JP2002061527A

JP2002061527A - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP2002061527A
Application number: JP2000250584A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Nishimura; 博文西村
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2000-08-22
Publication date: 2002-02-28

Abstract

(57)【要約】【課題】少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を
発揮する触媒３２，３３を備え、通常は低回転低負荷側
で成層燃焼状態に、また、高回転ないし高負荷側で均一
燃焼状態に切替えられるとともに、未暖機状態等の所定
条件下では全域で均一燃焼状態とされる直噴式エンジン
１において、運転領域全域について見たときのトータル
な燃費の悪化を抑えながら、触媒からの酸素の放出に起
因する一時的な排気状態の悪化を防止する。【解決手段】エンジン１が未暖機状態等になってい
て、安定して成層燃焼状態とすることが難しい状況であ
れば、第２運転モードを選択し（Ｓ２，３→Ｓ６）、冷
間λ＝１領域（ニ）における空燃比フィードバック制御
の目標値を理論空燃比とする。エンジン暖機後の通常時
には第１運転モードを選択し（Ｓ２，３→Ｓ４）、温間
λ＝１領域（ロ）における空燃比フィードバック制御の
目標値を、理論空燃比よりもややリッチ側に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも排気が
略理論空燃比に対応する状態のときに三元浄化機能を発
揮する触媒を備えるとともに、エンジンを、通常時は燃
焼室の空燃比がリーンな運転状態と略理論空燃比ないし
それよりもリッチな運転状態とに切替える一方、所定の
条件下では前記空燃比のリーンな運転状態への切替えを
行わないようにしたエンジンの排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種のエンジンの排気浄化
装置として、例えば特開平１１−２００８５３号公報に
開示されるように、エンジンの排気通路にいわゆる三元
触媒を配設するとともに、その下流側に隣接するよう
に、ＮＯｘ吸収材を有するＮＯｘ吸収還元型の触媒を配
設したものが知られている。このＮＯｘ吸収材としては
例えばバリウム等のアルカリ土類金属が用いられ、排気
の空燃比状態がリーンな所定状態、即ち排気中の酸素濃
度が例えば４％以上の酸素過剰雰囲気において排気中の
ＮＯｘを酸化し、硝酸塩として吸収する一方、酸素濃度
が低下すると、吸収した硝酸塩を排気中のＣＯと置換反
応させて、このＣＯを炭酸塩として吸収しつつ、ＮＯｘ
を放出するものである。

【０００３】そして、排気の空燃比状態が前記リーンな
状態のときには、排気中のＮＯｘが前記ＮＯｘ吸収材に
吸収されて、排気が浄化される一方、エンジンが略理論
空燃比で運転されて、排気の空燃比が略理論空燃比に対
応する状態、即ち酸素濃度が略０．５〜１％以下の状態
になると、触媒の三元浄化機能により、排気中のＨＣ，
ＣＯ及びＮＯｘの殆どが浄化されるととともに、前記Ｎ
Ｏｘ吸収材から放出されたＮＯｘもＨＣやＣＯと反応し
て、還元浄化されることになる。

【０００４】また、前記ＮＯｘ吸収材には、吸収したＮ
Ｏｘ量が増えるほど、ＮＯｘの吸収能力が低下するとい
う性質があるので、前記従来例のものでは、エンジンが
空燃比のリーンなリーン運転状態から略理論空燃比のリ
ッチ運転状態に切替わるときに、空燃比を短時間かつ大
幅に（スパイク的に）リッチ化させて、ＮＯｘの放出を
促すようにしている。

【０００５】ところで、いわゆる三元触媒はもとより、
前記ＮＯｘ吸収還元型触媒のように、排気の空燃比状態
が略理論空燃比に対応する状態のときに三元浄化機能を
発揮する触媒には、一般的にセリアＣｅＯ2等の酸素吸
収材が含まれている。この酸素吸収材は、酸素濃度が或
る程度（例えば０．５％）以上のときに排気中の酸素を
吸収する一方、それよりも酸素濃度が低下すると、酸素
を放出するという性質を有し、排気中の酸素濃度の変動
を緩和して、触媒の三元浄化機能を高めることのできる
ものである。

【０００６】しかし、前記従来例のように、エンジンの
排気通路に三元触媒とＮＯｘ吸収還元型触媒とを直列に
配置した場合、排気の空燃比状態をリーンな状態から略
理論空燃比に対応する状態に変化させたときに、触媒に
含まれる酸素吸収材から酸素が放出されることから、前
記２つの触媒の付近では局所的に空燃比状態がリーン側
にずれるとともに、排気中のＨＣやＣＯが酸素と反応し
て消費されてしまい、結果的に、下流側に位置するＮＯ
ｘ吸収還元型触媒からＮＯｘを効率良く放出させること
ができなくなってしまう。

【０００７】この点について、前記従来例のものでは、
エンジンの運転履歴や三元触媒における酸素吸収能力等
を考慮して、該三元触媒から放出される酸素量を推定
し、この酸素との反応によりＨＣやＣＯが消費されるこ
とを見越して、それでも下流側のＮＯｘ吸収還元型触媒
に十分な量のＨＣやＣＯを供給できるよう、燃焼室の空
燃比を大幅にリッチ化させるようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来例
の排気浄化装置では、エンジンの燃焼室の空燃比がリー
ンな状態から略理論空燃比状態に切替わるときに、ごく
短時間だけスパイク的に燃料噴射量を増量させて、空燃
比を大幅にリッチ化させるようにしているので、前記の
如く三元触媒の酸素吸収能力等に応じて該リッチ化の度
合を決定し、触媒から放出される酸素の量に見合うよ
う、排気中のＨＣやＣＯを増大させるようにしていて
も、そのＨＣやＣＯの一部は触媒を吹き抜けて、そのま
ま大気中に排出されてしまうという実状がある。

【０００９】このことは、大気中へ排出されるＨＣやＣ
Ｏが一時的とはいえ急増するということである。また、
触媒から放出される酸素がＨＣやＣＯと十分に反応しき
れないということでもあり、このことから、エンジンの
燃焼室の空燃比が略理論空燃比とされたときに、触媒付
近の排気の空燃比状態がリーン側にずれて、三元浄化機
能の発揮される適切な空燃比範囲を外れてしまい、排気
の浄化性が低下するという不具合もある。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、三元浄化機能を有する
触媒を備え、通常時はエンジンを空燃比のリーンな運転
状態とリッチな運転状態とに切替える一方、所定条件下
では前記空燃比のリーンな運転を行わないようにする場
合に、主に前記通常時の空燃比制御に工夫を凝らして、
運転領域全域について見たときのトータルな燃費の悪化
を抑えながら、触媒からの酸素の放出に起因する一時的
な排気状態の悪化を防止することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成すべ
く、本発明の解決手段では、特に車両に搭載されるエン
ジンの場合、通常の運転状況ではエンジンが略理論空燃
比近傍のリッチな運転状態になる頻度が比較的、少ない
ことに着目し、この通常時においては、通常時以外、即
ち所定条件下のときに比べて、略理論空燃比近傍の空燃
比の目標値を相対的にリッチ側の値に設定するようにし
た。

【００１２】具体的に、請求項１の発明では、図１に模
式的に示すように、エンジンａの排気通路ｂに配設さ
れ、少なくとも排気の空燃比状態が略理論空燃比に対応
する状態のときに三元浄化機能を発揮する触媒ｃと、エ
ンジンａの燃焼室ｄの空燃比を、該エンジンａが低回転
低負荷側の所定運転領域にあるときに理論空燃比よりも
リーンな状態になるように、また、該所定運転領域以外
では略理論空燃比ないしそれよりもリッチな状態になる
ように、切替えて制御する第１空燃比制御手段ｅと、所
定の条件下で、前記第１空燃比制御手段ｅによる制御を
禁止して、エンジンａの燃焼室ｄの空燃比を略理論空燃
比ないしそれよりもリッチな状態になるように制御する
第２空燃比制御手段ｆとを備えたエンジンの排気浄化装
置Ａを前提とする。

【００１３】そして、前記触媒ｃよりも上流側の排気の
所定成分濃度を検出する検出手段ｇを備えるとともに、
前記第１空燃比制御手段ｅは、エンジンａが前記所定運
転領域よりも高回転ないし高負荷側の設定運転領域にあ
るときに、前記検出手段ｇからの信号に基づいて、燃焼
室ｄの空燃比を理論空燃比近傍の目標値になるようにフ
ィードバック制御するものとし、また、前記第２空燃比
制御手段ｆは、エンジンａが前記所定運転領域又は設定
運転領域のいずれかにあるときに、前記検出手段ｇから
の信号に基づいて、燃焼室ｄの空燃比を理論空燃比近傍
の目標値になるようにフィードバック制御するものとす
る。そして、前記第１空燃比制御手段ｅによる空燃比の
フィードバック制御の目標値を、前記第２空燃比制御手
段ｆの制御目標値よりもリッチ側に設定する構成とす
る。

【００１４】前記の構成により、通常時、エンジンａが
低回転低負荷側の所定運転領域にあるときには、燃焼室
ｄの空燃比は、第１空燃比制御手段ｅにより理論空燃比
よりもリーンな状態になるように制御される。このと
き、排気の空燃比状態は酸素濃度の高い状態になるの
で、排気中の酸素は触媒ｃに吸収される。

【００１５】続いて、エンジンａが設定運転領域に移行
すると、前記第１空燃比制御手段ｅにより、燃焼室ｄの
空燃比が理論空燃比近傍の目標値になるようにフィード
バック制御されるようになる。このとき、排気の空燃比
状態も略理論空燃比に対応する状態になるので、前記触
媒ｃから酸素が放出されることになるが、空燃比フィー
ドバック制御の目標値はその分、相対的にリッチ側に設
定されているので、触媒ｃ付近の空燃比状態がリーン側
に大きくずれることはなく、従って、該触媒ｃの三元浄
化機能が損なわれることはない。また、排気の空燃比状
態をスパイク的にリッチ化するわけではないので、排気
中のＨＣやＣＯが触媒ｃを吹き抜けることもない。

【００１６】一方、所定条件下では、エンジンａの燃焼
室ｄの空燃比は、第２空燃比制御手段ｆにより略理論空
燃比ないしそれよりもリッチな状態になるように制御さ
れるので、このときには触媒ｃに酸素が吸収されること
がない。このため、この所定条件下では、前記燃焼室ｄ
の空燃比を理論空燃比近傍の目標値になるようにフィー
ドバック制御するときに、その制御目標値を相対的にリ
ーン側に設定することができ、このことで、燃費の低減
が図られる。

【００１７】つまり、前記構成によれば、通常運転時に
はエンジンａが空燃比のリーンな運転状態になることが
多く、略理論空燃比ないしそれよりもリッチな運転状態
になることは少ないことに着目し、空燃比を理論空燃比
近傍にフィードバック制御するときの制御目標値を、触
媒ｃに酸素が蓄積されることのない所定条件下に比べて
ややリッチ側に設定することで、空燃比のスパイク的な
リッチ化をすることなく、触媒ｃから放出される酸素を
排気中のＨＣやＣＯと過不足無く反応させることができ
る。このことで、排気中のＨＣやＣＯの一部が触媒ｃを
吹き抜けることを防止しかつ触媒ｃの浄化性能を安定確
保することができる。しかも、エンジンａが通常運転時
に略理論空燃比近傍で運転される頻度は少ないので、こ
のときの空燃比をややリッチ側に設定しても、運転領域
全域について見たトータルな燃費の悪化は少ない。

【００１８】請求項２の発明では、所定の条件下とは、
エンジンが未暖機状態のときとする。このことで、燃料
の気化霧化し難い未暖機状態では、エンジンの運転状態
によらず、燃焼室の空燃比が第２空燃比制御手段により
略理論空燃比ないしそれよりもリッチな状態になるよう
に制御され、これにより、エンジンの燃焼安定性が確保
される。

【００１９】請求項３の発明では、請求項２の発明にお
いて、触媒の温度が設定温度よりも低い低温状態である
ことを判定する触媒温度状態判定手段と、該触媒温度状
態判定手段により触媒が低温状態であると判定されたと
き、第２空燃比制御手段による空燃比フィードバック制
御の目標値を理論空燃比よりもリーン側の値になるよう
に補正する目標値補正手段とを備える構成とする。

【００２０】この構成では、エンジンが未暖機状態であ
っても、触媒が未活性な低温状態のときには、空燃比フ
ィードバック制御の目標値を理論空燃比よりもリーン側
にずらして、排気中での酸素と未燃燃料との反応によ
り、触媒の昇温を促すことができる。尚、空燃比が理論
空燃比よりもややリーンな状態になっても、エンジンの
燃焼安定性は損なわれない。

【００２１】請求項４の発明では、第１空燃比制御手段
若しくは該第１空燃比制御手段による制御の実行に必要
なセンサ又はアクチュエータのうちの少なくとも１つに
異常があることを判定する異常状態判定手段を設け、所
定の条件下というのを、前記異常状態判定手段により異
常があると判定されたときとする。すなわち、第１空燃
比制御手段による制御を正常に行うことのできないとき
には、該第１空燃比制御手段による制御が禁止され、第
２空燃比制御手段により空燃比の制御が行われる。

【００２２】請求項５の発明では、請求項２又は４のい
ずれかの発明において、第２空燃比制御手段による空燃
比フィードバック制御の目標値を、略理論空燃比とす
る。このことで、エンジンが未暖機状態のときやセンサ
等に故障のあるときでも、エンジンの燃焼安定性を維持
しながら、触媒に三元浄化機能を発揮させて、高い排気
浄化性能を安定的に確保することができる。

【００２３】請求項６の発明では、触媒が三元触媒であ
り、該三元触媒の下流側には、酸素過剰雰囲気の排気中
のＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下によって前記
吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収タイプの触媒が配
設されている構成とする。

【００２４】この構成では、通常時、エンジンが低回転
低負荷側の所定運転領域にあって、燃焼室の空燃比が理
論空燃比よりもリーンな状態になるように制御されると
きには、排気の空燃比状態が酸素濃度の高い状態にな
り、このときには、上流側の三元触媒と下流側のＮＯｘ
吸収タイプの触媒とによって、排気中のＨＣ及びＣＯが
酸化されて浄化されるとともに、ＮＯｘが吸収されて除
去される。また、前記２つの触媒に排気中の酸素が吸収
される。

【００２５】続いて、エンジンが設定運転領域に移行し
て、燃焼室の空燃比が理論空燃比近傍の目標値になるよ
うにフィードバック制御が行われると、排気の空燃比状
態も略理論空燃比に対応する状態になり、このときに
は、前記２つの触媒が三元浄化機能を発揮して、排気中
のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが浄化されるようになる。そし
て、この際、前記２つの触媒からは酸素が放出されるこ
とになるが、空燃比フィードバック制御の目標値はその
分、相対的にリッチ側の値に設定されているので、触媒
付近の空燃比状態がリーン側に大きくずれることはな
く、従って、触媒の三元浄化機能が損なわれることはな
い。また、下流側のＮＯｘ吸収タイプの触媒にも適量の
ＨＣやＣＯが供給されるので、該ＮＯｘ吸収タイプの触
媒からのＮＯｘの放出及び還元浄化を十分に促進するこ
とができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】（全体構成）図２は、本発明の実
施形態１に係るエンジンの排気浄化装置Ａを示し、１は
車両に搭載された多気筒エンジンである。このエンジン
１は複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）が直列
に設けられたシリンダブロック３と、このシリンダブロ
ック３上に配置されたシリンダヘッド４とを有し、該各
気筒２内にピストン５が図の上下方向に往復動可能に嵌
挿されていて、そのピストン５の頂面とシリンダヘッド
４の底面との間の気筒２内に燃焼室６が区画されてい
る。一方、前記ピストン５よりも下方のシリンダブロッ
ク３内にはクランク軸７が回転自在に支持されていて、
このクランク軸７及びピストン５がコネクティングロッ
ドにより駆動連結されている。また、クランク軸７の一
端側にはその回転角度を検出する電磁式のクランク角セ
ンサ８が配設されており、さらに、シリンダブロック３
内のウオータジャケットに臨んで、冷却水温度（エンジ
ン水温）を検出する水温センサ９が配設されている。

【００２７】前記各気筒２毎の燃焼室６上方のシリンダ
ヘッド４内には、点火回路１０に接続された点火プラグ
１１が燃焼室６の上部に臨むように取り付けられる一
方、燃焼室６の周縁部には燃料を直接、噴射供給するよ
うにインジェクタ１２が取り付けられている。すなわ
ち、詳しくは図示しないが、前記燃焼室６は、天井部の
２つの傾斜面が互いに差し掛けられた屋根のような形状
をなすいわゆるペントルーフ型の燃焼室であり、その各
傾斜面に吸気及び排気ポート１３，１４がそれぞれ２つ
ずつ開口していて、その各開口端を開閉するように吸気
及び排気バルブ１５，１５，…が配設されている。

【００２８】また、前記インジェクタ１２は、２つの吸
気ポート１３，１３の間に挟まれるようにその下方に配
置されている。このインジェクタ１２の先端側噴孔は２
つの吸気バルブ１５，１５の傘部に近接して燃焼室６の
周縁部に臨み、該燃焼室６に側方から燃料を噴射するよ
うになっている。一方、インジェクタ１２は全気筒に共
通の燃料供給通路１７を介して高圧燃料ポンプ１８に接
続されており、この高圧燃料ポンプ１８と図外の高圧プ
レッシャレギュレータとによって燃料を適正な圧力状態
に調節しながら、インジェクタ１２に供給するようにな
っている。また、前記燃料供給通路１７には、内部の燃
料の圧力状態（燃圧）を検出するための燃圧センサ１９
が設けられている。

【００２９】そして、前記インジェクタ１２により燃料
が気筒２の圧縮行程中期以降に噴射されると、その燃料
噴霧はピストン５の頂面に形成された長円形状のキャビ
ティ５ａにトラップされて、点火プラグ１１の近傍に比
較的濃い混合気の層を形成する。一方、前記インジェク
タ１２により燃料が気筒２の吸気行程で噴射されると、
その燃料噴霧は燃焼室６に拡散して吸気と十分に混合さ
れ、点火時点までに燃焼室６に略均一な混合気を形成す
る。

【００３０】同図に示すように、エンジン１の一側面
（図の左側の側面）には、吸気ポート１３に連通するよ
うに吸気通路２０が接続されている。この吸気通路２０
は、エンジン１の燃焼室６に対し図外のエアクリーナで
濾過した吸気を供給するものであり、その上流側から下
流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸入空気
量を検出するホットワイヤ式エアフローセンサ２１と、
吸気通路２０を絞るバタフライバルブからなるスロット
ル弁２２と、サージタンク２３とがそれぞれ配設されて
いる。前記スロットル弁２２は、図外のアクセルペダル
に対し機械的には連結されておらず、弁軸が電動モータ
により回動されて開閉する電気式のものである。さら
に、該スロットル弁２２の開度を検出するスロットル開
度センサ２４と、該スロットル弁２２よりも下流の吸気
の圧力状態を検出するための吸気圧センサ２５とがそれ
ぞれ設けられている。

【００３１】また、前記サージタンク２３よりも下流側
の吸気通路２０は、気筒２毎に分岐する独立通路とされ
ていて、その各独立通路の下流端部がさらに２つに分岐
してそれぞれ吸気ポート８，８に連通しており、その分
岐路のうちの一方にスワール制御弁２６が設けられてい
る。そして、このスワール制御弁２６が閉じられると、
吸気は殆どが他方の分岐路のみから燃焼室６に流入する
ようになり、この燃焼室６に強いスワールが生成され
る。一方、スワール制御弁２６が開かれると、両方の分
岐路から吸気が吸い込まれるようになり、吸気のタンブ
ル成分が強まるとともに、スワール成分が弱まるように
なる。

【００３２】一方、エンジン１の他側面（図の右側の側
面）には、燃焼室６から既燃ガスを排出する排気通路２
８が接続されている。この排気通路２８の上流端部は、
各気筒２毎に分岐して排気ポート１４に連通する排気マ
ニホルド２９からなり、該排気マニホルド２９の集合部
には排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３０
（検出手段）が配設されている。この酸素濃度センサ３
０は出力が理論空燃比を境にステップ状に反転するいわ
ゆるλＯ2センサからなるものであり、図３に一例を示
すように、その出力（起電力）は、排気中の酸素濃度が
略理論空燃比に対応する濃度状態になっているときに基
準値Ｅ1になるとともに、それよりも酸素濃度の低いリ
ッチ状態では急増する一方、酸素濃度の高いリーン状態
では急減するようになる。

【００３３】また、前記排気マニホルド２９の集合部に
は排気管３１の上流端が接続されており、この排気管３
１の下流端に三元触媒３２とリーンＮＯｘ触媒３３（Ｎ
Ｏｘ吸収タイプの触媒）とが順に接続されている。さら
に、該排気管３１の上流側には、排気通路２８を流れる
排気の一部を吸気系に還流させるＥＧＲ通路３４の上流
端が分岐接続されている。このＥＧＲ通路３４の下流端
は前記スロットル弁２２とサージタンク２３との間の吸
気通路２０に接続され、その近傍には開度調節可能な電
気式のＥＧＲ弁３５が配設されていて、ＥＧＲ通路３４
による排気の還流量を調節するようになっている。

【００３４】前記上流側の三元触媒３２は、詳しくは図
示しないが、コージェライト製のハニカム状担体の壁面
上に内側触媒層と外側触媒層との２層の触媒層を形成し
たもので、その内側触媒層には、例えばアルミナ及びセ
リアをサポート材としてパラジウムＰｄ等の貴金属が担
持されている一方、外側触媒層には、白金やロジウムが
セリアをサポート材として担持されている。ここで、セ
リアＣｅＯ2は、セリウム原子Ｃｅの価数が３価〜４価
の間で変化することによって結晶格子が変化し、これに
伴い酸素を吸収又は放出するという酸素吸収材としての
機能を有するものであり、従来から、排気中の酸素濃度
の変動を緩和し、触媒の作用を改善するために、三元触
媒等に広く用いられているものである。

【００３５】また、前記下流側のリーンＮＯｘ触媒３３
は、排気中の酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気（例えば酸
素濃度が４％以上の状態）で排気中のＮＯｘを吸収する
一方、酸素濃度が例えば１〜２％未満になると、吸収し
たＮＯｘを放出しかつ還元浄化するＮＯｘ吸収還元型の
ものである。この触媒３３も前記三元触媒３２と同様の
２層構造のものであり、内側触媒層には、白金とＮＯｘ
吸収材であるバリウムとがアルミナ及びセリアをサポー
ト材として担持されている一方、外側触媒層には、白金
及びロジウムとバリウムとがゼオライトをサポート材と
して担持されている。尚、前記バリウムに代えてナトリ
ウム、カリウム、ストロンチウム、カルシウム等を用い
てもよく、或いはそれらの２つないし３つを組み合わせ
てもよい。

【００３６】前記のような２つの触媒３２，３３の配置
構成により、エンジン１が理論空燃比近傍で運転される
ときには、前記２つの触媒３２，３３が三元浄化機能を
発揮して、排気中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを反応させて
浄化する一方、エンジン１が空燃比のリーンな状態で運
転されるとき（後述の成層燃焼状態）には、排気中のＨ
Ｃ及びＣＯを酸化して浄化するとともに、排気中のＮＯ
ｘは吸収して除去するようになっている。

【００３７】前記点火回路１０、インジェクタ１２、ス
ロットル弁２２のモータ、スワール制御弁２６のアクチ
ュエータ、ＥＧＲ弁３５のアクチュエータ等はコントロ
ールユニット４０（以下、ＥＣＵという）によって作動
制御される。一方、このＥＣＵ４０には、少なくとも、
前記クランク角センサ８、水温センサ９、エアフローセ
ンサ２１、スロットル開度センサ２４、吸気圧センサ２
５及びＯ2センサ３０の各出力信号が入力され、加え
て、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度セン
サ３６の出力信号と、図示しないが、吸気温度を検出す
る吸気温センサ、大気圧を検出する大気圧センサ等の各
出力信号とが入力される。

【００３８】（エンジン制御の概要）前記ＥＣＵ４０
は、エンジン出力に関係する制御パラメータとして、イ
ンジェクタ１２による燃料噴射量及び噴射時期、スロッ
トル弁２２により調節される吸入空気量、スワール制御
弁２６により調節される吸気スワール強さ、ＥＧＲ弁３
５により調節される排気の還流割合等をそれぞれエンジ
ン１の運転状態に応じて制御するものである。そして、
エンジン１は、暖機後の通常時の第１運転モードでは、
その運転状態に応じてインジェクタ１２による燃料噴射
形態が切替えられて、異なる燃焼状態で運転されるよう
になっている。

【００３９】具体的には、図４(a)に前記第１運転モー
ドに対応する制御マップの一例を示すように、エンジン
負荷とエンジン回転速度とにより定まるエンジン１の全
運転領域のうち、低回転低負荷側の所定運転領域（イ）
が成層燃焼領域とされている。すなわち、エンジン負荷
として例えばエアフローセンサ２１の出力値及びエンジ
ン回転速度等から求められる正味平均有効圧を用い、全
負荷の半分くらいまでの負荷状態であり、かつエンジン
回転速度が許容最高回転速度の約１／２の所定回転速度
以下であれば、エンジン１が成層燃焼領域（イ）にある
と判定する。

【００４０】そして、その成層燃焼領域（イ）では、図
５(a)に模式的に示すように、インジェクタ１２により
気筒２の圧縮行程中期以降、即ち例えば図に矢印で示す
BTDC１２０°CA〜BTDC３５°CAのクランク角期間におい
て燃料を一括して噴射させて、点火プラグ１１の近傍に
混合気が偏在する成層状態で燃焼させる成層燃焼状態に
なる。尚、同図に仮想線で示すように、燃料の一部は前
記クランク角期間よりも以前の吸気又は圧縮行程中に噴
射させるようにしてもよい。

【００４１】また、前記図４(a)に示す高回転ないし高
負荷側の運転領域（ロ）（ハ）は、いずれも均一燃焼領
域とされており、図５(b),(c)に示すように、インジェ
クタ１２により気筒２の吸気行程で燃料を噴射させて吸
気と十分に混合し、燃焼室６に均一な混合気を形成した
上で燃焼させる均一燃焼状態になる。特に、前記成層燃
焼領域（イ）の高負荷ないし高回転側に隣接する温間λ
＝１領域（ロ）（設定運転領域）では、詳しくは後述す
るが、燃焼室６における混合気の空燃比が略理論空燃比
（Ａ/Ｆ≒１４．７）になるように、燃料噴射量のフィ
ードバック補正を行うようにしており、それよりも高回
転ないし高負荷側の領域（ハ）では、さらに燃料噴射量
を増やして、高負荷に対応した大出力が得られるように
している（以下、温間エンリッチ領域ともいう）。

【００４２】一方、スロットル弁２２の制御としては、
基本的にはアクセル開度とエンジン回転速度とに基づい
て、所要のトルク特性が得られるようにスロットル開度
を調節するのであるが、具体的に、前記成層燃焼領域
（イ）では、エンジン１のポンプ損失を低減するために
スロットル弁２２を相対的に大きく開くようにしてお
り、このときの燃焼室６の平均的な空燃比は例えばＡ/
Ｆ＝約３０〜１４０と極めてリーンな状態になる。ま
た、前記均一燃焼状態の領域（ロ）、（ハ）では、燃焼
室６における混合気の空燃比が略理論空燃比ないしそれ
よりもリッチな状態になるように、前記成層燃焼領域
（イ）に比べて、スロットル弁２２の開度を相対的に小
さくするようにしている。

【００４３】さらに、スワール制御弁２６の制御も基本
的にはアクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて行
われ、エンジン１を成層燃焼状態で運転するときにはス
ワール制御弁２６の開度を相対的に小さくして、燃焼室
６に強いスワール流を生成させることにより、気筒２の
圧縮行程で噴射された燃料の気化霧化を促進しながら、
点火プラグ１１の電極の周りに混合気を適切に成層化さ
せるようにしている。一方、エンジン１を均一燃焼状態
で運転するときには、スワール制御弁２６は略全開にし
て、気筒２の吸気行程で噴射された燃料を強いタンブル
流により拡散させて、吸気と十分に混合させる。

【００４４】尚、前記図４の制御マップにおいて斜線を
入れて示す領域では、ＥＧＲ弁３５を開いて、ＥＧＲ通
路３４により排気の一部を吸気通路２０に還流させるよ
うにしており、この排気の還流によりＮＯｘの生成を抑
制することができる。

【００４５】前記のようなインジェクタ１２及びスロッ
トル弁２２の作動制御は、いずれもＥＣＵ４０のＲＯＭ
に電子的に格納された制御プログラムがＣＰＵにより実
行されることにより、実現される。すなわち、前記した
エンジン温間時の第１運転モードにおけるインジェクタ
１２及びスロットル弁２２の制御手順によって、エンジ
ン１を成層燃焼状態又は均一燃焼状態に切替えるととも
に、そのときの燃焼室６の空燃比を前記成層燃焼状態で
は理論空燃比よりもリーンな状態になるように、また、
前記均一燃焼状態では略理論空燃比ないしそれよりもリ
ッチな状態になるように切替えて制御する第１空燃比制
御手段４０ａがソフトウエア的に構成されている。

【００４６】次に、図４(b)にエンジン未暖機時の第２
運転モードに対応する制御マップの一例を示すと、燃料
の気化霧化し難い未暖機状態では、燃焼安定性を確保す
るためにエンジン１を全ての運転領域において均一燃焼
状態にさせるようにしている。すなわち、同図に示すよ
うに、前記成層燃焼領域（イ）及び温間λ＝１領域
（ロ）を合わせたものに相当する冷間λ＝１領域（ニ）
において、該温間λ＝１領域（ロ）と同様に、燃焼室６
における混合気の空燃比が略理論空燃比になるように、
燃料噴射量及びスロットル開度を制御する一方、高回転
ないし高負荷側の冷間エンリッチ領域（ホ）では、前記
温間エンリッチ領域（ハ）と同様に、燃焼室６における
空燃比が理論空燃比よりもリッチな状態になるように、
燃料噴射量を増量する。

【００４７】このような第２運転モードにおけるインジ
ェクタ１２及びスロットル弁２２の制御手順により、エ
ンジン１が未暖機状態のときに、前記第１空燃比制御手
段４０ａによる制御を禁止して、エンジン１の燃焼室６
の空燃比を略理論空燃比ないしそれよりもリッチな状態
になるように制御する第２空燃比制御手段４０ｂがソフ
トウエア的に構成されている。

【００４８】（燃料噴射量の制御）より具体的に、ＥＣ
Ｕ４０による目標燃料噴射量の演算は、エンジン１の運
転状態に応じて求めた基本的な目標燃料噴射量を、種々
の補正係数により補正して、最適な燃料噴射量を決定す
るというものである。すなわち、エンジン１が成層燃焼
領域（イ）にあるときには、アクセル開度等に基づいて
求められるエンジン１の負荷状態とエンジン回転速度と
に基づいて、ＥＣＵ４０のメモリに格納されているマッ
プから基本的な目標燃料噴射量を読み込む。

【００４９】また、エンジン１が均一燃焼状態となる領
域（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）のいずれかにあるときに
は、エアフローセンサ２１の出力とエンジン回転速度と
から求めた吸気充填効率に基づいて、λ＝１領域（ロ）
（ニ）であれば略理論空燃比となるように、また、エン
リッチ領域（ハ）（ホ）であればそれよりもリッチな所
定空燃比（例えばＡ/Ｆ＝１２〜１３くらい）になるよ
うに、基本的な目標燃料噴射量を演算する。そうして、
そのように求めた基本的な目標燃料噴射量Ｑbを基に、
例えば以下の演算式を用いて、最終的な目標燃料噴射量
Ｑを演算する。

【００５０】Ｑ＝Ｑb× cdpf × (1+cfb+ctotal) 尚、前記演算式における右辺第２項のcdpfは燃圧や気筒
内圧に応じた補正係数である。また、第３項のcfbは、
酸素濃度センサ３０からの出力に応じたフィードバック
補正値であり、同じく第３項のctotalはエンジン水温等
の各種運転条件に応じた補正値である。

【００５１】前記フィードバック補正値cfbは、エンジ
ン１が成層燃焼領域（イ）やエンリッチ領域（ハ）
（ホ）にあるときには、cfb＝０となり、燃料噴射量の
制御はフィードフォワード制御となるが、エンジン１が
温間又は冷間λ＝１領域（ロ）（ニ）にあるときには、
フィードバック補正値cfbは制御サイクル毎に更新され
て、インジェクタ１２による燃料噴射量が増大又は減少
するようになり、このことで、燃焼室６の空燃比は理論
空燃比近傍の目標値を中心としてリーン側又はリッチ側
に周期的に変化するようになる。

【００５２】そして、本発明の特徴として、この実施形
態では、エンジン１が暖機後の温間λ＝１領域（ロ）に
あるときには、未暖機の冷間λ＝１領域（ニ）にあると
きに比べて、燃焼室５の空燃比を相対的にリッチな状態
になるように制御するようにしている。

【００５３】詳しくは、図６及び図７に模式的に示すよ
うに、前記λ＝１領域（ロ）（ニ）においてフィードバ
ック補正値cfbは、酸素濃度センサ３０からの出力に基
づいて、求められる。すなわち、排気中の酸素濃度が低
く、酸素濃度センサ３０からの出力値Ｅが基準値Ｅ1よ
りも大きいリッチ側の値のときには、フィードバック補
正値cfbから比例係数Ｐ値又は積分係数Ｉ値が減算され
て、インジェクタ１２による燃料噴射量が減少する側に
補正される。一方、排気中の酸素濃度が高く、酸素濃度
センサ３０からの出力Ｅが基準値Ｅ1よりも小さいリー
ン側の値のときは、フィードバック補正値cfbに比例係
数Ｐ値又は積分係数Ｉ値が加算されて、燃料噴射量が増
大する側に補正される。

【００５４】また、前記のように酸素濃度センサ３０の
出力がリーン側からリッチ側へ反転するとき、又はリッ
チ側からリーン側へ反転するときにそれぞれ対応して、
フィードバック補正値cfbの加算又は減算の反転に対し
て個別にディレータイムＴＬＲ、ＴＲＬが設定されてい
る。

【００５５】そして、そのように酸素濃度センサ３０か
らの出力に応じて、燃料噴射量が増大又は減少補正され
ることにより、燃焼室６の空燃比は、理論空燃比近傍の
目標値を挟んでリッチ側及びリーン側の両側に周期的に
反転するように制御されることになる。ここで、エンジ
ン１が前記冷間λ＝１領域（ニ）にあるときには、前記
図６に示すように、前記比例係数Ｐ値、積分係数Ｉ値、
ディレータイムＴＬＲ、ＴＲＬが、いずれも、リッチ側
とリーン側とで同等の値に設定されており、このこと
で、同図に示すように、燃焼室６の空燃比は理論空燃比
を中心としてリッチ側及びリーン側に周期的に変化する
ようになる。言い換えると、このときの空燃比フィード
バック制御の目標値は、理論空燃比になる。

【００５６】一方、エンジン１が前記温間λ＝１領域
（ロ）にあるときには、例えば前記比例係数Ｐ値や積分
係数Ｉ値を、空燃比がリーン側のときにリッチ側よりも
大きな値としたり、或いは、ディレータイムＴＬＲをＴ
ＲＬよりも大きな値に設定したりする。こうすれば、図
７に一例を示すように、燃焼室６の空燃比は理論空燃比
よりもややリッチ側の目標値（例えばＡ/Ｆ＝１４くら
い）を中心として、周期的に変化するようになり、この
ときには、空燃比フィードバック制御の目標値が理論空
燃比よりもリッチ側の値となる。

【００５７】このように、温間λ＝１領域（ロ）と冷間
λ＝１領域（ニ）とで、空燃比フィードバック制御の目
標を互いに異ならしめるのは、次のような理由による。
すなわち、一般的に、前記三元触媒３２やリーンＮＯｘ
触媒３３は、図８に実線で示すように、排気の空燃比状
態が理論空燃比近傍の所定空燃比範囲にあるときに、排
気中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを同時に且つ極めて効果的
に浄化するといういわゆる三元浄化機能を発揮するもの
である。

【００５８】しかし、この実施形態のように、常用され
る低回転低負荷側の運転領域において空燃比の極めてリ
ーンな成層燃焼状態とされる直噴式エンジン１の場合、
空燃比のリーンな運転状態のときに触媒３２，３３のセ
リアに排気中の酸素が吸収され、この酸素がその後、エ
ンジン１が温間λ＝１領域（ロ）に移行したときに、放
出されるようになるので、このときに、燃焼室６の空燃
比を略理論空燃比になるように制御したとしても、前記
触媒３２，３３の付近はセリアから放出される酸素によ
って局所的に理論空燃比よりもリーンな状態になってし
まう。

【００５９】特に、この実施形態のように、排気通路２
８の上流側から順に、三元触媒３２とリーンＮＯｘ触媒
３３とを配置した場合、上流側の三元触媒３２から放出
される酸素が排気中のＨＣやＣＯと反応し、下流側のリ
ーンＮＯｘ触媒３３にはＨＣやＣＯが殆ど供給されない
ようになるので、温間λ＝１領域（ロ）において空燃比
を理論空燃比になるように制御しても、リーンＮＯｘ触
媒３３からＮＯｘを十分に放出させ、かつ還元浄化させ
ることは困難である。

【００６０】言い換えると、エンジン１が成層燃焼領域
（イ）から温間λ＝１領域（ロ）に移行したときに、触
媒３２，３３から酸素が放出されることを考慮すれば、
このときのエンジン１の燃焼室６の平均的空燃比とＨ
Ｃ、ＣＯ等の浄化率との関係は、前記図８に破線で示す
ように、見かけ上、ややリッチ側にずれることになる。

【００６１】そこで、この実施形態では、前記したよう
に、温間λ＝１領域（ロ）における空燃比フィードバッ
ク制御の目標値を理論空燃比よりもややリッチ側に設定
し、エンジン１が成層燃焼領域（イ）から温間λ＝１領
域（ロ）に移行したときに、燃焼室６の空燃比が平均的
に理論空燃比よりもややリッチな適切な状態になるよう
にして、触媒３２，３３の付近の局所的な空燃比を適切
な状態に維持するようにしたものである。

【００６２】（運転モードの選択）以下に、前記ＥＣＵ
４０によりエンジン１を第１運転モード又は第２運転モ
ードに切替える処理の手順について、具体的に図９のフ
ローチャート図に沿って説明する。

【００６３】まず、スタート後のステップＳ１におい
て、クランク角センサ８、水温センサ９，エアフローセ
ンサ２１、アクセル開度センサ３６等の各種センサ信号
を入力するとともに、ＥＣＵ４０のメモリから各種デー
タを読み込む。続いて、ステップＳ２において、水温セ
ンサ９、ＥＧＲ弁３５、スワール制御弁２６等、エンジ
ン１を成層燃焼状態で運転するために必要なセンサやア
クチュエータが全て正常かどうか判定する。この判定が
ＮＯで、前記センサ又はアクチュエータのうちの１つで
も異常があれば、後述のステップＳ６に進む一方、判定
がＹＥＳで全て正常であれば、ステップＳ３に進む。

【００６４】続いて、ステップＳ３では、エンジン水温
Ｔwが、エンジン１の暖機状態を判定するために設定さ
れたエンジン暖機判定温度Ｔw1（例えば６０°Ｃ）以上
かどうか判定する。この判定がＮＯでエンジン１が未暖
機状態であれば、ステップＳ５に進む一方、判定がＹＥ
Ｓでエンジン１が暖機状態になっていれば、ステップＳ
４に進んで第１運転モードを選択し、しかる後にリター
ンする。

【００６５】つまり、エンジン暖機後であってかつセン
サ等に異常が無く、エンジン１を安定した成層燃焼状態
で運転することのできる状態であれば、このときには、
エンジン１を負荷状態や回転速度に応じて成層燃焼状態
又は均一燃焼状態のいずれかに切替えて運転する第１運
転モードを選択する（図４(a)参照）。このことで、エ
ンジン１をその運転状態に応じて最適な燃焼状態とする
ことができ、特に低回転低負荷側の成層燃焼領域（イ）
において、燃費の大幅な低減が図られる。

【００６６】また、前記ステップＳ３においてＮＯと判
定して進んだステップＳ５では、今度はエンジン水温Ｔ
wが、三元触媒３２の活性状態を判定するために設定さ
れた触媒活性判定温度Ｔw2（例えば４０°Ｃ）以下であ
るかどうか判定する。そして、この判定がＹＥＳで三元
触媒３２が未活性な低温状態（例えば、触媒温度が２５
０°Ｃ以下の状態）であれば、ステップＳ７に進む一
方、判定がＮＯで三元触媒３２が十分な活性を有する温
度状態であれば、ステップＳ６に進んで第２運転モード
を選択し、しかる後にリターンする。

【００６７】つまり、エンジン１の暖機状態を判定する
ために必要な水温センサ９が正常でないときや、混合気
の成層化のために必須のスワール制御弁２６が故障した
とき、或いはエンジン未暖機で安定的に成層燃焼状態と
することが困難なときには、該エンジン１をその運転状
態によらず、均一燃焼状態とする第２運転モードを選択
するようにしている（図４(b)参照）。

【００６８】さらに、前記ステップＳ５においてＹＥＳ
と判定して進んだステップＳ７では、前記第２運転モー
ドを選択するとともに、これに加えて、空燃比フィード
バック制御の制御定数（Ｐ値、Ｉ値、ＴＬＲ、ＴＲＬ）
を、制御目標値が理論空燃比よりもリーン側の値（Ａ／
Ｆ＝１５くらい）になるように補正して、燃焼室６の空
燃比を平均的に理論空燃比よりもややリーンな状態にな
るように制御する。つまり、触媒３２，３３が未活性の
のときには、排気中の酸素濃度をやや高めにして、この
酸素と排気中の未燃燃料との反応熱により触媒３２，３
３の昇温を促すようにしている。

【００６９】前記図９に示すフローのステップＳ５によ
り、三元触媒３２の温度が設定温度（例えば２５０°
Ｃ）以下の低温状態であることを判定する触媒温度状態
判定手段４０ｃが構成され、この触媒温度状態判定手段
４０ｃは、エンジン水温Ｔwが触媒活性判定温度Ｔw2以
下のときに、三元触媒３２が低温状態であると判定する
ように構成されている。

【００７０】また、前記フローのステップＳ７により、
前記触媒温度状態判定手段４０ｃにより三元触媒３２が
低温状態であると判定されたときに、エンジン１の空燃
比フィードバック制御の目標値を理論空燃比よりもリー
ン側の値になるように補正する目標値補正手段４０ｄが
構成されている。

【００７１】さらに、前記フローのステップＳ２によ
り、エンジン１を成層燃焼状態で運転するために必要な
水温センサ９やスワール制御弁２６のアクチュエータ等
のうちの少なくとも１つに異常があることを判定する異
常状態判定手段４０ｅが構成されている。

【００７２】したがって、この実施形態に係るエンジン
の排気浄化装置Ａによれば、まず、エンジン１が暖機後
に通常の第１運転モードで運転されているときには、常
用される広い運転領域においてエンジン１が成層燃焼状
態とされることになり、ポンプ損失等の減少により、燃
費率の大幅な低減が図られる。この際、排気の空燃比
は、点火前の燃焼室５の空燃比と同様の極めてリーンな
状態になるが、排気中のＨＣやＣＯは２つの触媒３２，
３３により浄化され、また、ＮＯｘはリーンＮＯｘ触媒
３３により吸収されるので、大気中への有害成分の排出
を十分に低減できる。

【００７３】続いて、エンジン１が加速運転等に伴い、
一時的に高負荷側の温間λ＝１領域（ロ）に移行する
と、エンジン１は均一燃焼状態にされるとともに、燃焼
室の空燃比が理論空燃比近傍の目標値になるようにフィ
ードバック制御される。このとき、三元触媒３２から酸
素が放出されるとともに、リーンＮＯｘ触媒３３からは
酸素とＮＯｘとが放出されることになるが、空燃比フィ
ードバック制御の目標値が理論空燃比よりもややリッチ
側に設定されているので、排気の空燃比状態は適度にリ
ッチな状態とされ、ちょうど触媒３２，３３からの酸素
の放出に見合うように、排気中の還元剤成分であるＨ
Ｃ、ＣＯが増大する。

【００７４】すなわち、温間λ＝１領域（ロ）におい
て、三元触媒３２やリーンＮＯｘ触媒３３から放出され
る酸素の総量だけではなく、その酸素の放出されるペー
スに見合うように、排気中のＨＣ、ＣＯ濃度を適度に高
めることで、２つの触媒３２，３３の付近を局所的に略
理論空燃比近傍の空燃比範囲に維持して、十分な三元浄
化機能を発揮させることができるとともに、下流側のリ
ーンＮＯｘ触媒３３からのＮＯｘの放出や還元浄化を十
分に促進することができる。

【００７５】しかも、そのように温間λ＝１領域（ロ）
において排気中のＨＣやＣＯの濃度を適度に高めるよう
にしているので、空燃比をスパイク的にリッチ化する場
合のように排気中のＨＣ、ＣＯが急増することがなく、
従って、そのＨＣやＣＯの一部が触媒３３を吹き抜けて
大気中に排出されることもない。よって、排気状態の一
時的な悪化をも回避することができる。

【００７６】さらに、通常の運転時にエンジン１が温間
λ＝１領域（ロ）にあるのは一時的なことであり、加速
運転等が終了すれば、エンジン１は成層燃焼領域（イ）
に戻ることになるので、前記の如く温間λ＝１領域
（ロ）における空燃比フィードバック制御の目標値を理
論空燃比よりもややリッチ側に設定していても、エンジ
ン１の全運転領域についてみれば、そのことによる燃費
の悪化は少ない。

【００７７】一方、エンジン１が未暖機状態等で、第２
運転モードで運転されるときには、全ての運転範囲にお
いてエンジン１が均一燃焼状態とされ、かつ燃焼室６の
平均的空燃比が略理論空燃比ないしそれよりもリッチな
状態になるので、触媒３２，３３に排気中の酸素が吸収
されることはない。このため、冷間λ＝１領域（ニ）に
おける空燃比フィードバック制御の目標値は略理論空燃
比とされ、このときには触媒３２，３３の付近の排気の
空燃比状態も理論空燃比に対応する状態になる。従っ
て、エンジン１が未暖機状態のときやセンサ等に故障の
あるときでも、エンジン１の燃焼安定性を維持しなが
ら、２つの触媒３２，３３に三元浄化機能を十分に発揮
させて、高い排気浄化性能を安定的に確保することがで
きる。

【００７８】さらに、その第２運転モードにおいて、エ
ンジン水温Ｔwが触媒活性判定温度Ｔw2よりも低いと
き、即ち触媒３２，３３が未活性状態のときには、冷間
λ＝１領域（ニ）における空燃比フィードバック制御の
目標値が理論空燃比よりもややリーン側の値とされ、こ
のことで、前記触媒３２，３３の昇温が促されるので、
該触媒３２，３３による排気浄化性能を早期に立ち上げ
ることができる。

【００７９】（他の実施形態）尚、本発明の構成は、前
記実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の
構成をも包含するものである。すなわち、前記実施形態
では、冷間λ＝１領域（ニ）における空燃比フィードバ
ックの目標値を理論空燃比とする一方、温間λ＝１領域
（ロ）ではそれよりもややリッチ側の値とするようにし
ているが、これに限らず、冷間λ＝１領域（ニ）におけ
る空燃比の目標値を理論空燃比よりもややリーン側の値
としてもよく、また、温間λ＝１領域（ロ）における空
燃比の目標値を理論空燃比とすることも可能である。

【００８０】また、前記実施形態では、エンジン１の排
気通路２８において上流側に三元触媒３２を、また、下
流側にリーンＮＯｘ触媒３３を配置しているが、これに
限るものではなく、上流側にリーンＮＯｘ触媒を配置
し、その下流側に三元触媒を配置するようにしてもよ
く、或いは三元触媒又はリーンＮＯｘ触媒のいずれか一
方のみを配置するようにしてもよい。さらに、リーンＮ
Ｏｘ触媒３３としては、前記実施形態のようなＮＯｘ吸
収還元型のものに限らず、ＮＯｘ吸収材を有するＮＯｘ
吸収タイプのものであればよい。

【００８１】さらに、前記実施形態では、本発明に係る
排気浄化装置を直噴式エンジン１の排気浄化装置Ａとし
て用いているが、これに限るものではない。すなわち、
本発明は、エンジンの吸気ポートに燃料を噴射するよう
にインジェクタを配設したいわゆるポート噴射式エンジ
ンにおいて、該エンジンの低回転低負荷側に空燃比がリ
ーンなリーンバーン領域を設定し、この領域内で空燃比
Ａ／Ｆ＝１８〜２４くらいで均一燃焼状態でのリーンバ
ーン運転を行うようにしたものにも適用可能である。

【００８２】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１の発明
に係るエンジンの排気浄化装置によると、略理論空燃比
近傍で三元浄化機能を有する触媒を備え、通常時はエン
ジンを空燃比のリーンな運転状態と略理論空燃比ないし
それよりもリッチな運転状態とに切替える一方、所定条
件下では前記空燃比のリーンな運転を行わないようにす
る場合に、前記通常時にエンジンを略理論空燃比近傍で
運転するときの空燃比の制御目標値を、所定条件下に比
べて相対的にリッチ側の値に設定することで、このとき
に触媒から放出される酸素を排気中のＨＣやＣＯと過不
足無く反応させて、運転領域全域について見たときのト
ータルな燃費の悪化を抑えながら、触媒からの酸素の放
出に起因する一時的な排気状態の悪化を防止することが
できる。

【００８３】請求項２の発明によると、未暖機状態のと
きには、エンジンをその運転状態によらず、燃焼室の空
燃比が略理論空燃比ないしそれよりもリッチな状態にな
るように制御することで、エンジンの燃焼安定性を確保
できる。

【００８４】請求項３の発明によると、触媒が未活性の
ときに空燃比フィードバック制御の目標値を理論空燃比
よりもリーン側にずらすことで、触媒の昇温を促進でき
る。

【００８５】請求項４の発明によると、センサやアクチ
ュエータ等に異常があって、第１空燃比制御手段による
制御を正常に行うことのできないときでも、第２空燃比
制御手段により適切な空燃比制御を行うことができる。

【００８６】請求項５の発明によると、エンジンが未暖
機状態のときやセンサ等に故障のあるときでも、エンジ
ンの燃焼安定性を維持しながら、触媒による高い排気浄
化性能を安定確保できる。

【００８７】請求項６の発明によると、エンジンの排気
通路に三元触媒を配置し、その下流側にＮＯｘ吸収タイ
プの触媒を配置することにより、排気の空燃比状態によ
らず、高い排気浄化性能が得られる。一方、この場合に
は、エンジンが空燃比のリーンな運転状態から略理論空
燃比近傍の運転状態に切替わったときに、上流側の三元
触媒から酸素が放出されることによって、下流側の触媒
からのＮＯｘの放出及び還元浄化に悪影響が及ぶことが
考えられるので、この点について、請求項１の発明のよ
うに、略理論空燃比近傍の空燃比フィードバック制御の
目標値を相対的にリッチ側に設定して、酸素の放出によ
る影響を相殺できることが、特に有効なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概略構成を示す図である。

【図２】本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化装
置の全体構成図である。

【図３】排気の空燃比状態の変化に対する酸素濃度セン
サの出力特性を示す図である。

【図４】エンジンの第１及び第２運転モードにおける各
燃焼領域を設定した制御マップの一例を示す図である。

【図５】インジェクタによる燃料噴射の形態を模式的に
示す図である。

【図６】理論空燃比を目標値とする空燃比フィードバッ
ク制御において、酸素濃度センサの出力の変化とこの出
力に基づいて演算される燃料噴射量のフィードバック補
正値の変化とを互いに対比して示す説明図である。

【図７】空燃比フィードバック制御の目標値をややリッ
チ側にずらしたときの図６相当図である。

【図８】三元触媒やリーンＮＯｘ吸収触媒によるＨＣ，
ＣＯ，ＮＯｘの浄化特性を、エンジンの燃焼室の空燃比
に対応付けて示すグラフ図である

【図９】ＥＣＵによる運転モード選択の手順を示すフロ
ーチャート図である。

【符号の説明】

Ａエンジンの排気浄化装置１エンジン６燃焼室１２インジェクタ（燃料噴射弁）２８排気通路３０酸素濃度センサ（検出手段）３２三元触媒３３リーンＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収タイプの触
媒）４０コントロールユニット（ＥＣＵ）４０ａ第１空燃比制御手段４０ｂ第２空燃比制御手段４０ｃ触媒温度状態判定手段４０ｄ目標値補正手段４０ｅ異常状態判定手段

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/28 ３０１Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ＣＦ０２Ｄ 41/06 ３０５Ｆ０２Ｄ 41/06 ３０５ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ｋ 41/20 ３０５ 41/20 ３０５ 41/22 ３０５ 41/22 ３０５Ｍ３０５Ｋ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｂ３１２Ｑ３２４３２４３４５３４５Ａ３６８３６８Ｇ３６８ＨＦターム(参考） 3G084 BA09 BA20 BA21 CA03 CA04 CA09 EA11 EB09 EB12 EB22 FA00 FA10 FA20 FA29 FA33 FA38 3G091 AA11 AA17 AA28 AB03 AB06 BA02 BA14 BA15 BA19 BA21 BA26 BA31 CB02 DB04 DB06 DB11 DC03 EA00 EA01 EA02 EA05 EA06 EA07 EA08 EA16 EA18 EA34 FA04 FA08 FA09 FA13 FA14 GA06 GB02W GB03W GB05W GB06W GB07W GB09X GB10X GB17X HA08 HA36 3G301 HA01 HA06 HA13 JA23 JA25 JA26 KA08 KA09 KA24 KA25 MA01 NA03 NA04 NA08 NC01 NC04 ND03 NE13 NE14 NE15 PA01Z PA07Z PA11Z PB03A PB03Z PB08Z PD01Z PD02A PD02Z PD12Z PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気通路に配設され、少なく
とも排気の空燃比状態が略理論空燃比に対応する状態の
ときに三元浄化機能を発揮する触媒と、エンジンの燃焼室の空燃比を、該エンジンが低回転低負
荷側の所定運転領域にあるときに理論空燃比よりもリー
ンな状態になるように、また、該所定運転領域以外では
略理論空燃比ないしそれよりもリッチな状態になるよう
に、切替えて制御する第１空燃比制御手段と、所定の条件下で、前記第１空燃比制御手段による制御を
禁止して、前記燃焼室の空燃比を略理論空燃比ないしそ
れよりもリッチな状態になるように制御する第２空燃比
制御手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、前記触媒よりも上流側の排気の所定成分濃度を検出する
検出手段を備え、前記第１空燃比制御手段は、エンジンが前記所定運転領
域よりも高回転ないし高負荷側の設定運転領域にあると
きに、前記検出手段からの信号に基づいて、燃焼室の空
燃比を理論空燃比近傍の目標値になるようにフィードバ
ック制御するものであり、前記第２空燃比制御手段は、エンジンが前記所定運転領
域又は設定運転領域のいずれかにあるときに、前記検出
手段からの信号に基づいて、燃焼室の空燃比を理論空燃
比近傍の目標値になるようにフィードバック制御するも
のであり、前記第１空燃比制御手段による空燃比のフィードバック
制御の目標値が、前記第２空燃比制御手段の制御目標値
よりもリッチ側に設定されていることを特徴とするエン
ジンの排気浄化装置。
【請求項２】請求項１において、所定の条件下とは、エンジンが未暖機状態のときである
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】請求項２において、触媒の温度が設定温度よりも低い低温状態であることを
判定する触媒温度状態判定手段と、前記触媒温度状態判定手段により触媒が低温状態である
と判定されたとき、第２空燃比制御手段による空燃比フ
ィードバック制御の目標値を理論空燃比よりもリーン側
の値になるように補正する目標値補正手段とを備えてい
ることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】請求項１において、第１空燃比制御手段若しくは該第１空燃比制御手段によ
る制御の実行に必要なセンサ又はアクチュエータのうち
の少なくとも１つに異常があることを判定する異常状態
判定手段が設けられ、所定の条件下とは、前記異常状態判定手段により異常が
あると判定されたときであることを特徴とするエンジン
の排気浄化装置。
【請求項５】請求項２又は４のいずれかにおいて、第２空燃比制御手段による空燃比フィードバック制御の
目標値が、略理論空燃比であることを特徴とするエンジ
ンの排気浄化装置。
【請求項６】請求項１において、触媒は三元触媒であり、前記三元触媒の下流側には、酸素過剰雰囲気の排気中の
ＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度の低下によって前記吸
収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収タイプの触媒が配設
されていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。