(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転条件に応じて火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼とを切り替える内燃機関において、
排気空燃比をリッチ化制御する要求が圧縮自己着火燃焼中にあった場合に、圧縮自己着火燃焼を継続しつつ、空燃比をリッチ化制御し、
この場合のリッチ化空燃比として、リッチ化制御を行わない通常の圧縮自己着火燃焼時の着火性と等価の着火性が得られる空燃比を選択する空燃比選択手段を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
圧縮自己着火燃焼中に排気空燃比をリッチ化制御する場合に、リッチ化制御を行わない通常の圧縮自己着火燃焼時のエンジントルクと等価のエンジントルクが得られるように吸入空気量を減少させる吸入空気量制限手段を有することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
燃料を筒内に直接噴射可能な燃料噴射弁を備え、圧縮自己着火燃焼中に排気空燃比をリッチ化制御する場合に、圧縮行程での燃料噴射時期を制御することで、リッチ化制御を行わない通常の圧縮自己着火燃焼時の着火性及びエンジントルクと等価の着火性及びエンジントルクが得られるように、筒内の一部にリッチ混合気層を形成する燃料噴射時期制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
圧縮自己着火燃焼中に筒内温度又は筒内圧力の少なくとも一方を所定値に制御する手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
排気系に、排気空燃比がリーンのときにＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときにトラップされているＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒を備え、ＮＯｘトラップ触媒の再生のために排気空燃比をリッチ化制御することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転条件に応じて火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼とを切り替える内燃機関において、ＮＯｘトラップ触媒の再生等のために排気空燃比をリッチ化制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ますます高まる環境問題への配慮から、内燃機関についても燃費向上、排気低減への要求が高まっている。
ガソリンエンジンの熱効率を改善するために、混合気をリーン化することでポンプ損失を低減すると共に、作動ガスの比熱比を大きくして理論熱効率を向上する手法が知られている。
【０００３】
しかしながら、従来の火花点火エンジンでは、空燃比をリーンにすると燃焼期間が長期化して、燃焼安定度が悪化する。このため、空燃比のリーン化には限界がある。
上記問題を解決する技術としては、特開平７−７１２７９号公報に示されるように、予混合圧縮自己着火燃焼を起こさせる手段が提示されている。これは、２サイクルエンジンにおいて、排気ポート近傍に該排気ポートの開度を制御可能な排気制御弁を設け、この排気制御弁を制御することにより、筒内圧力を制御して自己着火燃焼を起こしている。
【０００４】
予混合圧縮自己着火燃焼では、複数の位置から燃焼反応が起こるため、空燃比をリーン化した場合においても火花点火燃焼に比べると燃焼期間が長期化せずに、よりリーンな空燃比での燃焼が可能となる。また、空燃比がリーンのため、燃焼温度が低下し、ＮＯｘも大幅に低減できる。
一方で、排気中に含まれるＮＯｘを排気空燃比がリーンであるときにトラップし、排気空燃比をリッチにすることでトラップされているＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒が知られている。この技術によれば、リーン燃焼中の排気に含まれるＮＯｘを有効に浄化可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記２つの技術を組み合わせた場合、ＮＯｘトラップ触媒の再生のために排気空燃比をリッチ化する必要があり、圧縮自己着火燃焼を行いながらリッチ化制御を行った場合、圧縮自己着火燃焼の着火時期が早期化し、ノッキングを発生するという問題がある。
【０００６】
また、圧縮自己着火燃焼を一旦終了し、火花点火燃焼に切り替えることも可能だが、この場合には筒内温度、筒内圧力、空燃比等を大幅にまた瞬時に切り替える必要があり、運転性の悪化を生じる可能性が高かった。また、再度圧縮自己着火燃焼を開始するためには筒内温度、筒内圧力、空燃比等を自己着火に最適な条件に整える必要があり、自己着火を開始するまでに時間がかかるため、それまでの区間では燃費の良好な圧縮自己着火燃焼を行えないため、燃費悪化を引起こすという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたもので、排気系の要求から排気空燃比をリッチ化する場合においても、圧縮自己着火燃焼を継続可能で、燃費が良く、クリーンな内燃機関を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明では、運転条件に応じて火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼とを切り替える内燃機関の制御装置において、排気空燃比をリッチ化制御する要求が圧縮自己着火燃焼中にあった場合に、圧縮自己着火燃焼を継続しつつ、空燃比をリッチ化制御し、この場合のリッチ化空燃比として、リッチ化制御を行わない通常の圧縮自己着火燃焼時の着火性と等価の着火性が得られる空燃比を選択する空燃比選択手段を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明では、圧縮自己着火燃焼中に排気空燃比をリッチ化制御する場合に、リッチ化制御を行わない通常の圧縮自己着火燃焼時のエンジントルクと等価のエンジントルクが得られるように吸入空気量を減少させる吸入空気量制限手段を有することを特徴とする。
請求項３の発明では、燃料を筒内に直接噴射可能な燃料噴射弁を備え、圧縮自己着火燃焼中に排気空燃比をリッチ化制御する場合に、圧縮行程での燃料噴射時期を制御することで、リッチ化制御を行わない通常の圧縮自己着火燃焼時の着火性及びエンジントルクと等価の着火性及びエンジントルクが得られるように、筒内の一部にリッチ混合気層を形成する燃料噴射時期制御手段を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明では、圧縮自己着火燃焼中に筒内温度（吸気温度）又は筒内圧力の少なくとも一方を所定値に制御する手段を備えることを特徴とする。
請求項５の発明では、排気系に、排気空燃比がリーンのときにＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときにトラップされているＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒を備え、ＮＯｘトラップ触媒の再生のために排気空燃比をリッチ化制御することを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、排気空燃比をリッチ化制御する要求が圧縮自己着火燃焼中にあった場合に、圧縮自己着火燃焼を継続しつつ、空燃比をリッチ化制御するので、リッチ化制御終了後も圧縮自己着火を継続できるため、好燃費を保ちつつ排気空燃比のリッチ化制御を行うことができる。
【００１２】
また、圧縮自己着火燃焼中に排気空燃比をリッチ化制御する場合に、リッチ化制御を行わない通常の圧縮自己着火燃焼時の着火性と等価の着火性が得られる空燃比を選択するので、自己着火における着火時期の過早化を引起こすことなく良好な自己着火を継続しつつ排気空燃比のリッチ化制御を行うことができる。
請求項２の発明によれば、圧縮自己着火燃焼中に排気空燃比をリッチ化制御する場合に、リッチ化制御を行わない通常の圧縮自己着火燃焼時のエンジントルクと等価のエンジントルクが得られるように吸入空気量を一時的に減少させるので、運転性の悪化なく排気空燃比のリッチ化制御を行うことができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、直噴式の燃料噴射弁を用い、圧縮自己着火燃焼中に排気空燃比をリッチ化制御する場合に、圧縮行程での燃料噴射時期を制御することで、リッチ化制御を行わない通常の圧縮自己着火燃焼時の着火性及びエンジントルクと等価の着火性及びエンジントルクが得られるように、筒内の一部にリッチ混合気層を形成するので、請求項２の発明よりも更に運転性の悪化なく排気空燃比のリッチ化制御を行うことができる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、筒内温度（吸気温度）又は筒内圧力の少なくとも一方を所定値に制御する手段を備えることで、より自己着火の発生しやすい条件に制御できる一方、等価の着火性が得られる空燃比を選択する際も、条件を合わせることで、選択誤差を少なくすることができる。
請求項５の発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒の再生のために用いることで、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップ能を常に維持し、ＮＯｘ浄化効率の向上によるエミッション改善を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
先ず本発明の第１実施形態について説明する。
図１は本発明の第１実施形態を示す内燃機関（以下エンジンという）のシステム図である。
【００１６】
エンジン１の吸気通路２には、吸入空気量を制御する電制スロットル弁３が設けられ、また、吸入空気の温度（吸気温度）を調節可能な吸気温度調節器４が設けられ、更に、これらの下流側で各気筒へ吸入空気を分配するマニホールド部には、各気筒の吸気ポートに向けて燃料を噴射供給する燃料噴射弁５が設けられている。更に、各気筒の燃焼室には、火花点火燃焼用の点火プラグ６が設けられている。これらは、コントロールユニット（以下Ｃ／Ｕという）７により駆動される。
【００１７】
Ｃ／Ｕ７には、アクセルペダルセンサ８からのアクセル開度信号（Ａps）、クランク角センサ９からのクランク角信号（これからエンジン回転数Ｎｅを算出可能）、吸気通路２に設けたエアフローメータ１０からの吸入空気量信号（Ｑａ）、吸気温度センサ１１からの吸気温度信号（Ｔａ）、水温センサ１２からのエンジン冷却水温度信号（Ｔｗ）などが入力されている。
【００１８】
Ｃ／Ｕ７では、これらの入力信号に基づいて、運転条件に応じた目標トルク及び空燃比を実現するように、電制スロットル弁３の開度、燃料噴射弁５の燃料噴射量及び噴射時期を制御し、また、火花点火燃焼時には点火プラグ６の点火時期を制御している。特に燃料噴射弁５の制御に際しては、エアフローメータ１０により検出される吸入空気量Ｑａに対し、運転条件に応じた所望の空燃比となるように、燃料噴射量を制御する。
【００１９】
また、Ｃ／Ｕ７では、吸気温度センサ１１からの信号に基づいて、所望の吸気温度（延いては所望の筒内温度）となるように、吸気温度調節器４を制御している。
エンジン１からの排気は排気通路１３より排出されるが、この排気通路１３には、各気筒からの排気を集合するマニホールド部の下流側に、三元触媒１４が設けられ、更にその下流側に、ＮＯｘトラップ触媒１５が設けられており、排気はこれらを通過後に大気中に排出される。
【００２０】
三元触媒１４は、排気空燃比が略ストイキのときにＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを同時に効率良く浄化する特性を有している。
ＮＯｘトラップ触媒１５は、排気空燃比がリーンのときにＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチのときにトラップされているＮＯｘを脱離し、このとき触媒作用によりＮＯｘを還元浄化する特性を有している。
【００２１】
以上の構成において、暖機後においては、エンジン１は圧縮自己着火燃焼（以下単に自己着火燃焼という）を行っている。自己着火燃焼では、空燃比をリーン化可能のため、ＮＯｘ排出量を火花点火燃焼と比べ大幅に低減可能であるが、前述のように更なるエミッション改善のため、三元触媒１４及びＮＯｘトラップ触媒１５を設け、エンジン１から排出される有害物質の浄化処理を行っている。
【００２２】
ＮＯｘトラップ触媒１５では、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップ可能であるが、このＮＯｘトラップを継続すると、ＮＯｘトラップ能が飽和し、やがてＮＯｘをトラップできなくなる。この場合、排気空燃比をリッチ化することで、トラップされたＮＯｘを脱離浄化できる。
そこで、本実施形態では、例えば図２に示すように、エンジン回転数とトルクとから単位時間毎のＮＯｘ排出量を予め求めて記憶させたＮＯｘ排出量マップを参照し、そのＮＯｘ排出量を積算することで、ＮＯｘトラップ触媒１５でのＮＯｘトラップ量を推定し、このＮＯｘトラップ量が飽和量に近くなった時点で、ＮＯｘトラップ触媒１５の飽和（トラップ限界）と判断し、排気空燃比のリッチ化制御を行う。
【００２３】
次に図３に基づいて自己着火式エンジンにおける吸気温度、空燃比、着火時期（着火遅れ期間）の関係を説明する。
図３には、吸気温度を例として２５℃、１００℃、２００℃とし、各吸気温度で、混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を変化させた場合の着火時期を示している。
これによると、吸気温度が２５℃の場合、混合気の空燃比がストイキ付近のときには自己着火を行うことは可能であるが、安定度限界線とほぼ一致しており、このポイントでのみ自己着火が可能である。しかし、空燃比がストイキでのみ運転可能であり、自己着火のメリットであるリーン燃焼を行えないため、実際にはこの吸気温度では運転することは燃費儲け代がないため行わない。
【００２４】
吸気温度が１００℃の場合、図中（１）に示すポイントは、混合気の空燃比がリーン側で且つ安定度限界線よりも下側の点であり、このポイントが空燃比がリーンで且つ安定度限界内となる通常の自己着火燃焼時の空燃比設定点である。
これに対して、混合気の空燃比をリッチ化していくと、着火時期が次第に早期化し、ノッキングを生じるようになり、ここではエンジンの破損の恐れが生じることや、また燃焼時期が早期化しすぎるため燃費のゲインが減少することから、ここで運転することは望ましくない。通常ではこの領域よりリッチ側では自己着火燃焼は難しいとして、火花点火に切り替えることが一般的である。
【００２５】
しかし、更に混合気の空燃比をリッチ化していくと、燃料の気化により筒内温度が低下し着火時期が遅れる傾向と、空燃比のリッチ化により着火遅れが減少する傾向とのバランスにより、リッチ化する程、着火時期が遅れる傾向となる。
このリッチ領域では通常の運転では前述のようにリーン燃焼ではないことから、燃費的には何らゲインがない設定であるが、自己着火燃焼をべ一スとして排気空燃比をリッチ化する場合には、自己着火燃焼を継続しつつ、排気空燃比をリッチ化できるというメリットがあり、本実施形態では、図中（２）に示すポイントを排気空燃比をリッチ化する場合の空燃比設定点とすることで、リッチ化制御を行わない場合の通常の自己着火燃焼時の着火性とほぼ等価の着火性を得て、自己着火燃焼を継続しつつ、排気空燃比のリッチ化が可能となる。
【００２６】
尚、着火性がほぼ等価となるような空燃比を選択するときは、着火時期の差が例えば低回転側では±５°ＣＡ程度以内、高回転側では±１５°ＣＡ程度以内となるようにするのが望ましい。
従って、本実施形態では、ＮＯｘトラップ触媒１５の再生のために排気空燃比をリッチ化制御する場合に、吸気温度調節器４により吸気温度を所定の温度（例えば１００℃）に制御しつつ、リッチ化制御を行わない場合の通常のリーン空燃比での自己着火燃焼時の着火性とほぼ等価の着火性が得られる空燃比（図３の（２）のポイントの空燃比）を選択し、自己着火燃焼を継続しつつ、空燃比をリッチ化制御する。
【００２７】
これによれば、排気空燃比をリッチ化するために、燃焼を火花点火に切り替えないため、リッチ化制御を終了した後もすぐに自己着火燃焼を行えるため、燃費が良好でクリーンな自己着火式エンジンが実現可能となる。
尚、上記の説明の中で、吸気温度はリッチスパイクのように急激な変化に追従することは難しいので、ここでは一定温度に制御しているが、必要に応じて吸気温度も合わせて変化させても構わない。
【００２８】
また、図３はある運転条件での関係を示したものであるが、各運転条件についてこのようなマップを持ち、リッチ化制御の際には運転条件に応じたマップからリッチ化空燃比を参照すればよい。また、このように各運転条件毎の多数のマップを持つようにするのではなく、各運転条件毎に空燃比を示したマップを１つ用意するようにしてもよく、これによれば更に簡素化可能である。
【００２９】
次に本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態では、前述の第１実施形態と同様に、排気空燃比をリッチ化制御する場合に、リッチ化制御を行わない自己着火燃焼時の着火性とほぼ等価の着火性が得られるようにするのみならず、電制スロットル弁３などにより吸入空気量を制限することで、リッチ化制御を行わない自己着火燃焼時のエンジントルクとほぼ等価のエンジントルクが得られるようにする。
【００３０】
但し、駆動力に使用されるトルクを等価に保つよう吸入空気量を制限することで、着火性を等価に保つ空燃比の選択は、次のように行う。
図４を参照し、第１実施形態では、通常の自己着火燃焼時は図中（１）のポイントの空燃比、リッチ化制御時は図中（２）のポイントの空燃比を選択したが、本実施形態では、吸気温度を一定（例えば１００℃）としても吸気絞りによる吸気制限に伴い、断熱圧縮による温度上昇が減少するため、図中上向きの矢印で示すように、着火時期がシフトする。これは図３に示した吸気温度が低下した場合とほぼ同様の現象である。このため、本実施形態では、リッチ化制御時は図中（３）に示すポイントの空燃比を選択する。
【００３１】
従って、運転条件毎に、リッチ化制御時の発生トルクに見合うだけの吸入空気減少量と、その時の安定度限界に至らない空燃比とを、予め実験で求めておき、データとしてＣ／Ｕ７内に格納しておく。
そして、リッチ化制御が必要と判断されたとき、上記のごとく吸入空気量の制限を行う共に、吸入空気減少量に対応した空燃比であって、着火性が通常の自己着火燃焼時のポイント（１）と略等価になるポイント（３）のリッチ空燃比に制御することにより、自己着火燃焼を維持しつつ、駆動力に使用されるトルクを略一定に保ちつつ、リッチ化制御が可能となる。
【００３２】
尚、吸入空気量の制限は、電制スロットル弁３によって行ってもよいし、吸気弁の作動特性を変化させても行っても構わない。また吸気温度を上昇させることによっても吸入空気量を低下させることが可能であるが、吸気温度をステップ的に変化させた場合には、それに伴いエンジンの吸気管や吸気ポート、エンジン内部の熱容量により、一次遅れ的に温度が変化するため、本実施形態には適さないと考える。
【００３３】
次に本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態は、前述の第２実施形態の制御をベースに、より具体化し、図５〜図７に空燃比制御のフローチャートとして示したものである。
尚、かかる制御の実現のため、本実施形態では、筒内温度制御手段として、前述の吸気温度調節器４を用いる。また、筒内圧力制御手段として、図１には示していない過給機又は可変圧縮比機構を用いる。
【００３４】
図５は空燃比制御のメインルーチンのフローチャートであり、先ずこれに沿って説明する。
Ｓ１では、各種センサの信号、具体的には、アクセル開度Ａps、エンジン回転数Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、吸気温度Ｔａ、冷却水温度Ｔｗ等を読込む。
Ｓ２では、主にアクセル開度Ａpsに基づいて、運転者の要求である目標トルクＴＴＣを算出する。
【００３５】
Ｓ３では、エンジン回転数Ｎｅと目標トルクＴＴＣとをパラメータとするマップから、運転領域に基づき、低中回転、低中負荷の自己着火燃焼領域か、高回転又は高負荷の火花点火燃焼（均質燃焼）領域かを判定し、自己着火燃焼領域の場合は燃焼フラグＦＣｍｂ＝０に、火花点火燃焼領域の場合は燃焼フラグＦＣｍｂ＝１にセットする。
【００３６】
Ｓ４では、エンジン回転数Ｎｅと目標トルクＴＴＣとをパラメータとするマップから、運転領域に基づき、燃料噴射量制御に必要な目標燃空比ＴＦＢＹＡを設定する。
尚、ここでいう燃空比とは、空気過剰率λの逆数で、ストイキ空燃比を１４．６とすると、燃空比＝１４．６／空燃比となる。従って、目標空燃比がストイキのときＴＦＢＹＡ＝１となり、リーンのときは１より小さく、リッチのときは１より大きくなる。そして、吸入空気量Ｑａに対するストイキ相当の燃料噴射量に対し、ＴＦＢＹＡを乗じることで、目標空燃比を得るための燃料噴射量を算出することができる。
【００３７】
Ｓ５では、現在の冷却水温度Ｔｗと暖機判定用のしきい値ＴｗＬとを比較し、Ｔｗ≧ＴｗＬ（暖機後）の場合は、現在の燃焼フラグＦＣｍｂ及び目標燃空比ＴＦＢＹＡを維持するが、Ｔｗ＜ＴｗＬ（暖機前）の場合は、Ｓ６へ進んで、燃焼フラグＦＣｍｂ＝１にセットし、また目標燃空比ＴＦＢＹＡ＝１（ストイキ）にセットする。
【００３８】
すなわち、Ｓ６は、Ｔｗ＜ＴｗＬで、暖機前と判定された場合には、自己着火燃焼を安定して行うことが難しいため、Ｓ３の領域判定でたとえ自己着火燃焼（ＦＣｍｂ＝０）と判定された場合においても、火花点火燃焼（ＦＣｍｂ＝１）を行わせるために設けてある。
Ｓ７では、燃焼フラグＦＣｍｂ＝０（自己着火燃焼）か否かを判定し、ＦＣｍｂ＝０の場合は、Ｓ８へ進んで、自己着火燃焼の制御に入る。
【００３９】
Ｓ８では、図６の自己着火判定制御サブルーチンに従って、処理を行う。
図６の自己着火判定制御サブルーチンに沿って説明する。ここでは、先ず、自己着火燃焼領域に突入した場合に直ちに自己着火燃焼を開始できる（自己着火可能）か否かの判定を行っている。
Ｓ１０１では、筒内温度推定手段により時々刻々の筒内温度を推定する。具体的には、エンジン運転条件（エンジン回転数Ｎｅ、目標トルクＴＴＣ、目標燃空比ＴＦＢＹＡ等）、吸気温度Ｔａなどを基に、筒内温度を推定する。
【００４０】
Ｓ１０２では、筒内圧力推定手段により時々刻々の筒内圧力を推定する。具体的には、エンジン運転条件（エンジン回転数Ｎｅ、目標トルクＴＴＣ、目標燃空比ＴＦＢＹＡ等）、吸気温度Ｔａ、クランク角度などを基に、筒内圧力を推定する。尚、時々刻々の筒内圧力ではなく、所定のクランク角度での筒内圧力を推定するようにしても構わない。
【００４１】
Ｓ１０３では、前述のＳ４で用いたマップを参照し、エンジン回転数Ｎｅと目標トルクＴＴＣとから、目標燃空比ＴＦＢＹＡを読込む。
Ｓ１０４では、目標燃空比ＴＦＢＹＡ毎に、筒内温度と筒内圧力とをパラメータとして１／τ（着火遅れ期間τの逆数）を予め記憶させたマップを参照し、現在の運転状態での目標燃空比ＴＦＢＹＡにおける、現在の筒内温度及び筒内圧力での、１／τを求める。ここで用いるマップは、ＴＦＢＹＡに応じて数個用意されており、ＴＦＢＹＡの値を補間することで、１／τを求める。尚、図６のＳ１０４に示すマップ上の○点は、筒内温度及び筒内圧力の目標点を示している。
【００４２】
Ｓ１０５では、Ｓ１０４で求めた１／τの値を積算する（∫１／τ＝∫１／τ＋１／τ）。
Ｓ１０６では、１／τの積算値（∫１／τ）が所定値（１／τth）を超えたか否かを判定する。ここで、１／τが所定値を超える場合は自己着火燃焼が行われる場合であり、１／τが所定値を超えない場合は自己着火燃焼が起こらない場合であり、判定の正確さを期すため、積算値をもって判定している。
【００４３】
この判定の結果、∫１／τ＜１／τth（自己着火が発生不能）の場合は、Ｓ１０７〜Ｓ１０９へ進み、自己着火を発生可能な状態にするために、以下の処理を行う。
すなわち、Ｓ１０７で、筒内温度制御手段（吸気温度調節器４）により筒内温度を所定値上昇させるようにし、またＳ１１１で、筒内圧力制御手段（過給機又は可変圧縮比機構）により筒内圧力を所定値上昇させるようにする。自己着火燃焼に必要なレベルまで筒内温度及び筒内圧力が上昇していないと考えられるので、筒内温度及び筒内圧力を上昇させて、自己着火が起こりやすい条件にするためである。
【００４４】
更に、Ｓ１０９で、燃焼フラグＦＣｍｂ＝１にセットし、また目標燃空比ＴＦＢＹＡ＝１（ストイキ）にセットする。これは、筒内温度及び筒内圧力の上昇により自己着火可能な条件となるまで、自己着火燃焼を開始せず、火花点火燃焼を行わせるためである。
Ｓ１０６での判定で、∫１／τ≧１／τth（自己着火が発生可能）の場合は、Ｓ１１０〜Ｓ１１２へ進み、自己着火を発生可能な状態を維持するために、以下の処理を行う。
【００４５】
すなわち、Ｓ１１０で、筒内温度制御手段（吸気温度調節器４）により筒内温度を所定値Ｔ１に制御し、またＳ１１１で、筒内圧力制御手段（過給機又は可変圧縮比機構）により筒内圧力を所定値Ｐ１に制御する。ここでの所定値Ｔ１，Ｐ１はそれぞれの目標値であり、これを含む所定幅の範囲内に入るように、筒内温度及び筒内圧力を制御する。
【００４６】
そして、Ｓ１１２で、自己着火燃焼による運転を行うように指示する。このとき、筒内温度及び筒内圧力は図６のＳ１０４に示すマップ上の目標点（○点）に制御されており、着火遅れ期間が最適な状態に制御されるので、ノッキングや失火等を発生することがない。
以上で図６の自己着火判定制御サブルーチンの説明を終了し、図５のメインルーチンのフローチャートの説明に戻る。
【００４７】
フロー上では省略したが、前述のＳ１１２にて自己着火燃焼による運転を指示した場合以外は、火花点火燃焼による運転を指示している。
Ｓ９では、自己着火燃焼又は火花点火燃焼を行っている状態において、ＮＯｘトラップ触媒１５の再生時期か否か、すなわち、ＮＯｘトラップ触媒１５のＮＯｘトラップ量が所定値に達したか否かの判定を行う。
【００４８】
すなわち、既に説明したように、エンジン回転数（Ｎｅ）とトルク（ＴＴＣ）とから単位時間毎のＮＯｘ排出量を予め求めて記憶させたＮＯｘ排出量マップ（図２）を参照し、そのＮＯｘ排出量を積算することで、ＮＯｘトラップ触媒１５でのＮＯｘトラップ量を推定する。更に、運転条件毎にマップから求めたＮＯｘ排出量に対し、ＮＯｘトラップ触媒１５がＮＯｘをトラップ可能な割合（トラップ率）を乗じ、これを積算して、ＮＯｘトラップ量を求めるようにしてもよい。もちろん公知の他の方法で推定又は測定しても構わない。
【００４９】
そして、このＮＯｘトラップ量を再生時期判定用のしきい値と比較し、しきい値以上となったときに、再生時期と判定する。ここでのＮＯｘトラップ量のしきい値は、再生処理中に排出されるＮＯｘもトラップ可能なように、トラップ可能な量に対して例えば８０％程度の値に設定してある。
この判定で、ＮＯｘトラップ触媒１５の再生時期でないと判定された場合は、再生制御（排気空燃比のリッチ化制御）を行うことなく、本ルーチンを終了するが、ＮＯｘトラップ触媒１５の再生時期と判定された場合は、再生制御（排気空燃比のリッチ化制御）のため、Ｓ１０へ進む。
【００５０】
Ｓ１０では、燃焼方式に応じた再生方法を選定するため、燃焼方式が自己着火燃焼（ＦＣｍｂ＝０）であるか、火花点火燃焼（ＦＣｍｂ＝１）であるかの判定を行う。
この結果、自己着火燃焼（ＦＣｍｂ＝０）の場合はＳ１１へ進み、火花点火燃焼の場合はＳ１２へ進む。
【００５１】
Ｓ１１では、図７の自己着火リッチ化制御サブルーチンに従って、所定期間、自己着火燃焼でのリッチ化制御を行う。これについては後述する。
Ｓ１２では、所定期間、火花点火燃焼でのリッチ化制御を行う。この場合は、目標燃空比ＴＦＢＹＡを予め定めたリッチ相当のＴＦＢＹＡrichに設定して、通常のリッチ化制御を行えばよい。
【００５２】
図７の自己着火リッチ化制御サブルーチンについて説明する。
Ｓ２０１では、運転条件毎に、空燃比（目標空燃比ＴＦＢＹＡ）と着火遅れ（着火時期θ10）との関係を示したテーブルを参照し、通常の自己着火燃焼時のリーン側のＴＦＢＹＡ（●点）と等価な着火遅れとなるリッチ側のＴＦＢＹＡ（○点）を求め、目標燃空比ＴＦＢＹＡをこのリッチ側のＴＦＢＹＡ（○点）に設定する。詳しくは、第１実施形態として示した図３の（２）点、又は、第２実施形態として示した図４の（３）点に設定する。この部分がリッチ化制御時の空燃比選択手段に相当する。
【００５３】
Ｓ２０２では、Ｓ２０１で求めたリッチ側のＴＦＢＹＡでのエンジンの発生トルクと通常の自己着火燃焼時のエンジンの発生トルクとの差分に応じた吸入空気量の減少分を予め実験等で求めておいて、エンジン回転数Ｎｅと目標トルクＴＴＣとをパラメータとして補正目標吸入空気量Ｑａ’を記憶させたマップを参照し、エンジントルクを等価にするための、補正目標吸入空気量Ｑａ’を求め、これを得るように制御する。この部分が吸入空気量制限手段に相当する。
【００５４】
Ｓ２０３では、筒内温度制御手段（吸気温度調節器４）により筒内温度を所定値Ｔ２（但しＴ２＞Ｔ１）に制御する。
Ｓ２０４では、筒内圧力制御手段（過給機又は可変圧縮比機構）により筒内圧力を所定値Ｐ２（但しＰ２＞Ｐ１）に制御する。
このＳ２０３及びＳ２０４の動作は、筒内への吸入空気量を減少することに伴い、圧縮される作動ガス量が減少するため、筒内温度及び筒内圧力を通常の自己着火燃焼時よりも上昇させる必要があることから、行っている。従って、Ｔ２＞Ｔ１、Ｐ２＞Ｐ１に設定されるが、これらの値はそれぞれ使用するエンジンに応じて設定されるものである。
【００５５】
以上説明してきた動作を行うことで自己着火燃焼を継続しつつ、リッチ化制御を行うことができるため、燃費のゲインが増加し、またトルクを略一定に保つように制御するため、トルク変動のない自己着火式エンジンのリッチ化制御を実現できる。
次に本発明の第４実施形態について説明する。
【００５６】
構成は、第１実施形態に対し、燃料を筒内に直接噴射可能な燃料噴射弁５’（図１参照）を有する点が異なる。
そして、自己着火燃焼を行う場合には、直噴式の燃料噴射弁５’より、圧縮行程にて燃料噴射を行い、この燃料噴射時期を制御する燃料噴射時期制御手段を有している。
【００５７】
ここで、圧縮行程での燃料噴射時期を進角することにより、図８（ａ）に示すように混合気の存在する範囲（混合気層）を比較的広範囲にすることができ、また反対に遅角することにより、図８（ｂ）に示すように混合気の存在する範囲（混合気層）を比較的狭い範囲にすることができ、燃料噴射時期の制御により、混合気範囲を可変にする構成をとっている。
【００５８】
次に本実施形態の動作を説明する。
排気空燃比のリッチ化制御の判断までは、第１実施形態と同様である。本実施形態では、リッチ化制御が必要と判断された場合には、第１実施形態と同様に空燃比をリッチ化する。但し、このときにリッチ化するのは混合気の存在する範囲内の空燃比であり、筒内の平均的な空燃比ではない点が異なる。
【００５９】
すなわち、リッチ化制御を行う場合には、通常の自己着火燃焼を行っている場合の燃料噴射時期を基準とすると、相対的に燃料噴射時期を遅角化することによって、図８（ｂ）のごとく混合気の存在する範囲を狭くする、これにより仮に燃料噴射量が同一とすると、混合気の存在する範囲内の空燃比をリッチ化可能である。
【００６０】
本実施形態で排気空燃比をリッチ化制御する場合には、燃料噴射量を増加させるが、この増量は、燃料噴射時期を遅角化することで、混合気の存在する範囲内の空燃比が所望の空燃比となり、且つ発生トルクとしては、通常の自己着火燃焼時と同等となるように設定される。この燃料噴射時期と燃料噴射量は予め実験で求めたものをマップとしてＣ／Ｕ７内に格納しておけばよい。
【００６１】
ここで、混合気の存在する範囲内の空燃比はストイキよりも大幅にリッチであるため、筒内では十分に燃焼しきれないため、リーン燃焼の場合と発生トルクは大幅に変化せず、また排気まで未燃燃料が排出されるため、ＮＯｘの還元に適している。
本実施形態によれば、リッチ混合気層の着火性を通常の自己着火燃焼時と同等に維持しつつ、自己着火燃焼を継続したまま、排気空燃比をリッチ化制御できるため、燃費が良く、クリーンな自己着火式エンジンを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】  エンジンからのＮＯｘ排出量特性を示す図
【図３】  第１実施形態として自己着火燃焼における吸気温度、空燃比、着火時期の関係を示す図
【図４】  第２実施形態として吸気を制限した場合の自己着火燃焼の特性変化を示す図
【図５】  第３実施形態の空燃比制御のメインルーチンのフローチャート
【図６】  自己着火判定制御サブルーチンのフローチャート
【図７】  自己着火リッチ化制御サブルーチンのフローチャート
【図８】  第４実施形態における混合気形成領域を示す図
【符号の説明】
１  エンジン
２  吸気通路
３  電制スロットル弁
４  吸気温度調節器
５  燃料噴射弁
５’直噴式の燃料噴射弁
６  点火プラグ
７  Ｃ／Ｕ
８  アクセル開度センサ
９  クランク角センサ
１０  エアフローメータ
１１  吸気温度センサ
１２  冷却水温度センサ
１３  排気通路
１４  三元触媒
１５  ＮＯｘトラップ触媒
【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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