(57)【要約】【課題】筒内噴射エンジン等のリーン燃焼状態を有する排気ガス浄化のためのＮＯｘ触媒を有するシステムおいて、ＮＯｘ触媒内のＮＯｘを最適に還元するためのリッチスパイク制御方法を提供する。【解決手段】ＮＯｘ触媒下流にＮＯｘセンサを取り付け、ＮＯｘセンサの出力値を所定値にフィードバック制御を行うことによって、リッチスパイク制御を最適化し、ＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯの排出ガスを抑えることが可能となる。また、ＮＯｘセンサの出力値を判定することにより、ＮＯｘ触媒の劣化を簡単に判定することが可能になる。【選択図】  図１
2005054604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
希薄燃焼可能なエンジンの排気管に、三元触媒と、排気ガス中のＮＯｘを捕捉できるＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒の下流にＮＯｘ濃度を検出できるＮＯｘセンサと、を備えた排気ガス浄化システムであって、エンジンのリッチ，リーン，ストイキを判定する手段と、前記ＮＯｘセンサによりＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量を検出できるＮＯｘ量検出手段と、エンジンがリーン運転中に前記ＮＯｘ触媒に捕捉されるＮＯｘ量を検出するＮＯｘ捕捉量検出手段と、前記ＮＯｘ捕捉量検出手段の検出結果に基づいて、リーン運転継続中に一時的に排気雰囲気中の酸素濃度を低下させることにより、前記ＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘを脱離させるＮＯｘ脱離手段と、を備えた自動車のエンジン制御システムにおいて、
前記ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量と、予め設定された所定値との比較結果に基づいて、前記ＮＯｘ脱離手段の制御パラメータを変更することを特徴とするエンジンの排気ガス浄化制御装置。
【請求項２】
前記ＮＯｘ脱離手段の制御パラメータを変更する手段は、前記ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量と、予め設定された所定値との差が０となるようにすることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記ＮＯｘ脱離手段の制御パラメータを変更する手段に用いる前記所定値は、０でないことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジン排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記ＮＯｘ脱離手段の制御パラメータを変更する手段は、前記ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量と、予め設定された所定値との差が正の時は、リーン運転継続時間を短くすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘ脱離手段の制御パラメータを変更する手段は、前記ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量と、予め設定された所定値との差が負の時は、リーン運転継続時間を長くすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量と、予め設定された所定値との比較手段は、ＮＯｘ量の最大値と所定値を比較することを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項７】
前記ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量と、予め設定された所定値との比較手段は、ＮＯｘ量の積分値と所定値を比較することを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項８】
希薄燃焼可能なエンジンの排気管に、三元触媒と、排気ガス中のＮＯｘを捕捉できるＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒の下流にＮＯｘ濃度を検出できるＮＯｘセンサと、を備えた排気ガス浄化システムであって、エンジンのリッチ，リーン，ストイキを判定する手段と、前記ＮＯｘセンサによりＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量を検出できるＮＯｘ量検出手段と、エンジンがリーン運転中に前記ＮＯｘ触媒に捕捉されるＮＯｘ量を検出するＮＯｘ捕捉量検出手段と、前記ＮＯｘ捕捉量検出手段の検出結果に基づいて、リーン運転継続中に一時的に排気雰囲気中の酸素濃度を低下させることにより、前記ＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘを脱離させるＮＯｘ脱離手段と、前記ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量と、予め設定された所定値との比較結果に基づいて、前記ＮＯｘ脱離手段の制御パラメータを変更する手段と、を備えた自動車のエンジン制御システムにおいて、
前記制御パラメータを変更する手段によって制御されるリーン運転継続時間と、前記ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量を比較結果に基づいて、前記ＮＯｘ触媒の劣化を診断することを特徴とする、エンジンのＮＯｘ触媒診断装置。
【請求項９】
前記ＮＯｘ触媒の劣化を診断する手段は、前記制御パラメータを変更する手段によって制御されるリーン運転継続時間が所定時間より短くなっても、前記ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量が所定値より大きいときＮＯｘ触媒が劣化していると判定することを特徴とする、請求項８記載のエンジンのＮＯｘ触媒診断装置。
【請求項１０】
前記ＮＯｘ触媒の劣化を診断する手段は、前記制御パラメータを変更する手段によって制御されるリーン運転継続時間が所定時間より短くなっても、前記ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量が所定値より大きい状態が所定時間継続したときにＮＯｘ触媒が劣化していると判定することを特徴とする、請求項８記載のエンジンのＮＯｘ触媒診断装置。
【請求項１１】
前記制御パラメータを変更する手段によって制御されるリーン運転継続時間と、前記ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量を比較する手段は、ＮＯｘ量の最大値と所定値を比較することを特徴とする請求項８，請求項９または請求項１０のいずれかに記載のエンジンのＮＯｘ触媒診断装置。
【請求項１２】
前記制御パラメータを変更する手段によって制御されるリーン運転継続時間と、前記ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量を比較する手段は、ＮＯｘ量の積分値と所定値を比較することを特徴とする請求項８，請求項９，請求項１０のいずれかに記載のエンジンのＮＯｘ触媒診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希薄燃焼可能なエンジンの排気ガス浄化用の三元触媒と排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を捕捉することのできるＮＯｘ触媒とＮＯｘ触媒の下流にＮＯｘの濃度を検出できるＮＯｘセンサをを排気管に備えたエンジン排気ガス浄化制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの燃費を向上させるために理論空燃比（約１５、以下ストイキと記す）よりも空気を過多（以下リーンと記す）にして、リーン燃焼を実現させるいわゆるリーンバーン技術が広く用いられている。
【０００３】
例えば、吸気管部の吸気ポート付近で燃料を噴射する方式で空燃比２０〜２５程度のリーン燃焼を実現するものや、筒内に直接燃料を噴射する方式で（筒内噴射）で層状混合気を形成して空燃比４０〜５０といった極めてリーンな燃焼を実現させるものも広まっている。これらの技術ではリーンな燃焼、すなわち吸入空気量を増やすことによって、ポンピングロスや熱損失を少なくして燃費の向上を図るものである。
【０００４】
しかし、ストイキでの燃焼の場合は三元触媒によって排気ガス中のＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを同時に酸化還元して浄化できるが、リーン燃焼では排気ガスが酸素過剰状態のためＮＯｘの還元が困難である。このため、排気ガス中の空燃比がリーンであるとき排気ガスのＮＯｘを捕捉し、空燃比がリッチ（燃料過多）であるときＮＯｘを放出するＮＯｘ捕捉剤（ＮＯｘ触媒）を排気通路内に配置し、排気ガスの空燃比を所定の周期でリーンから理論空燃比までリッチに一時的に変化させてＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘを放出し還元させるようにしたエンジンの排気浄化装置が知られている。
【０００５】
このような排気浄化装置においては、ＮＯｘ触媒に捕捉できるＮＯｘ量が有限であるため、エンジンの運転状態をリーンからリッチにするタイミングはＮＯｘ触媒から捕捉されるＮＯｘが溢れる前に開始する必要がある。そのためには、例えば特開平７−１８９６５９号公報に記載されているようにＮＯｘ触媒に捕捉できるＮＯｘ捕捉量を正確に測定し、それに見合った期間リーンからリッチにすることが燃費，排気ガス中のＨＣ，ＣＯ等の特定成分を低減する意味で望ましい。
従来の技術では、リーンからリッチにするタイミングは、ＮＯｘ触媒に捕捉されるＮＯｘの量を排気管中におかれた空燃比センサや酸素センサから排気ガス中の酸素濃度を検出することにより推定し、その推定値が所定値となったときに開始する技術が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１８９６５９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＮＯｘ触媒中のＮＯｘを還元するためにリーンからリッチにすることは、燃費の良いリーン運転からストイキ運転に切換える必要があり、また還元するために燃料を多く噴射する必要があることから、燃費悪化が懸念されるため、できるだけ回数を減らすことが望ましい。また、ＮＯｘ触媒に捕捉することのできるＮＯｘ量推定値のずれやＮＯｘ触媒の経時劣化にも対応できることが望ましい。
【０００８】
しかしながら、上述の従来の方法では、ＮＯｘ触媒に捕捉することのできるＮＯｘ量はＮＯｘ触媒そのものやエンジン等の機差、あるいはＮＯｘ触媒の経時劣化等によって異なるため、リーンからリッチにする開始タイミングに使用する所定値はこれらを考慮して低く設定する、つまりエンジンの運転状態を頻繁にリーンからリッチする必要があった。また、推定値のずれや触媒の劣化により、
ＮＯｘ触媒中に捕捉されたＮＯｘと酸化しきれなったＨＣ，ＣＯ等の排気ガスが排出されてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、リッチスパイク制御を最適なタイミングで行うことができるエンジン排気ガス浄化制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明では、希薄燃焼可能なエンジンの排気管に、三元触媒と、排気ガス中のＮＯｘを捕捉できるＮＯｘ触媒と、ＮＯｘ触媒の下流にＮＯｘ濃度を検出できるＮＯｘセンサと、を備えた排気ガス浄化システムであって、エンジンのリッチ，リーン，ストイキを判定する手段と、ＮＯｘセンサによりＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量を検出できるＮＯｘ量検出手段と、エンジンがリーン運転中にＮＯｘ触媒に捕捉されるＮＯｘ量を検出するＮＯｘ捕捉量検出手段と、ＮＯｘ捕捉量検出手段の検出結果に基づいて、リーン運転継続中に一時的に排気雰囲気中の酸素濃度を低下させる（リッチにする）ことにより、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘを脱離させるＮＯｘ脱離手段とを有し、ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量と、予め設定された所定値との比較結果に基づいて、前記ＮＯｘ脱離手段の制御パラメータを変更する。
【００１１】
また、ＮＯｘ脱離手段の制御パラメータを変更する手段は、前記ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量と、予め設定された所定値との差が０となるようにする。
【００１２】
また、ＮＯｘ脱離手段の制御パラメータを変更する手段に用いる前記所定値は、０でないこととする。
【００１３】
また、ＮＯｘ脱離手段の制御パラメータを変更する手段は、ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量と、予め設定された所定値との差が正の時は、リーン運転継続時間を短くする。
【００１４】
また、ＮＯｘ脱離手段の制御パラメータを変更する手段は、ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量と、予め設定された所定値との差が負の時は、リーン運転継続時間を長くする。
【００１５】
また、ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量と、予め設定された所定値との比較手段は、ＮＯｘ量の最大値と所定値を比較する。
【００１６】
また、ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量と、予め設定された所定値との比較手段は、ＮＯｘ量の積分値と所定値を比較する。
【００１７】
また、上記目的を達成するために本発明では、希薄燃焼可能なエンジンの排気管に、三元触媒と、排気ガス中のＮＯｘを捕捉できるＮＯｘ触媒と、ＮＯｘ触媒の下流にＮＯｘ濃度を検出できるＮＯｘセンサと、を備えた排気ガス浄化システムであって、エンジンのリッチ，リーン，ストイキを判定する手段と、ＮＯｘセンサによりＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量を検出できるＮＯｘ量検出手段と、エンジンがリーン運転中にＮＯｘ触媒に捕捉されるＮＯｘ量を算出するＮＯｘ捕捉量検出手段と、ＮＯｘ捕捉量検出手段の検出結果に基づいて、リーン運転継続中に一時的に排気雰囲気中の酸素濃度を低下させる（リッチにする）ことにより、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘを脱離させるＮＯｘ脱離手段と、ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量と、予め設定された所定値との比較結果に基づいて、
ＮＯｘ脱離手段の制御パラメータを変更する手段を有し、制御パラメータを変更する手段によって制御されるリーン運転継続時間と、ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量を比較結果に基づいて、ＮＯｘ触媒の劣化を診断する。
【００１８】
また、ＮＯｘ触媒の劣化を診断する手段は、制御パラメータを変更する手段によって制御されるリーン運転継続時間が所定時間より短くなっても、ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量が所定値より大きいときＮＯｘ触媒が劣化していると判定する。
【００１９】
また、ＮＯｘ触媒の劣化を診断する手段は、制御パラメータを変更する手段によって制御されるリーン運転継続時間が所定時間より短くなっても、ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量が所定値より大きい状態が所定時間継続したときにＮＯｘ触媒が劣化していると判定する。
【００２０】
また、制御パラメータを変更する手段によって制御されるリーン運転継続時間と、ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量を比較する手段は、ＮＯｘ量の最大値と所定値を比較する。
【００２１】
また、制御パラメータを変更する手段によって制御されるリーン運転継続時間と、ＮＯｘ量検出手段によって検出されたＮＯｘ量を比較する手段は、ＮＯｘ量の積分値と所定値を比較する。
【００２２】
以上のように構成することにより、ＮＯｘ触媒下流に取り付けられたＮＯｘセンサに出力値をフィードバック制御することができ、リッチスパイク制御を最適なタイミングで行うことができる。これにより、ＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯの排出ガスを抑えることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例に係わるエンジンの空燃比制御装置の構成図である。なお、本実施例は筒内噴射方式の例である。エンジン１の吸気管２３には、エアクリーナ２，吸入空気量を検出するエアフローセンサ３，吸入空気量を調整するスロットル弁４，スロットル弁駆動手段５ａおよびスロットル開度センサ５，スワール制御弁６，スワール制御弁駆動手段７および吸気弁８を備えている。スワール制御弁６はそれぞれの気筒に対して吸気弁８の直前に設けられており、一体的に作動するように構成されている。エンジン１の燃焼室９には、燃料を直接燃焼室９内に噴射する燃料噴射弁１０，点火プラグ１１を備えている。エンジン１の排気管２４には排気弁１３，空燃比センサ１４，ＮＯｘを捕捉することのできるＮＯｘ触媒１５，ＮＯｘ濃度を検出できるＮＯｘセンサ２５を備えている。さらにエンジン１のクランク軸１６に取り付けられエンジンの回転速度やクランク角度を検出できるクランク角センサ１７、詳細は図示していないがドライバからの情報を得るアクセルセンサ１８が備えている。
【００２４】
それぞれのセンサの検出値は電子制御回路（以下、ＥＣＵと記す）２０に入力され、ＥＣＵ２０はアクセル踏み込み量，吸入空気量，エンジン回転速度，クランク角度，スロットル開度等を検出または計算する。そして、その結果に基づいてエンジン１に供給する燃料の量とタイミングを計算し燃料噴射弁１０に駆動パルスを出力したり、スロットル弁４開度を計算し絞り弁駆動手段５に制御信号を出力したり、点火時期等を計算し、点火プラグ１１に点火信号を出力したりする。さらに、例えば、ＮＯｘ触媒１５が劣化したと判定した場合に運転者に警告するための警告灯２６への信号を出力する。
【００２５】
燃料は図示しない燃料タンクから燃料ポンプで圧送され燃圧レギュレーターにて所定の圧力（５〜１０ＭＰａ程度）に保持され、燃料噴射弁１０に供給される。ＥＣＵ２０により出力される駆動パルスにより所定のタイミングに所定量が燃焼室９に直接噴射される。エンジン１の運転モードとしては、ストイキ運転，均質リーン運転，成層運転等がある。均質リーン運転時には、圧縮行程で燃料を噴射して混合気中に層状に燃料を分布させ、点火プラグ１１近傍に燃料を集めるようにしている。
【００２６】
スロットル弁４にて調整された吸入空気は、吸気弁８を通って燃焼室９に流入する。この際、スワール制御弁６によってスワール強度が制御される。通常、成層リーン運転時や均質リーン運転時にはスワール強度を高く、それ以外では低くなるように設定されている。成層運転時には前述の燃料噴射タイミングとスワールによる空気流動およびピストン２１の上面に設けたキャビティ形状（図示せず）により、燃料を燃焼室９全体に広げることなく、点火プラグ１１の近傍に集めている。
【００２７】
燃料と吸入空気との混合気は点火プラグ１１にて点火され燃焼する。燃焼後の排気ガスは排気弁１３を通って排気管２４に排出される。排気ガスは排気管２４に配置されたＮＯｘ捕捉剤を具備した触媒（以下ＮＯｘ触媒）１５に流入する。
【００２８】
空燃比センサ１４はＮＯｘ触媒１５の上流部の排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力し、その出力から実際の空燃比を検出することができる。空燃比センサ１４にて検出した実空燃比に基づいて目標空燃比となるように供給する混合気の空燃比をフィードバック制御している。
【００２９】
ＮＯｘセンサ２５は、ＮＯｘ触媒１５の下流部の酸素濃度に応じた信号を出力しその出力からＮＯｘの濃度が検出できるようになっている。
【００３０】
また図示していないが、排気管２４から吸気管２３はＥＧＲ通路が設けてあり、特に成層運転中にはＮＯｘの発生を抑制するために多量のＥＧＲガスを吸入系に導入することができる。
【００３１】
次にＮＯｘ触媒１５に捕捉されたＮＯｘ量の推定手段２０１について図２を用いて説明する。ＮＯｘの捕捉量は、例えば、空燃比センサ１４，エアフローセンサ３，クランク角センサ１７等の出力値から、エンジンの空燃比，吸入空気量，負荷，目標ＥＧＲ率等を算出し、それらを入力値として図２に示すようなブロックを用いて推定する。図２内の２０２，２０３，２０４には、予めエンジンあるいはＮＯｘ触媒１５の性能にあわせてマップ、あるいはテーブルが設定されている。なお、空燃比センサ１４は図３に示すように空燃比がストイキ近傍でステップ的に出力するようないわゆるＯ２  センサでも、排気ガス中の酸素濃度に基づき空燃比に応じてほぼリニアな出力するいわゆる広域空燃比センサでもよい。
【００３２】
図４にＥＣＵ２０の構成を示す。前述のエアフローセンサ３，スロットル開度センサ５，空燃比センサ１４，クランク角センサ１７の信号、３ｓ，５ｓ，１４ｓ，１７ｓおよびその他のデジタルあるいはアナログ信号が入力回路３１に入力される。ＣＰＵ３０はＲＯＭ３７に記憶されたプログラムや定数に基づいて、これらの入力信号を入出力ポート３２を介して読み込み、演算処理を行う。
【００３３】
さらに、演算の結果としてＣＰＵ３０から、点火時期，インジェクタ駆動パルス幅およびタイミング，スロットル弁開度指令が入出力ポート３２を介して点火出力回路３３，燃料噴射弁駆動回路３４，スロットル弁駆動回路３５，スワール制御弁３６に出力され、点火制御，燃料噴射制御，スロットル弁開度制御，スワール制御弁開度制御が実行される。さらに、例えば、ＮＯｘ触媒１５が劣化したと判定した場合には、警告灯駆動回路３７によって警告灯２６を点灯する。
ＲＡＭ３８は、入力信号の値や演算結果の記憶に用いられる。
【００３４】
ＲＯＭ３７に記憶されたプログラムや定数に基づいて、エンジン１の回転速度，負荷等に応じて成層／均質リーン運転とストイキ運転等が実行される。ストイキ運転においては、空燃比センサ１４によって検出されたエンジンの実空燃比に基づき、空燃比がストイキになるようにフィードバック制御が行われる。リーン運転時には、ＮＯｘ触媒１５にＮＯｘが捕捉される。ＮＯｘ捕捉量が所定量になると空燃比がストイキまたはリッチの酸素濃度の低い状態に切換えられ、ＮＯｘ触媒１５に吸着または吸収等捕捉されたＮＯｘが放出され、排気ガス中のＨＣやＣＯによって還元される。この還元する手段を一般にリッチスパイク制御と呼んでいる。ＮＯｘ触媒１５に捕捉されるＮＯｘ量の推定に関しては前述したとおりであるが、推定の仕方についてはこれに限定するものではない。また、本実施例の筒内噴射方式エンジンの場合には、空燃比をストイキまたはリッチに切換えるときに、主にスロットル開度センサ５によってスワール制御弁６を閉方向に作動させて空燃比を変更しているが、このような方法に限定するものではない。
【００３５】
本実施例のＮＯｘ触媒１５はリーン時のＮＯｘ捕捉とストイキ時の排気浄化性能を確保するためにいわゆる三元触媒性能を併せ持つように構成されている。例えば、アルミナを担体とし、ナトリウムＮａ，バリウムＢａ等のようなアルカリ金属やアルカリ土類金属とプラチナＰｔ，ロジウムＲｈのような貴金属とが担持されている。さらにストイキでのいわゆる三元触媒性能を向上させるために酸素貯蔵能力を持ったセリウムＣｅが担持されているものもある。ＮＯｘ触媒１５は流入してくる排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを捕捉し、排気ガス中の酸素濃度が低下する（ストイキやリッチとなった場合）と捕捉したＮＯｘを放出する。放出されたＮＯｘは、例えばプラチナＰｔの触媒作用で排気ガス中のＨＣやＣＯと反応して還元される。このようにして大気中に放出されるＮＯｘの量を低減することができる。さらにストイキ運転中では、例えばプラチナＰｔの触媒作用で排気ガス中のＨＣ，ＣＯは酸化され、ＮＯｘは還元されるので、これらの有害性分を低減することができる。なお、ＮＯｘ触媒の種類にもよるが、流入してくる排気ガスの空燃比がリーンであっても排気ガス中のＨＣやＣＯでＮＯｘの一部を還元する効果を持つものもある。また、ストイキでの排気ガス浄化性能を向上させるために三元触媒は別個構成してもよい。
【００３６】
次に、図５を用いて、エンジン１に供給すべき燃料噴射量を算出する方法の一例を示す。筒内噴射エンジンにおいては、燃料噴射量は、図５に示すように、吸入空気量，エンジン回転，目標空燃比（ＴＦＢＹＡ），インジェクタ補正係数，燃圧補正，ＡＬＰＨＡ（空燃比フィードバック係数），ＫＲＳ（リッチスパイク時空燃比補正係数）を用いて算出される。
【００３７】
目標空燃比ＴＦＢＹＡはシリンダ内に供給する混合気の空燃比を制御する際に用いる係数であり、ＴＦＢＹＡ＝１５の場合、機関シリンダ内に供給される空燃比はストイキである。一方、ＴＦＢＹＡ＞１５の場合、機関シリンダ内に供給される混合気はストイキに比べて空気過多であり、リーンの状態となる。また、ＴＦＢＹＡ＜１５の場合、機関シリンダ内に供給される混合気はストイキに比べて燃料過多の状態であり、リッチの状態となる。なお、目標空燃比ＴＦＢＹＡは、図６に示すようなエンジン回転数ＮＥと目標トルクＴＯを軸とするマップを参照することによって決定される。図６のマップはＥＣＵ２０内のＲＯＭ３７内に記憶されている。
【００３８】
フィードバック係数ＡＬＰＨＡは、ＴＦＢＹＡ＝１５の場合、すなわち機関シリンダ内に供給される混合気をストイキに正確に設定する場合に、空燃比センサ１４の出力信号に基づいて空燃比を正確に目標値に一致させるために用いられる。空燃比センサ１４の出力値およびＡＬＰＨＡの出力値の関係は図７のようになり、空燃比センサ出力がリッチになると、ＡＬＰＨＡは減少し、逆に空燃比センサ出力がリーンになるとＡＬＰＨＡは増加する。なお、ＴＦＢＹＡ≠１５の場合は、ＡＬＰＨＡの値は１に固定される。
【００３９】
次に、空燃比補正係数ＫＲＳの設定方法について、図８および図９を用いて説明する。リッチスパイク時の空燃比補正係数であるＫＲＳは図８で示すように、リッチスパイクが開始され、目標空燃比がリーンからリッチに切換わる瞬間、ある一定期間だけ燃料が濃くなるように補正する。補正は、たとえば図８に示すように比例分と保持分に分けた四角補正でも良いし、時間に応じて減衰させるような三角補正や台形補正にしても良い。ここでは、四角補正を行うための比例分，保持分の設定方法について図９に示す。図２で示したＮＯｘ捕捉量推定値に応じて、比例分，保持分それぞれ補正量をテーブルで設定することにより、ＮＯｘ捕捉量が多いときはＫＲＳの量を大きくして燃料増量を多くする。
【００４０】
このＫＲＳはＮＯｘ触媒１５に捕捉されたＮＯｘ量が還元できるだけの燃料量が望ましいが、ＮＯｘ捕捉量の推定誤差や触媒の劣化等により最適な量を設定することは難しい。また、この設定値が実際のＮＯｘ捕捉量に見合った量からずれてしまうと、ＮＯｘやＨＣ排出が増大することとなる。
【００４１】
次にリッチスパイク制御フローについて、図１０を用いて説明する。まずステップ１００１で前述したＴＦＢＹＡ＞１５であること、つまりリーン運転中であることを判定し、Ｙｅｓならステップ２０１に進む。またステップ１００１で、リーン運転であることを判定する方法はこの限りではない。例えば、空燃比センサの出力とＴＦＢＹＡ論理和で判定することも可能である。次にステップ２０１では図２で前述した方法でＮＯｘ触媒１５に捕捉されているＮＯｘ量を推定する。次にステップ１００２ではＮＯｘ濃度フィードバック手段により、リッチスパイクを開始するための制御パラメータである、リッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量を算出する。算出方法については後述する。次に、ステップ１００３では、ステップ１００２で算出されたリッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量とステップ２０１で算出されたＮＯｘ捕捉量推定値を比較し、ＮＯｘ捕捉量推定値がリッチスパイク開始捕捉量より大きいときは、ステップ１００４に進みリッチスパイクを許可し、ステップ５０１で前述した方法で燃料を補正し空燃比制御手段によりリッチスパイク制御を行う。また、ステップ１００４でＮＯｘ捕捉量推定値がリッチスパイク開始捕捉量より小さいときは演算を終了する。
【００４２】
また、ステップ１００１でＴＦＢＹＡ＞１５とならないときは、ステップ１００５に進み自動車が加速中かを判定し、加速中であればステップ１００６に進み、そうでなければ演算を終了する。加速判定は、図示しないが、例えばドライバのアクセル開度やアイドルスイッチ等から判定する。次に、ステップ１００６では、ステップ２０１で算出されるＮＯｘ捕捉量推定値を入力させ、ＮＯｘ捕捉量が０でないときはステップ１００４に進み、以下リッチスパイク制御を行う。ＮＯｘ捕捉量が０のときは演算終了する。
【００４３】
以上のリッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量によってエンジンのリーン運転時間が決まる。つまり、リッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量が小さいときは、頻繁にリッチスパイクを行うことになるため、リーン運転継続時間が短く、大きいときはリーン運転継続時間が長くなる。リッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量はリッチスパイク制御の制御パラメータである。
【００４４】
以上のフローをタイムチャートにしたものを図１１に示す。リーン運転時に
ＮＯｘ触媒１５に捕捉されるＮＯｘ量をＮＯｘ捕捉量推定手段により推定し、推定値がリッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量に達したとき、ステップ５０１の空燃比制御手段により燃料を補正する。また、図１１で示すように、推定値がリッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量に達していなくても、加速時にＮＯｘ触媒１５にＮＯｘが捕捉されているときは、その捕捉量に応じた補正を行う。
【００４５】
次に、リッチスパイク制御の制御パラメータであるリッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量がエンジンの排気ガスに与える影響について説明する。リッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量はＮＯｘ触媒１５に捕捉可能なＮＯｘ量を設定することが望ましいが、ＮＯｘ触媒１５の浄化率は図１２に示すようにＮＯｘの捕捉量が増加していくに従い浄化率が急激に低下してしまう。つまり、リッチスパイクを開始するためのリッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量の設定は、ＮＯｘの浄化率を常に高く維持するように設定する必要がある。また、先に述べたようにリッチスパイクの開始時期はリッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量とＮＯｘ捕捉量推定値によって決まるので、その推定値が実際の値よりずれてしまっていたり、ＮＯｘ触媒１５の劣化に伴うＮＯｘ浄化率のずれ、つまり図１１で示す曲線の特性がＮＯｘ触媒１５の劣化に伴ってずれてしまった場合は、最適なリッチスパイクができないことになる。最適なリッチスパイクができなくなるということは、捕捉されたＮＯｘ量に見合っただけのリッチスパイクができないということであり、それはすなわち、ＮＯｘがうまく還元できなかったり（ＮＯｘがあふれたり）、逆に捕捉されたＮＯｘを還元するより過剰のリッチスパイクがおこなわれると、ＨＣ，ＣＯ等の排出ガスが排出されることになる。
【００４６】
上記の問題点を解決するために、本発明におけるエンジン排気浄化装置では、リッチスパイク後にＮＯｘ触媒１５の下流に排出されるＮＯｘをＮＯｘセンサ２５を用いて検出し、その検出量（ＮＯｘ排出量）と予め設定された一定量（所定値Ｂ）の差が０となるように、リッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量をフィードバック制御しようとするものである。また、図１３に所定値Ｂの設定例を示す。本発明によると、所定値Ｂの設定値０でないことを特徴としている。本来、ＮＯｘの排出を押さえるには所定値Ｂは０と設定することが望ましいが、前述した通り、０とした場合は過剰なリッチスパイクが行われ、逆にＨＣ，ＣＯが排出されている可能性がある。従って、所定値Ｂの設定の方法は、排気ガス規制値以内で、常に微量のＮＯｘが排出されている程度が望ましい。
【００４７】
次に、所定値Ｂと比較するＮＯｘセンサ検出量（ＮＯｘ排出量）の考え方について述べる。図１４および図１５はＮＯｘセンサ検出量の考え方を図示したものである。図１４はＮＯｘセンサ２５の出力をそのまま示したものである。所定値Ｂは図１４のようにＮＯｘセンサ２５のピークの値を参考にしても良いが、ＮＯｘセンサ２５の出力は、ピークから線対称（釣鐘型）にならない場合もあるので、図１５に示すように、ＮＯｘセンサ２５の出力値を積分していき、その積分値で設定する方法でも良い。
【００４８】
図１６，図１７は、本発明によるＮＯｘセンサ２５の検出結果を基に、リッチスパイク制御を行った場合のタイムチャートである。ＮＯｘ捕捉量の推定値がリッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量になったとき、リッチスパイクを許可し、前述した空燃比制御手段によって前述のＫＲＳを用いて空燃比をリーンからリッチするいわゆるリッチスパイク制御を開始し、ＮＯｘ触媒１５に捕捉されているＮＯｘを還元する。リッチスパイク制御を行った結果、還元しきれなかったＮＯｘが排気管からあふれ、ＮＯｘセンサ２５がそのあふれ量を検出する。この検出結果を予め定めた値、すなわち所定値Ｂになるように、リッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量を制御する。ここで、図１６はＮＯｘセンサ２５の出力値の最大値をフィードバック制御に用いた例であり、図１７はＮＯｘセンサ２５の出力値の積分値をフィードバック制御に用いた例である。リッチスパイク後、所定値Ｂ（またはＢ′）よりＮＯｘセンサ２５の出力値の最大値（または積分値）が大きい場合は、その差が０になるようにリッチスパイク開始捕捉量を小さく補正（フィードバック）する。また、逆に小さい場合は、リッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量を大きく補正（フィードバック）することにより、リッチスパイク制御の開始時間を制御する。
【００４９】
次に、リッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量を補正（フィードバック）制御について述べる。図１８はフィードバック制御の概念図を表したもので所定値Ｂ（またはＢ′）の目標値を、ＮＯｘ検出手段により検出されたＮＯｘセンサ出力値との差分（ｅｒｒｏｒ）を算出し、そのｅｒｒｏｒ  に応じて、リッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量を補正する。
【００５０】
補正方法の一例を図１９および図２０を用いて説明する。図１９は、ｅｒｒｏｒ  に対して予めキャリブレーション等で決めてある補正量を１枚のテーブルで設定しているものである。従って、テーブルが１枚であるため、正側，負側いずれの場合にずれた場合でも、同じ早さで差が０になるようにフィードバックすることになる。一方、図２０では、考え方は同様であるが、正側と負側で傾きを変えた設定にすることにより、ＮＯｘ溢れ量が多いとき、すなわちＮＯｘセンサ出力値が所定値Ｂより大きいときは、できるだけ早く所定値Ｂに近づけようとする方法である。
【００５１】
従来の方法では、このリッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量は、予め決められた所定値で設定され、本発明のようにＮＯｘセンサ２５の出力結果と予め決められた所定値Ｂとの差が０となるようにフィードバック制御されていないため、ＮＯｘ捕捉量推定値のずれや、ＮＯｘ触媒１５の劣化が生じると意としないＮＯｘやＨＣ，ＣＯが排出される結果となっており、本発明によりＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯの排出量の最適化が図れることになる。
【００５２】
次に、ＮＯｘ触媒診断装置について図２１を用いて説明する。前述した方法でリッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量をＮＯｘセンサ２５の出力値と所定値Ｂとを用いてフィードバック制御を行っても、ＮＯｘセンサ２５の出力値が所定値Ｂ以下と収束しないとき、例えば、劣化判定条件を「リッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量がクライテリアＣ以下かつ所定値ＢがクライテリアＡ以上」とし、この条件が成立したときはＮＯｘ触媒１５が劣化していると判定し、診断カウンタをインクリメントする。すなわち、リーン運転継続時間が所定値より短くなっても、２５からＮＯｘが所定値以上検出されているときは、ＮＯｘ触媒１５が劣化していると判定するものである。判定に際しては、一度先の条件が成立したら劣化と判定しても良いし、図２３で示すように、前述の劣化判定条件が所定時間以上あるいは所定回数継続した時を劣化と判定しても良い。
【００５３】
また、診断カウンタを用いる場合は、図２２で示すように、いったん劣化判定条件が成立しても、次回の劣化判定条件が不成立となったらカウンタをデクリメントするようにしても良い。
【００５４】
以上の一実施例を実現するための制御フローを図２４に示す。まずステップ２４００は、上述してきたようなＮＯｘ濃度フィードバック手段であり、その結果から、リッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量が出力される。ステップ２４０１では、そのリッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量とクライテリアＣを比較し、クライテリアＣより小さければステップ２４０２に進み、大きければステップ２４０６に進む。ステップ２４０２ではＮＯｘセンサ出力値がクライテリアＡより大きければステップ２４０３に進み診断カウンタをインクリメントしステップ２４０４に進み、小さければ演算を終了する。
【００５５】
ステップ２４０４では、診断カウンタが診断クライテリアより大きければＮＯｘ触媒をＮＧ（劣化）と判定し、小さいときはステップ２４０９にてＮＯｘ触媒をＯＫと判定する。
【００５６】
一方、ステップ２４０６では、ＮＯｘセンサ出力値がクライテリアＡ以下であれば、ステップ２４０７に進み、そうでなければ演算を終了する。ステップ２４０７で診断カウンタが０より大きいときは診断カウンタをデクリメントし、ステップ２４０４へと移行する。
【００５７】
以上の方法により、リッチスパイクを常に最適なタイミングで行うことが可能となり、また簡単にＮＯｘ触媒１５の劣化判定を行うことが可能となる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明において、ＮＯｘ触媒下流に取り付けられたＮＯｘセンサに出力値をフィードバック制御することにより、リッチスパイク制御を最適なタイミングで行うことができるので、ＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯの排出ガスを抑えることが可能となる。
【００５９】
また、本発明において、ＮＯｘセンサの出力値を判定することにより、ＮＯｘ触媒１５の劣化を簡単に判定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン排気浄化装置の全体図。
【図２】ＮＯｘ捕捉量推定方法例。
【図３】空燃比センサの出力例。
【図４】電子制御回路の概念図。
【図５】燃料基本噴射量算出と補正方法の概念図。
【図６】基本燃料噴射量を示すマップ。
【図７】空燃比フィードバック制御を示す概略図。
【図８】リッチスパイクの補正方法を示す概略図。
【図９】リッチスパイクの補正量の設定方法を示す概略図。
【図１０】ＮＯｘセンサ出力値フィードバックによるリッチスパイク制御実施例を示すフローチャート。
【図１１】ＮＯｘ捕捉推定量を用いたリッチスパイク制御の実施例を示す概略図。
【図１２】ＮＯｘ捕捉量に対するＮＯｘ触媒浄化率を示す概略図。
【図１３】ＮＯｘ排出量のフィードバック目標値の設定方法を示す概略図。
【図１４】ＮＯｘセンサの出力を示す概略図。
【図１５】ＮＯｘセンサの出力値の積分値を示す概略図。
【図１６】ＮＯｘセンサの出力値（最大値）を用いたフィードバック制御の実施例を示した概略図。
【図１７】ＮＯｘセンサの出力値（積分値）を用いたフィードバック制御の実施例を示した概略図。
【図１８】ＮＯｘセンサ出力値のフィードバック制御を用いたリッチスパイク制御のブロック図。
【図１９】リッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量の補正方法の実施例を示した概略図。
【図２０】リッチスパイク開始ＮＯｘ捕捉量の補正方法の実施例を示した概略図。
【図２１】診断カウンタを用いたＮＯｘ触媒劣化診断の実施例を示した概略図。
【図２２】診断カウンタを用いたＮＯｘ触媒劣化診断の実施例を示した概略図。
【図２３】診断カウンタを用いたＮＯｘ触媒劣化診断の実施例を示した概略図。
【図２４】ＮＯｘセンサ出力値フィードバックによるリッチスパイク制御とＮＯｘ触媒劣化診断の実施例を示したフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、２…エアクリーナ、３…エアフローセンサ、４…スロットル弁、５…スロットル開度センサ、６…スワール制御弁、７…スワール制御弁駆動手段、８…吸気弁、９…燃焼室、１０…燃料噴射弁、１１…点火プラグ、１３…排気弁、１４…空燃比センサ、１５…ＮＯｘ触媒、１６…クランク軸、１７…クランク角センサ、１８…アクセルセンサ、２０…コントロールユニット（ＥＣＵ）、２１…ピストン、２３…吸気管、２４…排気管、２５…ＮＯｘセンサ、２６…警告灯。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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