(57)【要約】    【課題】  内燃機関の触媒に蓄積されたＮＯｘを還元処理するリッチスパイク制御の処理性能を向上する。    【解決手段】  機関負荷に応じて基本リッチスパイク制御時間ＲＳＮＯＷＴＢを算出し、今回ＮＯｘトラップ触媒下流の空燃比検出値により終了判定して計測したリッチスパイク制御時間ＲＳＮＯＷＴnowとの偏差ＤＲＳＮＯＷＴを算出し、この偏差ＤＲＳＮＯＷＴに基づいて、リッチスパイク制御時間一定に維持するようにリッチスパイク制御時のリッチレベルを学習して変更する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に備えた排気浄化用の触媒に蓄積したＮＯｘを還元処理するため一時的に空燃比をリッチ化するリッチスパイク制御を行う内燃機関の排気浄化制御装置であって、
前記リッチスパイク制御を開始してから前記触媒下流で検出された空燃比が所定値以上にリッチ化されるまでのリッチスパイク制御時間を計測し、該計測したリッチスパイク制御時間に基づいて、リッチスパイク制御毎の空燃比のリッチレベルを変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項２】
前記リッチスパイク制御中、空燃比のリッチレベルを一定に保つことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項３】
前記リッチスパイク制御時間を設定値とするように、リッチスパイク制御毎の空燃比のリッチレベルを変更することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項４】
前記触媒が、ＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ触媒を含んでいることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に、ＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ触媒を含む排気浄化用の触媒を備え、該触媒に蓄積したＮＯｘを還元処理するため一時的に空燃比をリッチ化するリッチスパイク制御を行う内燃機関の排気浄化制御装置であって、
空燃比のリッチレベルを一定に保ちつつ前記リッチスパイク制御を行うと共に、該リッチスパイク制御を開始してから前記ＮＯｘトラップ触媒下流で検出された空燃比が所定値以上にリッチ化されるまでのリッチスパイク制御時間を計測し、該計測したリッチスパイク制御時間が負荷に基づいて設定された設定時間となるようにリッチスパイク制御毎の空燃比のリッチレベルを変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項６】
前記リッチスパイク制御時間が前記設定時間より長かった場合に、次回のリッチスパイク制御におけるリッチ度合いを増大させ、短かった場合に、次回のリッチスパイク制御におけるリッチ度合いを減少させることで、リッチスパイク制御時間が前記設定値となるようにすることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項７】
前記リッチスパイク制御時間の設定時間が、負荷が大きいときほど短くなるように設定されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項８】
前記ＮＯｘトラップ触媒上流に排気浄化用の上流側触媒を備え、前記リッチレベルを一定に保つリッチスパイク制御の前に、後に続くリッチスパイク制御のリッチレベルよりもリッチレベルが大きなリッチスパイク制御が後に続くリッチスパイク制御に連続的に続くようにさらに付加されており、前記前側のリッチスパイク制御中に前記上流側触媒下流の空燃比が理論空燃比に対してリッチになることを推定して後側のリッチスパイク制御に移行することを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項９】
前記上流側触媒下流で前記ＮＯｘトラップ触媒の上流に空燃比センサを配置し、該空燃比センサの出力が所定のリッチ空燃比を上回ったとき、前記上流側触媒下流の空燃比が理論空燃比に対してリッチになったと推定することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【請求項１０】
前記上流側触媒への酸素蓄積量を推定し、該酸素蓄積量が設定レベルを下回ったときに、前記排気浄化触媒下流の空燃比が理論空燃比に対してリッチになったと推定することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
【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技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流入する排気の空燃比がリーンの時にＮＯｘ（窒素酸化物）をトラップし、該空燃比がリッチの時にトラップしたＮＯｘを脱離、浄化するＮＯｘトラップ触媒を備えた内燃機関において、リーン空燃比で運転した後、前記ＮＯｘトラップ触媒にトラップされたＮＯｘを還元処理するため一時的に空燃比をリッチ化するリッチスパイク制御を行うようにしている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許２８３６５２３４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、触媒、特にＮＯｘトラップ触媒の新品時は、触媒のＯＳＣ（酸素蓄積能力：ＮＯｘ蓄積能力と相関する）が大きいため、リッチ化によるＣＯ排出感度は小さく、リッチスパイク制御におけるリッチレベルを大きくすることで、十分にＮＯｘを還元処理することができ、ＮＯｘ，ＣＯともに規制値以下に留めることができる[図１２（Ａ）参照]。しかし、触媒が劣化してＯＳＣ能力が小さくなると、新品時のリッチレベルでリッチスパイク制御を行うとＣＯ排出量が増大して規制値を超えてしまう[同図（Ｂ）参照]。触媒劣化時に合わせてリッチレベルを設定するとＮＯｘ排出量が増大する。
【０００４】
新品時と劣化時とでＮＯｘ、ＣＯの排出量を共に規制値以下にしようとすると、図示ｘのようにリッチレベルは狭められ、触媒製品や装着される機関の種類、バラツキによってこの範囲はさらに狭められることになって、将来規制が厳しくなると両立が困難になる。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、触媒の劣化に応じたリッチスパイク制御を行うことにより新品時から劣化時まで良好な排気浄化性能を確保できるようにした内燃機関の排気浄化制御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】
【０００５】
このため本発明は、リッチスパイク制御を開始してから前記触媒下流で検出された空燃比が所定値以上にリッチ化されるまでのリッチスパイク制御時間を計測し、該計測したリッチスパイク制御時間に基づいて、リッチスパイク制御毎の空燃比のリッチレベルを変更する構成とした。
【発明の効果】
【０００６】
このようにすれば、リッチスパイク制御時間によって触媒の劣化劣化等により変化するＯＳＣ量を高精度に検出しつつリッチレベルを変更することで、触媒の新品時から劣化時まで良好な排気浄化性能を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明にかかる排気浄化制御装置の一実施形態のシステム構成を示す。
内燃機関１は、スロットルチャンバ２で流量を調整された空気が吸入され、該吸入空気とインジェクタ３から噴射された燃料とが混合して混合気が形成される。図では、インジェクタ３は燃焼室に燃料を噴射するものを示したが、吸気ポートに燃料を噴射するものとしてもよい。
【０００８】
燃焼室内の混合気は、点火プラグ４による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は排気通路５へ排出され、上流側触媒としての三元触媒６、ＮＯｘトラップ触媒７を経て浄化された後、大気中に放出される。前記三元触媒６は、主として始動時に空燃比リッチ運転されるときに機関から排出されるＨＣ、ＣＯを酸化除去するための排気浄化触媒であり、早期に活性温度に到達することができるように、機関本体近傍に設置される。一方、ＮＯｘトラップ触媒は、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比が理論空燃比（ストイキ）またはリッチのときトラップしたＮＯｘを脱離浄化して三元触媒層で還元処理する機能を有した触媒であり、車体床下等に設置される。なお、前記三元触媒６はＨＣ、ＣＯを酸化除去するため酸素蓄積能力を有するが、ＮＯｘトラップ触媒７はＮＯｘトラップのためさらに大きな酸素蓄積能力を有する。
【０００９】
前記三元触媒６上流側、三元触媒６とＮＯｘトラップ触媒７との間およびＮＯｘトラップ触媒７下流側の排気通路５には、それぞれ酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出する第１空燃比センサ８、第２空燃比センサ９および第３空燃比センサ１０が備えられる。これら空燃比センサ理論空燃比を検出可能なストイキセンサであってもよいし、排気空燃比を広域に検出可能な広域空燃比センサであってもよい。
【００１０】
この他のセンサ類として、吸入空気量を検出するエアフローメータ１１、クランク角位置や機関回転速度を検出するためのクランク角センサ１２、機関冷却水温度を検出する水温センサ１３が備えられ、これらセンサ類で検出された信号は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１４に入力され、該ＥＣＵ１４は、前記検出信号に基づいて本発明に係る空燃比制御その他エンジン制御を行う。
【００１１】
図２は、同上システムによるリッチスパイク制御の全体フローを示す。
ステップ１０１では、現在の運転状態がリーン運転中か否かを判断する。
リーン運転中と判定された場合、ステップ１０２へ進み、リッチスパイク制御要求があるか否かを、リッチスパイク制御要求発生時にセットされるフラグＦＲＳＹＫの値に基づいて判断し、ＦＲＳＹＫ＝１であればリッチスパイク制御要求ありと判断し、ステップ１０３へ進む。リッチスパイク制御要求は、リーン運転中のＮＯｘトラップ触媒下流の空燃比が所定の空燃比となった時や、後述するリッチレベルに相関づけて予め記憶されたＯＳＣと同じだけの酸素蓄積が推定された時など、従来より知られた方法でリッチスパイク要否を判断した結果要求されるものである。
【００１２】
ステップ１０３では、リッチスパイク制御を実行する。このリッチスパイク制御は、リッチスパイク制御開始時に、三元触媒９に蓄積された酸素分（ＮＯｘを含む）を消費すると共に、ＮＯｘトラップ触媒１０にトラップされたＮＯｘを浄化する制御である。
ステップ１０４では、リッチスパイク制御の終了判定を行い、終了すべきと判定されたときにリッチスパイク制御を終了する。この終了判定については、後で詳述する。
【００１３】
ステップ１０５では、リッチレベルを更新する設定を行う。すなわち、前記リッチスパイク制御に要した時間に基づいて、現状でのリッチスパイク制御時の要求リッチレベルを算出し、次回リッチスパイク制御時に反映させるリッチレベルの算出及びバックアップを行う。このリッチレベル更新設定についても後で詳述する。
以下に、上記各制御の詳細をフローチャートに基づいて説明する。
【００１４】
図３は、前記図２のステップ１０３で実行されるリッチスパイク制御（燃料噴射量制御）のフローを示す。
ステップ２０１では、リッチスパイク制御を実行中であることを示すフラグＦＲＳＮＯＷを１にセットする。
ステップ２０２では機関運転状態（機関回転速度ＲＰＭ、機関負荷Ｔ、吸入空気量Ｑ）の読み込みを行う。
【００１５】
ステップ２０３では、上記機関運転状態に基づいて基本燃料噴射量ＴＰＢＡＳＥを算出する。
ステップ２０４では、後述するリッチスパイク制御時間に応じたリッチレベルの学習が収束しているか否かを、フラグＦＲＳＬＲＮが１か否かで判断する。
ステップ２０４でＦＲＳＬＲＮ≠１でリッチレベル学習が収束していないと判定されたときは、ステップ２０５へ進んだ後、ステップ２０７へ進む。
【００１６】
ステップ２０５では、リッチスパイク制御時用の燃料噴射量の補正値ＡＬＰＲＳをＡＬＰＲＳＤとする。この補正値ＡＬＰＲＳＤはリッチレベルに対し、過剰な補正を制限するように設定されるデフォルト値である。補正値ＡＬＰＲＳＤは固定値として与えてもよいし、機関運転状態に基づいて参照されるマップにより与えてもよい。
ステップ２０４でＦＲＳＬＲＮ＝１でリッチレベル学習が収束していると判定されたときは、ステップ２０６へ進んだ後、ステップ２０７へ進む。
【００１７】
ステップ２０６では、リッチレベル学習により算出された学習補正値ＡＬＰＲＳＬＲＮを、補正値ＡＬＰＲＳとする。
ステップ２０７では、次式のように前記基本燃料噴射量ＴＰＢＡＳＥに、上記のようにセットされた補正値ＡＬＰＲＳを乗じて、実燃料噴射量ＴＰＮＯＷを算出する。
ＴＰＮＯＷ＝ＴＰＢＡＳＥ×ＡＬＰＲＳ
図４は、前記図２のステップ１０４で実行されるリッチスパイク制御終了判定のフローを示す。
【００１８】
ステップ３０１では、前記第３空燃比センサ１０で検出されるＮＯｘトラップ触媒７下流の空燃比ＶＲＲ０２を読み込む。
ステップ３０２では、前記ＮＯｘトラップ触媒７下流の空燃比ＶＲＲ０２と、リッチスパイク制御終了判定用のスライスレベルＶＲＲ０２ＳＬとの大小を判断し、ＶＲＲ０２≧ＶＲＲ０２ＳＬとなったときに、ステップ３０３へ移行する。
【００１９】
ステップ３０３では前記リッチスパイク制御時用の燃料噴射量補正値ＡＬＰＲＳを１としてリッチ化を停止し、リッチスパイク制御を終了する。
ステップ３０４では、前記リッチスパイク制御中を示すフラグＦＲＳＮＯＷを０にリセットする。
ステップ３０５では、前記リッチスパイク制御要求を示すフラグＦＲＳＹＫを０にリセットする。
【００２０】
図５は、前記図２のステップ１０５で実行されるリッチレベル設定のフローを示す。
ステップ４０１では、現在の機関負荷（基本燃料噴射量ＴＰＢＡＳＥ、吸入空気量Ｑ等）に基づいて基本リッチスパイク制御時間ＲＳＮＯＷＴＢを算出する。図示のように、負荷が大きいときほど単位時間あたりのリッチ量（還元剤供給量）が大きくなるので、基本リッチスパイク制御時間ＲＳＮＯＷＴが短く設定されている。
【００２１】
ステップ４０２では、今回のリッチスパイク制御時間ＲＳＮＯＷＴnowを算出する。ＲＳＮＯＷＴnowは、前記リッチスパイク制御中を示すフラグＦＲＳＮＯＷが１に維持されていた時間を積算したものである。
ステップ４０３では、前記今回のリッチスパイク制御時間ＲＳＮＯＷＴnowから前記基本リッチスパイク制御時間ＲＳＮＯＷＴＢを減算して偏差量ＤＲＳＮＯＷＴ（＝ＲＳＮＯＷＴｎｏｗ−ＲＳＮＯＷＴＢ）を算出する。
【００２２】
ステップ４０４では算出されたＤＲＳＮＯＷＴに基づいて、リッチスパイク制御時燃料噴射量の学習補正値ＡＬＰＲＳＬＲＮを算出する。ＡＬＰＲＳＬＲＮの算出には、排気系のＯＳＣ量の変化（触媒の劣化状態の変化等）に基づくリッチスパイク要求時間の変化量とリッチスパイク制御時のリッチレベルの補正量との関係をモデル化した相関関数を用いて算出を行う。基本的には、触媒劣化によりＯＳＣ量が減少して偏差量ＤＲＳＮＯＷＴが減少する（＜０）にしたがって、リッチレベルを減少補正してリッチスパイク制御時間を長引かせて一定に維持するように学習補正値ＡＬＰＲＳＬＲＮが減少（＜１）するが、新品初期にはバラツキによって偏差量ＤＲＳＮＯＷＴが大きくなる（＞０）場合もあり、この場合は、リッチスパイク制御時間を短縮して一定に維持するように学習補正値ＡＬＰＲＳＬＲＮを増大する。
【００２３】
ステップ４０４では、上記のようにして学習補正値ＡＬＰＲＳＬＲＮの算出を終了しバックアップ（更新）したことにより、リッチレベル学習収束フラグＦＲＳＬＲＮを１にセットして、本制御を終了する。
次に、上記実施形態の作用を説明する。
触媒の酸素蓄積量（ＮＯｘ蓄積量）が多いときはリッチスパイク制御によって蓄積された酸素を消費して終了するリッチスパイク制御時間が長引き、酸素蓄積量が少ないときはリッチスパイク制御時間が短くなる。そこで、リッチスパイク時間を計測し、計測されたリッチスパイク制御時間が、負荷に応じて設定された基本時間より長ければリッチレベルが小さすぎると判断してリッチレベルが増大補正され、基本時間より短ければリッチレベルが大きすぎると判断してリッチレベルが減少補正される。
【００２４】
このようにすれば、触媒新品時にＯＳＣ能力が大きいときなどに、リッチスパイク制御時間が長引いたときには、このときのリッチレベルでは酸素蓄積量に対して還元剤供給量（ＨＣ濃度）が不足してＮＯｘ排出量が増大するが、リッチレベルを増大補正することにより、ＮＯｘを適量に供給された還元剤（ＨＣ）によってＮＯｘのままでの排出を抑制しつつ良好に還元処理できる。
【００２５】
また、触媒の劣化によりＯＳＣ能力が減少してリッチスパイク制御時間が短くなってくると、このときのリッチレベルでは酸素蓄積量に対して還元剤供給量（ＨＣ濃度）が過剰となってＣＯ，ＨＣ排出量が増大するが、リッチレベルを減少補正することにより、ＮＯｘを良好に還元処理しつつＣＯ，ＨＣ排出量も少なくできる。つまり、リッチスパイク制御時間を予め定めた設定値となるようにリッチレベルを決めることにより、触媒劣化に応じた単位時間当たりのＯＳＣ放出量に見合ったＣＯ，ＨＣ量を供給できるようにしたのが本発明である。
【００２６】
なお、従来、機関運転状態（例えばリーン運転時間）によって触媒のＯＳＣ量を推定し、推定したＯＳＣ量が多いときには、リッチスパイク制御時間を長くし、ＯＳＣ量が少ないときには、リッチスパイク制御時間を短くするようにしたものがある。しかしながら、リッチスパイク制御中の触媒の単位時間当たりのＯＳＣ放出特性は上記のように劣化度合いに応じて一定ではなく、その時点でのＯＳＣ能力が高いときほど単位時間当たりのＯＳＣ放出量は大きくなる。すなわち、新品初期に単位時間当たりのＯＳＣ放出量が大きく、劣化によってＯＳＣ能力が減少するにしたがって単位時間当たりのＯＳＣ放出量が減少する。したがって、ＯＳＣ能力が大きい新品時のときにリッチレベルを変更することなく、リッチスパイク制御時間を長引かせても単位時間当たりのＯＳＣ放出量が大きいことから、還元剤供給量が不足してＮＯｘ排出量を増大させ、また、リッチスパイク制御時間が長引くと共に、その分リーン運転時間が減少することによっても排気浄化性能が低下しかねない。一方ＯＳＣ能力が小さいときにリッチレベルを変更することなく、リッチスパイク制御時間を短くすると上述のようにＣＯ，ＨＣ排出量を増大させるのみならず、残存したＯＳＣに対し十分な還元剤を供給することができず、次回のトラップ能力が低下してやはりＮＯｘ排出量を増大させてしまうおそれがある。
【００２７】
また、推定ＯＳＣ量に基づいてリッチレベルを変更する方式としても、機関運転状態に基づく推定ＯＳＣ量では触媒劣化によるＯＳＣ量の変化には対処できず良好な制御を維持できない。
これに対し、上記本発明にかかる制御では、触媒の劣化によって変化するＯＳＣ能力を、空燃比センサによって検出される触媒下流の空燃比に基づくリッチスパイク制御時間によって常に高精度に求めることができ、該リッチスパイク制御時間に基づいてリッチレベルを変更することにより、常にＯＳＣ量に見合った適正なリッチレベルとして排気浄化性能を良好に維持できる。具体的には、図１２（Ａ）に示す触媒新品時では、ＮＯｘ，ＣＯの排出を規制値以下とする最良のリッチレベルはＲＬnewと大きく、同図（Ｂ）に示す触媒劣化後は、同じく最良のリッチレベルはＲＬoldは小さい値にシフトしていく。
【００２８】
また、本実施形態のようにリッチスパイク制御時間を一定に維持するようにリッチレベルを補正することにより、以下の効果が得られる。すなわち、リッチスパイク制御時間が長引き、その分リーン運転が短縮されることを防止することにより、燃費や排気浄化性能の更なる悪化を防止できると共に、リッチスパイク制御時間が短すぎることを防止することにより、上記のようにＯＳＣ放出の遅い成分に対して還元剤を十分に与えてＮＯｘを十分に還元処理することができる。
【００２９】
次に、第２の実施形態について説明する。
図６は、リッチスパイク制御の全体フローを示す。
ステップ１１０１、１１０２では、第１実施形態の図２のステップ１０１，１０２と同様に、リーン運転中の判定とリッチスパイク制御要求の判定を行い、リッチスパイク制御要求ありと判断し、ステップ１１０３へ進む。
【００３０】
ステップ１１０３では、第１リッチスパイク制御を行う。この第１リッチスパイク制御は、リッチスパイク制御開始時に、三元触媒９に蓄積された酸素を消費するために空燃比をリッチ化する制御である。
次いで、ステップ１１０４では、リッチレベル切換判定制御、すなわち、前記第１リッチスパイク制御時の空燃比のリッチレベルから第２リッチスパイク制御時の空燃比のリッチレベルへ切り換えるタイミングを判定する制御を行う。
【００３１】
上記リッチレベル切換判定制御で判定されたリッチレベルの切換タイミングでステップ１１０５へ進み、第２リッチスパイク制御に切り換える。この第２リッチスパイク制御は、本来のＮＯｘトラップ触媒１０にトラップされたＮＯｘを浄化する制御である。
ステップ１１０６はリッチスパイク制御終了判定制御であり、第１，第２と続いたリッチスパイク制御の終了の判断を行い、リッチスパイク制御を終了する。
【００３２】
ステップ１１０７はリッチレベル設定制御であり、前記リッチスパイク制御に要した時間に基づいて、現状でのリッチスパイク制御時の要求リッチレベルを算出し、次回リッチスパイク制御時に反映させるリッチレベルの算出及びバックアップを行う。
以下に、上記各制御の詳細をフローチャートに基づいて説明する。
図７は、第１リッチスパイク制御のフローを示す。
【００３３】
ステップ１２０１では、リッチスパイク制御中であることを示すため、フラグＦＲＳＮＯＷを１にセットする。
ステップ１２０２では、機関運転状態（機関回転速度ＲＰＭ、機関負荷Ｔ、吸入空気量Ｑ）の読み込みを行う。
ステップ１２０３では、上記機関運転状態に基づいて基本燃料噴射量ＴＰＢＡＳＥを算出する。
【００３４】
ステップ１２０４では、実際に噴射される燃料噴射量ＴＰＮＯＷの算出を行う。第１リッチスパイク制御実行時は、ステップ１２０３で算出されたＴＰＢＡＳＥに第１リッチスパイク制御時用の燃料噴射量補正値ＡＬＰＲＳ１を乗じてＴＰＮＯＷを算出する。ここで、ＡＬＰＲＳ１は第１リッチスパイク制御時のリッチレベル相当となるように補正する値に設定されている。ＡＬＰＲＳ１は固定値として与えてもよいし、機関運転状態に基づいて参照されるマップにより与えてもよい。
【００３５】
図８、図９には、リッチレベル切換判定制御のフローを示す。
図８は、リッチレベルの切換判定を三元触媒８の下流に配置された第２空燃比センサ９を用いて行う方法を示す。
ステップ１３０１では、第２空燃比センサ９により検出された三元触媒８下流の空燃比ＶＭＩＤ０２を読み込む。
【００３６】
ステップ１３０２では前記三元触媒８下流の空燃比ＶＭＩＤ０２と、リッチレベル切換判定用のスライスレベルＶＭＩＤＳＬとの大小を比較し、ＶＭＩＤ０２≧ＶＭＩＤＳＬとなったときに、第１リッチスパイク制御により三元触媒６へ供給された還元剤の総量が、三元触媒６に蓄積された酸素を消費するに足る所定量に達したと判断し、第２リッチスパイク制御に切り換えるようにリッチレベルの切換を許可する。
【００３７】
図９は、第２空燃比センサ９を設けることなく、リッチレベルの切換判定を、三元触媒６のＯＳＣ量推定により行う方法を示す。
ステップ１４０１では、機関運転状態（機関回転速度ＲＰＭ、機関負荷Ｔ、吸入空気量Ｑ）の読み込みを行う。
ステップ１４０２では、上記機関運転状態に基づいて第１リッチスパイク制御中における三元触媒６の単位時間（本制御実行周期）当たりＯＳＣ減少量ＭＤＯＳＣＮＴＭを算出する。具体的には、高回転高負荷ほどリッチスパイク制御によって三元触媒６に供給される還元剤（ＨＣ，ＣＯ）の量が増大するので、この還元剤供給量に応じてＯＳＣ減少量ＭＤＯＳＣＮＴＭが減少する。
【００３８】
ステップ１４０３では、リッチスパイク制御前の三元触媒６のＯＳＣ量ＯＳＣＣＮＴＭoldから、前記ＯＳＣ減少量ＭＤＯＳＣＮＴＭを減算して、リッチスパイク制御中の三元触媒６のＯＳＣ量を算出する。前記リッチスパイク制御前の三元触媒ＯＳＣ量ＯＳＣＣＮＴＭは、リーン運転中に機関運転状態に基づいて逐次算出されるＯＳＣ量を積算して算出される。
【００３９】
ステップ１４０４では、ステップ１４０３で算出した現在の三元触媒６のＯＳＣ量を、リッチレベル切換許可判定用のＯＳＣ量ＯＳＣＣＮＴＭＳＬと比較し、該ＯＳＣＣＮＴＭＳ以下に減少したと判定されるまではステップ１４０１へ戻って、リッチスパイク制御開始時空燃比による第１リッチスパイク制御を継続し、ＯＳＣＣＮＴＭＳ以下に減少したと判定されたときに第１リッチスパイク制御を終了し、（前記図６のステップ１１０５へ進んで）第２リッチスパイク制御に切り換える。
【００４０】
上記両方式を比較すると、図８のように三元触媒６下流の空燃比を検出する方が三元触媒６のＯＳＣ量を高精度に検出してリッチレベル切換を行えるが、ＮＯｘトラップ触媒に比較すると三元触媒の最大ＯＳＣ量は小さく、劣化等による変化も小さいので、図９のようにＯＳＣ量を推定して切り換えても十分であり、第２空燃比センサ９を省略できる分コスト低下を図れる。
【００４１】
図１０は、第２リッチスパイク制御フローを示す。本フローは、第１実施形態の図３でステップ２０１を除き（このステップは図７の第１リッチスパイク制御開始時にステップ１２０１で行っている）、同様であり、第２リッチスパイク時における燃料噴射量補正量ＡＬＰＲＳ２を、第１リッチスパイク時における燃料噴射量補正量ＡＬＰＲＳ１と区別した符号ＡＬＰＲＳ２を用いているだけである。
【００４２】
また、図１０のステップ１５０６で用いる学習補正値ＡＬＰＲＳＬＲＮの算出も第１実施形態の図５に示した方法で行われる。第１実施形態では三元触媒とＮＯｘトラップ触媒とを合わせて１つの触媒とみなして、リッチスパイク制御時間に基づくリッチレベル学習を行っているのに対し、第２実施形態ではＮＯｘトラップ触媒７のみに対してリッチレベル学習を行っており、ＮＯｘトラップ触媒７の劣化等による変化も含めたＯＳＣ量をリッチスパイク制御時間によって高精度に検出しつつ第２リッチスパイク制御におけるリッチレベルが適正値に変更される。なお、三元触媒６の最大ＯＳＣ量が大きい第１リッチスパイク制御中は、ＮＯｘトラップ触媒７への還元剤の供給がほとんど行われないと考えられる場合は、第２リッチスパイク制御時間のみを計測して（図７のステップ２０１でフラグＦＲＳＮＯＷを１にセットして時間計測を開始する機能を、図１０のフロー開始時にシフトして行うようにしてもよい。
【００４３】
図１１は、リッチスパイク制御終了判定のフローを示す。このフローも第１実施形態の図４と同様、ステップ１６０１，１６０２でＮＯｘトラップ触媒７下流の空燃比ＶＲＲ０２が、ＶＲＲ０２≧ＶＲＲ０２ＳＬとなったときに、（第２）リッチスパイク制御終了と判定するが、ステップ１６０３で第１リッチスパイク制御時用の燃料噴射量補正値ＡＬＰＲＳ１及び第２リッチスパイク制御時用の燃料噴射量補正値ＡＬＰＲＳ２を共に１にセットしてリッチスパイク制御を終了させる。以下、ステップ１６０４でフラグＦＲＳＮＯＷを０にリセットし、ステップ１６０５でフラグＦＲＳＹＫを０にリセットすることは同様である。
【００４４】
図１３は、第２実施形態によるリッチスパイク制御時の様子を示す。
所定時間以上リーン運転を行い、リッチスパイク制御に移行する直前の状態では、三元触媒６，ＮＯｘトラップ触媒７共にリーン排気中の酸素分を吸着してＯＳＣ量が増大しているが、三元触媒６のＯＳＣ量ａに比較してＮＯｘトラップ触媒７のＯＳＣ量ｂは十分大きい。大きなリッチレベルで第１リッチスパイク制御を開始すると供給された還元剤（ＨＣ）は主として三元触媒６のＯＳＣを放出させつつ還元し、該還元処理によって三元触媒６のＯＳＣ量が０近くまで減少すると、三元触媒６下流の空燃比がリッチ化して第２リッチスパイク制御に切り換えられる。以降は還元剤によってＮＯｘトラップ触媒７にトラップされたＮＯｘが還元処理され、ＯＳＣ量が減少していき、ＮＯｘトラップ触媒７のＯＳＣ量が０近くに減少したときに、ＮＯｘトラップ触媒７下流の空燃比がリッチ化したことが検出されて第２リッチスパイク制御が終了される。そして、リッチスパイク制御時間（または第２リッチスパイク制御時間）に基づいて、次回のリッチレベルが、リッチスパイク制御時間一定に維持するように適正値に変更される。ここで、従来のように、リッチレベルを一定のままであると、触媒の劣化によってリッチスパイク制御開始時のＯＳＣ量が減少するため、制御の後半でリッチレベルが大きすぎてＣＯ排出量を増大させてしまうが、本発明ではリッチレベルを小さく変更することによってＣＯ排出量の増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態のシステム構成を示す図
【図２】第1実施形態におけるリッチスパイク制御のメインフローを示すフローチャート
【図３】同上メインフロー中のリッチスパイク制御（燃料噴射量制御）の詳細を示すフローチャート
【図４】同じくリッチスパイク制御終了判定のフローを示すフローチャート
【図５】同じくリッチレベル設定のフローを示すフローチャート
【図６】第２実施形態におけるリッチスパイク制御のメインフローを示すフローチャート
【図７】同上メインフロー中の第１リッチスパイク制御のフローを示すフローチャート
【図８】同じくリッチレベルの切換判定の一例を示すフローチャート
【図９】同じくリッチレベルの切換判定の別の例を示すフローチャート
【図１０】同じく第２リッチスパイク制御フローを示すフローチャート
【図１１】同じくリッチスパイク制御終了判定のフローを示すフローチャート
【図１２】触媒新品時と劣化時の特性を示す図。
【図１３】第２実施形態のリッチスパイク制御時の様子を示すタイムチャート
【符号の説明】
【００４６】
１  内燃機関
３  燃料噴射弁
５  排気通路
６  三元触媒
７  ＮＯｘトラップ触媒
９  第２空燃比センサ
１０  第３空燃比センサ
１２  クランク角センサ
１４  ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
【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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