JP2004068694A

JP2004068694A - Exhaust emission control device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP2004068694A
Application number: JP2002228564A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Yoshioka; 吉岡　浩見; Hiroshi Tokushige; 徳重　大志; Takuo Hirano; 平野　拓男; Kunikimi Minamitani; 南谷　邦公
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: JP4178868B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device with a NOx storage type catalyst 38 in an exhaust passage 34 for an engine 1, maximizing the purification of exhaust gas by keeping the NOx storage capacity of the catalyst 38 to a maximum at all times. <P>SOLUTION: The NOx storage amount of the NOx catalyst 38 is estimated in accordance with the operation history of the engine 1. When the estimated NOx storage amount exceeds a boundary value (a target storage amount) sufficient to keep the NOx storage capacity of the NOx catalyst 38 at nearly 100%, NOx purge is performed to release stored NOx for reduction and purification (SA5-SA7). As the boundary value is smaller with the deterioration of the NOx catalyst 38, the target storage amount as a threshold value for the NOx purge is corrected to be smaller. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスの空燃比状態が理論空燃比に対応する状態よりもリーンな状態のときにＮＯｘを吸蔵する一方、その吸蔵したＮＯｘを空燃比状態のリッチ化に応じて放出し且つ還元浄化するＮＯｘ吸蔵タイプの触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、触媒に吸蔵されているＮＯｘを強制的に放出させて還元浄化する、いわゆるＮＯｘパージのための制御技術の分野に属する。
【０００２】
尚、ＮＯｘ吸蔵タイプの触媒については既に種々の構成のものが公知であり、それらはＮＯｘ吸収タイプ或いはＮＯｘ吸着タイプ等と呼ばれることもあるが、この明細書においてＮＯｘ吸蔵タイプの触媒というときには、前記いずれの呼称のものをも含むものとする。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、この種の排気浄化装置として、例えば特開平８−２３２６４４号公報に開示されるように、内燃機関の排気通路にＮＯｘ吸蔵タイプの触媒を配置し、この触媒のＮＯｘ吸蔵量が満杯の最大吸蔵量になったときに、排気の空燃比状態を強制的にリッチ化させて、触媒のＮＯｘ吸蔵材からＮＯｘの放出を促し、これを還元浄化する（ＮＯｘパージ）ようにしたものが知られている。また、このものでは、触媒よりも下流の排気通路に空燃比センサを配設し、主にＮＯｘパージを開始してから、前記空燃比センサにより空燃比状態のリッチ化が検出されれるまでの時間に基づいて、触媒の劣化度合いを判定するようにしている。
【０００４】
すなわち、一般的に、ＮＯｘパージのためには排気ガスの空燃比状態を略理論空燃比に対応する状態乃至それよりもややリッチな状態（以下、単にリッチ状態ともいう）にするのだが、このとき、触媒からＮＯｘが放出されて還元されることによって排気ガス中の酸素濃度が増大するので、ＮＯｘが放出されている間は触媒下流の排気ガスの空燃比状態は理論空燃比よりもややリーンな状態に維持され、ＮＯｘの放出が完了した後に始めて、リッチな状態に変化する。
【０００５】
すなわち、ＮＯｘパージを開始してから、その後に触媒下流の空燃比センサにより空燃比状態のリッチ化が検出されれるまでの時間は、当該触媒のＮＯｘ吸蔵量が多いほど長くなるので、その時間に基づいて、触媒の劣化による最大吸蔵量の変化を検出することができるのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、ＮＯｘ吸蔵タイプの触媒によるＮＯｘの吸蔵能力は、この触媒のＮＯｘ吸蔵量に応じて変化する。すなわち、まず、ＮＯｘ吸蔵量が零から所定の境界値に達するまでは触媒は最高の吸蔵能力（例えば略１００％）を示す一方、その後はＮＯｘ吸蔵量の増大に応じて徐々に吸蔵能力が低下していき、触媒のＮＯｘ吸蔵量が満杯になるころには新たなＮＯｘを殆ど吸蔵しない状態になる。
【０００７】
このような触媒の特性を考慮すれば、前記従来例のように触媒のＮＯｘ吸蔵量が満杯になるまでＮＯｘパージを行わないというのは、当該触媒のＮＯｘ吸蔵能力を十分に発揮させているとは言い難く、この点で改善の余地が残されている。
【０００８】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の排気通路にＮＯｘ吸蔵タイプの触媒を備えた排気浄化装置において、この触媒のＮＯｘパージを行うタイミングに工夫を凝らし、当該触媒のＮＯｘ吸蔵能力を最大限に発揮させて、排気ガスの可及的な清浄化を図ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯｘ吸蔵量が境界値を超えて触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下し始める前に、ＮＯｘパージを行うようにしたものである。
【００１０】
具体的に、請求項１の発明では、内燃機関の排気通路に配設され、排気ガスの空燃比状態が理論空燃比に対応する状態よりもリーンな状態のときにＮＯｘを吸蔵する一方、吸蔵したＮＯｘを空燃比状態のリッチ化に応じて放出し且つ還元浄化するＮＯｘ吸蔵タイプの触媒と、この触媒におけるＮＯｘの吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段と、該吸蔵量推定手段によるＮＯｘ吸蔵量の推定値が予め設定した閾値を超えたときに、排気ガスの空燃比状態を強制的にリッチ化させるＮＯｘパージ制御を行う排気空燃比変更手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提とする。そして、前記触媒は、吸蔵したＮＯｘの放出を完了して排気ガス中のＮＯｘの吸蔵を再開したときに、ＮＯｘの吸蔵量が所定の境界値に達するまでは最高のＮＯｘ吸蔵能力を示す一方、その境界値を超えてＮＯｘ吸蔵量が増大すると、これに応じてＮＯｘ吸蔵能力が低下するとともに、劣化によって前記境界値が減少するという特性を有するものとし、その上で、前記排気空燃比変更手段によるＮＯｘパージ制御の閾値を前記境界値と略同じになるように設定した。
【００１１】
前記の構成により、まず、内燃機関が理論空燃比よりもリーンな空燃比で運転されて（以下、リーン運転ともいう）、排気ガスの空燃比状態が理論空燃比よりもリーンな状態になると、この排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵タイプの触媒により吸蔵される。一方、内燃機関が略理論空燃比乃至それよりもリッチな空燃比で運転されると（以下、リッチ運転とも言う）、排気ガスの空燃比状態もリッチ状態になり、このときには前記触媒において吸蔵されているＮＯｘが放出されて、還元浄化される。
【００１２】
ここで、例えば、前記排気ガスのリッチな状態で触媒がＮＯｘの放出を完了し、その後、排気ガスがリーンな状態になって触媒がＮＯｘの吸蔵を再開したとき、その後、暫くの間は触媒は最高のＮＯｘ吸蔵能力を示すが、仮に該触媒のＮＯｘ吸蔵量が境界値に達した後も排気ガスがリーンであるとすれば、触媒のＮＯｘ吸蔵能力は徐々に低下することになる。
【００１３】
これに対し、前記の構成では、触媒のＮＯｘ吸蔵量が吸蔵量推定手段により推定されて、この推定値が閾値に達すると、排気空燃比変更手段によりＮＯｘパージ制御が行われる。即ち、排気の空燃比状態が強制的にリッチ化され、触媒からＮＯｘが放出されて還元浄化される。これにより、触媒のＮＯｘ吸蔵能力は低下することなく、最高の状態に維持される。
【００１４】
つまり、この発明によれば、触媒のＮＯｘ吸蔵量がその境界値に達すると、直ちにＮＯｘパージが行われることで、当該触媒によるＮＯｘの吸蔵能力が常に最高の状態に維持されて、排気ガスの可及的な清浄化が図られる。また、触媒の劣化によって前記境界値が減少したときには、この減少した値と同じになるようにＮＯｘパージ制御の閾値を変更することで、触媒の劣化に拘わらず、前記の作用効果を得ることができる。
【００１５】
請求項２の発明では、触媒の劣化によるＮＯｘ吸蔵量の境界値の低下度合いを推定する劣化度合い推定手段と、該劣化度合い推定手段による推定結果に応じて、排気空燃比変更手段によるＮＯｘパージ制御の閾値を補正する閾値補正手段とを備え、この閾値補正手段を、ＮＯｘパージ制御の行われやすくなる方向にのみ、閾値を補正するように構成する。
【００１６】
このことで、触媒が劣化してそのＮＯｘ吸蔵量の境界値が低下したときに、その低下の度合いが劣化度合い推定手段により推定され、この推定結果に応じて閾値補正手段によりＮＯｘパージ制御の閾値が補正される。これにより、前記請求項１の発明の作用効果がより確実なものとなる。しかも、その際、前記閾値補正手段が、ＮＯｘパージ制御の行われやすくなる方向、即ち閾値が小さくなる方向にのみ、閾値を補正するので、外乱やノイズ等によって誤って前記境界値の増大を推定した場合でも閾値が増大補正されることはなく、従って、ＮＯｘパージのタイミングが遅れて触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下することはない。
【００１７】
請求項３の発明では、請求項２の発明における排気空燃比変更手段を、ＮＯｘパージ制御における排気ガスの空燃比状態を触媒の劣化によるＮＯｘ吸蔵量の境界値の低下度合いが大きいほど相対的にリーンな状態に変更するものとする。
【００１８】
すなわち、ＮＯｘパージのときには排気空燃比変更手段によって排気ガスの空燃比状態が略理論空燃比乃至それよりもリッチな状態に変更されることで、触媒からのＮＯｘの放出が促進されるのであるが、その際、触媒からのＮＯｘの放出に見合う分だけ排気ガス中に還元成分（ＨＣ，ＣＯ）が存在して、このＨＣ，ＣＯとＮＯｘとが過不足なく反応することが望ましい。
【００１９】
そこで、この発明では、触媒の劣化によってＮＯｘ吸蔵量の境界値、即ちＮＯｘ吸蔵能力の低下度合いが大きいときほど、ＮＯｘパージによる触媒からのＮＯｘの放出が少なくなることに着目し、これに見合うようにＮＯｘパージ制御における排気ガスの空燃比状態を相対的にリーンな状態に変更するようにしている。このことで、触媒から放出されるＮＯｘと排気ガス中の還元成分（ＨＣ，ＣＯ）とが過不足なく反応するこになり、このことによっても排気ガスの可及的な清浄化が図られる。
【００２０】
請求項４の発明では、請求項２の発明における閾値補正手段を、エンジンの負荷状態乃至エンジン回転速度の少なくとも一方が所定以上に高いとき、排気空燃比変更手段によるＮＯｘパージ制御の閾値を小値側に補正するものとする。
【００２１】
すなわち、エンジンの負荷状態乃至エンジン回転速度の少なくとも一方が所定以上に高いときには、排気ガスの流量・流速が増大することで触媒によるＮＯｘ吸蔵能力が低下する。しかも、たとえ排気ガス中のＮＯｘ濃度が同じであるとしても、流量の多い分だけＮＯｘの量は多くなるから、このような運転状態のときに、仮に触媒の劣化推定の誤差等によってＮＯｘパージのタイミングが遅れると、短時間の内に多量のＮＯｘが大気中に放出されてしまう虞れがある。そこで、この発明では、斯かる運転状態のときにはＮＯｘパージの閾値を小値側に補正して、早めにＮＯｘパージが行われるようにすることで、前記不具合の発生を防止することができる。
【００２２】
請求項５の発明では、請求項２の発明における閾値補正手段を、エンジンが加速運転状態のとき、排気空燃比変更手段によるＮＯｘパージ制御の閾値を小値側に補正するものとする。
【００２３】
すなわち、例えば、ＮＯｘパージのためにエンジンの運転空燃比を変更するようにした場合、空燃比のリーンからリッチへの変更に伴いエンジンのトルクが変動するので、定常運転状態であればフィーリングの悪化を招く虞れがある。一方、加速運転状態であれば本来、エンジンのトルクが変化する状態であるから、このときにＮＯｘパージを行うようにすれば、加速感が得られると共にトルクが変動してもそのことを感じにくく、フィーリングの悪化を招くことは少ない。しかも、加速運転状態のときにＮＯｘパージを行うようにすれば、その分、定常運転状態のときにＮＯｘパージの行われる頻度が低下するので、このことによっても運転フィーリングの悪化を抑制できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用した筒内直噴式ガソリンエンジン１（内燃機関）の全体的な構成を示す。同図においてエンジン１は、複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）が直列に設けられたシリンダブロック３と、このシリンダブロック３上に配置されたシリンダヘッド４とを有し、各気筒２内にはそれぞれピストン５が往復動可能に嵌挿されていて、そのピストン５の冠面とシリンダヘッド４の下面との間の気筒２内に燃焼室６が区画形成されている。ピストン５の往復動はコネクティングロッド７を介してクランク軸８の回転運動に変換され、このクランク軸８により出力される。また、前記シリンダブロック３には、クランク軸８の一端側においてその回転角度を検出する電磁式のクランク角センサ９と、各気筒２毎の燃焼圧の変動に基づいてノッキングを検出するためのノックセンサ１０と、図示しないウオータジャケットの内部に臨んで冷却水の温度（エンジン水温）を検出するエンジン水温センサ１１とがそれぞれ配設されている。
【００２６】
前記シリンダヘッド４には、各気筒２毎に燃焼室６の天井面に臨んで開口するように吸気ポート１２及び排気ポート１３が２つずつ開口していて、その各ポート開口部に吸気及び排気弁１４，１５が配置されている。これら吸気弁１４及び排気弁１５は、それぞれシリンダヘッド４の内部に軸支された吸気側及び排気側カム軸（図示せず）によって、前記クランク軸８の回転に同期して開作動されるようになっている。また、吸気側のカム軸には、その回転角度を検出するための電磁式のカム角センサ１６が付設されている。また、各気筒２毎に前記シリンダヘッド４を上下方向に貫通し且つ吸排気弁１４，１５に取り囲まれるようにして、点火プラグ１７が配設されている。この点火プラグ１７の先端の電極は燃焼室６の天井面から所定距離だけ下方に突出している。また、点火プラグ１７の基端部は、ヘッドカバーを貫通するように配設された点火回路１８（イグナイタ）に接続されている。
【００２７】
前記燃焼室６の底部となるピストン５の冠面は、外周側の部位が燃焼室６の天井面と略平行な形状とされる一方、ピストン５冠面の略中央部には平面視で概略レモン形状の凹部が設けられている。また、燃焼室６の吸気側の周縁部に噴口を臨ませてインジェクタ（燃料噴射弁）２０が配設されている。このインジェクタ２０は、例えば、燃焼室６に臨む先端部の噴口から燃料を旋回流として噴出させて、軸心の延びる方向に沿うようにホローコーン状に噴射する公知のスワールインジェクタとすればよいが、これに限るものではなく、スリットタイプや多噴口タイプのインジェクタとしてもよく、或いは芯弁を圧電素子によって動作させる構成のものを用いてもよい。
【００２８】
前記インジェクタ２０の基端側は全気筒２，２，…に共通の燃料分配管２１に接続されていて、この燃料分配管２１により高圧燃料ポンプ２２から吐出される燃料が各気筒２毎のインジェクタ２０に分配されるようになっている。そして、そのインジェクタ２０により気筒２の圧縮行程で燃料が噴射されると、この燃料噴霧は燃焼室６内の吸気流動によって減速されて、適度な濃度状態の混合気塊を点火プラグ１７周りに形成する。尚、前記燃料分配管２１には、インジェクタ２０から噴射される燃料の圧力状態（燃料噴射圧）を測定するための燃圧センサ２３が配設されている。
【００２９】
エンジン１の一側面（図の右側の側面）には、各気筒２毎の吸気ポート１２に連通するように吸気通路２５が接続されている。この吸気通路２５は、エンジン１の燃焼室６に対してエアクリーナ２６で濾過した吸気を供給するものであり、その上流側から下流側に向かって順に、エンジン１への吸入空気量を検出するホットワイヤ式エアフローセンサ２７と、吸気通路２５の断面積を変更する電気式スロットル弁２８及びその位置を検出するスロットルセンサ２９と、サージタンク３０とが配設されている。前記スロットル弁２８は、図外のアクセルペダルに対して機械的には連結されておらず、図示しない電動モータにより開閉されるようになっている。また、サージタンク３０には、スロットル弁２８よりも下流の吸気通路２５の圧力を検出するブーストセンサ３１が配設されている。
【００３０】
また、前記サージタンク３０よりも下流側の吸気通路２５は、各気筒２毎に分岐する独立通路とされ、該各独立通路の下流端部はさらに２つに分岐してそれぞれ吸気ポート１２に個別に連通する分岐路となっている。この分岐路乃至独立通路には、燃焼室６内の吸気流動の強さ調節するための絞り弁３２（Ｔｕｎｂｌｅ　ＳｗｉｒｌＣｏｎｒｏｌ　Ｖａｌｖｅ：以下、ＴＳＣＶという）が配設されていて、例えばステッピングモータ等によって開閉作動される。このＴＳＣＶ３２の弁体には一部に切り欠きが形成されており、全閉状態ではその切り欠き部のみから下流側に流れる吸気が燃焼室６において強い筒内流動を生成する。一方、ＴＳＣＶ３２が開かれるに従い、吸気は切り欠き部以外からも流通するようになって、筒内流動の強さは徐々に低下するようになる。
【００３１】
エンジン１の他側面（図の左側の側面）には、気筒２内の燃焼室６から既燃ガス（排気ガス）を排出するための排気通路３４が接続されている。この排気通路３４の上流端側は、各気筒２毎の排気ポート１３に繋がる排気マニホルド３５により構成され、該排気マニホルド３５よりも下流側の排気通路３４には、排気ガス中の有害成分である炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するための２つの触媒コンバータ３６，３７が直列に配設されている。
【００３２】
前記上流側の触媒コンバータ３６は、詳細は図示しないが、ケーシング内にハニカム構造の担体を収容したもので、この担体の各貫通孔の壁面にいわゆる三元触媒の触媒層が形成されている。この三元触媒３６は、従来より周知の通り、排気ガスの空燃比状態が略理論空燃比を含む所定の状態にあるときに、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを略完全に浄化可能なものである。
【００３３】
また、下流側の触媒コンバータ３７は、１つのケーシング内に２つの担体を直列に収容し、そのうちの上流側の担体の各貫通孔壁面にいわゆるＮＯｘ吸蔵タイプの触媒層を形成して、上流側ＮＯｘ触媒３８を構成するとともに、下流側の担体にも同様にＮＯｘ触媒の触媒層を形成して、下流側ＮＯｘ触媒３９を構成したものである。ここで、前記ＮＯｘ触媒３８，３９は、例えばゼオライト等のベースコートに酸化バリウム等のＮＯｘ吸蔵材と白金やパラジウム等の貴金属とを担持させてなり、排気ガスの空燃比状態が理論空燃比に対応する状態よりもリーンな状態のときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する一方、そのようにして吸蔵したＮＯｘを空燃比状態のリッチ化に応じて放出し、且つ還元浄化するという機能を有する。
【００３４】
詳しくは、前記ＮＯｘ吸蔵タイプの触媒により排気ガス中のＮＯｘが吸蔵され、或いは放出されるメカニズムは、以下のようなものであると考えられている。すなわち、図２（ａ）に模式的に示すように、排気ガスの空燃比状態がリーンな状態のときには、酸素過剰雰囲気の排気ガス中のＮＯｘ（図例ではＮＯ）が触媒金属（図例ではＰｔ）上で酸素Ｏ２と反応して、その一部がバリウムと結合しながら、硝酸塩ＮＯ３として吸蔵される。一方、排気ガスの空燃比状態が略理論空燃比乃至それよりもリッチな状態であれば、前記とは反対の向きに反応が進行し、バリウムから離れたＮＯ２が排気ガス中のＨＣ，ＣＯと反応して（還元反応）、窒素Ｎ２と酸素Ｏ２とに分解される。
【００３５】
前記エンジン１の排気マニホルド３５の集合部付近には排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ４０（第１の酸素濃度センサ）が配設されており、主にこのセンサ４０からの信号に基づいてエンジン１の空燃比フィードバック制御が行われるようになっている。また、前記２つの触媒コンバータ３６，３７の中間には上流側三元触媒３６の劣化状態を判定するための第２の酸素濃度センサ４１と、ＮＯｘ触媒３８へ流入する排気ガスの温度を検出する排気温度センサ４２とが配設され、さらに、２つのＮＯｘ触媒３８，３９の中間には第３の酸素濃度センサ４３が配設されている。
【００３６】
また、前記排気マニホルド３５よりも下流側の排気通路３４には、そこから分岐するようにして排気ガスの一部を吸気通路２５に還流させる排気還流通路４５（以下、ＥＧＲ通路という）の上流端が連通している。このＥＧＲ通路４５の下流端は前記サージタンク３０の内部に臨んで開口していて、該下流端近傍のＥＧＲ通路４５にはデューティソレノイド弁からなるＥＧＲ弁４６が配設されている。このＥＧＲ弁４６によってＥＧＲ通路４５における排気の還流量が調節されるようになっている。尚、符号４７は、各気筒２の燃焼室６から漏れ出るブローバイガスをサージタンク３０まで導くパージ通路である。
【００３７】
（エンジンの運転制御の概要）
上述した点火回路１８、インジェクタ２０、高圧燃料ポンプ２２、スロットル弁２８、ＴＳＣＶ３２、ＥＧＲ弁４６等は、いずれもエンジンコントロールユニット５０（以下、ＥＣＵという）によって作動制御される。一方、このＥＣＵ５０には、少なくとも、前記クランク角センサ９、ノックセンサ１０、水温センサ１１、エアフローセンサ２７、スロットルセンサ２９，２つの酸素濃度センサ４０，４１，４３、排気温度センサ４２等からの出力信号がそれぞれ入力され、さらに、アクセルペダルの操作量（以下、アクセル開度という）を検出するアクセル開度センサ５１からの出力信号と、エンジン回転速度（クランク軸８の回転速度）を検出する回転速度センサ５２からの出力信号と、車速センサ５３からの出力信号とが入力されるようになっている。
【００３８】
すなわち、ＥＣＵ５０は、前記各センサから入力される信号に基づいてエンジン１への吸入空気量や各気筒２毎の燃料噴射量、噴射時期及び点火時期を制御し、さらに、気筒２内の吸気流動の強さや排気の還流割り合い等を制御する。具体的には、例えば図３に制御マップの一例を示すように、エンジン１の温間の全運転領域のうち低速低負荷側には予め成層燃焼領域（Ｓ）が設定されていて、ここでは、インジェクタ２０により気筒２の圧縮行程で燃料を噴射させて、点火プラグ１７の電極の周りに層状に偏在させた混合気を燃焼させる成層燃焼モードになる。この際、スロットル弁２８は大きく開いてポンプ損失を低減するようにしており、この結果、各気筒２の燃焼室６における平均的な空燃比は理論空燃比よりも大幅にリーンな状態（例えばＡ／Ｆ＞３０）になる。
【００３９】
一方、前記成層燃焼領域（Ｓ）以外はいわゆる均一燃焼領域（Ｈ）であり、ここではインジェクタ２０により主に気筒２の吸気行程で燃料を噴射させて、燃焼室６内で吸気と燃料とを十分に混合し、該燃焼室６全体に概ね均一な混合気を形成した上で燃焼させる均一燃焼モードになる。この均一燃焼領域（Ｈ）のうちの大部分の領域では、燃料噴射量やスロットル弁２８の開度等を、混合気の空燃比が略理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）になるように制御するが、特に全負荷付近では理論空燃比よりもリッチな状態（例えばＡ／Ｆ＝１２〜１４）になるように制御して、高負荷に対応した大出力を得られるようにする。
【００４０】
つまり、この実施形態のエンジン１は、基本的に負荷状態（目標トルク）やエンジン回転速度に応じて、成層燃焼モード、即ち混合気の空燃比が理論空燃比よりも大幅にリーンな状態で運転するリーン運転の状態と、均一燃焼モード、即ち略理論空燃比乃至それよりもリッチな状態で運転するリッチ運転の状態とに切換えられるようになっている。
【００４１】
そのような基本的な運転制御の外に、本発明の特徴としてこの実施形態では、前記リーン運転がある程度以上、継続して、上流側のＮＯｘ触媒３８によるＮＯｘの吸蔵量が所定の境界値に達したときには、エンジン１の運転状態を強制的にリッチ運転に切換えて、前記ＮＯｘ触媒３８において吸蔵したＮＯｘを放出させて還元浄化するようにしている（いわゆるＮＯｘパージ）。
【００４２】
詳しくは、図４に模式的に示すように、ＮＯｘ触媒３８は、吸蔵したＮＯｘの放出及び還元浄化を完了して、その後、リーンな排気ガス中のＮＯｘの吸蔵を再開したとき（ｔ＝ｔ０）、ＮＯｘ吸蔵量が所定の境界値に達するまでは（ｔ０〜ｔ１）最高の吸蔵能力（図の例では、略１００％）を示すが、ＮＯｘ吸蔵量が前記境界値に達した後は、ＮＯｘ吸蔵量の増大に応じて徐々に吸蔵能力が低下するという特性を有する。従って、大気中へのＮＯｘの排出を極小化しようとすれば、ＮＯｘ触媒３８のＮＯｘ吸蔵量を常に前記境界値以下に保つことが望ましい。
【００４３】
そこで、この実施形態では、ＮＯｘ触媒３８におけるＮＯｘの吸蔵量を推定し、この推定した吸蔵量が前記境界値に達したときにＮＯｘパージを行って、ＮＯｘ触媒３８の吸蔵能力を回復させるようにしている。換言すれば、前記Ｎｏｘｘ吸蔵量の境界値は、ＮＯｘパージ制御の開始閾値であるということができ、また、ＮＯｘ触媒３８におけるＮＯｘ吸蔵量が前記境界値以下になるようにエンジン１の運転制御を行っているということもできる。その意味で、以下、前記境界値はＮＯｘ触媒３８の目標吸蔵量と呼ぶ。
【００４４】
以下、前記ＥＣＵ５０によるエンジン１の具体的な制御手順について、図５〜図１０に示すフローチャート図に基づいて説明する。
【００４５】
まず、図５に示すメインフローにおいてスタート後のステップＳＡ１では、クランク角センサ９、水温センサ１１、カム角センサ１６、エアフローセンサ２７、酸素濃度センサ４０，４１，４３、アクセル開度センサ５１、回転速度センサ５２等からの出力信号を入力し、さらにＥＣＵ５０のＲＡＭに一時的に保存されているデータを読み込む。続いて、ステップＳＡ２において、エンジン１の目標トルクとエンジン回転速度とに基づいて、図３の如き制御マップからエンジン１の現在の運転モードを決定する。尚、目標トルクは、エンジン１の負荷状態に対応するものであり、例えば、回転速度センサ５２により検出されたエンジン回転速度とアクセル開度センサ５１により検出されたアクセル開度とに基づいて、予め実験的に設定したマップから読み出すようにすればよい。
【００４６】
続いて、ステップＳＡ３において成層燃焼モードかどうか判定し、この判定がＮＯで均一燃焼モードであればステップＳＡ４に進んで、エンジン１が均一燃焼状態になるようにインジェクタ２０やスロットル弁２８等を制御して、しかる後にリターンする。一方、判定がＹＥＳで成層燃焼モードであれば、ステップＳＡ５に進み、詳しくは後述するが、ＮＯｘパージモードとする条件が成立したかどうか判定する。この判定がＮＯで、ＮＯｘパージモード条件が不成立であれば、後述のステップＳＡ９に進む一方、ＮＯｘパージモード条件が成立でＹＥＳであれば、ステップＳＡ６に進み、ＮＯｘパージのための目標空燃比を演算する。この際、目標空燃比は、ＮＯｘ触媒３８の劣化度合いを示す後述の劣化係数αに基づいて、該触媒３８の劣化によるＮＯｘ吸蔵能力の低下の度合いが大きいほど、相対的にリーンな値になるように演算する。
【００４７】
すなわち、一般的に、前記ＮＯｘパージのためには排気ガスの空燃比状態を略理論空燃比乃至それよりもややリッチな状態（例えばＡ／Ｆ＝１４．０〜１４．７）にすればよいのだが、厳密には、ＮＯｘパージによって触媒３８のバリウムから放出されるＮＯｘの量が排気ガス中の還元成分（ＨＣ，ＣＯ）よりも多いと、このＮＯｘが還元されずに大気中に排出されることになり、一方、ＮＯｘの量がＨＣ，ＣＯよりも少ないと、このＨＣ，ＣＯが大気中に排出されることになる。そこで、ＮＯｘ触媒３８の劣化によるＮＯｘ吸蔵能力の低下の度合いが大きいときほど、ＮＯｘパージによるＮＯｘの放出が少なくなることを考慮して、これに見合うようにＮＯｘパージ制御における排気ガスの空燃比状態を相対的にリーンな状態に変更するようにしている。このことで、触媒から放出されるＮＯｘを排気ガス中の還元成分（ＨＣ，ＣＯ）と過不足なく反応させることができ、このことによっても排気ガスの清浄化が図られる。
【００４８】
続いて、ステップＳＡ７において、エンジン１が均一燃焼状態になり且つ各気筒２の空燃比が前記目標空燃比になるように、インジェクタ２０やスロットル弁２８等を制御する（ＮＯｘパージ実行）。続いて、ステップＳＡ８において、詳しくは後述するが、ＮＯｘ触媒３８の劣化度合いに基づいて目標吸蔵量（ＮＯｘパージの開始閾値）を更新し、しかる後に、リターンする。
【００４９】
前記ステップＳＡ５においてＮＯｘパージモード条件不成立と判定して進んだステップＳＡ９では、今度はＳパージモードの条件が成立したかどうか判定する。ここで、Ｓパージモードというのは、ＮＯｘ触媒３８のいわゆる硫黄被毒を軽減乃至解消するためのものであって、詳しい説明は省略するが、ＮＯｘ触媒３８の硫黄被毒がある程度大きいと判定され、且つ所定の条件が成立したとき、Ｓパージモード条件の成立でＹＥＳと判定してステップＳＡ１０に進み、このステップＳＡ１０においてＳパージのための目標空燃比（理論空燃比よりもリッチな値）を演算し、続くステップＳＡ１１において、エンジン１が均一燃焼状態になるようにインジェクタ２０やスロットル弁２８等を制御するとともに、点火時期を大幅にリタードさせて排気ガスの温度を大幅に高め（Ｓパージ実行）、しかる後にリターンする。このＳパージモードでは、高温の排気ガスによってＮＯｘ触媒３８の温度が所定以上の高温状態に維持され、リッチ雰囲気下でバリウムからＳＯｘが離脱して還元浄化される。
【００５０】
さらに、前記ステップＳＡ９においてＳパージモード条件が不成立でＮＯと判定すれば、ステップＳＡ１２に進んで、エンジン１が成層燃焼状態になるようにインジェクタ２０やスロットル弁２８等を制御し、しかる後にリターンする。
【００５１】
（ＮＯｘパージ実行条件の判定）
次に、前記メインフローのステップＳＡ５におけるＮＯｘパージモードの実行条件について、図６に示すフローに基づいて説明すると、スタート後のステップＳＢ１では、エンジン１がエンストモード以外であることを判定し、この判定がＮＯであれば後述のステップＳＢ９に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳＢ２に進んで、エンジン１が始動モード以外であることを判定する。この判定がＮＯであればステップＳＢ９に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳＢ３に進んで、今度はエンジン１が燃料カットモード以外であることを判定する。
【００５２】
前記ステップＳＢ３において判定がＮＯであればステップＳＢ９に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳＢ４に進み、ＥＣＵ５０のＲＡＭに一時的に記憶されている目標吸蔵量を読み込む。この目標吸蔵量は、後述の如くＮＯｘ触媒３８の劣化の度合いに応じて補正されて、ＥＣＵ５０のＲＡＭに記憶更新される。続くステップＳＢ５では、ＮＯｘ触媒３８によるＮＯｘ吸蔵量の推定演算を行う。具体的には、この実施形態ではＮＯｘ触媒３８によるＮＯｘ吸蔵能力を略１００％に維持するようにしているから、エンジン１の各気筒２からのＮＯｘ排出量を逐次求めて、これを単純に積算することで、ＮＯｘ吸蔵量を推定する。
【００５３】
続いて、ステップＳＢ６において、前記推定したＮＯｘ吸蔵量を目標吸蔵量と比較して、推定ＮＯｘ吸蔵量が目標吸蔵量を超えれば（判定がＹＥＳ）、ステップＳＢ７に進んで、ＮＯｘパージモード条件の成立を示すフラグＦ１をオンにし（Ｆ１←１）、しかる後にリターンする。一方、推定ＮＯｘ吸蔵量が目標吸蔵量以下で判定がＮＯであれば、ステップＳＢ８に進んで、ＮＯｘパージの継続条件を判定する。すなわち、一旦、ＮＯｘパージを開始した後は、ＮＯｘ触媒３８におけるＮＯｘの放出が完了してＮＯｘ吸蔵量が零になるまでをＮＯｘパージ継続条件の成立と判定する。例えば、ＮＯｘパージの開始からエンジン１が継続してリッチな空燃比で運転されている時間をタイマにより測定し、この測定時間が所定時間になるまではＮＯｘパージ継続条件の成立で（判定がＮＯ）、前記ステップＳＢ７に進む一方、タイマによる測定時間が所定時間になれば、ＮＯｘパージ継続条件の不成立で（判定はＹＥＳ）ステップＳＢ９に進み、前記フラグＦ１をオフにして（Ｆ１←０）、しかる後にリターンする。
【００５４】
（ＮＯｘ触媒の劣化状態の判定）
次に、ＮＯｘ触媒３８の劣化判定と、この判定結果に応じてＮＯｘパージの閾値である目標吸蔵量を変更する手順について説明する。まず、図７に示すフローは、ＮＯｘ触媒３８の劣化の判定を正確に行うための条件を判定するものであって、スタート後のステップＳＣ１ではＮＯｘパージモード条件が成立したかどうか判定し（Ｆ１＝１？）、この判定がＮＯであれば（Ｆ１＝０）、ＮＯｘ触媒３８の劣化判定の条件が成立していないとういうことで、ステッップＳＣ８に進み、劣化判定条件の成立を示すフラグＦ２をオフにする（Ｆ２←０）。すなわち、この実施形態では、ＮＯｘ触媒３８の劣化の判定をＮＯｘパージモードのときにのみ、行うようにしている。
【００５５】
一方、前記ステップＳＣ１における判定がＹＥＳならば（Ｆ１＝１）ステップＳＣ２に進んで、今度はエンジン水温が所定値以上であるかどうか判定する。これはエンジン１の暖機を確認するためのものであり、例えばエンジン水温が４５°Ｃ以下であれば（判定がＮＯ）前記ステップＳＣ８に進む一方、それよりもエンジン水温が高ければステップＳＣ３に進む。このステップＳＣ３では、エンジン回転速度が所定値以下であるかどうか判定し、この判定がＮＯであれば前記ステッップＳＣ８に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳＣ４に進んで、今度はエンジン１の目標トルクが所定値以下であるかどうか判定する。この判定がＮＯであれば前記ステッップＳＣ８に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳＣ５に進む。すなわち、エンジン１の目標トルク又は回転速度の少なくとも一方が所定以上に高くて、排気ガスの流量がある程度以上、多いときには、ＮＯｘ触媒３８の劣化判定の精度がやや低くなると考えられるので、このときには劣化判定は行わないようにしている。
【００５６】
ステップＳＣ５では、排気温度センサ４２からの出力に基づいて、ＮＯｘ触媒３８の温度が活性の高い所定の温度範囲にあるかどうか判定し、この判定がＮＯであれば前記ステップＳＣ８に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳＣ６に進んで、今度はエンジン１が加速運転以外かどうか判定する。この判定がＮＯであれば前記ステッップＳＣ８に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳＣ７に進んで、ＮＯｘ触媒３８の劣化判定条件が成立したとして、前記フラグＦ２をオンにする（Ｆ２←１）。尚、加速運転時に判定を行わないようにするのは、エンジン１の運転状態が大きく変化するときには、排気ガスの流量やその内部のガス成分濃度も過渡的に大きく変動して、ＮＯｘ触媒３８の劣化判定の精度がやや低くなると考えられるからである。
【００５７】
次に、図８に示すフローは、前記の劣化判定条件の成立を前提として、実際にＮＯｘ触媒３８の劣化を判定し、且つその劣化の度合いを表す劣化係数αを演算する手順を示すものである。まず、スタート後のステップＳＤ１において、前記フラグＦ２（図７参照）の値に基づいて触媒劣化判定条件の成立を判定し、フラグＦ２がオフ（Ｆ２＝０）でＮＯであればステップＳＤ８に進んで、後述のフラグＦ３をオフにして（Ｆ３←０）、しかる後にリターンする。一方、前記ステップＳＤ１の判定がＹＥＳならば、ステップＳＤ２に進んで、ＮＯｘ触媒３８の上流側及び下流側の第２及び第３酸素濃度センサ４１、４３の出力信号をそれぞれ読み込んで、ＮＯｘ触媒３８の上流側の排気ガスがリッチ状態になってから、下流側の排気ガスがリッチな状態になるまでの遅れ時間Δｔを演算する。
【００５８】
すなわち、図１１（ａ）に一例を示すように、通常、ＮＯｘパージのためにエンジン１の運転空燃比を強制的にリーンから理論空燃比乃至それよりもややリッチに変更すると、このことによってまず、ＮＯｘ触媒３８の上流側で排気ガスの空燃比状態がリッチ化して、第２酸素濃度センサ４１の出力信号が立ち上がり、それから遅れてＮＯｘ触媒３８の下流側で排気ガスの空燃比状態がリッチ化して、第３酸素濃度センサ４３の出力信号が立ち上がる。これは、ＮＯｘパージのときには、ＮＯｘ触媒３８のバリウムからＮＯｘが放出されて還元されることにより排気ガス中の酸素濃度が増大するからであり、従って、前記下流側のリッチ化の遅れ時間Δｔは、ＮＯｘ触媒３８から放出されるＮＯｘの量、即ちＮＯｘ触媒３８の吸蔵量が多いほど、長くなる。
【００５９】
より具体的には、前記遅れ時間Δｔは、ＮＯｘ触媒３８の吸蔵量だけでなく、ＮＯｘパージの際の排気ガスの流量等によっても変化するから、この点を考慮して、予めＮＯｘ触媒３８が新品のときにエンジン１の運転状態に応じて前記遅れ時間Δｔがどのように変化するか調べて、これを目標遅れ時間Δｔ０としてエンジン１の運転状態（図例では目標トルクとエンジン回転速度）に対応付けて同図（ｂ）に示すようなマップとして設定し、このマップをＥＣＵ５０のメモリに記憶させておく。そして、現在の遅れ時間Δｔが目標遅れ時間Δｔ０に対してどの程度、短くなったかを調べれば、これによりＮＯｘ触媒３８の最大級増量の変化、即ち劣化度合いを知ることができる。
【００６０】
そこで、前記ステップＳＤ２に続くステップＳＤ３において、現在のエンジン１の運転状態に基づいて前記のマップから目標遅れ時間Δｔ０を読み出し、この目標遅れ時間Δｔ０によって前記遅れ時間Δｔを除算して、ＮＯｘ触媒３８の劣化度合いを表す劣化係数α＝Δｔ／Δｔ０を求める。そのように演算した劣化係数αの値を制御サイクル毎にＥＣＵ５０のＲＡＭに記憶しておき、ステップＳＤ４において、所定回数分の劣化係数αの値を平均し、これを平均劣化係数αｍとする。続いて、ステップＳＤ５において、前記の如く演算した平均劣化係数の値αｍ（ｉ）を前回の制御サイクルで求めた値αｍ（ｉ−１）から減算して、偏差Δαを求める。
【００６１】
続いて、ステップＳＤ６において、前記の偏差Δαを所定値（正値）と比較して、偏差Δαが所定値以上ならば（判定がＹＥＳ）ステップＳＤ７に進んで、ＮＯｘ触媒３８の劣化の度合いに応じてＮＯｘパージの目標吸蔵量を補正する劣化補正の実行条件が成立した、として、そのことを示すフラグＦ３をオンにし（Ｆ３←１）、しかる後にリターンする。一方、前記偏差Δαが所定値よりも小さければ（判定がＮＯ）、ステップＳＤ８に進み、前記フラグＦ３をオフにして（Ｆ３←０）、しかる後にリターンする。
【００６２】
つまり、ＮＯｘパージのために排気ガスの空燃比状態をリッチに切換えたときに、ＮＯｘ触媒３８上流側及び下流側の酸素濃度センサ４１，４３の出力の立ち上がりを比較し、この立ち上がりの時間のずれの大きさによってＮＯｘ触媒３８の劣化度合いを推定して、これに応じて目標吸蔵量を補正するのである。この際、前記偏差Δαが所定量よりも大きいとき、即ち、劣化係数αが減少しているときにのみ、目標吸蔵量を補正するようにしている。
【００６３】
次に、図９に示すフローは、ＮＯｘパージの目標吸蔵量を更新する手順を示し、スタート後のステップＳＥ１では前記図８のフローのフラグＦ３を読み込んで、劣化補正の実行条件が成立しているかどうか判定する。そして、フラグＦ３がオン（Ｆ３＝１）でＹＥＳであればステップＳＥ２に進んで、前記図８のフローにて求めた平均劣化係数の偏差Δαに基づいて、目標吸蔵量を補正するための劣化補正係数βを演算する。具体的には、前記偏差Δαに所定の反映係数εを乗算し、これを前回の制御サイクルにて求めた劣化補正係数β（ｉ−１）から減算して、今回の劣化補正係数β（ｉ）を演算する。一方、前記ステップＳＥ１においてラグＦ３がオフ（Ｆ３＝０）で判定がＮＯであれば、ステップＳＥ３に進み、前回の劣化補正係数βの値を保持する（β（ｉ）＝β（ｉ−１））。尚、この場合に劣化補正係数βの値を初期化するようにしてもよい。
【００６４】
前記ステップＳＥ２，３に続くステップＳＥ４では、エンジン１の運転状態に応じてＮＯｘパージの目標吸蔵量を補正するための補正係数γ（後述）をＥＣＵ５０のＲＡＭから読み込み、続くステップＳＥ５において、ＮＯｘ触媒３８が新品のときに対応する基本的な目標吸蔵量の値に前記各ステップで求めた劣化補正係数βと補正係数γとを乗算して、現在の目標吸蔵量を演算する。そして、ステップＳＥ６において、前記のように演算した現在の目標吸蔵量により、ＥＣＵ５０のＲＡＭに記憶されている目標吸蔵量の値を更新して、しかる後にリターンする。
【００６５】
次に、前記図９に示すフローのステップＳＥ４にて用いる補正係数γの設定について、図１０のフローに基づいて説明すると、まず、スタート後のステップＳＦ１では、前記図７に示すフローのステップＳＣ６と同様にして、エンジン１が加速運転以外かどうか判定する。そして、この判定がＮＯであればステッップＳＦ６に進んで、補正係数γの値を予め設定した所定値（０＜γ＜１）とする一方、判定がＹＥＳであればステップＳＦ２に進む。
【００６６】
ステップＳＦ２では、エンジン回転速度が所定値以下であるかどうか判定し、この判定がＮＯならば前記ステッップＳＦ６に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳＦ３に進んで、エンジン１の目標トルクが所定値以下であるかどうか判定する。この判定がＮＯならば前記ステッップＳＦ６に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳＦ４に進んで、排気温度センサ４２からの出力に基づいて、ＮＯｘ触媒３８の温度が活性の高い所定の温度範囲にあるかどうか判定する。この判定がＮＯならば前記ステッップＳＦ６に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳＦ５に進んで、補正係数γの値を１とし、しかる後にリターンする。
【００６７】
すなわち、まず、加速運転状態というのは本来的にエンジン１のトルクが変化する状態であるから、このときにはＮＯｘパージによってトルクが変動してもそのことを感じにくい。そこで、このときに補正係数γを１よりも小さな値とし、これにより目標吸蔵量を小値側に補正して、ＮＯｘパージ制御が開始されやすくなるようにする。このことで、エンジン１が定常運転状態のときにＮＯｘパージの行われる頻度が低下するので、フィーリングの悪化が抑制される。
【００６８】
また、目標トルクや回転速度が所定以上に高いときには、排気ガスの流量が多くなることでＮＯｘ触媒３８によるＮＯｘ吸蔵能力が低下するし、しかも、流量の多い分だけＮＯｘの量が多くなるから、このような運転状態のときに例えば劣化推定の誤差等によってＮＯｘパージのタイミングが遅れると、短時間の内に多量のＮＯｘが大気中に放出されてしまう虞れがある。これに対して、この実施形態では、斯かる運転状態のときには補正係数γを１よりも小さな値として、ＮＯｘパージ制御が早めに行われるようにすることで、前記不具合の発生を防止することができる。
【００６９】
尚、前記のフローでは、加速運転時や排気ガス流量の多いときには補正係数γを一律に１よりも小さい所定値にするようにしているが、これに限らず、加速運転時や排気ガス流量の多いとき等、状況によって補正係数γの値を異ならせるようにしてもよい。
【００７０】
上述した図５〜図１０のフローチャートの制御手順は、ＥＣＵ５０のメモリに電子的に格納されている複数のプログラムがそれぞれＣＰＵにより実行されることによって実現されるものであり、このことで、前記ＥＣＵ５０は、以下の発明の構成要件をソフトウエア的に備えている。
【００７１】
すなわち、図６に示すフローのステップＳＢ５によって、ＮＯｘ触媒３８におけるＮＯｘの吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段５０ａが構成され、このフローのステップＳＢ６〜ＳＢ８と図５に示すフローのステップＳＡ５〜ＳＡ７とによって、ＮＯｘ吸蔵量の推定値が目標吸蔵量（閾値）を超えたときに、排気ガスの空燃比状態を強制的にリッチ化させるＮＯｘパージ制御を行う排気空燃比変更手段５０ｂが構成されている。
【００７２】
また、図８に示すフローの各ステップによって、ＮＯｘ触媒３８の劣化によるＮＯｘ吸蔵能力の低下の度合いを推定する劣化度合い推定手段５０ｃが構成され、図９に示すフローの各ステップによって、前記ＮＯｘ触媒３８の劣化度合いの推定結果に応じて、ＮＯｘパージ制御の目標吸蔵量（閾値）を補正する閾値補正手段５０ｄが構成されている。そして、前記閾値補正手段５０ｄは、ＮＯｘパージ制御が行われやすくなる方向にのみ、目標吸蔵量を補正するように構成されている。
【００７３】
したがって、この実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置によると、まず、エンジン１が低速低負荷側の成層燃焼領域（Ｓ）にあって、各気筒２の燃焼室６の平均的な空燃比が理論空燃比よりも大幅にリーンな状態になると、排気ガスの空燃比状態もリーン状態になり、この排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒３８によって吸蔵される。一方、エンジン１が均一燃焼領域（Ｈ）にあって各気筒２の燃焼室６の平均的な空燃比が略理論空燃比乃至それよりもリッチな状態になると、排気ガスの空燃比状態もリッチ状態になり、このときには前記ＮＯｘ触媒３８において吸蔵されているＮＯｘが放出され、且つ還元浄化される。
【００７４】
また、エンジン１の前記成層燃焼領域（Ｓ）でのリーン運転が継続して、ＮＯｘ触媒３８におけるＮＯｘの吸蔵量が徐々に増大し、ＮＯｘ吸蔵量が目標吸蔵量に達すると、ＮＯｘパージ制御が行われて、排気の空燃比状態が強制的にリッチ化される。これにより、ＮＯｘ触媒３８において吸蔵されていたＮＯｘが放出されて還元浄化され、該ＮＯｘ触媒３８のＮＯｘ吸蔵量は再び略零の状態に戻る。従って、ＮＯｘ触媒３８のＮＯｘ吸蔵量はいつでも目標吸蔵量以下に保たれ、当該触媒によるＮＯｘの吸蔵能力が常に最高の状態に維持されることになり、これにより排気ガスの可及的な清浄化が図られる。
【００７５】
さらに、前記ＮＯｘ触媒３８が劣化して、その吸蔵能力が低下すると、今度は該ＮＯｘ触媒３８の劣化度合いに応じて前記目標吸蔵量が補正される。すなわち、主に劣化係数αに基づいて、ＮＯｘ触媒３８の劣化による吸蔵量の低下に対応するように目標吸蔵量が減少補正され、これにより、触媒の劣化に拘わらず、ＮＯｘの吸蔵能力を常に最高の状態に維持することができる。しかも、その際、目標吸蔵量の補正は、ＮＯｘパージ制御の行われやすくなる方向にのみ、行われるので、仮に、外乱やノイズ等の影響で劣化係数αの値がＮＯｘ吸蔵能力の増大を示す向きに変動したとしても、そのことによって目標吸蔵量が増大する側に変化することはなく、従って、誤った触媒の劣化推定によってＮＯｘパージのタイミングが遅れることはない。
【００７６】
尚、本発明の構成は前記実施形態のものに限定されることはなく、その他の種々の構成をも包含するものである。一例を挙げれば、前記の実施形態においてはＮＯｘパージの目標吸蔵量を、予め設定した基本的な値に劣化補正係数β及び補正係数γを乗算することによって求めるようにしているが、必ずしもそのような計算によって求める必要はない。例えば、図１２に示すように、予め劣化係数αに対応する目標吸蔵量のマップを実験的に決定したマップを設定し、これをＥＣＵ５０のメモリに電子的に格納しておいて、ＮＯｘ触媒３８の劣化状態に応じて前記マップから目標吸蔵量を直接、読み込むようにしてもよい。
【００７７】
また、前記実施形態では、２つのＮＯｘ触媒３８，３９を一のケーシング内に収容して、下流側の触媒コンバータ３７を構成しているが、このような構成とせずに、例えばそれぞれ別のケーシングに収容するようにしてもよいことはいうまでもない。
【００７８】
また、本願発明は、前記実施形態のような直噴ガソリンエンジン以外にも適用可能であることはいうまでもなく、気筒の平均的な空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン運転の状態と略理論空燃比乃至それよりもリッチなリッチ運転の状態とに切換えられるような内燃機関であれば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンを問わず、前記と同様の作用効果を得ることができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１の発明に係る内燃機関の排気浄化装置によると、触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定し、ＮＯｘ吸蔵量が所定の境界値を超えて触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下し始める前に、ＮＯｘパージを行うようにすることで、当該触媒のＮＯｘ吸蔵能力を常に最高の状態に維持することができ、これにより排気ガスの可及的な清浄化が図られる。また、たとえ触媒の劣化によって前記境界値が減少しても、この減少した境界値と同じになるようにＮＯｘパージ制御の閾値を変更するようにすれば、触媒の劣化に拘わらず、前記の効果が得られる。
【００８０】
請求項２の発明によると、触媒の劣化の度合いを推定する手段と、この推定結果に応じてＮＯｘパージ制御の閾値を補正する手段とを備えることで、請求項１の発明の効果がより確実なものとなる。しかも、ＮＯｘパージ制御の閾値は、制御が行われやすくなる方向にのみ補正するようにしたので、誤った推定によってＮＯｘパージのタイミングが遅れることも防止できる。
【００８１】
請求項３の発明によると、ＮＯｘパージ制御における排気ガスの空燃比状態を触媒の劣化の度合いに応じて変更することで、排気ガスの空燃比状態を、触媒からのＮＯｘの放出状態に見合うものとすることができ、これにより、排気ガスのさらなる清浄化が図られる。
【００８２】
請求項４の発明によると、エンジンの負荷状態乃至エンジン回転速度の少なくとも一方が所定以上に高いとき、即ち、排気ガスの流量が多くて最高のＮＯｘ吸蔵能力を触媒が発揮し得ず、しかも短時間で多量のＮＯｘを放出する虞れのあるときに、閾値を小値側に補正してＮＯｘパージが行われやすくすることで、ＮＯｘ排出量の増大を未然に防止できる。
【００８３】
請求項５の発明によると、エンジンが加速運転状態でトルクの変動を感じにくいときに閾値を小値側に補正して、ＮＯｘパージを行われやすくすることで、その分、定常運転状態のときのＮＯｘパージの頻度を低下させて、違和感を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の制御システムの全体構成を示す図である。
【図２】ＮＯｘ触媒によるＮＯｘの吸蔵、放出のメカニズムの説明図である。
【図３】エンジンを成層燃焼状態又は均一燃焼状態とする運転領域をそれぞれ設定した制御マップの一例を示す図である。
【図４】排気ガスがリッチ状態からリーン状態に切り換わった後、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量とその下流のＮＯｘ濃度との変化を対応付けて示した説明図である。
【図５】エンジン制御の概要を示すメインフローのフローチャート図である。
【図６】ＮＯｘパージの実行条件の成立を判定する制御のフローチャート図である。
【図７】触媒の劣化判定条件の成立を判定する制御のフローチャート図である。
【図８】触媒の劣化度合いを求めて劣化補正条件の成立を判定する制御のフローチャート図である。
【図９】触媒の劣化度合いに応じて目標吸蔵量を更新する制御のフローチャート図である。
【図１０】目標吸蔵量の補正係数を設定する手順を示すフローチャート図である。
【図１１】（ａ）ＮＯｘパージのときに触媒下流の酸素濃度センサの信号が上流側に対して遅れる様子を示した説明図、及び、（ｂ）その遅れの基準となる値を設定したマップの一例を示す図である。
【図１２】目標吸蔵量を劣化係数に対応付けて設定したマップの一例を示す図である。
【符号の説明】
１　　　エンジン（内燃機関）
３４　　排気通路
３８　　ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵タイプの触媒）
４１，４３　　酸素濃度センサ
５０　　ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）
５０ａ　吸蔵量推定手段
５０ｂ　排気空燃比変更手段
５０ｃ　劣化度合い推定手段
５０ｄ　閾値補正手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention stores NOx when the air-fuel ratio state of the exhaust gas is leaner than the state corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio, and releases and reduces the stored NOx according to the enrichment of the air-fuel ratio state. The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine provided with a NOx storage type catalyst for purifying, and more particularly to a control technology for so-called NOx purging in which NOx stored in the catalyst is forcibly released and reduced and purified. .
[0002]
It should be noted that various types of NOx storage type catalysts are already known, and they are sometimes referred to as NOx absorption type or NOx adsorption type catalysts. Any name is included.
[0003]
[Prior art]
Conventionally, as this type of exhaust gas purifying device, for example, as disclosed in JP-A-8-232644, a NOx storage type catalyst is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, and the NOx storage amount of the catalyst is full. When the maximum storage amount is reached, the air-fuel ratio state of the exhaust gas is forcibly enriched to promote the release of NOx from the NOx storage material of the catalyst, and this is reduced and purified (NOx purge). Have been. Further, in this apparatus, an air-fuel ratio sensor is disposed in an exhaust passage downstream of the catalyst, and the time from when the NOx purge is mainly started until when the air-fuel ratio state is detected to be rich by the air-fuel ratio sensor is detected. , The degree of deterioration of the catalyst is determined.
[0004]
That is, in general, the air-fuel ratio state of the exhaust gas is set to a state substantially corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio or a state slightly richer than that (hereinafter, simply referred to as a rich state) for NOx purging. At this time, since the concentration of oxygen in the exhaust gas is increased by the release and reduction of NOx from the catalyst, the air-fuel ratio state of the exhaust gas downstream of the catalyst is slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio during the release of NOx. The state changes to a rich state only after the release of NOx is completed.
[0005]
That is, since the time from the start of the NOx purge to the subsequent detection of the enrichment of the air-fuel ratio state by the air-fuel ratio sensor downstream of the catalyst becomes longer as the NOx occlusion amount of the catalyst becomes larger, the time becomes longer. Based on this, it is possible to detect a change in the maximum storage amount due to the deterioration of the catalyst.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In general, the NOx storage capacity of a NOx storage type catalyst changes according to the NOx storage amount of the catalyst. That is, first, the catalyst exhibits the highest storage capacity (for example, approximately 100%) until the NOx storage amount reaches a predetermined boundary value from zero, and thereafter, the storage capacity gradually decreases as the NOx storage amount increases. Then, when the NOx storage amount of the catalyst becomes full, almost no new NOx is stored.
[0007]
Considering such characteristics of the catalyst, the reason that the NOx purge is not performed until the NOx storage amount of the catalyst is full as in the conventional example is that the NOx storage capacity of the catalyst is sufficiently exhibited. Hard to say, there is room for improvement in this regard.
[0008]
The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a timing for performing NOx purging of a catalyst in an exhaust purification device having a NOx storage type catalyst in an exhaust passage of an internal combustion engine. In order to pursue exhaust gas as much as possible by maximizing the NOx storage capacity of the catalyst.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention performs the NOx purge before the NOx storage amount exceeds the boundary value and the NOx storage capacity of the catalyst starts to decrease. is there.
[0010]
Specifically, according to the first aspect of the present invention, NOx is stored while the air-fuel ratio state of the exhaust gas is leaner than the state corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio, and is stored in the exhaust passage of the internal combustion engine. NOx storage-type catalyst for releasing and reducing and purifying the NOx in accordance with the enrichment of the air-fuel ratio state, storage amount estimating means for estimating the storage amount of NOx in the catalyst, and NOx storage amount by the storage amount estimating means When the estimated value exceeds a preset threshold value, it is assumed that the exhaust gas purification device of the internal combustion engine includes exhaust air-fuel ratio changing means for performing NOx purge control for forcibly enriching the air-fuel ratio state of exhaust gas. I do. And, when the release of the stored NOx is completed and the storage of the NOx in the exhaust gas is restarted, the catalyst shows the maximum NOx storage capacity until the storage amount of NOx reaches a predetermined boundary value, When the NOx storage amount is increased beyond the boundary value, the NOx storage capacity is reduced accordingly, and the boundary value is decreased due to deterioration, and the exhaust air-fuel ratio changing means is further provided. The threshold value of the NOx purge control is set to be substantially the same as the boundary value.
[0011]
According to the above configuration, first, when the internal combustion engine is operated at an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (hereinafter, also referred to as lean operation), when the air-fuel ratio state of the exhaust gas becomes leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, NOx in the exhaust gas is stored by a NOx storage type catalyst. On the other hand, when the internal combustion engine is operated at a substantially stoichiometric air-fuel ratio or an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio (hereinafter also referred to as rich operation), the air-fuel ratio state of the exhaust gas also becomes rich, and at this time, the catalyst is stored in the catalyst. NOx is released and reduced and purified.
[0012]
Here, for example, when the catalyst completes the release of NOx in a state where the exhaust gas is rich, and then when the exhaust gas becomes lean and the catalyst resumes the storage of NOx, thereafter, for a while, Indicates the highest NOx storage capacity, but if the exhaust gas is still lean after the NOx storage amount of the catalyst reaches the boundary value, the NOx storage capacity of the catalyst will gradually decrease.
[0013]
On the other hand, in the above configuration, the NOx occlusion amount of the catalyst is estimated by the occlusion amount estimating means, and when the estimated value reaches the threshold value, the NOx purge control is performed by the exhaust air-fuel ratio changing means. That is, the air-fuel ratio state of the exhaust gas is forcibly enriched, and NOx is released from the catalyst to be reduced and purified. As a result, the NOx storage capacity of the catalyst is maintained at the maximum without being reduced.
[0014]
That is, according to the present invention, when the NOx storage amount of the catalyst reaches the boundary value, the NOx purge is performed immediately, so that the NOx storage capacity of the catalyst is always maintained at the highest state, and the exhaust gas Purification as much as possible is achieved. Further, when the boundary value is reduced due to the deterioration of the catalyst, by changing the threshold value of the NOx purge control so as to be equal to the reduced value, the above-described operation and effect can be obtained regardless of the deterioration of the catalyst. it can.
[0015]
According to the second aspect of the present invention, the deterioration degree estimating means for estimating the degree of decrease of the boundary value of the NOx storage amount due to the deterioration of the catalyst, and the NOx purge control by the exhaust air-fuel ratio changing means according to the estimation result by the deterioration degree estimating means. And a threshold value correcting means for correcting the threshold value, wherein the threshold value correcting means is configured to correct the threshold value only in a direction in which the NOx purge control is easily performed.
[0016]
Thus, when the catalyst has deteriorated and the boundary value of the NOx storage amount has decreased, the degree of the decrease is estimated by the deterioration degree estimating means, and the threshold value correcting means determines the threshold value of the NOx purge control according to the estimation result. Is corrected. As a result, the function and effect of the first aspect of the invention can be further ensured. In addition, at this time, the threshold value correcting means corrects the threshold value only in a direction in which the NOx purge control is easily performed, that is, in a direction in which the threshold value is reduced, so that the increase in the boundary value is erroneously estimated due to disturbance, noise, or the like. Even in this case, the threshold value is not corrected to increase, so that the NOx purging timing is not delayed and the NOx storage capacity of the catalyst does not decrease.
[0017]
According to the third aspect of the present invention, the exhaust air-fuel ratio changing means according to the second aspect of the present invention is configured such that the air-fuel ratio state of the exhaust gas in the NOx purge control is relatively changed as the boundary value of the NOx storage amount due to the deterioration of the catalyst decreases. Shall be changed to a lean state.
[0018]
That is, at the time of NOx purging, the exhaust air-fuel ratio changing means changes the air-fuel ratio state of the exhaust gas to substantially the stoichiometric air-fuel ratio or a state richer than the stoichiometric air-fuel ratio, thereby promoting the release of NOx from the catalyst. At this time, it is desirable that the reducing components (HC, CO) exist in the exhaust gas in an amount corresponding to the release of NOx from the catalyst, and that the HC, CO and NOx react with each other without excess or shortage.
[0019]
Therefore, the present invention focuses on the fact that the larger the boundary value of the NOx storage amount due to the deterioration of the catalyst, that is, the lower the degree of reduction of the NOx storage capacity, the smaller the release of NOx from the catalyst due to the NOx purge. Then, the air-fuel ratio state of the exhaust gas in the NOx purge control is changed to a relatively lean state. As a result, the NOx released from the catalyst and the reducing components (HC, CO) in the exhaust gas react with each other without excess and deficiency, whereby the exhaust gas can be purified as much as possible.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, the threshold value correcting means according to the second aspect of the present invention is configured such that when at least one of the engine load state and the engine rotational speed is higher than a predetermined value, the threshold value of the NOx purge control by the exhaust air-fuel ratio changing means is set to a small value. Side.
[0021]
That is, when at least one of the load state of the engine and the engine speed is higher than a predetermined value, the flow rate and the flow velocity of the exhaust gas increase, and the NOx storage capacity of the catalyst decreases. In addition, even if the NOx concentration in the exhaust gas is the same, the amount of NOx increases as the flow rate increases. If the timing is delayed, a large amount of NOx may be released into the atmosphere within a short time. Therefore, in the present invention, the occurrence of the above-mentioned problem can be prevented by correcting the threshold value of the NOx purge to the small value side in such an operating state so that the NOx purge is performed earlier.
[0022]
According to a fifth aspect of the present invention, the threshold value correcting means in the second aspect of the present invention corrects the threshold value of the NOx purge control by the exhaust air-fuel ratio changing means to a smaller value when the engine is in an acceleration operation state.
[0023]
That is, for example, when the operating air-fuel ratio of the engine is changed for NOx purging, the torque of the engine fluctuates with the change of the air-fuel ratio from lean to rich. There is a risk that the deterioration will occur. On the other hand, since the engine torque is originally changed in the acceleration operation state, if the NOx purge is performed at this time, an acceleration feeling can be obtained and even if the torque fluctuates, it is less likely to be felt. However, the feeling is hardly deteriorated. In addition, if the NOx purge is performed during the acceleration operation state, the frequency of performing the NOx purge during the steady operation state decreases accordingly, so that the deterioration of the operation feeling can be suppressed.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 1 shows the overall configuration of an in-cylinder direct injection gasoline engine 1 (internal combustion engine) to which an exhaust emission control device according to the present invention is applied. In FIG. 1, the engine 1 has a cylinder block 3 in which a plurality of cylinders 2, 2,... (Only one is shown) are provided in series, and a cylinder head 4 arranged on the cylinder block 3. A piston 5 is inserted into each cylinder 2 so as to be able to reciprocate, and a combustion chamber 6 is defined in the cylinder 2 between the crown surface of the piston 5 and the lower surface of the cylinder head 4. The reciprocating motion of the piston 5 is converted into a rotational motion of a crankshaft 8 via a connecting rod 7 and output by the crankshaft 8. The cylinder block 3 has an electromagnetic crank angle sensor 9 at one end of the crankshaft 8 for detecting a rotation angle thereof, and a knock for detecting knocking based on a variation in combustion pressure of each cylinder 2. A sensor 10 and an engine water temperature sensor 11 that faces the inside of a water jacket (not shown) and detects the temperature of the cooling water (engine water temperature) are provided respectively.
[0026]
The cylinder head 4 is provided with two intake ports 12 and two exhaust ports 13 so as to open toward the ceiling surface of the combustion chamber 6 for each of the cylinders 2. Valves 14, 15 are arranged. The intake valve 14 and the exhaust valve 15 are opened by a camshaft (not shown) on the intake side and the exhaust side which are respectively supported inside the cylinder head 4 in synchronization with the rotation of the crankshaft 8. It has become. The camshaft on the intake side is provided with an electromagnetic cam angle sensor 16 for detecting the rotation angle. An ignition plug 17 is provided for each cylinder 2 so as to penetrate the cylinder head 4 in the vertical direction and to be surrounded by the intake and exhaust valves 14 and 15. The electrode at the tip of the spark plug 17 projects downward from the ceiling surface of the combustion chamber 6 by a predetermined distance. The base end of the ignition plug 17 is connected to an ignition circuit 18 (igniter) disposed so as to penetrate the head cover.
[0027]
The crown surface of the piston 5 serving as the bottom of the combustion chamber 6 has a portion on the outer peripheral side substantially parallel to the ceiling surface of the combustion chamber 6, while the center of the crown surface of the piston 5 is roughly in plan view. A lemon-shaped recess is provided. Further, an injector (fuel injection valve) 20 is disposed with the injection port facing the peripheral portion of the combustion chamber 6 on the intake side. The injector 20 may be, for example, a known swirl injector that injects fuel as a swirling flow from a nozzle at a tip portion facing the combustion chamber 6 and injects the fuel in a hollow cone shape along the direction in which the axis extends. The present invention is not limited to this, and a slit type or a multi-injection type injector may be used, or a configuration in which the core valve is operated by a piezoelectric element may be used.
[0028]
The base end side of the injector 20 is connected to a fuel distribution pipe 21 common to all the cylinders 2, 2,..., And fuel discharged from the high-pressure fuel pump 22 is injected into each injector 2 by this fuel distribution pipe 21. 20. When fuel is injected by the injector 20 in the compression stroke of the cylinder 2, the fuel spray is decelerated by the flow of intake air in the combustion chamber 6, and forms a mixed air mass having an appropriate concentration around the ignition plug 17. I do. The fuel distribution pipe 21 is provided with a fuel pressure sensor 23 for measuring the pressure state (fuel injection pressure) of the fuel injected from the injector 20.
[0029]
An intake passage 25 is connected to one side surface (right side surface in the figure) of the engine 1 so as to communicate with the intake port 12 of each cylinder 2. The intake passage 25 supplies the intake air filtered by the air cleaner 26 to the combustion chamber 6 of the engine 1, and detects the amount of intake air to the engine 1 in order from the upstream side to the downstream side. A wire type air flow sensor 27, an electric throttle valve 28 for changing the cross-sectional area of the intake passage 25, a throttle sensor 29 for detecting its position, and a surge tank 30 are provided. The throttle valve 28 is not mechanically connected to an accelerator pedal (not shown), and is opened and closed by an electric motor (not shown). The surge tank 30 is provided with a boost sensor 31 for detecting a pressure in the intake passage 25 downstream of the throttle valve 28.
[0030]
The intake passage 25 downstream of the surge tank 30 is an independent passage branching for each cylinder 2, and the downstream end of each independent passage is further branched into two to be individually connected to the intake port 12. It is a branch road communicating with. A throttle valve 32 (Tunble Swirl Control Valve: hereinafter referred to as TSCV) for adjusting the strength of the intake air flow in the combustion chamber 6 is disposed in the branch passage or the independent passage, and is opened and closed by, for example, a stepping motor. Is done. A cutout is formed in a part of the valve body of the TSCV 32, and in the fully closed state, the intake air flowing downstream only from the cutout generates a strong in-cylinder flow in the combustion chamber 6. On the other hand, as the TSCV 32 is opened, the intake air flows from other than the notch, and the in-cylinder flow strength gradually decreases.
[0031]
An exhaust passage 34 for discharging burned gas (exhaust gas) from the combustion chamber 6 in the cylinder 2 is connected to the other side surface (the left side surface in the figure) of the engine 1. The upstream end of the exhaust passage 34 is constituted by an exhaust manifold 35 connected to the exhaust port 13 of each cylinder 2, and the exhaust passage 34 downstream of the exhaust manifold 35 contains harmful components in the exhaust gas. Two catalytic converters 36 and 37 for purifying hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx) are arranged in series.
[0032]
Although not shown in detail, the upstream catalytic converter 36 accommodates a carrier having a honeycomb structure in a casing, and a so-called three-way catalyst catalyst layer is formed on a wall surface of each through hole of the carrier. As is well known in the art, the three-way catalyst 36 is capable of substantially completely purifying HC, CO, and NOx when the air-fuel ratio state of the exhaust gas is in a predetermined state including a substantially stoichiometric air-fuel ratio.
[0033]
The downstream-side catalytic converter 37 accommodates two carriers in series in one casing, forms a so-called NOx storage type catalyst layer on the wall surface of each through hole of the upstream-side carrier, and forms the upstream-side catalytic converter. In addition to constituting the NOx catalyst 38, a catalyst layer of the NOx catalyst is similarly formed on the downstream carrier to constitute the downstream NOx catalyst 39. Here, the NOx catalysts 38 and 39 are formed by supporting a NOx storage material such as barium oxide and a noble metal such as platinum and palladium on a base coat such as zeolite, and the air-fuel ratio state of the exhaust gas corresponds to the stoichiometric air-fuel ratio. When the air-fuel ratio is leaner than the air-fuel ratio state, it has a function of storing NOx in the exhaust gas, releasing the stored NOx in accordance with the enrichment of the air-fuel ratio state, and purifying the exhaust gas.
[0034]
More specifically, the mechanism by which NOx in exhaust gas is stored or released by the NOx storage type catalyst is considered to be as follows. That is, as schematically shown in FIG. 2A, when the air-fuel ratio state of the exhaust gas is lean, NOx (NO in the example) in the exhaust gas in the oxygen-excess atmosphere becomes a catalytic metal (the example in the example). It reacts with oxygen O2 on Pt), and a part of it reacts with barium and is stored as nitrate NO3. On the other hand, if the air-fuel ratio state of the exhaust gas is substantially the stoichiometric air-fuel ratio or a state richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the reaction proceeds in the opposite direction, and NO2 separated from the barium becomes HC and CO in the exhaust gas. It reacts (reduction reaction) and is decomposed into nitrogen N2 and oxygen O2.
[0035]
An oxygen concentration sensor 40 (first oxygen concentration sensor) for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is disposed near the gathering portion of the exhaust manifold 35 of the engine 1, and mainly based on a signal from the sensor 40. Thus, the air-fuel ratio feedback control of the engine 1 is performed. Further, a second oxygen concentration sensor 41 for determining the state of deterioration of the upstream three-way catalyst 36 is provided between the two catalytic converters 36 and 37, and a temperature of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 38 is detected. An exhaust temperature sensor 42 is provided, and a third oxygen concentration sensor 43 is provided between the two NOx catalysts 38 and 39.
[0036]
An exhaust passage 34 downstream of the exhaust manifold 35 is an upstream end of an exhaust gas recirculation passage 45 (hereinafter, referred to as an EGR passage) that branches off therefrom and recirculates a part of the exhaust gas to the intake passage 25. Are in communication. The downstream end of the EGR passage 45 is open toward the inside of the surge tank 30, and the EGR passage 45 near the downstream end is provided with an EGR valve 46 composed of a duty solenoid valve. The recirculation amount of exhaust gas in the EGR passage 45 is adjusted by the EGR valve 46. Reference numeral 47 denotes a purge passage that guides blow-by gas leaking from the combustion chamber 6 of each cylinder 2 to the surge tank 30.
[0037]
(Overview of engine operation control)
The operation of the above-described ignition circuit 18, injector 20, high-pressure fuel pump 22, throttle valve 28, TSCV 32, EGR valve 46, and the like are all controlled by an engine control unit 50 (hereinafter, referred to as ECU). On the other hand, the ECU 50 outputs at least the outputs from the crank angle sensor 9, the knock sensor 10, the water temperature sensor 11, the air flow sensor 27, the throttle sensor 29, the two oxygen concentration sensors 40, 41, 43, the exhaust temperature sensor 42, and the like. Each of the signals is input, and an output signal from an accelerator opening sensor 51 for detecting an operation amount of an accelerator pedal (hereinafter, referred to as an accelerator opening) and a rotation for detecting an engine rotation speed (a rotation speed of the crankshaft 8). An output signal from the speed sensor 52 and an output signal from the vehicle speed sensor 53 are input.
[0038]
That is, the ECU 50 controls the intake air amount to the engine 1 and the fuel injection amount, the injection timing and the ignition timing for each cylinder 2 based on the signals input from the sensors, and further controls the intake air flow in the cylinder 2. And the rate of exhaust gas recirculation. Specifically, for example, as shown in an example of a control map in FIG. 3, a stratified combustion region (S) is set in advance on the low speed and low load side in the entire warm operation region of the engine 1; In the stratified combustion mode, the injector 20 injects fuel in the compression stroke of the cylinder 2 to burn the air-fuel mixture unevenly distributed around the electrode of the ignition plug 17. At this time, the throttle valve 28 is greatly opened to reduce pump loss. As a result, the average air-fuel ratio in the combustion chamber 6 of each cylinder 2 is significantly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, A). / F> 30).
[0039]
On the other hand, the region other than the stratified combustion region (S) is a so-called uniform combustion region (H). Here, fuel is injected by the injector 20 mainly in the intake stroke of the cylinder 2, and the intake air and the fuel are separated in the combustion chamber 6. A uniform combustion mode is achieved in which the mixture is sufficiently mixed to form a substantially uniform mixture in the entire combustion chamber 6 and then burn. In most of the uniform combustion region (H), the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes substantially equal to the stoichiometric air-fuel ratio (A / F７14.7) based on the fuel injection amount, the opening of the throttle valve 28, and the like. In particular, control is performed so as to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, A / F = 12 to 14) in the vicinity of the full load so that a large output corresponding to a high load can be obtained. .
[0040]
That is, the engine 1 of this embodiment basically operates in a stratified combustion mode, that is, in a state where the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is significantly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, according to the load state (target torque) and the engine speed. The state is switched between a lean operation state and a rich combustion state in which the operation is performed in a uniform combustion mode, that is, at a substantially stoichiometric air-fuel ratio or a state richer than that.
[0041]
In addition to such basic operation control, in this embodiment, as a feature of the present invention, the lean operation is continued for a certain degree or more, and the amount of NOx stored by the upstream NOx catalyst 38 becomes a predetermined boundary value. When it has reached, the operation state of the engine 1 is forcibly switched to the rich operation so that the NOx stored in the NOx catalyst 38 is released to reduce and purify (so-called NOx purge).
[0042]
Specifically, as schematically shown in FIG. 4, the NOx catalyst 38 completes the release of the stored NOx and the reduction and purification, and then restarts the storage of NOx in the lean exhaust gas (t = t0). ), The maximum storage capacity (approximately 100% in the example of the figure) is shown until the NOx storage amount reaches the predetermined boundary value (t0 to t1), but after the NOx storage amount reaches the boundary value, It has a characteristic that the storage capacity gradually decreases as the NOx storage amount increases. Therefore, in order to minimize the emission of NOx into the atmosphere, it is desirable to always keep the NOx storage amount of the NOx catalyst 38 at or below the boundary value.
[0043]
Therefore, in this embodiment, the storage amount of NOx in the NOx catalyst 38 is estimated, and when the estimated storage amount reaches the boundary value, the NOx purge is performed to recover the storage capacity of the NOx catalyst 38. ing. In other words, it can be said that the boundary value of the NOxx storage amount is a start threshold value of the NOx purge control, and the operation control of the engine 1 is performed so that the NOx storage amount in the NOx catalyst 38 becomes equal to or less than the boundary value. It can be said that it is going. In that sense, the boundary value is hereinafter referred to as a target storage amount of the NOx catalyst 38.
[0044]
Hereinafter, a specific control procedure of the engine 1 by the ECU 50 will be described with reference to flowcharts shown in FIGS.
[0045]
First, in step SA1 after the start in the main flow shown in FIG. 5, the crank angle sensor 9, the water temperature sensor 11, the cam angle sensor 16, the air flow sensor 27, the oxygen concentration sensors 40, 41, 43, the accelerator opening sensor 51, the rotation An output signal from the speed sensor 52 or the like is input, and data temporarily stored in the RAM of the ECU 50 is read. Subsequently, in step SA2, the current operation mode of the engine 1 is determined from the control map as shown in FIG. 3 based on the target torque of the engine 1 and the engine rotation speed. The target torque corresponds to the load state of the engine 1. For example, the target torque is determined in advance based on the engine rotation speed detected by the rotation speed sensor 52 and the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 51. What is necessary is just to read from the map set experimentally.
[0046]
Subsequently, it is determined in step SA3 whether or not the engine is in the stratified combustion mode. If the determination is NO and the uniform combustion mode is determined, the flow proceeds to step SA4 to control the injector 20, the throttle valve 28, and the like so that the engine 1 is in a uniform combustion state. And then return. On the other hand, if the determination is YES in the stratified combustion mode, the process proceeds to Step SA5, and it is determined whether or not a condition for setting the NOx purge mode is satisfied, which will be described in detail later. If the determination is NO and the NOx purge mode condition is not satisfied, the process proceeds to step SA9 described below. If the NOx purge mode condition is satisfied and the result is YES, the process proceeds to step SA6 to set the target air-fuel ratio for NOx purge. Calculate. At this time, the target air-fuel ratio becomes relatively leaner as the degree of deterioration of the NOx storage capacity due to the deterioration of the catalyst 38 increases, based on a later-described deterioration coefficient α indicating the degree of deterioration of the NOx catalyst 38. Is calculated as follows.
[0047]
That is, generally, for the NOx purging, the air-fuel ratio state of the exhaust gas may be set to a substantially stoichiometric air-fuel ratio or a slightly richer state (for example, A / F = 14.0 to 14.7). However, strictly speaking, when the amount of NOx released from the barium of the catalyst 38 by the NOx purge is larger than the reducing components (HC, CO) in the exhaust gas, the NOx is discharged to the atmosphere without being reduced. On the other hand, if the amount of NOx is smaller than HC and CO, the HC and CO are discharged into the atmosphere. Therefore, taking into account that the greater the degree of decrease in the NOx storage capacity due to the deterioration of the NOx catalyst 38, the smaller the release of NOx due to the NOx purge, the air-fuel ratio state of the exhaust gas in the NOx purge control is adjusted accordingly. Is changed to a relatively lean state. This allows NOx released from the catalyst to react with the reducing components (HC, CO) in the exhaust gas without excess and deficiency, thereby purifying the exhaust gas.
[0048]
Subsequently, in step SA7, the injector 20 and the throttle valve 28 are controlled so that the engine 1 is in a uniform combustion state and the air-fuel ratio of each cylinder 2 is equal to the target air-fuel ratio (NOx purge execution). Subsequently, in step SA8, as will be described in detail later, the target storage amount (NOx purge start threshold) is updated based on the degree of deterioration of the NOx catalyst 38, and thereafter, the process returns.
[0049]
In step SA9, in which it is determined that the NOx purge mode condition is not satisfied in step SA5, it is determined whether the condition of the S purge mode is satisfied. Here, the S purge mode is for reducing or eliminating so-called sulfur poisoning of the NOx catalyst 38, and detailed description is omitted, but it is determined that the sulfur poisoning of the NOx catalyst 38 is somewhat large. When the predetermined condition is satisfied, it is determined as YES when the S purge mode condition is satisfied, and the process proceeds to step SA10. In step SA10, the target air-fuel ratio (a value richer than the stoichiometric air-fuel ratio) for the S purge is determined. In step SA11, the injector 20 and the throttle valve 28 are controlled so that the engine 1 enters a uniform combustion state, and the ignition timing is greatly retarded to greatly increase the temperature of the exhaust gas (S purge execution). ), Then return. In this S purge mode, the temperature of the NOx catalyst 38 is maintained at a predetermined or higher temperature by the high-temperature exhaust gas, and SOx is released from barium in a rich atmosphere to be reduced and purified.
[0050]
Further, if it is determined in step SA9 that the S purge mode condition is not satisfied and the determination is NO, the process proceeds to step SA12 to control the injector 20, the throttle valve 28, and the like so that the engine 1 enters a stratified combustion state, and thereafter returns. .
[0051]
(Determination of NOx purge execution conditions)
Next, the execution condition of the NOx purge mode in step SA5 of the main flow will be described with reference to the flow shown in FIG. 6. In step SB1 after the start, it is determined that the engine 1 is not in the engine stall mode. If the determination is NO, the process proceeds to step SB9 described later, while if the determination is YES, the process proceeds to step SB2 to determine that the engine 1 is not in the start mode. If the determination is NO, the process proceeds to step SB9, while if the determination is YES, the process proceeds to step SB3, and it is determined that the engine 1 is not in the fuel cut mode.
[0052]
If the determination in step SB3 is NO, the process proceeds to step SB9, while if the determination is YES, the process proceeds to step SB4 to read the target storage amount temporarily stored in the RAM of the ECU 50. This target storage amount is corrected according to the degree of deterioration of the NOx catalyst 38 as described later, and is stored and updated in the RAM of the ECU 50. In the following step SB5, an estimation calculation of the NOx storage amount by the NOx catalyst 38 is performed. More specifically, in this embodiment, the NOx storage capacity of the NOx catalyst 38 is maintained at approximately 100%. Therefore, the NOx emission from each cylinder 2 of the engine 1 is sequentially obtained, and this is simply integrated. By doing so, the NOx storage amount is estimated.
[0053]
Subsequently, in step SB6, the estimated NOx storage amount is compared with the target storage amount, and if the estimated NOx storage amount exceeds the target storage amount (determination is YES), the process proceeds to step SB7, where the NOx purge mode condition is set. The flag F1 indicating the establishment is turned on (F1 ← 1), and thereafter, the process returns. On the other hand, if the estimated NOx occlusion amount is equal to or less than the target occlusion amount and the determination is NO, the process proceeds to Step SB8 to determine the NOx purge continuation condition. That is, once the NOx purge is started, it is determined that the NOx purge continuation condition is satisfied until the release of NOx in the NOx catalyst 38 is completed and the NOx storage amount becomes zero. For example, a timer measures the time during which the engine 1 is continuously operated at a rich air-fuel ratio from the start of the NOx purge, and until the measurement time reaches a predetermined time, the NOx purge continuation condition is satisfied (the determination is NO). On the other hand, if the time measured by the timer reaches the predetermined time while the process proceeds to step SB7, the NOx purge continuation condition is not satisfied (the determination is YES), and the process proceeds to step SB9 to turn off the flag F1 (F1 ← 0). Return after a while.
[0054]
(Determination of NOx catalyst deterioration state)
Next, a description will be given of a procedure for determining the deterioration of the NOx catalyst 38 and changing the target storage amount, which is the threshold value of the NOx purge, according to the result of the determination. First, the flow shown in FIG. 7 is for determining a condition for accurately determining the deterioration of the NOx catalyst 38. In step SC1 after the start, it is determined whether the NOx purge mode condition is satisfied (F1). = 1?), If this determination is NO (F1 = 0), it means that the condition for the deterioration determination of the NOx catalyst 38 is not satisfied, and the process proceeds to step SC8 to set a flag F2 indicating that the deterioration determination condition is satisfied. Turn off (F2 ← 0). That is, in this embodiment, the deterioration of the NOx catalyst 38 is determined only in the NOx purge mode.
[0055]
On the other hand, if the determination in step SC1 is YES (F1 = 1), the flow advances to step SC2 to determine whether the engine coolant temperature is equal to or higher than a predetermined value. This is for confirming the warm-up of the engine 1. For example, if the engine water temperature is 45 ° C. or less (determination is NO), the process proceeds to step SC8. If the engine water temperature is higher than that, the process proceeds to step SC3. move on. In step SC3, it is determined whether or not the engine rotation speed is equal to or lower than a predetermined value. If the determination is NO, the process proceeds to step SC8. If the determination is YES, the process proceeds to step SC4. It is determined whether the torque is equal to or less than a predetermined value. If the determination is NO, the process proceeds to step SC8, while if the determination is YES, the process proceeds to step SC5. That is, when at least one of the target torque or the rotation speed of the engine 1 is higher than a predetermined value and the flow rate of the exhaust gas is higher than a certain level, the accuracy of the deterioration determination of the NOx catalyst 38 is considered to be slightly lower. No judgment is made.
[0056]
In step SC5, it is determined whether or not the temperature of the NOx catalyst 38 is within a predetermined temperature range where the activity is high based on the output from the exhaust gas temperature sensor 42. If this determination is NO, the process proceeds to step SC8, while the determination is made. If YES is determined, the process proceeds to Step SC6, and it is determined whether the engine 1 is not in the acceleration operation. If the determination is NO, the process proceeds to step SC8, while if the determination is YES, the process proceeds to step SC7 to determine that the condition for determining the deterioration of the NOx catalyst 38 is satisfied and turn on the flag F2 (F2 ← 1). The reason why the determination is not performed during the acceleration operation is that when the operating state of the engine 1 greatly changes, the flow rate of the exhaust gas and the concentration of the gas component in the exhaust gas also fluctuate greatly greatly, and the NOx catalyst 38 This is because the accuracy of the deterioration determination is considered to be slightly lower.
[0057]
Next, the flow shown in FIG. 8 shows a procedure for actually determining the deterioration of the NOx catalyst 38 and calculating a deterioration coefficient α representing the degree of the deterioration, on the assumption that the above-mentioned deterioration determination condition is satisfied. is there. First, in step SD1 after the start, it is determined whether the catalyst deterioration determination condition is satisfied based on the value of the flag F2 (see FIG. 7). If the flag F2 is off (F2 = 0) and NO, the process proceeds to step SD8. Then, a flag F3 described later is turned off (F3 ← 0), and the process returns after a while. On the other hand, if the determination in step SD1 is YES, the process proceeds to step SD2, in which the output signals of the second and third oxygen concentration sensors 41 and 43 on the upstream side and the downstream side of the NOx catalyst 38 are read, respectively. A delay time Δt from when the exhaust gas on the upstream side becomes rich to when the exhaust gas on the downstream side becomes rich is calculated.
[0058]
That is, as shown in an example of FIG. 11A, normally, when the operating air-fuel ratio of the engine 1 is forcibly changed from lean to the stoichiometric air-fuel ratio or slightly richer for the NOx purging, this causes The air-fuel ratio state of the exhaust gas becomes rich on the upstream side of the NOx catalyst 38, the output signal of the second oxygen concentration sensor 41 rises, and the air-fuel ratio state of the exhaust gas becomes rich on the downstream side of the NOx catalyst 38 later. Thus, the output signal of the third oxygen concentration sensor 43 rises. This is because at the time of NOx purging, the concentration of oxygen in the exhaust gas increases due to the release and reduction of NOx from the barium of the NOx catalyst 38. Therefore, the delay time Δt of the downstream enrichment is The longer the amount of NOx released from the NOx catalyst 38, that is, the more the NOx catalyst 38 stores, the longer it becomes.
[0059]
More specifically, the delay time Δt varies not only with the amount of occlusion of the NOx catalyst 38 but also with the flow rate of exhaust gas at the time of NOx purging. It examines how the delay time Δt changes in accordance with the operation state of the engine 1 when it is new, and sets this as the target delay time Δt0 to the operation state of the engine 1 (target torque and engine rotation speed in the example in the figure). The map is set in association with the map as shown in FIG. 3B, and the map is stored in the memory of the ECU 50. By examining how much the current delay time Δt has become shorter than the target delay time Δt0, it is possible to know the change of the maximum increase of the NOx catalyst 38, that is, the degree of deterioration.
[0060]
Then, in step SD3 following step SD2, the target delay time Δt0 is read from the map based on the current operating state of the engine 1, and the target delay time Δt is divided by the target delay time Δt0 to obtain the NOx catalyst 38. A deterioration coefficient α = Δt / Δt0 that indicates the degree of deterioration of is obtained. The value of the deterioration coefficient α thus calculated is stored in the RAM of the ECU 50 for each control cycle, and in step SD4, the values of the deterioration coefficient α for a predetermined number of times are averaged, and this is set as an average deterioration coefficient αm. Subsequently, in step SD5, the deviation Δα is obtained by subtracting the value αm (i) of the average deterioration coefficient calculated as described above from the value αm (i-1) obtained in the previous control cycle.
[0061]
Subsequently, in step SD6, the deviation Δα is compared with a predetermined value (positive value). If the deviation Δα is equal to or more than the predetermined value (determination is YES), the process proceeds to step SD7 to determine the degree of deterioration of the NOx catalyst 38. Accordingly, it is determined that the condition for executing the deterioration correction for correcting the target occlusion amount of the NOx purge is satisfied, and the flag F3 indicating the condition is turned on (F3 ← 1), and thereafter, the process returns. On the other hand, if the deviation Δα is smaller than the predetermined value (determination is NO), the process proceeds to Step SD8, where the flag F3 is turned off (F3 ← 0), and then returns.
[0062]
That is, when the air-fuel ratio state of the exhaust gas is switched to rich for NOx purging, the rising of the outputs of the oxygen concentration sensors 41 and 43 on the upstream side and the downstream side of the NOx catalyst 38 are compared, and the time of the rising is shifted. The degree of deterioration of the NOx catalyst 38 is estimated from the magnitude of the NOx catalyst 38, and the target storage amount is corrected accordingly. At this time, the target occlusion amount is corrected only when the deviation Δα is larger than a predetermined amount, that is, when the deterioration coefficient α is decreasing.
[0063]
Next, the flow shown in FIG. 9 shows a procedure for updating the target occlusion amount of the NOx purge. In step SE1 after the start, the flag F3 of the flow shown in FIG. 8 is read, and the execution condition of the deterioration correction is satisfied. It is determined whether or not. Then, if the flag F3 is ON (F3 = 1) and YES, the process proceeds to step SE2, and the deterioration for correcting the target occlusion amount is corrected based on the deviation Δα of the average deterioration coefficient obtained in the flow of FIG. The correction coefficient β is calculated. Specifically, the deviation Δα is multiplied by a predetermined reflection coefficient ε, and this is subtracted from the deterioration correction coefficient β (i−1) obtained in the previous control cycle to obtain the current deterioration correction coefficient β (i ) Is calculated. On the other hand, if the lag F3 is off (F3 = 0) and the determination is NO in step SE1, the process proceeds to step SE3, and the value of the previous deterioration correction coefficient β is held (β (i) = β (i−1). )). In this case, the value of the deterioration correction coefficient β may be initialized.
[0064]
In step SE4 subsequent to steps SE2 and SE3, a correction coefficient γ (described later) for correcting the target storage amount of NOx purge is read from the RAM of the ECU 50 in accordance with the operating state of the engine 1, and in step SE5, the NOx catalyst is read. The current target occlusion amount is calculated by multiplying the basic target occlusion amount value corresponding to the case of the new product by the deterioration correction coefficient β and the correction coefficient γ obtained at the above steps. Then, in step SE6, the value of the target occlusion amount stored in the RAM of the ECU 50 is updated with the current target occlusion amount calculated as described above, and the process returns thereafter.
[0065]
Next, the setting of the correction coefficient γ used in step SE4 of the flow shown in FIG. 9 will be described with reference to the flow of FIG. 10. First, in step SF1 after the start, step SC6 of the flow shown in FIG. It is determined whether or not the engine 1 is in any operation other than the acceleration operation. If the determination is NO, the process proceeds to step SF6, where the value of the correction coefficient γ is set to a predetermined value (0 <γ <1). If the determination is YES, the process proceeds to step SF2.
[0066]
In step SF2, it is determined whether or not the engine rotation speed is equal to or lower than a predetermined value. If this determination is NO, the process proceeds to step SF6, while if the determination is YES, the process proceeds to step SF3, where the target torque of the engine 1 is reduced to a predetermined value. It is determined whether or not: If the determination is NO, the process proceeds to step SF6. If the determination is YES, the process proceeds to step SF4. Based on the output from the exhaust gas temperature sensor 42, the temperature of the NOx catalyst 38 is within a predetermined temperature range in which the activity is high. Is determined. If the determination is NO, the process proceeds to step SF6. If the determination is YES, the process proceeds to step SF5 to set the value of the correction coefficient γ to 1, and thereafter returns.
[0067]
That is, first, the accelerated operation state is a state in which the torque of the engine 1 is originally changed. At this time, even if the torque fluctuates due to the NOx purge, it is difficult to feel that fact. Therefore, at this time, the correction coefficient γ is set to a value smaller than 1, thereby correcting the target occlusion amount to a smaller value so that the NOx purge control is easily started. As a result, the frequency of performing the NOx purge when the engine 1 is in the steady operation state is reduced, so that the deterioration of the feeling is suppressed.
[0068]
Further, when the target torque or the rotation speed is higher than a predetermined value, the flow rate of the exhaust gas is increased, so that the NOx storage capacity of the NOx catalyst 38 is reduced. Further, the larger the flow rate, the larger the amount of NOx. If the timing of the NOx purge is delayed due to, for example, an error in estimation of deterioration in such an operation state, a large amount of NOx may be released into the atmosphere within a short time. On the other hand, in this embodiment, in such an operating state, the correction coefficient γ is set to a value smaller than 1 so that the NOx purge control is performed earlier to prevent the occurrence of the above-described problem. it can.
[0069]
In the above flow, the correction coefficient γ is uniformly set to a predetermined value smaller than 1 during the acceleration operation or when the exhaust gas flow rate is large. However, the present invention is not limited to this. When the number is large, the value of the correction coefficient γ may be changed depending on the situation.
[0070]
The above-described control procedures in the flowcharts of FIGS. 5 to 10 are realized by executing a plurality of programs that are electronically stored in the memory of the ECU 50 by the CPU. Has the following configuration requirements of the invention in software.
[0071]
That is, the storage amount estimating means 50a for estimating the storage amount of NOx in the NOx catalyst 38 is constituted by step SB5 of the flow shown in FIG. 6, and steps SB6 to SB8 of this flow and steps SA5 to SA7 of the flow shown in FIG. Thus, when the estimated value of the NOx storage amount exceeds the target storage amount (threshold), exhaust air-fuel ratio changing means 50b for performing NOx purge control for forcibly enriching the air-fuel ratio state of the exhaust gas is configured. I have.
[0072]
Further, a deterioration degree estimating means 50c for estimating the degree of decrease in the NOx storage capacity due to deterioration of the NOx catalyst 38 is constituted by each step of the flow shown in FIG. 8, and each step of the flow shown in FIG. A threshold value correcting unit 50d configured to correct the target occlusion amount (threshold value) of the NOx purge control in accordance with the estimation result of the degree of deterioration of 38. The threshold value correcting means 50d is configured to correct the target occlusion amount only in a direction in which the NOx purge control is easily performed.
[0073]
Therefore, according to the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment, first, when the engine 1 is in the stratified combustion region (S) on the low speed and low load side, the average air-fuel ratio of the combustion chamber 6 of each cylinder 2 is reduced. When the air-fuel ratio becomes significantly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio of the exhaust gas also becomes lean, and NOx in this exhaust gas is stored by the NOx catalyst 38. On the other hand, when the engine 1 is in the uniform combustion region (H) and the average air-fuel ratio of the combustion chamber 6 of each cylinder 2 becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio or a state richer than that, the air-fuel ratio state of the exhaust gas is also rich. At this time, the NOx stored in the NOx catalyst 38 is released and reduced and purified.
[0074]
Further, when the lean operation of the engine 1 in the stratified combustion region (S) continues and the amount of NOx stored in the NOx catalyst 38 gradually increases, and the NOx storage amount reaches the target storage amount, the NOx purge control is performed. As a result, the air-fuel ratio state of the exhaust gas is forcibly enriched. Thus, the NOx stored in the NOx catalyst 38 is released and reduced and purified, and the NOx storage amount of the NOx catalyst 38 returns to a substantially zero state again. Therefore, the NOx storage amount of the NOx catalyst 38 is always kept below the target storage amount, and the NOx storage capacity of the NOx catalyst 38 is always maintained at the maximum state, thereby purifying the exhaust gas as much as possible. Is achieved.
[0075]
Further, when the NOx catalyst 38 deteriorates and its storage capacity decreases, the target storage amount is corrected in accordance with the degree of deterioration of the NOx catalyst 38. That is, based on the deterioration coefficient α, the target storage amount is corrected to be reduced so as to correspond to the decrease in the storage amount due to the deterioration of the NOx catalyst 38, whereby the storage capacity of NOx is always maintained irrespective of the deterioration of the catalyst. It can be maintained at its best. Moreover, at this time, the correction of the target occlusion amount is performed only in a direction in which the NOx purge control is easily performed, so that the value of the deterioration coefficient α indicates an increase in the NOx occlusion capacity due to the influence of disturbance, noise, or the like. Even if it changes in the direction, it does not change to the side where the target occlusion amount increases, and therefore, there is no delay in NOx purge timing due to erroneous catalyst deterioration estimation.
[0076]
It should be noted that the configuration of the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, but includes other various configurations. As an example, in the above-described embodiment, the target occlusion amount of the NOx purge is obtained by multiplying a preset basic value by the deterioration correction coefficient β and the correction coefficient γ. It does not need to be calculated by a simple calculation. For example, as shown in FIG. 12, a map in which a map of the target occlusion amount corresponding to the deterioration coefficient α is experimentally determined in advance is set, and this map is electronically stored in the memory of the ECU 50. The target storage amount may be directly read from the map in accordance with the state of deterioration of the target.
[0077]
Further, in the above embodiment, the two NOx catalysts 38 and 39 are housed in one casing to constitute the downstream-side catalytic converter 37. However, instead of such a constitution, for example, separate casings are provided. Needless to say, it may be accommodated in a storage device.
[0078]
Further, it is needless to say that the present invention can be applied to other than the direct injection gasoline engine as in the above-described embodiment, and that the average air-fuel ratio of the cylinder is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. As long as the internal combustion engine can be switched to a substantially stoichiometric air-fuel ratio or a rich operation state richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the same operation and effect can be obtained regardless of the gasoline engine or the diesel engine.
[0079]
【The invention's effect】
As described above, according to the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, the NOx storage amount of the catalyst is estimated, and the NOx storage amount exceeds the predetermined boundary value, and the NOx storage capacity of the catalyst decreases. By performing the NOx purge before starting to perform, the NOx storage capacity of the catalyst can always be maintained at the highest state, thereby purifying the exhaust gas as much as possible. Further, even if the boundary value decreases due to deterioration of the catalyst, if the threshold value of the NOx purge control is changed so as to be the same as the reduced boundary value, the above-described effect can be obtained regardless of the deterioration of the catalyst. Is obtained.
[0080]
According to the second aspect of the present invention, by providing means for estimating the degree of catalyst deterioration and means for correcting the threshold value of the NOx purge control in accordance with the estimation result, the effect of the first aspect of the present invention is further ensured. It becomes something. In addition, since the threshold value of the NOx purge control is corrected only in the direction in which the control is easily performed, it is possible to prevent the timing of the NOx purge from being delayed due to erroneous estimation.
[0081]
According to the third aspect of the present invention, the air-fuel ratio state of the exhaust gas in the NOx purge control is changed according to the degree of deterioration of the catalyst so that the air-fuel ratio state of the exhaust gas matches the state of NOx release from the catalyst. This further purifies the exhaust gas.
[0082]
According to the invention of claim 4, when at least one of the load state of the engine and the engine rotation speed is higher than a predetermined value, that is, the exhaust gas flow rate is large and the catalyst cannot exhibit the maximum NOx storage capacity, When there is a possibility that a large amount of NOx may be released in time, the threshold value is corrected to a small value to facilitate the NOx purge, thereby preventing an increase in the NOx emission amount.
[0083]
According to the invention of claim 5, the threshold value is corrected to a small value side when the torque is hardly perceived in the engine in the accelerated operation state, so that the NOx purge is easily performed. By reducing the frequency of NOx purging, the sense of discomfort can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a control system for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a mechanism of storing and releasing NOx by a NOx catalyst.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a control map in which an operation region in which an engine is in a stratified combustion state or a uniform combustion state is set.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the change in the NOx storage amount of the NOx catalyst and the NOx concentration downstream thereof after the exhaust gas switches from the rich state to the lean state.
FIG. 5 is a flowchart of a main flow showing an outline of engine control.
FIG. 6 is a flowchart of a control for determining whether an execution condition of NOx purge is satisfied.
FIG. 7 is a flowchart of control for determining whether a catalyst deterioration determination condition is satisfied.
FIG. 8 is a flowchart of a control for determining a deterioration correction condition by obtaining a degree of deterioration of a catalyst.
FIG. 9 is a flowchart of control for updating a target occlusion amount according to the degree of deterioration of a catalyst.
FIG. 10 is a flowchart illustrating a procedure for setting a correction coefficient of a target occlusion amount.
11A is an explanatory diagram showing a state in which the signal of the oxygen concentration sensor downstream of the catalyst is delayed with respect to the upstream side during NOx purging, and FIG. 11B is a map in which a value serving as a reference for the delay is set. It is a figure showing an example of.
FIG. 12 is a diagram showing an example of a map in which a target occlusion amount is set in association with a deterioration coefficient.
[Explanation of symbols]
1 engine (internal combustion engine)
34 Exhaust passage
38 NOx catalyst (NOx storage type catalyst)
41,43 Oxygen concentration sensor
50 ECU (Engine Control Unit)
50a Storage amount estimation means
50b Exhaust air-fuel ratio changing means
50c Deterioration degree estimation means
50d threshold correction means

Claims

It is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine and stores NOx when the air-fuel ratio state of the exhaust gas is leaner than the state corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio, while storing the stored NOx according to the enrichment of the air-fuel ratio state. A NOx storage-type catalyst that releases and reduces and purifies,
Occlusion amount estimating means for estimating the occlusion amount of NOx in the catalyst;
Exhaust air-fuel ratio changing means for performing NOx purge control for forcibly enriching the air-fuel ratio state of the exhaust gas when the estimated value of the NOx storage amount by the storage amount estimating means exceeds a preset threshold value. In an exhaust purification device for an internal combustion engine,
When the release of the stored NOx is completed and the storage of the NOx in the exhaust gas is restarted, the catalyst exhibits the highest NOx storage capacity until the amount of stored NOx reaches a predetermined boundary value. When the NOx occlusion amount exceeds the value, the NOx occlusion capacity decreases accordingly, and the boundary value decreases due to deterioration.
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein a threshold value of the NOx purge control by the exhaust air-fuel ratio changing means is set to be substantially equal to the boundary value.

In claim 1,
Deterioration degree estimating means for estimating the degree of decrease in the boundary value of the NOx storage amount due to catalyst deterioration;
Threshold value correcting means for correcting a threshold value of the NOx purge control by the exhaust air-fuel ratio changing means in accordance with the estimation result by the deterioration degree estimating means,
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein the threshold value correcting means is configured to correct the threshold value only in a direction in which the NOx purge control is easily performed.

In claim 2,
The exhaust air-fuel ratio changing means is configured to change the air-fuel ratio state of the exhaust gas in the NOx purge control to a leaner state as the degree of reduction of the boundary value of the NOx storage amount due to deterioration of the catalyst increases. An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, comprising:

In claim 2,
The threshold value correcting means is configured to correct the threshold value of the NOx purge control by the exhaust air-fuel ratio changing means to a smaller value when at least one of the load state of the engine and the engine speed is higher than a predetermined value. An exhaust purification device for an internal combustion engine.

In claim 2,
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein the threshold value correcting means is configured to correct the threshold value of the NOx purge control by the exhaust air / fuel ratio changing means to a smaller value when the engine is in an accelerating operation state.