JP2005083359A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 予期せぬエンジン（燃焼室）排出ＮＯｘ量の変動とリーンＮＯｘ触媒の性能劣化とを、それぞれ分離して検出することで、リーンＮＯｘ触媒劣化の誤診断を防止し、該触媒を最適制御することのできる制御装置を提供する。
【解決手段】 リーン運転中に燃焼室から排出されたＮＯｘを貯蔵し、リッチ運転中に前記貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化する機能を有するリーンＮＯｘ触媒が排気通路に配備されているエンジンの制御装置であって、前記リーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量もしくはＮＯｘ濃度を検知するセンサと、該センサの出力に基づいて、リーン運転中における前記リーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量を演算する演算手段Ａと、前記リーンＮＯｘ触媒に貯蔵されたＮＯｘ量を演算する演算手段Ｂと、前記演算手段Ａの演算結果と前記演算手段Ｂの演算結果に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力と、リーン運転中における前記燃焼室から排出されるＮＯｘ量とを演算する手段を備える。
【選択図】 図１１

Description

本発明は、リーン運転中に燃焼室から排出されたＮＯｘを貯蔵し、リッチ運転中に前記貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化する機能を有するリーンＮＯｘ触媒が排気通路に配備されているエンジンの制御装置に係り、特に広域の空燃比で燃焼可能なリーンバーンエンジンにおいて、前記リーンＮＯｘ触媒の劣化（ＮＯｘ貯蔵能力）を高精度に診断できるようにされた制御装置に関する。

近年、世界規模の地球温暖化問題及びエネルギー問題への取り組みを背景として、自動車の分野においても低燃費型のエンジンが要求されている。リーンバーンエンジンはその最たるものであり、特に筒内噴射式エンジンは、燃焼室内に直接燃料を噴射し、混合気を成層化し、空燃比４０以上での燃焼を可能にするので、従来の吸気ポート噴射式エンジンと比較して燃費低減に有効である。一方、大気汚染等の環境問題を背景として、排気ガス性能を向上させることも同様に要求されており、世界各国、独自の排気規制が年々、強化されつつある。

従来から用いられていた三元触媒では、リーン運転中にエンジン（燃焼室）から排出されるＮＯｘを浄化することができないため、リーンバーンエンジンでは、リーン運転中のＮＯｘ浄化のために、排気通路にリーンＮＯｘ触媒を設けるのが一般的である。リーンＮＯｘ触媒は、リーン運転中、すなわち、酸化雰囲気下ではＮＯｘを貯蔵し、ＨＣ、ＣＯは酸化浄化する。また、貯蔵したＮＯｘを浄化するため、リッチ運転（以下、リッチスパイクもしくはリッチスパイク制御）、すなわち、還元雰囲気とすると、貯蔵ＮＯｘは脱離し、燃焼室から排出される還元剤（Ｈ_２、ＣＯ、ＨＣ）とで酸化還元反応せしめる機能を持つ。このことから、リーンＮＯｘ触媒は、ＮＯｘ排出量低減に有効である一方、該触媒の性能（ＮＯｘ貯蔵能力）の診断が必須となる。

リーンＮＯｘ触媒の劣化（ＮＯｘ貯蔵能力）を診断する場合、予期せぬ燃焼悪化（例えば、エンジン（燃焼室）排出ＮＯｘ量の予期せぬ変動）が前記触媒の診断精度の低下を招く。特に筒内噴射式エンジンの場合、燃料噴射弁が燃焼室に臨設されるため、デポジットと呼ばれる燃料の燃えかすが燃料噴射弁の噴口部に付着しやすく、デポジットにより燃料噴射時の噴霧形状変化を引き起こすことがある。この噴霧形状変化は、往々にして、燃焼性能に影響し、特に成層リーン運転中の排気ガス性能に影響を与え、燃焼室排出ＮＯｘ量が大きく変化することがある。また、ＥＧＲバルブの故障等により、リーン運転中のＥＧＲ率が所望の値とならない場合も、リーンＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量の変動を引き起こす。

例えば、下記特許文献１には、排気通路におけるリーンＮＯｘ触媒の下流にＯ_２センサを配置し、リッチスパイク時に該Ｏ_２センサのリッチ反転遅れ時間に基づいて、リッチスパイク前に実施したリーン運転中にリーンＮＯｘ触媒内に貯蔵したＮＯｘ量を推定することが開示されている。本方式は、貯蔵ＮＯｘ量に基づいてリーンＮＯｘ触媒の性能（最大ＮＯｘ貯蔵量）を診断するものである。しかしながら、本方式では、前述の原因などで、リーン運転中に燃焼室排出ＮＯｘ量あるいはリーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量が予期せず減少した場合、リーンＮＯｘ触媒が劣化（ＮＯｘ貯蔵能力が低下）していなくても、リッチスパイク時に推定される貯蔵ＮＯｘ量も減少するため、リーンＮＯｘ触媒が劣化したと誤診断してしまう。

また、下記特許文献２には、リーンＮＯｘ触媒の下流にＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサをが配置し、リーン運転中にリーンＮＯｘ触媒内で貯蔵されずに該触媒から流出するＮＯｘ量を検出し、該未貯蔵ＮＯｘ量が所定値以上に増加したことが検出された場合、リーンＮＯｘ触媒が劣化したと判定する方式が提案されている。しかしながら、本方式では、前述の原因などで、リーン運転中に燃焼室排出ＮＯｘ量あるいはリーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量が予期せずに増加した場合、リーンＮＯｘ触媒が劣化（ＮＯｘ貯蔵能力が低下）していなくても、リーン運転中の未貯蔵ＮＯｘ量が増加するため、リーンＮＯｘ触媒が劣化したと誤診断してしまう。

さらに、下記特許文献３には、リーンＮＯｘ触媒下流に配置されたＮＯｘ濃度を検出しうるセンサの出力を利用して前記触媒の最大ＮＯｘ吸収量と、前記触媒におけるＮＯｘ吸収速度との少なくとも一方を算出し、斯くして算出された最大ＮＯｘ吸収量またはＮＯｘ吸収速度が判定値よりも小さいときに前記触媒が劣化したと判定する方式が提案されている。しかしながら、かかる提案の方式でも、前述の原因などで、リーン運転中に燃焼室排出ＮＯｘ量あるいはリーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量が予期せずに変動した場合、触媒が劣化したと誤診断してしまうおそれがある。

このように、従来技術では、燃焼室排出ＮＯｘ量あるいはリーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量が予期せずに変動した場合等において、リーンＮＯｘ触媒が劣化していなくても劣化したと誤診断してしまうおそれがあった。

本発明は、前記した如くの問題を解消すべくなされたもので、その目的とするところは、燃焼室排出ＮＯｘ量あるいはリーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量が予期せずに変動することがあっても、リーンＮＯｘ触媒の性能を誤診断を生じることなく高精度に診断することができるようにされたエンジンの制御装置を提供することにある。

特開２０００−３３７１３０号公報（第１〜２頁、図１〜図１１） 特開平７−１８０５３５号公報（第１〜５頁、図１〜図２） 特開２００２−２６６６２９号公報（第１〜１８頁、図１〜図１５）

前記の目的を達成すべく、本発明に係る制御装置の第１態様は、基本的には、リーン運転中に燃焼室から排出されたＮＯｘを貯蔵し、リッチ運転中に前記貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化する機能を有するリーンＮＯｘ触媒が排気通路に配備されているエンジンに適用されるもので、前記燃焼室から排出されるＮＯｘ量もしくは前記リーンＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量を直接的ないし間接的に検出する触媒上流ＮＯｘ量検出手段と、該触媒上流ＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒の性能診断を行う触媒性能診断手段と、を備えていることを特徴としている（図１参照）。

このように、燃焼室排出ＮＯｘ量もしくはリーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量を考慮して、リーンＮＯｘ触媒の性能診断を行うことにより、従来のように、燃焼室排出ＮＯｘ量もしくはリーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量を全く考慮していなかった場合に比して、リーンＮＯｘ触媒の性能（ＮＯｘ貯蔵能力＝劣化レベル）を誤診断を生じることなく的確に判定することができる。

より詳しくは、エンジン側に燃焼性悪化、ＥＧＲ異常等の不具合、劣化、故障等が生じて、燃焼室排出ＮＯｘ量もしくはリーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量に予期せぬ変動が生じ、例えば、リーンＮＯｘ触媒下流に流出するＮＯｘ量が正常時より増大した場合、従来方式であると、リーンＮＯｘ触媒が劣化したと誤診断するおそれがあるが、上記のように燃焼室排出ＮＯｘ量もしくはリーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒の性能診断を行うことにより、上記のような誤診断を避けられる。なお、ＥＧＲを行うようにされたエンジンでは、前記燃焼室排出ＮＯｘ量と前記リーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量とは異なるものとなる。

本発明に係る制御装置の第２態様は、第１態様の構成に加えて、前記触媒性能診断手段の診断結果に基づいて、燃焼に供される混合気の空燃比、燃料供給量、吸入空気量等を制御する燃焼制御手段を備える（図２参照）。

前記燃焼制御手段は、より具体的には、リーンＮＯｘ触媒の性能診断結果に基づいて、例えば、前記リーンＮＯｘ触媒に対して行うリッチスパイク制御の開始タイミング、理論空燃比となる燃料供給量からの燃料増加量（増量率）であるリッチ量（＝リッチ深さ）等を制御するようにされる。

本発明に係る制御装置の第３態様では、前記触媒上流ＮＯｘ量検出手段は、前記排気通路における前記リーンＮＯｘ触媒の上流に配置されて前記ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量もしくはＮＯｘ濃度を検知するセンサを備えており、前記触媒性能診断手段は、前記センサの出力に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒の性能診断を行うようにされる（図３参照）。なお、前記センサとしては、排気ガス中のＮＯｘ量もしくはＮＯｘ濃度を検知し得る公知のＮＯｘセンサ等が用いられる。

本発明に係る制御装置の第４態様では、前記触媒上流ＮＯｘ量検出手段は、前記排気通路における前記リーンＮＯｘ触媒の下流に配置されて前記リーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量もしくはＮＯｘ濃度を検知するセンサを備えており、前記触媒性能診断手段は、前記センサの出力に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒の性能診断を行うようにされる（図４参照）。

本発明に係る制御装置の第５態様では、前記触媒上流ＮＯｘ量検出手段は、前記リーンＮＯｘ触媒下流のＯ_２量もしくはＯ_２濃度を検知するセンサを備えており、前記触媒性能診断手段は、前記センサの出力に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒の性能診断を行うようにされる（図５参照）。

このようにリーンＮＯｘ触媒の下流に配置されたＮＯｘセンサあるいはＯ_２センサ等によっても、燃焼室排出ＮＯｘ量もしくはリーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量を間接的に検出することができ，該センサの出力に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒の性能診断を高精度に行うことができる。

本発明に係る制御装置の第６態様では、前記触媒性能診断手段は、前記触媒上流ＮＯｘ量検出手段により検出される前記燃焼室から排出されるＮＯｘ量もしくは前記リーンＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量の変動に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒の劣化判定レベルを変更するようにされる（図６参照）。より具体的には、例えば、ＥＧＲバルブが故障する等してＥＧＲ手段に異常が生じ、前記リーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量が急速に増えた場合、リーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量が増えても、リーンＮＯｘ触媒が劣化したとは判定しないようにされる。

本発明に係る制御装置の第７態様では、前記触媒性能診断手段は、前記触媒上流ＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量が所定範囲内にあるときのみ、前記リーンＮＯｘ触媒の性能診断を行うようにされる（図７参照）。

すなわち、燃焼室排出ＮＯｘ量もしくはリーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量が所定範囲外にあるときは、リーンＮＯｘ触媒の性能を誤診断する可能性があるので、該触媒の診断は行わないようにされる。

本発明に係る制御装置の第８態様は、ＥＧＲ手段が正常か否かを診断するＥＧＲ診断手段を備え、前記触媒性能診断手段は、前記ＥＧＲ診断手段により前記ＥＧＲ手段が正常であると診断されているときのみ、前記リーンＮＯｘ触媒の性能診断を行うようにされる。 すなわち、ＥＧＲ手段に何らかの異常があるときは、燃焼室排出ＮＯｘ量及びリーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量が大きく変動し、リーンＮＯｘ触媒診断精度に影響を与えるので、該触媒の診断を禁止するようにされる。

本発明に係る制御装置の第９態様は、基本的には、リーン運転中に燃焼室から排出されたＮＯｘを貯蔵し、リッチ運転中に前記貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化する機能を有するリーンＮＯｘ触媒が排気通路に配備されているエンジンに適用されるもので、前記リーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量もしくはＮＯｘ濃度を検知するセンサと、該センサの出力に基づいて、リーン運転中における前記リーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量を演算する演算手段Ａと、前記リーンＮＯｘ触媒に貯蔵されたＮＯｘ量を演算する演算手段Ｂと、前記演算手段Ａの演算結果と前記演算手段Ｂの演算結果に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力を演算する手段と、を備える（図９参照）。

本発明に係る制御装置の第１０態様においては、前記演算手段Ａの演算結果と前記演算手段Ｂの演算結果に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力に加えて、リーン運転中における前記燃焼室から排出されるＮＯｘ量を演算する手段を備える（図１０参照）。

本発明に係る制御装置の第１１態様においては、リーン運転中における前記リーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量に対する基準値Ａを設定する手段と、前記貯蔵ＮＯｘ量に対する基準値Ｂを設定する手段と、前記演算手段Ａの演算結果であるリーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量と前記基準値Ａとを比較する手段Ａと、前記演算手段Ｂの演算結果である前記リーンＮＯｘ触媒に貯蔵されたＮＯｘ量と前記基準値Ｂとを比較する手段Ｂと、前記比較手段Ａにおいて前記基準値Ａより前記演算手段Ａの演算結果の方が小さく、かつ、前記比較手段Ｂにおいて前記基準値Ｂより前記演算手段Ｂの演算結果の方が小さいときは、燃焼室から排出されるＮＯｘ量が減少したと判定し、前記比較手段Ａにおいて前記基準値Ａより前記演算手段Ａの演算結果の方が大きく、かつ、前記比較手段Ｂにおいて前記基準値Ｂより前記演算手段Ｂの演算結果の方が大きいときは、燃焼室から排出されるＮＯｘ量が増大したと判定し、前記比較手段Ａにおいて前記基準値Ａより前記演算手段Ａの演算結果の方が小さく、かつ、前記比較手段Ｂにおいて前記基準値Ｂより前記演算手段Ｂの演算結果の方が大きいときは、前記リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力が低下したと判定する診断手段と、を備える（図１１、図１２参照）。

すなわち、リーンＮＯｘ触媒に性能劣化がない場合には、所定運転条件（トルク、回転数、空燃比、ＥＧＲ率、リーン時間など）で定義されるリーン運転中において、リーンＮＯｘ触媒内に貯蔵され得る推定ＮＯｘ量を基準値Ｂとし、リーンＮＯｘ触媒に性能劣化がない場合に所定運転条件（トルク、回転数、空燃比、ＥＧＲ率、リーン時間など）で定義されるリーン運転中においてリーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ濃度（もしくは量）、すなわちリーンＮＯｘ触媒内に貯蔵されずに下流へ流出する推定ＮＯｘ濃度を基準値Ａとする。

さらに、図１２に示されるように、リーン運転時に、リーンＮＯｘ触媒下流の実ＮＯｘ濃度（もしくは量）と基準値Ａとを比較する（比較手段Ａ）。基準値ＡよりもリーンＮＯｘ触媒下流の実ＮＯｘ濃度（もしくは量）が少ないときは、燃焼室排出ＮＯｘ量が減少したとする。基準値ＡよりもリーンＮＯｘ触媒下流の実ＮＯｘ濃度（もしくは量）が多いときは、燃焼室排出ＮＯｘ量が増大したか、もしくは、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力が低下したか、どちらかの可能性がある。ただし、この段階、すなわちリーン運転中の比較結果からは、基準値Ａから実測値がずれた原因が、燃焼室排出ＮＯｘ量増大かリーンＮＯｘ触媒の超能力低下であるかは、断定しない。

次に、同様に、図１２に示されるように、リーン運転中にリーンＮＯｘ触媒内に貯蔵された実ＮＯｘ量と基準値Ｂとを比較する（比較手段Ｂ）。基準値Ｂよりも実貯蔵ＮＯｘ量が多いときは、燃焼室排出ＮＯｘ量が増加したと判定する。基準値Ｂよりも実貯蔵ＮＯｘ量が少ないときは、燃焼室排出ＮＯｘ量が減少したか、もしくは、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力が低下したか、どちらかの可能性がある。ただし、この段階、すなわち基準値Ｂと実貯蔵量の比較結果からは、基準値Ｂから実貯蔵量がずれた原因が、燃焼室排出ＮＯｘ量減少かリーンＮＯｘ触媒の貯蔵能力低下であるかは、断定しない。以上、比較手段Ａ、Ｂの結果をマトリックスにまとめると、図１２のようになる。

マトリックスで示されるように、比較手段Ａの結果と比較手段Ｂの結果の組み合わせから、燃焼室排出ＮＯｘ量の減少、燃焼室排出ＮＯｘ量の増大、リーンＮＯｘ触媒の貯蔵能力の低下を分離して判定することができる。

すなわち、リーン運転時に行う比較手段Ａにおいて、触媒下流の実ＮＯｘ濃度（量）が基準値Ａより少なく、かつ、比較手段Ｂにおいて、実貯蔵ＮＯｘ量が基準値Ｂよりも少ないときは、燃焼室からのＮＯｘ排出量が減少したと判断し、リーン運転時に行う比較手段Ａにおいて、触媒下流の実ＮＯｘ濃度（量）が基準値Ａより多く、かつ、比較手段Ｂにおいて、実貯蔵ＮＯｘ量が基準値Ｂより多いときは、燃焼室排出ＮＯｘ量が増加したと判断し、リーン運転時に行う比較手段Ａにおいて、触媒下流の実ＮＯｘ濃度（量）が基準値Ａより多く、かつ、比較手段Ｂにおいて、実貯蔵ＮＯｘ量が基準値Ｂより少ないときは、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力が低下したと判断するものである。

本発明に係る制御装置の第１２態様は、前記リーンＮＯｘ触媒に貯蔵されたＮＯｘ量を演算する演算手段Ｂは、前記リーンＮＯｘ触媒の貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化するために行うリッチ運転中に、前記リーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量もしくはＮＯｘ濃度を検知するセンサの出力に基づいて、前記貯蔵ＮＯｘ量を演算するようにされる（図１３参照）。

すなわち、リーン運転中に貯蔵したＮＯｘを脱離・浄化するためにリッチ運転を行うが、図１３に示されるようにリッチ運転中において、リーンＮＯｘ触媒内の貯蔵ＮＯｘが一部浄化されずに、触媒下流に流出する。この流出量は触媒内に貯蔵されたＮＯｘ量に比例する。したがって、リッチ運転中のリーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量もしくは濃度から実貯蔵ＮＯｘ量を推定することができる。

本発明に係る制御装置の第１３態様では、前記リーンＮＯｘ触媒下流のＯ_２濃度を検知するセンサを備え、前記リーンＮＯｘ触媒に貯蔵されたＮＯｘ量を演算する演算手段Ｂは、前記リーンＮＯｘ触媒の貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化するために行うリッチ運転中に、燃焼に供される混合気の空燃比がリッチとされてから前記センサにより前記空燃比がリッチであることが検知されるまでの期間又は該期間中の燃料噴射量もしくは吸入空気量に基づいて、前記貯蔵ＮＯｘ量を演算するようにされる（図１４参照）。

すなわち、リーン運転中に貯蔵したＮＯｘを浄化するためにリッチ運転を行うが、図１４に示されるように、燃焼に供される混合気の空燃比がリッチとなってから前記リーンＮＯｘ触媒下流のセンサ（例えばＯ_２センサ）により空燃比がリッチであることが検知されるまでには一定の期間を要する。この期間は、触媒内の貯蔵ＮＯｘが触媒に流入する還元剤（Ｈ_２，ＣＯ，ＨＣ）を酸化する期間にあたり、したがって、この期間は、貯蔵ＮＯｘ量と相関性がある。また、より診断精度を上げるために、該期間中の燃料噴射量（もしくは吸入空気量）に基づいて、実貯蔵ＮＯｘ量を推定するのもよい。なお、ＮＯｘセンサは、その検出原理から、Ｏ_２濃度も同時に検出可能なものもあり、したがって、この場合、ＮＯｘ濃度及びＯ_２濃度の双方を一つのＮＯｘセンサで検出することができる。

本発明に係る制御装置の第１４態様は、燃焼室から排出されるＮＯｘ量もしくはＮＯｘ濃度を演算するエンジンＮＯｘ排出量モデルと、該ＮＯｘ量モデルにより演算された前記燃焼室排出ＮＯｘ量もしくはＮＯｘ濃度に基づいて、前記基準値Ａ及び前記基準値Ｂを演算するリーンＮＯｘ触媒モデルと、を備える（図１５参照）。

すなわち、基準値Ｂであるリーン運転中にリーンＮＯｘ触媒内に貯蔵されたＮＯｘ量（推定値）及び基準値Ａであるリーン運転中にリーンＮＯｘ触媒内に貯蔵されずに下流に流出したＮＯｘ濃度（推定値）を共に、リーンＮＯｘ触媒のモデルを用いて演算するものである。リーンＮＯｘ触媒モデルの入力値としては、図１６に示されるように、燃焼室排出ＮＯｘ量［リーンＮＯｘ触媒入口のＮＯｘ濃度（リーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量）］、燃焼に供せられる混合気の空燃比、吸入空気量、排気温度などである。さらに、リーンＮＯｘ触媒入口のＮＯｘ濃度（リーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量）をエンジンＮＯｘ排出量モデルを用いて演算するものである。エンジンＮＯｘ排出量モデルの入力値としては、エンジントルク、エンジン回転数、ＥＧＲ率、空燃比などを用いる。

本発明に係る制御装置の第１５態様では、前記エンジンＮＯｘ排出量モデルは、前記燃焼室排出ＮＯｘ量を、エンジントルク及びエンジン回転数に基づいて演算されるＮＯｘ排出量基本値を、ＥＧＲ率及び空燃比に基づいて補正することにより演算するようにされる（図１７参照）。

本発明に係る制御装置の第１６態様では、前記リーンＮＯｘ触媒モデルは、前記エンジンＮＯｘ排出量モデルにより演算された燃焼室排出ＮＯｘ量に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量を演算する手段と、前記基準値Ａに基づいてＮＯｘ浄化率又は貯蔵率を演算する手段と、前記リーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量と前記ＮＯｘ浄化率又は貯蔵率とに基づいてＮＯｘ貯蔵量を演算する手段と、前記ＮＯｘ貯蔵量を積算して前記基準値Ｂを設定する手段と、前記リーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量から前記ＮＯｘ貯蔵量を減算し、未貯蔵ＮＯｘ量を演算する手段と、前記未貯蔵ＮＯｘ量を積算し、前記基準値Ａを設定する手段と、を備えている
すなわち、図１８に示されるように、燃焼室排出ＮＯｘ量（濃度）を触媒流入ＮＯｘ量演算手段により質量換算する。その後、触媒流入ＮＯｘ量から貯蔵ＮＯｘ量を減算し、未貯蔵ＮＯｘ量を求める。また、未貯蔵ＮＯｘ量を積算して、基準値Ａである触媒下流のＮＯｘ量を求める。貯蔵ＮＯｘ量は、触媒流入ＮＯｘ量にＮＯｘ浄化率もしくは貯蔵率を乗じる等して求める。なお、この貯蔵ＮＯｘ量は、ある一定期間Ｔ［ｓ］に貯蔵されたＮＯｘ量を表し、単位は［ｇ／Ｔ］であるので、貯蔵速度と表しても良い。一定期間Ｔ［ｓ］に貯蔵されるＮＯｘ量を積算し、基準値Ｂである触媒内に貯蔵された総ＮＯｘ貯蔵量を求める。また、ＮＯｘ浄化（貯蔵）率は総ＮＯｘ貯蔵量（基準値Ｂ）に基づいて決める。つまり、総ＮＯｘ貯蔵量が多くなるほど、浄化（貯蔵）率が小さくなる特性を表す。

本発明に係る制御装置の第１７態様は、前記基準値Ａもしくは基準値Ｂに基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒内の貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化するためのリッチ制御開始タイミングを設定するリッチ制御開始タイミング設定手段を備える（図１９参照）。

すなわち、リッチ制御の開始タイミングを基準値Ｂである触媒内に貯蔵された総ＮＯｘ貯蔵量もしくは基準値Ａである触媒下流のＮＯｘ量（濃度）に基づいて決めるものである。

本発明に係る制御装置の第１８態様においては、前記リッチ制御開始タイミング設定手段は、前記リッチ制御開始タイミングを、前記リーンＮＯｘ触媒モデルで演算される基準値Ｂが所定値以上となったときとするようにされる（図２０参照）。

すなわち、リッチ制御の開始タイミングを基準値Ｂである触媒内に貯蔵された総ＮＯｘ貯蔵量が所定値Ｓｂ以上のときリッチ制御を開始するものである。

本発明に係る制御装置の第１９態様は、前記リッチ制御開始タイミング設定手段は、前記リッチ制御開始タイミングを、前記リーンＮＯｘ触媒モデルで演算される基準値Ａが所定値Ｓａ以上となったときとするようにされる（図２１参照）。

すなわち、リッチ制御の開始タイミングを基準値Ａである触媒下流のＮＯｘ排出量が所定値Ｓａ以上となったときリッチ制御を開始するものである。

本発明に係る制御装置の第２０態様では、前記基準値Ｂに基づいて、リーンＮＯｘ触媒内の貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化するためのリッチ制御時におけるリッチ量を演算する手段を備える（図２２参照）。

すなわち、リッチ制御時のリッチ量（理論空燃比からの燃料増加量）を基準値Ｂである触媒内に貯蔵された総ＮＯｘ貯蔵量に基づいて決めるものである。貯蔵ＮＯｘ量と貯蔵ＮＯｘの還元に必要なリッチ量（燃料量）は、相関性があるという考えに基づくものである。

本発明に係る制御装置の第２１態様では、前記リーンＮＯｘ触媒モデルで演算される基準値Ｂに所定値Ｃを乗じ、所定値Ｄを加算した値を、リッチ制御時の燃料供給量とする燃料供給量演算手段を備える（図２３参照）。

すなわち、貯蔵ＮＯｘ量と貯蔵ＮＯｘの還元に必要なリッチ量（燃料量）は、比例関係にあるという考えに基づくものである。

本発明に係る制御装置の第２２態様では、前記リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力に応じて前記リーンＮＯｘ触媒モデルのパラメータを変更する手段と、リーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量に応じて前記エンジンＮＯｘ排出量モデルのパラメータを変更する手段と、を備える（図２４参照）。

すなわち、前述のようにリーン運転中診断とリッチ運転中診断の２段階診断結果から得られる、燃焼室排出ＮＯｘ量の減少、燃焼室排出ＮＯｘ量の増大、リーンＮＯｘ触媒の性能低下の判定結果を用いて、エンジンＮＯｘ排出量モデル及びリーンＮＯｘ触媒モデルのパラメータをオンラインチューニングし、基準値Ａ、基準値Ｂを現在の燃焼室排出ＮＯｘ量及びリーンＮＯｘ触媒の性能に適応させるものである。

本発明に係る制御装置の第２３態様においては、燃焼室排出ＮＯｘ量に応じて、前記エンジンＮＯｘ排出量モデル内のエンジントルクとエンジン回転数に基づいて演算されるＮＯｘ排出量基本値、及び、ＥＧＲ率と空燃比に基づいて演算されるＮＯｘ排出量補正値を変更する手段とを備える（図２５参照）。

すなわち、前述のようにリーン運転中診断とリッチ運転中診断の２段階診断から、燃焼室排出ＮＯｘ量の増減が認められた場合、エンジンＮＯｘ排出量モデルのパラメータをオンラインチューニングするものである。その際のエンジントルク、エンジン回転数、ＥＧＲ率、空燃比に基づいて、チューニング箇所を決める。

本発明に係る制御装置の第２４態様においては、前記リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力に応じて、前記リーンＮＯｘ触媒モデル内の前記基準値Ｂに基づいて演算されるＮＯｘ浄化率もしくは貯蔵率を変更する手段を備える（図２６参照）。

すなわち、前述のようにリーン運転中診断とリッチ運転中診断の２段階診断から、リーンＮＯｘ触媒の性能低下が認められた場合、リーンＮＯｘ触媒モデルのパラメータをオンラインチューニングするものである。チューニング対象としては、ＮＯｘ浄化（貯蔵）率演算手段とする。性能低下に応じて、総ＮＯｘ貯蔵量とＮＯｘ浄化（貯蔵）率の関係を変更していく。具体的には、総ＮＯｘ貯蔵量に応じたＮＯｘ浄化（貯蔵）率の値をより小さくしていき、貯蔵性能が悪化することを表すものである。

本発明に係る制御装置の第２５態様においては、前記リーンＮＯｘ触媒下流のＯ_２量もしくはＯ_２濃度を検知するセンサを備えており、該センサの出力に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒のＯ_２貯蔵能力、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力、リーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量のうちの少なくとも一つを演算する手段を備える（図２７参照）。

すなわち、リーンＮＯｘ触媒は、ＮＯｘ貯蔵能力の他に、Ｏ_２貯蔵能力も備えていることがある。前記第６態様では、リーンＮＯｘ触媒下流のＯ_２センサの出力がリッチ空燃比を示すものとなる期間は、触媒内の貯蔵ＮＯｘが触媒入口から流入する還元剤（Ｈ２，ＣＯ，ＨＣ）を酸化する期間に加えて、触媒内の貯蔵Ｏ_２が触媒入口から流入する還元剤（Ｈ２，ＣＯ，ＨＣ）を酸化する期間も入る。したがって、この期間は、貯蔵ＮＯｘ量及び貯蔵Ｏ_２量の双方に相関性があり、貯蔵ＮＯｘ量のみを検出することができない。そこで、さらにリーンＮＯｘ触媒に貯蔵されたＯ_２量を演算する手段を加え、貯蔵ＮＯｘ量と貯蔵Ｏ_２量の双方を独立に演算する機能を持たせるものである。

本発明に係る制御装置の第２６態様においては、前記リーンＮＯｘ触媒に貯蔵されたＯ_２量を演算する手段は、前記リーンＮＯｘ触媒の貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化するために行うリッチ運転中に、燃焼に供される混合気の空燃比がリッチとされてから前記センサにより前記空燃比がリッチであることが検知されるまでの期間又は該期間中の燃料噴射量もしくは吸入空気量に基づいて、前記貯蔵Ｏ_２量を演算するようにされる（図２８参照）。

すなわち、前述のように燃焼に供される混合気の空燃比がリッチとなってから、リーンＮＯｘ触媒下流のＯ_２センサの出力がリッチ空燃比を示すものとなるまでの期間は、触媒内の貯蔵ＮＯｘ及び貯蔵Ｏ_２が触媒入口から流入する還元剤（Ｈ_２，ＣＯ，ＨＣ）を酸化する期間に相当する。一方、空燃比がリッチからリーンとなってから、リーンＮＯｘ触媒下流のＯ_２センサの出力がリーン空燃比を示すものとなるまでの期間も、同様に一定の遅れが存在する。これは触媒入口から流入してくるＯ_２が触媒内に貯蔵されるため、触媒出口が酸化雰囲気にならないためである。したがって、この期間は、ＮＯｘ貯蔵量には依存せず、Ｏ_２貯蔵量のみに依存するので、燃焼に供される混合気の空燃比がリーンとなってからリーンＮＯｘ触媒下流のＯ_２センサの出力がリーン空燃比を示すものとなるまでの期間に基づいて、Ｏ_２貯蔵量を推定可能である。また、より精度をあげるために、該期間中の燃料噴射量（もしくは吸入空気量）に基づいて、実貯蔵ＮＯｘ量を推定するのもよい。

本発明に係る制御装置の第２７態様においては、前記リーンＮＯｘ触媒のＯ_２貯蔵能力、前記リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力、及びリーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量のうちの少なくとも一つに基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒内の貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化するためのリッチ制御開始タイミング及びリッチ制御時のリッチ量を演算する手段を備える（図２９参照）。

すなわち、特に、リッチ制御時の燃料供給量は貯蔵ＮＯｘの還元に必要な燃料量に加えて、貯蔵Ｏ_２を消費するのに必要な燃料量も加えるものである。

本発明に係る制御装置は、火花点火式の車載用エンジンに適用できることは勿論、圧縮自己着火式の車載用エンジンに対しても適用可能である。

すなわち、圧縮自己着火式エンジンにおいては、火花点火式のものと比較して、ＮＯｘ排出量が大幅に減る。しかしながら、圧縮自己着火が成立しない場合は、エンジン（燃焼室）からのＮＯｘ排出量が増える。このことから本発明に係る制御装置は、圧縮自己着火式エンジンにも有効に利用できる。

本発明に係る制御装置によれば、エンジン側に燃焼性悪化、ＥＧＲ異常等の不具合、劣化、故障等が生じて、燃焼室排出ＮＯｘ量に予期せぬ変動が生じ、例えば、リーンＮＯｘ触媒下流に流出するＮＯｘ量が正常時より増大した場合、従来方式であると、リーンＮＯｘ触媒が劣化したと誤診断するおそれがあるが、本発明では、燃焼室排出ＮＯｘ量の変動を考慮してリーンＮＯｘ触媒の性能診断を行うようにされるので、上記のような誤診断を避けられる。

また、触媒の下流のＮＯｘ量が変動した場合、その原因が、エンジン本体側における燃焼室排出ＮＯｘ量の増減か、リーンＮＯｘ触媒の性能劣化（貯蔵能力低下）であるか、を分離して検出診断可能となるため、リーンＮＯｘ触媒劣化の誤診断を防止でき、該触媒を最適制御することが可能となり、エンジンの排気ガス性能及び燃費性能等を効果的に向上できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
図３０は、本発明に係る制御装置の第１実施形態を、それが適用された車載用筒内噴射式エンジンの一例と共に示す概略構成図である。

図示の筒内噴射式エンジン１０は、多気筒エンジンであって、シリンダ１２と、このシリンダ１２内に摺動自在に嵌挿されたピストン１５と、を有し、該ピストン１５上方には燃焼室１７が画成される。燃焼室１７には、点火プラグ３５及び燃焼室１７内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３０が臨設されている。

燃料噴射弁３０には、図示されていないが、燃料タンク、低圧燃料ポンプ、燃圧レギュレータ、高圧燃料ポンプ等を備えた燃料供給系により所定圧力に調圧された燃料が供給されるようになっている。

燃料の燃焼に供せられる空気は、吸気通路２０の始端部に設けられたエアクリーナ２１から取り入れられ、エアフローセンサ２４を通り、電制スロットル弁２５を通ってコレクタ２７に入り、このコレクタ２７から前記吸気通路２０（の分岐通路部）の下流端に配在された吸気弁４７を介して各気筒の燃焼室１７に吸入される。

燃焼室１７に吸入された空気と燃料噴射弁３０から噴射された燃料との混合気は、点火プラグ３５により点火されて爆発燃焼せしめられ、その燃焼廃ガス（排気ガス）は、燃焼室１７から排気弁４８を介して排気通路４０に排出され、排気通路４０に配備されたリーンＮＯｘ触媒５０に流入して浄化された後、外部に排出される。

前記リーンＮＯｘ触媒５０は、リーン運転時は、燃焼室１７から排出されるＮＯｘを貯蔵し、リッチ運転することで、貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化させる機能を持っている。

また、燃焼室１７から排気通路４０に排出された排気ガスの一部は、必要に応じてＥＧＲ通路４１を介して吸気通路２０のコレクタ２７に導入され、吸気通路２０の分岐通路部を介して各気筒の燃焼室１７に還流される。前記ＥＧＲ通路４１には、ＥＧＲ率を調整するためのＥＧＲバルブ４２が介装されている。

そして、本実施形態の制御装置１においては、エンジン１０の種々の制御を行うため、マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット１００が備えられている。

コントロールユニット１００は、基本的には、図３１に示される如くに、ＣＰＵ１０１、入力回路１０２、入出力ポート１０３、ＲＡＭ１０４、ＲＯＭ１０５等で構成される。

コントロールユニット１００には、入力信号として、エアフローセンサ２４により検出される吸入空気量に応じた信号、スロットルセンサ２８により検出されるスロットル弁２５の開度に応じた信号、クランク角センサ３７からのクランクシャフト１８の回転（エンジン回転数）・位相検出信号、排気通路４０におけるリーンＮＯｘ触媒５０より上流側に配置されたＡ／Ｆセンサ５１により検出される排気ガス中の酸素濃度に応じた信号（後で詳述）、排気通路４０におけるリーンＮＯｘ触媒５０より下流側に配置されたＮＯｘセンサ５２により検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じた信号（後で詳述）、シリンダ１２に配設された水温センサ１６により検出されるエンジン冷却水温に応じた信号、アクセルセンサ３６から得られるアクセルペダル１９の踏み込み量（運転者の要求トルクを示す）に応じた信号等が供給される。

前記Ａ／Ｆセンサ５１は、排気ガス中の酸素濃度に対して線形の出力特性を持つ。排気ガス中の酸素濃度と空燃比の関係はほぼ線形になっており、したがって、酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ５１により空燃比を求めることが可能となる。コントロールユニット１００では、Ａ／Ｆセンサ５１の信号からリーンＮＯｘ触媒５０上流における空燃比を算出し、燃焼に供される混合気の空燃比が目標空燃比となるよう燃料噴射量もしくは吸入空気量を逐次補正するＦ／Ｂ制御を行う。

前記ＮＯｘセンサ５２は、Ｏ_２濃度から間接的にＮＯｘ濃度を検出する原理を用いていることから、Ｏ_２濃度も検出可能であり、Ｏ_２センサ、Ａ／Ｆセンサの機能も併せ持つ。コントロールユニット１００では、ＮＯｘセンサ５２からの信号に基づいてリーンＮＯｘ触媒５０下流のＮＯｘ濃度、Ｏ_２濃度、Ａ／Ｆを算出し、リーンＮＯｘ触媒の劣化（貯蔵能力の低下）及び燃焼室１７から排出されるＮＯｘ量の増減を判定し、リーンＮＯｘ触媒５０を燃費、排気ガス性能の双方の観点で、最適制御する。

コントロールユニット１００においては、Ａ／Ｆセンサ５１、スロットルセンサ２８、エアフローセンサ２８、クランク角センサ３７、水温センサ１６、アクセルセンサ３６、及びＮＯｘセンサ５２等の各センサの出力が入力され、入力回路１０２にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート１０３に送られる。入力ポートの値はＲＡＭ１０４に保管され、ＣＰＵ１０１内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ１０５に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ操作量を表す値はＲＡＭ１０４に保管された後、出力ポート１０３に送られる。

点火プラグ３５に対する作動信号は点火出力回路１１６内の一次側コイルの通流時はＯＮとなり、非通流時はＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされる。点火時期はＯＮからＯＦＦになる時点である。出力ポート１０３にセットされた点火プラグ３５用の信号は点火出力回路１１６で点火に必要な十分なエネルギーに増幅され点火プラグ３５に供給される。また、燃料噴射弁３０の駆動信号は開弁時ＯＮ、閉弁時ＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路１１７で燃料噴射弁３０を開弁するのに十分なエネルギーに増幅されて燃料噴射弁３０に送られる。電制スロットル弁２５の目標開度を実現する駆動信号は、電制スロットル弁駆動回路１１８を経て、電制スロットル弁２５に送られる。

次に、コントロールユニット１００が実行する制御の内容を具体的に説明する。
図３２は、制御システム図で、空気先行型トルクベース制御の主要部である。本制御は、目標トルク演算部、目標空気量演算部、目標スロットル開度演算部、ＥＴＣ（電制スロットル弁２５）制御部、目標空燃比演算部、実空気量、燃料噴射量演算部からなる。まず、目標トルク演算部でアクセル開度から目標トルクを演算する。次に目標トルクと目標空燃比から目標空気量を演算し、目標空気量を実現する目標スロットル開度を演算し、ＥＴＣ制御部にて、スロットル開度を開度センサ２８の出力に基づいてＦ／Ｂ制御する。エアフローセンサ２４で検出された実空気量と目標空燃比とから燃料噴射量を演算する。なお、本発明は、目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）、並びに、リーンＮＯｘ触媒の性能劣化（ＮＯｘ貯蔵能力）と燃焼室排出ＮＯｘ量（の予期せぬ変動）とを分離して検出する診断部（分離検出診断部）に特徴を有するものであり、それ以外の演算部仕様は、すでに公知であり多くの資料が存在するので、ここでは、詳細説明を省略する。以下、目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）、並びに、分離検出診断部の詳細について説明する。

図３３は、目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）を詳細に示すブロック図である。ここでは、リーン運転時間が所定値以上となると、リーンフラグを０とし、リッチ運転を行うべく、目標空燃比をリッチ時目標空燃比とする。また、リッチ運転時間が所定値以上となると、リーンフラグを１とし、再びリーン運転を行うべく目標空燃比をリーン時目標空燃比とする。

図３４は、分離検出診断部を詳細に示すブロック図である。本診断部は、貯蔵ＮＯｘ量演算部（リッチ運転時実施）、リーン運転中触媒下流のＮＯｘ量（濃度）演算部（リーン運転時実施）、エンジンＮＯｘ排出量モデル、リーンＮＯｘ触媒モデル、比較手段Ａ、比較手段Ｂ、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力またはリーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量の分離検出診断部からなる。すなわち、ＮＯｘセンサ５２によりリーン運転中とリッチ運転中のそれぞれにおいて、リーンＮＯｘ触媒５０の下流のＮＯｘ濃度を検出することで、リーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量の変動とリーンＮＯｘ触媒５０の劣化（貯蔵能力低下）とを、分離して診断する。

図３５は、エンジンＮＯｘ排出量モデルを示すブロック図である。エンジントルクとエンジン回転数からＮＯｘ排出量基本値を求める。また、ＥＧＲ率及び空燃比からＮＯｘ排出量補正値を求める。ＮＯｘ排出量基本値とＮＯｘ排出量補正値を乗じて、燃焼室排出ＮＯｘ量（濃度）とする。なお、エンジントルクは、図３６に示される目標トルク演算部で演算される目標トルクを用いても良い。燃焼に供される混合気の空燃比は、図３３に示される目標空燃比演算部で演算される目標空燃比を用いても良い。また、ＮＯｘ排出量基本値及びＮＯｘ排出量補正値は、実機試験の結果をマップなどに予め書き込んでおき、該マップを参照する方式でもよい。

図３６は、リーンＮＯｘ触媒モデルを示したブロック図である。上記エンジンＮＯｘ排出量モデルで演算された燃焼室１７からのＮＯｘ排出量（濃度）と吸入空気量、排気温度を用いて、触媒５０上流のＮＯｘ量（質量）を演算する。濃度から質量への変換式は、ここでは詳述しない（以下も同様）。触媒上流ＮＯｘ量（質量）から貯蔵ＮＯｘ量を減算し、未貯蔵ＮＯｘ量（質量）を求める。また、未貯蔵ＮＯｘ量（質量）を触媒下流ＮＯｘ量（濃度）演算手段で再び濃度換算して、基準値Ａである触媒下流のＮＯｘ量（濃度）を求める。質量から濃度への変換式は、ここでは詳述しない（以下も同様）。触媒上流ＮＯｘ量（質量）にＮＯｘ浄化率（貯蔵率）を乗じることで、ＮＯｘ貯蔵量を求める。ここでいうＮＯｘ貯蔵量は、ある一定期間Ｔ［ｓ］に貯蔵されたＮＯｘ量を表し、単位は［ｇ／Ｔ］であるので、貯蔵速度と表しても良い。実施時は、一定期間Ｔ［ｓ］は、制御周期に相当する。例えば、制御周期が１０ｍｓの場合は、ＮＯｘ貯蔵量の単位は［ｇ／１０ｍｓ］である。一定期間Ｔ［ｓ］に貯蔵されるＮＯｘ量を積算し、基準値Ｂである触媒内に貯蔵された総ＮＯｘ貯蔵量を求める。また、ＮＯｘ浄化（貯蔵）率は、基本貯蔵率と基本貯蔵率補正との積で求める。基本貯蔵率は、飽和率から求める。すなわち、貯蔵ＮＯｘ量基準値が多くなるほど、ＮＯｘ浄化（貯蔵）率が小さくなる特性を表す。飽和率は、（貯蔵ＮＯｘ量基準値（基準値Ｂ））／最大貯蔵量で求める
最大貯蔵量は、排気温度から求める。基本貯蔵率補正は、燃焼に供される混合気の空燃比から求める。本モデルの各パラメータは触媒５０の特性に合わせて、実機試験結果などから決めるのがよい。

図３７は、リーン運転中触媒下流のＮＯｘ量（濃度）演算部を示したブロック図である。リーン運転中であるかを判定し、リーン運転時は、ＮＯｘセンサ５２の出力（濃度）と吸入空気量、排気温度を用いて、触媒５０下流のＮＯｘ量（質量）を演算する。濃度から質量への変換式は、一般に知られているので、ここでは詳述しない。さらに触媒下流のＮＯｘ量（質量）を積算し、総下流ＮＯｘ排出量（質量）Ｍａとする。Ｍａはリーン運転中のリーンＮＯｘ触媒５０下流へ流出する（未貯蔵の）総ＮＯｘ量を実測値を表す。リーン運転中であるかは、図３３に示されるリーンフラグを用いる。

図３８は、貯蔵ＮＯｘ量演算部を示したブロック図である。リッチ運転中であるかを判定し、リッチ運転時は、ＮＯｘセンサ５２の出力（濃度）と吸入空気量、排気温度を用いて、触媒５０下流のＮＯｘ量（質量）を演算する。さらに触媒下流のＮＯｘ量（質量）を積算し、総下流ＮＯｘ排出量（質量）に対して所定値を乗じた値をＭｂとする。Ｍｂはリッチ運転中のリーンＮＯｘ触媒下流へ流出する（未貯蔵の）総ＮＯｘ量を実測値を表す。リッチ制御中において、リーンＮＯｘ触媒５０内の貯蔵ＮＯｘが一部浄化されずに、触媒下流に流出する。この流出量が触媒内に貯蔵されたＮＯｘ量に比例する知見を実験から得ている。したがって、リッチ運転中におけるリーンＮＯｘ触媒５０の下流のＮＯｘ量から実貯蔵ＮＯｘ量を推定することができる。リッチ運転中であるかは、図３３に示されるリーンフラグを用いる。

図３９は、図３４に示される比較手段Ａの比較処理の内容を示している。ここでは、リーンＮＯｘ触媒モデル（図３６）で演算された基準値Ａ（Ｓａ）とリーン運転中触媒下流のＮＯｘ量演算部（図３７）で実測された下流ＮＯｘ量（Ｍａ）との量を比較する。すなわち、モデルにより予測されるリーン運転時の触媒下流ＮＯｘ量をＳａとし、リーン運転時にＮＯｘセンサを用いて実測される触媒下流ＮＯｘ量をＭａとし、予測値Ｓａよりも実測値Ｍａが多いか少ないかを比較する。

図４０は、図３４に示される比較手段Ｂの比較処理の内容を示している。ここでは、リーンＮＯｘ触媒モデル（図３６）で演算された基準値Ｂ（Ｓｂ）と貯蔵ＮＯｘ量演算部（図３８）で実測された下流ＮＯｘ量（Ｍｂ）との量を比較する。すなわち、モデルにより予測される貯蔵ＮＯｘ量をＳｂとし、リッチ運転時にＮＯｘセンサ出力から演算される貯蔵ＮＯｘ量をＭｂとし、予測値Ｓｂよりも実測値Ｍｂが多いか少ないかを比較する。

図４１は、リーンＮＯｘ触媒５０のＮＯｘ貯蔵能力及びリーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量の分離検出診断部の処理を示したマトリックス並びにブロック図である。比較手段Ａにおいて、Ｓａ＞ＭａかつＳｂ＞Ｍｂのときは、燃焼室１７からのＮＯｘ排出量が減少したと判断し、Ｓａ＜ＭａかつＳｂ＜Ｍｂのときは燃焼室１７からのＮＯｘ排出量が増加したと判断し、Ｓａ＜ＭａかつＳｂ＞ＭｂのときはリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵性能が劣化したと判断する。

すなわち、比較手段Ａの結果において、基準値Ａ（Ｓａ）よりも実測された下流ＮＯｘ量（Ｍａ）が少ないときは、燃焼室排出ＮＯｘ量が減少したと判断する。

一方、基準値Ａ（Ｓａ）よりも実測された下流ＮＯｘ量（Ｍａ）が多いときは、燃焼室１７からのＮＯｘ排出量が増大したか、もしくはリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵性能が劣化したか、どちらかの可能性がある。ただし、この段階、すなわち比較手段Ａの結果からは、燃焼室１７からのＮＯｘ排出量増大かリーンＮＯｘ触媒の性能劣化であるかは、断定しない。

次に比較手段Ｂの結果において、基準値Ｂ（Ｓｂ）よりも実測された貯蔵ＮＯｘ量（Ｍｂ）が多いときは、燃焼室１７からのＮＯｘ排出量が増大したと判断する。

一方、基準値Ｂ（Ｓｂ）よりも実測された貯蔵ＮＯｘ量（Ｍｂ）が少ないときは、燃焼室１７からのＮＯｘ排出量が減少したか、もしくはリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵性能が劣化したか、どちらかの可能性がある。ただし、この段階、すなわち比較手段Ｂの結果からは、燃焼室１７からのＮＯｘ排出量減少かリーンＮＯｘ触媒の性能劣化であるかは、断定しない。

しかし、比較手段Ｂと比較手段Ａの結果の組み合わせから、基準値Ａ（Ｓａ）よりも実測された下流ＮＯｘ量（Ｍａ）が多く、かつ、基準値Ｂ（Ｓｂ）よりも実測された貯蔵ＮＯｘ量（Ｍｂ）が少ないときはリーンＮＯｘ触媒が劣化したと、判断できる。

以上より、リーン運転時の燃焼室排出ＮＯｘ量の増減とリーンＮＯｘ触媒の劣化を分離して検出診断できる。

このように、本実施形態においては、触媒５０の下流のＮＯｘ量が変動した場合、その原因が、エンジン本体側における燃焼室排出ＮＯｘ量の増減か、リーンＮＯｘ触媒５０の性能劣化（貯蔵能力低下）であるか、を分離して検出診断可能となる。このため、リーンＮＯｘ触媒劣化の誤診断を防止でき、該触媒を最適制御することが可能となるので、エンジンの排気ガス性能及び燃費性能等を効果的に向上できる。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る制御装置の第２実施形態を説明する。第２実施形態のシステム構成は、前述した第１実施形態（図３０、図３１、図３２、図３３参照）と略同じであるので、重複説明を省略する。

図４２は、本第２実施形態における、リーンＮＯｘ触媒、燃焼室排出ＮＯｘ量診断部を示したブロック図である。この診断部は、貯蔵ＮＯｘ量演算部（リッチ運転時実施）以外は、第１実施形態のもの（図３４）と同じである。貯蔵ＮＯｘ量演算部は、リッチ運転中に、触媒下流のＯ_２濃度を検出することで貯蔵ＮＯｘ量を演算するものである。上述のように、リーン運転中触媒下流のＮＯｘ量（濃度）演算部（リーン運転時実施）、エンジンＮＯｘ排出量モデル、リーンＮＯｘ触媒モデル、比較手段Ａ、比較手段Ｂ、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力またはリーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量の分離検出診断部は、第１実施形態と同じであるので、詳述しない。

図４３は、貯蔵ＮＯｘ量演算部を示すブロック図である。リッチ運転中であるかを判定し、リッチ運転時、すなわちエンジンの空燃比がリッチとなってから、前記リーンＮＯｘ触媒５０下流のＮＯｘセンサ５２の出力のうち、Ｏ_２濃度の出力がリッチとなる期間Ｔｒの燃料噴射量の積算量に所定値を乗じた値をＭｂとする。この期間Ｔｒは、触媒５０内の貯蔵ＮＯｘが触媒入口から流入する還元剤（Ｈ_２，ＣＯ，ＨＣ）を酸化する期間にあたり、したがって、この期間は、貯蔵ＮＯｘ量に相関性があることを利用したものである。リッチ運転中であるかは、図３３に示されるリーンフラグを用いる。

［第３実施形態］
次に、本発明に係る制御装置の第３実施形態を説明する。第３実施形態のシステム構成は、前述した第１実施形態（図３０、図３１参照）と略同じであるので、重複説明を省略する。

図４４は、第３実施形態の制御システム図で、第１実施形態の図３２に対応する。本実施形態では、リーンＮＯｘ触媒、燃焼室排出ＮＯｘ量診断部で演算されるＮＯｘ触媒５０の下流のＮＯｘ量（基準値Ａ）及びＮＯｘ触媒貯蔵ＮＯｘ量（基準値Ｂ）が目標空燃比演算部に入力され、それに基づいて、目標空燃比を演算する仕様となっている。

図４５は、目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）を示すブロック図である。基準値Ａ（リーン運転中の触媒下流ＮＯｘ量基準値）が所定値Ｓａ以上となると、リーンフラグを０とし、リッチ運転を行うべく、目標空燃比をリッチ時目標空燃比とする。またリッチ時間が所定値以上となると、リーンフラグを１とし、再びリーン運転を行うべく目標空燃比をリーン時目標空燃比とする。基準値Ａ（リーン運転中の触媒下流ＮＯｘ量基準値）が所定値Ｓａ以上となるとリッチ運転を開始するのは、リーン運転中のＮＯｘ排出量を一定値以下にするためである。したがって、所定値Ｓａは許容ＮＯｘ排出量に応じて決めるのがよい。

また、図４６に示されるように、基準値Ｂ（貯蔵ＮＯｘ量基準値）が所定値Ｓｂ以上となると、リーンフラグを０とし、リッチ運転を行うのもよい、この場合は、リーン運転中にＮＯｘ触媒に貯蔵されるＮＯｘ量が一定量に達するとリッチ運転を開始する考えに基づく。所定値ＳｂはＮＯｘ触媒の性能に応じて決めるのもよい。

上記以外の構成は、第１及び第２実施形態のものと略同じであるので、説明を省略する。

［第４実施形態］
次に、本発明に係る制御装置の第４実施形態を説明する。第４実施形態のシステム構成は、前述した第１実施形態（図３０、図３１参照）と略同じであり、また、制御システムは、第２実施形態のもの（図４４参照）と略同じであるので、詳細説明を省略する。

図４７は、本実施形態の目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）を示したブロック図である。基準値Ａ（リーン運転中の触媒下流ＮＯｘ量基準値）が所定値Ｓａ以上となると、リーンフラグを０とし、リッチ運転を行う仕様としているが、また、図４６のように基準値Ｂ（貯蔵ＮＯｘ量基準値）が所定値Ｓｂ以上となると、リーンフラグを０とし、リッチ運転を行うようにしてもよい。また、リッチ量制御部でリッチ制御完了フラグを演算し、リッチ制御完了フラグが１となると、リーンフラグを１とし、再びリーン運転を行うべく目標空燃比をリーン時目標空燃比とする。

図４８はリッチ量制御部を示したブロック図である。基準値Ｂ（貯蔵ＮＯｘ量）に対して所定値Ｃを乗じて、所定値Ｄを加えた値を貯蔵ＮＯｘ浄化必要燃料量とし、制御周期毎の実燃料噴射量を減算していき、０になるとリッチ制御完了フラグを１とするものである。これは、貯蔵ＮＯｘ量とそれを浄化するのに必要な燃料量が比例する知見を適用したものである。例えば、触媒５０の下流のＯ_２濃度がリッチ反転したときに、リッチ運転を終了するのもよいが、燃料噴射から触媒５０の下流のセンサ５２までの応答遅れ分だけ、燃料を過剰に供給することになるので、ＨＣ，ＣＯの悪化を招くことになる。したがって、本実施形態のようにフィードフォワード制御で行う方が望ましい。

上記以外の構成は、第１及び第２実施形態のものと略同じであるので、説明を省略する。

［第５実施形態］
次に、本発明に係る制御装置の第５実施形態を説明する。第５実施形態のシステム構成は、前述した第１〜第４実施形態（図３０、図３１参照）と略同じであり、また、制御システムも、第１〜２実施形態のもの（図３２、図４４参照）と略同じであり、さらに、目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）等も同様な構成であるので、詳細説明を省略する。

図４９は、本実施形態のリーンＮＯｘ触媒、燃焼室排出ＮＯｘ量診断部を示すブロック図であり、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力またはリーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量の分離検出診断部の結果に基づいて、エンジンＮＯｘ排出量モデル及びリーンＮＯｘ触媒モデルのパラメータを変更する仕様となっている以外は、前述した実施形態と同じである。したがって、貯蔵ＮＯｘ量演算部（リッチ時実施）、リーン運転中触媒下流のＮＯｘ量（濃度）演算部（リーン運転時実施）、比較手段Ａ、比較手段Ｂ、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力及びリーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量の分離検出診断部も、同様に前述した実施形態と同じであるので、詳述しない。

図５０は、エンジンＮＯｘ排出量モデルのパラメータを変更する仕様を示している。図４１に示されるリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力及びリーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量の分離検出診断部の結果で、Ｆｅｎｇ_ｌ＝１もしくはＦｅｎｇ_ｈ＝１のとき、Ｍａ／Ｓａに所定値を乗じた値を、図５０に示されるようにエンジンＮＯｘ排出量モデルのパラメータに反映するものである。ここに、Ｍａは、リーン運転中触媒下流のＮＯｘ量演算部で演算される下流ＮＯｘ量であり、Ｓａは、ＮＯｘ触媒モデルで演算される基準値Ａ（リーン運転中の触媒下流ＮＯｘ量基準値）である。すなわち、燃焼室１７からのＮＯｘ排出量の増減と診断された場合、増減分を表すＭａ／Ｓａに基づいてエンジンＮＯｘ排出量モデルのパラメータを変更するものである。

図５１は、リーンＮＯｘ触媒モデルのパラメータを変更する仕様を示している。図４１に示されるリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力及びリーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量の分離検出診断部の結果で、Ｆｃａｔ＝１のとき、図５１に示されるようにリーンＮＯｘ触媒モデルの飽和率から基本貯蔵率を求めるパラメータに反映するものである。

図５２は、新品時と劣化時２の飽和率ｖｓ基本貯蔵率曲線ｆｎ（Ｒｓ）及びｆｄ（Ｒｓ）を示している。Ｆｃａｔ＝１のとき、新たな劣化時１の飽和率ｖｓ基本貯蔵率曲線ｆｍ（Ｒｓ）を下式により求める。
ｆｍ（Ｒｓ）＝ｆｎ（Ｒｓ）×（Ｍｂ−Ｍｄ）／（Ｍｎ−Ｍｄ）＋ｆｄ（Ｒｓ）×（Ｍｎ−Ｍｂ）／（Ｍｎ−Ｍｄ）

ここに、Ｍｎ：新品時のＭｂ、Ｍｄ：劣化時２のＭｂである。

すなわち、新品時と所定劣化時（劣化時２）のそれぞれの飽和率ｖｓ基本貯蔵率曲線の内分点をとるものであり、内分比をＭｂ，Ｍｄ，Ｍｎに基づいて決める。

［第６実施形態］
次に、本発明に係る制御装置の第６実施形態を説明する。第６実施形態のシステム構成は、前述した第１実施形態（図３０、図３１参照）と略同じであるので、重複説明を省略する。

図５３は、第６実施形態の制御システム図で、第１実施形態（図３２参照）に対して、リーンＮＯｘ触媒、燃焼室排出ＮＯｘ量診断部にリーンＮＯｘ触媒のＯ_２貯蔵量も演算する仕様が追加されている。

図５４は、リーンＮＯｘ触媒、燃焼室排出ＮＯｘ量診断部を示すブロック図であり、リーンＮＯｘ触媒内の貯蔵Ｏ_２量演算部が加わっている以外は、第１実施形態と同様である。貯蔵ＮＯｘ量演算部（リッチ時実施）、リーン運転中触媒下流のＮＯｘ量（濃度）演算部（リーン運転時実施）、エンジンＮＯｘ排出量モデル、リーンＮＯｘ触媒モデル、比較手段Ａ、比較手段Ｂ、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力及びリーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量の分離検出診断部も、同様に前述した実施形態と同じであるので、詳細説明を省略する。

図５５は、貯蔵Ｏ_２演算部を示したブロック図である。リーン運転中であるかを判定し、リーン運転時、すなわちエンジンの空燃比がリーンとなってから、前記リーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘセンサの出力のうち、Ｏ_２濃度の出力がリーンとなる期間Ｔｌの燃料噴射量の積算量に所定値を乗じた値をＭ３とする。この期間Ｔｌは、触媒内に触媒入口から流入するＯ_２が貯蔵される期間にあたり、したがって、この期間は、貯蔵Ｏ_２量に相関性があることを利用したものである。リッチ運転中であるかは、例えば図３３に示されるリーンフラグを用いる。

［第７実施形態］
次に、本発明に係る制御装置の第７実施形態を説明する。第７実施形態のシステム構成は、前述した第１実施形態（図３０、図３１参照）と略同じであるので、重複説明を省略する。

図５６は、第６実施形態の制御システム図で、第７実施形態（図５３参照）に対して、リーンＮＯｘ触媒、燃焼室排出ＮＯｘ量診断部で演算されるＮＯｘ触媒下流ＮＯｘ量（基準値Ａ）及びＮＯｘ触媒貯蔵ＮＯｘ、Ｏ_２量（基準値Ｂ）が目標空燃比演算部に入力され、それに基づいて、目標空燃比を演算する仕様となっている。

図５７は、目標空燃比演算部（リッチスパイク制御部）を示したブロック図である。基準値Ａ（リーン運転中の触媒下流ＮＯｘ量基準値）が所定値Ｓａ以上となると、リーンフラグを０とし、リッチ運転を行う仕様としているが、また図４６に示されるように基準値Ｂ（貯蔵ＮＯｘ量基準値）が所定値Ｓｂ以上となると、リーンフラグを０とし、リッチ運転を行うのもよい。また、リッチ量制御部でリッチ制御完了フラグを演算し、リッチ制御完了フラグが１となると、リーンフラグを１とし、再びリーン運転を行うべく目標空燃比をリーン時目標空燃比とするものである。

図５８はリッチ量制御部を示したブロック図である。基準値Ｂ（貯蔵ＮＯｘ量）に対して所定値Ｃを乗じて、所定値Ｄを加えた値を貯蔵ＮＯｘ浄化必要燃料量とし、貯蔵Ｏ_２に対して所定値Ｅを乗じて、所定値Ｆを加えた値を貯蔵Ｏ_２消費必要燃料量とし、両者の和を制御周期毎の実燃料噴射量を減算していき、０になるとリッチ制御完了フラグを１とするものである。これは、貯蔵ＮＯｘ量とそれを浄化するのに必要な燃料量が比例することと、貯蔵Ｏ_２量とそれを消費する燃料量が比例する知見を適用したものである。例えば、第２実施形態のように触媒下流のＯ_２濃度がリッチ反転したときに、リッチ運転を終了するのもよいが、燃料噴射から触媒５０の下流センサ５２までの応答遅れ分だけ、燃料を過剰に供給することになるので、ＨＣ，ＣＯの悪化を招くことになる。したがって、本実施形態のようにフィードフォワード制御で行う方が望ましい。

［第８実施形態］
次に、本発明に係る制御装置の第８実施形態を説明する。第８実施形態のシステム構成は、前述した第１実施形態（図３０参照）と略同じであるが、図５９の制御システム図及び図６０（第１実施形態の図３１に対応）に示される如くに、リーンＮＯｘ触媒５０の上流にＮＯｘセンサ５３が追加付設され、このＮＯｘセンサ５３の出力が入力回路１０２に入力されている。

図６１は、リーンＮＯｘ触媒、燃焼室排出ＮＯｘ量診断部のブロック図であり、貯蔵ＮＯｘ量演算部に触媒下流ＮＯｘセンサ５２の出力が入力され、リーン運転中の触媒下流のＮＯｘ量（濃度）演算部に触媒上流ＮＯｘセンサ５３の出力が入力されている。それ以外は、第１実施形態と同じである。

図６２は、リーン運転中触媒上流のＮＯｘ量（濃度）演算部を示したブロック図である。リーン運転中であるかを判定し、リーン運転時は、ＮＯｘセンサ出力（濃度）と吸入空気量、排気温度を用いて、触媒上流のＮＯｘ量（質量）を演算する。さらに、触媒上流のＮＯｘ量（質量）を積算し、総上流ＮＯｘ排出量（質量）ＭＡａとする。ＭＡａはリーン運転中のリーンＮＯｘ触媒から流出する（未貯蔵の）総ＮＯｘ量を実測値を表す。リーン運転中であるかは、図３３に示されるリーンフラグを用いる。

本実施例では、ＮＯｘ濃度の瞬時値を計測するセンサを用いているが、例えば、所定期間の総ＮＯｘ排出量（図３７中のＭａ及び図６２中のＭＡａ）を直接検出可能なタイプのセンサでの実施も可能である。

［第９実施形態］
次に、本発明に係る制御装置の第９実施形態を説明する。第９実施形態のシステム構成は、前述した第１実施形態（図３０参照）と略同じであるが、図６３の制御システム図及び図６４（第１実施形態の図３１に対応）に示される如くに、ＥＧＲバルブ４２の開度を検出する開度センサ４３が追加付設され、この開度センサ４３の出力が入力回路１０２に入力されている。

図６５は、リーンＮＯｘ触媒、燃焼室排出ＮＯｘ量診断部のブロック図及びＥＧＲ／Ｖ（バルブ）診断部のブロック図を示している。ＥＧＲ／Ｖ４２の開度を用いて、ＥＧＲ／Ｖ４２が正常に動作しているかどうかを診断し、ＥＧＲ／Ｖ４２が異常と判断されたときは、リーンＮＯｘ触媒、燃焼室排出ＮＯｘ量の診断を禁止するようにされる。なお、それ以外の構成は、第１実施形態と同じである。また、ＥＧＲ／Ｖ（バルブ）４２を含むＥＧＲ手段の診断手法については、よく知られているので、ここでは詳述しない。

上記した実施形態は、いずれも、火花点火式のエンジンでの適用としているが、ディーゼルエンジン等の、いわゆる、圧縮自己着火エンジンにも適用可能である。特に圧縮自己着火エンジンにおいては、火花点火式エンジンと比較して、ＮＯｘ排出量が大幅に減ることから、本発明によるエンジン（燃焼室）排出ＮＯｘ量の診断は、圧縮自己着火の燃焼診断にも有効である。

本発明に係る制御装置の第１態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第２態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第３態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第４態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第５態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第６態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第７態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第８態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第９態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１０態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１１態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１１態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１２態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１３態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１４態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１４態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１５態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１６態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１７態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１８態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１９態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第２０態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第２１態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第２２態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第２３態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第２４態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第２５態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第２６態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第２７態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１実施形態の全体構成を示すシステム図。 第１実施形態におけるコントロールユニットの内部構成図。 第１実施形態における制御システム図。 第１実施形態における目標空燃比演算部を示すブロック図。 第１実施形態におけるリーンＮＯｘ触媒、燃焼室排出ＮＯｘ量診断部を示すブロック図。 第１実施形態におけるエンジンＮＯｘ排出量モデルを示すブロック図。 第１実施形態におけるリーンＮＯｘ触媒モデルを示すブロック図。 第１実施形態におけるリーン運転中触媒下流のＮＯｘ量（濃度）演算部を示すブロック図。 第１実施形態における貯蔵ＮＯｘ量演算部を示すブロック図。 第１実施形態における比較手段Ａの処理内容を示す図。 第１実施形態における比較手段Ｂの処理内容を示す図。 第１実施形態におけるリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力及びリーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量の分離検出診断部の処理内容を示す図。 第２実施形態におけるリーンＮＯｘ触媒、燃焼室排出ＮＯｘ量診断部を示すブロック図。 第２実施形態における貯蔵ＮＯｘ量演算部を示すブロック図。 第３実施形態における制御システム図。 第３実施形態における目標空燃比演算部の一例を示すブロック図。 第３実施形態における目標空燃比演算部の他の例を示すブロック図。 第４実施形態における目標空燃比演算部を示すブロック図。 第４実施形態におけるリッチ量制御部を示すブロック図。 第５実施形態におけるリーンＮＯｘ触媒、燃焼室排出ＮＯｘ量診断部を示すブロック図。 第５実施形態におけるエンジンＮＯｘ排出量モデルを示すブロック図。 第５実施形態におけるリーンＮＯｘ触媒モデルを示すブロック図。 第５実施形態における飽和率と基本貯蔵率の関係の更新方法を示した図。 第６実施形態における制御システム図。 第６実施形態におけるリーンＮＯｘ触媒（Ｏ_２含む）、燃焼室排出ＮＯｘ量診断部を示すブロック図。 第６実施形態における貯蔵Ｏ_２量演算部を示すブロック図。 第７実施形態における制御システム図。 第７実施形態における目標空燃比演算部を示すブロック図。 第７実施形態におけるリッチ量制御部を示すブロック図。 第８実施形態における制御システム図。 第８実施形態におけるコントロールユニットの内部構成図。 第８実施形態におけるリーンＮＯｘ触媒、燃焼室排出ＮＯｘ量診断部を示すブロック図。 第８実施形態におけるリーン運転中触媒上流のＮＯｘ量（濃度）演算部を示すブロック図。 第９実施形態における制御システム図。 第９実施形態におけるコントロールユニットの内部構成図。 第９実施形態におけるリーンＮＯｘ触媒、燃焼室排出ＮＯｘ量診断部を示すブロック図。

符号の説明

１０ エンジン
１６ 水温センサ
１７ 燃焼室
１９ アクセルペダル
２０ 吸気通路
２１ エアクリーナ
２４ エアフローセンサ
２５ 電制スロットル弁
２７ コレクタ
２８ スロットル開度センサ
３０ 筒内噴射用燃料噴射弁
３５ 点火プラグ
３６ アクセルセンサ
３７ クランク角（エンジン回転数）センサ
４０ 排気通路
４１ ＥＧＲ通路
４２ ＥＧＲバルブ
４３ ＥＧＲ／Ｖ開度センサ
５０ リーンＮＯｘ触媒
５１ Ａ／Ｆセンサ
５２ 触媒下流ＮＯｘセンサ
５３ 触媒上流ＮＯｘセンサ
１００ コントロールユニット

Claims (29)

1. リーン運転中に燃焼室から排出されたＮＯｘを貯蔵し、リッチ運転中に前記貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化する機能を有するリーンＮＯｘ触媒が排気通路に配備されているエンジンの制御装置であって、前記燃焼室から排出されるＮＯｘ量もしくは前記リーンＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量を直接的ないし間接的に検出する触媒上流ＮＯｘ量検出手段と、該触媒上流ＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒の性能診断を行う触媒性能診断手段と、を備えていることを特徴とする制御装置。
2. 前記触媒性能診断手段の診断結果に基づいて、燃焼に供される混合気の空燃比、燃料供給量、吸入空気量等を制御する燃焼制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記触媒上流ＮＯｘ量検出手段は、前記排気通路における前記リーンＮＯｘ触媒の上流に配置されて前記ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量もしくはＮＯｘ濃度を検知するセンサを備えており、前記触媒性能診断手段は、前記センサの出力に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒の性能診断を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記触媒上流ＮＯｘ量検出手段は、前記排気通路における前記リーンＮＯｘ触媒の下流に配置されて前記リーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量もしくはＮＯｘ濃度を検知するセンサを備えており、前記触媒性能診断手段は、前記センサの出力に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒の性能診断を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の制御装置。
5. 前記触媒上流ＮＯｘ量検出手段は、前記リーンＮＯｘ触媒下流のＯ_２量もしくはＯ_２濃度を検知するセンサを備えており、前記触媒性能診断手段は、前記センサの出力に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒の性能診断を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の制御装置。
6. 前記触媒性能診断手段は、前記触媒上流ＮＯｘ量検出手段により検出される前記燃焼室から排出されるＮＯｘ量もしくは前記リーンＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量の変動に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒の劣化判定レベルを変更することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の制御装置。
7. 前記触媒性能診断手段は、前記触媒上流ＮＯｘ量検出手段により検出されたＮＯｘ量が所定範囲内にあるときのみ、前記リーンＮＯｘ触媒の性能診断を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の制御装置。
8. ＥＧＲ手段が正常か否かを診断するＥＧＲ診断手段を備え、前記触媒性能診断手段は、前記ＥＧＲ診断手段により前記ＥＧＲ手段が正常であると診断されているときのみ、前記リーンＮＯｘ触媒の性能診断を行うことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の制御装置。
9. リーン運転中に燃焼室から排出されたＮＯｘを貯蔵し、リッチ運転中に前記貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化する機能を有するリーンＮＯｘ触媒が排気通路に配備されているエンジンの制御装置であって、前記リーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量もしくはＮＯｘ濃度を検知するセンサと、該センサの出力に基づいて、リーン運転中における前記リーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量を演算する演算手段Ａと、前記リーンＮＯｘ触媒に貯蔵されたＮＯｘ量を演算する演算手段Ｂと、前記演算手段Ａの演算結果と前記演算手段Ｂの演算結果に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力を演算する手段とを、備えていることを特徴とする制御装置。
10. 前記演算手段Ａの演算結果と前記演算手段Ｂの演算結果に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力に加えて、リーン運転中における前記燃焼室から排出されるＮＯｘ量を演算する手段を備えていることを特徴とする請求項９に記載の制御装置。
11. リーン運転中における前記リーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量に対する基準値Ａを設定する手段と、前記貯蔵ＮＯｘ量に対する基準値Ｂを設定する手段と、前記演算手段Ａの演算結果であるリーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量と前記基準値Ａとを比較する手段Ａと、前記演算手段Ｂの演算結果である前記リーンＮＯｘ触媒に貯蔵されたＮＯｘ量と前記基準値Ｂとを比較する手段Ｂと、前記比較手段Ａにおいて前記基準値Ａより前記演算手段Ａの演算結果の方が小さく、かつ、前記比較手段Ｂにおいて前記基準値Ｂより前記演算手段Ｂの演算結果の方が小さいときは、燃焼室から排出されるＮＯｘ量が減少したと判定し、前記比較手段Ａにおいて前記基準値Ａより前記演算手段Ａの演算結果の方が大きく、かつ、前記比較手段Ｂにおいて前記基準値Ｂより前記演算手段Ｂの演算結果の方が大きいときは、燃焼室から排出されるＮＯｘ量が増大したと判定し、前記比較手段Ａにおいて前記基準値Ａより前記演算手段Ａの演算結果の方が小さく、かつ、前記比較手段Ｂにおいて前記基準値Ｂより前記演算手段Ｂの演算結果の方が大きいときは、前記リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力が低下したと判定する診断手段と、を備えていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の制御装置。
12. 前記リーンＮＯｘ触媒に貯蔵されたＮＯｘ量を演算する演算手段Ｂは、前記リーンＮＯｘ触媒の貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化するために行うリッチ運転中に、前記リーンＮＯｘ触媒下流のＮＯｘ量もしくはＮＯｘ濃度を検知するセンサの出力に基づいて、前記貯蔵ＮＯｘ量を演算することを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の制御装置。
13. 前記リーンＮＯｘ触媒下流のＯ_２濃度を検知するセンサを備え、前記リーンＮＯｘ触媒に貯蔵されたＮＯｘ量を演算する演算手段Ｂは、前記リーンＮＯｘ触媒の貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化するために行うリッチ運転中に、燃焼に供される混合気の空燃比がリッチとされてから前記センサにより前記空燃比がリッチであることが検知されるまでの期間又は該期間中の燃料噴射量もしくは吸入空気量に基づいて、前記貯蔵ＮＯｘ量を演算することを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の制御装置。
14. 燃焼室から排出されるＮＯｘ量もしくはＮＯｘ濃度を演算するエンジンＮＯｘ排出量モデルと、該ＮＯｘ量モデルにより演算された前記燃焼室排出ＮＯｘ量もしくはＮＯｘ濃度に基づいて、前記基準値Ａ及び前記基準値Ｂを演算するリーンＮＯｘ触媒モデルと、を備えていることを特徴とする請求項１１から１３のいずれかに記載の制御装置。
15. 前記エンジンＮＯｘ排出量モデルは、前記燃焼室排出ＮＯｘ量を、エンジントルク及びエンジン回転数に基づいて演算されるＮＯｘ排出量基本値を、ＥＧＲ率及び空燃比に基づいて補正することにより演算することを特徴とする請求項１４に記載の制御装置。
16. 前記リーンＮＯｘ触媒モデルは、前記エンジンＮＯｘ排出量モデルにより演算された燃焼室排出ＮＯｘ量に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量を演算する手段と、前記基準値Ａに基づいてＮＯｘ浄化率又は貯蔵率を演算する手段と、前記リーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量と前記ＮＯｘ浄化率又は貯蔵率とに基づいてＮＯｘ貯蔵量を演算する手段と、前記ＮＯｘ貯蔵量を積算して前記基準値Ｂを設定する手段と、前記リーンＮＯｘ触媒流入ＮＯｘ量から前記ＮＯｘ貯蔵量を減算し、未貯蔵ＮＯｘ量を演算する手段と、前記未貯蔵ＮＯｘ量を積算し、前記基準値Ａを設定する手段と、を備えていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の制御装置。
17. 前記基準値Ａもしくは基準値Ｂに基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒内の貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化するためのリッチ制御開始タイミングを設定するリッチ制御開始タイミング設定手段を備えていることを特徴とする請求項１４から１６のいずれかに記載の制御装置。
18. 前記リッチ制御開始タイミング設定手段は、前記リッチ制御開始タイミングを、前記リーンＮＯｘ触媒モデルで演算される基準値Ｂが所定値Ｓｂ以上となったときとすることを特徴とする請求項１７に記載の制御装置。
19. 前記リッチ制御開始タイミング設定手段は、前記リッチ制御開始タイミングを、前記リーンＮＯｘ触媒モデルで演算される基準値Ａが所定値Ｓａ以上となったときとすることを特徴とする請求項１７に記載の制御装置。
20. 前記基準値Ｂに基づいて、リーンＮＯｘ触媒内の貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化するためのリッチ制御時におけるリッチ量を演算する手段を備えていることを特徴とする請求項１１から１９のいずれかに記載の制御装置。
21. 前記リーンＮＯｘ触媒モデルで演算される基準値Ｂに所定値Ｃを乗じ、所定値Ｄを加算した値を、リッチ制御時の燃料供給量とする燃料供給量演算手段を備えていることを特徴とする請求項１４から２０のいずれかに記載の制御装置。
22. 前記リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力に応じて前記リーンＮＯｘ触媒モデルのパラメータを変更する手段と、リーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量に応じて前記エンジンＮＯｘ排出量モデルのパラメータを変更する手段と、を備えていることを特徴とする請求項１４から２１のいずれかに記載の制御装置。
23. 燃焼室排出ＮＯｘ量に応じて、前記エンジンＮＯｘ排出量モデル内のエンジントルクとエンジン回転数に基づいて演算されるＮＯｘ排出量基本値、及び、ＥＧＲ率と空燃比に基づいて演算されるＮＯｘ排出量補正値を変更する手段とを備えていることを特徴とする請求項１４から２２のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
24. 前記リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力に応じて、前記リーンＮＯｘ触媒モデル内の前記基準値Ｂに基づいて演算されるＮＯｘ浄化率もしくは貯蔵率を変更する手段を備えていることを特徴とする請求項１４から２３のいずれかに記載の制御装置。
25. 前記リーンＮＯｘ触媒下流のＯ_２量もしくはＯ_２濃度を検知するセンサを備えており、該センサの出力に基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒のＯ_２貯蔵能力、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力、リーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量のうちの少なくとも一つを演算する手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
26. 前記リーンＮＯｘ触媒に貯蔵されたＯ_２量を演算する手段は、前記リーンＮＯｘ触媒の貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化するために行うリッチ運転中に、燃焼に供される混合気の空燃比がリッチとされてから前記センサにより前記空燃比がリッチであることが検知されるまでの期間又は該期間中の燃料噴射量もしくは吸入空気量に基づいて、前記貯蔵Ｏ_２量を演算することを特徴とする請求項２５に記載の制御装置。
27. 前記リーンＮＯｘ触媒のＯ_２貯蔵能力、前記リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ貯蔵能力、及びリーン運転中の燃焼室排出ＮＯｘ量のうちの少なくとも一つに基づいて、前記リーンＮＯｘ触媒内の貯蔵ＮＯｘを脱離・浄化するためのリッチ制御開始タイミング及びリッチ制御時のリッチ量を演算する手段を備えていることを特徴とする請求項２５又は２６に記載の制御装置。
28. 火花点火式の車載用エンジンに適用されていることを特徴とする請求項１から２７のいずれかに記載の制御装置。
29. 自己着火式の車載用エンジンに適用されていることを特徴とする請求項１から２７のいずれかに記載の制御装置。

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