JP4207295B2

JP4207295B2 - In-cylinder injection engine control device

Info

Publication number: JP4207295B2
Application number: JP05945099A
Authority: JP
Inventors: 博文西村; 啓二荒木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2019-03-05
Also published as: JP2000257473A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備えるとともに、エンジンの排気通路に酸素過剰雰囲気で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触媒を備えた筒内噴射式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、低負荷運転領域でリーン運転が行われるエンジンにおいて、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を放出する性質を有する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を吸収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】
また、この種のＮＯｘ触媒を備えたエンジンにおいて、例えば特開平８−６１０５２号公報に示されるように、ＮＯｘ触媒の硫黄吸収量が所定値に達したとき、強制的に触媒温度を高めることにより触媒から硫黄を脱離させるようにしたものが知られている。
【０００４】
すなわち、この種のＮＯｘ触媒は、燃料やエンジンオイルに硫黄成分が含まれている場合に、排気中のＮＯｘを吸収するよりも排気中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸収し易いという性質を有し、硫黄によって被毒されたＮＯｘ触媒は事後のＮＯｘ吸収性が大きく低下する。そして、触媒温度を、リーン運転域でのＮＯｘ吸収性能の高い温度域よりもさらに高くするとともに、空燃比を略理論空燃比もしくはそれよりリッチとすることにより、触媒から硫黄を脱離することが可能である。
【０００５】
このため、上記公報に記載の装置では、ＮＯｘ触媒の硫黄吸収量が所定値に達し、かつ、排ガス温度が規定温度以上となるような所定運転領域にある場合に、硫黄被毒解消のための制御として、触媒に燃料と空気を供給してその燃料を燃焼させることにより、触媒温度を上昇させるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ＮＯｘ触媒の酸素過剰雰囲気におけるＮＯｘ吸収性能は、特定温度域（２５０〜４００°Ｃ程度）にあるときに高くなるため、リーン運転状態にあるときは触媒温度が上記特定温度域内に保たれることが望ましい。
【０００７】
しかし、例えば上記公報に示されるようにＮＯｘ触媒の硫黄被毒解消のために触媒温度を上昇させる制御が行われて、その直後にリーン運転域に移行した場合や、排ガス温度が高い高負荷運転領域からリーン運転域に移行した場合に、触媒温度が上記特定温度より高くなっていることがある。
【０００８】
このように触媒温度が上記特定温度域より高い状態でリーン運転が行われると、充分なＮＯｘ吸収性能が得られない。そして、リーン運転状態が持続すると排ガス温度の低下に伴って次第に触媒温度が低下し、ＮＯｘ吸収性能が高められる温度状態となるが、この状態になるまでの間におけるＮＯｘ浄化性能の低下が問題となる。
【０００９】
そこで、触媒温度が上記特定温度域より高い間はリーン運転へ移行せずに、空燃比を理論空燃比以下（空気過剰率λがλ≦１）のリッチ状態にすれば、ＮＯｘがＮＯｘ触媒の還元作用によって浄化されるので、ＮＯｘ浄化作用を良好に保つことができる。ただし、このようにする場合に、触媒温度が速やかに低下しなければ、リーン運転への移行が遅れ、燃費の悪化を招く。
【００１０】
本発明は、これらの事情に鑑み、触媒温度がＮＯｘ吸収性能の高い特定温度域よりも高温の状態でリーン運転域へ移行したときに、ＮＯｘ浄化作用を良好に保ち、かつ、速やかに触媒温度を上記特定温度域まで低下させることができる筒内噴射式エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【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吸収材を有するＮＯｘ触媒をエンジンの排気通路に具備するとともに、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、かつ、空燃比が理論空燃比よりも大きくされるリーン運転領域と空燃比が理論空燃比もしくはそれより小さくされる運転領域とが予め設定されている筒内噴射式エンジンにおいて、ＮＯｘ触媒がＮＯｘ吸収性を阻害する所定の硫黄吸収状態となったとき、ＮＯｘ触媒の温度をＮＯｘ吸収率が高い所定温度幅の特定温度域よりも高い高温状態に加熱して硫黄を脱離させる硫黄脱離制御を行う手段と、硫黄脱離制御直後に上記リーン運転領域に移行させるとき、理論空燃比よりも大きい空燃比への変更を遅延する遅延手段と、その遅延期間中に吸入空気量の調整により空燃比を略理論空燃比とする空燃比制御手段と、上記遅延期間中に吸気行程内でインジェクタから燃料を噴射させる燃料噴射制御手段と、上記遅延期間中に排ガス温度を低減する排ガス温度低減手段とを備えたものである。
【００１２】
この構成によると、上記高温状態に触媒が加熱されている硫黄脱離制御直後に上記リーン運転領域に移行したときは、触媒温度がＮＯｘ吸収率の高い温度域よりも高温の状態（ＮＯｘ吸収率が低い温度状態）となり、このときに、リーンへの空燃比の変更が遅延されて、その遅延期間中に空燃比が略理論空燃比とされることにより、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元作用による浄化が行われる。そして、この遅延期間中に吸気行程内でインジェクタから燃料が噴射されて均一燃焼が行われるとともに、排ガス温度低減手段によって排ガス温度が低減されることにより、速やかに触媒温度がリーン運転状態でのＮＯｘ吸収率が高い温度域へ低下し、その後にリーンへの空燃比の変更が行われることにより、リーン空燃比となったときはＮＯｘの吸収による浄化が良好に行われる。
【００１５】
上記硫黄脱離制御は、例えばインジェクタからの燃料噴射を吸気行程と圧縮行程とに分割して行わせる制御を含むようにしておけばよく、このようにすれば、硫黄離脱に有用な排気ガス中のＣＯが増加するとともに、排気ガス温度が高められるため、硫黄の離脱が促進される。
【００１８】
上記燃料噴射制御手段は、上記遅延期間中に、インジェクタからの燃料噴射を複数回に分割して行わせ、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を開始させるように制御することが好ましい。このようにすると、燃焼効率が高められ、それに伴って排気ガス温度が低くなって、触媒温度の低下促進に有利となる。また、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。
【００１９】
また、上記排ガス温度低減手段は、上記遅延期間中に、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ手段を、ＥＧＲ率を増加するように制御するものであることが効果的であり、とくにＥＧＲ率が３０％以上となるようにＥＧＲ手段を制御することが好ましい。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
ＩｎＣＯ₂／（ＥｘＣＯ₂−ＩｎＣＯ₂）
上記のようにＥＧＲ率を大きくすれば、燃焼温度及び排気ガス温度が低下し、触媒温度の低下が促進される。しかも、ＥＧＲによってエンジンの燃焼室からのＮＯｘ排出量が減少するため、上記遅延期間中のＮＯｘの浄化にも有利となる。
【００２３】
ＮＯｘ触媒が所定の硫黄吸収状態となったときの硫黄脱離制御は、点火時期をＭＢＴよりもリタードさせる制御を含むものとしておけばよく、この場合に、硫黄脱離制御直後に上記リーン運転領域に移行したときの上記遅延期間中に上記排ガス温度低減手段は、点火時期を硫黄脱離制御時と比べてアドバンスさせるように制御するとともに、ＥＧＲ率が増加するようにＥＧＲ手段を制御することが効果的である。
【００２４】
このようにすると、硫黄脱離制御は点火時期リタードにより排気ガス温度が上昇され、硫黄脱離制御直後に上記リーン運転領域に移行したときには点火時期のアドバンスとＥＧＲとにより排気ガス温度が低減される。
【００２５】
ＥＧＲ手段は、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路中に還流ガス冷却手段を備えることが好ましい。また、ＥＧＲ状態は、排気マニフォールドから所定距離離れたエンジン下方位置ないしはそれより下流の排気通路から排気ガスを取出すようにすることが好ましい。
【００２６】
このようにすると、低温の排気ガスが還流され、排気ガス温度及び触媒温度を低下させる作用がさらに高められる。
【００２７】
上記の比較的低温の排気ガスを還流させるＥＧＲ手段のほかに、比較的高温の排気ガスを還流させる高温側ＥＧＲ手段を備え、リーン運転領域における低負荷低回転領域では上記高温側ＥＧＲ手段を駆動し、ＮＯｘ触媒の温度が所定値以上の状態で上記リーン運転領域に移行したときの上記遅延期間中には比較的低温の排気ガスを還流させるＥＧＲ手段を駆動するようにしておくようにしてもよい。
【００２８】
このようにすると、リーン運転領域における低負荷低回転領域では高温の排気ガスが還流されることでＮＯｘ低減及び燃焼安定性の確保が図られ、ＮＯｘ触媒の温度が所定値以上の状態で上記リーン運転領域に移行したときの上記遅延期間中には、低温の排気ガスが還流されることでＮＯｘ低減とともに触媒温度の低下が図られる。
【００２９】
このようにする場合に、吸気弁の開閉タイミングを可変とすることにより吸気弁と排気弁の開弁オーバーラップ期間を可変とするバルブタイミング可変機構を備え、高温側ＥＧＲ手段は上記開弁オーバーラップ期間を増大させるようにバルブタイミング可変機構を制御することにより内部ＥＧＲを行わせるものであり、ＮＯｘ触媒の温度が所定値以上の状態で上記リーン運転領域に移行したときの上記遅延期間中には吸気弁の開閉タイミングを遅らせて上記開弁オーバーラップ期間を小さくするようにバルブタイミング可変機構を制御するようになっているものとしてもよい。
【００３０】
【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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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大きい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、空燃比がリーンからリッチ側に変化して酸素濃度が低下したときに、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
上記ＥＧＲ通路３７は、排気マニフォールドから所定距離離れたエンジン下方位置ないしはそれより下流の排気通路３４に一端側が接続されて、この位置から比較的低温の排気ガスを導くようになっており、ＥＧＲ通路３７の他端側は吸気通路２４におけるサージタンク３０の上流等に接続されている。また、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。こうして、ＥＧＲ通路３７により低温の排気ガスが吸気系に還流されるように構成されている。
【００３８】
なお、図１では上記ＥＧＲ通路３７をＮＯｘ触媒３５の下流の排気通路３４に接続しているが、ＮＯｘ触媒３５の上流の排気通路３４に接続してもよい。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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Ａ、それ以外の領域が均一燃焼領域Ｂとされる。そして、成層燃焼領域Ａ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Ａ／Ｆ≧３０）とされる。一方、均一燃焼領域Ｂ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Ｂ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。
【００４３】
また、このような運転領域の設定に基づく基本的な制御に加え、ＮＯｘ触媒３５がＮＯｘ吸収性を阻害する所定の硫黄吸収状態となったとき、ＮＯｘ触媒３５の温度を所定値以上に上昇させて硫黄を脱離させる硫黄脱離制御を行うようになっている。後述のフローチャートに示す具体例では、エンジン回転数Ｎｅが第１設定回転数Ｎ１と第２設定回転数Ｎ２との間にあり、かつ、エンジン負荷（平均有効圧力Ｐｅ）が第１の関数ｆ（Ｐｅ１）で表される曲線と第２の関数ｆ（Ｐｅ２）で表される曲線との間にある中回転中負荷の所定運転領域（図２参照）において、硫黄吸収量が所定値以上となっている場合に硫黄脱離制御が行われる。この硫黄脱離制御は、空燃比を略理論空燃比もしくはそれより多少リッチとしつつ、インジェクタ２２からの燃料噴射を吸気行程と圧縮行程とに分割して行わせる制御を含んでいる。
【００４４】
すなわち、図３に示すように、成層燃焼領域Ａでは、空燃比がリーンとされつつ、噴射タイミングＩＮＪＤが圧縮行程後期に設定された燃料噴射により成層燃焼が行われ、均一燃焼領域Ｂでは、空燃比が理論空燃比とされつつ、噴射タイミングＩＮＪＰが吸気行程前期に設定された燃料噴射により均一燃焼が行われるが、上記所定運転領域Ｃでの硫黄脱離制御時には、空燃比が略理論空燃比もしくはこれより多少リッチとされつつ分割噴射が行われ、例えば噴射タイミングＩＮＪＰＳ，ＩＮＪＤＳが吸気行程前期と圧縮行程中期とに設定された２回の分割噴射が行われる。上記噴射タイミングとは、噴射開始のタイミングを意味する。
【００４５】
硫黄脱離制御としては上記分割噴射のほかに、ＥＧＲ弁開度を小さくすることによりＥＧＲ率を低減する制御、及び点火時期をリタードさせる制御等が行われる。
【００４６】
さらに上記ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ触媒の温度が所定値以上の状態で上記リーン運転領域に移行したとき、理論空燃比よりも大きい空燃比への変更を遅延する遅延手段５１を有するとともに、空燃比制御手段５２、燃料噴射制御手段５３及び排ガス温度低減手段５４を有している。
【００４７】
上記遅延手段５１は、例えば上記硫黄脱離制御が行われた直後に成層燃焼領域Ａ（リーン運転領域）へ移行したときや、図２中に示す第３の関数ｆ（Ｐｅ３）及び第４の関数ｆ（Ｐｅ４）で定められた境界よりも高負荷側の領域（ＮＯｘ触媒の温度が所定値以上となる高負荷運転状態）から成層燃焼領域Ａへ移行したときに、リーン空燃比（理論空燃比より大きい空燃比）への移行を遅延する。
【００４８】
空燃比制御手段５２は、リーン空燃比への移行の遅延期間中に、リーン運転時と比べ、スロットル開度を小さくして吸入空気量を少なくすることにより、空燃比を略理論空燃比とする。燃料噴射制御手段５３は、上記遅延期間中に吸気行程内で燃料を噴射させるようにインジェクタ２２を制御する。
【００４９】
上記排ガス温度低減手段５４は、上記遅延期間中に排ガス温度を低減し、例えば上記ＥＧＲ弁３８を開いてＥＧＲ通路３７から充分な排気ガスを還流させることにより、燃焼温度及び排気温度を低減する。また、硫黄脱離制御が行われた直後に成層燃焼領域Ａへ移行した場合には、硫黄脱離制御においてリタードされていた点火時期をＭＢＴ側へアドバンスする。
【００５０】
上記ＥＣＵ５０による制御の具体例を、図４〜図６のフローチャートによって説明する。
【００５１】
このフローチャートに示す処理がスタートすると、先ず図４のステップＳ１でアクセル開度、クランク角信号の周期計測値、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、続いてステップＳ２で硫黄脱離制御許可フラッグＦＳＲＥが「１」か否かが判定される。
【００５２】
上記フラッグＦＳＲＥが「１」でなければ、運転領域の設定に基づく制御を行うべく、ステップＳ３で、上記周期計測値から求められるエンジン回転数と上記アクセル開度等から求められるエンジン負荷とによるエンジン運転状態が図２中の成層燃焼領域Ａにあるか否かが判定される。成層燃焼領域Ａにあることが判定されれば、さらにステップＳ４で後述の移行タイマがセット中か否かが判定される。
【００５３】
成層燃焼領域Ａにあって、かつ、移行タイマがセット中でない場合（ステップＳ４の判定がNOの場合）は、成層燃焼領域Ａでの通常の制御としてステップＳ５〜Ｓ１７の処理が行われる。
【００５４】
すなわち、空燃比をリーンとしつつ圧縮行程後期に燃料噴射を行うことにより成層燃焼を行わせるべく、その圧縮行程噴射の噴射量Ｑ_Dが算出され（ステップＳ５）、それに応じた噴射パルス幅Ｔ_Dと噴射タイミングＩＮＪＤとが算出される（ステップＳ６）とともに、ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶがエンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じて求められ（ステップＳ７）、さらに点火タイミング（Ｉｇタイミング）ＩＧＴがエンジン回転数及Ｎｅび負荷Ｐｅに応じて求められる（ステップＳ８）。
【００５５】
そして、ＥＧＲ制御タイミングとなれば上記ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶとなるようにＥＧＲ弁３８が制御され（ステップＳ９，Ｓ１０）、噴射タイミングＩＮＪＤとなれば上記パルスＴ_Dでインジェクタ２２からの燃料噴射が実行され（ステップＳ１１，Ｓ１２）、点火タイミングＩＧＴとなれば点火が実行される（ステップＳ１３，Ｓ１４）。
【００５６】
さらに、成層燃焼時にＮＯｘ触媒に硫黄が吸収されるので、硫黄吸収量ＧＳＡの推定が行われる（ステップＳ１５）。この硫黄吸収量ＧＳＡの推定の仕方としては、例えば、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じてマップから単位期間当りの量ｆ_SA（Ｎｅ，Ｐｅ）が求められ、これが累計される。そして、上記硫黄吸収量ＧＳＡが設定値Ｋ_SA以上となったか否かが判定され（ステップＳ１６）、設定値Ｋ_SAに達していなけばそのままリターンされるが、設定値以上になれば再生制御許可フラッグＦＳＲＥが「１」にセットとされてから（ステップＳ１７）、リターンされる。
【００５７】
上記ステップＳ３で成層燃焼領域にないことが判定されたときは、均一燃焼領域Ａでの通常の制御として図５のステップＳ１８以降の処理が行われる。
【００５８】
すなわち、空燃比を理論空燃比（もしくはそれよりリッチ）としつつ吸気行程前期に燃料噴射を行うことにより均一燃焼を行わせるべく、吸気行程噴射の噴射量Ｑ_Pが算出され（ステップＳ１８）、それに応じた噴射パルス幅Ｔ_Pと噴射タイミングＩＮＪＰとが算出される（ステップＳ１９）とともに、ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶがエンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じて求められ（ステップＳ２０）、さらに点火タイミング（Ｉｇタイミング）ＩＧＴがエンジン回転数及Ｎｅび負荷Ｐｅに応じて求められる（ステップＳ２１）。
【００５９】
そして、ＥＧＲ制御タイミングとなれば上記ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶとなるようにＥＧＲ弁３８が制御され（ステップＳ２２，Ｓ２３）、噴射タイミングＩＮＪＰとなれば上記パルスＴ_Pでインジェクタ２２からの燃料噴射が実行され（ステップＳ２４，Ｓ２５）、点火タイミングＩＧＴとなれば点火が実行される（ステップS２６，Ｓ２７）。
【００６０】
さらに、負荷ＰｅがＰｅ≧ｆ（Ｐｅ３）かつＰｅ≧ｆ（Ｐｅ４）となる高負荷領域か否かが判定され（ステップＳ２８）、この判定がＮＯであればそのままリターンし、ＹＥＳであれば、移行タイマをセットした上で（ステップＳ２９）、後記の硫黄脱離度推定（ステップＳ４３）等の処理に移る。このような高負荷領域にあれば特別な硫黄脱離制御を行わなくても触媒温度が充分に高くなって、硫黄の脱離が行われるためである。
【００６１】
上記移行タイマは、後述のように成層燃焼領域へ移行したときの遅延時間を設定してこれを計測するものであり、上記高負荷領域にある間は移行タイマが繰り返しセットし直されるだけで実質的にカウントダウンされることはない。
【００６２】
また、上記ステップＳ２で硫黄脱離制御許可フラッグＦＳＲＥが「１」であると判定されたときは、それに続いて図６のステップＳ３０で、Ｎ１≦Ｎｅ≦Ｎ２かつｆ（Ｐｅ４）≦Ｐｅ≦ｆ（Ｐｅ３）の所定運転領域Ｃにあるか否かが判定され、所定運転領域になければステップＳ１８以降の処理に移る。
【００６３】
ステップＳ３０で所定運転領域Ｃにあることが判定されたときは、図６のステップＳ３１以降の硫黄脱離制御に移行する。
【００６４】
すなわち、ステップＳ３１で理論空燃比もしくはこれより多少リッチな空燃比となるように噴射量Ｑ_Pが算出され、続いてステップＳ３２で吸気行程と圧縮行程の分割噴射を行うようにその各噴射パルス幅Ｔ_PS，Ｔ_DS及び噴射タイミングＩＮＪＰＳ，ＩＮＪＤＳが算出される。この場合、噴射パルス幅は噴射量Ｑ_Pをパルス幅に換算した値ｆ（Ｑ_P）と分割比ａとから、Ｔ_PS＝ｆ（Ｑ_P）×ａ，Ｔ_DS＝ｆ（Ｑ_P）×（１−ａ）と演算される。
【００６５】
続いてステップＳ３３，Ｓ３４でＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶの算出及び点火タイミングＩＧＴの算出が行われる。この場合、ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶは、エンジン回転数及び負荷に応じた値ｆ_EGRP（Ｎｅ，Ｐｅ）に１より小さい補正係数ＫＥＧＲが掛けられることにより、通常運転時よりも小さい値とされる。また、点火タイミングＩＧＴは、エンジン回転数及び負荷に応じた進角値ｆ_IGTP（Ｎｅ，Ｐｅ）からリタード補正量ＫＩＧが減じられることにより、通常運転時よりリタードされる。
【００６６】
そして、ＥＧＲ制御タイミングとなれば上記ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶとなるようにＥＧＲ弁３８が制御され（ステップＳ３５，Ｓ３６）、分割噴射のうちの先の噴射タイミングＩＮＪＰＳとなればパルス幅Ｔ_PSでインジェクタ２２からの燃料噴射が実行され（ステップＳ３７，Ｓ３８）、後の噴射タイミングＩＮＪＤＳとなればパルス幅Ｔ_DSでインジェクタ２２からの燃料噴射が実行され（ステップＳ３９，Ｓ４０）、点火タイミングＩＧＴとなれば点火が実行される（ステップＳ４１，Ｓ４２）。
【００６７】
さらに、上記ステップＳ３１〜Ｓ４２の硫黄脱離制御によりＮＯｘ触媒から硫黄が脱離されるので、硫黄脱離度ＳＲＥの推定が行われる（ステップＳ４３）。この硫黄脱離度ＳＲＥの推定の仕方としては、例えば、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じてマップから単位期間当りの量ｆ_SRE（Ｎｅ，Ｐｅ）が求められ、これが累計される。そして、上記硫黄脱離度ＳＲＥが設定値Ｋ_SRE以上となったか否かが判定され（ステップＳ４４）、設定値Ｋ_SREに達していなけばそのままリターンされる。一方、硫黄脱離度ＳＲＥが設定値Ｋ_SRE以上になれば、硫黄脱離制御許可フラッグＦＳＲＥが「０」にリセットとされる（ステップＳ４５）とともに、硫黄吸収量ＧＳＡ及び硫黄脱離度ＳＲＥの各推定値が「０」にリセットされ（ステップＳ４６）、さらに、移行タイマがセットされてから、リターンする。
【００６８】
上記硫黄脱離制御が終了した直後に運転状態が成層燃焼運転領域に移行すれば、ステップＳ２の判定がＮＯ（フラッグＦＳＲＥが「０」）、それに続くステップＳ３の判定かＹＥＳ（成層燃焼領域）、それに続くステップＳ４の判定がＹＥＳ（移行タイマセット中）となる。また、所定高負荷域（ステップＳ２８での判定がＹＥＳとなる運転域）から成層燃焼領域へ移行したときも同様となる。これらの場合は、ステップＳ１８以降の処理が行われ、つまり、均一燃焼領域にあるときと同様に、空燃比が理論空燃比とされつつ、燃料噴射が吸気行程で行われる。
【００６９】
この場合、フローチャート中では示していないが別のルーチンによりリーン運転時と比べて吸入空気量を少なくするようにスロットル弁が制御される。また、ＥＧＲ弁開度は運転状態に応じて設定されるが、ＥＧＲ率がこの場合には比較的大きくなるように、運転状態とＥＧＲ弁開度との関係が予め設定されている。また、点火時期は運転状態に応じた基本点火時期とされ、硫黄脱離制御時と比べるとアドバンスされる。
【００７０】
このような制御が所定の遅延時間だけ行われ、遅延時間が経過すると、移行タイマがタイムアップしてステップＳ４の判定がＮＯに変ることにより、本来の成層燃焼領域での制御であるステップＳ５以降の処理に移る。
【００７１】
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、運転状態が低負荷低回転側の成層燃焼領域Ａ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。そして、このリーン運転状態では上記ＮＯｘ触媒３５によって排気ガス中のＮＯｘが吸収される。
【００７２】
運転状態が高負荷側や高回転側の均一燃焼領域Ｂにあるときには、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。そして、運転状態が成層燃焼領域Ａから均一燃焼領域Ｂに移行したときに、空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチの状態に変化することにより、成層燃焼領域Ａでのリーン運転中にＮＯｘ触媒３５に吸蔵されていたＮＯｘが放出され、そのＮＯｘが排気ガス中のＣＯなどにより還元される。なお、上記ＮＯｘ触媒３５は理論空燃比付近において三元触媒と同様に三元浄化機能を有するので、均一燃焼領域Ｂにおいて略理論空燃比で運転されているときはＮＯｘ及びＣＯ、ＨＣが浄化される。
【００７３】
また、硫黄吸収量が所定値以上になり、かつ、運転状態が図２中の運転領域Ｃ内にある状態となったときには硫黄脱離制御が行われる。この制御では空燃比がリッチとされるとともに吸気行程と圧縮行程の分割噴射が行われ、この吸気・圧縮行程分割噴射によると、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り、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、排気温度が高められる。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気ガス温が高められる。これらの作用により、硫黄の脱離が促進される。
【００７４】
ところで、触媒温度とリーン空燃比でのＮＯｘ吸収率との関係は図７に実線で示すようになり、特定温度域（２５０°Ｃ程度から４００°Ｃ程度まで）でＮＯｘ吸収率が高くなり、この温度域より触媒温度が高くなるとＮＯｘ吸収率が低下する。一方、硫黄脱離性能は図７中に一点鎖線で示すように４５０°Ｃ乃至５００°Ｃ程度以上の高温度で高められ、硫黄脱離制御にはこのような高温度に触媒が加熱されている。このため、硫黄脱離制御の終了直後に成層燃焼領域Ａに移行すると、触媒温度がＮＯｘ吸収率の高い温度域よりも高温となる。また、所定高負荷域から成層燃焼領域Ａに移行したときも同様に触媒温度が高くなる。
【００７５】
このような場合に、上記ステップＳ４等の処理によりリーンへの空燃比の変更が遅延される。そしてこの遅延期間中に、空燃比が理論空燃比とされることにより、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元作用が得られる状態が維持され、ＮＯｘ浄化性能の悪化が避けられる。また、燃料噴射が吸気行程で行われることにより、硫黄脱離制御時のような吸気・圧縮行程分割噴射と比べると排気ガス温度が低くなり、高負荷の均一燃焼領域内で均一燃焼が行われているときと比べても負荷が低くて燃料噴射量が少ないため、排気ガス温度が低くなる。
【００７６】
さらに、図１に示すＥＧＲ手段のＥＧＲ通路３７から低温の排気ガスの還流が行われて、そのＥＧＲ量が比較的多くなるようにＥＧＲ弁３８が制御されることにより、エンジンの燃焼室から排出されるＮＯｘの量が低減されるとともに、燃焼温度及び排気ガス温度が引き下げられる。また、硫黄脱離制御時に行われていた点火時期のリタードが停止されることによっても排気ガス温度を低くする作用が得られる。
【００７７】
このように排気ガス温度が低くされることにより、触媒温度がＮＯｘ吸収率の高い温度域まで比較的速やかに低下するため、移行タイマによる遅延時間は比較的短く設定しておけばよい。そして、遅延時間の経過後は空燃比がリーンに変更されて成層燃焼が行われるが、そのときには触媒温度がＮＯｘ吸収率の高い温度域まで低下しているため、ＮＯｘ吸収による浄化が良好に行われることとなる。
【００７８】
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。
【００７９】
ＥＧＲ手段としては、図１中に示すように排気マニフォールドから所定距離以上離れた排気通路下流側からＥＧＲクーラー３９を介して低温の排気ガスを還流するようにしたＥＧＲ手段のほかに、比較的高温の排気ガスを還流させる高温側ＥＧＲ手段を設け、リーン運転領域における低負荷低回転領域では、燃焼安定性を確保するとともに触媒温度が低下しすぎることを避けるため、高温側ＥＧＲ手段によって排気ガスを還流するようにしてもよい。
【００８０】
高温側ＥＧＲ手段は、図示しないが、排気通路上流の排気マニフォールドもしくはその近傍から高温の排気ガスを、ＥＧＲクーラーを通さずに吸気通路に還流させるように構成すればよい。
【００８１】
あるいは、図８に示すように吸気弁の開閉タイミングを可変とすることにより吸気弁と排気弁の開弁オーバーラップ期間を可変とするバルブタイミング可変機構を設け、高温側ＥＧＲ手段は上記開弁オーバーラップ期間を増大させるようにバルブタイミング可変機構を制御することにより内部ＥＧＲを行なわせるものとしてもよい。この場合、リーン運転領域における低負荷低回転領域では、図８に破線で示すように吸気弁の開閉タイミングを早くして開弁オーバーラップ期間を大きくし、ＮＯｘ触媒の温度が所定値以上の状態でリーン運転領域に移行したときの遅延期間中には、図８に実線で示すように吸気弁の開閉タイミングを遅くして開弁オーバーラップ期間を小さくするようにバルブタイミング可変機構を制御しつつ、図１に示すＥＧＲ手段で外部ＥＧＲを行なわせるようにしておけばよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、図４のステップＳ４で移行タイマがセット中であると判定されたとき（ＮＯｘ触媒の温度が所定値以上の状態で成層燃焼領域に移行した場合の遅延期間中）に、均一燃焼領域にある場合と同様のステップＳ１８以降の処理を行なうようにしているが、図９に示すような処理を行なうようにしてもよい。
【００８３】
すなわち、図９の処理は図４のステップＳ４の判定がＹＥＳの場合に続くものであって、ステップＳ５１で理論空燃比となるように噴射量Ｑ_Pが算出されるとともに、燃料噴射を吸気行程内で２回に分割して行なうように、ステップＳ５２で各噴射の噴射パルス幅Ｔ_P１，Ｔ_P２及び噴射タイミングＩＮＪＰ１，ＩＮＪＰ２が演算される。この場合、各噴射の噴射パルス幅Ｔ_P１，Ｔ_P２は、噴射量Ｑ_Pをパルス幅に換算した値と予め設定した分割比とから求められる。また、各噴射タイミングＩＮＪＰ１，ＩＮＪＰ２は、図１０に示すように、吸気行程を３分割した前期、中期、後期のうちの前期から中期にかけての期間内に噴射が開始されるように設定されている。
【００８４】
続いてステップＳ５３でＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶが求められ、この場合にＥＧＲ率が３０％以上に大きくなるようなＥＧＲ弁開度とされる。さらに、ステップＳ５４で点火タイミングＩＧＴがエンジン回転数及び負荷に応じて求められる。
【００８５】
そして、ＥＧＲ制御タイミングとなれば上記ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶとなるようにＥＧＲ弁３８が制御され（ステップＳ５５，Ｓ５６）、分割噴射のうちの先の噴射タイミングＩＮＪＰ１となればパルス幅Ｔ_P１でインジェクタ２２からの燃料噴射が実行され（ステップＳ５７，Ｓ５８）、後の噴射タイミングＩＮＪＰ２となればパルス幅Ｔ_P２でインジェクタ２２からの燃料噴射が実行され（ステップＳ５９，Ｓ６０）、点火タイミングＩＧＴとなれば点火が実行される（ステップS６１，Ｓ６２）。
【００８６】
この実施形態によっても、硫黄脱離制御の終了直後に成層燃焼領域Ａに移行した場合や所定高負荷域から成層燃焼領域Ａに移行した場合に、リーンへの空燃比の変更が遅延されて、その遅延期間中に空燃比が理論空燃比とされることにより、ＮＯｘが還元される状態が維持されて、ＮＯｘ浄化性能の悪化が避けられる。また、この実施形態では上記遅延期間中に燃料噴射が吸気行程の前期から中期にかけての期間内に分割して行われ、このようにす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われることにより、燃焼効率が高められる。この燃焼効率の向上に伴い、吸気行程一括噴射と比べても排気ガス温度がさらに低くなる。
【００８７】
その上、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、この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、図１中に示すＥＧＲ手段により低温の排気ガスを還流させるようにしつつこのようにＥＧＲ率を大きくすることにより、排気ガス温度がより低減される。
【００８８】
このように吸気行程分割噴射とＥＧＲ率の増大により、ＮＯｘ吸収率の高い温度域への触媒温度の低下が促進されることとなる。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、高温状態に触媒が加熱されている硫黄脱離制御直後に上記リーン運転領域に移行したとき、リーン空燃比への変更を遅延し、その遅延期間中に略理論空燃比とするとともに吸気行程内でインジェクタから燃料を噴射させるようにし、かつ、排ガス温度低減手段により排ガス温度を低減するとようにしているため、触媒温度が所定値以上に高い状態でのリーン運転域への直後はＮＯｘを還元により浄化し、かつ、速やかに触媒温度を所定値以下に低下させて、その後にリーン空燃比となったときにＮＯｘの吸収による浄化を良好に行わせることができる。
【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、均一燃焼領域及び所定運転領域での硫黄脱離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】制御の具体例を示すフローチャートを３分割したうちの第１の部分である。
【図５】上記フローチャートの第２の部分である。
【図６】上記フローチャートの第３の部分である。
【図７】触媒温度とリーン空燃比でのＮＯｘ吸収率及び硫黄脱離性能との関係を示すグラフである。
【図８】バルブ機構可変機構を設けた場合のバルブタイミングを示す説明図である。
【図９】触媒温度が所定値以上の状態で成層燃焼領域へ移行したときの制御の別の実施形態を示すフローチャートである。
【図１０】図９に示す制御における燃料噴射のタイミング等を示す説明図である。
【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
３５ＮＯｘ触媒
３７ＥＧＲ通路
３８ＥＧＲ弁
５０ＥＣＵ
５１遅延手段
５２空燃比制御手段
５３燃料噴射制御手段
５４排ガス温度低減手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes an in-cylinder injection that includes an injector that directly injects fuel into a combustion chamber, and a NOx catalyst that absorbs NOx in an oxygen excess atmosphere in an engine exhaust passage and releases NOx as the oxygen concentration decreases. The present invention relates to a type engine control device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an engine that performs lean operation in a low-load operation region, a NOx catalyst that has the property of absorbing NOx in an oxygen-excess atmosphere and releasing NOx as the oxygen concentration decreases is provided in the exhaust passage, and the lean operation state In this case, NOx in the exhaust gas is absorbed by the NOx catalyst at the time, and NOx is released from the NOx catalyst and reduced when the air-fuel ratio changes to the rich side. According to such a NOx catalyst, NOx can be prevented from being discharged to the outside by absorbing NOx even during lean operation where it is difficult to purify NOx by reduction.
[0003]
Further, in an engine equipped with this type of NOx catalyst, for example, as disclosed in JP-A-8-61052, when the sulfur absorption amount of the NOx catalyst reaches a predetermined value, the catalyst temperature is forcibly increased. Those in which sulfur is eliminated from the catalyst are known.
[0004]
That is, this type of NOx catalyst has a property that when the fuel or engine oil contains a sulfur component, it absorbs sulfur oxide (SOx) in the exhaust gas more easily than it absorbs NOx in the exhaust gas. In addition, the NOx catalyst poisoned by sulfur greatly reduces the subsequent NOx absorbability. Then, the catalyst temperature can be made higher than the temperature range where the NOx absorption performance is high in the lean operation range, and the air can be desorbed from the catalyst by making the air-fuel ratio substantially stoichiometric or richer. Is possible.
[0005]
For this reason, in the apparatus described in the above publication, when the sulfur absorption amount of the NOx catalyst reaches a predetermined value and the exhaust gas temperature is in a predetermined operation region where the temperature is equal to or higher than a specified temperature, the sulfur poisoning elimination is performed. As a control, the catalyst temperature is raised by supplying fuel and air to the catalyst and combusting the fuel.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the NOx absorption performance of the NOx catalyst in an oxygen-excess atmosphere is enhanced when the NOx catalyst is in a specific temperature range (about 250 to 400 ° C.). It is desirable to lean.
[0007]
However, as shown in the above publication, for example, control for increasing the catalyst temperature to eliminate sulfur poisoning of the NOx catalyst is performed, and immediately after that, a shift to a lean operation region is performed, or a high load operation with a high exhaust gas temperature is performed. When shifting from the region to the lean operation region, the catalyst temperature may be higher than the specific temperature.
[0008]
Thus, if the lean operation is performed in a state where the catalyst temperature is higher than the specific temperature range, sufficient NOx absorption performance cannot be obtained. When the lean operation state continues, the temperature of the catalyst gradually decreases as the exhaust gas temperature decreases, and the NOx absorption performance is increased. However, the deterioration of the NOx purification performance until this state occurs is a problem. Become.
[0009]
Therefore, when the catalyst temperature is higher than the specific temperature range, if the air-fuel ratio is set to a rich state below the stoichiometric air-fuel ratio (excess air ratio λ ≦ 1) without shifting to the lean operation, NOx becomes the NOx catalyst. Since it is purified by the reduction action, the NOx purification action can be kept good. However, in this case, if the catalyst temperature does not decrease quickly, the shift to lean operation is delayed, resulting in deterioration of fuel consumption.
[0010]
In view of these circumstances, the present invention keeps the NOx purification action well when the catalyst temperature shifts to a lean operation range at a higher temperature than the specific temperature range where the NOx absorption performance is high, and promptly increases the catalyst temperature. An object of the present invention is to provide a control device for a direct injection engine capable of lowering the engine temperature to the specific temperature range.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention absorbs NOx in an oxygen-excess atmosphere and releases NOx as the oxygen concentration decreases. With NOx absorber A NOx catalyst is provided in the exhaust passage of the engine, an injector for injecting fuel directly into the combustion chamber, and a lean operation region in which the air-fuel ratio is larger than the stoichiometric air-fuel ratio and the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio or higher In the in-cylinder injection engine in which the operation region to be reduced is set in advance, When the NOx catalyst enters a predetermined sulfur absorption state that inhibits NOx absorption, the temperature of the NOx catalyst is heated to a high temperature state higher than a specific temperature range of a predetermined temperature range where the NOx absorption rate is high, and sulfur is desorbed. Means for sulfur desorption control and immediately after sulfur desorption control Shift to the above lean operation area Make A delay means for delaying the change to an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio, an air-fuel ratio control means for adjusting the intake air amount during the delay period to make the air-fuel ratio substantially the stoichiometric air-fuel ratio, and during the delay period And a fuel injection control means for injecting fuel from the injector in the intake stroke, and an exhaust gas temperature reducing means for reducing the exhaust gas temperature during the delay period.
[0012]
According to this configuration When the catalyst shifts to the lean operation region immediately after the sulfur desorption control in which the catalyst is heated to the high temperature state, the catalyst temperature is higher than the temperature region where the NOx absorption rate is high (the temperature state where the NOx absorption rate is low). And this Sometimes, the change of the air-fuel ratio to lean is delayed, and the air-fuel ratio is made substantially the stoichiometric air-fuel ratio during the delay period, so that purification by the NOx reduction action of the NOx catalyst is performed. During this delay period, fuel is injected from the injector within the intake stroke to perform uniform combustion, and the exhaust gas temperature is reduced by the exhaust gas temperature reducing means, so that the catalyst temperature can be quickly reduced to NOx in the lean operation state. When the air-fuel ratio is changed to lean after the absorption rate is lowered to a high temperature range, when the lean air-fuel ratio is achieved, purification by absorbing NOx is performed well.
[0015]
The sulfur desorption control may include, for example, control for dividing the fuel injection from the injector into an intake stroke and a compression stroke, and in this way, CO in exhaust gas useful for sulfur desorption can be included. And the exhaust gas temperature is increased, so that the separation of sulfur is promoted.
[0018]
The fuel injection control means performs the fuel injection from the injector divided into a plurality of times during the delay period, and divides the intake stroke into three equal parts, from the previous period to the middle period. It is preferable to control to start each injection within the period. If it does in this way, combustion efficiency will be raised and exhaust gas temperature will become low in connection with it, and it will be advantageous to promotion of a fall of catalyst temperature. In addition, since the combustion stability is improved, the tolerance for increasing the EGR rate as described below is also increased.
[0019]
In addition, it is effective that the exhaust gas temperature reducing means controls the EGR means for recirculating a part of the exhaust gas to the intake system during the delay period so as to increase the EGR rate. It is preferable to control the EGR means so that the EGR rate is 30% or more.
[0020]
In addition, the EGR rate as used in this specification is a value calculated | required by following Formula.
[0021]
(InCO ₂ -AtCO ₂ ) / (ExCO ₂ -InCO ₂ )
InCO ₂ : CO in intake ₂ concentration
AtCO ₂ : CO in the atmosphere ₂ concentration
ExCO ₂ : CO in exhaust ₂ concentration
CO in the atmosphere ₂ If the density is approximately 0, the EGR rate is as follows.
[0022]
InCO ₂ / (ExCO ₂ -InCO ₂ )
If the EGR rate is increased as described above, the combustion temperature and the exhaust gas temperature are decreased, and the decrease in the catalyst temperature is promoted. Moreover, since the EGR reduces the NOx emission amount from the combustion chamber of the engine, it is advantageous for the purification of NOx during the delay period.
[0023]
The sulfur desorption control when the NOx catalyst is in a predetermined sulfur absorption state may include control for retarding the ignition timing rather than MBT. In this case, the lean operation region is immediately after the sulfur desorption control. The exhaust gas temperature reducing means controls to advance the ignition timing as compared with the time of sulfur desorption control and controls the EGR means to increase the EGR rate during the delay period when shifting to It is effective.
[0024]
In this way, in the sulfur desorption control, the exhaust gas temperature is raised by the ignition timing retard, and when the shift to the lean operation region is performed immediately after the sulfur desorption control, the exhaust gas temperature is reduced by the ignition timing advance and EGR. .
[0025]
The EGR means preferably includes a reflux gas cooling means in the EGR passage connecting the exhaust passage and the intake passage. Further, in the EGR state, it is preferable to take out the exhaust gas from a position below the engine at a predetermined distance from the exhaust manifold or an exhaust passage downstream thereof.
[0026]
If it does in this way, low-temperature exhaust gas will recirculate | reflux and the effect | action which lowers | hangs exhaust gas temperature and catalyst temperature is further improved.
[0027]
In addition to the EGR means for recirculating the relatively low temperature exhaust gas, a high temperature side EGR means for recirculating the relatively high temperature exhaust gas is provided, and the high temperature side EGR means is driven in a low load low rotation region in the lean operation region. The EGR means for recirculating the relatively low temperature exhaust gas may be driven during the delay period when the temperature of the NOx catalyst is equal to or higher than a predetermined value and the shift to the lean operation region is performed. Good.
[0028]
In this manner, high-temperature exhaust gas is recirculated in the low-load low-rotation region in the lean operation region, so that NOx reduction and combustion stability are ensured. During the delay period when the operation region is shifted to, the low-temperature exhaust gas is recirculated to reduce NOx and lower the catalyst temperature.
[0029]
In this case, a variable valve timing mechanism is provided that varies the opening overlap period of the intake valve and the exhaust valve by making the opening / closing timing of the intake valve variable, and the high temperature side EGR means includes the valve opening overlap. The internal EGR is performed by controlling the valve timing variable mechanism so as to increase the period, and during the delay period when the temperature of the NOx catalyst shifts to the lean operation region when the temperature is equal to or higher than a predetermined value. The valve timing variable mechanism may be controlled so as to reduce the valve opening overlap period by delaying the opening / closing timing of the intake valve.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0031]
FIG. 1 schematically shows the overall structure of a direct injection engine to which the present invention is applied. In this figure, the engine body 10 has a plurality of cylinders 12, and each cylinder 12 is formed with a combustion chamber 15 above a piston 14 inserted into the cylinder bore. And the exhaust ports open, and these ports are opened and closed by an intake valve 17 and an exhaust valve 18, respectively.
[0032]
An ignition plug 20 is disposed at the center of the combustion chamber 15, and the tip of the plug faces the combustion chamber 15. An ignition circuit 21 including an ignition coil is connected to the ignition plug 20. In addition, the front end of the injector 22 faces the combustion chamber 15 from the side, and fuel is directly injected into the combustion chamber 15 from the injector 22. A fuel circuit having a high-pressure fuel pump, a pressure regulator, etc., not shown, is connected to the injector 22 so that fuel is supplied to the injector 22 of each cylinder and the fuel pressure is higher than the in-cylinder pressure in the compression stroke. The fuel circuit is configured so that
[0033]
An intake passage 24 and an exhaust passage 34 are connected to the engine body 10. In the intake passage 24, an air cleaner 25, an air flow sensor 26 for detecting the intake flow rate, a throttle valve 28 driven by a motor 27, and a surge tank 30 are provided in this order from the upstream side.
[0034]
A NOx catalyst 35 is disposed in the exhaust passage 34. The NOx catalyst 35 has NOx purification performance even in a lean operation state in which the air-fuel ratio is larger than the stoichiometric air-fuel ratio, absorbs NOx in the exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere, and the air-fuel ratio is changed from lean to rich. When the oxygen concentration is lowered due to the change, the absorbed NOx is released and the NOx is reduced by a reducing material such as CO existing in the atmosphere.
[0035]
More specifically, the NOx catalyst 35 is layered on a carrier made of a cordierite honeycomb structure or the like, with the NOx absorbent layer and the catalyst material layer facing down (inside) and the latter facing up (outside). It is formed. The NOx absorbent layer is composed mainly of an active alumina having a large specific surface area supporting a Pt component and a Ba component as a NOx absorbent. Further, the catalyst material layer is composed mainly of a catalyst material obtained by supporting zeolite as a support base material and supporting a Pt component and an Rh component thereon. A ceria layer may be formed on the catalyst material layer.
[0036]
Further, EGR means for recirculating a part of the exhaust gas to the intake system is provided between the exhaust passage 34 and the intake passage 24, and this EGR means is an EGR passage 37 that connects the exhaust passage 34 and the intake passage 24. And an EGR valve 38 interposed in the EGR passage 37. The EGR valve 38 is driven by an actuator (not shown) to open and close.
[0037]
The EGR passage 37 has one end connected to an exhaust passage 34 below or below the engine at a predetermined distance from the exhaust manifold, and guides a relatively low temperature exhaust gas from this position. The other end side of 37 is connected to the upstream of the surge tank 30 in the intake passage 24. In the middle of the EGR passage 37, an EGR cooler 39 (reflux gas cooling means) for cooling the gas passing through the passage 37 is provided. Thus, the low temperature exhaust gas is recirculated to the intake system by the EGR passage 37.
[0038]
In FIG. 1, the EGR passage 37 is connected to the exhaust passage 34 downstream of the NOx catalyst 35, but may be connected to the exhaust passage 34 upstream of the NOx catalyst 35.
[0039]
In addition to the air flow sensor 26, the engine includes a boost sensor 40 that detects intake negative pressure in the surge tank 30, a throttle opening sensor 41 that detects the throttle opening, and a crank angle sensor 42 that detects the crank angle of the engine. , An accelerator opening sensor 43 that detects the accelerator opening (accelerator operation amount), an intake air temperature sensor 44 that detects the intake air temperature, an atmospheric pressure sensor 45 that detects the atmospheric pressure, a water temperature sensor 46 that detects the engine cooling water temperature, and exhaust gas Sensors such as an O2 sensor 47 that detects the air-fuel ratio by detecting the oxygen concentration therein are equipped, and output signals (detection signals) of these sensors are input to an ECU (control unit) 50.
[0040]
The ECU 50 controls the fuel injection amount and the injection timing from the injector 22 and controls the throttle valve 28 by outputting a control signal to the motor 27 that drives the throttle valve 28, and also controls the ignition circuit 21. The ignition timing is controlled by outputting a signal, and the EGR valve 38 is also controlled.
[0041]
As basic control of the direct injection engine of the present embodiment, various operation modes having different fuel injection timing and air-fuel ratio from the injector 22 can be selected, and the operation mode is changed depending on the operation region. For example, when the vehicle is warm, the operation mode corresponding to the operation region is selected based on the map shown in FIG.
[0042]
That is, the specific operation region on the low load and low rotation side is the stratified combustion region A, and the other region is the uniform combustion region B. Then, in the stratified combustion region A, the fuel is injected from the injector 22 in the latter stage of the compression stroke, so that the stratified combustion mode is set such that combustion is performed in a stratified state in which the air-fuel mixture is unevenly distributed in the vicinity of the spark plug 20, In this case, when the opening of the throttle valve 28 is increased and the amount of intake air is increased, the air-fuel ratio of the entire combustion chamber becomes a lean state (for example, A / F ≧ 30). On the other hand, in the uniform combustion region B, the fuel is injected from the injector 22 in the first half of the intake stroke, so that a uniform combustion mode is performed in which combustion is performed in a state where the air-fuel mixture is uniformly diffused throughout the combustion chamber 15. In this uniform combustion mode, the excess air ratio λ is λ = 1, that is, the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.7). In the uniform combustion region B, the air-fuel ratio may be set to be richer (λ <1) than the stoichiometric air-fuel ratio in the accelerator fully open region and in the high load region and the high rotation region in the vicinity thereof.
[0043]
In addition to such basic control based on the setting of the operation region, when the NOx catalyst 35 enters a predetermined sulfur absorption state that inhibits NOx absorption, the temperature of the NOx catalyst 35 is increased to a predetermined value or more. Thus, sulfur desorption control for desorbing sulfur is performed. In the specific example shown in the flowchart described later, the engine speed Ne is between the first set speed N1 and the second set speed N2, and the engine load (average effective pressure Pe) is the first function f ( In a predetermined operation region (see FIG. 2) of the medium-rotating load between the curve represented by Pe1) and the curve represented by the second function f (Pe2), the sulfur absorption amount becomes a predetermined value or more. If so, sulfur desorption control is performed. This sulfur desorption control includes control for dividing the fuel injection from the injector 22 into the intake stroke and the compression stroke while making the air-fuel ratio substantially the stoichiometric air-fuel ratio or somewhat richer than that.
[0044]
That is, as shown in FIG. 3, in the stratified combustion region A, stratified combustion is performed by fuel injection in which the injection timing INJD is set in the latter half of the compression stroke while the air-fuel ratio is lean, and in the uniform combustion region B, While the fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, uniform combustion is performed by fuel injection in which the injection timing INJP is set in the first half of the intake stroke, the air-fuel ratio is substantially the stoichiometric air-fuel ratio during the sulfur desorption control in the predetermined operation region C Alternatively, split injection is performed while being slightly richer than this, and for example, two split injections are performed in which the injection timings INJPS and INJDS are set to the first half of the intake stroke and the middle half of the compression stroke. The said injection timing means the timing of an injection start.
[0045]
As the sulfur desorption control, in addition to the divided injection, control for reducing the EGR rate by reducing the EGR valve opening degree, control for retarding the ignition timing, and the like are performed.
[0046]
Further, the ECU 50 has a delay means 51 for delaying the change to an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio when the temperature of the NOx catalyst shifts to the lean operation region in a state where the temperature of the NOx catalyst is equal to or higher than a predetermined value. 52, a fuel injection control means 53 and an exhaust gas temperature reduction means 54.
[0047]
The delay means 51 is, for example, when the shift to the stratified combustion region A (lean operation region) is performed immediately after the sulfur desorption control is performed, or when the third function f (Pe3) and the fourth function shown in FIG. The lean air-fuel ratio (theoretical air-fuel ratio) is shifted to the stratified combustion region A from the region on the higher load side than the boundary defined by the function f (Pe4) (the high load operation state where the temperature of the NOx catalyst becomes a predetermined value or higher). The shift to the air / fuel ratio greater than the fuel ratio) is delayed.
[0048]
The air-fuel ratio control means 52 makes the air-fuel ratio substantially the stoichiometric air-fuel ratio by reducing the throttle opening and reducing the amount of intake air during the delay period of the transition to the lean air-fuel ratio, compared with the lean operation. . The fuel injection control means 53 controls the injector 22 so as to inject fuel within the intake stroke during the delay period.
[0049]
The exhaust gas temperature reduction means 54 reduces the combustion temperature and the exhaust temperature by reducing the exhaust gas temperature during the delay period, for example, by opening the EGR valve 38 and causing sufficient exhaust gas to recirculate from the EGR passage 37. In addition, when the shift to the stratified combustion region A is performed immediately after the sulfur desorption control is performed, the ignition timing retarded in the sulfur desorption control is advanced to the MBT side.
[0050]
A specific example of control by the ECU 50 will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
[0051]
When the processing shown in this flowchart is started, first, in step S1 of FIG. 4, signals such as the accelerator opening, the cycle measurement value of the crank angle signal, the measurement value of the air flow sensor 26, and the water temperature are input, and then in step S2, the sulfur desorption is performed. It is determined whether or not the release control permission flag FSRE is “1”.
[0052]
If the flag FSRE is not “1”, the engine based on the engine speed obtained from the period measurement value and the engine load obtained from the accelerator opening, etc. in step S3 in order to perform control based on the setting of the operation region. It is determined whether or not the operating state is in the stratified combustion region A in FIG. If it is determined that it is in the stratified charge combustion region A, it is further determined in step S4 whether or not a transition timer described later is being set.
[0053]
When in the stratified combustion region A and the transition timer is not being set (when the determination in step S4 is NO), the processing in steps S5 to S17 is performed as normal control in the stratified combustion region A.
[0054]
That is, in order to perform stratified combustion by performing fuel injection in the latter half of the compression stroke while keeping the air-fuel ratio lean, the injection amount Q of the compression stroke injection _D Is calculated (step S5), and the injection pulse width T corresponding thereto is calculated. _D And the injection timing INJD are calculated (step S6), the EGR valve opening EGRV is determined according to the engine speed Ne and the load Pe (step S7), and the ignition timing (Ig timing) IGT is calculated as the engine speed. And Ne according to the load Pe (step S8).
[0055]
When the EGR control timing is reached, the EGR valve 38 is controlled so that the EGR valve opening degree EGRV is reached (steps S9 and S10), and when the injection timing INJD is reached, the pulse T _D Thus, fuel injection from the injector 22 is executed (steps S11 and S12), and ignition is executed at the ignition timing IGT (steps S13 and S14).
[0056]
Furthermore, since sulfur is absorbed by the NOx catalyst during stratified combustion, the sulfur absorption amount GSA is estimated (step S15). As a method of estimating the sulfur absorption amount GSA, for example, an amount f per unit period can be obtained from a map according to the engine speed Ne and the load Pe. _SA (Ne, Pe) is obtained and accumulated. And, the sulfur absorption amount GSA is a set value K _SA It is determined whether or not the above has been reached (step S16), and the set value K _SA If not reached, the process returns as it is, but if it exceeds the set value, the regeneration control permission flag FSRE is set to “1” (step S17), and then the process returns.
[0057]
When it is determined in step S3 that the fuel cell is not in the stratified combustion region, the processing from step S18 onward in FIG. 5 is performed as normal control in the uniform combustion region A.
[0058]
That is, in order to perform uniform combustion by performing fuel injection in the first half of the intake stroke while setting the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio (or richer), the injection amount Q of the intake stroke injection _P Is calculated (step S18), and the injection pulse width T corresponding thereto is calculated. _P And the injection timing INJP are calculated (step S19), the EGR valve opening EGRV is determined according to the engine speed Ne and the load Pe (step S20), and the ignition timing (Ig timing) IGT is calculated as the engine speed. And Ne according to the load Pe (step S21).
[0059]
When the EGR control timing is reached, the EGR valve 38 is controlled so that the EGR valve opening EGRV is reached (steps S22 and S23), and when the injection timing INJP is reached, the pulse T _P Thus, fuel injection from the injector 22 is executed (steps S24 and S25), and ignition is executed when the ignition timing IGT is reached (steps S26 and S27).
[0060]
Further, it is determined whether or not the load Pe is in a high load region where Pe ≧ f (Pe3) and Pe ≧ f (Pe4) (step S28). If this determination is NO, the process returns as it is, and if YES, After setting the transition timer (step S29), the process proceeds to the later-described sulfur desorption degree estimation (step S43) and the like. This is because in such a high load region, the catalyst temperature becomes sufficiently high and sulfur desorption is performed without performing special sulfur desorption control.
[0061]
As described later, the transition timer sets and measures the delay time when the transition to the stratified combustion region is performed, and while the transition timer is in the high load region, the transition timer is simply reset and reset. Will not be counted down.
[0062]
If it is determined in step S2 that the sulfur desorption control permission flag FSRE is “1”, then in step S30 of FIG. 6, N1 ≦ Ne ≦ N2 and f (Pe4) ≦ Pe ≦ f. It is determined whether or not it is in the predetermined operation region C of (Pe3). If it is not in the predetermined operation region, the process proceeds to step S18 and subsequent steps.
[0063]
When it is determined in step S30 that the vehicle is in the predetermined operation region C, the routine proceeds to sulfur desorption control after step S31 in FIG.
[0064]
That is, in step S31, the injection amount Q is set so that the stoichiometric air-fuel ratio or a slightly richer air-fuel ratio is obtained. _P Then, in step S32, each injection pulse width T is set so that the divided injection in the intake stroke and the compression stroke is performed. _PS , T _DS In addition, the injection timings INJPS and INJDS are calculated. In this case, the injection pulse width is the injection amount Q _P F (Q _P ) And the split ratio a, T _PS = F (Q _P ) × a, T _DS = F (Q _P ) × (1-a).
[0065]
Subsequently, in steps S33 and S34, the EGR valve opening degree EGRV and the ignition timing IGT are calculated. In this case, the EGR valve opening degree EGRV is a value f corresponding to the engine speed and the load. _EGRP By multiplying (Ne, Pe) by a correction coefficient KEGR smaller than 1, the value is smaller than that during normal operation. The ignition timing IGT is an advance value f corresponding to the engine speed and load. _IGTP By retarding the retard correction amount KIG from (Ne, Pe), the retard is performed from the normal operation.
[0066]
Then, when the EGR control timing is reached, the EGR valve 38 is controlled so that the EGR valve opening degree EGRV is reached (steps S35 and S36), and when the previous injection timing INJPS of the divided injections is reached, the pulse width T _PS Then, fuel injection from the injector 22 is executed (steps S37 and S38), and if the subsequent injection timing INJDS is reached, the pulse width T _DS Thus, fuel injection from the injector 22 is executed (steps S39 and S40), and ignition is executed when the ignition timing IGT is reached (steps S41 and S42).
[0067]
Further, since sulfur is desorbed from the NOx catalyst by the sulfur desorption control in steps S31 to S42, the sulfur desorption degree SRE is estimated (step S43). As a method of estimating the sulfur desorption degree SRE, for example, an amount f per unit period can be obtained from a map according to the engine speed Ne and the load Pe. _SRE (Ne, Pe) is obtained and accumulated. The sulfur desorption degree SRE is a set value K _SRE It is determined whether or not the above has been reached (step S44), and the set value K _SRE If it has not reached, it will return as it is. On the other hand, the sulfur desorption degree SRE is the set value K _SRE If it is above, the sulfur desorption control permission flag FSRE is reset to “0” (step S45), and the estimated values of the sulfur absorption amount GSA and the sulfur desorption degree SRE are reset to “0” (step S45). S46) Further, after the transition timer is set, the process returns.
[0068]
If the operating state shifts to the stratified combustion operation region immediately after the sulfur desorption control is completed, the determination in step S2 is NO (flag FSRE is “0”), and the determination in step S3 is YES (stratified combustion region). Then, the determination in step S4 is YES (during transition timer setting). The same is true when the engine shifts from the predetermined high load region (the operation region in which the determination in step S28 is YES) to the stratified combustion region. In these cases, the processing after step S18 is performed, that is, the fuel injection is performed in the intake stroke while the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio as in the uniform combustion region.
[0069]
In this case, although not shown in the flowchart, the throttle valve is controlled by another routine so as to reduce the intake air amount as compared with the lean operation. Moreover, although the EGR valve opening is set according to the operating state, the relationship between the operating state and the EGR valve opening is set in advance so that the EGR rate becomes relatively large in this case. Further, the ignition timing is set to the basic ignition timing according to the operating state, and is advanced as compared with the time of sulfur desorption control.
[0070]
When such control is performed for a predetermined delay time and the delay time elapses, the transition timer is timed up and the determination in step S4 is changed to NO, so that the control in the original stratified combustion region is performed after step S5. Move on to processing.
[0071]
According to the in-cylinder injection engine equipped with the control device of the present embodiment as described above, as a basic control, when the operating state is in the stratified combustion region A on the low load low rotation side, the air-fuel ratio becomes lean. However, fuel is injected in the compression stroke and stratified combustion is performed, thereby improving fuel efficiency. In the lean operation state, NOx in the exhaust gas is absorbed by the NOx catalyst 35.
[0072]
When the operating state is in the uniform combustion region B on the high load side or the high rotation side, fuel is injected in the intake stroke while the air-fuel ratio is made the stoichiometric air-fuel ratio or richer, and uniform combustion is performed. When the operating state shifts from the stratified combustion region A to the uniform combustion region B, the air-fuel ratio changes to a stoichiometric or richer state, so that the NOx catalyst during the lean operation in the stratified combustion region A. NOx stored in 35 is released, and the NOx is reduced by CO or the like in the exhaust gas. The NOx catalyst 35 has a three-way purification function in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio, like the three-way catalyst. Therefore, when operating at a substantially stoichiometric air-fuel ratio in the uniform combustion region B, NOx, CO, and HC are purified. The
[0073]
Further, when the sulfur absorption amount becomes a predetermined value or more and the operation state is in the operation region C in FIG. 2, sulfur desorption control is performed. In this control, the air-fuel ratio is made rich and split injection of the intake stroke and the compression stroke is performed. According to this intake / compressed stroke split injection, a locally rich mixture is formed near the spark plug by the subsequent injection. The combustion speed immediately after ignition is increased, but since oxygen is low, CO is likely to be generated by combustion, and a uniform and lean air-fuel mixture is formed around the combustion chamber by the previous injection, Combustion becomes slow in the latter half of the combustion period, and the same effect as that obtained when the ignition timing is retarded is obtained, and the exhaust temperature is raised. Further, the exhaust gas temperature can be raised by reducing the EGR amount by correcting the EGR valve opening and by retarding the ignition timing. By these actions, the elimination of sulfur is promoted.
[0074]
By the way, the relationship between the catalyst temperature and the NOx absorption rate at the lean air-fuel ratio is as shown by a solid line in FIG. 7, and the NOx absorption rate becomes high in a specific temperature range (from about 250 ° C. to about 400 ° C.). When the catalyst temperature becomes higher than this temperature range, the NOx absorption rate decreases. On the other hand, the sulfur desorption performance is enhanced at a high temperature of about 450 ° C. to 500 ° C. or more as shown by a one-dot chain line in FIG. 7, and the catalyst is heated to such a high temperature for sulfur desorption control. Yes. For this reason, if it transfers to the stratified combustion area A immediately after completion | finish of sulfur desorption control, catalyst temperature will become high temperature rather than the temperature range with a high NOx absorption rate. Similarly, the catalyst temperature rises when the stratified charge combustion region A is shifted from the predetermined high load region.
[0075]
In such a case, the change of the air-fuel ratio to lean is delayed by the processing in step S4 and the like. During this delay period, the air-fuel ratio is made the stoichiometric air-fuel ratio, so that the state in which the NOx reduction action of the NOx catalyst is obtained is maintained, and deterioration of the NOx purification performance is avoided. In addition, since the fuel injection is performed in the intake stroke, the exhaust gas temperature is lower than that in the intake / compression stroke split injection as in the case of sulfur desorption control, and uniform combustion is performed in a high-load uniform combustion region. The exhaust gas temperature is lower because the load is lower and the fuel injection amount is smaller than when the engine is running.
[0076]
Further, the low temperature exhaust gas is recirculated from the EGR passage 37 of the EGR means shown in FIG. 1, and the EGR valve 38 is controlled so that the amount of EGR becomes relatively large. The amount of NOx to be reduced is reduced, and the combustion temperature and the exhaust gas temperature are lowered. Moreover, the action of lowering the exhaust gas temperature can also be obtained by stopping the retard at the ignition timing that was performed during the sulfur desorption control.
[0077]
As the exhaust gas temperature is lowered in this way, the catalyst temperature falls relatively quickly to a temperature range where the NOx absorption rate is high, and therefore the delay time by the transition timer may be set to be relatively short. After the lapse of the delay time, the air-fuel ratio is changed to lean and stratified combustion is performed. At that time, since the catalyst temperature is lowered to a temperature range where the NOx absorption rate is high, purification by NOx absorption is performed well. Will be.
[0078]
In addition, the specific structure of this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible, and other embodiment is described below.
[0079]
As the EGR means, as shown in FIG. 1, in addition to the EGR means that recirculates the low-temperature exhaust gas through the EGR cooler 39 from the downstream side of the exhaust passage that is a predetermined distance or more away from the exhaust manifold, The high temperature side EGR means for recirculating the exhaust gas is provided, and in the low load low rotation region in the lean operation region, the combustion gas is secured by the high temperature side EGR means in order to ensure combustion stability and avoid the catalyst temperature from being excessively lowered. You may make it reflux.
[0080]
Although not shown, the high temperature side EGR means may be configured to recirculate high temperature exhaust gas from the exhaust manifold upstream of the exhaust passage or its vicinity to the intake passage without passing through the EGR cooler.
[0081]
Alternatively, as shown in FIG. 8, there is provided a variable valve timing mechanism that varies the opening overlap period of the intake valve and the exhaust valve by making the opening / closing timing of the intake valve variable, and the high temperature side EGR means has the above described valve opening over. The internal EGR may be performed by controlling the variable valve timing mechanism so as to increase the lap period. In this case, in the low load low rotation region in the lean operation region, as shown by the broken line in FIG. 8, the opening / closing timing of the intake valve is advanced to increase the valve opening overlap period, and the temperature of the NOx catalyst is equal to or higher than a predetermined value. During the delay period when shifting to the lean operation region, the valve timing variable mechanism is controlled so as to reduce the valve opening overlap period by delaying the opening / closing timing of the intake valve as shown by the solid line in FIG. The external EGR may be performed by the EGR means shown in FIG.
[0082]
In the above embodiment, when it is determined in step S4 of FIG. 4 that the transition timer is being set (during the delay period when the NOx catalyst temperature is shifted to the stratified combustion region when the temperature of the NOx catalyst is equal to or higher than a predetermined value). Although the processing after step S18 similar to that in the uniform combustion region is performed, the processing as shown in FIG. 9 may be performed.
[0083]
That is, the process in FIG. 9 continues when the determination in step S4 in FIG. 4 is YES, and the injection amount Q is set so that the stoichiometric air-fuel ratio is obtained in step S51. _P In step S52, the injection pulse width T of each injection is calculated so that the fuel injection is performed twice in the intake stroke. _P 1, T _P 2 and injection timings INJP1 and INJP2 are calculated. In this case, the injection pulse width T of each injection _P 1, T _P 2 is the injection amount Q _P Is obtained from a value converted into a pulse width and a preset division ratio. Further, as shown in FIG. 10, the injection timings INJP1 and INJP2 are set so that the injection is started within the period from the first period to the middle period among the first period, the middle period, and the second period in which the intake stroke is divided into three. .
[0084]
Subsequently, in step S53, the EGR valve opening degree EGRV is obtained, and in this case, the EGR valve opening degree is set such that the EGR rate increases to 30% or more. Further, in step S54, the ignition timing IGT is obtained according to the engine speed and the load.
[0085]
When the EGR control timing is reached, the EGR valve 38 is controlled so that the EGR valve opening EGRV is reached (steps S55 and S56), and when the previous injection timing INJP1 of the divided injections is reached, the pulse width T _P 1, the fuel injection from the injector 22 is executed (steps S57 and S58), and if the subsequent injection timing INJP2 is reached, the pulse width T _P 2, fuel injection from the injector 22 is executed (steps S59 and S60), and ignition is executed when the ignition timing IGT is reached (steps S61 and S62).
[0086]
Also in this embodiment, when the transition to the stratified combustion region A immediately after the end of the sulfur desorption control or the transition to the stratified combustion region A from the predetermined high load region, the change of the air-fuel ratio to lean is delayed, By setting the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio during the delay period, the state in which NOx is reduced is maintained, and deterioration of the NOx purification performance is avoided. Further, in this embodiment, during the delay period, the fuel injection is performed in the period from the first period to the middle period of the intake stroke, and in this way, the diffusion and equalization of the injected fuel and the mixing with the air are good. By doing so, the combustion efficiency is increased. With this improvement in combustion efficiency, the exhaust gas temperature becomes even lower than in the intake stroke batch injection.
[0087]
In addition, since the combustion stability is enhanced by this intake stroke divided injection, it is possible to increase the EGR amount, and this operating region is a region of relatively low load and low rotation (original stratified combustion region A). In addition, for example, even when the EGR rate is set to 30% or more, the combustion stability is sufficiently ensured. Then, the exhaust gas temperature is further reduced by increasing the EGR rate in such a manner that the low temperature exhaust gas is recirculated by the EGR means shown in FIG.
[0088]
As described above, the intake stroke division injection and the increase in the EGR rate promote the decrease in the catalyst temperature to the temperature range where the NOx absorption rate is high.
[0089]
【The invention's effect】
As described above, the present invention When shifting to the lean operation region immediately after sulfur desorption control in which the catalyst is heated to a high temperature state, The change to the lean air-fuel ratio is delayed so that the stoichiometric air-fuel ratio is made approximately during the delay period, the fuel is injected from the injector within the intake stroke, and the exhaust gas temperature is reduced by the exhaust gas temperature reducing means. Therefore, immediately after entering the lean operation range when the catalyst temperature is higher than a predetermined value, NOx is purified by reduction, and the catalyst temperature is quickly lowered to a predetermined value or less, and then the lean air-fuel ratio is reached. Purification by absorption of NOx can be performed satisfactorily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic view showing an embodiment of an apparatus of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing setting of an operation region for fuel injection control and the like.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing fuel injection timing and the like during sulfur desorption control in a stratified combustion region, a uniform combustion region, and a predetermined operation region.
FIG. 4 is a first part of a flow chart showing a specific example of control divided into three parts.
FIG. 5 is a second part of the flowchart.
FIG. 6 is a third part of the flowchart.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between catalyst temperature, NOx absorption rate and sulfur desorption performance at a lean air-fuel ratio.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing valve timing when a variable valve mechanism is provided.
FIG. 9 is a flowchart showing another embodiment of control when the catalyst temperature is shifted to the stratified combustion region in a state where the catalyst temperature is equal to or higher than a predetermined value.
10 is an explanatory diagram showing the timing of fuel injection in the control shown in FIG.
[Explanation of symbols]
10 Engine body
15 Combustion chamber
20 Spark plug
21 Ignition system
22 Injector
35 NOx catalyst
37 EGR passage
38 EGR valve
50 ECU
51 Delay means
52 Air-fuel ratio control means
53 Fuel injection control means
54 Exhaust gas temperature reduction means

Claims

An NOx catalyst having a NOx absorbent that absorbs NOx in an oxygen-excess atmosphere and releases NOx as the oxygen concentration decreases, and is provided with an injector for injecting fuel directly into the combustion chamber; In a cylinder injection engine in which a lean operation region in which the air-fuel ratio is larger than the stoichiometric air-fuel ratio and an operation region in which the air-fuel ratio is less than or equal to the stoichiometric air-fuel ratio is set in advance, the NOx catalyst has NOx absorption Desulfurization control is performed to desorb sulfur by heating the temperature of the NOx catalyst to a high temperature state higher than a specific temperature range of a predetermined temperature range where the NOx absorption rate is high. Means, delay means for delaying a change to an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio when shifting to the lean operation region immediately after sulfur desorption control, and a delay period thereof An air-fuel ratio control means for making the air-fuel ratio substantially the stoichiometric air-fuel ratio by adjusting the amount of intake air during the period, a fuel injection control means for injecting fuel from the injector within the intake stroke during the delay period, and during the delay period A control apparatus for an in-cylinder injection type engine, comprising exhaust gas temperature reduction means for reducing exhaust gas temperature.

Sulfur elimination control when the NOx catalyst reaches a predetermined sulfur absorption conditions, according to claim 1, comprising a control to perform divided fuel injection from the injector in the intake stroke and the compression stroke In-cylinder injection engine control device.

The fuel injection control means performs the fuel injection from the injector divided into a plurality of times during the delay period, and divides the intake stroke into three equal parts, from the previous period to the middle period. 3. The control apparatus for a direct injection engine according to claim 1, wherein the control is performed so that each injection is started within a period.

Exhaust gas temperature reduction means, during the delay period, the EGR means for recirculating part of exhaust gases to an intake system, any one of claims 1 to 3, wherein the controller controls so that the EGR rate is increased 1 The in-cylinder injection engine control device according to claim.

The control apparatus for an in-cylinder injection engine according to claim 4 , wherein the exhaust gas temperature reduction means controls the EGR means so that the EGR rate becomes 30% or more during the delay period.

The sulfur desorption control when the NOx catalyst is in a predetermined sulfur absorption state includes a control for retarding the ignition timing rather than MBT, and the above-mentioned when the shift to the lean operation region immediately after the sulfur desorption control is performed. the exhaust gas temperature reduction means during the delay period, controls so as to advance than the ignition timing at the time of sulfur desorption control, claim 1, characterized in that for controlling the EGR means so EGR rate increases Or the control apparatus of the cylinder injection type engine of 2 .

EGR means, the control apparatus for a cylinder injection engine according to any one of claims 4 to 6, characterized in that it comprises a recirculation gas cooling means during EGR passage connecting the exhaust passage and an intake passage.

EGR means of the direct injection engine according to any one of claims 4 to 7, characterized in that retrieving the exhaust gas from a predetermined distance away engine lower position or its downstream of the exhaust passage from the exhaust manifold Control device.

In addition to the EGR means for recirculating the relatively low temperature exhaust gas, a high temperature side EGR means for recirculating the relatively high temperature exhaust gas is provided, and the high temperature side EGR means is driven in the low load low rotation region in the lean operation region, The EGR means for recirculating a relatively low temperature exhaust gas is driven during the delay period when the temperature of the NOx catalyst is shifted to the lean operation region when the temperature is equal to or higher than a predetermined value. control apparatus for a cylinder injection type engine according to any one of 4 to 7.

A variable valve timing mechanism is provided that varies the opening overlap period of the intake valve and the exhaust valve by making the opening / closing timing of the intake valve variable, and the high temperature side EGR means is configured to increase the valve opening overlap period. By controlling the timing variable mechanism, the internal EGR is performed, and the opening / closing timing of the intake valve is delayed during the delay period when the temperature of the NOx catalyst is shifted to the lean operation region when the temperature is equal to or higher than a predetermined value. The in-cylinder injection engine control apparatus according to claim 9 , wherein the valve timing variable mechanism is controlled to reduce the valve opening overlap period.