(57)【要約】【課題】適正なる空燃比制御を実施する。【解決手段】ＥＣＵ４０は、エンジン１０において、目標空燃比を設定し、その目標空燃比に基づいて空燃比制御を行う。ＥＣＵ４０は、目標空燃比が理論空燃比よりもリーン側で設定され、かつその目標空燃比によりエンジン１０においてリーン燃焼が行われることを判定するリーン燃焼判定部と、エンジン１０の運転条件に応じて目標ＮＯｘ濃度を設定する目標ＮＯｘ設定部と、エンジン１０の排気通路においてＮＯｘセンサ３４により検出された実ＮＯｘ濃度を取得する取得部と、リーン燃焼が行われていると判定される場合に、目標ＮＯｘ濃度と実ＮＯｘ濃度とに基づいて、目標空燃比を補正する補正部と、を備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火花点火式のエンジン（１０）において、目標空燃比を設定し、その目標空燃比に基づいて空燃比制御を行う空燃比制御装置（４０）であって、
前記目標空燃比が理論空燃比よりもリーン側で設定され、かつその目標空燃比により前記エンジンにおいてリーン燃焼が行われることを判定するリーン燃焼判定部と、
前記エンジンの運転条件に応じて目標ＮＯｘ濃度を設定する目標ＮＯｘ設定部と、
前記エンジンの排気通路においてＮＯｘ濃度検出部（３４）により検出された実ＮＯｘ濃度を取得する取得部と、
前記リーン燃焼が行われていると判定される場合に、前記目標ＮＯｘ濃度と前記実ＮＯｘ濃度とに基づいて、前記目標空燃比を補正する補正部と、
を備えている空燃比制御装置。
【請求項２】
前記補正部は、前記実ＮＯｘ濃度が前記目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合に、前記目標空燃比を、リーン度合いが大きくなる側に補正し、前記実ＮＯｘ濃度が前記目標ＮＯｘ濃度よりも低い場合に、前記目標空燃比を、リーン度合いが小さくなる側に補正する請求項１に記載の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記補正部は、前記実ＮＯｘ濃度が前記目標ＮＯｘ濃度よりも低い場合に、前記実ＮＯｘ濃度が前記目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合に比べて大きい補正ゲインで前記目標空燃比を補正する請求項２に記載の空燃比制御装置。
【請求項４】
空燃比リーン領域における空燃比及びＮＯｘ濃度の関係においてＮＯｘ許容限度により定められる空燃比のリッチ側限界値、又はそのリッチ側限界値よりもリッチ側で、前記目標空燃比の基準値を定めておき、
前記補正部は、前記基準値を前記目標空燃比の初期値として用いて、前記目標空燃比の補正を実施する請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記補正部によりリーン度合いを大きくする側への前記目標空燃比の補正が実施されている状況において、前記エンジンでの燃焼状態の悪化の有無を判定する燃焼状態判定部と、
前記燃焼状態が悪化していると判定された場合に、前記目標ＮＯｘ濃度を引き上げる側に変更するＮＯｘ濃度変更部と、
を備える請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記ＮＯｘ濃度変更部は、前記目標ＮＯｘ濃度の引き上げにより前記燃焼状態の悪化が解消された後において、前記目標ＮＯｘ濃度を変更前の濃度に向けて徐々に変化させる請求項５に記載の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記燃焼状態の悪化に伴い前記ＮＯｘ濃度変更部により前記目標ＮＯｘ濃度が引き上げられた場合において、前記燃焼状態の悪化が判定された時の実ＮＯｘ濃度に基づいて、前記目標ＮＯｘ濃度の下限値を設定する請求項５又は請求項６に記載の空燃比制御装置。
【請求項８】
前記燃焼状態の悪化に伴い前記ＮＯｘ濃度変更部により前記目標ＮＯｘ濃度が引き上げられた場合において、前記燃焼状態の悪化が判定された時の目標空燃比に基づいて、当該目標空燃比のリーン上限値を設定する請求項５又は請求項６に記載の空燃比制御装置。
【請求項９】
前記エンジンの過渡運転時であるか否かを判定する過渡運転判定部を備え、
前記補正部は、前記過渡運転判定部により前記過渡運転時であると判定された場合に、前記目標空燃比の補正を実施しない請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の空燃比制御装置。
【請求項１０】
前記補正部は、前記エンジンでの燃焼後に排気が前記ＮＯｘ濃度検出部に到達するまでの遅れを加味して前記目標空燃比の補正を行う請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
理論空燃比よりも希薄空燃比の混合気を燃焼させることが可能なエンジンにおいては、混合気における空燃比のリーン度合いを制御することによりＮＯｘの排出量を軽減することができる。しかしながら、空燃比がリーン限界を超えると失火が発生することで燃焼変動が大きくなる。これは、運転性の低下の要因となるため好ましくない。
【０００３】
従来、エンジンの回転速度の変動やトルクの変動から燃焼変動を検出し、その検出結果に基づいてリーン限界を超えないように空燃比制御を行うことで、エンジンの燃焼状態の悪化を抑える技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１６６９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したように燃焼変動に基づいて空燃比制御を行う構成では、燃焼変動の判定閾値を大きくすることで、内燃機関の燃焼状態が明確に悪化するまでその状態が検出できないことが懸念される一方、判定閾値を小さくすることで、正常な燃焼であっても燃焼状態が悪化していると誤検出されることが懸念される。このように、ＮＯｘの排出量の削減を図りつつ燃焼の安定化を図る上で、空燃比制御には未だ改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、適正なる空燃比制御を実施することができるエンジンの空燃比制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段について記載する。
【０００８】
本発明は、
火花点火式のエンジンにおいて、目標空燃比を設定し、その目標空燃比に基づいて空燃比制御を行う空燃比制御装置であって、
前記目標空燃比が理論空燃比よりもリーン側で設定され、かつその目標空燃比により前記エンジンにおいてリーン燃焼が行われることを判定するリーン燃焼判定部と、
前記エンジンの運転条件に応じて目標ＮＯｘ濃度を設定する目標ＮＯｘ設定部と、
前記エンジンの排気通路においてＮＯｘ濃度検出部により検出された実ＮＯｘ濃度を取得する取得部と、
前記リーン燃焼が行われていると判定される場合に、前記目標ＮＯｘ濃度と前記実ＮＯｘ濃度とに基づいて、前記目標空燃比を補正する補正部と、
を備えている。
【０００９】
エンジンにおいてリーン燃焼が行われる場合には、燃焼温度が高いほどＮＯｘ排出量が多くなり、燃焼温度が低いほどＮＯｘの排出量が少なくなる傾向があり、そのＮＯｘ排出量に応じてエンジンの燃焼状態を把握することができると考えられる。例えば、ＮＯｘ排出量が多い場合には、燃焼温度が高い状態、つまり燃焼状態が良好であると推測でき、ＮＯｘ排出量が少ない場合には、燃焼温度が低い状態、つまり燃焼状態が良好でないと推測できる。
【００１０】
本発明では、上記の関係性に着目し、リーン燃焼が行われていると判定される場合において、目標ＮＯｘ濃度と実ＮＯｘ濃度とに基づいて、目標空燃比を補正するようにした。これにより、エンジンからのＮＯｘ排出量の適正化を図りつつ燃焼の安定化を図る上で、適切な空燃比制御を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】エンジン制御システムの概略構成を示す図。
【図２】空燃比リーン領域において空気過剰率λとＮＯｘ濃度及び燃焼安定指数ＣＯＶとの関係とを示す図。
【図３】補正値算出処理を示すフローチャート。
【図４】吸気流量及びエンジン回転速度と遅れ時間との関係を示す図。
【図５】ＮＯｘ濃度偏差と目標空燃比の補正値との関係を示す図。
【図６】目標空燃比の補正処理を示すフローチャート。
【図７】目標空燃比が補正される処理を具体的に示すタイムチャート。
【図８】目標空燃比が補正される処理を具体的に示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の空燃比制御装置を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
本実施形態は、内燃機関である火花点火式の車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ず、図１を用いてエンジン制御システムの概略構成を説明する。
【００１４】
エンジン１０の吸気管１１の最上流部にはエアクリーナ１２が設けられ、このエアクリーナ１２の下流側には吸入空気量（吸気流量）を検出するためのエアフローメータ１３が設けられている。エアフローメータ１３の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１５に内蔵されたスロットル開度センサにより検出されるようになっている。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。
【００１５】
エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排気が排気管２４に排出される。エンジン１０のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ２７が取り付けられており、点火プラグ２７には、点火コイル等よりなる図示しない点火装置（イグナイタ）を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２７の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。
【００１６】
排気管２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する排気浄化装置として三元触媒３１及びＮＯｘ触媒３３が配置されている。三元触媒３１は、理論空燃比近傍で排気中のＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘの三成分を浄化する。ＮＯｘ触媒３３はＮＯｘ吸蔵還元型触媒であって、リーン空燃比での燃焼時には排気中のＮＯｘを吸蔵し、リッチ空燃比での燃焼時には、吸蔵されているＮＯｘをリッチ成分（ＣＯ，ＨＣなど）と反応させて浄化する。三元触媒３１の上流側には空燃比センサ３２（詳しくはＡ／Ｆセンサ）が設けられており、三元触媒３１とＮＯｘ触媒３３との間にはＮＯｘセンサ３４が設けられている。
【００１７】
その他に、エンジン１０のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３６や、エンジン１０の所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ３５が設けられている。
【００１８】
上述した各種センサの出力は、エンジン制御を司るＥＣＵ４０に入力される。ＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータを主体として構成された電子制御ユニットであり、各種センサの検出信号を用いてエンジン１０の各種制御を実施する。ＥＣＵ４０は、エンジン制御用のマイコン４１、インジェクタ駆動用の電子駆動装置（ＥＤＵ４２）、データバックアップ用のメモリ４３等から構成されている。マイコン４１は、例えばエンジン回転速度やエンジン負荷等のエンジン運転条件に応じて、燃料の要求噴射量を算出するとともに、この要求噴射量に基づき算出される噴射時間から噴射パルスを生成し、ＥＤＵ４２に出力する。ＥＤＵ４２では、噴射パルスに応じて燃料噴射弁１９を開弁駆動して、要求噴射量分の燃料を噴射させる。ＥＣＵ４０が「空燃比制御装置」に相当する。メモリ４３は、ＩＧスイッチのオフ後にも記憶内容を保持することが可能なバックアップＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ等の記憶部である。
【００１９】
マイコン４１は、空燃比フィードバック制御を実施する機能を有しており、目標空燃比と、空燃比センサ３２により検出された実空燃比との偏差に基づいて燃料噴射量を制御することにより、空燃比フィードバック制御を実施する。本実施形態では、その空燃比フィードバック制御として、目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側で設定し、そのリーン目標空燃比に基づくリーン燃焼制御を実施する。例えば、マイコン４１は、エンジン１０の運転条件に応じてリーン燃焼を実施可能であるか否かを判定し、実施可能である場合に、エンジン燃焼モードをリーン燃焼モードとし、リーン値である目標空燃比に基づいて空燃比フィードバック制御を実施する。
【００２０】
ところで、エンジン１０においてリーン燃焼が行われる場合には、燃焼温度が高いほどＮＯｘ排出量が多くなり、燃焼温度が低いほどＮＯｘの排出量が少なくなる傾向があり、そのＮＯｘ排出量に応じてエンジン１０の燃焼状態を把握することができると考えられる。例えば、ＮＯｘ排出量が多い場合には、燃焼温度が高い状態、つまり燃焼状態が良好であると推測でき、ＮＯｘ排出量が少ない場合には、燃焼温度が低い状態、つまり燃焼状態が良好でないと推測できる。
【００２１】
そこで本実施形態では、上記の関係性に着目し、リーン燃焼が行われていると判定される場合において、目標ＮＯｘ濃度と実ＮＯｘ濃度とに基づいて、目標空燃比を補正するようにしている。ここで、目標ＮＯｘ濃度は、エンジン１０の運転条件に応じて設定されるとよく、具体的には、エンジン回転速度及びエンジン負荷（又は要求トルク）に基づいて設定される。また、実ＮＯｘ濃度は、エンジン１０から排出される排気中の実際のＮＯｘ濃度であり、ＮＯｘセンサ３４の検出値から求められる。
【００２２】
図２には、空燃比リーン領域において空気過剰率λ（空燃比）及びＮＯｘ濃度の関係と、空気過剰率λ及びエンジン１０の燃焼安定指数ＣＯＶ（Coefficient of Variation）の関係とを示す。なお、燃焼安定指数ＣＯＶは燃焼安定性を示す指標であり、その値が大きいほど燃焼が不安定であることを示す。
【００２３】
図２に示すように、ＮＯｘ濃度は、空気過剰率λが大きくなるほど、すなわちリーン度合いが大きくなるほど低くなる傾向にあり、燃焼安定指数ＣＯＶは、空気過剰率λが大きくなるほど、すなわちリーン度合いが大きくなるほど大きくなる傾向にある。この場合、ＮＯｘ濃度の上限値と燃焼安定指数ＣＯＶの上限値とを考慮すると、リーン燃焼時の目標空燃比（空気過剰率λ）は、図のＸの範囲内で設定されるのが望ましい。つまり、空燃比リーン領域では、ＮＯｘ許容限度により定められる空燃比のリッチ側限界値と、燃焼安定性の許容限度により定められる空燃比のリーン側限界値とが存在し、それらリッチ側限界値とリーン側限界値との間が範囲Ｘとなっている。なお、空燃比のリーン度合いが大きくなると、エンジン１０の回転変動が大きくなることから、回転変動限界値が定められている。
【００２４】
リーン燃焼モードでは、マイコン４１は、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合に、目標空燃比を、リーン度合いが大きくなる側に補正する。これにより、ＮＯｘ濃度が低減される。また、マイコン４１は、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも低い場合に、目標空燃比を、リーン度合いが小さくなる側に補正する。これにより、燃焼安定性の向上が図られる。
【００２５】
本実施形態では、実ＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度とに基づいて目標空燃比の補正値Δλを算出する構成としており、その補正値Δλはメモリ４３にて記憶され、適宜更新される。要するに、補正値Δλを算出する処理が学習処理として実施され、補正値Δλが学習値としてメモリ４３に記憶される。ただし、補正値Δλの算出を学習処理として実施しない構成であってもよい。かかる場合には、車両のイグニッションスイッチのオフ時に補正値Δλが消去され、イグニッションスイッチのオン後に再び補正値Δλが算出される。
【００２６】
次に、リーン燃焼モードにおいて目標空燃比の補正値を算出する処理を図３のフローチャートを参照して説明する。この算出処理は、マイコン４１にて定期的に実施される処理である。
【００２７】
図３において、ステップＳ１０１では、実施条件判定処理により、目標空燃比の補正値を算出する実施条件の成否を判定する。本実施形態では、マイコン４１が、以下に示す第１〜第５条件についてそれぞれ成否を判定する。
【００２８】
マイコン４１は、まず第１条件として、エンジン１０の燃焼状態に影響を与える各種学習が終了していることを判定する。具体的には、燃料噴射弁１９の駆動（例えば閉弁タイミングや開弁タイミング）に関する学習、可変動弁機構（例えばＶＣＴやＶＶＬ）の基準位置学習、外部ＥＧＲ機能のＥＧＲ弁基準位置学習が終了していることを判定する。つまり、エンジン１０の燃焼状態に影響を与える各種学習が未完了である場合には、ＮＯｘ排出量や燃焼安定性にばらつきが生じ、その影響によって目標空燃比の補正値を適正に算出できないと考えられるため、条件不成立とされる。
【００２９】
マイコン４１は、第２条件として、エンジン１０が過渡運転状態でないことを判定する。具体的には、要求トルクの変化量が予め設定された期間に亘って所定の範囲内となっていることを判定する。つまり、過渡運転時及び過渡運転直後は、ＮＯｘ排出量が安定せず、目標空燃比の補正値を適正に算出できない可能性が高くなると考えられる。なお、過渡運転状態であるか否かの判定については、エンジン回転速度、エンジン負荷、吸気流量、吸気圧、燃料噴射量、車速、加速度等のエンジン１０の運転状態と相関のあるパラメータに基づいて判定することも可能である。また、排気のＮＯｘ量の変化から判定してもよい。
【００３０】
また、マイコン４１は、第３条件として、空燃比センサ３２及びＮＯｘセンサ３４がともに活性状態であることを判定し、第４条件として、各種の故障履歴が存在していないことを判定し、第５条件として、リーン運転中（すなわちストイキ及びリッチパージを除く状態）であることを判定する。
【００３１】
そして、続くステップＳ１０２では、ステップＳ１０１の判定結果に基づいて、実施条件が成立しているか否か、すなわち上記第１〜第５の条件が全て成立しているか否かを判定する。この場合、実施条件が成立していれば、後続のステップＳ１０３に進み、実施条件が成立していなければ、そのまま本処理を終了する。
【００３２】
ステップＳ１０３では、ＮＯｘ濃度引き上げフラグＦが０であるか否かを判定する。ＮＯｘ濃度引き上げフラグＦは初期状態がＦ＝０であり、ここではまずはＦ＝０であるとして説明を進める。Ｆ＝０の場合、ステップＳ１０４に進む。
【００３３】
ステップＳ１０４では、エンジン１０の運転条件に基づいて、目標ＮＯｘ濃度を設定する。具体的には、エンジン回転速度及び要求トルクに基づいて目標ＮＯｘ濃度を設定する。ただし、エンジン回転速度及び要求トルクに加えて、エンジン冷却水温、ＥＧＲ弁の作動状態、可動駆動弁の作動状態等に基づいて、目標ＮＯｘ濃度を設定してもよい。
【００３４】
続くステップＳ１０５では、エンジン１０の回転変動量ΔＮＥを算出する。具体的には、クランク角度センサ３５により検出されるエンジン回転速度について所定時間内の変化量により回転変動量ΔＮＥを算出する。なお、回転変動量ΔＮＥの算出方法については任意であり、例えばエンジン１０に筒内圧センサが搭載されている場合には、燃焼ごとの筒内圧のばらつきから回転変動量ΔＮＥを算出することも可能である。
【００３５】
その後、ステップＳ１０６では、回転変動量ΔＮＥが予め設定された閾値ＴＨ未満であるか否かを判定する。例えばエンジン１０の燃焼状態が悪化していると、エンジン１０の回転変動が大きくなり、回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨ以上になることが考えられる。ただしここでは、エンジン１０の燃焼状態が悪化しておらず、回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨ未満であることを想定して、説明を進める。回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨ未満である場合、ステップＳ１０７に進む。
【００３６】
ステップＳ１０７では、エアフローメータ１３からの情報に基づいて吸気流量を検出し、続くステップＳ１０８では、吸気流量と回転速度ＮＥとに基づいて、ＮＯｘ濃度の輸送遅れ対応処理を実施する。排気管２４では、エンジン１０から排出された排気がＮＯｘセンサ３４に到達するまでにはある程度の時間を要する。このような遅れについては吸気流量が少ないほど、また回転速度ＮＥが小さいほど長くなる。マイコン４１は、例えば図４の関係を用い、吸気流量及び回転速度ＮＥに基づいて、排気の遅れ時間を算出する。そして、その遅れ時間を考慮して目標ＮＯｘ濃度を補正する。この場合、排気の輸送に基づく１次遅れの時定数が吸気流量に応じて切り替えられることとなる。これにより、排気管２４におけるＮＯｘセンサ３４の位置でのＮＯｘ濃度を、エンジン１０での燃焼のタイミングに合わせ込むことが可能となる。
【００３７】
続くステップＳ１０９では、ＮＯｘセンサ３４からの情報に基づいて実ＮＯｘ濃度を検出する。その後、ステップＳ１１０では、実ＮＯｘ濃度から目標ＮＯｘ濃度を減算することによりＮＯｘ濃度偏差を算出する（ＮＯｘ濃度偏差＝実ＮＯｘ濃度−目標ＮＯｘ濃度）。
【００３８】
その後、ステップＳ１１１では、ＮＯｘ濃度偏差に基づいて、目標空燃比の補正値Δλを算出する。この場合、マイコン４１は、ＮＯｘ濃度偏差が正であれば、すなわち実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高ければ、補正値Δλを正の値として算出し、ＮＯｘ濃度偏差が負であれば、すなわち実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも低ければ、補正値Δλを負の値として算出する。補正値Δλは、目標空燃比に対して加算される補正量であり、補正値Δλが正であれば、目標空燃比が、リーン度合いが大きくなる側に補正される（すなわち増補正される）。また、補正値Δλが負であれば、目標空燃比が、リーン度合いが小さくなる側に補正される（すなわち減補正される）。なお、補正値Δλを、目標空燃比に対して乗算される補正係数として算出することも可能である。
【００３９】
補正値Δλの算出についてより詳しく説明する。本実施形態では、図５の関係を用い、ＮＯｘ濃度偏差に基づいて、補正値Δλを算出する。図５では、ＮＯｘ濃度偏差が正である場合（実ＮＯｘ濃度＞目標ＮＯｘ濃度である場合）に、ＮＯｘ濃度偏差が正側に大きいほど、補正値Δλとして正側に大きい値が算出される関係が定められている。また、ＮＯｘ濃度偏差が負である場合（実ＮＯｘ濃度＜目標ＮＯｘ濃度である場合）に、ＮＯｘ濃度偏差が負側に大きいほど、補正値Δλとして負側に大きい値が算出される関係が定められている。
【００４０】
また、図５では、正側の補正値Δλと負側の補正値Δλ、すなわち目標空燃比のリーン度合いを大きくする側の補正とリーン度合いを小さくする側の補正とで、補正の感度が異なっている。具体的には、目標空燃比のリーン度合いを大きくする側の補正よりも、リーン度合いを小さくする側の補正の方が補正の感度が大きくなっている。これにより、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも低い場合に、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合に比べて大きい補正ゲインで目標空燃比が補正される。補正ゲインは、それぞれＮＯｘ濃度偏差に対する補正比率である。
【００４１】
補正値Δλの算出後において、ステップＳ１１２では、補正値Δλをメモリ４３に記憶する。補正値Δλは、学習値としてメモリ４３に記憶されるとよい。ここで、メモリ４３には、エンジン回転速度やエンジン負荷といったエンジン運転状態に応じて複数の運転領域が定められており、その運転領域ごとに補正値Δλが記憶される。なお、何れの運転領域を補正値Δλの記憶先とするかを、上述した排気の遅れを考慮して決定するようにしてもよい。対象となる運転領域に既に補正値Δλが記憶されている場合には、なまし処理を行いつつ今回の補正値Δλにより過去値を上書き（更新）するとよい。移動平均処理を行いつつ補正値Δλを順次更新してもよい。
【００４２】
また、上述したステップＳ１０６において回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨ以上であると判定された場合には、ステップＳ１１３に進む。例えば、目標空燃比のリーン化に伴いそのリーン度合いが大きくなりすぎていると、エンジン１０の回転変動が過大になることが考えられる。
【００４３】
ステップＳ１１３では、目標ＮＯｘ濃度の引き上げ処理を実施する。つまり、ステップＳ１１３では、ＮＯｘ濃度の低減よりも燃焼状態を安定させることを優先すべく、目標ＮＯｘ濃度を高く側に変更する。この場合、目標ＮＯｘ濃度を引き上げることにより、ＮＯｘ濃度偏差（＝実ＮＯｘ濃度−目標ＮＯｘ濃度）が小さくなるか、又は負側に大きい値となるため、補正値Δλが小さくなるか、又は負側に大きくなる。つまり、燃焼安定性の向上を図るべく、目標空燃比が、リーン度合いを小さくする側に補正される。続くステップＳ１１４では、ＮＯｘ濃度引き上げフラグＦに１をセットする。
【００４４】
ＮＯｘ濃度引き上げフラグＦに１がセットされると、ステップＳ１０３において否定判定がなされるようになる。そのため、ステップＳ１０３からステップＳ１１５に進み、ＮＯｘ濃度引き上げフラグＦに１がセットされてから所定時間が経過したか否かを判定する。なお、ステップＳ１１５では、ステップＳ１１３での目標ＮＯｘ濃度の引き上げ後に回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨ未満となってから、所定時間が経過したか否かを判定してもよい。所定時間の経過前であれば、ステップＳ１１５を否定して本処理を一旦終了し、所定時間の経過後でれば、ステップＳ１１５を肯定してステップＳ１１６に進む。
【００４５】
ステップＳ１１６では、目標ＮＯｘ濃度の引き下げ処理として、目標ＮＯｘ濃度を、変更前の濃度に向けて徐々に変化させる処理を実施する。この場合、目標ＮＯｘ濃度を引き下げていくと、それに伴い目標空燃比のリーン化が進み、再びエンジン１０の回転変動が生じることが懸念される。そのため、ステップＳ１１６では、回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨ以上となった時（すなわち燃焼状態の悪化が判定された時）の実ＮＯｘ濃度に基づいて、目標ＮＯｘ濃度の下限値を設定し、その下限値で、目標ＮＯｘ濃度の引き下げを制限するとよい。目標ＮＯｘ濃度の変更は、時間当たりの変化量を制限しつつ、徐々に行われる。
【００４６】
なお、本実施形態では、回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨ以上となった時の実ＮＯｘ濃度を目標ＮＯｘ濃度の下限値として設定するが、これに代えて、回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨ以上となった時の実ＮＯｘ濃度を基準とし、それよりも高濃度側又は低濃度側の値を、目標ＮＯｘ濃度の下限値として設定してもよい。
【００４７】
ここで、目標空燃比の補正処理を図６に基づいて説明する。この補正処理は、マイコン４１にて定期的に実施される処理である。
【００４８】
図６において、ステップＳ２０１では、補正値Δλによる目標空燃比の補正が許可されているか否かを判定する。具体的には、（１）エンジン燃焼モードがリーン燃焼モードになっていること、（２）エンジン１０の排気系に関して故障履歴（ダイアグ情報）が記憶されていないことの各条件を満たしているかを判定する。各条件を満たしている場合には、ステップＳ２０２に進み、目標空燃比の基準値に補正値Δλを加算することで、目標空燃比を補正する。また、各条件を満たしていない場合には、目標空燃比を補正せずに本処理を終了する。
【００４９】
目標空燃比の基準値は、目標空燃比の補正が実施される場合の初期値であり、予め定められたリーン空燃比の値であるとよい。また、基準値は、図２の関係を考慮して定められるとよく、例えば、ＮＯｘ濃度及び燃焼安定指数ＣＯＶが共に許容限度よりも小さくなる範囲Ｘに基づいて基準値が定められるとよい。この場合、範囲Ｘ内の中間値、範囲Ｘのリッチ側限界値、範囲Ｘのリーン側限界値等を基準値とすることが考えられる。又は、範囲Ｘのリッチ側限界値よりもリッチ側（リーン度合いが小さくなる側）と、リーン側限界値よりもリーン側（リーン度合いが大きくなる側）とのいずれかにおいて、基準値が定められていてもよい。例えば燃焼安定性を優先する場合には、目標空燃比の基準値を、範囲Ｘのリッチ側限界値よりもリッチ側の値とし、ＮＯｘ濃度低減を優先する場合には、目標空燃比の基準値を、範囲Ｘのリーン側限界値よりもリーン側の値とする。
【００５０】
図３の処理で算出された補正値Δλが学習値としてメモリ４３に記憶されている場合、次回の車両走行（次回トリップ）では、その補正値Δλを、目標空燃比の基準値（初期値）として設定するとよい。
【００５１】
ここで、目標空燃比が補正される処理を、図７及び図８を参照してより具体的に説明する。図７には、図示する期間内において過度な回転変動が生じていない事例を示し、図８には、図示する期間内において過度な回転変動が生じている事例を示している。図７及び図８では、それぞれｔａ０，ｔｂ０のタイミングで、ＮＯｘ濃度に基づく目標空燃比の補正が開始されるものとなっている。
【００５２】
図７において、ｔａ０のタイミングでは、目標空燃比として基準値が設定されている。この基準値は、例えば図２に示す範囲Ｘよりもリッチ側（リーン度合いが小さくなる側）の値である。ｔａ０以降において、実ＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度との偏差であるＮＯｘ濃度偏差に基づいて、目標空燃比が補正される。
【００５３】
この場合、目標空燃比の基準値が範囲Ｘよりもリッチ側の値であることから、実ＮＯｘ濃度が多めになっており、ＮＯｘ濃度偏差が正（すなわち実ＮＯｘ濃度＞目標ＮＯｘ濃度）であるために、補正値Δλが正の値となり、目標空燃比が、リーン度合いが大きくなる側に補正される。そして、目標空燃比のリーン度合いが大きくなることに伴い、実ＮＯｘ濃度が徐々に減じられる。
【００５４】
その後、ｔａ１のタイミングでは、ＮＯｘ濃度偏差が略ゼロになり、目標空燃比の増補正が完了する。なお、図７では、目標空燃比が、リーン度合いが大きくなる側に補正されるために回転変動量ΔＮＥの増加が生じるものの、その程度は小さく、回転変動量ΔＮＥは許容限界以内にとどめられる。
【００５５】
また、図８では、図７と同様に、ｔｂ０のタイミングで、目標空燃比として、図２に示す範囲Ｘよりもリッチ側の基準値が設定されており、ｔｂ０以降において、実ＮＯｘ濃度と目標ＮＯｘ濃度との偏差であるＮＯｘ濃度偏差に基づいて、目標空燃比が補正される。これにより、目標空燃比が、リーン度合いが大きくなる側に補正され、実ＮＯｘ濃度が徐々に減じられる。
【００５６】
また、図８のｔｂ１のタイミングでは、ＮＯｘ濃度偏差がゼロになる前、すなわち目標空燃比の補正が完了する前に、エンジン１０で回転変動が生じ、回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨに達する。目標空燃比のリーン度合いを徐々に大きくする場合には、想定よりも早期に燃焼状態が乱れて回転変動が過剰に大きくなることが考えられる。例えば、吸入空気量のずれやエンジン機差等に起因して、空燃比と燃焼安定性（ＣＯＶ）との関係性が正常な関係からずれていると、想定外の目標空燃比で意図しない回転変動が生じることが考えられる。
【００５７】
そして、ｔｂ１のタイミングでは、目標ＮＯｘ濃度が引き上げられ、それに伴い目標空燃比がリッチ側（リーン度合いを小さくする側）に補正される。つまり、ｔｂ１のタイミングでは、リーン度合いを大きくする側への目標空燃比の補正が実施されている状況において、エンジン１０の燃焼状態が悪化していると判定されることに伴い、目標ＮＯｘ濃度が引き上げられる。これにより、燃焼安定化が図られる。なお、ｔｂ１のタイミングにおいて、目標ＮＯｘ濃度が引き上げらることに代えて、目標空燃比がリッチ側（リーン度合いを小さくする側）に補正される構成になっていてもよい。
【００５８】
その後、ｔｂ１以降において、回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨ未満となり、その状態のまま所定時間が経過したｔｂ２のタイミングでは、目標ＮＯｘ濃度が引き下げる側に戻される。この場合、回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨに達した時の実ＮＯｘ濃度（すなわちｔｂ１での実ＮＯｘ濃度）に基づいて、目標ＮＯｘ濃度の下限値が設定され、その下限値で、目標ＮＯｘ濃度の引き下げが制限される（ｔｂ３のタイミング）。これにより、再び目標ＮＯｘ濃度を引き下げていっても、それに伴うエンジン１０の回転変動の発生が抑制できる。
【００５９】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が期待できる。
【００６０】
リーン燃焼が行われていると判定される場合において、目標ＮＯｘ濃度と実ＮＯｘ濃度とに基づいて、目標空燃比を補正するようにした。これにより、エンジン１０からのＮＯｘ排出量の適正化を図りつつ燃焼の安定化を図る上で、適切な空燃比制御を実施することができる。
【００６１】
実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合に、補正値Δλを正の値として、目標空燃比をリーン度合いが大きくなる側に補正し、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも低い場合に、補正値Δλを負の値として、目標空燃比をリーン度合いが小さくなる側に補正するようにした。これにより、空燃比とＮＯｘ濃度と燃焼安定性との関係を考慮しつつ、適正な空燃比制御を実現することができる。また、エンジン１０の回転変動に基づいて目標空燃比のリーン度合いを調整する構成に比べて、高精度に目標空燃比のリーン度合いを調整することができる。
【００６２】
実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも低い場合（すなわち目標空燃比のリーン度合いを小さくする場合）に、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合（すなわち目標空燃比のリーン度合いを大きくする場合）に比べて大きい補正ゲインで目標空燃比を補正するようにした。ここで、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも低い場合には、ＮＯｘ濃度が過少であり、エンジン１０の燃焼状態が不安定になっていることが考えられる。そのため、かかる状態においては、目標空燃比の補正ゲインを大きくして、燃焼不安定の状態をいち早く解消できるようにしている。また、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合において、意図しない燃焼状態の悪化を抑制しつつハンチングの発生を抑制できる。
【００６３】
空燃比リーン領域において、空燃比のリッチ側限界値よりもリッチ側で、目標空燃比の基準値を定めておき、その基準値を目標空燃比の初期値として用いて、ＮＯｘ濃度に基づく目標空燃比の補正を実施するようにした。そのため、エンジン１０の燃焼安定性の確保を優先しつつも、目標空燃比の適正化、すなわち空燃比制御の適正化を実現できる。
【００６４】
リーン度合いを大きくする側への目標空燃比の補正が実施されている状況において、エンジン１０の燃焼状態が悪化していると判定された場合に、目標ＮＯｘ濃度を引き上げる側に変更するようにした。これにより、目標空燃比のリーン度合いを大きくしていく過程で、意図するよりも早期に燃焼状態の悪化が生じても、その燃焼状態の悪化に適正に対処できる。
【００６５】
目標ＮＯｘ濃度の引き上げにより燃焼状態の悪化が解消された後において、目標ＮＯｘ濃度を変更前の濃度に向けて徐々に変化させるようにした。これにより、燃焼状態の急変を抑制できる。
【００６６】
燃焼状態の悪化に伴い目標ＮＯｘ濃度が引き上げられ、その後再び目標ＮＯｘ濃度が引き下げられる場合に、燃焼状態の悪化が判定された時の実ＮＯｘ濃度に基づいて、目標ＮＯｘ濃度の下限値を設定するようにした。これにより、燃焼状態の悪化が生じた後において、目標ＮＯｘ濃度を低減させることに起因して再び燃焼状態が悪化することを好適に抑制できる。
【００６７】
過渡運転時はエンジン１０からのＮＯｘ排出量が安定しない。この点、エンジン１０の過渡運転時であると判定された場合に、目標空燃比の補正を実施しないようにしたため、空燃比制御の適正化の妨げになることを抑制できる。
【００６８】
エンジン１０での燃焼後に排気がＮＯｘ濃度検出部に到達するまでの遅れを加味して目標空燃比の補正を行うようにした。これにより、目標ＮＯｘ濃度と実ＮＯｘ濃度との位相を合わせつつ、適正な空燃比制御を実施できる。
【００６９】
エンジン１０においては、運転領域ごとに、燃焼悪化の状況やＮＯｘ排出の状況が異なる。この点、複数のエンジン運転領域を設定しておき、その運転領域ごとに補正値Δλを記憶するようにしたため、いずれのエンジン運転領域においても空燃比制御の適正化を好適に実現することができる。
【００７０】
＜他の実施形態＞
・上記実施形態では、回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨ以上となることに伴い目標ＮＯｘ濃度が一旦引き上げられ、その後、目標ＮＯｘ濃度が再び引き下げられる際に、回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨ以上となった時の実ＮＯｘ濃度に基づいて、目標ＮＯｘ濃度の下限値を設定する構成としたが、これを変更してもよい。すなわち、回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨ以上となった時の目標空燃比に基づいて、目標空燃比のリーン上限値を設定するとよい。この場合、目標空燃比の上限ガードがかけられつつ、目標ＮＯｘ濃度が徐々に引き下げられる。図３の処理では、ステップＳ１１６において、回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨ以上となった時の目標空燃比に基づき設定された目標空燃比のリーン上限値により、目標ＮＯｘ濃度の引き下げが制限されるとよい。なお、回転変動量ΔＮＥが閾値ＴＨ以上となった時の目標空燃比を基準とし、それよりもリーン側又はリッチ側の値を、目標空燃比のリーン上限値として設定してもよい。本構成によれば、燃焼状態の悪化が生じた後において、目標空燃比をリーン側にシフトさせることに起因して再び燃焼状態が悪化することを好適に抑制できる。
【００７１】
・上記実施形態では、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも低い場合に、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合に比べて大きい補正ゲインで目標空燃比を補正する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、上記とは逆に、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも低い場合に、実ＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度よりも高い場合に比べて小さい補正ゲインで目標空燃比を補正することも可能である。また、それら各場合において、補正ゲインが同じであってもよい。
【００７２】
・上記実施形態では、ＮＯｘセンサ３４を三元触媒３１よりも排気通路における下流側に配設したが、ＮＯｘセンサ３４を三元触媒３１よりも上流側に配設することも可能である。また、ＮＯｘ触媒３３の下流側にＮＯｘセンサを追加し、このＮＯｘセンサと上記ＮＯｘセンサ３４とによってＮＯｘ触媒３３の状態を監視する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０…エンジン、２４…排気管（排気通路）、３４…ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ濃度検出部）、４０…ＥＣＵ（空燃比制御装置）、４１…マイコン。
【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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