(57)【要約】【課題】  膨張行程で噴射される燃料を十分に燃焼させ、エミッションを悪化させない噴射制御技術を提供する。【解決手段】  排気浄化装置下流に酸素濃度センサを備える筒内直噴内燃機関の膨張行程での燃料噴射を制御する制御システムであって、酸素濃度センサが高酸素濃度を示すとき、膨張行程での燃料噴射を許可するよう構成されている。一形態においては、サルファパージが要求されているとき、膨張行程での燃料噴射を許可する。酸素濃度センサが高酸素濃度を示すとき、膨張行程での燃料噴射を行うので、排気系に供給される未燃焼の燃料は、排気系において十分な酸素の存在下で燃焼する。したがって、膨張行程での燃焼噴射によって排気が悪化することを防止することができる。   【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気浄化装置下流に酸素濃度センサを備える筒内直噴内燃機関の膨張行程または排気行程での燃料噴射を制御する制御システムであって、前記酸素濃度センサが高酸素濃度を示すとき、膨張行程または排気行程での燃料噴射を許可するよう構成された制御システム。
【請求項２】
サルファパージが要求されているとき、前記膨張行程または排気行程での燃料噴射を許可するよう構成された請求項１に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筒内噴射式の内燃機関において、触媒床温度を上昇させるための膨張行程噴射の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ディーゼルエンジンにおいて、膨張行程で主噴射の0.3〜3%の未燃燃料（ＨＣ）を還元剤としてＮＯｘ触媒に供給することが記載されている。その際、膨張行程噴射時の酸素濃度Ａが膨張行程噴射のないときの酸素濃度Ｂより小さいときは、膨張行程噴射の量を増やすことが記載されている。
【０００３】
特許文献２には、硫黄被毒(SOx高濃度)を検出し、触媒が高温状態にあるとき、空燃比をリッチに制御して排気浄化装置を再生（被毒から回復）させることが記載されている。
【０００４】
特許文献３には、筒内直噴エンジンにおいて、膨張行程において副噴射を行い、排気通路内で燃焼させることにより排気を昇温させ触媒を活性化することが記載されている。
【０００５】
特許文献４には、エンジンの排気系に設けられた排気浄化装置の温度を推定演算する手法が記載されている。
【特許文献１】特開平10-252544号公報
【特許文献２】特開2003-65039号公報
【特許文献３】特開2000-87792号公報
【特許文献４】特開2003-74385号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
膨張行程噴射を行うと、未燃状態の燃料が排気系に送られるので、エンジンの状態によっては、噴射された燃料が排気通路で十分燃焼せず、エミッションを悪化させるおそれがある。この発明は、膨張行程で噴射される燃料を十分に燃焼させ、エミッションを悪化させない噴射制御技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の制御システムは、排気浄化装置下流に酸素濃度センサを備える筒内直噴内燃機関の膨張行程または排気行程での燃料噴射を制御する制御システムであって、酸素濃度センサが高酸素濃度を示すとき、膨張行程または排気行程での燃料噴射を許可するよう構成されている。
【０００８】
この発明によれば、酸素濃度センサが高酸素濃度を示すとき、膨張行程または排気行程での燃料噴射を行うので、排気系に供給される未燃焼の燃料は、排気系において十分な酸素の存在下で燃焼する。したがって、膨張行程での燃焼噴射によって排気が悪化することを防止することができる。
【０００９】
この発明は一形態（請求項２）においては、サルファパージが要求されているとき、膨張行程または排気行程での燃料噴射を許可する。この発明によれば、サルファパージが要求さているとき、排気系の酸素濃度が高い状態で膨張行程または排気行程での噴射が行われるので、排気系に供給される未燃焼の燃料は十分な酸素の存在下で燃焼して触媒の温度を上昇させることができ、その際、排気を悪化させることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の一実施形態に従う、内燃機関およびその制御装置の構成図である。
【００１１】
電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インターフェース１ａ、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ１ｂ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有するメモリ１ｃ、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース１ｄを備える。メモリ１ｃのＲＯＭには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。この発明に従う燃料噴射制御を実現するためのプログラム、および該プログラムの実行の際に用いるデータおよびテーブルは、このＲＯＭに格納されている。ＲＯＭは、ＥＰＲＯＭのような書き換え可能なＲＯＭでもよい。ＲＡＭには、ＣＰＵ１ｂによる演算のための作業領域が設けられる。車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、ＲＡＭに一時的に記憶される。
【００１２】
内燃機関（以下、「エンジン」という）２は、筒内噴射式のガソリンエンジンである。エンジン２はたとえば４気筒を備えることができ、そのうちの１つの気筒のみが示されている。気筒のピストン３とシリンダヘッド４との間に燃焼室５が形成されている。ピストン３の上面の中央部には凹形状のキャビティ６が形成されている。
【００１３】
シリンダヘッド４には、燃焼室５に臨むように燃料噴射弁７が取り付けられている。燃料噴射弁７は、燃料パイプ８を介して高圧ポンプ９に接続されている。燃料は、図示しない燃料タンクから高圧ポンプ９で昇圧された後、燃料噴射弁７に供給される。燃料は、燃料噴射弁７からピストン３のキャビティ６に向かって噴射されると共に、キャビティ６を含むピストン３の上面に衝突して燃料噴流を形成する。燃料噴射弁７の開弁時間は、ＥＣＵ１により制御される。
【００１４】
燃料圧（ＰＦ）センサ１０が、燃料噴射弁７の近傍に設けられており、噴射する燃料の圧力を検出し、それをＥＣＵ１に送る。
【００１５】
点火プラグ１１が、燃焼室５に取り付けられており、ＥＣＵ１からの制御信号に従って火花を飛ばし、燃焼室５内の混合気を燃焼させる。
【００１６】
エンジン２には、吸気弁１２を介して吸気管１３が連結されている。吸気管１３の上流側にはスロットル弁１４が設けられている。スロットル弁１４の開度は、ＥＣＵ１によって制御される。スロットル弁１４に連結されたスロットル弁開度センサ（θＴＨ）１５は、スロットル弁１４の開度を検出し、これをＥＣＵ１に供給する。
【００１７】
吸気管圧力（Ｐｂ）センサ１６および吸気温（Ｔａ）センサ１７は、吸気管１３のスロットル弁１４の下流側に設けられており、吸気管圧力Ｐｂおよび吸気温ＴＡをそれぞれ検出し、ＥＣＵ１に送る。
【００１８】
エンジン水温（ＴＷ）センサ１８は、エンジン２のシリンダブロックの、冷却水が充満した気筒周壁（図示せず）に取り付けられ、エンジン冷却水の温度ＴＷを検出し、それをＥＣＵ１に送る。
【００１９】
エンジン２には、クランク角（ＣＲＫ）センサ１９が設けられている。クランク角センサ１９は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ１に出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（たとえば、３０度）で出力されるパルス信号である。ＥＣＵ１は、該ＣＲＫ信号に応じ、エンジン２の回転数ＮＥを算出する。さらに、ＴＤＣ信号は、ピストンのＴＤＣ位置に関連したクランク角度で出力されるパルス信号である。
【００２０】
エンジン２の下流側には、排気弁２１を介して排気管２２が連結されている。排気管２２には、機関の空燃比を検知するリニア空燃比センサ27が設けられている。リニア空燃比センサ27は、空燃比に応じた信号を出力する。出力された信号は、ECU1に送られる。リニア空燃比センサの下流には、理論空燃比の運転状態の時にＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘについて最大の浄化作用を実現する三元触媒２３が設けられている。三元触媒２３の下流には、O2センサ29が設けられている。O2センサ29の下流に吸着型ＮＯｘ触媒２４が設けられている。吸着型ＮＯｘ触媒２４は、酸化雰囲気においてはＮＯｘを吸着し、還元雰囲気中においてはＮＯｘを還元する。
【００２１】
吸着型ＮＯｘ触媒２４の下流には、Ｏ２センサ２５が設けられている。Ｏ２センサ２５は、２値型の排気ガス濃度センサである。Ｏ２センサ２５は、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるとき高レベルの信号を出力し、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるとき低レベルの信号を出力する。出力された電気信号は、ＥＣＵ１に送られる。
【００２２】
ＥＣＵ１に向けて送られた信号は入力インターフェース１ａに渡される。入力インターフェース１ａは、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する。ＣＰＵ１ｂは、変換されたデジタル信号を処理し、メモリ１ｃに格納されているプログラムに従って演算を実行し、車両の各部のアクチュエータに送る制御信号を作り出す。出力インターフェース１ｄは、これらの制御信号を、燃料噴射弁７、点火プラグ１１、スロットル弁１４、およびその他のアクチュエータに送る。
【００２３】
図２は、本願発明の一実施形態に従う、４つの噴射モードを示す。それぞれの燃焼サイクルにおいて、エンジンの運転状態に応じ、いずれかの噴射モードが選択される。
【００２４】
モード１：１つの燃焼サイクルにおいて、吸入行程噴射のみを実施する。
【００２５】
モード２：１つの燃焼サイクルにおいて、圧縮行程噴射のみを実施する。
【００２６】
モード３：１つの燃焼サイクルにおいて、吸入行程噴射と膨張行程噴射を実施する。
【００２７】
モード４：１つの燃焼サイクルにおいて、圧縮行程噴射と膨張行程噴射を実施する。
【００２８】
吸入行程噴射および圧縮行程噴射は、所望のエンジン出力を得るための主噴射であり、エンジンの運転状態に応じてどちらかが選択される。
【００２９】
吸入行程噴射では、燃焼室内に空気を吸入するための吸入行程の前半に、燃料が噴射される。吸入行程噴射は、混合気を、燃焼室内に均一に分散させながら、成層燃焼よりもリッチな状態で均一燃焼させる。吸入行程噴射は、エンジンの負荷が比較的大きい時（たとえば、加速時）に実施される。
【００３０】
圧縮行程噴射では、吸入した空気を圧縮するための圧縮行程の後半に、燃料が噴射される。圧縮行程噴射は、混合気を、点火プラグ付近に偏らせながら、極めてリーンな状態（たとえば、空燃比が２４以上）で成層燃焼させる。圧縮行程噴射は、エンジンの負荷が比較的小さい時（たとえば、アイドル運転時）に実施される。
【００３１】
膨張行程噴射は、触媒の浄化能力を向上させるための副噴射である。膨張行程噴射では、燃焼によってピストンが下方に移動する膨張行程中に、燃料が噴射される。噴射した燃料により、排ガスの温度を上昇させる。
【００３２】
吸着型ＮＯｘ触媒は、酸化雰囲気中では、ＳＯｘを吸着しやすい性質を持つ。ＳＯｘにより触媒が被毒されると、ＮＯｘの吸着能力が低下する。膨張行程噴射を実行することにより、還元雰囲気中で触媒温度を上昇させて、ＳＯｘを脱離させることができる。
【００３３】
どの燃焼サイクルで膨張行程噴射を実施するかについては、適切な任意の方法で決定することができる。たとえば、触媒に吸着したＳＯｘの量が所定値以上であることが検出された時、膨張行程噴射を実施する。触媒の活性度（これは、触媒の温度により判断することができる）に応じて、膨張行程中における噴射タイミングを、進角または遅角させてもよい。
【００３４】
代替的に、他の噴射モードを設定してもよい。たとえば、エンジン負荷が「中」程度であると判断した時、１つの燃焼サイクル中に吸入行程噴射と圧縮行程噴射の両方を実施する分割噴射を設定してもよい。このような分割噴射を設定することにより、吸入行程噴射と圧縮行程噴射の間のエンジン出力の段差を緩和することができる。
【００３５】
図３を参照して、付着燃料による燃料噴射量の補正について説明する。今回の燃焼サイクルにおいて、燃料噴射弁７から燃焼室内にＴｏｕｔ(n)の燃料が噴射されたと仮定する。ここで、ｎは燃焼サイクルを識別する識別子である。
【００３６】
この燃料噴射量Ｔｏｕｔ（ｎ）のうち、（Ａ×Ｔｏｕｔ(n)）に相当する量が、直接燃焼に寄与する。残りの量（１−Ａ）×Ｔｏｕｔ(n)は、すでに燃焼室内に付着している燃料Ｔｗｐ(n-1)中に、増分Ｆｗｉｎとして取り込まれる（式（１））。ここで、Ａは直接率と呼ばれ、今回の燃焼サイクルにおいて噴射された燃料のうち、該今回の燃料サイクルにおける燃焼に直接使用される燃料の割合を示し、０＜Ａ＜１で与えられる。
【００３７】
Ｆｗｉｎ(n)＝（１−Ａ）×Ｔｏｕｔ(n)      （１）
【００３８】
付着燃料量Ｔｗｐ(n-1)のうち、Ｂ×Ｔｗｐ(n-1)に相当する量が燃焼に寄与する（式（２））。ここで、Ｂは持ち去り率と呼ばれ、付着燃料量Ｔｗｐ(n-1)のうち、今回の燃焼サイクルにおける燃焼に使用される燃料の割合を示し、０＜Ｂ＜１で与えられる。
【００３９】
Ｆｗｏｕｔ(n)＝Ｂ×Ｔｗｐ(n-1)      （２）
【００４０】
結果として、（Ａ×Ｔｏｕｔ(n)）と、Ｆｗｏｕｔ(n)とを加えた値が、実際に、今回の燃焼サイクルで燃焼に使用される燃料の量である。
【００４１】
一方、所望のエンジン出力を得るため、今回の燃焼サイクルでエンジンに供給すべき燃料の量（要求燃料量と呼ぶ）Ｔｃｙｌ(n)が決定される。上記の燃料噴射量Ｔｏｕｔ(n)は、要求燃料量Ｔｃｙｌ(n)が、（Ａ×Ｔｏｕｔ(n)）＋Ｆｗｏｕｔ(n)に一致するように算出される（式（３）および（４））。
【００４２】
Ｔｃｙｌ(n)＝Ａ・Ｔｏｕｔ(n)＋Ｆｗｏｕｔ(n)      （３）
【００４３】
Ｔｏｕｔ(n)＝（Ｔｃｙｌ(n)−Ｆｗｏｕｔ(n)）／Ａ
＝（Ｔｃｙｌ(n)−Ｂ×Ｔｗｐ(n-1)）／Ａ          （４）
【００４４】
燃料噴射量Ｔｏｕｔ(n)が噴射されることに応じて、付着燃料は、式（５）に示すように更新される。
【００４５】
Ｔｗｐ(n)＝（１−Ｂ）×Ｔｗｐ(n-1)＋Ｆｗｉｎ(n)        （５）
【００４６】
この実施例では、直接率Ａおよび持ち去り率Ｂは、エンジンの現在の運転状態（典型的には、エンジン回転数ＮＥおよび吸気管圧力ＰＢ）に基づいて決定される。
【００４７】
図４は、本願発明の一実施形態に従う、燃料制御装置のブロック図である。各機能ブロックは、典型的には、メモリ１ｃに格納されるソフトウェアプログラムにより実現される。
【００４８】
要求燃料算出部５１は、式（６）に従い、エンジンの現在の運転状態に基づいて、要求燃料量Ｔｃｙｌ(n)を算出する。
【００４９】
Ｔｃｙｌ(n)＝Ｔｉ(n)×Ｋｔｏｔａｌ(n)        （６）
【００５０】
Ｔｉは基本燃料であり、検出されたエンジン回転数ＮＥおよび吸気管圧力ＰＢに基づいて決定される。Ｋｔｏｔａｌは、補正係数を示す。Ｋｔｏｔａｌは、たとえば、エンジン水温ＴＷに応じて決定される補正係数Ｋtw、エンジン始動時の時に考慮されるKAST、エンジンの負荷状態に応じて決定される補正係数KWOT、吸気温度に応じて決定されるKTA、空燃比補正係数KO2等を乗算することにより算出される。
【００５１】
燃料噴射量算出部５２は、付着燃料更新部５５から、現在の付着燃料Ｔｗｐ(n-1)を受け取る。燃料噴射量算出部５２は、上記の式（４）に従い、今回の燃焼サイクルにおいて噴射すべき燃料の量Ｔｏｕｔ(n)を算出する。こうして、要求燃料量Ｔｃｙｌ(n)を付着燃料量Ｔｗｐ(n-1)によって補正することにより、燃料噴射量Ｔｏｕｔ(n)が得られる。
【００５２】
モード選択部５３は、エンジンの現在の運転状態に基づいて、上記のモード１から４のうちの１つを選択し、該選択されたモード番号を表す信号Ｍｏｄｅを生成する。生成されたモード信号は、噴射弁駆動部５４に渡される。
【００５３】
噴射弁駆動部５４は、受け取ったモード信号Ｍｏｄｅの値が１ならば、モード１の燃焼サイクルを実現するため、吸入行程が到来したことに応じて、燃料噴射量Ｔｏｕｔが噴射されるよう燃料噴射弁７を駆動する。
【００５４】
受け取ったモード信号Ｍｏｄｅの値が２ならば、モード２の燃焼サイクルを実現するため、圧縮行程が到来したことに応じて、燃料噴射量Ｔｏｕｔが噴射されるよう燃料噴射弁７を駆動する。
【００５５】
受け取ったモード信号Ｍｏｄｅの値が３ならば、モード３の燃焼サイクルを実現するため、吸入行程が到来したことに応じて、燃料噴射量Ｔｏｕｔが噴射されるよう燃料噴射弁７を駆動する。さらに、膨張行程が到来したことに応じて、所定の燃料Ｔｃｙｌ＿ｅｘｐが噴射されるよう燃料噴射弁７を駆動する。
【００５６】
受け取ったモード信号Ｍｏｄｅの値が４ならば、モード４の燃焼サイクルを実現するため、圧縮行程が到来したことに応じて、燃料噴射量Ｔｏｕｔが噴射されるよう燃料噴射弁７を駆動する。さらに、膨張行程が到来したことに応じて、所定の燃料Ｔｃｙｌ＿ｅｘｐが噴射されるよう燃料噴射弁７を駆動する。
【００５７】
膨張行程で噴射される燃料の量Ｔｃｙｌ＿ｅｘｐは、任意の適切な方法で決定することができる。たとえば、触媒に吸着されたＳｏｘの量に応じて決めてもよい。
【００５８】
付着燃料更新部５５は、モード信号Ｍｏｄｅを受け取る。モード信号Ｍｏｄｅの値が１ならば、吸入行程噴射が完了したことに応じて、付着燃料の更新処理を開始する。付着燃料更新部５５は、吸入行程中に噴射された燃料Ｔｏｕｔ(n)に基づき、式（１）に従って付着燃料の増分Ｆｗｉｎ(n)を算出する。
【００５９】
受け取ったモード信号Ｍｏｄｅの値が２ならば、圧縮行程噴射が完了したことに応じて、付着燃料の更新処理を開始する。付着燃料更新部５５は、圧縮行程中に噴射された燃料Ｔｏｕｔ(n)に基づき、式（１）に従って付着燃料の増分Ｆｗｉｎ(n)を算出する。
【００６０】
受け取ったモード信号Ｍｏｄｅの値が３ならば、吸入行程噴射については、式（１）に従って増分Ｆｗｉｎ(n)を算出し、膨張行程噴射については、該増分Ｆｗｉｎ(n)の算出を禁止する。
【００６１】
受け取ったモード信号Ｍｏｄｅの値が４ならば、圧縮行程噴射については、式（１）に従って増分Ｆｗｉｎ(n)を算出し、膨張行程噴射については、該増分Ｆｗｉｎ(n)の算出を禁止する。
【００６２】
付着燃料更新部５５は、こうして算出された増分Ｆｗｉｎ(n)を、現在の付着燃料の量“（１−Ｂ）×Ｔｗｐ(n-1”に加算することにより、付着燃料の今回値Ｔｗｐ(n)を算出する（式（５）参照）。この付着燃料の今回値Ｔｗｐ(n)は、燃料噴射量算出部５２が次回の燃焼のために燃料噴射量Ｔｏｕｔ(n+1)を算出するのに用いられる。
【００６３】
このように、吸入および圧縮行程噴射については、付着燃料量の更新処理を実施し、膨張行程噴射については、付着燃料量の更新処理を禁止する。
【００６４】
膨張行程では、燃料室内の温度および圧力が高いので、噴射した燃料は、燃焼室の壁面やピストンの上面に付着することなく速やかに気化される。膨張行程について付着燃料の更新処理を実施すると、燃料噴射量が不適切に補正され、よって所望の空燃比を得られないおそれがある。
【００６５】
吸入および圧縮行程噴射については、付着燃料の更新処理を実施し、膨張行程噴射については、付着燃料の更新処理を禁止するので、燃料噴射量が適切に補正され、よって所望の空燃比を実現することができる。
【００６６】
図５は、噴射モードに従って燃料噴射量を算出するプロセスのフローチャートを示す。このプロセスは、燃焼サイクルにつき１回実施される。この実施例では、所与の燃焼サイクル”n”が開始するのに先立って該プロセスを実施する。
【００６７】
ステップＳ１において、上記の式（６）に従い、要求燃料量Ｔｃｙｌ(n)を算出する。ステップＳ２において、検出されたエンジン回転数ＮＥおよび吸気管圧力Ｐｂに基づいて所定のマップを参照し、直接率Ａおよび持ち去り率Ｂを求める。ステップＳ３において、式（２）に従い、前回の燃焼サイクルで算出された付着燃料量Ｔｗｐ(n-1)のうち、今回の燃焼サイクルで燃焼に寄与する付着燃料Ｆｗｏｕｔ(n)を算出する。
【００６８】
ステップＳ４において、今回の燃焼サイクルにおいて燃料カットを実施するかどうかを判断する。燃料カットは、エンジンへの燃料の供給を停止する動作である。今回の燃焼サイクルにおいて燃料カットを行うならば、ステップＳ５に進み、吸入、圧縮および膨張行程用の燃料噴射量Ｔｏｕｔ＿ｉｎｔ(n)、Ｔｏｕｔ＿ｃｍｐ(n)およびＴｏｕｔ＿ｅｘｐ(n)のすべてにゼロを設定し、燃料の供給を停止する。
【００６９】
ステップＳ６において、上記の式（４）に従って、今回の燃焼サイクルにおける燃焼のための燃料噴射量Ｔｏｕｔ(n)を算出する。
【００７０】
ステップＳ７において、モード信号Ｍｏｄｅの値を調べる。モード信号Ｍｏｄｅの値が１ならば、吸入行程噴射のみを実施することを示す。ステップＳ６で算出された燃料噴射量Ｔｏｕｔ(n)を吸入行程用の燃料噴射量Ｔｏｕｔ＿ｉｎｔ(n)に設定し、圧縮および膨張行程用の燃料噴射量Ｔｏｕｔ＿ｃｍｐ(n)およびＴｏｕｔ＿ｅｘｐ(n)には、ゼロを設定する（Ｓ８）。
【００７１】
ステップＳ９においてモード信号Ｍｏｄｅの値が２ならば、圧縮行程噴射のみを実施することを示す。ステップＳ６で算出された燃料噴射量Ｔｏｕｔ(n)を圧縮行程用の燃料噴射量Ｔｏｕｔ＿ｃｍｐ(n)に設定し、吸入および膨張行程用の燃料噴射量Ｔｏｕｔ＿ｉｎｔ(n)およびＴｏｕｔ＿ｅｘｐ(n)には、ゼロを設定する（Ｓ１０）。
【００７２】
ステップＳ１１においてモード信号Ｍｏｄｅの値が３ならば、吸入行程噴射と膨張行程噴射を実施することを示す。ステップＳ６で算出された燃料噴射量Ｔｏｕｔ(n)を吸入行程用の燃料噴射量Ｔｏｕｔ＿ｉｎｔ(n)に設定し、所定値Ｔｃｙｌ＿ｅｘｐを、膨張行程用の燃料噴射量Ｔｏｕｔ＿ｅｘｐ(n)に設定し、圧縮行程用の燃料噴射量Ｔｏｕｔ＿ｃｍｐ(n)には、ゼロを設定する（Ｓ１２）。
【００７３】
ステップＳ１３においてモード信号Ｍｏｄｅの値が４ならば、圧縮行程噴射と膨張行程噴射を実施することを示す。ステップＳ６で算出された燃料噴射量Ｔｏｕｔ(n)を圧縮行程用の燃料噴射量Ｔｏｕｔ＿ｃｍｐ(n)に設定し、所定値Ｔｃｙｌ＿ｅｘｐを、膨張行程用の燃料噴射量Ｔｏｕｔ＿ｅｘｐ(n)に設定し、吸入行程用の燃料噴射量Ｔｏｕｔ＿ｉｎｔ(n)には、ゼロを設定する（Ｓ１４）。
【００７４】
図６は、付着燃料を更新するプロセスを示すフローチャートである。このプロセスは、図５のプロセスにおいて算出された噴射量Ｔｏｕｔ＿ｉｎｔ(n)またはＴｏｕｔ＿ｃｍｐ(n)に従う主噴射が完了したことに応じて実施される。
【００７５】
ステップＳ２１において、モード信号Ｍｏｄｅの値を調べる。モード信号Ｍｏｄｅの値が１または３ならば、今回の燃焼サイクルにおいて吸入行程噴射が行われたことを示す。ステップＳ２２に進み、吸入行程で噴射された燃料の量Ｔｏｕｔ＿ｉｎｔ(n)を、一時変数ｔｎｅｔｆｔｅｍｐに代入する。
【００７６】
吸入行程噴射でなければ、ステップＳ２３に進み、モード信号Ｍｏｄｅの値が２または４であるかどうかを調べる。モード信号Ｍｏｄｅの値が２または4ならば、今回の燃焼サイクルにおいて圧縮行程噴射が行われたことを示す。ステップＳ２４に進み、圧縮行程で噴射された燃料の量Ｔｏｕｔ＿ｃｍｐ(n)を、一時変数ｔｎｅｔｆｔｅｍｐに代入する。
【００７７】
ステップＳ２５では、上記の式（１）に従い、今回の燃焼サイクルの主噴射に起因して付着した燃料、すなわち増分Ｆｗｉｎ(n)を算出する。直接率Ａは、図６のステップＳ２で求められている。
【００７８】
ステップＳ２６に進み、式（５）に従って、付着燃料量を更新し、付着燃料の今回値Ｔｗｐ(n)を算出する。この今回値Ｔｗｐ(n)は、次回の燃焼サイクルのために図６のプロセスが実行される時に、ステップＳ３の演算を実行するのに用いられる。
【００７９】
図７は、この発明の一実施例における触媒温度推定ルーチンを示すフローチャートである。ステップS111において、車両が始動モードであるかどうか判断する。これは、たとえばエンジン回転数ＮＥが所定回転数（たとえば、５００ｒｐｍ）未満であれば始動モードであると判断される。始動モードであると判断されたならば、ステップS１１２〜１１４において、推定触媒温度ＴＣＴに、予め決められた初期値を設定する。具体的には、ステップS１１２で、エンジン水温ＴＷが所定温度＃ＴＷＴＣＴ（たとえば、６０℃）より大きいかどうか判断する。ステップS１１２の判断がＮＯの場合、エンジン１が低温状態にあり、よって触媒も低温状態にあると推定することができる。ステップS１１３に進み、推定触媒温度ＴＣＴを、予め決められた初期値＃ＴＣＴ０（たとえば、２００℃）に設定する。
【００８０】
一方、ステップS１１２の判断がＹＥＳの場合、触媒が高温状態にあると推定することができる。ステップS１１４に進み、推定触媒温度ＴＣＴを、予め決められた初期値＃ＴＣＴ１（たとえば、５００℃）に設定する。当然ながら、ステップS１１４で用いられる初期値＃ＴＣＴ１は、ステップS１１３で用いられる初期値＃ＴＣＴ０よりも高い温度が設定される。
【００８１】
ステップS１１１において始動モードでないと判断されたならば、ステップS１１５〜１１９において触媒温度を算出する。ステップS１１５において、推定タイマの値ＴＣＡＴＷＯＴがゼロかどうか判断する。推定タイマはダウンタイマであり、予め決められた時間＃ＴＭＣＡＴＷＯＴ（たとえば、５００ミリ秒）がセットされる。推定タイマの値ＴＣＡＴＷＯＴがゼロならば、推定タイマにセットされた時間＃ＴＭＣＡＴＷＯＴが経過したことを意味するので、ステップ１１６に進み、新たに推定タイマに時間＃ＴＭＣＡＴＷＯＴをセットする。推定タイマの値ＴＣＡＴＷＯＴがゼロでなければ、そのままこのルーチンを抜ける。こうして、ステップS１１７〜１１９で実行される推定触媒温度ＴＣＴの算出が、所定時間＃ＴＭＣＡＴＷＯＴごとに実行される。
【００８２】
ステップS１１７において、エンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡに基づいてなまし係数算出テーブルを検索し、なまし係数ＣＴＣＴＷを求める。なまし係数は、所定値＃ＰＢＣＴＣＴＨについて設定された高負荷時用のものと、所定値＃ＰＢＣＴＣＴＬについて設定された低負荷時用のものの２つが用意されている。いずれの場合も、なまし係数ＣＴＣＴＷは、吸気管内絶対圧ＰＢＡおよびエンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きな値に設定されている。
【００８３】
ステップS１１８に進み、エンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡに基づいて、図示しないマップを検索することにより、基本推定触媒温度ＴＣＴＭを算出する。このマップは、エンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡが大きいほど基本推定触媒温度が高くなるよう予め設定されている。ステップS１１９に進み、ステップS１１７および１１８で算出したなまし係数ＣＴＣＴＷおよび基本推定触媒温度ＴＣＴＭを用い、以下の式に従って、推定触媒温度ＴＣＴを算出する。ここで、ｎは、サイクルを識別する数字であり、（ｎ−１）は前回のサイクルを示し、（ｎ）は今回のサイクルを示す。
【００８４】
ＴＣＴ(n)＝ＴＣＴ(n-1)＋［ＴＣＴＭ−ＴＣＴ(n-1)］×ＣＴＣＴＷ      (7)
【００８５】
三元触媒23およびＮＯｘ触媒24の特性劣化は、リッチ化判定時の下流側Ｏ２センサ25のリーン出力停滞時間（排気ガス量）により判定される。排気系には、広範囲の空燃比に応じた出力を出す広域空燃比センサ27、三元触媒の後ろでの酸素濃度を検出する上流側Ｏ２センサ29、およびＮＯｘ触媒の後方に配置された下流側Ｏ2センサ25が設けられている。上流側Ｏ2センサ29がリッチに反転してから下流側Ｏ２センサ25の出力がリッチに反転するまでの時間により、NOｘ触媒の劣化を判定する。NOｘ触媒が劣化していないときは、反転に要する時間が長く、劣化しているときは反転に要する時間が短い。この判定方法は、たとえば特開2003-65039号公報に記載されている。
【００８６】
NOｘ触媒が劣化していると判定されると、サルファパージの実行要求フラグF-SPGREQが１にセットされる。サルファパージは、触媒温度が高い状態でリッチ空燃比の排気ガスを排気系に流すことによって実行される。このため、サルファパージの実行に先立って触媒の床温度を上昇させる必要がある。      
図８は、サルファパージ（SP）のために触媒の床温度を上昇させる処理のフローを示す。エンジンの他の制御フローと同様にこのフローは一定の周期で実行される。まずサルファパージが要求されているかどうかを前述のサルファパージの実行要求フラグF-SPREQが１になっているかどうかを点検することにより判定する(S201)。サルファパージが要求されていれば、エンジンの燃焼モードが前述の４つのモードの間で切換中であるかどうかを、フラグF-TCYLLMTが１になっているかどうかを点検して判定する(S203)。燃焼モード切替中でなければ、エンジンの運転状態がリーンバーン状態にあるかどうかを、フラグF-LBが１になっているかどうかを点検することにより判定する(S205)。
【００８７】
リーンバーン領域にあれば、エンジン回転数NEに基づいて図９のテーブルを検索し、対応する吸気管圧力PBDIBSLを求める。この吸気管圧力は、膨張行程噴射を実行する下限の吸気管圧力である。吸気圧センサ16（図１）によって検出される吸気管圧力PBAがこの下限値以上であれば(S209)、触媒温度がサルファパージ用の触媒温度の上限（たとえば900℃）に達しているかどうかを点検し(S213)、達していなければ、触媒温度が膨張行程噴射を実行する触媒温度（推定値）の上限値TCTL（たとえば640℃）に達しているかどうかをフラグにより判定する（S213）。
【００８８】
図７の処理によって推定された触媒の推定温度がこれらの上限温度を超えていないときは、酸素濃度センサ25の出力SVO2がしきい値SVDIBC（たとえば0.565ボルト）を超えているかどうかを判定する(S215)。SVO2がこのしきい値を超えていないとき、すなわち空燃比がリーンであるときは、膨張行程噴射の実行を要求するフラグを１にセットし(S217)、サルファパージ用の膨張行程噴射の実行を要求するフラグを１にセットする(S223)。こうして、このプロセスを終了する。
【００８９】
ステップS215において、SVO2がしきい値より大きく、空燃比がリッチであると判定されるときは、膨張行程噴射に適さないので、膨張行程噴射の実行を要求するフラグを０にセットする（S219）。しかし、この場合であっても、サルファパージを実行するために触媒温度を上昇させるための条件は成立しているので、サルファパージ用の膨張行程噴射の実行を要求するフラグに１をセットする（S223）。
【００９０】
こうして、触媒温度が上限値に達するまで、膨張行程噴射により未燃燃料を排気系に供給して、排気系内で燃焼させ触媒温度を上昇させる。膨張行程噴射の時間Tiは、噴射装置（インジェクタ）で制御可能な最小値以上の値をとる。
【００９１】
ステップS201の判定がNOのとき、ステップS203での判定が燃焼モードの切換中を示すとき、またはステップS205においてエンジンがリーンバーン領域外にあるときは、膨張行程噴射に適さないので、要求フラグを０にセットし（S221）、サルファパージ用の膨張行程噴射の実行要求フラグも０にセットする(S225)。同様に、吸気管圧力がしきい値より小さい（すなわち、エンジンの負荷が小さい）とき、触媒の推定温度が上限の温度を超えるときも（S211、S213）、ステップS221およびS225において膨張行程噴射の実行を要求するフラグを０にセットする。
【００９２】
以上の実施例では、排気の温度を上昇させるための噴射を膨張行程で行うものとして記述したが、この噴射は排気行程で行ってもよい。以上にこの発明を具体的な実施例について記述したが、この発明はこのような実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】この発明の一実施例に従う、内燃機関および制御装置を概略的に示す図。
【図２】この発明の一実施例に従う、噴射モードを示す図。
【図３】この発明の一実施例に従う、付着燃料量による補正の概念を示す図。
【図４】この発明の一実施例に従う、燃料噴射制御装置の機能ブロック図。
【図５】この発明の一実施例に従う、燃料噴射量を決定するプロセスのフローチャート。
【図６】この発明の一実施例に従う、付着燃料を更新するプロセスのフローチャート。
【図７】触媒温度を推定する処理のフローチャート。
【図８】膨張行程噴射により触媒温度を上昇させる処理のフローチャート。
【図９】エンジン回転数から吸気管圧の下限値を求めるためのテーブルを示すチャート。
【符号の説明】
【００９４】
１  ＥＣＵ
２  エンジン
３  ピストン
５  燃焼室
７  燃料噴射弁
２２    排気管
２３    三元触媒
２４    NOｘ触媒
２５、２９    酸素濃度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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