JP3896685B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わせる内燃機関の空燃比制御装置であって、リーン燃焼時に発生する排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するためのＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有する内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年における内燃機関の空燃比制御装置では、燃費改善を図るべく理論空燃比よりもリーン側で燃料を燃焼させる、いわゆるリーンバーン制御を実施する技術が多用化されつつある。こうしたリーン燃焼を行わせる場合、内燃機関から排出される排ガスにはＮＯｘが多く含まれるが、環境保全の観点からＮＯｘ排出量を削減する必要がある。そこで従来より、機関排気管に例えばＮＯｘ吸蔵還元型触媒（リーンＮＯｘ触媒）を設けて排出ＮＯｘを浄化したり、同じく機関排気管にＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサを設けて排ガス中のＮＯｘ濃度を監視したりする技術があった。
【０００３】
また一方、リーン燃焼時に発生するＮＯｘをＮＯｘ触媒にて吸収するシステムでは、ＮＯｘ触媒でＮＯｘが飽和状態になるとＮＯｘ浄化能力が限界に達する。そのため、ＮＯｘ触媒の浄化能力を回復させてＮＯｘの排出を抑制すべく一時的にリッチ燃焼を行わせるようにした技術が知られている。
【０００４】
その関連技術として、例えば国際公開ＷＯ９４／１７２９１号では、触媒の下流側に空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）を設け、そのセンサにより検出された空燃比がリーンからリッチに切り換わった時にＮＯｘ触媒からのＮＯｘ放出が完了したと判断する。そしてこれにより、リッチ時間が短すぎてＮＯｘ触媒でのＮＯｘ吸蔵能力が低下したり、リッチ時間が長すぎて多量の未燃ＨＣ，ＣＯが大気に放出されたりするなどの不具合が解消されるものとしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来既存の技術では、リーン燃焼が実施されている最中においてＮＯｘ吸蔵に伴い徐々に減少する触媒のＮＯｘ吸蔵能力が把握できない、或いはリッチ燃焼が実施されている最中において触媒のＮＯｘ吸蔵能力の回復の度合が把握できない。そのため、最適時間でのリーン燃焼とリッチ燃焼とが実施できず、例えばＮＯｘ排出量を低減を優先する場合、過剰なリッチ燃焼に起因して燃費の悪化やトルク変動などの諸問題を招く。
【０００６】
また、機関排気管に空燃比検出用のＡ／Ｆセンサと、ＮＯｘセンサ（例えば、特開平８−２７１４７６号公報の測定装置など）とを併設し、これら２つのセンサによりリーン燃焼時及びリッチ燃焼時のＮＯｘ吸蔵能力を常時監視することも考えられるが、こうした構成ではコストの高騰を招くおそれがあった。特に近年では、車両及び内燃機関の電子制御が多種多様化される傾向にあるため、構成を簡素化し、また電子制御装置（マイクロコンピュータ）による演算負荷を軽減させる必要があった。
【０００７】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、リーン燃焼の途中に一時的にリッチ燃焼を行わせる空燃比制御装置において、コストダウンを図りつつ、適切なる時間でリーン燃焼とリッチ燃焼とを実施することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における内燃機関の空燃比制御装置ではその前提として、空燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わせると共に、リーン燃焼時に排出される排ガス中のＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒で吸蔵し、さらに空燃比を一時的にリッチに制御して前記吸蔵したＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒から放出するようにしている。
【０００９】
そして、請求項１に記載の発明ではその特徴として、排ガスのＮＯｘ濃度に応じた第１の信号と、排ガスの空燃比に応じた第２の信号との２つの信号を出力する排ガスセンサと、前記排ガスセンサによる第１，第２の信号のいずれか一方を選択する信号選択手段と、前記選択した信号を空燃比制御用の一パラメータとして出力する信号出力手段と、前記出力した第１，第２の信号のいずれかの信号を用いて空燃比を制御する空燃比制御手段とを備える。
【００１０】
この場合、請求項７に記載したように、前記排ガスセンサは、前記第１の信号として排ガス中のＮＯｘ濃度に応じた信号を出力し、前記第２の信号として排ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する、複合型ガスセンサであるとよい。因みに、酸素濃度は空燃比に対して比例関係にあるため、本明細書では、酸素濃度信号と空燃比（Ａ／Ｆ）信号とを同意に扱うこととしている。
【００１１】
上記請求項１の構成によれば、第１の信号（ＮＯｘ濃度信号），第２の信号（酸素濃度信号）を選択的に用い、同信号を空燃比制御用の一パラメータとすることで、リーン燃焼時における触媒のＮＯｘ吸蔵能力の減少の度合や、リッチ燃焼時における触媒のＮＯｘ吸蔵能力の回復の度合が適宜把握できる。そのため、最適時間でのリーン燃焼とリッチ燃焼とが実施でき、過剰なリッチ燃焼に伴う燃費の悪化やトルク変動などの諸問題が回避できる。またこの場合、第１の信号（ＮＯｘ濃度信号），第２の信号（酸素濃度信号）が１つの排ガスセンサから得られるため、ＮＯｘ濃度検出用のセンサと酸素濃度（Ａ／Ｆ）検出用のセンサとの２本のセンサを必要とすることもない。その結果、リーン燃焼の途中に一時的にリッチ燃焼を行わせる空燃比制御装置において、コストダウンを図りつつ、適切なる時間でリーン燃焼とリッチ燃焼とを実施することができる。
【００１２】
実際には、請求項２に記載したように、内燃機関がリーン運転されていれば、前記第１の信号の出力（ＮＯｘ出力）を要求し、内燃機関がリッチ運転されていれば、前記第２の信号の出力（Ａ／Ｆ出力）を要求する（出力要求手段）。そして、その出力要求に従い、排ガスセンサによる第１，第２の信号を選択的に切り換える（信号選択手段）。
【００１３】
例えば２ＣＰＵシステムの電子制御装置において、一方のＣＰＵ（マイコン）が出力要求を送信し、他方のＣＰＵ（マイコン）が出力要求に応じて第１，第２の信号を選択的に切り換える。この場合、多種多様化が強まる傾向の電子制御装置において、各ＣＰＵの機能を適宜割り当てることができる。その結果、第１，第２の信号の切り換え、並びに当該信号を用いた空燃比制御が効率良く実施できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、前記信号選択手段は、リーン燃焼からリッチ燃焼への移行に伴って空燃比がリッチ側に移行する際に、前記排ガスセンサによる検出信号に応じてその旨を判定し、該判定した結果、空燃比がリッチ側に移行していれば前記第２の信号を選択し、該判定した結果、空燃比がリーン側に戻れば前記第１の信号を選択する。つまり、機関排気管を流れる排ガスの実際の空燃比に応じて第１の信号（ＮＯｘ濃度信号），第２の信号（酸素濃度信号）を選択的に用いる。これにより、択一的に用いられる第１，第２の信号の切り換え動作が的確に実施できる。
【００１５】
請求項３の発明において、例えば理論空燃比（ストイキ）を境にして空燃比が変動する場合、信号切換の動作がハンチングするおそれがある。そのため、請求項４に記載したように、排ガスセンサの検出信号がリーンからリッチに移行する際の判定値と、同検出信号がリッチからリーンに戻る際の判定値とにヒステリシスを持たせ、これにより、ハンチング防止を図るようにしてもよい。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明では、排ガスのＮＯｘ濃度に応じた第１の信号と、排ガスの空燃比に応じた第２の信号との２つの信号を出力する排ガスセンサと、前記排ガスセンサによる第１，第２の信号を常に監視して、第１の信号を基にリーン燃焼からリッチ燃焼への移行の旨を判定し、第２の信号を基にリッチ燃焼からリーン燃焼への移行の旨を判定する判定手段と、前記第１，第２の信号のいずれかの信号を用いて空燃比を制御する空燃比制御手段とを備える。
【００１７】
上記構成によれば、択一的に用いられる第１，第２の信号の切り換え動作が的確に実施できる。その結果、請求項１に記載の発明と同様に、リーン燃焼の途中に一時的にリッチ燃焼を行わせる空燃比制御装置において、コストダウンを図りつつ、適切なる時間でリーン燃焼とリッチ燃焼とを実施することができるようになる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、前記空燃比制御手段は、リーン燃焼時には前記排ガスセンサによる第１の信号から前記リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定し、その後リッチ燃焼に移行すると、前記推定したＮＯｘ吸蔵量に応じて設定されるリッチ空燃比で燃料噴射量を制御する。
【００１９】
上記構成によれば、リッチ燃焼のためのリッチ時間が過不足無く最適時間で設定できる。つまり、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量は、リーン燃焼時におけるＮＯｘ濃度により決まる。従って、第１の信号（ＮＯｘ出力）によりリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定することで、その推定値を正確に求めることができる。また、ＮＯｘ吸蔵量に応じたリッチ空燃比で燃料噴射量を制御することで、実際に必要とされる量のリッチ成分をリーンＮＯｘ触媒に供給することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態における空燃比制御システムでは、空燃比リーン領域でリーン燃焼を行わせる、いわゆるリーンバーン制御を実施する。同システムの主たる構成として、内燃機関の排気系通路の途中にはＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下、ＮＯｘ触媒という）が設けられ、そのＮＯｘ触媒の上流側には排ガス中の酸素濃度（Ａ／Ｆ）とＮＯｘ濃度とに応じた２つの信号を同時に出力可能な複合型ガスセンサが配設されている。そして、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置（以下、ＥＣＵという）は、複合型ガスセンサによる検出結果を取り込み、その検出結果に基づいて空燃比制御を実施する。以下、図面を用いてその詳細な構成を説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態における空燃比制御システムの概略構成図である。図１に示されるように、内燃機関は４気筒４サイクルの火花点火式エンジン（以下、エンジン１という）として構成されている。その吸入空気は上流よりエアクリーナ２、吸気管３、スロットル弁４、サージタンク５及びインテークマニホールド６を通過して、インテークマニホールド６内で各気筒毎の燃料噴射弁７から噴射された燃料と混合される。そして、所定空燃比（Ａ／Ｆ）の混合気として各気筒に供給される。
【００２２】
エンジン１の各気筒に設けられた点火プラグ８には、点火回路９から供給される高電圧がディストリビュータ１０を介して分配供給され、点火プラグ８は前記各気筒の混合気を所定タイミングで点火する。燃焼後に各気筒から排出される排ガスは、エキゾーストマニホールド１１及び排気管１２を経て、排気管１２に設けられたＮＯｘ触媒１３を通過した後、大気に排出される。このＮＯｘ触媒１３は、リーン空燃比での燃焼時にＮＯｘを吸蔵し、リッチ空燃比での燃焼時に前記吸蔵したＮＯｘをリッチ成分（ＣＯ，ＨＣなど）で還元し放出する。
【００２３】
また、本制御システムには、以下の各種センサが設けられている。吸気圧センサ２２は吸気管３に設けられ、スロットル弁下流の吸気管内負圧（吸気圧ＰＭ）を検出する。スロットルセンサ２３はスロットル弁４に設けられ、同スロットル弁４の開度（スロットル開度ＴＨ）を検出する。なお、スロットルセンサ２３はアイドルスイッチを内蔵しており、スロットル弁４が略全閉である旨の検出信号を出力する。水温センサ２４はエンジン１のシリンダブロックに設けられ、エンジン冷却水の温度（冷却水温Ｔｈｗ）を検出する。回転数センサ２５はディストリビュータ１０に設けられ、エンジン１の２回転、すなわち７２０°ＣＡ毎に等間隔で２４個のパルス信号（Ｎｅパルス）を出力する。
【００２４】
さらに、排気管１２においてＮＯｘ触媒１３の上流側には、エンジン１から排出される排ガス中の酸素濃度及びＮＯｘ濃度に各々比例したＡ／Ｆ信号，ＮＯｘ信号を出力するための複合型ガスセンサ２６が設けられている。つまり、複合型ガスセンサ２６は空燃比（Ａ／Ｆ）とＮＯｘ濃度とを同時に検出し、その２つの検出結果を随時ＥＣＵ３０に対して出力する。
【００２５】
ここで、複合型ガスセンサ２６の構成について図２を用いて説明する。図２は、複合型ガスセンサ２６の要部であるセンサ素子部を拡大して示す断面図である。
【００２６】
図２において、複合型ガスセンサ２６のセンサ素子部は、酸素イオン導電性の第１，第２固体電解質基板４１，４２と、基板４３，４４，４５と、ヒータ４６との積層構造により構成されている。ヒータ４６には発熱体４６ａが埋設されている。第１，第２固体電解質基板４１，４２の間にはサンプルガス室４７が形成され、第２固体電解質基板４２とヒータ４６との間には基準ガス室４８が形成されている。サンプルガス室４７は、基板４４により第１ガス室４７ａと第２ガス室４７ｂとに区画され、第１，第２ガス室４７ａ，４７ｂの間は拡散通路４９により連通されている。
【００２７】
また、複合型ガスセンサ２６は、
・第１固体電解質基板４１の図の上下両面に設けられた一対の電極５０，５１を有し、サンプルガス室４７内の酸素ガスを排出するか、或いは同サンプルガス室４７内へ酸素ガスを導入するためのポンプセル５２と、
・第２固体電解質基板４２の図の上下両面に設けられた一対の電極５３，５４を有し、サンプルガス室４７内のＮＯｘ濃度を検出するための検出セル５５と、
・第２固体電解質基板４２の図の上下両面に設けられた一対の電極５６，５７を有し、サンプルガス室４７内の酸素濃度を検出するためのセンサセル５８と、
を備える。
【００２８】
なお、電極５０，５１の中央にはサンプルガス導入路５９が設けられている。
上記ポンプセル５２を構成する電極５０，５１のうち、電極５０はＰｔ電極、電極５１はＮＯｘに対して不活性なＡｕ添加Ｐｔ電極である。また、上記検出セル５５を構成する電極５３，５４のうち、電極５３はＮＯｘを窒素イオンと酸素イオンとに分解する活性電極でＰｔ又はＰｔ／Ｒｈ電極、電極５４はＰｔ電極である。さらに、上記センサセル５８を構成する電極５６，５７のうち、電極５６はＮＯｘに対して不活性なＡｕ添加Ｐｔ電極、電極５７はＰｔ電極である。
【００２９】
上記検出セル５５には、第１電流計６０と電源６１とを備えた検出回路６２が接続されている。上記ポンプセル５２には、第２電流計６３と可変電源６４とを備えたポンプ回路６５が接続されている。上記センサセル５８には、電圧計６６を備えたセンサ回路６７が接続されている。
【００３０】
そして、フィードバック回路７０は、電圧計６６の検出値が一定値に保持されるよう制御器７１を操作して可変電源６４を制御する。ＮＯｘ濃度測定器７２は、第１電流計６０の検出値に基づいてサンプルガス（排ガス）中のＮＯｘ濃度を測定する。Ａ／Ｆ測定器７３は第２電流計６３の検出値に基づいてサンプルガス（排ガス）中のＡ／Ｆを測定する。
【００３１】
上記構成の複合型ガスセンサ２６において、サンプルガス（排ガス）はサンプルガス導入路５９を介して第１，第２ガス室４７ａ，４７ｂに導入され、センサセル５８によりその酸素濃度が常に監視される。つまり、センサセル５８は酸素濃淡起電力式の電池として作用する。従って、第２ガス室４７ｂ内の酸素濃度に対応した起電力がセンサセル５８の電極５６，５７間に生じ、その起電力が電圧計６６により検出される。このとき、上記起電力が常に一定値になるように、すなわち第２ガス室４７ｂ内の酸素濃度が基準濃度となるようにフィードバック回路７０を通じてポンプ回路６５の可変電源６４が制御器７１により制御される。
【００３２】
つまり、第２ガス室４７ｂ内の酸素濃度が基準濃度よりも高い場合には、電圧計６６の値が基準濃度を示す起電力（０．４Ｖ）よりも低い値となる。この場合、可変電源６４の電源電圧が上げられ、ポンプセル５２における酸素の排出が促進される。一方、第２ガス室４７ｂ内の酸素濃度が基準濃度よりも低い場合には、電圧計６６の値が基準濃度を示す起電力（０．４Ｖ）よりも高い値となる。この場合、可変電源６４の電源電圧が下げられ、ポンプセル５２における酸素の排出が抑制される。場合によっては、酸素の排出が停止され、酸素の導入が行われる。
【００３３】
上記動作により、第１ガス室４７ａ内の酸素濃度はほぼ基準濃度で保たれ、この状態にあるサンプルガスが第２ガス室４７ｂに流れ込むために第２ガス室４７ｂ内の酸素濃度もほぼ基準濃度で保たれる。このとき、第２ガス室４７ｂ内の酸素濃度を一定値に保持するようポンプセル電圧を制御することで、サンプルガス（排ガス）中の酸素濃度、すなわち空燃比に応じたポンプ電流が流れ、このポンプ電流が第２電流計６３により検出される。これにより、Ａ／Ｆ測定器７３において空燃比の測定が可能となる。
【００３４】
一方、検出セル５５において、第２ガス室４７ｂ内のＮＯｘは電極５３に接触して還元され、酸素イオンとなる。また、第２ガス室４７ｂ内に残留していた酸素も同様に還元されて酸素イオンとなる。そして、検出回路６２では、電源６１により常に一定の電圧（０．４５Ｖ）が電極５３，５４間に印加されることで、酸素イオン量に応じた限界電流値が第１電流計６０により検出される。
【００３５】
ここに、第２ガス室４７ｂ内の酸素濃度がほぼ一定であることから、上記の酸素イオン量もほぼ一定である。従って、第１電流計６０に与える影響もほぼ一定となり、第１電流計６０により検出される限界電流値からＮＯｘ濃度の変動量を測定することができる。つまり、ＮＯｘ濃度測定器７２においてＮＯｘ濃度の測定が可能となる。
【００３６】
以上詳述した通り、複合型ガスセンサ２６では、サンプルガス（排ガス）中の空燃比とＮＯｘ濃度とが同時に検出できる。なお、複合型ガスセンサ２６の構成並びにその特性については、本願出願人による特願平９−１８０４４６号に詳細に開示されている。
【００３７】
一方、図１において、ＥＣＵ３０は、エンジン１の各種制御を司るエンジン制御用マイコン３１と、前記複合型ガスセンサ２６による検出信号（Ａ／Ｆ信号，ＮＯｘ信号）を選択的にエンジン制御用マイコン３１に対して出力するガス濃度検出装置３２とを備える。エンジン制御用マイコン３１とガス濃度検出装置３２とは、例えばＳＣＩ（Serial Communication Interface）通信などにより相互に通信可能に接続されている。
【００３８】
エンジン制御用マイコン３１は、周知のＣＰＵやメモリ等にて構成され、前記の各種センサによる検出信号（吸気圧ＰＭ、スロットル開度ＴＨ、冷却水温Ｔｈｗ、Ｎｅパルス）を入力する。そして、それらの各値に基づいて燃料噴射量ＴＡＵ、点火時期Ｉｇ等の制御信号を算出し、それら制御信号を燃料噴射弁７及び点火回路９等にそれぞれ出力する。また、同マイコン３１は、ガス濃度検出装置３２に対してＡ／Ｆ信号及びＮＯｘ信号のうち、何れかの出力を要求するための出力要求信号を送信する。
【００３９】
ガス濃度検出装置３２は、ＣＰＵ３３と、バイアス制御回路３４と、ヒータ制御回路３５とを備える。ＣＰＵ３３は、バイアス制御回路３４を操作して複合型ガスセンサ２６からＡ／Ｆ信号，ＮＯｘ信号を取り込み、エンジン制御用マイコン３１からの出力要求に応じて前記２つの信号のうち何れか一方をマイコン３１に対して送信する。バイアス制御回路３４には、前記図２の検出回路６２、ポンプ回路６５、センサ回路６７、フィードバック回路７０、制御器７１、ＮＯｘ濃度測定器７２及びＡ／Ｆ測定器７３が含まれる。また、ヒータ制御回路３５は、ヒータ４６（発熱体４６ａ）を通電してセンサ素子部を所定の活性温度（約７００℃程度）で維持する。
【００４０】
次に、上記の如く構成される空燃比制御システムの作用を説明する。
図３は、ＥＣＵ３０内のエンジン制御用マイコン３１により実行される燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートであり、同ルーチンは各気筒の燃料噴射毎（本実施の形態では１８０°ＣＡ毎）に実行される。図３のルーチンでは、理論空燃比よりもリーン側の空燃比域で燃料噴射量が制御され、特に、リーン燃焼の実施途中において一時的にリッチ燃焼が実施されるよう、燃料噴射量が適宜制御される。すなわち本実施の形態では、燃料噴射毎に計数される周期カウンタの値を基に、所定の時間比となるようにリーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲとが設定され、それら各時間ＴＬ，ＴＲに応じてリーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に実施される。
【００４１】
さて、図３のルーチンがスタートすると、マイコン３１は、先ずステップ１０１でエンジン運転状態を表す各種センサの検出結果（エンジン回転数Ｎｅ、吸気圧ＰＭ、冷却水温Ｔｈｗ等）を読み込む。続いて、マイコン３１は、ステップ１０２でその時の周期カウンタが「０」であるか否かを判別し、周期カウンタ＝０であることを条件に（ステップ１０２がＹＥＳ）、ステップ１０３でリーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲを設定する。ステップ１０２がＮＯであれば（周期カウンタ≠０の場合）、マイコン３１はステップ１０３の処理を読み飛ばす。
【００４２】
ここで、リーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲとはそれぞれ、リーン空燃比での燃料噴射回数、リッチ空燃比での燃料噴射回数に相当するものであり、各時間ＴＬ，ＴＲは、５０：１程度の時間比になるように設定される。但し、この時間比はＮＯｘ触媒１３の劣化度合やエンジン回転数Ｎｅ，吸気圧ＰＭなどのエンジン運転状態に応じて可変に設定してもよい。
【００４３】
その後、マイコン３１は、ステップ１０４で周期カウンタを「１」インクリメントし、続くステップ１０５で周期カウンタの値が前記設定したリーン時間ＴＬに相当する値に達したか否かを判別する。周期カウンタ＜ＴＬであってステップ１０５が否定判別される場合、マイコン３１はステップ１０６に進み、ガス濃度検出装置３２に対して「ＮＯｘ出力要求」を送信すると共に、当該出力要求に応じて返信されてきた最新のＮＯｘ出力（検出セル出力）を取り込む。また、マイコン３１は、ステップ１０７で空燃比がリーン領域で制御されるように燃料噴射量ＴＡＵを設定する。同ステップ１０７によれば、例えばＡ／Ｆ＝２０〜２３のリーン領域で空燃比がオープン制御される。
【００４４】
続いて、マイコン３１は、ステップ１０８でガス濃度検出装置３２から送信されてきたＮＯｘ出力を基に、リーン燃焼期間内におけるＮＯｘ濃度の積算値を演算する。そしてその後、本ルーチンを一旦終了する。
【００４５】
周期カウンタ≧ＴＬであってステップ１０５が肯定判別される場合、マイコン３１はステップ１０９に進み、ガス濃度検出装置３２に対して「Ａ／Ｆ出力要求」を送信すると共に、当該出力要求に応じて返信されてきた最新のＡ／Ｆ出力（ポンプセル出力）を取り込む。また、マイコン３１は、ステップ１１０で空燃比がリッチ領域で制御されるように燃料噴射量ＴＡＵを設定する。このとき、前記演算したリーン燃焼時のＮＯｘ濃度の積算値（ステップ１０８の値）に応じて燃料噴射量のリッチ度合を設定する。つまり、ＮＯｘ濃度の積算値が大きいほど、ＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸蔵量が多いとみなして制御空燃比の目標値をリッチ側に設定する。同ステップ１１０によれば、例えばＡ／Ｆ＝１２〜１４のリッチ領域で空燃比がフィードバック制御される。
【００４６】
その後、マイコン３１は、ステップ１１１で周期カウンタの値が前記設定したリーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲとの合計値「ＴＬ＋ＴＲ」に相当する値に達したか否かを判別し、周期カウンタ＜ＴＬ＋ＴＲであってステップ１１１が否定判別されればそのまま本ルーチンを終了する。
【００４７】
一方、周期カウンタ≧ＴＬ＋ＴＲとなりステップ１１１が肯定判別されると、マイコン３１は、ステップ１１２で周期カウンタを「０」にクリアしてルーチンを終了する。周期カウンタのクリアに伴い、次回の処理時にはステップ１０２が肯定判別され、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲが新たに設定される。そして、そのリーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲに基づき再度、空燃比のリーン制御とリッチ制御とが実施される。
【００４８】
図４は、ガス濃度検出装置３２内のＣＰＵ３３により実行される信号切換ルーチンを示すフローチャートであり、同ルーチンはＣＰＵ３３により例えば８ｍｓ周期で実行される。
【００４９】
図４において、ＣＰＵ３３は、先ずステップ２０１でエンジン制御用マイコン３１から送信されてきた出力要求が「Ａ／Ｆ出力」であるか否かを判別する。ステップ２０１が肯定判別される場合、ＣＰＵ３３はステップ２０２に進み、複合型ガスセンサ２６によるＡ／Ｆ出力とＮＯｘ出力とのうち、前者をセンサ出力として選択する。ＣＰＵ３３は、続くステップ２０４でエンジン制御用マイコン３１に対してＡ／Ｆ出力を送信する。
【００５０】
また、前記ステップ２０１が否定判別される場合、ＣＰＵ３３はステップ２０３に進み、複合型ガスセンサ２６によるＡ／Ｆ出力とＮＯｘ出力とのうち、後者をセンサ出力として選択する。ＣＰＵ３３は、続くステップ２０４でエンジン制御用マイコン３１に対してＮＯｘ出力を送信する。
【００５１】
図５は、上記の制御動作をより具体的に説明するためのタイムチャートである。
図５において、例えば時刻ｔ１２〜ｔ１３では、周期カウンタ＝０〜ＴＬであるため空燃比がリーン制御され（図３のステップ１０７）、排ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒１３に吸蔵される。このリーン制御時には、エンジン制御用マイコン３１からガス濃度検出装置３２に対してＮＯｘ出力要求が送信され（図３のステップ１０６）、複合型ガスセンサ２６によるＮＯｘ出力がエンジン制御用マイコン３１に対して随時送信される（図４のステップ２０３，２０４）。また、この時刻ｔ１２〜ｔ１３では、ＮＯｘ出力の積算値が演算される（図３のステップ１０８）。
【００５２】
一方、時刻ｔ１１〜ｔ１２，ｔ１３〜ｔ１４では、周期カウンタ＝ＴＬ〜ＴＬ＋ＴＲであるため空燃比がリッチ制御され（図３のステップ１１０）、排ガス中のリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ）によりＮＯｘ触媒１３の吸蔵ＮＯｘが還元されて放出される。このリッチ制御時には、エンジン制御用マイコン３１からガス濃度検出装置３２に対してＡ／Ｆ出力要求が送信され（図３のステップ１０９）、複合型ガスセンサ２６によるＡ／Ｆ出力がエンジン制御用マイコン３１に対して送信される（図４のステップ２０２，２０４）。
【００５３】
この時刻ｔ１１〜ｔ１２，ｔ１３〜ｔ１４のリッチ燃焼時においては、リーン燃焼時に演算されたＮＯｘ積算値に応じてリッチ側の目標値で空燃比がフィードバック制御される。因みに、上記のリッチ制御時には、空燃比のリーン→リッチの切り換えにより燃焼温度が上昇し、ＮＯｘ濃度が一時的に増加する。
【００５４】
なお本実施の形態では、前記図３のステップ１０６，１０９が請求項記載の出力要求手段に相当し、同ステップ１０８，１１０が空燃比制御手段に相当する。また、前記図４のステップ２０１〜２０３が信号選択手段に相当し、同ステップ２０４が信号出力手段に相当する。
【００５５】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（ａ）本実施の形態では、排ガス中のＮＯｘ濃度に応じたＮＯｘ信号（第１の信号）と、排ガス中の酸素濃度に応じたＡ／Ｆ信号（第２の信号）との２つの信号を出力する複合型ガスセンサ２６をエンジン排気管１２に設けた。そして、複合型ガスセンサ２６によるＮＯｘ，Ａ／Ｆ信号のいずれか一方を選択し、該選択した信号を空燃比制御用の一パラメータとして出力して空燃比制御に用いるようにした。
【００５６】
上記構成によれば、リーン燃焼時におけるＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸蔵能力の減少の度合や、リッチ燃焼時におけるＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸蔵能力の回復の度合が適宜把握できる。そのため、最適時間でのリーン燃焼とリッチ燃焼とが実施でき、過剰なリッチ燃焼に伴う燃費の悪化やトルク変動などの諸問題が回避できる。またこの場合、ＮＯｘ信号，Ａ／Ｆ信号が１つの複合型ガスセンサ２６から得られるため、ＮＯｘ濃度検出用のセンサとＡ／Ｆ検出用のセンサとの２本のセンサを必要とすることもない。その結果、リーン燃焼の途中に一時的にリッチ燃焼を行わせる空燃比制御装置において、コストダウンを図りつつ、適切なる時間でリーン燃焼とリッチ燃焼とを実施することができる。
【００５７】
（ｂ）実際には、エンジン制御用マイコン３１は、エンジン１がリーン運転されていればＮＯｘ信号出力を要求し、エンジン１がリッチ運転されていればＡ／Ｆ信号出力を要求する。そして、ガス濃度検出装置３２内のＣＰＵ３３は、エンジン制御用マイコン３１からの出力要求に従い、複合型ガスセンサ２６によるＮＯｘ，Ａ／Ｆ信号を選択的に切り換える。この場合、多種多様化が強まる傾向のＥＣＵ３０において、各ＣＰＵの機能を適宜割り当てることができる。その結果、ＮＯｘ，Ａ／Ｆ信号の切り換え、並びに当該信号を用いた空燃比制御が効率良く実施できる。
【００５８】
（ｃ）エンジン制御用マイコン３１による燃料噴射制御に際し、リーン燃焼時には複合型ガスセンサ２６によるＮＯｘ信号からＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸蔵量を推定し、その後リッチ燃焼に移行すると、前記推定したＮＯｘ吸蔵量に応じて設定されるリッチ空燃比で燃料噴射量を制御するようにした。その結果、リッチ燃焼のためのリッチ時間が過不足無く最適時間で設定できる。つまり、ＮＯｘ信号によりＮＯｘ触媒１３のＮＯｘ吸蔵量を推定することで、その推定値を正確に求めることができる。また、ＮＯｘ吸蔵量に応じたリッチ空燃比で燃料噴射量を制御することで、実際に必要とされる量のリッチ成分をＮＯｘ触媒に供給することができる。
【００５９】
次に、本発明における第２，第３の実施の形態を説明する。但し、下記の実施の形態の構成において、上述した第１の実施の形態と同等であるものについては図面に同一の記号を付すと共にその説明を簡略化する。そして、以下には第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００６０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態を図６〜図８を用いて説明する。上記第１の実施の形態では、エンジン制御用マイコン３１からの出力要求に応じて複合型ガスセンサ２６の出力を選択的に切り換えてエンジン制御用マイコン３１に送信していたのに対し、本実施の形態では、複合型ガスセンサ２６により検出される空燃比（Ａ／Ｆ）がリーンか又はリッチかに応じてセンサ出力を選択的に切り換えてエンジン制御用マイコン３１に送信する。かかる場合、上記第１の実施の形態とは異なり、エンジン制御用マイコン３１からガス濃度検出装置３２への出力要求が省略される。
【００６１】
図６は、本実施の形態における空燃比制御システムの主要な構成を示す概略図である（但し、図示以外の構成は、前記図１に準ずる）。図示されるように、複合型ガスセンサ２６はＮＯｘ触媒１３の下流側に配設される。つまり、複合型ガスセンサ２６は、触媒通過後の排ガスについてＡ／ＦとＮＯｘ濃度とを検出する。ガス濃度検出装置３２は、Ａ／Ｆ出力又はＮＯｘ出力の何れか一方を選択し、該選択した信号をエンジン制御用マイコン３１に送信する。
【００６２】
図７は、ガス濃度検出装置３２内のＣＰＵ３３により実行される信号切換ルーチンを示すフローチャートであり、同ルーチンは前記図４のルーチンに置き換えて実行される。
【００６３】
さて、ＣＰＵ３３は、先ずステップ３０１でリーン出力フラグＸＬＥＡＮが「１」であるか否かを判別する。リーン出力フラグＸＬＥＡＮは、複合型ガスセンサ２６のＡ／Ｆ出力とＮＯｘ出力のうち、何れがエンジン制御用マイコン３１に対して送信されているかを表すものであって、ＸＬＥＡＮ＝０はＡ／Ｆ出力が送信されていることを、ＸＬＥＡＮ＝１はＮＯｘ出力が送信されていることを、それぞれ示す。
【００６４】
ＸＬＥＡＮ＝１であれば、ＣＰＵ３３はステップ３０２に進み、複合型ガスセンサ２６により検出されたＡ／Ｆ（ポンプセル出力）が理論空燃比の「１４．７」よりもリッチであるか否かを判別する。Ａ／Ｆ≧１４．７の場合（ステップ３０２がＮＯの場合）、ＣＰＵ３３はステップ３０３に進み、複合型ガスセンサ２６のＮＯｘ出力をエンジン制御用マイコン３１に送信した後、本ルーチンを一旦終了する。つまり、それまでのＮＯｘ出力を継続して送信する。
【００６５】
Ａ／Ｆ＜１４．７の場合（ステップ３０２がＹＥＳの場合）、ＣＰＵ３３はステップ３０４に進み、複合型ガスセンサ２６のＡ／Ｆ出力をエンジン制御用マイコン３１に送信する。さらに、ＣＰＵ３３は、続くステップ３０５でリーン出力フラグＸＬＥＡＮを「０」にクリアした後、本ルーチンを一旦終了する。つまり、それまでのＮＯｘ出力をＡ／Ｆ出力に切り換えて送信する。
【００６６】
また、ＸＬＥＡＮ＝０であれば、ＣＰＵ３３はステップ３０６に進み、複合型ガスセンサ２６により検出されたＡ／Ｆ（ポンプセル出力）が理論空燃比よりもリーン側の所定の判定値（例えば、１５．５）よりも大きいか否かを判別する。なおここで、複合型ガスセンサ２６の検出信号がリーンからリッチに移行する際の判定値（ステップ３０２の判定値）と、同検出信号がリッチからリーンに戻る際の判定値（ステップ３０６の判定値）とにはヒステリシスが持たせてある。
【００６７】
Ａ／Ｆ≦１５．５の場合（ステップ３０６がＮＯの場合）、ＣＰＵ３３はステップ３０７に進み、複合型ガスセンサ２６のＡ／Ｆ出力をエンジン制御用マイコン３１に送信した後、本ルーチンを一旦終了する。つまり、それまでのＡ／Ｆ出力を継続して送信する。
【００６８】
Ａ／Ｆ＞１５．５の場合（ステップ３０６がＹＥＳの場合）、ＣＰＵ３３はステップ３０８に進み、複合型ガスセンサ２６のＮＯｘ出力をエンジン制御用マイコン３１に送信する。さらに、ＣＰＵ３３は、続くステップ３０９でリーン出力フラグＸＬＥＡＮに「１」をセットした後、本ルーチンを一旦終了する。つまり、それまでのＡ／Ｆ出力をＮＯｘ出力に戻して送信する。
【００６９】
図８は、上記の制御動作を説明するためのタイムチャートである。但し、図８において、前記図５のタイムチャートと重複する事項は図示及びその説明を省略する。
【００７０】
図８において、例えば時刻ｔ２１以前は、リーン燃焼制御が実施されており、リーン出力フラグＸＬＥＡＮに「１」がセットされている。このとき、複合型ガスセンサ２６によるＮＯｘ出力がエンジン制御用マイコン３１に対して送信される（図７のステップ３０３）。
【００７１】
時刻ｔ２１で制御Ａ／Ｆがそれまでのリーン制御値からリッチ制御値に切り換えられると、それにより実Ａ／Ｆがリッチ側に変化し始める。そして、時刻ｔ２２でＡ／Ｆ＜１４．７になると、複合型ガスセンサ２６によるＡ／Ｆ出力がエンジン制御用マイコン３１に対して送信される（図７のステップ３０４）。また、この時刻ｔ２２ではリーン出力フラグＸＬＥＡＮが「０」にクリアされる（図７のステップ３０５）。実Ａ／Ｆがリッチ領域に達することで、ＮＯｘ触媒１３の吸蔵ＮＯｘが還元されて放出され、それにより、触媒下流側のＮＯｘ濃度が低下し始める。
【００７２】
時刻ｔ２３では、制御Ａ／Ｆがリーン制御値に戻され、その後、時刻ｔ２４ではＡ／Ｆ＞１５．５となる。この時刻ｔ２４以降、エンジン制御用マイコン３１に対してＮＯｘ出力が再び送信される（図７のステップ３０８）。また、時刻ｔ２４ではリーン出力フラグＸＬＥＡＮに「１」がセットされる（図７のステップ３０９）。
【００７３】
なお本実施の形態では、前記図７のステップ３０２，３０６が信号選択手段に相当し、同ステップ３０３，３０４，３０７，３０８が信号出力手段に相当する。
【００７４】
以上第２の実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様に、リーン燃焼の途中に一時的にリッチ燃焼を行わせる空燃比制御装置において、コストダウンを図りつつ、適切なる時間でリーン燃焼とリッチ燃焼とを実施することができる。また特に、本実施の形態では、リーン燃焼からリッチ燃焼への移行に伴って空燃比がリッチ側に移行する際に、複合型ガスセンサ２６による検出信号に応じてその旨を判定し、該判定した結果、空燃比がリッチ側に移行していればＡ／Ｆ信号を選択し、該判定した結果、空燃比がリーン側に戻ればＮＯｘ信号を選択するようにした。そのため、エンジン排気管１２を流れる排ガスの実際の空燃比に応じてＮＯｘ信号，Ａ／Ｆ信号が選択され、択一的に用いられるＮＯｘ，Ａ／Ｆ信号の切り換え動作が的確に実施できる。
【００７５】
さらに、複合型ガスセンサ２６の検出信号がリーンからリッチに移行する際の判定値と、同検出信号がリッチからリーンに戻る際の判定値とにヒステリシスを持たせた。これにより、例えば理論空燃比（ストイキ）を境にして空燃比が変動する際にも信号切換のハンチング動作が防止できる。
【００７６】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を図９〜図１１を用いて説明する。上記第１，第２の各実施の形態では、複合型ガスセンサ２６によるＡ／Ｆ出力又はＮＯｘ出力の何れか一方をエンジン制御用マイコン３１に送信していたが、本実施の形態では、複合型ガスセンサ２６によるＡ／Ｆ出力及びＮＯｘ出力の両方をエンジン制御用マイコン３１に送信する。そして、エンジン制御用マイコン３１は、前記の両出力の何れか一方を選択して使用する。
【００７７】
図９は、本実施の形態における空燃比制御システムの主要な構成を示す概略図である（但し、図示以外の構成は、前記図１に準ずる）。図示されるように、複合型ガスセンサ２６はＮＯｘ触媒１３の下流側に配設される。ガス濃度検出装置３２はＡ／Ｆ出力及びＮＯｘ出力の両方をエンジン制御用マイコン３１に送信する。
【００７８】
図１０は、ＥＣＵ３０内のエンジン制御用マイコン３１により実行される燃料噴射制御ルーチンの一部を示すフローチャートであり、同ルーチンは前記図３のルーチンに置き換えて実行される。
【００７９】
図１０において、マイコン３１は、先ずステップ４０１で今現在、リーン燃焼制御が実施されているか否かを判別し、リーン燃焼制御が実施されていればステップ４０２に進む。マイコン３１は、ステップ４０２で複合型ガスセンサ２６によるＮＯｘ出力（前記図２の検出セル５５の出力）に基づいて、ＮＯｘ濃度が所定値（例えば、２０ｐｐｍ）よりも大きいか否かを判別する。ＮＯｘ濃度≦２０ｐｐｍであれば、マイコン３１はステップ４０３に進み、空燃比をリーン領域で制御する。また、ＮＯｘ濃度＞２０ｐｐｍであれば、マイコン３１はステップ４０４に進み、空燃比をリッチ領域で制御する。
【００８０】
リッチ燃焼制御が実施されていれば、マイコン３１はステップ４０１を否定判別してステップ４０５に進む。マイコン３１は、ステップ４０５でリッチ燃焼の継続時間を計測するためのカウンタを「１」インクリメントし、続くステップ４０６でカウンタの値が所定値以下であるか否かを判別する。カウンタ≦所定値であることを条件に、マイコン３１はステップ４０７に進み、複合型ガスセンサ２６によるＡ／Ｆ出力（前記図２のポンプセル５２の出力）に基づいて、Ａ／Ｆが所定値（例えば、１２）未満であるか否かを判別する。Ａ／Ｆ≧１２であれば、マイコン３１はステップ４０８に進み、空燃比をリッチ領域で制御する。
【００８１】
また、Ａ／Ｆ＜１２であれば、マイコン３１はステップ４０９に進み、空燃比をリーン領域で制御する。さらに、マイコン３１は、続くステップ４１０でカウンタを「０」にクリアする。なお、前記ステップ４０６が否定判別された場合（カウンタ＞所定値となる場合）、マイコン３１はそれ以上リッチ制御を継続する必要がないとみなし、ステップ４０９に進み、強制的にリッチ燃焼を終了させる。
【００８２】
図１１は、上記の制御動作を説明するためのタイムチャートである。但し、図１１において、前記図５のタイムチャートと重複する事項は図示及びその説明を省略する。
【００８３】
図１１において、例えば時刻ｔ３１でＮＯｘ濃度が２０ｐｐｍを越えると、それまでのリーン燃焼制御が中断され、リッチ燃焼制御に移行される（図１０のステップ４０４）。また、複合型ガスセンサ２６の検出信号もそれまでのＮＯｘ出力からＡ／Ｆ出力に切り換えられる。これにより、実Ａ／Ｆがリッチ方向に変化し始める。そして、時刻ｔ３２で実Ａ／Ｆがリッチ領域に達すると、ＮＯｘ触媒１３の吸蔵ＮＯｘが還元されて放出され、それにより、触媒下流側のＮＯｘ濃度が低下し始める。
【００８４】
その後、時刻ｔ３３で実Ａ／Ｆが「１２」を下回ると、それまでのリッチ燃焼制御からリーン燃焼制御に戻される（図１０のステップ４０９）。また、複合型ガスセンサ２６の検出信号もそれまでのＡ／Ｆ出力からＮＯｘ出力に戻される。なお本実施の形態では、前記図１０のステップ４０２，４０７が判定手段に相当する。
【００８５】
以上第３の実施の形態によれば、複合型ガスセンサ２６によるＮＯｘ，Ａ／Ｆ信号をエンジン制御用マイコン３１により常に監視して、ＮＯｘ信号を基にリーン燃焼からリッチ燃焼への移行の旨を判定し、Ａ／Ｆ信号を基にリッチ燃焼からリーン燃焼への移行の旨を判定するようにした。上記構成によれば、択一的に用いられるＮＯｘ，Ａ／Ｆ信号の切り換え動作が的確に実施できる。その結果、上記各実施の形態と同様に、リーン燃焼の途中に一時的にリッチ燃焼を行わせる空燃比制御装置において、コストダウンを図りつつ、適切なる時間でリーン燃焼とリッチ燃焼とを実施することができる。
【００８６】
なお、本発明の実施の形態は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
上記第１の実施の形態では、複合型ガスセンサ２６をＮＯｘ触媒１３の下流側に配設し、上記第２，第３の実施の形態では、複合型ガスセンサ２６をＮＯｘ触媒１３の下流側に配設したが、これは一例であって、第１〜第３の実施の形態において、それぞれの複合型ガスセンサ２６をＮＯｘ触媒１３を挟んで反対側に配設し、当該センサ２６の検出信号により空燃比制御を実施する構成としてもよい。
【００８７】
上記第２の実施の形態では、複合型ガスセンサ２６の検出信号がリーンからリッチに移行する際の判定値と、同検出信号がリッチからリーンに戻る際の判定値とにヒステリシスを持たせたが、この構成を変更してもよい。例えばリーン→リッチの時と、リッチ→リーンの時とについて判定値を同一とする。またその場合に、リッチ→リーンの時に出力切換にディレイ時間を設ける。
【００８８】
複合型ガスセンサの構成を例えば図１２のように変更する。図１２に示す複合型ガスセンサ８０では、第１，第２固体電解質基板８１，８２と、拡散抵抗層８３と、ヒータ８４とが各々積層されている。ヒータ８４には発熱体８４ａが埋設されている。第２固体電解質基板８２とヒータ８４との間には大気室８５が形成されている。拡散抵抗層８３は、第１，第２固体電解質基板８１，８２に挟まれるように配置され、図の左側面から排ガスが導入されるように構成されている。また、排ガスの流通経路の上流側には、一対の電極８６，８７からなるポンプセル８８が設けられ、同下流側には、一対の電極８９，９０からなるセンサセル９１が設けられている。
【００８９】
従って、排ガスが図の矢印に沿って拡散抵抗層８３に導入されると、ポンプセル８８では排ガス中の酸素濃度（Ａ／Ｆ）に応じた電流値が検出され、センサセル９１では酸素除去後における排ガス中のＮＯｘ濃度に応じた電流値が検出される。なお、センサセル９１では、排ガス中のＮＯｘが窒素イオンと酸素イオンとに分解され、これにより流れる電流値が検出される。上記図１２の構成の複合型ガスセンサ８０においても、排ガス中のＮＯｘ濃度とＡ／Ｆとが同時に検出できる。そして、上述した第１〜第３の何れの実施の形態に対しても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジンの空燃比制御システムの概要を示す全体構成図。
【図２】複合型ガスセンサの要部を拡大して示す断面図。
【図３】第１の実施の形態において、燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】第１の実施の形態において、信号切換ルーチンを示すフローチャート。
【図５】第１の実施の形態において、制御の動作説明のためのタイムチャートタイムチャート。
【図６】第２の実施の形態において、空燃比制御システムの主要な構成を示す概略図。
【図７】第２の実施の形態において、信号切換ルーチンを示すフローチャート。
【図８】第２の実施の形態において、制御の動作説明のためのタイムチャート。
【図９】第３の実施の形態において、空燃比制御システムの主要な構成を示す概略図。
【図１０】第３の実施の形態において、燃料噴射制御ルーチンの一部を示すフローチャート。
【図１１】第３の実施の形態において、制御の動作説明のためのタイムチャート。
【図１２】他の形態における複合型ガスセンサの構成を示す断面図。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、１２…排気管、１３…ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）、２６…排ガスセンサとしての複合型ガスセンサ、３０…ＥＣＵ（電子制御装置）、３１…出力要求手段，判定手段，空燃比制御手段を構成するエンジン制御用マイコン、３２…ガス濃度検出装置、３３…信号選択手段，信号出力手段を構成するＣＰＵ、８０…排ガスセンサとしての複合型ガスセンサ。

Claims (7)

1. 空燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わせると共に、リーン燃焼時に排出される排ガス中のＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒で吸蔵し、さらに空燃比を一時的にリッチに制御して前記吸蔵したＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒から放出するようにした内燃機関の空燃比制御装置において、
   排ガスのＮＯｘ濃度に応じた第１の信号と、排ガスの空燃比に応じた第２の信号との２つの信号を出力する排ガスセンサと、
   前記排ガスセンサによる第１，第２の信号のいずれか一方を選択する信号選択手段と、
   前記選択した信号を空燃比制御用の一パラメータとして出力する信号出力手段と、
   前記出力した第１，第２の信号のいずれかの信号を用いて空燃比を制御する空燃比制御手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 内燃機関がリーン運転されていれば、前記第１の信号の出力を要求し、内燃機関がリッチ運転されていれば、前記第２の信号の出力を要求する出力要求手段を備え、
   前記信号選択手段は、前記出力要求手段による出力要求に従い、前記排ガスセンサによる第１，第２の信号を選択的に切り換える請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 前記信号選択手段は、リーン燃焼からリッチ燃焼への移行に伴って空燃比がリッチ側に移行する際に、前記排ガスセンサによる検出信号に応じてその旨を判定し、該判定した結果、空燃比がリッチ側に移行していれば前記第２の信号を選択し、該判定した結果、空燃比がリーン側に戻れば前記第１の信号を選択する請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 請求項３に記載の空燃比制御装置において、
   前記排ガスセンサの検出信号がリーンからリッチに移行する際の判定値と、同検出信号がリッチからリーンに戻る際の判定値とにヒステリシスを持たせた内燃機関の空燃比制御装置。
5. 空燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わせると共に、リーン燃焼時に排出される排ガス中のＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒で吸蔵し、さらに空燃比を一時的にリッチに制御して前記吸蔵したＮＯｘをリーンＮＯｘ触媒から放出するようにした内燃機関の空燃比制御装置において、
   排ガスのＮＯｘ濃度に応じた第１の信号と、排ガスの空燃比に応じた第２の信号との２つの信号を出力する排ガスセンサと、
   前記排ガスセンサによる第１，第２の信号を常に監視して、第１の信号を基にリーン燃焼からリッチ燃焼への移行の旨を判定し、第２の信号を基にリッチ燃焼からリーン燃焼への移行の旨を判定する判定手段と、
   前記第１，第２の信号のいずれかの信号を用いて空燃比を制御する空燃比制御手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
6. 前記空燃比制御手段は、リーン燃焼時には前記排ガスセンサによる第１の信号から前記リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定し、その後リッチ燃焼に移行すると、前記推定したＮＯｘ吸蔵量に応じて設定されるリッチ空燃比で燃料噴射量を制御する請求項１〜請求項５のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
7. 前記排ガスセンサは、前記第１の信号として排ガス中のＮＯｘ濃度に応じた信号を出力し、前記第２の信号として排ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する、複合型ガスセンサである請求項１〜請求項６のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。

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