JPH1162657A

JPH1162657A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JPH1162657A
Application number: JP9225328A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Ishizuka; 靖二石塚; Masayoshi Nishizawa; 公良西沢
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関のＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ還元処理性
能を改善する。【解決手段】ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ還元処理制御条件
が成立すると空燃比のリッチレベルを最大レベルまで増
大した後、徐々に減少する制御を行い、このときＮＯｘ
吸蔵触媒下流の排気空燃比を検出して、リッチ状態のピ
ーク値ＲＰを検出し、該ピーク値ＲＰに基づいて前記最
大のリッチレベルを学習補正すると共に、その後にリッ
チ状態に維持される時間ＴＲを計測し、該時間ＴＲに基
づいて前記リッチレベルの減少速度を学習補正する。こ
れにより、ＮＯｘ排出量とＨＣ, ＣＯを共に基準以下に
抑えつつ良好なＮＯｘ還元処理性能が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関し、詳しくは、排気通路にＮＯｘ吸蔵触媒を
備えた内燃機関において、ＮＯｘの浄化に必要な最適空
燃比に制御するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、排気空燃比がリーンであると
きに排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比
（ストイキ）又はリッチであるときに前記吸蔵したＮＯ
ｘを放出して還元処理するＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＯｘ吸蔵
型三元触媒）を備えた機関が知られている（特開平７−
１３９３９７号公報等参照）。

【０００３】前記ＮＯｘ吸蔵触媒は、リーン燃焼中にお
いてＮＯｘを吸蔵して大気中に排出されるＮＯｘ量を低
減するが、吸蔵量が最大量を越えてしまうと、機関から
排出されたＮＯｘが触媒に吸蔵されずにそのまま大気中
に排出されることになってしまう。そこで、ＮＯｘ吸蔵
触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が最大量に達していること
が、負荷，回転，空燃比などに基づいて推定されると、
燃焼混合気の目標空燃比を強制的に一時的にリッチに切
り換えて（以下リッチスパイクという) 、ＮＯｘ吸蔵触
媒に吸蔵されているＮＯｘの放出，還元処理を行わせる
ようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来は、前記
リッチスパイクを一定の特性により一律に行っていた
が、これではＮＯｘ吸蔵触媒の経時劣化あるいは機関か
らのＮＯｘ排出特性のバラツキや経時変化により、ＮＯ
ｘ吸蔵触媒に吸蔵されるＮＯｘ量が変化するため、良好
な制御を行えなかった。

【０００５】すなわち、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ脱
離特性について説明すると、リッチスパイクによりリッ
チな排気が供給されると、触媒の上流部分に吸蔵されて
いたＮＯｘが一気に脱離し、その後は触媒の下流部分が
徐々にリッチ雰囲気となって徐々に脱離されていくとい
う特性を有する。このため、上記脱離特性に合わせて制
御開始当初のリッチレベルを大きくし、その後リッチレ
ベルを減少して所定時間リッチ状態を継続するという制
御を行っている。

【０００６】しかし、前記制御開始時に大きくするリッ
チレベルが小さ過ぎると、ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘは
脱離するが、ＨＣ，ＣＯ等のＮＯｘ還元材が不足してい
るため触媒による還元作用が十分でなく、ＮＯｘがその
まま排出されてしまう。特にそれまでに吸蔵していたＮ
Ｏｘ量が多い場合には多量のＮＯｘが排出されることと
なる（図10参照) 。逆にリッチレベルが大き過ぎると、
初期に排出されるＮＯｘは十分に還元できるが、過剰の
ＨＣ，ＣＯが排出されてしまう。

【０００７】また、リッチ状態を継続する時間が短過ぎ
ると、触媒全体に吸蔵されているＮＯｘが十分に還元処
理されないまま触媒に残ってしまい、次回リーン運転時
に吸蔵できるＮＯｘ量が減少し、ＮＯｘ吸蔵性能が低下
してしまう。逆にリッチ状態継続時間を長くし過ぎる
と、触媒全体のＮＯｘが還元処理された後もリッチな排
気が供給され続けることにより、ＨＣ，ＣＯの排出量を
増大させてしまう。特に、それまでに吸蔵していたＮＯ
ｘ量が少ない場合には多量のＨＣ，ＣＯが排出されるこ
ととなる（図10参照) 。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、ＮＯｘ吸蔵触媒の特性や機関の排気エミッション
特性が変化しても、該特性の変化に応じて常にＮＯｘ浄
化に最適なリッチスパイク特性に制御でき、以て、ＮＯ
ｘを効率良く浄化しつつ、ＨＣ，ＣＯの排出を抑制でき
る排気浄化装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯ
ｘを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチである
ときに前記吸蔵したＮＯｘを放出して還元処理するＮＯ
ｘ吸蔵触媒を備え、燃焼混合気の空燃比を一時的にリッ
チとしてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元処理
する制御を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記
ＮＯｘの還元処理制御時にＮＯｘ吸蔵触媒下流の排気空
燃比を検出し、該排気空燃比のリッチ状態におけるピー
ク値とリッチ状態に維持される時間との少なくとも一方
に基づいて、ＮＯｘ還元処理制御時に要求される燃焼混
合気のリッチレベル及びリッチ継続時間を学習して補正
することを特徴とする。

【００１０】かかる構成によると、燃焼混合気の空燃比
を一時的にリッチとするＮＯｘ還元処理制御を行うと、
ＮＯｘ吸蔵触媒下流の排気空燃比のリッチ状態における
ピーク値は前記リッチスパイクにおけるリッチレベルを
反映しているで、該ピーク値に基づいてリッチレベルの
学習補正を行い、また、リッチ状態に維持されている時
間は、リッチスパイクにおけるリッチ継続時間を反映し
ているので、該時間に基づいてリッチ継続時間の学習を
行う。また、リッチ状態に維持されている時間は、リッ
チレベルと同時にリッチスパイクのリッチ継続時間も反
映しているといえるので、簡易的には、該リッチ状態維
持時間のみでリッチレベルとリッチ継続時間の学習を同
時に行うことも可能である。

【００１１】これにより、リッチレベルの学習によって
リッチスパイク開始時のＮＯｘ排出量を抑制しつつＨ
Ｃ，ＣＯの排出量も抑制され、リッチ継続時間の学習に
よってＨＣ，ＣＯの排出を抑制しながらＮＯｘ吸蔵触媒
全体に吸蔵されたＮＯｘ量を十分に還元処理することが
できる。また、請求項２に係る発明は、図１に示すよう
に、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘを
吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチであるとき
に前記吸蔵したＮＯｘを放出して還元処理するＮＯｘ吸
蔵触媒を備えると共に、燃焼混合気の空燃比を一時的に
リッチとしてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元
処理する制御を行うＮＯｘ還元処理制御手段を備えた内
燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘの還元処理
制御時に、前記ＮＯｘ吸蔵触媒下流の排気空燃比を検出
する排気空燃比検出手段と、前記検出された排気空燃比
のリッチ状態におけるピーク値とリッチに維持される時
間との少なくとも一方に基づいて、ＮＯｘ還元処理制御
時の燃焼混合気のリッチレベル及びリッチ継続時間を学
習して補正するＮＯｘ還元処理制御量学習手段と、を含
んで構成したことを特徴とする。

【００１２】かかる構成によると、ＮＯｘ還元処理制御
手段により、燃焼混合気の空燃比を一時的にリッチとす
る制御を行うときに、リッチ排気空燃比検出手段でＮＯ
ｘ吸蔵触媒下流の排気空燃比を検出しつつ、ＮＯｘ還元
処理制御量学習手段により、リッチ状態のピーク値及び
リッチ状態に維持されている時間の少なくとも一方に基
づいてリッチレベルとリッチ継続時間の学習を行う。

【００１３】これにより、リッチレベルの学習によって
リッチスパイク開始時のＮＯｘ排出量を抑制しつつＨ
Ｃ，ＣＯの排出量も抑制され、リッチ継続時間の学習に
よってＨＣ，ＣＯの排出を抑制しながらＮＯｘ吸蔵触媒
全体に吸蔵されたＮＯｘ量を十分に還元処理することが
できる。また、請求項３に係る発明は、前記ＮＯｘの還
元処理制御は、制御開始時に燃焼混合気の空燃比のリッ
チレベルを最大とし、その後徐々に減少していく制御で
あり、前記リッチレベルの学習補正は、前記制御開始時
に与える最大リッチレベルの学習補正であり、前記リッ
チ継続時間の学習補正は、前記リッチレベルの減少速度
の学習補正であることを特徴とする。

【００１４】かかる構成によると、ＮＯｘ還元処理制御
の開始時に与える最大のリッチレベルをリッチレベル学
習によって学習補正し、その後リッチレベルを減少する
速度をリッチ継続時間の学習によって学習補正する。こ
れにより、最大リッチレベルが適正値に学習補正される
ことによってリッチスパイク開始時のＮＯｘ排出量を抑
制しつつＨＣ，ＣＯの排出量も抑制され、リッチレベル
の減少速度の学習補正によりリッチ継続時間が適正値に
学習補正されることによってＨＣ，ＣＯの排出を抑制し
ながらＮＯｘ吸蔵触媒全体に吸蔵されたＮＯｘ量を十分
に還元処理することができる。

【００１５】また、請求項４に係る発明は、前記ＮＯｘ
吸蔵触媒下流の排気空燃比の検出は、排気空燃比を連続
的に検出するものであり、検出された排気空燃比のリッ
チ状態のピーク値に基づいてリッチレベルの学習補正を
行うと共に、検出された排気空燃比と設定スライスレベ
ルとを比較して検出したリッチに維持されている時間を
計測し、該計測値に基づいてリッチ継続時間を学習補正
することを特徴とする。

【００１６】かかる構成によると、検出された排気空燃
比のリッチ状態のピーク値に基づいてリッチレベルの学
習補正を行うと共に、リッチ状態検出用に設定されたス
ライスレベルと比較することにより、リッチ状態を検出
しつつこの状態に維持されている時間を計測し、該計測
値に基づいてリッチ継続時間を学習補正する。これによ
り、リッチ状態のピーク値とリッチ状態維持時間とを高
精度に検出してリッチレベルとリッチ継続時間とを高精
度に学習補正することができる。

【００１７】また、請求項５に係る発明は、前記ＮＯｘ
の還元処理制御は、制御開始時に燃焼混合気の空燃比の
リッチレベルを最大とし、その後所定レベルに減少して
所定時間継続する制御であり、前記リッチレベルの学習
補正は、前記制御開始時に与える最大リッチレベルの学
習補正であり、前記リッチ継続時間の学習補正は、前記
所定レベルで継続する時間の学習補正であることを特徴
とする。

【００１８】かかる構成によると、ＮＯｘ還元処理制御
の開始時に与える最大のリッチレベルをリッチレベル学
習によって学習補正し、その後所定レベルで継続する時
間をリッチ継続時間の学習によって学習補正する。これ
により、最大リッチレベルが適正値に学習補正されるこ
とによってリッチスパイク開始時のＮＯｘ排出量を抑制
しつつＨＣ，ＣＯの排出量も抑制され、所定レベルで継
続する時間の学習補正によりリッチ継続時間が適正値に
学習補正されることによってＨＣ，ＣＯの排出を抑制し
ながらＮＯｘ吸蔵触媒全体に吸蔵されたＮＯｘ量を十分
に還元処理することができる。

【００１９】また、請求項６に係る発明は、前記ＮＯｘ
吸蔵触媒下流の排気空燃比の検出は、排気空燃比を連続
的に検出するものであり、設定されたスライスレベルと
前記検出された排気空燃比とを比較して検出したリッチ
に維持されている時間を計測し、該計測値に基づいてリ
ッチレベルとリッチ継続時間の学習補正を行うことを特
徴とする。

【００２０】かかる構成によると、前記ＮＯｘ還元処理
制御開始時に燃焼混合気の空燃比のリッチレベルを最大
とし、その後所定レベルに減少して所定時間継続する制
御をにおいて、排気空燃比がリッチに維持されている時
間に基づいてリッチレベルとリッチ継続時間の学習補正
を行う。これにより、リッチ維持時間のみに基づいてリ
ッチレベルとリッチ継続時間の学習補正を同時に行え
る。

【００２１】また、請求項７に係る発明は、前記ＮＯｘ
吸蔵触媒下流の排気空燃比の検出は、排気空燃比が理論
空燃比よりリッチかリーンかをオンオフ的に検出するも
のであり、前記排気空燃比の検出値がリッチに維持され
ている時間を計測し、該計測値に基づいてリッチレベル
とリッチ継続時間の学習補正を行うことを特徴とする。

【００２２】かかる構成によると、安価なストイキ型空
燃比センサを使用して、検出された排気空燃比がリッチ
に維持されている時間に基づいてリッチレベルとリッチ
継続時間の学習補正を同時に行うことができる。また、
請求項８に係る発明は、前記リッチレベルとリッチ継続
時間との学習補正は、機関の運転状態に応じた領域毎に
行うことを特徴とする。

【００２３】かかる構成によると、リッチレベルとリッ
チ継続時間との学習補正を、そのときの機関の運転状態
に応じた領域毎に行う。これにより、機関の運転状態に
よって異なるＮＯｘ吸蔵触媒へのＮＯｘ吸蔵量に応じた
領域毎に別々学習が行われるため、高精度な学習を行え
る。また、請求項９に係る発明は、前記機関の運転状態
に応じた領域は、学習補正前のリーン継続時間によって
区分された領域であることを特徴とする。

【００２４】かかる構成によると、リッチレベルとリッ
チ継続時間との学習補正を、学習補正前のリーン継続時
間によって区分された領域毎に行う。これにより、リー
ン継続時間によって異なるＮＯｘ吸蔵触媒へのＮＯｘ吸
蔵量に応じた領域毎に別々学習が行われるため、高精度
な学習を行える。また、請求項10に係る発明は、前記機
関の運転状態に応じた領域は、学習補正前の機関運転状
態によって推定されるＮＯｘ吸蔵触媒へのＮＯｘ吸蔵量
により区分された領域であることを特徴とする。

【００２５】かかる構成によると、リッチレベルとリッ
チ継続時間との学習補正を、学習補正前の機関運転状態
によって推定されるＮＯｘ吸蔵触媒へのＮＯｘ吸蔵量に
より区分された領域毎に行う。これにより、学習補正前
の機関運転状態によって異なるＮＯｘ吸蔵触媒へのＮＯ
ｘ吸蔵量を高精度で推定しつつ、該推定されたＮＯｘ吸
蔵量領域毎に別々学習が行われるため、より高精度な学
習を行える。

【００２６】また、請求項11に係る発明は、前記リッチ
レベルとリッチ継続時間とに上下限値を設定したことを
特徴とする。かかる構成によると、リッチレベルとリッ
チ継続時間とが、それぞれの上下限値により制限され
る。

【００２７】これにより、失火，燃費やトルク変動等の
機関の運転への影響を回避しつつＮＯｘ還元処理を行う
ことができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図２は、第１の実施の形態における内燃機関のシ
ステム構成を示す図であり、機関１には、スロットル弁
２で計量された空気が吸引され、燃料噴射弁３から噴射
される燃料と前記吸入空気とが混合して混合気が形成さ
れる。

【００２９】前記燃料噴射弁３は、吸気ポート部分に燃
料を噴射するものであってもよいし、また、燃焼室内に
直接燃料を噴射するものであっても良い。前記混合気
は、点火栓４による火花点火によって着火燃焼し、燃焼
排気は、排０気通路９に介装されたＮＯｘ吸蔵触媒５で
浄化された後に大気中に排出される。

【００３０】前記ＮＯｘ吸蔵触媒５は、排気空燃比がリ
ーンであるときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比
が理論空燃比又はリッチであるときに前記吸蔵したＮＯ
ｘを放出して三元触媒層で還元処理する触媒（ＮＯｘ吸
蔵型三元触媒）である。また、前記ＮＯｘ吸蔵触媒５よ
り上流の排気通路部分に、小容量で活性を早めて始動時
の排気浄化性能を向上させるための三元触媒で構成され
たライトオフ触媒21が設けられる。

【００３１】前記燃料噴射弁３による噴射時期，噴射
量、及び、点火栓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はマイクロコンピュータを含んで構成
され、各種センサからの検出信号に基づく演算処理によ
って、前記燃料噴射弁３に対して燃料噴射信号（噴射パ
ルス信号）を出力し、点火栓４（パワートランジスタ）
に対しては点火信号を出力する。

【００３２】前記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を決定し、該目標空燃比の混合
気が形成されるように燃料噴射量（噴射パルス幅）が演
算されるが、前記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。前記
各種センサとしては、機関１の吸入空気流量を検出する
エアフローメータ７、前記スロットル弁２の開度を検出
するスロットルセンサ８、前記ＮＯｘ吸蔵触媒５の上流
側の排気通路９に配置されて排気空燃比を検出する第１
空燃比センサ10、前記ＮＯｘ吸蔵触媒５の下流側の排気
通路９に配置されて排気空燃比を検出して本発明に係る
ＮＯｘ還元処理制御を行うための第２空燃比センサ11な
どが設けられる他、コントロールユニット６にはクラン
ク角センサ（図示せず) からの回転信号や水温センサ12
からの水温信号などが入力される。

【００３３】前記第１空燃比センサ10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り、理
論空燃比のみを検出するストイキセンサであっても良い
し、また、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。また、第２空燃比センサ11は、本
実施の形態では排気空燃比を広域に検出できる広域空燃
比センサとする。

【００３４】前記コントロールユニット６は、通常は、
前記第１空燃比センサ10で検出される排気空燃比を目標
空燃比に近づけるように、前記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。一方、ＮＯｘ還元処理制御時
には前記第２空燃比センサ11を用いてＮＯｘ吸蔵触媒５
下流の排気空燃比を検出しつつ該制御の学習補正を行う
ようになっており、かかる学習補正に相当する制御の様
子を図３のフローチャートに示してある。また、前記フ
ローチャートに従った制御の特性を図４のタイムチャー
ト（本第１の実施の形態は実線で示す) に示してある。

【００３５】図３のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ１（図中にはＳ１と記してある。以下同様）で
は、ＮＯｘ還元処理制御の成立を示すフラグＦＲＳを判
別することで、該制御条件の成立の有無を判断する。前
記ＮＯｘ吸蔵触媒５は、排気空燃比がリーンであるとき
に排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又
はリッチであるときに前記吸蔵したＮＯｘを放出するも
のであるから、目標空燃比がリーンから理論空燃比又は
リッチに切り換えられたときに空燃比をリッチ化する本
制御を行うのが、運転への違和感が無く好ましい。した
がって、該条件となったときに前記フラグＦＲＳを１に
セットし、該リッチ化制御を終了したときにフラグＦＲ
Ｓを０にリセットする。

【００３６】但し、目標空燃比のリーンから理論空燃比
又はリッチへの切り換えは、運転条件（加速，負荷・回
転の変化）によって行われる他、本来目標空燃比として
リーン空燃比が設定される条件下であっても、ＮＯｘ吸
蔵触媒５におけるＮＯｘ吸蔵量が限界量に達していると
推定されるときには、一時的にリッチ制御が行われる設
定となっており、このＮＯｘ処理のための一時的なリッ
チ制御への切り換えも含むものである。

【００３７】目標空燃比のリーンから理論空燃比又はリ
ッチへの切り換えが行われて前記フラグＦＲＳに１がセ
ットされると、ステップ２へ進み、本制御の開始に当た
り各変数を初期化する。例えば、後述する第２空燃比セ
ンサ11によるリッチ判定用フラグＦＳを０にリセットす
ると共に、後述の最小値ＶＲmin,カウンタＣＴＲを０に
リセットする。

【００３８】ステップ３では、本制御により得られコン
トロール６を構成するマイクロコンピュータのＲＡＭに
記憶されたリッチレベル学習値ＬＲsk(i) とリッチ継続
時間学習値ＬＩα(i) を参照する。ここで、リッチレベ
ル学習値ＬＲsk(i) は、本制御開始時に与える最大のリ
ッチレベルの学習値である。また、リッチ継続時間学習
値ＬＩα(i) はリッチを継続する時間の学習であるが、
本実施の形態では前記最大のリッチレベルからリッチレ
ベルを減少する微分制御を行い、この減少速度つまり微
分値によってリッチ状態維持時間が決まるので、該微分
値を学習して得られる学習値である。

【００３９】また、該学習は、学習開始時におけるＮＯ
ｘ吸蔵触媒５へのＮＯｘ吸蔵量に応じて区分された領域
ｉ毎に行う。例えば、該学習前のリーン継続時間を計測
しておき、継続時間領域ｉ毎に学習を行う。このように
すれば、学習精度が向上する。あるいは、学習前の運転
状態からＮＯｘ排出積算値を推定してＮＯｘ吸蔵量を推
定し、該推定ＮＯｘ吸蔵量に応じて区分した領域ｉ毎に
行うようにしてもよく、推定演算を要する代わりに学習
精度がより向上する。

【００４０】ステップ４では、同じく本制御に使用する
リッチレベル基本量ＫＮａ(i) とリッチ継続時間基本量
Ｉα(i) をＲＯＭから参照する。該リッチレベル基本量
ＫＮａ(i) とリッチ継続時間基本量Ｉα(i) も前記学習
を行うリーン継続時間や推定ＮＯｘ吸蔵量に応じて区分
された領域毎に設定してあり、対応する領域に設定され
たものを参照する。これら基本量ＫＮａ(i),Ｉα(i) の
具体的な特性を図５に示す。リッチレベル基本量ＫＮａ
(i) は、リーン継続時間又は推定ＮＯｘ吸蔵量ｉが大き
いときほどＮＯｘ吸蔵量が多く初期に脱離するＮＯｘ量
も増大するので、基本量ＫＮａ(i) を大きい値に設定す
るが、失火の発生等燃焼性を考慮して上限を設定してい
る。また、リッチ維持時間基本量Ｉα(i) は、リーン継
続時間又は推定ＮＯｘ吸蔵量ｉが大きくＮＯｘ吸蔵量が
多いときほど、該吸蔵されたＮＯｘ量を完全に還元処理
するためにリッチ継続時間を長引かせる必要があるの
で、減少方向の微分値である基本量Ｉα(i) を小さい値
に設定してある。

【００４１】ステップ５では、前記参照した基本量と学
習値とに基づいて次式により、リッチレベル制御量αsk
とリッチ継続時間制御量Ｉαskとを算出する。 αsk＝ＫＮａ(i) ＋ＬＲsk(i) Ｉαsk＝Ｉα(i) ＋ＬＩα(i) また、前記算出したリッチレベル制御量αskとリッチ継
続時間制御量Ｉαskとを、それぞれ設定した上下限値と
比較し、これら上下限値によって制限する。これによ
り、失火や燃費、トルク変動等の運転への影響を回避し
つつ、ＮＯｘ還元処理制御を行える。

【００４２】ステップ６では、最終的に算出された今回
のリッチ制御量αskを出力する。このリッチ制御量αsk
は、基本燃料噴射量Ｔｐに乗じられる空燃比補正係数と
して設定される。なお、前記ステップ５から最初にステ
ップ６に進んだ制御の開始時は、ステップ５で算出され
たリッチレベル制御量αskが、最大の初期値として出力
される。

【００４３】ステップ７では、今回のリッチ制御量αsk
の値がストイキ（理論空燃比) 制御時の相当値である10
0 ％を超えているか否かを判定する。リッチ制御量αsk
が100 ％を超えている場合には、ステップ８へ進んで次
式のように前記リッチ制御量αskから現在算出されてい
る最新のリッチ継続時間制御量Ｉαskを減算した値を、
次回出力するリッチ制御量αskとして更新した後、ステ
ップ９へ進む。

【００４４】αsk＝αsk−Ｉαsk また、ステップ７の判定でリッチ制御量αskが100 ％以
下と判定されたときは、ステップ８をジャンプしてステ
ップ９へ進む。ステップ９では、前記リッチ判定用フラ
グＦＳの値が０であるか否か、つまり現在リッチと判定
されているか否かを判定する。

【００４５】そして、ＦＳ＝０と判定されたときはステ
ップ10へ進み、前記第２空燃比センサ11の出力値ＶＲＯ
２が、リッチ判定用のスライスレベルＳＲを下回ったか
否かを判定する。ここで、前記スライスレベルＳＲの値
は、ストイキ相当の値よりややリッチ側の値に設定され
ている。前記ステップ10で前記出力値ＶＲＯ２がスライ
スレベルＳＲ以上と判定された場合は、ＮＯｘ吸蔵触媒
５下流の排気空燃比がまだリッチ化されていない状態で
あり、このときは後述するリッチ維持時間の計測を行う
ことなくステップ６へ戻って上記同様の制御を繰り返
す。

【００４６】また、ステップ10で前記出力値ＶＲＯ２が
スライスレベルＳＲを下回ったと判定されたときは、Ｎ
Ｏｘ吸蔵触媒５下流の排気空燃比がリッチになったと判
断してステップ11へ進み、前記リッチ判定フラグＦＳを
１にセットしたのち、ステップ12へ進み、の該リッチ維
持時間を計測するカウンタの値ＣＴＲを所定量Ｔｄだけ
カウントアップする。即ち、このステップ12により、Ｎ
Ｏｘ吸蔵触媒５下流の排気空燃比がリッチに維持されて
いる時間が計測される。

【００４７】次いでステップ13では、前記第２空燃比セ
ンサ11の出力値ＶＲＯ２が最小値ＶＲmin を下回ったか
否かを判定する。ここで、前記最小値ＶＲmin には初期
値が設定されるが、当該判定結果に応じて書き換えられ
る。即ち、該ステップ13でＶＲＯ２＜ＶＲmin と判定さ
れるとステップ14へ進んで該出力値ＶＲＯ２によって最
小値ＶＲmin が書き換え更新される。これにより、出力
値ＶＲＯ２の最小値が常に更新記憶される。

【００４８】次にステップ15へ進み、第２空燃比センサ
11の出力値ＶＲＯ２が前記スライスレベルＳＲ以上とな
ったか否かを判定し、ＳＲを下回るリッチ状態に維持さ
れている場合はステップ６へ戻って前記制御を繰り返
す。この場合、リッチ判定が継続しており、ステップ９
でフラグＦＳの値が１になっているので、再度の判定を
行うことなくステップ12へジャンプする。

【００４９】このように空燃比がリーン側に近づいて、
第２空燃比センサ11の出力ＶＲＯ２がスライスレベルＳ
Ｒ以上になった、つまりリッチ状態から外れたと判定さ
れたときに、ステップ16へ進んで前記ステップ14で最後
に書き換え更新された最小値ＶＲmin をリッチ状態のピ
ーク値ＲＰとしてセットし、さらにステップ17へ進んで
前記リッチ状態維持時間を計測するカウンタの現在の値
ＣＴＲをリッチ状態維持時間ＴＲとしてセットする。

【００５０】そして、ステップ18では、上記のようにし
て求められたリッチ状態のピーク値ＲＰと、リッチ状態
維持時間ＴＲとに基づいて、それぞれリッチレベルの学
習とリッチ継続時間の学習とを行う。具体的には、以下
のようにして前記リッチレベル学習値ＬＲsk(i) 、リッ
チ継続時間学習値Ｉα(i) を演算更新する。まず、リッ
チレベル学習値ＬＲsk(i) については、図６に示すよう
にリッチピーク値ＲＰが大きくなるとＮＯｘ排出量が増
大し、小さくなるとＨＣ（及びＣＯ) 排出量が増大する
ので、これらが共に基準値以下となる要求範囲を設定す
る。そして、リッチピーク値ＲＰが前記要求範囲にある
ときには、学習値ＬＲsk(i)を現状に維持するが、リッ
チピーク値ＲＰが前記要求範囲より小さい場合は、ＲＰ
を増大するようにリッチレベルＲskを増大するべく学習
値ＬＲsk(i) を増加し、前記要求範囲より大きい場合
は、ＲＰが減少するようにリッチレベルＲskを減少する
べく学習値ＬＲsk(i) を減少する。

【００５１】上記の学習を、例えば、図７に示したよう
に設定した学習補正値ＨＬＲsk(i)を用いて次式により
行う。ＬＲsk(i) ＝ＬＲsk(i) ＋ＨＬＲsk(i) 一方、リッチ継続時間学習値Ｉα(i) については、図８
に示すようにリッチ状態維持時間ＴＲが大きくなるとＨ
Ｃ（及びＣＯ) 排出量が増大し、小さくなるとＮＯｘ排
出量が増大するので、前記同様にこれらが共に基準値以
下となるリッチ状態維持時間ＴＲの時間範囲を設定す
る。そして、リッチ状態維持時間ＴＲが前記時間範囲に
あるときには、学習値ＬＩα(i) を現状に維持するが、
リッチ状態維持時間ＴＲが前記時間範囲より大きい場合
は、ＴＲが減少するようにリッチレベルの減少速度を増
大するべく学習値ＬＩα(i) を増加し、前記時間範囲よ
り小さい場合は、ＴＲが増大するようにリッチレベルの
減少速度を減少するべく学習値ＬＩα(i) を減少する。

【００５２】上記の学習を、例えば、図９に示したよう
に設定した学習補正値ＨＬＩα(i)を用いて次式により
行う。ＬＩα(i) ＝ＬＩα(i) ＋ＨＬＩα(i) 上記学習値更新後はステップ19へ進み、今回のＮＯｘ還
元処理制御が終了したので、次回のＮＯｘ還元処理制御
開始条件が成立するまで前記フラグＦＲＳの値を０にリ
セットする。

【００５３】このようにして、リッチレベルとリッチ継
続時間とを学習することにより、図10に示すようにＮＯ
ｘ排出量とＨＣ（及びＣＯ) 排出量とを共に基準以下に
抑制することができる。上記の実施の形態では、リッチ
スパイクの開始時のリッチレベルを最大とし、その後リ
ッチレベルを漸減する制御方式に適用したものを示した
が、リッチスパイク方式としては、初期に最大としたリ
ッチレベルを一律な速度で所定レベルまで減少し、該所
定レベルで所定時間維持するという方式もある。この方
式に本発明を適用した第２の実施の形態におけるリッチ
スパイク学習制御の様子を図11のフローチャートに示し
てある。また、前記フローチャートに従った制御の特性
を図４のタイムチャートに点線で示してある。

【００５４】図３において、ステップ21, ステップ22
は、前記第１の実施の形態の図３のステップ１, ステッ
プ２と同様であり、制御条件判別用のフラグＦＲＳの値
を見てＮＯｘ還元処理制御を開始し、各変数を初期化す
る。ステップ23では、ＲＡＭに記憶されたリッチレベル
学習値ＬＲsk(i) とリッチ継続時間学習値ＬＴＲ(i) を
参照する。ここで、リッチレベル学習値ＬＲsk(i)は、
前記第１の実施の形態と同様制御開始時に与える最大の
リッチレベルの学習値である。また、リッチ継続時間学
習値ＬＴＲ(i) はリッチを継続する時間の学習である
が、本実施の形態では前記最大のリッチレベルから一律
の速度で所定レベルまで減少した後、該所定レベルを所
定時間継続する制御を行い、この所定レベルの継続時間
によってリッチ状態維持時間が決まるので、該継続時間
を学習して得られる学習値である。なお、これら学習値
をリーン継続時間や推定ＮＯｘ吸蔵量に応じて区分され
た領域毎に行うことも同様である。

【００５５】ステップ24では、同様にしてＲＯＭから前
記領域ｉに対応するリッチレベル基本量ＫＮａ(i) とリ
ッチ継続時間基本量ＴＲ(i) をＲＯＭから参照する。Ｔ
Ｒ(i) は領域ｉ毎に設定され、例えばリーン時間が大き
くなるほどＮＯｘ吸蔵量が増大しリッチ継続時間を長引
かせる必要があるので、基本量ＬＲ(i) を大きくなるよ
うに設定してある。

【００５６】ステップ25では、前記参照した基本量と学
習値とに基づいて次式により、リッチレベル制御量αsk
とリッチ継続時間制御量Ｉαskとを算出する。 αsk＝ＫＮａ(i) ＋ＬＲsk(i) ＴＲ(i) ＝ＴＲ(i) ＋ＬＴＲ(i) また、前記算出したリッチレベル制御量αskとリッチ継
続時間制御量Ｉαskとを、上下限値によって制限するこ
とは同様である。

【００５７】ステップ26では、前記ステップ５で算出さ
れた制御開始時に与えられる最大のリッチレベルから後
述するように一律速度で減少されるリッチレベル制御量
αskが所定レベル（一律リッチ化分) α0sk 以上である
か否かを判定し、α0sk 未満と判定された場合はステッ
プ27で一律リッチ化条件判定フラグＦＴＲを１にセット
すると共に、リッチレベル制御量αskを一律リッチ化分
α0sk に固定してからステップ28へ進む。

【００５８】ステップ28では、後述するようにして計測
された一律リッチ化継続時間のカウント値ＣＴＲ１が前
記ステップ25で算出されたリッチ継続時間ＴＲ(i) 未満
であるか否かを判定し、リッチ継続時間ＴＲ(i) 未満と
判定されたときはステップ29へ進む。ステップ29では、
最終的に算出された今回のリッチ制御量αskを出力す
る。なお、前記ステップ25から最初にステップ26に進ん
だ制御の開始時は、ステップ25で算出されたリッチレベ
ル制御量αskが、最大の初期値として出力される。

【００５９】ステップ30では、前記リッチ制御量αskか
ら一律の減少速度分（微分分) ＩαＣを減算した値を、
次回出力するリッチ制御量αskとして更新する。ステッ
プ31では、前記一律リッチ化条件が成立しているか否か
を前記フラグＦＴＲの値によって判定し、成立時にはス
テップ32へ進んで前記一律リッチ化継続時間計測用のカ
ウンタの値ＣＴＲ１を所定値Ｔｄ分カウントアップして
ステップ33へ進む。

【００６０】ステップ33では、ＮＯｘ吸蔵触媒５下流の
排気空燃比がリッチ状態と判定されたときに１にセット
されるフラグＦＳ２の値を判定する。そして、該フラグ
ＦＳ２の値が上記以外の０であるときはステップ34へ進
んで、第２空燃比センサ11の出力ＶＲＯ２がリッチ判定
用のスライスレベルＳＲ未満になったか否かを判定す
る。

【００６１】ステップ34でＶＲＯ２＜Ｓ２、つまりリッ
チ状態と判定されたときはステップ35へ進んで前記フラ
グＦＳ２の値を１にセットした後、ステップ36へ進んで
該リッチ維持時間計測カウンタのカウント値ＣＴ２を所
定値Ｔｄ分カウントアップする。このステップ36が、リ
ッチ維持時間を計測する機能を有する。ステップ37で
は、第２空燃比センサ11の出力ＶＲＯ２が前記スライス
レベルＳＲ以上になったか否かつまりリッチ状態から外
れたか否かを判定する。

【００６２】そして、リッチ状態から外れていなけれ
ば、ステップ26へ戻って上記制御を繰り返す。その結
果、ステップ28で一律リッチ化継続時間ＣＴＲ１が学習
補正されたリッチ継続時間ＴＲ(i) に達したときに、リ
ッチスパイクを終了すべくステップ38でリッチ制御量α
sk＝０とした後、ステップ33以降へ進んで引き続きリッ
チ維持時間を計測して学習を行う。

【００６３】また、リッチ状態から外れたときはステッ
プ39へ進んで前記カウンタのカウント値ＣＴ２をリッチ
維持時間Ｔ１としてセットする。そして、ステップ40で
は、上記のようにして求められたリッチ状態維持時間Ｔ
１に基づいて、リッチレベルの学習とリッチ継続時間の
学習とを行う。具体的には、以下のようにして前記リッ
チレベル学習値ＬＲsk(i) 、リッチ継続時間学習値Ｉα
(i) を演算更新する。

【００６４】まず、リッチレベル学習値ＬＲsk(i) につ
いては、図12に示すようにリッチ維持時間Ｔ１が大きく
なるとＮＯｘ排出量が増大し、小さくなるとＨＣ（及び
ＣＯ) 排出量が増大するので、これらが共に基準値以下
となる時間範囲を設定する。そして、リッチ維持時間Ｔ
１が前記時間範囲にあるときには、学習値ＬＲsk(i)を
現状に維持するが、リッチ維持時間Ｔ１が前記時間範囲
より小さい場合は、Ｔ１を増大するようにリッチレベル
Ｒskを増大するべく学習値ＬＲsk(i) を増加し、前記時
間範囲より大きい場合は、Ｔ１が減少するようにリッチ
レベルＲskを減少するべく学習値ＬＲsk(i) を減少す
る。

【００６５】上記の学習を、例えば、図13に示したよう
に設定した学習補正値ＨＬＲsk(i)を用いて次式により
行う。ＬＲsk(i) ＝ＬＲsk(i) ＋ＨＬＲsk(i) 一方、リッチ継続時間学習値ＬＴＲ(i) についても、同
様にリッチ状態維持時間Ｔ１が前記時間範囲にあるとき
には、学習値ＬＴＲ(i) を現状に維持するが、リッチ状
態維持時間Ｔ１が前記時間範囲より大きい場合は、Ｔ１
が減少するように一律リッチ化継続時間を減少するべく
学習値ＬＴＲ(i) を減少し、前記時間範囲より小さい場
合は、Ｔ１が増大するように一律リッチ化継続時間を増
大するべく学習値ＬＴＲ(i) を増大する。

【００６６】上記の学習を、例えば、図14に示したよう
に設定した学習補正値ＨＬＴＲ(i)を用いて次式により
行う。ＬＴＲ(i) ＝ＬＴＲ(i) ＋ＨＬＴＲ(i) 上記学習値更新後はステップ41へ進み、今回のＮＯｘ還
元処理制御が終了したので、次回のＮＯｘ還元処理制御
開始条件が成立するまで前記フラグＦＲＳの値を０にリ
セットする。

【００６７】このようにして、リッチレベルとリッチ継
続時間とを学習することにより、図10に示すようにＮＯ
ｘ排出量とＨＣ（及びＣＯ) 排出量とを共に基準以下に
抑制することができる。また、上記の実施の形態ではＮ
Ｏｘ吸蔵触媒下流の排気空燃比の検出を、広域型センサ
によって連続的に検出できるため、該検出値に基づいて
高精度な学習を行えるが、排気空燃比の検出を理論空燃
比に対するリッチ, リーンでオン・オフ的に検出するス
トイキ型センサ（いわゆるＯ2 センサ) を用いて本発明
を実施することもできる。

【００６８】前記ストイキ型センサを用いた実施の形態
では、リッチスパイクの開始時に与えるリッチレベルを
可変とし、その後の減少速度は一定とする制御を行うこ
ととする。この制御ではリッチレベルを変更すると、同
時にリッチ継続時間も比例的に変化するので、リッチレ
ベルを学習補正することでリッチ継続時間も同時に学習
補正することになる。

【００６９】一方、前記第２の実施の形態と同様な考え
方で、ストイキ型センサがリッチとなっている時間を計
測すれば、リッチ状態維持時間を検出できると同時に排
気空燃比のリッチ状態のピーク値も推定したことにな
る。つまり、リッチ状態維持時間が長いときほど、リッ
チピーク値も大きいと推定される。そこで、ストイキ型
センサを用いてリッチ状態に維持されている時間を計測
し、該計測値に基づいてリッチ維持時間が大きいときほ
ど、リッチピーク値も大きくしたがってリッチレベルを
減少すると同時にリッチ継続時間も減少するように学習
補正を行い、リッチ維持時間が小さいときはリッチレベ
ルを増大すると同時にリッチ継続時間を増大するように
学習補正すればよい。このようにすれば、ＮＯｘ排出量
とＨＣ, ＣＯを同時に基準値以下としつつＮＯｘ還元処
理を行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項２記載の発明に係る排気浄化装置の基本
構成を示すブロック図。

【図２】第１の実施の形態における内燃機関のシステム
構成図。

【図３】第１の実施の形態におけるＮＯｘ還元処理制御
の様子を示すフローチャート。

【図４】第１の実施の形態及び第２の実施の形態におけ
るリッチスパイク制御の特性を示すタイムチャート。

【図５】第１の実施の形態におけるリッチレベル基本量
とリッチ継続時間基本量の特性を示す図。

【図６】第１の実施の形態におけるリッチ状態ピーク値
ＲＰによる排気エミッション特性を示す図。

【図７】第１の実施の形態におけるリッチ状態ピーク値
ＲＰリッチレベルの学習補正量の特性を示す図。

【図８】第１の実施の形態におけるリッチ状態維持時間
ＴＲによる排気エミッション特性を示す図。

【図９】第１の実施の形態におけるリッチ状態維持時間
ＴＲに対するリッチレベルの学習補正量の特性を示す。

【図10】第１の実施の形態における排気エミッション特
性を学習無しの従来例と比較して示すタイムチャート。

【図11】第２の実施の形態におけるＮＯｘ還元処理制御
の様子を示すフローチャート。

【図12】第２の実施の形態におけるリッチ状態維持時間
Ｔ１による排気エミッション特性を示す図。

【図13】第２の実施の形態におけるリッチ状態維持時間
Ｔ１に対するリッチレベルの学習補正量の特性を示す。

【図14】第２の実施の形態におけるリッチ状態維持時間
Ｔ１に対するリッチ継続時間の学習補正量の特性を示
す。

【符号の説明】

１内燃機関２スロットル弁３燃料噴射弁４点火栓５ＮＯｘ吸蔵触媒６コントロールユニット７エアフローメータ８スロットルセンサ９排気通路 10 第１空燃比センサ 11 第２空燃比センサ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気空燃比がリーンであるときに排気中の
ＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチで
あるときに前記吸蔵したＮＯｘを放出して還元処理する
ＮＯｘ吸蔵触媒を備え、燃焼混合気の空燃比を一時的に
リッチとしてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元
処理する制御を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘの還元処理制御時にＮＯｘ吸蔵触媒下流の排
気空燃比を検出し、該排気空燃比のリッチ状態における
ピーク値とリッチ状態に維持される時間との少なくとも
一方に基づいて、ＮＯｘ還元処理制御時に要求される燃
焼混合気のリッチレベル及びリッチ継続時間を学習して
補正することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】排気空燃比がリーンであるときに排気中の
ＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチで
あるときに前記吸蔵したＮＯｘを放出して還元処理する
ＮＯｘ吸蔵触媒を備えると共に、燃焼混合気の空燃比を
一時的にリッチとしてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯ
ｘを還元処理する制御を行うＮＯｘ還元処理制御手段を
備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘの還元処理制御時に、前記ＮＯｘ吸蔵触媒下
流の排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、前記検出された排気空燃比のリッチ状態におけるピーク
値とリッチに維持される時間との少なくとも一方に基づ
いて、ＮＯｘ還元処理制御時の燃焼混合気のリッチレベ
ル及びリッチ継続時間を学習して補正するＮＯｘ還元処
理制御量学習手段と、を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の排気浄化
装置。
【請求項３】前記ＮＯｘの還元処理制御は、制御開始時
に燃焼混合気の空燃比のリッチレベルを最大とし、その
後徐々に減少していく制御であり、前記リッチレベルの
学習補正は、前記制御開始時に与える最大リッチレベル
の学習補正であり、前記リッチ継続時間の学習補正は、
前記リッチレベルの減少速度の学習補正であることを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気
浄化装置。
【請求項４】前記ＮＯｘ吸蔵触媒下流の排気空燃比の検
出は、排気空燃比を連続的に検出するものであり、検出
された排気空燃比のリッチ状態のピーク値に基づいてリ
ッチレベルの学習補正を行うと共に、検出された排気空
燃比と設定スライスレベルとを比較して検出したリッチ
に維持されている時間を計測し、該計測値に基づいてリ
ッチ継続時間を学習補正することを特徴とする請求項３
に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】前記ＮＯｘの還元処理制御は、制御開始時
に燃焼混合気の空燃比のリッチレベルを最大とし、その
後所定レベルに減少して所定時間継続する制御であり、
前記リッチレベルの学習補正は、前記制御開始時に与え
る最大リッチレベルの学習補正であり、前記リッチ継続
時間の学習補正は、前記所定レベルで継続する時間の学
習補正であることを特徴とする請求項１又は請求項２に
記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】前記ＮＯｘ吸蔵触媒下流の排気空燃比の検
出は、排気空燃比を連続的に検出するものであり、設定
されたスライスレベルと前記検出された排気空燃比とを
比較して検出したリッチに維持されている時間を計測
し、該計測値に基づいてリッチレベルとリッチ継続時間
の学習補正を行うことを特徴とする請求項５に記載の内
燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】前記ＮＯｘ吸蔵触媒下流の排気空燃比の検
出は、排気空燃比が理論空燃比よりリッチかリーンかを
オンオフ的に検出するものであり、前記排気空燃比の検
出値がリッチに維持されている時間を計測し、該計測値
に基づいてリッチレベルとリッチ継続時間の学習補正を
行うことを特徴とする請求項１〜請求項３又は請求項５
のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】前記リッチレベルとリッチ継続時間との学
習補正は、機関の運転状態に応じた領域毎に行うことを
特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】前記機関の運転状態に応じた領域は、学習
補正前のリーン継続時間によって区分された領域である
ことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化
装置。
【請求項10】前記機関の運転状態に応じた領域は、学習
補正前の機関運転状態によって推定されるＮＯｘ吸蔵触
媒へのＮＯｘ吸蔵量により区分された領域であることを
特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項11】前記リッチレベルとリッチ継続時間とに上
下限値を設定したことを特徴とする請求項１〜請求項10
のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。