JP3620568B2

JP3620568B2 - 希薄燃焼内燃機関

Info

Publication number: JP3620568B2
Application number: JP24225598A
Authority: JP
Inventors: 公二郎岡田; 保樹田村; 隆堂ヶ原
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2018-08-27
Also published as: JP2000073884A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希薄燃焼内燃機関に係り、詳しくは、リッチ空燃比運転時において燃料蒸散ガスを吸気通路にパージする技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
近年、空燃比を理論空燃比（値１４．７）よりも希薄側のリーン空燃比に制御可能なリーンバーンエンジン（希薄燃焼内燃機関）が開発され実用化されている。
ところが、このように空燃比をリーン空燃比とすると、従来の三元触媒ではその浄化特性から排ガス中のＮＯｘを充分に浄化できないという問題があり、最近では、リーン空燃比においてもＮＯｘの浄化を可能とした吸蔵型ＮＯｘ触媒が開発され実用化されている。
【０００３】
吸蔵型ＮＯｘ触媒は、酸素過剰状態（酸化雰囲気）において排ガス中のＮＯｘを硝酸塩Ｘ−ＮＯ_３として付着させ吸蔵し、該吸蔵したＮＯｘをＣＯ（一酸化炭素）過剰状態（還元雰囲気）でＮ_２（窒素）に還元させる特性（同時に炭酸塩Ｘ−ＣＯ_３が生成される）を有した触媒として構成されている。
従って、吸蔵型ＮＯｘ触媒を備えたリーンバーンエンジンでは、通常、吸蔵型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が飽和する前に空燃比を理論空燃比またはその近傍値に制御するようなリッチ空燃比運転に定期的に切換え（これをリッチスパイクという）、これにより、ＣＯの多い還元雰囲気を生成し、吸蔵したＮＯｘを浄化還元（ＮＯｘ放出）して吸蔵型ＮＯｘ触媒の再生を図るようにしている。
【０００４】
また、吸蔵型ＮＯｘ触媒には燃料中のＳ成分（硫黄成分）が酸化されたＳＯｘ（硫黄酸化物）についても硫酸塩として図らずも吸蔵されてしまうため、当該硫酸塩についても、吸蔵型ＮＯｘ触媒を高温状態とし且つ上記同様にリッチ空燃比運転を定期的に実施して還元雰囲気を生成し除去（Ｓ放出）することで吸蔵型ＮＯｘ触媒の再生を図る必要がある。
【０００５】
ところで、このようなリッチ空燃比運転は、燃料噴射量を一時的に増加させるようなものであるため、燃費の悪化を招くという問題がある。
そこで、燃料タンク内に発生する燃料蒸散ガスに着目し、吸蔵型ＮＯｘ触媒の浄化効率が低下してリッチ空燃比運転の実施が要求された際に当該燃料蒸散ガスを積極的に吸気通路に導入（パージ）するようにして燃焼に寄与させる技術が特開平６−１７３６６０号公報等に開示されている。これにより、燃料蒸散ガスを有効に処理でき且つＮＯｘ放出処理の際の燃費の悪化が改善可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報に開示された技術では、リッチ空燃比運転を実施するときに燃料噴射量は変化させずに燃料蒸散ガスを単純に吸気通路内に導入（パージ）させるのみであり、その燃料蒸散ガスの量については一切把握されていない。つまり、上記公報に開示された技術では、燃料蒸散ガスのパージ時における空燃比を適切な値に管理できないことになる。
【０００７】
従って、当該技術では、例えば、外気温（燃料温度）が低く燃料蒸散ガスの発生量が少ないような場合、即ち燃料蒸散ガスを一時的に貯留しておくキャニスタ内に燃料蒸散ガスが少ない場合には、燃料蒸散ガスをパージしたとしても空燃比を十分にリッチ化できずＮＯｘ放出或いはＳ放出を実施できない虞があり、一方、外気温（燃料温度）が高く燃料蒸散ガスの発生量が極めて多いような場合には、燃料蒸散ガスのパージ量が過剰となり空燃比がオーバリッチ化して失火の原因となる虞があり好ましいことではない。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、リッチ空燃比運転時に、燃料蒸散ガスを有効に燃焼に寄与させながら空燃比を適正に保持でき、燃費の悪化を防止可能な希薄燃焼内燃機関を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、吸蔵型ＮＯx触媒を備えた希薄燃焼内燃機関において、吸蔵型ＮＯx触媒の排ガス浄化能力の悪化が判別されると、蒸散ガス導入手段によって燃料タンク内に発生した燃料蒸散ガスが吸気通路に導入されることになるが、このとき、燃料の温度に応じて燃料蒸散ガスの導入量が判断され、該燃料蒸散ガスの導入量に応じた分だけ燃料噴射量が補正されるとともに、ブローバイガス導入手段によるブローバイガスの導入量に応じた分だけ燃料噴射量が補正されるようにされている。
【００１０】
従って、リッチ空燃比運転時において燃料蒸散ガスとブローバイガスとが有効に使用されるとともに、空燃比が常に適正なリッチ空燃比に保持されるよう燃料噴射量が制御されることになり、燃費の悪化を抑制しながら触媒の再生（ＮＯx放出或いはＳ放出）が確実に実施されることになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
先ず、実施例１について説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る希薄燃焼内燃機関の概略構成図が示されており、以下同図に基づいて本発明に係る希薄燃焼内燃機関の構成を説明する。
【００１２】
内燃機関本体（以下、単にエンジンという）１は、例えば、燃料噴射モード（運転モード）を切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）または圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射モード）を実施可能な筒内噴射型火花点火式直列４気筒ガソリンエンジンとされている。そして、この筒内噴射型のエンジン１は、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能とされており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リーン空燃比での運転が可能とされている。
【００１３】
同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃焼室８内に燃料を直接噴射可能とされている。
燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンク５２が接続されており、該燃料パイプ７には燃料供給装置５０が介装されている。より詳しくは、燃料供給装置５０には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており（共に図示せず）、これにより、燃料タンク５２内の燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室８内に向けて所望の燃圧で噴射可能とされている。この際、燃料噴射量は高圧燃料ポンプの燃料吐出圧と燃料噴射弁６の開弁時間、即ち燃料噴射時間とから決定される。
【００１４】
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド１０の他端にはスロットル弁１１が接続されており、該スロットル弁１１にはスロットル開度θｔｈを検出するスロットルセンサ１１ａが設けられている。
【００１５】
また、上記燃料タンク５２の上部からはパージ管５４が延びており、その先端は吸気マニホールド１０に接続されている。これにより、燃料タンク５２の内部に発生した燃料蒸散ガス（以下、単に蒸散ガスという）が吸気マニホールド１０内の吸気通路に送給可能とされ、当該蒸散ガスをも燃焼に寄与させることが可能とされている。詳しくは、パージ管５４には蒸散ガスを一時的に活性炭層５７に吸着させ貯留するキャニスタ５６が介装されており、さらに、キャニスタ５６と吸気マニホールド１０との間には、パージ管５４内を流れる蒸散ガスの流量を調節する電磁弁（パージソレノイドバルブ）５８が介装されている（蒸散ガス導入手段）。
【００１６】
そして、燃料タンク５２には、内部に延びるようにして燃料温度を計測する燃温センサ（燃料温度検出手段）５３が設けられている。
さらに、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。
【００１７】
図中符号１３は、クランク角を検出するクランク角センサであり、該クランク角センサ１３はエンジン回転速度Ｎｅを検出可能とされている。
なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に公知のものであり、その構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
同図に示すように、排気マニホールド１２には排気管（排気通路）１４が接続されており、この排気管１４にはエンジン１に近接した小型の近接三元触媒２０及び排気浄化触媒装置３０を介してマフラー（図示せず）が接続されている。
【００１８】
また、排気管１４には排気中の酸素濃度を検知することで空燃比を検出可能なＯ_２センサ（空燃比センサ）１５が設けられており、さらに、排気温度を検出する高温センサ１６が設けられている。
排気浄化触媒装置３０は、吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａと三元触媒３０ｂとの２つの触媒を備えて構成されており、三元触媒３０ｂの方が吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａよりも下流側に配設されている。
【００１９】
吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａは、酸化雰囲気においてＮＯｘを一旦吸蔵させ、主としてＣＯの存在する還元雰囲気中においてＮＯｘをＮ_２（窒素）等に還元させる機能を持つものである。詳しくは、吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａは、貴金属として白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ）等を有した触媒として構成されており、吸蔵材としてはバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が採用されている。
【００２０】
また、吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａと三元触媒３０ｂとの間にはＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ３２が設けられている。
さらに、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０が設置されている。
【００２１】
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したスロットルセンサ１１ａ、Ｏ_２センサ１５、高温センサ１６や燃温センサ５３等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述した点火プラグ４が点火コイルを介して接続されるとともに燃料噴射弁６やパージソレノイドバルブ５８等が接続されており、これら燃料噴射弁６、点火コイル、パージソレノイドバルブ５８等には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、点火時期、開弁量等の最適値がそれぞれ出力される。つまり、各種センサ類からの入力値に基づいて燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射されるとともに点火プラグ４によって適正なタイミングで点火が実施され、適正量の蒸散ガスが適正なタイミングで吸気通路に供給される。
【００２２】
詳しくは、ＥＣＵ４０では、常時、スロットルセンサ１１ａからのスロットル開度情報θｔｈとクランク角センサ１３からのエンジン回転速度情報Ｎｅとに基づいてエンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち目標平均有効圧Ｐｅを求めるようにしており、当該目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに基づいて各種制御が行われる。
【００２３】
先ず、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとからは燃料噴射モードが設定される。実際には、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに基づいて予め燃料噴射モード設定マップ（図示せず）が設定されており、燃料噴射モードは当該燃料噴射モード設定マップから読み出される。例えば、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとが共に小さいときには、燃料噴射モードは圧縮行程噴射モードとされ、燃料は圧縮行程で噴射され、一方、目標平均有効圧Ｐｅが大きくなり或いはエンジン回転速度Ｎｅが大きくなると燃料噴射モードは吸気行程噴射モードとされ、燃料は吸気行程で噴射される。
【００２４】
さらに、これら目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて予め目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）がマップ化されており、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとに応じて目標Ａ／Ｆが設定され、該目標Ａ／Ｆに基づいて燃料噴射量等が決定される。即ち、目標Ａ／Ｆに基づいて、エンジン１の運転状態がリーン空燃比運転、リッチ空燃比運転或いはストイキオでの運転のいずれかに切り換えられる。
【００２５】
また、上記高温センサ１６により検出された排気温度情報からは触媒温度Ｔｃａｔが推定される。詳しくは、高温センサ１６と吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａが離れて設置されていることによる誤差を補正するために、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じて予め実験等により温度差マップ（図示せず）が設定されており、故に触媒温度Ｔｃａｔは、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとが決まると一義に推定されるようにされている。
【００２６】
以下、このように構成された本発明に係る希薄燃焼内燃機関の作用について説明する。つまり、排気通路内の空燃比がリッチ空燃比（還元雰囲気）となるよう目標Ａ／Ｆをリッチ空燃比として吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａに吸蔵されたＮＯｘやＳＯｘを除去（ＮＯｘ放出、Ｓ放出）する制御、即ちリッチ空燃比運転制御（触媒再生手段）の制御手順について説明する。
【００２７】
図２を参照すると、リッチ空燃比運転制御ルーチンのフローチャートが示されており、以下当該フローチャートに沿って説明する。
先ず、ステップＳ１０では、リッチ空燃比運転が必要か否かを判別する。つまり、リーン空燃比運転が所定時間以上継続し、吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａに吸蔵されたＮＯｘの量が飽和状態に近くなり触媒の浄化能力が低下しＮＯｘ放出が必要になったか、或いは燃料噴射弁６からの燃料噴射量の積算値が所定値以上となり吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａに吸蔵されたＳＯｘが所定量に達し、即ち触媒がＳ成分により被毒されて浄化能力が低下しＳ放出が必要になったか否かを判別する（判別手段）。
【００２８】
ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）でリッチ空燃比運転が必要でない場合には、何もせずに当該ルーチンを抜ける。
一方、ステップＳ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ＮＯｘ放出或いはＳ放出が必要とされ、吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａの浄化能力を回復（再生）させるためのリッチ空燃比運転が必要と判定された場合には、リッチ空燃比運転を開始する。
【００２９】
ところで、当該筒内噴射型のエンジン１では、上述したように目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに基づき圧縮行程噴射モード及び吸気行程噴射モードのいずれか一方が選択されるが、実際には圧縮行程噴射モードでは空燃比のリッチ化には限界があり、つまり空燃比の下限がリーン空燃比の範囲にある値２４であり、リッチ空燃比運転はできない。故に、リッチ空燃比運転を行う際には、通常は燃料噴射モードは吸気行程噴射モードとされる。
【００３０】
但し、当該筒内噴射型のエンジン１では、燃料噴射を２回に分割し、全体空燃比をリッチ空燃比としながら２回目の噴射（副噴射）を膨張行程で行うような２段噴射によってリッチ空燃比運転を実施することもできる。この際、膨張行程での副噴射量を多く設定した場合には、１回目の噴射（主噴射）による燃料噴射量を少なく設定することになる。故に、当該２段噴射を実施した場合には、当該主噴射の燃料噴射モードを圧縮行程噴射モードとすることも可能である。
【００３１】
ステップＳ１２では、蒸散ガスのパージを行う。つまり、リッチ空燃比運転が要求されたら、先ず、パージソレノイドバルブ５８を開弁し、燃料タンク５２内で発生しキャニスタ５６に貯留された蒸散ガスを吸気通路に供給（パージ）するようにする。
詳しくは、パージソレノイドバルブ５８の開弁量は、上述の目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じてデューティ制御される。つまり、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに基づいてパージソレノイドバルブ５８のデューティ率がマップとして設定されており、該マップからデューティ率が読み出されてデューティ制御が実施される。
【００３２】
例えば、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとが小さい場合には、吸気管負圧が大きいとみなすことができ、この場合にはデューティ率は小さくされ、故にパージソレノイドバルブ５８の開弁量は小さくされ、蒸散ガスが一気に吸気通路に流入しないようにされる。一方、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとが大きい場合には、吸気管負圧は小さいとみなせ、この場合にはデューティ率は大きくされてパージソレノイドバルブ５８の開弁量は大きくされ、蒸散ガスが吸気通路に流入し易くされる。
【００３３】
なお、ここでは目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに基づいて吸気管負圧を推定し、該推定値に基づいてパージソレノイドバルブ５８の開弁量を調節するようにしたが、スロットル開度θｔｈから吸気管負圧を推定してもよい。或いは、吸気マニホールド１０に負圧センサを設けるようにして直接吸気管負圧を求め、当該吸気管負圧情報に基づいて開弁量を調節するようにしてもよい。
【００３４】
このように蒸散ガスのパージをリッチ空燃比運転時に行うようにすると、一般には燃料噴射量を増量して空燃比をリッチ化すると燃費が悪化することになるのであるが、蒸散ガスが当該空燃比のリッチ化に有効に使用され、当該燃費の悪化が好適に防止されることになる。
そして、次のステップＳ１４では、蒸散ガスパージに基づいて燃料噴射量を算出する。つまり、燃料噴射量を蒸散ガスのパージ量を考慮して決定する。ここでは、次式（１）より燃料噴射量に対応する燃料噴射弁６の開弁時間Ｔｉｎｊを算出する。
【００３５】
Ｔｉｎｊ＝ＴＢ・Ｋｓｐｋ・Ｋｐｒｇ・Ｋｅｌｓｅ …（１）
ここに、ＴＢは燃料噴射弁６の基本開弁時間であり、上記目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとに基づき決定された目標Ａ／Ｆに対応する量の燃料を噴射可能な時間を意味している。
Ｋｓｐｋは、蒸散ガスのパージを実施しない状態、即ち通常の燃料噴射のみでリッチ空燃比運転を行う場合に、開弁時間Ｔｉｎｊを所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）に対応した時間にするためのリッチ化補正係数である。なお、この場合、基本開弁時間ＴＢが目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとに応じたものであることから、当該Ｋｓｐｋも目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅに応じてマップより設定される。
【００３６】
Ｋｐｒｇは蒸散ガスのパージ量に応じたパージ補正係数であり、該パージ補正係数Ｋｐｒｇによって燃料噴射弁６の燃料噴射量が補正される。詳しくは、蒸散ガスのパージ量が多ければ、燃料噴射量は少なくて良いと判断でき、この場合にはパージ補正係数Ｋｐｒｇ（０≦Ｋｐｒｇ≦１）は小さな値とされ、開弁時間Ｔｉｎｊは短くされる。一方、蒸散ガスのパージ量が少なければ、燃料噴射量を多くする必要があると判断でき、この場合にはパージ補正係数Ｋｐｒｇは大きな値、つまり値１に近い値とされ、開弁時間Ｔｉｎｊは蒸散ガスのパージが無い場合に近いものとされる。つまり、蒸散ガスのパージ量が多いときには、当該パージ量を見込んで目標Ａ／Ｆを上記所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）よりもリーン空燃比寄りに設定する。
【００３７】
実際には、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じてパージソレノイドバルブ５８の開弁量がデューティ制御され、これにより蒸散ガスのパージ量が決定されることから、パージ補正係数Ｋｐｒｇは、当該開弁量に合わせ、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じてマップより設定される。なお、この場合にも、上記同様、吸気マニホールド１０に負圧センサを設けて直接吸気管負圧を求め、該吸気管負圧情報に基づいてパージ補正係数Ｋｐｒｇを設定するようにしてもよい。
【００３８】
また、燃料タンク５２内での蒸散ガス発生量は燃料温度に関係するので、燃温センサ５３により検出される燃料温度を加味してパージ補正係数Ｋｐｒｇを設定してもよい。つまり、燃料温度が高いときには蒸散ガスがキャニスタ５６に多量に貯留されており、蒸散ガスのパージ量は多いと判断でき、この場合にはパージ補正係数Ｋｐｒｇをより一層小さな値としてもよい。実際には、目標平均有効圧Ｐｅ、エンジン回転速度情報Ｎｅ及び燃料温度に基づいてパージ補正係数Ｋｐｒｇを３次元マップとして設定しておき、該３次元マップよりパージ補正係数Ｋｐｒｇを読み出すようにする。
【００３９】
なお、燃料温度は外気温との相関性が高いことから、燃料温度に代えて外気温や吸気温を加味してパージ補正係数Ｋｐｒｇを設定してもよい。
そして、ステップＳ１６において、このように算出された開弁時間Ｔｉｎｊに基づいて燃料噴射を行う。
ステップＳ１８では、当該リッチ空燃比運転制御が開始されてから所定時間ｔｐが経過したか否かを判別する。そして、判別結果が偽（Ｎｏ）で、未だ所定時間ｔｐが経過していないと判定された場合には、当該リッチ空燃比運転制御を継続する。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、所定時間ｔｐが経過したと判定された場合には、リッチ空燃比運転制御を終了すべく当該ルーチンを抜ける。
【００４０】
以上のように、本発明の希薄燃焼内燃機関では、ＮＯｘ放出やＳ放出のためにリッチ空燃比運転を行う際に燃料タンク５２内で発生しキャニスタ５６に貯蔵された蒸散ガスをパージさせ、これにより蒸散ガスを空燃比のリッチ化に寄与させるようにしており、このとき、さらに、燃料噴射弁６から噴射される燃料噴射量を、蒸散ガス量を考慮し、当該蒸散ガス量分を減量させて設定するようにしている。
【００４１】
従って、本発明の希薄燃焼内燃機関では、キャニスタ５６に貯蔵された蒸散ガスをリッチ空燃比運転時に有効に使用することができるのみならず、空燃比を適正にリッチ空燃比に保持できるとともに、燃料噴射弁６の燃料噴射量を必要な量に抑えるようにして燃費の悪化をも好適に防止することができることとなる。
次に、実施例２について説明する。
【００４２】
当該実施例２は、上記実施例１に対し開弁時間Ｔｉｎｊの算出方法を変更したものであり、故に、ここでは上記実施例１と異なる開弁時間Ｔｉｎｊの算出方法について説明する。
実施例２では、先ず、所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）に対応する開弁時間Ｔｏを次式（２）より求める。
【００４３】
Ｔｏ＝ＴＢ・Ｋｓｐｋ・Ｋｅｌｓｅ …（２）
ここに、ＴＢ、Ｋｓｐｋ、Ｋｅｌｓｅはそれぞれ上述したとおりである。
そして、次式（３）より最終的に開弁時間Ｔｉｎｊを求めるようにする。
Ｔｉｎｊ＝Ｔｏ−Ｋｔ・Ｐ１ …（３）
ここに、Ｋｔは蒸散ガスのパージ量を開弁時間Ｔｉｎｊに変換する変換係数（吸気管負圧とＰ１に対するマップ）であり、Ｐ１は１行程間の蒸散ガスパージ量であって、次式（４）により計算される。
【００４４】
Ｐ１＝Ｐ２・（１行程間におけるパージソレノイドバルブの開弁時間） …（４）ここに、Ｐ２は単位時間当たりの蒸散ガスパージ量である。詳しくは、当該Ｐ２は、キャニスタ５６に吸着した蒸散ガスの吸着量Ｐ３とスロットル開度θｔｈに基づいて予め設定されマップ化されており、該マップから読み取られる。なお、吸気マニホールド１０に負圧センサを設けた場合には、スロットル開度θｔｈに代えて吸気管負圧情報と蒸散ガスの吸着量Ｐ３とに基づいてＰ２を求めることもできる。
【００４５】
蒸散ガスの吸着量Ｐ３は次式（５）から算出される。
Ｐ３＝Ｐ４−Ｐ１（ｎ−１）＋Ｐ３（ｎ−１） …（５）
ここに、Ｐ４はキャニスタ５６に流入する蒸散ガス量であり、つまり、蒸散ガスの吸着量Ｐ３はキャニスタ５６に流入する蒸散ガス量Ｐ４とキャニスタ５６から流出する蒸散ガス量Ｐ１との差及び前回の蒸散ガスの吸着量Ｐ３（ｎ−１）（前行程でパージされなかった残りの蒸散ガス）の和として容易に求められる。
【００４６】
そして、キャニスタ５６に流入する蒸散ガス量Ｐ４は、次式（６）により計算される。
Ｐ４＝Ｐ５・（燃料タンクの空間容積）・（１行程間の時間） …（６）
ここに、Ｐ５は単位容積、単位時間当たりの燃料タンク５２内で発生する蒸散ガスの発生量を示している。当該単位容積、単位時間当たりの蒸散ガスの発生量Ｐ５は、燃料温度との相関性が高く、故に燃料温度に基づいて予め設定されマップ化されており、該マップより読み出される。なお、上述したように、燃料温度は外気温や吸気温に置き換えてもよい。また、燃料タンクの空間容積は、燃料タンク容積と燃料残量の差として求められる。
【００４７】
つまり、当該実施例２によれば、燃焼に寄与する蒸散ガス量、即ち蒸散ガスパージ量Ｐ１がより正確に求められることになる。従って、当該実施例２の場合、燃料噴射弁６の燃料噴射量をより一層適正な量に抑えるようにでき、空燃比をより適正なものに保持しながら燃費の悪化をさらに好適に防止することができることとなる。
【００４８】
次に、実施例３について説明する。
上記実施例１及び実施例２では、制御をオープンループ制御としたが、当該実施例３では、空燃比フィードバック制御を実施した場合について説明する。
即ち、実施例３では、図３に示すように、上記図２中のステップＳ１４の代わりに、燃料噴射量Ａ／Ｆ−Ｆ／Ｂ制御、即ち空燃比フィードバック制御（ステップＳ１４’）を実施するようにする。以下、当該燃料噴射量Ａ／Ｆ−Ｆ／Ｂ制御について説明する。
【００４９】
蒸散ガスのパージが開始されると（ステップＳ１２）、パージソレノイドバルブ５８が開弁し、キャニスタ５６に貯留された蒸散ガスが吸気通路に供給（パージ）されることになる。
そして、この際、燃料噴射弁６から噴射すべき燃料噴射量、即ち開弁時間Ｔｉｎｊが、Ｏ_２センサ１５からの空燃比情報に基づいて次式（７）より算出され、これによりＡ／Ｆ−Ｆ／Ｂ制御（ＰＩ制御）が実施される。
【００５０】
Ｔｉｎｊ＝ＴＢ・Ｋｆｂｓｐｋ・Ｋｅｌｓｅ …（７）
ここに、ＴＢ、Ｋｅｌｓｅはそれぞれ上述したとおりであり、ＫｆｂｓｐｋがＦ／Ｂ補正係数を示している。
通常、Ｏ_２センサ１５を用いて空燃比フィードバック制御を行う場合には、Ｏ_２センサ１５の特性から目標Ａ／Ｆは理論空燃比（ストイキオ）とされるのであるが、ここでは、目標Ａ／Ｆがリッチ空燃比となるように制御を行う。
【００５１】
具体的には、当該Ａ／Ｆ−Ｆ／Ｂ制御のうちの積分補正制御において、リッチ空燃比側積分ゲインがリーン空燃比側積分ゲインよりも大きくなるように積分ゲインを設定するようにし、これに基づいてＦ／Ｂ補正係数Ｋｆｂｓｐｋを求めるようにする。この際、積分補正上限値（リッチ空燃比側）の絶対値は下限値（リーン空燃比側）の絶対値よりも大きくなるように設定される。
【００５２】
これにより、蒸散ガスがパージされた後、基本開弁時間ＴＢがＯ_２センサ１５からの空燃比情報に基づいて空燃比フィードバック制御されて適正な開弁時間とされ、燃料噴射弁６から噴射される燃料噴射量が蒸散ガスのパージ量を考慮した適切な量に維持される。
なお、ここでは、積分補正制御においてリッチ空燃比側積分ゲインをリーン空燃比側積分ゲインよりも大きくなるように積分ゲインを設定するようにしたが、Ａ／Ｆ−Ｆ／Ｂ制御のうちの比例補正制御において比例ゲインをリッチ空燃比側とリーン空燃比側で別設定するようにしてもよい。
【００５３】
また、上式（７）に上述したパージ補正係数Ｋｐｒｇを乗算して次式（８）のようにしてもよい。
Ｔｉｎｊ＝ＴＢ・Ｋｐｒｇ・Ｋｆｂｓｐｋ・Ｋｅｌｓｅ …（８）
このようにすれば、パージ開始時点より蒸散ガスのパージ量が見込まれて燃料噴射量が設定されることになり、燃料噴射量が早期にリッチ空燃比に対応した値に収束し、空燃比フィードバック制御が速やかに安定することになる。
【００５４】
次に、実施例４について説明する。
当該実施例４では、Ｏ_２センサ１５はリニア空燃比センサとされている。リニア空燃比センサは、上記実施例３で用いた通常のＯ_２センサと異なり、任意の目標Ａ／Ｆに向けてフィードバック制御可能に構成された空燃比センサである。
従って、当該実施例４の場合には、目標Ａ／Ｆが所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）となるように制御することが可能とされている。故に、ここでは次式（９）より開弁時間Ｔｉｎｊを求めるようにする。
【００５５】
Ｔｉｎｊ＝ＴＢ・Ｋｓｐｋ・Ｋｆｂｓｐｋ・Ｋｅｌｓｅ …（９）
ここに、ＴＢ、Ｋｓｐｋ、Ｋｆｂｓｐｋ、Ｋｅｌｓｅは、それぞれ上述したとおりである。つまり、当該実施例４では、開弁時間Ｔｉｎｊをリッチ化補正係数Ｋｓｐｋによって所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）に対応した時間に設定した後、空燃比が所定のリッチ空燃比に保持されるようＦ／Ｂ補正係数Ｋｆｂｓｐｋによって補正する。
【００５６】
これにより、蒸散ガスがパージされた後、基本開弁時間ＴＢがリニア空燃比センサからの空燃比情報に基づいて所定のリッチ空燃比（例えば、値１２）に対応した値となるよう空燃比フィードバック制御（ＰＩＤ制御）されて適正な開弁時間とされる。故に、空燃比が常に適切な値となるよう燃料噴射が行われ、ＮＯｘ放出或いはＳ放出が確実に行われることになる。
【００５７】
また、上式（９）に上述したパージ補正係数Ｋｐｒｇを乗算して次式（１０）のようにしてもよい。
Ｔｉｎｊ＝ＴＢ・Ｋｐｒｇ・Ｋｓｐｋ・Ｋｆｂｓｐｋ・Ｋｅｌｓｅ …（１０）
このようにすれば、上記実施例３の場合と同様、パージ開始時点より蒸散ガスのパージ量が見込まれて燃料噴射量が設定されることになり、燃料噴射量が早期に所定のリッチ空燃比に応じた値に収束し、空燃比フィードバック制御が速やかに安定することになる。
【００５８】
次に、実施例５について説明する。
上記実施例３及び実施例４では、燃料噴射量についてＡ／Ｆ−Ｆ／Ｂ制御を実施するようにしたが、当該実施例５では、蒸散ガスパージ量についても併せてＡ／Ｆ−Ｆ／Ｂ制御を実施するようにする。
つまり、当該実施例５では、図４に示すように、上記図３中のステップＳ１４’に加えて蒸散ガスパージ量Ａ／Ｆ−Ｆ／Ｂ制御（ステップＳ１５）を実施するようにする。
【００５９】
詳しくは、ステップＳ１５では、Ｏ_２センサ１５からの空燃比情報に基づいてパージソレノイドバルブ５８の開弁量を燃料噴射量の場合と同様にフィードバック制御（ＰＩ，ＰＩＤ制御）するようにする。
これにより、ステップＳ１４’での燃料噴射弁６の燃料噴射量とともに蒸散ガスのパージ量が併せて調節されることになり、これにより、エンジン１の運転状況等に応じてさらにきめ細かな制御が可能とされる。
【００６０】
ところで、上記各実施例では、吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａのＮＯｘ放出或いはＳ放出に合わせて蒸散ガスのパージを実施するようにしたが、通常の加速走行時においてもリッチ空燃比運転は実施されるものであるため、当該加速走行によりリッチ空燃比運転が実施されたときに合わせて本発明を適用することも可能である。また、上記各実施例では、吸気マニホールド１０内の吸気通路に蒸散ガスを導入するようにしているが、リッチ空燃比運転が吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａのＮＯｘ放出或いはＳ放出を目的としたものである場合にあっては、蒸散ガスを吸蔵型ＮＯｘ触媒３０ａの上流の排気管１４内に導入するようにしてもよい。
【００６１】
また、上記各実施例では、蒸散ガスのパージのみについて説明したが、ブローバイガスも蒸散ガスと同様の役割を果たすことから、本発明にブローバイガスを併用して構成することも可能である（ブローバイガス導入手段）。つまり、燃料噴射量を蒸散ガスとブローバイガスの導入量に基づいて補正し排気通路の空燃比をリッチ空燃比にするようにしてもよく（触媒再生手段）、これにより、さらに触媒再生時の燃費悪化を抑制することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の希薄燃焼内燃機関によれば、触媒再生を行う際のリッチ空燃比運転時において、燃料蒸散ガスとブローバイガスとを有効に使用できるとともに、空燃比を常に適正なリッチ空燃比に保持するように図りながら噴射弁からの燃料噴射量を制御することが可能となり、触媒の再生を燃費の悪化を抑えながら確実に実施することができる。
以上
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る希薄燃焼内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施例１及び実施例２に係る希薄燃焼内燃機関の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例３及び実施例４に係る希薄燃焼内燃機関の制御ルーチンを示すフローチャートのうち上記図２と異なる部分を示す図である。
【図４】本発明の実施例５に係る希薄燃焼内燃機関の制御ルーチンを示すフローチャートのうち上記図２と異なる部分を示す図である。
【符号の説明】
１エンジン
４点火プラグ
６燃料噴射弁
１１スロットル弁
１１ａスロットルセンサ
１３クランク角センサ
３０ａ吸蔵型ＮＯｘ触媒
４０電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
５２燃料タンク
５３燃温センサ
５４パージ管
５６キャニスタ
５８パージソレノイドバルブ

Claims

吸気通路または燃焼室内に燃料を噴射する噴射弁と、
燃料タンク内で発生した燃料蒸散ガスを前記吸気通路に導入する蒸散ガス導入手段と、
前記燃料タンク内の燃料の温度を検出する燃料温度検出手段と、
ブローバイガスを前記吸気通路に導入するブローバイガス導入手段と、
排気通路に設けられ、酸化雰囲気で排ガス中のＮＯxを吸蔵する一方、還元雰囲気で前記吸蔵されたＮＯxを還元放出する吸蔵型ＮＯx触媒と、
前記吸蔵型ＮＯx触媒の排ガス浄化能力の悪化を判別する判別手段と、
前記判別手段により前記吸蔵型ＮＯx触媒の排ガス浄化能力の悪化が判別されると、前記蒸散ガス導入手段により前記燃料蒸散ガスの導入を行うとともに該燃料蒸散ガスの導入量に応じて前記噴射弁の燃料噴射量を補正し前記排気通路内の空燃比をリッチ空燃比とする触媒再生手段とを備え、
前記触媒再生手段は、前記燃料温度検出手段により検出される燃料の温度に応じた前記燃料蒸散ガスの導入量及び前記ブローバイガス導入手段による前記ブローバイガスの導入量に基づいて前記噴射弁の燃料噴射量を補正することを特徴とする希薄燃焼内燃機関。