JP2001271691A

JP2001271691A - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP2001271691A
Application number: JP2000087037A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Mamiya; 清孝間宮; Michihiro Imada; 道宏今田; Masahiko Shigetsu; 雅彦重津; Hideji Iwakuni; 秀治岩国; Yasuhiko Katou; 也寸彦加藤; Akihiro Kobayashi; 明宏小林
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】ＮＯｘ排出量を低減する。【解決手段】連続して点火される複数の気筒を第１気筒
グループと第２気筒グループとにグループ化し、ＨＣ吸
着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放出する温度で、第１気
筒グループの空燃比をリッチに設定すると共に、第２気
筒グループをＮＯｘ排出量が最も多くなる空燃比Ａ／Ｆ
１６〜１７付近よりリーンになるように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室に連通する
排気通路に配設されたＨＣ吸着手段により、低温時に排
気ガス中のＨＣを吸着すると共に、昇温に伴って吸着し
たＨＣを放出するエンジンの排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平１１−８２１１１号公報には、低
温時に排気ガス中のＨＣを吸着すると共に、昇温に伴っ
て吸着したＨＣを放出するＨＣ吸着材を備え、ＨＣ放出
時にＨＣ吸着触媒下流の空燃比がリーンになるよう制御
して、ＨＣ放出時にＨＣの酸化に必要な酸素量を増加し
てＨＣを良好に浄化させる構成が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ＮＯｘ排出
量は空燃比Ａ／Ｆが１６〜１７付近（中間空燃比）で最
も多くなり、ＨＣ浄化のために空燃比をリーンに制御し
ても、逆にＮＯｘ排出量が増加してしまう場合がある。

【０００４】本発明は、上述の事情に鑑みてなされ、そ
の目的は、ＮＯｘ排出量を低減しつつ、ＨＣ放出時にＨ
Ｃの酸化に必要な酸素量を増加してＨＣを良好に浄化で
きるエンジンの排気浄化装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、目的
を達成するために、本発明のエンジンの排気浄化装置
は、以下の構成を備える。即ち、燃焼室に連通する排気
通路に配設され、低温時に排気ガス中のＨＣを吸着する
と共に、昇温に伴って吸着したＨＣを放出するＨＣ吸着
手段と、前記ＨＣ吸着手段からＨＣが放出される時に、
該ＨＣ吸着手段上流の排気ガス中の酸素濃度が所定濃度
を基準に反転を繰り返すよう各気筒内の空燃比を制御す
る空燃比制御手段とを備えるエンジンの排気浄化装置お
いて、前記空燃比制御手段は、前記酸素濃度を小さくす
るために第１燃焼時期で燃焼される気筒の空燃比を理論
空燃比以下に設定すると共に、第２燃焼時期で燃焼され
る気筒の空燃比を理論空燃比より大きく、且つ燃焼によ
り生成されるＮＯｘ量が所定値以下となる空燃比より大
きくなるよう設定する。

【０００６】また、好ましくは、燃焼室内に供給された
混合気を着火する点火プラグと、前記第２燃焼時期に対
応する気筒の点火時期を、前記第１燃焼時期に対応する
気筒の点火時期より進角する点火時期制御手段を更に備
える。

【０００７】また、好ましくは、前記ＨＣ吸着手段下流
に排気ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出手段を設
け、前記空燃比制御手段は、該ＨＣ吸着手段下流の酸素
濃度が所定濃度より大きくなるように、前記第１及び第
２燃焼時期にて夫々燃焼される気筒数の割合、あるいは
前記第１及び第２燃焼時期にて夫々燃焼される気筒の少
なくとも一方の空燃比を制御する。

【０００８】また、好ましくは、前記排気通路には三元
触媒が配置され、前記第１燃焼時期では複数の気筒から
なる第１気筒グループが連続して燃焼され、前記第２燃
焼時期では複数の気筒からなる第２気筒グループが連続
して燃焼される。

【０００９】また、好ましくは、前記空燃比制御手段
は、前記ＨＣ吸着手段下流の酸素濃度が所定濃度を基準
に反転を繰り返すよう各気筒の空燃比を設定すると共
に、前記第１燃焼時期と第２燃焼時期とを繰り返す周期
は、所定周期より短い周期に設定される。

【００１０】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、酸素濃度を小さくするために第１燃焼時期で燃焼さ
れる気筒の空燃比を理論空燃比以下に設定すると共に、
第２燃焼時期で燃焼される気筒の空燃比を理論空燃比よ
り大きく、且つ燃焼により生成されるＮＯｘ量が所定値
以下となる空燃比より大きくなるよう設定することによ
り、ＮＯｘ排出量を低減しつつ、ＨＣ放出時にＨＣの酸
化に必要な酸素量を増加してＨＣを良好に浄化できる．
請求項２の発明によれば、第２燃焼時期に対応する気筒
の点火時期を、第１燃焼時期に対応する気筒の点火時期
より進角することにより、冷間時のリーン設定による燃
焼安定性悪化を防止し且つリーン設定であってもトルク
の低下を抑制できるため、リーン側の燃焼時期に対応す
る気筒からリッチ側の燃焼時期に対応する気筒へ燃焼が
移行する際に急激にトルクが立ち上がることによるトル
ク変動を抑制できる。

【００１１】請求項３の発明によれば、ＨＣ吸着手段下
流の酸素濃度が所定濃度より大きくなるように、第１及
び第２燃焼時期にて夫々燃焼される気筒数の割合、ある
いは第１及び第２燃焼時期にて夫々燃焼される気筒の少
なくとも一方の空燃比を制御することにより、ＮＯｘ排
出量を抑制しつつＯ₂を供給して排気ガス中のＨＣを浄
化でき、空燃比がリーンになったことによるトルク変動
や出力低下をリッチな気筒にて低減できる。

【００１２】請求項４の発明によれば、第１燃焼時期で
は複数の気筒からなる第１気筒グループが連続して燃焼
され、第２燃焼時期では複数の気筒からなる第２気筒グ
ループが連続して燃焼されることにより、リッチな気筒
の排気ガスとリーンな気筒の排気ガスが混合するのを防
止して、リッチな気筒の排気ガスとリーンな気筒の排気
ガスとが排気通路においてほぼ分離して三元触媒に流れ
るめ、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化性能を高めることがで
きる。

【００１３】請求項５の発明によれば、ＨＣ吸着手段下
流の酸素濃度が所定濃度を基準に反転を繰り返すよう各
気筒の空燃比を設定すると共に、第１燃焼時期と第２燃
焼時期とを繰り返す周期は、所定周期より短い周期に設
定されることにより、ＨＣ吸着手段を通る排気ガスが空
燃比制御周期より早くリッチとリーンに切り替わるた
め、触媒の活性化を促進してＮＯｘやＨＣの浄化効率を
高めることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、添付図面を参照して詳細に説明する。［筒内噴射式エンジンの構造］図１は、本実施形態の筒
内噴射式エンジンの燃焼室部分の構造を示す概略断面図
である。

【００１５】図１に示すように、１はエンジンであっ
て、シリンダブロック２には複数のシリンダが形成さ
れ、シリンダブロック２の頂部にシリンダヘッド３がガ
スケットを介して固定されている。各シリンダにはピス
トン４が嵌挿され、ピストン４の頂面とシリンダヘッド
３の下面との間に燃焼室５が形成されている。そして、
燃焼室５に連通するように吸気ポート６及び排気ポート
７とこれらポート６、７を開閉する吸気弁８及び排気弁
９とが配設され、燃焼室５に臨むように点火プラグ１０
とインジェクタ１１が配設されている。インジェクタ１
１は燃焼室５内に直接燃料を噴射する。

【００１６】シリンダヘッド３の下面には断面略台形の
凹部が形成され、燃焼室５の上部を画定している。燃焼
室５の上面部には吸気ポート６が開口し、傾斜面部には
排気ポート７が開口している。吸気ポート６及び排気ポ
ート７は、夫々２個ずつ紙面と直交する方向に並んで設
けられ、吸気弁８及び排気弁９が夫々配設されている。
吸気弁８及び排気弁９は、図示しないカムシャフト等か
らなる動弁機構により作動されて所定タイミングで開閉
する。

【００１７】点火プラグ１０は、燃焼室５上部の略中央
部に配置され、点火ギャップが燃焼室５内に臨むように
シリンダヘッド３に取り付られる。

【００１８】インジェクタ１１は燃焼室５の周縁部に配
設され、吸気ポート６の側方においてシリンダヘッド３
に取り付けられ、吸気ポート６が開口する燃焼室５上面
部とシリンダブロック２に対する合わせ面との間の壁面
１２にインジェクタ１１のノズル部が臨み、斜め下方に
向けて燃料を噴射する。

【００１９】ビストン４頂部のインジェクタ１１寄りに
は、凹状の成層用キャビティ１３が形成されている。そ
して、ピストン４が上死点に近い位置となる圧縮行程後
半に燃料がインジェクタ１１からキャビティ１３に向け
て噴射されると共に、キャビティ１３で反射されて点火
プラグ１０付近に達するように、インジェクタ１１の位
置及び方向とキャビティ１の位置と点火プラグ１０の位
置関係が予め設定されている。

【００２０】図２は、筒内噴射式エンジン全体の概略図
である。

【００２１】図２に示すように、エンジン１には吸気通
路１５及び排気通路１６が接続されている。吸気通路１
５の下流には、吸気マニホールドにおいてシリンダごと
に分岐し、且つ気筒別通路１５ａには並列に２つの分岐
通路が形成され、その下流端に２つの吸気ポート６が図
１の燃焼室５に開口している。一方の分岐通路には吸気
流動制御弁１７が設けられ、吸気流動制御弁１７の開度
を制御することにより、他方の分岐通路から導入される
吸気により燃焼室５に吸気流動（スワール又はタンブ
ル）が生成されると共に、吸気流動の強弱が制御され
る。尚、吸気流動の強弱は、２つの吸気弁の一方の開度
を制御したり、バルブタイミングの可変制御により実行
することもできる。

【００２２】吸気通路１５の途中にはスロットル弁１８
が設けられ、吸入空気量を制御可能にステップモータ等
の電気的なアクチュエータ１９によってスロットル弁１
８が作動される。

【００２３】排気通路１６には、排気中の空燃比検出の
ための上流側Ｏ₂センサ２１ａと下流側Ｏ₂センサ２１ｂ
とが配設されると共に、排気ガス浄化用の触媒を備えた
触媒装置２２が設けられている。この触媒装置２２は、
排気通路１６の上流側に配設されたＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ
を浄化する三元触媒２２ａと、三元触媒２２ａの下流側
に配設されたＨＣを吸着するＨＣ吸着材と酸化若しくは
三元触媒成分とからなる触媒２２ｂとから構成される。
ＨＣ吸着触媒２２ｂは、三元触媒２２ａが活性化してい
ない温度領域（約２５０℃前後）においてＨＣを吸着す
ると共に、活性化する温度領域に達してくると吸着した
ＨＣを放出して排気ガス中のＯ₂と反応させる。このと
き、空燃比をλ＞１のリーン領域にして成層燃焼を行っ
て排気ガス中のＯ₂量を増加させている。また、ＨＣ吸
着触媒２２ｂは活性化すると三元機能を発揮してＮＯｘ
をＨＣやＣＯと反応させて浄化する。

【００２４】ＨＣ吸着触媒２２ｂは、多孔質材料のβゼ
オライトを基材としてＰｄ（パラジウム）や銀（Ａｇ）
が含浸担持され、触媒が部分活性（ライトオフ）するま
での期間を短縮している。ＨＣ吸着触媒成分としては、
Ｐｄ等の貴金属がβゼオライトあるいはアルミナ粒子上
に担持されている。

【００２５】三元触媒２２ａは、多孔質材料のＡｌ
₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂やＣｅ−ＰｒＯ₂を基材として貴金属のパ
ラジウム（Ｐｄ）が担持されている。

【００２６】上流側Ｏ₂センサ２１ａは三元触媒２２ａ
の上流側、下流側Ｏ₂センサ２１ｂはＨＣ吸着触媒２２
ｂの下流側に夫々設けられ、図６に示すように、いずれ
のセンサ２１ａ，２１ｂも空燃比が理論空燃比λ＝１
（Ａ／Ｆ＝１４．７）を基準電圧約０．５Ｖを境に反転
を繰り返すようにリッチ信号約０．５〜１．０Ｖ（酸素
濃度少）又はリーン信号約０〜０．５Ｖ（酸素濃度多）
を出力し、Ｏ₂フィードバック制御としてリッチ信号が
出力されたならば空燃比をリーンにするよう燃料噴射量
小の方向にフィードバック値ＦｄF/Bを設定し、リーン
信号が出力されたならば空燃比をリッチにするよう燃料
噴射量大の方向にフィードバック値ＦｄF/Bを設定す
る。

【００２７】排気通路１６における触媒装置２２は、排
気マニホールド１６ａの直下流（排気マニホールドに直
結）に配置すると高速高負荷時に触媒温度が過剰に上昇
しやすくなり、触媒保護のためにエンジンから遠ざかる
ように排気マニホールド１６ａに接続された排気管１６
ｂの途中に配置されている。

【００２８】排気通路１６と吸気通路１５との間には、
排気ガスの−部を吸気系に還流するＥＧＲ通路４３が接
続され、このＥＧＲ通路４３にはＥＧＲバルブ４４が介
設されている。

【００２９】エンジン制御ＥＣＵ（電気的コントロール
ユニット）３０は、排気ガス中の酸素濃度を検出する上
流側及び下流側Ｏ₂センサ２１ａ，２１ｂ、エンジンの
クランク角を検出するクランク角センサ２３、アクセル
開度（アクセルペダル踏み込み量）を検出するアクセル
開度センサ２４、吸入空気量を検出するエアフローメー
タ２５、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ２
６、エンジン回転数センサ２７、吸気温センサ２８及び
大気圧センサ２９等からの信号が入力される。

【００３０】エンジン制御ＥＣＵ３０は、温度状態判別
部３１、運転状態検出部３２、燃料供給制御部３３、噴
射量演算部３４、点火時期制御部３５及び回転数制御部
３６を含んでいる。

【００３１】温度状態判別部３１は、エンジン回転数セ
ンサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度
センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメ
ータ２５からの吸気流量検出信号、水温センサ２６から
の水温検出信号、燃料噴射量等の過去の履歴によって触
媒温度を推定して、触媒が活性化温度より低い未活性状
態にあるか否かを判定する。尚、水温が第１温度未満で
あれば触媒が未活性状態、第１温度以上であれば触媒が
活性状態と判定してもよい。尚、触媒暖機状態を判定す
るための温度状態判別は、水温検出とエンジン始動から
の経過時間の判定とを併用して行なうようにしてもよ
く、また、触媒温度を直接検出するようにしてもよい。

【００３２】運転状態検出部３２は、エンジン回転数セ
ンサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度
センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメ
ータ２５からの吸気流量検出信号及び水温センサ２６か
らの水温検出信号、吸気温センサ２８からの吸気温検出
信号、大気圧センサ２９からの大気圧検出信号によって
エンジン温度が所定値より高く温間時である時は、成層
燃焼領域や均一燃焼領域等のエンジンの運転領域を判定
し、所定値より低く冷間時である時は、均一燃焼領域等
を判定する。また、上流側及び下流側Ｏ₂センサ２１
ａ，２１ｂからの検出信号はこれらＯ₂センサの活性時
に出力され、上流側Ｏ₂センサ２１ａの検出信号は排気
ポートから出る排気ガス中のＯ₂濃度として空燃比のＯ₂
フィードバック制御時に用いられ、下流側Ｏ₂センサ２
１ｂの検出信号は三元触媒２２ａとＨＣ吸着触媒２２ｂ
とを通過した後の排気ガス中のＯ₂濃度として後述する
気筒グループ化による空燃比制御時に用いられる。

【００３３】燃料噴射制御部３３は、エンジン回転数セ
ンサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度
センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメ
ータ２５からの吸気流量検出信号及び水温センサ２６か
らの水温検出信号、上流側及び下流側Ｏ₂センサ２１
ａ，２１ｂからの検出信号によって燃料の噴射時期を演
算する。

【００３４】噴射量演算部３４は、エンジン回転数セン
サ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度セ
ンサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメー
タ２５からの吸気流量検出信号、水温センサ２６からの
水温検出信号、エンジン運転領域によって燃料噴射量を
演算する。

【００３５】燃料噴射制御部３３及び噴射量演算部３４
は、インジェクタ駆動回路３７を介して各インジェクタ
１１の燃料噴射時期及び噴射量（パルス幅）を制御する
ものであり、ＨＣ吸着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放出
する温度で、複数の気筒を各点火の順番ごとにいくつか
にグループ化（例えば、４気筒ならば１番及び３番気筒
と２番及び４番気筒にグループ化）して一方の気筒グル
ープの空燃比がリッチ（λ≦１）、他方の気筒グループ
はＮＯｘ排出量が最も多くなる空燃比Ａ／Ｆ１６〜１７
付近（中間空燃比）よりリーン（λ＞１）になるように
制御する。

【００３６】点火時期制御部３５は、エンジン回転数セ
ンサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度
センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメ
ータ２５からの吸気流量検出信号、水温センサ２６から
の水温検出信号及びエンジン運転領域によって点火時期
を演算する。

【００３７】点火時期制御部３５は、点火装置３８に制
御信号を出力して、点火時期をエンジンの運転状態に応
じて制御するものであり、基本的には点火時期をＭＢＴ
（ベストトルクを発揮する点火タイミング近傍）に制御
するが、上述のように触媒未活性状態では他方の気筒グ
ループの点火時期を一方の気筒グループの点火時期より
アドバンスする。

【００３８】また、エンジン制御ＥＣＵ３０は、スロッ
トル弁１８を駆動するアクチュエータ１９に制御信号を
出力することによって吸入空気量の制御も行ない、エン
ジン暖機後に成層燃焼が行われるような場合等に、空燃
比をリーンとすべく吸入空気量を調整する。スロットル
弁開度は、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回
転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル
開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検
出信号、吸気温センサ２８からの吸気温検出信号、大気
圧センサ２９からの大気圧検出信号及びエンジン運転領
域によって演算される。

【００３９】また、エンジン制御ＥＣＵ３０は、空燃比
がリーンの成層燃焼領域において排気ガスを吸気通路に
還流すべくＥＧＲ弁４４を制御する。ＥＧＲ弁開度は、
エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信
号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信
号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号、水
温センサ２６からの水温検出信号及びエンジン運転領域
によって演算される。［エンジン制御］本実施形態では、連続して点火される
複数の気筒（例えば、４気筒）を第１気筒グループと第
２気筒グループとにグループ化し、ＨＣ吸着触媒２２ｂ
が吸着したＨＣを放出する温度で、第１気筒グループ
（例えば、１番及び３番気筒）の空燃比をリッチ（λ≦
１、Ａ／Ｆ１４．３程度）に設定すると共に、第２気筒
グループ（例えば、２番及び４番気筒）をＮＯｘ排出量
が最も多くなる空燃比Ａ／Ｆ１６〜１７付近（中間空燃
比）よりリーン（λ＞１、Ａ／Ｆ１７〜１８）になるよ
うに設定する。即ち、第２気筒グループの空燃比を中間
空燃比よりリーンに設定することで、ＮＯｘ排出量を抑
制しつつＯ₂を供給して排気ガス中のＨＣを浄化し、空
燃比がリーンになったことによるトルク変動や出力低下
を第１気筒グループの空燃比をリッチにして低減してい
る。

【００４０】図３乃至図５は、本実施形態のエンジン制
御を示すフローチャートであり、図３は燃料噴射量設
定、図４は燃料噴射制御、図５は点火時期制御を夫々示
している。＜燃料噴射量設定フロー＞先ず、図３を参照して燃料噴
射量設定について説明する。以下の処理は、所定期間ご
と（例えば、１２回点火するごと）に実行される。

【００４１】図３に示すように、ステップＳ１では各種
センサから検出信号を入力する。ステップＳ２では、下
流側Ｏ₂センサ２１ｂの検出信号λｄが所定時間以上リ
ッチ側の検出信号λｒ（例えば、検出信号が１Ｖ）を示
しているか判定する。

【００４２】ステップＳ３で検出信号λｄが所定時間以
上リッチ側の検出信号λｒならば（ステップＳ３でＹＥ
Ｓ）、つまり上流側Ｏ₂センサ２１ａによりＯ₂フィード
バック制御をしているにもかかわらず、Ｏ₂濃度が低い
ためＨＣを放出している可能性が高いので、ステップＳ
５に進み、エンジン水温ＴＷが温度領域ＴＷ１＜ＴＷ＜
ＴＷ２であるか判定することで、ＨＣ吸着触媒２２ｂが
吸着したＨＣを放出する温度状態か判定する。

【００４３】ステップＳ５でエンジン水温ＴＷが温度領
域ＴＷ１＜ＴＷ＜ＴＷ２ならば（ステップＳ５でＹＥ
Ｓ）、冷間時でＨＣ吸着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放
出する温度状態であると判断して、ステップＳ７でフラ
グＦをセットする。

【００４４】ステップＳ９では、下流側Ｏ₂センサ２１
ｂの検出信号λｄが所定閾値λ０（例えば、０．５Ｖ）
より小さいか判定する。

【００４５】ステップＳ９で検出信号λｄが所定閾値λ
０より小さいならば（ステップＳ９でＹＥＳ）、空燃比
がリーンなので、ステップＳ１１に進み、空燃比をリッ
チ方向にするよう燃料噴射量のフィードバック値ＦｄF/
Bに補正値αを加算する。

【００４６】また、ステップＳ９で検出信号λｄが所定
閾値λ０より大きいならば（ステップＳ９でＮＯ）、空
燃比がリッチなので、ステップＳ１２に進み、空燃比を
リーン方向にするよう燃料噴射量のフィードバック値Ｆ
ｄF/Bから補正値αを減算する。

【００４７】尚、図７に示すように、下流側Ｏ₂センサ
２１ｂによるフィードバック制御が行われている期間Ｔ
２では、上流側Ｏ₂センサ２１ａにより所定空燃比（例
えば、空燃比がλ＝１〜１．１）の範囲でリッチ側とリ
ーン側とに周期的に変化するよう燃料噴射量を設定する
ディザ制御（フィードフォワード制御）が実行されてい
る。また、期間Ｔ２以外の期間Ｔ１、Ｔ３では、上流側
Ｏ₂センサ２１ａによるフィードバック制御により空燃
比が理論空燃比λ＝１を基準としてリッチ側とリーン側
とに反転を繰り返すように燃料噴射量が設定される。

【００４８】ステップＳ１３では、燃料噴射量のフィー
ドバック値ＦｄF/Bが所定閾値Ｆｄ0より小さいか判定す
る。

【００４９】ステップＳ１３でフィードバック値ＦｄF/
Bが所定閾値Ｆｄ0より小さいならば（ステップＳ１３で
ＹＥＳ）、ステップＳ１５に進み、図７及び図８に示す
ように第１グループ化制御Ｇ１を行うための燃料噴射量
Ｆ１F/Bを設定する。

【００５０】図７、図８及び図１０において、第１グル
ープ化制御Ｇ１は、＃１番気筒と＃３番気筒を第１気筒
グループとして空燃比がリッチ（Ａ／Ｆ１４．３程度）
になるよう燃料噴射量Ｆ１F/Bを大に設定すると共に、
＃２番気筒と＃４番気筒を第２気筒グループとして空燃
比がリーン（Ａ／Ｆ１７＋γ）になるよう設定する。補
正値γは燃料噴射量Ｆ１F/Bが大きい程、大きな値に設
定される。

【００５１】尚、上記第１グループ化制御Ｇ１では、同
じ気筒（上記実施形態では、＃２番気筒と＃４番気筒）
が常にリーンに設定されることがないようにすれば（例
えば、連続する気筒ごとリーンとリッチとを繰り返す
等）、リーンの気筒が冷えることによる燃焼安定性の悪
化を防止できる。

【００５２】また、ステップＳ１３でフィードバック値
ＦｄF/Bが所定閾値Ｆｄ0より大きいならば（ステップＳ
１３でＮＯ）、ステップＳ１４に進み、図７及び図９に
示すように第２グループ化制御Ｇ２を行うための燃料噴
射量Ｆ２F/Bを設定する。

【００５３】図７、図９及び図１０において、第２グル
ープ化制御Ｇ２は、先ず＃１番〜＃４番気筒を第２気筒
グループとして空燃比がリッチ（Ａ／Ｆ１４．３程度）
になるよう燃料噴射量Ｆ２F/Bを大に設定し、次に＃１
番気筒と＃３番気筒を第２気筒グループとして空燃比が
リーン（Ａ／Ｆ１７＋γ）になるよう設定し、次に＃４
番、２番、１番、３番気筒を第２気筒グループとして空
燃比がリッチ（Ａ／Ｆ１４．３程度）になるよう燃料噴
射量Ｆ２F/Bを大に設定し、次に＃４番気筒と＃２番気
筒を第２気筒グループとして空燃比がリーン（Ａ／Ｆ１
７＋γ）になるよう設定する、この制御を繰り返し実行
する。補正値γは燃料噴射量Ｆ２F/Bが大きい程、大き
な値に設定される。つまり、単位時間当たりにリッチと
なる気筒数がリーンとなる気筒数より多くなるよう設定
される。

【００５４】また、第１及び第２気筒グループＧ１、Ｇ
２は少なくとも２気筒が連続するよう設定し、リッチな
気筒の排気ガスとリーンな気筒の排気ガスとの混合によ
り空燃比がＡ／Ｆ１６〜１７付近（中間空燃比）に近づ
いてしまうのを防止している。

【００５５】尚、第１及び第２気筒グループＧ１、Ｇ２
の燃焼が行われる周期は、ステップＳ９〜１１の下流側
Ｏ₂センサ２１ｂによるＯ₂フィードバック制御周期より
短い期間（２燃焼サイクル〜１ｓｅｃ）に設定され、Ｈ
Ｃ吸着触媒２２ｂを通る排気ガスがフィードバック制御
周期より早くリッチとリーンに切り替わるため、触媒の
活性化を促進してＮＯｘやＨＣの浄化効率を高めてい
る。

【００５６】また、ステップＳ３で検出信号λｄが所定
時間以上リッチ側の検出信号λｒで（ステップＳ３でＮ
Ｏ）、ステップＳ５でエンジン水温ＴＷが温度領域ＴＷ
１＜ＴＷ＜ＴＷ２でないならば（ステップＳ５でＮ
Ｏ）、Ｏ₂濃度が高くＨＣを放出している可能性が低
く、ＨＣ吸着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放出する温度
状態でないと判断して、ステップＳ１７でフラグＦをリ
セットし、ステップＳ１９でフィードバック値ＦｄF/B
をリセットして、図１１に示すように空燃比が理論空燃
比λ＝１（Ａ／Ｆ＝１４．７）を基準とした通常の上流
側Ｏ₂センサ２１ａによるＯ₂フィードバック制御を実行
する。＜燃料噴射制御フロー＞次に、図４を参照して燃料噴射
制御について説明する。以下の処理は、所定クランク角
ごとに実行される。

【００５７】図４に示すように、ステップＳ２１では各
種センサから検出信号を入力する。ステップＳ２３で
は、エンジン回転数と要求トルクから基本燃料噴射量Ｆ
BASEを設定する。ステップＳ２５では、フラグＦがセッ
トされているか判定する。

【００５８】ステップＳ２５でフラグＦがセットされて
いるならば（ステップＳ２５でＹＥＳ）、ＨＣ吸着触媒
２２ｂが吸着したＨＣを放出していると判断して、ステ
ップＳ２７に進み、上流側Ｏ₂センサ２１ａの検出信号
に基づく燃料噴射量のフィードバック制御値ＦｕF/Bを
リセットし、ステップＳ２９ではカウンタｎをインクリ
メントして、フラグＦのセット中に噴射実行された気筒
数をカウントする。

【００５９】ステップＳ３１では、カウンタｎ（気筒
数）が所定数Ｎ（例えば、Ｎ＝１３）となったか判定
し、所定数Ｎになったならば（ステップＳ３１でＹＥ
Ｓ）、ステップＳ３２でカウンタｎを１に戻してステッ
プＳ３５に進み、所定数Ｎ未満ならば（ステップＳ３１
でＮＯ）、ステップＳ３３に進んで、図３のステップＳ
１４、Ｓ１５で設定された燃料噴射量Ｆ１F/B又はＦ２F
/Bから、カウンタｎ、つまり次回点火時期に対応する気
筒に応じた燃料噴射量を読み込む。尚、所定数Ｎはエン
ジンの気筒数や制御サイクルに応じて変更可能である。

【００６０】ステップＳ３５では、最終燃料噴射量Ｆｎ
として基本燃料噴射量ＦBASEとフィードバック制御値Ｆ
ｕF/Bと燃料噴射量Ｆ１F/B又はＦ２F/Bとを加算する。

【００６１】ステップＳ３７では燃料噴射時期になるの
を待ち、ステップＳ３９で噴射実行する。

【００６２】また、ステップＳ２５でフラグＦがセット
されていないならば（ステップＳ２５でＮＯ）、ＨＣ吸
着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放出していないと判断し
て、ステップＳ４１に進み、カウンタｎをゼロリセット
してカウントを中止し、ステップＳ４３で上流側Ｏ₂セ
ンサ２１ａによる空燃比のフィードバック領域か判定す
る。

【００６３】ステップＳ４３で上流側Ｏ₂センサ２１ａ
の検出信号に基づく空燃比のフィードバック領域ならば
（ステップＳ４３でＹＥＳ）、ステップＳ４５に進み、
上流側Ｏ₂センサ２１ａの検出信号λｕが所定閾値λ０
（例えば、０．５Ｖ）より小さいか判定する。

【００６４】ステップＳ４５で検出信号λｕが所定閾値
λ０より小さいならば（ステップＳ４５でＹＥＳ）、空
燃比がリーンなので、ステップＳ４７に進み、空燃比を
リッチ方向にするよう燃料噴射量のフィードバック値Ｆ
ｕF/Bに補正値βを加算する。

【００６５】また、ステップＳ４５で検出信号λｄが所
定閾値λ０より大きいならば（ステップＳ４５でＮ
Ｏ）、空燃比がリッチなので、ステップＳ４９に進み、
空燃比をリーン方向にするよう燃料噴射量のフィードバ
ック値ＦｕF/Bから補正値βを減算する。

【００６６】ステップＳ５１では、図３のステップＳ１
４、Ｓ１５で設定された燃料噴射量Ｆ１F/B又はＦ２F/B
をリセットして、ステップＳ３５に進む。＜点火時期制御フロー＞次に、図５を参照して点火時期
制御について説明する。以下の処理は、所定クランク角
ごとに実行される。

【００６７】図５に示すように、ステップＳ６１では各
種センサから検出信号を入力する。ステップＳ６３で
は、エンジン回転数と要求トルクから基本点火時期θBA
SEを設定する。ステップＳ６５では、フラグＦがセット
されているか判定する。

【００６８】ステップＳ６５でフラグＦがセットされて
いるならば（ステップＳ６５でＹＥＳ）、ＨＣ吸着触媒
２２ｂが吸着したＨＣを放出していると判断して、ステ
ップＳ６７に進み、カウンタｎをインクリメントして、
フラグＦのセット中に点火実行された気筒数をカウント
する。

【００６９】ステップＳ６９では、カウンタｎ（気筒
数）が所定数Ｎ（例えば、Ｎ＝１３）となったか判定
し、所定数Ｎになったならば（ステップＳ６９でＹＥ
Ｓ）、ステップＳ７０でカウンタｎを１に戻してステッ
プＳ７１に進み、所定数Ｎ未満ならば（ステップＳ６９
でＮＯ）、ステップＳ７１に進んで、図３のステップＳ
１４、Ｓ１５で設定された燃料噴射量Ｆ１F/B又はＦ２F
/Bから、カウンタｎ、つまり次回点火時期に対応する気
筒に応じた燃料噴射量を読み込む。

【００７０】ステップＳ７３では、燃料噴射量Ｆ１F/B
又はＦ２F/Bに応じた点火時期のアドバンス値θF1又は
θF2を設定する。

【００７１】ステップＳ７５では、最終点火時期θｎと
して基本燃料噴射量θBASEからアドバンス値θF1又はθ
F2を加算する。

【００７２】点火時期のアドバンス値θF1又はθF2は、
燃料噴射量Ｆ１F/B又はＦ２F/Bが小さい程（つまり、リ
ーンな程）、進角側に設定され、リーン側の気筒グルー
プからリッチ側の気筒グループへ燃焼が移行する際に急
激にトルクが立ち上がることによるトルク変動を抑制す
る。一方、燃料噴射量Ｆ１F/B又はＦ２F/Bが大きい気
筒、つまりリッチな気筒は点火が遅角側に設定されるの
で、同様にトルク変動が抑制され、且つ三元触媒やＨＣ
吸着触媒の昇温も図られることとなる。

【００７３】ステップＳ７７では点火時期になるのを待
ち、ステップＳ７９で点火実行する。

【００７４】また、ステップＳ６５でフラグＦがセット
されていないならば（ステップＳ６５でＮＯ）、ＨＣ吸
着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放出していないと判断し
て、ステップＳ８１に進み、カウンタｎをゼロリセット
してカウントを中止し、ステップＳ８３ではステップＳ
７３で設定されたアドバンス値θF1又はθF2をリセット
して、ステップＳ７５に進む。

【００７５】以上のように、本実施形態によれば、第１
及び第２燃焼時期として第１及び第２気筒グループにて
夫々燃焼される気筒数の割合、あるいは第１及び第２気
筒グループにて夫々燃焼される気筒の少なくとも一方の
空燃比を制御することで、下流側Ｏ₂センサ２１ｂの検
出信号が中間空燃比よりリーンになるよう設定され、Ｎ
Ｏｘ排出量を抑制しつつＯ₂を供給して排気ガス中のＨ
Ｃを浄化し、空燃比がリーンになったことによるトルク
変動や出力低下を他方の気筒グループの空燃比をリッチ
にして低減している。

【００７６】尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲
で上記実施形態を修正又は変形したものに適用可能であ
る。

【００７７】本実施形態は、エンジンに対して連結され
たモータとエンジンとを併用するハイブリッド自動車の
エンジン制御に適用することもでき、この場合、リッチ
となる気筒とリーンとなる気筒との切り替えにより発生
するトルクショックをモータによりトルク補償するよう
制御してもよい。

【００７８】また、直噴式ガソリンエンジンだけでな
く、直噴式ディーゼルエンジンや吸気ポート噴射式エン
ジンにも適用可能である。

【００７９】また、ＨＣ吸着触媒２２ｂと下流側Ｏ₂セ
ンサ２１ｂとの間に、更に三元触媒を配置してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の筒内噴射式エンジンの燃焼室部分
の構造を示す概略断面図である。

【図２】筒内噴射式エンジン全体の概略図である。

【図３】本実施形態のエンジン制御を示すフローチャー
トである。

【図４】本実施形態のエンジン制御を示すフローチャー
トである。

【図５】本実施形態のエンジン制御を示すフローチャー
トである。

【図６】Ｏ₂センサ出力及びセンサ出力値に基づくＯ₂フ
ィードバック制御値の変化を示す図である。

【図７】本実施形態の気筒グループ化による空燃比制御
を示すタイムチャートである。

【図８】第１グループ化制御による空燃比変化を示すタ
イムチャートである。

【図９】第２グループ化制御による空燃比変化を示すタ
イムチャートである。

【図１０】第１及び第２グループ化制御によるグループ
化方法を説明する図である。

【図１１】通常のＯ₂フィードバック制御による空燃比
変化を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１…エンジン１０…点火プラグ１１…インジェクタ１５…吸気通路１６…排気通路２１ａ…上流側Ｏ₂センサ２１ｂ…下流側Ｏ₂センサ２２ａ…三元触媒２２ｂ…ＮＯｘ吸着触媒３０…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）Ｆ０１Ｎ 3/00 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｒ４Ｄ０４８ 3/08 Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ｈ 3/24 41/36 Ｂ 43/00 ３０１ＥＦ０２Ｄ 41/02 ３０１３０１Ｂ 41/36 ３０１Ｔ 43/00 ３０１Ｂ０１Ｄ 53/34 １２０Ｄ 53/36 ＺＡＢ１０１ＡＦ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 ＢＬ (72)発明者重津雅彦広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者岩国秀治広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者加藤也寸彦広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者小林明宏広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内Ｆターム(参考） 3G022 AA03 AA09 DA01 EA08 GA01 GA05 GA06 GA08 GA09 GA11 3G084 BA09 BA13 BA15 BA17 BA24 DA10 EB12 FA01 FA02 FA07 FA10 FA20 FA30 FA33 FA38 3G091 AA02 AA11 AA12 AA13 AA14 AA17 AA18 AA23 AA24 AA28 AB02 AB03 AB10 BA04 BA14 BA15 BA19 BA32 CA13 CA26 CB02 CB03 CB05 CB06 CB07 CB08 DA01 DA02 DB06 DB10 DC01 DC06 EA01 EA05 EA07 EA14 EA15 EA16 EA18 EA34 FB10 FB12 GB01X GB05W GB07W GB09Y GB10X GB16X HA18 HA19 HA36 HA37 HA42 HB05 3G301 HA01 HA04 HA06 HA13 HA16 HA17 HA18 HA19 JA25 JA26 LA00 LA03 LB04 MA01 MA11 MA18 ND01 PA01Z PA09Z PA10Z PD03A PD03Z PD09A PD09Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z 4D002 AA08 AA12 AA40 AC10 BA04 BA05 BA12 CA07 CA13 DA25 DA45 EA02 EA07 GA02 GA04 GB02 HA01 4D048 AA06 AA13 AA18 AB02 AB03 AB05 BA03Y BA11Y BA31Y BA34Y BA41Y CA01 CC38 DA01 DA02 DA20 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室に連通する排気通路に配設され、
低温時に排気ガス中のＨＣを吸着すると共に、昇温に伴
って吸着したＨＣを放出するＨＣ吸着手段と、前記ＨＣ
吸着手段からＨＣが放出される時に、該ＨＣ吸着手段上
流の排気ガス中の酸素濃度が所定濃度を基準に反転を繰
り返すよう各気筒内の空燃比を制御する空燃比制御手段
とを備えるエンジンの排気浄化装置おいて、前記空燃比制御手段は、前記酸素濃度を小さくするため
に第１燃焼時期で燃焼される気筒の空燃比を理論空燃比
以下に設定すると共に、第２燃焼時期で燃焼される気筒
の空燃比を理論空燃比より大きく、且つ燃焼により生成
されるＮＯｘ量が所定値以下となる空燃比より大きくな
るよう設定することを特徴とするエンジンの排気浄化装
置。
【請求項２】燃焼室内に供給された混合気を着火する
点火プラグと、前記第２燃焼時期に対応する気筒の点火
時期を、前記第１燃焼時期に対応する気筒の点火時期よ
り進角する点火時期制御手段を更に備えることを特徴と
する請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】前記ＨＣ吸着手段下流に排気ガス中の酸
素濃度を検出する濃度検出手段を設け、前記空燃比制御
手段は、該ＨＣ吸着手段下流の酸素濃度が所定濃度より
大きくなるように、前記第１及び第２燃焼時期にて夫々
燃焼される気筒数の割合、あるいは前記第１及び第２燃
焼時期にて夫々燃焼される気筒の少なくとも一方の空燃
比を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の
エンジンの排気浄化装置。
【請求項４】前記排気通路には三元触媒が配置され、
前記第１燃焼時期では複数の気筒からなる第１気筒グル
ープが連続して燃焼され、前記第２燃焼時期では複数の
気筒からなる第２気筒グループが連続して燃焼されるこ
とを特徴とする請求項３のいずれか１項に記載のエンジ
ンの排気浄化装置。
【請求項５】前記空燃比制御手段は、前記ＨＣ吸着手
段下流の酸素濃度が所定濃度を基準に反転を繰り返すよ
う各気筒の空燃比を設定すると共に、前記第１燃焼時期
と第２燃焼時期とを繰り返す周期は、所定周期より短い
周期に設定されることを特徴とする請求項４に記載のエ
ンジンの排気浄化装置。