JP3832288B2 - 排ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射型内燃機関において排ガス浄化を行なう排ガス浄化装置に関し、特に、超リーン燃焼時における排ガス浄化に用いて好適の、排ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、燃焼室内に燃料を直接噴射する火花点火式筒内噴射型内燃機関が開発されている。この筒内噴射型内燃機関は、従来の希薄燃焼内燃機関（リーンバーンエンジン）に比べ空燃比の極めて大きい超希薄領域での運転（超リーン燃焼運転時）が可能であるため、運転領域の多くを希薄領域として設定することができ、より一層の燃費向上を図ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような筒内噴射型内燃機関では、圧縮行程に燃料を噴射し、層状燃焼を成立させることで超希薄な混合気（酸素過剰雰囲気）下での燃焼（空燃比３０以上での燃焼）を行なうため、この燃焼下では、同一燃料量で比較した場合、従来の希薄燃焼内燃機関（空燃比２２程度での希薄領域で燃焼）よりも筒内での空気量が多く発熱量が少ないため、運転状態によっては排気温度が低くなる場合があり（約１５０度程度）、排気通路内に設けられた触媒の温度が低下してしまい、排ガス浄化効率が悪化するという課題がある。
【０００４】
ところで、触媒を昇温する技術としては、触媒の温度を検出し、この検出温度が触媒活性温度よりも低い場合には、空燃比を強制的に理論空燃比に設定することで、触媒温度を迅速に活性温度まで上昇させる技術が提案されている（特開平３−９４８号公報）。
しかし、この従来技術は、従来型の希薄燃焼内燃機関を対象としており、冷態始動時における早期触媒活性化を図ることを目的としたものであるため、筒内噴射型内燃機関における通常運転中における排気温度の低下という特有の課題を何ら解決しうるものではない。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、超希薄燃焼を行なう筒内噴射型内燃機関において、排ガスを浄化する触媒の温度低下を抑制し、排ガス浄化効率の悪化を防止することができるようにした、排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の排ガス浄化装置は、燃焼室内に直接燃料を噴射し、理論空燃比よりも空燃比の大きい層状超リーン燃焼を運転状態に応じて行なう筒内噴射型内燃機関に設けられ、上記機関の排気通路内に配設され排ガスを浄化する触媒と、上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出もしくは予測することにより、または温度低下を生じる特定運転状態を検出して上記触媒の温度低下を推定することにより、上記触媒の温度が触媒活性温度に達して活性化した後の上記触媒の温度低下を検出する温度低下検出手段と、上記温度低下検出手段により上記触媒の温度低下が検出された場合に上記触媒の温度低下を抑制するように作動する温度低下抑制手段とを備え、上記筒内噴射型内燃機関は、上記層状超リーン燃焼と、該層状超リーン燃焼よりも燃焼空燃比の小さい予混合燃焼とを運転状態に応じて切り換えて行なうものであり、上記予混合燃焼を行なうために理論空燃比近傍で運転するストイキオ運転モード又は理論空燃比よりも大きな空燃比で運転するリーン運転モードを有し、上記温度低下抑制手段は、上記温度低下検出手段からの出力に応じて上記触媒の温度が第１設定値よりも低くなるか又は低くなることが予測される場合に上記機関の運転を上記予混合燃焼のリーン運転モードに切り換え、さらに上記温度低下検出手段からの出力に応じて上記触媒の温度が上記第１設定値よりも低い温度として設定された第２設定値よりも低くなるか又は低くなることが予測される場合に上記機関の運転を上記予混合燃焼のストイキオ運転モードに切り換えることを特徴としている。
【０００７】
この温度低下抑制手段は、機関の燃焼状態（層状超リーン燃焼と予混合燃焼）を切り換える切換手段（運転モードを切り換える温度低下抑制用モード切換手段）又は機関の排気行程中に追加燃料を噴射する追加燃料噴射制御手段であることが好ましい。
この温度低下検出手段が触媒の温度を直接的に検出する手段である場合には、温度低下検出手段により触媒温度が予め設定された設定温度よりも低くなったことが検出されたときに、温度低下抑制手段により燃焼状態を所定時間、予混合燃焼とすることが好ましい。この場合、排ガス浄化効率の悪化を未然に防ぐことが可能となる。
【０００８】
また、温度低下検出手段により触媒の温度低下及び温度低下度合を検出して、この温度低下度合に応じて温度低下抑制手段により予混合燃焼とする時間を可変としてもよい。温度低下度合が小さい場合、排ガス浄化効率の悪化を防止しながら、しかも予混合燃焼となる時間を短縮でき、燃料消費の悪化を最小限に抑えることができる。
【０００９】
また、運転モードの切換後（温度低下抑制手段による制御後）には、触媒温度の実際の検出により通常の運転モードに戻すことが考えられる。この場合、触媒の昇温勾配が急なときには通常モードに戻すための設定温度を下げ、触媒が過昇温となることを未燃に防止するようにするのが好ましい。
さらに、温度低下検出手段が触媒の温度を推定する手段である場合には、例えば、排ガス温度の低下が生じる層状超リーン燃焼の継続時間により触媒の温度又は温度低下を推定し、温度低下抑制手段は層状超リーン燃焼にセットされてから所定時間経過後、一定時間、予混合燃焼としてもよい。この場合、非常に簡素な制御仕様とすることができる。
【００１０】
この機関がストイキオ運転モードを有する場合はストイキオ運転モードに、リーン運転モードを有する場合はリーン運転モードにそれぞれ切り換えることが好ましい。
請求項２記載の本発明の排ガス浄化装置は、燃焼室内に直接燃料を噴射し、理論空燃比よりも空燃比の大きい層状超リーン燃焼を運転状態に応じて行なう筒内噴射型内燃機関に設けられ、上記機関の排気通路内に配設され排ガスを浄化する触媒と、上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出もしくは予測することにより、または温度低下を生じる特定運転状態を検出して上記触媒の温度低下を推定することにより、上記触媒の温度が触媒活性温度に達して活性化した後の上記触媒の温度低下を検出する温度低下検出手段と、上記温度低下検出手段により上記触媒の温度低下が検出された場合に上記触媒の温度低下を抑制するように作動する温度低下抑制手段とを備え、上記筒内噴射型内燃機関は、上記層状超リーン燃焼と、該層状超リーン燃焼よりも燃焼空燃比の小さい予混合燃焼とを運転状態に応じて切り換えて行なうものであり、上記予混合燃焼が、理論空燃比で運転するストイキオ運転モードと上記理論空燃比よりも大きな空燃比で運転するリーン運転モードとの２つの運転モードを有し、上記温度低下検出手段は、上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出又は予測するように構成され、上記温度低下抑制手段は、該温度低下検出手段により上記触媒の温度が予め設定された第１設定値よりも低くなる場合又は低くなることが予測された場合には上記運転モードを上記リーン運転モードとし、さらに上記温度低下検出手段により上記触媒の温度が上記第１設定値よりも低い温度に設定された第２設定値よりも低くなる場合又は低くなることが予測された場合には上記運転モードを上記ストイキオ運転モードとすることを特徴としている。
【００１１】
好ましくは、これらの第１設定値及び第２設定値は、温度低下検出手段による出力に応じて可変とする。例えば、温度低下勾配が急な場合には第２設定値を上げ、温度低下抑制手段を早めに作動させて、触媒浄化効率が悪化してしまうのを未然に防止するようにするのが好ましい。
請求項３記載の本発明の排ガス浄化装置は、燃焼室内に直接燃料を噴射し、理論空燃比よりも空燃比の大きい層状超リーン燃焼を運転状態に応じて行なう筒内噴射型内燃機関に設けられ、上記機関の排気通路内に配設され排ガスを浄化する触媒と、上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出もしくは予測することにより、または温度低下を生じる特定運転状態を検出して上記触媒の温度低下を推定することにより、上記触媒の温度が触媒活性温度に達して活性化した後の上記触媒の温度低下を検出する温度低下検出手段と、上記温度低下検出手段により上記触媒の温度低下が検出された場合に上記触媒の温度低下を抑制するように作動する温度低下抑制手段とを備え、上記筒内噴射型内燃機関は、上記層状超リーン燃焼と該層状超リーン燃焼よりも燃焼空燃比の小さい予混合燃焼とを運転状態に応じて切り換えて行なうものであり、上記温度低下抑制手段は、上記層状超リーン燃焼と上記予混合燃焼とを切り換える第１手段と、上記機関の少なくとも排気行程中に追加燃料を噴射する第２手段とを有し、上記温度低下抑制手段が、上記機関の定常運転状態のときに上記第１手段を選択して上記層状超リーン燃焼から上記予混合燃焼へ切り換える一方、上記機関の低負荷運転状態のときに上記第２手段を選択することを特徴としている。
【００１２】
この温度低下抑制手段は、定常走行運転状態の場合には、機関の燃焼状態を予混合燃焼に切り換え（第１手段実行）、減速燃料カットを含む低負荷運転状態（アイドル運転状態を含むことが好ましい）の場合には機関の排気行程中に追加燃料を噴射する（第２手段実行）ことが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施形態について説明する。
まず、図１〜図５を参照して本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置について説明する。
本排ガス浄化装置を備える筒内噴射型内燃機関の構成は、図３に示すようになっており、吸気，圧縮，膨張，排気の各行程を一作動サイクル中にそなえる内燃機関、即ち４サイクルエンジンであって、火花点火式で、且つ、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジン（筒内噴射型内燃機関）として構成されている。
【００１４】
燃焼室１には、吸気通路２および排気通路３が連通しうるように接続されており、吸気通路２と燃焼室１とは吸気弁４によって連通制御されるとともに、排気通路３と燃焼室１とは排気弁５によって連通制御されるようになっている。
また、吸気通路２には、上流側から順にエアクリーナ６およびスロットル弁７が設けられており、排気通路３には、その上流側から順に排出ガス浄化用触媒としての排出ガス浄化用触媒コンバータ９および図示しないマフラ (消音器)が設けられている。なお、吸気通路２には、サージタンク２ａが設けられている。
【００１５】
また、排出ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）１０が配設されている。つまり、吸気通路２のサージタンク２ａ部分と排気通路３の上流側とを接続するように排気還流通路１０ｂが設けられており、この排気還流通路１０ｂにはＥＧＲバルブ１０ａが取り付けられている。
そして、このＥＧＲバルブ１０ａによって、排気通路３から吸気通路２への排出ガス（排気又は排気ガス又は排ガスともいう）の流量を制御できるようになっている。なお、ＥＧＲバルブ１０ａの制御はエンジンの運転状態に応じて行なわれるようになっている。
【００１６】
また、スロットル弁７は図示しないアクセルペダルの踏込み量に応じて開度が変わり、これにより燃焼室１内に導入される空気量が調整されるようになっている。更に、１６は、アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）であり、吸気通路２のスロットル弁設置部分をバイパスするバイパス路１６Ａに設けられ、図示しないステッパモータによって開閉駆動され、主にスロットル弁７全閉又は略全閉時におけるアイドル回転数を微調整している。
【００１７】
５０はエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）であり、吸気通路２のスロットル弁７設置部分をバイパスするようにスロットル弁７の上流側の吸気通路２とサージタンク２ａとを連通するバイパス路５０Ａに設けられ、スロットル弁７とは別個に吸気量を調整して空燃比を調整しうるものである。
インジェクタ（燃料噴射弁）８は気筒内の燃焼室１へ向けて燃料を直接噴射すべく、その開口を燃焼室１に臨ませるように、配置されている。また、当然ながら、このインジェクタ８は各気筒毎に設けられており、例えば本実施形態のエンジンが直列４気筒エンジンであるとすると、インジェクタ８は４個設けられていることになる。
【００１８】
このような構成により、スロットル弁７の開度に応じエアクリーナ６を通じて吸入された空気が吸気弁４の開放により燃焼室１内に吸入され、この燃焼室１内で、吸入された空気とインジェクタ８から直接噴射された燃料とが混合され、燃焼室１内で点火プラグ３５を適宜のタイミングで点火させることにより、燃焼せしめられて、エンジントルクを発生させたのち、燃焼室１内から排出ガスとして排気通路３へ排出され、触媒コンバータ（以下、単に触媒ともいう）９で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯx の３つの有害成分を浄化されてから、マフラで消音されて大気側へ放出されるようになっている。
【００１９】
特に、本エンジンは、空燃比をリーンにしながら節約運転を行なえるエンジンであり、リーン運転時には、通常の三元触媒だけでは排出ガス中のＮＯx を十分に浄化できないため、触媒９は、リーンＮＯx 触媒９Ａと三元触媒９Ｂとを組み合わせたものになっている。つまり、リーンＮＯx 触媒９Ａの下流に、理論空燃比下で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ及びＮＯx を浄化可能な三元機能を有する三元触媒９Ｂを備えるようにしている。
【００２０】
これは、三元触媒９ＢをリーンＮＯx 触媒９Ａの下流に配置してリーンＮＯx触媒９ＡでのＮＯx 浄化を妨げることのないようにしながら、リーンＮＯx 触媒で十分に浄化できなかったＣＯやＨＣを確実に浄化することができるようにするためである。なお、リーンＮＯx 触媒が三元機能を有する場合にはリーンＮＯx触媒を１つだけ配置してもよい。
【００２１】
ところで、本エンジンについてさらに説明すると、このエンジンは、吸気通路２から燃焼室１内に流入した吸気流が縦渦（逆タンブル流）を形成するように構成され、燃焼室１内で、吸気流がこのような縦渦流を形成するので、この縦渦流を利用しながら例えば燃焼室１の頂部中央に配設された点火プラグ３５の近傍のみに少量の燃料を集めて、点火プラグ３５から離隔した部分では極めてリーンな空燃比状態とすることができ、点火プラグ３５の近傍のみを理論空燃比又はリッチな空燃比とすることで、安定した層状燃焼（層状超リーン燃焼）を実現しながら、燃料消費を抑制することができる。この場合の最適な燃料噴射のタイミングとしては、空気流動の弱い圧縮行程後期である。
【００２２】
また、このエンジンから高出力を得る場合には、インジェクタ８からの燃料が燃焼室１全体に均質化され、全燃焼室１内を理論空燃比やリーン空燃比の混合気状態にさせて予混合燃焼を行なえばよく、もちろん、理論空燃比による方がリーン空燃比によるよりも高出力が得られるが、これらの際にも、燃料の霧化及び気化が十分に行なわれるようなタイミングで燃料噴射を行なうことで、効率よく高出力を得ることができる。このような場合の最適な燃料噴射のタイミングとしては、吸気流を利用して燃料の霧化及び気化を促進できるように、吸気行程の初期又は前期には燃料噴射を終えるように設定する。
【００２３】
ところで、このエンジンを制御するために、種々のセンサが設けられている。まず吸気通路２側には、そのエアクリーナ配設部分に、吸入空気量をカルマン渦情報から検出するエアフローセンサ１１，吸入空気温度を検出する吸気温センサ１２および大気圧を検出する大気圧センサ１３が設けられており、そのスロットル弁配設部分に、スロットル弁７の開度を検出するポテンショメータ式のスロットルセンサ１４，アイドリング状態を検出するアイドルスイッチ１５等が設けられている。
【００２４】
また、排気通路３側には、触媒９の上流側部分に、排ガス中の酸素濃度（Ｏ2濃度）を検出する酸素濃度センサ１７（以下、単にＯ2 センサ１７という）が設けられるとともに、触媒９の下流側部分には、触媒若しくはその近傍の温度θC.C （以下、触媒温度θC.C という）を検出する触媒温度検出手段としての触媒温度センサ（高温センサ）２６が設けられている。
【００２５】
さらに、その他のセンサとして、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１９や、図２に示すごとく、クランク角度を検出するクランク角センサ２１（このクランク角センサ２１はエンジン回転数を検出する回転数センサも兼ねている）および第１気筒（基準気筒）の上死点を検出するＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）２２がそれぞれカム近傍に設けられている。
【００２６】
そして、これらのセンサからの検出信号は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２３へ入力されるようになっている。
なお、ＥＣＵ２３へは、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルポジションセンサ２４やバッテリの電圧を検出するバッテリセンサ２５からの電圧信号や始動時を検出するクランキングスイッチ〔あるいはイグニッションスイッチ（キースイッチ）〕２０からの信号も入力されるようになっている。
【００２７】
ところで、ＥＣＵ２３のハードウエア構成は図２のようになるが、このＥＣＵ２３はその主要部としてＣＰＵ２７をそなえており、このＣＰＵ２７へは、吸気温センサ１２，大気圧センサ１３，スロットルセンサ１４，Ｏ2 センサ１７，水温センサ１９，アクセルポジションセンサ２４，触媒温度センサ２６およびバッテリセンサ２５からの検出信号が入力インタフェイス２８およびアナログ／デジタルコンバータ３０を介して入力されるとともに、エアフローセンサ１１，クランク角センサ２１，ＴＤＣセンサ２２，アイドルスイッチ１５，クランキングスイッチ２０，イグニッションスイッチ等からの検出信号が入力インタフェイス２９を介して入力されようになっている。
【００２８】
さらに、ＣＰＵ２７は、バスラインを介して、プログラムデータや固定値データを記憶するＲＯＭ３１，更新して順次書き替えられるＲＡＭ３２，フリーランニングカウンタ４８およびバッテリが接続されている間はその記憶内容が保持されることによってバックアップされたバッテリバックアップＲＡＭ（図示せず）との間でデータの授受を行なうようになっている。
【００２９】
なお、ＲＡＭ３２内データはイグニッションスイッチをオフすると消えてリセットされるようになっている。
また、ＣＰＵ２７で演算結果に基づく燃料噴射制御信号は、各気筒毎の（ここでは、４つの）噴射ドライバ（燃料噴射弁駆動手段）３４を介して、インジェクタ８のソレノイド（インジェクタソレノイド）８ａへ出力されるようになっている。
【００３０】
今、燃料噴射制御（空燃比制御）に着目すると、ＣＰＵ２７で演算された燃料噴射用制御信号がドライバ３４を介して出力され、例えば４つのインジェクタ８を順次駆動させるようになっている。
そして、上述のような筒内噴射エンジンの特徴から、このエンジンでは、燃料噴射の態様として、層状超リーン燃焼によるリーン運転を実現し燃費を向上させるために圧縮行程中（特に、圧縮行程後半）で燃料噴射を行なう後期噴射モード（後期リーン運転モード）と、予混合燃焼によるリーン運転を実現し、緩加速による出力を得るために吸気行程中（特に吸気行程前半）に燃料噴射を行なう前期噴射モード（前期リーン運転モード）と、予混合燃焼によるストイキオ運転（理論空燃比運転）を実現し、前期噴射モードより出力を向上させるために吸気行程中に燃料噴射を行なうストイキオモード（ストイキオ運転モード）とが設けられており、エンジンの運転状態に応じて切り換えられるようになっている。
【００３１】
なお、後期リーン運転モードでは、特に、排ガス温度の低下を生じるため、これを特定運転状態という。また、上述の運転モードの切換は、機関の燃焼状態の切換（層状超リーン燃焼と予混合燃焼とを切り換える）を意味する。
このような燃料噴射制御（インジェクタ駆動制御）のために、ＥＣＵ２３には、図１のブロック図に示すように、噴射モード（運転モード）の選択を行なう運転モード設定手段１０６や燃料噴射量の設定を行なう燃料噴射制御手段１０１が設けられている。
【００３２】
そして、運転モード設定手段１０６には、図１に示すように、通常運転時の噴射モードの選択を行なう機能（通常運転モード設定手段）１０７と触媒９の温度低下を抑制するために噴射モードを切り換える機能（温度低下抑制用モード切換手段）１０８とが備えられる。
このうち、通常運転モード設定手段１０７では、噴射モードを、エンジン回転数センサ２１，各種センサ類１０４等から検出されたエンジン回転数（回転速度）Ｎｅやアクセルペダル踏込量θACC に基づいてエンジンの目標出力トルクＴを設定して、エンジン回転数Ｎｅやこの目標出力トルクＴに応じて、前期噴射モードと後期噴射モードとのいずれかのモードを選択的に設定する。例えばエンジン回転数Ｎｅが低くて目標トルクＴも低い領域では後期噴射モードとし、エンジン回転数Ｎｅ及び目標トルクＴのいずれかが低くなければ前期噴射モード又はストイキオモードとするようになっている。
【００３３】
また、温度低下抑制用モード切換手段１０８は、排ガス浄化にかかる本筒内噴射型内燃機関の特徴的な構成要素であり、後述する温度低下判定手段１０５により触媒９の温度低下が判定された場合に、通常運転モード設定手段１０７により設定される通常運転モードを温度低下抑制用運転モードに切り換え、触媒９の温度低下を抑制する機能を有するものである。このため、温度低下抑制用モード切換手段１０８は、触媒９の温度低下を抑制するように作動する温度低下抑制手段１１０を構成する。
【００３４】
この温度低下抑制用モード切換手段１０８では、図１に示すように、通常運転モード設定手段１０７、後述する温度低下判定手段１０５及びスロットルセンサ１４からの情報に基づき、通常運転モードとしての後期リーン運転モードを温度低下抑制用運転モードとしての前期リーン運転モードに切り換えるようになっている。なお、運転モードの切換は、機関の燃焼状態の切換に相当するため、後期リーン運転モードを前期リーン運転モードに切り換えることは、層状超リーン燃焼を予混合燃焼に切り換えることを意味する。
【００３５】
これは、排ガス温度は、通常運転モード設定手段１０７によって選択される運転モード（即ち、運転時の空燃比）による影響が大きく、ストイキオ運転モード（理論空燃比）に近くなるほど吸入空気の単位重量当たりの燃料量が増加（従って、発熱量が増加）し、排ガス温度が高くなるという特性があるため、この特性を利用し、運転モードを切り換えることにより、より高い温度の排ガスが触媒９の近傍へ排出されるようにして、排ガスから触媒９に伝わる熱量を増やし、触媒９の温度低下を抑制し、触媒９の浄化効率の悪化を防止しようとするものである。
【００３６】
ここでは、通常運転モードとして排ガス温度の低い後期リーン運転モードが選択されている場合に、後期リーン運転モードよりも排ガス温度が高い前期リーン運転モードに切り換えるようにしているが、これは、希薄な混合気により燃焼させる後期リーン運転モードの場合に排ガス温度が最も低くなるため、触媒９の温度低下が著しいからである。
【００３７】
また、温度低下抑制用モード切換手段１０８は、スロットルセンサ１４からの情報をも取り入れるようにしている。これは、温度低下抑制用モード切換手段１０８による制御を、一定負荷の状態（定常運転状態）で行なうように設定することが好ましいからである。
この理由は、定常運転状態でない加速時には、通常運転モードが切り換えられるため、特に、温度低下抑制用モード切換手段１０８によって運転モードを切り換えることにより温度低下抑制制御を行なう必要がないからである。また、定常運転状態でない減速時には、減速燃料カットのような運転状態があり、この燃料カット時には、運転モードを切り換えたところで排気温度を上げるために必要な燃料がカットされていることから、排気温度を上げることができないからである。また、減速中にもモード切換制御を実行し、その中で減速燃料カット時のみ、運転モードの切換制御を禁止するように設定しようとすると、制御が複雑になるからである。なお、このような減速燃料カットを含む低負荷運転状態については、後述する第４実施形態に示すような温度低下抑制制御を行なうことが好ましい。
【００３８】
このため、温度低下抑制用モード切換手段１０８は、一定時間におけるスロットル開度の変化量ΔＴＰＳがスロットル開度の変化量の基準値ＴＰ１以下であるか否かを判定し（ΔＴＰＳ≦ＴＰ１）、これによって定常運転状態にあるか否かを判定するようになっている。なお、変化量ΔＴＰＳは、例えば、前回の検出周期におけるスロットル開度の値と今回の検出周期におけるスロットル開度の値との差により求められる。また、基準値ＴＰ１は、０に近い値として設定される。
【００３９】
また、温度低下抑制用モード切換手段１０８は、触媒温度θC.C に基づいて運転モードの切換を行なうため、ＥＣＵ２３には、触媒９の温度低下を判定する温度低下判定手段１０５が設けられている。なお、この温度低下判定手段１０５と上述の触媒温度センサ２６とから温度低下検出手段１１１が構成される。
この温度低下判定手段１０５は、一旦、触媒温度θC.C が触媒９を活性化させるのに必要な温度（触媒活性温度）に達して活性化した後に、触媒温度θC.C を検出する触媒温度センサ２６からの検出情報に基づいて、触媒９の温度低下を判定するようになっている。
【００４０】
このため、温度低下判定手段１０５は、触媒温度θC.C が予め設定された設定温度θ1 以下であるか否かを判定することによって（θC.C ≦θ1 ）、触媒９の温度低下を判定するようになっている。
ここで、設定温度θ1 は触媒活性温度よりも高い値として設定され、例えば、触媒活性下限温度にある所定温度（例えば、５０℃）を加えた値として設定される。この触媒活性下限温度は本実施形態にかかるリーンＮＯX 触媒では、４００度程度である。なお、この所定温度の値は、触媒温度センサ２６の応答遅れ、応答精度により決まる値であり、システムによっても変わるものである。また、触媒の触媒活性下限温度は、触媒成分等により変わるものである。
【００４１】
なお、この温度低下判定手段１０５は、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８による制御によって、触媒温度θC.C が十分に上昇したか否かを判定すべく、触媒９の温度を検出する触媒温度センサ２６からの検出情報に基づいて、触媒９の温度上昇を判定するようになっている。
このため、温度低下判定手段１０５は、触媒温度θC.C が予め設定された設定温度θ2 以上になったか否かを判定することによって（θC.C ≧θ2 ）、触媒温度θC.C が上昇したか否かを判定するようになっている。
【００４２】
ここで、設定温度θ2 は、温度低下抑制制御の終了条件であり、触媒温度θC.C が十分に上昇したか否かを判定するためのものであるため、図９（ａ）に示すように、設定温度θ1 よりも大きい値（高い温度）として設定される。なお、設定温度θ2 は設定温度θ1 と同じ値として設定してもよい。
このような設定温度θ1 ，θ2 は、例えば、図９（ａ）に示すように設定される。図９（ａ）中、曲線Ａは触媒温度θC.C の変化を示している。また、図中、噴射期間とは温度低下抑制用前期リーン運転モードに基づく噴射期間を示している。
【００４３】
図９（ａ）に示すように、触媒温度θC.C が低下し、設定温度θ1 以下になった場合に、温度抑制制御用モード切換手段１０８により前期リーン運転モードに切り換えることによって温度低下抑制制御を行ない（図中、噴射期間としている）、これによって触媒温度θC.C が上昇し、設定温度θ2 以上になった場合は温度低下抑制制御を終了し、運転モードを通常運転モードに戻す（ここでは、後期リーン運転モードに戻す）ようにしている。そして、再び、触媒温度θC.C が低下し、設定温度θ1 以下になった場合には、同様の制御を繰り返すようにしている。
【００４４】
ところで、図１に示すように、ＥＣＵ２３には、燃料噴射制御手段１０１が備えられている。この燃料噴射制御手段１０１における燃料噴射制御を説明すると、この燃料噴射制御手段１０１では、燃料噴射量は、燃料噴射時間（インジェクタの駆動時間であって、実際の制御の上ではインジェクタ駆動パルス幅という）ｔAUとして設定されるが、ストイキオモード，前期噴射モードの場合も後期噴射モードの場合も、機関負荷（１ストローク当たりの吸入空気量）Ｑ／Ｎｅと目標とする空燃比（Ａ／Ｆ、以下ＡＦとする）等に基づいて、まず、次式によって基本駆動時間ｔp が算出される。
【００４５】
ｔp ＝（Ｑ／Ｎｅ）×（１／ＡＦ）×（αAIR ／αFUEL）×（１／ＧINJ ）
なお、機関負荷Ｑ／Ｎｅは１ストローク当たりの吸入空気量であり、エアフローセンサ１１で検出された吸入空気量Ｑをエンジン回転数センサ（クランク角センサ）２１で検出されたエンジン回転数Ｎｅで除算することで求められる。
また、αAIR は空気密度、αFUELは燃料密度、ＧINJ はインジェクタゲインである。
【００４６】
そして、燃料噴射時間ｔAUは、次式で算出される。
ｔAU＝ｔp ×ｆ＋ｔD
なお、ｆは各種の燃料補正係数であり、この燃料補正係数ｆは、水温センサ１９で検出されたエンジン冷却水温，吸気温センサ１２で検出された吸気温，大気圧センサ１３で検出された大気圧等に応じて設定される。また、ｔD はインジェクタ無駄時間（デッドタイム）である。
【００４７】
本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置は、上述のように構成されているので、例えば、図４に示すように、通常運転モード設定手段１０７によって設定された運転モードに基づき燃料噴射制御が行なわれる。
この制御は一定のクランク角毎に実行され、まず、ステップＡ１０〜Ａ３０の処理を行なう。つまり、ステップＡ１０で、エアフローセンサ１１，回転数センサ２１で検出された吸入空気量Ｑ，エンジン回転数Ｎｅから、機関負荷Ｑ／Ｎｅ（即ち、１ストローク当たりの吸入空気量）を計算する。次に、ステップＡ２０で、上式に示すように、この機関負荷Ｑ／Ｎｅに基づいて、基本駆動時間ｔp を計算する。さらに、ステップＡ３０で、基本駆動時間ｔp に各種の燃料補正係数Ｋの乗算等を行なって燃料噴射時間ｔAUを算出する。
【００４８】
そして、これに基づいて、燃料噴射（ステップＡ４０）が行なわれる。
次に、本排ガス浄化装置による温度低下抑制制御、即ち、温度低下抑制用モード切換手段１０８による温度低下抑制用運転モードへの切換制御について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。なお、この制御は一定の周期毎に実行される。
【００４９】
まず、ステップＢ１０では、通常運転モード設定手段１０７によって選択されている運転モードが後期リーン運転モードか否かを判定し、この判定の結果、後期リーン運転モードが選択されている場合はステップＢ２０に進み、後期リーン運転モードが選択されていない場合はステップＢ６０に進む。
そして、ステップＢ２０では、触媒温度θC.C が設定温度θ1 以下であるか否かを判定し、この判定の結果、触媒温度θC.C が設定温度θ1 以下である場合はステップＢ３０に進み、定常運転状態であるか否かを判定すべく、スロットル開度の変化量ΔＴＰＳがスロットル開度の変化量の基準値ＴＰ１以下であるか否かを判定する。
【００５０】
この判定の結果、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下である場合はステップＢ４０に進み、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下でない場合は、定常運転状態でないため温度低下抑制制御を行なわずリターンする。
一方、ステップＢ２０での判定の結果、触媒温度θC.C が設定温度θ1 以下でない場合は、温度低下抑制制御は必要ないためリターンする。
【００５１】
ステップＢ４０では、温度低下抑制制御を行なうべく、温度低下抑制用モード切換手段１０８によって、通常運転モードとしての後期リーン運転モードを温度低下抑制用前期リーン運転モードに切り換え、ステップＢ５０で、フラグＦを１にセットする。ここで、フラグＦは温度低下抑制制御中である場合に１となり、温度低下抑制制御中でない場合に０となり、また、初期設定時には０にセットされる。
【００５２】
ところで、ステップＢ１０で後期リーン運転モードが選択されていない場合はステップＢ６０に進み、ステップＢ６０では、フラグＦが１であるか否かを判定し、この判定の結果、フラグＦが１である場合（Ｆ＝１）は、ステップＢ７０に進み、フラグＦが１でない場合はリターンする。
ステップＢ７０では、定常運転状態であるか否かを判定すべく、スロットル開度の変化量ΔＴＰＳがスロットル開度の変化量の基準値ＴＰ１以下であるか否かを判定する。この判定の結果、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下である場合はステップＢ８０に進み、触媒温度θC.C が設定温度θ2 以上になったか否かを判定し、この判定の結果、触媒温度θC.C が設定温度θ2 以下になっていると判定された場合は、さらにステップＢ９０に進み、温度低下抑制制御を終了し、ステップＢ１００でフラグＦを０にリセットする。
【００５３】
そして、ステップＢ８０で、触媒温度θC.C が設定温度θ2 以下になっていないと判定された場合はリターンし、引続き温度低下抑制制御を続行する。
一方、ステップＢ７０で、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下でないと判定された場合はステップＢ９０に進み、温度低下抑制制御を終了し、ステップＢ１００でフラグＦを０にリセットする。
【００５４】
なお、温度低下抑制制御の終了後は、通常運転モード設定手段１０７によって設定される運転モード（ここでは、元の運転モードである後期リーン運転モード）に戻る。
このようにして、本実施形態の排ガス浄化装置では、温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５により触媒９の温度低下が検出された場合に、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８を作動させることで、筒内噴射型内燃機関に特有の排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率の悪化を防止することができるという利点がある。
【００５５】
つまり、通常運転モード設定手段１０７及び温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５等からの出力に応じて、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８により機関の運転モードを切り換えることによって、層状超リーン燃焼による排ガス温度の低下を抑制することができ、これによって、排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率が悪化するのを防止することができるという利点がある。
【００５６】
次に、第１実施形態の変形例について説明する。
上述の第１実施形態の排ガス浄化装置では、触媒９の温度低下を判定するための設定温度を１つ設けているが、この変形例では、触媒温度θC.C に応じて温度低下抑制制御を行なうべく、第１設定値及びこれよりも低い温度として設定される第２設定値の２つの設定値を設け、触媒温度θC.C が第１設定値よりも低くなる場合又は低くなることが予測された場合に、温度低下抑制用運転モードとしての前期リーン運転モードに切り換え、この運転モードで十分に触媒９の温度低下を抑制することができない場合、即ち、触媒温度θC.C が第２設定値よりも低くなる場合又は低くなることが予測された場合に、温度低下抑制用運転モードとしてのストイキオ運転モードに切り換えるようにする。
【００５７】
本変形例の排ガス浄化装置によれば、触媒温度θC.C が設定温度よりも若干低くなった場合には、運転モードを燃料消費の悪化を考慮して前期リーン運転モードとし、触媒９の排ガス浄化効率を維持することができるとともに、触媒温度θC.C が設定温度よりもかなり低下した場合には、触媒９の排ガス浄化効率が極めて悪化してしまうので運転モードをストイキオ運転モードとし、積極的に触媒温度θC.C を昇温させて、触媒９の浄化効率の悪化を防止することができるという利点がある。
【００５８】
次に、第２実施形態について説明すると、この実施形態の排ガス浄化装置は、図６に示すように、上述の第１実施形態ものと、温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５が異なる。
つまり、この実施形態では、温度低下判定手段１０５は、触媒温度センサ２６からの検出情報に基づいて触媒９の温度低下度合（温度低下勾配）を検出して、触媒９の温度低下を予測し、検出された温度低下度合に応じて設定温度θ１を変更し、触媒温度θC.C がこの設定温度θ１以下であるか否かを判定することによって、一旦、触媒温度θC.C が触媒活性温度に達して活性化した後に、触媒温度θC.C が低下したか否かを判定するようになっている。
【００５９】
このため、温度低下判定手段１０５は、図６に示すように、触媒温度θC.C の時間変化量Δθを算出する機能を有するΔθ算出部１０５Ａを備え、このΔθ算出部１０５Ａによって、触媒温度センサ２６からの検出情報を一定時間毎に読み込み、今回の読込周期における触媒温度θC.C と前回の読込周期における触媒温度θC.C との差Δθ（触媒温度θC.C の時間変化量Δθ）を演算することにより、温度低下度合を検出するようになっている。
【００６０】
そして、このΔθ算出部１０５Ａからの情報に基づいて、触媒９の温度低下を予測して設定温度θ１を変更し、この設定温度θ１により触媒温度θC.C が低下したか否かを判定すべく、温度低下判定手段１０５には、さらに、θ１，θ２読込部１０５Ｂ，判定部１０５Ｃが備えられる。
このθ１読込部１０５Ｂは、Δθ算出部１０５Ａによって算出される触媒温度θC.C の時間変化量Δθに基づいて、設定温度θ１をマップ〔θ１＝Ｇ（Δθ）〕により読み込む機能を有するものであり、また、判定部１０５Ｃは、触媒温度θC.C がθ１，θ２読込部１０５Ｂによって読み込まれた設定温度θ１以下であるか否かを判定することによって（θC.C ≦θ１）、触媒温度θC.C が低下したか否かの判定を行なう機能を有するものである。
【００６１】
なお、この温度低下判定手段１０５は、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８による制御によって、触媒温度θC.C が十分に上昇したか否かを判定すべく、触媒温度θC.C を検出する触媒温度センサ２６からの検出情報に基づいて触媒９の温度上昇度合（温度上昇勾配）を検出することによって触媒９の温度上昇を予測し、触媒温度θC.C が上昇したか否かも判定するようになっている。つまり、温度低下度合に応じて設定温度θ２を変更し、触媒温度θC.C がこの設定温度θ２以上であるか否かを判定することによって、触媒温度θC.C が上昇したか否かを判定するようになっている。
【００６２】
このため、温度低下判定手段１０５が備えるΔθ算出部１０５Ａによって、触媒温度センサ２６からの検出情報を一定時間毎に読み込み、今回の検出周期における触媒温度θC.C と前回の検出周期における触媒温度θC.C との差（触媒温度θC.C の時間変化量Δθ）を演算することにより、温度上昇度合を検出するようになっている。
【００６３】
そして、温度低下判定手段１０５が備えるθ１，θ２読込部１０５Ｂ，判定部１０５Ｃは、Δθ算出部１０５Ａからの情報に基づいて、触媒９の温度上昇を予測して、設定温度θ２を変更し、この設定温度θ２により触媒温度θC.C が上昇したか否かを判定する機能をも有するようになっている。
つまり、θ１読込部１０５Ｂは、Δθ算出部１０５Ａによって算出される触媒温度θC.C の時間変化量Δθに基づいて、設定温度θ２をマップ〔θ２＝Ｇ（Δθ）〕により読み込む機能をも有し、また、判定部１０５Ｃは、触媒温度θC.Cがθ１，θ２読込部１０５Ｂによって読み込まれた設定温度θ２以上であるか否かを判定することによって（θC.C ≧θ２）、触媒温度θC.C が上昇したか否かの判定を行なう機能をも有するようになっている。
【００６４】
ここで、設定温度θ２は、温度低下抑制制御の終了条件であり、触媒温度θC.C が十分に上昇したか否かを判定して、触媒温度の過昇温の防止のためのものであるため、第１実施形態の設定温度θ２よりも大きい値（高い温度）として設定されている。つまり、触媒の耐熱温度が８００°Ｃ程度であれば、所定温度を２００°Ｃ程度として設定温度θ２は６００°Ｃ程度とすることが好ましい。もちろん、触媒によって耐熱温度が変わるので、設定温度θ２は触媒に応じて適宜設定することが好ましい。
【００６５】
これらの設定温度θ１，θ２は、例えば、図９（ｂ）に示すように設定される。図９（ｂ）中、曲線Ａ，Ｂは触媒温度θC.C の変化を示しており、曲線Ａは触媒温度θC.C の変化が緩やかな場合を示しており、曲線Ｂは触媒温度θC.C の変化が急な場合を示している。
この曲線Ａで示すように触媒温度θC.C の変化が緩やかな場合は、図９（ａ）を参照しながら、第１実施形態において説明した設定温度θ1 ，θ2 と同様に設定温度θ１，θ２が設定されるようになっている。一方、曲線Ｂで示すように触媒温度θC.C の変化が急な場合は、設定温度θ１はマップ〔θ１＝Ｇ（Δθ）〕により大きくなるように（温度が高くなるように）設定され、設定温度θ２はマップ〔θ２＝Ｇ（Δθ）〕により小さくなるように（温度が低くなるように）設定されるようになっている。
【００６６】
これは、触媒温度θC.C の低下が急な場合には、設定温度θ１を高い温度に設定することによって、温度低下抑制制御を早めに開始し、触媒温度θC.C が過剰に低下し触媒９の浄化効率が悪化するのを未然に防止するとともに、触媒温度θC.C の上昇が急な場合には、設定温度θ２を低い温度に設定することによって温度低下抑制制御を早めに終了し、通常運転モードに戻った場合に、触媒温度θC.C が過剰に上昇するのを未然に防止するためである。
【００６７】
さらに説明すると、このように設定温度θ１を可変とすることは、温度低下抑制用前期リーン運転モードを継続する時間を可変とすることを意味し、上述のように、設定温度θ１を高い温度に設定し、設定温度θ２を低い温度に設定した場合には、温度低下抑制用前期リーン運転モードを継続する時間を短縮することができ、燃料消費の悪化を抑制することができるのである。
【００６８】
また、設定温度θ２を高く設定することで触媒を十分に昇温させることができ、温度低下抑制制御が煩雑に行なわれないようにすることができる。
なお、本実施形態における排ガス浄化装置におけるその他の構成については、上述の第１実施形態のものと同様であるため、ここではその説明を省略する。本発明の第２実施形態としての排ガス浄化装置は、上述のように構成されており、通常運転モード設定手段１０７によって設定された運転モードに基づく燃料噴射制御は、上述の第１実施形態と同様に行なわれるため、その説明は省略する。
【００６９】
また、本実施形態の排ガス浄化装置による温度低下抑制制御、即ち、温度低下抑制用モード切換手段１０８による温度低下抑制用運転モードへの切換制御について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。なお、この制御は一定の周期毎に実行される。
まず、ステップＤ１０では、通常運転モード設定手段１０７によって選択されている運転モードが後期リーン運転モードか否かを判定し、この判定の結果、後期リーン運転モードが選択されている場合はステップＤ２０に進み、後期リーン運転モードが選択されていない場合はステップＤ８０に進む。
【００７０】
ステップＤ２０では、Δθ算出部１０５Ａにより触媒温度検出モード（図８参照）を実行し、触媒温度θC.C の一定時間における変化量Δθを算出する。つまり、図８に示すように、ステップＥ１０で一定時間毎に触媒温度θC.C を読み込み、これに基づいて、ステップＥ２０で触媒温度θC.C の一定時間の変化量Δθを算出する。
【００７１】
そして、ステップＤ３０では、θ１，θ２読込部１０５Ｂによって、ステップＤ２０で算出された変化量Δθに基づいて設定温度θ１をマップから読み込み、ステップＤ４０に進む。ステップＤ４０では、判定部１０５Ｃによって、触媒温度θC.C が設定温度θ１以下であるか否かを判定し、この判定の結果、触媒温度θC.C が設定温度θ１以下である場合はステップＤ５０に進む。
【００７２】
なお、ステップＤ５０以降の処理、即ち、ステップＤ５０〜ステップＤ７０までの処理は、上述の第１実施形態における温度抑制制御を示すフローチャート（図５参照）のステップＢ３０〜ステップＢ５０と同様であるため、ここではその説明を省略する。
一方、ステップＤ４０での判定の結果、触媒温度θC.C が設定温度θ１以下でない場合は、温度低下抑制制御は必要ないためリターンする。
【００７３】
ところで、ステップＤ１０で後期リーン運転モードが選択されていない場合はステップＤ８０に進み、ステップＤ８０では、フラグＦが１であるか否かを判定し、この判定の結果、フラグＦが１である場合（Ｆ＝１）は、ステップＤ９０に進み、フラグＦが１でない場合はリターンする。
ステップＤ９０では、定常運転状態であるか否かを判定すべく、スロットル開度の変化量ΔＴＰＳがスロットル開度の変化量の基準値ＴＰ１以下であるか否かを判定する。この判定の結果、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下である場合はステップＤ１００に進み、Δθ算出部１０５Ａにより触媒温度検出モード（図８参照）を実行し、触媒温度θC.C の一定時間における変化量Δθを算出する。つまり、図８に示すように、ステップＥ１０で一定時間毎に触媒温度θC.C を読み込み、これに基づいて、ステップＥ２０で触媒温度θC.C の一定時間の変化量Δθを算出する。
【００７４】
そして、ステップＤ１１０では、θ１，θ２読込部１０５Ｂによって、ステップＤ１００で算出された変化量Δθに基づいて設定温度θ２をマップから読み込み、ステップＤ１２０に進む。
ステップＤ１２０では、判定部１０５Ｃによって、触媒温度θC.C が設定温度θ２以上であるか否かを判定し、この判定の結果、触媒温度θC.C が設定温度θ２以上になっていると判定された場合は、さらにステップＤ１３０に進み、温度低下抑制制御を終了し、ステップＤ１４０でフラグＦを０にリセットする。
【００７５】
また、ステップＤ１２０で触媒温度θC.C が設定温度θ２以上になっていないと判定された場合はリターンし、引続き、温度低下抑制制御を続行する。
一方、ステップＤ９０で、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下でないと判定された場合はステップＤ１３０に進み、温度低下抑制制御を終了し、ステップＤ１４０でフラグＦを０にリセットする。
【００７６】
なお、温度低下抑制制御の終了後は、通常運転モード設定手段１０７により設定される運転モード（ここでは、後期リーン運転モード）に戻る。
このようにして、本実施形態の排ガス浄化装置では、温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５により触媒９の温度低下が判定された場合に、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８を作動させることで、筒内噴射型内燃機関に特有の排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率の悪化を防止することができるという利点がある。
【００７７】
つまり、通常運転モード設定手段１０７及び温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５等からの出力に応じて、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８により機関の運転モードを切り換えることによって、層状超リーン燃焼による排ガス温度の低下を抑制することができ、これによって、排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率が悪化するのを防止することができるという利点がある。
【００７８】
次に、第３実施形態について説明すると、この実施形態の排ガス浄化装置は、図１０に示すように、上述の第１実施形態ものと、温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５が異なる。
つまり、この実施形態では、温度低下判定手段１０５が、通常運転モード設定手段１０７によって設定された後期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間に基づいて、触媒９の温度低下を推定するように構成されている。この触媒９の温度低下の推定は、後期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間ｔ１が設定時間Ｔ0 以上であるか否かを判定することによって行なうようになっている。
【００７９】
このように、本実施形態では、排ガス温度の低下が生じる後期リーン運転モード（層状超リーン燃焼）の継続時間により触媒温度θC.C 又は触媒９の温度低下を推定し、この推定に基づいて、温度低下抑制制御を行なうようにしている。
このため、温度低下判定手段１０５は、通常運転モード設定手段１０７によって後期リーン運転モードが設定された場合には、その継続時間を計測すべくタイマ１０９Ａをスタートさせるようになっている。そして、タイマ１０９Ａによるカウント値ｔ１が設定時間Ｔ0 以上になった場合に、触媒温度θC.C が低下したと判定し、その信号を温度低下抑制用モード切換手段１０８に送るようになっている。
【００８０】
なお、継続時間ｔ１は、図１０に示すように、タイマ１０９Ａにより計測するため、継続時間ｔ１はタイマ１０９Ａのカウント値を示している。また、設定時間Ｔ0 は、例えば、３０秒程度に設定する。
また、この温度低下判定手段１０５は、後期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間ｔ１が設定時間Ｔ0 以上になった場合には、後述するタイマ１０９Ａをリセットする機能をも有する。
【００８１】
また、温度低下判定手段１０５は、温度低下抑制用モード切換手段１０８によって設定された前期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間に基づいて、温度低下抑制制御によって触媒９の温度低下が抑制され、温度低下抑制制御を終了できるか否か、即ち、触媒温度θC.C が十分に上昇したか否かを判定する機能をも有する。
【００８２】
この温度低下抑制制御を終了できるか否かの判定は、前期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間ｔ２が設定時間Ｔ1 以上であるか否かを判定することによって行なうようになっている。
これは、上述の後期リーン運転モード（層状超リーン燃焼）の継続時間ｔ１による触媒温度θC.C 又は触媒９の温度低下の推定と同様に、前期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間ｔ２により触媒温度θC.C 又は触媒９の温度上昇を推定するものである。
【００８３】
このため、温度低下判定手段１０５は、温度低下抑制用モード切換手段１０８によって前期リーン運転モードに切り換えられた場合には、その継続時間を計測すべくタイマ１０９Ｂをスタートさせるようになっている。そして、タイマ１０９Ｂによるカウント値（即ち、継続時間）ｔ２が設定時間Ｔ1 以上になった場合に、触媒温度θC.C が上昇したと判定し、その信号を温度低下抑制用モード切換手段１０８に送るようになっている。
【００８４】
なお、継続時間ｔ２は、図１０に示すように、タイマ１０９Ｂにより計測するため、継続時間ｔ２はタイマ１０９Ｂのカウント値に相当する。また、設定時間Ｔ1 は、例えば、９０秒程度に設定する。
また、この温度低下判定手段１０５は、前期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間ｔ２が設定時間Ｔ1 以上になった場合には、後述するタイマ１０９Ｂをリセットする機能をも有する。
【００８５】
なお、本実施形態における排ガス浄化装置におけるその他の構成については、上述の第１実施形態のものと同様であるため、ここではその説明を省略する。
本発明の第３実施形態としての排ガス浄化装置は、上述のように構成されており、通常運転モード設定手段１０７によって設定された運転モードに基づく燃料噴射制御は、上述の第１実施形態と同様に行なわれるため、その説明は省略する。
【００８６】
また、本実施形態の排ガス浄化装置による温度低下抑制制御、即ち、温度低下抑制用モード切換手段１０８による温度低下抑制用運転モードへの切換制御について、図１１のフローチャートを参照しながら説明する。なお、この制御は一定の周期毎に実行される。
まず、ステップＣ１０では、通常運転モード設定手段１０７によって選択されている運転モードが後期リーン運転モードか否かを判定し、この判定の結果、後期リーン運転モードが選択されている場合はステップＣ２０に進み、後期リーン運転モードが選択されていない場合はステップＣ７０に進む。
【００８７】
そして、ステップＣ２０では、通常運転モード設定手段１０７によって選択されている後期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間（タイマ１０９Ａのカウント値）ｔ１が設定時間Ｔ0 以上になっているか否かを判定し、この判定の結果、継続時間ｔ１が設定時間Ｔ0 以上になっている場合はステップＣ３０に進んでタイマ１０９Ａのカウント値ｔ１をリセットし、さらに、ステップＣ４０に進む。
【００８８】
なお、ステップＣ４０以降の処理、即ち、ステップＣ４０〜ステップＣ６０までの処理は、上述の第１実施形態における温度抑制制御を示すフローチャート（図５参照）のステップＢ３０〜ステップＢ５０と同様であるため、ここではその説明を省略する。
一方、ステップＣ２０での判定の結果、継続時間ｔ１が設定時間Ｔ0 以上になっていない場合は温度低下抑制制御は必要ないためリターンする。
【００８９】
ところで、ステップＣ１０で後期リーン運転モードが選択されていない場合はステップＣ７０に進み、ステップＣ７０では、フラグＦが１であるか否かを判定し、この判定の結果、フラグＦが１である場合（Ｆ＝１）は、ステップＣ８０に進み、フラグＦが１でない場合はリターンする。
ステップＢ８０では、定常運転状態であるか否かを判定すべく、スロットル開度の変化量ΔＴＰＳがスロットル開度の変化量の基準値ＴＰ１以下であるか否かを判定する。
【００９０】
この判定の結果、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下である場合はステップＣ９０に進み、温度低下抑制用モード切換手段１０８によって選択されている前期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間（タイマ１０９Ｂのカウント値）ｔ２が設定時間Ｔ1 以上になっているか否かを判定し、この判定の結果、継続時間ｔ２が設定時間Ｔ1 以上になっている場合はステップＣ１００に進んでタイマ１０９Ｂのカウント値ｔ２をリセットし、さらに、ステップＣ１１０に進み、温度低下抑制制御を終了し、ステップＣ１２０でフラグＦを０にリセットする。
【００９１】
また、ステップＣ９０で継続時間ｔ２が設定時間Ｔ1 以上になっていないと判定された場合はリターンし、引続き、温度低下抑制制御を続行する。
一方、ステップＣ８０で変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下でない場合はステップＣ１１０に進み、温度低下抑制制御を終了し、ステップＢ１００でフラグＦを０にリセットする。
【００９２】
なお、温度低下抑制制御の終了後は、通常運転モード設定手段１０７により設定される運転モード（ここでは、後期リーン運転モード）に戻る。
このようにして、本実施形態の排ガス浄化装置は、温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５により触媒９の温度低下が推定された場合に、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８を作動させることで、筒内噴射型内燃機関に特有の排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率の悪化を防止することができるという利点がある。
【００９３】
つまり、通常運転モード設定手段１０７及び温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５からの出力に応じて、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８により機関の運転モードを切り換えることによって、層状超リーン燃焼による排ガス温度の低下を抑制することができ、これによって、排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率が悪化するのを防止することができるという利点がある。
【００９４】
次に、第４実施形態について説明すると、この実施形態の排ガス浄化装置は、図１２に示すように、上述の第１実施形態と、温度低下抑制手段１１０が異なるため、運転モード設定手段１０６及び燃料噴射制御手段１０１の構成が異なるものとなっている。
つまり、この実施形態では、温度低下抑制手段１１０は、温度低下抑制用運転モードへの切換制御を行なう機能（温度低下抑制用モード切換手段）１０８を有するものとして構成するのに代えて、図１２に示すように、各気筒の膨張行程以降、即ち、排気行程内（具体的には、膨張行程末期から排気行程の間）の排気弁５の開放中に追加燃料噴射制御を行なう機能（追加燃料噴射制御手段）１０２を有するものとして構成するようにしている。
【００９５】
つまり、通常の燃焼室内での燃焼のための燃料噴射の他に、触媒９を活性化するために、追加燃料を噴射するようになっている。この追加燃料噴射は、未燃の燃料成分を含んだ混合気を触媒９に供給することにより、混合気中の未燃燃料成分を触媒９により燃焼せしめて、触媒９を昇温させ、触媒９の温度低下を抑制するようにしているのである。
【００９６】
このため、運転モード設定手段１０６は、第１実施形態の通常運転モード設定手段１０７と同様の機能のみ有するものとして構成される。したがって、ここでは、運転モード設定手段１０６の説明は省略する。
また、燃料噴射制御手段１０１は、図１２に示すように、第１実施形態の燃料噴射制御手段１０１と同様の機能を有する通常燃料噴射制御手段１０３と触媒９の温度低下を抑制するために追加燃料噴射制御を行なう機能（追加燃料噴射制御手段）１０２とを備えて構成される。
【００９７】
この追加燃料噴射制御手段１０２が、本実施形態の排ガス浄化装置において特徴的な構成要素であり、追加燃料噴射制御手段１０２では、触媒９が、一旦、触媒活性温度に達し活性化した後に、温度低下判定手段１０５によって触媒９の温度低下が判定された場合に、各気筒の排気行程内に追加燃料噴射を行なうように制御することによって、触媒９の温度低下を抑制するようになっている。このため、この追加燃料噴射制御手段１０２は、触媒９の温度低下を抑制するように作動する温度低下抑制手段１１０として機能するものである。
【００９８】
この追加燃料噴射制御手段１０２では、図１２に示すように、温度低下判定手段１０５及び運転モード設定手段１０６からの情報に基づき、触媒９の温度低下を抑制すべく追加燃料噴射制御を行なうようになっているため、ＥＣＵ２３には、触媒９の温度低下を判定する温度低下判定手段１０５が設けられている。
この温度低下判定手段１０５は、第１実施形態のものと同様の機能を有するものであるが、本実施形態では、さらに、触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上であるか否かも判定する機能をも有するように構成されている。
【００９９】
ここで、可燃温度θ0 とは、触媒９が反応し、燃焼するために最低必要な温度である。触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上であるか否かも判定することとしているのは、可燃温度θ0 以下では追加燃料噴射により供給された未燃の燃料が触媒９上で燃焼しないためである。
なお、温度低下判定手段１０５と触媒温度センサ２６とから温度低下検出手段１１１が構成される。
【０１００】
また、追加燃料噴射制御手段１０２は、運転モード設定手段１０６によってリーン運転モードが設定されている場合（特定運転状態）に、各気筒の排気行程内に追加燃料噴射を行なうように制御するため、運転モード設定手段１０６からのリーン運転モードに設定されている旨の情報を取り込むようになっている。ここで、リーン運転モードに設定されている特定運転状態とは、減速燃料カットを含む低負荷運転状態を意味し、この低負荷運転状態にはアイドル運転状態も含まれる。
【０１０１】
これは、リーン運転モードに設定されている場合に、特に、排ガス温度が低下し、触媒温度θC.C が低下しやすいためである。一方、リーン運転モードに設定されている場合には、通常運転における主燃焼に使われる酸素量が少なく、余剰酸素量が多いという特徴があり、この余剰酸素を触媒９の温度低下抑制制御としての追加燃料噴射による燃焼に利用しようとするものでもある。
【０１０２】
なお、追加燃料噴射制御手段１０２では、運転モード設定手段１０６によってリーン運転モードが設定され、かつ、温度低下判定手段１０５によって触媒９の温度低下が判定された時を、排気行程における追加燃料噴射の噴射開始時期ＴINJ として決定するようになっている。ここで、噴射開始時期ＴINJ を決定するのは、後述するインジェクタ駆動時間ｔPLUSの設定の際に、基本駆動時間ｔB を補正するのに必要になるからである。
【０１０３】
このときの追加燃料の噴射時間（１作動サイクル内での全噴射時間）ｔexは、主燃焼後に残存する余剰酸素に応じた燃料量Ｍfuelが噴射されるようにインジェクタ駆動時間ｔPLUSを設定するようになっている。これは、追加燃料を触媒９により燃焼させる際に、主燃焼後に残存する余剰酸素を追加燃料により完全燃焼させ、触媒９を効率的に昇温させることができるようにするためである。
【０１０４】
このインジェクタ駆動時間ｔPLUSの設定は、以下のようにして行なわれる。つまり、インジェクタ駆動時間ｔPLUSの設定は、排気行程における追加の燃料噴射において基本となる基本駆動時間ｔB を、噴射開始時期ＴINJ ，触媒温度θC.C によって補正することにより行なわれる。
ここで、基本駆動時間ｔB は、主燃焼後の余剰酸素に対して噴射可能な燃料量Ｍfuelに基づいて算出される。つまり、通常燃料噴射制御手段１０３によって求められる１気筒１サイクル当たりの吸入空気量Ｑと目標とする空燃比（目標Ａ／Ｆ）とから主燃焼後に残存する酸素量が求められ、この酸素量に基づいて燃料量Ｍfuelが算出される。
【０１０５】
なお、燃料量Ｍfuelは、次式により求められる。
Ｍfuel＝Ｑ×（１／理論空燃比−１／目標空燃比）
また、排気行程における噴射開始時期ＴINJ による補正は、噴射開始時期ＴINJ と補正係数Ｋ2 とから予め設定されているマップから補正係数Ｋ2 が求められ、この補正係数Ｋ2 を基本駆動時間ｔB に掛ける（ｔB ×Ｋ2 ）ことによって行なわれる。
【０１０６】
また、触媒温度θC.C による補正は、触媒温度θC.C と補正係数Ｋ3 とから予め設定されているマップから補正係数Ｋ3 が求められ、この補正係数Ｋ3 を基本駆動時間ｔB に掛ける（ｔB ×Ｋ3 ）ことによって行なわれる。
このようにして、排気行程におけるインジェクタ駆動時間ｔPLUSは、次式により求められる。
【０１０７】
ｔPLUS＝ｔB ×Ｋ2 ×Ｋ3
このようにして設定された噴射開始時期ＴINJ 及びインジェクタ駆動時間ｔPLUSに応じて、追加燃料噴射は、通常の燃料噴射とは別個に排気行程において行なわれる。
なお、本実施形態における排ガス浄化装置におけるその他の構成については、上述の第１実施形態のものと同様であるため、ここではその説明を省略する。
【０１０８】
本発明の第４実施形態としての排ガス浄化装置は、上述のように構成されており、運転モード設定手段１０６によって設定された運転モードに基づく燃料噴射制御は、上述の第１実施形態の通常運転モード設定手段１０７によって設定された運転モードに基づく燃料噴射制御と同様に行なわれるため、その説明は省略する。
【０１０９】
また、本実施形態の排ガス浄化装置による温度低下抑制制御、即ち、追加燃料噴射制御手段１０２による追加燃料噴射制御について、図１３のフローチャートを参照しながら説明する。なお、この制御は一定の周期毎に実行される。
まず、ステップＦ１で、フラグＦが０か否かを判定し、フラグＦが０である場合はステップＦ１０に進み、フラグＦが０でない場合はステップＦ８０に進む。ここで、フラグＦは温度低下抑制制御中である場合に１となり、温度低下抑制制御中でない場合に０となり、また、初期設定時には０にセットされる。
【０１１０】
ステップＦ１０では、触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上設定温度θ1 以下であるか否かを判定する（θ0 ≦θC.C ≦θ1 ）。この結果、触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上設定温度θ1 以下である場合は、ステップＦ１５に進んでフラグＦを１にセットしてステップＦ２０に進み、触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上設定温度θ1 以下でない場合は、温度低下抑制制御を行なわずリターンする。
【０１１１】
そして、ステップＦ２０で、運転モード設定手段１０６により設定された運転モードがリーン運転モードであるか否かを判定し、この判定の結果、リーン運転モードである場合はステップＦ３０に進み、温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を行なうべく、ステップＦ３０〜Ｆ７０までの処理を行ない、リーン運転モードでない場合は温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を行なわず、ステップＦ９０に進んでフラグＦを０にリセットして、リターンする。
【０１１２】
ところで、ステップＦ８０では、温度低下抑制制御によって触媒温度θC.C が上昇し、触媒温度θC.C が設定温度θ2 以上になったか否かを判定する。この結果、触媒温度θC.C が設定温度θ2 以上でない場合は、温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を継続すべくステップＦ２０に進み、触媒温度θC.C が設定温度θ2 以上である場合は、温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を終了するため、ステップＦ９０に進んで、フラグＦを０にリセットし、リターンする。
【０１１３】
排気行程噴射制御としては、ステップＦ３０〜Ｆ７０までの処理を行なうが、ステップＦ３０では、排気行程における追加燃料噴射の噴射開始時期ＴINJ を決定する。そして、ステップＦ４０で１気筒１サイクルあたりの吸入空気量Ｑ、目標Ａ／Ｆを読み込む。
次に、ステップＦ５０で１気筒１サイクル当たりの吸入空気量Ｑと目標Ａ／Ｆとから主燃焼後に残存する酸素量を求め、この酸素量に基づいて燃料量Ｍfuelを算出する。そして、ステップＦ６０で排気行程における追加燃料噴射の基本駆動時間ｔB を噴射開始時期ＴINJ ，触媒温度θC.C によって補正して、排気行程におけるインジェクタ駆動時間ｔPLUSを設定する。
【０１１４】
そして、この設定に基づいて排気行程での追加の燃料噴射が行なわれる（ステップＦ７０）。また、制御を簡易化するために、噴射開始時期を固定してもよい（固定時期は、例えば１２０°ＡＴＤＣが考えられる）。
このようにして、本実施形態の排ガス浄化装置では、温度低下検出手段１１１を構成する温度低下判定手段１０５により触媒９の温度低下が検出されるとともに、運転モード設定手段１０６からの出力により触媒９の温度低下が予測されるリーン運転モード〔特定運転状態（減速燃料カットを含む低負荷運転状態）〕が検出された場合に、温度低下抑制手段１１０としての追加燃料噴射制御手段１０２により少なくとも機関の排気行程中に追加燃料を噴射することで、確実に触媒９の昇温が図ることができ、触媒９の浄化効率の悪化を未然に防止することができるという利点がある。
【０１１５】
次に、第５実施形態について説明すると、この実施形態の排ガス浄化装置は、図１４に示すように、上述の第４実施形態ものと、温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５が異なる。
つまり、この実施形態では、温度低下判定手段１０５が、触媒温度センサ２６からの検出情報に基づいて触媒９の温度低下度合（温度低下勾配）を検出し、この温度低下度合に応じて設定温度θ１を変更し、この設定温度θ１によって、一旦、触媒温度θC.C が触媒活性温度に達して活性化した後に、触媒温度θC.C が低下したか否かを判定するようになっている。
【０１１６】
このため、温度低下判定手段１０５は、図１４に示すように、上述の第２実施形態の温度低下判定手段１０５と同様の構成を有するが、さらに、触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上であるか否かも判定する機能をも有するように構成されている。ここでは、第２実施形態の温度低下判定手段１０５と同様の構成についてはその説明は省略する。
【０１１７】
なお、本実施形態における排ガス浄化装置におけるその他の構成については、上述の第４実施形態のものと同様であるため、ここではその説明を省略する。
本発明の第５実施形態としての排ガス浄化装置は、上述のように構成されており、通常運転モード設定手段１０７によって設定された運転モードに基づく燃料噴射制御は、上述の第１実施形態と同様に行なわれるため、その説明は省略する。
【０１１８】
また、本実施形態の排ガス浄化装置による温度低下抑制制御、即ち、追加燃料噴射制御手段１０２による追加燃料噴射制御について、図１５のフローチャートを参照しながら説明する。なお、この制御は一定の周期毎に実行される。
まず、ステップＧ１０で、Δθ算出部１０５Ａにより触媒温度検出モード（図８参照）を実行し、触媒温度θC.C の一定時間における変化量Δθを算出する。つまり、図８に示すように、ステップＥ１０で一定時間毎に触媒温度θC.C を読み込み、これに基づいて、ステップＥ２０で触媒温度θC.C の一定時間の変化量Δθを算出する。
【０１１９】
次に、ステップＧ１５で、フラグＦが０か否かを判定し、フラグＦが０である場合はステップＧ２０に進み、フラグＦが０でない場合はステップＧ９０に進む。ここで、フラグＦは温度低下抑制制御中である場合に１となり、温度低下抑制制御中でない場合に０となり、また、初期設定時には０にセットされる。
そして、ステップＧ２０で、θ１，θ２読込部１０５Ｂによって、ステップＤ２０で算出された変化量Δθに基づいて設定温度θ１をマップから読み込み、ステップＧ３０に進む。ここで、設定温度θ１を可変とするマップは、基本的に触媒温度θC.C の変化量Δθが温度低下側に大きく変化した場合（即ち、温度低下度合が大の場合）、設定温度θ１を高くするように設定されている。
【０１２０】
ステップＧ３０では、判定部１０５Ｃによって、触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上設定温度θ１以下であるか否かを判定し、この判定の結果、触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上設定温度θ１以下である場合はステップＧ３５に進んでフラグＦを１にセットしてステップＧ４０に進み、触媒温度θC.C が可燃温度θ0以上設定温度θ１以下でない場合は、温度低下抑制制御と行なわず、リターンする。
【０１２１】
そして、ステップＧ４０で、運転モード設定手段１０６により設定された運転モードがリーン運転モードであるか否かを判定し、この判定の結果、リーン運転モードである場合は、温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を行なうべく、ステップＧ４５〜Ｇ８０までの処理を行ない、リーン運転モードでない場合は温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を行なわず、ステップＧ１１０に進んでフラグＦを０にリセットして、リターンする。
【０１２２】
ところで、ステップＧ９０では、θ１，θ２読込部１０５Ｂによって、ステップＧ１０で算出された変化量Δθに基づいて設定温度θ２をマップから読み込み、ステップＧ１００に進む。ここで、設定温度θ２を可変とするマップは、基本的に触媒温度θC.C の変化量Δθが温度上昇側に大きく変化した場合（即ち、温度上昇度合が大の場合）、設定温度θ２を低くするように設定されている。
【０１２３】
そして、ステップＧ１００で、温度低下抑制制御によって触媒温度θC.C が上昇し、触媒温度θC.C が設定温度θ２以上になったか否かを判定する。この結果、触媒温度θC.C が設定温度θ２以上でない場合は、温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を継続すべくステップＧ４０に進み、触媒温度θC.C が設定温度θ２以上である場合は、温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を行なわず、ステップＧ１１０に進みフラグＦを０にリセットして、リターンする。
【０１２４】
排気行程噴射制御としては、ステップＧ４５〜Ｇ８０までの処理を行なうが、これは、第４実施形態において、図１３を参照しながら説明した排気行程噴射制御のステップＦ３０〜ステップＦ７０に相当するものであるため、ここでは、その説明を省略する。
このようにして、本実施形態の排ガス浄化装置では、第４実施形態と同様な効果が得られるとともに、設定温度θ１を可変とすることで、触媒温度低下度合が大きい場合には早い時期から少なくとも機関の排気行程中に追加燃料を噴射することで、確実に触媒９の昇温が図ることができ、触媒９の浄化効率の悪化を未然に防止することができるという利点がある。また、設定温度θ２を可変とすることで、触媒温度低下抑制制御によって触媒温度が急に上昇した場合でも、早い時期に触媒温度低下抑制制御を停止させ、触媒の過昇温を防止することができる利点もある。
【０１２５】
次に、第６実施形態について説明すると、この実施形態の排ガス浄化装置は、図１６に示すように、上述の第１実施形態のものと第４実施形態のものとを組み合わせたものである。これは、触媒の温度低下が予測される定常走行運転時に、減速燃料カットを含む低負荷運転時（アイドル運転時も含む）に効率よく確実に触媒の温度低下を防止するために構成されている。
【０１２６】
そして、この実施形態では、燃料噴射制御手段１０１が、第４実施形態のものと同様に構成されており、その他の構成については、第１実施形態のものと同様な構成にされている。そして、温度低下抑制用モード切換手段（第１手段）１０８と追加燃料噴射制御手段（第２手段）１０２とから温度低下抑制手段１１０が構成され、これらの温度低下抑制用モード切換手段１０８又は追加燃料噴射制御手段１０２による温度低下抑制制御を運転状態によって切り換えるようにしている。
【０１２７】
さらに説明すると、触媒温度センサ２６により触媒温度が所定温度よりも低くなり、その後、スロットルセンサ１４等の出力から機関の運転状態を判定し、その時の運転状態が定常走行運転状態の場合には、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８によって温度低下抑制制御を行ない、減速燃料カットを含む低負荷運転状態（アイドル運転状態を含む）の場合には、温度低下抑制手段１１０としての追加燃料噴射制御手段１０２によって温度低下抑制制御を行なうようになっている。
【０１２８】
本実施形態の排ガス浄化装置は、上述のように構成されているため、温度低下抑制用モード切換手段１０８によって運転モード（燃焼状態）を切り換えることによる温度低下抑制制御と追加燃料噴射制御手段１０２によって追加燃料を噴射することによる温度低下抑制制御とを機関の運転状態に応じて選択的に行なうようにすることで、燃料消費の悪化を最小限に抑制しながら、確実に触媒９の温度低下（触媒の浄化効率の低下）を防止することができるという利点がある。
【０１２９】
なお、本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、例えば第１実施形態では、触媒の温度に応じて温度低下抑制制御の作動及び停止を行なっているが、温度低下抑制制御の作動を触媒の温度に応じて開始させ、その後、温度低下抑制制御の継続時間、つまり、運転モードが切り換わってからの時間に応じて、温度低下抑制制御を終了させるように設定してもよい。
【０１３０】
また、第１，２，３，６実施形態の排ガス浄化装置では、温度低下抑制用運転モードとして選択される運転モードを前期リーン運転モードとしているが、これに限られるものではなく、触媒の温度上昇に応じて段階的に運転モードを前期リーン運転モードからストイキオ運転モードに切り換えてもよく、また、触媒温度θC.C を急激に上昇させる必要がある状況では、後期リーン運転モードから直接ストイキオ運転モードが選択されるようにしてもよい。これは、三元触媒９Ｂに比べ触媒活性温度が高く活性温度域の狭いリーンＮＯX 触媒９Ａの温度低下を抑制するのに、特に有効である。
【０１３１】
また、第１，２，３，６実施形態の排ガス浄化装置では、触媒温度θC.C が非常に低くなっている場合に、効率よく触媒温度θC.C を上昇させるには、まず、温度低下抑制用運転モードとしてのストイキオ運転モードに切り換えるようにしてもよい。この場合、触媒９の過昇温を防止すべく、触媒温度がある程度上昇したことが検出又は推定された場合に、さらに、温度低下抑制用運転モードとしての前期リーン運転モードに切り換えるようにするとよい。
【０１３２】
さらに、第１，２，３，６実施形態の排ガス浄化装置では、通常運転モードとして後期リーン運転モードが選択されている場合としているが、前期リーン運転モードにおいて運転状態によって排ガス温度が低下する場合には、温度低下抑制用運転モードとしてのストイキオ運転モードに切り換えるようにしてもよい。また、第１，２，３，６実施形態の排ガス浄化装置では、通常運転モードとして後期リーン運転モード，前期リーン運転モード及びストイキオ運転モードを切り換える機関に備えられるものとして説明しているが、機関が後期リーン運転モードと前期リーン運転モードとを切り換えるものとして構成されている場合には、温度低下抑制用運転モードとして前期リーン運転モードが設定されるようにすればよく、また、機関が後期リーン運転モードとストイキオ運転モードとを切り換えるものとして構成されている場合には、温度低下抑制用運転モードとしてストイキオ運転モードが設定されるようにすればよい。
【０１３３】
また、第１，２，３，６実施形態の排ガス浄化装置では、スロットルセンサ１４からの検出情報をも取り入れることによって、定常運転状態において温度低下抑制用モード切換手段１０８による温度低下抑制制御を行なうようにしているが、このような判定を行なわず、触媒温度θC.C のみに基づいて制御を行なうか否かを判定するようにしてもよい。
【０１３４】
さらに、温度低下抑制手段として、本エンジンの一部の気筒については圧縮行程中に燃料噴射を行なう層状超リーン燃焼とし、他の気筒については吸気行程中に燃料噴射を行ないストイキオ又は燃料リッチな空燃比による予混合燃焼として、ストイキオ又は燃料リッチの気筒から排出される未燃成分（ＣＯ，ＨＣ，Ｈ2等）と燃料リーンの気筒から排出されるＯ2 とによる酸化反応によって、触媒を昇温させるように構成してもよく、さらに、上述した各運転状態と組み合わせて、各運転状態毎に効率よく触媒の昇温を図るようにしてもよい。
【０１３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の排ガス浄化装置によれば、温度低下検出手段により触媒の温度低下が判定された場合に温度低下抑制手段を作動させることで、筒内噴射型内燃機関に特有の排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率の悪化を防止することができるという利点がある。
【０１３６】
また、付加デバイス無しの安価なシステムで、層状超リーン燃焼による排ガス温度の低下を抑制することができ、これによって、排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率が悪化するのを防止することができるという利点がある。
請求項２記載の本発明の排ガス浄化装置によれば、触媒温度が設定温度よりも若干低くなった場合には、運転モードを燃料消費の悪化を考慮してリーン運転モードとし、触媒の排ガス浄化効率を維持することができるとともに、触媒温度が設定温度よりもかなり低下した場合には、触媒の排ガス浄化効率が極めて悪化してしまうので運転モードをストイキオ運転モードとし、積極的に触媒の温度を昇温させて、触媒の浄化効率の悪化を防止することができるという利点がある。
【０１３７】
請求項３記載の本発明の排ガス浄化装置によれば、燃焼状態の切換と追加燃料噴射とを選択的に行なうようにすることで、燃料消費の悪化を抑制しながら、確実に触媒の温度低下（触媒の浄化効率の低下）を防止することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置の制御系の要部構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置における制御ブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置の全体構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置の燃料噴射制御を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置の温度低下抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態としての排ガス浄化装置の制御系の要部構成を模式的に示す制御ブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態としての排ガス浄化装置の温度低下抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態としての排ガス浄化装置の温度低下抑制制御における触媒温度検出モードを説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態としての排ガス浄化装置において用いられる設定温度を説明するため図であり、（ａ）は設定温度θ1 ，設定温度θ2 、（ｂ）は設定温度θ１，設定温度θ２をそれぞれ説明するためのものである。
【図１０】本発明の第３実施形態としての排ガス浄化装置の制御系の要部構成を模式的に示す制御ブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施形態としての排ガス浄化装置の温度低下抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の第４実施形態としての排ガス浄化装置の制御系の要部構成を模式的に示す制御ブロック図である。
【図１３】本発明の第４実施形態としての排ガス浄化装置の温度低下抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図１４】本発明の第５実施形態としての排ガス浄化装置の制御系の要部構成を模式的に示す制御ブロック図である。
【図１５】本発明の第５実施形態としての排ガス浄化装置の温度低下抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図１６】本発明の第６実施形態としての排ガス浄化装置の制御系の要部構成を模式的に示す制御ブロック図である。
【符号の説明】
１ 燃焼室
２ 吸気通路
２ａ サージタンク
３ 排気通路
４ 吸気弁
５ 排気弁
６ エアクリーナ
７ スロットル弁
８ インジェクタ（燃料噴射弁）
８ａ インジェクタソレノイド
８ｂ インジェクタソレノイド用スイッチングトランジスタ
９ 排出ガス浄化用触媒としての排出ガス浄化用触媒コンバータ
９Ａ リーンＮＯx 触媒
９Ｂ 三元触媒
１０ 排出ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）
１０ｂ 排気還流通路
１０ａ ＥＧＲバルブ（排出ガス還流手段）
１１ エアフローセンサ
１２ 吸気温センサ
１３ 大気圧センサ
１４ スロットルセンサ
１５ アイドルスイッチ
１６ アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）
１６Ａ バイパス路
１７ 酸素濃度センサ（Ｏ2 センサ）
１９ 冷却水温度センサ
２０ クランキングスイッチ又はイグニッションスイッチ
２１ クランク角センサ（エンジン回転数センサ）
２２ ＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）
２３ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２４ アクセルポジションセンサ
２５ バッテリセンサ
２６ 触媒温度センサ（触媒温度検出手段）
２７ ＣＰＵ
２８，２９ 入力インタフェイス
３０ アナログ／デジタルコンバータ
３１ ＲＯＭ
３２ ＲＡＭ
３４ 噴射ドライバ（燃料噴射弁駆動手段）
３５ 点火プラグ
５０ エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）
５０Ａ バイパス路
１０１ 燃料噴射制御手段
１０２ 追加燃料噴射制御手段（温度低下抑制手段）
１０３ 通常燃料噴射制御手段
１０４ 各種センサ類
１０５ 温度低下判定手段（温度低下検出手段）
１０５Ａ Δθ算出部
１０５Ｂ θ１，θ２読込部
１０５Ｃ 判定部
１０６ 運転モード設定手段
１０７ 通常運転モード設定手段
１０８ 温度低下抑制用モード切換手段
１０９Ａ タイマ
１０９Ｂ タイマ
１１０ 温度低下抑制手段
１１１ 温度低下検出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射型内燃機関において排ガス浄化を行なう排ガス浄化装置に関し、特に、超リーン燃焼時における排ガス浄化に用いて好適の、排ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、燃焼室内に燃料を直接噴射する火花点火式筒内噴射型内燃機関が開発されている。この筒内噴射型内燃機関は、従来の希薄燃焼内燃機関（リーンバーンエンジン）に比べ空燃比の極めて大きい超希薄領域での運転（超リーン燃焼運転時）が可能であるため、運転領域の多くを希薄領域として設定することができ、より一層の燃費向上を図ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような筒内噴射型内燃機関では、圧縮行程に燃料を噴射し、層状燃焼を成立させることで超希薄な混合気（酸素過剰雰囲気）下での燃焼（空燃比３０以上での燃焼）を行なうため、この燃焼下では、同一燃料量で比較した場合、従来の希薄燃焼内燃機関（空燃比２２程度での希薄領域で燃焼）よりも筒内での空気量が多く発熱量が少ないため、運転状態によっては排気温度が低くなる場合があり（約１５０度程度）、排気通路内に設けられた触媒の温度が低下してしまい、排ガス浄化効率が悪化するという課題がある。
【０００４】
ところで、触媒を昇温する技術としては、触媒の温度を検出し、この検出温度が触媒活性温度よりも低い場合には、空燃比を強制的に理論空燃比に設定することで、触媒温度を迅速に活性温度まで上昇させる技術が提案されている（特開平３−９４８号公報）。
しかし、この従来技術は、従来型の希薄燃焼内燃機関を対象としており、冷態始動時における早期触媒活性化を図ることを目的としたものであるため、筒内噴射型内燃機関における通常運転中における排気温度の低下という特有の課題を何ら解決しうるものではない。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、超希薄燃焼を行なう筒内噴射型内燃機関において、排ガスを浄化する触媒の温度低下を抑制し、排ガス浄化効率の悪化を防止することができるようにした、排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の排ガス浄化装置は、燃焼室内に直接燃料を噴射し、理論空燃比よりも空燃比の大きい層状超リーン燃焼を運転状態に応じて行なう筒内噴射型内燃機関に設けられ、上記機関の排気通路内に配設され排ガスを浄化する触媒と、上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出もしくは予測することにより、または温度低下を生じる特定運転状態を検出して上記触媒の温度低下を推定することにより、上記触媒の温度が触媒活性温度に達して活性化した後の上記触媒の温度低下を検出する温度低下検出手段と、上記温度低下検出手段により上記触媒の温度低下が検出された場合に上記触媒の温度低下を抑制するように作動する温度低下抑制手段とを備え、上記筒内噴射型内燃機関は、上記層状超リーン燃焼と、該層状超リーン燃焼よりも燃焼空燃比の小さい予混合燃焼とを運転状態に応じて切り換えて行なうものであり、上記予混合燃焼を行なうために理論空燃比近傍で運転するストイキオ運転モード又は理論空燃比よりも大きな空燃比で運転するリーン運転モードを有し、上記温度低下抑制手段は、上記温度低下検出手段からの出力に応じて上記触媒の温度が第１設定値よりも低くなるか又は低くなることが予測される場合に上記機関の運転を上記予混合燃焼のリーン運転モードに切り換え、さらに上記温度低下検出手段からの出力に応じて上記触媒の温度が上記第１設定値よりも低い温度として設定された第２設定値よりも低くなるか又は低くなることが予測される場合に上記機関の運転を上記予混合燃焼のストイキオ運転モードに切り換えることを特徴としている。
【０００７】
この温度低下抑制手段は、機関の燃焼状態（層状超リーン燃焼と予混合燃焼）を切り換える切換手段（運転モードを切り換える温度低下抑制用モード切換手段）又は機関の排気行程中に追加燃料を噴射する追加燃料噴射制御手段であることが好ましい。
この温度低下検出手段が触媒の温度を直接的に検出する手段である場合には、温度低下検出手段により触媒温度が予め設定された設定温度よりも低くなったことが検出されたときに、温度低下抑制手段により燃焼状態を所定時間、予混合燃焼とすることが好ましい。この場合、排ガス浄化効率の悪化を未然に防ぐことが可能となる。
【０００８】
また、温度低下検出手段により触媒の温度低下及び温度低下度合を検出して、この温度低下度合に応じて温度低下抑制手段により予混合燃焼とする時間を可変としてもよい。温度低下度合が小さい場合、排ガス浄化効率の悪化を防止しながら、しかも予混合燃焼となる時間を短縮でき、燃料消費の悪化を最小限に抑えることができる。
【０００９】
また、運転モードの切換後（温度低下抑制手段による制御後）には、触媒温度の実際の検出により通常の運転モードに戻すことが考えられる。この場合、触媒の昇温勾配が急なときには通常モードに戻すための設定温度を下げ、触媒が過昇温となることを未燃に防止するようにするのが好ましい。
さらに、温度低下検出手段が触媒の温度を推定する手段である場合には、例えば、排ガス温度の低下が生じる層状超リーン燃焼の継続時間により触媒の温度又は温度低下を推定し、温度低下抑制手段は層状超リーン燃焼にセットされてから所定時間経過後、一定時間、予混合燃焼としてもよい。この場合、非常に簡素な制御仕様とすることができる。
【００１０】
この機関がストイキオ運転モードを有する場合はストイキオ運転モードに、リーン運転モードを有する場合はリーン運転モードにそれぞれ切り換えることが好ましい。
請求項２記載の本発明の排ガス浄化装置は、燃焼室内に直接燃料を噴射し、理論空燃比よりも空燃比の大きい層状超リーン燃焼を運転状態に応じて行なう筒内噴射型内燃機関に設けられ、上記機関の排気通路内に配設され排ガスを浄化する触媒と、上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出もしくは予測することにより、または温度低下を生じる特定運転状態を検出して上記触媒の温度低下を推定することにより、上記触媒の温度が触媒活性温度に達して活性化した後の上記触媒の温度低下を検出する温度低下検出手段と、上記温度低下検出手段により上記触媒の温度低下が検出された場合に上記触媒の温度低下を抑制するように作動する温度低下抑制手段とを備え、上記筒内噴射型内燃機関は、上記層状超リーン燃焼と、該層状超リーン燃焼よりも燃焼空燃比の小さい予混合燃焼とを運転状態に応じて切り換えて行なうものであり、上記予混合燃焼が、理論空燃比で運転するストイキオ運転モードと上記理論空燃比よりも大きな空燃比で運転するリーン運転モードとの２つの運転モードを有し、上記温度低下検出手段は、上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出又は予測するように構成され、上記温度低下抑制手段は、該温度低下検出手段により上記触媒の温度が予め設定された第１設定値よりも低くなる場合又は低くなることが予測された場合には上記運転モードを上記リーン運転モードとし、さらに上記温度低下検出手段により上記触媒の温度が上記第１設定値よりも低い温度に設定された第２設定値よりも低くなる場合又は低くなることが予測された場合には上記運転モードを上記ストイキオ運転モードとすることを特徴としている。
【００１１】
好ましくは、これらの第１設定値及び第２設定値は、温度低下検出手段による出力に応じて可変とする。例えば、温度低下勾配が急な場合には第２設定値を上げ、温度低下抑制手段を早めに作動させて、触媒浄化効率が悪化してしまうのを未然に防止するようにするのが好ましい。
請求項３記載の本発明の排ガス浄化装置は、燃焼室内に直接燃料を噴射し、理論空燃比よりも空燃比の大きい層状超リーン燃焼を運転状態に応じて行なう筒内噴射型内燃機関に設けられ、上記機関の排気通路内に配設され排ガスを浄化する触媒と、上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出もしくは予測することにより、または温度低下を生じる特定運転状態を検出して上記触媒の温度低下を推定することにより、上記触媒の温度が触媒活性温度に達して活性化した後の上記触媒の温度低下を検出する温度低下検出手段と、上記温度低下検出手段により上記触媒の温度低下が検出された場合に上記触媒の温度低下を抑制するように作動する温度低下抑制手段とを備え、上記筒内噴射型内燃機関は、上記層状超リーン燃焼と該層状超リーン燃焼よりも燃焼空燃比の小さい予混合燃焼とを運転状態に応じて切り換えて行なうものであり、上記温度低下抑制手段は、上記層状超リーン燃焼と上記予混合燃焼とを切り換える第１手段と、上記機関の少なくとも排気行程中に追加燃料を噴射する第２手段とを有し、上記温度低下抑制手段が、上記機関の定常運転状態のときに上記第１手段を選択して上記層状超リーン燃焼から上記予混合燃焼へ切り換える一方、上記機関の低負荷運転状態のときに上記第２手段を選択することを特徴としている。
【００１２】
この温度低下抑制手段は、定常走行運転状態の場合には、機関の燃焼状態を予混合燃焼に切り換え（第１手段実行）、減速燃料カットを含む低負荷運転状態（アイドル運転状態を含むことが好ましい）の場合には機関の排気行程中に追加燃料を噴射する（第２手段実行）ことが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施形態について説明する。
まず、図１〜図５を参照して本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置について説明する。
本排ガス浄化装置を備える筒内噴射型内燃機関の構成は、図３に示すようになっており、吸気，圧縮，膨張，排気の各行程を一作動サイクル中にそなえる内燃機関、即ち４サイクルエンジンであって、火花点火式で、且つ、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジン（筒内噴射型内燃機関）として構成されている。
【００１４】
燃焼室１には、吸気通路２および排気通路３が連通しうるように接続されており、吸気通路２と燃焼室１とは吸気弁４によって連通制御されるとともに、排気通路３と燃焼室１とは排気弁５によって連通制御されるようになっている。
また、吸気通路２には、上流側から順にエアクリーナ６およびスロットル弁７が設けられており、排気通路３には、その上流側から順に排出ガス浄化用触媒としての排出ガス浄化用触媒コンバータ９および図示しないマフラ (消音器)が設けられている。なお、吸気通路２には、サージタンク２ａが設けられている。
【００１５】
また、排出ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）１０が配設されている。つまり、吸気通路２のサージタンク２ａ部分と排気通路３の上流側とを接続するように排気還流通路１０ｂが設けられており、この排気還流通路１０ｂにはＥＧＲバルブ１０ａが取り付けられている。
そして、このＥＧＲバルブ１０ａによって、排気通路３から吸気通路２への排出ガス（排気又は排気ガス又は排ガスともいう）の流量を制御できるようになっている。なお、ＥＧＲバルブ１０ａの制御はエンジンの運転状態に応じて行なわれるようになっている。
【００１６】
また、スロットル弁７は図示しないアクセルペダルの踏込み量に応じて開度が変わり、これにより燃焼室１内に導入される空気量が調整されるようになっている。更に、１６は、アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）であり、吸気通路２のスロットル弁設置部分をバイパスするバイパス路１６Ａに設けられ、図示しないステッパモータによって開閉駆動され、主にスロットル弁７全閉又は略全閉時におけるアイドル回転数を微調整している。
【００１７】
５０はエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）であり、吸気通路２のスロットル弁７設置部分をバイパスするようにスロットル弁７の上流側の吸気通路２とサージタンク２ａとを連通するバイパス路５０Ａに設けられ、スロットル弁７とは別個に吸気量を調整して空燃比を調整しうるものである。
インジェクタ（燃料噴射弁）８は気筒内の燃焼室１へ向けて燃料を直接噴射すべく、その開口を燃焼室１に臨ませるように、配置されている。また、当然ながら、このインジェクタ８は各気筒毎に設けられており、例えば本実施形態のエンジンが直列４気筒エンジンであるとすると、インジェクタ８は４個設けられていることになる。
【００１８】
このような構成により、スロットル弁７の開度に応じエアクリーナ６を通じて吸入された空気が吸気弁４の開放により燃焼室１内に吸入され、この燃焼室１内で、吸入された空気とインジェクタ８から直接噴射された燃料とが混合され、燃焼室１内で点火プラグ３５を適宜のタイミングで点火させることにより、燃焼せしめられて、エンジントルクを発生させたのち、燃焼室１内から排出ガスとして排気通路３へ排出され、触媒コンバータ（以下、単に触媒ともいう）９で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯx の３つの有害成分を浄化されてから、マフラで消音されて大気側へ放出されるようになっている。
【００１９】
特に、本エンジンは、空燃比をリーンにしながら節約運転を行なえるエンジンであり、リーン運転時には、通常の三元触媒だけでは排出ガス中のＮＯx を十分に浄化できないため、触媒９は、リーンＮＯx 触媒９Ａと三元触媒９Ｂとを組み合わせたものになっている。つまり、リーンＮＯx 触媒９Ａの下流に、理論空燃比下で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ及びＮＯx を浄化可能な三元機能を有する三元触媒９Ｂを備えるようにしている。
【００２０】
これは、三元触媒９ＢをリーンＮＯx 触媒９Ａの下流に配置してリーンＮＯx触媒９ＡでのＮＯx 浄化を妨げることのないようにしながら、リーンＮＯx 触媒で十分に浄化できなかったＣＯやＨＣを確実に浄化することができるようにするためである。なお、リーンＮＯx 触媒が三元機能を有する場合にはリーンＮＯx触媒を１つだけ配置してもよい。
【００２１】
ところで、本エンジンについてさらに説明すると、このエンジンは、吸気通路２から燃焼室１内に流入した吸気流が縦渦（逆タンブル流）を形成するように構成され、燃焼室１内で、吸気流がこのような縦渦流を形成するので、この縦渦流を利用しながら例えば燃焼室１の頂部中央に配設された点火プラグ３５の近傍のみに少量の燃料を集めて、点火プラグ３５から離隔した部分では極めてリーンな空燃比状態とすることができ、点火プラグ３５の近傍のみを理論空燃比又はリッチな空燃比とすることで、安定した層状燃焼（層状超リーン燃焼）を実現しながら、燃料消費を抑制することができる。この場合の最適な燃料噴射のタイミングとしては、空気流動の弱い圧縮行程後期である。
【００２２】
また、このエンジンから高出力を得る場合には、インジェクタ８からの燃料が燃焼室１全体に均質化され、全燃焼室１内を理論空燃比やリーン空燃比の混合気状態にさせて予混合燃焼を行なえばよく、もちろん、理論空燃比による方がリーン空燃比によるよりも高出力が得られるが、これらの際にも、燃料の霧化及び気化が十分に行なわれるようなタイミングで燃料噴射を行なうことで、効率よく高出力を得ることができる。このような場合の最適な燃料噴射のタイミングとしては、吸気流を利用して燃料の霧化及び気化を促進できるように、吸気行程の初期又は前期には燃料噴射を終えるように設定する。
【００２３】
ところで、このエンジンを制御するために、種々のセンサが設けられている。まず吸気通路２側には、そのエアクリーナ配設部分に、吸入空気量をカルマン渦情報から検出するエアフローセンサ１１，吸入空気温度を検出する吸気温センサ１２および大気圧を検出する大気圧センサ１３が設けられており、そのスロットル弁配設部分に、スロットル弁７の開度を検出するポテンショメータ式のスロットルセンサ１４，アイドリング状態を検出するアイドルスイッチ１５等が設けられている。
【００２４】
また、排気通路３側には、触媒９の上流側部分に、排ガス中の酸素濃度（Ｏ2濃度）を検出する酸素濃度センサ１７（以下、単にＯ2 センサ１７という）が設けられるとともに、触媒９の下流側部分には、触媒若しくはその近傍の温度θC.C （以下、触媒温度θC.C という）を検出する触媒温度検出手段としての触媒温度センサ（高温センサ）２６が設けられている。
【００２５】
さらに、その他のセンサとして、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１９や、図２に示すごとく、クランク角度を検出するクランク角センサ２１（このクランク角センサ２１はエンジン回転数を検出する回転数センサも兼ねている）および第１気筒（基準気筒）の上死点を検出するＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）２２がそれぞれカム近傍に設けられている。
【００２６】
そして、これらのセンサからの検出信号は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２３へ入力されるようになっている。
なお、ＥＣＵ２３へは、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルポジションセンサ２４やバッテリの電圧を検出するバッテリセンサ２５からの電圧信号や始動時を検出するクランキングスイッチ〔あるいはイグニッションスイッチ（キースイッチ）〕２０からの信号も入力されるようになっている。
【００２７】
ところで、ＥＣＵ２３のハードウエア構成は図２のようになるが、このＥＣＵ２３はその主要部としてＣＰＵ２７をそなえており、このＣＰＵ２７へは、吸気温センサ１２，大気圧センサ１３，スロットルセンサ１４，Ｏ2 センサ１７，水温センサ１９，アクセルポジションセンサ２４，触媒温度センサ２６およびバッテリセンサ２５からの検出信号が入力インタフェイス２８およびアナログ／デジタルコンバータ３０を介して入力されるとともに、エアフローセンサ１１，クランク角センサ２１，ＴＤＣセンサ２２，アイドルスイッチ１５，クランキングスイッチ２０，イグニッションスイッチ等からの検出信号が入力インタフェイス２９を介して入力されようになっている。
【００２８】
さらに、ＣＰＵ２７は、バスラインを介して、プログラムデータや固定値データを記憶するＲＯＭ３１，更新して順次書き替えられるＲＡＭ３２，フリーランニングカウンタ４８およびバッテリが接続されている間はその記憶内容が保持されることによってバックアップされたバッテリバックアップＲＡＭ（図示せず）との間でデータの授受を行なうようになっている。
【００２９】
なお、ＲＡＭ３２内データはイグニッションスイッチをオフすると消えてリセットされるようになっている。
また、ＣＰＵ２７で演算結果に基づく燃料噴射制御信号は、各気筒毎の（ここでは、４つの）噴射ドライバ（燃料噴射弁駆動手段）３４を介して、インジェクタ８のソレノイド（インジェクタソレノイド）８ａへ出力されるようになっている。
【００３０】
今、燃料噴射制御（空燃比制御）に着目すると、ＣＰＵ２７で演算された燃料噴射用制御信号がドライバ３４を介して出力され、例えば４つのインジェクタ８を順次駆動させるようになっている。
そして、上述のような筒内噴射エンジンの特徴から、このエンジンでは、燃料噴射の態様として、層状超リーン燃焼によるリーン運転を実現し燃費を向上させるために圧縮行程中（特に、圧縮行程後半）で燃料噴射を行なう後期噴射モード（後期リーン運転モード）と、予混合燃焼によるリーン運転を実現し、緩加速による出力を得るために吸気行程中（特に吸気行程前半）に燃料噴射を行なう前期噴射モード（前期リーン運転モード）と、予混合燃焼によるストイキオ運転（理論空燃比運転）を実現し、前期噴射モードより出力を向上させるために吸気行程中に燃料噴射を行なうストイキオモード（ストイキオ運転モード）とが設けられており、エンジンの運転状態に応じて切り換えられるようになっている。
【００３１】
なお、後期リーン運転モードでは、特に、排ガス温度の低下を生じるため、これを特定運転状態という。また、上述の運転モードの切換は、機関の燃焼状態の切換（層状超リーン燃焼と予混合燃焼とを切り換える）を意味する。
このような燃料噴射制御（インジェクタ駆動制御）のために、ＥＣＵ２３には、図１のブロック図に示すように、噴射モード（運転モード）の選択を行なう運転モード設定手段１０６や燃料噴射量の設定を行なう燃料噴射制御手段１０１が設けられている。
【００３２】
そして、運転モード設定手段１０６には、図１に示すように、通常運転時の噴射モードの選択を行なう機能（通常運転モード設定手段）１０７と触媒９の温度低下を抑制するために噴射モードを切り換える機能（温度低下抑制用モード切換手段）１０８とが備えられる。
このうち、通常運転モード設定手段１０７では、噴射モードを、エンジン回転数センサ２１，各種センサ類１０４等から検出されたエンジン回転数（回転速度）Ｎｅやアクセルペダル踏込量θACC に基づいてエンジンの目標出力トルクＴを設定して、エンジン回転数Ｎｅやこの目標出力トルクＴに応じて、前期噴射モードと後期噴射モードとのいずれかのモードを選択的に設定する。例えばエンジン回転数Ｎｅが低くて目標トルクＴも低い領域では後期噴射モードとし、エンジン回転数Ｎｅ及び目標トルクＴのいずれかが低くなければ前期噴射モード又はストイキオモードとするようになっている。
【００３３】
また、温度低下抑制用モード切換手段１０８は、排ガス浄化にかかる本筒内噴射型内燃機関の特徴的な構成要素であり、後述する温度低下判定手段１０５により触媒９の温度低下が判定された場合に、通常運転モード設定手段１０７により設定される通常運転モードを温度低下抑制用運転モードに切り換え、触媒９の温度低下を抑制する機能を有するものである。このため、温度低下抑制用モード切換手段１０８は、触媒９の温度低下を抑制するように作動する温度低下抑制手段１１０を構成する。
【００３４】
この温度低下抑制用モード切換手段１０８では、図１に示すように、通常運転モード設定手段１０７、後述する温度低下判定手段１０５及びスロットルセンサ１４からの情報に基づき、通常運転モードとしての後期リーン運転モードを温度低下抑制用運転モードとしての前期リーン運転モードに切り換えるようになっている。なお、運転モードの切換は、機関の燃焼状態の切換に相当するため、後期リーン運転モードを前期リーン運転モードに切り換えることは、層状超リーン燃焼を予混合燃焼に切り換えることを意味する。
【００３５】
これは、排ガス温度は、通常運転モード設定手段１０７によって選択される運転モード（即ち、運転時の空燃比）による影響が大きく、ストイキオ運転モード（理論空燃比）に近くなるほど吸入空気の単位重量当たりの燃料量が増加（従って、発熱量が増加）し、排ガス温度が高くなるという特性があるため、この特性を利用し、運転モードを切り換えることにより、より高い温度の排ガスが触媒９の近傍へ排出されるようにして、排ガスから触媒９に伝わる熱量を増やし、触媒９の温度低下を抑制し、触媒９の浄化効率の悪化を防止しようとするものである。
【００３６】
ここでは、通常運転モードとして排ガス温度の低い後期リーン運転モードが選択されている場合に、後期リーン運転モードよりも排ガス温度が高い前期リーン運転モードに切り換えるようにしているが、これは、希薄な混合気により燃焼させる後期リーン運転モードの場合に排ガス温度が最も低くなるため、触媒９の温度低下が著しいからである。
【００３７】
また、温度低下抑制用モード切換手段１０８は、スロットルセンサ１４からの情報をも取り入れるようにしている。これは、温度低下抑制用モード切換手段１０８による制御を、一定負荷の状態（定常運転状態）で行なうように設定することが好ましいからである。
この理由は、定常運転状態でない加速時には、通常運転モードが切り換えられるため、特に、温度低下抑制用モード切換手段１０８によって運転モードを切り換えることにより温度低下抑制制御を行なう必要がないからである。また、定常運転状態でない減速時には、減速燃料カットのような運転状態があり、この燃料カット時には、運転モードを切り換えたところで排気温度を上げるために必要な燃料がカットされていることから、排気温度を上げることができないからである。また、減速中にもモード切換制御を実行し、その中で減速燃料カット時のみ、運転モードの切換制御を禁止するように設定しようとすると、制御が複雑になるからである。なお、このような減速燃料カットを含む低負荷運転状態については、後述する第４実施形態に示すような温度低下抑制制御を行なうことが好ましい。
【００３８】
このため、温度低下抑制用モード切換手段１０８は、一定時間におけるスロットル開度の変化量ΔＴＰＳがスロットル開度の変化量の基準値ＴＰ１以下であるか否かを判定し（ΔＴＰＳ≦ＴＰ１）、これによって定常運転状態にあるか否かを判定するようになっている。なお、変化量ΔＴＰＳは、例えば、前回の検出周期におけるスロットル開度の値と今回の検出周期におけるスロットル開度の値との差により求められる。また、基準値ＴＰ１は、０に近い値として設定される。
【００３９】
また、温度低下抑制用モード切換手段１０８は、触媒温度θC.C に基づいて運転モードの切換を行なうため、ＥＣＵ２３には、触媒９の温度低下を判定する温度低下判定手段１０５が設けられている。なお、この温度低下判定手段１０５と上述の触媒温度センサ２６とから温度低下検出手段１１１が構成される。
この温度低下判定手段１０５は、一旦、触媒温度θC.C が触媒９を活性化させるのに必要な温度（触媒活性温度）に達して活性化した後に、触媒温度θC.C を検出する触媒温度センサ２６からの検出情報に基づいて、触媒９の温度低下を判定するようになっている。
【００４０】
このため、温度低下判定手段１０５は、触媒温度θC.C が予め設定された設定温度θ1 以下であるか否かを判定することによって（θC.C ≦θ1 ）、触媒９の温度低下を判定するようになっている。
ここで、設定温度θ1 は触媒活性温度よりも高い値として設定され、例えば、触媒活性下限温度にある所定温度（例えば、５０℃）を加えた値として設定される。この触媒活性下限温度は本実施形態にかかるリーンＮＯX 触媒では、４００度程度である。なお、この所定温度の値は、触媒温度センサ２６の応答遅れ、応答精度により決まる値であり、システムによっても変わるものである。また、触媒の触媒活性下限温度は、触媒成分等により変わるものである。
【００４１】
なお、この温度低下判定手段１０５は、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８による制御によって、触媒温度θC.C が十分に上昇したか否かを判定すべく、触媒９の温度を検出する触媒温度センサ２６からの検出情報に基づいて、触媒９の温度上昇を判定するようになっている。
このため、温度低下判定手段１０５は、触媒温度θC.C が予め設定された設定温度θ2 以上になったか否かを判定することによって（θC.C ≧θ2 ）、触媒温度θC.C が上昇したか否かを判定するようになっている。
【００４２】
ここで、設定温度θ2 は、温度低下抑制制御の終了条件であり、触媒温度θC.C が十分に上昇したか否かを判定するためのものであるため、図９（ａ）に示すように、設定温度θ1 よりも大きい値（高い温度）として設定される。なお、設定温度θ2 は設定温度θ1 と同じ値として設定してもよい。
このような設定温度θ1 ，θ2 は、例えば、図９（ａ）に示すように設定される。図９（ａ）中、曲線Ａは触媒温度θC.C の変化を示している。また、図中、噴射期間とは温度低下抑制用前期リーン運転モードに基づく噴射期間を示している。
【００４３】
図９（ａ）に示すように、触媒温度θC.C が低下し、設定温度θ1 以下になった場合に、温度抑制制御用モード切換手段１０８により前期リーン運転モードに切り換えることによって温度低下抑制制御を行ない（図中、噴射期間としている）、これによって触媒温度θC.C が上昇し、設定温度θ2 以上になった場合は温度低下抑制制御を終了し、運転モードを通常運転モードに戻す（ここでは、後期リーン運転モードに戻す）ようにしている。そして、再び、触媒温度θC.C が低下し、設定温度θ1 以下になった場合には、同様の制御を繰り返すようにしている。
【００４４】
ところで、図１に示すように、ＥＣＵ２３には、燃料噴射制御手段１０１が備えられている。この燃料噴射制御手段１０１における燃料噴射制御を説明すると、この燃料噴射制御手段１０１では、燃料噴射量は、燃料噴射時間（インジェクタの駆動時間であって、実際の制御の上ではインジェクタ駆動パルス幅という）ｔAUとして設定されるが、ストイキオモード，前期噴射モードの場合も後期噴射モードの場合も、機関負荷（１ストローク当たりの吸入空気量）Ｑ／Ｎｅと目標とする空燃比（Ａ／Ｆ、以下ＡＦとする）等に基づいて、まず、次式によって基本駆動時間ｔp が算出される。
【００４５】
ｔp ＝（Ｑ／Ｎｅ）×（１／ＡＦ）×（αAIR ／αFUEL）×（１／ＧINJ ）
なお、機関負荷Ｑ／Ｎｅは１ストローク当たりの吸入空気量であり、エアフローセンサ１１で検出された吸入空気量Ｑをエンジン回転数センサ（クランク角センサ）２１で検出されたエンジン回転数Ｎｅで除算することで求められる。
また、αAIR は空気密度、αFUELは燃料密度、ＧINJ はインジェクタゲインである。
【００４６】
そして、燃料噴射時間ｔAUは、次式で算出される。
ｔAU＝ｔp ×ｆ＋ｔD
なお、ｆは各種の燃料補正係数であり、この燃料補正係数ｆは、水温センサ１９で検出されたエンジン冷却水温，吸気温センサ１２で検出された吸気温，大気圧センサ１３で検出された大気圧等に応じて設定される。また、ｔD はインジェクタ無駄時間（デッドタイム）である。
【００４７】
本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置は、上述のように構成されているので、例えば、図４に示すように、通常運転モード設定手段１０７によって設定された運転モードに基づき燃料噴射制御が行なわれる。
この制御は一定のクランク角毎に実行され、まず、ステップＡ１０〜Ａ３０の処理を行なう。つまり、ステップＡ１０で、エアフローセンサ１１，回転数センサ２１で検出された吸入空気量Ｑ，エンジン回転数Ｎｅから、機関負荷Ｑ／Ｎｅ（即ち、１ストローク当たりの吸入空気量）を計算する。次に、ステップＡ２０で、上式に示すように、この機関負荷Ｑ／Ｎｅに基づいて、基本駆動時間ｔp を計算する。さらに、ステップＡ３０で、基本駆動時間ｔp に各種の燃料補正係数Ｋの乗算等を行なって燃料噴射時間ｔAUを算出する。
【００４８】
そして、これに基づいて、燃料噴射（ステップＡ４０）が行なわれる。
次に、本排ガス浄化装置による温度低下抑制制御、即ち、温度低下抑制用モード切換手段１０８による温度低下抑制用運転モードへの切換制御について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。なお、この制御は一定の周期毎に実行される。
【００４９】
まず、ステップＢ１０では、通常運転モード設定手段１０７によって選択されている運転モードが後期リーン運転モードか否かを判定し、この判定の結果、後期リーン運転モードが選択されている場合はステップＢ２０に進み、後期リーン運転モードが選択されていない場合はステップＢ６０に進む。
そして、ステップＢ２０では、触媒温度θC.C が設定温度θ1 以下であるか否かを判定し、この判定の結果、触媒温度θC.C が設定温度θ1 以下である場合はステップＢ３０に進み、定常運転状態であるか否かを判定すべく、スロットル開度の変化量ΔＴＰＳがスロットル開度の変化量の基準値ＴＰ１以下であるか否かを判定する。
【００５０】
この判定の結果、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下である場合はステップＢ４０に進み、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下でない場合は、定常運転状態でないため温度低下抑制制御を行なわずリターンする。
一方、ステップＢ２０での判定の結果、触媒温度θC.C が設定温度θ1 以下でない場合は、温度低下抑制制御は必要ないためリターンする。
【００５１】
ステップＢ４０では、温度低下抑制制御を行なうべく、温度低下抑制用モード切換手段１０８によって、通常運転モードとしての後期リーン運転モードを温度低下抑制用前期リーン運転モードに切り換え、ステップＢ５０で、フラグＦを１にセットする。ここで、フラグＦは温度低下抑制制御中である場合に１となり、温度低下抑制制御中でない場合に０となり、また、初期設定時には０にセットされる。
【００５２】
ところで、ステップＢ１０で後期リーン運転モードが選択されていない場合はステップＢ６０に進み、ステップＢ６０では、フラグＦが１であるか否かを判定し、この判定の結果、フラグＦが１である場合（Ｆ＝１）は、ステップＢ７０に進み、フラグＦが１でない場合はリターンする。
ステップＢ７０では、定常運転状態であるか否かを判定すべく、スロットル開度の変化量ΔＴＰＳがスロットル開度の変化量の基準値ＴＰ１以下であるか否かを判定する。この判定の結果、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下である場合はステップＢ８０に進み、触媒温度θC.C が設定温度θ2 以上になったか否かを判定し、この判定の結果、触媒温度θC.C が設定温度θ2 以下になっていると判定された場合は、さらにステップＢ９０に進み、温度低下抑制制御を終了し、ステップＢ１００でフラグＦを０にリセットする。
【００５３】
そして、ステップＢ８０で、触媒温度θC.C が設定温度θ2 以下になっていないと判定された場合はリターンし、引続き温度低下抑制制御を続行する。
一方、ステップＢ７０で、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下でないと判定された場合はステップＢ９０に進み、温度低下抑制制御を終了し、ステップＢ１００でフラグＦを０にリセットする。
【００５４】
なお、温度低下抑制制御の終了後は、通常運転モード設定手段１０７によって設定される運転モード（ここでは、元の運転モードである後期リーン運転モード）に戻る。
このようにして、本実施形態の排ガス浄化装置では、温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５により触媒９の温度低下が検出された場合に、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８を作動させることで、筒内噴射型内燃機関に特有の排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率の悪化を防止することができるという利点がある。
【００５５】
つまり、通常運転モード設定手段１０７及び温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５等からの出力に応じて、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８により機関の運転モードを切り換えることによって、層状超リーン燃焼による排ガス温度の低下を抑制することができ、これによって、排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率が悪化するのを防止することができるという利点がある。
【００５６】
次に、第１実施形態の変形例について説明する。
上述の第１実施形態の排ガス浄化装置では、触媒９の温度低下を判定するための設定温度を１つ設けているが、この変形例では、触媒温度θC.C に応じて温度低下抑制制御を行なうべく、第１設定値及びこれよりも低い温度として設定される第２設定値の２つの設定値を設け、触媒温度θC.C が第１設定値よりも低くなる場合又は低くなることが予測された場合に、温度低下抑制用運転モードとしての前期リーン運転モードに切り換え、この運転モードで十分に触媒９の温度低下を抑制することができない場合、即ち、触媒温度θC.C が第２設定値よりも低くなる場合又は低くなることが予測された場合に、温度低下抑制用運転モードとしてのストイキオ運転モードに切り換えるようにする。
【００５７】
本変形例の排ガス浄化装置によれば、触媒温度θC.C が設定温度よりも若干低くなった場合には、運転モードを燃料消費の悪化を考慮して前期リーン運転モードとし、触媒９の排ガス浄化効率を維持することができるとともに、触媒温度θC.C が設定温度よりもかなり低下した場合には、触媒９の排ガス浄化効率が極めて悪化してしまうので運転モードをストイキオ運転モードとし、積極的に触媒温度θC.C を昇温させて、触媒９の浄化効率の悪化を防止することができるという利点がある。
【００５８】
次に、第２実施形態について説明すると、この実施形態の排ガス浄化装置は、図６に示すように、上述の第１実施形態ものと、温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５が異なる。
つまり、この実施形態では、温度低下判定手段１０５は、触媒温度センサ２６からの検出情報に基づいて触媒９の温度低下度合（温度低下勾配）を検出して、触媒９の温度低下を予測し、検出された温度低下度合に応じて設定温度θ１を変更し、触媒温度θC.C がこの設定温度θ１以下であるか否かを判定することによって、一旦、触媒温度θC.C が触媒活性温度に達して活性化した後に、触媒温度θC.C が低下したか否かを判定するようになっている。
【００５９】
このため、温度低下判定手段１０５は、図６に示すように、触媒温度θC.C の時間変化量Δθを算出する機能を有するΔθ算出部１０５Ａを備え、このΔθ算出部１０５Ａによって、触媒温度センサ２６からの検出情報を一定時間毎に読み込み、今回の読込周期における触媒温度θC.C と前回の読込周期における触媒温度θC.C との差Δθ（触媒温度θC.C の時間変化量Δθ）を演算することにより、温度低下度合を検出するようになっている。
【００６０】
そして、このΔθ算出部１０５Ａからの情報に基づいて、触媒９の温度低下を予測して設定温度θ１を変更し、この設定温度θ１により触媒温度θC.C が低下したか否かを判定すべく、温度低下判定手段１０５には、さらに、θ１，θ２読込部１０５Ｂ，判定部１０５Ｃが備えられる。
このθ１読込部１０５Ｂは、Δθ算出部１０５Ａによって算出される触媒温度θC.C の時間変化量Δθに基づいて、設定温度θ１をマップ〔θ１＝Ｇ（Δθ）〕により読み込む機能を有するものであり、また、判定部１０５Ｃは、触媒温度θC.C がθ１，θ２読込部１０５Ｂによって読み込まれた設定温度θ１以下であるか否かを判定することによって（θC.C ≦θ１）、触媒温度θC.C が低下したか否かの判定を行なう機能を有するものである。
【００６１】
なお、この温度低下判定手段１０５は、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８による制御によって、触媒温度θC.C が十分に上昇したか否かを判定すべく、触媒温度θC.C を検出する触媒温度センサ２６からの検出情報に基づいて触媒９の温度上昇度合（温度上昇勾配）を検出することによって触媒９の温度上昇を予測し、触媒温度θC.C が上昇したか否かも判定するようになっている。つまり、温度低下度合に応じて設定温度θ２を変更し、触媒温度θC.C がこの設定温度θ２以上であるか否かを判定することによって、触媒温度θC.C が上昇したか否かを判定するようになっている。
【００６２】
このため、温度低下判定手段１０５が備えるΔθ算出部１０５Ａによって、触媒温度センサ２６からの検出情報を一定時間毎に読み込み、今回の検出周期における触媒温度θC.C と前回の検出周期における触媒温度θC.C との差（触媒温度θC.C の時間変化量Δθ）を演算することにより、温度上昇度合を検出するようになっている。
【００６３】
そして、温度低下判定手段１０５が備えるθ１，θ２読込部１０５Ｂ，判定部１０５Ｃは、Δθ算出部１０５Ａからの情報に基づいて、触媒９の温度上昇を予測して、設定温度θ２を変更し、この設定温度θ２により触媒温度θC.C が上昇したか否かを判定する機能をも有するようになっている。
つまり、θ１読込部１０５Ｂは、Δθ算出部１０５Ａによって算出される触媒温度θC.C の時間変化量Δθに基づいて、設定温度θ２をマップ〔θ２＝Ｇ（Δθ）〕により読み込む機能をも有し、また、判定部１０５Ｃは、触媒温度θC.Cがθ１，θ２読込部１０５Ｂによって読み込まれた設定温度θ２以上であるか否かを判定することによって（θC.C ≧θ２）、触媒温度θC.C が上昇したか否かの判定を行なう機能をも有するようになっている。
【００６４】
ここで、設定温度θ２は、温度低下抑制制御の終了条件であり、触媒温度θC.C が十分に上昇したか否かを判定して、触媒温度の過昇温の防止のためのものであるため、第１実施形態の設定温度θ２よりも大きい値（高い温度）として設定されている。つまり、触媒の耐熱温度が８００°Ｃ程度であれば、所定温度を２００°Ｃ程度として設定温度θ２は６００°Ｃ程度とすることが好ましい。もちろん、触媒によって耐熱温度が変わるので、設定温度θ２は触媒に応じて適宜設定することが好ましい。
【００６５】
これらの設定温度θ１，θ２は、例えば、図９（ｂ）に示すように設定される。図９（ｂ）中、曲線Ａ，Ｂは触媒温度θC.C の変化を示しており、曲線Ａは触媒温度θC.C の変化が緩やかな場合を示しており、曲線Ｂは触媒温度θC.C の変化が急な場合を示している。
この曲線Ａで示すように触媒温度θC.C の変化が緩やかな場合は、図９（ａ）を参照しながら、第１実施形態において説明した設定温度θ1 ，θ2 と同様に設定温度θ１，θ２が設定されるようになっている。一方、曲線Ｂで示すように触媒温度θC.C の変化が急な場合は、設定温度θ１はマップ〔θ１＝Ｇ（Δθ）〕により大きくなるように（温度が高くなるように）設定され、設定温度θ２はマップ〔θ２＝Ｇ（Δθ）〕により小さくなるように（温度が低くなるように）設定されるようになっている。
【００６６】
これは、触媒温度θC.C の低下が急な場合には、設定温度θ１を高い温度に設定することによって、温度低下抑制制御を早めに開始し、触媒温度θC.C が過剰に低下し触媒９の浄化効率が悪化するのを未然に防止するとともに、触媒温度θC.C の上昇が急な場合には、設定温度θ２を低い温度に設定することによって温度低下抑制制御を早めに終了し、通常運転モードに戻った場合に、触媒温度θC.C が過剰に上昇するのを未然に防止するためである。
【００６７】
さらに説明すると、このように設定温度θ１を可変とすることは、温度低下抑制用前期リーン運転モードを継続する時間を可変とすることを意味し、上述のように、設定温度θ１を高い温度に設定し、設定温度θ２を低い温度に設定した場合には、温度低下抑制用前期リーン運転モードを継続する時間を短縮することができ、燃料消費の悪化を抑制することができるのである。
【００６８】
また、設定温度θ２を高く設定することで触媒を十分に昇温させることができ、温度低下抑制制御が煩雑に行なわれないようにすることができる。
なお、本実施形態における排ガス浄化装置におけるその他の構成については、上述の第１実施形態のものと同様であるため、ここではその説明を省略する。本発明の第２実施形態としての排ガス浄化装置は、上述のように構成されており、通常運転モード設定手段１０７によって設定された運転モードに基づく燃料噴射制御は、上述の第１実施形態と同様に行なわれるため、その説明は省略する。
【００６９】
また、本実施形態の排ガス浄化装置による温度低下抑制制御、即ち、温度低下抑制用モード切換手段１０８による温度低下抑制用運転モードへの切換制御について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。なお、この制御は一定の周期毎に実行される。
まず、ステップＤ１０では、通常運転モード設定手段１０７によって選択されている運転モードが後期リーン運転モードか否かを判定し、この判定の結果、後期リーン運転モードが選択されている場合はステップＤ２０に進み、後期リーン運転モードが選択されていない場合はステップＤ８０に進む。
【００７０】
ステップＤ２０では、Δθ算出部１０５Ａにより触媒温度検出モード（図８参照）を実行し、触媒温度θC.C の一定時間における変化量Δθを算出する。つまり、図８に示すように、ステップＥ１０で一定時間毎に触媒温度θC.C を読み込み、これに基づいて、ステップＥ２０で触媒温度θC.C の一定時間の変化量Δθを算出する。
【００７１】
そして、ステップＤ３０では、θ１，θ２読込部１０５Ｂによって、ステップＤ２０で算出された変化量Δθに基づいて設定温度θ１をマップから読み込み、ステップＤ４０に進む。ステップＤ４０では、判定部１０５Ｃによって、触媒温度θC.C が設定温度θ１以下であるか否かを判定し、この判定の結果、触媒温度θC.C が設定温度θ１以下である場合はステップＤ５０に進む。
【００７２】
なお、ステップＤ５０以降の処理、即ち、ステップＤ５０〜ステップＤ７０までの処理は、上述の第１実施形態における温度抑制制御を示すフローチャート（図５参照）のステップＢ３０〜ステップＢ５０と同様であるため、ここではその説明を省略する。
一方、ステップＤ４０での判定の結果、触媒温度θC.C が設定温度θ１以下でない場合は、温度低下抑制制御は必要ないためリターンする。
【００７３】
ところで、ステップＤ１０で後期リーン運転モードが選択されていない場合はステップＤ８０に進み、ステップＤ８０では、フラグＦが１であるか否かを判定し、この判定の結果、フラグＦが１である場合（Ｆ＝１）は、ステップＤ９０に進み、フラグＦが１でない場合はリターンする。
ステップＤ９０では、定常運転状態であるか否かを判定すべく、スロットル開度の変化量ΔＴＰＳがスロットル開度の変化量の基準値ＴＰ１以下であるか否かを判定する。この判定の結果、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下である場合はステップＤ１００に進み、Δθ算出部１０５Ａにより触媒温度検出モード（図８参照）を実行し、触媒温度θC.C の一定時間における変化量Δθを算出する。つまり、図８に示すように、ステップＥ１０で一定時間毎に触媒温度θC.C を読み込み、これに基づいて、ステップＥ２０で触媒温度θC.C の一定時間の変化量Δθを算出する。
【００７４】
そして、ステップＤ１１０では、θ１，θ２読込部１０５Ｂによって、ステップＤ１００で算出された変化量Δθに基づいて設定温度θ２をマップから読み込み、ステップＤ１２０に進む。
ステップＤ１２０では、判定部１０５Ｃによって、触媒温度θC.C が設定温度θ２以上であるか否かを判定し、この判定の結果、触媒温度θC.C が設定温度θ２以上になっていると判定された場合は、さらにステップＤ１３０に進み、温度低下抑制制御を終了し、ステップＤ１４０でフラグＦを０にリセットする。
【００７５】
また、ステップＤ１２０で触媒温度θC.C が設定温度θ２以上になっていないと判定された場合はリターンし、引続き、温度低下抑制制御を続行する。
一方、ステップＤ９０で、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下でないと判定された場合はステップＤ１３０に進み、温度低下抑制制御を終了し、ステップＤ１４０でフラグＦを０にリセットする。
【００７６】
なお、温度低下抑制制御の終了後は、通常運転モード設定手段１０７により設定される運転モード（ここでは、後期リーン運転モード）に戻る。
このようにして、本実施形態の排ガス浄化装置では、温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５により触媒９の温度低下が判定された場合に、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８を作動させることで、筒内噴射型内燃機関に特有の排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率の悪化を防止することができるという利点がある。
【００７７】
つまり、通常運転モード設定手段１０７及び温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５等からの出力に応じて、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８により機関の運転モードを切り換えることによって、層状超リーン燃焼による排ガス温度の低下を抑制することができ、これによって、排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率が悪化するのを防止することができるという利点がある。
【００７８】
次に、第３実施形態について説明すると、この実施形態の排ガス浄化装置は、図１０に示すように、上述の第１実施形態ものと、温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５が異なる。
つまり、この実施形態では、温度低下判定手段１０５が、通常運転モード設定手段１０７によって設定された後期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間に基づいて、触媒９の温度低下を推定するように構成されている。この触媒９の温度低下の推定は、後期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間ｔ１が設定時間Ｔ0 以上であるか否かを判定することによって行なうようになっている。
【００７９】
このように、本実施形態では、排ガス温度の低下が生じる後期リーン運転モード（層状超リーン燃焼）の継続時間により触媒温度θC.C 又は触媒９の温度低下を推定し、この推定に基づいて、温度低下抑制制御を行なうようにしている。
このため、温度低下判定手段１０５は、通常運転モード設定手段１０７によって後期リーン運転モードが設定された場合には、その継続時間を計測すべくタイマ１０９Ａをスタートさせるようになっている。そして、タイマ１０９Ａによるカウント値ｔ１が設定時間Ｔ0 以上になった場合に、触媒温度θC.C が低下したと判定し、その信号を温度低下抑制用モード切換手段１０８に送るようになっている。
【００８０】
なお、継続時間ｔ１は、図１０に示すように、タイマ１０９Ａにより計測するため、継続時間ｔ１はタイマ１０９Ａのカウント値を示している。また、設定時間Ｔ0 は、例えば、３０秒程度に設定する。
また、この温度低下判定手段１０５は、後期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間ｔ１が設定時間Ｔ0 以上になった場合には、後述するタイマ１０９Ａをリセットする機能をも有する。
【００８１】
また、温度低下判定手段１０５は、温度低下抑制用モード切換手段１０８によって設定された前期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間に基づいて、温度低下抑制制御によって触媒９の温度低下が抑制され、温度低下抑制制御を終了できるか否か、即ち、触媒温度θC.C が十分に上昇したか否かを判定する機能をも有する。
【００８２】
この温度低下抑制制御を終了できるか否かの判定は、前期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間ｔ２が設定時間Ｔ1 以上であるか否かを判定することによって行なうようになっている。
これは、上述の後期リーン運転モード（層状超リーン燃焼）の継続時間ｔ１による触媒温度θC.C 又は触媒９の温度低下の推定と同様に、前期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間ｔ２により触媒温度θC.C 又は触媒９の温度上昇を推定するものである。
【００８３】
このため、温度低下判定手段１０５は、温度低下抑制用モード切換手段１０８によって前期リーン運転モードに切り換えられた場合には、その継続時間を計測すべくタイマ１０９Ｂをスタートさせるようになっている。そして、タイマ１０９Ｂによるカウント値（即ち、継続時間）ｔ２が設定時間Ｔ1 以上になった場合に、触媒温度θC.C が上昇したと判定し、その信号を温度低下抑制用モード切換手段１０８に送るようになっている。
【００８４】
なお、継続時間ｔ２は、図１０に示すように、タイマ１０９Ｂにより計測するため、継続時間ｔ２はタイマ１０９Ｂのカウント値に相当する。また、設定時間Ｔ1 は、例えば、９０秒程度に設定する。
また、この温度低下判定手段１０５は、前期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間ｔ２が設定時間Ｔ1 以上になった場合には、後述するタイマ１０９Ｂをリセットする機能をも有する。
【００８５】
なお、本実施形態における排ガス浄化装置におけるその他の構成については、上述の第１実施形態のものと同様であるため、ここではその説明を省略する。
本発明の第３実施形態としての排ガス浄化装置は、上述のように構成されており、通常運転モード設定手段１０７によって設定された運転モードに基づく燃料噴射制御は、上述の第１実施形態と同様に行なわれるため、その説明は省略する。
【００８６】
また、本実施形態の排ガス浄化装置による温度低下抑制制御、即ち、温度低下抑制用モード切換手段１０８による温度低下抑制用運転モードへの切換制御について、図１１のフローチャートを参照しながら説明する。なお、この制御は一定の周期毎に実行される。
まず、ステップＣ１０では、通常運転モード設定手段１０７によって選択されている運転モードが後期リーン運転モードか否かを判定し、この判定の結果、後期リーン運転モードが選択されている場合はステップＣ２０に進み、後期リーン運転モードが選択されていない場合はステップＣ７０に進む。
【００８７】
そして、ステップＣ２０では、通常運転モード設定手段１０７によって選択されている後期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間（タイマ１０９Ａのカウント値）ｔ１が設定時間Ｔ0 以上になっているか否かを判定し、この判定の結果、継続時間ｔ１が設定時間Ｔ0 以上になっている場合はステップＣ３０に進んでタイマ１０９Ａのカウント値ｔ１をリセットし、さらに、ステップＣ４０に進む。
【００８８】
なお、ステップＣ４０以降の処理、即ち、ステップＣ４０〜ステップＣ６０までの処理は、上述の第１実施形態における温度抑制制御を示すフローチャート（図５参照）のステップＢ３０〜ステップＢ５０と同様であるため、ここではその説明を省略する。
一方、ステップＣ２０での判定の結果、継続時間ｔ１が設定時間Ｔ0 以上になっていない場合は温度低下抑制制御は必要ないためリターンする。
【００８９】
ところで、ステップＣ１０で後期リーン運転モードが選択されていない場合はステップＣ７０に進み、ステップＣ７０では、フラグＦが１であるか否かを判定し、この判定の結果、フラグＦが１である場合（Ｆ＝１）は、ステップＣ８０に進み、フラグＦが１でない場合はリターンする。
ステップＢ８０では、定常運転状態であるか否かを判定すべく、スロットル開度の変化量ΔＴＰＳがスロットル開度の変化量の基準値ＴＰ１以下であるか否かを判定する。
【００９０】
この判定の結果、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下である場合はステップＣ９０に進み、温度低下抑制用モード切換手段１０８によって選択されている前期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時間（タイマ１０９Ｂのカウント値）ｔ２が設定時間Ｔ1 以上になっているか否かを判定し、この判定の結果、継続時間ｔ２が設定時間Ｔ1 以上になっている場合はステップＣ１００に進んでタイマ１０９Ｂのカウント値ｔ２をリセットし、さらに、ステップＣ１１０に進み、温度低下抑制制御を終了し、ステップＣ１２０でフラグＦを０にリセットする。
【００９１】
また、ステップＣ９０で継続時間ｔ２が設定時間Ｔ1 以上になっていないと判定された場合はリターンし、引続き、温度低下抑制制御を続行する。
一方、ステップＣ８０で変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下でない場合はステップＣ１１０に進み、温度低下抑制制御を終了し、ステップＢ１００でフラグＦを０にリセットする。
【００９２】
なお、温度低下抑制制御の終了後は、通常運転モード設定手段１０７により設定される運転モード（ここでは、後期リーン運転モード）に戻る。
このようにして、本実施形態の排ガス浄化装置は、温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５により触媒９の温度低下が推定された場合に、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８を作動させることで、筒内噴射型内燃機関に特有の排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率の悪化を防止することができるという利点がある。
【００９３】
つまり、通常運転モード設定手段１０７及び温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５からの出力に応じて、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８により機関の運転モードを切り換えることによって、層状超リーン燃焼による排ガス温度の低下を抑制することができ、これによって、排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率が悪化するのを防止することができるという利点がある。
【００９４】
次に、第４実施形態について説明すると、この実施形態の排ガス浄化装置は、図１２に示すように、上述の第１実施形態と、温度低下抑制手段１１０が異なるため、運転モード設定手段１０６及び燃料噴射制御手段１０１の構成が異なるものとなっている。
つまり、この実施形態では、温度低下抑制手段１１０は、温度低下抑制用運転モードへの切換制御を行なう機能（温度低下抑制用モード切換手段）１０８を有するものとして構成するのに代えて、図１２に示すように、各気筒の膨張行程以降、即ち、排気行程内（具体的には、膨張行程末期から排気行程の間）の排気弁５の開放中に追加燃料噴射制御を行なう機能（追加燃料噴射制御手段）１０２を有するものとして構成するようにしている。
【００９５】
つまり、通常の燃焼室内での燃焼のための燃料噴射の他に、触媒９を活性化するために、追加燃料を噴射するようになっている。この追加燃料噴射は、未燃の燃料成分を含んだ混合気を触媒９に供給することにより、混合気中の未燃燃料成分を触媒９により燃焼せしめて、触媒９を昇温させ、触媒９の温度低下を抑制するようにしているのである。
【００９６】
このため、運転モード設定手段１０６は、第１実施形態の通常運転モード設定手段１０７と同様の機能のみ有するものとして構成される。したがって、ここでは、運転モード設定手段１０６の説明は省略する。
また、燃料噴射制御手段１０１は、図１２に示すように、第１実施形態の燃料噴射制御手段１０１と同様の機能を有する通常燃料噴射制御手段１０３と触媒９の温度低下を抑制するために追加燃料噴射制御を行なう機能（追加燃料噴射制御手段）１０２とを備えて構成される。
【００９７】
この追加燃料噴射制御手段１０２が、本実施形態の排ガス浄化装置において特徴的な構成要素であり、追加燃料噴射制御手段１０２では、触媒９が、一旦、触媒活性温度に達し活性化した後に、温度低下判定手段１０５によって触媒９の温度低下が判定された場合に、各気筒の排気行程内に追加燃料噴射を行なうように制御することによって、触媒９の温度低下を抑制するようになっている。このため、この追加燃料噴射制御手段１０２は、触媒９の温度低下を抑制するように作動する温度低下抑制手段１１０として機能するものである。
【００９８】
この追加燃料噴射制御手段１０２では、図１２に示すように、温度低下判定手段１０５及び運転モード設定手段１０６からの情報に基づき、触媒９の温度低下を抑制すべく追加燃料噴射制御を行なうようになっているため、ＥＣＵ２３には、触媒９の温度低下を判定する温度低下判定手段１０５が設けられている。
この温度低下判定手段１０５は、第１実施形態のものと同様の機能を有するものであるが、本実施形態では、さらに、触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上であるか否かも判定する機能をも有するように構成されている。
【００９９】
ここで、可燃温度θ0 とは、触媒９が反応し、燃焼するために最低必要な温度である。触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上であるか否かも判定することとしているのは、可燃温度θ0 以下では追加燃料噴射により供給された未燃の燃料が触媒９上で燃焼しないためである。
なお、温度低下判定手段１０５と触媒温度センサ２６とから温度低下検出手段１１１が構成される。
【０１００】
また、追加燃料噴射制御手段１０２は、運転モード設定手段１０６によってリーン運転モードが設定されている場合（特定運転状態）に、各気筒の排気行程内に追加燃料噴射を行なうように制御するため、運転モード設定手段１０６からのリーン運転モードに設定されている旨の情報を取り込むようになっている。ここで、リーン運転モードに設定されている特定運転状態とは、減速燃料カットを含む低負荷運転状態を意味し、この低負荷運転状態にはアイドル運転状態も含まれる。
【０１０１】
これは、リーン運転モードに設定されている場合に、特に、排ガス温度が低下し、触媒温度θC.C が低下しやすいためである。一方、リーン運転モードに設定されている場合には、通常運転における主燃焼に使われる酸素量が少なく、余剰酸素量が多いという特徴があり、この余剰酸素を触媒９の温度低下抑制制御としての追加燃料噴射による燃焼に利用しようとするものでもある。
【０１０２】
なお、追加燃料噴射制御手段１０２では、運転モード設定手段１０６によってリーン運転モードが設定され、かつ、温度低下判定手段１０５によって触媒９の温度低下が判定された時を、排気行程における追加燃料噴射の噴射開始時期ＴINJ として決定するようになっている。ここで、噴射開始時期ＴINJ を決定するのは、後述するインジェクタ駆動時間ｔPLUSの設定の際に、基本駆動時間ｔB を補正するのに必要になるからである。
【０１０３】
このときの追加燃料の噴射時間（１作動サイクル内での全噴射時間）ｔexは、主燃焼後に残存する余剰酸素に応じた燃料量Ｍfuelが噴射されるようにインジェクタ駆動時間ｔPLUSを設定するようになっている。これは、追加燃料を触媒９により燃焼させる際に、主燃焼後に残存する余剰酸素を追加燃料により完全燃焼させ、触媒９を効率的に昇温させることができるようにするためである。
【０１０４】
このインジェクタ駆動時間ｔPLUSの設定は、以下のようにして行なわれる。つまり、インジェクタ駆動時間ｔPLUSの設定は、排気行程における追加の燃料噴射において基本となる基本駆動時間ｔB を、噴射開始時期ＴINJ ，触媒温度θC.C によって補正することにより行なわれる。
ここで、基本駆動時間ｔB は、主燃焼後の余剰酸素に対して噴射可能な燃料量Ｍfuelに基づいて算出される。つまり、通常燃料噴射制御手段１０３によって求められる１気筒１サイクル当たりの吸入空気量Ｑと目標とする空燃比（目標Ａ／Ｆ）とから主燃焼後に残存する酸素量が求められ、この酸素量に基づいて燃料量Ｍfuelが算出される。
【０１０５】
なお、燃料量Ｍfuelは、次式により求められる。
Ｍfuel＝Ｑ×（１／理論空燃比−１／目標空燃比）
また、排気行程における噴射開始時期ＴINJ による補正は、噴射開始時期ＴINJ と補正係数Ｋ2 とから予め設定されているマップから補正係数Ｋ2 が求められ、この補正係数Ｋ2 を基本駆動時間ｔB に掛ける（ｔB ×Ｋ2 ）ことによって行なわれる。
【０１０６】
また、触媒温度θC.C による補正は、触媒温度θC.C と補正係数Ｋ3 とから予め設定されているマップから補正係数Ｋ3 が求められ、この補正係数Ｋ3 を基本駆動時間ｔB に掛ける（ｔB ×Ｋ3 ）ことによって行なわれる。
このようにして、排気行程におけるインジェクタ駆動時間ｔPLUSは、次式により求められる。
【０１０７】
ｔPLUS＝ｔB ×Ｋ2 ×Ｋ3
このようにして設定された噴射開始時期ＴINJ 及びインジェクタ駆動時間ｔPLUSに応じて、追加燃料噴射は、通常の燃料噴射とは別個に排気行程において行なわれる。
なお、本実施形態における排ガス浄化装置におけるその他の構成については、上述の第１実施形態のものと同様であるため、ここではその説明を省略する。
【０１０８】
本発明の第４実施形態としての排ガス浄化装置は、上述のように構成されており、運転モード設定手段１０６によって設定された運転モードに基づく燃料噴射制御は、上述の第１実施形態の通常運転モード設定手段１０７によって設定された運転モードに基づく燃料噴射制御と同様に行なわれるため、その説明は省略する。
【０１０９】
また、本実施形態の排ガス浄化装置による温度低下抑制制御、即ち、追加燃料噴射制御手段１０２による追加燃料噴射制御について、図１３のフローチャートを参照しながら説明する。なお、この制御は一定の周期毎に実行される。
まず、ステップＦ１で、フラグＦが０か否かを判定し、フラグＦが０である場合はステップＦ１０に進み、フラグＦが０でない場合はステップＦ８０に進む。ここで、フラグＦは温度低下抑制制御中である場合に１となり、温度低下抑制制御中でない場合に０となり、また、初期設定時には０にセットされる。
【０１１０】
ステップＦ１０では、触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上設定温度θ1 以下であるか否かを判定する（θ0 ≦θC.C ≦θ1 ）。この結果、触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上設定温度θ1 以下である場合は、ステップＦ１５に進んでフラグＦを１にセットしてステップＦ２０に進み、触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上設定温度θ1 以下でない場合は、温度低下抑制制御を行なわずリターンする。
【０１１１】
そして、ステップＦ２０で、運転モード設定手段１０６により設定された運転モードがリーン運転モードであるか否かを判定し、この判定の結果、リーン運転モードである場合はステップＦ３０に進み、温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を行なうべく、ステップＦ３０〜Ｆ７０までの処理を行ない、リーン運転モードでない場合は温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を行なわず、ステップＦ９０に進んでフラグＦを０にリセットして、リターンする。
【０１１２】
ところで、ステップＦ８０では、温度低下抑制制御によって触媒温度θC.C が上昇し、触媒温度θC.C が設定温度θ2 以上になったか否かを判定する。この結果、触媒温度θC.C が設定温度θ2 以上でない場合は、温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を継続すべくステップＦ２０に進み、触媒温度θC.C が設定温度θ2 以上である場合は、温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を終了するため、ステップＦ９０に進んで、フラグＦを０にリセットし、リターンする。
【０１１３】
排気行程噴射制御としては、ステップＦ３０〜Ｆ７０までの処理を行なうが、ステップＦ３０では、排気行程における追加燃料噴射の噴射開始時期ＴINJ を決定する。そして、ステップＦ４０で１気筒１サイクルあたりの吸入空気量Ｑ、目標Ａ／Ｆを読み込む。
次に、ステップＦ５０で１気筒１サイクル当たりの吸入空気量Ｑと目標Ａ／Ｆとから主燃焼後に残存する酸素量を求め、この酸素量に基づいて燃料量Ｍfuelを算出する。そして、ステップＦ６０で排気行程における追加燃料噴射の基本駆動時間ｔB を噴射開始時期ＴINJ ，触媒温度θC.C によって補正して、排気行程におけるインジェクタ駆動時間ｔPLUSを設定する。
【０１１４】
そして、この設定に基づいて排気行程での追加の燃料噴射が行なわれる（ステップＦ７０）。また、制御を簡易化するために、噴射開始時期を固定してもよい（固定時期は、例えば１２０°ＡＴＤＣが考えられる）。
このようにして、本実施形態の排ガス浄化装置では、温度低下検出手段１１１を構成する温度低下判定手段１０５により触媒９の温度低下が検出されるとともに、運転モード設定手段１０６からの出力により触媒９の温度低下が予測されるリーン運転モード〔特定運転状態（減速燃料カットを含む低負荷運転状態）〕が検出された場合に、温度低下抑制手段１１０としての追加燃料噴射制御手段１０２により少なくとも機関の排気行程中に追加燃料を噴射することで、確実に触媒９の昇温が図ることができ、触媒９の浄化効率の悪化を未然に防止することができるという利点がある。
【０１１５】
次に、第５実施形態について説明すると、この実施形態の排ガス浄化装置は、図１４に示すように、上述の第４実施形態ものと、温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１０５が異なる。
つまり、この実施形態では、温度低下判定手段１０５が、触媒温度センサ２６からの検出情報に基づいて触媒９の温度低下度合（温度低下勾配）を検出し、この温度低下度合に応じて設定温度θ１を変更し、この設定温度θ１によって、一旦、触媒温度θC.C が触媒活性温度に達して活性化した後に、触媒温度θC.C が低下したか否かを判定するようになっている。
【０１１６】
このため、温度低下判定手段１０５は、図１４に示すように、上述の第２実施形態の温度低下判定手段１０５と同様の構成を有するが、さらに、触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上であるか否かも判定する機能をも有するように構成されている。ここでは、第２実施形態の温度低下判定手段１０５と同様の構成についてはその説明は省略する。
【０１１７】
なお、本実施形態における排ガス浄化装置におけるその他の構成については、上述の第４実施形態のものと同様であるため、ここではその説明を省略する。
本発明の第５実施形態としての排ガス浄化装置は、上述のように構成されており、通常運転モード設定手段１０７によって設定された運転モードに基づく燃料噴射制御は、上述の第１実施形態と同様に行なわれるため、その説明は省略する。
【０１１８】
また、本実施形態の排ガス浄化装置による温度低下抑制制御、即ち、追加燃料噴射制御手段１０２による追加燃料噴射制御について、図１５のフローチャートを参照しながら説明する。なお、この制御は一定の周期毎に実行される。
まず、ステップＧ１０で、Δθ算出部１０５Ａにより触媒温度検出モード（図８参照）を実行し、触媒温度θC.C の一定時間における変化量Δθを算出する。つまり、図８に示すように、ステップＥ１０で一定時間毎に触媒温度θC.C を読み込み、これに基づいて、ステップＥ２０で触媒温度θC.C の一定時間の変化量Δθを算出する。
【０１１９】
次に、ステップＧ１５で、フラグＦが０か否かを判定し、フラグＦが０である場合はステップＧ２０に進み、フラグＦが０でない場合はステップＧ９０に進む。ここで、フラグＦは温度低下抑制制御中である場合に１となり、温度低下抑制制御中でない場合に０となり、また、初期設定時には０にセットされる。
そして、ステップＧ２０で、θ１，θ２読込部１０５Ｂによって、ステップＤ２０で算出された変化量Δθに基づいて設定温度θ１をマップから読み込み、ステップＧ３０に進む。ここで、設定温度θ１を可変とするマップは、基本的に触媒温度θC.C の変化量Δθが温度低下側に大きく変化した場合（即ち、温度低下度合が大の場合）、設定温度θ１を高くするように設定されている。
【０１２０】
ステップＧ３０では、判定部１０５Ｃによって、触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上設定温度θ１以下であるか否かを判定し、この判定の結果、触媒温度θC.C が可燃温度θ0 以上設定温度θ１以下である場合はステップＧ３５に進んでフラグＦを１にセットしてステップＧ４０に進み、触媒温度θC.C が可燃温度θ0以上設定温度θ１以下でない場合は、温度低下抑制制御と行なわず、リターンする。
【０１２１】
そして、ステップＧ４０で、運転モード設定手段１０６により設定された運転モードがリーン運転モードであるか否かを判定し、この判定の結果、リーン運転モードである場合は、温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を行なうべく、ステップＧ４５〜Ｇ８０までの処理を行ない、リーン運転モードでない場合は温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を行なわず、ステップＧ１１０に進んでフラグＦを０にリセットして、リターンする。
【０１２２】
ところで、ステップＧ９０では、θ１，θ２読込部１０５Ｂによって、ステップＧ１０で算出された変化量Δθに基づいて設定温度θ２をマップから読み込み、ステップＧ１００に進む。ここで、設定温度θ２を可変とするマップは、基本的に触媒温度θC.C の変化量Δθが温度上昇側に大きく変化した場合（即ち、温度上昇度合が大の場合）、設定温度θ２を低くするように設定されている。
【０１２３】
そして、ステップＧ１００で、温度低下抑制制御によって触媒温度θC.C が上昇し、触媒温度θC.C が設定温度θ２以上になったか否かを判定する。この結果、触媒温度θC.C が設定温度θ２以上でない場合は、温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を継続すべくステップＧ４０に進み、触媒温度θC.C が設定温度θ２以上である場合は、温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を行なわず、ステップＧ１１０に進みフラグＦを０にリセットして、リターンする。
【０１２４】
排気行程噴射制御としては、ステップＧ４５〜Ｇ８０までの処理を行なうが、これは、第４実施形態において、図１３を参照しながら説明した排気行程噴射制御のステップＦ３０〜ステップＦ７０に相当するものであるため、ここでは、その説明を省略する。
このようにして、本実施形態の排ガス浄化装置では、第４実施形態と同様な効果が得られるとともに、設定温度θ１を可変とすることで、触媒温度低下度合が大きい場合には早い時期から少なくとも機関の排気行程中に追加燃料を噴射することで、確実に触媒９の昇温が図ることができ、触媒９の浄化効率の悪化を未然に防止することができるという利点がある。また、設定温度θ２を可変とすることで、触媒温度低下抑制制御によって触媒温度が急に上昇した場合でも、早い時期に触媒温度低下抑制制御を停止させ、触媒の過昇温を防止することができる利点もある。
【０１２５】
次に、第６実施形態について説明すると、この実施形態の排ガス浄化装置は、図１６に示すように、上述の第１実施形態のものと第４実施形態のものとを組み合わせたものである。これは、触媒の温度低下が予測される定常走行運転時に、減速燃料カットを含む低負荷運転時（アイドル運転時も含む）に効率よく確実に触媒の温度低下を防止するために構成されている。
【０１２６】
そして、この実施形態では、燃料噴射制御手段１０１が、第４実施形態のものと同様に構成されており、その他の構成については、第１実施形態のものと同様な構成にされている。そして、温度低下抑制用モード切換手段（第１手段）１０８と追加燃料噴射制御手段（第２手段）１０２とから温度低下抑制手段１１０が構成され、これらの温度低下抑制用モード切換手段１０８又は追加燃料噴射制御手段１０２による温度低下抑制制御を運転状態によって切り換えるようにしている。
【０１２７】
さらに説明すると、触媒温度センサ２６により触媒温度が所定温度よりも低くなり、その後、スロットルセンサ１４等の出力から機関の運転状態を判定し、その時の運転状態が定常走行運転状態の場合には、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８によって温度低下抑制制御を行ない、減速燃料カットを含む低負荷運転状態（アイドル運転状態を含む）の場合には、温度低下抑制手段１１０としての追加燃料噴射制御手段１０２によって温度低下抑制制御を行なうようになっている。
【０１２８】
本実施形態の排ガス浄化装置は、上述のように構成されているため、温度低下抑制用モード切換手段１０８によって運転モード（燃焼状態）を切り換えることによる温度低下抑制制御と追加燃料噴射制御手段１０２によって追加燃料を噴射することによる温度低下抑制制御とを機関の運転状態に応じて選択的に行なうようにすることで、燃料消費の悪化を最小限に抑制しながら、確実に触媒９の温度低下（触媒の浄化効率の低下）を防止することができるという利点がある。
【０１２９】
なお、本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、例えば第１実施形態では、触媒の温度に応じて温度低下抑制制御の作動及び停止を行なっているが、温度低下抑制制御の作動を触媒の温度に応じて開始させ、その後、温度低下抑制制御の継続時間、つまり、運転モードが切り換わってからの時間に応じて、温度低下抑制制御を終了させるように設定してもよい。
【０１３０】
また、第１，２，３，６実施形態の排ガス浄化装置では、温度低下抑制用運転モードとして選択される運転モードを前期リーン運転モードとしているが、これに限られるものではなく、触媒の温度上昇に応じて段階的に運転モードを前期リーン運転モードからストイキオ運転モードに切り換えてもよく、また、触媒温度θC.C を急激に上昇させる必要がある状況では、後期リーン運転モードから直接ストイキオ運転モードが選択されるようにしてもよい。これは、三元触媒９Ｂに比べ触媒活性温度が高く活性温度域の狭いリーンＮＯX 触媒９Ａの温度低下を抑制するのに、特に有効である。
【０１３１】
また、第１，２，３，６実施形態の排ガス浄化装置では、触媒温度θC.C が非常に低くなっている場合に、効率よく触媒温度θC.C を上昇させるには、まず、温度低下抑制用運転モードとしてのストイキオ運転モードに切り換えるようにしてもよい。この場合、触媒９の過昇温を防止すべく、触媒温度がある程度上昇したことが検出又は推定された場合に、さらに、温度低下抑制用運転モードとしての前期リーン運転モードに切り換えるようにするとよい。
【０１３２】
さらに、第１，２，３，６実施形態の排ガス浄化装置では、通常運転モードとして後期リーン運転モードが選択されている場合としているが、前期リーン運転モードにおいて運転状態によって排ガス温度が低下する場合には、温度低下抑制用運転モードとしてのストイキオ運転モードに切り換えるようにしてもよい。また、第１，２，３，６実施形態の排ガス浄化装置では、通常運転モードとして後期リーン運転モード，前期リーン運転モード及びストイキオ運転モードを切り換える機関に備えられるものとして説明しているが、機関が後期リーン運転モードと前期リーン運転モードとを切り換えるものとして構成されている場合には、温度低下抑制用運転モードとして前期リーン運転モードが設定されるようにすればよく、また、機関が後期リーン運転モードとストイキオ運転モードとを切り換えるものとして構成されている場合には、温度低下抑制用運転モードとしてストイキオ運転モードが設定されるようにすればよい。
【０１３３】
また、第１，２，３，６実施形態の排ガス浄化装置では、スロットルセンサ１４からの検出情報をも取り入れることによって、定常運転状態において温度低下抑制用モード切換手段１０８による温度低下抑制制御を行なうようにしているが、このような判定を行なわず、触媒温度θC.C のみに基づいて制御を行なうか否かを判定するようにしてもよい。
【０１３４】
さらに、温度低下抑制手段として、本エンジンの一部の気筒については圧縮行程中に燃料噴射を行なう層状超リーン燃焼とし、他の気筒については吸気行程中に燃料噴射を行ないストイキオ又は燃料リッチな空燃比による予混合燃焼として、ストイキオ又は燃料リッチの気筒から排出される未燃成分（ＣＯ，ＨＣ，Ｈ2等）と燃料リーンの気筒から排出されるＯ2 とによる酸化反応によって、触媒を昇温させるように構成してもよく、さらに、上述した各運転状態と組み合わせて、各運転状態毎に効率よく触媒の昇温を図るようにしてもよい。
【０１３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の排ガス浄化装置によれば、温度低下検出手段により触媒の温度低下が判定された場合に温度低下抑制手段を作動させることで、筒内噴射型内燃機関に特有の排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率の悪化を防止することができるという利点がある。
【０１３６】
また、付加デバイス無しの安価なシステムで、層状超リーン燃焼による排ガス温度の低下を抑制することができ、これによって、排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率が悪化するのを防止することができるという利点がある。
請求項２記載の本発明の排ガス浄化装置によれば、触媒温度が設定温度よりも若干低くなった場合には、運転モードを燃料消費の悪化を考慮してリーン運転モードとし、触媒の排ガス浄化効率を維持することができるとともに、触媒温度が設定温度よりもかなり低下した場合には、触媒の排ガス浄化効率が極めて悪化してしまうので運転モードをストイキオ運転モードとし、積極的に触媒の温度を昇温させて、触媒の浄化効率の悪化を防止することができるという利点がある。
【０１３７】
請求項３記載の本発明の排ガス浄化装置によれば、燃焼状態の切換と追加燃料噴射とを選択的に行なうようにすることで、燃料消費の悪化を抑制しながら、確実に触媒の温度低下（触媒の浄化効率の低下）を防止することができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置の制御系の要部構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置における制御ブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置の全体構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置の燃料噴射制御を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置の温度低下抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態としての排ガス浄化装置の制御系の要部構成を模式的に示す制御ブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態としての排ガス浄化装置の温度低下抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態としての排ガス浄化装置の温度低下抑制制御における触媒温度検出モードを説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態としての排ガス浄化装置において用いられる設定温度を説明するため図であり、（ａ）は設定温度θ1 ，設定温度θ2 、（ｂ）は設定温度θ１，設定温度θ２をそれぞれ説明するためのものである。
【図１０】本発明の第３実施形態としての排ガス浄化装置の制御系の要部構成を模式的に示す制御ブロック図である。
【図１１】本発明の第３実施形態としての排ガス浄化装置の温度低下抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の第４実施形態としての排ガス浄化装置の制御系の要部構成を模式的に示す制御ブロック図である。
【図１３】本発明の第４実施形態としての排ガス浄化装置の温度低下抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図１４】本発明の第５実施形態としての排ガス浄化装置の制御系の要部構成を模式的に示す制御ブロック図である。
【図１５】本発明の第５実施形態としての排ガス浄化装置の温度低下抑制制御を説明するためのフローチャートである。
【図１６】本発明の第６実施形態としての排ガス浄化装置の制御系の要部構成を模式的に示す制御ブロック図である。
【符号の説明】
１ 燃焼室
２ 吸気通路
２ａ サージタンク
３ 排気通路
４ 吸気弁
５ 排気弁
６ エアクリーナ
７ スロットル弁
８ インジェクタ（燃料噴射弁）
８ａ インジェクタソレノイド
８ｂ インジェクタソレノイド用スイッチングトランジスタ
９ 排出ガス浄化用触媒としての排出ガス浄化用触媒コンバータ
９Ａ リーンＮＯx 触媒
９Ｂ 三元触媒
１０ 排出ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）
１０ｂ 排気還流通路
１０ａ ＥＧＲバルブ（排出ガス還流手段）
１１ エアフローセンサ
１２ 吸気温センサ
１３ 大気圧センサ
１４ スロットルセンサ
１５ アイドルスイッチ
１６ アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）
１６Ａ バイパス路
１７ 酸素濃度センサ（Ｏ2 センサ）
１９ 冷却水温度センサ
２０ クランキングスイッチ又はイグニッションスイッチ
２１ クランク角センサ（エンジン回転数センサ）
２２ ＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）
２３ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２４ アクセルポジションセンサ
２５ バッテリセンサ
２６ 触媒温度センサ（触媒温度検出手段）
２７ ＣＰＵ
２８，２９ 入力インタフェイス
３０ アナログ／デジタルコンバータ
３１ ＲＯＭ
３２ ＲＡＭ
３４ 噴射ドライバ（燃料噴射弁駆動手段）
３５ 点火プラグ
５０ エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）
５０Ａ バイパス路
１０１ 燃料噴射制御手段
１０２ 追加燃料噴射制御手段（温度低下抑制手段）
１０３ 通常燃料噴射制御手段
１０４ 各種センサ類
１０５ 温度低下判定手段（温度低下検出手段）
１０５Ａ Δθ算出部
１０５Ｂ θ１，θ２読込部
１０５Ｃ 判定部
１０６ 運転モード設定手段
１０７ 通常運転モード設定手段
１０８ 温度低下抑制用モード切換手段
１０９Ａ タイマ
１０９Ｂ タイマ
１１０ 温度低下抑制手段
１１１ 温度低下検出手段
Claims (3)
- 燃焼室内に直接燃料を噴射し、理論空燃比よりも空燃比の大きい層状超リーン燃焼を運転状態に応じて行なう筒内噴射型内燃機関に設けられ、
上記機関の排気通路内に配設され排ガスを浄化する触媒と、
上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出もしくは予測することにより、または温度低下を生じる特定運転状態を検出して上記触媒の温度低下を推定することにより、上記触媒の温度が触媒活性温度に達して活性化した後の上記触媒の温度低下を検出する温度低下検出手段と、
上記温度低下検出手段により上記触媒の温度低下が検出された場合に上記触媒の温度低下を抑制するように作動する温度低下抑制手段とを備え、
上記筒内噴射型内燃機関は、
上記層状超リーン燃焼と、該層状超リーン燃焼よりも燃焼空燃比の小さい予混合燃焼とを運転状態に応じて切り換えて行なうものであり、
上記予混合燃焼を行なうために理論空燃比近傍で運転するストイキオ運転モード又は理論空燃比よりも大きな空燃比で運転するリーン運転モードを有し、
上記温度低下抑制手段は、上記温度低下検出手段からの出力に応じて上記触媒の温度が第１設定値よりも低くなるか又は低くなることが予測される場合に上記機関の運転を上記予混合燃焼のリーン運転モードに切り換え、さらに上記温度低下検出手段からの出力に応じて上記触媒の温度が上記第１設定値よりも低い温度として設定された第２設定値よりも低くなるか又は低くなることが予測される場合に上記機関の運転を上記予混合燃焼のストイキオ運転モードに切り換えることを特徴とする、排ガス浄化装置。 - 燃焼室内に直接燃料を噴射し、理論空燃比よりも空燃比の大きい層状超リーン燃焼を運転状態に応じて行なう筒内噴射型内燃機関に設けられ、
上記機関の排気通路内に配設され排ガスを浄化する触媒と、
上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出もしくは予測することにより、または温度低下を生じる特定運転状態を検出して上記触媒の温度低下を推定することにより、上記触媒の温度が触媒活性温度に達して活性化した後の上記触媒の温度低下を検出する温度低下検出手段と、
上記温度低下検出手段により上記触媒の温度低下が検出された場合に上記触媒の温度低下を抑制するように作動する温度低下抑制手段とを備え、
上記筒内噴射型内燃機関は、上記層状超リーン燃焼と、該層状超リーン燃焼よりも燃焼空燃比の小さい予混合燃焼とを運転状態に応じて切り換えて行なうものであり、
上記予混合燃焼が、理論空燃比で運転するストイキオ運転モードと上記理論空燃比よりも大きな空燃比で運転するリーン運転モードとの２つの運転モードを有し、
上記温度低下検出手段は、上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出又は予測するように構成され、
上記温度低下抑制手段は、該温度低下検出手段により上記触媒の温度が予め設定された第１設定値よりも低くなる場合又は低くなることが予測された場合には上記運転モードを上記リーン運転モードとし、さらに上記温度低下検出手段により上記触媒の温度が上記第１設定値よりも低い温度に設定された第２設定値よりも低くなる場合又は低くなることが予測された場合には上記運転モードを上記ストイキオ運転モードとすることを特徴とする、排ガス浄化装置。 - 燃焼室内に直接燃料を噴射し、理論空燃比よりも空燃比の大きい層状超リーン燃焼を運転状態に応じて行なう筒内噴射型内燃機関に設けられ、
上記機関の排気通路内に配設され排ガスを浄化する触媒と、
上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出もしくは予測することにより、または温度低下を生じる特定運転状態を検出して上記触媒の温度低下を推定することにより、上記触媒の温度が触媒活性温度に達して活性化した後の上記触媒の温度低下を検出する温度低下検出手段と、
上記温度低下検出手段により上記触媒の温度低下が検出された場合に上記触媒の温度低下を抑制するように作動する温度低下抑制手段とを備え、
上記筒内噴射型内燃機関は、上記層状超リーン燃焼と該層状超リーン燃焼よりも燃焼空燃比の小さい予混合燃焼とを運転状態に応じて切り換えて行なうものであり、
上記温度低下抑制手段は、上記層状超リーン燃焼と上記予混合燃焼とを切り換える第１手段と、上記機関の膨張行程以降に追加燃料を噴射する第２手段とを有し、
上記温度低下抑制手段が、上記機関の定常運転状態のときに上記第１手段を選択して上記層状超リーン燃焼から上記予混合燃焼へ切り換える一方、上記機関の低負荷運転状態のときに上記第２手段を選択することを特徴とする、排ガス浄化装置。
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