JPH11200853A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

エンジンの排気浄化装置

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JPH11200853A
JPH11200853A JP10005567A JP556798A JPH11200853A JP H11200853 A JPH11200853 A JP H11200853A JP 10005567 A JP10005567 A JP 10005567A JP 556798 A JP556798 A JP 556798A JP H11200853 A JPH11200853 A JP H11200853A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素吸着能力を有する触媒に経時劣化が生じ
たりこの触媒の温度条件が相違しても、NOx吸蔵還元
型三元触媒への供給HC、CO量を過不足なく与える。 【解決手段】 リッチ側の雰囲気でNOxを脱離しつつ
HC、COの存在下でこの脱離NOxを還元する機能を
有する第一触媒21と、この第一触媒21の上流にあっ
て酸素吸着能力を有する第二触媒22とを排気通路に配
置する一方で、リーン運転からストイキ運転への切換時
に空燃比を所定のリッチ化程度までステップ的にリッチ
化したあと直ぐに所定のリカバー速度でストイキに戻す
ことにより、リッチ化処理を行う手段23を備えるエン
ジンの排気浄化装置において、第二触媒22の酸素吸着
能力を推定手段24が推定し、この推定した酸素吸着能
力が小さくなるほど前記ステップ変化時のリッチ化程度
を小さくなる側に補正手段25が補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はエンジンの排気浄
化装置、特にエンジンをリーン(希薄混合気)運転させ
るものに関する。
【0002】
【従来の技術】空燃比が理論空燃比(以下ストイキで略
称する)よりもリーンのときにはNOxを吸収し、空燃
比がストイキよりもリッチになると吸収したNOxを脱
離するNOx吸収剤を排気通路に設けておき、この吸収
剤へのNOx吸着量が限界にきたと判断したら、ごく短
時間だけ空燃比をストイキよりもリッチ側に制御(リッ
チ化処理)するようにしたものがある(たとえば特開平
6−66185号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、NOx吸収
剤に触媒機能を持たせたもの(このものを以下NOx吸
蔵還元型三元触媒という)があり、このNOx吸蔵還元
型三元触媒では、リッチ運転時にNOxを脱離するだけ
でなく、この脱離したNOxを、リッチ運転において多
く排出されるHC、COを還元剤として用いて浄化する
ことができる。
【0004】ただし、NOx吸蔵還元型三元触媒は熱劣
化しやすいので、三元触媒の下流に配置することが考え
られる。
【0005】この場合に、上流側の三元触媒(以下、単
に三元触媒という)には酸素吸着能力があるので、リッ
チ運転によりNOx吸蔵還元型三元触媒に供給されるH
C、COの一部が、三元触媒に吸着されている酸素によ
り酸化(消費)されてしまうため、NOx吸蔵還元型三
元触媒への供給HC、CO量が不足し、これによってN
Oxを効率よく還元処理できなくなることがわかった。
【0006】これに対処するにはNOx吸蔵還元型三元
触媒に吸着されているNOxの脱離還元に必要な量に対
応してストイキからのリッチ化程度の基本値を定めると
ともに、三元触媒により酸化されるHC、CO分がある
ことを見越してストイキからのリッチ化程度が大きくな
る側に増大する(リッチ化程度の基本値に補正量を加え
る)ことである。
【0007】しかしながら、経時劣化や温度条件により
三元触媒の酸素吸着能力や酸化能力が変化するため、三
元触媒の酸素吸着能力を考慮した上記補正量が一定値で
あるのでは、NOx吸蔵還元型三元触媒への供給HC、
CO量に過不足を生じる。たとえば、新品の三元触媒に
対して最適となるように補正量をマッチングした場合
に、三元触媒が劣化してくると(酸素吸着能力が低下す
る)、三元触媒により酸化されるHC、CO量が減る分
だけ、NOx吸蔵還元型三元触媒への供給HC、CO量
が過剰となるのである。
【0008】そこで本発明は、三元触媒など酸素吸着能
力を有する触媒の酸素吸着能力を推定し、上記の補正量
(またはこの補正量にストイキからのリッチ化程度の基
本値を加えた値)をこの酸素吸着能力に応じて設定する
ことにより、酸素吸着能力を有する触媒に経時劣化が生
じたり酸素吸着能力を有する触媒の温度条件が相違して
も、NOx吸蔵還元型三元触媒への供給HC、CO量を
過不足なく与えることを第1の目的とする。
【0009】一方、図16実線で示したように、リッチ
化程度の基本値に上記の補正量を加えた値(KRICH
ST)でリーン運転からストイキ運転への切換時にステ
ップ変化させるとともに、ステップ変化の後は所定のリ
カバー速度DRSPでストイキ側に戻すことによりリッ
チ化処理を行う場合に、そのステップ変化時のリッチ化
程度(KRICHST)がリッチ側の燃焼安定限界(R
SPMAX)を超えているときにまでそのステップ変化
時のリッチ化程度をそのまま与えたのでは燃焼の不安定
より運転性が低下するので、ステップ変化時のリッチ化
程度を燃焼安定限界に制限しなければならない。
【0010】しかしながら、ステップ変化の後に与える
リカバー速度DRSPが、ステップ変化時のリッチ化程
度が制限されない場合と同じ値であるのでは、NOx吸
蔵還元型三元触媒に供給するHC、CO量が不足する。
図16においてハッチングで示した三角形の面積がほぼ
NOx吸蔵還元型三元触媒に供給するHC、CO量に相
当するところ、リカバー速度DRSPが、ステップ変化
時のリッチ化程度が制限されない場合と同じ値であると
き(二点鎖線参照)、三角形の面積が小さくなってしま
うからである。
【0011】そこで本発明は、ステップ変化時のリッチ
化程度が燃焼安定限界に制限される場合に、NOx吸蔵
還元型三元触媒に供給するHC、CO量が、ステップ変
化時のリッチ化程度が制限されない場合と同じになるよ
うにリカバー速度を補正することにより、ステップ変化
時のリッチ化程度が制限される場合にも、NOx吸蔵還
元型三元触媒に供給するHC、CO量が不足しないよう
にすることを第2の目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、図22に
示すように、ストイキよりもリーン側の雰囲気で排気中
のNOxを吸着し、ストイキよりもリッチ側の雰囲気で
NOxを脱離しつつHC、COの存在下でこの脱離NO
xを還元する機能を有する第一触媒(たとえばNOx吸
収触媒)21と、この第一触媒21の上流にあって酸素
吸着能力を有する第二触媒(たとえば三元触媒)22と
を排気通路に配置する一方で、リーン運転からストイキ
運転への切換時に空燃比を所定のリッチ化程度までステ
ップ的にリッチ化したあと直ぐに所定のリカバー速度で
ストイキに戻すことにより、リッチ化処理を行う手段2
3を備えるエンジンの排気浄化装置において、前記第二
触媒22の酸素吸着能力を推定する手段24と、この推
定した酸素吸着能力が小さくなるほど前記ステップ変化
時のリッチ化程度を小さくなる側に補正する手段25と
を設けた。
【0013】第2の発明では、第1の発明において、前
記リッチ化処理手段23が、図23に示すように、第一
触媒に対するNOx脱離還元基本値SNORSをリーン
運転継続時間に応じて設定する手段31と、第二触媒に
対する酸素吸着基本値B FORSをリーン運転継続時
間に応じて設定する手段32と、これらの和をステップ
変化時のリッチ化程度KRICHSTとして設定する手
段33と、ステップ変化の直後より所定のリカバー速度
でリッチ化程度を減少させる手段34とからなる場合
に、前記リッチ化程度補正手段25が、第二触媒の酸素
吸着能力が小さくなるほど小さくなる値の補正係数AD
HOSを設定する手段35と、この補正係数ADHOS
で前記酸素吸着基本値B FORSを補正する手段36
とからなる。
【0014】第3の発明では、第1の発明において、前
記リッチ化処理手段23が、図24に示すように、第一
触媒に対するNOx脱離還元基本値と第二触媒に対する
酸素吸着基本値とを合わせたものをステップ変化時のリ
ッチ化程度KRICHSTとしてリーン運転時のエンジ
ン回転数とエンジントルクに応じて設定する手段41
と、ステップ変化の直後より所定のリカバー速度でリッ
チ化程度を減少させる手段42とからなる場合に、前記
リッチ化程度補正手段25が、第二触媒の酸素吸着能力
が小さくなるほど小さくなる値の補正係数ADHOSを
設定する手段43と、この補正係数ADHOSで前記ス
テップ変化時のリッチ化程度を補正する手段44とから
なる。
【0015】第4の発明では、第1から第3までのいず
れか一つの発明において前記リッチ化処理の直前の状態
で酸素吸着能力を推定する。
【0016】第5の発明では、第1から第4までのいず
れか一つの発明において前記第二触媒の前後に設けた酸
素濃度センサ(O2センサまたは実際の空燃比を検出可
能なセンサ)出力の振幅比または周波数比から酸素吸着
能力を推定する。
【0017】第6の発明は、図25に示すように、スト
イキよりもリーン側の雰囲気で排気中のNOxを吸着
し、ストイキよりもリッチ側の雰囲気でNOxを脱離し
つつHC、COの存在下でこの脱離NOxを還元する機
能を有する第一触媒(たとえばNOx吸収触媒)21
と、この第一触媒21の上流にあって酸素吸着能力を有
する第二触媒(たとえば三元触媒)22とを排気通路に
配置する一方で、リーン運転からストイキ運転への切換
時に空燃比を所定のリッチ化程度までステップ的にリッ
チ化したあと直ぐに所定のリカバー速度でストイキに戻
すことにより、リッチ化処理を行う手段23を備えるエ
ンジンの排気浄化装置において、前記リッチ化処理によ
り第一触媒21に供給されるHC、COのうち前記第二
触媒22が吸着している酸素により酸化する分だけ前記
ステップ変化させるリッチ化程度を贈大させる手段51
と、この増大させたステップ変化時のリッチ化程度がリ
ッチ側の燃焼安定限界RSPMAXを超える場合にステ
ップ変化のリッチ化程度を燃焼安定限界RSPMAXに
制限するとともに、ステップ変化時のリッチ化程度が燃
焼安定限界RSPMAXに制限されない場合と同じH
C、CO量がNOx吸収触媒に供給されるように前記リ
カバー速度を補正する手段52とを設けた。
【0018】第7の発明では、第6の発明において前記
リッチ化処理の直前の状態で酸素吸着能力を推定する。
【0019】第8の発明では、第6または第7の発明に
おいて前記第二触媒の前後に設けた酸素濃度センサ(O
2センサまたは実際の空燃比を検出可能なセンサ)出力
の振幅比または周波数比から酸素吸着能力を推定する。
【0020】
【発明の効果】第1の発明では第二触媒の酸素吸着能力
を推定し、この推定した酸素吸着能力が小さくなるほど
ステップ変化時のリッチ化程度を小さくなる側に補正す
るので、第二触媒に経時劣化が生じたり第二触媒の温度
条件が相違しても、第一触媒への供給HC、CO量を過
不足なく与えることができる。
【0021】第二触媒の酸素吸着能力は経時劣化や温度
条件によって変化するため、リッチ化処理の直前の状態
でない状態で酸素吸着能力を推定したのでは、酸素吸着
能力の推定精度が悪くなるが、第4と第7の各の発明に
よればリッチ化処理の直前の状態で酸素吸着能力を推定
するので、酸素吸着能力の推定精度が高まる。
【0022】第4の発明では、ステップ変化時のリッチ
化程度が燃焼安定限界に制限される場合でも、NOx吸
蔵還元型三元触媒に要求されるHC、CO量を不足なく
供給できる。
【0023】
【発明の実施の形態】図1において、1はエンジン本
体、2は吸気通路、3は吸気絞り弁、4はコントロール
ユニット11からの噴射信号により運転条件に応じて所
定の空燃比となるように、筒内に直接燃料を噴射供給す
る燃料噴射弁である。
【0024】コントロールユニット11にはクランク角
センサ12からのRef信号とPos信号、エアフロー
メータ13からの吸入空気量信号、排気通路5に設置し
たO2センサ14からの空燃比(酸素濃度)信号、さら
には水温センサ(図示しない)からのエンジン冷却水温
信号、トランスミッションのギア位置センサ(図示しな
い)からのギア位置信号、車速センサ(図示しない)か
らの車速信号等が入力し、これらに基づいて運転状態を
判断しながら、負荷のそれほど大きくない所定の運転域
においてはリーン空燃比による運転を行い、それ以外の
運転域では空燃比を主にストイキへと制御する。たとえ
ば、 車速が図2に示したように変化するとき、リーン
運転を許可するフラグFLEAN(後述する)が図示の
ように変化し、FLEAN=1のときリーン運転が、ま
たFLEAN=0のときストイキ運転が行われる。
【0025】排気通路5には第二触媒として、酸素吸着
能力を有する三元触媒6が設置され、ストイキ運転時に
最大の転換効率をもって、排気中のNOxの還元とH
C、COの酸化を行う。しかしながら、三元触媒6はリ
ーン空燃比のときにはHC、COを酸化するが、NOx
の還元効率が低い。このため、三元触媒6の下流側に第
一触媒として、ストイキよりもリーン側の雰囲気で排気
中のNOxを吸着し、ストイキよりもリッチ側の雰囲気
でNOxを脱離しつつHC、COの存在下でこの脱離N
Oxを還元する機能を有するNOx吸蔵還元型三元触媒
7が設置され、リーン運転域で発生するNOxがこのN
Ox吸蔵還元型三元触媒7に吸着される。
【0026】そして、長時間続けてリーン運転が続くと
きには、NOx吸蔵還元型三元触媒7がNOxを吸着し
きれなくなるので、リーン運転からストイキ運転への切
換時に空燃比のリッチ化処理を行う(図2の場合であれ
ば、B区間でNOx吸蔵還元型三元触媒7に吸着したN
Oxを還元処理するため、その直後のC点でリッチ化処
理を行う)。
【0027】さて、三元触媒6には、酸素吸着能力があ
るので、空燃比のリッチ化処理によりNOx吸蔵還元型
三元触媒7に供給されるHC、COの一部が、三元触媒
6に吸着されている酸素により酸化(消費)されてしま
うため、その分だけNOx吸蔵還元型三元触媒7への供
給HC、CO量が不足してNOxを効率よく還元処理で
きなくなる。
【0028】これに対処するにはNOx吸蔵還元型三元
触媒7に吸着されているNOxの脱離還元に必要な量に
対応してストイキからのリッチ化程度の基本値(第1実
施形態で後述するSNORSとB FORSの和、第3
実施形態で後述するKRICH0)を定めるとともに、
三元触媒6により酸化されるHC、CO分があることを
見越してストイキからのリッチ化程度が大きくなる側に
増大することである。
【0029】たとえば、図3に示したようにリーン運転
からストイキ運転への切換タイミングで空燃比フィード
バック補正係数α(ストイキ運転時にフロント側O2
ンサ14出力に基づいて演算され、ストイキ運転以外で
は1.0にクランプされる)をリッチ化程度の分だけス
テップ的に大きくし、その後はリカバー速度DRSPで
αを小さくし、フロント側O2センサ14出力がスライ
スレベルと一致したタイミングで処理を終了することに
より、リッチ化処理を行う場合に、ステップ変化時のリ
ッチ化程度KRICHSTを三元触媒6の酸素吸着能力
を考慮した補正量の分だけ大きくするのである。
【0030】しかしながら、経時劣化や温度条件により
三元触媒6の酸素吸着能力や酸化能力が変化するため、
三元触媒6の酸素吸着能力を考慮した補正量が一定値で
あるのでは、NOx吸蔵還元型三元触媒7への供給H
C、CO量に過不足が生じる。
【0031】そこで本発明の第1実施形態では、三元触
媒6の下流(かつNOx吸蔵還元型三元触媒7の上流)
にもO2センサ15を設け、三元触媒6前後の2つのO2
センサ14、15出力の振幅比(または周波数比)から
三元触媒6の酸素吸着能力を推定し、空燃比のリッチ化
程度の基本値に対する補正量をこの酸素吸着能力に応じ
て設定する。これを再び図2を用いて説明すると、A区
間ではストイキ運転のため、通常の空燃比フィードバッ
ク制御を行っている。このA区間を利用して三元触媒6
の酸素吸着能力を得るため、そのときのフロント側O2
センサ14出力の振幅平均とリア側O2センサ15出力
の振幅平均を各々演算し、それらの比を計算する。そし
て、その振幅比によって三元触媒6の酸素吸着能力を推
定する。かりに振幅比が大きい(酸素吸着能力が大き
い)場合は、B区間で三元触媒6に酸素が多量に吸着さ
れ、この吸着された酸素が、C点での空燃比のリッチ化
により発生させる還元剤(HC、CO)を多量に酸化し
てしまうためC点での空燃比のリッチ化程度を増大する
側に変更する。
【0032】コントロールユニット11で実行されるこ
の制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説
明する。
【0033】まず、図4はリーン運転条件の判定を行う
ためのもので、一定時間毎(たとえば10msec毎)に実
行する。
【0034】ステップ1では、エンジン回転数NE、車
速VSP、アクセル開度APTV、冷却水温TWNなど
を読み込み、これらに基づいて図示しないサブルーチン
においてリーン許可条件(後述する)の一つ一つを判定
する。
【0035】ステップ2ではリーン運転許可フラグFL
EANの値を前回リーン運転許可フラグ(前回のリーン
運転許可フラグの値を格納するためのフラグ)FLEA
NOLDに移した後、ステップ3、4で次の条件 〈1〉 リッチ化処理フラグFRSP=0であること
(つまりリッチ化処理中でない こと)、〈2〉 リ
ーン許可条件の全てのフラグが1であること、をみて、
いずれかの条件を満たさないときは、ステップ5に進ん
でリーン運転許可フラグFLEANに “0” (リーン
運転を許可しない)を、また2つの条件とも満たすとき
はステップ6に進んでリーン運転許可フラグFLEAN
に “1” (リーン運転を許可する)を入れる。
【0036】ここで、 〈2〉 のリーン許可条件には、
エンジンの暖機が完了していること(このときフラグF
LTWN=1)、エンジン回転数NEが所定のリーン運
転領域にあること(このときフラグFLRPM=1)、
車速VSPが所定の範囲にあること(このときフラグF
LVSP=1)、アクセル開度APTVが所定値以下で
あること(このときフラグFLAPTV=1)などがあ
り、 〈2〉 のフラグとは、これら各フラグFLTW
N、FLRPM、FLVSP、FLAPTVのことであ
る。
【0037】ステップ7では前回リーン運転許可FLE
ANOLDをみて、FLEANOLD ≠1 のとき(つ
まり今回、リーン運転許可に切換わったとき)はステッ
プ8でリーン運転継続時間を計測するためのカウンタC
LTに0を入れてリセットし、これに対してFLEAN
OLD= 1 のとき(つまりリーン運転許可が継続され
ているとき)はステップ9に進んでカウンタCLTをイ
ンクリメントする。
【0038】図5は三元触媒前後の2つのO2センサ出
力の振幅比Var演算の許可判定を行うためのもので、
図4とは独立に10msec毎に実行する。
【0039】ステップ11では吸入空気量Qa、エンジ
ン回転数NE、冷却水温TWNを読み込み、ステップ1
2〜15において次の条件 〈1〉 リーン運転許可フラグFLEAN=0であるこ
と、〈2〉 吸入空気量Qaが所定の範囲(Qmin ≦ Q
a ≦ Qmax)にあること、〈3〉 NOx吸蔵還元型三
元触媒7が活性化していること(つまり冷却水温TWN
が所定の範囲(TWNMIN < TWN)にあるこ
と)、〈4〉 フラグFLEANの “1” より “0”
への切換時より所定のディレイ時間Td(たとえば2
〜3秒)以上経過していることを1つづつチェックし、
各項目の全てを満たしたとき、ステップ16で振幅比演
算を許可し(振幅比演算許可フラグFCALVAR=
1)、1つでも反するときはステップ17に進んで振幅
比演算を不許可とする(振幅比演算許可フラグFCAL
VAR=0)。
【0040】上記 〈2〉 において、吸入空気量Qaが
その下限値Qmin未満であるときやQaが上限値Qmax以
上の領域で振幅比演算を許可しないのは、この領域では
酸素吸着能力の判定ができないためである。また、上記
〈4〉 のようにディレイ時間Tdを設けたのは、リー
ン運転許可フラグFLEANによりストイキ運転に切換
えたからといって、すぐには三元触媒6の中がストイキ
の雰囲気にならないので、三元触媒6の中がストイキの
雰囲気になるのを待つためである。
【0041】図6は振幅比Varを演算するためのもの
で、図5に続けて10msec毎に実行する。
【0042】ステップ21では振幅比演算終了フラグ
(始動時に “0” に初期設定)をみる。振幅比演算終
了フラグ=0のときはステップ22に進んで初期値設定
フラグFST=0かつ長さ相当積算カウンタn=0とし
て初期化し、ステップ23で振幅比演算許可フラグFC
ALVARをみる。振幅比演算許可フラグFCALVA
R=1であれば、ステップ24、25でカウンタnをイ
ンクリメントするとともに、フロント側O2センサ出力
VO2とリア側O2センサ出力VRO2を読み込む。
【0043】ステップ26では初期値設定フラグFST
をみてFST=0であれば初期値を設定するためステッ
プ27に進む。ステップ27ではフロント側O2センサ
出力VO2の値をVO2(1)に、またリア側O2セン
サ出力VRO2の値をVRO2(1)に入れ、フロント
側O2センサ出力VO2の演算時間当たり(10msec当
たり)変化分の積算値VLC、リア側O2センサ出力V
RO2の演算時間当たり変化分の積算値VRLCにそれ
ぞれ0を入れる。これで初期値の設定を終了するので、
ステップ28ではFST=1とする。
【0044】このFST=1により、条件が前回と変わ
らない限り、次回以降ステップ26よりステップ29に
進むことになる。
【0045】ステップ29ではフロント側O2センサ出
力VO2の前回からの変化分(つまり演算時間当たり
(10msec当たり)の変化分)の絶対値 | VO2
(1)−VO2 | をVLCに加算した値を改めてVL
Cとおく。ステップ29の操作は、後述するようにカウ
ンタ値nが1000に達する(つまり10msec×100
0=10秒が経過する)まで続く。
【0046】ここで、図7左側にフロント側O2センサ
出力波形を示すと、ステップ29の操作を続けること
は、図7左側において図示の線図を紐とみなしてその紐
の長さを求めることに相当し、紐の長さ相当であるVL
Cでフロント側O2センサ出力の振幅積算値に代えてい
る。正確には図示の振幅VL(1)、VL(2)、…、
VL(n)を求めなければならないのであるが、演算精
度の点からはステップ29の操作で得られるVLCを振
幅積算値として用いても十分なのである。なお、図7左
側はリア側O2センサ出力波形である。
【0047】図6に戻り、ステップ30はステップ29
と同様の操作であり(リア側O2センサ出力VRO2の
前回からの変化分の絶対値 | VRO2(1)−VRO
2| をVRLCに加算した値を改めてVRLCとお
く)、ステップ31では次回演算のため、VO2、VR
O2の値を対応するVO2(1)、VRO2(1)に移
す。
【0048】ステップ32ではカウンタ値nと1000
を比較し、nが1000となるまではステップ29、3
0、31の操作を繰り返し、n=1000になると、ス
テップ33に進み、VRLCをVLCで除算した値を振
幅比Varとして計算する。この振幅比Varは第二触
媒の酸素吸着能力を示すものであるが、後述のリッチ化
処理に備えて、図5でVar演算が許可される毎に最新
の値に更新され、したがってこの最新のVarはリッチ
化処理の直前の状態の第二触媒の酸素吸着能力を表すこ
とになる。
【0049】なお、振幅比VarはVar(1)〜Va
r(h)までメモリに入れて平均化した値をVarとし
てもかまわない。この平均化したVarも前記と同様に
リッチ化処理の直前の状態の第二触媒の酸素吸着能力を
表す。
【0050】これでVarの演算が終了したので、ステ
ップ34で振幅比演算終了フラグ=1とする。
【0051】図8はリッチ化処理フラグを設定するため
のもので、図4、図5とは独立に10msec毎に実行
する。ステップ41、42では2つのフラグFLEAN
OLD、FLEANをみて、FLEANOLD=1かつ
FLEAN=0のとき(つまりリーン運転よりストイキ
運転への切換時)に限りステップ43に進んで、リッチ
化処理フラグFRSP(始動時に “0” に初期設定)
=1とする。
【0052】図9は空燃比のリッチ化程度KRICHを
演算するためのもので、図8に続けて10msec毎に
実行する。
【0053】ステップ51ではリッチ化処理フラグFR
SPをみてFRSP=1のときはステップ52に進み、
リッチ化程度KRICH(始動時に0に初期設定)をみ
る。リッチ化処理フラグFRSP=1となるタイミング
ではKRICH=0であることよりステップ53、54
に進み、リッチ化程度初期値(ステップ変化時のリッチ
化程度)KRICHSTを演算し(後述する)、この初
期値KRICHST(KRICHST > 0)をKRI
CHに移す。
【0054】一方、KRICH > 0であればステップ
52よりステップ55、56に進み、吸入空気量Qaか
ら図10を内容とするテーブルを検索してリカバー速度
(演算当たり(10msec当たり)のストイキ側戻し量)
DRSPを求め、KRICHからこの値DRSPだけ差
し引いた値をあらためてKRICHとする。
【0055】ここで、リカバー速度DRSPを図10に
示す特性としたのは、空気量(空気流量)Qaが大きい
ほどHC、COの供給流量が増えるからである。
【0056】ステップ57ではKRICHの値をみてK
RICHの値が0以下でなければ、ステップ55、56
の操作を繰り返す。やがてKRICHが0以下になる
と、ステップ57よりステップ58、59に進み、KR
ICHに0を、リッチ化処理フラグをFRSP=0とし
てリッチ化処理を終了する。
【0057】このようにして演算したリッチ化程度KR
ICHを用いることで、前述したように、リーン運転か
らストイキ運転への切換時に空燃比フィードバック補正
係数αが初期値KRICHSTだけステップ的に大きく
なり、その後はリカバー速度DRSPでαが小さくな
る。そして、フロント側O2センサ14出力がスライス
レベルと一致したタイミングで通常の空燃比フィードバ
ック制御が開始される(図3参照)。
【0058】上記の空燃比リッチ化程度の初期値KRI
CHSTの演算については図11(図9のステップ53
のサブルーチン)により説明する。
【0059】図11において、ステップ61、62で
は、リーン運転継続時間カウンタCLTから図12、図
13を内容とするテーブルを検索して、NOx吸蔵還元
型三元触媒7に対するNOx脱離還元用基本値SNOR
S、三元触媒6に対する酸素吸着基本値B FORS
を、またステップ63において最新、すなわちリッチ化
処理直前の状態での振幅比Varから図14を内容とす
るテーブルを検索して、酸素吸着基本値B FORSに
対する補正係数ADHOSをそれぞれ求め、これら3つ
の値を用い、ステップ64において KRICHST=SNORS+B FORS×ADHOS … の式によりリッチ化程度初期値KRICHSTを計算す
る。
【0060】ここで、NOx脱離還元基本値SNORS
は、NOx吸蔵還元型三元触媒7に吸着されているNO
xを脱離還元するためのHC、COを発生させるに必要
な値である。具体的にはSNORSは図12に示したよ
うにリーン運転の継続時間とともに増加し、NOx吸蔵
還元型三元触媒7にNOxが一杯にまで吸着された後は
一定値となる。
【0061】酸素吸着基本値B FORSは、新品状態
の三元触媒6に吸着される酸素量に対応する値であり、
図13に示したように、特性としては図12と同様であ
る(リーン運転の継続時間とともに増加し、三元触媒6
に酸素が一杯にまで吸着された後は一定値となる)。な
お、図12、図13において斜めに立ち上がる直線の傾
きは、触媒容量に依存し、同じエンジンであれば、触媒
容量が大きいほど直線の傾きが緩やかになる。
【0062】補正係数ADHOSは、図14に示したよ
うに、振幅比Varが大きくなるほど小さくなる値であ
る。これは次の理由による。酸素吸着能力が大きい(振
幅比Varが0に近い)三元触媒6の新品時にはリッチ
化処理によりNOx吸蔵還元型三元触媒7へと供給する
HC、COのうち三元触媒6により酸化されてしまう量
が大きいので、その酸化されてしまう量に見合うだけリ
ッチ化程度を大きくしなければならない。そのリッチ化
程度の増し分が図13の特性である。これに対して、経
時劣化により三元触媒6の酸素吸着能力が低下してくる
と(振幅比Varが1に近づく)、NOx吸蔵還元型三
元触媒7への供給HC、CO量のうち三元触媒6により
酸化される量が減ってくる。したがって、劣化状態の三
元触媒6に対しても、リッチ化程度の増し分を新品時と
同じにしたのでは、NOx吸蔵還元型三元触媒7への供
給HC、CO量が多くなりすぎ、燃料が無駄になるばか
りか、余分なHC、COはNOx吸蔵還元型三元触媒7
の下流にそのまま排出されることになり、排気エミッシ
ョンが悪くなる。
【0063】そこで、三元触媒6の酸素吸着能力が低下
してくるほど補正係数ADHOSを小さくすることによ
り、三元触媒6が劣化した状態でも、NOx吸蔵還元型
三元触媒7への供給HC、CO量を過不足なく与えるの
である。
【0064】このように本実施形態では、三元触媒6前
後の2つのO2センサ14、15出力の振幅比(または
周波数比)から酸素吸着能力を推定し、三元触媒の酸素
吸着基本値B FORSに対する補正係数ADHOSを
この酸素吸着能力が小さくなるほど小さくなる値で設定
し、この補正係数ADHOSにより補正される三元触媒
の酸素吸着基本値とNOx吸着触媒のNOx脱離還元基
本値SNORSとの和でリッチ化程度の初期値KRIC
HSTを与えるようにしたので、三元触媒に経時劣化が
生じたり三元触媒の温度条件が相違しても、NOx吸蔵
還元型三元触媒への供給HC、CO量を過不足なく与え
ることができる。
【0065】図15は第2実施形態で、第1実施形態の
図9に置き換わるものである。なお、図9と同一部分に
は同一のステップ番号を付している。
【0066】リッチ化程度の初期値KRICHSTをど
こまでも大きくすることはできず、リッチ側の燃焼安定
の制限から上限値RSPMAX(リッチ側の燃焼安定限
界)が存在する。第2実施形態は、演算したリッチ化程
度初期値KRICHSTがこの上限値RSPMAXを超
える場合に対処するものである。
【0067】この場合、初期値KRICHSTが上限値
RSPMAXに制限されたからといってもNOx吸蔵還
元型三元触媒7に供給するHC、CO量は上限値RSP
MAXに制限されない場合と同じに確保しなければなら
ない。
【0068】ここで、初期値をKRICHST、リカバ
ー速度をDRSPとするとき、NOx吸蔵還元型三元触
媒7に供給するHC、CO量は図16においてハッチン
グで示した三角形の面積にほぼ相当するので、上限値R
SPMAXに制限されるときにも、同じ量のHC、CO
をNOx吸蔵還元型三元触媒7に供給するには三角形の
面積が同じになるようにリカバー速度を緩くしてやれば
よい。上限値RSPMAXに制限される場合のリカバー
速度をDRSP1(破線参照)とすれば、計算によりD
RSP1=DRSP×(RSPMAX/KRICHS
T)2が得られる。
【0069】具体的には、図15ステップ53において
初期値KRICHSTを演算した後、ステップ71でこ
の初期値KRICHSTとリッチ化程度初期値の上限値
RSPMAXを比較し、KRICHST > RSPMA
Xであるときはステップ72に進んで、上限値RSPM
AXをKRICHに入れ、上限値に制限されたことを表
すためステップ73においてフラグFMAXに “1”
を入れる。
【0070】2回目になると、ステップ52よりステッ
プ74に進むことになるので、フラグFMAXをみて、
FMAX=1のときは、ステップ75、76に進み、予
め設定しているリカバー速度DRSP(上限値に制限さ
れない場合のリカバー速度で一定値)に(RSPMAX
/KRICHST)2を掛けて、上限値に制限される場
合のリカバー速度DRSP1を求め、KRICHからこ
のリカバー速度DRSP1だけ差し引いた値を改めてK
RICHとする。
【0071】また、リッチ化処理の終了時には次回演算
のためFMAX=0とする(ステップ77)。
【0072】このように第2実施形態では、リッチ化程
度の初期値KRICHSTがその上限値RSPMAXに
制限される場合でも、NOx吸蔵還元型三元触媒7に要
求されるHC、CO量を不足なく供給できる。
【0073】図17は第3実施形態で、第1実施形態の
図11に置き換わるものである。
【0074】NOx脱離還元基本値SNORSと酸素吸
着基本値B FORSを別々に設定している第1実施形
態に対して、第3実施形態は、エンジン回転数とエンジ
ントルクから、排出されるNOxと酸素量が決定される
ことを利用し、SNORSとB FORSを簡易的に合
わせたものをリッチ化程度の基本値KRICH0として
設定するものである。
【0075】具体的にはステップ81でエンジン回転数
NEとエンジントルクを読み込み、これらからステップ
82、83において図18を内容とするマップを検索し
て、リッチ化程度基本値KRICH0(NOx脱離還元
基本値SNORSおよび酸素吸着基本値B FORSを
合わせたものに相当)を、また振幅比Varから図14
と同等のテーブルを検索して補正係数ADHOS2をそ
れぞれ求め、これらの値を用いステップ84において KRICHST=KRICH0×ADHOS2 … の式によりリッチ化程度初期値KRICHSTを計算す
る。
【0076】第3実施形態でも第1実施形態と同様の作
用効果が得られる。
【0077】さて、ダブルO2センサシステムとして、
空燃比フィードバック補正係数αの演算に用いるフィー
ドバック制御定数(たとえば比例分PL、PR)を三元
触媒のリア側O2センサ出力に基づいて得られる修正量
PHOSにより修正する場合に、修正量PHOSに対し
てαと同様の波形を与えるようにしたものがあり(たと
えば特願平9−81516号参照)、このものでは、修
正量PHOSのフィードバック周期が三元触媒の酸素吸
着能力と強い相関があるので、このフィードバック周期
から酸素吸着能力を推定することができる。
【0078】実施形態では、NOx脱離還元基本値SN
ORSをテーブル検索により求める場合で説明したが、
簡単には一定値でかまわない。また、次のように構成し
てもかまわない。すなわち、NOx濃度をC NOX、
NOx吸収率をTNOXとしたとき、これらと吸入空気
量Qaを用いて、リーン運転時に NOXSUM=NOXSUMOLD+C NOX・Qa・TNOX … ただし、NOXSUMOLD : NOXSUMの前回値 の式によりNOx推定吸収量NOXSUMを計算し(
式の右辺第2項は、演算時間当たりにNOx吸蔵還元型
三元触媒に吸着されるNOx量を表す)、リーン運転よ
りストイキ運転への切換時になると、このNOx推定吸
収量NOXSUMから図19を内容とするテーブルを検
索してNOx脱離還元基本値SNORS2を求めるので
ある。
【0079】なお、上記のNOx濃度C NOXはエン
ジン回転数NEとエンジントルク(またはエンジン負
荷)から図20を内容とするマップを検索して、またN
Ox吸収率TNOXはリーン運転継続時間カウンタCL
Tから図21を検索して求めればよい。
【0080】実施形態では筒内直接燃料噴射式火花点火
エンジンの場合で説明したが、これに限られるものでな
く、リーンバーンシステムに対しても本発明を適用する
ことができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例の制御システム図である。
【図2】車速が変化したときのリーン運転許可フラグの
設定の様子を説明するための波形図である。
【図3】空燃比のリッチ化処理を説明するための波形図
である。
【図4】リーン運転条件の判定を説明するためのフロー
チャートである。
【図5】振幅比Var演算の許可判定を説明するための
フローチャートである。
【図6】振幅比Var演算を説明するためのフローチャ
ートである。
【図7】フロント側とリア側の各O2センサ出力の波形
図である。
【図8】リッチ化処理フラグFRSPの設定を説明する
ためのフローチャートである。
【図9】リッチ化程度KRICHの演算を説明するため
のフローチャートである。
【図10】リカバー速度DRSPの特性図である。
【図11】リッチ化程度の初期値KRICHSTの演算
を説明するためのフローチャートである。
【図12】NOx脱離還元基本値SNORSの特性図で
ある。
【図13】酸素吸着基本値B FORSの特性図であ
る。
【図14】補正係数ADHOSの特性図である。
【図15】第2実施形態のリッチ化程度KRICHの演
算を説明するためのフローチャートである。
【図16】リッチ化程度の初期値KRICHSTが上限
値RSPMAXに制限された場合のリカバー速度の計算
方法を説明するための特性図である。
【図17】第3実施形態のリッチ化程度の初期値KRI
CHSTの演算を説明するためのフローチャートであ
る。
【図18】第3実施形態のリッチ化程度の基本値KRI
CH0の特性図である。
【図19】NOx脱離還元基本値SNORS2の特性図
である。
【図20】NOx濃度C NOXの特性図である。
【図21】NOx吸収率TNOXの特性図である。
【図22】第1の発明のクレーム対応図である。
【図23】第2の発明のクレーム対応図である。
【図24】第3の発明のクレーム対応図である。
【図25】第6の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
1 エンジン本体 4 燃料噴射弁 6 三元触媒 7 NOx吸蔵還元型三元触媒 11 コントロールユニット 12 クランク角センサ 13 エアフローメータ 14、15 O2センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02D 41/04 305 F02D 41/04 305A 41/14 310 41/14 310F

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ストイキよりもリーン側の雰囲気で排気中
    のNOxを吸着し、ストイキよりもリッチ側の雰囲気で
    NOxを脱離しつつHC、COの存在下でこの脱離NO
    xを還元する機能を有する第一触媒と、この第一触媒の
    上流にあって酸素吸着能力を有する第二触媒とを排気通
    路に配置する一方で、リーン運転からストイキ運転への
    切換時に空燃比を所定のリッチ化程度までステップ的に
    リッチ化したあと直ぐに所定のリカバー速度でストイキ
    に戻すことにより、リッチ化処理を行う手段を備えるエ
    ンジンの排気浄化装置において、 前記第二触媒の酸素吸着能力を推定する手段と、 この推定した酸素吸着能力が小さくなるほど前記ステッ
    プ変化時のリッチ化程度を小さくなる側に補正する手段
    とを設けたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  2. 【請求項2】前記リッチ化処理手段が、第一触媒に対す
    るNOx脱離還元基本値をリーン運転継続時間に応じて
    設定する手段と、第二触媒に対する酸素吸着基本値をリ
    ーン運転継続時間に応じて設定する手段と、これらの和
    をステップ変化時のリッチ化程度として設定する手段
    と、ステップ変化の直後より所定のリカバー速度でリッ
    チ化程度を減少させる手段とからなる場合に、前記リッ
    チ化程度補正手段が、第二触媒の酸素吸着能力が小さく
    なるほど小さくなる値の補正係数を設定する手段と、こ
    の補正係数で前記酸素吸着基本値を補正する手段とから
    なることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの排気
    浄化装置。
  3. 【請求項3】前記リッチ化処理手段が、第一触媒に対す
    るNOx脱離還元基本値と第二触媒に対する酸素吸着基
    本値とを合わせたものをステップ変化時のリッチ化程度
    としてリーン運転時のエンジン回転数とエンジントルク
    に応じて設定する手段と、ステップ変化の直後より所定
    のリカバー速度でリッチ化程度を減少させる手段とから
    なる場合に、前記リッチ化程度補正手段が、第二触媒の
    酸素吸着能力が小さくなるほど小さくなる値の補正係数
    を設定する手段と、この補正係数で前記ステップ変化時
    のリッチ化程度を補正する手段とからなることを特徴と
    する請求項1に記載のエンジンの排気浄化装置。
  4. 【請求項4】前記リッチ化処理の直前の状態で酸素吸着
    能力を推定することを特徴とする請求項1から3までの
    いずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
  5. 【請求項5】前記第二触媒の前後に設けた酸素濃度セン
    サ出力の振幅比または周波数比から酸素吸着能力を推定
    することを特徴とする請求項1から4までのいずれか一
    つに記載のエンジンの排気浄化装置。
  6. 【請求項6】ストイキよりもリーン側の雰囲気で排気中
    のNOxを吸着し、ストイキよりもリッチ側の雰囲気で
    NOxを脱離しつつHC、COの存在下でこの脱離NO
    xを還元する機能を有する第一触媒と、この第一触媒の
    上流にあって酸素吸着能力を有する第二触媒とを排気通
    路に配置する一方で、リーン運転からストイキ運転への
    切換時に空燃比を所定のリッチ化程度までステップ的に
    リッチ化したあと直ぐに所定のリカバー速度でストイキ
    に戻すことにより、リッチ化処理を行う手段を備えるエ
    ンジンの排気浄化装置において、 前記リッチ化処理により第一触媒に供給されるHC、C
    Oのうち前記第二触媒が吸着している酸素により酸化す
    る分だけ前記ステップ変化させるリッチ化程度を贈大さ
    せる手段と、 この増大させたステップ変化時のリッチ化程度がリッチ
    側の燃焼安定限界を超える場合にステップ変化のリッチ
    化程度を燃焼安定限界に制限するとともに、ステップ変
    化時のリッチ化程度が燃焼安定限界に制限されない場合
    と同じHC、CO量がNOx吸収触媒に供給されるよう
    に前記リカバー速度を補正する手段とを設けたことを特
    徴とするエンジンの排気浄化装置。
  7. 【請求項7】前記リッチ化処理の直前の状態で酸素吸着
    能力を推定することを特徴とする請求項6に記載のエン
    ジンの排気浄化装置。
  8. 【請求項8】前記第二触媒の前後に設けた酸素濃度セン
    サ出力の振幅比または周波数比から酸素吸着能力を推定
    することを特徴とする請求項6または7に記載のエンジ
    ンの排気浄化装置。
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