(57)【要約】【課題】ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ再生に伴うエミッション及び燃費の悪化を抑制する。【解決手段】ＮＯｘ再生において、ＮＯｘトラップ触媒の下流における排気ガスに含まれるＮＯｘ及び還元剤の濃度相互の関係から、この排気ガスの組成が変化したことを検出する。そして、組成変化検出前後で目標当量比ＴＦＢＹＡを異ならせ、組成変化検出前は、変化前リッチ化制御量ＲＳ１により、組成変化検出後は、変化後リッチ化制御量ＲＳ２により設定する。各リッチ化制御量ＲＳ１及びＲＳ２は、ＮＯｘトラップ触媒の下流に設置されたＮＯｘセンサの出力に基づいて、ＮＯｘ再生開始時にトラップされているＮＯｘの量が多いときほど大きな値として算出する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯｘをトラップする一方、流入する排気ガスの空燃比がリッチであるときにトラップしているＮＯｘを還元して放出するＮＯｘトラップ触媒と、
トラップしているＮＯｘを放出させてＮＯｘトラップ触媒を再生させるＮＯｘ再生を行う時期に至ったか否かを判定する再生時期判定手段と、
ＮＯｘ再生を行う時期に至ったと判定されたときにＮＯｘ再生のための制御を行う再生制御手段と、
ＮＯｘ再生のための制御を終了させる再生制御終了手段と、を含んで構成され、
再生制御手段は、ＮＯｘトラップ触媒の下流における排気ガスの特定成分としての第１の成分及びこれとは異なる第２の成分の濃度相互の関係から、ＮＯｘトラップ触媒の下流における排気ガスの組成が変化したことを検出する組成変化検出手段と、
組成変化検出前にＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比を、リッチを示す第１の空燃比に制御する変化前空燃比制御手段と、
組成変化検出後にＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比を、リッチを示し、かつ第１の空燃比とは異なる第２の空燃比に制御する変化後空燃比制御手段と、を含んで構成され、
再生制御終了手段は、ＮＯｘ再生のための制御を組成変化検出後に終了させるエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２】
再生時期判定手段は、前記第１の成分の濃度を検出し、これが所定値に達したときにＮＯｘ再生を行う時期に至ったと判定する請求項１に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３】
再生時期判定手段は、検出した第１の成分の濃度に応じて前記所定値を変更する請求項２に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４】
再生時期判定手段は、検出した第１の成分の濃度の組成変化検出前における極大値を特定し、これに基づいて変更後の前記所定値を演算する請求項３に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項５】
再生時期判定手段は、特定した極大値が大きいときほど変更後の前記所定値を小さな値として算出する請求項４に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項６】
変化前空燃比制御手段は、前記特定成分の濃度に応じて第１の空燃比を変更する請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項７】
変化前空燃比制御手段は、前記第１の成分の濃度を検出するとともに、その組成変化検出前における極大値を特定し、特定した極大値に基づいて変更後の第１の空燃比を演算する請求項６に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項８】
変化前空燃比制御手段は、特定した極大値が大きいときほど変更後の第１の空燃比を小さな値として算出する請求項７に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項９】
変化前空燃比制御手段は、ＮＯｘ再生開始時から組成変化検出時までの第１の空燃比を積算し、算出した積算値に基づいて変更後の第１の空燃比を演算する請求項６に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１０】
変化前空燃比制御手段は、算出した積算値が小さいときほど変更後の第１の空燃比を小さな値として算出する請求項９に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１１】
変化後空燃比制御手段は、第２の空燃比を時間の経過とともに増大させる請求項１〜１０のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１２】
変化後空燃比制御手段は、前記第２の成分の濃度を検出し、これが高いときほど単位時間当たりに第２の空燃比を大きく増大させる請求項１１に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１３】
再生制御終了手段は、第２の空燃比が所定値に達したときにＮＯｘ再生のための制御を終了させる請求項１１又は１２に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１４】
再生制御終了手段は、組成変化検出時における前記第２の成分の濃度に応じて組成変化検出時からＮＯｘ再生終了時までの期間を変化させる請求項１〜１３のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１５】
変化後空燃比制御手段は、前記特定成分の濃度に応じて第２の空燃比を変更する請求項１〜１４のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１６】
変化後空燃比制御手段は、前記第１の成分の濃度を検出するとともに、その組成変化検出前における極大値を特定し、特定した極大値に基づいて変更後の第２の空燃比を演算する請求項１５に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１７】
変化後空燃比制御手段は、特定した極大値が大きいときほど変更後の第２の空燃比を小さな値として算出する請求項１６に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１８】
組成変化検出時における前記第２の成分の濃度に応じてＮＯｘ再生終了時が変化する場合に、変化後空燃比制御手段は、組成変化検出時からＮＯｘ再生終了時までの第２の空燃比を積算し、算出した積算値に基づいて変更後の第２の空燃比を演算する請求項１５に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項１９】
変化後空燃比制御手段は、算出した積算値が小さいときほど変更後の第２の空燃比を大きな値として算出する請求項１８に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２０】
前記第１の成分がＮＯｘであり、前記第２の成分が還元剤となる排気ガスの組成成分の少なくとも１種である請求項１〜１９のいずれかに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２１】
組成変化検出手段は、ＮＯｘトラップ触媒の下流に設置されたＮＯｘセンサを含んで構成され、ＮＯｘセンサの出力波形に一時的なくぼみを検出したときに排気ガスの組成が変化したことを検出する請求項２０に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２２】
組成変化検出手段は、ＮＯｘトラップ触媒の下流に設置され、前記第２の成分に対する感度を持つ排気ガスセンサを含んで構成され、排気ガスセンサの出力が所定値に達したときに排気ガスの組成が変化したことを検出する請求項２０に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気ガス浄化装置に関し、詳細には、ＮＯｘトラップ触媒がトラップしているＮＯｘを放出させるＮＯｘ再生のための制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直噴ガソリンエンジン等のリーンバーンエンジンに設けられる代表的な排気ガス浄化装置として、ＮＯｘトラップ触媒を含んで構成されるものが知られている。ＮＯｘトラップ触媒は、排気ガスの空燃比に応じて性質を異にし、排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）をトラップする一方、これがリッチに転じると、トラップしているＮＯｘを放出する。ＮＯｘは、放出に際して排気ガス中の還元剤により浄化される。ＮＯｘトラップ触媒によれば、エンジンがリーンな空燃比で運転されている通常時に排気ガスからＮＯｘを除去し、その後空燃比を一時的にリッチに転じることで、トラップしているＮＯｘを放出させ、機能回復を図ることができる。このような一連の動作を繰り返させることで、大気中に放出されるＮＯｘを低減するのである。なお、トラップしているＮＯｘを放出させてＮＯｘトラップ触媒の機能を回復させることをＮＯｘ再生という。
【０００３】
ＮＯｘ再生において、排気ガスの空燃比をリッチに制御する期間は、ＮＯｘトラップ触媒がＮＯ再生前にトラップしたＮＯｘの量に応じて設定される必要がある。この期間が短いときは、トラップしたＮＯｘを浄化するのに必要な量の還元剤を供給することができず、逆に長いときは、過剰な量の還元剤が供給されることとなるため、エミッションや燃費を悪化させるからである。
【０００４】
空燃比をリッチに制御する期間を最適に設定するための技術として、ＮＯｘトラップ触媒の下流にＮＯｘセンサを設置し、その出力に基づいてこの期間を設定する方法が知られている（特許文献１）。すなわち、ＮＯｘセンサは、ＮＯｘ以外に排気ガスに含まれるアンモニアや炭化水素にも反応する。従って、このようなＮＯｘセンサの出力波形は、ＮＯｘにより形成される第１の波形成分にアンモニア等の還元剤により形成される第２の波形成分が重畳した状態で表される。第１の波形成分は、第２の波形成分よりもＮＯｘ再生開始後の早い時期に形成される。そして、ＮＯｘの還元が進み、第１の波形成分が減少すると、これに合わせて余剰の還元剤がＮＯｘトラップ触媒から流出することとなるため、第２の波形成分が増大する。このときの第２の波形成分の立ち上がりをセンサ出力波形から検出し、その時期をＮＯｘ再生の終期と定めるのである。
【０００５】
【特許文献１】
特表２００２−５０４４２２号公報（段落番号００１２、第１５〜２２行）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＮＯｘセンサの出力波形から第２の波形成分の立ち上がりを検出し、その時期をＮＯｘ再生の終期と定める上記の方法には、次のような問題がある。
【０００７】
ＮＯｘ再生は、ＮＯｘトラップ触媒の下流における排気ガスの組成に応じて時系列順に第１〜第３のフェーズに区別することができる。第１は、ＮＯｘトラップ触媒に蓄積していた酸素が還元剤と反応するフェーズである。第１のフェーズでは、触媒内部の雰囲気はリーン又はストイキに保たれ、ＮＯｘトラップ触媒の下流における排気ガスのＮＯｘ濃度に変化は現れず、ＮＯｘトラップ触媒から還元剤が流出することもない。第２は、蓄積していた酸素が減少し、ＮＯｘが脱離を開始するフェーズである。第２のフェーズでは、供給された還元剤の多くが残余の酸素との反応に消費される結果、脱離したＮＯｘの浄化に寄与する還元剤が少ないため、一部のＮＯｘが浄化されずにＮＯｘトラップ触媒から流出する。その後、残余の酸素の減少に応じてＮＯｘの還元が進むと、未浄化のまま流出するＮＯｘも減少する。そして、第３は、ＮＯｘの脱離が終了し、還元剤がＮＯｘトラップ触媒に同時に流入したＮＯｘと反応するフェーズである。第３のフェーズでは、ＮＯｘと反応するもの以外の還元剤が余剰となり、ＮＯｘトラップ触媒から流出する。
【０００８】
ここで、上記の方法は、還元剤により形成される第２の波形成分の立ち上がりをＮＯｘセンサの出力波形から検出し、これを第２のフェーズから第３のフェーズへの移行時期として、ＮＯｘ再生の終期と定めるものである。しかしながら、センサ出力波形からこの立ち上がりが検出される時点では、脱離したＮＯｘが完全に浄化されていない場合があり、立ち上がりの時点でＮＯｘ再生を終了させることとすると、これが未浄化のまま大気中に放出される。
【０００９】
本発明は、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ再生に伴うエミッション及び燃費の悪化を抑制することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンの排気通路に設置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに排気ガス中のＮＯｘをトラップする一方、流入する排気ガスの空燃比がリッチであるときにトラップしているＮＯｘを還元して放出するＮＯｘトラップ触媒と、その再生装置とを含んで構成されるエンジンの排気ガス浄化装置を提供するものである。
【００１１】
本発明に係るエンジンの排気ガス浄化装置は、エンジンの排気通路に設置されたＮＯｘトラップ触媒を含んで構成され、空燃比がリーンに制御される通常時において、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘトラップにトラップさせて除去する一方、ＮＯｘトラップ触媒からトラップしているＮＯｘを放出させるＮＯｘ再生を行うときは、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比を、リッチを示す第１の空燃比に制御する。そして、ＮＯｘトラップ触媒の下流における排気ガスの第１の成分及びこれとは異なる第２の成分との濃度相互の関係から、ＮＯｘトラップ触媒の下流における排気ガスの組成が変化したことを検出する。これを検出したときは、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比を、リッチを示し、かつ第１の空燃比とは異なる第２の空燃比に切り換える。
【００１２】
このように、排気ガスの組成が変化したことが検出された後もＮＯｘ再生を継続させることで、組成変化検出時に残されているＮＯｘが未浄化のまま大気中へ放出されることを防止することができる。また、組成変化検出後の排気ガスの空燃比を組成変化検出前のものとは独立に制御することで、ＮＯｘトラップ触媒に対して各フェーズにおける要求に応じた最適な量の還元剤を供給し、ＮＯｘ再生を効率的に行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る直噴ガソリンエンジン（以下「エンジン」という。）１の構成図である。
【００１４】
吸気通路１１の導入部には、エアクリーナ１２が取り付けられており、エアクリーナ１２により吸入空気中の粉塵が除去される。エアクリーナ１２の下流には、エアフローメータ１３が設置されており、エアフローメータ１３により吸入空気量が測定される。吸入空気は、エアクリーナ１２及びエアフローメータ１３を通過した後、サージタンク１４に流入し、マニホールド部で各気筒に分配される。サージタンク１４の上流には、後述する電子制御ユニット６１からの信号により作動するスロットル弁１５が設置されている。
【００１５】
エンジン本体において、シリンダブロック２１には、ピストン２２が往復自在に挿入されており、ピストン２２とシリンダヘッド２３との間に燃焼室２４が形成される。シリンダヘッド２３には、２つの吸気ポート２４が気筒配列方向に並べて形成されており、それぞれに吸気弁２５が設置されている。吸入空気は、吸気弁２５の開期間に燃焼室２４に流入する。シリンダヘッド２３には、吸気ポート２４の間にインジェクタ２６が設置されており、インジェクタ２６が電子制御ユニット６１からの信号に応じて作動して、燃焼室２４の吸入空気に所定量の燃料が添加される。また、燃焼室２４の上部に臨ませて点火プラグ２７が設置されており、点火プラグ２７が電子制御ユニット６１からの信号に応じて作動して、混合気に着火する。
【００１６】
シリンダヘッド２２には、気筒中心軸を挟んで吸気ポート２４の反対側に２つの排気ポート３１が気筒配列方向に並べて形成されており、それぞれに排気弁３２が設置されている。排気ポート３１は、その下流に接続する排気ダクトとともに排気通路３３を形成する。
【００１７】
排気通路３３において、マニホールド部には、空燃比センサ４１が設置されており、空燃比センサ４１は、排気ガスの酸素濃度に応じた信号を発生する。空燃比をストイキに制御して運転するときは、燃料噴射量の演算に空燃比センサ４１の出力をフィードバックする。空燃比センサ４１の下流には、ＮＯｘトラップ触媒３４が設置されており、空燃比をリーンに制御して運転する通常時に、ＮＯｘをＮＯｘトラップ触媒３４にトラップさせて排気ガスから除去する。ＮＯｘトラップ触媒３４は、空燃比がストイキ又はリッチに転じられると、トラップしているＮＯｘを還元して放出する。ＮＯｘトラップ触媒３４の下流には、ＮＯｘセンサ４２が設置されている。ＮＯｘセンサ４２は、排気ガスのＮＯｘ濃度に応じた信号を発生する。ここで、ＮＯｘセンサ４２は、ＮＯｘ以外にも排気ガス中の還元剤に対する感度を持つため、ＮＯｘセンサ４２の出力波形は、ＮＯｘによる波形成分にこの還元剤による波形成分が重畳した状態で表される。
【００１８】
また、排気通路３３と吸気通路１１とは、排気還流（以下「ＥＧＲ」という。）のためのＥＧＲ管５１で接続されている。ＥＧＲ管５１には、ＥＧＲ弁５２が設置されており、ＥＧＲ弁５２が電子制御ユニット６１からの信号に応じて作動して、その開度に応じた量の排気ガスが吸気通路１１に還流される。
【００１９】
電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という。）６１は、エアフローメータ１３、空燃比センサ４１及びＮＯｘセンサ４２からの信号を入力し、それらに基づいてスロットル弁１５の開度、インジェクタ２６の噴射量及び噴射時期、点火プラグ２７の点火時期及びＥＧＲ弁５２の開度を制御する。ＥＣＵ６１は、以上の信号に加えて、クランク角センサ４３、アクセルセンサ４４及び水温センサ４５からの信号を入力する。ＥＣＵ６１は、クランク角センサ４３からの信号に基づいてエンジン回転数Ｎｅを演算し、アクセルセンサ４４からの信号に基づいてアクセル開度Ａｐｓを演算し、水温センサ４５からの信号に基づいてエンジン冷却水の温度Ｔｗを演算する。
【００２０】
次に、ＥＣＵ６１の動作について説明する。
図２及び３は、エンジン１の目標当量比ＴＦＢＹＡを設定するルーチンのフローチャートを示している。ＥＣＵ６１は、このルーチンを、たとえば１０ｍｓｅｃ毎に実行する。なお、設定されるＴＦＢＹＡには、ＮＯｘ再生時におけるものと、それ以外の通常時におけるものとが含まれる。
【００２１】
図２に示すフローチャートにおいて、Ｓ１０１では、エンジン回転数Ｎｅ、水温Ｔｗ、アクセル開度Ａｐｓ及びＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘを読み込む。Ｓ１０２では、ＮＯｘ再生実行フラグｆＲＳが０であるか否かを判定する。ＥＣＵ６１は、フラグｆＲＳを通常時は０に設定しており、後述するようにＮＯｘトラップ触媒３４が規定量以上のＮＯｘをトラップしたと判定すると、１に変更する。フラグｆＲＳが０であるときは、図３に示すフローチャートのＳ１２１へ進み、１であるときは、Ｓ１０３へ進む。
【００２２】
Ｓ１０３では、フェーズ判定フラグＲＳｐｈａｓｅが１であるか否かを判定する。フラグＲＳｐｈａｓｅは、ＮＯｘ再生のフェーズに対応して１又は２の値をとり、ＲＳｐｈａｓｅ＝１は、排気ガスの組成が変化する前の第１又は第２のフェーズにあることを、ＲＳｐｈａｓｅ＝２は、排気ガスの組成が変化した後の第３のフェーズにあることを示す。フラグＲＳｐｈａｓｅが１であるときは、Ｓ１０４へ進み、２であるときは、Ｓ１１２へ進む。
【００２３】
Ｓ１０４では、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘと、ＮＯｘ再生実行フラグｆＲＳが１に変更された後にこのルーチンを実行したなかで読み込んだＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘのうちの最大値ＭＮＯｘとを比較し、大きい方の値でＭＮＯｘを更新する。Ｓ１０５では、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘがこのルーチンを前回に実行した際に読み込んだＮＯｘセンサ出力ｂＡＮＯｘよりも小さいか否かを判定する。ｂＡＮＯｘよりも小さいときは、Ｓ１０６へ進み、ｂＡＮＯｘ以上であるときは、Ｓ１０９へ進む。
【００２４】
Ｓ１０６では、センサ出力減少時判定フラグｆＲＳｐを１に設定する。Ｓ１０７では、ｂＡＮＯｘにＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘを代入する。Ｓ１０８では、ストイキに相当する１に変化前リッチ化制御量ＲＳ１を加算し、目標当量比ＴＦＢＹＡ（＝１＋ＲＳ１）を設定する。
【００２５】
一方、Ｓ１０９では、センサ出力減少時判定フラグｆＲＳｐが１であるか否かを判定する。フラグｆＲＳｐが１であるのは、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘが減少しているときであり、ＮＯｘ再生開始時にＮＯｘトラップ触媒３４に蓄積していた酸素が減少し、脱離したＮＯｘの還元が進行していることを示す。フラグｆＲＳｐが１であるときは、Ｓ１１０へ進み、１でないときは、Ｓ１０７へ進む。Ｓ１１０では、フラグｆＲＳｐを０に設定するとともに、フェーズ判定フラグＲＳｐｈａｓｅを２に変更する。Ｓ１１１では、後述する所定値ＨＮＯｘ及び各リッチ化制御量ＲＳ１，ＲＳ２を算出する。これらＨＮＯｘ，ＲＳ１及びＲＳ２は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すようにセンサ出力最大値ＭＮＯｘの関数である。具体的には、所定値ＨＮＯｘは、ＭＮＯｘに応じて割り付けられたテーブルの検索により、ＭＮＯｘが大きいときほど小さな値として算出される。各リッチ化制御量ＲＳ１，ＲＳ２は、ＭＮＯｘに応じて割り付けられたテーブルの検索により、ＭＮＯｘが大きいときほど大きな値として算出される。Ｓ１１４では、ストイキに相当する１に変化後リッチ化制御量ＲＳ２を加算し、目標当量比ＴＦＢＹＡ（＝１＋ＲＳ２）を設定する。
【００２６】
ＮＯｘ再生実行フラグが１であり、かつフェーズ判定フラグＲＳｐｈａｓｅが２である場合に、Ｓ１１２では、変化後リッチ化制御量ＲＳ２が０よりも大きいか否かを判定する。０よりも大きいときは、Ｓ１１３へ進み、０以下であるときは、Ｓ１１５へ進む。
【００２７】
Ｓ１１３では、変化後リッチ化制御量ＲＳ２から演算周期毎の減少分ｄＲＳ２を減算し、得た値（＝ＲＳ２−ｄＲＳ２）と０とを比較し、大きい方の値をＲＳ２に設定する。これにより、ＲＳ２は、時間の経過とともに直線的に０まで減少する。ＲＳ２を直線的に減少させることとしたのは、ＮＯｘトラップ触媒３４から脱離するＮＯｘの量が一般的に時間の経過とともに減少するからである。減少分ｄＲＳ２をフェーズ判定フラグＲＳｐｈａｓｅが２に変更されてからの経過時間に応じて異ならせ、ＲＳ２をＮＯｘの実際の脱離特性に対応させて曲線的に定義してもよい。
【００２８】
Ｓ１１５では、フェーズ判定フラグＲＳｐｈａｓｅを１に、ＮＯｘ再生実行フラグｆＲＳを０に設定する。Ｓ１１６では、センサ最大出力ＭＮＯｘを０に設定し、Ｓ１１７では、ストイキに相当する１を目標当量比ＴＦＢＹＡに設定する。
【００２９】
以上のように目標当量比ＴＦＢＹＡを設定すると、ＥＣＵ６１は、吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて次式（１）により基本燃料噴射量Ｑｂを算出する。なお、Ｋを係数とする。そして、これに目標当量比ＴＦＢＹＡを乗算し、水温Ｔｗ等による各種補正を施し、最終的な燃料噴射量を設定する。ＥＣＵ６１は、最終的な燃料噴射量に対応するパルス幅のインジェクタ作動信号を出力する。これによりインジェクタ１０が作動し、燃料が噴射される。
【００３０】
Ｑｂ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ  ・・・（１）
図３に示すフローチャートにおいて、Ｓ１２１では、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘが所定値ＨＮＯｘ以上であるか否かを判定する。所定値ＨＮＯｘは、ＮＯｘトラップ触媒３４によるＮＯｘの許容トラップ量の上限に相当するものとして設定され、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘがＨＮＯｘ以上であるときは、許容範囲を上回る量のＮＯｘが大気中に放出されるおそれがあることを示す。ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘがＨＮＯｘ以上であるときは、Ｓ１２２へ進み、ＨＮＯｘ未満であるときは、Ｓ１２４へ進む。Ｓ１２２では、ＮＯｘ再生実行フラグｆＲＳを１に設定する。Ｓ１２３では、変化前リッチ化制御量ＲＳ１を１に加算し、目標当量比ＴＦＢＹＡ（＝１＋ＲＳ１）を設定する。なお、目標当量比ＴＦＢＹＡは、空気過剰率λの逆数であり、ＴＦＢＹＡ＝１であるときに空燃比がストイキであることを示し、１よりも大きいときに空燃比がリッチであることを示す。
【００３１】
一方、Ｓ１２４では、水温Ｔｗが所定値ＬＴｗ未満であるか否かを判定する。
ＬＴｗ未満であるときは、Ｓ１２５ヘ進み、ＬＴｗ以上であるときは、Ｓ１２６へ進む。Ｓ１２５では、目標当量比ＴＦＢＹＡを１に設定し、空燃比をストイキに制御する。低水温時に空燃比をリーンに制御すると燃焼が不安定となり、運転性を損なうおそれがあるからである。Ｓ１２６では、アクセル開度Ａｐｓに応じて割り付けられたテーブルを検索し、目標トルクＴＴＣを設定する。目標トルクＴＴＣは、Ａｐｓが大きいときほど大きな値に設定される。Ｓ１２７では、設定されたＴＴＣ及びエンジン回転数Ｎｅに応じて割り付けられたマップを検索し、目標当量比ＴＦＢＹＡを設定する。ここでの目標当量比ＴＦＢＹＡは、空燃比をリーンに制御するために１よりも小さな値に設定され、Ｎｅが高く、かつＴＴＣが大きいときほど大きな値に設定される。
【００３２】
次に、ＥＣＵ６１の動作をタイムチャートにより説明する。
ＥＣＵ６１の動作の説明に先立ち、ＮＯｘ再生のフェーズについて図５により説明する。
【００３３】
ＮＯｘ再生は、ＮＯｘトラップ触媒３４の下流における排気ガスの組成に応じて時系列順に大きく第１〜第３のフェーズに分かれる。第１〜第３のフェーズを通して、ＮＯｘトラップ触媒３４の上流における排気ガスの空燃比は、目標当量比ＴＦＢＹＡの設定によりリッチに制御される。第１のフェーズ（時刻ｔ１〜ｔ２）では、ＮＯｘ再生開始時（時刻ｔ１）にＮＯｘトラップ触媒３４に蓄積していた酸素が還元剤と反応する。第１のフェーズでは、ＮＯｘトラップ触媒３４の下流における排気ガスの空燃比は、ストイキとなり、かつその排気ガスのＮＯｘ濃度に変化は現れず、ＮＯｘトラップ触媒３４から還元剤が流出することもない。第２のフェーズ（時刻ｔ２〜ｔ３）では、蓄積していた酸素が減少してＮＯｘが脱離を開始する。第２のフェーズでは、供給された還元剤の多くが残余の酸素との反応に消費される結果、脱離したＮＯｘの浄化に寄与する還元成分が少ないため、一部のＮＯｘが未浄化のままＮＯｘトラップ触媒３４から流出する。残余の酸素の減少に応じてＮＯｘの還元が進むと、未浄化のまま流出するＮＯｘも減少する。従って、第２のフェーズでは、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘは、前半でＮＯｘの流出により増大し、その後の還元の進行により減少する。第３のフェーズ（時刻ｔ３〜ｔ４）では、ＮＯｘの脱離が終了し、還元剤は、ＮＯｘトラップ触媒３４に流入したＮＯｘと反応する。従って、ＮＯｘとの反応に消費されるもの以外の還元剤が余剰となり、ＮＯｘトラップ触媒３４から流出するため、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘが増加に転じる。
【００３４】
図６は、ＥＣＵ６１の動作を示すタイムチャートである。
通常時において、ＮＯｘ再生実行フラグｆＲＳは０に、センサ出力減少時判定フラグｆＲＳｐは０に、フェーズ判定フラグＲＳｐｈａｓｅは１に設定されている。ＥＣＵ６１は、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘが所定値ＨＮＯｘに達したことによりＮＯｘ再生を行う時期に至ったと判定すると（時刻ｔ１）、ＮＯｘ再生実行フラグｆＲＳを１に設定する。
【００３５】
ＥＣＵ６１は、目標当量比ＴＦＢＹＡを１に変化前リッチ化制御量ＲＳ１を加算した値に設定し、ＮＯｘ再生のための制御を開始する。ＥＣＵ６１は、センサ出力最大値ＭＮＯｘを更新していき、これが極大値をとったときに（時刻ｔ５）、センサ出力減少時判定フラグを１設定し、その時のＭＮＯｘを記憶する。
【００３６】
ＥＣＵ６１は、フラグｆＲＳｐが１であること、及びＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘが増加に転じたことからセンサ出力波形の一時的なくぼみを検出すると（時刻ｔ３）、センサ出力減少時判定フラグを０に設定し、排気ガスの組成が変化したものとしてフェーズ判定フラグＲＳｐｈａｓｅを２に設定する。具体的には、ＥＣＵ６１は、センサ出力波形の極小点が検出されたことで一時的なくぼみを検出する。ＥＣＵ６１は、このように一時的なくぼみを検出すると、記憶しているセンサ出力最大値ＭＮＯｘを読み出し、これに基づいて所定値ＨＮＯｘ及び各リッチ化制御量ＲＳ１，ＲＳ２を演算する。そして、ＥＣＵ６１は、目標当量比ＴＦＢＹＡを１に変化後リッチ化制御量ＲＳ２を加算した値に切り換える。ＥＣＵ６１は、その後このルーチンを実行するたびにＲＳ２を所定量ｄＲＳ２ずつ減少させていく。ＥＣＵ６１は、ＲＳ２が０に達したときにＮＯｘ再生実行フラグｆＲＳを０に設定するとともに、フェーズ判定フラグＲＳｐｈａｓｅを１に設定し、ＮＯｘ再生のための制御を終了させる（時刻ｔ４）。
【００３７】
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
第１に、排気ガスの組成が変化したことが検出された後もＮＯｘ再生のための制御を継続させ、目標当量比ＴＦＢＴＡをリッチに保つこととしたので、組成変化検出時に残されているＮＯｘが未浄化のまま放出されることを防止することができる。
【００３８】
第２に、組成変化検出前後で目標当量比ＴＦＢＹＡを独立に設定することとしたので、ＮＯｘトラップ触媒３４に対して各フェーズに応じた最適な量の還元剤を供給することができる。具体的には、各リッチ化制御量ＲＳ１，ＲＳ２をセンサ出力最大値ＭＮＯｘに基づいて設定することで、ＮＯｘ再生を効率的に行うことができる。センサ出力最大値ＭＮＯｘが大きいときは、多くのＮＯｘが脱離しており、現状で供給される還元剤では不足している可能性がある。変化前リッチ化制御量ＲＳ１をＭＮＯｘに応じて大きな値に変更することで、次にＮＯｘ再生を行う際に供給される還元剤を増加させ、脱離したＮＯｘとの量的な均衡を図ることができる。また、センサ出力最大値ＭＮＯｘが大きいときは、多くのＮＯｘが脱離しており、組成変化検出時に未浄化のまま残され、その後のフェーズで還元すべきＮＯｘが多い。変化後リッチ化制御量ＲＳ２をＭＮＯｘに応じて大きな値に変更することで、組成変化検出時に残されているＮＯｘを効率的に浄化することができる。
【００３９】
第３に、センサ出力最大値ＭＮＯｘに基づいて所定値ＨＮＯｘを設定することで、ＮＯｘトラップ触媒３４によるＮＯｘ除去率を良好に管理するとともに、ＮＯｘ再生に伴う燃費の悪化を抑制することができる。センサ出力最大値ＭＮＯｘは、ＮＯｘ再生前に多くのＮＯｘがトラップされ、ＮＯｘ再生時に脱離するＮＯｘが多いときに大きな値をとる。ここで、ＮＯｘトラップ触媒３４のＮＯｘ除去率は、ＮＯｘをトラップしていないときに高く、ＮＯｘをある程度トラップすると、それ以降は次第に低下する。従って、センサ出力最大値ＭＮＯｘが大きいとき、すなわち、ＮＯｘ再生の実施が遅れ、ＮＯｘ再生前にＮＯｘ除去率が過度に低下したと判断されるときは、所定値ＨＮＯｘを減少させる。これにより、次に行われるＮＯｘ再生は、要求されるＮＯｘ除去率が満たされているうちに開始することができる。一方、センサ出力最大値ＭＮＯｘが小さいときは、所定値ＨＮＯｘを増大させることで、より多くのＮＯｘがトラップされた状態でＮＯｘ再生を開始させ、ＮＯｘ再生が不要に繰り返されることを防止することができる。
【００４０】
以下に、本発明の他の実施形態について説明する。
図７及び８は、第２の実施形態に係るエンジン１の目標当量比ＴＦＢＹＡを設定するルーチンのフローチャートを示している。本実施形態に係るエンジン１の構成は、図１に示すものと同様であってよく、ＥＣＵ６１は、このルーチンを、たとえば１０ｍｓ毎に実行する。
【００４１】
図７に示すフローチャートにおいて、Ｓ２０１では、エンジン回転数Ｎｅ、水温Ｔｗ、アクセル開度Ａｐｓ及びＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘを読み込む。Ｓ２０２では、ＮＯｘ再生実行フラグｆＲＳが０であるか否かを判定する。フラグｆＲＳが０であるときは、Ｓ２３１へ進み、０でないときは、Ｓ２０３へ進む。図８に示すフローチャートのＳ２３１〜２３８では、Ｓ２３３を除いて図３に示すフローチャートのＳ１２１〜１２７と同様の処理を行う。Ｓ２３３では、基本値ＲＳ１に後述する補正値ＮＲＳ１を加算し、変化前リッチ化制御量ＲＳ１（＝ＲＳ１＋ＮＲＳ１）を設定する。
【００４２】
Ｓ２０３では、フェーズ判定フラグＲＳｐｈａｓｅが１であるか否かを判定する。フラグＲＳｐｈａｓｅが１であるときは、Ｓ２０４へ進み、１でないときは、Ｓ２１５へ進む。Ｓ２０４では、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘがこのルーチンを前回に実行した際に読み込んだＮＯｘセンサ出力ｂＡＮＯｘよりも小さいか否かを判定する。ｂＡＮＯｘよりも小さいときは、Ｓ２０５ヘ進み、ｂＡＮＯｘ以上であるときは、Ｓ２１０へ進む。
【００４３】
Ｓ２１０では、センサ出力減少時判定フラグｆＲＳｐが１であるか否かを判定する。フラグｆＲＳｐが１であるときは、Ｓ２１２ヘ進み、１でないときは、Ｓ２１１へ進む。Ｓ２１１では、変化前リッチ化制御量ＲＳ１に所定値ｄＲＳ１を加算する。所定値ｄＲＳ１を加算するのは、脱離するＮＯｘが時間の経過とともに増加するのに応じてＮＯｘトラップ触媒３４に供給される還元剤を増加させるためである。Ｓ２０６では、ｂＡＮＯｘにＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘを代入する。Ｓ２０７では、ＲＳ１とその上限値ＲＳ１ｍａｘとを比較し、小さい方の値をＲＳ１に設定する。変化前リッチ化制御量ＲＳ１により目標当量比ＴＦＢＹＡを増大させて還元剤を供給するところ、ＲＳ１が過度に増大すると、失火を生じるおそれがあるためである。Ｓ２０８では、ＲＳ１をＮＯｘ再生実行フラグｆＲＳが１に切り換えられてから逐次に積算し、得た値をＲＳ１ｓｍ（＝ＲＳ１ｓｍ＋ＲＳ１）として記憶する。Ｓ２０９では、ストイキに相当する１に変化前リッチ化制御量ＲＳ１を加算し、目標当量比ＴＦＢＹＡ（＝１＋ＲＳ１）を設定する。
【００４４】
一方、Ｓ２１２では、変化前リッチ化制御量の補正値ＮＲＳ１を積算値ＲＳ１ｓｍに基づいて算出する。補正値ＮＲＳ１は、積算値ＲＳ１ｓｍに応じて割り付けられた図９に示すテーブルの検索により、積算値ＲＳ１ｓｍが基準値であるときを０として、それよりも小さいときは負の値として、大きいときは正の値として算出される。Ｓ２１３では、積算値ＲＳ１ｓｍ及びセンサ出力減少時判定フラグｆＲＳｐを０に設定するとともに、フェーズ判定フラグＲＳｐｈａｓｅを２に設定する。Ｓ２１４では、変化後リッチ制御量ＲＳ２を初期値ＮＲＳ２に設定する。
【００４５】
Ｓ２１５では、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘが所定値ＬＡＮＯｘよりも大きいか否かを判定する。ＬＡＮＯｘよりも大きいときは、Ｓ２１６へ進み、ＬＡＮＯｘ以下であるときは、Ｓ２１７へ進む。Ｓ２１６では、変化後リッチ化制御量ＲＳ２から所定値ｄＲＳ２ａを減算する。Ｓ２１７では、変化後リッチ化制御量ＲＳ２からｄＲＳ２ａとは異なる所定値ｄＲＳ２ｂを減算する。ここで、前者の所定値ｄＲＳ２ａは、後者の所定値ｄＲＳ２ｂよりも大きな値として設定される。なお、本実施形態では、このルーチンを実行するたびにＲＳ２を所定値ずつ減少させることとし、この減少分をＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘに応じて一定値ｄＲＳ２ａ又はｄＲＳ２ｂに切り換えている。しかしながら、減少分は、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘが所定値ＬＡＮＯｘよりも大きいときに、ＡＮＯｘとＬＡＮＯｘとの差に所定の係数ｋを乗算し、得た値に切片ｄＲＳ２ｂを加算して算出し、ＡＮＯｘがＬＡＮＯｘ以下のときは、ｄＲＳ２ｂとして算出してもよい。このようにすれば、目標当量比ＴＦＢＹＡの収束を早め、ＮＯｘ再生を的確な時期に終了させることができる。
【００４６】
ＬＡＮＯｘ＜ＡＮＯｘにおいて；
ｄＲＳ２＝ｋ×（ＡＮＯｘ−ＬＡＮＯｘ）＋ｄＲＳ２ｂ
ＡＮＯｘ≦ＬＡＮＯｘにおいて；
ｄＲＳ２＝ｄＲＳ２ｂ  ・・・（２）
Ｓ２１８では、変化後リッチ化制御量ＲＳ２が０よりも大きいか否かを判定する。ＲＳ２が０よりも大きいときは、Ｓ２１９へ進み、０以下であるときは、Ｓ２２１へ進む。Ｓ２１９では、フェーズ判定フラグＲＳｐｈａｓｅを２に設定した後のＲＳ２を逐次に積算し、得た値をＲＳ２ｓｍ（＝ＲＳ２ｓｍ＋ＲＳ２）として記憶する。Ｓ２２０では、ストイキに相当する１にＲＳ２を加算し、目標当量比ＴＦＢＹＡ（＝１＋ＲＳ２）を設定する。Ｓ２２１では、積算値ＲＳ２ｓｍに基づいて変化後リッチ化制御量ＲＳ２の初期値ＮＲＳ２を算出する。初期値ＮＲＳ２は、次式（３）により算出する。なお、Ｃを係数とする。Ｓ２２２では、フェーズ判定フラグＲＳｐｈａｓｅを１に設定するとともに、ＮＯｘ再生実行フラグｆＲＳ及び積算値ＲＳ２ｓｍを０に設定し、Ｓ２２３では、目標当量比ＴＦＢＹＡをストイキに相当する１に設定する。
【００４７】
ＮＲＳ２＝Ｃ×ＲＳ２ｓｍ  ・・・（３）
本実施形態に係るＥＣＵ６１の動作を図１０に示すタイムチャートにより説明する。
【００４８】
ＥＣＵ６１は、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘに基づいてＮＯｘ再生を行う時期に至ったことを判定すると（時刻ｔ１）、ＮＯｘ再生実行フラグｆＲＳを１に設定する。そして、基本値ＲＳ１と補正値ＮＲＳ１とを加算して変化前リッチ化制御量ＲＳ１を算出し、これを１に加算し、目標当量比ＴＦＢＹＡ（＝１＋ＲＳ１）を設定する。ＥＣＵ６１は、その後、ＲＳ１を演算周期毎に所定値ｄＲＳ１ずつ増大させるとともに、変化前リッチ化制御量ＲＳ１を積算し、ＲＳ１ｓｍを算出する。変化前リッチ化制御量ＲＳ１が上限値ＲＳ１ｍａｘを上回ったときは、これをＲＳ１ｍａｘに制限する。
【００４９】
ＥＣＵ６１は、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘが減少に転じたことを検出すると（時刻ｔ５）、センサ出力減少時判定フラグを１に設定する。そして、センサ出力波形の一時的なくぼみを検出すると（時刻ｔ３）、センサ出力減少時判定フラグを０に設定し、フェーズ判定フラグＲＳｐｈａｓｅを２に設定する。
【００５０】
ＥＣＵ６１は、変化前リッチ化制御量の補正値ＮＲＳ１を積算値ＲＳ１ｓｍに基づいて算出するとともに、目標当量比ＴＦＢＹＡを１に変化後リッチ化制御量ＲＳ２（＝ＮＲＳ２）を加算した値に切り換える。ＥＣＵ６１は、このルーチンを実行するたびにＲＳ２を所定値ｄＲＳ２ずつ減少させていき、その都度ＲＳ２を積算してＲＳ２ｓｍを算出する。ＥＣＵ６１は、この減少分ｄＲＳ２を、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘが所定値ＬＡＮＯｘよりも大きいうちは比較的に大きな値に設定し、所定値ＬＡＮＯｘ以下となるとこれよりも小さな値に切り換える。ＥＣＵ６１は、変化後リッチ化制御量ＲＳ２が０に達したときにＮＯｘ再生実行フラグｆＲＳを０に設定するとともに、フェーズ判定フラグＲＳｐｈａｓｅを１に設定し、ＮＯｘ再生を終了させる。ＮＯｘ再生の終了に際して、ＥＣＵ６１は、積算値ＲＳ２ｓｍに基づいて変化後リッチ化制御量の初期値ＮＲＳ２を算出する。
【００５１】
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
第１に、第１の実施形態と同様に、組成変化検出時に残されているＮＯｘが未浄化のまま放出されることを防止することができる。
【００５２】
第２に、組成変化検出前後で目標当量比ＴＦＢＹＡを独立に設定することで、各フェーズに応じて最適な量の還元剤を供給することができる。
具体的には、積算値ＲＳ１ｓｍに基づいて変化前リッチ化制御量の補正値ＮＲＳ１を設定することで、組成変化検出前のＮＯｘ再生を効率化することができる。積算値ＲＳ１ｓｍが大きく、組成変化検出時までに多くの還元剤が供給されたときは、ＮＯｘ再生前に多くのＮＯｘがトラップされ、そのために脱離するＮＯｘが多い。積算値ＲＳ１ｓｍが大きいときほど補正値ＮＲＳ１を大きな値に設定することとすれば、次に行われるＮＯｘ再生に際してより多くの還元剤を供給し、脱離するＮＯｘとの量的な均衡を図ることができる。
【００５３】
また、積算値ＲＳ２ｓｍに基づいて変化後リッチ化制御量の初期値ＮＲＳ２を設定することで、組成変化検出後のエミッションを改善することができる。本実施形態では、変化後リッチ化制御量の減少分ｄＲＳ２をＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘが大きいときほど大きな値に設定することとしている。ここで、組成変化検出後におけるＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘは、排気ガスの還元剤濃度に応じた出力である。従って、減少分ｄＲＳ２は、還元剤濃度が高く、組成変化検出時に残されているＮＯｘが少ないときほど大きな値に設定され、結果として積分値ＲＳ２ｓｍが小さな値として算出される。積算値ＲＳ２ｓｍが小さいときほど初期値ＮＲＳ２を小さな値として算出することとすれば、残余のＮＯｘに応じた量の還元剤を供給することができ、余剰となった還元剤が放出されることを防止することができる。
【００５４】
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る直噴ガソリンエンジン（以下「エンジン」という。）１０１の構成図である。図１に示すエンジン１と共通する部品には、同じ符号を付している。
【００５５】
エンジン１０１の特徴は、排気通路３３において、ＮＯｘトラップ触媒３４の下流にＮＯｘセンサ４６及び排気ガスセンサ４７が設置されていることである。
ここでいうＮＯｘセンサ４６には、エンジン１に備わるＮＯｘセンサ４２と異なり、還元剤に対する感度の有無が問われない。ＮＯｘセンサ４６に加えて、還元剤に対する感度を持つ空燃比センサその他の排気ガスセンサ４７を設置し、その出力に基づいて排気ガスの組成が変化したことを検出する。ＮＯｘセンサ４６及び排気ガスセンサ４７の出力は、ＥＣＵ１６１に入力される。
【００５６】
図１２及び１３は、エンジン１０１の目標当量比ＴＦＢＹＡを設定するルーチンのフローチャートである。ＥＣＵ１６１は、このルーチンを、たとえば１０ｍｓｅｃ毎に実行する。
【００５７】
Ｓ３０１では、エンジン回転数Ｎｅ、水温Ｔｗ、アクセル開度Ａｐｓ、排気ガスセンサ出力Ａｅｘ及びＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘを読み込む。Ｓ３０２では、ＮＯｘ再生実行フラグｆＲＳが０であるか否かを判定する。フラグｆＲＳが０であるときは、Ｓ３２１へ進み、０でないときは、Ｓ３０３へ進む。Ｓ３２１〜３２８では、Ｓ３２３を除いて図３に示すフローチャートのＳ１２１〜１２７と同様の処理を行う。Ｓ３２３では、基本値ＲＳ１に補正値ＮＲＳ１を加算し、変化前リッチ化制御量ＲＳ１（＝ＲＳ１＋ＮＲＳ１）を設定する。
【００５８】
Ｓ３０３では、排気ガスの組成が変化する前であるか否かを判定する。この判定は、排気ガスセンサ出力Ａｅｘが所定値Ｈｅｘ未満であるか否かにより行う。
排気センサ出力ＡｅｘがＨｅｘ未満であるときは、Ｓ３０４へ進み、Ｈｅｘ以上であるときは、Ｓ３０９へ進む。ＮＯｘトラップ触媒３４の下流における排気ガスの空燃比及び還元剤濃度は、組成変化前後で図５に示すように変化する。これらの状態量を検知可能な排気ガスセンサ４７の出力と所定値Ｈｅｘとの比較により、排気ガスの組成が変化したことを検出することができる。
【００５９】
Ｓ３０４では、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘに基づいて次式（４）によりに変化前リッチ化制御量ＲＳ１を算出する。なお、Ｃ１を係数とする。Ｓ３０５では、ｂＡＮＯｘにＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘを代入する。Ｓ３０６では、目標当量比ＴＦＢＹＡの過度な増大による失火を防止するため、変化前リッチ化制御量ＲＳ１を上限値ＲＳ１ｍａｘ以下に制限する。Ｓ３０７では、変化前リッチ化制御量ＲＳ１をＮＯｘ再生開始時から逐次に積算し、得た値をＲＳ１ｓｍ（＝ＲＳ１ｓｍ＋ＲＳ１）として記憶する。Ｓ３０８では、ストイキに相当する１に変化前リッチ化制御量ＲＳ１を加算し、目標当量比ＴＦＢＹＡ（＝１＋ＲＳ１）を設定する。
【００６０】
ＲＳ１＝Ｃ１×ＡＮＯｘ  ・・・（４）
一方、Ｓ３０９では、次式（５）により変化後リッチ化制御量ＲＳ２を算出する。変化後リッチ化制御量ＲＳ２は、現在のＲＳ２から所定値ｄＲＳ２を減算するとともに、これを排気ガスセンサ出力Ａｅｘに係数Ｃ２を乗算して得た値（＝Ｃ２×Ａｅｘ）で補正して算出する。係数Ｃ２は、負の値をとり、変化後リッチ化制御量ＲＳ２の演算周期毎の減少代（＝ｄＲＳ２−Ｃ２×Ａｅｘ）は、排気ガスセンサ出力Ａｅｘが大きく、余剰の還元剤が多いときほど大きくなる。
【００６１】
ＲＳ２＝ＲＳ２−ｄＲＳ２＋Ｃ２×Ａｅｘ  ・・・（５）
Ｓ３１０では、変化後リッチ化制御量ＲＳ２が０よりも大きいか否かを判定する。変化後リッチ化制御量ＲＳ２が０よりも大きいときは、Ｓ３１１へ進み、０以下であるときは、Ｓ３１３へ進む。Ｓ３１１では、変化後リッチ化制御量ＲＳ２を組成変化検出時から逐次に積算し、得た値（＝ＲＳ２ｓｍ＋ＲＳ２）をＲＳ２ｓｍとして記憶する。Ｓ３１２では、ストイキに相当する１にＲＳ２を加算し、目標当量比ＴＦＢＹＡ（＝１＋ＲＳ２）を設定する。Ｓ３１３では、積算値ＲＳ１ｓｍに基づいて変化前リッチ化制御量の補正値ＮＲＳ１を算出する。補正値ＮＲＳ１は、積算値ＲＳ１ｓｍが大きいときほど大きな値として算出される。Ｓ３１４では、積算値ＲＳ２ｓｍに係数Ｃを乗算し、変化後リッチ化制御量の初期値ＮＲＳ２（＝Ｃ×ＲＳ２ｓｍ）を算出する。Ｓ３１５では、ＮＯｘ再生実行フラグｆＲＳを０に設定するとともに、各積算値ＲＳ１ｓｍ，ＲＳ２ｓｍを０に設定する。Ｓ３１６では、目標当量比ＴＦＢＹＡをストイキに相当する１に設定する。
【００６２】
次に、本実施形態に係るＥＣＵ１６１の動作を図１４に示すタイムチャートにより説明する。
ＥＣＵ１６１は、ＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘに基づいてＮＯｘ再生を行う時期に至ったと判定すると（時刻ｔ１）、ＮＯｘ再生実行フラグを１に設定するとともに、変化前リッチ化制御量ＲＳ１（＝ＲＳ１＋ＮＲＳ１）を算出し、目標当量比ＴＦＢＹＡを設定する。ここで、変化前リッチ化制御量ＲＳ１は、（４）式によりＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘの関数として、ＡＮＯｘが大きいときほど大きな値として算出される。
【００６３】
ＥＣＵ１６１は、排気ガスセンサ出力Ａｅｘに基づいて排気ガスの組成が変化したことを検出すると（時刻ｔ３）、変化後リッチ化制御量ＲＳ２を初期値ＮＲＳ２に設定し、目標当量比ＴＦＢＹＡを切り換える。変化後リッチ化制御量ＲＳ２は、（５）式により演算周期毎に徐々に減少されるが、演算周期毎に設定される減少分は、排気ガスセンサ出力Ａｅｘの関数として、Ａｅｘが大きいときほど大きな値となる。
【００６４】
ＥＣＵ１６１は、変化後リッチ化制御量ＲＳ２が０に達すると（時刻ｔ４）、その時点をＮＯｘ再生の終期と定め、目標当量比ＴＦＢＹＡを１に切り換える。
ＮＯｘ再生の終了に際して、ＥＣＵ１６１は、変化前リッチ化制御量の補正値ＮＲＳ１を積算値ＲＳ１ｓｍに基づいて、ＲＳ１が大きいときほど大きな値として算出し、変化後リッチ化制御量の初期値ＮＲＳ２を積算値ＲＳ２ｓｍに基づいて、
ＲＳ２ｓｍが小さいときほど小さな値として算出する。
【００６５】
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
第１に、第１の実施形態と同様に、組成変化検出時に残されているＮＯｘが未浄化のまま放出されることを防止することができる。
【００６６】
第２に、第２の実施形態と同様に、組成変化検出前後で目標当量比ＴＦＢＹＡを独立に設定することで、各フェーズに応じて最適な量の還元剤を供給することができる。すなわち、積算値ＲＳ１ｓｍに基づいて変化前リッチ化制御量の補正値ＮＲＳ１を設定することで、組成変化検出前のＮＯｘ再生を効率化することができる。また、積算値ＲＳ２ｓｍに基づいて変化後リッチ化制御量の初期値ＮＲＳ２を設定することで、組成変化検出後のエミッションを改善することができる。
【００６７】
第３に、変化前リッチ化制御量ＲＳ１をＮＯｘセンサ出力ＡＮＯｘの関数として算出するとともに、変化後リッチ化制御量ＲＳ２を排気ガスセンサ出力Ａｅｘの関数として算出することで、脱離したＮＯｘに見合う量の還元剤を供給し、ＮＯｘ再生の効率とエミッションとを両立させることができる。
【００６８】
なお、排気ガスセンサ４７として空燃比センサを用いる場合は、その上流側に設置した別の空燃比センサの出力をフィードバックして行う空燃比制御において、排気ガスセンサ４７の出力を補正因子として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る直噴ガソリンエンジンの構成
【図２】同上実施形態に係るＮＯｘ再生時目標当量比設定ルーチンのフローチャート
【図３】同上実施形態に係る通常時目標当量比設定ルーチンのフローチャート
【図４】同上実施形態に係る再生時期判定値ＨＮＯｘ及びリッチ化制御量ＲＳ１，ＲＳ２のテーブルデータ
【図５】ＮＯｘ再生のフェーズ
【図６】本発明の第１の実施形態に係るＮＯｘ再生のための制御の概念
【図７】本発明の第２の実施形態に係るＮＯｘ再生時目標当量比設定ルーチンのフローチャート
【図８】同上実施形態に係る通常時目標当量比設定ルーチンのフローチャート
【図９】同上実施形態に係る変化前リッチ化制御量の補正値ＮＲＳ１のテーブルデータ
【図１０】同上実施形態に係るＮＯｘ再生のための制御の概念
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る直噴ガソリンエンジンの構成
【図１２】同上実施形態に係るＮＯｘ再生時目標当量比設定ルーチンのフローチャート
【図１３】同上実施形態に係る通常時目標当量比設定ルーチンのフローチャート
【図１４】同上実施形態に係るＮＯｘ再生のための制御の概念
【符号の説明】
１，１０１…直噴ディーゼルエンジン、１１…吸気通路、１３…エアフローメータ、１５…スロットル弁、２１…シリンダブロック、２３…シリンダヘッド、２６…インジェクタ、２７…点火プラグ、３３…排気通路、３４…ＮＯｘトラップ触媒、４１…空燃比センサ、４２，４６…ＮＯｘセンサ、４３…クランク角センサ、４４…水温センサ、４５…アクセルセンサ、４７…排気センサ、６１…電子制御ユニット。
【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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