JP2004169709A - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＮＯｘ吸着三元触媒のＮＯｘ吸着能力等との関係で空燃比の切換えに一定の制限を設けて、排気性能を向上する。
【解決手段】 リーン運転中（Ｓ16）は、吸入空気流量Ｑに基づいて累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOを算出する（Ｓ13）。ストイキ運転中（Ｓ22）は、吸入空気流量Ｑに基づいて累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOを算出する（Ｓ20）。ストイキ→リーンの切換え時には、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOを前回のリーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOに対応するスライスレベルＳＬ＝Ｃ₀ ×ΣＣ_NO（Ｓ14）と比較し、ΣＰ_NO＜ＳＬのときはリーンへの切換えを禁止する（Ｓ10）。
【選択図】 図４

Description

本発明は、エンジンに供給する混合気の空燃比を運転条件に応じて理論空燃比とこれよりリーン側の空燃比とに切換える空燃比切換手段を備えると共に、排気系にリーン側空燃比での運転時にＮＯｘ（窒素酸化物）を吸着し、理論空燃比での運転時に前記吸着したＮＯｘを処理する排気処理装置を備えるエンジンの空燃比制御装置に関する。

従来より、燃費向上を目的として、エンジンに供給する混合気の空燃比を所定の運転条件にて理論空燃比（以下「ストイキ」という；Ａ／Ｆ＝14.6）よりリーン側の空燃比（以下「リーン」という；例えばＡ／Ｆ＝22）に制御するようにしたリーン制御エンジンが提案されている。
また、かかるリーン制御エンジンにおいて、排気系に排気処理装置としてＮＯｘ吸着三元触媒を設けて、リーンでの運転時にＮＯｘを吸着し、ストイキでの運転時に前記吸着したＮＯｘを処理する一方、吸着能力等との関係で空燃比の切換えに一定の制限を設けるようにしたものがある（特許文献１）。
特願平５−５１１５５６号；特再（再公表）平５−１２８６３号

しかしながら、このような従来の装置にあっては、リーンでの運転時にエンジン回転数を累積することにより累積ＮＯｘ吸着量を推定し、これに基づいてリーンでの運転を制限したり、あるいはストイキでの運転を所定時間以上にしているものの、エンジン回転数の累積では負荷の項がないため、吸着限界を推定する際の精度が悪く、また単に時間により制限するのでは、更に精度が悪いので、排気性能の向上を望めないという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、排気処理装置のＮＯｘ吸着能力等との関係で精度よく空燃比の切換えに一定の制限を設けて、排気性能の向上を図ることを目的とする。

このため、請求項１に係る発明では、エンジンに供給する混合気の空燃比を運転条件に応じてストイキとリーンとに切換える空燃比切換手段を備えると共に、排気系にリーンでの運転時にＮＯｘを吸着し、ストイキでの運転時に前記吸着したＮＯｘを処理する排気処理装置を備えるエンジンにおいて、図１（Ａ）に示すように、ストイキでの運転時に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ処理量を算出する手段（ストイキ時累積ＮＯｘ処理量算出手段）と、前記空燃比切換手段によるストイキからリーンへの切換え時に、ストイキでの運転時における累積ＮＯｘ処理量を所定のスライスレベルと比較し、所定のスライスレベル以下のときにリーンへの切換えを禁止する手段（リーン切換え禁止手段）とを設けて、エンジンの空燃比制御装置を構成する。

更に、請求項２に係る発明では、上記の構成に加え、図１（Ａ）に示すように、リーンでの運転時に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ吸着量を算出する手段（リーン時累積ＮＯｘ吸着量算出手段）と、前記リーン切換え禁止手段における比較用のスライスレベルを前回のリーンでの運転時における累積ＮＯｘ吸着量に基づいて設定する手段（スライスレベル設定手段）とを設ける。

また、請求項３に係る発明では、図１（Ｂ）に示すように、リーンでの運転時に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ吸着量を算出する手段（リーン時累積ＮＯｘ吸着量算出手段）と、リーンでの運転時に、そのときの累積ＮＯｘ吸着量を所定のスライスレベルと比較し、所定のスライスレベル以上になったときに前記空燃比切換手段に優先してストイキに強制的に切換える手段（ストイキ強制切換手段）とを設けて、エンジンの空燃比制御装置を構成する。

更に、請求項４に係る発明では、上記の構成に加え、図１（Ｂ）に示すように、ストイキでの運転時に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ処理量を算出する手段（ストイキ時累積ＮＯｘ処理量算出手段）と、前記ストイキ強制切換手段における比較用のスライスレベルを前回のストイキでの運転時における累積ＮＯｘ処理量に基づいて設定する手段（スライスレベル設定手段）とを設ける。

また、請求項５に係る発明では、図１（Ｃ）に示すように、ストイキでの運転時に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ処理量を算出する手段（ストイキ時累積ＮＯｘ処理量算出手段）と、ストイキからリーンへの切換え時に、該切換えをストイキでの運転時の累積ＮＯｘ処理量に基づくヒステリシス時間遅延させる手段（ストイキ→リーン遅延手段）とを設けて、エンジンの空燃比制御装置を構成する。

更に、請求項６に係る発明では、上記の構成に加え、図１（Ｃ）に示すように、リーンでの運転時に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ吸着量を算出する手段（リーン時累積ＮＯｘ吸着量算出手段）と、リーンからストイキへの切換え時に、該切換えをリーンでの運転時の累積ＮＯｘ吸着量に基づくヒステリシス時間遅延させる手段（リーン→ストイキ遅延手段）とを設ける。

請求項１に係る発明では、ストイキでの運転中に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ処理量が精度よく算出され、ストイキからリーンへの切換えに際し、その累積ＮＯｘ処理量が所定のスライスレベル以下のときは、排気処理装置における吸着ＮＯｘの処理が不十分であり、ＮＯｘ吸着能力が十分に回復していないので、リーンへの切換えが禁止される。これにより、ストイキ運転が継続され、累積ＮＯｘ処理量が増大した後に、リーンへの切換えが許可される。

従って請求項１に係る発明によれば、ストイキでの運転中に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ処理量を精度よく算出し、その累積ＮＯｘ処理量が所定のスライスレベル以下のときにストイキからリーンへの切換えを禁止することにより、排気処理装置のＮＯｘ吸着能力を回復させてからリーン切換えを行って、排気性能を向上させることができるという効果が得られる。

更に、請求項２に係る発明では、リーンでの運転中に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ吸着量が精度良く算出され、これに対応してスライスレベルが設定される。すなわち、ストイキからリーンへの切換えに際し、前回のリーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量が多いときは、その分スライスレベルを大きくして、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量がそのスライスレベルを上回るまで、ストイキ運転を十分な時間継続して、吸着ＮＯｘの処理を図るのである。

従って請求項２に係る発明によれば、リーン運転中における累積ＮＯｘ吸着量に対応させてスライスレベルを設定するので、ＮＯｘ吸着能力回復の判定精度を大幅に向上させることができるという効果が得られる。
また、請求項３に係る発明では、リーンでの運転中に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ吸着量が精度よく算出され、リーンでの運転中に、その累積ＮＯｘ吸着量が所定のスライスレベル以上になったときは、排気処理装置におけるＮＯｘ吸着限界であるので、リーンからストイキに強制的に切換えられる。これにより、吸着ＮＯｘの処理を図るのである。

従って請求項３に係る発明によれば、リーンでの運転中に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ吸着量を精度よく算出し、その累積ＮＯｘ吸着量が所定のスライスレベル以上になったときにストイキ運転に強制的に切換えるので、排気処理装置のＮＯｘ吸着限界までリーン運転により燃費の向上を図った後に、ストイキ運転に切換えて、排気性能を向上させることができるという効果が得られる。

更に、請求項４に係る発明では、ストイキでの運転中に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ処理量が精度よく算出され、これに対応してスライスレベルが設定される。すなわち、リーン運転中のＮＯｘ吸着限界の判定に際し、前回のストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量が多いときは、その分余裕があるため、スライスレベルを大きくして、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量がそのスライスレベルを上回るまで、リーン運転の継続を許可するのである。

従って請求項４に係る発明によれば、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量に対応させてスライスレベルを設定するので、ＮＯｘ吸着限界の判定精度を大幅に向上させることができるという効果が得られる。
また、請求項５に係る発明では、ストイキでの運転中に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ処理量が精度よく算出され、これに基づいて、ストイキからリーンへの切換え時に該切換えを遅延させるヒステリシス時間が設定される。すなわち、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量が小さいとき程、リーン運転への切換え時のヒステリシス時間を長くして、リーン運転に切換える前に、ストイキ運転の継続により吸着ＮＯｘの処理を図り、逆に、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量が大きいとき程、リーン運転への切換え時のヒステリシス時間を短くして、リーン運転へ早期に切換えるのである。

従って請求項５に係る発明によれば、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量に対応させて、リーン運転への切換え時のヒステリシス時間を設定することにより、累積ＮＯｘ処理量が小さいときには、ヒステリシス時間を長くして、ストイキ運転により吸着ＮＯｘの処理を図り、逆に、累積ＮＯｘ処理量が大きいときには、ヒステリシス時間を短くして、リーン運転への早期切換えにより燃費向上を図ることができるという効果が得られる。

更に、請求項６に係る発明では、リーンでの運転中に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ吸着量が精度よく算出され、これに基づいて、リーンからストイキへの切換え時に該切換えを遅延させるヒステリシス時間が設定される。すなわちリーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量が大きいとき程、ストイキ運転への切換え時のヒステリシス時間を短くして、ストイキ運転へ早期に切換えるのである。

従って請求項６に係る発明によれば、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量に対応させて、ストイキ運転への切換え時のヒステリシス時間を設定することにより、累積ＮＯｘ吸着量が大きいとき程、ヒステリシス時間を短くして、ストイキ運転への早期に切換えにより排気性能向上を図ることができるという効果が得られる。

以下に本発明の実施例を説明する。
先ず本発明の第１の実施例を図２〜図７により説明する。
図２はシステム構成を示している。
エンジン１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から、スロットル弁３、吸気マニホールド４を介して、空気が吸入される。吸気マニホールド４の各ブランチ部にはそれぞれ電磁式の燃料噴射弁５が設けられており、各燃料噴射弁５から噴射される燃料により混合気が生成される。そして、混合気は燃焼室内で点火栓６により点火されて燃焼する。

燃料噴射弁５は後述するコントロールユニット12からのエンジン回転に同期して所定のタイミングで出力される駆動パルス信号により通電されて開弁し、所定圧力に調整された燃料を噴射する。従って、駆動パルス信号のパルス幅により燃料噴射量が制御される。
エンジン１からの排気は、排気マニホールド７を経て、排気管８に至る。
この排気管８の途中には、排気処理装置として、ＮＯｘ吸着三元触媒10が介装されている。このＮＯｘ吸着三元触媒10は、ストイキ条件でＨＣ，ＣＯを酸化し、ＮＯx を還元する三元触媒機能を有するのみならず、リーン条件下でＮＯｘを吸着し、ストイキ条件で前記吸着したＮＯｘ及び新たに流入するＮＯｘを処理する機能を有している。そして、排気はＮＯｘ吸着三元触媒10を通過後、マフラー11を経て排出される。

燃料噴射弁５の作動を制御するコントロールユニット12は、マイクロコンピュータを内蔵するもので、各種のセンサから信号が入力されている。
前記各種のセンサとしては、スロットル弁３の上流側でエンジン１の吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ13、エンジン１のカム軸回転から基準クランク角信号及び単位クランク角信号を出力し間接的にエンジン回転数Ｎを検出できるクランク角センサ14、エンジン１のウォータジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ15、排気マニホールド７に取付けられてエンジン１に吸入される混合気の空燃比に関連する排気中酸素濃度に対応した電圧信号を出力するＯ₂ センサ16等が設けられている。

ここにおいて、コントロールユニット12は、前記各種のセンサからの信号に基づき後述のごとく演算処理を行って、燃料噴射弁５の作動を制御する。
次に図３〜図４のフローチャートに従ってコントロールユニット12の演算処理内容について説明する。尚、本フローは所定時間Δｔ（例えば20ms）毎に実行される。
ステップ１（図にはＳ１と記してある。以下同様）では、エアフローメータ13からの信号に基づいて吸入空気流量Ｑを検出する。

ステップ２では、クランク角センサ14からの信号に基づいてエンジン回転数Ｎを検出する。
ステップ３では、吸入空気流量Ｑとエンジン回転数Ｎとから、ストイキ（Ａ／Ｆ＝14.6）相当の基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎ（Ｋは定数）を計算する。
ステップ４では、水温センサ15からの信号に基づいて冷却水温度Ｔｗを検出する。

ステップ５では、冷却水温度Ｔｗが例えば70℃以上か否かを判定し、70℃未満の低温時は、ストイキにより運転するため、ステップ６へ進む。
ステップ６では、基本燃料噴射量Ｔｐと、Ｏ₂ センサ16からの信号に基づいて設定される空燃比フィードバック補正係数αと、バッテリ電圧に基づいて設定される電圧補正分Ｔｓとから、次式に従って、燃料噴射量Ｔｉを計算し、本ルーチンを終了する。

Ｔｉ＝Ｔｐ×α＋Ｔｓ
燃料噴射量Ｔｉが計算されると、これが所定のレジスタにセットされ、エンジン回転に同期して所定のタイミングで、このＴｉのパルス幅の駆動パルス信号が燃料噴射弁５に出力されて燃料噴射が行われる。このとき、空燃比はストイキに制御される。
ステップ５での判定で冷却水温度Ｔｗが70℃以上の時は、運転領域に応じた空燃比の切換制御を実現するため、ステップ７へ進む。

ステップ７では、エンジン回転数Ｎと基本燃料噴射量（負荷）Ｔｐとに基づき、図５のマップ上での領域（ストイキ領域・リーン領域）を検出して、ステップ８へ進む。
ステップ８では、リーン領域か否かを判定し、リーン領域のときはステップ９へ進み、ストイキ領域のときはステップ17へ進む。
ステップ９では、リーンフラグＦＬの値（ストイキ運転中はＦＬ＝０、リーン運転中はＦＬ＝１）を判定する。

ＦＬ＝０のときは、現在ストイキ運転中でストイキ→リーンの切換え指令がなされたときであり、このときはステップ10へ進む。
ステップ10では、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOとスライスレベルＳＬとを比較し、ΣＰ_NO≧ＳＬのときに、リーン切換えを許可してステップ11へ進む。この意味については後述する。

ステップ11では、リーンフラグＦＬをセット（ＦＬ＝１）、ストイキフラグＦＳをリセット（ＦＳ＝０）して、ステップ12へ進む。
ステップ12では、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOを初期化（ΣＣ_NO＝０）して、ステップ16へ進む。
ステップ16では、次式のごとく、基本燃料噴射量Ｔｐをリーン（Ａ／Ｆ＝22）相当に補正した上で、燃料噴射量Ｔｉを計算し、本ルーチンを終了する。

Ｔｉ＝Ｔｐ×（14.6／22）＋Ｔｓ
燃料噴射量Ｔｉが計算されると、これが所定のレジスタにセットされ、エンジン回転に同期して所定のタイミングで、このＴｉのパルス幅の駆動パルス信号が燃料噴射弁５に出力されて燃料噴射が行われる。このとき、空燃比はリーンに制御される。
これ以降は、リーン領域である限り、ステップ９での判定でＦＬ＝１となるので、ステップ13，14へ進む。

ステップ13では、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOを計算する。すなわち、次式のごとく、吸入空気流量Ｑと、吸着ＮＯｘ濃度Ｐ₁ との積によりＮＯｘ吸着量を求め、これを前回までの累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOに加算して、累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOを更新する。
ΣＣ_NO＝ΣＣ_NO＋Ｑ×Ｐ₁ 但し、Ｐ₁ ＝f₁(Q)
尚、吸着ＮＯｘ濃度Ｐ₁ は吸入空気流量Ｑの関数（Ｑ大→Ｐ₁ 大）とし、図６に示すマップから検索により求める。

ステップ14では、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOに対応させて、スライスレベルＳＬを次式により算出する。
ＳＬ＝Ｃ₀ ×ΣＣ_NO 但し、Ｃ₀ は定数
ステップ13，14の後は、ステップ16へ進んで、リーン運転を続行する。
ステップ８での判定でストイキ領域の場合は、ステップ17へ進む。

ステップ17では、ストイキフラグＦＳの値（リーン運転中はＦＳ＝０、ストイキ運転中はＦＳ＝１）を判定する。
ＦＳ＝０のときは、現在リーン運転中でリーン→ストイキの切換え指令がなされたときであり、このときはステップ18へ進む。
ステップ18では、ストイキフラグＦＳをセット（ＦＳ＝１）、リーンフラグＦＬをリセット（ＦＬ＝０）して、ステップ19へ進む。

ステップ19では、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOを初期化（ΣＰ_NO＝０）して、ステップ22へ進む。
ステップ22では、ストイキ相当の基本燃料噴射量Ｔｐに基づき、次式に従って、燃料噴射量Ｔｉを計算し、本ルーチンを終了する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×α＋Ｔｓ
燃料噴射量Ｔｉが計算されると、これが所定のレジスタにセットされ、エンジン回転に同期して所定のタイミングで、このＴｉのパルス幅の駆動パルス信号が燃料噴射弁５に出力されて燃料噴射が行われる。このとき、空燃比はストイキに制御される。

これ以降は、ストイキ領域である限り、ステップ17での判定でＦＳ＝１となるので、ステップ20へ進む。
ステップ20では、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOを計算する。すなわち、次式のごとく、吸入空気流量Ｑと、処理ＮＯｘ濃度Ｐ₂ との積によりＮＯｘ処理量を求め、これを前回までの累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOに加算して、累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOを更新する。

ΣＰ_NO＝ΣＰ_NO＋Ｑ×Ｐ₂ 但し、Ｐ₂ ＝f₂(Q)
尚、処理ＮＯｘ濃度Ｐ₂ は吸入空気流量Ｑの関数（Ｑ大→Ｐ₂ 大）とし、図７に示すマップから検索により求める。Ｑ小でＰ₂ が小さいのは、Ｑ小ではＮＯｘ脱離量が少ないからである。
ステップ20の後は、ステップ22へ進んで、ストイキ運転を続行する。

以上のように、リーン運転中には累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOが算出され、ストイキ運転中には累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOが算出されている。
ここで、運転条件がストイキ領域からリーン領域に移行した場合は、ステップ８，９を経てステップ10へ進み、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOが所定のスライスレベルＳＬ以上か否かを判定し、ΣＰ_NO≧ＳＬの場合は、リーン切換えを許可してステップ11へ進ませるが、ΣＰ_NO＜ＳＬの場合は、リーン切換えを禁止してステップ17へ進ませる。

すなわち、現在のストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOが所定のスライスレベルＳＬより小さいときは、吸着ＮＯｘの処理が不十分であり、ＮＯｘ吸着能力が十分に回復していないので、リーン運転を禁止して、ストイキ運転を継続させ、累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOが増大した後に、リーン切換えを許可するのである。
また、前記所定のスライスレベルＳＬは前回のリーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOに基づいて設定し（ステップ14）、前回のリーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOが多いときは、その分スライスレベルＳＬを大きくして、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOがそのスライスレベルＳＬを上回るまで、ストイキ運転を十分な時間継続して、吸着ＮＯｘの処理を図るのである。

本実施例においては、ステップ７，８，16，22の部分が空燃比切換手段に相当し、ステップ19，20の部分がストイキ時累積ＮＯｘ処理量算出手段に相当し、ステップ10の部分がリーン切換え禁止手段に相当し、ステップ12，13の部分がリーン時累積ＮＯｘ吸着量算出手段に相当し、ステップ14の部分がスライスレベル設定手段に相当する。
次に本発明の第２の実施例を図８により説明する。

図８は第２の実施例のフローチャートである。但し、この図８のフローチャートは、第１の実施例の図３のフローチャートに続き、図４に代わって、実行される。
この第２の実施例では、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＰ_NO及びストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＣ_NOに相当する値を、単に吸入空気流量Ｑを累積することにより求めている。累積ＮＯｘ吸着量及び累積ＮＯｘ処理量は累積吸入空気流量にほぼ比例するからである。

従って、図４のフローチャートと相違する点は、ステップ13’の部分と、ステップ20’の部分とである。
ステップ13’では、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量（累積吸入空気流量）ΣＣ_NOを計算する。すなわち、次式のごとく、ＮＯｘ処理量に関連する値として吸入空気流量Ｑを読込み、これを前回までの累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOに加算して、累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOを更新する。

ΣＣ_NO＝ΣＣ_NO＋Ｑ
ステップ20’では、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量（累積吸入空気流量）ΣＰ_NOを計算する。すなわち、次式のごとく、ＮＯｘ処理量に関連する値として吸入空気流量Ｑを読込み、これを前回までの累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOに加算して、累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOを更新する。

ΣＰ_NO＝ΣＰ_NO＋Ｑ
次に本発明の第３の実施例を図９により説明する。
図９は第３の実施例のフローチャートである。但し、この図９のフローチャートは、第１の実施例の図３のフローチャートに続き、図４に代わって、実行される。
この第３の実施例は、リーン運転時にそのときの累積ＮＯｘ吸着量を所定のスライスレベルと比較し、所定のスライスレベル以上になったときに、リーン→ストイキに強制的に切換えるようにしたものである。

ステップ８では、リーン領域か否かを判定し、リーン領域のときはステップ９へ進み、ストイキ領域のときはステップ17へ進む。
ステップ９では、リーンフラグＦＬの値（ストイキ運転中はＦＬ＝０、リーン運転中はＦＬ＝１）を判定する。
ＦＬ＝０のときは、現在ストイキ運転中でストイキ→リーンの切換え指令がなされたときであり、このときはステップ11へ進む。

ステップ11では、リーンフラグＦＬをセット（ＦＬ＝１）、ストイキフラグＦＳをリセット（ＦＳ＝０）して、ステップ12へ進む。
ステップ12では、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOを初期化（ΣＣ_NO＝０）して、ステップ16へ進む。
ステップ16では、次式のごとく、基本燃料噴射量Ｔｐをリーン（Ａ／Ｆ＝22）相当に補正した上で、燃料噴射量Ｔｉを計算し、本ルーチンを終了する。

Ｔｉ＝Ｔｐ×（14.6／22）＋Ｔｓ
燃料噴射量Ｔｉが計算されると、これが所定のレジスタにセットされ、エンジン回転に同期して所定のタイミングで、このＴｉのパルス幅の駆動パルス信号が燃料噴射弁５に出力されて燃料噴射が行われる。このとき、空燃比はリーンに制御される。
これ以降は、リーン領域である限り、ステップ９での判定でＦＬ＝１となるので、ステップ13，15へ進む。

ステップ13では、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOを計算する。すなわち、次式のごとく、吸入空気流量Ｑと、吸着ＮＯｘ濃度Ｐ₁ との積によりＮＯｘ吸着量を求め、これを前回までの累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOに加算して、累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOを更新する。
ΣＣ_NO＝ΣＣ_NO＋Ｑ×Ｐ₁ 但し、Ｐ₁ ＝f₁(Q)
尚、吸着ＮＯｘ濃度Ｐ₁ は吸入空気流量Ｑの関数（Ｑ大→Ｐ₁ 大）とし、図６に示すマップから検索により求める。

ステップ15では、現在の累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOと予め定めたスライスレベルＳＬ₀ とを比較し、ΣＣ_NO＜ＳＬ₀ のときに、リーン運転の続行を許可してステップ16へ進む。この意味については後述する。
ステップ８での判定でストイキ領域の場合は、ステップ17へ進む。
ステップ17では、ストイキフラグＦＳの値（リーン運転中はＦＳ＝０、ストイキ運転中はＦＳ＝１）を判定する。

ＦＳ＝０のときは、現在リーン運転中でリーン→ストイキの切換え指令がなされたときであり、このときはステップ18へ進む。
ステップ18では、ストイキフラグＦＳをセット（ＦＳ＝１）、リーンフラグＦＬをリセット（ＦＬ＝０）して、ステップ22へ進む。
ステップ22では、ストイキ相当の基本燃料噴射量Ｔｐに基づき、次式に従って、燃料噴射量Ｔｉを計算し、本ルーチンを終了する。

Ｔｉ＝Ｔｐ×α＋Ｔｓ
燃料噴射量Ｔｉが計算されると、これが所定のレジスタにセットされ、エンジン回転に同期して所定のタイミングで、このＴｉのパルス幅の駆動パルス信号が燃料噴射弁５に出力されて燃料噴射が行われる。このとき、空燃比はストイキに制御される。
これ以降は、ストイキ領域である限り、ステップ17での判定でＦＳ＝１となるので、ステップ22へ進んで、ストイキ運転を続行する。

以上のように、リーン運転中には、ステップ13で累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOが算出され、ステップ15でスライスレベルＳＬ₀ と比較される。
ここで、ΣＣ_NO＜ＳＬ₀ の場合は、リーン運転の継続を許可してステップ16へ進ませるが、ΣＣ_NO≧ＳＬ₀ の場合は、リーン運転の継続を禁止し、リーン→ストイキに強制的に切換えるべくステップ17へ進ませる。

すなわち、現在のリーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOが所定のスライスレベルＳＬ₀ より大きくなったときは、ＮＯｘ吸着限界であるため、リーン運転を禁止して、ストイキ運転に強制的に切換えることにより、吸着ＮＯｘの処理を図るのである。
本実施例においては、ステップ７，８，16，22の部分が空燃比切換手段に相当し、ステップ12，13の部分がリーン時累積ＮＯｘ吸着量算出手段に相当し、ステップ15の部分がリーン→ストイキ強制切換手段に相当する。

次に本発明の第４の実施例を図10により説明する。
図10は第４の実施例のフローチャートである。但し、この図10のフローチャートは、第１の実施例の図３のフローチャートに続き、図４に代わって、実行される。
この第４の実施例は、第３の実施例と同様に、リーン運転時にそのときの累積ＮＯｘ吸着量を所定のスライスレベルと比較し、所定のスライスレベル以上になったときに、リーン→ストイキに強制的に切換えるようにしたものであるが、前記所定のスライスレベルを前回のストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量に基づいて設定するようにしたものである。

従って、図９のフローチャートと相違する点は、ステップ15’の部分が変更され、ステップ19，20，21の部分が追加された点である。
ステップ15’では、現在の累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOとスライスレベルＳＬとを比較し、ΣＣ_NO＜ＳＬのときに、リーン運転の続行を許可してステップ16へ進み、ΣＣ_NO≧ＳＬのときに、リーン運転の継続を禁止してリーン→ストイキに強制的に切換えるべくステップ17へ進む。

そして、ここでのスライスレベルＳＬを前回のストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOに基づいて設定する。
このため、ストイキ運転の開始時に、ステップ19を実行する。
ステップ19では、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOを初期化（ΣＰ_NO＝０）して、ステップ22へ進む。

また、ストイキ運転の継続中に、ステップ20，21を実行する。
ステップ20では、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOを計算する。すなわち、次式のごとく、吸入空気流量Ｑと、処理ＮＯｘ濃度Ｐ₂ との積によりＮＯｘ処理量を求め、これを前回までの累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOに加算して、累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOを更新する。

ΣＰ_NO＝ΣＰ_NO＋Ｑ×Ｐ₂ 但し、Ｐ₂ ＝f₂(Q)
尚、処理ＮＯｘ濃度Ｐ₂ は吸入空気流量Ｑの関数（Ｑ大→Ｐ₂ 大）とし、図７に示すマップから検索により求める。
ステップ21では、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOに対応させて、スライスレベルＳＬを次式により算出する。

ＳＬ＝Ｃ₀ ×ΣＣ_NO 但し、Ｃ₀ は定数
以上のように、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOが所定のスライスレベルＳＬより大きくなったときに、ＮＯｘ吸着限界であるとして、ストイキ運転に強制的に切換えるが（ステップ15’）、前記所定のスライスレベルＳＬは前回のストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOに基づいて設定し（ステップ21）、前回のストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOが多いときは、吸着能力に余裕があるため、その分スライスレベルＳＬを大きくして、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOがそのスライスレベルＳＬを上回るまで、リーン運転の継続を許可するのである。

本実施例においては、ステップ７，８，16，22の部分が空燃比切換手段に相当し、ステップ12，13の部分がリーン時累積ＮＯｘ吸着量算出手段に相当し、ステップ15’の部分がリーン→ストイキ強制切換手段に相当し、ステップ19，20の部分がストイキ時累積ＮＯｘ処理量算出手段に相当し、ステップ21の部分がスライスレベル設定手段に相当する。
次に本発明の第５の実施例を図11により説明する。

図11は第５の実施例のフローチャートである。但し、この図11のフローチャートは、第１の実施例の図３のフローチャートに続き、図４に代わって、実行される。
この第５の実施例は、ストイキ→リーンの切換え時と、リーン→ストイキの切換え時とに、それぞれ異なるヒステリシス時間の遅れを持たせ、かつストイキ→リーンの切換え時のヒステリシス時間をリーン→ストイキの切換え時のヒステリシス時間より長くして、リーン運転に先立って十分にストイキ運転がなされるようにする一方、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量に基づいて、ストイキ→リーンの切換え時のヒステリシス時間を設定し、また、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量に基づいて、リーン→ストイキの切換え時のヒステリシス時間を設定するようにしたものである。

ステップ８では、リーン領域か否かを判定し、リーン領域のときはステップ31へ進み、ストイキ領域のときはステップ40へ進む。
ステップ31では、リーンフラグＦＬの値（ストイキ運転中はＦＬ＝０、リーン運転中はＦＬ＝１）を判定する。
ＦＬ＝０のときは、現在ストイキ運転中でストイキ→リーンの切換え指令がなされたときであり、このときはステップ32へ進む。

ステップ32では、ストイキ→リーンの切換え指令から実際に切換えるまでのヒステリシス時間を計時すべく、タイマＴＬを本ルーチンの実行時間隔Δｔ分増加させて、ステップ33へ進む。
ステップ33では、タイマＴＬが後述するステップ47にて定められるヒステリシス時間Ｔ_HL以上になったか否かを判定し、ＴＬ≧Ｔ_HLのときに、リーン切換えを許可してステップ34へ進む。この意味については後述する。

ステップ34では、リーンフラグＦＬをセット（ＦＬ＝１）、ストイキフラグＦＳをリセット（ＦＳ＝０）して、ステップ35へ進む。
ステップ35では、タイマＴＬをリセット（ＴＬ＝０）して、ステップ36へ進む。
ステップ36では、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOを初期化（ΣＣ_NO＝０）して、ステップ39へ進む。

ステップ39では、次式のごとく、基本燃料噴射量Ｔｐをリーン（Ａ／Ｆ＝22）相当に補正した上で、燃料噴射量Ｔｉを計算し、本ルーチンを終了する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×（14.6／22）＋Ｔｓ
燃料噴射量Ｔｉが計算されると、これが所定のレジスタにセットされ、エンジン回転に同期して所定のタイミングで、このＴｉのパルス幅の駆動パルス信号が燃料噴射弁５に出力されて燃料噴射が行われる。このとき、空燃比はリーンに制御される。

これ以降は、リーン領域である限り、ステップ31での判定でＦＬ＝１となるので、ステップ37，38へ進む。
ステップ37では、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOを計算する。すなわち、次式のごとく、吸入空気流量Ｑと、吸着ＮＯｘ濃度Ｐ₁ との積によりＮＯｘ吸着量を求め、これを前回までの累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOに加算して、累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOを更新する。

ΣＣ_NO＝ΣＣ_NO＋Ｑ×Ｐ₁ 但し、Ｐ₁ ＝f₁(Q)
尚、吸着ＮＯｘ濃度Ｐ₁ は吸入空気流量Ｑの関数（Ｑ大→Ｐ₁ 大）とし、図６に示すマップから検索により求める。
ステップ38では、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOに対応させて、リーン→ストイキの切換え時のヒステリシス時間Ｔ_HSを次式により算出する。

Ｔ_HS＝ｍ₁ ／ΣＣ_NO 但し、ｍ₁ は定数
すなわち、リーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOが多い程、ストイキへの切換えを早くしてＮＯｘの処理を図るべく、リーン→ストイキの切換え時のヒステリシス時間Ｔ_HSを短くする。
ステップ37，38の後は、ステップ39へ進んで、リーン運転を続行する。

ステップ８での判定でストイキ領域の場合は、ステップ40へ進む。
ステップ40では、ストイキフラグＦＳの値（リーン運転中はＦＳ＝０、ストイキ運転中はＦＳ＝１）を判定する。
ＦＳ＝０のときは、現在リーン運転中でリーン→ストイキの切換え指令がなされたときであり、このときはステップ41へ進む。

ステップ41では、リーン→ストイキの切換え指令から実際に切換えるまでのヒステリシス時間を計時すべく、タイマＴＳを本ルーチンの実行時間隔Δｔ分増加させて、ステップ42へ進む。
ステップ42では、タイマＴＳが前述したステップ38にて定められるヒステリシス時間Ｔ_HS以上になったか否かを判定し、ＴＳ≧Ｔ_HSのときに、ストイキ切換えを許可してステップ43へ進む。この意味については後述する。

ステップ43では、ストイキフラグＦＳをセット（ＦＳ＝１）、リーンフラグＦＬをリセット（ＦＬ＝０）して、ステップ44へ進む。
ステップ44では、タイマＴＳをリセット（ＴＳ＝０）して、ステップ45へ進む。
ステップ45では、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOを初期化（ΣＰ_NO＝０）して、ステップ48へ進む。

ステップ48では、ストイキ相当の基本燃料噴射量Ｔｐに基づき、次式に従って、燃料噴射量Ｔｉを計算し、本ルーチンを終了する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×α＋Ｔｓ
燃料噴射量Ｔｉが計算されると、これが所定のレジスタにセットされ、エンジン回転に同期して所定のタイミングで、このＴｉのパルス幅の駆動パルス信号が燃料噴射弁５に出力されて燃料噴射が行われる。このとき、空燃比はストイキに制御される。

これ以降は、ストイキ領域である限り、ステップ40での判定でＦＳ＝１となるので、ステップ46，47へ進む。
ステップ46では、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOを計算する。すなわち、次式のごとく、吸入空気流量Ｑと、処理ＮＯｘ濃度Ｐ₂ との積によりＮＯｘ処理量を求め、これを前回までの累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOに加算して、累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOを更新する。

ΣＰ_NO＝ΣＰ_NO＋Ｑ×Ｐ₂ 但し、Ｐ₂ ＝f₂(Q)
尚、処理ＮＯｘ濃度Ｐ₂ は吸入空気流量Ｑの関数（Ｑ大→Ｐ₂ 大）とし、図７に示すマップから検索により求める。
ステップ47では、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOに対応させて、ストイキ→リーンの切換え時のヒステリシス時間Ｔ_HLを次式により算出する。

Ｔ_HL＝ｍ₀ ／ΣＰ_NO 但し、ｍ₀ は定数
すなわち、ストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOが多い程、リーンへの切換えを早くすべく、ストイキ→リーンの切換え時のヒステリシス時間Ｔ_HLを短くする。
また、ｍ₀ ＞ｍ₁ として、同一条件では、ストイキ→リーンの切換え時のヒステリシス時間Ｔ_HLをリーン→ストイキの切換え時のヒステリシス時間Ｔ_HSより長くする。

ステップ46，47の後は、ステップ48へ進んで、ストイキ運転を続行する。
以上のように、ストイキ運転中には累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOが算出されて、これに対応してストイキ→リーンの切換え時のヒステリスシ時間Ｔ_HLが設定され（ステップ46，47）、リーン運転中には累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOが算出されて、これに対応してリーン→ストイキの切換え時のヒステリシス時間Ｔ_HSが設定されている（ステップ37，38）。

ここで、運転条件がストイキ領域からリーン領域に移行した場合は、ステップ31，32を経てステップ33へ進み、切換え指令からの経過時間ＴＬがストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOに基づくヒステリシス時間Ｔ_HL（＝ｍ₀ ／ΣＰ_NO）以上か否かを判定し、ＴＬ≧Ｔ_HLの場合は、リーン切換えを許可してステップ34へ進ませるが、ＴＬ＜Ｔ_HLの場合は、リーン切換えを禁止してステップ40へ進ませる。

すなわち、現在のストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOが小さいとき程、ストイキ→リーンの切換え時のヒステリシス時間Ｔ_HLを長くして、リーン運転に切換える前に、ストイキ運転の継続により吸着ＮＯｘの処理を図り、逆に、現在のストイキ運転時における累積ＮＯｘ処理量ΣＰ_NOが大きいとき程、ストイキ→リーンの切換え時のヒステリシス時間Ｔ_HLを短くして、リーン運転へ早期に切換えるのである。

また、運転条件がリーン領域からストイキ領域に移行した場合は、ステップ40，41を経てステップ42へ進み、切換え指令からの経過時間ＴＳがリーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOに基づくヒステリシス時間Ｔ_HS（＝ｍ₁ ／ΣＣ_NO）以上か否かを判定し、ＴＳ≧Ｔ_HSの場合は、ストイキ切換えを許可してステップ43へ進ませるが、ＴＳ＜Ｔ_HSの場合は、ストイキ切換えを禁止してステップ31へ進ませる。

すなわち、現在のリーン運転時における累積ＮＯｘ吸着量ΣＣ_NOが大きいとき程、リーン→ストイキの切換え時のヒステリシス時間Ｔ_HSを短くして、ストイキ運転へ早期に切換えるのである。
本実施例においては、ステップ７，８，39，48の部分が空燃比切換手段に相当し、ステップ45，46の部分がストイキ時累積ＮＯｘ処理量算出手段に相当し、ステップ47，32，33の部分がストイキ→リーン遅延手段に相当し、ステップ36，37の部分がリーン時累積ＮＯｘ吸着量算出手段に相当し、ステップ38，41，42の部分がリーン→ストイキ遅延手段に相当する。

本発明の構成を示す機能ブロック図 第１の実施例のシステム構成図 第１の実施例のフローチャート（その１） 第１の実施例のフローチャート（その２） ストイキ・リーン切換え用マップを示す図 吸着ＮＯｘ濃度特性を示す図 処理ＮＯｘ濃度特性を示す図 第２の実施例のフローチャート 第３の実施例のフローチャート 第４の実施例のフローチャート 第５の実施例のフローチャート

符号の説明

１ エンジン
５ 燃料噴射弁
10 ＮＯｘ吸着三元触媒
12 コントロールユニット
13 エアフローメータ
14 クランク角センサ
15 水温センサ
17 Ｏ₂ センサ

Claims (6)

1. エンジンに供給する混合気の空燃比を運転条件に応じて理論空燃比とこれよりリーン側の空燃比とに切換える空燃比切換手段を備えると共に、排気系にリーン側空燃比での運転時にＮＯｘを吸着し、理論空燃比での運転時に前記吸着したＮＯｘを処理する排気処理装置を備えるエンジンにおいて、
   理論空燃比での運転時に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ処理量を算出する手段と、
   前記空燃比切換手段による理論空燃比からリーン側空燃比への切換え時に、理論空燃比での運転時における累積ＮＯｘ処理量を所定のスライスレベルと比較し、所定のスライスレベル以下のときにリーン側空燃比への切換えを禁止する手段と、
   を設けたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
2. リーン側空燃比での運転時に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ吸着量を算出する手段と、
   前記リーン側空燃比への切換えを禁止する手段における比較用のスライスレベルを前回のリーン側空燃比での運転時における累積ＮＯｘ吸着量に基づいて設定する手段と、
   を設けたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの空燃比制御装置。
3. エンジンに供給する混合気の空燃比を運転条件に応じて理論空燃比とこれよりリーン側の空燃比とに切換える空燃比切換手段を備えると共に、排気系にリーン側空燃比での運転時にＮＯｘを吸着し、理論空燃比での運転時に前記吸着したＮＯｘを処理する排気処理装置を備えるエンジンにおいて、
   リーン側空燃比での運転時に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ吸着量を算出する手段と、
   リーン側空燃比での運転時に、そのときの累積ＮＯｘ吸着量を所定のスライスレベルと比較し、所定のスライスレベル以上になったときに前記空燃比切換手段に優先して理論空燃比に強制的に切換える手段と、
   を設けたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
4. 理論空燃比での運転時に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ処理量を算出する手段と、
   前記理論空燃比に強制的に切換える手段における比較用のスライスレベルを前回の理論空燃比での運転時における累積ＮＯｘ処理量に基づいて設定する手段と、
   を設けたことを特徴とする請求項３記載のエンジンの空燃比制御装置。
5. エンジンに供給する混合気の空燃比を運転条件に応じて理論空燃比とこれよりリーン側の空燃比とに切換える空燃比切換手段を備えると共に、排気系にリーン側空燃比での運転時にＮＯｘを吸着し、理論空燃比での運転時に前記吸着したＮＯｘを処理する排気処理装置を備えるエンジンにおいて、
   理論空燃比での運転時に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ処理量を算出する手段と、
   理論空燃比からリーン側空燃比への切換え時に、該切換えを理論空燃比での運転時の累積ＮＯｘ処理量に基づくヒステリシス時間遅延させる手段と、
   を設けたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
6. リーン側空燃比での運転時に吸入空気流量に基づいて累積ＮＯｘ吸着量を算出する手段と、
   リーン側空燃比から理論空燃比への切換え時に、該切換えをリーン側空燃比での運転時の累積ＮＯｘ吸着量に基づくヒステリシス時間遅延させる手段と、
   を設けたことを特徴とする請求項５記載のエンジンの空燃比制御装置。

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