JP2013113211A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は内燃機関の制御装置に関し、プレイグ発生の抑制要求とＮＯｘ還元要求とを同時に処理可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】図３に示すように、本実施形態のリッチスパイクは、プレイグ検出直後のエンジンサイクルの燃料噴射タイミング（時刻ｔ_３）において開始される。時刻ｔ_３におけるＮＯｘカウンタは閾値を下回っているので、ＮＯｘ触媒２８用のリッチスパイクを開始するタイミング（図２の時刻ｔ_１）ではない。しかしながら、リッチスパイクを実行すればＮＯｘ触媒２８からＮＯｘを放出できるので、ＮＯｘカウンタを減少できる。従って、本実施形態のリッチスパイクによれば、プレイグの連続発生の抑制と、ＮＯｘ触媒２８の吸蔵能力の回復とを同時に図ることが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、より詳細には、プレイグの発生を抑制する内燃機関の制御装置に関する。

燃料および空気の混合気を点火プラグの火花により着火、燃焼させる内燃機関においては、混合気の自己着火による異常燃焼（プレイグ）が発生する場合がある。プレイグ発生の抑制技術として、例えば特許文献１には、プレイグ発生が予測または検出された場合に、筒内空燃比をストイキよりもリッチ側に変更する内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置において、筒内空燃比のリッチ側への変更は、筒内噴射燃料の増量により行われる。噴射燃料量を増量すれば、気化潜熱による筒内冷却効果を高めることができるので、プレイグの発生を遅らせることができる。

また、排気空燃比が所定リーン域にある場合にＮＯｘを吸蔵し、所定リッチ域にある場合にＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒を排気系に設け、排気空燃比を制御することで排気に含まれるＮＯｘを浄化する内燃機関が知られている。例えば特許文献２には、リーンバーンエンジンの排気系にＮＯｘ触媒を設け、排気空燃比を一時的にストイキよりもリッチ側に制御するリッチスパイクを実行する内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置によれば、リーン運転中にＮＯｘ触媒に吸蔵させたＮＯｘをリッチスパイク実行中に放出して還元することができる。この制御装置において、リッチスパイクは、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が一定量となった時点で開始される。

特開２０１０−８４６１７号公報 特開２００９−６８３４１号公報 特開２００７−３２５４３号公報 特開平７−１０３０１５号公報 特開平１１−９３７５７号公報 特開２００４−２３２５５５号公報 特開２００６−１３２５０６号公報 特開２００２−１９５０２５号公報

ところで、上記特許文献１および２の制御装置は、その目的が異なるものの、あるタイミングで空燃比をリッチ側へ変更する点で共通する。そのため仮に、ある内燃機関において、プレイグ発生の抑制要求とＮＯｘ還元要求とが同時に出された場合、何れかを優先する必要性に迫られることになる。特に昨今の過給エンジンに対しては、更なる燃費向上を目的として、高圧縮比化、リッチ運転回避や、低回転域での高過給化が求められているところである。そのため、プレイグ発生条件を満たし易く、上述した２つの要求が同時に出される可能性が高いと言える。よって、上記要求を同時に処理可能な制御手法を確立しておく必要がある。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。即ち、プレイグ発生の抑制要求とＮＯｘ還元要求とを同時に処理可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気空燃比が所定リーン域にある場合にＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比が所定空燃比域にある場合にＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒と、
プレイグの発生を検出するプレイグ検出手段と、
プレイグの発生が検出された場合に、空燃比を一時的にストイキよりもリッチ側に制御するリッチスパイクを実行するリッチスパイク実行手段と、
プレイグの発生が検出された際における前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量に基づいて、前記リッチスパイク実行中の目標空燃比を算出する目標空燃比算出手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
内燃機関の運転状態に基づいて、プレイグの連続発生許容回数を設定する許容回数設定手段を更に備え、
前記目標空燃比算出手段は、前記連続発生許容回数に対応する機関サイクル以内に前記ＮＯｘ吸蔵量の全てが還元浄化されるように前記リッチスパイク実行中の目標空燃比を算出することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記内燃機関は複数気筒を備え、
プレイグ検出に係るプレイグ検出気筒に対して連続的にプレイグの発生が検出された場合、前記リッチスパイクの実行中に前記プレイグ検出気筒の目標空燃比をストイキよりもリーン側に変更する目標空燃比変更手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３何れか１つの発明において、
前記内燃機関は複数気筒を備え、
前記目標空燃比算出手段は、プレイグ検出に係るプレイグ検出気筒の目標空燃比の方が、プレイグ非検出気筒の目標空燃比よりもリッチ側となるように前記リッチスパイク実行中の目標空燃比を算出することを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４何れか１つの発明において、
前記内燃機関は複数気筒を備え、
前記目標空燃比算出手段は、前記リッチスパイク実行中の目標空燃比の平均が予め設定した所定リッチ域に収まるようにプレイグ非検出気筒の目標空燃比を補正することを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５何れか１つの発明において、
前記内燃機関は複数気筒を備え、
前記リッチスパイク実行手段は、前記リッチスパイク実行中に前記複数気筒に吸入される空気量を所定量まで減少させる空気量制御手段を更に備え、
前記リッチスパイク実行手段は、プレイグ検出に係るプレイグ検出気筒の空燃比制御をプレイグ非発生気筒の空燃比制御に先駆けて開始し、前記プレイグ非発生気筒に吸入される空気量が前記所定量まで減少したタイミングで前記プレイグ非発生気筒の空燃比制御を実行することを特徴とする。

第１の発明によれば、プレイグが検出された際におけるＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量に基づいて、リッチスパイク実行中の目標空燃比を算出できる。そのため、リッチスパイクの実行中に、プレイグの連続的な発生を抑制しつつ、ＮＯｘ触媒の吸蔵能力の回復を図ることができる。即ち、プレイグ発生の抑制要求とＮＯｘ還元要求とを同時に処理可能な内燃機関の制御装置を提供できる。

プレイグが連続発生すると内燃機関の筒内部品の破損可能性が高まるが、この破損可能性はプレイグ発生時の筒内部品温度や運転条件によって変動する。第２の発明によれば、許容回数設定手段によって、上記破損可能性の変動パラメータとしての連続発生許容回数を内燃機関の運転状態に基づいて設定し、リッチ化度合い算出手段によって、この連続発生許容回数に対応する機関サイクル以内にＮＯｘ吸蔵量の全てが還元浄化されるように目標空燃比を算出できる。従って、上記破損可能性が高まる前にプレイグの発生を抑制しながらＮＯｘ触媒の吸蔵能力を全回復させることが可能となる。

第３の発明によれば、プレイグが連続的に検出された場合、リッチスパイクの実行中にプレイグ発生気筒の空燃比をストイキよりもリーン側に変更できる。そのため、プレイグ発生気筒への燃料供給量を少なくして、燃焼時の筒内圧の上昇を最小限に留めることが可能となる。よって、内燃機関の筒内部品の破損を回避することが可能となる。

第４の発明によれば、プレイグ非検出気筒の目標空燃比よりもプレイグ検出気筒の目標空燃比の方がリッチ側となるようにリッチスパイク実行中の目標空燃比を算出できる。そのため、プレイグ発生気筒への燃料供給量を多くして、筒内冷却効果を高めることが可能となる。よって、プレイグ発生気筒での連続的なプレイグ発生を良好に抑制できる。

第５の発明によれば、リッチスパイク実行中の目標空燃比の平均が予め設定した所定リッチ域に収まるようにプレイグ非検出気筒の目標空燃比を補正するので、リッチスパイク実行中のエミッションの悪化を抑制可能となる。

第６の発明によれば、プレイグ検出気筒の空燃比制御をプレイグ非発生気筒の空燃比制御に先駆けて開始することができる。そのため、プレイグ検出気筒での連続的なプレイグ発生を早期に抑制可能となる。また、第６の発明によれば、プレイグ非発生気筒に吸入される空気量が所定量まで減少したタイミングでプレイグ非発生気筒の空燃比制御を実行するので、プレイグ非発生気筒における燃焼安定性の悪化を抑制できる。

本発明の各実施形態のシステム構成を説明するための図である。 ＮＯｘ触媒２８用のリッチスパイクを説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態１のリッチスパイクを説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態１において、ＥＣＵ５０により実行されるリッチスパイクのルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態２におけるリッチスパイクＡＦの一例を示した図である。 実施の形態３におけるリッチスパイクＡＦの一例を示した図である。 実施の形態４のリッチスパイクを説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態５におけるリッチスパイクＡＦの一例を示した図である。 エンジン回転数および負荷と、プレイグ許容回数との関係を示した図である。 実施の形態６のリッチスパイクを説明するためのタイミングチャートである。 比較用のリッチスパイクを説明するためのタイミングチャートである。 実施の形態６において、ＥＣＵ５０により実行されるリッチスパイクのルーチンを示すフローチャートである。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
先ず、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。なお、図１に示すエンジン１０は直列４気筒型エンジン（＃１〜＃４は気筒番号を表す。）であるが、本実施形態に適用可能なエンジンの気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

エンジン１０の気筒１２には、気筒１２内に燃料を直接噴射するインジェクタ１４が配置されている。インジェクタ１４は、図示しない吸気ポートに燃料を噴射するポートインジェクタであってもよい。インジェクタ１４と同様に、気筒１２には、その内部圧力を検出する筒内圧センサ１６が設置されている。インジェクタ１４は、これらに共通のコモンレール１８に接続されている。コモンレール１８は、図示しない燃料タンクと接続されている。

また、本実施形態のシステムは、ターボ過給機２０を備えている。ターボ過給機２０は、タービン２０ａとコンプレッサ２０ｂとを有している。タービン２０ａは、排気通路２２の途中に配置されている。コンプレッサ２０ｂは、吸気通路２４の途中に配置されている。ターボ過給機２０の作動時には、排気圧を受けて回転するタービン２０ａによりコンプレッサ２０ｂが駆動され、コンプレッサ２０ｂにより吸入空気が圧縮、過給される。

タービン２０ａよりも下流側の排気通路２２には、前処理触媒２６およびＮＯｘ触媒２８がこの順に配置されている。前処理触媒２６は、これに流入する排気空燃比がストイキ付近の狭い範囲にある場合に、排気に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの３成分を効率的に浄化する三元触媒である。ＮＯｘ触媒２８は所謂吸蔵還元型のＮＯｘ触媒であり、これに流入する排気空燃比が所定リーン域にある場合にＮＯｘを吸蔵し、所定リッチ域にある場合にＮＯｘを放出するという吸放出作用を有する。また、タービン２０ａと前処理触媒２６の間の排気通路２２には、空燃比センサ３０が設置されている。空燃比センサ３０は比較的広範囲に亘る空燃比を検出し、空燃比に応じた信号を発するように構成されている。

コンプレッサ２０ｂよりも下流側の吸気通路２４には、コンプレッサ２０ｂにより過給された吸入空気を冷却するインタークーラ３２が設けられている。インタークーラ３２よりも下流側の吸気通路２４には、電子制御式のスロットルバルブ３４が設けられている。スロットルバルブ３４の近傍には、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ３６が設置されている。また、コンプレッサ２０ｂよりも上流側の吸気通路２４には、吸入空気量Ｑを検出するエアフローセンサ３８が設置されている。

また、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、上述した筒内圧センサ１６、空燃比センサ３０やスロットル開度センサ３６、エアフローセンサ３８の他、エンジン回転数（回転速度）を検出するクランク角センサ４０などが接続されている。一方、ＥＣＵ５０の出力側には、インジェクタ１４、スロットルバルブ３４等の各種のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、上述した各種センサによりエンジンの運転情報を検出し、その検出結果に基づいて各アクチュエータを駆動することにより運転制御を行う。

［ＮＯｘ触媒２８用のリッチスパイク］
ところで、燃費低減の観点から、目標空燃比をストイキよりもリーン側に設定するリーンバーン運転を行う場合がある。リーンバーン運転中、排気に含まれるＮＯｘは前処理触媒２６を通り抜けてＮＯｘ触媒２８に流入し、ＮＯｘ触媒２８の吸蔵許容量が満杯となるまで吸蔵される。ＮＯｘ触媒２８の吸蔵許容量が満杯となると、排気に含まれるＮＯｘがＮＯｘ触媒２８をも通り抜けて大気中に排出されてしまう。そのため、ＮＯｘ触媒２８の吸蔵許容量が一定量に到達したタイミングでリッチスパイクが実行される。リッチスパイクは、目標空燃比を一時的にストイキよりもリッチ側に設定する制御である。リッチスパイクを実行することで、還元成分（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ_２）を含む排気をＮＯｘ触媒２８に導入し、ＮＯｘ触媒２８からＮＯｘを放出させて還元浄化する。

図２は、ＮＯｘ触媒２８用のリッチスパイクを説明するためのタイミングチャートである。図２に示すように、リーンバーン運転（例えば目標空燃比＝２５）中、エンジン１０から排出されたＮＯｘはＮＯｘ触媒２８に吸蔵され続ける。そのため、ＮＯｘ触媒２８の吸蔵量、即ちＮＯｘカウンタは時間の経過と共に上昇する。リッチスパイク（例えば目標空燃比＝１２）は、ＮＯｘカウンタが閾値に到達したタイミング（時刻ｔ_１）で開始される。リッチスパイクを実行すれば、ＮＯｘ触媒２８のＮＯｘが還元浄化されるので、ＮＯｘカウンタは減少する。また、図２に示すように、リッチスパイク終了後は再びリーンバーン運転される。そのため、終了タイミング（時刻ｔ_２）以降のＮＯｘカウンタは、時間の経過と共に上昇する。

［実施の形態１のリッチスパイク］
上述したように、昨今の過給エンジンに対しては、更なる燃費向上を目的として、高圧縮比化、リッチ運転回避や、低回転域での高過給化が求められているところである。そのため、今後の技術動向を考慮すると、気筒１２は、プレイグ発生条件を満たし易い筒内環境に晒される可能性があると言える。そこで、本実施形態においては、上述したＮＯｘ触媒２８用のリッチスパイクとは異なる開始タイミングで、リッチスパイクを実行することとしている。即ち、本実施形態においては、プレイグが検出された際に、上述したＮＯｘ触媒２８用のリッチスパイクを実行することとしている。

本実施形態のリッチスパイクは、プレイグが検出された際に、インジェクタ１４からの燃料噴射量を増量して目標空燃比を一時的にストイキよりもリッチ側に設定する制御である。図３は、本実施形態のリッチスパイクを説明するためのタイミングチャートである。図３に示すように、本実施形態のリッチスパイクは、プレイグ検出直後のエンジンサイクルの燃料噴射タイミング（時刻ｔ_３）において開始される。この開始タイミングでリッチスパイク（例えば目標空燃比＝１２）を実行すれば、噴射燃料の気化潜熱による筒内冷却効果を高めることができる。そのため、次サイクルにおけるプレイグ発生を抑制できる。

図３に示すように、時刻ｔ_３におけるＮＯｘカウンタは閾値を下回っているので、本来の開始タイミング（図２の時刻ｔ_１）ではない。しかしながら、リッチスパイクを実行すればＮＯｘ触媒２８からＮＯｘを放出できるので、ＮＯｘカウンタを減少できる。従って、本実施形態のリッチスパイクによれば、プレイグの連続発生の抑制と、ＮＯｘ触媒２８の吸蔵能力の回復とを同時に図ることが可能となる。なお、リッチスパイク終了後は再びリーンバーン運転される。そのため、終了タイミング（時刻ｔ_４）以降のＮＯｘカウンタは、プレイグが再検出されない限り、時間の経過と共に上昇する。

本実施形態のリッチスパイクにおいては、プレイグ検出タイミング（図３の時刻ｔ_３）におけるＮＯｘカウンタに基づいて、リッチスパイク実行中の目標空燃比（以下「リッチスパイクＡＦ」ともいう。）が算出される。プレイグ検出タイミングにおけるＮＯｘカウンタは、エンジン１０の運転状態により推定される。

プレイグ検出タイミングにおけるＮＯｘカウンタの推定手法について説明する。ＮＯｘカウンタは、ＮＯｘ触媒２８に単位時間当たりに吸蔵されるＮＯｘ吸蔵量（以下「単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量」と称す。）を、前回リッチスパイクの終了タイミングから今回プレイグ検出タイミングまでの期間に亘って積算することにより求められる。ここで、単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量は、エンジン１０から単位時間当たりに排出されるＮＯｘ排出量（以下「単位時間当たりのＮＯｘ排出量」と称す。）と排気流量（吸入空気量）とによって定まる。

単位時間当たりのＮＯｘ排出量は、噴射燃料量、エンジン回転数、吸入空気量といった運転状態に応じて定まるものであり、実際のエンジン１０を用いた実験等によって求めることができる。本実施形態において、単位時間当たりのＮＯｘ排出量は、噴射燃料量、エンジン回転数、吸入空気量をパラメータとした数値マップの形でＥＣＵ５０内部に記憶されているものとする。

また、上述したように、単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量は、単位時間当たりのＮＯｘ排出量と排気流量とによって定まる。そのため、単位時間当たりのＮＯｘ排出量が求められれば、単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量を求めることができる。つまり、単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量は、実際のＮＯｘ触媒２８を用いた実験等によって求めることができる。本実施形態において、単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量は、単位時間当たりのＮＯｘ排出量と吸入空気量とをパラメータとした数値マップの形でＥＣＵ５０内部に記憶されているものとする。

リッチスパイクＡＦは、次式（１）によって算出される。
リッチスパイクＡＦ＝ストイキ（１４．７）−｛吸入空気量Ｑ×リッチスパイク実行回数／（ＮＯｘカウンタ＋触媒ＯＳＣ量）} ・・・（１）
上記式（１）において、ＮＯｘカウンタは上記推定手法により求めた値である。また、吸入空気量Ｑは、エアフローセンサ３８で検出した値である。また、リッチスパイク実行回数は設定値である。

また、上記式（１）において、触媒ＯＳＣ量とは、プレイグ検出タイミングにおいて、前処理触媒２６やＮＯｘ触媒２８に吸蔵されている酸素量を考慮した補正値である。触媒ＯＳＣ量を設けた理由は次のとおりである。即ち、前処理触媒２６やＮＯｘ触媒２８が酸素吸蔵能を有する場合、リーンバーン運転中に酸素を吸蔵し、リッチスパイク中に放出する。そうすると、リッチスパイク中の排気中の還元成分が放出酸素によって消費され、その結果、ＮＯｘ触媒２８から放出されたＮＯｘの一部が未還元状態で大気中に排出されてしまうためである。

触媒ＯＳＣ量は、前処理触媒２６やＮＯｘ触媒２８に単位時間当たりに吸蔵される酸素吸蔵量（以下「単位時間当たりの酸素吸蔵量」と称す。）を、前回リッチスパイクの終了タイミングから今回プレイグ検出タイミングまでの期間に亘って積算することにより求められる。ここで、単位時間当たりの酸素吸蔵量は、リーンバーン運転中の排気空燃比と排気流量（吸入空気量）とによって定まる。本実施形態において、単位時間当たりの酸素排出量は、上述した単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量同様に実験等により求められ、排気空燃比と吸入空気量とをパラメータとした数値マップの形でＥＣＵ５０内部に記憶されているものとする。

［実施の形態１における具体的処理］
次に、図４を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図４は、本実施形態において、ＥＣＵ５０により実行されるリッチスパイクのルーチンを示すフローチャートである。なお、図４に示すルーチンは、定期的に繰り返して実行されるものとする。

図４に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ５０は、プレイグの発生が検出されたか否かを判定する（ステップ１１０）。プレイグの発生の検出は、筒内圧センサ１６のセンサ出力と予め設定したモデル値と比較することで行われるが、他の公知の手法によって推定等することも可能である。本ステップにおいて、プレイグの発生が検出された場合、ＥＣＵ５０はＮＯｘカウンタおよび触媒ＯＳＣ量を読み込む（ステップ１２０）。具体的に、ＥＣＵ５０は、のＮＯｘ吸蔵量の積算値および触媒ＯＳＣ量の積算値を読み込む。なお、ＮＯｘカウンタ、触媒ＯＳＣ量の推定手法については既述のとおりである。一方、ステップ１１０において、プレイグの発生が検出されなかった場合、ＥＣＵ５０は本ルーチンを終了する。

ステップ１２０に続いて、ＥＣＵ５０は、リッチスパイクＡＦを算出する（ステップ１３０）。具体的に、ＥＣＵ５０は先ず、エアフローセンサ３８の検出値（吸入空気量Ｑ）を取得し、次いで、ステップ１２０で読み込んだＮＯｘ吸蔵量の積算値および触媒ＯＳＣ量の積算値と、吸入空気量Ｑと、リッチスパイク実行回数とを上記式（１）に適用して、リッチスパイクＡＦを算出する。

ステップ１３０に続いて、ＥＣＵ５０は、ステップ１３０で算出したリッチスパイクＡＦが所定の空燃比域にあるか否かを判定する（ステップ１４０〜１７０）。具体的に、先ずＥＣＵ５０は、ステップ１３０で算出したリッチスパイクＡＦが下限ＡＦよりも大きいか否かを判定する（ステップ１４０）。本ステップで用いる下限ＡＦは、エンジン１０のエミッション要求等に応じて別途設定されるリッチ空燃比の最小値であり、予めＥＣＵ５０内に記憶されているものとする。本ステップにおいて、リッチスパイクＡＦが下限ＡＦよりも小さい場合、ＥＣＵ５０は、リッチスパイクＡＦを下限ＡＦに設定し（ステップ１５０）、ステップ１８０に進む。

一方、リッチスパイクＡＦが下限ＡＦよりも大きい場合、ＥＣＵ５０は、上限ＡＦよりも小さいか否かを判定する（ステップ１６０）。本ステップで用いる上限ＡＦは、プレイグの連続発生を抑制するのに必要なリッチ空燃比の最大値であり、予めＥＣＵ５０内に記憶されているものとする。本ステップにおいて、リッチスパイクＡＦが上限ＡＦよりも大きい場合、ＥＣＵ５０は、リッチスパイクＡＦを上限ＡＦに設定し（ステップ１７０）、ステップ１８０に進む。

ステップ１８０において、ＥＣＵ５０は、ステップ１３０〜１７０で算出しまたは設定したリッチスパイクＡＦとなるように、リッチスパイクを実行する（ステップ１８０）。

以上、図４に示したルーチンによれば、プレイグの発生が検出された場合にリッチスパイクＡＦを算出しリッチスパイクを実行できる。従って、プレイグの連続発生の抑制と、ＮＯｘ触媒２８の吸蔵能力の回復とを同時に図ることができる。また、図４に示したルーチンによれば、算出したリッチスパイクＡＦが所定の空燃比域にあるかを確認した上でリッチスパイクを実行できる。従って、リッチスパイクの実行中、過度にエミッションが悪化し、或いは、プレイグの連続発生の抑制が不十分となるといった不具合を回避しつつ、ＮＯｘ触媒２８の吸蔵能力の回復を図ることができる。

なお、上記実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が図４のステップ１１０の処理を実行することにより上記第１の発明における「プレイグ検出手段」が、同図のステップ１２０，１３０の処理を実行することにより上記第１の発明における「目標空燃比算出手段」が、同図のステップ１８０の処理を実行することにより上記第１の発明における「リッチスパイク実行手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図５を参照しながら本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態においては、プレイグが実際に発生した気筒（以下「プレイグ発生気筒」と称す。）と、他気筒（以下、「プレイグ非発生気筒」と称す。）との間で、リッチスパイクＡＦを異ならしめることをその特徴とする。そのため、リッチスパイクＡＦの算出手法を含むリッチスパイクの説明や、システム構成の説明については省略する。

［実施の形態２のリッチスパイク］
リッチスパイクＡＦは一般に、よりリッチ側の値に設定するほど高いプレイグ抑制効果を得ることができる。何故なら、インジェクタ１４からの燃料噴射量を増量して筒内冷却効果を高めれば、プレイグの発生を一層遅らせることや、火炎伝播速度の一層の抑制が可能となるからである。その一方で、リッチスパイクＡＦは、気筒１２内において発生させる還元成分の発生量バランスを取るための最適範囲（具体的には、空燃比１１．５〜１２．５）が存在する。そこで、本実施形態においては、上記式（１）による算出後に、プレイグ発生気筒に対しては燃料噴射量を増量し、プレイグ非発生気筒に対しては上記最適範囲となるように、リッチスパイクＡＦを変更することとしている。

図５は、本実施形態におけるリッチスパイクＡＦの一例を示した図である。例えばプレイグ発生気筒が＃１であり、プレイグ非発生気筒が＃２〜＃４であるとする。また上記式（１）により算出されたリッチスパイクＡＦは１２であり、上記最適範囲内であるとする。図５に示すように、本実施形態では、リッチスパイクＡＦの算出後、＃１のリッチスパイクＡＦを１２から１０へと変更する。これにより、＃２〜＃４においては還元成分の発生量バランスを優先し、＃１においては筒内冷却効果を優先できる。また、＃１のリッチスパイクＡＦを１０に変更したのは、この変更に伴うエミッションの悪化を最小限に留めるためである。

以上、本実施形態のリッチスパイクによれば、気筒１２内において発生させる還元成分の発生量バランスを取りつつ、プレイグ抑制効果を最大限発揮させることが可能となる。また、プレイグ発生気筒のリッチスパイクＡＦの変更に伴うエミッション悪化を最小限に留めることも可能となる。

ところで、上記実施の形態２においては＃１のリッチスパイクＡＦを１２から１０へと変更したが、変更後のリッチスパイクＡＦは必ずしも１０である必要はない。即ち、トータル空燃比（＃１〜＃４のリッチスパイクＡＦの平均をいう。以下同じ。）が極端にリッチ化しないような空燃比（具体的には、上記下限ＡＦを下回らないような空燃比）であれば、本実施形態の変形として適用が可能である。

実施の形態３．
次に、図６を参照しながら、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態においては、上記実施の形態２同様、上記式（１）による算出後、プレイグ発生気筒やプレイグ非発生気筒のリッチスパイクＡＦを変更することをその特徴とする。そのため、リッチスパイクＡＦの算出手法を含むリッチスパイクの説明や、システム構成の説明については省略する。

［実施の形態３のリッチスパイク］
図６は、本実施形態におけるリッチスパイクＡＦの一例を示した図である。上記実施形態２と同様に、プレイグ検出タイミングにおいて設定されたリッチスパイクＡＦが１２であり、リッチスパイクＡＦの設定後、プレイグ発生気筒である＃１のリッチスパイクＡＦを１２から１０へと変更したとする。図６に示すように、本実施形態では、プレイグ非発生気筒である＃２〜＃４のリッチスパイクＡＦを１２から１２．７に変更する。これにより、トータル空燃比を１２にできる。即ち、プレイグ発生気筒のリッチスパイクＡＦのリッチ化に伴うエミッションの悪化を、プレイグ非発生気筒のリッチスパイクＡＦのリーン化によって打ち消すことができる。よって、本実施形態のリッチスパイクによれば、リッチスパイクの際のエミッションの悪化を略ゼロにすることが可能となる。

ところで、上記実施の形態３においては＃１のリッチスパイクＡＦを１２から１０に、＃２〜＃４のリッチスパイクＡＦを１２から１２．７に、それぞれ変更したが、これらの変更の組み合わせは、上記実施の形態３の例に限られない。即ち、プレイグ発生気筒のリッチスパイクＡＦの変更に伴うエミッションの悪化を、プレイグ非発生気筒のリッチスパイクＡＦの変更によって打ち消して、トータル空燃比を所定リッチ域（具体的には１１．５〜１４．０）とすることが可能な空燃比の組み合わせであれば、本実施形態の変形として適用が可能である。

実施の形態４．
次に、図７を参照しながら、本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態においては、上記式（１）による算出後、プレイグ発生気筒とプレイグ非発生気筒とでリッチスパイクＡＦの変更タイミングを異ならしめることをその特徴とする。そのため、リッチスパイクＡＦの算出手法を含むリッチスパイクの説明や、システム構成の説明については省略する。

［実施の形態４のリッチスパイク］
図７は、本実施形態のリッチスパイクを説明するためのタイミングチャートである。図７に示すように、プレイグ発生気筒においては検出直後のサイクルの燃料噴射タイミング（時刻ｔ_５）において、プレイグ非発生気筒においてはそれよりも遅いタイミング（時刻ｔ_６）において、それぞれリッチスパイクＡＦが変更される。この理由は、次の２つである。第１の理由は、プレイグ発生気筒においては次サイクルでの発生を防止する必要があるが、プレイグ非発生気筒においてはその必要がないためである。第２の理由は、スロットルバルブ３４等のアクチュエータの応答遅れを加味する必要があるためである。

上記第２の理由に関し、ＮＯｘ触媒２８用のリッチスパイクは一般に、リッチ化時におけるトルク増大の防止を目的として、空気量の減少制御と点火時期の遅角制御とを実施している。本実施形態のリッチスパイクにおいても例外ではなく、上記２つの制御を実施する。故に、プレイグ非発生気筒については、スロットルバルブ３４等のアクチュエータが動作して実際に筒内空気量が減少し始めるタイミング（時刻ｔ_６）で、プレイグ非発生気筒のリッチスパイクＡＦを変更し、点火時期の遅角制御を行っている。これにより、プレイグ非発生気筒における燃焼安定性の悪化を抑制し、更には、燃費の低減をも図ることができる。

以上、本実施形態のリッチスパイクによれば、リッチスパイク時のトルク増大を防止しつつ、燃費や燃焼安定性の悪化を抑制可能となる。

なお、上述した実施の形態４においては、ＥＵＣ５０が空気量の減少制御を実施することにより上記第６の発明の「空気量制御手段」が実現されている。

実施の形態５．
次に、図８を参照しながら、本発明の実施の形態５について説明する。本実施形態においては、リッチスパイクを実行したにも関わらずプレイグが連続発生してしまった場合、その連続発生に係る気筒（以下「プレイグ連続発生気筒」と称す。）のリッチスパイクＡＦを変更することをその特徴とする。そのため、リッチスパイクＡＦの算出手法を含むリッチスパイクの説明や、システム構成の説明については省略する。

［実施の形態５のリッチスパイク］
プレイグが連続発生した場合、過渡の温度上昇や過大な筒内圧に起因した筒内部品の破損可能性が高まる。この部品破損防止の最終手段としては、燃料噴射そのものを停止することが有効である。しかしながら、リッチスパイク中にフューエルカットを実施すると、プレイグ連続発生気筒から排出されたガス中の酸素がプレイグ非発生気筒から排出された既燃ガスと反応し、前処理触媒２６の床温が過度に上昇してしまう可能性がある。そこで、本実施形態においては、プレイグが連続発生した場合、プレイグ連続発生気筒のリッチスパイクＡＦをストイキよりもリーン側に変更することとしている。

図８は、本実施形態におけるリッチスパイクＡＦの一例を示した図である。例えばプレイグ連続発生気筒が＃１であり、プレイグ非発生気筒が＃２〜＃４であるとする。また、プレイグ発生当初のリッチスパイクＡＦは、全気筒ともに１２に設定されているものとする。図８に示すように、本実施形態では、＃１のリッチスパイクＡＦを１２から２０へと変更する。リッチスパイクＡＦを２０とすれば、＃１の吸入酸素を一定量燃焼できるので、排出酸素量を低減できる。排出酸素量を低減できれば、上述した前処理触媒２６の床温の過度な上昇を抑制できる。また、フューエルカット程の効果を得られるものではないが、プレイグ連続発生時の＃１の筒内圧の上昇を最小限に留めることも可能となる。従って、本実施形態のリッチスパイクによれば、前処理触媒２６の床温の過度な上昇を抑制しながら、筒内部品の破損の防止を図ることが可能となる。

また、図８に示すように、本実施形態では、＃１のリッチスパイクＡＦを変更する際、＃２〜＃４のリッチスパイクＡＦを１２から１０に変更する。これにより、トータル空燃比を１２．５にできるので、上記実施の形態３同様の効果を得ることもできる。

ところで、上記実施の形態５においては＃１のリッチスパイクＡＦを１２から２０へと変更したが、変更後のリッチスパイクＡＦは必ずしも２０である必要はない。即ち、プレイグ連続発生気筒からの排出酸素量を減らすことができ、尚且つ、プレイグ連続発生気筒の筒内圧の上昇を最小限に留めることが可能なリーン側の空燃比であれば、本実施形態の変形として適用が可能である。

なお、上記実施の形態５においては、＃１のリッチスパイクＡＦを１２から２０へと変更することにより上記第３の発明における「目標空燃比変更手段」が実現されている。

実施の形態６．
次に、図９乃至図１２を参照しながら、本発明の実施の形態６について説明する。本実施形態においては、上記式（１）のリッチスパイク実行回数の代わりに、プレイグ許容回数を用いることをその特徴とする。そのため、システム構成の説明については省略する。

［実施の形態６のリッチスパイク］
上記実施の形態５で述べたように、プレイグが連続発生すると筒内部品の破損可能性が高まる。しかし、この破損可能性は、プレイグ発生時の筒内部品温度や運転条件によって変動するものである。つまり、相当数の連続発生が許容される場合もある。そこで、本実施形態においては、破損可能性の変動パラメータとしてのプレイグ許容回数を設定し、このプレイグ許容回数に対応したエンジンサイクルに亘ってリッチスパイクを実行することとしている。

プレイグ許容回数は、エンジン１０の運転状態に関連付けて設定される。図９は、エンジン回転数および負荷と、プレイグ許容回数との関係を示した図である。本実施形態において、プレイグ許容回数は、予め実験等により求められ、エンジン回転数および負荷をパラメータとした数値マップの形でＥＣＵ５０内部に記憶されているものとする。

また、本実施形態においては、プレイグ検出タイミングにおけるプレイグ許容回数とＮＯｘカウンタとに基づいて、リッチスパイクＡＦを算出している。また、本実施形態においては、ＮＯｘカウンタがゼロになるようにリッチスパイクＡＦを算出している。本実施形態において、リッチスパイクＡＦは、次式（２）によって算出される。
リッチスパイクＡＦ＝ストイキ（１４．７）−｛吸入空気量Ｑ×プレイグ許容回数／（ＮＯｘカウンタ＋触媒ＯＳＣ量）} ・・・（２）
上記式（２）において、ＮＯｘカウンタ、触媒ＯＳＣ量および吸入空気量Ｑは、上記式（１）の際に説明したとおりである。

図１０は、本実施形態のリッチスパイクを説明するためのタイミングチャートである。図１０に示すように、本実施形態においては、プレイグ検出直後のエンジンサイクルの燃料噴射タイミング（時刻ｔ_８）においてリッチスパイク（例えば全気筒のリッチスパイクＡＦ＝１２）を開始し、プレイグ許容回数に対応したエンジンサイクルの経過に伴い終了する（時刻ｔ_９）。そのため、リッチスパイクの実行中はプレイグが連続発生するものの、時刻ｔ_９以降においてはその発生を抑制できる。また、リッチスパイクの実行中、ＮＯｘカウンタはゼロまで減少する。よって、ＮＯｘ触媒２８の吸蔵能力の完全回復を図ることができる。従って、本実施形態のリッチスパイクによれば、リッチスパイク実行後におけるプレイグ発生の抑制と、ＮＯｘ触媒２８の吸蔵能力の完全回復とを同時に図ることができる。

また、図１０に示すように、本実施形態においては、リッチスパイク終了後、プレイグ連続発生気筒においてはフューエルカットを実行し、プレイグ非発生気筒においては目標空燃比＝２５に変更される。リッチスパイク終了後、プレイグ連続発生気筒においてフューエルカットを実行するのは、筒内部品の破損を確実に防止するためである。

また、リッチスパイク終了後、プレイグ非発生気筒において目標空燃比＝２５に設定する理由について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、比較用のリッチスパイクを説明するためのタイミングチャートである。図１１に示すように、比較用のリッチスパイクは、リッチスパイク終了後、プレイグ非発生気筒において目標空燃比＝１２に維持される。そうすると、上記実施の形態５で述べたように、フューエルカット中にプレイグ連続発生気筒から排出されたガス中の酸素と、プレイグ非発生気筒から排出された既燃ガスとが反応し、前処理触媒２６の床温が過度に上昇するという不具合が生じてしまう。

この点、リッチスパイク終了後、プレイグ非発生気筒において目標空燃比＝２５に設定すれば、前処理触媒２６の床温の過度な上昇を抑制できる。従って、本実施形態のリッチスパイクによれば、リッチスパイク終了後において、前処理触媒２６の床温が過度に上昇することをも良好に抑制できる。

［実施の形態６における具体的処理］
次に、図１２を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図１２は、本実施形態において、ＥＣＵ５０により実行されるリッチスパイクのルーチンを示すフローチャートである。なお、図１２に示すルーチンは、定期的に繰り返して実行されるものとする。

図１２に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ５０は、プレイグ検出の有無を判定する（ステップ２１０）。本ステップの処理は、図４のステップ１１０の処理と同一である。続いて、ＥＣＵ５０は、回転数および負荷を読み込む（ステップ２２０）。具体的に、ＥＣＵ５０は、スロットル開度センサ３６およびクランク角センサ４０の出力を取得する。続いて、ＥＣＵ５０は、プレイグ許容回数を算出する（ステップ２３０）。具体的に、ＥＣＵ５０は、ステップ２２０で読み込んだ回転数および負荷を図９のマップに適用してプレイグ許容回数を算出する。続いて、ＥＣＵ５０はＮＯｘカウンタおよび触媒ＯＳＣ量を読み込む（ステップ２４０）。本ステップは図４のステップ１２０の処理と同一である。

ステップ２４０に続いて、ＥＣＵ５０は、リッチスパイクＡＦを算出する（ステップ２５０）。具体的に、ＥＣＵ５０は先ず、エアフローセンサ３８の検出値（吸入空気量Ｑ）を取得し、次いで、ステップ２３０で算出したプレイグ許容回数と、ステップ２４０で読み込んだＮＯｘ吸蔵量の積算値および触媒ＯＳＣ量の積算値と、吸入空気量Ｑとを上記式（２）に適用して、リッチスパイクＡＦを算出する。ステップ２５０に続いて、ＥＣＵ５０は、ステップ１３０で算出したリッチスパイクＡＦが所定の空燃比域にあるか否かを判定し、プレイグ許容回数に対応したエンジンサイクルに亘ってリッチスパイクを実行する（ステップ２６０〜３００）。これらの処理は、図４のステップ１４０〜１８０の処理と同一である。

ステップ３００に続いて、ＥＣＵ５０は、プレイグ連続発生気筒に対してフューエルカットを実施し（ステップ３１０）、プレイグ非発生気筒の目標空燃比を２５に変更する（ステップ３２０）。

以上、図１２に示したルーチンによれば、プレイグの発生が検出された場合、プレイグ許容回数に対応したエンジンサイクルに亘ってリッチスパイクを実行できる。また、リッチスパイクの終了後、プレイグ連続発生気筒に対してフューエルカットを実施できる。従って、リッチスパイクの終了後、プレイグ連続発生気筒でプレイグが再発することを良好に抑制できる。また、リッチスパイクの実行に際しては、ＮＯｘ吸蔵量の積算値および触媒ＯＳＣ量がゼロとなるようにリッチスパイクＡＦが算出される。従って、リッチスパイクの終了後には、ＮＯｘ触媒２８の吸蔵能力を完全回復させることができる。
また、図１２に示したルーチンによれば、リッチスパイクの終了後、プレイグ非発生気筒の目標空燃比を２５に変更するので、前処理触媒２６の床温が過度に上昇することをも良好に抑制できる。

ところで、上記実施の形態６においては、プレイグ許容回数に対応したエンジンサイクルに亘ってリッチスパイクを実行したが、プレイグ許容回数よりも短い回数に対応したエンジンサイクルに亘ってリッチスパイクを実行してもよい。
また、上記実施の形態６においてはリッチスパイクの終了後、プレイグ連続発生気筒に対してフューエルカットを実施したが、フューエルカットを実施せずに、上記実施の形態１同様にリーンバーン運転を再開してもよい。
また、上記実施の形態６においてはリッチスパイクの終了後、プレイグ非発生気筒の目標空燃比を２５に変更したが、変更後の目標空燃比は必ずしも２５である必要はない。即ち、プレイグ非発生気筒の目標空燃比のそれぞれが少なくともリーン側となるような空燃比であればよい。このような目標空燃比とすれば、プレイグ非発生気筒から排出された既燃ガスと、プレイグ連続発生気筒から排出されたガス中の酸素とが反応して前処理触媒２６の床温が極度に上昇することを抑制できるので、本実施形態の変形として適用が可能である。

なお、上記実施の形態６においては、ＥＣＵ５０が図１２のステップ２２０，２３０の処理を実行することにより上記第２の発明における「許容回数設定手段」が実現されている。

１０ エンジン
１２ 気筒
１４ インジェクタ
１６ 筒内圧センサ
２２ 排気通路
２６ 前処理触媒
２８ ＮＯｘ触媒
３６ スロットル開度センサ
３８ エアフローセンサ
４０ クランク角センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気空燃比が所定リーン域にある場合にＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比が所定空燃比域にある場合にＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒と、
   プレイグの発生を検出するプレイグ検出手段と、
   プレイグの発生が検出された場合に、空燃比を一時的にストイキよりもリッチ側に制御するリッチスパイクを実行するリッチスパイク実行手段と、
   プレイグの発生が検出された際における前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量に基づいて、前記リッチスパイク実行中の目標空燃比を算出する目標空燃比算出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の運転状態に基づいて、プレイグの連続発生許容回数を設定する許容回数設定手段を更に備え、
   前記目標空燃比算出手段は、前記連続発生許容回数に対応する機関サイクル以内に前記ＮＯｘ吸蔵量の全てが還元浄化されるように前記リッチスパイク実行中の目標空燃比を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関は複数気筒を備え、
   プレイグ検出に係るプレイグ検出気筒に対して連続的にプレイグの発生が検出された場合、前記リッチスパイクの実行中に前記プレイグ検出気筒の目標空燃比をストイキよりもリーン側に変更する目標空燃比変更手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関は複数気筒を備え、
   前記目標空燃比算出手段は、プレイグ検出に係るプレイグ検出気筒の目標空燃比の方が、プレイグ非検出気筒の目標空燃比よりもリッチ側となるように前記リッチスパイク実行中の目標空燃比を算出することを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関は複数気筒を備え、
   前記目標空燃比算出手段は、前記リッチスパイク実行中の目標空燃比の平均が予め設定した所定リッチ域に収まるようにプレイグ非検出気筒の目標空燃比を補正することを特徴とする請求項１乃至４何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関は複数気筒を備え、
   前記リッチスパイク実行手段は、前記リッチスパイク実行中に前記複数気筒に吸入される空気量を所定量まで減少させる空気量制御手段を更に備え、
   前記リッチスパイク実行手段は、プレイグ検出に係るプレイグ検出気筒の空燃比制御をプレイグ非発生気筒の空燃比制御に先駆けて開始し、前記プレイグ非発生気筒に吸入される空気量が前記所定量まで減少したタイミングで前記プレイグ非発生気筒の空燃比制御を実行することを特徴とする請求項１乃至５何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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