JP4666542B2 - 内燃機関の排気浄化制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排出ガス中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」と表記する）を吸蔵する触媒を備えた内燃機関の排気浄化制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直噴エンジンやリーンバーンエンジンのようにリーン燃焼が可能なエンジンでは、低負荷域で、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御するリーン運転を行うことで燃費を向上させ、高負荷域では、空燃比をリッチ側に制御するリッチ運転を行うことでエンジン出力を高めるようにしている。
【０００３】
また、リーン運転中は、排出ガス中のＮＯｘ量が多くなり、三元触媒ではＮＯｘを十分に浄化できないため、特許第２５８６７３８号公報、特許第２６００４９２号公報に示すように、排気管にＮＯｘ吸蔵還元型の触媒（いわゆるリーンＮＯｘ触媒）を設置したものがある。このリーンＮＯｘ触媒は、排出ガスがリーンとなるリーン運転中に排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、リッチ運転に切り換わった時に、それまでに吸蔵したＮＯｘをリッチガスで還元浄化する。従って、リーン運転が連続して行われる場合には、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が飽和量に達する前に、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるために、一時的にリッチ運転に切り換えるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、減速時等には、燃費節減のために燃料カットが行われるが、燃料カット中は、筒内で燃焼が発生せず、筒内に吸入された空気の酸素が消費されずにそのまま排気管内に排出されるため、排気管内の酸素濃度が著しく高くなる。このため、リーン運転中の燃料カット復帰直後にリッチ運転に切り換えても、排気管内の酸素濃度が低下するまでには、暫く時間がかかり、それまでは、リッチ運転を行っても、リーンＮＯｘ触媒に吸蔵したＮＯｘを還元浄化することができず、無駄に燃料を消費して燃費を悪化させる結果となる。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、燃料カット復帰後に無駄な燃料消費を避けながら触媒に吸蔵したＮＯｘを還元浄化して触媒のＮＯｘ吸蔵能力を早期に回復させることができ、ＮＯｘ浄化率向上と燃費向上とを両立させることができる内燃機関の排気浄化制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化制御装置は、リーン運転中に排出ガスのＮＯｘを触媒に吸蔵すると共に、排気浄化制御手段によってリーン運転中に一時的にリッチ運転に切り換えて触媒に吸蔵したＮＯｘを還元浄化する。そして、リーン運転中に燃料カットされた時には、該燃料カット復帰から所定期間が経過するまでリッチ運転への切り換えを運転切換禁止手段によって禁止する。このようにすれば、燃料カット復帰後は、排気管内の酸素濃度が低下するまでリッチ運転への切り換えを遅らせることができるので、従来のような燃料カット復帰直後のリッチ運転への切り換えによる無駄な燃料消費を避けることができ、燃費を向上できると共に、燃料カット復帰後に排気管内の酸素濃度が低下した段階で速やかにリッチ運転に切り換えて、触媒に吸蔵したＮＯｘを還元浄化して触媒のＮＯｘ吸蔵能力を早期に回復させることができ、ＮＯｘ浄化率を良好に維持することができる。
【０００７】
一般に、燃料カット中は、触媒のＮＯｘ吸蔵量が通常のリーン運転中よりも増加する傾向があるため、請求項２のように、燃料カット復帰から所定期間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、触媒へのリッチ成分供給量を通常のリッチ運転切換時のリッチ成分供給量よりも増量するようにすると良い。このようにすれば、燃料カットによる触媒のＮＯｘ吸蔵量の増加分を考慮してリッチ成分供給量を増量することができ、燃料カット復帰後の所定期間経過後に触媒のＮＯｘ吸蔵能力を速やかに回復させることができる。尚、リッチ成分供給量の増量は燃料噴射量の増量補正によって行えば良い。
【０００８】
この場合、燃料カット実行時間が長くなるほど、触媒のＮＯｘ吸蔵量が増加することを考慮して、請求項３のように、燃料カット復帰から所定期間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、触媒へのリッチ成分供給量を燃料カット実行時間に応じて増量するようにしても良い。このようにすれば、燃料カットによるＮＯｘ吸蔵量の増加分に応じてリッチ成分供給量を精度良く増量することができる。
【０００９】
更に、請求項４のように、燃料カット復帰から所定期間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、燃料カット中に触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量以上となった時間に応じて触媒へのリッチ成分供給量を増量するようにしても良い。つまり、燃料カットが行われても、触媒のＮＯｘ吸蔵量があまり多くなっていなければ、まだ触媒にＮＯｘを吸蔵する余裕があるため、リッチ運転に切り換える必要はない。従って、燃料カット中に触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量以上となった時間に基づいて、触媒から取り除くべきＮＯｘ量（還元浄化すべきＮＯｘ量）を判断して触媒へのリッチ成分供給量を増量すれば、リッチ成分供給量を更に精度良く設定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
《実施形態（１）》
以下、本発明を筒内噴射式内燃機関（直噴エンジン）に適用した実施形態（１）を図１乃至図４に基づいて説明する。
【００１１】
図１に示すように、直噴エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、ステップモータ１４によって開度調節されるスロットルバルブ１５が設けられている。ステップモータ１４がエンジン電子制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）１６からの出力信号に基づいて駆動されることで、スロットルバルブ１５の開度（スロットル開度）が制御され、そのスロットル開度に応じて各気筒ヘの吸入空気量が調節される。スロットルバルブ１５の近傍には、スロットル開度を検出するスロットルセンサ１７が設けられている。
【００１２】
このスロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１９が設けられ、このサージタンク１９に、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が接続されている。各気筒の吸気マニホールド２０内には、それぞれ第１吸気路２１と第２吸気路２２が仕切り形成され、これら第１吸気路２１と第２吸気路２２が、エンジン１１の各気筒に形成された２つの吸気ポート２３にそれぞれ連結されている。各気筒の第２吸気路２２内には、スワールコントロール弁２４が配置されている。各気筒のスワールコントロール弁２４は、共通のシャフト２５を介してステップモータ２６に連結されている。このステップモータ２６がＥＣＵ１６からの出力信号に基づいて駆動されることで、スワールコントロール弁２４の開度が制御され、その開度に応じて各気筒内のスワール流強度が調整される。ステップモータ２６には、スワールコントロール弁２４の開度を検出するスワールコントロール弁センサ２７が取り付けられている。
【００１３】
また、エンジン１１の各気筒の上部には、燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁２８が取り付けられている。燃料タンク（図示せず）から燃料配管４５を通して燃料デリバリパイプ２９に送られてくる燃料は、各気筒の燃料噴射弁２８から燃焼室内に噴射され、吸気ポート２３から導入される吸入空気と混合して混合気が形成される。燃料デリバリパイプ２９には、燃料の圧力を検出する燃圧センサ３０が取り付けられている。
【００１４】
更に、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ（図示せず）が取り付けられ、各点火プラグの点火によって燃焼室内の混合気が着火される。また、気筒判別センサ３２は、特定気筒が吸気上死点に達した時に気筒判別信号パルスを出力し、クランク角センサ３３は、エンジン１１のクランクシャフトが所定クランク角（例えば３０℃Ａ）回転する毎にクランク角信号パルスを出力し、このクランク角信号パルスの出力周波数によってエンジン回転速度Ｎｅが検出される。更に、このクランク角信号パルスと気筒判別信号パルスによって、クランク角の検出や気筒判別が行われる。
【００１５】
一方、エンジン１１の排気ポート３５には、排気マニホールド３６を介して排気管３７が接続されている。この排気管３７には、理論空燃比付近で排気を効率良く浄化する三元触媒３８とＮＯｘ吸蔵型のリーンＮＯｘ触媒３９とが直列に配置されている。このリーンＮＯｘ触媒３９は、排出ガス中の酸素濃度が高いリーン運転中に、排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、リッチ運転に切り換えられて排出ガス中の酸素濃度が低下した時に、吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出する。
【００１６】
また、排気管３７のうちの三元触媒３８の上流側とサージタンク１９との間には、排出ガスの一部を還流させるＥＧＲ配管４０が接続され、このＥＧＲ配管４０の途中に、ＥＧＲ量（排気還流量）を制御するＥＧＲ弁４１が設けられている。また、アクセルペダル１８には、アクセル開度を検出するアクセルセンサ４２が設けられている。
【００１７】
上述した各種センサの出力信号は、ＥＣＵ１６に入力される。このＥＣＵ１６は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された制御プログラムに従い、各種センサ出力に基づき、前述したステップモータ１４，２６、ＥＧＲ弁４１、燃料噴射弁２８、点火プラグの動作を制御する。例えば、低・中負荷運転時は、空燃比がリーンとなるように少量の燃料を圧縮行程で噴射し、点火プラグの近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させることで、燃費を向上させる（成層燃焼運転）。また、高負荷運転時は、理論空燃比付近又はそれよりも若干リッチとなるように燃料噴射量を増量し、燃料を吸気行程で噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させることで、エンジン出力を高める（均質燃焼運転）。尚、成層燃焼運転領域では、空燃比がリーンに制御されるが、均質燃焼運転領域でも、成層燃焼運転領域に近い領域では、空燃比がリーンに制御されるリーンバーン領域が存在する。
【００１８】
ところで、リーンＮＯｘ触媒３９は、排出ガス中の酸素濃度が高いリーン運転（成層燃焼運転及びリーンバーン運転）中に、排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、リッチ運転に切り換えられて排出ガス中の酸素濃度が低下した時に、吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出する。従って、リーン運転が連続して行われる場合には、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量が飽和量に達する前に、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるために、一時的にリッチ運転に切り換える必要がある。
【００１９】
しかし、リーン運転中に減速等で燃料カットが発生すると、排気管３７内の酸素濃度が高くなるため、燃料カット復帰直後にリッチ運転に切り換えても、排気管３７内の酸素濃度が低下するまでには、暫く時間がかかり、それまでは、リッチ運転を行っても、リーンＮＯｘ触媒３９に吸蔵したＮＯｘを還元浄化することができず、無駄に燃料を消費して燃費を悪化させる結果となる。
【００２０】
そこで、本実施形態（１）では、ＥＣＵ１６は、後述する図２乃至図４の各プログラムを実行することで、リーン運転中に燃料カットされた時に、該燃料カット復帰から所定時間が経過するまでリッチ運転への切り換えを禁止し、燃料カット復帰後に排気管３７内の酸素濃度が低下するまでリッチ運転への切り換えを遅らせる。以下、これら各プログラムの処理内容を説明する。
【００２１】
［ＮＯｘ吸蔵量算出］
図２のＮＯｘ吸蔵量算出プログラムは、所定時間毎に実行され、次のようにしてリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘを算出する。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、現在、リーン運転中であるか否かを判定し、リーン運転中であれば、ステップ１０２に進み、エンジン回転速度Ｎｅと要求トルクを読み込む。そして、次のステップ１０３で、前回演算時から今回演算時までのＮＯｘ吸蔵量増加分ｔＮＯｘを、エンジン回転速度Ｎｅと要求トルクに応じてマップ等により算出する。この後、ステップ１０４に進み、前回演算したＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘ(i-1) に今回のＮＯｘ吸蔵量増加分ｔＮＯｘを加算して、現在のＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘ(i) を求める。
ＱＮＯｘ(i) ←ＱＮＯｘ(i-1) ＋ｔＮＯｘ
【００２２】
一方、ステップ１０１で、リッチ運転と判定された場合は、ステップ１０５に進み、前回演算したＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘ(i-1) がプラス値であるか否かを判定し、ＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘ(i-1) がプラス値であれば、ステップ１０６に進み、前回演算したＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘ(i-1) から所定値αを減算して現在のＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘ(i) を求める。つまり、リッチ運転中は、排気管３７内の酸素濃度が低下してリーンＮＯｘ触媒３９にリッチガスが供給されるため、リーンＮＯｘ触媒３９に吸蔵したＮＯｘが還元浄化されて放出され、ＮＯｘ吸蔵量が徐々に減少する。この際、前回演算時から今回演算時までのＮＯｘ吸蔵量減少分（所定値α）は、演算処理の簡略化のために固定値としても良いが、排出ガスの空燃比や排出ガス流量等（つまりリーンＮＯｘ触媒３９へのリッチ成分供給量）に応じてマップ又は数式によってＮＯｘ吸蔵量減少分（所定値α）を算出するようにしても良い。
【００２３】
尚、上記ステップ１０５で、前回演算したＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘ(i-1) が０又はマイナス値の場合は、リーンＮＯｘ触媒３９にＮＯｘが吸蔵されていないと判断し、ＮＯｘ吸蔵量の減算処理（ステップ１０６）を行わずに本プログラムを終了する。
【００２４】
［燃料カット復帰後経過時間算出］
図３の燃料カット復帰後経過時間算出プログラムは、所定時間毎に実行され、燃料カット復帰後の経過時間（ＦＣＴｉｍｅ）を次のようにして算出する。本プログラムが起動されると、まずステップ２０１で、現在、燃料カット中であるか否かを判定し、燃料カット中であれば、ステップ２０２に進み、燃料カット復帰後経過時間をカウントするカウンタＦＣＴｉｍｅをクリアして本プログラムを終了する。
【００２５】
一方、燃料カット中でなければ、ステップ２０３に進み、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値を所定値Ｃｍａｘと比較し、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値が所定値Ｃｍａｘ以下であれば、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅをカウントアップし（ステップ２０５）、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値が所定値Ｃｍａｘを越えていれば、燃料カット復帰後経過時間カウンタの値ＦＣＴｉｍｅを所定値Ｃｍａｘにセットする（ステップ２０４）。ここで、所定値Ｃｍａｘは、燃料カット復帰後にリッチ運転への切り換えを禁止する時間よりも長い時間に相当する値に設定されている。
【００２６】
以上説明した処理により、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅは、燃料カット中にリセットされて、燃料カット復帰直後からカウントアップを開始し、その後、リッチ運転への切換禁止時間よりも長い時間が経過した時点で、カウントアップを停止して所定値Ｃｍａｘに維持される。
【００２７】
［排気浄化制御］
図４の排気浄化制御プログラムは、所定時間毎に実行され、特許請求の範囲でいう排気浄化制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まずステップ３０１で、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値がリッチ運転への切換禁止時間に相当する所定値Ｃ以上であるか否かを判定し、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値が所定値Ｃに達していなければ、ステップ３０３に進み、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨをＯＦＦに維持して、リッチ運転への切り換えを禁止する。これらステップ３０１，３０３の処理が特許請求の範囲でいう運転切換禁止手段としての役割を果たす。
【００２８】
その後、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値がリッチ運転への切換禁止時間に相当する所定値Ｃ以上になった時点で、ステップ３０２に進み、現在のリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが所定の切換判定値Ａ以上になったか否かを判定する。ここで、切換判定値Ａは、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ還元浄化を必要とする量、つまり、ＮＯｘ吸蔵量の飽和量に設定されている。従って、ＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが切換判定値Ａよりも少なければ、リーンＮＯｘ触媒３９にまだＮＯｘ吸蔵能力が残っていると判断して、ステップ３０３に進み、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨをＯＦＦに維持して、リッチ運転への切り換えを禁止する。
【００２９】
これに対し、ＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが切換判定値Ａ以上であれば、リーンＮＯｘ触媒３９の吸蔵ＮＯｘを還元浄化する必要があると判断して、ステップ３０４に進み、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨをＯＮに切り換えて、リッチ運転に切り換える。これにより、リーンＮＯｘ触媒３９にリッチガスを供給して、リーンＮＯｘ触媒３９の吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出し、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる。このリッチ運転は、リーンＮＯｘ触媒３９の吸蔵ＮＯｘの還元浄化に必要な所定時間だけ実施された後に、リーン運転に戻される。
【００３０】
以上説明した本実施形態（１）によれば、リーン運転中に燃料カットされた時に、該燃料カット復帰から所定時間が経過するまでリッチ運転への切り換えを禁止するようにしたので、燃料カット復帰後は、排気管３７内の酸素濃度が低下するまでリッチ運転への切り換えを遅らせることができる。その結果、従来のような燃料カット復帰直後のリッチ運転への切り換えによる無駄な燃料消費を避けることができ、燃費を向上できると共に、燃料カット復帰後に排気管３７内の酸素濃度が低下した段階で速やかにリッチ運転に切り換えて、リーンＮＯｘ触媒３９に吸蔵したＮＯｘを還元浄化してリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵能力を早期に回復させることができ、ＮＯｘ浄化率を良好に維持することができる。
【００３１】
尚、本実施形態（１）では、図２のＮＯｘ吸蔵量算出プログラムによって、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量をエンジン運転条件（エンジン回転速度Ｎｅ、要求トルク等）に基づいて算出するようにしたが、リーンＮＯｘ触媒３９の下流側に、リーンＮＯｘ触媒３９から流出する排出ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ（図示せず）を設置して、排出ガス中のＮＯｘ濃度からリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸着量を推定するようにしても良い。
【００３２】
《実施形態（２）》
一般に、燃料カット中は、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量が通常のリーン運転中よりも増加する傾向がある。この点を考慮して、本発明の実施形態（２）では、図５及び図６のプログラムを実行することで、燃料カット復帰から所定時間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、リーンＮＯｘ触媒３９へのリッチ成分供給量（燃料噴射量）を通常のリッチ運転切換時のリッチ成分供給量よりも増量するようにしている。尚、本実施形態（２）においても、図２のＮＯｘ吸蔵量算出プログラムによってＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘを算出し、図３の燃料カット復帰後経過時間算出プログラムによって燃料カット復帰後の経過時間ＦＣＴｉｍｅを算出する。以下、図５及び図６のプログラムの処理内容を説明する。
【００３３】
［排気浄化制御］
図５の排気浄化制御プログラムは、所定時間毎に実行され、まずステップ４０１で、現在のリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが所定の切換判定値Ａ以上になったか否かを判定し、ＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが切換判定値Ａよりも少なければ、リーンＮＯｘ触媒３９にまだＮＯｘ吸蔵能力が残っていると判断して、ステップ４０５に進み、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨをＯＦＦに維持して、リッチ運転への切り換えを禁止し、更に、次のステップ４０６で、増量フラグＸＦＣＲＩＣＨをＯＦＦに維持する。この増量フラグＸＦＣＲＩＣＨは、リーンＮＯｘ触媒３９へのリッチ成分供給量を増量するか否かを判別するためのフラグであり、この増量フラグＸＦＣＲＩＣＨがＯＦＦの場合には、リッチ成分供給量は増量されない。
【００３４】
上記ステップ４０１で、ＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが切換判定値Ａ以上と判定された場合は、ステップ４０２に進み、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値がリッチ運転への切換禁止時間に相当する所定値Ｃ以上であるか否かを判定し、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値が所定値Ｃに達していなければ、ステップ４０３に進み、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨをＯＦＦに維持して、リッチ運転への切り換えを禁止する。そして、次のステップ４０４で、増量フラグＸＦＣＲＩＣＨをＯＮに切り換えて、本プログラムを終了する。
【００３５】
これに対し、上記ステップ４０２で、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値がリッチ運転への切換禁止時間に相当する所定値Ｃ以上であれば、ステップ４０７に進み、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨをＯＮに切り換えて、リッチ運転に切り換える。
【００３６】
以上説明した処理により、燃料カット復帰から所定時間Ｃが経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、所定時間Ｃが経過する前にステップ４０４で増量フラグＸＦＣＲＩＣＨがＯＮに切り換えられているため、リッチ運転に切り換えられた時に、後述する図６の燃料噴射量算出プログラムによって燃料噴射量が増量補正され、リーンＮＯｘ触媒３９へのリッチ成分供給量が通常のリッチ運転切換時のリッチ成分供給量よりも増量される。
【００３７】
尚、通常のリッチ運転切換時は、ステップ４０６で、増量フラグＸＦＣＲＩＣＨがＯＦＦにセットされているため、リーンＮＯｘ触媒３９へのリッチ成分供給量（燃料噴射量）は増量されない。
【００３８】
［燃料噴射量算出］
図６の燃料噴射量算出プログラムは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、次のようにして燃料噴射量ＴＡＵを算出する。本プログラムが起動されると、まずステップ５０１で、エンジン回転速度Ｎｅ、負荷（吸入空気量、吸気管圧力、要求トルク等）を読み込み、次のステップ５０２で、エンジン回転速度Ｎｅと負荷に応じてマップ等からベース噴射量ＴＡＵＢを算出する。この後、ステップ５０３に進み、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨがＯＮであるか否かを判定し、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨがＯＮであれば、ステップ５０４に進み、噴射量増量値ＴＡＵＲを所定値ＴＡＵＲＩＣＨにセットする。この所定値ＴＡＵＲＩＣＨは、通常のリッチ運転切換時の噴射量増量値に相当する値に設定されている。また、この所定値ＴＡＵＲＩＣＨは、演算処理の簡略化のために固定値としても良いが、ベース噴射量ＴＡＵＢやエンジン運転条件等に応じて変化させても良い。
【００３９】
この後、ステップ５０６に進み、増量フラグＸＦＣＲＩＣＨがＯＮであるか否かを判定し、増量フラグＸＦＣＲＩＣＨがＯＮであれば、ステップ５０７に進み、噴射量増量値ＴＡＵＲを、所定値ＴＡＵＲＩＣＨに増量係数Ｋを乗算した値に設定する。
ＴＡＵＲ←ＴＡＵＲＩＣＨ×Ｋ
ここで、増量係数Ｋは１より大きい値に設定されている。従って、噴射量増量値ＴＡＵＲＩＣＨ×Ｋは、通常のリッチ運転切換時の噴射量増量値ＴＡＵＲＩＣＨよりも大きい値となる。
【００４０】
一方、上記ステップ５０３で、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨがＯＦＦと判定されると、ステップ５０５に進み、噴射量増量値ＴＡＵＲを０に設定する。
以上の処理により、噴射量増量値ＴＡＵＲを０又はＴＡＵＲＩＣＨ又はＴＡＵＲＩＣＨ×Ｋに設定した後、ステップ５０８に進み、ベース噴射量ＴＡＵＢに噴射量増量値ＴＡＵＲを加算して最終的な燃料噴射量ＴＡＵを求める。
【００４１】
これにより、通常のリーン運転中は、燃料噴射量ＴＡＵがベース噴射量ＴＡＵＢに等しくなり、通常のリッチ運転切換時は、燃料噴射量ＴＡＵがベース噴射量ＴＡＵＢよりも噴射量増量値ＴＡＵＲ分だけ増量され、更に、燃料カット復帰から所定時間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、燃料噴射量ＴＡＵがベース噴射量ＴＡＵＢよりも噴射量増量値ＴＡＵＲ×Ｋだけ増量される。
【００４２】
以上説明した本実施形態（２）では、燃料カット中は、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量が通常のリーン運転中よりも増加する傾向があることを考慮して、燃料カット復帰から所定時間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、リーンＮＯｘ触媒３９へのリッチ成分供給量（燃料噴射量）を通常のリッチ運転切換時のリッチ成分供給量（燃料噴射量）よりも増量するようにしたので、燃料カットによるＮＯｘ吸蔵量の増加分に応じてリッチ成分供給量を精度良く増量することができ、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵能力を速やかに回復させることができる。
【００４３】
《実施形態（３）》
上記実施形態（２）では、燃料カット復帰から所定時間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合の噴射量増量値ＴＡＵＲに対する増量係数Ｋは、演算処理の簡略化のために固定値としたが、燃料カット実行時間が長くなるほど、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量が増加することを考慮して、燃料カット実行時間が長くなるほど、増量係数Ｋを大きくするように設定しても良い。
【００４４】
また、燃料カットが行われても、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量があまり多くなっていなければ、まだリーンＮＯｘ触媒３９にＮＯｘを吸蔵する余裕があるため、リッチ運転に切り換える必要はない。この点を考慮して、燃料カット中にリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量が所定量以上となった時間に応じて増量係数Ｋを設定しても良い。
【００４５】
これを具体化した本発明の実施形態（３）では、図７の増量係数算出プログラムを所定時間毎に実行することで、次のようにして増量係数Ｋを算出する。本プログラムが起動されると、まずステップ６０１で、現在のリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが所定値Ａ以上であるか否かを判定し、ＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが所定値Ａよりも少なければ、ステップ６０２に進み、燃料カット中にＮＯｘ吸蔵量が所定値Ａ以上となった時間をカウントするカウンタＣＦＣを０にリセットして本プログラムを終了する。
【００４６】
その後、ＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが所定値Ａ以上になった時点で、ステップ６０３に進み、燃料カット中であるか否かを判定し、燃料カット中であれば、ステップ６０４に進み、カウンタＣＦＣをカウントアップする。これにより、燃料カット中にＮＯｘ吸蔵量が所定値Ａ以上となった時間をカウントする。
【００４７】
一方、上記ステップ６０３で、燃料カット中でないと判定された場合は、ステップ６０５に進み、燃料カット復帰直後であるか否かを判定し、燃料カット復帰直後であれば、ステップ６０６に進み、その時点のカウンタＣＦＣの値に応じて図８のマップにより増量係数Ｋを算出する。図８のマップは、カウンタＣＦＣの値が大きくなるほど、増量係数Ｋが大きくなるように設定されている。但し、増量係数Ｋは１よりも大きい値となる。
【００４８】
以上説明した本実施形態（３）では、燃料カット中にリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量が所定値Ａ以上となった時間に応じて増量係数Ｋを設定するようにしたので、リーンＮＯｘ触媒３９へのリッチ成分供給量を更に精度良く設定することができる。
【００４９】
尚、上記実施形態（２），（３）では、燃料カット復帰から所定時間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合に、通常のリッチ運転切換時の噴射量増量値ＴＡＵＲＩＣＨに増量係数Ｋを乗算することで、通常のリッチ運転切換時よりも増量した噴射量増量値ＴＡＵＲＩＣＨ×Ｋを求めるようにしたが、この噴射量増量値ＴＡＵＲＩＣＨ×Ｋをマップ等により直接算出するようにしても良い。
【００５０】
上記各実施形態（１）〜（３）は、本発明を筒内噴射式内燃機関（直噴エンジン）に適用したものであるが、リーンバーンエンジンにも同様に適用して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）におけるエンジン制御系システム全体の概略構成を示す図
【図２】実施形態（１）のＮＯｘ吸蔵量算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図３】実施形態（１）の燃料カット復帰後経過時間算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図４】実施形態（１）の排気浄化制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図５】実施形態（２）の排気浄化制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図６】実施形態（２）の燃料噴射量算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図７】実施形態（３）の増量係数算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図８】カウンタＣＦＣの値に応じて増量係数Ｋを求めるマップを概念的に示す図
【符号の説明】
１１…直噴エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、１６…ＥＣＵ（排気浄化制御手段，運転切換禁止手段）、２４…スワールコントロール弁、２８…燃料噴射弁、３７…排気管、３８…三元触媒、３９…リーンＮＯｘ触媒、４１…ＥＧＲ弁。
【発明の属する技術分野】
本発明は、排出ガス中の窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」と表記する）を吸蔵する触媒を備えた内燃機関の排気浄化制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
直噴エンジンやリーンバーンエンジンのようにリーン燃焼が可能なエンジンでは、低負荷域で、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御するリーン運転を行うことで燃費を向上させ、高負荷域では、空燃比をリッチ側に制御するリッチ運転を行うことでエンジン出力を高めるようにしている。
【０００３】
また、リーン運転中は、排出ガス中のＮＯｘ量が多くなり、三元触媒ではＮＯｘを十分に浄化できないため、特許第２５８６７３８号公報、特許第２６００４９２号公報に示すように、排気管にＮＯｘ吸蔵還元型の触媒（いわゆるリーンＮＯｘ触媒）を設置したものがある。このリーンＮＯｘ触媒は、排出ガスがリーンとなるリーン運転中に排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、リッチ運転に切り換わった時に、それまでに吸蔵したＮＯｘをリッチガスで還元浄化する。従って、リーン運転が連続して行われる場合には、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が飽和量に達する前に、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるために、一時的にリッチ運転に切り換えるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、減速時等には、燃費節減のために燃料カットが行われるが、燃料カット中は、筒内で燃焼が発生せず、筒内に吸入された空気の酸素が消費されずにそのまま排気管内に排出されるため、排気管内の酸素濃度が著しく高くなる。このため、リーン運転中の燃料カット復帰直後にリッチ運転に切り換えても、排気管内の酸素濃度が低下するまでには、暫く時間がかかり、それまでは、リッチ運転を行っても、リーンＮＯｘ触媒に吸蔵したＮＯｘを還元浄化することができず、無駄に燃料を消費して燃費を悪化させる結果となる。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、燃料カット復帰後に無駄な燃料消費を避けながら触媒に吸蔵したＮＯｘを還元浄化して触媒のＮＯｘ吸蔵能力を早期に回復させることができ、ＮＯｘ浄化率向上と燃費向上とを両立させることができる内燃機関の排気浄化制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化制御装置は、リーン運転中に排出ガスのＮＯｘを触媒に吸蔵すると共に、排気浄化制御手段によってリーン運転中に一時的にリッチ運転に切り換えて触媒に吸蔵したＮＯｘを還元浄化する。そして、リーン運転中に燃料カットされた時には、該燃料カット復帰から所定期間が経過するまでリッチ運転への切り換えを運転切換禁止手段によって禁止する。このようにすれば、燃料カット復帰後は、排気管内の酸素濃度が低下するまでリッチ運転への切り換えを遅らせることができるので、従来のような燃料カット復帰直後のリッチ運転への切り換えによる無駄な燃料消費を避けることができ、燃費を向上できると共に、燃料カット復帰後に排気管内の酸素濃度が低下した段階で速やかにリッチ運転に切り換えて、触媒に吸蔵したＮＯｘを還元浄化して触媒のＮＯｘ吸蔵能力を早期に回復させることができ、ＮＯｘ浄化率を良好に維持することができる。
【０００７】
一般に、燃料カット中は、触媒のＮＯｘ吸蔵量が通常のリーン運転中よりも増加する傾向があるため、請求項２のように、燃料カット復帰から所定期間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、触媒へのリッチ成分供給量を通常のリッチ運転切換時のリッチ成分供給量よりも増量するようにすると良い。このようにすれば、燃料カットによる触媒のＮＯｘ吸蔵量の増加分を考慮してリッチ成分供給量を増量することができ、燃料カット復帰後の所定期間経過後に触媒のＮＯｘ吸蔵能力を速やかに回復させることができる。尚、リッチ成分供給量の増量は燃料噴射量の増量補正によって行えば良い。
【０００８】
この場合、燃料カット実行時間が長くなるほど、触媒のＮＯｘ吸蔵量が増加することを考慮して、請求項３のように、燃料カット復帰から所定期間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、触媒へのリッチ成分供給量を燃料カット実行時間に応じて増量するようにしても良い。このようにすれば、燃料カットによるＮＯｘ吸蔵量の増加分に応じてリッチ成分供給量を精度良く増量することができる。
【０００９】
更に、請求項４のように、燃料カット復帰から所定期間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、燃料カット中に触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量以上となった時間に応じて触媒へのリッチ成分供給量を増量するようにしても良い。つまり、燃料カットが行われても、触媒のＮＯｘ吸蔵量があまり多くなっていなければ、まだ触媒にＮＯｘを吸蔵する余裕があるため、リッチ運転に切り換える必要はない。従って、燃料カット中に触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量以上となった時間に基づいて、触媒から取り除くべきＮＯｘ量（還元浄化すべきＮＯｘ量）を判断して触媒へのリッチ成分供給量を増量すれば、リッチ成分供給量を更に精度良く設定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
《実施形態（１）》
以下、本発明を筒内噴射式内燃機関（直噴エンジン）に適用した実施形態（１）を図１乃至図４に基づいて説明する。
【００１１】
図１に示すように、直噴エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、ステップモータ１４によって開度調節されるスロットルバルブ１５が設けられている。ステップモータ１４がエンジン電子制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）１６からの出力信号に基づいて駆動されることで、スロットルバルブ１５の開度（スロットル開度）が制御され、そのスロットル開度に応じて各気筒ヘの吸入空気量が調節される。スロットルバルブ１５の近傍には、スロットル開度を検出するスロットルセンサ１７が設けられている。
【００１２】
このスロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１９が設けられ、このサージタンク１９に、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が接続されている。各気筒の吸気マニホールド２０内には、それぞれ第１吸気路２１と第２吸気路２２が仕切り形成され、これら第１吸気路２１と第２吸気路２２が、エンジン１１の各気筒に形成された２つの吸気ポート２３にそれぞれ連結されている。各気筒の第２吸気路２２内には、スワールコントロール弁２４が配置されている。各気筒のスワールコントロール弁２４は、共通のシャフト２５を介してステップモータ２６に連結されている。このステップモータ２６がＥＣＵ１６からの出力信号に基づいて駆動されることで、スワールコントロール弁２４の開度が制御され、その開度に応じて各気筒内のスワール流強度が調整される。ステップモータ２６には、スワールコントロール弁２４の開度を検出するスワールコントロール弁センサ２７が取り付けられている。
【００１３】
また、エンジン１１の各気筒の上部には、燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁２８が取り付けられている。燃料タンク（図示せず）から燃料配管４５を通して燃料デリバリパイプ２９に送られてくる燃料は、各気筒の燃料噴射弁２８から燃焼室内に噴射され、吸気ポート２３から導入される吸入空気と混合して混合気が形成される。燃料デリバリパイプ２９には、燃料の圧力を検出する燃圧センサ３０が取り付けられている。
【００１４】
更に、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ（図示せず）が取り付けられ、各点火プラグの点火によって燃焼室内の混合気が着火される。また、気筒判別センサ３２は、特定気筒が吸気上死点に達した時に気筒判別信号パルスを出力し、クランク角センサ３３は、エンジン１１のクランクシャフトが所定クランク角（例えば３０℃Ａ）回転する毎にクランク角信号パルスを出力し、このクランク角信号パルスの出力周波数によってエンジン回転速度Ｎｅが検出される。更に、このクランク角信号パルスと気筒判別信号パルスによって、クランク角の検出や気筒判別が行われる。
【００１５】
一方、エンジン１１の排気ポート３５には、排気マニホールド３６を介して排気管３７が接続されている。この排気管３７には、理論空燃比付近で排気を効率良く浄化する三元触媒３８とＮＯｘ吸蔵型のリーンＮＯｘ触媒３９とが直列に配置されている。このリーンＮＯｘ触媒３９は、排出ガス中の酸素濃度が高いリーン運転中に、排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、リッチ運転に切り換えられて排出ガス中の酸素濃度が低下した時に、吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出する。
【００１６】
また、排気管３７のうちの三元触媒３８の上流側とサージタンク１９との間には、排出ガスの一部を還流させるＥＧＲ配管４０が接続され、このＥＧＲ配管４０の途中に、ＥＧＲ量（排気還流量）を制御するＥＧＲ弁４１が設けられている。また、アクセルペダル１８には、アクセル開度を検出するアクセルセンサ４２が設けられている。
【００１７】
上述した各種センサの出力信号は、ＥＣＵ１６に入力される。このＥＣＵ１６は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された制御プログラムに従い、各種センサ出力に基づき、前述したステップモータ１４，２６、ＥＧＲ弁４１、燃料噴射弁２８、点火プラグの動作を制御する。例えば、低・中負荷運転時は、空燃比がリーンとなるように少量の燃料を圧縮行程で噴射し、点火プラグの近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させることで、燃費を向上させる（成層燃焼運転）。また、高負荷運転時は、理論空燃比付近又はそれよりも若干リッチとなるように燃料噴射量を増量し、燃料を吸気行程で噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させることで、エンジン出力を高める（均質燃焼運転）。尚、成層燃焼運転領域では、空燃比がリーンに制御されるが、均質燃焼運転領域でも、成層燃焼運転領域に近い領域では、空燃比がリーンに制御されるリーンバーン領域が存在する。
【００１８】
ところで、リーンＮＯｘ触媒３９は、排出ガス中の酸素濃度が高いリーン運転（成層燃焼運転及びリーンバーン運転）中に、排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、リッチ運転に切り換えられて排出ガス中の酸素濃度が低下した時に、吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出する。従って、リーン運転が連続して行われる場合には、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量が飽和量に達する前に、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるために、一時的にリッチ運転に切り換える必要がある。
【００１９】
しかし、リーン運転中に減速等で燃料カットが発生すると、排気管３７内の酸素濃度が高くなるため、燃料カット復帰直後にリッチ運転に切り換えても、排気管３７内の酸素濃度が低下するまでには、暫く時間がかかり、それまでは、リッチ運転を行っても、リーンＮＯｘ触媒３９に吸蔵したＮＯｘを還元浄化することができず、無駄に燃料を消費して燃費を悪化させる結果となる。
【００２０】
そこで、本実施形態（１）では、ＥＣＵ１６は、後述する図２乃至図４の各プログラムを実行することで、リーン運転中に燃料カットされた時に、該燃料カット復帰から所定時間が経過するまでリッチ運転への切り換えを禁止し、燃料カット復帰後に排気管３７内の酸素濃度が低下するまでリッチ運転への切り換えを遅らせる。以下、これら各プログラムの処理内容を説明する。
【００２１】
［ＮＯｘ吸蔵量算出］
図２のＮＯｘ吸蔵量算出プログラムは、所定時間毎に実行され、次のようにしてリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘを算出する。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、現在、リーン運転中であるか否かを判定し、リーン運転中であれば、ステップ１０２に進み、エンジン回転速度Ｎｅと要求トルクを読み込む。そして、次のステップ１０３で、前回演算時から今回演算時までのＮＯｘ吸蔵量増加分ｔＮＯｘを、エンジン回転速度Ｎｅと要求トルクに応じてマップ等により算出する。この後、ステップ１０４に進み、前回演算したＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘ(i-1) に今回のＮＯｘ吸蔵量増加分ｔＮＯｘを加算して、現在のＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘ(i) を求める。
ＱＮＯｘ(i) ←ＱＮＯｘ(i-1) ＋ｔＮＯｘ
【００２２】
一方、ステップ１０１で、リッチ運転と判定された場合は、ステップ１０５に進み、前回演算したＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘ(i-1) がプラス値であるか否かを判定し、ＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘ(i-1) がプラス値であれば、ステップ１０６に進み、前回演算したＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘ(i-1) から所定値αを減算して現在のＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘ(i) を求める。つまり、リッチ運転中は、排気管３７内の酸素濃度が低下してリーンＮＯｘ触媒３９にリッチガスが供給されるため、リーンＮＯｘ触媒３９に吸蔵したＮＯｘが還元浄化されて放出され、ＮＯｘ吸蔵量が徐々に減少する。この際、前回演算時から今回演算時までのＮＯｘ吸蔵量減少分（所定値α）は、演算処理の簡略化のために固定値としても良いが、排出ガスの空燃比や排出ガス流量等（つまりリーンＮＯｘ触媒３９へのリッチ成分供給量）に応じてマップ又は数式によってＮＯｘ吸蔵量減少分（所定値α）を算出するようにしても良い。
【００２３】
尚、上記ステップ１０５で、前回演算したＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘ(i-1) が０又はマイナス値の場合は、リーンＮＯｘ触媒３９にＮＯｘが吸蔵されていないと判断し、ＮＯｘ吸蔵量の減算処理（ステップ１０６）を行わずに本プログラムを終了する。
【００２４】
［燃料カット復帰後経過時間算出］
図３の燃料カット復帰後経過時間算出プログラムは、所定時間毎に実行され、燃料カット復帰後の経過時間（ＦＣＴｉｍｅ）を次のようにして算出する。本プログラムが起動されると、まずステップ２０１で、現在、燃料カット中であるか否かを判定し、燃料カット中であれば、ステップ２０２に進み、燃料カット復帰後経過時間をカウントするカウンタＦＣＴｉｍｅをクリアして本プログラムを終了する。
【００２５】
一方、燃料カット中でなければ、ステップ２０３に進み、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値を所定値Ｃｍａｘと比較し、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値が所定値Ｃｍａｘ以下であれば、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅをカウントアップし（ステップ２０５）、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値が所定値Ｃｍａｘを越えていれば、燃料カット復帰後経過時間カウンタの値ＦＣＴｉｍｅを所定値Ｃｍａｘにセットする（ステップ２０４）。ここで、所定値Ｃｍａｘは、燃料カット復帰後にリッチ運転への切り換えを禁止する時間よりも長い時間に相当する値に設定されている。
【００２６】
以上説明した処理により、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅは、燃料カット中にリセットされて、燃料カット復帰直後からカウントアップを開始し、その後、リッチ運転への切換禁止時間よりも長い時間が経過した時点で、カウントアップを停止して所定値Ｃｍａｘに維持される。
【００２７】
［排気浄化制御］
図４の排気浄化制御プログラムは、所定時間毎に実行され、特許請求の範囲でいう排気浄化制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まずステップ３０１で、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値がリッチ運転への切換禁止時間に相当する所定値Ｃ以上であるか否かを判定し、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値が所定値Ｃに達していなければ、ステップ３０３に進み、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨをＯＦＦに維持して、リッチ運転への切り換えを禁止する。これらステップ３０１，３０３の処理が特許請求の範囲でいう運転切換禁止手段としての役割を果たす。
【００２８】
その後、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値がリッチ運転への切換禁止時間に相当する所定値Ｃ以上になった時点で、ステップ３０２に進み、現在のリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが所定の切換判定値Ａ以上になったか否かを判定する。ここで、切換判定値Ａは、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ還元浄化を必要とする量、つまり、ＮＯｘ吸蔵量の飽和量に設定されている。従って、ＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが切換判定値Ａよりも少なければ、リーンＮＯｘ触媒３９にまだＮＯｘ吸蔵能力が残っていると判断して、ステップ３０３に進み、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨをＯＦＦに維持して、リッチ運転への切り換えを禁止する。
【００２９】
これに対し、ＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが切換判定値Ａ以上であれば、リーンＮＯｘ触媒３９の吸蔵ＮＯｘを還元浄化する必要があると判断して、ステップ３０４に進み、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨをＯＮに切り換えて、リッチ運転に切り換える。これにより、リーンＮＯｘ触媒３９にリッチガスを供給して、リーンＮＯｘ触媒３９の吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出し、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる。このリッチ運転は、リーンＮＯｘ触媒３９の吸蔵ＮＯｘの還元浄化に必要な所定時間だけ実施された後に、リーン運転に戻される。
【００３０】
以上説明した本実施形態（１）によれば、リーン運転中に燃料カットされた時に、該燃料カット復帰から所定時間が経過するまでリッチ運転への切り換えを禁止するようにしたので、燃料カット復帰後は、排気管３７内の酸素濃度が低下するまでリッチ運転への切り換えを遅らせることができる。その結果、従来のような燃料カット復帰直後のリッチ運転への切り換えによる無駄な燃料消費を避けることができ、燃費を向上できると共に、燃料カット復帰後に排気管３７内の酸素濃度が低下した段階で速やかにリッチ運転に切り換えて、リーンＮＯｘ触媒３９に吸蔵したＮＯｘを還元浄化してリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵能力を早期に回復させることができ、ＮＯｘ浄化率を良好に維持することができる。
【００３１】
尚、本実施形態（１）では、図２のＮＯｘ吸蔵量算出プログラムによって、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量をエンジン運転条件（エンジン回転速度Ｎｅ、要求トルク等）に基づいて算出するようにしたが、リーンＮＯｘ触媒３９の下流側に、リーンＮＯｘ触媒３９から流出する排出ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ（図示せず）を設置して、排出ガス中のＮＯｘ濃度からリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸着量を推定するようにしても良い。
【００３２】
《実施形態（２）》
一般に、燃料カット中は、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量が通常のリーン運転中よりも増加する傾向がある。この点を考慮して、本発明の実施形態（２）では、図５及び図６のプログラムを実行することで、燃料カット復帰から所定時間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、リーンＮＯｘ触媒３９へのリッチ成分供給量（燃料噴射量）を通常のリッチ運転切換時のリッチ成分供給量よりも増量するようにしている。尚、本実施形態（２）においても、図２のＮＯｘ吸蔵量算出プログラムによってＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘを算出し、図３の燃料カット復帰後経過時間算出プログラムによって燃料カット復帰後の経過時間ＦＣＴｉｍｅを算出する。以下、図５及び図６のプログラムの処理内容を説明する。
【００３３】
［排気浄化制御］
図５の排気浄化制御プログラムは、所定時間毎に実行され、まずステップ４０１で、現在のリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが所定の切換判定値Ａ以上になったか否かを判定し、ＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが切換判定値Ａよりも少なければ、リーンＮＯｘ触媒３９にまだＮＯｘ吸蔵能力が残っていると判断して、ステップ４０５に進み、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨをＯＦＦに維持して、リッチ運転への切り換えを禁止し、更に、次のステップ４０６で、増量フラグＸＦＣＲＩＣＨをＯＦＦに維持する。この増量フラグＸＦＣＲＩＣＨは、リーンＮＯｘ触媒３９へのリッチ成分供給量を増量するか否かを判別するためのフラグであり、この増量フラグＸＦＣＲＩＣＨがＯＦＦの場合には、リッチ成分供給量は増量されない。
【００３４】
上記ステップ４０１で、ＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが切換判定値Ａ以上と判定された場合は、ステップ４０２に進み、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値がリッチ運転への切換禁止時間に相当する所定値Ｃ以上であるか否かを判定し、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値が所定値Ｃに達していなければ、ステップ４０３に進み、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨをＯＦＦに維持して、リッチ運転への切り換えを禁止する。そして、次のステップ４０４で、増量フラグＸＦＣＲＩＣＨをＯＮに切り換えて、本プログラムを終了する。
【００３５】
これに対し、上記ステップ４０２で、燃料カット復帰後経過時間カウンタＦＣＴｉｍｅの値がリッチ運転への切換禁止時間に相当する所定値Ｃ以上であれば、ステップ４０７に進み、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨをＯＮに切り換えて、リッチ運転に切り換える。
【００３６】
以上説明した処理により、燃料カット復帰から所定時間Ｃが経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、所定時間Ｃが経過する前にステップ４０４で増量フラグＸＦＣＲＩＣＨがＯＮに切り換えられているため、リッチ運転に切り換えられた時に、後述する図６の燃料噴射量算出プログラムによって燃料噴射量が増量補正され、リーンＮＯｘ触媒３９へのリッチ成分供給量が通常のリッチ運転切換時のリッチ成分供給量よりも増量される。
【００３７】
尚、通常のリッチ運転切換時は、ステップ４０６で、増量フラグＸＦＣＲＩＣＨがＯＦＦにセットされているため、リーンＮＯｘ触媒３９へのリッチ成分供給量（燃料噴射量）は増量されない。
【００３８】
［燃料噴射量算出］
図６の燃料噴射量算出プログラムは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行され、次のようにして燃料噴射量ＴＡＵを算出する。本プログラムが起動されると、まずステップ５０１で、エンジン回転速度Ｎｅ、負荷（吸入空気量、吸気管圧力、要求トルク等）を読み込み、次のステップ５０２で、エンジン回転速度Ｎｅと負荷に応じてマップ等からベース噴射量ＴＡＵＢを算出する。この後、ステップ５０３に進み、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨがＯＮであるか否かを判定し、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨがＯＮであれば、ステップ５０４に進み、噴射量増量値ＴＡＵＲを所定値ＴＡＵＲＩＣＨにセットする。この所定値ＴＡＵＲＩＣＨは、通常のリッチ運転切換時の噴射量増量値に相当する値に設定されている。また、この所定値ＴＡＵＲＩＣＨは、演算処理の簡略化のために固定値としても良いが、ベース噴射量ＴＡＵＢやエンジン運転条件等に応じて変化させても良い。
【００３９】
この後、ステップ５０６に進み、増量フラグＸＦＣＲＩＣＨがＯＮであるか否かを判定し、増量フラグＸＦＣＲＩＣＨがＯＮであれば、ステップ５０７に進み、噴射量増量値ＴＡＵＲを、所定値ＴＡＵＲＩＣＨに増量係数Ｋを乗算した値に設定する。
ＴＡＵＲ←ＴＡＵＲＩＣＨ×Ｋ
ここで、増量係数Ｋは１より大きい値に設定されている。従って、噴射量増量値ＴＡＵＲＩＣＨ×Ｋは、通常のリッチ運転切換時の噴射量増量値ＴＡＵＲＩＣＨよりも大きい値となる。
【００４０】
一方、上記ステップ５０３で、リッチ要求フラグＸＲＩＣＨがＯＦＦと判定されると、ステップ５０５に進み、噴射量増量値ＴＡＵＲを０に設定する。
以上の処理により、噴射量増量値ＴＡＵＲを０又はＴＡＵＲＩＣＨ又はＴＡＵＲＩＣＨ×Ｋに設定した後、ステップ５０８に進み、ベース噴射量ＴＡＵＢに噴射量増量値ＴＡＵＲを加算して最終的な燃料噴射量ＴＡＵを求める。
【００４１】
これにより、通常のリーン運転中は、燃料噴射量ＴＡＵがベース噴射量ＴＡＵＢに等しくなり、通常のリッチ運転切換時は、燃料噴射量ＴＡＵがベース噴射量ＴＡＵＢよりも噴射量増量値ＴＡＵＲ分だけ増量され、更に、燃料カット復帰から所定時間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、燃料噴射量ＴＡＵがベース噴射量ＴＡＵＢよりも噴射量増量値ＴＡＵＲ×Ｋだけ増量される。
【００４２】
以上説明した本実施形態（２）では、燃料カット中は、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量が通常のリーン運転中よりも増加する傾向があることを考慮して、燃料カット復帰から所定時間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、リーンＮＯｘ触媒３９へのリッチ成分供給量（燃料噴射量）を通常のリッチ運転切換時のリッチ成分供給量（燃料噴射量）よりも増量するようにしたので、燃料カットによるＮＯｘ吸蔵量の増加分に応じてリッチ成分供給量を精度良く増量することができ、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵能力を速やかに回復させることができる。
【００４３】
《実施形態（３）》
上記実施形態（２）では、燃料カット復帰から所定時間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合の噴射量増量値ＴＡＵＲに対する増量係数Ｋは、演算処理の簡略化のために固定値としたが、燃料カット実行時間が長くなるほど、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量が増加することを考慮して、燃料カット実行時間が長くなるほど、増量係数Ｋを大きくするように設定しても良い。
【００４４】
また、燃料カットが行われても、リーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量があまり多くなっていなければ、まだリーンＮＯｘ触媒３９にＮＯｘを吸蔵する余裕があるため、リッチ運転に切り換える必要はない。この点を考慮して、燃料カット中にリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量が所定量以上となった時間に応じて増量係数Ｋを設定しても良い。
【００４５】
これを具体化した本発明の実施形態（３）では、図７の増量係数算出プログラムを所定時間毎に実行することで、次のようにして増量係数Ｋを算出する。本プログラムが起動されると、まずステップ６０１で、現在のリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが所定値Ａ以上であるか否かを判定し、ＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが所定値Ａよりも少なければ、ステップ６０２に進み、燃料カット中にＮＯｘ吸蔵量が所定値Ａ以上となった時間をカウントするカウンタＣＦＣを０にリセットして本プログラムを終了する。
【００４６】
その後、ＮＯｘ吸蔵量ＱＮＯｘが所定値Ａ以上になった時点で、ステップ６０３に進み、燃料カット中であるか否かを判定し、燃料カット中であれば、ステップ６０４に進み、カウンタＣＦＣをカウントアップする。これにより、燃料カット中にＮＯｘ吸蔵量が所定値Ａ以上となった時間をカウントする。
【００４７】
一方、上記ステップ６０３で、燃料カット中でないと判定された場合は、ステップ６０５に進み、燃料カット復帰直後であるか否かを判定し、燃料カット復帰直後であれば、ステップ６０６に進み、その時点のカウンタＣＦＣの値に応じて図８のマップにより増量係数Ｋを算出する。図８のマップは、カウンタＣＦＣの値が大きくなるほど、増量係数Ｋが大きくなるように設定されている。但し、増量係数Ｋは１よりも大きい値となる。
【００４８】
以上説明した本実施形態（３）では、燃料カット中にリーンＮＯｘ触媒３９のＮＯｘ吸蔵量が所定値Ａ以上となった時間に応じて増量係数Ｋを設定するようにしたので、リーンＮＯｘ触媒３９へのリッチ成分供給量を更に精度良く設定することができる。
【００４９】
尚、上記実施形態（２），（３）では、燃料カット復帰から所定時間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合に、通常のリッチ運転切換時の噴射量増量値ＴＡＵＲＩＣＨに増量係数Ｋを乗算することで、通常のリッチ運転切換時よりも増量した噴射量増量値ＴＡＵＲＩＣＨ×Ｋを求めるようにしたが、この噴射量増量値ＴＡＵＲＩＣＨ×Ｋをマップ等により直接算出するようにしても良い。
【００５０】
上記各実施形態（１）〜（３）は、本発明を筒内噴射式内燃機関（直噴エンジン）に適用したものであるが、リーンバーンエンジンにも同様に適用して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）におけるエンジン制御系システム全体の概略構成を示す図
【図２】実施形態（１）のＮＯｘ吸蔵量算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図３】実施形態（１）の燃料カット復帰後経過時間算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図４】実施形態（１）の排気浄化制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図５】実施形態（２）の排気浄化制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図６】実施形態（２）の燃料噴射量算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図７】実施形態（３）の増量係数算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図８】カウンタＣＦＣの値に応じて増量係数Ｋを求めるマップを概念的に示す図
【符号の説明】
１１…直噴エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、１６…ＥＣＵ（排気浄化制御手段，運転切換禁止手段）、２４…スワールコントロール弁、２８…燃料噴射弁、３７…排気管、３８…三元触媒、３９…リーンＮＯｘ触媒、４１…ＥＧＲ弁。
Claims (4)
- 混合気の空燃比をリーン側に制御するリーン運転と、該空燃比をリッチ側に制御するリッチ運転とを運転条件に応じて切り換えると共に、所定の燃料カット実行条件が成立した時に燃料カットを実行する内燃機関におい て、
リーン運転中に排出ガスの窒素酸化物を吸蔵する触媒と、
リーン運転中に一時的にリッチ運転に切り換えて前記触媒に吸蔵した窒素酸化物を還元浄化するように制御する排気浄化制御手段と、
リーン運転中に燃料カットされた時に該燃料カット復帰から所定期間が経過するまでリッチ運転への切り換えを禁止する運転切換禁止手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化制御装置。 - 前記排気浄化制御手段は、燃料カット復帰から所定期間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、前記触媒へのリッチ成分供給量を通常のリッチ運転切換時のリッチ成分供給量よりも増量することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
- 前記排気浄化制御手段は、燃料カット復帰から所定期間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、前記触媒へのリッチ成分供給量を燃料カット実行時間に応じて増量することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
- 前記排気浄化制御手段は、燃料カット復帰から所定期間が経過した後にリッチ運転に切り換える場合は、前記触媒へのリッチ成分供給量を燃料カット中に前記触媒の窒素酸化物吸蔵量が所定量以上となった時間に応じて増量することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
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