JP3972537B2 - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、機関運転状態に基づいて燃焼モードを成層燃焼と均質燃焼との間で切替制御するとともに、機関空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定する要求があるときに燃焼モードを均質リッチ燃焼に切り替えるようにした内燃機関の燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
成層燃焼等のリーン燃焼を行う内燃機関では、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒がその排気系に設けられている。また、こうした内燃機関では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の浄化能力を維持するために、燃焼モードを機関運転状態に基づいて設定される成層燃焼から均質リッチ燃焼に強制的に切り替えることにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する処理、いわゆるリッチスパイク処理が行われる（例えば特開平７−３３２０７１号公報参照）。
【０００３】
ところで、こうしたリッチスパイク処理のように、燃焼モードを均質リッチ燃焼等の均質燃焼と成層燃焼との間で切り替える際には、吸入空気量が急激に変化し、その変化に伴って機関燃焼状態が悪化することがある。特に、こうした機関燃焼状態の悪化は、高負荷領域ほど燃焼モードの切り替えに伴う吸入空気量の変化が大きくなるため、一層顕著になる傾向がある。
【０００４】
そこで、上記のような燃焼モードの切り替えに伴う機関燃焼状態の悪化を極力抑えるために、例えば、機関運転状態が燃焼モードとして成層燃焼が選択される領域を含む所定高負荷領域にあるときには、リッチスパイク処理の実行を禁止するようにすることが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにリッチスパイク処理の実行を上記所定高負荷領域において一律に禁止するようにすると、機関運転状態が所定高負荷領域内に移行したときにはリッチスパイク処理が中断されて燃焼モードが例えば成層燃焼に切り替えられる一方、機関運転状態が所定高負荷領域から外れたときには燃焼モードが成層燃焼から再び均質リッチ燃焼に切り替えられるようになる。その結果、成層燃焼と均質燃焼との間における燃焼モードの切り替えが頻繁に行われてしまうようになる。そして、このように燃焼モードの切り替えが頻繁に行われると、燃焼モードを成層燃焼に設定したときと均質燃焼に設定したときとでは機関出力特性等が異なっているために、機関運転に際しての円滑性の悪化が避け得ないものとなる。
【０００６】
この発明はこうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼モードが成層燃焼と均質燃焼との間で頻繁に切り替えられることに起因して機関運転に際しての円滑性が悪化してしまうのを抑制することのできる内燃機関の燃焼制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明では、機関運転状態に基づいて燃焼モードを成層燃焼と均質燃焼との間で切替制御するとともに、機関空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定する要求があるときに燃焼モードを均質リッチ燃焼に設定する内燃機関の燃焼制御装置において、機関運転状態が燃焼モードとして成層燃焼が選択される領域を含む所定高負荷領域にあるときに均質リッチ燃焼の実行を禁止する禁止手段と、均質リッチ燃焼の実行中に機関運転状態が前記所定高負荷領域に移行する際には前記禁止手段による禁止を無効化して均質リッチ燃焼を継続する継続手段とを備えるようにしている。
【０００８】
上記構成では、機関運転状態が所定高負荷領域にあるときには、均質リッチ燃焼の実行を禁止する一方で、均質リッチ燃焼の実行中に機関運転状態が変化して上記所定高負荷領域に移行したときには、そもそも燃焼モードの切り替えが伴わないことから、この場合には均質リッチ燃焼を禁止せず、そのまま継続させるようにしている。
【０００９】
従って、燃焼モードが均質リッチ燃焼と成層燃焼との間で切り替えられる頻度を減少させることができ、成層燃焼と均質燃焼との間で燃焼モードが頻繁に切り替えられることに起因して機関運転に際しての円滑性が悪化してしまうのを抑制することができるようになる。
【００１０】
尚、上記均質燃焼には、機関空燃比を理論空燃比に設定する均質ストイキ燃焼と、同機関空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定する均質リーン燃焼とが含まれる。
【００１１】
請求項２に記載した発明では、機関運転状態に基づいて燃焼モードを成層燃焼と均質燃焼との間で切替制御するとともに、機関空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定する要求があるときに燃焼モードを均質リッチ燃焼に設定する内燃機関の燃焼制御装置において、機関運転状態が燃焼モードとして成層燃焼が選択される領域を含む所定高負荷領域にあるときに均質リッチ燃焼の実行を禁止する禁止手段と、機関運転状態が前記所定高負荷領域において燃焼モードを成層燃焼とする領域から均質燃焼とする領域に移行する際には前記禁止手段による禁止を無効化して燃焼モードを成層燃焼から均質リッチ燃焼に切り替える切替手段とを備えるようにしている。
【００１２】
上記構成では、機関運転状態が所定高負荷領域にあるときに均質リッチ燃焼の実行を禁止する一方で、機関運転状態が上記所定高負荷領域において成層燃焼領域から均質燃焼領域に移行したときには、仮に均質リッチ燃焼の実行を禁止したとしても、燃焼モードは機関運転状態に基づいて成層燃焼と均質燃焼との間で切り替えられることになるため、この場合には均質リッチ燃焼の実行を敢えて禁止せず、燃焼モードを成層燃焼から均質リッチ燃焼へと切り替えるようにしている。
【００１３】
その結果、成層燃焼と均質燃焼との間における燃焼モードの切り替えに関していえば、その切替頻度は減少することになる。従って、燃焼モードが成層燃焼と均質燃焼との間で頻繁に切り替えられることに起因して機関運転に際しての円滑性が悪化してしまうのを抑制することができるようになる。
【００１４】
尚、上記均質燃焼には、機関空燃比を理論空燃比に設定する均質ストイキ燃焼と、同機関空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定する均質リーン燃焼とが含まれる。
【００１５】
請求項３に記載した発明では、請求項２に記載した内燃機関の燃焼制御装置において、前記切替手段は機関排気系に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量を超えている旨判断されるときに前記燃焼モードの切り替えを実行するものであるとしている。
【００１６】
上記構成では、請求項２に記載した発明の作用効果に加えて、機関排気系に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量を超えているときに上記燃焼モードの切り替えが実行されるようになり、必要以上に上記燃焼モードの切り替えが実行されるのが抑制される。
【００１７】
即ち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量が限界吸蔵量近傍になると機関空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定する要求がなされるが、この要求がなされる又はなされると想定されるときに、上記燃焼モードの切り替えが実行されるようになる。こうして、上記切替手段により必要以上に燃焼モードが成層燃焼から均質リッチ燃焼に切り替えられるのを抑えて燃費の悪化を抑制することができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、この発明の第１の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
【００１９】
図１は、内燃機関１０及びその燃焼制御装置の概略構成を示している。
同図に示されるように、内燃機関１０には、その燃焼室１２に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１４と、この噴射された燃料に点火する点火プラグ１６とがそれぞれ設けられている。
【００２０】
燃焼室１２に接続された吸気通路２０の途中には、スロットルモータ２１によってその開度が調節されるスロットル弁２２が設けられている。このスロットル弁２２の開度（スロットル開度）に基づいて吸入空気量が調量される。また、燃焼室１２に接続された排気通路３０の途中には、三元触媒（図示略）及びＮＯｘ吸蔵還元触媒３２が設けられている。このＮＯｘ吸蔵還元触媒３２では、成層燃焼時において、排気中のＮＯｘが一旦吸蔵される一方、均質リッチ燃焼時において、排気に含まれるＨＣ及びＣＯを還元剤として還元され浄化される。
【００２１】
また、本実施形態の内燃機関１０では、燃料噴射時期、燃料噴射量、並びにスロットル開度等が適宜制御されることにより、その燃焼モードが成層燃焼、均質ストイキ燃焼、及び均質リッチ燃焼の間で切り替えられる。
【００２２】
例えば、燃焼モードが成層燃焼に切り替えられると、燃料噴射時期は圧縮行程後期に設定される。その結果、点火時において点火プラグ１６近傍に点火可能な濃い混合気が偏在した状態となる。また、混合気の平均的な空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃料噴射量及びスロットル開度（吸入空気量）が制御されることにより、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．５）よりもリーン（例えばＡ／Ｆ＝２５〜５０）に設定される。
【００２３】
一方、燃焼モードが均質ストイキ燃焼に切り替えられると、燃料噴射時期は吸気行程中に設定される。従って、点火時での燃焼室１２内における空燃比は略均一になる。また、この空燃比は、燃料噴射量及びスロットル開度（吸入空気量）が制御されることにより、理論空燃比近傍に設定される。
【００２４】
これら成層燃焼と均質ストイキ燃焼との間における燃焼モードの切り替えは、機関負荷率及び機関回転速度といった機関運転状態に基づいて行われている。尚、上記機関負荷率は、アクセルペダル１７の踏込量（アクセル開度）及び機関回転速度に基づいて、最大機関負荷に対する現在の負荷割合を示すものとして求められる。
【００２５】
図２は、燃焼モードを機関運転状態に基づいて切り替える際に用いられる関数マップを示している。同図に示されるように、燃焼モードは、機関運転状態（機関負荷率ＫＬ及び機関回転速度ＮＥ）が低負荷低回転領域にあるときには成層燃焼に、機関運転状態が高負荷高回転領域にあるときには均質ストイキ燃焼に切り替えられる。
【００２６】
また、燃焼モードが均質リッチ燃焼に切り替えられると、燃料噴射時期は均質ストイキ燃焼時と同様、吸気行程中に設定されるが、燃料噴射量は均質ストイキ燃焼時よりも増量される。従って、空燃比は理論空燃比よりもリッチ（Ａ／Ｆ＝１１〜１３）に設定される。
【００２７】
このように燃焼モードを上記均質リッチ燃焼に切り替える処理（リッチスパイク処理）は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３２のＮＯｘ吸蔵量が同ＮＯｘ吸蔵還元触媒３２の限界吸蔵量近傍に設定された所定量ＮＯｘmax を超えたときに、機関運転状態がリッチスパイク処理許可領域（図２において斜線を付した領域）にあるのを条件として開始される。
【００２８】
ここで、上記リッチスパイク処理許可領域は、図２に示されるように、機関負荷率ＫＬが所定範囲（ＫＬＬＯＷ≦ＫＬ≦ＫＬＨＩ）にある領域として設定されている。
【００２９】
従って、機関負荷率ＫＬがこの所定範囲における最大値ＫＬＨＩを超える高負荷領域ＲＨ（同図において二点鎖線により囲まれる領域）に機関運転状態が移行した場合には、ＮＯｘ吸蔵量が所定量ＮＯｘmax を超えていても、リッチスパイク処理は原則として実行されない。尚、この高負荷領域ＲＨには、燃焼モードが成層燃焼に設定される成層燃焼領域と、同燃焼モードが均質ストイキ燃焼に設定される均質ストイキ燃焼領域とが含まれている。
【００３０】
また、機関負荷率ＫＬが上記所定範囲における最小値ＫＬＬＯＷを下回る低負荷領域ＲＬに機関運転状態が移行した場合にも同様に、ＮＯｘ吸蔵量が所定量ＮＯｘmax を超えていても、リッチスパイク処理は実行されない。
【００３１】
因みに、この低負荷領域ＲＬにおいて、上記のようにリッチスパイク処理の実行を禁止するようにしているのは、こうした低負荷領域ＲＬにおいては、燃料噴射量が少なく機関燃焼状態が不安定になる傾向があり、リッチスパイク処理を実行して機関空燃比を理論空燃比よりもリッチにすると、この機関燃焼状態の不安定化が更に助長されるおそれがあるためである。
【００３２】
上記のような機関運転状態に基づく燃焼モードの切替制御やリッチスパイク処理は、内燃機関１０の電子制御装置４０により実行される。この電子制御装置４０には、機関回転速度を検出するための回転速度センサ５１、アクセル開度を検出するアクセルセンサ５２、スロットル開度を検出するスロットルセンサ５３等々の、機関運転状態を検出するための各種センサが接続されている。電子制御装置４０は、上記燃焼モードの切替制御やリッチスパイク処理を実行すべく、各種センサから出力される検出信号に基づいて燃料噴射時期、燃料噴射量、並びにスロットル開度等を制御する。また、電子制御装置４０は、これら各種制御の実行プログラムや、その実行に際して必要となる関数データ（例えば先の図２に示す関数マップ等）が記憶されたメモリ４２を備えている。
【００３３】
次に、本実施形態においてリッチスパイク処理を実行又は終了する際の制御手順について説明する。
本実施形態では、機関運転状態が前述したリッチスパイク処理許可領域にないとき、即ち機関運転状態が上記高負荷領域ＲＨ及び低負荷領域ＲＬのいずれかにあるときには、リッチスパイク処理の実行を禁止する一方で、リッチスパイク処理の実行中に機関運転状態が高負荷領域ＲＨに移行する際に限っては、この禁止処理を無効化し、リッチスパイク処理を継続して実行するようにしている。
【００３４】
図３は、こうしたリッチスパイク処理を実行又は終了する際の詳細な制御手順を示すフローチャートであり、電子制御装置４０はこのフローチャートに示す一連の処理を所定の割込周期で繰り返し実行する。
【００３５】
この一連の処理に際しては、まず、リッチスパイク処理の要求が有るか否かが判断される（ステップ１１０）。
この判断に際しては、本処理とは別の処理を通じて操作されるリッチスパイク処理要求フラグ（以下、単に「要求フラグ」という）が参照される。
【００３６】
この別の処理では、ＮＯｘ吸蔵量を評価するためのＮＯｘ吸蔵量カウンタが設定されており、燃焼モードが成層燃焼に設定されている場合には、このカウンタがインクリメントされ、燃焼モードが均質リッチ燃焼に設定されている場合には、このカウンタがデクリメントされる。
【００３７】
そして、このＮＯｘ吸蔵量カウンタが所定の上限判定値を超えている場合に、上記要求フラグが「ＯＦＦ（オフ）」から「ＯＮ（オン）」に操作され、ＮＯｘ吸蔵量カウンタが下限判定値にまで減少した場合に、同フラグが「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に操作される。ここで、上記上限判定値は、ＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ吸蔵還元触媒３２の限界吸蔵量近傍に設定された所定量ＮＯｘmax を超えているか否かを判定するためのものである。
【００３８】
上記ステップ１１０における判断では、この要求フラグが「ＯＮ」に設定されている場合に、リッチスパイク処理の要求が有ると判断される。
リッチスパイク処理の要求が有る旨判断された場合（ステップ１１０：ＹＥＳ）、次に機関運転状態が上記リッチスパイク処理許可領域にあるか否かが判断される（ステップ１２０）。この判断では、まず、そのときの機関負荷率ＫＬが上記所定範囲（ＫＬＬＯＷ≦ＫＬ≦ＫＬＨＩ）にあるか否かが判断される。次に、機関負荷率ＫＬがこの所定範囲にある場合には、機関運転状態がリッチスパイク処理許可領域にあることを示すリッチスパイク処理許可フラグ（以下、単に「許可フラグ」という）が「ＯＮ」に設定され、上記所定範囲にない場合には、同フラグが「ＯＦＦ」に設定される。そして、この許可フラグに基づいて機関運転状態がリッチスパイク処理許可領域にあるか否かが判断される。
【００３９】
ここで機関運転状態が上記リッチスパイク処理許可領域にある旨判断されると（ステップ１２０：ＹＥＳ）、リッチスパイク処理の実行が許可され、同処理が実行中であることを示すリッチスパイク処理実行フラグ（以下、単に「実行フラグ」という）が「ＯＮ」に設定される（ステップ１５０）。そして、このように実行フラグが「ＯＮ」に切り替えられると、燃焼モードが均質リッチ燃焼に設定される。
【００４０】
一方、機関運転状態がリッチスパイク処理許可領域にはない旨判断された場合、換言すれば、機関運転状態が上記高負荷領域ＲＨ及び低負荷領域ＲＬのいずれかにある旨判断された場合（ステップ１２０：ＮＯ）、次に上記実行フラグに基づいてリッチスパイク処理が実行中であるか否かが判断される（ステップ１３０）。ここでリッチスパイク処理が実行中である旨判断された場合には（ステップ１３０：ＹＥＳ）、更に機関運転状態が上記高負荷領域ＲＨにあるか否かが、機関負荷率ＫＬと上記最大値ＫＬＨＩとの比較結果に基づいて判断される（ステップ１４０）。
【００４１】
そして、ここで機関運転状態が高負荷領域ＲＨにある旨判断された場合（ステップ１４０：ＹＥＳ）、ステップ１５０において実行フラグが「ＯＮ」のまま保持される。従って、機関運転状態がリッチスパイク処理許可領域にない場合でも、リッチスパイク処理が実行中であり、且つ機関運転状態が上記高負荷領域ＲＨにある場合には、リッチスパイク処理がそのまま継続して実行されることとなる。
【００４２】
一方、先の各ステップ１１０，１３０，１４０において否定判断された場合には、いずれも実行フラグが「ＯＦＦ」に設定される（ステップ１６０）。従って、リッチスパイク処理の要求が無い場合（ステップ１１０：ＮＯ）、機関運転状態がリッチスパイク処理許可領域になく、リッチスパイク処理の実行中でもない場合（ステップ１３０：ＮＯ）、リッチスパイク処理の実行中に機関運転状態が上記低負荷領域ＲＬに移行した場合（ステップ１４０：ＮＯ）にはいずれも、リッチスパイク処理が開始されないか、或いは実行中のリッチスパイク処理が終了されるようになる。
【００４３】
上記ステップ１５０或いはステップ１６０において、実行フラグが「ＯＮ」又は「ＯＦＦ」に操作された後、一連の処理は一旦終了される。
図４は、上述した処理に基づくアクセル開度、機関負荷率ＫＬ、並びに上記各フラグの変化態様の一例を示すタイミングチャートである。
【００４４】
同図に示されるように、タイミングｔ１において、要求フラグ（同図（ｃ））が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り替えられると、そのときの機関運転状態がリッチスパイク処理許可領域にあるため（許可フラグ（同図（ｄ））が「ＯＮ」）、実行フラグ（同図（ｅ））が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り替えられる。従って、リッチスパイク処理が開始され、燃焼モードが例えば成層燃焼から均質リッチ燃焼に切り替えられる。
【００４５】
次に、アクセル開度（同図（ａ））の増大に伴って機関負荷率ＫＬ（同図（ｂ））が上昇し、タイミングｔ２において、同機関負荷率ＫＬが上記最大値ＫＬＨＩを超え、機関運転状態がリッチスパイク処理許可領域から外れると、許可フラグが「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り替えられる。
【００４６】
但し、このように許可フラグが「ＯＦＦ」に切り替えられても、実行フラグは「ＯＮ」のまま保持され、リッチスパイク処理は継続して実行される。従って、燃焼モードも均質リッチ燃焼のまま保持されるようになる。
【００４７】
また、このように均質リッチ燃焼が行われることにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３２のＮＯｘ吸蔵量が徐々に減少するようになる。そして、このようにＮＯｘ吸蔵量が減少することにより、タイミングｔ３において、要求フラグが「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り替えられると、実行フラグが「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り替えられ、リッチスパイク処理が終了されるようになる。
【００４８】
一方、こうした本実施形態とは異なり、例えば許可フラグが「ＯＦＦ」であるときに、リッチスパイク処理の実行を一律に禁止するようにした場合には、上記要求フラグ及び実行フラグは以下のように変化するようになる。
【００４９】
即ち、この場合には、タイミングｔ１においてリッチスパイク処理が開始されるものの、タイミングｔ２において許可フラグが「ＯＦＦ」に切り替えられると、実行フラグも同時に「ＯＦＦ」に切り替えられ（同図（ｅ）の二点鎖線参照）、リッチスパイク処理が中断されるようになる。
【００５０】
このようにリッチスパイク処理が中断されると、燃焼モードは均質リッチ燃焼以外のモードに切り替えられるため、ＮＯｘ吸蔵量は再び増大するようになるか（成層燃焼時）、或いは殆ど変化しないようになる（均質ストイキ燃焼時）。
【００５１】
その結果、要求フラグは、タイミングｔ３以降においても「ＯＮ」のまま保持されるようになる（同図（ｃ）の二点鎖線参照）。次に、アクセル開度の減少に伴って機関負荷率ＫＬが低下し、タイミングｔ４において、許可フラグが「ＯＮ」に切り替えられると、再び実行フラグが「ＯＮ」に切り替えられ（同図（ｅ）の二点鎖線参照）、リッチスパイク処理が再開されるようになる。そして、タイミングｔ５において、要求フラグが「ＯＦＦ」に切り替えられると、実行フラグが「ＯＦＦ」に切り替えられて、リッチスパイク処理が終了される。
【００５２】
このように上記比較例においては、リッチスパイク処理が複数回にわたって行われるようになるため、均質リッチ燃焼と成層燃焼との間における燃焼モードの切替頻度が自ずと増大し、その切り替えに伴う機関運転の円滑性の悪化も避けきれない。
【００５３】
（１）この点、本実施形態によれば、リッチスパイク処理の実行中に機関運転状態が変化して上記高負荷領域ＲＨに移行したときには、そもそも燃焼モードの切り替えが伴わないことから、リッチスパイク処理の実行を禁止せず、同処理をそのまま継続するようにしているため、燃焼モードが均質リッチ燃焼から成層燃焼に切り替えられる頻度を減少させることができる。従って、燃焼モードが成層燃焼と均質燃焼との間で頻繁に切り替えられることに起因して機関運転に際しての円滑性が悪化してしまうのを抑制することができるようになる。
【００５４】
（２）また、リッチスパイク処理が実行されていなければ、機関運転状態が高負荷領域ＲＨにあるときの同処理の実行を禁止するようにしているため、この高負荷領域ＲＨにおいて燃焼モードが均質リッチ燃焼と成層燃焼との間で切り替えられることに起因する機関燃焼状態の悪化を抑制することができる。
【００５５】
（３）更に、機関運転状態が上記低負荷領域ＲＬにあるときには、リッチスパイク処理の実行を一律に禁止するようにしているため、均質リッチ燃焼の実行により機関燃焼状態の不安定化が助長されて同機関燃焼状態が悪化するの回避することができる。
【００５６】
［第２の実施形態］
次に、この発明の第２の実施形態について上記第１の実施形態との相違点を中心に図５及び図６を参照して説明する。
【００５７】
本実施形態では、リッチスパイク処理の要求が有る場合に、機関運転状態が上記高負荷領域ＲＨにおいて成層燃焼領域から均質ストイキ燃焼領域に移行したときには、燃焼モードを均質ストイキ燃焼ではなく均質リッチ燃焼に切り替え、リッチスパイク処理を実行するようにしている点が上記第１の実施形態と相違している。
【００５８】
図５は、本実施形態においてリッチスパイク処理を実行又は終了する際の詳細な制御手順を示すフローチャートである。以下、このフローチャートを参照して上記制御手順について説明する。尚、この図５において、先の図３に示すフローチャートと同一の符号を付したステップについては処理内容が同じであるため説明を省略する。
【００５９】
この一連の処理において、リッチスパイク処理の要求が有り、機関運転状態がリッチスパイク処理許可領域にない旨判断された場合（ステップ１１０：ＹＥＳ、ステップ１２０：ＮＯ）、次に上記高負荷領域ＲＨにおいて機関運転状態が成層燃焼領域から均質ストイキ燃焼領域に切り替わるタイミングであるか否かが判断される(ステップ１２５）。
【００６０】
ここで機関運転状態が成層燃焼領域から均質ストイキ燃焼領域に切り替わるタイミングである旨判断された場合には（ステップ１２５：ＹＥＳ）、前記実行フラグが「ＯＮ」に設定され、リッチスパイク処理が開始される。一方、上記切替タイミングではない旨判断された場合には（ステップ１２５：ＮＯ）、ステップ１３０以降の各処理が前述した態様で実行される。
【００６１】
図６は、上述した処理に基づくアクセル開度、機関負荷率ＫＬ、並びに上記各フラグの変化態様の一例を示すタイミングチャートである。
同図に示されるように、アクセル開度（同図（ａ））の増大に伴って機関負荷率ＫＬ（同図（ｂ））が上昇し、タイミングｔ１において、同機関負荷率ＫＬが上記最大値ＫＬＨＩを超え、機関運転状態がリッチスパイク処理許可領域から外れると、許可フラグ（同図（ｄ））が「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り替えられる。
【００６２】
次に、タイミングｔ２において、要求フラグ（同図（ｃ））が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り替えられるが、許可フラグが「ＯＦＦ」に設定されているため、実行フラグ（同図（ｆ））は「ＯＦＦ」のまま保持される。
【００６３】
そして、機関負荷率ＫＬが更に上昇すると、タイミングｔ３において、機関運転状態が成層燃焼領域から均質ストイキ燃焼領域に切り替わり、同機関運転状態に基づく燃焼モード（同図（ｅ））が成層燃焼から均質ストイキ燃焼に変更される。しかしながらこの場合、実行フラグも同時に「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り替えられるため、実際の燃焼モードは、均質ストイキ燃焼ではなく、均質リッチ燃焼に設定される。
【００６４】
ここで、上記のように燃焼モードを均質リッチ燃焼に切り替えるようにしても、成層燃焼と均質燃焼（均質ストイキ燃焼及び均質リッチ燃焼）との間における燃焼モードの切り替えという点でみれば、その切替頻度を増大させることにはならない。即ち、仮にここで、燃焼モードが均質リッチ燃焼に切り替えられるのを禁止したとしても、同燃焼モードは機関運転状態に基づいて成層燃焼から均質ストイキ燃焼に切り替えられるからである。
【００６５】
また、このように燃焼モードを成層燃焼から均質リッチ燃焼に切り替えることにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３２のＮＯｘ吸蔵量が徐々に減少するようになるため、燃焼モードを機関運転状態に応じて均質ストイキ燃焼に切り替えるようにした場合と比較して、要求フラグがより早期に「ＯＮ」から「ＯＦＦ」に切り替えられるようになる（タイミングｔ４）。
【００６６】
このため、要求フラグが「ＯＮ」に長期間保持されるとともに、機関運転状態がリッチスパイク処理許可領域内とその領域外との間を行き来することにより、リッチスパイク処理が繰り返し実行されるのを回避することができる。このため、燃焼モードが成層燃焼と均質リッチ燃焼との間で切り替えられる頻度を確実に減少させることができる。
【００６７】
従って、本実施形態によれば、上記第１の実施形態において記載した（１）〜（３）の作用効果に加えて、
（４）成層燃焼と均質燃焼との間における燃焼モードの切り替えについてみれば、その切替頻度を減少させることができるようになり、燃焼モードが成層燃焼と均質燃焼との間で頻繁に切り替えられることに起因して機関運転に際しての円滑性が悪化してしまうのを抑制することができる。
【００６８】
（５）また、リッチスパイク処理の要求が有ること、即ちＮＯｘ吸蔵量が上記所定量ＮＯｘmax を超えていることを条件に、燃焼モードを成層燃焼から均質リッチ燃焼へと切り替えるようにしている。従って、必要以上に燃焼モードが成層燃焼から均質リッチ燃焼に切り替えられるのを抑えて燃費の悪化を抑制することができるようになる。
【００６９】
以上説明した各実施形態は以下のようにその構成を変更して実施することもできる。
・上記第２の実施形態では、リッチスパイク処理の要求が有ることを条件に、燃焼モードを成層燃焼から均質リッチ燃焼に切り替え、リッチスパイク処理を実行するようにしたが、例えば、機関運転状態が上記高負荷領域ＲＨにおいて成層燃焼領域から均質ストイキ燃焼領域に移行するときには常にリッチスパイク処理を実行するようにしてもよい。或いは、機関運転状態が高負荷領域ＲＨにおいて成層燃焼領域から均質ストイキ燃焼領域に移行する際、前回のリッチスパイク処理が終了してから所定時間が経過していることを条件に、リッチスパイク処理を実行するようにしたり、或いはＮＯｘ吸蔵量が上記所定量ＮＯｘmax よりも小さく設定された所定量を超えていることを条件に、リッチスパイク処理を実行するようにしてもよい。
【００７０】
また、このようにリッチスパイク処理を開始した場合には、例えば、上記ＮＯｘ吸蔵量カウンタが所定の判定値以下にまで減少したとき、或いはリッチスパイク処理を開始してから所定時間が経過したときに、同リッチスパイク処理を終了するようにする。
【００７１】
・上記各実施形態では、リッチスパイク処理許可領域を機関負荷率ＫＬのみにより定まる領域として設定するようにしたが、同許可領域を機関負荷率ＫＬと機関回転速度ＮＥとに応じて定まる領域として設定するようにしてもよい。
【００７２】
・上記各実施形態では、機関運転状態に基づいて燃焼モードを成層燃焼と均質ストイキ燃焼との間で切り替えるようにしたが、同燃焼モードを成層燃焼と均質リーン燃焼との間で切り替えるようにしてもよい。
【００７３】
・上記各実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３２のＮＯｘ吸蔵量が限界吸蔵量近傍にまで増大したときにリッチスパイク処理を実行するようにしたが、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３２において硫化物（ＳＯｘ）による被毒量が所定量を超えたとき或いは超えるものと想定されるときに、同リッチスパイク処理を実行するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関及びその燃焼制御装置を示す概略構成図。
【図２】機関回転速度及び機関負荷率と燃焼モードとの関係を示す関数マップ。
【図３】第１の実施形態においてリッチスパイク処理を実行又は終了する際の制御手順を示すフローチャート。
【図４】第１の実施形態においてリッチスパイク処理の実行態様例を示すタイミングチャート。
【図５】第２の実施形態においてリッチスパイク処理を実行又は終了する際の制御手順を示すフローチャート。
【図６】第２の実施形態においてリッチスパイク処理の実行態様例を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１２…燃焼室、１４…燃料噴射弁、１６…点火プラグ、１７…アクセルペダル、２０…吸気通路、２１…スロットルモータ、２２…スロットル弁、３０…排気通路、３２…ＮＯｘ吸蔵還元触媒、４０…電子制御装置、４２…メモリ、５１…回転速度センサ、５２…アクセルセンサ、５３…スロットルセンサ。

Claims (3)

1. 機関運転状態に基づいて燃焼モードを成層燃焼と均質燃焼との間で切替制御するとともに、機関空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定する要求があるときに燃焼モードを均質リッチ燃焼に設定する内燃機関の燃焼制御装置において、
   機関運転状態が燃焼モードとして成層燃焼が選択される領域を含む所定高負荷領域にあるときに均質リッチ燃焼の実行を禁止する禁止手段と、
   均質リッチ燃焼の実行中に機関運転状態が前記所定高負荷領域に移行する際には前記禁止手段による禁止を無効化して均質リッチ燃焼を継続する継続手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
2. 機関運転状態に基づいて燃焼モードを成層燃焼と均質燃焼との間で切替制御するとともに、機関空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定する要求があるときに燃焼モードを均質リッチ燃焼に設定する内燃機関の燃焼制御装置において、
   機関運転状態が燃焼モードとして成層燃焼が選択される領域を含む所定高負荷領域にあるときに均質リッチ燃焼の実行を禁止する禁止手段と、
   機関運転状態が前記所定高負荷領域において燃焼モードを成層燃焼とする領域から均質燃焼とする領域に移行する際には前記禁止手段による禁止を無効化して燃焼モードを成層燃焼から均質リッチ燃焼に切り替える切替手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
3. 請求項２に記載した内燃機関の燃焼制御装置において、
   前記切替手段は機関排気系に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量を超えている旨判断されるときに前記燃焼モードの切り替えを実行するものである
   ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。

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