【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リーンバーン車両の排出制御システムの下流NO _xトラップの再生サイクルを制御する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のリーンバーン・エンジンの制御システムは、理論値よりもリーンな空燃比を周期的に得て、それにより燃料経済性を向上させるために、計測された空気質量に比例する燃料をエンジンへ供給する空燃比制御器を含む。 エンジンの排気通路に設けられる一般的な三元触媒コンバーターは、リーンバーン・エンジン作動中の様な過剰酸素の存在の下でエンジンが生成する
NOxの変換に関し効率的ではないので、従来技術の中には、三元触媒コンバーター下流の排気通路内にリーンNO
xトラップを配置して、リーン運転中に生成された残留N
Oxを化学的に吸蔵することを開示するものがある。

【０００３】トラップのNOx吸蔵能力が有限であることは重要であり、例えばトラップを約13未満の空燃比へ晒すなどの、約14.65の理論空燃比よりもその空燃比がリッチな空気燃料混合気へトラップを晒すことにより、トラップは吸蔵したNOxについて周期的に「パージ」される。 このパージ事象の間、過剰なHC及びCOは三元触媒コンバーターを通り抜け、そして、トラップを通り抜ける
HC及びCOが吸蔵されたNOxと反応して無害なN ₂及びO ₂に還元する。 吸蔵されたNO _xを放出するのに要する過剰つまりパージ用燃料の量は、質量空気量がほぼ一定の状態でリッチな空気燃料混合気の状態でパージ用燃料が供給される期間である「パージ時間」の関数で表される場合が多々ある。

【０００４】NOxがトラップを通り抜けて排気管出口でN
Oxの排出量を増加させることになるので、各パージ事象の時期は、トラップがそのNOx吸蔵能力を越えない様に制御されなければならない。 パージ事象のためにリッチにされた空気燃料混合気の余分な燃料故に、部分的に充填されたトラップのパージは回避する様にパージの周波数が制御されるのが好ましい。

【０００５】トラップのNOx吸蔵能力は、それ自体、多くの変数の関数であることが、従来技術により認識されている。 それら変数には、トラップ温度、トラップ履歴、硫化度合及び、熱損傷つまり過剰な熱に起因するトラップのNOx吸収物質に対する損傷の程度、が含まれる。 例えば、米国特許5,437,153号を参照すると、それは、トラップがそれの最大能力に近付くと、トラップが
NOxを吸収する速度が降下し始める場合があることを、
記載している。 更に、米国特許5,437,153号は、トラップの実際のNOx吸蔵能力よりもかなり小さい公称NOx吸蔵能力を用い、それにより完全な瞬間NOx吸収効率を持つトラップを提供すること、つまり、吸蔵されたNOxの量が公称能力を下回ったままである限りトラップがエンジンにより生成されるNOxを全て吸収すること、を記載している。 エンジンにより生成されたNOxの蓄積量が公称トラップ能力に到達するといつもトラップが再生される様に、パージ事象が計画されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】トラップ中に吸蔵されるNOxの実際の量は、エンジンへ供給される気体のNOx濃度、排気流量、大気の湿度、トラップ温度及び他の変数により、変化する。 それで、トラップの能力及びトラップ中に吸蔵されるNOxの実際の量は両方とも、多くの変数の複雑な関数となる。 トラップのパージ及び充填事象を診断そして制御し、トラップがそれの最適条件でいつも作動することを確実なものとすることが、望ましい。

【０００７】硫黄を含む燃料を用いてエンジンが運転される場合には、硫黄は、トラップに吸収され、そして、
トラップの絶対的なNOx吸蔵能力とトラップの瞬間NOx吸収効率の両方の低下を招く。 その様なトラップの硫酸化がある閾値を越えると、吸収されたSOxが、脱硫事象中に「バーン・オフ（burn off）」つまり脱離されなければならない。 その時のトラップ温度は、過剰HC及びCOの存在の下で約650℃以上まで上昇させられる。 例を挙げると、米国特許・5,746,049号が、エンジンをリッチな空気燃料混合気で運転する時にNOxトラップ上流の排気へ２次空気を導入することによりトラップ温度を少なくとも650℃まで上昇させること及び、その結果としての発熱反応を利用してSOxについてのトラップのパージに望ましい程度までトラップ温度を上昇させることを含む、
トラップの脱硫方法を記載している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のリーンNOx制御方法は、トラップの状況つまり「健全性」が診断され、
そして、トラップのパージ用パラメーター、NOx吸蔵能力の減損率、パージ時間及びパージ強度が車両内でのエンジン作動中にオンラインで調整されるのが可能とされる様に、トラップに吸蔵されるNOxの量及びトラップの最大NOx吸蔵能力に関連する情報を用いる。 ここで、NOx
吸蔵能力の減損率とは、トラップのNOx吸蔵能力がNOx充填過程において減少する時の速度である。 加えて、硫黄についてトラップをパージする、つまり、脱硫事象を計画することについての判断が、診断されたトラップのNO
x吸蔵能力の減少及びそれに関連したNOx吸収能力減損率の増加に基き、なされる。 それで、トラップは、NOx変換効率についての最適条件で連続的に運転され、それにより、車両の燃料経済性を最大にしながら大気へのCO及びNOxの排出量を最小にする。 トラップの高機能脱硫は、トラップのNOx変換効率が与えられた最小値より上に常時維持されるのを、確実なものとする。

【０００９】より具体的に言うと、本発明によれば、トラップのNOx吸蔵能力の減損が監視され、トラップの脱硫の閉ループ制御と共に、トラップのパージの周波数と深度についての帰還制御がなされる。 トラップのパージ周波数は、NOxがトラップに吸蔵される速度に逆比例し、パージの深度は、変換されてN ₂及びO ₂としてトラップから放出されるNOxの量に関連する。 プログラムされたコンピューターが、スイッチング形酸素センサーの電圧の振幅及びセンサー応答時間に基き、トラップの充填及びパージ時間を制御する。 トラップのNOx吸蔵能力減損率に直接関連するのが理想的であるパージの周波数は、トラップがそれのNOx吸蔵能力限界を越えて充填されない様に制御される。 NOx吸蔵能力限界が越えられると、つまり、トラップが過剰充填されると、NOxが吸蔵されることなくトラップを通り抜ける。 トラップが充填し切っていない場合には、頻繁過ぎるパージの結果、燃料消費の不必要な増加が生じる。 また、大気への過剰な
CO及びHCの排出が生じることとなる。

【００１０】更に、本発明によれば、NOx吸蔵能力減損率に基き、それの現在の吸蔵能力の所定割合までトラップが充填され、それから、パージ中に完全に空にされる。 トラップの吸蔵能力が劣化のために低下すると、閉ループのパージ最適化ルーチンが、トラップをそれの吸蔵能力の所望の割合まで充填するのに充分なだけNOxを吸蔵するために、NOx吸蔵能力減損率を調整するのに用いられる調整乗数を発生する。 実際のNOx吸蔵能力減損率が所定の最大NOx吸蔵能力減損率と同等以上になることにより示される様に、かなりトラップの吸蔵能力が低下すると、トラップの吸蔵能力をそれの元の値まで回復するためにトラップの脱硫が実行される。 所定回数のトラップ脱硫作動がNOx吸蔵能力減損率の増大なしに実行される場合には、トラップが交換されなければならず、
そしてインジケーターにより運転者にそれが知らされる。

【００１１】トラップのNOx吸収能力の減損率のデフォルトつまり初期値は、エンジン・システム及びトラップの関数化により求められる。 関数化により、トラップの充填率と最適NOx吸蔵能力減損率の値が、エンジン負荷又は質量空気流量の関数として、与えられる。 トラップが用いられる所での作動空燃比は大きくは変化せず、そしてエンジン回転数の変化はトラップのNOx吸蔵能力減損率にそれ程影響しない。 それで、トラップNOx吸収能力減損率の主要な変数は、エンジン負荷又は質量流量の指数が小さい累乗根（例えば二乗根）である。

【００１２】本発明の上述のものなどの目的、構成及び効果は、添付の図面に関連して、本発明を実施する最良の態様の以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。

【００１３】

【発明の実施の形態】ここで、図面、最初に図１を参照すると、全体として符号10で示されるパワートレイン制御モジュール（powertrain control module略してPCM）
は、示される様にROM, RAM及びCPUを含む、電子エンジン制御器である。 PCMは、内燃機関20の４つの気筒へ燃料を噴射する一組の噴射弁12, 14, 16及び18を制御する。 燃料噴射弁は一般的な構造であり、そして制御器10
により決定された通りの正確な量の燃料を対応する気筒へ噴射する様に配置される。 制御器10は、制御器10により決定される空燃比（air-fuel ratio略してAFR）を維持するために、燃料噴射弁信号を噴射弁へ送る。 空気計つまり質量流量センサー22が、エンジンのマニフォールド24の空気入口に配置され、そして、絞り弁26の位置で決まる質量空気量に関する信号を与える。 空気量信号は、単位時間に吸入システムへ流入する空気の質量を示す空気質量値を計算するのに、制御器10により用いられる。 ヒーター付排気酸素（heated exhaust gas oxygen
略してHEGO）センサー28がエンジンにより生成される排気の酸素成分を検出し、信号を制御器10へ送信する。 HE
GOセンサー28は、特に理論空燃比作動中に、エンジン空燃比の制御に用いられる。

【００１４】排気システムは、一つかあるいはそれより多い数の排気管を有しており、エンジン内での混合気の燃焼により発生した排気を、一般的な直結三元触媒コンバーター（三元触媒30）へ送る。 その三元触媒30は、触媒反応した排気を生成するために、エンジンが発生した排気を化学変化させる触媒物質を含んでいる。 触媒反応済みの排気は、排気管32を通り、上述の物質からなる下流NOxトラップ34に送られ、その後テールパイプ36を通り大気へ放出される。

【００１５】トラップ34の下流側には第２のHEGOセンサー38が配置され、本発明による診断及び制御のために信号を制御器10に供給する。 第２HEGOセンサー38は、通常の理論空燃比の閉ループ・リミットサイクル作動中に、
第２HEGOセンサー38の信号振幅と第１HEGOセンサー28のそれとを比較する周知の方法を用い、三元触媒30のHC変換効率を監視するのに、用いられる。 トラップ内温度センサー42はトラップ34の瞬間温度Tを表す出力信号を生成する。 また、エンジン性能に関する他の情報、例えばカムシャフト位置、クランクシャフト位置、角速度、絞り弁位置や気温なども、他のセンサー（不図示）から制御器に送られる。 それらセンサーからの情報は、エンジンの運転を制御するために、制御器10にて使用される。

【００１６】第２HEGOセンサー38のようなスイッチング形酸素センサーについての空燃比に対する電圧の典型的な応答が、図２に示されている。 第２HEGOセンサー38の出力電圧は、ほぼ14.65の理論空燃比を境に排気混合気がリーンからリッチに切り替わる際に、低レベルと高レベルとの間で切り替わる。 空燃比は充填時間中はリーンであるため、エンジンで発生したNOxは三元触媒30と排気管32を通過してトラップ34まで送られ、そこで吸蔵される。

【００１７】トラップのパージ・サイクルの典型的な作動が図３に示されている。 一番上の波形（図3(a)）は、
異なる３つのパージ時間1, 2及び3に対応するリーン充填時間t _Fとリッチ・パージ時間 t _Pとの関係を示している。 ２番目の波形（図3(b)）には、３つのパージ時間についての第２HEGOセンサー38の応答が示されている。 トラップを通過し下流センサー38に影響を与えるCOおよび
HCの量は、トラップのパージ事象の効率を示すものとして用いられる。 最下流の酸素センサーのピーク電圧レベルは、トラップ内にまだ吸蔵されているNOxやO ₂の量を示すものである。 短いパージ時間1の場合、トラップがN
Oxについて完全にはパージされないため、酸素センサーの応答が極めて小さく、結果として、大気へのCO排出量及び密接に関連する第２HEGOセンサーの応答のスパイクが小さい。 この場合については、センサのピーク電圧V _P
が基準電圧V _refに到達していない。 適度な、つまり最適なパージ時間2では、第２HEGOセンサーの出力V _Pが基準電圧V _refに等しく、これは許容できる極めて微量の大気へのCOが生成されたので、トラップは必要な量だけパージされたということを示している。 長いパージ時間3については、第２HEGOセンサーのピーク電圧V _Pが基準電圧
V _refを越え、トラップが完全にパージされた、つまりパージされ過ぎたことを示しており、それにより、図3(d)
に示される様に大気への過剰なCOの排出を生じ望ましくない。

【００１８】第２HEGOセンサーの出力電圧についてのデータ・キャプチャー・ウインドウが、図3(c)に示す波形のように作動する。 このウインドウの間、PCMは第２HEG
Oセンサー38の応答データを取得する。 図４は、図３に示されたパージ時間の３つのレベルに対するセンサー38
の応答の拡大図である。 Δt ₂₁はセンサー出力電圧が基準電圧V _refを超過していた時間の長さである。 基準電圧
V _refよりも小さいセンサーのピーク電圧V _Pについては、
PCM 10は、センサー飽和時間t _satをt _sat = t _{sat ref}から
t _sat = 0に至るまで線形外挿することにより、図５の計数値を滑らかに連続させる。 PCM 10は図６に示す関係を用い、そこに示される様に、センサー飽和時間t _satをセンサーのピーク電圧V _Pに比例させる。

【００１９】図５は正規化された酸素センサー飽和時間
t _satとパージ時間t _Pとの関係を示す。 センサー飽和時間
t _satは、第２HEGOセンサーの信号がV _refを超えている時の正規化された時間量でありり、そしてΔt ₂₁ ／Δt
_{21 norm} （ここでΔt _{21 norm}は正規化因数）に等しい。
センサー飽和時間t _satは、所望値 t _{sat desired}により正規化される。 与えられた充填時間ｔ _F及びトラップの状態については、最適パージ時間値t _{P sat#desired}が存在する。 その値は、大気へのHC及びCO排出量が過剰とならず、また許容できるNOxトラップ効率が維持できる正規化された最適飽和時間ｔ _sat・=・1となる。 センサー飽和時間t _satが t _sat・>1であるときは、パージ時間は長過ぎであり、短くされる必要がある。 センサー飽和時間t
_sat・が t _sat・<1であるときは、パージ時間は短すぎであり、長くされる必要がある。 そのようにして、第２HEGO
センサー38の出力に基づき、トラップ・パージの閉ループ制御を実現することが出来る。

【００２０】図７は、エンジンの与えられた作動状態及びトラップの与えられた状態における、パージ時間t _Pと充填時間t _Fとの間の公称関係を示す。 ２つの次善のパージ時間t _{P subopt1}とt _{P subopt2}は、固定された充填時間
t _FTについてのトラップ34のパージ不足又は過剰パージに対応する。 トラップ中に吸蔵されたNOxについてトラップを最適にパージするパージ時間t _Pがt _PTと示されている。 この点が目標すなわち所望パージ時間t _sat = t
_{sat desired}に対応する。 このパージ時間が、固定充填時間t _FTの間の大気へのCO排出量を最小化する。 この手順の結果、トラップに直接吸蔵される酸素の量に関連した吸蔵酸素パージ時間t _{P osc}の決定が行われる。 酸素は例えばセリウム酸化物という形で直接吸蔵され得る。 吸蔵酸素パージ時間t _{P osc}は、２つかあるいはそれより多い最適パージ時間をt _F = 0 の点まで外挿するか、あるいはt _F = 0 の点近傍でt _Pの最適化を行うことによって、決定することが出来る。 作動点T2は、意図的にt
_{F T2} < t _FTとし、最適化を通じてｔ _{P T2}を見つけることにより得られる。

【００２１】図7aは充填時間t _Fの最適化を図示したものである。 与えられた充填時間t _FTに対し、最適パージ時間t _PTが図７に示すように決定される。 そのとき充填時間は、初期値t _FTよりわずかに小さい値ｔ _FBにステップ変化させ、そして初期値ｔ _FTよりわずかに大きい値ｔ _FAにステップ変化させることにより、振られる。 ｔ _F
によるt _Pの変化を求めるために、パージ時間の最適化がその３点T，A及びBの全てに適用される。 ｔ _PのAからTまでの、そしてBからTまでの変化が評価される。 図7aでは、BからTまでの変化の方が、AからTまでの変化よりも大きい。 これらの差の絶対値は、図11に関連させてより完全に述べる様に、所定の許容範囲DELTA#MINに入る様に制御される。 差の絶対値はt _Pと t _Fとの関係を示す曲線の傾きに比例する。 最適化過程は、t _Pと t _Fとの関係を示す曲線の肩部としての作動点Tを規定する。 時間t
_{P sat}は無限に長い充填時間についてのパージ時間の飽和値を表している。

【００２２】NOx及び酸素の吸蔵量の異なる４つのトラップ状態について、パージ時間t _P及び充填時間t _Fの最適化ルーチンの結果が図８に示されている。 パージ時間
t _P及び充填時間t _Fの両方が、図７および図7aに示された手法を用いて、最適化された。 図８により決定された点が最適作動点T1として示され、その点についてのパージ時間はt _{P T1}であり、充填時間はt _{F T1}である。 "1"は、
トラップが劣化していないことを示し、これを状態Aとする。 トラップが硫黄被毒や熱損傷、あるいは他の要因によって劣化するにつれて、トラップ状態がB, Cそして
Dに到達することになる。 略定常エンジン状態が存在する時には、パージ及び充填最適化ルーチンは連続して実行される。 トラップ状態B, C及びDに対応して、最適運転状態T2, T3及びT4へと到達されることになる。 t _{P T1} ,
t _{P T2} , t _{P T3}及びt _{P T4}に反映される NOx飽和レベルと、酸素吸蔵関連パージ時間t _{P osc T1} , t _{P osc T2} , t
_{P osc T 3}及びt _{P osc T4}は両方とも、トラップの状態に応じて変化し、そして典型的には、トラップの劣化につれ値を小さくすることになる。 パージのNOx部分についてのパージ燃料はt _{P NOx} = t _PT - t _{P osc}と等しい値である。 パージ燃料は与えられた作動状態についてのパージ時間に等価であると、予想される。 制御器10は、エンジン20が所定のリッチ空燃比で作動するのが許容される時間を調整することにより、実パージ燃料を制限する。
ここでは解説を簡単にするために、パージ時間が、解説のために仮定された作動条件におけるパージ燃料に、等価であると仮定する。 そのようにして、吸蔵されたNOx
及び吸蔵された酸素に必要なパージ時間が、直接決定され、診断及び制御に用いられることとなる。

【００２３】９はNOxパージ時間t _{P NOx}とNOxトラップの吸収能力との関係を図示したものである。 状態A, B及び
CはNOx吸収効率、トラップ能力及び燃料経済性が許容範囲にあると判断されており、状態Dは許容範囲外と判断されている。 それで、状態Dに近づくにつれ、NOxトラップ能力を再生させ、そして高いNOxパージ周波数に伴う燃料消費量の削減のために、トラップの脱硫事象が計画される。 t _{P osc}の変化は、酸素吸蔵量の変化を通して、
トラップの経年変化に関する更なる情報をもたらすが出来る。

【００２４】図10は、パージ時間t _Pの最適化についてのフローチャートである。 このルーチンの目的は、与えられた充填時間t _Fについての、空燃比のリッチ・パージ・
スパイクを最適化することである。 このルーチンは、後で図11を参照して説明されるシステム最適化のためのソフトウェアに包含される。 判断ブロック46において、パージ・フラグの状態がチェックされ、フラグがセットされている場合には、ブロック48に示される様に、リーン
NOxパージが実行される。 パージ・フラグは、トラップの充填が完了した時に、セットされる。 例えばそのフラグは、そのパージを計画する方法が用いられる時である図19のブロック136において、セットされることになる。 ブロック50では、ピーク電圧V _Pそして、有る場合には遷移時間t ₁及び t ₂を求めるために、酸素センサー（E
GO）の電圧が先に規定されたキャプチャー・ウインドウを通してサンプリングされる。 図3(c)に示される様に、
ウインドウがEGOセンサー波形の変化を取得する。 判断ブロック52により判断されるのが V _P > V _refである場合には、ブロック54及び56に示される様に、センサー飽和時間t _satは、Δt ₂₁ ,つまりEGOセンサー電圧がV _refを超えていた時間に比例するものとされる。 V _P < V _refである場合には、ブロック58に示される様に、線形外挿関数を用いてt _satが決定される。 この関数については、図６
に示されていて、t _satをピーク電圧V _Pに比例させることにより、t _satが求められるというものである。 これが、
V _P > V _refの場合からV _P < V _refの場合への滑らかな移行をもたらし、ブロック60に示される様な、帰還制御に適した連続的で正及び負の偏差関数t _{sat error} (k)を与える。 ここで、偏差関数t _{sat error} (k)はセンサー飽和時間の所望値t _{sat desired}から実センサー飽和時間t _sat
を引いたものに等しい。 そして、偏差関数t
_{sat error} （k）はブロック62において、所望センサー飽和時間t _{sat de sired}で割ることにより正規化される。

【００２５】その結果正規化された偏差関数t
_{sat error#norm} (k)は、PID（比例積分微分）制御器の様な帰還制御器への入力として用いられる。 ブロック64に示される様に、PID制御器の出力はトラップ・パージ時間に対する乗法的補正計数PURGE#MULである。 t
_{sat error#norm} (k)とPURGE#MULとの間には、直接の単調関係がある。 t _{sat error#norm} (k) > 0の場合には、トラップがパージ不足であり、そして、NOxパージのためにより多くのCOを提供するためにPURGE#MULがその基準値から増加されなければならない。 t _{sat error#norm} (k) <
0の場合には、トラップがパージ過剰であり、NOxパージのために供給するCOを少なくするためにPURGE#MULがその基準値から小さくされなければならない。 この結果、ブロック66に示される様に、パージ時間の新しい値 はt _P （k+1） = t _P （k）× PURGE#MULとなる。 パージ時間の最適化は、ブロック68及び70に示される様に、新旧のパージ時間値の偏差の絶対値が許容公差よりも小さくなるまで継続される。 もし |t _P (k+1) -t _P (k)| >= εである場合には、PID帰還制御ループは最適パージ時間t _P
を許容範囲ε内としていない。 従って、ブロック70に示される様に、ブロック66において計算された新たなパージ時間は、ブロック68の条件が満足されるまで、後のパージ・サイクルで用いられる。 充填時間t _Fは、最適パージ時間t _Pが得られるまで、t _P最適化ルーチンの間、式２
を用いて、必要とされる様に調整される。 |t _P (k+1)- t _P
(k)| < εである場合には、パージ時間の最適化は収束しており、ブロック72に示される様に、パージ時間の最新値が記憶され、そして最適化過程は図11に示すt _F最適化ルーチンに移行することになる。 パージ時間t _Pのみを調整するかわりに、パージ事象（図３参照）中に用いられる空燃比の相対的リッチ度合いを同様の態様で調整することも出来る。

【００２６】図11は、パージ時間及び充填時間の両方の最適化を含むシステム最適化についてのフローチャートである。 充填時間の最適化は、ブロック74に示される様に、エンジンが略定常状態で作動している時に限り、実行される。 この点に関し、略定常状態とは、エンジン回転数、負荷、吸入空気量、点火時期、EGR量の様な、あるエンジン作動変数の変化速度が所定レベルより下に維持されているということにより、特徴付けられる。 ブロック76において、充填時間の1ステップ分の増分FILL#ST
EPがSTEP #SIZEに等しくされ、それはFILL#STEP > 0であれば、充填時間を増加させる。 STEP#SIZEは図14に示される様に、吸蔵能力利用率R _ijに対し調整される。

【００２７】ブロック78において、図10と関連させて上述されたパージ時間の最適化ルーチンが実行される。 これは、与えられた充填時間についてのパージ時間t _Pを最適化することになる。 ブロック78で実行されるパージ最適化ルーチンの終わりにおけるPURGE#MULはCTRL#START
として記憶され、そしてブロック80に示される様に、充填時間乗数FILL#MULがFILL#STEPだけインクリメントされる。 充填時間にはブロック82においてFILL#MULが乗ぜられてt _Fのステップ変化が促進する。 ブロック84においては、新しい充填時間t _F (k+1)について、図10のパージ最適化ルーチンが実行される。 図10で実行されるパージ最適化ルーチンの終わりにおけるPURGE#MULは、ブロック86において、CTRL#ENDとして記憶される。 パージ乗数の変化量CTRL#DIFF = ABS(CTRL#END CTRL#START)もブロック86で記憶され、ブロック88において基準値DELTA#
MINと比較される。 DELTA#MINは図7aにおいて述べられた許容範囲に対応し、そしてCTRL#END とCTRL#STARTは図7
aのAとTあるいはBとTにて求められるt _Pの２つの値に対応する。 パージ乗数の変化量がDELTA#MINよりも大きい場合、FILL#STEPの符号は、ブロック90に示すように、
逆の方向への最適充填時間の検索を可能とするために、
変化させられる。 パージ乗数の変化がDELTA#MINよりも小さい場合、最適充填時間t _Fの検索は、ブロック92に示される様に、同じ方向へ継続される。 ブロック94においてFILL#MULは、選択されたFILL#STEPによりインクリメントされる。 そしてブロック96において、充填時間t _F (k
+1)がFILL#MULを乗ずることにより修正される。 その結果、その作動点として最適なt _Pの選択と、この点における連続的な不安定化が行われることになる。 この手順の間エンジンが略定常状態を経験しない場合には、ブロック74に示される様に、充填時間最適化の過程が中止され、式２（後述）からの充填時間が用いられる。

【００２８】図12は、本発明によるトラップの脱硫についてのフローチャートを示す。 ブロック100において、
与えられた作動条件での劣化のないトラップについてのパージ時間を表す基準値値t _{P NOxref}がルックアップ・
テーブルから読み出される。 t _{P NOxref}は、吸入空気量、
空燃比、そして他のパラメーターの関数とすることが出来る。 ブロック102において、最新のパージ時間t _P （k）
が呼出され、t _{P NOxref}から所定の許容値TOLを引いた値と比較される。 そこでもしt _P (k) < t _{P NOxref} − TOLである場合には、トラップの脱硫事象が計画される。 脱硫には、空燃比が例えば0.98λである理論値よりも僅かにリッチに設定されて、トラップを約10分間およそ650℃
に加熱することが含まれる。 脱硫カウンターDが、ブロック104においてリセットされ、そしてブロック106に示される様に脱硫過程が実行される度に、インクリメントされる。 脱硫過程が完了した後、図11に関連して前述された様に、ブロック108において最適パージ及び充填時間が決定される。 新しいパージ時間t _P (k+1)がブロック1
10において、基準時間t _{P NOxref}から所定許容値TOLを差し引いた値と比較され、t _P (k+1) < t _{P NOxref} − TOLである場合には、ブロック112の判断により決定される様に、少なくとも２回の追加脱硫事象が実行される。 それでもまだトラップが許容範囲内に入らない場合には、故障インジケーター・ランプ（malfunction indicator la
mp略してMIL）が点灯され、ブロック114に示される様にトラップが新しいものと交換されるべきである。 t _P (k)
>= t _{P NOxref} − TOLである場合は、トラップ34はすぐにサービスが必要な程は劣化しておらず、通常の作動が再開される。

【００２９】トラップ34の実際の吸蔵能力よりも低い与えられた吸蔵能力が、吸蔵されたNOxにより充填つまり使用された時に、NOxパージ事象が計画される。 酸素は、トラップに酸化セリウムの形態の酸素若しくはNOx
のいずれかとして吸蔵され、それら２つの物質の合計が酸化剤の吸蔵量である。 図13は、トラップ34に吸蔵された酸化剤と、トラップ34が流入する NOxに晒される時間との関係を、図示したものである。 NOx の吸蔵は、酸素よりも遅い速度で起こる。 NOx 生成時間について最適な運転状態は、この図については、曲線の「肩部」すなわち約60-70%の相対NO _x生成時間に対応する。 横軸の100%
は、トラップ34の飽和NOx吸蔵能力に対応する。 吸蔵されたNOx及び吸蔵された酸素についての値も示されている。 吸蔵能力利用速度R _ijは、この曲線の初期勾配であり、吸蔵された酸化剤の割合をNOx発生時間の割合で割った値である。

【００３０】図14は、相対充填時間t _Fに対しての相対パージ燃料量のグラフであるという点を除いて、図13と同様である。 吸蔵能力利用速度R _ij （パージ燃料割合／充填時間割合）は、この曲線の初期勾配として表される。
与えられた回転数と負荷の点における空燃比、EGRそして点火時期（SPK）の与えられた校正値について、相対N
Ox 発生量は相対充填時間t _Fに対して線形関係にある。
図14は、トラップに加えられるHC及びCOを含むパージ燃料の量と、トラップが流入するNOx に晒される時間との関係を、図示している。 パージ燃料は、吸蔵された酸素をパージするのに必要なものと、吸蔵されたNOxをパージするのに必要なものとに、分けられる。

【００３１】トラップにおけるNOx吸収能力の減少は、
数１及び２により表される。

【数１】

【数２】

は数１により与えられる。 これは、エンジン回転数及び負荷の関数として、トラップ充填作動が起こる全ての作動セルについて、セルの充填速度R

_ij (%/s)の時間で重み付けした合計を、表している。 相対セル充填速度R

_ij

（パージ燃料割合／充填時間割合）は、そのセルにおける100%の充填に対応する充填時間t

_Fでパージ時間の変化量を割ることにより、得られる。 ここで数１は基準値のみを与えるもので、一方、数２は変更子を持つ実作動式である。 数２における変更子は、トラップ温度TについてのM

₁ 、空燃比についてのM

₂ 、EGR量についてのM

₃ 、そして点火進角についてのM

₄である。 個々のR

_ijが、トラップ能力がかなり利用されたが完全には利用されてはいない点である、100%より小さい値まで合計される。 この吸蔵能力について、すべてのセルで費やされた時間の合計つまりt

_Fがトラップ充填時間である。 この計算の結果が、数２により与えられる有効トラップ能力利用率RSM

（%）である。 与えられた領域についての基準充填速度が、その領域で費やされた時間t

_Kにより乗算され、M

₂ 、

M

₃及びM

₄により乗算され、そして連続的に合計される。

その合計値はトラップ温度変更子M

₁ （T）により修正される。 修正された和RSMが100%に到達した時、トラップはほぼ完全にNOxで充填され、そしてパージ事象が計画される。

【００３２】図15は基準トラップ充填速度R _ijについて記憶されたデータのマップを示している。 エンジンそして、三元触媒及びトラップを含む排気浄化システムからなるシステム全体が、エンジン回転数と負荷のマトリックス・マップ上で関数化されている。 代表的な演算として空燃比（AFR）、EGRそして点火進角についての代表的な校正値が用いられている。 トラップ温度T _ijが、回転数と負荷で表される各領域について記録される。 図16a
乃至16dは、トラップ充填速度R _ijが図15において決定された、空燃比、EGR、点火進角SPKそしてトラップ温度T
_ijについての、関数化条件の代表的なものを列挙している。

【００３３】車両における実際の運転状態が図１６で示されている関数化条件と異なる場合は、変更子M
₁ （T）、M ₂ （空燃比）、M ₃ （EGR量）、M ₄ （点火進角）
に対し、修正がなされる。 M ₁ （T）についての修正が図1
7に示されている。 トラップのNOx吸収能力は最適温度T _o
（本実施形態においては350℃）のもとで最大値に到達し、図示のように、トラップ温度Tが最適温度T _oを超えるかあるいはそれを下回ったときには、トラップのNO _x
吸蔵能力を低下させる修正が加えられる。

【００３４】変更子M ₂ 、M ₃そしてM ₄への修正が、図18a
乃至18cに、示されている。 これらの修正は、実空燃比、実EGR量、実点火進角が図15の関数化で用いられた値から異なる場合に、適用される。

【００３５】図19は、トラップ34をパージすべき時となる、トラップ34の基準充填時間の決定手順を示すフローチャートである。 パージ事象が完了し（ブロック120にて判断される）、そしてエンジンがリーン運転されている（ブロック122にて判断される）場合には、ブロック1
24により示される様に、トラップは充填されている。 充填時間は、空燃比、EGR量、点火進角及びトラップ温度について適切に修正されたNOx吸蔵能力の減損R _ijの予測に基く。 ブロック126においてエンジン回転数と負荷が読み込まれ、そしてブロック128では基準充填速度R _ijが開始点としてエンジン回転数と負荷を用いたルックアップ・テーブル（図15）から得られる。 トラップ温度、エンジン空燃比、EGR量、点火進角及び時間t _Kがブロック1
30において取得され（図16a乃至16d）、そして、与えられたエンジン回転数と負荷により決まる領域で費やされた時間に基き、時間加重合計RSMを計算するのに、ブロック132において用いられる。 RSMが100%に近い場合は、
ブロック134及び136に示される様に、パージ事象が計画される。 そうでなければ、ブロック122においてトラップ充填過程が継続される。 図19で決定された充填時間が基準充填時間である。 これは、トラップが硫化されたり、熱損傷を受けたりする時には、変化することになる。 しかしながら、前述の手順（図7a, ８及び11）において、最適充填時間が不安定化過程により決定され、脱硫の必要性が判断され、そしてトラップが熱損傷を受けたかどうかの判断はなされている。

【００３６】パージ時間t _Pの計画値は、酸素パージ時間
t _{P osc}とNOxパージ時間t _{P NOx}の両方の成分を含まなければならない。 それで、t _P = t _{P osc} + t _{P NOx}となる。
制御器10は、温度に強く依存する関数であるt _{P osc}を与えるルックアップ・テーブルを有する。 酸化セリウムを含むトラップについて、t _{P osc}はアレニウス（Arrheniu
s）の式t _{P osc} = C _exp (-E／kT)に従う。 ここでCはトラップの形式や状態によって決まる定数、Eは活性化エネルギーそしてTは絶対温度である。

【００３７】本発明を実施する最良の態様を詳細に説明してきたが、本発明が関連する分野の当業者であれば、
添付の請求項に規定される発明を実施する種々の代替例及び実施形態を想到するであろう。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、トラップが、NOx変換効率についての最適条件で連続的に作動され、それにより、車両の燃料経済性を最大にしながら大気へのCO及び
NOxの排出量を最小にすることが出来る。 更に、トラップの高機能脱硫が、トラップのNOx変換効率が与えられた最小値より上に常時維持されるのを、確実なものとすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するエンジン制御システムの概略図である。

【図２】空燃比に対する酸素センサーの電圧応答を示すグラフである。

【図３】（1）短いパージ時間、（2）中間パージ時間及び（3）長いパージ時間について、(a)エンジン空燃比、
(b)下流酸素センサーの応答、(c) EGOセンサーのデータ・キャプチャー・ウインドウ、そして(d)大気へのCO排出量を比較する、グラフである。

【図４】（1）短いパージ時間、（2）中間パージ時間及び（3）長いパージ時間について、時間に対する酸素センサーの応答を示すより詳細なグラフである。

【図５】パージ時間t _Pの関数としての正規化された酸素センサー飽和時間t _satのグラフである。

【図６】酸素センサーのピーク電圧V _Pが基準電圧V _refよりも小さい場合の、ピーク電圧V _Pの関数としての正規化された酸素センサー飽和時間t _satのグラフである。

【図７】トラップパージ時間t _Pとトラップ充填時間t _Fとの関係を表すとともに、与えられた充填時間t _FTに対する最適パージ時間t _PT 、および２つの次善のパージポイント1、2を記したグラフである。

【図７ａ】パージ時間がすべての充填時間で最適化された時のトラップのパージ時間t _Pと充填時間t _Fとの関係を示し、最適なパージ時間t _PT及び充填時間t _FTが、好ましいシステム作動点Tを示し、応答曲線上に位置する２
つの次善の点A及びBもまた、示されているグラフである。

【図８】NOxトラップ能力の劣化が徐々に進行して行く時の４つの異なるトラップ作動条件についてのパージ時間t _Pと充填時間t _Fとの関係を示し、そして総パージ時間
t _Pにおける酸素吸蔵部分についての外挿化されたパージ時間t _{P osc}を示す、グラフである。

【図９】硫酸化、熱損傷又はその両方により劣化が徐々に進行して行く時の４つの異なるトラップ作動条件状態にについてのNOxトラップ能力とパージ時間との関係を示すグラフである。

【図１０】トラップのパージ時間t _Pの最適化についてのフローチャートである。

【図１１】システム最適化についてのフローチャートである。

【図１２】トラップの脱硫が必要か否かを判断するフローチャートである。

【図１３】トラップに吸蔵された酸化剤の相対量と、トラップが流入する NOxに晒される相対時間との関係を示すグラフである。

【図１４】相対充填時間に対する相対パージ燃料グラフである。

【図１５】温度、空燃比、EGR量及び点火進角の与えられたマップ値における種々の回転数と負荷の点についての、基準トラップ充填速度R _ij （NOx吸蔵能力減損率）のマップ図である。

【図１６ａ】それに対してトラップ充填速度R _ijが図15
で決定された、空燃比についての関数化状態を示すマップ図である。

【図１６ｂ】それに対してトラップ充填速度R _ijが図15
で決定された、EGR量についての関数化状態を示すマップ図である。

【図１６ｃ】それに対してトラップ充填速度R _ijが図15
で決定された、点火進角についての関数化状態を示すマップ図である。

【図１６ｄ】それに対してトラップ充填速度R _ijが図15
で決定された、トラップ温度についての関数化状態を示すマップ図である。

【図１７】トラップ能力減損率の変更子が温度に対して、どの様に変化するかを示す図である。

【図１８ａ】図16で関数化された値から空燃比の値が変化すると、どの様に空燃比の変更子が変化するかを示す図である。

【図１８ｂ】図16で関数化された値からEGR量の値が変化すると、どの様にEGR量の変更子が変化するかを示す図である。

【図１８ｃ】図16で関数化された値から点火進角の値が変化すると、どの様に点火進角の変更子が変化するかを示す図である。

【図１９】トラップのパージを計画する時間を決定するフローチャートである。

【符号の説明】

20 エンジン 34 リーンNOxトラップ 38 酸素センサー

フロントページの続き (51)Int.Cl. ⁷識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｄ 53/36 １０１Ｂ (72)発明者 ガース マイケル マイヤー アメリカ合衆国 ミシガン州 48128，デ ィアボーン エヌ スルベリー レーン 124 (72)発明者 ジョゼフ リチャード エイスルク アメリカ合衆国 ミシガン州 48304，ブ ルームフィールド ヒルズ グレイト オ ークス ドライブ 776