JP4277350B2

JP4277350B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP4277350B2
Application number: JP09370699A
Authority: JP
Inventors: 博文西村; 啓二荒木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP2000282975A

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触媒からＮＯｘが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ＮＯｘが外部に排出されるの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いう問題があるとともに、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こととなって燃費が悪化するという問題がある。
【０００５】
しかも、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】
また、エンジンのリーン運転領域で、ＮＯｘの発生を抑制するために排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ手段を備えたエンジンにおいて、上記リーン運転領域からリッチ運転領域の移行時等に、上記排気ガスを吸気系に還流させるように構成した場合には、排気通路に導出される排気ガス中のＨＣ量及びＣＯ量と、ＮＯｘ量との比率を増大させることにより、上記ＮＯｘ触媒を効果的にリフレッシュさせることが可能である。しかし、このように構成した場合には、上記リーン運転領域からリッチ運転領域の移行時等に、上記ＥＧＲ手段の応答遅れ及び気筒間のばらつきが生じること等に起因して、特定の気筒に多量の排気ガスが還流されることによる燃焼性の悪化が生じ易いという問題があった。
【０００７】
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、燃焼性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できるとともに、この放出されたＮＯｘを還元できるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
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パージ通路を有する蒸発燃料供給手段と、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ通路を有するＥＧＲ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、上記パージ通路の下流端を、吸気系に対するＥＧＲ通路の接続部又はその近傍に接続し、かつエンジンのリーン運転領域からリッチ運転状態の移行時に、上記蒸発燃料をパージして吸気系に供給するとともに、排気ガスの一部を吸気系に還流させるように上記蒸発燃料供給手段及びＥＧＲ手段を制御することにより、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、エンジンがリーン運転領域からリッチ運転状態に移行した後、所定時間が経過した時点で、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。
【０００９】
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状態に移行する際に、ＥＧＲ通路を通して排気ガスの一部が吸気系に還流されるとともに、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、燃焼性が維持されつつ、気筒内空燃比が所定のリッチ状態となって排気ガス中のＨＣ量及びＣＯ量が増加し、かつ排気ガスの還流によってＮＯｘが低減されるため、排気通路に導出されるＮＯｘ量に対するＨＣ量及びＣＯ量の比率（ＨＣ／ＮＯｘ，ＣＯ／ＮＯｘ）が増大され、ＮＯｘ触媒に吸収されたＮＯｘの放出によるＮＯｘ触媒のリフレッシュ及び放出されたＮＯｘの還元が促進されることになる。また、吸気系に対して上記のようにＥＧＲ通路及びパージ通路が接続されているため、多くの排気ガスが還流される気筒には蒸発燃料も多く導入されることにより、ＥＧＲの増加に起因した燃焼性の悪化が上記蒸発燃料による燃焼促進によって補われ、かつ上記ＮＯｘ触媒のリフレッシュが終了した後に、上記空燃比検出手段の検出値に基づく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に係るエンジンの制御装置において、エンジンの低負荷運転領域をリーン運転領域とするとともに、高負荷運転領域をリッチ運転領域とし、かつリッチ運転領域における排気ガスの還流量をリーン運転領域よりも少なく設定するとともに、リーン運転領域からリッチ運転領域への移行時に、上記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、エンジンが低負荷運転領域から高負荷運転領域に変化してリーン運転領域からリッチ運転領域に移行する際に、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とともに、ＥＧＲ通路を通して排気ガスの一部が吸気系に還流されることにより、気筒内空燃比が所定のリッチ状態となって燃焼性が維持されつつ、排気通路に導出されるＮＯｘ量に対するＨＣ量及びＣＯ量の比率が増大され、ＮＯｘ触媒に吸収されたＮＯｘの放出によるＮＯｘ触媒のリフレッシュ及び上記ＮＯｘの還元が促進されることになる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、上記請求項１又は２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からリッチ運転領域への移行時に、スロットル弁を閉じることにより、エンジントルクを急変させることなく、エンジンをリッチ運転状態とするように構成したものである。
【００１３】
この構成によると、エンジンの運転領域がリーン運転領域からリッチ運転領域に変化したときに、スロットル弁が閉じられることによってエンジントルクの急変が防止されつつ、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とともに、ＥＧＲ通路を通して排気ガスの一部が吸気系に還流されることにより、気筒内空燃比が所定のリッチ状態となって燃焼性が維持されつつ、排気通路に導出されるＮＯｘ量に対するＨＣ量及びＣＯ量の比率が増大され、ＮＯｘ触媒に吸収されたＮＯｘの放出によるＮＯｘ触媒のリフレッシュ及び放出されたＮＯｘの還元が促進されることになる。
【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触媒のリフレッシュ制御時に、吸気系に還流される排気ガスの還流率が３０％以上となるようにＥＧＲ手段を制御するように構成したものである。なお、上記排気ガスの還流率とは、次式で求められる値である。
【００１５】
（ＩｎＣＯ₂−ＡｔＣＯ₂）／（ＥｘＣＯ₂−ＩｎＣＯ₂）
ＩｎＣＯ₂：吸気中のＣＯ₂濃度
ＡｔＣＯ₂：大気中のＣＯ₂濃度
ＥｘＣＯ₂：排気中のＣＯ₂濃度
大気中のＣＯ₂濃度を近似的に０とすれば、ＥＧＲ率は次のようになる。
【００１６】
ＩｎＣＯ₂／（ＥｘＣＯ₂−ＩｎＣＯ₂）
この構成によると、上記ＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御時に、多量の排気ガスが還流されて排気通路に導出されるＮＯｘ量が低減されることにより、排気ガス中のＮＯｘ量に対するＨＣ量及びＣＯ量の比率が顕著に増大されて上記ＮＯｘ触媒が効果的にリフレッシュされる。そしてリッチ運転状態で、上記のように多量のＥＧＲを行っても、蒸発燃料の供給によって燃焼性が良好に保たれることになる。
【００１７】
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、キャニスタ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を備え、この吸蔵量推定手段によって推定された蒸発燃料の吸蔵量に応じ、上記リフレッシュ制御時における蒸発燃料のパージ量を制御するように構成したものである。
【００１８】
この構成によると、上記ＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御時に、吸気系に供給される蒸発燃料の供給量が上記吸蔵量の推定値に基づいて適正に制御されることににより、空燃比が過剰なリッチ状態となること等に起因した燃焼性の悪化が防止されることになる。
【００１９】
請求項６に係る発明は、上記請求項１乃至５記載のエンジンの制御装置において、エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、ＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御時に、上記燃料供給手段によりインジェクタから燃料噴射を吸気行程の前期と中期とに分割して噴射するように構成したものである。
【００２０】
この構成によると、上記ＮＯｘ触媒のリフレッシュ時に、燃焼室の全体に混合気が均一に拡散されて燃料の気化及び霧化が促進されることにより、燃焼性が効果的に向上し、多量の排気ガスの還流が許容されることになる。
【００２３】
【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によりそれぞれ開閉されるようになっている。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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に接続されたＥＧＲ通路３７の先端部、つまり吸気通路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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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２９が設けられている。このＥＧＲ手段２９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構成されている。
【００３１】
上記ＥＧＲ通路３７は、排気マニホールドから所定距離離れた下流の排気通路３４に基端部が接続され、この位置から排気ガスを導くようになっている。また、上記ＥＧＲ通路３７の先端部は、吸気マニホールドよりも上流側でスロットル弁２８の下流側に位置する吸気通路２４に接続され、図例では上記部位に配設されたサージタンク３０に接続されている。
【００３２】
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。
【００３３】
この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量を制御する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等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。
【００３４】
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の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。すなわち、エンジンの低負荷運転域、好ましくは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、それ以外の高負荷運転領域、好ましくはエンジンの高負荷高回転領域が均一燃焼領域Ｂとされる。
【００３５】
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の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。
【００３６】
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分割して燃料が噴射されることにより、燃焼室１５の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。
【００３７】
そして、上記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６８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し、かつ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るとともに、排気ガスの一部を吸気系に還流させてＮＯｘ触媒３５をリフレッシュさせ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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
そして、上記リフレッシュ制御手段５５は、吸蔵量推定手段５６により推定された蒸発燃料の吸蔵量に応じ、上記リフレッシュ制御時における蒸発燃料のパージ量を制御するように構成されている。すなわち、上記リフレッシュ制御時に、吸蔵量推定手段５６の出力信号に応じて蒸発燃料の吸蔵量が多いことが確認された場合に、この吸蔵量が少ない場合に比べ、上記パージバルブ６９の開度を小さくすることにより、必要以上に多くの蒸発燃料が吸気系に供給されるのを防止する制御が、上記パージ制御手段５４により実行されるようになっている。
【００４１】
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。
【００４２】
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、実質的な空燃比を理論空燃比以下のリッチ運転状態とするリフレッシュ制御を実行する。
【００４３】
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。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２設定時間ｔ２が経過した時点Ｔ２で、上記吸気系への上記蒸発燃料のパージ量を低減し、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。
【００４４】
また、上記ＥＧＲ制御手段５３は、通常の運転時に、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により吸気系に還流される排気ガスの還流率を３０％以上とし、エンジンが均質燃焼領域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又は所定値に低減す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おいても、排気ガスの一部を吸気系に還流させるとともに、この吸気系に還流される排気ガスの還流率を３０％以上とするように構成されている。
【００４５】
また、上記ＥＣＵ５０は、エンジンのリーン運転領域からリーン運転領域への移行時に、上記スロットル弁２８を閉じて吸入空気量を少なくすることにより、エンジントルクを急変させることなく、空燃比をほぼ理論空燃比としてエンジンをリッチ運転状態とするように構成されている。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
すなわち、空燃比をリーンとしつつ圧縮行程後期に燃料噴射を行うことにより成層燃焼を行わせるべく、その圧縮行程噴射の噴射量Ｑ_Dが算出され（ステップＳ４）、それに応じた噴射パルス幅Ｔ_Dと噴射タイミングＩＮＪＤとが算出される（ステップＳ５）とともに、排気ガスの還流率を３０％以上とするように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）。
【００４９】
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が上記ステップＳ６で設定された開度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）。
【００５０】
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Ｔ_D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）。
【００５１】
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）。
【００５２】
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、吸気行程に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Ｑ_P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。
【００５３】
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Ｑ_Pが補正される（ステップＳ２２）。
【００５４】
一方、上記ステップＳ２１でＮＯと判定された場合は、上記ＥＧＲ弁３８の開度ＥＧＲＶが算出され、このとき少なくとも上記第１タイマーのセット中は上記リーン運転時と同じ値、つまり排気ガスの還流率を３０％以上とする値に設定される（ステップＳ２３）。そして、フィードバック制御による燃料噴射量Ｑ_P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Ｑ_Pを用いるオープン制御が実行される。
【００５５】
次に、上記燃料噴射量Ｑ_Pに対応した噴射パルス幅Ｔ_Dと噴射タイミングＩＮＪＰとが算出された後（ステップＳ２４）、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とともに、上記キャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量に対応した補正が実行される（ステップＳ２６）。
【００５６】
また、上記ステップＳ２５で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）。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。
【００５７】
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。
【００５８】
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が吸収されるもとともに、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。
【００５９】
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、排気ガス中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣがそれぞれ浄化される。
【００６０】
そして、エンジンの運転状態が成層燃焼領域Ａにおけるリッチ運転領域から均一燃焼領域Ｂのリーン運転領域に移行したとき等に、上記蒸発燃料をパージして吸気系に供給するとともに、排気ガスの一部を吸気系に還流させるように上記蒸発燃料供給手段６８及びＥＧＲ手段２９を制御することにより、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て排気通路３４に導出されるＮＯｘ量を低減し、これに対応して排気通路３４中に導出されるＮＯｘ量に対するＨＣ量及びＣＯ量の比率（ＨＣ／ＮＯｘ，ＣＯ／ＮＯｘ）を増大させることにより、上記ＮＯｘ触媒３５から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。
【００６１】
しかも、上記リフレッシュ制御時に、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を効果的にリフレッシュすることができるという利点がある。
【００６２】
また、上記ＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御時に、キャニスタ６６に吸蔵された蒸発燃料をパージして吸気系に供給するように構成したため、上記リフレッシュ制御状態を終了して通常のリッチ運転状態に移行する際に、ＥＧＲ弁３８の応答遅れ及び気筒間のばらつきに起因して特定の気筒に多量の排気ガスが還流されることに起因した燃焼性の悪化を効果的に防止することができる。
【００６３】
すなわち、図６に示すように、上記リフレッシュ制御の終了時点Ｔ１で、目標ＥＧＲ量が低減されるのに対し、上記ＥＧＲ弁３８の応答遅れ及び気筒間のばらつきに起因して特定の気筒に多量の排気ガスが還流されることがある。しかし、上記のように上記吸気系に接続されたＥＧＲ通路３７の先端部に、上記パージ通路６７を接続し場合には、上記排気ガスの還流量に対応させて蒸発燃料のパージ量を変化させることができるため、多量の排気ガスが還流された気筒に、優れた燃焼性を有する蒸発燃料を供給することにより、上記気筒の燃焼室１５内を所定のリッチ状態としてその燃焼性を良好状態に維持することができる。
【００６４】
特に上記実施形態に示すように、エンジンのリーン運転領域からリーン運転領域への移行時に、スロットル弁２８を閉じることにより、エンジントルクを急変させることなく、エンジンをリッチ運転状態とするように構成されたエンジンでは、上記リフレッシュ制御の終了時点Ｔ１で、スロットル弁２８が閉じられることによる差圧の上昇により、特定の気筒に多量の排気ガスが還流される傾向があるため、上記構成を採用することによる効果が顕著である。
【００６５】
また、上記実施形態では、ＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ制御時に、吸気系に還流される排気ガスの還流率が３０％以上となるようにＥＧＲ手段２９を制御するように構成したため、上記リフレッシュ制御の実行時に、多量の排気ガスを吸気系に還流させて排気通路３４に導出されるＮＯｘ量を低減することができる。したがって、排気通路３４中に導出されるＮＯｘ量に対するＨＣ量及びＣＯ量の比率（ＨＣ／ＮＯｘ，ＣＯ／ＮＯｘ）を顕著に増大させることにより、上記ＮＯｘ触媒３５のリフレッシュ作用を効果的に向上させることができる。しかも、上記のようにＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御時に、多量の排気ガスを吸気系に還流させた場合においても、これに対応させて多量の蒸発燃料を吸気系に供給することができるため、燃焼性を良好状態に維持することができる。
【００６６】
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に応じ、上記リフレッシュ制御時における蒸発燃料のパージ量を制御するように構成したため、ＮＯｘ触媒３５をリフレッシュするのに適した量以上の蒸発燃料が供給されるのを防止することができる。例えば、上記リフレッシュ制御時に、吸蔵量推定手段５６の出力信号に応じて蒸発燃料の吸蔵量Ｃが多いことが確認された場合に、この吸蔵量Ｃが少ない場合に比べ、上記パージバルブ６９の開度を小さくすることにより、必要以上に多くの蒸発燃料が吸気系に供給されるのを防止することができる。
【００６７】
なお、上記実施形態に示すように、上記蒸発燃料の吸蔵量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場合には、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できるという利点がある。
【００６８】
また、上記実施形態では、燃焼室１５内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えたエンジンにおいて、リッチ運転領域で、上記燃料供給手段によりインジェクタから燃料噴射を吸気行程の前期と中期とに分割して噴射するように構成したため、エンジンが上記リッチ運転領域にある場合に、燃焼室１５の全体に混合気を均一に拡散させて燃料の気化及び霧化を促進させることにより、さらに効果的に燃焼性を向上させることができる。
【００６９】
そして、上記のようにエンジンがリーン運転領域からリッチ状態に移行した後、所定時間（第１設定時間ｔ１）が経過した時点で、上記Ｏ_２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ＮＯｘ触媒３５のリフレッシュが終了した後に、上記空燃比検出手段の検出値に基づく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。
【００７０】
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。
【００７１】
すなわち、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の還元に使用されてＮＯｘ触媒３５の下流側に排出されることが防止されることになる。そして、上記所定時間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、上記三元触媒３９及びＮＯｘ触媒３５によってＨＣ及びＣＯの排出量を効果的に低減することができる。
【００７２】
なお、上記実施形態では、パージ通路６７の下流端を、上記吸気通路２４に接続されたＥＧＲ通路３７の先端部に接続した例について説明したが、これに限られず、上記吸気通路２４に対するＥＧＲ通路３７の接続部近傍に、上記パージ通路６７を接続した構造としてもよい。
【００７３】
さらに、上記実施形態では、ＥＧＲ通路３７の先端部を、吸気通路２４に配設されたサージタンク３０等の吸気マニホールドよりも上流側でスロットル弁２８の下流側に位置する部位に接続することにより、この部位に導入された排気ガス及び蒸発燃料を、上記吸気マニホールドを介して各気筒１２に供給するように構成した例について説明したが、上記ＥＧＲ通路３７の先端部を分岐させて、上記吸気マニホールドの下流側の分岐通路に接続するとともに、その近傍に上記パージ通路６７の下流端を接続して上記排気ガス及び蒸発燃料をそれぞれ個別の各気筒１２に供給するように構成してもよい。
【００７４】
また、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、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本発明を適用可能である。
【００７５】
【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パージ通路を有する蒸発燃料供給手段と、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ通路を有するＥＧＲ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、上記パージ通路の下流端を、吸気系に対するＥＧＲ通路の接続部又はその近傍に接続し、かつエンジンのリーン運転領域からリッチ運転状態の移行時に、上記蒸発燃料をパージして吸気系に供給するとともに、排気ガスの一部を吸気系に還流させるように上記蒸発燃料供給手段及びＥＧＲ手段を制御することにより、ＮＯｘ触媒をリフレッシュさせるリフレッシュ制御手段を設け、エンジンがリーン運転領域からリッチ運転状態に移行した後、所定時間が経過した時点で、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ため、このリフレッシュ制御の実行時に、排気通路に導出されるＮＯｘ量に対するＨＣ量及びＣＯ量の比率を増大させることにより、ＮＯｘ触媒に吸収されたＮＯｘを放出させて上記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、しかもＥＧＲ弁の応答遅れ及び気筒間のばらつきに起因して特定の気筒に多量の排気ガスが還流されること等に起因した燃焼性の悪化を効果的に防止できる等の利点がある。
【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。
【図６】排気ガスの還流状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０エンジン本体
１５燃焼室
２２インジェクタ
３５ＮＯｘ触媒
３７ＥＧＲ通路
３８ＥＧＲ弁
４７Ｏ₂センサ（空燃比検出手段）
５０ＥＣＵ
５２燃料噴射制御手段
５３ＥＧＲ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

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エンジンの吸気系に供給するパージ通路を有する蒸発燃料供給手段と、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ通路を有するＥＧＲ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、上記パージ通路の下流端を、吸気系に対するＥＧＲ通路の接続部又はその近傍に接続し、かつエンジンのリーン運転領域からリッチ運転状態の移行時に、上記蒸発燃料をパージして吸気系に供給するとともに、排気ガスの一部を吸気系に還流させるように上記蒸発燃料供給手段及びＥＧＲ手段を制御することにより、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、エンジンがリーン運転領域からリッチ運転状態に移行した後、所定時間が経過した時点で、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。
エンジンの低負荷運転領域をリーン運転領域とするとともに、高負荷運転領域をリッチ運転領域とし、かつリッチ運転領域における排気ガスの環流量をリーン運転領域よりも少なく設定するとともに、リーン運転領域からリッチ運転領域への移行時に、上記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。
エンジンのリーン運転領域からリッチ運転領域への移行時に、スロットル弁を閉じることにより、エンジントルクを急変させることなく、エンジンをリッチ運転状態とするように構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの制御装置。
ＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御時に、吸気系に還流される排気ガスの還流率が３０％以上となるようにＥＧＲ手段を制御するように構成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。
キャニスタ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を備え、この吸蔵量推定手段によって推定された蒸発燃料の吸蔵量に応じ、上記リフレッシュ制御時における蒸発燃料のパージ量を制御す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。
エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、ＮＯｘ触媒のリフレッシュ制御時に、上記燃料供給手段によりインジェクタから燃料噴射を吸気行程の前期と中期とに分割して噴射するように構成したことを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のエンジンの制御装置。