(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に、空燃比に応じて酸素のストレージあるいは放出を行う第１触媒と、前記第１触媒の下流に設けられ、空燃比に応じてＮＯｘのトラップあるいは放出還元を行う第２触媒と、を備えたエンジンに用いられる空燃比制御装置において、前記第２触媒にトラップされているＮＯｘを放出させる場合に前記エンジンの空燃比をリッチ化する手段と、前記リッチ化による還元剤供給量を前記２つの触媒にストレージされている酸素量が多いほど多くする手段と、を備えたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
【請求項２】
前記２つの触媒にストレージされている酸素量を演算する手段を備え、前記リッチ化による還元剤供給量を前記２つの触媒にストレージされている酸素量に応じた量とすることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項３】
前記リッチ化による還元剤供給量を、前記２つの触媒にストレージされている酸素量が多いほど、また前記第２触媒にトラップされているＮＯｘ量が多いほど多くすることを特徴とする請求項１に記載のエンジン空燃比制御装置。
【請求項４】
前記２つの触媒にストレージされている酸素量を演算する手段と、前記第２触媒にトラップされているＮＯｘ量を演算する手段と、を備え、前記リッチ化による還元剤供給量を前記２つの触媒にストレージされている酸素量に前記第２触媒にトラップされているＮＯｘ量を足した量に応じた量とすることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項５】
前記２つの触媒に流入する酸素量を演算する手段と、前記２つの触媒に既にストレージされている酸素量に基づき２つの触媒の酸素ストレージ率を演算する手段と、を備え、前記２つの触媒にストレージされている酸素量の変化量を、前記２つの触媒に流入する酸素量に前記酸素ストレージ率を乗じて演算し、前記変化量を前記既にストレージされている酸素量に加えることで、新たにストレージされている酸素量を演算することを特徴とする請求項１から４のいずれかひとつに記載のエンジン空燃比制御装置。
【請求項６】
前記２つの触媒にストレージされている酸素量を、貴金属にストレージされる高速成分と酸素ストレージ材にストレージされる低速成分とに分けて演算することを特徴とする請求項１から４のいずれかひとつに記載のエンジン空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンの空燃比制御装置に関し、特に、排気通路にＮＯｘトラップ触媒を備えたエンジンの空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
触媒内空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸収し、理論空燃比又はリッチ空燃比のときに吸収したＮＯｘを放出、還元するＮＯｘ吸収触媒を排気通路に備えたエンジンが知られている。
【０００３】
このようなＮＯｘ吸収触媒を備えたエンジンにおいては、リーン運転時にエンジンから排出されるＮＯｘはＮＯｘ吸収触媒に吸収されるのであるが、ＮＯｘ吸収触媒が吸収可能なＮＯｘ量には制限があるため、ＮＯｘの吸収量が増大した場合にはこれを放出させ還元処理することが必要となる。
【０００４】
そこで、一般には、吸収されているＮＯｘの推定量が所定値を超えた場合は、所定時間エンジンの空燃比をリッチ側にシフトさせる等して触媒内空燃比を理論空燃比ないしリッチ空燃比に制御し、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されているＮＯｘを放出、還元処理することが行われている。
【０００５】
そして、特開２０００−５４８２４号に開示された技術では、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されているＮＯｘ量を高精度に推定するため、ＮＯｘ吸収触媒の上流に酸素ストレージ機能を有する排気浄化触媒を備えたものにおいて、排気浄化触媒にストレージされている酸素量に基づいて推定したＮＯｘ量を補正することを開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとしている問題点】
ところで、ＮＯｘトラップ触媒内にトラップされたＮＯｘを適切に放出、還元するためには、過不足のない量の還元剤をＮＯｘトラップ触媒に供給する必要があり、このためには、ＮＯｘトラップ触媒の上流に設けられた排気浄化触媒にストレージされている酸素量のみならず、ＮＯｘトラップ触媒自体にストレージされている酸素量を考慮しなければならない。
【０００７】
つまり、ＮＯｘトラップ触媒内のＮＯｘを放出、還元する場合に、エンジンの空燃比をリッチにしてＮＯｘトラップ触媒に還元剤を供給するが、排気浄化触媒及びＮＯｘトラップ触媒にストレージされている酸素量に対して、還元剤の量が不足していれば、ＮＯｘトラップ触媒内の雰囲気を狙った空燃比にすることができず、この結果、ＮＯｘの放出、還元率が低下してしまい、次回以降にトラップできるＮＯｘ量が減少してしまう。また、排気浄化触媒及びＮＯｘトラップ触媒にストレージされている酸素量に対して、還元剤の量が過剰であれば、ＮＯｘトラップ触媒内が必要以上の還元雰囲気となってしまい、ＣＯやＨＣの放出量が増加してしまう。
【０００８】
そして、排気浄化触媒やＮＯｘトラップ触媒にストレージされている酸素量は、放出還元処理前のリーン運転時間の変化や、運転条件の変化に大きく影響されることから、放出還元処理の際、過不足のない還元剤量を供給するためには、こうした諸条件を勘案して、排気浄化触媒やＮＯｘトラップ触媒にストレージされている酸素量を高精度に演算することが必要である。
【０００９】
本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなされたものであり、ＮＯｘの浄化処理時において過不足のない量の還元剤を供給可能として高いＮＯｘの放出・還元率を実現すると共に、大気中に放出されるＣＯ、ＨＣの増加を防止することを目的とする。
【００１０】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、排気通路に、空燃比に応じて酸素のストレージあるいは放出を行う第１触媒と、前記第１触媒の下流に設けられ、空燃比に応じてＮＯｘのトラップあるいは放出還元を行う第２触媒と、を備えたエンジンに用いられる空燃比制御装置において、前記第２触媒にトラップされているＮＯｘを放出させる場合に前記エンジンの空燃比をリッチ化する手段と、前記リッチ化による還元剤供給量を前記２つの触媒にストレージされている酸素量が多いほど多くする手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記２つの触媒にストレージされている酸素量を演算する手段を備え、前記リッチ化による還元剤供給量を前記２つの触媒にストレージされている酸素量に応じた量とすることを特徴とするものである。
【００１２】
第３の発明は、第１の発明において、前記リッチ化による還元剤供給量を、前記２つの触媒にストレージされている酸素量が多いほど、また前記第２触媒にトラップされているＮＯｘ量が多いほど多くすることを特徴とするものである。
【００１３】
第４の発明は、第３の発明において、前記２つの触媒にストレージされている酸素量を演算する手段と、前記第２触媒にトラップされているＮＯｘ量を演算する手段と、を備え、前記リッチ化による還元剤供給量を前記２つの触媒にストレージされている酸素量に前記第２触媒にトラップされているＮＯｘ量を足した量に応じた量とすることを特徴とするものである。
【００１４】
第５の発明は、第１から第４の発明において、前記２つの触媒に流入する酸素量を演算する手段と、前記２つの触媒に既にストレージされている酸素量に基づき２つの触媒の酸素ストレージ率を演算する手段と、を備え、前記２つの触媒にストレージされている酸素量の変化量を、前記２つの触媒に流入する酸素量に前記酸素ストレージ率を乗じて演算し、前記変化量を前記既にストレージされている酸素量に加えることで、新たにストレージされている酸素量を演算することを特徴とするものである。
【００１５】
第６の発明は、第１から第４の発明において、前記２つの触媒にストレージされている酸素量を、貴金属にストレージされる高速成分と酸素ストレージ材にストレージされる低速成分とに分けて演算することを特徴とするものである。
【００１６】
【作用及び効果】
したがって、本発明に係る空燃比制御装置では、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘ量が多くなってくると、トラップされているＮＯｘを放出させるべくエンジンの運転空燃比をリッチ側に一時的にシフトさせるが（リッチスパイク）、このリッチスパイクによって供給される還元剤の量はＮＯｘトラップ触媒及びその上流に設けられている第1触媒にストレージされている酸素量が多いほど多く設定される（第１、第２の発明）。
【００１７】
還元剤供給量をこのようにＮＯｘトラップ触媒及びその上流側触媒のストレージ酸素量に応じた量とするのは、それら触媒にはリーン運転時あるいはフューエルカット時に酸素がストレージされているため、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘに対応する量の還元剤を供給するだけではそれら触媒から放出されてくる酸素によって触媒内空燃比がリーン側にシフトしてしまい、トラップされているＮＯｘの放出が十分に行われなくなるからである。
【００１８】
本発明を適用した場合、ＮＯｘトラップ触媒及び上流側触媒にストレージされている酸素量を考慮して供給する還元剤量が決定されるので、放出されてくる酸素に対抗して触媒内空燃比を理論空燃比ないしリッチ空燃比に保持することができ、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされていたＮＯｘを良好に放出させ、還元浄化することができる。
【００１９】
また、トラップされているＮＯｘ量が多くなれば、それを浄化するのに必要な還元剤の量も多くなるので、第３、第４の発明のように、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘ量も考慮して供給する還元剤の量を決定すれば、さらに良好にＮＯｘを浄化することができる。
【００２０】
触媒にストレージされている酸素量の変化量は、例えば、触媒に流入する酸素量に触媒の酸素ストレージ率を乗じることによって求めることができる（第５の発明）。このとき、酸素のストレージ率は触媒に既にストレージされている酸素量が多いほど低下するので、酸素ストレージ率は既にストレージされている酸素量に応じた値とする。これにより、ストレージされている酸素量の変化量を正確に演算することができ、触媒から放出されてくる酸素量に抗して触媒内空燃比をストイキないしリッチに保持するのに必要十分な還元剤の量を正確に求めることができる。
【００２１】
あるいは、触媒にストレージされている酸素量の演算は、実際の特性に合わせて貴金属にストレージされる高速成分と酸素ストレージ材にストレージされる低速成分とに分けて演算するようにしてもよい（第６の発明）。これにより、触媒にストレージされている酸素量をさらに正確に演算することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の空燃比制御装置が適用されるエンジンシステムの概略構成を示したものである。エンジン１の吸気通路５にはスロットル弁２が介装されており、エンジン１にはスロットル弁２で調節された空気が吸入される。この吸入空気と燃料噴射弁３から噴射される燃料とが混合して混合気が形成される。燃料噴射弁３はここでは吸気ポート内に燃料を噴射するものであるが、エンジン１の燃焼室内に直接燃料を噴射するものであっても良い。
【００２４】
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９に介装された第１触媒２１、第２触媒２２、第３触媒２３で浄化された後に大気中に排出される。
【００２５】
第１触媒２１は始動時にエンジン１から排出されるＨＣ、ＣＯを除去し、排気浄化性能を向上させるための三元触媒であり、早期に活性温度に到達し得るようエンジン１の近傍に設けられる。第２触媒２２は触媒内空燃比がリーン空燃比であるときに排気中のＮＯｘをトラップし、理論空燃比（ストイキ）又はリッチであるときにトラップしたＮＯｘを放出し、三元触媒層で還元処理する触媒である（以下、「ＮＯｘトラップ触媒」という）。第１触媒２１、第２触媒２２は触媒内空燃比がリーンのときに酸素をストレージし、理論空燃比ないしリッチのときにそのストレージした酸素を放出する酸素ストレージ能力を有する。
【００２６】
一方、ＮＯｘトラップ触媒２２の下流に設けられる第３触媒２３は三元触媒であり、ＮＯｘトラップ触媒２２のＮＯｘ放出時の還元性能を補助するものである。
【００２７】
燃料噴射弁３による噴射時期、噴射量、点火プラグ４による点火時期等を制御するコントロールユニット６はマイクロプロセッサ、メモリ、入出力インターフェース等で構成される。コントロールユニット６は、各種センサからの検出信号に基づく演算処理により、燃料噴射弁３に対して燃料噴射信号（噴射パルス信号）と噴射タイミングを出力し、点火プラグ４に対しては点火信号を出力する。
【００２８】
燃料噴射信号の演算においては、運転条件に応じて目標空燃比が決定され、目標空燃比の混合気が形成されるように燃料噴射量（噴射パルス幅）演算されるが、低回転、低負荷域の目標空燃比として理論空燃比よりもリーンである空燃比が設定される構成となっている。
【００２９】
各種センサとしては、エンジン１の吸入空気流量を検出するエアフローメータ７、スロットル弁２の開度を検出するスロットル開度センサ８、第１触媒２１の上流に配置されエンジン１の排気空燃比を検出する第１空燃比センサ１０、ＮＯｘトラップ触媒２２と第３触媒２３の間に配置され排気空燃比を検出する第２空燃比センサ１１、エンジン１の回転速度を検出するクランク角センサ１４、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ１２等が設けられる。
【００３０】
空燃比センサ１０、１１は、排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出するセンサである。空燃比センサ１０、１１は、理論空燃比のみを検出する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できる広域空燃比センサであっても良い。
【００３１】
コントロールユニット６は、通常は、第１空燃比センサ１０で検出される排気空燃比を目標とする空燃比に近づけるように、燃料噴射量を補正するための空燃比フィードバック補正係数αを、例えば比例積分制御等により設定する。
【００３２】
一方、エンジン１がリーン空燃比で運転された場合や、フューエルカット等でリーンな排気ガスが排出された場合の排気中のＮＯｘはＮＯｘトラップ触媒２２にトラップされる。ＮＯｘトラップ触媒２２のＮＯｘトラップ容量は予め決まっており、ＮＯｘトラップ率はトラップされているＮＯｘの量が増大するほど低くなってしまうので、トラップされているＮＯｘ量が増大した場合には触媒内雰囲気を理論空燃比ないしリッチに制御し、トラップされているＮＯｘを放出浄化処理する。
【００３３】
しかし、ＮＯｘ放出浄化処理する場合に、第１空燃比センサ１０で検出される排気空燃比を目標とする触媒内空燃比に近づけるように制御するだけでは、触媒２１、２２にストレージされていた酸素が放出されて触媒２２内の空燃比が目標とする触媒内空燃比よりもリーン側にシフトしてしまい、触媒２２内に必要な還元剤を確保できないことから、ＮＯｘを十分に放出、還元処理できなくなってしまう。トラップされたＮＯｘが十分放出されないと、結果として次回以降にトラップできるＮＯｘ量が減少してしまう。また、第２空燃比センサ１１で検出される排気空燃比を目標とする触媒内空燃比に近づけるように制御するだけでは、触媒２２内にも酸素がストレージされていることから、触媒２２内の雰囲気を目標とする触媒内空燃比に一致させることができない。
【００３４】
そこで、この実施形態では、エンジン１の目標空燃比を一時的にリッチ空燃比に制御（リッチスパイク）する際に、供給する還元剤の量（リッチスパイク量）を触媒２1及び２２の両方にストレージされている酸素量に応じた量とすることで、トラップされたＮＯｘを十分に放出還元されるようにすると共に、触媒２１、２２にストレージされている酸素量をＮＯｘ放出還元処理前の諸条件を勘案して高精度に演算する。
【００３５】
図２は、コントローラ６が行うＮＯｘ放出還元処理の内容を示したフローチャートである。
【００３６】
これについて説明すると、まず、ステップＳ１ではリーン運転の成立を示すフラグFLEANが「１」か否かを判別することでリーン排気ガスの発生を検知する。フラグFLEANは例えば第１の空燃比センサ１０の出力がリーン化した場合に「１」にセットされる。そして、フラグFLEANが「１」になるとステップＳ２に進み、ＮＯｘトラップ触媒２２にトラップされているＮＯｘの量TRPNOxの演算が行われる。
【００３７】
ＮＯｘ量TRPNOxの演算は具体的には図３に示すフローに従って行われる。演算においては、まず、エアフローメータ７の出力に基づき吸入空気量Qaが演算され（ステップＳ１１）、クランク角センサ１４、スロットル開度センサ８の出力に基づきエンジン回転速度、エンジン負荷が演算される（ステップＳ１２）。そして、演算されたエンジン回転速度、負荷に基づき例えば図４に示すようなマップを参照することによってエンジンが排出する排気中のＮＯｘ濃度EONOxが演算される（ステップＳ１３）。
【００３８】
ステップＳ１４ではＮＯｘ濃度EONOxと吸入空気量Qa、定数K1（変換定数）、さらに諸条件（例えば、温度、触媒の劣化、現在のトラップＮＯｘ量）に応じて変化するＮＯｘトラップ率KNOxCPを演算し、これらを積算して現在のトラップＮＯｘ量T RPNOx(=TRPNOx＋EONOx×K1×KNOxCP）を演算する。
【００３９】
図２に戻り、ステップＳ３では触媒２１、２２にストレージされている酸素量OSCCNTの演算が行われる。ストレージされている酸素量OSCCNTの演算は具体的には図５に示すフローに従って行われる。これによると、まず、エアフローメータ７の出力に基づき吸入空気量Qaが演算され（ステップＳ１５）、運転されている空燃比TFAが読み込まれる（ステップＳ１６）。空燃比は空燃比センサ１０で直接検出したものでも、目標とする空燃比何れであっても良い。
【００４０】
そして、ステップＳ１７では触媒２１、２２に流入する酸素量FLWO2が計算される。流入酸素量FLWO2は吸入空気量Qaと空燃比TFAと変換定数K2に基づきより求められる（FLWO2＝Qa×(23−23×TFA)×K2）。ステップＳ１８では、触媒２１及び２２に新たにストレージされる合計の酸素量（ストレージされている酸素量の変化量）DOSCNTが演算される（ステップＳ１８）。ここで変化量DOSCNTは触媒２１、２２に流入する酸素量FLWO2に触媒２１、２２へのストレージ率KOSCAPを掛けることで演算される。
【００４１】
触媒２１、２２の酸素ストレージ率KOSCAPはリーン運転開始時より、既にストレージされている酸素量に対して図６に示すような特性を有する。すなわち、ストレージ率は図６に示す特性図の傾きで表され、ある酸素量までは流入酸素量に対して高いストレージ率を示し、それ以降は低いストレージ率となり、ある程度の酸素量でストレージ率はほぼゼロとなる特性を有する。なお、この特性は触媒温度、劣化などの諸条件で補正するようにしても良い。例えば、触媒温度が低く触媒がまだ活性化していない場合や触媒が劣化している場合にはストレージ率を小側に補正する。
【００４２】
実際の演算では、ストレージ率の大きい領域と小さい領域に分けて演算し、ストレージされている酸素量が所定値O2RPD小さいときはストレージ率KOSCAPをTRK1とし、所定値O2RPD以上の場合はストレージ率KOSCAPをTRK2（＜TRK1）とする。このように２つの領域に分けることでストレージ率をほぼ正確に近似することができ、ストレージされている酸素量を精度良く求めることができる。
【００４３】
以上のようにしてストレージされている酸素量の変化量DOSCNTが演算されたら、このストレージされている酸素量の変化量DOSCNTを前回演算時にストレージされている酸素量OSCCNTに加えたものを新たなストレージされている酸素量OSCCNT(＝OSCCNT＋DOSCNT）とする（ステップＳ１９)。
【００４４】
図２に戻り、ステップＳ４では、触媒２１及び２２にストレージされている合計の酸素量OSCCNTに対応したリッチスパイク量を与えるために、ストレージされている酸素量OSCCNTに対し定数K3を乗じることによって必要リッチ量RICHF（＝OSCCNT×K3）が演算される。
【００４５】
ステップＳ５では、リッチスパイク開始条件が成立したか否かがフラグFRSPKの値に基づき判定される。ここでフラグFRSPKは、リーン運転禁止の条件や、触媒２２にトラップされたＮＯｘ量(TRPNOx)がある値に達した場合に「１」にセットされる。判定の結果、リッチスパイク開始条件が成立している場合はステップＳ６に進む。
【００４６】
ステップＳ６では、空燃比補正係数にリッチ分αskが出力され、空燃比がリッチ化される。ステップＳ７では、リッチ化が始まってからこれまでに供給されたリッチ量（還元剤量）RHCNT（＝RHCNT＋Qa×αsk×K5、K5：定数））が演算される。ステップＳ８ではステップＳ７で演算した供給リッチ量RHCNTとステップＳ４で演算した必要リッチ量RICHFとの比較を行い、供給リッチ量RHCNTが必要リッチ量RICHFに達してない場合はリッチ化の空燃比補正係数αskをそのまま保持し、供給リッチ量RHCNTが必要リッチ量RICHFに達した場合はステップＳ９へ進んでリッチスパイクを終了し、フラグFRSPKに「０」をセットする。
【００４７】
ステップＳ１０では各カウンタ（RICHF、OSCCNT、TRPNOx、RHCNT）をクリアし、通常の空燃比制御に復帰する。
【００４８】
したがって、上記ＮＯｘ放出還元処理によれば、触媒２１、２２にストレージされている酸素量が、酸素ストレージ率の大きい領域と小さい領域に分けて演算されるので（ステップＳ１８）、リーン運転時の空燃比や時間の変化に対しても精度良くストレージされている酸素量を推定できる。
【００４９】
そして、ＮＯｘ放出浄化処理時、触媒２２から放出されるＮＯｘの放出率は触媒２１、２２にストレージされている酸素量に影響を受けることになるが、このストレージされている酸素量に見合ったリッチスパイク量が与えられるので（ステップＳ４、Ｓ６からＳ８）、ＮＯｘトラップ触媒２２内が目標とする空燃比、例えば理論空燃比又はリッチ空燃比に保持され、トラップされていたＮＯｘを良好に放出させることができる。供給されたＨＣ、ＣＯは放出されたＮＯｘの浄化に用いられ、ＨＣ、ＣＯの供給量、排出量も最小限に抑えることができる。
【００５０】
なお、上記処理では、必要リッチ量RICHFは触媒２１、２２にストレージされている酸素量に応じた値としているが（ステップＳ４）、ＮＯｘの浄化に必要な還元剤量はトラップＮＯｘ量にも比例することから触媒２２のトラップＮＯｘ量TRPNOxも考慮してリッチスパイク量を演算するようにしても良い。この場合、ステップＳ４で演算される必要リッチ量RICHFを、ストレージされている酸素量OSCCNTに対し定数K3を乗じて得られる値にトラップＮＯｘ量TRPNOxに定数K4を乗じて得られる値を加えた値（RICHF＝OSCCNT×K3＋TRPNOx×K4）とすればよい。
【００５１】
次に第２の実施形態について説明する。
【００５２】
この実施形態は触媒２１、２２にストレージされている酸素量OSCCNTの演算方法が先の実施形態と異なる。すなわち、触媒２１、２２にストレージされている酸素量は触媒の貴金属（Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等）にストレージ／放出される高速成分と触媒の酸素ストレージ材にストレージ／放出される低速成分とに分けることができ、低速成分は高速成分に比べて多くの酸素をストレージ／放出することができるがそのストレージ／放出速度は高速成分に比べて遅いという特性を有しているという点に着目してストレージされている酸素量の演算を行う。
【００５３】
具体的には、リーン運転等の酸素ストレージ時には、まず、高速成分に優先して酸素がストレージされ、その後、高速成分が最大容量に達して酸素をストレージしきれない状態になったら低速成分に酸素がストレージされ始めるとして高速成分及び低速成分を演算する。そして、これら高速成分と低速成分の和としてストレージ酸素量を求める。
【００５４】
図７は、触媒２１にストレージされている酸素量OSCCNT1を演算するためのメインルーチンの内容を示したものである。図５に示した演算ルーチンに代えてコントローラ６において実行される。
【００５５】
これによると、まず、エンジン１の各種運転パラメータとして、冷却水温センサ１２、クランク角センサ１４、エアフローメータ７の出力が読み込まれる（ステップＳ２１）。
【００５６】
ステップＳ２２では後述する過剰酸素量O2INを演算するためのサブルーチン（図８）が実行されて触媒２１に流入する排気中の過剰酸素量O2INが演算される。ステップＳ２３では後述する高速成分HO2を演算するためのサブルーチン（図９）が実行され、過剰酸素量O2INに基づき高速成分HO2及び高速成分HO2でストレージされずに溢れるオーバーフロー分OVERFLOWが演算される。
【００５７】
ステップＳ２４では、ステップＳ２３で演算されたオーバーフロー分OVERFLOWに基づき触媒２１に流入する排気中の過剰酸素量O2INが全て高速成分HO2でストレージされたか否か判断される。そして、過剰酸素量O2INが高速成分で完全にストレージされた場合（OVERFLOW＝0）はステップＳ２６へ進み、そうでない場合はステップＳ２５へ進んで後述する低速成分LO2を演算するためのサブルーチン（図１０）が実行される。
【００５８】
ステップＳ２６では以上のようにして演算された高速成分HO2と低速成分LO2が足し合わされ、触媒２１にストレージされている酸素量OSCCNT1が演算される（OSCCNT1＝HO2＋LO2)。
【００５９】
図８は、触媒２１に流入する排気の過剰酸素量O2INを演算するためのサブルーチンの内容を示す。このサブルーチンでは触媒上流の空燃比とエンジン１の吸入空気量に基づき触媒２１に流入する排気の過剰過剰量O2INが演算される。
【００６０】
これによると、まず、ステップ３１で第1の空燃比センサ１０の出力とエアフローメータ７の出力が読み込まれる。ステップＳ３２では読み込まれた第1の空燃比センサ１０の出力を所定の変換テーブルを用いて空燃比に変換し、触媒２１に流入する排気の過剰酸素濃度を演算する。ここで過剰酸素濃度とは理論空燃比時の酸素濃度を基準とした相対的な濃度であり、排気が理論空燃比でゼロ、リッチで負、リーンで正の値をとる。
【００６１】
ステップＳ３３ではエアフローメータ７の出力を所定の変換テーブルを用いて吸入空気量に変換し、ステップＳ３４ではステップＳ３３で演算した吸入空気量にステップＳ３２で演算した過剰酸素濃度を乗じて触媒２１に流入する排気の過剰酸素量O2INを演算する。過剰酸素濃度が上記特性を有することから、過剰酸素量O2INは、触媒２１に流入する排気が理論空燃比のときゼロ、リッチのとき負、リーンのとき正の値をとる。
【００６２】
また、図９は高速成分HO2を演算するためのサブルーチンの内容を示す。このサブルーチンでは触媒２１に流入する排気の過剰酸素量O2INに基づき高速成分HO2の演算が行われる。
【００６３】
これによると、まず、ステップＳ４１では、次式（１）、HO2 ＝ HO2z ＋ O2IN ・・・・・（１）
HO2z：高速成分HO2の前回値により高速成分HO2が演算される。
【００６４】
ステップＳ４２では、その値が高速成分の最大容量HO2MAXを超えていないかが判断される。そして、高速成分HO2が最大容量HO2MAX以上になっている場合はステップＳ４３に進み、高速成分HO2にストレージされずに溢れ出るオーバーフロー分（過剰量）OVERFLOWが次式（２）、OVERFLOW ＝ HO2 − HO2MAX ・・・・・（２）
により演算され、さらに、高速成分HO2が最大容量HO2MAXに制限される。高速成分HO2が最大容量HO2MAX以上となって高速成分HO2から溢れ出たオーバーフロー分OVERFLOWは低速成分LO2でストレージされる。
【００６５】
一方、高速成分HO2が最大容量HO2MAXよりも小さいときは、触媒２１に流入した排気の酸素過不足量O2INは全て高速成分HO2にストレージされるので、ステップＳ４４に進んでオーバーフロー分OVERFLOWにはゼロが設定される。
【００６６】
また、図１０は低速成分LO2を演算するためのサブルーチンの内容を示す。このサブルーチンでは高速成分HO2から溢れ出たオーバーフロー分OVERFLOWに基づき低速成分LO2が演算される。
【００６７】
これによると、ステップＳ５１では低速成分LO2が次式（３）、LO2 ＝ LO2z ＋ OVERFLOW × B ・・・・・（３）
LO2z：低速成分LO2の前回値B：低速成分の酸素ストレージ放出率により演算される。低速成分の酸素ストレージ放出率Bは１以下の正の値に設定されるが、実際にはストレージと放出とで異なる特性を有し、また、実際のストレージ放出率は触媒温度、低速成分LO2等の影響を受けるので、ストレージ率と放出率をそれぞれ分離して可変に設定するようにしても良い。その場合、オーバーフロー分OVERFLOWが正であるとき、酸素が過剰であり、このときの酸素ストレージ率Bは、例えば、触媒温度が高いほど、また低速成分LO2が小さいほど大きな値に設定される。
【００６８】
ステップＳ５２では、高速成分HO2の演算時と同様に、演算された低速成分LO2がその最大容量LO2MAXを超えていないか判断される。最大容量LO2MAXを超えている場合はステップＳ５３に進み、低速成分LO2が最大容量LO2MAXに制限される。そして、低速成分LO2から溢れる酸素過不足量O2OUTが、次式（４）、O2OUT ＝ LO2 − LO2MAX ・・・・・（４）
により演算される。この酸素過不足量は、そのまま下流の触媒２２へ流出する。
【００６９】
以上のようにして触媒２１にストレージされている酸素量OSCCNT1を演算したら、同様にして触媒２２にストレージされている酸素量OSCCNT2についても高速成分と低速成分に分けて演算し（フローチャート省略）、触媒２１にストレージされている酸素量OSCCNT1と触媒２２にストレージされている酸素量OSCCNT2とを足し合わせたものをストレージされている酸素量OSCCNTとする。ここで、触媒２２に流入する排気の過剰酸素量O2INは、図１０のステップＳ５３で求めた酸素過不足量O2OUTを用いることで触媒２２にストレージされている酸素量OSCCNT2を求めることができる。
【００７０】
したがって、本実施形態においては、ストレージされている酸素量OSCCNTが実際の特性に合わせて高速成分HO2と低速成分LO2とに分けて演算されるので、触媒２１、２２にストレージされている酸素量OSCCNTをさらに正確に演算することができる。これにより、ストレージされている酸素量に見合ったリッチスパイク量をより正確に与えることが可能となり、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされているＮＯｘを良好に放出還元させるとともに、大気中に放出されるＣＯ、ＨＣの増加を防止することができる。
【００７１】
なお、上記実施形態の本発明が適用される構成の例を示したものに過ぎず、本発明の範囲がかかる構成に限定されることを示すものではない。例えば、トラップＮＯｘ量、ストレージされている酸素量の演算方法はここで示した方法でなくても良く、排気浄化装置の構成も少なくともＮＯｘトラップ触媒とその上流に酸素ストレージ作用を有する触媒を備えたものであれば良い。
【００７２】
また、第1の実施形態では、ストレージされている酸素量の演算を触媒２１、２２でまとめて演算しているが、触媒２１と触媒２２とで分けてストレージされている酸素量を演算するようにしてもよい。このよう別々に演算すればストレージされている酸素量の演算精度が更に向上し、ＮＯｘ浄化に過不足のないリッチスパイク量を更に正確に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空燃比制御装置を備えたエンジンのシステム構成図である。
【図２】空燃比制御の内容を説明するためのフローチャートである。
【図３】トラップＮＯｘ量の演算処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図４】ＮＯｘ濃度を演算するためのマップの一例である。
【図５】ストレージされている酸素量の演算処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図６】酸素ストレージ率の特性を示した図である。
【図７】ストレージされている酸素量の演算処理の別の例（第２の実施形態）の内容を説明するためのフローチャートである。
【図８】排気の過剰酸素量の演算処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図９】高速成分の演算処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【図１０】低速成分の演算処理の内容を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン
２ スロットル弁
３ 燃料噴射弁
４ 点火プラグ
５ 吸気通路
６ コントローラ
７ エアフローメータ
８ スロットル開度センサ
９ 排気通路
１０、１１ 空燃比センサ
１２ 冷却水温センサ
１４ クランク角センサ
２１ 第１触媒
２２ 第２触媒（ＮＯｘトラップ触媒）
２３ 第３触媒
【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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