JPH11107742A - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】リーン燃焼を実施すると共にＮＯx 触媒の浄化
能力を回復させるべく一時的にリッチ燃焼を行わせる装
置において、リッチ時間を短縮し、燃費の改善やトルク
変動の抑制を図る。 【解決手段】ＥＣＵは、エンジン１に供給する混合気の
目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定し、その
目標空燃比に基づいてリーン燃焼を行わせる。エンジン
排気管３には、リーン燃焼時に発生するＮＯx を浄化す
るためのＮＯx 触媒１９が設けられている。特に、エン
ジン１の各気筒に接続された排気マニホールド２５の分
岐管２５ａがＮＯx 触媒１９の直前まで延び、その集合
部２５ｂにＡ／Ｆセンサ１６が配設されている。かかる
場合、各々の気筒から排出された排ガスは排気管３内で
他の気筒の排ガスと混合されることはなく、分離された
ままＮＯx 触媒１９に達する。そのため、リッチ燃焼へ
の切り換え時に排気管３内の排ガスが素早くリッチ雰囲
気に切り換わる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空燃比リーン領域
でのリーン燃焼を行わせる空燃比制御装置に適用され、
リーンＮＯx 触媒を用いて排ガス中の窒素酸化物（ＮＯ
x ）を浄化する内燃機関の排ガス浄化装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年における内燃機関の空燃比制御装置
では、燃費改善を図るべく理論空燃比よりもリーン側で
燃料を燃焼させる、いわゆるリーンバーン制御を実施す
る技術が多用化されつつある。こうしたリーン燃焼を行
わせる場合、内燃機関から排出される排ガスにはＮＯx
が多く含まれ、このＮＯx を浄化するためのリーンＮＯ
x 触媒が必要となる。例えば特許番号第２６００４９２
号公報の「内燃機関の排気浄化装置」には、排ガスの空
燃比がリーンである時にＮＯx を吸収すると共に、排ガ
スの酸素濃度が低下された時に、すなわちリッチ化され
た時に前記吸収したＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤（Ｎ
Ｏx 吸蔵還元型触媒）が開示されている。

【０００３】また一方、リーン燃焼時に発生するＮＯx
をＮＯx 触媒にて吸収するシステムでは、ＮＯx 触媒で
ＮＯx が飽和状態になるとＮＯx 浄化能力が限界に達す
る。そのため、ＮＯx 触媒の浄化能力を回復させてＮＯ
x の排出を抑制すべく一時的にリッチ燃焼を行わせるよ
うにした技術が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、リーン燃焼
からリッチ燃焼への切り換え時を考えた場合、それまで
のリーン雰囲気の排ガスが排気通路内に残っていること
から、空燃比の制御値（例えば目標空燃比）をリッチ側
に変更しても触媒付近の空燃比は直ぐにはリッチに切り
換わらない。そのため、リッチ時間を長めに設定し、排
気通路内の雰囲気がリーンからリッチに移行する時間を
も見込んだ時間でリッチ燃焼を継続させる必要があっ
た。かかる場合、リッチ燃焼が長引くと、過多に噴射量
が増量されてしまい燃費の悪化が懸念される。また、リ
ッチ燃焼時には、リーン燃焼時に比べてエンジン発生ト
ルクが増大する。そのため、リッチ燃焼が長引くと回転
変動が大きくなり、ドライバビリティが悪化するという
問題が生じる。

【０００５】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、リーン燃焼を実
施すると共にＮＯx 触媒の浄化能力を回復させるべく一
時的にリッチ燃焼を行わせる装置において、リッチ時間
を必要最小限に短くし、燃費の改善やトルク変動の抑制
を図ることができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の排ガス浄化装置はその前提として、内燃機
関に供給する混合気の目標空燃比を理論空燃比よりもリ
ーン側に設定してその目標空燃比に基づきリーン燃焼を
行わせる内燃機関の空燃比制御装置に適用される。そし
て、リーン燃焼時に排出される排ガス中のＮＯx をリー
ンＮＯx 触媒で吸蔵し、さらに空燃比を一時的にリッチ
に制御して前記吸蔵したＮＯx をリーンＮＯx 触媒から
放出する。

【０００７】請求項１に記載の発明では、リーン燃焼時
の排ガスとリッチ燃焼時の排ガスとが混合しないよう
に、各々の排ガスを排気通路内で分離させる排ガス分離
手段を備える。

【０００８】要するに、従来既存の装置のように排気通
路内で排ガスが混合される場合、リーン燃焼からリッチ
燃焼への切り換え時に排気通路内が直ぐにはリッチ雰囲
気に切り換わらない。これは、リッチ燃焼への切り換え
時においてその直前のリーン燃焼による排ガスが排気通
路内に残っていることが原因であると考えられる。これ
に対し本発明の構成では、リーン燃焼時の排ガスとリッ
チ燃焼時の排ガスとが分離されてＮＯx 触媒に給送され
る。そのため、リッチ燃焼への切り換え時に排気通路内
の排ガスが素早くリッチ雰囲気（所望の空燃比）に切り
換わり、リッチ時間を短縮することが可能となる。その
結果、リッチ時間を必要最小限に短くし、燃費の改善や
トルク変動の抑制を図ることができる。

【０００９】また、上記請求項１の発明は以下の態様に
て実現できる。請求項２に記載の発明では、前記排ガス
分離手段は、多気筒内燃機関の各気筒から延びる排気通
路を、前記リーンＮＯx 触媒の直前までの間で互いに分
離して構成してなる。

【００１０】この場合、リッチ燃焼への切り換え時に
は、各気筒に接続された排気通路内が１気筒ずつリッチ
雰囲気に切り換わる。つまり、直前の燃焼気筒がリーン
燃焼であってもリッチ燃焼に切り換わった直後にはリー
ン燃焼時の排ガスとリッチ燃焼時の排ガスの混合が抑制
され、その排気通路内が素早くリッチ雰囲気となる。そ
して、リッチ雰囲気の排ガスがリーンＮＯx 触媒に給送
され、これによりＮＯx触媒の吸蔵ＮＯx が放出され
る。かかる構成ではやはり、リッチ時間の短縮化が実現
できる。

【００１１】また、請求項３に記載の発明では、前記排
ガス分離手段は、内燃機関から延びる排気通路を分岐す
る第１通路と第２通路とを備え、リーン燃焼時には前記
第１通路を使って排ガスを前記リーンＮＯx 触媒に給送
すると共に、リッチ燃焼時には前記第２通路を使って排
ガスを前記リーンＮＯx 触媒に給送する。

【００１２】リーン燃焼用の排気通路（第１通路）とリ
ッチ燃焼用の排気通路（第２通路）とを使い分けること
で、排気通路内の雰囲気がリーンからリッチに素早く変
わり、リッチ時間の短縮化が実現できる。

【００１３】上記請求項３の発明を具体化するには、次
の請求項４の構成を採用するとよい。すなわち、請求項
４に記載の発明では、前記排ガス分離手段は、第１通路
と第２通路との一方を閉鎖すると共に他方を解放するた
めの切換バルブを更に備え、リーン燃焼時には第１通路
が解放、第２通路が閉鎖されるよう前記切換バルブを操
作すると共に、リッチ燃焼時には第１通路が閉鎖、第２
通路が解放されるよう前記切換バルブを操作する。

【００１４】請求項５に記載の発明では、リーン燃焼と
リッチ燃焼との切り換え時において、排ガス輸送遅れに
相当する時間だけ遅らせて第１通路側と第２通路側との
切り換えを実施する。この場合、排気通路内での排ガス
輸送遅れを考慮することにより、ＮＯx 触媒付近での排
ガスのリーン→リッチ切り換えを適切且つ迅速に行うこ
とができる。

【００１５】また、請求項６に記載の発明では、リーン
燃焼とリッチ燃焼とを所定の時間比で実施する空燃比制
御装置に適用されるものとしている。かかる場合、既述
の如くリッチ時間が短縮されることでリーン時間も短縮
されることになる。よって、触媒劣化時や触媒温度の低
下・上昇時など、リーンＮＯx 触媒のリーン吸蔵能力が
低下する状態下にあっても、燃費性能を確保しつつエミ
ッションの低減効果が継続できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、本発明を具体化した第１の
実施の形態について説明する。本実施の形態における空
燃比制御システムでは、内燃機関に供給する混合気の目
標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定し、その目
標空燃比に基づいてリーン燃焼を行わせる、いわゆるリ
ーンバーン制御を実施する。同システムの主たる構成と
して、内燃機関の排気通路の途中にはＮＯx 吸蔵還元型
触媒（以下、ＮＯx 触媒という）が設けられ、そのＮＯ
x 触媒の上流側には限界電流式空燃比センサ（Ａ／Ｆセ
ンサ）が配設されている。そして、マイクロコンピュー
タを主体とする電子制御装置（以下、ＥＣＵという）
は、前記空燃比センサによる検出結果を取り込み、その
センサ検出結果に基づいてリーン空燃比でのフィードバ
ック制御を実施する。以下、図面を用いてその詳細な構
成を説明する。

【００１７】図１は、本実施の形態における空燃比制御
システムの概要を示す全体構成図である。図１におい
て、内燃機関は４気筒４サイクルの火花点火式エンジン
（以下、単にエンジン１という）として構成されてお
り、エンジン１には吸気管２と排気管３とが接続されて
いる。吸気管２には、アクセルペダル４に連動するスロ
ットル弁５が設けられており、同スロットル弁５の開度
はスロットル開度センサ６により検出される。また、吸
気管２のサージタンク７には吸気圧センサ８が配設され
ている。

【００１８】エンジン１の気筒を構成するシリンダ９内
には図の上下方向に往復動するピストン１０が配設され
ており、同ピストン１０はコンロッド１１を介して図示
しないクランク軸に連結されている。ピストン１０の上
方にはシリンダ９及びシリンダヘッド１２にて区画され
た燃焼室１３が形成されており、燃焼室１３は、吸気バ
ルブ１４及び排気バルブ１５を介して前記吸気管２及び
排気管３に連通している。

【００１９】排気管３には、排ガス中の酸素濃度（或い
は、未燃ガス中の一酸化炭素などの濃度）に比例して広
域で且つリニアな空燃比信号を出力する、限界電流式空
燃比センサからなるＡ／Ｆセンサ１６が設けられてい
る。また、排気管３においてＡ／Ｆセンサ１６の下流側
には、ＮＯx 浄化機能を有するＮＯx 触媒１９が配設さ
れている。このＮＯx 触媒１９は、ＮＯx 吸蔵還元型触
媒として知られており、リーン空燃比の状態下でＮＯx
を吸蔵し、リッチ空燃比の状態下で前記吸蔵したＮＯx
をＣＯやＨＣで還元し放出する。

【００２０】また本実施の形態では、エンジン１の各気
筒からＮＯx 触媒１９の直前までの区間で排気管３を分
岐させる構成を採用している。つまり、図２に示すよう
に、排気マニホールド２５の分岐管２５ａがＮＯx 触媒
１９の直前まで延び、その集合部２５ｂにＡ／Ｆセンサ
１６が配設されている。こうした構成によれば、各々の
気筒から排出された排ガスは排気管３内で他の気筒の排
ガスと混合されることはなく、分離されたままＮＯx 触
媒１９に達することになる。なお本実施の形態では、前
記排気マニホールド２５が請求項記載の排ガス分離手段
に相当する。

【００２１】また図１において、エンジン１の吸気ポー
ト１７には電磁駆動式のインジェクタ１８が設けられて
おり、このインジェクタ１８には図示しない燃料タンク
から燃料（ガソリン）が供給される。本実施の形態で
は、吸気マニホールドの各分岐管毎に１つずつインジェ
クタ１８を有するマルチポイントインジェクション（Ｍ
ＰＩ）システムが構成されている。この場合、吸気管上
流から供給される新気とインジェクタ１８による噴射燃
料とが吸気ポート１７にて混合され、その混合気が吸気
バルブ１４の開弁動作に伴い燃焼室１３内（シリンダ９
内）に流入する。

【００２２】シリンダヘッド１２に配設された点火プラ
グ２７は、イグナイタ２８からの点火用高電圧により発
火する。イグナイタ２８には、点火用高電圧を各気筒の
点火プラグ２７に分配するためのディストリビュータ２
０が接続され、同ディストリビュータ２０にはクランク
軸の回転状態に応じて７２０°ＣＡ毎にパルス信号を出
力する基準位置センサ２１と、より細かなクランク角毎
（例えば、３０°ＣＡ毎）にパルス信号を出力する回転
角センサ２２とが配設されている。

【００２３】また、シリンダ９（ウォータジャケット）
には、冷却水温を検出するための水温センサ２３が配設
されている。ＥＣＵ３０は、周知のマイクロコンピュー
タシステムを中心に構成され、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３
２、ＲＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４、Ａ／Ｄ変換
器３５、入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）３６等を備
える。前記スロットル開度センサ６、吸気圧センサ８、
Ａ／Ｆセンサ１６及び水温センサ２３の各検出信号は、
Ａ／Ｄ変換器３５に入力され、Ａ／Ｄ変換された後にバ
ス３７を介してＣＰＵ３１に取り込まれる。また、前記
基準位置センサ２１及び回転角センサ２２のパルス信号
は、入出力インターフェース３６及びバス３７を介して
ＣＰＵ３１に取り込まれる。

【００２４】ＣＰＵ３１は、前記各センサの検出信号に
基づいてスロットル開度ＴＨ、吸気圧ＰＭ、空燃比（Ａ
／Ｆ）、冷却水温Ｔｗ、基準クランク位置（Ｇ信号）及
びエンジン回転数Ｎｅなどのエンジン運転状態を検知す
る。また、ＣＰＵ３１は、エンジン運転状態に基づいて
燃料噴射量や点火時期等の制御信号を演算し、その制御
信号をインジェクタ１８やイグナイタ２８に出力する。

【００２５】次に、上記の如く構成される空燃比制御シ
ステムの作用を説明する。図３は、ＣＰＵ３１により実
行される燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートで
あり、本ルーチンは各気筒の燃料噴射毎（本実施の形態
では１８０°ＣＡ毎）に実行される。

【００２６】さて、図３のルーチンがスタートすると、
ＣＰＵ３１は、先ずステップ１０１でエンジン運転状態
を表すセンサ検出結果（エンジン回転数Ｎｅ、吸気圧Ｐ
Ｍ、冷却水温Ｔｗ等）を読み込み、続くステップ１０２
でＲＯＭ３２内に予め格納されている基本噴射マップを
用いてその時々のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに
応じた基本噴射量Ｔｐを算出する。また、ＣＰＵ３１
は、ステップ１０３で周知の空燃比Ｆ／Ｂ条件が成立し
ているか否かを判別する。ここで、空燃比Ｆ／Ｂ条件と
は、冷却水温Ｔｗが所定温度以上であること、高回転・
高負荷状態でないこと、Ａ／Ｆセンサ１６が活性状態に
あることなどを含む。

【００２７】ステップ１０３が否定判別されれば（Ｆ／
Ｂ条件不成立の場合）、ＣＰＵ３１は、ステップ１０４
に進んで空燃比補正係数ＦＡＦを「１．０」とする。Ｆ
ＡＦ＝１．０とすることは、空燃比がオープン制御され
ることを意味する。また、ステップ１０３が肯定判別さ
れれば（Ｆ／Ｂ条件成立の場合）、ＣＰＵ３１は、ステ
ップ２００に進んで目標空燃比λＴＧの設定処理を実施
する。目標空燃比λＴＧの設定処理は後述する図４のル
ーチンに従い行われる。

【００２８】その後、ＣＰＵ３１は、ステップ１０５で
その時々の実際の空燃比λ（センサ計測値）と目標空燃
比λＴＧとの偏差に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを設
定する。本実施の形態では、現代制御理論に基づく空燃
比Ｆ／Ｂ制御を実施することとしており、そのＦ／Ｂ制
御に際し、Ａ／Ｆセンサ１６の検出結果を目標空燃比に
一致させるための空燃比補正係数ＦＡＦを次の（１），
（２）式を用いて算出する。なお、このＦＡＦ値の設定
手順については特開平１−１１０８５３号公報に詳細に
開示されている。

【００２９】 ＦＡＦ＝Ｋ1 ・λ＋Ｋ2 ・ＦＡＦ1 ＋ ・・・＋Ｋn+1 ・ＦＡＦn ＋ＺＩ …（１） ＺＩ＝ＺＩ1 ＋Ｋａ・（λＴＧ−λ） …（２） 上記（１），（２）式において、λはＡ／Ｆセンサ１６
による限界電流の空燃比変換値を、Ｋ1 〜Ｋn+1 はＦ／
Ｂ定数を、ＺＩは積分項を、Ｋａは積分定数をそれぞれ
表す。また、添字１〜ｎ＋１はサンプリング開始からの
制御回数を示す変数である。

【００３０】ＦＡＦ値の設定後、ＣＰＵ３１は、ステッ
プ１０６で次の（３）式を用い、基本噴射量Ｔｐ、空燃
比補正係数ＦＡＦ及びその他の補正係数ＦＡＬＬ（水
温、エアコン負荷等の各種補正係数）から最終の燃料噴
射量ＴＡＵを算出する。

【００３１】 ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＦＡＬＬ …（３） 燃料噴射量ＴＡＵの算出後、ＣＰＵ３１は、そのＴＡＵ
値に相当する制御信号をインジェクタ１８に出力して本
ルーチンを一旦終了する。

【００３２】次に、上記ステップ２００の処理に相当す
るλＴＧ設定ルーチンについて、図４を用いて説明す
る。なお当該ルーチンでは、リーン燃焼の実施途中にお
いて一時的にリッチ燃焼が実施されるよう、目標空燃比
λＴＧが適宜設定される。すなわち本実施の形態では、
燃料噴射毎に計数される周期カウンタの値を基に、「１
００：１」程度の時間比となるようにリーン時間ＴＬと
リッチ時間ＴＲとが設定され、それら各時間ＴＬ，ＴＲ
に応じてリーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に実施され
る。

【００３３】図４において、ＣＰＵ３１は、先ずステッ
プ２０１で周期カウンタの値が所定のリーン時間ＴＬに
相当する値に達したか否かを判別する。周期カウンタ＜
ＴＬの場合（ステップ２０１がＮＯの場合）、ＣＰＵ３
１はステップ２０２に進み、その時々のエンジン回転数
Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づき、目標空燃比λＴＧをリー
ン制御値として設定する。このとき、λＴＧ値は例えば
図５に示す目標空燃比マップを検索して求められ、λＴ
Ｇ値として例えばＡ／Ｆ＝２０〜２３に相当する値が設
定される（但し、定常運転時でないなどリーン燃焼の実
施条件が不成立の場合にはストイキ近傍でλＴＧ値が設
定される）。

【００３４】その後、ＣＰＵ３１は、ステップ２０３で
周期カウンタを「１」インクリメントし、元の図３のル
ーチンに戻る。かかる場合、上述のステップ２０２で設
定したλＴＧ値が前記図３のステップ１０５でＦＡＦ値
の演算に用いられ、このＦＡＦ値により空燃比がリーン
制御される。

【００３５】また、周期カウンタ≧ＴＬの場合（ステッ
プ２０１がＹＥＳの場合）、ＣＰＵ３１はステップ２０
４に進み、目標空燃比λＴＧをリッチ制御値として設定
する。このとき、λＴＧ値は、リッチ領域での固定値と
してもよいし、エンジン回転数Ｎｅや吸気圧ＰＭに基づ
きマップ検索して可変に設定するようにしてもよい。マ
ップ検索を行う場合、エンジン回転数Ｎｅが高いほど又
は吸気圧ＰＭが高いほど、そのリッチ度合が強くなるよ
うλＴＧ値が設定される。

【００３６】その後、ＣＰＵ３１は、ステップ２０５で
周期カウンタの値が所定のリーン時間ＴＬとリッチ時間
ＴＲとの合計時間「ＴＬ＋ＴＲ」に相当する値に達した
か否かを判別する。周期カウンタ＜ＴＬ＋ＴＲの場合
（ステップ２０５がＮＯの場合）、ＣＰＵ３１は、ステ
ップ２０３で周期カウンタを「１」インクリメントして
その後元の図３のルーチンに戻る。かかる場合、上述の
ステップ２０４で設定したλＴＧ値が前記図３のステッ
プ１０５でＦＡＦ値の演算に用いられ、このＦＡＦ値に
より空燃比がリッチ制御される。

【００３７】一方、周期カウンタ≧ＴＬ＋ＴＲの場合
（ステップ２０５がＹＥＳの場合）、ＣＰＵ３１は、ス
テップ２０６で周期カウンタを「０」にクリアしてその
後元の図３のルーチンに戻る。次回の処理時には、ＣＰ
Ｕ３１はステップ２０１を否定判別し（周期カウンタ＜
ＴＬ）、リーン制御を再開する。

【００３８】図６は、上記図３及び図４のルーチンによ
る制御動作を説明するためのタイムチャートである。図
６において、周期カウンタ＝０〜ＴＬの期間では、空燃
比がリーン制御される。また、周期カウンタ＝ＴＬ〜Ｔ
Ｌ＋ＴＲの期間では、空燃比がリッチ制御される。こう
して、リーン制御とリッチ制御とが所定周期で繰り返し
実施される。かかる場合、前記図２の排気管構成図に示
すように、排気マニホールド２５の分岐管２５ａがＮＯ
x 触媒１９の直前まで延びている。そのため、各々の気
筒から排出された排ガスは排気管３内で他の気筒の排ガ
スと混合されにくく、リーン制御とリッチ制御との切り
換え時において、各分岐管２５ａ内の排ガスが素早くリ
ッチ雰囲気に或いはリーン雰囲気に切り換えられる。

【００３９】つまり、リッチ燃焼への切り換え時を考え
ると、各気筒に接続された分岐管２５ａ内は、１気筒ず
つリッチ雰囲気に切り換わる。このとき、直前の燃焼気
筒がリーン燃焼であってもリッチ燃焼に切り換わった直
後にはリーン燃焼時の排ガスとリッチ燃焼時の排ガスと
の混合が抑制され、その排気管３内がいち早くリッチ雰
囲気となる。そして、リッチ雰囲気の排ガスがＮＯx 触
媒１９に給送され、これによりＮＯx 触媒１９の吸蔵Ｎ
Ｏx が放出される。こうした理由から、本実施の形態で
は従来装置に比べてリッチ時間の短縮が可能となる。

【００４０】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。 （ａ）本実施の形態では、リーン燃焼時の排ガスとリッ
チ燃焼時の排ガスとが混合しないように、各々の排ガス
を排気管３内で分離させることとした。具体的には、エ
ンジン１の各気筒から延びる排気通路（排気マニホール
ド２５の分岐管２５ａ）を、ＮＯx 触媒１９の直前まで
の間で互いに分離して構成した。

【００４１】要するに、従来既存の装置のように排気通
路内で全気筒の排ガスが混合される場合、リーン燃焼か
らリッチ燃焼への切り換え時に排気通路内が直ぐにはリ
ッチ雰囲気に切り換わらない。これに対し本実施の形態
の構成では、リーン燃焼時の排ガスとリッチ燃焼時の排
ガスとが分離されてＮＯx 触媒１９に給送される。その
ため、リッチ燃焼への切り換え時に排気管３内の排ガス
が素早くリッチ雰囲気（所望の空燃比）に切り換わり、
リッチ時間を短縮することが可能となる。その結果、リ
ッチ時間を必要最小限に短くし、燃費の改善やトルク変
動の抑制を図ることができる。

【００４２】図７は、１回当たりのリッチ時間とその時
々のトルク変動との関係を示す実験データである。同図
によれば、リッチ時間が短いほどルク変動が抑制される
ことが分かる。

【００４３】（ｂ）また、本実施の形態における空燃比
制御システムでは、リーン燃焼とリッチ燃焼とを所定の
時間比（例えば、１００：１）で実施するようにした。
そのため、既述の如くリッチ時間が短縮されることでリ
ーン時間も短縮されることになる。よって、触媒劣化時
や触媒温度の低下・上昇時など、ＮＯx 触媒１９のリー
ン吸蔵能力が低下する状態下にあっても、燃費性能を確
保しつつエミッションの低減効果が継続できる。

【００４４】（第２の実施の形態）次に、本発明におけ
る第２の実施の形態を図８〜図１１を用いて説明する。
但し、第２の実施の形態の構成において、上述した第１
の実施の形態と同等であるものについては図面に同一の
記号を付すと共にその説明を簡略化する。そして、以下
には第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００４５】つまり、上記第１の実施の形態では、各気
筒から延びる排気管をＮＯx 触媒１９の直前まで分岐
し、それにより各気筒の排ガスの混合を防止していたが
（前記図２参照）、本実施の形態では、この構成を以下
のように変更する。つまり、本実施の形態では、エンジ
ン排気管３を図８のように構成する。図８では、排気マ
ニホールド４１の下流側において、ＮＯx 触媒１９の直
前まで延びる排気通路４２が接続されており、その排気
通路４２は仕切部４３により２つに区画されている。本
実施の形態では、仕切部４３により区画された排気通路
４２の一方を「排気第１通路４４」と言い、他方を「排
気第２通路４５」と言う。排気第１通路４４と排気第２
通路４５は、その断面形状が同じであって、形状抵抗は
同等であるとする。

【００４６】また、排気第１通路４４と排気第２通路４
５の上流部には、排気切換バルブ４６が設けられ、同バ
ルブ４６の切換動作により各通路４４，４５が選択的に
開閉されるようになっている。排気切換バルブ４６は、
アクチュエータ４７により第１通路側又は第２通路側に
駆動され、排気切換バルブ４６が第２通路側に切り換え
られると、排気第１通路４４が解放されると共に排気第
２通路４５が閉鎖される（図８の実線の状態）。また、
排気切換バルブ４６が第１通路側に切り換えられると、
排気第１通路４４が閉鎖されると共に排気第２通路４５
が解放される（図８の二点鎖線の状態）。

【００４７】図９は、前記排気切換バルブ４６を切換動
作させるためのバルブ切換ルーチンを示すフローチャー
トであって、同ルーチンはＣＰＵ３１により例えば４ｍ
ｓ周期で実行される。

【００４８】さて、図９のルーチンがスタートすると、
ＣＰＵ３１は、先ずステップ３０１で今現在、リーン制
御中であるか否かを判別する。リーン制御中であれば、
ＣＰＵ３１はステップ３０２に進み、前回の処理がリッ
チ制御であったか否かを判別する。また、今現在がリー
ン制御中でなければ、ＣＰＵ３１はステップ３０３に進
み、前回の処理がリーン制御であったか否かを判別す
る。

【００４９】かかる場合、（１）リーン制御が継続され
ていれば、ステップ３０１がＹＥＳ，ステップ３０２が
ＮＯに、（２）リッチ制御が継続されていれば、ステッ
プ３０１，３０３が共にＮＯに、（３）リーン制御から
リッチ制御への切り換え時であれば、ステップ３０１が
ＮＯ，ステップ３０３がＹＥＳに、（４）リッチ制御か
らリーン制御への切り換え時であれば、ステップ３０
１，３０２が共にＹＥＳに、それぞれなる。

【００５０】上記（１）の場合、ＣＰＵ３１はステップ
３０５に進み、カウンタを「１」デクリメントする。な
おこのとき、カウンタの値がマイナス値にならないよう
当該カウンタ値を「０」でガードしておく。その後、Ｃ
ＰＵ３１は、ステップ３０６でカウンタの値が「０」で
あるか否かを判別する。そしてＣＰＵ３１は、カウンタ
＝０であれば、ステップ３０７で前記図８の排気第１通
路４４が解放されるよう排気切換バルブ４６を操作し、
カウンタ≠０であれば、ステップ３０８で排気第２通路
４５が解放されるよう排気切換バルブ４６を操作する。
排気切換バルブ４６の操作後、ＣＰＵ３１は本ルーチン
を一旦終了する。

【００５１】また、上記（２）の場合、ＣＰＵ３１はス
テップ３０９に進み、カウンタを「１」デクリメントす
る。なおこのとき、カウンタの値がマイナス値にならな
いよう当該カウンタ値を「０」でガードしておく。その
後、ＣＰＵ３１は、ステップ３１０でカウンタの値が
「０」であるか否かを判別する。そしてＣＰＵ３１は、
カウンタ＝０であれば、ステップ３１２で排気第２通路
４５が解放されるよう排気切換バルブ４６を操作し、カ
ウンタ≠０であれば、ステップ３１１で排気第１通路４
４が解放されるよう排気切換バルブ４６を操作する。排
気切換バルブ４６の操作後、ＣＰＵ３１は本ルーチンを
一旦終了する。

【００５２】さらに、上記（３），（４）の場合、ＣＰ
Ｕ３１はステップ３０４に進み、カウンタに所定のカウ
ンタしきい値をセットする。このカウンタしきい値は、
排気通路内の排ガス輸送遅れを考慮して設定するのが望
ましく、本実施の形態では図１０の関係に従い、エンジ
ンへの吸入空気量が多いほど同値が小さい値に設定され
る。なお、吸入空気量はその時々のエンジン回転数Ｎｅ
と吸気圧ＰＭとから演算される。カウンタしきい値のセ
ット後、ＣＰＵ３１は本ルーチンを一旦終了する。

【００５３】次に、上記図９の動作を図１１のタイムチ
ャートを用いてより具体的に説明する。図１１におい
て、時刻ｔ１以前はリーン制御が継続されており、前記
図９では、ステップ３０１→３０２→３０５の順に処理
が実施される。このとき、カウンタが「０」のまま保持
され、排気第１通路４４を解放する位置で排気切換バル
ブ４６が固定されている（図９のステップ３０７）。従
って、リーン燃焼の排ガスは排気第１通路４４を通って
ＮＯx 触媒１９に給送される。

【００５４】そして、時刻ｔ１でそれまでのリーン制御
からリッチ制御に切り換えられると、前記図９では、ス
テップ３０１→３０３→３０４の順に処理が実施され、
カウンタに所定のしきい値がセットされる（図９のステ
ップ３０４）。

【００５５】その後、時刻ｔ１〜ｔ２ではリッチ制御が
継続される。従って、図９のステップ３０１→３０３→
３０９の順に処理が実施され、カウンタがカウントダウ
ンされる。そして、時刻ｔ２でカウンタ＝０になると、
排気第２通路４５を解放する位置に排気切換バルブ４６
が切り換えられる（図９のステップ３１２）。これによ
り、リッチ燃焼の排ガスは排気第２通路４５を通ってＮ
Ｏx 触媒１９に給送されることになる。

【００５６】また、時刻ｔ３でリッチ制御からリーン制
御に切り換えられると、前記図９では、ステップ３０１
→３０２→３０４の順に処理が実施され、カウンタに所
定のしきい値がセットされる（図９のステップ３０
４）。

【００５７】その後、時刻ｔ３〜ｔ４では、図９のステ
ップ３０１→３０２→３０５の順に処理が実施され、カ
ウンタがカウントダウンされる。そして、時刻ｔ４でカ
ウンタ＝０になると、再び排気第１通路４４を解放する
位置に排気切換バルブ４６が切り換えられる（図９のス
テップ３０７）。

【００５８】なお本実施の形態では、前記排気第１通路
４４、排気第２通路４５、排気切換バルブ４６の各構
成、並びに前記図９のルーチンが請求項記載の排ガス分
離手段に相当する。

【００５９】以上本実施の形態によれば、上記第１の実
施の形態と同様に、リッチ時間を必要最小限に短くして
燃費の改善やトルク変動の抑制を図ることができ、本発
明の目的が達せられる。すなわち本実施の形態では、リ
ーン燃焼用の排気第１通路４４とリッチ燃焼用の排気第
２通路４５とを排気切換バルブ４６の切換動作に従い使
い分けることとした。これにより、排気管３内の雰囲気
がリーンからリッチに素早く変わり、リッチ時間の短縮
化が実現できる。

【００６０】またその他に本実施の形態では、リーン燃
焼とリッチ燃焼との切り換え時において、排ガス輸送遅
れに相当する時間だけ遅らせて排気第１通路４４側と排
気第２通路４５側との切り換えを実施するようにした。
この場合、排気管３内での排ガス輸送遅れを考慮するこ
とにより、ＮＯx 触媒１９付近での排ガスのリーン→リ
ッチ切り換えを適切且つ迅速に行うことができる。

【００６１】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて実現できる。前記図４のλＴＧ設定ルーチ
ンにおいて、リーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲとをエン
ジン運転状態に応じて可変に設定する。例えばエンジン
が高回転域であるほど又は高負荷域であるほど、リーン
時間ＴＬとリッチ時間ＴＲとを長めに設定し、逆に低回
転域であるほど又は低負荷域であるほど、リーン時間Ｔ
Ｌとリッチ時間ＴＲとを短めに設定する。

【００６２】上記第２の実施の形態では、リーン燃焼時
か或いはリッチ燃焼時かに応じて前記図８の排気第１通
路４４と排気第２通路４５とのいずれか一方を閉鎖し、
他方を解放したが、この構成を変更する。例えばストイ
キ燃焼が行われる場合には、両通路４４，４５を共に解
放させる。つまり、排気切換バルブ４６を排ガスの流通
方向に対して平行になるよう調整する。こうして排気切
換バルブ４６を３位置で切換操作することとしても、本
発明の目的が達せられる。

【００６３】上記各実施の形態では、目標空燃比λＴＧ
をリーン制御値とリッチ制御値とで切り換えることによ
り、リーン燃焼とリッチ燃焼とを行わせるようにしてい
たが、これを変更する。例えば空燃比補正係数ＦＡＦを
リーン補正側とリッチ補正側とで切り換え、それにより
リーン燃焼とリッチ燃焼とを行わせるようにしてもよ
い。

【００６４】上記各実施の形態における空燃比制御シス
テムでは、現代制御理論を用い、目標空燃比と実際に検
出した空燃比（実空燃比）との偏差に応じて空燃比をフ
ィードバック制御していたが、この構成を変更する。例
えばＰＩ制御により空燃比をフィードバック制御した
り、空燃比をオープン制御したりしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態におけるエンジンの空燃比制
御システムの概要を示す全体構成図。

【図２】エンジン排気系の構成を概略的に示す図。

【図３】燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。

【図４】λＴＧ設定ルーチンを示すフローチャート。

【図５】エンジン回転数及び吸気圧に応じてリーン目標
空燃比を設定するためのマップ。

【図６】第１の実施の形態における作用を説明するため
のタイムチャート。

【図７】リッチ時間とその時のトルク変動との関係を示
すグラフ。

【図８】第２の実施の形態において、エンジン排気系の
構成を概略的に示す図。

【図９】第２の実施の形態において、バルブ切換ルーチ
ンを示すフローチャート。

【図１０】吸入空気量とカウンタしきい値との関係を示
すグラフ。

【図１１】第２の実施の形態における作用を説明するた
めのタイムチャート。

【符号の説明】

１…エンジン（内燃機関）、３…排気管、１９…ＮＯx
触媒（ＮＯx 吸蔵還元型触媒）、２５…排ガス分離手段
を構成する排気マニホールド、２５ａ…分岐管、３０…
ＥＣＵ（電子制御装置）、３１…排ガス分離手段を構成
するＣＰＵ、４２…排気通路、４４…排ガス分離手段を
構成する排気第１通路、４５…排ガス分離手段を構成す
る排気第２通路、４６…排ガス分離手段を構成する排気
切換バルブ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関に供給する混合気の目標空燃比を
   理論空燃比よりもリーン側に設定してその目標空燃比に
   基づきリーン燃焼を行わせる内燃機関の空燃比制御装置
   に適用され、 リーン燃焼時に排出される排ガス中のＮＯx をリーンＮ
   Ｏx 触媒で吸蔵し、さらに空燃比を一時的にリッチに制
   御して前記吸蔵したＮＯx をリーンＮＯx 触媒から放出
   するようにした内燃機関の排ガス浄化装置において、 リーン燃焼時の排ガスとリッチ燃焼時の排ガスとが混合
   しないように、各々の排ガスを排気通路内で分離させる
   排ガス分離手段を備えることを特徴とする内燃機関の排
   ガス浄化装置。
2. 【請求項２】多気筒内燃機関に適用され、 前記排ガス分離手段は、前記内燃機関の各気筒から延び
   る排気通路を、前記リーンＮＯx 触媒の直前までの間で
   互いに分離して構成してなる請求項１に記載の内燃機関
   の排ガス浄化装置。
3. 【請求項３】前記排ガス分離手段は、 前記内燃機関から延びる排気通路を分岐する第１通路と
   第２通路とを備え、リーン燃焼時には前記第１通路を使
   って排ガスを前記リーンＮＯx 触媒に給送すると共に、
   リッチ燃焼時には前記第２通路を使って排ガスを前記リ
   ーンＮＯx 触媒に給送する請求項１に記載の内燃機関の
   排ガス浄化装置。
4. 【請求項４】前記排ガス分離手段は、 前記第１通路と前記第２通路との一方を閉鎖すると共に
   他方を解放するための切換バルブを更に備え、リーン燃
   焼時には第１通路が解放、第２通路が閉鎖されるよう前
   記切換バルブを操作すると共に、リッチ燃焼時には第１
   通路が閉鎖、第２通路が解放されるよう前記切換バルブ
   を操作する請求項３に記載の内燃機関の排ガス浄化装
   置。
5. 【請求項５】リーン燃焼とリッチ燃焼との切り換え時に
   おいて、排ガス輸送遅れに相当する時間だけ遅らせて第
   １通路側と第２通路側との切り換えを実施する請求項３
   又は請求項４に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
6. 【請求項６】リーン燃焼とリッチ燃焼とを所定の時間比
   で実施する空燃比制御装置に適用されるものである請求
   項１〜請求項５のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄
   化装置。