(57)【要約】【課題】ＮＯxパージの開始当初に迅速に所期の排気空燃比を達成でき、これによりＨＣやＣＯの排出を抑制した上で、ＮＯxパージに要する燃料消費を節減して車両の燃費を向上できるエンジンの排気浄化装置を提供する。【解決手段】ＮＯxパージの開始当初からストイキ相当の指示噴射量に基づくフィードフォワードによりポスト噴射を実行し、その結果、ＬＡＦＳ出力がリッチ側で平衡した場合、及びストイキより僅かにリーン側で平衡した場合には、通常通りにストイキを目標空燃比として噴射量フィードバックを実行し、ＬＡＦＳ出力がストイキよりかなり手前のリーン側で平衡した場合には、スライトリーンを目標空燃比として噴射量フィードバックを実行し、ＮＯx触媒のＯ2ストレージ能力に起因するリッチ側へのオーバーシュートを回避する。【選択図】図４
2017166444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられ、排ガスに含まれるＮＯxを吸蔵するＮＯx触媒と、
前記エンジンの排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxを放出還元するＮＯxパージの実行が要求されたときに、前記エンジンの排気空燃比をストイキ近傍の第１の空燃比とすべく燃料噴射量を制御するＮＯxパージ手段と、
前記ＮＯxパージの開始時に実行された前記ＮＯxパージ手段による燃料噴射量の制御の結果、前記第１の空燃比近傍よりリーン側に設定されたリーン判定値よりもリッチ側の空燃比が検出された場合に、前記第１の空燃比を目標値として前記ＮＯxパージ手段に燃料噴射量をフィードバックさせ、前記リーン判定値よりもリーン側の空燃比が検出された場合に、前記第１の空燃比近傍よりリーン側に設定された第２の空燃比を目標値として前記ＮＯxパージ手段に燃料噴射量をフィードバックさせる目標空燃比切換手段と
を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＮＯxパージ手段は、前記ＮＯxパージの開始時には、前記第１の空燃比相当の指示噴射量に基づくフィードフォワードにより燃料噴射を実行し、前記目標空燃比切換手段による前記目標値の設定後には、該設定された目標値に基づき燃料噴射量をフィードバックすることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＮＯxパージ手段による燃料噴射量の制御の結果、前記第１の空燃比よりもリーン側の空燃比が検出された場合に、前記ＮＯxパージの時間を延長化するパージ時間延長手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記パージ時間延長手段は、前記第１の空燃比と前記リーン判定値との間の空燃比が前記空燃比検出手段により検出された場合に限り、前記ＮＯxパージの時間を延長化することを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記第２の空燃比は、前記リーン判定値よりもリーン側の値として設定されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記目標空燃比切換手段は、前記ＮＯxパージの開始当初から所定の待機時間が経過した後に、前記空燃比検出手段の検出結果に基づく前記目標値の設定を実行することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の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係り、詳しくはエンジンの排気通路に備えられた吸蔵型ＮＯx触媒からＮＯxを放出還元する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジン等では空燃比をストイキ（理論空燃比）よりリーン側に制御して酸化雰囲気で燃焼を行うことから、従来型の三元触媒ではその特性上排ガス中のＮＯx（窒素酸化物）を十分に浄化できないという問題がある。そこで、この種のエンジンの排気系には吸蔵型ＮＯx触媒が備えられている。
吸蔵型ＮＯx触媒は、還元成分濃度が低い酸化雰囲気において排ガス中のＮＯxを硝酸塩Ｘ−ＮＯ3として吸蔵し、この吸蔵したＮＯxをＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）等の還元成分が多量に存在する還元雰囲気でＮ2（窒素）に還元させる特性を有した触媒である。この種の吸蔵型ＮＯx触媒では、リーン運転時に排ガス中のＮＯxを吸蔵して大気中への排出を防止する一方、ＮＯx触媒が吸蔵限界に達する以前に、例えばディーセルエンジンではメイン噴射後のポスト噴射等により排気空燃比をストイキまたはリッチ側に制御することで、ＨＣやＣＯを還元剤としてＮＯx触媒上に供給してＮＯxを放出還元（以下、ＮＯxパージという）している。
【０００３】
排気空燃比の過剰なリッチ化はＮＯx触媒上で消費されなかったＨＣやＣＯの排出を招き、逆にリーン側の排気空燃比ではＮＯxの放出還元が進まないことから、ＮＯxパージ中の排気空燃比をストイキ近傍に保つことが望ましい。しかし、エンジンには個体差が存在し、ＮＯx触媒は経年劣化が避けられないため、予め適合した燃料噴射量では所期の排気空燃比を達成できない場合がある。そこで、ＮＯx触媒の下流側に空燃比センサ（以下、ＬＡＦＳという）を設け、その出力に基づきポスト噴射量等をフィードバックすることが考えられるが、排気空燃比の目標値をストイキ近傍に設定した場合、ＮＯx触媒のＯ2ストレージ能力に起因するＬＡＦＳ出力の応答遅れが顕著化し、かえって不適切な排気空燃比によりＨＣやＣＯの排出量が増加してしまう。
【０００４】
その対策として特許文献１に記載された排気浄化装置では、ＮＯxパージを開始する際に、まず本来の目標空燃比である第１の空燃比よりもリーン側に設定した第２の空燃比に基づき噴射量フィードバックを実行し、このときの第２の空燃比とＬＡＦＳの出力（実空燃比）とに基づき噴射量に対する補正係数を算出した上で、この補正係数を適用して第１の空燃比を目標空燃比として噴射量フィードバックを実行することにより、制御の精度向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２２０８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＮＯxパージで重要な点は、パージ処理中に所期の排気空燃比を維持することは勿論、パージ処理の開始当初に迅速に所期の排気空燃比を達成することにあり、所期の排気空燃比に到達するまでの燃料増量（ポスト噴射等）は、ＮＯxの放出還元に何ら寄与しない無駄な燃料消費を意味する。特許文献１の排気浄化装置では、第２の空燃比に基づく噴射量フィードバックにより補正係数を算出した後でなければ、本来の第１の空燃比に基づく噴射量フィードバックを開始できず、必然的に所期の排気空燃比への到達が遅れて、無駄な燃料消費により車両の燃費を悪化させるという問題を抱えている。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ＮＯxパージの開始当初に迅速に所期の排気空燃比を達成でき、これによりＨＣやＣＯの排出を抑制した上で、ＮＯxパージに要する燃料消費を節減して車両の燃費を向上させることができるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明のエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気通路に設けられ、排ガスに含まれるＮＯxを吸蔵するＮＯx触媒と、前記エンジンの排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxを放出還元するＮＯxパージの実行が要求されたときに、前記エンジンの排気空燃比をストイキ近傍の第１の空燃比とすべく燃料噴射量を制御するＮＯxパージ手段と、前記ＮＯx触媒の下流側の空燃比を検出する空燃比検出手段と、  前記ＮＯxパージの開始時に実行された前記ＮＯxパージ手段による燃料噴射量の制御の結果、前記第１の空燃比近傍よりリーン側に設定されたリーン判定値よりもリッチ側の空燃比が検出された場合に、前記第１の空燃比を目標値として前記ＮＯxパージ手段に燃料噴射量をフィードバックさせ、前記リーン判定値よりもリーン側の空燃比が検出された場合に、前記第１の空燃比近傍よりリーン側に設定された第２の空燃比を目標値として前記ＮＯxパージ手段に燃料噴射量をフィードバックさせる目標空燃比切換手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
このように構成したエンジンの排気浄化装置によれば、ＮＯxパージの開始当初からストイキ近傍の第１の空燃比に基づき燃料噴射量が制御されるため、排気空燃比は第１の空燃比近傍に迅速に到達し、無駄な燃料消費を回避可能となる。そして、この燃料噴射量の制御の結果、リーン判定値よりもストイキ側の空燃比（ストイキを超えたリッチ側の空燃比も含む）が空燃比検出手段により検出された場合には、第１の空燃比を目標値として燃料噴射量のフィードバックが実行され、これにより問題なく排気空燃比が第１の空燃比に収束する。
【００１０】
これに対して、リーン判定値よりもリーン側の空燃比が空燃比検出手段により検出された場合、即ち、空燃比を目標のストイキへフィードバックすると噴射量の増加側フィードバック操作量が大きいためリッチ側へオーバーシュートし、ＮＯx触媒のＯ2ストレージ能力によるＬＡＦＳ出力の応答遅れの影響で空燃比制御できなくなると推測される場合には、第１の空燃比よりもリーン側の第２の空燃比を目標値として燃料噴射量のフィードバックが実行され、これによりリッチ側へのオーバーシュートが回避される。結果として、エンジンの個体差やＮＯx触媒の経年劣化等がＮＯxパージ中の排気空燃比にどのように影響している場合であっても、排気空燃比をストイキ近傍（第１の空燃比または第２の空燃比）に確実に保ってＨＣやＣＯの排出を未然に抑制可能となる。
【００１１】
その他の態様として、前記ＮＯxパージ手段が、前記ＮＯxパージの開始時には、前記第１の空燃比相当の指示噴射量に基づくフィードフォワードにより燃料噴射を実行し、前記目標空燃比切換手段による前記目標値の設定後には、該設定された目標値に基づき燃料噴射量をフィードバックすることが好ましい。
この態様によれば、ＮＯxパージの開始当初にはフィードフォワードにより燃料噴射が実行されることから、迅速に排気空燃比を第１の空燃比近傍に到達可能となる。
【００１２】
その他の態様として、前記ＮＯxパージ手段による燃料噴射量の制御の結果、前記第１の空燃比よりもリーン側の空燃比が検出された場合に、前記ＮＯxパージの時間を延長化するパージ時間延長手段をさらに備えることが好ましい。
この態様によれば、検出された空燃比が第１の空燃比よりもリーン側である場合には、ストイキとの格差だけ放出還元されるＮＯx量が減少するが、ＮＯxパージの時間が延長化されることによりＮＯx触媒上に残存したＮＯxを放出還元可能となる。
【００１３】
その他の態様として、前記パージ時間延長手段が、前記第１の空燃比と前記リーン判定値との間の空燃比が前記空燃比検出手段により検出された場合に限り、前記ＮＯxパージの時間を延長化することが好ましい。
この態様によれば、検出された空燃比がリーン判定値よりもリーン側である場合には、目標空燃比切換手段により目標値として第２の空燃比が設定され、指示噴射量がＮＯxパージの開始当初の第１の空燃比相当から第２の空燃比相当に切り換えられる。このため排気空燃比が大きく変動する可能性があるが、この場合にはＮＯxパージの時間が延長されないため、不適切な排気空燃比の下で延長分のＮＯxパージが行われる事態が回避される。
【００１４】
その他の態様として、前記第２の空燃比が、前記リーン判定値よりもリーン側の値として設定されていることが好ましい。
この態様によれば、リーン判定値は、排気空燃比が第１の空燃比近傍で平衡した状況を判定する閾値であるため、第１の空燃比の近傍に設定され、これに対して第２の空燃比は、リッチ側へのオーバーシュートを防止すべくリーン判定値よりもリーン側に設定され、これにより、それぞれの機能を適切に奏することが可能となる。
【００１５】
その他の態様として、前記目標空燃比切換手段が、前記ＮＯxパージの開始当初から所定の待機時間が経過した後に、前記空燃比検出手段の検出結果に基づく前記目標値の設定を実行することが好ましい。
この態様によれば、待機時間の経過後に目標値が設定されることから、ＮＯxパージによる燃料噴射量の制御が排気空燃比に反映された後の正確な空燃比検出手段の検出値に基づき目標値を設定可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のエンジンの排気浄化装置によれば、ＮＯxパージの開始当初に迅速に所期の排気空燃比を達成でき、これによりＨＣやＣＯの排出を抑制した上で、ＮＯxパージに要する燃料消費を節減して車両の燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態の排気浄化装置が適用されたディーゼルエンジンを示す全体構成図である。
【図２】ＮＯxパージの開始から待機時間ｔ1後のＬＡＦＳ出力がストイキを超えてリッチ側で平衡した場合を示すタイムチャートである。
【図３】ＮＯxパージの開始から待機時間ｔ1後のＬＡＦＳ出力がストイキとリーン判定値Ｓleanとの間で平衡した場合を示すタイムチャートである。
【図４】ＮＯxパージの開始から待機時間ｔ1後のＬＡＦＳ出力がリーン判定値Ｓleanよりもリーン側で平衡した場合を示すタイムチャートである。
【図５】図３の拡大詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明をディーゼルエンジンの排気浄化装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の排気浄化装置が適用されたディーゼルエンジンを示す全体構成図である。
エンジン１はコモンレール式ディーゼルエンジンとして構成され、図示しない車両に走行用動力源として搭載されている。エンジン１の各気筒に配設された燃料噴射ノズル２には図示しないコモンレールから高圧燃料が供給されており、燃料噴射ノズル２の開弁に応じて各気筒の筒内に燃料が噴射される。
【００１９】
エンジン１の各気筒の吸気ポート３には共通の吸気マニホールド４を介して吸気通路５が接続され、吸気通路５には、上流側よりエアクリーナ６、ターボチャージャ７のコンプレッサ、インタークーラ８及び電子制御式のスロットルバルブ９が配設されている。また、各気筒の排気ポート１１には共通の排気マニホールド１２を介して排気通路１３が接続され、排気通路１３には、上流側よりターボチャージャ７のタービン、吸蔵型ＮＯx触媒１４が配設されている。
【００２０】
エンジン１の運転中においてエアクリーナ６を経て吸気通路５内に導入された吸気はターボチャージャ７のコンプレッサにより加圧された後にインタークーラ８、スロットルバルブ９及び吸気マニホールド４を経て各気筒に分配され、各気筒の吸気行程で筒内に導入される。筒内では所定のタイミングで燃料噴射ノズル２から燃料が噴射されて圧縮上死点近傍で着火・燃焼し、燃焼後の排ガスは排気マニホールド１２を経てターボチャージャ７のタービンを回転駆動した後、ＮＯx触媒１４を経て外部に排出される。
【００２１】
また、吸気通路５と排気通路１３とはＥＧＲ通路１７を介して接続され、ＥＧＲ通路１７にはＥＧＲバルブ１８及びＥＧＲクーラ１９が設けられている。エンジン１の運転中には、ＥＧＲバルブ１８の開度に応じて排気通路１３側から吸気通路５側に排気の一部がＥＧＲガスとして還流される。
一方、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３１は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ３１により、エンジン１の運転制御等の総合的な制御が行われる。
【００２２】
ＥＣＵ３１の入力側には、スロットルバルブ９の開度を検出するスロットルポジションセンサ３２、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ３３、エンジン１の冷却水温Ｔwを検出する水温センサ３４、アクセル開度θaccを検出するアクセルセンサ３５、車速Ｖを検出する車速センサ３６、ＮＯx触媒１４の下流側の排気空燃比を検出するＬＡＦＳ（空燃比検出手段）３７等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
【００２３】
また、ＥＣＵ３１の出力側には、上記した燃料噴射ノズル２、スロットルバルブ９、ＥＧＲバルブ１８等の各種出力デバイスが接続されている。ＥＣＵ３１は、各種センサ類からの検出情報に基づき燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度、ＥＧＲ開度等を演算し、それらの演算結果に基づき各種出力デバイスを駆動制御する。
一方、エンジン１の運転中において、ＮＯx触媒１４は排ガス中に含まれるＮＯxを吸蔵して大気中への排出を防止し、ＥＣＵ３１は、エンジン１の運転領域等に基づきＮＯx触媒１４へのＮＯx吸蔵量を逐次積算し、その積算値がＮＯx触媒１４の吸蔵限界に達する以前にＮＯxパージを実施している（ＮＯxパージ手段）。
【００２４】
本実施形態ではＮＯxパージとして、エンジン１のメイン噴射後のポスト噴射により排気空燃比をストイキ（第１の空燃比）に制御することで、ＨＣやＣＯを還元剤としてＮＯx触媒１４上に供給してＮＯxを放出還元している。しかし、ＮＯx触媒１４のＯ2ストレージ能力に起因してＬＡＦＳ３７の出力に応答遅れが生じ、ストイキを目標空燃比としてポスト噴射量をフィードバックしても、排気空燃比が不適切に制御されてしまう場合がある。
【００２５】
その対策として特許文献１の技術が提案されているが、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、事前にリーン側の第２の空燃比に基づく噴射量フィードバックの実行を要するため、ＮＯxパージの開始当初から所期の排気空燃比（第１の空燃比）を達成できずに無駄な燃料消費を避けられない問題があった。
このような不具合を鑑みて本発明者は、ＮＯxパージの開始当初から所期の排気空燃比（ストイキ）に相当する指示噴射量に制御した上で、このときの空燃比の変化状況に基づき、空燃比を目標のストイキへフィードバックすると噴射量の増加側フィードバック操作量が大きいためリッチ側へオーバーシュートし、ＮＯx触媒のＯ2ストレージ能力によるＬＡＦＳ出力の応答遅れの影響で空燃比制御できなくなる場合に限り、目標空燃比をストイキから切り換えて不適切な空燃比制御を防止する対策を見出した。
【００２６】
より詳述すると、通常時のＮＯx触媒１４は、エンジン１の排ガス中のＮＯxを吸蔵すると共に、酸化雰囲気の排ガス中に多量に含まれるＯ2を吸蔵しており、ＮＯxパージの開始に伴い排気空燃比をストイキに接近させる過程で、ＮＯx触媒１４に吸蔵されているＯ2が放出される（以下、放出Ｏ2という）。このようなＮＯx触媒１４のＯ2ストレージ能力がＬＡＦＳ出力の応答遅れの要因であり、実際の排気空燃比のストイキへの接近に対して、放出Ｏ2の影響によりＬＡＦＳ出力は遅れをもって追従する。
【００２７】
ＮＯxパージの開始当初の指示噴射量はストイキ相当であるが、エンジン１の個体差やＮＯx触媒１４の経年劣化等の諸要因により、排気空燃比がストイキで平衡しない場合がある。例えば図２に示すように、ＮＯxパージの開始から所定の待機時間ｔ1後のＬＡＦＳ出力がストイキを超えてリッチ側で平衡した場合（本発明のリーン判定値よりもストイキ側に相当）、ＮＯx触媒１４がＯ2を放出し終えてＬＡＦＳ３７が放出Ｏ2の影響から脱しており、その出力が真の排気空燃比を示すものと見なせる。よって、この場合には、ストイキを目標空燃比として、ＬＡＦＳ出力に基づく噴射量フィードバックを実行すれば、リッチ側にずれた排気空燃比をストイキに収束可能である。
【００２８】
また、図３に示すように、待機時間ｔ1後のＬＡＦＳ出力がストイキ直前の僅かにリーン側で平衡した場合（本発明のリーン判定値よりもストイキ側に相当）、ＬＡＦＳ出力が僅かに放出Ｏ2の影響を受けているだけであり、その放出Ｏ2に起因するストイキからの格差もＮＯx触媒１４からのＯ2放出の終了と共に消失する（図５に基づき後述する）。よって、この場合には実際の排気空燃比がほとんどストイキで平衡しているため、ストイキを目標空燃比とした噴射量フィードバックにより排気空燃比をストイキに保持可能である。
【００２９】
また、図４に示すように、待機時間ｔ1後のＬＡＦＳ出力がストイキよりかなり手前のリーン側で平衡した場合（本発明のリーン判定値よりもリーン側に相当）、ストイキを目標空燃比とした噴射量フィードバックを実施すると、噴射量の増加側フィードバック操作量が大きいためリッチ側へオーバーシュートし、さらにＮＯx触媒のＯ2ストレージ能力によるＬＡＦＳ出力の応答遅れの影響で過剰な指示噴射量によりリッチ側へのオーバーシュートを助長してしまう。
【００３０】
以上のようにストイキ相当の指示噴射量を与えたとき、ＬＡＦＳ出力がリッチ側で平衡した場合、或いはストイキより僅かにリーン側で平衡した場合には、通常通りにストイキを目標空燃比として噴射量フィードバックを実行しても何ら問題は生じない。しかし、ＬＡＦＳ出力がストイキよりかなり手前のリーン側で平衡した場合には、過剰な指示噴射量でリッチ側へのオーバーシュートが生じることが予測されるため、何らかの対策が必要である。
【００３１】
そこで本実施形態では、このようなオーバーシュートが生じる状況に限り、ＮＯxパージの目標空燃比をストイキよりも若干リーン側の値（第２の空燃比であり、以下、スライトリーンという）に設定する対策がなされており、以下に詳述する。
上記したようにＮＯx吸蔵量の積算値等に基づきＮＯxパージの実施条件が成立すると、ＥＣＵ３１はＮＯxパージを開始する。スロットルバルブ９の閉弁制御により吸気量を制限すると共に、メイン噴射後にフィードフォワードによりポスト噴射を実行する。ポスト噴射の指示噴射量はストイキ相当の値、即ち現在のリーン側の排気空燃比をストイキに切換可能な値に設定される。
【００３２】
このポスト噴射の実施によりエンジン１の排気空燃比はストイキに向けて接近し、それに伴ってＮＯxの放出還元が開始されると共に、ＮＯx触媒１４に吸蔵されているＯ2が放出される。放出Ｏ2の影響を受けてＬＡＦＳ出力は遅れをもって排気空燃比に追従し、エンジン１の個体差やＮＯx触媒１４の経年劣化等に応じた固有の空燃比で平衡する。
そして、この平衡したときのＬＡＦＳ出力に基づき、オーバーシュートが生じる状況か否かを判定するのであるが、まず、オーバーシュートを判定する閾値等、ＮＯxパージを実施するための各設定値について述べる。
【００３３】
ＮＯxパージのパージ時間Ｔpurgeとしては、通常はエンジン１の運転領域毎に設定されたベース時間Ｔbaseが適用され、後述するようにＮＯxパージに不足が生じる場合には、ベース時間Ｔbaseに延長時間ｔ2が加算されて延長化される（パージ時間延長手段）。図２〜４に示すようにＮＯxパージの開始から、このようにして設定されたパージ時間Ｔpurgeが経過した時点でＮＯxパージが終了される。
【００３４】
またＬＡＦＳ３７の出力の判定は、上記したように待機時間ｔ1が経過したタイミングで実施されるが、この待機時間ｔ1は、ＮＯxパージの開始時にストイキ相当のポスト噴射の指示噴射量が与えられてから、ＬＡＦＳ出力が固有の空燃比で平衡するまでの所要時間よりも長い値に設定されている。
例えば、図２に示す場合のＬＡＦＳ出力は、リーン側からストイキに到達後に、放出Ｏ2の影響がなくなるまで一時的にストイキに保持された後に、ストイキ相当の指示噴射量に対応したリッチ側の固有の空燃比で平衡している。仮に、平衡する以前のストイキでの一時的な保持中にＬＡＦＳ３７の出力判定がなされた場合には、ストイキと誤判定されてしまうため、このような出力判定のタイミングとならないように待機時間ｔ1が設定されている。この点は、図３に示すＬＡＦＳ出力がストイキ直前の僅かにリーン側で平衡した場合、及び図４に示すストイキよりかなり手前のリーン側で平衡した場合も同様であり、何れの場合もＬＡＦＳ出力の平衡後に出力判定がなされるように待機時間ｔ1が設定されている。
【００３５】
これにより、ストイキ相当の指示噴射量が排気空燃比に反映された後の正確なＬＡＦＳ出力に基づき、オーバーシュートの可能性を的確に判定でき、その後の噴射量フィードバックの目標値を適切に設定することができる。なお、指示噴射量が与えられてから固有の空燃比で平衡するまでのＬＡＦＳ出力の挙動は、排気流量や排気温度等に応じて相違する。そこで待機時間ｔ1は、その時点の排気流量及び排気温度に基づき設定される。
【００３６】
また、平衡後のＬＡＦＳ出力がリーン側であるとき、オーバーシュートにつながるか否か（目標空燃比をスライトリーンにするかストイキにするか）は、リーン判定値Ｓleanに基づき判定される。上記のようにリーン側のＬＡＦＳ出力であっても目標空燃比としてストイキを設定してもよい場合は、リーン側への出力のずれが放出Ｏ2によるごく僅かなものであり、実際の排気空燃比が既にストイキ近傍で平衡した状況であるときに限られ、それ以外ではオーバーシュート対策としてスライトリーンが必要になる。よって、リーン判定値Ｓleanはストイキ近傍の値、例えば、放出Ｏ2によるＬＡＦＳ出力のリーン側へのずれよりも若干大きな値に設定されている。
【００３７】
また、図３を拡大した図５に示すように、オーバーシュート対策のスライトリーンは、リーン判定値Ｓleanよりもリーン側の値として設定されている。目標空燃比のスライトリーンへの切換は、ＬＡＦＳ出力と目標空燃比との格差を縮小して指示噴射量を減少させることにより、リッチ側へのオーバーシュートを防止することを目的とするため、例えばリーン判定値Ｓleanのようなストイキ近傍の値では、オーバーシュートを抑制しきれないためである。
【００３８】
以上のような各設定値に基づきＮＯxパージが実施され、以下、図２〜４のケース毎に制御状況を説明する。
図２のタイムチャートは、ＮＯxパージの開始から所定の待機時間ｔ1後のＬＡＦＳ出力がストイキを超えてリッチ側で平衡した場合を示している。ＮＯx触媒１４からの放出Ｏ2はＬＡＦＳ出力に対してリーン側に作用するため、ＬＡＦＳ出力がリッチ側であることはＮＯx触媒１４がＯ2を放出し終えて、ＬＡＦＳ３７がＯ2ストレージ能力の影響から脱したことを意味する。
【００３９】
よって、ＬＡＦＳ出力は真の排気空燃比を示すと見なせることから、このＬＡＦＳ出力に基づき、通常通りストイキを目標空燃比として噴射量フィードバックが実行され（目標空燃比切換手段）、これによりリッチ側にずれた排気空燃比がストイキに収束される。そして、このときパージ時間Ｔpurgeとしてはベース時間Ｔbaseが適用され、ベース時間Ｔbase相当の経過後にＮＯxパージは終了される。
【００４０】
図３のタイムチャートは、待機時間ｔ1後のＬＡＦＳ出力がストイキ直前の僅かにリーン側で平衡した場合、即ちＬＡＦＳ出力がストイキとリーン判定値Ｓleanとの間にある場合を示している。ＬＡＦＳ出力はストイキの直前からストイキに向けて漸近し、その後にストイキに保持されている。上記のように、このときのストイキとＬＡＦＳ出力との僅かな格差は、ＬＡＦＳ出力が放出Ｏ2の影響を受けてリーン側にずれただけのものである。この点は、ストイキに漸近・保持されるときのＬＡＦＳ３７の出力変化が、ＮＯx触媒１４からの放出Ｏ2が次第に減少して放出終了に至る過程と符号することからも判る。
【００４１】
よって、実際の排気空燃比がほとんどストイキで平衡し、且つその排気空燃比にＬＡＦＳ出力が一致していることから、通常通りストイキを目標空燃比として噴射量フィードバックが実行され（目標空燃比切換手段）、これにより排気空燃比がストイキに保持される。
また、このときのパージ時間Ｔpurgeとしては、ベース時間Ｔbaseに延長時間ｔ2を加算した値が適用される。即ち、上記のように実際の排気空燃比がほとんどストイキで平衡しているものの、特にＮＯxパージの開始当初には、ストイキとの格差分だけ放出還元されるＮＯx量が減少する。よって、通常のベース時間Ｔbase相当のパージ時間ＴpurgeでＮＯxパージを終了すると、ＮＯx触媒１４上にＮＯxが残存する。パージ時間Ｔpurgeを延長化することにより、この残存分のＮＯxを放出還元することができる。
【００４２】
このような趣旨のため、例えば延長時間ｔ2は以下のように設定される。図５に示すように、ＮＯxパージの開始によりＬＡＦＳ出力がストイキ直前で平衡すると（図５中のポイントａ）、その出力とストイキとの差分を逐次算出して積算する。ＬＡＦＳ出力がストイキに収束した時点で（図５中のポイントｂ）、積算値に基づきＮＯxパージ量の不足分を求め（図５中のハッチング領域に相当）、その不足分をストイキの環境下で放出還元可能な延長時間ｔ2を算出する。そして、この延長時間ｔ2をベース時間Ｔbaseに加算し、求めたパージ時間Ｔpurgeが経過するまでＮＯxパージを継続する。
【００４３】
一方、図４のタイムチャートは、待機時間ｔ1後のＬＡＦＳ出力がストイキよりかなり手前のリーン側で平衡した場合、即ち、ＬＡＦＳ出力がリーン判定値Ｓleanよりもリーン側にある場合を示している。このような状況では、ストイキを目標空燃比とした噴射量フィードバックではＬＡＦＳ出力の応答遅れによりリッチ側にオーバーシュートしてしまう。
【００４４】
そこで、目標空燃比としてスライトリーンが設定される（目標空燃比切換手段）。これによりＬＡＦＳ出力と目標空燃比との格差が縮小されて指示噴射量が減少され、排気空燃比はスライトリーンに収束する。このときの排気空燃比はスライトリーンに対しては一時的にオーバーシュートする場合もあり得るが、ストイキを超えてリッチ側の領域に進入することはない。よって、リッチ側への排気空燃比の変動に起因するＨＣやＣＯの排出が未然に防止される。
【００４５】
なお、このときにもパージ時間Ｔpurgeとしてベース時間Ｔbaseが適用される。図３の場合よりもＮＯxパージ中のＬＡＦＳ出力がストイキからリーン側にずれているため、放出還元されるＮＯxパージ量の不足を解消するために、パージ時間Ｔpurgeを延長化する必要性はより高い。しかし、このときには指示噴射量がＮＯxパージの開始当初のストイキ相当からスライトリーン相当に切り換えられた直後であるため、排気空燃比が大きく変動する可能性がある。よって、不適切な排気空燃比の下で延長分のＮＯxパージが行われる事態を回避する趣旨で、通常通りベース時間Ｔbaseをパージ時間Ｔpurgeに適用しているのである。
【００４６】
但し、ストイキのごく近くにスライトリーンが設定されている場合には、スライトリーンへの切換時の排気空燃比の変動が相対的に小さくなるため、ＮＯxパージの放出還元を優先してパージ時間Ｔpurgeを延長化してもよい。
以上のように本実施形態のエンジン１の排気浄化装置によれば、ＮＯxパージの開始当初からストイキ相当の指示噴射量に基づくポスト噴射を実行し、その結果、ＬＡＦＳ出力がリッチ側で平衡した場合、及びストイキとリーン判定値Ｓleanとの間で平衡した場合には、通常通りにストイキを目標空燃比として噴射量フィードバックを実行し、ＬＡＦＳ出力がリーン判定値Ｓleanよりもリーン側で平衡した場合に限り、スライトリーンを目標空燃比として噴射量フィードバックを実行している。
【００４７】
即ち、ＮＯxパージの開始当初からストイキ相当の指示噴射量でポスト噴射を実行するため、排気空燃比をストイキ近傍に迅速に到達させることができる。特に本実施形態では、ＮＯxパージの開始当初はフィードフォワードによりポスト噴射を実行することから、排気空燃比が一層迅速にストイキ近傍に到達する。よって、特許文献１の技術のような無駄な燃料消費を回避でき、これによりＮＯxパージに要する燃料消費を節減して車両の燃費を向上させることができる。
【００４８】
そして、このときの排気空燃比の変化状況に基づき噴射量フィードバックを実行する際には、ＬＡＦＳ出力がリーン判定値Ｓleanよりもリーン側で平衡した場合に限って目標空燃比をスライトリーンに設定して、噴射量の増加側フィードバック操作量とＮＯx触媒１４のＯ2ストレージ能力に起因するリッチ側へのオーバーシュートを回避している。これにより、エンジン１の個体差やＮＯx触媒１４の経年劣化等がＮＯxパージ中の排気空燃比にどのように影響している場合であっても、排気空燃比をストイキに確実に保ってＨＣやＣＯの排出を未然に抑制した上で、良好な効率でＮＯxパージを実施することができる。
【００４９】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ディーゼルエンジン１の排気浄化装置に具体化したが、排気通路に吸蔵型ＮＯx触媒を備えたエンジンであれば種別は限定されるものではなく、例えばリーンバーンエンジンに適用してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１    エンジン
１３  排気通路
１４  ＮＯx触媒
３１  ＥＣＵ（ＮＯxパージ手段、目標空燃比切換手段、パージ時間延長手段）
３７  空燃比検出手段
【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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