JP2007170233A

JP2007170233A - Engine control device

Info

Publication number: JP2007170233A
Application number: JP2005366729A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Katashiba; 秀昭片柴; Tetsuya Honda; 哲也本田; Nobuhide Mori; 信秀森
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2007-07-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine control device in which the deterioration of exhaust gases is suppressed and a fuel economy is prevented from being deteriorated by the excessive charge of rich purge by determining the state of a lean NOx catalyst by using measured NOx sensor values on the downstream side and performing NOx storage and NOx purge control with the purge control time of the lean NOx catalyst set optimally. <P>SOLUTION: This engine control device comprises operating state detection means 12 to 15 detecting the operating state including the rotational speed, the load, or the air-fuel ratio of the engine, a NOx purge control and input determination means 20 determining the start of the NOx purge control, a NOx purge air-fuel ratio set means 20 setting the degree of rich of the air-fuel ratio during the NOx purge control, and a NOx purge control stop means 20 determining the discharge of stored NOx and the completion of reduction and purification due to the continuation of the NOx purge control. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃焼室に燃料（ガソリン）を直接噴射する筒内直噴式エンジンに適用されるエンジン制御装置に関するものである。 The present invention relates to an engine control device applied to an in-cylinder direct injection engine that directly injects fuel (gasoline) into a combustion chamber.

従来から、吸気管内に燃料を噴射する一般的なポート噴射式エンジンにおいては、燃料と空気中の酸素とからなる混合気の空燃比が、酸素の過不足を生じることなく反応する理論空燃比となるように燃料噴射量が制御されている。
また、ポート噴射式エンジンの場合、燃焼室内で混合気が均質に混合されることから、燃焼後の排気ガス中には酸素が存在しないので、排気ガス中に含まれるＮＯｘは、排気ガス中の未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）とともに、排気系に設けられた三元触媒上で反応して還元浄化される。 Conventionally, in a general port-injection engine that injects fuel into an intake pipe, the air-fuel ratio of a mixture of fuel and oxygen in air reacts with a stoichiometric air-fuel ratio that reacts without causing excess or deficiency of oxygen. Thus, the fuel injection amount is controlled.
Further, in the case of a port injection engine, since the air-fuel mixture is homogeneously mixed in the combustion chamber, oxygen does not exist in the exhaust gas after combustion. Therefore, NOx contained in the exhaust gas is contained in the exhaust gas. Along with the unburned components (HC, CO), it is reduced and purified by reacting on a three-way catalyst provided in the exhaust system.

しかし、筒内直噴式エンジンにおいては、リーン状態（エンジン筒内に噴射された燃料に対して酸素が過剰に存在する状態）で燃焼するリーン燃焼方式が用いられることから、排気ガス中に酸素が存在することになる。
したがって、筒内直噴式エンジンの場合には、排気ガス中に、ＮＯｘおよびＮＯｘの還元剤（未燃成分ＨＣ、ＣＯ）が共存しているものの、ＨＣ、ＣＯが酸素と優先的に反応してしまうので、ＮＯｘが三元触媒上で還元浄化されなくなるという問題があった。 However, in a cylinder direct injection engine, a lean combustion system is used in which combustion is performed in a lean state (a state where oxygen is excessively present with respect to the fuel injected into the engine cylinder), so that oxygen is contained in the exhaust gas. Will exist.
Therefore, in the case of an in-cylinder direct injection engine, NOx and NOx reducing agents (unburned components HC and CO) coexist in the exhaust gas, but HC and CO preferentially react with oxygen. Therefore, there is a problem that NOx is not reduced and purified on the three-way catalyst.

そこで、この問題を解決するために、近年では、リーンＮＯｘ触媒が用いられている。
リーンＮＯｘ触媒の担持成分は、リーン燃焼後の排気ガス中に含まれるＮＯｘと反応して化合物を形成し、触媒内に貯蔵するようになっている。
リーンＮＯｘ触媒における反応は、排気ガス中に酸素が含まれた状態で進行するので、リーン燃焼後の排ガス中のＮＯｘ処理方法として有効である。 In order to solve this problem, lean NOx catalysts have been used in recent years.
The supported component of the lean NOx catalyst reacts with NOx contained in the exhaust gas after lean combustion to form a compound, and is stored in the catalyst.
Since the reaction in the lean NOx catalyst proceeds in a state where oxygen is contained in the exhaust gas, it is effective as a method for treating NOx in the exhaust gas after lean combustion.

なお、実際のエンジンの運転においては、リーンＮＯｘ触媒に吸蔵ＮＯｘとして貯蔵されるＮＯｘ量が飽和状態になるまでリーン燃焼状態を継続し、吸蔵ＮＯｘの飽和が判定された時点で、リーン燃焼状態からリッチ燃焼状態（酸素不足となる燃料過剰な状態）に切り替える。
このリッチ燃焼状態において、リーンＮＯｘ触媒は、化合物として貯蔵した吸蔵ＮＯｘを放出する。このとき、放出されたＮＯｘは、排気ガス中の未燃成分ＨＣ、ＣＯと反応して、ＮＯｘ触媒に担持された貴金属上で、三元触媒の場合と同様に還元浄化される。 In actual engine operation, the lean combustion state is continued until the amount of NOx stored in the lean NOx catalyst as the stored NOx is saturated, and when the saturated NOx saturation is determined, the lean combustion state is started. Switch to the rich combustion state (fuel surplus state in which oxygen is insufficient).
In this rich combustion state, the lean NOx catalyst releases stored NOx stored as a compound. At this time, the released NOx reacts with the unburned components HC and CO in the exhaust gas, and is reduced and purified on the noble metal supported on the NOx catalyst in the same manner as the three-way catalyst.

このように、リーン燃焼時にエンジンから排出されるＮＯｘを、リーンＮＯｘ触媒を用いて吸蔵ＮＯｘとして貯蔵した後、吸蔵ＮＯｘの飽和後に燃焼状態をリッチ燃焼に切り替え、リーン燃焼時に吸蔵ＮＯｘを放出して還元浄化するエンジン制御装置は、よく知られている。
このように、吸蔵ＮＯｘを放出して還元浄化する方法は、一般に「ＮＯｘパージ制御」と呼ばれている。 Thus, after storing NOx discharged from the engine during lean combustion as stored NOx using a lean NOx catalyst, the combustion state is switched to rich combustion after the stored NOx is saturated, and the stored NOx is released during lean combustion. Engine control devices for reduction and purification are well known.
In this manner, the method of reducing and purifying the stored NOx by discharging it is generally called “NOx purge control”.

ところで、リーンＮＯｘ触媒を用いた排気ガス浄化方法においては、リーンＮＯｘ触媒内の吸蔵ＮＯｘの貯蔵量（以下、「ＮＯｘ吸蔵量」という）を推定することが重要な要素である。
すなわち、リーンＮＯｘ触媒のＮＯ吸蔵量が増大して、貯蔵可能なＮＯｘ量を超過した場合には、超過分のＮＯｘが大気中に放散される前に、燃焼状態をリッチ燃焼に切り替える必要がある。 By the way, in the exhaust gas purification method using the lean NOx catalyst, it is an important factor to estimate the amount of stored NOx stored in the lean NOx catalyst (hereinafter referred to as “NOx stored amount”).
That is, when the NO storage amount of the lean NOx catalyst increases and exceeds the storable NOx amount, it is necessary to switch the combustion state to rich combustion before the excess NOx is diffused into the atmosphere. .

しかしながら、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵容量は、エンジンの運転状態、触媒の温度や劣化状況によって大きく変化するうえ、経時変化するので、正確に推定することは極めて困難である。
したがって、吸蔵容量をオーバーしたＮＯｘが大気に放出されるのを回避するためには、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量に余裕があるにも関わらず、リッチ燃焼状態への切り替え頻度を高く設定することが必要となり、燃費を逆に悪化させてしまうという問題があった。 However, the NOx storage capacity of the lean NOx catalyst varies greatly depending on the operating state of the engine, the temperature of the catalyst, and the deterioration state, and also changes with time, so it is extremely difficult to estimate accurately.
Therefore, in order to avoid the NOx exceeding the storage capacity being released into the atmosphere, the frequency of switching to the rich combustion state should be set high despite the allowance of the NOx storage amount of the lean NOx catalyst. Is required, and the fuel consumption is worsened.

そこで、この問題を解決するために、リーンＮＯｘ触媒の下流側に設置されたＮＯｘセンサによりＮＯｘのオーバーフローを検出し、その後、燃焼状態をリッチ化することにより、触媒に貯蔵されたＮＯｘを還元浄化するように構成したエンジン制御装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。 Therefore, in order to solve this problem, NOx overflow is detected by a NOx sensor installed on the downstream side of the lean NOx catalyst, and then the NOx stored in the catalyst is reduced and purified by enriching the combustion state. An engine control device configured to do this has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特許文献１に記載の従来装置においては、リーンＮＯｘ触媒の下流側にＮＯｘセンサを設けることにより、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量のオーバーフロー状態を検出し、ＮＯｘセンサ出力（オーバーフロー状態）に応じてリッチ燃焼状態に切り替え、ＮＯｘパージ制御を開始する。
これにより、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定することなく、実際のＮＯｘ吸蔵量に応じてＮＯｘパージ制御を開始するようになっている。
なお、還元浄化時のリッチ用の燃料噴射パルス幅は、吸蔵ＮＯｘが充分余裕をもって還元浄化できるような固定値に設定されている。 In the conventional apparatus described in Patent Document 1, by providing a NOx sensor downstream of the lean NOx catalyst, an overflow state of the NOx occlusion amount of the lean NOx catalyst is detected, and rich according to the NOx sensor output (overflow state). Switch to the combustion state and start NOx purge control.
Thus, NOx purge control is started according to the actual NOx occlusion amount without estimating the NOx occlusion amount of the lean NOx catalyst.
The rich fuel injection pulse width at the time of reduction and purification is set to a fixed value so that the stored NOx can be reduced and purified with a sufficient margin.

しかしながら、上記特許文献１の装置においては、ＮＯｘを還元浄化するためのＮＯｘパージ制御を投入した直後のＮＯｘスリップを低減させることができない。
ここで、ＮＯｘスリップとは、空燃比をリッチに切換えた直後に、短時間で放出される貯蔵ＮＯｘが、排気ガス中に含まれる未燃成分ＨＣ、ＣＯだけでは全て還元浄化されずに触媒下流に排出される現象のことである。 However, in the apparatus of Patent Document 1, the NOx slip immediately after the NOx purge control for reducing and purifying NOx cannot be reduced.
Here, NOx slip means that immediately after the air-fuel ratio is switched to rich, the stored NOx released in a short time is not reduced and purified only by the unburned components HC and CO contained in the exhaust gas but downstream of the catalyst. It is a phenomenon that is discharged.

特開平１１−３５１０２１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-351021

従来のエンジン制御装置では、特許文献１の場合、ＮＯｘパージ制御の投入直後のＮＯｘスリップを低減させることができないという課題があった。
また、還元浄化時のリッチ用の燃料噴射パルス幅が固定値に設定されているので、ＮＯｘ触媒の還元性能が劣化していない状態では、還元浄化の完了後もリッチ燃焼が継続することによって、逆に燃費の悪化が発生する可能性があるという課題があった。 In the conventional engine control device, in the case of Patent Document 1, there is a problem that the NOx slip immediately after the NOx purge control is turned on cannot be reduced.
In addition, since the rich fuel injection pulse width at the time of reduction purification is set to a fixed value, in a state where the reduction performance of the NOx catalyst has not deteriorated, rich combustion continues even after completion of reduction purification, Conversely, there has been a problem that fuel consumption may deteriorate.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、リーンＮＯｘ触媒を用いた排気ガス浄化システムにおいて、リッチスパイク投入時のＮＯｘスリップを低減するとともに、リッチスパイク投入時の燃費悪化を最小限に抑制したエンジン制御装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. In an exhaust gas purification system using a lean NOx catalyst, the present invention reduces NOx slip when a rich spike is introduced and reduces fuel consumption when the rich spike is introduced. An object of the present invention is to obtain an engine control device that suppresses deterioration to a minimum.

この発明によるエンジン制御装置は、エンジンの燃焼室内に燃料を直接噴射して、空気過剰状態で燃料を成層燃焼させる筒内直噴式のエンジン制御装置であって、エンジンの排気管に設置されて、排気ガス中の有害成分を浄化する第１の触媒と、第１の触媒の下流側の排気系に設置されて、リーン燃焼後の排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵ＮＯｘとして貯蔵するとともに、リッチ燃焼後の排気ガスに対して吸蔵ＮＯｘを放出して還元浄化する第２の触媒と、第２の触媒の下流側の排気系に設けられて、排気ガス中のＮＯｘ濃度に相関した信号を出力するＮＯｘセンサと、エンジンの回転数、負荷または空燃比を含む運転状態を検出する運転状態検出手段と、第２の触媒内の吸蔵ＮＯｘを放出して還元浄化するＮＯｘパージ制御を実行するための空燃比リッチ状態への投入開始条件を判定するＮＯｘパージ制御投入判定手段と、空燃比リッチ状態の度合いを設定するＮＯｘパージ空燃比設定手段と、ＮＯｘパージ制御により還元剤投入量が不足した場合に、排気行程噴射による還元剤の追加供給の実行条件を判定する排気行程噴射判定手段と、ＮＯｘパージ制御の停止条件を判定するＮＯｘパージ制御停止手段と、ＮＯｘパージ制御投入判定手段、排気行程噴射判定手段およびＮＯｘパージ制御停止手段の判定結果と、ＮＯｘパージ空燃比設定手段の設定結果とに基づいて燃焼室内への燃料噴射量を制御する燃料制御手段とを備えたものである。 An engine control apparatus according to the present invention is an in-cylinder direct injection type engine control apparatus that directly injects fuel into a combustion chamber of an engine and stratifies the fuel in an excess air state, and is installed in an exhaust pipe of an engine. A first catalyst for purifying harmful components in exhaust gas and an exhaust system downstream of the first catalyst for storing NOx contained in exhaust gas after lean combustion as occluded NOx and rich combustion A second catalyst for reducing and purifying the stored exhaust gas by releasing stored NOx and an exhaust system downstream of the second catalyst are provided to output a signal correlated with the NOx concentration in the exhaust gas. NOx sensor, operating state detecting means for detecting an operating state including the engine speed, load or air-fuel ratio, and NOx purge control for reducing and purifying the NOx stored in the second catalyst. NOx purge control input determining means for determining the condition for starting charging into the air-fuel ratio rich state, NOx purge air-fuel ratio setting means for setting the degree of the air-fuel ratio rich state, and when the reducing agent input amount is insufficient due to NOx purge control The exhaust stroke injection determining means for determining the execution condition of the additional supply of the reducing agent by the exhaust stroke injection, the NOx purge control stopping means for determining the stop condition of the NOx purge control, the NOx purge control input determining means, the exhaust stroke injection determination And a fuel control means for controlling the amount of fuel injected into the combustion chamber based on the determination result of the NOx purge control stop means and the setting result of the NOx purge air-fuel ratio setting means.

この発明によれば、リーンＮＯｘ触媒の下流側にＮＯｘセンサを設け、ＮＯｘセンサの検出信号に基づいてリーンＮＯｘ触媒の状態を判定しながらフィードバック制御を行うことにより、リーンＮＯｘ触媒の温度および性能に応じて変化するパージ期間を最適に制御し、大気中に放出される排気ガスの悪化を抑制するとともに、過剰リッチパージ投入による燃費の悪化を防止することができる。 According to the present invention, the NOx sensor is provided on the downstream side of the lean NOx catalyst, and the feedback control is performed while determining the state of the lean NOx catalyst based on the detection signal of the NOx sensor. The purge period that changes accordingly can be optimally controlled to suppress the deterioration of the exhaust gas released into the atmosphere, and to prevent the deterioration of the fuel consumption due to the excessive rich purge.

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置をエンジン周辺要素とともに示す構成図である。
図１において、エンジンのシリンダ１９内には、摺動自在のピストン１７が設けられ、ピストン１７の一端側には、燃焼室１が形成されている。 Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 is a block diagram showing an engine control device according to Embodiment 1 of the present invention together with engine peripheral elements.
In FIG. 1, a slidable piston 17 is provided in a cylinder 19 of the engine, and a combustion chamber 1 is formed on one end side of the piston 17.

燃焼室１には、吸気弁２を介して吸気管３が連通されるとともに、排気弁８を介して排気管９が連通されている。
また、燃焼室１には、燃料噴射弁６および点火プラグ７が設けられている。
一方、ピストン１７の他端には、コネクティングロッド１８を介してクランクシャフト１６が接続されている。 An intake pipe 3 communicates with the combustion chamber 1 via an intake valve 2, and an exhaust pipe 9 communicates with an exhaust valve 8.
The combustion chamber 1 is provided with a fuel injection valve 6 and a spark plug 7.
On the other hand, the crankshaft 16 is connected to the other end of the piston 17 via a connecting rod 18.

燃焼室１には、吸気弁２の開放時に吸気管３からの吸入空気が導入され、所定のタイミングで燃料噴射弁６から燃料が噴射される。
燃焼室１に噴射された燃料は、吸入空気中の酸素と混合気を形成した後、所定のタイミングで放電する点火プラグ７により点火されて燃焼する。
これにより、燃焼室１内の反応エネルギは、燃焼圧力に変換されて、ピストン１７およびコネクティングロッド１８を介してクランクシャフト１６を回転駆動する。 Intake air from the intake pipe 3 is introduced into the combustion chamber 1 when the intake valve 2 is opened, and fuel is injected from the fuel injection valve 6 at a predetermined timing.
The fuel injected into the combustion chamber 1 forms an air-fuel mixture with oxygen in the intake air, and is then ignited and burned by a spark plug 7 that discharges at a predetermined timing.
Thereby, the reaction energy in the combustion chamber 1 is converted into combustion pressure, and the crankshaft 16 is rotationally driven via the piston 17 and the connecting rod 18.

ピストン１７は、エンジンのシリンダ１９内を摺動移動して、燃焼室１に吸入空気を導入するとともに、燃焼室１内の混合気の点火時に燃焼圧力を運動エネルギに変換した後、燃焼後の既燃ガスを排出する。
コネクティングロッド１８は、ピストン１７とクランクシャフト１６とを接続することにより、ピストン１７の往復摺動運動をクランクシャフト１６の回転運動に変換する。
クランクシャフト１６には、クランクシャフト１６の回転数（エンジン回転数に対応）を検出するエンジン回転数センサ１５が設けられている。 The piston 17 slides and moves in the cylinder 19 of the engine, introduces intake air into the combustion chamber 1, converts the combustion pressure into kinetic energy when the air-fuel mixture in the combustion chamber 1 is ignited, and then after combustion. Exhaust burned gas.
The connecting rod 18 converts the reciprocating sliding motion of the piston 17 into the rotational motion of the crankshaft 16 by connecting the piston 17 and the crankshaft 16.
The crankshaft 16 is provided with an engine speed sensor 15 that detects the speed of the crankshaft 16 (corresponding to the engine speed).

吸気弁２は、クランクシャフト１６と同期してベルト駆動されるカム（図示せず）により駆動され、エンジンの吸気行程、圧縮行程、爆発行程および排気行程に応じて開閉されることにより、燃焼室１への吸入空気の導入を制御する。
排気弁８は、吸気弁２と同様に駆動されて、燃焼室１での燃焼後の既燃ガスの排出を制御する。
点火プラグ７は、燃料噴射弁６から燃焼室１内に噴射された燃料が形成する可燃混合気に着火するための点火火花を発生させる。 The intake valve 2 is driven by a cam (not shown) that is driven by a belt in synchronization with the crankshaft 16, and is opened and closed in accordance with the intake stroke, compression stroke, explosion stroke, and exhaust stroke of the engine. Controls the introduction of intake air to 1.
The exhaust valve 8 is driven in the same manner as the intake valve 2 and controls the discharge of burned gas after combustion in the combustion chamber 1.
The spark plug 7 generates an ignition spark for igniting the combustible mixture formed by the fuel injected from the fuel injection valve 6 into the combustion chamber 1.

大気中からの吸入空気を吸気弁２まで導入する吸気管３には、スロットルバルブ４およびスロットルアクチュエータ５が設けられている。
スロットルバルブ４は、スロットルアクチュエータ５により開閉駆動されて、吸気管３内の吸気流量を制御する。
スロットルアクチュエータ５は、たとえばＤＣモータやステッピングモータにより構成され、スロットルバルブ４の開閉量を制御する。 A throttle valve 4 and a throttle actuator 5 are provided in the intake pipe 3 for introducing intake air from the atmosphere to the intake valve 2.
The throttle valve 4 is opened and closed by a throttle actuator 5 to control the intake flow rate in the intake pipe 3.
The throttle actuator 5 is constituted by, for example, a DC motor or a stepping motor, and controls the opening / closing amount of the throttle valve 4.

排気管９は、燃焼室１から排気弁８を介して排出される既燃ガス（排気ガス）を大気に放出する。
排気管９には、三元触媒１０およびリーンＮＯｘ触媒１１と、各触媒１０、１１に関連した空燃比センサ１２およびＮＯｘセンサ１３とが設けられている。 The exhaust pipe 9 discharges burnt gas (exhaust gas) discharged from the combustion chamber 1 through the exhaust valve 8 to the atmosphere.
The exhaust pipe 9 is provided with a three-way catalyst 10 and a lean NOx catalyst 11, and an air-fuel ratio sensor 12 and a NOx sensor 13 related to the catalysts 10 and 11.

三元触媒１０は、排気管９の上流側に設置されて、燃焼室１内への噴射燃料が理論空燃比（完全燃焼する空燃比）で燃焼した場合の排気ガス中に含まれる３つ成分の有害ガス（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ）を同時に酸化還元浄化する。
すなわち、三元触媒１０は、空燃比がリーン状態（空気過剰状態）の場合には、ＣＯおよびＨＣを酸化浄化する酸化触媒として作用し、空燃比がリッチ状態（燃料過剰状態）の場合には、ＮＯｘを還元浄化する還元触媒として作用する。 The three-way catalyst 10 is installed on the upstream side of the exhaust pipe 9, and the three components contained in the exhaust gas when the fuel injected into the combustion chamber 1 burns at the stoichiometric air-fuel ratio (air-fuel ratio for complete combustion). Of harmful gases (CO, HC, NOx) at the same time.
That is, the three-way catalyst 10 acts as an oxidation catalyst for oxidizing and purifying CO and HC when the air-fuel ratio is lean (excessive air), and when the air-fuel ratio is rich (excessive fuel). , Acts as a reduction catalyst for reducing and purifying NOx.

リーンＮＯｘ触媒１１は、三元触媒１０の下流に設置され、筒内直噴エンジンでリーン燃焼した場合に三元触媒１０で浄化されない有害成分ＮＯｘを、反応化合物からなる吸蔵ＮＯｘとして貯蔵する。
これにより、リーンＮＯｘ触媒１１は、ＮＯｘ吸蔵量の限界に達するまでは、リーンＮＯｘ触媒１１の下流側へのＮＯｘ排出を抑制するようになっている。 The lean NOx catalyst 11 is installed downstream of the three-way catalyst 10 and stores harmful component NOx, which is not purified by the three-way catalyst 10 when lean combustion is performed by an in-cylinder direct injection engine, as occluded NOx composed of a reaction compound.
As a result, the lean NOx catalyst 11 suppresses NOx emission to the downstream side of the lean NOx catalyst 11 until the limit of the NOx occlusion amount is reached.

一方、リーンＮＯｘ触媒１１内の吸蔵ＮＯｘは、燃焼室１内での制御空燃比をリーンからリッチに切り替えることにより、反応化合物（吸蔵ＮＯｘ）が分解して放出される。
リーンＮＯｘ触媒１１から放出されたＮＯｘは、リッチ燃焼後の排気ガス（酸素が存在しない）中に含まれるＨＣやＣＯ（還元剤として作用する）により、リーンＮＯｘ触媒１１上で還元浄化（ＮＯｘパージ）される。
このように、リーンＮＯｘ触媒１１は、ＮＯｘ吸蔵およびＮＯｘパージからなるサイクルを繰り返すことにより、排気ガス中のＮＯｘを浄化するようになっている。 On the other hand, the stored NOx in the lean NOx catalyst 11 is decomposed and released by switching the control air-fuel ratio in the combustion chamber 1 from lean to rich.
NOx released from the lean NOx catalyst 11 is reduced and purified (NOx purge) on the lean NOx catalyst 11 by HC and CO (acting as a reducing agent) contained in the exhaust gas after rich combustion (oxygen does not exist). )
As described above, the lean NOx catalyst 11 purifies NOx in the exhaust gas by repeating a cycle including NOx occlusion and NOx purge.

空燃比センサ１２は、三元触媒１０の上流側の排気管９に設けられ、燃焼室１から排出された直後の排気ガスの空燃比を計測する。
ＮＯｘセンサ１３は、リーンＮＯｘ触媒１１の下流側の排気管９に設けられ、排気ガス中のＮＯｘ濃度を計測する。 The air-fuel ratio sensor 12 is provided in the exhaust pipe 9 upstream of the three-way catalyst 10 and measures the air-fuel ratio of the exhaust gas immediately after being discharged from the combustion chamber 1.
The NOx sensor 13 is provided in the exhaust pipe 9 on the downstream side of the lean NOx catalyst 11 and measures the NOx concentration in the exhaust gas.

アクセルポジションセンサ１４は、運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み位置を計測して電気信号に変換する。
ＥＣＵ（電子式エンジン制御ユニット）２０は、各種センサ１２〜１５の検出信号（エンジンの運転状態）を取り込み、各種アクチュエータ５、６、７を駆動制御することにより、燃料噴射制御、点火制御および吸入空気量制御を行う。 The accelerator position sensor 14 measures the depression position of the accelerator pedal operated by the driver and converts it into an electrical signal.
The ECU (electronic engine control unit) 20 takes in detection signals (engine operating states) of the various sensors 12 to 15 and controls driving of the various actuators 5, 6, 7, thereby controlling fuel injection, ignition, and suction. Perform air volume control.

ＥＣＵ２０は、後述するように、ＮＯｘパージ制御投入判定手段と、ＮＯｘパージ空燃比設定手段と、ＮＯｘパージ制御停止手段と、燃料制御手段とを備えている。
ＥＣＵ２０内のＮＯｘパージ制御投入判定手段は、エンジンの運転状態に基づいてＮＯｘパージ制御投入開始ＮＯｘ濃度を算出し、ＮＯｘセンサ１３の検出信号とＮＯｘパージ制御投入開始ＮＯｘ濃度とを比較して、検出信号（ＮＯｘ濃度）がＮＯｘパージ制御投入開始ＮＯｘ濃度よりも大きくなった時点で、ＮＯｘパージ制御の投入開始条件の成立を判定する。 As will be described later, the ECU 20 includes NOx purge control input determination means, NOx purge air-fuel ratio setting means, NOx purge control stop means, and fuel control means.
The NOx purge control input determination means in the ECU 20 calculates the NOx purge control input start NOx concentration based on the operating state of the engine, compares the detection signal of the NOx sensor 13 with the NOx purge control input start NOx concentration, and detects it. When the signal (NOx concentration) becomes larger than the NOx purge control charging start NOx concentration, it is determined whether the NOx purge control charging start condition is satisfied.

ＮＯｘパージ空燃比設定手段は、運転状態に基づいてＮＯｘパージ空燃比（リッチ空燃比）を算出し、ＮＯｘパージ空燃比を空燃比リッチ状態の度合い（ＮＯｘパージ制御への投入時の還元剤濃度）として設定する。
また、ＮＯｘパージ空燃比設定手段は、ＮＯｘパージ制御の投入開始までの空燃比リーン時間を計測し、空燃比リーン時間に応じてＮＯｘパージ空燃比を補正する。 The NOx purge air-fuel ratio setting means calculates the NOx purge air-fuel ratio (rich air-fuel ratio) based on the operating state, and determines the NOx purge air-fuel ratio as the degree of the air-fuel ratio rich state (reductant concentration at the time of input to the NOx purge control). Set as.
The NOx purge air-fuel ratio setting means measures the air-fuel ratio lean time until the start of NOx purge control and corrects the NOx purge air-fuel ratio according to the air-fuel ratio lean time.

また、排気行程噴射判定手段は、運転状態に応じてＮＯｘスリップ濃度許容値を算出し、ＮＯｘパージ制御の投入開始時のＮＯｘセンサ１３の検出信号（ＮＯｘパージ制御への投入直後のＮＯｘスリップ量に相当）とＮＯｘスリップ濃度許容値とを比較して、ＮＯｘパージ制御の投入開始時の検出信号が、ＮＯｘスリップ濃度許容値以上を示す場合に、ＮＯｘスリップ量に応じて、必要な排気行程噴射（還元剤の追加供給）の実行条件の成立を判定する。 Further, the exhaust stroke injection determining means calculates the NOx slip concentration allowable value according to the operating state, and detects the NOx sensor 13 detection signal (NOx slip amount immediately after the NOx purge control is turned on) at the start of the NOx purge control. Equivalent) and the NOx slip concentration allowable value, and if the detection signal at the start of the injection of the NOx purge control indicates the NOx slip concentration allowable value or more, the required exhaust stroke injection ( It is determined whether or not an execution condition of (additional supply of reducing agent) is satisfied.

また、ＮＯｘパージ制御停止手段は、運転状態に応じてＮＯｘ浄化完了濃度を算出し、ＮＯｘセンサの検出信号に基づくＮＯｘ濃度とＮＯｘ浄化完了濃度とを比較して、ＮＯｘパージ制御の投入開始後の時間経過とともに吸蔵ＮＯｘの還元浄化が進行して、ＮＯｘ濃度がＮＯｘ浄化完了濃度以下まで低下した時点で、ＮＯｘパージ制御の停止条件の成立を判定する。
つまり、燃料制御手段は、ＮＯｘパージ制御の継続による吸蔵ＮＯｘの放出および還元浄化の完了をＮＯｘセンサ出力値から判定する。
さらに、ＥＣＵ２０内の燃料制御手段は、各手段を用いて実行されるリーンＮＯｘ触媒１１の各制御指示に基づいて、燃焼室１への燃料噴射を制御する。 Further, the NOx purge control stop means calculates the NOx purification completion concentration according to the operating state, compares the NOx concentration based on the detection signal of the NOx sensor and the NOx purification completion concentration, and after the start of the input of the NOx purge control. The NOx purge control stop condition is determined to be satisfied when the NOx storage purification progresses over time and the NOx concentration falls below the NOx purification completion concentration.
That is, the fuel control means determines from the NOx sensor output value whether the NOx is occluded and the reduction purification is completed by continuing the NOx purge control.
Further, the fuel control means in the ECU 20 controls fuel injection into the combustion chamber 1 based on each control instruction of the lean NOx catalyst 11 executed using each means.

図２は空燃比センサ１２の出力特性を示す説明図であり、図２において、横軸は空燃比Ａ／Ｆ、縦軸は空燃比センサ１２の出力電圧（検出信号）に対応する。
図２から明らかなように、空燃比センサ１２は、空燃比Ａ／Ｆに対して線形出力特性を持つことが分かる。
また、図３はＮＯｘセンサ１３の出力特性を示す説明図であり、図３において、横軸はＮＯｘ濃度、縦軸はＮＯｘセンサ１３の出力電圧（検出信号）に対応する。
図３から明らかなように、ＮＯｘセンサ１３は、ＮＯｘ濃度に対して線形出力特性を持つことが分かる。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing the output characteristics of the air-fuel ratio sensor 12. In FIG. 2, the horizontal axis corresponds to the air-fuel ratio A / F, and the vertical axis corresponds to the output voltage (detection signal) of the air-fuel ratio sensor 12.
As is apparent from FIG. 2, the air-fuel ratio sensor 12 has a linear output characteristic with respect to the air-fuel ratio A / F.
3 is an explanatory diagram showing output characteristics of the NOx sensor 13. In FIG. 3, the horizontal axis corresponds to the NOx concentration, and the vertical axis corresponds to the output voltage (detection signal) of the NOx sensor 13.
As is apparent from FIG. 3, the NOx sensor 13 has a linear output characteristic with respect to the NOx concentration.

次に、図４を参照しながら、図１に示したこの発明の実施の形態１による排気ガス浄化処理動作について説明する。
図４はこの発明の実施の形態１による排気ガス浄化装置の処理動作を示すタイミングチャートであり、横軸は時間に対応し、縦軸はセンサ出力電圧に対応する。
図４は、リーン燃焼時のＮＯｘ吸蔵制御（Ａ）と、リッチ燃焼時のＮＯｘパージ制御（Ｂ）とを繰り返したときの、空燃比センサ１２およびＮＯｘセンサ１３の各出力電圧の挙動（時間変化）を示している。 Next, the exhaust gas purification processing operation according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a timing chart showing the processing operation of the exhaust gas purifying apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The horizontal axis corresponds to time, and the vertical axis corresponds to the sensor output voltage.
FIG. 4 shows behaviors (time changes) of the output voltages of the air-fuel ratio sensor 12 and the NOx sensor 13 when the NOx occlusion control (A) during lean combustion and the NOx purge control (B) during rich combustion are repeated. ).

図４において、リーンＮＯｘ触媒１１の下流側に設けられたＮＯｘセンサ１３の出力電圧（検出信号）３１は、ＮＯｘ吸蔵制御（リーン燃焼時）（Ａ）において、時間経過とともに上昇する。
一方、三元触媒１０の上流側に設けられた空燃比センサ１２の出力電圧（検出信号）３２は、リーン燃焼時のＮＯｘ吸蔵制御（Ａ）においては「Ｈレベル」となり、リッチ燃焼時のＮＯｘパージ制御（Ｂ）においては「Ｌレベル」となる。
なお、空燃比センサ１２の出力電圧のＨレベルとＬレベルとの間に、１点鎖線で示すストイキ空燃比（１４．７）が位置する。 In FIG. 4, the output voltage (detection signal) 31 of the NOx sensor 13 provided on the downstream side of the lean NOx catalyst 11 increases with time in NOx occlusion control (during lean combustion) (A).
On the other hand, the output voltage (detection signal) 32 of the air-fuel ratio sensor 12 provided on the upstream side of the three-way catalyst 10 becomes “H level” in the NOx occlusion control (A) during lean combustion, and the NOx during rich combustion. In the purge control (B), it becomes “L level”.
A stoichiometric air-fuel ratio (14.7) indicated by a one-dot chain line is located between the H level and the L level of the output voltage of the air-fuel ratio sensor 12.

図４において、まず、ＮＯｘ吸蔵制御（Ａ）における挙動について説明する。
なお、ＮＯｘ吸蔵制御（Ａ）の状態になる前に、リーンＮＯｘ触媒１１内の吸蔵ＮＯｘは、あらかじめリッチ燃焼により、充分にＮＯｘパージされているものとする。
ＥＣＵ２０は、時刻ｔ１において、ＮＯｘパージの完了を判定すると、燃料噴射弁６の開弁駆動時間を減少させて、リーン空燃比による成層燃焼状態に切り替える。
ＮＯｘ吸蔵制御（Ａ）において、空燃比センサ１２の出力電圧３２は、リーン状態（Ｈレベル）を示している。 In FIG. 4, the behavior in the NOx occlusion control (A) will be described first.
It is assumed that the stored NOx in the lean NOx catalyst 11 is sufficiently purged with NOx in advance by rich combustion before entering the state of NOx storage control (A).
When the ECU 20 determines that the NOx purge is completed at time t1, the ECU 20 decreases the valve opening drive time of the fuel injection valve 6 and switches to the stratified combustion state with the lean air-fuel ratio.
In the NOx occlusion control (A), the output voltage 32 of the air-fuel ratio sensor 12 indicates a lean state (H level).

空燃比がリーンに切り替わった時刻ｔ１の直後においては、リーンＮＯｘ触媒１１には、排出ガス中のＮＯｘを貯蔵する能力が十分にあり、下流側のＮＯｘセンサ１３の出力電圧３１は低い値のままである。
しかし、時間経過とともに、リーンＮＯｘ触媒１１のＮＯｘ吸蔵量が増加して、空き容量が少なくなるにつれて、排気ガス中から吸蔵（貯蔵）しきれないＮＯｘがリーンＮＯｘ触媒１１の下流側に流れ出し、ＮＯｘセンサ１３の出力電圧３１が増大する。 Immediately after time t1 when the air-fuel ratio switches to lean, the lean NOx catalyst 11 has sufficient ability to store NOx in the exhaust gas, and the output voltage 31 of the downstream NOx sensor 13 remains at a low value. It is.
However, as the time passes, the NOx occlusion amount of the lean NOx catalyst 11 increases, and as the free capacity decreases, NOx that cannot be occluded (stored) flows out from the exhaust gas to the downstream side of the lean NOx catalyst 11, and NOx. The output voltage 31 of the sensor 13 increases.

その後、時刻ｔ２において、ＮＯｘセンサ１３の出力電圧３１が、運転状態に応じて設定された許容ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ＯＶ（上限値）に対応した電圧レベルを超過すると、リーンＮＯｘ触媒１１のＮＯｘ吸蔵量が飽和することになる。
したがって、ＥＣＵ２０は、リーン運転によるＮＯｘ吸蔵制御（Ａ）をこれ以上継続すると、排気ガス規制値をオーバーするものと判定し、リーン運転からリッチ運転に切り替えて、リーンＮＯｘ触媒１１内の吸蔵ＮＯｘのパージ制御（Ｂ）を開始する。 Thereafter, when the output voltage 31 of the NOx sensor 13 exceeds the voltage level corresponding to the allowable NOx concentration CNOx_OV (upper limit value) set according to the operation state at time t2, the NOx occlusion amount of the lean NOx catalyst 11 is saturated. Will do.
Therefore, when the NOx occlusion control (A) by the lean operation is continued further, the ECU 20 determines that the exhaust gas regulation value is exceeded, switches from the lean operation to the rich operation, and stores the NOx occlusion in the lean NOx catalyst 11. The purge control (B) is started.

ＮＯｘパージ制御（Ｂ）は、具体的には、エンジンの空燃比をリーンからリッチに変更することにより行われる。
このときのリッチ空燃比のレベル設定は、空燃比センサ１２の出力電圧３２において、破線３３で示すように、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）に切り替わる前のリーンＮＯｘ触媒１１のＮＯｘ吸蔵状態に基づいて補正設定する必要がある。 Specifically, the NOx purge control (B) is performed by changing the air-fuel ratio of the engine from lean to rich.
The level setting of the rich air-fuel ratio at this time is corrected based on the NOx occlusion state of the lean NOx catalyst 11 before switching to the NOx purge control (B) in the output voltage 32 of the air-fuel ratio sensor 12, as indicated by the broken line 33. Must be set.

ここで、図５を参照しながら、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）におけるリッチ空燃比レベルの補正設定の必要性について説明する。
図５はリーンＮＯｘ触媒１１に関するＮＯｘ流入速度（実線）およびＮＯｘ吸蔵容量（破線）とＮＯｘ吸蔵時の空燃比リーン時間ＴＬｅａｎとの関係を示す説明図である。
図５において、横軸は、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）に入る前の空燃比リーン時間ＴＬｅａｎに対応し、左側の縦軸（実線）は、リーンＮＯｘ触媒１１へのＮＯｘ流入速度に対応し、右側の縦軸（破線）は、リーンＮＯｘ触媒１１のＮＯｘ吸蔵容量に対応する。 Here, the necessity of the correction setting of the rich air-fuel ratio level in the NOx purge control (B) will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the NOx inflow rate (solid line) and the NOx storage capacity (broken line) regarding the lean NOx catalyst 11 and the air-fuel ratio lean time TLean during NOx storage.
In FIG. 5, the horizontal axis corresponds to the air-fuel ratio lean time TLean before entering the NOx purge control (B), and the left vertical axis (solid line) corresponds to the NOx inflow rate to the lean NOx catalyst 11, and the right side The vertical axis (broken line) corresponds to the NOx storage capacity of the lean NOx catalyst 11.

図５から明らかなように、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）に入る前のＮＯｘ吸蔵時の空燃比リーン時間ＴＬｅａｎが長い場合には、リーンＮＯｘ触媒１１のＮＯｘ吸蔵容量が大きい状態、または、リーンＮＯｘ触媒１１へのＮＯｘ流入速度が小さい状態を示している。
つまり、ＮＯｘ吸蔵時の空燃比リーン時間ＴＬｅａｎが長い場合には、リーンＮＯｘ触媒１１内に、（ａ）大量のＮＯｘが貯蔵されている状態、または、（ｂ）時間をかけて安定したＮＯｘ化合物が形成されている状態を示している。 As apparent from FIG. 5, when the air-fuel ratio lean time TLean at the time of NOx occlusion before entering the NOx purge control (B) is long, the lean NOx catalyst 11 has a large NOx occlusion capacity or the lean NOx catalyst. 11 shows a state in which the NOx inflow rate into the cylinder 11 is small.
That is, when the air-fuel ratio lean time TLean during NOx occlusion is long, (a) a large amount of NOx is stored in the lean NOx catalyst 11, or (b) a stable NOx compound over time. The state where is formed is shown.

したがって、空燃比リーン時間ＴＬｅａｎが長かった場合には、（ａ）または（ｂ）のいずれの状態であっても、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）を充分に行うために、通常よりも多くの還元剤を投入する必要がある。 Therefore, when the air-fuel ratio lean time TLean is long, in order to sufficiently perform the NOx purge control (B) in either state (a) or (b), more reducing agent than usual is used. Must be input.

次に、図４において、時刻ｔ２以降のＮＯｘセンサ１３の出力電圧３４に示すように、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）への投入直後には、過渡的にＮＯｘ濃度が高くなる「ＮＯｘスリップ」という現象が発生する。 Next, in FIG. 4, as indicated by the output voltage 34 of the NOx sensor 13 after time t2, a phenomenon called “NOx slip” in which the NOx concentration becomes transiently high immediately after the NOx purge control (B) is input. Will occur.

このように、ＮＯｘパージ制御時に過渡的に増加するＮＯｘ濃度により、ＮＯｘセンサ１３の出力電圧３４が、所定のＮＯｘスリップ許容濃度設定値ＣＮＯｘ＿Ｌｉｍに対応した電圧レベルを超過した場合には、排気ガス中のＮＯｘ濃度は、破線３５に示すような挙動を示す。
このとき、ＥＣＵ２０は、排気ガス規制を達成できないものと判定し、排気行程噴射による還元剤（ＨＣ、ＣＯ）の追加投入を行う。 As described above, when the output voltage 34 of the NOx sensor 13 exceeds the voltage level corresponding to the predetermined NOx slip allowable concentration set value CNOx_Lim due to the NOx concentration that transiently increases during the NOx purge control, The NOx concentration exhibits a behavior as indicated by a broken line 35.
At this time, the ECU 20 determines that the exhaust gas regulation cannot be achieved, and performs additional charging of the reducing agent (HC, CO) by exhaust stroke injection.

これにより、時刻ｔ２以降のＮＯｘセンサ１３の出力電圧３５（破線）に示すように、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）においては、パージ空燃比の設定とともに、排気行程噴射による還元剤の追加投入による吸蔵ＮＯｘの還元浄化にともなって、リーンＮＯｘ触媒１１の下流側のＮＯｘ濃度は低下する。 As a result, as indicated by the output voltage 35 (broken line) of the NOx sensor 13 after time t2, in the NOx purge control (B), the stored NOx by setting the purge air-fuel ratio and adding the reducing agent by exhaust stroke injection. With the reduction and purification of NOx, the NOx concentration on the downstream side of the lean NOx catalyst 11 decreases.

ただし、ＮＯｘの還元浄化が完了して、還元剤が不要になっているにも関わらず、リッチ状態でのＮＯｘパージ制御（Ｂ）を継続することは、燃費を悪化させる懸念がある。
そこで、ＥＣＵ２０は、吸蔵ＮＯｘの還元浄化完了を示すＮＯｘパージ制御終了ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ｐｅｎｄをあらかじめ設定しておき、ＮＯｘセンサ１３の出力電圧３４が設定濃度ＣＮＯｘ＿ｐｅｎｄに対応した電圧レベルまで低下した時点ｔ３で、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）を終了させる。 However, continuing NOx purge control (B) in the rich state despite the fact that NOx reduction purification is completed and the reducing agent is no longer necessary may cause a deterioration in fuel consumption.
Therefore, the ECU 20 presets a NOx purge control end NOx concentration CNOx_pend indicating completion of the reduction and purification of the stored NOx, and at a time t3 when the output voltage 34 of the NOx sensor 13 decreases to a voltage level corresponding to the set concentration CNOx_pend. The NOx purge control (B) is terminated.

このように、ＮＯｘパージ制御終了ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ｐｅｎｄの電圧レベルに応答して、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）を遅れなく完了することにより、燃費悪化を招く空燃比リッチ時間の過剰設定を防ぐことができる。 As described above, in response to the voltage level of the NOx purge control end NOx concentration CNOx_pend, the NOx purge control (B) is completed without delay, thereby preventing the excessive setting of the air-fuel ratio rich time causing the deterioration of fuel consumption.

次に、図６を参照しながら、この発明の実施の形態１による燃料噴射制御動作について説明する。
図６は燃料噴射弁６の駆動信号を燃焼室１およびピストン１７の状態とともに示すタイミングチャートであり、横軸はエンジンの吸気上死点からのクランク角［°］に対応している。 Next, the fuel injection control operation according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a timing chart showing the drive signal of the fuel injection valve 6 together with the states of the combustion chamber 1 and the piston 17, and the horizontal axis corresponds to the crank angle [°] from the intake top dead center of the engine.

図６において、燃料噴射弁６の駆動信号（燃料噴射タイミング）は、４サイクルのガソリンエンジンの各行程（吸気行程、圧縮行程、爆発行程および排気行程）に関連付けて示されている。
すなわち、エンジンは、１８０［°］のクランク角度ごとに吸気行程、圧縮行程、爆発行程および排気行程と経過し、各行程での吸気弁２および排気弁８の開閉動作は、吸気および排気の流れ（破線矢印参照）とともに概略的に示されている。 In FIG. 6, the drive signal (fuel injection timing) of the fuel injection valve 6 is shown in association with each stroke (intake stroke, compression stroke, explosion stroke, and exhaust stroke) of a 4-cycle gasoline engine.
That is, the engine passes through an intake stroke, a compression stroke, an explosion stroke, and an exhaust stroke every crank angle of 180 [°], and the opening and closing operations of the intake valve 2 and the exhaust valve 8 in each stroke are the flow of intake and exhaust. It is schematically shown with (see dashed arrows).

図６において、吸気行程（吸気弁２が開放、排気弁８が閉成）で燃料噴射する場合は、通常タイミングで燃料噴射弁６が駆動され、圧縮行程（吸気弁２および排気弁８が閉成）で燃料噴射する場合は、通常よりも遅角タイミングで燃料噴射弁６が駆動される。
また、爆発行程（吸気弁２が開放、排気弁８が閉成）では燃料噴射が行われず、排気行程（吸気弁２が開放、排気弁８が閉成）で燃料噴射する場合は、通常タイミングで燃料噴射弁６が駆動される。 In FIG. 6, when fuel is injected during the intake stroke (the intake valve 2 is open and the exhaust valve 8 is closed), the fuel injection valve 6 is driven at the normal timing, and the compression stroke (the intake valve 2 and the exhaust valve 8 are closed). In the case of fuel injection in (composition), the fuel injection valve 6 is driven at a retarded timing than usual.
Also, the fuel injection is not performed in the explosion stroke (the intake valve 2 is opened and the exhaust valve 8 is closed), and the fuel is injected in the exhaust stroke (the intake valve 2 is opened and the exhaust valve 8 is closed). Thus, the fuel injection valve 6 is driven.

図６内の右端に示す排気行程噴射においては、既燃ガスの排出中に燃料を噴射することにより、排気ガス中に燃料が混合されて排出され、この未燃燃料がリーンＮＯｘ触媒の追加還元剤として作用することになる。
ＮＯｘパージのリッチ空燃比は吸気行程噴射で形成される。またリーン燃焼の成層混合気は圧縮行程噴射で形成される。 In the exhaust stroke injection shown at the right end in FIG. 6, by injecting fuel during discharge of burned gas, fuel is mixed and discharged in the exhaust gas, and this unburned fuel is further reduced by the lean NOx catalyst. Will act as an agent.
The rich air-fuel ratio of the NOx purge is formed by intake stroke injection. A stratified mixture of lean combustion is formed by compression stroke injection.

次に、図７のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１による排気ガス浄化用の制御処理動作について具体的に説明する。
図７は成層燃焼状態でのＮＯｘ吸蔵制御（Ａ）およびＮＯｘパージ制御（Ｂ）のサブルーチンを示しており、ＥＣＵ２０内のメインプログラム（図示せず）において、成層燃焼が可能な運転状態であると判定された後に実行される。 Next, the control processing operation for exhaust gas purification according to Embodiment 1 of the present invention will be specifically described with reference to the flowchart of FIG.
FIG. 7 shows a subroutine of NOx occlusion control (A) and NOx purge control (B) in the stratified combustion state. In the main program (not shown) in the ECU 20, the operation state is such that stratified combustion is possible. It is executed after the determination.

図７において、ステップＳ４までの処理は、前述（図４参照）のＮＯｘ吸蔵制御（Ａ）に対応し、ステップＳ４以降の処理は、前述のＮＯｘパージ制御（Ｂ）に対応する。
まず、ＥＣＵ２０は、ＮＯｘ吸蔵制御（Ａ）において、エンジン回転数センサ１５の検出信号に基づくエンジン回転数、および、アクセルポジションセンサ１４の検出信号に基づくアクセル開度などから、エンジンの運転状態を検出する（ステップＳ１）。 In FIG. 7, the processing up to step S4 corresponds to the above-described NOx occlusion control (A) (see FIG. 4), and the processing after step S4 corresponds to the above-described NOx purge control (B).
First, in the NOx occlusion control (A), the ECU 20 detects the engine operating state from the engine speed based on the detection signal of the engine speed sensor 15 and the accelerator opening based on the detection signal of the accelerator position sensor 14. (Step S1).

続いて、検出された運転状態に基づいて、リッチ燃焼によるＮＯｘパージ制御（Ｂ）への投入開始の判定条件として、エンジンから排出されるＮＯｘ濃度を予測し、予測したＮＯｘ濃度の排気ガスが三元触媒１０を通過してリーンＮＯｘ触媒１１に流入したときに、ＮＯｘが吸蔵されずにリーンＮＯｘ触媒１１の下流側にあふれ出た場合のオーバーフロー許容濃度ＣＮＯｘ＿ＯＶを設定する（ステップＳ２）。 Subsequently, based on the detected operating state, the NOx concentration discharged from the engine is predicted as a determination condition for starting the NOx purge control (B) by rich combustion, and the exhaust gas having the predicted NOx concentration has three. An overflow allowable concentration CNOx_OV is set when NOx is not occluded and overflows to the downstream side of the lean NOx catalyst 11 when passing through the original catalyst 10 and flowing into the lean NOx catalyst 11 (step S2).

オーバーフロー許容濃度ＣＮＯｘ＿ＯＶは、現在の運転状態におけるＮＯｘ排出量を抑制して排気ガス規制が達成されるように、リーンＮＯｘ触媒１１に流入するガス濃度に所定の係数を乗算した値により設定される。 The allowable overflow concentration CNOx_OV is set by a value obtained by multiplying the concentration of gas flowing into the lean NOx catalyst 11 by a predetermined coefficient so that the exhaust gas regulation is achieved by suppressing the NOx emission amount in the current operation state.

次に、リーンＮＯｘ触媒１１の下流側のＮＯｘセンサ１３により、現時点での下流ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐを計測する（ステップＳ３）。
続いて、計測された下流ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐと、オーバーフロー許容濃度ＣＮＯｘ＿ＯＶとを比較して、ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐ≧ＣＮＯｘ＿ＯＶの関係を満たすか否かにより、リーンＮＯｘ触媒１１へのＮＯｘ吸蔵状態の継続可否を判定する（ステップＳ４）。 Next, the current downstream NOx concentration CNOx_samp is measured by the NOx sensor 13 on the downstream side of the lean NOx catalyst 11 (step S3).
Subsequently, the measured downstream NOx concentration CNOx_samp is compared with the overflow allowable concentration CNOx_OV, and it is determined whether or not the lean NOx catalyst 11 can continue the NOx occlusion state based on whether or not the relationship of CNOx_samp ≧ CNOx_OV is satisfied ( Step S4).

ステップＳ４において、ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐ＜ＣＮＯｘ＿ＯＶ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、リーンＮＯｘ触媒１１から下流側へのＮＯｘオーバーフロー量が許容上限値よりも小さいので、ＮＯｘ吸蔵状態をさらに継続し、下流ＮＯｘ濃度計測処理（ステップＳ３）に戻る。 If it is determined in step S4 that CNOx_samp <CNOx_OV (that is, NO), the NOx overflow amount from the lean NOx catalyst 11 to the downstream side is smaller than the allowable upper limit value, so the NOx occlusion state is further continued and the downstream NOx concentration The process returns to the measurement process (step S3).

一方、ステップＳ４において、ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐ≧ＣＮＯｘ＿ＯＶ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、ＮＯｘオーバーフロー量が許容上限値以上の状態なので、ＮＯｘ吸蔵制御（Ａ）を停止してＮＯｘパージ制御（Ｂ）に切り替えるために、ステップＳ５以降の処理に進む。 On the other hand, if it is determined in step S4 that CNOx_samp ≧ CNOx_OV (that is, YES), the NOx overflow amount is not less than the allowable upper limit value, so the NOx occlusion control (A) is stopped and switched to NOx purge control (B). Therefore, the process proceeds to step S5 and subsequent steps.

まず、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）の第１ステップとして、今回のＮＯｘパージ制御（Ｂ）に入る前のＮＯｘ吸蔵時の空燃比リーン時間ＴＬｅａｎを算出する（ステップＳ５）。
なお、ＮＯｘ吸蔵時の空燃比リーン時間ＴＬｅａｎは、たとえばＥＣＵ２０内に設けられたタイマによって算出される。 First, as the first step of the NOx purge control (B), the air-fuel ratio lean time TLean during NOx occlusion before entering the current NOx purge control (B) is calculated (step S5).
Note that the air-fuel ratio lean time TLean at the time of NOx occlusion is calculated, for example, by a timer provided in the ECU 20.

続いて、ステップＳ１で検出された運転状態に応じて、標準的なＮＯｘ吸蔵時の空燃比リーン時間ＴＬｅａｎ＿ｓｔを設定する（ステップＳ６）。
このとき、標準的な空燃比リーン時間ＴＬｅａｎ＿ｓｔは、図５に示したように、ＮＯｘ吸蔵容量が大きくなるほど長く、リーンＮＯｘ触媒１１へのＮＯｘ流入速度が小さいほど長くなる。 Subsequently, an air-fuel ratio lean time TLean_st at the time of NOx occlusion is set according to the operating state detected in step S1 (step S6).
At this time, as shown in FIG. 5, the standard air-fuel ratio lean time TLean_st becomes longer as the NOx storage capacity becomes larger, and becomes longer as the NOx inflow rate into the lean NOx catalyst 11 becomes smaller.

ここで、ＮＯｘ吸蔵時の空燃比リーン時間ＴＬｅａｎが標準リーン時間ＴＬｅａｎ＿ｓｔよりも長くなるということは、リーンＮＯｘ触媒１１内でＮＯｘ化合物が安定化することを示している。
また、このように安定化したＮＯｘを還元浄化するためには、より多くの高濃度還元ガスを供給する必要がある。 Here, the fact that the air-fuel ratio lean time TLean during NOx occlusion is longer than the standard lean time TLean_st indicates that the NOx compound is stabilized in the lean NOx catalyst 11.
In addition, in order to reduce and purify the stabilized NOx, it is necessary to supply more highly concentrated reducing gas.

したがって、空燃比リーン時間ＴＬｅａｎおよび標準リーン時間ＴＬｅａｎ＿ｓｔを用いて、標準的な空燃比Ａ／Ｆ＿ｓｔに補正をかけることにより、以下の式（１）のように、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）における設定空燃比Ａ／Ｆ＿Ｒｉｃｈを算出する（ステップＳ７）。 Accordingly, by correcting the standard air-fuel ratio A / F_st using the air-fuel ratio lean time TLean and the standard lean time TLean_st, the set empty in the NOx purge control (B) as shown in the following equation (1). The fuel ratio A / F_Rich is calculated (step S7).

Ａ／Ｆ＿Ｒｉｃｈ＝Ａ／Ｆ＿ｓｔ×ＴＬｅａｎ／ＴＬｅａｎ＿ｓｔ・・・（１） A / F_Rich = A / F_st × TLean / TLean_st (1)

式（１）において、比率「ＴＬｅａｎ／ＴＬｅａｎ＿ｓｔ」は、標準空燃比Ａ／Ｆ＿ｓｔに対する補正値である。
続いて、式（１）で算出したリッチ燃焼用（ＮＯｘパージ制御用）の空燃比Ａ／Ｆ＿Ｒｉｃｈを、設定空燃比Ａ／Ｆ＿Ｒｉｃｈとして設定し（ステップＳ８）、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）を開始する。 In equation (1), the ratio “TLean / TLean_st” is a correction value for the standard air-fuel ratio A / F_st.
Subsequently, the rich combustion (NOx purge control) air-fuel ratio A / F_Rich calculated by the equation (1) is set as the set air-fuel ratio A / F_Rich (step S8), and the NOx purge control (B) is started. .

ところで、ＮＯｘパージを開始した直後には、リーンＮＯｘ触媒１１内の吸蔵ＮＯｘが急に放出されるので、パージ排気ガスに含まれる還元ガスＨＣ、ＣＯのみでは還元浄化しきれないＮＯｘがリーンＮＯｘ触媒１１の下流側に排出される可能性がある。
この現象は「ＮＯｘスリップ」と呼ばれており、このときのスリップ量が多くなると、排気ガス規制値をオーバーするなどの問題が発生する。 By the way, immediately after the start of the NOx purge, the occluded NOx in the lean NOx catalyst 11 is suddenly released. Therefore, the NOx that cannot be reduced and purified only by the reducing gases HC and CO contained in the purge exhaust gas becomes the lean NOx catalyst. 11 may be discharged downstream.
This phenomenon is called “NOx slip”, and if the slip amount at this time increases, problems such as exceeding the exhaust gas regulation value occur.

上記ＮＯｘスリップを抑制するためには、排気行程噴射を行うことにより、未燃燃料をＮＯｘに対する還元剤としてリーンＮＯｘ触媒１１に供給する必要がある。
したがって、排気行程噴射の実行判定基準値として、ＮＯｘスリップ許容濃度ＣＮＯｘ＿Ｌｉｍを設定し（ステップＳ９）、現時点でのリーンＮＯｘ触媒１１の下流側のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐを計測する（ステップＳ１０）。 In order to suppress the NOx slip, it is necessary to supply unburned fuel to the lean NOx catalyst 11 as a reducing agent for NOx by performing exhaust stroke injection.
Therefore, the NOx slip allowable concentration CNOx_Lim is set as the execution determination reference value for the exhaust stroke injection (step S9), and the current NOx concentration CNOx_samp on the downstream side of the lean NOx catalyst 11 is measured (step S10).

次に、ＮＯｘスリップ許容濃度ＣＮＯｘ＿Ｌｉｍと、ステップＳ１０で計測されたＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐとを比較し、ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐ≦ＣＮＯｘ＿Ｌｉｍの関係を満たすか否かを判定する（ステップＳ１１）。
ステップＳ１１において、ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐ≦ＣＮＯｘ＿Ｌｉｍ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、排気行程噴射によるＮＯｘスリップの低減処理が不要な状態であると見なし、直ちにステップＳ１５（後述する）に進む。 Next, the NOx slip allowable concentration CNOx_Lim is compared with the NOx concentration CNOx_samp measured in step S10, and it is determined whether or not a relationship of CNOx_samp ≦ CNOx_Lim is satisfied (step S11).
If it is determined in step S11 that CNOx_samp ≦ CNOx_Lim (that is, YES), it is considered that the NOx slip reduction process by the exhaust stroke injection is unnecessary, and the process immediately proceeds to step S15 (described later).

一方、ステップＳ１１において、ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐ＞ＣＮＯｘ＿Ｌｉｍ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、排気行程噴射によるＮＯｘスリップの低減処理が必要な状態であると見なし、以下の式（２）のように、燃料噴射弁６に対する排気行程噴射パルス幅Ｐｉｎｊを算出する（ステップＳ１２）。 On the other hand, if it is determined in step S11 that CNOx_samp> CNOx_Lim (that is, NO), it is considered that the NOx slip reduction process by the exhaust stroke injection is necessary, and fuel injection is performed as in the following equation (2). An exhaust stroke injection pulse width Pinj for the valve 6 is calculated (step S12).

Ｐｉｎｊ＝（ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐ−ＣＮＯｘ＿Ｌｉｍ）×Ｋｄｒｖ・・・（２） Pinj = (CNOx_samp−CNOx_Lim) × Kdrv (2)

式（２）において、排気行程噴射パルス幅Ｐｉｎｊは、ＮＯｘ濃度偏差（ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐ−ＣＮＯｘ＿Ｌｉｍ）に対して比例関係を有しており、運転状態に応じた係数Ｋｄｒｖを乗算した値となる。
続いて、式（２）で算出された排気行程噴射パルス幅Ｐｉｎｊにより排気行程噴射を実行し（ステップＳ１３）、現時点でのリーンＮＯｘ触媒１１の下流側のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐを再度計測して（ステップＳ１４）、ステップＳ１５に進む。 In equation (2), the exhaust stroke injection pulse width Pinj is proportional to the NOx concentration deviation (CNOx_samp−CNOx_Lim), and is a value obtained by multiplying the coefficient Kdrv according to the operating state.
Subsequently, exhaust stroke injection is executed with the exhaust stroke injection pulse width Pinj calculated by the equation (2) (step S13), and the NOx concentration CNOx_samp on the downstream side of the lean NOx catalyst 11 at this time is measured again (step S13). S14), the process proceeds to step S15.

ステップＳ１５において、ＥＣＵ２０は、ＮＯｘパージ制御終了ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ｐｅｎｄを設定する。
ＮＯｘパージ制御（Ｂ）が開始されてから時間が経過すると、リーンＮＯｘ触媒１１内に吸蔵されていたＮＯｘがすべて還元浄化されるので、リーンＮＯｘ触媒１１の下流側のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐは低下していく。
前述した通り、従来装置の制御では、実際の還元浄化に必要な時間に対して充分長い時間をパージ時間と設定していたので、パージ時間の長期化（空燃比リッチ時間の増大）によって燃費の悪化を招いていた。 In step S15, the ECU 20 sets the NOx purge control end NOx concentration CNOx_pend.
When time elapses after the start of the NOx purge control (B), all of the NOx stored in the lean NOx catalyst 11 is reduced and purified, so the NOx concentration CNOx_samp on the downstream side of the lean NOx catalyst 11 decreases. Go.
As described above, in the control of the conventional apparatus, a sufficiently long time is set as the purge time with respect to the time required for the actual reduction and purification. Therefore, the fuel consumption is improved by extending the purge time (increasing the air-fuel ratio rich time). It was deteriorating.

しかし、この発明の実施の形態１による制御では、以下のように、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）の完了タイミングを的確に判定することができる。
すなわち、ステップＳ１５においてＮＯｘパージ制御終了ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ｐｅｎｄを設定し、続いて、ＮＯｘパージ制御終了ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ｐｅｎｄと、リーンＮＯｘ触媒１１の下流側で計測された現時点でのＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐとを比較し、ＣＮＯｘ＿ｐｅｎｄ≦ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐの関係を満たすか否かにより、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）の完了タイミングを判定する（ステップＳ１６）。 However, in the control according to the first embodiment of the present invention, the completion timing of the NOx purge control (B) can be accurately determined as follows.
That is, the NOx purge control end NOx concentration CNOx_pend is set in step S15, and then the NOx purge control end NOx concentration CNOx_pend is compared with the current NOx concentration CNOx_samp measured on the downstream side of the lean NOx catalyst 11, The completion timing of the NOx purge control (B) is determined based on whether or not the relationship of CNOx_pend ≦ CNOx_samp is satisfied (step S16).

ステップＳ１６において、ＣＮＯｘ＿ｐｅｎｄ＞ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）が未完了の状態と見なし、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）を継続して、ステップＳ１０に戻る。
一方、ステップＳ１６において、ＣＮＯｘ＿ｐｅｎｄ≦ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）の終了タイミングであると見なし、リッチ燃焼用（パージ制御用）の設定空燃比Ａ／Ｆ＿Ｒｉｃｈ設定を解除して（ステップＳ１７）、図７の処理ルーチンを終了する。 If it is determined in step S16 that CNOx_pend> CNOx_samp (that is, NO), the NOx purge control (B) is regarded as an incomplete state, the NOx purge control (B) is continued, and the process returns to step S10.
On the other hand, if it is determined in step S16 that CNOx_pend ≦ CNOx_samp (that is, YES), it is regarded as the end timing of the NOx purge control (B), and the setting air-fuel ratio A / F_Rich setting for rich combustion (for purge control) is set. Is canceled (step S17), and the processing routine of FIG. 7 is terminated.

以上のように、この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置は、燃焼室１内に燃料を直接噴射して空気過剰（リーン）状態で燃料を成層燃焼させる筒内直噴式のエンジン制御装置であって、排気管９に設置されて排気ガス中の有害成分を浄化する三元触媒（第１の触媒）１０と、三元触媒１０の下流側の排気系に設置されて、リーン燃焼後の排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵ＮＯｘとして貯蔵するとともに、リッチ燃焼後の排気ガスに対して吸蔵ＮＯｘを放出して還元浄化するリーンＮＯｘ触媒（第２の触媒）１１と、リーンＮＯｘ触媒１１の下流側の排気系に設けられて、排気ガス中のＮＯｘ濃度に相関した信号を出力するＮＯｘセンサ１３と、エンジンの回転数、負荷または空燃比を含む運転状態を検出する各種センサ（運転状態検出手段）１２〜１５と、リーンＮＯｘ触媒１１内の吸蔵ＮＯｘを放出して還元浄化するＮＯｘパージ制御を実行するための空燃比リッチ状態への投入開始条件を判定するＮＯｘパージ制御投入判定手段（ＥＣＵ２０、ステップＳ４）と、空燃比リッチ状態の度合い（空燃比Ａ／Ｆ＿Ｒｉｃｈ）を設定するＮＯｘパージ空燃比設定手段（ＥＣＵ２０、ステップＳ７、Ｓ８）と、ＮＯｘパージ制御により還元剤投入量が不足した場合に、排気行程噴射による還元剤の追加供給の実行条件を判定する排気行程噴射判定手段（ＥＣＵ２０、ステップＳ１１）と、ＮＯｘパージ制御の停止条件を判定するＮＯｘパージ制御停止手段（ＥＣＵ２０、ステップＳ１６）と、ＮＯｘパージ制御投入判定手段、排気行程噴射判定手段およびＮＯｘパージ制御停止手段の判定結果と、ＮＯｘパージ空燃比設定手段の設定結果とに基づいて燃焼室内への燃料噴射量を制御する燃料制御手段（ＥＣＵ２０）とを備えている。 As described above, the engine control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention is an in-cylinder direct injection engine control apparatus that directly injects fuel into the combustion chamber 1 and stratifies the fuel in an excess air (lean) state. A three-way catalyst (first catalyst) 10 that is installed in the exhaust pipe 9 to purify harmful components in the exhaust gas, and is installed in an exhaust system downstream of the three-way catalyst 10, after lean combustion Of lean NOx catalyst 11 (second catalyst) 11 for storing and reducing NOx contained in the exhaust gas of NO. A NOx sensor 13 provided in the exhaust system on the downstream side and outputs a signal correlated with the NOx concentration in the exhaust gas, and various sensors (operating state detection) for detecting the operating state including the engine speed, load or air-fuel ratio. Means) 12 to 15 and NOx purge control input determination means (ECU 20) for determining the start condition of the air-fuel ratio rich state for executing NOx purge control for reducing and purifying the stored NOx in the lean NOx catalyst 11 , Step S4), NOx purge air-fuel ratio setting means (ECU 20, steps S7, S8) for setting the degree of air-fuel ratio rich state (air-fuel ratio A / F_Rich), and when the reducing agent input amount is insufficient due to NOx purge control In addition, exhaust stroke injection determining means (ECU 20, step S11) for determining the execution condition of additional supply of reducing agent by exhaust stroke injection, and NOx purge control stopping means (ECU 20, step S16) for determining stop conditions for NOx purge control. NOx purge control input determination means, exhaust stroke injection determination means, and NOx purge control stop Includes a judgment result of the step, the fuel control means for controlling the fuel injection quantity into the combustion chamber on the basis of the result of setting of the NOx purge air-fuel ratio setting means and (ECU 20).

ＮＯｘパージ制御投入判定手段（ステップＳ４）は、ＮＯｘセンサ１３により検出されたリーンＮＯｘ触媒１１の下流側のＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐと、エンジンの運転状態に応じて定められたリーンＮＯｘ触媒１１の下流側でのオーバーフロー許容濃度（リーンＮＯｘ触媒１１のＮＯｘ吸蔵容量のオーバーフローを示す）ＣＮＯｘ＿Ｌｉｍとを比較し、ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐ≧ＣＮＯｘ＿Ｌｉｍを満たす場合に、ＮＯｘパージ制御の開始条件成立を判定する。 The NOx purge control input determination means (step S4) is provided on the downstream side of the lean NOx catalyst 11 determined according to the NOx concentration CNOx_samp on the downstream side of the lean NOx catalyst 11 detected by the NOx sensor 13 and the operating state of the engine. Is compared with CNOx_Lim (indicating an overflow of the NOx storage capacity of the lean NOx catalyst 11), and if CNOx_samp ≧ CNOx_Lim is satisfied, it is determined that the start condition for the NOx purge control is satisfied.

ＮＯｘパージ空燃比設定手段（ステップＳ７、Ｓ８）は、触媒状態および運転状態に基づいてＮＯｘパージ制御（Ｂ）への投入時の還元剤濃度（空燃比リッチ度合い）を判定して、空燃比Ａ／Ｆ＿Ｒｉｃｈを設定する。
また、排気行程噴射判定手段（ステップＳ１１）は、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）に投入した直後のＮＯｘスリップ量をＮＯｘセンサ１３で計測し、ＮＯｘスリップ量に応じて、ＮＯｘスリップの抑制に要する還元剤をエンジンの排気行程中に追加供給することの必要性を判定する。 The NOx purge air-fuel ratio setting means (steps S7 and S8) determines the reducing agent concentration (the air-fuel ratio rich degree) at the time of input to the NOx purge control (B) based on the catalyst state and the operating state, and the air-fuel ratio A Set / F_Rich.
Further, the exhaust stroke injection determining means (step S11) measures the NOx slip amount immediately after being put into the NOx purge control (B) by the NOx sensor 13, and according to the NOx slip amount, the reducing agent required for suppressing the NOx slip. Is determined during the exhaust stroke of the engine.

ＮＯｘパージ制御停止手段（ステップＳ１６）は、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）の継続による吸蔵ＮＯｘの放出および還元浄化の完了を、ＮＯｘセンサ１３により計測されたＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐから判定する。
さらに、ＥＣＵ２０内の燃料制御手段は、上記各手段を用いて実行されるリーンＮＯｘ触媒１１に対する各制御指示に基づいて、燃焼室１内への燃料噴射量および噴射タイミングを制御する。 The NOx purge control stop means (step S16) determines from the NOx concentration CNOx_samp measured by the NOx sensor 13 whether the NOx occlusion is released or the reduction purification is completed by continuing the NOx purge control (B).
Further, the fuel control means in the ECU 20 controls the fuel injection amount and the injection timing into the combustion chamber 1 based on each control instruction for the lean NOx catalyst 11 that is executed using each of the above means.

この発明の実施の形態１によれば、エンジン筒内に燃料を直接噴射してリーン（希薄燃料）燃焼を行う筒内直噴エンジン制御装置において、リーンＮＯｘ触媒１１の下流側に設けられたＮＯｘセンサ１３の検出信号（ＮＯｘ濃度）を用いて、ＮＯｘの貯蔵およびパージ制御を行うとともに、ＮＯｘパージ制御を継続することによる吸蔵ＮＯｘの放出条件および還元浄化の完了条件を判定することができる。 According to Embodiment 1 of the present invention, in an in-cylinder direct injection engine control apparatus that directly injects fuel into an engine cylinder and performs lean (lean fuel) combustion, NOx provided downstream of the lean NOx catalyst 11 Using the detection signal (NOx concentration) of the sensor 13, NOx storage and purge control can be performed, and the storage NOx release condition and reduction purification completion condition by continuing the NOx purge control can be determined.

すなわち、リーンＮＯｘ触媒１１の下流側にＮＯｘセンサ１３を設け、リーンＮＯｘ触媒１１に対する従来のオープンループ制御に代えて、ＮＯｘセンサ１３の検出信号に基づいてリーンＮＯｘ触媒１１の状態を判定しながらフィードバック制御を行うことにより、リーンＮＯｘ触媒１１の温度および性能に応じて変化するパージ期間およびパージ制御投入時の空燃比Ａ／Ｆ＿Ｒｉｃｈ（空燃比リッチ度合い）を最適に制御することができる。
したがって、大気中に放出される排気ガスの悪化を抑制するとともに、過剰リッチパージ投入による燃費の悪化を防止することができる。 That is, a NOx sensor 13 is provided on the downstream side of the lean NOx catalyst 11 and feedback is performed while determining the state of the lean NOx catalyst 11 based on the detection signal of the NOx sensor 13 instead of the conventional open loop control for the lean NOx catalyst 11. By performing the control, it is possible to optimally control the purge period that changes according to the temperature and performance of the lean NOx catalyst 11 and the air-fuel ratio A / F_Rich (the air-fuel ratio rich degree) when the purge control is turned on.
Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the exhaust gas released into the atmosphere and to prevent the deterioration of the fuel consumption due to the excessive rich purge.

また、ＮＯｘセンサ１３の検出信号に基づいて、リーンＮＯｘ触媒１１のＮＯｘ吸蔵容量の飽和状態（ＮＯｘオーバーフロー）を検出し、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）への投入条件を判定することにより、リーンＮＯｘ触媒１１の温度や経時劣化などに起因したＮＯｘ貯蔵性能の変化を考慮して、過剰に設定したＮＯｘ吸蔵量の最大値を用いることなく、実際のＮＯｘ吸蔵量に応じたリーン燃焼時間（ＮＯｘ吸蔵期間）を設定することができる。
したがって、ＮＯｘ吸蔵容量の低下状態が推測結果よりも進んでいたことによるＮＯｘの大気放散や、ＮＯｘ吸蔵量を低く推測したことによるＮＯｘパージ過剰投入による燃費の悪化などを抑制することができる。 Further, based on the detection signal of the NOx sensor 13, the saturation state (NOx overflow) of the NOx storage capacity of the lean NOx catalyst 11 is detected, and the charging condition for the NOx purge control (B) is determined, thereby determining the lean NOx catalyst. In consideration of changes in NOx storage performance due to temperature, deterioration with time, etc., the lean combustion time (NOx occlusion period) according to the actual NOx occlusion amount without using an excessively set maximum value of NOx occlusion amount ) Can be set.
Therefore, it is possible to suppress the NOx atmospheric emission due to the lowering of the NOx storage capacity being more advanced than the estimation result, the deterioration of fuel consumption due to the excessive NOx purge input due to the low NOx storage amount estimation, and the like.

また、ＮＯｘパージ制御（Ｂ）への投入時に、ＮＯｘセンサの出力信号に基づいて、ＮＯｘ還元剤（ＨＣ、ＣＯ）を、ＮＯｘ浄化に必要最小限の量で、かつ余剰燃料が触媒下流から排出されない量を、排気行程噴射による燃料として追加投入することにより、ＮＯｘパージ制御の投入時に発生するＮＯｘスリップ量を減少させて、ＮＯｘスリップを効果的に低減することができる。 Also, when NOx purge control (B) is turned on, based on the output signal of the NOx sensor, NOx reducing agent (HC, CO) is discharged in the minimum amount necessary for NOx purification and surplus fuel is discharged from the downstream of the catalyst. By additionally charging the amount that is not used as fuel by exhaust stroke injection, the amount of NOx slip that occurs when the NOx purge control is turned on can be reduced, and NOx slip can be effectively reduced.

また、ＮＯｘパージ制御中においても、ＮＯｘセンサ１３の検出信号に基づいて、リーンＮＯｘ触媒１１内の吸蔵ＮＯｘの還元浄化の完了を判定することにより、リーンＮＯｘ触媒１１の温度および性能に応じて変化するパージ期間を最適に制御して、過剰リッチパージ投入による燃費の悪化を防止することができる。 Further, even during the NOx purge control, the completion of the reduction and purification of the stored NOx in the lean NOx catalyst 11 is determined based on the detection signal of the NOx sensor 13, thereby changing according to the temperature and performance of the lean NOx catalyst 11. It is possible to optimally control the purge period to prevent deterioration of fuel consumption due to excessive rich purge input.

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、ＥＣＵ２０内のＮＯｘパージ制御投入判定手段（ステップＳ４）において、ＮＯｘセンサ１３の計測値（ＮＯｘ濃度ＣＮＯｘ＿ｓａｍｐ）をそのままオーバーフロー許容濃度ＣＮＯｘ＿ＯＶと比較したが、積分処理後の計測値を鑑定基準値（オーバーフロー許容濃度）と比較してもよい。 Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the measured value (NOx concentration CNOx_samp) of the NOx sensor 13 is directly compared with the overflow allowable concentration CNOx_OV in the NOx purge control input determination means (step S4) in the ECU 20. The measured value may be compared with an appraisal reference value (overflow allowable concentration).

この場合、ＮＯｘパージ制御投入判定手段は、たとえば図４内のＮＯｘセンサ１３の出力電圧３１に対し、ＮＯｘ吸蔵制御（Ａ）の期間中にわたって積分処理を施し、運転状態に基づくＮＯｘパージ制御投入開始ＮＯｘ濃度積分値を算出する。
また、ＮＯｘパージ制御投入判定手段は、ＮＯｘパージ制御投入開始ＮＯｘ濃度積分値の判定用基準値となるオーバーフロー許容濃度ＣＮＯｘ＿ＯＶに対しても、同様の積分処理を施し、対応したＮＯｘパージ制御投入開始ＮＯｘ濃度積分値として設定変更する。 In this case, for example, the NOx purge control input determining means performs integration processing for the output voltage 31 of the NOx sensor 13 in FIG. 4 during the period of NOx occlusion control (A), and starts NOx purge control input based on the operating state. The NOx concentration integrated value is calculated.
Further, the NOx purge control charging determination means performs the same integration process on the overflow allowable concentration CNOx_OV, which is the reference value for determining the NOx purge control charging start NOx concentration integrated value, and corresponding NOx purge control charging start NOx. Change the setting as the integrated density value.

以下、前述と同様に、ＮＯｘセンサの検出信号積分値とＮＯｘパージ制御投入開始ＮＯｘ濃度積分値とを比較して、検出信号積分値がＮＯｘパージ制御投入開始ＮＯｘ濃度積分値よりも大きくなった時点で、ＮＯｘパージ制御の投入開始条件の成立を判定する。
これにより、ＮＯｘ吸蔵制御（Ａ）におけるＮＯｘセンサ１３の計測値（ＮＯｘ濃度）の変化分も考慮することができるので、排気ガス浄化処理の信頼性をさらに向上させることができる。 Thereafter, as described above, the detection signal integrated value of the NOx sensor is compared with the NOx purge control charging start NOx concentration integrated value, and the detection signal integrated value becomes larger than the NOx purge control charging start NOx concentration integrated value. Thus, it is determined whether or not the NOx purge control charging start condition is satisfied.
Thereby, since the change of the measured value (NOx concentration) of the NOx sensor 13 in the NOx occlusion control (A) can be taken into consideration, the reliability of the exhaust gas purification process can be further improved.

この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the engine control apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図１内の空燃比センサの出力特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the output characteristic of the air fuel ratio sensor in FIG. 図１内のＮＯｘセンサの出力特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the output characteristic of the NOx sensor in FIG. この発明の実施の形態１によるリーンＮＯｘ触媒の制御動作をＮＯｘセンサの出力電圧とともに示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing the control operation of the lean NOx catalyst according to Embodiment 1 of the present invention together with the output voltage of the NOx sensor. 図１内のリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵時の空燃比リーン時間とＮＯｘ吸蔵容量およびＮＯｘ流入速度との関係を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between an air-fuel ratio lean time during NOx storage of the lean NOx catalyst in FIG. 1, a NOx storage capacity, and a NOx inflow rate. この発明の実施の形態１による燃料噴射タイミングをエンジン行程と関連させて示すタイミングチャートである。3 is a timing chart showing the fuel injection timing according to the first embodiment of the present invention in relation to the engine stroke. この発明の実施の形態１による制御動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control action by Embodiment 1 of this invention.

Explanation of symbols

１燃焼室、９排気管、１０三元触媒（第１の触媒）、１１リーンＮＯｘ触媒（第２の触媒）、１２空燃比センサ（運転状態検出手段）、１３ＮＯｘセンサ、１４アクセルポジションセンサ（運転状態検出手段）、１５エンジン回転数センサ（運転状態検出手段）、２０ＥＣＵ、Ｓ４ＮＯｘパージ制御投入判定手段、Ｓ７、Ｓ８ＮＯｘパージ空燃比設定手段、Ｓ１１排気行程噴射判定手段、Ｓ１６ＮＯｘパージ制御停止手段。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion chamber, 9 Exhaust pipe, 10 Three way catalyst (1st catalyst), 11 Lean NOx catalyst (2nd catalyst), 12 Air fuel ratio sensor (operation state detection means), 13 NOx sensor, 14 Accelerator position sensor ( (Operation state detection means), 15 engine speed sensor (operation state detection means), 20 ECU, S4 NOx purge control input determination means, S7, S8 NOx purge air-fuel ratio setting means, S11 exhaust stroke injection determination means, S16 NOx purge control Stop means.

Claims

An in-cylinder direct injection engine control device that directly injects fuel into a combustion chamber of an engine and stratifies the fuel in an excess air state,
A first catalyst installed in the exhaust pipe of the engine to purify harmful components in the exhaust gas;
Installed in the exhaust system downstream of the first catalyst, stores NOx contained in the exhaust gas after lean combustion as occluded NOx, and releases the occluded NOx to the exhaust gas after rich combustion A second catalyst for reduction and purification;
A NOx sensor that is provided in an exhaust system downstream of the second catalyst and outputs a signal correlated with the NOx concentration in the exhaust gas;
An operating state detecting means for detecting an operating state including the engine speed, load or air-fuel ratio;
NOx purge control input determining means for determining an injection start condition to an air-fuel ratio rich state for executing NOx purge control for reducing and purifying the stored NOx in the second catalyst;
NOx purge air-fuel ratio setting means for setting the degree of the air-fuel ratio rich state;
An exhaust stroke injection determining means for determining an execution condition of additional supply of the reducing agent by exhaust stroke injection when the amount of reducing agent input is insufficient by the NOx purge control;
NOx purge control stop means for determining a stop condition for the NOx purge control;
The fuel injection amount into the combustion chamber is controlled based on the determination results of the NOx purge control input determination means, the exhaust stroke injection determination means, and the NOx purge control stop means, and the setting result of the NOx purge air-fuel ratio setting means. And an engine control device.

The NOx purge control charging determination means calculates a NOx purge control charging start NOx concentration based on the operating state, compares the detection signal of the NOx sensor with the NOx purge control charging start NOx concentration, and detects the detection signal. 2. The engine control device according to claim 1, wherein when the NOx purge control charging start NOx concentration becomes larger than the NOx purge control charging start NOx concentration, it is determined whether the NOx purge control charging start condition is satisfied.

The NOx purge control charging determination means calculates a NOx purge control charging start NOx concentration integrated value based on the operating state, and compares the detected signal integrated value of the NOx sensor with the NOx purge control charging start NOx concentration integrated value. Then, when the detection signal integral value becomes larger than the NOx purge control charging start NOx concentration integrated value, it is determined that the charging start condition of the NOx purge control is satisfied. Engine control device.

2. The NOx purge air-fuel ratio setting unit calculates a NOx purge air-fuel ratio based on the operation state, and sets the NOx purge air-fuel ratio as a degree of the air-fuel ratio rich state. 4. The engine control device according to any one of up to 3.

5. The NOx purge air-fuel ratio setting means measures an air-fuel ratio lean time until the start of input of the NOx purge control, and corrects the NOx purge air-fuel ratio according to the air-fuel ratio lean time. The engine control device described in 1.

The exhaust stroke injection determining means calculates a NOx slip concentration allowable value according to the operation state, and compares the detection signal of the NOx sensor at the start of the injection of the NOx purge control with the NOx slip concentration allowable value. The determination of whether or not the exhaust stroke injection execution condition is satisfied is made when a detection signal at the start of charging of the NOx purge control indicates the NOx slip concentration allowable value or more. The engine control device according to any one of the above.

The NOx purge control stop means calculates the NOx purification completion concentration according to the operating state, compares the NOx concentration based on the detection signal of the NOx sensor and the NOx purification completion concentration, and inputs the NOx purge control. The NOx purge control stop condition is determined to be satisfied at the time when the NOx storage purification progresses with time after the start and the NOx concentration drops below the NOx purification completion concentration. The engine control device according to any one of claims 1 to 6.