JP3574203B2

JP3574203B2 - 内燃機関の排気浄化方法

Info

Publication number: JP3574203B2
Application number: JP00745795A
Authority: JP
Inventors: 泰志伊藤; 善一郎益城
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1995-01-20
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: JPH07332071A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は内燃機関の排気浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにＮＯ_ｘを吸収し、流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにすると吸収したＮＯ_ｘを放出するＮＯ_ｘ吸収剤を機関排気通路内に配置し、通常は機関に供給される混合気の空燃比をリーンにしてこのとき機関から排出されるＮＯ_ｘをＮＯ_ｘ吸収剤に吸収し、ＮＯ_ｘ吸収剤に吸収されたＮＯ_ｘを放出させるときには機関に供給される混合気をリッチにするようにした内燃機関が本出願人により既に提案されている（ＰＣＴ国際公開ＷＯ９３／０７３６３号参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが燃焼室内に形成される混合気を成層化して燃焼室内の一部の限られた領域内に着火可能な混合気を形成するようにした成層燃焼式内燃機関ではこのような成層作用が行われているときにＮＯ_ｘ吸収剤からＮＯ_ｘを放出すべく燃焼室内の平均空燃比をリーンからリッチに切換えるために供給燃料を単に増量すると燃焼室内の一部の限られた領域内に形成される混合気が過濃となり、その結果点火栓によりこの混合気を良好に着火しえないために失火が生じるという問題がある。
【０００４】
また、上述の内燃機関におけるようにＮＯ_ｘ吸収剤からＮＯ_ｘを放出させるために単に機関に供給される混合気をリッチにすると機関の出力トルクが急激に増大するためにショックが発生するという問題も生ずる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明によれば、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯ_x を吸収し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯ_x を放出するＮＯ_x 吸収剤を機関排気通路内に配置した内燃機関の排気浄化方法において、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯ_x を吸収し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯ_x を放出するＮＯ_x 吸収剤を機関排気通路内に配置した内燃機関の排気浄化方法において、燃焼室内の平均空燃比がリーンの状態で混合気が燃焼せしめられるリーン混合気燃焼運転状態のときには圧縮行程末期にピストン頂面上に形成されたキャビティ内に向け燃料を噴射してキャビティ内に可燃混合気を形成すると共にこのとき発生するＮＯ_x をＮＯ_x 吸収剤に吸収させ、リーン混合気燃焼運転状態においてＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x を放出させるために燃焼室内における平均空燃比を理論空燃比又はリッチにすべきときには圧縮行程末期に加え吸気行程時にも燃焼室内に燃料を追加供給してこの追加供給された燃料により形成される不可燃混合気によって、キャビティ内以外の燃焼室を満たすと共に、このとき平均空燃比をリーンにしたときと理論空燃比又はリッチにしたときとでキャビティ内の可燃混合気を形成する燃料量がほぼ同一となりかつ吸気行程時に追加供給された燃料の一部が不可燃混合気を形成するように圧縮行程末期の噴射燃料量を吸気行程時の追加燃料量よりも少量だけ減量せしめ、それによりリーン混合気燃焼運転状態のときにＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x を放出すべきときには機関出力トルクが変化するのを阻止しつつ燃焼室内の平均空燃比をリーンから理論空燃比又はリッチに低下させると共にこのときの平均空燃比の低下量に比べてキャビティ内形成される可燃混合気の空燃比変動量を小さくするようにしている。
【００２８】
【作用】
１番目の発明では、ＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x を放出すべく燃焼室内の平均空燃比がリーンから理論空燃比又はリッチに低下せしめられたとしてもキャビティ内に形成される可燃混合気の空燃比はあまり変化しない。従ってこの混合気は過濃となることがなく、斯くして失火が生じない。また、このとき機関出力トルクがほとんど変化しないのでショックが発生することもない。
【００４４】
【実施例】
図１から図１８は本発明を筒内噴射式内燃機関に適用した場合の第１実施例を示しており、まず初めに図１から図１０を参照してこの筒内噴射式内燃機関の基本的な作動について説明する。
図１から図５を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固締されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４間に形成された燃焼室、６ａは第１吸気弁、６ｂは第２吸気弁、７ａは第１吸気ポート、７ｂは第２吸気ポート、８は一対の排気弁、９は一対の排気ポートを夫々示す。図３に示されるように第１吸気ポート７ａはヘリカル型吸気ポートからなり、第２吸気ポート７ｂはほぼまっすぐに延びるストレートポートからなる。更に図３に示されるようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火栓１０が配置され、第１吸気弁６ａおよび第２吸気弁６ｂ間のシンリダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。一方、図４および図５に示されるようにピストン３の頂面上にはキャビティ３ａが形成される。このキャビティ３ａは燃料噴射弁１１の下方から点火栓１０の下方まで延びるほぼ円形の輪郭形状を有する浅皿部１２と、浅皿部１２の中央部に形成された半球形状とをなす深皿部１３からなる。また、点火栓１０下方の浅皿部１２と深皿部１３との接続部にほぼ球形状をなす凹部１４が形成される。
【００４５】
図１から図３に示されるように各気筒の第１吸気ポート７ａおよび第２吸気ポート７ｂは夫々各吸気枝管１５内に形成された第１吸気通路１５ａおよび第２吸気通路１５ｂを介してサージタンク１６内に連結され、各第２吸気通路１５ｂ内には夫々吸気制御弁１７が配置される。これらの吸気制御弁１７は共通のシャフト１８を介して例えばステップモータからなるアクチュエータ１９に連結される。このステップモータ１９は電子制御ユニット３０の出力信号に基いて制御される。サージタンク１６は吸気ダクト２０を介してエアクリーナ２１に連結され、吸気ダクト２０内には例えばステップモータ２２によって駆動されるスロットル弁２３が配置される。このステップモータ２２も電子制御ユニット３０の出力信号に基いて制御される。
【００４６】
一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド２４に連結され、この排気マニホルド２４は排気管２５を介してＮＯ_ｘ吸収剤２６を内蔵したケーシング２７に連結される。排気マニホルド２４とサージタンク１６とは再循環排気ガス（以下ＥＧＲガスという）通路２８を介して互いに連結され、このＥＧＲガス通路２８内にはＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ弁２９が配置される。このＥＧＲ弁２９は電子制御ユニット３０の出力信号に基いて制御される。ＥＧＲ弁２９が閉弁せしめられているときには空気のみが吸気ポート７ａ，７ｂを介して燃焼室５内に供給され、ＥＧＲ弁２９が開弁せしめられると空気およびＥＧＲガスが吸気ポート７ａ，７ｂを介して燃焼室５内に供給される。
【００４７】
電子制御ユニット３０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３２、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧はＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。上死点センサ４２は例えば１番気筒が吸気上死点に達したときに出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３５に入力される。クランク角センサ４３は例えばクランクシャフトが３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３５に入力される。ＣＰＵ３４では上死点センサ４２の出力パルスとクランク角センサ４３の出力パルスから現在のクランク角が計算され、クランク角センサ４３の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して各燃料噴射弁１１および各ステップモータ１９，２２に接続される。
【００４８】
図１から図５に示す実施例では燃料噴射弁１１が燃料に旋回力を与えつつ噴射するスワール弁からなり、この燃料噴射弁１１からは図３および図４においてＦで示されるように燃料が円錐状に噴射される。図６はこの燃料噴射弁１１からの燃料噴射量と燃料噴射時期とを示しており、図７は図６と同じ燃料噴射量に加えてスロットル弁２３の開度と、ＥＧＲ弁２９の開度と、燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆを示している。なお、図６および図７においてＬはアクセルペダル４０の踏込み量を示している。図６からわかるようにアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１よりも小さい機関低負荷運転時には圧縮行程末期に噴射量Ｑ_２だけ燃料噴射が行われる。一方、アクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１とＬ_２の間の機関中負荷運転時には吸気行程中に噴射量Ｑ_１だけ燃料噴射が行われ、圧縮行程末期に噴射量Ｑ_２だけ燃料が噴射される。即ち、機関中負荷運転時には吸気行程と圧縮行程末期の２回に分けて燃料噴射が行われる。また、アルセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_２よりも大きい機関高負荷運転時には吸気行程中に噴射量Ｑ_１だけ燃料が噴射される。なお、図６においてθＳ１およびθＥ１は吸気行程中に行われる燃料噴射Ｑ_１の噴射開始時期と噴射完了時期を夫々示しており、θＳ２とθＥ２は圧縮行程末期に行われる燃料噴射Ｑ_２の噴射開始時期と噴射完了時期を夫々示している。
【００４９】
一方、図７に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_２よりも小さい機関低中負荷運転時にはスロットル弁２３の開度はかなり小さく、またこのときスロットル弁２３の開度はアクセルペダル４０の踏込み量Ｌが小さくなるほど小さくなる。一方、アルセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_２よりも大きくなるとスロットル弁２３の開度は急速に大きくなって全開する。また、アクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_２よりも小さい機関低中負荷運転時にはＥＧＲ弁２９の開度はかなり大きく、アクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_２よりも大きくなるとＥＧＲ弁２９の開度は急速に小さくなって全開する。燃焼室５内における平均空燃比は高負荷運転領域（Ｌ＞Ｌ_２）の或る時点Ｌ_０においてリーンからリッチに切換わる。即ち、アクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_０よりも小さい範囲では平均空燃比Ａ／Ｆはリーンとなり、またこのときアクセルペダル４０の踏込み量Ｌが小さくなるほど平均空燃比Ａ／Ｆはリーンとなる。一方、アクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_０よりも大きくなると平均空燃比Ａ／Ｆはリッチとなる。
【００５０】
図８は吸気制御弁１７の開度とアクセルペダル４０の踏込み量Ｌとの関係を示している。図８に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１よりも小さい機関低負荷運転時には吸気制御弁１７は全閉状態に保持されており、アクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１よりも大きくなると吸気制御弁１７はアクセルペダル４０の踏込み量Ｌが大きくなるにつれて開弁せしめられる。吸気制御弁１７が全閉せしめられると吸入空気はヘリカル状をなす第１吸気ポート７ａを介して旋回しつつ燃焼室５内に流入し、斯くして燃焼室５内には図３において矢印Ｓで示すような強力な旋回流が発生せしめられる。一方、吸気制御弁１７が開弁すると第２吸気ポート７ｂからも吸入空気が燃焼室５内に流入する。
【００５１】
次に図９および図１０を参照しつつ燃焼方法について説明する。なお、図９は機関低負荷運転時における燃焼方法を示しており、図１０は機関中負荷運転時における燃焼方法を示している。
図６に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１よりも小さい機関負荷運転時には圧縮行程末期に燃料が噴射される。このとき噴射燃料Ｆは図９（Ａ）および（Ｂ）に示されるように深皿部１３の周壁面に衝突する。このときの噴射量Ｑ_２は図６に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み量Ｌが大きくなるにつれて増大する。深皿部１３の周壁面に衝突した燃料は旋回流Ｓによって気化せしめられつつ拡散され、それによって図９（Ｃ）に示されるように凹部１４および深皿部１３内に、即ちキャビティ３ａ内に可燃混合気Ｇが形成される。このとき凹部１４および深皿部１３以外の燃焼室５内は空気とＥＧＲガスで満たされている。次いで混合気Ｇが点火栓１０によって着火せしめられる。
【００５２】
一方、図６においてアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１とＬ_２の間である機関中負荷運転時には吸気行程中に第１回目の燃料噴射Ｑ_１が行われ、次いで圧縮行程末期に第２回目の燃料噴射Ｑ_２が行われる。即ち、まず初めに図１０（Ａ）に示されるように吸気行程初期にキャビティ３ａ内に向けて燃料噴射Ｆが行われ、この噴射燃料によって燃焼室５内全体に希薄混合気が形成される。次いで図１０（Ｂ）に示されるように圧縮行程末期にキャビティ３ａ内に向けて燃料噴射Ｆが行われ、図１０（Ｃ）に示されるようにこの噴射燃料によって凹部１４および深皿部１３内には火種となる可燃混合気Ｇが形成される。この可燃混合気Ｇは点火栓１０によって着火せしめられ、この着火火炎によって燃焼室５内全体の希薄混合気が燃焼せしめられる。この場合、圧縮行程末期に噴射される燃料は火種を作れば十分であるので図６に示されるように機関中負荷運転時にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌにかかわらず圧縮行程末期の燃料噴射量Ｑ_２は一定に維持される。これに対して吸気行程初期の燃料噴射量Ｑ_１はアクセルペダル４０の踏込み量Ｌが大きくなるにつれて増大する。
【００５３】
図６においてアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_２よりも大きい機関高負荷運転時には吸気行程初期に一回だけ燃料が噴射され、それによって燃焼室１５内に均一混合気が形成される。このとき吸気行程初期の燃料噴射量は図６に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み量Ｌが大きくなるにつれて増大する。
以上が図１に示す筒内噴射式内燃機関の基本的な燃焼方法である。次にこの筒内噴射式内燃機関に適した排気ガスの浄化方法について説明する。
【００５４】
まず初めに図１１を参照するとこの図１１は燃焼室５から排出される排気ガス中の代表的な成分の濃度と燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆとの関係を概略的に示している。図１１からわかるように燃焼室５から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯの濃度は燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆがリッチになるほど増大し、燃焼室５から排出される排気ガス中の酸素Ｏ_２の濃度は燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆがリーンになるほど増大する。
【００５５】
一方、図１に示すケーシング２７内に収容されているＮＯ_ｘ吸収剤２６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、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。機関吸気通路、燃焼室５およびＮＯ_ｘ吸収剤２６上流の排気通路内に供給された全空気量と全燃料（炭化水素）量の比をＮＯ_ｘ吸収剤２６への流入排気ガスの空燃比と称するこのＮＯ_ｘ吸収剤２６は流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ_ｘを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_ｘを放出するＮＯ_ｘの吸放出作用を行う。なお、ＮＯ_ｘ吸収剤２６上流の排気通路内に燃料（炭化水素）或いは空気が供給されない場合には流入排気ガスの空燃比は燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆに一致し、従ってこの場合にはＮＯ_ｘ吸収剤２６は燃焼室５内における平均空燃比Ａ／ＦがリーンのときにはＮＯ_ｘを吸収し、燃焼室５内のガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_ｘを放出することになる。
【００５６】
上述のＮＯ_ｘ吸収剤２６を機関排気通路内に配置すればこのＮＯ_ｘ吸収剤２６は実際にＮＯ_ｘの吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用は図１２に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００５７】
即ち、燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆがリーンであり、従って流入排気ガスがリーンであるときには流入排気ガス中の酸素濃度が高くなり、このとき図１２（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら図１２（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯ_ｘがＮＯ_ｘ吸収剤２６内に吸収される。
【００５８】
流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ_２が生成され、吸収剤のＮＯ_ｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ_２が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が生成される。これに対して流入排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ_２の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形で吸収剤から放出される。即ち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘが放出されることになる。図１１からわかるように流入排気ガスのリーンの度合が低くなれば流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、従って流入排気ガスのリーンの度合を低くすればたとえ流入排気ガスの空燃比がリーンであってもＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘが放出されることになる。
【００５９】
一方、このとき燃焼室３内における平均空燃比Ａ／Ｆがリッチにされて流入排気ガスの空燃比がリッチになると図１１に示されるように機関からは多量の未燃ＨＣ，ＣＯが排出され、これら未燃ＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ_２ ⁻又はＯ^２−と反応して酸化せしめられる。また、流入排気ガスの空燃比がリッチになると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮＯ_２が放出され、このＮＯ_２は図１２（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ_２が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ_２が放出される。従って流入排気ガスの空燃比をリッチにすると短時間のうちにＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘが放出されることになる。
【００６０】
即ち、流入排気ガスの空燃比をリッチにするとまず始めに未燃ＨＣ，ＣＯが白金Ｐｔ上のＯ_２ ⁻又はＯ^２−とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上のＯ_２ ⁻又はＯ^２−が消費されてもまだ未燃ＨＣ，ＣＯが残っていればこの未燃ＨＣ，ＣＯによって吸収剤から放出されたＮＯ_ｘおよび機関から排出されたＮＯ_ｘが還元せしめられる。従って流入排気ガスの空燃比をリッチにすれば短時間のうちにＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収されているＮＯ_ｘが放出され、しかもこの放出されたＮＯ_ｘが還元されるために大気中にＮＯ_ｘが排出されるのを阻止することができることになる。また、ＮＯ_ｘ吸収剤２６は還元触媒の機能を有しているので流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にしてもＮＯ_ｘ吸収剤２６から放出されたＮＯ_ｘが還元せしめられる。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にした場合にはＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘが徐々にしか放出されないためにＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収されている全ＮＯ_ｘを放出させるには若干長い時間を要する。
【００６１】
上述したように燃焼室５内における平均空燃比Ａ／ＦがリーンであるときにはＮＯ_ｘがＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収される。しかしながらＮＯ_ｘ吸収剤２６のＮＯ_ｘ吸収能力には限度があり、ＮＯ_ｘ吸収剤２６のＮＯ_ｘ吸収能力が飽和すればＮＯ_ｘ吸収剤２６はもはやＮＯ_ｘを吸収しえなくなる。従ってＮＯ_ｘ吸収剤２６のＮＯ_ｘ吸収能力が飽和する前にＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出させる必要があり、そのためにはＮＯ_ｘ吸収剤２６にどの程度のＮＯ_ｘが吸収されているかを推定する必要がある。そこで次にこのＮＯ_ｘ吸収量の推定方法について説明する。
【００６２】
燃焼室５内の平均空燃比Ａ／Ｆがリーンであるときには機関負荷が高くなるほど単位時間当り機関から排出されるＮＯ_ｘ量が増大するために単位時間当りＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収されるＮＯ_ｘ量が増大し、また機関回転数が高くなるほど単位時間当り機関から排出されるＮＯ_ｘ量が増大するために単位時間当りＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収されるＮＯ_ｘが増大する。従って単位時間当りＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収されるＮＯ_ｘ量は機関負荷と機関回転数の関数となる。この場合、機関負荷はアクセルペダル４０の踏込み量Ｌでもって代表することができるので単位時間当りＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収されるＮＯ_ｘ量はアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数となる。従って図１に示す実施例では単位時間当りＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収されるＮＯ_ｘ量Ａをアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として予め実験により求め、このＮＯ_ｘ量ＡがＬおよびＮの関数として図１４（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３３内に記憶されている。
【００６３】
一方、燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比又はリッチになるとＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘが放出されるがこのときのＮＯ_ｘ放出量は主に排気ガス量と平均空燃比の影響を受ける。即ち、排気ガス量が増大するほど単位時間当りＮＯ_ｘ吸収剤２６から放出されるＮＯ_ｘ量が増大し、平均空燃比がリッチとなるほど単位時間当りＮＯ_ｘ吸収剤２６から放出されるＮＯ_ｘ量が増大する。この場合、排気ガス量、即ち吸入空気量はアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数となり、平均空燃比Ａ／Ｆもアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数となる。従って単位時間当りＮＯ_ｘ吸収剤２６から放出されるＮＯ_ｘ量Ｄはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数となり、このＮＯ_ｘ量ＤはＬおよびＮの関数として図１４（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３３内に記憶されている。
【００６４】
上述したように燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆがリーンのときには単位時間当りのＮＯ_ｘ吸収量がＡで表わされ燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比又はリッチのときには単位時間当りのＮＯ_ｘ放出量がＤで表わされるのでＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収されていると推定されるＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸは次式を用いて算出できることになる。
【００６５】
ΣＮＯＸ＝ΣＮＯＸ＋Ａ−Ｄ
図１３はこのＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸと燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆとの関係を示している。図７からわかるように機関負荷ＬがＬ_０よりも低いときには燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆはリーンとなっており、このときにはＮＯ_ｘがＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収されるので図１３に示されるようにＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが増大する。一方、図７に示されるように機関負荷ＬがＬ_０よりも高くなると燃焼室５内における平均空燃比Ａ／ＦがリッチとなるためにＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘが放出される。従って図１３においてＸで示されるように機関負荷ＬがＬ_０よりも高くなって平均空燃比Ａ／ＦがリッチになるとＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが減少する。
【００６６】
一方、平均空燃比Ａ／Ｆが継続的にリーンにされてＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸを越えると図１３においてＹで示されるように燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆが強制的にリッチとされる。平均空燃比Ａ／ＦがリッチにされるとＮＯ_ｘ吸収剤２６から急速にＮＯ_ｘが放出され、斯くして図１３に示されるようにＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが急速に減少する。次いでＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮまで低下すると平均空燃比Ａ／Ｆはリッチからリーンに戻される。
【００６７】
ところで例えば図９に示されるように燃焼室５内に形成される混合気を成層化して燃焼室５内の一部の限られた領域、即ちキャビティ３ａ内に着火可能な混合気を形成するようにした場合にはこのような成層作用が行われているときにＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出すべく燃焼室５内の平均空燃比をリーンからリッチに切換えるために圧縮行程の噴射量を単に増量すると燃焼室５内の一部の限られた領域内、即ちキャビティ３ａ内に形成される混合気が過濃になってしまう。その結果、キャビティ３ａ内の混合気を点火栓１０により良好に着火できなくなるために失火してしまうという問題を生じることになる。
【００６８】
また、一般的に云って燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆがリーンからリッチに切換えられると機関出力トルクが急激に増大するためにショックが発生する。ことろがこのようなショックは運転者に不快感を与えるためにこのようなショックの発生を阻止しなければならない。そこで本発明による実施例ではキャビティ３ａ内に形成される可燃混合気が過濃になるのを阻止し、併せて上述の如きショックが発生しないように平均空燃比Ａ／Ｆをリーンからリッチに切換えるようにしており、次にこのことについて図１５および図１６を参照しつつ説明する。
【００６９】
図１５において破線は図７に示す通常運転時における燃料噴射量Ｑ、スロットル弁２３の開度および燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆを示している。まず初めに機関負荷ＬがＬ_１よりも低い機関低負荷運転時においてＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出させるために平均空燃比Ａ／Ｆをリーンからリッチに切換える場合について説明する。機関低負荷運転時には機関負荷Ｌが予め定められた下限負荷Ｌ_ｍｉｎ以下ではたとえΣＮＯＸ＞ＭＡＸ（図１３）になっても平均空燃比Ａ／Ｆのリーンからリッチへの切換え作用は行わず、機関負荷Ｌが下限負荷Ｌ_ｍｉｎ以上のときにΣＮＯＸ＞ＭＡＸになれば平均空燃比Ａ／Ｆをリーンからリッチに切換えるようにしている。即ち機関負荷ＬがＬ_ｍｉｎ＜Ｌ＜Ｌ_１のときにΣＮＯＸ＞ＭＡＸになると図１６に示されるようにＮＯ_ｘ放出フラグがセットされ、燃焼室５内の平均空燃比Ａ／Ｆがリーンからリッチに切換えられる。図１５で云うとこのとき平均空燃比Ａ／Ｆは破線で示されるリーンから実線で示されるリッチに切換えられる。
【００７０】
このときの平均空燃比Ａ／Ｆのリーンからリッチへの切換作用は図１５および図１６に示すように圧縮行程噴射Ｑ_２に加えて吸気行程噴射Ｑ_１を追加し、図１５に示されるように圧縮行程噴射量Ｑ_２を破線で示す通常運転時に比べて減少させると共に圧縮行程噴射量Ｑ_２と吸気行程噴射量Ｑ_１との和を破線で示される通常運転時の噴射量に比べて増大させることによって行われる。従ってこの場合、吸気行程噴射量Ｑ_１を破線を境にして噴射量部分Ｑａと噴射量部分Ｑｂとに分けたとすると圧縮行程噴射量Ｑ_２と噴射量部分Ｑａとの和が破線で示される通常運転時の噴射量Ｑに等しくなり、噴射量部分Ｑｂは供給燃料の増大分となる。
【００７１】
ところでこの場合、圧縮行程噴射Ｑ_２による燃料と噴射量部分Ｑａの燃料とによってキャビティ３ａ内に混合気が形成され、噴射量部分Ｑｂの燃料がキャビティ３ａ以外の領域に分散せしめられればキャビティ３ａ内に形成される混合気の空燃比は通常運転時と同じになる。即ち、総噴射量が増量されてもキャビティ３ａ内に形成される混合気は過濃になることはなく、斯くして失火を生ずることなくキャビティ３ａ内に形成された混合気は点火栓１０によって良好に着火せしめられることになる。
【００７２】
一方、この場合、圧縮行程噴射Ｑ_２による燃料と噴射部分Ｑａの燃料とを燃焼させ、噴射量部分Ｑｂの燃料を燃焼させないようにすれば燃焼せしめられる燃料量は破線で示される通常運転時の燃料量と同じになるために機関の出力トルクは変化せず、噴射量部分Ｑｂの燃料は単に平均空燃比Ａ／Ｆをリーンからリッチに切り換えるだけに使用される。そこで本発明による実施例では圧縮行程噴射Ｑ_２による燃料と噴射量部分Ｑａの燃料とにより燃焼させるべき可燃混合気を形成し、供給燃料の増大分である噴射量部分Ｑｂの燃料により不可燃混合気を形成して失火の発生を阻止するのはもとより機関の出力トルクが変化するのを阻止しつつ平均空燃比Ａ／Ｆをリーンからリッチに切換えてＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出させるようにしている。
【００７３】
即ち、吸気行程噴射Ｑ_１が行われるとこの噴射燃料は燃焼室５内全体に分散されるがこの吸気行程噴射量Ｑ_１は火炎が伝播しえない希薄混合気を形成しうる量とされる。しかしながらこのような希薄混合気であっても圧縮行程噴射Ｑ_２により形成される可燃混合気Ｇ（図９（Ｃ）参照）内に混入すれば燃焼せしめられる。この場合、圧縮行程噴射Ｑ_２により形成される可燃混合気Ｇはキャビティ３ａ内のほぼ全体を占めるので噴射量部分Ｑａの燃焼がキャビティ３ａ内のほぼ全体を占めるように吸気行程噴射量Ｑ_１を定めれば燃焼せしめられる燃料量は通常運転時と同じとなり、斯くして平均空燃比Ａ／Ｆをリーンからリッチに切換えても失火を生ずることがなく、しかも機関の出力トルクは変化しないことになる。
【００７４】
次にこのことについて具体的数値（現実の数値ではない）を用いて説明すると例えば通常運転時における平均空燃比が１７のリーンであり、このとき空気量が１７（ｇ）であり、燃料量が１（ｇ）であったとする。平均空燃比Ａ／Ｆをリーンからリッチに切換えたときにキャビティ３ａ内の可燃混合気の５５％を圧縮行程噴射Ｑ_２により形成し、残りの４５％を吸気行程噴射Ｑ_１により形成したとすると圧縮行程噴射量Ｑ_２は０．５５（ｇ）となり、吸気行程噴射量Ｑ_１の噴射量部分Ｑａは０．４５（ｇ）となる。一方、燃焼室５の全容積に対するキャビティ３ａの容積を６５％とすると全吸気行程噴射量（Ｑａ＋Ｑｂ）は０．４５（ｇ）／０．６５≒０．７（ｇ）となる。従って吸気行程噴射Ｑ_１により形成される希薄混合気の空燃比は１７（ｇ）／０．７（ｇ）≒２４．３となり、不可燃混合気となる。一方、燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆは１７（ｇ）／〔０．５５（ｇ）＋０．７（ｇ）〕＝１３．６となり、リッチとなる。またこのときキャビティ３ａ内に形成される可燃混合気に含まれる燃料は１（ｇ）であって通常運転時と変らない。
【００７５】
このように吸気行程噴射量Ｑ_１および圧縮行程噴射量Ｑ_２を適切に設定するとキャビティ３ａ内に形成される混合気の空燃比を変化させず、しかも燃焼せしめられる燃料量を変化させずに平均空燃比Ａ／Ｆをリーンからリッチに切換えることができる。なお、図１５に示すこれら吸気行程噴射量Ｑ_１（Ｑａ＋Ｑｂ）および圧縮行程噴射量Ｑ_２はアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数の形で予めＲＯＭ３３内に記憶されている。
【００７６】
次に機関負荷ＬがＬ_１よりも大きくＬ_０よりも低いときにＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出させるために平均空燃比Ａ／Ｆをリーンからリッチに切換える場合について説明する。このときには図１５において実線で示されるようにスロットル弁２３が予め定められた開度だけ閉弁せしめられる。スロットル弁２３が閉弁せしめられると燃焼室５内に供給される空気量が減少するために燃焼室５内における平均空燃比Ａ／Ｆが小さくなる。このとき平均空燃比Ａ／Ｆが図１５において実線で示す予め定められたリッチ空燃比となるようにスロットル弁２３は閉弁せしめられ、このスロットル２３の閉弁量はアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数の形で予めＲＯＭ３３内に記憶されている。
【００７７】
なお、スロットル弁２３が閉弁せしめられるとポンピング損失が増大するために機関の出力トルクが低下する。そこで本発明による実施例ではこのとき機関の出力トルクが低下しないように吸気行程噴射量Ｑ_１がＱｃだけ（図１５において破線よりも上方の部分だけ）増大せしめられる。なお、この吸気行程噴射Ｑ_１の増量分Ｑｃはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数の形で予めＲＯＭ３３内に記憶されている。なお、このとき圧縮行程噴射量Ｑ_２は火種を形成するのに最適な燃料量となっているので圧縮行程噴射量Ｑ_２を増量せずに吸気行程噴射量Ｑ_１を増量するようにしている。
【００７８】
次に図１７および図１８を参照しつつ燃料噴射の制御ルーチンについて説明する。なお、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図１７および図１８を参照するとまず初めにステップ１００においてＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収されていると推定されるＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸよりも大きいか否かが判別される。ΣＮＯＸ≦ＭＡＸのときにはステップ１０１に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされているか否かが判別される。通常はＮＯ_ｘ放出フラグはリセットされているのでステップ１０２に進む。ステップ１０２ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図６に示す関係から吸気行程噴射量Ｑ_１および圧縮行程噴射量Ｑ_２が算出され、次いでステップ１０３ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図６に示す関係から噴射時期が算出され、次いでステップ１０４ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図７に示す関係からスロットル弁２３の開度が算出される。
【００７９】
次いでステップ１０５ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図７に示す関係からＥＧＲ弁２９の開度が算出され、次いでステップ１０６ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図８に示す関係から吸気制御弁１７の開度が算出される。次いでステップ１０７ではアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_０（図７）よりも低いか否かが判別される。Ｌ＜Ｌ_０のときにはステップ１０８に進んで図１４（Ａ）に示すマップからＮＯ_ｘ放出量Ａが算出される。次いでステップ１０９ではＮＯ_ｘ放出量Ｄが零とされ、次いでステップ１１２に進む。一方、ステップ１０７においてＬ≧Ｌ_０であると判別されたときにはステップ１１０に進んで図１４（Ｂ）に示すマップからＮＯ_ｘ放出量Ｄが算出される。次いでステップ１１１ではＮＯ_ｘ吸収量Ａが零とされ、次いでステップ１１２に進む。
【００８０】
ステップ１１２ではＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収されていると推定されるＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸ（＝ΣＮＯＸ＋Ａ−Ｄ）が算出される。次いでステップ１１３ではΣＮＯＸが負になったか否かが判別され、ΣＮＯＸ＜０になったときにはステップ１１４に進んでΣＮＯＸが零とされる。次いでステップ１１５ではΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別され、ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになったときにはステップ１１６に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【００８１】
一方、ステップ１００においてΣＮＯＸ＞ＭＡＸになったと判別されたときにはステップ１１７に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる。ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされるとステップ１０１からステップ１１８に進んで機関負荷Ｌが下限負荷Ｌ_ｍｉｎよりも低いか否かが判別される。Ｌ＜Ｌ_ｍｉｎのときにはステップ１０２に進む。従ってこのときにはΣＮＯＸ＞ＭＡＸであったとしても燃焼室５内の平均空燃比Ａ／Ｆはリーンに維持される。
【００８２】
これに対してＬ≧Ｌ_ｍｉｎのときにはステップ１１９に進んでアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図１５に示す関係から吸気行程噴射量Ｑ_１および圧縮行程噴射量Ｑ_２が計算され、次いでステップ１２０ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている関係から噴射時期が算出され、次いでステップ１２１ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図１５に示す関係からスロットル弁２３の開度が算出される。
【００８３】
次いでステップ１２２ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている関係からＥＧＲ弁２９の開度が算出され、次いでステップ１２３ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図８に示す関係から吸気制御弁１７の開度が算出される。このときには燃焼室５内における平均空燃比はリッチとされ、ＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘが放出される。
【００８４】
前述したようにアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１よりも小さい機関低負荷運転時には圧縮行程末期にのみ燃料が噴射される。このときにはキャビティ３ａ内にのみ混合気が形成され、キャビティ３ａ以外の領域は実質的に空気およびＥＧＲガスで満たされるので成層度合が極めて高い強成層状態となる。
一方、アクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１とＬ_２との間である機関中負荷運転時には吸気行程噴射により燃焼室５内に全体に希薄混合気が形成され、圧縮行程噴射によってこの希薄混合気よりも濃い混合気がキャビティ３ａ内に形成される。従ってこのときには機関低負荷運転時における強成層状態よりも成層の度合が低い弱成層状態となる。
【００８５】
また、アクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_２よりも大きい機関高負荷運転時には吸気行程噴射のみが行われ、従ってこのとき燃焼室５内には均一混合気が形成される。
ところでこれまで述べてきた実施例では機関低負荷運転時において、即ち強成層状態においてＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出すべきときには失火が発生することなく、しかも出力トルクが変動しないように強成層状態を維持しつつ平均空燃比Ａ／Ｆをリーンからリッチに切換えるようにしている。
【００８６】
これに対して次に述べる実施例では強成層状態においてＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出しなければならなくなったときには強成層状態から弱成層状態又は均一混合気状態に切換え、弱成層状態又は均一混合気状態において吸気行程噴射量を増量することにより平均空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比又はリッチにしてＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出させるようにしている。このように吸気行程噴射量を増量することにより平均空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比又はリッチにすると強成層時と比べてキャビティ３ａ内に形成される混合気の空燃比はさほど変化せず、斯くして失火が発生するのを阻止することができる。
【００８７】
また、次に述べる実施例ではＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出すべく平均空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比又はリッチにしたときに全噴射燃料を燃焼室５内で燃焼せしめるようにしており、従ってＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出すべく平均空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比又はリッチにされたときに機関の出力トルクが増大することになる。この出力トルクの増大は燃焼室５内に供給される吸入空気量を低下させることによって抑制され、それでも出力トルクが増大する場合には例えば点火時期を遅角させることによって出力トルクが増大しないようにされる。
【００８８】
次に図１９および図２０を参照しつつ燃料噴射を制御するための基本的なルーチンについてまず初めに説明する。
図１９はＮＯ_ｘ放出フラグを制御するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。図１９を参照するとまず初めにステップ１２０においてＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが図１３に示される許容値ＭＡＸを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸになったときにはステップ１２１に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる。
【００８９】
図２０は噴射制御を行うためのルーチンを示しており、このルーチンは例えば一定時間毎の割込みによって実行される。
図２０を参照するとまず初めにステップ１３０においてＮＯ_ｘ放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされていないときにはステップ１３１に進んでアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図６に示す関係から吸気行程噴射量Ｑ_１および圧縮行程噴射量Ｑ_２が算出される。次いでステップ１３２ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図６に示す関係から噴射時期が算出され、次いでステップ１３３ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図７に示す関係からスロットル弁２３の開度が算出され、次いでステップ１３４ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている関係からＥＧＲ弁２９の開度が算出され、次いでステップ１３５ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図８に示す関係から吸気制御弁１７の開度が算出される。
【００９０】
次いでステップ１３６ではアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_０（図７）よりも低いか否かが判別される。Ｌ＜Ｌ_０のときにはステップ１３７に進んで図１４（Ａ）に示すマップからＮＯ_ｘ放出量Ａが算出される。次いでステップ１３８ではＮＯ_ｘ放出量Ｄが零とされ、次いでステップ１４１に進む。一方、ステップ１３６においてＬ≧Ｌ_０であると判別されたときにはステップ１３９に進んで図１４（Ｂ）に示すマップからＮＯ_ｘ放出量Ｄが算出される。次いでステップ１４０ではＮＯ_ｘ吸収量Ａが零とされ、次いでステップ１４１に進む。ステップ１４１ではＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収されていると推定されるＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸ（＝ΣＮＯＸ＋Ａ−Ｄ）が算出される。次いでステップ１４２ではΣＮＯＸが負になったか否かが判別され、ΣＮＯＸ＜０になったときにはステップ１４３に進んでΣＮＯＸが零とされる。
【００９１】
一方、ステップ１３０においてＮＯ_ｘ放出フラグがセットされたと判断されたときにはステップ１４４に進んでアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１よりも小さいか否かが判別される。Ｌ＜Ｌ_１のときにはステップ１４６に進んで平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするリッチ処理Ｉが行われる。これに対してＬ≧Ｌ_１のときにはステップ１４５に進んでアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_２よりも小さいか否かが判別される。Ｌ＜Ｌ_２のときにはステップ１４７に進んで平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするリッチ処理ＩＩが行われ、Ｌ≧Ｌ_２のときにはステップ１４８に進んで平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするリッチ処理ＩＩＩが行われる。
【００９２】
即ち、リッチ処理Ｉは機関低負荷運転時において、即ち強成層状態においてＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出させるためのリッチ処理を示しており、リッチ処理ＩＩは機関中負荷運転時において、即ち弱成層状態においてＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出させるためのリッチ処理を示しており、リッチ処理ＩＩＩは機関高負荷運転時において、即ち均一混合気状態においてＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出させるためのリッチ処理を示している。そこで次にこれらリッチ処理Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩについて順に説明する。
【００９３】
図２１はリッチ処理Ｉの一実施例のタイムチャートを示している。図２１に示されるようにＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる前の機関低負荷運転状態、即ち強成層運転状態では吸気行程噴射は行われておらず、圧縮行程噴射のみが行われて燃焼室５内の平均空燃比Ａ／Ｆはリーンとなっている。またこのときスロットル弁２３およびＥＧＲ弁２９は開弁せしめられている。
【００９４】
次いでＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出すべくＮＯ_ｘ放出フラグがセットされるとＥＧＲ弁２９が全閉せしめられ、このとき燃焼室５内の平均空燃比Ａ／Ｆが極度にリーンとならないようにスロットル弁２３も機関の運転状態に定まる設定開度まで閉弁せしめられる。スロットル弁２３が設定開度まで閉弁せしめられると機関の出力トルクが低下しないように圧縮行程噴射量が若干増大せしめられる。
【００９５】
次いでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされてからｔ_１時間経過すると圧縮行程噴射が停止され、吸気行程噴射が開始される。即ち、強成層状態から均一混合気状態に切換えられる。このとき噴射量は変化せず、従って燃焼室５内の平均空燃比Ａ／Ｆも変化しない。なお、このときには燃料噴射量が少なく、このように少量の燃料を均一混合気状態で燃焼させる場合に多量のＥＧＲガスが供給されると失火する危険性が大となる。そこでこの実施例では図２１に示されるように均一混合気燃焼に移行する前にＥＧＲ弁２９を全閉するようにしている。なお、この場合ＥＧＲ弁２９は必ずしも全閉する必要がなく、ＥＧＲ弁２９の開度を或る程度減少させるだけで十分な場合もある。
【００９６】
次いでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされた後ｔ_２時間経過すると燃焼室５内の平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにすべく吸気行程噴射量が増量せしめられ、スロットル弁２３が機関の運転状態により定まる設定開度まで更に閉弁せしめられる。このときスロットル弁２３を閉弁するのは燃焼室５内に供給される吸入空気量を減少させ、できるだけ少ない燃料でもって平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするためと、平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにしたときにできるだけ機関の出力トルクが増大しないようにするためである。このとき機関の出力トルクの増大が大きくなってショックが発生する場合には平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにすると同時に点火時期を遅らせる等の手段を講ずる必要がある。
【００９７】
平均空燃比Ａ／ＦがリッチにされるとＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用が開始される。次いでＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘの放出作用が完了すると今度は逆の順序を経て再び強成層状態に戻る。即ち、ＮＯ_ｘの放出作用が完了すると吸気行程噴射量が減量せしめられると共にスロットル弁２３が開弁せしめられる。次いでＮＯ_ｘの放出作用が完了してからｔ_１時間経過すると吸気行程噴射が停止されて圧縮行程噴射が開始され、ＮＯ_ｘの放出作用が完了してからｔ_２時間経過するとスロットル弁２３およびＥＧＲ弁２９が開弁せしめられると共にＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【００９８】
図２２は図２１に示すＮＯ_ｘ放出制御を実行するためのリッチ処理Ｉのルーチンを示している。図２２を参照するとまず初めにステップ１５０においてＮＯ_ｘの放出が完了したことを示す放出完了フラグがセットされているか否かが判別される。リッチ処理Ｉが開始された直後は放出完了フラグはセットされていないのでステップ１５１に進み、平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするまでの前処理が行われる。図２１に示される実施例ではこの前処理は、ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされたときに、即ちリッチ処理Ｉが開始されたときにスロットル弁２３およびＥＧＲ弁２９を閉弁する処理と、リッチ処理Ｉが開始されてからｔ_１時間経過後に圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切換える処理と、リッチ処理Ｉが開始されてからｔ_２時間経過後にスロットル弁２３を閉弁する処理からなる。
【００９９】
次いでステップ１５２ではこの前処理が完了したか否かが判別される。前処理が完了するとステップ１５３に進んで平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするリッチ処理が行われる。この実施例では吸気行程噴射量を増量することによってリッチ処理が行われる。次いでステップ１５４ではＮＯ_ｘ放出作用中におけるＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出される。このＮＯ_ｘ放出量Ｄ′はアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図２３に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３３内に記憶されている。次いでステップ１５５ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算され、次いでステップ１５６ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになったときにはＮＯ_ｘの放出作用が完了したと判断してステップ１５７に進み、放出完了フラグがセットされる。次いでステップ１５８に進む。なお、一旦放出完了フラグがセットされるとその後はステップ１５０からステップ１５８にジャンプする。
【０１００】
ステップ１５８ではＮＯ_ｘの放出作用が完了してから強成層状態に戻されるまでの後処理が行われる。図２１に示される実施例ではこの後処理は、ＮＯ_ｘの放出作用が完了したときに吸気行程噴射量を減少させ、スロットル弁２３を開弁させる処理と、ＮＯ_ｘの放出作用が完了した後ｔ_１時間経過後に吸気行程噴射から圧縮行程噴射に切換える処理と、ＮＯ_ｘ放出作用が完了した後ｔ_２時間経過後にスロットル弁２３およびＥＧＲ弁２９を開弁させる処理からなる。ステップ１５９ではこの後処理が完了したか否かが判別され、後処理が完了したときにはステップ１６０に進んでＮＯ_ｘ放出フラグおよび放出完了フラグがリセットされる。
【０１０１】
図２４は強成層状態において行われるリッチ処理Ｉの別の実施例を示している。この実施例ではＮＯ_ｘ放出フラグがセットされるとスロットル弁２３が少し閉弁せしめられ、ＥＧＲ弁２９が半分程度閉弁せしめられる。次いでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされてからｔ_１時間経過すると圧縮行程噴射量が減少せしめられ、吸気行程噴射が開始される。即ち、このときには吸気行程噴射と圧縮行程噴射との２回の噴射が行われ、従って弱成層状態となる。次いでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされてからｔ_２時間経過すると圧縮行程噴射が停止され、吸気行程噴射のみとなるので均一混合気状態となる。また、このときスロットル弁２３は再び少し閉弁せしめられる。
【０１０２】
次いでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされてからｔ_３時間経過するとＥＧＲ弁２９が全閉せしめられると共にスロットル弁２３が更に少し閉弁せしめられる。更にこのとき吸気行程噴射量が増量せしめられて平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされ、斯くしてＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用が開始される。
一方、ＮＯ_ｘの放出作用が完了すると逆の順序でもって強成層状態に戻る。即ち、ＮＯ_ｘの放出作用が完了すると吸気行程噴射量が減量され、スロットル弁２３およびＥＧＲ弁２９が開弁せしめられる。次いでＮＯ_ｘの放出作用が完了してからｔ_１時間経過すると吸気行程噴射量が減量され、圧縮行程噴射が開始されて弱成層状態となる。このときスロットル弁２３が更に開弁せしめられる。次いでＮＯ_ｘの放出作用が完了してからｔ_２時間経過すると吸気行程噴射が停止されて強成層状態となり、次いでＮＯ_ｘの放出作用が完了してからｔ_３時間経過するとスロットル弁２３およびＥＧＲ弁２９が更に開弁せしめられると共にＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【０１０３】
この実施例ではＮＯ_ｘの放出作用を開始するときには強成層状態から弱成層状態を経て均一混合気状態とされ、ＮＯ_ｘの放出作用が完了したときには均一混合気状態から弱成層状態を経て強成層状態とされる。このように強成層状態と均一混合気状態との切換えの際に弱成層状態を介在させることによって燃焼の形態が徐々に変化し、それによって切換えの際に失火が生じるのを阻止することができる。
【０１０４】
図２５は図２４に示すＮＯ_ｘ放出制御を実行するためのリッチ処理Ｉのルーチンを示している。図２５を参照するとまず初めにステップ１７０において放出完了フラグがセットされているか否かが判別される。放出完了フラグがセットされていなければステップ１７１に進み、放出完了フラグがセットされていればステップ１７８にジャンプする。ステップ１７１ではＮＯ_ｘ放出フラグがセットされてから平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされるまでの前処理が行われる。次いでステップ１７２では前処理が完了したか否かが判別され、前処理が完了したときにはステップ１７３に進んで吸気行程噴射量を増量することにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。
【０１０５】
次いでステップ１７４では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ１７５ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ１７６ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ１７７に進んで放出完了フラグがセットされ、次いでステップ１７８ではＮＯ_ｘの放出完了から強成層状態に戻るまでの後処理が行われる。次いでステップ１７９では後処理が完了したか否かが判別され、後処理が完了したときにはステップ１８０に進んでＮＯ_ｘ放出フラグおよび放出完了フラグがリセットされる。
【０１０６】
図２６および図２７はリッチ処理Ｉの更に別のールチンを示している。前述したように失火を生ずることなく滑らかに強成層状態から均一混合気状態に移行するには間に弱成層状態を介在させることが好ましい。しかしながら燃料噴射量が少ないときに弱成層状態にすると燃焼室５内全体に広がった希薄混合気が極度にリーンとなり、これら希薄混合気を燃焼させることができないという危険性がある。そこでこの実施例では燃料噴射量が少ないときに強成層状態から均一混合気状態に移行させるときには弱成層状態を経ることなく強成層状態から均一混合気状態に直接移行させるようにしている。なお、図２６においてＸで示される枠内の各ステップ１９１，１９２，１９３は前処理を示しており、Ｙで示される各ステップ２００，２０１，２０２は後処理を示している。
【０１０７】
即ち、図２６および図２７を参照するとまず初めにステップ１９０において放出完了フラグがセットされているか否かが判別される。放出完了フラグがセットされていなければ前処理Ｘのステップ１９１に進み、放出完了フラグがセットされていれば後処理Ｙのステップ２００にジャンプする。ステップ１９１では燃料噴射量Ｑが予め定められた設定値Ｑ_０よりも大きいか否かが判別される。Ｑ＞Ｑ_０のときにはステップ１９２に進んで図２４に示される前処理、即ち強成層状態から弱成層状態を経て均一混合気状態に移行する前処理が行われる。これに対してＱ≦Ｑ_０のときにはステップ１９３に進んで図２１に示される前処理、即ち強成層状態から弱成層状態を経ることなく均一混合気状態に直接移行する前処理が行われる。
【０１０８】
次いでステップ１９４では前処理が完了したか否かが判別され、前処理が完了したときにはステップ１９５に進んで吸気行程噴射量を増量することにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。次いでステップ１９６では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ１９７ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ１９８ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ１９９に進んで放出完了フラグがセットされ、次いでステップ２００に進む。
【０１０９】
ステップ２００では燃料噴射量Ｑが予め定められた設定値Ｑ_０よりも大きいか否かが判別される。Ｑ＞Ｑ_０のときにはステップ２０１に進んで図２４に示される後処理、即ち均一混合気状態から弱成層状態を経て強成層状態に移行する後処理が行われる。これに対してＱ≦Ｑ_０のときにはステップ２０２に進んで図２１に示される後処理、即ち均一混合気状態から弱成層状態を経ることなく強成層状態に直接移行する後処理が行われる。次いでステップ２０３では後処理が完了したか否かが判別され、後処理が完了したときにはステップ２０４に進んでＮＯ_ｘ放出フラグおよび放出完了フラグがリセットされる。
【０１１０】
図２８は強成層状態において行われるリッチ処理Ｉの更に別の実施例を示している。この実施例ではＮＯ_ｘ放出フラグがセットされるとスロットル弁２３が少し閉弁せしめられ、ＥＧＲ弁２９が全閉せしめられる。次いでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされてからｔ_１時間経過すると圧縮行程噴射量が減少せしめられ、吸気行程噴射が開始される。即ち、このときには吸気行程噴射と圧縮行程噴射との２回の噴射が行われ、従って弱成層状態となる。このときスロットル弁２３が少し閉弁せしめられる。次いでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされてからｔ_２時間経過すると圧縮行程噴射が停止され、吸気行程噴射のみとなるので均一混合気状態となる。また、このときスロットル弁２３は再び少し閉弁せしめられる。
【０１１１】
次いでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされてからｔ_３時間経過するとスロットル弁２３が更に少し閉弁せしめられると共に吸気行程噴射量が増量せしめられて平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされ、斯くしてＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用が開始される。
一方、ＮＯ_ｘの放出作用が完了すると吸気行程噴射量が減量される。次いでＮＯ_ｘの放出作用が完了してからｔ_４時間経過すると吸気行程噴射が停止されて強成層状態となり、このときスロットル弁２３が開弁せしめられる。次いでＮＯ_ｘの放出作用が完了してからｔ_５時間経過するとスロットル弁２３およびＥＧＲ弁２９が開弁せしめられると共にＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【０１１２】
この実施例ではＮＯ_ｘの放出作用を開始するときには強成層状態から弱成層状態を経て均一混合気状態とされ、ＮＯ_ｘの放出作用が完了したときには均一混合気状態から弱成層状態を経ることなく直接強成層状態とされる。なお、この実施例においても強成層状態から均一混合気状態に移行するときの前処理においては燃料噴射量に応じて弱成層状態を経るか否かが判別される。
【０１１３】
図２９および図３０は図２８に示すＮＯ_ｘ放出制御を実行するためのリッチ処理Ｉのルーチンを示している。なお、Ｘで示される枠内は前処理を表わしている。図２９および図３０を参照するとまず初めにステップ２１０において放出完了フラグがセットされているか否かが判別される。放出完了フラグがセットされていなければ前処理Ｘのステップ２１１に進み、放出完了フラグがセットされていればステップ２２０にジャンプする。ステップ２１１では燃料噴射量Ｑが予め定められた設定値Ｑ_０よりも大きいか否かが判別される。Ｑ＞Ｑ_０のときにはステップ２１２に進んで図２４に示される前処理、即ち強成層状態から弱成層状態を経て均一混合気状態に移行する前処理が行われる。これに対してＱ≦Ｑ_０のときにはステップ２１３に進んで図２１に示される前処理、即ち強成層状態から弱成層状態を経ることなく均一混合気状態に直接移行する前処理が行われる。
【０１１４】
次いでステップ２１４では前処理が完了したか否かが判別され、前処理が完了したときにはステップ２１５に進んで吸気行程噴射量を増量することにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。次いでステップ２１６では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ２１７ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ２１８ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ２１９に進んで放出完了フラグがセットされ、次いでステップ２２０ではＮＯ_ｘの放出完了から強成層状態に戻るまでの後処理が行われる。次いでステップ２２１では後処理が完了したか否かが判別され、後処理が完了したときにはステップ２２２に進んでＮＯ_ｘ放出フラグおよび放出完了フラグがリセットされる。
【０１１５】
図３１および図３２は強成層状態において行われるリッチ処理Ｉの更に別の実施例を示している。この実施例ではＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出すべきときには追加の燃料を膨張行程又は排気行程において燃焼室５内に噴射するようにしている。図３１はこのように追加の燃料を膨張行程又は圧縮行程に供給するようにした場合を示しており、この場合追加の燃料は図３１の区間Ｚ内において燃料噴射弁１１から供給される。膨張行程および排気行程においては燃焼室５内の既燃ガスの温度はかなり高く、従ってこの既燃ガス内に追加の燃料を噴射すると炭化水素が小さな分子に分解すると共に一部の炭化水素はラジカルとなり、斯くして燃料は活性化されてＮＯ_ｘに対する強い反応性を有することになる。従ってＮＯ_ｘ吸収剤２６からは良好にＮＯ_ｘが放出され、放出したＮＯ_ｘは良好に還元されることになる。なお、ＮＯ_ｘに対する反応性を高めるには既燃ガスの温度が高いときに追加の燃料を噴射することが好ましく、従って追加の燃料噴射は図３１に示されるように膨張行程において行うことが好ましい。
【０１１６】
なお、この追加の燃料は燃焼せしめられたとしても出力の発生には寄与せず、従って追加の燃料を供給することによって機関の出力トルクが変動することはない。
図３２に示されるようにこの実施例ではＮＯ_ｘ放出フラグがセットされるとスロットル弁２３が閉弁せしめられ、ＥＧＲ弁２９が全閉せしめられる。次いでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされてからｔ_１時間経過すると圧縮行程噴射量はそのままに維持され、追加の燃料が膨張行程に噴射されてＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘの放出作用が開始される。なお、このとき吸気行程噴射は行われない。
【０１１７】
一方、ＮＯ_ｘの放出作用が完了すると逆の順序でもって強成層状態に戻る。即ち、ＮＯ_ｘの放出作用が完了すると膨張行程における追加の燃料噴射が停止され、次いでＮＯ_ｘの放出作用が完了してからｔ_１時間経過するとスロットル弁２３およびＥＧＲ弁２９が開弁せしめられると共にＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【０１１８】
図３３は図３２に示すＮＯ_ｘ放出制御を実行するためのリッチ処理Ｉのルーチンを示している。図３３を参照するとまず初めにステップ２３０において放出完了フラグがセットされているか否かが判別される。放出完了フラグがセットされていなければステップ２３１に進み、放出完了フラグがセットされていればステップ２３８にジャンプする。ステップ２３１ではＮＯ_ｘ放出フラグがセットされてから追加の燃料が供給されるまでの前処理が行われる。次いでステップ２３２では前処理が完了したか否かが判別され、前処理が完了したときにはステップ２３３に進んで追加の燃料が供給される。
【０１１９】
次いでステップ２３４では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ２３６ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ２３６ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ２３７に進んで放出完了フラグがセットされ、次いでステップ２３８ではＮＯ_ｘの放出完了から強成層状態に戻るまでの後処理が行われる。次いでステップ２３９では後処理が完了したか否かが判別され、後処理が完了したときにはステップ２４０に進んでＮＯ_ｘ放出フラグおよび放出完了がリセットされる。
【０１２０】
図３４はリッチ処理ＩＩの一実施例のタイムチャートを示している。図２１に示されるようにＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる前の機関中負荷運転時には吸気行程噴射と圧縮行程噴射の２回の噴射が行われる。即ち、このときは弱成層状態となっており、燃焼室５内の平均空燃比Ａ／Ｆはリーンとなっている。ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされると弱成層状態のままで吸気行程噴射量が増量されることによって燃焼室５内の平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされ、ＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘの放出作用が行われる。ＮＯ_ｘの放出作用が完了すると吸気行程噴射量が減量される。
【０１２１】
図３５は図３４に示すＮＯ_ｘ放出制御を実行するためのリッチ処理ＩＩのルーチンを示している。図３５を参照するとまず初めにステップ２５０において吸気行程噴射量を増量することにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。次いでステップ２５１では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ２５２ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ２５３ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ２５４に進んで吸気行程噴射量が減量され、平均空燃比Ａ／Ｆがリッチからリーンとなる。次いでステップ２５５においてＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【０１２２】
図３６は弱成層状態において行われるリッチ処理ＩＩの別の実施例を示している。この実施例ではＮＯ_ｘ放出フラグがセットされると圧縮行程噴射が停止され、吸気行程噴射量が増量される。即ち、ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされると弱成層状態から均一混合気状態に切換えられて燃焼室５内の平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされ、ＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘの放出作用が開始される。ＮＯ_ｘの放出作用が完了すると均一混合気状態から弱成層状態に戻される。
【０１２３】
図３７は図３６に示すＮＯ_ｘ放出制御を実行するためのリッチ処理ＩＩのルーチンを示している。図３７を参照するとまず初めにステップ２６０において吸気行程噴射量を増量することにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。次いでステップ２６１では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ２６２ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ２６３ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ２６４に進んで吸気行程噴射量が減量され、平均空燃比Ａ／Ｆがリッチからリーンとなる。次いでステップ２６５においてＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【０１２４】
図３８は弱成層状態において行われるリッチ処理ＩＩの更に別の実施例を示している。この実施例ではＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出すべきときに燃料噴射量Ｑに応じて弱成層状態でリッチ化するのか、或いは均一混合気状態でリッチ化するのかが選択される。なお、図３８に示すルーチンにおいてＺにより示される枠内はリッチ処理を示している。
【０１２５】
図３８を参照するとまず初めにステップ２７０において燃料噴射量Ｑが予め定められた設定値Ｑ_ｉよりも大きいか否かが判別される。Ｑ＞Ｑｉのときにはステップ２７１に進んで均一混合気状態によるリッチ化が行われる。即ち、ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされると図３６に示されるように圧縮行程噴射が停止され、吸気行程噴射量が増量される。これに対してＱ≦Ｑｉのときにはステップ２７２に進んで弱成層状態においてリッチ化が行われる。即ち、ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされると図３４に示されるように圧縮行程噴射を行いつつ吸気行程噴射量が増量される。
【０１２６】
次いでステップ２７３では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ２７４ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ２７５ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ２７６に進んで吸気行程噴射量が減量され、平均空燃比Ａ／Ｆがリッチからリーンとなる。次いでステップ２７７においてＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【０１２７】
図３９はリッチ処理ＩＩＩの一実施例のタイムチャートを示している。図３９に示されるようにＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる前の機関高負荷運転時には吸気行程噴射のみが行われていて均一混合気燃焼が行われており、ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされると吸気行程噴射量が増量されて平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。
【０１２８】
図４０は図３９に示すＮＯ_ｘ放出制御を実行するためのリッチ処理ＩＩＩのルーチンを示している。図４０を参照するとまず初めにステップ２８０において吸気行程噴射量を増量することにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。次いでステップ２８１では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ２８２ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ２８３ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ２８４に進んで吸気行程噴射量が減量され、平均空燃比Ａ／Ｆがリッチからリーンとなる。次いでステップ２８５においてＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【０１２９】
図４１から図４８に更に別の実施例を示す。この実施例では図４１に示されるように吸気制御弁１７下流の第２吸気ポート７ｂ内に向けて燃料の噴射するための燃料噴射弁５０、いわゆるポート噴射弁５０が設けられ、吸気行程中に燃焼室５内に供給されるべき燃料がポート噴射弁５０から供給される。即ち、この実施例では通常運転時には図４２に示されるようにＬ＞Ｌ_１である機関低負荷運転時であれば圧縮行程噴射Ｑ_２のみが行われ、Ｌ_１≦Ｌ≦Ｌ_２である機関中負荷運転時であれば圧縮行程噴射Ｑ_２に加えてポート噴射弁５０からのポート噴射Ｑ_１が行われ、Ｌ＞Ｌ_２である機関高負荷運転時であればポート噴射Ｑ_１のみが行われる。
【０１３０】
従ってこの実施例においてもこれまで述べた実施例と同様に機関低負荷運転時には強成層状態となり、機関中負荷運転時には弱成層状態となり、機関高負荷運転時には均一混合気状態になる。なお、この実施例においても燃料噴射制御については図２０に示される噴射制御ルーチンが用いられ、以下図２０に示されるリッチ処理Ｉ、リッチ処理ＩＩおよびリッチ処理ＩＩＩについて順に説明する。
【０１３１】
図４３は強成層状態において行われるリッチ処理Ｉを示している。図４３に示されるように機関低負荷運転時においてＮＯ_ｘ放出フラグがセットされていないときには圧縮行程噴射のみが行われている。次いでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされると圧縮行程噴射が停止され、燃料噴射弁１１から燃焼室５内に吸気行程噴射が行われる。また、このときにはポート噴射弁５０からのポート噴射は行われない。従ってこのときには燃料噴射弁１１からの吸気行程噴射によって燃焼室５内には平均空燃比Ａ／Ｆがリッチである均一混合気が形成され、それによってＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘの放出作用が行われる。
【０１３２】
機関低負荷運転時にはポート噴射が行われておらず、このときＮＯ_ｘの放出作用を行うべくポート噴射を開始すると噴射開始直後に噴射燃料が第２吸気ポート７ｂの内壁面上に付着するためにただちに平均空燃比Ａ／Ｆがリッチにならない。即ち、ＮＯ_ｘの放出作用に応答遅れを生ずることになる。従ってポート噴射が行われていないときにＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出すべきときには燃料噴射弁１１からの噴射燃料を増量することによって平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするようにしている。これに対してポート噴射が行われているときにはポート噴射量を増量しても応答遅れを生ずることがないのでポート噴射が行われているときにＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出させるときにはポート噴射量を増量することにより平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするようにしている。
【０１３３】
図４４は図４３に示すＮＯ_ｘ放出制御を実行するためのリッチ処理Ｉのルーチンを示している。図４４を参照するとまず初めにステップ２９０において吸気行程噴射を開始することにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。次いでステップ２９１では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ２９２ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ２９３ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ２９４に進んで吸気行程噴射が停止され、平均空燃比Ａ／Ｆがリッチからリーンとなる。次いでステップ２９５においてＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【０１３４】
図４５は弱成層状態において行われるリッチ処理ＩＩを示している。図４５に示されるように機関中負荷運転時においてＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる前は圧縮行程噴射に加えてポート噴射が行われている。ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされると圧縮行程噴射はひき続き行われ、ポート噴射量が増量せしめられることにより平均空燃比Ａ／ＦがリッチとされてＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘの放出作用が行われる。
【０１３５】
図４６は図４５に示すＮＯ_ｘ放出制御を実行するためのリッチ処理ＩＩのルーチンを示している。図４６を参照するとまず初めにステップ３００においてポート噴射量を増量することにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。次いでステップ３０１では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ３０２ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ３０３ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ３０４に進んでポート噴射量が減量され、平均空燃比Ａ／Ｆがリッチからリーンとなる。次いでステップ３０５においてＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【０１３６】
図４７は均一混合気状態において行われるリッチ処理ＩＩＩを示している。図４７に示されるように機関高負荷運転時においてＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる前はポート噴射のみが行われており、従ってこのとき均一混合気燃料が行われている。ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされるとポート噴射量が増量されて平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。
【０１３７】
図４８は図４７に示すＮＯ_ｘ放出制御を実行するためのリッチ処理ＩＩＩのルーチンを示している。図４８を参照するとまず初めにステップ３１０においてポート噴射量を増量することにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。次いでステップ３１１では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ３１２ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ３１３ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ３１４に進んでポート噴射量が減量され、平均空燃比Ａ／Ｆがリッチからリーンとなる。次いでステップ３１５においてＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【０１３８】
図４９から図５６はポート噴射を行うようにした場合の更に別の実施例を示している。部４９に示されるようにこの実施例においても機関低負荷時の通常運転時には圧縮行程噴射Ｑ_２のみが行われる。一方、この実施例では機関中負荷運転時にＬ_１＜Ｌ＜Ｌ_ｍであれば燃料噴射弁１１による吸気行程噴射Ｑ_１と圧縮行程噴射Ｑ_２とが行われ、Ｌ_ｍ＜Ｌ＜Ｌ_２であれば燃料噴射弁１１による噴射Ｑ_１，Ｑ_２に加えてポート噴射弁５０からのポート噴射も行われる。また、機関高負荷運転時に燃料噴射弁１１とポート噴射弁５０の双方から燃料が噴射される。
【０１３９】
図５０は機関低負荷運転時に行われるリッチ処理Ｉを示している。図５０に示されるようにＮＯ_ｘ放出フラグがセットされると強成層状態がそのまま続行され、追加の燃料が膨張行程中に噴射されることによってＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘが放出される。
図５１は図５０に示すＮＯ_ｘ放出制御を実行するためのリッチ処理Ｉのルーチンを示している。図５１を参照するとまず初めにステップ３２０において追加の燃料を膨張行程時に噴射することにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。次いでステップ３２１では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ３２２ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ３２３ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ３２４に進んで追加の燃料噴射が停止され、平均空燃比Ａ／Ｆがリッチからリーンとなる。次いでステップ３２５においてＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【０１４０】
図５２は図４９においてＬ_１＜Ｌ＜Ｌ_ｍである機関中負荷運転時を示している。この場合、ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされていないときには燃料噴射弁１１からの燃料噴射によって弱成層状態とされており、ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされると追加の燃料を膨張行程に噴射することによってＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘが放出される。一方、図５３は図４９においてＬ_ｍ＜Ｌ＜Ｌ_２である機関中負荷運転時を示している。この場合、ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされていないときには燃料噴射弁１１およびポート噴射弁５０からの噴射燃料によって弱成層状態とされており、ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされるとポート噴射量が増量せしめられる。
【０１４１】
図５４は図５２および図５３に示すＮＯ_ｘ放出制御を選択的に実行するためのリッチ処理ＩＩのルーチンを示している。なお、図５４においてＺで示される枠内はリッチ処理を示している。図５４を参照するとまず初めにステップ３３０においてアクセルペダル４０の踏込み量Ｌが設定値Ｌ_ｍ（図４９）よりも大きいか否かが判別される。Ｌ＞Ｌ_ｍのときにはステップ３３１に進んで図５３に示されるようにポート噴射量を増量することによってリッチ化が行われる。これに対してＬ≦Ｌ_ｍのときにはステップ３３２に進んで図５２に示されるように追加の燃料を膨張行程時に噴射することによってリッチ化が行われる。
【０１４２】
次いでステップ３３３では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ３３４ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ３３５ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ３３６に進んで空燃比のリッチ化が停止され、平均空燃比Ａ／Ｆがリッチからリーンとなる。次いでステップ３３７においてＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【０１４３】
図５５は機関高負荷運転時におけるリッチ処理ＩＩＩを示している。図５５に示されるようにＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる前には燃料噴射弁１１およびポート噴射弁５０の双方から燃料が噴射されて均一混合気が燃焼せしめられており、ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされるとポート噴射量を増量することによって平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。
【０１４４】
図５６は図５５に示すＮＯ_ｘ放出制御を実行するためのリッチ処理ＩＩＩのルーチンを示している。図５６を参照するとまず初めにステップ３４０においてポート噴射量を増量することにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。次いでステップ３４１では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ３４２ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ３４３ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ３４４に進んでポート噴射量が減量され、平均空燃比Ａ／Ｆがリッチからリーンとなる。次いでステップ３４５においてＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【０１４５】
図５７から図６３に別の実施例を示す。この実施例においては機関本体１に自動変速機６０が取付けられており、この自動変速機６０には車速を検出するための車速センサ６１と、自動変速機６０がニュートラル位置にあることを検出するニュートラル位置センサ６２が取付けられる。図５８は自動変速機６０のトルクコンバータ６３を示しており、このトルクコンバータ６３内にロックアップ機構６４が設けられている。即ち、トルクコンバータ６３は機関クランクシャフトに連結されてクランクシャフトと共に回転するポンプカバー６５と、ポンプカバー６５により支承されたポンプインペラ６６と、自動変速機６０の入力軸６７に取付けられたタービンランナ６８と、ステータ６９とを具備し、クランクシャフトの回転運動がポンプカバー６５、ポンプインペラ６６およびタービンランナ６８を介して入力軸６７に伝達される。
【０１４６】
一方、ロックアップ機構６４は入力軸６７に対してその軸線方向に移動可能に取付けられかつ入力軸６７と共に回転するロックアップクラッチ板６９を具備する。通常は、即ちロックアップオフ時には入力軸６７内のオイル通路を介してロックアップクラッチ板６９とポンプカバー６５間の部屋７０内に加圧オイルが供給され、次いでこの部屋７０から流出した加圧オイルはポンプインペラ６６およびタービンランナ６８の周りの部屋７１内に送り込まれた後、入力軸６７内のオイル通路を介して排出される。このときロックアップクラッチ板６９両側の部屋７０，７１間の圧力差はほとんど生じないためにロックアップクラッチ６４は図５８（Ｂ）に示されるようにポンプカバー６５から離れており、従ってこのときにはクランクシャフトの回転力はポンプカバー６５、ポンプインペラ６６およびタービンランナ６８を介して入力軸６７に伝達される。
【０１４７】
一方、ロックアップをオンすべきときには入力軸６７内のオイル通路を介して部屋７１内に加圧オイルが供給され、部屋７０内のオイルは入力軸６７内のオイル通路を介して排出される。このとき部屋７１内の圧力が部屋７０内の圧力よりも高くなり、斯くして図５８（Ａ）に示されるようにロックアップクラッチ６９がポンプカバー６５上に圧接されてクランクシャフトと入力軸６７とが同速度で回転する直結状態となる。部屋７０，７１内へのオイル供給制御、即ちロックアップ機構６４のオン・オフ制御は自動変速機６０内に設けられた制御弁によって制御され、この制御弁は電子制御ユニット３０の出力信号に基いて制御される。
【０１４８】
この実施例においても燃料噴射制御は図２０に示すルーチンにより行われ、従って機関低負荷運転時には強成層状態とされる。ところで機関の出力トルクが変動した場合、機関負荷が低いときほど出力トルクの変動率としては大きく表われ、従って機関の出力トルクが変動した場合には機関低負荷運転時において特にショックを発生しやすくなる。従ってＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出すべく平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにしたときに機関の出力トルクが変動したとするとこの機関出力トルクの変動は機関低負荷運転時に最もショックとなって表われやすいことになる。
【０１４９】
ところで図５８（Ａ）に示されるようにロックアップクラッチ６９がオンとなって直結状態にあるときに機関出力トルクが変動するとこの変動が直接自動変速機６０に伝達されるために大きなショックが発生する。これに対して図５８（Ｂ）に示されるようにロックアップクラッチ６９がオフになっているときに機関出力トルクが変動するとこのときには機関出力トルクの変動がコンバータ６３において吸収されるためにほとんどショックが発生しなくなる。従ってショックの発生という面からみるとロックアップクラッチ６９がオフのときには機関出力トルクが変動してもかまわないがロックアップクラッチ６９がオンのときには機関の出力トルクが変動しないようにすることが好ましい。
【０１５０】
そこでこの実施例では機関低負荷運転時にＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出すべく平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにする場合、ロックアップクラッチ６９がオフとなっていれば図５９に示されるように強成層状態から均一混合気状態に移行させて平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにし、ロックアップクラッチ６９がオンになっていれば図６０に示されるように追加の燃料を膨張行程時に噴射することによって平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするようにしている。なお、図５９に示される制御方法は既に説明した図２４に示される制御方法と同じであり、図６０に示される制御方法は既に説明した図３２に示される制御方法と同じであるので図５９および図６０に示される制御方法については説明を省略する。
【０１５１】
図６１はＮＯ_ｘ放出フラグの制御ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図６１を参照するとまず初めにステップ３５０においてＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収されていると推定されるＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸよりも大きくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸのときにはステップ３５１に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる。次いでステップ３５２ではアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１よりも小さいか否か、即ち機関低負荷運転時か否かが判別される。Ｌ＜Ｌ_１のときにはステップ３５３に進んでロックアップクラッチ６９がオンであるか否かが判別される。ロックアップクラッチ６９がオンのときにはステップ３５４に進んでフラグＸがセットされ、ロックアップクラッチ６９がオフのときにはステップ３５５に進んでフラグＸがリセットされる。
【０１５２】
図６２および図６３はリッチ処理Ｉを示している。なお、図６２および図６３においてＸで示される枠内は前処理を表わしており、Ｙで示される枠内は後処理を示している。
図６２および図６３を参照するとまず初めにステップ３６０において放出完了フラグがセットされているか否かが判別される。放出完了フラグがセットされていなければ前処理Ｘのステップ３６１に進み、放出完了フラグがセットされていれば後処理Ｙのステップ３７０にジャンプする。ステップ３６１ではフラグＸがセットされているか否かが判別される。フラグＸがセットされているときにはステップ３６２に進んで図６０に示される前処理、即ち膨張行程噴射に移行する前処理が行われる。これに対してフラグＸがセットされていないときにはステップ３６３に進んで図５９に示される前処理、即ち強成層状態から弱成層状態を経て均一混合気状態に移行する前処理が行われる。
【０１５３】
次いでステップ３６４では前処理が完了したか否かが判別され、前処理が完了したときにはステップ３６５に進んで膨張行程噴射を行うことにより、或いは吸気行程噴射を行うことにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。次いでステップ３６６では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ３６７ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ３６８ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ３６９に進んで放出完了フラグがセットされ、次いでステップ３７０に進む。
【０１５４】
ステップ３７０ではフラグＸがセットされているか否かが判別される。フラグＸがセットされているときにはステップ３７１に進んで図６０に示される後処理、即ち膨張行程噴射完了後、強成層状態に移行する後処理が行われる。これに対してフラグＸがセットされていないときにはステップ３７２に進んで図５９に示される後処理、即ち均一混合気状態から弱成層状態を経て強成層状態に移行する後処理が行われる。次いでステップ３７３では後処理が完了したか否かが判別され、後処理が完了したときにはステップ３７４に進んでＮＯ_ｘ放出フラグおよび放出完了フラグがリセットされる。
【０１５５】
図６４から図６６に更に別の実施例を示す。この実施例においても燃料噴射制御は図２０に示すルーチンにより行われ、従って機関低負荷運転時には強成層状態とされる。ところで前述したように機関の出力トルクが変動した場合、機関負荷が低いときほど出力トルクの変動率としては大きく表われる。従ってＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出すべく平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにしたときに機関の出力トルクが変動したとするとこの機関出力トルクの変動は機関アイドリング運転時に最もショックとなって表われやすいことになる。
【０１５６】
ところで機関アイドリング運転時にショックが発生すると云っても自動変速機６０（図５７）がニュートラル位置にあるときにはほとんどショックが発生しない。そこでこの実施例では機関アイドリング運転時にＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出すべく平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにする場合、始動変速機６０がニュートラル位置にあれば図５９に示されるように強成層状態から均一混合気状態に移行させて平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにし、自動変速機６０がニュートラル位置になければ図６０に示されるように追加の燃料を膨張行程時に噴射することによって平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするようにしている。
【０１５７】
図６４はＮＯ_ｘ放出フラグの制御ルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図６４を参照するとまず初めにステップ３８０においてＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収されていると推定されるＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸよりも大きくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸのときにはステップ３８１に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる。次いでステップ３８２ではアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１よりも小さいか否か、即ち機関低負荷運転時か否かが判別される。Ｌ＜Ｌ_１のときにはステップ３８３に進んで機関アンドリング運転時であるか否かが判別される。機関アイドリング運転時でないときにはステップ５８６に進んでフラグＸがリセットされる。これに対して機関アイドリング運転時にはステップ３８４に進む。
【０１５８】
ステップ３８４ではニュートラル位置センサ６２（図５７）の出力信号に基いて自動変速機６０がニュートラル位置にあるか否かが判別される。自動変速機６０がニュートラル位置にないときにはステップ３８５に進んでフラグＸがセットされ、ニュートラル位置にあるときにはステップ３８６に進んでフラグＸがリセットされる。
【０１５９】
図６５および図６６はリッチ処理Ｉを示している。なお、図６５および図６６に示されるルーチンは図６２および図６３に示されるルーチンと同じである。
即ち、図６５および図６６を参照するとまず初めにステップ３９０において放出完了フラグがセットされているか否かが判別される。放出完了フラグがセットされていなければ前処理Ｘのステップ３９１に進み、放出完了フラグがセットされていれば後処理Ｙのステップ４００にジャンプする。ステップ３９１ではフラグＸがセットされているか否かが判別される。フラグＸがセットされているときにはステップ３９２に進んで図６０に示される前処理、即ち膨張行程噴射に移行する前処理が行われる。これに対してフラグＸがセットされていないときにはステップ３９３に進んで図５９に示される前処理、即ち強成層状態から弱成層状態を経て均一混合気状態に移行する前処理が行われる。
【０１６０】
次いでステップ３９４では前処理が完了したか否かが判別され、前処理が完了したときにはステップ３９５に進んで膨張行程噴射を行うことにより、或いは吸気行程噴射を行うことにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。次いでステップ３９６では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ３９７ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ３９８ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ３９９に進んで放出完了フラグがセットされ、次いでステップ４００に進む。
【０１６１】
ステップ４００ではフラグＸがセットされているか否かが判別される。フラグＸがセットされているときにはステップ４０１に進んで図６０に示される後処理、即ち膨張行程噴射完了後、強成層状態に移行する後処理が行われる。これに対してフラグＸがセットされていないときにはステップ４０２に進んで図５９に示される後処理、即ち均一混合気状態から弱成層状態を経て強成層状態に移行する後処理が行われる。次いでステップ４０３では後処理が完了したか否かが判別され、後処理が完了したときにはステップ４０４に進んでＮＯ_ｘ放出フラグおよび放出完了フラグがリセットされる。
【０１６２】
図６７は図１３と同様なＮＯ_ｘ放出制御のタイムチャートを示している。図６７においてＹ_１で示されるようにこれまで述べた実施例ではΣＮＯ_ｘ＞ＭＡＸになったときにＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出すべく平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするようにしている。この場合、どのような機関運転状態のときにΣＮＯ_ｘ＞ＭＡＸになるかはわからず、従ってどのような機関運転状態のときに平均空燃比Ａ／Ｆがリッチにされるかはわからない。
【０１６３】
ところで機関高負荷運転時には燃料噴射量が多く、従ってこのとき平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするためには増量すべき燃料を多量に必要とする。これに対して機関低負荷運転時には燃料噴射量が少ないので少量の燃料を増量するだけで平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにしうる。従ってＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出のために必要とされる増量すべき燃料量は機関負荷が低いときほど少量となり、斯くして燃料消費量を向上させるためには機関低負荷運転時にＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用を行われることが好ましいことになる。
【０１６４】
そこでこれから述べる実施例では図６７に示されるようにＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸに対して許容値ＭＡＸと下限値ＭＩＮとの中間値である中間判定値ＭＩＤを設定し、ＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸには達していないが中間判定値ＭＩＤを越えている場合において機関低負荷運転が行われたときには図６７においてＹ_２で示されるようにＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用を行わせるようにしている。このようにすると機関低負荷運転時においてＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用が行われる機会が増大し、斯くして燃料消費量を低減することができることになる。
【０１６５】
図６８は中間判定値ＭＩＤを用いた場合の実施例を示している。なお、この実施例において燃料噴射の制御のためには図２０に示されるルーチンが用いられる。
図６８を参照するとまず初めにステップ４１０においてＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸになるとステップ４１３に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる。従ってこのときには図２０に示すルーチンによって平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされ、ＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用が行われる。一方、ステップ４１０においてΣＮＯＸ≦ＭＡＸであると判別されたときにはステップ４１１に進んでＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが中間判定値ＭＩＤよりも大きいか否かが判別される。このときΣＮＯＸ＞ＭＩＤであったとするとステップ４１２に進む。
【０１６６】
ステップ４１２では車速センサ６１（図５７）の出力信号に基いて車両が停止中であるか否かが判別される。このとき車両が停止中であればステップ４１３に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされ、斯くして図２０に示すルーチンによって平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。車両が停止しているときには通常アイドリング運転が行われており、このときＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用が行われるので燃料消費量を低減することができることになる。
【０１６７】
図６９は中間判定値ＭＩＤを用いた別の実施例を示している。なお、この実施例においても燃料噴射の制御のためには図２０に示されるルーチンが用いられる。
図６９を参照するとまず初めにステップ４２０においてＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸになるとステップ４２４に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる。従ってこのときには図２０に示すルーチンによって平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされ、ＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用が行われる。一方、ステップ４２０においてΣＮＯＸ≦ＭＡＸであると判別されたときにはステップ４２１に進んでＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが中間判定値ＭＩＤよりも大きいか否かが判別される。このときΣＮＯＸ＞ＭＩＤであったとするとステップ４２２に進む。
【０１６８】
ステップ４２２では車速センサ６１（図５７）の出力信号に基いて車両が停止中であるか否かが判別される。このとき車両が停止中であればステップ４２３に進んでニュートラル位置センサ６２（図５７）の出力信号に基いて自動変速機６０がニュートラル位置にあるか否かが判別される。このとき自動変速機６０がニュートラル位置にあればステップ４２３に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされ、斯くして図２０に示すルーチンによって平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。車両が停止しているときには通常アイドリング運転が行われており、このときＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用が行われるので燃料消費量を低減することができる。また、この実施例では自動変速機６０がニュートラル位置にあるときに平均空燃比Ａ／Ｆがリッチにされるのでショックが発生するのを阻止することができる。
【０１６９】
図７０は中間判定値ＭＩＤを用いた更に別の実施例を示している。なお、この実施例においても燃料噴射の制御のためには図２０に示されるルーチンが用いられる。
図７０を参照するとまず初めにステップ４３０においてＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸになるとステップ４３４に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる。従ってこのときには図２０に示すルーチンによって平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされ、ＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用が行われる。一方、ステップ４３０においてΣＮＯＸ≦ＭＡＸであると判別されたときにはステップ４３１に進んでＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが中間判定値ＭＩＤよりも大きいか否かが判別される。このときΣＮＯＸ＞ＭＩＤであったとするとステップ４３２に進む。
【０１７０】
ステップ４３２では負荷センサ４１の出力信号および機関回転数から減速運転中であるか否かが判別される。このとき減速運転中であればステップ４３３に進んでロックアップクラッチ６９（図５８）がオフであるか否かが判別される。ロックアップクラッチ６９がオフのときにはステップ４３４に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされ、斯くして図２０に示すルーチンによって平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。車両減速時には燃料噴射量が少なく、このときＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用が行われるので燃料消費量を低減することができる。また、この実施例ではロックアップクラッチ６９がオフのときに平均空燃比Ａ／Ｆがリッチにされるのでショックが発生するのを阻止することができる。
【０１７１】
図７１は中間判定値ＭＩＤを用いた更に別の実施例を示している。なお、この実施例においても燃料噴射の制御のためには図２０に示されるルーチンが用いられる。
図７１を参照するとまず初めにステップ４４０においてＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸになるとステップ４４５に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる。従ってこのときには図２０に示すルーチンによって平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされ、ＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用が行われる。一方、ステップ４４０においてΣＮＯＸ≦ＭＡＸであると判別されたときにはステップ４４１に進んでＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが中間判定値ＭＩＤよりも大きいか否かが判別される。このときΣＮＯＸ＞ＭＩＤであったとするとステップ４４２に進む。
【０１７２】
ステップ４４２では負荷センサ４１の出力信号および機関回転数から減速運転中であるか否かが判別される。このとき減速運転中であればステップ４４３に進んでロックアップクラッチ６９（図５８）がオフであるか否かが判別される。ロックアップクラッチ６９がオフのときにはステップ４４４に進んで機関回転数ＮＥが予め定められた設定回転数ＮＥ_０よりも低いか否かが判別される。このときＮＥ＜ＮＥ_０であればステップ４４５に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされ、斯くして図２０に示すルーチンによって平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。車両減速時には燃料噴射量が少なく、しかもＮＥ＜ＮＥ_０のときには燃料噴射量が更に少なくなる。このようにこの実施例では燃料噴射量が極めて少ないときにＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用が行われるので燃料消費量を低減することができる。また、この実施例ではロックアップクラッチ６９がオフのときに平均空燃比Ａ／Ｆがリッチにされるのでショックが発生するのを阻止することができる。
【０１７３】
図７２は中間判定値ＭＩＤを用いた更に別の実施例を示している。なお、この実施例においても燃料噴射の制御のためには図２０に示されるルーチンが用いられる。
図７２を参照するとまず初めにステップ４５０においてＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸになるとステップ４５３に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる。従ってこのときには図２０に示すルーチンによって平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされ、ＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用が行われる。一方、ステップ４５０においてΣＮＯＸ≦ＭＡＸであると判別されたときにはステップ４５１に進んでＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが中間判定値ＭＩＤよりも大きいか否かが判別される。このときΣＮＯＸ＞ＭＩＤであったとするとステップ４５２に進む。
【０１７４】
ステップ４５２では負荷センサ４１の出力信号および機関回転数から減速運転中であって燃料噴射が停止されておりかつエンジンブレーキ作用が行われるようにロックアップクラッチ６９がオンになっているか否かが判別される。減速運転時であって燃料噴射が停止されておりかつロックアップクラッチ６９がオンのときにはステップ４５３に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされ、斯くして図２０に示すルーチンによって平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。車両減速時には吸入空気量が少なく、従ってこのときには少量の燃料を噴射するだけで平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにすることができる。このようにこの実施例では少量の燃料を噴射するだけでＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用が行われるので燃料消費量を低減することができることになる。
【０１７５】
図７３から図７７に中間判定値ＭＩＤを用いた更に別の実施例を示す。この実施例ではΣＮＯＸ＞ＭＩＤになるとＭＩＤフラグがセットされ、図７３に示されるようにＭＩＤフラグがセットされているときに機関の運転状態が弱成層状態の中負荷運転から強成層状態とすべき低負荷運転に変化したときには暫らくの間、弱成層状態を継続させ、この間に吸気行程噴射量を増量させて平均空燃比Ａ／Ｆがリッチにされる。次いでＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘの放出作用が完了した後に平均空燃比Ａ／Ｆがリッチからリーンに切換えられると共に弱成層状態から強成層状態に移行せしめられる。
【０１７６】
即ち、この実施例ではＭＩＤフラグがセットされているときに弱成層状態とすべき運転状態から強成層状態とすべき運転状態に変化したときには弱成層状態から強成層状態への移行を遅らせ、この間にＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘの放出作用を行わせるようにしている。このようにこの実施例においても機関負荷が低下したときに平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするようにしているので燃料消費量を低減することができる。また、機関負荷が低負荷になって弱成層状態から強成層状態に移行した後に平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするようにした場合には強成層状態から再び弱成層状態に戻された後に平均空燃比Ａ／Ｆがリッチにされる。従って成層状態が頻繁に変化せしめられるために燃焼が不安定となり、トルク変動が生じる危険性がある。そこでこの実施例では機関負荷が低下したときには成層状態を変化させずにＮＯ_ｘの放出作用を行い、このＮＯ_ｘの放出作用が完了した後に成層状態を変化させるようにしている。
【０１７７】
一方、この実施例では図７４に示されるように機関低負荷運転時にＭＩＤフラグがセットされてもこのときには平均空燃比Ａ／Ｆのリッチ化を行わず、ＭＩＤフラグがセットされた後に機関負荷が低負荷運転から中負荷運転に移行したときにただちに弱成層状態において平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするようにしている。この場合にも成層状態が頻繁に切換えられるのが阻止され、また比較的機関負荷の低いときにＮＯ_ｘの放出作用が行われる。
【０１７８】
図７５はフラグを制御するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図７５を参照するとまず初めにステップ４６０においてＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸよりも大きくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ≦ＭＡＸのときにはステップ４６２にジャンプし、ΣＮＯＸ＞ＭＡＸになるとステップ４６１に進んでＮＯ_ｘ放出フラグがセットされた後にステップ４６２に進む。ステップ４６２ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが中間設定値ＭＩＤよりも多くなったか否かが判別され、ΣＮＯＸ＞ＭＩＤになったときにはステップ４６３に進んでＭＩＤフラグがセットされる。
【０１７９】
図７６および図７７は燃料噴射の制御ルーチンを示しており、このルーチンは例えば一定時間毎の割込みによって実行される。
図７６および図７７を参照するとまず初めにステップ４７０においてＮＯ_ｘ放出フラグがセットされているか否かが判別される。ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされていないときにはステップ４７１に進んで実行フラグがセットされているか否かが判別される。この実行フラグはＭＩＤフラグがセットされているときに機関負荷が中高負荷から低負荷に変化したとき、或いは低負荷から中高負荷に変化したときにセットされる。実行フラグがセットされていないときにはステップ４７２に進んでＭＩＤフラグがセットされているか否かが判別される。ＭＩＤフラグがセットされていないときにはステップ４７５に進む。
【０１８０】
ステップ４７５ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図６に示す関係から吸気行程噴射量Ｑ_１および圧縮行程噴射量Ｑ_２が算出される。次いでステップ４７６ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図６に示す関係から噴射時期が算出され、次いでステップ４７７ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図７に示す関係からスロットル弁２３の開度が算出され、次いでステップ４７８ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている関係からＥＧＲ弁２９の開度が算出され、次いでステップ４７９ではアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに基いて予めＲＯＭ３３内に記憶されている図８に示す関係から吸気制御弁１７の開度が算出される。
【０１８１】
次いでステップ４８０ではアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_０（図７）よりも低いか否かが判別される。Ｌ＜Ｌ_０のときにはステップ４８１に進んで図１４（Ａ）に示すマップからＮＯ_ｘ放出量Ａが算出される。次いでステップ４８２ではＮＯ_ｘ放出量Ｄが零とされ、次いでステップ４８５に進む。一方、ステップ４８０においてＬ≧Ｌ_０であると判別されたときにはステップ４８３に進んで図１４（Ｂ）に示すマップからＮＯ_ｘ放出量Ｄが算出される。次いでステップ４８４ではＮＯ_ｘ吸収量Ａが零とされ、次いでステップ４８５に進む。ステップ４８５ではＮＯ_ｘ吸収剤２６に吸収されていると推定されるＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸ（＝ΣＮＯＸ＋Ａ−Ｄ）が算出される。次いでステップ４８６ではΣＮＯＸが負になったか否かが判別され、ΣＮＯＸ＜０になったときにはステップ４８７に進んでΣＮＯＸが零とされる。
【０１８２】
一方、ステップ４７２においてＭＩＤフラグがセットされていると判断されたときにはステップ４７３に進んでアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１以下になったか否か、即ち機関負荷が中高負荷から低負荷に変化したか否かが判別される。Ｌ＜Ｌ_１に変化したときでなければステップ４７４に進んでアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１以上になったか否か、即ち機関負荷が低負荷から中高負荷に変化したか否かが判別される。Ｌ＞Ｌ_１に変化したときでなければステップ４７５に進む。
【０１８３】
一方、ＭＩＤフラグがセットされた後、ステップ４７３においてアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１以下になった、即ち機関負荷が中高負荷から低負荷に変化したと判別されたときにはステップ４８８に進んで実行フラグがセットされ、次いでステップ４８９に進む。なお、一旦実行フラグがセットされると４７１からステップ４８９にジャンプする。ステップ４８９では吸気行程噴射と圧縮行程噴射が行われる弱成層状態とされ、図７３に示されるようにこの弱成層状態において吸気行程噴射量が増量されることによって平均空燃比Ａ／Ｆがリッチにされる。
【０１８４】
次いでステップ４９０では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ４９１ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ４９２ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ４９３に進んでＭＩＤフラグおよび実行フラグがリセットされる。これらフラグがリセットされると通常の強成層状態に移行せしめられる。
【０１８５】
一方、ＭＩＤフラグがセットされた後にステップ４７４においてアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１以上になった、即ち機関負荷が低負荷から中高負荷に変化したと判別されたときにはステップ４８８に進んで実行フラグがセットされ、次いでステップ４８９に進む。ステップ４８９ではこのとき中負荷運転時であれば図７４に示されるように吸気行程噴射と圧縮行程噴射が行われる弱成層状態とされ、この弱成層状態において吸気行程噴射量が増量されることによって平均空燃比Ａ／Ｆがリッチにされる。一方、このとき高負荷運転時であれば均一混合気状態において平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。
【０１８６】
次いでステップ４８９，４９０，４９１を経てステップ４９２に進み、ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ４９３に進んでＭＩＤフラグおよび実行フラグがリセットされる。これらフラグがリセットされると通常の弱成層状態又は均一混合気状態に戻される。
一方、ステップ４７０においてＮＯ_ｘ放出フラグがセットされたと判断されたときにはステップ４９４に進んでアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_１よりも小さいか否かが判別される。Ｌ＜Ｌ_１のときにはステップ４９６に進んで平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするリッチ処理Ｉが行われる。これに対してＬ≧Ｌ_１のときにはステップ４９５に進んでアクセルペダル４０の踏込み量ＬがＬ_２よりも小さいか否かが判別される。Ｌ＜Ｌ_２のときにはステップ４９７に進んで平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするリッチ処理ＩＩが行われ、Ｌ≧Ｌ_２のときにはステップ４９８に進んで平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするリッチ処理ＩＩＩが行われる。
【０１８７】
図７８から図８１に更に別の実施例を示す。この実施例では図７８および図７９に示されるように点火栓１０側方のシリンダヘッド４の内壁面中央部に空気噴射弁８０が配置されている。ＮＯ_ｘ吸収剤２６からＮＯ_ｘを放出すべく平均空燃比Ａ／Ｆがリッチにされたときにこの空気噴射弁８０からはＪで示されるように点火栓１０周りの燃焼室５内に空気が噴射される。図７８および図７９に示す実施例ではこの空気噴射弁８０からの空気の噴射作用は圧縮行程末期に行われる。
【０１８８】
このように点火栓１０の周りに空気が噴射されると点火栓１０周りの混合気中の酸素濃度が高くなり、斯くして点火栓１０の周りにたとえ過濃な混合気が形成されたとしても失火を生ずることなく良好な着火を確保することができる。
図８０はこのような空気噴射弁８０を用いた場合の機関低負荷運転時におけるＮＯ_ｘ放出制御の一例を示している。図８０に示されるようにこの例においてはＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる前は圧縮行程噴射のみが行われており、ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされても圧縮行程噴射のみが行われる。ただし、ＮＯ_ｘ放出フラグがセットされると圧縮噴射量が増量せしめられると共に空気噴射弁８０からの空気噴射が行われる。このとき圧縮噴射量の増量によって平均空燃比Ａ／Ｆはリッチとなるが空気噴射弁８０から噴射された空気によって点火栓１０の周りには最適な空燃比の混合気が形成される。
【０１８９】
図８１は図８０に示されるＮＯ_ｘ放出制御を実行するためのリッチ処理Ｉを示している。なお、この実施例においても燃料噴射の制御ルーチンとして図２０に示されるルーチンが使用される。図８１を参照するとまず初めにステップ５００において圧縮行程末期に空気噴射弁８０を開弁する処理が行われる。次いでステップ５０１では圧縮行程噴射量を増量することにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。次いでステップ５０２では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ５０３ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ５０４ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ５０５に進んで圧縮行程噴射量が減量され、平均空燃比Ａ／Ｆがリッチからリーンとなる。次いでステップ５０６では空気噴射弁８０が閉弁状態に保持される。次いでステップ５０７においてＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【０１９０】
図８２および図８３は吸気制御弁１７（図３）を制御するようにした場合のリッチ処理を示している。図１から図５に示される実施例では機関低負荷運転時には吸気制御弁１７が閉弁せしめられており、このとき燃焼室５内には旋回流Ｓ（図３）が発生せしめられる。圧縮行程時に噴射される燃料はこの旋回流によって予め定められた限られた領域内に集められ、この限られた領域内に集められた燃料が点火栓１０によって着火せしめられる。
【０１９１】
このように機関低負荷運転時に良好な着火が得られる強成層状態を作り出すには旋回流を発生させることが必要となることがあるが均一混合気状態にするためにはこのような旋回流は特に発生させる必要はない。そこで図８２に示される実施例では平均空燃比Ａ／Ｆをリッチにするときには吸気制御弁１７を開弁せしめるようにしている。即ち、機関低負荷運転時におけるリッチ処理を表わしている図８２に示されるようにＮＯ_ｘ放出フラグがセットされる前は圧縮行程噴射のみが行われており、このとき吸気制御弁１７は閉弁している。これに対してＮＯ_ｘ放出フラグがセットされると圧縮行程噴射が停止せしめられると共に吸気行程噴射が開始され、このとき吸気制御弁１７が開弁せしめられる。このときには平均空燃比Ａ／Ｆがリッチである均一混合気が形成されてＮＯ_ｘ吸収剤２６からのＮＯ_ｘ放出作用が行われる。
【０１９２】
図８３は図８２に示されるＮＯ_ｘ放出制御を実行するためのリッチ処理Ｉを示している。なお、この実施例においても燃料噴射の制御ルーチンとして図２０に示されるルーチンが使用される。図８３を参照するとまず初めにステップ５１０で吸気制御弁１７が全開せしめられる。次いでステップ５１１では圧縮行程噴射を停止し、吸気行程噴射を開始することにより平均空燃比Ａ／Ｆがリッチとされる。次いでステップ５１２では図２３からＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が算出され、次いでステップ５１３ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸからＮＯ_ｘ放出量Ｄ′が減算される。次いでステップ５１４ではＮＯ_ｘ量ΣＮＯＸが下限値ＭＩＮよりも小さくなったか否かが判別される。ΣＮＯＸ＜ＭＩＮになるとステップ５１５に進んで吸気行程噴射が停止されると共に圧縮行程噴射が開始され、平均空燃比Ａ／Ｆがリッチからリーンとなる。次いでステップ５１６では吸気制御弁１７が全閉せしめられる。次いでステップ５１７においてＮＯ_ｘ放出フラグがリセットされる。
【０１９３】
図８４は燃焼室５内には燃料噴射弁を有しておらず、燃料噴射弁１１が吸気枝管１５に取付けられている内燃機関を示しており、本発明はこのような内燃機関にも適用することができる。このようないわゆるポート噴射式内燃機関では従来より種々の方法により混合気を成層化するようにしており、機関低負荷運転時に混合気を成層化するようにした内燃機関には全て本発明を適用することができる。例えば機関低負荷運転時に成層化するようにした内燃機関ではＮＯ_ｘ放出のために平均空燃比をリーンからリッチに切換えたときには成層化の度合が弱められるか、或いは均一混合気とされる。
【０１９４】
また燃焼室５内に旋回流を発生させることにより成層化するようにした内燃機関ではＮＯ_ｘ放出のために平均空燃比をリーンからリッチに切換えたときには旋回流を弱めるか、或いは旋回流の発生を停止することにより成層化の度合が弱められるか、或いは均一混合気とされる。
【０１９５】
【発明の効果】
成層燃焼式の内燃機関においてＮＯ_ｘ吸収剤からＮＯ_ｘを放出すべく供給燃料を増量したときに失火が生じるのを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】機関本体を断面で示した内燃機関の全体図である。
【図２】図１に示す内燃機関全体を図解的に示す平面図である。
【図３】シリンダヘッドの平面断面図である。
【図４】ピストン頂面の平面図である。
【図５】図３の側面断面図である。
【図６】燃料噴射量および燃料噴射時期を示す図である。
【図７】燃料噴射量、スロットル開度、ＥＧＲ弁開度および燃焼室内における平均空燃比を示す図である。
【図８】吸気制御弁の開度を示す線図である。
【図９】低負荷運転時における燃焼方法を説明するための図である。
【図１０】中負荷運転時における燃焼方法を説明するための図である。
【図１１】排気ガス中のＣＯ，ＨＣ，Ｏ_２の濃度を示す図である。
【図１２】ＮＯ_ｘ吸収剤のＮＯ_ｘ吸放出作用を説明するための図である。
【図１３】ＮＯ_ｘ放出制御のタイムチャートである。
【図１４】ＮＯ_ｘ吸収量およびＮＯ_ｘ放出量のマップを示す図である。
【図１５】燃料噴射量、スロットル弁開度および燃焼室内における平均空燃比を示す図である。
【図１６】ＮＯ_ｘ放出制御を示すタイムチャートである。
【図１７】噴射制御を行うためのフローチャートである。
【図１８】噴射制御を行うためのフローチャートである。
【図１９】ＮＯ_ｘ放出フラグを制御するためのフローチャートである。
【図２０】噴射制御を行うためのフローチャートである。
【図２１】リッチ処理Ｉを行うためのＮＯ_ｘ放出制御を示すタイムチャートである。
【図２２】リンチ処理Ｉを行うためのフローチャートである。
【図２３】ＮＯ_ｘ放出量のマップを示す図である。
【図２４】リッチ処理Ｉを行うための別の実施例を示すＮＯ_ｘ放出制御のタイムチャートである。
【図２５】リッチ処理Ｉを行うための別の実施例を示すフローチャートである。
【図２６】リッチ処理Ｉを行うための更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図２７】リッチ処理Ｉを行うための更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図２８】リッチ処理Ｉを行うための更に別の実施例を示すＮＯ_ｘ放出制御のタイムチャートである。
【図２９】リッチ処理Ｉを行うための更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図３０】リッチ処理を行うための更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図３１】追加の燃料噴射を示す図である。
【図３２】リッチ処理Ｉを行うための更に別の実施例を示すＮＯ_ｘ放出制御のタイムチャートである。
【図３３】リッチ処理Ｉを行うための更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図３４】リッチ処理ＩＩを行うためのＮＯ_ｘ放出制御を示すタイムチャートである。
【図３５】リッチ処理ＩＩを行うためのフローチャートである。
【図３６】リンチ処理ＩＩを行うための別の実施例を示すＮＯ_ｘ放出制御のタイムチャートである。
【図３７】リッチ処理ＩＩを行うための別の実施例を示すフローチャートである。
【図３８】リッチ処理ＩＩを行うための更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図３９】リッチ処理ＩＩＩを行うための更に別の実施例を示すＮＯ_ｘ放出制御のタイムチャートである。
【図４０】リッチ処理ＩＩＩを行うための更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図４１】別の実施例を示すシリンダヘッドの断面平面図である。
【図４２】燃料噴射量を示す図である。
【図４３】リッチ処理Ｉを行うためのＮＯ_ｘ放出制御を示すタイムチャートである。
【図４４】リッチ処理Ｉを行うためのフローチャートである。
【図４５】リッチ処理ＩＩを行うためのＮＯ_ｘ放出制御を示すタイムチャートである。
【図４６】リッチ処理ＩＩを行うためのフローチャートである。
【図４７】リッチ処理ＩＩＩを行うためのＮＯ_ｘ放出制御を示すタイムチャートである。
【図４８】リッチ処理ＩＩＩを行うためのフローチャートである。
【図４９】燃料噴射量を示す図である。
【図５０】リッチ処理Ｉを行うためのＮＯ_ｘ放出制御を示すタイムチャートである。
【図５１】リッチ処理Ｉを行うためのフローチャートである。
【図５２】リッチ処理ＩＩを行うためのＮＯ_ｘ放出制御を示すタイムチャートである。
【図５３】リッチ処理ＩＩを行うためのＮＯ_ｘ放出制御を示すタイムチャートである。
【図５４】リッチ処理ＩＩを行うためのフローチャートである。
【図５５】リッチ処理ＩＩＩを行うためのＮＯ_ｘ放出制御を示すタイムチャートである。
【図５６】リッチ処理ＩＩＩを行うためのフローチャートである。
【図５７】別の実施例を示す内燃機関の全体図である。
【図５８】トルクコンバータを図解的に示す側面図である。
【図５９】リッチ処理Ｉを行うためのＮＯ_ｘ放出制御を示すタイムチャートである。
【図６０】リッチ処理Ｉを行うためのＮＯ_ｘ放出制御を示すタイムチャートである。
【図６１】ＮＯ_ｘ放出フラグを制御するためのフローチャートである。
【図６２】リッチ処理Ｉを行うためのフローチャートである。
【図６３】リッチ処理Ｉを行うためのフローチャートである。
【図６４】ＮＯ_ｘ放出フラグを制御するためのフローチャートである。
【図６５】リッチ処理Ｉを行うための更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図６６】リッチ処理Ｉを行うための更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図６７】ＮＯ_ｘ放出制御のタイムチャートである。
【図６８】ＮＯ_ｘ放出フラグを制御するためのフローチャートである。
【図６９】ＮＯ_ｘ放出フラグを制御するための別の実施例を示すフローチャートである。
【図７０】ＮＯ_ｘ放出フラグを制御するための更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図７１】ＮＯ_ｘ放出フラグを制御するための更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図７２】ＮＯ_ｘ放出フラグを制御するための更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図７３】リッチ処理を行うための更に別の実施例を示すＮＯ_ｘ放出制御のタイムチャートである。
【図７４】リッチ処理を行うための更に別の実施例を示すＮＯ_ｘ放出制御のタイムチャートである。
【図７５】フラグを制御するためのフローチャートである。
【図７６】噴射制御を行うためのフローチャートである。
【図７７】噴射制御を行うためのフローチャートである。
【図７８】内燃機関の別の実施例を示す側面断面図である。
【図７９】図７８に示されるシリンダヘッドの平面断面図である。
【図８０】リッチ処理Ｉを行うためのＮＯ_ｘ放出制御を示すタイムチャートである。
【図８１】リッチ処理Ｉを行うためのフローチャートである。
【図８２】リッチ処理Ｉを行うための更に別の実施例を示すＮＯ_ｘ放出制御のタイムチャートである。
【図８３】リッチ処理Ｉを行うための更に別の実施例を示すフローチャートである。
【図８４】内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【符号の説明】
１０…点火栓
１１…燃料噴射弁
１６…サージタンク
２４…排気マニホルド
２６…ＮＯ_ｘ吸収剤
２８…ＥＧＲガス通路

Claims

流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯ_x を吸収し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸収したＮＯ_x を放出するＮＯ_x 吸収剤を機関排気通路内に配置した内燃機関の排気浄化方法において、燃焼室内の平均空燃比がリーンの状態で混合気が燃焼せしめられるリーン混合気燃焼運転状態のときには圧縮行程末期にピストン頂面上に形成されたキャビティ内に向け燃料を噴射してキャビティ内に可燃混合気を形成すると共にこのとき発生するＮＯ_x をＮＯ_x 吸収剤に吸収させ、リーン混合気燃焼運転状態においてＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x を放出させるために燃焼室内における平均空燃比を理論空燃比又はリッチにすべきときには圧縮行程末期に加え吸気行程時にも燃焼室内に燃料を追加供給してこの追加供給された燃料により形成される不可燃混合気によって、キャビティ内以外の燃焼室を満たすと共に、このとき上記平均空燃比をリーンにしたときと理論空燃比又はリッチにしたときとでキャビティ内の可燃混合気を形成する燃料量がほぼ同一となりかつ吸気行程時に追加供給された燃料の一部が上記不可燃混合気を形成するように圧縮行程末期の噴射燃料量を吸気行程時の追加燃料量よりも少量だけ減量せしめ、それによりリーン混合気燃焼運転状態のときにＮＯ_x 吸収剤からＮＯ_x を放出すべきときには機関出力トルクが変化するのを阻止しつつ燃焼室内の平均空燃比をリーンから理論空燃比又はリッチに低下させると共にこのときの平均空燃比の低下量に比べて上記キャビティ内形成される可燃混合気の空燃比変動量を小さくするようにした内燃機関の排気浄化方法。