(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設され、流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中の酸素をトラップして保持し、流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに保持していた酸素を放出して排気ガス中の還元剤成分を酸化する機能を有する上流側触媒と、
前記上流側触媒より下流側の排気通路に配設され、流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中のＮＯｘをトラップして保持し、流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに保持していたＮＯｘを排気ガス中の還元剤成分で還元する機能を有する下流側触媒と、
主燃焼燃料を供給すると共に、主燃焼後に燃焼室もしくは排気通路に追加燃料を供給可能な燃料供給手段と、
保持されているＮＯｘを還元して前記下流側触媒のＮＯｘトラップ機能を回復させるための触媒再生制御を開始するか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段の判断結果に応じて触媒再生制御を実行するときに、触媒再生制御開始から、上流側触媒からの酸素放出によって上流側触媒から流出する排気の空燃比がほぼ理諭空燃比に維持される所定期間は追加燃料の供給によって排気ガスの空燃比をリッチ化し、前記所定期間経過後は主燃焼の空燃比をリッチ化して排気ガスの空燃比をリッチ化するよう前記燃料供給手段を制御する燃料制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
触媒再生制御開始からの経過時間を計測する計測手段を備え、前記燃料制御手段は、計測した経過時間に基づいて前記所定期間が経過したか否かを判定するように構成されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記上流側触媒の酸素保持量を推定する推定手段を備え、前記燃料制御手段は、推定した酸素保持量に基づいて前記所定期間が経過したか否かを判定するように構成されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記推定手段は、前記上流側触媒の瞬時反応形態による酸素保持量と遅反応形態による酸素保持量とをそれぞれ推定するよう構成され、前記燃料制御手段は、推定した瞬時反応形態による酸素保持量に基づいて前記所定期間が経過したか否かを判定するように構成されている請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記上流側触媒に流入する排気ガスの空燃比を広範囲に検出可能なリニア空燃比センサを備え、前記推定手段は、検出した空燃比に基づいて酸素保持量の推定を行なうように構成されている請求項３または請求項４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記上流側触媒から流出する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるか否かを検出可能な空燃比センサを備え、前記燃料制御手段は、検出した空燃比がリッチ空燃比に変化したか否かに基づいて前記所定期間が経過したか否かを判定するように構成されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記燃料制御手段は、所定期間中の空燃比リッチ化の度合いを所定期間経過後の空燃比リッチ化の度合いよりも大とするように構成されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記燃料供給手段として燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えると共に、前記燃料制御手段は、前記燃料噴射弁を介して、主燃焼に係る燃料は吸気行程噴射によって供給し、追加燃料は膨張ないし排気行程噴射によって供給するように構成されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記判断手段は、機関の吸入空気量と主燃焼の空燃比とから算出したＮＯｘ量の積算値が、前記下流側触媒の特性に応じて定めた所定の基準値を越えたときに触媒再生制御を開始すると判断するように構成されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は触媒を用いた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】
内燃機関の始動直後に排出される還元剤成分であるＨＣ，ＣＯの浄化と、リーン運転中に排出されるＮＯｘの浄化とを両立させるため、始動用触媒の下流側にＮＯｘ吸収剤を設け、点火栓による着火燃焼（主燃焼）の後に追加燃料を供給して排気空燃比をリッチ化するようにしたものが知られている（特開平１１一６２５６３号公報）。
【０００３】
始動後の主燃焼の空燃比をリッチ化すると、燃焼火炎にさらされた余剰の燃料が気化・改質してＮＯｘの還元に有効な還元剤成分が生成されることから、この還元剤成分により下流側に保持されているＮＯｘを効率よく処理することができる。ただし、主燃焼での空燃比はリッチ失火限界空燃比よりリッチ側とすることはできないので、空燃比リッチ化だけでこのような触媒再生制御を行なうと、下流側触媒に還元剤成分が届かない時間が長くなり、結果として触媒再生制御を長く実行する必要が生じる。このため、リーン空燃比運転を行なえる時間が短くなり、それだけ燃費を悪化させる。
【０００４】
これに対して、主燃焼後に追加燃料を供給することで排気空燃比をリッチ化するものとすれば、リッチ失火限界空燃比の制限を受けないので、大幅なリッチ化が可能となる。しかしながら、そうすると下流側触媒に保持されているＮＯｘに有効に作用する還元剤成分を安定して生成することが困難となり、ＮＯｘとの反応性が低い還元剤成分が多量に下流側触媒に流入するおそれを生じる。これは、追加燃料は既燃ガスとの混合によって気化・改質されるが、この気化・改質状態を常に一定に保つのが困難であることによる。すなわち、このような追加燃料の供給による排気空燃比のリッチ化だけで触媒再生制御を行なうと、こんどは触媒再生制御中に大気中に排出される還元剤成分の量が増加するおそれを生じる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の排気通路に配設され、流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中の酸素をトラップして保持し、流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに保持していた酸素を放出して排気ガス中の還元剤成分を酸化する機能を有する上流側触媒と、前記上流側触媒より下流側の排気通路に配設され、流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中のＮＯｘをトラップして保持し、流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに保持していたＮＯｘを排気ガス中の還元剤成分で還元する機能を有する下流側触媒と、主燃焼燃料を供給すると共に、主燃焼後に燃焼室もしくは排気通路に追加燃料を供給可能な燃料供給手段と、保持されているＮＯｘを還元して前記下流側触媒のＮＯｘトラップ機能を回復させるための触媒再生制御を開始するか否かを判断する判断手段と、前記判断手段の判断結果に応じて触媒再生制御を実行するときに、触媒再生制御開始から所定期間は追加燃料の供給によって排気ガスの空燃比をリッチ化し、所定期間経過後は主燃焼の空燃比をリッチ化して排気ガスの空燃比をリッチ化するよう前記燃料供給手段を制御する燃料制御手段とを備えた。
【０００６】
また、本発明では、前記所定期間を、上流側触媒からの酸素放出によって上流側触媒から流出する排気の空燃比がほぽ理諭空燃比に維持される期間とした。
【０００７】
第２の発明は、前記第１の発明において、触媒再生制御開始からの経過時間を計測する計測手段を備え、前記燃料制御手段を、計測した経過時間に基づいて前記所定期間が経過したか否かを判定するように構成した。
【０００８】
第３の発明は、前記第１の発明において、前記上流側触媒の酸素保持量を推定する推定手段を備え、前記燃料制御手段を、推定した酸素保持量に基づいて前記所定期間が経過したか否かを判定するように構成した。
【０００９】
第４の発明は、前記第３の発明において、前記推定手段を、前記上流側触媒の瞬時反応形態による酸素保持量と遅反応形態による酸素保持量とをそれぞれ推定するよう構成し、前記燃料制御手段を、推定した瞬時反応形態による酸素保持量に基づいて前記所定期間が経過したか否かを判定するように構成した。
【００１０】
第５の発明は、前記第３または第４の発明において、前記上流側触媒に流入する排気ガスの空燃比を広範囲に検出可能なリニア空燃比センサを備え、前記推定手段を、検出した空燃比に基づいて酸素保持量の推定を行なうように構成した。
【００１１】
第６の発明は、前記第１の発明において、前記上流側触媒から流出する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるか否かを検出可能な空燃比センサを備え、前記燃料制御手段を、検出した空燃比がリッチ空燃比に変化したか否かに基づいて前記所定期間が経過したか否かを判定するように構成した。
【００１２】
第７の発明は、前記第１の発明において、前記燃料制御手段を、所定期間中の空燃比リッチ化の度合いを所定期間経過後の空燃比リッチ化の度合いよりも大とするように構成した。
【００１３】
第８の発明は、前記第１の発明において、前記燃料供給手段として燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えると共に、前記燃料制御手段を、前記燃料噴射弁を介して、主燃焼に係る燃料は吸気行程噴射によって供給し、追加燃料は膨張ないし排気行程噴射によって供給するように構成した。
【００１４】
第９の発明は、前記第１の発明において、前記判断手段を、機関の吸入空気量と主燃焼の空燃比とから算出したＮＯｘ量の積算値が、前記下流側触媒の特性に応じて定めた所定の基準値を越えたときに触媒再生制御を開始すると判断するように構成した。
【００１５】
【作用・効果】
前記第１の発明以下の各発明によれば、触媒の再生制御開始当初は、上流側触媒からの酸素放出によって上流側触媒から流出する排気の空燃比がほぼ理諭空燃比に維持される期間は、追加燃料の供給によって排気空燃比をリッチ化し、速やかに上流側触媒から酸素を放出させ、上流側触媒からの酸素放出が終了し、還元剤成分が上流側触媒を通過しやすい状態となったら、主燃焼の空燃比リッチ化によって排気空燃比をリッチ化している。これにより、還元剤成分の大気排出量を増加させずに下流側触媒に保持されているＮＯｘを効果的に還元することができる。
【００１６】
前記触媒再生制御は、例えば第９の発明として示したように、吸入空気量と主燃焼の空燃比とから算出したＮＯｘ量の積算値が、下流側触媒の特性に応じて定めた所定の基準値を超えたときに開始するように構成し、これにより下流側触媒に保持されるＮＯｘ量に応じた、むだのない触媒再生制御を行うことができる。
【００１７】
前記の上流側触媒から流出する排気の空燃比がほぼ理諭空燃比に維持される期間については、これを第２の発明以下の手法で判定することが可能である。すなわち、第２の発明では触媒再生制御開始からの経過時間に基づいて所定期間を判定する。また、第３の発明では、所定期間を上流側触媒の酸素保持量の推定値に基づいて判定する。この場合の酸素保持量は例えば第４の発明として示したように、上流側触媒の瞬時反応形態による酸素保持量と遅反応形態による酸素保持量のうち、瞬時反応形態による酸素保持量の推定値に基づいて判定することにより精度の高い制御結果が得られる。また、前記酸素保持量の推定値は、第５の発明として示したように、排気空燃比検出手段として設けたリニア空燃比センサにより検出した空燃比に基づいて算出することにより精度の高い推定結果が得られる。なお、前記第２の発明の所定期間は、第６の発明として示したように、上流側触媒から流出する排気の空燃比を検出する空燃比センサからの検出空燃比に基づいて判定することもできる。
【００１８】
前記第１の発明の燃料制御手段は、第７の発明として示したように、所定期間中の空燃比リッチ化の度合いを所定期間経過後の空燃比リッチ化の度合いよりも大とするように制御するものとすることができる。また、第８の発明として示したように、前記第１の発明の燃料供給手段として燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えると共に、燃料制御手段を、前記燃料噴射弁を介して、主燃焼に係る燃料は吸気行程噴射によって供給し、追加燃料は膨張ないし排気行程噴射によって供給するように構成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明による実施形態の機械的構成例を概略的に表したものである。図において１はマイクロコンピュータおよびその周辺装置から構成されたコントロールユニットである。このコントロールユニット１は、本発明の燃料制御手段としての機能を有し、すなわち各種運転状態信号に基づいて火花点火式内燃機関２の燃料噴射量を制御し、さらに点火時期等を制御する機能をも有する。機関制御のための基本的な検出量は吸気通路３の途中に設けられたエアフロメータ４からの吸気量信号とクランク角センサ５からの機関回転数信号であり、詳しくは後述するが、例えば燃料噴射量はこれらの信号から定まる基本値を図示しない水温センサからの冷却水温信号、排気酸素センサ（以下「Ｏ２センサ」と表す）６からの酸素濃度信号等に応じて補正することによりその信号値を決定する。燃料噴射量信号は、機関燃焼室内に燃料を直接噴射供給するように構成された燃料噴射弁７に付与され、これにより所要量の燃料が内燃機関２に供給される。また、点火時期については、アクセルセンサ８からのアクセル操作量と機関回転数とから定まる基本値を水温等により補正することでその信号値が決定され、クランク角センサ５からのクランク位置信号を参照しながら前記信号値に応じたタイミングで点火栓９に点火電流が供給される。１０は電子制御スロットルバルブであり、コントロールユニット１からの指令に基づいて所要の空気量が得られるようにその開度が制御される。
【００２０】
機関排気通路１１には上流側触媒１２と下流側触媒１３とが直列に介装されており、前記Ｏ２センサ６は上流側触媒１２の上流側に設けられている。上流側触媒１２は、アルミナをコーティングしたハニカム担体に白金系貴金属とセリウム等の助触媒を担持した構成を有し、流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに排気中の酸素をトラップして保持し、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに保持していた酸素を放出して排気中の還元剤成分を酸化する機能を有する。一方、下流側触媒１３は、アルミナをコーティングしたハニカム担体に白金系貴金属とアルカリ金属、アルカリ土類金属を担持した構成を有し、流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに排気中のＮＯｘをトラップして保持し、流入する新気の空燃比がリッチ空燃比であるときに保持していたＮＯｘを排気中の還元剤成分で還元する機能を有する。
【００２１】
次に上記コントロールユニット１による触媒再生制御の実施形態につき図２以下に示した流れ図、および図７に示したタイミングチャートを参照しながら説明する。なお図２以下に示した各流れ図はそれぞれたとえば１０ｍｓｅｃ毎に周期的に実行される。
【００２２】
触媒再生制御の第１の実施形態では、下流側触媒のＮＯｘトラップ量の積算値（ΣＮＯｘ）が所定値（ΣＮＯｘｔｈ）に達すると、まず、吸気行程噴射と膨張行程噴射の２度噴射モード（追加燃料の供給による排気空燃比のリッチ化）で触媒生成制御を開始し、所定時間（ＲＳ２Ｔｔｈ）が経過した時点で吸気行程噴射のみの１度噴射モード（主燃鏡の空燃比リッチ化による排気空燃比のリッチ化）に切り換えて触媒再生制御を継続させる。
【００２３】
図２は触媒再生制御の要否を判断するルーチンであり、触媒再生制御の要否を示すフラグＦＲＳの設定を行なう。ＦＲＳ＝１で触媒再生制御要、ＦＲＳ＝０で触媒再生制御不要を示す。以下、制御ルーチンのステップを順を追って説明する。
Ｓ１０１：主燃焼の目標当量比ＴＦＢＹＡ１（以下第１目標当量比）が１より小さいか否かを判断する。ＴＦＢＹＡ１は、直前に実行された目標空燃比設定ルーチン（図４参照）で算出された最新の値を使用する。なお、前記の目標当量比とは、制御しようとする混合気の空燃比と理論空燃比との比率であり、ＴＦＢＹＡ＝１のときは理論空燃比、ＴＦＢＹＡ＞１のときはリッチ空燃比、ＴＦＢＹＡ＜１のときはリーン空燃比を表す。ＴＦＢＹＡ１＜１（リーン空燃比運転）のとき、下流側触媒に流入する排気の空燃比もリーン空燃比となり、下流側触媒は新気中のＮＯｘをトラップして保持する。
Ｓ１０２：吸入空気量Ｑａと第１目標当量比ＴＦＢＹＡ１とに基づき、単位時間（本ルーチン実行時間間隔）当たりに機関から排出されるＮＯｘ量△ＮＯｘを算出する。Ｑａは、直前に実行された吸入空気量検出ルーチン（図示略）でエアフロメータ４の出力信号から算出された最新の値を使用する。
Ｓ１０３：前回本ルーチンを実行したときに算出したトラップＮＯｘ積算値ΣＮＯｘｚにＳ１０２の△ＮＯｘを加算して、新たなトラップＮＯｘ積算値ΣＮＯｘを算出する。
Ｓ１０４：トラップＮＯｘ積算値ΣＮＯｘが所定値ＮＯｘｔｈより大きいか否かを判断する。ＮＯｘｔｈは、下流側触媒が良好なＮＯｘトラップ能力を維持できる限界のＮＯｘ保持量に相当する値であり、これは実験的に求めてコントロールユニット１内のメモリに記憶させておいた値を使用する。
Ｓ１０５：触媒再生制御要否フラグＦＲＳを１に設定する。
Ｓ１０６：空燃比フィードバック補正係数αが１より小さいか否かを判断する。αは、直前に実行された空燃比フィードハック制御ルーチン（図５参照）で算出された最新の値を使用する。
Ｓ１０７：触媒再生制御要否フラグＦＲＳを０に設定すると共に、トラップＮＯｘ積算値ΣＮＯｘを０にリセットする。
【００２４】
図３は燃料噴射モード、すなわち前述した２度噴射モードまたは１度噴射モードの何れかを設定するルーチンであり、前記燃料噴射モードの何れかを示すフラグＦＲＳＫの設定を行なう。ＦＲＳＫ＝０で２度噴射モード、ＦＲＳＫ＝１で１度噴射モードを示す。
Ｓ２０１：触媒再生制御要否フラグＦＲＳが１であるか否かを判断する。ＦＲＳは、直前に実行された触媒再生制御要否判断ルーチン（図２参照）で設定された最新の値を使用する。
Ｓ２０２：触媒再生制御要否フラグ前回値ＦＲＳＺが０であるか否かを判断する。ＦＲＳＺは、前回本ルーチンを実行したときのフラグＦＲＳを記憶・保存しておいた値である。
Ｓ２０３：触媒再生制御継続時間ＲＳ２Ｔを０にリセットする。このステッブは、触媒再生制御開始時（ＦＲＳＺ＝０かつＦＲＳ＝１）に実行される。
Ｓ２０４：前回本ルーチンを実行したときに算出した触媒再生制御継続時間ＲＳ２Ｔｚに単位時間△ｔ（本ルーチン実行時間間隔）を加算して、新たな触媒再生制御継続時間ＲＳ２Ｔを算出する。このステップは、触媒再生制御継続中（ＦＲＳＺ＝１かつＦＲＳ＝１）に実行される。
Ｓ２０５：触媒再生制御継続時間ＲＳ２Ｔが所定値ＲＳ２Ｔｔｈより小さいか否かを判断する。ＲＳ２Ｔｔｈは、２度噴射によって触媒再生制御を開始してから下流側触媒１３の入口がリッチ空燃比となるまでの時間、すなわち、２度噴射により上流側触媒１２に保持されていた酸素が全て放出されるまでの時間に相当する値であり、実験的に求めておいた値をコントロールユニット１内のメモリに記憶させてある。
Ｓ２０６：燃料噴射モードフラグＦＲＳＫを０に設定する。
Ｓ２０７：燃料噴射モードフラグＦＲＳＫを１に設定する。
Ｓ２０８：燃料噴射モードフラグＦＲＳＫを１に設定する。
【００２５】
図４は目標空燃比設定ルーチンであり、第１目標当量比ＴＦＢＹＡ１と第２目標当量比ＴＦＢＹＡ２（追加燃料の目標当量比）とを算出する。
Ｓ３０１：アクセル操作量ＡＰＳと回転数Ｎｅとに基づき、第１目標当量比の基本値ＴＦＢＹＡ０を算出する。具体的には、前記ＡＰＳとＮｅとに対応させてＴＦＢＹＡ０を記憶させてある制御マップから値をルックアップする。この制御マツブには、例えば、低中負荷低中回転運転領域にリーン空燃比となる値（ＴＦＢＹＡ０＜１）が設定され、高負荷または高回転運転領域に理論空燃比となる値（ＴＦＢＹＡ＝１）が設定されている。ＡＰＳは、直前に実行されたアクセル操作量検出ルーチン（図示略）でアクセルセンサ８の出力信号から算出された最新の値を使用する。Ｎｅは、直前に実行された機関回転数検出ルーチン（図示略）でクランク角センサ５の出力信号から算出された最新の値を使用する。
Ｓ３０２：触媒再生制御要否フラグＦＲＳが１であるか否かを判断する。ＦＲＳは、直前に実行された触媒再生制御要否判断ルーチン（図２参照）で設定された最新の値を使用する。
Ｓ３０３：触媒再生制御を行なわないときは、第１目標当量比ＴＦＢＹＡ１にＳ３０１で算出した基本値ＴＦＢＹＡ０を設定する。膨張〜排気行程噴射は行なわないので、第２目標当量比ＴＦＢＹＡ２を０に設定する。
Ｓ３０４：燃料噴射モードフラグＦＲＳＫが０であるか否かを判断する。ＦＲＳＫは、直前に実行された燃料噴射モード設定ルーチン（図３参照）で設定された最新の値を使用する。
Ｓ３０５：第１目標当量比ＴＦＢＹＡ１を理論空燃比相当値である１に設定すると共に、第２目標当量比ＴＦＢＹＡ２を０．６に設定する。これらの設定により、２度の噴射によるトータルの当量比は１．６となり、空燃比がリッチ化（空燃比で約９）される。
Ｓ３０６：第１目標当量比ＴＦＢＹＡ１を理論空燃比相当値である１に設定する。膨張〜排気行程噴射は行なわないので、第２目標当量比ＴＦＢＹＡ２を０に設定する。これらの設定では、目標当量比による空燃比設定は理論空燃比になるが、本ステップが実行されるとき（ＦＲＳ＝１かつＦＲＳＫ＝１）は空燃比フィードバック補正係数αによる空燃比リッチ化が実行される。
【００２６】
なお、コントロールユニット１は、アクセル操作量ＡＰＳと機関回転数Ｎｅとから機関の目標発生トルクを算出し、そのとき設定されている第１目標当量比ＴＦＢＹＡ１と目標発生トルクとから目標吸入空気量を算出し、この目標吸入空気量が得られるように電子制御スロットルバルブ１０の開度を制御する吸入空気量制御を行なっているので、本ルーチンで第１目標当量比ＴＦＢＹＡ１が任意に設定されても、それによって機関トルクが変化するようなことはない。
【００２７】
図５は空燃比フィードハック制御ルーチンであり、空燃比フィードバック補正係数αを算出する。
Ｓ４０１：第１目標当量比ＴＦＢＹＡ１が１であるか否かを判断する。ＴＦＢＹＡ１は、直前に実行された目標空燃比設定ルーチン（図４参照）で算出された最新の値を使用する。なお、触媒再生制御実行中（フラグＦＲＳ＝１）は必ずＴＦＢＹＡ１が１に設定される（図４，Ｓ３０５またはＳ３０６参照）ので、本ステップの判断はＹＥＳとなる。
Ｓ４０２：燃料噴射モードフラグＦＲＳＫが１であるか否かを判断する。ＦＲＳＫは、直前に実行された燃料噴射モード設定ルーチン（図３参照）で設定された最新の値を使用する。
Ｓ４０３：燃料噴射モードフラグ前回値ＦＲＳＫＺが１であるか否かを判断する。ＦＲＳＫＺは、前回本ルーチンを実行したときのフラグＦＲＳＫを記憶・保存しておいた値である。
Ｓ４０４：Ｏ２センサの出力信号ＦＶＯ２に基づいて空燃比フィードバック補正係数αを算出する。αの算出方法は、たとえば次のような一般的なλコントロール制御である。
・ＦＶＯ２がリッチ相当値からリーン相当値に変化したとき：α＝αｚ＋ＰＬ（比例定数）
・ＦＶＯ２がリーン相当値からリッチ相当値に変化したとき：α：αｚ−ＰＲ（比例定数）
・ＦＶＯ２がリーン相当の値に維持されているとき：α＝αｚ＋ＩＬ（積分定数）
・ＦＶＯ２がリッチ相当の値に維持されているとき：α＝αｚ−ＩＲ（積分定数）
このステップは、１度噴射モード継続中（ＦＲＳＫＺ＝１かつＦＲＳＫ＝１）に実行される。
Ｓ４０５：空燃比フィードハック補正係数αを１．３に設定する。この設定により、空燃比がリッチ化（空燃比で約１１）される。このステップは、２度噴射モードから１度噴射モードヘ切換わったとき（ＦＲＳＫＺ＝０かつＦＲＳＫ＝１）に実行される。
Ｓ４０６：第１目標当量比ＴＦＢＹＡ１が１でないとき、あるいは、２度噴射モードが設定されているときは、空燃比フィードバック摘正係数αを１に設定する。
【００２８】
ここで、触媒再生制御実行中のαは、２度噴射モードが設定されているときはＳ４０６で１に固定され、２度噴射モードから１度噴射モードヘ切換わったときにＳ４０５で１．３に設定される。その後は、Ｓ４０４で通常の空燃比フィードバック制御時と同様にαの算出が行われるが、初期設定がリッチ相当の１．３であるから、しばらくの間はα＝αｚ−ＩＲによるリーン側への補正だけが行われる。リーン側への補正が進んでαが１より小さくなると、図２のＳ１０７で触媒再生制御要否フラグＦＲＳが０となり、触媒再生制御が終了する。
【００２９】
図６は燃料噴射量算出ルーチンであり、主燃焼に係る燃料噴射量Ｔｉ１と追加燃料噴射量Ｔｉ２を算出する。
Ｓ５０１：吸入空気量Ｑａと機関回転数Ｎｅとに基づいて、基本燃料噴射量Ｔｐ（理論空燃比相当の燃料噴射量）を算出する。Ｑａは、直前に実行された吸入空気量検出ルーチン（図示略）でエアフロメータ４の出力信号から算出された最新の値を使用する。Ｎｅは、直前に実行された機関回転数検出ルーチン（図示略）でクランク角センサ５の出力信号から算出された最新の値を使用する。
Ｓ５０２：基本燃料噴射量Ｔｐに第１目標当量比ＴＦＢＹＡ１と空燃比フィードバック補正係数αを乗じて、吸気または圧縮行程燃料噴射量Ｔｉ１を算出する。ＴＦＢＹＡ１は、直前に実行された目標空燃比設定ルーチン（図４参照）で算出された最新の値を使用する。αは、直前に実行された空燃比フィードバック制御ルーチン（図５参照）で算出された最新の値を使用する。
Ｓ５０３：基本燃料噴射量Ｔｐに第２目標当量比ＴＦＢＹＡ２を乗じて、膨張〜排気行程燃料噴射量Ｔｉ２を算出する。ＴＦＢＹＡ２は、直前に実行された目標空燃比設定ルーチン（図４参照）で算出された最新の値を使用する。ＴＦＢＹＡ２が０に設定されているときはＴｉ２も０となり、膨張〜排気行程噴射は行われない。
【００３０】
なお、ここで算出された燃料噴射量Ｔｉ１、Ｔｉ２は、機関回転に同期して実行される燃料噴射ルーチン（図示略）で使用される。燃料噴射ルーチンでは、Ｔｉ１，Ｔｉ２に応じた燃料噴射パルス信号を所定の噴射時期に燃料噴射弁７へ送信する。Ｔｉ１に対する噴射時期は、例えば、ＴＦＢＹＡ１が１のとき吸気行程前半の時期とされ、ＴＦＢＹＡ１が１より小さいとき圧縮行程後半の時期とされる。Ｔｉ２に対する噴射時期は、膨張行程半ばの時期とされる。
【００３１】
次に、本発明による触媒再生制御の第２の実施形態につき説明する。この実施形態では、下流側触媒１３のＮＯｘトラップ量の積算値（ΣＮＯｘ）が所定値（ΣＮＯｘｔｈ）に達すると、まず、吸気行程噴射と膨張行程噴射とによる２度噴射モードで触媒再生制御を開始し、上流側触媒の酸素保持量（ＯＳａ）が所定量（ＯＳａｔｈ）以下となった時点で吸気行程噴射のみの１度噴射モードに切換えて触媒再生制御を継続させる。上流側触媒の酸素保持量を算出するため、図１において上流側触媒１２の上流には空燃比を連続的に検出できるリニア空燃比センサ６を適用する。この実施形態によれば、上流側触媒１２の酸素保持量を推定して噴射モードの切換えを行なうので、上流側触媒１２の酸素保持量が０となる直前に精度よく噴射モードを切換えることができる。以下、第１の実施形態と異なる部分につき説明する。
【００３２】
図８は燃料噴射モード設定ルーチンであり、燃料噴射モードを示すフラグＦＲＳＫの設定を行なう。ＦＲＳＫの意味は第１の実施形態と同様である。
Ｓ６０１：触媒再生制御要否フラグＦＲＳが１であるか否かを判断する。ＦＲＳは、直前に実行された触媒再生制御要否判断ルーチン（図２参照）で設定された最新の値を使用する。
Ｓ６０２：上流側触媒１２の酸素保持量ＯＳａが所定量ＯＳａｔｈより大きいか否かを判断する。ＯＳａは、上流側触媒１２が保持している酸素のうち、還元剤成分（ＨＣ，ＣＯ）が流入すると瞬時に触媒から放出されてこれらの還元剤成分と反応し得る酸素の量である。このＯＳａが０になると、機関から排出された還元剤成分が上流側触媒１２を通過して下流側触媒１３へ届くようになるので、このＯＳａに基づいて噴射モードの切換えを行なうようにしている。ＯＳａは、直前に実行された酸素保持量算出ルーチン（図９参照）で設定された最新の値を使用する。
【００３３】
ＯＳａｔｈは、２度噴射モードによる空燃比リッチ化で上流側触媒１２に供給される還元剤成分の量とほぼ当量の酸素量に相当する値に設定される。すなわち、ＯＳａがＯＳａｔｈ以下の状態で２度噴射を行なうと、その噴射によって上流側触媒１２に供給された還元剤成分の一部が上流側触媒１２を通過して下流側触媒１３へ届くようになる。このルーチンでは、ＯＳａがＯＳａｔｈより大きいとき２度噴射モードとし、ＯＳａがＯＳａｔｈ以下のとき１度噴射モードとするので、還元剤成分が下流側触媒１３へ届くようになる直前で噴射モードが２度から１度へ切換えられることになる。ＯＳａｔｈは、実験的に求めておいた値をコントロールユニット１内に予め記憶させておいた値を使用する。
Ｓ６０３：燃料噴射モードフラグＦＲＳＫを０に設定する。
Ｓ６０４：燃料噴射モードフラグＦＲＳＫを１に設定する。
Ｓ６０５：燃料噴射モードフラグＦＲＳＫを１に設定する。
【００３４】
図９は酸素保持量算出ルーチンであり、上流側触媒１２の酸素保持量ＯＳａ，ＯＳｂを算出する。アルミナ、セリウム等を成分として持っている触媒は、既述したように、流入する排気がリーン空燃比（酸素過剰）であるとき新気中の酸素をトラップして保持し、流入する排気がリッチ空燃比（還元剤成分過剰）であるとき保持していた酸素を放出して排気中の還元剤成分を酸化する機能を備えている。このような触媒の酸素保持機能には２種類の形態がある。一方の形態は酸素のトラップと放出がほぼ瞬時に行われる形態であり、他方の形態はトラップと放出が比較的ゆっくりと行われる形態である。ここでは、瞬時に反応する形態に係る酸素保持量を瞬時反応形態による酸素保持量ＯＳａとして算出し、ゆっくりと反応する形態に係る酸素保持量を遅反応形態による酸素保持量ＯＳｂとして算出する。ただし、計算を簡単に行なうため、触媒の酸素保持機能を以下のように扱う。
ａ．上流側触媒に流入する排気がリーン空燃比であるとき
・瞬時反応形態による酸素保持量が瞬時反応形態による酸素保持量の飽和量に達するまで、流入する酸素は全て瞬時反応形態でトラップされる。
・瞬時反応形態による酸素保持量が瞬時反応形態による酸素保持量の飽和量を超えた後は、全酸素保持量（瞬時反応形態による酸素保持量と遅反応形態による酸素保持量との和）が全酸素保持量の飽和量に達するまで、流入する酸素の一部が遅反応形態でトラップされる。
ｂ．上流側触媒に流入する排気がリッチ空燃比であるとき
・遅反応形態によって保持されていた酸素の一部が放出され、流入する還元剤成分を酸化する。
・遅反応形態の酸素の放出によって酸化されなかった残りの還元剤成分が、瞬時反応形態の酸素の放出によって酸化される。ただし、瞬時反応形態による酸素保持量が０になると、残りの還元剤成分は酸化されずに下流へ流出する。
Ｓ７０１：アクセル操作量ＡＰＳと機関回転数Ｎｅとに基づき、上流側触媒の温度Ｔｃａｔを算出する。具体的には、ＡＰＳとＮｅとに対応させてＴｃａｔを記憶させてある制御マップ（図１０参照）から値をルックアップする。ＡＰＳは、直前に実行されたアクセル操作量検出ルーチン（図示略）でアクセルセンサ８の出力信号から算出された最新の値を使用する。Ｎｅは、直前に実行された機関回転数検出ルーチン（図示略）でクランク角センサ５の出力信号から算出された最新の値を使用する。
Ｓ７０２：上流側触媒１２の温度Ｔｃａｔに基づき、上流側触媒の酸素保持量の飽和量ＯＳＣ，ＯＳａＣを算出する。具体的には、Ｔｃａｔに対応させてＯＳＣ，ＯＳａＣを記憶させてある制御テーブル（図１１参照）から値をルックアップする。なお、酸素保持量の飽和量は触媒の劣化度合いによっても変化するので、Ｔｃａｔと劣化度合いに対応させてＯＳＣ，ＯＳａＣを算出するようにするとよりよい。
Ｓ７０３：空燃比ＡＢＹＦに基づき、上流側触媒１２に流入する新気の過不足酸素濃度Ｏ２を算出する。具体的には、ＡＢＹＦに対応させてＯ２を記憶させてある制御テーブル（図１２参照）から値をルックアップする。空燃比がリーンであるとき、新気中の酸素（ＮＯｘ中の酸素を含む）と還元剤成分（ＨＣ，ＣＯ）とが完全に反応したとしても酸素が余ることになり、Ｏ２はこの過剰酸素の濃度を表す。空燃比がリッチであるとき、排気中の酸素と還元剤成分とが完全に反応したとしても還元剤成分が余ることになり、Ｏ２はこの過剰還元剤を完全に酸化するのに必要となる酸素の濃度（不足酸素濃度）を表す。酸素の過不足状態はＯ２の符号によって表されており、過剰なときは正、不足のときは負となる。ＡＢＹＦは、直前に実行された空燃比検出ルーチン（図示略）でＯ２センサ６の出力信号から算出された最新の値を使用する。
Ｓ７０４：過不足酸素濃度Ｏ２が０以上であるか否かを判断する。
Ｓ７０５：前回本ルーチンを実行したときに算出した瞬時反応形態による酸素保持量ＯＳａｚが瞬時反応形態による酸素保持量の飽和量ＯＳａＣより小さいか否かを判断する。
Ｓ７０６：前回本ルーチンを実行したときに算出した瞬時反応形態による酸素保持量ＯＳａｚに［Ａ×Ｑａ×Ｏ２］を加算して、新たな瞬時反応形態による酸素保持量ＯＳａを算出する。［Ａ×Ｑａ×Ｏ２］は単位時間（本ルーチン実行時間間隔）当たりに触媒に流入する過不足酸素量を表しており、ここでは、Ｏ２が正の値であるため過剰酸素量を表すことになる。なお、Ａは単位換算のための係数である。また、Ｑａは、直前に実行された吸入空気量検出ルーチン（図示略）でエアフロメータ４の出力信号から算出された最新の値を使用する。
Ｓ７０７：遅反応形態による酸素保持量ＯＳｂは、前回本ルーチンを実行したときに算出した値ＯＳｂｚを変えずに保持する。
Ｓ７０８：全酸素保持量の飽和量ＯＳＣから前回本ルーチンを実行したときの全酸素保持量（ＯＳａｚ＋ＯＳｂ）を減算し、遅反応形態でさらにトラップすることが可能な酸素量ＯＳｂＲを算出する。
Ｓ７０９：遅反応形態による酸素トラップ反応の反応速度に対応する係数Ｋ、トラップ可能酸素量ＯＳｂＲ、［Ａ×Ｑａ×Ｏ２］を乗じて、単位時間（本ルーチン実行時間感覚）当たりに遅反応形態でトラップする酸素量ＫＯＳを算出する。
Ｓ７１０：瞬時反応形態による酸素保持量ＯＳａは、前回本ルーチンを実行したときに算出した値ＯＳａｚを変えずに保持する。
Ｓ７１１：前回本ルーチンを実行したときに算出した遅反応形態による酸素保持量ＯＳｂｚにＳ７０９のＫＯＳを加算して、新たな遅反応形態による酸素保持量ＯＳｂを算出する。
Ｓ７１２：遅反応形態による酸素放出反応の反応速度に対応する係数Ｄ、前回本ルーチンを実行したときに算出した遅反応形態による酸素保持量ＯＳｂｚ、［Ａ×Ｑａ×Ｏ２］を乗じて、単位時間（本ルーチン実行時間間隔）当たりに遅反応形態で放出される酸素量ＤＯＳを算出する。［Ａ×Ｑａ×Ｏ２］は単位時間（本ルーチン実行時間間隔）当たりに触媒に流入する過不足酸素量を表しており、ここでは、Ｏ２が負の値であるため不足酸素量を表すことになる。また、ＤＯＳも負の値として算出される。
Ｓ７１３：前回本ルーチンを実行したときに算出した酸素保持量ＯＳａｚに［Ａ×Ｑａ×Ｏ２−ＤＯＳ］を加算して、新たな酸素保持量をＯＳａを算出する。［Ａ×Ｑａ×Ｏ２−ＤＯＳ］は、単位時間（本ルーチン実行時間間隔）当たりに瞬時反応形態の酸素放出で補われるべき不足酸素量を表している。
Ｓ７１４：瞬時反応形態による酸素保持量ＯＳａが０より小さいか否かを判断する。
Ｓ７１５：酸素保持量がマイナスになることはないので、瞬時反応形態による酸素保持量ＯＳａを０に制限する。このステップが実行されるときは、還元剤成分が上流側触媒１２を通過して下流へ流出する状態となっている。
Ｓ７１６：前回本ルーチンを実行したときに算出した遅反応形態による酸素保持量ＯＳｂｚにＳ７１２のＤＯＳを加算して、新たな遅反応形態による酸素保持量ＯＳｂを算出する。
【００３５】
図１３に本発明による触媒再生制御の第３の実施形態に固有のルーチンを、図１４にそのタイミングチャートをそれぞれ示す。この実施形態では、下流側触媒１３のＮＯｘトラップ量の積算値（ΣＮＯｘ）が所定値（ΣＮＯｘｔｈ）に達すると、まず、吸気行程噴射と膨張行程噴射とによる２度噴射モードで触媒再生制御を開始し、上流側触媒１２の下流の空燃比がリッチとなった時点で吸気行程噴射のみの１度噴射モードに切り換えて触媒再生制御を継続させる。
【００３６】
上流側触媒１２の下流の空燃比を検出するため、上流側触媒１２の下流の排気通路１１に第２のＯ２センサ（１４）を配置する。この実施形態によると、上流側触媒１２の下流がリッチ空燃比となった後でしか噴射モードの切換えを行なうことができないので、噴射モードの切換え直前にＮＯｘとの反応性が低い還元剤成分が下流側触媒へ流入してしまう可能性があるが、コントロールユニット１の演算負荷をより軽くすることができるというメリットがある。
【００３７】
図１３は本実施形態の燃料噴射モード設定ルーチンであり、燃料噴射モードを示すフラグＦＲＳＫの設定を行なう。ＦＲＳＫの意味は上記各実施形態と同様である。
Ｓ８０１：触媒再生制御要否フラグＦＲＳが１であるか否かを判断する。ＦＲＳは、直前に実行された触媒再生制御要否判断ルーチン（図２参照）で設定された最新の値を使用する。
Ｓ８０２：下流側Ｏ２センサ１４の出力信号ＲＶＯ２が所定値ＳＬＲ（たとえば理論空燃比相当値）より小さいか否かを判断する。
Ｓ８０３：燃料噴射モードフラグＦＲＳＫを０に設定する。
Ｓ８０４：燃料噴射モードフラグＦＲＳＫを１に設定する。
Ｓ８０５：燃料噴射モードフラグＦＲＳＫを１に設定する。
【００３８】
図１５に本発明による触媒再生制御の第４の実施形態に固有のルーチンを、図１６にそのタイミングチャートをそれぞれ示す。この実施形態では、下流側触媒１３のＮＯｘトラップ量の積算値（ΣＮＯｘ）が所定値（ΣＮＯｘｔｈ）に達すると、まず、吸気行程噴射と膨張行程噴射とによる２度噴射モードで触媒再生制御（空燃比リッチ化制御）を開始し、上流側触媒１２の下流の空燃比がリッチ側へ変化した時点で吸気行程噴射のみの１度噴射モードに切り換えて触媒再生制御を継続させる。上流側触媒１２の下流の排気通路１１にリニア空燃比センサ（１４）を配置する。空燃比のリッチ側への変化の立上りを検出できるので、第３の実施形態と比べてより早期に上流側触媒１２からの酸素放出の終了を判断することができる。
【００３９】
図１５は燃料噴射モード設定ルーチンであり、燃料噴射モードを示すフラグＦＲＳＫの設定を行なう。ＦＲＳＫの意味については上記各実施形態と同様である。
Ｓ９０１：触媒再生制御要否フラグＦＲＳが１であるか否かを判断する。ＦＲＳは、直前に実行された触媒再生御御要否判断ルーチン（図２参照）で設定された最新の値を使用する。
Ｓ９０２：触媒再生制御要否フラグ前回値ＦＲＳＺが０であるか否かを判断する。ＦＲＳＺは、前回本ルーチンを実行したときのフラグＦＲＳを記憶・保存しておいた値である。
Ｓ９０３：触媒再生制御継続時間Ｔを０にリセットする。このステップは、触媒再生制御開始時（ＦＲＳＺ＝０かつＦＲＳ＝１）に実行される。
Ｓ９０４：前回本ルーチンを実行したときに算出した触媒再生制御継続時間Ｔｚに単位時間△ｔ（本ルーチン実行時間間隔）を加算して、新たな触媒再生制御継続時間Ｔを算出する。このステップは、触媒再生制御継続中（ＦＲＳＺ＝１かつＦＲＳ＝１）に実行される。
Ｓ９０５：触媒再生制御継続時間Ｔが所定値Ｔｔｈより小さいか否かを判断する。Ｔｔｈは、触媒再生制御を開始当初に発生する上流側触媒下流空燃比のリーン空燃比から理論空燃比への変化（図１６参照）が終了するのに十分な時間に相当する値であり、実験的に求めておいた値をコントロールユニット１内のメモリに記憶させてある。この処理は、上記の空燃比変化を理論空燃比からリッチ空燃比への変化と誤判断しないために行なっている。
Ｓ９０６：燃料噴射モードフラグＦＲＳＫを０に設定する。
Ｓ９０７：燃料噴射モードフラグ前回値ＦＲＳＫＺが０であるか否かを判断する。ＦＲＳＫＺは、前回本ルーチンを実行したときのフラグＦＲＳＫを記憶・保存しておいた値である。
Ｓ９０８：下流側空燃比ＲＡＢＹＦから下流側空燃比前回値ＲＡＢＹＦＺを減算し、下流側空燃比変化△ＲＡＢＹＦを算出する。ＲＡＢＹＦＺは、前回本ルーチンを実行したときの下流側空燃比ＲＡＢＹＦを記憶・保存しておいた値である。下流側空燃比がリッチ側へ変化すると、ＲＡＢＹＦ＜ＲＡＢＹＦＺとなり、△ＲＡＢＹＦは負の値となる。
Ｓ９１０：下流側空燃比変化△ＲＡＢＹＦが所定値△ＲＡＢＹＦｔｈ（例えば−０．１）より大きいか否かを判断する。
Ｓ９１１：燃料噴射モードフラグＦＲＳＫを０に設定する。
Ｓ９１２：燃料噴射モードフラグＦＲＳＫを１に設定する。このステップが実行されるのは、前回すでに１度噴射モードが設定されていたとき（ＦＲＳＫＺ＝１）か、または、前回は２度噴射モードが設定されていて今回下流側空燃比がリッチ側へ変化したときである。
Ｓ９１３：燃料噴射モードフラグＦＲＳＫを１に設定する。
【００４０】
以上、本発明による触媒再生制御のいくつかの実施形態につき説明したが、本発明を適用可能な内燃機関の構成は図１に示したようなものに限られるものではなく、例えば多気筒機関の気筒を複数の気筒群に分け、気筒群毎の排気通路にそれぞれ上流側触媒を配置し、気筒群毎の排気通路が合流した合流排気通路に下流側触媒を配置する機関にも上記の各実施形態による制御を適用することが可能である。その場合の触媒再生制御としては、一部の気筒群だけ各実施形態によるのと同様の空燃比リッチ化制御を行ない、他の気筒群を理論空燃比に制御するとよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能な内燃機関の機械的構成例を示す概略図。
【図２】本発明の第１の実施形態による制御を示す第１の流れ図。
【図３】本発明の第１の実施形態による制御を示す第２の流れ図。
【図４】本発明の第１の実施形態による制御を示す第３の流れ図。
【図５】本発明の第１の実施形態による制御を示す第４の流れ図。
【図６】本発明の第１の実施形態による制御を示す第５の流れ図。
【図７】本発明の第１の実施形態による制御のタイミングチャート。
【図８】本発明の第２の実施形態による制御を示す第１の流れ図。
【図９】本発明の第２の実施形態による制御を示す第２の流れ図。
【図１０】本発明の第２の実施形態による制御に使用する第１のマップの説明図。
【図１１】本発明の第２の実施形態による制御に使用する第２のマップの説明図。
【図１２】本発明の第２の実施形態による制御に使用する第３のマップの説明図。
【図１３】本発明の第３の実施形態による制御を示す流れ図。
【図１４】本発明の第３の実施形態による制御のタイミングチャート。
【図１５】本発明の第４の実施形態による制御を示す流れ図。
【図１６】本発明の第４の実施形態による制御のタイミングチャート。
【符号の説明】
１    コントロールユニット
２    内燃機関
３    吸気通路
４    排気通路
５    クランク角センサ
６    Ｏ２センサ
７    燃料噴射弁
８    アクセルセンサ
９    点火栓
１０    電子制御スロットルバルブ
１１    排気通路
１２    上流側触媒
１３    下流側触媒
１４    リニア空燃比センサ
【図１】
0003687495.tif 000002
【図２】
0003687495.tif 000003
【図３】
0003687495.tif 000004
【図４】
0003687495.tif 000005
【図５】
0003687495.tif 000006
【図６】
0003687495.tif 000007
【図７】
0003687495.tif 000008
【図８】
0003687495.tif 000009
【図９】
0003687495.tif 000010
【図１０】
0003687495.tif 000011
【図１１】
0003687495.tif 000012
【図１２】
0003687495.tif 000013
【図１３】
0003687495.tif 000014
【図１４】
0003687495.tif 000015
【図１５】
0003687495.tif 000016
【図１６】
0003687495.tif 000017