JP4196471B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を排気通路に備えたエンジンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、特定運転領域でリーン運転を行なうエンジン、例えば燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備えて低負荷低回転域で成層燃焼によりリーン運転を行なうようにしたエンジンにおいて、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を排気通路に設け、リーン運転状態のときに排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸収され、空燃比がリッチ側に変化したときにＮＯｘがＮＯｘ触媒から放出されて還元されるようにしたものが知られている。このようなＮＯｘ触媒によると、ＮＯｘを還元により浄化することが困難なリーン運転時にも、ＮＯｘを吸蔵することにより外部へのＮＯｘの排出を防止することができる。
【０００３】
このようなＮＯｘ触媒を備えるエンジンにおいて、リーン運転状態が長時間続いてＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が増大した場合に、所定時間だけ空燃比を理論空燃比以下に変更することにより、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させて還元し、ＮＯｘ触媒をリフレッシュすることは従来から行われている。
【０００４】
例えば特開平１０−２７４０８５号に示される装置では、触媒のリフレッシュ制御時に、成層燃焼のための主噴射以外に膨張行程中に追加噴射を行うことにより、排ガス中の還元材としてのＣＯの量を増加させ、これによりＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出、還元を促進するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のＮＯｘ触媒を備えたエンジンでは、通常、リーン運転領域にある状態においてＮＯｘ吸蔵量が増大したときに上記のようなリフレッシュ制御が行われ、そのリフレッシュ制御終了後は成層燃焼等によるリーン運転状態に戻る。そして、リフレッシュ制御からリーン運転に移行したときは即座にＮＯｘを吸収が良好に行われる状態となることが望ましい。
【０００６】
しかし、リフレッシュ制御からリーン運転に移行するときの触媒の温度はリフレッシュ制御中やそれ以前の運転状態によって種々異なり、その触媒温度によっては必ずしもＮＯｘ吸収性能が良好に発揮されない場合がある。すなわち、ＮＯｘ触媒のリーン運転状態におけるＮＯｘ吸収性能は、触媒温度が特定温度域（２５０〜４００°Ｃ）にあるときに高く、この特定温度域より低温側でも高温側でもＮＯｘ吸収性能は低下する。従って、リフレッシュ制御後も触媒温度が上記特定温度より低い場合や、リフレッシュ制御前から触媒温度が比較的高くて、リフレッシュ制御中に触媒温度がさらに上昇して上記特定温度域より高くなった場合等に、リーン運転への移行直後のＮＯｘ吸収性能が悪くなるおそれがある。
【０００７】
本発明は、これらの事情に鑑み、ＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御中に適切に触媒温度を調節し、リフレッシュ制御からリーン運転状態への移行直後におけるＮＯｘ吸収性能を高く維持することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒をエンジンの排気通路に具備するとともに、所定のリーン運転領域で空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御するようになっているエンジンの制御装置において、ＮＯｘ触媒の温度状態を直接または間接的に検出する触媒温度検出手段と、排ガス温度に関係する燃焼制御パラメータを制御するとともに、上記リーン空燃比での運転状態から所定のＮＯｘ放出還元制御条件が成立する状態となったとき、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させて還元するＮＯｘ放出還元制御を実行する制御手段とを備え、この制御手段は、ＮＯｘ放出還元制御実行時にＮＯｘ触媒の温度状態に応じ、リーン空燃比でのＮＯｘ吸収性能が所定値以上となる特定温度域内の基準温度に対して触媒低温状態の場合には、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度上昇方向に上記燃焼制御パラメータを制御し、上記基準温度に対して触媒高温状態の場合には、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度低下方向に上記燃焼制御パラメータを制御するようになっており、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、上記制御手段はこのインジェクタの燃料噴射形態を燃焼制御パラメータとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒低温状態の場合には、上記インジェクタからの燃料噴射を、吸気行程から圧縮行程前半までにわたる期間内の早期噴射と圧縮行程後期の期間内の後期噴射とに分割して行なわせるように制御し、上記制御手段は、ＮＯｘ放出還元制御実行時においてＮＯｘ触媒の温度が上記特定温度域の下限温度よりも低い状態にある場合、上記早期噴射及び上記後期噴射に加え、膨張行程の期間内にも燃料噴射を行なわせるようにインジェクタを制御するもの（請求項１）である。
【０００９】
この装置によると、リーン空燃比での運転状態から所定のＮＯｘ放出還元制御条件が成立する状態となったとき、空燃比が略理論空燃比もしくはそれ以下に変更されて、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出、還元が行なわれる。そして、このようなＮＯｘ放出還元制御が実行されつつ、上記触媒低温状態の場合は排ガス温度が上昇するように、また上記触媒高温状態の場合は排ガス温度が低下するように、燃焼制御パラメータが制御されることにより、ＮＯｘ放出還元制御中に触媒温度が上記特定温度域となるように制御され、ＮＯｘ放出還元制御の終了後にリーン空燃比の運転状態に移行したとき、即座にＮＯｘ吸収性能が高い状態が得られる。
【００１１】
このようにすると、触媒低温状態にある場合のＮＯｘ放出還元制御実行時に、空燃比が理論空燃比もしくはそれ以下とされつつ、吸気行程から圧縮行程前半までにわたる期間内の早期噴射と圧縮行程後期の期間内の後期噴射とからなる分割噴射が行なわれることにより、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出、還元に有用な排気ガス中のＣＯが増加するとともに、排ガス温度を高める作用が得られる。
【００１２】
このようにすると、ＮＯｘ触媒の温度が著しく低い場合に、排ガス温度を高める作用がより強められる。
【００１３】
上記の請求項１に記載の発明において、さらに上記制御手段は点火時期を燃焼制御パラメータの１つとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒低温状態の場合には上記点火時期をリタードさせるように制御するものであること（請求項２）が好ましい。このような点火時期のリタードによっても、排ガス温度を高める作用が得られる。
【００１４】
また、上記の請求項１に記載の発明において、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ手段を備えるエンジンにあっては、上記制御手段はＥＧＲ手段によるＥＧＲ率と点火時期とを燃焼制御パラメータとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒低温状態の場合には上記ＥＧＲ率を減少させ、かつ点火時期をリタードさせるように制御すること（請求項３）も好ましい。
【００１５】
このようにＥＧＲを減少させ、その分、点火時期のリタードさせることで排ガス温度を高める作用が得られる。
【００１６】
なお、この明細書においていうＥＧＲ率とは、次式で求められる値である。
【００１７】
（ＩｎＣＯ2−ＡｔＣＯ2）／（ＥｘＣＯ2−ＩｎＣＯ2）
ＩｎＣＯ2：吸気中のＣＯ2濃度
ＡｔＣＯ2：大気中のＣＯ2濃度
ＥｘＣＯ2：排気中のＣＯ2濃度
大気中のＣＯ2濃度を近似的に０とすれば、ＥＧＲ率は次のようになる。
【００１８】
ＩｎＣＯ2／（ＥｘＣＯ2−ＩｎＣＯ2）
また、上記目的を達成するため、本発明は、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒をエンジンの排気通路に具備するとともに、所定のリーン運転領域で空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御するようになっているエンジンの制御装置において、ＮＯｘ触媒の温度状態を直接または間接的に検出する触媒温度検出手段と、排ガス温度に関係する燃焼制御パラメータするとともに、上記リーン空燃比での運転状態から所定のＮＯｘ放出還元制御条件が成立する状態となったとき、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させて還元するＮＯｘ放出還元制御を実行する制御手段とを備え、この制御手段は、ＮＯｘ放出還元制御実行時にＮＯｘ触媒の温度状態に応じ、リーン空燃比でのＮＯｘ吸収性能が所定値以上となる特定温度域内の基準温度に対して触媒低温状態の場合には、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度上昇方向に上記燃焼制御パラメータを制御し、上記基準温度に対して触媒高温状態の場合には、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度低下方向に上記燃焼制御パラメータを制御するようになっており、上記制御手段は、ＮＯｘ触媒の温度が上記特定温度域の下限温度よりもさらに低い状態にある場合、ＮＯｘ放出還元制御実行時に触媒低温状態の場合の制御を行なうことに加え、ＮＯｘ放出還元制御の後にリーン運転域となっても、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度上昇方向に上記燃焼制御パラメータを制御する状態を、触媒温度が上記特定温度域内となるまで持続するようになっているもの（請求項４）である。
【００１９】
このようにすると、触媒温度が著しく低くて、ＮＯｘ放出還元制御実行中の燃焼制御パラメータの制御によってもＮＯｘ放出還元制御の終了時点で上記特定温度域内にまで上昇しきれない場合に、空燃比が略理論空燃比もしくはそれ以下の状態に保たれることでＮＯｘ触媒によるＮＯｘ還元作用が維持され、かつ、排ガス温度を上昇させる制御が引き続き行なわれる。
【００２０】
上記の請求項４に記載の発明において、上記制御手段は、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタの燃料噴射形態と点火時期とを燃焼制御パラメータとし、ＮＯｘ触媒の温度が上記特定温度域の下限温度よりもさらに低い状態にある場合、ＮＯｘ放出還元制御実行時の燃焼制御パラメータの制御としては、上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程から圧縮行程前半までにわたる期間内の早期噴射と圧縮行程後期の期間内の後期噴射とに分割して行なわせるとともに、点火時期をリタードし、ＮＯｘ放出還元後に触媒温度が上記特定温度域内となるまでの燃焼制御パラメータの制御としては、上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程の期間内に分割して行なわせるとともに点火時期をリタードするものであること（請求項５）が好ましい。
【００２１】
このようにすると、触媒温度が低い場合に、ＮＯｘ放出還元制御実行中には、そのＮＯｘ放出、還元に有用な排気ガス中のＣＯが増加される状態とされつつ排ガス温度が上昇するように制御され、ＮＯｘ放出還元制御の終了後において触媒温度が上記特定温度域内へ上昇するまでは、排気ガス中のＣＯが減少する状態とされつつ排ガス温度が上昇するように制御される。
【００２２】
また、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備えたエンジンに本発明を適用する場合に、上記制御手段はこのインジェクタの燃料噴射形態を燃焼制御パラメータとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒高温状態の場合には、インジェクタからの燃料噴射を分割し、かつ、吸気行程を３等分した前期、中期、後期のうちの前期から中期にかけての期間内に各噴射が開始されるように制御するものであること（請求項６）が好ましい。
【００２３】
このようにすると、触媒高温状態にある場合のＮＯｘ放出還元制御実行時に、空燃比が理論空燃比もしくはそれ以下とされつつ、吸気行程の前期から中期にかけての期間内に分割噴射が行なわれることにより、燃焼効率が高められて、排ガス温度を低下させる作用が得られる。また、この噴射形態によると燃焼安定性が高められることから、次に述べるようなＥＧＲ率増加の許容度も高められる。
【００２４】
上記の請求項６に記載の発明において、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ手段を備え、上記制御手段はＥＧＲ手段によるＥＧＲ率を燃焼制御パラメータの１つとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒高温状態の場合には上記ＥＧＲ率を増大させるものであること（請求項７）が好ましい。
【００２５】
また、上記の請求項６又は７に記載の発明において、上記制御手段は点火時期を燃焼制御パラメータの１つとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒高温状態の場合には上記点火時期をアドバンスさせるものであること（請求項８）が好ましい。
【００２６】
上記のようなＥＧＲ率の増大や点火時期のアドバンスによっても、排ガス温度を高める作用が得られる。
【００２７】
また、上記の請求項６乃至８のいずれかに記載の発明において、上記制御手段は、ＮＯｘ触媒の温度が上記特定温度域の上限温度よりもさらに高い状態にある場合、ＮＯｘ放出還元制御実行時に触媒高温状態の場合の制御を行なうことに加え、ＮＯｘ放出還元の後にリーン運転域となっても、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度低下方向に上記燃焼制御パラメータを制御する状態を、触媒温度が上記特定温度域内となるまで持続するようになっているもの（請求項９）であってもよい。
【００２８】
このようにすると、触媒温度が著しく高くて、ＮＯｘ放出還元制御実行中の燃焼制御パラメータの制御によってもＮＯｘ放出還元制御の終了時点で上記特定温度域内にまで低下しきれない場合に、空燃比が略理論空燃比もしくはそれ以下の状態に保たれることでＮＯｘ触媒によるＮＯｘ還元作用が維持され、かつ、排ガス温度を低下させる制御が引き続き行なわれる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１は本発明が適用される直噴エンジンの全体構造を概略的に示したものである。この図において、エンジン本体１０は複数の気筒１２を有し、各気筒１２には、そのシリンダボアに挿入されたピストン１４の上方に燃焼室１５が形成されており、この燃焼室１５には吸気ポート及び排気ポートが開口し、これらのポートは吸気弁１７及び排気弁１８によってそれぞれ開閉されるようになっている。
【００３１】
上記燃焼室１５の中央部には点火プラグ２０が配設され、そのプラグ先端が燃焼室１５内に臨んでおり、この点火プラグ２０に、点火コイル等からなる点火回路２１が接続されている。また、燃焼室１５内には側方からインジェクタ２２の先端部が臨み、このインジェクタ２２から燃焼室１５内に直接燃料が噴射されるようになっている。上記インジェクタ２２には図外の高圧燃料ポンプ、プレッシャレギュレータ等を具備する燃料回路が接続され、各気筒のインジェクタ２２に燃料が供給されるとともにその燃圧を圧縮行程における筒内圧力よりも高い所定圧力となるように燃料回路が構成されている。
【００３２】
上記エンジン本体１０には吸気通路２４及び排気通路３４が接続されている。上記吸気通路２４には、その上流側から順に、エアクリーナ２５、吸気流量を検出するエアフローセンサ２６、モータ２７により駆動されるスロットル弁２８及びサージタンク３０が設けられている。
【００３３】
また、上記排気通路３４には、ＮＯｘ触媒３５が配設されている。このＮＯｘ触媒３５は、空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン運転状態でもＮＯｘ浄化性能を有するものであって、酸素過剰雰囲気で排気ガス中のＮＯｘを吸収し、空燃比がリッチ側に変化して酸素濃度が低下したとき、吸収していたＮＯｘを放出するとともに、雰囲気中に存在するＣＯ等の還元材によりＮＯｘを還元させるようになっている。
【００３４】
より詳しく説明すると、上記ＮＯｘ触媒３５は、コージェライト製ハニカム構造体等からなる担体の上にＮＯｘ吸収材層と触媒材層とが前者を下（内側）、後者を上（外側）にして層状に形成されたものである。上記ＮＯｘ吸収材層は、比表面積の大きな活性アルミナにＰｔ成分とＮＯｘ吸収材としてのＢａ成分とを担持させたものを主成分として構成されている。また、触媒材層は、ゼオライトを担持母材としてこれにＰｔ成分及びＲｈ成分を担持させてなる触媒材を主成分として構成されている。なお、上記触媒材層の上にセリア層を形成してもよい。
【００３５】
さら排気通路３４と吸気通路２４との間には、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ手段が設けられ、このＥＧＲ手段は、排気通路３４と吸気通路２４とを接続するＥＧＲ通路３７と、このＥＧＲ通路３７に介設されたＥＧＲ弁３８とを備えている。上記ＥＧＲ弁３８はアクチュエータ（図示せず）により駆動されて開閉作動するようになっている。上記ＥＧＲ通路３７の途中には、この通路３７を通るガスを冷却するＥＧＲクーラー３９（還流ガス冷却手段）が設けられている。
【００３６】
このエンジンには、上記エアフローセンサ２６の他、サージタンク３０内の吸気負圧を検出するブーストセンサ４０、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ４１、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ４２、アクセル開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ４３、吸気温を検出する吸気温センサ４４、大気圧を検出する大気圧センサ４５、エンジン冷却水温を検出する水温センサ４６、排気ガス中の酸素濃度の検出によって空燃比を検出するＯ２センサ４７等のセンサ類が装備され、これらセンサの出力信号（検出信号）がＥＣＵ（コントロールユニット）５０に入力されている。
【００３７】
上記ＥＣＵ５０は、インジェクタ２２からの燃料噴射量及び噴射タイミングを制御するとともに、スロットル弁２８を駆動するモータ２７に制御信号を出力することによりスロットル弁２８の制御を行ない、また、点火回路２１に制御信号を出力することにより点火時期を制御し、さらに、ＥＧＲ弁３８の制御も行なうようになっている。
【００３８】
当実施形態の筒内噴射式エンジンの基本的な制御としては、上記インジェクタ２２からの燃料噴射時期及び空燃比等が異なる各種運転モードが選択可能とされ、運転領域によって運転モードが変更されるようになっており、例えば温間時には図２に示すようなマップに基づいて運転領域に応じた運転モードの選択が行われる。すなわち、低負荷低回転側の特定運転領域が成層燃焼領域、それ以外の領域が均一燃焼領域とされる。
【００３９】
そして、図３中に示すように、成層燃焼領域では、上記インジェクタ２２から圧縮行程の後期に燃料が噴射されることにより、点火プラグ２０付近に混合気が偏在する成層状態で燃焼が行なわれるような成層燃焼モードとされ、この場合、スロットル弁２８の開度が大きくされて吸入空気量が多くされることにより燃焼室全体の空燃比としては大幅なリーン状態（例えば３０以上）とされる。一方、均一燃焼領域では、上記インジェクタ２２から吸気行程の前期に燃料が噴射されることにより、燃焼室１５全体に均一に混合気が拡散する状態で燃焼が行なわれる均一燃焼モードとされる。この均一燃焼モードでは空気過剰率λがλ＝１、つまり理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）とされる。なお、均一燃焼領域のうち、アクセル全開域やその付近の高負荷域及び高回転域では、空燃比を理論空燃比よりもリッチ（λ＜１）に設定しておいてもよい。
【００４０】
さらに上記ＥＣＵ５０は、触媒温度検出手段５１と、ＮＯｘ吸蔵量検出手段５２と、ＮＯｘ放出還元制御のための制御手段５３とを備えている。
【００４１】
上記触媒温度検出手段５１は、ＮＯｘ触媒３５の温度を直接または間接的に検出し、例えば水温やエンジンの運転状態等に基づいて触媒温度を推定するようになっている。また、ＮＯｘ吸蔵量検出手段５２は、例えば、成層燃焼領域においてリーン空燃比で運転されているときの単位時間当りのＮＯｘ吸収量をエンジン回転数及びエンジン負荷等に応じて推定し、これを累積加算することによりＮＯｘ吸蔵量を求めるようになっている。
【００４２】
また、上記制御手段５３は、成層燃焼領域においてリーン空燃比で運転されている状態から所定のリフレッシュ制御条件（ＮＯｘ放出還元制御条件）が成立したとき、例えば成層燃焼領域において上記ＮＯｘ吸収量が所定値以上に大きくなることをリフレッシュ制御条件としてこの条件が成立したときに、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させて還元するリフレッシュ制御（ＮＯｘ放出還元制御）を実行する。
【００４３】
この制御手段５３は、空燃比制御手段５４及び燃焼制御パラメータ制御手段５５を含んでおり、リフレッシュ制御時に、スロットル弁２８の制御による吸入空気量の調整及び燃料噴射量の制御により、空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下（λ≦１）とするように制御するとともに、排ガス温度に関連する燃焼制御パラメータをＮＯｘ触媒の温度状態に応じて制御するようになっている。
【００４４】
上記燃焼制御パラメータは、例えばインジェクタ２２の燃料噴射形態、点火時期、ＥＧＲ手段によるＥＧＲ率等である。そして、リフレッシュ制御時のＮＯｘ触媒の温度状態に応じた燃焼制御パラメータの制御としては、リーン空燃比でのＮＯｘ吸収性能が所定値以上となる特定温度域内の基準温度に対して触媒低温状態の場合は排ガス温度上昇方向に燃焼制御パラメータを制御し、上記基準温度に対して触媒高温状態の場合は排ガス温度低下方向に燃焼制御パラメータを制御する。
【００４５】
具体的に説明すると、λ＞１のリーン運転状態にあるときのＮＯｘ吸収率と触媒温度との関係は図４に実線で示すようになって、特定温度域（２５０〜４００°Ｃ程度）にあるときにＮＯｘ吸収率が高く、この特定温度域より低温側では触媒温度の低下につれてＮＯｘ吸収率が低くなり、特定温度域より高温側では触媒温度の上昇につれてＮＯｘ吸収率が低くなる。なお、図４中の一点鎖線は、λ≦１のときのＮＯｘ触媒の還元作用によるＮＯｘ浄化率と触媒温度との関係を示すもので、λ≦１のときは所定温度以上の暖機状態で還元作用により高い浄化率が得られる。
【００４６】
そこで、上記特定温度域内に基準温度Ｔｓを設定し、触媒温度が上記基準温度Ｔｓより低い低温域Ａある場合と基準温度Ｔｓ以上の高温域Ｂにある場合とで制御パラメータが変更される。
【００４７】
例えば、インジェクタ２２の燃料噴射形態の制御としては、図３中に示すように、リフレッシュ制御時において触媒温度が上記低温域Ａにある場合に、インジェクタ２２からの燃料噴射が早期噴射と後期噴射とに分割され、かつ、早期噴射は吸気行程から圧縮行程前半までにわたる期間内（通常は吸気行程の期間内）に開始され、後期噴射は圧縮行程後期の期間内に開始されるように制御される。以下、この燃料噴射形態を吸気圧縮分割噴射と呼ぶ。
【００４８】
また、リフレッシュ制御時において触媒温度が上記高温域Ｂにある場合に、インジェクタ２２からの燃料噴射が早期噴射と後期噴射とに分割して行なわれ、かつ、吸気行程を３等分した前期、中期、後期のうちの前期から中期にかけての期間内に各噴射が開始されるように制御される。以下、この燃料噴射形態を吸気行程分割噴射と呼ぶ。
【００４９】
触媒温度が低い低負荷低回転でのリーン運転状態からλ≦１での分割噴射に移行した場合の触媒温度の変化は、燃料噴射形態が吸気圧縮分割噴射である場合は図５中の線ａ、吸気行程分割噴射である場合は図５中の線ｂのようになる。つまり、後にも詳述するように、吸気圧縮分割噴射とした場合は排ガス温度を高めらることで比較的急速に触媒温度が上昇し、吸気行程分割噴射の場合は排ガス温度が低くなって触媒温度の上昇が抑制される。
【００５０】
また、リフレッシュ制御時における上記点火時期の制御としては、触媒温度が上記低温域Ａにある場合には運転状態に応じた基本点火時期よりもリタードされ、上記高温域Ｂにある場合には運転状態に応じた基本点火時期とされる。リフレッシュ制御時における上記ＥＧＲ率の制御としては、触媒温度が上記低温域Ａにある場合にはＥＧＲ率が小さくされ、上記高温域Ｂにある場合にはＥＧＲ率が大きくされる。
【００５１】
上記ＥＣＵ５０による制御の具体例を、図６のフローチャートによって説明する。
【００５２】
このフローチャートに示す処理がスタートすると、先ずステップＳ１でアクセル開度、クランク角信号の周期によって計測されるエンジン回転数、エアフローセンサ２６の計測値及び水温等の信号が入力される。続いてステップＳ２で、触媒温度Ｔｃが水温及び運転状態等に基づいて計算される。さらにステップＳ３で、ＮＯｘ吸蔵量が計算により推定される。このＮＯｘ吸蔵量の推定の仕方としては、例えば、エンジン回転数及び負荷に応じてマップから単位期間当りのＮＯｘ吸収量が求められ、これが累計される。あるいは、成層燃焼領域でのリーン運転の持続時間、走行距離等に基づいて推定することもできる。
【００５３】
次に、ステップＳ４で、エンジンの運転状態が図２中の成層燃焼領域にあるか否かが判定される。そして、成層燃焼領域にないとき、つまり図２中の均一燃焼領域にあるときは、空燃比が理論空燃比もしくはそれ以下とされるとともに、インジェクタ２２から吸気行程で燃料が噴射されることにより、均一燃焼が行なわれる（ステップＳ５）。
【００５４】
ステップＳ４で成層燃焼領域にあることが判定されたときは、ステップＳ６でＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が所定値より大となったか否かが判定される。
【００５５】
そして、ステップＳ６での判定がＮＯの場合、つまりＮＯｘ吸蔵量が所定値に達していない場合は、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とされるとともに、インジェクタ２２から圧縮行程で燃料が噴射されることにより、成層燃焼が行なわれる（ステップＳ７）。
【００５６】
ステップＳ６でＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が所定値より大となったことが判定された場合は、ステップＳ８以降のリフレッシュ制御に移行する。
【００５７】
リフレッシュ制御としては、ステップＳ８で空燃比が理論空燃比（つまりλ＝１）に設定されるとともに、ステップＳ９でリフレッシュ制御開始時点の触媒温度Ｔｃが基準値Ｔｓより低い低温域Ａにあるか否かが判定される。
【００５８】
そして、低温域Ａにあれば、吸気圧縮分割噴射が行われる（ステップS１０）とともに、点火時期が運転状態に応じた基本点火時期（通常はＭＢＴ）よりもリタードされる（ステップS１１）。また、成層燃焼領域内では、本来、成層燃焼が行なわれることによりリーン空燃比での燃焼安定性が高められて、多量のＥＧＲが許容されることから、ＥＧＲ率が比較的大きくなっているが、リフレッシュ制御時の低温域ではＥＧＲ率が通常の運転状態に応じた値よりも小さくされる（ステップＳ１２）。
【００５９】
リフレッシュ制御開始時点の触媒温度Ｔｃが基準値Ｔｓ以上の高温域Ｂにあれば、吸気行程分割噴射が行われる（ステップS１３）とともに、ＥＧＲ率が成層燃焼領域での通常の運転状態に応じた値と同程度もしくはそれ以上に大きい値とされる（ステップＳ１４）。
【００６０】
ステップＳ９の判定に応じたステップＳ１０〜Ｓ１２またはステップＳ１３，Ｓ１４の処理に続き、ステップＳ１５で、リフレッシュ開始からの経過時間の計測等によりＮＯｘ吸蔵量が充分に減少したか否かが判定され、ＮＯｘ吸蔵量が充分に減少するまではリフレッシュ制御（ステップＳ８〜Ｓ１４）が繰り返され、ＮＯｘ吸蔵量が充分に減少すればリターンされる。
【００６１】
以上のような当実施形態の制御装置を備えた筒内噴射式エンジンによると、基本的な制御としては、運転状態が高負荷側や高回転側の均一燃焼領域にあるとき、空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとされつつ吸気行程で燃料が噴射されて均一燃焼が行われる。一方、運転状態が低負荷低回転側の成層燃焼領域にあるとき、空燃比がリーンとされつつ圧縮行程で燃料が噴射されて成層燃焼が行われることにより燃費が改善される。この成層燃焼領域内での成層燃焼によるリーン運転中には、上記ＮＯｘ触媒３５によって排気ガス中のＮＯｘが吸収される。
【００６２】
また、リーン運転中にＮＯｘ吸蔵量が所定値より大きくなれば、ＮＯｘ触媒３５からＮＯｘを放出させて還元するリフレッシュ制御が行われ、このリフレッシュ制御中に、排ガス温度に関係する制御パラメータであるインジェクタ２２の燃料噴射形態、点火時期及びＥＧＲが、触媒温度に応じて制御される。このような制御を、図７及び図８のタイムチャートによってさらに更に具体的に説明する。
【００６３】
図７及び図８にも示すように、成層燃焼領域内で空燃比がリーンとされつつ圧縮行程で燃料が噴射されて成層燃焼状態（リーン運転状態）が持続すると、ＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が次第に増加する。そして、ＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が限界に近づくとＮＯｘ吸収能力が低下するため、成層燃焼領域でのリーン運転中にＮＯｘ吸蔵量が所定値より大きくなった時点ｔ１で、リフレッシュ制御が行なわれる。
【００６４】
このリフレッシュ制御においては、空燃比がリーンから理論空燃比（λ＝１）に変更されることにより、リーン運転中にＮＯｘ触媒３５に吸蔵されていたＮＯｘが放出され、かつ、排気ガス中のＣＯ等の還元材の存在により、ＮＯｘ触媒３５の還元作用でＮＯｘが還元されて浄化される。そして、このＮＯｘの放出、還元によりＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が充分に減少した時点ｔ２でリフレッシュ制御が終了され、このリフレッシュ制御後は成層燃焼によるリーン運転状態に復帰する。
【００６５】
上記リフレッシュ制御が行われているときに、リフレッシュ制御開始時点ｔ１の触媒温度が低温域Ａにある場合は、図７に示すように、インジェクタ２２からの燃料噴射形態が吸気圧縮分割噴射に変更されるとともに、点火時期がリタードされ、かつ、ＥＧＲ率がリフレッシュ制御前の成層燃焼時と比べて少なくされ、これらの作用で適度に触媒温度が高められる。
【００６６】
すなわち、上記吸気圧縮分割噴射によると、後の噴射により点火プラグ付近に局部的にリッチな混合気が形成されて、着火直後の燃焼速度は速くなるが、酸素が少ないことからその燃焼によりＣＯが発生し易くなり、また、先の噴射により燃焼室周辺部に均一でリーンな混合気が形成されて、燃焼期間の後半において燃焼が緩慢になるので、点火時期をリタードとさせたのと同様の効果が得られて、排ガス温度が高められる。なお、上記吸気圧縮分割噴射によると、還元材としてのＣＯの量の増加によってＮＯｘ触媒３５からのＮＯｘの放出、還元を促進する作用も得られる。
【００６７】
さらに、ＥＧＲ弁開度の補正によってＥＧＲ量が少なくされることと、点火時期がリタードされることとによっても排ガス温度が高められる。
【００６８】
これらの作用で排ガス温度が上昇することに伴い、ＮＯｘ触媒３５が排ガスで加熱されて触媒温度が上昇する。従って、ＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ還元浄化に適した温度と比べて触媒温度が低すぎるというような事態を解消してリフレッシュ制御中のＮＯｘの放出、還元を良好に行なわせることができるとともに、リーン運転でのＮＯｘ吸収に適した温度域に対しても触媒温度が低くなる傾向が是正され、リフレッシュ制御終了後にリーン運転へ移行したときに、ＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸収性能が良好に発揮される。
【００６９】
また、リフレッシュ制御開始時点ｔ１の触媒温度が高温域Ｂにある場合は、図８に示すように、インジェクタ２２からの燃料噴射形態が吸気行程分割噴射に変更されるとともに、ＥＧＲ率が多くされ、かつ、点火時期はこのときの運転状態に応じた最適点火時期（ＭＢＴ）までアドバンスされ、これらの作用で適度に触媒温度が引き下げられる。
【００７０】
すなわち、λ＝１とする場合の噴射形態として、吸気行程分割噴射によると、噴射燃料の拡散、均一化及び空気とのミキシングが良好に行なわれることにより、吸気圧縮分割噴射や吸気行程一括噴射と比べて燃焼効率が高められ、この燃焼効率の向上に伴い、排気ガス温度が低くなる。
【００７１】
また、この吸気行程分割噴射により燃焼安定性が高められるため、ＥＧＲ量を増量することが可能となり、リフレッシュ制御が行われる運転領域が比較的低負荷低回転の領域（本来の成層燃焼領域Ａ）であるために、例えばＥＧＲ率を３０％以上としても燃焼安定性が充分に確保される。そして、このようにＥＧＲ率を大きくすることによっても、燃焼温度及び排気ガス温度を下げる作用が得られる。なお、ＥＧＲ率を大きくすると燃焼室からのＮＯｘ排出量が少なくなるので、リフレッシュ制御中のＣＯの量に対するＮＯｘの割合を少なくすることでＮＯｘ触媒３５からのＮＯｘの放出、還元を促進する作用も得られる。
【００７２】
このようにして、触媒温度が高い場合はリフリッシュ制御中に排ガス温度が低くされることにより、それに伴って触媒温度が引き下げられる。従って、リーン運転でのＮＯｘ吸収に適した温度域に対して触媒温度が高くなりすぎる傾向が是正され、リフレッシュ制御終了後にリーン運転へ移行したときに、ＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸収性能が良好に発揮される。
【００７３】
なお、本発明の具体的構成は上記実施形態に限定されず、種々変更可能であり、以下に他の実施形態を説明する。
【００７４】
▲１▼ 図６のフローチャート中、リフレッシュ制御時における触媒温度に応じた制御（ステップＳ９〜Ｓ１４）は、図９のように変更してもよい。
【００７５】
すなわち、図９に示す例では、ステップＳ９で触媒温度Ｔｃが基準値Ｔｓより低い低温域にあることが判定された場合に、さらにステップＳ１００で、触媒温度Ｔｃが、リーン運転状態でのＮＯｘ吸収率が所定値以上に高い特定温度域の下限値Ｔ１より低いか否かが判定される。
【００７６】
そして、この判定がＮＯの場合、つまり、触媒温度Ｔｃが基準値Ｔｓより低いが上記特定温度域の下限値Ｔ１より高い場合は、吸気圧縮分割噴射、点火時期のリタード、及びＥＧＲ小という制御が行われて適度に排ガス温度の上昇とそれに伴う触媒温度の上昇が行われる。また、触媒温度Ｔｃが上記下限値Ｔ１よりさらに低い温度域Ａ１にある場合は、ステップＳ１０１で、図３中に破線で示すように吸気圧縮分割噴射に膨張行程の噴射を加えた吸気圧縮膨張噴射が行われるとともに、点火時期リタード、ＥＧＲ小といった制御が行われる。
【００７７】
上記吸気圧縮膨張噴射によると、膨張行程での噴射が専ら排ガス温度の上昇に寄与するため、図５中に破線ｃで示すように、排ガス温度上昇及びそれに伴う触媒温度の上昇がさらに促進される。従って、触媒温度Ｔｃが上記下限値Ｔ１より低い温度域Ａ１にある場合に、より急速に触媒温度が上昇する。
【００７８】
リフレッシュ制御時において触媒温度Ｔｃが基準値Ｔｓより高い場合の処理等は図３に示す例と同様である。
【００７９】
▲２▼ 図６に示すような制御に加え、ステップＳ１５での判定がＹＥＳとなるリフレッシュ制御終了時点で、さらに図１０のステップＳ２０１〜Ｓ２０８の処理を行なうようにしてもよい。
【００８０】
すなわち、リフレッシュ制御が行われてからステップＳ１５でＮＯｘ吸蔵量が充分に減少したことが判定されたとき、さらにステップS２０１で、その時点の触媒温度Ｔｃが計算されて（ステップＳ２００）、この触媒温度Ｔｃが上記特定温度域の下限値Ｔ１より低いか否かが判定され（ステップＳ２０１）、その判定がＮＯであれば、さらに、触媒温度Ｔｃが上記特定温度域の上限値Ｔ２より高いか否かが判定される。
【００８１】
そして、触媒温度Ｔｃが上記特定温度域の下限値Ｔ１より低い温度域Ａ１にある場合には、リフレッシュ終了後も空燃比を理論空燃比（λ＝１）とする（ステップＳ２０３）とともに、排ガス温度を上昇させる制御を持続する。ただし、リフレッシュ終了後は排気ガス中のＣＯの量を少なくするため、インジェクタ２２からの燃料噴射形態としては吸気行程分割噴射とされる（ステップＳ２０４）が、点火時期のリタード（ステップＳ２０５）によって排ガス温度の上昇が図られる。
【００８２】
また、触媒温度Ｔｃが上記特定温度域の上限値Ｔ２より高い温度域Ｂ１にある場合には、リフレッシュ終了後も空燃比を理論空燃比（λ＝１）とする（ステップＳ２０６）とともに、排ガス温度を低下させるべく、吸気行程分割噴射とし、かつＥＧＲ率を大きくする制御（ステップＳ２０７，Ｓ２０８）が持続される。
【００８３】
触媒温度Ｔｃが上記特定温度域内となったとき（ステップＳ２０１，Ｓ２０２がともにＮＯのとき）は、リターンする。
【００８４】
このようにすると、リフレッシュ制御中に触媒温度Ｔｃに応じて排ガス温度が調整されるように燃焼制御パラメータが制御されること（図６）に加え、この制御によってもリフレッシュ終了時点で触媒温度が上記特定温度域内とならなかったとき、リフレッシュ終了後も触媒温度が低すぎる場合は排ガス温度を上昇させ、触媒温度が高すぎる場合は排ガス温度を低下させる制御が持続されて、触媒温度が適正化される。そして、触媒温度が上記特定温度域内となるまでは、空燃比が理論空燃比とされて、ＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ還元作用が発揮される状態が維持されるので、ＮＯｘ浄化作用が良好に保たれる。
【００８５】
▲３▼ 図６のフローチャート中のステップＳ８では空燃比を理論空燃比（λ＝１）としているが、これよりリッチ（λ＜１）としてもよい。図１０中のステップＳ２０３及びステップＳ２０６でも同様である。
【００８６】
▲４▼ 図６のフローチャートでは運転状態等に基づき触媒温度を間接的に計算により推定しているが、ＮＯｘ触媒の直上流の排ガス温度の検出に基づいて触媒温度を推定してもよく、また、ＮＯｘ触媒の温度を直接検出するセンサを設けるようにしてもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、リーン空燃比での運転状態からＮＯｘ触媒のＮＯｘ放出還元制御が実行される状態になったとき、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに、リーン空燃比でのＮＯｘ吸収性能が所定値以上となる特定温度域内の基準温度に対して触媒低温状態の場合には排ガス温度上昇方向に燃焼制御パラメータを制御し、上記基準温度に対して触媒高温状態の場合には排ガス温度低下方向に燃焼制御パラメータを制御するようにしているため、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させて還元する制御を実行しつつ、そのＮＯｘ放出還元制御中に触媒温度が上記特定温度域となるように制御することができる。従って、ＮＯｘ放出還元制御の終了後にリーン空燃比の運転状態に移行したとき、速やかにＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収性能を高め、ＮＯｘの浄化を良好に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の一実施形態を示す全体概略図である。
【図２】燃料噴射の制御等のための運転領域の設定を示す説明図である。
【図３】成層燃焼領域、均一燃焼領域及びリフレッシュ制御時における燃料噴射のタイミング等を示す説明図である。
【図４】触媒温度とＮＯｘ吸収率との関係を示すグラフである。
【図５】各種の燃料噴射形態による触媒温度の時間的変化を示す説明図である。
【図６】制御の具体例を示すフローチャートである。
【図７】リフレッシュ制御によるＮＯｘ吸蔵量、触媒温度、空燃比及び各種燃焼制御パラメータの時間的変化を、リフレッシュ制御開始時に触媒低温状態にある場合について示すタイムチャートである。
【図８】リフレッシュ制御によるＮＯｘ吸蔵量、触媒温度、空燃比及び各種燃焼制御パラメータの時間的変化を、リフレッシュ制御開始時に触媒高温状態にある場合について示すタイムチャートである。
【図９】制御の別の例を示す要部フローチャートである。
【図１０】制御のさらに別の例を示す要部フローチャートである。
【符号の説明】
１０ エンジン本体
１５ 燃焼室
２０ 点火プラグ
２１ 点火装置
２２ インジェクタ
３５ ＮＯｘ触媒
３７ ＥＧＲ通路
３８ ＥＧＲ弁
５０ ＥＣＵ
５１ 触媒温度検出手段
５３ 制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を排気通路に備えたエンジンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、特定運転領域でリーン運転を行なうエンジン、例えば燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備えて低負荷低回転域で成層燃焼によりリーン運転を行なうようにしたエンジンにおいて、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を排気通路に設け、リーン運転状態のときに排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸収され、空燃比がリッチ側に変化したときにＮＯｘがＮＯｘ触媒から放出されて還元されるようにしたものが知られている。このようなＮＯｘ触媒によると、ＮＯｘを還元により浄化することが困難なリーン運転時にも、ＮＯｘを吸蔵することにより外部へのＮＯｘの排出を防止することができる。
【０００３】
このようなＮＯｘ触媒を備えるエンジンにおいて、リーン運転状態が長時間続いてＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が増大した場合に、所定時間だけ空燃比を理論空燃比以下に変更することにより、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させて還元し、ＮＯｘ触媒をリフレッシュすることは従来から行われている。
【０００４】
例えば特開平１０−２７４０８５号に示される装置では、触媒のリフレッシュ制御時に、成層燃焼のための主噴射以外に膨張行程中に追加噴射を行うことにより、排ガス中の還元材としてのＣＯの量を増加させ、これによりＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出、還元を促進するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のＮＯｘ触媒を備えたエンジンでは、通常、リーン運転領域にある状態においてＮＯｘ吸蔵量が増大したときに上記のようなリフレッシュ制御が行われ、そのリフレッシュ制御終了後は成層燃焼等によるリーン運転状態に戻る。そして、リフレッシュ制御からリーン運転に移行したときは即座にＮＯｘを吸収が良好に行われる状態となることが望ましい。
【０００６】
しかし、リフレッシュ制御からリーン運転に移行するときの触媒の温度はリフレッシュ制御中やそれ以前の運転状態によって種々異なり、その触媒温度によっては必ずしもＮＯｘ吸収性能が良好に発揮されない場合がある。すなわち、ＮＯｘ触媒のリーン運転状態におけるＮＯｘ吸収性能は、触媒温度が特定温度域（２５０〜４００°Ｃ）にあるときに高く、この特定温度域より低温側でも高温側でもＮＯｘ吸収性能は低下する。従って、リフレッシュ制御後も触媒温度が上記特定温度より低い場合や、リフレッシュ制御前から触媒温度が比較的高くて、リフレッシュ制御中に触媒温度がさらに上昇して上記特定温度域より高くなった場合等に、リーン運転への移行直後のＮＯｘ吸収性能が悪くなるおそれがある。
【０００７】
本発明は、これらの事情に鑑み、ＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御中に適切に触媒温度を調節し、リフレッシュ制御からリーン運転状態への移行直後におけるＮＯｘ吸収性能を高く維持することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒をエンジンの排気通路に具備するとともに、所定のリーン運転領域で空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御するようになっているエンジンの制御装置において、ＮＯｘ触媒の温度状態を直接または間接的に検出する触媒温度検出手段と、排ガス温度に関係する燃焼制御パラメータを制御するとともに、上記リーン空燃比での運転状態から所定のＮＯｘ放出還元制御条件が成立する状態となったとき、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させて還元するＮＯｘ放出還元制御を実行する制御手段とを備え、この制御手段は、ＮＯｘ放出還元制御実行時にＮＯｘ触媒の温度状態に応じ、リーン空燃比でのＮＯｘ吸収性能が所定値以上となる特定温度域内の基準温度に対して触媒低温状態の場合には、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度上昇方向に上記燃焼制御パラメータを制御し、上記基準温度に対して触媒高温状態の場合には、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度低下方向に上記燃焼制御パラメータを制御するようになっており、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、上記制御手段はこのインジェクタの燃料噴射形態を燃焼制御パラメータとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒低温状態の場合には、上記インジェクタからの燃料噴射を、吸気行程から圧縮行程前半までにわたる期間内の早期噴射と圧縮行程後期の期間内の後期噴射とに分割して行なわせるように制御し、上記制御手段は、ＮＯｘ放出還元制御実行時においてＮＯｘ触媒の温度が上記特定温度域の下限温度よりも低い状態にある場合、上記早期噴射及び上記後期噴射に加え、膨張行程の期間内にも燃料噴射を行なわせるようにインジェクタを制御するもの（請求項１）である。
【０００９】
この装置によると、リーン空燃比での運転状態から所定のＮＯｘ放出還元制御条件が成立する状態となったとき、空燃比が略理論空燃比もしくはそれ以下に変更されて、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出、還元が行なわれる。そして、このようなＮＯｘ放出還元制御が実行されつつ、上記触媒低温状態の場合は排ガス温度が上昇するように、また上記触媒高温状態の場合は排ガス温度が低下するように、燃焼制御パラメータが制御されることにより、ＮＯｘ放出還元制御中に触媒温度が上記特定温度域となるように制御され、ＮＯｘ放出還元制御の終了後にリーン空燃比の運転状態に移行したとき、即座にＮＯｘ吸収性能が高い状態が得られる。
【００１１】
このようにすると、触媒低温状態にある場合のＮＯｘ放出還元制御実行時に、空燃比が理論空燃比もしくはそれ以下とされつつ、吸気行程から圧縮行程前半までにわたる期間内の早期噴射と圧縮行程後期の期間内の後期噴射とからなる分割噴射が行なわれることにより、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出、還元に有用な排気ガス中のＣＯが増加するとともに、排ガス温度を高める作用が得られる。
【００１２】
このようにすると、ＮＯｘ触媒の温度が著しく低い場合に、排ガス温度を高める作用がより強められる。
【００１３】
上記の請求項１に記載の発明において、さらに上記制御手段は点火時期を燃焼制御パラメータの１つとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒低温状態の場合には上記点火時期をリタードさせるように制御するものであること（請求項２）が好ましい。このような点火時期のリタードによっても、排ガス温度を高める作用が得られる。
【００１４】
また、上記の請求項１に記載の発明において、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ手段を備えるエンジンにあっては、上記制御手段はＥＧＲ手段によるＥＧＲ率と点火時期とを燃焼制御パラメータとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒低温状態の場合には上記ＥＧＲ率を減少させ、かつ点火時期をリタードさせるように制御すること（請求項３）も好ましい。
【００１５】
このようにＥＧＲを減少させ、その分、点火時期のリタードさせることで排ガス温度を高める作用が得られる。
【００１６】
なお、この明細書においていうＥＧＲ率とは、次式で求められる値である。
【００１７】
（ＩｎＣＯ2−ＡｔＣＯ2）／（ＥｘＣＯ2−ＩｎＣＯ2）
ＩｎＣＯ2：吸気中のＣＯ2濃度
ＡｔＣＯ2：大気中のＣＯ2濃度
ＥｘＣＯ2：排気中のＣＯ2濃度
大気中のＣＯ2濃度を近似的に０とすれば、ＥＧＲ率は次のようになる。
【００１８】
ＩｎＣＯ2／（ＥｘＣＯ2−ＩｎＣＯ2）
また、上記目的を達成するため、本発明は、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒をエンジンの排気通路に具備するとともに、所定のリーン運転領域で空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御するようになっているエンジンの制御装置において、ＮＯｘ触媒の温度状態を直接または間接的に検出する触媒温度検出手段と、排ガス温度に関係する燃焼制御パラメータするとともに、上記リーン空燃比での運転状態から所定のＮＯｘ放出還元制御条件が成立する状態となったとき、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させて還元するＮＯｘ放出還元制御を実行する制御手段とを備え、この制御手段は、ＮＯｘ放出還元制御実行時にＮＯｘ触媒の温度状態に応じ、リーン空燃比でのＮＯｘ吸収性能が所定値以上となる特定温度域内の基準温度に対して触媒低温状態の場合には、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度上昇方向に上記燃焼制御パラメータを制御し、上記基準温度に対して触媒高温状態の場合には、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度低下方向に上記燃焼制御パラメータを制御するようになっており、上記制御手段は、ＮＯｘ触媒の温度が上記特定温度域の下限温度よりもさらに低い状態にある場合、ＮＯｘ放出還元制御実行時に触媒低温状態の場合の制御を行なうことに加え、ＮＯｘ放出還元制御の後にリーン運転域となっても、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度上昇方向に上記燃焼制御パラメータを制御する状態を、触媒温度が上記特定温度域内となるまで持続するようになっているもの（請求項４）である。
【００１９】
このようにすると、触媒温度が著しく低くて、ＮＯｘ放出還元制御実行中の燃焼制御パラメータの制御によってもＮＯｘ放出還元制御の終了時点で上記特定温度域内にまで上昇しきれない場合に、空燃比が略理論空燃比もしくはそれ以下の状態に保たれることでＮＯｘ触媒によるＮＯｘ還元作用が維持され、かつ、排ガス温度を上昇させる制御が引き続き行なわれる。
【００２０】
上記の請求項４に記載の発明において、上記制御手段は、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタの燃料噴射形態と点火時期とを燃焼制御パラメータとし、ＮＯｘ触媒の温度が上記特定温度域の下限温度よりもさらに低い状態にある場合、ＮＯｘ放出還元制御実行時の燃焼制御パラメータの制御としては、上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程から圧縮行程前半までにわたる期間内の早期噴射と圧縮行程後期の期間内の後期噴射とに分割して行なわせるとともに、点火時期をリタードし、ＮＯｘ放出還元後に触媒温度が上記特定温度域内となるまでの燃焼制御パラメータの制御としては、上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程の期間内に分割して行なわせるとともに点火時期をリタードするものであること（請求項５）が好ましい。
【００２１】
このようにすると、触媒温度が低い場合に、ＮＯｘ放出還元制御実行中には、そのＮＯｘ放出、還元に有用な排気ガス中のＣＯが増加される状態とされつつ排ガス温度が上昇するように制御され、ＮＯｘ放出還元制御の終了後において触媒温度が上記特定温度域内へ上昇するまでは、排気ガス中のＣＯが減少する状態とされつつ排ガス温度が上昇するように制御される。
【００２２】
また、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備えたエンジンに本発明を適用する場合に、上記制御手段はこのインジェクタの燃料噴射形態を燃焼制御パラメータとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒高温状態の場合には、インジェクタからの燃料噴射を分割し、かつ、吸気行程を３等分した前期、中期、後期のうちの前期から中期にかけての期間内に各噴射が開始されるように制御するものであること（請求項６）が好ましい。
【００２３】
このようにすると、触媒高温状態にある場合のＮＯｘ放出還元制御実行時に、空燃比が理論空燃比もしくはそれ以下とされつつ、吸気行程の前期から中期にかけての期間内に分割噴射が行なわれることにより、燃焼効率が高められて、排ガス温度を低下させる作用が得られる。また、この噴射形態によると燃焼安定性が高められることから、次に述べるようなＥＧＲ率増加の許容度も高められる。
【００２４】
上記の請求項６に記載の発明において、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ手段を備え、上記制御手段はＥＧＲ手段によるＥＧＲ率を燃焼制御パラメータの１つとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒高温状態の場合には上記ＥＧＲ率を増大させるものであること（請求項７）が好ましい。
【００２５】
また、上記の請求項６又は７に記載の発明において、上記制御手段は点火時期を燃焼制御パラメータの１つとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒高温状態の場合には上記点火時期をアドバンスさせるものであること（請求項８）が好ましい。
【００２６】
上記のようなＥＧＲ率の増大や点火時期のアドバンスによっても、排ガス温度を高める作用が得られる。
【００２７】
また、上記の請求項６乃至８のいずれかに記載の発明において、上記制御手段は、ＮＯｘ触媒の温度が上記特定温度域の上限温度よりもさらに高い状態にある場合、ＮＯｘ放出還元制御実行時に触媒高温状態の場合の制御を行なうことに加え、ＮＯｘ放出還元の後にリーン運転域となっても、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度低下方向に上記燃焼制御パラメータを制御する状態を、触媒温度が上記特定温度域内となるまで持続するようになっているもの（請求項９）であってもよい。
【００２８】
このようにすると、触媒温度が著しく高くて、ＮＯｘ放出還元制御実行中の燃焼制御パラメータの制御によってもＮＯｘ放出還元制御の終了時点で上記特定温度域内にまで低下しきれない場合に、空燃比が略理論空燃比もしくはそれ以下の状態に保たれることでＮＯｘ触媒によるＮＯｘ還元作用が維持され、かつ、排ガス温度を低下させる制御が引き続き行なわれる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１は本発明が適用される直噴エンジンの全体構造を概略的に示したものである。この図において、エンジン本体１０は複数の気筒１２を有し、各気筒１２には、そのシリンダボアに挿入されたピストン１４の上方に燃焼室１５が形成されており、この燃焼室１５には吸気ポート及び排気ポートが開口し、これらのポートは吸気弁１７及び排気弁１８によってそれぞれ開閉されるようになっている。
【００３１】
上記燃焼室１５の中央部には点火プラグ２０が配設され、そのプラグ先端が燃焼室１５内に臨んでおり、この点火プラグ２０に、点火コイル等からなる点火回路２１が接続されている。また、燃焼室１５内には側方からインジェクタ２２の先端部が臨み、このインジェクタ２２から燃焼室１５内に直接燃料が噴射されるようになっている。上記インジェクタ２２には図外の高圧燃料ポンプ、プレッシャレギュレータ等を具備する燃料回路が接続され、各気筒のインジェクタ２２に燃料が供給されるとともにその燃圧を圧縮行程における筒内圧力よりも高い所定圧力となるように燃料回路が構成されている。
【００３２】
上記エンジン本体１０には吸気通路２４及び排気通路３４が接続されている。上記吸気通路２４には、その上流側から順に、エアクリーナ２５、吸気流量を検出するエアフローセンサ２６、モータ２７により駆動されるスロットル弁２８及びサージタンク３０が設けられている。
【００３３】
また、上記排気通路３４には、ＮＯｘ触媒３５が配設されている。このＮＯｘ触媒３５は、空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン運転状態でもＮＯｘ浄化性能を有するものであって、酸素過剰雰囲気で排気ガス中のＮＯｘを吸収し、空燃比がリッチ側に変化して酸素濃度が低下したとき、吸収していたＮＯｘを放出するとともに、雰囲気中に存在するＣＯ等の還元材によりＮＯｘを還元させるようになっている。
【００３４】
より詳しく説明すると、上記ＮＯｘ触媒３５は、コージェライト製ハニカム構造体等からなる担体の上にＮＯｘ吸収材層と触媒材層とが前者を下（内側）、後者を上（外側）にして層状に形成されたものである。上記ＮＯｘ吸収材層は、比表面積の大きな活性アルミナにＰｔ成分とＮＯｘ吸収材としてのＢａ成分とを担持させたものを主成分として構成されている。また、触媒材層は、ゼオライトを担持母材としてこれにＰｔ成分及びＲｈ成分を担持させてなる触媒材を主成分として構成されている。なお、上記触媒材層の上にセリア層を形成してもよい。
【００３５】
さら排気通路３４と吸気通路２４との間には、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ手段が設けられ、このＥＧＲ手段は、排気通路３４と吸気通路２４とを接続するＥＧＲ通路３７と、このＥＧＲ通路３７に介設されたＥＧＲ弁３８とを備えている。上記ＥＧＲ弁３８はアクチュエータ（図示せず）により駆動されて開閉作動するようになっている。上記ＥＧＲ通路３７の途中には、この通路３７を通るガスを冷却するＥＧＲクーラー３９（還流ガス冷却手段）が設けられている。
【００３６】
このエンジンには、上記エアフローセンサ２６の他、サージタンク３０内の吸気負圧を検出するブーストセンサ４０、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ４１、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ４２、アクセル開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ４３、吸気温を検出する吸気温センサ４４、大気圧を検出する大気圧センサ４５、エンジン冷却水温を検出する水温センサ４６、排気ガス中の酸素濃度の検出によって空燃比を検出するＯ２センサ４７等のセンサ類が装備され、これらセンサの出力信号（検出信号）がＥＣＵ（コントロールユニット）５０に入力されている。
【００３７】
上記ＥＣＵ５０は、インジェクタ２２からの燃料噴射量及び噴射タイミングを制御するとともに、スロットル弁２８を駆動するモータ２７に制御信号を出力することによりスロットル弁２８の制御を行ない、また、点火回路２１に制御信号を出力することにより点火時期を制御し、さらに、ＥＧＲ弁３８の制御も行なうようになっている。
【００３８】
当実施形態の筒内噴射式エンジンの基本的な制御としては、上記インジェクタ２２からの燃料噴射時期及び空燃比等が異なる各種運転モードが選択可能とされ、運転領域によって運転モードが変更されるようになっており、例えば温間時には図２に示すようなマップに基づいて運転領域に応じた運転モードの選択が行われる。すなわち、低負荷低回転側の特定運転領域が成層燃焼領域、それ以外の領域が均一燃焼領域とされる。
【００３９】
そして、図３中に示すように、成層燃焼領域では、上記インジェクタ２２から圧縮行程の後期に燃料が噴射されることにより、点火プラグ２０付近に混合気が偏在する成層状態で燃焼が行なわれるような成層燃焼モードとされ、この場合、スロットル弁２８の開度が大きくされて吸入空気量が多くされることにより燃焼室全体の空燃比としては大幅なリーン状態（例えば３０以上）とされる。一方、均一燃焼領域では、上記インジェクタ２２から吸気行程の前期に燃料が噴射されることにより、燃焼室１５全体に均一に混合気が拡散する状態で燃焼が行なわれる均一燃焼モードとされる。この均一燃焼モードでは空気過剰率λがλ＝１、つまり理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）とされる。なお、均一燃焼領域のうち、アクセル全開域やその付近の高負荷域及び高回転域では、空燃比を理論空燃比よりもリッチ（λ＜１）に設定しておいてもよい。
【００４０】
さらに上記ＥＣＵ５０は、触媒温度検出手段５１と、ＮＯｘ吸蔵量検出手段５２と、ＮＯｘ放出還元制御のための制御手段５３とを備えている。
【００４１】
上記触媒温度検出手段５１は、ＮＯｘ触媒３５の温度を直接または間接的に検出し、例えば水温やエンジンの運転状態等に基づいて触媒温度を推定するようになっている。また、ＮＯｘ吸蔵量検出手段５２は、例えば、成層燃焼領域においてリーン空燃比で運転されているときの単位時間当りのＮＯｘ吸収量をエンジン回転数及びエンジン負荷等に応じて推定し、これを累積加算することによりＮＯｘ吸蔵量を求めるようになっている。
【００４２】
また、上記制御手段５３は、成層燃焼領域においてリーン空燃比で運転されている状態から所定のリフレッシュ制御条件（ＮＯｘ放出還元制御条件）が成立したとき、例えば成層燃焼領域において上記ＮＯｘ吸収量が所定値以上に大きくなることをリフレッシュ制御条件としてこの条件が成立したときに、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させて還元するリフレッシュ制御（ＮＯｘ放出還元制御）を実行する。
【００４３】
この制御手段５３は、空燃比制御手段５４及び燃焼制御パラメータ制御手段５５を含んでおり、リフレッシュ制御時に、スロットル弁２８の制御による吸入空気量の調整及び燃料噴射量の制御により、空燃比を理論空燃比もしくはそれ以下（λ≦１）とするように制御するとともに、排ガス温度に関連する燃焼制御パラメータをＮＯｘ触媒の温度状態に応じて制御するようになっている。
【００４４】
上記燃焼制御パラメータは、例えばインジェクタ２２の燃料噴射形態、点火時期、ＥＧＲ手段によるＥＧＲ率等である。そして、リフレッシュ制御時のＮＯｘ触媒の温度状態に応じた燃焼制御パラメータの制御としては、リーン空燃比でのＮＯｘ吸収性能が所定値以上となる特定温度域内の基準温度に対して触媒低温状態の場合は排ガス温度上昇方向に燃焼制御パラメータを制御し、上記基準温度に対して触媒高温状態の場合は排ガス温度低下方向に燃焼制御パラメータを制御する。
【００４５】
具体的に説明すると、λ＞１のリーン運転状態にあるときのＮＯｘ吸収率と触媒温度との関係は図４に実線で示すようになって、特定温度域（２５０〜４００°Ｃ程度）にあるときにＮＯｘ吸収率が高く、この特定温度域より低温側では触媒温度の低下につれてＮＯｘ吸収率が低くなり、特定温度域より高温側では触媒温度の上昇につれてＮＯｘ吸収率が低くなる。なお、図４中の一点鎖線は、λ≦１のときのＮＯｘ触媒の還元作用によるＮＯｘ浄化率と触媒温度との関係を示すもので、λ≦１のときは所定温度以上の暖機状態で還元作用により高い浄化率が得られる。
【００４６】
そこで、上記特定温度域内に基準温度Ｔｓを設定し、触媒温度が上記基準温度Ｔｓより低い低温域Ａある場合と基準温度Ｔｓ以上の高温域Ｂにある場合とで制御パラメータが変更される。
【００４７】
例えば、インジェクタ２２の燃料噴射形態の制御としては、図３中に示すように、リフレッシュ制御時において触媒温度が上記低温域Ａにある場合に、インジェクタ２２からの燃料噴射が早期噴射と後期噴射とに分割され、かつ、早期噴射は吸気行程から圧縮行程前半までにわたる期間内（通常は吸気行程の期間内）に開始され、後期噴射は圧縮行程後期の期間内に開始されるように制御される。以下、この燃料噴射形態を吸気圧縮分割噴射と呼ぶ。
【００４８】
また、リフレッシュ制御時において触媒温度が上記高温域Ｂにある場合に、インジェクタ２２からの燃料噴射が早期噴射と後期噴射とに分割して行なわれ、かつ、吸気行程を３等分した前期、中期、後期のうちの前期から中期にかけての期間内に各噴射が開始されるように制御される。以下、この燃料噴射形態を吸気行程分割噴射と呼ぶ。
【００４９】
触媒温度が低い低負荷低回転でのリーン運転状態からλ≦１での分割噴射に移行した場合の触媒温度の変化は、燃料噴射形態が吸気圧縮分割噴射である場合は図５中の線ａ、吸気行程分割噴射である場合は図５中の線ｂのようになる。つまり、後にも詳述するように、吸気圧縮分割噴射とした場合は排ガス温度を高めらることで比較的急速に触媒温度が上昇し、吸気行程分割噴射の場合は排ガス温度が低くなって触媒温度の上昇が抑制される。
【００５０】
また、リフレッシュ制御時における上記点火時期の制御としては、触媒温度が上記低温域Ａにある場合には運転状態に応じた基本点火時期よりもリタードされ、上記高温域Ｂにある場合には運転状態に応じた基本点火時期とされる。リフレッシュ制御時における上記ＥＧＲ率の制御としては、触媒温度が上記低温域Ａにある場合にはＥＧＲ率が小さくされ、上記高温域Ｂにある場合にはＥＧＲ率が大きくされる。
【００５１】
上記ＥＣＵ５０による制御の具体例を、図６のフローチャートによって説明する。
【００５２】
このフローチャートに示す処理がスタートすると、先ずステップＳ１でアクセル開度、クランク角信号の周期によって計測されるエンジン回転数、エアフローセンサ２６の計測値及び水温等の信号が入力される。続いてステップＳ２で、触媒温度Ｔｃが水温及び運転状態等に基づいて計算される。さらにステップＳ３で、ＮＯｘ吸蔵量が計算により推定される。このＮＯｘ吸蔵量の推定の仕方としては、例えば、エンジン回転数及び負荷に応じてマップから単位期間当りのＮＯｘ吸収量が求められ、これが累計される。あるいは、成層燃焼領域でのリーン運転の持続時間、走行距離等に基づいて推定することもできる。
【００５３】
次に、ステップＳ４で、エンジンの運転状態が図２中の成層燃焼領域にあるか否かが判定される。そして、成層燃焼領域にないとき、つまり図２中の均一燃焼領域にあるときは、空燃比が理論空燃比もしくはそれ以下とされるとともに、インジェクタ２２から吸気行程で燃料が噴射されることにより、均一燃焼が行なわれる（ステップＳ５）。
【００５４】
ステップＳ４で成層燃焼領域にあることが判定されたときは、ステップＳ６でＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が所定値より大となったか否かが判定される。
【００５５】
そして、ステップＳ６での判定がＮＯの場合、つまりＮＯｘ吸蔵量が所定値に達していない場合は、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とされるとともに、インジェクタ２２から圧縮行程で燃料が噴射されることにより、成層燃焼が行なわれる（ステップＳ７）。
【００５６】
ステップＳ６でＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が所定値より大となったことが判定された場合は、ステップＳ８以降のリフレッシュ制御に移行する。
【００５７】
リフレッシュ制御としては、ステップＳ８で空燃比が理論空燃比（つまりλ＝１）に設定されるとともに、ステップＳ９でリフレッシュ制御開始時点の触媒温度Ｔｃが基準値Ｔｓより低い低温域Ａにあるか否かが判定される。
【００５８】
そして、低温域Ａにあれば、吸気圧縮分割噴射が行われる（ステップS１０）とともに、点火時期が運転状態に応じた基本点火時期（通常はＭＢＴ）よりもリタードされる（ステップS１１）。また、成層燃焼領域内では、本来、成層燃焼が行なわれることによりリーン空燃比での燃焼安定性が高められて、多量のＥＧＲが許容されることから、ＥＧＲ率が比較的大きくなっているが、リフレッシュ制御時の低温域ではＥＧＲ率が通常の運転状態に応じた値よりも小さくされる（ステップＳ１２）。
【００５９】
リフレッシュ制御開始時点の触媒温度Ｔｃが基準値Ｔｓ以上の高温域Ｂにあれば、吸気行程分割噴射が行われる（ステップS１３）とともに、ＥＧＲ率が成層燃焼領域での通常の運転状態に応じた値と同程度もしくはそれ以上に大きい値とされる（ステップＳ１４）。
【００６０】
ステップＳ９の判定に応じたステップＳ１０〜Ｓ１２またはステップＳ１３，Ｓ１４の処理に続き、ステップＳ１５で、リフレッシュ開始からの経過時間の計測等によりＮＯｘ吸蔵量が充分に減少したか否かが判定され、ＮＯｘ吸蔵量が充分に減少するまではリフレッシュ制御（ステップＳ８〜Ｓ１４）が繰り返され、ＮＯｘ吸蔵量が充分に減少すればリターンされる。
【００６１】
以上のような当実施形態の制御装置を備えた筒内噴射式エンジンによると、基本的な制御としては、運転状態が高負荷側や高回転側の均一燃焼領域にあるとき、空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとされつつ吸気行程で燃料が噴射されて均一燃焼が行われる。一方、運転状態が低負荷低回転側の成層燃焼領域にあるとき、空燃比がリーンとされつつ圧縮行程で燃料が噴射されて成層燃焼が行われることにより燃費が改善される。この成層燃焼領域内での成層燃焼によるリーン運転中には、上記ＮＯｘ触媒３５によって排気ガス中のＮＯｘが吸収される。
【００６２】
また、リーン運転中にＮＯｘ吸蔵量が所定値より大きくなれば、ＮＯｘ触媒３５からＮＯｘを放出させて還元するリフレッシュ制御が行われ、このリフレッシュ制御中に、排ガス温度に関係する制御パラメータであるインジェクタ２２の燃料噴射形態、点火時期及びＥＧＲが、触媒温度に応じて制御される。このような制御を、図７及び図８のタイムチャートによってさらに更に具体的に説明する。
【００６３】
図７及び図８にも示すように、成層燃焼領域内で空燃比がリーンとされつつ圧縮行程で燃料が噴射されて成層燃焼状態（リーン運転状態）が持続すると、ＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が次第に増加する。そして、ＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が限界に近づくとＮＯｘ吸収能力が低下するため、成層燃焼領域でのリーン運転中にＮＯｘ吸蔵量が所定値より大きくなった時点ｔ１で、リフレッシュ制御が行なわれる。
【００６４】
このリフレッシュ制御においては、空燃比がリーンから理論空燃比（λ＝１）に変更されることにより、リーン運転中にＮＯｘ触媒３５に吸蔵されていたＮＯｘが放出され、かつ、排気ガス中のＣＯ等の還元材の存在により、ＮＯｘ触媒３５の還元作用でＮＯｘが還元されて浄化される。そして、このＮＯｘの放出、還元によりＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が充分に減少した時点ｔ２でリフレッシュ制御が終了され、このリフレッシュ制御後は成層燃焼によるリーン運転状態に復帰する。
【００６５】
上記リフレッシュ制御が行われているときに、リフレッシュ制御開始時点ｔ１の触媒温度が低温域Ａにある場合は、図７に示すように、インジェクタ２２からの燃料噴射形態が吸気圧縮分割噴射に変更されるとともに、点火時期がリタードされ、かつ、ＥＧＲ率がリフレッシュ制御前の成層燃焼時と比べて少なくされ、これらの作用で適度に触媒温度が高められる。
【００６６】
すなわち、上記吸気圧縮分割噴射によると、後の噴射により点火プラグ付近に局部的にリッチな混合気が形成されて、着火直後の燃焼速度は速くなるが、酸素が少ないことからその燃焼によりＣＯが発生し易くなり、また、先の噴射により燃焼室周辺部に均一でリーンな混合気が形成されて、燃焼期間の後半において燃焼が緩慢になるので、点火時期をリタードとさせたのと同様の効果が得られて、排ガス温度が高められる。なお、上記吸気圧縮分割噴射によると、還元材としてのＣＯの量の増加によってＮＯｘ触媒３５からのＮＯｘの放出、還元を促進する作用も得られる。
【００６７】
さらに、ＥＧＲ弁開度の補正によってＥＧＲ量が少なくされることと、点火時期がリタードされることとによっても排ガス温度が高められる。
【００６８】
これらの作用で排ガス温度が上昇することに伴い、ＮＯｘ触媒３５が排ガスで加熱されて触媒温度が上昇する。従って、ＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ還元浄化に適した温度と比べて触媒温度が低すぎるというような事態を解消してリフレッシュ制御中のＮＯｘの放出、還元を良好に行なわせることができるとともに、リーン運転でのＮＯｘ吸収に適した温度域に対しても触媒温度が低くなる傾向が是正され、リフレッシュ制御終了後にリーン運転へ移行したときに、ＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸収性能が良好に発揮される。
【００６９】
また、リフレッシュ制御開始時点ｔ１の触媒温度が高温域Ｂにある場合は、図８に示すように、インジェクタ２２からの燃料噴射形態が吸気行程分割噴射に変更されるとともに、ＥＧＲ率が多くされ、かつ、点火時期はこのときの運転状態に応じた最適点火時期（ＭＢＴ）までアドバンスされ、これらの作用で適度に触媒温度が引き下げられる。
【００７０】
すなわち、λ＝１とする場合の噴射形態として、吸気行程分割噴射によると、噴射燃料の拡散、均一化及び空気とのミキシングが良好に行なわれることにより、吸気圧縮分割噴射や吸気行程一括噴射と比べて燃焼効率が高められ、この燃焼効率の向上に伴い、排気ガス温度が低くなる。
【００７１】
また、この吸気行程分割噴射により燃焼安定性が高められるため、ＥＧＲ量を増量することが可能となり、リフレッシュ制御が行われる運転領域が比較的低負荷低回転の領域（本来の成層燃焼領域Ａ）であるために、例えばＥＧＲ率を３０％以上としても燃焼安定性が充分に確保される。そして、このようにＥＧＲ率を大きくすることによっても、燃焼温度及び排気ガス温度を下げる作用が得られる。なお、ＥＧＲ率を大きくすると燃焼室からのＮＯｘ排出量が少なくなるので、リフレッシュ制御中のＣＯの量に対するＮＯｘの割合を少なくすることでＮＯｘ触媒３５からのＮＯｘの放出、還元を促進する作用も得られる。
【００７２】
このようにして、触媒温度が高い場合はリフリッシュ制御中に排ガス温度が低くされることにより、それに伴って触媒温度が引き下げられる。従って、リーン運転でのＮＯｘ吸収に適した温度域に対して触媒温度が高くなりすぎる傾向が是正され、リフレッシュ制御終了後にリーン運転へ移行したときに、ＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸収性能が良好に発揮される。
【００７３】
なお、本発明の具体的構成は上記実施形態に限定されず、種々変更可能であり、以下に他の実施形態を説明する。
【００７４】
▲１▼ 図６のフローチャート中、リフレッシュ制御時における触媒温度に応じた制御（ステップＳ９〜Ｓ１４）は、図９のように変更してもよい。
【００７５】
すなわち、図９に示す例では、ステップＳ９で触媒温度Ｔｃが基準値Ｔｓより低い低温域にあることが判定された場合に、さらにステップＳ１００で、触媒温度Ｔｃが、リーン運転状態でのＮＯｘ吸収率が所定値以上に高い特定温度域の下限値Ｔ１より低いか否かが判定される。
【００７６】
そして、この判定がＮＯの場合、つまり、触媒温度Ｔｃが基準値Ｔｓより低いが上記特定温度域の下限値Ｔ１より高い場合は、吸気圧縮分割噴射、点火時期のリタード、及びＥＧＲ小という制御が行われて適度に排ガス温度の上昇とそれに伴う触媒温度の上昇が行われる。また、触媒温度Ｔｃが上記下限値Ｔ１よりさらに低い温度域Ａ１にある場合は、ステップＳ１０１で、図３中に破線で示すように吸気圧縮分割噴射に膨張行程の噴射を加えた吸気圧縮膨張噴射が行われるとともに、点火時期リタード、ＥＧＲ小といった制御が行われる。
【００７７】
上記吸気圧縮膨張噴射によると、膨張行程での噴射が専ら排ガス温度の上昇に寄与するため、図５中に破線ｃで示すように、排ガス温度上昇及びそれに伴う触媒温度の上昇がさらに促進される。従って、触媒温度Ｔｃが上記下限値Ｔ１より低い温度域Ａ１にある場合に、より急速に触媒温度が上昇する。
【００７８】
リフレッシュ制御時において触媒温度Ｔｃが基準値Ｔｓより高い場合の処理等は図３に示す例と同様である。
【００７９】
▲２▼ 図６に示すような制御に加え、ステップＳ１５での判定がＹＥＳとなるリフレッシュ制御終了時点で、さらに図１０のステップＳ２０１〜Ｓ２０８の処理を行なうようにしてもよい。
【００８０】
すなわち、リフレッシュ制御が行われてからステップＳ１５でＮＯｘ吸蔵量が充分に減少したことが判定されたとき、さらにステップS２０１で、その時点の触媒温度Ｔｃが計算されて（ステップＳ２００）、この触媒温度Ｔｃが上記特定温度域の下限値Ｔ１より低いか否かが判定され（ステップＳ２０１）、その判定がＮＯであれば、さらに、触媒温度Ｔｃが上記特定温度域の上限値Ｔ２より高いか否かが判定される。
【００８１】
そして、触媒温度Ｔｃが上記特定温度域の下限値Ｔ１より低い温度域Ａ１にある場合には、リフレッシュ終了後も空燃比を理論空燃比（λ＝１）とする（ステップＳ２０３）とともに、排ガス温度を上昇させる制御を持続する。ただし、リフレッシュ終了後は排気ガス中のＣＯの量を少なくするため、インジェクタ２２からの燃料噴射形態としては吸気行程分割噴射とされる（ステップＳ２０４）が、点火時期のリタード（ステップＳ２０５）によって排ガス温度の上昇が図られる。
【００８２】
また、触媒温度Ｔｃが上記特定温度域の上限値Ｔ２より高い温度域Ｂ１にある場合には、リフレッシュ終了後も空燃比を理論空燃比（λ＝１）とする（ステップＳ２０６）とともに、排ガス温度を低下させるべく、吸気行程分割噴射とし、かつＥＧＲ率を大きくする制御（ステップＳ２０７，Ｓ２０８）が持続される。
【００８３】
触媒温度Ｔｃが上記特定温度域内となったとき（ステップＳ２０１，Ｓ２０２がともにＮＯのとき）は、リターンする。
【００８４】
このようにすると、リフレッシュ制御中に触媒温度Ｔｃに応じて排ガス温度が調整されるように燃焼制御パラメータが制御されること（図６）に加え、この制御によってもリフレッシュ終了時点で触媒温度が上記特定温度域内とならなかったとき、リフレッシュ終了後も触媒温度が低すぎる場合は排ガス温度を上昇させ、触媒温度が高すぎる場合は排ガス温度を低下させる制御が持続されて、触媒温度が適正化される。そして、触媒温度が上記特定温度域内となるまでは、空燃比が理論空燃比とされて、ＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ還元作用が発揮される状態が維持されるので、ＮＯｘ浄化作用が良好に保たれる。
【００８５】
▲３▼ 図６のフローチャート中のステップＳ８では空燃比を理論空燃比（λ＝１）としているが、これよりリッチ（λ＜１）としてもよい。図１０中のステップＳ２０３及びステップＳ２０６でも同様である。
【００８６】
▲４▼ 図６のフローチャートでは運転状態等に基づき触媒温度を間接的に計算により推定しているが、ＮＯｘ触媒の直上流の排ガス温度の検出に基づいて触媒温度を推定してもよく、また、ＮＯｘ触媒の温度を直接検出するセンサを設けるようにしてもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、リーン空燃比での運転状態からＮＯｘ触媒のＮＯｘ放出還元制御が実行される状態になったとき、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに、リーン空燃比でのＮＯｘ吸収性能が所定値以上となる特定温度域内の基準温度に対して触媒低温状態の場合には排ガス温度上昇方向に燃焼制御パラメータを制御し、上記基準温度に対して触媒高温状態の場合には排ガス温度低下方向に燃焼制御パラメータを制御するようにしているため、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させて還元する制御を実行しつつ、そのＮＯｘ放出還元制御中に触媒温度が上記特定温度域となるように制御することができる。従って、ＮＯｘ放出還元制御の終了後にリーン空燃比の運転状態に移行したとき、速やかにＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収性能を高め、ＮＯｘの浄化を良好に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の一実施形態を示す全体概略図である。
【図２】燃料噴射の制御等のための運転領域の設定を示す説明図である。
【図３】成層燃焼領域、均一燃焼領域及びリフレッシュ制御時における燃料噴射のタイミング等を示す説明図である。
【図４】触媒温度とＮＯｘ吸収率との関係を示すグラフである。
【図５】各種の燃料噴射形態による触媒温度の時間的変化を示す説明図である。
【図６】制御の具体例を示すフローチャートである。
【図７】リフレッシュ制御によるＮＯｘ吸蔵量、触媒温度、空燃比及び各種燃焼制御パラメータの時間的変化を、リフレッシュ制御開始時に触媒低温状態にある場合について示すタイムチャートである。
【図８】リフレッシュ制御によるＮＯｘ吸蔵量、触媒温度、空燃比及び各種燃焼制御パラメータの時間的変化を、リフレッシュ制御開始時に触媒高温状態にある場合について示すタイムチャートである。
【図９】制御の別の例を示す要部フローチャートである。
【図１０】制御のさらに別の例を示す要部フローチャートである。
【符号の説明】
１０ エンジン本体
１５ 燃焼室
２０ 点火プラグ
２１ 点火装置
２２ インジェクタ
３５ ＮＯｘ触媒
３７ ＥＧＲ通路
３８ ＥＧＲ弁
５０ ＥＣＵ
５１ 触媒温度検出手段
５３ 制御手段
Claims (9)
- 酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒をエンジンの排気通路に具備するとともに、所定のリーン運転領域で空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御するようになっているエンジンの制御装置において、ＮＯｘ触媒の温度状態を直接または間接的に検出する触媒温度検出手段と、排ガス温度に関係する燃焼制御パラメータを制御するとともに、上記リーン空燃比での運転状態から所定のＮＯｘ放出還元制御条件が成立する状態となったとき、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させて還元するＮＯｘ放出還元制御を実行する制御手段とを備え、この制御手段は、ＮＯｘ放出還元制御実行時にＮＯｘ触媒の温度状態に応じ、リーン空燃比でのＮＯｘ吸収性能が所定値以上となる特定温度域内の基準温度に対して触媒低温状態の場合には、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度上昇方向に上記燃焼制御パラメータを制御し、上記基準温度に対して触媒高温状態の場合には、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度低下方向に上記燃焼制御パラメータを制御するようになっており、
燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、上記制御手段はこのインジェクタの燃料噴射形態を燃焼制御パラメータとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒低温状態の場合には、上記インジェクタからの燃料噴射を、吸気行程から圧縮行程前半までにわたる期間内の早期噴射と圧縮行程後期の期間内の後期噴射とに分割して行なわせるように制御し、
上記制御手段は、ＮＯｘ放出還元制御実行時においてＮＯｘ触媒の温度が上記特定温度域の下限温度よりも低い状態にある場合、上記早期噴射及び上記後期噴射に加え、膨張行程の期間内にも燃料噴射を行なわせるようにインジェクタを制御することを特徴とするエンジンの制御装置。 - 上記制御手段は点火時期を燃焼制御パラメータの１つとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒低温状態の場合には上記点火時期をリタードさせるように制御することを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
- 排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ手段を備え、上記制御手段はＥＧＲ手段によるＥＧＲ率と点火時期とを燃焼制御パラメータとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒低温状態の場合には上記ＥＧＲ率を減少させ、かつ点火時期をリタードさせるように制御することを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
- 酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒をエンジンの排気通路に具備するとともに、所定のリーン運転領域で空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御するようになっているエンジンの制御装置において、ＮＯｘ触媒の温度状態を直接または間接的に検出する触媒温度検出手段と、排ガス温度に関係する燃焼制御パラメータを制御するとともに、上記リーン空燃比での運転状態から所定のＮＯｘ放出還元制御条件が成立する状態となったとき、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させて還元するＮＯｘ放出還元制御を実行する制御手段とを備え、この制御手段は、ＮＯｘ放出還元制御実行時にＮＯｘ触媒の温度状態に応じ、リーン空燃比でのＮＯｘ吸収性能が所定値以上となる特定温度域内の基準温度に対して触媒低温状態の場合には、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度上昇方向に上記燃焼制御パラメータを制御し、上記基準温度に対して触媒高温状態の場合には、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度低下方向に上記燃焼制御パラメータを制御するようになっており、
上記制御手段は、ＮＯｘ触媒の温度が上記特定温度域の下限温度よりもさらに低い状態にある場合、ＮＯｘ放出還元制御実行時に触媒低温状態の場合の制御を行なうことに加え、ＮＯｘ放出還元制御の後にリーン運転域となっても、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度上昇方向に上記燃焼制御パラメータを制御する状態を、触媒温度が上記特定温度域内となるまで持続することを特徴とするエンジンの制御装置。 - 上記制御手段は、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタの燃料噴射形態と点火時期とを燃焼制御パラメータとし、ＮＯｘ触媒の温度が上記特定温度域の下 限温度よりもさらに低い状態にある場合、ＮＯｘ放出還元制御実行時の燃焼制御パラメータの制御としては、上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程から圧縮行程前半までにわたる期間内の早期噴射と圧縮行程後期の期間内の後期噴射とに分割して行なわせるとともに、点火時期をリタードし、ＮＯｘ放出還元後に触媒温度が上記特定温度域内となるまでの燃焼制御パラメータの制御としては、上記インジェクタからの燃料噴射を吸気行程の期間内に分割して行なわせるとともに点火時期をリタードすることを特徴とする請求項４記載のエンジンの制御装置。
- 燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、上記制御手段はこのインジェクタの燃料噴射形態を燃焼制御パラメータとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒高温状態の場合には、インジェクタからの燃料噴射を分割し、かつ、吸気行程を３等分した前期、中期、後期のうちの前期から中期にかけての期間内に各噴射が開始されるように制御することを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
- 排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ手段を備え、上記制御手段はＥＧＲ手段によるＥＧＲ率を燃焼制御パラメータの１つとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒高温状態の場合には上記ＥＧＲ率を増大させることを特徴とする請求項６記載のエンジンの制御装置。
- 上記制御手段は点火時期を燃焼制御パラメータの１つとし、ＮＯｘ放出還元制御実行時において触媒高温状態の場合には上記点火時期をアドバンスさせることを特徴とする請求項６又は７記載のエンジンの制御装置。
- 上記制御手段は、ＮＯｘ触媒の温度が上記特定温度域の上限温度よりもさらに高い状態にある場合、ＮＯｘ放出還元制御実行時に触媒高温状態の場合の制御を行なうことに加え、ＮＯｘ放出還元の後にリーン運転域となっても、空燃比を略理論空燃比もしくはそれ以下とするとともに排ガス温度低下方向に上記燃焼制御パラメータを制御する状態を、触媒温度が上記特定温度域内となるまで持続することを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
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