JP2006214320A

JP2006214320A - Exhaust emission control device of internal combustion engine

Info

Publication number: JP2006214320A
Application number: JP2005026960A
Authority: JP
Inventors: Norio Suzuki; 典男鈴木; Tomoko Morita; 智子森田; Katsuji Wada; 勝治和田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2025-02-02
Also published as: JP4510654B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control device of an internal combustion engine, suitably selecting an air fuel ratio mode according to the NOx elimination characteristics of NOx scavenger to heighten the NOx conversion rate so that the exhaust emission characteristic can be improved. <P>SOLUTION: This exhaust emission control device includes: air-fuel ratio control means 6, 12, 2 for controlling the air fuel ratio of air fuel mixture; NOx scavenger for capturing NOx in exhaust emission when the internal combustion engine 3 is operated in a lean mode in which the air fuel ratio is more lean than the theoretical air fuel ratio; NOx reducing means 6, 12, 2 for reducing NOx captured by the NOx scavenger by controlling the exhaust emission to the reduced state; a temperature detecting means 36 for detecting the temperature of NOx scavenger; load detecting means 30, 31, 2 for detecting the load of the internal combustion engine 3; and a lean mode inhibit means 2 for inhibiting the lean mode when the temperature of the NOx scavenger is lower than a predetermined temperature and the load of the internal combustion engine 3 is higher than a predetermined load. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関から排出された排ガス中のＮＯｘを一時的に捕捉するとともに、捕捉されたＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that temporarily captures NOx in exhaust gas discharged from the internal combustion engine and purifies the exhaust gas by reducing the captured NOx.

この種の排ガス浄化装置では、内燃機関の排気系にＮＯｘ捕捉材が設けられており、内燃機関から排出された排ガス中のＮＯｘがＮＯｘ捕捉材に捕捉される。また、捕捉されたＮＯｘの量が大きくなったときに、燃料の増量などにより排ガスを還元状態に制御することによって、捕捉されたＮＯｘが還元される。以上のＮＯｘの捕捉および還元によって、ＮＯｘが浄化されるとともに、ＮＯｘ捕捉材の捕捉能力が回復される。このような排ガス浄化装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。 In this type of exhaust gas purification apparatus, a NOx trapping material is provided in the exhaust system of the internal combustion engine, and NOx in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is trapped by the NOx trapping material. Further, when the amount of trapped NOx increases, the trapped NOx is reduced by controlling the exhaust gas to a reduced state by increasing the amount of fuel or the like. By capturing and reducing NOx as described above, NOx is purified and the capturing ability of the NOx trapping material is recovered. As such an exhaust gas purification device, for example, one disclosed in Patent Document 1 is known.

この排ガス浄化装置は、ディーゼルエンジンに用いられたものであり、このエンジンの排気管には、ＮＯｘを捕捉するＮＯｘ触媒とともに、三元触媒が設けられている。通常時には、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御するリーン運転を行い、そのときに排出される排ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒で捕捉する。また、捕捉されたＮＯｘ量がＮＯｘ触媒の捕捉能力の限界に達したときには、空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御するリッチ運転に切り替えることによって、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘを還元するとともに、排ガスを三元触媒で浄化する。さらに、リーン運転からリッチ運転への切替時には、燃焼室に吸入される吸入空気量が目標吸入空気量になるまでの間、燃料噴射量を短い周期で増減し、それにより、切替時のトルク変動を抑制するようにしている。 This exhaust gas purification device is used for a diesel engine, and a three-way catalyst is provided in an exhaust pipe of the engine together with a NOx catalyst for capturing NOx. Normally, a lean operation is performed in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and NOx in the exhaust gas discharged at that time is captured by the NOx catalyst. Further, when the trapped NOx amount reaches the limit of the trapping capacity of the NOx catalyst, the rich operation in which the air-fuel ratio is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio is switched to reduce the NOx trapped by the NOx catalyst. At the same time, the exhaust gas is purified with a three-way catalyst. Furthermore, when switching from lean operation to rich operation, the fuel injection amount is increased or decreased in a short period until the intake air amount sucked into the combustion chamber reaches the target intake air amount, thereby changing the torque fluctuation at the time of switching. I try to suppress it.

以上のように、この従来の技術では、通常時には、エンジンをリーン運転で運転し、排ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒で捕捉するとともに、捕捉されたＮＯｘを還元するために、エンジンをリッチ運転で運転する。しかし、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能は、必ずしも一定ではなく、エンジンの運転状態に応じて変化する。例えば、最近の研究によれば、ＮＯｘ還元の実行中に、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘの一部が、実際には還元されることなくＮＯｘ触媒から脱離するという現象（以下、このような現象を「ＮＯｘスリップ」という）が発生することが判明している。ＮＯｘスリップが発生すると、脱離した一部のＮＯｘが還元されないまま大気中に排出されるため、ＮＯｘ触媒の浄化性能が実質的に低下する。これに対し、前述した従来の技術では、このようなＮＯｘ触媒の浄化性能の特性にかかわらず、通常時にリーン運転を行い、ＮＯｘの還元時にリッチ運転を行うにすぎないため、ＮＯｘスリップを抑制できず、排ガス特性の悪化を招いてしまう。 As described above, in this conventional technique, the engine is operated in a lean operation, the NOx in the exhaust gas is captured by the NOx catalyst, and the engine is operated in the rich operation in order to reduce the captured NOx. To do. However, the NOx purification performance of the NOx catalyst is not necessarily constant and changes according to the operating state of the engine. For example, according to recent research, during the execution of NOx reduction, a phenomenon in which a part of NOx trapped in the NOx catalyst is desorbed from the NOx catalyst without being actually reduced (hereinafter referred to as such It has been found that this phenomenon occurs ("NOx slip"). When the NOx slip occurs, a part of the desorbed NOx is discharged into the atmosphere without being reduced, so that the purification performance of the NOx catalyst is substantially lowered. On the other hand, the above-described conventional technique can suppress NOx slip because only lean operation is performed during normal operation and rich operation is performed during NOx reduction regardless of the characteristics of the purification performance of the NOx catalyst. Therefore, the exhaust gas characteristics are deteriorated.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ＮＯｘ捕捉材のＮＯｘ浄化性能に応じて内燃機関の空燃比モードを適切に選択でき、それにより、ＮＯｘの浄化率を高めることによって、排ガス特性を向上させることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and can appropriately select the air-fuel ratio mode of the internal combustion engine according to the NOx purification performance of the NOx trapping material, thereby increasing the NOx purification rate. Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that can improve exhaust gas characteristics.

特開２００４−１８３５６８号公報JP 2004-183568 A

この目的を達成するため、請求項１に係る発明は、内燃機関３から排気系（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管５）に排出された排ガスを浄化する内燃機関３の排ガス浄化装置１であって、内燃機関３で燃焼される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段（インジェクタ６、スロットル弁１２、ＥＣＵ２、図３のステップ２，５）と、排気系に設けられ、内燃機関３が、空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御するリーンモードで運転されているときに、排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ捕捉材（ＮＯｘ触媒１７）と、排ガスを還元状態に制御することにより、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元手段（インジェクタ６、スロットル弁１２、ＥＣＵ２、図８のステップ３９）と、ＮＯｘ捕捉材の温度（ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣ）を検出する温度検出手段（ＮＯｘ触媒温度センサ３６）と、内燃機関３の負荷（排ガスの空間速度ＳＶ）を検出する負荷検出手段（クランク角センサ３０、エアフローセンサ３１、ＥＣＵ２）と、検出されたＮＯｘ捕捉材の温度が所定の温度（判定値ＴＬＮＣＲＥＦ）よりも低く、かつ検出された内燃機関３の負荷が所定の負荷（判定値ＳＶＲＥＦ）よりも高いときに、リーンモードによる内燃機関３の運転を禁止するリーンモード禁止手段（ＥＣＵ２、図３のステップ１、４、５）と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve this object, the invention according to claim 1 is directed to the exhaust gas of the internal combustion engine 3 that purifies the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 3 into the exhaust system (the exhaust pipe 5 in the embodiment (hereinafter the same applies in this section)). The purification device 1 is provided with an air-fuel ratio control means (injector 6, throttle valve 12, ECU 2, steps 2 and 5 in FIG. 3) for controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in the internal combustion engine 3, and an exhaust system. When the internal combustion engine 3 is operated in a lean mode that controls the air-fuel ratio to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, a NOx trapping material (NOx catalyst 17) that traps NOx in the exhaust gas, and the exhaust gas NOx reduction means (injector 6, throttle valve 12, ECU 2, step 39 in FIG. 8) for reducing NOx trapped in the NOx trapping material by controlling the NOx trapping state, and NOx trapping Temperature detection means (NOx catalyst temperature sensor 36) for detecting the temperature of the engine (NOx catalyst temperature TLNC), and load detection means (crank angle sensor 30 and airflow sensor 31) for detecting the load (space velocity SV of exhaust gas) of the internal combustion engine 3 , ECU2) and the detected temperature of the NOx trapping material is lower than a predetermined temperature (determination value TLNCREF) and the detected load of the internal combustion engine 3 is higher than a predetermined load (determination value SVREF), Lean mode prohibiting means (ECU 2, steps 1, 4, 5 in FIG. 3) for prohibiting the operation of the internal combustion engine 3 in the lean mode is provided.

この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比が、空燃比制御手段によって制御される。空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されるリーンモードでは、内燃機関から排出された排ガス中のＮＯｘが、ＮＯｘ捕捉材によって捕捉される。捕捉されたＮＯｘは、ＮＯｘ還元手段により還元状態に制御された排ガスによって還元され、浄化される。また、ＮＯｘ捕捉材の温度および内燃機関の負荷を検出し、検出されたＮＯｘ捕捉材の温度が所定の温度よりも低く、かつ検出された内燃機関の負荷が所定の負荷よりも高いときに、リーンモードによる内燃機関の運転が禁止される。 According to this exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the internal combustion engine is controlled by the air-fuel ratio control means. In the lean mode in which the air-fuel ratio is controlled to an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, NOx in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is captured by the NOx trapping material. The trapped NOx is reduced and purified by the exhaust gas controlled to be reduced by the NOx reducing means. Further, the temperature of the NOx trapping material and the load of the internal combustion engine are detected, and when the detected temperature of the NOx trapping material is lower than the predetermined temperature and the detected load of the internal combustion engine is higher than the predetermined load, The operation of the internal combustion engine in the lean mode is prohibited.

前述したように、ＮＯｘの還元動作中にＮＯｘスリップが発生すると、ＮＯｘ捕捉材の捕捉能力が十分であっても、捕捉されたＮＯｘの一部が還元されることなくＮＯｘ捕捉材から脱離するため、ＮＯｘ捕捉材の浄化性能は実質的に低下する。また、ＮＯｘスリップ量は、ＮＯｘ捕捉材の温度が低いときに、また内燃機関の負荷が高いときに、増加する傾向がある。したがって、上記のように、ＮＯｘ捕捉材の温度が所定の温度よりも低く、かつ内燃機関の負荷が所定の負荷よりも高いときに、リーンモードを禁止することによって、ＮＯｘ捕捉材によるＮＯｘの捕捉とＮＯｘ還元動作を回避でき、したがって、ＮＯｘ還元の実行時に、ＮＯｘスリップ量の増大によりＮＯｘの浄化率が低下するのを防止でき、それにより、排ガス特性を向上させることができる。 As described above, when NOx slip occurs during the NOx reduction operation, a part of the trapped NOx is desorbed from the NOx trap without being reduced even if the trapping capability of the NOx trap is sufficient. Therefore, the purification performance of the NOx trapping material is substantially reduced. Further, the NOx slip amount tends to increase when the temperature of the NOx trapping material is low and when the load of the internal combustion engine is high. Therefore, as described above, when the temperature of the NOx trapping material is lower than the predetermined temperature and the load of the internal combustion engine is higher than the predetermined load, NOx trapping by the NOx trapping material is prohibited by prohibiting the lean mode. Therefore, the NOx reduction operation can be avoided, and therefore, the NOx purification rate can be prevented from decreasing due to the increase in the NOx slip amount when NOx reduction is performed, thereby improving the exhaust gas characteristics.

また、前記目的を達成するため、請求項２に係る発明は、内燃機関３から排気系（排気管５）に排出された排ガスを浄化する内燃機関３の排ガス浄化装置１であって、内燃機関３で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御するリーンモードと、リーンモードよりもリッチな空燃比に制御する非リーンモード（ストイキモード）に切り替える空燃比モード切替手段（インジェクタ６、スロットル弁１２、ＥＣＵ２、図３のステップ５４，５５）と、排気系に設けられ、排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ捕捉材（ＮＯｘ触媒１７）と、排ガスを還元状態に制御することにより、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元手段（インジェクタ６、スロットル弁１２、ＥＣＵ２、図８のステップ３９）と、排気系に設けられ、排ガスを浄化する三元触媒１６と、ＮＯｘ捕捉材および三元触媒１６の少なくとも一方の温度（ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣ）を検出する温度検出手段（ＮＯｘ触媒温度センサ３６）と、内燃機関３の負荷（排ガスの空間速度ＳＶ）を検出する負荷検出手段（クランク角センサ３０、エアフローセンサ３１、ＥＣＵ２）と、検出された温度および内燃機関３の負荷に応じて、内燃機関３をリーンモードで運転したときのＮＯｘ捕捉材の浄化性能を推定するＮＯｘ捕捉材浄化性能推定手段（ＥＣＵ２、図１０のステップ５１，５２）と、検出された温度および内燃機関３の負荷に応じて、内燃機関３を非リーンモードで運転したときの三元触媒１６の浄化性能を推定する三元触媒浄化性能推定手段（ＥＣＵ２、図１０のステップ５１，５２）と、推定されたＮＯｘ捕捉材の浄化性能と三元触媒１６の浄化性能との比較結果に応じて、リーンモードおよび非リーンモードの一方を選択する空燃比モード選択手段（ＥＣＵ２、図１０のステップ５３〜５５）と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 2 is an exhaust gas purifying apparatus 1 for an internal combustion engine 3 for purifying exhaust gas discharged from the internal combustion engine 3 to an exhaust system (exhaust pipe 5). The air-fuel ratio mode is switched between a lean mode for controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in 3 to a leaner air-fuel ratio than the stoichiometric air-fuel ratio and a non-lean mode (stoichiometric mode) for controlling the air-fuel ratio richer than the lean mode. Switching means (injector 6, throttle valve 12, ECU 2, steps 54 and 55 in FIG. 3), a NOx trapping material (NOx catalyst 17) that is provided in the exhaust system and captures NOx in the exhaust gas, and the exhaust gas is reduced. NOx reduction means (injector 6, throttle valve 12, ECU 2, step 39 in FIG. 8) for reducing NOx trapped in the NOx trapping material by controlling, A three-way catalyst 16 provided in the gas system for purifying exhaust gas, and a temperature detection means (NOx catalyst temperature sensor 36) for detecting the temperature (NOx catalyst temperature TLNC) of at least one of the NOx trapping material and the three-way catalyst 16; The load detection means (crank angle sensor 30, airflow sensor 31, ECU 2) for detecting the load of the internal combustion engine 3 (exhaust gas space velocity SV), and the internal combustion engine 3 according to the detected temperature and the load of the internal combustion engine 3 are detected. According to the NOx trapping material purification performance estimating means (ECU 2, steps 51 and 52 in FIG. 10) for estimating the purification performance of the NOx trapping material when operating in the lean mode, and the detected temperature and the load of the internal combustion engine 3, Three-way catalyst purification performance estimation means (ECU 2, step of FIG. 10) for estimating the purification performance of the three-way catalyst 16 when the internal combustion engine 3 is operated in the non-lean mode. 1, 52) and an air-fuel ratio mode selection means (ECU2, ECU2) for selecting one of the lean mode and the non-lean mode according to the comparison result between the estimated purification performance of the NOx trapping material and the purification performance of the three-way catalyst 16. Steps 53 to 55) of FIG.

この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、内燃機関の空燃比モードが、空燃比切替手段によって、空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御するリーンモードと、リーンモードよりもリッチな空燃比に制御する非リーンモードに切り替えられる。リーンモードでは、排ガス中のＮＯｘがＮＯｘ捕捉材によって捕捉されるとともに、捕捉されたＮＯｘは、ＮＯｘ還元手段により還元状態に制御された排ガスによって還元され、浄化される。一方、非リーンモードでは、排ガス中のＮＯｘは三元触媒によって浄化される。また、ＮＯｘ捕捉材および三元触媒の少なくとも一方の温度および内燃機関の負荷を検出し、これらの検出された温度および内燃機関の負荷に応じて、内燃機関をリーンモードで運転したときのＮＯｘ捕捉材の浄化性能と、非リーンモードで運転したときの三元触媒の浄化性能を、それぞれ推定する。そして、推定されたＮＯｘ捕捉材の浄化性能と三元触媒の浄化性能を比較し、その比較結果に応じて、リーンモードおよび非リーンモードの一方を、空燃比モードとして選択する。 According to this exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the air-fuel ratio mode of the internal combustion engine is richer than the lean mode and the lean mode in which the air-fuel ratio is controlled to be an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio by the air-fuel ratio switching means. The mode is switched to the non-lean mode that controls the air-fuel ratio. In the lean mode, NOx in the exhaust gas is trapped by the NOx trapping material, and the trapped NOx is reduced and purified by the exhaust gas controlled to a reduced state by the NOx reducing means. On the other hand, in the non-lean mode, NOx in the exhaust gas is purified by the three-way catalyst. Further, the temperature of at least one of the NOx trapping material and the three-way catalyst and the load of the internal combustion engine are detected, and NOx trapping when the internal combustion engine is operated in the lean mode according to the detected temperature and the load of the internal combustion engine is detected. The purification performance of the material and the purification performance of the three-way catalyst when operated in the non-lean mode are estimated. Then, the estimated purification performance of the NOx trapping material and the purification performance of the three-way catalyst are compared, and one of the lean mode and the non-lean mode is selected as the air-fuel ratio mode according to the comparison result.

前述したように、ＮＯｘの還元動作中にＮＯｘスリップが発生すると、ＮＯｘ捕捉材の浄化性能は実質的に低下する。このため、ＮＯｘスリップの発生状況によっては、内燃機関をリーンモードで運転したときのＮＯｘ捕捉材の浄化性能を、非リーンモードで運転したときの三元触媒のＮＯｘの浄化性能が、上回る場合がある。また、ＮＯｘスリップ量は、ＮＯｘ捕捉材の温度および内燃機関の負荷に応じて変化し、三元触媒の浄化性能もまた、その温度と内燃機関の負荷の影響を受ける。したがって、上記のように、ＮＯｘ捕捉材および三元触媒の少なくとも一方の温度および内燃機関に応じてＮＯｘ捕捉材の浄化性能と三元触媒の浄化性能を推定し、予測するとともに、推定した両浄化性能の比較結果に応じて、リーンモードおよび非リーンモードの一方を選択することによって、ＮＯｘ捕捉材および三元触媒のうち、浄化性能のより高いものでＮＯｘの浄化を行わせることができる。その結果、ＮＯｘの浄化率が高められることによって、排ガス特性を向上させることができる。また、三元触媒の浄化性能が高い場合以外は、内燃機関がリーンモードで運転されるので、燃費も最大限、良好に維持でき、したがって、良好な排ガス特性と燃費の両立を図ることができる。 As described above, when NOx slip occurs during the NOx reduction operation, the purification performance of the NOx trapping material is substantially lowered. For this reason, depending on the state of occurrence of NOx slip, the purification performance of the NOx trap when the internal combustion engine is operated in the lean mode may exceed the NOx purification performance of the three-way catalyst when operated in the non-lean mode. is there. Further, the NOx slip amount changes according to the temperature of the NOx trapping material and the load of the internal combustion engine, and the purification performance of the three-way catalyst is also affected by the temperature and the load of the internal combustion engine. Therefore, as described above, the purification performance of the NOx trapping material and the purification performance of the three way catalyst are estimated and predicted according to the temperature of at least one of the NOx trapping material and the three way catalyst and the internal combustion engine. By selecting one of the lean mode and the non-lean mode according to the performance comparison result, it is possible to purify NOx with a higher purification performance among the NOx trapping material and the three-way catalyst. As a result, the exhaust gas characteristics can be improved by increasing the NOx purification rate. Moreover, since the internal combustion engine is operated in the lean mode except when the purification performance of the three-way catalyst is high, the fuel consumption can be maintained to the maximum and good, so that both good exhaust gas characteristics and fuel consumption can be achieved. .

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明を適用した排ガス浄化装置１を、内燃機関３とともに示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an exhaust gas purification apparatus 1 to which the present invention is applied, together with an internal combustion engine 3. The internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 3 is, for example, a four-cylinder (only one is shown) diesel engine mounted on a vehicle (not shown).

エンジン３のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂの間には、燃焼室３ｃが形成されている。シリンダヘッド３ｂには、吸気管４および排気管５（排気系）がそれぞれ接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６が、燃焼室３ｃに臨むように取り付けられている。 A combustion chamber 3c is formed between the piston 3a of the engine 3 and the cylinder head 3b. An intake pipe 4 and an exhaust pipe 5 (exhaust system) are respectively connected to the cylinder head 3b, and a fuel injection valve (hereinafter referred to as “injector”) 6 is attached so as to face the combustion chamber 3c.

インジェクタ６（空燃比制御手段、ＮＯｘ還元手段、空燃比モード切替手段）は、燃焼室３ｃの天壁中央部に配置されており、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク（いずれも図示せず）に順に接続されている。インジェクタ６の開弁時間である燃料噴射量ＴＯＵＴは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御される（図２参照）。 The injector 6 (air-fuel ratio control means, NOx reduction means, air-fuel ratio mode switching means) is disposed at the center of the top wall of the combustion chamber 3c, and a high-pressure pump and a fuel tank (both not shown) via a common rail. ) In order. The fuel injection amount TOUT, which is the valve opening time of the injector 6, is controlled by a drive signal from the ECU 2 (see FIG. 2).

また、エンジン３のクランクシャフト３ｄには、マグネットロータ３０ａが取り付けられており、このマグネットロータ３０ａとＭＲＥピックアップ３０ｂによって、クランク角センサ３０（運転状態検出手段）が構成されている。クランク角センサ３０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。 A magnet rotor 30a is attached to the crankshaft 3d of the engine 3, and the crank angle sensor 30 (operating state detecting means) is configured by the magnet rotor 30a and the MRE pickup 30b. The crank angle sensor 30 outputs a CRK signal and a TDC signal, which are pulse signals, to the ECU 2 as the crankshaft 3d rotates.

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。 The CRK signal is output every predetermined crank angle (for example, 30 °). The ECU 2 obtains the rotational speed NE (hereinafter referred to as “engine rotational speed”) NE of the engine 3 based on the CRK signal. The TDC signal is a signal indicating that the piston 3a of each cylinder is at a predetermined crank angle position near the TDC (top dead center) at the start of the intake stroke, and in this example of the 4-cylinder type, every crank angle of 180 °. Is output.

吸気管４には、過給装置７が設けられており、過給装置７は、ターボチャージャで構成された過給機８と、これに連結されたアクチュエータ９と、ベーン開度制御弁１０を備えている。 The intake pipe 4 is provided with a supercharging device 7. The supercharging device 7 includes a supercharger 8 constituted by a turbocharger, an actuator 9 connected thereto, and a vane opening control valve 10. I have.

過給機８は、吸気管４に設けられた回転自在のコンプレッサブレード８ａと、排気管５に設けられた回転自在のタービンブレード８ｂおよび複数の回動自在の可変ベーン８ｃ（２つのみ図示）と、これらのブレード８ａ，８ｂを一体に連結するシャフト８ｄとを有している。過給機８は、排気管５内の排ガスによりタービンブレード８ｂが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサブレード８ａが回転駆動されることによって、吸気管４内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。 The supercharger 8 includes a rotatable compressor blade 8a provided in the intake pipe 4, a rotatable turbine blade 8b provided in the exhaust pipe 5, and a plurality of rotatable variable vanes 8c (only two are shown). And a shaft 8d for integrally connecting these blades 8a and 8b. The turbocharger 8 pressurizes the intake air in the intake pipe 4 by rotationally driving the compressor blade 8a integrated therewith as the turbine blade 8b is rotationally driven by the exhaust gas in the exhaust pipe 5. Perform supercharging operation.

アクチュエータ９は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、各可変ベーン８ｃに機械的に連結されている。アクチュエータ９には、負圧ポンプから負圧供給通路（いずれも図示せず）を介して負圧が供給され、この負圧供給通路の途中にベーン開度制御弁１０が設けられている。ベーン開度制御弁１０は、電磁弁で構成されており、その開度がＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ９への供給負圧が変化し、それに伴い、可変ベーン８ｃの開度が変化することにより、過給圧が制御される。 The actuator 9 is of a diaphragm type that is operated by negative pressure, and is mechanically connected to each variable vane 8c. A negative pressure is supplied to the actuator 9 from a negative pressure pump through a negative pressure supply passage (both not shown), and a vane opening degree control valve 10 is provided in the middle of the negative pressure supply passage. The vane opening control valve 10 is composed of an electromagnetic valve, and the negative pressure supplied to the actuator 9 changes when the opening is controlled by a drive signal from the ECU 2, and accordingly, the variable vane 8c The supercharging pressure is controlled by changing the opening degree.

吸気管４の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、水冷式のインタークーラ１１およびスロットル弁１２（空燃比制御手段、ＮＯｘ還元手段、空燃比モード切替手段）が設けられている。インタークーラ１１は、過給装置７の過給動作により吸入空気の温度が上昇したときなどに、吸入空気を冷却するものである。スロットル弁１２には、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ１２ａが接続されている。スロットル弁１２の開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨは、アクチュエータ１２ａに供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御することによって、制御される。 A water-cooled intercooler 11 and a throttle valve 12 (air-fuel ratio control means, NOx reduction means, air-fuel ratio mode switching means) are provided downstream from the supercharger 8 of the intake pipe 4 in order from the upstream side. Yes. The intercooler 11 cools the intake air when the temperature of the intake air rises due to the supercharging operation of the supercharging device 7 or the like. The throttle valve 12 is connected to an actuator 12a made of, for example, a DC motor. The opening degree TH of the throttle valve 12 (hereinafter referred to as “throttle valve opening degree”) TH is controlled by controlling the duty ratio of the current supplied to the actuator 12 a by the ECU 2.

また、吸気管４には、過給機８よりも上流側にエアフローセンサ３１が、インタークーラ１１とスロットル弁１２の間に過給圧センサ３２が、それぞれ設けられている。エアフローセンサ３１は吸入空気量ＱＡを検出し、過給圧センサ３２は吸気管４内の過給圧ＰＡＣＴを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。 The intake pipe 4 is provided with an air flow sensor 31 upstream of the supercharger 8 and a supercharging pressure sensor 32 between the intercooler 11 and the throttle valve 12. The air flow sensor 31 detects the intake air amount QA, the supercharging pressure sensor 32 detects the supercharging pressure PACT in the intake pipe 4, and these detection signals are output to the ECU 2.

さらに、吸気管４の吸気マニホールド４ａは、その集合部から分岐部にわたって、スワール通路４ｂとバイパス通路４ｃに仕切られており、これらの通路４ｂ，４ｃはそれぞれ、吸気ポートを介して各燃焼室３ｃに連通している。 Further, the intake manifold 4a of the intake pipe 4 is partitioned into a swirl passage 4b and a bypass passage 4c from the collecting portion to the branch portion, and each of the passages 4b and 4c is connected to each combustion chamber 3c via an intake port. Communicating with

バイパス通路４ｃには、燃焼室３ｃ内にスワールを発生させるためのスワール装置１３が設けられている。スワール装置１３は、スワール弁１３ａと、これを開閉するアクチュエータ１３ｂと、スワール制御弁１３ｃを備えている。アクチュエータ１３ｂおよびスワール制御弁１３ｃはそれぞれ、過給装置７のアクチュエータ９およびベーン開度制御弁１０と同様に構成されており、スワール制御弁１３ｃは、前記負圧ポンプに接続されている。以上の構成により、スワール制御弁１３ｃの開度がＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ１３ｂに供給される負圧が変化し、スワール弁１３ａの開度が変化することによって、スワールの強さが制御される。 A swirl device 13 for generating a swirl in the combustion chamber 3c is provided in the bypass passage 4c. The swirl device 13 includes a swirl valve 13a, an actuator 13b for opening and closing the swirl valve 13a, and a swirl control valve 13c. The actuator 13b and the swirl control valve 13c are configured similarly to the actuator 9 and the vane opening control valve 10 of the supercharging device 7, respectively, and the swirl control valve 13c is connected to the negative pressure pump. With the above configuration, when the opening degree of the swirl control valve 13c is controlled by the drive signal from the ECU 2, the negative pressure supplied to the actuator 13b changes, and the opening degree of the swirl valve 13a changes. The strength of the is controlled.

また、エンジン３には、ＥＧＲ管１４ａおよびＥＧＲ制御弁１４ｂを有するＥＧＲ装置１４が設けられている。ＥＧＲ管１４ａは、吸気管４と排気管５の間に、具体的には、吸気マニホールド４ａの集合部のスワール通路４ｂと排気管５の過給機８よりも上流側とをつなぐように接続されている。このＥＧＲ管１４ａを介して、エンジン３の排ガスの一部が吸気管４にＥＧＲガスとして還流し、それにより、燃焼室３ｃ内の燃焼温度が低下することによって、排ガス中のＮＯｘが低減される。 The engine 3 is provided with an EGR device 14 having an EGR pipe 14a and an EGR control valve 14b. The EGR pipe 14 a is connected between the intake pipe 4 and the exhaust pipe 5, specifically, so as to connect the swirl passage 4 b of the collecting portion of the intake manifold 4 a and the upstream side of the supercharger 8 of the exhaust pipe 5. Has been. Through this EGR pipe 14a, a part of the exhaust gas of the engine 3 is recirculated to the intake pipe 4 as EGR gas, thereby reducing the combustion temperature in the combustion chamber 3c, thereby reducing NOx in the exhaust gas. .

ＥＧＲ制御弁１４ｂは、ＥＧＲ管１４ａに取り付けられたリニア電磁弁で構成されており、そのバルブリフト量ＶＬＡＣＴが、ＥＣＵ２からのデューティ制御された駆動信号で制御されることによって、ＥＧＲガス量が制御される。 The EGR control valve 14b is composed of a linear electromagnetic valve attached to the EGR pipe 14a. The valve lift amount VLACT is controlled by a duty-controlled drive signal from the ECU 2, thereby controlling the EGR gas amount. Is done.

また、ＥＧＲ装置１４にはＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置１５が設けられており、ＥＧＲ冷却装置１５は、バイパス通路１５ａ、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂおよびＥＧＲクーラ１５ｃを有している。バイパス通路１５ａは、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ制御弁１４ｂよりも下流側に、ＥＧＲ管１４ａをバイパスするように設けられており、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂはバイパス通路１５ａの分岐部に取り付けられ、ＥＧＲクーラ１５ｃはバイパス通路１５ａの途中に設けられている。ＥＧＲ通路切替弁１５ｂは、ＥＣＵ２による制御によって、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ通路切替弁１５ｂよりも下流側の部分を、ＥＧＲ管１４ａ側とバイパス通路１５ａ側に選択的に切り替える。 The EGR device 14 is provided with an EGR cooling device 15 for cooling the EGR gas. The EGR cooling device 15 includes a bypass passage 15a, an EGR passage switching valve 15b, and an EGR cooler 15c. The bypass passage 15a is provided on the downstream side of the EGR control valve 14b of the EGR pipe 14a so as to bypass the EGR pipe 14a. The EGR passage switching valve 15b is attached to a branch portion of the bypass passage 15a, and the EGR cooler 15c is provided in the middle of the bypass passage 15a. The EGR passage switching valve 15b selectively switches a portion of the EGR pipe 14a on the downstream side of the EGR passage switching valve 15b between the EGR pipe 14a side and the bypass passage 15a side under the control of the ECU 2.

以上により、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂがバイパス通路１５ａ側に切り替えられた場合には、ＥＧＲガスは、バイパス通路１５ａに通され、ＥＧＲクーラ１５ｃで冷却された後、吸気管４に還流する。一方、逆側に切り替えられた場合には、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ管１４ａのみを介し、冷却されることなく吸気管４に還流する。 As described above, when the EGR passage switching valve 15b is switched to the bypass passage 15a side, the EGR gas is passed through the bypass passage 15a, cooled by the EGR cooler 15c, and then returned to the intake pipe 4. On the other hand, when switched to the opposite side, the EGR gas recirculates to the intake pipe 4 through the EGR pipe 14a alone without being cooled.

また、排気管５の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、三元触媒１６およびＮＯｘ触媒１７が設けられている。三元触媒１６は、ストイキ雰囲気下において、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化するとともに、ＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。ＮＯｘ触媒１７（ＮＯｘ捕捉材）は、排ガス中の酸素濃度が高い酸化雰囲気において、排ガス中のＮＯｘを捕捉する。捕捉されたＮＯｘは、酸素濃度が低い還元雰囲気において、排ガス中の還元剤によって還元され、浄化される。ＮＯｘ触媒１７には、その温度（以下「ＮＯｘ触媒温度」という）ＴＬＮＣを検出するＮＯｘ触媒温度センサ３６（温度検出手段）が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。 Further, a three-way catalyst 16 and a NOx catalyst 17 are provided on the exhaust pipe 5 downstream of the supercharger 8 in order from the upstream side. The three-way catalyst 16 purifies the exhaust gas by oxidizing HC and CO in the exhaust gas and reducing NOx under a stoichiometric atmosphere. The NOx catalyst 17 (NOx trapping material) traps NOx in the exhaust gas in an oxidizing atmosphere with a high oxygen concentration in the exhaust gas. The trapped NOx is reduced and purified by the reducing agent in the exhaust gas in a reducing atmosphere with a low oxygen concentration. The NOx catalyst 17 is provided with a NOx catalyst temperature sensor 36 (temperature detection means) for detecting the temperature (hereinafter referred to as “NOx catalyst temperature”) TLNC, and the detection signal is output to the ECU 2.

さらに、排気管５の三元触媒１６のすぐ上流側および下流側には、第１ＬＡＦセンサ３３および第２のＬＡＦセンサ３４がそれぞれ設けられている。第１および第２のＬＡＦセンサ３３，３４はそれぞれ、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において排ガス中の酸素濃度ＶＬＡＦ１，ＶＬＡＦ２をリニアに検出する。ＥＣＵ２は、第１ＬＡＦセンサ３３で検出された酸素濃度ＶＬＡＦ１に基づいて、燃焼室３ｃで燃焼した実際のガスの空燃比を表す実空燃比Ａ／ＦＡＣＴを算出する。ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ３５から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。 Further, a first LAF sensor 33 and a second LAF sensor 34 are respectively provided immediately upstream and downstream of the three-way catalyst 16 in the exhaust pipe 5. The first and second LAF sensors 33 and 34 linearly detect the oxygen concentrations VLAF1 and VLAF2 in the exhaust gas in a wide range of air-fuel ratios from the rich region to the lean region, respectively. Based on the oxygen concentration VLAF1 detected by the first LAF sensor 33, the ECU 2 calculates an actual air-fuel ratio A / FACT representing the air-fuel ratio of the actual gas burned in the combustion chamber 3c. Further, a detection signal representing an operation amount (hereinafter referred to as “accelerator opening”) AP of an accelerator pedal (not shown) is output from the accelerator opening sensor 35 to the ECU 2.

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種センサ３０〜３６からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。 The ECU 2 is composed of a microcomputer including an I / O interface, CPU, RAM, ROM, and the like. The detection signals from the various sensors 30 to 36 described above are each input to the CPU after A / D conversion and shaping by the I / O interface.

ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、燃料噴射量や吸入空気量の制御を含むエンジン３の制御を、以下のように実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２によって、空燃比制御手段、ＮＯｘ還元手段、負荷検出手段、リーンモード禁止手段、空燃比モード切替手段、ＮＯｘ捕捉材浄化性能推定手段、三元触媒浄化性能推定、および空燃比モード選択手段が構成されている。 In accordance with these input signals, the CPU determines the operating state of the engine 3 according to a control program stored in the ROM and the like, and includes an engine including control of the fuel injection amount and the intake air amount according to the determined operating state. The control 3 is executed as follows. In this embodiment, the ECU 2 controls the air-fuel ratio control means, the NOx reduction means, the load detection means, the lean mode prohibiting means, the air-fuel ratio mode switching means, the NOx trapping material purification performance estimation means, the three-way catalyst purification performance estimation, and Air-fuel ratio mode selection means is configured.

図３は、エンジン３の空燃比モードの決定処理を示している。本処理は、所定時間ごとに実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、ＮＯｘ触媒温度センサ３６で検出されたＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが、所定の判定値ＴＬＮＣＲＥＦ（例えば２５０℃）よりも高いか否かを判別する。図４は、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣに対するＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ浄化率ＫＴＥＭＰＬＮＣの関係を示している。同図に示すように、このＮＯｘ浄化率ＫＴＥＭＰＬＮＣは、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが所定の温度範囲にあるときには、ほぼ１００％であるのに対し、それよりも低温側では、ＮＯｘスリップの発生により、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが低くなるに従って低下するという特性を示す。この特性を考慮し、上記の判定値ＴＬＮＣＲＥＦは、上記の所定の温度範囲よりも若干低い温度に設定されている。 FIG. 3 shows the determination process of the air-fuel ratio mode of the engine 3. This process is executed every predetermined time. First, in step 1 (illustrated as “S1”, the same applies hereinafter), it is determined whether or not the NOx catalyst temperature TLNC detected by the NOx catalyst temperature sensor 36 is higher than a predetermined determination value TLNCREF (for example, 250 ° C.). . FIG. 4 shows the relationship of the NOx purification rate KTEMPLNC of the NOx catalyst 17 with respect to the NOx catalyst temperature TLNC. As shown in the figure, this NOx purification rate KTEMPLNC is almost 100% when the NOx catalyst temperature TLNC is in a predetermined temperature range, but on the lower temperature side, NOx slip occurs due to the generation of NOx slip. It shows the characteristic that the catalyst temperature TLNC decreases as the catalyst temperature decreases. Considering this characteristic, the determination value TLNCREF is set to a temperature slightly lower than the predetermined temperature range.

したがって、ステップ１の答がＮＯで、ＴＬＮＣ≧ＴＬＮＣＲＥＦのときには、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが高いため、ＮＯｘの還元時にＮＯｘスリップが発生しないか、または発生してもＮＯｘスリップ量が少なく、ＮＯｘ触媒１７の浄化性能が高い状態にあるとして、空燃比モードとしてリーンモードを選択し、リーンモードフラグＦ＿ＬＥＡＮを「１」にセットした（ステップ２）後、本処理を終了する。 Therefore, when the answer to step 1 is NO and TLNC ≧ TLNCREF, the NOx catalyst temperature TLNC is high, so that NOx slip does not occur when NOx is reduced, or even if it occurs, the amount of NOx slip is small. Assuming that the purification performance is high, the lean mode is selected as the air-fuel ratio mode, and the lean mode flag F_LEAN is set to “1” (step 2), and then the present process is terminated.

一方、ステップ１の答がＹＥＳで、ＴＬＮＣ＜ＴＬＮＣＲＥＦのときには、排ガスの空間速度ＳＶを算出する（ステップ３）。この排ガスの空間速度ＳＶは、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＱＡに応じ、マップ（図示せず）を検索することにより求められる。次いで、算出した排ガスの空間速度ＳＶが、所定の判定値ＳＶＲＥＦ（例えば５００００（１／ｈ））よりも大きいか否かを判別する（ステップ４）。図５は、排ガスの空間速度ＳＶに対するＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ浄化率ＫＳＶＬＮＣの関係を示している。同図に示すように、このＮＯｘ浄化率ＫＳＶＬＮＣは、排ガスの空間速度ＳＶが所定値以下のときには、ほぼ１００％であるのに対し、この所定値を超えると、ＮＯｘスリップの発生により、排ガスの空間速度ＳＶが大きくなるに従って低下するという特性を示す。この特性を考慮し、上記の判定値ＳＶＲＥＦは、上記の所定値よりも若干大きな値に設定されている。 On the other hand, when the answer to step 1 is YES and TLNC <TLNCREF, the exhaust gas space velocity SV is calculated (step 3). The space velocity SV of the exhaust gas is obtained by searching a map (not shown) according to the engine speed NE and the intake air amount QA. Next, it is determined whether or not the calculated space velocity SV of the exhaust gas is larger than a predetermined determination value SVREF (for example, 50000 (1 / h)) (step 4). FIG. 5 shows the relationship of the NOx purification rate KSVLNC of the NOx catalyst 17 with respect to the space velocity SV of exhaust gas. As shown in the figure, this NOx purification rate KSVLNC is almost 100% when the exhaust gas space velocity SV is equal to or less than a predetermined value. The characteristic is that the space velocity SV decreases as the space velocity SV increases. Considering this characteristic, the determination value SVREF is set to a value slightly larger than the predetermined value.

したがって、前記ステップ４の答がＮＯで、ＳＶ≦ＳＶＲＥＦのときには、排ガスの空間速度が小さいため、ＮＯｘの還元時にＮＯｘスリップが発生しないか、またはＮＯｘスリップ量が少なく、ＮＯｘ触媒１７の浄化性能が高い状態にあるとして、リーンモードを選択し、前記ステップ２を実行する。 Therefore, when the answer to step 4 is NO and SV ≦ SVREF, the space velocity of the exhaust gas is small, so that NOx slip does not occur when NOx is reduced, or the NOx slip amount is small, and the purification performance of the NOx catalyst 17 is high. If it is in the high state, the lean mode is selected and step 2 is executed.

一方、前記ステップ４の答がＹＥＳのとき、すなわち、ＴＬＮＣ＜ＴＬＮＣＲＥＦおよびＳＶ＞ＳＶＲＥＦが成立し、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが低く、かつ排ガスの空間速度ＳＶが大きいときには、ＮＯｘスリップ量が増大するおそれがあり、ＮＯｘ触媒１７の浄化性能が低いとして、リーンモードを禁止してストイキモードを選択し、リーンモードフラグＦ＿ＬＥＡＮを「０」にセットした（ステップ５）後、本処理を終了する。 On the other hand, when the answer to step 4 is YES, that is, when TLNC <TLNCREF and SV> SVREF are satisfied, the NOx catalyst temperature TLNC is low, and the exhaust gas space velocity SV is large, the NOx slip amount may increase. Yes, assuming that the purification performance of the NOx catalyst 17 is low, the lean mode is prohibited, the stoichiometric mode is selected, the lean mode flag F_LEAN is set to “0” (step 5), and then the present process is terminated.

図６および図７は、上述したようにして選択された空燃比モードに従って実行される燃料噴射量制御処理および吸入空気量制御処理をそれぞれ示している。 FIGS. 6 and 7 show the fuel injection amount control process and the intake air amount control process executed according to the air-fuel ratio mode selected as described above.

図６の燃料噴射量制御処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。この処理ではまず、リーンモードフラグＦ＿ＬＥＡＮが「１」であるか否かを判別する（ステップ１１）。この答がＹＥＳで、リーンモードが選択されているときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、リーンモード用の燃料噴射量ＴＯＵＴＬを算出する（ステップ１２）。このマップでは、燃料噴射量ＴＯＵＴＬは、エンジン回転数ＮＥが大きいほど、および要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されるとともに、後述するストイキモード用の燃料噴射量ＴＯＵＴＳよりも小さな値に設定されている。なお、この要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン３に要求されるトルクであり、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって求められる。次いで、算出したリーンモード用の燃料噴射量ＴＯＵＴＬを、燃料噴射量ＴＯＵＴとして設定し（ステップ１３）、本処理を終了する。 The fuel injection amount control process of FIG. 6 is executed in synchronization with the generation of the TDC signal. In this process, first, it is determined whether or not the lean mode flag F_LEAN is “1” (step 11). When the answer is YES and the lean mode is selected, the fuel injection amount TOUTL for the lean mode is calculated by searching a map (not shown) according to the engine speed NE and the required torque PMCMD ( Step 12). In this map, the fuel injection amount TOUTL is set to a larger value as the engine speed NE is larger and the required torque PMCMD is larger, and is also smaller than a fuel injection amount TOUTS for stoichiometric mode described later. Is set. The required torque PMCMD is a torque required for the engine 3 and is obtained by searching a map (not shown) according to the engine speed NE and the accelerator pedal opening AP. Next, the calculated fuel injection amount TOUTL for the lean mode is set as the fuel injection amount TOUT (step 13), and this process ends.

一方、前記ステップ１１の答がＮＯで、ストイキモードが選択されているときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、ストイキモード用の燃料噴射量ＴＯＵＴＳを算出する（ステップ１４）。このマップでは、燃料噴射量ＴＯＵＴＳは、エンジン回転数ＮＥが大きいほど、および要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されている。次いで、算出したストイキモード用の燃料噴射量ＴＯＵＴＳを、燃料噴射量ＴＯＵＴとして設定し（ステップ１５）、本処理を終了する。 On the other hand, when the answer to step 11 is NO and the stoichiometric mode is selected, a fuel injection amount for the stoichiometric mode is obtained by searching a map (not shown) according to the engine speed NE and the required torque PMCMD. TOUTS is calculated (step 14). In this map, the fuel injection amount TOUTS is set to a larger value as the engine speed NE is larger and as the required torque PMCMD is larger. Next, the calculated fuel injection amount TOUTS for the stoichiometric mode is set as the fuel injection amount TOUT (step 15), and this process is terminated.

図７の吸入空気量制御処理は、所定の時間ごとに実行される。この処理ではまず、リーンモードフラグＦ＿ＬＥＡＮが「１」であるか否かを判別する（ステップ２１）。この答がＹＥＳで、リーンモードが選択されているときには、スロットル弁開度ＴＨを全開値ＴＨＷＯＴに設定し（ステップ２２）、本処理を終了する。 The intake air amount control process of FIG. 7 is executed every predetermined time. In this process, first, it is determined whether or not the lean mode flag F_LEAN is “1” (step 21). If the answer is YES and the lean mode is selected, the throttle valve opening TH is set to the fully open value THWOT (step 22), and this process is terminated.

一方、前記ステップ２１の答がＮＯで、ストイキモードが選択されているときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、目標空燃比Ａ／ＦＣＭＤを算出する（ステップ２３）。このマップでは、目標空燃比Ａ／ＦＣＭＤは、理論空燃比またはそれよりも若干リッチな空燃比に設定されている。次いで、算出した目標空燃比Ａ／ＦＣＭＤと実空燃比Ａ／ＦＡＣＴとの偏差に応じ、フィードバック制御によってスロットル弁開度ＴＨを決定し（ステップ２４）、本処理を終了する。 On the other hand, when the answer to step 21 is NO and the stoichiometric mode is selected, the target air-fuel ratio A / FCMD is determined by searching a map (not shown) according to the engine speed NE and the required torque PMCMD. Calculate (step 23). In this map, the target air-fuel ratio A / FCMD is set to the stoichiometric air-fuel ratio or an air-fuel ratio slightly richer than that. Next, the throttle valve opening TH is determined by feedback control according to the deviation between the calculated target air-fuel ratio A / FCMD and the actual air-fuel ratio A / FACT (step 24), and this process is terminated.

以上のような燃料噴射量および吸入空気量の制御により、リーンモードでは、エンジン３に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御され、そのときに排出される排ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒１７によって捕捉される。一方、ストイキモードでは、空燃比が理論空燃比またはそれよりも若干リッチな空燃比に制御され、排ガスが三元触媒１６によって浄化される。 By controlling the fuel injection amount and the intake air amount as described above, in the lean mode, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine 3 is controlled to an air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and is discharged at that time. NOx in the exhaust gas is captured by the NOx catalyst 17. On the other hand, in the stoichiometric mode, the air-fuel ratio is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio or a slightly richer air-fuel ratio, and the exhaust gas is purified by the three-way catalyst 16.

次に、図８を参照しながら、リッチスパイクの制御処理について説明する。このリッチスパイクは、リーンモード中、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されたＮＯｘの還元動作として実行されるものであり、後述するように、燃料噴射量ＴＯＵＴを増大させるとともに、吸入空気量を減少させることによって、行われる。 Next, the rich spike control process will be described with reference to FIG. This rich spike is executed as a reduction operation of NOx trapped by the NOx catalyst 17 during the lean mode, and increases the fuel injection amount TOUT and decreases the intake air amount as will be described later. Done.

まず、ステップ３１では、リッチタイマのタイマ値ＴＭＲＩＣＨが０であるか否かを判別する。このリッチタイマは、リッチスパイクの実行時間を計時するものである。このステップ３１の答がＹＥＳで、ＴＭＲＩＣＨ＝０のときには、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘを算出する（ステップ３２）。このＮＯｘ排出量ＱＮＯｘは、そのときの排ガス中のＮＯｘ量を推定したものであり、このマップでは、エンジン回転数ＮＥが大きいほど、および要求トルクＰＭＣＭＤが大きいほど、より大きな値に設定されている。 First, in step 31, it is determined whether or not the timer value TMRICH of the rich timer is zero. This rich timer measures the execution time of the rich spike. When the answer to step 31 is YES and TMRICH = 0, the NOx emission amount QNOx is calculated by searching a map (not shown) according to the engine speed NE and the required torque PMCMD (step 32). This NOx emission amount QNOx is an estimate of the NOx amount in the exhaust gas at that time. In this map, the larger the engine speed NE and the larger the required torque PMCMD, the larger the NOx emission amount QNOx is set. .

次いで、算出したＮＯｘ排出量ＱＮＯｘを前回までのＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘに加算した値を、今回のＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘとして更新する（ステップ３３）。このＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘは、ＮＯｘ触媒１７に捕捉されたＮＯｘの量（以下「ＮＯｘ捕捉量」という）に相当する。 Next, a value obtained by adding the calculated NOx emission amount QNOx to the previous NOx emission amount integrated value S_QNOx is updated as the current NOx emission amount integrated value S_QNOx (step 33). This integrated NOx emission amount S_QNOx corresponds to the amount of NOx trapped by the NOx catalyst 17 (hereinafter referred to as “NOx trapped amount”).

次に、アクセル開度ＡＰがほぼ値０、すなわちアクセルペダルが全閉状態にあるか否かを判別する（ステップ３４）。この答がＹＥＳのとき、すなわちエンジン３が減速中またはアイドル中のときには、リッチスパイクの実行条件が成立していないと判定し、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨを「０」にセットした（ステップ３５）後、本処理を終了する。このようにリッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「０」にセットされたときには、リッチスパイクは実行されず、リーンモードによる運転が継続される。 Next, it is determined whether or not the accelerator opening AP is substantially 0, that is, whether or not the accelerator pedal is in a fully closed state (step 34). When the answer is YES, that is, when the engine 3 is decelerating or idling, it is determined that the rich spike execution condition is not satisfied, and the rich spike flag F_RICH is set to “0” (step 35). This process ends. Thus, when the rich spike flag F_RICH is set to “0”, the rich spike is not executed and the operation in the lean mode is continued.

一方、上記ステップ３４の答がＮＯで、減速中およびアイドル中のいずれでもないときには、上記ステップ３３で求めたＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘが、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦ以上であるか否かを判別する（ステップ３６）。 On the other hand, when the answer to step 34 is NO and the vehicle is neither decelerating nor idling, it is determined whether or not the NOx emission amount integrated value S_QNOx obtained in step 33 is greater than or equal to a determination value S_QNOxREF (step). 36).

この判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦは、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣに応じ、図９に示すテーブルを検索することによって算出される。このテーブルでは、判定値Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦは、ＴＬＮＣ≦第１所定値Ｔ１（例えば２００℃）では第１判定値ＳＱ１に設定され、Ｔ１＜ＴＬＮＣ＜第２所定値Ｔ２（例えば４００℃）では、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが高いほど、より大きな値にリニアに設定され、ＴＬＮＣ≧Ｔ２では、第１判定値ＳＱ１よりも大きな第２判定値ＳＱ２に設定されている。これは、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが低いほど、また、ＮＯｘ捕捉量が多いほど、ＮＯｘスリップによりＮＯｘの還元率が低下するので、これに対応させるためである。 This determination value S_QNOxREF is calculated by searching the table shown in FIG. 9 according to the NOx catalyst temperature TLNC. In this table, the determination value S_QNOxREF is set to the first determination value SQ1 when TLNC ≦ first predetermined value T1 (for example, 200 ° C.), and NOx catalyst temperature when T1 <TLNC <second predetermined value T2 (for example, 400 ° C.). The higher the TLNC is, the larger the value is set linearly. When TLNC ≧ T2, the second determination value SQ2 is set larger than the first determination value SQ1. This is because the lower the NOx catalyst temperature TLNC and the greater the amount of NOx trapped, the lower the NOx reduction rate due to NOx slip.

上記ステップ３６の答がＮＯで、Ｓ＿ＱＮＯｘ＜Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦのときには、ＮＯｘ捕捉量がまだ小さいため、リッチスパイクの実行条件が成立していないと判定し、前記ステップ３５を実行する。 If the answer to step 36 is NO and S_QNOx <S_QNOxREF, the NOx trapping amount is still small, so it is determined that the rich spike execution condition is not satisfied, and step 35 is executed.

一方、前記ステップ３６の答がＹＥＳで、Ｓ＿ＱＮＯｘ≧Ｓ＿ＱＮＯｘＲＥＦのときには、リッチスパイクの実行条件が成立していると判定し、ステップ３７以降を実行する。 On the other hand, if the answer to step 36 is YES and S_QNOx ≧ S_QNOxREF, it is determined that the rich spike execution condition is satisfied, and step 37 and subsequent steps are executed.

このステップ３７では、ＮＯｘ排出量積算値Ｓ＿ＱＮＯｘを０にリセットし、次いで、リッチタイマのタイマ値ＴＭＲＩＣＨを所定時間ＴＲＯ（例えば５ｓｅｃ）にセットする（ステップ３８）。また、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨを「１」にセットする（ステップ３９）とともに、リッチタイマのタイマ値ＴＭＲＩＣＨをダウンカウントし（ステップ４０）、本処理を終了する。このようにリッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」にセットされたときには、燃料噴射量ＴＯＵＴを増大させるとともに、スロットル開度ＴＨの減少により吸入空気量を減少させることによって、リッチスパイクが実行される。なお、この場合の吸入空気量の減少を、スロットル開度ＴＨの制御に代えてまたはこれとともに、過給機８の過給圧、スワール装置１３のスワールの強さや、ＥＧＲ装置１４のＥＧＲガス量の制御によって行ってもよい。 In this step 37, the NOx emission integrated value S_QNOx is reset to 0, and then the timer value TMRICH of the rich timer is set to a predetermined time TRO (for example, 5 sec) (step 38). Further, the rich spike flag F_RICH is set to “1” (step 39), and the timer value TMRICH of the rich timer is down-counted (step 40), and this process is terminated. As described above, when the rich spike flag F_RICH is set to “1”, the rich spike is executed by increasing the fuel injection amount TOUT and decreasing the intake air amount by decreasing the throttle opening TH. In this case, the reduction in the intake air amount is replaced with or in addition to the control of the throttle opening TH, the supercharging pressure of the supercharger 8, the strength of the swirl of the swirl device 13, and the EGR gas amount of the EGR device 14. You may carry out by control of.

一方、前記ステップ１の答がＮＯで、リッチスパイクの実行中のときには、アクセル開度のなまし値ＡＰＡＶＥを次式（１）によって算出する（ステップ４１）。
ＡＰＡＶＥ←α・ＡＰ＋（１−α）ＡＰＡＶＥ ……（１）
ここで、αは１．０未満の所定のなまし係数である。 On the other hand, if the answer to step 1 is NO and the rich spike is being executed, the smoothed value APAVE of the accelerator opening is calculated by the following equation (1) (step 41).
APAVE ← α ・ AP + (1-α) APAVE ...... (1)
Here, α is a predetermined annealing coefficient less than 1.0.

次いで、算出されたなまし値ＡＰＡＶＥがほぼ値０であるか否かを判別する（ステップ４２）。この答がＮＯのときには、前記ステップ３９以降を実行し、リッチスパイクを継続するとともに、タイマ値ＴＭＲＩＣＨをダウンカウントする。 Next, it is determined whether or not the calculated annealing value APAVE is substantially 0 (step 42). When this answer is NO, the step 39 and the subsequent steps are executed, the rich spike is continued, and the timer value TMRICH is counted down.

一方、このステップ４２の答がＹＥＳで、なまし値ＡＰＡＶＥがほぼ値０のとき、すなわちリッチスパイクの実行中、アクセル開度ＡＰが全閉状態になるとともに、その状態が継続しているときには、エンジン３の減速運転またはアイドル運転が行われたとして、リッチスパイクの実行条件が成立していないと判定する。そして、リッチスパイクフラグＦ＿ＲＩＣＨを「０」にセットした（ステップ４３）後、本処理を終了する。 On the other hand, when the answer to step 42 is YES and the smoothed value APAVE is substantially 0, that is, when the accelerator opening AP is fully closed and the state continues during execution of the rich spike, It is determined that the rich spike execution condition is not satisfied, assuming that the engine 3 is decelerated or idling. Then, after setting the rich spike flag F_RICH to “0” (step 43), the present process is terminated.

以上のように、本実施形態によれば、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが所定の判定値ＴＬＮＣＲＥＦよりも低く（ステップ１：ＹＥＳ）、かつ排ガスの空間速度ＳＶが所定の判定値ＳＶＲＥＦよりも大きい（ステップ３：ＹＥＳ）という条件が成立したとき、すなわちリッチスパイクの実行時にＮＯｘスリップ量が増大すると想定されるときに、リーンモードを禁止する（ステップ５）。このリーンモードの禁止により、リーンモードでのＮＯｘ触媒１７によるＮＯｘの捕捉とリッチスパイクの実行を回避でき、したがって、リッチスパイクの実行時に、ＮＯｘスリップ量の増大によりＮＯｘ浄化率が低下するのを防止することができる。 As described above, according to the present embodiment, the NOx catalyst temperature TLNC is lower than the predetermined determination value TLNCREF (step 1: YES), and the exhaust gas space velocity SV is higher than the predetermined determination value SVREF (step 3). : YES), that is, when the NOx slip amount is assumed to increase when the rich spike is executed, the lean mode is prohibited (step 5). By prohibiting the lean mode, NOx trapping by the NOx catalyst 17 in the lean mode and execution of the rich spike can be avoided, and therefore, the NOx purification rate is prevented from decreasing due to an increase in the amount of NOx slip when the rich spike is executed. can do.

また、このようにリーンモードを禁止した場合には、ストイキモードを選択し、空燃比を理論空燃比またはそれよりも若干リッチな空燃比に制御するとともに、三元触媒１６は、ＮＯｘ触媒１７よりも排気管５の上流側に配置されていて、通常、その温度がより高いので、三元触媒１６によりＮＯｘを高い浄化率で浄化でき、排ガス特性を向上させることができる。さらに、ストイキモードによる運転は上記の条件が成立する場合に限定され、それ以外ではエンジン３をリーンモードで運転するので、燃費も最大限、良好に維持でき、したがって、良好な排ガス特性と燃費の両立を図ることができる。 Further, when the lean mode is prohibited in this way, the stoichiometric mode is selected, the air-fuel ratio is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio or an air-fuel ratio slightly richer than that, and the three-way catalyst 16 is more than the NOx catalyst 17. Is disposed upstream of the exhaust pipe 5 and usually has a higher temperature. Therefore, the three-way catalyst 16 can purify NOx with a high purification rate and improve exhaust gas characteristics. Further, the operation in the stoichiometric mode is limited to the case where the above-mentioned conditions are satisfied, and since the engine 3 is operated in the lean mode in other cases, the fuel consumption can be maintained to the maximum and therefore the good exhaust gas characteristics and the fuel consumption can be maintained. Both can be achieved.

図１０は、本発明の第２実施形態による空燃比モードの決定処理を示している。この処理ではまず、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣに応じ、図１１に示すテーブルを検索することによって、ＮＯｘ触媒１７および三元触媒１６のＮＯｘ浄化率ＫＴＥＭＰＬＮＣ、ＫＴＥＭＰＴＷＣを求める（ステップ５１）。実線で示すＫＴＥＭＰＬＮＣテーブルは、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣと、それに応じたＮＯｘスリップを加味したＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ浄化率ＫＴＥＭＰＬＮＣとの関係を表したものであり、このため、図４に示したテーブルと同じに設定されている。 FIG. 10 shows air-fuel ratio mode determination processing according to the second embodiment of the present invention. In this process, first, NOx purification rates KTEMPLNC and KTEMPTWC of the NOx catalyst 17 and the three-way catalyst 16 are obtained by searching the table shown in FIG. 11 according to the NOx catalyst temperature TLNC (step 51). The KTEMPLNC table indicated by the solid line represents the relationship between the NOx catalyst temperature TLNC and the NOx purification rate KTEMPLNC of the NOx catalyst 17 in consideration of the corresponding NOx slip, and is therefore the same as the table shown in FIG. Is set to

また、点線で示すＫＴＥＭＰＴＷＣテーブルは、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣと、それに応じた三元触媒１６のＮＯｘ浄化率ＫＴＥＭＰＴＷＣとの関係を表したものである。このため、このテーブルでは、三元触媒１６のＮＯｘ浄化率ＫＴＥＭＰＴＷＣは、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣが所定値以上のときにほぼ１００％に設定され、所定値よりも低温側では緩やかに減少するように設定されていて、その結果、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ浄化率ＫＴＥＭＰＬＮＣがほぼ１００％の温度範囲以外では、ＮＯｘ浄化率ＫＴＥＭＰＬＮＣよりも高くなっている。 The KTEMPTWC table indicated by the dotted line represents the relationship between the NOx catalyst temperature TLNC and the NOx purification rate KTEMPTWC of the three-way catalyst 16 corresponding to the NOx catalyst temperature TLNC. For this reason, in this table, the NOx purification rate KTEMPTWC of the three-way catalyst 16 is set to almost 100% when the NOx catalyst temperature TLNC is equal to or higher than a predetermined value, and is set to gradually decrease on the low temperature side than the predetermined value. As a result, the NOx purification rate KTEMPLNC of the NOx catalyst 17 is higher than the NOx purification rate KTEMPLNC except in a temperature range of approximately 100%.

次に、排ガスの空間速度ＳＶに応じ、図１２に示すテーブルを検索することによって、ＮＯｘ触媒１７および三元触媒１６のＮＯｘ浄化率ＫＴＥＭＰＬＮＣ、ＫＴＥＭＰＴＷＣを求める（ステップ５２）。実線で示すＫＳＶＬＮＣテーブルは、排ガスの空間速度ＳＶと、それに応じたＮＯｘスリップを加味したＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ浄化率ＫＳＶＬＮＣとの関係を表したものであり、このため、図５に示したテーブルと同じに設定されている。 Next, the NOx purification rates KTEMPLNC and KTEMPTWC of the NOx catalyst 17 and the three-way catalyst 16 are obtained by searching the table shown in FIG. 12 according to the exhaust gas space velocity SV (step 52). The KSVLNC table indicated by the solid line represents the relationship between the space velocity SV of the exhaust gas and the NOx purification rate KSVLNC of the NOx catalyst 17 in consideration of the NOx slip corresponding thereto. Therefore, the table shown in FIG. Are set the same.

また、点線で示すＫＳＶＴＷＣテーブルは、排ガスの空間速度ＳＶと、それに応じた三元触媒１６のＮＯｘ浄化率ＫＴＥＭＰＴＷＣとの関係を表したものである。このため、このテーブルでは、三元触媒１６のＮＯｘ浄化率ＫＴＥＭＰＴＷＣは、排ガスの空間速度ＳＶが所定値以下のときにほぼ１００％に設定されるとともに、この所定値を超えると、緩やかに減少するように設定されていて、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ浄化率ＫＳＶＬＮＣよりも高くなっている。 Further, the KSVTWC table indicated by the dotted line represents the relationship between the space velocity SV of exhaust gas and the NOx purification rate KTEMPTWC of the three-way catalyst 16 corresponding thereto. Therefore, in this table, the NOx purification rate KTEMPTWC of the three-way catalyst 16 is set to almost 100% when the exhaust gas space velocity SV is equal to or lower than a predetermined value, and gradually decreases when the predetermined value is exceeded. Thus, the NOx purification rate KSVLNC of the NOx catalyst 17 is higher.

次に、上記のようにして求めたＮＯｘ触媒１７の２つのＮＯｘ浄化率の積ＫＴＥＭＰＬＮＣ・ＫＳＶＬＮＣが、三元触媒１６の２つのＮＯｘ浄化率と割引係数ＫＴＷＣの積ＫＴＥＭＰＴＷＣ・ＫＳＶＴＷＣ・ＫＴＷＣよりも大きいか否かを判別する（ステップ５３）。上記の割引係数ＫＴＷＣは、値１．０未満でそれに近い所定値（例えば０．８）に設定されている。この答がＹＥＳで、ＫＴＥＭＰＬＮＣ・ＫＳＶＬＮＣ＞ＫＴＥＭＰＴＷＣ・ＫＳＶＴＷＣ・ＫＴＷＣのときには、ＮＯｘ触媒１７の浄化性能が三元触媒１６の浄化性能よりも高いとして、リーンモードを選択し、リーンモードフラグＦ＿ＬＥＡＮを「１」にセットした（ステップ５４）後、本処理を終了する。 Next, the product KTEMPLNC · KSVLNC of the two NOx purification rates of the NOx catalyst 17 obtained as described above is larger than the product KTEMPTWC · KSVTWC · KTWC of the two NOx purification rates of the three-way catalyst 16 and the discount coefficient KTWC. Whether or not (step 53). The discount coefficient KTWC is set to a predetermined value (for example, 0.8) that is less than 1.0 and close thereto. If the answer is YES and KTEMPLNC · KSVLNC> KTEMPTWC · KSVTWC · KTWC, the lean mode is selected and the lean mode flag F_LEAN is set to “1” because the purification performance of the NOx catalyst 17 is higher than the purification performance of the three-way catalyst 16. ”(Step 54), the process is terminated.

一方、ステップ５３の答がＮＯで、ＫＴＥＭＰＬＮＣ・ＫＳＶＬＮＣ≦ＫＴＥＭＰＴＷＣ・ＫＳＶＴＷＣ・ＫＴＷＣのときには、ＮＯｘ触媒１７の浄化性能よりも三元触媒１６の浄化性能が高いとして、リーンモードを禁止してストイキモードを選択し、リーンモードフラグＦ＿ＬＥＡＮを「０」にセットした（ステップ５５）後、本処理を終了する。 On the other hand, when the answer to step 53 is NO, and KTEMPLNC · KSVLNC ≦ KTEMPTWC · KSVTWC · KTWC, the purification performance of the three-way catalyst 16 is higher than the purification performance of the NOx catalyst 17, and the lean mode is prohibited and the stoichiometric mode is disabled. After selecting and setting the lean mode flag F_LEAN to “0” (step 55), the present process is terminated.

以上のように、本実施形態によれば、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣおよび排ガスの空間速度ＳＶに応じて、ＮＯｘ触媒１７のＮＯｘ浄化率ＫＴＥＭＰＬＮＣ，ＫＳＶＬＮＣと三元触媒１６のＮＯｘ浄化率ＫＴＥＭＰＴＷＣ，ＫＳＶＴＷＣを算出する（ステップ５１，５２）とともに、それらの積ＫＴＥＭＰＬＮＣ・ＫＳＶＬＮＣとＫＴＥＭＰＴＷＣ・ＫＳＶＴＷＣを比較し（ステップ５３）、その比較結果に応じて、浄化性能の高い方の空燃比モードを選択する（ステップ５４，５５）。したがって、そのときのＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣおよび排ガスの空間速度ＳＶに応じて、ＮＯｘ触媒１７および三元触媒１６のうちの浄化性能のより高いものでＮＯｘの浄化を行わせることができる。その結果、ＮＯｘ浄化率が高められることによって、排ガス特性を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the NOx purification rates KTEMPLNC and KSVLNC of the NOx catalyst 17 and the NOx purification rates KTEMPTWC and KSVTWC of the three-way catalyst 16 are calculated according to the NOx catalyst temperature TLNC and the exhaust gas space velocity SV. (Steps 51 and 52) and the products KTEMPLNC / KSVLNC and KTEMPTWC / KSVTWC are compared (Step 53), and the air-fuel ratio mode with the higher purification performance is selected according to the comparison result (Step 54, 55). Therefore, according to the NOx catalyst temperature TLNC and the exhaust gas space velocity SV at that time, it is possible to purify NOx with a higher purification performance of the NOx catalyst 17 and the three-way catalyst 16. As a result, exhaust gas characteristics can be improved by increasing the NOx purification rate.

また、ステップ５３での比較の際に、三元触媒１６のＮＯｘ浄化率ＫＴＥＭＰＴＷＣ，ＫＳＶＴＷＣに割引係数ＫＴＷＣを乗算するので、ＮＯｘ触媒１７および三元触媒１６の浄化性能の差が小さいときには、リーンモードが優先される。その結果、リーンモードによるエンジン３の運転が可能な限り行われることによって、燃費を最大限、良好に維持でき、したがって、良好な排ガス特性と燃費の両立を図ることができる。 Further, during the comparison in step 53, the NOx purification rates KTEMPTWC and KSVTWC of the three-way catalyst 16 are multiplied by the discount coefficient KTWC. Therefore, when the difference in the purification performance between the NOx catalyst 17 and the three-way catalyst 16 is small, the lean mode Takes precedence. As a result, by operating the engine 3 in the lean mode as much as possible, the fuel consumption can be maintained to the maximum and good, so that both good exhaust gas characteristics and fuel consumption can be achieved.

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、三元触媒１６がＮＯｘ触媒１７とは別個に排気管５の上流側に設けられているが、本発明を、三元触媒とＮＯｘ触媒を一体に構成したタイプの排ガス浄化装置に適用してもよいことはもちろんである。また、第２実施形態では、三元触媒１６の浄化率ＫＴＥＭＰＴＷＣを、ＮＯｘ触媒温度ＴＬＮＣに応じて求めているが、三元触媒１６に温度センサを別個に設け、その検出温度に応じて求めてもよい。 In addition, this invention can be implemented in various aspects, without being limited to the described embodiment. For example, in the embodiment, the three-way catalyst 16 is provided on the upstream side of the exhaust pipe 5 separately from the NOx catalyst 17, but the present invention is an exhaust gas purification type in which the three-way catalyst and the NOx catalyst are configured integrally. Of course, it may be applied to the apparatus. In the second embodiment, the purification rate KTEMPTWC of the three-way catalyst 16 is obtained according to the NOx catalyst temperature TLNC. However, a temperature sensor is separately provided for the three-way catalyst 16 and obtained according to the detected temperature. Also good.

また、本発明は、ディーゼルエンジンに限らず、リーンバーンエンジンなどのガソリンエンジンにも適用することができる。さらに、本発明は、車両に搭載されたエンジンに限らず、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関に適用できることはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。 The present invention can be applied not only to a diesel engine but also to a gasoline engine such as a lean burn engine. Further, the present invention is not limited to an engine mounted on a vehicle, and can be applied to various industrial internal combustion engines including an engine for a marine propulsion device such as an outboard motor having a crankshaft arranged in a vertical direction. Of course. In addition, it is possible to appropriately change the detailed configuration within the scope of the gist of the present invention.

本発明を適用した排ガス浄化装置を内燃機関とともに概略的に示す図である。1 is a view schematically showing an exhaust gas purification apparatus to which the present invention is applied together with an internal combustion engine. 排ガス浄化装置の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of exhaust gas purification apparatus. 空燃比モードの決定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the determination process of an air fuel ratio mode. 図３の処理で用いられる判定値ＴＬＮＣＲＥＦの決定方法を説明する図である。It is a figure explaining the determination method of determination value TLNCREF used by the process of FIG. 図３の処理で用いられる判定値ＳＶＲＥＦの決定方法を説明する図である。It is a figure explaining the determination method of the determination value SVREF used by the process of FIG. 燃料噴射量の制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control process of fuel injection quantity. 吸入空気量の制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing of intake air amount. リッチスパイクの制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control process of a rich spike. 図８の処理で用いられるＳ＿ＱＮＯｘＲＥＦテーブルである。9 is an S_QNOxREF table used in the process of FIG. 第２実施形態による空燃比モードの決定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the determination process of the air fuel ratio mode by 2nd Embodiment. 図１０の処理で用いられるＫＴＥＭＰＬＮＣ，ＫＴＥＭＰＴＷＣテーブルである。11 is a KTEMPLNC and KTEMPTWC table used in the processing of FIG. 図１０の処理で用いられるＫＳＶＬＮＣ，ＫＳＶＴＷＣテーブルである。11 is a KSVLNC / KSVTWC table used in the processing of FIG.

Explanation of symbols

１排ガス浄化装置
２ＥＣＵ（空燃比制御手段、ＮＯｘ還元手段、負荷検出手段、リーンモード禁止
手段、空燃比モード切替手段、ＮＯｘ捕捉材浄化性能推定手段、
三元触媒浄化性能推定、空燃比モード選択手段）
３エンジン
５排気管（排気系）
６インジェクタ（空燃比制御手段、ＮＯｘ還元手段、空燃比モード切替手段）
１２スロットル弁（空燃比制御手段、ＮＯｘ還元手段、空燃比モード切替手段）
１６三元触媒
１７ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ捕捉材）
３０クランク角センサ（負荷検出手段）
３１エアフローセンサ（負荷検出手段）
３６ＮＯｘ触媒温度センサ（温度検出手段）
ＳＶ排ガスの空間速度（内燃機関の負荷）
ＴＬＮＣＲＥＦ判定値（所定の温度）
ＳＶＲＥＦ判定値（所定の負荷）
ＴＬＮＣＮＯｘ触媒温度（ＮＯｘ捕捉材の温度） 1 Exhaust gas purification device 2 ECU (air-fuel ratio control means, NOx reduction means, load detection means, lean mode prohibition
Means, air-fuel ratio mode switching means, NOx trapping material purification performance estimation means,
Three-way catalyst purification performance estimation, air-fuel ratio mode selection means)
3 Engine 5 Exhaust pipe (exhaust system)
6 Injector (air-fuel ratio control means, NOx reduction means, air-fuel ratio mode switching means)
12 Throttle valve (air-fuel ratio control means, NOx reduction means, air-fuel ratio mode switching means)
16 Three-way catalyst 17 NOx catalyst (NOx trapping material)
30 Crank angle sensor (load detection means)
31 Air flow sensor (load detection means)
36 NOx catalyst temperature sensor (temperature detection means)
SV Exhaust gas space velocity (load of internal combustion engine)
TLNCREF judgment value (predetermined temperature)
SVREF judgment value (predetermined load)
TLNC NOx catalyst temperature (NOx trapping material temperature)

Claims

An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine into an exhaust system,
Air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the internal combustion engine;
A NOx trapping material that is provided in the exhaust system and traps NOx in exhaust gas when the internal combustion engine is operated in a lean mode that controls the air / fuel ratio to a leaner air / fuel ratio than the stoichiometric air / fuel ratio;
NOx reduction means for reducing NOx trapped in the NOx trapping material by controlling exhaust gas to a reduced state;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the NOx trapping material;
Load detecting means for detecting a load of the internal combustion engine;
A lean mode for prohibiting the operation of the internal combustion engine in the lean mode when the detected temperature of the NOx trapping material is lower than a predetermined temperature and the detected load of the internal combustion engine is higher than a predetermined load Prohibited means,
An exhaust gas purifying device for an internal combustion engine, comprising:

An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies exhaust gas discharged from an internal combustion engine into an exhaust system,
Air-fuel ratio mode switching that switches between a lean mode that controls the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the internal combustion engine to a leaner air-fuel ratio than the stoichiometric air-fuel ratio and a non-lean mode that controls the air-fuel ratio richer than the lean mode Means,
A NOx trap that is provided in the exhaust system and traps NOx in the exhaust gas;
NOx reduction means for reducing NOx trapped in the NOx trapping material by controlling exhaust gas to a reduced state;
A three-way catalyst provided in the exhaust system for purifying exhaust gas;
Temperature detecting means for detecting the temperature of at least one of the NOx trapping material and the three-way catalyst;
Load detecting means for detecting a load of the internal combustion engine;
NOx trapping material purification performance estimation means for estimating the purification performance of the NOx trapping material when the internal combustion engine is operated in the lean mode according to the detected temperature and the load of the internal combustion engine;
Three-way catalyst purification performance estimating means for estimating the purification performance of the three-way catalyst when the internal combustion engine is operated in the non-lean mode according to the detected temperature and the load of the internal combustion engine;
Air-fuel ratio mode selection means for selecting one of the lean mode and the non-lean mode according to a comparison result between the estimated purification performance of the NOx trapping material and the purification performance of the three-way catalyst;
An exhaust gas purifying device for an internal combustion engine, comprising: