JP4231958B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を備えたエンジンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、低負荷運転領域でリーン運転が行われるエンジンにおいて、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するのに伴いＮＯｘを放出する性質を有するＮＯｘ触媒を排気通路に設け、リーン運転状態のときに排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸収され、空燃比がリッチ側に変化したときにＮＯｘがＮＯｘ触媒から放出されて還元されるようにしたものが知られている。このようなＮＯｘ触媒によると、ＮＯｘを還元して浄化することが困難なリーン運転時にも、ＮＯｘを吸収することにより外部へのＮＯｘの排出を防止することができる。
【０００３】
また、例えば特開平３−２４２４１５号公報に示されるように、運転状態検出手段によって検出された運転状態が、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガス中のＨＣがＮＯｘ触媒よるＮＯｘ還元に必要とされるＨＣ量に対して不足する運転状態か否かを判断するＨＣ不足判定手段と、ＨＣ判定手段がＨＣ不足運転状態と判断したときに、燃料タンクからの蒸発燃料を排気管のＮＯｘ触媒上流側に導入し、ＨＣ不足判定手段がＨＣ不足運転状態でないと判断したときに蒸発燃料をキャニスタに導入するように切り替わる切替弁とを備えた排気浄化装置が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示されるように、排気ガス中のＨＣがＮＯｘ触媒よるＮＯｘ還元に必要とされるＨＣ量に対して不足する運転状態となった場合に、燃料タンクからの蒸発燃料を排気管のＮＯｘ触媒上流側に導入するように構成した場合には、この排気管に蒸発燃料が導入されることにより背圧が上昇して排気抵抗が増大するとともに、本来キャニスタに吸着された後に、必要に応じてエンジンの燃焼室に供給されるべき蒸発燃料が直接排気系に導出されて燃焼に寄与しないために燃費が悪化するという問題がある。
【０００５】
また、上記燃料タンクにおいて発生した蒸発燃料は、その濃度及び発生量が均一でないため、排気管に導入される蒸発燃料量を適正に制御することが困難であり、上記ＮＯｘの浄化に必要な量以上のＨＣ及びＣＯがＮＯｘ触媒の上流側に導入されるのを防止することが困難であり、エミッションが悪化し易い等の問題があった。
【０００６】
本発明は、これらの事情に鑑み、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を備えたエンジンにおいて、エミッションが悪化する等の問題を生じることなく、必要時にＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させてＮＯｘ触媒を効果的にリフレッシュさせるとともに、この放出されたＮＯｘを効果的に還元することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸蔵するキャニスタと、このキャニスタに吸蔵された蒸発燃料をパージしてエンジンの吸気系に供給するように制御するパージ制御手段と、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するのに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒とを備えたエンジンにおいて、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転領域では上記蒸発燃料のパージを停止し、かつリーン運転領域から予め設定された理論空燃比の運転領域に移行したときには、インジェクタからの燃料供給による気筒内空燃比の目標値がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を制御するとともに、上記蒸発燃料のパージを開始することにより、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させてＮＯｘ触媒をリフレッシュさせるとともに、この放出されたＮＯｘを還元するリフレッシュ制御手段を備え、このリフレッシュ制御手段によるＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御状態から、所定時間が経過してＮＯｘ触媒の下流側におけるＨＣ排出量が増大し始める状態に移行した時点で、空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するように構成したものである。
【０００８】
この構成によると、エンジンがリーン運転領域から予め設定された理論空燃比の運転領域に移行する際に、気筒内空燃比がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量が制御されつつ、キャニスタからパージされた蒸発燃料が吸気系に供給されることにより、気筒内空燃比が所定のリッチ運転状態となって排気通路に所定量のＨＣ及びＣＯが導出され、このＨＣ及びＣＯにより、ＮＯｘ触媒に吸収されたＮＯｘの放出が促進されてＮＯｘ触媒が効果的にリフレッシュされるとともに、放出されたＮＯｘが効果的に浄化される。そして、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転領域では、上記蒸発燃料のパージが停止されることにより、エンジンの燃焼室に対する燃料の供給量が適正に制御されることになる。
【０００９】
しかも、排気通路に導出された上記ＨＣ及びＣＯによってＮＯｘ触媒がリフレッシュされることにより、ＮＯｘ触媒の下流側に排出されるＨＣ量が増大し始める状態となった時点で、上記リフレッシュ制御手段による燃料供給量の制御が終了され、空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するため、排気通路に導出されるＨＣ量及びＣＯ量が効果的に低減されることになる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載のエンジンの制御装置において、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収量が所定値以上となったときに、上記リフレッシュ制御手段によるＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御を実行するように構成したものである。
【００１１】
この構成によると、ＮＯｘ触媒に吸収されたＮＯｘ量が所定値以上となってＮＯｘ触媒のリフレッシュ条件が成立したことが確認された時点で、気筒内空燃比がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量が制御されつつ、キャニスタからパージされた蒸発燃料が吸気系に供給される上記リフレッシュ制御が実行されることにより、気筒内空燃比が所定のリッチ運転状態となって排気通路に所定量のＨＣ及びＣＯが導出され、このＨＣ及びＣＯによってＮＯｘ触媒が効果的にリフレッシュされることになる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、上記請求項１記載のエンジンの制御装置において、エンジンがリーン運転領域で加速状態となったときに、上記リフレッシュ制御手段によるＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御を実行するように構成したものである。
【００１３】
この構成によると、エンジンのリーン運転領域において加速状態となったことが確認された時点で、気筒内空燃比がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量が制御されつつ、キャニスタからパージされた蒸発燃料が吸気系に供給される上記リフレッシュ制御が実行されることにより、気筒内空燃比が所定のリッチ運転状態となって排気通路に所定量のＨＣ及びＣＯが導出され、このＨＣ及びＣＯによってＮＯｘ触媒が効果的にリフレッシュされることになる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、上記請求項１乃至３のいずれかに記載のエンジンの制御装置において、ＮＯｘ触媒の上流側に三元触媒を配設したものである。
【００１５】
この構成によると、エンジンの始動時等に、排気通路の上流側に配設された三元触媒が早期に活性化されて排気ガスが浄化されるとともに、上記リフレッシュ制御時に排気通路に導出された上記ＨＣ及びＣＯにより、排気通路の下流側に配設されたＮＯｘ触媒が効果的にリフレッシュされることになる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、上記請求項１乃至４のいずれかに記載のエンジンの制御装置において、排気ガスの一部を吸気系に還流させるように制御するＥＧＲ制御手段を備え、上記リフレッシュ制御手段によるリフレッシュ制御の実行時に、上記ＥＧＲ制御手段により排気ガスの一部を吸気系に還流させるように構成したものである。
【００１７】
この構成によると、上記リフレッシュ制御の実行時に、排気ガスの一部が吸気系に還流されることにより、排気通路に導出されるＮＯｘ量が減少し、これに対応して排気通路中に導出されるＨＣ量及びＣＯ量のＮＯｘ量に対する比率（ＨＣ／ＮＯｘ，ＣＯ／ＮＯｘ）が増大し、これによって上記ＮＯｘ触媒のリフレッシュが促進されることになる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、上記請求項５記載のエンジンの制御装置において、エンジンのリーン運転領域で上記ＥＧＲ制御手段により排気ガスの一部を吸気系に還流させるとともに、上記リフレッシュ制御手段によるリフレッシュ制御の実行時には、上記リーン運転領域からリッチ運転領域に移行した後も、上記排気ガスの還流を継続するように構成したものである。
【００１９】
この構成によると、上記リフレッシュ制御の実行時には、エンジンがリーン運転領域からリッチ運転領域に移行した後も、排気ガスの一部が吸気系に還流されることにより、排気通路に導出されるＮＯｘ量が減少するとともに、これに対応して排気通路中の上記ＨＣ／ＮＯｘ，ＣＯ／ＮＯｘが増大し、これによって上記ＮＯｘ触媒のリフレッシュが促進されることになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用される直噴エンジンの全体構造を概略的に示したものである。この図において、エンジン本体１０は複数の気筒１２を有し、各気筒１２には、そのシリンダボアに挿入されたピストン１４の上方に燃焼室１５が形成されるとともに、この燃焼室１５には吸気ポート及び排気ポートが開口しており、これらのポートは吸気弁１７及び排気弁１８によってそれぞれ開閉されるようになっている。
【００２１】
上記燃焼室１５の中央部には、先端部が燃焼室１５内に臨むように点火プラグ２０が配設され、この点火プラグ２０には、点火コイル等からなる点火回路２１が接続されている。また、エンジン本体１０の燃焼室１５内には、側方からインジェクタ２２の先端部が臨み、このインジェクタ２２から燃焼室１５内に直接燃料が噴射されるようになっている。
【００２２】
上記インジェクタ２２に対して燃料を供給する燃料供給手段５９は、燃料タンク６０、燃料ポンプ６１、燃料供給通路６２及びリターン通路６３を備え、上記燃料ポンプ６１により燃料タンク６０内の燃料が燃料供給通路６２を通してインジェクタ２２に供給されるようになっている。また、上記燃料供給通路６２には、フューエルフィルタ６４、図外の高圧燃料ポンプ及びプレッシャレギュレータ等を具備する燃料回路が接続されることにより、各気筒１２のインジェクタ２２に燃料が供給されるとともに、その燃圧を圧縮行程における筒内圧力よりも高い圧力とする燃料回路が構成されている。
【００２３】
また、上記エンジンには、燃料タンク６０内で発生した蒸発燃料を吸蔵するキャニスタ６６と、このキャニスタ６６からパージされた蒸発燃料を吸気系に供給するパージ通路６７とを備えた蒸発燃料供給手段６８が設けられている。上記パージ通路６７は、上流端が燃料タンク６０の上部に接続されるとともに、下流端が上記吸気通路２４に対するＥＧＲ通路３７の接続部に接続されている。上記パージ通路６７には、キャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料をパージさせるとともに、この蒸発燃料のパージ量を調節するためのデューティソレノイドバルブからなるパージバルブ６９と、チェックバルブ７０とが設けられている。
【００２４】
上記エンジン本体１０には吸気通路２４及び排気通路３４が接続され、上記吸気通路２４には、その上流側から順に、エアクリーナ２５、吸気流量を検出するエアフローセンサ２６、モータ２７により駆動されるスロットル弁２８及びサージタンク３０が設けられている。また、上記排気通路３４には、ＮＯｘ触媒３５が配設されるとともに、その上流側に三元触媒３９が配設され、さらにその上流側に排気ガス中の酸素濃度の検出によって空燃比を検出するＯ2センサ４７からなる空燃比検出手段が設けられている。
【００２５】
上記ＮＯｘ触媒３５は、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転状態でもＮＯｘを浄化する性能を有するものであって、酸素過剰雰囲気で排気ガス中のＮＯｘを吸収し、空燃比がリーンからリッチ側に変化して酸素濃度が低下したときに、吸収していたＮＯｘを放出するとともに、雰囲気中に存在するＣＯ等の還元材によりＮＯｘを還元させるようになっている。
【００２６】
より詳しく説明すると、上記ＮＯｘ触媒３５は、コージェライト製ハニカム構造体等からなる担体の上にＮＯｘ吸収材層と触媒材層とが前者を下（内側）、後者を上（外側）にして層状に形成されたものである。上記ＮＯｘ吸収材層は、比表面積の大きな活性アルミナにＰｔ成分と、ＮＯｘ吸収材としてのＢａ成分とを担持させたものを主成分として構成されている。また、触媒材層は、ゼオライトからなる担持母材に、Ｐｔ成分及びＲｈ成分を担持させてなる触媒材を主成分として構成されている。なお、上記触媒材層の上にセリア層を形成してもよい。
【００２７】
さらに、上記排気通路３４と吸気通路２４との間には、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ手段が設けられている。このＥＧＲ手段は、排気通路３４と吸気通路２４とを接続するＥＧＲ通路３７と、このＥＧＲ通路３７に介設されたＥＧＲ弁３８とを備え、このＥＧＲ弁３８は図示を省略したアクチュエータにより駆動されて開閉作動するようになっている。
【００２８】
上記ＥＧＲ通路３７は、排気マニホールドから所定距離離れたエンジン下方位置もしくはそれより下流の排気通路３４に一端側が接続され、この位置から比較的低温の排気ガスを導くようになっており、ＥＧＲ通路３７の他端側は吸気通路２４におけるサージタンク３０等に接続されている。そして、上記ＥＧＲ通路３７により低温の排気ガスが吸気系に還流されるようになっている。
【００２９】
このエンジンには、上記エアフローセンサ２６及びＯ2センサ４７の他、サージタンク３０内の吸気負圧を検出するブーストセンサ４０、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ４１、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ４２、アクセル開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ４３、吸気温を検出する吸気温センサ４４、大気圧を検出する大気圧センサ４５、エンジン冷却水温を検出する水温センサ４６等のセンサ類が装備され、これらセンサの検出信号がＥＣＵ（コントロールユニット）５０に入力されている。
【００３０】
上記ＥＣＵ５０には、インジェクタ２２からの燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段５２と、上記ＥＧＲ弁３８のアクチュエータに制御信号を出力してＥＧＲ弁３８の開度を制御するＥＧＲ制御手段５３と、上記蒸発燃料供給手段６８のパージバルブ６９に制御信号を出力して蒸発燃料のパージ状態を制御するパージ制御手段５４と、このパージ制御手段５４、上記燃料噴射制御手段５２及びＥＧＲ制御手段５３に制御信号を出力して後述するようにＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を実行するリフレッシュ制御手段５５と、上記キャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段５６とが設けられている。
【００３１】
当実施形態の筒内噴射式エンジンの基本的な制御としては、上記インジェクタ２２からの燃料噴射時期及び空燃比等が異なる各種運転モードが選択可能とされ、エンジンの運転領域によって運転モードが変更されるようになっており、例えば温間時には、図２に示すようなマップに基づいて運転領域に応じた運転モードの選択が行われる。
【００３２】
すなわち、低負荷低回転側の特定運転領域が成層燃焼領域Ａとされ、それ以外の領域が均一燃焼領域Ｂとされる。そして、上記成層燃焼領域Ａでは、燃料噴射制御手段５２によってインジェクタ２２から圧縮行程の後期に燃料が噴射されるように制御されることにより、点火プラグ２０付近に混合気が偏在する成層状態で燃焼が行なわれるような成層燃焼モードとされ、この場合、スロットル弁２８の開度が大きくされて吸入空気量が多くされることにより燃焼室全体の空燃比としては大幅なリーン状態（例えばＡ／Ｆ≧３０）とされる。
【００３３】
一方、均一燃焼領域Ｂでは、上記インジェクタ２２から吸気行程の前期と中期とに燃料が分割して噴射されることにより、燃焼室１５全体に均一に混合気が拡散する状態で燃焼が行なわれる均一燃焼モードとされる。この均一燃焼モードでは、空燃比が理論空燃比以下とされ、例えば均一燃焼領域Ｂの全域もしくは大部分の領域で空気過剰率λがλ＝１、つまり理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）とされるように、上記燃料噴射制御手段５２により、上記インジェクタ２２からの燃料供給量がフィードバック制御される。なお、均一燃焼領域Ｂのうち、アクセル全開域やその付近の高負荷域及び高回転域を、空燃比を理論空燃比よりもリッチ（λ＜１）に設定してもよい。
【００３４】
また、このような運転領域の設定に基づく基本的な制御に加え、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転領域では、上記蒸発燃料供給手段６６による蒸発燃料の供給を停止し、かつ上記リーン運転領域から空燃比が理論空燃比以下のリッチ運転状態への移行時には、インジェクタ２２からの燃料供給による気筒内空燃比の目標値がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を制御するとともに、上記蒸発燃料供給手段６８による蒸発燃料のパージ量を増大させてＮＯｘ触媒３５をリフレッシュする制御が上記リフレッシュ制御手段５５により実行されるようになっている。
【００３５】
後述のフローチャートに示す具体例では、エンジンがリーン運転領域から、予め設定された理論空燃比の運転領域に移行したとき及び上記吸蔵量推定手段５６によって推定された蒸発燃料の吸蔵量が予め設定された基準値以上となったときに、上記リフレッシュ制御手段５５によるＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を、タイマーにより設定された所定時間に亘り実行するように構成されている。
【００３６】
なお、上記吸蔵量推定手段５６は、例えば蒸発燃料供給手段６８により蒸発燃料をパージしている状態で、気筒内空燃比をＯ2センサ４７の出力に基づいて運転状態に適合した値とするフィートバック制御時に算出される学習値に基づき、上記蒸発燃料の吸蔵量を推定し、この推定値を上記リフレッシュ制御手段５５に出力するように構成されている。
【００３７】
また、上記リフレッシュ制御手段５５によるリフレッシュ制御の実行時間、つまり上記タイマーの設定時間は、ＮＯｘ触媒３５が充分にリフレッシュされてその下流側におけるＨＣの排出量が増大し始めるまでの時点までの間に設定され、上記設定時間の経過後に上記リフレッシュ制御を終了し、このリフレッシュ制御状態から、上記Ｏ2センサ４７からなる空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するように構成されている。
【００３８】
例えば、図３に示すように、エンジンがリーン運転領域から理論空燃比の運転領域に移行する時点Ｔ０で、インジェクタ２２からの燃料供給による気筒内空燃比が、図３の破線で示すように、ほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を制御するとともに、上記蒸発燃料供給手段６８から供給される蒸発燃料のパージを開始することにより、図３の実線で示すように、実質的な筒内空燃比をリッチ運転状態とするリフレッシュ制御を実行する。
【００３９】
その後、上記時点Ｔ０からタイマーにより予め設定された第１設定時間ｔ１が経過した時点、つまり上記ＮＯｘ触媒３５の下流側におけるＨＣの排出量が増大し始める状態となった時点Ｔ１で、上記リフレッシュ制御を終了して上記空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行する。また、上記時点Ｔ０からタイマーにより予め設定された第２設定時間ｔ２が経過した時点Ｔ２で、吸気系に対する上記蒸発燃料のパージ量を少なくし、又はパージを停止して通常の燃料噴射制御状態に移行する。
【００４０】
また、通常の運転時には、エンジンの運転状態が図２に示す成層燃焼領域Ａ、つまりリーン運転領域にある場合に、上記ＥＧＲ制御手段５３により排気ガスの一部を吸気系に還流させるとともに、エンジンが均一燃焼領域Ｂ、つまりリッチ運転領域にある場合に、上記排気ガスの還流を停止させるようになっている。そして、ＥＧＲ制御手段５３は、上記リフレッシュ制御手段５５によるリフレッシュ制御時に、エンジンがリーン運転領域（成層燃焼領域Ａ）からリッチ運転領域（均一燃料運転領域Ａ）に移行した後も、排気ガスの還流制御を実行し、例えば図３に示すように、上記第２設定時間ｔ２が経過するまで、排気ガスの一部を吸気系に還流させるように制御する。
【００４１】
なお、図３に示す例では、上記第２設定時間ｔ２が経過して蒸発燃料のパージが停止状態となった時点で、上記排気ガスの還流を停止させるように構成されているが、上記第２設定時間ｔ２の経過後に、排気ガスの還流量をエンジンの運転状態に応じた通常の還流量に低減するように構成してもよい。
【００４２】
上記ＥＣＵ５０による制御の具体例を、図４及び図５のフローチャートによって説明する。このフローチャートに示す処理がスタートすると、先ず図４のステップＳ１でアクセル開度、クランク角信号の周期計測値、エアフローセンサ２６の計測値及び水温等の各検出信号が入力され、続いてステップＳ２で上記周期計測値から求められるエンジン回転数と、上記アクセル開度等から求められるエンジン負荷とに基づいて、エンジンの運転状態が図２中の成層燃焼領域Ａにあるか否かが判定される。
【００４３】
上記ステップＳ２でＹＥＳと判定されて成層燃焼領域Ａにあることが判定されれば、さらにステップＳ３で上記吸蔵量推定手段５６により推定された蒸発燃料の吸蔵量Ｃが予め設定された基準値Ｒを越えているか否かが判定される。このステップＳ３でＮＯと判定されて、エンジンが成層燃焼領域（リーン運転領域）Ａにあって、かつ上記蒸発燃料の吸蔵量Ｃが上記基準値Ｒ以下であることが確認された場合には、成層燃焼領域Ａにおける通常の燃料噴射制御及び点火制御等が実行される。
【００４４】
すなわち、空燃比をリーンとしつつ圧縮行程後期に燃料噴射を行うことにより成層燃焼を行わせるべく、その圧縮行程噴射の噴射量ＱDが算出され（ステップＳ４）、それに応じた噴射パルス幅ＴDと噴射タイミングＩＮＪＤとが算出される（ステップＳ５）とともに、ＥＧＲ弁３８の開度ＥＧＲＶがエンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じて求められ（ステップＳ６）、さらに点火タイミング（Ｉｇタイミング）ＩＧＴがエンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じて求められる（ステップＳ７）。
【００４５】
そして、上記パージバルブ６９の開度ＰＲＧＶが０に設定された後（ステップＳ８）、ＥＧＲ制御のタイミングであるか否かが判定され（ステップＳ９）、ＹＥＳであれば、ＥＧＲ弁３８の開度ＥＧＲＶが運転状態に対応した値となるように制御されるとともに（ステップＳ１０）、パージバルブ６９の開度ＰＲＧＶが上記設定値（＝０）となるように制御される（ステップＳ１１）。
【００４６】
また、燃料の噴射タイミングＩＮＪＤであるか否かが判定され、（ステップＳ１２）ＹＥＳと判定された場合には、上記パルスＴDでインジェクタ２２からの燃料噴射が実行される（ステップＳ１３）。さらに、点火タイミングＩＧＴであるか否かが判定され（ステップＳ１４）、ＹＥＳであれば点火が実行された後（ステップＳ１５）、上記吸蔵量推定手段５６によりキャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量Ｃが推定される（ステップＳ１６）。
【００４７】
上記ステップＳ２でＮＯと判定されて成層燃焼領域Ａにないことが確認されたときは、現時点が成層燃焼領域Ａからλ＝１とする均一燃焼領域Ｂに切り替わった時点であるかどうかが判定され（ステップＳ１７）、ＹＥＳと判定された場合には、上記ＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を実行する第１設定時間ｔ１をカウントするための第１タイマーがセットされるとともに（ステップＳ１８）、上記蒸発燃料のパージ制御を実行する第２設定時間ｔ２をカウントするための第２タイマーがセットされる（ステップＳ１９）。
【００４８】
その後、空燃比を理論空燃比（もしくはそれよりリッチ）としつつ、吸気行程燃料噴射を行うことにより均一燃焼を行わせるための燃料噴射量ＱPが算出された後（ステップＳ２０）、運転状態及び上記第１タイマーのカウント状態等に応じて、気筒内空燃比をλ＝１とするフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御の実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップＳ２１）。この場合、運転状態が所定のフィードバック制御領域にあるとともに、上記第１タイマーがセットされていないときに、フィードバック条件が成立していると判定される。
【００４９】
上記ステップＳ２１でＹＥＳと判定されて上記フィードバック制御の実行条件の成立が確認された場合には、Ｏ2センサ４７からなる空燃比検出手段の検出値に基づくフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御により燃料噴射量ＱPが補正される（ステップＳ２２）。一方、上記ステップＳ２１でＮＯと判定された場合は、フィードバック制御による燃料噴射量ＱPの補正が行われることなく、ステップＳ２０で求められた燃料噴射量ＱPを用いるオープン制御が実行される。
【００５０】
次に上記燃料噴射量ＱPに対応した噴射パルス幅ＴPと噴射タイミングＩＮＪＰとが算出されるとともに（ステップＳ２３）、ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶがエンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じて求められる（ステップＳ２４）。
【００５１】
その後、上記第２タイマーのカウント状態に応じてパージ制御の実行条件が成立しているか否かが判定され（ステップＳ２５）、ＹＥＳと判定された場合には、補正値ＫＰＲＧに基づいてパージバルブ６９の開度ＰＲＧＶを通常時よりも増大させる補正が行われ（ステップＳ２６）、ＮＯと判定された場合には、上記パージバルブ６９の開度ＰＲＧＶが通常の値に設定される（ステップＳ２７）。
【００５２】
そして、点火タイミング（Ｉｇタイミング）がエンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じて求められた後（ステップＳ２８）、上記ステップＳ９に移行して上記気筒内空燃比をλ＝１とするフィードバック制御又は上記リフレッシュ制御手段５５によるＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御が実行される。
【００５３】
また、上記ステップＳ３でＹＥＳと判定されてキャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量Ｃが基準値Ｒを越えていることが確認された場合には、上記ステップＳ１８に移行してＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を実行するための第１タイマーがセットされ、上記ＮＯｘ触媒３５をリフレッシュさせるリフレッシュ制御が実行される。
【００５４】
以上のような当実施形態の制御装置を備えた筒内噴射式エンジンによると、基本的な制御としては、運転状態が低負荷低回転側の成層燃焼領域Ａにあるときには、空燃比がリーンとされつつ圧縮行程で燃料が噴射されて成層燃焼が行われることにより燃費が改善される。このリーン運転状態では、上記ＮＯｘ触媒３５によって排気ガス中のＮＯｘが吸収されるとともに、上記蒸発燃料のパージ量を増大させる制御が行われていないため、エンジンの燃焼室１５に供給される燃料の量が適正に制御されることになる。
【００５５】
一方、運転状態が高負荷側や高回転側の均一燃焼領域Ｂにあるときには、空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとされつつ吸気行程で燃料が噴射されて均一燃焼が行われる。このリッチ運転状態では、三元触媒３９及びＮＯｘ触媒３５によりＮＯｘが還元されて浄化され、特に理論空燃比ではＮＯｘ触媒３５も三元浄化機能を有しているため、ＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣがそれぞれ浄化される。
【００５６】
また、エンジンの運転状態が成層燃焼領域Ａにおけるリーン運転領域から、均一燃焼領域Ｂにおけるリッチ運転状態に移行したときには、上記インジェクタ２２からの気筒内空燃比の目標値がほぼ理論空燃比となるように燃料噴射量を制御するとともに、上記蒸発燃料のパージを開始してＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御を実行するように構成したため、このリフレッシュ制御の実行時に、図２示すように気筒内空燃比を所定のリッチ運転状態として所定量のＨＣ及びＣＯからなる還元剤を排気通路３４に導出させて、このＨＣ及びＣＯにより上記成層燃焼領域Ａにおけるリーン運転中にＮＯｘ触媒３５に吸蔵されたＮＯｘを充分に放出させてＮＯｘ触媒３５を効果的にリフレッシュすることができるとともに、放出されたＮＯｘを上記ＨＣ及びＣＯにより効果的に還元することができる。
【００５７】
したがって、上記均一燃焼領域Ｂにおいて、ＮＯｘ触媒３５によって排気ガス中のＮＯｘを効果的に浄化することができる。また、上記キャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料をパージすることにより吸気系に供給するように構成したため、上記蒸発燃料を排気通路に導出させるようにした従来技術のように、背圧が上昇したり、燃費が悪化したりする等の問題を生じることなく、上記ＮＯｘ触媒３５をリフレッシュすることができる。
【００５８】
また、上記実施形態では、キャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量Ｃを推定する吸蔵量推定手段５６を設け、この吸蔵量推定手段５６によって推定された蒸発燃料の吸蔵量Ｃが予め設定された基準値Ｒを越えたときに、上記リフレッシュ制御手段５５によるＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を所定時間に亘り実行するように構成したため、キャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料を有効に利用してＮＯｘ触媒３５を効果的にリフレッシュすることができるとともに、上記キャニスタ６６の容量をそれ程大きくすることなく、このキャニスタ６６から蒸発燃料がオーバフローするのを防止することができる。
【００５９】
さらに、上記実施形態では、ＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御状態から、ＮＯｘ触媒３５の下流側におけるＨＣ排出量が増大し始める状態に移行した時点Ｔ１で、上記Ｏ2センサ４７からなる空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するように構成したため、上記リフレッシュ制御時に、排気通路３４に導出された所定量のＨＣ及びＣＯによってＮＯｘ触媒３５が十分にリフレッシュされた後に、上記リフレッシュ制御手段５５による燃料供給制御を終了して上記フィードバック制御状態に移行することにより、上記リフレッシュ制御の終了後に、ＮＯｘ触媒３５の下流側に排出されるＨＣ量及びＣＯ量を効果的に低減してエミッションを良好状態に維持することができる。
【００６０】
また上記実施形態では、ＮＯｘ触媒３５の上流側に三元触媒３９を配設したため、エンジンの始動時等に、排気通路３４の上流側に配設された上記三元触媒３９を早期に活性化して排気ガス中のＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘを効果的に浄化することができるとともに、上記リフレッシュ制御時に、排気通路３４に導出された所定量のＨＣ及びＣＯにより、排気通路３４の下流側に配設された上記ＮＯｘ触媒３５を効果的にリフレッシュすることができる。したがって、エンジンが均一燃焼領域Ｂに移行して空燃比がリッチ運転状態となった場合に、ＮＯｘ触媒３５に吸収されたＮＯｘを効果的に放出、還元させて排気ガスを浄化することができる。
【００６１】
さらに、上記のようにリフレッシュ制御手段５５によるＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御時に、上記ＥＧＲ制御手段５３により排気ガスの一部を吸気系に還流させるように構成した場合には、上記リフレッシュ制御時に、排気通路３４に導出されるＮＯｘ量が低減されることになるため、これに対応して排気通路３４中に導出されるＨＣ量及びＣＯ量のＮＯｘ量に対する比率（ＨＣ／ＮＯｘ，ＸＯ／ＮＯｘ）を効果的に増大させ、これによって上記ＮＯｘ触媒３５を、さらに効果的にリフレッシュすることができる。
【００６２】
また、上記実施形態では、エンジンのリーン運転領域で上記ＥＧＲ制御手段５３により排気ガスの一部を吸気系に還流させるとともに、上記リフレッシュ制御手段５５によるリフレッシュ制御の実行時には、上記リーン運転領域からリッチ運転領域に移行した後も、上記排気ガスの還流を継続するように構成したため、上記リッチ運転領域においても、排気通路に導出されるＮＯｘ量を減少させて排気通路中に導出されるＨＣ量及びＣＯ量のＮＯｘ量に対する比率（ＨＣ／ＮＯｘ，ＸＯ／ＮＯｘ）を増大させることにより、上記ＮＯｘ触媒３５のリフレッシュを、さらに促進することできる。しかも、上記のようにリッチ運転領域で排気ガスを還流させた場合においても、キャニスタ６６から吸気系に供給された蒸発燃料によって気筒内空燃比を所定のリッチ運転状態に維持することができるという利点がある。
【００６３】
上記実施形態では、エンジンがリーン運転領域からリッチ運転領域に移行した時点、又はキャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量Ｃが予め設定された基準値Ｒを超えた時点で、上記リッフレッシュ制御手段５５によるＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を実行するように構成した例について説明したが、上記ＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸収量が所定値以上となったときに、上記リフレッシュ制御を実行するように構成してもよい。このように構成した場合には、上記ＮＯｘ触媒３５を適正時期にリフレッシュさせることにより、ＮＯｘの吸収作用が損なわれるという事態の発生を効果的に防止できるという利点がある。
【００６４】
また、エンジンのリーン運転領域で、クランク角センサ４２又はアクセル開度センサ４３等の検出信号に応じて加速状態となったことが確認された時点で、上記リフレッシュ制御を実行するように構成してもよく、このように構成した場合には、上記加速時に、空燃比をリッチ運転状態としてエンジン出力を十分に確保することができるとともに、排気通路３４に導出される所定量のＨＣ及びＣＯによってＮＯｘ触媒３５を効果的にリフレッシュさせることができる。
【００６５】
さらに、エンジンのリーン運転領域で、上記吸蔵量推定手段５６によって推定された蒸発燃料の吸蔵量Ｃが予め設定された基準値Ｒ以上となったときに、上記リフレッシュ制御手段５５によるＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を実行することなく、キャニスタに吸着された蒸発燃料のパージのみを開始するように構成してもよい。このように構成した場合には、上記キャニスタ６６の容量をそれ程大きくすることなく、このキャニスタ６６から蒸発燃料がオーバフローするのを効果的に防止することできる。
【００６６】
また、上記実施形態では、エンジンのリーン運転領域で蒸発燃料をパージしている状態からリッチ運転領域に移行したときに、蒸発燃料のパージ状態を維持しつつ、インジェクタ２２からの燃料供給による気筒内空燃比の目標値がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を制御し、エンジンが上記リッチ運転領域に移行した後に所定時間（第１設定時間ｔ１）が経過した時点で、Ｏ2センサ４７からなる空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するように構成したため、エミッションの悪化を防止しつつ、ＮＯｘ触媒３５を効果的にリフレッシュすることができる。
【００６７】
すなわち、エンジンのリーン運転領域でキャニスタ６６からパージされた蒸発燃料をエンジンの吸気系に供給し、上記リーン運転領域からリッチ運転領域に移行し後に所定時間ｔ１が経過するまで、上記リフレッシュ制御手段５５によるＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を継続するように構成したため、このＮＯｘ触媒３５を効果的にリフレッシュすることができるとともに、この間は排気ガス中のＨＣ及びＣＯがＮＯｘ触媒３５から放出されたＮＯｘの還元に使われてＮＯｘ触媒３５の下流側に排出されることはない。そして、上記所定時間（第１設定時間ｔ１）の経過後に、上記リフレッシュ制御を終了して、上記Ｏ2センサ４７からなる空燃比検出手段の検出値に基づいて燃料噴射量を制御する通常のフィードバック制御状態に移行することにより、排気通路３４に導出されるＨＣ量及びＣＯ量を効果的に低減することができる。
【００６８】
なお、上記リーン運転領域で上記蒸発燃料のパージを停止するようにした上記実施形態に代え、このパージ量を運転状態に応じて制御するとともに、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転領域から空燃比が理論空燃比以下のリッチ運転領域への移行時に、上記リフレッシュ制御手段５５により、気筒内空燃比が予め設定された値となるようにオープン制御を実行するとともに、上記蒸発燃料のパージ量を通常時よりも増大させてＮＯｘ触媒３５をリフレッシュするように構成してもよい。
【００６９】
この構成によると、エンジンがリーン運転領域からリッチ運転状態に移行する際に、気筒内空燃比がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を制御しつつ、キャニスタ６６から通常よりも多い量の蒸発燃料をパージしてエンジンの燃焼室に供給することにより、気筒内空燃比を所定のリッチ運転状態として排気通路３４に所定量のＨＣ及びＣＯを導出させ、これによってＮＯｘ触媒３５に吸収されたＮＯｘの放出を促進してＮＯｘ触媒３５を効果的にリフレッシュすることができる。
【００７０】
なお、上記実施形態では、インジェクタ２２から燃焼室１５内に直接燃料が噴射される直噴式エンジンについて説明したが、本発明は、吸気ポートに燃料を噴射するようにインジェクタ２２を配置して、低負荷域では吸気行程に燃料を噴射するとともに、吸気スワールで成層化を図る等によりリーン運転を行うようにしたエンジンについても適用可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように本発明は、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸蔵するキャニスタと、このキャニスタに吸蔵された蒸発燃料をパージしてエンジンの吸気系に供給する蒸発燃料供給手段と、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するのに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒とを備えたエンジンにおいて、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転領域では上記蒸発燃料のパージを停止し、かつリーン運転領域から空燃比が理論空燃比以下のリッチ運転状態への移行時には、インジェクタからの燃料供給による気筒内空燃比の目標値がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を制御するとともに、上記蒸発燃料のパージを開始することにより、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させてＮＯｘ触媒をリフレッシュさせるとともに、この放出されたＮＯｘを還元するリフレッシュ制御手段を設けたため、このリフレッシュ制御の実行時に、気筒内空燃比を所定のリッチ運転状態として所定量のＨＣ及びＣＯを排気通路に導出させて、このＨＣ及びＣＯによりＮＯｘ触媒に吸収されＮＯｘを放出を促進してこのＮＯｘ触媒を効果的にリフレッシュすることができるとともに、放出されたＮＯｘを効果的に還元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】 本発明に係るエンジンの制御装置の実施形態を示す全体概略図である。
【図２】 燃料噴射を制御等するための運転領域を示す説明図である。
【図３】 上記制御装置の制御状態を示すタイムチャートである。
【図４】 制御の具体例を示すフローチャートの前半部分である。
【図５】 上記フローチャートの後半部分である。
【符号の説明】
１０ エンジン本体
１５ 燃焼室
２２ インジェクタ
３５ ＮＯｘ触媒
３７ ＥＧＲ通路
３８ ＥＧＲ弁
３９ 三元触媒
４７ Ｏ2センサ（空燃比検出手段）
５０ ＥＣＵ
５２ 燃料噴射制御手段
５３ ＥＧＲ制御手段
５４ パージ制御手段
５５ リフレッシュ制御手段
５６ 吸蔵量検出手段
６０ 燃料タンク
６６ キャニスタ
６８ 蒸発燃料供給手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を備えたエンジンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、低負荷運転領域でリーン運転が行われるエンジンにおいて、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するのに伴いＮＯｘを放出する性質を有するＮＯｘ触媒を排気通路に設け、リーン運転状態のときに排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸収され、空燃比がリッチ側に変化したときにＮＯｘがＮＯｘ触媒から放出されて還元されるようにしたものが知られている。このようなＮＯｘ触媒によると、ＮＯｘを還元して浄化することが困難なリーン運転時にも、ＮＯｘを吸収することにより外部へのＮＯｘの排出を防止することができる。
【０００３】
また、例えば特開平３−２４２４１５号公報に示されるように、運転状態検出手段によって検出された運転状態が、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガス中のＨＣがＮＯｘ触媒よるＮＯｘ還元に必要とされるＨＣ量に対して不足する運転状態か否かを判断するＨＣ不足判定手段と、ＨＣ判定手段がＨＣ不足運転状態と判断したときに、燃料タンクからの蒸発燃料を排気管のＮＯｘ触媒上流側に導入し、ＨＣ不足判定手段がＨＣ不足運転状態でないと判断したときに蒸発燃料をキャニスタに導入するように切り替わる切替弁とを備えた排気浄化装置が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示されるように、排気ガス中のＨＣがＮＯｘ触媒よるＮＯｘ還元に必要とされるＨＣ量に対して不足する運転状態となった場合に、燃料タンクからの蒸発燃料を排気管のＮＯｘ触媒上流側に導入するように構成した場合には、この排気管に蒸発燃料が導入されることにより背圧が上昇して排気抵抗が増大するとともに、本来キャニスタに吸着された後に、必要に応じてエンジンの燃焼室に供給されるべき蒸発燃料が直接排気系に導出されて燃焼に寄与しないために燃費が悪化するという問題がある。
【０００５】
また、上記燃料タンクにおいて発生した蒸発燃料は、その濃度及び発生量が均一でないため、排気管に導入される蒸発燃料量を適正に制御することが困難であり、上記ＮＯｘの浄化に必要な量以上のＨＣ及びＣＯがＮＯｘ触媒の上流側に導入されるのを防止することが困難であり、エミッションが悪化し易い等の問題があった。
【０００６】
本発明は、これらの事情に鑑み、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を備えたエンジンにおいて、エミッションが悪化する等の問題を生じることなく、必要時にＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させてＮＯｘ触媒を効果的にリフレッシュさせるとともに、この放出されたＮＯｘを効果的に還元することができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸蔵するキャニスタと、このキャニスタに吸蔵された蒸発燃料をパージしてエンジンの吸気系に供給するように制御するパージ制御手段と、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するのに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒とを備えたエンジンにおいて、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転領域では上記蒸発燃料のパージを停止し、かつリーン運転領域から予め設定された理論空燃比の運転領域に移行したときには、インジェクタからの燃料供給による気筒内空燃比の目標値がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を制御するとともに、上記蒸発燃料のパージを開始することにより、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させてＮＯｘ触媒をリフレッシュさせるとともに、この放出されたＮＯｘを還元するリフレッシュ制御手段を備え、このリフレッシュ制御手段によるＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御状態から、所定時間が経過してＮＯｘ触媒の下流側におけるＨＣ排出量が増大し始める状態に移行した時点で、空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するように構成したものである。
【０００８】
この構成によると、エンジンがリーン運転領域から予め設定された理論空燃比の運転領域に移行する際に、気筒内空燃比がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量が制御されつつ、キャニスタからパージされた蒸発燃料が吸気系に供給されることにより、気筒内空燃比が所定のリッチ運転状態となって排気通路に所定量のＨＣ及びＣＯが導出され、このＨＣ及びＣＯにより、ＮＯｘ触媒に吸収されたＮＯｘの放出が促進されてＮＯｘ触媒が効果的にリフレッシュされるとともに、放出されたＮＯｘが効果的に浄化される。そして、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転領域では、上記蒸発燃料のパージが停止されることにより、エンジンの燃焼室に対する燃料の供給量が適正に制御されることになる。
【０００９】
しかも、排気通路に導出された上記ＨＣ及びＣＯによってＮＯｘ触媒がリフレッシュされることにより、ＮＯｘ触媒の下流側に排出されるＨＣ量が増大し始める状態となった時点で、上記リフレッシュ制御手段による燃料供給量の制御が終了され、空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するため、排気通路に導出されるＨＣ量及びＣＯ量が効果的に低減されることになる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載のエンジンの制御装置において、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収量が所定値以上となったときに、上記リフレッシュ制御手段によるＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御を実行するように構成したものである。
【００１１】
この構成によると、ＮＯｘ触媒に吸収されたＮＯｘ量が所定値以上となってＮＯｘ触媒のリフレッシュ条件が成立したことが確認された時点で、気筒内空燃比がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量が制御されつつ、キャニスタからパージされた蒸発燃料が吸気系に供給される上記リフレッシュ制御が実行されることにより、気筒内空燃比が所定のリッチ運転状態となって排気通路に所定量のＨＣ及びＣＯが導出され、このＨＣ及びＣＯによってＮＯｘ触媒が効果的にリフレッシュされることになる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、上記請求項１記載のエンジンの制御装置において、エンジンがリーン運転領域で加速状態となったときに、上記リフレッシュ制御手段によるＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御を実行するように構成したものである。
【００１３】
この構成によると、エンジンのリーン運転領域において加速状態となったことが確認された時点で、気筒内空燃比がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量が制御されつつ、キャニスタからパージされた蒸発燃料が吸気系に供給される上記リフレッシュ制御が実行されることにより、気筒内空燃比が所定のリッチ運転状態となって排気通路に所定量のＨＣ及びＣＯが導出され、このＨＣ及びＣＯによってＮＯｘ触媒が効果的にリフレッシュされることになる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、上記請求項１乃至３のいずれかに記載のエンジンの制御装置において、ＮＯｘ触媒の上流側に三元触媒を配設したものである。
【００１５】
この構成によると、エンジンの始動時等に、排気通路の上流側に配設された三元触媒が早期に活性化されて排気ガスが浄化されるとともに、上記リフレッシュ制御時に排気通路に導出された上記ＨＣ及びＣＯにより、排気通路の下流側に配設されたＮＯｘ触媒が効果的にリフレッシュされることになる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、上記請求項１乃至４のいずれかに記載のエンジンの制御装置において、排気ガスの一部を吸気系に還流させるように制御するＥＧＲ制御手段を備え、上記リフレッシュ制御手段によるリフレッシュ制御の実行時に、上記ＥＧＲ制御手段により排気ガスの一部を吸気系に還流させるように構成したものである。
【００１７】
この構成によると、上記リフレッシュ制御の実行時に、排気ガスの一部が吸気系に還流されることにより、排気通路に導出されるＮＯｘ量が減少し、これに対応して排気通路中に導出されるＨＣ量及びＣＯ量のＮＯｘ量に対する比率（ＨＣ／ＮＯｘ，ＣＯ／ＮＯｘ）が増大し、これによって上記ＮＯｘ触媒のリフレッシュが促進されることになる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、上記請求項５記載のエンジンの制御装置において、エンジンのリーン運転領域で上記ＥＧＲ制御手段により排気ガスの一部を吸気系に還流させるとともに、上記リフレッシュ制御手段によるリフレッシュ制御の実行時には、上記リーン運転領域からリッチ運転領域に移行した後も、上記排気ガスの還流を継続するように構成したものである。
【００１９】
この構成によると、上記リフレッシュ制御の実行時には、エンジンがリーン運転領域からリッチ運転領域に移行した後も、排気ガスの一部が吸気系に還流されることにより、排気通路に導出されるＮＯｘ量が減少するとともに、これに対応して排気通路中の上記ＨＣ／ＮＯｘ，ＣＯ／ＮＯｘが増大し、これによって上記ＮＯｘ触媒のリフレッシュが促進されることになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用される直噴エンジンの全体構造を概略的に示したものである。この図において、エンジン本体１０は複数の気筒１２を有し、各気筒１２には、そのシリンダボアに挿入されたピストン１４の上方に燃焼室１５が形成されるとともに、この燃焼室１５には吸気ポート及び排気ポートが開口しており、これらのポートは吸気弁１７及び排気弁１８によってそれぞれ開閉されるようになっている。
【００２１】
上記燃焼室１５の中央部には、先端部が燃焼室１５内に臨むように点火プラグ２０が配設され、この点火プラグ２０には、点火コイル等からなる点火回路２１が接続されている。また、エンジン本体１０の燃焼室１５内には、側方からインジェクタ２２の先端部が臨み、このインジェクタ２２から燃焼室１５内に直接燃料が噴射されるようになっている。
【００２２】
上記インジェクタ２２に対して燃料を供給する燃料供給手段５９は、燃料タンク６０、燃料ポンプ６１、燃料供給通路６２及びリターン通路６３を備え、上記燃料ポンプ６１により燃料タンク６０内の燃料が燃料供給通路６２を通してインジェクタ２２に供給されるようになっている。また、上記燃料供給通路６２には、フューエルフィルタ６４、図外の高圧燃料ポンプ及びプレッシャレギュレータ等を具備する燃料回路が接続されることにより、各気筒１２のインジェクタ２２に燃料が供給されるとともに、その燃圧を圧縮行程における筒内圧力よりも高い圧力とする燃料回路が構成されている。
【００２３】
また、上記エンジンには、燃料タンク６０内で発生した蒸発燃料を吸蔵するキャニスタ６６と、このキャニスタ６６からパージされた蒸発燃料を吸気系に供給するパージ通路６７とを備えた蒸発燃料供給手段６８が設けられている。上記パージ通路６７は、上流端が燃料タンク６０の上部に接続されるとともに、下流端が上記吸気通路２４に対するＥＧＲ通路３７の接続部に接続されている。上記パージ通路６７には、キャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料をパージさせるとともに、この蒸発燃料のパージ量を調節するためのデューティソレノイドバルブからなるパージバルブ６９と、チェックバルブ７０とが設けられている。
【００２４】
上記エンジン本体１０には吸気通路２４及び排気通路３４が接続され、上記吸気通路２４には、その上流側から順に、エアクリーナ２５、吸気流量を検出するエアフローセンサ２６、モータ２７により駆動されるスロットル弁２８及びサージタンク３０が設けられている。また、上記排気通路３４には、ＮＯｘ触媒３５が配設されるとともに、その上流側に三元触媒３９が配設され、さらにその上流側に排気ガス中の酸素濃度の検出によって空燃比を検出するＯ2センサ４７からなる空燃比検出手段が設けられている。
【００２５】
上記ＮＯｘ触媒３５は、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転状態でもＮＯｘを浄化する性能を有するものであって、酸素過剰雰囲気で排気ガス中のＮＯｘを吸収し、空燃比がリーンからリッチ側に変化して酸素濃度が低下したときに、吸収していたＮＯｘを放出するとともに、雰囲気中に存在するＣＯ等の還元材によりＮＯｘを還元させるようになっている。
【００２６】
より詳しく説明すると、上記ＮＯｘ触媒３５は、コージェライト製ハニカム構造体等からなる担体の上にＮＯｘ吸収材層と触媒材層とが前者を下（内側）、後者を上（外側）にして層状に形成されたものである。上記ＮＯｘ吸収材層は、比表面積の大きな活性アルミナにＰｔ成分と、ＮＯｘ吸収材としてのＢａ成分とを担持させたものを主成分として構成されている。また、触媒材層は、ゼオライトからなる担持母材に、Ｐｔ成分及びＲｈ成分を担持させてなる触媒材を主成分として構成されている。なお、上記触媒材層の上にセリア層を形成してもよい。
【００２７】
さらに、上記排気通路３４と吸気通路２４との間には、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ手段が設けられている。このＥＧＲ手段は、排気通路３４と吸気通路２４とを接続するＥＧＲ通路３７と、このＥＧＲ通路３７に介設されたＥＧＲ弁３８とを備え、このＥＧＲ弁３８は図示を省略したアクチュエータにより駆動されて開閉作動するようになっている。
【００２８】
上記ＥＧＲ通路３７は、排気マニホールドから所定距離離れたエンジン下方位置もしくはそれより下流の排気通路３４に一端側が接続され、この位置から比較的低温の排気ガスを導くようになっており、ＥＧＲ通路３７の他端側は吸気通路２４におけるサージタンク３０等に接続されている。そして、上記ＥＧＲ通路３７により低温の排気ガスが吸気系に還流されるようになっている。
【００２９】
このエンジンには、上記エアフローセンサ２６及びＯ2センサ４７の他、サージタンク３０内の吸気負圧を検出するブーストセンサ４０、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ４１、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ４２、アクセル開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ４３、吸気温を検出する吸気温センサ４４、大気圧を検出する大気圧センサ４５、エンジン冷却水温を検出する水温センサ４６等のセンサ類が装備され、これらセンサの検出信号がＥＣＵ（コントロールユニット）５０に入力されている。
【００３０】
上記ＥＣＵ５０には、インジェクタ２２からの燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段５２と、上記ＥＧＲ弁３８のアクチュエータに制御信号を出力してＥＧＲ弁３８の開度を制御するＥＧＲ制御手段５３と、上記蒸発燃料供給手段６８のパージバルブ６９に制御信号を出力して蒸発燃料のパージ状態を制御するパージ制御手段５４と、このパージ制御手段５４、上記燃料噴射制御手段５２及びＥＧＲ制御手段５３に制御信号を出力して後述するようにＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を実行するリフレッシュ制御手段５５と、上記キャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段５６とが設けられている。
【００３１】
当実施形態の筒内噴射式エンジンの基本的な制御としては、上記インジェクタ２２からの燃料噴射時期及び空燃比等が異なる各種運転モードが選択可能とされ、エンジンの運転領域によって運転モードが変更されるようになっており、例えば温間時には、図２に示すようなマップに基づいて運転領域に応じた運転モードの選択が行われる。
【００３２】
すなわち、低負荷低回転側の特定運転領域が成層燃焼領域Ａとされ、それ以外の領域が均一燃焼領域Ｂとされる。そして、上記成層燃焼領域Ａでは、燃料噴射制御手段５２によってインジェクタ２２から圧縮行程の後期に燃料が噴射されるように制御されることにより、点火プラグ２０付近に混合気が偏在する成層状態で燃焼が行なわれるような成層燃焼モードとされ、この場合、スロットル弁２８の開度が大きくされて吸入空気量が多くされることにより燃焼室全体の空燃比としては大幅なリーン状態（例えばＡ／Ｆ≧３０）とされる。
【００３３】
一方、均一燃焼領域Ｂでは、上記インジェクタ２２から吸気行程の前期と中期とに燃料が分割して噴射されることにより、燃焼室１５全体に均一に混合気が拡散する状態で燃焼が行なわれる均一燃焼モードとされる。この均一燃焼モードでは、空燃比が理論空燃比以下とされ、例えば均一燃焼領域Ｂの全域もしくは大部分の領域で空気過剰率λがλ＝１、つまり理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）とされるように、上記燃料噴射制御手段５２により、上記インジェクタ２２からの燃料供給量がフィードバック制御される。なお、均一燃焼領域Ｂのうち、アクセル全開域やその付近の高負荷域及び高回転域を、空燃比を理論空燃比よりもリッチ（λ＜１）に設定してもよい。
【００３４】
また、このような運転領域の設定に基づく基本的な制御に加え、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転領域では、上記蒸発燃料供給手段６６による蒸発燃料の供給を停止し、かつ上記リーン運転領域から空燃比が理論空燃比以下のリッチ運転状態への移行時には、インジェクタ２２からの燃料供給による気筒内空燃比の目標値がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を制御するとともに、上記蒸発燃料供給手段６８による蒸発燃料のパージ量を増大させてＮＯｘ触媒３５をリフレッシュする制御が上記リフレッシュ制御手段５５により実行されるようになっている。
【００３５】
後述のフローチャートに示す具体例では、エンジンがリーン運転領域から、予め設定された理論空燃比の運転領域に移行したとき及び上記吸蔵量推定手段５６によって推定された蒸発燃料の吸蔵量が予め設定された基準値以上となったときに、上記リフレッシュ制御手段５５によるＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を、タイマーにより設定された所定時間に亘り実行するように構成されている。
【００３６】
なお、上記吸蔵量推定手段５６は、例えば蒸発燃料供給手段６８により蒸発燃料をパージしている状態で、気筒内空燃比をＯ2センサ４７の出力に基づいて運転状態に適合した値とするフィートバック制御時に算出される学習値に基づき、上記蒸発燃料の吸蔵量を推定し、この推定値を上記リフレッシュ制御手段５５に出力するように構成されている。
【００３７】
また、上記リフレッシュ制御手段５５によるリフレッシュ制御の実行時間、つまり上記タイマーの設定時間は、ＮＯｘ触媒３５が充分にリフレッシュされてその下流側におけるＨＣの排出量が増大し始めるまでの時点までの間に設定され、上記設定時間の経過後に上記リフレッシュ制御を終了し、このリフレッシュ制御状態から、上記Ｏ2センサ４７からなる空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するように構成されている。
【００３８】
例えば、図３に示すように、エンジンがリーン運転領域から理論空燃比の運転領域に移行する時点Ｔ０で、インジェクタ２２からの燃料供給による気筒内空燃比が、図３の破線で示すように、ほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を制御するとともに、上記蒸発燃料供給手段６８から供給される蒸発燃料のパージを開始することにより、図３の実線で示すように、実質的な筒内空燃比をリッチ運転状態とするリフレッシュ制御を実行する。
【００３９】
その後、上記時点Ｔ０からタイマーにより予め設定された第１設定時間ｔ１が経過した時点、つまり上記ＮＯｘ触媒３５の下流側におけるＨＣの排出量が増大し始める状態となった時点Ｔ１で、上記リフレッシュ制御を終了して上記空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行する。また、上記時点Ｔ０からタイマーにより予め設定された第２設定時間ｔ２が経過した時点Ｔ２で、吸気系に対する上記蒸発燃料のパージ量を少なくし、又はパージを停止して通常の燃料噴射制御状態に移行する。
【００４０】
また、通常の運転時には、エンジンの運転状態が図２に示す成層燃焼領域Ａ、つまりリーン運転領域にある場合に、上記ＥＧＲ制御手段５３により排気ガスの一部を吸気系に還流させるとともに、エンジンが均一燃焼領域Ｂ、つまりリッチ運転領域にある場合に、上記排気ガスの還流を停止させるようになっている。そして、ＥＧＲ制御手段５３は、上記リフレッシュ制御手段５５によるリフレッシュ制御時に、エンジンがリーン運転領域（成層燃焼領域Ａ）からリッチ運転領域（均一燃料運転領域Ａ）に移行した後も、排気ガスの還流制御を実行し、例えば図３に示すように、上記第２設定時間ｔ２が経過するまで、排気ガスの一部を吸気系に還流させるように制御する。
【００４１】
なお、図３に示す例では、上記第２設定時間ｔ２が経過して蒸発燃料のパージが停止状態となった時点で、上記排気ガスの還流を停止させるように構成されているが、上記第２設定時間ｔ２の経過後に、排気ガスの還流量をエンジンの運転状態に応じた通常の還流量に低減するように構成してもよい。
【００４２】
上記ＥＣＵ５０による制御の具体例を、図４及び図５のフローチャートによって説明する。このフローチャートに示す処理がスタートすると、先ず図４のステップＳ１でアクセル開度、クランク角信号の周期計測値、エアフローセンサ２６の計測値及び水温等の各検出信号が入力され、続いてステップＳ２で上記周期計測値から求められるエンジン回転数と、上記アクセル開度等から求められるエンジン負荷とに基づいて、エンジンの運転状態が図２中の成層燃焼領域Ａにあるか否かが判定される。
【００４３】
上記ステップＳ２でＹＥＳと判定されて成層燃焼領域Ａにあることが判定されれば、さらにステップＳ３で上記吸蔵量推定手段５６により推定された蒸発燃料の吸蔵量Ｃが予め設定された基準値Ｒを越えているか否かが判定される。このステップＳ３でＮＯと判定されて、エンジンが成層燃焼領域（リーン運転領域）Ａにあって、かつ上記蒸発燃料の吸蔵量Ｃが上記基準値Ｒ以下であることが確認された場合には、成層燃焼領域Ａにおける通常の燃料噴射制御及び点火制御等が実行される。
【００４４】
すなわち、空燃比をリーンとしつつ圧縮行程後期に燃料噴射を行うことにより成層燃焼を行わせるべく、その圧縮行程噴射の噴射量ＱDが算出され（ステップＳ４）、それに応じた噴射パルス幅ＴDと噴射タイミングＩＮＪＤとが算出される（ステップＳ５）とともに、ＥＧＲ弁３８の開度ＥＧＲＶがエンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じて求められ（ステップＳ６）、さらに点火タイミング（Ｉｇタイミング）ＩＧＴがエンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じて求められる（ステップＳ７）。
【００４５】
そして、上記パージバルブ６９の開度ＰＲＧＶが０に設定された後（ステップＳ８）、ＥＧＲ制御のタイミングであるか否かが判定され（ステップＳ９）、ＹＥＳであれば、ＥＧＲ弁３８の開度ＥＧＲＶが運転状態に対応した値となるように制御されるとともに（ステップＳ１０）、パージバルブ６９の開度ＰＲＧＶが上記設定値（＝０）となるように制御される（ステップＳ１１）。
【００４６】
また、燃料の噴射タイミングＩＮＪＤであるか否かが判定され、（ステップＳ１２）ＹＥＳと判定された場合には、上記パルスＴDでインジェクタ２２からの燃料噴射が実行される（ステップＳ１３）。さらに、点火タイミングＩＧＴであるか否かが判定され（ステップＳ１４）、ＹＥＳであれば点火が実行された後（ステップＳ１５）、上記吸蔵量推定手段５６によりキャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量Ｃが推定される（ステップＳ１６）。
【００４７】
上記ステップＳ２でＮＯと判定されて成層燃焼領域Ａにないことが確認されたときは、現時点が成層燃焼領域Ａからλ＝１とする均一燃焼領域Ｂに切り替わった時点であるかどうかが判定され（ステップＳ１７）、ＹＥＳと判定された場合には、上記ＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を実行する第１設定時間ｔ１をカウントするための第１タイマーがセットされるとともに（ステップＳ１８）、上記蒸発燃料のパージ制御を実行する第２設定時間ｔ２をカウントするための第２タイマーがセットされる（ステップＳ１９）。
【００４８】
その後、空燃比を理論空燃比（もしくはそれよりリッチ）としつつ、吸気行程燃料噴射を行うことにより均一燃焼を行わせるための燃料噴射量ＱPが算出された後（ステップＳ２０）、運転状態及び上記第１タイマーのカウント状態等に応じて、気筒内空燃比をλ＝１とするフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御の実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップＳ２１）。この場合、運転状態が所定のフィードバック制御領域にあるとともに、上記第１タイマーがセットされていないときに、フィードバック条件が成立していると判定される。
【００４９】
上記ステップＳ２１でＹＥＳと判定されて上記フィードバック制御の実行条件の成立が確認された場合には、Ｏ2センサ４７からなる空燃比検出手段の検出値に基づくフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御により燃料噴射量ＱPが補正される（ステップＳ２２）。一方、上記ステップＳ２１でＮＯと判定された場合は、フィードバック制御による燃料噴射量ＱPの補正が行われることなく、ステップＳ２０で求められた燃料噴射量ＱPを用いるオープン制御が実行される。
【００５０】
次に上記燃料噴射量ＱPに対応した噴射パルス幅ＴPと噴射タイミングＩＮＪＰとが算出されるとともに（ステップＳ２３）、ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶがエンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じて求められる（ステップＳ２４）。
【００５１】
その後、上記第２タイマーのカウント状態に応じてパージ制御の実行条件が成立しているか否かが判定され（ステップＳ２５）、ＹＥＳと判定された場合には、補正値ＫＰＲＧに基づいてパージバルブ６９の開度ＰＲＧＶを通常時よりも増大させる補正が行われ（ステップＳ２６）、ＮＯと判定された場合には、上記パージバルブ６９の開度ＰＲＧＶが通常の値に設定される（ステップＳ２７）。
【００５２】
そして、点火タイミング（Ｉｇタイミング）がエンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ｐｅに応じて求められた後（ステップＳ２８）、上記ステップＳ９に移行して上記気筒内空燃比をλ＝１とするフィードバック制御又は上記リフレッシュ制御手段５５によるＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御が実行される。
【００５３】
また、上記ステップＳ３でＹＥＳと判定されてキャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量Ｃが基準値Ｒを越えていることが確認された場合には、上記ステップＳ１８に移行してＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を実行するための第１タイマーがセットされ、上記ＮＯｘ触媒３５をリフレッシュさせるリフレッシュ制御が実行される。
【００５４】
以上のような当実施形態の制御装置を備えた筒内噴射式エンジンによると、基本的な制御としては、運転状態が低負荷低回転側の成層燃焼領域Ａにあるときには、空燃比がリーンとされつつ圧縮行程で燃料が噴射されて成層燃焼が行われることにより燃費が改善される。このリーン運転状態では、上記ＮＯｘ触媒３５によって排気ガス中のＮＯｘが吸収されるとともに、上記蒸発燃料のパージ量を増大させる制御が行われていないため、エンジンの燃焼室１５に供給される燃料の量が適正に制御されることになる。
【００５５】
一方、運転状態が高負荷側や高回転側の均一燃焼領域Ｂにあるときには、空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとされつつ吸気行程で燃料が噴射されて均一燃焼が行われる。このリッチ運転状態では、三元触媒３９及びＮＯｘ触媒３５によりＮＯｘが還元されて浄化され、特に理論空燃比ではＮＯｘ触媒３５も三元浄化機能を有しているため、ＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣがそれぞれ浄化される。
【００５６】
また、エンジンの運転状態が成層燃焼領域Ａにおけるリーン運転領域から、均一燃焼領域Ｂにおけるリッチ運転状態に移行したときには、上記インジェクタ２２からの気筒内空燃比の目標値がほぼ理論空燃比となるように燃料噴射量を制御するとともに、上記蒸発燃料のパージを開始してＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御を実行するように構成したため、このリフレッシュ制御の実行時に、図２示すように気筒内空燃比を所定のリッチ運転状態として所定量のＨＣ及びＣＯからなる還元剤を排気通路３４に導出させて、このＨＣ及びＣＯにより上記成層燃焼領域Ａにおけるリーン運転中にＮＯｘ触媒３５に吸蔵されたＮＯｘを充分に放出させてＮＯｘ触媒３５を効果的にリフレッシュすることができるとともに、放出されたＮＯｘを上記ＨＣ及びＣＯにより効果的に還元することができる。
【００５７】
したがって、上記均一燃焼領域Ｂにおいて、ＮＯｘ触媒３５によって排気ガス中のＮＯｘを効果的に浄化することができる。また、上記キャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料をパージすることにより吸気系に供給するように構成したため、上記蒸発燃料を排気通路に導出させるようにした従来技術のように、背圧が上昇したり、燃費が悪化したりする等の問題を生じることなく、上記ＮＯｘ触媒３５をリフレッシュすることができる。
【００５８】
また、上記実施形態では、キャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量Ｃを推定する吸蔵量推定手段５６を設け、この吸蔵量推定手段５６によって推定された蒸発燃料の吸蔵量Ｃが予め設定された基準値Ｒを越えたときに、上記リフレッシュ制御手段５５によるＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を所定時間に亘り実行するように構成したため、キャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料を有効に利用してＮＯｘ触媒３５を効果的にリフレッシュすることができるとともに、上記キャニスタ６６の容量をそれ程大きくすることなく、このキャニスタ６６から蒸発燃料がオーバフローするのを防止することができる。
【００５９】
さらに、上記実施形態では、ＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御状態から、ＮＯｘ触媒３５の下流側におけるＨＣ排出量が増大し始める状態に移行した時点Ｔ１で、上記Ｏ2センサ４７からなる空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するように構成したため、上記リフレッシュ制御時に、排気通路３４に導出された所定量のＨＣ及びＣＯによってＮＯｘ触媒３５が十分にリフレッシュされた後に、上記リフレッシュ制御手段５５による燃料供給制御を終了して上記フィードバック制御状態に移行することにより、上記リフレッシュ制御の終了後に、ＮＯｘ触媒３５の下流側に排出されるＨＣ量及びＣＯ量を効果的に低減してエミッションを良好状態に維持することができる。
【００６０】
また上記実施形態では、ＮＯｘ触媒３５の上流側に三元触媒３９を配設したため、エンジンの始動時等に、排気通路３４の上流側に配設された上記三元触媒３９を早期に活性化して排気ガス中のＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘを効果的に浄化することができるとともに、上記リフレッシュ制御時に、排気通路３４に導出された所定量のＨＣ及びＣＯにより、排気通路３４の下流側に配設された上記ＮＯｘ触媒３５を効果的にリフレッシュすることができる。したがって、エンジンが均一燃焼領域Ｂに移行して空燃比がリッチ運転状態となった場合に、ＮＯｘ触媒３５に吸収されたＮＯｘを効果的に放出、還元させて排気ガスを浄化することができる。
【００６１】
さらに、上記のようにリフレッシュ制御手段５５によるＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御時に、上記ＥＧＲ制御手段５３により排気ガスの一部を吸気系に還流させるように構成した場合には、上記リフレッシュ制御時に、排気通路３４に導出されるＮＯｘ量が低減されることになるため、これに対応して排気通路３４中に導出されるＨＣ量及びＣＯ量のＮＯｘ量に対する比率（ＨＣ／ＮＯｘ，ＸＯ／ＮＯｘ）を効果的に増大させ、これによって上記ＮＯｘ触媒３５を、さらに効果的にリフレッシュすることができる。
【００６２】
また、上記実施形態では、エンジンのリーン運転領域で上記ＥＧＲ制御手段５３により排気ガスの一部を吸気系に還流させるとともに、上記リフレッシュ制御手段５５によるリフレッシュ制御の実行時には、上記リーン運転領域からリッチ運転領域に移行した後も、上記排気ガスの還流を継続するように構成したため、上記リッチ運転領域においても、排気通路に導出されるＮＯｘ量を減少させて排気通路中に導出されるＨＣ量及びＣＯ量のＮＯｘ量に対する比率（ＨＣ／ＮＯｘ，ＸＯ／ＮＯｘ）を増大させることにより、上記ＮＯｘ触媒３５のリフレッシュを、さらに促進することできる。しかも、上記のようにリッチ運転領域で排気ガスを還流させた場合においても、キャニスタ６６から吸気系に供給された蒸発燃料によって気筒内空燃比を所定のリッチ運転状態に維持することができるという利点がある。
【００６３】
上記実施形態では、エンジンがリーン運転領域からリッチ運転領域に移行した時点、又はキャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量Ｃが予め設定された基準値Ｒを超えた時点で、上記リッフレッシュ制御手段５５によるＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を実行するように構成した例について説明したが、上記ＮＯｘ触媒３５のＮＯｘ吸収量が所定値以上となったときに、上記リフレッシュ制御を実行するように構成してもよい。このように構成した場合には、上記ＮＯｘ触媒３５を適正時期にリフレッシュさせることにより、ＮＯｘの吸収作用が損なわれるという事態の発生を効果的に防止できるという利点がある。
【００６４】
また、エンジンのリーン運転領域で、クランク角センサ４２又はアクセル開度センサ４３等の検出信号に応じて加速状態となったことが確認された時点で、上記リフレッシュ制御を実行するように構成してもよく、このように構成した場合には、上記加速時に、空燃比をリッチ運転状態としてエンジン出力を十分に確保することができるとともに、排気通路３４に導出される所定量のＨＣ及びＣＯによってＮＯｘ触媒３５を効果的にリフレッシュさせることができる。
【００６５】
さらに、エンジンのリーン運転領域で、上記吸蔵量推定手段５６によって推定された蒸発燃料の吸蔵量Ｃが予め設定された基準値Ｒ以上となったときに、上記リフレッシュ制御手段５５によるＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を実行することなく、キャニスタに吸着された蒸発燃料のパージのみを開始するように構成してもよい。このように構成した場合には、上記キャニスタ６６の容量をそれ程大きくすることなく、このキャニスタ６６から蒸発燃料がオーバフローするのを効果的に防止することできる。
【００６６】
また、上記実施形態では、エンジンのリーン運転領域で蒸発燃料をパージしている状態からリッチ運転領域に移行したときに、蒸発燃料のパージ状態を維持しつつ、インジェクタ２２からの燃料供給による気筒内空燃比の目標値がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を制御し、エンジンが上記リッチ運転領域に移行した後に所定時間（第１設定時間ｔ１）が経過した時点で、Ｏ2センサ４７からなる空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するように構成したため、エミッションの悪化を防止しつつ、ＮＯｘ触媒３５を効果的にリフレッシュすることができる。
【００６７】
すなわち、エンジンのリーン運転領域でキャニスタ６６からパージされた蒸発燃料をエンジンの吸気系に供給し、上記リーン運転領域からリッチ運転領域に移行し後に所定時間ｔ１が経過するまで、上記リフレッシュ制御手段５５によるＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御を継続するように構成したため、このＮＯｘ触媒３５を効果的にリフレッシュすることができるとともに、この間は排気ガス中のＨＣ及びＣＯがＮＯｘ触媒３５から放出されたＮＯｘの還元に使われてＮＯｘ触媒３５の下流側に排出されることはない。そして、上記所定時間（第１設定時間ｔ１）の経過後に、上記リフレッシュ制御を終了して、上記Ｏ2センサ４７からなる空燃比検出手段の検出値に基づいて燃料噴射量を制御する通常のフィードバック制御状態に移行することにより、排気通路３４に導出されるＨＣ量及びＣＯ量を効果的に低減することができる。
【００６８】
なお、上記リーン運転領域で上記蒸発燃料のパージを停止するようにした上記実施形態に代え、このパージ量を運転状態に応じて制御するとともに、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転領域から空燃比が理論空燃比以下のリッチ運転領域への移行時に、上記リフレッシュ制御手段５５により、気筒内空燃比が予め設定された値となるようにオープン制御を実行するとともに、上記蒸発燃料のパージ量を通常時よりも増大させてＮＯｘ触媒３５をリフレッシュするように構成してもよい。
【００６９】
この構成によると、エンジンがリーン運転領域からリッチ運転状態に移行する際に、気筒内空燃比がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を制御しつつ、キャニスタ６６から通常よりも多い量の蒸発燃料をパージしてエンジンの燃焼室に供給することにより、気筒内空燃比を所定のリッチ運転状態として排気通路３４に所定量のＨＣ及びＣＯを導出させ、これによってＮＯｘ触媒３５に吸収されたＮＯｘの放出を促進してＮＯｘ触媒３５を効果的にリフレッシュすることができる。
【００７０】
なお、上記実施形態では、インジェクタ２２から燃焼室１５内に直接燃料が噴射される直噴式エンジンについて説明したが、本発明は、吸気ポートに燃料を噴射するようにインジェクタ２２を配置して、低負荷域では吸気行程に燃料を噴射するとともに、吸気スワールで成層化を図る等によりリーン運転を行うようにしたエンジンについても適用可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように本発明は、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸蔵するキャニスタと、このキャニスタに吸蔵された蒸発燃料をパージしてエンジンの吸気系に供給する蒸発燃料供給手段と、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するのに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒とを備えたエンジンにおいて、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転領域では上記蒸発燃料のパージを停止し、かつリーン運転領域から空燃比が理論空燃比以下のリッチ運転状態への移行時には、インジェクタからの燃料供給による気筒内空燃比の目標値がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を制御するとともに、上記蒸発燃料のパージを開始することにより、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させてＮＯｘ触媒をリフレッシュさせるとともに、この放出されたＮＯｘを還元するリフレッシュ制御手段を設けたため、このリフレッシュ制御の実行時に、気筒内空燃比を所定のリッチ運転状態として所定量のＨＣ及びＣＯを排気通路に導出させて、このＨＣ及びＣＯによりＮＯｘ触媒に吸収されＮＯｘを放出を促進してこのＮＯｘ触媒を効果的にリフレッシュすることができるとともに、放出されたＮＯｘを効果的に還元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】 本発明に係るエンジンの制御装置の実施形態を示す全体概略図である。
【図２】 燃料噴射を制御等するための運転領域を示す説明図である。
【図３】 上記制御装置の制御状態を示すタイムチャートである。
【図４】 制御の具体例を示すフローチャートの前半部分である。
【図５】 上記フローチャートの後半部分である。
【符号の説明】
１０ エンジン本体
１５ 燃焼室
２２ インジェクタ
３５ ＮＯｘ触媒
３７ ＥＧＲ通路
３８ ＥＧＲ弁
３９ 三元触媒
４７ Ｏ2センサ（空燃比検出手段）
５０ ＥＣＵ
５２ 燃料噴射制御手段
５３ ＥＧＲ制御手段
５４ パージ制御手段
５５ リフレッシュ制御手段
５６ 吸蔵量検出手段
６０ 燃料タンク
６６ キャニスタ
６８ 蒸発燃料供給手段
Claims (6)
- 燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸蔵するキャニスタと、このキャニスタに吸蔵された蒸発燃料をパージしてエンジンの吸気系に供給するように制御するパージ制御手段と、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するのに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒とを備えたエンジンにおいて、
空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転領域では上記蒸発燃料のパージを停止し、かつリーン運転領域から予め設定された理論空燃比の運転領域に移行したときには、インジェクタからの燃料供給による気筒内空燃比の目標値がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を制御するとともに、上記蒸発燃料のパージを開始することにより、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させてＮＯｘ触媒をリフレッシュさせるとともに、この放出されたＮＯｘを還元するリフレッシュ制御手段を備え、
このリフレッシュ制御手段によるＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御状態から、所定時間が経過してＮＯｘ触媒の下流側におけるＨＣ排出量が増大し始める状態に移行した時点で、空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するように構成したことを特徴とするエンジンの制御装置。 - ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収量が所定値以上となったときに、上記リフレッシュ制御手段によるＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御を実行するように構成したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
- エンジンがリーン運転領域で加速状態となったときに、上記リフレッシュ制御手段によるＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御を実行するように構成したことを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
- ＮＯｘ触媒の上流側に三元触媒を配設したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
- 排気ガスの一部を吸気系に還流させるように制御するＥＧＲ制御手段を備え、上記リフレッシュ制御手段によるリフレッシュ制御の実行時に、上記ＥＧＲ制御手段によって排気ガスの一部を吸気系に還流させるように構成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
- エンジンのリーン運転領域で上記ＥＧＲ制御手段により排気ガスの一部を吸気系に還流させるとともに、上記リフレッシュ制御手段によるリフレッシュ制御の実行時には、上記リーン運転領域からリッチ運転状態に移行した後も、上記排気ガスの還流を継続するように構成したことを特徴とする請求項５記載のエンジンの制御装置。
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