(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比を制御する空燃比制御手段と、筒内のガス流動を空燃比に応じて制御し、ガス流動を強化すべき条件で閉じられるガス流動制御弁とを備えたエンジンにおいて、
リーン燃焼運転が行われるか否かを判断する手段と、
空燃比を一時的にリッチ側にシフトした後にリーン燃焼運転が行われると判断された場合は、リッチシフト制御中前記ガス流動制御弁をリッチシフト制御後のリーン燃焼運転で要求される開度に制御する一方、空燃比を一時的にリッチ側にシフトした後にリーン燃焼運転が行われないと判断された場合は、リッチシフト制御中前記ガス流動制御弁をリーン燃焼運転に要求される開度よりも大きな開度に制御する手段と、
を備えたことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記エンジンの運転条件を判断する手段を備え、
ガス流動が小さくてもリーン燃焼運転を維持できる運転条件では、リッチシフト制御後にリーン燃焼運転が行われると判断された場合であってもリッチシフト制御中前記ガス流動制御弁はリーン燃焼運転に要求される開度よりも大きく開かれる、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記エンジンの運転条件を判断する手段を備え、
ガス流動が小さくてもリーン燃焼を維持できる運転条件では、リッチシフト制御後にリーン燃焼運転が行われると判断された場合であってもリッチシフト制御中前記ガス流動制御弁は全開ないしその近傍に制御される、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記エンジンの回転数を検出する手段を備え、
エンジン回転数が所定回転数以上の場合、リッチシフト制御後にリーン燃焼運転が行われると判断された場合であってもリッチシフト制御中前記ガス流動制御弁はリーン燃焼運転に要求される開度よりも大きく開かれる、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項５】
前記エンジンの回転数を検出する手段を備え、
エンジン回転数が所定回転数以上の場合、リッチシフト制御後にリーン燃焼運転が行われると判断された場合であってもリッチシフト制御中前記ガス流動制御弁は全開ないしその近傍に制御される、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項６】
流入する排気の空燃比に応じてＮＯｘの吸蔵と放出を行うＮＯｘ吸蔵触媒と、
前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力低下を判定する手段と、
を備え、
前記空燃比制御手段は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下したと判定されたときに前記リッチシフト制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項７】
筒内のガス流動を制御するガス流動制御弁と、
リーン燃焼運転時は運転条件に応じて前記ガス流動制御弁の開度を制御し、理論空燃比運転ないしリッチ燃焼運転時は前記ガス流動制御弁を全開ないしその近傍に制御する手段と、
空燃比を一時的にリッチ側にシフトするリッチシフト制御手段と、
空燃比を一時的にリッチ側にシフトした後にリーン燃焼運転が行われると判断された場合はリッチシフト制御中前記ガス流動制御弁をリッチシフト制御後のリーン燃焼運転で要求される開度に制御する一方、空燃比を一時的にリッチ側にシフトした後にリーン燃焼運転が行われないと判断された場合は、リッチシフト制御中前記ガス流動制御弁をリーン燃焼運転に要求される開度よりも大きな開度に制御する手段と、
を備えたことを特徴とするエンジン。
【請求項８】
ガス流動が小さくてもリーン燃焼運転を維持できる運転条件では、リッチシフト制御後にリーン燃焼運転が行われると判断された場合であってもリッチシフト制御中前記ガス流動制御弁はガス流動を弱めるべく全開ないしその近傍に制御される、
ことを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
【請求項９】
前記エンジンの回転数を検出する手段を備え、
エンジン回転数が所定回転数以上の場合、リッチシフト後にリーン燃焼が行われると判断された場合であってもリッチシフト制御中前記ガス流動制御弁はガス流動を弱めるべく全開ないしその近傍に制御される、
ことを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記エンジンの回転数を検出する手段と、
リーン燃焼運転時、エンジン回転数に応じて前記ガス流動制御弁の開度を制御する手段と、
を備えたことを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
【請求項１１】
前記エンジンのスロットル開度を検出する手段と、
リーン燃焼運転時、スロットル開度に応じて前記ガス流動制御弁の開度を制御する手段と、
を備えたことを特徴とする請求項７または１０に記載のエンジン。
【請求項１２】
流入する排気の空燃比に応じてＮＯｘの吸蔵と放出を行うＮＯｘ吸蔵触媒と、
前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力低下を判定する手段と、
を備え、
前記リッチシフト制御手段は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下したと判定されたときに前記リッチシフト制御を行うことを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、筒内ガス流動を制御するエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、理論空燃比近傍で運転されるエンジンから排出されるＮＯｘは三元触媒を排気管内に配置することで還元されていた。三元触媒は流入する排気の空燃比が略理論空燃比のときにＨＣ、ＣＯ成分の酸化とＮＯｘの還元を同時に行ない、浄化するものである。
【０００３】
ところが、この三元触媒はリーン空燃比でのＮＯｘの還元効率が悪く、リーン空燃比で運転し燃費を向上させるいわゆるリーンバーンエンジンの排気中のＮＯｘを低レベルまで浄化することは困難であった。
【０００４】
この問題を解決するために、流入する排気の空燃比がリーンである場合にＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチである場合に吸蔵したＮＯｘを放出、還元処理するＮＯｘ吸収剤を排気管内に配置し、リーン燃焼運転中に排出されるＮＯｘを上記ＮＯｘ吸収剤に吸蔵させ、ＮＯｘ吸蔵量が所定値以上になった場合一時的に空燃比をリッチにして、吸蔵したＮＯｘを脱離、還元することで排気中のＮＯｘを低レベルまで浄化する技術が知られている。
【０００５】
一方、燃費の向上を目的とするリーン燃焼運転が可能なエンジンでは、燃焼限界空燃比近傍での運転時の燃焼の安定化、更なる空燃比のリーン化等のために筒内のガス流動を強化する方法が一般的に用いられている。
【０００６】
例えば特開平２−１２５９１１号公報には、筒内直噴式のエンジンにおいて、エンジン低負荷時にはガス流動（スワール）を強化することで燃料の気化を促進し着火性を向上すると共に、エンジン高負荷時はガス流動を弱めることでノッキングを抑制し運転することで、低負荷、高負荷とも安定した燃焼を得る技術が開示されている。
【０００７】
また、理論空燃比近傍もしくはリッチ空燃比での運転で、筒内のガス流動を強化しなくても安定した燃焼の得られる運転条件では、一般的にガス流動は弱い方がＮＯｘの発生の抑制という観点から望ましい。理論空燃比近傍もしくはリッチ空燃比では三元触媒でのＮＯｘの還元によりＮＯｘ排出量は低く抑えられるのであるが、エンジンから排出されるＮＯｘ自体が低く抑えられている方がよりＮＯｘ排出量を抑制できる。
【０００８】
したがって、リーン燃焼運転可能なエンジンでは、低負荷運転時でリーン燃焼運転する場合はガス流動を比較的強くすることで燃焼を安定化し、低負荷時でも理論空燃比近傍もしくはリッチ空燃比で運転する場合はガス流動を弱めて低ＮＯｘ運転することが一般的である。
【０００９】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、このようなガス流動を有するエンジンにＮＯｘ吸収剤を適用すると、排気通路内に配置されたＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸蔵量が所定量以上となってＮＯｘ吸蔵能力が低下した場合、一時的に空燃比をリッチにして吸蔵したＮＯｘを脱離、還元するが、このリッチシフト時もガス流動は弱められることになる。
【００１０】
そのため、ＮＯｘの脱離、還元がその後終了し、再度リーン燃焼運転を実施する際には再度ガス流動を強化する必要があるが、ガス流動の強化が必要と判断されてから実際にガス流動が強化されるまでに遅れ（例えば、アクチュエータの応答遅れ）があると、その遅れ分空燃比のリーン化を遅らせなければならず、その分燃費が損なわれるという問題があった。また、ガス流動が強化される前に空燃比のリーン化が行なわれてしまうと燃焼が不安定となり、運転性が悪化したり場合によっては失火を招いてしまう。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、リッチシフト制御からリーン燃焼運転へ移行する際に筒内のガス流動を早期に発達させ、エンジンの安定度を損なうことなくリーン燃焼運転に速やかに移行できるようにすることである。
【００１２】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、空燃比を制御する空燃比制御手段と、筒内のガス流動を空燃比に応じて制御し、ガス流動を強化すべき条件で閉じられるガス流動制御弁とを備えたエンジンにおいて、リーン燃焼運転が行われるか否かを判断する手段と、空燃比を一時的にリッチ側にシフトした後にリーン燃焼運転が行われると判断された場合は、リッチシフト制御中前記ガス流動制御弁をリッチシフト制御後のリーン燃焼運転で要求される開度に制御する一方、空燃比を一時的にリッチ側にシフトした後にリーン燃焼運転が行われないと判断された場合は、リッチシフト制御中前記ガス流動制御弁をリーン燃焼運転に要求される開度よりも大きな開度に制御する手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、前記エンジンの運転条件を判断する手段を備え、ガス流動が小さくてもリーン燃焼運転を維持できる運転条件では、リッチシフト制御後にリーン燃焼運転が行われると判断された場合であってもリッチシフト制御中前記ガス流動制御弁はリーン燃焼運転に要求される開度よりも大きく開かれることを特徴とするものである。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明において、前記エンジンの運転条件を判断する手段を備え、ガス流動が小さくてもリーン燃焼を維持できる運転条件では、リッチシフト制御後にリーン燃焼運転が行われると判断された場合であってもリッチシフト制御中前記ガス流動制御弁は全開ないしその近傍に制御されることを特徴とするものである。
【００１５】
第４の発明は、第１の発明において、前記エンジンの回転数を検出する手段を備え、エンジン回転数が所定回転数以上の場合、リッチシフト制御後にリーン燃焼運転が行われると判断された場合であってもリッチシフト制御中前記ガス流動制御弁はリーン燃焼運転に要求される開度よりも大きく開かれることを特徴とするものである。
【００１６】
第５の発明は、第１の発明において、前記エンジンの回転数を検出する手段を備え、エンジン回転数が所定回転数以上の場合、リッチシフト制御後にリーン燃焼運転が行われると判断された場合であってもリッチシフト制御中前記ガス流動制御弁は全開ないしその近傍に制御される、
ことを特徴とするものである。
【００１７】
第６の発明は、第１の発明において、流入する排気の空燃比に応じてＮＯｘの吸蔵と放出を行うＮＯｘ吸蔵触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力低下を判定する手段とを備え、前記空燃比制御手段は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下したと判定されたときに前記リッチシフト制御を行うことを特徴とするものである。
【００１８】
第７の発明は、エンジンにおいて、筒内のガス流動を制御するガス流動制御弁と、リーン燃焼運転時は運転条件に応じて前記ガス流動制御弁の開度を制御し、理論空燃比運転ないしリッチ燃焼運転時は前記ガス流動制御弁を全開ないしその近傍に制御する手段と、空燃比を一時的にリッチ側にシフトするリッチシフト制御手段と、空燃比を一時的にリッチ側にシフトした後にリーン燃焼運転が行われると判断された場合は、リッチシフト制御中前記ガス流動制御弁をリッチシフト制御後のリーン燃焼運転で要求される開度に制御する一方、空燃比を一時的にリッチ側にシフトした後にリーン燃焼運転が行われないと判断された場合は、リッチシフト制御中前記ガス流動制御弁をリーン燃焼運転に要求される開度よりも大きな開度に制御する手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
第８の発明は、第７の発明において、ガス流動が小さくてもリーン燃焼運転を維持できる運転条件では、リッチシフト制御後にリーン燃焼運転が行われると判断された場合であってもリッチシフト制御中前記ガス流動制御弁はガス流動を弱めるべく全開ないしその近傍に制御されることを特徴とするものである。
【００２０】
第９の発明は、第７の発明において、前記エンジンの回転数を検出する手段を備え、エンジン回転数が所定回転数以上の場合、リッチシフト後にリーン燃焼が行われると判断された場合であってもリッチシフト制御中前記ガス流動制御弁はガス流動を弱めるべく全開ないしその近傍に制御されることを特徴とするものである。
【００２１】
第１０の発明は、第７の発明において、前記エンジンの回転数を検出する手段と、リーン燃焼運転時、エンジン回転数に応じて前記ガス流動制御弁の開度を制御する手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
第１１の発明は、第７または第１０の発明において、前記エンジンのスロットル開度を検出する手段と、リーン燃焼運転時、スロットル開度に応じて前記ガス流動制御弁の開度を制御する手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２３】
第１２の発明は、第７の発明において、流入する排気の空燃比に応じてＮＯｘの吸蔵と放出を行うＮＯｘ吸蔵触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力低下を判定する手段とを備え、前記リッチシフト制御手段は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下したと判定されたときに前記リッチシフト制御を行うことを特徴とするものである。
【００２４】
【作用及び効果】
第１の発明によると、空燃比を一時的にリッチ側にシフトした後に再びリーン燃焼運転が行われると判断された場合は、リッチシフト制御中であってもガス流動制御弁はリッチシフト制御後のリーン燃焼運転で要求される開度に制御される。これにより、リーン燃焼運転に移行する際には、ガス流動制御弁は既にリーン燃焼運転時に要求される開度となって筒内にガス流動が発達しており、リーン燃焼運転に速やかに移行することができる。また、ガス流動発達前にリーン化が行われて燃焼が不安定となるのを防止でき、空燃比のリーン化を遅らせる必要がなくなって燃費が向上する。
【００２５】
また、第２から第５の発明によると、ガス流動が小さくてもリーン燃焼運転を維持できる運転条件、例えばエンジン高負荷運転時においては、リッチシフト制御後にリーン燃焼運転が行われると判断された場合であってもガス流動制御弁はリーン燃焼運転に要求される開度よりも大きな開度、例えば全開ないしその近傍に制御される。これにより、その後のリーン燃焼運転時でガス流動を強化する必要がないときはリッチシフト制御時の筒内のガス流動を抑えられ、ＮＯｘの排出量を低減できる。
【００２６】
また、第６の発明によると、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下したと判定されたときに上記リッチシフト制御が行われる。これにより、空燃比をリッチシフトすることでＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出、還元処理を行った後のリーン燃焼運転への移行がスムーズに行われるようになる。
【００２７】
また、第７の発明によると、第１の発明同様にリーン燃焼運転に移行する際には筒内にガス流動が既に発達しており、リーン燃焼運転に速やかに移行することができる。
【００２８】
また、第８、第９の発明によると、第２から第５の発明同様に、リッチシフト制御後のリーン燃焼運転時でガス流動を強化する必要がないときはリッチシフト制御時の筒内のガス流動が抑えられ、ＮＯｘの排出量を低減できる。
【００２９】
また、第１０、第１１の発明によると、リーン燃焼運転時のガス流動制御弁の開度がエンジン回転数若しくはスロットル開度、またはその両方に基づき制御されるので、運転条件に応じた適切なガス流動を発生でき、安定したリーン燃焼運転を実現できる。
【００３０】
また、第１２の発明によると、第６の発明同様に、空燃比をリッチ化することでＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘの放出、還元処理を行った後のリーン燃焼運転への移行がスムーズに行われるようになる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００３２】
図１は本発明が適用されるエンジンの全体構成図であり、１は筒内直噴式エンジン、２はピストン、３はクランク軸である。４はエアフロメータで、吸入空気量を検出する。５はクランク角センサで、クランク角を検出することでエンジン１の回転数を算出する。６は燃料噴射弁、７は点火プラグであり、エアフロメ一夕４、クランク角センサ５等からの信号を基にエンジンコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」）９にて算出された最適な燃料量を最適なタイミングでシリンダ８内に供給し、最適なタイミングで混合気に点火する。
【００３３】
１０はスロットルバルブで、吸入される空気量を制限することでエンジン１の出力を調整している。また、スロットルバルブ１０にはスロットル開度センサ１１設けられており、スロットルバルブ１０の開度TVOをＥＣＵ９に取り込み、発生トルクの指標としている。
【００３４】
１２はガス流動制御弁であり、アクチュエータ１３により開閉される。また、アクチュエータ１３はＥＣＵ９によって制御され、ＥＣＵ９はシリンダ８内に要求されるガス流動が得られるようにガス流動制御弁１２の開度をコントロールする。
【００３５】
１４は理論空燃比雰囲気中で排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの酸化還元を行う三元触媒機能と、リーン空燃比雰囲気中で排気中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比がストイキまたはリッチ化されたときにＮＯｘを放出、還元する機能とを有するＮＯｘ吸蔵触媒である。ＮＯｘ吸蔵触媒１４は、例えば、触媒担体にＮＯｘ吸収剤層と三元触媒層をコーティングして構成される。
【００３６】
また、１５はエンジン１の冷却水温TWNを検出する水温センサ、１６はＮＯｘ吸蔵触媒１４の下流に設けられて排気の空燃比を検出する空燃比センサ、１７は図示しない変速機の出力軸に設けられて車速VSPを検出する車速センサであり、これらセンサで検出された情報はそれぞれＥＣＵ９に入力される。
【００３７】
ここで図２から図４を参照しながらガス流動制御弁１２の動作について詳細に説明する。
【００３８】
エンジン１は図２に示すように２つの吸気バルブ２０ａ、２０ｂと、２つの排気バルブ２１ａ、２１ｂとを備え、エンジン１の吸気ポート２２及び排気ポート２３はそれらに合わせてそれぞれ分岐した形状となっている。ガス流動制御弁１２は吸気バルブ２０ａ、２０ｂの上流にそれぞれ設けられた一対の円板形のバルブ１２ａ、１２ｂで構成される。
【００３９】
バルブ１２ａ、１２ｂはシャフト１２ｃにより連結支持され、アクチュエータ１３がシャフト１２ｃを回転させるとバルブ１２ａ、１２ｂが同期して回転し、吸気ポート２２を開閉する仕組みとなっている。バルブ１２ａは図３に示すように完全な円板形をしているが、バルブ１２ｂは切り欠き２４を有する円板形をしている。
【００４０】
エンジン１がリーン燃焼運転するとき等、ガス流動を強化すべき条件においては、ＥＣＵ９からガス流動制御弁１２を閉じる信号がアクチュエータ１３に対して出力され、ガス流動制御弁１２は図３に示す閉弁状態となる。この場合、吸入空気の大部分がガス流動制御弁１２の切り欠き部分２４を通ってシリンダ８内に流入することとなり、高流速の吸入空気がシリンダ中心より偏心してシリンダ８内に流入し、シリンダ８内に強いガス流動（スワール）を生成する。
【００４１】
一方、エンジン１が理論空燃比運転、リッチ燃焼運転するとき等、ガス流動を弱める条件においては、ＥＣＵ９からガス流動制御弁１２を開く信号がアクチュエータ１３に対して出力され、ガス流動制御弁１２は図４に示す開弁状態となる。この場合、吸入空気は左右の吸気弁をほぼ均等に通過しシリンダ８内に流入することとなり、スワールがほとんど発生しない状態で吸入される。
【００４２】
次に、図５から図９を参照しながらＥＣＵ９の行う制御について説明する。
【００４３】
図５はＥＣＵ９の制御ブロック図を示し、ＥＣＵ９はリッチシフト判定手段Ｍ１と、リーン燃焼可否判断手段Ｍ２と、燃焼方式選択手段Ｍ３と、ガス流動制御手段Ｍ４とを備える。
【００４４】
リッチシフト判定手段Ｍ１はリーン燃焼運転時のエンジン１からのＮＯｘ排出量、すなわちＮＯｘ吸蔵触媒１４に流入するＮＯｘ量をカウントし、排気通路内のＮＯｘ吸蔵触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力が低下してきたと判断された場合に一時的に空燃比をリッチ側にシフト（いわゆるリッチスパイク）してＮＯｘ吸蔵触媒１４に吸蔵されているＮＯｘを放出、還元処理する制御（以下、「リッチシフト制御」）を実行するか否かを判断する。
【００４５】
また、リーン燃焼可否判断手段Ｍ２ではエンジン１の運転条件から、エンジン１がリーン燃焼運転可能な領域にあるか否かを判定する。燃焼方式選択手段Ｍ３は、上記リッチシフト判定手段Ｍ１とリーン燃焼可否判断手段Ｍ２の演算結果に基づき燃焼方式を選択する。
【００４６】
その選択された燃焼方式とリーン燃焼可否判断手段Ｍ２の演算結果に基づきガス流動制御手段Ｍ４はガス流動制御弁１２の目標開度tSVOを演算し、アクチュエータ１３を介してガス流動制御弁１２を駆動する。
【００４７】
図６は図５のリッチシフト判定手段Ｍ１における演算内容を示し、例えば０．１秒毎に実行される。
【００４８】
これによると、まず、ステップＳ１１ではフラグFLGSNOの値に基づきリッチシフト許可状態にあるか否かを判定する。FLGSNOは１である場合にリッチシフト許可状態にあることを表し、ゼロである場合にリッチシフト禁止状態にあることを表す。
【００４９】
判定の結果、リッチシフト禁止状態にある場合（FLGSNO＝０）はステップＳ１２に進み、０．１秒間に排出されるＮＯｘ量を表すＮＯｘ排出量予測値NOをスロットル開度TVOとエンジン回転数NEのマップより検索する。スロットル開度TVOはスロットル開度センサｌｌから得られる信号に基づいてＥＣＵ９により演算される。
【００５０】
ＮＯｘ排出量予測値NOは予め実験的に求められ、エンジン１の仕様の違いにより若干の誤差はあるもののＮＯｘ吸蔵触媒１４のＮＯｘ吸収剤に吸蔵されたＮＯｘ量を予測するのに充分使用できる。
【００５１】
ステップＳ１３ではFLGSNOがゼロとなってから現在までのＮＯｘ排出量予測値NOを積算することで、FLGSNOがゼロとなってから現在までの総ＮＯｘ排出量SNOを予測計算する。
【００５２】
ステップＳ１４ではこの予測された総ＮＯｘ排出量SNOが所定値SLSNOを上回っているか否かを判断し、上回っている場合はＮＯｘ吸蔵触媒１４のＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸蔵能力が低下しつつあると判定してステップＳ１５へ進む。
【００５３】
ステップＳ１５では、空燃比を一時的にリッチ側にシフトさせてＮＯｘ吸蔵触媒１４に吸蔵されたＮＯｘの脱離、還元処理を行うべくFLGSNOにリッチシフト許可状態にあることを示す１をセットすると共にリッチシフト経過時間用タイマーRSTMをゼロにリセットする。
【００５４】
これに対し、所定値SLSNOを上回っていない場合はFLGSNOをゼロのままとし、ＮＯｘ吸蔵触媒１４のＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸蔵能力はまだ充分に残っているとしてリーン燃焼運転を継続する。
【００５５】
一方、ステップＳ１１でリッチシフト制御許可中である（FLGSNO＝１）と判断した場合はステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６ではリッチシフト経過時間タイマーRSTMが所定値SLTM以上か否かを判断し、所定時間SLTMに達していない場合はステップＳ１７でリッチシフト経過時間タイマーRSTMをカウントアップし（本フローは０．１ｓｅｃ毎に実行されるのでここでは０．１を加算する）、本フローを終了する。
【００５６】
一方、ステップＳ１６でリッチシフトを所定時間実行したと判断した場合はＮＯｘ吸蔵触媒１４のＮＯｘの放出、還元処理は終了したと判断してステップＳ１８へ進み、FLGSNOにリッチシフト制御禁止を示すゼロをセットし、総ＮＯｘ排出量SNOをゼロにリセットする。
【００５７】
また、図７は図５のリーン燃焼可否判断手段Ｍ２における処理内容を示す。
【００５８】
これによると、まず、ステップＳ２１からＳ２３では、水温センサ１５で検出された水温TWNが所定の範囲TWNH＞TWN＞TWNLにあるか、車速センサ１７で検出された車速VSPが所定値VSPHHよりも低いか、スロットル開度TVOの時間変化率dTVOが所定値dTVOHよりも低いかを判断する。水温TWNが所定範囲内にあり、車速VSPが所定値VSPHHよりも低く、かつスロットル開度変化率dTVOが所定値dTVOHよりも低い場合にはステップＳ２４へ進む。
【００５９】
ステップＳ２４では、現在の運転条件がTVOとエンジン回転数NEに基づきエンジン１がリーン燃焼運転可能領域にあるか否かを所定のマップを参照して判定する。リーン燃焼運転可能なエリアにあればステップＳ２５へ進んでフラグFAREAにリーン燃焼運転可能領域にあることを示す１をセットする。
【００６０】
一方、ステップＳ２１からＳ２３で条件を一つでも満たさなかった場合はステップＳ２６へ進み、FAREAにリーン燃焼運転可能領域にないことを示すゼロをセットする。
【００６１】
また、図８は図５の燃焼方式選択手段Ｍ３における処理内容を示す。
【００６２】
これによると、まず、ステップＳ３１では、リーン燃焼可否判断手段Ｍ２からのFAREAの値により、現在エンジン１がリーン燃焼運転可能領域にあるか否かを判定する。リーン燃焼運転可能領域になければ（FAREA＝０）ステップＳ３２へ進んでFLEANにリーン燃焼運転禁止を示すゼロをセットするとともにFRSにリッチシフト禁止を示すゼロをセットし、理論空燃比運転を行う。
【００６３】
これに対し、ステップＳ３１でリーン燃焼運転可能領域にある（FAREA＝１）と判断された場合にはステップＳ３３に進み、リッチシフト判定手段Ｍ１からのFLGSNOの値に基づきリッチシフトが要求されているか否かを判定する。
【００６４】
リッチシフトが要求されていなければ（FLGSNO＝０）、ステップＳ３４へ進んでFLEANに１、FRSにゼロをセットしてリーン燃焼運転を行う。これに対し、リッチシフトが要求されていれば（FLGSNO＝１）、ステップＳ３５へ進んでFLEANにゼロ、FRSに１をセットしてリッチ燃焼運転（リッチシフト制御）を行う。
【００６５】
また、図９は図５のガス流動制御手段Ｍ４における処理内容を示す。
【００６６】
これによると、まず、ステップＳ４１では燃焼方式選択手段Ｍ３からのFLEANの値に基づきリーン燃焼運転が許可されているか否かを判断する。その結果、リーン燃焼運転が許可されていれば（FLEAN＝１）ステップＳ４２へ進んでスロットル開度TVOとエンジン回転数NEとのマップより目標とするガス流動制御弁開度tSVOを検索する。このようにスロットル開度TVOとエンジン回転数NEに基づきガス流動制御弁１２の目標開度を設定することにより、シリンダ８内に運転条件に応じた最適なガス流動を発生させることができ、安定したリーン燃焼運転を実現できる。
【００６７】
一方、リーン燃焼運転が許可されていなければ（FLEAN＝０）、ステップＳ４３に進み、今度はFRSの値に基づきそれがリッチシフト要求によるものかその他の要求によるものかを判断する。その結果、リッチシフト以外からの要求であれば（FRS＝０）、ステップＳ４５へ進んでガス流動を弱めるべくガス流動制御弁１２を全開ないしその近傍とする。
【００６８】
これに対し、リッチシフト要求によるものであれば（FRS＝１）、ステップＳ４４へ進んでさらにリーン燃焼可否判断手段Ｍ２からのFAREAの値に基づきリッチシフト後にリーン燃焼運転を再開するか否かを判断する。その結果、リッチシフト後理論空燃比運転すると判断されれば（FAREA＝０）はステップＳ４５へ進みガス流動制御弁１２を全開ないしその近傍とするが、リッチシフト後リーン燃焼運転を再開すると判断されれば（FAREA＝１）、ステップＳ４２へ進んでリーン運転再開時に要求されるガス流動制御弁開度tSVO（tSVO:全閉ないしその近傍）を検索し、ガス流動制御弁１２の開度SVOが目標開度tSVOとなるように制御する。
【００６９】
次に、上記制御を行うことによる作用について説明する。
【００７０】
通常、エンジン１が理論空燃比運転あるいはリッチ燃焼運転しているときは、ガス流動制御弁１２は従来技術同様に全開ないしその近傍に制御され、シリンダ８内のガス流動が弱められてＮＯｘの発生が抑制される。そして、エンジン１がリーン燃焼運転を行っているときは、ガス流動制御弁１２は全閉ないしその近傍に制御され、シリンダ８内のガス流動が強化されて燃料の気化が促進され着火性を向上させる。
【００７１】
また、エンジン１がリーン燃焼運転している時はＮＯｘ吸蔵触媒１４の三元触媒機能ではＮＯｘを十分に浄化し切れなくなるが、ＮＯｘはＮＯｘ吸蔵触媒１４のＮＯｘ吸収剤に吸蔵され、大気中に放出されるＮＯｘ量の増大は抑えられる。
【００７２】
しかしながら、このＮＯｘ吸蔵触媒１４が吸蔵可能なＮＯｘ量には限界があり、吸蔵されたＮＯｘ量が増大するにつれＮＯｘ吸蔵触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力が低下する。そこで、ＥＣＵ９は排出されたＮＯｘ量を推定し、前回のリッチシフト制御終了時からの総ＮＯ排出量SNOが所定値SLSNO以上になるとＮＯｘ吸蔵触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力が低下したと判定し、空燃比を一時的にリッチシフトさせてＮＯｘ吸蔵触媒１４に吸蔵されたＮＯｘの放出、還元処理を行う。
【００７３】
ここでガス流動制御弁１２は、リッチ燃焼運転においては通常ＮＯｘの発生を抑えるべく全開ないしその近傍に制御されるのであるが、本実施形態においては、ＮＯｘの放出、還元処理が終了時に再度リーン燃焼運転が行われることが予想される状況では、リッチシフト制御時であってもガス流動制御弁１２はリッチシフト制御後のリーン燃焼運転で要求される開度、すなわち全閉ないしはその近傍に制御される。
【００７４】
これにより、リッチシフト制御後リーン燃焼運転を再開するときにはガス流動制御弁１２の開度が既にリーン燃焼運転時に要求される開度になってガス流動が発達しており、安定したリーン燃焼運転に速やかに移行することができる。ガス流動制御弁１２の応答遅れに合わせてリーン化を遅らせる必要もない。
【００７５】
なお、このＮＯｘ放出、還元処理のために行われる空燃比のリッチシフトの時間はリーン燃焼運転の継続時間に対して非常に短いので、この部分でガス流動制御弁１２をリーン燃焼再開後に要求される開度とし、排気中のＮＯｘが一時的に増加したとしても、トータルのＮＯｘ排出量に与える影響は僅かであり、それが問題になることはない。
【００７６】
また、リッチ燃焼運転時は理論空燃比運転時に比べてＮＯｘの排出量が少ないので、ガス流動を強化したことによってＮＯｘ排出量が増加したとしても、それは排気管内に配置されたＮＯｘ吸蔵触媒１４が有する還元作用で十分処理できる。
【００７７】
続いて本発明の第２の実施形態を図１０を参照しながら説明する。
【００７８】
これは図５のガス流動制御手段Ｍ２に相当し、図９に示したフローチャートに代えてＥＣＵ９で実行されるものである。ステップＳ４４の後にステップＳ４６を追加した点が第１の実施形態と相違する。
【００７９】
これによると、ステップＳ４３、Ｓ４４でリッチシフト制御後リーン燃焼運転を再開すると判断され、ステップＳ４６でエンジン回転数NEが所定値SLNEを下回っていれば、先の実施形態同様にステップＳ４２に進んでガス流動制御弁１２はリーン運転時に要求される開度に制御される。
【００８０】
しかしながら、エンジン回転数NEが所定値SLNEを越えていれば、ガス流動は比較的弱くても燃焼が成立するので、この場合はステップＳ４５へ進んでガス流動制御弁１２を全開ないしその近傍とし、少しでもＮＯｘ排出量の少ない条件で運転する。この所定値SLNEはステップＳ４２でガス流動制御弁１２が全開となるエンジン回転数NEよりも低く設定される。
【００８１】
したがってこの実施形態では、エンジン１が高回転で運転されており、ガス流動を強化しなくても良好なリーン燃焼運転が可能な状況では、ＮＯｘの放出、還元処理終了時に再度リーン燃焼運転することが予測される場合であってもガス流動が弱められることになり、更なるＮＯｘの低減が可能となる。
【００８２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらはあくまでも例示的なものであって本発明の適用可能な範囲がこれらの構成に限定されることを示すものではない。例えば、ここでは本発明を筒内直噴式のエンジンに適用した例を示したが、本発明は吸気弁の上流に燃料を噴射する従来のエンジンに対しても同様に適用することができる。
【００８３】
また、上記実施形態ではリッチシフト制御はＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出，還元処理するために行われるが、その他の目的でリッチシフト制御を行うものにも同様に適用することができる。本発明はリッチシフト制御からリーン燃焼運転に移行する際にガス流動を早期に安定して発達させることを主目的とするものであり、ＮＯｘ吸蔵触媒を備えＮＯｘの脱離、還元を行うためにリッチシフト制御を行う上記構成に限らず、一時的なリッチシフト制御を行うものについて広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるエンジンの全体構成図である。
【図２】エンジンの吸気ポート部の概略構成図である。
【図３】ガス流動制御弁の閉弁状態を示す図である。
【図４】ガス流動制御弁の開弁状態を示す図である。
【図５】エンジンコントロールユニットの制御ブロック図である。
【図６】リッチシフト判定手段の演算内容を説明するためのフローチャートである。
【図７】リーン燃焼可否判断手段の演算内容を説明するためのフローチャートである。
【図８】燃焼方式選択手段の演算内容を説明するためのフローチャートである。
【図９】ガス流動制御手段の演算内容を説明するためのフローチャートである。
【図１０】第２実施形態を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン
５  クランク角センサ
６  燃料噴射弁
７  点火プラグ
８  シリンダ
９  エンジンコントロールユニット
１０  スロットルバルブ
１１  スロットル開度センサ
１２  ガス流動制御弁
１３  アクチュエータ
１４  ＮＯｘ吸蔵触媒
１５  水温センサ
１６  空燃比センサ
１７  車速センサ
【図１】
0003724548.tif 000002
【図２】
0003724548.tif 000003
【図３】
0003724548.tif 000004
【図４】
0003724548.tif 000005
【図５】
0003724548.tif 000006
【図６】
0003724548.tif 000007
【図７】
0003724548.tif 000008
【図８】
0003724548.tif 000009
【図９】
0003724548.tif 000010
【図１０】
0003724548.tif 000011