(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気空燃比が理論空燃比よりもリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比が理論空燃比または理論空燃比よりもリッチであるときにトラップＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを排気中の還元成分を用いて還元する機能を有する触媒を排気通路に備える一方、
リーン空燃比域でのトラップＮＯｘ量を演算する手段と、
エンジンの負荷状態が大きくなるほど大きくなる判定基準を演算する手段と、
前記トラップＮＯｘ量が前記判定基準を超えたかどうかを判定する手段と、
この判定結果よりトラップＮＯｘ量が判定基準を超えたとき、トラップＮＯｘを脱離・還元処理する手段と
を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
排気空燃比が理論空燃比よりもリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比が理論空燃比または理論空燃比よりもリッチであるときにトラップＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを排気中の還元成分を用いて還元する機能を有する触媒を排気通路に備える一方、
リーン空燃比域でのトラップＮＯｘ量を演算する手段と、
吸入空気量に応じて判定基準を演算する手段と、
前記トラップＮＯｘ量が前記判定基準を超えたかどうかを判定する手段と、
この判定結果よりトラップＮＯｘ量が判定基準を超えたとき、トラップＮＯｘを脱離・還元処理する手段と
を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記判定基準を、吸入空気量が大きくなるほど大きくなるように設定する
ことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記トラップＮＯｘを脱離・還元処理する手段は、前記触媒入口の排気空燃比を理論空燃比または理論空燃比よりもリッチにする手段である
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
排気空燃比が理論空燃比よりもリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比が理論空燃比または理論空燃比よりもリッチであるときにトラップＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを排気中の還元成分を用いて還元する機能を有する触媒を排気通路に備える一方、
エンジン排出ＮＯｘ量を演算する手段と、
エンジンの負荷状態に応じて前記触媒のＮＯｘトラップ率を演算する手段と、
このＮＯｘトラップ率と前記エンジン排出ＮＯｘ量とに応じて触媒通過ＮＯｘ量を演算する手段と、
この触媒通過ＮＯｘ量が判定基準を超えたかどうかを判定する手段と、
この判定結果より触媒通過ＮＯｘ量が判定基準を超えたとき、トラップＮＯｘを脱離・還元処理する手段と
を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記ＮＯｘトラップ率を、エンジンの負荷状態が大きくなるほど小さくなるように設定する
ことを特徴とする請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記ＮＯｘトラップ率を、エンジンの負荷状態と関係するパラメータとしての吸入空気量に応じて設定する
ことを特徴とする請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
前記ＮＯｘトラップ率を、吸入空気量が大きくなるほど小さくなるように設定する
ことを特徴とする請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
トラップＮＯｘ量を演算する手段をさらに備え、
前記ＮＯｘトラップ率をこのトラップＮＯｘ量に応じても演算する
ことを特徴とする請求項５から８までのいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１０】
前記ＮＯｘトラップ率を、前記トラップＮＯｘ量が多くなるほど小さくなるように設定する
ことを特徴とする請求項９に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１１】
前記トラップＮＯｘを脱離・還元処理する手段は、前記触媒入口の排気空燃比を理論空燃比または理論空燃比よりもリッチにする手段である
ことを特徴とする請求項５から１０までのいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの排気浄化装置、特にエンジンをリーン（希薄混合気）運転させるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空燃比が理論空燃比よりもリーンのときにＮＯｘをトラップし、空燃比が理論空燃比や理論空燃比よりもリッチになると、触媒にトラップされているＮＯｘ（このＮＯｘを以下単に「トラップＮＯｘ」という）を脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを未燃ＨＣやＣＯを還元剤として用いて浄化する機能を有する触媒を排気通路に設けておき、トラップＮＯｘ量が限界にきたと判断したら、トラップＮＯｘを脱離・還元するためごく短時間だけ空燃比を理論空燃比（あるいは理論空燃比よりもリッチ側の空燃比）へとリッチ化するようにしたものがある（特開平７−３０５６４４号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来装置では、エンジン排出ＮＯｘ量の積算値ＳＱＮに基づいて触媒のＮＯｘトラップ率ＫＮＯＸを演算し、このＮＯｘトラップ率ＫＮＯＸとエンジン排出ＮＯｘ量ＱＮＯから、触媒にトラップされずに触媒下流へと通過するＮＯｘ（このＮＯｘを単に「触媒通過ＮＯｘ」という）量ＱＮＴを、
ＱＮＴ＝ＱＮＯ×（１−ＫＮＯＸ）
の式により演算し、この触媒通過ＮＯｘ量ＱＮＴとこれに対する判定基準ＱＮＴ０との比較により、トラップＮＯｘを脱離・還元するタイミング（つまり、リーン運転から理論空燃比または理論空燃比よりリッチ側の空燃比での運転に切換えるタイミング）を決定している。
【０００４】
ここで、上記のＮＯｘトラップ率は、エンジン排出ＮＯｘ量の積算値（トラップＮＯｘ量）が多くなるほど低下する傾向があるのであるが、発明者による実験によれば、ＮＯｘトラップ率はリーン空燃比域におけるエンジンの負荷状態にも依存し、エンジンの高負荷状態のほうが、低負荷状態よりＮＯｘトラップ率が低下することを新たに見い出している（特願平１１−１６６７０１号参照）。
【０００５】
したがって、エンジンの負荷情報を考慮することなく演算した上記の触媒通過ＮＯｘ量に基づいてトラップＮＯｘを脱離・還元するタイミングを決定するのでは、トラップＮＯｘを脱離・還元するタイミングが、適正なタイミングよりずれてしまう。
【０００６】
これをさらに詳述する。たとえばＮＯｘトラップ率と判定基準とをかりに中程度のエンジン負荷状態に対して設定したとすると、中負荷運転が継続することで触媒通過ＮＯｘ量が判定基準を超えたとき、トラップＮＯｘを脱離・還元する処理を行わせることは適切なタイミングとなる。しかしながら、低負荷運転のときにはＮＯｘトラップ率がよくなる分だけ実際の触媒通過ＮＯｘ量が少なくなるのに対して、演算値としての触媒通過ＮＯｘ量は実際よりも大きい値を与えてしまうため、低負荷運転が継続することでこの触媒通過ＮＯｘ量（演算値）が判定基準を超えたとき、トラップＮＯｘを脱離・還元する処理を行わせたのでは、トラップＮＯｘを脱離・還元する処理に入るタイミングが早すぎることになる。
【０００７】
この逆に、高負荷運転のときにはＮＯｘトラップ率が悪くなる分だけ実際の触媒通過ＮＯｘ量が多くなるのに対して演算値としての触媒通過ＮＯｘ量が実際よりも小さい値を与えてしまうため、高負荷運転が継続することでこの触媒通過ＮＯｘ量が判定基準を超えたとき、トラップＮＯｘを脱離・還元する処理を行わせたのでは、トラップＮＯｘを脱離・還元する処理に入るタイミングが遅すぎる。
【０００８】
そこで本発明は、トラップＮＯｘを脱離・還元するタイミングをリーン空燃比域におけるエンジンの負荷状態に関係なく適正に決定でき、触媒のトラップ能力を十分に活用できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比が理論空燃比または理論空燃比よりもリッチであるときにトラップＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを排気中の還元成分を用いて還元する機能を有する触媒を排気通路に備える一方、リーン空燃比域でのトラップＮＯｘ量を演算する手段と、エンジンの負荷状態が大きくなるほど大きくなる判定基準を演算する手段と、前記トラップＮＯｘ量が前記判定基準を超えたかどうかを判定する手段と、この判定結果よりトラップＮＯｘ量が判定基準を超えたとき、トラップＮＯｘを脱離・還元処理する手段とを備える。
【００１０】
第２の発明は、図１２に示すように、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比が理論空燃比または理論空燃比よりもリッチであるときにトラップＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを排気中の還元成分を用いて還元する機能を有する触媒３２を排気通路３１に備える一方、リーン空燃比域でのトラップＮＯｘ量を演算する手段３３と、吸入空気量に応じて判定基準を演算する手段３４と、前記トラップＮＯｘ量が前記判定基準を超えたかどうかを判定する手段３５と、この判定結果よりトラップＮＯｘ量が判定基準を超えたとき、トラップＮＯｘを脱離・還元処理する手段３６とを備える。
【００１３】
第３の発明では、第２の発明において前記判定基準を、吸入空気量が大きくなるほど大きくなるように設定する。
【００１４】
第４の発明では、第１から第３までのいずれか一つの発明において前記トラップＮＯｘを脱離・還元処理する手段が、前記触媒入口の排気空燃比を理論空燃比または理論空燃比よりもリッチにする手段である。
【００１５】
第５の発明は、図１３に示すように、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比が理論空燃比または理論空燃比よりもリッチであるときにトラップＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを排気中の還元成分を用いて還元する機能を有する触媒３２を排気通路３１に備える一方、エンジン排出ＮＯｘ量を演算する手段４１と、エンジンの負荷状態に応じて前記触媒３２のＮＯｘトラップ率を演算する手段４２と、このＮＯｘトラップ率と前記エンジン排出ＮＯｘ量とに応じて触媒通過ＮＯｘ量を演算する手段４３と、この触媒通過ＮＯｘ量が判定基準を超えたかどうかを判定する手段４４と、この判定結果より触媒通過ＮＯｘ量が判定基準を超えたとき、トラップＮＯｘを脱離・還元処理する手段４５とを備える。
【００１６】
第６の発明では、第５の発明において前記ＮＯｘトラップ率を、エンジンの負荷状態が大きくなるほど小さくなるように設定する。
【００１７】
第７の発明では、第５の発明において前記ＮＯｘトラップ率を、エンジンの負荷状態と関係するパラメータとしての吸入空気量に応じて設定する。
【００１８】
第８の発明では、第７の発明において前記ＮＯｘトラップ率を、吸入空気量が大きくなるほど小さくなるように設定する。
【００１９】
第９の発明では、第５から第８までのいずれか一つの発明においてトラップＮＯｘ量を演算する手段をさらに備え、前記ＮＯｘトラップ率をこのトラップＮＯｘ量に応じても演算する。
【００２０】
第１０の発明では、第９の発明において前記ＮＯｘトラップ率を、前記トラップＮＯｘ量が多くなるほど小さくなるように設定する。
【００２１】
第１１の発明では、第５から第１０までのいずれか一つの発明において前記トラップＮＯｘを脱離・還元処理する手段が、前記触媒入口の排気空燃比を理論空燃比または理論空燃比よりもリッチにする手段である。
【００２５】
【発明の効果】
触媒のＮＯｘトラップ率が、トラップＮＯｘ量のほかにリーン空燃比域におけるエンジンの負荷状態にも依存し、エンジンの負荷が大きくなるほど小さくなる傾向があることに着目し、第１、第２、第３、第４の発明によれば、トラップＮＯｘ量と判定基準とを比較することによりトラップＮＯｘを脱離・還元処理するタイミングになったかどうかを判定するに際し、その判定基準を、エンジンの負荷状態やエンジンの負荷状態と関係するパラメータとしての吸入空気量に応じて、具体的にはその判定基準を、エンジンの負荷状態が大きくなるほど大きくなるように、あるいは吸入空気量が大きくなるほど大きくなるように設定したので、リーン空燃比域におけるエンジンの負荷状態に関係なくトラップＮＯｘを脱離・還元処理するタイミングが適切となり、これによって、触媒のＮＯｘトラップ能力を十分に活用することができる。
【００２６】
第５、第６、第７、第８、第９、第１０、第１１の発明によれば、エンジン排出ＮＯｘ量とＮＯｘトラップ率に基づいて触媒通過ＮＯｘ量を演算し、この演算した触媒通過ＮＯｘ量と判定基準とを比較することによりトラップＮＯｘを脱離・還元処理するタイミングになったかどうかを判定するに際し、ＮＯｘトラップ率をリーン空燃比域におけるエンジンの負荷状態に依存させ、エンジンの負荷状態やエンジンの負荷状態と関係するパラメータとしての吸入空気量に応じて、具体的にはエンジンの負荷や吸入空気量が大きくなるほどＮＯｘトラップ率が小さくなるように設定したので、リーン空燃比域におけるエンジンの負荷状態に関係なくトラップＮＯｘを脱離・還元処理するタイミングが適切となり、これによって、触媒のＮＯｘトラップ能力を十分に活用することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン本体、２は吸気通路、３はＤＣモータ等からなるスロットルアクチュエータ３Ａにより駆動されるスロットル装置、４はＥＣＵ（エレクトロニックコントロールユニット）１１からの噴射信号により運転条件に応じて所定の空燃比となるように燃料を噴射供給する燃料噴射弁、５は点火プラグである。なお、燃料噴射弁４は燃焼室内に臨んで設けられているが、このタイプに限られるものはでない。
【００２８】
ＥＣＵ１１にはクランク角センサ１２からの基準位置信号と単位角度信号、エアフローメータ１３（エンジン負荷検出手段）からの吸入空気量信号、アクセルセンサ１４からのアクセル開度信号、さらには水温センサ１５からのエンジン冷却水温信号、トランスミッションのギア位置センサ（図示しない）からのギア位置信号、車速センサ（図示しない）からの車速信号等が入力し、これらに基づいて運転状態を判断しながら、負荷のそれほど大きくない所定の運転域においてはリーン空燃比による運転を行い、それ以外の運転域では空燃比を主に理論空燃比へと制御する。
【００２９】
排気通路６にはＮＯｘトラップ触媒７が設置される。この触媒７は、流入排気の空燃比が理論空燃比よりもリーン側であるときに、流入排気中のＮＯｘをトラップし、流入排気の空燃比が理論空燃比または理論空燃比よりもリッチ側になると、トラップＮＯｘを脱離するとともに、この脱離されるＮＯｘを、理論空燃比やリッチ側空燃比の雰囲気中のＨＣ、ＣＯ等を還元剤として用いて還元浄化する機能を有するものである。たとえばアルミナをコーティングしたハニカム担体に、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属を担持した触媒をベースに、バリウムＢａで代表されるアルカリ土類、Ｃｓで代表されるアルカリ金属から選ばれた少なくとも１つの成分を担持して構成される。
【００３０】
ところで、上記のトラップＮＯｘが限界値になったら、そのトラップＮＯｘを脱離・還元するためごく短時間だけ空燃比を理論空燃比（あるいは理論空燃比よりもリッチ側の空燃比）へとリッチ化する処理（このごく短時間だけの空燃比のリッチ化処理を以下「リッチスパイク処理」という）を行うことが必要である。
【００３１】
さて、触媒のＮＯｘトラップ率を、単位時間当たりのトラップＮＯｘ量を、単位時間当たりに触媒に流入するＮＯｘ量で除した値で定義すると、図１１に示したように、トラップＮＯｘ量のほかにリーン空燃比域におけるエンジンの負荷状態にも依存し、吸入空気量Ｑａが大きな高負荷運転状態とＱａが小さな低負荷運転状態とでは、高負荷運転状態でのほうが低負荷運転状態よりＮＯｘトラップ率が小さくなることを本発明者が実験により新たに見い出した。
【００３２】
そこでＥＣＵ１１では、リッチスパイク処理を行うタイミング（トラップＮＯｘを脱離・還元するタイミング）を、エンジンの負荷状態に関係するパラメータに基づいて決定する。具体的には、エンジンの負荷状態に関係するパラメータとしての吸入空気量Ｑａに応じて判定基準としてのＮＯｘ還元要求量ＢＩＣＮＯｘを演算し、トラップＮＯｘ量がこの判定基準ＢＩＣＮＯｘを超えたとき、リッチスパイク処理を行わせる。
【００３３】
ＥＣＵ１１で実行されるこのリッチスパイク処理の制御内容を、図２、図３のフローチャートにしたがって詳細に説明する。
【００３４】
図２、図３において、ステップ１ではエンジン回転数Ｎｅ、吸入空気量（吸入空気流量）Ｑａを読み込む。なお、エンジン回転数Ｎｅはクランク角センサ１２の基準位置信号（４気筒エンジンでは１８０°毎の信号）の発生間隔時間に基づいて演算する。
【００３５】
ステップ２では現在の目標当量比（理論空燃比を目標空燃比で除算した値）ＴＦＢＹＡと１を比較する。ここで、目標当量比の単位は無名数で、目標空燃比を理論空燃比とするとき１となり、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンとするとき１よりも小さな値に、この逆に目標空燃比を理論空燃比よりもリッチとするとき１よりも大きな値になる。目標当量比ＴＦＢＹＡは、簡単にはエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑａをパラメータとするマップ値である（図７参照）。
【００３６】
ＴＦＢＹＡ＜１のときはステップ３〜６に進む。
【００３７】
ステップ３〜５はリーン空燃比域におけるトラップＮＯｘ量を演算し、この演算したトラップＮＯｘ量がＮＯｘ還元要求量に達したかどうか（リッチスパイク処理が必要となったかどうか）を判定する部分である。まず、ステップ３でトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯを読み込む。このトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯの演算間隔は１ｓｅｃ毎であり、リッチスパイク処理の演算間隔（１ｍｓｅｃ毎）と異なるので、図４のフローにより説明する。
【００３８】
図４において、ＴＦＢＹＡ＜１のときはステップ２１よりステップ２２に進み、現在のトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯを、
【００３９】
【数１】
ＳＩＧＮＯ＝ＳＩＧＮＯ-1＋ΔＳＩＧＮＯ
ただし、ＳＩＧＮＯ-1：ＳＩＧＮＯの前回値、
ΔＳＩＧＮＯ：演算間隔当たり（１ｓｅｃ当たり）のトラップＮＯｘ量、
の式により演算する。つまり、本ルーチンの演算間隔当たりのトラップＮＯｘ量ΔＳＩＧＮＯを、前回までのトラップＮＯｘ量であるＳＩＧＮＯ-1に加算した値を今回までのトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯとする。
【００４０】
ここで、演算間隔当たりのトラップＮＯｘ量ΔＳＩＧＮＯは、
【００４１】
【数２】
ΔＳＩＧＮＯ＝ＮＯＧ×（ＮＯｘトラップ率）
の式により演算する。このうち、ＮＯＧは本ルーチンの演算間隔当たりのエンジン排出ＮＯｘ量（エンジンが本ルーチンの演算間隔当たりに排気通路に排出するＮＯｘ量のこと）で、エンジンの運転条件（エンジン回転数Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、目標当量比ＴＦＢＹＡ等）から推定する。たとえば、後述するように、ＮｅとＴｐから図１０を内容とするマップを検索すること等により演算すればよい。
【００４２】
このようにして演算されたトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯはＥＣＵ１１内のメモリ（ＲＡＭ）にストアしておく。
【００４３】
図２に戻り、ステップ４では吸入空気量Ｑａから図５を内容とするテーブルを検索すること等により、リッチスパイク処理が必要であるかどうかを判断するための判定基準であるＮＯｘ還元要求量ＢＩＣＮＯｘを演算し、この判定基準としてのＢＩＣＮＯｘとトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯとをステップ５において比較する。
【００４４】
ここで、上記数２式のＮＯｘトラップ率は一定値であるため、ＮＯｘトラップ率をたとえば中程度の負荷状態に対して設定したとすれば、低負荷状態や高負荷状態のとき、演算値であるΔＳＩＧＮＯが実際値とは異なる値を与えることになるので、これに対応してエンジンの負荷状態を表すパラメータである吸入空気量に応じて判定基準としてのＢＩＣＮＯｘを演算している。具体的には図５のように吸入空気量Ｑａに応じてＮＯｘ還元要求量ＢＩＣＮＯｘが大きくなっていく特性である。
【００４５】
トラップＮＯｘ量が判定基準としてのＢＩＣＮＯｘを超えるときは、リッチスパイク処理が必要であるため、ステップ６に進んでリッチスパイクフラグＦＬＧＲＳを立て（ＦＬＧＲＳ＝１）、このフラグの値をＥＣＵ１１内のメモリにストアする。トラップＮＯｘ量が判定基準以下であるときは、前回までのフラグの値が保持される（つまりＦＬＧＲＳ＝０）。なお、フラグＦＬＧＲＳはエンジン始動時にＦＬＧＲＳ＝０に初期設定される。
【００４６】
このようにして設定されるリッチスパイクフラグＦＬＧＲＳは、後で図６により説明する燃料噴射パルス幅Ｔｉの演算ルーチンで読み出されて使用される。このため、同ルーチンによれば、リッチスパイクフラグＦＬＧＲＳの１へのセットにより、リッチスパイク処理が開始され、ＴＦＢＹＡが１以上となるので、図２のフローにおいては、リッチスパイクフラグＦＬＧＲＳが１になった直後よりステップ２からステップ７以降に進むことになる。
【００４７】
一方、ＴＦＢＹＡ≧１のときはステップ２よりステップ７に進み、目標当量比ＴＦＢＹＡが１未満より１以上へと変化（つまりリーン空燃比域から理論空燃比域またはリッチ空燃比域へと変化）したかどうかまたはリッチスパイクフラグＦＬＧＲＳが０から１に反転したかどうかみる。
【００４８】
まず、目標当量比ＴＦＢＹＡが１未満より１以上へと変化したかどうかは、前回の目標当量比であるＴＦＢＹＡ-1の値をみればわかる。前回の目標当量比であるＴＦＢＹＡ-1が１未満であれば、リーン空燃比域から理論空燃比域またはリッチ空燃比域へと変化したので、ステップ８に進み、理論空燃比域（またはリッチ空燃比域）での運転が開始されてからの経過時間を計測するためタイマをリセット（ＮＯＴＩＭＥ＝０）する。
【００４９】
リッチスパイクフラグＦＬＧＲＳが０から１に反転したかどうかは、フラグＦＬＧＲＳの前回値をみればわかる。フラグＦＬＧＲＳの前回値が０であれば、今回演算時がフラグＦＬＧＲＳの０から１への反転時であるためこのときもステップ８に進み、フラグＦＬＧＲＳが反転してからの経過時間を計測するためタイマをリセットする。
【００５０】
ステップ９ではリッチスパイクフラグＦＬＧＲＳの値をみる。フラグＦＬＧＲＳ＝０であれば（つまり運転条件の変化によりリーン空燃比域から理論空燃比域またはリッチ空燃比域へと変化した場合）、ステップ１１に進み、理論空燃比の運転でトラップＮＯｘ量の全てを脱離・還元できる時間ＲＴｂａｓｅをリッチスパイク処理時間ＳＬＮＯＴＭとして設定し、今回の処理を終了する。
【００５１】
これによって、運転条件がリーン空燃比域から理論空燃比域（またはリッチ空燃比域）に移行した場合に、ＲＴｂａｓｅの時間が経過すればトラップＮＯｘ量の全てが脱離・還元されることになる。
【００５２】
これに対してフラグＦＬＧＲＳ＝１であるときは、運転条件はリーン空燃比域にあっても強制的に空燃比をリッチ化してトラップＮＯｘを脱離・還元するリッチスパイク処理を行うため、ステップ１０に進み、これから開始されるリッチスパイク処理に用いる制御値（リッチ化度合ＲＩＣＨとリッチスパイク処理時間ＳＬＮＯＴＭ）を公知の演算手法を用いて演算する。たとえば、リッチ化度合ＲＩＣＨを、触媒温度（温度センサ１６により検出）や触媒への単位時間当たりの流入排気量に応じて設定するものがある（特開平６−１０７２５号、同６−２９４３１９号公報参照）。これら制御値を演算する点については、本発明は関係しないので、演算内容については説明を省略する。
【００５３】
このようにして演算されたリッチ化度合ＲＩＣＨとリッチスパイク処理時間ＳＬＮＯＴＭはＥＣＵ１１内のメモリにストアされ、このうちＳＬＮＯＴＭは次に説明するリッチスパイク処理が終了したかどうかの判定とリッチスパイク処理の終了直後かどうかの判定（図３のステップ１２、１４）に、またＲＩＣＨは後で説明する燃料噴射パルス幅Ｔｉの演算ルーチンで読み出されて用いられる。
【００５４】
その後も運転条件が理論空燃比域（またはリッチ空燃比域）にあれば、次回からは図２のステップ７より図３のステップ１２に進むことになり、タイマ値ＮＯＴＩＭＥとメモリにストアされている処理時間ＳＬＮＯＴＭを比較する。タイマの計測開始当初はタイマ値ＮＯＴＩＭＥが処理時間ＳＬＮＯＴＭより小さいので、図３のステップ１３に進みタイマ値ＮＯＴＩＭＥをカウントアップして今回の処理を終了する。
【００５５】
このタイマ値ＮＯＴＩＭＥのカウントアップの繰り返しによりやがて、ＮＯＴＩＭＥ≧ＳＬＮＯＴＭになると、図３のステップ１４に進み、タイマ値の前回値であるＮＯＴＩＭＥ-1と処理時間ＳＬＮＯＴＭを比較する。ＮＯＴＩＭＥ-1＜ＳＬＮＯＴＭであれば、タイマ値がＳＬＮＯＴＭ以上となった直後であると判断し、図３のステップ１５に進み、リッチスパイクフラグＦＬＧＲＳの値をみる。これは図２のステップ９の趣旨と同じである。すなわち、ＦＬＧＲＳ＝０のときはリーン空燃比域から理論空燃比域（またはリッチ空燃比域）に移ってからＲＴｂａｓｅ（＝ＳＬＮＯＴＭ）の時間が経過した、つまりトラップＮＯｘの全てが脱離・還元されたと判断し、ステップ１７に進み、トラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯをリセットする（ＳＩＧＮＯ＝０）。
【００５６】
これに対して、ＦＬＧＲＳ＝１のときは、強制的に空燃比をリッチ化してトラップＮＯｘ量を脱離・還元するリッチスパイク処理を開始してからＳＬＮＯＴＭの時間が経過した（トラップＮＯｘの全てが脱離・還元された）と判断し、このときはこのリッチスパイク処理を終了させるためステップ１５よりステップ１６に進み、フラグＦＬＧＲＳをリセット（ＦＬＧＲＳ＝０）した後、ステップ１７の処理を実行する。
【００５７】
図６のフローチャートは、燃料噴射弁４に与える燃料噴射パルス幅Ｔｉを演算するためのもので、図２、図３のフローとは独立に一定時間毎（たとえば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００５８】
ここで、図６においてステップ３３、３４以外は従来と同じである。ステップ３１ではエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑａを読み込み、これらからステップ３２において基本噴射パルス幅Ｔｐを、Ｔｐ＝（Ｑａ／Ｎｅ）×ｋ（ただしｋは定数）の式により算出する。このＴｐはエンジン１回転当たりに必要となる燃料量を与えるもので、このＴｐにより理論空燃比の混合気が得られる。
【００５９】
ステップ３３では、メモリにストアされているリッチスパイクフラグＦＬＧＲＳの値と１を比較し、ＦＬＧＲＳ＝０のときにはリッチスパイク処理を行う必要がないためステップ３５に進み、エンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑａから図７を内容とするマップを検索することにより、目標当量比ＴＦＢＹＡを演算する。詳細には、図７に示したように大きく３つに分けられた運転域毎に異なる値が入っている。同図において、ＴＦＢＹＡ＝１の領域が理論空燃比を目標空燃比とする運転域（理論空燃比域）、ＴＦＢＹＡ＜１の領域がリーン空燃比を目標空燃比とする運転域（リーン空燃比域）、またＴＦＢＹＡ＞１の領域がリッチ空燃比を目標空燃比とする運転域（リッチ空燃比域）である。
【００６０】
これに対してＦＬＧＲＳ＝１のときは、強制的に空燃比をリッチ化してトラップＮＯｘを脱離・還元するリッチスパイク処理を行うためステップ３３よりステップ３４に進み、メモリにストアされている上記のリッチ化度合ＲＩＣＨを目標当量比ＴＦＢＹＡとして設定する。このとき、目標当量比ＴＦＢＹＡ（＝ＲＩＣＨ）は１以上の値となり、理論空燃比または理論空燃比よりもリッチ側の空燃比で運転される。
【００６１】
最後にステップ３６ではこのようにして得た目標当量比ＴＦＢＹＡと上記の基本噴射パルス幅Ｔｐを用いて
【００６２】
【数３】
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×α×２＋Ｔｓ
ただし、α：空燃比フィードバック補正係数、
Ｔｓ：燃料噴射弁の無効燃料噴射量、
の式によりシーケンシャル噴射時の燃料噴射パルス幅Ｔｉを計算する。なお、ＴＦＢＹＡ≠１のときにはαは１．０にクランプされる。
【００６３】
このようにして算出されたＴｉはＥＣＵ１１内のメモリにストアされ、エンジンの回転に同期して実行される燃料噴射実行ルーチンで読み出されて使用される（シーケンシャル噴射では、エンジン１回転毎に１回、所定のタイミングで各気筒毎にＴｉの期間だけ燃料噴射弁４が開かれ、噴射が行われる）。
【００６４】
ここで、本実施形態の作用を説明する。
【００６５】
触媒７のＮＯｘトラップ率が、トラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯのほかにリーン空燃比域におけるエンジンの負荷状態にも依存し、エンジンの負荷状態が大きくなるほど小さくなる傾向があることを前述した。したがって、上記数２式のＮＯｘトラップ率と、リッチスパイク処理を行わせるかどうかを判断するための判定基準としてのＮＯｘ還元要求量ＢＩＣＮＯｘとをかりにエンジン負荷状態が中程度の値に設定したとすると、中負荷運転状態が継続することでトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯが判定基準としてのＢＩＣＮＯｘを超えたとき、リッチスパイク処理を行わせることは適切なタイミングである。
【００６６】
しかしながら、低負荷運転状態のときにはＮＯｘトラップ率がよくなる分だけ演算間隔当たりのトラップＮＯｘ量ΔＳＩＧＮＯが実際よりも少ない値を与えてしまうため、トラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯが実際値より小さくなる。したがって、低負荷運転状態が継続することでトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯが判定基準としてのＢＩＣＮＯｘを超えたとき、リッチスパイク処理を行わせたのでは、リッチスパイク処理に入るタイミングが遅れてしまう。
【００６７】
これに対して本実施形態によれば、判定基準としてのＢＩＣＮＯｘをリーン空燃比域におけるエンジンの負荷状態に応じた値として、図５のように低負荷運転状態（Ｑａが小）では中負荷運転状態より判定基準としてのＢＩＣＮＯｘを小さく、また高負荷状態（Ｑａが大）では中負荷運転状態より判定基準としてのＢＩＣＮＯｘを大きくしている。このため、低負荷運転状態が継続することでトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯが実際値より小さくなるときは、これに合わせて判定基準としてのＢＩＣＮＯｘが小さくなり、リッチスパイク処理に入るタイミングが早められる。これによって、低負荷運転状態が継続する場合にも、リッチスパイク処理に入るタイミングが適切になるのである。
【００６８】
同様にして、高負荷運転状態のときにはＮＯｘトラップ率が悪くなる分だけ演算間隔当たりのトラップＮＯｘ量ΔＳＩＧＮＯが実際よりも多い値を与えてしまうため、高負荷運転状態が継続することでトラップＮＯｘ量が判定基準としてのＢＩＣＮＯｘを超えたとき、リッチスパイク処理を行わせたのでは、リッチスパイク処理に入るタイミングが早すぎてしまうのであるが、本実施形態によれば、高負荷運転状態が継続することでトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯが実際値より大きくなるときは、これに合わせて判定基準としてのＢＩＣＮＯｘが大きくなり、リッチスパイク処理に入るタイミングが遅らせられることから、高負荷運転状態が継続する場合にも、リッチスパイク処理に入るタイミングが適切になる。
【００６９】
このように本実施形態は、触媒７のＮＯｘトラップ率が、トラップＮＯｘ量のほかにリーン空燃比域におけるエンジンの負荷状態にも依存し、エンジンの負荷状態が大きくなるほど小さくなる傾向があることに着目するものであり、トラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯと判定基準としてのＮＯｘ還元要求量ＢＩＣＮＯｘとを比較することによりリッチスパイク処理を行うタイミングになったかどうかを判定するに際し、判定基準としてのＢＩＣＮＯｘを、エンジンの負荷状態を表すパラメータとしての吸入空気量Ｑａが大きくなるほど大きくなるように設定したので、リーン空燃比域におけるエンジンの負荷状態に関係なくリッチスパイク処理を行うタイミングが適切となり、これによって、触媒のＮＯｘトラップ能力を十分に活用することができることになった。
【００７０】
図８のフローチャートは第２実施形態で、第１実施形態の図２と置き換わるものである。なお、図２と同一部分には同一のステップ番号をつけている。
【００７１】
トラップＮＯｘ量とこれに対する判定基準としてのＢＩＣＮＯｘとの比較によりリッチスパイク処理を行うタイミングを決定するものに適用したのが第１実施形態であったのに対して、第２実施形態は、触媒通過ＮＯｘ量とこれに対する判定基準との比較によりリッチスパイク処理を行うタイミングを決定するものに適用したものである。
【００７２】
図２と相違する部分を主に説明すると、リーン空燃比域である場合（ＴＦＢＹＡ＜１）に進むステップ４１で、エンジン排出ＮＯｘ量（エンジン１から排出されるＮＯｘ量のこと）ＥＮＧＮＯｘを読込む。このエンジン排出ＮＯｘ量ＥＮＧＮＯｘの演算間隔は１ｓｅｃ毎であり、リッチスパイク処理の演算間隔と異なるので、図９のフローにより説明する。
【００７３】
図９においてＴＦＢＹＡ＜１のときはステップ５１よりステップ５２に進み、エンジン回転数Ｎｅと基本噴射パルス幅Ｔｐを読込み、これらからステップ５３において図１０を内容とするマップを検索すること等により、演算間隔当たり（１秒当たり）のエンジン排出ＮＯｘ量ＮＯＧを演算し、この演算間隔当たりのエンジン排出ＮＯｘ量ＮＯＧを、ステップ５４で前回までのエンジン排出ＮＯｘ量（＝積算値）であるＥＮＧＮＯｘ-1に加算し、加算後の値を今回までのエンジン排出ＮＯｘ量ＥＮＧＮＯｘとして算出する。このようにして演算されたエンジン排出ＮＯｘ量はＥＣＵ１１内のメモリにストアしておく。
【００７４】
図８に戻り、ステップ４２では、トラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯと吸入空気量Ｑａから図１１を内容とするマップを検索すること等により、現在のトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯと吸入空気量Ｑａに対するＮＯｘトラップ率を演算する。
【００７５】
ＮＯｘトラップ率は、単位時間当たりのトラップＮＯｘ量を、単位時間当たりに触媒に流入するＮＯｘ量を除した値で、図１１のようにトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯが増加するほど、また、吸入空気量Ｑａが大きくなるほど小さくなる特性である。ここで、トラップＮＯｘ量が同じでも吸入空気量Ｑａが大きい高負荷運転状態より吸入空気量Ｑａが少ない低負荷運転状態のほうがＮＯｘトラップ率が高いのは、本発明者が実験により初めて見い出したものである（特願平１１−１６６７０１号参照）。なお、同図には簡単のためＱａが大きい高負荷運転状態のときとＱａが小さい低負荷運転状態のときの２つの値しかないように（つまり２値的に）示しているが、実際には、Ｑａに応じて段階的に（あるいは無段階的に）設定している。
【００７６】
なお、ＮＯｘトラップ率は、触媒温度Ｔｃａｔの影響も受けるので、さらに触媒温度Ｔｃａｔをもパラメータとして演算させてもかまわない。このときのＮＯｘトラップ率の温度特性は、たとえば負荷を一定としたとき所定の触媒温度で最大となり、この触媒温度より低くても高くても低下する傾向の特性になる。
【００７７】
図８に戻りステップ４３では、このＮＯｘトラップ率と上記のエンジン排出ＮＯｘ量ＥＮＧＮＯｘを用いて、
【００７８】
【数４】
ＰＮＯｘ＝ＥＮＧＮＯｘ×（１−ＮＯｘトラップ率）
の式により、触媒通過ＮＯｘ量ＰＮＯｘを演算し、この触媒通過ＮＯｘ量ＰＮＯｘとリッチスパイク処理が必要であるかどうかを判断するための判定基準ＢＩＰＮＯｘ（一定値）をステップ４４において比較し、触媒通過ＮＯｘ量ＰＮＯｘが判定基準ＢＩＰＮＯｘを超えるときには、リッチスパイク処理が必要であるためステップ６に進んでリッチスパイクフラグＦＬＧＲＳを立てる（ＦＬＧＲＳ＝１）。
【００７９】
なお、触媒通過ＮＯｘ量ＰＮＯｘを演算するに際して、特開平７−３０５６４４号公報にもあるように、触媒浄化率を考慮してもかまわない。
【００８０】
さて、上記数４式のＮＯｘトラップ率と判定基準ＢＩＰＮＯｘとをかりにエンジン負荷状態が中程度の値に設定したとすると、中負荷運転状態が継続することで触媒通過ＮＯｘ量ＰＮＯｘが判定基準ＢＩＰＮＯｘを超えたとき、リッチスパイク処理を行わせることは適切なタイミングとなる。
【００８１】
しかしながら、低負荷運転状態のときにはＮＯｘトラップ率がよくなる分だけ実際の触媒通過ＮＯｘ量が少なくなるのに対して、演算値としての触媒通過ＮＯｘ量ＰＮＯｘは実際よりも大きい値を与えてしまうため、低負荷運転状態が継続することでこの触媒通過ＮＯｘ量ＰＮＯｘが判定基準ＢＩＰＮＯｘを超えたとき、リッチスパイク処理を行わせたのでは、リッチスパイク処理に入るタイミングが早すぎることになる。
【００８２】
これに対して本実施形態によれば、ＮＯｘトラップ率をリーン空燃比域におけるエンジンの負荷状態に応じた値として、図１１のようにトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯが同じでもＱａが小さな低負荷運転状態では中負荷運転状態よりＮＯｘトラップ率を大きく、またＱａが大きな高負荷運転状態でには中負荷運転状態よりＮＯｘトラップ率を小さくしている。このため、低負荷運転状態が継続することで触媒通過ＮＯｘ量が小さくなるときは、これに合わせて演算値としての触媒通過ＮＯｘ量ＰＮＯｘも小さくなり、リッチスパイク処理に入るタイミングが遅らせられることから、低負荷運転状態が継続する場合にも、リッチスパイク処理に入るタイミングが適切になる。
【００８３】
同様にして、高負荷運転状態のときにはＮＯｘトラップ率が悪くなる分だけ実際の触媒通過ＮＯｘ量が多くなるのに対して、演算値としての触媒通過ＮＯｘ量ＰＮＯｘは実際よりも小さい値を与えてしまうため、高負荷運転状態が継続することでこの触媒通過ＮＯｘ量ＰＮＯｘが判定基準ＢＩＰＮＯｘを超えたとき、リッチスパイク処理を行わせたのでは、リッチスパイク処理に入るタイミングが遅すぎてしまうのであるが、本実施形態によれば、高負荷運転状態が継続することで触媒通過ＮＯｘ量が大きくなるときは、これに合わせて演算値としての触媒通過ＮＯｘ量ＰＮＯｘも大きくなり、リッチスパイク処理に入るタイミングが早められることから、高負荷運転状態が継続する場合にも、リッチスパイク処理に入るタイミングが適切になる。
【００８４】
このように第２実施形態では、エンジン排出ＮＯｘ量ＥＮＧＮＯｘとＮＯｘトラップ率に基づいて触媒通過ＮＯｘ量ＰＮＯｘを演算し、この演算した触媒通過ＮＯｘ量ＰＮＯｘと判定基準ＢＩＰＮＯｘとを比較することによりリッチスパイク処理を行うタイミングになったかどうかを判定するに際し、ＮＯｘトラップ率をトラップＮＯｘ量のほかにリーン空燃比域におけるエンジンの負荷状態にも依存させ、エンジンの負荷状態を表すパラメータとしての吸入空気量が大きくなるほどＮＯｘトラップ率が小さくなるように設定したので、第１実施形態と同様に、リーン空燃比域におけるエンジンの負荷状態に関係なくリッチスパイク処理を行うタイミングが適切となり、これによって触媒のＮＯｘトラップ能力を十分に活用できる。
【００８５】
実施形態では、演算間隔当たりのエンジン排出ＮＯｘ量ＮＯＧと一定値のＮＯｘトラップ率の積を演算間隔当たりのトラップＮＯｘ量ΔＳＩＧＮＯとして求め、これを演算間隔毎に積算することによって現在触媒に残存するトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯを求め、このトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯと判定基準としてのＮＯｘ還元要求量ＢＩＣＮＯｘとの比較により、リッチスパイク処理が必要となったかどうかを判定する場合で説明したが、トラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯの演算を簡略化することも可能である。たとえば
〈１〉リーン空燃比域におけるエンジン回転数の積算値ＳｕｍＮｅ、
〈２〉リーン空燃比域におけるスロットル開度の積算値ＳｕｍＴｈ、
〈３〉リーン空燃比域における吸入空気量の積算値ＳｕｍＱａ、
のいずれかをトラップＮＯｘ量ＳＩＧＮＯの代わりに演算するようにしてもよい。このときは、各積算値ＳｕｍＮｅ、ＳｕｍＴｈ、ＳｕｍＱａと比較するためのＮＯｘ還元要求量Ｂ１Ｎｅ、Ｂ１Ｔｈ、Ｂ１Ｑａを図５と同様にエンジンの負荷状態に応じて設定し、前記各積算値ＳｕｍＮｅ、ＳｕｍＴｈ、ＳｕｍＱａのいずれかの値がそれぞれについて設定される判定基準としてのＮＯｘ還元要求量Ｂ１Ｎｅ、Ｂ１Ｔｈ、Ｂ１Ｑａを超えた場合に、上記のリッチスパイクフラグＦＬＧＲＳを１とすればよい。
【００８６】
実施形態ではエンジンの負荷状態を表すパラメータとして吸入空気量で代表させたが、これに限られるものでない。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の制御システム図である。
【図２】リッチスパイク処理を説明するためのフローチャート。
【図３】リッチスパイク処理を説明するためのフローチャート。
【図４】トラップＮＯｘ量の演算を説明するためのフローチャート。
【図５】吸入空気量に対するＮＯｘ還元要求量の特性図。
【図６】燃料噴射パルス幅の演算を説明するためのフローチャート。
【図７】運転条件に応じた目標当量比の特性図。
【図８】第２実施形態のリッチスパイク処理を説明するためのフローチャート。
【図９】エンジン排出ＮＯｘ量の演算を説明するためのフローチャート。
【図１０】演算間隔当たりエンジン排出ＮＯｘ量の特性図。
【図１１】トラップＮＯｘ量と吸入空気量に対するＮＯｘトラップ率の特性図。
【図１２】第２の発明のクレーム対応図。
【図１３】  第５の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
１  エンジン本体
４  燃料噴射弁
７  触媒
１３  エアフローメータ（エンジン負荷検出手段）
１１  ＥＣＵ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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