(57)【要約】【課題】この発明は、リーンバーン運転を行う車載用内燃機関の制御装置に関し、内燃機関の加速中にリッチ制御が要求された場合にも、排気特性を損なうことなくNOx吸蔵能力を適性に回復させることを目的とする。【解決手段】NSR触媒４２と筒内噴射弁２２を備える内燃機関１０を制御する。ストイキ空燃比領域で内燃機関１０を作動させるストイキ制御と、リーンな空燃比領域で内燃機関１０を作動させるリーン制御と、NSR触媒４２のNOxを放出させるためのリッチ制御とを選択的に実行する。機関回転速度の上昇中にストイキ制御に割り込んでリッチ制御を実行する場合には、リーン制御に割り込んでリッチ制御を実行する場合に比して、（１）燃料圧力を高めること、（２）燃料噴射開始クランク角を速めること、及び（３）リッチ制御の開始時における空燃比をより一層リッチ化すること、の少なくとも一つを実行する。【選択図】図１
2017025798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置されたNOx吸蔵還元触媒と、筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関の制御装置であって、
理論空燃比を含むストイキ空燃比領域で前記内燃機関を作動させるストイキ制御と、
前記ストイキ空燃比領域に比してリーンな空燃比領域で前記内燃機関を作動させるリーン制御と、
前記NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxを放出させるために前記ストイキ空燃比領域に比してリッチな空燃比領域に属する排気ガスを前記NOx吸蔵還元触媒に流通させるリッチ制御と、を選択的に実行し、
機関回転速度の上昇中に前記ストイキ制御に割り込んで前記リッチ制御を実行する場合には、前記リーン制御に割り込んで前記リッチ制御を実行する場合に比して、
（１）前記筒内噴射弁に供給する燃料の圧力を高めること、
（２）前記筒内噴射弁の燃料噴射開始クランク角を速めること、及び
（３）前記リッチ制御の開始時における空燃比をより一層リッチ化すること、
の少なくとも一つを実行する内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、リーンバーン運転を行う車載用内燃機関の制御装置として好適な、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、リーンバーン運転を行う内燃機関が開示されている。この内燃機関は、排気通路にNOx吸蔵還元触媒を備えている。リーンバーン運転中の内燃機関からは、高い濃度でNOxを含む排気ガスが排出される。NOx吸蔵還元触媒は、吸蔵容量の範囲内で排気ガス中のNOxを吸蔵することができる。このため、上記の内燃機関は、NOx吸蔵還元触媒がNOx飽和の状態に至るまで、NOxの大気放出を阻止することができる。
【０００３】
また、上記の内燃機関は、NOx吸蔵還元触媒内のNOx吸蔵量が予め設定した閾値に達すると、混合気の空燃比をリッチとするリッチ制御を行う。NOx吸蔵還元触媒は、排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵しているNOxを放出する。放出されたNOxは、リッチな排気ガス中に含まれるCO、HCといった還元剤により還元されてN2、CO2などに浄化される。このため、上記の内燃機関によれば、排気特性を悪化させることなく、NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵能力を適切に再生することができる。
【０００４】
自動変速機と共に上記の内燃機関を搭載した車両では、ギアの変速とリッチ制御とが同じタイミングで行われる事態が生じ得る。リッチ制御の開始前後には、空燃比の変化に伴う内燃機関のトルク変化が生じ易い。このため、それらが重なって行われると、変速時のショックが増長され易くなる。
【０００５】
特許文献１は、そのようなショックの増長を防ぐために、ギアの変速が予測される場合には、その変速の前にリッチ制御を実行してしまう技術を開示している。この技術によれば、リッチ制御の実行に起因して変速ショックが増長されてしまうのを確実に回避することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−１８４４３８号公報
【特許文献２】特開平１０−１３１７８６号公報
【特許文献３】特開２００２−０１３４２８号公報
【特許文献４】特開２００７−３２７４１２号公報
【特許文献５】国際公開第２００４／０９７２００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記の内燃機関において、リッチ制御は、機関回転速度の上昇中に行われることがある。ピストンの移動速度は、機関回転速度が高いほど速くなる。一方、同一量の燃料を噴射するのに要する時間は、噴射の条件が同じであれば、機関回転速度によらず一定である。上記の内燃機関は、常に同じ条件で燃料を噴射することから、噴射終了のクランク角は、機関回転速度が高いほど遅角側に変化する。そして、多量の燃料噴射を要するリッチ制御中は、高回転領域において、噴射終了クランク角が機関固有の閾値を越えて、筒内噴射された燃料がピストンに遮られることなく筒内壁面に到達する状態に至ることがある。
【０００８】
壁面に付着した燃料は、筒内で完全燃焼せずに粒状物質（PM：Particulate Matter）を発生させることがある。このため、上記の内燃機関においては、高回転領域でリッチ制御が実行された際に、内燃機関の排気特性が悪化する事態が生じ得る。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の加速中にリッチ制御が要求された場合にも、排気特性を損なうことなくNOx吸蔵能力を適性に回復させることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、排気通路に配置されたNOx吸蔵還元触媒と、筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関を制御する装置であって、
理論空燃比を含むストイキ空燃比領域で前記内燃機関を作動させるストイキ制御と、
前記ストイキ空燃比領域に比してリーンな空燃比領域で前記内燃機関を作動させるリーン制御と、
前記NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されたNOxを放出させるために前記ストイキ空燃比領域に比してリッチな空燃比領域に属する排気ガスを前記NOx吸蔵還元触媒に流通させるリッチ制御と、を選択的に実行し、
機関回転速度の上昇中に前記ストイキ制御に割り込んで前記リッチ制御を実行する場合には、前記リーン制御に割り込んで前記リッチ制御を実行する場合に比して、
（１）前記筒内噴射弁に供給する燃料の圧力を高めること、
（２）前記筒内噴射弁の燃料噴射開始クランク角を速めること、及び
（３）前記リッチ制御の開始時における空燃比をより一層リッチ化すること、
の少なくとも一つを実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明において、（１）筒内噴射弁への燃料圧力が高められると、燃料噴射に要する時間が短縮される。この場合、燃料圧力が変更されない場合に比して、燃料噴射の終了クランク角が進角方向に速められる。また、（２）燃料噴射の開始クランク角が速められた場合も、燃料噴射の終了クランク角が進角方向に速められる。そして、（３）リッチ制御の開始時における空燃比がより一層リッチ化されると、リッチ化されない場合に比してNOxの放出速度が速まり、リッチ制御の実行時間が短縮される。
【００１２】
内燃機関においては、噴射終了のクランク角が機関固有の閾値を越えると、筒内噴射弁から噴射された燃料が、ピストンに遮られることなく筒内壁面に到達する事態が生ずる。上記（１）又は（２）の効果により噴射終了クランク角が進角されると、高回転領域においても燃料噴射を上記閾値の前に終了させ易くなる。また、上記（３）の効果によりリッチ制御の実行時間が短縮されると、加速に伴って機関回転速度が大きく上昇してしまう前にリッチ制御を完了させ易くなる。機関回転速度が高くなる前にリッチ制御が終了すれば、噴射終了のクランク角が上記閾値を越えてしまうのを避けることができる。このため、本発明によれば、加速に伴って機関回転速度が上昇する過程でリッチ制御が要求された場合においても、内燃機関の排気特性を損なうことなくNOx吸蔵能力を適正に回復させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１においてリーン制御が実行される運転領域（リーン運転領域）を示す図である。
【図３】燃料の筒内噴射開始クランク角と排気ガス中のPM粒子数との関係を示す図である。
【図４】機関回転速度NEと筒内噴射終了クランク角との関係を示す図である。
【図５】筒内噴射時間τと筒内噴射量qとの関係を燃料圧力別に表した図である。
【図６】加速中にリッチ制御を行う際の課題を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１０】燃料の筒内噴射開始クランク角と排気ガス中のPM粒子数との関係を機関回転速度別に表した図である。
【図１１】機関回転速度NEと燃料圧力と燃料噴射の開始クランク角の可能進角量との関係を示す図である。
【図１２】機関回転速度NEと内燃機関の冷却水温と燃料噴射の開始クランク角の可能進角量との関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態３の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態４の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１６】本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１７】本発明の実施の形態５において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１８】本発明の実施の形態６の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１９】本発明の実施の形態６において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は本発明の実施の形態１の構成を示す。本実施形態は内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、吸気側及び排気側の双方に可変動弁機構１２，１４を備えている。可変動弁機構１２，１４は、吸気弁１６及び排気弁１８の作動タイミングを変化させることができる。
【００１５】
内燃機関１０は、気筒毎に、ピストン１９、点火プラグ２０、筒内噴射弁２２、及びポート噴射弁２４を備えている。筒内噴射弁２２には、燃圧可変機構２６を介して燃料が供給されている。燃圧可変機構２６は、筒内噴射弁２２に供給する燃料の圧力を変化させることができる。内燃機関１０には、また、水温センサ２８及びクランク角センサ３０が装備されている。クランク角センサ３０によれば、内燃機関１０の回転速度NEを検知することができる。
【００１６】
内燃機関１０の排気通路３２は、ターボチャージャ３４のタービン３６に連通している。排気通路３２には、タービン３６をバイパスするバイパス通路３８が設けられており、その中にはウェストゲートバルブ４０が組み込まれている。タービン３６及びバイパス通路３８の下流には、三元触媒４１、NOx吸蔵還元触媒（NSR触媒）４２、及びNOx選択還元触媒（SCR触媒）４３が配置されている。
【００１７】
三元触媒４１の上流には空燃比センサ４４が配置されている。空燃比センサ４４は、空燃比に対してリニアな信号を発生する。三元触媒４１の下流並びにNSR触媒４２の下流には酸素センサ４５，４６が配置されている。酸素センサ４５，４６は、理論空燃比を境にして、リーン側とリッチ側とでステップ的に変化する信号を出力する。SCR触媒４３の下流には、NOx濃度に応じた信号を発するNOxセンサ４７が設置されている。
【００１８】
内燃機関１０の吸気通路５０は、エアフィルタ５２の下流にエアフロメータ５４を備えている。エアフロメータ５４の下流には、ターボチャージャ３４のコンプレッサ５６が配置されている。また、コンプレッサ５６の下流には、インタークーラ５８、過給圧センサ６０及び電子式のスロットル弁６２が配置されている。スロットル弁６２の近傍には、スロットル開度センサ６４が設けられている。スロットル弁６２の下流はサージタンク６６が連通している。サージタンク６６には吸気圧センサ６８が配置されている。
【００１９】
本実施形態は、電子制御ユニット（以下、「ECU」とする）７０を備えている。ECU７０には、上述した各種センサ及びアクチュエータに加えて、アクセル開度センサ７２が電気的に接続されている。ECU７０は、アクセル開度センサ７２の出力に基づいて、車両のドライバーの要求を検知することができる。
【００２０】
［実施の形態１の基本動作］
（リーンバーン運転）
図２は、本発明の実施の形態１においてリーンバーン運転が行われる運転領域を示す。以下、この領域を「リーン運転領域」と称し、その領域で内燃機関を作動させるための制御を「リーン制御」と称す。図２において、符号７４を付して示す実線は、内燃機関１０の全開特性を示している。また、符号７６を付して示す境界線は、リーン運転領域の外郭を示している。図２に示すように、本実施形態では、NE1及びTRQ1を、リーン運転領域における機関回転速度NE及びトルクTRQの上限値としている。
【００２１】
内燃機関１０は、リーン運転領域を超える高回転高負荷領域（以下、「ストイキ運転領域」と称す）では、ストイキを含む空燃比領域（以下、「ストイキ空燃比領域」と称す）での運転を行う。以下、その運転を「ストイキ運転」と称し、内燃機関１０をストイキ運転させるための制御を「ストイキ制御」と称す。ストイキ運転中は、酸素の過不足に応じてCO、HC及びNOxを含む排気ガスが排出される。三元触媒４１は、酸素過多の状況下ではNOx、O２を吸蔵して排気ガスを浄化し、また、酸素不足の状況下では酸素を放出してCO及びHCを浄化する。このため、ストイキ運転中は、主として三元触媒４１の機能により、排気ガス中の不純物を適切に浄化することができる。
【００２２】
リーンバーン運転は、ストイキ空燃比領域に比してリーンな空燃比領域を用いて行われる。リーンバーン運転中は、CO及びHCが生成されず、高い濃度でNOxを含有する排気ガスが排出される。この場合、NOxを含む排気ガスが三元触媒４１を吹き抜けてNSR触媒４２に流入する。NSR触媒４２は、自らの吸蔵容量の範囲内でNOxを吸蔵することができ、また、空燃比がリッチな排気ガスの供給を受けると、吸蔵中のNOxを放出する。この際放出されるNOxは、リッチな排気ガス中に含まれるHCやCOにより還元されてN2及びCO２に浄化される。
【００２３】
（リッチ制御）
本実施形態では、リーンバーン運転の実行中に、NSR触媒４２に流入するNOx量を積算することでNOx吸蔵量を計算する。そして、そのNOx吸蔵量がNOxの飽和に対応する判定値に達したら、空燃比をストイキ空燃比領域よりリッチな値に変更する。以下、この制御を「リッチ制御」と称す。
【００２４】
リッチ制御が開始されると、NSR触媒４２に吸蔵されていたNOxが放出され始める。そして、NOxの放出が完了すると、NSR触媒４２の下流に空燃比がリッチな排気ガスが吹き抜ける状態となり、酸素センサ４６の出力が反転する。ECU７０は、この反転を受けてリッチ制御を終了し、再びリーンバーン運転のための制御を開始する。リーンバーン運転中に発生するNOxは、以上の処理が繰り返されることにより、主としてNSR４２によって適切に浄化される。
【００２５】
（燃料噴射時期とPM粒子数との関係）
図３は、リッチ制御時に用いる筒内噴射開始クランク角と、PM粒子数との関係を示す。図３において横軸は、圧縮上死点を基点（０度）とした上死点前（BTDC）クランク角を表している。即ち、横軸に示す「３３０」は、排気上死点（３６０度BTDC）から３０度進んだクランク角を表している。また、「１８０」は、吸気下死点を意味している。
【００２６】
内燃機関１０の筒内噴射は、ピストン１９が排気上死点（３６０度BTDC）を通過して吸気下死点（１８０度BTDC）に向かう過程で行われる。ピストン１９が排気上死点に近すぎる間は、筒内噴射弁２２から噴射された燃料が、ピストン１９の頂面付近に付着して液滴を発生させる。このような液滴は筒内で完全燃焼するのが難しく、PMを発生させ易い。このため、図３に示すように、筒内噴射開始クランク角がある閾値（ここでは３１０度BTDC程度）よりも早くなると、PM粒子数は急激な増加傾向を示す。
【００２７】
一方、ピストン１９が下死点に近づき過ぎると、筒内噴射弁２２から噴射された燃料がピストン１９に遮られることなく筒内壁面に到達する事態が生ずる。この場合、吸気の流速が収まり始めていることと相まって、筒内壁面に液滴が発生し易い。このような液滴も、やはり筒内で完全燃焼するのが難しくPMを発生させ易い。このため、図３に示すように、筒内噴射開始クランク角が、ある閾値（ここでは２３０度BTDC程度）よりも遅くなると、PM粒子数は急激な増加傾向を示す。
【００２８】
（筒内噴射終了クランク角と機関回転速度との関係）
図４は、同じ条件で開始した筒内噴射が終了するクランク角と、機関回転速度NEとの関係を示す。図４に示す縦軸は、図３に示す横軸と同様に、圧縮上死点を基点（０度）としたBTDCクランク角を示している。ピストン１９の移動速度は、機関回転速度NEが高いほど速くなる。一方、同じ量の燃料を噴射するのに要する時間は、燃料噴射の条件が同じであれば、機関回転速度が変わっても一定である。このため、同条件で開始した燃料噴射が終わるクランク角は、図４に示すように、機関回転速度NEが高まるほど吸気下死点に近い値となる。
【００２９】
図４中に符号７８を付して示す境界線は、筒内壁面に液滴を生じさせない限界のクランク角（以下、「限界クランク角」と称す）を示す。筒内噴射された燃料は、クランク角が限界クランク角７８より大きい場合には、ピストン１９によって遮られ、筒内壁面に直接吹き付けられることはない。他方、クランク角が限界クランク角７８より小さくなると、噴射された燃料が、筒内壁面に直接到達してそこに液滴を発生させる。本実施形態の内燃機関１０では、噴射条件を一定とした場合、圧縮上死点を基点とする２０４度BTDCが、その限界クランク角７８となる。そして、機関回転速度NEが５０００rpmを超えると、噴射終了のクランク角が限界クランク角７８より小さくなり、壁面液滴が発生する状態となる。
【００３０】
上述した通り、本実施形態では、NOx吸蔵量がNOx飽和の判定値に達した段階でリッチ制御が開始される。NOx吸蔵量は、リーンバーン運転中にしか増えないため、リッチ制御の開始は、原則的にはリーンバーン運転中に要求される。リーンバーン運転は回転速度の低い領域で行われるため、その運転下でリッチ制御が開始された場合は、噴射終了クランク角が限界クランク角７８を下回ることはない。
【００３１】
しかしながら、内燃機関１０の加速時には、リーン運転領域からストイキ運転領域への移行後に、例えば図２に示すA点において、リッチ制御の開始要求が発生することがある。そして、その後更に機関回転速度NEが上昇すれば、リッチ制御が完了する前に、噴射終了クランク角が壁面液滴の発生領域に入り込む事態が生じ得る。
【００３２】
［実施の形態１の特徴］
（燃料圧力の高圧化）
図５は、筒内噴射弁２２による燃料噴射時間（筒内噴射時間τ）と筒内噴射量qとの関係を、燃料圧力の異なる２つの場合について表している。図５に示すように、同じ量qの燃料を噴射するのに要する時間τは、燃料圧力が高い方がその圧力が低い場合より短くなる。従って、筒内噴射弁２２に与える燃料圧力を高くすれば、燃料噴射の所要時間が短縮され、高回転領域において噴射終了クランク角が限界クランク角を下回るのを阻止し易くなる。そこで、本実施形態では、内燃機関１０の加速中にストイキ運転領域でリッチ制御の実行が求められた場合には、リーン運転領域でリッチ制御が求められた場合に比して燃料圧力を高めてリッチ制御を行うこととした。
【００３３】
（リッチ制御の詳細）
次に、図６及び図７を参照して、本実施形態が実行するリッチ制御の詳細と、本実施形態が達成する効果について説明する。
図６は、内燃機関１０の加速時に、基準の燃料圧力のままでリッチ制御を行った場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。但し、「基準の燃料圧力」とは、内燃機関１０において通常用いられる燃料圧力である。リーン制御の実行中にリッチ制御が要求された場合、そのリッチ制御は基準の燃料圧力を用いて行われることになる。
【００３４】
本実施形態において、NSR４２は、上述した通りリッチな排気ガスの供給を受けるとNOxを放出する。ここで、本実施形態では、NSR触媒４２の上流に三元触媒４１が配置されている。このため、リッチ制御の開始後、リッチ化された排気ガスは、先ず三元触媒４１に流入する。
【００３５】
リッチ制御の開始前はリーンバーン運転が行われている。このため、リッチ制御の開始時に、三元触媒４１は酸素飽和の状態となっている。この状態の三元触媒４１は、リッチな排気ガスを浄化して、酸素に過不足のない排気ガスを下流に送り出す。このため、リッチ制御が開始された後、三元触媒４１の吸蔵酸素が消費されるまでの間は、NSR触媒４２に空燃比のリッチな排気ガスが流入することはない。換言すると、リッチ制御が開始された後、三元触媒４１の吸蔵酸素が消費されるまでの間は、NSR触媒４２のNOx放出が開始されることはない。
【００３６】
内燃機関１０の燃費特性を高めるためには、リッチ制御の期間が短いことが望ましい。従って、リッチ制御の開始後、NSR触媒４２がNOxを放出し始めるまでの期間も短いことが望ましい。
【００３７】
図６の最上欄に示す波形８０は、本実施形態においてリッチ制御が実行される際に生ずる空燃比の変化を示している。この波形８０が示すように、本実施形態では、リッチ制御の開始後、先ず混合気の空燃比が大きくリッチ化される（例えば１２．５程度）。三元触媒４１の酸素は、そこに流入してくる排気ガスがリッチであるほど早く消費される。このため、リッチ制御の開始時に空燃比を大きくリッチ化すれば、NSR触媒４２がNOxを放出し始めるまでの期間を短縮することができる。
【００３８】
リッチ制御の開始後、三元触媒４１の酸素が消費されると、その下流に配置されている酸素センサ４５の出力がリッチ側に反転する。ECU７０は、この反転を検知すると、混合気のリッチ化を弱めて、１４．０程度のリッチ空燃比でリッチ制御を継続する。その結果、NSR触媒４２に吸蔵されているNOxが適正に放出され、NOx吸蔵容量の回復が図られる。
【００３９】
図６に示すタイミングチャートは、リッチ制御の開始前後に渡って燃料圧力が一定で、かつ、機関回転速度NEが継続的に上昇している状況下での動作を示している（波形８２及び８４参照）。波形８６が示す筒内噴射の終了クランク角は、空燃比がリッチであるほど遅角側の値となり、また、機関回転速度NEが上昇するに連れて遅角側に変化する。図６に示す動作では、噴射終了クランク角８６は、一段目のリッチ化の後半と、二段目のリッチ化の後半において、それぞれ、限界クランク角７８を下回る領域に進入している。この場合、一段目の後半及び二段目の後半において、多数のPM粒子を含む排気ガスが排出されることとなる。
【００４０】
図７は、内燃機関１０の加速時にリッチ制御の実行が要求された場合に、本実施形態が示す動作のタイミングチャートである。図７中に符号８８を付して示す波形は、筒内噴射弁２２に供給する燃料の圧力を表している。図７に示すように、本実施形態では、内燃機関１０の加速中にリッチ制御の実行が要求された場合、リッチ制御の開始に先立って、燃料圧力８８が高められる。
【００４１】
燃料圧力８８が高められると、筒内噴射時間τが短くなり、基準の燃料圧力が用いられる場合に比して、各サイクルの噴射終了クランク角９０が進角される。このため、本実施形態によれば、内燃機関１０の加速時においても、噴射終了クランク角９０が限界クランク角７８を下回る状況を生じさせることなく、リッチ制御を終了させることができる。従って、本実施形態によれば、内燃機関１０の加速時においても、排気特性を損なうことなくNSR触媒４２のNOx吸蔵容量を適正に回復させることができる。
【００４２】
（実施の形態１のルーチン処理）
図８は、本実施形態においてECU７０が実行するルーチンのフローチャートを示す。図８に示すルーチンは、内燃機関１０の始動後に所定の周期で繰り返し起動される。このルーチンが起動されると、先ず、領域外れによるリッチ制御要求が生じているか否かが判別される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、以下の３つの条件が共に成立しているかが判別される。
（条件１）NSR触媒４２のNOx吸蔵量がNOx飽和の判定値に達したか？ 
（条件２）現在の運転領域がストイキ運転領域であるか？
（条件３）機関回転速度が上昇中か？
【００４３】
上記３つの条件のうち少なくとも一つが成立しない場合は、基準の燃料圧力を維持しても、筒内壁面に液滴を生じさせることなくリッチ制御が完了できると判断することができる。このため、図８に示すルーチンでは、ステップ１００の判定が否定された場合は、何ら特別な処理を行うことなく今回のルーチンが終了される。
【００４４】
一方、上記３つの条件の全てが成立する場合は、基準の燃料圧力でリッチ制御を行うと、筒内壁面に液滴が発生する可能性があると判断することができる。このため、図８に示すルーチンでは、ステップ１００の判定が肯定された場合、以後、燃料圧力を高めてリッチ制御を行うための処理が行われる。
【００４５】
具体的には、先ず、現在の運転サイクルにおいて要求されている筒内噴射量qが算出される（ステップ１０２）。ECU７０は、図８に示すルーチンとは別のルーチンにて混合気の空燃比を計算している。例えば、リッチ制御の開始後、一段目のリッチ化を行う期間中は、その空燃比が１２．５と計算される。また、二段目のリッチ化を行う期間中はその空燃比が１４．０と計算される。本ステップ１０２では、このようにして計算される空燃比の他、エアフロメータ５４が検出する吸入空気量Ga、並びにポート噴射と筒内噴射の噴射割合等に基づいて筒内噴射量qが算出される。
【００４６】
次に、基準の燃料圧力を用いた場合の筒内噴射時間τが算出される（ステップ１０４）。ECU７０は、基準の燃料圧力下での筒内噴射弁２２の単位時間当たりの噴射量（以下、「単位時間噴射量」と称す）を記憶している。ここでは、その単位時間噴射量を次式に当てはめることにより筒内噴射時間τが算出される。
（筒内噴射時間τ）＝（筒内噴射量q）／（単位時間噴射量）  ・・・（１）
【００４７】
次に、基準の燃料圧力を用いた場合の、筒内噴射の終了クランク角が算出される（ステップ１０６）。ここでは、具体的には以下の処理が順次行われる。
１．筒内噴射の開始クランク角の読み出し。
２．機関回転速度NEと筒内噴射時間τとに基づいて、筒内噴射の間に変化するクランク角幅を計算。
３．上記１の開始クランク角に、上記２のクランク角幅を加えることにより噴射終了クランク角を算出。
【００４８】
上記の処理が終わると、次に、筒内噴射の終了クランク角が、限界クランク角を下回っているか否かが判別される（ステップ１０８）。その判別が否定された場合は、筒内壁面に燃料が直接吹き付けられる状態に至る前に燃料噴射が終わると判断できる。この場合は、燃料圧力を高める必要がないため、以後速やかに今回のルーチンが終了される。
【００４９】
一方、上記ステップ１０８の判別が肯定された場合は、基準の燃料圧力のままでは、噴射終了クランク角が、筒内壁面に液滴を発生させる領域に入り込むと判断することができる。この場合、燃圧可変機構２６に対して、燃料圧力を、内燃機関１０において用い得る最大圧力に上昇させるための指令が発せられる（ステップ１１０）。燃料圧力が高められれば、燃料噴射に要する時間τが短縮され、噴射終了クランク角が進角側に移行する。このため、上記の処理によれば、内燃機関１０の加速中にリッチ制御が行われる場合に、噴射終了クランク角が限界クランク角を下回るのを有効に阻止することができる。従って、本実施形態によれば、内燃機関１０の加速時においても、排気特性の悪化を最小限に留めつつNSR触媒４２のNOx吸蔵能力を適正に回復させることができる。
【００５０】
実施の形態２．
次に、図９を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態は、図１に示す構成を用いて、ECU７０に、上記図８に示すルーチンに代えて図９に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５１】
［実施の形態２の特徴］
（燃料圧力の昇圧方法）
上述した実施の形態１では、基準の燃料圧力では液滴の発生を阻止できない場合に、常に燃料圧力を最大圧力に変更することとしている。しかしながら、燃料圧力を上昇させるためには、ポンプ等の昇圧機構に仕事をさせる必要がある。このため、燃料圧力を最大圧力にまで昇圧させるためには、昇圧機構に大きな仕事をさせることとなる。
【００５２】
一方、リッチ制御の際の燃料圧力は、噴射終了クランク角が限界クランク角を下回らない圧力であれば十分であり、基準の燃料圧力で液滴発生が阻止できない状況の全てが、最大圧力を必要とするものではない。そこで、本実施形態では、基準の燃料圧力では液滴の発生が阻止できない状況下では、噴射終了クランク角が限界クランク角に一致するように燃料圧力を昇圧させることとした。
【００５３】
（実施の形態２のルーチン処理）
図９は、本実施形態においてECU７０が実行するルーチンのフローチャートである。このルーチンは、図８に示すルーチンと同様に内燃機関１０の始動後所定の周期で繰り返し起動される。また、このルーチンのステップ１００〜１０８は、図８に示す対応ステップと同一である。以下、説明の重複を避けて図９に示すルーチンに特有な部分について説明を行う。
【００５４】
図９に示すルーチンでは、ステップ１０８で噴射終了クランク角が限界クランク角を下回ると判定された場合、次に、目標噴射期間が算出される（ステップ１１２）。ここでは、具体的には以下の処理が順次行われる。
１．筒内噴射の開始クランク角の読み出し。
２．限界クランク角の読み出し。
３．次式に従って目標噴射期間を算出
（目標噴射期間）＝（開始クランク角）−（限界クランク角）  ・・・（２）
本ステップ１０８の処理によれば、限界クランク角にて燃料噴射を終了させるための噴射期間を、目標噴射期間として算出することができる。
【００５５】
次に、上記の目標噴射期間に対応する目標噴射時間が算出される（ステップ１１４）。機関回転速度NE（rpm）がわかれば、クランク角が、目標噴射期間の幅だけ変化するのに要する時間を算出することができる。本ステップ１１４では、具体的には、次式の関係に従ってその時間が目標噴射時間として算出される。
（目標噴射時間）＝（目標噴射期間）×６０／（NE×３６０）  ・・・（３）
【００５６】
次に、筒内噴射量qを、上記の目標噴射時間内に噴射するための燃料圧力が、目標燃料圧力として算出される（ステップ１１６）。
ここで、筒内噴射弁２２からの噴射量と、燃料圧力及び噴射時間との間には、次式の関係が成立する。
（噴射量）＝
（単位時間噴射量）×√｛（現実の燃料圧力）／（基準の燃料圧力）｝×噴射時間
・・・（４）
【００５７】
（噴射量）に「筒内噴射量q」を、（現実の燃料圧力）に「目標燃料圧力」を、（噴射時間）に「目標噴射時間」を当てはめると、目標燃料圧力は次式のように表すことができる。
（目標燃料圧力）＝
｛（筒内噴射量q）／（単位時間噴射量×目標噴射時間）｝２×（基準の燃料圧力）
・・・（５）
【００５８】
本ステップ１１６では、上記（５）式の関係に従って目標燃料圧力が算出される。このようにして算出された目標燃料圧力は、限界クランク角にて燃料噴射を終了させるための圧力である。従って、燃料圧力を目標燃料圧力に変更すれば、噴射終了クランク角を限界クランク角に揃えることができる。
【００５９】
図９に示すルーチンでは、次に、上記の目標燃料圧力が、内燃機関１０において使用し得る最大燃料圧力以下であるかが判別される（ステップ１１８）。その結果、目標燃料圧力が最大燃料圧力以下であると判別された場合は、燃料圧力が、その目標燃料圧力に変更される（ステップ１２０）。一方、上記ステップ１１８の判別が否定された場合は、目標燃料圧力が、その最大燃料圧力に変更された後（ステップ１２２）、ステップ１２０の処理が行われる。
【００６０】
以上の処理によれば、基準の燃料圧力で液滴の発生が阻止できない場合には、最大燃料圧力を超えない範囲で、噴射終了クランク角が限界クランク角に揃うように、燃料圧力を高めることができる。この処理によれば、燃料圧力を不必要に高めることなく、加速時のリッチ制御に伴う液滴の発生を効率的に阻止することができる。このため、本実施形態によっても、良好な排気特性を損なうことなく、加速時においてもNSR触媒４２のNOx吸蔵能力を適切に回復させることができる。
【００６１】
実施の形態３．
次に、図１０乃至図１４を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態は、図１に示す構成を用いて、ECU７０に、上記図８に示すルーチンに代えて図１３に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００６２】
［実施の形態３の特徴］
（噴射開始クランク角の進角）
図１０は基準の燃料圧力下での、筒内噴射開始クランク角とPM粒子数との関係を、機関回転速度NEの異なる２つの場合について表した図である。図１０において、○のプロットを繋いだ折線はNEが2000rpmの場合の関係であり、□のプロットを繋いだ折線はNEが4000rpmである場合の関係である。
【００６３】
図３を参照して説明したように、PM粒子数は、噴射終了クランク角が限界クランク角を下回った場合の他、噴射燃料がピストン１９の頂面に直接付着するタイミングで噴射が開始された場合にも増加する。つまり、PM粒子は、噴射開始クランク角が上死点に近すぎる場合にも多量に発生する。以下、噴射開始クランク角を徐々に上死点に近づけた場合に、PM粒子数が急増する変局点となるクランク角を「開始側の限界クランク角」と称す。
【００６４】
開始側の限界クランク角近傍では、機関回転速度NEが高いほど、ピストン１９が筒内噴射弁２２から遠ざかる速度が速くなる。そして、ピストン１９が遠ざかる速度が速いほど、筒内噴射弁２２から噴射された燃料はピストン１９の頂面に付着し難くなる。つまり、開始側の限界クランク角の近傍で噴射された燃料は、機関回転速度NEが高いほど、PM粒子を発生させ難い状態となる。このため、開始側の限界クランク角は、図１０に示すように、NEが高いほど大きな値（上死点に近い値）となる。
【００６５】
換言すると、筒内噴射の開始クランク角は、PM粒子数の急増を招くことなく、機関回転速度NEが高いほど進角側に変化させることができる。そして、噴射開始クランク角が進角されれば、噴射終了クランク角も当然に進角される。このため、機関回転速度NEの上昇に合わせてリッチ制御時の噴射開始クランク角を進角させることとすれば、高回転領域において、筒内壁面に液滴を生じさせる前に噴射を終了させ易い状態を作り出すことができる。そこで、本実施形態では、リッチ制御の実行中に必要に応じて、筒内噴射の開始クランク角を機関回転速度NEに応じて進角させることとした。
【００６６】
（噴射開始クランク角の進角可能量の算出）
本実施形態では、上記の通り噴射開始クランク角を進角させる処理と合わせて、実施の形態２の場合と同様に、必要に応じて燃料圧力を高める処理を行う。ここで、開始側の限界クランク角の近傍では、燃料圧力が高いほどピストン頂面に燃料が付着し易い。従って、噴射開始クランク角の進角可能量は、燃料圧力に応じて異なったものとなる。そこで、本実施形態では、噴射開始クランク角の進角量を決めるに際して、燃料圧力を考慮することとした。
【００６７】
また、開始側の限界クランク角付近で噴射された燃料がPM粒子を生じさせるか否かは、燃料の気化性にも大きな影響を受ける。そして、燃料の気化性は、内燃機関１０の筒内温度に大きな影響を受ける。このため、本実施形態では、噴射開始クランク角の進角量を決めるに際して、筒内温度と相関を有する冷却水温も考慮することとした。
【００６８】
以上説明した通り、本実施形態では、燃料噴射の開始クランク角の進角量を、機関回転速度NE、筒内噴射の燃料圧力、及び内燃機関１０の冷却水温に基づいて決定する。ECU７０は、それら３つのパラメータとの関係で、噴射開始クランク角の進角可能量を定めたマップを記憶している。
【００６９】
図１１は、冷却水温を特定して上記のマップから読み出した関係を示す。また図１２は、燃料圧力を特定して上記のマップから読み出した関係を示す。図１１及び図１２の二次元座標中に記されている０，５，１０，１５，２０等の数値は、夫々の座標において、基準の噴射開始クランク角に与え得る進角量を表している。ECU７０は、これらの関係を参照することにより噴射開始クランク角の進角量を適切に算出することができる。但し、「基準の噴射開始クランク角」とは、内燃機関１０において通常用いられる噴射開始クランク角である。リーン制御の実行中にリッチ制御が要求された場合、そのリッチ制御は基準の噴射開始クランク角を用いて行われることになる。
【００７０】
（実施の形態３のルーチン処理）
図１３は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU７０が実行するルーチンのフローチャートである。図１３に示すルーチンは、ステップ１２２の後にステップ１３０〜１３４が挿入されている点を除いて図９に示すルーチンと同様である。以下、両者に共通する部分については詳細な説明を省略し、主として図１３に示すルーチンに特有な部分について説明を行う。
【００７１】
図１３に示すルーチンは、内燃機関の始動後所定の周期で繰り返し起動される。このルーチンによれば、加速の過程でリッチ制御の実行が要求された場合には、ステップ１００〜１１６の処理により、噴射終了クランク角を限界クランク角に合わせる目標燃料圧力が算出される。そして、その目標燃料圧力が最大燃料圧力以下であれば、燃料圧力をその値としてリッチ制御が行われる（ステップ１１８，１２０参照）。
【００７２】
一方、目標燃料圧力が最大燃料圧力を超えている場合は、目標燃料圧力が最大燃料圧力に置き換えられる（ステップ１２２参照）。この場合、そのままの状態でリッチ制御が行われれば、噴射終了クランク角が限界クランク角を下回り、PM粒子が僅かに発生し得る状態となる。
【００７３】
図１３に示すルーチンでは、上記ステップ１２２の処理に続いて、機関回転速度NEと冷却水温ethwの読み込み処理が行われる（ステップ１３０）。次に、上述したマップを参照して、NE、ethw及び最大燃料圧力に対応する進角可能量が算出される（ステップ１３２）。次いで、その進角可能量の幅で噴射開始クランク角が進角側に変更される（ステップ１３４）。以後、ステップ１２０の処理を経てリッチ制御の燃料噴射が行われる。
【００７４】
上記の処理によれば、リッチ制御の実行に伴うPM粒子量の増加が予測される際には、先ず、燃料圧力の上昇により噴射終了クランク角の進角が図られる。そして、最大燃料圧力を用いても噴射終了クランク角が限界クランク角より遅角側になってしまう場合には、噴射開始クランク角を進角させることにより、噴射終了クランク角の更なる進角が図られる。このため、本実施形態によれば、実施の形態１又は２の場合に比して、更に広い運転領域で、リッチ制御の実行に伴ってPM粒子数が増大するのを避けることができる。
【００７５】
［実施の形態３の変形例］
（変形例１）
ところで、上述した実施の形態３では、高回転領域で噴射開始クランク角を進角させる手法を、実施の形態２（図９のステップ１１２〜１１６）の手法と組み合わせることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、噴射開始クランク角を進角させる手法は、実施の形態１（図８のステップ１００）の手法と組み合わせることとしてもよい。
【００７６】
（変形例２）
更に、噴射開始クランク角を進角させてPM粒子数の増加を防ぐ手法は、実施の形態１又は２の手法から切り離して独立で用いてもよい。即ち、図１３に示すルーチンからステップ１１２〜１２２を除去して、噴射終了クランク角が限界クランク角を下回る場合には（ステップ１０８）、常に噴射開始クランク角を進角させる処理（ステップ１３０〜１３４）を実行することとしてもよい。
【００７７】
図１４に示すタイミングチャートは、上述した変形例２の動作を表している。図１４において、噴射開始クランク角９１は、リッチ制御の開始後、機関回転速度NEの上昇に伴って進角されている。その結果、噴射終了クランク角９２は、リッチ制御の実行期間全域に渡って、限界クランク角７８より大きな値を維持している。この例に示すように、上述した変形例２によれば、実施の形態１乃至３の場合と同様に、PM粒子数を増大させることなく、加速環境下で適切にリッチ制御を完了させることができる。
【００７８】
実施の形態４．
次に、図１５及び図１６を参照して本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態は、図１に示す構成を用いて、ECU７０に、上記図８に示すルーチンに代えて図１６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。但し、本実施形態では、燃料圧力を変更しないため燃圧可変機構２６は省略することができる。
【００７９】
［実施の形態４の特徴］
（リッチ制御開始時における空燃比のリッチ化）
図１５は、本実施形態で行われるリッチ制御の特徴を説明するためのタイミングチャートである。図１５中、最上欄に示す一点鎖線の波形８０は、実施の形態１乃至３においてリッチ制御の際に用いられる空燃比の変化を表している。この波形８０は、リッチ制御の開始と共に空燃比が１２．５程度にリッチ化され、その後リッチ化が弱められ空燃比が１４．０に変更される様子を表している。本実施形態においても、リーン制御の実行中にリッチ制御が要求された場合は、空燃比に対して波形８０に沿った変化が与えられる。
【００８０】
図１５中に実線で示す波形９３は、本実施形態において加速の過程でリッチ制御が要求された場合に用いる空燃比の変化を表している。この波形９３は、空燃比が、リッチ制御の開始時に１１．５〜１２．０程度に大きくリッチ化され、その後１４．０程度に変更される様子を表している。また、波形９３は、リッチ制御の開始時に空燃比が大きくリッチ化されたことにより、リッチ制御の終了時期が、実施の形態１乃至３の場合に比して早まっている様子も表している。
【００８１】
機関回転速度NEの上昇中にリッチ制御が開始される場合、その開始直後のNEはさほど高速ではない。従って、リッチ制御の開始直後は、燃料噴射の開始時期からクランク角が限界クランク角に達するまでの時間が比較的長く確保される。このような状況下では、空燃比を大きくリッチ化しても、噴射終了クランク角は限界クランク角を下回り難い。
【００８２】
本実施形態においてリッチ制御の開始時に設定された空燃比（１１．５〜１２．０）は、三元触媒４１の吸蔵酸素が消費される、つまり、三元触媒４１の下流にリッチな排気ガスが吹き抜けてくるまで維持される。この間、機関回転速度NEは上昇を続けるため、噴射終了クランク角は徐々に限界クランク角に近づく。
【００８３】
しかしながら、１１．５〜１２．０という空燃比は、リッチ制御の開始後、三元触媒４１の吸蔵酸素が消費されるまでの間は、NEの上昇に関わらず、噴射終了クランク角が限界クランク角を下回ることがない値として設定された値である。このため、本実施形態では、図１５の最下欄に示すように、リッチ制御が開始された後空燃比が１１．５〜１２．０に維持される間に、噴射終了クランク角９４を限界クランク角７８より大きな領域内に留めることができる。
【００８４】
三元触媒４１の吸蔵酸素は、リッチな排気ガスに含まれているHCやCOといった還元剤と反応することで消費される。排気ガス中の還元剤濃度は、排気ガスの空燃比がリッチであるほど高くなる。このため、三元触媒４１の吸蔵酸素を消費するために必要な時間は、排気ガスがリッチであるほど短くなる。
【００８５】
本実施形態では、加速過程のリッチ制御では、リーン制御に割り込むリッチ制御に比してリッチ制御の開始時の空燃比がリッチ化されている。このため、加速過程のリッチ制御では、リーン制御に割り込むリッチ制御の場合に比して、三元触媒４１の吸蔵酸素を短時間で消費させることができる。そして、この時間が短縮できるため、加速過程のリッチ制御の所要時間は、当然に、リーン制御に割り込むリッチ制御の所要時間より短くなる。
【００８６】
三元触媒４１の吸蔵酸素が消費されて空燃比が１４．０程度に変更されると、その時点で筒内噴射時間τが短くなる。このため、噴射終了クランク角９４は、一時的に限界クランク角７８の上方に離間する。その後、機関回転速度NEが引き続き上昇を続けると、噴射終了クランク角９４は、再び限界クランク角７８に接近する。そして、その状態が長期に渡って継続すれば、やがては噴射終了クランク角９４が限界クランク角７８まで遅角されてしまう。
【００８７】
しかしながら、本実施形態では、加速過程のリッチ制御に要する時間が上記の通り短縮されている。このため、本実施形態によれば、加速の過程でリッチ制御が開始された場合に、機関回転速度NEが大きく上昇してしまう前に、その制御を終了させることができる。その結果、本実施形態によれば、加速に伴うリッチ制御の実行中に、噴射終了クランク角が限界クランク角７８を下回ってしまうのを有効に防ぐことができる。
【００８８】
（実施の形態４のルーチン処理）
図１６は、本実施形態においてECU７０が実行するルーチンのフローチャートである。このルーチンは、図９に示すルーチンと同様に内燃機関１０の始動後所定の周期で繰り返し起動される。尚、図１６において、図９に示すステップと同一のステップについては、共通する符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８９】
図１６に示すルーチンでは、先ず、ステップ１００において、領域外れによるリッチ制御要求が生じているか否かが判別される。この判定が肯定された場合は、次に、機関回転速度NE及び内燃機関１０の冷却水温ethwが読み込まれる（ステップ１４０）。
【００９０】
次に、リッチ制御の開始時における目標空燃比が設定される（ステップ１４２）。具体的には、先ず、機関回転速度NE及び冷却水温ethwに基づいて、１１．５〜１２．０の範囲内の適当な値がリッチ側ガード値として算出される。但し、リッチ側ガード値とは、内燃機関１０において浄化が保証できるリッチ側の限界空燃比である。次に、そのようにして算出されたリッチ側ガード値が、リッチ制御の開始時における目標空燃比として設定される。
【００９１】
上記の処理が終わると、ステップ１０２の処理により、設定した目標空燃比に対応する筒内噴射量qが算出される。次いで、ステップ１０４において、筒内噴射時間τが算出される。更に、ステップ１０６において、上記のτに対応する噴射終了クランク角が算出される。そして、ステップ１０８において、上記の噴射終了クランク角が限界クランク角を下回っているか否かが判別される。これらの処理は、図９に示すステップ１０２〜１０８の処理と同様に行われる。
【００９２】
図１６に示すルーチンにおいて、ステップ１０８の条件が成立する場合は、リッチ側ガード値を目標空燃比としたのでは限界クランク角まで燃料噴射が終わらない、との判断を下すことができる。この場合、ステップ１１２において、限界クランク角までに燃料噴射を終了させるための目標噴射期間が算出される。次いで、ステップ１１４の処理により、上記の目標噴射期間に対応する目標噴射時間が算出される。これらの処理は、図９に示すステップ１１２及び１１４の処理と同様に行われる。
【００９３】
上記の処理が終わると、次に、ステップ１１４で算出された目標噴射時間が筒内噴射時間τに置き換えられる（ステップ１４６）。これにより、上記ステップ１０４で算出された筒内噴射時間τ、つまり、リッチ側ガード値に対応する筒内噴射時間τが、限界クランク角で噴射を終えるための筒内噴射時間τに修正される。
【００９４】
図１６に示すルーチン中上記ステップ１０８において、噴射終了クランク角が限界クランク角を下回っていないと判別された場合は、リッチ側ガード値を目標空燃比として用いても限界クランク角までに燃料噴射が終了すると判断できる。この場合、筒内噴射時間τを修正する必要がないため、ステップ１１２，１１４及び１４４の処理がジャンプされる。
【００９５】
以上の処理が終わると、次に、リッチ制御の開始が指令される（ステップ１４６）。その結果、三元触媒４１の吸蔵酸素を消費するための一段目のリッチ制御が開始される。
【００９６】
本ルーチンでは、次に、三元触媒４１の吸蔵酸素が消費されたか否かが判別される（ステップ１４８）。具体的には、ここでは、三元触媒４１の下流に位置する酸素センサ４５の出力がリッチ反転したか否かが判別される。その結果、未だそのリッチ反転が検知されていないと判別された場合は、未だ三元触媒４１の吸蔵酸素が消費されていないと判断され、今回の処理が終了される。そして、酸素センサ４５のリッチ反転が検知されるまで、上記ステップ１００以降の処理が繰り返され、一段目のリッチ制御が継続される。
【００９７】
上記ステップ１４８において、吸蔵酸素が消費したとの判別がなされた場合は、一段目のリッチ制御を終了して、二段目のリッチ制御を開始するための指令がなされる（ステップ１５０）。以後、ECU７０は、他のルーチンにより、NSR触媒４２のNOxを放出するべく１４．０程度の空燃比を用いて二段目のリッチ制御を実行する。
【００９８】
以上説明した通り、本実施形態によれば、加速過程で要求されたリッチ制御を、リーン制御に割り込んで実行するリッチ制御に比して短時間で終了させることができる。このため、本実施形態によれば、加速過程のリッチ制御時にも、限界クランク角までに燃料噴射を完了させることができ、PM粒子数の増大を有効に防ぐことができる。
【００９９】
実施の形態５．
次に、図１７を参照して本発明の実施の形態５について説明する。本実施形態は、図１に示す構成を用いて、ECU７０に、上記図８に示すルーチンに代えて図１７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。但し、本実施形態では燃料圧力を変更しないため燃圧可変機構２６は省略することができる。
【０１００】
［実施の形態５の特徴］
（リッチ制御開始時における空燃比の決定方法）
上述した実施の形態４では、加速過程でリッチ制御が要求された場合に、リッチ制御の開始時における目標空燃比（筒内噴射量）を下記の手順で決定することとしている。
１．目標空燃比を、先ずリッチ側ガード値とする。
２．目標空燃比をリッチ側ガード値としたのでは、限界クランク角までに燃料噴射が終了しない場合には、限界クランク角で燃料噴射が終わるように筒内噴射時間τを短縮する。
【０１０１】
これに対して、本実施形態は、加速過程でリッチ制御を行う際に、以下の手順で開始時の目標空燃比（筒内噴射量）を決定する点に特徴を有している。
１．限界クランク角で燃料噴射を終えるための目標噴射期間を設定。
２．上記の目標噴射期間では、混合気の空燃比がリッチ側ガード値よりリッチになってしまう場合には、目標空燃比をリッチ側ガード値とする。
【０１０２】
（実施の形態５のルーチン処理）
図１７は、本実施形態においてECU７０が実行するルーチンのフローチャートである。このルーチンは、図１６に示すルーチンと同様に内燃機関１０の始動後所定の周期で繰り返し起動される。尚、図１７において、図１６に示すステップと同一のステップについては、共通する符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１０３】
図１７に示すルーチンでは、ステップ１００において、加速過程でのリッチ制御が要求されていると判断された場合、ステップ１４０を経て、ステップ１１２の処理が行われる。ここでは、具体的には、限界クランク角にて噴射を終了させるための噴射期間が、目標噴射期間として算出される。
【０１０４】
次に、目標噴射期間に対応する空燃比が、目標空燃比として算出される（ステップ１５２）。ここでは、具体的には、下記の処理が順次実行される。
１．目標噴射期間を機関回転速度NEに基づいて、筒内噴射時間τに変換。
２．上記の筒内噴射時間τに対応する筒内噴射量qを算出。
３．上記の筒内噴射量qと、エアフロメータ５４により検知される吸入空気量Gaより空燃比を算出。
４．その空燃比を、目標空燃比に設定。
【０１０５】
上記の処理が終わると、次に、目標空燃比がリッチ側ガード値より小さいか否かが判別される（ステップ１５４）。この条件が成立する場合は、目標空燃比が、浄化が保証できないリッチ領域に入り込んでいると判断することができる。この場合は、目標空燃比をそのまま用いることができないため、目標空燃比がリッチ側ガード値に置き換えられる（ステップ１５６）。
【０１０６】
一方、上記ステップ１５４の条件が成立しない場合は、目標空燃比が、浄化可能な空燃比であると判断することができる。この場合は、目標空燃比をそのまま使うことができるため、ステップ１５６がジャンプされる。
【０１０７】
上記の処理が終わると、以後、ステップ１０２及び１０４の処理により、目標空燃比に対応する筒内噴射時間τが算出され、ステップ１４６及び１４８の処理により、一段目のリッチ制御が行われる。そして、三元触媒４１の吸蔵酸素が消費されると、ステップ１４８及び１５０の処理により二段目のリッチ制御が開始される。
【０１０８】
以上の処理によれば、実施の形態４の場合と同様に、PM粒子数の増加を伴うことなくリッチ制御の開始時空燃比をリッチ化することができる。このため、本実施形態によれば、実施の形態４の場合と同様の効果を達成することができる。
【０１０９】
実施の形態６．
次に、図１８及び図１９を参照して本発明の実施の形態６について説明する。本実施形態は、図１に示す構成を用いて、ECU７０に、上記図８に示すルーチンに代えて図１９に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。但し、本実施形態では燃料圧力を変更しないため燃圧可変機構２６は省略することができる。
【０１１０】
［実施の形態６の特徴］
（２段目のリッチ制御の空燃比）
上述した実施の形態５では、加速過程でリッチ制御が要求された場合に、一段目のリッチ制御で用いる空燃比を大きくリッチ化することでリッチ制御の所要時間を短縮することとしている。リッチ制御の所要時間を短縮する観点からすれば、一段目に限らず、二段目のリッチ制御でも空燃比を可能な限りリッチ化することが望ましい。しかしながら、リッチ制御時の空燃比は、内燃機関１０の燃費特性に影響を与える。このため、必要以上に空燃比をリッチ化することは、良好な燃費特性を得る観点から望ましいものではない。
【０１１１】
機関回転速度NEが通常の加速によって上昇する状況下では、一段目のリッチ制御の空燃比を大きくリッチ化することで、リッチ制御の全域に渡って限界クランク角以前に燃料噴射を終わらせることができる。従って、このような状況下では、二段目のリッチ制御で用いる空燃比を更にリッチ化させる必要がない。
【０１１２】
しかしながら、内燃機関１０が自動変速機と共に車両に搭載される場合には、加速の過程でキックダウンが生じ、機関回転速度NEに急上昇が生ずることがある。このような急上昇が生ずる状況下で、リッチ制御の全域に渡って限界クランク角までに噴射を終了させるためには、一段目のリッチ制御に加えて、二段目のリッチ制御でも、空燃比を大きくリッチ化させることが有効である。そこで、本実施形態では、加速の過程でリッチ制御が要求された場合には、変速機の自動変速（キックダウン）が予測されるか否かを監視することとした。そして、自動変速が予測される場合には、一段目のリッチ制御に加えて、二段目のリッチ制御においても、空燃比を大きくリッチ化することとした。
【０１１３】
（実施の形態６の動作）
図１８は、加速過程でリッチ制御が要求され、かつ、リッチ制御の実行中にキックダウンの発生が予測された場合の動作を示すタイミングチャートである。図１８中、最上欄に示す一点鎖線の波形８０は、本実施形態において、リーン制御の実行中にリッチ制御が要求された場合に用いられる空燃比の変化パターンを示している。
【０１１４】
図１８の例では、時刻t1に、加速過程におけるリッチ制御が開始されている。本実施形態では、実施の形態５の場合と同様に、加速過程のリッチ制御では、その開始時に無条件で空燃比が大きくリッチ化される（１１．５〜１２．０程度）。その結果、図１８に示す例では、時刻t1以降、噴射終了クランク角９８が、ほぼ限界クランク角７８に一致する状態となっている。
【０１１５】
図１８に示す例は、要求トルク勾配９６が、リッチ制御の実行過程において閾値xに達する様子を示している。この場合、ECU７０は、キックダウンの発生を予測し、二段目のリッチ制御に以降すべき時刻t2以降も、空燃比を大きくリッチ化した状態を維持する。このため、図１８においては、時刻t2以降も、噴射終了クランク角９８がほぼ限界クランク角７８に一致する状態が維持されている。
【０１１６】
時刻t3にキックダウンが生ずると、その後機関回転速度NEが急上昇を示す（波形９７参照）。機関回転速度NEがこのような急上昇を示すと、限界クランク角７８までに噴射することのできる燃料量が急激に減少する。そして、燃料量が急減すれば、空燃比が急上昇することになる。このため、図１８に示すリッチ制御中の空燃比は、時刻t3以後急激な上昇を示している（波形９５参照）。
【０１１７】
リッチ制御の過程で空燃比が波形９５のように変化した場合、時刻t2〜t3の間に、NSR触媒４２に多量の還元剤を送り込むことができる。つまり、この場合は、時刻t2〜t3の間に、NSR触媒４２のNOx放出を急速に進めることができる。このため、時刻t3以降、空燃比が急激にストイキに向かったとしても、リッチ制御が終了するまでに総量としては十分なNOxを放出させることができる。このため、本実施形態によれば、加速の過程でリッチ制御が要求され、かつ、リッチ制御の過程で自動変速機のキックダウンが生じた場合においても、PM粒子数を大きく増加させることなく、NSR触媒４２のNOx吸蔵能力を適切に回復させることができる。
【０１１８】
（実施の形態６のルーチン処理）
図１９は、本実施形態においてECU７０が実行するルーチンのフローチャートである。このルーチンは、図１６に示すルーチンと同様に内燃機関１０の始動後所定の周期で繰り返し起動される。尚、図１９に示すルーチンは、ステップ１４６の後にステップ１６０が挿入されている点を除いて図１６に示すルーチンと同様である。以下、両者に共通するステップについては、共通する符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１１９】
図１９に示すルーチンでは、ステップ１４６において一段目のリッチ制御が開始された後に、自動変速機の変速が予測されるか、より具体的には加速に伴うキックダウンが予測されるかが判別される（ステップ１６０）。自動変速のキックダウンを予測する技術は、車両制御の分野において周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。本ステップ１６０において、ECU７０は、その周知の手法によりキックダウンが予測されているか否かを判別する。
【０１２０】
キックダウンの発生が予測されていないと判別された場合は、以後ステップ１４８以降の処理が行われる。この場合、本実施形態のシステムは、実施の形態５の場合と同様に作動する。
【０１２１】
一方、ステップ１６０において、キックダウンの発生が予測された場合は、以後、ステップ１４８及び１５０の処理を行うことなく本ルーチンが終了される。この場合、以後、一段目と二段目のリッチ制御が区別されることなく、リッチ制御の終了が判定されるまで、つまり、ステップ１００において、リッチ制御の要求が生じていないと判断されるまで、ステップ１００〜１４６の処理が繰り返し実行される。上記の処理によれば、NSR触媒４２下流の酸素センサ４６がリッチ反転するまで、噴射終了クランク角が限界クランク角に揃うようにリッチ制御が継続される。その結果、NSR触媒４２のNOx放出が高速で進み、排気特性を大きく損なうことなく短期間のうちにNOx吸蔵能力が回復される。
【０１２２】
（実施の形態６の変形例）
ところで、上述した実施の形態６では、三元触媒４１の吸蔵酸素を消費させるためのリッチ制御が終了した後も空燃比を大きくリッチ化した状態を維持する手法を、実施の形態５（図１７のステップ１００〜１４６）の手法と組み合わせることとしている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、空燃比を大きくリッチ化した状態を維持する手法は、実施の形態４（図１６のステップ１００〜１４６）の手法と組み合わせることとしてもよい。
【符号の説明】
【０１２３】
１０  内燃機関
１９  ピストン
２２  筒内噴射弁
２６  燃圧可変機構
２８  水温センサ
３０  クランク角センサ
４１  三元触媒
４２  NOx吸蔵還元触媒（NSR触媒）
４５，４６  酸素センサ
５４  エアフロメータ
【図１】
2017025798.tif 000003
【図２】
2017025798.tif 000004
【図３】
2017025798.tif 000005
【図４】
2017025798.tif 000006
【図５】
2017025798.tif 000007
【図６】
2017025798.tif 000008
【図７】
2017025798.tif 000009
【図８】
2017025798.tif 000010
【図９】
2017025798.tif 000011
【図１０】
2017025798.tif 000012
【図１１】
2017025798.tif 000013
【図１２】
2017025798.tif 000014
【図１３】
2017025798.tif 000015
【図１４】
2017025798.tif 000016
【図１５】
2017025798.tif 000017
【図１６】
2017025798.tif 000018
【図１７】
2017025798.tif 000019
【図１８】
2017025798.tif 000020
【図１９】
2017025798.tif 000021