JP3680241B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for internal combustion engine Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、詳細には流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯX を吸収し流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯX を放出するＮＯX 吸蔵還元触媒を備えた排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯX （窒素酸化物）を吸収し、流入する排気の空燃比がリッチになると吸収したＮＯX を放出、還元浄化するＮＯX 吸蔵還元触媒が知られている。
この種のＮＯX 吸蔵還元触媒を使用した排気浄化装置の例としては、例えば特許登録第２６００４９２号に記載されたものがある。上記特許の排気浄化装置はリーン空燃比運転を行う機関の排気通路にＮＯX 吸蔵還元触媒を配置し、機関のリーン空燃比運転中にＮＯX 吸蔵還元触媒に排気中のＮＯX を吸収させ、ＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収量が増大したときに機関を短時間理論空燃比またはリッチ空燃比で運転するリッチスパイク操作を行うことにより、ＮＯX 吸蔵還元触媒から吸収したＮＯX を放出させるとともに放出されたＮＯX を還元浄化している。すなわち、排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になると、リーン空燃比の排気に較べて排気中の酸素濃度が急激に低下するとともに、排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ成分の量が急激に増大する。このため、リッチスパイク操作により機関運転空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比に切り換えられると、ＮＯX 吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比はリーン空燃比から理論空燃比またはリッチ空燃比に変化し、排気中の酸素濃度の低下によりＮＯX 吸蔵還元触媒からＮＯX が放出される。また、上記のように理論空燃比またはリッチ空燃比の排気中には比較的多量の未燃ＨＣ、ＣＯ成分が含まれるため、ＮＯX 吸蔵還元触媒から放出されたＮＯX は排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ成分と反応し還元される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特許登録第２６００４９２号のように、機関のリーン空燃比運転中にリッチスパイク操作によりＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX の放出、還元浄化を行なう場合には、一般に機関がアイドル等の極低負荷で運転されている場合にはリッチスパイク操作を禁止するようにしている。リッチスパイク操作時には機関運転空燃比はリーンからリッチに急激に変更するため空燃比の急変による失火が生じやすくなる。アイドル等の極低負荷運転時（機関吸入空気量が小さいとき）に失火が生じると機関そのもののストールが生じる可能性があり、従来アイドル等の極低負荷運転時にリッチスパイク操作を行なうことは機関運転の安定性からみて好ましくないとされていた。また、極低負荷運転時には機関排気温度が低くなり、それに応じてＮＯX 吸蔵還元触媒の温度も低下するためリッチスパイク操作を行なってもＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX の放出と還元浄化を効率的に行なうことができないこと、更に極低負荷運転時には機関のＮＯX 排出量もかなり低下するためＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX の放出、還元浄化のためのリッチスパイク操作の必要度も比較的低くなる等の理由から、従来ＮＯX 吸蔵還元触媒を用いた排気浄化装置ではアイドル等の機関極低負荷運転時にはリッチスパイクを実行しないようにしている。
【０００４】
ところが、アイドル等の機関極低負荷運転時には機関のＮＯX 排出量は低下するものの、極低負荷運転時にも機関からはＮＯX が排出されるため、ＮＯX 吸蔵還元触媒の吸蔵ＮＯX 量は徐々に増大する。このため、アイドル等の機関極低負荷運転が長時間継続するとＮＯX 吸蔵還元触媒の吸蔵ＮＯX 量が飽和量に到達してしまい、排気中のＮＯX がＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されずにそのまま大気に放出されるようになる場合が生じる。このため、アイドル等の機関極低負荷運転時にもＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX の放出と還元浄化とを行なう必要が生じている。
【０００５】
本発明は、機関極低負荷運転時にも機関のストールを生じることなくリッチスパイク操作を行い、しかもＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX の放出、還元浄化を効率的に実施可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、機関排気通路に、流入する排気の空燃比がリーンの時に排気中のＮＯXを吸収し流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯXを放出、還元浄化するＮＯX吸蔵還元触媒を配置し、機関のリーン空燃比運転中にＮＯX吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯXを、短時間機関空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えるリッチスパイク操作を行なうことにより放出、還元浄化する内燃機関の排気浄化装置において、機関極低負荷運転時には、通常運転時のリッチスパイク操作よりリッチスパイク時の機関運転空燃比変化幅が小さいリッチスパイク操作を行なうことによりＮＯX吸蔵還元触媒からのＮＯXの放出と還元浄化とを行なう内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００７】
すなわち、請求項１の発明ではアイドル等の機関極低負荷運転時にもリッチスパイク操作を行いＮＯX吸蔵還元触媒から吸収したＮＯXを放出させ、還元浄化する。また、極低負荷運転時のリッチスパイク操作時の空燃比は、通常運転時（極低負荷運転以外の運転時）のリッチスパイク操作の空燃比と較べてより高いリッチ空燃比（より理論空燃比に近いリッチ空燃比）とされる。これにより、極低負荷運転時におけるリッチスパイク操作時の機関運転空燃比変化幅は通常のリッチスパイク操作時に較べて小さくなるため、リッチスパイク操作時の機関運転空燃比の大幅な変動が防止され、失火による機関のストール等が生じることが防止される。また、極低負荷運転時のリッチスパイク操作時の機関運転空燃比を高く設定したことにより、リッチスパイク操作時には極低負荷運転時であっても機関排気温度が上昇するようになる。このため、ＮＯX吸蔵還元触媒の温度も上昇し、ＮＯX吸蔵還元触媒からのＮＯXの放出、還元浄化が効率的に行なわれるようになる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、機関極低負荷運転時にＮＯX吸蔵還元触媒の温度が予め定めた温度より低い場合には、ＮＯX吸蔵還元触媒の温度が前記予め定めた温度より高い場合よりも更にリッチスパイク時の機関運転空燃比変化幅が小さいリッチスパイク操作を行なう請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
すなわち、請求項２の発明では請求項１において、ＮＯX吸蔵還元触媒の温度が低い場合には更にリッチスパイク時の機関運転空燃比変化幅が小さくされるため、リッチスパイク操作時のリッチ空燃比は理論空燃比に近づくようになる。このため、機関排気温度は更に上昇しＮＯX吸蔵還元触媒の温度が低い場合でもＮＯX吸蔵還元触媒からのＮＯXの放出、還元浄化が効率的に行なわれるようになる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、更に、機関極低負荷運転時には、通常運転時のリッチスパイク操作より長い時間リッチスパイク操作を行なう請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
すなわち、請求項３の発明では、請求項１において機関極低負荷運転時のリッチスパイク操作は通常運転時より長時間行なう。これにより、理論空燃比に近いリッチ空燃比でリッチスパイク操作を行なった場合でもＮＯX吸蔵還元触媒に充分な量の還元剤を供給することができるとともに、ＮＯX吸蔵還元触媒の温度も充分に上昇するようになり、ＮＯX吸蔵還元触媒からのＮＯXの放出、還元浄化が効率的に行なわれる。
【００１０】
請求項４に記載の発明によれば、更に、機関極低負荷運転時には、リッチスパイク操作実施直後に機関を理論空燃比で運転する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
すなわち、請求項４の発明では、請求項１において機関極低負荷運転時にリッチスパイク操作を行なった後、機関が理論空燃比で運転されるため、ＮＯX 吸蔵還元触媒には引き続き高温の排気が供給されＮＯX 吸蔵還元触媒の温度低下が防止されるようになる。
【００１１】
請求項５に記載の発明によれば、機関排気通路に、流入する排気の空燃比がリーンの時に排気中のＮＯX を吸収し流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯX を放出、還元浄化するＮＯX 吸蔵還元触媒を配置し、機関のリーン空燃比運転中にＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯX を、機関をリッチ空燃比で運転するリッチスパイク操作を行なうことにより放出、還元浄化する内燃機関の排気浄化装置において、リッチスパイク操作時における機関運転空燃比のリーンからリッチへの変化速度を、機関極低負荷運転時には通常運転時より小さく設定した内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１２】
すなわち、請求項５の発明では機関極低負荷運転時のリッチスパイク操作では通常運転時のリッチスパイク操作よりも機関運転空燃比の変化速度が小さく設定されるため、機関運転空燃比の急変による失火が防止される。これにより機関極低負荷運転時にも機関のストール等を生じることなく安定したリッチスパイク操作を行なうことが可能となる。
【００１３】
請求項６に記載の発明によれば、前記リッチスパイク操作時の機関運転空燃比の変化速度は、機関燃焼室に吸入される吸気量の変化速度を変えることにより調整される請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
すなわち、請求項６の発明ではリッチスパイク操作時の機関運転空燃比の変化速度は吸気量の変化速度を変えることにより調整される。ここで言う吸気量は新気量のみならずＥＧＲ（排気ガス再循環）量等をも含む機関燃焼室に吸入されるガス量を意味する。このように、極低負荷運転時にリッチスパイク操作時の吸気量変化速度を通常運転時のリッチスパイク操作時の変化速度を小さく設定することにより、機関運転空燃比の急変による失火が生じることが防止される。
【００１４】
請求項７に記載の発明によれば、前記リッチスパイク操作時の機関運転空燃比の変化速度は、機関燃焼室に供給される燃料量の変化速度を変えることにより調整される請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
すなわち、請求項７の発明ではリッチスパイク操作時の機関運転空燃比の変化速度は機関に供給される燃料量の変化速度を変えることにより調整され、極低負荷運転時のリッチスパイク操作時には燃料量の変化速度を通常運転時のリッチスパイク操作時における変化速度より小さく設定することにより、機関運転空燃比の急変による失火が生じることが防止される。
【００１５】
請求項８に記載の発明によれば、機関排気通路に、流入する排気の空燃比がリーンの時に排気中のＮＯX を吸収し流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯX を放出、還元浄化するＮＯX 吸蔵還元触媒を配置し、機関のリーン空燃比運転中にＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯX を、機関をリッチ空燃比で運転するリッチスパイク操作を行なうことにより放出、還元浄化する内燃機関の排気浄化装置において、機関吸気通路に運転者のアクセルペダル操作とは独立して動作可能な電子制御スロットル弁を備え、リッチスパイク操作時には前記電子制御スロットル弁開度を絞り機関燃焼室に吸入される吸気量を低減するとともに、機関極低負荷運転時のリッチスパイク操作における電子制御スロットル弁作動速度を通常運転時のリッチスパイク操作における作動速度より小さく設定した内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１６】
すなわち、請求項８の発明では運転者のアクセルペダル操作とは独立して動作可能な電子制御スロットル弁により機関吸入空気量が制御される。また、機関極低負荷運転時のリッチスパイク操作では通常運転時のリッチスパイク操作に較べて電子制御スロットル弁の作動速度は小さく設定されるため、機関の吸入空気量の変化速度は小さくなる。これにより、リッチスパイク操作時の機関運転空燃比変化速度も機関極低負荷運転時には通常運転時のリッチスパイク操作時より小さくなり、機関の失火が生じることが防止される。
【００１７】
請求項９に記載の発明によれば、機関排気通路に、流入する排気の空燃比がリーンの時に排気中のＮＯX を吸収し流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯX を放出、還元浄化するＮＯX 吸蔵還元触媒を配置し、機関のリーン空燃比運転中に、機関空燃比をリーン空燃比から中途の空燃比での運転を経てリッチ空燃比に変化させ、リッチ空燃比に維持するリッチスパイク操作を行なうことによりＮＯX 吸蔵還元触媒から吸収したＮＯX を放出させ還元浄化する内燃機関の排気浄化装置において、機関極低負荷運転時におけるリッチスパイク操作では、前記中途空燃比での運転時間を通常運転におけるリッチスパイク操作の中途空燃比での運転時間より長く設定した内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１８】
すなわち、請求項９の発明では極低負荷運転におけるリッチスパイク操作時に中途空燃比での運転時間を通常運転におけるリッチスパイク操作時の中途空燃比での運転時間より長く設定することにより、リーン空燃比からリッチ空燃比への空燃比の急変が防止されるため、機関の失火が生じることが防止される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
図１において、１は自動車用内燃機関を示す。本実施形態では、機関１は＃１から＃４の４つの気筒を備えた４気筒ガソリン機関とされ、＃１から＃４気筒には気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁１１１から１１４が設けられている。後述するように、本実施形態の内燃機関１は、理論空燃比より高い（リーン）空燃比から理論空燃比より低い（リッチ）空燃比までの広い範囲の空燃比で運転可能な機関とされている。
【００２０】
また、本実施形態では＃１から＃４の気筒は互いに点火時期が連続しない２つの気筒からなる２つの気筒群にグループ分けされている。（例えば、図１の実施形態では、気筒点火順序は１−３−４−２であり、＃１、＃４の気筒と＃２、＃３の気筒とがそれぞれ気筒群を構成している。）また、各気筒の排気ポートは気筒群毎に排気マニホルドに接続され、気筒群毎の排気通路に接続されている。図１において、２１ａは＃１、＃４気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ａに接続する排気マニホルド、２１ｂは＃２、＃４気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ｂに接続する排気マニホルドである。本実施形態では、個別排気通路２ａ、２ｂ上には、三元触媒からなるスタートキャタリスト（以下「ＳＣ」と呼ぶ）５ａと５ｂがそれぞれ配置されている。また、個別排気通路２ａ、２ｂはＳＣ下流側で共通の排気通路２に合流している。
【００２１】
共通排気通路２上には、後述するＮＯX 吸蔵還元触媒７が配置されている。図１に２９ａ、２９ｂで示すのは、個別排気通路２ａ、２ｂのスタートキャタリスト５ａ、５ｂ上流側に配置された空燃比センサ、３１で示すのは、排気通路２のＮＯX 吸蔵還元触媒７出口に配置された空燃比センサである。空燃比センサ２９ａ、２９ｂ及び３１は、広い空燃比範囲で排気空燃比に対応する電圧信号を出力する、いわゆるリニア空燃比センサとされている。
【００２２】
図１において、機関の１の気筒＃１から＃４の吸気ポートはそれぞれの吸気枝管１１〜１４を介してサージタンク１０ａに接続されており、サージタンクは共通の吸気通路１０に接続されている。更に、本実施形態では吸気通路１０上にはスロットル弁１５が設けられている。本実施形態のスロットル弁１５はいわゆる電子制御スロットル弁とされており、ステッパモータ等の適宜な形式のアクチュエータ１５ａにより駆動され後述するＥＣＵ３０からの制御信号に応じた開度をとる。
【００２３】
更に、図１に３０で示すのは機関１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０は、本実施形態ではＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵを備えた公知の構成のマイクロコンピュータとされ、機関１の点火時期制御や燃料噴射制御等の基本制御を行なっている。また、本実施形態では、ＥＣＵ３０は上記の基本制御を行う他に、後述するように機関運転状態に応じて筒内噴射弁１１１から１１４の燃料噴射モードを変更し機関の運転空燃比を変更する制御を行なうとともに、更にＮＯX 吸蔵還元触媒７から吸収したＮＯX を放出させるために機関のリーン空燃比運転中に短時間運転空燃比をリッチ空燃比に切り換えるリッチスパイク操作を行なっている。
【００２４】
ＥＣＵ３０の入力ポートには、空燃比センサ２９ａ、２９ｂからスタートキャタリスト５ａ、５ｂ入口における排気空燃比を表す信号と、空燃比センサ３１からＮＯX 吸蔵還元触媒７出口における排気空燃比を表す信号が、また、図示しない機関吸気マニホルドに設けられた吸気圧センサ３３から機関の吸気圧力に対応する信号がそれぞれ入力されている他、機関クランク軸（図示せず）近傍に配置された回転数センサ３５から機関クランク軸一定回転角毎にパルス信号が入力されている。更に、本実施形態では、ＥＣＵ３０の入力ポートには機関１のアクセルペダル（図示せず）近傍に配置したアクセル開度センサ３７から運転者のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）を表す信号が入力されている。ＥＣＵ３０は、所定間隔毎に吸気圧センサ３３出力とアクセル開度センサ３７出力とをＡＤ変換して吸気圧力ＰＭとアクセル開度ＡＣＣＰとしてＥＣＵ３０のＲＡＭの所定領域に格納するとともに、回転数センサ３５からのパルス信号の間隔から機関回転数ＮＥを算出し、ＲＡＭの所定の領域に格納している。また、ＥＣＵ３０の出力ポートは、各気筒への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するために、図示しない燃料噴射回路を介して各気筒の燃料噴射弁１１１から１１４に接続されている他、スロットル弁１５のアクチュエータ１５ｂに図示しない駆動回路を介して接続されスロットル弁１５の開度を制御している。
【００２５】
本実施形態では、ＥＣＵ３０は運転条件に応じて機関１を以下の５つのモードのいずれかで運転する。
▲１▼ リーン空燃比成層燃焼（圧縮行程１回噴射）
▲２▼ リーン空燃比弱成層燃焼（吸気行程／圧縮行程２回噴射）
▲３▼ リーン空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）
▲４▼ 理論空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）
▲５▼ リッチ空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）
すなわち、機関１の軽負荷運転領域では、上記モード▲１▼のリーン空燃比成層燃焼が行なわれる。機関１は気筒内に吸入空気のスワール（旋回流）を生じさせるスワールポートを有する吸気弁と通常のストレートポートを有する吸気弁との２つの吸気弁を備えており、ストレートポートに連通する吸気通路に設けられたスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）（図示せず）の開度を調節することによりスワールポートから気筒内に流入する吸気量を制御することが可能となっている。成層燃焼を行なう場合には、ＳＣＶ開度は全閉とされスワールポートからの吸気量を増大し、気筒内に強いスワールを生成させる。また、この状態では筒内燃料噴射は各気筒の圧縮行程後半に１回のみ行なわれ、噴射された燃料は気筒点火プラグ近傍に可燃混合気の層を形成する。また、この運転状態での燃料噴射量は極めて少なく、気筒内の全体としての空燃比は２５から３０程度もしくはそれ以上になる。
【００２６】
また、上記モード▲１▼の状態から負荷が増大して低負荷運転領域になると、上記モード▲２▼のリーン空燃比弱成層燃焼が行なわれる。機関負荷が増大するにつれて気筒内に噴射する燃料は増量されるが、上記モード▲１▼の成層燃焼では燃料噴射を圧縮行程後半に行なうため、噴射時間が限られてしまい成層させることのできる燃料量には限界がある。そこで、この負荷領域では圧縮行程後半の燃料噴射だけでは不足する燃料の量を予め吸気行程前半に噴射することにより目標量の燃料を気筒に供給するようにしている。吸気行程前半に気筒内に噴射された燃料は着火時までに極めてリーンな均質混合気を生成する。圧縮行程後半ではこの極めてリーンな均質混合気中に更に燃料が噴射され点火プラグ近傍に着火可能な可燃混合気の層が生成される。着火時にはこの可燃混合気層が燃焼を開始し周囲の希薄な混合気層に火炎が伝播するため安定した燃焼が行なわれるようになる。この状態では吸気行程と圧縮行程での噴射により供給される燃料量は▲１▼より増量されるが、全体としての空燃比はやや低いリーン（例えば空燃比で２０から３０程度）になる。
【００２７】
更に機関負荷が増大すると、機関１では上記モード▲３▼のリーン空燃比均質混合気燃焼が行なわれる。この状態ではＳＣＶは全開とされ吸気の大部分はストレートポートから気筒内に流入する。また、この状態では燃料噴射は吸気行程前半に１回のみ実行され、燃料噴射量は上記▲２▼より更に増量される。この状態で気筒内に生成される均質混合気は理論空燃比に比較的近いリーン空燃比（例えば空燃比で１５から２５程度）となる。
【００２８】
更に機関負荷が増大して機関高負荷運転領域になると、モード▲３▼の状態から更に燃料が増量され、上記モード▲４▼の理論空燃比均質混合気運転が行なわれる。この状態では、気筒内には理論空燃比の均質な混合気が生成されるようになり、機関出力が増大する。また、更に機関負荷が増大して機関の全負荷運転になると、モード▲４▼の状態から燃料噴射量が更に増量されモード▲５▼のリッチ空燃比均質混合気運転が行なわれる。この状態では、気筒内に生成される均質混合気の空燃比はリッチ（例えば空燃比で１２から１４程度）になる。
【００２９】
本実施形態では、アクセル開度（運転者のアクセルペダル踏込み量）と機関回転数とに応じて予め実験等に基づいて最適な運転モード（上記▲１▼から▲５▼）が設定されており、ＥＣＵ３０のＲＯＭにアクセル開度と機関回転数とを用いたマップとして格納してある。機関１運転中、ＥＣＵ３０はアクセル開度センサ３７で検出したアクセル開度と機関回転数とに基づいて、現在上記▲１▼から▲５▼のいずれの運転モードを選択すべきかを決定し、それぞれのモードに応じて燃料噴射量、燃料噴射時期、回数及びスロットル弁開度を決定する。
【００３０】
また、モード▲４▼（理論空燃比均質混合気燃焼）が選択された場合には、ＥＣＵ３０は更に上記により算出した燃料噴射量を、機関排気空燃比が理論空燃比となるように空燃比センサ２９ａ、２９ｂの出力に基づいてフィードバック補正する空燃比制御を行なう。
すなわち、上記▲１▼から▲３▼のモード（リーン空燃比燃焼）が選択された場合には、ＥＣＵ３０は上記▲１▼から▲３▼のモード毎に予め準備されたマップに基づいて、アクセル開度と機関回転数とから燃料噴射量を決定する。又、上記▲４▼と▲５▼のモード（理論空燃比またはリッチ空燃比均質混合気燃焼）が選択された場合には、ＥＣＵ３０は上記▲４▼と▲５▼のモード毎に予め準備されたマップに基づいて、スロットル弁開度と機関回転数、及び吸気圧センサ３３で検出した吸気圧力とに基づいて燃料噴射量を設定する。
【００３１】
また、スロットル弁１５開度はモード▲１▼から▲３▼では全開に近い領域でアクセル開度に応じて制御される。この領域ではアクセル開度が低下するとスロットル弁開度も低減されるが、スロットル弁全開相当の領域であるためスロットル弁開度が変化しても吸気圧力は略一定になり、ほとんど吸気絞りは生じない。
一方モード▲４▼、▲５▼ではスロットル弁開度はアクセル開度に略等しい開度に制御される。すなわち、アクセル開度（アクセルペダル踏込み量）が０のときにはスロットル開度も０（全閉）に、アクセル開度が１００パーセントのとき（アクセルペダルがいっぱいに踏み込まれたとき）にはスロットル開度も１００パーセント（全開）にセットされる。
【００３２】
次に、本実施形態のスタートキャタリスト５ａ、５ｂ及びＮＯX 吸蔵還元触媒について説明する。
スタートキャタリスト（ＳＣ）５ａ、５ｂは、ハニカム状に成形したコージェライト等の担体を用いて、この担体表面にアルミナの薄いコーティングを形成し、このアルミナ層に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属触媒成分を担持させた三元触媒として構成される。三元触媒は理論空燃比近傍でＨＣ、ＣＯ、ＮＯX の３成分を高効率で浄化する。三元触媒は、流入する排気の空燃比が理論空燃比より高くなるとＮＯX の還元能力が低下するため、機関１がリーン空燃比運転されているときの排気中のＮＯX を充分に浄化することはできない。
【００３３】
また、ＳＣ５ａ、５ｂは機関始動後短時間で触媒の活性温度に到達し、触媒作用を開始することができるように、排気通路２ａ、２ｂの機関１に近い部分に配置され、熱容量を低減するために比較的小容量のものとされている。
次に、本実施形態のＮＯX 吸蔵還元触媒７について説明する。本実施形態のＮＯX 吸蔵還元触媒７は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮa 、リチウムＬi 、セシウムＣs のようなアルカリ金属、バリウムＢa 、カルシウムＣa のようなアルカリ土類、ランタンＬa 、セリウムＣｅ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つの成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを担持したものである。ＮＯX 吸蔵還元触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに、排気中のＮＯX （ＮＯ2 、ＮＯ）を硝酸イオンＮＯ3 - の形で吸収し、流入排気ガスがリッチになると吸収したＮＯX を放出するＮＯX の吸放出作用を行う。
【００３４】
この吸放出のメカニズムについて、以下に白金ＰｔおよびバリウムＢａを使用した場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
流入排気中の酸素濃度が増大すると（すなわち排気の空燃比がリーン空燃比になると）、これら酸素は白金Ｐｔ上にＯ2 - またはＯ2-の形で付着し、排気中のＮＯX は白金Ｐｔ上のＯ2 - またはＯ2-と反応し、これによりＮＯ2 が生成される。また、流入排気中のＮＯ2 及び上記により生成したＮＯ2 は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ触媒中に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ3 - の形で触媒内に拡散する。このため、リーン雰囲気下では排気中のＮＯX がＮＯX 吸蔵還元触媒内に硝酸塩の形で吸収されるようになる。
【００３５】
また、流入排気中の酸素濃度が低下すると（すなわち、排気の空燃比が低下すると）、白金Ｐｔ上でのＮＯ2 生成量が減少するため、反応が逆方向に進むようになり、触媒内の硝酸イオンＮＯ3 - はＮＯ2 の形でＮＯX 吸蔵還元触媒から放出されるようになる。この場合、排気中にＨＣ、ＣＯ等の成分が存在すると白金Ｐｔ上でこれらの成分によりＮＯ2 が還元される。
【００３６】
本実施形態では、リーン空燃比運転可能な機関１が使用されており、機関１がリーン空燃比で運転されているときにはＮＯX 吸蔵還元触媒は流入する排気中のＮＯX を吸収する。また、機関１がリッチ空燃比で運転されると、ＮＯX 吸蔵還元触媒７は吸収したＮＯX を放出、還元浄化する。本実施形態では、リーン空燃比運転中にＮＯX 吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯX 量が増大すると、短時間機関空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えるリッチスパイク運転を行い、ＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX の放出と還元浄化とを行なうようにしている。
【００３７】
本実施形態では、ＥＣＵ３０はＮＯX カウンタの値を増減することによりＮＯX 吸蔵還元触媒７が吸収保持しているＮＯX 量を推定する。ＮＯX 吸蔵還元触媒７に単位時間当たりに吸収されるＮＯX の量はＮＯX 吸蔵還元触媒に単位時間当たりに流入する排気中のＮＯX 量、すなわち機関１で単位時間当たりに生成されるＮＯX 量に比例している。一方、機関で単位時間当たりに発生するＮＯX の量は機関への燃料供給量、空燃比、排気流量等によって定まるため、機関運転条件が定まればＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されるＮＯX 量を知ることができる。本実施形態では、予め機関運転条件（アクセル開度、機関回転数、吸入空気量、吸気圧力、空燃比、燃料供給量など）を変えて機関が単位時間当たりに発生するＮＯX 量を実測し、ＮＯX 吸蔵還元触媒７に単位時間当たりに吸収されるＮＯX 量を、例えば機関負荷（燃料噴射量）と機関回転数とを用いた数値マップの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格納している。ＥＣＵ３０は一定時間毎（上記の単位時間毎）に機関負荷（燃料噴射量）と機関回転数とからこのマップを用いて単位時間当たりにＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯX 量を算出し、ＮＯX カウンタをこのＮＯX 吸収量だけ増大させる。これによりＮＯX カウンタの値は常にＮＯX 吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯX の量を表すようになる。ＥＣＵ３０は、機関のリーン空燃比運転中に、上記ＮＯX カウンタの値が所定値以上に増大したときに、短時間前述の▲５▼のモード（リッチ空燃比均質混合気燃焼）で運転するリッチスパイク操作を行なう。これにより、ＮＯX 吸蔵還元触媒から吸収したＮＯX が放出され、還元浄化される。なお、機関がリッチ空燃比運転されると排気中のＨＣ、ＣＯの量が増大し、ＮＯX 吸蔵還元触媒からはＮＯX が放出され、排気中のＨＣ、ＣＯにより還元される。ここで、単位時間当たりにＮＯX 吸蔵還元触媒から放出されて排気中のＨＣ、ＣＯにより還元されるＮＯX の量は、排気の空燃比（排気中のＨＣ、ＣＯ量）、排気流量により定まる。本実施形態では、予め機関運転条件（アクセル開度、機関回転数、吸入空気量、吸気圧力、空燃比、燃料供給量など）を変えて機関をリッチ空燃比で運転し、ＮＯX 吸蔵還元触媒７から単位時間当たりに放出、還元浄化されるＮＯX 量を実測し、機関のリッチ空燃比運転時にＮＯX 吸蔵還元触媒７から単位時間当たり放出されるＮＯX 量を、例えば機関負荷（燃料噴射量）と機関回転数とを用いた数値マップの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格納している。ＥＣＵ３０は機関のリッチ空燃比運転時に一定時間毎（上記の単位時間毎）に機関負荷（燃料噴射量）と機関回転数とからこのマップを用いて単位時間当たりにＮＯX 吸蔵還元触媒から放出されるＮＯX 量を算出し、ＮＯX カウンタをこのＮＯX 吸収量だけ減少させる。そして、リッチスパイク操作時には、このＮＯX カウンタの値が０になった時にリッチスパイク操作を終了する。これにより、リッチスパイク操作時に確実にＮＯX 吸蔵還元触媒７から吸収したＮＯX の全量を放出させることが可能となり、ＮＯX 吸蔵還元触媒が吸収したＮＯX で飽和することが防止される。なお、ＮＯX カウンタの増減操作については、後に図２を用いて説明する。
ところで、上記のようなリッチスパイク操作を行なう場合、車両の通常走行等のように機関負荷がある程度以上となる領域では問題は生じないが、アイドル等の機関極低負荷運転時に上記のリッチスパイク操作を行なうと問題が生じる場合がある。
【００３８】
例えば、アイドル等の機関極低負荷運転では機関は前述の▲１▼リーン空燃比成層燃焼が行なわれており、機関の運転空燃比は極めてリーン（空燃比で２５〜３０またはそれ以上）とされスロットル弁１５は全開に近い開度となっている。
この状態から通常運転時（極低負荷運転時以外の運転時）と同様のリッチスパイク操作を行なうとスロットル弁１５を全開に近い開度から全閉に近い位置まで閉弁して機関の吸入空気量を低減するとともに機関への燃料噴射量を増量して機関運転空燃比をリッチ（空燃比で１２．５程度）まで低下させなければならない。ところが、機関の極低負荷運転時ではもともと機関回転数が低く機関の吸入空気量（吸気流速）も低くなっている。このため、スロットル弁１５を閉じても実際に燃焼室に流入する吸気量がスロットル開度に応じて減少するまでには、スロットル弁から燃焼室までの吸気通路長さと吸気流速とに応じた遅れ時間が生じる。このため、リッチスパイク操作時に大幅なリーン空燃比（空燃比２５から３０程度）から大幅なリッチ空燃比（空燃比で１２．５程度）まで急激に空燃比を変化させると上記吸入空気量の変化遅れや、燃料噴射弁の噴射量ばらつきなどにより失火が生じる場合がある。しかも、アイドル等の機関極低負荷運転時は機関回転数も低くなっているため一旦失火が生じると、機関停止（ストール）に直結する可能性が高い。実際には、通常運転時のリッチスパイク操作においても急激な空燃比変化により機関の出力トルクが大きく変動することを防止するために、モード▲１▼（リーン空燃比成層燃焼）の運転からのリッチスパイク操作では直接▲５▼（リッチ空燃比均質燃焼）に切り換えるのではなく、機関数回転程度の時間をかけてモード▲１▼（リーン空燃比成層燃焼）から例えばモード▲３▼（リーン空燃比均質混合気燃焼）の運転モードを経てからモード▲５▼（リッチ空燃比均質混合気燃焼）に移行するようにしてトルクショックが生じることを防止することも行なわれている。しかし、アイドル等の機関極低負荷運転においては、リッチスパイク操作時の空燃比変化幅が大きいとこのような中途空燃比での運転を行なっても失火が生じやすく、機関ストールも生じやすくなる。
【００３９】
また、機関の極低負荷運転時では機関排気温度が低いためＮＯX 吸蔵還元触媒の温度も低下している。このため、ＮＯX 吸蔵還元触媒の触媒作用も低くなっておりリッチスパイク操作によりＨＣ、ＣＯ成分を供給してもＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX の放出と還元浄化とが生じにくくなっており、リッチスパイク操作の効果が低くなっている。更に、極低負荷運転時では機関のＮＯX 排出量も低くなっており、ＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されるＮＯX 量も少なくなっているため、ある程度長期間リッチスパイクを行なわなくてもＮＯX 吸蔵還元触媒がＮＯX で飽和する可能性は低い。
【００４０】
このため、従来は機関ストールの可能性を防止するためにアイドル等の機関極低負荷運転時にはリッチスパイク操作を禁止するようにしていた。
ところが、実際には機関極低負荷運転中であっても機関からは少量のＮＯX が排出されるためＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収量は徐々に増加していく。従って、機関の極低負荷運転が長時間続くとＮＯX 吸蔵還元触媒がＮＯX で飽和してしまい、機関排気中のＮＯX がＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されずに放出される事態が生じる場合がある。このため、機関極低負荷運転時にもリッチスパイク操作を行なってＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX の放出と還元浄化とを行なう必要が生じるが、この場合上述の空燃比の急激な変動による機関ストールと、温度低下によるＮＯX 吸蔵還元触媒の触媒能力低下との問題を解決する必要がある。
【００４１】
本実施形態では、アイドル等の機関極低負荷運転（以下「アイドル運転」と総称する）時には以下に説明するアイドルリッチスパイク操作（機関極低負荷運転時以外の通常のリッチスパイク操作と区別するために、以下の説明では機関極低負荷運転時におけるリッチスパイク操作を「アイドルリッチスパイク操作」と呼ぶことにする）を行なうことにより、上記の問題を解決し、アイドル等の機関極低負荷運転時でのリッチスパイク操作を行うことを可能とし、ＮＯX吸蔵還元触媒からＮＯXを効率的に放出させ、還元浄化することを可能としている。以下、アイドルリッチスパイク操作の実施形態について説明する。
【００４２】
（１）第１の実施形態
本実施形態では、アイドル運転時にはＮＯX 吸蔵還元触媒７の温度に応じて（通常の）アイドルリッチスパイク操作と低温アイドルリッチスパイク操作とを行なう。
通常のアイドルリッチスパイク操作では、リッチスパイク操作時の空燃比（リッチ空燃比）は通常運転時のリッチスパイク操作におけるリッチ空燃比（例えば空燃比で１２．５程度）に較べて高く（理論空燃比側）に設定され、例えば空燃比で１３．５程度とされる。このように、アイドルリッチスパイク操作時の空燃比を高くしたことにより、リッチスパイク操作時の機関運転空燃比変化幅は通常のリッチスパイク操作時に較べて小さくなるため、空燃比の急変により失火が生じることが防止される。なお、リッチスパイク操作時の空燃比のリッチの程度を低く（すなわち空燃比を高く）したため、排気中のＨＣ、ＣＯ量は通常のリッチスパイクに較べて減少するため、アイドルリッチスパイク操作時のリッチ空燃比運転時間は通常より長くなる。
【００４３】
また、本実施形態ではＮＯX 吸蔵還元触媒７の温度を監視しており、アイドル運転中にＮＯX 吸蔵還元触媒７の温度が所定値（例えばＮＯX 吸蔵還元触媒７の活性化温度）より低下した場合には低温アイドルリッチスパイク操作を行なう。低温アイドルリッチスパイク操作時には、空燃比は通常のアイドルリッチスパイク操作時よりさらにリーン側に設定され、例えば空燃比が１３．５より高いリッチ空燃比とされる。これにより、機関排気温度は通常のアイドルリッチスパイク操作時より高くなるためＮＯX 吸蔵還元触媒７の温度が更に低下することが防止される。また、低温アイドルリッチスパイク操作においては、ＮＯX 吸蔵還元触媒７から吸収したＮＯX の全量が放出された後に機関を理論空燃比で運転する。機関を理論空燃比で運転することにより機関排気温度は更に上昇するため、低温アイドルリッチスパイク時の理論空燃比運転によりＮＯX 吸蔵還元触媒７の温度は上昇し、高い触媒活性を維持することが可能となる。低温アイドルリッチスパイク操作における理論空燃比運転は、ＮＯX 吸蔵還元触媒７温度が所定値（例えば、触媒活性温度に所定の余裕を考慮した温度）に到達したときに終了する。
【００４４】
図２から図５は、本実施形態におけるリッチスパイク操作を説明するフローチャートである。
図２は、ＮＯX カウンタの演算操作を示すフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行なわれる。
本操作では、前述したように機関がリーン空燃比で運転されている場合には、機関からのＮＯX の排出量に応じてＮＯX カウンタＱＮＯＸの値が一定時間毎に増大され、機関がリッチまたは理論空燃比で運転されている場合にはＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX の放出量に応じてＮＯX カウンタＱＮＯＸの値が減少される。これにより、ＮＯX カウンタＱＮＯＸの値はＮＯX 吸蔵還元触媒７に吸蔵されたＮＯX 量に対応するようになる。また、リッチスパイク操作（通常及び通常アイドルリッチスパイク、低温アイドルリッチスパイクを含む）時にも、空燃比や排気流量等の機関運転条件に応じてＮＯX カウンタＱＮＯＸが減少され、ＱＮＯＸ＝０となったときにリッチスパイク操作が停止されるため、機関運転条件にかかわらずＮＯX 吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯX を完全に放出させることが可能となる。
【００４５】
図２、ステップ２０１では、機関運転モード（前述のモード▲１▼から▲５▼）、機関燃料噴射量ＱＩＮＪ、機関回転数ＮＥが読み込まれる。そして、ステップ２０３運転モード、ＱＩＮＪ、ＮＥを用いて予め定めた関係から現在の機関運転空燃比が算出され、現在機関がリッチ空燃比または理論空燃比で運転されているか否かが判定される。
【００４６】
現在の機関運転空燃比ＡＦがリッチ空燃比または理論空燃比である場合には、本操作はステップ２０５に進み、ＮＯX 吸蔵還元触媒７からの単位時間（本操作の実行間隔に相当）当たりのＮＯX 放出量ＤＮＯＸが、機関運転状態（運転モード、燃料噴射量、回転数、排気流量等）に基づいて算出される。なお、単位時間当たりのＮＯX 放出量は排気空燃比が同一であれば排気流量が大きい程、また、排気流量が同一であれば空燃比が低い（リッチな）程大きくなる。
【００４７】
そして、ステップ２０７では現在のＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮＯX 吸蔵量ＱＮＯＸが放出量ＤＮＯＸだけ減少される。一方、ステップ２０３で現在機関の運転空燃比ＡＦがリッチ空燃比または理論空燃比でない場合（すなわち、リーン空燃比である場合）には、本操作はステップ２０９に進み、機関運転状態（運転モード、燃料噴射量、回転数、排気流量等）に基づいて単位時間当たりにＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されるＮＯX 量ＩＮＯＸが算出され、ステップ２１１ではこの吸収量ＩＮＯＸだけＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮＯX 吸蔵量ＱＮＯＸが増大される。そして、ステップ２１３から２１９ではＱＮＯＸの値を最小値０と最大吸蔵可能ＮＯX 量ＱＮＭＡＸとによりガードして本操作は終了する。なお、ＱＮＭＡＸはＮＯX 吸蔵還元触媒７の吸収可能な最大ＮＯX 量（すなわち、ＮＯX 吸蔵還元触媒がＮＯX で飽和した時の吸蔵量）である。
【００４８】
次に、図３はアイドル運転時のリッチスパイク操作モード（すなわち通常アイドルリッチスパイクまたは低温アイドルリッチスパイク操作のいずれか）を決定するアイドルリッチスパイクモード決定操作を示すフローチャートである。本操作もＥＣＵ３０により一定時間毎に実行される。
本操作では、ＮＯX 吸蔵還元触媒７の温度を検出し、機関アイドル運転中にＮＯX 吸蔵還元触媒温度が所定温度β（βはＮＯX 吸蔵還元触媒の活性化温度よりやや高い温度に相当し、本実施形態では約３００度Ｃ程度とされる）より低下した場合には後述する低温アイドルリッチスパイク操作を行う。低温アイドルリッチスパイク操作では、後述するように通常アイドルリッチスパイク操作より高い空燃比のリッチ空燃比（例えば１３．５より高い空燃比）でリッチスパイク操作が行なわれるとともに、ＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX の放出完了後理論空燃比で機関を運転することにより、ＮＯX 吸蔵還元触媒７温度を所定温度β＋γ（γは、例えば数十度Ｃ程度）まで上昇させる。これにより、機関アイドル運転中にＮＯX 吸蔵還元触媒温度が低下し始めた場合にも、ＮＯX 吸蔵還元触媒の活性化温度以上の温度でＮＯX の放出と還元浄化を行なうことができ、効果的にＮＯX 吸蔵還元触媒が再生される。また、低温アイドルリッチスパイク操作によりＮＯX 吸蔵還元触媒温度は活性化温度より高い温度まで昇温されるため、ＮＯX 吸蔵還元触媒の温度が更に低下することが防止される。
【００４９】
一方、本操作ではＮＯX 吸蔵還元触媒７の温度が所定値βより高い場合であっても、アイドル運転が所定時間α以上継続した場合には通常のアイドルリッチスパイク操作が行なわれる。後述するように、アイドル運転以外の通常運転時ではＮＯX カウンタの値が所定値に到達する毎に通常のリッチスパイク操作が行なわれるが、アイドル運転では機関のＮＯX 発生量が少ないためＮＯX カウンタの増加速度が小さく、ＮＯX カウンタが所定値に到達する前に長時間アイドル運転が継続してＮＯX 吸蔵還元触媒温度が低下する可能性がある。そこで、本実施形態ではアイドル運転時には、アイドル運転継続時間が所定値に到達する毎にアイドルリッチスパイクを行なうようにして上記の低温アイドルリッチスパイク操作とともにＮＯX 吸蔵還元触媒の温度低下を防止している。アイドルリッチスパイク操作では、機関運転空燃比は通常運転時のリッチスパイクよりも高い空燃比のリッチ空燃比（空燃比で１３．５程度）とされる。
【００５０】
図３において、ステップ３０１では現在アイドル等の機関極低負荷運転が行なわれているか否かが判定される。本実施形態では、機関運転モードが▲１▼リーン空燃比成層燃焼であり、かつ燃料噴射量が所定値より小さい場合に機関極低負荷運転中と判定される。
ステップ３０１で現在アイドル運転中であった場合には、次にステップ３０３で現在アイドル運転が所定時間以上継続しているか否かがアイドルカウンタＣＩＤＬの値に基づいて判定される。アイドルカウンタＣＩＤＬは、別途ＥＣＵ３０により実行される図示しない操作により、機関アイドル運転中一定時間毎に１ずつ増大されるカウンタであり、現在までのアイドル運転継続時間を表している。ステップ３０３ではアイドルカウンタＣＩＤＬが所定値αを越えた場合に所定時間以上アイドル運転が継続したと判定し、ステップ３０５に進みアイドルリッチスパイクフラグＸＲＳＩの値を１にセットする。後述するように、アイドルリッチスパイクフラグＸＲＳＩが１に設定されると、直ちに通常のアイドルリッチスパイク操作が実行される。
【００５１】
ステップ３０３でＣＩＤＬ≦αであった場合、すなわち現在のアイドル継続時間が所定時間を越えていない場合には、次にステップ３０７に進み、現在のＮＯX 吸蔵還元触媒７温度ＴＣＣＬが前述した所定温度βより低いか否かが判定される。ＮＯX 吸蔵還元触媒７温度ＴＣＣＬは、ＮＯX 吸蔵還元触媒７の触媒床に温度センサを配置して直接計測しても良いが、本実施形態では機関運転状態から排気温度を計算し、排気温度と触媒温度との差により生じる単位時間当たりの触媒温度変化を逐次積算することにより現在の触媒温度ＴＣＣＬを推定している。
【００５２】
ステップ３０７でＮＯX 吸蔵還元触媒７温度ＴＣＣＬが所定温度βより低い場合には、ステップ３０９に進み、低温フラグＸＴＣＣＬの値が１にセットされるとともに、ステップ３１１ではアイドルカウンタＣＩＤＬの値が０にリセットされ、ステップ３０５でアイドルリッチスパイクフラグＸＲＳＩの値が１にセットされる。なお、後述するように本実施形態ではアイドルリッチスパイクフラグＸＲＳＩと低温フラグＸＴＣＣＬとの両方が１にセットされると低温アイドルリッチスパイク操作が実行される。
【００５３】
ステップ３１３から３１９は、低温フラグＸＴＣＣＬのリセット操作を示している。本実施形態では、低温フラグＸＴＣＣＬが１にセットされている状態で（ステップ３１３）、（すなわち、一旦触媒温度ＴＣＣＬがβ以下に低下した後）、触媒温度ＴＣＣＬが（β＋γ）より高くなった場合に（ステップ３１７）低温フラグＸＴＣＣＬの値が０にリセットされる（ステップ３１９）。また、この場合もステップ３１５でアイドルカウンタＣＩＤＬは０にリセットされる。
【００５４】
一方、ステップ３０１で現在アイドル運転中でない場合には、ステップ３２１に進み、図２で算出した現在のＮＯX カウンタＱＮＯＸの値が、所定値ＱＮ１に到達したか否かを判断し、ＱＮＯＸ≧ＱＮ１の場合には通常リッチスパイクフラグＸＲＳの値を１に設定する。後述するように、通常リッチスパイクフラグＸＲＳの値が１にセットされると、通常運転時のリッチスパイク操作が実行される。また、ステップ３２１でＱＮＯＸ＜ＱＮ１であった場合には、ステップ３２５でアイドルカウンタＣＩＤＬの値は０にリセットされ、更にステップ３２７でフラグＸＲＳＩとＸＴＣＣＬとがともにリセットされて本操作は終了する。
【００５５】
なお、本実施形態では、ステップ３０３でアイドルリッチスパイク操作開始の要否を判定するアイドル運転継続時間αは、アイドル運転においてＮＯX 吸蔵還元触媒がＱＮ１のＮＯX を吸収する時間より短い時間に設定されている。
次に、図４は通常運転時及びアイドル運転時におけるリッチスパイク実行操作を示すフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行なわれる。
【００５６】
図４において操作が開始されると、ステップ４０１では通常運転時のリッチスパイクフラグＸＲＳの値が１にセットされているか否かが判定される。ステップ４０１でＸＲＳ＝１であった場合には、すなわち現在機関が通常運転されており、しかもＮＯX 吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯX 量が所定量まで増大しているため、ステップ４０３に進み通常運転時のリッチスパイク操作が行なわれ、機関運転空燃比ＡＦが１２．５程度の比較的低い（リッチの程度の大きい）リッチ空燃比に切り換えられる。
【００５７】
一方、ステップ４０１でＸＲＳ≠１であった場合には、次にステップ４０５に進み、アイドルリッチスパイクフラグＸＲＳＩが１にセットされているか否かが判定され、ＸＲＳＩ＝１であった場合には次にステップ４０７で低温フラグＸＴＣＣＬの値が１にセットされているか否かが判定される。
ステップ４０５でＸＲＳ＝１、かつステップ４０７でＸＴＣＣＬ≠１であった場合には、現在ＮＯX 吸蔵還元触媒７温度はβ以上であるがアイドル運転が所定時間α以上継続していることを意味している。このため、この場合にはステップ４１１の（通常の）アイドルリッチスパイク操作が行なわれ、機関運転空燃比ＡＦは通常運転時のリッチスパイク時の空燃比（約１２．５）より高い（リーンな）リッチ空燃比（例えば空燃比で１３．５程度）に変更される。
【００５８】
一方、ステップ４０５、４０７でＸＲＳ＝１、かつＸＴＣＣＬ＝１であった場合には、現在機関がアイドル運転中で、しかもＮＯX 吸蔵還元触媒７の温度が所定値βより低下したことを意味しているので、ステップ４０９に進み、低温アイドルリッチスパイクが実行され、機関運転空燃比ＡＦは通常のアイドルリッチスパイクより更に高い空燃比（１３．５＜ＡＦ＜理論空燃比）に設定される。
【００５９】
なお、ステップ４０５でＸＲＳ≠１であった場合には、現在リッチスパイク操作の必要はないため本操作は直ちに終了する。
図５は、上記フラグＸＲＳ、ＸＲＳＩ、ＸＴＣＣＬの値に応じたリッチスパイク終了操作を示すフローチャートである。本操作もＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行なわれる。
【００６０】
図５において、ステップ５０１はそれぞれのリッチスパイク操作終了時期の判定を示す。前述したように、本実施形態では、図２の操作によりリッチスパイク操作中にＮＯX 吸蔵還元触媒から放出されるＮＯX 量に応じてＮＯX カウンタＱＮＯＸの値が減少されるため、ＮＯX カウンタの値はリッチスパイク操作中もＮＯX 吸蔵還元触媒中に吸蔵されたＮＯX 量に正確に対応している。そこで、本実施形態では、ＱＮＯＸ＝０となったとき、すなわちＮＯX 吸蔵還元触媒から吸収したＮＯX の全量が放出、還元浄化されたときにリッチスパイク操作を終了するようにしている。なお、ＮＯX 吸蔵還元触媒から全量のＮＯX が放出されるのに必要な時間は、ＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸蔵量が同一の場合でもリッチスパイク操作時の機関運転空燃比により異なってくる。例えば、アイドルリッチスパイク操作では、通常のリッチスパイク操作より機関運転空燃比が高い（リーン）であるため、放出に要する時間は通常のリッチスパイク操作より長くなる。また、低温アイドルリッチスパイク操作では、更に空燃比が高くなるので放出に要する時間は更に長くなる。このためアイドル運転時のリッチスパイク操作継続時間は通常運転時に較べて長くなる。
【００６１】
ステップ５０１で、ＱＮＯＸ≠０であった場合にはリッチスパイクの終了タイミングではないため、本操作はステップ５０３以下を実行することなくそのまま終了する。一方、ステップ５０１でＱＮＯＸ＝０であった場合には、ステップ５０５に進み、通常運転時のリッチスパイクフラグＸＲＳ及びアイドルリッチスパイクフラグＸＲＳＩの両方が０にリセットされる。
【００６２】
そして、ステップ５０５では前述の低温フラグＸＴＣＣＬの値が１にセットされているか否かが判定され、ＸＴＣＣＬ≠１であった場合、すなわちＮＯX 吸蔵還元触媒７の温度が所定温度βより高い場合にはステップ５０９が実行され、リッチスパイク操作を直ちに終了してリッチスパイク操作実行前のモードでの運転が再開される。
【００６３】
一方、ステップ５０５でＸＴＣＣＬ＝１であった場合にはステップ５０７に進み機関の理論空燃比での運転が行なわれる。
図３、ステップ３２７で説明したように、アイドル運転以外では低温フラグＸＴＣＣＬの値は常に０にリセットされているため、通常運転時のリッチスパイクはステップ５０１でＱＮＯＸ＝０になるとステップ５０９で直ちに終了する。また、アイドルリッチスパイク操作が実行されていた場合にも、ＮＯX 吸蔵還元触媒７温度が高い場合には低温フラグＸＴＣＣＬは０にセットされているため、ステップ５０１でＱＮＯＸ＝０になるとアイドルリッチスパイク操作も直ちに終了する。
【００６４】
このため、ステップ５０７が実行されるのは、ＸＴＣＣＬ＝１、かつＸＲＳＩ＝１の状態でリッチスパイクが実行された場合のみ、すなわち低温アイドルリッチスパイク操作時のみになる。すなわち、低温アイドルリッチスパイク時には、ＮＯX 吸蔵還元触媒７からのＮＯX の放出が完了した後（ステップ５０１）、機関を理論空燃比で運転し機関排気温度を上昇させることにより、ＮＯX 吸蔵還元触媒７の温度を上昇させる操作が行なわれる。ステップ５０７の理論空燃比運転は、図３ステップ３１７でＴＣＣＬ＞（β＋γ）となるまで、すなわちＮＯX 吸蔵還元触媒７の温度が（β＋γ）に到達するまで継続される。この場合も、ＮＯX 吸蔵還元触媒７温度が（β＋γ）に到達すると、フラグＸＴＣＣＬが０にリセットされるためステップ５０９が実行され、低温アイドルリッチスパイク操作開始前のモードでの運転が再開されるようになる。
【００６５】
上述のように、本実施形態では機関アイドル運転中はリッチスパイク時の空燃比変化幅を小さく設定することにより機関運転空燃比の急変を避けて、機関の失火が生じることを防止している。これにより、機関アイドル運転中にもリッチスパイク操作を実行することが可能となっている。また、機関アイドル運転中には、アイドル運転が所定時間継続した場合、またはＮＯX 吸蔵還元触媒温度が所定値より低下した場合にはアイドルリッチスパイク操作または低温アイドルリッチスパイク操作を行なうことによりアイドル運転中もＮＯX 吸蔵還元触媒の温度は常に活性化温度以上に維持されるため、リッチスパイク操作実行時にＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX の放出と還元浄化とを効率的に行なうことが可能となっている。
【００６６】
なお、本実施形態では低温アイドルリッチスパイク操作の際に機関運転空燃比をリッチにしてＮＯX 吸蔵還元触媒７からＮＯX を放出、還元浄化した後機関を理論空燃比で運転することによりＮＯX 吸蔵還元触媒７温度を上昇させているが、低温アイドルリッチスパイク時にまず機関を理論空燃比で運転してＮＯX 吸蔵還元触媒７温度を上昇させ、温度が上昇した後に機関運転空燃比をリッチにする操作を行なうようにしても良い。
【００６７】
（２）第２の実施形態
次に本発明のアイドルリッチスパイクの第２の実施形態について説明する。
前述の実施形態では、アイドルリッチスパイク時の空燃比の変化幅を小さく設定することにより失火を防止していたが、本実施形態ではアイドルリッチスパイク時の機関運転空燃比変化速度を通常運転時のリッチスパイク時の空燃比変化速度より小さく設定することにより機関の失火を防止する点が相違している。
【００６８】
前述のように、リッチスパイク時には機関運転モードは▲１▼（リーン空燃比成層燃焼）から▲５▼（リッチ空燃比均質混合気燃焼）に切り換えられる。
機関運転モードが▲１▼（リーン空燃比成層燃焼）のときにはスロットル弁１５は全開に近い開度に維持されており、機関燃料噴射量は予め準備されたマップに基づいて、アクセル開度と機関回転数とに応じて決定される。また、リッチスパイク操作時のリッチ空燃比運転では機関運転モードは▲５▼（リッチ空燃比均質混合気燃焼）とされ、機関極低負荷運転時にはスロットル弁１５は全閉とされる。また、機関燃料噴射量はスロットル弁開度と吸気圧力及び機関回転数とに基づいて決定される。詳細には、まず機関１回転当たりの吸入空気量がスロットル弁開度と吸気圧力及び機関回転数とから予め準備したマップに基づいて算出され、燃料噴射量はこの吸入空気量に対して所定のリッチ空燃比を得るために必要な量として決定される。
【００６９】
上述のように、アイドルリッチスパイク時にはスロットル弁は全開に近い開度（モード▲１▼）から全閉付近の開度（モード▲５▼）まで閉弁される。そして、モード▲５▼においては機関燃料噴射量はスロットル開度に応じて変化する。ところが、機関極低負荷運転時には吸入空気量が低下しており、吸気通路内の吸気流速も低下しているため、スロットル弁１５の開度が急激に変化しても、実際に機関に吸入される空気量がスロットル弁開度に対応した量になるまでにある程度の遅れが生じてしまう。すなわち、モード▲１▼（リーン空燃比成層燃焼）からモード▲５▼（リッチ空燃比均質混合気燃焼）への移行の際にスロットル弁を全開付近から急激に全閉付近まで閉弁すると、機関燃料噴射量はスロットル弁１５開度変化に追従して直ちに変化しスロットル弁閉弁時の機関運転空燃比に相当する量に設定されるが、実際に機関燃焼室に吸入される空気量はスロットル弁全閉時に対応する量まで減少するのにある程度の時間がかかってしまう。このため、スロットル弁閉弁直後は実際に機関に吸入される空気量は燃料噴射量に対応した値より多くなり、本来リッチになるべき機関運転空燃比は大幅なリーンになってしまう場合がある。このため、アイドルリッチスパイク時には燃焼室内の混合気が過度にリーンとなってしまい失火が生じやすくなる。また、アイドルリッチスパイク終了後、機関運転モードを▲５▼から▲１▼に戻す際もスロットル弁が全開近くまで開弁しても機関の実際の吸入空気量はすぐには増大しないため、逆に燃焼室内の混合気が過度にリッチとなり失火を生じやすくなる。
【００７０】
上述のように、アイドルリッチスパイク時に機関運転空燃比を急激に変化させると、すなわち、スロットル弁開度を急激に変化させると実際の機関吸入空気量がスロットル弁開度変化に追従できなくなるため失火が生じやすい。そこで、本実施形態では、アイドルリッチスパイク時には機関運転空燃比の変化が通常運転時のリッチスパイク時より小さくなるようにスロットル弁開度変化速度を低下させることにより失火の発生を防止している。
【００７１】
すなわち、本実施形態ではＥＣＵ３０はＮＯX カウンタＱＮＯＸの値が所定値に到達した場合にはアイドル運転中、通常運転中を問わずリッチスパイク操作を実行する。また、アイドル運転中のリッチスパイク（アイドルリッチスパイク）操作では、スロットル弁１５は全開付近から全閉付近まで閉弁されるが、ＥＣＵ３０はアイドルリッチスパイク時にはスロットル弁１５のアクチュエータ１５ａの作動速度を低下させ、通常運転時のリッチスパイク時よりスロットル弁１５の閉弁速度が小さくなるように制御する。この制御は、例えばアクチュエータ１５ａとしてステッパモータを使用した場合には、単位時間当たりのモータの作動ステップ数を低減することにより行なわれる。また、アイドルリッチスパイク時のスロットル弁１５閉弁速度は、スロットル弁開度変化に機関燃焼室に流入する吸気量変化が追従できる範囲、すなわち実際に機関燃焼室に流入する吸気量がスロットル弁開度と吸気圧力、機関回転数とから算出される機関の吸気量と常に一致しながら変化するような範囲でできるだけ大きな速度に設定されるが、実際には機関型式毎に実験等により決定することが好ましい。
【００７２】
このように、実際に燃焼室に吸入される吸気量がスロットル弁開度（及び吸気圧力、機関回転数）に基づいて算出される吸気量と一致しながら変化するようにスロットル弁の作動速度を低下させることにより、スロットル弁開度等に基づいて算出される燃料噴射量も吸気量と対応して比較的ゆっくりと変化するようになる。このため、機関運転空燃比も比較的ゆっくりと変化するようになり機関燃焼室内の混合気が過度にリーンまたはリッチになることが防止される。なお、本実施形態では、アイドルリッチスパイク操作終了後にはスロットル弁は全開付近まで開弁されるが、この場合もＥＣＵ３０はスロットル弁の作動速度を通常運転時のリッチスパイク操作終了後の作動速度より小さく設定し、実際の吸気量変化とスロットル弁開度に基づいて算出される吸気量の変化とが一致するようにする。これにより、アイドルリッチスパイク時の失火が防止され、アイドル運転時にも安定した運転を維持しながらリッチスパイク操作を行なうことが可能となる。
【００７３】
（３）第３の実施形態
本実施形態では、リッチスパイク操作（通常運転時及びアイドル運転時）の際にモード▲１▼（リーン空燃比成層燃焼）からモード▲５▼（リッチ空燃比均質混合気燃焼）に運転モードを切り換えるときに、一旦機関を所定時間（例えば機関数回転程度）モード▲３▼（リーン空燃比均質混合気燃焼）で運転した後にモード▲５▼に切り換えるようにしている。モード▲１▼の極めてリーンな空燃比から中途の空燃比（モード▲３▼）での運転を経てモード▲５▼のリッチ空燃比運転を行なうことにより、空燃比の変化による急激なトルク変動が生じることが防止される。
【００７４】
ところが、この場合にも機関アイドル運転では通常運転時と同じ中途空燃比運転時間を設定すると、前述したように急激な空燃比変化のために機関の失火が生じやすくなる。そこで、本実施形態ではアイドル運転時のリッチスパイク操作では、リッチ空燃比に移行する前の中途空燃比運転時間を通常運転時のリッチスパイク操作の中途空燃比運転時間に較べて長く設定するようにしている。このように、アイドルリッチスパイク時に中途空燃比運転時間を長く設定することにより全体としてリーン空燃比からリッチ空燃比への変化速度が小さくなり、急激な空燃比変化による機関の失火が防止されるようになる。
【００７５】
本実施形態では、ＥＣＵ３０は以下に説明する手順でアイドルリッチスパイク操作を行なう。
まず、ＥＣＵ３０はＮＯX カウンタＱＮＯＸの値が所定値ＱＮ１に到達した場合には、現在機関がアイドル運転中か否かを判定する。本実施形態においても、機関運転モードが▲１▼リーン空燃比成層燃焼であり、かつ燃料噴射量が所定値より小さい場合に現在機関がアイドル運転中であると判定される。現在機関がアイドル運転中であった場合には、ＥＣＵ３０は後述する中途空燃比運転時間カウンタＣＮＴの判定値をＣＮＴ１に設定する。また、現在機関がアイドル運転中でない場合にはカウンタＣＮＴの判定値はＣＮＴ２に設定される。
【００７６】
そして、カウンタＣＮＴの判定値を設定後、ＥＣＵ３０は現在機関がモード▲３▼（リーン空燃比均質混合気燃焼）で運転されていない場合（例えば機関がアイドル運転されている場合）には機関の運転モードを▲３▼に変更する。この場合、ＳＣＶ開度は全開とされ、スロットル弁開度、機関点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期はアクセル開度と機関回転数とに基づいて予め準備されたモード▲３▼運転のマップから決定される。前述したように、この場合には機関運転空燃比はモード▲１▼よりリッチ側の１５から２５程度のリーン空燃比となる。そして、ＥＣＵ３０はモード▲３▼に移行後、カウンタＣＮＴの値を０から一定時間毎（もしくは機関クランク軸一定回転角毎）に１ずつ増大させ、このカウンタＣＮＴの値が前述の判定値（ＣＮＴ１またはＣＮＴ２）に到達したときに、機関運転モードを▲３▼（リーン空燃比均質混合気燃焼）からモード▲５▼（リッチ空燃比均質混合気燃焼）に切り換える。この場合、スロットル弁開度はアクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）に対応した値まで閉弁され、燃料噴射量はスロットル開度と機関吸気圧、機関回転数とから計算される機関吸入空気量に基づいて算出され、機関運転空燃比が１２．５程度のリッチ空燃比になるようにされる。
【００７７】
前述のように、モード▲３▼の運転時間カウンタＣＮＴの判定値はアイドルリッチスパイク時にはＣＮＴ１に、通常運転時にはＣＮＴ２にそれぞれ設定されている。ここで、ＣＮＴ２は機関数回転程度の時間に相当する値、ＣＮＴ１はＣＮＴ２より大きな値として予め与えられている。このため、アイドルリッチスパイク操作時にはモード▲３▼での運転時間（ＣＮＴ１）は通常運転時のリッチスパイク操作時の中途運転時間（ＣＮＴ２）より長くなり、アイドルリッチスパイク時にモード▲１▼の空燃比からモード▲５▼の空燃比に切り換わるまでの時間は通常運転時のリッチスパイクの際の空燃比切り換え時間より長くなり、全体としてアイドルリッチスパイク時の空燃比変化速度が小さくなる。このため、トルクショックの発生が防止されるとともに、アイドルリッチスパイク操作中に急激な空燃比変化による機関の失火が生じることが防止される。なお、上記中途空燃比運転時間の判定値ＣＮＴ１、ＣＮＴ２は、トルクショックが発生しない範囲（ＣＮＴ１）及び機関の失火が生じない範囲（ＣＮＴ２）でできるだけ短い時間として設定されるが、実際には機関型式毎に実験等により決定することが好ましい。
【００７８】
また、本実施形態では第１の実施形態と同様にＮＯX 吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯX の全量が放出されたときにリッチスパイク操作を終了するが、リッチスパイク操作終了時にモード▲５▼（リッチ空燃比均質燃焼）からリッチスパイク開始前のもとの運転モードに復帰する際にもモード▲３▼で機関をＣＮＴ１（アイドルリッチスパイク操作）またはＣＮＴ２（通常運転時のリッチスパイク操作）だけ運転してからもとのモードに復帰するようにしている。これにより、アイドルリッチスパイク終了時にも機関の失火が生じることが防止される。
【００７９】
なお、本実施形態ではアイドルリッチスパイク時にモード▲３▼での中途空燃比運転時間を通常運転時より長くするのみで、アイドルリッチスパイク時のリッチ空燃比、スロットル弁の作動速度等については通常運転時のリッチスパイクと同一にしている。しかし、本実施形態においても、第１の実施形態または第２の実施形態のようにアイドルリッチスパイク時のリッチ空燃比を通常運転時より高く設定し、及び／またはスロットル弁作動速度を通常運転時より低く設定するようにすれば、アイドルリッチスパイク時の失火をより確実に防止することが可能となる。
【００８０】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、本発明は、機関極低負荷運転時にも機関のストールを生じることなくリッチスパイク操作を行うことが可能となるという共通の効果を奏する。
また、請求項１から４の発明によれば、更に上記共通の効果に加えて、機関極低負荷運転時のＮＯX 吸蔵還元触媒の温度の低下を防止することにより、ＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX の放出、還元浄化を効率的に実施可能とする効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…排気通路
７…ＮＯX 吸蔵還元触媒
１５…スロットル弁
２９ａ、２９ｂ、３１…空燃比センサ
３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３７…アクセル開度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, and more particularly, to NO in exhaust gas when the air-fuel ratio of exhaust gas flowing in is lean.XNO absorbed when the oxygen concentration in the exhaust gasXNO releaseXThe present invention relates to an exhaust emission control device including an occlusion reduction catalyst.
[0002]
[Prior art]
NO in exhaust when exhaust air-fuel ratio is leanX(Nitrogen oxide) is absorbed, and when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust becomes rich, the absorbed NOXNO is released and reduced and purified.XOcclusion reduction catalysts are known.
This kind of NOXAs an example of an exhaust gas purification apparatus using an occlusion reduction catalyst, for example, there is one described in Japanese Patent Registration No. 2600492. The exhaust purification device of the above-mentioned patent has NO in the exhaust passage of an engine that performs lean air-fuel ratio operation.XAn NOx storage reduction catalyst is installed and NO during the lean air-fuel ratio operation of the engine.XNO in exhaust gas to storage reduction catalystXAbsorbs NOXNO of storage reduction catalystXBy performing a rich spike operation in which the engine is operated at a stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio for a short time when the amount of absorption increases, NOXNO absorbed from the storage reduction catalystXReleased and NO releasedXReduce and purify. That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio, the oxygen concentration in the exhaust gas rapidly decreases as compared to the lean air-fuel ratio exhaust gas, and the amount of unburned HC and CO components in the exhaust gas rapidly increases. To increase. Therefore, when the engine operating air-fuel ratio is switched to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio by the rich spike operation, NOXThe air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage reduction catalyst changes from the lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio, and NO decreases due to a decrease in the oxygen concentration in the exhaust gas.XNO from the storage reduction catalystXIs released. In addition, since the stoichiometric or rich air-fuel ratio exhaust gas contains a relatively large amount of unburned HC and CO components as described above, NO.XNO released from the storage reduction catalystXReacts with unburned HC and CO components in the exhaust and is reduced.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described in the above-mentioned Patent Registration No. 2600492, NO during the lean air-fuel ratio operation of the engine by the rich spike operation.XNO from storage reduction catalystXIn general, when the engine is operated at an extremely low load such as an idle, the rich spike operation is prohibited. When the rich spike operation is performed, the engine operating air-fuel ratio is suddenly changed from lean to rich, and misfire is likely to occur due to a sudden change in the air-fuel ratio. If misfire occurs during extremely low load operation such as when idling (when the engine intake air amount is small), the engine itself may stall. It was considered undesirable from the viewpoint of driving stability. Also, during extremely low load operation, the engine exhaust temperature becomes lower, and accordingly NOXEven if the rich spike operation is performed because the temperature of the storage reduction catalyst also decreases, NOXNO from storage reduction catalystXEmissions and reduction and purification cannot be performed efficiently, and the engine NO.XNOXNO from storage reduction catalystXNO, because the necessity of the rich spike operation for reduction and purification is relatively low, etc.XIn the exhaust purification system using the storage reduction catalyst, the rich spike is not executed during the engine extremely low load operation such as an idle.
[0004]
However, the engine NO.XAlthough the amount of emissions is reduced, NO from the engine even during extremely low load operationXBecause NO is dischargedXStorage NO of storage reduction catalystXThe amount gradually increases. For this reason, if engine extremely low load operation such as idle continues for a long time, NOXStorage NO of storage reduction catalystXThe amount reaches the saturation amount and NO in the exhaustXIs NOXThere may be a case where the catalyst is not absorbed by the storage reduction catalyst and is directly released into the atmosphere. For this reason, NO during engine extremely low load operation such as idleXNO from storage reduction catalystXNeed to be released and reduced and purified.
[0005]
The present invention performs rich spike operation without causing engine stall even during engine extremely low load operation, and NOXNO from storage reduction catalystXAn object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that can efficiently perform emission and reduction purification.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  According to the first aspect of the present invention, when the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the engine exhaust passage is lean, the NO in the exhaustXNO is absorbed when the air-fuel ratio of the exhaust that absorbs and flows in is richXNO is released and reduced and purified.XAn NOx storage reduction catalyst is installed and NO during the lean air-fuel ratio operation of the engine.XNO absorbed by the storage reduction catalystXTheSwitch engine air-fuel ratio from lean air-fuel ratio to rich air-fuel ratio for a short timeIn an exhaust purification system for an internal combustion engine that releases and reduces by performing a rich spike operation, during an extremely low load operation, the rich spike operation during normal operationThe engine operating air-fuel ratio change width at the time of rich spike is smallNO by performing rich spike operationXNO from storage reduction catalystXAn exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that performs release and reduction purification is provided.
[0007]
  That is, according to the first aspect of the invention, the rich spike operation is performed even during engine extremely low load operation such as idling, and NO.XNO absorbed from the storage reduction catalystXTo reduce and purify. In addition, the air-fuel ratio at the time of the rich spike operation at the time of extremely low load operation is higher than the air fuel ratio at the time of the rich spike operation at the time of normal operation (operation other than the extremely low load operation) (more theoretical air-fuel ratio). Rich air-fuel ratio). ThisSince the engine operating air-fuel ratio change width during rich spike operation during extremely low load operation is smaller than during normal rich spike operation,A large fluctuation in the engine operating air-fuel ratio during the rich spike operation is prevented, and engine stall due to misfire is prevented. Further, by setting the engine operating air-fuel ratio at the time of the rich spike operation at the time of extremely low load operation high, the engine exhaust temperature rises at the time of the rich spike operation even at the time of extremely low load operation. For this reason, NOXThe temperature of the storage reduction catalyst also rises and NOXNO from storage reduction catalystXIs efficiently released and reduced and purified.
[0008]
  According to the second aspect of the present invention, NO during engine extremely low load operation.XIf the temperature of the storage reduction catalyst is lower than the predetermined temperature, NOXMore than the case where the temperature of the occlusion reduction catalyst is higher than the predetermined temperature.The engine operating air-fuel ratio change width at the time of rich spike is smallAn exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, which performs a rich spike operation.
  That is, in the invention of claim 2, in claim 1, NOXIf the temperature of the storage reduction catalyst is low,Because the engine operating air-fuel ratio change width at the time of rich spike is reduced,The rich air-fuel ratio during rich spike operation is the stoichiometric air-fuel ratio.Get closer. For this reason, the engine exhaust temperature rises further and NOXNO even when the temperature of the storage reduction catalyst is lowXNO from storage reduction catalystXIs efficiently released and reduced and purified.
[0009]
  According to the third aspect of the present invention, there is further provided the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the rich spike operation is performed for a longer time than the rich spike operation during the normal operation during the engine extremely low load operation. The
  That is, in the invention of claim 3, the rich spike operation at the time of engine extremely low load operation in claim 1 isDuring normal operationDo longer. As a result, even when a rich spike operation is performed at a rich air-fuel ratio close to the theoretical air-fuel ratio, NOXA sufficient amount of reducing agent can be supplied to the storage reduction catalyst, and NOXThe temperature of the storage reduction catalyst will also rise sufficiently and NOXNO from storage reduction catalystXIs efficiently released and reduced.
[0010]
According to the fourth aspect of the present invention, there is further provided the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the engine is operated at the stoichiometric air-fuel ratio immediately after the rich spike operation is performed during the engine extremely low load operation. .
That is, in the invention of claim 4, since the engine is operated at the stoichiometric air-fuel ratio after performing the rich spike operation at the time of engine extremely low load operation in claim 1, NO.XThe storage reduction catalyst continues to be supplied with hot exhaust and NOXThe temperature reduction of the storage reduction catalyst is prevented.
[0011]
According to the fifth aspect of the present invention, when the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the engine exhaust passage is lean, the NO in the exhaustXNO is absorbed when the air-fuel ratio of the exhaust that absorbs and flows in is richXNO is released and reduced and purified.XAn NOx storage reduction catalyst is installed and NO during the lean air-fuel ratio operation of the engine.XNO absorbed by the storage reduction catalystXIn an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that releases and reduces and purifies the engine by performing a rich spike operation that operates the engine at a rich air-fuel ratio, the rate at which the engine operating air-fuel ratio changes from lean to rich during the rich spike operation is Provided is an internal combustion engine exhaust gas purification device that is set to be smaller than during normal operation during extremely low load operation.
[0012]
That is, in the fifth aspect of the invention, the rich spike operation at the time of engine extremely low load operation sets the change speed of the engine operating air-fuel ratio smaller than the rich spike operation at the time of normal operation. Is prevented. This makes it possible to perform a stable rich spike operation without causing engine stall or the like even during engine extremely low load operation.
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, the changing speed of the engine operating air-fuel ratio during the rich spike operation is adjusted by changing the changing speed of the intake air amount sucked into the engine combustion chamber. An internal combustion engine exhaust gas purification apparatus is provided.
That is, in the sixth aspect of the invention, the changing speed of the engine operating air-fuel ratio during the rich spike operation is adjusted by changing the changing speed of the intake air amount. The intake air amount mentioned here means the amount of gas sucked into the engine combustion chamber including not only the fresh air amount but also the EGR (exhaust gas recirculation) amount. In this way, by setting the intake air rate change speed during rich spike operation during extremely low load operation to a small change speed during rich spike operation during normal operation, misfires due to sudden changes in the engine operating air-fuel ratio can be prevented. Is done.
[0014]
According to a seventh aspect of the present invention, the changing speed of the engine operating air-fuel ratio during the rich spike operation is adjusted by changing the changing speed of the amount of fuel supplied to the engine combustion chamber. An internal combustion engine exhaust gas purification apparatus is provided.
That is, in the invention of claim 7, the change speed of the engine operating air-fuel ratio at the time of rich spike operation is adjusted by changing the change speed of the fuel amount supplied to the engine, and the fuel amount at the time of rich spike operation at extremely low load operation. Is set to be smaller than the change rate during the rich spike operation during normal operation, it is possible to prevent misfire due to a sudden change in the engine operating air-fuel ratio.
[0015]
According to the invention described in claim 8, when the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the engine exhaust passage is lean, the NO in the exhaustXNO is absorbed when the air-fuel ratio of the exhaust that absorbs and flows in is richXNO is released and reduced and purified.XAn NOx storage reduction catalyst is installed and NO during the lean air-fuel ratio operation of the engine.XNO absorbed by the storage reduction catalystXIn an exhaust purification device for an internal combustion engine that releases and reduces purification by performing a rich spike operation that operates the engine at a rich air-fuel ratio, an electronic control that can operate independently of the driver's accelerator pedal operation in the engine intake passage A throttle valve is provided to reduce the amount of intake air drawn into the engine combustion chamber when the rich spike operation is performed and reduce the amount of intake air into the engine combustion chamber. An exhaust purification device for an internal combustion engine that is set to be smaller than an operating speed in a rich spike operation during normal operation is provided.
[0016]
That is, in the invention of claim 8, the engine intake air amount is controlled by the electronically controlled throttle valve that can operate independently of the driver's accelerator pedal operation. Further, in the rich spike operation at the time of engine extremely low load operation, the operating speed of the electronically controlled throttle valve is set to be lower than that in the rich spike operation at the time of normal operation, so the change speed of the intake air amount of the engine becomes small. As a result, the engine operating air-fuel ratio change rate during the rich spike operation is also smaller than during the rich spike operation during normal operation during engine extremely low load operation, and engine misfire is prevented.
[0017]
According to the ninth aspect of the present invention, when the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the engine exhaust passage is lean, the NO in the exhaustXNO is absorbed when the air-fuel ratio of the exhaust that absorbs and flows in is richXNO is released and reduced and purified.XDuring the lean air-fuel ratio operation of the engine, a rich spike operation is performed in which the engine air-fuel ratio is changed from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio and maintained at the rich air-fuel ratio while the engine is operating at the lean air-fuel ratio. NO by doingXNO absorbed from the storage reduction catalystXIn the exhaust purification device for an internal combustion engine that releases and reduces the exhaust gas, in the rich spike operation at the time of engine extremely low load operation, the operation time at the mid air-fuel ratio is longer than the operation time at the mid air fuel ratio in the rich spike operation in normal operation An exhaust gas purification device for an internal combustion engine set for a long time is provided.
[0018]
That is, according to the ninth aspect of the present invention, the lean air-fuel ratio is set by setting the operation time at the midway air-fuel ratio during the rich spike operation in the extremely low load operation to be longer than the operation time at the midway air-fuel ratio during the rich spike operation in the normal operation. Since the sudden change of the air-fuel ratio from the air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio is prevented, the engine misfire is prevented from occurring.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment when the present invention is applied to an automobile internal combustion engine.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an automobile internal combustion engine. In this embodiment, the engine 1 is a four-cylinder gasoline engine having four cylinders # 1 to # 4. From the in-cylinder fuel injection valve 111 that directly injects fuel into the cylinders # 1 to # 4. 114 is provided. As will be described later, the internal combustion engine 1 of the present embodiment is an engine that can be operated in a wide range of air-fuel ratios from a lean air-fuel ratio higher than the stoichiometric air-fuel ratio to an air-fuel ratio lower than the stoichiometric air-fuel ratio (rich). Yes.
[0020]
Further, in the present embodiment, the cylinders # 1 to # 4 are grouped into two cylinder groups including two cylinders whose ignition timings are not continuous with each other. (For example, in the embodiment of FIG. 1, the cylinder firing order is 1-3-4-2, and the cylinders # 1 and # 4 and the cylinders # 2 and # 3 each constitute a cylinder group. In addition, the exhaust port of each cylinder is connected to an exhaust manifold for each cylinder group, and is connected to an exhaust passage for each cylinder group. In FIG. 1, reference numeral 21a denotes an exhaust manifold for connecting the exhaust ports of the cylinder group consisting of # 1 and # 4 cylinders to the individual exhaust passage 2a, and 21b denotes the exhaust port of the cylinder group consisting of # 2 and # 4 cylinders to the individual exhaust passage 2b. Is an exhaust manifold connected to In the present embodiment, start catalysts (hereinafter referred to as “SC”) 5a and 5b made of a three-way catalyst are disposed on the individual exhaust passages 2a and 2b, respectively. Further, the individual exhaust passages 2a and 2b merge with the common exhaust passage 2 on the downstream side of the SC.
[0021]
On the common exhaust passage 2, NO, which will be described later, is provided.XAn occlusion reduction catalyst 7 is arranged. In FIG. 1, 29a and 29b indicate air-fuel ratio sensors disposed upstream of the start catalyst 5a and 5b of the individual exhaust passages 2a and 2b, and 31 indicates the NO in the exhaust passage 2.XAn air-fuel ratio sensor disposed at the outlet of the storage reduction catalyst 7. The air-fuel ratio sensors 29a, 29b, and 31 are so-called linear air-fuel ratio sensors that output a voltage signal corresponding to the exhaust air-fuel ratio in a wide air-fuel ratio range.
[0022]
In FIG. 1, the intake ports of cylinders # 1 to # 4 of one engine are connected to a surge tank 10 a via intake manifolds 11 to 14, and the surge tank is connected to a common intake passage 10. Yes. Further, in the present embodiment, a throttle valve 15 is provided on the intake passage 10. The throttle valve 15 of the present embodiment is a so-called electronically controlled throttle valve, which is driven by an actuator 15a of an appropriate type such as a stepper motor and has an opening corresponding to a control signal from an ECU 30 described later.
[0023]
Further, an electronic control unit (ECU) of the engine 1 is indicated by 30 in FIG. In this embodiment, the ECU 30 is a microcomputer having a known configuration including a RAM, a ROM, and a CPU, and performs basic control such as ignition timing control and fuel injection control of the engine 1. In the present embodiment, the ECU 30 performs the basic control described above, and changes the fuel injection mode of the in-cylinder injection valves 111 to 114 in accordance with the engine operating state to change the operating air-fuel ratio of the engine, as will be described later. In addition to controlling, NOXNO absorbed from the storage reduction catalyst 7XIn order to release the engine, a rich spike operation is performed to switch the air-fuel ratio for a short time to the rich air-fuel ratio during the lean air-fuel ratio operation of the engine.
[0024]
The input port of the ECU 30 includes a signal indicating the exhaust air / fuel ratio at the inlets of the start catalyst 5a and 5b from the air / fuel ratio sensors 29a and 29b, and the NO / NO from the air / fuel ratio sensor 31.XIn addition to a signal representing the exhaust air-fuel ratio at the outlet of the storage reduction catalyst 7 and a signal corresponding to the intake pressure of the engine from an intake pressure sensor 33 provided in an unillustrated engine intake manifold, an engine crankshaft ( A pulse signal is input at every engine crankshaft rotation angle from a rotation speed sensor 35 disposed in the vicinity. Furthermore, in the present embodiment, a signal representing the accelerator pedal depression amount (accelerator opening) of the driver is input to an input port of the ECU 30 from an accelerator opening sensor 37 disposed in the vicinity of an accelerator pedal (not shown) of the engine 1. Has been. The ECU 30 AD-converts the intake pressure sensor 33 output and the accelerator opening sensor 37 output at predetermined intervals, stores the intake pressure PM and the accelerator opening ACCP in a predetermined area of the RAM of the ECU 30 as well as from the rotational speed sensor 35. The engine speed NE is calculated from the intervals of the pulse signals and stored in a predetermined area of the RAM. The output port of the ECU 30 is connected to the fuel injection valves 111 to 114 of each cylinder through a fuel injection circuit (not shown) in order to control the fuel injection amount and fuel injection timing to each cylinder. The opening of the throttle valve 15 is controlled by being connected to the actuator 15b of the valve 15 via a drive circuit (not shown).
[0025]
In the present embodiment, the ECU 30 operates the engine 1 in one of the following five modes depending on the operating conditions.
(1) Lean air-fuel ratio stratified combustion (injection once in the compression stroke)
(2) Lean air-fuel ratio weak stratified combustion (intake stroke / injection stroke twice)
(3) Lean air-fuel ratio homogeneous mixture combustion (intake stroke one injection)
(4) Theoretical air-fuel ratio homogeneous mixture combustion (intake stroke one injection)
(5) Rich air-fuel ratio homogeneous mixture combustion (intake stroke one injection)
That is, in the light load operation region of the engine 1, the lean air-fuel ratio stratified combustion in the mode (1) is performed. The engine 1 includes two intake valves, an intake valve having a swirl port for generating a swirl (swirl flow) of intake air in the cylinder, and an intake valve having a normal straight port, and an intake passage communicating with the straight port The amount of intake air flowing into the cylinder from the swirl port can be controlled by adjusting the opening degree of a swirl control valve (SCV) (not shown) provided in the cylinder. When stratified combustion is performed, the SCV opening is fully closed, the amount of intake air from the swirl port is increased, and a strong swirl is generated in the cylinder. In this state, in-cylinder fuel injection is performed only once in the latter half of the compression stroke of each cylinder, and the injected fuel forms a combustible mixture layer in the vicinity of the cylinder spark plug. Further, the fuel injection amount in this operation state is extremely small, and the air-fuel ratio as a whole in the cylinder is about 25 to 30 or more.
[0026]
Further, when the load increases from the state of the mode (1) to enter the low load operation region, the lean air-fuel ratio weak stratified combustion in the mode (2) is performed. As the engine load increases, the amount of fuel injected into the cylinder increases. However, in the stratified combustion in the mode (1), the fuel injection is performed in the latter half of the compression stroke, so the injection time is limited and the fuel can be stratified. There is a limit to the amount. Therefore, in this load region, a target amount of fuel is supplied to the cylinders by injecting in advance into the first half of the intake stroke an amount of fuel that is insufficient only by fuel injection in the latter half of the compression stroke. The fuel injected into the cylinder in the first half of the intake stroke generates a very lean homogeneous mixture by the time of ignition. In the latter half of the compression stroke, further fuel is injected into this extremely lean homogeneous mixture to generate a combustible mixture layer that can be ignited in the vicinity of the spark plug. At the time of ignition, the combustible air-fuel mixture layer starts to burn, and the flame propagates to the surrounding lean air-fuel mixture layer, so that stable combustion is performed. In this state, the amount of fuel supplied by the injection in the intake stroke and the compression stroke is increased from (1), but the overall air-fuel ratio becomes slightly low (for example, about 20 to 30 in the air-fuel ratio).
[0027]
When the engine load further increases, the engine 1 performs lean air-fuel ratio homogeneous mixture combustion in the mode (3). In this state, the SCV is fully opened, and most of the intake air flows into the cylinder from the straight port. In this state, fuel injection is executed only once in the first half of the intake stroke, and the fuel injection amount is further increased from the above (2). In this state, the homogeneous air-fuel mixture generated in the cylinder has a lean air-fuel ratio that is relatively close to the stoichiometric air-fuel ratio (for example, about 15 to 25 as the air-fuel ratio).
[0028]
When the engine load further increases and the engine high load operation region is reached, the fuel is further increased from the state of mode (3), and the stoichiometric air-fuel ratio homogeneous mixture operation of mode (4) is performed. In this state, a homogeneous air-fuel mixture having a stoichiometric air-fuel ratio is generated in the cylinder, and the engine output increases. Further, when the engine load further increases and the engine is fully loaded, the fuel injection amount is further increased from the state of mode (4), and the rich air-fuel ratio homogeneous mixture operation of mode (5) is performed. In this state, the air-fuel ratio of the homogeneous mixture generated in the cylinder becomes rich (for example, about 12 to 14 as the air-fuel ratio).
[0029]
In the present embodiment, the optimum operation mode (above (1) to (5)) is set in advance based on experiments or the like according to the accelerator opening (the amount by which the driver depresses the accelerator pedal) and the engine speed. , Stored in the ROM of the ECU 30 as a map using the accelerator opening and the engine speed. During the engine 1 operation, the ECU 30 determines which one of the above operation modes (1) to (5) should be selected based on the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 37 and the engine speed. The fuel injection amount, the fuel injection timing, the number of times, and the throttle valve opening are determined according to the mode.
[0030]
Further, when mode (4) (theoretical air-fuel ratio homogeneous mixture combustion) is selected, the ECU 30 further calculates the fuel injection amount calculated as described above from the air-fuel ratio sensor so that the engine exhaust air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio. Air-fuel ratio control for feedback correction is performed based on the outputs of 29a and 29b.
That is, when the mode (1) to (3) (lean air-fuel ratio combustion) is selected, the ECU 30 determines the accelerator based on the map prepared in advance for each mode (1) to (3). The fuel injection amount is determined from the opening degree and the engine speed. When the modes (4) and (5) (theoretical air-fuel ratio or rich air-fuel ratio homogeneous mixture combustion) are selected, the ECU 30 is prepared in advance for each of the modes (4) and (5). Based on the map, the fuel injection amount is set based on the throttle valve opening, the engine speed, and the intake pressure detected by the intake pressure sensor 33.
[0031]
Further, the throttle valve 15 opening is controlled according to the accelerator opening in a region close to full opening in the modes (1) to (3). In this region, the throttle valve opening decreases as the accelerator opening decreases.However, since this is a region corresponding to the throttle valve fully open, the intake pressure remains substantially constant even if the throttle valve opening changes, and almost no intake throttle occurs. Absent.
On the other hand, in modes {circle around (4)} and {circle around (5)}, the throttle valve opening is controlled to an opening substantially equal to the accelerator opening. That is, when the accelerator opening (the amount of depression of the accelerator pedal) is 0, the throttle opening is also 0 (fully closed), and when the accelerator opening is 100% (when the accelerator pedal is fully depressed), the throttle opening Is also set to 100 percent (fully open).
[0032]
Next, the start catalyst 5a, 5b and NO of this embodimentXThe storage reduction catalyst will be described.
The start catalyst (SC) 5a, 5b uses a carrier such as cordierite formed in a honeycomb shape, and a thin coating of alumina is formed on the surface of the carrier, and platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh, etc. are formed on the alumina layer. It is comprised as a three-way catalyst which supported the noble metal catalyst component. The three-way catalyst is near HC, CO, NO near the stoichiometric air-fuel ratio.XThese three components are purified with high efficiency. The three way catalyst is NO when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes higher than the stoichiometric air-fuel ratio.XBecause the reduction capacity of the engine 1 is reduced, the NO in the exhaust when the engine 1 is operated with a lean air-fuel ratio is reduced.XCannot be sufficiently purified.
[0033]
Further, the SCs 5a and 5b are arranged in portions close to the engine 1 in the exhaust passages 2a and 2b so that the activation temperature of the catalyst can be reached in a short time after the engine is started and the catalytic action can be started, thereby reducing the heat capacity. Therefore, it has a relatively small capacity.
Next, NO of this embodimentXThe storage reduction catalyst 7 will be described. NO of this embodimentXThe occlusion reduction catalyst 7 uses, for example, alumina as a carrier, and an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, and cesium Cs, alkaline earth such as barium Ba and calcium Ca, lanthanum La, cerium, and the like. It carries at least one component selected from rare earths such as Ce and yttrium Y and a noble metal such as platinum Pt. NOXThe NOx storage reduction catalyst is used when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean.X(NO2, NO) to nitrate ion NOThree -NO is absorbed when the inflowing exhaust gas becomes richXNO releaseXPerforms absorption and release action.
[0034]
This absorption / release mechanism will be described below using platinum Pt and barium Ba as an example, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths, and rare earths.
When the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas increases (that is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes a lean air-fuel ratio), these oxygens become O on the platinum Pt.2 -Or O2-NO in the exhaustXIs O on platinum Pt2 -Or O2-To react with NO2Is generated. In addition, NO in inflow exhaust2And NO produced by the above2Is absorbed in the catalyst while being further oxidized on platinum Pt, and is combined with barium oxide BaO and nitrate ion NO.Three -Diffuses into the catalyst in the form of For this reason, NO in the exhaust gas in a lean atmosphereXIs NOXIt is absorbed in the form of nitrate in the storage reduction catalyst.
[0035]
Further, when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases (that is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas decreases), NO on platinum Pt2Since the production amount decreases, the reaction proceeds in the reverse direction, and the nitrate ion NO in the catalystThree -Is NO2NO in the form ofXThe catalyst is released from the storage reduction catalyst. In this case, if components such as HC and CO are present in the exhaust gas, NO will be generated on these platinum Pt by these components.2Is reduced.
[0036]
In the present embodiment, an engine 1 capable of lean air-fuel ratio operation is used, and when the engine 1 is operated at a lean air-fuel ratio, NOXThe storage reduction catalyst is NO in the exhaust gas flowing in.XTo absorb. Further, when the engine 1 is operated at a rich air-fuel ratio, NOXThe NOx storage reduction catalyst 7 has absorbed NO.XRelease, reduce and purify. In this embodiment, NO during lean air-fuel ratio operation.XNO absorbed by the storage reduction catalyst 7XWhen the amount increases, a rich spike operation is performed in which the engine air-fuel ratio is switched from a lean air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio for a short time.XNO from storage reduction catalystXRelease and reduction purification.
[0037]
In this embodiment, the ECU 30 is NOXNO by increasing or decreasing the counter valueXNO absorbed and stored by the storage reduction catalyst 7XEstimate the amount. NOXNO absorbed by the storage reduction catalyst 7 per unit timeXAmount of NOXNO in exhaust flowing into the storage reduction catalyst per unit timeXQuantity, ie NO generated per unit time in engine 1XIt is proportional to the amount. On the other hand, NO generated per unit time in the engineXIs determined by the amount of fuel supplied to the engine, air-fuel ratio, exhaust flow rate, etc., so if the engine operating conditions are determined, NOXNO absorbed by the storage reduction catalystXYou can know the amount. In the present embodiment, the engine operation conditions (accelerator opening, engine speed, intake air amount, intake air pressure, air fuel ratio, fuel supply amount, etc.) are changed in advance, and the NO generated by the engine per unit time.XMeasure the amount, NOXNO absorbed by the storage reduction catalyst 7 per unit timeXThe amount is stored in the ROM of the ECU 30 in the form of a numerical map using, for example, the engine load (fuel injection amount) and the engine speed. The ECU 30 uses this map to determine NO per unit time from the engine load (fuel injection amount) and the engine speed at regular intervals (every unit time).XNO absorbed by the storage reduction catalystXCalculate the amount, NOXSet this counter to NOXIncrease the amount absorbed. This makes NOXThe counter value is always NOXNO absorbed by the storage reduction catalyst 7XTo represent the amount of. The ECU 30 performs the above NO during the lean air-fuel ratio operation of the engine.XWhen the value of the counter increases to a predetermined value or more, a rich spike operation is performed in which the operation is performed in the mode (5) (rich air-fuel ratio homogeneous mixture combustion) for a short time. As a result, NOXNO absorbed from the storage reduction catalystXIs released and reduced and purified. When the engine is operated at a rich air-fuel ratio, the amount of HC and CO in the exhaust increases, and NOXNO from the storage reduction catalystXIs released and reduced by HC and CO in the exhaust. Here, NO per unit timeXNO released from the storage reduction catalyst and reduced by HC and CO in the exhaustXIs determined by the air-fuel ratio of the exhaust gas (HC and CO amount in the exhaust gas) and the exhaust gas flow rate. In the present embodiment, the engine is operated at a rich air-fuel ratio by changing engine operating conditions (accelerator opening, engine speed, intake air amount, intake pressure, air-fuel ratio, fuel supply amount, etc.) in advance, and NOXNO released from the storage reduction catalyst 7 per unit time and reduced and purifiedXMeasure the amount, NO during engine rich air-fuel ratio operationXNO released from the storage reduction catalyst 7 per unit timeXThe amount is stored in the ROM of the ECU 30 in the form of a numerical map using, for example, the engine load (fuel injection amount) and the engine speed. The ECU 30 uses this map to determine NO per unit time from the engine load (fuel injection amount) and the engine speed at regular intervals (every unit time) during the rich air-fuel ratio operation of the engine.XNO released from the storage reduction catalystXCalculate the amount, NOXSet this counter to NOXDecrease by the amount absorbed. And during rich spike operation, this NOXWhen the counter value reaches zero, the rich spike operation is terminated. This ensures NO during rich spike operation.XNO absorbed from the storage reduction catalyst 7XIt is possible to release the entire amount of NO.XNO absorbed by the storage reduction catalystXSaturation is prevented. NOXThe counter increase / decrease operation will be described later with reference to FIG.
By the way, when the rich spike operation as described above is performed, there is no problem in a region where the engine load is higher than a certain level, such as normal driving of the vehicle, but the above rich spike operation is performed at the time of engine extremely low load operation such as idle. May cause problems.
[0038]
For example, in the engine extremely low load operation such as idling, the engine is subjected to the above-described (1) lean air-fuel ratio stratified combustion, and the engine operating air-fuel ratio is extremely lean (25 to 30 or more in air-fuel ratio). The throttle valve 15 has an opening that is almost fully open.
When a rich spike operation similar to that during normal operation (during operation other than during extremely low load operation) is performed from this state, the throttle valve 15 is closed from a position close to full open to a position close to full close, and the intake air of the engine The engine operating air-fuel ratio must be reduced to a rich level (about 12.5 in terms of air-fuel ratio) by reducing the amount and increasing the fuel injection amount to the engine. However, during extremely low load operation of the engine, the engine speed is originally low and the intake air amount (intake flow velocity) of the engine is also low. For this reason, even if the throttle valve 15 is closed, a delay corresponding to the intake passage length from the throttle valve to the combustion chamber and the intake flow velocity until the intake air amount actually flowing into the combustion chamber decreases according to the throttle opening. Time arises. Therefore, if the air-fuel ratio is suddenly changed from a large lean air-fuel ratio (air-fuel ratio of about 25 to 30) to a large rich air-fuel ratio (about 12.5 in air-fuel ratio) during the rich spike operation, the change in the intake air amount Misfires may occur due to delays or variations in the fuel injection valve injection amount. In addition, when the engine is operated at an extremely low load such as idle, the engine speed is also low, so that if there is a misfire, there is a high possibility that the engine will be directly stopped (stall). Actually, in order to prevent the engine output torque from fluctuating greatly due to a sudden change in the air-fuel ratio even in the rich spike operation during normal operation, the rich from the operation of mode (1) (lean air-fuel ratio stratified combustion) is performed. Spike operation does not directly switch to (5) (rich air-fuel ratio homogeneous combustion), but takes a time of about several engine revolutions from mode (1) (lean air-fuel ratio stratified combustion) to mode (3) (lean air-fuel ratio). It is also possible to prevent the occurrence of torque shock by shifting to the mode (5) (rich air-fuel ratio homogeneous mixture combustion) after passing through the operation mode of homogeneous mixture combustion). However, in engine extremely low load operation such as idling, if the air-fuel ratio change width during the rich spike operation is large, misfire is likely to occur even when operation is performed at such an intermediate air-fuel ratio, and engine stall is likely to occur.
[0039]
Also, when the engine is operating at extremely low load, the engine exhaust temperature is low, so NOXThe temperature of the storage reduction catalyst is also decreasing. For this reason, NOXThe catalytic action of the storage reduction catalyst is also low, and even if HC and CO components are supplied by rich spike operation, NOXNO from storage reduction catalystXRelease and reduction purification are less likely to occur, and the effect of the rich spike operation is reduced. Furthermore, during extremely low load operation, the engine NOXEmissions are also low, NOXNO absorbed by the storage reduction catalystXBecause the amount is also small, NO without a rich spike for a long timeXThe NOx storage reduction catalystXIs unlikely to be saturated.
[0040]
For this reason, conventionally, in order to prevent the possibility of engine stall, the rich spike operation is prohibited during engine extremely low load operation such as idling.
However, even when the engine is in extremely low load operation, a small amount of NO is emitted from the engine.XNO is discharged because NOXNO of storage reduction catalystXAbsorption increases gradually. Therefore, if extremely low load operation of the engine continues for a long time, NOXThe NOx storage reduction catalystXIn the engine exhaust.XIs NOXThere is a case where a situation occurs in which the catalyst is released without being absorbed by the storage reduction catalyst. For this reason, the rich spike operation is performed even at the time of engine extremely low load operation.XNO from storage reduction catalystXIn this case, the engine stall due to the abrupt fluctuation of the air-fuel ratio and the NO due to the temperature drop are required.XIt is necessary to solve the problem of the reduction in the catalyst capacity of the storage reduction catalyst.
[0041]
  In the present embodiment, during engine extremely low load operation such as idle (hereinafter collectively referred to as “idle operation”), an idle rich spike operation described below (to distinguish it from a normal rich spike operation other than during engine extremely low load operation). In the following description, the rich spike operation during engine extremely low load operation is referred to as “idle rich spike operation”).aboutThis makes it possible to solve the above problems and to perform rich spike operation during engine extremely low load operation such as idling.XNO from the storage reduction catalystXCan be efficiently released and reduced and purified. Hereinafter, an embodiment of the idle rich spike operation will be described.
[0042]
(1) First embodiment
In this embodiment, NO during idle operation.XA (normal) idle rich spike operation and a low temperature idle rich spike operation are performed according to the temperature of the storage reduction catalyst 7.
In a normal idle rich spike operation, the air-fuel ratio (rich air-fuel ratio) at the time of the rich spike operation is higher than the rich air-fuel ratio (for example, about 12.5 at the air-fuel ratio) in the rich spike operation at the time of normal operation (theoretical air-fuel ratio). For example, the air-fuel ratio is about 13.5. As described above, since the air-fuel ratio at the time of the idle rich spike operation is increased, the variation range of the engine operating air-fuel ratio at the time of the rich spike operation becomes smaller than that at the time of the normal rich spike operation. It is prevented. Since the degree of richness of the air-fuel ratio during the rich spike operation is lowered (that is, the air-fuel ratio is increased), the amount of HC and CO in the exhaust gas is reduced as compared with the normal rich spike. The air-fuel ratio operation time becomes longer than usual.
[0043]
Further, in this embodiment, NOXThe temperature of the storage reduction catalyst 7 is monitored and NO during idle operationXThe temperature of the storage reduction catalyst 7 is a predetermined value (for example, NOXWhen the temperature is lower than the activation temperature of the storage reduction catalyst 7, a low temperature idle rich spike operation is performed. At the time of low temperature idle rich spike operation, the air-fuel ratio is set to be leaner than that at the time of normal idle rich spike operation, for example, the air-fuel ratio is set to a rich air-fuel ratio higher than 13.5. As a result, the engine exhaust temperature becomes higher than that during normal idle rich spike operation.XFurther reduction in the temperature of the storage reduction catalyst 7 is prevented. In the low temperature idle rich spike operation, NOXNO absorbed from the storage reduction catalyst 7XThe engine is operated at the stoichiometric air-fuel ratio after all the amount of gas is released. By operating the engine at the stoichiometric air-fuel ratio, the engine exhaust temperature further rises.XThe temperature of the occlusion reduction catalyst 7 rises, and it becomes possible to maintain high catalytic activity. The theoretical air-fuel ratio operation in low temperature idle rich spike operation is NOXThe process ends when the temperature of the storage reduction catalyst 7 reaches a predetermined value (for example, a temperature considering a predetermined margin for the catalyst activation temperature).
[0044]
2 to 5 are flowcharts for explaining the rich spike operation in the present embodiment.
2 shows NOXIt is a flowchart which shows the calculation operation of a counter. This operation is performed by a routine executed by the ECU 30 at regular intervals.
In this operation, as described above, when the engine is operated at a lean air-fuel ratio, the NO from the engineXNO according to the amount of emissionsXIf the value of the counter QNOX is increased at regular intervals and the engine is operating at rich or stoichiometric air-fuel ratio, NOXNO from storage reduction catalystXNO according to the amount of releaseXThe value of the counter QNOX is decreased. As a result, NOXThe value of counter QNOX is NOXNO stored in the storage reduction catalyst 7XIt comes to correspond to the amount. In addition, during rich spike operation (including normal and normal idle rich spikes, low temperature idle rich spikes), NO is determined depending on engine operating conditions such as air-fuel ratio and exhaust flow rate.XThe rich spike operation is stopped when the counter QNOX is decremented and QNOX = 0, so that NO regardless of the engine operating conditions.XNO absorbed by the storage reduction catalyst 7XCan be completely released.
[0045]
In FIG. 2, step 201, the engine operation mode (the above-mentioned modes (1) to (5)), the engine fuel injection amount QINJ, and the engine speed NE are read. Then, the current engine operating air-fuel ratio is calculated from a predetermined relationship using step 203 operation mode, QINJ, NE, and it is determined whether the current engine is operating at the rich air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio.
[0046]
If the current engine operating air-fuel ratio AF is the rich air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio, the operation proceeds to step 205 and NOXNO per unit time (equivalent to the execution interval of this operation) from the storage reduction catalyst 7XThe discharge amount DNOX is calculated based on the engine operation state (operation mode, fuel injection amount, rotation speed, exhaust flow rate, etc.). In addition, NO per unit timeXIf the exhaust air-fuel ratio is the same, the discharge amount increases as the exhaust flow rate increases, and if the exhaust flow rate is the same, the release amount increases as the air-fuel ratio decreases (rich).
[0047]
In step 207, the current NOXNO of storage reduction catalyst 7XThe stored amount QNOX is decreased by the released amount DNOX. On the other hand, if the operation air-fuel ratio AF of the engine is not the rich air-fuel ratio or the stoichiometric air-fuel ratio in step 203 (that is, if it is a lean air-fuel ratio), this operation proceeds to step 209 and the engine operation state (operation mode, NO per unit time based on fuel injection amount, rotation speed, exhaust flow rate, etc.)XNO absorbed by the storage reduction catalystXThe amount INOX is calculated. In step 211, the amount of absorption INOX is NO.XNO of storage reduction catalyst 7XThe storage amount QNOX is increased. In steps 213 to 219, the QNOX value is set to the minimum value 0 and the maximum storable NO.XThe operation is terminated with guarding by the quantity QNMAX. QNMAX is NOXMaximum NO that can be absorbed by the storage reduction catalyst 7XAmount (ie NOXThe NOx storage reduction catalystXOcclusion amount when saturated with.
[0048]
Next, FIG. 3 is a flowchart showing an idle rich spike mode determination operation for determining a rich spike operation mode during idle operation (that is, either a normal idle rich spike or a low temperature idle rich spike operation). This operation is also executed by the ECU 30 at regular intervals.
In this operation, NOXThe temperature of the storage reduction catalyst 7 is detected and NO during engine idle operation.XThe storage reduction catalyst temperature is a predetermined temperature β (β is NOXWhen the temperature is lower than the activation temperature of the storage reduction catalyst, which is about 300 ° C. in this embodiment, the low temperature idle rich spike operation described later is performed. In the low temperature idle rich spike operation, as will be described later, the rich spike operation is performed at a rich air / fuel ratio of an air / fuel ratio higher than that of the normal idle rich spike operation (for example, an air / fuel ratio higher than 13.5).XNO from storage reduction catalystXBy operating the engine at the stoichiometric air-fuel ratio after completing the release of NO, NOXThe temperature of the occlusion reduction catalyst 7 is raised to a predetermined temperature β + γ (γ is about several tens of degrees C, for example). As a result, NO during engine idle operationXIf the storage reduction catalyst temperature starts to decrease, NOXNO at temperatures above the activation temperature of the storage reduction catalystXRelease and reduction purification, effectively NOXThe storage reduction catalyst is regenerated. In addition, it is NO by low temperature idle rich spike operationXSince the storage reduction catalyst temperature is raised to a temperature higher than the activation temperature, NOXFurther reduction in the temperature of the storage reduction catalyst is prevented.
[0049]
On the other hand, in this operation, NOXEven when the temperature of the storage reduction catalyst 7 is higher than the predetermined value β, the normal idle rich spike operation is performed when the idle operation continues for a predetermined time α or more. As described later, NO during normal operation other than idle operationXA normal rich spike operation is performed every time the counter value reaches a predetermined value.XNO due to low generationXThe increment rate of the counter is small, NOXThe idle operation continues for a long time before the counter reaches the predetermined value, and NOXThe storage reduction catalyst temperature may be lowered. Therefore, in the present embodiment, during idle operation, the idle rich spike is performed every time the idle operation continuation time reaches a predetermined value, and the low temperature idle rich spike operation is performed together with NO.XThe temperature reduction of the storage reduction catalyst is prevented. In the idle rich spike operation, the engine operating air-fuel ratio is set to a rich air-fuel ratio (about 13.5 in the air-fuel ratio) that is higher than the rich spike during normal operation.
[0050]
In FIG. 3, in step 301, it is determined whether or not engine extremely low load operation such as idling is currently being performed. In the present embodiment, when the engine operation mode is (1) lean air-fuel ratio stratified combustion and the fuel injection amount is smaller than a predetermined value, it is determined that the engine is under extremely low load operation.
If the current idling operation is being performed in step 301, it is next determined in step 303 based on the value of the idling counter CIDL whether the present idling operation has continued for a predetermined time or more. The idle counter CIDL is a counter that is incremented by 1 every fixed time during engine idle operation by an operation (not shown) separately executed by the ECU 30, and represents the idle operation continuation time until now. In step 303, when the idle counter CIDL exceeds the predetermined value α, it is determined that the idle operation has continued for a predetermined time or more, and the process proceeds to step 305, where the value of the idle rich spike flag XRSI is set to 1. As will be described later, when the idle rich spike flag XRSI is set to 1, a normal idle rich spike operation is immediately executed.
[0051]
If CIDL ≦ α in step 303, that is, if the current idle duration does not exceed the predetermined time, the process proceeds to step 307, where the current NO.XIt is determined whether the storage reduction catalyst 7 temperature TCCL is lower than the aforementioned predetermined temperature β. NOXThe NOx storage reduction catalyst temperature TCCL is NOXAlthough a temperature sensor may be arranged on the catalyst bed of the storage reduction catalyst 7 and directly measured, in this embodiment, the exhaust temperature is calculated from the engine operating state, and the unit per unit time generated by the difference between the exhaust temperature and the catalyst temperature is calculated. The current catalyst temperature TCCL is estimated by successively integrating the catalyst temperature change.
[0052]
NO in step 307XWhen the storage reduction catalyst 7 temperature TCCL is lower than the predetermined temperature β, the routine proceeds to step 309, where the value of the low temperature flag XTCCL is set to 1, and at step 311 the value of the idle counter CIDL is reset to 0. As a result, the value of the idle rich spike flag XRSI is set to 1. As will be described later, in this embodiment, when both the idle rich spike flag XRSI and the low temperature flag XTCCL are set to 1, a low temperature idle rich spike operation is executed.
[0053]
Steps 313 to 319 indicate a reset operation of the low temperature flag XTCCL. In the present embodiment, when the low temperature flag XTCCL is set to 1 (step 313) (that is, after the catalyst temperature TCCL has once dropped below β), the catalyst temperature TCCL becomes higher than (β + γ). (Step 317) The value of the low temperature flag XTCCL is reset to 0 (Step 319). Also in this case, the idle counter CIDL is reset to 0 in step 315.
[0054]
On the other hand, if it is not currently idling in step 301, the process proceeds to step 321 and the current NO calculated in FIG.XIt is determined whether or not the value of the counter QNOX has reached a predetermined value QN1. If QNOX ≧ QN1, the value of the normal rich spike flag XRS is set to 1. As will be described later, when the value of the normal rich spike flag XRS is set to 1, a rich spike operation during normal operation is executed. If QNOX <QN1 in step 321, the value of the idle counter CIDL is reset to 0 in step 325, and both the flags XRSI and XTCCL are reset in step 327 and the operation ends.
[0055]
In the present embodiment, the idling operation continuation time α for determining whether or not it is necessary to start the idling rich spike operation in step 303 is NO in idling operation.XThe NOx storage reduction catalyst is QN1XIt is set to be shorter than the time to absorb.
FIG. 4 is a flowchart showing a rich spike execution operation during normal operation and idle operation. This operation is performed by a routine executed by the ECU 30 at regular intervals.
[0056]
When the operation is started in FIG. 4, it is determined in step 401 whether or not the value of the rich spike flag XRS during normal operation is set to 1. If XRS = 1 in step 401, that is, the engine is currently operating normally, and NOXNO absorbed by the storage reduction catalyst 7XSince the amount has increased to the predetermined amount, the routine proceeds to step 403, where the rich spike operation during normal operation is performed, and the engine operation air-fuel ratio AF is relatively low (about rich) and the rich air-fuel ratio is about 12.5. Can be switched to.
[0057]
On the other hand, if XRS ≠ 1 in step 401, the process proceeds to step 405, where it is determined whether the idle rich spike flag XRSI is set to 1. If XRSI = 1, In step 407, it is determined whether or not the value of the low temperature flag XTCCL is set to 1.
If XRS = 1 in step 405 and XTCCL ≠ 1 in step 407, the current NOXThis means that the temperature of the occlusion reduction catalyst 7 is equal to or higher than β, but idling is continued for a predetermined time α. Therefore, in this case, the (normal) idle rich spike operation of step 411 is performed, and the engine operating air-fuel ratio AF is higher (lean) than the air-fuel ratio (about 12.5) at the time of rich spike during normal operation. The air-fuel ratio is changed to a rich air-fuel ratio (for example, about 13.5 in air-fuel ratio).
[0058]
On the other hand, if XRS = 1 and XTCCL = 1 in steps 405 and 407, the engine is currently in idle operation and NOXSince this means that the temperature of the storage reduction catalyst 7 has decreased below the predetermined value β, the routine proceeds to step 409, where the low temperature idle rich spike is executed, and the engine operating air-fuel ratio AF is higher than the normal idle rich spike. (13.5 <AF <theoretical air-fuel ratio) is set.
[0059]
If XRS ≠ 1 in step 405, there is no need for the rich spike operation at present, and this operation is immediately terminated.
FIG. 5 is a flowchart showing a rich spike end operation according to the values of the flags XRS, XRSI, and XTCCL. This operation is also performed by a routine executed by the ECU 30 at regular intervals.
[0060]
In FIG. 5, step 501 shows determination of the end time of each rich spike operation. As described above, in this embodiment, NO is performed during the rich spike operation by the operation of FIG.XNO released from the storage reduction catalystXNO according to quantityXSince the value of the counter QNOX is decreased, NOXThe counter value is NO even during rich spike operation.XNO stored in the storage reduction catalystXIt corresponds to the quantity accurately. Therefore, in this embodiment, when QNOX = 0, that is, NO.XNO absorbed from the storage reduction catalystXThe rich spike operation is terminated when the total amount of the gas is released and reduced and purified. NOXTotal amount of NO from the storage reduction catalystXThe time required for the release of NO is NOXNO of storage reduction catalystXEven if the amount of occlusion is the same, it varies depending on the engine operating air-fuel ratio during the rich spike operation. For example, in the idling rich spike operation, the engine operating air-fuel ratio is higher (lean) than in the normal rich spike operation, so that the time required for release becomes longer than in the normal rich spike operation. Further, in the low temperature idle rich spike operation, the air-fuel ratio is further increased, so that the time required for release is further increased. For this reason, the rich spike operation continuation time during idle operation is longer than during normal operation.
[0061]
If it is determined in step 501 that QNOX ≠ 0, it is not the end timing of the rich spike, so this operation ends without executing step 503 and the subsequent steps. On the other hand, if QNOX = 0 in step 501, the process proceeds to step 505, where both the rich spike flag XRS and the idle rich spike flag XRSI during normal operation are reset to zero.
[0062]
In step 505, it is determined whether or not the value of the low temperature flag XTCCL is set to 1. If XTCCL ≠ 1, that is, NO.XWhen the temperature of the storage reduction catalyst 7 is higher than the predetermined temperature β, step 509 is executed, the rich spike operation is immediately terminated, and the operation in the mode before the rich spike operation is resumed.
[0063]
On the other hand, if XTCCL = 1 at step 505, the routine proceeds to step 507, where the engine is operated at the stoichiometric air-fuel ratio.
As described in FIG. 3 and step 327, the value of the low temperature flag XTCCL is always reset to 0 except for the idling operation. Therefore, the rich spike during the normal operation immediately ends in step 509 when QNOX = 0 in step 501. To do. In addition, when the idle rich spike operation is being executed,XSince the low temperature flag XTCCL is set to 0 when the temperature of the storage reduction catalyst 7 is high, the idle rich spike operation is also immediately ended when QNOX = 0 in step 501.
[0064]
For this reason, step 507 is executed only when a rich spike is executed in a state where XTCCL = 1 and XRSI = 1, that is, only during a low temperature idle rich spike operation. That is, at low temperature idle rich spike, NOXNO from the storage reduction catalyst 7XIs released (step 501), the engine is operated at the stoichiometric air-fuel ratio, and the engine exhaust temperature is raised, so that NOXAn operation for increasing the temperature of the storage reduction catalyst 7 is performed. The stoichiometric air-fuel ratio operation in step 507 is performed until TCCL> (β + γ) in step 317 in FIG.XThe process is continued until the temperature of the storage reduction catalyst 7 reaches (β + γ). Again, NOXWhen the temperature of the storage reduction catalyst 7 reaches (β + γ), the flag XTCCL is reset to 0, so step 509 is executed, and the operation in the mode before the start of the low temperature idle rich spike operation is resumed.
[0065]
As described above, in the present embodiment, during engine idle operation, the air-fuel ratio change width at the time of rich spike is set small to avoid sudden changes in the engine operation air-fuel ratio and to prevent engine misfire. As a result, the rich spike operation can be executed even during engine idle operation. Further, during engine idle operation, when idle operation continues for a predetermined time, or NOXWhen the storage reduction catalyst temperature falls below a predetermined value, the idle rich spike operation or the low temperature idle rich spike operation is performed to perform NO during idle operation.XSince the temperature of the storage reduction catalyst is always maintained at the activation temperature or higher, NO during the rich spike operation is executed.XNO from storage reduction catalystXIt is possible to efficiently perform release and reduction purification.
[0066]
In this embodiment, when the low temperature idle rich spike operation is performed, the engine operating air-fuel ratio is made rich so that NO.XNO from the storage reduction catalyst 7XNO is released by operating the engine at the stoichiometric air-fuel ratioXAlthough the temperature of the storage reduction catalyst 7 is increased, the engine is first operated at the stoichiometric air-fuel ratio at the time of low temperature idle rich spike and NO.XIt is also possible to increase the temperature of the storage reduction catalyst 7 and to make the engine operating air-fuel ratio rich after the temperature has increased.
[0067]
(2) Second embodiment
Next, a second embodiment of the idle rich spike of the present invention will be described.
In the above-described embodiment, misfire was prevented by setting a small change width of the air-fuel ratio at the time of the idling rich spike, but in this embodiment, the engine operating air-fuel ratio change speed at the time of the idling rich spike is set at the normal operation time. The difference is that the misfire of the engine is prevented by setting it to be smaller than the air-fuel ratio change speed during the rich spike.
[0068]
As described above, during the rich spike, the engine operation mode is switched from (1) (lean air-fuel ratio stratified combustion) to (5) (rich air-fuel ratio homogeneous mixture combustion).
When the engine operation mode is (1) (lean air-fuel ratio stratified combustion), the throttle valve 15 is maintained at an opening that is almost fully open, and the engine fuel injection amount is determined based on the accelerator opening and the engine based on a map prepared in advance. It is determined according to the rotational speed. In the rich air-fuel ratio operation during the rich spike operation, the engine operation mode is set to (5) (rich air-fuel ratio homogeneous mixture combustion), and the throttle valve 15 is fully closed during the engine extremely low load operation. The engine fuel injection amount is determined based on the throttle valve opening, the intake pressure, and the engine speed. Specifically, first, the intake air amount per engine revolution is calculated based on a map prepared in advance from the throttle valve opening, the intake pressure, and the engine speed, and the fuel injection amount is a predetermined amount with respect to this intake air amount. It is determined as an amount necessary to obtain a rich air-fuel ratio.
[0069]
As described above, during an idle rich spike, the throttle valve is closed from an opening degree close to full opening (mode (1)) to an opening degree near full closing (mode (5)). In mode (5), the engine fuel injection amount changes in accordance with the throttle opening. However, the amount of intake air is reduced during extremely low load operation of the engine, and the intake air flow velocity in the intake passage is also reduced. Therefore, even if the opening degree of the throttle valve 15 changes suddenly, it is actually sucked into the engine. A certain amount of delay will occur before the amount of air reaches the amount corresponding to the throttle valve opening. In other words, when the mode (1) (lean air-fuel ratio stratified combustion) is changed to mode (5) (rich air-fuel ratio homogeneous mixture combustion), when the throttle valve is suddenly closed from the fully open position to the fully closed position, The fuel injection amount changes immediately following the change in the opening of the throttle valve 15 and is set to an amount corresponding to the engine operating air-fuel ratio when the throttle valve is closed, but the amount of air actually drawn into the engine combustion chamber is the throttle It takes some time to decrease to the corresponding amount when the valve is fully closed. For this reason, immediately after the throttle valve is closed, the amount of air actually sucked into the engine becomes larger than the value corresponding to the fuel injection amount, and the engine operating air-fuel ratio that should originally be rich may become significantly lean. . For this reason, during the idle rich spike, the air-fuel mixture in the combustion chamber becomes excessively lean and misfire is likely to occur. In addition, when the engine operation mode is returned from (5) to (1) after the end of the idle rich spike, the actual intake air amount of the engine does not increase immediately even if the throttle valve is opened almost completely. In addition, the air-fuel mixture in the combustion chamber becomes excessively rich and easily misfires.
[0070]
As described above, if the engine operating air-fuel ratio is suddenly changed during an idle rich spike, that is, if the throttle valve opening is changed suddenly, the actual engine intake air amount cannot follow the change in the throttle valve opening, resulting in misfire. Is likely to occur. Therefore, in the present embodiment, the occurrence of misfire is prevented by reducing the throttle valve opening change speed so that the change in the engine operating air-fuel ratio becomes smaller during the idling rich spike than in the rich spike during the normal operation.
[0071]
That is, in this embodiment, the ECU 30 is NO.XWhen the value of the counter QNOX reaches a predetermined value, the rich spike operation is executed regardless of whether the engine is in idle operation or normal operation. In the rich spike (idle rich spike) operation during idle operation, the throttle valve 15 is closed from the fully open position to the fully closed position, but the ECU 30 reduces the operating speed of the actuator 15a of the throttle valve 15 during the idle rich spike operation. The throttle valve 15 is controlled so that the closing speed thereof is smaller than that during the rich spike during normal operation. For example, when a stepper motor is used as the actuator 15a, this control is performed by reducing the number of operation steps of the motor per unit time. Further, the closing speed of the throttle valve 15 during the idle rich spike is within a range in which the change in the intake air amount flowing into the engine combustion chamber can follow the change in the throttle valve opening, that is, the intake air amount actually flowing into the engine combustion chamber is The speed is set as high as possible within a range that always changes while matching the intake air amount of the engine calculated from the engine speed, intake pressure, and engine speed. Is preferred.
[0072]
As described above, the operating speed of the throttle valve is changed so that the intake air amount actually sucked into the combustion chamber changes while matching the intake air amount calculated based on the throttle valve opening (and the intake pressure, the engine speed). By reducing the fuel injection amount, the fuel injection amount calculated based on the throttle valve opening or the like also changes relatively slowly corresponding to the intake air amount. For this reason, the engine operating air-fuel ratio also changes relatively slowly, and the air-fuel mixture in the engine combustion chamber is prevented from becoming excessively lean or rich. In the present embodiment, the throttle valve is opened to near full open after the end of the idle rich spike operation. In this case as well, the ECU 30 sets the operating speed of the throttle valve from the operating speed after the end of the rich spike operation during normal operation. It is set to be small so that the actual intake air amount change matches the intake air amount change calculated based on the throttle valve opening. As a result, misfire during idle rich spike is prevented, and rich spike operation can be performed while maintaining stable operation during idle operation.
[0073]
(3) Third embodiment
In this embodiment, the operation mode is switched from mode (1) (lean air-fuel ratio stratified combustion) to mode (5) (rich air-fuel ratio homogeneous mixture combustion) during rich spike operation (during normal operation and idle operation). When the engine is once operated for a predetermined time (for example, about several engine revolutions) in mode (3) (lean air-fuel ratio homogeneous mixture combustion), the mode is switched to mode (5). By operating from the extremely lean air-fuel ratio in mode (1) to the air-fuel ratio in the middle (mode (3)) and then performing the rich air-fuel ratio operation in mode (5), sudden torque fluctuations due to changes in the air-fuel ratio can occur. It is prevented from occurring.
[0074]
However, even in this case, if the same mid-air-fuel ratio operation time as that in the normal operation is set in the engine idle operation, misfire of the engine is likely to occur due to the rapid air-fuel ratio change as described above. Therefore, in the present embodiment, in the rich spike operation during idle operation, the midway air-fuel ratio operation time before shifting to the rich air-fuel ratio is set longer than the midway air-fuel ratio operation time during rich spike operation during normal operation. ing. Thus, by setting the midway air-fuel ratio operation time longer during idle rich spike, the change speed from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio is reduced as a whole, and engine misfire due to a sudden change in air-fuel ratio is prevented. become.
[0075]
In this embodiment, ECU30 performs idle rich spike operation in the procedure demonstrated below.
First, the ECU 30 is NOXWhen the value of the counter QNOX reaches the predetermined value QN1, it is determined whether or not the engine is currently idling. Also in this embodiment, when the engine operation mode is (1) lean air-fuel ratio stratified combustion and the fuel injection amount is smaller than a predetermined value, it is determined that the engine is currently in idle operation. When the engine is currently idling, the ECU 30 sets a determination value of a midway air-fuel ratio operation time counter CNT, which will be described later, to CNT1. Further, when the engine is not currently idling, the determination value of the counter CNT is set to CNT2.
[0076]
Then, after setting the determination value of the counter CNT, the ECU 30 determines whether the engine is currently operating in the mode (3) (lean air-fuel ratio homogeneous mixture combustion) (for example, when the engine is idling). Change the operation mode to (3). In this case, the SCV opening is fully opened, and the throttle valve opening, engine ignition timing, fuel injection amount, and fuel injection timing are prepared in advance based on the accelerator opening and the engine speed. Determined from. As described above, in this case, the engine operating air-fuel ratio becomes a lean air-fuel ratio of about 15 to 25 on the rich side from mode (1). Then, after shifting to the mode (3), the ECU 30 increases the value of the counter CNT by 1 from 0 to every predetermined time (or every constant rotation angle of the engine crankshaft), and the value of the counter CNT becomes the above-described determination value (CNT1). Or, when reaching CNT2), the engine operation mode is switched from (3) (lean air-fuel ratio homogeneous mixture combustion) to mode (5) (rich air-fuel ratio homogeneous mixture combustion). In this case, the throttle valve opening is closed to a value corresponding to the accelerator opening (the amount of depression of the accelerator pedal), and the fuel injection amount is calculated from the throttle opening, the engine intake pressure, and the engine speed. The engine operating air-fuel ratio is calculated to be a rich air-fuel ratio of about 12.5.
[0077]
As described above, the determination value of the operation time counter CNT in the mode (3) is set to CNT1 during idle rich spike and to CNT2 during normal operation. Here, CNT2 is given in advance as a value corresponding to the time of about the number of engine revolutions, and CNT1 is given as a value larger than CNT2. Therefore, the operation time (CNT1) in the mode (3) during the idle rich spike operation is longer than the midway operation time (CNT2) during the rich spike operation during the normal operation, and the air-fuel ratio of the mode (1) during the idle rich spike operation. The time from the switching to the mode (5) air-fuel ratio becomes longer than the air-fuel ratio switching time during the rich spike during normal operation, and the air-fuel ratio change rate during the idling rich spike as a whole becomes smaller. For this reason, generation of torque shock is prevented, and engine misfire due to a sudden change in air-fuel ratio during idle rich spike operation is prevented. Note that the determination values CNT1 and CNT2 of the midway air-fuel ratio operation time are set as short as possible in a range where no torque shock occurs (CNT1) and a range where no engine misfire occurs (CNT2). It is preferable to determine by experiment or the like for each model.
[0078]
Further, in this embodiment, as in the first embodiment, NO is used.XNO absorbed by the storage reduction catalyst 7XThe rich spike operation is terminated when all of the amount is released, but when the rich spike operation is completed, the mode is also restored when returning from the mode (5) (rich air-fuel ratio homogeneous combustion) to the original operation mode before starting the rich spike. In {circle around (3)}, the engine is operated only for CNT1 (idle rich spike operation) or CNT2 (rich spike operation during normal operation) and then returned to the original mode. This prevents the engine from being misfired even at the end of the idle rich spike.
[0079]
In this embodiment, only the midway air-fuel ratio operation time in mode (3) is longer than that during normal operation during idle rich spike, and normal operation is performed for the rich air-fuel ratio during throttle rich spike, the operating speed of the throttle valve, and the like. Same as the rich spike at the time. However, also in the present embodiment, as in the first embodiment or the second embodiment, the rich air-fuel ratio at the time of idle rich spike is set higher than that during normal operation, and / or the throttle valve operating speed is set during normal operation. If it is set lower, misfire during idle rich spike can be more reliably prevented.
[0080]
【The invention's effect】
According to the invention described in each claim, the present invention has a common effect that it is possible to perform a rich spike operation without causing engine stall even during engine extremely low load operation.
Further, according to the inventions of claims 1 to 4, in addition to the above-mentioned common effect, NO during engine extreme low load operation is also provided.XBy preventing the temperature reduction of the storage reduction catalyst, NOXNO from storage reduction catalystXThe effect of enabling efficient discharge and reduction purification.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment in which the present invention is applied to an automobile internal combustion engine.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a first embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1. Internal combustion engine
2 ... Exhaust passage
7 ... NOXOcclusion reduction catalyst
15 ... Throttle valve
29a, 29b, 31 ... air-fuel ratio sensor
30 ... Electronic control unit (ECU)
37 ... Accelerator opening sensor

Claims (9)

機関排気通路に、流入する排気の空燃比がリーンの時に排気中のＮＯXを吸収し流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯXを放出、還元浄化するＮＯX吸蔵還元触媒を配置し、
機関のリーン空燃比運転中にＮＯX吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯXを、短時間機関空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えるリッチスパイク操作を行なうことにより放出、還元浄化する内燃機関の排気浄化装置において、
機関極低負荷運転時には、通常運転時のリッチスパイク操作よりリッチスパイク時の機関運転空燃比変化幅が小さいリッチスパイク操作を行なうことによりＮＯX吸蔵還元触媒からのＮＯXの放出と還元浄化とを行なう内燃機関の排気浄化装置。A NO x storage reduction catalyst that absorbs NO x in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the engine exhaust passage is lean and releases, reduces and purifies the absorbed NO x when the air-fuel ratio of the exhaust flowing in is rich. Place and
An internal combustion engine that releases and reduces and purifies NO x absorbed by the NO x storage reduction catalyst during lean air-fuel ratio operation of the engine by performing a rich spike operation that switches the engine air-fuel ratio from lean air-fuel ratio to rich air-fuel ratio for a short time In the exhaust purification device of
Institution pole during low load operation, the by the engine operating air-fuel ratio variation in the rich spike than the rich-spike operation during normal operation makes a small rich spike operation and emission of the NO X from the NO X storage reduction catalyst and reduction purification An exhaust emission control device for an internal combustion engine. 機関極低負荷運転時にＮＯX吸蔵還元触媒の温度が予め定めた温度より低い場合には、ＮＯX吸蔵還元触媒の温度が前記予め定めた温度より高い場合よりも更にリッチスパイク時の機関運転空燃比変化幅が小さいリッチスパイク操作を行なう請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。Institution electrode when the temperature of the NO X occluding and reducing catalyst is lower than a predetermined temperature at the time of low load operation, the NO X storage temperature of the reduction catalyst is the predetermined engine operating air of more during the rich spike than higher than the temperature The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a rich spike operation with a small change ratio of the fuel ratio is performed . 更に、機関極低負荷運転時には、通常運転時のリッチスパイク操作より長い時間リッチスパイク操作を行なう請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the rich spike operation is performed for a longer time during the engine extremely low load operation than the rich spike operation during the normal operation. 更に、機関極低負荷運転時には、リッチスパイク操作実施直後に機関を理論空燃比で運転する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the engine is operated at a stoichiometric air-fuel ratio immediately after the rich spike operation is performed during engine extremely low load operation. 機関排気通路に、流入する排気の空燃比がリーンの時に排気中のＮＯX を吸収し流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯX を放出、還元浄化するＮＯX 吸蔵還元触媒を配置し、
機関のリーン空燃比運転中にＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯX を、機関をリッチ空燃比で運転するリッチスパイク操作を行なうことにより放出、還元浄化する内燃機関の排気浄化装置において、
リッチスパイク操作時における機関運転空燃比のリーンからリッチへの変化速度を、機関極低負荷運転時には通常運転時より小さく設定した内燃機関の排気浄化装置。A NO x storage reduction catalyst that absorbs NO x in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the engine exhaust passage is lean and releases, reduces and purifies the absorbed NO x when the air-fuel ratio of the exhaust flowing in is rich. Place and
In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that releases and reduces and purifies NO x absorbed by the NO x storage reduction catalyst during lean air-fuel ratio operation of the engine by performing a rich spike operation that operates the engine at a rich air-fuel ratio.
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which the speed of change from lean to rich in the engine operating air-fuel ratio at the time of rich spike operation is set to be smaller at the time of engine extremely low load operation than during normal operation. 前記リッチスパイク操作時の機関運転空燃比の変化速度は、機関燃焼室に吸入される吸気量の変化速度を変えることにより調整される請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。6. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the change speed of the engine operating air-fuel ratio during the rich spike operation is adjusted by changing the change speed of the intake air amount sucked into the engine combustion chamber. 前記リッチスパイク操作時の機関運転空燃比の変化速度は、機関燃焼室に供給される燃料量の変化速度を変えることにより調整される請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。6. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the change speed of the engine operating air-fuel ratio during the rich spike operation is adjusted by changing the change speed of the amount of fuel supplied to the engine combustion chamber. 機関排気通路に、流入する排気の空燃比がリーンの時に排気中のＮＯX を吸収し流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯX を放出、還元浄化するＮＯX 吸蔵還元触媒を配置し、
機関のリーン空燃比運転中にＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯX を、機関をリッチ空燃比で運転するリッチスパイク操作を行なうことにより放出、還元浄化する内燃機関の排気浄化装置において、
機関吸気通路に運転者のアクセルペダル操作とは独立して動作可能な電子制御スロットル弁を備え、リッチスパイク操作時には前記電子制御スロットル弁開度を絞り機関燃焼室に吸入される吸気量を低減するとともに、機関極低負荷運転時のリッチスパイク操作における電子制御スロットル弁作動速度を通常運転時のリッチスパイク操作における作動速度より小さく設定した内燃機関の排気浄化装置。A NO x storage reduction catalyst that absorbs NO x in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the engine exhaust passage is lean and releases, reduces and purifies the absorbed NO x when the air-fuel ratio of the exhaust flowing in is rich. Place and
In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that releases and reduces and purifies NO x absorbed by the NO x storage reduction catalyst during lean air-fuel ratio operation of the engine by performing a rich spike operation that operates the engine at a rich air-fuel ratio.
The engine intake passage is provided with an electronically controlled throttle valve that can be operated independently of the driver's accelerator pedal operation, and when the rich spike operation is performed, the electronically controlled throttle valve opening is reduced to reduce the amount of intake air drawn into the engine combustion chamber. In addition, an exhaust purification device for an internal combustion engine in which an electronically controlled throttle valve operating speed in a rich spike operation during engine extremely low load operation is set smaller than an operating speed in a rich spike operation during normal operation. 機関排気通路に、流入する排気の空燃比がリーンの時に排気中のＮＯX を吸収し流入する排気の空燃比がリッチのときに吸収したＮＯX を放出、還元浄化するＮＯX 吸蔵還元触媒を配置し、
機関のリーン空燃比運転中に、機関空燃比をリーン空燃比から中途の空燃比での運転を経てリッチ空燃比に変化させ、リッチ空燃比に維持するリッチスパイク操作を行なうことによりＮＯX 吸蔵還元触媒から吸収したＮＯX を放出させ還元浄化する内燃機関の排気浄化装置において、
機関極低負荷運転時におけるリッチスパイク操作では、前記中途空燃比での運転時間を通常運転におけるリッチスパイク操作の中途空燃比での運転時間より長く設定した内燃機関の排気浄化装置。A NO x storage reduction catalyst that absorbs NO x in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the engine exhaust passage is lean and releases, reduces and purifies the absorbed NO x when the air-fuel ratio of the exhaust flowing in is rich. Place and
During the lean air-fuel ratio operation of the engine, the engine air-fuel ratio is changed from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio through operation at the midway air-fuel ratio, and rich spike operation is performed to maintain the rich air-fuel ratio, and NO X storage reduction In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that releases and reduces NO x absorbed from a catalyst,
An exhaust purification device for an internal combustion engine in which the operation time at the midway air-fuel ratio is set longer than the operation time at the midway air-fuel ratio in the normal operation during rich-spike operation during engine extremely low load operation.
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