(57)【要約】【課題】  リーンNOx触媒のNOx貯蔵性能とＯ２貯蔵性能とを分離して精度よく診断し、該診断結果をリーンNOx触媒の制御に反映することで、排気ガスの浄化を最適化するエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】  リーン運転中はエンジンから排出されるNOxを貯蔵し、リッチ運転中は前記貯蔵NOxを脱離および浄化するリーンNOx触媒と、該リーンNOx触媒の下流に配置したＯ２センサと、を備えるエンジンの制御装置であって、前記リーンNOx触媒の貯蔵NOx量Ａ１を演算する手段と、前記リーンNOx触媒の貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算する手段と、を備えてなる。【選択図】  図１
2005090460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーン運転中はエンジンから排出されるNOxを貯蔵し、リッチ運転中は前記貯蔵NOxを脱離および浄化するリーンNOx触媒と、該リーンNOx触媒の下流に配置したＯ２センサと、を備えるエンジンの制御装置であって、
前記リーンNOx触媒の貯蔵NOx量Ａ１を演算する手段と、前記リーンNOx触媒の貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算する手段と、を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記リーンNOx触媒の貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算する手段は、前記リーンNOx触媒の前記リッチ運転終了時に、前記エンジンの空燃比がリーンとなってから、前記Ｏ２センサの出力が所定値以下となるまでの期間Tlもしくは該期間Tl中の燃料噴射量Mlに基づいて、貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算し、
前記リーンNOx触媒の貯蔵NOx量Ａ１を演算する手段は、前記リーンNOx触媒の貯蔵NOxを脱離および浄化するために行うリッチ運転中に、前記エンジンの空燃比がリッチとなってから、前記Ｏ２センサの出力が所定値以上となるまでの期間Trもしくは該期間Tr中の燃料噴射量Mrを演算し、前記期間Trと前記期間Tlの差もしくは前記燃料噴射量Mrと前記燃料噴射量Mlの差に基づいて、貯蔵NOx量Ａ１を演算することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記リーンNOx触媒の貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算する手段は、前記リーンNOx触媒の前記リッチ運転終了時に、前記エンジンの空燃比をストイキとし、前記Ｏ２センサの出力が所定値以下となるまでの期間Tl2もしくは該期間Tl2中の燃料噴射量Ml2に基づいて、貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算し、
前記リーンNOx触媒の貯蔵NOx量Ａ１を演算する手段は、前記リーンNOx触媒の貯蔵NOxを脱離および浄化するために行うリッチ運転中に、前記エンジンの空燃比がリッチとなってから、前記Ｏ２センサの出力が所定値以上となるまでの期間Trもしくは該期間Tr中の燃料噴射量Mrを演算し、前記期間Trと前記期間Tl2の差もしくは前記燃料噴射量Mrと前記燃料噴射量Ml2の差に基づいて、貯蔵NOx量Ａ１を演算することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記リーンNOx触媒の貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算する手段は、前記エンジンの空燃比をストイキもしくは前記リーンNOx触媒のNOx貯蔵性能が発揮されない程度のリーン空燃比で所定時間運転した後、前記エンジンの空燃比をリッチとし、前記リーンNOx触媒下流のＯ２センサの出力が所定値以上となるまでの期間Tr2もしくは該期間Tr2中の燃料噴射量Mr2に基づいて、貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記リーンNOx触媒の上流にＯ２センサもしくはA/Fセンサを備えたエンジンの制御装置であって、
前記Ｏ２センサもしくは前記A/Fセンサの出力信号を周波数解析し、所定周波数のパワーPa1と位相Ph1を演算する手段と、前記リーンNOx触媒の下流のＯ２センサの出力信号を周波数解析し、所定周波数のパワーPa2と位相Ph2を演算する手段と、を備え、
前記パワーPa1と前記パワーPa2および前記位相Ph1と前記位相Ph2の関係に基づいて、貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項６】
前記リーンNOx触媒に貯蔵されたNOxを浄化するために行うリッチスパイク制御の開始時期を貯蔵NOx量Ａ１に基づいて演算する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項７】
前記リーンNOx触媒に貯蔵されたNOxを浄化するために行うリッチスパイク制御時のリッチスパイク量もしくはリッチスパイク期間を、前記貯蔵NOx量Ａ１と前記貯蔵Ｏ２量Ｂ１に基づいて演算する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項８】
前記リッチスパイク中もしくはストイキ近傍運転中に求められた貯蔵Ｏ２量Ｂ１に基づいて、前記リッチスパイク後に実施されるリーン運転の所定期間中に前記リーンNOx触媒に貯蔵される貯蔵Ｏ２量Ｂ２を推定する手段と、
前記リッチスパイク中に求められた貯蔵NOx量Ａ１に基づいて、前記リッチスパイク後に実施されるリーン運転の所定期間中に前記リーンNOx触媒に貯蔵される貯蔵NOx量Ａ２を推定する手段と、
前記リッチスパイク後に実施されるリーン運転の所定期間中に前記リーンNOx触媒に流入する触媒入口NOx量Ｃを推定する手段と、
前記触媒入口NOx量Ｃと前記貯蔵NOx量Ａ２から貯蔵されずに前記リーンNOx触媒下流に排出される未貯蔵NOx量Ｄを演算する手段と、
前記未貯蔵NOx量Ｄに基づいて、リッチスパイク制御の開始時期を演算する手段と、
前記貯蔵NOx量Ａ２および前記貯蔵Ｏ２量Ｂ２に基づいてリッチスパイク量もしくはリッチスパイク期間を演算する手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項９】
前記リッチスパイク後に実施されるリーン運転の所定期間中に前記リーンNOx触媒に流入する触媒入口NOx量Ｃを推定する手段は、エンジントルクとエンジン回転数に基づいて演算されるNOx排出量基本値と、ＥＧＲ率とエンジン空燃比に基づいて演算されるNOx排出量補正値との双方を乗じて触媒入口NOx量Ｃを推定することを特徴とする請求項８に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１０】
前記貯蔵NOx量Ａ２を推定する手段は、前回演算された推定貯蔵NOx量Ａ２に基づいて、単位時間あたりのリーンNOx触媒内に貯蔵されるNOxの貯蔵率Ｒnを演算する手段と、前記貯蔵NOx量Ａ１に基づいて、推定貯蔵NOx量Ａ２と前記貯蔵率Ｒnの関係を補正する手段と、を備え、
前記リーンNOx触媒に流入する触媒入口NOx量Ｃと前記NOx貯蔵率Ｒｎを乗じて単位時間当たりの貯蔵NOx量を演算し、前記単位時間あたりの貯蔵NOx量を積算し、前記推定貯蔵NOx量Ａ２を演算することを特徴とする請求項８に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１１】
リッチスパイク制御開始時期演算手段は、未貯蔵NOx量Ｄが所定値以上のとき、リッチスパイク制御を開始することを特徴とする請求項８に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１２】
前記リーンNOx触媒の上流に三元触媒を備えた前記エンジンの制御装置であって、
前記三元触媒の貯蔵Ｏ２量Ｂ２を演算する手段と、前記リーンNOx触媒に貯蔵されたNOxを浄化するために行うリッチスパイク制御時のリッチスパイク量もしくはリッチスパイク期間を前記貯蔵NOx量Ａ１と前記貯蔵Ｏ２量Ｂ１および前記貯蔵Ｏ２量Ｂ２に基づいて演算する手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１３】
前記三元触媒と前記リーンNOx触媒の間に他のＯ２センサを備えた前記エンジンの制御装置であって、
前記三元触媒の貯蔵Ｏ２量Ｂ２を演算する手段は、前記エンジンの空燃比がリッチとなってから、前記他のＯ２センサの出力が所定値以上となるまでの期間Tr3もしくは該期間Tr3中の燃料噴射量Mr3に基づいて、前記三元触媒内の貯蔵Ｏ２量Ｂ２を演算し、
前記リーンNOx触媒の貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算する手段は、前記リーンNOx触媒の前記リッチ運転終了時に、前記他のＯ２センサの出力が所定値以下となってから、前記リーンNOx触媒の下流のＯ２センサの出力が所定値以下となるまでの期間Tl3もしくは該期間Tl3中の燃料噴射量Ml3に基づいて、貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算し、
前記リーンNOx触媒の貯蔵NOx量Ａ１を演算する手段は、前記リーンNOx触媒の貯蔵NOxを脱離および浄化するために行うリッチ運転中に、前記他のＯ２センサの出力が所定値以上となってから、前記リーンNOx触媒の下流のＯ２センサの出力が所定値以上となるまでの期間Tr4もしくは該期間Tr4中の燃料噴射量Mr4を演算し、前記期間Tr4と前記燃料噴射量Tl3の差もしくは前記期間Mr4と前記燃料噴射量Ml3の差に基づいて、前記貯蔵NOx量Ａ１を演算することを特徴とする請求項１２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項１４】
請求項１に記載のエンジンの制御装置を搭載した自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リーンNOx触媒を備えたエンジンの制御装置に関し、特に、リーンバーンエンジンに適用して好適で、リーンNOx触媒の性能を高精度に診断し、該リーンNOx触媒の性能を最適制御するエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界規模の地球温暖化問題及びエネルギー問題への取り組みを背景として、自動車の分野においても低燃費型のエンジンが要求されている。リーンバーンエンジンはその最たるものであり、特に筒内噴射エンジンは、燃焼室内に直接燃料を噴射し、混合気を成層化し、空燃比４０以上での燃焼を可能にするので、従来の吸気ポート噴射エンジンと比較して燃費低減に有効である。一方、大気汚染等の環境問題を背景として、排気ガスの浄化性能を向上させること（排気ガスに含まれる特定成分の低減化等）も要求されており、世界各国、独自の排気規制が年々、強化されつつある。
【０００３】
従来から使用されている三元触媒では、リーン運転中にはエンジン（燃焼室）から排出されるNOxを浄化することができないため、リーンバーンエンジンでは、リーン運転中のNOx浄化のために、排気系にリーンNOx触媒を設けるのが一般的である。
【０００４】
リーンNOx触媒は、エンジンのリーン運転中、即ち、酸化雰囲気下ではNOxを貯蔵し、ＨＣ、ＣＯは酸化浄化する。また、貯蔵したNOxを浄化するため、エンジンをリッチ運転（以下リッチスパイクもしくはリッチスパイク制御）、即ち、還元雰囲気とすると、貯蔵NOxは脱離し、燃焼室から排出される還元剤（Ｈ２、ＣＯ、ＨＣ）とで酸化還元反応せしめる機能を持つ。このことから、リーンNOx触媒は、NOx排出量低減に有効である一方、該触媒のNOx貯蔵能力の診断が必須となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種のリーンNOx触媒を備えたエンジンの制御装置の従来技術（特許文献１参照）の例としては、リーンNOx触媒の下流に理論空燃比に対してリッチもしくはリーンを２値的に検出するＯ２センサを備え、リッチスパイク開始から該Ｏ２センサが所定値以上になるまでの期間に基づいてリーンNOx触媒に貯蔵されているNOx量を推定し、リッチスパイク時の還元剤の量を最適化し、また推定されたNOx貯蔵量に基づいて、リーンNOx触媒の劣化状態を検出するものがある。すなわち、リッチスパイク時、リーンNOx触媒入口から流入してくるＨ２、ＣＯ、ＨＣの還元剤と貯蔵NOxとが酸化・還元反応するため、触媒下流のガス雰囲気は、貯蔵NOxが還元されるまでは、還元雰囲気にならないことによるものである。
【０００６】
また、他の従来技術（特許文献２参照）では、リーンNOx触媒の下流に理論空燃比に対してリッチもしくはリーンを２値的に検出するＯ２センサを備え、リッチスパイク開始から該Ｏ２センサが所定値以上になるまでの期間に基づいてリーンNOx触媒に貯蔵されているNOx量を推定し、さらにリーンNOx触媒の貯蔵性能を検出し、次回のリーン運転時間およびリッチスパイク量（運転時間）を最適化することを開示している。これも同様に、リッチスパイク時に触媒に流入する還元剤と貯蔵NOxとの酸化・還元反応期間から、貯蔵NOx量を推定することに基づくものである。
【０００７】
ところで、リーンNOx触媒には、NOx貯蔵性能のみならずＯ２貯蔵性能を有するものがある。Ｏ２貯蔵性能は、貴金属および助触媒であるセリウム（もしくはセリア）により発揮されるものであり、酸化雰囲気すなわちリーン時は、触媒入口から流入してくる酸素を貯蔵し、還元雰囲気すなわちリッチ時は、貯蔵Ｏ２を放出する機能を有する。本触媒においては、リーン運転中は、触媒に流入してくるNOxだけでなく、Ｏ２も貯蔵する。またリッチスパイク時は、貯蔵NOxだけでなく、貯蔵Ｏ２も脱離するため、流入してくるＨ２、ＣＯ、ＨＣの還元剤と酸化・還元反応が発生する。このことから、リッチスパイク時、触媒上流のガス雰囲気が、還元雰囲気になってから、触媒下流のガス雰囲気が還元雰囲気になるまでの遅れ時間は、貯蔵NOx量だけでなく、貯蔵Ｏ２量も含まれることになる。
【０００８】
一般に、リーンNOx触媒の性能は、リーン時性能とリッチ時性能に大別される。リーン時性能は、リーン運転中にリーンNOx触媒で貯蔵されずに触媒下流に排出されるNOx量で評価し、排気規制適合の観点からは、リーン運転中の未貯蔵NOx量が所定値以上となったらリッチスパイクを行うことが望ましい。
【０００９】
また、リッチ時性能は、貯蔵NOx量および触媒入口から流入するＨＣ、ＣＯ、NOxの浄化効率で評価するので、酸化剤である貯蔵NOxと貯蔵Ｏ２と還元剤である流入Ｈ２、ＣＯ、ＨＣが過不足なく酸化・還元反応するように還元剤量（もしくはリッチ時間）を制御することが望ましい。したがって、リーン時性能は、NOx貯蔵性能のみに依存し、リッチ時性能は、NOx貯蔵性能およびＯ２貯蔵性能の双方に依存する。しかしながら、前記のように、Ｏ２貯蔵性能に寄与する貴金属およびセリウム（もしくはセリア）は、排気ガスの熱により凝集を起こすため、Ｏ２貯蔵性能は経時劣化する。
【００１０】
一方、NOx貯蔵性能に寄与する貴金属（おもにPt）およびアルカリもしくはアルカリ土類金属も凝集を起こす。このようにＯ２貯蔵性能、NOx貯蔵性能に寄与する材料は異なるため、NOx貯蔵性能とＯ２貯蔵性能の劣化は、必ずしも相関があるわけでなく、独立に進むことが多々ある。したがって、Ｏ２貯蔵性能をもつリーンNOx触媒においては、そのNOx貯蔵性能とＯ２貯蔵性能を分離検出しなければ、制御性の悪化もしくは誤診断の原因となる。
【００１１】
このことから、リーンNOx触媒がＯ２貯蔵性能を有する場合、前記従来技術（特許文献１及び特許文献２）では、NOx貯蔵量だけでなく、Ｏ２貯蔵量も包含して検出するため、例えば、NOx貯蔵性能が劣化せず、Ｏ２貯蔵性能のみが劣化した場合でも、NOx貯蔵性能が劣化したと判断するため、次回のリーン運転時間が、不当に短縮化されたり、あるいは、リーンNOx触媒が劣化したと誤診断した結果を外部に通知したりする不具合が発生する。
【００１２】
これに対して、他の先行技術（特許文献３、４参照）では、リーンNOx触媒内のＯ２貯蔵量を考慮して、リッチスパイク量を決めることが開示されている。該先行技術は、リーンNOx触媒下流にＯ２センサ等排気センサを備えず、Ｏ２貯蔵量を予め決められた特性に基づいて演算し、リッチスパイク時にNOx貯蔵量だけでなく、Ｏ２貯蔵量も考慮してリッチスパイク量を最適化するものである。しかしながら、予め決められた特性に基づいてＯ２貯蔵量を演算する方式では、前記のように、リーンNOx触媒のＯ２貯蔵性能は経時変化するため、触媒の診断および最適化制御を実現することはできない。
【００１３】
さらに、他の従来技術（特許文献５参照）では、リーンNOx触媒の下流にＯ２センサを備え、リッチスパイク時の下流のＯ２センサ出力がリーンからリッチに反転する際、その遅れ時間の前半はＯ２脱離期間、後半はNOx脱離期間として、Ｏ２貯蔵量とNOx貯蔵量を分離検出することを提案している。
【００１４】
しかしながら、前記リーンNOx触媒の貯蔵Ｏ２の脱離と貯蔵NOxの脱離は、必ずしも順に発生するものではなく、リッチスパイクの早期から、NOxの脱離が発生することが知られている。また、リッチスパイク時の下流のＯ２センサの挙動は、必ずしも、前半期間と後半期間に分離できるほど、緩慢な現象ではなく、短時間でリーンからリッチに反転することが多々あり、したがって、貯蔵Ｏ２量と貯蔵NOx量を正確に分離検出することは難しい。また、該提案においては、検出結果に基づいて、触媒を最適化制御することについては、なんらの配慮もされていない。
【００１５】
本発明は、前記した如くの問題を解決するべくなされたものであって、その目的とするところは、リーンNOx触媒のNOx貯蔵性能とＯ２貯蔵性能とを分離して精度よく診断し、該診断結果をリーンNOx触媒の制御に反映することで、排気ガスの浄化を最適化するエンジンの制御装置を提供することにある。
【特許文献１】特開２００１−２７１６７９号公報
【特許文献２】特開２０００―３３７１３０号公報
【特許文献３】特開２００２−７０６１１号公報
【特許文献４】特開２００３−５６３８８号公報
【特許文献５】特開２０００−３５２３０９号公報
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成すべく、本発明のエンジンの制御装置は、基本的には、リーン運転中はエンジンから排出されるNOxを貯蔵し、リッチ運転中は前記貯蔵NOxを脱離および浄化するリーンNOx触媒と、該リーンNOx触媒の下流に配置したＯ２センサと、を備え、前記リーンNOx触媒の貯蔵NOx量Ａ１を演算する手段と、前記リーンNOx触媒の貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算する手段と、を備えたことを特徴としている（図１参照）。
【００１７】
本発明のエンジンの制御装置の具体的な態様は、前記リーンNOx触媒の貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算する手段は、前記リーンNOx触媒の前記リッチ運転終了時に、前記エンジンの空燃比がリーンとなってから、前記Ｏ２センサの出力が所定値以下となるまでの期間Tlもしくは該期間Tl中の燃料噴射量Mlに基づいて、貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算し、前記リーンNOx触媒の貯蔵NOx量Ａ１を演算する手段は、前記リーンNOx触媒の貯蔵NOxを脱離および浄化するために行うリッチ運転中に、前記エンジンの空燃比がリッチとなってから、前記Ｏ２センサの出力が所定値以上となるまでの期間Trもしくは該期間Tr中の燃料噴射量Mrを演算し、前記期間Trと前記期間Tlの差もしくは前記燃料噴射量Mrと前記燃料噴射量Mlの差に基づいて、貯蔵NOx量Ａ１を演算することを特徴としている（図２参照）。
【００１８】
Ｏ２貯蔵性能を持つリーンNOx触媒は、リッチスパイク時は、貯蔵NOxだけでなく、貯蔵Ｏ２も脱離するため、流入してくるＨ２、ＣＯ、ＨＣの還元剤と酸化・還元反応が発生する。このことから、リッチスパイク時、リーンNOx触媒の上流のガス雰囲気が、還元雰囲気になってから、リーンNOx触媒の下流のガス雰囲気が還元雰囲気になるまでの遅れ時間は、貯蔵NOx量だけでなく、貯蔵Ｏ２量も含まれることになる。リーンNOx触媒の貯蔵NOxを脱離および浄化するために行うリッチ運転中に、エンジンの空燃比がリッチとなってから、リーンNOx触媒の下流のＯ２センサの出力が所定値以上となるまでの期間Trもしくは該期間Tr中の燃料噴射量Mrは、貯蔵Ｏ２量と貯蔵NOx量の両方の情報を包含していることになる。一方、リッチスパイク終了後、触媒上流のガス雰囲気が、酸化雰囲気になってから、触媒下流のガス雰囲気が酸化雰囲気になるまでの遅れ時間は、貯蔵Ｏ２量のみに依存する。これは、リーン運転中の排ガス中に含まれるＯ２濃度が約２０％（２０，０００ppm）であり、NOx濃度が数百ppmであるのと比較して、圧倒的に多いために、リーンNOx触媒内の貯蔵Ｏ２が飽和して、触媒下流にＯ２が流出すると、下流Ｏ２センサは、それに反応して、リーン反転するためである。したがって、リッチ運転終了時に、エンジンの空燃比がリーンとなってから、リーンNOx触媒下流のＯ２センサの出力が所定値以下となるまでの期間Tlもしくは該期間Tl中の燃料噴射量Mlは、貯蔵Ｏ２量のみの情報であるので、期間Trと期間Tlの差もしくは燃料噴射量Mrと燃料噴射量Mlの差に基づいて、貯蔵NOx量を演算することが可能となる。
【００１９】
また、本発明のエンジンの制御装置の他の具体的な態様は、前記リーンNOx触媒の貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算する手段は、前記リーンNOx触媒の前記リッチ運転終了時に、前記エンジンの空燃比をストイキとし、前記Ｏ２センサの出力が所定値以下となるまでの期間Tl2もしくは該期間Tl2中の燃料噴射量Ml2に基づいて、貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算し、前記リーンNOx触媒の貯蔵NOx量Ａ１を演算する手段は、前記リーンNOx触媒の貯蔵NOxを脱離および浄化するために行うリッチ運転中に、前記エンジンの空燃比がリッチとなってから、前記Ｏ２センサの出力が所定値以上となるまでの期間Trもしくは該期間Tr中の燃料噴射量Mrを演算し、前記期間Trと前記期間Tl2の差もしくは前記燃料噴射量Mrと前記燃料噴射量Ml2の差に基づいて、貯蔵NOx量Ａ１を演算することを特徴としている（図３参照）。
【００２０】
リッチスパイク終了後、触媒上流のガス雰囲気が、酸化雰囲気になってから、触媒下流のガス雰囲気が酸化雰囲気になるまでの遅れ時間は、貯蔵Ｏ２量のみに依存する。しかし、前述のようにリーン運転時のＯ２濃度は、約２０，０００ppmにもなり、リーンNOx触媒内の貯蔵Ｏ２は短時間で飽和してしまい、遅れ時間も短い。このことから、貯蔵Ｏ２量に対するリーン運転開始時に発生する遅れ時間の感度が悪く、貯蔵Ｏ２量検出精度が悪化することがある。このことから、貯蔵Ｏ２量に対するリーン運転開始時に発生する遅れ時間の感度を高くするべく、リッチスパイク終了後は、直ちにリーン運転をせず、Ｏ２濃度が１％以下であるストイキ運転を実施し、その時の触媒下流Ｏ２センサが所定値以下になるまでの遅れ時間Tl2もしくはTl2中の燃料噴射量Ml2に基づいて貯蔵Ｏ２量を検出するものである。
【００２１】
更に、本発明のエンジンの制御装置の他の具体的な態様は、前記リーンNOx触媒の貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算する手段は、前記エンジンの空燃比をストイキもしくは前記リーンNOx触媒のNOx貯蔵性能が発揮されない程度のリーン空燃比で所定時間運転した後、前記エンジンの空燃比をリッチとし、前記リーンNOx触媒下流のＯ２センサの出力が所定値以上となるまでの期間Tr2もしくは該期間Tr2中の燃料噴射量Mr2に基づいて、貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算することを特徴としている（図４参照）。
【００２２】
リーンNOx触媒内にNOxが貯蔵されていなければ、リーンNOx触媒の上流のガス雰囲気が、還元雰囲気になってから、リーンNOx触媒の下流のガス雰囲気が還元雰囲気になるまでの遅れ時間は、貯蔵Ｏ２量が脱離した期間にのみ依存することになる。したがって、NOxがリーンNOx触媒内に貯蔵されないようエンジンの空燃比をストイキもしくはリーンNOx触媒のNOx貯蔵性能が発揮されない程度のリーン空燃比で所定時間運転した後、エンジンの空燃比をリッチとし、リーンNOx触媒下流のＯ２センサの出力が所定値以上となるまでの期間Tr2もしくは該期間Tr2中の燃料噴射量Mr2に基づいて、貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算するものである。
【００２３】
更にまた、本発明のエンジンの制御装置の他の具体的な態様は、前記リーンNOx触媒の上流にＯ２センサもしくはA/Fセンサを備えたエンジンの制御装置であって、前記Ｏ２センサもしくは前記A/Fセンサの出力信号を周波数解析し、所定周波数のパワーPa1と位相Ph1を演算する手段と、前記リーンNOx触媒の下流のＯ２センサの出力信号を周波数解析し、所定周波数のパワーPa2と位相Ph2を演算する手段と、を備え、前記パワーPa1と前記パワーPa2および前記位相Ph1と前記位相Ph2の関係に基づいて、貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算することを特徴としている（図５参照）。
【００２４】
リーンNOx触媒のNOx貯蔵性能が発揮されない程度のリーン空燃比よりリッチ側の空燃比領域において、触媒上流の空燃比が変化したとき触媒下流までのＯ２センサの応答遅れ時間は、Ｏ２の貯蔵もしくは脱離の現象のみに依存する。したがって、リーンNOx触媒上流にＯ２センサもしくはA/Fセンサで、触媒上流の空燃比変動を検出し、リーンNOx触媒下流のＯ２センサまでの応答遅れと比較することで、該触媒のＯ２貯蔵性能が推定することが可能である。なお、周波数応答を得るために、本態様では、パワーと位相に分離して検出することとしている。
更にまた、本発明のエンジンの制御装置の他の具体的な態様は、前記リーンNOx触媒に貯蔵されたNOxを浄化するために行うリッチスパイク制御の開始時期を貯蔵NOx量Ａ１に基づいて演算する手段を備えたことを特徴としている（図６参照）。
【００２５】
リーン時性能は、排気規制適合の観点からはリーン運転中の未貯蔵NOx量もしくは貯蔵NOx量が所定値以上となったらリッチスパイクを行うことが望ましい。したがって、リッチスパイク開始時期は、リーンNOx触媒のNOx貯蔵性能のみに依存するので、貯蔵NOx量Ａ１のみに基づいて、次回のリッチスパイク開始時期を決めるものである。
【００２６】
更にまた、本発明のエンジンの制御装置の他の具体的な態様は、前記リーンNOx触媒に貯蔵されたNOxを浄化するために行うリッチスパイク制御時のリッチスパイク量もしくはリッチスパイク期間を、前記貯蔵NOx量Ａ１と前記貯蔵Ｏ２量Ｂ１に基づいて演算する手段を備えたことを特徴としている（図７参照）。
【００２７】
リッチ時性能は、貯蔵NOx量および触媒入口から流入するＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化効率で評価するので、酸化剤である貯蔵NOxと貯蔵Ｏ２と還元剤である流入Ｈ２、ＣＯ、ＨＣが過不足なく酸化・還元反応するように還元剤量（もしくはリッチ時間）を制御することが望ましい。したがって、リッチ時性能は、NOx貯蔵性能およびＯ２貯蔵性能の双方に依存するので、貯蔵NOx量Ａ１および貯蔵Ｏ２量Ｂ１に基づいて、次回のリッチスパイク量もしくはリッチスパイク期間を決めるものである。
【００２８】
更にまた、本発明のエンジンの制御装置の他の具体的な態様は、前記リッチスパイク中もしくはストイキ近傍運転中に求められた貯蔵Ｏ２量Ｂ１に基づいて、前記リッチスパイク後に実施されるリーン運転の所定期間中に前記リーンNOx触媒に貯蔵される貯蔵Ｏ２量Ｂ２を推定する手段と、前記リッチスパイク中に求められた貯蔵NOx量Ａ１に基づいて、前記リッチスパイク後に実施されるリーン運転の所定期間中に前記リーンNOx触媒に貯蔵される貯蔵NOx量Ａ２を推定する手段と、前記リッチスパイク後に実施されるリーン運転の所定期間中に前記リーンNOx触媒に流入する触媒入口NOx量Ｃを推定する手段と、前記触媒入口NOx量Ｃと前記貯蔵NOx量Ａ２から貯蔵されずに前記リーンNOx触媒下流に排出される未貯蔵NOx量Ｄを演算する手段と、前記未貯蔵NOx量Ｄに基づいて、リッチスパイク制御の開始時期を演算する手段と、前記貯蔵NOx量Ａ２および前記貯蔵Ｏ２量Ｂ２に基づいてリッチスパイク量もしくはリッチスパイク期間を演算する手段と、を備えたことを特徴としている（図８参照）。
【００２９】
リッチスパイク時もしくはストイキ近傍で、リーンNOx触媒の貯蔵NOx量Ａ１および貯蔵Ｏ２量Ｂ１を求める。次に貯蔵NOx量Ａ１に基づいて、リーンNOx触媒のNOx貯蔵性能（あるいは性能変化）を求め、それに基づいて、次回のリーン運転時に触媒内に貯蔵されるNOx量Ａ２を演算する。また貯蔵Ｏ２量Ｂ１に基づいて、リーンNOx触媒のＯ２貯蔵性能（あるいは性能変化）を求め、それに基づいて、次回のリーン運転時に触媒内に貯蔵されるＯ２量Ｂ２を演算する。さらに、リーン運転時の触媒入口NOx量Ｃと貯蔵NOx量Ａ２の差から、未貯蔵NOx量Ｄを求め、未貯蔵NOx量Ｄに基づいて、リッチスパイク開始時期を決めるものである。また、貯蔵NOx量Ａ２と貯蔵Ｏ２量Ｂ２に基づいて、次回のリッチスパイク量を決めるものである。
【００３０】
つまり、リーン運転時に触媒内に貯蔵されるNOx量Ａ２、貯蔵Ｏ２量Ｂ２および貯蔵されずに触媒下流に排出されるNOx量Ｄを演算し、未貯蔵NOx量Ｄに基づいて、リッチスパイク開始時期を決め、貯蔵NOx量Ａ２と貯蔵Ｏ２量Ｂ２に基づいて、リッチスパイク量を決める。
【００３１】
リッチスパイク時に実際に貯蔵されていたNOx量およびＯ２量を検出し、触媒の性能変化を検出する。性能変化が認められるときは、その性能変化代に基づいて、次回のリーン運転中に触媒内に貯蔵されるNOx量Ａ２およびＯ２量Ｂ２を調整し、次回のリッチスパイク開始時期およびリッチスパイク量を最適化するものである。このようにして、触媒の特性変化に適宜対応していくものである。
【００３２】
更にまた、本発明のエンジンの制御装置の他の具体的な態様は、前記リッチスパイク後に実施されるリーン運転の所定期間中に前記リーンNOx触媒に流入する触媒入口NOx量Ｃを推定する手段は、エンジントルクとエンジン回転数に基づいて演算されるNOx排出量基本値と、ＥＧＲ率とエンジン空燃比に基づいて演算されるNOx排出量補正値との双方を乗じて触媒入口NOx量Ｃを推定することを特徴としている（図９参照）。
【００３３】
更にまた、本発明のエンジンの制御装置の他の具体的な態様は、前記貯蔵NOx量Ａ２を推定する手段は、前回演算された推定貯蔵NOx量Ａ２に基づいて、単位時間あたりのリーンNOx触媒内に貯蔵されるNOxの貯蔵率Ｒnを演算する手段と、前記貯蔵NOx量Ａ１に基づいて、推定貯蔵NOx量Ａ２と前記貯蔵率Ｒnの関係を補正する手段と、を備え、前記リーンNOx触媒に流入する触媒入口NOx量Ｃと前記NOx貯蔵率Ｒｎを乗じて単位時間当たりの貯蔵NOx量を演算し、前記単位時間あたりの貯蔵NOx量を積算し、前記推定貯蔵NOx量Ａ２を演算することを特徴としている（図１０参照）。
【００３４】
リーン運転中のある一定期間（もしくは単位時間）あたりの触媒入口NOx量ＣにNOx浄化（貯蔵）率を乗じてある一定時間（もしくは単位時間）あたりに貯蔵されたNOx量を求める。なお、この貯蔵NOx量は、ある一定期間T[s]に貯蔵されたNOx量を表し、単位は[g/T]であるので、貯蔵速度と表しても良い。一定期間T[s]に貯蔵されるNOx量を積算し、リーンNOｘ触媒内に貯蔵された総NOx貯蔵量Ａ２を求める。また、NOx浄化（貯蔵）率は、総NOx貯蔵量Ａ２に基づいて決める。例えば、総NOx貯蔵量Ａ２が多くなるほど、浄化（貯蔵）率が小さくなる特性などを表すものである。
【００３５】
さらに、請求項８（図８参照）に記載のように、リッチスパイク時に求めたリーンNOx触媒の貯蔵NOx量Ａ１にリーンNOx触媒のNOx貯蔵性能（あるいは性能変化）が認められたときは、リーンNOx触媒モデルの、NOx浄化（貯蔵）率演算手段のパラメータをチューニングする。性能劣化に応じて、総NOx貯蔵量とNOx浄化（貯蔵）率の関係を変更していく。例えば、総NOx貯蔵量に応じたNOx浄化（貯蔵）率の値をより小さくしていき、貯蔵性能が悪化することを表すものである。
【００３６】
更にまた、本発明のエンジンの制御装置の他の具体的な態様は、リッチスパイク制御開始時期演算手段は、未貯蔵NOx量Ｄが所定値以上のとき、リッチスパイク制御を開始することを特徴としている（図１１参照）。
【００３７】
排気規制適合の観点からは、リーン運転中の未貯蔵NOx量Ｄが所定値以上となったら、リッチスパイクを行うことが望ましい。
【００３８】
更にまた、本発明のエンジンの制御装置の他の具体的な態様は、前記リーンNOx触媒の上流に三元触媒を備えた前記エンジンの制御装置であって、前記三元触媒の貯蔵Ｏ２量Ｂ２を演算する手段と、前記リーンNOx触媒に貯蔵されたNOxを浄化するために行うリッチスパイク制御時のリッチスパイク量もしくはリッチスパイク期間を前記貯蔵NOx量Ａ１と前記貯蔵Ｏ２量Ｂ１および前記貯蔵Ｏ２量Ｂ２に基づいて演算する手段と、を備えたことを特徴としている（図１２参照）。
【００３９】
三元触媒には、Ｏ２貯蔵性能があるのが一般的である。このことからリッチスパイク量（もしくはリッチスパイク時間）は、リーンNOx触媒内の貯蔵NOxおよび貯蔵Ｏ２と三元触媒内の貯蔵Ｏ２が、還元剤である排ガス中のＨ２、ＣＯ、ＨＣと過不足なく酸化・還元反応するように制御することが望ましい。
【００４０】
更にまた、本発明のエンジンの制御装置の他の具体的な態様は、前記三元触媒と前記リーンNOx触媒の間に他のＯ２センサを備えた前記エンジンの制御装置であって、前記三元触媒の貯蔵Ｏ２量Ｂ２を演算する手段は、前記エンジンの空燃比がリッチとなってから、前記他のＯ２センサの出力が所定値以上となるまでの期間Tr3もしくは該期間Tr3中の燃料噴射量Mr3に基づいて、前記三元触媒内の貯蔵Ｏ２量Ｂ２を演算し、前記リーンNOx触媒の貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算する手段は、前記リーンNOx触媒の前記リッチ運転終了時に、前記他のＯ２センサの出力が所定値以下となってから、前記リーンNOx触媒の下流のＯ２センサの出力が所定値以下となるまでの期間Tl3もしくは該期間Tl3中の燃料噴射量Ml3に基づいて、貯蔵Ｏ２量Ｂ１を演算し、前記リーンNOx触媒の貯蔵NOx量Ａ１を演算する手段は、前記リーンNOx触媒の貯蔵NOxを脱離および浄化するために行うリッチ運転中に、前記他のＯ２センサの出力が所定値以上となってから、前記リーンNOx触媒の下流のＯ２センサの出力が所定値以上となるまでの期間Tr4もしくは該期間Tr4中の燃料噴射量Mr4を演算し、前記期間Tr4と前記燃料噴射量Tl3の差もしくは前記期間Mr4と前記燃料噴射量Ml3の差に基づいて、前記貯蔵NOx量Ａ１を演算することを特徴としている。
【００４１】
リッチスパイク時は、三元触媒内の貯蔵Ｏ２も脱離するため、三元触媒触媒上流のガス雰囲気が、還元雰囲気になってから、三元触媒下流のガス雰囲気が還元雰囲気になるまでの遅れ時間は、貯蔵Ｏ２量に依存する。したがって、請求項１２（図１２参照）に記載のように、三元触媒下流にＯ２センサを備え、リーンNOx触媒の貯蔵NOxを脱離および浄化するために行うリッチ運転中に、エンジンの空燃比がリッチとなってから、三元触媒下流のＯ２センサの出力が所定値以上となるまでの期間Tr3もしくは該期間Tr3中の燃料噴射量Mr3に基づいて、三元触媒内の貯蔵Ｏ２量Ｂ２を演算するものである。
【００４２】
更に、Ｏ２センサ１の出力が所定値以上となってからリーンNOx触媒下流のＯ２センサ２の出力が所定値以上となるまでの期間Tr4もしくは該期間Tr4中の燃料噴射量Mr4は、リーンNOx触媒内の貯蔵Ｏ２量と貯蔵NOx量の両方の情報を包含していることになる。一方、リッチスパイク制御終了後、エンジンが再びリーン運転を行う時、三元触媒下流のＯ２センサがリーンとなってから、リーンNOx触媒下流のＯ２センサの出力が所定値以下となるまでの期間Tl3もしくは該期間Tl3中の燃料噴射量Ml3は、リーンNOx触媒内の貯蔵Ｏ２量Ｂ１のみの情報である。それ故、期間Tr4と期間Tl3の差もしくは燃料噴射量Mr4と燃料噴射量Ml3の差に基づいて、リーンNOｘ触媒内の貯蔵NOx量Ａ１を演算することが可能となる。
【００４３】
更にまた、本発明のエンジンの制御装置の他の態様は、該エンジンの制御装置が自動車に搭載されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００４４】
本発明に係る制御装置によれば、リーンNOx触媒のNOx貯蔵性能とＯ２貯蔵性能を分離して精度よく診断でき、更に、診断結果をリーンNOx触媒の制御に反映できるので、該リーンNOx触媒を最適制御することが可能となり、エンジンの排気浄化性能及び燃費性能の最適化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
〔実施形態１〕
図１４は、本発明の実施形態１のエンジンの制御装置が適用されるエンジンの全体のシステム構成を示している。
エンジン１００は、多気筒の筒内噴射エンジンで構成され、吸気系にエアクリーナ１と吸気マニホールド４が接続されている。外部からの空気は、エアクリーナ１を通過し、吸気マニホールド４、コレクタ５を経てシリンダー９内に流入する。流入空気量は、電子スロットル３により調節され、アイドル時には、バイパス用空気通路に設けられたＩＳＣバルブによって空気量を調整してエンジン回転数を制御することが行われる。
【００４６】
エンジン１００には、各気筒毎のシリンダ９には、燃料噴射弁７と点火プラグ８が取り付けられている。
エンジン１００の排気系には、排気マニホールド１０、リーンＮＯｘ触媒１１が接続されている。エンジン１００の排気ガスは、排気マニホールド１０を経てリーンＮＯｘ触媒１１に送り込まれる。排気ガスは、該リーンＮＯｘ触媒１１により浄化されて大気中に排出される。
【００４７】
吸気マニホホールド４に設けられたエアフロセンサ２では、流入空気量が検出され、エンジン１００のクランク軸９ｃ近傍に配置されたクランク角センサ１５では、クランク軸９ｃの回転角１度毎に信号が出力され、アクセル６に設けられたアクセル開度センサ１３は、アクセル６の踏み込み量を検出し、それによって運転者の要求トルクを検出する。水温センサ１４はエンジンの冷却水温度を検出する。排気マニホールド１０には、A/Fセンサ１２とＯ２センサ２０とが設けられ、空燃比を検出している。
【００４８】
また、アクセル開度センサ１３、エアフロセンサ２、電子スロットル３に取り付けられたスロットル開度センサ１７、クランク角センサ１５、水温センサ１４のそれぞれの信号は、コントロールユニット１６に送られ、これらセンサ出力からエンジン１００の運転状態を得て、エンジン１００の吸入空気量、燃料噴射量、点火時期等のエンジン１００の主要な操作量が最適に演算される。コントロールユニット１６内で演算された燃料噴射量は、開弁パルス信号に変換され、シリンダー９内に取り付けられた燃料噴射弁７に送られる。
【００４９】
更に、コントロールユニット１６で演算された点火時期に基づいて点火されるように、駆動信号が点火プラグ８に送られる。噴射された燃料は、吸気マニホールドからの空気と混合されエンジン１００のシリンダー９の燃焼室９ａ内に流入し混合気を形成する。
【００５０】
混合気は、所定の点火時期で点火プラグ８から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストン９ｂを押し下げて、エンジン１００の動力となる。爆発後の排気は、排気マニホールド１０を経てリーンNOx触媒１１に送り込まれる。
【００５１】
リーンNOx触媒１１は、リーン運転時は、エンジン１００から排出されるNOxを貯蔵し、リッチ運転することで、該貯蔵NOxを脱離、浄化せしめる機能を持っている。
【００５２】
A/Fセンサ１２は、エンジン１００のシリンダー９とリーンNOx触媒１１との間に取り付けられており、排気中に含まれる酸素濃度に対して線形の出力特性を持つように構成されている。排気中の酸素濃度と空燃比の関係はほぼ線形になっているので、酸素濃度を検出するA/Fセンサ１２により空燃比を求めることが可能となる。コントロールユニット１６ではA/Fセンサ１２の信号からリーンNOx触媒１１上流の空燃比を算出し、シリンダー９内の混合気の空燃比が目標空燃比となるよう燃料噴射量もしくは空気量を逐次補正するF/B制御を行う。
【００５３】
Ｏ２センサ２０は、リーンNOx触媒１１の下流のガス雰囲気がストイキに対してリッチかリーンかをほぼ２値的に検出する。コントロールユニット１６ではＯ２センサ２０の信号からリーンNOx触媒１１下流のＯ２濃度算出し、リーンNOx触媒の性能を検出し、リーンNOx触媒を燃費、排気の双方の観点で、最適制御する。
【００５４】
図１５は、コントロールユニット１６の内部構成を示したものである。ＥＣＵ１６内には、A/Fセンサ１２、スロットル弁開度センサ１７、エアフロセンサ２、エンジン回転数センサ１５、水温センサ１４、アクセル開度センサ１３及びＯ２センサ２０の各センサ出力値が入力され、入力回路２４にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート２５に送られる。
【００５５】
入力ポートの値はRAM２３に保管され、CPU２１内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはROM２２に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値はRAM２３に保管された後、出力ポート２５に送られる。
【００５６】
点火プラグ８の作動信号は、点火出力回路２６内の一次側コイルの通流時はONとなり、非通流時はOFFとなるON・OFF信号がセットされる。点火時期はONからOFFになる時である。入出力ポート２５にセットされた点火プラグ８用の信号は、点火出力回路２６で燃焼に必要な十分なエネルギーに増幅され点火プラグ８に供給される。
【００５７】
また、燃料噴射弁７の駆動信号は、開弁時ON、閉弁時OFFとなるON・OFF信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路２７で燃料噴射弁７を開くに十分なエネルギーに増幅されて燃料噴射弁７に送られる。電子スロットル３の目標開度を実現する駆動信号は、電子スロットル駆動回路２８を経て、電子スロットル３に送られる。
【００５８】
以下、ROM２２に書き込まれ、ＣＰＵ２１が実行する制御プログラムについて説明する。
図１６は、本実施形態１の制御全体を示すブロック図で、空気先行型トルクベース制御の主要部である。本実施形態の制御は、目標トルク演算部３１、目標空気量演算部３２、目標スロットル開度演算部３３、ＥＴＣ（電子スロットル）制御部３４、目標空燃比演算部３５、燃料噴射量演算部３６、実空気量演算部３７、及び、リーンNOx触媒診断部３８から成っている。
【００５９】
制御においては、まず目標トルク演算部３１でアクセル開度から目標トルクを演算し、次に目標空気量演算部３２で目標トルクと目標空燃比から目標空気量を演算し、目標スロットル開度演算部３３で目標空気量を実現する目標スロットル開度を演算し、ＥＴＣ制御部３４でスロットル開度を開度センサ１７の出力に基づいてF/B制御する。エアフロセンサ２で検出し実空気量演算部３７で演算された実空気量と目標空燃比演算部３５で演算された目標空燃比から燃料噴射量を演算する。
【００６０】
本実施形態は、目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）３５及びリーンNOx触媒診断部３８に関する部分に特徴を有するものであり、それ以外の演算部仕様は、すでに公知であって多くの先行技術が存在するので、本実施形態においては、詳細は省略する。以下、目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）３５及びリーンNOx触媒診断部３８の詳細について説明する。
【００６１】
図１７は、目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）３５を示したブロック図であり、該目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）３５は、リーン時間が所定値以上となると、リーンフラグを０とし、リッチ運転を行うべく、目標空燃比をリッチ時目標空燃比とする。またリッチ時間所定値以上となると、リーンフラグを１とし、再びリーン運転を行うべく目標空燃比をリーン時目標空燃比とするものである。
【００６２】
図１８は、リーンNOx触媒診断部３８を示したブロック図である。該リーンNOx触媒診断部３８は、Ｏ２センサ２０の出力、燃料噴射量および前記の目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）３５のリーンフラグに基づいて、貯蔵NOx量Ａ１演算手段３９と貯蔵Ｏ２量Ｂ１演算手段４０とで、リーンNOx触媒１１内の貯蔵NOx量Ａ１および貯蔵Ｏ２量Ｂ１を求めるものである。
【００６３】
具体的には、貯蔵NOx量Ａ１はMr-MlにGaを乗じるものであり、貯蔵Ｏ２量Ｂ１はMlにGbを乗じるものである。ここで、Ga,Gbはそれぞれ、貯蔵NOx量とそれを還元するのに必要な燃料量、貯蔵Ｏ２量とそれを消費するのに必要な燃料量の関係を示す係数であり、経験的に決めるのがよい。
【００６４】
燃料噴射量Mr,Mlの算出方法を以下に示す。
図１９は、貯蔵NOx量Ａ１演算手段３９のMr演算部４１を示したブロック図である。リッチ運転中であるか（リーンフラグが０）を判定し、リッチ運転時、すなわちエンジン１００の空燃比がリッチとなってから、前記リーンNOx触媒１１の下流のＯ２センサ２０の出力がリッチとなる期間Trの燃料噴射量の積算量Mr_0に所定値GMrを乗じた値をMrとする。この期間Trは、触媒１１内の貯蔵NOxおよび貯蔵Ｏ２が触媒１１の入口から流入する還元剤（Ｈ２、ＣＯ、ＨＣ）を酸化する期間に当たり、したがって、この期間は、貯蔵NOx量および貯蔵Ｏ２量に相関があることを利用したものである。リッチ運転中であるかは、図１７に示されるリーンフラグを用いる。GMrは調整ゲインであり、通常は１でもよい。
【００６５】
図２０は、貯蔵Ｏ２量Ｂ１演算手段４０のMl演算部４２を示したブロック図である。リーン運転中であるかを判定し、リーン運転時、すなわちエンジン１００の空燃比がリーンとなってから、前記リーンNOx触媒１１の下流のＯ２センサ２０の出力がリーンとなる期間Tlの燃料噴射量の積算量Ml_0に所定値GMlを乗じた値をMlとする。この期間Tlは、触媒１１内に触媒入口から流入するＯ２が貯蔵される期間にあたり、したがって、この期間は、貯蔵Ｏ２量に相関があることを利用したものである。リッチ運転中であるかは、例えば、図１７に示されるリーンフラグを用いる。GMlは調整ゲインであり、通常は１でもよい。
【００６６】
〔実施形態２〕
実施形態２は、実施形態１とは、目標空燃比３５及びリーンＮＯｘ触媒診断部３８の構成が異なるが他の構成は同じである。
【００６７】
図２１は、実施形態２の目標空燃比演算部３５を示したブロック図である。図１７の実施形態１の目標空燃比３５に対して、ストイキ目標空燃比が追加されている。即ち、リーン時間が所定値以上となると、リーンフラグを０とし、リッチ運転を行うべく、目標空燃比をリッチ時目標空燃比とする。また、リッチ時間所定値以上となると、ストイキフラグを１とし、目標空燃比をストイキとする。さらに、リッチ＋ストイキの合計時間が所定値以上となると、リーンフラグを１とし、再びリーン運転を行うべく目標空燃比をリーン時目標空燃比とするものである。このように、リッチ運転が終了しても、ただちにリーン運転をするのではなく、所定時間ストイキ運転をした後、リーン運転に戻すようにするものである。  図２２は、実施形態２のリーンNOx触媒診断部３８を示したブロック図である。図１８の実施形態１のリーンNOx触媒診断部３８に対して、MlがMl2となっている点が異なるのみで、残りは同じである。貯蔵NOx量Ａ１演算手段３９と貯蔵Ｏ２量Ｂ１演算手段４０とで、リーンNOx触媒１１内の貯蔵NOx量Ａ１および貯蔵Ｏ２量Ｂ１を求めるものである。
【００６８】
図２３は、実施形態２のMl2演算部４２を示したブロック図である。ストイキ運転中であるかを判定し、ストイキ運転時、すなわちエンジン１００の空燃比がストイキとなってから、前記リーンNOx触媒１１の下流のＯ２センサ２０の出力が所定値K3以上である期間Tl2の燃料噴射量の積算量Ml2_0に所定値GMl2を乗じた値をMl2とする。この期間Tl2は、触媒１１内に触媒入口から流入するＯ２が所定量貯蔵される期間に当たり、したがって、この期間は、貯蔵Ｏ２量に相関があることを利用したものである。実施形態１と比較すると、空燃比がストイキであるため、触媒１１の入口から流入するＯ２量が少ないため、実施形態１における期間TIより、期間TI2は長くなり、S/N比がよくなる。ストイキ運転中であるかは、図２１に示されるストイキフラグを用いる。GMl2は調整ゲインであり、通常は１でもよい。
【００６９】
〔実施形態３〕
図２４は、本実施形態３のエンジンの制御装置の制御全体を示すブロック図で、空気先行型トルクベース制御の主要部である。実施形態３は、実施形態１とは、A/Fセンサ１２を排気マニホールド１０のリーンNOx触媒１１の上流に設け、該A/Fセンサ１２の出力信号がリーンNOx触媒診断部３８に入力されている構成が異なるが、他の構成は同じである。
【００７０】
目標空燃比演算部３５は、実施形態１の図１７と同じであり、リーンNOx触媒診断部３８は、実施形態２の図２２と同じであるので省略する。
【００７１】
図２５は、Ml2演算部４２を示したブロック図である。該Ml2演算部４２は、ストイキ運転中（ストイキフラグ＝１）かつＯ２センサ２０の出力が所定値が以下であるかを判定する。両条件が成立しているとき、A/Fセンサ１２およびＯ２センサ２０の出力信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を用いて、所定周波数のパワースペクトルPower1およびPower2、位相スペクトルPhase1およびPhase2を演算する。さらにPhase2とPhase1の差、およびPower2とPower1の比を所定値に変換し、両者を乗じてMl2とする。すなわち、リーンNOx触媒のＯ２貯蔵能力のみが発揮されるストイキ近傍において、触媒入口空燃比と出口空燃比の伝達特性を周波数解析により求め、該伝達特性を持って、貯蔵Ｏ２量の基本値であるMl2とするものである。
【００７２】
〔実施形態４〕
図２６は、本実施形態４のエンジンの制御装置の制御全体を示すブロック図で、空気先行型トルクベース制御の主要部である。 
本実施形態３は、実施形態１とは、リーンNOx触媒診断部３８で演算されるNOx貯蔵量Ａ１、Ｏ２貯蔵量Ｂ１が出力されて目標空燃比演算部３５に入力される構成が異なり、それ以外の他の構成は同じである。
【００７３】
図２７は、目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）３５を示したブロック図である。リーン運転時の触媒入口NOx量Ｃ演算部４３で演算される触媒入口NOx量Ｃ、貯蔵NOx量Ａ１および空気量などから、演算部４４でリーン運転時の貯蔵NOx量Ａ２および未貯蔵NOx量Ｄを演算すると共に、貯蔵Ｏ２量Ｂ２演算部４５で貯蔵Ｏ２量Ｂ１をもとに貯蔵Ｏ２量Ｂ２を演算する。
【００７４】
貯蔵リーン運転時の未貯蔵NOx量Ｄが所定値以上となると、リーンフラグを０とし、リッチ運転を行う仕様としている。また貯蔵NOx量Ａ２、貯蔵Ｏ２量Ｂ２および実燃料噴射量をもとに、リッチ量制御部４６でリッチ制御完了フラグを演算し、リッチ制御完了フラグが１となると、リーンフラグを１とし、再びリーン運転を行うべく目標空燃比をリーン時目標空燃比とするものである。
【００７５】
図２８は、図２７の目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）３５のリッチ量制御部４６を示したブロック図である。貯蔵NOx量Ａ２に対して所定値Ｃを乗じて、所定値Ｄを加えた値を貯蔵NOx浄化必要燃料量とし、貯蔵Ｏ２量Ｂ２に対して所定値Ｅを乗じて、所定値Ｆを加えた値を貯蔵Ｏ２消費必要燃料量とし、両者の和をリッチスパイク時の総必要燃料量とする。総必要燃料量を制御周期毎の実燃料噴射量を減算していき、０になるとリッチ制御完了フラグを１とするものである。
【００７６】
これは、貯蔵NOx量と貯蔵Ｏ２量とそれぞれを浄化するのに必要な燃料量が比例する知見を適用したものである。他に、Ｏ２センサ２０の出力がリッチ反転（所定値以上）としたときに、リッチ運転を終了するのもよいが、燃料噴射からＯ２センサ２０までの応答遅れ分だけ、燃料を過剰に供給することになるので、ＨＣ，ＣＯの悪化を招くことになる。したがって、本実施形態４のようにフィードフォワード制御で行う方が望ましい。
【００７７】
図２９は、図２７の目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）３５の触媒入口NOx量Ｃ演算部４３を示したブロック図である。エンジントルクとエンジン回転数からNOx排出量基本値を求める。また、EGR率およびエンジン空燃比からNOx排出量補正値を求める。NOx排出量基本値とNOx排出量補正値を乗じて、触媒入口NOx量Ｃ（濃度）とするものである。
【００７８】
なお、エンジントルクは、図２６に図示される目標トルク演算部３１で演算される目標トルクを用いても良い。エンジン空燃比は、図２７に図示される目標空燃比演算部で演算される目標空燃比を用いても良い。また、NOx排出量基本値およびNOx排出補正値は、実機試験の結果をマップなどに予め既述しておき、該マップを参照する方式でもよい。
【００７９】
図３０は、図２７の目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）３５の貯蔵NOx量Ａ２および未貯蔵NOx量Ｄ演算部（リーンNOx触媒モデル）４４を示したブロック図である。
【００８０】
触媒上流NOx量（質量）演算手段４５では、前記触媒入口NOx量Ｃ（濃度）、吸入空気量、及び排気温度を用いて、単位時間あたり（例えば制御周期毎の）触媒１１の上流のNOx量（質量）を演算する。濃度から質量への変換式は、ここでは詳述しない。触媒上流NOx量（質量）から貯蔵NOx量を減算し、単位時間あたりの未貯蔵NOx量を求め、その積算値として未貯蔵NOx量Ｄ（質量）を求める。
【００８１】
質量から濃度への変換式は、ここでは詳述しない。単位時間あたりの触媒上流NOx量（質量）にNOx浄化（貯蔵率）を乗じることで、NOx貯蔵量を求める。ここでいうNOx貯蔵量は、前述のように単位時間すなわち、ある一定期間T[s]に貯蔵されたNOx量を表し、単位は[g/T]であるので、貯蔵速度と表しても良い。実施時は、前述のように一定期間T[s]は、制御周期に相当する。例えば、制御周期が10msの場合は、NOx貯蔵量の単位は[g/10ms]である。一定期間T[s]に貯蔵されるNOx量を積算し、リーン時間に触媒内に貯蔵された貯蔵NOx量Ａ２を求める。
【００８２】
また、NOx浄化（貯蔵）率は、基本貯蔵率と基本貯蔵率補正との積で求める。基本貯蔵率は、飽和率から求める。すなわち、貯蔵NOx量基準値が多くなるほど、NOx浄化（貯蔵）率が小さくなる特性を表す。飽和率は、（貯蔵NOx量Ａ２）／（最大貯蔵量）で求める。
最大貯蔵量は、排気温度から求める。基本貯蔵率補正は、エンジン空燃比から求める。本モデルの各パラメータは触媒の特性に合わせて、実機試験結果などから決めるのがよい。
【００８３】
図３０は、リーンNOx触媒モデルのパラメータである飽和率と基本貯蔵率の関係を変更する仕様を示している。リーンNOx触媒１１のNOx貯蔵能力変化フラグF_cat=1のとき、図３２に示されるように、リーンNOx触媒モデルの飽和率と基本貯蔵率の関係を変更するものである。
【００８４】
図３１は、貯蔵NOx量Ａ２および未貯蔵NOx量Ｄ演算部（リーンNOx触媒モデル）４４のリーンNOx触媒のNOx貯蔵能力の変化検出部４６でのリーンNOx触媒１１のNOx貯蔵能力変化検出部を示したブロック図である。貯蔵NOx量Ａ１と貯蔵NOx量Ａ２の差の絶対値が所定値以上のとき、リーンNOx触媒のNOx貯蔵性能が変化したとして、Fcat=1とする。すなわち、リーン運転時にモデル用いて予測したNOx貯蔵量Ａ２とその後に実施されるリッチスパイク時に演算される実際に触媒内に貯蔵されていたNOx量Ａ１とを比較し、その差が所定値以上のとき、NOx貯蔵性能が変化したとして、NOx触媒モデルのパラメータを変更するものである。
【００８５】
図３２は、新品時と劣化時２の飽和率vs基本貯蔵率曲線fn(Rs)およびfd(Rs)を示している。F_cat=1のとき、あらたな劣化時１の飽和率vs基本貯蔵率曲線fm(Rs)を図３２中の式（１）により求める。
【００８６】
ここに、
An：触媒新品時に所定条件でのリーン運転時のNOx貯蔵量
Ad：劣化時２に所定条件でのリーン運転時のNOx貯蔵量
である。すなわち、貯蔵NOx量Ａ１に基づいて新品時と所定劣化時（劣化時２）のそれぞれの飽和率vs基本貯蔵率曲線の内分点を取るものであり、内分比をＡ１，Ａｄ，Ａｎに基づいて決めるものである。
また、NOx貯蔵量Ａ１が所定値以下となったとき、リーンNOx触媒１１の貯蔵NOx性能が許容範囲外として、例えば、運転者に報知できるよう、報知ランプ等を点灯するのも良い。
【００８７】
〔実施形態５〕
図３３は、本発明の実施の形態５のエンジンの制御装置が適用されるエンジンの全体のシステム構成を示している。本実施形態５は、図１４に示す実施形態１１のシステムに対して、リーンNOx触媒１１の上流に三元触媒２９が追加され、三元触媒２９とリーンNOx触媒１１の間にＯ２センサ３０が追加されている。それ以外は実施形態１と同様であるので詳述は省略する。
【００８８】
図３４は、コントロールユニット１６の内部構成を示したものであり、図１５に示される実施形態１のものに対してＯ２センサ３０の出力が入力回路２４への入力信号が追加されている。それ以外は実施形態１と同様であるので詳述は省略する。
【００８９】
図３５は、本実施形態５のエンジンの制御装置の制御全体を示すブロック図で、空気先行型トルクベース制御の主要部である。
図３５の実施形態５は、実施形態１に対して、Ｏ２センサ３０の出力がリーンＮＯｘ触媒診断部３８に入力されている。それ以外は、図１６の実施形態１と同じであるので詳述は省略する。図３５の実施形態５の目標空燃比演算部３５は、図１７の実施形態１の目標空燃比演算部３５と同じであるので詳述は省略する。図３６は、図３５の実施形態５のリーンNOx触媒診断部３８を示したブロック図である。Ｏ２センサ２０およびＯ２センサ３０の出力、燃料噴射量および図３５で示される目標空燃比演算部３５で演算されるリーンフラグに基づいて、貯蔵NOx量Ａ１演算手段３９でリーンNOx触媒１１内の貯蔵NOx量Ａ１、貯蔵Ｏ２量Ｂ１演算手段４０で貯蔵Ｏ２量Ｂ１、及び、貯蔵Ｏ２量Ｂ２演算部４７で三元触媒２９内の貯蔵Ｏ２量Ｂ２を求める。
【００９０】
具体的には、Mr4にGa4を乗じてリーンNOx触媒１１内の貯蔵NOx量Ａ１とし、Ml3にGb3を乗じてリーンNOx触媒内の貯蔵Ｏ２量Ｂ１とする。また、Mr3にGb4を乗じて三元触媒２９内の貯蔵Ｏ２量Ｂ２とする。
【００９１】
燃料噴射量Mr4,Ml3及びMr3の演算方法を、以下に示す。
Ga4,Gb3およびGb4は、それぞれ、リーンNOx触媒１１内の貯蔵NOx量とそれを還元するのに必要な燃料量、リーンNOx触媒内の貯蔵Ｏ２量とそれを消費するのに必要な燃料量、さらに三元触媒２９内の貯蔵Ｏ２量とそれを消費するのに必要な燃料量の関係を表す係数であり、経験的に決めるのがよい。
【００９２】
図３７は、貯蔵Ｏ２量Ｂ２演算部４７のMr3演算部４８を示したブロック図である。リッチ運転中であるか（リーンフラグが０）を判定し、リッチ運転時、すなわちエンジン１００の空燃比がリッチとなってから、前記リーンNOx触媒１１の下流のＯ２センサ３０の出力がリッチとなる期間Tr3の燃料噴射量の積算量Mr3_0に所定値GMr3を乗じた値をMr3とする。
【００９３】
この期間Tr3は、三元触媒２９内の貯蔵Ｏ２が触媒入口から流入する還元剤（Ｈ２、ＣＯ、ＨＣ）を酸化する期間に当たり、したがって、この期間Tr3は、三元触媒２９内の貯蔵Ｏ２量に相関があることを利用したものである。リッチ運転中であるかは、図１７に示されるリーンフラグを用いる。GMr3は調整ゲインであり、通常は１でもよい。
【００９４】
図３８は、貯蔵NOx量Ａ１演算手段３９のMr4演算部４９を示したブロック図である。リッチ運転中であるかを判定し、リッチ運転時、すなわちエンジン１００の空燃比がリッチとなってかつ三元触媒２９の下流のＯ２センサ３０の出力が所定値以上となってから、前記リーンNOx触媒１１の下流のＯ２センサ２０の出力が所定値以上（リッチ）となるまでの期間Tr4の燃料噴射量の積算量Mr4_0に所定値GMr4を乗じた値をＭr4とする。この期間Tr4は、リーンNOx触媒１１内の貯蔵NOxおよび貯蔵Ｏ２が触媒入口から流入する還元剤（Ｈ２、ＣＯ、ＨＣ）を酸化する期間に当たり、したがって、この期間Tr4は、リーンNOx触媒１１内の貯蔵NOx量および貯蔵Ｏ２量に相関があることを利用したものである。GMr4は調整ゲインであり、通常は１でもよい。
【００９５】
図３９は、貯蔵Ｏ２量Ｂ１演算手段４０のMl3演算部５０を示したブロック図である。リーン運転中であるかを判定し、リーン運転時、すなわちエンジン１００の空燃比がリーンとなってかつ三元触媒２９の下流のＯ２センサ３０の出力が所定値以下（リーン）となってから、前記リーンNOx触媒１１の下流のＯ２センサ２０の出力が所定値以下（リーン）となる期間Tl3の燃料噴射量の積算量Ml3_0に所定値GMl3を乗じた値をMl3とする。この期間Tl3は、リーンNOx触媒１１内に触媒入口から流入するＯ２が貯蔵される期間に当たり、したがって、この期間Tl3は、リーンNOx触媒１１内の貯蔵Ｏ２量に相関があることを利用したものである。リッチ運転中であるかは、図１７に示されるリーンフラグを用いる。GMl3は調整ゲインであり、通常は１でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明のエンジンの制御装置の請求項１に記載の態様の説明に供される図。
【図２】本発明のエンジンの制御装置の請求項２に記載の態様の説明に供される図。
【図３】本発明のエンジンの制御装置の請求項３に記載の態様の説明に供される図。
【図４】本発明のエンジンの制御装置の請求項４に記載の態様の説明に供される図。
【図５】本発明のエンジンの制御装置の請求項５に記載の態様の説明に供される図。
【図６】本発明のエンジンの制御装置の請求項６に記載の態様の説明に供される図。
【図７】本発明のエンジンの制御装置の請求項７に記載の態様の説明に供される図。
【図８】本発明のエンジンの制御装置の請求項８に記載の態様の説明に供される図。
【図９】本発明のエンジンの制御装置の請求項９に記載の態様の説明に供される図。
【図１０】本発明のエンジンの制御装置の請求項１０に記載の態様の説明に供される図。
【図１１】本発明のエンジンの制御装置の請求項１１に記載の態様の説明に供される図。
【図１２】本発明のエンジンの制御装置の請求項１２に記載の態様の説明に供される図。
【図１３】本発明のエンジンの制御装置の請求項１３に記載の態様の説明に供される図。
【図１４】本発明の係るエンジンの制御装置の実施形態１の全体構成を示すシステム図。
【図１５】実施形態１のエンジンの制御装置（コントロールユニット）の内部構成図。
【図１６】実施形態１のエンジンの制御装置の全体の制御ブロック図。
【図１７】実施形態１のエンジンの制御装置の目標空燃比演算部を示す制御ブロック図。
【図１８】実施形態１のエンジンの制御装置のリーンNOx触媒診断部を示す制御ブロック図。
【図１９】実施形態１のリーンNOx触媒診断部におけるMr演算部を示す制御ブロック図。
【図２０】実施形態１のリーンNOx触媒診断部におけるMl演算部を示す制御ブロック図。
【図２１】実施形態２のエンジンの制御装置の目標空燃比演算部を示す制御ブロック図。
【図２２】実施形態２のエンジンの制御装置のリーンNOx触媒診断部を示す制御ブロック図。
【図２３】実施形態２のリーンNOx触媒診断部におけるMl2演算部を示す制御ブロック図。
【図２４】本発明の係るエンジンの制御装置の実施形態３の全体の制御ブロック図。
【図２５】実施形態３のリーンNOx触媒診断部におけるMl2演算部を示す制御ブロック図。
【図２６】本発明の係るエンジンの制御装置の実施形態４の全体の制御ブロック図。
【図２７】実施形態４の目標空燃比演算部を示す制御ブロック図。
【図２８】実施形態４の目標空燃比演算部におけるリッチ量制御部を示す制御ブロック図。
【図２９】実施形態４の目標空燃比演算部における触媒入口NOx量Ｃ演算部を示す制御ブロック図。
【図３０】実施形態４の目標空燃比演算部における貯蔵NOx量A3および未貯蔵NOxＤ演算部を示す制御ブロック図。
【図３１】実施形態４の目標空燃比演算部のリーンNOx触媒のNOx貯蔵能力変化検出部を示す制御ブロック図。
【図３２】実施形態４の目標空燃比演算部の飽和率と基本貯蔵率の関係の更新方法を示す図。
【図３３】本発明の係るエンジンの制御装置の実施形態５の全体構成を示すシステム図。
【図３４】実施形態５のエンジンの制御装置（コントロールユニット）の内部構成図。
【図３５】実施形態５のエンジンの制御装置の全体の制御ブロック図。
【図３６】実施形態５のリーンNOx触媒診断部を示す制御ブロック図。
【図３７】実施形態５のリーンNOx触媒診断部におけるMr3演算部を示す制御ブロック図。
【図３８】実施形態５のリーンNOx触媒診断部におけるMr4演算部を示す制御ブロック図。
【図３９】実施形態５のリーンNOx触媒診断部におけるMl3演算部を示す制御ブロック図。
【符号の説明】
【００９７】
１  エアクリーナ
２  エアフロセンサ
３  電子スロットル
４  吸気管
５  コレクタ
６  アクセル
７  筒内噴射用燃料噴射弁
８  点火プラグ
９  シリンダー
１０  排気管
１１  リーンNOx触媒
１２  A/Fセンサ
１３  アクセル開度センサ
１４  水温センサ
１５  エンジン回転数センサ
１６  コントロールユニット（制御装置）
１７  スロットル開度センサ
１８  排気還流管
１９  排気還流量調節バルブ
２０  リーンNOx触媒の下流のＯ２センサ
２９  三元触媒
３０  三元触媒の下流のＯ２センサ
１００  エンジン
【図１】
2005090460.tif 000003
【図２】
2005090460.tif 000004
【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】
2005090460.tif 000009
【図８】
2005090460.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2005090460.tif 000012
【図１１】
2005090460.tif 000013
【図１２】
2005090460.tif 000014
【図１３】
2005090460.tif 000015
【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】
2005090460.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
2005090460.tif 000022
【図２１】
2005090460.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
2005090460.tif 000026
【図２５】
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【図２６】
2005090460.tif 000028
【図２７】
2005090460.tif 000029
【図２８】
2005090460.tif 000030
【図２９】
2005090460.tif 000031
【図３０】
2005090460.tif 000032
【図３１】
2005090460.tif 000033
【図３２】
2005090460.tif 000034
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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