(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希薄燃焼の度合いを運転状態に応じて変化させる内燃機関の排気系に設けられ、排気空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し、排気酸素濃度が低下すると吸収していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤と、希薄燃焼時に前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ吸収量を推定し、推定したＮＯｘ吸収量が前記ＮＯｘ吸収剤でのＮＯｘ吸収許容量を越えたと判断したとき、排気酸素濃度を低下させる排気酸素濃度低下制御手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記排気酸素濃度低下制御手段は、前記推定したＮＯｘ吸収量が所定の判定値より大きくなった場合に前記推定したＮＯｘ吸収量が前記ＮＯｘ吸収許容量を越えたと判断するものであり、前記判定値は排気空燃比が大きくなるほど大きな値に設定されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し、排気酸素濃度が低下すると吸収していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を備えた内燃機関の排気系において、ＮＯｘ吸収剤へのＮＯｘ吸収量を推定して、推定したＮＯｘ吸収量がＮＯｘ吸収剤でのＮＯｘ吸収許容量を越えたと判断したとき、いわゆる空燃比のリッチ制御によって排気酸素濃度を低下させることでＮＯｘを還元・浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の内燃機関の排気浄化装置として、例えば、ＷＯ９３／２５８０６号が知られている。
【０００３】
この明細書には、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにＮＯｘを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、ＮＯｘ吸収剤に吸収されているＮＯｘ吸収量を推定するＮＯｘ吸収量推定手段と、ＮＯｘ吸収量推定手段によりＮＯｘ吸収剤に吸収されていると推定されたＮＯｘ吸収量が予め定められたＮＯｘ吸収許容量を越えたときにＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させてＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるＮＯｘ放出手段を具備した排気浄化装置が開示されている。
【０００４】
そして、この装置では、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収許容量は固定であるとして、排気酸素濃度の低下のタイミングをとっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＮＯｘ吸収剤でのＮＯｘ吸収容量（ＮＯｘ吸収剤が吸収可能なＮＯｘ最大量であり、ＮＯｘ飽和量ともいう）は、ＮＯｘ吸収剤の雰囲気における排気空燃比あるいは排気酸素濃度に依存することが判明した。
【０００６】この結果、従来のようにＮＯｘ吸収容量を固定値として、リッチ制御を行うと、例えば、外界条件の変化やセンサ類のフェイルなどによってリーン空燃比が変化した場合、リッチ制御のタイミングの最適な時期を逃すこととなり、排気管からの大気へのＮＯｘ排出量の増加や、燃費の悪化を招くこととなる。
【０００７】本発明は、このような点に鑑みなされたもので、変化するＮＯｘ吸収容量に応じて適切なタイミングでリッチ制御を行うことのできる内燃機関の排気浄化装置を提供し、排気管からの大気へのＮＯｘ排出量の増加や、燃費の悪化を防止することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、内燃機関の排気浄化装置において、以下の構成とした。
【０００９】
すなわち、本発明は、希薄燃焼の度合いを運転状態に応じて変化させる内燃機関の排気系に設けられ、排気空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し、排気酸素濃度が低下すると吸収していたＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤と、希薄燃焼時に前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ吸収量を推定し、推定したＮＯｘ吸収量が前記ＮＯｘ吸収剤でのＮＯｘ吸収許容量を越えたと判断したとき、排気酸素濃度を低下させる排気酸素濃度低下制御手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記排気酸素濃度低下制御手段は、前記推定したＮＯｘ吸収量が所定の判定値より大きくなった場合に前記推定したＮＯｘ吸収量が前記ＮＯｘ吸収許容量を越えたと判断するものであり、前記判定値は排気空燃比が大きくなるほど大きな値に設定されることを特徴とする。
【００１０】
そして、外界条件の変化やセンサ類のフェイルなどによってリーン空燃比が変化した場合、希薄燃焼（リーン）の度合いが大きくなるほど、遅くしたタイミングで排気酸素濃度低下制御（リッチ制御）を行う。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
＜装置の概要＞以下で説明する実施の形態は、本発明の排気浄化装置をガソリン機関に適用した例である。
【００１２】
本実施の形態に係るガソリン機関は、機関本体のシリンダ内にピストンを有するとともに、燃焼室を有している。さらに、前記機関本体には、前記燃焼室内のガソリンに点火する点火栓が設けられるとともに、吸気弁によって開閉されかつガソリンと空気の混合気をシリンダ内に導入する吸気ポート、及び、排気弁によって開閉されかつシリンダ内の燃焼済み排気ガスを排出する排気ポートが設けられている。
【００１３】
前記吸気ポートは、対応する枝管を介してサージタンクに連結され、前記各枝管には、それぞれ前記吸気ポート内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁が取付けられている。前記サージタンクは、吸気ダクトを介してエアクリーナに連結され、前記吸気ダクト内にはスロットル弁が配置されている。一方、前記排気ポートは、排気マニホールド及び排気管を介してＮＯｘ吸収剤を内蔵したケーシングに接続されている。
【００１４】
このガソリン機関は、ディジタルコンピュータからなる電子制御ユニットによって制御されており、この電子制御ユニットは、双方向性バスによって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、入力ポート、及び、出力ポートを備えている。
【００１５】
前記入力ポートには、前記サージタンク内に設けた圧力センサ、前記スロットル弁に設けたアイドルスイッチ、クランクシャフトに連結している自動変速機に設けたギア位置検出器及び車速センサ、前記排気管に設けた温度センサ、前記クランクシャフト部分に設けた機関回転数センサが接続されている。
【００１６】
前記圧力センサは、前記サージタンク内の絶対圧に比例した出力電圧を発生する。前記アイドルスイッチは前記スロットル弁がアイドリング開度であることを検出する。前記ギア位置検出器は前記自動変速機のギアの状態を検出する。前記車速センサは車体速度を検出する。前記温度センサは、前記ケーシング上流の前記排気管内の排気ガス温度を検出する。前記機関回転数センサは機関回転数を検出する。なお、前記圧力センサ、前記温度センサの出力電圧は、Ａ／Ｄ変換器をそれぞれ介して前記入力ポートに入力される。
【００１７】
前記出力ポートは、対応する駆動回路を介して、前記点火栓及び前記燃料噴射弁に接続される。前記ＣＰＵでは、前記各センサ等からの検出結果に基づき、例えば、次式による燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。
【００１８】
ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋここで、ＴＰは基本燃料噴射時間を示し、Ｋは補正係数を示している。基本燃料噴射時間ＴＰは、機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とするのに必要な燃料噴射時間を示している。理論空燃比とは、空気と燃料の混合気において、燃料量が空気中の酸素量に対して完全燃焼する量となるような混合比率をいう。
【００１９】
基本燃料噴射時間ＴＰは、予め実験により求められ、前記サージタンク内の絶対圧ＰＭ及び機関回転数Ｎの関数として図１に示すようなマップの形で予め前記ＲＯＭ内に記憶されている。
【００２０】
補正係数Ｋは、機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比を調整するための係数であって、Ｋ＝１．０のとき機関シリンダ内に供給される混合気は理論空燃比となる。これに対し、Ｋ＜１．０のとき機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比より大きくなり、すなわちリーンとなり、Ｋ＞１．０のとき機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比は理論空燃比より小さくなり、すなわちリッチとなる。
【００２１】
この補正係数Ｋの値は、前記サージタンク内の絶対値ＰＭ及び機関回転数Ｎに対して予め定められており、図２にその一例を示す。この例では、前記サージタンク内の絶対圧ＰＭが比較的低い領域、すなわち一定速度で走行するような機関低中負荷運転領域では補正係数Ｋの値が、１．０より小さい値とされ、機関シリンダ内供給される混合気の空燃比がリーンとされる。
【００２２】
一方、前記サージタンク内の絶対圧ＰＭが比較的高い領域、すなわち、加速運転時のような機関高負荷運転領域では補正係数Ｋの値が１．０とされ、機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比が理論空燃比とされる。また、前記サージタンク内の絶対圧ＰＭが最も高くなる領域、すなわち機関全負荷運転領域では補正係数Ｋの値が１．０より大きな値となり、機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比がリッチとされる。
【００２３】
内燃機関では、通常、低中負荷運転される頻度が最も高く、運転期間中の大部分においてリーン混合気が燃焼される。次に、前記ＮＯｘ吸収剤を使用した排気浄化装置について説明する。
【００２４】
図３は、前記燃焼室から排出される排気ガス中の代表的な成分の濃度を概略的に示している。図３から明かなように、前記燃焼室から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯの濃度は、前記燃焼室内に供給される混合気の空燃比がリッチになるほど増大し、前記燃焼室から排出される排気ガス中の酸素Ｏ2の濃度は、前記燃焼室内に供給される混合気の空燃比がリーンになるほど増大する。
【００２５】
前記ケーシング内に収容された前記ＮＯｘ吸収剤は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒であり、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。機関吸気通路及び前記ＮＯｘ吸収剤上流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比を前記ＮＯｘ吸収剤への流入排気ガスの空燃比と称すると、この前記ＮＯｘ吸収剤は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯｘを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出する。
【００２６】
なお、前記ＮＯｘ吸収剤上流の排気通路内に燃料（炭化水素）或いは空気が供給されない場合、流入排気ガスの空燃比は前記燃焼室内に供給される混合気の空燃比に一致し、従ってこの場合には、前記ＮＯｘ吸収剤は前記燃焼室内に供給される混合気の空燃比がリーンのときには、ＮＯｘを吸収し、前記燃焼室内に供給される混合気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出・還元する。
＜ＮＯｘの吸収・放出・還元メカニズム＞前記ＮＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）でのＮＯｘ吸収・還元は、図４に示したようなメカニズムで行われると考えられている。このメカニズムは、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合であるが、他の貴金属，アルカリ金属，アルカリ土類，希土類を用いても同様のメカニズムとなる。
【００２７】
まず、排気ガスがかなりリーンになると排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大するため、図４（Ａ）に示すように酸素Ｏ2がＯ2-又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。次に、排気ガスに含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ2-又はＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。
【００２８】
その後、生成されたＮＯ2は、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限り、白金Ｐｔ上で酸化されながら前記ＮＯｘ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合し、図４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3-の形で前記ＮＯｘ吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯｘが前記ＮＯｘ吸収剤内に吸収される。
【００２９】
これに対し、排気ガス中の酸素濃度が低下した場合は、ＮＯ2の生成量が低下し、前記反応とは逆の反応によって、前記ＮＯｘ吸収剤内の硝酸イオンＮＯ3-は、ＮＯ2またはＮＯの形で前記ＮＯｘ吸収剤から放出される。
【００３０】
つまり、ＮＯｘは、排気ガス中の酸素濃度が低下すると、前記ＮＯｘ吸収剤から放出されることになる。図３に示されたように、流入排気ガスのリーン度合いが低くなれば、流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、従って、流入排気ガスのリーン度合いを低くすれば、たとえ流入排気ガスの空燃比がリーンであっても前記ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘが放出されることとなる。
【００３１】
一方、このとき、前記燃焼室内に供給する混合気がリッチにされて、排気ガスの空燃比がリッチになると、図３に示すように多量の未燃ＨＣ，ＣＯが機関から排出される。これら未燃ＨＣ，ＣＯは、白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2-又はＯ2-とすぐに反応して酸化される。
【００３２】
また、流入排気ガスの空燃比がリッチになると、排気ガス中の酸素濃度は極度に低下するため、前記ＮＯｘ吸収剤は、ＮＯ2またはＮＯを放出する。このＮＯ2またはＮＯは、図４（Ｂ）に示すように、未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元される。このようにして白金Ｐｔ上のＮＯ2またはＮＯが存在しなくなると、前記ＮＯｘ吸収剤から次から次へとＮＯ2またはＮＯが放出される。従って、流入排気ガスの空燃比をリッチにすると短時間の内に前記ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘが放出される。白金Ｐｔ上のＯ2-又はＯ2-を消費しても未燃ＨＣ，ＣＯが残っていれば、前記ＮＯｘ吸収剤から放出されたＮＯｘも、機関から排出されたＮＯｘも、この未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
【００３３】
従って、流入排気ガスの空燃比をリッチにすれば短時間の内に前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されているＮＯｘが放出され、しかも、この放出されたＮＯｘが還元されるために大気中にＮＯｘが排出されるのを阻止することができる。
【００３４】
また、前記ＮＯｘ吸収剤は還元触媒の機能を有しているので、流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にしても前記ＮＯｘ吸収剤から放出されたＮＯｘが還元される。しかし、流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にした場合、前記ＮＯｘ吸収剤からはＮＯｘが徐々にしか放出されないため、前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されている全ＮＯｘを放出するには長い時間を要する。
【００３５】
流入排気ガスの空燃比をリーンの度合いを低くすればたとえ流入排気ガスの空燃比がリーンであったとしても、前記ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘが放出される。従って、前記ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるには、流入排気ガス中の酸素濃度を低下させればよいこととなる。
【００３６】
但し、前記ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘが放出されても、流入排気ガスの空燃比がリーンであると、前記ＮＯｘ吸収剤においてＮＯｘが還元されない。そこで、この場合には、前記ＮＯｘ吸収剤の下流に還元剤を配置する必要がある。この点を考慮すると、流入排気ガスの空燃比をリッチにしてＮＯｘを放出させるようにした方が、別途還元剤を設けずにすみ経済的である。
＜ＮＯｘ放出制御装置＞低温時の暖機運転時や全負荷運転時は、図２に示すように、前記燃焼室内に供給される混合気の空燃比がリッチとなり、加速運転時は、混合気が理論空燃比となる。それ以外の大部分の運転領域は、リーン混合気が前記燃焼室内において燃焼している。
【００３７】
しかし、前記ＮＯｘ吸収剤は、全負荷運転時および加速運転時にＮＯｘを放出しても、全負荷運転或いは加速運転が行われる頻度が少ない場合、リーン混合気が燃焼している間にＮＯｘが徐々にたまってしまい、ＮＯｘの吸収能力が低下する。
【００３８】
そうすると、しばらくして前記ＮＯｘ吸収剤は、ＮＯｘを吸収できなくなってしまう。したがって、ＮＯｘを前記ＮＯｘ吸収剤に継続して吸収させるためには、リーン混合気が継続して燃焼している時でも、周期的に流入排気ガスの酸素濃度を低下させる制御、すなわち、流入排気ガスの空燃比を周期的にリッチにするか、あるいは流入排気ガスの空燃比を周期的に理論空燃比にするなどし、前記ＮＯｘ吸収剤から周期的にＮＯｘを放出させる必要がある。
【００３９】
便宜上この制御を以下単にリッチ制御というが、このリッチ制御の周期が長いと、リーン混合気の燃焼が行われている間に前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力が低下してしまい、ＮＯｘを吸収できずに大気に放出してしまう。一方、リッチ制御の周期を短くしすぎると、今度は燃料消費量が増大してしまう。従って、リッチ制御はこれらを考慮した最適なタイミングで行う必要がある。
【００４０】
本実施例におけるＮＯｘ放出制御装置では、前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ吸収量が予め定めた基準を越えたときにリッチ制御を行うようにし、しかも、希薄燃焼の度合いに応じてその基準を変化させるようにしている。
【００４１】
この例では、前記ＮＯｘ吸収剤から周期的に放出制御をするためのプログラムが、あらかじめ、前記ＲＯＭに記憶され、このプログラムによって前記ＣＰＵ上に以下の手段がＮＯｘ放出制御装置として実現される。
【００４２】
すなわち、図５に示したように、本装置は、前記各種センサーから入力された機関回転数、負荷情報、触媒温度等の検出した諸条件から、機関からのＮＯｘ排出量を推定するＮＯｘ排出量推定手段５１と、前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ吸収量を推定するＮＯｘ吸収量推定手段５２と、前記各諸条件から前記ＮＯｘ吸収剤前後の空燃比を算出する空燃比算出手段５３と、この空燃比算出手段５３で算出した空燃比及び前記各種諸条件とから前記ＮＯｘ吸収剤におけるＮＯｘ吸収容量を推定するＮＯｘ吸収容量推定手段５４と、このＮＯｘ吸収容量推定手段５４で推定したＮＯｘ吸収容量からＮＯｘ飽和判定値を決定するＮＯｘ飽和判定値決定手段５５と、ＮＯｘ吸収量推定手段５２で推定したＮＯｘ吸収量がＮＯｘ飽和判定値以上となったときリッチ制御を実行するリッチ制御実行手段５６とを備える。ここで、ＮＯｘ飽和判定値とは、ＮＯｘ吸収量が前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収許容量を越えたか否かを判別するための判定基準値であり、ＮＯｘ吸収量がＮＯｘ飽和判定値を越えた場合にＮＯｘ吸収量がＮＯｘ吸収許容量を越えたと判定可能なように予め定められる。
【００４３】
よって、これら手段が、本発明でいう、希薄燃焼時に前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ吸収量を推定し、推定したＮＯｘ吸収量が前記ＮＯｘ吸収剤でのＮＯｘ吸収許容量を越えたと判断したとき、排気酸素濃度を低下させる排気酸素濃度低下制御手段６１である。
【００４４】
ここで、本実施例の排気浄化装置における、機関からのＮＯｘ排出量を推定するＮＯｘ排出量推定手段５１と、前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ吸収量を推定するＮＯｘ吸収量推定手段５２と、について説明する。
【００４５】
前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されているＮＯｘ吸収量を求める場合、前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されている総ＮＯｘ吸収量を直接検出することは困難である。そこで、ここでは機関から排出された排気ガス中のＮＯｘ排出量を推定し、そのＮＯｘ排出量から前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されるＮＯｘ吸収量を推定するようにした。
【００４６】
すなわち、機関回転数Ｎが高くなるほど機関から単位時間あたり排出される排気ガス量が増大するので、機関回転数が高くなるにつれて機関からのＮＯｘ排出量は増大する。また、機関負荷が高くなるほど、すなわち、前記サージタンク内の絶対圧ＰＭが高くなるほど前記燃焼室から排出される排気ガス量が増大し、しかも、燃焼温度が高くなるので、機関負荷が高くなるほど（前記サージタンク内絶対圧が高くなるほど）機関からの単位時間あたりのＮＯｘ排出量が増大する。
【００４７】
図６（Ａ）は実験により求められた単位時間あたりの機関からのＮＯｘ排出量と、前記サージタンク内の絶対圧ＰＭ、機関回転数Ｎとの関係を示しており、各曲線は同一ＮＯｘ排出量を示している。この図に示されるように、機関からの単位時間あたりのＮＯｘ排出量は、前記サージタンク内の絶対圧ＰＭが高くなるほど多くなり、また、機関回転数Ｎが高くなるほど多くなる。なお、図６（Ａ）に示されるＮＯｘ排出量は図６（Ｂ）に示すようなマップの形で予め前記ＲＯＭ内に記憶されている。従って、この図６（Ｂ）のマップから、ＮＯｘ排出量を推定できるのである。
【００４８】
次に、ＮＯｘ吸収容量推定手段５４について説明する。ＮＯｘ吸収容量推定手段５４は、まず、図７に示したような、前記ＮＯｘ吸収剤への流入排気ガスの温度と、ＮＯｘ吸収容量との関係から、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収容量を推定する。すなわち、排気ガス温Ｔが低くなると、触媒（吸収剤）の活性が低下するために、ＮＯｘ吸収容量NoxCAPが低下し、また排気ガス温度の上昇により前記ＮＯｘ吸収剤の温度が高くなると、前記ＮＯｘ吸収剤に含まれていたＮＯｘが分解して自然放出するため、ＮＯｘ吸収容量は小さくなる。従って、ＮＯｘ吸収容量は排気ガス温がほぼ３５０℃から５００℃の間で大きくなる。
【００４９】
ＮＯｘ吸収容量は基本的には排気ガス温により決まるが、希薄燃焼すなわちリーンの度合いによっても変化することが知見された。本発明にあっては、空燃比とＮＯｘ吸収容量との関係は、図８に示したように、空燃比が大きくなるほど、すなわち、酸素濃度の大きいリーン状態であるほど前記ＮＯｘ吸収剤でのＮＯｘ吸収容量が大きくなることが、実験により判明した。
【００５０】
そこで、前記ＮＯｘ吸収容量推定手段５４は、図７で関係から求めたＮＯｘ吸収容量に、図８に示した関係を考慮して、修正を加える。空燃比とＮＯｘ吸収容量との関係は予めマップの形で前記ＲＯＭに備えられ、前記空燃比算出手段５３で算出した空燃比に対応するＮＯｘ吸収容量を前記ＲＯＭのマップから読み出すようにしている。そして、空燃比の変化に応じて、ＮＯｘ吸収容量の変化の度合いが判明するので、その変化の度合いを図７で求めたＮＯｘ吸収容量に乗じれば、修正後のＮＯｘ吸収容量を求めることができる。
【００５１】
また、マップには、ＮＯｘ吸収容量に対応するＮＯｘ飽和判定値が設定されている。ＮＯｘ飽和判定値決定手段５５は、このマップからＮＯｘ吸収容量に対応するＮＯｘ飽和判定値を読み出す。
【００５２】
リッチ制御実行手段５６は、前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ吸収量がこのＮＯｘ飽和判定値を越えたとき、ＮＯｘ吸収量がＮＯｘ吸収許容量を越えたと判断し、リッチ制御を開始する。
【００５３】
なお、ＮＯｘ飽和判定値は、ＮＯｘ吸収容量の値のＸ％である。ここでは、Ｘ＝１００すなわちＮＯｘ吸収容量自体と同一値でもよいが、たとえばＮＯｘ吸収容量の５０％等、ＮＯｘ吸収容量の値より低めに設定しても良い。前記ＮＯｘ吸収剤が劣化したとき、実際のＮＯｘ吸収量がＮＯｘ吸収容量に至る前に前記ＮＯｘ吸収剤が飽和してしまうが、このとき、ＮＯｘ飽和判定値がＮＯｘ吸収容量と同一値であると、リッチ制御を開始する前にすでに前記ＮＯｘ吸収剤が飽和し、吸収できなかったＮＯｘを大気に放出することとなる。ＮＯｘ飽和判定値を前記のようにＮＯｘ吸収容量より低めにすることで、前記ＮＯｘ吸収剤の劣化に備えてＮＯｘ放出制御を確実に行える。
【００５４】
本発明の特徴的な点は、リーン（希薄燃焼）の度合いが大きいほど前記排気酸素濃度低下制御手段６１による排気酸素濃度低下制御の開始時期を遅延させる遅延手段６２を備えた点であるが、本実施例では、空燃比検出手段５３と、ＮＯｘ吸収容量推定手段５４と、ＮＯｘ飽和判定値決定手段５５と、リッチ制御実行手段５６とが、前記遅延手段６２を実現しているといえる。
【００５５】
なお、希薄燃焼（リーン）の度合いが変化する原因としては、外界条件の変化やセンサ類のフェイルによって空燃比が変化する場合がある。その他に、運転領域毎にリーンの度合いが変化する。すなわち、定常運転の時にはトルクはそれほど必要ではないので空燃比を大きくリーン側で制御し、加速が必要な運転の時には、理想空燃比（ストイキ）に近いリーンで制御する。
＜リッチ制御のタイミング＞このように、ＮＯｘ吸収容量推定手段５４で推定するＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収容量が変動することに応じて、ＮＯｘ飽和判定値も変動し、よって、リッチ制御の実行時期も変動する。この様子を示すリッチ制御のタイミングチャートを図９に示す。
【００５６】
(a)リーン度合いが大きいときリーン度合いが大きいとき、図９で太い破線で示したように、機関から排出された、前記ＮＯｘ吸収剤への流入排気ガスのＮＯｘ濃度は比較的低い。また、図から明かなように、前記ＮＯｘ吸収剤でのＮＯｘ吸収容量が大きく（図８の(a)）、その結果ＮＯｘ飽和判定値も高いので、長時間ＮＯｘを吸収できる。
【００５７】
従って、リッチ制御の周期は図９に示したように長くなる。この時の前記ＮＯｘ吸収剤の出口側のＮＯｘ濃度は、図９の下段に太い破線で示したように変化する。なお、参考までに述べるが、仮にリッチ制御を実行しなければ、前記ＮＯｘ吸収剤の出口側のＮＯｘ濃度は２点鎖線で示したように変化し、流入排気ガスのＮＯｘ濃度に近づく。
【００５８】
(b)リーン度合いが小さいときリーン度合いが小さいとき、図９で太い実線で示したように、機関から排出された、前記ＮＯｘ吸収剤への流入排気ガスのＮＯｘ濃度は、リーン度合いが大きい(a)の場合に比較して高い。また、図８から明かなように、リーン度合いが大きい(a)の場合に比較して、前記ＮＯｘ吸収剤でのＮＯｘ吸収容量が小さく（図８の(b)）、その結果ＮＯｘ飽和判定値も低いので、あまり長時間ＮＯｘを吸収できない。
【００５９】
従って、リッチ制御の周期は図９に示したようにリーン度合いが大きい(a)の場合に比較して短くし、頻繁にリッチ制御を行う。この時の前記ＮＯｘ吸収剤の出口側のＮＯｘ濃度は、図９の下段に太い実線で示したように変化する。
【００６０】
なお、参考までに述べるが、仮にリッチ制御を実行しなければ、前記ＮＯｘ吸収剤の出口側のＮＯｘ濃度は１点鎖線で示したように変化し、流入排気ガスのＮＯｘ濃度に近づく。また、ここで、リーン度合いが大きい(a)の場合に比較して、前記ＮＯｘ触媒の出口側のＮＯｘ濃度の傾きが大きい理由は、図９の中段に示したように、(b)の方が流入排気ガスのＮＯｘ濃度が大きいためである。
【００６１】
このように、ＮＯｘ飽和判定値を、前記ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比に応じた可変値とし、前記ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比が大きくなるほどＮＯｘ飽和判定値が大きくな値に設定されるようにすることによって、リーン（希薄燃焼）の度合いが大きいほど、リッチ制御実行手段５６（排気酸素濃度低下制御手段）によるリッチ制御（排気酸素濃度低下制御）の周期が長くなり、リッチ制御の開始時期を遅延させることができる。
＜リッチ制御のフロー＞ＮＯｘ放出制御は、前記したように混合気を周期的にリッチにすることで行うが、その制御の手順を図１０のフローチャートに従って説明する。図１０は一定時間毎の割込で実行される時間割込ルーチンを示している。
【００６２】
まず、ステップ１０１において、燃料噴射時間ＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋにおける、補正係数Ｋが１．０よりも小さいか否かを判断することによって、リーン燃焼かリッチ燃焼かを判定する。
【００６３】
補正係数Ｋ＜１．０のとき、すなわち、混合気をリーンにすべき運転状態のときにはステップ１０２に進み、カウント値Ｄが零とされ、次いでステップ１０３に進む。
【００６４】
ステップ１０３では、前記圧力センサにより検出された前記サージタンク内の絶対圧ＰＭ及び機関回転数Ｎに基づいて図６（Ｂ）に示すマップから機関からの単位時間あたりのＮＯｘ排出量ＮijがＮＯｘ排出量推定手段５１によって算出される。
【００６５】
次いで、ステップ１０４では、ＮＯｘ吸収量推定手段５２が、単位時間あたりのＮＯｘ排出量Ｎijに割込時間間隔△ｔを乗算し、これらの積（Ｎij・△ｔ）がΣＮＯｘに加算される。積（Ｎij・△ｔ）は割込時間間隔△ｔの間の機関からのＮＯｘ排出量を表しており、これが前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されるので、ΣＮＯｘは前記ＮＯｘ吸収剤に吸収された総ＮＯｘ吸収量の推定値を表す。
【００６６】
次いで、ステップ１０５では、前記温度センサにより検出された排気ガス温Ｔに基づいて、図７に示す関係からＮＯｘ吸収容量推定手段５４によりＮＯｘ吸収容量NoxCAPが算出される。ＮＯｘ吸収容量NoxCAPが算出されると、ステップ１０６では、前記酸素濃度センサによって検出した前記ＮＯｘ吸収剤への流入排気ガス中の酸素濃度を基に前記ＮＯｘ吸収剤の雰囲気の空燃比を算出し、図８に示したように、この算出した空燃比に従ってＮＯｘ吸収容量を修正する。次いで、ステップ１０７でＮＯｘ飽和判定値決定手段５５によりＮＯｘ飽和判定値が決定される。
【００６７】
ステップ１０８では、前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ吸収量（ΣＮＯｘ）がＮＯｘ飽和判定値を越えたか否かを判定し、越えていない場合は、処理サイクルを終了する。このときには、リーン混合気の燃焼が行われており、機関から排出されるＮＯｘが前記ＮＯｘ吸収剤に順次吸収される。
【００６８】
ステップ１０８で、ΣＮＯｘがＮＯｘ飽和判定値を越えたと判断された場合、ステップ１０９に進み、ＮＯｘ放出のためにリッチ処理を行う。リッチ処理量は、空燃比のリッチ度、処理時間により定まるので、リッチ度の増減制御、処理時間の長短で処理量を制御する。リッチ処理は、先に説明したＴＡＵ＝ＴＰ・Ｋにおいて、補正係数Ｋを変更し、燃料噴射時間（燃料噴射量）ＴＡＵを変えることで行う。リッチ処理が完了すると、処理サイクルを終了する。
【００６９】
一方、ステップ１０１でＫ≧１．０であると判断されたとき、すなわち、混合気をリッチまたは理論空燃比にすべき機関運転状態であるときには、ステップ１１８に進んでカウント値Ｄが１だけインクリメントされる。次いで、ステップ１１９では、カウント値Ｄが一定値Ｄ0より大きくなったか否かが判定される。Ｄ＞Ｄ0となったときには、ステップ１２０に進み、ΣＮＯｘが零とされる。すなわち、リッチ混合気あるいは理論空燃比の混合気の燃焼が一定時間継続したときには前記ＮＯｘ吸収剤から全ＮＯｘが放出したと考えられるので、ＮＯｘ吸収量の推定値ΣＮＯｘを零とするのである。
【００７０】
最後に、本発明の特徴的な点は、すでに説明したように、リーン（希薄燃焼）の度合いが大きいほど前記排気酸素濃度低下制御手段による排気酸素濃度低下制御の開始時期を遅延させる遅延手段を備えた点であり、具体的には、図８に示したように、空燃比に従ってＮＯｘ吸収容量が変動する点に着目して、ＮＯｘ放出のためのリッチ制御開始トリガーとなるＮＯｘ飽和判定値を変動させ、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比が大きくなるほどＮＯｘ飽和判定値を大きな値に設定することによって、図９に示したように、リーンの度合いが大きいほど、リッチ制御の開始時期が遅くなるようにし、あるいは、リッチ制御の周期が長くなるようにしたのである。この点を除き、基本的技術は、国際公開番号ＷＯ９３／２５８０６に記載した技術と同一であり、本公開公報は本発明理解のため、可能な限り参照される。
【００７１】
【発明の効果】
本発明は、排気酸素濃度低下制御（リッチ制御）を実行するか否かの判定基準となる判定値を、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比に応じた可変値とし、排気空燃比が大きくなるほど判定値を大きな値に設定することによって、希薄燃焼（リーン）の度合いが大きいほど前記排気酸素濃度低下制御手段による排気酸素濃度低下制御の開始時期を遅延させることが可能になり、その結果、外界条件の変化やセンサ類のフェイルなどによってリーン空燃比が変化した場合であっても、リーンの度合いに応じて最適なタイミングで排気酸素濃度低下制御（リッチ制御）を行うことができ、排気管からの大気へのＮＯｘ排出量の増加や、燃費の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基本燃料噴射時間のマップを示す図である。
【図２】補正係数を示す図である。
【図３】機関から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ及び酸素の濃度を概略的に示すグラフ図である。
【図４】ＮＯｘの吸放出作用を示す図である。
【図５】ＮＯｘ放出制御装置を示すブロック図である。
【図６】機関からのＮＯｘ排出量を示す図である。
【図７】ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収容量と排気ガス温度との関係を示す図である。
【図８】空燃比とＮＯｘ吸収容量との関係を示すグラフ図である。
【図９】定常走行時の空燃比制御とＮＯｘの挙動を示すタイミングチャート図である。
【図１０】リッチ制御手順を示したフローチャート図である。
【符号の説明】
５１…ＮＯｘ排出量推定手段
５２…ＮＯｘ吸収量推定手段
５３…空燃比算出手段
５４…ＮＯｘ吸収容量推定手段
５５…ＮＯｘ飽和判定値決定手段
５６…リッチ制御実行手段
６１…排気酸素濃度低下制御手段
６２…遅延手段
【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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