(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯXを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯXを放出、還元浄化するＮＯX吸収剤と、
該ＮＯX吸収剤の下流側の排気通路に配置され、ＮＯX吸収剤下流側の排気空燃比を検出する空燃比センサと、
前記空燃比センサにより検出されたＮＯX吸収剤下流側の排気空燃比が理論空燃比よりリッチ空燃比側であるときに機関への燃料供給量を徐々に低減し、理論空燃比よりリーン空燃比側であるときに機関への燃料供給量を徐々に増大させる第１の空燃比制御手段と、
前記空燃比センサで検出した排気空燃比が理論空燃比に対してリッチ側からリーン側に変化したときに予め定めた時間だけ、機関空燃比が所定のリッチ空燃比になるように、ステップ状に機関への燃料供給量を増大させる第２の空燃比制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、
前記第２の空燃比制御手段は、更に前記ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量を検出するＮＯX吸収量検出手段と、該ＮＯX吸収量に応じて前記ステップ状の燃料供給量増大の際の燃料供給増大量を決定する増大量決定手段と、を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯXを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯXを放出、還元浄化するＮＯX吸収剤と、
該ＮＯX吸収剤の下流側の排気通路に配置され、ＮＯX吸収剤下流側の排気空燃比を検出する空燃比センサと、
前記空燃比センサにより検出されたＮＯX吸収剤下流側の排気空燃比が理論空燃比よりリッチ空燃比側であるときに機関への燃料供給量を徐々に低減し、理論空燃比よりリーン空燃比側であるときに機関への燃料供給量を徐々に増大させる第１の空燃比制御手段と、
前記空燃比センサで検出した排気空燃比が理論空燃比に対してリッチ側からリーン側に変化したときに予め定めた時間だけ、機関空燃比が所定のリッチ空燃比になるように、ステップ状に機関への燃料供給量を増大させる第２の空燃比制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、
前記第２の空燃比制御手段は、更に前記ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量を検出するＮＯX吸収量検出手段と、該ＮＯX吸収量に応じて前記ステップ状に燃料供給量を増大させる時間を決定する増大時間決定手段と、を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯXを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯXを放出、還元浄化するＮＯX吸収剤と、
該ＮＯX吸収剤の下流側の排気通路に配置され、ＮＯX吸収剤下流側の排気空燃比を検出する第１の空燃比センサと、
該第１の空燃比センサ下流側の排気通路に配置された、Ｏ2ストレージ作用を有する三元触媒と、
該三元触媒の下流側の排気通路に配置され、三元触媒下流側の排気空燃比を検出する第２の空燃比センサと、
前記第１の空燃比センサにより検出されたＮＯX吸収剤下流側の排気空燃比が理論空燃比よりリッチ空燃比側であるときに機関への燃料供給量を徐々に低減し、理論空燃比よりリーン空燃比側であるときに機関への燃料供給量を徐々に増大させる第１の空燃比制御手段と、
前記第１の空燃比センサで検出したＮＯX吸収剤下流側の排気空燃比が理論空燃比に対してリッチ側からリーン側に変化したときに予め定めた時間だけ、機関空燃比が所定のリッチ空燃比になるように、ステップ状に機関への燃料供給量を増大させる第２の空燃比制御手段と、
前記第２の空燃比センサで検出した三元触媒下流側の排気空燃比が理論空燃比に対してリーン側からリッチ側に変化したときに予め定めた時間だけ、機関空燃比が所定のリーン空燃比になるように、ステップ状に機関への燃料供給量を低減する第３の空燃比制御手段と、
を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記第２の空燃比制御手段は、更に前記ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量を検出するＮＯX吸収量検出手段と、該ＮＯX吸収量に応じて前記ステップ状の燃料供給量増大の際の燃料供給増大量を決定する増大量決定手段と、を備えた請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記第２の空燃比制御手段は、更に前記ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量を検出するＮＯX吸収量検出手段と、該ＮＯX吸収量に応じて前記ステップ状に燃料供給量を増大させる時間を決定する増大時間決定手段と、を備えた請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯX を吸収し、流入する排気の空燃比がリッチのときに、吸収したＮＯX を放出、還元浄化するＮＯX 吸収剤を排気系に備えた内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流入する排気の空燃比がリーンのときに（すなわち空燃比が理論空燃比より大きいときに）排気中のＮＯX を吸収し、排気の空燃比がリッチのときに（空燃比が理論空燃比より小さいときに）吸収したＮＯX を放出、還元浄化する作用を行うＮＯX 吸収剤を用いた内燃機関の排気浄化装置が知られている。
【０００３】
この種の排気浄化装置の例としては、国際公開公報第ＷＯ９３−７３６３号に記載されたものがある。同公報の排気浄化装置はリーン空燃比で運転する内燃機関（リーンバーンエンジン）の排気系にＮＯX 吸収剤を配置した構成とされている。同公報の排気浄化装置では、機関の通常運転時（リーン空燃比運転時）には、ＮＯX 吸収剤により排気中のＮＯX を吸収し、ＮＯX 吸収後に機関に供給する燃料を増量してリッチ空燃比運転を行い、前記ＮＯX 吸収剤に流入する排気空燃比をリッチにすることにより、ＮＯX 吸収剤から吸収したＮＯX を放出させるとともに、放出されたＮＯX を排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ等の成分により還元浄化している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
後に説明するように、ＮＯX 吸収剤はＮＯX の吸放出以外にも排気空燃比がリーンのときに排気中のＨＣ、ＣＯ成分を酸化し、排気空燃比がリッチのときに排気中のＮＯX を還元する、三元触媒と同様な作用を行うことが知られている。
このため、機関空燃比を理論空燃比を中心とした狭い空燃比範囲にフィードバック制御する内燃機関の排気通路に上記ＮＯX 吸収剤を配置すれば、従来の三元触媒を用いた排気浄化装置に較べてＮＯX の浄化率を向上させることが可能となるはずである。
【０００５】
すなわち、従来の三元触媒では機関空燃比が理論空燃比よりリーン側に振れた場合にＮＯX 浄化率が大きく低下するため、全体としてのＮＯX 浄化率が比較的低くなってしまう。これに対して、ＮＯX 吸収剤を用いた場合には排気空燃比が理論空燃比よりリーン側に振れた場合、ＮＯX 吸収剤は排気中のＨＣ、ＣＯ成分を酸化するとともに排気中のＮＯX を吸収する。また、機関空燃比が理論空燃比よりリッチ側に振れた場合にはＮＯX 吸収剤は吸収したＮＯX を放出するとともに、排気中のＨＣ、ＣＯ成分を消費しつつＮＯX を還元する。このため、ＮＯX 吸収剤を用いれば、従来の三元触媒を利用した排気浄化装置に較べて排気空燃比がリーン側に振れたときのＮＯX 浄化率を大幅に向上させることが可能となるはずである。
【０００６】
ところが、実際には機関空燃比を理論空燃比近傍の狭い空燃比範囲にフィードバック制御する内燃機関にＮＯX 吸収剤を適用すると、三元触媒の場合に較べてＮＯX の浄化率は向上しないばかりか、ＨＣ、ＣＯの浄化率まで低下する場合があることが判明している。
これは、以下の理由によると考えられる。
【０００７】
前述のように、ＮＯX 吸収剤は流入する排気の空燃比がリッチになると吸収したＮＯX を放出するが、ＮＯX 吸収剤からのＮＯX 放出速度は排気空燃比がリッチであるほど（空燃比が小さいほど）大きい。ところが、排気空燃比を理論空燃比近傍の狭い範囲でフィードバック制御するような機関では、空燃比がリッチ側に振れる場合でも振れ幅が小さく、しかも空燃比の変化も緩やかであるため、平均すると空燃比のリッチの程度は極めて小さくなる。このため、このような機関にＮＯX 吸収剤を用いると、空燃比がリッチ側に振れている間のＮＯX 吸収剤からのＮＯX 放出速度は小さくなり、空燃比がリッチ側に振れている期間内にＮＯX 吸収剤から放出されるＮＯX の量は極めて少なくなってしまう。このため、ＮＯX 吸収剤内に残留するＮＯX 量が短時間で飽和限界近くまで増大してしまい、リーン空燃比時に吸収可能なＮＯX 量は大幅に低下してしまう。
【０００８】
また、このような状態では、リッチ空燃比時のＮＯX 放出量が少ないためＮＯX 吸収剤でのＮＯX 還元時に消費する排気中のＨＣ、ＣＯ成分の量もＮＯX 放出量に応じて少なくなり、ＨＣ、ＣＯ成分の浄化率も低下することになる。このため、三元触媒を使用した場合に較べてＮＯX の浄化率だけでなくＨＣ、ＣＯ成分の浄化率も低くなる問題が生じるのである。
【０００９】
本発明は、機関空燃比を理論空燃比近傍にフィードバック制御する内燃機関にＮＯX 吸収剤を適用する場合の上記問題を解決し、ＮＯX 及びＨＣ、ＣＯ成分の浄化率を向上することが可能な手段を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯXを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯXを放出、還元浄化するＮＯX吸収剤と、該ＮＯX吸収剤の下流側の排気通路に配置され、ＮＯX吸収剤下流側の排気空燃比を検出する空燃比センサと、前記空燃比センサにより検出されたＮＯX吸収剤下流側の排気空燃比が理論空燃比よりリッチ空燃比側であるときに機関への燃料供給量を徐々に低減し、理論空燃比よりリーン空燃比側であるときに機関への燃料供給量を徐々に増大させる第１の空燃比制御手段と、前記空燃比センサで検出した排気空燃比が理論空燃比に対してリッチ側からリーン側に変化したときに予め定めた時間だけ、機関空燃比が所定のリッチ空燃比になるように、ステップ状に機関への燃料供給量を増大させる第２の空燃比制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、前記第２の空燃比制御手段は、更に前記ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量を検出するＮＯX吸収量検出手段と、該ＮＯX吸収量に応じて前記ステップ状の燃料供給量増大の際の燃料供給増大量を決定する増大量決定手段と、を備えた内燃機関の空燃比制御装置が提供される。
【００１１】
ＮＯX 吸収剤下流側の空燃比が理論空燃比に対してリッチからリーンに変化したときに燃料供給量をステップ状に増大させることにより、ＮＯX 吸収剤に流入する排気空燃比は所定の時間だけ所定のリッチ状態に維持される。このため、ＮＯX 吸収剤から十分にＮＯX が放出され、ステップ状の燃料増量が終了して再度排気空燃比がリーンになった後のＮＯX 吸収量が増大する。ここで、上記ステップ状の燃料増量の時間、燃料増加量はＮＯX 吸収剤から吸収したＮＯX の略全量を放出させるのに十分な値に設定される。
【００１２】
また、ＮＯX吸収剤の放出速度は流入する排気の空燃比がリッチであるほど大きくなるが、本発明ではステップ状の燃料供給量増大の際の燃料供給量増大量はＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量に応じて、すなわちＮＯX吸収量が多いほど燃料供給量増大量が大きく、少ないほど小さく設定される。これにより、ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量に応じてＮＯXの放出速度が増減調節され、ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量の大小にかかわらず一定の時間でＮＯXの略全量が放出される。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯXを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯXを放出、還元浄化するＮＯX吸収剤と、該ＮＯX吸収剤の下流側の排気通路に配置され、ＮＯX吸収剤下流側の排気空燃比を検出する空燃比センサと、前記空燃比センサにより検出されたＮＯX吸収剤下流側の排気空燃比が理論空燃比よりリッチ空燃比側であるときに機関への燃料供給量を徐々に低減し、理論空燃比よりリーン空燃比側であるときに機関への燃料供給量を徐々に増大させる第１の空燃比制御手段と、前記空燃比センサで検出した排気空燃比が理論空燃比に対してリッチ側からリーン側に変化したときに予め定めた時間だけ、機関空燃比が所定のリッチ空燃比になるように、ステップ状に機関への燃料供給量を増大させる第２の空燃比制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、記第２の空燃比制御手段は、更に前記ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量を検出するＮＯX吸収量検出手段と、該ＮＯX吸収量に応じて前記ステップ状に燃料供給量を増大させる時間を決定する増大時間決定手段と、を備えた内燃機関の空燃比制御装置が提供される。
すなわち、請求項２の発明ではステップ状に燃料供給量を増大する時間を、ＮＯX吸収量が多いほど長く、少ないほど短く設定する。これにより、ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量に応じて吸収したＮＯXの略全量を放出するのに必要な時間だけステップ状の燃料供給量増大が行われる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯXを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯXを放出、還元浄化するＮＯX吸収剤と、該ＮＯX吸収剤の下流側の排気通路に配置され、ＮＯX吸収剤下流側の排気空燃比を検出する第１の空燃比センサと、該第１の空燃比センサ下流側の排気通路に配置された、Ｏ2ストレージ作用を有する三元触媒と、該三元触媒の下流側の排気通路に配置され、三元触媒下流側の排気空燃比を検出する第２の空燃比センサと、前記第１の空燃比センサにより検出されたＮＯX吸収剤下流側の排気空燃比が理論空燃比よりリッチ空燃比側であるときに機関への燃料供給量を徐々に低減し、理論空燃比よりリーン空燃比側であるときに機関への燃料供給量を徐々に増大させる第１の空燃比制御手段と、前記第１の空燃比センサで検出したＮＯX吸収剤下流側の排気空燃比が理論空燃比に対してリッチ側からリーン側に変化したときに予め定めた時間だけ、機関空燃比が所定のリッチ空燃比になるように、ステップ状に機関への燃料供給量を増大させる第２の空燃比制御手段と、前記第２の空燃比センサで検出した三元触媒下流側の排気空燃比が理論空燃比に対してリーン側からリッチ側に変化したときに予め定めた時間だけ、機関空燃比が所定のリーン空燃比になるように、ステップ状に機関への燃料供給量を低減する第３の空燃比制御手段と、を備えた内燃機関の空燃比制御装置が提供される。
【００１５】
請求項３の発明では、ＮＯX吸収剤下流側の空燃比が理論空燃比に対してリッチからリーンに変化したときに燃料供給量をステップ状に増大させることにより、請求項１の発明と同様、ＮＯX吸収剤から十分にＮＯXが放出されリーン空燃比でのＮＯX吸収量が増大する。ここで、上記ステップ状の燃料増量の時間、燃料増加量はＮＯX吸収剤から吸収したＮＯXの略全量を放出させるのに十分な値に設定される。
【００１６】
また、三元触媒下流側の空燃比が理論空燃比に対してリーンからリッチに変化したときに燃料供給量をステップ状に減少させることにより、三元触媒に流入する排気空燃比は所定の時間リーンに維持される。このため、ステップ状の燃料供給量減量時間の間に三元触媒には十分な量の酸素が吸着される。また、ステップ状の燃料供給量減量が終了し再度排気空燃比がリッチになると上流側のＮＯX 吸収剤で消費されずに三元触媒に到達した排気中のＨＣ、ＣＯ成分は三元触媒に吸着された酸素によって酸化され、排気中のＨＣ、ＣＯ成分の浄化が行われる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３の発明において、前記第２の空燃比制御手段は、更に前記ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量を検出するＮＯX吸収量検出手段と、該ＮＯX吸収量に応じて前記ステップ状の燃料供給量増大の際の燃料供給増大量を決定する増大量決定手段と、を備えている。
請求項４の発明ではステップ状の燃料供給量増大の際の燃料供給量増大量がＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量に応じて、すなわちＮＯX吸収量が多いほど燃料供給量増大量が大きく、少ないほど小さく設定される。これにより、ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量に応じてＮＯXの放出速度が増減調節され、ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量の大小にかかわらず一定の時間でＮＯXの略全量が放出される。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、請求項３の発明において、前記第２の空燃比制御手段は、更に前記ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量を検出するＮＯX吸収量検出手段と、該ＮＯX吸収量に応じて前記ステップ状に燃料供給量を増大させる時間を決定する増大時間決定手段と、を備えている。
すなわち、請求項５の発明では、ステップ状に燃料供給量を増大する時間をＮＯX吸収量が多いほど長く、少ないほど短く設定する。これにより、ＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量に応じて吸収したＮＯXの略全量を放出するのに必要な時間だけステップ状の燃料供給量増大が行われる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の排気浄化装置を適用した自動車要内燃機関の全体図である。図１において１はガソリンエンジン等の内燃機関、３は機関１の燃焼室、６は機関の吸気ポート、８は排気ポートを示す。各吸気ポート６は吸気枝管９を介してサージタンク１０に接続されるとともに、各枝管９にはそれぞれの吸気ポート６に燃料を噴射する燃料噴射弁１１が配置されている。
【００２０】
また、サージタンク１０は吸気通路１２を介してエアクリーナ１３に接続され、吸気通路１２内には運転者のアクセルペダル（図示せず）の操作に応じた開度をとるスロットル弁１４が配置されている。また、サージタンク１０にはサージタンク１０内の吸気の絶対圧力に比例した出力電圧を発生する吸気圧センサ１５が設けられている。
【００２１】
一方、機関１の排気ポート８は排気マニホルド１６を介して排気通路１７に接続されており、排気通路１７には後述するＮＯX 吸収剤１８が接続されている。また、図１に２０で示すのは、ＮＯX 吸収剤１８の下流側の排気通路に設けられた、排気の空燃比を検出する空燃比センサである。本実施形態では、空燃比センサ２０として排気中の酸素濃度を検出するＯ2 センサが使用されている。排気中の酸素濃度は理論空燃比を境として急激に変化するため、Ｏ2 センサ２０は排気空燃比が理論空燃比よりリッチ側かリーン側かに応じて異なる出力電圧を発生する。
【００２２】
更に本実施形態では、ＮＯX 吸収剤１８の上流側側の排気通路にも、Ｏ2 センサ２０と同様なＯ2 センサ２５が配置されている。
図１に３０で示すのは、機関１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０はＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５、出力ポート３６をそれぞれ双方向性バス３１で接続した、公知の構成のディジタルコンピュータからなり、機関１の燃料噴射制御、点火時期制御等の機関の基本制御を行うほか、本実施例では後述するように、Ｏ2 センサ２０、２５の出力に基づいて機関１の運転空燃比を理論空燃比を中心とした狭い範囲に制御する空燃比フィードバック制御を行っている。
【００２３】
上記目的のため、ＥＣＵ３０の入力ポート３５には、吸気圧センサ１５からの吸気圧力に応じた電圧信号と、Ｏ2 センサ２０、２５からＮＯX 吸収剤下流側及び上流側排気中の空燃比を表す電圧信号がＡＤ変換器３７を介してそれぞれ入力されている他、機関のクランク軸（図示せず）に設けられた機関回転数センサ２１から機関回転数を表すパルス信号が入力されている。
【００２４】
また、ＥＣＵ３０の出力ポート３６は、それぞれ対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁１１と点火プラグ４とに接続され、燃料噴射弁１１からの燃料噴射と機関の点火時期とを制御している。
ＮＯX 吸収剤１８は、例えばアルミナ等の担体を使用し、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮa 、リチウムＬi 、セシウムＣs のようなアルカリ金属、バリウムＢa , カルシウムＣa のようなアルカリ土類、ランタンＬa 、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐt のような貴金属とが担持された構成とされる。このＮＯX 吸収剤１８は流入する排気の空燃比がリーンの場合にはＮＯX を吸収し、排気空燃比がリッチになると吸収したＮＯX を放出、還元浄化するＮＯX の吸放出作用を行う。
【００２５】
なお、上述の排気空燃比とは、ここではＮＯX 吸収剤１８の上流側の排気通路や機関燃焼室、吸気通路等にそれぞれ供給された空気量の合計と燃料の合計との比を意味するものとする。従って、ＮＯX 吸収剤１８の上流側排気通路に燃料または空気が供給されない場合には、排気空燃比は機関の空燃比（機関燃焼室内の燃焼における空燃比）と等しくなる。
【００２６】
ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかし、この吸放出作用は図２に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢa を担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００２７】
すなわち、流入排気が理論空燃比よりリーン側になると流入排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図２(A) に示されるようにこれら酸素Ｏ2 がＯ2 - またはＯ2-の形で白金Ｐt の表面に付着する。一方、機関からのＮＯX は大部分がＮＯの形で排出されるが、ＮＯX 吸収剤に流入する排気中のＮＯは白金Ｐt の表面上でこのＯ2 - またはＯ2-と反応し、ＮＯ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ) 。次いで生成されたＮＯ2 の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図２(A) に示されるように硝酸イオンＮＯ3 - の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯX がＮＯX 吸収剤１８内に吸収される。
【００２８】
従って、流入排気中の酸素濃度が高い限り白金Ｐt の表面でＮＯ2 が生成され、吸収剤のＮＯX 吸収能力が飽和しない限りＮＯ2 が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 - が生成される。これに対して機関１の空燃比が理論空燃比よりリッチ側に変化すると、流入排気中の酸素濃度が低下してＰｔでのＮＯ2 生成量が減少する。これにより反応は逆方向（ＮＯ3 - →ＮＯ2 ）に進み、吸収剤内の硝酸イオンＮＯ3 - がＮＯ2 の形で吸収剤から放出される。
【００２９】
一方、流入排気中に未燃ＨＣ、ＣＯ等の成分が存在すると、これらの成分は白金Ｐt 上の酸素Ｏ2 - またはＯ2-と反応して酸化され、白金Ｐt 上の酸素を消費する。また、ＮＯX 吸収剤１８から放出されたＮＯ2 は図２(B) に示すようにＨＣ、ＣＯと反応して還元される。このようにして白金Ｐt の表面上にＮＯ2 が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ2 が放出される。
【００３０】
すなわち、流入排気中のＨＣ、ＣＯは、まず白金Ｐt 上のＯ2 - またはＯ2-とただちに反応して酸化され、次いで白金Ｐt 上のＯ2 - またはＯ2-が消費されてもまだＨＣ、ＣＯが残っていればこのＨＣ、ＣＯによって吸収剤から放出されたＮＯX 、および排気とともに流入するＮＯX が還元される。
上記ＮＯX 吸収剤からのＮＯX の放出速度は排気中のＨＣ、ＣＯ成分が多いほど、すなわち流入する排気の空燃比がリッチであるほど（排気の空燃比が小さいほど）大きくなる。このため、排気空燃比が大幅にリッチであればＮＯX 吸収剤が吸収したＮＯX の全量が短時間で放出、還元浄化されるが、排気空燃比のリッチの程度が低く理論空燃比近傍であるような場合には、ＮＯX 吸収剤が吸収したＮＯX の全量を放出するためには長い時間を要することになる。
【００３１】
このため、理論空燃比近傍の狭い範囲に空燃比を制御する機関の排気をＮＯX 吸収剤を用いて浄化しようとすると、空燃比がリッチ側に振れている間に放出できるＮＯX 量が少なくなり、前述のようにＮＯX の浄化率が低下してしまう問題が生じるのである。
図１０は、ＮＯX 吸収剤に流入する排気の空燃比変化とＮＯX 吸収剤内に吸収されたＮＯX 量の時間的変化とを説明する図である。図１０(A) は流入する排気の空燃比変化であり、図１０(A) の例では排気空燃比は理論空燃比に近傍の狭い範囲（例えば理論空燃比を中心として空燃比で±０．０５程度の範囲）で周期的に増減を繰り返している。図１０(A) のように理論空燃比近傍の狭い範囲で空燃比が変化する状態が続くと、空燃比がリッチ側に振れている期間のＮＯX 放出量が空燃比がリーン側に振れている期間のＮＯX 吸収量より小さいため、ＮＯX 吸収剤内に吸収されたままのＮＯX 量が増大し、短期間でＮＯX 吸収剤内のＮＯX 量が飽和量付近まで増大してしまう。
【００３２】
図１０(B) は図１０(A) の空燃比変化がある程度の期間続き、ＮＯX 吸収剤内のＮＯX 量が飽和量付近まで増大した場合のＮＯX 吸収剤内のＮＯX 量の変化を示している。例えば、図１０(A) に▲１▼で示した時点で排気空燃比がリーンからリッチに変化するとＮＯX 吸収剤からはＮＯX が放出され、吸収剤内のＮＯX 量は減少する（図１０(B) にＩで示す部分）。しかし、図１０(A) の例では、空燃比のリッチ側への変化は緩やかであり、リッチ側への空燃比の振れ幅も小さいため、ＮＯX 吸収剤からのＮＯX 放出速度は小さい。このため、空燃比がリーンから再度リッチに変化する時点（図１０(A) ▲２▼）までに吸収剤内から放出されるＮＯX の量は少なく、空燃比がリッチに変化する時点ではＮＯX 吸収剤内には飽和量に近い量のＮＯX が残留している。（図１０(B) 、II点) 。図１０(A) ▲２▼で空燃比がリーン側に振れはじめるとＮＯX 吸収剤はこの状態からＮＯX 吸収を開始することになるため、ＮＯX 吸収開始後すぐにＮＯX 吸収量が飽和量に到達してしまい（図１０(B) 、III ）、その後は空燃比がリーン側に振れていてもＮＯX 吸収剤はＮＯX を吸収できなくなる。
【００３３】
すなわち、ＮＯX 吸収剤が空燃比変化の１サイクルで吸収できるＮＯX の量は空燃比がリッチ側に振れている期間に放出されるＮＯX の量（図１０(B) にIVで示した量）に等しくなるため、図１０(A) のような空燃比変化の下では空燃比変化１サイクル当たりのＮＯX 吸収量は極めて小さくなってしまう。従って、図１０(A) のように空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲で制御される機関では、ＮＯX 吸収剤を用いてもＮＯX 浄化率を向上させることができない。
【００３４】
しかし、仮に図１０(B) に点線で示したように、各空燃比変化サイクルでＮＯX 吸収剤がＮＯX の吸収を開始するまでにＮＯX 吸収剤が吸収したＮＯX の大部分を放出させることができれば、ＮＯX 吸収量は大幅に増大するため（図１０(B) 、V ）、ＮＯX の浄化率を大幅に向上させることができる。本実施形態では、以下に説明するように機関１の空燃比を制御することにより、各空燃比変動サイクルにおけるＮＯX 吸収剤からのＮＯX 放出量を増大させ、ＮＯX の浄化率の向上を図っている。
【００３５】
以下、図３から図９を用いて本実施形態における機関１の空燃比制御について説明する。
本実施形態では、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量ＴＡＵは、ＥＣＵ３０により一定クランク軸回転角毎に実行される図示しないルーチンにより、
ＴＡＵ＝ＴＡＵＰ×ＦＡＦ×α＋β
として算出される。ここで、α、βは機関の運転状態等により定まる定数、また、ＴＡＵＰは機関空燃比を理論空燃比にするために必要な燃料噴射量（基本燃料噴射量）であり、吸気圧センサ１５で検出した吸気圧力ＰＭと回転数センサ２１で検出された機関回転数ＮＥとから決定される。本実施形態では、ＴＡＵＰの値は予めＰＭ、ＮＥの条件を変えて実測等により決定され、ＰＭとＮＥとを用いた数値テーブルとしてＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に格納されている。
【００３６】
また、ＦＡＦは空燃比補正係数であり、ＮＯX 吸収剤下流側Ｏ2 センサ２０の検出した排気空燃比と、ＮＯX 吸収剤上流側Ｏ2 センサ２５の検出した排気空燃比とに基づいて算出される。上記ＴＡＵの式から判るように、ＦＡＦの値が１より大きくなると燃料噴射量は増大して機関空燃比はリッチ側に移行し、ＦＡＦの値が小さくなると機関空燃比はリーン側に移行する。
【００３７】
図３、図４は上流側Ｏ2 センサ２５出力に基づく空燃比フィードバック制御を示すフローチャートである。本ルーチンは制御回路１０により一定時間間隔（例えば４ｍｓ毎）で実行される。
本ルーチンでは、上流側Ｏ2 センサ２５の出力ＶＯＭを比較電圧ＶR1（理論空燃比相当電圧）と比較し、触媒コンバータ上流側での排気空燃比が理論空燃比よりリッチ（ＶＯＭ＞ＶR1）のときには空燃比補正量ＦＡＦを減少させ、リーン（ＶＯＭ≦ＶR1）のときにはＦＡＦを増大させる制御を行う。Ｏ2 センサは排気空燃比が理論空燃比よりリッチ側のときに、例えば０．９ボルトの電圧信号を出力し、排気空燃比が理論空燃比よりリーン側のときに例えば０．１ボルト程度の電圧信号を出力する。本実施例では、上記比較電圧ＶR1は０．４５ボルト程度に設定される。上記のように空燃比補正量ＦＡＦを排気空燃比に応じて増減することにより、吸気圧センサ１５や燃料噴射弁７等の燃料供給系の機器に多少の誤差が生じている場合でも機関空燃比は正確に理論空燃比近傍に修正される。
【００３８】
以下、図３、図４のフローチャートを簡単に説明すると、ステップ３０１はフィードバック制御実行条件が成立しているか否かの判定を示す。フィードバック制御実行条件は、例えば、Ｏ2 センサが活性化していること、機関暖機が完了していること、フュエルカットから復帰後所定時間が経過していること、等であり、実行条件が成立している時にのみステップ３０２以下のＦＡＦ算出が行われる。フィードバック制御実行条件が成立していない場合には、ルーチンは図４、ステップ３２５に進み、フラグＸＭＦＢの値を０にセットしてルーチンを終了する。フラグＸＭＦＢは上流側Ｏ2 センサ２５出力に基づく空燃比フィードバック制御を実行中か否かを示すフラグであり、ＸＭＦＢ＝０は上流側Ｏ2 センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御が停止されていることを意味する。
【００３９】
ステップ３０２から３１５は空燃比の判定を示す。
ステップ３０９と３１５とに示すフラグＦ１は、機関空燃比がリッチ（Ｆ１＝１）かリーン（Ｆ１＝０）かを表す空燃比フラグであり、Ｆ１＝０からＦ１＝１（リーンからリッチ）への切換えは上流側Ｏ2 センサ２５が所定時間（ＴＤＲ）以上継続してリッチ信号（ＶＯＭ ＞ＶR1）を出力したときに（ステップ３０３、３１０から３１５）、またＦ１＝１からＦ１＝０（リッチからリーン）への切換えは上流側Ｏ2 センサ２５が所定時間（−ＴＤＬ）以上継続してリーン信号（ＶＯＭ ≦ＶR1）を出力したときに行われる（ステップ３０３から３０９）。ＣＤＬＹは空燃比フラグ切換えタイミングを判定するためのカウンタである。
【００４０】
図４ステップ３１６から３２３では、上記により設定されたフラグＦ１の値に応じてＦＡＦの増減を行う。すなわち、今回ルーチン実行時のＦ１の値と前回ルーチン実行時のＦ１の値を比較して、Ｆ１の値が変化したか、つまり空燃比がリッチからリーン、またはリーンからリッチに反転したかを判断する（ステップ３１６）。そして、現在のＦ１の値がＦ１＝０（リーン）の場合には、先ずＦ１＝１からＦ１＝０（リッチからリーン）に変化（反転）した直後に比較的大きな値ＲＳＲだけＦＡＦをスキップ的に増大させ（ステップ３１７、３１８）、その後はＦ１＝０である間はルーチン実行毎に比較的小さな値ＫＩＲずつ徐々にＦＡＦを増大させる（ステップ３２０、３２１）。同様に、現在のＦ１の値がＦ１＝１（リッチ）の場合には、先ずＦ１＝０からＦ１＝１（リーンからリッチ）に反転した直後にスキップ的にＲＳＬだけＦＡＦを減少させ（ステップ３１７、３１９）、その後はＦ１＝１である間はルーチン実行毎にＫＩＬずつ徐々にＦＡＦを減少させる（ステップ３２０、３２２）。また、上記により算出したＦＡＦの値を最大値（本実施例ではＦＡＦ＝１．２）と最小値（本実施例ではＦＡＦ＝０．８）で定まる範囲を越えないようにガードした後（ステップ３２３）、フラグＸＭＦＢの値を１にセットして（ステップ３２４）本ルーチンは終了する。
【００４１】
上記図３、図４の制御により、例えばＲＳＲ＝ＲＳＬであった場合には、ＦＡＦの値と機関空燃比Ａ／Ｆとは、それぞれ図５(A) 、図５(B) に示すように変化する。すなわち、ＦＡＦの値はＦＡＦ＝１．０の値を中心にして比較的短い周期（例えば０．５から１秒程度）で対称に変動し（図５(A) 参照）、空燃比Ａ／ＦもＦＡＦの変動に応じて理論空燃比（ＦＡＦ＝１．０に相当）を中心として対称に変動する。すなわち、機関空燃比の時間平均は理論空燃比に等しくなる。
【００４２】
一方、図６(A) 、図６(B) はＲＳＲの値がＲＳＬに較べて大きく設定された場合のＦＡＦと機関空燃比Ａ／Ｆとの変化を示す図５(A) 、(B) と同様な図である。
図６(A) に示すように、ＲＳＲの値がＲＳＬの値より大きくなると、ＦＡＦ≧１．０となる期間が長くなり、ＦＡＦの最大値もＲＳＲの値に応じて大きくなる。このため、ＦＡＦの値の時間平均（図６(A) ＦＡＦＡＶ）は１．０より大きくなる。また、図６(B) に示すように、機関空燃比Ａ／Ｆはリッチ側に大きく、かつ長く振れるようになり、空燃比Ａ／Ｆの時間平均（図６(B) ＡＦＡＶ）はリッチ空燃比側になる。従って、ＲＳＲの値を大きく設定するほど機関空燃比（ＮＯX 吸収剤１８に流入する排気空燃比）はリッチ側に移行する。また、図示していないが、ＲＳＲの値がＲＳＬの値より小さくなると空燃比Ａ／Ｆの時間平均ＡＦＡＶの値は逆にリーン空燃比側に移行することになる。
【００４３】
つまり、ＮＯX 吸収剤１８に流入する排気空燃比は、微視的には図３、図４のＦＡＦ制御による短周期の変動を繰り返しているが、排気空燃比の平均値はＲＳＲの値により変化することになる。本実施形態では、ＲＳＲの値をＮＯX 吸収剤下流側Ｏ2 センサ２０で検出した空燃比に応じて変化させることにより、機関空燃比を理論空燃比近傍の狭い範囲内に制御している。すなわち、ＥＣＵ３０はＮＯX 吸収剤下流側Ｏ2 センサ２０で検出した排気空燃比がリッチである場合にはＲＳＲの値を徐々に減少（ＲＳＬの値を徐々に増大）し、リーンである場合にはＲＳＲを徐々に増大（ＲＳＬの値を徐々に減少）する制御を行う。これにより、ＮＯX 吸収剤下流側の排気空燃比がリッチの場合には機関への燃料供給量（ＦＡＦ）が徐々に減少し機関空燃比はリーン側に移行するように制御され、ＮＯX 吸収剤下流側の排気空燃比がリーンの場合には機関への燃料供給量（ＦＡＦ）が徐々に増大し機関空燃比はリッチ側に移行するように制御される。
【００４４】
なお、本実施形態ではＲＳＲ、ＲＳＬの値を変化させることにより排気空燃比の平均値を制御しているが、ＲＳＲ、ＲＳＬの代わりに図３の遅れ時間ＴＤＲ、ＴＤＬ（図３ステップ３０８、３１４）または、Ｏ2 センサ２５の比較電圧ＶR1を下流側Ｏ2 センサ２０の出力で検出した排気空燃比に応じて変化させることによっても同様に機関空燃比を理論空燃比近傍の狭い範囲に制御することが可能である。
【００４５】
本実施形態では、ＥＣＵ３０は、上記の操作に加えてＮＯX 吸収剤下流側の排気空燃比が理論空燃比よりリッチ側からリーン側に変化したときには、ＲＳＲの値を徐々に増大させる前に一定時間の間、ＲＳＲの値を通常の制御範囲より大きな値に維持する。これにより、機関に供給される燃料量は一旦ステップ状に大幅に増量され、その後増量前の値に戻って徐々に増大するようになる。上記ＲＳＲをステップ状に増大することによる効果については後述する。
【００４６】
図７、図８は上記ＲＳＲの値の設定を行うための、下流側Ｏ2 センサ２０出力に基づく空燃比フィードバック制御ルーチンを示している。本ルーチンは一定時間毎にＥＣＵ３０により実行される。
図７においてルーチンがスタートすると、ステップ７０１、７０２ではフィードバック制御実行条件が成立しているか否かが判定される。ステップ７０１の判定条件は、図３ステップ３０１のものと同様である。また、ステップ７０２では上流側Ｏ2 センサ２５出力に基づく空燃比フィードバック制御が実施されているか否かが判定され、制御実施中（フラグＸＭＦＢ＝１）の場合にのみステップ７０４以下の制御が実行される。制御が実施されていない場合には（ＸＭＦＢ≠１）、ステップ７０３でフラグＸＳＦＢの値を０にセットしてルーチンを終了する。フラグＸＳＦＢは下流側Ｏ2 センサ２０出力に基づく空燃比フィードバック制御を実行中か否かを示すフラグであり、ＸＳＦＢ＝０は下流側Ｏ2 センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御が停止されていることを意味する。
【００４７】
ステップ７０２で上流側Ｏ2 センサ２５出力に基づく空燃比フィードバック制御を実行中であった場合には、ステップ７０４でフラグＸＳＦＢの値を１にセットした後、図８ステップ７０５に進み、フラグＦＳＫの値が１にセットされているか否かを判断する。
ＦＳＫは、後述するように、ＲＳＲの値のステップ状増大を実行中か否かを示すフラグであり、ＦＳＫ＝１は現在ＲＳＲのステップ状増大を実行中であることを意味している。
【００４８】
ステップ７０５でＦＳＫ≠１、すなわち現在ＲＳＲのステップ状増大を実行中でない場合には、ステップ７０６でＮＯX 吸収剤下流側Ｏ2 センサ２０の出力ＶＯＳをＡＤ変換して読み込み、ステップ７０７ではＶＯＳがリーン空燃比相当値（ＶＯＳ≦ＶR2、ＶR2はＯ2 センサ２０出力の比較電圧）か否かを判定する。
ステップ７０７でＶＯＳの値がリーン空燃比相当値であった場合には、次いで、ステップ７０８で前回ルーチン実行時の下流側Ｏ2 センサ２０出力ＶＯＳi-1 がリーン空燃比相当出力（ＶＯＳi-1 ≦ＶR2）であったか否かを判定する。前回ルーチン実行時もＶＯＳi-1 がリーン空燃比相当出力であった場合にはステップ７０９でパラメータＲＳＲ1 を一定量ΔＲＳだけ増大させ、ステップ７１０、７１１では増大したＲＳＲ1 の値が最大値ＭＡＸを越えないように制限するとともに、ステップ７１２でＲＳＲの値をＲＳＲ1 に等しく設定する。また、ステップ７１４ではＲＳＬの値を、ＲＳＬ＝０．１−ＲＳＲとして設定する。すなわち、ＲＳＬの値はＲＳＲが増大するにつれて小さな値に設定される。
【００４９】
ステップ７０９から７１２の実行により、ＶＯＳの値（ＮＯX 吸収剤下流側での排気空燃比）が前回から連続してリーンである限りＲＳＲの値はルーチン実行毎に一定値ΔＲＳずつ徐々に低減されることになる。
また、ステップ７０７で下流側Ｏ2 センサ２０出力がリッチ空燃比相当値（ＶＯＳ＞ＶR2）であった場合には、ステップ７１５でパラメータＲＳＲ1 の値を一定量ΔＲＳだけ減少させ、、ステップ７１７、７１８では低減したＲＳＲ1 の値が最小値ＭＩＮより小さくならないように制限するとともに、ステップ７１２でＲＳＲの値をＲＳＲ1 に等しく設定する。これにより、ＮＯX 吸収剤下流側での排気空燃比がリッチである限りＲＳＲの値はルーチン実行毎に一定値ΔＲＳずつ徐々に低減されることになる。
【００５０】
一方、ステップ７０８でＶＯＳi-1 ＞ＶR2であった場合、すなわち前回ルーチン実行時から今回のルーチン実行時までにＮＯX 吸収剤下流側での排気空燃比がリッチからリーンに変化していた場合には、ステップ７１９から７２４を実行し、一定の時間ＴR の間ＲＳＲの値を一定の大きな値ＲＳＲR に保持する。すなわち、ステップ７０８でＶＯＳi-1 ＞ＶR2であった場合には、ステップ７１９に進み前述のフラグＦＳＫの値を１にセットするとともに、ステップ７２０で計時カウンタＴＳＫの値をクリアする。また、ステップ７２１ではＲＳＲの値を一定値ＲＳＲR に増大させ、ステップ７２２で計時カウンタＴＳＫの値を１だけ増大させる。これにより、ＴＳＫの値はＮＯX 吸収剤下流側での排気空燃比がリッチからリーンに変化してからの時間を表すことになる。
【００５１】
一方、ステップ７１９でフラグＦＳＫの値が１にセットされると、次回のルーチン実行からは、ステップ７０５の次にステップ７２１が実行され、ＲＳＲの値は大きな値ＲＳＲR に保持されることになる。
ステップ７２３、７２４はＲＳＲの増大制御の終了操作を示す。本実施形態では、計時カウンタＴＳＫの値が所定値ＴR 以上になった時、すなわちＲＳＲを増大させた状態（ステップ７１９、７２０）が所定時間ＴR 以上になると（ステップ７１９でＴＳＫ≧ＴR ）、ステップ７２４でフラグＦＳＫの値は０にリセットされる。これにより、ステップ７０５の次にステップ７０６以下が実行されるようになり、ＲＳＲの値は一旦増大制御開始前のＲＳＲ1 の値に低減された後、徐々に増大（ステップ７０９）されることになる。つまり、ステップ７０８、７１９から７２４の実行により、ＮＯX 吸収剤下流側のＯ2 センサ２０の出力がリッチからリーンに変化する毎に、ＲＳＲの値は一定時間ＴR の間、大きな一定値ＲＳＲR に保持され、機関への燃料供給量がステップ状に増大されることになる。
【００５２】
図９、(A) から(C) は、上記図７、図８の制御を行ったときのＮＯX 吸収剤下流側での排気空燃比の変化（図９(A) ）、補正量ＲＳＲの変化（図９(B) ）、及びＮＯX 吸収剤上流側での排気空燃比平均値の変化（図９(C) ）を示している。図９(A) 、(C) を比較すると判るように、ＮＯX 吸収剤下流側での排気空燃比の変化は、ＮＯX 吸収剤１８容器内の容積がデッドボリュームとして作用するためにＮＯX 吸収剤上流側の排気空燃比変化に対して遅れ時間（図９(A) にＴD で示す）を有している。このため、例えば下流側空燃比がリッチ側に振れている期間（図９(A) 、区間Ｉ）の後半では、ＲＳＲ（図９(B) ）がかなり小さくなっており、上流側排気空燃比（図９(C) ）は既にリーンになっている。
【００５３】
この状態で下流側排気空燃比がリッチからリーンに変化すると（図９(A) 点II）、ＲＳＲは時間ＴR の間だけＲＳＲR までステップ状に増大され、その後ＲＳＲR に増大する前の値に戻ってから徐々に増加する。このため、上流側排気空燃比はリーンになった後、一旦大幅にリッチになり、この状態に時間ＴR の間維持された後、再度リーンになってから徐々にリッチ側に変化する（図９(C) 参照）。  図９(D) は、ＮＯX 吸収剤上流側排気空燃比（ＮＯX 吸収剤に流入する排気空燃比）が図９(C) のように変化したときの、ＮＯX 吸収剤内に吸収されたＮＯX 量の変化を示している。本実施形態では、ＮＯX 吸収剤上流側の排気空燃比は、徐々にリッチ側に移行を始める前に、一旦ステップ状に大きくリッチ側に振れ、この状態に一定時間保持される（図９(C) 、III 部分）。この時の排気空燃比は、通常の制御による排気空燃比（図９(C) IV部分）より大幅にリッチであるため、この排気がＮＯX 吸収剤内に流入するとＮＯX 吸収剤からのＮＯX 放出速度は大幅に増加し、短時間でＮＯX 吸収剤内に吸収されたＮＯX の略全量が放出、還元浄化される（図９(D) 、V 部分）。このため、上流側排気空燃比が再度リーン側に振れている間、ＮＯX 吸収剤は排気中のＮＯX の吸収を続けても飽和状態になることはない。この時にＮＯX 吸収剤に吸収されたＮＯX の一部は、次に排気空燃比がリッチ側に振れたときにその一部が放出、還元浄化され、更に、次に排気空燃比がステップ状にリッチ側にされたときにその全量が放出、還元浄化される。
【００５４】
図９(D) と図１０(B) とを比較すると明らかなように、本実施形態では、短時間ステップ状に排気空燃比をリッチ化することにより、一旦ＮＯX吸収剤内に吸収されたＮＯX量を略ゼロにすることが可能となるため、空燃比変動の１サイクル中にＮＯX吸収剤により吸収され、放出、還元浄化されるＮＯX量が大幅に増大している。なお、図１０(B) では、排気空燃比をステップ上にリッチ化することによりＮＯX吸収剤のＮＯX吸収量を略ゼロまで低下させているが、実際には空燃比がリッチ側に振れている間に吸収したＮＯXの全量を放出させることができればＮＯX吸収量をゼロに低下させる必要はない。
【００５５】
また、上記説明から明らかなように、本実施形態では、図７、図８の制御ルーチンのステップ７０７及びステップ７０９から７１８が請求項１の第１の空燃比制御手段に相当し、ステップ７０５、７０７、７０８及びステップ７１９から７２４が請求項１の第２の空燃比制御手段に相当している。
次に、上記実施形態におけるステップ状のＲＳＲの増大量ＲＳＲR と保持時間ＴR の設定について説明する。
【００５６】
前述のように、ＲＳＲR の値（すなわちステップ状の空燃比変化時のリッチ側への振れ幅）は大きければ大きいほどＮＯX の放出速度が大きくなる。また、時間ＴR を長く設定するほど、ＮＯX 吸収剤から放出されるＮＯX 量は増大する。上記実施形態では、ＮＯX 吸収剤に吸収された飽和量のＮＯX の全量を放出させることができるＲＳＲR とＴR との値を予め求めておき、ＮＯX 吸収剤の吸収量にかかわらずＲＳＲR とＴR とをこの値（一定値）に設定するようにすることも可能である。
【００５７】
しかし、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量は運転状態によって変動するため、ＲＳＲR とＴR との値は一定値とするよりもＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量に応じて設定するようにした方が好ましい。例えば、ＮＯX 吸収量が少ない場合には、吸収量が多い場合に較べてＲＳＲR またはＴR のうち一方（もしくは両方）を小さく設定する方が燃費改善の点からも有利である。
【００５８】
そこで、以下に説明する実施形態では、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量に応じてＲＳＲR 、ＴR の値を変更するようにしてＮＯX 吸収剤からのＮＯX の放出、還元を完全に行うとともに、燃費の向上を図っている。
図１１はＮＯX 吸収量に応じてＲＳＲR の値を設定するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ３０により一定時間毎に実行される。
【００５９】
ＮＯX 吸収量に応じてＲＳＲR の値を設定するためには、まず実際にＮＯX 吸収剤に吸収されたＮＯX 量を知る必要がある。ところで、ＮＯX 吸収剤は流入する排気空燃比がリーンのときにＮＯX を吸収するため、図９に示した空燃比変動の１サイクル中にＮＯX 吸収剤に吸収されるＮＯX の量は、図９(C) の空燃比変動１サイクル中の空燃比がリーンに振れている時間（図９(C) にｔL で示す時間）に略比例すると考えられる。また、この時間ｔL は、ＲＳＲのステップ状増大の実施間隔（図９(B) にＴＬで示す時間）の二分の一に等しい。そこで、本実施形態では、ＮＯX 吸収剤に吸収されたＮＯX 量はＲＳＲのステップ状増大の実施間隔ＴＬに比例していると仮定する。
【００６０】
一方、前述のように、ＲＳＲのステップ状増大時にＮＯX 吸収剤から放出、還元されるＮＯX の量は、ＮＯX 吸収剤からのＮＯX 放出速度と時間ＴR との積に比例する。また、ＮＯX 放出速度は単位時間にＮＯX 吸収剤に流入する排気中のＨＣ、ＣＯ成分の量に比例すると考えられる。さらに、単位時間内にＮＯX 吸収剤に流入する排気中のＨＣ、ＣＯ成分の量は空燃比のリッチの度合い（ＲＳＲR ）と排気流量ＱE との積、ＲＳＲR ×ＱE に比例すると考えられる。つまり、ＲＳＲのステップ状増大時にＮＯX 吸収剤から放出、還元浄化されるＮＯX の量は、ＴR ×ＲＳＲR ×ＱE に比例する。
【００６１】
従って、空燃比変動１サイクル中で、ＮＯX 吸収剤の吸収したＮＯX の全量を放出、還元浄化させるためには、時間ＴＬに比例して（ＴR ×ＲＳＲR ×ＱE ）の値を変化させれば良い。すなわち、Ａ×ＴＬ＝ＴR ×ＲＳＲR ×ＱE の関係が成立する（Ａは比例定数であり、ＮＯX 吸収剤の種類、容量などにより異なるため、予め実験等により求める））。
【００６２】
このため、図１１の例ではＴR を一定値に固定して、ＲＳＲR の値を、
ＲＳＲR ＝Ａ×ＴＬ／（ＴR ×ＱE ）として算出するようにしている。
以下、図１１のフローチャートを簡単に説明する。図１１においてルーチンがスタートすると、ステップ１１０１では、計時カウンタＣＴの値が１増大される。ＣＴはルーチン実行毎に増大され、ステップ状のＲＳＲ増大が実施される毎にクリア（ステップ１１０６）されるカウンタである。このため、カウンタＣＴの値は、前回ステップ状のＲＳＲ増大が実施されてからの経過時間を表すことになる。ついで、ステップ１１０２では前回のルーチン実行から今回のルーチン実行までにステップ状のＲＳＲ増大が開始されたか否かを図８のフラグＦＳＫの値に基づいて判定する。今回ルーチン実行時にＦＳＫの値が０から１に変化している場合、すなわち前回ルーチン実行時にＦＳＫの値が０であり、かつ今回ＦＳＫの値が１である場合にはステップ状のＲＳＲ増大が実施されているためステップ１１０２に進み、それ以外の場合にはステップ状のＲＳＲ増大が実施されていないため、そのままルーチンを終了する。
【００６３】
ステップ状のＲＳＲ増大が実施されている場合には、現在のカウンタＣＴの値は、前回ステップ状のＲＳＲ増大が実施されてから今回のステップ状のＲＳＲ増大が実施されるまでの時間を表していることになる。そこで、ステップ１１０３では現在のＣＴの値をＴＬとして記憶する。また、ステップ１１０４では、吸気圧力センサ１５で検出した吸気圧力ＰＭと回転数センサ２１で検出した機関回転数ＮＥとから機関排気流量ＱE （すなわち機関吸入空気量）（グラム／秒）を算出する。ＱE の値は、予め各ＰＭとＮＥとの組合せを変えて実測して求め、ＥＣＵ３０のＲＯＭ３２に数値テーブルの形で格納されている。
【００６４】
次いで、ステップ１１０５では上記により求めたＴＬ、ＱE を用いてＲＳＲR の値を、ＲＳＲR ＝Ａ×ＴＬ／（ＴR ×ＱE ）として設定し、ステップ１１０６ではカウンタＣＴの値をクリアしてルーチンを終了する。なお、図１１のルーチンでは、ＴR は一定値に固定されている。
次に、図１２にＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量に応じてステップ状のＲＳＲ増大時間ＴR を変化させる場合の制御フローチャートを示す。図１２の実施形態では、ＲＳＲR の値は一定値に固定され、時間ＴR の値を、
ＴR ＝Ａ×ＴＬ／（ＲＳＲR ×ＱE ）として設定する（図１２ステップ１２０５）。なお、図１２のフローチャートの各ステップは、ステップ１２０５を除き図１１と同一であるため、ここでは説明を省略する。
【００６５】
図１１、図１２の実施形態によれば、ステップ状のＲＳＲ増大時のＲＳＲR の値（すなわち燃料供給量の増大量）又はステップ状のＲＳＲ増大時間ＴR がＮＯX 吸収剤の吸収したＮＯX 量に応じて適切に設定されるため、燃費の向上を図りながら、ＮＯX 吸収剤からのＮＯX の放出、還元浄化を完全に行うことが可能となる。
【００６６】
なお、本実施形態ではＲＳＲの値を下流側Ｏ2 センサ２０出力に応じて変化させることにより、上記の空燃比制御を行っているが、前述のようにＴＤＲ、ＶR1等の値をＯ2 センサ２０出力に応じて変化させることによっても同様な制御が可能である。この場合には、Ｏ2 センサ２０出力がリッチからリーンに変化したときにＴＤＲまたはＶR1をステップ状に増大させるようにすれば良い。
【００６７】
次に図１３を用いて、図１とは別の本発明の実施形態について説明する。
図１３は、本実施形態の構成の概略を示している。本実施形態では、図１の実施形態の構成において、更にＮＯX 吸収剤１８の下流側にＯ2 ストレージ作用を有する三元触媒２１を配置するとともに、更に三元触媒２１下流側の排気通路に第３のＯ2 センサ２２を配置したものである。
【００６８】
前述のように、リッチ空燃比時に機関１から排出されるＨＣ、ＣＯ成分は、その大部分がＮＯX 吸収剤でＮＯX の還元に消費されるが、一部のＨＣ、ＣＯ成分は消費されずにＮＯX 吸収剤を通過する。本実施形態では、ＮＯX 吸収剤１８の下流側排気通路に三元触媒２１を配置することにより、ＮＯX 吸収剤を通過したＨＣ、ＣＯ成分を浄化し、大気への放出を防止している。
【００６９】
三元触媒２１は、白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ等の活性成分の他に、Ｏ2 ストレージ作用を持たせるためにセリウムＣｅ等の酸化物を添加したものが使用される。この添加成分の作用により、三元触媒２１は流入する排気空燃比が理論空燃比よりリーンのときに排気中の酸素を吸着、保持し、排気空燃比が理論空燃比よりリッチのときに吸着した酸素を放出するＯ2 ストレージ作用を有している。
【００７０】
このため、三元触媒２１は流入する排気空燃比がリッチになり、排気中の酸素濃度が低下した場合でも三元触媒２１自体に吸着、保持した酸素によりある程度の時間排気中のＨＣ、ＣＯ成分を酸化することができる。
ところが、本実施形態では、三元触媒に流入する排気の平均空燃比は比較的長い周期でリッチとリーンとの間を変動する（図９(A) ）。このような場合には、空燃比がリッチ側に振れている期間の途中で三元触媒２１が吸着した酸素の全量を放出し尽くしてしまう場合が生じる。酸素の全量が放出し尽くされると、三元触媒はもはやリッチ空燃比下ではＨＣ、ＣＯ成分を酸化することはできなくなり、排気中のＨＣ、ＣＯ成分は浄化されないまま三元触媒を通過して大気に放出されることになる。
【００７１】
そこで、本実施形態では三元触媒１８下流側に第３のＯ2 センサ２２を配置し、このＯ2 センサ２１の出力がリーン出力からリッチ出力に変化したときに機関空燃比を一時的にリーンに移行させることにより、三元触媒内の酸素吸着量が低下した状態が続くことを防止している。
図１４は、本実施形態における機関１の空燃比制御を示す図である。本実施形態においても、図３、図４の上流側Ｏ2 センサ２５出力に基づく空燃比フィードバック制御においてＲＳＲの値を変化させることにより空燃比制御を行う。図１４(A) はＮＯX 吸収剤１８と三元触媒２１との間に配置されたＯ2 センサ２０出力ＶＯＳの時間的変化、図１４(B) は三元触媒２１下流側のＯ2 センサ２２出力ＶＯ３の時間的変化、図１４(C) は図７、図８の制御におけるＲＳＲの値の変化を、また図１４(D) はＮＯX 吸収剤１８内に吸収されたＮＯX 量の変化、図１４(E) は三元触媒２１内に吸着された酸素量の変化を示している。  図１４(C) に示すように、本実施形態においても、図１の実施形態と同様に、ＮＯX 吸収剤１８下流側Ｏ2 センサ２０の出力（図１４(A) ）がリッチ相当出力からリーン相当出力に変化したときに、ＲＳＲの値をステップ状にＲＳＲR まで増大し、時間ＴR の間ＲＳＲR に保持する（図１４(C) 、Ｉ）。また、本実施形態では、さらに三元触媒２１下流側のＯ2 センサ２２の出力（図１４(B) ）がリーン相当出力からリッチ相当出力に変化したときに、ＲＳＲの値をステップ状にＲＳＲL まで低減し、時間ＴL の間ＲＳＲL に保持し（図１４(C) 、II）、機関空燃比をリーン空燃比にする制御を行う。
【００７２】
三元触媒２１下流側Ｏ2 センサ２２の出力がリーン出力からリッチ出力に変化したときにＲＳＲを低減して空燃比をリーン化するのは、Ｏ2 センサ２２の出力がリーンからリッチに変化したことは、三元触媒２１に吸着された酸素が全量放出し尽くされたことを意味するため、このときに空燃比をリーン化して三元触媒２１の酸素吸着量を増大させるためである。すなわち、三元触媒２１内に酸素が残っている場合には、三元触媒２１に流入する排気の空燃比がリッチになっても三元触媒２１で酸素が放出されるため、三元触媒２１を通過する排気の空燃比はリッチ空燃比にはならない。しかし、酸素が放出し尽くされると排気空燃比は急激に三元触媒２１に流入する排気空燃比と同じリッチになりＯ2 センサ２２の出力はリーン出力からリッチ出力に変化する。このため、Ｏ2 センサ２２の出力の変化を監視することにより、三元触媒２１内の酸素量の低下を検出することができる。
【００７３】
上記のようにＲＳＲを変化させた場合（図１４(C) ）の三元触媒２１の酸素吸着量の変化について図１４(E) を用いて説明する。
図１４(C) においてＲＳＲが減少すると（図１４(C)  IIIａ) 、三元触媒に流入する排気の空燃比はリーンになり、三元触媒内の酸素吸着量は次第に増大する（図１４(E) 、III ）。また、ＮＯX吸収剤１８下流側のＯ2センサ２０の出力がリッチからリーンに変化すると、ステップ状にＲＳＲが増大されるため（図１４(C) 、Ｉ）、空燃比は一時的にリッチになり、三元触媒１８内の酸素吸着量は一時的に減少するが（図１４(E) 、IV）、その後ＲＳＲが低減されて排気空燃比がリーンになると再び増大する（図１４(E) 、V ）。また、その後ＲＳＲの値が徐々に増大すると、三元触媒２１からは酸素が放出され、三元触媒の酸素吸着量は減少し（図１４(E) VI）、ついには三元触媒内の酸素の全量が放出される（図１４(E) 、VII ）。ところが、酸素が全量放出し尽くされると、三元触媒１８下流側Ｏ2センサ２２がリッチ出力からリーン出力に変化するため、この時点でＲＳＲがステップ状に低減され（図１４(C) 、II）、空燃比は一時的にリーンになる。このため、三元触媒１８内の酸素吸着量は再度増大する。これにより、ＲＳＲのステップ状低減が終了し、再度空燃比がリッチになった場合でも三元触媒１８内には吸着酸素が存在するようになるためリッチ空燃比下で流入する排気中のＨＣ、ＣＯ成分を完全に除去することが可能となる。なお、この場合にはＮＯX吸収剤１８内に吸収されたＮＯX量の変化（図１４(D) ）は、空燃比のリーン側へのステップ状変化（図１４(C) 、II）に対応してＮＯX吸収量が多少増大（図１４(D) 、IX）する点を除けば図９(D) のものと略同一であり、ＮＯX浄化率は図９(D) の場合と同様高く維持される。
【００７４】
図１５、図１６は図１４の空燃比制御を行うためのＯ2 センサ２０及び２２の出力に基づいてＲＳＲの値を設定するための空燃比フィードバック制御ルーチンのフローチャートの一部を示している。本フローチャートは、図８のフローチャートにステップ１５０１、ステップ１５０３（図１５）、及びステップ１５０４から１５１０（図１６）が付加された点、及びステップ１５０２（図１５）でＯ2 センサ２０の出力ＶＯＳのみでなく三元触媒２１下流側のＯ2 センサ２２出力ＶＯ３ をもＡＤ変換して読み込む点のみが相違しており、図８と同一のステップ番号を付したものは、図８と同一の操作を表している。
【００７５】
すなわち、本実施例では、三元触媒２１下流側のＯ2 センサ２２出力ＶＯ３ がリッチ（ステップ１５０３でＶＯ３ ＞ＶR3の場合、ここでＶR3はＯ2 センサ２２出力の比較電圧である）の場合には、前回ルーチン実行時のＯ2 センサ２２出力（ＶＯ３ i-1）がリーンであったか否か（図１６ステップ１５０４）に基づいて、Ｏ2 センサ２２出力がリーンからリッチに変化したか否かを判定し、リーンからリッチに変化した直後である場合（ステップ１５０４でＶＯ３ ＞ＶR3）のみ、ステップ１５０５から１５１０を実行する。また、ステップ１５０３でＶＯ３ がリッチ出力であった場合、及びステップ１５０４でＶＯ３ ≦ＶR3の場合には、いずれもステップ７０８に進み、図８と同一の制御を実行する。
【００７６】
また、ステップ１５０５から１５１０では、一定時間ＴL （ステップ１５０９）の間ＲＳＲの値を空燃比を十分リーンにすることができる値ＲＳＲL に保持する。なお、ステップ１５０１のＦＳＬはＲＳＲのステップ状低減操作実行中であることを表すフラグであり、図８ステップ７０５のフラグＦＳＫと同様の機能を有する。また、ＴＳＬは、図８のＴＳＫと同様な機能を有する計時カウンタである。なお、本実施形態では、図１６のステップ１５０４から１５１０は請求項３の第３の空燃比制御手段に相当している。
【００７７】
また、本実施形態においても、図１１、図１２に示したようにＲＳＲR またはＴL をＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量に応じて変化させるようにすることができることはいうまでもない。
【００７８】
【発明の効果】
請求項１及び請求項２の発明によれば、理論空燃比を中心とした狭い空燃比範囲に機関空燃比を制御する機関にＮＯX吸収剤を用いた排気浄化装置を適用する場合に、ＮＯX浄化率を大幅に向上させることが可能となるとともに、燃費の悪化を防止することが可能となる。
【００７９】
請求項３の発明によれば、理論空燃比を中心とした狭い空燃比範囲に機関空燃比を制御する機関にＮＯX吸収剤を用いた排気浄化装置を適用する場合に、ＮＯX浄化率を大幅に向上させるとともに、更にＨＣ、ＣＯ成分の浄化率をも大幅に向上させることが可能となる。
また、請求項４及び請求項５の発明によれば、請求項３の発明の効果に加え、更に燃費の悪化を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸放出作用を説明する図である。
【図３】図１の実施形態における上流側Ｏ2 センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
【図４】図１の実施形態における上流側Ｏ2 センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
【図５】図３、図４の制御による機関空燃比の変化を説明する図である。
【図６】図３、図４の制御による機関空燃比の変化を説明する図である。
【図７】図１の実施形態における下流側Ｏ2 センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
【図８】図１の実施形態における下流側Ｏ2 センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
【図９】図７、図８の制御による機関空燃比の変化と、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量の時間的変化を説明する図である。
【図１０】従来の空燃比制御の問題点を説明する図である。
【図１１】図７、図８のルーチンに使用する定数の設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図１２】図７、図８のルーチンに使用する定数の設定ルーチンの別の例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の図１とは別の実施形態の構成を示す図である。
【図１４】図１３の実施形態における機関空燃比の変化と、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収量の時間的変化を説明する図である。
【図１５】図１３の実施形態におけるＮＯX 吸収剤下流側Ｏ2 センサ出力と三元触媒下流側Ｏ2 センサ出力とに基づく空燃比フィードバック制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
【図１６】図１３の実施形態におけるＮＯX 吸収剤下流側Ｏ2 センサ出力と三元触媒下流側Ｏ2 センサ出力とに基づく空燃比フィードバック制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
【符号の説明】
１…内燃機関
１７…排気通路
１８…ＮＯX 吸収剤
２０…Ｏ2 センサ
２１…三元触媒
２２…Ｏ2 センサ
２５…Ｏ2 センサ
３０…ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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