JP3723323B2 - 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、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に排気系に窒素酸化物の吸収剤を内蔵する排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定する（いわゆるリーンバーン制御を実行する）と、窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という）の排出量が増加する傾向があるため、機関の排気系にＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収剤を内蔵する排気ガス浄化装置を設け、排気ガスの浄化を行う技術が従来より知られている。このＮＯｘ吸収剤は、空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い（ＮＯｘが多い）状態（以下「排気ガスリーン状態」という）においては、ＮＯｘを吸収する一方、逆に空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が低く、ＨＣ、ＣＯ成分が多い状態（以下「排気ガスリッチ状態」という）においては、吸収したＮＯｘを放出する特性を有する。このＮＯｘ吸収剤を内蔵する排気ガス浄化装置は、排気ガスリッチ状態においては、ＮＯｘ吸収剤から放出されるＮＯｘはＨＣ、ＣＯにより還元されて、窒素ガスとして排出され、またＨＣ、ＣＯは酸化されて水蒸気及び二酸化炭素として排出されるように構成されている。
【０００３】
上記ＮＯｘ吸収剤が、吸収できるＮＯｘ量には当然限界があるため、リーンバーン制御を長時間継続するとＮＯｘが吸収されなくなり、そのまま大気に放出される。そこで、ＮＯｘの吸収能力を回復させるために空燃比を一時的にリッチ化し、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるとともに放出されたＮＯｘを還元するようにした空燃比制御手法が従来より知られている（特開平６−２９４３１９号公報）。以下、この一時的なリッチ化を、「還元リッチ化」という。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の手法では、リーンバーン制御を実行してＮＯｘ吸収剤にＮＯｘが吸収された後に還元リッチ化が実行されるので、空燃比を理論空燃比に制御していた状態から、リーンバーン制御へ移行した直後は、還元リッチ化は実行されない。そのため、理論空燃比での運転中に発生したＮＯｘによりＮＯｘ吸収剤の吸収能力が低下し、リーンバーン制御開始直後にＮＯｘ吸収剤にＮＯｘが吸収されなくなり、ＮＯｘの排出量が増加する場合があった。
【０００５】
本発明は、上述した点に鑑みなされたものであり、ＮＯｘ吸収剤を内蔵する排気ガス浄化装置を備えた機関の空燃比制御をより適切に行い、特にリーンバーン制御開始当初におけるＮＯｘ排出量の増加を抑制し、良好な排気ガス特性を維持することができる空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスリーン状態において排気ガス中の窒素酸化物を吸収する窒素酸化物吸収剤を内蔵する排気ガス浄化装置を備え、前記機関に供給する混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、前記機関の運転状態に応じて前記混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーンバーン領域を判定するリーンバーン領域判定手段と、前記リーンバーン領域と判定したときは、前記混合気の空燃比を一時的に理論空燃比よりリッチ側に設定するとともに、該リッチ化の度合が排気ガス流量の増加に応じて大きくなるように設定し、その後理論空燃比よりリーン側に設定する空燃比制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、機関の運転状態に応じて混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン化するリーンバーン領域が判定され、リーンバーン領域と判定されたときは、混合気の空燃比が一時的に理論空燃比よりリッチ化されるとともに、該リッチ化の度合が排気ガス流量の増加に応じて大きくなるように設定され、その後理論空燃比よりリーン側に設定される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施の一形態に係る内燃機関（以下「エンジン」という）及びその空燃比制御装置の全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【００１０】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００１１】
一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ７が設けられており、この絶対圧センサ７により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気温（ＴＡ)センサ８が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１２】
エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ９はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１３】
エンジン１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲には、エンジン回転数（ＮＥ）センサ１０及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１１が取り付けられている。エンジン回転数センサ１０は、エンジン１の各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０゜毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力し、気筒判別センサ１１は、特定の気筒の所定クランク角度位置で気筒判別信号パルスを出力するものであり、これらの各信号パルスはＥＣＵ５に供給される。
【００１４】
排気管１２には排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置１６が設けられ、排気ガス浄化装置１６は、ＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収剤及び酸化、還元作用を有する触媒を内蔵する。ＮＯｘ吸収剤は、エンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い（ＮＯｘが多い）状態（排気ガスリーン状態）においては、ＮＯｘを吸収する一方、逆にエンジン１に供給される空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が低く、ＨＣ、ＣＯ成分が多い状態（排気ガスリッチ状態）においては、吸収したＮＯｘを放出する特性を有する。排気ガス浄化装置１６は、排気ガスリーン状態においては、ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘを吸収させる一方、排気ガスリッチ状態においては、ＮＯｘ吸収剤から放出されるＮＯｘがＨＣ、ＣＯにより還元されて、窒素ガスとして排出され、またＨＣ、ＣＯは酸化されて水蒸気及び二酸化炭素として排出されるように構成されている。ＮＯｘ吸収剤としては、例えば酸化バリウム（Ｂａ０）が使用され、触媒としては例えば白金（Ｐｔ）が使用される。このＮＯｘ吸収剤は、一般にその温度が高くなるほど、吸収したＮＯｘを放出しやすくなる特性を有する。なお、ＮＯｘ吸収剤は、排気ガスリーン状態においても、酸素濃度が低下し、ＮＯｘの生成量が減少すると、ＮＯｘの放出を行う。
【００１５】
従来技術のところで説明したように、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力の限界、すなわち最大ＮＯｘ吸収量まで、ＮＯｘを吸収すると、それ以上ＮＯｘを吸収できなくなるので、ＮＯｘを放出させて還元するために空燃比の還元リッチ化を実行する。この還元リッチ化は、リッチ化の度合が小さすぎると、放出されたＮＯｘの還元が不十分となる一方、リッチ化の度合が大きすぎると、ＨＣ、ＣＯの排出量が増大するので、還元リッチ化のリッチ化の度合を適切に制御することにより、良好な排気ガス特性を維持することが可能となる。
【００１６】
排気ガス浄化装置１６の上流位置には、比例型空燃比センサ１４（以下「ＬＡＦセンサ１４」という）が装着されており、このＬＡＦセンサ１４は排気ガス中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した電気信号を出力し、ＥＣＵ５に供給する。
【００１７】
エンジン１は、吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを、エンジンの高速回転領域に適した高速バルブタイミングと、低速回転領域に適した低速バルブタイミングとの２段階に切換可能なバルブタイミング切換機構３０を有する。このバルブタイミングの切換は、弁リフト量の切換も含み、さらに低速バルブタイミング選択時は２つに吸気弁のうちの一方を休止させて、空燃比を理論空燃比よりリーン化する場合においても安定した燃焼を確保するようにしている。
【００１８】
バルブタイミング切換機構３０は、バルブタイミングの切換を油圧を介して行うものであり、この油圧切換を行う電磁弁及び油圧センサがＥＣＵ５接続されている。油圧センサの検出信号はＥＣＵ５に供給され、ＥＣＵ５は電磁弁を制御してエンジン１の運転状態に応じたバルブタイミングの切換制御を行う。
【００１９】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム、該演算プログラムで使用されるテーブルやマップ、演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成される。
【００２０】
ＣＰＵ５ｂは、上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、後述するように、空燃比フィードバック制御領域や空燃比フィードバック制御を行わない複数の特定運転領域の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、次式（１）に基づき、前記ＴＤＣ信号パルスに同期する燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。
【００２１】
ＴＯＵＴ＝ＴＩ×ＫＣＭＤＭ×ＫＬＡＦ×Ｋ１＋Ｋ２…（１）
ここに、ＴＩは燃料噴射弁５の基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて決定される。
【００２２】
ＫＣＭＤＭは最終目標空燃比係数であり、後述するようにエンジン回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ、エンジン水温ＴＷ等のエンジン運転パラメータに応じて設定される目標空燃比係数ＫＣＭＤに対して燃料冷却補正を行って算出される。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、目標当量比ともいう。
【００２３】
ＫＬＡＦは、ＬＡＦセンサ１４の検出値から算出される検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに一致するようにＰＩＤ制御により算出される空燃比補正係数である。
【００２４】
Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決定される。
【００２５】
ＣＰＵ５ｂは上述のようにして求めた燃料噴射時間ＴＯＵＴに基づいて燃料噴射弁６を開弁させる駆動信号を出力回路５ｄを介して燃料噴射弁６に供給する。
【００２６】
図２は、目標当量比ＫＣＭＤを算出し、検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに一致するようにＰＩＤ制御により空燃比補正係数ＫＬＡＦを算出する処理のフローチャートである。この処理は、例えばＴＤＣ信号パルスの発生に同期して実行される。
【００２７】
先ずステップＳ１では、目標当量比ＫＣＭＤを算出する。目標当量比ＫＣＭＤは、基本的には、以下に述べるようにエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて算出し、エンジン水温ＴＷの低温状態や所定の高負荷運転状態では、それらの運転状態に応じた値に変更される。
【００２８】
図３は、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて判定される運転領域を説明するための図であり、低回転かつ低負荷領域Ａは、エンジン１に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーンバーン領域とされ、高回転または高負荷領域Ｃは、空燃比を理論空燃比に設定するストイキ領域とされ、低回転かつ中負荷領域Ｂは、その領域へ移行する前の状態に依存するヒステリシス領域とされる。ヒステリシス領域Ｂでは、ストイキ領域Ｃから移行したときは、空燃比は理論空燃比に設定される一方、リーンバーン領域Ａから移行したときは、理論空燃比よりリーン側に設定される。すなわち、目標当量比ＫＣＭＤは、リーンバーン領域Ａでは、１．０より小さい値に設定され、ストイキ領域Ｃでは１．０に設定され、ヒステリシス領域Ｂでは、領域Ａから移行したときは１．０より小さい値に設定される一方、領域Ｃから移行したときは１．０に保持される。
【００２９】
またステップＳ１の処理では、空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーンバーン制御を実行する運転状態であることを「０」で示すリーンバーン制御フラグＦＫＢＳＭＪＧが、リーンバーン領域Ａでは「０」に設定され、ストイキ領域Ｃでは「１」に設定され、ヒステリシス領域Ｂでは、領域Ａから移行したときは「０」の保持され、領域Ｃから移行したときは「１」に保持される。リーンバーン制御フラグＦＫＢＳＭＪＧは、後述する図４のステップＳ１２で参照される。
【００３０】
続くステップＳ２では、下記式により目標当量比ＫＣＭＤの燃料冷却補正を行い、最終目標空燃比係数ＫＣＭＤＭを算出する。
【００３１】
ＫＣＭＤＭ＝ＫＣＭＤ×ＫＥＴＣ
ＫＥＴＣは、燃料冷却補正係数であり、ＫＣＭＤ値が増加するほど増加するように設定される。燃料冷却補正は、ＫＣＭＤ値が増加し、燃料噴射量が増加するほど噴射による燃料冷却効果が大きくなることを考慮して行うものである。
【００３２】
ステップＳ３では、後述する図４及び５の還元リッチ化制御処理を実行し、ステップＳ４では、ＬＡＦセンサ１４の検出値を当量比に換算して、検出当量比ＫＡＣＴを算出する。続くステップＳ５では、検出当量比ＫＡＣＴと目標当量比ＫＣＭＤの偏差に基づくＰＩＤ制御により、検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに一致するように空燃比補正係数ＫＬＡＦを算出する。
【００３３】
図４及び５は、図２のステップＳ３で実行される還元リッチ化制御処理のフローチャートである。
【００３４】
図４のステップＳ１１では、エンジン１がＬＡＦセンサ１４の検出値に応じたフィードバック制御を実行する運転状態にあることを「１」で示すフィードバック制御フラグＦＬＡＦＦＢが「１」か否かを判別し、ＦＬＡＦＦＢ＝１であってフィードバック制御を実行する運転状態にあるときは、リーンバーン制御フラグＦＫＢＳＭＪＧが「０」か否かを判別し（ステップＳ１２）、ＦＫＢＳＭＪＧ＝０であってリーンバーン制御を実行する運転状態であるときは、目標当量比ＫＣＭＤが、理論空燃比より若干リーン側の値に設定される所定当量比ＫＣＭＤＬＢ（例えば、０．９８）以下か否かを判別する（ステップＳ１３）。
【００３５】
ステップＳ１１〜Ｓ１３のいずれかの答が否定（ＮＯ）であるときは、還元リッチ化の実行中であることを「１」で示す還元リッチ化フラグＦＲＲＯＫを「０」に設定するとともに、カウンタＣＴＲＲに第１の所定値ＣＴＲＲＩＮＴ１（図７（ｃ）参照）を設定して（ステップＳ１４）、還元リッチ化を実行することなく本処理を終了する。
【００３６】
ステップＳ１１〜Ｓ１３の答が全て肯定（ＹＥＳ）である状態、すなわちリーンバーン制御が実行可能であるときは、ステップＳ１５に進み、図６（ａ）に示すＣＴＳＶマップの検索を行い、カウンタＣＴＲＲの増分値ＣＴＳＶを算出する。ＣＴＳＶマップは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて増分値ＣＴＳＶが設定されたマップであり、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが増加するほど、ＣＴＳＶ値が増加するように設定されている。続くステップＳ１６では、カウンタＣＴＲＲの値を増分値ＣＴＳＶだけインクリメントし、次いでカウンタＣＴＲＲの値が前記第１の所定値ＣＴＲＲＩＮＴ１より小さい所定閾値ＣＴＲＲＡＣＴ（図７（ｃ）参照）以上か否かを判別する（ステップＳ１７）。リーンバーン制御が実行可能となった直後は、カウンタＣＴＲＲは、第１の所定値ＣＴＲＲＩＮＴ１に設定されている（ステップＳ１４）ため、ＣＴＲＲ≧ＣＴＲＲＡＣＴであり、ステップＳ１８に進む。
【００３７】
ステップＳ１８では、還元リッチ化フラグＦＲＲＯＫが「１」か否かを判別する。最初は、ＦＲＲＯＫ＝０であるので、これを「１」に設定し（ステップＳ１９）、ステップＳ２１に進んでエンジン回転数ＮＥが第１の所定回転数ＮＫＣＭＤＲＲＬ（例えば１０００ｒｐｍ）より高いか否かを判別し、ＮＥ＞ＮＫＣＭＤＲＲＬであるときは、エンジン回転数ＮＥが第１の所定回転数ＮＫＣＭＤＲＲＬより高い第２の所定回転数ＮＫＣＭＤＲＲＨ（例えば、２０００ｒｐｍ）より高いか否かを判別する（ステップＳ２２）。そして、ＮＥ≦ＮＫＣＭＤＲＲＬであって低回転領域にあるときは、ダウンカウントタイマタイマｔｍＲＲを低回転用所定時間ＴＭＲＲＬ（例えば３００ｍｓｅｃ）に設定し（ステップＳ２５）、ＮＫＣＭＤＲＲＬ＜ＮＥ≦ＮＫＣＭＤＲＲＨであって中回転領域にあるときは、タイマｔｍＲＲを、低回転用所定時間ＴＭＲＲＬより長い中回転用所定時間ＴＭＲＲＭ（例えば５００ｍｓｅｃ）に設定し（ステップＳ２４）、ＮＥ＞ＮＫＣＭＤＲＲＨであって高回転領域にあるときは、タイマｔｍＲＲを中回転用所定時間ＴＭＲＲＭより長い高回転用所定時間ＴＭＲＲＨ（例えば８００ｍｓｅｃ）に設定して（ステップＳ２３）、ステップＳ２６に進む。
【００３８】
ステップＳ２６では、ステップＳ２３、Ｓ２４またはＳ２５で設定したタイマｔｍＲＲをスタートさせる（図７（ｂ）、時刻ｔ１参照）、次いで図６（ｂ）に示すＫＣＭＤＲＲマップを検索して還元リッチ化目標当量比ＫＣＭＤＲＲを算出し（ステップＳ２８）、最終目標空燃比係数ＫＣＭＤＭを還元リッチ化目標当量比ＫＣＭＤＲＲに設定して（ステップＳ２９）、本処理を終了する。
【００３９】
ＫＣＭＤＲＲマップは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて還元リッチ化目標当量比ＫＣＭＤＲＲが設定されたマップであり、エンジン回転数ＮＥが増加するほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが増加するほど、ＫＣＭＤＲＲ値が増加するように設定されている。なお、すべての設定値は１．０より大きい値である。
【００４０】
還元リッチ化フラグＦＲＲＯＫがステップＳ１９で「１」に設定され、還元リッチ化が開始されると、以後はステップＳ１８の答が肯定（ＹＥＳ）となり、ステップＳ２７に進んで、タイマｔｍＲＲの値が「０」か否かを判別する。最初は、ｔｍＲＲ＞０であるので、前記ステップＳ２８に進み、ｔｍＲＲ＝０となると（図７、時刻ｔ２）、還元リッチ化フラグＦＲＲＯＫを「０」に設定し（ステップＳ３０）、カウンタＣＴＲＲを所定閾値ＣＴＲＲＡＣＴより小さい第２の所定値ＣＴＲＲＩＮＴ２（例えば０）に設定して（ステップＳ３１）、還元リッチ化を終了する。ステップＳ３０、Ｓ３１を実行する場合は、最終目標空燃比係数ＫＣＭＤＭは図２のステップＳ２で算出された値が保持されるので、リーンバーン制御が開始される。
【００４１】
以後は、ステップＳ１６及びＳ１７が繰り返し実行され、すなわちリーンバーン制御が実行され、カウンタＣＴＲＲの値が所定閾値ＣＴＲＲＡＣＴに達すると（図７、時刻ｔ３）、ステップＳ１８以下に進んで還元リッチ化を実行する。
【００４２】
図７は、図４及び５の処理を説明するためのタイムチャートであり、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ最終目標空燃比係数ＫＣＭＤＭ、タイマｔｍＲＲの値及びカウンタＣＴＲＲの値の推移を示し、同図（ｂ）のＫＣＭＤＭ０は理論空燃比相当の値（１．０）であり、ＫＣＭＤＭＬは、例えばＡ／Ｆ＝２２相当の値である。
【００４３】
図７は、時刻ｔ１においてリーンバーン制御が実行不可の状態から実行可能の状態に移行した場合、すなわちエンジン運転状態がストイキ領域Ｃからリーンバーン領域Ａに移行した場合（またはストイキ領域Ｃからヒステリシス領域Ｂを経由して時刻ｔ１においてリーンバーン領域Ａに移行した場合）の動作例を示している。リーンバーン領域Ａへ移行すると、先ず還元リッチ化処理が時刻ｔ１からｔ２まで実行され、その後リーンバーン制御が開始される。このとき、カウンタＣＴＲＲは、第２の所定値ＣＴＲＲＩＮＴ２に設定される。ここで、タイマｔｍＲＲは、エンジン回転数ＮＥが高いほど長い時間に設定され（ステップＳ２１〜Ｓ２５）、また還元リッチ化目標当量比ＫＣＭＤＲＲは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが高いほど大きな値に設定されるので、リッチ化の度合は、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが高いほど大きくなるように制御される。エンジン回転数ＮＥが高いほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが高いほど、排気ガス流量（体積／時間）または排気ガス流速（体積／（時間・断面積））は増加するので、本実施形態では、排気ガス流量または排気ガス流速が増加するほど、還元リッチ化の度合が大きくなるように制御される。
【００４４】
したがって、空燃比を理論空燃比近傍の空燃比に制御するストイキ領域Ｃから直接またはヒステリシス領域を経由して、リーンバーン制御を実行するリーンバーン領域Ａに移行したときは、先ず還元リッチ化が実行され、その後リーンバーン制御が実行される。したがって、理論空燃比近傍の空燃比への制御中にＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを、リーンバーン制御開始前に還元して放出させることができ、リーンバーン制御開始当初におけるＮＯｘ排出量の増加を抑制し、良好な排気ガス特性を維持することができる。しかも、還元リッチ化の度合は、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが高いほど、大きくなるように制御されるので、エンジン運転状態に応じた適切な還元リッチ化を行うことができ、ＮＯｘまたはＨＣ，ＣＯの排出量を増加させることなく、良好な排気ガス特性を維持することができる。
なお、還元リッチ化の度合が、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが高いほど、言い換えれば、排気ガス流量が増加するほど、大きくなるように制御されるが、これは下記のような理由による。
すなわち一般に、ＮＯｘ吸収剤では、還元リッチ化時に排気ガス流量が増加すると、ＮＯｘ吸収剤を内蔵する排気ガス浄化装置での排気ガスの流速が速くなるので、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ成分が、ＮＯｘ吸収剤から放出されるＮＯｘと出会う機会（ＮＯｘがＨＣ，ＣＯ成分によって還元される機会）が減少し、還元効率が低下する。
そこで、こうした排気ガス流量の増加時に還元効率が低下することを防止するために、本願発明では、還元リッチ化時に、排気ガス流量が増加するほど、還元リッチ化の度合を大きくして、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ成分が、ＮＯｘ吸収剤から放出されたＮＯｘと出会う機会を増加させるようにしている。
還元リッチ化時に排気ガス流量の増加に応じて還元リッチ化の度合を大きくした場合には、その後のリーンバーン制御時において良好なＮＯｘ浄化率（ＮＯｘ吸収剤の良好な吸着率）を得られることが、実験的に確認されている。
【００４５】
そして、リーンバーン制御の実行中にカウンタＣＴＲＲの値が所定閾値ＣＴＲＲＡＣＴに達すると（図７、ｔ３）、そのときのエンジン回転数ＮＥに応じてタイマｔｍＲＲに所定時間ＴＭＲＲＬ，ＴＭＲＲＭ，またはＴＭＲＲＨが設定されるとともに、そのときのエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて還元リッチ化目標当量比ＫＣＭＤＲＲが設定され、還元リッチ化が開始される。その後、タイマｔｍＲＲの値が「０」になると（図７、ｔ４）、還元リッチ化を終了し、カウンタＣＴＲＲの値が第２の所定値ＣＴＲＲＩＮＴ２の戻される。以後、リーンバーン制御が実行可能なエンジン運転状態が継続していれば、時刻ｔ４以後も時刻ｔ２からｔ４までと同様の動作が繰り返される。
【００４６】
このようにリーンバーン制御がカウンタＣＴＲＲの値と所定閾値ＣＴＲＲＡＣＴで決まる所定時間（ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＬ３、…）継続したときは、還元リッチ化が実行され、しかも還元リッチ化の度合は、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが高いほど、大きくなるように制御されるので、エンジン運転状態に応じた適切な還元リッチ化を行うことができ、ＮＯｘまたはＨＣ，ＣＯの排出量を増加させることなく、良好な排気ガス特性を維持することができる。
【００４７】
ここで、リーン空燃比制御が所定時間継続したことをカウンタＣＴＲＲが所定閾値ＣＴＲＲＡＣＴに達したことにより判定し、該カウンタＣＴＲＲの増分値ＣＴＳＶは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また吸気管内絶対圧ＰＢＡが高いほど、大きな値に設定され、この増分値ＣＴＳＶの値が大きくなるほどリーンバーン制御の継続される前記所定時間（ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＬ３、…）が短くなる。したがって、排気ガス流量の増加に対応して還元リッチ化の時間的割合も増加し、エンジン運転状態に応じた適切な還元リッチ化を行うことができる。
【００４８】
なお、図７は、図４及び５の処理を説明するために示すものであり、わかりやすくするために、リーンバーン制御の時間的割合（＝ＴＬ／（ＴＲ＋ＴＬ））が実際より小さく、換言すれば還元リッチ化を実行する時間的割合（＝ＴＲ／（ＴＲ＋ＴＬ））が実際より大きく示されている。また、カウンタＣＴＲＲの増分値ＣＴＳＶは、エンジン運転状態に応じて変化するので、カウンタＣＴＲＲの値は、必ずしも図７に示すように直線的に増加するとは限らない。
【００４９】
本実施形態では、図２のステップＳ１及び図４のステップＳ１２がリーンバーン領域判定手段に相当し、図２のステップＳ１及び図４のステップＳ１３〜Ｓ３１が空燃比制御手段に相当する。
【００５０】
また、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、還元リッチ化の度合を排気ガス流量に応じて制御するために、還元リッチ化の実行時間（ｔｍＲＲ）、及び設定空燃比（ＫＣＭＤＲＲ）を全て変更するようにしたが、これらのうちのいずれか１つを変更するようにしてもよい。さらに、還元リッチ化の実行時間をエンジン回転数及びエンジン負荷に応じて設定するようにしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、機関の運転状態に応じて混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン化するリーンバーン領域が判定され、リーンバーン領域と判定されたときは、混合気の空燃比が一時的に理論空燃比よりリッチ化されるとともに、該リッチ化の度合が排気ガス流量の増加に応じて大きくなるように設定され、その後理論空燃比よりリーン側に設定されるので、窒素酸化物吸収剤を内蔵する排気ガス浄化装置を備えた機関の空燃比制御を適切に行い、特にリーンバーン制御開始当初におけるＮＯｘ排出量の増加を抑制し、良好な排気ガス特性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる内燃エンジン及びその空燃比制御装置の構成を示す図である。
【図２】空燃比センサの出力に応じた空燃比フィードバック制御を実行する処理のフローチャートである。
【図３】エンジン回転数及び吸気管内絶対圧に応じて判定されるエンジン運転領域を説明するための図である。
【図４】還元リッチ化を実行する処理のフローチャートである。
【図５】還元リッチ化を実行する処理のフローチャートである。
【図６】図４及び５の処理で使用するマップを示す図である。
【図７】図４及び５の処理で使用されるパラメータ値の推移を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃エンジン
５ 電子コントロールユニット（リーンバーン領域判定手段、空燃比制御手段）
６ 燃料噴射弁
１２ 排気管
１６ 排気ガス浄化装置

Claims (1)

1. 内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスリーン状態において排気ガス中の窒素酸化物を吸収する窒素酸化物吸収剤を内蔵する排気ガス浄化装置を備え、前記機関に供給する混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記機関の運転状態に応じて前記混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーンバーン領域を判定するリーンバーン領域判定手段と、
   前記リーンバーン領域と判定したときは、前記混合気の空燃比を一時的に理論空燃比よりリッチ側に設定するとともに、該リッチ化の度合が排気ガス流量の増加に応じて大きくなるように設定し、その後理論空燃比よりリーン側に設定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。

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