JP2001050086A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】上流側及び下流側の触媒を適切に温度管理し、
ひいては排ガスの浄化を良好に行わせる。 【解決手段】エンジン１の排気管１２には上流側に三元
触媒１４が配設され、下流側にＮＯｘ触媒１５が配設さ
れている。ＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１は、下流側のＮＯ
ｘ触媒１５が非活性状態であると判断される時、或い
は、ＮＯｘ触媒１５の劣化状態を再生させる時などに噴
射ディザ制御を実施する。この噴射ディザ制御に際し、
上流側の三元触媒１４で排ガス中のリーン成分とリッチ
成分とが反応する期間と、その後、未反応の排ガスが上
流側の三元触媒１４を通り抜ける期間とからなる間隔で
排気空燃比をリーン及びリッチで切り換える。この場
合、上流側の三元触媒１４では温度上昇が抑制され、下
流側のＮＯｘ触媒１５では排ガスの未反応成分が反応し
て発熱作用が促進され温度が上昇する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気経
路の上流側及び下流側に排ガス浄化用の触媒がそれぞれ
設けられ、機関運転状態に応じて気筒への燃料噴射量を
調整して空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、排ガス浄化用の触媒を早期に
暖機する技術として、理論空燃比（λ＝１）に対して空
燃比をリーン及びリッチに交互に振幅させるよう燃料噴
射量を増減補正する、いわゆる噴射ディザという手法が
用いられている。この噴射ディザは、燃料噴射量の増減
補正により触媒に酸素（Ｏ2 ）と未燃燃料（ＨＣ，Ｃ
Ｏ）とを供給し、触媒上で反応発熱させるものであり、
これにより、触媒温度を上昇させ、触媒の早期活性化を
図るようにしていた。一般に、この噴射ディザを実施す
る時、目標空燃比をリーン及びリッチに切り換える間隔
は、燃料噴射弁による１〜５噴射の間隔としていた。
【０００３】しかし、こうした噴射ディザによる触媒活
性化手法では、単に一つの触媒を冷間状態から暖機させ
る場合に有効であるものの、次のような場合には不都合
を生ずる。すなわち、排気経路に触媒が直列に配設され
ている構成において、上流側の触媒が早期に暖機され、
その暖機完了後に噴射ディザが継続されると、上流側の
触媒が過熱されてしまい、許容温度を越えるおそれが生
じる。また、この問題を解消するべく、上流側触媒の暖
機が完了した時点で噴射ディザを終了する場合には、下
流側触媒が所望の温度にならないという問題を招く。
【０００４】一方、この種の従来技術として、特開平８
−１５８８５８号公報の「エンジンの排気浄化装置」が
ある。この公報では、排気経路の上流側に前触媒が設け
られると共に、下流側に主触媒が設けられ、エンジン始
動時から前触媒が活性化するまでの間、排ガスが昇温さ
れて前触媒及び主触媒が積極的に活性化される。また、
前触媒の活性化後は、排ガス昇温の処理が停止されると
共に、空燃比を増減させるディザ手段を用いて主触媒が
活性化される。かかる装置によれば、前触媒が過熱状態
になることが防止されるとしていた。
【０００５】ところが、上記公報の装置でもやはり、前
触媒の活性化後に噴射ディザが実施されることにより、
前触媒での発熱が避けられず、触媒過熱の問題が残る。
また、前触媒の発熱を抑えようとすると、主触媒の活性
化が損なわれるという問題が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】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、上流側及び下流側の触媒を適切に温度管理し、ひい
ては排ガスの浄化を良好に行わせることができる内燃機
関の空燃比制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の内燃機
関の空燃比制御装置では、排気経路の上流側及び下流側
に排ガス浄化用の触媒（上流側触媒、下流側触媒）がそ
れぞれ設けられ、内燃機関から排出される排ガスがこの
上流側及び下流側の触媒に給送される。空燃比振幅手段
により燃料噴射量が増量側及び減量側に交互に補正さ
れ、排気空燃比がリーン及びリッチに振幅する時、すな
わち噴射ディザ制御が実施される時、リーン／リッチ間
で排気空燃比を切り換えた直後には上流側触媒において
排ガス中のリーン成分とリッチ成分とが反応する。そし
てその反応を終えた後は、リーン成分とリッチ成分とが
未反応のまま排ガスが上流側触媒を通り抜ける。この場
合、排気空燃比の切り換え直後にはリーン成分とリッチ
成分との反応により上流側触媒の温度が上昇するが、そ
の反応後には排ガスが未反応のまま上流側触媒を通り抜
けるため、上流側触媒が放熱されて温度降下する。それ
故、上流側触媒での温度上昇が抑制される。また、下流
側触媒では、上流側触媒を通り抜けた未反応のリーン成
分とリッチ成分とが供給されるため、その未反応成分が
反応して発熱作用が促進される。それ故、下流側触媒の
温度が上昇する。
【０００８】上述の通り本発明によれば、上流側触媒を
不用意に発熱させることなく、下流側触媒を適切に温度
管理することができる。その結果、排ガスの浄化を良好
に行わせるための空燃比制御装置が提供できる。
【０００９】なお本発明者によれば、リーン／リッチ切
り換えの間隔が２０〜１００噴射の間隔であれば（請求
項８）、上記の通りに優れた作用効果が得られると確認
されている。
【００１０】特に、上流側触媒が比較的容量の小さい早
期暖機用の触媒であり、下流側触媒が主触媒である場合
（請求項２）、上流側触媒が早期に活性化された後に上
述した通り空燃比振幅の制御（噴射ディザ制御）を実施
することにより、上流側触媒の過熱を抑制しつつ、下流
側触媒の暖機を促すことができる。
【００１１】請求項３に記載したように、上流側触媒で
の発熱量と放熱量とがほぼ同じになるような間隔でリー
ン／リッチが切り換えることにより、上流側触媒の温度
が上昇又は降下することなく保持できる。
【００１２】また、請求項４に記載の発明によれば、排
気流速が速くなる機関運転状態ではリーン／リッチ切り
換えの間隔を短くするので、下流側触媒の温度上昇に必
要なリーン成分とリッチ成分とが当該下流側触媒に過不
足なく供給できる。例えば、内燃機関が高回転又は高負
荷の状態であれば、リーン／リッチ切り換えの間隔を短
くする。すなわち、リーン／リッチの各々の燃料噴射回
数を少なくする。
【００１３】請求項５に記載の発明によれば、下流側触
媒での所望の温度上昇幅に応じてリーン度合及びリッチ
度合を設定し、該温度上昇幅が大きいほどリーン度合及
びリッチ度合を大きくするので、内燃機関の運転途中に
おいて触媒昇温時の条件が変わっても下流側触媒を所望
の温度に早期に上昇させることができる。
【００１４】請求項６に記載の発明によれば、リーン／
リッチ切り換え時における空燃比の平均が理論空燃比に
なるよう空燃比を調整するので、空燃比の振幅に起因し
て生じる機関出力トルクの変動が抑制される。
【００１５】また、トルク変動の抑制手段としてより効
果的には、請求項７に記載したように、下流側触媒より
も下流側の空燃比センサの検出結果がリッチであれば、
前記空燃比振幅手段により調整される空燃比をリーン側
に補正し、前記空燃比センサの検出結果がリーンであれ
ば、前記空燃比振幅手段により調整される空燃比をリッ
チ側に補正するとよい。
【００１６】また本発明は、 ・請求項９の如く、上流側の触媒が活性状態であり、下
流側の触媒が非活性状態であると判断される時に、空燃
比振幅手段による排気空燃比のリーン／リッチ切り換え
を実施したり、 ・請求項１０の如く、下流側触媒としてのＮＯｘ触媒の
劣化状態を再生させる時に、空燃比振幅手段による排気
空燃比のリーン／リッチ切り換えを実施したり、 ・請求項１１の如く、内燃機関とモータとを駆動源とし
て備えるハイブリッド車両において、モータだけが所定
時間継続して駆動され、その後、内燃機関が始動されて
燃料噴射量が制御される時に、空燃比振幅手段による排
気空燃比のリーン／リッチ切り換えを実施したりすると
よい。
【００１７】上記請求項９の発明によれば、例えば、内
燃機関の冷間始動時に上流側触媒のみが暖機（活性化）
され、下流側触媒が非活性状態である場合や、内燃機関
のアイドル運転時等に内燃機関から離れた下流側触媒だ
けが非活性状態に転じた場合に、下流側触媒だけを昇温
させて効率的に活性化することができる。
【００１８】また、請求項１０の発明によれば、硫黄被
毒等によりＮＯｘ触媒が劣化状態となる場合に、下流側
のＮＯｘ触媒を昇温させて高温にした状態で同触媒にリ
ッチ成分を供給することで、硫黄を還元して放出し、同
ＮＯｘ触媒を再生することができる。これにより、ＮＯ
ｘ触媒の排ガス浄化能力を適正に回復させることができ
る。
【００１９】更に、請求項１１の発明によれば、モータ
によるハイブリッド車両の走行時に下流側触媒が非活性
状態となり、その後、内燃機関の再始動時に下流側の触
媒を活性化させる場合等において、下流側触媒だけを昇
温させて効率的に活性化することができる。
【００２０】請求項１２に記載の発明では、上流側及び
下流側の触媒が何れも非活性状態にある時、未反応の排
ガスが上流側触媒を通り抜けることのないような比較的
短い間隔で排気空燃比のリーン／リッチを切り換える第
１の制御を行い、下流側触媒のみが非活性状態にある
時、未反応の排ガスが上流側触媒を通り抜けることので
きる比較的長い間隔で排気空燃比のリーン／リッチを切
り換える第２の制御を行う。
【００２１】本構成によれば、上流側及び下流側の触媒
が何れも非活性状態にある時は、未反応の排ガスが上流
側触媒を通り抜けることが殆どなく、この上流側触媒で
排ガスが反応して発熱し、活性化が促進される。また、
下流側触媒のみが非活性状態にある時は、未反応の排ガ
スが上流側触媒を通り抜けるため、上流側触媒での温度
上昇が抑制されると共に、下流側触媒で排ガスが反応し
て発熱し、活性化が促進される。それ故、上流側及び下
流側の両触媒の活性化を良好に行わせることができる。
【００２２】より具体的には、請求項１３に記載したよ
うに、内燃機関の始動後、上流側触媒が活性化されるま
では第１制御を行い、上流側触媒の活性化後、下流側触
媒が活性化されるまでは第２制御を行うとよい。
【００２３】請求項１４に記載の発明では、前記空燃比
振幅手段によるリーン／リッチ切り換え時に、内燃機関
のリーン時の出力トルクとリッチ時の出力トルクとがほ
ぼ等しくなるようにトルク制御を行う（トルク補正手
段）。つまり、本発明では、空燃比振幅（噴射ディザ）
時の空燃比切り換えの周期を、従来一般の噴射ディザよ
りも長くするため、内燃機関の出力トルクが変動しがち
になるが、請求項１４の通りトルク制御を行うことによ
り、トルク変動を抑制し、良好なるドライバビリティが
実現できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、この
発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明
する。本実施の形態では、車両用ガソリンエンジン（内
燃機関）の空燃比制御システムに具体化しており、マイ
クロコンピュータを主体に構成される電子制御装置（以
下、ＥＣＵという）によりエンジンへの燃料噴射量を調
整して空燃比を制御する。また、排気経路に設けられた
複数の排ガス浄化用の触媒を、噴射ディザ制御により活
性化させ、良好なる排ガス浄化を行わせるためのシステ
ムの構築を図る。以下に、図面を用いてその詳細な構成
及び作用を説明する。
【００２５】図１は、本実施の形態における空燃比制御
システムの概略構成図である。図１に示されるように、
エンジン１は４気筒４サイクルの火花点火式エンジンと
して構成されている。その吸入空気は図示しないエアク
リーナから取り込まれ、上流より吸気管３、スロットル
弁４、サージタンク５及びインテークマニホールド６を
通過して、インテークマニホールド６内で各気筒毎の燃
料噴射弁７から噴射された燃料と混合される。そして、
所定空燃比の混合気として各気筒に供給される。このと
き、スロットル弁４の開閉動作は、スロットルアクチュ
エータ８により電子制御される。
【００２６】エンジン１の各気筒には点火プラグ９が設
けられ、点火プラグ９は各気筒の混合気を所定タイミン
グで点火する。なお本実施の形態の装置では、いわゆる
ＤＬＩ（Distributer Less Ignition ）システムを採用
しており、図示しない点火コイルからの点火エネルギが
ディストリビュータを介さずに各気筒の点火プラグ９に
直接供給される。燃焼後に各気筒から排出される排ガス
は、エキゾーストマニホールド１１及び排気管１２を経
て、排気管１２に設けられた三元触媒１４を通過した
後、更にＮＯｘ触媒１５を通過し、大気に排出される。
【００２７】三元触媒１４はその容量が比較的小さく、
エンジン始動時に早期に活性化されるスタートキャタリ
ストとしての役割を担う。また、ＮＯｘ触媒１５は、Ｎ
Ｏｘ吸蔵還元型触媒であり、主にリーン空燃比での燃焼
時に排ガス中のＮＯｘを吸蔵する一方、リッチ空燃比で
の燃焼時に前記吸蔵したＮＯｘをリッチ成分（ＣＯ，Ｈ
Ｃなど）で還元し放出する。
【００２８】吸気管３には、スロットル弁４の下流側の
吸気管内負圧（吸気圧ＰＭ）を検出するための吸気圧セ
ンサ２２が設けられている。スロットル弁４には同弁４
の開度（スロットル開度ＴＨ）を検出するためのスロッ
トルセンサ２３が設けられ、このスロットルセンサ２３
はスロットル開度ＴＨに応じたアナログ信号を出力す
る。スロットルセンサ２３はアイドルスイッチをも内蔵
しており、スロットル弁４が略全閉である旨の検出信号
を併せて出力する。
【００２９】エンジン１のシリンダブロックには水温セ
ンサ２４が設けられ、この水温センサ２４はエンジン冷
却水の温度（冷却水温Ｔｈｗ）を検出する。図示しない
クランク軸にはエンジン１の回転数（エンジン回転数Ｎ
ｅ）を検出するための回転数センサ２５が設けられ、こ
の回転数センサ２５はエンジン１の２回転、すなわち７
２０°ＣＡ毎に等間隔で２４個のパルス信号を出力す
る。
【００３０】排気管１２において、三元触媒１４の上流
側には限界電流式のＡ／Ｆセンサ２６が配設され、ＮＯ
ｘ触媒１５の下流側にはＯ2 センサ（以下は便宜上、リ
アＯ2 センサという）２７が配設されている。Ａ／Ｆセ
ンサ２６は、エンジン１から排出される排ガスの酸素濃
度（或いは、未燃ガス中のＣＯ濃度）に比例して広域で
且つリニアな空燃比信号（ＡＦ）を出力する。リアＯ2
センサ２７は、排ガスが空燃比がリッチかリーンかに応
じて異なる起電力信号（ＶＯＸ２）を出力する。また、
ＮＯｘ触媒１５の下流側には、同ＮＯｘ触媒１５の温度
を検出するための触媒温センサ２８が配設されている。
【００３１】ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、
ＲＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４等を中心に論理演
算回路として構成され、前記各センサの検出信号を入力
する入力ポート３５及び各アクチュエータ等に制御信号
を出力する出力ポート３６に対しバス３７を介して接続
されている。ＥＣＵ３０は、前述した各種センサの検出
信号（吸気圧ＰＭ、スロットル開度ＴＨ、冷却水温Ｔｈ
ｗ、エンジン回転数Ｎｅ、空燃比信号等）を入力ポート
３５を介して入力する。そして、それらの各値に基づい
て燃料噴射量ＴＡＵ、点火時期Ｉｇ等の制御信号を算出
し、さらにそれら制御信号を出力ポート３６を介して燃
料噴射弁７及び点火プラグ９等にそれぞれ出力する。ま
た、ＥＣＵ３０は、スロットルアクチュエータ８を駆動
させてスロットル弁４の開度を調整し、エンジン１への
吸入空気量を制御する。
【００３２】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。ここで本実施の形態では、排
気管１２に設けられた上流側の三元触媒１４を過熱させ
ることなく、下流側のＮＯｘ触媒１５を適正に昇温させ
ることを狙いとしており、その実現の手段として、理論
空燃比（λ＝１）を基準に空燃比をリーン及びリッチに
交互に振幅させる噴射ディザ制御を用いる。特に噴射デ
ィザ制御におけるリーン／リッチの切り替えの周期（噴
射回数）を調整することで、上記の如く上流側及び下流
側の触媒１４，１５を望み通りに温度管理する。
【００３３】以下、図２及び図３を用いてその概要を説
明する。図２は、エンジン排気系の構成を抽出して示す
簡単な構成図であり、図３は、噴射ディザ時における三
元触媒１４及びＮＯｘ触媒１５での空燃比の推移を示す
タイムチャートである。なお、図２中、点Ａは三元触媒
１４直前における空燃比計測点であり、点ＢはＮＯｘ触
媒１５直前における空燃比計測点である。
【００３４】要するに、噴射ディザ制御に際し、エンジ
ン１から排出される排ガス中の空燃比をリーン及びリッ
チに振幅させる時、エンジン１から近い位置に配設され
る三元触媒１４にはリーン雰囲気又はリッチ雰囲気の排
ガスがそのまま供給され、空燃比の切り換え前後におけ
る排ガスのリーン成分（Ｏ2 ）とリッチ成分（ＨＣ，Ｃ
Ｏ）とが反応する。つまり、三元触媒１４直前のＡ点で
は、図３に示す斜線部分のリーン成分とリッチ成分とが
反応し、三元触媒１４の温度が幾分上昇する。なお、図
３の斜線領域は、三元触媒１４に一時的に滞在し反応に
供されるリーン成分又はリッチ成分を示し、その量は触
媒容量等に依存する。
【００３５】また、空燃比リーンの状態、又は空燃比リ
ッチの状態がそのまま継続されると、リーン成分又はリ
ッチ成分は反応する相手が無くなるため、リーン成分と
リッチ成分との反応が終わり、排ガスが未反応のまま三
元触媒１４を通り抜けるために熱が放出され、三元触媒
１４の温度が徐々に低下し始める。この噴射ディザ制御
により三元触媒１４の温度は僅かに上昇及び下降を繰り
返すが、全体として一定温度に保持される。
【００３６】これに対し、三元触媒１４を通り抜けた排
ガスのリーン成分とリッチ成分とは排気管１２を通過す
る際に混合され、ＮＯｘ触媒１５直前のＢ点の空燃比が
図３のようにまなされる。この場合、下流側のＮＯｘ触
媒１５にはリーン／リッチがある程度なまされた排ガス
が供給されることで、ＮＯｘ触媒１５での発熱反応が促
進され、ＮＯｘ触媒１５の温度はほぼ一様に上昇する。
【００３７】具体的には、従来一般の噴射ディザ制御で
はリーン／リッチ切り換えの間隔が１〜５噴射程度であ
ったのに対し、本実施の形態の噴射ディザ制御ではリー
ン／リッチ切り換えの間隔を２０〜１００噴射程度とす
る。また、噴射ディザ時のリーン／リッチ切り換えの間
隔（噴射回数）は、上流側の三元触媒１４での発熱量と
放熱量とがほぼ同じになるように設定するのが望まし
く、これにより、三元触媒１４の温度が上昇又は降下す
ることなく保持できる。
【００３８】次に、上記噴射ディザ制御を実現するため
のＣＰＵ３１による演算処理を図４〜図８のフローチャ
ートを用いて順次説明する。図４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。
【００３９】さて、図４のルーチンがスタートすると、
先ずステップ１０１では、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ＰＭ、冷却水
温Ｔｈｗ等）を読み込み、続くステップ１０２では、Ｒ
ＯＭ３２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、ステップ２００で
は、後述の図５及び図６のルーチンに従い、目標空燃比
ＡＦＴＧを設定する。
【００４０】その後、ステップ１０３では、その時々の
実際の空燃比ＡＦ（センサ計測値）と目標空燃比ＡＦＴ
Ｇ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制御を実施し、例えば特開平６−２４１０９１号公
報に開示された設定手順に従いＦＡＦ値を設定する。簡
単にＦＡＦ値の設定方法を説明すると、ＮＯｘ触媒下流
側のリアＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が比較電圧
より高い時、ＦＡＦの平均値が小さくなるようにＡ／Ｆ
センサ２６の出力に基づき設定されたＦＡＦ値を補正す
る。但し、その詳細な説明は省略する。勿論、ＰＩＤ手
法等を用いたＦ／Ｂ制御を実施してもよい。
【００４１】ＦＡＦ値の設定後、ステップ１０４では、
下記の数式を用い、基本噴射量Ｔｐ、空燃比補正係数Ｆ
ＡＦ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。 ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＦＡＬＬ 燃料噴射量ＴＡＵの算出後は、そのＴＡＵ値に相当する
制御信号を燃料噴射弁７に出力して本ルーチンを一旦終
了する。
【００４２】なお、上記Ｆ／Ｂ制御は、冷却水温Ｔｈｗ
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２６が活性状態にあること等のＦ／
Ｂ条件の成立時に実行され、Ｆ／Ｂ条件不成立の場合に
は空燃比オープン制御が実行される（ＦＡＦ＝１．０と
する）。
【００４３】次に、目標空燃比ＡＦＴＧの設定手順（上
記ステップ２００の処理）について図５及び図６のフロ
ーチャートを用いて説明する。本処理では、リーン制御
の実施途中において一時的にリッチ制御を実施する、い
わゆるリッチパージを実施することとし、そのリーン制
御及びリッチパージ制御に際して目標空燃比ＡＦＴＧが
適宜設定される。また、本処理は「空燃比振幅手段」に
相当するものであり、必要に応じて噴射ディザ制御が実
施され、その際、理論空燃比（λ＝１）を基準に空燃比
がリーン／リッチに交互に振幅されるよう目標空燃比Ａ
ＦＴＧが設定される。
【００４４】なお、リッチパージは主に、ＮＯｘ触媒１
５に吸蔵されたＮＯｘをリッチ成分にて還元放出し、Ｎ
Ｏｘ浄化能力を回復させることを目的として実施され
る。また、噴射ディザ制御は、上流側の三元触媒１４の
温度を上昇させずに下流側のＮＯｘ触媒１５の温度だけ
を上昇させることを目的として実施される。以下、図
５，６の処理を順を追って説明する。
【００４５】先ず図５のステップ２０１では、噴射ディ
ザ制御が実施中であることを示す噴射ディザフラグＦＤ
ＩＴＨが「１」にセットされているか否かを判別する。
また、ステップ２０２では、噴射ディザ制御によるＮＯ
ｘ触媒１５の昇温が必要かどうかを判別する。例えば、
（１）冷間状態からエンジン１が始動される場合、
（２）アイドル運転状態が長時間続き、ＮＯｘ触媒１５
の温度が低下して非活性状態になった場合、（３）ＮＯ
ｘ触媒１５が硫黄被毒等による劣化状態にあると、図示
しない別の処理により判定された場合、等々において、
ステップ２０２が肯定判別される。
【００４６】因みに、上記（１）は、イグニッションキ
ーの操作や冷却水温Ｔｈｗ等の情報から判断できる。上
記（２）は、触媒温センサ２８の検出結果から同ＮＯｘ
触媒１５の温度を監視することにより判断できる。
【００４７】また、上記（３）のＮＯｘ触媒１５の劣化
判定は以下の通り行われる。つまり、リッチ制御時にお
いてリアＯ2 センサ２７の出力ＶＯＸ２を監視し、ＶＯ
Ｘ２のピーク値、或いはＶＯＸ２変化の時間積分値（面
積）に基づいてＮＯｘ触媒１５のＮＯｘ吸蔵能力を推定
する。そして、該推定したＮＯｘ吸蔵能力に基づいて触
媒劣化度合を検出する。このとき、ＶＯＸ２のピーク値
が大きいほど、或いはＶＯＸ２変化の時間積分値（面
積）が大きいほど、ＮＯｘ触媒１５のＮＯｘ吸蔵能力が
低下して触媒劣化度合が大きいと判定される。より具体
的には、図１０（ａ），（ｂ）に見られるように、触媒
劣化度合が相違すればリアＯ2 出力ＶＯＸ２のピーク値
が相違し、同図（ｂ）では（ａ）よりもピーク値が大き
いことから触媒劣化が進行していると判断できる。
【００４８】ステップ２０１，２０２が共にＮＯの場
合、ステップ２０３〜２１０において、リーン制御の途
中に一時的にリッチ制御（リッチパージ）を実施するよ
う目標空燃比ＡＦＴＧを設定する。また、ステップ２０
１，２０２の何れかがＹＥＳの場合、図６のステップ２
１１〜２２１，２３０において、噴射ディザ制御を実施
するよう目標空燃比ＡＦＴＧを設定する。
【００４９】ステップ２０３〜２１０の処理を以下に詳
述する。ステップ２０３では、燃料噴射毎に計数される
周期カウンタの値が「０」であるか否かを判別し、周期
カウンタ＝０であることを条件にステップ２０４に進
み、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づきリーン
時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲを設定する。ステップ２０
３がＮＯであれば（周期カウンタ≠０の場合）、ステッ
プ２０４の処理を読み飛ばす。
【００５０】ここで、リーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲ
は、それぞれリーン空燃比での燃料噴射回数と、リッチ
空燃比での燃料噴射回数とに相当するものであって、基
本的にエンジン回転数Ｎｅが高いほど又は吸気圧ＰＭが
高いほど、大きな値に設定される。これに対し、リーン
時間ＴＬは、前記リッチ時間ＴＲに所定の係数を掛け合
わせて求められる（ＴＬ＝ＴＲ×所定の係数）。所定の
係数は「５０」程度の固定値とすればよいが、Ｎｅ，Ｐ
Ｍなどのエンジン運転状態に応じて可変に設定してもよ
い。
【００５１】その後、ステップ２０５では、周期カウン
タを「１」インクリメントし、続くステップ２０６で
は、周期カウンタの値が前記リーン時間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２０７でその時々のＮｅ及びＰＭに基づき
目標空燃比ＡＦＴＧをリーン制御値として設定する。Ａ
ＦＴＧ値の設定後、本ルーチンを終了して元の図４のル
ーチンに戻る。
【００５２】ステップ２０７のＡＦＴＧ値は、例えばエ
ンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに基づき所定の目標空
燃比マップを参照して求められ、ＡＦＴＧ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制御の実施条件が不成
立の場合にはストイキ近傍でＡＦＴＧ値が設定され
る）。かかる場合、前記ステップ２０７で設定したＡＦ
ＴＧ値により空燃比がリーン制御される。
【００５３】また、周期カウンタ≧ＴＬの場合、ステッ
プ２０８で目標空燃比ＡＦＴＧをリッチ制御値として設
定する。ステップ２０８のＡＦＴＧ値はリッチ領域での
固定値としてもよいし、ＮｅやＰＭに基づきマップ検索
して可変に設定してもよい。マップ検索を行う場合、Ｎ
ｅが高いほど又はＰＭが高いほど、そのリッチ度合が強
くなるようＡＦＴＧ値が設定される。
【００５４】その後、ステップ２０９では、周期カウン
タの値がＴＬ，ＴＲ時間の合計時間「ＴＬ＋ＴＲ」に相
当する値に達したか否かを判別し、周期カウンタ＜ＴＬ
＋ＴＲであればそのまま本ルーチンを終了して元の図４
のルーチンに戻る。かかる場合、前記ステップ２０８で
設定したＡＦＴＧ値により空燃比がリッチ制御される。
【００５５】一方、周期カウンタ≧ＴＬ＋ＴＲであって
ステップ２０９が肯定判別された場合、ステップ２１０
で周期カウンタを「０」にクリアし、その後本ルーチン
を終了して元の図４のルーチンに戻る。周期カウンタの
クリアに伴い次回の処理時にはステップ２０３が肯定判
別され、リーン時間ＴＬ及びリッチ時間ＴＲが新たに設
定される。そして、そのリーン時間ＴＬ及びリッチ時間
ＴＲに基づき再度、上述のリーン制御とリッチパージ制
御とが実施される。
【００５６】一方、ＮＯｘ触媒１５の劣化時や非活性時
など、ＮＯｘ触媒１５の昇温を要する場合、ステップ２
０２を肯定判別して図６のステップ２１１に進む。そし
て、ステップ２１１で噴射ディザフラグＦＤＩＴＨに
「１」をセットし、ステップ２１２で周期カウンタを
「０」にクリアする。続くステップ２１３では、ディザ
リーン時間ＴＬＤとディザリッチ時間ＴＲＤとを設定
し、ステップ２１４では、噴射ディザでのリーン度合及
びリッチ度合（ディザ制御値）を設定する。
【００５７】ここで、ディザリーン時間ＴＬＤ及びディ
ザリッチ時間ＴＲＤはそれぞれ、上流側の三元触媒１４
で排ガス中のリーン成分とリッチ成分とが反応する期間
と、その後、未反応の排ガスが三元触媒１４を通り抜け
る期間とからなる間隔（それら両期間を合わせた間隔）
として設定され、エンジン回転数Ｎｅ、吸気圧ＰＭ等に
応じて設定される。例えば、高回転・高負荷など、排気
流速が速くなるエンジン運転状態ではＴＬＤ，ＴＲＤが
短い値に設定される。このとき、ＴＬＤ，ＴＲＤは、燃
料噴射弁７による燃料噴射回数が２０〜１００噴射程度
に相当する時間で設定されるとよい。また、リーン度合
及びリッチ度合は、噴射ディザ制御によるＮＯｘ触媒１
５の温度上昇幅等に応じて設定され、例えば、所望とす
る温度上昇幅が大きいほど大きい値に設定される。或い
は、ＴＬＤ，ＴＲＤやリーン／リッチ度合を固定値とし
て予め設定しておくことも可能である。
【００５８】但し、空燃比の平均値が理論空燃比（λ＝
１）となり、リーン側への空燃比の時間積分値とリッチ
側への空燃比の時間積分値とが一致するよう、前記ＴＬ
Ｄ，ＴＲＤやリーン／リッチ度合が設定されるのが望ま
しい。これにより、噴射ディザ中のトルク変動が抑制さ
れる。
【００５９】その後、ステップ２１５では、周期カウン
タの値に基づいて、噴射ディザでのリーン／リッチ切り
換えのタイミングであるか否かを判別する。噴射ディザ
の開始当初は、ステップ２１５を否定判別してステップ
２３０に進み、リアＯ2 センサ２７の出力ＶＯＸ２に応
じて空燃比のディザ制御値を補正する。
【００６０】このディザ制御値の補正に際し詳細には、
図８に示す通り、ステップ２３１でリアＯ2 センサ２７
の出力ＶＯＸ２が０．４５Ｖを越えるか否か、すなわち
ＮＯｘ触媒下流側がリッチであるか否かを判別する。Ｖ
ＯＸ２＞０．４５Ｖの場合（リッチの場合）、ステップ
２３２ではディザ制御値（Ａ／Ｆ値）を所定値βだけ増
やしてリーン化する。すなわちこの際、ディザ制御値が
リーンであれば、そのリーン度合をβだけ増やし、ディ
ザ制御値がリッチであれば、そのリッチ度合をβだけ減
らす。また、ＶＯＸ２≦０．４５Ｖの場合（リーンの場
合）、ステップ２３３ではディザ制御値（Ａ／Ｆ値）を
所定値βだけ減らしてリッチ化する。すなわちこの際、
ディザ制御値がリーンであれば、そのリーン度合をβだ
け減らし、ディザ制御値がリッチであれば、そのリッチ
度合をβだけ増やす。
【００６１】図９を用いて説明を加えれば、時刻ｔａ以
前は、ＶＯＸ２＞０．４５Ｖのため、ディザ制御値がリ
ーン／リッチ何れの時も徐々にリーン化される。これに
対し、時刻ｔａ〜ｔｂでは、ＶＯＸ２≦０．４５Ｖのた
め、ディザ制御値がリーン／リッチ何れの時も徐々にリ
ッチ化される。
【００６２】但し、上記ディザ制御値の補正は、リアＯ
2 センサ２７の出力ＶＯＸ２が０．４５Ｖを境に切り換
わるタイミングでのみ実施したり、ディザ制御値のリー
ン／リッチ切り換え時にのみ実施したりしてもよい。
【００６３】ステップ２３０の後はステップ２１８に進
み、目標空燃比ＡＦＴＧとしてディザ制御値を設定す
る。このステップ２１８では、理論空燃比（λ＝１）を
基準にリッチ側の目標空燃比ＡＦＴＧかリーン側ＭＰ目
標空燃比ＡＦＴＧかの何れかが設定される。
【００６４】その後、ステップ２１９では、周期カウン
タを「１」インクリメントする。続くステップ２２０で
は、噴射ディザを終了するか否かを判別する。噴射ディ
ザを終了しないのであれば、本ルーチンをそのまま終了
して元の図４のルーチンに戻る。
【００６５】本ルーチンが次に実施される時、図５のス
テップ２０１がＹＥＳとなり、図６のステップ２１５に
進む。そして、リーン／リッチ切り換えのタイミングに
なると（周期カウンタ＝ＴＬＤ又はＴＲＤ）、ステップ
２１５がＹＥＳとなり、ステップ２１６でディザ制御値
をリーン／リッチ間で反転させる。また続くステップ２
１７では、周期カウンタを「０」にクリアする。そして
その後、ステップ２１８では、目標空燃比ＡＦＴＧとし
てその時のディザ制御値を設定し、ステップ２１９で
は、周期カウンタを「１」インクリメントする。
【００６６】ステップ２２０での噴射ディザの終了判定
に際し、例えば触媒劣化（硫黄被毒）を再生するために
噴射ディザを実施していたのであれば、予め設定されて
いた劣化再生のための所定時間が経過した時に本ステッ
プ２２０がＹＥＳとなる。また、ＮＯｘ触媒１５の活性
化のために噴射ディザを実施していたのであれば、ＮＯ
ｘ触媒１５の温度（触媒温センサ２８の検出温度）が所
定の活性温度に達した時に本ステップ２２０がＹＥＳと
なる。噴射ディザを終了する場合、ステップ２２１で噴
射ディザフラグＦＤＩＴＨを「０」にクリアした後、本
ルーチンを終了して元の図４のルーチンに戻る。
【００６７】図７は、噴射ディザの実施中にそれに合わ
せてエンジン出力トルクを増減補正するためのトルク補
正ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチン
は、所定の時間周期でＣＰＵ３１により実施され、本ル
ーチンで設定された点火時期の補正量又はスロットル開
度の補正量は、図示しない他の点火時期制御ルーチン又
はスロットル制御ルーチンで反映される。なお図７の処
理が本発明の「トルク補正手段」に相当する。
【００６８】詳しくは、先ずステップ３０１では、噴射
ディザフラグＦＤＩＴＨが「１」であるか否かを判別す
る。ＦＤＩＴＨ＝０であり、噴射ディザが実施されてい
なければ、ステップ３０２に進む。ステップ３０２で
は、トルク補正を実施しないこととし、本処理を終了す
る。
【００６９】また、ＦＤＩＴＨ＝１であり、噴射ディザ
が実施されていれば、ステップ３０３に進む。ステップ
３０３では、周期カウンタが「α〜ＴＲＤ＋α」の範囲
内にあるか否かを判別する。「α」は、所定の遅れ時間
である。ステップ３０３がＹＥＳであれば、ステップ３
０４でトルク減量補正の処理を行う。具体的には、点火
時期を所定量だけ遅角させると共に、スロットル開度を
所定量だけ閉じ側に制御して吸入空気量を減量補正す
る。
【００７０】また、ステップ３０３がＮＯであれば、ス
テップ３０５でトルク増量補正の処理を行う。具体的に
は、点火時期を所定量だけ進角させると共に、スロット
ル開度を所定量だけ開き側に制御して吸入空気量を増量
補正する。
【００７１】図１１は、上記図４〜図７で説明した制御
をより具体的に説明するためのタイムチャートである。
なお図１１では、時刻ｔ４〜ｔ７が噴射ディザの実施期
間を示す。
【００７２】図１１において、時刻ｔ１〜ｔ２の期間
（周期カウンタ＝０〜ＴＬの期間）では、空燃比がリー
ン制御され、排ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒１５に吸蔵
される。また、時刻ｔ２〜ｔ３の期間（周期カウンタ＝
ＴＬ〜ＴＬ＋ＴＲの期間）では、リッチパージ制御が実
施され、排ガス中の未燃ガス成分（ＨＣ，ＣＯ）により
ＮＯｘ触媒１５の吸蔵ＮＯｘが還元されて放出される。
こうして、空燃比のリーン制御とリッチパージ制御とが
リーン時間ＴＬとリッチ時間ＴＲとに応じて繰り返し実
施される。時刻ｔ４以前、リーン制御とリッチパージ制
御は、例えば５００噴射：１０噴射程度の割合で実施さ
れる。
【００７３】その後、時刻ｔ４で噴射ディザフラグＦＤ
ＩＴＨに「１」がセットされると、噴射ディザ制御での
ＴＬＤ，ＴＲＤやリーン／リッチ度合が設定される。そ
して、時刻ｔ４〜ｔ５では、周期カウンタがＴＲＤ相当
の時間になるまでリッチ制御が実施され、時刻ｔ５〜ｔ
６では、周期カウンタがＴＲＤ＋ＴＬＤ相当の時間にな
るまでリーン制御が実施される。時刻ｔ４以降、リーン
／リッチの切り換え周期が２０〜１００噴射程度で噴射
ディザ制御が実施される。但し図１１では、リアＯ2 セ
ンサ２７の出力ＶＯＸ２に応じたディザ制御値の補正
（図６のステップ２３０）については、その図示を省略
している。
【００７４】また、時刻ｔ４以降の噴射ディザ制御に際
し、所定時間αだけ遅れて出力トルクの増減補正が実施
される。つまり、周期カウンタ＝α〜ＴＲＤ＋αの期間
では、時刻ｔ４〜ｔ５等でのリッチ制御に対応してエン
ジン出力トルクを低減させるべく、点火遅角や吸入空気
量の減量など、トルク減量補正が実施される。また、周
期カウンタ＝ＴＲＤ＋α〜ＴＲＤ＋ＴＬＤ，０〜αの期
間では、時刻ｔ５〜ｔ６等でのリーン制御に対応してエ
ンジン出力トルクを増大させるべく、点火進角や吸入空
気量の増量など、トルク増量補正が実施される。
【００７５】こうして噴射ディザ制御が実施された後、
時刻ｔ７では、噴射ディザフラグＦＤＩＴＨがクリアさ
れる。時刻ｔ７以降、再びリーン制御及びリッチパージ
制御が再開される。なお、噴射ディザフラグＦＤＩＴＨ
のクリアに伴いトルク補正が中止されるが、その中止時
には所定時間αだけトルク補正を継続してもよい。
【００７６】次に、図１２及び図１３を参照し、ＮＯｘ
触媒１５の浄化能力再生時、並びにエンジン１の低温始
動時にＮＯｘ触媒１５が昇温される様子を説明する。図
１２は、ＮＯｘ触媒１５の硫黄被毒を回復させるために
噴射ディザを実施した時の触媒温度の推移を示すタイム
チャートである。図１２において、時刻ｔ１１以前は、
リーン制御とリッチパージ制御とが実施されている。こ
のとき、上流側の三元触媒１４は６００℃程度の温度で
保持され、下流側のＮＯｘ触媒１５は４００℃程度の温
度で保持されている。
【００７７】時刻ｔ１１では、ＮＯｘ触媒１５の劣化
（硫黄被毒）が検出され、噴射ディザフラグＦＤＩＴＨ
に「１」がセットされる。時刻ｔ１１以降、噴射ディザ
制御が実施され、三元触媒１４は僅かに温度上昇して６
２０℃程度になるのに対し、ＮＯｘ触媒１５は約１００
〜１５０℃温度上昇して５００〜５５０℃程度になる。
こうしてＮＯｘ触媒１５が高温となり、その状態でＮＯ
ｘ触媒１５にリッチ成分が供給されることで、硫黄被毒
により生成された硫酸塩ＢａＳＯ4 が還元されて硫黄が
放出され、当該ＮＯｘ触媒１５が再生される。
【００７８】予め設定されていた所定の劣化再生時間が
経過する時刻ｔ１２では、ＮＯｘ触媒１５の再生処理が
完了したとして噴射ディザフラグＦＤＩＴＨが「０」に
クリアされ、噴射ディザが終了される。それ以降、三元
触媒１４及びＮＯｘ触媒１５の温度が元の温度（６００
℃，４００℃）に戻る。
【００７９】また、図１３は、エンジン１の冷間始動に
際し、ＮＯｘ触媒１５の活性化のために噴射ディザを実
施した時の触媒温度の推移を示すタイムチャートであ
る。図１３において、時刻ｔ２１でエンジン１が始動さ
れると、点火時期が遅角側に制御され、それにより、上
流側の三元触媒１４における早期活性化が促進される。
なお、エンジン始動時における点火遅角の処理は周知で
あり、ＣＰＵ３１の動作説明では省略した。
【００８０】三元触媒１４の温度が所定の活性温度（例
えば３５０℃）に達し、この三元触媒１４が活性状態と
なる時刻ｔ２２では、点火時期が通常通りに戻され、こ
れに代わって噴射ディザ制御が実施される。但し図１３
では便宜上、噴射ディザ中のトルク補正のための点火時
期補正を省略している。
【００８１】その後、噴射ディザ制御の実施に伴い、Ｎ
Ｏｘ触媒１５が素早く昇温され始める。この噴射ディザ
に際し、上流側の三元触媒１４の温度上昇が抑えられ、
下流側のＮＯｘ触媒１５だけが温度上昇する。そして、
時刻ｔ２３では、ＮＯｘ触媒１５の温度が所定の活性温
度に達し、噴射ディザが終了される。
【００８２】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。 （イ）噴射ディザ制御に際し、排ガス中のリーン成分と
リッチ成分とが未反応のまま上流側の三元触媒１４を通
り抜けるため、上流側の三元触媒１４を不用意に発熱さ
せることなく、下流側のＮＯｘ触媒１５を適切に昇温さ
せることができ、ひいては、排ガスの浄化を良好に行わ
せることができる。また、三元触媒１４の過熱が抑制で
きるため、劣化防止を図ることができる。
【００８３】（ロ）排気流速が速くなるエンジン運転状
態ではリーン／リッチ切り換えの間隔を短くすると共
に、下流側のＮＯｘ触媒１５での所望の温度上昇幅に応
じてリーン度合及びリッチ度合を設定するので、所望と
するＮＯｘ触媒１５の温度上昇に必要なリーン成分とリ
ッチ成分とが当該ＮＯｘ触媒１５に過不足なく供給でき
る。
【００８４】（ハ）リーン／リッチ切り換え時における
空燃比の平均が理論空燃比になるよう噴射ディザ制御を
実施するので、空燃比の振幅に起因して生じるエンジン
出力トルクの変動が抑制される。
【００８５】（ニ）上流側の三元触媒１４が比較的容量
の小さい早期暖機用の触媒であり、下流側のＮＯｘ触媒
１５が主触媒である場合、エンジン運転時に下流側のＮ
Ｏｘ触媒１５のみが非活性状態になることがあるが、Ｎ
Ｏｘ触媒１５だけを昇温させて効率的に活性化すること
ができる。
【００８６】（ホ）ＮＯｘ触媒１５の劣化再生を行う際
に、三元触媒１４を昇温させることなくＮＯｘ触媒１５
だけを昇温させて触媒再生処理を行い、ＮＯｘ触媒１５
の排ガス浄化能力を適正に回復させることができる。
【００８７】（ヘ）噴射ディザ制御に際し、エンジン出
力トルクの増減補正を行うので、振幅間隔の大きな噴射
ディザにより発生しがちなトルク変動を抑制し、良好な
るドライバビリティが実現できる。
【００８８】（第２の実施の形態）第２の実施の形態で
は、エンジン始動後に、上流側触媒及び下流側触媒が順
次活性化される過程で、噴射ディザの制御内容を変更す
る。つまり、エンジン始動後、上流側の三元触媒１４が
活性化されるまではリーン／リッチ切り換えの間隔が比
較的短い第１の噴射ディザ制御（第１の制御）を実施
し、三元触媒１４の活性化後、下流側のＮＯｘ触媒１５
が活性化されるまではリーン／リッチ切り換えの間隔が
比較的長い第２の噴射ディザ制御（第２の制御）を実施
する。以下に、ＣＰＵ３１による演算動作を説明する。
【００８９】図１４は、本実施の形態における空燃比制
御ルーチンの一部を示すフローチャートである。ステッ
プ４０１では、エンジン始動後、上流側の三元触媒１４
が活性化されたか否かを判別し、続くステップ４０２で
は、下流側のＮＯｘ触媒１５が活性化されたか否かを判
別する。各触媒１４，１５の活性判定は、エンジン始動
後からの経過時間で便宜的に行ってもよいし、触媒温セ
ンサ等の検出値を用いて行ってもよい。
【００９０】上流側の三元触媒１４が非活性の場合（ス
テップ４０１がＮＯ）、ステップ４０３に進み、第１の
噴射ディザ制御を実施する。なお三元触媒１４は、ＮＯ
ｘ触媒１５よりも早期に暖機されるため、ステップ４０
１がＮＯの場合には、上流側及び下流側の両触媒が何れ
も非活性であると判断される。また、下流側のＮＯｘ触
媒１５だけが非活性の場合（ステップ４０２がＮＯ）、
ステップ４０４に進み、第２の噴射ディザ制御を実施す
る。ステップ４０１，４０２が共にＹＥＳの場合、噴射
ディザ制御を行わず、通常の空燃比制御を実施する。
【００９１】第１及び第２の噴射ディザ制御の処理内容
は基本的に第１の実施の形態で説明した通りであるた
め、ここでは説明を省略するが、その違いを述べれば、
第１の噴射ディザ制御では、未反応の排ガスが上流側の
三元触媒１４を通り抜けることが殆どなく、そのリーン
成分とリッチ成分とがほぼ全て三元触媒１４で反応する
ような間隔（噴射回数）でリーン制御とリッチ制御とが
切り換えられる。これにより、三元触媒１４の活性化が
促進される。また、第２の噴射ディザ制御では、未反応
の排ガスが上流側の三元触媒１４を通り抜けることがで
きるような間隔（噴射回数）でリーン制御とリッチ制御
とが切り換えられる。これにより、三元触媒１４での温
度上昇が抑制されると共に、ＮＯｘ触媒１５の活性化が
促進される。
【００９２】より具体的には、第１の噴射ディザ制御で
は、１〜５噴射の間隔でリーン／リッチを切り換え、第
２の噴射ディザ制御では、２０〜１００噴射の間隔でリ
ーン／リッチを切り換える。なお、エンジン始動後、上
流側の三元触媒１４が活性化されるまでの間、点火遅角
の制御を行うか行わないかは任意でよい。
【００９３】以上第２の実施の形態によれば、エンジン
始動時において、三元触媒１４及びＮＯｘ触媒１５の活
性化を良好に行わせることができる。このとき、上流側
の三元触媒１４を不用意に発熱させることなく、劣化防
止を図ることができる。
【００９４】（第３の実施の形態）第３の実施の形態で
は、本発明をハイブリッド車両の空燃比制御システムに
具体化した事例を説明する。ハイブリッド車両としては
一般に、モータで車輪を駆動し、エンジンでモータへの
電力供給を行うシリーズハイブリッドシステムと、エン
ジン及びモータの両方で車輪を直接駆動するパラレルハ
イブリッドシステムとが知られており、何れにも本発明
が適用できるが、図１５には後者のハイブリッドシステ
ムの構成を簡単に示す。図１５に示すハイブリッド車は
主要な構成として、エンジン５１と、モータ５２と、該
モータ５２を駆動するためのインバータ装置５３と、イ
ンバータ装置５３に電気的に接続されたバッテリ５４
と、エンジン５１の空燃比制御や点火時期制御等を実施
するエンジンＥＣＵ５５とを備える。エンジン５１又は
モータ５２の出力は、差動ギヤ装置５６を介して車両左
右の駆動輪５７に伝達される。なお図示は省略するが、
エンジン５１の排気管には、上流側及び下流側に２つの
排ガス浄化用触媒が配設されている。
【００９５】図１６は、エンジンＥＣＵ５５により実施
される空燃比制御ルーチンの一部を示すフローチャート
であり、本処理が「空燃比振幅手段」に相当する。図１
６のステップ５０１では、車両走行状態等に基づいてエ
ンジン５１が始動されるか否かを判別し、続くステップ
５０２では、今回のエンジン始動までにモータ５２の駆
動が所定時間以上継続されたか否かを判別する。ステッ
プ５０１，５０２が共にＹＥＳであれば、モータ駆動中
に下流側の触媒が温度低下し、当該触媒を昇温させる必
要があるとみなす。そして、ステップ５０３に進んで噴
射ディザ制御を実施する。この噴射ディザ制御では、既
述の通りリーン／リッチを比較的長い間隔で切り換える
こととする（２０〜１００噴射程度）。
【００９６】以上第３の実施の形態によれば、ハイブリ
ッド車両においてエンジン停止後に再始動される時に、
下流側触媒だけを昇温させて効率的に活性化することが
できる。この第３の実施の形態においても、上記第２の
実施の形態の如く、エンジン始動時に上流側触媒及び下
流側触媒の活性状態に応じて第１の噴射ディザ制御と第
２の噴射ディザ制御とを切り換えて実施してもよい。
【００９７】本発明は、上記以外に次の形態にて具体化
できる。本発明の制御システムでは、噴射ディザ制御と
エンジン排気系の構成とが大きく関係するため、その排
気系の構成に応じて噴射ディザの制御内容を変更すると
よい。例えば、下流側の触媒（ＮＯｘ触媒１５）が大容
量であるほど、該触媒で温度上昇に要する反応時間が長
くなる。それ故、噴射ディザ制御のリーン／リッチの切
り換え周期を長くする。また、上流側触媒（三元触媒１
４）と下流側触媒（ＮＯｘ触媒１５）との間の排気管の
容量が大きいほど、排気管内で混合されるリーン成分と
リッチ成分とが増える。それ故、同様に噴射ディザ制御
のリーン／リッチの切り換え周期を長くする。
【００９８】上記第１の実施の形態では、リアＯ2 セン
サ２７の出力ＶＯＸ２に応じて空燃比のディザ制御値を
補正したが（図６のステップ２３０）、それに代えて、
空燃比補正係数ＦＡＦを増減してもよい。かかる場合、
出力ＶＯＸ２がリッチ値であれば、ＦＡＦを徐々に減ら
し、出力ＶＯＸ２がリーン値であれば、ＦＡＦを徐々に
増やすとよい。また、この補正の処理を省略して具体化
することも可能である。
【００９９】上記第１の実施の形態では、空燃比をリー
ン領域でフィードバック制御する空燃比制御システムに
本発明を具体化し、排気管１２には三元触媒１４とＮＯ
ｘ触媒１５とを配設したが、この構成を変更する。例え
ば、空燃比を理論空燃比でフィードバック制御する空燃
比制御システムにおいて、排気管１２の上流側及び下流
側に２つの三元触媒を配設する構成でもよい。かかる場
合にも、本発明の噴射ディザ制御に際し、上流側の三元
触媒を不用意に発熱させることなく、下流側の三元触媒
を適切に昇温させることができる。
【０１００】また発明は、排ガス浄化触媒を排気経路に
３段以上設ける場合にも適用できる。この場合、より下
流側の触媒に向けて排ガスが未反応のまま通り抜けるよ
うリーン／リッチ切り換えの間隔（燃料噴射回数）を調
整し、噴射ディザ制御を実施すればよい。
【０１０１】ＮＯｘ触媒下流側の空燃比センサとして、
上記Ｏ2 センサ２７に代えて、Ａ／Ｆセンサを用いても
よい。上記第１の実施の形態では、噴射ディザ時のトル
ク補正として、点火時期制御と吸入空気量制御とを併用
したが、何れか一方のみを実施することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】エンジン排気系の構成図。
【図３】噴射ディザ制御の概要を説明するためのタイム
チャート。
【図４】燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】目標空燃比の設定ルーチンを示すフローチャー
ト。
【図６】図５に続き、目標空燃比の設定ルーチンを示す
フローチャート。
【図７】トルク補正ルーチンを示すフローチャート。
【図８】ディザ制御値の補正処理を示すフローチャー
ト。
【図９】ディザ制御値の補正の様子を示すタイムチャー
ト。
【図１０】触媒劣化前と触媒劣化後とについてセンサ出
力波形を示す図。
【図１１】空燃比制御の動作を具体的に示すタイムチャ
ート。
【図１２】ＮＯｘ触媒の劣化再生時における触媒温の推
移を示すタイムチャート。
【図１３】エンジン始動時における触媒温の推移を示す
タイムチャート。
【図１４】第２の実施の形態において空燃比制御ルーチ
ンの一部を示すフローチャート。
【図１５】第３の実施の形態においてハイブリッド車両
の概要を示す構成図。
【図１６】第３の実施の形態において空燃比制御ルーチ
ンの一部を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、７…燃料噴射手段としての
燃料噴射弁、１２…排気管、１４…三元触媒、１５…Ｎ
Ｏｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）、２７…リアＯ2 セ
ンサ、２８…触媒活性検出手段としての触媒温センサ、
３０…ＥＣＵ、３１…空燃比振幅手段，トルク補正手段
としてのＣＰＵ、５１…エンジン、５２…モータ、５５
…空燃比振幅手段としてのエンジンＥＣＵ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５ Ｂ６０Ｋ 9/00 Ｃ Ｆターム(参考） 3G091 AA14 AA24 AB03 AB05 BA03 BA14 BA15 CB02 CB03 DA01 DA02 DC00 EA01 EA06 EA07 EA16 EA18 EA34 FA01 FB10 FB12 HA36 HA37 3G301 HA00 HA01 HA04 JA21 JA33 KA01 LA03 MA01 MA11 MA18 MA26 NA01 ND00 NE01 NE06 NE13 NE15 NE23 PA07Z PA11Z PD03A PD03Z PD04Z PD08Z PD12Z PE01Z PE08Z

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の排気経路の上流側及び下流側に
    それぞれ設けられる排ガス浄化用の触媒と、 機関運転状態に応じて所望の量の燃料を内燃機関の気筒
    へ噴射供給するための燃料噴射手段と、 燃料噴射量を交互に増減補正し、排気空燃比をリーン及
    びリッチに振幅させる空燃比振幅手段とを備え、 前記空燃比振幅手段は、上流側触媒で排ガス中のリーン
    成分とリッチ成分とが反応する期間と、その後、未反応
    の排ガスが上流側触媒を通り抜ける期間とからなる間隔
    で排気空燃比をリーン及びリッチで切り換えることを特
    徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
  2. 【請求項２】排気経路の上流側に設けられる触媒は比較
    的容量の小さい早期暖機用の触媒であり、排気経路の下
    流側に設けられる触媒は主触媒である請求項１に記載の
    内燃機関の空燃比制御装置。
  3. 【請求項３】前記空燃比振幅手段は、上流側触媒での発
    熱量と放熱量とがほぼ同じになるような間隔でリーン／
    リッチを切り換える請求項１に記載の内燃機関の空燃比
    制御装置。
  4. 【請求項４】前記空燃比振幅手段は、内燃機関の運転状
    態に応じてリーン／リッチ切り換えの間隔を設定し、排
    気流速が速くなる機関運転状態ではリーン／リッチ切り
    換えの間隔を短くする請求項１〜３の何れかに記載の内
    燃機関の空燃比制御装置。
  5. 【請求項５】前記空燃比振幅手段は、下流側触媒での所
    望の温度上昇幅に応じてリーン度合及びリッチ度合を設
    定し、該温度上昇幅が大きいほどリーン度合及びリッチ
    度合を大きくする請求項１〜４の何れかに記載の内燃機
    関の空燃比制御装置。
  6. 【請求項６】前記空燃比振幅手段は、リーン／リッチ切
    り換え時における空燃比の平均が理論空燃比になるよう
    空燃比を調整する請求項１〜５の何れかに記載の内燃機
    関の空燃比制御装置。
  7. 【請求項７】下流側触媒よりも更に下流側に配設された
    空燃比センサを備え、 前記空燃比センサの検出結果がリッチであれば、前記空
    燃比振幅手段により調整される空燃比をリーン側に補正
    し、前記空燃比センサの検出結果がリーンであれば、前
    記空燃比振幅手段により調整される空燃比をリッチ側に
    補正する請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  8. 【請求項８】前記空燃比振幅手段は、リーン／リッチ切
    り換えの間隔を、前記燃料噴射手段による２０〜１００
    噴射の間隔に設定する請求項１に記載の内燃機関の空燃
    比制御装置。
  9. 【請求項９】前記下流側に設けられる触媒の活性状態を
    検出する触媒活性検出手段を備え、 上流側の触媒が活性状態であり、下流側の触媒が非活性
    状態であると判断される時、前記空燃比振幅手段による
    排気空燃比のリーン／リッチ切り換えを実施する請求項
    １に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  10. 【請求項１０】前記下流側に設けられる触媒が、排ガス
    中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ触媒であり、前記ＮＯｘ触
    媒の劣化状態を再生させる時に、前記空燃比振幅手段に
    よる排気空燃比のリーン／リッチ切り換えを実施する請
    求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  11. 【請求項１１】内燃機関とモータとを駆動源として備え
    るハイブリッド車両に適用される内燃機関の空燃比制御
    装置において、 モータだけが所定時間継続して駆動され、その後、内燃
    機関が始動されて燃料噴射量が制御される時、前記空燃
    比振幅手段による排気空燃比のリーン／リッチ切り換え
    を実施する請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装
    置。
  12. 【請求項１２】上流側及び下流側の触媒が何れも非活性
    状態にある時、未反応の排ガスが上流側触媒を通り抜け
    ることのないような比較的短い間隔で排気空燃比のリー
    ン／リッチを切り換える第１の制御を行い、下流側触媒
    のみが非活性状態にある時、未反応の排ガスが上流側触
    媒を通り抜けることのできる比較的長い間隔で排気空燃
    比のリーン／リッチを切り換える第２の制御を行う請求
    項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  13. 【請求項１３】請求項１２に記載の内燃機関の空燃比制
    御装置において、 内燃機関の始動後、上流側触媒が活性化されるまでは第
    １制御を行い、上流側触媒の活性化後、下流側触媒が活
    性化されるまでは第２制御を行う内燃機関の空燃比制御
    装置。
  14. 【請求項１４】前記空燃比振幅手段によるリーン／リッ
    チ切り換え時に、内燃機関のリーン時の出力トルクとリ
    ッチ時の出力トルクとがほぼ等しくなるようにトルク制
    御を行うためのトルク補正手段を備える請求項１に記載
    の内燃機関の空燃比制御装置。
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