ
１１７…スロットルセンサ
１１８…燃料噴射バルブ
１１９…シリンダ
１２０…ピストン
１２１…吸気バルブ
１２２…排気バルブ
１２３…燃焼室
１２４…点火プラグ
１２５…排気通路
１２６…第１触媒
１２７…第２触媒
１２８Ａ…第１空燃比センサ
１２８Ｂ…第２空燃比センサ
１２８Ｃ…第３空燃比センサ
１２９…マフラ
１３０…クランク軸
１３１…クランク角センサ
１３２…冷却ジャケット
１３３…水温センサ

Claims (3)

  1. 　排気通路に複数の触媒を直列に配置した内燃機関の排気ガス浄化制御装置において、
    　上流側に配置された第１触媒から流出する排気ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する検出手段と、
    　前記第１触媒及び前記第２触媒の酸素吸着量を推定する推定手段と、
    　前記第１触媒及び前記第２触媒の酸素吸着量が所定値以上と推定される場合に、噴射燃料のリッチ度合いを一時的に変えてリッチ化するリッチ化制御手段と、を備え、
    　前記リッチ化制御手段は、前記リッチ化開始から前記噴射燃料のリッチ度合いをストイキよりも大きい第１のリッチ度合いに設定し、前記検出手段の出力がストイキの空燃比又はリッチ／リーン値に達した後も前記第１のリッチ度合いを維持することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化制御装置。
  2. 　請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装置において、
    　前記リッチ化制御手段は、
    　前記第２触媒の酸素吸着量が目標酸素吸着量以下になるまで前記第１のリッチ度合いを維持し、
    　前記第２触媒の酸素吸着量が目標酸素吸着量以下になったら、リッチ度合いを前記第１のリッチ度合いより小さい第２のリッチ度合いに設定することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化制御装置。
  3. 　請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装置において、
    　前記リッチ化制御手段は、
    　前記第２触媒の酸素吸着量が、当該第２触媒から上流側の排気通路に存在する還元剤と互いに過不足なく反応する量になるまで前記第１のリッチ度合いを維持し、
    　前記第２触媒の酸素吸着量が前記還元剤と互いに過不足なく反応する量になったら、リッチ度合いを前記第１のリッチ度合いより小さい第２のリッチ度合いに設定することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化制御装置。
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