JP4483099B2

JP4483099B2 - 筒内噴射式エンジンの燃圧制御装置

Info

Publication number: JP4483099B2
Application number: JP2001041862A
Authority: JP
Inventors: 淳一田賀
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2021-02-19
Also published as: EP1233166A2; JP2002242729A; DE60216831D1; EP1233166A3; EP1233166B1; DE60216831T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射して、混合気を点火プラグの電極周りに成層化させるようにした筒内噴射式エンジンの燃圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筒内噴射式内燃機関においては、特開２０００−２０４９５４号公報に示すように、一般に、成層燃焼運転時に点火プラグの近傍に混合気を良好に集めるようにすると共に、均一燃焼運転時に燃料の微粒化等を促進する観点から、運転状態を成層燃焼運転と均一燃焼運転とに分け、その成層燃焼運転と均一燃焼運転とで気筒内へ噴射すべき燃料圧力（噴射圧力）を変更することが行われている。
【０００３】
ところで、近時、成層燃焼運転されることに伴い、空燃比がリーンにされることを考慮して、排気系にＮＯｘ吸収剤を配設される傾向にある。このＮＯｘ吸収剤は、排気中の酸素過剰雰囲気中でＮＯｘを吸収し酸素濃度の低下に伴いＮＯｘを放出するものとされており、通常行われる成層燃焼運転（空燃比がリーン状態）の下では、排気中のＮＯｘを吸収することが行われる。そして、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が所定量を超えた場合には、成層燃焼運転状態から均一燃焼運転（空燃比がリッチ状態）に短期間だけ切り替えて排気中の酸素濃度を低下させ、これにより、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出し、その放出ＮＯｘを、その均一燃焼に伴って増えるＨＣ、ＣＯ等の成分により還元浄化することが行われる。そしてこの後、ＮＯｘ吸収剤におけるＮＯｘ吸蔵量が満足する程度まで低下すると、成層燃焼運転に再び復帰されることになる。したがって、ＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘの放出等を行うべく均一燃焼運転を行うに際しては、その均一燃焼運転に切り替えられるに伴い、噴射すべき燃料圧力は、その均一燃焼運転時における要求燃料圧力に高められ、その均一燃焼運転を終えて成層燃焼運転に復帰するに際しては、噴射すべき燃料圧力は、その成層燃焼運転時における要求燃料圧力まで低下される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記場合において、ＮＯｘ吸収剤からのＮＯｘの放出等を終えて、均一燃焼運転状態から成層燃焼運転に復帰する際には、噴射すべき燃料の燃料圧力の変更が遅れることになり、そのときには、本来の燃料噴霧貫徹力よりも高い燃料噴霧貫徹力をもって燃料噴射されることになる。このため、ＮＯｘ放出等のための均一燃焼運転から成層燃焼運転に復帰する復帰時において、点火プラグの近傍に混合気を集めにくくなり、良好な成層燃焼が阻害されることになる。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は、ＮＯｘ放出等のための均一燃焼運転から成層燃焼運転に復帰する復帰時に、成層燃焼が良好に行われなくなることを抑制することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明（請求項１の発明）にあっては、
成層燃焼運転時と均一燃焼運転時とで、噴射すべき要求燃料圧力を変更する燃圧変更手段と、
運転状態を検出する運転状態検出手段と、
排気通路に配置されて酸素過剰雰囲気でＮＯxを吸収し酸素濃度の低下によりＮＯxを放出するＮＯx吸収剤において、該ＮＯx吸収剤に吸収されたＮＯx量が所定量を超えたか否かを検出するＮＯｘ吸収量検出手段と、
前記運転状態検出手段からの信号に基づき成層燃焼運転時と判断し、且つ、前記ＮＯｘ吸収量検出手段からの信号に基づき前記ＮＯx吸収剤に吸収されたＮＯxを放出させるときであると判断したとき、空燃比をリッチ化して均一燃焼運転とするＮＯｘ放出手段と、
前記ＮＯｘ放出手段に基づいて均一燃焼運転が行われているとき、前記燃圧変更手段を制限して、噴射すべき燃料の燃料圧力を均一燃焼運転時における要求燃料圧力に変更されることを制限する燃圧変更制限手段と、を備えている、
ことを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃圧制御装置とした構成としてある。この請求項１の態様としては、請求項２〜４の記載の通りとなる。
【０００７】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ＮＯx吸収剤に吸収されたＮＯxを放出させるためにＮＯｘ放出手段に基づいて均一燃焼運転が行われているとき、燃圧変更制限手段が、燃圧変更手段を制限して、噴射すべき燃料の燃料圧力を均一燃焼運転時における要求燃料圧力に変更されることを制限することから、その均一燃焼運転中において、ＮＯｘの放出と、その放出ＮＯｘの還元浄化処理を行うことができる一方、その均一燃焼運転から成層燃焼運転に再び復帰しても、噴射すべき燃料の燃料圧力の変更の遅れに基づく本来の燃料噴霧貫徹力よりも高い燃料噴霧貫徹力に起因して、点火プラグの近傍に混合気を集めにくくなることを抑えることができることになる。このため、ＮＯｘ放出等のための均一燃焼運転から成層燃焼運転に復帰する復帰時に、成層燃焼が良好に行われなくなることを抑制できることになる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、燃圧変更制限手段による要求燃料圧力の変更制限中において、実際の燃料圧力と前記ＮＯｘ放出手段に基づいて均一燃焼運転が行われているときにおける要求燃料圧力との偏差に応じて燃料噴射時期を補正する補正手段が備えられていることから、その燃料噴射時期の補正により、噴射すべき燃料の燃料圧力を均一燃焼運転時における要求燃料圧力に変更されることを制限することに基づき燃焼性が低下することを抑制できることになる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、ＥＧＲ量を制御するＥＧＲ量制御手段が備えられ、ＥＧＲ量制御手段が、燃圧変更制限手段による要求燃料圧力の変更制限中において、ＥＧＲ量を均一燃焼運転時における要求量よりも減量するように設定されていることから、そのＥＧＲ量の減量により、噴射すべき燃料の燃料圧力を均一燃焼運転時における要求燃料圧力に変更されることを制限することに基づき燃焼性が低下することを抑制できることになる。
【００１０】
請求項４に記載の発明によれば、燃圧変更制限手段が、該燃圧変更制限手段による要求燃料圧力の変更制限中において、噴射すべき燃料の燃料圧力を、成層燃焼運転時における燃料圧力の許容範囲内において、均一燃焼運転時の要求燃料圧力に近づくように設定されていることから、要求燃料圧力の変更制限時に、噴射すべき燃料圧力をできるだけ高めて燃焼性が低下することを抑制できることになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００１２】
図２は、本発明の実施形態１に係る筒内噴射式エンジン１の全体的な構成を示す。このエンジン１は、複数の気筒（Ｚは気筒中心線を示す）２，２，…（１つのみ図示する）が直列に設けられたシリンダブロック３と、このシリンダブロック３上に配置されたシリンダヘッド４とを有しており、各気筒２内にはピストン５が上下方向に往復動可能にそれぞれ嵌挿されている。この各ピストン５とシリンダヘッド４との間の気筒２内には燃焼室６がそれぞれ区画されており、その燃焼室６は、図３に拡大して示すように、気筒２の天井部における略中央部からシリンダヘッド４の下端面付近まで延びる２つの傾斜面を形成することにより、互いに差し掛けられた屋根のような形状をなすいわゆるペントルーフ型燃焼室とされている。一方、前記ピストン５よりも下方のシリンダブロック３内にはクランク軸７が回転自在に支持されており、このクランク軸７とピストン５とはコネクティングロッド８を介して連結されている。
【００１３】
前記シリンダヘッド４には、図１、図２に示すように、吸気ポート１０及び排気ポート１１がそれぞれ２つずつ形成されている。この２つの吸気ポート１０は、その各一端が各気筒２天井部における前記傾斜面の一方から燃焼室６に開口され、その各他端側が燃焼室６から斜め上方に直線的に延びて、エンジン１の一側面（図２の右側面）に互いに独立して開口されており、そのうち、その各吸気ポート１０，１０の一端開口には、所定のタイミングで開閉作動される吸気弁１２，１２が配置されている。２つの排気ポート１１，１１は、その各一端が各気筒２天井部における前記傾斜面の他方から燃焼室６に開口され、その各他端側は、途中で１つに合流した後略水平に延びて、エンジン１の他側面（図２の左側面）に開口されており、そのうち、その各排気ポート１１，１１の一端開口には、所定のタイミングで開閉作動される排気弁１３，１３が配置されている。尚、符号１４は可変動弁機構１４，１４で、この可変動弁機構１４，１４により前記吸気弁１２及び排気弁１３の開閉作動時期がそれぞれ独立して変更されるようになっている。
【００１４】
前記エンジン１の一側面には、図２に示すように、各気筒２の吸気ポート１０，１０にそれぞれ連通する吸気通路３０が接続されている。この吸気通路３０は、エンジン１の燃焼室６に対し図外のエアクリーナで濾過した吸気を供給するものであり、その上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸入空気量を検出するホットワイヤ式エアフローセンサ３１と、吸気通路２６を絞る電気式スロットル弁３２と、サージタンク３３とがそれぞれ配設されている。前記電気式スロットル弁３２は、図外のアクセルペダルに対し機械的には連結されておらず、図示しない電動式駆動モータにより駆動されて開閉するようになっている。
【００１５】
また、前記サージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒２毎に分岐する独立通路とされていて、該各独立通路の下流端部がさらに２つに分岐してそれぞれ吸気ポート１０，１０に連通されている。この２つの吸気ポート１０，１０の双方の上流側には、図３にも示すように、燃焼室６におけるタンブル流の流速を調節するための吸気流動調節弁３４が配設され、例えばステッピングモータ３５（図３にのみ示す）によって開閉作動されるようになっている。この吸気流動調節弁３４，３４はいずれも円形のバタフライバルブの一部を切り欠いたもので、この実施形態では弁軸３４ａよりも下側の部分を切り欠いている。そして、吸気流動調節弁３４が閉じられたときには、吸気が前記の切り欠き部分のみから下流側に流れて、燃焼室６に強いタンブル流を生成し、吸気流動調節弁３４が開かれるに従い、吸気は該切り欠き部分以外からも流通して、タンブル流の強度が徐々に弱められることになっている。
【００１６】
前記燃焼室６の上部には、図３に示すように、前記４つの吸排気弁１２，１３に取り囲まれるように、点火プラグ１６が配設されている。この点火プラグ１６の先端の電極は燃焼室６の天井部から所定距離だけ突出した位置にあり、その点火プラグ１６の基端部には点火回路１７（図２にのみ示す）が接続されていて、各気筒２毎に所定の点火タイミングで点火プラグ１６に通電するようになっている。
【００１７】
前記燃焼室６の底部となるピストン５の冠面は、図３に示すように、対向する燃焼室６の天井部に沿うような形状とされ、その中央部にレモン型の凹部５ａが形成されている。この凹部５ａは、燃焼室６における前記タンブル流Ｔの流れをスムーズにすることを目的としており、吸気行程で生成される前記タンブル流Ｔ（図４参照）を圧縮行程後期まであまり減衰せずに、確実に保持できるようになっている。
【００１８】
前記燃焼室６の周縁部には、図１〜図４に示すように、２つの吸気ポート１０，１０の下方に挟まれるように、インジェクタ（燃料噴射弁）１８が配設されている。このインジェクタ１８は、先端部の噴孔から燃料を旋回流として噴出させて、インジェクタ１８の軸心の延びる方向に沿うようにホローコーン状に噴射する公知のスワールインジェクタであり、このスワールインジェクタ１８においては、燃料の噴射圧力（燃料圧力）を高めると、この圧力の上昇に応じて燃料噴霧の貫徹力が高まることになっている。
【００１９】
前記インジェクタ１８の基端部には、全気筒２，２，…に共通の燃料分配管１９が接続されており、その共通の燃料分配管１９は、燃料供給系２０から供給される高圧の燃料を各気筒２に分配することになっている。この燃料供給系２０は、例えば図５(a)に示すように構成され、燃料分配管１９と燃料タンク２１とを連通する燃料通路２２の上流側から下流側に向かって、低圧燃料ポンプ２３、低圧レギュレータ２４、燃料フィルタ２５、高圧燃料ポンプ２６及び高圧レギュレータ２７が順に配設されており、高圧燃料ポンプ２６及び高圧レギュレータ２７はリターン通路２９により燃料タンク２１側に接続されている。尚、符号２８は、燃料タンク２１側に戻す燃料の圧力状態を整える低圧レギュレータである。
【００２０】
これにより、前記低圧燃料ポンプ２３により燃料タンク２１から吸い上げられた燃料は、低圧レギュレータ２４により調圧された後、燃料フィルタ２５を介して高圧燃料ポンプ２６に圧送される。そして、高圧燃料ポンプ２６によって昇圧した燃料の一部を高圧レギュレータ２７により流量調節しながら、リターン通路２９によって燃料タンク２１側に戻すことで、燃料分配管１９へ供給する燃料の圧力状態を適正に（例えば略３ＭＰａ〜略１３ＭＰａ、好ましくは成層燃焼運転時において３ＭＰａ〜７ＭＰａくらいに）調節することになっている。
【００２１】
燃料供給系２０の構成は、前記図５(a)に示すものには限られない。例えば同図(b)に示す燃料供給系２０′のように高圧レギュレータ２７を省略することも可能である。この場合には、燃料の吐出量を広い範囲に亘って変更することのできる電動高圧ポンプ２９を使用し、この電動高圧ポンプ２９から燃料分配管１９への燃料の吐出量を可変調節することによって、該燃料の圧力状態を制御することができる。
【００２２】
一方、エンジン１の他側面には、図２に示すように、燃焼室６から既燃ガス（排気）を排出する排気通路３６が接続されている。この排気通路３６の上流端部は、各気筒２毎に分岐して排気ポート１１に連通する排気マニホルド３７であり、該排気マニホルド３７の集合部には排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ2センサ３８が配設されている。このリニアＯ2センサ３８は排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出するために用いられるもので、理論空燃比を含む所定の空燃比範囲において酸素濃度に対しリニアな出力が得られるようになっている。
【００２３】
また、前記排気マニホルド３７の集合部には、排気管３９の上流端が接続されており、その排気管３９には、上流側から下流側に向けて順に、通常の三元触媒５４、ＮＯｘ吸収剤４０が接続されている。ＮＯｘ吸収剤４０は、排気中の酸素濃度の高い雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下によって、吸収したＮＯｘを放出し、その放出ＮＯｘを排気中のＨＣ，ＣＯ等により還元浄化するＮＯｘ吸収還元タイプのものとされている。また、ＮＯｘ吸収剤４０の下流側には該ＮＯｘ吸収剤４０の劣化状態を判定するために、出力が理論空燃比を境にステップ状に反転する公知のラムダＯ2センサ４１が配設されている。
【００２４】
さらに、前記排気管３９の上流側には、排気通路３６を流れる排気の一部を吸気通路３０に還流させるＥＧＲ通路４３の上流端が分岐接続されている。このＥＧＲ通路４３の下流端は前記スロットル弁３２とサージタンク３３との間の吸気通路３０に接続され、その近傍には開度調節可能な電気式のＥＧＲ弁４４が配設されていて、ＥＧＲ通路４３による排気の還流量を調節できるようになっている。
【００２５】
前記点火回路１７、インジェクタ１８、燃料供給系２０の高圧レギュレータ２７、電気式スロットル弁３２、吸気流動調整弁３４、ＥＧＲ弁４４等は、いずれもエンジンコントロールユニット５０（以下、ＥＣＵという）によって制御されることになっている。このため、それら作動要素を的確に制御すべく、ＥＣＵ５０には、少なくとも、クランク軸７の回転角度を検出するクランク角センサ９、エアフローセンサ３１、リニアＯ2センサ３８、ラムダＯ2センサ４１等からの各出力信号が入力され、加えて、アクセルペダルの開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ５１からの出力信号と、エンジン１の回転速度（クランク軸７の回転速度）を検出する回転速度センサ５２からの出力信号とが入力されることになっている。
【００２６】
前記ＥＣＵ５０は、各センサ等から入力される信号に基づいて、インジェクタ１８による燃料噴射量、噴射時期及び噴射圧力（燃料圧力）を、エンジン１の運転状態に応じて制御するようになっている。すなわち、例えば図６に一例を示すように、エンジン１の温間状態では低負荷かつ低回転側の設定運転領域が成層燃焼領域とされており、その領域では、インジェクタ１８により気筒２の圧縮行程における所定時期（例えば、成層燃焼運転時において圧縮上死点前（BTDC）４０°〜１４０°の範囲）に燃料を噴射させて、点火プラグ１６の近傍に混合気が層状に偏在する状態で燃焼させる成層燃焼が行われる。その一方、成層燃焼領域以外の領域は、均一燃焼領域とされており、インジェクタ１８により気筒２の吸気行程で燃料を噴射させて吸気と十分に混合し、燃焼室６に均一な混合気を形成した上で燃焼させる燃焼状態とされる。この均一燃焼状態では、大部分の運転領域において混合気の空燃比が略理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）になるように、燃料噴射量やスロットル開度等が制御されるが、特に全負荷運転状態では、空燃比を理論空燃比よりもリッチな状態（Ａ／Ｆ＝１３くらい）に制御して、高負荷に対応した大出力が得られるようになっている。
【００２７】
上記成層燃焼領域においては、燃焼室６におけるタンブル流Ｔを燃料噴霧の挙動制御に利用して、混合気の適切な成層化が図られている。すなわち、運転領域が成層燃焼領域にあるときには、各気筒２の吸気行程で生成されるタンブル流Ｔを当該気筒２の圧縮行程後期まで保持させるとともに、このタンブル流Ｔに対し略正対する方向から衝突するように燃料を噴射させることになっていて、これにより、燃料噴霧を、タンブル流Ｔにより徐々に減速させながら点火プラグ１６側に移動させ、その間に燃料液滴の気化霧化や空気との混合を促進し、当該気筒２の点火時期において、図１に斜線を入れて示すように、可燃混合気として、点火プラグ１６の電極付近に滞留させることになっている（図１、図４参照）。
【００２８】
本実施形態では、上記成層燃焼領域の全てにおいて、混合気の適正な成層化を図るために、主にエンジン１の回転速度の変化に応じて、各気筒２の吸気ポート１０に配設した吸気流動調節弁３４（図３参照）の開度を調節して、燃焼室６におけるタンブル流Ｔの流速を変更する一方、これに対応するようにインジェクタ１８による燃料の噴射圧力（燃料圧力）も調節することになっている。
【００２９】
具体的には、図７(a)に示すように、エンジン１が成層燃焼領域にありかつその回転速度が第１設定値ne1（例えば２５００ｒｐｍ）以下のときには、吸気流動調節弁３４が全閉状態とされることになっており、これにより、吸気流動調節弁３４が開いている状態（同図に仮想線で示す）に比べて、タンブル流の流速がエンジン回転速度の増大に伴い高められることになっている。エンジン回転速度が第１設定値ne1を超えて、タンブル流の流速が所定の上限値に達した場合には、エンジン回転速度が高くなってもタンブル流Ｔの流速がそれ以上は大きくならないように、吸気流動調節弁３４がエンジン回転速度の増大に応じて徐々に開作動されることになっている。そして、エンジン回転速度が第２設定値ne2（例えば３５００ｒｐｍ）を超えて、エンジン１が均一燃焼領域に移行した場合には、それ以降は吸気流動調節弁３４を全開状態として、吸入空気量が確保されることになっている。
【００３０】
一方、前記のようなタンブル流速の変化に対応するように、インジェクタ１８による燃料噴射圧力（燃料圧力）を変更して、同図(b)に示すように燃料噴霧の貫徹力が変化されることなっている。すなわち、運転領域が成層燃焼領域にありかつその回転速度が前記第１設定値ne1以下のときには、該回転速度の上昇に応じて燃料噴霧の貫徹力が高められる。一方、エンジン回転速度が前記第１設定値ne1を超えてから第２設定値ne2になるまでは、燃料噴霧の貫徹力は略一定に維持される。さらに、回転速度が第２設定値ne2を超えて、運転領域が均一燃焼領域に移行すれば、それ以降は燃料の噴射量と噴射可能な時間間隔とのバランスに応じて燃料噴射圧力が決定されるようになっている。
【００３１】
このような噴霧貫徹力の調節は、ＥＣＵ５０により所定の制御プログラムに従って燃料供給系２０の高圧レギュレータ２７が作動されることで、インジェクタ１８へ供給される燃料圧力（燃圧）を変更することにより行われる。この燃料圧力と噴霧貫徹力との間には図８に示すような相関関係があるので、実際の制御手順としては同図の関係を考慮した上で、エンジン回転速度と噴霧貫徹力との関係が前記図７(b)に示すものになるように、燃料噴射圧力が調節される。
【００３２】
尚、タンブル流速及び噴霧貫徹力の調節は例えば図９に示すようにしてもよい。すなわち、同図(a)に示すように、エンジン１の回転速度が第２設定値ne2以下の間、吸気流動調節弁３４をエンジン回転速度の増大に応じて徐々に開作動させることにより、タンブル流Ｔの流速を上限値以下の範囲で徐々に高めるようにし、これに対応するように、燃料噴霧の貫徹力をエンジン回転速度に応じて徐々に高めるようにすればよい。
【００３３】
前記ＥＣＵ５０は、前記運転領域に応じた制御の他に特別に、次のような制御も行うことになっている。すなわち、図１０に示すように、ＮＯｘ吸収剤４０のＮＯｘ吸蔵量が所定量を超えたときには、空燃比をリッチの状態として均一燃焼運転を行い、吸蔵ＮＯｘをＮＯｘ吸収剤４０から放出し、その放出ＮＯｘを排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ等で還元浄化する（リッチスパイク）。この場合、噴射すべき燃料圧力は、従来であれば、均一燃焼運転に切り替えられると同時に、均一燃焼運転時の燃料圧力に高められるが、本実施形態においては、成層燃焼運転時の燃料圧力に維持され、ＮＯｘ吸収剤４０からのＮＯｘの放出等を終え均一燃焼運転状態から成層燃焼運転に復帰するときには、燃料圧力の変更遅れ自体が生じないようにされ、点火プラグ１６の近傍に混合気を集めにくくなることが抑制される。
【００３４】
もっともこの場合、上記均一燃焼運転（リッチスパイク）に切り替える際には、トルクショックを防止する観点から、点火時期を一時的に遅延させることが好ましく、また、上記均一燃焼運転中（リッチスパイク中）においては、均一燃焼といえども、燃料圧力の低下により燃焼性が低下することを考慮し、燃料噴射時期を早めにしたり、ＥＧＲ量を減らしたり、或いは成層燃焼運転時において許容される範囲で、燃料圧力を高めるのが好ましい。
【００３５】
上記ＥＣＵ５０の制御内容について、図１１、図１２のフローチャートを参照しつつ、より具体的に説明する。
先ず、Ｓ１（以下、Ｓはステップを示す）において、エンジン回転数、アクセル開度の等の各種情報を読込み、次のＳ２において、運転領域を判断すべく、運転領域が成層燃焼運転領域か否かが判別される。
【００３６】
上記Ｓ２がＮＯのときには、運転領域が均一燃焼運転領域にあることから、Ｓ３、Ｓ４において、均一燃焼運転用の目標燃圧（実施形態においては７ＭＰａ）が読込まれ、その目標燃圧になるように、噴射すべき燃料圧力が制御される。
【００３７】
一方、上記Ｓ２がＹＥＳのときには、運転領域が成層運転領域にあることから、Ｓ５，Ｓ６において、成層燃焼運転用の目標燃圧が読込まれ、その目標燃圧になるように、噴射すべき燃料圧力が制御される。そしてそのような状態の下で、ＮＯx吸収剤４０が適正に機能する状態にあるか否かを判断すべく、次のＳ７において、ＮＯx吸蔵量が推定される。このＮＯx吸蔵量の推定には、既知の手段が用いられることになっており、その手段としては、例えば、ＮＯx吸蔵量カウンタ（ＥＣＵ）を用い、そのＮＯx吸蔵量カウンタにおいて、空燃比がリーンのときに一定時間毎に所定量ずつ加算する一方、空燃比がリッチ又は理論空燃比のときには運転時間に応じて所定量を減算し、これにより、ＮＯx吸蔵量推定値を推定する方法が採られている。勿論、この推定値の精度を高めるために、ＮＯｘ吸収剤の温度、排気中の未燃ＨＣ，ＣＯ等の成分を考慮に入れてもよい。
【００３８】
そして、次のＳ８においては、ＮＯx吸収剤４０が適正に機能するために吸蔵ＮＯxを放出して還元処理する必要があるか否かを判断すべく、Ｓ７のＮＯx吸蔵量の推定値がＮＯxパージ実行判定値よりも大きいか否かが判別される。このＳ８の判定がＮＯのときには、吸蔵ＮＯxを放出して還元処理するまでもないとしてリターンされる一方、Ｓ８の判定がＹＥＳのときには、Ｓ９において、ＥＧＲ弁４４が閉じられる。後のステップ（Ｓ１４（リッチスパイク実行））の内容（空燃比をリッチにして均一燃焼運転を行うことにより、吸蔵ＮＯxを放出等するに際して、噴射すべき燃料圧力が、その均一燃焼運転時の要求燃料圧力まで高められないこと）を考慮し、それに基づく燃焼性の低下を、ＥＧＲをなくすことにより抑制するためである。勿論この場合、ＥＧＲは、その量を完全になくす態様だけでなく、噴射すべき燃料圧力との関係で、適度の量を減量するようにしてもよい。
【００３９】
また、次のＳ１０、Ｓ１１においては、成層燃焼運転時における燃料圧力の上限値が読み込まれ（７ＭＰａ未満が好ましい）、噴射すべき燃料圧力は、その上限値に制御される。後のステップＳ１４において、吸蔵ＮＯxを放出して還元処理するに際し、均一燃焼運転における要求燃料圧力までに高めないとしても、成層燃焼運転時における要求燃料範囲内で、できるだけ燃料圧力を高めて、燃焼性の低下を抑制するためである。勿論、このとき、噴射すべき燃料圧力は、その成層燃焼運転時における燃料圧力に維持してもよい。
【００４０】
さらに、次のＳ１２、Ｓ１３においては、吸蔵ＮＯxを放出して還元処理する際の均一燃焼運転時の目標燃圧と、実際の燃料圧力（実燃圧）とが読み込まれ、その目標燃圧と実燃圧との偏差を演算し、その偏差からインジェクタ１８の噴射時期の補正量が演算される。吸蔵ＮＯxを放出して還元処理するに際して、噴射すべき燃料圧力が成層燃焼運転時における目標燃圧の上限値にとどめられることから（Ｓ１１参照）、それに基づく燃焼性の低下を抑制するためである。そして、次のＳ１４において、補正された噴射時期の下で（例えば噴射時期が早められる下で）、インジェクタ１８から燃料が噴射され、空燃比がリッチな均一燃焼（リッチスパイク）が実行される。これにより、ＮＯx吸収剤４０から吸蔵ＮＯxが放出され、その放出されたＮＯxは、未燃ＨＣ、ＣＯ等により還元浄化される。このようなリッチスパイクは、途中で運転状況が大きく変化した場合には、リターンされる一方、途中で運転状況が大きく変化しない場合には、ＮＯx吸蔵量推定値が０になるまで行われる（Ｓ１４〜Ｓ１６）。
【００４１】
上記Ｓ１５において、ＹＥＳと判定されてＮＯx吸蔵量推定値が０と判断されたときには、リッチスパイクの必要性がなくなったことから、Ｓ１７において、リッチスパイクが終了されて成層燃焼運転に戻される。そして、次のＳ１８、Ｓ１９において、噴射すべき燃料圧力が前記Ｓ１０、Ｓ１１における成層燃焼運転時の目標燃圧の上限値から通常の成層燃焼運転時における目標燃圧に制御されると共に、ＥＧＲ弁４４も通常の成層燃焼運転の開度に制御される。リッチスパイク時の燃焼性の改善を考慮する必要がなくなったからである。この場合、成層燃焼運転時の目標燃圧の上限値から通常の成層燃焼運転時における目標燃圧に変更するに際しては、均一燃焼運転時の目標燃圧から戻す場合と異なり、同じ成層燃焼運転領域の範囲であり、その変更遅れはほとんど問題にならない。このため、ＮＯｘ放出等のための均一燃焼運転から成層燃焼運転に復帰する復帰時において、点火プラグの近傍に混合気を集めにくくなることを抑制できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る筒内噴射式エンジンの点火時期において、点火プラグの電極付近に滞留する混合気の様子を示す説明図である。
【図２】エンジンの全体構成図である。
【図３】ピストン冠面、吸気ポート、点火プラグ及びインジェクタの配置構成を示す斜視図である。
【図４】気筒の吸気行程における図１相当図である。
【図５】燃料供給系の概略構成図である。
【図６】エンジンを成層燃焼状態又は均一燃焼状態とする運転領域をそれぞれ設定した制御マップの一例を示す図である。
【図７】タンブル流速及び噴霧貫徹力のエンジン回転速度に応じた変化を示すマップ図である。
【図８】噴霧貫徹力と燃料噴射圧との対応関係を示すマップ図である。
【図９】変形例に係る図７相当図である。
【図１０】実施形態に係る制御例を図式的に示す図。
【図１１】実施形態に係る制御例を示すフローチャート。
【図１２】図１１の続きを示すフローチャート。
【符号の説明】
１筒内噴射式エンジン
１８インジェクタ
２７高圧レギュレータ
３８リニアＯ2センサ
４０ＮＯｘ吸収剤
４４ＥＧＲ弁
５０ＥＣＵ
５１アクセル開度センサ
５２回転速度センサ

Claims

成層燃焼運転時と均一燃焼運転時とで、噴射すべき要求燃料圧力を変更する燃圧変更手段と、
運転状態を検出する運転状態検出手段と、
排気通路に配置されて酸素過剰雰囲気でＮＯxを吸収し酸素濃度の低下によりＮＯxを放出するＮＯx吸収剤において、該ＮＯx吸収剤に吸収されたＮＯx量が所定量を超えたか否かを検出するＮＯｘ吸収量検出手段と、
前記運転状態検出手段からの信号に基づき成層燃焼運転時と判断し、且つ、前記ＮＯｘ吸収量検出手段からの信号に基づき前記ＮＯx吸収剤に吸収されたＮＯxを放出させるときであると判断したとき、空燃比をリッチ化して均一燃焼運転とするＮＯｘ放出手段と、
前記ＮＯｘ放出手段に基づいて均一燃焼運転が行われているとき、前記燃圧変更手段を制限して、噴射すべき燃料の燃料圧力を均一燃焼運転時における要求燃料圧力に変更されることを制限する燃圧変更制限手段と、を備えている、
ことを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃圧制御装置。
請求項１において、
前記燃圧変更制限手段による要求燃料圧力の変更制限中において、実際の燃料圧力と前記ＮＯｘ放出手段に基づいて均一燃焼運転が行われているときにおける要求燃料圧力との偏差に応じて燃料噴射時期を補正する補正手段が備えられている、ことを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃圧制御装置。
請求項１において、
ＥＧＲ量を制御するＥＧＲ量制御手段が備えられ、
前記ＥＧＲ量制御手段が、前記燃圧変更制限手段による要求燃料圧力の変更制限中において、ＥＧＲ量を均一燃焼運転時における要求量よりも減量するように設定されている、
ことを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃圧制御装置。
請求項１において、
前記燃圧変更制限手段が、該燃圧変更制限手段による要求燃料圧力の変更制限中において、噴射すべき燃料の燃料圧力を、成層燃焼運転時における燃料圧力の許容範囲内において、均一燃焼運転時の要求燃料圧力に近づくように設定されている、
ことを特徴とする筒内噴射式エンジンの燃圧制御装置。