(57)【要約】【課題】リッチスパイクの実行に伴う燃料消費量を抑えることにより燃費悪化を抑制できる排気システムを提供する。【解決手段】排気システムは、内燃機関１の排気通路４に配置されて吸蔵した窒素酸化物を燃料の存在下で還元するフィルタ１７と、排気還流装置９による排気の取り出し位置よりも上流側に燃料を供給する燃料添加弁１８とを有し、燃料添加弁１８から燃料を供給させることにより排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイクを、前回のリッチスパイクによりリッチ側に設定された排気が排気還流装置９及び吸気通路３を経由して排気通路４に戻る回帰時期に同期するようにリッチスパイクの実行時期を制御する。【選択図】図１
2008128040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路から排気を取り出して吸気通路へ導入する排気還流装置が設けられた内燃機関に適用される内燃機関の排気システムにおいて、
前記排気通路に配置され、吸蔵した窒素酸化物を燃料の存在下で還元する排気浄化手段と、前記排気還流装置による排気の取り出し位置よりも上流側の前記排気通路内に燃料を供給できる燃料添加手段と、前記排気浄化手段にて窒素酸化物が還元されるように、前記燃料添加手段から燃料を供給させることにより排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイクを実行するリッチスパイク実行手段と、リッチスパイクの実行により空燃比がリッチ側に設定された排気が前記排気還流装置及び前記吸気通路を経由して前記排気通路に戻る回帰時期を特定する回帰時期特定手段と、リッチスパイクの実行時期と当該リッチスパイクよりも前に実行されたリッチスパイクによる前記回帰時期とが同期するようにリッチスパイクの実行時期を制御するリッチスパイク制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気システム。
【請求項２】
前記リッチスパイク制御手段は、前記排気浄化手段による窒素酸化物の吸蔵量が所定範囲内の場合、リッチスパイクの実行時期と当該リッチスパイクよりも前に実行されたリッチスパイクによる前記回帰時期とが同期するように前記リッチスパイクの実行時期を制御する一方で、前記排気浄化手段による窒素酸化物の吸蔵量が前記所定範囲外の場合、前記排気浄化手段による窒素酸化物の吸蔵量が前記所定範囲の上限値を超えた時に前記回帰時期に関わりなく前記リッチスパイクが実行されるように前記リッチスパイクの実行時期を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気システム。
【請求項３】
前記回帰時期特定手段は、リッチスパイクの実行に伴う前記内燃機関の気筒内における燃焼状態の変動に基づいて前記回帰時期を特定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気システム。
【請求項４】
前記排気通路に配置され、空燃比に応じた信号を出力する空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段による出力に基づいて前記リッチスパイクの実行時期と前記回帰時期とのずれを検出し、そのずれに基づいて前記回帰時期特定手段が特定した前記回帰時期を補正する回帰時期補正手段とを更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気システム。
【請求項５】
前記排気浄化手段の下流側に配置され、排気中の窒素酸化物量に応じた信号を出力する窒素酸化物検出手段と、前記窒素酸化物検出手段による出力に基づいて前記リッチスパイクの実行時期と前記回帰時期とのずれを検出し、そのずれに基づいて前記回帰時期特定手段が特定した前記回帰時期を補正する回帰時期補正手段とを更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気システム。
【請求項６】
前記リッチスパイク制御手段は、今回のリッチスパイクの実行時期と前回のリッチスパイクによる前記回帰時期とが同期するようにリッチスパイクの実行時期を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路から排気を取り出して吸気通路へ導入する排気還流装置が設けられた内燃機関に適用される内燃機関の排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
排気中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという。）を吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを還元剤としての燃料の存在下で還元して浄化するＮＯｘ触媒を有する排気浄化装置が広く知られている。また、燃焼温度を下げてＮＯｘの排出量を低減するため、排気通路から排気を取り出して吸気通路へ導入する排気還流装置が設けられた内燃機関が広く知られている。例えば、ターボチャージャーのタービン下流にＮＯｘ触媒を有する排気浄化装置を設け、その排気浄化装置の下流から排気を取り出してターボチャージャーのコンプレッサの上流に導入する排気還流装置が設けられたターボチャージャー付きのディーゼル機関が知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−７６４５６号公報
【特許文献２】特開平６−５０１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなディーゼル機関の排気は酸素濃度が高く空燃比がリーン側にあるため、排気浄化装置が吸蔵したＮＯｘを十分に還元することができない。そこで、排気通路内に燃料を供給して排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイクを実行することにより排気浄化装置が吸蔵したＮＯｘを還元させている。このリッチスパイクはリーン側にある排気を一時的とはいえリッチ側に設定するため、それ相応の燃料を排気通路へ供給することが必要である。そのため、リッチスパイクの実行により燃料消費量が増加して燃費が悪化する。
【０００５】
そこで、本発明は、リッチスパイクの実行に伴う燃料消費量を抑えることにより燃費悪化を抑制できる排気システム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】
本発明の内燃機関の排気システムは、排気通路から排気を取り出して吸気通路へ導入する排気還流装置が設けられた内燃機関に適用される内燃機関の排気システムにおいて、
前記排気通路に配置され、吸蔵した窒素酸化物を燃料の存在下で還元する排気浄化手段と、前記排気還流装置による排気の取り出し位置よりも上流側の前記排気通路内に燃料を供給できる燃料添加手段と、前記排気浄化手段にて窒素酸化物が還元されるように、前記燃料添加手段から燃料を供給させることにより排気の空燃比を一時的にリッチ側に設定するリッチスパイクを実行するリッチスパイク実行手段と、リッチスパイクの実行により空燃比がリッチ側に設定された排気が前記排気還流装置及び前記吸気通路を経由して前記排気通路に戻る回帰時期を特定する回帰時期特定手段と、リッチスパイクの実行時期と当該リッチスパイクよりも前に実行されたリッチスパイクによる前記回帰時期とが同期するようにリッチスパイクの実行時期を制御するリッチスパイク制御手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この排気システムによれば、リッチスパイクの実行の際に排気還流装置の排気の取り出し位置よりも上流に燃料添加手段にて燃料が供給されるため、その燃料の供給により空燃比がリッチ側に設定された排気は排気還流装置及び吸気通路を経由して排気通路へ戻る。リッチスパイクの実行時期はその排気が戻る回帰時期に同期するように制御されるので、排気通路に戻ったリッチ側の空燃比を持つ排気をそのリッチスパイクで活用できる。従って、これらの時期を同期させない場合よりも少ない燃料でリッチ側の空燃比に設定することができる。これにより、リッチスパイクの実行に伴う燃料消費量を抑えることができるため燃費悪化を抑制することができる。
【０００８】
リッチスパイクの実行時期を同期させる回帰時期はそのリッチスパイクよりも前に行われたリッチスパイクにて空燃比がリッチ側に設定された排気が排気通路に戻る時期であればよい。つまり、リッチスパイク制御手段は、今回のリッチスパイクの実行時期と前回のリッチスパイクによる前記回帰時期とが同期するようにリッチスパイクの実行時期を制御してもよいし（請求項６）、今回のリッチスパイクの実行時期を前回よりも前に実行されたリッチスパイクに対応する回帰時期に同期させてもよい。また、本発明においては排気還流装置及び吸気通路を経由する回数に制限はない。従って、本発明における回帰時期にはこれらを１回経由して排気通路に戻る時期はもとより、これらを２回以上経由して排気通路に戻る時期も含まれる。もっとも、これらを経由する回数が増えるほど空燃比が増加、即ちリーン側に変化してゆくので、これらの経由回数が１回である回帰時期にリッチスパイクの実行時期を同期させることがリッチスパイク時の燃料消費量を低減する観点から最も有利である。
【０００９】
本発明の排気システムの一態様において、前記リッチスパイク制御手段は、前記排気浄化手段による窒素酸化物の吸蔵量が所定範囲内の場合、リッチスパイクの実行時期と当該リッチスパイクよりも前に実行されたリッチスパイクによる前記回帰時期とが同期するように前記リッチスパイクの実行時期を制御する一方で、前記排気浄化手段による窒素酸化物の吸蔵量が前記所定範囲外の場合、前記排気浄化手段による窒素酸化物の吸蔵量が前記所定範囲の上限値を超えた時に前記回帰時期に関わりなく前記リッチスパイクが実行されるように前記リッチスパイクの実行時期を制御してもよい（請求項２）。この態様によれば、リッチスパイクの実行時期と回帰時期とを同期させる制御（以下、この欄において同期制御という。）を窒素酸化物の吸蔵量に応じて制限することができる。同期制御を無条件に実行するとリッチスパイク一回当たりの燃料消費量を減らすことができるが、その実行回数が増えるため却ってトータルの燃料消費量が増加するおそれがある。この態様によれば、排気浄化手段による窒素酸化物の吸蔵量が所定範囲外の場合には、回帰時期に関わりなくその吸蔵量が所定範囲の上限値を超えた時にリッチスパイクが実行される。従って、所定範囲を適宜設定することにより、窒素酸化物の吸蔵量が少ない場合は同期制御を制限し、その吸蔵量が多い場合は窒素酸化物の排出量を抑えることができる。これにより、燃料消費量の増加を抑えつつ窒素酸化物の排出量の増加を抑制できる。
【００１０】
回帰時期特定手段が回帰時期を特定する方法に制限はない。例えば、機関回転数（回転速度）や排気通路内の温度等の運転状態毎に回帰時期を予め調査しておき、その調査結果を記述したマップを準備して、そのマップを参照して運転状態に応じた回帰時期を特定するようにしてもよい。また、吸気通路内の空燃比に応じた信号を出力する空燃比検出手段を設け、その検出手段の出力に基づいて回帰時期を特定するようにすることもできる。
【００１１】
リッチスパイクによりリッチ側に設定された排気が排気還流装置及び吸気通路を経由して気筒内に導かれると燃焼状態が変動する。そこで、回帰時期特定手段はリッチスパイクの実行に伴う前記内燃機関の気筒内における燃焼状態の変動に基づいて前記回帰時期を特定してもよい（請求項３）。燃焼状態の変動は気筒内における着火遅れや機関回転速度の変動として顕在化する。そこで、例えば、気筒内の圧力を検出できる筒内圧センサを設け、そのセンサの出力から着火遅れを検出し、その着火遅れに基づいて回帰時期を特定することができる。また、例えば、機関回転速度を検出できる回転速度センサを設け、そのセンサの出力から機関回転速度の変動を検出し、その機関回転速度の変動に基づいて回帰時期を特定することもできる。
【００１２】
以上のような方法で回帰時期を特定しても種々の要因で実際の回帰時期と完全に一致せず、リッチスパイクの実行時期と回帰時期との間にずれが生じる可能性がある。そこで、本発明の一態様においては、前記排気通路に配置され、空燃比に応じた信号を出力する空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段による出力に基づいて前記リッチスパイクの実行時期と前記回帰時期とのずれを検出し、そのずれに基づいて前記回帰時期特定手段が特定した前記回帰時期を補正する回帰時期補正手段とを更に備えてもよい（請求項４）。リッチスパイクの実行時期と回帰時期との間にずれが生じると、空燃比検出手段の出力にリッチスパイクの実行時期に対応した空燃比の低下ピークと実際の回帰時期に対応した空燃比の低下ピークとが別々に現れる。この態様によれば、空燃比検出手段の出力に基づいて、それらのピーク間の時間をずれとして検出することができるため、回帰時期特定手段が特定した回帰時期を補正することができる。これにより、リッチスパイクの実行時期と回帰時期とをより正確に同期させることができ、燃費低減効果が向上する。また、実際のずれを検出できるので、同期制御に内燃機関の個体差を反映させることができる。
【００１３】
また、本発明の一態様においては、前記排気浄化手段の下流側に配置され、排気中の窒素酸化物の量に応じた信号を出力する窒素酸化物検出手段と、前記窒素酸化物検出手段による出力に基づいて前記リッチスパイクの実行時期と前記回帰時期とのずれを検出し、そのずれに基づいて前記回帰時期特定手段が特定した前記回帰時期を補正する回帰時期補正手段とを更に備えてもよい（請求項５）。リッチスパイクの実行時期と回帰時期とのずれが大きいほど、そのリッチスパイクによる空燃比のリーン側へのずれが大きくなる。空燃比がリーン側へずれるほど、排気浄化手段による還元が進まないためリッチスパイクの前後における窒素酸化物の低下量が減少し、かつ空燃比がリーン側へずれるほど、排気浄化手段からの窒素酸化物が脱離し難くくなるためリッチスパイク時における窒素酸化物の吐き出し量が減少する。この態様によれば、窒素酸化物検出手段の出力に基づいて、窒素酸化物の低下量及び吐き出し量の大きさからリッチスパイクの実行時期と回帰時期とのずれの大きさを検出することができる。そのため、そのずれに基づいて回帰時期特定手段が特定した回帰時期を補正することができ、リッチスパイクの実行時期と回帰時期とをより正確に同期させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、リッチスパイクの実行時期が、そのリッチスパイクよりも前に行われたリッチスパイクにてリッチ側に設定された排気が排気通路に戻る回帰時期に同期するように制御されるので、空燃比をリッチ側に設定するために必要な燃料を同期しない場合よりも減らすことができる。これにより、リッチスパイクの実行に伴う燃料消費量を抑えることができるため燃費悪化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の形態）
図１は本発明の排気システムが適用された内燃機関の要部を示している。内燃機関１は不図示の車両に走行用動力源として搭載され、４つの気筒２が一列に並べられた直列４気筒のディーゼルエンジンとして構成されている。各気筒２には吸気通路３及び排気通路４がそれぞれ接続されている。吸気通路３にはスロットル弁５、ターボチャージャー６のコンプレッサ６ａ及び吸気を冷却するインタークーラ７が設けられている。排気通路４にはターボチャージャー６のタービン６ｂ及び排気浄化装置８が設けられている。また、内燃機関１には排気通路４から排気を取り出して吸気通路３へ導入する排気還流装置９が設けられている。排気還流装置９は排気通路４と吸気通路３とを接続するＥＧＲ通路１０と、ＥＧＲ通路１０を通過するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１１と、吸気通路３へのＥＧＲガスの導入量を調整するＥＧＲ弁１２とを備えている。また、内燃機関１は各気筒２にそれぞれ設けられる燃料噴射弁１３と、各燃料噴射弁１３に供給する高圧の燃料を蓄えるコモンレール１４とを備えており、そのコモンレール１４には不図示の燃料ポンプにて燃料が高圧状態で供給される。
【００１６】
排気浄化装置８は、排気通路４の一部をなすケーシング１５と、そのケーシング１５に収容される酸化触媒１６及びフィルタ１７とを備えている。フィルタ１７は排気中のパティキュレートを捕集可能な不図示の基材を有し、その基材には吸蔵還元型のＮＯｘ触媒物質がコーティングされている。これにより、フィルタ１７はパティキュレートを捕集する機能を有するとともに、吸蔵したＮＯｘを燃料の存在下で還元する本発明に係る排気浄化手段としても機能する。フィルタ１７の代りにパティキュレートの捕集機能を持たないＮＯｘ触媒を排気浄化手段として設けてもよい。フィルタ１７が吸蔵したＮＯｘを還元させるため、内燃機関１には排気通路４内に供給する燃料添加手段としての燃料添加弁１８が設けられている。燃料添加弁１８から所定量の燃料を排気通路４内に供給することで、排気の空燃比が一時的にリッチ側に設定される。このような操作はリッチスパイクと呼ばれる周知のものである。
【００１７】
リッチスパイクの制御は内燃機関１の運転状態を制御するコンピュータであるエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０にて実施される。ＥＣＵ２０には内燃機関１の回転速度を検出できる回転速度センサ２１、吸入空気流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２２、排気の空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサ２３、気筒２内の圧力に応じた信号を出力する筒内圧センサ２４等の各種センサからの出力信号が入力され、ＥＣＵ２０はそれらの出力信号を参照して内燃機関１の各部の制御を行っている。ＥＣＵ２０が実行する制御は多岐に亘るが、ここでは本発明に関連してＥＣＵ２０が実行する制御について説明する。
【００１８】
ＥＣＵ２０は排気還流装置９による吸気通路３への排気の導入（排気還流）の実行とその禁止とを内燃機関１の運転状態に応じて判断するとともに、排気還流装置９による排気還流を実行する際に吸気通路３に設けられたスロットル弁５及びＥＧＲ弁１２のそれぞれの開度を操作してＥＧＲガスの導入量を制御する。図１の内燃機関１は、燃料添加弁１８による燃料の供給位置が排気還流装置９が排気を取り出す位置よりも上流に設けられているので、排気還流装置９による排気還流の実行中にリッチスパイクを実行すると、空燃比がリッチ側に設定された排気が排気還流装置９を通じて吸気通路３に導入され、その排気は吸気通路３で新気と混合されて気筒２内に導入される。その後、その排気は再び排気通路４へ戻される。本形態はリッチスパイクによりリッチ側に設定された排気が排気通路４へ戻る回帰時期とリッチスパイクの実行時期とが同期するようにＥＣＵ２０がリッチスパイクの実行時期を制御することをその特徴としている。
【００１９】
図２はＥＣＵ２０が実行するリッチスパイク制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンのプログラムはＥＣＵ２０が持つＲＯＭ等の記憶手段に保持されており所定の周期で繰り返し実行される。まずＥＣＵ２０はステップＳ１においてフィルタ１７によるＮＯｘの吸蔵量Ｓを推定する。吸蔵量Ｓの推定は周知の方法で実施できるので詳細な説明は省略する。次にステップＳ２において、吸蔵量Ｓが所定の閾値Ｓｔｈ１よりも大きいか否かを判定する。閾値Ｓｔｈ１はリッチスパイクの実行要否を決めるものであり、ＮＯｘの吸蔵量の限界値よりも低い値に設定される。ステップＳ２で吸蔵量Ｓが閾値Ｓｔｈ１よりも大きい場合はステップＳ３に進み、そうでない場合はリッチスパイクを実行する必要がないため、以後の処理をスキップして今回のルーチンを終える。
【００２０】
ステップＳ３では、前回のリッチスパイクが行われた際に排気還流装置９によって排気還流が実行されている状態（ＥＧＲ実行中）であったか否かを判定する。この判定はＥＧＲ弁１２の開度を検出する不図示の開度センサからの情報に基づいて行ってもよいし、図２のルーチンと並行して実行する不図示の排気還流制御のルーチンの処理状態に基づいて行ってもよい。ＥＧＲ実行中でなかった場合はステップＳ９に進んで通常のリッチスパイクを実行する。即ち、ＥＣＵ２０は排気の空燃比が所定の空燃比となるように、燃料添加弁１８の開弁期間を操作して所定量の燃料を排気通路４内に供給させる。なお、リッチスパイクで設定される所定の空燃比はリッチスパイクを実行しない場合の空燃比よりも小さい値、つまりその空燃比よりもリッチ側の値に設定される。従って、所定の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の値に設定されるとは限らない。ステップＳ９でリッチスパイクを実行した後は、ステップＳ８に進んでリッチスパイクの実行時からの経過時間Ｔを計測するタイマをリセットする。
【００２１】
一方、ステップＳ３でＥＧＲ実行中であったと判定した場合はステップＳ４に進み、リッチスパイクによりリッチ側に設定された排気が排気通路４へ戻る回帰時期Ｔ１を特定する。ここでは、リッチスパイクの実行時からそのリッチスパイクによりリッチ側に設定された排気が排気還流装置９及び吸気通路３を１回経由して排気通路４に戻る時までの時間が回帰時期Ｔ１として特定される。この回帰時期Ｔ１は気筒２内の燃焼状態の変動に基づいて特定される。リッチ側に設定された排気が気筒２内に導入されると、混合気の空燃比がリッチ側に変化するため通常時よりも着火時期が遅れる。このような着火時期の遅れは気筒２内の圧力変化として顕在化するため、その圧力変化を図１の筒内圧センサ２５の出力から検出することにより、リッチ側に設定された排気が気筒２内に導入された時期を特定できる。そして、気筒２内のガスが排気通路４へ排出されるまでの時間は機関回転速度から求めることができる。従って、回帰時期Ｔ１は、Ｔａをリッチスパイクの実行時から着火遅れを検出した時までの時間、Ｔｂを気筒２内のガスが排気通路４へ排出されるまでの時間とした場合、Ｔ１＝Ｔａ＋Ｔｂの演算結果として特定される。また、気筒２内の燃焼状態の変動は内燃機関１の回転速度の変動としても顕在化するため、その回転速度の変動を図１の回転速度センサ２１の出力から検出することにより、リッチ側に設定された排気が気筒２内に導入された時期を特定することもできる。これにより、上記と同様にして回帰時期Ｔ１を特定することができる。
【００２２】
次に、ステップＳ５ではリッチスパイクの実行時からの経過時間Ｔが回帰時期Ｔ１よりも小さいか否かを判定する。経過時間Ｔが回帰時期Ｔ１よりも大きい場合は今回のリッチスパイクの実行時期と回帰時期Ｔ１とを同期させることができないため、ステップＳ９に進んで通常のリッチスパイクを実行する。一方、経過時間Ｔが回帰時期Ｔ１より小さい場合は、ステップＳ６に進んで経過時間Ｔと回帰時期Ｔ１が一致するまで処理を待ち、これらが一致した場合にはステップＳ７に進んでリッチスパイクを実行する。これにより、今回のリッチスパイクの実行時期と回帰時期とが同期する。図３は通常のリッチスパイク（通常リッチスパイク）による空燃比の時間的変化と、実行時期と回帰時期とを同期させたリッチスパイク（同期リッチスパイク）による空燃比の時間的変化とを対比した説明図である。この図においてハッチングで示した部分がリッチスパイクに必要な燃料量に相当する。この図から明らかなように、ステップＳ７における同期リッチスパイクでは、前回のリッチスパイクにより空燃比がリッチ側に設定された破線で示す排気を活用できるため、ステップＳ９における通常リッチスパイクよりも少ない燃料が燃料添加弁１８から噴射される。ステップＳ７で同期リッチスパイクが行われた後は、ステップＳ８でタイマをリセットして今回のルーチンを終了する。
【００２３】
（第２の形態）
次に本発明の第２の形態を説明する。この形態はリッチスパイク制御の制御ルーチンを除き第１の形態と同一であるため、以下、第１の形態との共通部分については説明を省略する。図４は第２の形態に係るリッチスパイク制御の制御ルーチンの一例を示している。この形態は上述した同期リッチスパイクの実行がＮＯｘ吸蔵量に応じて制限されることをその特徴としている。ＥＣＵ２０はステップＳ２１でＮＯｘ吸蔵量Ｓを推定し、ステップＳ２２でＥＧＲ実行中か否かを判定する。ＥＧＲ実行中である場合はステップＳ２３に進み、そうでない場合はステップＳ２９に進む。ステップＳ２３では吸蔵量Ｓが所定範囲内にあるか否かを判定する。この所定範囲の下限値は、同期リッチスパイクの一回当たりの燃料削減量と、同期リッチスパイクを行うことによるリッチスパイクの回数増加とを勘案し、トータルの燃料消費量が同期リッチスパイクを行わない場合よりも低減できるように設定されている。従って、ＮＯｘ吸蔵量Ｓがこの下限値よりも少ない場合に同期リッチスパイクを実行すると、リッチスパイクの回数が増加して却って燃費悪化することになる。また、この所定範囲の上限値は、ＮＯｘ排出量が削減できるようにリッチスパイクの実行要否を決めるという観点で設定される。つまりこの上限値は第１の形態の閾値Ｓｔｈ１と同様の技術的意義を有している。従って、この上限値を超えてから同期リッチスパイクを実行したのでは、燃料消費量を削減できても却ってＮＯｘ排出量が増加してしまう。
【００２４】
そこで、ステップＳ２３で吸蔵量Ｓが所定範囲内にない場合は、同期リッチスパイクの実行を制限するためステップＳ２９に進み、所定範囲の上限値を超えた時期に通常リッチスパイクを実行するようにしている（ステップＳ３０）。所定範囲の上限値を超えていない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。一方、ステップＳ２３で吸蔵量Ｓが所定範囲内にある場合はステップＳ２４〜ステップＳ２８の処理により同期リッチスパイクを実行する。これらの処理は図２に示したステップＳ４〜ステップＳ８と同様の処理である。但し、リッチスパイクの実行時期を回帰時期Ｔ１に同期させるまでの待ち時間の間に吸蔵量Ｓが所定範囲の上限値を超える可能性があるため、ステップＳ２６で否定的判定がなされたときはステップＳ２１に戻るようにしている。これにより、リッチスパイクの実行時期を回帰時期Ｔ１に同期させる時点のＮＯｘ吸蔵量Ｓを考慮して同期リッチスパイクの実行の可否を決定できる。
【００２５】
（第３の形態）
次に本発明の第３の形態を説明する。この形態は上述した回帰時期を補正することをその特徴とし、第１又は第２の形態と組み合わせて実施される。上記第１又は第２の形態で特定される回帰時期は種々の要因で実際の回帰時期と完全に一致せずに、リッチスパイクの実行時期と回帰時期との間にずれが生じる可能性がある。
【００２６】
図５は空燃比検出手段として設けられた空燃比センサ２３の出力の時間的変化について、そのずれが生じた場合を実線で、そのずれが生じていない場合を破線でそれぞれ示している。この図から明らかなように、リッチスパイクの実行時期と回帰時期とが同期している場合は空燃比センサ２３の出力に空燃比の低下ピークＰが一つ現れるのに対し、リッチスパイクの実行時期と回帰時期とがずれていると、空燃比センサ２３の出力にリッチスパイクの実行時期に対応した空燃比の低下ピークＰ１と実際の回帰時期に対応した空燃比の低下ピークＰ０とが別々に現れる。そこで、ＥＣＵ２０はこれらの低下ピークＰ０、Ｐ１の先後を特定するとともに、低下ピークＰ０、Ｐ１間の時間を特定し、これらの情報に基づいて回帰時期を補正する。
【００２７】
図６はＥＣＵ２０が実行する第３の形態に係る回帰時期補正処理の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。まず、ＥＣＵ２０はステップＳ３１で空燃比センサ２３の出力を参照して空燃比の低下ピークを検出する。次にステップＳ３２で低下ピークの状態に基づいて同期が十分に取れているか否かを判断し、同期が十分に取れている場合には回帰時期Ｔ１を補正する必要がないので、ステップＳ３３に進んで、回帰時期Ｔ１に乗じる補正係数Ｋを１．０に設定する。一方、同期が十分でない場合は、低下ピークＰ０、Ｐ１の先後及び低下ピークＰ０、Ｐ１間の時間をそれぞれ特定し、それらの情報に応じた補正係数Ｋを設定する。図５に示すように低下ピークＰ０が低下ピークＰ１よりも先に現れる場合は、リッチスパイクの実行時期が遅れたことになるので、補正係数Ｋは１．０よりも小さい値に設定され、図５とは反対に低下ピークＰ０が低下ピークＰ１よりも後に現れる場合は、リッチスパイクの実行時期が早かったことになるので、補正係数Ｋは１．０よりも大きい値に設定される。そして、補正係数Ｋは低下ピークＰ０、Ｐ１間の時間が長いほど、より小さい値に又はより大きい値になるように設定される。いずれにせよ低下ピークＰ０、Ｐ１のずれがなくなるように補正係数Ｋが設定される。続くステップＳ３５では、回帰時期Ｔ１にステップＳ３３及びステップＳ３４で設定された補正係数Ｋを乗じて回帰時期Ｔ１を更新することにより、回帰時期Ｔ１を補正する（Ｔ１←Ｔ１×Ｋ）。
【００２８】
図６のルーチンを実行することにより、リッチスパイクの実行時期と回帰時期とをより正確に同期させることができ、燃費低減効果が向上する。また、実際のずれを検出できるので、同期リッチスパイクの際に内燃機関１の個体差を反映させることができる。
【００２９】
（第４の形態）
次に本発明の第４の形態を説明する。この形態は第３の形態と同様に回帰時期を補正することを特徴とし、第１又は第２の形態と組み合わせて実施される。但し、第４の形態を実施するためには、図１の内燃機関１の排気浄化装置８の下流側にＮＯｘ量に応じた信号を出力する窒素酸化物検出手段としてのＮＯｘセンサ（不図示）を設ける必要がある。
【００３０】
図７Ａ及び図７Ｂは、ＮＯｘセンサの出力の時間的変化を示し、図７Ａはリッチスパイクの実行時期と回帰時期とのずれが小さい場合を、図７Ｂはリッチスパイクの実行時期と回帰時期とのずれが大きい場合をそれぞれ示している。またこれらの図において、比較のためにリッチスパイクを行わない場合の出力を一点鎖線で示し、リッチスパイクの実行時期と回帰時期との同期が十分に取れている場合の出力を破線で示す。
【００３１】
リッチスパイクの実行時期と回帰時期とのずれが大きいほど、そのリッチスパイクによる空燃比のリーン側へのずれが大きくなる。図７Ａと図７Ｂとを比較すると明らかなように、空燃比がリーン側へずれるほど、ＮＯｘの還元が進まないためリッチスパイクの前後におけるＮＯｘの低下量Ｅｒが減少し、かつ空燃比がリーン側へずれるほど、ＮＯｘの脱離がし難くなるためＮＯｘの吐き出し量Ｅｉが減少する。そこで、ＥＣＵ２０はＮＯｘセンサの出力に基づいて、低下量Ｅｒ及び吐き出し量Ｅｉの大きさからリッチスパイクの実行時期と回帰時期とのずれの大きさを特定し、そのずれの大きさに基づいて回帰時期を補正する。
【００３２】
図８はＥＣＵ２０が実行する第４の形態に係る回帰時期補正処理の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。まず、ＥＣＵ２０はステップＳ４１でＮＯｘセンサの出力を参照して、ＮＯｘの低下量Ｅｒ及びＮＯｘの吐き出し量Ｅｉを検出する。次にステップＳ４２で、ステップＳ４１で検出した低下量Ｅｒ及び吐き出し量Ｅｉを同期が十分な場合の基準値と比較して、同期が十分に取れているか否かを判断し、同期が十分に取れている場合には回帰時期Ｔ１を補正する必要がないので、ステップＳ４３に進んで、回帰時期Ｔ１に乗じる補正係数Ｋを１．０に設定する。一方、同期が十分でない場合は、低下量Ｅｒ及び吐き出し量Ｅｉに応じた補正係数Ｋを設定する。低下量Ｅｒが少ないほど、吐き出し量Ｅｉが少ないほどリッチスパイクの実行時期と回帰時期との間のずれが大きいことになるため、そのずれの大きさに応じた補正係数Ｋを設定する。続くステップＳ４５では、回帰時期Ｔ１にステップＳ４３及びステップＳ４４で設定された補正係数Ｋを乗じて回帰時期Ｔ１を更新することにより、回帰時期Ｔ１を補正する（Ｔ１←Ｔ１×Ｋ）。なお、この形態では、リッチスパイクの実行時期が実際の回帰時期よりも遅れたのか早かったのかを判断することができないため、補正係数Ｋは回帰時期の補正後のＮＯｘの低下量Ｅｒ及び吐き出し量Ｅｉの変化に基づいて再修正される。
【００３３】
図８のルーチンを実行することにより、上述した第３の形態と同等の効果を発揮できる。即ち、リッチスパイクの実行時期と回帰時期とをより正確に同期させることができ、燃費低減効果が向上する。また、実際のずれを検出できるので、同期リッチスパイクの際に内燃機関１の個体差を反映させることができる。また、第３の形態で用いた空燃比センサ２３は空燃比の検出範囲に制限があるため補正できる領域が制限される可能性があるが、第４の形態ではそのような制限を受けることはない。従って、第４の形態と第３の形態とを併用することにより、より完全な回帰時期の補正を実現することができるようになる。
【００３４】
以上の各形態において、図２の制御ルーチンを実行することにより、又は図４の制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ２０は本発明に係るリッチスパイク制御手段として機能する。また、図２のステップＳ７及びステップＳ９を実行することにより、又は図４のステップＳ２７及びステップＳ３０を実行することにより、ＥＣＵ２０は本発明に係るリッチスパイク実行手段として機能する。また、図２のステップＳ４を実行することにより、又は図４のステップＳ２４を実行することにより本発明の回帰時期特定手段として機能する。また、図６の制御ルーチンを実行することにより、又は図８の制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ２０は本発明に係る回帰時期補正手段として機能する。
【００３５】
但し、本発明は、以上の各形態に限定されず本発明の要旨の範囲内で種々の形態で実施してよい。上述した各形態では、今回のリッチスパイクの実行時期と前回のリッチスパイクによる回帰時期とが同期するようにリッチスパイクの実行時期を制御しているが、今回のリッチスパイクの実行時期を前回よりも前に実行されたリッチスパイクに対応する回帰時期に同期させてもよい。また、上述した各形態では、排気還流装置９及び吸気通路３を１回経由して排気通路４に戻る時期を回帰時期としているが、これらを２回以上経由して排気通路４に戻る時期を回帰時期として本発明を実施してもよい。
【００３６】
また、回帰時期の特定方法は上述した各形態のように燃焼状態の変動に基づいてこれを特定する形態に限定されない。例えば、内燃機関１の機関回転数（回転速度）や排気通路４内の温度等の運転状態毎に回帰時期を予め調査しておき、その調査結果を記述したマップを準備して、そのマップを参照して運転状態に応じた回帰時期を特定するようにしてもよい。この形態の場合には、筒内圧や空燃比等の物理量を検出するための検出手段が不要であるため部品点数を削減できる利点がある。もっとも、この形態で回帰時期を特定する場合、内燃機関の個体差やマップ作成時に考慮していなかった条件の出現等の後発的な理由によりリッチスパイクの実行時期と回帰時期との間にずれが生じる可能性がある。従って、この形態で回帰時期を特定する場合には第３又は第４の形態の回帰時期の補正を組み合わせることが特に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の排気システムが適用された内燃機関の要部を示した図。
【図２】第１の形態に係るリッチスパイク制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図３】通常のリッチスパイクによる空燃比の変化と、実行時期と回帰時期とを同期させたリッチスパイクによる空燃比の変化とを対比した説明図。
【図４】第２の形態に係るリッチスパイク制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。
【図５】空燃比センサの出力の時間的変化について、リッチスパイクの実行時期と回帰時期との間にずれが生じた場合と、そのずれが生じていない場合とを示した説明図。
【図６】第３の形態に係る回帰時期補正処理の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図７Ａ】ＮＯｘセンサの出力の時間的変化を示した説明図であり、リッチスパイクの実行時期と回帰時期とのずれが小さい場合を示している。
【図７Ｂ】ＮＯｘセンサの出力の時間的変化を示した説明図であり、リッチスパイクの実行時期と回帰時期とのずれが大きい場合を示している。
【図８】第４の形態に係る回帰時期補正処理の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【符号の説明】
【００３８】
１  内燃機関
２  気筒
３  吸気通路
４  排気通路
９  排気還流装置
１７  フィルタ（排気浄化手段）
１８  燃料添加弁（燃料添加手段）
２０  ＥＣＵ（リッチスパイク実行手段、回帰時期特定手段、リッチスパイク制御手段、回帰時期補正手段）
２３  空燃比センサ（空燃比検出手段）
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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