(57)【要約】【課題】内燃機関の制御装置において、触媒に流入する排気空燃比を過剰に低くさせず、エミッションが悪化することを抑制する技術を提供する。【解決手段】ＮＳＲ触媒に流入する排気空燃比を低くし、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるＮＯｘ還元を実施する開始時には、初めに排気空燃比を最終目標空燃比よりも高い中間目標空燃比に収束させ、その後に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させると共に、排気空燃比を中間目標空燃比に収束させた後に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるときにＮＳＲ触媒の吸蔵酸素が消費されるまでの所定期間は、排気空燃比の値を反映させて排気空燃比を最終目標空燃比に到達させる閉ループ制御を行わない。【選択図】図５
2009264334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気空燃比が高いときに排気浄化を行い、流入する排気空燃比が低いときに排気浄化能力を回復する触媒と、
前記触媒に流入する排気空燃比を低くし、前記触媒の排気浄化能力を回復させる回復制御手段と、
を備え、
前記回復制御手段が前記触媒の排気浄化能力を回復させる開始時には、初めに排気空燃比を最終目標空燃比よりも高い中間目標空燃比に収束させ、その後に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させると共に、排気空燃比を中間目標空燃比に収束させた後に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるときに前記触媒の吸蔵酸素が消費されるまでの所定期間は、排気空燃比の値を反映させて排気空燃比を最終目標空燃比に到達させる閉ループ制御を行わないことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
中間目標空燃比は、内燃機関の個体差による影響を解消し、前記触媒の吸蔵酸素の影響を受けないように設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるときに前記所定期間経過後は、排気空燃比の値を反映させて排気空燃比を最終目標空燃比に到達させる閉ループ制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
排気空燃比を中間目標空燃比に収束させる場合に、排気空燃比の値を反映させて排気空燃比を中間目標空燃比に収束させる閉ループ制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
排気空燃比を中間目標空燃比に収束させたときにその後に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるために所定時間以上時間がかかると判断した場合に、一旦排気空燃比を最終目標空燃比よりも低い低位目標空燃比に到達させるよう目標空燃比を切り換え、その後排気空燃比が最終目標空燃比以上の間に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるよう目標空燃比を切り換えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒に流入する排気空燃比を検出する触媒前空燃比センサと、触媒から流出する排気の酸素濃度を検出する触媒後酸素センサと、を備え、これらのセンサの検出結果に基づいて触媒の酸素吸蔵量を演算し、演算した酸素吸蔵量に基づいて触媒の実酸素吸蔵量が目標量となるように内燃機関の空燃比を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ＮＯｘ還元時に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵酸素が存在する間は第１空燃比に制御し、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の吸蔵酸素が消費された後は第１空燃比よりも低い第２空燃比に制御する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
排気系に三元触媒と吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とを備え、三元触媒に吸蔵されている酸素が脱離する期間と、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘが脱離・浄化される期間とで、リッチ燃焼運転中の空燃比を変更制御する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
ＮＯｘ還元時に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から初期に放出される酸素量に見合う還元剤量を加算して前期リッチ制御を行い、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から酸素放出が完了すると前期リッチ制御よりも目標空燃比を大きくした後期リッチ制御を行う技術が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００１−２３４７８７号公報
【特許文献２】特開２００４−３３９９６７号公報
【特許文献３】国際公開第２００４／０９７２００号パンフレット
【特許文献４】特開２００６−７０８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで内燃機関の排気通路に配置された触媒の排気浄化能力を回復させるために触媒に流入する排気空燃比を低くした場合に、排気空燃比が過剰に低くなってしまい、未燃焼成分や還元成分が排出されてエミッションが悪化する場合があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の制御装置において、触媒に流入する排気空燃比を過剰に低くさせず、エミッションが悪化することを抑制する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気空燃比が高いときに排気浄化を行い、流入する排気空燃比が低いときに排気浄化能力を回復する触媒と、
前記触媒に流入する排気空燃比を低くし、前記触媒の排気浄化能力を回復させる回復制御手段と、
を備え、
前記回復制御手段が前記触媒の排気浄化能力を回復させる開始時には、初めに排気空燃比を最終目標空燃比よりも高い中間目標空燃比に収束させ、その後に排気空燃比を最終目
標空燃比に到達させると共に、排気空燃比を中間目標空燃比に収束させた後に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるときに前記触媒の吸蔵酸素が消費されるまでの所定期間は、排気空燃比の値を反映させて排気空燃比を最終目標空燃比に到達させる閉ループ制御を行わないことを特徴とする内燃機関の制御装置である。
【０００９】
本発明によると、回復制御手段が触媒の排気浄化能力を回復させる開始時に、初めに排気空燃比を中間目標空燃比に収束させる。これにより内燃機関の個体差による影響を加味して中間目標空燃比に排気空燃比を収束させるために必要な制御量が分かる。このため中間目標空燃比に収束させた後から排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるために必要な制御量が、中間目標空燃比に排気空燃比を収束させるために必要な制御量から求めることができる。求められた排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるために必要な制御量には、内燃機関の個体差による影響が加味されている。よって内燃機関の個体差による影響を解消でき、内燃機関の個体差による影響に起因して排気空燃比が最終目標空燃比よりも過剰に低くなってしまうことがなくなる。
【００１０】
ここで触媒は、流入する排気空燃比が高いときに排気中の酸素を吸蔵し、流入する排気空燃比が低いときに吸蔵していた酸素（吸蔵酸素）を放出する酸素吸蔵能（Ｏ２ストレージ効果）を有している。回復制御手段が触媒の排気浄化能力を回復させる時に、触媒に流入する排気空燃比が低くなればＯ２ストレージ効果の影響を受け、触媒から吸蔵酸素が放出され吸蔵酸素が消費されるまで検出される見かけの排気空燃比の値が低くなることが阻害される。このためＯ２ストレージ効果の影響下で検出される見かけの排気空燃比の値を低くしようと制御量を変更してしまうと、その後に吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素が消費されてＯ２ストレージ効果の影響を受けなくなったときに、Ｏ２ストレージ効果の影響下で変更した制御量によって実際の排気空燃比が過剰に低くなってしまう。そこで中間目標空燃比に収束させた後に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるときに触媒の吸蔵酸素が消費されるまでの所定期間は、排気空燃比の値を反映させて排気空燃比を最終目標空燃比に到達させる閉ループ制御を行わない。これにより所定期間は、Ｏ２ストレージ効果の影響が閉ループ制御に及ばなくなる。よってＯ２ストレージ効果の影響下で閉ループ制御を行って検出される見かけの排気空燃比の値を低くしようと制御量を変更してしまうことがなくなり、その制御量の変更後に吸蔵酸素が消費されてＯ２ストレージ効果の影響を受けなくなったときに、Ｏ２ストレージ効果の影響下で変更した制御量によって実際の排気空燃比が最終目標空燃比よりも過剰に低くなってしまうことがなくなる。
【００１１】
したがって回復制御手段が触媒の排気浄化能力を回復させるために触媒に流入する排気空燃比を低くする際に、排気空燃比を過剰に低くさせず、排気空燃比を低くすることに起因して発生する未燃焼成分や還元成分の排出を抑制しエミッションが悪化することを抑制できる。
【００１２】
中間目標空燃比は、内燃機関の個体差による影響を解消し、前記触媒の吸蔵酸素の影響を受けないように設定されるとよい。
【００１３】
本発明によると、排気空燃比を中間目標空燃比に収束させることで、内燃機関の個体差による影響を加味して中間目標空燃比に排気空燃比を収束させるために必要な制御量が分かり、内燃機関の個体差による影響を解消できる。また触媒の吸蔵酸素の影響を受けない（Ｏ２ストレージ効果の影響による吸蔵酸素の放出がない）ように中間目標空燃比が設定されるので、排気空燃比を中間目標空燃比よりも低い最終目標空燃比に到達させるときに、触媒の吸蔵酸素の影響を受ける（Ｏ２ストレージ効果の影響による吸蔵酸素が放出される）ようにすることができる。
【００１４】
排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるときに前記所定期間経過後は、排気空燃比の
値を反映させて排気空燃比を最終目標空燃比に到達させる閉ループ制御を行うとよい。
【００１５】
本発明によると、触媒の吸蔵酸素が消費されＯ２ストレージ効果の影響が及ばなくなってから閉ループ制御を行うことができる。よってＯ２ストレージ効果の影響を受けずに閉ループ制御を行って排気空燃比を高精度に最終目標空燃比に到達させることができる。
【００１６】
排気空燃比を中間目標空燃比に収束させる場合に、排気空燃比の値を反映させて排気空燃比を中間目標空燃比に収束させる閉ループ制御を行うとよい。
【００１７】
本発明によると、閉ループ制御を行って排気空燃比を高精度に中間目標空燃比に収束させることができる。
【００１８】
排気空燃比を中間目標空燃比に収束させたときにその後に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるために所定時間以上時間がかかると判断した場合に、一旦排気空燃比を最終目標空燃比よりも低い低位目標空燃比に到達させるよう目標空燃比を切り換え、その後排気空燃比が最終目標空燃比以上の間に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるよう目標空燃比を切り換えるとよい。
【００１９】
ここで排気空燃比を中間目標空燃比に収束させたときにその後に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるために所定時間以上時間がかかると判断できる場合には、そのときに触媒通過ガス量が少ない場合や、そのときに内燃機関に供給される余剰燃料量が少ない場合が含まれる。所定時間とは、それ以上時間がかかると、触媒の排気浄化能力を回復させることが遅くなり過ぎてしまう閾値の時間である。
【００２０】
本発明によると、一旦排気空燃比を最終目標空燃比よりも低い低位目標空燃比に到達させるように目標空燃比を切り換えることで、排気空燃比を速やかに低くすることができる。また低位目標空燃比に到達させるよう目標空燃比を切り換えた後に排気空燃比が最終目標空燃比以上の間に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるよう目標空燃比を切り換えるので、排気空燃比が最終目標空燃比よりも過剰に低くなってしまうこともない。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、内燃機関の制御装置において、触媒に流入する排気空燃比を過剰に低くさせず、エミッションが悪化することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００２３】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。各気筒内には、燃料を噴射する燃料噴射弁２が配置されている。内燃機関１は、車両に搭載されている。内燃機関１には、吸気通路３及び排気通路６が接続されている。
【００２４】
内燃機関１に接続された吸気通路３の途中には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量（吸気量）を調節するスロットル弁４が配置されている。このスロットル弁４は、電動アクチュエータにより開閉される。スロットル弁４よりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する新気吸入空気（以下、新気という）の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ５が配置されている。このエアフローメータ５により、内燃機関１の新気量（吸気量）が測定される。吸気通路３及び吸気通路３に配置される上記機器が内燃機関１
の吸気系を構成している。
【００２５】
一方、内燃機関１に接続された排気通路６の途中には、ＮＳＲ触媒７が配置されている。ＮＳＲ触媒７は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であり、内燃機関１が通常運転状態のように排気空燃比が高いリーンのときには、排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比が低いリッチ若しくは理論空燃比になり且つ排気中に還元成分が存在するとき（還元雰囲気のとき）には、吸蔵したＮＯｘを放出する特性を有する。またＮＳＲ触媒７は、ＮＯｘと共に燃料などに含まれる硫黄成分（ＳＯｘ）を吸蔵し、高温且つ排気空燃比が低いリッチ若しくは理論空燃比のときに吸蔵していた硫黄成分を放出する特性も有する。さらにＮＳＲ触媒７は、流入する排気空燃比が高いリーンのときに排気中の酸素を吸蔵し、流入する排気空燃比が低くなり理論空燃比を通過してリッチになるときに吸蔵していた酸素（吸蔵酸素）を放出する酸素吸蔵能（Ｏ２ストレージ効果）を有している。本実施例におけるＮＳＲ触媒７が本発明の触媒に相当する。またＮＳＲ触媒７のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵能力が本発明の排気浄化能力に相当する。
【００２６】
ＮＳＲ触媒７の直下流の排気通路６には、排気空燃比を検出する空燃比センサ８が配置されている。排気通路６及び排気通路６に配置される上記機器が内燃機関１の排気系を構成している。
【００２７】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ９が併設されている。このＥＣＵ９は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００２８】
ＥＣＵ９には、エアフローメータ５、空燃比センサ８、クランクポジションセンサ１０、及びアクセルポジションセンサ１１などの各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ９に入力されるようになっている。
【００２９】
一方、ＥＣＵ９には、燃料噴射弁２及びスロットル弁４の電動アクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ９によりこれらの機器が制御される。
【００３０】
ＥＣＵ９は、クランクポジションセンサ１０やアクセルポジションセンサ１１などの出力信号を受けて内燃機関１の運転状態を判別し、判別された機関運転状態に基づいて内燃機関１や上記機器を電気的に制御する。
【００３１】
ところで、排気通路６に配置されたＮＳＲ触媒７は吸蔵するＮＯｘが内燃機関１の運転時間と共に増加する。そしてＮＳＲ触媒７は吸蔵したＮＯｘが増加して行くと、ＮＯｘ吸蔵能力が低下してしまう。最終的にはＮＳＲ触媒７のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＳＲ触媒７に吸蔵されずに大気中へ放出されてしまうおそれもある。そこでＮＳＲ触媒７のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるために、ＮＳＲ触媒７に堆積したＮＯｘ堆積量が所定量以上になると、燃料噴射弁２から噴射される燃料量を増量すると共にスロットル弁４を調節して吸気量を削減して内燃機関１をリッチ燃焼させ、内燃機関１から未燃焼成分を排気通路６へ供給し、ＮＳＲ触媒７に流入する排気空燃比を目標空燃比のリッチに低下させＮＳＲ触媒７からＮＯｘを放出させるＮＯｘ還元を実施する場合がある。本実施例におけるＮＯｘ還元を実行するＥＣＵ９が本発明の回復制御手段に相当する。
【００３２】
またＮＳＲ触媒７はＮＯｘと共に硫黄成分（ＳＯｘ）が内燃機関１の運転時間と共に増加する。そしてＮＳＲ触媒７は吸蔵した硫黄成分が増加して行くと、ＮＯｘ吸蔵能力が低下してしまう。そこでＮＳＲ触媒７のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるために、ＮＳＲ触媒７に堆積した硫黄成分堆積量が所定量以上になると、燃料噴射弁２から噴射される燃料量を増量すると共にスロットル弁４を調節して吸気量を削減して内燃機関１をリッチ燃焼させ
、内燃機関１から未燃焼成分を排気通路６へ供給し、ＮＳＲ触媒７を高温に昇温すると共にＮＳＲ触媒７に流入する排気空燃比を目標空燃比のリッチに低下させＮＳＲ触媒７から硫黄成分を放出させるＳ再生を実施する場合がある。本実施例におけるＳ再生を実行するＥＣＵ９が本発明の回復制御手段に相当する。
【００３３】
なお以下では、回復制御手段が実行する制御としてリッチ燃焼を用いたＮＯｘ還元の場合を例に挙げて説明する。Ｓ再生については説明を省略するが、ＮＯｘ還元と同様な制御が行われるものである。また本実施例では、内燃機関１のリッチ燃焼は燃料噴射弁２から噴射される燃料量は変更せず、スロットル弁４で調節する吸気量を変更して行われ、これによって排気空燃比を低下させるようにしている。
【００３４】
ここで従来のＮＯｘ還元の実施時には、図２に示すように内燃機関１の機関回転数及び機関負荷に基づいてリッチ燃焼におけるスロットル弁４で調節され内燃機関に吸入される基本吸気量と燃料噴射弁２から気筒内に噴射される基本燃料量を設定していた。そして内燃機関１の個体差によるＮＳＲ触媒７に流入する排気空燃比のずれを抑制するため、空燃比センサ８で検出した実際の排気空燃比の値を反映させて燃料量を補正し空燃比センサ８で検出する排気空燃比の値が所定の排気空燃比に収束するよう閉ループ制御を行っていた。
【００３５】
しかし基本吸気量や基本燃料量は、基本となる内燃機関１において設定するが、内燃機関１の個体差がある場合には設定に基づく所望の排気空燃比にならない場合があった。この場合に図３に示すように設定時の見込みの吸気量が過少若しくは見込みの燃料量が過多となり（図３では吸気量が過少の場合を示す。）、排気空燃比が目標空燃比よりも過剰に低く過剰リッチになってしまうことがある。このためリッチ燃焼によって排気空燃比を低くすることに起因して発生する未燃焼成分が排出されエミッションが悪化してしまう。
【００３６】
また内燃機関１の個体差によるＮＳＲ触媒７に流入する排気空燃比のずれを抑制するため閉ループ制御を行うが、図４に示すように排気空燃比が高いリーンから理論空燃比を通過して排気空燃比が低いリッチに排気空燃比を低下させる際、Ｏ２ストレージ効果の影響を受けてＮＳＲ触媒７から吸蔵酸素が放出され吸蔵酸素が消費されるまでＮＳＲ触媒７の直下流に配置された空燃比センサ８が検出する見かけの排気空燃比の値が理論空燃比で停滞し理論空燃比よりも低くなることが阻害される。すなわちＯ２ストレージ効果の影響を受ける期間、空燃比センサ８の応答が停止してしまう。このためＯ２ストレージ効果の影響下で空燃比センサ８が検出する見かけの排気空燃比の値を理論空燃比よりも低くしようと閉ループ制御で制御している吸気量といった制御量を変更してしまうと制御量が過剰となる。そしてその後に吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素が消費されてＯ２ストレージ効果の影響を受けなくなったときに、Ｏ２ストレージ効果の影響下で変更した過剰な制御量によって実際の排気空燃比が過剰に低くリッチになってしまうことがある。このためリッチ燃焼によって排気空燃比を低くすることに起因して発生する未燃焼成分が排出されエミッションが悪化してしまう。
【００３７】
そこで本実施例では、図５に示すように、ＮＯｘ還元を実施する開始時には、初めに排気空燃比を排気空燃比がリッチの最終目標空燃比よりも高く且つ理論空燃比近傍のリーンの中間目標空燃比に収束させ、その後に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるようにした。そして排気空燃比を中間目標空燃比に収束させた後に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるときに、Ｏ２ストレージ効果の影響を受けてＮＳＲ触媒７の吸蔵酸素が放出され消費されるまでの所定期間は、空燃比センサ８で検出する排気空燃比の値を反映させて排気空燃比を最終目標空燃比に到達させる閉ループ制御を行わないようにした。
【００３８】
ここで所定期間は、Ｏ２ストレージ効果の影響を受けるＮＳＲ触媒７の吸蔵酸素が消費
されるまでの期間であり、排気空燃比をリーンから理論空燃比を経てリッチにするときに空燃比センサ８で検出する排気空燃比が理論空燃比で停滞する期間ともいえる。
【００３９】
本実施例によると、図５に示すようにＮＯｘ還元を実施する開始時に、初めに排気空燃比を中間目標空燃比に収束させる。この排気空燃比を中間目標空燃比に収束させる場合に、空燃比センサ８が検出する排気空燃比の値を反映させて排気空燃比を中間目標空燃比に収束させる閉ループ制御を行う。このため閉ループ制御を行って排気空燃比を高精度に中間目標空燃比に収束させることができる。そしてこれにより内燃機関１の個体差による影響を加味して中間目標空燃比に排気空燃比を収束させるために必要な制御量としてスロットル弁４で調節される吸気量が分かる。このため中間目標空燃比に収束させた後から排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるために必要な吸気量が、中間目標空燃比に排気空燃比を収束させるために必要な吸気量から求めることができる。求められた排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるために必要な吸気量には、内燃機関１の個体差による影響が加味されている。よって内燃機関１の個体差による影響を解消でき、内燃機関１の個体差による影響に起因して排気空燃比が最終目標空燃比よりも過剰に低くなってしまうことがなくなる。
【００４０】
また本実施例によると、図５に示すように所定期間は、排気空燃比の値を反映させて排気空燃比を最終目標空燃比に到達させる閉ループ制御を行わない。これにより所定期間は、Ｏ２ストレージ効果の影響が閉ループ制御に及ばなくなる。よってＮＳＲ触媒７から吸蔵酸素が放出されているＯ２ストレージ効果の影響下で閉ループ制御を行って、理論空燃比で停滞している空燃比センサ８で検出される見かけの排気空燃比の値を理論空燃比よりも低くしようとスロットル弁４を調節して吸気量を過剰に削減してしまうことがなくなる。そしてその吸気量の過剰な削減後に吸蔵酸素が消費されてＯ２ストレージ効果の影響を受けなくなったときに、過剰に削減した吸気量によって実際の排気空燃比が最終目標空燃比よりも過剰に低くなってしまうことがなくなる。
【００４１】
したがってＮＯｘ還元を実施してＮＳＲ触媒７に流入する排気空燃比をリッチまで低くする際に、排気空燃比を最終目標空燃比よりも過剰に低くさせず、排気空燃比を低くすることに起因して発生する未燃焼成分の排出を抑制しエミッションが悪化することを抑制できる。
【００４２】
ここで中間目標空燃比は、内燃機関１の個体差による影響を解消し、ＮＳＲ触媒７の吸蔵酸素の影響を受けないように設定される。これによると、排気空燃比を中間目標空燃比に収束させることで、内燃機関１の個体差による影響を加味して中間目標空燃比に排気空燃比を収束させるために必要な吸気量が分かり、内燃機関１の個体差による影響を解消できる。またＮＳＲ触媒７の吸蔵酸素の影響を受けないように中間目標空燃比が理論空燃比近傍のリーンに設定されるので、排気空燃比を中間目標空燃比よりもリッチ側の低い最終目標空燃比に到達させるときに排気空燃比が理論空燃比に低下し、ＮＳＲ触媒７の吸蔵酸素の影響を受け、すなわちＯ２ストレージ効果の影響によって吸蔵酸素が放出されるようにすることができる。なお中間目標空燃比が理論空燃比近傍のリーンに設定されるのは、理論空燃比よりもリーンであることでＮＳＲ触媒７の吸蔵酸素の影響を受けないようにしつつ、理論空燃比近傍であることで排気空燃比がなるべくリッチ側での内燃機関１の個体差による影響を加味できるようにしている。
【００４３】
そして本実施例では、図５に示すように排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるときに所定期間経過後は、空燃比センサ８で検出する排気空燃比の値を反映させて排気空燃比を最終目標空燃比に到達させる閉ループ制御を行うようにしている。これによると、ＮＳＲ触媒７の吸蔵酸素が消費されＯ２ストレージ効果の影響が及ばなくなってから、具体的には排気空燃比が理論空燃比よりも低いリッチとなってから閉ループ制御を行うことがで
きる。よってＯ２ストレージ効果の影響を受けずに閉ループ制御を行って、排気空燃比を高精度に最終目標空燃比に到達させることができる。
【００４４】
次に、本実施例によるＮＯｘ還元開始制御ルーチンについて説明する。図６は、本実施例によるＮＯｘ還元開始制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００４５】
ステップＳ１０１では、ＥＣＵ９は、ＮＯｘ還元の実施要求があるか否かを判別する。具体的には各種センサの出力値から内燃機関１の運転状態を検出し、ＮＳＲ触媒７に流入するＮＯｘ量、触媒状態、還元効率、燃費悪化などの情報に鑑みＮＯｘ還元を実施する必要があるか否かを判別する。
【００４６】
ステップＳ１０１においてＮＯｘ還元の実施要求がないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。ステップＳ１０１においてＮＯｘ還元の実施要求があると肯定判定された場合には、ステップＳ１０２へ移行する。
【００４７】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ９は、排気空燃比を低下させる１番目の目標空燃比として中間目標空燃比を設定する。中間目標空燃比は、上記したように理論空燃比近傍のリーンの値に設定される。
【００４８】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ９は、排気空燃比を中間目標空燃比に収束させる閉ループ制御を実施する。ここでの具体的な閉ループ制御は、空燃比センサ８が検出する排気空燃比の値を反映させて、スロットル弁４を調節して吸気量を変化させて行き、空燃比センサ８が検出する排気空燃比の値を中間目標空燃比に落ち着かせ、排気空燃比を中間目標空燃比に高精度に収束させる。
【００４９】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ９は、排気空燃比が中間目標空燃比に収束したか否かを判別する。具体的にはスロットル弁４を調節して変更する吸気量の変更が所定の許容範囲に収まる場合或いはスロットル弁４の調節が所定の許容範囲に収まる場合に、排気空燃比が中間目標空燃比に収束したと判別する。
【００５０】
ステップＳ１０４において排気空燃比が中間目標空燃比に収束していないと否定判定された場合には、ステップＳ１０３へ戻る。ステップＳ１０４において排気空燃比が中間目標空燃比に収束したと肯定判定された場合には、ステップＳ１０５へ移行する。
【００５１】
このステップＳ１０４により排気空燃比が中間目標空燃比に収束したと肯定判定された場合に、内燃機関１の個体差による影響を加味して中間目標空燃比に排気空燃比を収束させるために必要なスロットル弁４で調節される吸気量が分かることになる。言い換えれば、個体差のある各内燃機関１のそれぞれの、中間目標空燃比に排気空燃比を収束させるために必要なスロットル弁４で調節される吸気量が学習できたことになる。
【００５２】
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ９は、排気空燃比を低下させる２番目の目標空燃比として最終目標空燃比を設定する。最終目標空燃比は、上記したように理論空燃比よりもリッチの従来からＮＯｘ還元で用いられる値に設定される。
【００５３】
ステップＳ１０６では、ＥＣＵ９は、排気空燃比をステップＳ１０５で設定した最終目標空燃比に到達させるための吸気量を算出する。本実施例ではステップＳ１０６に移行した時点の排気空燃比である中間目標空燃比から最終目標空燃比に到達させるに必要な吸気量を算出する。当該吸気量は、ステップＳ１０４において分かった中間目標空燃比に排気空燃比を収束させるために必要な吸気量に基づいて求めることができる。
【００５４】
ステップＳ１０７では、ＥＣＵ９は、排気空燃比を最終目標空燃比に収束させる閉ループ制御を禁止する。このステップＳ１０７により、ＮＳＲ触媒７から吸蔵酸素が放出されているＯ２ストレージ効果の影響下で閉ループ制御を行って、空燃比センサ８で検出される理論空燃比で停滞している見かけの排気空燃比の値を理論空燃比よりも低くしようとスロットル弁４を調節して吸気量を過剰に削減してしまうことがなくなる。
【００５５】
ステップＳ１０８では、ＥＣＵ９は、ステップＳ１０６で算出された吸気量へ減量するようにスロットル弁４を閉じ側へ調節する。このステップＳ１０８では、閉ループ制御が禁止されているので、空燃比センサ８で検出される排気空燃比の値を反映してスロットル弁４を閉じ側へ調節することは行わない。本ステップでは単に、ステップＳ１０６で算出された吸気量を予め求められているマップに取り込んでその吸気量となるようにマップから求まるスロットル弁４の開度へスロットル弁４を閉じ側へ調節する。
【００５６】
ステップＳ１０９では、ＥＣＵ９は、空燃比センサ８で検出する排気空燃比が理論空燃比よりも低くなるか否かを判別する。
【００５７】
ステップＳ１０９において排気空燃比が理論空燃比以上と否定判定された場合には、ステップＳ１０９へ戻る。ステップＳ１０９において排気空燃比が理論空燃比よりも低くなったと肯定判定された場合には、ステップＳ１１０へ移行する。
【００５８】
ステップＳ１０９において排気空燃比が理論空燃比よりも低くなったと肯定判定された場合は、ＮＳＲ触媒７から放出される吸蔵酸素が消費されてＯ２ストレージ効果の影響が及ばなくなる、すなわち所定期間が経過したといえる。
【００５９】
ステップＳ１１０では、ＥＣＵ９は、排気空燃比を最終目標空燃比に収束させる閉ループ制御を実施する。ここでの具体的な閉ループ制御は、空燃比センサ８が検出する排気空燃比の値を反映させて、スロットル弁４を調節して吸気量を変化させて行き、排気空燃比を最終目標空燃比に高精度に収束させる。なおここでは、最終目標空燃比となるようにステップＳ１０８の処理で主たる吸気量に減量されているので、閉ループ制御によって排気空燃比は極わずかに変更されるだけである。このためこの閉ループ制御を行うことに起因して排気空燃比が最終目標空燃比よりも過剰に低くなることはない。
【００６０】
ステップＳ１１０の処理の後、本ルーチンを一旦終了すると共に、ＮＯｘ還元実施を行う。
【００６１】
以上説明した本ルーチンによれば、内燃機関１の個体差による影響に起因して排気空燃比が最終目標空燃比よりも過剰に低くなってしまうことと、Ｏ２ストレージ効果の影響を受けて過剰に削減した吸気量によって実際の排気空燃比が最終目標空燃比よりも過剰に低くなってしまうことの両方を防止できる。そしてこれによってリッチ燃焼によって排気空燃比を低くすることに起因して発生する未燃焼成分の排出を抑制しエミッションが悪化することを抑制できる。
【００６２】
＜実施例２＞
本実施例では、排気空燃比を中間目標空燃比に収束させた後に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるために所定時間以上時間がかかってしまうことを回避する。本実施例ではその特徴部分を説明しその他の構成は上記実施例と同様であるので説明は省略する。
【００６３】
本実施例では、排気空燃比を中間目標空燃比に収束させたときにその後に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるために所定時間以上時間がかかると判断した場合に、一旦排
気空燃比を最終目標空燃比よりも低い低位目標空燃比に到達させるよう目標空燃比を切り換え、その後排気空燃比が最終目標空燃比以上である理論空燃比よりも低くなったときに排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるよう目標空燃比を切り換えるようにした。
【００６４】
ここで排気空燃比を中間目標空燃比に収束させたときにその後に排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるために所定時間以上時間がかかると判断できる場合には、そのときに触媒通過ガス量が少ない場合や、そのときに内燃機関１に供給される余剰燃料量が少ない場合が含まれる。所定時間とは、それ以上時間がかかると、ＮＳＲ触媒７の排気浄化能力を回復させることが遅くなり過ぎてしまう閾値の時間である。以下では、排気空燃比を中間目標空燃比に収束させたときに触媒通過ガス量が所定量Ａ１より少ない場合を例に挙げて説明する。所定量Ａ１とは、それよりも触媒通過ガス量が少ないと、排気空燃比を最終目標空燃比に到達させることが困難になり、そのために所定時間以上時間がかかると判断できる量である。しかし本発明はこの場合に限られるものではない。
【００６５】
本実施例によると、一旦排気空燃比を最終目標空燃比よりも低い低位目標空燃比に到達させるように目標空燃比を切り換えることで、排気空燃比を速やかに低くすることができる。また低位目標空燃比に到達させるよう目標空燃比を切り換えた後に排気空燃比が理論空燃比よりも低くなったときに排気空燃比を最終目標空燃比に到達させるよう目標空燃比を切り換えるので、排気空燃比が最終目標空燃比よりも過剰に低くなってしまうこともない。
【００６６】
次に、本実施例によるＮＯｘ還元開始制御ルーチンについて説明する。図７は、本実施例によるＮＯｘ還元開始制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお本ルーチンにおいて実施例１における図６のルーチンと同処理には同ステップの符号を付して説明を省略する。
【００６７】
ステップＳ１０４において排気空燃比が中間目標空燃比に収束していないと否定判定された場合には、ステップＳ１０３へ戻る。ステップＳ１０４において排気空燃比が中間目標空燃比に収束したと肯定判定された場合には、ステップＳ２０１へ移行する。
【００６８】
ステップＳ２０１では、ＥＣＵ９は、ＮＳＲ触媒７を通過する触媒通過ガス量が所定量Ａ１よりも少ないか否かを判別する。触媒通過ガス量は、各種センサの値から算出される。
【００６９】
ステップＳ２０１において触媒通過ガス量が所定量Ａ１以上であると否定判定された場合には、ステップＳ１０５へ移行する。ステップＳ２０１において触媒通過ガス量が所定量Ａ１より少ないと肯定判定された場合には、ステップＳ２０２へ移行する。
【００７０】
ステップＳ２０２では、ＥＣＵ９は、排気空燃比を低下させる目標空燃比として低位目標空燃比を設定する。低位目標空燃比は、上記したように最終目標空燃比よりもリッチの値に設定され、触媒通過ガス量の関数であるとよい。
【００７１】
ステップＳ２０３では、ＥＣＵ９は、排気空燃比を中間目標空燃比からステップＳ２０２で設定した低位目標空燃比に到達させるための吸気量を算出する。中間目標空燃比から低位目標空燃比に到達させるに必要な吸気量は、ステップＳ１０４において分かった中間目標空燃比に排気空燃比を収束させるために必要な吸気量に基づいて求めることができる。
【００７２】
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ９は、排気空燃比を低位目標空燃比に収束させる閉ループ制御を禁止する。このステップＳ２０４により、ＮＳＲ触媒７から吸蔵酸素が放出され
ているＯ２ストレージ効果の影響下で閉ループ制御を行って、空燃比センサ８で検出される理論空燃比で停滞している見かけの排気空燃比の値を理論空燃比よりも低くしようとスロットル弁４を調節して吸気量を過剰に削減してしまうことがなくなる。
【００７３】
ステップＳ２０５では、ＥＣＵ９は、ステップＳ２０３で算出された吸気量へ減量するようにスロットル弁４を閉じ側へ調節する。このステップＳ２０５では、閉ループ制御が禁止されているので、空燃比センサ８で検出される排気空燃比の値を反映してスロットル弁４を閉じ側へ調節することは行わない。本ステップでは単に、ステップＳ２０３で算出された吸気量を予め求められているマップに取り込んでその吸気量となるようにマップから求まるスロットル弁４の開度へスロットル弁４を閉じ側へ調節する。
【００７４】
ステップＳ２０６では、ＥＣＵ９は、空燃比センサ８で検出する排気空燃比が理論空燃比よりも低くなるか否かを判別する。
【００７５】
ステップＳ２０６の判別では、排気空燃比が最終目標空燃比以上の値として理論空燃比よりも低くなる場合を例示している。しかしこれに限られず、排気空燃比が最終目標空燃比以上の間に理論空燃比よりもリーンな値やリッチな値に設定してもよく、最終目標空燃比以上であればいずれの値を採用することができる。このステップＳ２０６により、排気空燃比が最終目標空燃比よりも低くなることを回避している。
【００７６】
ステップＳ２０６において排気空燃比が理論空燃比以上と否定判定された場合には、ステップＳ２０６へ戻る。ステップＳ２０６において排気空燃比が理論空燃比よりも低くなったと肯定判定された場合には、ステップＳ１０５へ移行する。以降ステップＳ１０５〜ステップＳ１１０の処理を行う。
【００７７】
以上説明した本ルーチンによれば、排気空燃比を中間目標空燃比に収束させたときに触媒通過ガス量が所定量Ａ１より少なく最終目標空燃比に到達させるために所定時間以上時間がかかると判断した場合に、排気空燃比を速やかに低くして最終目標空燃比に到達させることができる。
【００７８】
＜実施例３＞
本実施例では、内燃機関１の個体差が基準内燃機関に対してある程度小さい範囲に保証されている場合であるため、排気空燃比を中間目標空燃比へ収束させる閉ループ制御を実施しない。本実施例ではその特徴部分を説明しその他の構成は上記実施例と同様であるので説明は省略する。
【００７９】
本実施例であると、排気空燃比を中間目標空燃比へ収束させる閉ループ制御がなくなり、閉ループ制御にかかる時間を削減し、排気空燃比を最終目標空燃比へ到達させるまでの時間を短縮することができる。
【００８０】
次に、本実施例によるＮＯｘ還元開始制御ルーチンについて説明する。図８は、本実施例によるＮＯｘ還元開始制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお本ルーチンにおいて実施例１における図６のルーチンと同処理には同ステップの符号を付して説明を省略する。
【００８１】
ステップＳ１０１においてＮＯｘ還元の実施要求がないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。ステップＳ１０１においてＮＯｘ還元の実施要求があると肯定判定された場合には、ステップＳ３０１へ移行する。
【００８２】
ステップＳ３０１では、ＥＣＵ９は、排気空燃比を中間目標空燃比に到達させるための
吸気量へ減量するようにスロットル弁４を閉じ側へ調節する。このステップＳ３０１では、閉ループ制御が禁止されているので、空燃比センサ８で検出される排気空燃比の値を反映してスロットル弁４を閉じ側へ調節することは行わない。本ステップでは単に、中間目標空燃比に到達させるための吸気量を予め求められているマップに取り込んでその吸気量となるようにマップから求まるスロットル弁４の開度へスロットル弁４を閉じ側へ調節する。以降ステップＳ１０５〜ステップＳ１１０の処理を行う。
【００８３】
以上説明した本ルーチンによれば、排気空燃比を中間目標空燃比へ収束させる閉ループ制御がなく、排気空燃比を最終目標空燃比へ速やかに到達させることができる。
【００８４】
なお上記実施例では、ＮＯｘ還元においてリッチ燃焼を用いて排気空燃比を低下させるようにしていた。しかしこれに限られず、本発明では燃料噴射弁２からのポスト噴射などの副噴射や排気通路６に配置された添加弁から排気への燃料や還元剤の添加を用いてもよい。またリッチ燃焼でも制御量として燃料量を用いてもよい。これらの場合ＮＯｘ還元における制御量として燃料量や還元剤量も制御することになる。そして本発明ではリッチ燃焼や副噴射や排気への燃料や還元剤の添加によっても排気空燃比を低くすることに起因して発生する未燃焼成分や還元成分の排出を抑制しエミッションが悪化することを抑制できる。
【００８５】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】実施例１に係る内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図。
【図２】従来のＮＯｘ還元時における排気空燃比の基本制御を示す図。
【図３】従来のＮＯｘ還元開始時における吸気量及び排気空燃比の時間変化を示す図。
【図４】従来のＮＯｘ還元開始時における吸気量及び排気空燃比の時間変化を示す図。
【図５】実施例１に係るＮＯｘ還元開始時における吸気量及び排気空燃比の時間変化を示す図。
【図６】実施例１に係るＮＯｘ還元開始制御ルーチンを示すフローチャート。
【図７】実施例２に係るＮＯｘ還元開始制御ルーチンを示すフローチャート。
【図８】実施例３に係るＮＯｘ還元開始制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００８７】
１     内燃機関
２     燃料噴射弁
３     吸気通路
４     スロットル弁
５     エアフローメータ
６     排気通路
７     ＮＳＲ触媒
８     空燃比センサ
９     ＥＣＵ
１０   クランクポジションセンサ
１１   アクセルポジションセンサ
【図１】
2009264334.tif 000003
【図２】
2009264334.tif 000004
【図３】
2009264334.tif 000005
【図４】
2009264334.tif 000006
【図５】
2009264334.tif 000007
【図６】
2009264334.tif 000008
【図７】
2009264334.tif 000009
【図８】
2009264334.tif 000010