JP3509488B2

JP3509488B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3509488B2
Application number: JP22532797A
Authority: JP
Inventors: 靖二石塚; 公良西沢
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-08-21
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 2004-03-22
Anticipated expiration: 2017-08-21
Also published as: JPH1162666A

Description

【発明の詳細な説明】

【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吸蔵触媒を
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を吸蔵し、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蔵したＮＯ
ｘを放出して還元処理するＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＯｘ吸蔵
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】前記ＮＯｘ吸蔵触媒は、リーン燃焼中にお
いてＮＯｘを吸蔵して大気中に排出されるＮＯｘ量を低
減するが、吸蔵量が最大量を越えてしまうと、機関から
排出されたＮＯｘが触媒に吸蔵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。そこで、ＮＯｘ吸蔵
触媒におけるＮＯｘ吸蔵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、
燃焼混合気の目標空燃比を強制的に一時的にリッチに切
り換えて（以下リッチスパイクという) 、ＮＯｘ吸蔵触
媒に吸蔵されているＮＯｘの放出，還元処理を行わせる
ようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来は、前記
リッチスパイクを一定の特性により一律に行っていた
が、これではＮＯｘ吸蔵触媒の経時劣化あるいは機関か
らのＮＯｘ排出特性のバラツキや経時変化により、ＮＯ
ｘ吸蔵触媒に吸蔵されるＮＯｘ量が変化するため、良好
な制御を行えなかった。

【０００５】すなわち、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ脱
離特性について説明すると、リッチスパイクによりリッ
チな排気が供給されると、触媒の上流部分に吸蔵されて
いたＮＯｘが一気に脱離し、その後は触媒の下流部分が
徐々にリッチ雰囲気となって徐々に脱離されていくとい
う特性を有する。このため、上記脱離特性に合わせて制
御開始当初のリッチレベルを大きくし、その後リッチレ
ベルを減少して所定時間リッチ状態を継続するという制
御を行っている。

【０００６】しかし、前記制御開始時に大きくするリッ
チレベルが小さ過ぎると、ＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘは
脱離するが、ＨＣ，ＣＯ等のＮＯｘ還元材が不足してい
るため触媒による還元作用が十分でなく、ＮＯｘがその
まま排出されてしまう。特にそれまでに吸蔵していたＮ
Ｏｘ量が多い場合には多量のＮＯｘが排出されることと
なる（図10参照) 。逆にリッチレベルが大き過ぎると、
初期に排出されるＮＯｘは十分に還元できるが、過剰の
ＨＣ，ＣＯが排出されてしまう。

【０００７】また、リッチ状態を継続する時間が短過ぎ
ると、触媒全体に吸蔵されているＮＯｘが十分に還元処
理されないまま触媒に残ってしまい、次回リーン運転時
に吸蔵できるＮＯｘ量が減少し、ＮＯｘ吸蔵性能が低下
してしまう。逆にリッチ状態継続時間を長くし過ぎる
と、触媒全体のＮＯｘが還元処理された後もリッチな排
気が供給され続けることにより、ＨＣ，ＣＯの排出量を
増大させてしまう。特に、それまでに吸蔵していたＮＯ
ｘ量が少ない場合には多量のＨＣ，ＣＯが排出されるこ
ととなる（図10参照) 。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、ＮＯｘ吸蔵触媒の特性や機関の排気エミッション
特性が変化しても、該特性の変化に応じて常にＮＯｘ浄
化に最適なリッチスパイク特性に制御でき、以て、ＮＯ
ｘ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。

【０００９】

【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、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮ
Ｏｘを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチであ
るときに前記吸蔵したＮＯｘを放出して還元処理するＮ
Ｏｘ吸蔵触媒を備え、燃焼混合気の空燃比を一時的にリ
ッチとしてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元処
理する制御を行う内燃機関の排気浄化装置において、前
記ＮＯｘの還元処理制御時にＮＯｘ吸蔵触媒下流の排気
空燃比を検出し、該排気空燃比が理論空燃比近傍に維持
されている時間とその後のリッチ状態に維持されている
時間とに基づいて、それぞれＮＯｘ還元処理制御時に要
求される燃焼混合気のリッチレベルとリッチ継続時間と
を演算して学習し、ＮＯｘ還元処理制御開始時の空燃比
を前記学習されたリッチレベルとし、かつ前記学習され
たリッチ継続時間継続して空燃比をリッチに制御するこ
とを特徴とする。

【００１０】かかる構成によると、燃焼混合気の空燃比
を一時的にリッチとするＮＯｘ還元処理制御を行うと、
初めに排気空燃比が理論空燃比近傍に維持されている時
間は、前記リッチスパイクにおけるリッチレベルを反映
しているで、該時間に基づいてリッチレベルの学習補正
を行い、また、その後リッチ状態に維持されている時間
は、リッチスパイクにおけるリッチ継続時間を反映して
いるので、該時間に基づいてリッチ継続時間の学習を行
う。

【００１１】これにより、リッチレベルの学習によって
リッチスパイク開始時のＮＯｘ排出量を抑制しつつＨ
Ｃ，ＣＯの排出量も抑制され、リッチ継続時間の学習に
よってＨＣ，ＣＯの排出を抑制しながらＮＯｘ吸蔵触媒
全体に吸蔵されたＮＯｘ量を十分に還元処理することが
できる。また、請求項２に係る発明は、図１に示すよう
に、排気空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘを
吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチであるとき
に前記吸蔵したＮＯｘを放出して還元処理するＮＯｘ吸
蔵触媒を備えると共に、燃焼混合気の空燃比を一時的に
リッチとしてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元
処理する制御を行うＮＯｘ還元処理制御手段を備えた内
燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘの還元処理
制御時に、前記ＮＯｘ吸蔵触媒下流の排気空燃比を検出
する排気空燃比検出手段と、前記検出された排気空燃比
が、理論空燃比近傍に維持されている時間に基づいて、
ＮＯｘ還元処理制御時の燃焼混合気のリッチレベルを演
算して学習するリッチレベル学習手段と、前記検出され
た排気空燃比が、前記理論空燃比近傍状態の後リッチ状
態に維持されている時間に基づいて、ＮＯｘ還元処理制
御時の燃焼混合気のリッチ継続時間を演算して学習する
リッチ継続時間学習手段と、を含んで構成し、前記ＮＯ
ｘ還元処理制御手段は、ＮＯｘ還元処理制御開始時の空
燃比を前記学習されたリッチレベルとし、かつ前記学習
されたリッチ継続時間継続して空燃比をリッチに制御す
るようにしたことを特徴とする。

【００１２】かかる構成によると、ＮＯｘ還元処理制御
手段により、燃焼混合気の空燃比を一時的にリッチとす
る制御を行うときに、リッチ排気空燃比検出手段でＮＯ
ｘ吸蔵触媒下流の排気空燃比を検出しつつ、リッチレベ
ル学習手段が理論空燃比近傍に維持されている時間に基
づいてリッチレベルの学習補正を行い、リッチ継続時間
学習手段がリッチ状態に維持されている時間に基づいて
リッチ継続時間の学習を行う。

【００１３】これにより、リッチレベルの学習によって
リッチスパイク開始時のＮＯｘ排出量を抑制しつつＨ
Ｃ，ＣＯの排出量も抑制され、リッチ継続時間の学習に
よってＨＣ，ＣＯの排出を抑制しながらＮＯｘ吸蔵触媒
全体に吸蔵されたＮＯｘ量を十分に還元処理することが
できる。また、請求項３に係る発明は、前記ＮＯｘの還
元処理制御は、制御開始時に燃焼混合気の空燃比のリッ
チレベルを最大とし、その後徐々に減少していく制御で
あり、前記リッチレベルの学習補正は、前記制御開始時
に与える最大リッチレベルの学習補正であり、前記リッ
チ継続時間の学習補正は、前記リッチレベルの減少速度
の学習補正であることを特徴とする。

【００１４】かかる構成によると、ＮＯｘ還元処理制御
の開始時に与える最大のリッチレベルをリッチレベル学
習によって学習補正し、その後リッチレベルを減少する
速度をリッチ継続時間の学習によって学習補正する。こ
れにより、最大リッチレベルが適正値に学習補正される
ことによってリッチスパイク開始時のＮＯｘ排出量を抑
制しつつＨＣ，ＣＯの排出量も抑制され、リッチレベル
の減少速度の学習補正によりリッチ継続時間が適正値に
学習補正されることによってＨＣ，ＣＯの排出を抑制し
ながらＮＯｘ吸蔵触媒全体に吸蔵されたＮＯｘ量を十分
に還元処理することができる。

【００１５】また、請求項４に係る発明は、前記ＮＯｘ
の還元処理制御は、制御開始時に燃焼混合気の空燃比の
リッチレベルを最大とし、その後所定レベルに減少して
所定時間継続する制御であり、前記リッチレベルの学習
補正は、前記制御開始時に与える最大リッチレベルの学
習補正であり、前記リッチ継続時間の学習補正は、前記
所定レベルで継続する時間の学習補正であることを特徴
とする。

【００１６】かかる構成によると、ＮＯｘ還元処理制御
の開始時に与える最大のリッチレベルをリッチレベル学
習によって学習補正し、その後所定レベルで継続する時
間をリッチ継続時間の学習によって学習補正する。これ
により、最大リッチレベルが適正値に学習補正されるこ
とによってリッチスパイク開始時のＮＯｘ排出量を抑制
しつつＨＣ，ＣＯの排出量も抑制され、所定レベルで継
続する時間の学習補正によりリッチ継続時間が適正値に
学習補正されることによってＨＣ，ＣＯの排出を抑制し
ながらＮＯｘ吸蔵触媒全体に吸蔵されたＮＯｘ量を十分
に還元処理することができる。

【００１７】また、請求項５に係る発明は、前記ＮＯｘ
吸蔵触媒下流の排気空燃比の検出は、排気空燃比を連続
的に検出するものであり、前記排気空燃比が理論空燃比
近傍に維持されている時間とその後のリッチ状態に維持
されている時間とを、それぞれに対応して設定されたス
ライスレベルと前記検出された排気空燃比とを比較して
検出することを特徴とする。

【００１８】かかる構成によると、検出された排気空燃
比を理論空燃比近傍状態検出用に設定されたスライスレ
ベルと比較することにより、理論空燃比近傍状態を検出
しつつ、この状態に維持されている時間を計測して該維
持時間を検出し、リッチ状態検出用に設定されたスライ
スレベルと比較することにより、リッチ状態を検出しつ
つこの状態に維持されている時間を計測して該維持時間
を検出する。

【００１９】これにより、理論空燃比近傍維持時間とリ
ッチ状態維持時間とを高精度に検出することができる。
また、請求項６に係る発明は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒下流
の排気空燃比の検出は、排気空燃比が理論空燃比よりリ
ッチかリーンかをオンオフ的に検出するものであり、前
記排気空燃比が理論空燃比近傍に維持されている時間は
検出された排気空燃比がリーンからリッチに反転するま
での時間又はリッチピーク値に達するまでの時間により
検出し、前記リッチ状態に維持されている時間の検出は
検出された排気空燃比がリッチである継続時間により検
出することを特徴とする。

【００２０】かかる構成によると、検出された排気空燃
比がリーンからリッチに反転するまでの時間又はリッチ
ピーク値に達するまでの時間を計測して理論空燃比近傍
維持時間を検出し、排気空燃比の検出値がリッチに維持
されている時間を計測してリッチ維持時間を検出する。
これにより、安価なストイキ型空燃比センサを使用して
理論空燃比近傍維持時間とリッチ維持時間を検出して、
リッチレベルとリッチ継続時間を学習することができ
る。

【００２１】また、請求項７に係る発明は、前記リッチ
レベルとリッチ継続時間との学習補正は、機関の運転状
態に応じた領域毎に行うことを特徴とする。かかる構成
によると、リッチレベルとリッチ継続時間との学習補正
を、そのときの機関の運転状態に応じた領域毎に行う。

【００２２】これにより、機関の運転状態によって異な
るＮＯｘ吸蔵触媒へのＮＯｘ吸蔵量に応じた領域毎に別
々学習が行われるため、高精度な学習を行える。また、
請求項８に係る発明は、前記機関の運転状態に応じた領
域は、学習補正前のリーン継続時間によって区分された
領域であることを特徴とする。

【００２３】かかる構成によると、リッチレベルとリッ
チ継続時間との学習補正を、学習補正前のリーン継続時
間によって区分された領域毎に行う。これにより、リー
ン継続時間によって異なるＮＯｘ吸蔵触媒へのＮＯｘ吸
蔵量に応じた領域毎に別々学習が行われるため、高精度
な学習を行える。また、請求項９に係る発明は、前記機
関の運転状態に応じた領域は、学習補正前の機関運転状
態によって推定されるＮＯｘ吸蔵触媒へのＮＯｘ吸蔵量
により区分された領域であることを特徴とする。

【００２４】かかる構成によると、リッチレベルとリッ
チ継続時間との学習補正を、学習補正前の機関運転状態
によって推定されるＮＯｘ吸蔵触媒へのＮＯｘ吸蔵量に
より区分された領域毎に行う。これにより、学習補正前
の機関運転状態によって異なるＮＯｘ吸蔵触媒へのＮＯ
ｘ吸蔵量を高精度で推定しつつ、該推定されたＮＯｘ吸
蔵量領域毎に別々学習が行われるため、より高精度な学
習を行える。

【００２５】また、請求項10に係る発明は、前記リッチ
レベルとリッチ継続時間とに上下限値を設定したことを
特徴とする。かかる構成によると、リッチレベルとリッ
チ継続時間とが、それぞれの上下限値により制限され
る。

【００２６】これにより、失火やトルク変動等の機関の
運転への影響を回避しつつＮＯｘ還元処理を行うことが
できる。

【００２７】

【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。

【００２８】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よいし、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０気通路９に介装されたＮＯｘ吸蔵触媒５で
浄化された後に大気中に排出される。

【００２９】前記ＮＯｘ吸蔵触媒５は、排気空燃比がリ
ーンであるときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、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蔵したＮＯ
ｘを放出して三元触媒層で還元処理する触媒（ＮＯｘ吸
蔵型三元触媒）である。また、前記ＮＯｘ吸蔵触媒５よ
り上流の排気通路部分に、小容量で活性を早めて始動時
の排気浄化性能を向上させるための三元触媒で構成され
たライトオフ触媒21が設けられる。

【００３０】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。

【００３１】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吸蔵触媒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、前記ＮＯｘ吸蔵触媒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して本発明に係る
ＮＯｘ還元処理制御を行うための第２空燃比センサ11な
どが設けられる他、コントロールユニット６にはクラン
ク角センサ（図示せず) からの回転信号や水温センサ12
からの水温信号などが入力される。

【００３２】前記第１空燃比センサ10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。また、第２空燃比センサ11は、本
実施の形態では排気空燃比を広域に検出できる広域空燃
比センサとする。

【００３３】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αを、例えば比例微
分制御等により設定する。一方、ＮＯｘ還元処理制御時
には前記第２空燃比センサ11を用いてＮＯｘ吸蔵触媒５
下流の排気空燃比を検出しつつ該制御の学習補正を行う
ようになっており、かかる学習補正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。また、前記フ
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。

【００３４】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還元処理制御条件の成立を示すフラグＦＲＳ
を判別することで、該制御条件の成立の有無を判断す
る。前記ＮＯｘ吸蔵触媒５は、排気空燃比がリーンであ
るときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、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蔵した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空燃比をリッチ化
する本制御を行うのが、運転への違和感が無く好まし
い。したがって、該条件となったときに前記フラグＦＲ
Ｓを１にセットし、該リッチ化制御を終了したときにフ
ラグＦＲＳを０にリセットする。

【００３５】但し、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
蔵触媒５におけるＮＯｘ吸蔵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。

【００３６】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、本制御の開始に当た
り各変数を初期化する。例えば、後述する第２空燃比セ
ンサ11によるストイキ近傍維持時間の計測終了判定用フ
ラグＦＳ１、その後のリッチ状態維持時間の計測開始判
定用フラグＦＳ２をそれぞれ０にリセットする。

【００３７】ステップ３では、本制御により得られコン
トロール６を構成するマイクロコンピュータのＲＡＭに
記憶されたリッチレベル学習値ＬＲsk(i) とリッチ継続
時間学習値ＬＩα(i) を参照する。ここで、リッチレベ
ル学習値ＬＲsk(i) は、本制御開始時に与える最大のリ
ッチレベルの学習値である。また、リッチ継続時間学習
値ＬＩα(i) はリッチを継続する時間の学習であるが、
本実施の形態では前記最大のリッチレベルからリッチレ
ベルを減少する微分制御を行い、この減少速度つまり微
分値によってリッチ状態維持時間が決まるので、該微分
値を学習して得られる学習値である。

【００３８】また、該学習は、学習開始時におけるＮＯ
ｘ吸蔵触媒５へのＮＯｘ吸蔵量に応じて区分された領域
毎に行う。例えば、該学習前のリーン継続時間を計測し
ておき、継続時間領域ｉ毎に学習を行う。このようにす
れば、学習精度が向上する。あるいは、学習前の運転状
態からＮＯｘ排出積算値を推定してＮＯｘ吸蔵量を推定
し、該推定ＮＯｘ吸蔵量に応じて区分した領域毎に行う
ようにしてもよく、推定演算を要する代わりに学習精度
がより向上する。

【００３９】ステップ４では、同じく本制御に使用する
リッチレベル基本量ＫＮａ(i) とリッチ継続時間基本量
Ｉα(i) をＲＯＭから参照する。該リッチレベル基本量
ＫＮａ(i) とリッチ継続時間基本量Ｉα(i) も前記学習
を行うリーン継続時間や推定ＮＯｘ吸蔵量に応じて区分
された領域毎に設定してあり、対応する領域に設定され
たものを参照する。これら基本量ＫＮａ(i),Ｉα(i) の
具体的な特性を図５に示す。リッチレベル基本量ＫＮａ
(i) は、リーン継続時間又は推定ＮＯｘ吸蔵量ｉが大き
いときほどＮＯｘ吸蔵量が多く初期に脱離するＮＯｘ量
も増大するので、基本量ＫＮａ(i) を大きい値に設定す
るが、失火の発生等燃焼性を考慮して上限を設定してい
る。また、リッチ維持時間基本量Ｉα(i) は、リーン継
続時間又は推定ＮＯｘ吸蔵量ｉが大きくＮＯｘ吸蔵量が
多いときほど、該吸蔵されたＮＯｘ量を完全に還元処理
するためにリッチ継続時間を長引かせる必要があるの
で、減少方向の微分値である基本量Ｉα(i) を小さい値
に設定してある。

【００４０】ステップ５では、前記参照した基本量と学
習値とに基づいて次式により、リッチレベル制御量αsk
とリッチ継続時間制御量Ｉαskとを算出する。 αsk＝ＫＮａ(i) ＋ＬＲsk(i) Ｉαsk＝Ｉα(i) ＋ＬＩα(i) また、前記算出したリッチレベル制御量αskとリッチ継
続時間制御量Ｉαskとを、それぞれ設定した上下限値と
比較し、これら上下限値によって制限する。これによ
り、失火やトルク変動等の運転への影響を回避しつつ、
ＮＯｘ還元処理制御を行える。

【００４１】ステップ６では、最終的に算出された今回
のリッチ制御量αskを出力する。このリッチ制御量αsk
は、基本燃料噴射量Ｔｐに乗じられる空燃比補正係数と
して設定される。なお、前記ステップ５から最初にステ
ップ６に進んだ制御の開始時は、ステップ５で算出され
たリッチレベル制御量αskが、最大の初期値として出力
される。

【００４２】ステップ７では、今回のリッチ制御量αsk
の値がストイキ（理論空燃比) 制御時の相当値である10
0 ％を超えているか否かを判定する。リッチ制御量αsk
が100 ％を超えている場合には、ステップ８へ進んで次
式のように前記リッチ制御量αskから現在算出されてい
る最新のリッチ継続時間制御量Ｉαskを減算した値を、
次回出力するリッチ制御量αskとして更新した後、ステ
ップ９へ進む。

【００４３】αsk＝αsk−Ｉαsk また、ステップ７の判定でリッチ制御量αskが100 ％以
下と判定されたときは、ステップ８をジャンプしてステ
ップ９へ進む。ステップ９では、前記ストイキ近傍維持
時間の計測終了判定用フラグＦＳ１の値が０であるか否
か、つまり前記第２空燃比センサ11で検出されたＮＯｘ
吸蔵触媒５下流の排気空燃比がストイキ近傍である状態
が終了していないか否かを判定する。

【００４４】そして、ＦＳ１＝０つまりストイキ近傍状
態が終了していないと判定されたときはステップ10へ進
み、前記第２空燃比センサ11の出力値ＶＲＯ２が、第１
スライスレベルＳ１を下回ったか否かを判定する。ここ
で、前記第１スライスレベルＳ１の値は、ストイキ相当
の値よりややリーン側の値に設定されている。前記ステ
ップ10で前記出力値ＶＲＯ２が第１スライスレベルＳ１
以上と判定された場合は、ＮＯｘ吸蔵触媒５下流の排気
空燃比がまだストイキ近傍までリッチ化されていない状
態であり、このときはストイキ近傍継続時間の計測を行
うことなくステップ６へ戻って上記同様の制御を繰り返
す。

【００４５】また、ステップ10で前記出力値ＶＲＯ２が
第１スライスレベルＳ１を下回ったと判定されたとき
は、ステップ11へ進み、前記ストイキ近傍継続時間を計
測するカウンタの値ＣＴ１を所定量Ｔｄだけカウントア
ップする。即ち、このステップにより、ＮＯｘ吸蔵触媒
５下流の排気空燃比がストイキ近傍にある時間が計測さ
れる。

【００４６】次いでステップ12では、前記第２空燃比セ
ンサ11の出力値ＶＲＯ２が第２スライスレベルＳ２を下
回ったか否かを判定する。ここで、前記第２スライスレ
ベルＳ２の値は、ストイキ相当の値よりややリッチ側の
値に設定されている。前記ステップ12で出力値ＶＲＯ２
が第２スライスレベルＳ２以上と判定された場合は、前
記ストイキ近傍状態が維持されていると判断してステッ
プ６へ戻って上記同様の制御を繰り返す。

【００４７】また、ステップ12で出力値ＶＲＯ２が第２
スライスレベルＳ２を下回ったと判定された場合は、Ｎ
Ｏｘ吸蔵触媒５下流の排気空燃比がストイキ近傍状態か
らリッチ側に外れたと判断してステップ13へ進む。ステ
ップ13では、前記ストイキ近傍維持時間の計測を終了さ
せるため、該計測終了判定用のフラグＦＳ１の値を１に
セットする。

【００４８】ステップ14では、ＮＯｘ吸蔵触媒５下流の
排気空燃比がリッチ状態に維持されている時間の計測開
始判定用のフラグＦＳ２の値を１にセットすると共に、
前記ストイキ近傍継続時間をカウントするカウンタの現
在のカウント値ＣＴ１をストイキ近傍継続時間Ｔ１とし
てセットする。ステップ15では、前記リッチ状態検出時
間を計測するカウンタの値ＣＴ２を所定量Ｔｄだけカウ
ントアップする。即ち、このステップにより、ＮＯｘ吸
蔵触媒５下流の排気空燃比がリッチ状態に維持されてい
る時間が計測される。

【００４９】ステップ16では、前記フラグＦＳ２が１に
セットされたリッチ状態計測中に、前記第２空燃比セン
サ11の出力ＶＲＯ２が前記第２スライスレベルＳ２を上
回ったか、つまりＮＯｘ吸蔵触媒５下流の排気空燃比が
リッチ状態から外れたか否かを判定する。前記排気空燃
比がリッチ状態に維持されている間は、ステップ６へ戻
って空燃比をリーン方向に徐々に近づける制御を繰り返
す。なお、ストイキ近傍維持時間の計測は終了してフラ
グＦＳ１＝１にセットされているので、ステップ９から
ステップ15へジャンプする。

【００５０】このように空燃比をリーン側に近づけてい
くことにより、第２空燃比センサ11の出力ＶＲＯ２が第
２スライスレベルＳ２以下になった、つまりリッチ状態
から外れたと判定されたときに、ステップ17へ進んで前
記リッチ状態維持時間を計測するカウンタの現在の値Ｃ
Ｔ２をリッチ状態維持時間Ｔ２としてセットする。そし
て、ステップ18では、上記のようにして求められた今回
のストイキ近傍維持時間Ｔ１と、リッチ状態維持時間Ｔ
２とに基づいて、それぞれリッチレベルの学習とリッチ
状態継続時間の学習とを行う。具体的には、以下のよう
にして前記リッチレベル学習値ＬＲsk(i) 、リッチ継続
時間学習値Ｉα(i) を演算更新する。

【００５１】まず、リッチレベル学習値ＬＲsk(i) につ
いては、図６に示すようにストイキ近傍維持時間ｔ1 が
大きくなるとＮＯｘ排出量が増大し、小さくなるとＨＣ
（及びＣＯ) 排出量が増大するので、これらが共に基準
値以下となるストイキ近傍維持時間ｔ1 の時間範囲を設
定する。そして、ストイキ近傍維持時間ｔ1 が前記時間
範囲にあるときには、学習値ＬＲsk(i) を現状に維持す
るが、ストイキ近傍維持時間ｔ1 が前記時間範囲より大
きい場合は、ｔ1 が減少するようにリッチレベルを増大
するべく学習値ＬＲsk(i) を増加し、前記時間範囲より
小さい場合は、ｔ1 が増大するようにリッチレベルを減
少するべく学習値ＬＲsk(i) を減少する。

【００５２】ここで、ストイキ近傍維持時間ｔ1 が大き
い場合に、リッチレベルを増大すると、ストイキ近傍維
持時間ｔ1 が減少するのは、このｔ1 が大きい場合、触
媒内が完全な還元雰囲気になっていないからであり、還
元材としてのＨＣを増量すべく、リッチレベルを増大す
るとストイキ近傍に維持される時間が短くなるのであ
る。

【００５３】上記の学習を、例えば、図７に示したよう
に設定した学習補正値ＨＬＲsk(i)を用いて次式により
行う。ＬＲsk(i) ＝ＬＲsk(i) ＋ＨＬＲsk(i) 一方、リッチ継続時間学習値Ｉα(i) については、図８
に示すようにリッチ状態維持時間ｔ2 が大きくなるとＨ
Ｃ（及びＣＯ) 排出量が増大し、小さくなるとＮＯｘ排
出量が増大するので、前記同様にこれらが共に基準値以
下となるリッチ状態維持時間ｔ2 の時間範囲を設定す
る。そして、リッチ状態維持時間ｔ2 が前記時間範囲に
あるときには、学習値ＬＩα(i) を現状に維持するが、
リッチ状態維持時間ｔ2 が前記時間範囲より大きい場合
は、ｔ2 が減少するようにリッチレベルの減少速度を増
大するべく学習値ＬＩα(i) を増加し、前記時間範囲よ
り小さい場合は、ｔ2 が増大するようにリッチレベルの
減少速度を減少するべく学習値ＬＩα(i) を減少する。

【００５４】上記の学習を、例えば、図９に示したよう
に設定した学習補正値ＨＬＩα(i)を用いて次式により
行う。ＬＩα(i) ＝ＬＩα(i) ＋ＨＬＩα(i) 上記学習値更新後はステップ19へ進み、今回のＮＯｘ還
元処理制御が終了したので、次回のＮＯｘ還元処理制御
開始条件が成立するまで前記フラグＦＲＳの値を０にリ
セットする。

【００５５】このようにして、リッチレベルとリッチ継
続時間とを学習することにより、図10に示すようにＮＯ
ｘ排出量とＨＣ（及びＣＯ) 排出量とを共に基準以下に
抑制することができる。上記の実施の形態では、リッチ
スパイクの開始時のリッチレベルを最大とし、その後リ
ッチレベルを漸減する制御方式に適用したものを示した
が、リッチスパイク方式としては、この他図11に示した
ように初期に最大としたリッチレベルをステップ的に
（若しくは急速に) 所定レベルまで減少し、該所定レベ
ルで所定時間維持するという方式もある。この方式に本
発明を適用する場合には、初期のリッチレベルについて
は前記実施の形態と同様の学習を行い、リッチ継続時間
については検出されたリッチ状態維持時間の大小に応じ
て前記所定レベルの継続時間を減少, 増大するように学
習すればよい。この他、図12に示したように初期に大き
くしたリッチレベルを所定時間継続し、その後所定レベ
ルにステップ的に減少した後、徐々に減少させるスパイ
ク方式もあり、この場合は、ストイキ近傍維持時間を計
測して初期の大きなリッチレベルの継続時間を学習補正
し、リッチ状態維持時間を計測して前記所定レベル後の
レベル減速速度を学習補正すればよい。

【００５６】また、上記の実施の形態ではＮＯｘ吸蔵触
媒下流の排気空燃比の検出を、広域型センサによって連
続的に検出できるため、該検出値に基づいて高精度な学
習を行えるが、排気空燃比の検出を理論空燃比に対する
リッチ, リーンでオン・オフ的に検出するストイキ型セ
ンサ（いわゆるＯ2 センサ) を用いて本発明を実施する
こともできる。

【００５７】前記ストイキ型センサを用いた実施の形態
では、ストイキ近傍状態を直接検出することができない
が、例えば、ストイキ型センサの出力値がリッチスパイ
ク開始後リーンからリッチに反転するまでの時間、若し
くは、リッチ方向のピーク値となるまでの時間を、スト
イキ近傍維持時間として推定することができる。したが
って、該時間の計測値に基づいてリッチレベルを学習す
ればよい。但し、リッチスパイクされた混合気の排気が
ＮＯｘ吸蔵触媒に達するまでに時間遅れがあるので、該
遅れ分を計測時間から差し引く補正を行うことにより精
度を高めることができ、さらに該遅れ補正分を機関運転
状態（主として回転速度) に応じて設定すれば、より精
度を高めることができ、安価なストイキ型センサを用い
て広域型センサを用いた場合に近い精度で学習を行え
る。

【００５８】また、リッチ維持時間の学習は、ストイキ
型センサの出力がリッチに反転してから該リッチに維持
されている（再度リーンに反転するまでの) 時間を、リ
ッチ状態維持時間として推定することができるので、該
時間の計測値に基づいてリッチ継続時間を学習すればよ
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項２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ＮＯｘ還元処理制御
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リッチスパイク制御
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リッチレベル基本量
とリッチ継続時間基本量の特性を示す図。

【図６】第１の実施の形態におけるストイキ近傍維持時
間ｔ1 による排気エミッション特性を示す図。

【図７】第１の実施の形態におけるストイキ近傍維持時
間ｔ1 に対するリッチレベルの学習補正量の特性を示す
図。

【図８】第１の実施の形態におけるリッチ状態維持時間
ｔ2 による排気エミッション特性を示す図。

【図９】第１の実施の形態におけるリッチ状態維持時間
ｔ2 に対するリッチレベルの学習補正量の特性を示す。

【図10】第１の実施の形態における排気エミッション特
性を学習無しの従来例と比較して示すタイムチャート。

【図11】リッチスパイク特性の別の例を示す図。

【図12】リッチスパイク特性のさらに別の例を示す図。

【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５ＮＯｘ吸蔵触媒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

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＲＦ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｚ 45/00 ３６８ 45/00 ３６８Ｚ (56)参考文献特開平７−139397（ＪＰ，Ａ) 特開平８−232644（ＪＰ，Ａ) 特開平９−158721（ＪＰ，Ａ) 特開平９−4492（ＪＰ，Ａ) 特開平８−261041（ＪＰ，Ａ) 特開平10−47113（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/14 310 F01N 3/08 F01N 3/18 F01N 3/24 F02D 41/04 305 F02D 45/00 368

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排気空燃比がリーンであるときに排気中の
ＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチで
あるときに前記吸蔵したＮＯｘを放出して還元処理する
ＮＯｘ吸蔵触媒を備え、燃焼混合気の空燃比を一時的に
リッチとしてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元
処理する制御を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘの還元処理制御時にＮＯｘ吸蔵触媒下流の排
気空燃比を検出し、該排気空燃比が理論空燃比近傍に維
持されている時間とその後のリッチ状態に維持されてい
る時間とに基づいて、それぞれＮＯｘ還元処理制御時に
要求される燃焼混合気のリッチレベルとリッチ継続時間
とを演算して学習し、ＮＯｘ還元処理制御開始時の空燃
比を前記学習されたリッチレベルとし、かつ前記学習さ
れたリッチ継続時間継続して空燃比をリッチに制御する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】排気空燃比がリーンであるときに排気中の
ＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又はリッチで
あるときに前記吸蔵したＮＯｘを放出して還元処理する
ＮＯｘ吸蔵触媒を備えると共に、燃焼混合気の空燃比を
一時的にリッチとしてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯ
ｘを還元処理する制御を行うＮＯｘ還元処理制御手段を
備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘの還元処理制御時に、前記ＮＯｘ吸蔵触媒下
流の排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、前記検出された排気空燃比が、理論空燃比近傍に維持さ
れている時間に基づいて、ＮＯｘ還元処理制御時の燃焼
混合気のリッチレベルを演算して学習するリッチレベル
学習手段と、前記検出された排気空燃比が、前記理論空燃比近傍状態
の後リッチ状態に維持されている時間に基づいて、ＮＯ
ｘ還元処理制御時の燃焼混合気のリッチ継続時間を演算
して学習するリッチ継続時間学習手段と、を含んで構成し、前記ＮＯｘ還元処理制御手段は、ＮＯ
ｘ還元処理制御開始時の空燃比を前記学習されたリッチ
レベルとし、かつ前記学習されたリッチ継続時間継続し
て空燃比をリッチに制御するようにしたことを特徴とす
る内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】前記ＮＯｘの還元処理制御は、制御開始時
に燃焼混合気の空燃比のリッチレベルを最大とし、その
後徐々に減少していく制御であり、前記リッチレベルの
学習補正は、前記制御開始時に与える最大リッチレベル
の学習補正であり、前記リッチ継続時間の学習補正は、
前記リッチレベルの減少速度の学習補正であることを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気
浄化装置。
【請求項４】前記ＮＯｘの還元処理制御は、制御開始時
に燃焼混合気の空燃比のリッチレベルを最大とし、その
後所定レベルに減少して所定時間継続する制御であり、
前記リッチレベルの学習補正は、前記制御開始時に与え
る最大リッチレベルの学習補正であり、前記リッチ継続
時間の学習補正は、前記所定レベルで継続する時間の学
習補正であることを特徴とする請求項１又は請求項２に
記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】前記ＮＯｘ吸蔵触媒下流の排気空燃比の検
出は、排気空燃比を連続的に検出するものであり、前記
排気空燃比が理論空燃比近傍に維持されている時間とそ
の後のリッチ状態に維持されている時間とを、それぞれ
に対応して設定されたスライスレベルと前記検出された
排気空燃比とを比較して検出することを特徴とする請求
項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気
浄化装置。
【請求項６】前記ＮＯｘ吸蔵触媒下流の排気空燃比の検
出は、排気空燃比が理論空燃比よりリッチかリーンかを
オンオフ的に検出するものであり、前記排気空燃比が理
論空燃比近傍に維持されている時間は検出された排気空
燃比がリーンからリッチに反転するまでの時間又はリッ
チピーク値に達するまでの時間により検出し、前記リッ
チ状態に維持されている時間の検出は検出された排気空
燃比がリッチである継続時間により検出することを特徴
とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃
機関の排気浄化装置。
【請求項７】前記リッチレベルとリッチ継続時間との学
習補正は、機関の運転状態に応じた領域毎に行うことを
特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】前記機関の運転状態に応じた領域は、学習
補正前のリーン継続時間によって区分された領域である
ことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化
装置。
【請求項９】前記機関の運転状態に応じた領域は、学習
補正前の機関運転状態によって推定されるＮＯｘ吸蔵触
媒へのＮＯｘ吸蔵量により区分された領域であることを
特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項10】前記リッチレベルとリッチ継続時間とに上
下限値を設定したことを特徴とする請求項１〜請求項９
のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。