(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気が酸化雰囲気にあるとき排気中のＮＯｘを吸収し、排気が還元雰囲気にあるとき吸収したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸収触媒と、該ＮＯｘ吸収触媒の下流側に設けられ、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサとを前記機関の排気通路に備える、内燃機関の排気浄化装置において、
前記機関に供給する混合気の空燃比を一時的にリッチ化して排気を還元雰囲気とするリッチスパイクを実行するリッチ化手段であって、前記リッチスパイクの実行時期の判定を前記ＮＯｘ濃度センサの検出出力に基づいて行うリッチ化手段と、
前記検出出力を所定サンプリング周期でサンプリングするサンプリング手段と、
前記検出出力のサンプリング値についてローパスフィルタ処理を行うことによって制御用検出値を算出する制御用検出値算出手段とを備え、
前記リッチ化手段は、
前記検出出力の変化傾向を判定する変化傾向判定手段を有し、
前記リッチスパイクが終了した時点から設定時間が経過するまでの還元雰囲気期間では、前記リッチスパイクを実行する必要がないと判定するとともに、前記還元雰囲気期間の終了時点直後において、前記検出出力が下降する出力下降状態と判定されたときは、前記リッチスパイクを実行する必要がないと判定し、
前記還元雰囲気期間の終了時点以後において、前記検出出力が同一値を維持するかまたは上昇する出力維持上昇状態と判定されたときは、前記制御用検出値を使用して、前記実行時期の判定を行い、
前記出力維持上昇状態への移行後に前記出力下降状態と判定されても、前記制御用検出値の使用を継続し、
前記変化傾向判定手段は、
前記検出出力の最新のＭ個（Ｍは２以上の整数）のサンプリング値の移動平均値である第１移動平均値を算出する第１移動平均値算出手段と、
前記検出出力の最新のＮ個（ＮはＭより大きい整数）のサンプリング値の移動平均値である第２移動平均値を算出する第２移動平均値算出手段とを有し、
前記第１移動平均値が前記第２移動平均値以上である状態を、前記出力維持上昇状態と判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記変化傾向判定手段は、前記第１移動平均値が前記第２移動平均値以上であるという判定結果が所定回数連続して得られたときに、前記出力維持上昇状態であるとの判定を確定することを特徴する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記リッチ化手段は、前記リッチスパイクが終了した時点から、前記設定時間より長い上限時間が経過した後は、前記制御用検出値を使用して前記実行時期の判定を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に排気通路に設けられたＮＯｘ吸収触媒及びＮＯｘ濃度センサを備える排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、内燃機関の排気通路にＮＯｘ吸収剤を配置するとともに、ＮＯｘ吸収剤の下流側にＮＯｘ濃度センサ（アンモニアにも反応するタイプ）を配置した排気浄化装置を開示する。この装置では、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出すべく空燃比を一時的にリッチにするリッチスパイクを実行したときに、ＮＯｘ濃度センサによって検出されるアンモニア濃度の変化から余剰還元剤量が求められる。ＮＯｘ濃度センサによるリッチスパイクの開始時期近傍の検出値は、ＮＯｘ濃度とみなされ、リッチスパイク終了時期近傍の検出値は、アンモニア濃度とみなされる。特許文献１に示されるようにジルコニアを含むイオン伝導性固体電解質層を有するＮＯｘ濃度センサの検出出力は、ＮＯｘ濃度に比例するだけでなく、リッチスパイクを実行したときに生成されるアンモニアの濃度にも比例することが知られている。以下、本明細書のおける「ＮＯｘ濃度センサ」は、ジルコニアを含むイオン伝導性固体電解質層を有するＮＯｘ濃度センサを意味するものとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１８０８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された装置では、リッチスパイク終了時期近傍の検出出力は、アンモニア濃度とみなされるが、リッチスパイクの実行によって供給される還元剤とＮＯｘとが反応してアンモニアが生成される時間は、かならずしも一定ではなく、検出出力がアンモニア濃度を示すか、ＮＯｘ濃度を示すかの判定をリッチスパイク終了時期とのタイミング関係のみに基づいて行うと正確な判定を行うことができない。例えば、リッチスパイク終了時期から一定時間ＴＮＨ３内の検出出力はアンモニア濃度を示すと判定するようにした場合に、一定時間ＴＮＨ３の設定が短すぎる場合には、一定時間ＴＮＨ３経過直後にアンモニア濃度をＮＯｘ濃度と誤判定し、リッチスパイクが直ちに実行される可能性がある。また逆に一定時間ＴＮＨ３の設定が長すぎる場合には、以下のような不具合が発生する可能性がある。すなわち、ＮＯｘ吸収剤の吸収能力が低下している状態では、リッチスパイク終了後、比較的早い時期にＮＯｘ吸収剤の下流側にＮＯｘが流出するが、これをアンモニア濃度と誤判定して、次のリッチスパイク開始時期を正確に判定できないおそれがある。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、ＮＯｘ吸収触媒の下流側に配置されたＮＯｘ濃度センサの検出出力に基づくリッチスパイク実行制御をより適切に行うことができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の排気が酸化雰囲気にあるとき排気中のＮＯｘを吸収し、排気が還元雰囲気にあるとき吸収したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸収触媒（１５）と、該ＮＯｘ吸収触媒の下流側に設けられ、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ（１７）とを前記機関の排気通路（１３）に備える、内燃機関の排気浄化装置において、前記機関に供給する混合気の空燃比を一時的にリッチ化して排気を還元雰囲気とするリッチスパイクを実行するリッチ化手段であって、前記リッチスパイクの実行時期の判定を前記ＮＯｘ濃度センサの検出出力（ＳＥＮＳＡＸ）に基づいて行うリッチ化手段と、前記検出出力（ＳＥＮＳＡＸ）を所定サンプリング周期でサンプリングするサンプリング手段と、前記検出出力のサンプリング値についてローパスフィルタ処理を行うことによって制御用検出値（ＳＥＮＳＮＯＸ）を算出する制御用検出値算出手段とを備え、前記リッチ化手段は、前記検出出力の変化傾向を判定する変化傾向判定手段を有し、前記リッチスパイクが終了した時点（ｔ２）から設定時間（ＴＩＭ１）が経過するまでの還元雰囲気期間では、前記リッチスパイクを実行する必要がないと判定するとともに、前記還元雰囲気期間の終了時点（ｔ３）直後において、前記検出出力が下降する出力下降状態と判定されたときは、前記リッチスパイクを実行する必要がないと判定し、前記還元雰囲気期間の終了時点（ｔ３）以後において、前記検出出力が同一値を維持するかまたは上昇する出力維持上昇状態と判定されたときは、前記制御用検出値（ＳＥＮＳＮＯＸ）を使用して、前記実行時期の判定を行い、前記出力維持上昇状態への移行後に前記出力下降状態と判定されても、前記制御用検出値（ＳＥＮＳＮＯＸ）の使用を継続し、前記変化傾向判定手段は、前記検出出力の最新のＭ個（Ｍは２以上の整数）のサンプリング値の移動平均値である第１移動平均値（ＡＶＳＮＯＸ１）を算出する第１移動平均値算出手段と、前記検出出力の最新のＮ個（ＮはＭより大きい整数）のサンプリング値の移動平均値である第２移動平均値（ＡＶＳＮＯＸ２）を算出する第２移動平均値算出手段とを有し、前記第１移動平均値（ＡＶＳＮＯＸ１）が前記第２移動平均値（ＡＶＳＮＯＸ２）以上である状態を、前記出力維持上昇状態と判定することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、リッチスパイクの実行時期の判定がＮＯｘ濃度センサの検出出力に基づいて行われ、リッチスパイクが終了した時点から設定時間が経過するまでの還元雰囲気期間では、リッチスパイクを実行する必要がないと判定され、さらに還元雰囲気期間の終了時点直後において、検出出力が下降する出力下降状態と判定されたときも、リッチスパイクを実行する必要がないと判定され、還元雰囲気期間の終了時点以後において、検出出力が同一値を維持するかまたは上昇する出力維持上昇状態と判定されたときは、検出出力を使用して実行時期の判定が行われる。リッチスパイクの終了後比較的短時間のうちに検出出力が下降する出力下降状態では、ＮＯｘ濃度センサ近傍にアンモニアが存在している可能性が高いことが確認されており、還元雰囲気期間及びその直後の出力下降状態では、リッチスパイクを実行する必要がないと判定し、出力維持上昇状態へ移行後に検出出力を使用してリッチスパイク実行時期の判定を行うことによって、アンモニア濃度の影響によるリッチスパイク実行時期の誤判定を確実に防止しつつ、リッチスパイク終了後比較的短時間のうちに、検出出力を使用したリッチスパイク実行時期判定を行うことが可能となる。その結果、リッチスパイク終了後、直ぐにリッチスパイクが実行される不具合、あるいはＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘ吸収能力が低下している場合にリッチスパイクの実行時期が遅れる不具合を防止できる。また、検出出力が所定サンプリング周期でサンプリングされ、検出出力のサンプリング値についてローパスフィルタ処理を行うことによって制御用検出値が算出され、出力維持上昇状態と判定されたときの、リッチスパイクの実行時期の判定には制御用検出値が使用される。ＮＯｘ濃度センサの検出出力は微少変動成分を多く含むため、そのままリッチスパイクの実行時期判定に使用すると判定結果の変動を招く。ローパスフィルタ処理によって微少変動成分を減衰させ、ローパスフィルタ処理後の制御用検出値を使用することによって、そのような不具合を防止できる。また、出力維持上昇状態への移行後に出力下降状態と判定されても、制御用検出値の使用が継続される。出力維持上昇状態へ移行した後は、ＮＯｘ濃度センサ近傍にアンモニアがほとんど存在しないことが確認されているので、出力維持上昇状態への移行後に出力下降状態と判定されるのは、例えば機関負荷の減少による機関排出ＮＯｘ濃度の低下、もしくはノイズの影響で検出出力が変動することによるものと考えられる。したがって、そのような変動を出力変化傾向の判定に反映させないことによって、制御を安定化することができる。さらに、検出出力の最新のＭ個のサンプリング値の移動平均値である第１移動平均値が算出されるとともに、検出出力の最新のＮ個（Ｎ＞Ｍ）のサンプリング値の移動平均値である第２移動平均値が算出され、第１移動平均値が第２移動平均値以上である状態が出力維持上昇状態と判定される。ＮＯｘ濃度センサの検出出力は、微少変動成分を多く含むので、サンプリング値そのものを用いて変化傾向の判定を行うと、短時間のうちに判定結果が変動し、正確な判定を行うことが困難である。また、例えば第２移動平均値のみを算出し、その変化傾向を判定する（１つの移動平均値の前回値と今回値の大小関係に応じて判定する）ことも考えられるが、そのような判定手法でも判定結果の変動が大きいことが確認されている。そこで、サンプリングデータ数が異なる２つの移動平均値の大小関係を用いて、出力維持上昇状態を判定することにより、比較的安定的かつ正確な変化傾向の判定を行うことができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記変化傾向判定手段は、前記第１移動平均値（ＡＶＳＮＯＸ１）が前記第２移動平均値（ＡＶＳＮＯＸ１）以上であるという判定結果が所定回数（ＮＣＴＨ）連続して得られたときに、前記出力維持上昇状態であるとの判定を確定することを特徴する。
【００１５】
この構成によれば、第１移動平均値が第２移動平均値より大きいという判定結果が所定回数連続して得られたときに、出力維持上昇状態であるとの判定が確定されるので、より確実かつ安定した判定結果が得られる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記リッチ化手段は、前記リッチスパイクが終了した時点（ｔ２）から、前記設定時間（ＴＩＭ１）より長い上限時間（ＴＩＭ２）が経過した後は、前記制御用検出値（ＳＥＮＳＮＯＸ）を使用して、前記実行時期の判定を行うことを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、リッチスパイクが終了した時点から、還元雰囲気期間の設定時間より長い上限時間が経過した後は、制御用検出値を使用して実行時期の判定が行われる。アンモニアの影響がなくなっても出力下降状態が比較的長い時間継続する場合があるため、アンモニアの影響が確実に無くなると考えられる時間を上限時間とすることにより、上限時間経過後は検出出力の変化傾向の判定を不要として、演算装置の処理負荷を軽減するとともに、制御用検出値の使用が過度に遅れることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及び制御装置の構成を示す図である。
【図２】リッチスパイクを実行した直後のＮＯｘ濃度センサ出力の推移を説明するためタイムチャートである。
【図３】ＮＯｘ濃度センサ出力の変化傾向の判定方法を説明するためのタイムチャートである。
【図４】ＮＯｘ濃度センサ出力に応じてリッチスパイク制御を行う処理のフローチャートである。
【図５】図４の処理で実行される変化傾向判定処理のフローチャートである。
【図６】図４に示すリッチスパイク制御を行うことによる効果を説明するためのタイムチャートである。
【図７】ＮＯｘ濃度センサの配置に関する変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及び制御装置の構成を示す図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気通路２の途中にはスロットル弁３が設けられている。スロットル弁３にはスロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ４が連結されており、その検出信号は電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給される。
【００２０】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気通路２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料供給通路に接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間及び開弁時期が制御される。エンジン１の各気筒には点火プラグ（図示せず）が設けられており、ＥＣＵ５によって点火時期が制御される。
【００２１】
スロットル弁３の上流側には吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ７が設けられている。またスロットル弁３の下流側には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８、及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が設けられている。エンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ１０が装着されている。センサ８〜１０の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００２２】
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００２３】
エンジン１の排気通路１３には排気浄化用の三元触媒１４及びＮＯｘ吸収触媒１５が設けられている。三元触媒１４の上流側であって各気筒に連通する排気マニホールドの集合部より下流側には、比例型酸素濃度センサ１６（以下「ＬＡＦセンサ１６」という）が装着されており、このＬＡＦセンサ１６は排気中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した検出信号を出力し、ＥＣＵ５に供給する。ＮＯｘ吸収触媒１５の下流側には、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ１７が設けられている。
【００２４】
ＮＯｘ吸収触媒１５は、エンジン１に供給する混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気が酸化雰囲気にあるとき、排気中のＮＯｘを吸収する一方、混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気が還元雰囲気にあるとき（排気中の還元剤濃度が酸素濃度より高い状態にあるとき）、吸収したＮＯｘを還元剤により還元し、窒素ガス、水蒸気、及び二酸化炭素として排出するように構成されている。また、ＮＯｘ吸収触媒１５は、排気が酸化雰囲気にあるときに酸素を蓄積し、還元雰囲気にあるときに蓄積した酸素を放出する機能を有する。
【００２５】
特許文献１に示されるように、排気が還元雰囲気にあるときは、ＮＯｘの還元に使用されなかった還元剤の一部からアンモニア（ＮＨ3）が生成され、ＮＯｘ吸収触媒１５から排出される。ＮＯｘ濃度センサ１７は、ジルコニアを含むイオン伝導性固体電解質層を有するものであり、ＮＯｘ濃度センサ１７の検出出力は、ＮＯｘだけでなくアンモニアの濃度にも比例する。また本実施形態では、ＮＯｘ濃度センサ１７は、排気中の酸素濃度（空燃比）を検出する機能も備えている。
【００２６】
ＥＣＵ５には、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２１及び当該車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ２２が接続されており、それらセンサの検出信号がＥＣＵ５に供給される。スロットル弁３は図示しないアクチュエータにより開閉駆動され、スロットル弁開度ＴＨはアクセルペダル操作量ＡＰに応じてＥＣＵ５により制御される。
【００２７】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、該ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁６及び点火プラグに駆動信号を供給する出力回路などを備えている。
【００２８】
ＥＣＵ５は、上述の各種センサの検出信号に基づいて、種々のエンジン運転状態を判別し、燃料噴射弁６による燃料噴射量の制御を行う。基本的には、ＬＡＦセンサ１６によって検出される空燃比が目標空燃比と一致するように燃料噴射量の制御を行い、空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーン運転を適時実行する。リーン運転中は、エンジン１から排出されるＮＯｘ量が増加するが、ＮＯｘ吸収触媒１５に吸収されて、最終的に排出される排気中のＮＯｘ濃度は規制値以下に抑制される。
【００２９】
ＮＯｘ吸収触媒１５に吸収可能なＮＯｘ量には限界があるため、本実施形態では、ＮＯｘ濃度センサ１７の検出出力ＳＥＮＳＡＸに基づいて算出されるＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸが判定閾値ＲＳＰＮＯＸを超えると、空燃比を一時的に理論空燃比よりリッチ側（例えば空燃比１３．５程度）に設定するリッチスパイクを実行する。
【００３０】
図２は、リッチスパイクを実行した直後の制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸの推移を示すタイムチャートであり、この図を参照して本実施形態におけるＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸの算出手法の概要を説明する。制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸは、検出出力ＳＥＮＳＡＸを所定サンプリング周期でサンプリングし、最新のＫ個（例えば５個）のサンプリング値を平均化することにより算出される移動平均値である。検出出力ＳＥＮＳＡＸは、後述するように微少変動成分を多く含むため、制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸとしては、検出出力ＳＥＮＳＡＸの移動平均値が使用される。
【００３１】
図２に示す時刻ｔ１からｔ２までの期間ＴＲＳＰがリッチスパイク実行期間であり、リッチスパイク終了直後は、破線で示すように実際のＮＯｘ濃度は減少しているが、検出出力ＳＥＮＳＡＸはＮＯｘ吸収触媒１５から排出されるアンモニアにも反応するため、制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸは、時刻ｔ２以後一時的に増加し、その後減少する。リッチスパイク実行期間ＴＲＳＰは、本実施形態では、ＮＯｘ吸収触媒１５に吸収されたＮＯｘが全て還元されるのに要する時間と推定される所定時間（例えば１０秒程度）に設定される。なお、図２に示すＲＳＰＮＯＸは、リッチスパイクの実行時期を判定するための判定閾値である。
【００３２】
本実施形態では、リッチスパイク実行直後におけるアンモニアの影響を排除するために、以下のようにＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸを算出して、算出したＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸをリッチスパイク実行制御に適用するようにしている。
【００３３】
１）リッチスパイクが終了する時刻ｔ２から第１時間ＴＩＭ１経過後の時刻ｔ３までの期間（以下「還元雰囲気期間ＴＲＡ」という）では、ＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸを、制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸではなく、第１代替値ＲＰＮＯＸ１に設定する。
【００３４】
２）時刻ｔ３以後は、検出出力ＳＥＮＳＡＸの変化傾向、すなわち検出出力ＳＥＮＳＡＸが下降する出力下降状態か、あるいは同一値を維持するかまたは上昇する出力維持上昇状態かを判定し、時刻ｔ３直後における出力下降状態では、ＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸを、制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸではなく、第２代替値ＲＰＮＯＸ２に設定する。
【００３５】
３）時刻ｔ３以後において、出力維持上昇状態と判定された時点（時刻ｔ４）以後は、ＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸを制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸに設定する。時刻ｔ４以後に出力下降状態と判定されても第２代替値ＲＰＮＯＸ２への変更は行わずに、制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸへの設定を継続する。
【００３６】
４）時刻ｔ２から第２時間ＴＩＭ２が経過した時刻ｔ５以後は、検出出力ＳＥＮＳＡＸの変化傾向の判定を行うことなく、ＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸを制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸに設定する。
【００３７】
第１及び第２代替値ＲＰＮＯＸ１，ＲＰＮＯＸ２は、例えば判定閾値ＲＳＰＮＯＸより小さい一定値（例えば「０」）に設定する。この設定によって、還元雰囲気期間ＴＲＡ及び還元雰囲気期間ＴＲＡ直後の出力下降状態では、リッチスパイクを実行する必要がないと判定される（後述する図４参照）。
【００３８】
第１時間ＴＩＭ１は、エンジン１の運転状態に応じて設定することが望ましく、例えばリッチスパイク開始後にＮＯｘ濃度センサ１７の酸素濃度検出機能を用いて検出される酸素濃度がリッチ判定閾値以下（ほぼゼロ）となった時点からリッチスパイク終了時点（図２，時刻ｔ２）までの時間（以下「リッチ検出時間ＴＲ」という）を計測し、リッチ検出時間ＴＲが長くなるほど第１時間ＴＩＭ１を長く設定することが望ましい。リッチ検出時間ＴＲは、ＮＯｘ吸収触媒１５に流入する排気が還元雰囲気にある時間に相関し、この時間が長いほどアンモニア生成量が多くなるからである。第２時間ＴＩＭ２は、予め設定される一定時間とする。エンジン１の運転状態によっては、リッチスパイク終了後に制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸが比較的長い時間に亘って下降状態を継続する可能性があることを考慮したもので、第２時間ＴＩＭ２は、変化傾向の判定処理を実行する時間の上限時間に相当するものであり、アンモニアの影響が確実になくなる時間に設定される。
【００３９】
次に図３を参照して変化傾向判定の手法を説明する。上述したようにＮＯｘ濃度センサ１７の検出出力ＳＥＮＳＡＸは微少変動成分を多く含むため、本実施形態ではサンプリング値の数が異なる２つの移動平均値を用いて変化傾向の判定を行う。図３は、図２における時刻ｔ４付近の検出出力ＳＥＮＳＡＸを用いて算出された移動平均値の推移を示す図であり、同図に示す破線は検出出力ＳＥＮＳＡＸの最新のＭ個（例えば５個）のサンプリング値の移動平均値（以下「第１移動平均値」という）ＡＶＳＮＯＸ１の推移を示し、一点鎖線は検出出力ＳＥＮＳＡＸの最新のＮ個（例えば２０個）のサンプリング値の移動平均値（以下「第２移動平均値」という）ＡＶＳＮＯＸ２の推移を示す。また検出出力ＳＥＮＳＡＸの最新のＫ個のサンプリング値の移動平均値を、制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸ（図２参照）として算出し、リッチスパイク実行時期の判定に適用する。移動平均値の算出に適用するサンプリング値の数Ｋ，Ｍ，Ｎは、予め実験によって適切な値に設定される。
【００４０】
本実施形態では、第１移動平均値ＡＶＳＮＯＸ１及び第２移動平均値ＡＶＳＮＯＸ２を算出し、第１移動平均値ＡＶＳＮＯＸ１が第２移動平均値ＡＶＳＮＯＸ２以上であるときに、出力維持上昇状態にあると判定し、出力維持上昇状態以外の状態を出力下降状態と判定する手法を採用し、さらに出力維持上昇状態にあるとの判定は、ＡＶＳＮＯＸ１≧ＡＶＳＮＯＸ２という判定結果が所定回数ＮＣＴＨ（例えば２０回）連続したときに確定させることとした。所定回数ＮＣＴＨは、予め実験によって適切な値に設定される。図３に示す例においては、時刻ｔ１１近傍から第１移動平均値ＡＶＳＮＯＸ１が第２移動平均値ＡＶＳＮＯＸ２を超え始めるが、同じ判定結果が連続しないため、時刻ｔ１２において出力維持上昇状態にあるとの判定が確定される。
【００４１】
この変化傾向判定手法を適用することによって、正確かつ安定した判定を行うことができる。なお、図３に示す例では、時刻ｔ１２において出力維持上昇状態にあるとの判定が確定された後の時刻ｔ１３の近傍で、出力下降状態に移行しているが、これは実際にＮＯｘ濃度またはアンモニア濃度が変動したものではなくノイズの影響によるものである。そこで、本実施形態ではこのようなノイズの影響も考慮して、リッチスパイク終了後に出力維持上昇状態にあるとの判定を確定したのちに、出力下降状態に移行してもＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸを第２代替値ＲＰＮＯＸ２に設定することは行わずに、制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸへの設定を継続する（上記３）参照）。
【００４２】
図４は、ＮＯｘ濃度センサ１７の検出出力ＳＥＮＳＡＸに応じてＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸを算出し、リッチスパイク制御を行う処理のフローチャートである。この処理は、クランク回転に同期した周期で実行される。なお、検出出力ＳＥＮＳＡＸのサンプリングは、図示しない処理において所定サンプリング周期（例えば１０ｍｓｅｃ周期）で実行される。
【００４３】
ステップＳ１０では、検出出力ＳＥＮＳＡＸの最新の５個のサンプリング値の移動平均値として、リッチスパイク実行判定に使用する制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸを算出する。ステップＳ１３では、リッチスパイク終了時点（図２，ｔ２）からの経過時間ＴＭＡＲＳＰが第１時間ＴＩＭ１を超えたか否かを判別する。リッチスパイク終了直後はこの答が否定（ＮＯ）となり、検出値使用フラグＦＳＥＮＳＡＣＴを「０」に設定し（ステップＳ１４）、ＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸを第１代替値ＲＰＮＯＸ１に設定する（ステップＳ１５）。その後ステップＳ２４に進む。
【００４４】
ステップＳ１３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、さらに経過時間ＴＭＡＲＳＰが第２時間ＴＩＭ２（＞ＴＩＭ１）を超えたか否かを判別する（ステップＳ１６）。この答が否定（ＮＯ）であるときは、検出値使用フラグＦＳＥＮＳＡＣＴが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７の答が否定（ＮＯ）であるときは、図５に示す変化傾向判定処理を実行する（ステップＳ１８）。ステップＳ１６またはＳ１７の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ２２に進み、検出値使用フラグＦＳＥＮＳＡＣＴを「１」に設定し（ステップＳ２２）、ＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸを制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸに設定する（ステップＳ２３）。その後ステップＳ２４に進む。
【００４５】
図５のステップＳ３１では、第１移動平均値ＡＶＳＮＯＸ１を算出し、ステップＳ３２では、第２移動平均値ＡＶＳＮＯＸ２を算出する。ステップＳ３３では、第１移動平均値ＡＶＳＮＯＸ１が第２移動平均値ＡＶＳＮＯＸ２以上であるか否かを判別する。ステップＳ３３の答が否定（ＮＯ）であるときは、カウンタＣＥＱＵＰの値を「０」に設定する（ステップＳ３４）とともに、出力維持上昇フラグＦＥＱＵＰを「０」に設定する（ステップＳ３５）。
【００４６】
ステップＳ３３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、カウンタＣＥＱＵＰの値を「１」だけ増加させ（ステップＳ３６）、カウンタＣＥＱＵＰの値が所定回数ＮＣＴＨ以上であるか否かを判別する（ステップＳ３７）。ステップＳ３７の答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ３５に進み、肯定（ＹＥＳ）となると、出力維持上昇状態にあるとの判定を確定し、出力維持上昇フラグＦＥＱＵＰを「１」に設定する（ステップＳ３８）。
【００４７】
図５の処理によれば、第１移動平均値ＡＶＳＮＯＸ１が第２移動平均値ＡＶＳＮＯＸ２以上である状態が所定回数ＮＣＴＨ連続したときに、出力維持上昇状態にあるとの判定が確定される。
【００４８】
図４に戻り、ステップＳ１９では、出力維持上昇フラグＦＥＱＵＰが「１」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であって出力変化傾向が出力下降状態にあるときは、検出値使用フラグＦＳＥＮＳＡＣＴを「０」に設定し（ステップＳ２０）、ＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸを第２代替値ＲＰＮＯＸ２に設定する（ステップＳ２１）。その後ステップＳ２４に進む。ステップＳ１９の答が肯定（ＹＥＳ）であって出力変化傾向が出力維持上昇状態にあるときは、ステップＳ２２に進む。
【００４９】
ステップＳ２２で検出値使用フラグＦＳＥＮＳＡＣＴが「１」に設定されると、以後はステップＳ１７の答が肯定（ＹＥＳ）となって、変化傾向の判定を行うことなく、ＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸの制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸへの設定が継続される。ステップＳ１３〜Ｓ２３の処理によって、上述した１）〜４）の演算処理が実行される。
【００５０】
ステップＳ２４では、ＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸが判定閾値ＲＳＰＮＯＸを超えたか否かを判別する。その答が否定（ＮＯ）であるときは、リッチスパイク要求フラグＦＲＳＰＲＥＱを「０」に設定し（ステップＳ２５）、ステップＳ２４の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、リッチスパイク要求フラグＦＲＳＰＲＥＱを「１」に設定する。
リッチスパイク要求フラグＦＲＳＰＲＥＱが「０」から「１」に変化すると、リッチスパイクが所定時間に亘って実行される（図２，ＴＲＳＰ）。
【００５１】
図６は、上述したリッチスパイク制御を行うことによる効果を説明するためのタイムチャートであり、縦軸はＮＯｘ濃度センサ１７の出力として、飽和しない検出出力ＳＥＮＳＡＸａ（微少変動成分が除かれているもの）が示されている。図６（ａ）は、リッチスパイク終了直後の所定時間ＴＸ中は、検出出力ＳＥＮＳＡＸａをリッチスパイク実行時期判定に使用しない手法を採用し、かつ所定時間ＴＸが短すぎる例を示す。この例では、時刻ｔ２１からｔ２２までリッチスパイクが実行され、時刻ｔ２２から所定時間ＴＸ経過後の時刻ｔ２３から検出出力ＳＥＮＳＡＸａを使用するリッチスパイク実行時期判定が開始されると、その時点で検出出力ＳＥＮＳＡＸａは、判定閾値ＲＳＰＮＯＸを超えているため直ちにリッチスパイクが開始されるという不具合が発生する。なお、この図において破線は真のＮＯｘ濃度の推移を示し、一点鎖線はリッチスパイクが時刻ｔ２３から開始された場合の検出出力ＳＥＮＳＡＸａの推移を示す。
【００５２】
図６（ｂ）は、時刻ｔ３１からｔ３２までリッチスパイクが実行され、リッチスパイク実行中にＮＯｘ濃度センサ１７に異常（検出出力ＳＥＮＳＡＸａが高い状態で固定される異常）が発生した例が示されている。リッチスパイク終了後に変化傾向判定を行わない場合には、アンモニアの影響が確実になくなると考えられる時刻ｔ３４から異常検知が可能となるので、異常検知が遅れる。これに対し本実施形態では、時刻ｔ３２から第１時間ＴＩＭ１が経過する時刻ｔ３３から、検出出力ＳＥＮＳＡＸａの変化傾向判定が行われ、時刻ｔ３３の直後に検出出力ＳＥＮＳＡＸａがＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸとして参照されるため、ＮＯｘ濃度センサ１７に異常が発生したことが早期に検知可能となる。
【００５３】
以上のように本実施形態では、リッチスパイクの実行時期の判定がＮＯｘ濃度センサ１７の検出出力ＳＥＮＳＡＸに基づいて行われ、リッチスパイクの終了時点（図２，ｔ２）から第１時間ＴＩＭ１が経過するまでの還元雰囲気期間ＴＲＡでは、ＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸが第１代替値ＲＰＮＯＸ１に設定され、さらに還元雰囲気期間ＴＲＡの終了時点（図２，ｔ３）直後において、検出出力ＳＥＮＳＡＸが下降する出力下降状態と判定されたときはＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸが第２代替値ＲＰＮＯＸ２に設定され、第１及び第２代替値ＲＰＮＯＸ１，ＲＰＮＯＸ２が判定閾値ＲＳＰＮＯＸより小さい値に設定される。したがって、還元雰囲気期間ＴＲＡ及びその直後の出力下降状態ではリッチスパイクを実行する必要がないと判定され、還元雰囲気期間ＴＲＡの終了時点以後において、検出出力ＳＥＮＳＡＸが同一値を維持するかまたは上昇する出力維持上昇状態と判定されたときは、制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸを使用して実行時期の判定が行われる。検出出力ＳＥＮＳＡＸが下降している出力下降状態では、ＮＯｘ濃度センサ近傍にアンモニアが存在している可能性が高いことが確認されており、還元雰囲気期間ＴＲＡ及びその直後の出力下降状態では、リッチスパイクを実行する必要がないと判定し、出力維持上昇状態へ移行後に制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸを使用してリッチスパイク実行時期の判定を行うことによって、アンモニア濃度の影響によるリッチスパイク実行時期の誤判定を確実に防止しつつ、リッチスパイク終了後比較的短時間のうちに、制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸを使用したリッチスパイク実行時期判定を行うことが可能となる。その結果、リッチスパイク終了後、直ぐにリッチスパイクが実行される不具合、あるいはＮＯｘ吸収触媒１５のＮＯｘ吸収能力が低下している場合にリッチスパイクの実行時期が遅れる不具合を防止できる。
【００５４】
また、検出出力ＳＥＮＳＡＸが所定サンプリング周期でサンプリングされ、検出出力ＳＥＮＳＡＸのサンプリング値の移動平均化演算（ローパスフィルタ処理）を行うことによって制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸが算出され、出力維持上昇状態と判定されたときは、制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸを使用してリッチスパイクの実行時期判定が行われる。ＮＯｘ濃度センサ１７の検出出力ＳＥＮＳＡＸは微少変動成分を多く含むため、そのままリッチスパイクの実行時期判定に使用すると判定結果の変動を招く。移動平均化演算によって微少変動成分を減衰させ、移動平均化処理後の制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸを使用することによって、そのような不具合を防止できる。
【００５５】
また、出力維持上昇状態への移行後に出力下降状態と判定されても、制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸの使用が継続される。出力維持上昇状態へ移行した後は、ＮＯｘ濃度センサ１７近傍にアンモニアがほとんど存在しないことが確認されているので、出力維持上昇状態への移行後に出力下降状態と判定されるのは、例えばエンジン負荷の減少による排気中のＮＯｘ濃度の低下、もしくはノイズの影響で検出出力が変動することによるものと考えられる（図３，ｔ１３近傍参照）。したがって、そのような変動を出力変化傾向の判定に反映させないことによって、制御を安定化することができる。
【００５６】
また、検出出力ＳＥＮＳＡＸの最新の５個のサンプリング値の移動平均値である第１移動平均値ＡＶＳＮＯＸ１が算出されるとともに、検出出力ＳＥＮＳＡＸの最新の２０個のサンプリング値の移動平均値である第２移動平均値ＡＶＳＮＯＸ２が算出され、第１移動平均値ＡＶＳＮＯＸ１が第２移動平均値ＡＶＳＮＯＸ２以上である状態が出力維持上昇状態と判定される。ＮＯｘ濃度センサ１７の検出出力ＳＥＮＳＡＸは、微少変動成分を多く含むので、サンプリング値そのものを用いて変化傾向の判定を行うと、短時間のうちに判定結果が変動し、正確な判定を行うことが困難である。また、例えば第２移動平均値ＡＶＳＮＯＸ２のみを算出し、その変化傾向を判定する（１つの移動平均値の前回値と今回値の大小関係に応じて判定する）ことも考えられるが、そのような判定手法でも判定結果の変動が大きいことが確認されている。そこで、サンプリングデータ数が異なる２つの移動平均値ＡＶＳＮＯＸ１，ＡＶＳＮＯＸ２の大小関係を用いて、出力維持上昇状態を判定することにより、比較的安定的かつ正確な変化傾向の判定を行うことができる。
【００５７】
また、第１移動平均値ＡＶＳＮＯＸ１が第２移動平均値ＡＶＳＮＯＸ２以上であるという判定結果が所定回数ＮＣＴＨ連続して得られたときに、出力維持上昇状態であるとの判定が確定されるので、より確実かつ安定した判定結果が得られる。
【００５８】
また、還元雰囲気期間ＴＲＡの設定時間に相当する第１時間ＴＩＭ１より長い上限時間としての第２時間ＴＩＭ２が、リッチスパイク終了時点から経過した後は、制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸを使用して実行時期の判定が行われる。アンモニアの影響がなくなっても出力下降状態が比較的長い時間継続する場合があるため、アンモニアの影響が確実に無くなると考えられる時間を第２時間ＴＩＭ２とすることにより、第２時間ＴＩＭ２経過後は検出出力ＳＥＮＳＡＸの変化傾向の判定を不要として、演算装置の処理負荷を軽減するとともに、制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸの使用が過度に遅れることを防止できる。
【００５９】
本実施形態では、ＥＣＵ５がリッチ化手段の一部、変化傾向判定手段、サンプリング手段、制御用検出値算出手段、第１移動平均値算出手段、及び第２移動平均値算出手段を構成し、燃料噴射弁６がリッチ化手段の一部を構成する。
【００６０】
［変形例１］
図７（ａ）に示すように、排気通路１３に設けられるＮＯｘ吸収触媒１５ａが、２つのベッドの搭載された上流側触媒３１及び下流側触媒３２によって構成されるものである場合には、ＮＯｘ濃度センサ１７は、上流側触媒３１の下流側であって下流側触媒３２の上流側の位置に配置するようにしてもよい。このような構成では、下流側触媒３２のＮＯｘ吸収量が飽和した状態を、ＮＯｘ濃度センサ１７の検出結果から直接検知することはできないが、上流側触媒３１のＮＯｘ吸収量が飽和した状態を、上述した実施形態に比べて早期に検知することが可能となり、下流側触媒３２のＮＯｘ吸収量が飽和する時期を予測して、リッチスパイクの実行時期を判定することができる。
【００６１】
また図７（ａ）に示す構成によれば、リッチスパイクの実行時間を所定時間に設定するのではなく、ＮＯｘ濃度センサ１７の出力に基づいてリッチスパイクの終了時期を適切に判定すること可能となる。上述した実施形態のようにＮＯｘ吸収触媒１５の下流側にＮＯｘ濃度センサ１７を配置する場合には、ＮＯｘ濃度センサ１７の出力に基づいてリッチスパイクの終了時期を判定すると、終了時期が遅くなって余った還元剤が排出される可能性が高くなるのに対し、本変形例の配置を採用することによって、ＮＯｘ濃度センサ１７の出力に基づくリッチスパイク終了時期判定を適切に行うことが可能となる。
【００６２】
［変形例２］
図７（ｂ）に示すように、ＮＯｘ吸収触媒１５の上流側にもＮＯｘ濃度センサ１８を設けて、ＮＯｘ濃度センサ１８によって検出されるＮＯｘ濃度ＣＮＯＸＵＰと、ＮＯｘ濃度センサ１７によって検出されるＮＯｘ濃度ＣＡＴＮＯＸとからＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸ（＝ＣＡＴＮＯＸ／ＣＮＯＸＵＰ）を算出し、ＮＯｘ浄化率ＲＮＯＸが浄化率閾値ＲＮＯＸＴＨを超える時点からリッチスパイクを開始するようにしてもよい。
【００６３】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実記形態では、検出出力ＳＥＮＳＡＸの移動平均化演算を行うことによって、制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸを算出するようにしたが、移動平均化演算に限るものではなく、他のローパススフィルタ演算を適用してもよい。
【００６４】
また検出出力ＳＥＮＳＡＸの含まれる微少変動成分がもともと少ない場合には、検出出力ＳＥＮＳＡＸをそのまま制御用検出値ＳＥＮＳＮＯＸとして使用してもよい。また、移動平均値ＡＶＳＮＯＸ１，ＡＶＳＮＯＸ２の算出に適用するサンプリング値の個数は、５個及び２０個に限るものではなく、検出出力ＳＥＮＳＡＸに含まれる微少変動成分に応じて適宜設定可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１  内燃機関
５  電子制御ユニット（リッチ化手段、変化傾向判定手段、サンプリング手段、制御用検出値算出手段、第１移動平均値算出手段、及び第２移動平均値算出手段）
６  燃料噴射弁（リッチ化手段）
１５  ＮＯｘ吸収触媒
１７  ＮＯｘ濃度センサ
ＡＶＳＮＯＸ１  第１移動平均値
ＡＶＳＮＯＸ２  第２移動平均値
ＳＥＮＳＡＸ  検出出力
ＳＥＮＳＮＯＸ  制御用検出値
ＴＩＭ１  第１時間（設定時間）
ＴＩＭ２  第２時間（上限時間）
【図１】
0006499061.tif 000002
【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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