(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
要求機関負荷に応じて機関燃焼空燃比を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
機関の燃料噴射を機関吸入空気量と機関回転数とに基づいて制御する第１の燃料噴射制御手段と、機関の燃料噴射を要求機関負荷と機関回転数とに基づいて設定する第２の燃料噴射制御手段とを備え、
機関がリーン空燃比で運転されているときに、要求機関負荷とは無関係に機関補機の要求により機関をリッチ空燃比で運転するリッチスパイク操作を行い、
前記リッチスパイク操作における空燃比の切り換え時に、機関をリーン空燃比で運転する間は前記第２の燃料噴射制御手段により機関燃料噴射を制御し、機関をリッチ空燃比で運転する間は前記第１の燃料噴射制御手段により機関の燃料噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を備え、各気筒の圧縮行程中に燃料を噴射してリーン空燃比成層燃焼を行う成層燃焼モードと、各気筒の吸気行程中に燃料を噴射して均質混合気燃焼を行う均質混合気燃焼モードとを切り換えて運転する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
機関の燃料噴射を機関吸入空気量と機関回転数とに基づいて制御する第１の燃料噴射制御手段と、機関の燃料噴射を要求機関負荷と機関回転数とに基づいて設定する第２の燃料噴射制御手段とを備え、
要求機関負荷に応じて前記成層燃焼モードと前記均質混合気燃焼モードとの運転切り換えを行うとともに、要求機関負荷とは無関係に機関補機の要求によりリッチ空燃比の均質混合気燃焼モードで機関を運転するリッチスパイク操作を行い、
機関がリーン空燃比成層燃焼モードで運転されているときの前記リッチスパイク操作実施中には、機関をリーン空燃比で運転する間は前記第２の燃料噴射制御手段により機関燃料噴射を制御し、機関をリッチ空燃比の均質混合気燃焼モードで運転する間は前記第１の燃料噴射制御手段により機関の燃料噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記機関補機は、機関排気通路に配置され流入する排気空燃比がリーンの時に排気中のＮＯX を吸収し流入する排気空燃比がリッチになったときに吸収したＮＯX を放出、還元浄化するＮＯX 吸蔵還元触媒であり、前記リッチスパイク操作はＮＯX 吸蔵還元触媒から吸収したＮＯX を放出させ、還元浄化するときに実行される請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
更に、機関排気通路に配置され排気の空燃比を検出する空燃比センサを備え、前記リッチスパイク操作時に前記空燃比センサ出力に基づいて機関燃焼空燃比を予め定めた空燃比に制御する請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、要求機関負荷に応じて内燃機関の燃焼空燃比を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関の各気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を備え、必要に応じて機関の運転空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比とに制御するとともに、機関燃焼モードをリーン空燃比成層燃焼と均質混合気燃焼とに切り換える内燃機関が知られている。
【０００３】
このような筒内噴射式内燃機関では、例えば機関の軽中負荷運転時等には各気筒の圧縮行程に筒内燃料噴射弁から燃料噴射を行い、可燃混合気を点火プラグ付近に成層させることにより全体として極めてリーンな空燃比で機関を運転することを可能としている。また、これらの機関では高負荷運転時には各気筒の吸気行程に燃料噴射を行い燃焼室全体に均質な可燃空燃比の混合気を形成する均質混合気燃焼を行うことにより機関出力の増大を可能としている。すなわち、これらの筒内燃料噴射機関では、機関負荷条件に応じて機関の運転モードがリーン空燃比の成層燃焼モードと均質混合気燃焼モードとの間で切り換えられる。
【０００４】
一方、リーン空燃比の排気中のＮＯX を浄化するＮＯX 吸蔵還元触媒を備えた排気浄化装置が知られている。ＮＯX 吸蔵還元触媒は流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯX を吸収し、流入する排気の空燃比が理論空燃比、またはそれ以下のリッチ空燃比になると吸収したＮＯX を放出し、還元浄化する性質を有する。このようなＮＯX 吸蔵還元触媒を用いた排気浄化装置では、リーン空燃比での運転を続けた後、機関に要求される負荷とは無関係に機関をリッチ空燃比で運転してＮＯX 吸蔵還元触媒から吸収したＮＯX を放出させ、還元浄化する必要がある。
【０００５】
この種の筒内燃料噴射式内燃機関の例としては、例えば特開平７−３３２０７１号公報に記載されたものがある。
同公報の機関は排気通路にＮＯX 吸蔵還元触媒を備えており、極めてリーンな空燃比の成層燃焼からリッチ空燃比の均質混合気燃焼まで機関運転状態に応じて広い空燃比範囲で運転される。また、同公報の機関はリーン空燃比運転中にＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯX を放出、還元浄化するために、リーン空燃比運転がある程度の時間継続すると機関に要求される負荷（機関運転状態）とは無関係に所定時間だけ機関運転モードをリッチ空燃比の均質混合気燃焼モードに切り換えるリッチスパイク操作を行う。
【０００６】
ところで、同公報の機関は運転者のアクセルペダル操作とは独立して作動する電子制御スロットル弁を備えており、機関の成層燃焼モードではスロットル弁開度はほぼ全開に近い開度に維持される。このため、同公報の機関は成層燃焼モードでは機関運転状態を制御する制御量（例えば点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル弁開度等）を運転者のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）と機関回転数とを用いて予め定めた関係に基づいて設定し機関の運転状態を制御している。また、リッチスパイク時には、リーン空燃比の成層燃焼モードからリッチ空燃比の均質混合気燃焼モードに急激に運転モードを切り換えると燃焼モードの相違と空燃比の変化とにより機関出力トルクの急変が生じる場合がある。このため、同公報の機関ではトルク変動が発生することを防止するために、リッチスパイク操作時にはリッチ空燃比均質燃焼モードに移行後も含めて成層燃焼モードと同様にアクセル開度と機関回転数とに基づいて上記制御量を設定するとともに、成層燃焼モード時の値からリッチ空燃比均質混合気燃焼モードの値まで上記制御量を徐々に変化させるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記前記特開平７−３３２０７１号公報の機関ではリッチスパイク操作時に機関の制御量、特に燃料噴射量をアクセル開度と機関回転数とに基づいて設定しているため問題が生じる場合がある。
すなわち、同公報ではリッチスパイク操作時の燃料噴射量、スロットル弁開度等を含めた機関の制御量はアクセル開度と機関回転数とに基づいて予め準備された数値マップから決定される。また、この制御量決定に使用する数値マップとしてはリーン空燃比成層燃焼モード用マップとリッチ空燃比均質混合気燃焼モード用マップ、及び中間の空燃比での運転モード用マップが準備されており、空燃比切り換え時には順次使用するマップを切り換えることにより制御量を時間とともに変化させてリーン空燃比成層燃焼モードからリッチ空燃比均質混合気燃焼モードに移行するようにしている。
【０００８】
このため、例えば機関がリーン空燃比運転からリッチ空燃比均質混合気燃焼モードに移行したときにはスロットル弁開度と燃料噴射量とはリッチ空燃比均質混合気燃焼モード用の数値マップからアクセル開度と機関回転数とに基づいて決定される値に直ちに変更されることになる。ところが、実際の運転ではスロットル弁開度は比較的急速に変化して短時間で設定値になるが、実際に機関に吸入される空気量はスロットル弁開度の変化に対して遅れるためスロットル弁開度変化直後は機関吸入空気量はスロットル弁開度に対応した値になっていない場合がある。例えば、リーン空燃比運転からリッチ空燃比均質混合気燃焼モードに運転が切り換わるとスロットル弁開度はアクセル開度と機関回転数とに基づいてリッチ空燃比均質混合気燃モード用マップから定まる値まで低減され、同様に燃料噴射量はマップに基づいて増量されて所定のリッチ空燃比が達成される。しかし、切り換え直後は実際の機関吸入空気量は変化後のスロットル弁開度に対応した値まで充分に低下していない場合があり、切り換え直後はマップから定まる燃料噴射量では所定のリッチ空燃比を得ることはできず、一時的に機関の実際の燃焼空燃比が理論空燃比近傍のリーン空燃比になってしまう場合が生じる。ＮＯX 吸蔵還元触媒は、リーン空燃比領域では排気空燃比が理論空燃比に近づくほどＮＯX の吸蔵能力が低下するため、リッチスパイク操作時のリッチ空燃比均質混合気燃焼モード移行直後に上記のように一時的に機関空燃比が理論空燃比近傍のリーン空燃比で運転される状態が生じると吸収されていたＮＯX の一部が浄化されないまま放出されてしまう場合がある。
【０００９】
このため、上記公報の機関ではリッチスパイク操作実施毎に未浄化のＮＯX が大気に放出され排気性状が悪化する問題が生じる。
また、上記公報の機関では、リッチスパイク操作時に成層燃焼モードと均質混合気燃焼モードとの間で機関運転モードを切り換えているが、機関運転モードの切り換えを伴わないリッチスパイク操作（例えばリーン空燃比運転時に機関が均質混合気燃焼モードで運転されている場合）においても機関燃焼空燃比がリッチ空燃比に変化したときにアクセル開度と機関回転数とに基づいて燃料噴射量を決定していると同様に機関吸入空気量の変化遅れによる排気性状の悪化等の問題が生じる。
【００１０】
また、機関のリッチスパイク操作はＮＯX 吸蔵還元触媒からＮＯX を放出させるべきとき以外にも、後述するブレーキ作動負圧確保の必要がある場合にも実行されるため、この場合にもＮＯX 吸蔵還元触媒には理論空燃比近傍のリーン空燃比排気が流入し未浄化のＮＯX が大気に放出されるようになるおそれがある。
本発明は上記問題に鑑み、リッチスパイク操作時に短時間で実際の機関燃焼空燃比をリッチ空燃比に移行させＮＯX 吸蔵還元触媒を使用した場合にも排気性状の悪化を防止可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、要求機関負荷に応じて機関燃焼空燃比を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、機関の燃料噴射を機関吸入空気量と機関回転数とに基づいて制御する第１の燃料噴射制御手段と、機関の燃料噴射を要求機関負荷と機関回転数とに基づいて設定する第２の燃料噴射制御手段とを備え、機関がリーン空燃比で運転されているときに、要求機関負荷とは無関係に機関補機の要求により機関をリッチ空燃比で運転するリッチスパイク操作を行い、前記リッチスパイク操作における空燃比の切り換え時に、機関をリーン空燃比で運転する間は前記第２の燃料噴射制御手段により機関燃料噴射を制御し、機関をリッチ空燃比で運転する間は前記第１の燃料噴射制御手段により機関の燃料噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置が提供される。
【００１２】
すなわち、請求項１の発明ではリッチスパイク操作実施時には機関をリーン空燃比で運転する間は従来と同様に機関燃料噴射は要求機関負荷（例えばアクセル開度）と機関回転数とに基づいて制御されるが、機関の燃焼空燃比がリッチ空燃比に切り換えられると機関の燃料噴射は吸入空気量と機関回転数とに基づいて制御されるようになる。このため、リッチ空燃比運転に移行後は機関燃料噴射量も実際の吸入空気量に応じて設定されるようになる。従って、リッチ空燃比均質混合気燃焼モードに移行直後で実際の機関吸入空気量がスロットル弁開度に対応した値になっていない場合にも燃料噴射量は実際の吸入空気量に基づいて機関燃焼空燃比を所定のリッチ空燃比にする値に設定されるようになり、機関燃焼空燃比をリッチ空燃比に切り換え直後から所定のリッチ空燃比を得ることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を備え、各気筒の圧縮行程中に燃料を噴射してリーン空燃比成層燃焼を行う成層燃焼モードと、各気筒の吸気行程中に燃料を噴射して均質混合気燃焼を行う均質混合気燃焼モードとを切り換えて運転する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、機関の燃料噴射を機関吸入空気量と機関回転数とに基づいて制御する第１の燃料噴射制御手段と、機関の燃料噴射を要求機関負荷と機関回転数とに基づいて設定する第２の燃料噴射制御手段とを備え、要求機関負荷に応じて前記成層燃焼モードと前記均質混合気燃焼モードとの運転切り換えを行うとともに、要求機関負荷とは無関係に機関補機の要求によりリッチ空燃比の均質混合気燃焼モードで機関を運転するリッチスパイク操作を行い、機関がリーン空燃比成層燃焼モードで運転されているときの前記リッチスパイク操作実施中には、機関をリーン空燃比で運転する間は前記第２の燃料噴射制御手段により機関燃料噴射を制御し、機関をリッチ空燃比の均質混合気燃焼モードで運転する間は前記第１の燃料噴射制御手段により機関の燃料噴射を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置が提供される。
【００１４】
すなわち、請求項２の発明ではリッチスパイク操作実施時には機関をリーン空燃比で運転する間は従来と同様に機関燃料噴射は要求機関負荷（例えばアクセル開度）と機関回転数とに基づいて制御されるが、機関の運転がリッチ空燃比均質混合気燃焼モードに切り換えられると機関の燃料噴射は吸入空気量と機関回転数とに基づいて制御されるようになる。このため、リッチ空燃比均質混合気燃焼モードに移行後は機関燃料噴射量も実際の吸入空気量に応じて設定されるようになる。従って、リッチ空燃比均質混合気燃焼モードに移行直後で実際の機関吸入空気量がスロットル弁開度に対応した値になっていない場合にも燃料噴射量は実際の吸入空気量に基づいて機関燃焼空燃比を所定のリッチ空燃比にする値に設定されるようになり、リッチ空燃比均質燃焼モード切り換え直後から所定のリッチ空燃比を得ることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、前記機関補機は、機関排気通路に配置され流入する排気空燃比がリーンの時に排気中のＮＯX を吸収し流入する排気空燃比がリッチになったときに吸収したＮＯX を放出、還元浄化するＮＯX 吸蔵還元触媒であり、前記リッチスパイク操作はＮＯX 吸蔵還元触媒から吸収したＮＯX を放出させ、還元浄化するときに実行される請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置が提供される。
【００１６】
すなわち、請求項３の発明ではＮＯX 吸蔵還元触媒から吸収したＮＯX を放出させるためにリッチスパイク操作を行う場合にも、リッチ空燃比均質混合気燃焼モードへの切り換え直後から実際の機関燃焼空燃比が所定のリッチ空燃比となるため、理論空燃比近傍のリーン空燃比排気がＮＯX 吸蔵還元触媒に流入することがなくなり未浄化のＮＯX の大気への放出が防止される。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、更に、機関排気通路に配置され排気の空燃比を検出する空燃比センサを備え、前記リッチスパイク操作時に前記空燃比センサ出力に基づいて機関燃焼空燃比を予め定めた空燃比に制御する請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置が提供される。
すなわち、請求項４の発明ではリッチスパイク操作時に排気空燃比センサで検出された実際の排気空燃比（機関燃焼空燃比）に基づいて機関の燃焼空燃比が制御されるため、リッチスパイク操作時の空燃比制御の精度が向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
図１において、１は自動車用内燃機関を示す。本実施形態では、機関１は＃１から＃４の４つの気筒を備えた４気筒ガソリン機関とされ、各気筒には気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁１１１から１１４が設けられている。後述するように、本実施形態の内燃機関１は、理論空燃比より高い（リーン）空燃比から理論空燃比より低い（リッチ）空燃比までの広い範囲の空燃比で運転可能な機関とされている。
【００１９】
また、本実施形態では＃１から＃４の気筒は互いに点火時期が連続しない２つの気筒からなる２つの気筒群にグループ分けされている。（例えば、図１の実施形態では、気筒点火順序は１−３−４−２であり、＃１、＃４の気筒と＃２、＃３の気筒とがそれぞれ気筒群を構成している。）また、各気筒の排気ポートは気筒群毎に排気マニホルドに接続され、気筒群毎の排気通路に接続されている。図１において、２１ａは＃１、＃４気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ａに接続する排気マニホルド、２１ｂは＃２、＃４気筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ｂに接続する排気マニホルドである。本実施形態では、個別排気通路２ａ、２ｂ上には、公知の三元触媒からなるスタートキャタリスト（以下「ＳＣ」と呼ぶ）５ａと５ｂがそれぞれ配置されている。また、個別排気通路２ａ、２ｂはＳＣ下流側で共通の排気通路２に合流している。
【００２０】
共通排気通路２上には、後述するＮＯX 吸蔵還元触媒７が配置されている。図１に２９ａ、２９ｂで示すのは、個別排気通路２ａ、２ｂのスタートキャタリスト５ａ、５ｂ上流側に配置された空燃比センサ、３１で示すのは、排気通路２のＮＯX 吸蔵還元触媒７下流側に配置された空燃比センサである。空燃比センサ２９ａ、２９ｂ及び３１は、広い空燃比範囲で排気空燃比に対応する電圧信号を出力する、いわゆるリニア空燃比センサとされている。
【００２１】
図１に１０ｂで示すのは機関各気筒の吸気ポートを吸気通路１０に接続する吸気マニホルド、１０ａは吸気通路１０に設けられたサージタンクである。
また、本実施形態では＃２、＃３気筒の個別排気通路２ｂのＳＣ５ｂ上流側と機関吸気通路１０のサージタンク１０ａとはＥＧＲ通路４３で接続されている。更に、ＥＧＲ通路４３上にはＥＧＲ通路を通って排気通路２ｂから吸気通路１０に還流する排気流量を制御する流量制御弁からなるＥＧＲ弁４１が設けられている。ＥＧＲ弁４１は後述するＥＣＵ３０からの制御信号に応じて作動するステッパモータ、負圧アクチュエータ等の適宜な形式のアクチュエータ４１ａを備え、ＥＣＵ３０からの制御信号に応じた開度をとる。
【００２２】
更に、本実施形態では吸気通路１０上にはスロットル弁１５が設けられている。本実施形態のスロットル弁１５はいわゆる電子制御スロットル弁とされており、ステッパモータ等の適宜な形式のアクチュエータ１５ａにより駆動され後述するＥＣＵ３０からの制御信号に応じた開度をとる。
図１に３０で示すのは機関１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０は、本実施形態ではＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵを備えた公知の構成のマイクロコンピュータとされ、機関１の点火時期制御や燃料噴射制御等の基本制御を行なっている。また、本実施形態では、ＥＣＵ３０は上記の基本制御を行う他に、後述するように機関運転状態に応じて筒内噴射弁１１１から１１４の燃料噴射モードを変更し機関の運転空燃比を変更する制御を行なうとともに、更にＮＯX 吸蔵還元触媒７からのＮＯX 放出操作やブレーキ負圧確保のために機関のリーン空燃比運転中に運転空燃比をリッチ空燃比に切り換えるリッチスパイク操作を行なっている。
【００２３】
ＥＣＵ３０の入力ポートには、空燃比センサ２９ａ、２９ｂからスタートキャタリスト５ａ、５ｂ入口における排気空燃比を表す信号と、空燃比センサ３１からＮＯX 吸蔵還元触媒７出口における排気空燃比を表す信号が、また、図示しない機関吸気マニホルドに設けられた吸気圧センサ３５から機関の吸気管圧力に対応する信号がそれぞれ入力されている他、機関クランク軸（図示せず）近傍に配置された回転数センサ３３から機関クランク軸一定回転角毎にパルス信号が入力されている。更に、本実施形態では、ＥＣＵ３０の入力ポートには機関１のアクセルペダル（図示せず）近傍に配置したアクセル開度センサ３７から運転者のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）を表す信号が入力されている。ＥＣＵ３０は、所定間隔毎に吸気圧センサ３５出力とアクセル開度センサ３７出力とをＡＤ変換して吸気管圧力ＰＭとアクセル開度ＡＣＣＰとしてＥＣＵ３０のＲＡＭの所定領域に格納するとともに、回転数センサ３３からのパルス信号の間隔から機関回転数ＮＥを算出し、ＲＡＭの所定の領域に格納している。また、ＥＣＵ３０の出力ポートは、各気筒への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するために、図示しない燃料噴射回路を介して各気筒の燃料噴射弁１１１から１１４に接続されている他、スロットル弁１５のアクチュエータ１５ｂに図示しない駆動回路を介して接続されスロットル弁１５の開度を制御している。
【００２４】
また、ＥＣＵ３０はＥＧＲ弁４１のアクチュエータ４１ａに図示しない駆動回路介して接続されＥＧＲ弁４１開度を制御して、機関運転状態に応じて排気通路２ｂの排気の一部を吸気通路１０に還流するＥＧＲ操作を実施する。
本実施形態では、機関１の通常の運転時（後述するリッチスパイク操作が実施されていない時）にはＥＣＵ３０は運転条件に応じて機関１を以下の５つのモードのいずれかで運転する。
【００２５】
▲１▼  リーン空燃比成層燃焼（圧縮行程１回噴射）
▲２▼  リーン空燃比弱成層燃焼（吸気行程／圧縮行程２回噴射）
▲３▼  リーン空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）
▲４▼  理論空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）
▲５▼  リッチ空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）
すなわち、機関１の軽負荷運転領域では、上記モード▲１▼のリーン空燃比成層燃焼が行なわれる。機関１は気筒内に吸入空気のスワール（旋回流）を生じさせるスワールポートを有する吸気弁と通常のストレートポートを有する吸気弁との２つの吸気弁を備えており、ストレートポートに連通する吸気通路に設けられたスワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）（図示せず）の開度を調節することによりスワールポートから気筒内に流入する吸気量を制御することが可能となっている。成層燃焼を行なう場合には、ＳＣＶ開度は全閉とされスワールポートからの吸気量を増大し、気筒内に強いスワールを生成させる。また、この状態では筒内燃料噴射は各気筒の圧縮行程後半に１回のみ行なわれ、噴射された燃料は気筒点火プラグ近傍に可燃混合気の層を形成する。また、この運転状態での燃料噴射量は極めて少なく、気筒内の全体としての空燃比は２５から３０程度もしくはそれ以上になる。
【００２６】
また、上記モード▲１▼の状態から負荷が増大して低負荷運転領域になると、上記モード▲２▼のリーン空燃比弱成層燃焼が行なわれる。機関負荷が増大するにつれて気筒内に噴射する燃料は増量されるが、この負荷領域では圧縮行程後半の燃料噴射に加えて、予め吸気行程前半に燃料を噴射することにより目標量の燃料を気筒に供給するようにしている。吸気行程前半に気筒内に噴射された燃料は着火時までに極めてリーンな均質混合気を生成する。圧縮行程後半ではこの極めてリーンな均質混合気中に更に燃料が噴射され点火プラグ近傍に着火可能な可燃混合気の層が生成される。着火時にはこの可燃混合気層が燃焼を開始し周囲の希薄な混合気層に火炎が伝播するため安定した燃焼が行なわれるようになる。この状態では吸気行程と圧縮行程での噴射により供給される燃料量はモード▲１▼より増量されるが、全体としての空燃比はやや低いリーン（例えば空燃比で２０から３０程度）になる。
【００２７】
更に機関負荷が増大すると、機関１では上記モード▲３▼のリーン空燃比均質混合気燃焼が行なわれる。この状態ではＳＣＶは全開とされ吸気の大部分はストレートポートから気筒内に流入する。また、この状態では燃料噴射は吸気行程前半に１回のみ実行され、燃料噴射量は上記モード▲２▼より更に増量される。この状態で気筒内に生成される均質混合気は理論空燃比に比較的近いリーン空燃比（例えば空燃比で１５から２５程度）となる。
【００２８】
更に機関負荷が増大して機関高負荷運転領域になると、モード▲３▼の状態から更に燃料が増量され、上記モード▲４▼の理論空燃比均質混合気運転が行なわれる。この状態では、気筒内には理論空燃比の均質な混合気が生成されるようになり、機関出力が増大する。また、更に機関負荷が増大して機関の全負荷運転になると、モード▲４▼の状態から燃料噴射量が更に増量されモード▲５▼のリッチ空燃比均質混合気運転が行なわれる。この状態では、気筒内に生成される均質混合気の空燃比はリッチ（例えば空燃比で１２から１４程度）になる。
【００２９】
本実施形態では、アクセル開度（運転者のアクセルペダル踏込み量）と機関回転数とに応じて予め実験等に基づいて最適な運転モード（上記▲１▼から▲５▼）が設定されており、ＥＣＵ３０のＲＯＭにアクセル開度と機関回転数とを用いたマップとして格納してある。機関１の運転中、ＥＣＵ３０はアクセル開度センサ３７で検出したアクセル開度と機関回転数とに基づいて、現在上記▲１▼から▲５▼のいずれの運転モードを選択すべきかを決定し、それぞれのモードに応じて燃料噴射量、燃料噴射時期及び回数、点火時期、スロットル弁開度、ＥＧＲ量（ＥＧＲ弁開度）等の機関の運転状態を制御する制御量を決定する。
【００３０】
また、モード▲４▼（理論空燃比均質混合気燃焼）が選択された場合には、ＥＣＵ３０は更に上記により算出した燃料噴射量を、機関排気空燃比が理論空燃比となるように空燃比センサ２９ａ、２９ｂの出力に基づいてフィードバック補正する空燃比制御を行なう。
より詳細には、上記▲１▼から▲３▼のモード（リーン空燃比燃焼）が選択された場合、ＥＣＵ３０は上記▲１▼から▲３▼のモード毎に予め準備されたマップに基づいて、アクセル開度と機関回転数とから燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度、ＥＧＲ量及び点火時期等の制御量を決定する。アクセル開度は運転者の要求する機関負荷を表している。従って、モード▲１▼から▲３▼では燃料噴射量等の各制御量の値は要求機関負荷と機関回転数とに基づいて設定される。
【００３１】
また、上記▲４▼と▲５▼のモード（理論空燃比またはリッチ空燃比均質混合気燃焼）が選択された場合には、ＥＣＵ３０は上記▲４▼と▲５▼のモード毎に予め準備されたマップに基づいて、スロットル弁開度と機関回転数、及び吸気圧センサ３５で検出した吸気管圧力とに基づいて燃料噴射量等の制御量を設定する。一般に、機関吸入空気量は機関回転数と吸気管負圧との関数として表される。また、機関吸入空気量と機関回転数とは機関負荷状態を表すパラメータとして使用される。このため、モード▲４▼と▲５▼とでは、燃料噴射量等の各制御量は機関回転数と吸気管負圧とから定まる機関吸入空気量に更に機関回転数を考慮して所望の空燃比を得るのに必要な値に設定される。すなわち、本実施形態ではモード▲４▼、▲５▼の均質混合気燃焼運転では燃料噴射量等の各制御量の値は機関吸入空気量と機関回転数とに基づいて設定される。
【００３２】
また、スロットル弁１５開度はモード▲１▼から▲３▼では全開に近い領域でアクセル開度に応じて制御される。この領域ではアクセル開度が低下するとスロットル弁開度も低減されるが、スロットル弁全開相当の領域であるためスロットル弁開度が変化しても吸気管圧力は略一定になり、ほとんど吸気絞りは生じない。
一方モード▲４▼、▲５▼ではスロットル弁開度はアクセル開度に略等しい開度に制御される。すなわち、アクセル開度（アクセルペダル踏込み量）が０のときにはスロットル開度も０（全閉）に、アクセル開度が１００パーセントのとき（アクセルペダルがいっぱいに踏み込まれたとき）にはスロットル開度も１００パーセント（全開）にセットされる。
【００３３】
また、ＥＧＲ弁４１開度は、モード▲１▼では比較的多量のＥＧＲガスを還流させるように設定され、モード▲２▼から▲３▼になるにつれてＥＧＲガス量が低下するように制御される。また、モード▲４▼、▲５▼ではＥＧＲはほぼ停止される。
次に、本実施形態のＮＯX 吸蔵還元触媒７について説明する。
本実施形態のＮＯX 吸蔵還元触媒７は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮa 、リチウムＬi 、セシウムＣs のようなアルカリ金属、バリウムＢa 、カルシウムＣa のようなアルカリ土類、ランタンＬa 、セリウムＣｅ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つの成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを担持したものである。ＮＯX 吸蔵還元触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに、排気中のＮＯX （ＮＯ2 、ＮＯ）を硝酸イオンＮＯ3 - の形で吸収し、流入排気ガスがリッチになると吸収したＮＯX を放出するＮＯX の吸放出作用を行う。
【００３４】
本実施形態では、リーン空燃比運転可能な機関１が使用されており、機関１がリーン空燃比で運転されているときにはＮＯX 吸蔵還元触媒は流入する排気中のＮＯX を吸収する。また、機関１がリッチ空燃比で運転されると、ＮＯX 吸蔵還元触媒７は吸収したＮＯX を放出し、リッチ空燃比の排気中のＨＣ、ＣＯ成分を用いて放出したＮＯX を還元浄化する。本実施形態では、リーン空燃比運転中にＮＯX 吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯX 量が増大すると、短時間機関空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えるリッチスパイク運転を行い、ＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX の放出と還元浄化とを行なうようにしている。
【００３５】
次に、本実施形態の機関１のリッチスパイク操作について説明する。
本実施形態では、ＥＣＵ３０はＮＯX カウンタの値を増減することによりＮＯX 吸蔵還元触媒７が吸収保持しているＮＯX 量を推定する。ＮＯX 吸蔵還元触媒７に単位時間当たりに吸収されるＮＯX の量はＮＯX 吸蔵還元触媒に単位時間当たりに流入する排気中のＮＯX 量、すなわち機関１で単位時間当たりに生成されるＮＯX 量に比例している。一方、機関で単位時間当たりに発生するＮＯX の量は機関への燃料供給量、空燃比、排気流量等によって定まるため、機関運転条件が定まればＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されるＮＯX 量を知ることができる。本実施形態では、予め機関運転条件（アクセル開度、機関回転数、吸入空気量、吸気管圧力、空燃比、燃料供給量、ＥＧＲ量など）を変えて機関が単位時間当たりに発生するＮＯX 量を実測し、ＮＯX 吸蔵還元触媒７に単位時間当たりに吸収されるＮＯX 量を、例えば機関負荷（燃料噴射量）と機関回転数とを用いた数値マップの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格納している。ＥＣＵ３０は一定時間毎（上記の単位時間毎）に機関負荷（燃料噴射量）と機関回転数とからこのマップを用いて単位時間当たりにＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯX 量を算出し、ＮＯX カウンタをこのＮＯX 吸収量だけ増大させる。これによりＮＯX カウンタの値は常にＮＯX 吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯX の量を表すようになる。ＥＣＵ３０は、機関のリーン空燃比運転中に、上記ＮＯX カウンタの値が所定値以上に増大したときに、短時間機関を前述の▲５▼のモード（リッチ空燃比均質混合気燃焼）で運転するリッチスパイク操作を行なう。これにより、ＮＯX 吸蔵還元触媒から吸収したＮＯX が放出され、還元浄化される。なお、機関がリッチ空燃比運転されると排気中のＨＣ、ＣＯの量が増大し、ＮＯX 吸蔵還元触媒からはＮＯX が放出され、排気中のＨＣ、ＣＯにより還元される。ここで、単位時間当たりにＮＯX 吸蔵還元触媒から放出されて排気中のＨＣ、ＣＯにより還元されるＮＯX の量は、排気の空燃比（排気中のＨＣ、ＣＯ量）、排気流量により定まる。本実施形態では、予め機関運転条件（アクセル開度、機関回転数、吸入空気量、吸気管圧力、空燃比、燃料供給量、ＥＧＲ量など）を変えて機関をリッチ空燃比で運転し、ＮＯX 吸蔵還元触媒７から単位時間当たりに放出、還元浄化されるＮＯX 量を実測し、機関のリッチ空燃比運転時にＮＯX 吸蔵還元触媒７から単位時間当たり放出されるＮＯX 量を、例えば機関負荷（燃料噴射量）と機関回転数とを用いた数値マップの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格納している。ＥＣＵ３０は機関のリッチ空燃比運転時に一定時間毎（上記の単位時間毎）に機関負荷（燃料噴射量）と機関回転数とからこのマップを用いて単位時間当たりにＮＯX 吸蔵還元触媒から放出されるＮＯX 量を算出し、ＮＯX カウンタをこのＮＯX 吸収量だけ減少させる。そして、リッチスパイク操作時には、このＮＯX カウンタの値が０になった時にリッチスパイク操作を終了する。
【００３６】
すなわち、本実施形態では機関１のリーン空燃比運転が続きＮＯX吸蔵還元触媒７に吸蔵されたＮＯX量が所定量まで増大すると機関運転状態から要求される機関負荷とは無関係に機関をリッチ空燃比で運転するリッチスパイク操作が行われる。また、リッチスパイク操作はＮＯX吸蔵還元触媒の吸蔵したＮＯX量とは別に行われる場合がある。すなわち、本実施形態の機関ではモード（１）から（３）のリーン空燃比運転ではスロットル弁１５は全開に近い開度とされているため吸気管の負圧が低く（絶対圧力が高く）なっている。一方、車両ブレーキに負圧を用いた倍力装置を使用するような場合には、常に倍力装置作動用の負圧を確保しておく必要があるが、リーン空燃比運転中は吸気管負圧が低くなっているためスロットル弁下流側の吸気通路から倍力装置に負圧を導入することができない。そこで、本実施形態では倍力装置に負圧タンクを設け、リーン空燃比運転中はこの負圧タンクに蓄えた負圧を用いて倍力装置を作動させるようにしている。また、倍力装置の作動により負圧タンク内の圧力が上昇（負圧が低下）した場合には上記と同様なリッチスパイク操作を行う。リーン空燃比運転が行われる負荷領域でリッチスパイク操作が行われるとスロットル弁１５開度は低下しスロットル弁１５下流側に大きな負圧が発生するようになる。本実施形態では倍力装置に負圧を供給する負圧タンク等の負圧が低下した場合にも機関の要求負荷とは無関係にリッチスパイク操作が行われる。
通常の運転中にモード（１）のリーン空燃比成層燃焼運転から加速等で機関負荷が増大する場合にはある程度の時間をかけて機関運転モードが（１）から（２）、（３）、（４）のモードを経て（５）のリッチ空燃比モードに切り換えられる。リッチスパイク操作時にはできるだけ早く空燃比をリッチに切り換えることが必要とされるが、モード（１）のリーン空燃比成層燃焼運転から直接モード（５）のリッチ空燃比均質混合気燃焼に切り換えると、燃焼モードの変化（成層燃焼から均質混合気燃焼）と空燃比の変化（リーン空燃比からリッチ空燃比）との両方が同時に生じるため機関の出力トルクが大きく変動してしまう。そこで、通常、リーン空燃比成層燃焼運転（モード（１））からのリッチスパイク操作時にもリッチ空燃比均質混合気燃焼運転（モード（５））に至るまでにモード（２）、（３）で機関数回転程度の運転を行って徐々に空燃比と運転モードとを切り換えるようにしている。また、前述したように通常運転時のモード（５）（リッチ空燃比均質混合気燃焼）では機関の燃料噴射量等の制御量は機関吸入空気量と機関回転数（機関吸気管負圧と機関回転数）とに基づいて設定されているが、通常リッチスパイク操作時のモード（５）の運転時間は短いため、リッチスパイク操作時のモード（５）運転では、モード（１）から（３）と同様に要求機関負荷と機関回転数（アクセル開度と機関回転数）とに基づいて設定するようにして制御の簡素化が図られている。すなわち、従来はリッチスパイク操作時のモード（５）（リッチ空燃比均質混合気空燃比燃焼）用に別途数値マップが準備されており、リッチスパイク中にモード（３）からモード（５）への切り換えが行われると引き続き要求機関負荷と機関回転数（アクセル開度と機関回転数）とに基づいて燃料噴射量をはじめとする各制御量が決定されていた。
【００３７】
ところが、この場合燃料噴射量とスロットル弁開度とは要求機関負荷と機関回転数とに基づいて予め準備された数値マップから決定される値に直ちに変化することになるが、実際に機関に吸入される空気量はスロットル弁開度変化より遅れて変化するので変化後のスロットル弁開度に対応した値になるまでに多少の時間遅れが生じることになる。このため、モード▲５▼への切り換え時にはスロットル弁開度は直ちに低下しても実際の機関吸入空気量は直ちには低下しない。一方、燃料噴射量はモード▲５▼への切り換え直後からスロットル弁開度に対応した値に変更されるため、切り換え直後は燃料噴射量より実際の機関吸入空気量が多くなってしまい実際の機関空燃比が目標値（リッチ空燃比）よりリーン側にずれる問題が生じる。
【００３８】
このため、従来リッチスパイク操作時に機関空燃比がリッチ空燃比（モード▲５▼）に切り換えられた直後に機関空燃比が理論空燃比近傍のリーン空燃比領域（例えば空燃比で２０以下）で運転され、ＮＯX 吸蔵還元触媒の吸蔵能力低下のために未浄化のＮＯX が大気に放出される場合が生じていた。
本実施形態では、リッチスパイク操作時のリッチ空燃比均質混合気燃焼モード時には燃料噴射量を機関吸入空気量と機関回転数とに基づいて設定することによりこの問題を解決している。すなわち、本実施形態ではリッチスパイク操作時に機関運転モードがモード▲５▼のリッチ空燃比均質混合気燃焼モードに切り換えられると燃料噴射量が吸気圧センサで検出された吸気管圧力と機関回転数とから定まる実際の機関吸入空気量と機関回転数とに基づいて所定のリッチ空燃比（例えば空燃比で１２から１４）を得る値に設定される。このため、機関運転モードがリッチ空燃比均質混合気燃焼モードに切り換えられた直後から燃料噴射量は実際の機関吸入空気量に対して所定のリッチ空燃比が得られる値に設定されるようになり、切り換え直後から安定したリッチ空燃比が得られるようになる。
【００３９】
図２は、本実施形態のリッチスパイク操作時のスロットル弁開度ＴＡ、吸気管圧力ＰＭ、燃料噴射量ＱＩＮＪ及び機関燃焼空燃比Ａ／Ｆの変化を示すタイミング図である。図２に示すようにモード▲１▼（リーン空燃比成層燃焼）の状態からリッチスパイク操作が開始されると、運転モードはモード▲２▼、モード▲３▼を経てモード▲５▼に切り換えられる。このときスロットル弁開度ＴＡはモード▲２▼、モード▲３▼に切り換わったときにリッチスパイク操作時のそれぞれの運転モード用の数値マップに基づいてアクセル開度と機関回転数（要求機関負荷と機関回転数）とから定まる値に切り換えられる。この場合図２に示すように吸入空気量（吸気管圧力ＰＭ）はスロットル弁開度ＴＡが変化しても直ちに変化後のスロットル弁開度に対応した値にはならず比較的緩やかに変化して、モード▲５▼の定常状態における空気量に到達する。
【００４０】
また、本実施形態にもおいても燃料噴射量ＱＩＮＪはモード▲１▼から▲３▼ではアクセル開度と機関回転数とに基づいて設定されるため、図２に示すように運転モードが▲２▼、▲３▼に切り換えられる毎にスロットル弁開度ＴＡと同様にステップ状に変化する。しかし、本実施形態ではモード▲３▼からモード▲５▼に運転状態が切り換えられると燃料噴射量ＱＩＮＪは機関吸入空気量と機関回転数（吸気管負圧と機関回転数）とに応じて設定されるようになるため、モード▲５▼切り換え直後は実際の吸入空気量に応じた値まで一旦急増し、その後吸入空気量（ＰＭ）の低下に合わせて減少する。このため、機関燃焼空燃比Ａ／Ｆはモード▲３▼からモード▲５▼に運転モードが切り換えられると直ちに所定のリッチ空燃比（１２から１４程度）に変化するようになる。
【００４１】
一方、図２の点線は従来のようにリッチスパイク時のモード▲５▼での運転時に要求機関負荷と機関回転数とに基づいて燃料噴射量を設定した場合のモード▲５▼開始直後における燃料噴射量ＱＩＮＪと機関空燃比Ａ／Ｆとの変化を示している。この場合には図２に点線で示すように、モード▲３▼から▲５▼に切り換えが行われると燃料噴射量ＱＩＮＪはスロットル弁開度ＴＡの変化に応じてステップ状に変化しモード▲５▼の運転の間一定値に維持される。ところが、前述したように実際には機関吸入空気量はスロットル弁開度ＴＡの変化に対して遅れて変化するため、モード▲５▼の運転開始直後は充分に吸入空気量が減少していない。このため、燃料噴射量に対して吸入空気量が過大となり、吸入空気量が充分に低減してスロットル弁開度に対応した値になるまでの間機関空燃比Ａ／Ｆは充分なリッチ空燃比にならない。このため、機関空燃比が理論空燃比近傍のリーン空燃比領域にとどまる時間が長くなり、ＮＯX 吸蔵還元触媒から未浄化のＮＯX が放出されるようになる。
【００４２】
図３は上述した燃料噴射量ＱＩＮＪの算出操作を示すフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンとして行われる。
図３において、ステップ３０１では現在の機関の運転モード（モード▲１▼〜▲５▼）が読み込まれる。そして、ステップ３０３ではステップ３０１で読み込まれた現在の運転モードが通常運転時（リッチスパイク操作実行時以外の運転時）のモード▲４▼（理論空燃比均質混合気燃焼）かモード▲５▼（リッチ空燃比均質混合気燃焼）のいずれかであるか否かが判定され、いずれでもない場合には次にステップ３０５で現在のモードがリッチスパイク操作中のモード▲５▼（リッチ空燃比均質混合気燃焼）であるか否かが判定される。
【００４３】
ステップ３０３で現在の機関運転モードが通常運転時のモード▲４▼または▲５▼、またはステップ３０５で現在の運転モードがリッチスパイク操作中のモード▲５▼であった場合にはステップ３０７が実行され、燃料噴射量ＱＩＮＪの値が吸気圧センサ３５（図１）で検出された吸気管圧力ＰＭと機関回転数ＮＥとに基づいて予め準備された数値マップから決定される。これにより、燃料噴射量ＱＩＮＪは実際の機関回転数と実際の機関吸入空気量とに基づいて所定のリッチ空燃比を得ることができる値に設定され、機関空燃比は直ちに所定のリッチ空燃比に変化する。
【００４４】
一方、ステップ３０３、３０５で現在の機関運転モードが通常運転時のモード▲４▼、▲５▼及びリッチスパイク操作中のモード▲５▼のいずれでもない場合には、ステップ３０９が実行され、燃料噴射量ＱＩＮＪはアクセル開度センサ３７で検出されたアクセル開度ＡＣＣＰと機関回転数とに基づいて設定される。これにより、モード▲１▼から▲３▼では常に燃料噴射量ＱＩＮＪは要求機関負荷と機関回転数とに応じた値に設定されるようになる。
【００４５】
本実施形態では、上述したようにリッチスパイク操作時にモード▲５▼の運転が行われると直ちに機関空燃比は所定のリッチ空燃比に変化するため、ＮＯX 吸蔵還元触媒から未浄化のＮＯX が放出されることが防止される。また、例えばＮＯX 吸蔵還元触媒の劣化は、ＮＯX 吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比がリーンからリッチに変化した時からＮＯX 吸蔵還元触媒出口での排気空燃比がリッチに変化するまでに要する時間に基づいて判定することができる。すなわち、リッチスパイク操作時にＮＯX 吸蔵還元触媒から吸収したＮＯX が放出されると排気中のＨＣ、ＣＯ成分が放出されたＮＯX により酸化されるため、ＮＯX 吸蔵還元触媒出口での排気空燃比は直ちにはリッチ空燃比に変化せず、ＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX 放出が生じている間は理論空燃比近傍に維持され、ＮＯX の放出が完了すると同時にリッチ空燃比に変化する。このため、リッチスパイク操作時に機関空燃比がリーンからリッチに切り換えられた時から、ＮＯX 吸蔵還元触媒７下流側の空燃比センサ３１で検出された排気空燃比がリッチ空燃比に変化するまでの時間を測定することにより、ＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯX 量を算出することができ、更に算出したＮＯX 吸蔵還元触媒の吸収ＮＯX 量が所定値より低下した場合にはＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸蔵能力が低下、すなわちＮＯX 吸蔵還元触媒が劣化したと判定することができる。
【００４６】
ところが、従来のようにリッチスパイク操作時に全て要求機関負荷と機関回転数とに基づいて燃料噴射量を設定していると、機関の運転モードがリッチ空燃比均質混合気燃焼モードに切り換えられても直ちには実際の空燃比はリッチ空燃比に変化せず、ＮＯX 吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比にばらつきを生じるようになる。このため、上記の方法でＮＯX 吸蔵還元触媒の劣化を判定していると劣化の判定に誤差を生じる問題がある。
【００４７】
これに対して、本実施形態ではリッチスパイク操作中のリッチ空燃比均質混合気運転時に直ちにＮＯX 吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比が安定したリッチ空燃比に変化するため上記劣化判定の誤差を防止することが可能となっている。
なお、本実施形態では実際の機関吸入空気量を吸気管圧力と機関回転数とに基づいて求めているが、例えば吸気通路にエアフローメータを有する場合には、エアフローメータで直接検出した吸入空気量と機関回転数とに基づいてリッチスパイク操作中のリッチ空燃比均質混合気燃焼運転時の燃料噴射量を決定するようにしてもよい。
【００４８】
また、本実施形態ではリッチスパイク操作中のリッチ空燃比均質混合気燃焼時には燃料噴射量は機関吸入空気量と機関回転数とに基づいて設定されるが、ＮＯX 吸蔵還元触媒７上流側の排気通路の空燃比センサ２９ａ、２９ｂで検出した排気空燃比が所定のリッチ空燃比になるように、機関吸入空気量と機関回転数とに基づいて設定された燃料噴射量を更に空燃比センサ２９ａ、２９ｂの出力に基づいて補正するようにすれば、リッチスパイク操作時に空燃比を正確に所定のリッチ空燃比に制御することが可能となる。
【００４９】
上述のように、上記実施形態ではリッチスパイク操作中のリッチ空燃比均質混合気燃焼時に燃料噴射量を機関吸入空気量と機関回転数とに基づいて設定することにより、リーン空燃比からリッチ空燃比への切り換え時に機関空燃比が所定のリッチ空燃比に変化する時間を短縮している。しかし、従来のように要求機関負荷と機関回転数とに基づいて燃料噴射量を設定しながら、上記時間を短縮することも可能である。
【００５０】
前述したようにリーン空燃比からリッチ空燃比への切り換え時に所定のリッチ空燃比への到達が遅れる原因はスロットル弁開度変化に対して実際の機関吸入空気量変化の追従が遅れることによっている。このため、例えばリッチスパイク操作中のスロットル弁開度変化時（モード▲３▼から▲５▼への切り換え時）にスロットル弁開度の変化速度に応じて燃料を増量するようにしてもよい。この場合、例えばスロットル弁開度の変化速度（減少速度）が大きい場合には変化直後の実際の吸入空気量とスロットル弁開度に対応した吸入空気量との差が大きくなるため、スロットル弁開度の変化速度が大きいほど燃料を増量するようにすればよい。
【００５１】
図４は、スロットル弁開度変化速度に応じた燃料の増量補正を行う場合の燃料噴射量補正操作を説明するフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行される。
図４において操作がスタートすると、ステップ４０１ではスロットル弁開度ＴＡ、機関回転数ＮＥ及び現在の機関運転モード（モード▲１▼から▲５▼）が読み込まれ、ステップ４０３ではステップ４０１で読み込まれた現在の機関運転モードがリッチスパイク操作中のモード▲５▼（リッチ空燃比均質混合気燃焼モード）か否かが判定される。現在リッチスパイク操作中ののモード▲５▼で運転が行われている場合には次にステップ４０５に進み現在のスロットル弁開度ＴＡの前回操作実行時からの変化量ΔＴＡが、ΔＴＡ＝ＴＡ−ＴＡOLD として算出される。ＴＡOLD は前回操作実行時にステップ４０１で読み込んだスロットル弁開度である。そして、ステップ４０７では燃料噴射量の増量係数ｆｄｌｔａがΔＴＡと機関回転数ＮＥとに基づいて予め準備した数値マップから設定され、ステップ４１９ではアクセル開度と機関回転数とから定まる燃料噴射量ＱＩＮＪに増量係数ｆｄｌｔａを乗じた値が新たにＱＩＮＪとして設定される。前述したように、増量係数ｆｄｌｔａはΔＴＡが負の大きな値になるほど大きな正の値かつｆｄｌｔａ＞１となるように設定される。また、ΔＴＡが同一であればｆｄｌｔａの値は機関回転数が高い程大きな値となる。
【００５２】
上記によりＱＩＮＪを補正後、ステップ４１１では現在のＴＡの値を用いてＴＡOLD の値を更新して操作を終了する。
図４の操作を行うことにより、リッチスパイク操作中にリッチ空燃比均質混合気燃焼モードになりスロットル弁開度ＴＡが絞られると燃料噴射量が増量されるため、実際の機関吸入空気量が充分に減少していない場合でも機関の実際の空燃比は直ちにリッチ空燃比に変化するようになり、ＮＯX 吸蔵還元触媒から未浄化のＮＯX が放出されることが防止される。
【００５３】
なお、上記のようにスロットル弁開度変化量ΔＴＡに応じて燃料を増量する代りにリッチスパイク操作中に運転モードがリッチ空燃比均質混合気燃焼モードに切り換えられた直後所定時間だけ目標空燃比を更にリッチ側に設定するようにしてもよい。リッチ空燃比均質混合気燃焼モード変化直後の所定時間目標空燃比を更にリッチに設定することにより、吸入空気量変化が充分に低下しない間も機関空燃比が理論空燃比近傍のリーン空燃比になることが防止されるため、ＮＯX 吸蔵還元触媒から未浄化のＮＯX が放出されることが防止される。
【００５４】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、リッチスパイク操作時に短時間で機関空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に変化させることが可能となるため、ＮＯX 吸蔵還元触媒を用いた場合にもリッチスパイク操作初期に未浄化のＮＯX が大気に放出されることを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用筒内噴射式内燃機関に適用した実施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】本発明のリッチスパイク操作の一例を説明するタイミング図である。
【図３】図２のリッチスパイク操作を説明するフローチャートである。
【図４】リッチスパイク操作の他の例を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…排気通路
７…ＮＯX 吸蔵還元触媒
１５…電子制御スロットル弁
１１１〜１１４…筒内噴射弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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