JP3709655B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Description

【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吸収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を吸収し、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収したＮＯｘを放出して還元処理するＮＯｘ吸収触媒（ＮＯｘ吸収型三元触媒）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】
【発明が解決しようとする課題】
前記ＮＯｘ吸収触媒は、図14に示すように、リーン燃焼中においてＮＯｘを吸収して大気中に排出されるＮＯｘ量を低減するが、吸収量が最大量を越えてしまうと、機関から排出されたＮＯｘが触媒に吸収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。
【０００４】
そこで、ＮＯｘ吸収触媒におけるＮＯｘ吸収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、目標空燃比を強制的に理論空燃比又はリッチに切り換えて、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されているＮＯｘの放出，還元処理を行わせるようにしている。
しかし、目標空燃比をリーンから理論空燃比又はリッチに切り換えても、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されていたＮＯｘやＯ2 の脱離によって、触媒内がなかなかリッチ化しないため、ＮＯｘの還元に必要なＨＣやＣＯがリーン雰囲気において酸化されてしまい、ＮＯｘが効率良く浄化されずに排出されてしまうことになる（図14参照）。
【０００５】
従って、ＮＯｘを浄化させるときには、ＮＯｘ吸収触媒内を速やかにリッチ化させることが要求され、そのためには、リッチスパイクを与えることが有効である。
ところが、ＮＯｘ吸収触媒が経時劣化すると、ＮＯｘの最大吸収量やＯ2 ストレージ能力が変化するため、新品状態のＮＯｘ吸収触媒に適合させて、前記リッチスパイク量を一律に設定すると、劣化時にリッチスパイクが過剰となってＨＣ，ＣＯの排出量を増大させてしまうという問題があった。
【０００６】
また、最適なリッチスパイクを与えた場合であっても、浄化されずにＮＯｘ吸収触媒から排出されるＮＯｘが発生することがあり、これは、リッチ量の増大によっては解消できず、過剰なリッチ制御は、前述のようにＨＣ，ＣＯの排出量を増大させてしまうという問題を生じさせる。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ＮＯｘ吸収触媒の経時劣化が生じても、ＮＯｘ浄化に最適な空燃比に制御でき、以て、ＮＯｘ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。
【０００７】
また、ＮＯｘ吸収触媒から還元されずに排出されるＮＯｘがあっても、これを確実に処理して大気中への排出を抑止できる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【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、図１に示すように構成される。図１において、ＮＯｘ吸収触媒は、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸収し、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収したＮＯｘを放出して還元処理する触媒である。第１空燃比検出手段は、ＮＯｘ吸収触媒の上流側で排気空燃比を検出し、第２空燃比検出手段は、ＮＯｘ吸収触媒の下流側で排気空燃比を検出する。
【００１５】
第１空燃比フィードバック手段は、通常状態において、前記第１空燃比検出手段で検出される排気空燃比に基づいて燃焼混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する。
第２空燃比フィードバック手段は、燃焼混合気の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直後においてのみ、前記第２空燃比検出手段で検出される排気空燃比に基づいて燃焼混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する。
【００１６】
かかる構成によると、通常は、ＮＯｘ吸収触媒の上流側で検出される排気空燃比を目標空燃比に近づけるべくフィードバック制御が行われるが、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直後、即ち、ＮＯｘ吸収触媒において吸収したＮＯｘの浄化が行われる条件のときには、上記フィードバック制御に代えて、ＮＯｘ吸収触媒の下流側で検出される排気空燃比を目標空燃比に近づけるべくフィードバック制御が行われる。
【００１７】
ＮＯｘ吸収触媒の下流側の排気空燃比は、上流側に比べてその変化が遅れるから、下流側の排気空燃比に基づく第２空燃比フィードバック制御手段を実行させることで、下流側の排気空燃比の変化を早めることになる。
尚、第１，第２空燃比検出手段としては、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を用いることができ、更に、理論空燃比に対するリッチ・リーンのみを検出するストイキセンサの他、排気空燃比を連続的に検出し得る広域空燃比センサを用いても良い。
【００１８】
請求項２記載の発明では、前記第２空燃比フィードバック手段が、目標空燃比の切り換えから前記第２空燃比検出手段で検出される排気空燃比がリッチに反転するまで間においてフィードバック制御を行う構成とした。かかる構成によると、ＮＯｘ吸収触媒の下流側の排気空燃比がリーンからリッチに反転するまで、ＮＯｘ吸収触媒の下流側の排気空燃比を目標空燃比に近づけるようにフィードバック制御され、ＮＯｘ吸収触媒内が速やかにリッチに反転するようにする。
【００１９】
請求項３記載の発明では、前記第２空燃比フィードバック手段による空燃比フィードバック制御により、所定の最大時間が経過してもリッチに反転しないときに、前記第２空燃比フィードバック手段による空燃比フィードバック制御を強制的に停止させる強制停止手段を備える構成とした。かかる構成によると、第２空燃比検出手段で検出される排気空燃比に基づく空燃比フィードバック制御を所定時間行ってもリッチに反転しないときには、何らかの異常が発生しているものと判断し、前記空燃比フィードバック制御を停止させてそれ以上のリッチ化を行わない。
【００２０】
請求項４記載の発明では、前記第２空燃比フィードバック手段による空燃比フィードバック制御によってリッチに反転したときの操作量を学習値として学習する学習手段を備え、前記第２空燃比フィードバック手段が、空燃比フィードバック制御の開始時に前記学習値だけ操作量をステップ変化させる構成とした。かかる構成によると、目標空燃比の切り換え時に、ＮＯｘ吸収触媒の下流側の排気空燃比がリッチに反転すると、そのときの操作量が、リッチ反転に必要とされた操作量として学習される。そして、第２空燃比検出手段を用いた空燃比フィードバック制御を開始するときに、操作量を前記学習値だけステップ変化させることで、リッチ反転の応答を早める。
【００２１】
請求項５記載の発明では、前記第２空燃比フィードバック手段による空燃比フィードバック制御により、所定の最小時間以内でリッチに反転したときに、前記学習値を減少修正する学習値減少修正手段を設ける構成とした。かかる構成によると、第２空燃比検出手段を用いた空燃比フィードバック制御で、最小時間よりも早くＮＯｘ吸収触媒の下流側がリッチに反転したときには、学習値が過剰に大きいものと推定し、学習値を減少修正し、前記最大時間と最小時間との中間の適正な時間でリッチに反転するようにする。
【００２２】
請求項６記載の発明では、前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側に配置された三元触媒と、該三元触媒の下流側で排気空燃比を検出する第３空燃比検出手段と、前記第２空燃比検出手段で検出される排気空燃比がリッチに反転した時点における第２空燃比フィードバック制御手段による操作量を、前記第３空燃比検出手段で検出される排気空燃比がリッチに反転するまでの間保持させるリッチ操作量保持手段と、を設ける構成とした。
【００２３】
かかる構成によると、排気通路に対して上流側から、第１空燃比検出手段、ＮＯｘ吸収触媒，第２空燃比検出手段，三元触媒，第３空燃比検出手段の順に配置される。そして、前記第２空燃比フィードバック制御手段により第２空燃比検出手段で検出される排気空燃比がリッチに反転すると、該反転時点から第３空燃比検出手段で検出される排気空燃比がリッチに反転するまでの間、前記反転時点における操作量に保持される。
【００２４】
即ち、前記三元触媒は、ＮＯｘ吸収触媒で浄化できなかったＮＯｘを浄化するためのものであり、かかるＮＯｘ浄化を効率良く行わせるべく、三元触媒内の排気空燃比も速やかにリッチに反転させる必要があるので、ＮＯｘ吸収触媒内がリッチに反転しても、直ちに通常制御（第１空燃比フィードバック制御手段による制御）に復帰させるのではなく、ＮＯｘ吸収触媒のリッチ反転に遅れてリッチ化することになる三元触媒のリッチ化を確認してから通常制御に復帰させるものである。
【００２５】
請求項７記載の発明では、前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側に配置された三元触媒と、前記第２空燃比検出手段で検出される排気空燃比がリッチに反転した時点における第２空燃比フィードバック制御手段による操作量を、その後所定時間保持させる時間によるリッチ操作量保持手段と、を設ける構成とした。かかる構成によると、三元触媒の下流側の排気空燃比をリッチ化させる構成であるが、請求項６記載の発明のように、第３空燃比検出手段を設けて直接に排気空燃比を検出する構成ではなく、ＮＯｘ吸収触媒内をリッチに反転させた操作量を所定時間だけ保持することで、下流側の三元触媒内もリッチに反転するものと推定するものである。
【００２６】
請求項８記載の発明では、前記時間によるリッチ操作量保持手段が、前記三元触媒がリーン雰囲気に晒されていた時間に応じて前記操作量を保持させる時間を変更する構成とした。かかる構成によると、三元触媒がリーン雰囲気に晒されていた時間（リーン時間）が長い場合には、それだけ酸素ストレージ量が多く、リッチに反転するのに時間を要するものと推定されるので、ＮＯｘ吸収触媒をリッチ反転させた操作量を保持させる時間を前記リーン時間に応じて変更する。請求項９記載の発明では、前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側の排気空燃比に基づくフィードバック制御によるフィードバック制御量が、予め設定された最大値を超えたときに、前記フィードバック制御量を前記最大値に固定する構成とした。かかる構成によると、燃焼混合気の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直後において、ＮＯｘ吸収触媒の下流側の排気空燃比に基づきフィードバック制御を行うときに、フィードバック制御量が最大値以下に制限される。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、通常は、ＮＯｘ吸収触媒の上流側に設けた空燃比検出手段を用いてＮＯｘ吸収触媒に導入される排気空燃比を適正に制御できる一方、ＮＯｘ吸収触媒においてＮＯｘ浄化が行われる条件下においては、ＮＯｘ吸収触媒内を速やかにリッチ化することができ、ＨＣ，ＣＯの排出量を抑制しつつＮＯｘを効率良く浄化できるという効果がある。
【００３０】
請求項２記載の発明によると、ＮＯｘ吸収触媒をＮＯｘの還元処理に最適な空燃比にまで速やかに変化させることができ、ＮＯｘを効率良く浄化できると共に、ＨＣ，ＣＯの排出量の増大を抑制できるという効果がある。請求項３記載の発明によると、ＮＯｘ吸収触媒の下流側の排気空燃比に基づく空燃比フィードバック制御により過剰にリッチ制御されることを防止できるという効果がある。
【００３１】
請求項４記載の発明によると、ＮＯｘ吸収触媒内をリーンからリッチに反転させる制御の応答性を、個々の機関，触媒に応じて適正値に制御できるという効果がある。請求項５記載の発明によると、ＮＯｘ吸収触媒内をリーンからリッチに反転させる制御の応答性が過剰に早くなって、ＨＣ，ＣＯ浄化率が低下することを防止できるという効果がある。
【００３２】
請求項６記載の発明によると、ＮＯｘ吸収触媒の下流側に三元触媒を配置して、ＮＯｘ吸収触媒で浄化できなかったＮＯｘの浄化を図れるようになると共に、前記三元触媒内を速やかに適正レベルにリッチ化させてＮＯｘ吸収触媒で浄化できなかったＮＯｘを効率良く浄化できるという効果がある。請求項７記載の発明によると、ＮＯｘ吸収触媒の下流側に配置された三元触媒を早期にリッチ化させるための制御を、三元触媒の下流側に空燃比検出手段を設けることなく簡便に実行させることができるという効果がある。
【００３３】
請求項８記載の発明によると、ＮＯｘ吸収触媒の下流側に配置された三元触媒内を、簡便な構成によって早期に過不足なくリッチ化させることができるという効果がある。請求項９記載の発明によると、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されていたＮＯｘが放出されるときに、ＮＯｘ吸収触媒の下流側の排気空燃比に基づくフィードバック制御によって過剰にリッチ化されてしまうことを防止できるという効果がある。
【００３４】
【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。
【００３５】
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良いし、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、排気通路９に介装されたＮＯｘ吸収触媒５で浄化された後に大気中に排出される。
前記ＮＯｘ吸収触媒５は、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸収し、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収したＮＯｘを放出して三元触媒層で還元処理する触媒（ＮＯｘ吸収型三元触媒）である。
【００３６】
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。
【００３７】
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吸収触媒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（第１空燃比検出手段）、前記ＮＯｘ吸収触媒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する第２空燃比センサ11（第２空燃比検出手段）などが設けられる他、コントロールユニット６には図示しないクランク角センサからの回転信号や水温センサからの水温信号などが入力される。
【００３８】
前記第１空燃比センサ10，第２空燃比センサ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。
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（操作量）αを、例えば比例積分制御等により設定する。上記機能が、第１空燃比フィードバック手段に相当する。
【００３９】
一方、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直後においては、前記第１空燃比センサ10の代わりに、前記第２空燃比センサ11を用いて前記空燃比フィードバック制御を行うようになっており、かかる第２空燃比フィードバック手段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。
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処理空燃比制御の開始条件の成立を示すフラグＦＲＳを判別することで、前記開始条件の成立の有無を判断する。
【００４０】
前記ＮＯｘ吸収触媒５は、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸収し、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収した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は、リーン燃焼中に吸収されたＮＯｘが放出されることになるので、前記フラグＦＲＳに１がセットされて開始条件の成立が判別されるようになっている。
【００４１】
尚、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吸収触媒５におけるＮＯｘ吸収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。
【００４２】
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、空燃比フィードバック制御に用いる空燃比センサを、それまでの第１空燃比センサ10から第２空燃比センサ11へ切り換える設定を行う。
これにより、切り換え後の目標空燃比に、第２空燃比センサ11で検出される排気空燃比を近づけるための空燃比フィードバック制御が行われる。
【００４３】
そして、ステップ３では、前記第２空燃比センサ11で検出されるＮＯｘ吸収触媒５下流側の排気空燃比が、リーンからリッチに反転したか否かを判別する。尚、第２空燃比センサ11として空燃比を広域に検出できるセンサを用いる場合には、前記ステップ３における判定を、目標空燃比へ到達したか否かとしても良い。
ステップ３でＮＯｘ吸収触媒５の下流側の空燃比がリッチに反転したことが判別されると、ステップ４へ進んで、前記フラグＦＲＳをゼロにリセットし、次のステップ５では、空燃比フィードバック制御に用いる空燃比センサを、第２空燃比センサ11から第１空燃比センサ10に戻す設定を行う。
【００４４】
上記図３の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示してある。尚、図４のタイムチャートは、空燃比センサとしてストイキセンサを用いた場合であって、運転条件によって目標空燃比がリーンから理論空燃比（ストイキ）に切り換えられた場合を示してある。
前記フラグＦＲＳに１がセットされると（目標空燃比がリーンからストイキに切り換えられると）、空燃比フィードバック制御に用いる空燃比センサが第１空燃比センサ10から第２空燃比センサ11に切り換えられ、第２空燃比センサ11を用いた空燃比フィードバック制御が開始される。
【００４５】
このとき、第１空燃比センサ10で検出されるＮＯｘ吸収触媒５上流側の排気空燃比は比較的早くリッチに反転するが、第２空燃比センサ11のリッチ反転はＮＯｘ吸収触媒５におけるＮＯｘ及びＯ2 の脱離によって遅れるために、第１空燃比センサ10で検出される排気空燃比がリッチに反転しても、更に、第２空燃比センサ11のリッチ反転までは燃料噴射量が徐々に増量されてリッチスパイクが与えられ、結果的に、第２空燃比センサ11（ＮＯｘ吸収触媒５内）のリッチ反転を早めることになる。
【００４６】
前記ＮＯｘ吸収触媒５におけるＮＯｘ処理には、リッチスパイクを与えることが有効であるから、上記のようにしてＮＯｘ吸収触媒５内を速やかにリッチ雰囲気にできれば、効率良くＮＯｘを還元処理できることになる。また、第２空燃比センサ11のリッチ反転を基準としてリッチ化を進めることで、経時劣化によってＮＯｘ吸収量や酸素ストレージ量の変化があっても、過剰なリッチ化によってＨＣ，ＣＯの排出量が増大することを抑制できる。
【００４７】
そして、第２空燃比センサ11で検出される排気空燃比がリーンからリッチに反転すると、その時点で第２空燃比センサ11を用いた空燃比フィードバック制御（第２空燃比フィードバック手段）を停止し、代わりに、第１空燃比センサ10を用いた空燃比フィードバック制御（第１空燃比フィードバック手段）が開始され、ＮＯｘ吸収触媒５上流側の排気空燃比を理論空燃比に近づけるようにフィードバックされる。
【００４８】
図５のフローチャートは、前記図３のフローチャートに示される基本的な制御内容をベースとしてより詳細な処理内容を示すものであり、以下、前記図４及び図６のタイムチャートを参照しつつ、前記図５のフローチャートを説明する。
ステップ11では、前記フラグＦＲＳの判別を行い、前記フラグＦＲＳに１がセットされると、ステップ12へ進む。
【００４９】
ステップ12では、空燃比フィードバック制御に用いる空燃比センサを、第１空燃比センサ10から第２空燃比センサ11に切り換える。
ステップ13では、第２空燃比センサ11を用いた空燃比制御の時間を計測するためのタイマＴαをゼロリセットし、また、空燃比フィードバック補正係数α（燃料噴射量を補正するための操作量）に初期値（100 ％）をリセットする。
【００５０】
ステップ14では、空燃比フィードバック補正係数αを前記初期値から一律リッチ分ＫＮα＋学習値ＬＮαだけステップ的に増大変化させる（図６参照）。前記一律リッチ分ＫＮαは固定値であり、前記学習値ＬＮαは、前記第２空燃比センサ11の検出結果がリッチに反転した時点の補正係数αを学習した値であり、後に詳述する。
【００５１】
ステップ15では、前記タイマＴαをカウントアップし、次のステップ16では、前記タイマＴαが、予め設定された最大値Ｔαmax （図６参照）未満であるか否かを判別する。
前記タイマＴαが最大値Ｔαmax 未満であれば、ステップ17へ進み、前記補正係数αを積分分αだけ増大修正する。
【００５２】
前記積分制御で増大された補正係数αは、次のステップ18で予め設定された最大値αmax （図６参照）と比較され、補正係数αが最大値αmax 以上であるときには、ステップ19へ進み、補正係数αに最大値αmax をセットすることで、補正係数αが最大値αmax を越えることを回避する。これにより、過剰なリッチスパイクとなることを防止する。
【００５３】
尚、前記ステップ17における積分制御を省略し、空燃比フィードバック補正係数αを前記一律リッチ分ＫＮα＋学習値ＬＮαだけステップ的に増大変化させた状態でそのまま保持させて、第２空燃比センサ11で検出される空燃比がリッチに反転するのを待つ構成としても良い。
ステップ20では、第２空燃比センサ11の出力がリッチに反転したか否かを判別する。そして、リッチに反転したときには、所期のリッチスパイクを与えることができたものとして、通常制御（第１空燃比フィードバック手段）に復帰させるが、まず、ステップ21へ進み、前記タイマＴαが最小値Ｔαmin 以下であるか否かを判別する。
【００５４】
タイマＴαが最小値Ｔαmin を越えてからリッチ反転したときには、ステップ22へ進み、下式（１式）に従って前記学習値ＬＮαの更新演算を行う。このステップ22の部分が、学習手段に相当する。
ＬＮα＝（（ｎ−１）×ＬＮα（旧）＋α’）／ｎ
上式で、ＬＮα（旧）は更新前の学習値であり、α’はリッチに反転したときの補正係数αを示す。そして、予め設定された重み係数ｎによって、更新前の学習値ＬＮα（旧）とリッチ反転時の補正係数α’とが平均化され、該平均化後の値が新たな学習値ＬＮαとして更新記憶される。
【００５５】
これにより、第２空燃比センサ11に切り換えられた直後のステップ変化量として、第２空燃比センサ11の出力をリッチに反転させるのに要求される最適な値を与えることができる。
尚、前記学習値ＬＮαを、リッチ反転時における負荷，回転条件毎に演算して記憶させるようにしても良い。
【００５６】
また、前記ステップ16で、前記タイマＴαが最大値Ｔαmax 以上であると判別されたときにも、ステップ22へ進んで、上式に従って学習値ＬＮαを更新させる。この場合、前記補正係数α’は、前記タイマＴαが最大値Ｔαmax になった時点の最終値として与える。
上記のように、前記タイマＴαが最大値Ｔαmax 以上になったときには、リッチ反転を待たずに、通常制御に強制的に復帰させることで、過剰にリッチ制御が継続されることを防止するものであり、ステップステップ16からステップ22へ進む処理が強制停止手段に相当する。
【００５７】
一方、ステップ21で、タイマＴαが最小値Ｔαmin 未満の状態でリッチ反転した判断されるときには、ステップ23へ進んで、下式（２式）に従って前記学習値ＬＮαの更新演算を行う。このステップ23の部分が、学習値減少修正手段に相当する。
ＬＮα＝ＤＮα×ＬＮα（旧）
前記ＤＮαは、学習値ＬＮαを減少修正するための係数（ＤＮα＜１) であり、リッチ反転に要した時間が異常に短い場合には、学習値ＬＮαを減少修正することで、リッチ反転に要する時間が最小値Ｔαmin を越えるようにし、ＮＯｘ処理に適正な応答性でリッチ反転させるようにする。
【００５８】
ステップ24では、前記補正係数αを初期値（（100 ％）に戻し、次のステップ25では、前記フラグＦＲＳをゼロリセットし、更に、ステップ26では、空燃比フィードバック制御に用いる空燃比センサを、第２空燃比センサ11から第１空燃比センサ10に戻し、その後は、第１空燃比センサ10の検出結果に基づいて通常の空燃比フィードバック制御（第１空燃比フィードバック手段）が行われるようにする。
【００５９】
ところで、上記のようにリーン燃焼中にＮＯｘ吸収触媒５に吸収されたＮＯｘを処理するときに、第２空燃比センサ11を用いた空燃比フィードバック制御を行うことで、ＮＯｘ吸収触媒５内をＮＯｘ処理に適正な空燃比雰囲気に早期に制御できるが、上記制御によってもＮＯｘ吸収触媒５の下流側にＮＯｘが排出されたり、リッチスパイクによりＨＣ，ＣＯが排出される可能性がある。
【００６０】
そこで、図７に示す第２の実施の形態のように、前記ＮＯｘ吸収触媒５の下流側に三元触媒12を配置し、ＮＯｘ吸収触媒５で浄化できなかったＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯを前記三元触媒12で処理するよう構成すると良い。
更に、前記三元触媒12で処理を効率良く行わせるために、図８のフローチャートに示すようにして、空燃比制御を行わせると良い。
【００６１】
図８のフローチャートにおいて、ステップ31からステップ40までの各ステップは、前述の図５のフローチャートのステップ11〜ステップ20と全く同様な処理を行うものであり、前記フラグＦＲＳに１がセットされると（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ると）、第２空燃比センサ11の出力がリッチ反転するまで、積分制御によって空燃比フィードバック補正係数αを増大制御させる。
【００６２】
そして、ステップ40で、第２空燃比センサ11の出力がリッチ反転したことが判別されると、次のステップ41では、リーン制御時間、即ち、目標空燃比をリーンとする空燃比制御状態の継続時間に応じて予め保持時間ＮＲＴを記憶したテーブルＴＮＲＴを参照して、前記空燃比フィードバック補正係数αを保持させる保持時間ＮＲＴを決定する。ここで、図９に示すように、前記リーン時間が長いときほど前記保持時間ＴＮＲＴを長く設定するようにする。
【００６３】
ステップ42では、第２空燃比センサ11の出力がリッチ反転した時点における空燃比フィードバック補正係数αを、前記保持時間ＮＲＴだけ保持させるようにし（図10参照）、前記保持時間ＮＲＴが経過してからステップ43へ進む。
上記ステップ41，42の部分が、時間によるリッチ操作量保持手段に相当する。
ステップ43〜48の各ステップは、前記図５のフローチャートのステップ21〜26と同様な処理を行うものであり、学習値ＬＮαの更新演算を行った後、第１空燃比センサ10による通常の空燃比フィードバック制御（第１空燃比フィードバック手段）に復帰させる。
【００６４】
上記のように、ＮＯｘ吸収触媒５内がリッチ雰囲気になってからも、そのときの空燃比フィードバック補正係数αを保持時間ＮＲＴだけ保持させることで、三元触媒12内を早期にリッチ雰囲気にして、ＮＯｘ吸収触媒５で浄化されないで排出されるＮＯｘを効率良く浄化させることができる。
上記図８のフローチャートに示す実施の形態では、リーン時間に応じて三元触媒12内がリッチ反転するのに要する時間が変化するものとして、リーン時間に応じた保持時間ＮＲＴだけ空燃比フィードバック補正係数αを保持させるようにしたが、三元触媒12内の空燃比をより最適に制御するために、図11に示す第３の実施の形態のように、三元触媒12の下流側に第３空燃比センサ13（第３空燃比検出手段）を配置し、該第３空燃比センサ13の検出結果に基づいて空燃比フィードバック補正係数αを保持させる期間を制御させるようにしても良い。
【００６５】
尚、前記第３空燃比センサ13も、ストイキセンサ又は広域空燃比センサのいずれであっても良い。
前記第３空燃比センサ13を用いた制御の様子を図12のフローチャートに示してある。
図12のフローチャートにおいて、ステップ51からステップ60までの各ステップは、前述の図５のフローチャートのステップ11〜ステップ20と全く同様な処理を行うものであり、前記フラグＦＲＳに１がセットされると、第２空燃比センサ11の出力がリッチ反転するまで、積分制御によって空燃比フィードバック補正係数αを増大制御させる。
【００６６】
そして、ステップ61では、第２空燃比センサ11がリッチ反転した時点の空燃比フィードバック補正係数αを保持させる設定を行い、次のステップ62では、前記第３空燃比センサ13の出力がリッチ反転したか否かを判別する。
ステップ62で、第３空燃比センサ13のリッチ反転が判別されるまでは、ステップ61に戻って空燃比フィードバック補正係数αの保持状態を維持させ、第３空燃比センサ13がリッチ反転した時点でステップ63へ進む（図13参照）。
【００６７】
上記ステップ61，62の部分がリッチ操作量保持手段に相当する。
ステップ63〜68の各ステップは、前記図５のフローチャートのステップ21〜26と同様な処理を行うものであり、学習値ＬＮαの更新演算を行った後、第１空燃比センサ10による通常の空燃比フィードバック制御に復帰させる。
上記のように、第３空燃比センサ13がリッチ反転するまで空燃比フィードバック補正係数αを保持させる構成であれば、保持時間を最適に制御することができ、保持時間が不足して三元触媒12で効率良くＮＯｘを浄化できなかったり、逆に、保持時間が長過ぎて過剰なリッチスパイクが与えられてしまうことを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１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基本的な空燃比制御の様子を示すフローチャート。
【図４】第１の実施の形態における空燃比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空燃比制御の詳細を示すフローチャート。
【図６】第１の実施の形態における空燃比フィードバック補正係数の特性を示すタイムチャート。
【図７】第２の実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図８】第２の実施の形態における空燃比制御の詳細を示すフローチャート。
【図９】第２の実施の形態における保持時間ＮＲＴとリーン時間との相関を示す線図。
【図１０】第２の実施の形態における空燃比制御の特性を示すタイムチャート。
【図１１】第３の実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図１２】第３の実施の形態における空燃比制御の詳細を示すフローチャート。
【図１３】第２の実施の形態における空燃比制御の特性を示すタイムチャート。
【図１４】従来制御の問題点を説明するためのタイムチャート。
【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
５ ＮＯｘ吸収触媒
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
12 三元触媒
13 第３空燃比センサ

Claims (9)

  1. 排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘを吸収し、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収したＮＯｘを放出して還元処理するＮＯｘ吸収触媒と、該ＮＯｘ吸収触媒の上流側で排気空燃比を検出する第１空燃比検出手段と、前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側で排気空燃比を検出する第２空燃比検出手段と、通常状態において、前記第１空燃比検出手段で検出される排気空燃比に基づいて燃焼混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する第１空燃比フィードバック手段と、燃焼混合気の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直後においてのみ、前記第２空燃比検出手段で検出される排気空燃比に基づいて燃焼混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する第２空燃比フィードバック手段と、を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 前記第２空燃比フィードバック手段が、目標空燃比の切り換えから前記第２空燃比検出手段で検出される排気空燃比がリッチに反転するまで間においてフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 前記第２空燃比フィードバック手段による空燃比フィードバック制御により、所定の最大時間が経過してもリッチに反転しないときに、前記第２空燃比フィードバック手段による空燃比フィードバック制御を強制的に停止させる強制停止手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 前記第２空燃比フィードバック手段による空燃比フィードバック制御によってリッチに反転したときの操作量を学習値として学習する学習手段を備え、前記第２空燃比フィードバック手段が、空燃比フィードバック制御の開始時に前記学習値だけ操作量をステップ変化させることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 前記第２空燃比フィードバック手段による空燃比フィードバック制御により、所定の最小時間以内でリッチに反転したときに、前記学習値を減少修正する学習値減少修正手段を設けたことを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側に配置された三元触媒と、該三元触媒の下流側で排気空燃比を検出する第３空燃比検出手段と、前記第２空燃比検出手段で検出される排気空燃比がリッチに反転した時点における第２空燃比フィードバック制御手段による操作量を、前記第３空燃比検出手段で検出される排気空燃比がリッチに反転するまでの間保持させるリッチ操作量保持手段と、を設けたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側に配置された三元触媒と、前記第２空燃比検出手段で検出される排気空燃比がリッチに反転した時点における第２空燃比フィードバック制御手段による操作量を、その後所定時間保持させる時間によるリッチ操作量保持手段と、を設けたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  8. 前記時間によるリッチ操作量保持手段が、前記三元触媒がリーン雰囲気に晒されていた時間に応じて前記操作量を保持させる時間を変更することを特徴とする請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
  9. 前記ＮＯｘ吸収触媒の下流側の排気空燃比に基づくフィードバック制御によるフィードバック制御量が、予め設定された最大値を超えたときに、前記フィードバック制御量を前記最大値に固定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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