JPH09209742A

JPH09209742A - 過給機付き内燃機関の排気制御装置

Info

Publication number: JPH09209742A
Application number: JP8018749A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Teramura; 光功寺村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-02-05
Filing date: 1996-02-05
Publication date: 1997-08-12

Abstract

(57)【要約】【課題】過給機を備えリーン空燃比で運転可能な内燃
機関の排気制御装置において、過給機における過給効率
の低下を抑制しつつ、ＮＯx 還元触媒におけるＮＯx 浄
化作用の低下を防止する。【解決手段】エンジン１１は燃焼室を含む各気筒＃１
〜＃４を有する。各気筒＃１〜＃４の排気ポートにエグ
ゾーストマニホルド２８の分岐管２９を接続する。同マ
ニホルド２８の下流側における排気通路１３に三元触媒
コンバータ３１を配設し、同コンバータ３１の下流側に
ターボチャージャ３３のタービン３５を配設する。排気
通路１３においてタービン３５の下流側にＮＯx 触媒コ
ンバータ４７を配設する。第４気筒＃１に接続された分
岐管２９にバイパス通路４３の上流側を接続し、同通路
４３の下流側を三元触媒コンバータ３１とタービン３５
との間の排気通路１３に接続する。バイパス通路４３に
バイパス制御弁４４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、過給機を備えた内
燃機関の排気制御装置に係り、詳しくは、内燃機関から
排出されるＮＯx 成分を浄化するための排気制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より内燃機関から排出されるＮＯx
成分を浄化（除去）するための技術が種々提案されてい
る。例えば、特開平６−２３５３１９号公報には、過給
機を備えるとともに、排気中に含まれるＮＯx 成分を浄
化可能な触媒システムを有した内燃機関が開示されてい
る。

【０００３】より詳細に説明すると、同機関では、排気
通路の途中に過給機が設けられるとともに、その過給機
の上流側及び下流側にそれぞれＮＯx 還元触媒が設けら
れている。又、各ＮＯx 還元触媒をバイパスするバイパ
ス通路が排気通路の一部としてそれぞれ設けられ、更に
各バイパス通路には各通路を開閉するバイパス弁が設け
られている。そして、各バイパス弁を排気温度等に応じ
て開閉制御することにより、過給機の上流側及び下流側
に設けられた各ＮＯx 還元触媒のいずれかを選択して排
気を通過させ、排気中に含まれるＮＯx 成分の浄化を行
うようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年、理論空燃比より
も空気過剰状態の空燃比、いわゆるリーン空燃比で内燃
機関の運転を行い、同機関における燃費の向上を図るこ
とがおこなわれている。このようなリーン空燃比で運転
を行う内燃機関において、上記従来技術における触媒シ
ステムを適用した場合には、以下のような問題が生じ
る。

【０００５】即ち、リーン空燃比においては、機関の排
気中に含まれるＮＯx 成分が増加するのに対して、同排
気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、或いは一酸化炭素
（ＣＯ）成分は減少する。前記ＮＯx 還元触媒は、前記
ＨＣ、或いはＣＯ等の還元作用によりＮＯx 成分を還元
するものである。従って、ＮＯx 還元触媒には、例えば
排気中からＮＯx 成分の還元に必要なＨＣ成分等を供給
する必要がある。

【０００６】ところが、内燃機関がリーン空燃比で運転
を行っている場合、前述したように同機関からの排気中
に含まれるＨＣ、ＣＯ成分が減少するため、前記各ＮＯ
x 還元触媒において必要なＨＣ、ＣＯ成分量が不足する
ことがあった。その結果、ＮＯx 還元触媒におけるＮＯ
x 成分の浄化作用が低下するという問題があった。

【０００７】更に上記従来技術では、過給機の上流側に
設けられたＮＯx 還元触媒における排気の圧力損失によ
り、過給機における過給効率が低下するという欠点があ
った。このため、従来より、過給機を備え、且つ、リー
ン空燃比で運転可能な内燃機関においては、触媒システ
ムによりＮＯx 成分の浄化を確実に行うことができ、更
に、排気通路中に触媒システムを設けたことに起因した
過給機の過給効率低下を抑制することができる技術が望
まれていた。

【０００８】本発明は上記のような従来技術における事
情を鑑みてなされたものであって、その第一の目的は、
過給機を備えリーン空燃比で運転可能な内燃機関の排気
制御装置において、ＮＯx 還元触媒におけるＮＯx 浄化
作用の低下を防止することにある。第二の目的は、前記
装置において、更に、過給機における過給効率の低下を
抑制することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、リーン空燃比で運転可能な
多気筒内燃機関に設けられた排気通路と、前記排気通路
に設けられた三元触媒と、同三元触媒より下流側の排気
通路に設けられ、ＨＣ、或いはＣＯ成分とＮＯx 成分と
を反応させてＮＯx 成分の還元を行うＮＯx 還元触媒
と、前記三元触媒とＮＯx 還元触媒との間における排気
通路に設けられた過給機と、前記排気通路において前記
三元触媒及び過給機のそれぞれの上流側を接続し、三元
触媒をバイパスして排気の一部を通過させるバイパス通
路と、前記バイパス通路に設けられ、同通路を開放閉塞
可能な制御弁とを有した過給機付き内燃機関の排気制御
装置において、内燃機関がリーン空燃比で運転している
際に、同機関の排気中に含まれるＨＣ、或いはＣＯ成分
を所定時間増大させるＨＣ量増大手段と、前記ＨＣ量増
大手段により排気中に含まれるＨＣ、或いはＣＯ成分が
増大した際に、前記制御弁を開弁させ前記バイパス通路
内にその排気を通過させる通路制御手段とを備えたこと
をその要旨とするものである。

【００１０】又、請求項２記載の発明は、請求項１に記
載した過給機付き内燃機関の排気制御装置において、前
記排気通路は、各気筒の排気ポートにそれぞれ接続され
る分岐管を有し前記ＨＣ量増大手段は、一部の気筒に接
続された前記分岐管からの排気のみに含まれるＨＣ、或
いはＣＯ成分を増大させるものであり、更に、前記バイ
パス通路は、その上流側が前記一部の気筒の分岐管に接
続されたものであることをその要旨とするものである。

【００１１】（作用）上記請求項１及び請求項２に記載
した発明の作用について説明する。請求項１記載の発明
によれば、内燃機関がリーン空燃比で運転される際、Ｈ
Ｃ量増大手段により排気中に含まれるＨＣ、或いはＣＯ
成分が所定時間増大される。この際、通路制御手段によ
って制御弁が開弁されるため、ＨＣ、或いはＣＯ成分が
増加した排気の一部は三元触媒を通過することなくバイ
パス通路を介して過給機の上流側に導入される。従っ
て、前記排気の一部に含まれるＨＣ、或いはＣＯ成分が
三元触媒において酸化されてしまうことがない。

【００１２】又、バイパス通路を通過した前記排気の一
部は過給機の上流側に導入され、同通路を通過しない排
気と合流して過給機に導入される。このため、バイパス
通路の下流側を過給機の下流側に接続する構成とした場
合と比較して、過給機における過給効率の低下が抑制さ
れる。

【００１３】更に、ＨＣ、或いはＣＯ成分が増加した排
気は、過給機から同過給機の下流側に設けられたＮＯx
還元触媒に導入される。従って、ＮＯx 還元触媒にはＮ
Ｏxの還元に必要なＨＣ、或いはＣＯ成分が供給される
ため、同触媒におけるＮＯx浄化作用の低下が防止され
る。

【００１４】請求項２記載の発明によれば、請求項１に
記載した発明の作用に加え、ＨＣ量増大手段は、内燃機
関がリーン空燃比で運転されている際に、一部の気筒に
接続された分岐管を通過する排気のみに含まれるＨＣ、
或いはＣＯ成分を増大させる。この際、通路制御手段に
より制御弁が開弁され、ＨＣ、或いはＣＯ成分が増加し
た排気の一部は、三元触媒を通過することなくバイパス
通路を介して過給機の上流側にある排気通路に導入され
る。

【００１５】又、内燃機関はリーン空燃比で運転されて
いることから、前記ＨＣ量増大手段によってＨＣ、或い
はＣＯ成分の増大操作が行われない気筒からは、Ｏ2 を
多量に含む排気が、分岐管を介して同じく過給機の上流
側にある排気通路に導入される。そして、排気通路の導
入されたＯ2 を多量に含む排気は、前述のＨＣ、或いは
ＣＯ成分を含む排気と混合される。

【００１６】そして、混合された排気は、その温度が高
いため、ＨＣ、或いはＣＯ成分の一部がＯ2 と反応して
酸化し、その酸化熱によって体積が増加する。従って、
前記三元触媒を通過して圧力が低下した排気の圧力は再
び増加する。その結果、過給機には圧力が増加した排気
が流入することとなるため、過給機における過給効率の
低下を更に抑制することができる。又、ＨＣ、或いはＣ
Ｏ成分の一部は酸化されることなく、過給機の下流側排
気通路を介してＮＯx 還元触媒に導入され、ＮＯx 成分
の還元に供される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明を自動車のガソリ
ンエンジンシステムに具体化した実施の形態について図
面を参照して詳細に説明する。本実施の形態におけるガ
ソリンエンジンは、後述する吸気通路に導入された空気
量とインジェクタから噴射される燃料量との比、即ち、
空燃比がリーン空燃比の状態で運転可能である。

【００１８】図１に示すガソリンエンジンシステムは、
内燃機関としてのエンジン１１と、エンジン１１に吸入
空気を導入する吸気通路１２と、エンジン１１にて発生
した排気を外部へ排出するための排気通路１３とを備え
ている。

【００１９】エンジン１１内には燃焼室を含む第１〜４
気筒＃１，＃２，＃３，＃４が形成されており、又、各
気筒＃１〜＃４にはエンジン１１に接続されたインテー
クマニホルド１４を介して吸気通路１２が接続されてい
る。

【００２０】吸気通路１２の上流側（空気取り入れ側）
には、エアクリーナ１５が接続されており、同クリーナ
を介して吸気通路１２内には清浄な空気が導入される。
インテークマニホルド１４と吸気通路１２の間には、吸
入空気の脈動を抑制するためのサージタンク１６が接続
されている。

【００２１】インテークマニホルド１４のエンジン１１
接続側には、各気筒＃１〜＃４内に燃料を噴射するため
のインジェクタ１７がインテークマニホルド１４内に突
出するように配設されている。各インジェクタ１７は、
通電により開かれる電磁弁であり、各インジェクタ１７
には、燃料タンク（図示しない）からポンプ（図示しな
い）により燃料が圧送される。吸気通路１２の吸入空気
とインジェクタ１７から噴射された燃料との混合気は、
各気筒＃１〜＃４に設けられた吸気バルブ（図示しな
い）により吸気ポート（図示しない）が開かれることに
より、各燃焼室に導入（吸入）される。

【００２２】吸気通路１２において前記サージタンク１
６の近傍にはスロットルバルブ１８が設けられている。
スロットルバルブ１８は、アクセルペダル（図示しな
い）の操作に連動して作動することにより、吸気通路１
２を開閉する。そして、このバルブ１８の作動により、
吸気通路１２における吸入空気量が調節される。スロッ
トルバルブ１８の近傍にはスロットルセンサ１９が設け
られている。スロットルセンサ１９はスロットルバルブ
１８の開度（スロットル開度）を検出し、その開度に応
じた信号を出力する。

【００２３】サージタンク１６に接続配管２０によって
吸気圧センサ２１が接続されている。同センサ２１は、
サージタンク１６における過給圧力を含む吸気圧ＰＭを
検出し、その圧力に応じた信号を出力する。吸気圧セン
サ２１は結晶（シリコン）に圧力を加えるとその電気抵
抗が変化する性質を利用した半導体式圧力センサよりな
り、吸気圧力を電気信号に変換及び増幅して出力する。

【００２４】各気筒＃１〜＃４内には、吸入された混合
気に点火するための点火プラグ２２が突出するように配
設されている。各点火プラグ２２は、プラグコード等
（図示しない）を介して、エンジン１１の近傍に配設さ
れているディストリビュータ２３に接続されている。デ
ィストリビュータ２３には、電子制御装置（以下、「Ｅ
ＣＵ」という）２４からの点火信号に基づき高電圧を出
力するイグナイタ２５が接続されており、イグナイタ２
５から出力された高電圧は、ディストリビュータ２３に
よりクランク角度に同期して各点火プラグ２２に分配さ
れる。

【００２５】又、ディストリビュータ２３には、エンジ
ン１１の回転に連動して回転するロータ（図示しない）
が内蔵されている。そして、このディストリビュータ２
３には、ロータの回転からエンジン１１の回転速度（エ
ンジン回転数ＮＥ）を検出する回転数センサ２６が設け
られている。この回転数センサ２６は、例えば、クラン
ク角（ＣＡ）１０°毎に回転パルス信号を出力する。

【００２６】更に、ディストリビュータ２３には、ロー
タの回転に応じて、エンジン１１のクランク角の変化を
所定の割合で検出する気筒判別センサ２７が設けられて
いる。この気筒判別センサ２７は、例えば、７２０°Ｃ
Ａ毎に基準位置信号を出力するようになっている。尚、
本実施の形態において、上記吸気圧センサ２１及び回転
数センサ２６によってエンジンの運転状態を検出するた
めの運転状態検出手段が構成されている。

【００２７】又、各気筒＃１〜＃４には排気バルブ（図
示しない）が設けられており、同排気バルブにより排気
ポート（図示しない）が開かれることにより、各気筒＃
１〜＃４において燃焼した燃焼ガスが排気として排気通
路１３に排出される。排気通路１３の上流側は各気筒＃
１〜＃４の排気ポートに対して、排気通路１３の一部を
構成するエグゾーストマニホルド２８を介して接続され
ている。エグゾーストマニホルド２８は、各気筒＃１〜
＃４の排気ポートにそれぞれ接続された分岐管２９と、
各分岐管２９の下流側がそれぞれ接続され、排気が集合
して流れる集合部３０とを有している。この集合部３０
の下流側（排気が導出する側）には三元触媒コンバータ
３１が接続されている。同コンバータ３１の内部には三
元触媒３１ａが内蔵されており、同触媒はエンジン１１
が理論空燃比近傍で運転を行う際に、排気中に含まれる
ＨＣ、ＣＯ、及びＮＯx 成分の三成分を同時に浄化する
ことができる。又、三元触媒コンバータ３１近傍の排気
通路１３には、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ
３２が配設されている。

【００２８】吸気通路１２と排気通路１３との間には過
給機としてのターボチャージャ３３が設けられており、
同ターボチャージャ３３によって、吸気通路１２を通過
して各気筒＃１〜＃４へ吸入空気が過給される。ターボ
チャージャ３３はコンプレッサ３４及びタービン３５
と、それら両者３４，３５を連結するシャフト３６とを
備えている。前記コンプレッサ３４は、エアクリーナ１
５と後述するインタクーラ４６との間における吸気通路
１２に配置されている。又、タービン３５は前記三元触
媒コンバータ３１と後述するＮＯx 触媒コンバータとの
間の排気通路１３に配置されており、排気通路１３を流
れる排気の運動エネルギによって回転される。タービン
３５が排気の運動エネルギによって回転すると、前記コ
ンプレッサ３４はタービン３５と一体に回転し、吸気通
路１２を流れる吸入空気が過給される。この過給作用に
より、各気筒＃１〜＃４の燃焼室に導かれる空気が高密
度化され、エンジン１１における出力の増大が図られ
る。

【００２９】排気通路１３には前記タービン３５をバイ
パスする圧力調整通路３７が設けられており、同通路３
７によってタービン３５の上流側と下流側とが連通され
ている。圧力調整通路３７にはターボチャージャ３３に
おける過給圧を制御するためのウェイストゲートバルブ
３８が設けられている。同ウェイストゲートバルブ３８
はダイヤフラム式のアクチュエータ３９によって作動す
るようになっている。アクチュエータ３９には圧力室
（図示しない）が設けられており、同圧力室は第１圧力
通路４０を介して、コンプレッサ３４より下流側の吸気
通路１２に接続されている。この第１圧力通路４０には
コンプレッサ３４による過給圧力が作用する。第１圧力
通路４０を通じて圧力室に導かれる過給圧力が所定値を
越えると、アクチュエータ３９が作動して、ウェイスト
ゲートバルブ３８が開弁し圧力調整通路３７が開かれ
る。これにより、タービン３５に流れるべき排気の一部
がタービン３５を迂回して圧力調整通路３７を流れ、タ
ービン３５の回転が抑えられる結果、コンプレッサ３４
による過給圧が抑えられる。従って、ウェイストゲート
バルブ３８の開度を調節することにより、ターボチャー
ジャ３３による過給圧力が調節される。

【００３０】更に、前記圧力室は第２圧力通路４１を介
して前記コンプレッサ３４より上流側の吸気通路１２に
接続されている。この第２圧力通路４１には、コンプレ
ッサ３４により過給される前の吸入空気圧力が作用す
る。圧力通路にはバキューム・スイッチング・バルブ
（以下、「ＶＳＶ」という）４２が設けられており、同
ＶＳＶ４２により同通路が開閉される。このＶＳＶ４２
の開度は電気的にデューティ制御されるようになってお
り、このＶＳＶ４２が適宜に開かれることにより、過給
圧力より低い空気圧力が第２圧力通路４１を通じて圧力
室に導入される。これによって圧力室の圧力が下がり、
アクチュエータ３９はウェイストゲートバルブ３８の開
度を小さくするように作動する。

【００３１】又、本実施の形態において、前記三元触媒
コンバータ３１をバイパスして排気を通過させるバイパ
ス通路４３が設けられている。このバイパス通路４３の
上流側は、前記エグゾーストマニホルド２８において、
前記第４気筒＃４に接続された分岐管２９に接続され、
又、同通路４３の下流側は三元触媒コンバータ３１とは
前記タービン３５との間の排気通路１３に接続されてい
る。

【００３２】バイパス通路４３の途中には同通路４３を
開放閉塞する制御弁としてのバイパス制御弁４４が設け
られている。バイパス制御弁４４はアクチュエータ４５
を有しており、このアクチュエータ４５がＥＣＵ２４か
らの制御信号に基づいて作動することにより同弁４４が
開閉駆動されるようになっている。

【００３３】吸気通路１２において前記スロットルバル
ブ１８とコンプレッサ３４との間にはインタクーラ４６
が設けられており、コンプレッサ３４により過給され温
度上昇した吸入空気はインタクーラ４６により冷却され
る。従って、吸気通路１２から各気筒＃１〜＃４内に導
入される吸入空気の単位体積当たりの重量が増加して、
エンジン１１出力の増大が図られる。

【００３４】排気通路１３において、前記タービン３５
よりも下流側の位置には、ＮＯx 触媒コンバータ４７が
設けられ、更に、同コンバータ４７の下流側にはマフラ
４８が設けられている。ＮＯx 触媒コンバータ４７はＮ
Ｏx 還元触媒としてのＮＯx吸収還元触媒４７ａを内蔵
している。このＮＯx 吸収還元触媒４７ａは、例えばア
ルミナからなる多孔質体（図示しない）と、この多孔質
体上に担持されたバリウムＢａからなるＮＯx 吸収物質
（図示しない）、及び白金Ｐｔのような貴金属（図示し
ない）とを有している。そして、ＮＯx 吸収還元触媒４
７ａは、排気中に含まれるＮＯx 成分をエンジン１１の
空燃比状態に応じて吸収、還元することによって同成分
の浄化を行う。

【００３５】以下、ＮＯx 吸収還元触媒４７ａにおける
ＮＯx 成分の吸収還元作用について説明する。エンジン
１１がリーン空燃比状態で運転され、排気中に含まれる
酸素Ｏ2 の濃度が増大すると、排気中のＮＯx 成分は貴
金属の表面で酸素Ｏ2 によって酸化され、ＮＯ2 とな
る。そして、酸化されたＮＯx 成分（ＮＯ2 ）は前記Ｎ
Ｏx 吸収物質に吸収される。このようなＮＯx 吸収還元
触媒４７ａにおけるＮＯx 吸収作用は、排気中における
酸素濃度が高い状態にあり、且つ、ＮＯx 吸収物質にお
ける吸収能力が飽和してしまわない限り続けられる。

【００３６】これに対して、エンジン１１が理論空燃
比、或いはリッチ空燃比で運転され、排気中の酸素濃度
が低下するとともに、排気中に含まれるＨＣ或いはＣＯ
成分量が増大する。すると、ＮＯx 吸収物質に吸収され
ているＮＯx 成分（ＮＯ2 ）が貴金属の表面上から放出
されるとともに、排気中に含まれるＨＣ，ＣＯ成分と反
応して還元される。その結果、ＨＣ、ＣＯ、及びＮＯx
成分は、二酸化炭素（Ｃ０2 ）、水（Ｈ2 ０）、及び窒
素（Ｎ2 ）に変換され、ＮＯx 触媒コンバータ４７から
前記マフラ４８を介して外部に排出される。

【００３７】上記ＮＯx 吸収還元触媒４７ａは、前述し
たように、エンジン１１の運転状態に応じてＮＯx を吸
収、及び還元を行うものであるが、同触媒４７ａにおけ
るＮＯx 成分の吸収能力は、前記ＮＯx 吸収物質に吸収
されているＮＯx 成分が所定量を越えると低下する性質
を有している。従って、ＮＯx 吸収物質の吸収能力が飽
和する前に、ＮＯx 吸収還元触媒４７ａに対してＨＣ、
或いはＣＯ成分が供給され、ＮＯx 吸収物質に吸収され
ているＮＯx 成分を放出還元することによって、同物質
におけるＮＯx 吸収能力を回復させる必要がある。特
に、エンジン１１がリーン空燃比で運転されている場合
には、排気に含まれるＮＯx 成分が増加する一方で、同
成分の還元剤となるＨＣ、或いはＣＯ成分が減少するた
め、ＮＯx吸収物質における吸収能力の低下が生じやす
い。そこで、本実施の形態では、エンジン１１がリーン
空燃比で運転する場合に、一部の気筒の空燃比をリーン
空燃比の状態からリッチ空燃比に切り換える空燃比制御
を行うことによって、排気中に含まれるＨＣ或いはＣＯ
成分を所定時間増加させ、ＨＣ、或いはＣＯ成分が増加
した排気をＮＯx 触媒コンバータ４７内のＮＯx 吸収還
元触媒４７ａに対して供給するようにしている。

【００３８】次に、本実施の形態における排気制御装置
における電気的構成について説明する。図２は、ＥＣＵ
２４、及び同ＥＣＵ２４に接続された各種センサ１９，
２１，２６，２７，３２、及び各インジェクタ１７、イ
グナイタ２５、ＶＳＶ４２、バイパス制御弁４４を示す
ブロック図である。同図に示すように、ＥＣＵ２４は中
央処理装置（以下、「ＣＰＵ」という）４９、読み出し
専用メモリ（以下、「ＲＯＭ」という）５０、ランダム
アクセスメモリ（以下、「ＲＡＭ」という）５１、及び
バックアップＲＡＭ５２等を備える。ＥＣＵ２４はこれ
ら各部と、入力インタフェース５３、及び出力インタフ
ェース５４等とを双方向バスにより接続してなる論理演
算回路によって構成されている。ここで、ＲＯＭ５０は
所定の制御プログラム等を予め記憶している。ＲＡＭ５
１にはＣＰＵ４９の演算結果等が一時的に記憶される。
又、バックアップＲＡＭ５２には予め記憶したデータが
保存されている。入力インタフェース５３はバッファ、
波形整形回路及びＡ／Ｄ変換器等を含み、又、出力イン
タフェース５４は駆動回路等を有している。

【００３９】各種センサからの信号は入力インタフェー
ス５３を介して前記ＣＰＵ４９に入力される。ＣＰＵ４
９はそれら入力値に基づき、空燃比制御を含む燃料噴射
量制御、点火時期制御、及び過給圧力制御等の処理を実
行する。

【００４０】ここで、燃料噴射量制御とは、エンジン１
１の運転状態に応じて各インジェクタ１７から噴射され
る燃料量を制御することである。点火時期制御とは、エ
ンジン１１の運転状態に応じてイグナイタ２５を制御す
ることにより、各点火プラグ２２を作動させて各燃焼室
における混合気の点火時期を制御することである。又、
過給圧力制御とは、吸気圧力（過給圧力）の状態を含む
エンジン１１の運転状態に基づいてＶＳＶ４２の開度を
デューティ制御することにより、アクチュエータ３９を
作動させ、前記ウェイストゲートバルブ３８の開度を制
御することである。

【００４１】本実施の形態における排気制御装置では、
以下に説明する「空燃比設定ルーチン」において、第４
気筒＃４の空燃比を他の気筒＃１〜＃３とは異なる空燃
比に所定時間変更することにより、ＮＯx 吸収還元触媒
４７ａのＮＯx 吸収物質におけるＮＯx 吸収能力を回復
させ、ＮＯx 触媒コンバータ４７におけるＮＯx 浄化作
用の低下を防止している。以下、「空燃比設定ルーチ
ン」について図５に示すフローチャートに基づき詳細に
説明する。

【００４２】先ず、エンジン１１の運転が開始される
と、ＣＰＵ４９によって実行される「初期値設定ルーチ
ン」にて前記「空燃比設定ルーチン」で用いられるカウ
ンタｔ1，ｔ2 ，Ｃ1 ，Ｃ2 がそれぞれ「０」に初期設
定されるとともに、後述するカウンタｉが「１」に設定
される。尚、カウンタｔ1 はエンジン１１がリーン空燃
比で運転されている場合にのみカウントアップされるカ
ウンタである。「空燃比設定ルーチン」において、ＣＰ
Ｕ４９はカウンタｔ1 が後述する時間間隔Ｔj1を越えた
場合に第４気筒＃４の空燃比を一時的にリッチ空燃比と
なるように設定する。又、カウンタＣ1 は第４気筒＃４
における空燃比が一時的にリッチ空燃比に設定されてか
らの時間を示すものであり、このカウンタＣ1 が所定値
Ｃj1を越えるまでの間、後述するステップ２１１におい
て第４気筒＃４の空燃比補正係数Ｋ4 が「１．０」より
小さく設定され、同気筒＃４の空燃比がリッチ空燃比に
設定される。

【００４３】ＣＰＵ４９の処理が「空燃比設定ルーチ
ン」に移行すると、先ず、ＣＰＵ４９はステップ２０１
（図では「Ｓ２０１」と示す）において、吸気圧センサ
２１、回転数センサ２６から出力される吸気圧ＰＭ、及
びエンジン回転数ＮＥを入力信号として読み込む。

【００４４】ステップ２０１に続くステップ２０２で、
ＣＰＵ４９は吸気圧ＰＭ及びエンジン回転数ＮＥに基づ
いて空燃比基準補正係数Ｋを決定する。この空燃比基準
補正係数Ｋはエンジン１１の空燃比を制御するための補
正係数であり、Ｋ＝１．０に設定されるとエンジン１１
の空燃比は理論空燃比となる。又、Ｋ＞１．０に設定さ
れると、エンジン１１空燃比は理論空燃比よりも小さい
リッチ空燃比となり、Ｋ＜１．０に設定するとエンジン
１１の空燃比は理論空燃比より大きく空気が過剰の状
態、即ち、リーン空燃比となる。

【００４５】前記ＲＯＭ５０には吸気圧ＰＭ及びエンジ
ン回転数ＮＥに対応する空燃比基準補正係数Ｋが図３に
示すような関数データとして予め記憶されている。ＣＰ
Ｕ４９はこの関数データに基づいて空燃比基準補正係数
Ｋの決定を行う。本実施の形態では、図３に示すよう
に、吸気圧ＰＭが比較的低い領域（低負荷運転領域）で
は補正係数Ｋは「１．０」とされ、エンジン１１は理論
空燃比で運転される。又、吸気圧ＰＭが比較的高い領域
（中高負荷運転領域）では前記補正係数Ｋは「１．０」
より小さく設定され、エンジン１１はリーン空燃比で運
転される。

【００４６】続いて、ＣＰＵ４９はステップ２０３に移
行し、ステップ２０２にて決定した空燃比基準補正係数
Ｋの値が「１．０」より小さいか否かを判断する。そし
て、ステップ２０３において、空燃比基準補正係数Ｋが
「１．０」以上である場合（ステップ２０３が「Ｎ
Ｏ」）、即ち、エンジン１１が理論空燃比で運転される
べき場合には、第４気筒＃４の空燃比を切り換える必要
はないため、ステップ２１３、ステップ２１４でカウン
タｔ1 とＣ1 の値を「０」に設定するとともに、ステッ
プ２１５で第４気筒＃４の空燃比補正係数Ｋ4 の値を前
記空燃比基準補正係数Ｋの値と同一に設定する。そして
ＣＰＵ４９はステップ２１６で前記バイパス制御弁４４
のアクチュエータ４５を制御して同弁４４を閉弁させ
る。

【００４７】一方、ステップ２０３で空燃比基準補正係
数Ｋが「１．０」より小さく、エンジン１１がリーン空
燃比で運転されるべき場合には、、ＣＰＵ４９はステッ
プ２０４に移行して、前記カウンタｔ1 を「１」だけイ
ンクリメントした後、ステップ２０５に移行する。

【００４８】ステップ２０５においてＣＰＵ４９は時間
間隔ｔj1の値を決定する。この時間間隔ｔj1は前記ＮＯ
x 触媒コンバータ４７内のＮＯx 吸収還元触媒４７ａに
ＨＣ、或いはＣＯ成分を供給する時間間隔を示すパラメ
ータである。本実施の形態において、時間間隔ｔj1は以
下のようにして決定されている。

【００４９】前記時間間隔ｔj1は、エンジン１１の排気
中に含まれるＮＯX 成分量に応じて決定される。即ち、
排気中に含まれるＮＯx 成分量が多い場合には前記ＮＯ
x 吸収還元触媒４７ａにて吸収されるＮＯx 成分が多く
なり、同触媒４７ａのＮＯx吸収物質におけるＮＯx 吸
収能力が飽和するまでの時間が短くなる。従って、時間
間隔ｔj1を短くして、より早いタイミングでＮＯx 吸収
還元触媒４７ａにＨＣ、或いはＣＯ成分を供給する必要
がある。

【００５０】これに対して、排気中に含まれるＮＯx 成
分量が少ない場合には、逆に時間間隔ｔj1を長くして燃
費の向上を図ることが好ましい。排気中のＮＯX 成分量
はエンジン１１の空燃比がリーン側となるほど多くな
る。本実施の形態では、空燃比と排気中のＮＯx 成分量
との関係が実験等により求められ、その結果に基づい
て、空燃比の状態を示すパラメータである空燃比基準補
正係数Ｋと時間間隔ｔj1との関係が関数データとして前
記ＲＯＭ５０に記憶されている。ＣＰＵ４９はその関数
データに基づいて、空燃比基準補正係数Ｋに対応する時
間間隔ｔj1を決定する。このようにてして時間間隔ｔj1
を決定した後、ＣＰＵ４９はステップ２０６に移行す
る。

【００５１】ステップ２０６においてＣＰＵ４９はエン
ジン１１の空燃比がリーン空燃比となってからの経過時
間を示すカウンタｔ1 と時間間隔ｔj1とを比較し、カウ
ンタｔ1 が時間間隔ｔj1より小さいか否かを判断する。
カウンタｔ1 が時間間隔ｔj1より小さい場合（ステップ
２０６が「ＹＥＳ」）、ＣＰＵ４９はリーン空燃比の状
態となってから所定時間が経過していないと判断してス
テップ２０７に移行し、同ステップ２０７で第４気筒＃
４の空燃補正係数Ｋ4 を空燃比基準補正係数Ｋと同一の
値に設定する。そして、続くステップ２０８においてＣ
ＰＵ４９は前記バイパス制御弁４４のアクチュエータ４
５を制御して同弁４４を閉弁させる。

【００５２】一方、ステップ２０６において、カウンタ
ｔ1 が経過時間ｔj1以上である場合（ステップ２０６が
「ＮＯ」）、即ち、ＮＯx 吸収還元触媒４７ａのＮＯx
吸収物質におけるＮＯx 吸収能力が飽和状態に近い状態
にあり、同触媒４７ａに対してＨＣ、或いはＣＯの供給
を行う必要がある場合、ＣＰＵ４９はステップ２０９に
移行する。ステップ２０９に移行したＣＰＵ４９はカウ
ンタＣ1 の値を「１」だけインクリメントした後、ステ
ップ２１０に移行する。そして、同ステップ２１０にお
いてＣＰＵ４９はカウンタＣ1 が所定値Ｃj1より小さい
か否かを判断する。所定値Ｃj1は第４気筒＃４をリッチ
空燃比に保持する時間である。尚、第４気筒＃４の空燃
比をリッチ空燃比に保持する時間Ｃj1は、本実施の形態
では、例えば１秒以下の短い時間に設定され、第４気筒
＃４の空燃比はパルス状にリッチ空燃比に切り換えられ
る。

【００５３】ステップ２１０において、カウンタＣ1 が
所定値Ｃj1より小さい場合（ステップ２１０が「ＹＥ
Ｓ」）、第４気筒＃４の空燃比がリーン空燃比からリッ
チ空燃比に設定されてから所定時間Ｃj1経過していない
として、ＣＰＵ４９はステップ２１１に移行して第４気
筒＃４の空燃比補正係数Ｋ4 を所定値α1 に設定する。
ここで、所定値α1は、α1≧１．０の適宜な値の一定値
であり、本実施の形態では、α1 ＝１．２に設定され
る。ステップ２１１において第４気筒＃４の空燃比補正
係数Ｋ4 がα1 ＝１．２に設定されることによって、同
気筒＃４における空燃比がリーン空燃比の状態からリッ
チ空燃比に切り換えられる。そして、ＣＰＵ４９はステ
ップ２１１からステップ２１２に移行して、前記バイパ
ス制御弁４４のアクチュエータ４５を制御して同弁４４
を開弁する。尚、前記ステップ２１１において第４気筒
＃４の空燃比補正係数Ｋ4 を所定値α1 に設定する処
理、及びステップ２１２においてバイパス制御弁４５の
開弁制御処理を実行するＣＰＵ４９は、本発明のＨＣ量
増大手段及び通路制御手段を構成している。

【００５４】又、ステップ２１０で、カウンタＣ1 が所
定値Ｃj1以上となっている場合（ステップ２１０が「Ｎ
Ｏ」）、ＣＰＵ４９はステップ２１３、ステップ２１４
でカウンタｔ1 とカウンタＣ1 の値を「０」に設定する
とともに、ステップ２１５で第４気筒＃４の空燃比補正
係数Ｋ4 の値を前記空燃比基準補正係数Ｋの値と同一に
設定する。そしてＣＰＵ４９はステップ２１６で前記バ
イパス制御弁４４のアクチュエータ４５を制御して同弁
４４を閉弁させる。

【００５５】ＣＰＵ４９はステップ２０８、ステップ２
１２、及びステップ２１６においてバイパス制御弁４４
を開閉制御した後、ステップ３０１に移行する。ステッ
プ３０１以降の各処理は、エンジン１１がリーン空燃比
の運転状態である場合において、第１〜第３気筒＃１〜
＃３の空燃比補正係数Ｋ1 〜Ｋ3 のいずれかを一時的に
リッチ側に変更することにより、前記各触媒３１ａ，４
７ａにおける過熱を防止するためのものである。

【００５６】即ち、本実施の形態におけるエンジン１１
では、図３に示すように、大部分の運転領域でリーン空
燃比の状態となっている。このように、リーン空燃比の
状態では、排気温度が高くなり、各触媒コンバータ３
１，４７に内蔵された触媒３１ａ，４７ａの温度が過度
に上昇して同触媒３１ａ，４７ａが損傷を被る虞があ
る。本実施の形態における「空燃比設定ルーチン」で
は、第１〜第３気筒＃１〜＃３における空燃比を一時的
にリッチ空燃比に変更することによって排気温度を低下
させ、各触媒３１ａ，４７ａの損傷を未然に防止してい
る。

【００５７】以下、図６のフローチャートを参照して説
明すると、ステップ３０１に移行したＣＰＵ４９は、先
ず、第１〜第３気筒における空燃比補正係数Ｋ1 〜Ｋ3
をいずれも前記空燃比基準補正係数Ｋに設定する。続い
て、ＣＰＵ４９はステップ３０２に移行して、ステップ
２０２において決定した空燃比基準補正係数Ｋが「１．
０」より小さいか否かを判断する。そして、ＣＰＵ４９
は空燃比基準補正係数Ｋが「１．０」以上である場合
（ステップ３０２が「ＮＯ」）、ステップ３１０に移行
する。

【００５８】一方、ステップ３０２で空燃比基準補正係
数Ｋが「１．０」より小さい場合、ＣＰＵ４９はステッ
プ３０３に移行して、前記カウンタｔ2 を「１」だけイ
ンクリメントした後、ステップ３０４に移行する。

【００５９】ステップ３０４においてＣＰＵ４９は時間
間隔ｔj2の値を決定する。この時間間隔ｔj2は第１〜第
３気筒＃１〜＃３の一部の空燃比をリーン空燃比からリ
ッチ空燃比に変更する時間間隔を示すパラメータであ
る。一般に、エンジン１１の空燃比がリーン空燃比であ
る場合、排気温度が高くなる傾向があるため、前記時間
間隔ｔj2を短くして、エンジン１１の空燃比をより頻繁
にリッチ空燃比に切り替えることにより排気温度を低下
させる必要がある。逆に、エンジン１１の空燃比がリー
ン空燃比であっても理論空燃比に近い場合には、時間間
隔ｔj2を長くして燃費の向上を図ることが望ましい。前
記ＲＯＭ５０には、エンジン１１の空燃比の状態を示す
前記空燃比基準補正係数Ｋと時間間隔ｔj2との関係が関
数データとして記憶されている。ＣＰＵ４９はその関数
データに基づいて現在の空燃比基準補正係数Ｋに対応す
る時間間隔ｔj2を決定する。そして、ＣＰＵ４９は時間
間隔ｔj2を決定した後、ステップ３０５に移行する。

【００６０】ステップ３０５においてＣＰＵ４９はエン
ジン１１の空燃比がリーン空燃比となってからの経過時
間を示すカウンタｔ2 と、時間間隔ｔj2とを比較し、カ
ウンタｔ2 が時間間隔ｔj2より小さいか否かを判断す
る。カウンタｔ2 が時間間隔ｔj2より小さい場合（ステ
ップ３０５が「ＹＥＳ」）、ＣＰＵ４９はステップ３０
９に移行する。

【００６１】一方、ステップ３０５において、カウンタ
ｔ2 が経過時間ｔj2以上である場合（ステップ３０５が
「ＮＯ」）、ＣＰＵ４９はステップ３０６に移行する。
ステップ３０６に移行したＣＰＵ４９はカウンタＣ2 の
値を「１」だけインクリメントした後、ステップ３０７
に移行する。そして、同ステップ３０７においてＣＰＵ
４９はカウンタＣ2 が所定値Ｃj2より小さいか否かを判
断する。所定値Ｃj2は第１〜第３気筒＃１〜＃３の空燃
比をリッチ空燃比に保持する時間を示すパラメータであ
る。

【００６２】ステップ３０７において、カウンタＣ2 が
所定値Ｃj2より小さい場合（ステップ３０７が「ＹＥ
Ｓ」）、ＣＰＵ４９はステップ３０８に移行してカウン
タｉに対応して決定される一気筒での空燃比補正係数Ｋ
n を所定値α2 に設定する。即ち、カウンタｉが「１」
である場合、第１気筒の空燃比補正係数Ｋ1 が所定値α
2 に変更され、「２」である場合、第２気筒の空燃比補
正係数Ｋ2 が、「３」である場合、第３気筒の空燃比補
正係数Ｋ3 がそれぞれ所定値α2 に変更される。又、所
定値α2 は、α≧１．０の適宜な値の一定値であり、本
実施の形態では、α＝１．２に設定される。ステップ３
０８において第１〜第３気筒＃１〜＃３のいずれかの気
筒における空燃比補正係数Ｋn がα＝１．２に設定され
ることによって、その気筒における空燃比がリーン空燃
比の状態からリッチ空燃比に切り換えられる。尚、本実
施の形態において、ステップ３０８の空燃比切換処理を
行うＣＰＵ４９によって触媒３１ａ，４７ａの温度上昇
を抑制する過熱防止手段が構成されている。

【００６３】又、ステップ３０７で、カウンタＣ2 が所
定値Ｃj2以上となっている場合（ステップ３０７が「Ｎ
Ｏ」）、ＣＰＵ４９はステップ３１０、ステップ３１１
でカウンタｔ2 とカウンタＣ2 の値を「０」に設定する
とともに、ステップ３１２でカウンタｉの値を「１」だ
けインクリメントしてステップ３１３に移行する。

【００６４】ステップ３１３に移行したＣＰＵ４９はカ
ウンタｉの値が「３」以下であるか否かを判断する。そ
して、カウンタｉが「３」以下である場合（ステップ３
１３が「ＹＥＳ」）、ＣＰＵ４９はステップ３０９に移
行する。一方、カウンタｉが「３」より大きい場合（ス
テップ３１３が「ＮＯ」）、ＣＰＵ４９はステップ３１
４に移行してカウンタｉを「１」にリセットしてステッ
プ３０９に移行する。

【００６５】ステップ３０８，３１３，３１４からステ
ップ３０９に移行したＣＰＵ４９は、それまでの処理に
よって設定した第１〜第４気筒＃４における各空燃比補
正係数Ｋ1 〜Ｋ4 の値を前記ＲＡＭ５１に格納してルー
チンを終了する。

【００６６】ＣＰＵ４９は「空燃比設定ルーチン」にて
設定された空燃比補正係数Ｋ1 〜Ｋ4 に基づいて燃料噴
射量、即ち各気筒＃１〜＃４毎に設けられたインジェク
タ１７における燃料噴射時間ＴＡＵ1 〜ＴＡＵ4 を算出
する。

【００６７】より詳細に説明すると、燃料噴射時間ＴＡ
Ｕは次式によって算出される。ＴＡＵn ＝ＴＰ×Ｋn （ｎ＝１〜４）・・・（１）上式（１）において、ＴＰは機関燃焼室内に供給される
混合気の空燃比を理論空燃比にするために必要とされる
燃料噴射時間、すなわち基本燃料噴射時間を示してい
る。本実施の形態において、燃料噴射時間ＴＰは、吸気
圧センサ２１により検出された吸気圧ＰＭと機関回転数
ＮＥとの関数データとして、予め実験等により求めら
れ、図４に示すような数値テーブルとして前記ＲＯＭ５
０に格納されている。ＣＰＵ４９は式（１）によって算
出された前記燃料噴射時間ＴＡＵn と一致するように各
気筒＃１〜＃４に設けられたインジェクタ１７の開弁時
間を制御する。

【００６８】次に本実施の形態における作用について説
明する。図７は、エンジン１１がリーン空燃比で運転さ
れている場合の上記ルーチンの実行による第４気筒＃４
の空燃比変化、バイパス制御弁４４の開閉状態、及びＮ
Ｏx 吸収還元触媒４７ａに吸収されたＮＯx 成分の吸収
量を示すタイミングチャートである。

【００６９】図７に示すように、エンジン１１がリーン
空燃比で運転されている場合、ＣＰＵ４９は所定時間ｔ
j1毎に第４気筒＃４の空燃比を一定時間Ｃj1の間、リッ
チ空燃比に切り換えるとともに、前記バイパス制御弁４
４のアクチュエータ４５を制御して同弁４４を開弁す
る。その結果、第４気筒＃４に接続された分岐管２９内
の排気の一部は前記バイパス通路４３内に流入する。

【００７０】そして、その排気の一部は前記三元触媒コ
ンバータ３１を通過することなく、バイパス通路４３を
通過して、三元触媒コンバータ３１とターボチャージャ
３３のタービン３５との間の排気通路１３に流入する。
ここで、バイパス通路４３内を通過する排気は、第４気
筒＃４における空燃比が一時的にリッチ側に切り換えら
れているため、多量のＨＣ、或いはＣＯ成分を含んでい
る。従って、ターボチャージャ３３上流側の排気通路１
３には多量のＨＣ、或いはＣＯを含んだ排気が導入され
ることとなる。

【００７１】一方、第１〜第３気筒＃１〜＃３からの排
気は、各気筒＃１〜＃４の排気ポートに接続された分岐
管２９を介して三元触媒コンバータ３１に流入する。そ
して、排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ成分は同コンバータ
３１に内蔵された三元触媒３１ａにて浄化される。その
後、排気は、排気通路１３においてターボチャージャ３
３上流側の位置で、バイパス通路４３を通過したＨＣ、
ＣＯを多量に含む排気と合流する。リーン空燃比にて燃
焼を行う第１〜第３気筒＃１〜＃３からの排気は、各気
筒＃１〜＃３内において燃料の燃焼（酸化）に供されな
い多量のＯ2 を含んでおり、又、比較的高温の状態にあ
る。そのため、第４気筒＃４からの排気中に含まれるＨ
Ｃ、ＣＯ成分の一部は、第１〜第３気筒＃１〜＃３から
の排気中に含まれるＯ2 と反応（酸化）する。

【００７２】この酸化反応によって生じた熱によって、
ターボチャージャ３３の上流側における排気の体積が増
加する。各気筒＃１〜＃４から排出された排気の大部分
は前記三元触媒コンバータ３１を通過するため、その圧
力が低下することとなる。しかしながら、本実施の形態
では前述したように、ＨＣ，ＣＯ成分の酸化反応による
酸化熱によって排気の体積が増加するため、ターボチャ
ージャ３３に流入する排気の圧力が増加する。そして、
その圧力が増加した排気が、ターボチャージャ３３のタ
ービン３５を回転させるための回転駆動力として用いら
れるため、ターボチャージャ３３の過給圧低下が抑制さ
れる。

【００７３】又、酸化されなかったＨＣ、ＣＯ成分を含
む排気は、ターボチャージャ３３下流側の排気通路１３
を通過してＮＯx 触媒コンバータ４７に流入する。そし
て、排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ成分は前述したように
ＮＯx 触媒コンバータ４７に内蔵されたＮＯx 吸収還元
触媒４７ａにおいて、同触媒４７ａのＮＯx 吸収物質に
吸収されているＮＯx 成分の還元作用に供される。即
ち、排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ成分と、ＮＯx 吸収物
質に吸収されていたＮＯx 成分とが反応することによ
り、これら各成分は二酸化炭素（Ｃ０2 ）、水（Ｈ2
０）、及び窒素（Ｎ2）に変換される。

【００７４】このように、ＮＯx 成分の還元が行われる
ことによって、図７に示すように、ＮＯx 吸収還元触媒
４７ａに含まれるＮＯx 成分の濃度（吸収量）が減少し
て、同触媒４７ａのＮＯx 吸収物質におけるＮＯx 吸収
能力が回復する。そして、以上のようにして前記各触媒
コンバータ３１，４７にてＨＣ、ＣＯ、ＮＯx 成分の各
々が浄化された排気は、マフラ４８を介して外部に排出
される。

【００７５】以上説明したように、本実施の形態ではエ
ンジン１１がリーン空燃比で運転している場合に、第４
気筒＃４における空燃比を一時的にリッチ空燃比に切り
換えることによって、ＮＯx 吸収還元触媒４７ａにおけ
るＮＯx 浄化能力の低下を防止している。

【００７６】更に、本実施の形態では、同じく、エンジ
ン１１がリーン空燃比で運転している場合に、第１〜第
３気筒＃１〜＃３における空燃比を一時的にリッチ空燃
比に切り換えることによって、各触媒３１ａ，４７ａ、
特に排気通路１３の上流側にあって熱的条件が厳しくよ
り高温に晒される三元触媒３１ａの過熱を防止するよう
にしている。

【００７７】即ち、上記ルーチンにおけるステップ３０
１〜３１４にて説明したように、本実施の形態では、エ
ンジン１１がリーン空燃比で運転されている場合、ＣＰ
Ｕ４９は所定時間ｔj2 毎に第１〜第３気筒＃１〜＃３
の空燃比を一定時間Ｃj2の間、順次、リッチ空燃比に切
り換えるようにしている。このように第１〜第３気筒＃
１〜＃３の空燃比がリッチ空燃比に切り換えられること
によって、リッチ空燃比に切り換えられた気筒から排出
される排気の温度が低下し、三元触媒３１ａ、或いはＮ
Ｏx 吸収還元触媒４７ａに流入する排気の温度が低下す
る。その結果、各触媒３１ａ，４７ａを通過する排気の
温度が低下して、各触媒３１ａ，４７ａが過熱状態とな
って損傷することが未然に回避される。

【００７８】以上説明した本実施の形態は以下に示す特
徴（ａ）〜（ｆ）を有するものである。（ａ）本実施の形態では、エンジン１１がリーン空燃比
で運転されている場合に、第４気筒＃４の空燃比が一時
的にリッチ空燃比に切り換えられ、ＨＣ、ＣＯ成分を多
量に含む排気が所定時間Ｃj1の間、バイパス通路４３等
を介してＮＯx吸収還元触媒４７ａに供給される。従っ
て、ＮＯx 吸収還元触媒４７ａに吸収されているＮＯx
成分の濃度を定期的に低下させることができ、同触媒４
７ａのＮＯx 吸収物質におけるＮＯx 吸収能力を回復さ
せることができる。その結果、本実施の形態によれば、
ＮＯx 吸収還元触媒４７ａにおけるＮＯx 浄化能力の低
下を防止して、排気中に含まれるＮＯx 成分を確実に浄
化することができる。

【００７９】（ｂ）本実施の形態では、三元触媒３１ａ
をバイパスするバイパス通路４３を設けたため、ＨＣ、
ＣＯ成分を含む排気を三元触媒３１ａを通過させること
なく、ＮＯx 吸収還元触媒４７ａに供給することができ
る。即ち、排気中のＨＣ、ＣＯ成分は三元触媒３１ａに
よって酸化されてしまうことがなく、確実に前記ＮＯx
吸収還元触媒４７ａにおいてＮＯx 成分の還元に供され
る。従って、ＮＯx 吸収還元触媒４７ａにおけるＮＯx
成分の還元を効率的に行うことができ、ＮＯx吸収能力
を速やかに回復させることができる。

【００８０】（ｃ）更に、本実施の形態では、前記バイ
パス通路４３にバイパス制御弁４４を設け、ＮＯx 吸収
還元触媒４７ａにＨＣ、ＣＯ成分を供給する場合にの
み、同弁４４を開弁してバイパス通路４３内に排気を通
過させ、エンジン１１が理論空燃比で運転されている場
合のように、ＮＯx 吸収還元触媒４７ａに対してＨＣ、
ＣＯ成分を供給する必要がない時には、バイパス制御弁
４４を閉弁して排気を三元触媒コンバータ３１に通過さ
せるようにした。従って、ＮＯx 吸収還元触媒４７ａに
対して過剰なＨＣ、ＣＯ成分を含む排気が供給されて、
同触媒４７ａにて浄化されないＨＣ、ＣＯ成分を含む排
気が外部に排出されてしまうことがない。

【００８１】（ｄ）前記バイパス通路４３の下流側は、
排気通路１３において三元触媒コンバータ３１とターボ
チャージャ３３のタービン３５との間、即ち、タービン
３５の上流側に接続されている。従って、例えば、バイ
パス通路４３の下流側をタービン３５が設けられた位置
よりも下流側の排気通路１３に接続した構成とした場合
と異なり、第４気筒＃４から排出された排気も第１〜第
３気筒＃１〜＃３からの排気と同様に、前記タービン３
５を回転させるための回転駆動力として利用することが
できる。

【００８２】更に、本実施の形態では、ターボチャージ
ャ３３のタービン３５上流側の排気通路１３内におい
て、第４気筒＃４からの排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ成
分の一部がＯ2 と酸化し、その酸化熱によって排気の体
積が増加する。その結果、排気の圧力が増加し、その圧
力が増加した排気によって前記タービン３５が回転させ
られる。

【００８３】本実施の形態のように、排気通路１３の上
流側に三元触媒３１ａを設け、同触媒３１ａよりも下流
側にターボチャージャ３３を設けた構成を採用した場
合、一般に、三元触媒３１ａにおける圧力損失によって
ターボチャージャ３３の過給効率が低下する傾向があ
る。しかしながら、本実施の形態によれば、上記のよう
なターボチャージャ３３における過給効率の低下を抑制
することができる。

【００８４】（ｅ）本実施の形態では、エンジン１１が
リーン空燃比で運転されている場合に、第１〜３気筒の
空燃比を一時的にリッチ空燃比に切り換えることによっ
て、前記各触媒コンバータに内蔵されている三元触媒３
１ａ、或いはＮＯx 吸収還元触媒４７ａを通過する排気
の温度を低下させることができる。その結果、各触媒３
１ａ，４７ａが過熱状態となることを回避し、その熱的
な損傷を防止することができる。特に、排気通路１３の
上流側に設けられるため温度上昇しやすい三元触媒３１
ａの過熱を防止する点において、前述したように排気の
温度を低下させることは有効である。

【００８５】又、本実施の形態では、第４気筒＃４の空
燃比においても前記ＮＯx 吸収還元触媒４７ａへのＨ
Ｃ、ＣＯ成分の供給を目的として、リーン空燃比から一
時的にリッチ空燃比へ空燃比が切り換えられが、この空
燃比の切り換えも、前述した第１〜第３気筒＃１〜＃３
における空燃比の切り換えと同様に、排気温度の低下さ
せることができる効果を奏する。

【００８６】（ｆ）前述したよう本実施の形態では、第
１〜３気筒の空燃比をリーン空燃比から所定時間の間、
リッチ空燃比に切り換えることによって排気温度を低下
させ、各触媒の過熱を防止するようにしたが、この際、
第１〜３気筒の全ての空燃比をリッチ空燃比に切り換え
るのではなく、一つの気筒の空燃比のみを順次変更する
ようにしている。従って、第１〜第３気筒＃１〜＃３の
全ての空燃比を一度にリッチ空燃比に変更した場合と異
なり、リッチ空燃比への切り換えに伴うエンジン１１の
トルク変動を抑制することができる。即ち、リッチ空燃
比に切り換えに伴うトルク変動は一つの気筒においての
み発生し、他の気筒においては発生しないことから、エ
ンジン１１全体におけるトルク変動のレベルを低くする
ことができる。

【００８７】又、空燃比をリッチ空燃比に切り換える気
筒を順次変更するようにしたため、一つの気筒において
のみリッチ空燃比に変更するようにした場合と異なり、
第１〜第３気筒＃１〜＃３のうち特定の気筒に設けられ
た点火プラグ２２にだけ煤が付着するような不具合が生
じない。

【００８８】尚、本実施の形態は、一つの気筒の空燃比
のみをリッチ空燃比に変更することによって排気温度の
低下を図るようにしているため、第１〜第３気筒＃１〜
＃３の空燃比を全てリッチ空燃比に変更した場合と比較
して、排気の温度変化量が小さい。しかしながら、前述
した時間間隔ｔj2 、Ｃj2を変更し、排気温度を低下さ
せる頻度或いは時間を変更することによって、三元触媒
３１ａ、或いはＮＯx吸収還元触媒４７ａにおける過熱
を防止することができる。

【００８９】本発明は上記実施の形態以外にも、以下に
示す別の実施形態として具体化するようにしてもよい。（１）上記実施の形態では、バイパス通路４３の上流側
を第４気筒＃４の分岐管２９に接続し、第４気筒＃４の
空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に変更した際
に、バイパス通路４３に設けられたバイパス制御弁４４
を開弁し、ＨＣ、ＣＯ成分を多量に含む排気を前記ＮＯ
x 触媒コンバータ４７に供給するようにした。

【００９０】上記構成は例えば以下のように変更するこ
とができる。即ち、バイパス制御弁４４を有したバイパ
ス通路４３の上流側をエギゾーストマニホルドの集合部
３０に接続する。そして、第１〜第４気筒＃４の全てに
おいて空燃比をリッチ空燃比に切り換えるようにすると
ともに、その切換時にバイパス制御弁４４を開弁し、集
合部３０における排気の一部をバイパス通路４３を介し
てターボチャージャ３３の上流側に流入させる。

【００９１】以上のような構成としても、ＮＯx 吸収還
元触媒４７ａに対してＨＣ、ＣＯ成分を供給することが
できる。更に、このような構成によれば、全気筒＃１〜
＃４の空燃比が所定の時間間隔でリッチ空燃比に切り換
えられ、温度の低下した排気が三元触媒３１ａに流入す
るようになるため、前記「空燃比設定ルーチン」におけ
るステップ３０１以降の処理（ステップ３０９の処理を
除く）、即ち、第１〜第３気筒＃１〜＃３の空燃比を一
時的にリッチ空燃比に切り換えて各触媒３１ａ，４７ａ
の温度を低下させる処理が不要となる。

【００９２】（２）上記実施の形態では、第４気筒＃４
の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に変更するよ
うにしたため、排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ成分をより
増加させることができるが、必ずしもリッチ空燃比に変
更する必要はない。即ち、理論空燃比となるように変更
してもよく、或いは、変更前の空燃比よりリッチ側であ
れば第４気筒＃４の空燃比をリーン空燃比領域に変更す
るようにしてもよい。但し、そのような構成とした場合
には、前記時間間隔ｔj1を大きくして、第４気筒＃４の
空燃比がより頻繁にリッチ側に切り換えられるように
し、或いは、リッチ側に保持される時間間隔Ｃj1を長く
設定する必要がある。

【００９３】（３）上記実施の形態では、エンジン１１
の運転状態に応じて前記時間間隔ｔj1を変化させること
により第４気筒＃４からＮＯx 吸収還元触媒４７ａに供
給されるＨＣ、ＣＯ成分の量を調整しているが、ＨＣ、
ＣＯ成分等の供給の調整は他の方法によることも可能で
ある。例えば、時間間隔ｔj1を一定にして、第４気筒＃
４をリッチ空燃比に保持する時間Ｃj2、又は、第４気筒
＃４の空燃比補正係数Ｋ4 の設定値α1 をエンジン１１
運転条件に応じて変化させるようにしてもよい。この場
合、予めエンジン１１運転条件（ＮＯX 発生量）と、そ
の条件で必要とされるＣj2またはα1 の値をエンジン１
１運転条件との関数データとして前記ＲＯＭ５０に格納
しておき、エンジン１１運転条件（吸気圧ＰＭ、エンジ
ン１１回転ステップＮＥ等）から前記関数データを用い
て前記時間間隔Ｃj2または空燃比補正係数α1 の値を決
定するようにすればよい。

【００９４】（４）上記実施の形態では、第４気筒＃４
における空燃比のみを変更してＮＯx 吸収還元触媒４７
ａにＨＣ、ＣＯ成分を供給するようにしたが、第１〜第
３気筒＃１〜＃３の分岐管２９に対して第４気筒＃４に
接続されたバイパス通路４３と同様のバイパス通路をそ
れぞれ接続し、第１気筒〜第４気筒＃１〜＃４の空燃比
を順にリッチ空燃比に切り換えるとともに、リッチ空燃
比に切り換えられた気筒に接続されたバイパス通路４３
内に排気を通過させて、ＮＯx 吸収還元触媒４７ａにＨ
Ｃ、ＣＯ成分を供給する構成としてもよい。

【００９５】（５）上記実施の形態におけるＮＯx 吸収
還元触媒４７ａは、酸素濃度が高い時にＮＯx 吸収物質
にＮＯx 成分を吸収し、酸素濃度が低下したときに、そ
の吸収しているＮＯx 成分をＨＣ、及びＣＯ成分とによ
って還元して外部に排出するものであったが、ＮＯx 成
分を還元するための触媒は上記のようなタイプに限定さ
れるものでない。

【００９６】例えば、排気中に含まれるＨＣ及びＣＯ成
分を細孔にて吸着可能な多孔質体を有し、排気中に含ま
れるＮＯx 成分を多孔質体に吸着されたＨＣ、ＣＯ成分
と反応させることによって還元浄化するタイプのＮＯx
還元触媒であってもよい。このようなタイプのＮＯx 還
元触媒を用いた構成において、リーン空燃比での運転を
続けた場合には、多孔質体に吸着されているＨＣ、ＣＯ
成分が消費されてしまい、排気中のＮＯx 成分を還元す
るのに必要なＨＣ、ＣＯ成分の量が不足する場合があ
る。しかしながら本実施の形態によれば、上記ＮＯx 還
元触媒に対してＨＣ、ＣＯ成分を定期的に供給すること
によって、同触媒における所定のＮＯx 浄化機能を維持
することができる。

【００９７】（６）上記実施の形態では空燃比をリッチ
空燃比に切り換えることにより第４気筒＃４の排気中に
含まれるＨＣ、ＣＯ成分を増大させるようにしたが、本
発明のＨＣ供給手段としては空燃比切換によるものに限
定されるわけではなく排気中のＨＣ成分を増大させるこ
とが可能であれば、他の手段も採用することができる。
例えば、一部の気筒のみの点火時期を進角させることに
より、或いは、一部の気筒のみのＥＧＲ量を増大させる
ことによりＨＣ、ＣＯ成分を増大させることも可能であ
る。更には、一部の気筒のみの点火を中断して強制的に
失火を生じさせることによりＨＣ、ＣＯ成分の発生量を
増大させるようにすることも可能である。

【００９８】（７）上記実施の形態では、エンジン１１
がリーン空燃比で運転している場合に、三元触媒３１ａ
或いはＮＯx 吸収還元触媒４７ａの過熱を防止するた
め、第１〜第３気筒＃１〜＃３における空燃比を所定時
間間隔ｔj1で、一時的にリッチ空燃比に切り換え排気温
度を低下させるようにしたが、例えば、排気通路１３に
排気温センサを設け、同センサによって検出される排気
温度に基づいて、前記空燃比の切り換えを行うようにし
てもよい。即ち、排気温度が所定温度以上である場合に
のみ、前記空燃比の切り換えを実行し、排気温度が所定
温度より小さくなった場合には、三元触媒３１ａ、或い
はＮＯx 吸収還元触媒４７ａにおける過熱を考慮する必
要がないとして、第１〜第３気筒＃１〜＃３における空
燃比の切り換えを実行しないようにしても上記実施の形
態と同様に各触媒における過熱を防止することができ
る。

【００９９】以上、本発明を具体化した実施の形態及び
別の実施形態について説明したが、これら実施形態から
把握できる技術的思想について効果とともに記載する。（イ）請求項２に記載した過給機付き内燃機関の排気
制御装置において、ＨＣ量増大手段は、内燃機関がリー
ン空燃比で運転している際に、一部の気筒における空燃
比のみを所定時間、リッチ側に切り換える空燃比変更処
理を行うものであることを特徴とする過給機付き内燃機
関の排気制御装置。尚、上記構成において、「リッチ側
に切り換える」とは燃料噴射量を増加させる等の方法に
より空気量に対する相対的な燃料の量を増加させること
を意味するものであり、空燃比をリッチ空燃比に切り換
える動作のみならず、理論空燃比、或いはリーン空燃比
領域においてより燃料の比が多い状態に空燃比に切り換
える動作を意味する。

【０１００】上記（イ）に記載した構成によれば、内燃
機関の排気系や燃料系に大幅な構造変更を加えることな
く、一部の気筒から排出される排気中のＨＣ、ＣＯ成分
を増加させることができる。

【０１０１】（ロ）上記（イ）に記載した過給機付き内
燃機関の排気制御装置において、ＨＣ量増大手段は、内
燃機関がリーン空燃比で運転している際に、一部の気筒
における空燃比のみを一時的にリッチ空燃比に切り換え
るものであることを特徴とする。

【０１０２】上記（ロ）に記載した構成によれば、排気
中に含まれるＨＣ、ＣＯ成分の量を増加させて、より多
くのＨＣ、ＣＯ成分をＮＯx 還元触媒に対して供給する
ことができる。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、排気通路に設けられた過給機の過給効率低
下を抑制しつつ、ＮＯx 還元触媒に対してＮＯx 成分の
還元に必要なＨＣ、或いはＣＯ成分を供給することがで
きる。その結果、ＮＯx 還元触媒におけるＮＯx 浄化作
用の低下を防止することができ、内燃機関から排出され
た排気に含まれるＮＯx 成分をＮＯx 還元触媒によって
確実に浄化することができる。

【０１０４】特に、請求項２記載の発明によれば、請求
項１に記載した発明の効果に加えて、過給機の過給効率
低下を更に抑制できる効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】過給機付きガソリンエンジンシステムを示す概
略構成図。

【図２】ＥＣＵ等の構成を示すブロック図。

【図３】吸気圧及びエンジン回転数と空燃比基準補正係
数との関係を示す図。

【図４】吸気圧及びエンジン回転数と基本燃料噴射時間
との関係を示す図。

【図５】「空燃比設定ルーチン」を示すフローチャー
ト。

【図６】「空燃比設定ルーチン」を示すフローチャー
ト。

【図７】第４気筒の空燃比の変化等を示すタイミングチ
ャート。

【符号の説明】

１１…ガソリンエンジン（内燃機関）、１３…排気通
路、２８…エグゾーストマニホルド（排気通路）、２９
…分岐管、３０…集合部（排気管）、３１ａ…三元触
媒、３３…ターボチャージャ、４３…バイパス通路、４
４…バイパス制御弁（制御弁）、４７ａ…ＮＯx 吸収還
元触媒（ＮＯx 還元触媒）、４９…ＣＰＵ（ＨＣ量増大
手段、通路制御手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＴＦ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｚ 37/02 37/02 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リーン空燃比で運転可能な多気筒内燃機
関に設けられた排気通路と、前記排気通路に設けられた三元触媒と、同三元触媒より下流側の排気通路に設けられ、ＨＣ、或
いはＣＯ成分とＮＯx成分とを反応させてＮＯx 成分の
還元を行うＮＯx 還元触媒と、前記三元触媒とＮＯx 還元触媒との間における排気通路
に設けられた過給機と、前記排気通路において前記三元触媒及び過給機のそれぞ
れの上流側を接続し、三元触媒をバイパスして排気の一
部を通過させるバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ、同通路を開放閉塞可能な
制御弁とを有した過給機付き内燃機関の排気制御装置に
おいて、内燃機関がリーン空燃比で運転している際に、同機関の
排気中に含まれるＨＣ、或いはＣＯ成分を所定時間増大
させるＨＣ量増大手段と、前記ＨＣ量増大手段により排気中に含まれるＨＣ、或い
はＣＯ成分が増大した際に、前記制御弁を開弁させ前記
バイパス通路内にその排気を通過させる通路制御手段と
を備えたことを特徴とする過給機付き内燃機関の排気制
御装置。
【請求項２】前記排気通路は、各気筒の排気ポートに
それぞれ接続される分岐管を有し前記ＨＣ量増大手段
は、一部の気筒に接続された前記分岐管からの排気のみ
に含まれるＨＣ、或いはＣＯ成分を増大させるものであ
り、更に、前記バイパス通路は、その上流側が前記一部の気
筒の分岐管に接続されたものであることを特徴とする請
求項１記載の過給機付き内燃機関の排気制御装置。