(57)【要約】　　【課題】　ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを脱離・還元するための燃料増量補正を、実際のＮＯｘ吸収量に見合った適正な時期に終了させる。　　【解決手段】　リーン燃焼中にＮＯｘの脱離条件が成立すると（Ｓ11）、空燃比をリッチに反転させるべく燃料噴射量の増量補正を開始させる（Ｓ14）。そして、ＮＯｘ吸収触媒の前後にそれぞれ配置した空燃比センサの出力を検出し（Ｓ15）、上流側空燃比センサの出力Ａと下流側空燃比センサ13の出力Ｂとの比率Ａ／Ｂが、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて設定される閾値Ｓij以上になった時点で（Ｓ16）、前記増量補正を停止させる（Ｓ17）。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　排気空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときに前記吸収したＮＯｘを脱離して還元処理するＮＯｘ吸収触媒を備え、理論空燃比よりもリーン空燃比での燃焼運転を行いうるエンジンの排気浄化装置であって、
　前記ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを脱離・還元処理するために、リーン燃焼中に空燃比を一時的にリッチ化させる制御の終期を、前記ＮＯｘ吸収触媒の上流側の排気空燃比と下流側の排気空燃比との比率が所定値になった時点として検出すると共に、前記比率の所定値を、エンジンの運転条件に応じて変更することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
　排気空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときに前記吸収したＮＯｘを放出して還元処理するＮＯｘ吸収触媒を備え、理論空燃比よりもリーン空燃比での燃焼運転を行いうるエンジンの排気浄化装置であって、
　リーン燃焼中に前記ＮＯｘ吸収触媒においてＮＯｘを脱離・還元させる条件を検出する脱離条件検出手段と、
　該脱離条件検出手段で脱離・還元条件の成立が検出されたときに、燃焼混合気を一時的にリッチ化させるべく燃料噴射量の増量補正を開始する増量開始手段と、
　前記ＮＯｘ吸収触媒の上流側で排気空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、
　前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側で排気空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、
　前記増量開始手段による増量補正の開始後に、前記上流側空燃比検出手段で検出される排気空燃比と前記下流側空燃比検出手段で検出される排気空燃比との比率が所定値になった時点を、前記増量補正の終期として検出し、前記増量補正を停止させる増量停止手段と、
　前記増量補正停止手段における前記比率の所定値を、エンジンの運転条件に応じて変更する基準比率変更手段と、
　を含んで構成されたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、詳しくは、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときに前記吸収したＮＯｘを放出して還元処理するＮＯｘ吸収触媒を備えたエンジンにおいて、前記ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを浄化するための空燃比制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
　従来から、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比（ストイキ）又はリッチであるときに前記吸収したＮＯｘを脱離して還元処理するＮＯｘ吸収触媒（ＮＯｘ吸収型三元触媒）を備え、リーン燃焼中に前記ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘが飽和量に達すると、空燃比を一時的にリッチ化（以下、リッチスパイクともいう）させて前記吸収されたＮＯｘの脱離・還元処理を行わせるよう構成されたリーン燃焼エンジンが知られている。
【０００３】
　また、かかるリーン燃焼エンジンでは、リッチスパイクを与えたときの触媒下流側の空燃比センサの出力から、触媒の劣化度合いを検出し、該検出された劣化度合いに応じてリッチスパイク量（リッチ時間）を変更することが行われていた（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−１４０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　上記従来の方法は、空燃比センサの出力から劣化度合いを検出するものであるが、空燃比センサの出力から実際のＮＯｘ吸収量を精度良く推定することは困難であるため、リッチスパイク量を精度良く修正することができないという問題があった。
　また、触媒のＮＯｘ吸収量は触媒の劣化だけでなく、触媒温度に依存して変化し、更に、ＮＯｘの脱離速度も触媒温度に依存して変化するので、触媒温度によってはリッチスパイク量に過不足を生じてしまうという問題もあった。
【０００５】
　本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、種々のばらつき要因があっても、ＮＯｘ吸収量に応じたリッチスパイク量を与えることができるようにして、ＮＯｘの脱離・還元を確実に行わせつつ、過剰なリッチスパイクによる燃費，排気性状の悪化を回避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】
　そのため請求項１記載の発明は、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときに前記吸収したＮＯｘを脱離して還元処理するＮＯｘ吸収触媒を備え、理論空燃比よりもリーン空燃比での燃焼運転を行いうるエンジンの排気浄化装置であって、前記ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを脱離・還元処理するために、リーン燃焼中に空燃比を一時的にリッチ化させる制御の終期を、前記ＮＯｘ吸収触媒の上流側の排気空燃比と下流側の排気空燃比との比率が所定値になった時点として検出すると共に、前記比率の所定値を、エンジンの運転条件に応じて変更する構成とした。
【０００７】
　また、請求項２記載の発明は、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときに前記吸収したＮＯｘを放出して還元処理するＮＯｘ吸収触媒を備え、理論空燃比よりもリーン空燃比での燃焼運転を行いうるエンジンの排気浄化装置であって、
　リーン燃焼中に前記ＮＯｘ吸収触媒においてＮＯｘを脱離・還元させる条件を検出する脱離条件検出手段と、該脱離条件検出手段で脱離・還元条件の成立が検出されたときに、燃焼混合気を一時的にリッチ化させるべく燃料噴射量の増量補正を開始する増量開始手段と、前記ＮＯｘ吸収触媒の上流側で排気空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側で排気空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、前記増量開始手段による増量補正の開始後に、前記上流側空燃比検出手段で検出される排気空燃比と前記下流側空燃比検出手段で検出される排気空燃比との比率が所定値になった時点を、前記増量補正の終期として検出し、前記増量補正を停止させる増量停止手段と、前記増量補正停止手段における前記比率の所定値を、エンジンの運転条件に応じて変更する基準比率変更手段と、を含んで構成される。
【発明の効果】
【０００８】
　請求項１又は請求項２記載の発明によると、触媒前後の排気空燃比の比率に基づいてリッチ化制御の終期を検知することにより、ＮＯｘの脱離が殆ど完了していると推定される段階でリッチ化制御を終了させることが可能となり、過剰なリッチスパイクをより確実に抑制できると共に、リッチ化制御を終わらせる比率をエンジンの運転条件に応じて変更することで、エンジンの運転条件による脱離の遅れを加味してＮＯｘ脱離の進行度合いを判断し、より適正な時期にリッチ化制御を終了させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
　以下に本発明の実施の形態を説明する。
　図１は、実施の形態におけるエンジンのシステム構成を示す図であり、エンジン１の吸入空気量はスロットルバルブ２で制御される一方、エンジン１の各気筒には、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３がそれぞれ設けられており、該燃料噴射弁３による燃料噴射によって燃焼室内に混合気が形成される。
【００１０】
　ここで、吸気行程での燃料噴射による均質リーン燃焼運転及び／又は圧縮行程での燃料噴射による成層リーン燃焼運転が行われるようになっており、マイクロコンピュータを内蔵したエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと略す）４は目標空燃比の混合気を形成させるべく燃料噴射弁３の燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する。
　尚、燃料噴射弁３が吸気系（例えば各気筒の吸気ポート部分）に燃料を噴射する構成であって、リーン燃焼を行うエンジンであっても良い。
【００１１】
　前記燃料噴射弁３からの燃料噴射で形成された混合気は、点火プラグ５による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は、ＮＯｘ吸収触媒６を介して大気中に排出される。
　前記ＮＯｘ吸収触媒６は、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸収し、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチであるときに前記吸収したＮＯｘを放出して還元処理するＮＯｘ吸収型三元触媒である。
【００１２】
　前記ＥＣＵ４には、燃料噴射制御等のために各種センサからの検出信号が入力される。
　前記各種センサとしては、エンジン１の吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ７，スロットルバルブ２の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ８，エンジン１の冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ９，クランク角を検出するクランク角センサ10，前記燃料噴射弁３に供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサ11，前記ＮＯｘ吸収触媒６の上流側で排気空燃比を検出する第１空燃比センサ12（上流側空燃比検出手段），前記ＮＯｘ吸収触媒６の下流側で排気空燃比を検出する第２空燃比センサ13（下流側空燃比検出手段）などが設けられている。
【００１３】
　前記第１，第２空燃比センサ12，13は、排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を広域に検出し得るセンサであって、排気空燃比がリッチであるほど大きな出力値が得られるものとする。
　前記ＮＯｘ吸収触媒６は、前述のように、リーン燃焼中はＮＯｘを吸収するのみでＮＯｘの脱離還元を行わないので、ＮＯｘ吸収量が飽和量に達すると、エンジン１から排出されたＮＯｘが浄化されずにそのまま排出されることになってしまう。
【００１４】
　従って、リーン燃焼が継続してＮＯｘ吸収量が飽和量に達したときには、一時的に空燃比をリッチ化させて、それまでに吸収されたＮＯｘの脱離・還元を行って、ＮＯｘの吸収能力を復活させる必要があり、本実施形態では、図２のフローチャートに示すようにして、前記脱離・還元のためのリッチスパイクを与える。
　図２のフローチャートにおいて、ステップ11では、ＮＯｘの脱離・還元条件が成立しているか否かを判別し（脱離条件検出手段）、条件が成立していれば、ステップ12へ進む。
【００１５】
　前記脱離・還元条件とは、例えば、リーン燃焼中であって、エンジン負荷とエンジン回転数とから推定されるＮＯｘ吸収量が所定の飽和量に達している場合である。
　ステップ12では、エンジンの運転状態、具体的にはエンジン回転数，エンジン負荷を検出する。
　ステップ13では、図３に示すように、予めエンジン回転数とエンジン負荷を代表する燃料噴射量とに応じて上流側空燃比センサ出力Ａと下流側空燃比センサ出力Ｂとの比率Ａ／Ｂの閾値Ｓij（≦１）を記憶したマップを参照し、そのときのエンジン回転数とエンジン負荷とに対応する閾値Ｓijを検索する（基準比率変更手段）。
【００１６】
　尚、低回転低負荷域では、エンジンの吸入空気量が少なく、脱離の時間遅れが大きくなるために、より閾値Ｓijを大きくして、増量補正の期間を長く確保するようにしてある。
　ステップ14では、燃焼混合気の空燃比をリッチ化させて、前記ＮＯｘ吸収触媒６に吸収されているＮＯｘの脱離・還元を行わせるべく、燃料噴射量の増量補正（リッチスパイク）を開始させる（増量開始手段）。
【００１７】
　ここでは、後述するステップ１７で増量補正の停止条件が検出されるまでの間、燃料噴射量を一定の割合で増量補正するものとする（図４参照）。
　ステップ15では、前記増量補正開始後の第１空燃比センサ12の出力Ａと第２空燃比センサ13の出力Ｂとをそれぞれに検出する。
　ステップ16では、第１空燃比センサ12の出力Ａと第２空燃比センサ13の出力Ｂとの比率Ａ／Ｂが、前記閾値Ｓij以上になったか否かを判別する。
【００１８】
　そして、図５に示すように、比率Ａ／Ｂが、前記閾値Ｓij以上になったときには、ステップ17へ進んで、リッチスパイクを解除させる（増量停止手段）。
　尚、図５には、前記マップから検索した比率の閾値Ｓijに基づいてリッチスパイクの解除が行われることになる下流側空燃比センサ出力Ｂのレベルを、閾値として示してある。
　ここで、閾値Ｓijが１未満に設定される条件であれば、触媒６下流側の空燃比が、ＮＯｘの脱離が減少してストイキからリッチに変化し、上流側の空燃比に一致するようになる前に、リッチスパイクを解除することになる。
【００１９】
　このように構成すれば、ＮＯｘの脱離・還元に必要とされるＮＯｘ吸収量に見合ったＨＣ，ＣＯの供給を図りつつ、過剰なＨＣ，ＣＯの供給の抑制を図ることができ、更に、運転条件に応じて前記閾値Ｓijを変化させることで、運転条件による処理速度の違いに対応して適正な時期にリッチスパイクを解除させることができる。
　また、第１空燃比センサ12の出力Ａと第２空燃比センサ13の出力Ｂとの比率Ａ／Ｂを、リッチ化制御の終期を判断するパラメータとすることで、空燃比センサのばらつきを吸収することが可能である。
【００２０】
　尚、上記実施の形態では、リッチスパイクが基本的に一定の増量補正率に基づいて行われる構成としたが、図６に示すように、リッチスパイクの初期値を与えた後に一定割合で増量を減少させる所謂三角増量によってリッチスパイクを与える構成であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態におけるエンジンのシステム構成図。
【図２】ＮＯｘの脱離制御の実施形態を示すフローチャート。
【図３】実施形態における閾値マップを示す図。
【図４】リッチスパイクの与え方を示す図。
【図５】実施形態におけるリッチスパイク制御の様子を示す図。
【図６】リッチスパイクの与え方の別の例を示す図。
【符号の説明】
【００２２】
１…エンジン
２…スロットルバルブ
３…燃料噴射弁
４…エンジンコントロールユニット
５…点火プラグ
６…ＮＯｘ吸収触媒
７…エアフローメータ
８…スロットルセンサ
９…水温センサ
10…クランク角センサ
11…燃圧センサ
12…上流側空燃比センサ
13…下流側空燃比センサ
【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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