JP4439467B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ捕捉材を有し、燃料を気筒内に直接、噴射する内燃機関において、気筒内への燃料の噴射量を制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関（以下「エンジン」という）の排気系には、排ガス中のＮＯｘを浄化するための触媒装置と、その上流側に配置され、排ガス中の酸素濃度を検出するＯ２センサなどが設けられている。触媒装置は、ＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵型還元触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という）および三元触媒を有しており、制御装置は、エンジンの運転領域に応じてＮＯｘの排出量を積算することによって、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量を推定する。そして、エンジンが通常の運転状態にある場合において、推定したＮＯｘの量が第１の所定値に達したときに、排ガスの空燃比が一時的にリッチになるように、燃料噴射量を増量補正することによって、リッチスパイクを実行する。それにより、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘが還元され、浄化された後に大気中に排出される。

一方、所定の条件が成立するのに応じて、エンジンがフューエルカット運転されているときには、スロットル弁をほぼ全閉状態に制御することなどにより、吸入空気量をほぼ０にすることによって、燃焼室内の圧力を低下させる。また、このようなフューエルカット運転中において、推定したＮＯｘの量が、第１所定値よりも小さい第２所定値に達したときにも、リッチスパイクを実行し、ＮＯｘを還元する。その際、燃焼室内の圧力が低く、真空に近い状態にあるので、燃料が容易に気化する。そして、気化した燃料を含む排ガスが、ＮＯｘ触媒に供給されることによって、ＮＯｘが効率的に還元される。

以上のように、フューエルカット運転中、推定したＮＯｘの量が第２の所定値に達したときに、燃焼が行われない条件の下でリッチスパイク制御を実行するので、ＮＯｘの還元に寄与するＨＣおよびＣＯを排ガス中に多量に含ませることによって、ＮＯｘが効率的に還元される。

しかし、この制御装置をディーゼルエンジンに適用した場合、ディーゼルエンジン用の燃料は、気筒内で気化しにくいため、気筒の壁面に付着することで気筒内に残留してしまい、ＮＯｘ触媒に適正に供給されない。その場合には、ＮＯｘ触媒がＮＯｘを適切に浄化できないため、排ガス特性が悪化してしまう。また、例えば、フューエルカット運転時のリッチスパイク中、アクセルペダルが踏み込まれた場合には、加速要求に応じた燃料に加えて、リッチスパイクによって気筒内に残留している燃料が燃焼することによって、所望のトルクよりも大きなトルクが発生するおそれがある。その結果、トルク変動が発生し、この制御装置を車両に搭載された内燃機関に適用した場合には、ドライバビリティが低下してしまう。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の減速中にＮＯｘの還元動作を実行する場合において、燃費をさらに向上させることができるとともに、トルク変動の発生を回避することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

特開２００３−２０９８２号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ捕捉材（実施形態における（以下、本項において同じ）ＮＯｘ触媒１６）を有し、燃料を気筒３ｄ内に直接、噴射する内燃機関３において、気筒３ｄ内への燃料の噴射量ＱＩＮＪを制御する内燃機関の制御装置１であって、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘの量を、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘとして算出するＮＯｘ捕捉量算出手段（ＥＣＵ２，図４のステップ２１）と、内燃機関３が減速状態にあるときに、算出されたＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘに応じ、内燃機関３の圧縮温度を、自己着火温度よりも低く、且つ燃料が蒸発可能な温度に制御する温度制御手段（スロットル弁７，ＥＧＲ制御弁１４ｂ）と、温度制御手段により内燃機関３の圧縮温度を制御した後、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘを還元するための還元剤をＮＯｘ捕捉材に供給するために、内燃機関３の圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近、および排気行程と吸気行程の間の上死点付近の少なくとも一方において、気筒３ｄ内に燃料を噴射させる燃料噴射制御手段（ＥＣＵ２，図６のステップ４８）と、を備えていることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、排ガス中のＮＯｘは、ＮＯｘ捕捉材に捕捉され、捕捉されたＮＯｘの量が、ＮＯｘ捕捉量として算出される。また、内燃機関が減速状態にあるときには、内燃機関の圧縮温度（ピストンが上死点にあるときの燃焼室内の温度）が、算出されたＮＯｘ捕捉量に応じて、自己着火温度（高温酸化に伴う急激な熱発生が始まる温度）よりも低く、且つ燃料が蒸発可能な温度に制御される。そして、燃料噴射制御手段によって、燃料が燃焼室内に直接、噴射され、排ガスを介して還元剤としてＮＯｘ捕捉材に供給されることによって、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘが還元される。また、燃料噴射制御手段は、内燃機関の圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近、および排気行程と吸気行程の間の上死点付近の少なくとも一方において、燃料を噴射する。

内燃機関が通常の運転状態にあり、燃焼を伴う状態で、ＮＯｘを還元するための還元剤としての燃料を、ポスト噴射などによって噴射した場合には、噴射された燃料の一部が、排ガス中の酸素と反応することによって酸素を消費するため、還元剤としての機能が失われてしまう。これに対し、本発明においては、内燃機関が減速状態にあるときに還元剤としての燃料を噴射する場合、それに先立ち、圧縮温度を、自己着火温度よりも低く、且つ燃料が蒸発可能な温度に制御する。その際、例えば、吸入空気量を低下させることで圧縮温度を低下させることによって、酸素の消費に用いられる燃料量を低減させることができる。また、圧縮温度を、噴射された燃料が蒸発可能な温度に制御するので、燃料は、気筒内で蒸発することによって、排ガス中で均質化された状態で気筒から排出される。したがって、ＮＯｘ触媒にその劣化の原因になるホットスポット（局所的な高温化）を生じさせることなく、ＮＯｘ触媒に捕捉されたＮＯｘを効率的に還元することができる。以上により、還元剤としての燃料の噴射量を低減でき、ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘを効率的に還元できるので、全体として燃費を向上させることができる。

また、燃料の噴射を、圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近、および排気行程と吸気行程の間の上死点付近の少なくとも一方において行うので、噴射された燃料が気筒の壁面に付着するのを抑制できる。それにより、オイルダイリューションを防止できるとともに、その分の燃料がむだにならないことで、燃費をさらに向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置１において、燃料噴射制御手段による燃料の噴射が終了した後、燃料の噴射を所定時間（所定値ＴＭＲＥＦ２）、停止する燃料噴射停止手段（ＥＣＵ２，図７のステップ５５〜５８）をさらに備えていることを特徴とする。

この構成によれば、燃料噴射制御手段による燃料の噴射が終了した後、燃料の噴射が所定時間だけ停止される。それにより、排ガスは、内燃機関の気筒内に残留していた燃料とともに、この所定時間が経過する間に排出される。したがって、還元剤として噴射された燃料が燃焼することに起因するトルク変動の発生を防止でき、内燃機関が車両に搭載されている場合は、良好なドライバビリティを確保することができる。また、例えば、内燃機関がＥＧＲ装置を有する場合でも、気筒とＮＯｘ捕捉材の間に存在する未燃燃料を含む排ガスが、ＥＧＲ通路を介して吸気系に還流するのを防止でき、それによるトルク変動の発生を確実に防止することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１および２は、本発明を適用した制御装置１、およびそれによって制御される内燃機関３などを示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンである。各気筒３ａのピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃの間には、燃焼室３ｄが形成されている。燃焼室３ｄには吸気管４および排気管５が接続されており、これらの吸気ポートおよび排気ポートには、吸気弁および排気弁（いずれも図示せず）がそれぞれ設けられている。また、シリンダヘッド３ｃには、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６が、燃焼室３ｄに臨むように取り付けられている。

インジェクタ６は、シリンダヘッド３ｃの中央に配置されており、コモンレールを介して高圧ポンプ（いずれも図示せず）に接続されている。燃料タンク（図示せず）内の燃料は、高圧ポンプで昇圧された後、コモンレールを介してインジェクタ６に送られ、インジェクタ６から燃焼室３ｄに噴射される。インジェクタ６の噴射圧力、噴射時間および噴射タイミングは、ＥＣＵ２からの制御信号によって制御される。

また、エンジン３のクランクシャフト３ｅには、マグネットロータ２２ａが取り付けられており、このマグネットロータ２２ａとＭＲＥピックアップ２２ｂによって、クランク角センサ２２が構成されている。クランク角センサ２２は、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０度）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０°ごとに出力される。

吸気管４には、スロットル弁７（温度制御手段）が設けられており、スロットル弁７には、これを駆動するスロットルアクチュエータ８が連結されている。スロットルアクチュエータ８は、モータやギヤ機構（いずれも図示せず）などで構成されており、その動作がＥＣＵ２からの制御信号で制御されることにより、スロットル弁７の開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨが変化し、それに応じて、燃焼室３ｄに吸入される吸入空気量ＱＡＩＲが制御される。スロットル弁開度ＴＨは、スロットル弁開度センサ２３によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

吸気管４のスロットル弁７よりも下流側には、吸気圧センサ２４および吸気温センサ２５が設けられている。吸気圧センサ２４は、吸気管４内の圧力（以下「吸気圧」という）ＰＩＮを検出し、吸気温センサ２５は、吸気管４内の温度（以下「吸気温」という）ＴＩＮを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。エンジン３の本体には、エンジン水温センサ２６が取り付けられている。エンジン水温センサ２６は、エンジン３の本体内を循環する冷却水温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、吸気管４には過給装置９が設けられている。過給装置９は、ターボチャージャ式の過給機１０と、これに連結されたベーンアクチュエータ１１を有している。過給機１０は、吸気管４のスロットル弁７よりも上流側に設けられた回転自在のコンプレッサブレード１０ａと、排気管５の途中に設けられたタービンブレード１０ｂおよび複数の回動自在の可変ベーン１０ｃ（２つのみ図示）と、これらのブレード１０ａ、１０ｂを一体に連結するシャフト１０ｄを有している。過給機１０は、排気管５内の排ガスによってタービンブレード１０ａが回転駆動されることによって、過給動作を行う。ベーンアクチュエータ１１は、ＥＣＵ２からの制御信号で制御され、それに伴い、各可変ベーン１０ｃの開度が変化することによって、過給圧が制御される。

また、吸気管４の吸気温センサ２５よりも下流側と、排気管５の後述する酸化触媒１５のすぐ下流側との間には、ＥＧＲ装置１４が設けられており、このＥＧＲ装置１４は、排気管５と吸気管４を連通するＥＧＲ管１４ａと、その途中に設けられたＥＧＲ制御弁１４ｂ（温度制御手段）を有しており、このＥＧＲ管１４ａを介して、エンジン３の排ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気管４に還流される。ＥＧＲ制御弁１４ｂは、リニア電磁弁で構成されており、その開度によって、ＥＧＲガス流量が制御される。ＥＧＲ弁開度ＬＥは、ＥＧＲ弁開度センサ２８によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。

また、吸気管４の過給機１０よりも上流側には、エアフローセンサ２７が設けられている。このエアフローセンサ２７は、吸入空気量ＱＡＩＲを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、排気管５の過給機１０よりも下流側には、上流側から順に、酸化触媒１５およびＮＯｘ触媒１６（ＮＯｘ捕捉材）が設けられている。酸化触媒１５は、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化し、排ガスを浄化する。また、ＮＯｘ触媒１６は、リーンな酸化雰囲気下において、排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、捕捉したＮＯｘを、リッチな還元雰囲気下において還元する。

さらに、排気管５の過給機１０と酸化触媒１５の間には、酸素濃度センサ２９が設けられている。酸素濃度センサ２９は、排ガス中の酸素濃度λをリニアに検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この酸素濃度λに基づいて、燃焼室３ｄで燃焼されるガスの空燃比Ａ／Ｆを算出する。ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ３０から、車両のアクセルペダル（図示せず）の踏込み量（以下「アクセルペダル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。

ＥＣＵ２は、本実施形態において、ＮＯｘ捕捉量算出手段、燃料噴射制御手段および燃料噴射停止手段を構成するものであり、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている（いずれも図示せず）。前述した各種のセンサ２２〜３０からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。

ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の制御を実行する。また、ＮＯｘ触媒１６に捕捉されたＮＯｘを還元するための還元動作として、リッチスパイクを適宜、実行する。なお、このリッチスパイクは、燃料噴射量ＱＩＮＪを増大させるとともに吸入空気量ＱＡＩＲを減少させ、空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比よりもリッチ化することによって行われ、それにより、燃焼室３ｄから排出される排ガス中に含ませた未燃燃料を還元剤として、還元動作が行われる。

以下、ＥＣＵ２で実行される処理について説明する。図３は、エンジン３の制御処理のメインフローを示しており、この処理は所定の周期で実行される。この処理では、まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、エンジン回転数ＮＥが、所定回転数ＮＥＲＥＦ（例えば９００ｒｐｍ）以上か否かを判別する。この答がＹＥＳのときには、ステップ２に進み、アクセル開度ＡＰが、所定開度ＡＰＲＥＦよりも小さいか否かを判別する。

この答がＹＥＳのとき、すなわち、アクセルペダルの踏込み量が小さく、エンジン３が減速状態にあり、且つエンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥＲＥＦまで低下していないときには、フューエルカット運転の実行条件が成立しているとして、ステップ３に進み、掃気許可フラグＦ＿ＣＬＥＡＮが「１」であるか否かを判別する。この掃気許可フラグＦ＿ＣＬＥＡＮは、後述する掃気制御の実行条件が成立しているときに「１」にセットされるものである。

このステップ３の答がＮＯのときには、リッチスパイク設定フラグＦ＿ＳＥＴが「１」であるか否かを判別する（ステップ４）。このリッチスパイク設定フラグＦ＿ＳＥＴは、次に述べるＦ＿ＲＩＣＨ設定処理においてセットされるものである。この答がＹＥＳのときには、ステップ５に進み、Ｆ＿ＲＩＣＨ設定処理を実行する。

図４は、このＦ＿ＲＩＣＨ設定処理を示している。この処理では、まずステップ２１において、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘを算出する。このＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘは、ＮＯｘ触媒１６に捕捉されているＮＯｘの量の推定値であり、以下に述べるように、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘの積算値として算出される。

具体的には、まず、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、図示しないマップを検索することによって、要求トルクＰＭＣＭＤを算出し、次いで、要求トルクＰＭＣＭＤとエンジン回転数ＮＥに応じ、図示しないマップを検索することによって、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘを算出する。そして、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＮＯｘの前回値に、ＮＯｘ排出量ＱＮＯｘの今回値を加算することによって、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘを算出する。

次いで、上記ステップ２１で算出されたＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが、所定値ＳＱＲＥＦ以上か否かを判別する（ステップ２２）。この答がＮＯで、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが、所定値ＳＱＲＥＦにまだ達していないときには、リッチスパイク許可フラグＦ＿ＲＩＣＨを「０」にセットする（ステップ２５）。

一方、上記ステップ２２の答がＹＥＳで、ＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが、所定値ＳＱＲＥＦ以上に達したときには、リッチスパイクを実行するものとして、そのことを表すために、リッチスパイク許可フラグＦ＿ＲＩＣＨを「１」にセットする（ステップ２３）。

上記ステップ２３または２５に続くステップ２４では、リッチスパイク設定フラグＦ＿ＳＥＴを「１」にセットする。これにより前記ステップ４の答がＹＥＳになり、次回以降のループでは、このリッチスパイク設定フラグＦ＿ＳＥＴがリセットされるまで、本処理はスキップされる。すなわち、本処理は、フューエルカット運転の実行条件が成立した直後に１回のみ、実行される。

図３に戻り、前記ステップ４または５に続くステップ６では、リッチスパイク許可フラグＦ＿ＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する（ステップ６）。この答がＮＯで、リッチスパイクの実行条件が成立していないときには、フューエルカット制御処理を実行し（ステップ７）、本処理を終了する。これにより、フューエルカット運転の実行条件が不成立になるまで、燃料の噴射が停止されることによって、フューエルカットが実行される。

一方、上記ステップ６の答がＹＥＳで、リッチスパイクの実行条件が成立しているときには、リッチ準備完了フラグＦ＿ＲＥＡＤＹが「１」であるか否かを判別する（ステップ８）。このリッチ準備完了フラグＦ＿ＲＥＡＤＹは、後述するリッチ準備制御処理において、フューエルカット運転条件の成立中におけるリッチスパイク（以下「Ｆ／Ｃリッチスパイク」という）を実行する準備が完了したときに「１」にセットされるものである。この答がＮＯのときには、リッチ準備制御処理を実行し（ステップ９）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ８の答がＹＥＳで、Ｆ／Ｃリッチスパイクの実行準備が完了しているときには、後述するＦ／Ｃリッチスパイク制御処理を実行し（ステップ１０）、本処理を終了する。一方、前記ステップ３の答がＹＥＳで、掃気制御の実行が許可されているときには、後述する掃気制御処理を実行し（ステップ１１）、本処理を終了する。

一方、前記ステップ２の答がＮＯで、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥＲＥＦ以上、且つアクセルペダル開度ＡＰが所定開度ＡＰＲＥＦ以上のとき、すなわち、アクセルペダルが踏み込まれたことにより、フューエルカット運転の実行条件が不成立になったときには、ステップ１２に進み、掃気実行中フラグＦ＿ＣＬＥＡＮＯＮが「１」であるか否かを判別する。この掃気実行中フラグＦ＿ＣＬＥＡＮＯＮは、掃気制御処理において、掃気の実行中のときに「１」にセットされるものである。

この答がＹＥＳで、掃気の実行中のときには、前記ステップ１１を実行する。一方、ステップ１２の答がＮＯで、掃気が実行されていないときには、ステップ１３に進み、リッチスパイク実行中フラグＦ＿ＲＩＣＨＯＮが、「１」であるか否かを判別する。このリッチスパイク実行中フラグＦ＿ＲＩＣＨＯＮは、Ｆ／Ｃリッチスパイク制御処理において、Ｆ／Ｃリッチスパイクが実行されているときに、「１」にセットされるものである。

このステップ１３の答がＹＥＳのときには、前記ステップ１１に進み、掃気制御処理を実行する。一方、この答がＮＯで、掃気制御およびＦ／Ｃリッチスパイクがともに実行されていないときには、リッチスパイク設定フラグＦ＿ＳＥＴ、後述する吸気圧算出終了フラグＦ＿ＰＩＮ、およびリッチ準備完了フラグＦ＿ＲＥＡＤＹをそれぞれ、「０」にリセットする（ステップ１４）。次いで、ステップ１５に進み、通常制御処理を実行し、本処理を終了する。これにより、エンジン３は、通常の運転状態で運転される。

一方、前記ステップ１の答がＮＯで、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥＲＥＦを下回ったときには、ステップ１６に進み、掃気許可フラグＦ＿ＣＬＥＡＮ、掃気実行中フラグＦ＿ＣＬＥＡＮＯＮ、およびリッチスパイク実行中フラグＦ＿ＲＩＣＨＯＮを、それぞれ「０」にリセットする。次いで、前記ステップ１４を経て前記ステップ１５に進み、通常制御処理を実行する。

図５は、前記ステップ９で実行されるリッチ準備制御処理を示している。この処理は、Ｆ／Ｃリッチスパイクの実行に先立ち、エンジン３の圧縮温度を自己着火温度よりも低い温度に低減させるために実行される。この処理では、まずステップ３１において、吸気圧算出終了フラグＦ＿ＰＩＮが「１」であるか否かを算出する。

この答がＮＯで、目標吸気圧ＰＩＮ＿ＣＭＤがまだ算出されていないときには、ステップ３２に進み、目標吸気圧ＰＩＮ＿ＣＭＤを算出する。この目標吸気圧ＰＩＮ＿ＣＭＤは、気筒３ａに吸入されるべき吸入空気量ＱＡＩＲに相当するものであり、エンジン３の圧縮温度が、自己着火温度よりも低いとともに、燃料を気筒３ａ内で蒸発させ、且つＮＯｘ触媒１６を活性状態に維持するのに十分な高い温度になるように設定される。具体的には、目標吸気圧ＰＩＮ＿ＣＭＤは、吸気温ＴＩＮ、エンジン速度ＮＥおよび冷却水温ＴＷに応じ、図示しないマップに基づいて、これらの値ＴＩＮ、ＮＥおよびＴＷが高いほど、より小さな値に設定される。

次いで、目標吸気圧ＰＩＮ＿ＣＭＤの算出が終了したことを表すために、吸気圧算出終了フラグＦ＿ＰＩＮを「１」にセットした（ステップ３３）後、ステップ３４に進む。このステップ３３の実行により、次回以降のループでは、上記ステップ３１の答がＹＥＳになり、その場合には、上記ステップ３２および３３をスキップして、ステップ３４に進む。

このステップ３４では、吸気圧ＰＩＮと目標吸気圧ＰＩＮ＿ＣＭＤとの差の絶対値を、吸気圧偏差ＤＰとして算出する。次いで、算出した吸気圧偏差ＤＰが、設定値ＤＰＲＥＦ以下であるか否かを判別する（ステップ３５）。この答がＮＯのとき、すなわち、実際の吸気圧ＰＩＮが目標吸気圧ＰＩＮ＿ＣＭＤにまだ収束していないときには、ステップ３６およびステップ３７において、スロットル弁開度ＴＨの第１目標値ＴＨ＿ＣＭＤ１、およびＥＧＲ弁開度ＬＥの第１目標値ＬＥ＿ＣＭＤ１をそれぞれ算出する。

これらの第１目標値ＴＨ＿ＣＭＤ１およびＬＥ＿ＣＭＤ１は、Ｆ／Ｃリッチスパイクを実行するにあたり、吸気圧ＰＩＮを低下させ、上述した目標吸気圧ＰＩＮ＿ＣＭＤに収束させるためのものであり、目標吸気圧ＰＩＮ＿ＣＭＤに応じ、図示しないマップを検索することによって、目標吸気圧ＰＩＮ＿ＣＭＤが低いほど、それぞれより小さな値に設定される。

次いで、フューエルカット制御を実行する（ステップ３８）。具体的には、スロットル弁開度ＴＨおよびＥＧＲ弁開度ＬＥを、算出した第１目標値ＴＨ＿ＣＭＤ１およびＬＥ＿ＥＧＲ１になるようにそれぞれ制御するとともに、燃料の噴射を停止する。これにより、エンジン３の圧縮温度が、自己着火温度よりも低いとともに、燃料を気筒３ａ内で蒸発させ、且つＮＯｘ触媒１６を活性状態に維持するのに十分な高い温度に制御される。次に、Ｆ／Ｃリッチスパイクの実行準備がまだ完了していないことを表すために、リッチ準備完了フラグＦ＿ＲＥＡＤＹを「０」に維持する（ステップ３９）。

一方、前記ステップ３５の答がＹＥＳで、吸気圧ＰＩＮが目標吸気圧ＰＩＮ＿ＣＭＤに収束したときには、エンジン３の圧縮温度が上述したような温度に制御され、Ｆ／Ｃリッチスパイクの実行準備が完了したとして、そのことを表すために、リッチ準備完了フラグＦ＿ＲＥＡＤＹを「１」にセットする（ステップ４０）。

図６は、前記ステップ１０で実行されるＦ／Ｃリッチスパイク制御処理を示している。この処理では、まず、リッチスパイク実行中フラグＦ＿ＲＩＣＨＯＮが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯで、Ｆ／Ｃリッチスパイクがまだ実行されていないときには、リッチスパイクタイマのタイマ値ＴＭ＿ＲＩＣＨを、所定値ＴＭＲＥＦにセットする（ステップ４２）。この所定値ＴＭＲＥＦは、ＮＯｘ触媒１６に捕捉された、所定量ＳＱＲＥＦ以上のＮＯｘを、Ｆ／Ｃリッチスパイクによって還元するのに必要な時間に相当する値に設定されている。

次いで、燃料噴射量ＱＩＮＪを、酸素濃度λおよび吸入空気量ＱＡＩＲに応じて算出する（ステップ４３）。この燃料噴射量ＱＩＮＪは、排ガスの空燃比Ａ／Ｆが、理論空燃比よりもリッチな所定の空燃比になるように算出される。

次に、噴射タイミングφＩＮＪを、目標噴射タイミングφＩＮ＿ＲＩＣＨにセットする（ステップ４４）。この目標噴射タイミングφＩＮ＿ＲＩＣＨは、気筒３ａごとに、例えば、圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近に設定されている。

次いで、Ｆ／Ｃリッチスパイクの実行中であることを表すために、リッチスパイク実行中フラグＦ＿ＲＩＣＨＯＮを「１」にセットした（ステップ４５）後、ステップ４６に進む。また、このステップ４５の実行により、次回以降のループでは、前記ステップ４１の答がＹＥＳになり、その場合には、前記ステップ４２〜４５をスキップしてステップ４６に進む。

このステップ４６では、リッチスパイクタイマのタイマ値ＴＭ＿ＲＩＣＨをデクリメントし、次に、このタイマ値ＴＭ＿ＲＩＣＨが０であるか否かを判別する（ステップ４７）。

この答がＮＯのときには、上記ステップ４３および４４で設定した燃料噴射量ＱＩＮＪおよび噴射タイミングφＩＮＪに従い、燃焼室３ｄに燃料を噴射することによって、Ｆ／Ｃリッチスパイクを実行する（ステップ４８）。この時点では、前記ステップ３６〜３８の実行により、エンジン３の圧縮温度が自己着火温度よりも低い前述したような温度に制御されているので、Ｆ／Ｃリッチスパイクによって噴射された燃料は、燃焼することなく、気筒３ａ内で十分に蒸発した後、排ガスとともに燃焼室３ｄから排気管５に排出される。

一方、前記ステップ４７の答がＹＥＳで、リッチスパイクタイマのタイマ値ＴＭ＿ＲＩＣＨが０に達したときには、ＮＯｘの還元が終了したとして、Ｆ／Ｃリッチスパイクを終了させるために、リッチスパイク実行中フラグＴＭ＿ＲＩＣＨＯＮを「０」にリセットするととともに、掃気許可フラグＦ＿ＣＬＥＡＮを「１」にセット（ステップ４９）する。これにより、前記ステップ３の答がＹＥＳになり、Ｆ／Ｃリッチスパイク制御に続いて、前記ステップ１１で掃気制御が実行される。

図７は、この掃気制御処理を示している。この処理は、Ｆ／Ｃリッチスパイク制御から通常制御への移行に先立ち、Ｆ／Ｃリッチスパイクの実行終了時に、気筒３ａ、排気管４およびＥＧＲ管１４ａ内に残留する、未燃燃料を含む排ガス（以下「残留排ガス」という）を排出するために実行される。本処理では、まず、掃気実行中フラグＦ＿ＣＬＥＡＮＯＮが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯのときには、掃気タイマのタイマ値ＴＭ＿ＣＬＥＡＮを、所定値ＴＭＲＥＦ２（所定時間）にセットする（ステップ５２）。

次いで、掃気制御の実行中であることを表すために、掃気実行中フラグＦ＿ＣＬＥＡＮＯＮを「１」にセットした（ステップ５３）後、ステップ５４に進む。このステップ５３の実行により、前記ステップ５１の答がＹＥＳになり、その場合には、ステップ５２および５３をスキップし、ステップ５４に進む。

このステップ５４では、掃気タイマのタイマ値ＴＭ＿ＣＬＥＡＮをデクリメントし、次いで、このタイマ値ＴＭ＿ＣＬＥＡＮが０であるか否かを判別する（ステップ５５）。

この答がＮＯのときには、ステップ５６および５７において、スロットル弁開度ＴＨの第２目標値ＴＨ＿ＣＭＤ２、およびＥＧＲ弁開度ＬＥの第２目標値ＬＥ＿ＣＭＤ２をそれぞれ算出する。これらの第２目標値ＴＨ＿ＣＭＤ２およびＬＥ＿ＣＭＤ２は、残留排ガスを速やかに排出するために、Ｆ／Ｃリッチスパイク制御処理で設定される第１目標値ＴＭ＿ＣＭＤ１およびＬＥ＿ＣＭＤ１よりも、それぞれ大きな値に設定される。

次いで、ステップ５８に進み、スロットル弁開度ＴＨおよびＥＧＲ弁開度ＬＥを、算出した第２目標値ＴＨ＿ＣＭＤ２およびＬＥ＿ＥＧＲ２になるようにそれぞれ制御するとともに、フューエルカットを続行する。これにより、吸入空気量ＱＡＩＲが増大することによって、残留排ガスが、気筒３ａ、排気管４およびＥＧＲ管１４ａから速やかに排出される。

一方、前記ステップ５５の答がＹＥＳで、掃気制御の開始から所定時間が経過したときには、残留排ガスの排出が終了したとして、ステップ５９に進み、掃気実行中フラグＦ＿ＣＬＥＡＮＯＮ、掃気許可フラグＦ＿ＣＬＥＡＮおよびリッチスパイク許可フラグＦ＿ＲＩＣＨを、それぞれ「０」にリセットする。

図８は、上述した制御によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。同図に示すように、タイミングｔ１以前においては、エンジン３の通常制御中に、アクセルペダルが戻され、アクセルペダル開度ＡＰが値０まで減少するのに伴い、スロットル弁開度ＴＨが徐々に減少し、且つＥＧＲ弁開度ＬＥが増大するように制御されることにより、吸入空気量ＱＡＩＲが緩やかに減少する。それに応じて、燃料噴射量ＱＩＮＪも次第に減少し、その結果、エンジン３が減速され、エンジン回転数ＮＥが緩やかに低下する。

上記のようなエンジン３の減速中に、タイミングｔ１において、フューエルカット運転の実行条件が成立するとともに（ステップ１および２：ＹＥＳ）、そのときのＮＯｘ捕捉量Ｓ＿ＱＮＯｘが、所定値ＳＱＲＥＦ以上に達していた場合（ステップ２２：ＹＥＳ）には、まず、リッチ準備制御が実行される（ステップ９）。それにより、スロットル弁開度ＴＨおよびＥＧＲ弁開度ＬＥが、第１目標値ＴＨ＿ＣＭＤ１およびＬＥ＿ＣＭＤ１にそれぞれ制御されることによって（ステップ３６〜３８）、吸入空気量ＱＡＩＲが低減される。

そして、吸気圧ＰＩＮが、目標吸気圧ＰＩＮ＿ＣＭＤに収束すると（ステップ３５：ＹＥＳ）、Ｆ／Ｃリッチスパイク制御が開始される（ステップ１０）（ｔ２）。それにより、燃料噴射量ＱＩＮＪが、ステップ４３で算出した目標燃料噴射量ＱＩＮＪ＿ＣＭＤになるように増量制御されることによって、Ｆ／Ｃリッチスパイクが実行される（ステップ４８）。

そして、Ｆ／Ｃリッチスパイクの開始から所定時間が経過すると（ステップ４７：ＹＥＳ）、Ｆ／Ｃリッチスパイクが終了し、掃気制御が開始される（ｔ３）。それにより、燃料の噴射が停止されるとともに、スロットル弁開度ＴＨおよびＥＧＲ弁開度ＬＥが、第２目標値ＴＨ＿ＣＭＤ２およびＬＥ＿ＣＭＤ２にそれぞれ制御される（ステップ５６〜５８）。それに伴い、吸入空気量ＱＡＩＲが増大し、残留排ガスが排出される。そして、所定時間が経過すると（ステップ５５：ＹＥＳ）、掃気制御が終了し、通常制御が再開されることによって燃料の噴射が再開される（ｔ４）。

一方、図示しないが、掃気制御が終了した時点で、フューエルカット運転の実行条件が引き続き成立しているときには、フューエルカットが続行され、燃料噴射量ＱＩＮＪは０に維持される。

また、図９は、Ｆ／Ｃリッチスパイクの実行中に、アクセルペダルが踏み込まれた場合の動作例である。すなわち、この場合には、前記ステップ２の答がＮＯになることで、Ｆ／Ｃリッチスパイクが直ちに中止されるとともに、ステップ１２および１３を経て、掃気制御が開始される（ｔ５）。その後、所定時間が経過したときに、通常制御処理に移行する（ｔ６）。

以上のように、本実施形態によれば、エンジン３が減速状態にある場合において、フューエルカット運転の実行条件が成立しているときに、Ｆ／Ｃリッチスパイクに先立ってリッチ準備制御を実行し、吸入空気量ＱＡＩＲを減少させることにより、エンジン３の圧縮温度を自己着火温度よりも低い温度に低減させる。それにより、リッチ準備制御の実行後、Ｆ／Ｃリッチスパイクによって噴射された燃料のうち、吸気中の酸素と反応し、酸素を消費するのに用いられる燃料量を低減させることができる。その結果、燃焼を伴う場合よりも、還元剤として噴射される燃料量を低減でき、全体として燃費を向上させることができる。

また、このときのエンジン３の圧縮温度は、前述したように、燃料が気筒３ａ内で十分に蒸発し、且つ、ＮＯｘ触媒１６の活性状態を維持するのに十分な高い温度に制御される。したがって、噴射された燃料を、十分に蒸発させ、排ガス中で均質化させることによって、ＮＯｘ触媒１６にその劣化の原因になるホットスポットを生じさせることなく、ＮＯｘ触媒１６に捕捉されたＮＯｘを効率的に還元することができる。したがって、ＮＯｘ触媒１６が活性状態に維持されることと相まって、良好な排ガス特性を確保することができる。

また、Ｆ／Ｃリッチスパイクの際の燃料の噴射を、圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近において行うので、噴射された燃料が、気筒３ａの壁面に付着するのを抑制できる。それにより、オイルダイリューションを防止できるとともに、その分の燃料がむだにならないことで、燃費をさらに向上させることができる。

また、掃気制御により、Ｆ／Ｃリッチスパイクの終了後、所定値ＴＭＲＥＦ２に相当する時間が経過するまで、燃料の噴射が停止されるので、その間に残留排ガスが排出される。したがって、残留排ガス中に含まれる未燃燃料の燃焼に起因するトルク変動を確実に防止でき、その結果、良好なドライバビリティを確保することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、Ｆ／Ｃリッチスパイク制御の際の噴射タイミングφＩＮＪを、圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近に設定しているが、これに限定されることなく、排気行程と吸気行程の間の上死点付近、またはこれらの双方に設定してもよく、その場合にも、実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、実施形態では、温度制御手段として、スロットル弁７およびＥＧＲ制御弁１４ｂを用い、スロットル弁開度ＴＨおよびＥＧＲ弁開度ＬＥを制御することにより吸入空気量ＱＡＩＲを減少させることによって、エンジン３の圧縮温度を制御しているが、これに限定されることなく、他の適当な温度制御手段を採用することができる。例えば、スロットル弁７およびＥＧＲ制御弁１４ｂに代えて、過給装置９で過給圧を制御することによって、吸入空気量ＱＡＩＲを減少させてもよい。また、これら三者７，１４ｂ，１０のうちの任意のものを組み合わせて用いてもよい。また、この圧縮温度の低下を、例えば、吸気管５に設けたインタークーラで吸気を冷却することによって、あるいは、ＥＧＲ管１４ａに設けたＥＧＲクーラでＥＧＲガスを冷却することによって、行ってもよい。

さらに、本発明は、車両に搭載されたディーゼルエンジンに限らず、リーンバーンエンジンなどのガソリンエンジンにも適用することができる。また、本発明は、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関に適用できることはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明による制御装置によって制御される内燃機関および排ガス浄化装置などの概略構成を示す図である。 制御装置の一部を示す図である。 エンジンの制御処理を示すフローチャートである。 Ｆ＿ＲＩＣＨ設定処理を示すフローチャートである。 リッチ準備制御処理を示すフローチャートである。 Ｆ／Ｃリッチスパイク制御処理を示すフローチャートである。 掃気制御処理を示すフローチャートである。 エンジンの制御処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。 エンジンの制御処理によって得られる他の動作例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（ＮＯｘ捕捉量算出手段、燃料噴射制御手段、燃料噴射停止手段）
３ 内燃機関
３ｄ 燃焼室
７ スロットル弁（温度制御手段）
１４ｂ ＥＧＲ制御弁（温度制御手段）
１６ ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ捕捉材）
Ｓ＿ＱＮＯｘ ＮＯｘ捕捉量
ＴＭＲＥＦ２ 所定値（所定時間）

Claims (2)

1. 排ガス中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ捕捉材を有し、燃料を気筒内に直接、噴射する内燃機関において、当該気筒内への燃料の噴射量を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘの量を、ＮＯｘ捕捉量として算出するＮＯｘ捕捉量算出手段と、
   前記内燃機関が減速状態にあるときに、前記算出されたＮＯｘ捕捉量に応じ、前記内燃機関の圧縮温度を、自己着火温度よりも低く、且つ燃料が蒸発可能な温度に制御する温度制御手段と、
   当該温度制御手段により前記内燃機関の圧縮温度を制御した後、前記ＮＯｘ捕捉材に捕捉されたＮＯｘを還元するための還元剤を当該ＮＯｘ捕捉材に供給するために、前記内燃機関の圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近、および排気行程と吸気行程の間の上死点付近の少なくとも一方において、前記気筒内に燃料を噴射させる燃料噴射制御手段と、
   を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料噴射制御手段による燃料の噴射が終了した後、燃料の噴射を所定時間、停止する燃料噴射停止手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
   
   

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