JP3186730B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関し、詳しくは、ＨＣを用いてＮＯｘを還元する
触媒を排気通路に備えた排気浄化装置において、前記触
媒のＮＯｘ還元性能を維持するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の排気浄化装置として、
特許番号第２６００４９２号公報に開示されるようなも
のがあった。

【０００３】このものは、排気ガスの空燃比がリーンで
あるときにＮＯxを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低
下すると前記吸収したＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を機
関の排気通路に配置する一方、前記ＮＯx吸収剤からＮ
Ｏxを放出させるべきときには、排気ガスの空燃比を理
論空燃比或いはリッチにし、該還元雰囲気下で前記放出
されたＮＯxをＨＣと反応させて還元処理する構成とな
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記ＮＯx
吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比或いは
リッチにするために、上記従来装置では燃料噴射量の増
量補正を行うが、全気筒の燃料噴射量を等しく増量補正
する構成であるため、各気筒における増量代が微小量と
なる。

【０００５】しかし、微小な燃料量の増量制御は、制御
の安定性が悪く、実際の噴射量を精度良く制御すること
が困難であり、ＮＯxの還元処理に必要な増量に対して
ばらつきを生じ、増量不足によって前記ＮＯx吸収剤か
ら放出されたＮＯxが十分に還元処理されずに排出され
たり、逆に、増量過多となってＨＣの排出量が増えてし
まう可能性があった。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、ＮＯxの還元処理に必要とされる燃料噴射量の増
量を確実に行え、排気浄化性能及び燃費性能を向上させ
ることができる排気浄化装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１に係る
発明は、図１に示すように構成される。図１において、
燃料噴射手段は、各気筒別に燃料を噴射供給する手段で
あり、排気浄化触媒は、排気通路に介装されＨＣの吸着
能力を有しＨＣの存在下でＮＯｘを還元する。

【０００８】ここで、ＨＣ増量要求検知手段は、排気浄
化触媒によるＮＯｘの還元に必要とされるＨＣ量を確保
すべく、排気中ＨＣ量の増量が要求される状態を検知す
る。そして、空燃比リッチ化手段は、ＨＣ増量要求検知
手段によりＨＣ量の増量が要求される状態が検知された
ときに、特定気筒に噴射供給される燃料量を強制的に所
定期間だけ増大補正することで前記特定気筒の空燃比の
みを目標空燃比よりもリッチ化させると共に、前記空燃
比をリッチ化させる特定気筒を、前記所定期間内におい
て異なる気筒に順次切り換える。

【０００９】一方、発生トルク制御手段は、空燃比リッ
チ化手段により前記特定気筒の空燃比がリッチ化される
ときに、前記特定気筒での発生トルクを他気筒の発生ト
ルクに一致させるべく、前記特定気筒における発生トル
クに関与する空燃比以外の制御対象を制御する。

【００１０】かかる構成によると、排気浄化触媒による
ＮＯｘの還元に必要とされるＨＣ量を確保するために、
排気中ＨＣ量の増量が要求されるときに、燃料量を強制
的に所定期間だけ増大補正することで、排気中ＨＣ量の
増量を実現させるが、燃料量の増量は特定気筒でのみ行
わせ、かつ、燃料量の増量で空燃比をリッチ化させる特
定気筒を、前記所定期間内において異なる気筒に順次切
り換える。また、前記特定気筒においてのみ燃料増量行
うことで、当該気筒における発生トルクが他の気筒より
も大きくなってしまうことがないように、当該気筒にお
ける空燃比以外の制御対象を、発生トルクを抑制する方
向に制御する。

【００１１】請求項2記載の発明では、前記発生トルク
制御手段が、前記特定気筒における点火時期を制御する
ことによって発生トルクの増大を抑制する構成とした。
かかる構成によると、燃料増量を行う特定気筒におい
て、点火時期を例えば遅角補正することで、燃料増量に
よる発生トルクの増大を相殺し、他の気筒における発生
トルクに一致させる。

【００１２】

【００１３】請求項３記載の発明では、前記空燃比リッ
チ化手段が、機関の加速状態に応じて空燃比をリッチ化
させる気筒数を変化させる構成とした。かかる構成によ
ると、例えば緩加速時には、少数気筒において空燃比を
リッチ化させるのに対し、急加速時には、空燃比をリッ
チ化させる気筒数をより増やし、必要な増量が短時間で
終えられるようにする。

【００１４】請求項４記載の発明は、図２に示すように
構成される。図２において、急加速検出手段は、機関の
急加速状態を検出し、急加速時リッチ化手段は、急加速
検出手段により機関の急加速状態が検出されているとき
に、前記ＨＣ増量要求検知手段によりＨＣ量の増量が要
求される状態が検知された場合に、前記空燃比リッチ化
手段に優先して、全気筒の空燃比をリッチ化させる。こ
こで、急加速時発生トルク制御手段は、急加速時リッチ
化手段により全気筒の空燃比がリッチ化されるときに、
前記目標空燃比相当の発生トルクに全気筒の発生トルク
を一致させるべく、全気筒における発生トルクに関与す
る空燃比以外の制御対象をそれぞれに制御する。

【００１５】かかる構成によると、急加速時でないとき
には、特定気筒の空燃比のみをリッチ化させて、ＮＯｘ
還元に用いるＨＣ量を確保するようにするが、急加速時
には、全気筒の空燃比をリッチ化させると共に、該全気
筒でのリッチ化を行う場合には、全気筒に対して発生ト
ルクを抑制する制御を行って、増量補正前と同じトルク
が得られるようにする。

【００１６】請求項５記載の発明では、前記急加速時発
生トルク制御手段が、点火時期と排気還流量との少なく
とも一方を制御することによって発生トルクの増大を抑
制する構成とした。

【００１７】かかる構成によると、全気筒で空燃比をリ
ッチ化させる場合には、全気筒における点火時期をそれ
ぞれに遅角し、及び／又は、排気還流量を変化させて、
各気筒において増量補正前と同じトルクが得られるよう
にする。

【００１８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、燃料増量
を行って空燃比をリッチ化させる気筒を一部の気筒に限
定することで、気筒当たりの燃料増量が大きくなって制
御安定性を確保でき、ＮＯｘの還元処理に要求されるだ
けのＨＣを確実に得られると共に、リッチ化させる特定
気筒を異なる気筒に順次切り換えるので、一部の気筒の
みで燃焼温度が低い状態が継続して壁温が低下し、シリ
ンダの熱応力がアンバランスとなることを防止でき、更
に、リッチ化する気筒の発生トルクを抑制するので、気
筒間で発生トルクにアンバランスが生じることを防止で
きるという効果がある。

【００１９】請求項2記載の発明によると、点火時期の
補正によって燃料増量による発生トルクの増大分を相殺
して、他気筒の発生トルクと一致させることができるの
で、気筒間で発生トルクがアンバランスとなることを防
止できるという効果がある。

【００２０】

【００２１】請求項３記載の発明によると、急加速時で
あってＮＯｘ処理のための空燃比リッチ化を短時間で完
了させたい場合に、リッチ化させる気筒数を増やすこと
で、必要なＨＣ量の増大を短時間で行わせることができ
るという効果がある。

【００２２】請求項４記載の発明によると、急加速時で
あってＮＯｘ処理のための空燃比リッチ化を短時間で完
了させたい場合に、全気筒でリッチ化させることで、必
要なＨＣ量の増大を短時間で行わせることができると共
に、該リッチ化によって発生トルクが急増することを防
止できるという効果がある。

【００２３】請求項５記載の発明によると、点火時期及
び／又は排気還流量の制御によって、全気筒における燃
料増量による発生トルクの増大分を相殺して、リッチ化
による発生トルクの急増を防止できるという効果があ
る。

【００２４】

【実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明する。
実施の形態のシステム構成を示す図３において、内燃機
関１には、エアクリーナ２，吸気ダクト３，スロットル
チャンバ４，吸気マニホールド５を介して空気が吸入さ
れる。

【００２５】前記吸気ダクト３には、機関１の吸入空気
流量Ｑを検出するエアフローメータ６が介装されてい
る。前記スロットルチャンバ４には、吸入空気量を調整
するバタフライ式のスロットル弁７が介装されており、
このスロットル弁７には、その開度ＴＶＯを検出するポ
テンショメータ式のスロットルセンサ８が付設されてい
る。

【００２６】また、前記スロットル弁７をバイパスして
機関に供給される補助空気量を制御するために、開度制
御されるアイドル制御バルブ９、エアコン信号に応じて
オン・オフ的に開閉するファーストアイドルコントロー
ルバルブ（ＦＩＣＤ）10、冷却水温度に応じて補助空気
量を調整するエアレギュレータ11が設けられている。

【００２７】一方、前記吸気マニホールド５の各ブラン
チ部には、図示しないフューエルタンクから圧送されプ
レッシャレギュレータにより所定圧力に調整された燃料
を、間欠的に機関１に噴射供給するための電磁式のイン
ジェクタ12が設けられており、このインジェクタ12の開
弁時間を介して燃料噴射量、引いては、機関吸入混合気
の空燃比を制御できるようになっている。

【００２８】また、各気筒の燃焼室に臨ませて点火栓13
が設けられており、この点火栓13には、点火時期制御信
号に応じてイグニッションコイル14で発生した高電圧が
ディストリビュータ15を介して分配供給されるようにな
っている。

【００２９】前記ディストリビュータ15には、クランク
角センサ16が内蔵されており、該クランク角センサ16
は、所定クランク角毎に検出信号を出力する。尚、前記
クランク角センサ16からの検出信号に基づいて機関回転
速度が算出される。

【００３０】機関１からの排気は、排気マニホールド1
7，排気ダクト18，リーンＮＯｘ触媒19（排気浄化触
媒），マフラー20を介して大気中に排出される。前記排
気ダクト18には、機関吸入混合気の空燃比と密接な関係
にある排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ21が介装
されている。

【００３１】また、リーンＮＯｘ触媒19の下流側には排
気温度を検出する排気温度センサ22が設けられている。
前記リーンＮＯｘ触媒19は、遷移金属或いは貴金属を担
持せしめたゼオライトからなり、ＨＣの吸着能力（ＨＣ
ストレージ効果）を有すると共に、酸化雰囲気中ＨＣ存
在下でＮＯｘを還元する機能を有する触媒である。

【００３２】マイクロコンピュータを内蔵したコントロ
ールユニット23は、前記各種センサの他、機関の冷却水
温度を検出する水温センサ24，機関のノッキング振動を
検出するノックセンサ25からの検出信号などを入力し、
インジェクタ12による燃料噴射量、点火栓13による点火
時期、更に、アイドル制御バルブ９で調整される補助空
気量などを制御する機能を有している。

【００３３】尚、図３において、26はキャニスタであ
り、図示しないフューエルタンク内の蒸発燃料を吸着捕
集すると共に、該吸着捕集した蒸発燃料を機関吸気系に
脱離供給する。

【００３４】前記コントロールユニット23は、機関吸入
混合気の目標空燃比を、前記各種センサに基づき検出さ
れる運転条件に応じて、理論空燃比付近の出力空燃比域
と、理論空燃比よりも大きな燃焼安定限界付近のリーン
空燃比域（空燃比20〜22程度）とに切り換え、該切り換
え設定される目標空燃比に応じて燃料噴射量を制御する
ようになっている。従って、本実施形態の機関１は所謂
リーンバーン機関である。

【００３５】ここで、前記リーンＮＯｘ触媒は、前述の
ように、ＨＣを用いてＮＯｘを還元処理するものである
から、ＨＣ量が不足するとＮＯｘの還元性能が低下す
る。特に、前述のように出力空燃比域とリーン空燃比域
との間で空燃比を徐々に変化させるときには、図４に示
すように、ＮＯｘ排出量がピークとなる空燃比域（空燃
比16〜18程度）を通過し、然も、このときにＨＣ／ＮＯ
ｘ比が小さくなって、リーンＮＯｘ触媒19におけるＮＯ
ｘの還元処理が期待できなくなるので、空燃比の切り換
えを行なうときに多くのＮＯｘが大気中に排出される惧
れがある。

【００３６】そこで、本実施の形態では、空燃比切り換
え時に以下のようにしてＨＣ量を確保して、ＮＯｘの還
元性能を維持できるようにしてある。図５のフローチャ
ートは、出力空燃比域（略理論空燃比）とリーン空燃比
域との間における目標空燃比の切り換え制御を示すもの
である。尚、本実施の形態では、機関１は直列４気筒機
関とする。

【００３７】図５のフローチャートに示すルーチンは、
１サイクル毎に実行されるものであり、まず、機関負
荷，回転速度，冷却水温度等の情報を読み込む（Ｓ1
1）。前記機関負荷は、前記エアフローメータ６で検出
される吸入空気流量Ｑと、クランク角センサ16からの検
出信号に基づいて算出される機関回転速度Ｎｅとに基づ
いて別のルーチンで演算される基本燃料噴射量Ｔｐ（←
Ｋ×Ｑ／Ｎｅ：Ｋは定数）で代表させることができる。

【００３８】そして、前記機関負荷，回転速度の情報に
基づいて、現状の運転条件が予め設定されたリーン運転
領域に含まれるか否かを判別し、更に、冷却水温度の情
報に基づいてリーン運転可能な条件であるか否かを判別
することで、リーン運転が可能であるか否かを判別する
（Ｓ12）。

【００３９】ここで、リーン運転が可能であると判別さ
れた場合には、目標空燃比の設定切り換え状態を示すリ
ーン判定フラグＦＬＥＡＮに１をセットし（Ｓ13）、リ
ーン運転が不可能で出力空燃比域（理論空燃比）での燃
焼（ストイキ運転）を行なわせる必要があるときには、
前記リーン判定フラグＦＬＥＡＮに０をセットする（Ｓ
14）。

【００４０】次いで、今回設定されたリーン判定フラグ
ＦＬＥＡＮと、本プログラム前回実行時に設定されたリ
ーン判定フラグＦＬＥＡＮ（＝ＦＬ−ＯＬＤ）とを比較
する（Ｓ15）。

【００４１】ここで、今回設定されたリーン判定フラグ
ＦＬＥＡＮが前回値に対して異なるとき、換言すれば、
リーン空燃比域から出力空燃比域への切り換え、又は、
出力空燃比域からリーン空燃比域への切り換えが行なわ
れたときには、リッチ化フラグＦＲＩＣＨに１をセット
する（Ｓ16）。

【００４２】前記リッチ化フラグＦＲＩＣＨは、実際に
空燃比の切り換えを行なう前の所定期間だけ、切り換え
前の空燃比よりもリッチな空燃比で燃焼させる状態を示
すフラグである（図９参照）。

【００４３】一方、前記リーン判定フラグＦＬＥＡＮが
前回と同じ場合には、リッチ化フラグＦＲＩＣＨの設定
を行なわずに進む。そして、本プログラムの次回実行時
におけるＳ15での判別のために、今回設定されたリーン
判定フラグＦＬＥＡＮを前回値ＦＬ−ＯＬＤにセットす
る（Ｓ１７）。

【００４４】次いで、上記のリーン運転が可能であるか
否かの判定結果を受けて、実際の目標空燃比の設定を行
なう（Ｓ18）。前記Ｓ18における目標空燃比設定の詳細
は、図６及び図７のフローチャートに示してある。尚、
本実施の形態において、ＨＣ増量要求検知手段，空燃比
リッチ化手段，発生トルク制御手段としての機能は、前
記図６及び図７のフローチャートに示すように、コント
ロールユニット23がソフトウェア的に備えている。

【００４５】この図６及び図７のフローチャートにおい
て、まず、前記リッチ化フラグＦＲＩＣＨの判定を行な
う（Ｓ201)。そして、前記リッチ化フラグＦＲＩＣＨが
１であるときには、空燃比をリッチ化させる制御の初期
状態を判定するためのフラグＦＲ−ＯＬＤを判定する
（Ｓ202)。

【００４６】ここで、前記フラグＦＲ−ＯＬＤが０であ
ると判別され、リッチ化制御の初期状態であるときに
は、前記フラグＦＲ−ＯＬＤに１をセットした後（Ｓ20
3)、図８に示すように予め機関負荷と機関回転速度とに
より割り付けられたマップから、空燃比を実際に切り換
える前に空燃比を強制的にリッチ化させる期間ＴＲを読
み取る（Ｓ204)。そして、前記リッチ化期間ＴＲを計測
するためのタイマーｔRを所定値Δｔだけカウントアッ
プさせ（Ｓ205)、リッチ化期間の計測をスタートさせ
る。

【００４７】即ち、出力空燃比域とリーン空燃比域との
間における空燃比の切り換えが設定されても、直ちに切
り換えを開始するのではなく、前記リッチ化期間ＴＲだ
け空燃比の切り換え開始を遅延させ、該遅延期間中に切
り換え前の空燃比よりもリッチな空燃比で燃焼させるこ
とでＨＣを多く排出させて、前記遅延期間中にリーンＮ
Ｏｘ触媒19に対して可能範囲内の最大量のＨＣを吸着さ
せるようにする（図９参照）。

【００４８】前記リーンＮＯｘ触媒19では、その触媒の
担持量によって吸着可能なＨＣ総量ＭＯが決定されるの
で、運転条件及び空燃比設定から機関からのＨＣ排出量
を求め、更に、この値からＨＣ吸着量が前記吸着可能量
ＭＯになるまでの時間を求め、この時間を前記リッチ化
期間ＴＲとしてある。ＨＣの排出量は、高負荷・高回転
になるほど増加するので、前記リッチ化期間ＴＲは、機
関の高負荷・高回転ほど短い期間に、換言すれば、機関
の低負荷・低回転ほど長い期間となるように設定され
る。従って、前記リッチ化期間ＴＲだけ所定のリッチ化
処理を行なえば、リーンＮＯｘ触媒19に対して吸着可能
な最大量のＨＣが吸着されることが予測される。

【００４９】次に、機関負荷と機関回転速度とにより割
り付けられた通常運転時用の空燃比・点火時期のマップ
を、前記リーン判定フラグＦＬＥＡＮに基づいて参照
し、この参照値をそれぞれＭＫＭＲ，ＭＡＤＶにセット
する（Ｓ206)。

【００５０】前記通常運転時用の空燃比・点火時期マッ
プは、図10に示すように、出力空燃比域用（ストイキ
用）とリーン空燃比域用との２種類が予め用意されてお
り、前記リーン判定フラグＦＬＥＡＮに基づいていずれ
か一方のマップを選択し、そのときの機関負荷と回転と
から目標となるリーン空燃比及び点火時期を前記選択し
たマップから参照する。

【００５１】そして、前記参照値ＭＫＭＲ, ＭＡＤＶを
各気筒毎に割り当てられたＫＭＲ（ｉ），ＡＤＶ（ｉ）
（ｉ＝１〜４）に格納させる（Ｓ207)。ここで、リーン
判定フラグＦＬＥＡＮは前回に対して反転しており、本
来であれば、リーン判定フラグＦＬＥＡＮが１であれば
リーン空燃比域（リーン運転）用のマップを参照し、ま
た、リーン判定フラグＦＬＥＡＮが０であれば出力空燃
比域（ストイキ運転）用のマップを参照することにな
る。

【００５２】しかしながら、本実施の形態では、前記リ
ッチ化期間ＴＲ中（フラグＦＲＩＣＨが１である間）は
空燃比の切り換えを遅延させ、リーン判定フラグＦＬＥ
ＡＮが反転してから前記リッチ化期間ＴＲが経過した後
に初めて空燃比の切り換えを行なう（図９参照）。

【００５３】従って、前述のように、リッチ化フラグＦ
ＲＩＣＨが１であると判定されるリッチ化期間ＴＲであ
るＳ206 では、リーン判定フラグＦＬＥＡＮが０である
リーン空燃比域から出力空燃比域への切り換え時であれ
ば、切り換え前のリーン空燃比域用のマップを参照し、
また、リーン判定フラグＦＬＥＡＮが１である出力空燃
比域（理論空燃比）からリーン空燃比域への切り換え時
であれば、切り換前の出力空燃比域用のマップを参照す
るものとする。

【００５４】上記では、全気筒の空燃比・点火時期とし
て、切り換え前の空燃比設定に対応する通常データを設
定させたが、Ｓ２０８〜Ｓ２１２では、特定気筒の空燃
比のみをリッチ化させるために、前記特定気筒の空燃比
・点火時期設定を書き換える処理が行なわれる。

【００５５】即ち、出力空燃比域とリーン空燃比域との
間での空燃比切り換えが指示されると、特定気筒以外の
気筒については単純に実際の切り換え制御の開始を遅ら
せるが、特定気筒については、前記遅延期間内で強制的
に多くのＨＣを排出させるべく、少なくとも他気筒より
もリッチ化させるものである。

【００５６】コントロールユニット23には、予め前記特
定気筒をリッチ化させるための空燃比・点火時期マップ
として、図10（ｃ），（ｄ）に示すように、出力空燃比
域（ストイキ）からリーン空燃比域への切り換え時に用
いるマップと、逆方向への切り換え時に用いるマップと
が備えられており、例えば出力空燃比域からリーン空燃
比域への切り換え時のリッチ化期間においては、他気筒
については図10（ａ）のマップが用いられるが、特定気
筒については図10（ｃ）のマップが用いられる。

【００５７】ここで、図10（ａ）のマップと図10（ｃ）
のマップ、図10（ｂ）のマップと図10（ｄ）のマップを
それぞれに比較すると、同一の負荷・回転に対応するデ
ータＳijとＳ' ij 又はＬijとＬ' ij を用いて制御し
たときには同じ発生トルクが得られるようになってい
る。

【００５８】リッチ化期間ＴＲにおいては、特定気筒の
みがリッチ化されることになるから、空燃比の設定のみ
を気筒間で異ならせると、発生トルクが特定気筒で大き
くなって、気筒間における発生トルクがアンバランスと
なってしまう。そこで、空燃比としてはリッチ化されて
も、該リッチ化に伴って他気筒よりも発生トルクが大き
くなることがないように、点火時期を補正したマップを
リッチ化用の空燃比・点火時期マップとして設定し（図
11参照）、リッチ化させる特定気筒の発生トルクとリッ
チ化されない他気筒の発生トルクが等しくなるようにし
てある。

【００５９】即ち、図11に示すように、所定のリーン空
燃比（空燃比＝21程度）で燃焼される他気筒に対し、特
定気筒の空燃比を９程度と大幅にリッチ化させると、該
リッチ化に伴って前記リッチ化気筒の発生トルクのみが
増大してしまう。そこで、前記リッチ化による発生トル
クの増大分を、点火時期の遅角（リタード）設定によっ
て相殺できるような空燃比・点火時期のデータを予め実
験によって求め、これをリッチ化用マップとして設定す
る。そして、通常マップを用いて制御される気筒での発
生トルクと、リッチ化用マップを用いて制御される気筒
での発生トルクが、同一負荷・回転条件で略等しくなる
ようにしてある。

【００６０】Ｓ２０８では、前述のようにして設定され
ているリッチ化用空燃比・点火時期マップを空燃比の切
り換え方向に応じて参照し、リッチ化気筒カウンタＣＹ
Ｌ−Ｎ（初期値＝１）で指定される特定気筒をリッチ化
気筒として、このリッチ化気筒に対する空燃比ＫＭＲ
（ＣＹＬ−Ｎ）と点火時期ＡＤＶ（ＣＹＬ−Ｎ）とをマ
ップを参照して決定する。尚、前記空燃比ＫＭＲ（ＣＹ
Ｌ−Ｎ）と点火時期ＡＤＶ（ＣＹＬ−Ｎ）とは、リッチ
化されずに通常に切り換え前の空燃比設定に応じて制御
される気筒に対して、空燃比としてはリッチであるが、
発生トルクとして同等となるものである。

【００６１】尚、本実施の形態では、図９に示すよう
に、出力空燃比域で14〜16程度の空燃比に制御され、リ
ーン空燃比域では20〜22程度の空燃比に制御されるのに
対し、出力空燃比域からリーン空燃比域への切り換え時
には、特定気筒の空燃比を所定期間だけ10〜12程度に低
下（リッチ化）させてから実際の切り換えを開始させ、
また、リーン空燃比域から出力空燃比域への切り換え時
には、特定気筒の空燃比を所定期間だけ８〜10程度に低
下（リッチ化）させてから実際の切り換えを開始させる
ようにした。

【００６２】上記のようにして空燃比を切り換える直前
の所定期間ＴＲにおいて、切り換え前の目標空燃比（他
気筒の空燃比）に対して特定気筒の空燃比のみを発生ト
ルクを増大させることなくよりリッチ化させる空燃比・
点火時期を設定すると、Ｓ２０９では、上記設定された
空燃比ＫＭＲ（ＣＹＬ−Ｎ）と点火時期ＡＤＶ（ＣＹＬ
−Ｎ）を当該リッチ化気筒ＣＹＬ−Ｎにおける前回値と
してＫＭＲ−ＯＬＤ（ＣＹＬ−Ｎ），ＡＤＶ−ＯＬＤ
（ＣＹＬ−Ｎ）にセットする。 次に、Ｓ２１０では、前
記リッチ化気筒カウンタＣＹＬ−Ｎを１アップし、Ｓ２
１１で、前記１アップされたリッチ化気筒カウンタが４
を超えたと判断されると、Ｓ２１２へ進んで初期値であ
る１にリセットする処理を行なう。 従って、前記リッチ
化気筒カウンタＣＹＬ−Ｎは１サイクル毎に１→２→３
→４→１と変化し、これに伴ってリッチ化される特定気
筒が１サイクル毎に＃１→＃２→＃３→＃４→＃１と順
次変化することになる。 空燃比をリッチ化すると、その
気筒の燃焼室壁温が低下するが、上記のようにリッチ化
気筒を順次変化させる構成であれば、１つの気筒の壁温
だけが低下してシリンダの熱応力がアンバランスとなる
ことがない。

【００６３】次に、タイマーｔＲによって計測される時
間に基づいて所定のリッチ化期間ＴＲが経過したか否か
を判別する（Ｓ２１３）。そして、リッチ化期間ＴＲが
経過していない場合には、そのままＳ２１７ 以降の目
標空燃比の設定ステップに進むが、リッチ化期間ＴＲが
経過したことが判別されると、前記フラグＦＲＩＣＨ，
ＦＲ−ＯＬＤ及びタイマーｔＲをゼロリセットし（Ｓ２
１４）、前記リッチ化期間ＴＲだけ遅延させておいた空
燃比の切り換えを開始させるようにする。

【００６４】前記リッチ化フラグＦＲＩＣＨがゼロリッ
トされると、次回からは、リーン判定フラグＦＬＥＡＮ
に対応して、フラグＦＬＥＡＮが０であるときには出力
空燃比域用の通常マップ（図１０（ａ））を参照し、ま
た、フラグＦＬＥＡＮが１であるときにはリーン空燃比
域用の通常マップ（図１０（ｂ））を参照して、各気筒
の共通の空燃比・点火時期を設定する（Ｓ２１５，Ｓ２
１６）。

【００６５】Ｓ２１７〜Ｓ２２５は、出力空燃比域とリ
ーン空燃比域の間での空燃比切り換えを行なうときに、
切り換え前の空燃比から徐々に切り換え後の空燃比に変
化させて、空燃比の切り換えに伴う急激な出力変化が生
じないように目標空燃比を設定するためのステップであ
る。

【００６６】まず、今回マップを参照して設定された空
燃比ＫＭＲ（ｉ）と前回の空燃比ＫＭＲ−ＯＬＤ（ｉ）
とを比較し、空燃比の増大設定がなされたか否かを判別
する（Ｓ２１７）。

【００６７】ここで、設定空燃比が増大変化していると
判別された場合には、前回値ＫＭＲ−ＯＬＤ（ｉ）に対
して所定のステップ量ΔＲＭＲを加算したデータと、今
回の設定空燃比ＫＭＲ（ｉ）とを比較し、小さい方のデ
ータを最終的な目標空燃比ＴＭＲ（ｉ）にセットする。
従って、出力空燃比域からリーン空燃比域に移行すると
きには、理論空燃比付近から最終的なリーン空燃比へ一
度に変化するのではなく、前記ステップ量ΔＲＭＲずつ
徐々に変化することになる。

【００６８】一方、マップを参照して求められる設定空
燃比が変化していないか又は減少変化している場合に
は、前回値ＫＭＲ−ＯＬＤ（ｉ）から所定のステップ量
ΔＬＭＲを減算したデータと、今回の設定空燃比ＫＭＲ
（ｉ）とを比較し、大きい方のデータを最終的な目標空
燃比ＴＭＲ（ｉ）にセットする。従って、リーン空燃比
域から出力空燃比域へ移行するときには、リーン空燃比
から理論空燃比付近へ一度に変化するのではなく、前記
ステップ量ΔＬＭＲずつ徐々に変化することになる。

【００６９】また、マップを参照して求められる設定空
燃比が変化していない場合、即ち、安定的な理論空燃比
或いはリーン空燃比運転状態、若しくは、前記リッチ化
期間ＴＲにおいては、マップ参照値がそのまま目標空燃
比ＴＭＲ（ｉ）として設定されることになる。

【００７０】Ｓ２２０〜Ｓ２２２では、前記目標空燃比
ＴＭＲ（ｉ）の設定と同様にして、点火時期ＴＡＤＶ
（ｉ）を徐々に変化させる処理を行なう。上記の目標空
燃比ＴＭＲ（ｉ）及びＴＡＤＶ（ｉ）の設定は、各気筒
別に行なわれるようになっており、Ｓ２１７〜Ｓ２２２
の一連の処理が一旦終了すると、気筒数カウンタｉ（初
期値＝１）を１アップさせる。そして、このカウンタｉ
が４を超えるようになるまで、換言すれば、全気筒につ
いて目標空燃比ＴＭＲ（ｉ）及びＴＡＤＶ（ｉ）の設定
が終了するまでは、Ｓ２１７〜Ｓ２２２の処理を繰り返
す。

【００７１】目標空燃比ＴＭＲ（ｉ）及びＴＡＤＶ
（ｉ）の設定が全気筒について終了すると、前記カウン
タｉを初期値である０にリセットした後（Ｓ２２５）、
前記目標空燃比ＴＭＲ（ｉ）及びＴＡＤＶ（ｉ）を図示
しない空燃比・点火時期制御ルーチンへ渡し（Ｓ２２
６）、前記目標空燃比ＴＭＲ（ｉ）に対応する噴射量制
御及びＴＡＤＶ（ｉ）に対応する点火時期制御が行なわ
れる。

【００７２】上記図６及び図７のフローチャートに示し
た制御を概略的に述べると、出力空燃比域（ストイキ運
転）とリーン空燃比域（リーン運転）との間で切り換え
を行なうときに、切り換えを所定期間ＴＲだけ延期し、
かかる切り換え延期期間において特定気筒の空燃比のみ
をリッチ化させる。かかる空燃比リッチ化に当たって
は、リッチ化に伴う発生トルクの増大を抑制すべく点火
時期を他気筒に比べて遅角設定し、他気筒の発生トルク
と同等レベルとする。

【００７３】上記のように特定気筒をリッチ化させる
と、該特定気筒からの排気中に含まれるＨＣ量を強制的
に増大させることができ、この特定気筒から排出される
ＨＣ量に応じた前記期間ＴＲの設定によって、前記空燃
比切り換え遅延期間内でリーンＮＯｘ触媒19に対して吸
着可能な最大量のＨＣを吸着させることができる。そし
て、前記リッチ化期間ＴＲが経過し、リーンＮＯｘ触媒
19に最大量のＨＣが吸着されたものと推定される状態に
なってから、実際の空燃比切り換えを開始させる。

【００７４】ここで、理論空燃比付近の出力空燃比域と
リーン空燃比域（空燃比20〜22程度）との間の空燃比域
（空燃比16〜18）で機関１からのＮＯｘ排出量がピーク
となるが、上記のように空燃比切り換えを開始させる直
前にリーンＮＯｘ触媒19に対して積極的に多くのＨＣを
吸着させておけば、実際にＮＯｘが機関から多量に排出
される空燃比状態となったときに、前記吸着させておい
たＨＣを用いてＮＯｘを還元処理することが可能とな
る。

【００７５】従って、本実施の形態によれば、目標空燃
比が出力空燃比域（理論空燃比）とリーン空燃比域との
間で切り換えられるときに、出力の急激な変化を回避す
べく徐々に空燃比を変化させる構成としても、切り換え
途中の空燃比域で多量に排出されるＮＯｘを良好に還元
処理することが可能となり、運転性を維持しつつＮＯｘ
排出量の増大を回避できる。

【００７６】

【００７７】

【００７８】

【００７９】

【００８０】

【００８１】

【００８２】

【００８３】尚、上記実施の形態では、４気筒のうちの
１気筒のみをＨＣ量の確保のために強制的にリッチ化さ
せる構成としたが、２乃至３気筒或いは全気筒を空燃比
切り換え前の所定期間内でリッチ化させる構成としても
良い。

【００８４】例えばリーン運転から急加速のために出力
空燃比（理論空燃比）に切り換えるときに、空燃比切り
換えを比較的短時間のうちに行なわなければならない場
合がある。空燃比の切り換えを急ぐのに伴い、一時的に
リッチ化させる期間（リッチ化期間ＴＲ）を短縮させよ
うとすると、前記リッチ化期間におけるＨＣ濃度を高め
る必要が生じる。そのため、急加速時には、一時的にリ
ッチ化させる気筒の数を増やして対応することが考えら
れ、要求されるＨＣ濃度によっては全気筒を一時的にリ
ッチ化することも可能である。

【００８５】図１２のフローチャートは、機関１の急加
速時には、１気筒のみではなく全気筒についてリッチ化
を行なう制御を示すフローチャートであり、前述の図６
のフローチャートにおいて、追加実行されるようになっ
ている。

【００８６】即ち、空燃比切り換え直前のリッチ化期間
ＴＲを計測するためのタイマーｔRをカウントアップさ
せると（Ｓ205)、スロットルセンサ８で検出されるスロ
ットル弁７の開度ＴＶＯを読み込む（Ｓ1001）。

【００８７】そして、今回読み込んだ開度ＴＶＯと前回
値ＴＶＯ−ＯＬＤとの差ΔＴＶＯ、即ち、１サイクル間
における開度ＴＶＯの変化量を演算し（Ｓ1002）、該Δ
ＴＶＯに基づいてスロットル弁７が所定以上の割合で開
操作されている状態（急加速）であるか否かを判別する
（Ｓ1003：急加速検出手段）。

【００８８】ここで、急加速状態でない場合には、Ｓ20
6 へ進み、前述の説明通りに特定１気筒のみをリッチ化
させる処理を行なう。一方、急加速であると判別された
場合には、必要ＨＣ量をリーンＮＯｘ触媒19に吸着させ
る処理を早急に終わらせる必要があるから、全気筒につ
いてリッチ化させるべくリッチ化用マップを参照して全
気筒の空燃比・点火時期を設定する（Ｓ1004，Ｓ1005：
急加速時リッチ化手段、急加速時発生トルク制御手
段）。

【００８９】ここで、上記のように全気筒を同時にリッ
チ化させる構成であれば、気筒間における発生トルクの
ばらつきは生じないが、空燃比をリッチ化させる処理の
みを行なうと、リッチ化と同時に発生トルクが急増する
ことになってしまう。しかしながら、前記リッチ化マッ
プは、空燃比についてはリッチ化させるが、点火時期の
遅角設定によって、通常の空燃比・点火時期マップを用
いて制御したときと略同等の発生トルクが得られるよう
に設定されているので、全気筒についてリッチ化を行な
っても、発生トルクが急増することはない。

【００９０】尚、図１２のフローチャートでは省略した
が、急加速判定に伴って全気筒リッチ化処理を行なう場
合には、リッチ化期間ＴＲを１気筒のみリッチ化させる
場合に比べて短縮させる構成とすると良い。

【００９１】上記のようにして全気筒をリッチ化させる
構成とすれば、気筒間における軸加振力のアンバランス
が生じないため、振動・耐久性の点で有利であり、ま
た、短時間のうちにリーンＮＯｘ触媒19に対して最大量
のＨＣを吸着させることができるからリッチ化期間を短
縮できる。

【００９２】また、上記では、空燃比切り換えを開始さ
せる前の所定期間において空燃比をリッチ化させる処理
において、急加速時であるときに全気筒をリッチ化さ
せ、急加速時以外では１気筒のみをリッチ化させる構成
としたが、加速を急加速，緩加速に判別し、例えば加速
時以外は１気筒のみ、緩加速時には２気筒を、急加速時
には全気筒をリッチ化させる構成としても良い。更に、
２気筒或いは３気筒をリッチ化させるときには、リッチ
化させる気筒群を順次変化させる構成としても良い。

【００９３】尚、上記実施形態では、ゼオライトを主成
分とするリーンＮＯｘ触媒19を排気通路に備えた機関１
について述べたが、ＨＣの吸着能力を有し、ＨＣ存在下
でＮＯｘを還元する触媒であれば、上記のように空燃比
の切り換え直前に触媒上流側のＨＣ量を増やすことで、
切り換えが開始される前に触媒に対してＮＯｘ処理に充
分な量のＨＣを吸着させることができ、以て、切り換え
途中でのＮＯｘ処理能力を高めることができるから、前
記リーンＮＯｘ触媒に限らず三元触媒であっても良い。

【００９４】また、上記実施形態では、空燃比をリッチ
化させることによる発生トルクの増大を点火時期の遅角
設定によって相殺させるようにしたが、特に全気筒をリ
ッチ化させる急加速時においては、排気還流量の制御に
よってリッチ化に伴う発生トルクの増大を抑制する構成
とすることもできる。更に、点火時期と排気還流量との
組み合わせによって発生トルクの増大を抑制する構成と
しても良い。

【００９５】また、前記リーンＮＯｘ触媒のＨＣ吸着能
力は、ＨＣ濃度やガス流量の他、排気温度（触媒温度）
によっても変化するから、排気温度センサ22で検出され
る排気温度に応じてリッチ化期間ＴＲを変化させる構成
としても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項1記載の発明の基本構成を示すブロック
図。

【図２】請求項5記載の発明の基本構成を示すブロック
図。

【図３】実施の形態のシステム構成を示す概略図。

【図４】空燃比に対するＮＯｘ，ＨＣの排出量変化の様
子を示す線図。

【図５】空燃比切り換え制御を示すフローチャート。

【図６】空燃比切り換え時のＨＣ増大制御を示すフロー
チャート。

【図７】空燃比切り換え時のＨＣ増大制御を示すフロー
チャート。

【図８】ＨＣ増大制御（リッチ化）期間のマップを示す
図。

【図９】実施の形態における空燃比変化の様子を示すタ
イムチャート。

【図10】実施の形態における空燃比・点火時期マップを
示す図。

【図11】空燃比・点火時期と発生トルクとの関係を示す
線図。

【図１２】急加速時に全気筒をリッチ化させる実施形態
を示すフローチャート。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ６ エアフローメータ 12 インジェクタ 16 クランク角センサ 22 リーンＮＯｘ触媒 23 コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｃ ３０１Ｇ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ａ 41/36 41/36 Ｂ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｂ ３０１Ｈ ３０１Ｎ 45/00 ３０１ 45/00 ３０１Ｇ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ (56)参考文献 特開 平８−319862（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−295151（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−75043（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−79139（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−10725（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−129246（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−81539（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−208151（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−217640（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−229914（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−242415（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−234891（ＪＰ，Ａ) 国際公開93／7363（ＷＯ，Ａ１) 国際公開93／8383（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40 F02D 43/00 - 45/00 F02P 5/145 - 5/155 F01N 3/00 - 3/38 F01N 9/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各気筒別に燃料を噴射供給する燃料噴射手
   段を備えて構成された内燃機関の排気浄化装置であっ
   て、 排気通路に介装されＨＣの吸着能力を有しＨＣの存在下
   でＮＯｘを還元する排気浄化触媒と、 該排気浄化触媒によるＮＯｘの還元に必要とされるＨＣ
   量を確保すべく、排気中ＨＣ量の増量が要求される状態
   を検知するＨＣ増量要求検知手段と、 該ＨＣ増量要求検知手段によりＨＣ量の増量が要求され
   る状態が検知されたときに、特定気筒に噴射供給される
   燃料量を強制的に所定期間だけ増大補正することで前記
   特定気筒の空燃比のみを目標空燃比よりもリッチ化させ
   ると共に、前記空燃比をリッチ化させる特定気筒を、前
   記所定期間内において異なる気筒に順次切り換える空燃
   比リッチ化手段と、 該空燃比リッチ化手段により前記特定気筒の空燃比がリ
   ッチ化されるときに、前記特定気筒での発生トルクを他
   気筒の発生トルクに一致させるべく、前記特定気筒にお
   ける発生トルクに関与する空燃比以外の制御対象を制御
   する発生トルク制御手段と、 を含んで構成された内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】前記発生トルク制御手段が、前記特定気筒
   における点火時期を制御することによって発生トルクの
   増大を抑制することを特徴とする請求項１記載の内燃機
   関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】前記空燃比リッチ化手段が、機関の加速状
   態に応じて空燃比をリッチ化させる気筒数を変化させる
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排気
   浄化装置。
4. 【請求項４】機関の急加速状態を検出する急加速検出手
   段と、 該急加速検出手段により機関の急加速状態が検出されて
   いるときに、前記ＨＣ 増量要求検知手段によりＨＣ量の
   増量が要求される状態が検知された場合に、前記空燃比
   リッチ化手段に優先して、全気筒の空燃比をリッチ化さ
   せる急加速時リッチ化手段と、 該急加速時リッチ化手段により全気筒の空燃比がリッチ
   化されるときに、前記目標空燃比相当の発生トルクに全
   気筒の発生トルクを一致させるべく、全気筒における発
   生トルクに関与する空燃比以外の制御対象をそれぞれに
   制御する急加速時発生トルク制御手段と、 を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つ
   に記載の 内燃機関の排気浄化装置。
5. 【請求項５】前記急加速時発生トルク制御手段が、点火
   時期と排気還流量との少なくとも一方を制御することに
   よって発生トルクの増大を抑制することを特徴とする請
   求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。