本發(fā)明涉及內(nèi)燃機的控制裝置，詳細而言，涉及在排氣通路具備選擇還原型催化劑而且在其上游具備NOx吸藏還原型催化劑的內(nèi)燃機的控制裝置。

背景技術(shù)：

作為能夠凈化排氣所含的NOx的催化劑，已知選擇還原型催化劑(以下也稱作SCR)。SCR具有吸附氨(NH₃)的功能，能夠通過NH₃而選擇性還原排氣中的NOx。

在下述的專利文獻1中，公開了在SCR的上游配置NOx吸藏還原型催化劑(以下，也稱作NSR)的結(jié)構(gòu)。NSR在稀氣氛下吸藏排氣中的NOx，在從上游被供給了HC和/或CO等還原劑時，使所吸藏的NOx釋放并與還原劑反應(yīng)，將NOx還原成NH₃和N₂。因而，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠使SCR吸附NSR中的NOx還原時所生成的NH₃。并且，通過利用該NH₃，能夠由SCR選擇性地還原已通過NSR的NOx和/或從NSR滲出的NOx。即，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，無需為了使SCR吸附NH₃而設(shè)置尿素添加單元那樣的特別的單元。

另外，在專利文獻1中，公開了在從使缸內(nèi)空燃比為理論空燃比而運轉(zhuǎn)的化學(xué)計量運轉(zhuǎn)向使缸內(nèi)空燃比為與理論空燃比相比燃料稀的空燃比而運轉(zhuǎn)的稀運轉(zhuǎn)切換時，執(zhí)行使流入NSR的排氣的空燃比短期間濃化的所謂的燃料過量供給。SCR所吸附的NH₃的量在化學(xué)計量運轉(zhuǎn)期間減少，但如上所述那樣執(zhí)行燃料過量供給而向NSR供給還原劑，使NSR生成NH₃，由此能夠恢復(fù)SCR的NH₃吸附量。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2014-001682號公報

專利文獻2：日本特開2014-101836號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

在化學(xué)計量運轉(zhuǎn)期間SCR的NH₃吸附量減少是由于在高溫環(huán)境下NH₃發(fā)生氧化而引起的。已知：對于SCR的溫度而言存在適當(dāng)范圍，若SCR的溫度成為適當(dāng)范圍的上限溫度(大約470℃)以上，則NH₃的氧化發(fā)展。稀運轉(zhuǎn)期間的排氣溫度比化學(xué)計量運轉(zhuǎn)期間的排氣溫度低，所以在化學(xué)計量運轉(zhuǎn)期間上升了的SCR的溫度會因切換為稀運轉(zhuǎn)而降低。

但是，在SCR成為了超過上限溫度的高溫的情況下，在切換后的一段期間，在SCR中繼續(xù)發(fā)生NH₃的氧化。在該情況下，通過執(zhí)行燃料過量供給而生成的NH₃中會有一些NH₃在被吸附到SCR之前而發(fā)生氧化，吸附到SCR的NH₃也會逐漸被氧化。其結(jié)果，在燃料過量供給的執(zhí)行后也無法充分恢復(fù)NH₃的吸附量，會招致SCR的NOx凈化性能的降低。

本發(fā)明是鑒于上述問題而作出的，其目的在于，提供一種內(nèi)燃機的控制裝置，能夠抑制因在上游的NSR生成的NH₃在高溫環(huán)境下氧化而導(dǎo)致SCR的NOx凈化性能降低。

用于解決問題的手段

本發(fā)明的內(nèi)燃機的控制裝置是控制如下內(nèi)燃機的控制裝置，所述內(nèi)燃機具備配置于排氣通路的選擇還原型催化劑、配置于排氣通路的比選擇還原型催化劑靠上游的位置的NOx吸藏還原型催化劑、以及使EGR氣體從排氣通路向進氣通路再循環(huán)的EGR裝置。在本發(fā)明中，NOx吸藏還原型催化劑也包含使三元催化劑具有NOx吸藏功能的物質(zhì)。

由本控制裝置選擇的內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)模式至少包括稀模式和化學(xué)計量模式。稀模式是將缸內(nèi)空燃比控制成與理論空燃比相比燃料稀的空燃比而運轉(zhuǎn)的運轉(zhuǎn)模式?；瘜W(xué)計量模式是將缸內(nèi)空燃比控制成理論空燃比而運轉(zhuǎn)的 運轉(zhuǎn)模式?？梢允惯x擇稀模式的運轉(zhuǎn)區(qū)域與選擇化學(xué)計量模式的運轉(zhuǎn)區(qū)域不同。在該情況下，優(yōu)選在與選擇稀模式的運轉(zhuǎn)區(qū)域相比轉(zhuǎn)矩高的運轉(zhuǎn)區(qū)域、更詳細而言超過稀模式下的上限轉(zhuǎn)矩的運轉(zhuǎn)區(qū)域，選擇化學(xué)計量模式。

本控制裝置具備第1控制單元。第1控制單元構(gòu)成為，在運轉(zhuǎn)模式從化學(xué)計量模式向稀模式切換的期間，執(zhí)行供給相對于理論空燃比過剩的燃料的燃料過量供給。燃料過量供給的具體方法不限定。例如，可以使對轉(zhuǎn)矩有貢獻的燃料噴射的燃料噴射量相對于理論空燃比過剩，也可以通過另外于對轉(zhuǎn)矩有貢獻的燃料噴射地進行對轉(zhuǎn)矩沒有貢獻的后噴射，來使總?cè)剂蠂娚淞肯鄬τ诶碚摽杖急冗^剩。通過執(zhí)行燃料過量供給，從而排氣中會包含大量的還原劑。該還原劑被供給到NOx吸藏還原型催化劑，從而NOx吸藏還原型催化劑所吸藏的NOx與還原劑發(fā)生反應(yīng)而生成NH₃。

本控制裝置還具備第2控制單元。第2控制單元構(gòu)成為，在從化學(xué)計量模式切換時的選擇還原型催化劑的溫度為上限溫度以上的情況下，在燃料過量供給的執(zhí)行后，在執(zhí)行預(yù)定的過渡控制后向稀模式切換。從化學(xué)計量模式切換時是指燃料過量供給的執(zhí)行中、或者正好在燃料過量供給結(jié)束的時刻。上限溫度優(yōu)選設(shè)定為產(chǎn)生NH₃的氧化的溫度或其附近的溫度。在過渡控制中，使EGR氣體占進氣的比例即EGR率比稀模式的EGR率高，并使缸內(nèi)空燃比為與理論空燃比相比燃料稀且與稀模式的空燃比相比燃料濃的空燃比。在此，稀模式的EGR率是指在內(nèi)燃機正在以稀模式運轉(zhuǎn)的情況下設(shè)定的EGR率，且是內(nèi)燃機處于穩(wěn)定狀態(tài)時設(shè)定的EGR率。設(shè)定EGR率也包括零。稀模式的空燃比是指在內(nèi)燃機正在以稀模式運轉(zhuǎn)的情況下設(shè)定的空燃比，且是在內(nèi)燃機處于穩(wěn)定狀態(tài)時設(shè)定的空燃比。另外，穩(wěn)定狀態(tài)是指內(nèi)燃機的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)矩成為了恒定的狀態(tài)。

根據(jù)如上述那樣構(gòu)成的本控制裝置，在選擇還原型催化劑的溫度成為上限溫度以上而有可能產(chǎn)生NH₃的氧化的狀況下，使EGR率比稀模式的設(shè)定EGR率高，由此降低排氣中的氧濃度，抑制高溫環(huán)境下的NH₃的氧化。由此，能夠充分恢復(fù)選擇還原型催化劑的NH₃的吸附量，另外能夠抑制向稀模式切換后的SCR的NOx凈化性能降低。另外，同時，使缸內(nèi)空 燃比與稀模式的設(shè)定空燃比相比燃料濃，由此能夠抑制由EGR率的上升引起的燃燒的不穩(wěn)定化。

第2控制單元可以構(gòu)成為，執(zhí)行上述的過渡控制，直到選擇還原型催化劑的溫度比上限溫度低。使缸內(nèi)空燃比與稀模式的設(shè)定空燃比相比燃料濃的期間越長，則燃料經(jīng)濟性性能越降低，另一方面，產(chǎn)生NH₃的氧化是在選擇還原型催化劑處于高溫時，所以若選擇還原型催化劑的溫度已降低，則無需提高EGR率來降低氧濃度。因此，若如上述那樣調(diào)整過渡控制的執(zhí)行期間，則能夠不會徒勞降低燃料經(jīng)濟性性能地抑制由NH₃的氧化引起的SCR的NOx凈化性能降低。

第2控制單元可以構(gòu)成為，在執(zhí)行上述的過渡控制的情況下，操作EGR裝置以使EGR率成為最大。此處所謂的最大EGR率是指在使EGR裝置的操作量向增加EGR氣體的流量的一側(cè)成為最大時所得到的EGR率。通過使EGR率為最大，能夠使排氣中的氧濃度為最小而更有效地抑制NH₃的氧化。

可以是，在化學(xué)計量模式下，以比稀模式的設(shè)定EGR率高的EGR率進行EGR氣體的再循環(huán)。這是為了抑制NOx的生成。在該情況下，第2控制單元可以構(gòu)成為，在上述的過渡控制中，將EGR率維持為化學(xué)計量模式的設(shè)定EGR率。優(yōu)選，若化學(xué)計量模式的設(shè)定EGR率為最大EGR率，則在過渡控制中對EGR裝置進行操作以使EGR率也成為最大。

稀模式可以包括不進行EGR氣體的再循環(huán)的第1稀模式和進行EGR氣體的再循環(huán)的第2稀模式。在與選擇第1稀模式的運轉(zhuǎn)區(qū)域相比轉(zhuǎn)矩高的運轉(zhuǎn)區(qū)域選擇第2稀模式。這是因為，高轉(zhuǎn)矩區(qū)域容易發(fā)生爆震，進行EGR氣體的再循環(huán)具有抑制爆震的效果。另一方面，第1稀模式下的稀運轉(zhuǎn)、即不進行EGR氣體的再循環(huán)而僅以新氣進行稀運轉(zhuǎn)，具有與導(dǎo)入EGR氣體的情況相比能夠提高燃料經(jīng)濟性性能的效果。在該情況下，第2控制單元可以構(gòu)成為，在從化學(xué)計量模式向第1稀模式切換時和在從化學(xué)計量模式向第2稀模式切換時這兩方執(zhí)行上述的過渡控制，在過渡控制中，使EGR率比第2稀模式的設(shè)定EGR率高。

發(fā)明的效果

如以上所述，根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機的控制裝置，在從化學(xué)計量模式向稀模式切換時的選擇還原型催化劑的溫度為上限溫度以上的情況下，在燃料過量供給的執(zhí)行后，使EGR率比稀模式的設(shè)定EGR率高，所以能夠抑制因燃料過量供給而生成的NH₃在高溫環(huán)境下氧化，抑制SCR的NOx凈化性能的降低。另外，在燃料過量供給的執(zhí)行后，使缸內(nèi)空燃比與稀模式的設(shè)定空燃比相比燃料濃，所以抑制由EGR率的上升引起的燃燒的不穩(wěn)定化。根據(jù)這些效果，若采用本發(fā)明的內(nèi)燃機的控制裝置，則能夠防止在從化學(xué)計量模式向稀模式切換時排氣性能發(fā)生惡化。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實施方式的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。

圖2是表示運轉(zhuǎn)區(qū)域與運轉(zhuǎn)模式的關(guān)系的圖。

圖3是表示與運轉(zhuǎn)模式的切換相關(guān)的發(fā)動機控制的流程的流程圖。

圖4是表示減速時的目標(biāo)工作點的移動的一例的圖。

圖5是表示在目標(biāo)工作點如圖4所示那樣移動了的情況下，SCR溫度落入了窗口內(nèi)時的系統(tǒng)的工作的時間圖。

圖6是表示在目標(biāo)工作點如圖4所示那樣移動了的情況下，SCR溫度超過了窗口上限時的系統(tǒng)的工作的時間圖。

圖7是表示減速時的目標(biāo)工作點的移動的另一例的圖。

圖8是表示在目標(biāo)工作點如圖7所示那樣移動了的情況下，SCR溫度落入了窗口內(nèi)時的系統(tǒng)的工作的時間圖。

圖9是表示在目標(biāo)工作點如圖7所示那樣移動了的情況下，SCR溫度超過了窗口上限時的系統(tǒng)的工作的時間圖。

附圖標(biāo)記說明

2 發(fā)動機

5 燃燒室

6 進氣口

20 進氣口噴射閥

22 缸內(nèi)噴射閥

30 進氣通路

32 排氣通路

50 控制裝置

60 排氣凈化裝置

62 起始催化劑(SC)

64 NOx吸藏還原型催化劑(NSR)

66 選擇還原型催化劑(SCR)

80 EGR裝置

82 EGR通路

84 EGR冷卻器

86 EGR閥

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。不過，以下所示的實施方式中，在言及各要素的個數(shù)、數(shù)量、量、范圍等數(shù)目的情況下，除了特別明示的情況、原理上可明顯特定于該數(shù)目的情況以外，所言及的數(shù)目并不對本發(fā)明構(gòu)成限定。另外，以下所示的實施方式中所說明的構(gòu)造、步驟等，除了特別明示的情況、明顯原理上特定于此的情況以外，并不一定限于本發(fā)明。

1.實施方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1是表示本發(fā)明的實施方式的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。本實施方式的系統(tǒng)具備作為動力裝置搭載于汽車的內(nèi)燃機(以下，僅稱作發(fā)動機)2。發(fā)動機2的汽缸數(shù)和汽缸配置不特別限定。

發(fā)動機2具備配置有活塞12的汽缸體4和汽缸蓋3。由汽缸蓋3和活塞12夾持的空間成為燃燒室5。發(fā)動機2是火花點火式發(fā)動機，在汽缸蓋3，以向燃燒室5的頂部突出的方式安裝有點火裝置的火花塞18。

形成于汽缸蓋3的進氣口6和排氣口8分別向燃燒室5開口。燃燒室5與進氣口6的連通狀態(tài)由設(shè)置于汽缸蓋3的進氣門14控制。燃燒室5與排氣口8的連通狀態(tài)由設(shè)置于汽缸蓋3的排氣門16控制。對于進氣門14和排氣門16，分別設(shè)置有使氣門正時和作用角可變的可變氣門裝置24、26。

另外，在汽缸蓋3安裝有缸內(nèi)噴射閥22和進氣口噴射閥20，所述缸內(nèi)噴射閥22將燃料直接噴射到燃燒室5中，所述進氣口噴射閥20將燃料噴射到進氣口6。缸內(nèi)噴射閥22以從燃燒室5的進氣側(cè)朝向燃燒室5的中央噴射燃料的方式配置于進氣口6的下方。

在汽缸蓋3的進氣口6連接有進氣歧管10。進氣歧管10具備穩(wěn)壓箱19。在穩(wěn)壓箱19連接有對從空氣濾清器31取入的空氣進行引導(dǎo)的進氣通路30。在進氣通路30設(shè)置有電子控制式的節(jié)氣門40。另一方面，在汽缸蓋3的排氣口8連接有排氣歧管11。在排氣歧管11連接有將排氣向外部排出的排氣通路32。在排氣通路32配置有排氣凈化裝置60。

發(fā)動機2具有渦輪增壓器28。渦輪增壓器28的壓縮機28a設(shè)置于進氣通路30的比節(jié)氣門40靠上游的位置。在壓縮機28a與節(jié)氣門40之間，設(shè)置有對由壓縮機28a壓縮后的吸入空氣進行冷卻的中間冷卻器36。渦輪增壓器28的透平機28b設(shè)置于排氣通路32的比排氣凈化裝置60靠上游的位置。在排氣通路32設(shè)置有繞過透平機28b的旁通通路44。在旁通通路44設(shè)置有電子控制式的廢氣旁通閥46。

發(fā)動機2具備使排氣的一部分從排氣通路32向進氣通路30再循環(huán)的EGR裝置80。EGR裝置80是具備EGR通路82的LPL-EGR裝置(低壓EGR裝置)，所述EGR通路82在比排氣凈化裝置60靠下游的位置從排氣通路32分支，且在比壓縮機28a靠上游的位置與進氣通路30連接。在EGR通路82，在EGR氣體的流動的上游側(cè)配置有EGR冷卻器84，在下游側(cè)配置有EGR閥86。

排氣凈化裝置60由作為三元催化劑的起始催化劑(start catalyst)(以下，稱作SC)62、NOx吸藏還原型催化劑(以下，稱作NSR)64、以及選擇還原型催化劑(以下，稱作SCR)66構(gòu)成。從排氣通路32中的上游 側(cè)起，依次配置SC62、NSR64、以及SCR66。

SC62，在氧濃度高的稀氣氛下，一邊吸附排氣中的氧一邊將排氣中的NOx還原成N₂，在氧濃度低的濃氣氛下，一邊釋放氧一邊將排氣中的HC和CO氧化而使之變成H₂O和CO₂。

NSR64在氧濃度高的稀氣氛下，以硝酸鹽的形態(tài)吸藏排氣中的NOx。并且，在通過燃料過量供給(rich spike)而供給了成為還原劑的HC、CO、H₂等時，NSR64釋放所吸藏的NOx，使還原劑與NOx反應(yīng)而將NOx還原成NH₃和N₂。

SCR66吸附因燃料過量供給而在NSR64中生成的NH₃。并且，使所吸附的NH₃與排氣中的NOx反應(yīng)而將NOx還原成N₂。此外，在通過燃料過量供給而供給了還原劑時，排氣中的NOx與還原劑的反應(yīng)也在SC62處發(fā)生，從NOx生成NH₃。因此，吸附于SCR66的NH₃中除了在NSR64處生成的NH₃以外，也包含在SC62處生成的NH₃。

本實施方式的系統(tǒng)在各個地方具備用于得到與發(fā)動機2的運轉(zhuǎn)狀態(tài)相關(guān)的信息的傳感器。在進氣通路30中的比空氣濾清器31靠下游且與該空氣濾清器31緊鄰的位置，設(shè)置有用于計測吸入新氣量的空氣流量計34。在排氣通路32中的比SC62靠上游且與該SC62緊鄰的位置，設(shè)置有極限電流式的空燃比傳感器70。在NSR64安裝有用于計測其溫度(詳細而言床溫(bed temperature))的溫度傳感器74。另外，在SCR66安裝有用于計測其溫度(詳細而言床溫)的溫度傳感器76。而且，本實施方式的系統(tǒng)具有用于計測加速器踏板的踩踏量(加速器開度)的加速器位置傳感器52和用于計測發(fā)動機2的曲軸角度的曲軸角傳感器54。除了上述傳感器以外，在發(fā)動機2或者車輛還安裝有燃燒壓力傳感器、進氣壓力傳感器、增壓壓力傳感器、以及NO_x傳感器等(均省略圖示)各種傳感器。

上述的各種傳感器和致動器與控制裝置50電連接?？刂蒲b置50是至少具有輸入輸出接口、ROM、RAM、CPU的ECU(Electronic Control Unit：電子控制單元)。輸入輸出接口從安裝于發(fā)動機2和車輛的各種傳感器取入傳感器信號，并且對發(fā)動機2所具備的致動器輸出操作信號。致動器包括 進氣口噴射閥20、缸內(nèi)噴射閥22、包含火花塞18的點火裝置、節(jié)氣門40、廢氣旁通閥46、EGR閥86、以及可變氣門裝置24、26等。ROM存儲有包含用于控制發(fā)動機2的各種控制程序和/或映射的各種控制數(shù)據(jù)。CPU從ROM讀出控制程序并執(zhí)行該控制程序，基于取入的傳感器信號生成操作信號。

2.發(fā)動機的運轉(zhuǎn)模式

通過控制裝置50選擇的發(fā)動機2的運轉(zhuǎn)模式，大體上包括進行化學(xué)計量運轉(zhuǎn)的化學(xué)計量模式、和進行稀運轉(zhuǎn)的稀模式?；瘜W(xué)計量運轉(zhuǎn)是將缸內(nèi)空燃比控制成理論空燃比而進行的運轉(zhuǎn)，稀運轉(zhuǎn)是將缸內(nèi)空燃比控制成與理論空燃比相比燃料稀的空燃比而進行的運轉(zhuǎn)。在本實施方式中，稀模式進一步分為不進行EGR氣體的再循環(huán)而僅用新氣進行稀運轉(zhuǎn)的第1稀模式、以及進行EGR氣體的再循環(huán)的第2稀模式。另外，在本實施方式中，在化學(xué)計量模式下也進行EGR氣體的再循環(huán)。以下，將化學(xué)計量模式稱作化學(xué)計量EGR模式，將第1稀模式稱作空氣稀模式，將第2稀模式稱作稀EGR模式。

圖2是表示由控制裝置50選擇的發(fā)動機2的運轉(zhuǎn)模式與轉(zhuǎn)矩以及發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度的對應(yīng)關(guān)系的圖。在圖2中，以粗實線表示的折線是發(fā)動機2能夠運轉(zhuǎn)的區(qū)域與不能運轉(zhuǎn)的區(qū)域之間的分界線，表示各旋轉(zhuǎn)速度下的最大轉(zhuǎn)矩。比該分界線靠低轉(zhuǎn)矩側(cè)的區(qū)域是發(fā)動機2能夠運轉(zhuǎn)的區(qū)域。

在圖2中以細實線表示的折線是進行化學(xué)計量運轉(zhuǎn)的區(qū)域與進行稀運轉(zhuǎn)的區(qū)域之間的分界線，表示在各旋轉(zhuǎn)速度下通過稀運轉(zhuǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大轉(zhuǎn)矩。比該分界線靠高轉(zhuǎn)矩側(cè)的區(qū)域是發(fā)動機2能夠運轉(zhuǎn)的區(qū)域中進行化學(xué)計量運轉(zhuǎn)的區(qū)域、即選擇化學(xué)計量EGR模式的區(qū)域(以下，也稱作化學(xué)計量EGR區(qū)域)。另一方面，比分界線靠低轉(zhuǎn)矩側(cè)的區(qū)域是進行稀運轉(zhuǎn)的區(qū)域(以下，也稱作稀區(qū)域)，即選擇空氣稀模式或稀EGR模式的區(qū)域。

在圖2中由虛線所示的直線是在僅用新氣進行稀運轉(zhuǎn)的情況下爆震落入容許范圍的區(qū)域和不落入容許范圍之間的分界線。比該分界線靠高轉(zhuǎn)矩側(cè)的區(qū)域是進行稀運轉(zhuǎn)的區(qū)域中進行EGR氣體的再循環(huán)的區(qū)域，即選擇 稀EGR模式的區(qū)域(以下，也稱作稀EGR區(qū)域)。另一方面，比分界線靠低轉(zhuǎn)矩側(cè)的區(qū)域是僅以新氣進行稀運轉(zhuǎn)的區(qū)域，即選擇空氣稀模式的區(qū)域(以下，也稱作空氣稀區(qū)域)。

在化學(xué)計量EGR模式下的運轉(zhuǎn)中，對燃料噴射量進行反饋控制，以使得空燃比傳感器70的輸出值成為與理論空燃比對應(yīng)的基準(zhǔn)值。關(guān)于化學(xué)計量EGR模式下的燃料噴射，根據(jù)發(fā)動機2的工作點選擇并用進氣口噴射閥20和缸內(nèi)噴射閥22進行的燃料噴射、以及僅用缸內(nèi)噴射閥22進行的燃料噴射中的任一方。例如，在由于增壓而產(chǎn)生掃氣的區(qū)域，通過缸內(nèi)噴射閥22在進氣行程或壓縮行程的燃料噴射來進行化學(xué)計量運轉(zhuǎn)。在化學(xué)計量EGR模式下，為了盡可能使大量的EGR氣體再循環(huán)而盡量抑制產(chǎn)生NOx，將作為EGR裝置80的操作量的EGR閥86的開度控制成最大開度，以使EGR率成為最大。

在空氣稀模式下的運轉(zhuǎn)中，將缸內(nèi)空燃比設(shè)定成燃料稀到接近不發(fā)火界限的強稀空燃比(例如26左右的值)。另外，在空氣稀模式下，EGR率被設(shè)定成零從而EGR閥86被設(shè)為完全關(guān)閉。關(guān)于空氣稀模式下的燃料噴射，根據(jù)發(fā)動機2的工作點選擇僅用進氣口噴射閥20進行的燃料噴射、以及并用進氣口噴射閥20和缸內(nèi)噴射閥22進行的燃料噴射中的任一方。用進氣口噴射閥20進行的燃料噴射優(yōu)選是在進氣門14處于關(guān)閉的期間進行的非同步噴射。不過，也可以是進氣門14處于打開的期間和燃料噴射期間重疊的同步噴射。用缸內(nèi)噴射閥22進行的燃料噴射是在進氣行程進行的進氣行程噴射。此外，在空氣稀模式下，點火正時被設(shè)定為MBT。

在稀EGR模式下的運轉(zhuǎn)中，為了通過向缸內(nèi)導(dǎo)入EGR氣體而抑制爆震，基于預(yù)先設(shè)定的EGR率控制EGR閥86的開度。稀EGR模式下的設(shè)定EGR率被設(shè)定為在能夠有效抑制爆震的范圍內(nèi)盡可能低的值。另外，在稀EGR模式下，與由于導(dǎo)入EGR氣體而引起的稀界限的惡化相應(yīng)地，缸內(nèi)空燃比被設(shè)定成燃料比空氣稀模式下的設(shè)定空燃比稍濃的空燃比。關(guān)于稀EGR模式下的燃料噴射，根據(jù)發(fā)動機2的工作點而選擇僅用進氣口噴射閥20進行的燃料噴射、并用進氣口噴射閥20和缸內(nèi)噴射閥22進行的 燃料噴射、以及僅用缸內(nèi)噴射閥22進行的燃料噴射中的任一方。此外，在稀EGR模式下，與空氣稀模式相比抑制爆震的效果好，但燃料經(jīng)濟性性能與冷卻損失更少的空氣稀模式相比降低。因此，選擇稀EGR模式的區(qū)域被限定于在空氣稀模式下的運轉(zhuǎn)中爆震會超過容許水平的區(qū)域。此外，在稀EGR模式下，點火正時被設(shè)定為比MBT靠延遲側(cè)。

在空氣稀模式下的運轉(zhuǎn)和稀EGR模式下的運轉(zhuǎn)中，按照預(yù)定的執(zhí)行規(guī)則執(zhí)行燃料過量供給。在本實施方式中所執(zhí)行的燃料過量供給是通過每1個循環(huán)的燃料噴射量的增加而將缸內(nèi)空燃比暫時變更成燃料比理論空燃比濃的空燃比的處理。燃料過量供給用的燃料噴射量的增加對于從缸內(nèi)噴射閥22噴射的燃料進行。通過使缸內(nèi)空燃比與理論空燃比相比燃料濃，從而排氣中的氧濃度減少并且產(chǎn)生大量HC、CO、H₂等還原劑。通過包含大量還原劑的排氣被供給到NSR64，從而NSR64所吸藏的NOx從NSR64釋放，在NSR64上被還原成NH₃和/或N₂。此外，燃料過量供給在由NOx傳感器(圖示省略)計測的NSR64的出口的NOx濃度超過預(yù)定的閾值時、或者基于發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度、吸入空氣量和/或空燃比推定計算出來的NOx的吸藏量超過預(yù)定的閾值時執(zhí)行。

3.與運轉(zhuǎn)模式的切換相關(guān)的發(fā)動機控制

控制裝置50基于由加速器位置傳感器52計測的加速器踏板的踩踏量算出駕駛員對發(fā)動機2的要求輸出。并且，根據(jù)要求輸出決定由目標(biāo)轉(zhuǎn)矩和目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度定義的發(fā)動機2的目標(biāo)工作點，選擇設(shè)定在目標(biāo)工作點所處的區(qū)域的運轉(zhuǎn)模式。例如，在圖2中，在目標(biāo)工作點從高轉(zhuǎn)矩側(cè)向低轉(zhuǎn)矩側(cè)越過由細實線所示的分界線而進行了移動的情況下，控制裝置50將運轉(zhuǎn)模式從化學(xué)計量EGR模式切換為稀模式(空氣稀模式或者稀EGR模式)。相反，在目標(biāo)工作點從低轉(zhuǎn)矩側(cè)向高轉(zhuǎn)矩側(cè)越過由細實線所示的分界線而進行了移動的情況下，控制裝置50將運轉(zhuǎn)模式從稀模式切換成化學(xué)計量EGR模式。

不過，在將運轉(zhuǎn)模式從化學(xué)計量EGR模式切換成稀模式的情況下，控制裝置50一定是在執(zhí)行燃料過量供給后進行向稀模式的切換。該處理無 論稀模式是空氣稀模式還是稀EGR模式均進行。由于化學(xué)計量運轉(zhuǎn)中的排氣溫度為高溫，所以SCR66所吸附的NH₃會發(fā)生氧化，SCR66的NH₃吸附量大幅減少。于是，通過執(zhí)行燃料過量供給來使NSR64生成NH₃，能夠使在化學(xué)計量運轉(zhuǎn)中減少的SCR66的NH₃吸附量恢復(fù)。此外，執(zhí)行燃料過量供給的期間(循環(huán)數(shù))是預(yù)先設(shè)定的。

在將運轉(zhuǎn)模式從化學(xué)計量EGR模式向稀模式切換的情況下，控制裝置50還在燃料過量供給的執(zhí)行后，在預(yù)定的條件成立時，在向稀模式進行切換之前執(zhí)行過渡控制。預(yù)定的條件是指SCR溫度成為窗口的上限溫度以上。判定所使用的SCR溫度可以是溫度傳感器76的計測值，也可以是根據(jù)排氣的溫度和流量計算出的推定值。窗口被設(shè)定為SCR66有效工作的溫度范圍，其上限溫度被設(shè)定為NH₃發(fā)生氧化反應(yīng)的470℃或其附近的溫度。SCR溫度的判定正時是緊接著從化學(xué)計量EGR模式進行切換之前、或者正好在進行切換的時刻。前者包括因目標(biāo)工作點的移動而決定了從化學(xué)計量EGR模式向稀模式切換的時刻。后者包括燃料過量供給完成的時刻。在SCR溫度成為了上限溫度以上的情況下，會產(chǎn)生由燃料過量供給生成的NH₃的氧化，所以無法充分恢復(fù)SCR66的NH₃吸附量。于是，由控制裝置50執(zhí)行的是，接下來將要說明的過渡控制。

控制裝置50所進行的過渡控制包括使EGR率比稀模式的設(shè)定EGR率高。若設(shè)為至少比稀模式的設(shè)定EGR率高的EGR率，則與以按照設(shè)定的稀模式進行運轉(zhuǎn)的情況相比，能夠相對降低氧濃度而抑制NH₃的氧化。不過，EGR率越高則排氣中的氧濃度越低，所以在本實施方式的過渡控制中，將EGR閥86的開度控制為最大以使得EGR率成為最大。通過使EGR率為最大，能夠盡可能降低排氣中的氧濃度而抑制NH₃的氧化。

另外，控制裝置50所進行的過渡控制包括在使EGR率成為了比稀模式的設(shè)定EGR率高的期間，將缸內(nèi)空燃比控制成與稀模式的設(shè)定空燃比相比燃料濃的空燃比。在過渡控制中使缸內(nèi)空燃比與稀模式的設(shè)定空燃比相比燃料濃是為了應(yīng)對由EGR氣體的導(dǎo)入引起的稀界限的惡化。EGR率越高則稀界限越惡化，所以不得不降低相對于理論空燃比的燃料稀的程度。 在過渡控制中設(shè)定的EGR率比稀EGR模式的設(shè)定EGR率高，所以過渡控制中的缸內(nèi)空燃比設(shè)定為與稀EGR模式的設(shè)定空燃比相比燃料濃。

控制裝置50持續(xù)進行上述的過渡控制直到SCR溫度變得比上限溫度低。通過使缸內(nèi)空燃比比理論空燃比燃料稀，從而排氣溫度降低，最終SCR溫度落入窗口內(nèi)。若SCR溫度落入窗口內(nèi)，則已經(jīng)無需提高EGR率而降低氧濃度。過渡控制也是降低缸內(nèi)空燃比的燃料稀的程度的控制，所以持續(xù)的時間越長，則越降低燃料經(jīng)濟性性能。因此，控制裝置50，若SCR溫度落入窗口內(nèi)則結(jié)束過渡控制，根據(jù)目標(biāo)工作點所位于的區(qū)域向空氣稀模式或稀EGR模式本來的設(shè)定轉(zhuǎn)變。由此，能夠不會徒勞降低燃料經(jīng)濟性性能地抑制由NH₃的氧化引起的SCR的NOx凈化性能的降低。

在運轉(zhuǎn)模式從化學(xué)計量EGR模式向稀模式切換的期間控制裝置50所進行的燃料過量供給相當(dāng)于作為本發(fā)明的第1控制單元的功能。另外，控制裝置50所進行的過渡控制相當(dāng)于作為本發(fā)明的第2控制單元的功能。此外，在運轉(zhuǎn)模式從稀模式向化學(xué)計量EGR模式切換的情況下，不進行上述那樣的特別的控制。

圖3是表示與運轉(zhuǎn)模式的切換相關(guān)的發(fā)動機控制的流程的流程圖?？刂蒲b置50以與ECU的時鐘脈沖數(shù)對應(yīng)的預(yù)定的控制周期反復(fù)執(zhí)行該流程圖所示的步驟。

首先，在步驟S2中，判定發(fā)動機2的目標(biāo)工作點是否處于進行稀運轉(zhuǎn)的區(qū)域即稀區(qū)域內(nèi)。在目標(biāo)工作點不處于稀區(qū)域內(nèi)的情況下，選擇步驟S4的處理。在步驟S4中，選擇化學(xué)計量EGR模式作為運轉(zhuǎn)模式，進行化學(xué)計量EGR模式下的發(fā)動機2的運轉(zhuǎn)。

在目標(biāo)工作點處于稀區(qū)域內(nèi)的情況下，接著進行步驟S6的判定。在步驟S6中，判定在向稀運轉(zhuǎn)切換時執(zhí)行的燃料過量供給是否已經(jīng)執(zhí)行完畢。在此次是目標(biāo)工作點初次進入了稀區(qū)域的情況下，步驟S6的判定為否(否定)。另外，在處于燃料過量供給的執(zhí)行中的情況下，步驟S6的判定也為否。在步驟S6的判定為否的情況下，選擇步驟S8的處理。在步驟S8中，若此次是目標(biāo)工作點初次進入稀區(qū)域，則開始燃料過量供給，在處 于燃料過量供給的執(zhí)行中的情況下接著繼續(xù)進行燃料過量供給。步驟S6的判定在從燃料過量供給的開始起經(jīng)過了預(yù)先設(shè)定的執(zhí)行期間(循環(huán)數(shù))時為是(肯定)。

在燃料過量供給執(zhí)行完畢的情況下，接著進行步驟S10的判定。在步驟S10中，判定SCR溫度是否為上限溫度以上。此外，判定所使用的SCR溫度可以是根據(jù)排氣的溫度和流量計算出來的推定值。在SCR溫度為上限溫度以上的情況下，選擇步驟S12的處理。在步驟S12中，不是以稀模式的本來的設(shè)定EGR率和設(shè)定空燃比進行運轉(zhuǎn)，而是執(zhí)行用于對因燃料過量供給而生成的NH₃的氧化進行抑制的過渡控制。持續(xù)進行過渡控制，直到SCR溫度變?yōu)楸壬舷逌囟鹊汀?/p>

在SCR溫度比上限溫度低的情況下，選擇步驟S14的處理。在步驟S14中，根據(jù)目標(biāo)工作點處于稀區(qū)域中哪個區(qū)域來選擇空氣稀模式和稀EGR模式中的某一方，以空氣稀模式或稀EGR模式的本來的設(shè)定EGR率和設(shè)定空燃比進行運轉(zhuǎn)。選擇空氣稀模式作為運轉(zhuǎn)模式的空氣稀區(qū)域與稀區(qū)域中能夠進行MBT下的運轉(zhuǎn)的區(qū)域(MBT區(qū)域)對應(yīng)。選擇稀EGR模式作為運轉(zhuǎn)模式的稀EGR區(qū)域與稀區(qū)域中產(chǎn)生爆震的區(qū)域(爆震區(qū)域)對應(yīng)。

4.與運轉(zhuǎn)模式的切換相關(guān)的系統(tǒng)的工作

4-1.從化學(xué)計量EGR模式向空氣稀模式轉(zhuǎn)變的情況下的工作

首先，對如下情況下的系統(tǒng)的工作進行說明，該情況是如圖4所示那樣，在發(fā)動機2的目標(biāo)工作點處于化學(xué)計量EGR區(qū)域的狀態(tài)下，要求輸出因減速要求而減少，目標(biāo)工作點從化學(xué)計量EGR區(qū)域內(nèi)的工作點A向空氣稀區(qū)域內(nèi)的工作點B移動了的情況。此外，在變速比或排檔固定的情況下，目標(biāo)工作點沿著由單點劃線所示的路徑載入線(R/L)移動。路徑載入線是將在變速比或排檔固定了的情況下發(fā)動機2的輸出與車輛的行駛負荷阻力平衡的工作點連結(jié)而成的曲線。

圖5是表示在目標(biāo)工作點因減速而如圖4所示那樣移動了的情況下向稀模式切換時的SCR溫度落入窗口內(nèi)時的系統(tǒng)的工作的時間圖。此處所示 的工作是在圖3所示的流程中不經(jīng)過步驟S12的處理而選擇步驟S14的處理的情況下的工作。時間圖中示出了發(fā)動機輸出、缸內(nèi)空燃比、EGR率、NSR溫度、SCR溫度、以及SCR的NH₃吸附量的隨時刻的變化。

在該時間圖中，在時刻t1開始減速，在時刻t2執(zhí)行燃料過量供給。這是由于在時刻t2或緊接著其之前，目標(biāo)工作點從化學(xué)計量EGR區(qū)域向空氣稀區(qū)域進行了移動而引起的。燃料過量供給執(zhí)行預(yù)定的期間，在燃料過量供給完成了的時刻t3，進行從化學(xué)計量EGR模式向空氣稀模式的切換。

SCR溫度，在執(zhí)行燃料過量供給的時刻t2之前已經(jīng)落入窗口內(nèi)。因此，在時刻t3，SCR66的NH₃吸附能力已經(jīng)恢復(fù)了。在該情況下，不進行稀模式的過渡控制，而從時刻t3起以空氣稀模式的本來的設(shè)定EGR率和設(shè)定空燃比進行運轉(zhuǎn)?？諝庀∧Ｊ降脑O(shè)定EGR率為零，設(shè)定空燃比是強稀空燃比。此外，在該時間圖中，NSR溫度落入窗口內(nèi)是在時刻t3的向空氣稀模式切換之后，在從切換起的短暫的期間中，NSR64的NOx吸藏能力未恢復(fù)。但是，由于SCR66的NH₃吸附能力已經(jīng)恢復(fù)，所以未能由NSR64捕獲的NOx能夠通過SCR66凈化。

圖6是表示在目標(biāo)工作點因減速而如圖4所示那樣移動了的情況下，向稀模式切換時的SCR溫度超過了窗口上限時的系統(tǒng)的工作的時間圖。此處所示的工作是在圖3所示的流程中反復(fù)進行了幾次步驟S12的處理后，選擇了步驟S14的處理的情況下的工作。時間圖示出了發(fā)動機輸出、缸內(nèi)空燃比、EGR率、NSR溫度、SCR溫度、以及SCR的NH₃吸附量的隨時刻的變化。

在該時間圖中也是，在時刻t1開始減速，在時刻t2執(zhí)行燃料過量供給。但是，在完成了燃料過量供給的時刻t3的SCR溫度超過了窗口的上限溫度，所以向稀模式的切換不立即進行。即，并不以空氣稀模式的本來的設(shè)定EGR率和設(shè)定空燃比進行運轉(zhuǎn)，而執(zhí)行過渡控制。在時間圖中，由實線表示在執(zhí)行了過渡控制的情況下的EGR率和空燃比的隨時刻的變化，由虛線表示空氣稀模式的本來的EGR率和空燃比的隨時刻的變化。

過渡控制持續(xù)到SCR溫度落入窗口內(nèi)的時刻t4。通過SCR溫度落入窗口內(nèi)，從而SCR66的NH₃吸附能力恢復(fù)。在到此為止的期間，EGR率被設(shè)為比空氣稀模式的本來的設(shè)定EGR率高。詳細而言，操作EGR閥86的開度，以維持作為化學(xué)計量EGR模式的設(shè)定EGR率的最大EGR率。通過大量的EGR氣體的導(dǎo)入抑制了高溫環(huán)境下的NH₃的氧化，所以能夠迅速恢復(fù)SCR66的NH₃吸附量，另外，能夠抑制向稀運轉(zhuǎn)切換后的SCR66的NOx凈化性能的降低。在時間圖中，由實線表示執(zhí)行了過渡控制的情況下的SCR66的NH₃吸附量的隨時刻的變化，由虛線表示在不執(zhí)行過渡控制的情況下的NH₃吸附量的隨時刻的變化。

另外，過渡控制中的缸內(nèi)空燃比被控制成與理論空燃比相比燃料稀但與空氣稀模式的本來的設(shè)定空燃比相比燃料濃的空燃比。通過在提高了EGR率的期間，缸內(nèi)空燃比被設(shè)為與空氣稀模式的本來的設(shè)定空燃比相比燃料濃，由此能夠抑制由EGR率的上升引起的燃燒的不穩(wěn)定化。

4-2.在從化學(xué)計量EGR模式向稀EGR模式轉(zhuǎn)變的情況下的工作

接著，對在如下情況下的系統(tǒng)的工作進行說明，該情況是如圖7所示那樣，在發(fā)動機2的目標(biāo)工作點處于化學(xué)計量EGR區(qū)域的狀態(tài)下，要求輸出因減速要求而減少，目標(biāo)工作點從化學(xué)計量EGR區(qū)域內(nèi)的工作點A向稀EGR區(qū)域內(nèi)的工作點C進行了移動的情況。

圖8是表示在目標(biāo)工作點因減速而如圖7所示那樣移動了的情況下，向稀模式切換時的SCR溫度落入窗口內(nèi)時的系統(tǒng)的工作的時間圖。此處所示的工作是在圖3所示的流程中不經(jīng)過步驟S12的處理而選擇了步驟S14的處理的情況下的工作。時間圖中示出了發(fā)動機輸出、缸內(nèi)空燃比、EGR率、NSR溫度、SCR溫度、以及SCR的NH₃吸附量的隨時刻的變化。

該時間圖所示的到時刻t3為止的系統(tǒng)的工作與圖5的時間圖所示的工作相同，所以省略其說明。在該時間圖中，在燃料過量供給完成了的時刻t3，進行從化學(xué)計量EGR模式向稀EGR模式的切換。在時刻t3的SCR溫度為比窗口上限低的溫度，所以不進行過渡控制。從時刻t3起，以稀EGR模式的本來的設(shè)定EGR率和設(shè)定空燃比進行運轉(zhuǎn)。稀EGR模式的 設(shè)定EGR率被設(shè)定為比化學(xué)計量EGR模式的設(shè)定EGR率低的值，稀EGR模式的設(shè)定空燃比被設(shè)定為與空氣稀模式的設(shè)定空燃比相比燃料濃的空燃比。

圖9是表示在目標(biāo)工作點因減速而如圖7所示那樣移動了的情況下，向稀模式切換時的SCR溫度超過了窗口上限時的系統(tǒng)的工作的時間圖。此處所示的工作是在圖3所示的流程中反復(fù)進行了幾次步驟S12的處理后，選擇了步驟S14的處理的情況下的工作。時間圖中示出了發(fā)動機輸出、缸內(nèi)空燃比、EGR率、NSR溫度、SCR溫度、以及SCR的NH₃吸附量隨時刻的變化。

該時間圖所示的到時刻t3為止的系統(tǒng)的工作與圖6的時間圖所示的工作相同，所以省略其說明。在該時間圖中，在燃料過量供給完成的時刻t3的SCR溫度超過了窗口的上限溫度，所以在燃料過量供給執(zhí)行后，不以稀EGR模式的本來的設(shè)定EGR率和設(shè)定空燃比進行運轉(zhuǎn)，而執(zhí)行過渡控制。在時間圖中，由實線表示在執(zhí)行了過渡控制的情況下的EGR率和空燃比的隨時刻的變化，由虛線表示稀EGR模式的本來的EGR率和空燃比的隨時刻的變化。

過渡控制持續(xù)到SCR溫度落入窗口內(nèi)的時刻t4。在到時刻t4為止的期間，EGR率被維持為作為化學(xué)計量EGR模式的設(shè)定EGR率的最大EGR率。由此，與在稀EGR模式下導(dǎo)入的EGR氣體相比多量的EGR氣體被導(dǎo)入，抑制了高溫環(huán)境下的NH₃的氧化。在時間圖中，由實線表示執(zhí)行了過渡控制的情況下的SCR66的NH₃吸附量的隨時刻的變化，由虛線表示在不執(zhí)行過渡控制的情況下的NH₃吸附量的隨時刻的變化。通過執(zhí)行過渡控制，能夠迅速恢復(fù)SCR66的NH₃吸附量，另外能夠抑制向稀運轉(zhuǎn)切換后的SCR66的NOx凈化性能的降低。

另外，過渡控制中的缸內(nèi)空燃比被控制為與理論空燃比相比燃料稀但與稀EGR模式的本來的設(shè)定空燃比相比燃料濃的空燃比。在提高了EGR率的期間，缸內(nèi)空燃比被設(shè)為與稀EGR模式的本來的設(shè)定空燃比相比燃料濃，由此能夠抑制由EGR率的上升引起的燃燒的不穩(wěn)定化。

5.其他實施方式

在上述的實施方式中，在化學(xué)計量EGR模式下使EGR閥的開度為最大而將EGR率控制為最大，但也可以將化學(xué)計量EGR模式的設(shè)定EGR率設(shè)定為比最大EGR率低。另外，過渡控制的EGR率無需與化學(xué)計量EGR模式的設(shè)定EGR率相同，只要比稀模式的設(shè)定EGR率高即可。

燃料過量供給只要是能夠供給相對于理論空燃比過剩的燃料的方法，就不限于上述的實施方式。也可以另外于對轉(zhuǎn)矩有貢獻的燃料噴射而進行對轉(zhuǎn)矩沒有貢獻的后噴射，例如通過缸內(nèi)噴射閥22在膨脹行程或排氣行程中噴射燃料等等。另外，也可以采取如下方法：將在進氣門14的閉閥期間內(nèi)從進氣口噴射閥20噴射到進氣口6內(nèi)的燃料，利用掃氣吹過排氣口8。此外，缸內(nèi)噴射閥22除了圖1所示的位置以外，也可以在燃燒室5的頂部，與火花塞18并列地配置。

上述的實施方式的發(fā)動機是增壓發(fā)動機，但本發(fā)明也能夠適用于不具備增壓器的自然進氣型的發(fā)動機。