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JP2017025798A - Control device of internal combustion engine - Google Patents

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JP2017025798A
JP2017025798A JP2015145624A JP2015145624A JP2017025798A JP 2017025798 A JP2017025798 A JP 2017025798A JP 2015145624 A JP2015145624 A JP 2015145624A JP 2015145624 A JP2015145624 A JP 2015145624A JP 2017025798 A JP2017025798 A JP 2017025798A
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JP
Japan
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crank angle
rich control
fuel
air
fuel ratio
Prior art date
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Application number
JP2015145624A
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Japanese (ja)
Inventor
真吾 是永
Shingo Korenaga
真吾 是永
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suitably restore a NOx occlusion capacity without impairing an exhaust characteristic even if rich control is required during the acceleration of an internal combustion engine, related to a control device of the on-vehicle internal combustion engine which performs lean burn operation.SOLUTION: An internal combustion engine 10 having an NSR catalyst 42 and an in-cylinder injection valve 22 is controlled. Stoichiometric control for operating the internal combustion engine 10 in a stoichiometric air-fuel ratio region, lean control for operating the internal combustion engine 10 in a lean air-fuel ratio region, and rich control for discharging the NOx of the NSR catalyst 42 are selectively performed. When performing the rich control by interrupting the stoichiometric control during a rise of an engine rotational speed, at least one of the following items is performed out of (1) the enhancement of fuel pressure, (2) the acceleration of a fuel injection start crank angle, and (3) the further enrichment of an air-fuel ratio at a start of the rich control compared with the case that the rich control is performed while interrupting the lean control.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

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。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly to a control device for an internal combustion engine that is suitable as a control device for a vehicle-mounted internal combustion engine that performs lean burn operation.

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。   Patent Document 1 discloses an internal combustion engine that performs lean burn operation. This internal combustion engine includes a NOx storage reduction catalyst in the exhaust passage. From the internal combustion engine during lean burn operation, exhaust gas containing NOx at a high concentration is discharged. The NOx occlusion reduction catalyst can occlude NOx in the exhaust gas within the range of the occlusion capacity. For this reason, the internal combustion engine described above can prevent NOx from being released into the atmosphere until the NOx storage reduction catalyst reaches a state where the NOx is saturated.

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。 The internal combustion engine performs rich control to make the air-fuel ratio of the air-fuel mixture rich when the NOx occlusion amount in the NOx occlusion reduction catalyst reaches a preset threshold value. The NOx storage reduction catalyst releases stored NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes rich. The released NOx is reduced by a reducing agent such as CO and HC contained in rich exhaust gas and purified to N 2 , CO 2 and the like. Therefore, according to the internal combustion engine described above, the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst can be appropriately regenerated without deteriorating the exhaust characteristics.

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。   In a vehicle in which the above internal combustion engine is mounted together with an automatic transmission, there may occur a situation in which gear shifting and rich control are performed at the same timing. Before and after the start of the rich control, a change in the torque of the internal combustion engine due to a change in the air-fuel ratio is likely to occur. For this reason, when they are overlapped, the shock at the time of shifting is easily increased.

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。   Patent Document 1 discloses a technique for executing rich control before a gear shift when a gear shift is predicted in order to prevent such an increase in shock. According to this technique, it is possible to reliably avoid an increase in shift shock due to execution of rich control.

特開平09−184438号公報JP 09-184438 A 特開平10−131786号公報JP-A-10-131786 特開2002−013428号公報JP 2002-013428 A 特開2007−327412号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2007-327412 国際公開第2004/097200号International Publication No. 2004/097200

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。   By the way, in the internal combustion engine described above, the rich control may be performed while the engine speed is increasing. The moving speed of the piston increases as the engine speed increases. On the other hand, the time required to inject the same amount of fuel is constant regardless of the engine speed if the injection conditions are the same. Since the internal combustion engine always injects fuel under the same conditions, the crank angle at the end of injection changes to the retard side as the engine speed increases. During rich control requiring a large amount of fuel injection, the injection end crank angle exceeds the engine-specific threshold in the high speed region, and the fuel injected into the cylinder reaches the cylinder inner wall without being blocked by the piston. May lead to a condition.

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。   The fuel adhering to the wall surface may generate particulate matter (PM) without completely burning in the cylinder. For this reason, in the above-described internal combustion engine, when rich control is executed in a high rotation range, a situation may occur in which exhaust characteristics of the internal combustion engine deteriorate.

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。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and even when rich control is required during acceleration of an internal combustion engine, the NOx occlusion ability can be appropriately restored without impairing exhaust characteristics. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can perform the above-described operation.

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。
In order to achieve the above object, a first invention is an apparatus for controlling an internal combustion engine comprising a NOx storage reduction catalyst disposed in an exhaust passage and an in-cylinder injection valve that injects fuel directly into the cylinder. ,
Stoichiometric control for operating the internal combustion engine in a stoichiometric air-fuel ratio region including a stoichiometric air-fuel ratio;
Lean control for operating the internal combustion engine in an air-fuel ratio range leaner than the stoichiometric air-fuel ratio range;
And rich control for selectively passing exhaust gas belonging to an air-fuel ratio region richer than the stoichiometric air-fuel ratio region to the NOx storage-reduction catalyst in order to release NOx stored in the NOx storage-reduction catalyst. Run,
When the rich control is executed by interrupting the stoichiometric control while the engine speed is increasing, compared to the case where the rich control is executed by interrupting the lean control,
(1) Increasing the pressure of fuel supplied to the in-cylinder injection valve;
(2) accelerating the fuel injection start crank angle of the in-cylinder injection valve, and (3) further enriching the air-fuel ratio at the start of the rich control,
And executing at least one of the following.

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。   In the first invention, (1) when the fuel pressure to the in-cylinder injection valve is increased, the time required for fuel injection is shortened. In this case, the end crank angle of fuel injection is accelerated in the advance direction as compared with the case where the fuel pressure is not changed. Also, (2) when the start crank angle of fuel injection is increased, the end crank angle of fuel injection is also increased in the advance direction. (3) When the air-fuel ratio at the start of the rich control is further enriched, the NOx release speed is increased as compared with the case where the rich control is not performed, and the execution time of the rich control is shortened.

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。   In an internal combustion engine, if the crank angle at the end of injection exceeds a threshold value specific to the engine, a situation occurs in which the fuel injected from the in-cylinder injection valve reaches the in-cylinder wall surface without being blocked by the piston. If the injection end crank angle is advanced by the effect (1) or (2), it is easy to end the fuel injection before the threshold value even in the high speed region. Further, when the execution time of the rich control is shortened due to the effect (3), it becomes easy to complete the rich control before the engine speed greatly increases with acceleration. If the rich control is completed before the engine speed increases, it is possible to avoid the crank angle at the end of injection from exceeding the threshold value. Therefore, according to the present invention, even when rich control is required in the process in which the engine rotational speed increases with acceleration, the NOx storage capacity can be properly recovered without impairing the exhaust characteristics of the internal combustion engine. it can.

本発明の実施の形態1の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of Embodiment 1 of this invention. 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。It is a figure which shows the driving | operation area | region (lean driving | operation area | region) in which lean control is performed in Embodiment 1 of this invention. 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。It is a figure which shows the relationship between the cylinder injection start crank angle of fuel, and the number of PM particle | grains in exhaust gas. 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。It is a figure which shows the relationship between the engine speed NE and the cylinder injection end crank angle. 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。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between in-cylinder injection time τ and in-cylinder injection amount q according to fuel pressure. 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。It is a timing chart for demonstrating the subject at the time of performing rich control during acceleration. 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。3 is a timing chart for explaining the operation of the first embodiment of the present invention. 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。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 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。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 2 of this invention. 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。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the in-cylinder injection start crank angle of fuel and the number of PM particles in exhaust gas according to engine speed. 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。It is a figure which shows the relationship between the engine speed NE, the fuel pressure, and the possible advance amount of the starting crank angle of fuel injection. 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。It is a figure which shows the relationship between the engine speed NE, the cooling water temperature of an internal combustion engine, and the possible advance amount of the starting crank angle of fuel injection. 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。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 3 of the present invention. 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。It is a timing chart for demonstrating operation | movement of Embodiment 3 of this invention. 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。It is a timing chart for demonstrating operation | movement of Embodiment 4 of this invention. 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。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 4 of this invention. 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。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 5 of this invention. 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。It is a timing chart for demonstrating operation | movement of Embodiment 6 of this invention. 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。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 6 of this invention.

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。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 shows the configuration of Embodiment 1 of the present invention. The present embodiment includes an internal combustion engine 10. The internal combustion engine 10 includes variable valve mechanisms 12 and 14 on both the intake side and the exhaust side. The variable valve mechanisms 12 and 14 can change the operation timing of the intake valve 16 and the exhaust valve 18.

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。   The internal combustion engine 10 includes a piston 19, a spark plug 20, an in-cylinder injection valve 22, and a port injection valve 24 for each cylinder. Fuel is supplied to the in-cylinder injection valve 22 via a fuel pressure variable mechanism 26. The fuel pressure variable mechanism 26 can change the pressure of the fuel supplied to the in-cylinder injection valve 22. The internal combustion engine 10 is also equipped with a water temperature sensor 28 and a crank angle sensor 30. According to the crank angle sensor 30, the rotational speed NE of the internal combustion engine 10 can be detected.

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。   The exhaust passage 32 of the internal combustion engine 10 communicates with the turbine 36 of the turbocharger 34. The exhaust passage 32 is provided with a bypass passage 38 that bypasses the turbine 36, and a wastegate valve 40 is incorporated therein. A three-way catalyst 41, a NOx storage reduction catalyst (NSR catalyst) 42, and a NOx selective reduction catalyst (SCR catalyst) 43 are disposed downstream of the turbine 36 and the bypass passage 38.

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。   An air-fuel ratio sensor 44 is disposed upstream of the three-way catalyst 41. The air-fuel ratio sensor 44 generates a signal that is linear with respect to the air-fuel ratio. Oxygen sensors 45 and 46 are arranged downstream of the three-way catalyst 41 and downstream of the NSR catalyst 42. The oxygen sensors 45 and 46 output signals that change stepwise between the lean side and the rich side with the theoretical air-fuel ratio as a boundary. A NOx sensor 47 that emits a signal corresponding to the NOx concentration is installed downstream of the SCR catalyst 43.

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。   The intake passage 50 of the internal combustion engine 10 includes an air flow meter 54 downstream of the air filter 52. A compressor 56 of the turbocharger 34 is disposed downstream of the air flow meter 54. Further, an intercooler 58, a supercharging pressure sensor 60, and an electronic throttle valve 62 are disposed downstream of the compressor 56. In the vicinity of the throttle valve 62, a throttle opening sensor 64 is provided. A surge tank 66 communicates with the downstream side of the throttle valve 62. An intake pressure sensor 68 is disposed in the surge tank 66.

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。   The present embodiment includes an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 70. In addition to the various sensors and actuators described above, an accelerator opening sensor 72 is electrically connected to the ECU 70. The ECU 70 can detect a request from the vehicle driver based on the output of the accelerator opening sensor 72.

[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。
[Basic operation of the first embodiment]
(Lean burn operation)
FIG. 2 shows an operation region where the lean burn operation is performed in the first embodiment of the present invention. Hereinafter, this region is referred to as a “lean operation region”, and control for operating the internal combustion engine in that region is referred to as “lean control”. In FIG. 2, a solid line denoted by reference numeral 74 indicates the fully open characteristic of the internal combustion engine 10. Moreover, the boundary line shown with the code | symbol 76 has shown the outline of the lean operation area | region. As shown in FIG. 2, in the present embodiment, NE1 and TRQ1 are the upper limit values of the engine rotational speed NE and the torque TRQ in the lean operation region.

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、O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。 The internal combustion engine 10 operates in an air-fuel ratio region (hereinafter referred to as “stoichiometric air-fuel ratio region”) including stoichiometry in a high-rotation and high-load region (hereinafter referred to as “stoichiometric operation region”) exceeding the lean operation region. Do. Hereinafter, this operation is referred to as “stoichiometric operation”, and control for causing the internal combustion engine 10 to perform stoichiometric operation is referred to as “stoichiometric control”. During stoichiometric operation, exhaust gas containing CO, HC and NOx is exhausted in response to excess or deficiency of oxygen. The three-way catalyst 41 stores NOx and O 2 to purify exhaust gas under an excessive oxygen condition, and purifies CO and HC by releasing oxygen under an oxygen deficient condition. For this reason, during the stoichiometric operation, impurities in the exhaust gas can be appropriately purified mainly by the function of the three-way catalyst 41.

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COに浄化される。 The lean burn operation is performed using an air-fuel ratio region that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio region. During lean burn operation, CO and HC are not generated, and exhaust gas containing NOx at a high concentration is discharged. In this case, the exhaust gas containing NOx blows through the three-way catalyst 41 and flows into the NSR catalyst 42. The NSR catalyst 42 can occlude NOx within the range of its occlusion capacity, and releases NOx during occlusion when it is supplied with exhaust gas having a rich air-fuel ratio. The NOx released at this time is reduced by HC and CO contained in the rich exhaust gas and purified to N 2 and CO 2 .

(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。
(Rich control)
In this embodiment, the NOx occlusion amount is calculated by integrating the NOx amount flowing into the NSR catalyst 42 during the lean burn operation. When the NOx occlusion amount reaches a determination value corresponding to NOx saturation, the air-fuel ratio is changed to a richer value than the stoichiometric air-fuel ratio region. Hereinafter, this control is referred to as “rich control”.

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。   When the rich control is started, NOx stored in the NSR catalyst 42 starts to be released. When the release of NOx is completed, the exhaust gas rich in the air-fuel ratio is blown out downstream of the NSR catalyst 42, and the output of the oxygen sensor 46 is inverted. The ECU 70 receives the reversal and ends the rich control, and again starts the control for the lean burn operation. NOx generated during the lean burn operation is appropriately purified mainly by the NSR 42 by repeating the above processing.

(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。
(Relationship between fuel injection timing and number of PM particles)
FIG. 3 shows the relationship between the in-cylinder injection start crank angle used during rich control and the number of PM particles. In FIG. 3, the horizontal axis represents the crank angle before top dead center (BTDC) with the compression top dead center as the base point (0 degree). That is, “330” shown on the horizontal axis represents the crank angle advanced by 30 degrees from the exhaust top dead center (360 degrees BTDC). “180” means an intake bottom dead center.

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。   In-cylinder injection of the internal combustion engine 10 is performed in a process in which the piston 19 passes through the exhaust top dead center (360 degrees BTDC) toward the intake bottom dead center (180 degrees BTDC). While the piston 19 is too close to the exhaust top dead center, the fuel injected from the in-cylinder injection valve 22 adheres to the vicinity of the top surface of the piston 19 and generates droplets. Such droplets are difficult to burn completely in the cylinder and tend to generate PM. For this reason, as shown in FIG. 3, when the in-cylinder injection start crank angle becomes earlier than a certain threshold value (here, about 310 degrees BTDC), the number of PM particles shows a rapid increasing tendency.

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。   On the other hand, when the piston 19 is too close to the bottom dead center, the fuel injected from the in-cylinder injection valve 22 reaches the in-cylinder wall surface without being blocked by the piston 19. In this case, coupled with the fact that the flow rate of the intake air has started to settle, droplets are likely to be generated on the inner wall surface of the cylinder. Such droplets are also difficult to burn completely in the cylinder, and tend to generate PM. For this reason, as shown in FIG. 3, when the in-cylinder injection start crank angle becomes slower than a certain threshold value (here, about 230 degrees BTDC), the number of PM particles shows a rapid increasing tendency.

(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。
(Relationship between in-cylinder injection end crank angle and engine speed)
FIG. 4 shows the relationship between the crank angle at which in-cylinder injection started under the same conditions ends and the engine speed NE. The vertical axis shown in FIG. 4 indicates the BTDC crank angle with the compression top dead center as the base point (0 degree), similarly to the horizontal axis shown in FIG. The moving speed of the piston 19 increases as the engine speed NE increases. On the other hand, the time required for injecting the same amount of fuel is constant even if the engine speed changes as long as the fuel injection conditions are the same. For this reason, the crank angle at which the fuel injection started under the same conditions ends becomes a value closer to the intake bottom dead center as the engine speed NE increases as shown in FIG.

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。   A boundary line denoted by reference numeral 78 in FIG. 4 indicates a limit crank angle (hereinafter referred to as “limit crank angle”) at which droplets are not generated on the inner wall surface of the cylinder. When the crank angle is larger than the limit crank angle 78, the in-cylinder injected fuel is blocked by the piston 19 and is not sprayed directly on the in-cylinder wall surface. On the other hand, when the crank angle is smaller than the limit crank angle 78, the injected fuel directly reaches the inner wall surface of the cylinder and generates droplets there. In the internal combustion engine 10 of the present embodiment, when the injection condition is constant, 204 ° BTDC with the compression top dead center as a base point becomes the limit crank angle 78. When the engine rotational speed NE exceeds 5000 rpm, the crank angle at the end of injection becomes smaller than the limit crank angle 78, and wall surface droplets are generated.

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。   As described above, in the present embodiment, rich control is started when the NOx storage amount reaches the NOx saturation determination value. Since the NOx occlusion amount increases only during lean burn operation, the start of rich control is required in principle during lean burn operation. Since the lean burn operation is performed in a region where the rotation speed is low, the injection end crank angle does not fall below the limit crank angle 78 when the rich control is started under the operation.

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。   However, at the time of acceleration of the internal combustion engine 10, after the transition from the lean operation region to the stoichiometric operation region, a rich control start request may occur, for example, at point A shown in FIG. If the engine speed NE further increases thereafter, a situation may occur in which the injection end crank angle enters the wall droplet generation region before the rich control is completed.

[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。
[Features of Embodiment 1]
(Higher fuel pressure)
FIG. 5 shows the relationship between the fuel injection time (in-cylinder injection time τ) by the in-cylinder injection valve 22 and the in-cylinder injection amount q in two cases with different fuel pressures. As shown in FIG. 5, the time τ required to inject the same amount of fuel q is shorter when the fuel pressure is higher than when the pressure is lower. Therefore, if the fuel pressure applied to the in-cylinder injection valve 22 is increased, the time required for fuel injection is shortened, and it becomes easy to prevent the injection end crank angle from falling below the limit crank angle in the high rotation region. Therefore, in the present embodiment, when the execution of rich control is required in the stoichiometric operation region during acceleration of the internal combustion engine 10, the fuel pressure is increased compared to the case where rich control is required in the lean operation region. Rich control was performed.

(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。
(Details of rich control)
Next, the details of the rich control executed by the present embodiment and the effects achieved by the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation when the rich control is performed with the reference fuel pressure at the time of acceleration of the internal combustion engine 10. However, the “reference fuel pressure” is a fuel pressure normally used in the internal combustion engine 10. When rich control is requested during execution of lean control, the rich control is performed using the reference fuel pressure.

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。   In this embodiment, the NSR 42 releases NOx when supplied with rich exhaust gas as described above. Here, in the present embodiment, the three-way catalyst 41 is disposed upstream of the NSR catalyst 42. For this reason, after the rich control is started, the enriched exhaust gas first flows into the three-way catalyst 41.

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。   Before the start of rich control, lean burn operation is performed. For this reason, the three-way catalyst 41 is in an oxygen saturated state at the start of the rich control. The three-way catalyst 41 in this state purifies the rich exhaust gas, and sends the exhaust gas without excess or deficiency of oxygen downstream. For this reason, the exhaust gas rich in the air-fuel ratio does not flow into the NSR catalyst 42 until the stored oxygen of the three-way catalyst 41 is consumed after the rich control is started. In other words, after the rich control is started, the NOx release of the NSR catalyst 42 is not started until the stored oxygen of the three-way catalyst 41 is consumed.

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。   In order to improve the fuel consumption characteristics of the internal combustion engine 10, it is desirable that the rich control period be short. Therefore, it is desirable that the period until the NSR catalyst 42 starts to release NOx after the start of the rich control is also short.

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。   A waveform 80 shown in the uppermost column of FIG. 6 shows a change in the air-fuel ratio that occurs when rich control is executed in the present embodiment. As shown by the waveform 80, in the present embodiment, after the rich control is started, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is first greatly enriched (for example, about 12.5). The oxygen of the three-way catalyst 41 is consumed faster as the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 41 becomes richer. For this reason, if the air-fuel ratio is greatly enriched at the start of the rich control, the period until the NSR catalyst 42 starts to release NOx can be shortened.

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。   When the oxygen of the three-way catalyst 41 is consumed after the start of the rich control, the output of the oxygen sensor 45 disposed downstream thereof is inverted to the rich side. When detecting this inversion, the ECU 70 weakens the enrichment of the air-fuel mixture and continues the rich control with a rich air-fuel ratio of about 14.0. As a result, the NOx occluded in the NSR catalyst 42 is properly released, and the NOx occlusion capacity is recovered.

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。   The timing chart shown in FIG. 6 shows an operation in a situation where the fuel pressure is constant before and after the start of the rich control and the engine speed NE is continuously increasing (waveforms 82 and 84). reference). The end-crank angle of in-cylinder injection indicated by the waveform 86 becomes a retarded value as the air-fuel ratio becomes richer, and changes to the retarded side as the engine speed NE increases. In the operation shown in FIG. 6, the injection end crank angle 86 enters the region below the limit crank angle 78 in the second half of the first stage enrichment and in the second half of the second stage enrichment. In this case, exhaust gas containing a large number of PM particles is discharged in the second half of the first stage and the second half of the second stage.

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。   FIG. 7 is a timing chart of the operation shown in the present embodiment when execution of rich control is requested during acceleration of the internal combustion engine 10. A waveform indicated by reference numeral 88 in FIG. 7 represents the pressure of the fuel supplied to the in-cylinder injection valve 22. As shown in FIG. 7, in the present embodiment, when execution of rich control is requested during acceleration of the internal combustion engine 10, the fuel pressure 88 is increased prior to the start of rich control.

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。   When the fuel pressure 88 is increased, the in-cylinder injection time τ is shortened, and the injection end crank angle 90 of each cycle is advanced as compared with the case where the reference fuel pressure is used. Therefore, according to the present embodiment, the rich control can be ended without causing a situation where the injection end crank angle 90 is less than the limit crank angle 78 even when the internal combustion engine 10 is accelerated. Therefore, according to the present embodiment, even when the internal combustion engine 10 is accelerated, the NOx storage capacity of the NSR catalyst 42 can be properly recovered without impairing the exhaust characteristics.

(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?
(Routine process of the first embodiment)
FIG. 8 shows a flowchart of a routine executed by the ECU 70 in the present embodiment. The routine shown in FIG. 8 is started repeatedly at a predetermined cycle after the internal combustion engine 10 is started. When this routine is started, it is first determined whether or not a rich control request due to out-of-region has occurred (step 100). Specifically, it is determined whether the following three conditions are both satisfied.
(Condition 1) Has the NOx storage amount of the NSR catalyst 42 reached the NOx saturation judgment value?
(Condition 2) Is the current operating range a stoichiometric operating range?
(Condition 3) Is the engine speed increasing?

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。   When at least one of the above three conditions is not satisfied, it can be determined that the rich control can be completed without causing droplets on the cylinder inner wall surface even if the reference fuel pressure is maintained. Therefore, in the routine shown in FIG. 8, if the determination in step 100 is negative, the current routine is terminated without performing any special processing.

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。   On the other hand, when all of the above three conditions are satisfied, it can be determined that there is a possibility that droplets are generated on the cylinder inner wall surface when rich control is performed at the reference fuel pressure. For this reason, in the routine shown in FIG. 8, if the determination in step 100 is affirmative, processing for increasing the fuel pressure and performing rich control is performed thereafter.

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。   Specifically, first, the in-cylinder injection amount q required in the current operation cycle is calculated (step 102). The ECU 70 calculates the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in a routine different from the routine shown in FIG. For example, after the rich control is started, the air-fuel ratio is calculated to be 12.5 during the period of the first stage of enrichment. Further, the air-fuel ratio is calculated to be 14.0 during the period of the second stage enrichment. In this step 102, in addition to the air-fuel ratio calculated in this way, the in-cylinder injection amount q is calculated based on the intake air amount Ga detected by the air flow meter 54, the injection ratio of port injection and in-cylinder injection, and the like. The

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)
Next, the in-cylinder injection time τ when the reference fuel pressure is used is calculated (step 104). The ECU 70 stores the injection amount per unit time of the in-cylinder injection valve 22 under the reference fuel pressure (hereinafter referred to as “unit time injection amount”). Here, the in-cylinder injection time τ is calculated by applying the unit time injection amount to the following equation.
(In-cylinder injection time τ) = (In-cylinder injection amount q) / (Unit time injection amount) (1)

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。
Next, the end crank angle of in-cylinder injection when the reference fuel pressure is used is calculated (step 106). Here, specifically, the following processing is sequentially performed.
1. Reading of the start crank angle of in-cylinder injection.
2. Based on the engine speed NE and in-cylinder injection time τ, the crank angle width that changes during in-cylinder injection is calculated.
3. The injection end crank angle is calculated by adding the crank angle width of 2 to the start crank angle of 1.

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。   When the above processing is completed, it is then determined whether or not the in-cylinder injection end crank angle is below the limit crank angle (step 108). If the determination is negative, it can be determined that the fuel injection ends before reaching the state where the fuel is directly sprayed onto the cylinder inner wall surface. In this case, since it is not necessary to increase the fuel pressure, the current routine is immediately terminated thereafter.

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。   On the other hand, if the determination in step 108 is affirmative, it can be determined that the injection end crank angle enters the region where droplets are generated on the cylinder inner wall surface with the reference fuel pressure maintained. In this case, a command for raising the fuel pressure to the maximum pressure that can be used in the internal combustion engine 10 is issued to the variable fuel pressure mechanism 26 (step 110). If the fuel pressure is increased, the time τ required for fuel injection is shortened, and the injection end crank angle shifts to the advance side. For this reason, according to said process, when rich control is performed during the acceleration of the internal combustion engine 10, it can prevent effectively that an injection end crank angle falls below a limit crank angle. Therefore, according to the present embodiment, even when the internal combustion engine 10 is accelerated, the NOx occlusion ability of the NSR catalyst 42 can be properly recovered while minimizing the deterioration of the exhaust characteristics.

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。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment can be realized by causing the ECU 70 to execute the routine shown in FIG. 9 instead of the routine shown in FIG. 8 using the configuration shown in FIG.

[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。
[Features of Embodiment 2]
(Fuel pressure increasing method)
In the first embodiment described above, when the generation of droplets cannot be prevented with the reference fuel pressure, the fuel pressure is always changed to the maximum pressure. However, in order to increase the fuel pressure, it is necessary to make a booster mechanism such as a pump work. For this reason, in order to raise the fuel pressure to the maximum pressure, the boosting mechanism is forced to do a great deal of work.

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。   On the other hand, the fuel pressure at the time of rich control is sufficient as long as the crank angle at which the injection ends is not less than the limit crank angle, and the maximum pressure is required in all situations where droplet generation cannot be prevented at the reference fuel pressure. It is not something to do. Therefore, in the present embodiment, the fuel pressure is increased so that the injection end crank angle coincides with the limit crank angle in a situation where the generation of droplets cannot be prevented with the reference fuel pressure.

(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。
(Routine process of the second embodiment)
FIG. 9 is a flowchart of a routine executed by the ECU 70 in the present embodiment. This routine is repeatedly started at a predetermined cycle after the internal combustion engine 10 is started, similarly to the routine shown in FIG. Further, steps 100 to 108 of this routine are the same as the corresponding steps shown in FIG. In the following, description will be made with respect to a part specific to the routine shown in FIG.

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。
In the routine shown in FIG. 9, when it is determined in step 108 that the injection end crank angle is less than the limit crank angle, the target injection period is then calculated (step 112). Here, specifically, the following processing is sequentially performed.
1. Reading of the start crank angle of in-cylinder injection.
2. Reading of the limit crank angle.
3. Calculate the target injection period according to the following equation (Target injection period) = (Start crank angle)-(Limit crank angle) (2)
According to the processing in step 108, the injection period for ending the fuel injection at the limit crank angle can be calculated as the target injection period.

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)
Next, a target injection time corresponding to the target injection period is calculated (step 114). If the engine speed NE (rpm) is known, the time required for the crank angle to change by the width of the target injection period can be calculated. In step 114, specifically, the time is calculated as the target injection time according to the relationship of the following equation.
(Target injection time) = (Target injection period) × 60 / (NE × 360) (3)

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)
Next, the fuel pressure for injecting the in-cylinder injection amount q within the target injection time is calculated as the target fuel pressure (step 116).
Here, the relationship of the following equation is established between the injection amount from the in-cylinder injection valve 22, the fuel pressure, and the injection time.
(Injection amount) =
(Unit time injection amount) × √ {(actual fuel pressure) / (reference fuel pressure)} × injection time
... (4)

(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)}×(基準の燃料圧力)
・・・(5)
Applying “in-cylinder injection amount q” to (injection amount), “target fuel pressure” to (actual fuel pressure), and “target injection time” to (injection time), the target fuel pressure is Can be expressed as
(Target fuel pressure) =
{(In-cylinder injection amount q) / (unit time injection amount × target injection time)} 2 × (reference fuel pressure)
... (5)

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。   In step 116, the target fuel pressure is calculated according to the relationship of the above equation (5). The target fuel pressure calculated in this way is a pressure for ending the fuel injection at the limit crank angle. Therefore, if the fuel pressure is changed to the target fuel pressure, the injection end crank angle can be made equal to the limit crank angle.

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。   In the routine shown in FIG. 9, it is then determined whether the target fuel pressure is equal to or lower than the maximum fuel pressure that can be used in the internal combustion engine 10 (step 118). As a result, when it is determined that the target fuel pressure is equal to or lower than the maximum fuel pressure, the fuel pressure is changed to the target fuel pressure (step 120). On the other hand, if the determination in step 118 is negative, the target fuel pressure is changed to the maximum fuel pressure (step 122), and then the process of step 120 is performed.

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。   According to the above processing, when the generation of droplets cannot be prevented at the reference fuel pressure, the fuel pressure is increased so that the injection end crank angle is aligned with the limit crank angle within a range not exceeding the maximum fuel pressure. Can do. According to this process, it is possible to efficiently prevent the generation of droplets accompanying the rich control during acceleration without unnecessarily increasing the fuel pressure. For this reason, according to the present embodiment, the NOx occlusion ability of the NSR catalyst 42 can be appropriately recovered even during acceleration without impairing good exhaust characteristics.

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。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment can be realized by causing the ECU 70 to execute the routine shown in FIG. 13 instead of the routine shown in FIG. 8 using the configuration shown in FIG.

[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。
[Features of Embodiment 3]
(Advance of crank angle for starting injection)
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the in-cylinder injection start crank angle and the number of PM particles under two reference fuel pressures in two cases where the engine speed NE is different. In FIG. 10, the broken line connecting the ◯ plots is the relationship when NE is 2000 rpm, and the broken line connecting the □ plots is the relationship when NE is 4000 rpm.

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。   As described with reference to FIG. 3, the number of PM particles was started at the timing when the injected fuel directly adheres to the top surface of the piston 19 in addition to the case where the injection end crank angle was less than the limit crank angle. Also increases in case. That is, a large amount of PM particles is generated even when the injection start crank angle is too close to the top dead center. Hereinafter, when the injection start crank angle is gradually brought closer to the top dead center, the crank angle that becomes the inflection point at which the number of PM particles rapidly increases is referred to as “start side limit crank angle”.

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。   Near the starting limit crank angle, the higher the engine speed NE, the faster the piston 19 moves away from the in-cylinder injection valve 22. As the speed at which the piston 19 moves away is higher, the fuel injected from the in-cylinder injection valve 22 is less likely to adhere to the top surface of the piston 19. In other words, the fuel injected in the vicinity of the start side limit crank angle becomes more difficult to generate PM particles as the engine rotational speed NE is higher. For this reason, as shown in FIG. 10, the limit crank angle on the start side becomes a larger value (a value closer to top dead center) as NE is higher.

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。   In other words, the start crank angle of in-cylinder injection can be changed to the advance side as the engine rotational speed NE is higher without causing a rapid increase in the number of PM particles. If the injection start crank angle is advanced, the injection end crank angle is naturally advanced. For this reason, if the injection start crank angle during the rich control is advanced in accordance with the increase in the engine rotational speed NE, it is easy to end the injection before generating droplets on the cylinder inner wall surface in the high rotation region. Can create a state. Therefore, in this embodiment, the start crank angle of in-cylinder injection is advanced according to the engine speed NE as necessary during execution of rich control.

(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。
(Calculation of the advance amount of the crank angle at the start of injection)
In the present embodiment, in conjunction with the process of advancing the injection start crank angle as described above, the process of increasing the fuel pressure is performed as necessary, as in the case of the second embodiment. Here, in the vicinity of the limit crank angle on the start side, the higher the fuel pressure, the easier the fuel adheres to the piston top surface. Therefore, the advanceable amount of the injection start crank angle varies depending on the fuel pressure. Therefore, in the present embodiment, the fuel pressure is taken into consideration when determining the advance amount of the injection start crank angle.

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。   Further, whether or not the fuel injected near the limit crank angle on the start side generates PM particles is greatly influenced by the fuel vaporization. The fuel vaporization is greatly influenced by the in-cylinder temperature of the internal combustion engine 10. For this reason, in this embodiment, when determining the advance amount of the injection start crank angle, the cooling water temperature having a correlation with the in-cylinder temperature is also taken into consideration.

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。   As described above, in this embodiment, the advance amount of the starting crank angle of fuel injection is determined based on the engine speed NE, the fuel pressure of in-cylinder injection, and the coolant temperature of the internal combustion engine 10. The ECU 70 stores a map that determines the advanceable amount of the injection start crank angle in relation to these three parameters.

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。   FIG. 11 shows the relationship read from the above map by specifying the cooling water temperature. FIG. 12 shows the relationship read from the map by specifying the fuel pressure. Numerical values such as 0, 5, 10, 15, and 20 shown in the two-dimensional coordinates of FIGS. 11 and 12 represent the advance amount that can be given to the reference injection start crank angle at the respective coordinates. . The ECU 70 can appropriately calculate the advance amount of the injection start crank angle by referring to these relationships. However, the “reference injection start crank angle” is an injection start crank angle normally used in the internal combustion engine 10. When rich control is requested during execution of lean control, the rich control is performed using the reference injection start crank angle.

(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。
(Routine process of the third embodiment)
FIG. 13 is a flowchart of a routine executed by the ECU 70 in the present embodiment in order to realize the above function. The routine shown in FIG. 13 is the same as the routine shown in FIG. 9 except that steps 130 to 134 are inserted after step 122. In the following, detailed description of parts common to both will be omitted, and parts specific to the routine shown in FIG. 13 will be mainly described.

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)。   The routine shown in FIG. 13 is repeatedly started at a predetermined cycle after the internal combustion engine is started. According to this routine, when the execution of the rich control is requested during the acceleration process, the target fuel pressure for adjusting the injection end crank angle to the limit crank angle is calculated by the processing of steps 100 to 116. If the target fuel pressure is equal to or lower than the maximum fuel pressure, rich control is performed with the fuel pressure as the value (see steps 118 and 120).

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。   On the other hand, if the target fuel pressure exceeds the maximum fuel pressure, the target fuel pressure is replaced with the maximum fuel pressure (see step 122). In this case, if rich control is performed as it is, the injection end crank angle is less than the limit crank angle, and PM particles can be generated slightly.

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。   In the routine shown in FIG. 13, following the process of step 122, the engine speed NE and the coolant temperature ethw are read (step 130). Next, the advanceable amount corresponding to NE, ethw, and the maximum fuel pressure is calculated with reference to the map described above (step 132). Next, the injection start crank angle is changed to the advance side within the range of the advanceable amount (step 134). Thereafter, rich control fuel injection is performed through the processing of step 120.

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。   According to the above processing, when an increase in the amount of PM particles accompanying the execution of rich control is predicted, first, the advancement of the injection end crank angle is achieved by the increase in fuel pressure. If the injection end crank angle is retarded from the limit crank angle even when the maximum fuel pressure is used, the injection start crank angle is advanced to further increase the injection end crank angle. Figured. For this reason, according to the present embodiment, it is possible to avoid an increase in the number of PM particles accompanying the execution of the rich control in a wider operation region than in the case of the first or second embodiment.

[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。
[Modification of Embodiment 3]
(Modification 1)
In the third embodiment described above, the method of advancing the injection start crank angle in the high rotation region is combined with the method of the second embodiment (steps 112 to 116 in FIG. 9). It is not limited to this. That is, the method for advancing the injection start crank angle may be combined with the method of the first embodiment (step 100 in FIG. 8).

(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。
(Modification 2)
Furthermore, the technique for preventing the increase in the number of PM particles by advancing the injection start crank angle may be used independently from the technique of the first or second embodiment. That is, when steps 112 to 122 are removed from the routine shown in FIG. 13 and the injection end crank angle is less than the limit crank angle (step 108), the process of always advancing the injection start crank angle (steps 130 to 134). ) May be executed.

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。   The timing chart shown in FIG. 14 represents the operation of the modification 2 described above. In FIG. 14, the injection start crank angle 91 is advanced as the engine rotational speed NE increases after the rich control is started. As a result, the injection end crank angle 92 maintains a value larger than the limit crank angle 78 over the entire execution period of the rich control. As shown in this example, according to Modification 2 described above, as in the case of Embodiments 1 to 3, the rich control can be appropriately completed in the acceleration environment without increasing the number of PM particles. it can.

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。
Embodiment 4 FIG.
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment can be realized by causing the ECU 70 to execute the routine shown in FIG. 16 instead of the routine shown in FIG. 8 using the configuration shown in FIG. However, in this embodiment, since the fuel pressure is not changed, the fuel pressure variable mechanism 26 can be omitted.

[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。
[Features of Embodiment 4]
(Rich air / fuel ratio at the start of rich control)
FIG. 15 is a timing chart for explaining features of rich control performed in the present embodiment. In FIG. 15, a dashed-dotted waveform 80 shown in the uppermost column represents a change in the air-fuel ratio used in rich control in the first to third embodiments. This waveform 80 represents a state in which the air-fuel ratio is enriched to about 12.5 with the start of the rich control, and then the enrichment is weakened and the air-fuel ratio is changed to 14.0. Also in the present embodiment, when the rich control is requested during the execution of the lean control, the change along the waveform 80 is given to the air-fuel ratio.

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。   A waveform 93 indicated by a solid line in FIG. 15 represents a change in the air-fuel ratio used when rich control is required in the acceleration process in the present embodiment. This waveform 93 represents a state in which the air-fuel ratio is greatly enriched to about 11.5 to 12.0 at the start of rich control and then changed to about 14.0. The waveform 93 also shows that the rich control end time is earlier than in the first to third embodiments because the air-fuel ratio is greatly enriched at the start of the rich control.

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。   When rich control is started while the engine speed NE is increasing, the NE immediately after the start is not so fast. Therefore, immediately after the start of the rich control, a relatively long time from the start of fuel injection until the crank angle reaches the limit crank angle is secured. Under such circumstances, even if the air-fuel ratio is greatly enriched, the injection end crank angle is difficult to fall below the limit crank angle.

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。   In the present embodiment, the air-fuel ratio (11.5 to 12.0) set at the start of the rich control consumes the stored oxygen of the three-way catalyst 41, that is, the rich exhaust gas downstream of the three-way catalyst 41. Is maintained until it blows through. During this time, the engine rotational speed NE continues to increase, so that the injection end crank angle gradually approaches the limit crank angle.

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。   However, the air-fuel ratio of 11.5 to 12.0 indicates that the injection end crank angle is the limit crank regardless of the increase of NE until the stored oxygen of the three-way catalyst 41 is consumed after the start of the rich control. It is a value set as a value that does not fall below the corner. Therefore, in the present embodiment, as shown in the lowermost column of FIG. 15, the injection end crank angle 94 is limited while the air-fuel ratio is maintained at 11.5 to 12.0 after the rich control is started. It can be kept in a region larger than the crank angle 78.

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。   The stored oxygen of the three-way catalyst 41 is consumed by reacting with a reducing agent such as HC and CO contained in rich exhaust gas. The concentration of the reducing agent in the exhaust gas increases as the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes richer. For this reason, the time required to consume the stored oxygen of the three-way catalyst 41 becomes shorter as the exhaust gas is richer.

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。   In the present embodiment, in the rich control in the acceleration process, the air-fuel ratio at the start of the rich control is enriched compared to the rich control that interrupts the lean control. For this reason, in the rich control in the acceleration process, the stored oxygen of the three-way catalyst 41 can be consumed in a shorter time than in the case of the rich control that interrupts the lean control. Since this time can be shortened, the time required for the rich control in the acceleration process is naturally shorter than the time required for the rich control that interrupts the lean control.

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。   When the stored oxygen of the three-way catalyst 41 is consumed and the air-fuel ratio is changed to about 14.0, the in-cylinder injection time τ becomes shorter at that time. For this reason, the injection end crank angle 94 is temporarily separated above the limit crank angle 78. Thereafter, when the engine speed NE continues to increase, the injection end crank angle 94 approaches the limit crank angle 78 again. If this state continues for a long period of time, the injection end crank angle 94 is eventually delayed to the limit crank angle 78.

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。   However, in this embodiment, the time required for rich control in the acceleration process is shortened as described above. For this reason, according to the present embodiment, when rich control is started in the course of acceleration, the control can be terminated before the engine speed NE increases significantly. As a result, according to the present embodiment, it is possible to effectively prevent the injection end crank angle from falling below the limit crank angle 78 during execution of rich control accompanying acceleration.

(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。
(Routine process of the fourth embodiment)
FIG. 16 is a flowchart of a routine executed by the ECU 70 in the present embodiment. This routine is repeatedly started at a predetermined cycle after the internal combustion engine 10 is started, similarly to the routine shown in FIG. In FIG. 16, the same steps as those shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

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)。   In the routine shown in FIG. 16, first, in step 100, it is determined whether or not a rich control request due to out-of-region has occurred. If this determination is affirmative, next, the engine speed NE and the coolant temperature ethw of the internal combustion engine 10 are read (step 140).

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。   Next, the target air-fuel ratio at the start of rich control is set (step 142). Specifically, first, an appropriate value within the range of 11.5 to 12.0 is calculated as the rich-side guard value based on the engine speed NE and the coolant temperature ethw. However, the rich-side guard value is a rich-side limit air-fuel ratio at which purification in the internal combustion engine 10 can be guaranteed. Next, the rich-side guard value calculated in this way is set as the target air-fuel ratio at the start of rich control.

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。   When the above process is completed, the in-cylinder injection amount q corresponding to the set target air-fuel ratio is calculated by the process of step 102. Next, in step 104, the in-cylinder injection time τ is calculated. Further, at step 106, an injection end crank angle corresponding to the above τ is calculated. Then, in step 108, it is determined whether or not the above-mentioned injection end crank angle is below the limit crank angle. These processes are performed in the same manner as the processes in steps 102 to 108 shown in FIG.

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。   In the routine shown in FIG. 16, when the condition of step 108 is satisfied, it can be determined that the fuel injection does not end up to the limit crank angle if the rich side guard value is set to the target air-fuel ratio. In this case, in step 112, a target injection period for ending the fuel injection by the limit crank angle is calculated. Next, the target injection time corresponding to the target injection period is calculated by the process of step 114. These processes are performed in the same manner as the processes in steps 112 and 114 shown in FIG.

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。   When the above processing is completed, the target injection time calculated in step 114 is then replaced with the in-cylinder injection time τ (step 146). As a result, the in-cylinder injection time τ calculated in step 104, that is, the in-cylinder injection time τ corresponding to the rich side guard value is corrected to the in-cylinder injection time τ for completing the injection at the limit crank angle. .

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。   When it is determined in step 108 in the routine shown in FIG. 16 that the injection end crank angle is not less than the limit crank angle, fuel injection is performed by the limit crank angle even if the rich side guard value is used as the target air-fuel ratio. It can be determined that it will end. In this case, since it is not necessary to correct the in-cylinder injection time τ, the processing of steps 112, 114 and 144 is jumped.

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。   When the above processing ends, next, the start of rich control is commanded (step 146). As a result, the first stage rich control for consuming the stored oxygen of the three-way catalyst 41 is started.

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。   Next, in this routine, it is determined whether or not the stored oxygen of the three-way catalyst 41 has been consumed (step 148). Specifically, it is determined here whether or not the output of the oxygen sensor 45 located downstream of the three-way catalyst 41 is richly inverted. As a result, when it is determined that the rich inversion has not been detected yet, it is determined that the stored oxygen of the three-way catalyst 41 has not been consumed yet, and the current process is terminated. Then, until the rich inversion of the oxygen sensor 45 is detected, the processing after step 100 is repeated, and the first-stage rich control is continued.

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。   If it is determined in step 148 that the stored oxygen has been consumed, the first rich control is terminated and a command is issued to start the second rich control (step 150). Thereafter, the ECU 70 performs the second stage rich control using an air-fuel ratio of about 14.0 to release NOx of the NSR catalyst 42 by another routine.

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。   As described above, according to the present embodiment, the rich control requested in the acceleration process can be completed in a shorter time than the rich control executed by interrupting the lean control. For this reason, according to the present embodiment, fuel injection can be completed up to the limit crank angle even during rich control in the acceleration process, and an increase in the number of PM particles can be effectively prevented.

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。
Embodiment 5. FIG.
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment can be realized by causing the ECU 70 to execute the routine shown in FIG. 17 instead of the routine shown in FIG. 8 using the configuration shown in FIG. However, since the fuel pressure is not changed in this embodiment, the fuel pressure variable mechanism 26 can be omitted.

[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。
[Features of Embodiment 5]
(Method for determining the air-fuel ratio at the start of rich control)
In the above-described fourth embodiment, when rich control is requested in the acceleration process, the target air-fuel ratio (in-cylinder injection amount) at the start of rich control is determined by the following procedure.
1. First, the target air-fuel ratio is set to the rich side guard value.
2. If the target air-fuel ratio is set to the rich-side guard value, if the fuel injection does not end before the limit crank angle, the in-cylinder injection time τ is shortened so that the fuel injection ends at the limit crank angle.

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。
On the other hand, this embodiment is characterized in that the target air-fuel ratio (in-cylinder injection amount) at the start is determined by the following procedure when rich control is performed in the acceleration process.
1. Set the target injection period to finish fuel injection at the limit crank angle.
2. In the target injection period, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes richer than the rich-side guard value, the target air-fuel ratio is set as the rich-side guard value.

(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。
(Routine processing of the fifth embodiment)
FIG. 17 is a flowchart of a routine executed by the ECU 70 in the present embodiment. This routine is repeatedly started at a predetermined cycle after the internal combustion engine 10 is started, similarly to the routine shown in FIG. In FIG. 17, the same steps as those shown in FIG. 16 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

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。   In the routine shown in FIG. 17, when it is determined in step 100 that the rich control in the acceleration process is required, the process of step 112 is performed through step 140. Here, specifically, the injection period for ending injection at the limit crank angle is calculated as the target injection period.

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。
Next, the air-fuel ratio corresponding to the target injection period is calculated as the target air-fuel ratio (step 152). Here, specifically, the following processes are sequentially executed.
1. The target injection period is converted into in-cylinder injection time τ based on the engine speed NE.
2. The in-cylinder injection amount q corresponding to the in-cylinder injection time τ is calculated.
3. The air-fuel ratio is calculated from the in-cylinder injection amount q and the intake air amount Ga detected by the air flow meter 54.
4). Set the air / fuel ratio to the target air / fuel ratio.

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)。   When the above processing is completed, it is next determined whether or not the target air-fuel ratio is smaller than the rich-side guard value (step 154). When this condition is satisfied, it can be determined that the target air-fuel ratio has entered a rich region where purification cannot be guaranteed. In this case, since the target air-fuel ratio cannot be used as it is, the target air-fuel ratio is replaced with the rich guard value (step 156).

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。   On the other hand, if the condition of step 154 is not satisfied, it can be determined that the target air-fuel ratio is a purifiable air-fuel ratio. In this case, since the target air-fuel ratio can be used as it is, step 156 is jumped.

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。   After the above processing is completed, the in-cylinder injection time τ corresponding to the target air-fuel ratio is calculated by the processing of steps 102 and 104, and the first rich control is performed by the processing of steps 146 and 148. When the stored oxygen of the three-way catalyst 41 is consumed, the second rich control is started by the processing in steps 148 and 150.

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。   According to the above processing, the air-fuel ratio at the start of rich control can be enriched without increasing the number of PM particles, as in the case of the fourth embodiment. For this reason, according to the present embodiment, the same effect as in the fourth embodiment can be achieved.

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。
Embodiment 6 FIG.
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The present embodiment can be realized by causing the ECU 70 to execute the routine shown in FIG. 19 instead of the routine shown in FIG. 8 using the configuration shown in FIG. However, since the fuel pressure is not changed in this embodiment, the fuel pressure variable mechanism 26 can be omitted.

[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。
[Features of Embodiment 6]
(Air-fuel ratio of the second stage rich control)
In the fifth embodiment described above, when the rich control is required in the acceleration process, the time required for the rich control is shortened by greatly enriching the air-fuel ratio used in the first stage rich control. From the viewpoint of shortening the time required for the rich control, it is desirable to enrich the air-fuel ratio as much as possible not only in the first stage but also in the second stage rich control. However, the air-fuel ratio during the rich control affects the fuel consumption characteristics of the internal combustion engine 10. For this reason, enriching the air-fuel ratio more than necessary is not desirable from the viewpoint of obtaining good fuel efficiency characteristics.

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。   Under circumstances where the engine speed NE increases due to normal acceleration, the fuel injection can be terminated before the limit crank angle over the entire rich control by greatly enriching the air-fuel ratio of the first rich control. it can. Therefore, under such circumstances, it is not necessary to further enrich the air-fuel ratio used in the second stage rich control.

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。   However, when the internal combustion engine 10 is mounted on a vehicle together with an automatic transmission, kickdown may occur during acceleration, and the engine speed NE may increase rapidly. In order to terminate the injection to the limit crank angle over the entire range of the rich control under such a sudden rise, in addition to the first stage rich control, the second stage rich control also sets the air-fuel ratio. It is effective to make it greatly rich. Therefore, in the present embodiment, when rich control is requested in the acceleration process, it is determined whether or not automatic transmission (kick down) of the transmission is predicted. When automatic shift is predicted, the air-fuel ratio is greatly enriched not only in the first stage rich control but also in the second stage rich control.

(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。
(Operation of Embodiment 6)
FIG. 18 is a timing chart showing an operation when rich control is requested in the acceleration process and occurrence of kickdown is predicted during execution of rich control. In FIG. 18, an alternate long and short dash line waveform 80 shown in the uppermost column indicates an air-fuel ratio change pattern used when rich control is requested during execution of lean control in the present embodiment.

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。   In the example of FIG. 18, rich control in the acceleration process is started at time t1. In the present embodiment, as in the case of the fifth embodiment, in the rich control in the acceleration process, the air-fuel ratio is greatly enriched unconditionally at the start (about 11.5 to 12.0). As a result, in the example shown in FIG. 18, the injection end crank angle 98 substantially coincides with the limit crank angle 78 after time t1.

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。   The example illustrated in FIG. 18 illustrates a state where the required torque gradient 96 reaches the threshold value x in the execution process of the rich control. In this case, the ECU 70 predicts the occurrence of kickdown, and maintains the state in which the air-fuel ratio is greatly enriched even after time t2 when the second-stage rich control is to be performed. Therefore, in FIG. 18, the state where the injection end crank angle 98 substantially coincides with the limit crank angle 78 is maintained after time t2.

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)。   If kickdown occurs at time t3, then the engine speed NE suddenly increases (see waveform 97). When the engine rotational speed NE shows such a rapid increase, the amount of fuel that can be injected up to the limit crank angle 78 decreases rapidly. And if the amount of fuel decreases rapidly, the air-fuel ratio will increase rapidly. For this reason, the air-fuel ratio during rich control shown in FIG. 18 shows a rapid increase after time t3 (see waveform 95).

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。   When the air-fuel ratio changes like the waveform 95 in the process of rich control, a large amount of reducing agent can be sent to the NSR catalyst 42 between times t2 and t3. That is, in this case, the NOx release of the NSR catalyst 42 can be rapidly advanced between the times t2 and t3. For this reason, even after the time t3, even if the air-fuel ratio suddenly goes to stoichiometric, a sufficient amount of NOx can be released by the time the rich control is completed. Therefore, according to the present embodiment, even when rich control is required in the process of acceleration and kickdown of the automatic transmission occurs in the process of rich control, without greatly increasing the number of PM particles, The NOx storage capacity of the NSR catalyst 42 can be properly recovered.

(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。
(Routine processing of the sixth embodiment)
FIG. 19 is a flowchart of a routine executed by the ECU 70 in the present embodiment. This routine is repeatedly started at a predetermined cycle after the internal combustion engine 10 is started, similarly to the routine shown in FIG. The routine shown in FIG. 19 is the same as the routine shown in FIG. 16 except that step 160 is inserted after step 146. In the following, steps common to both are denoted by common reference numerals and detailed description thereof is omitted.

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。   In the routine shown in FIG. 19, it is determined whether the shift of the automatic transmission is predicted or, more specifically, the kickdown associated with acceleration is predicted after the rich control of the first stage is started in step 146. (Step 160). Since the technology for predicting the kickdown of the automatic transmission is well known in the field of vehicle control, detailed description thereof is omitted here. In step 160, the ECU 70 determines whether or not a kick down is predicted by the known method.

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。   If it is determined that the occurrence of kickdown is not predicted, the processing from step 148 onward is performed thereafter. In this case, the system according to the present embodiment operates in the same manner as in the fifth embodiment.

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。   On the other hand, if the occurrence of kick-down is predicted in step 160, the routine is terminated without performing steps 148 and 150 thereafter. In this case, the rich control at the first stage and the second stage are not distinguished from each other until the end of the rich control is determined, that is, until it is determined at step 100 that the request for the rich control has not occurred. Steps 100 to 146 are repeatedly executed. According to the above processing, until the oxygen sensor 46 downstream of the NSR catalyst 42 is richly inverted, the rich control is continued so that the injection end crank angle is aligned with the limit crank angle. As a result, the NOx release of the NSR catalyst 42 proceeds at a high speed, and the NOx occlusion capacity is recovered within a short period without significantly deteriorating the exhaust characteristics.

(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。
(Modification of Embodiment 6)
By the way, in the above-described sixth embodiment, a method of maintaining the state in which the air-fuel ratio is greatly enriched even after the rich control for consuming the stored oxygen of the three-way catalyst 41 is completed is described in the fifth embodiment (FIG. 17). Steps 100 to 146) are combined with the above method. However, the present invention is not limited to this. That is, the method of maintaining the air-fuel ratio in a greatly rich state may be combined with the method of the fourth embodiment (steps 100 to 146 in FIG. 16).

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 19 Piston 22 In-cylinder injection valve 26 Fuel pressure variable mechanism 28 Water temperature sensor 30 Crank angle sensor 41 Three-way catalyst 42 NOx storage reduction catalyst (NSR catalyst)
45, 46 Oxygen sensor 54 Air flow meter

Claims (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。
A control device for an internal combustion engine, comprising: a NOx occlusion reduction catalyst arranged in an exhaust passage;
Stoichiometric control for operating the internal combustion engine in a stoichiometric air-fuel ratio region including a stoichiometric air-fuel ratio;
Lean control for operating the internal combustion engine in an air-fuel ratio range leaner than the stoichiometric air-fuel ratio range;
And rich control for selectively passing exhaust gas belonging to an air-fuel ratio region richer than the stoichiometric air-fuel ratio region to the NOx storage-reduction catalyst in order to release NOx stored in the NOx storage-reduction catalyst. Run,
When the rich control is executed by interrupting the stoichiometric control while the engine speed is increasing, compared to the case where the rich control is executed by interrupting the lean control,
(1) Increasing the pressure of fuel supplied to the in-cylinder injection valve;
(2) accelerating the fuel injection start crank angle of the in-cylinder injection valve, and (3) further enriching the air-fuel ratio at the start of the rich control,
A control device for an internal combustion engine that executes at least one of the following.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109973228A (en) * 2017-12-27 2019-07-05 现代自动车株式会社 Regenerative system, the vehicle including the regenerative system and regeneration method

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