JP2002089332A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気通路２８に三元触媒３２及びその下流側
のリーンＮＯｘ触媒３４を備え、低回転低負荷側の成層
燃焼領域（イ）で成層燃焼状態に、また、その高回転な
いし高負荷側に隣接するλ＝１領域（ロ）では略理論空
燃比の均一燃焼状態に切替えられる直噴式エンジン１に
おいて、成層燃焼領域（イ）からλ＝１領域（ロ）に移
行したときの一時的な排気状態の悪化を防止する。 【解決手段】 三元触媒よりも上流側に第１酸素濃度セ
ンサ３０を配設し、エンジンが成層燃焼領域（イ）から
λ＝１領域（ロ）に移行したとき、該センサ３０の出力
信号に基づいて空燃比のフィードバック制御を開始する
とともに、そのときの目標空燃比Ａ/Ｆをリッチ側に補
正して、１４．０≦Ａ/Ｆ＜１４．７の範囲に設定す
る。２つの触媒３２，３４の間に第２酸素濃度センサ３
３を配設し、このセンサの出力信号がリッチ側に反転し
たときに、空燃比の補正を終了するようにしてもよい。

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
揮する触媒を備えたエンジンの排気浄化装置に関し、特
に、エンジンが空燃比のリーンな運転状態から略理論空
燃比の運転状態に移行したとき、一時的に空燃比をリッ
チ側に補正するようにしたものに係る。

【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
空燃比のリーンな運転状態から略理論空燃比の運転状態
に移行したときに、空燃比を短時間かつ大幅に、即ちス
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
配置すると、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ＮＯｘ
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ったときに、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、実際には、ＨＣやＣＯの多くが触媒を吹き抜けて、
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してしまい、排気の状態が悪化
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
るので、触媒の付近では排気の空燃比状態がやはりリー
ン側にずれてしまい、三元浄化機能の発揮される適切な
空燃比範囲を外れて、触媒による排気の浄化性能が低下
する虞れがある。

【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、エンジンを空燃比のリ
ーンな運転状態から略理論空燃比の運転状態に切替える
ときに、空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチな状
態になるように補正する場合に、そののときの空燃比の
補正制御の手順に工夫を凝らして、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、本発明の第１の解決手段では、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の運転状態に移行し
たとき、空燃比のフィードバック制御を開始するととも
に、このときの空燃比のリッチ化の度合が、触媒からの
酸素の放出されるペースに見合うものになるよう、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(a)
に模式的に示すように、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ａと、エンジンｂの燃焼室ｃの空燃比を、
該エンジンｂ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は略理論空燃比になるように、切
替えて制御する空燃比制御手段ｄと、エンジンｂが前記
所定運転領域から設定運転領域に移行したとき、前記燃
焼室ｃの空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチな状
態になるように補正制御する空燃比補正手段ｅ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ａ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ｆを備えるとともに、
前記空燃比制御手段ｄを、エンジンｂが前記設定運転領
域にあるときには、燃焼室ｃの空燃比を前記検出手段ｆ
からの信号に基づいて、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、その上で、前
記空燃比補正手段ｅを、エンジンｂが設定運転領域に移
行してから所定の空燃比補正期間が経過するまで、前記
空燃比制御手段ｄによる空燃比フィードバック制御の目
標値Ａ/Ｆを、１４．０≦Ａ/Ｆ＜１４．７の範囲に設定
するものとする構成とした。

【００１４】前記の構成により、まず、エンジンｂ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ｃ
の空燃比は、空燃比制御手段ｄ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
は酸素濃度の高い状態になるので、排気中の酸素の一部
は徐々に触媒ａに吸収される。そして、エンジンｂが前
記所定運転領域から設定運転領域に移行すると、それか
ら空燃比補正期間が経過するまでの間、空燃比補正手段
ｅにより、前記空燃比制御手段ｄによる空燃比フィード
バック制御の目標値Ａ/Ｆが１４．０〜１４．７未満、
即ち理論空燃比よりもややリッチ側の値に設定される。

【００１５】このことで、排気の空燃比状態は理論空燃
比に対応する状態よりもややリッチ、即ち酸素濃度の低
い状態になり、この酸素濃度の低下が前記触媒ａからの
酸素の放出による影響を相殺することで、該触媒ａの付
近の局所的な空燃比状態が略理論空燃比に対応する状態
に維持される。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ａを吹き抜けることもない。つまり、触媒ａから放
出される酸素を排気中のＨＣやＣＯと過不足なく反応さ
せて、このＨＣ、ＣＯの吹き抜けによる排気状態の悪化
を防止し、かつ触媒ａの三元浄化性能を安定的に維持す
ることができる。

【００１６】請求項２の発明では、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
ときに基本的には理論空燃比よりもリーンな状態になる
ように制御するとともに、該所定運転領域においてエン
ジンが予め設定した特定運転状態になったときには略理
論空燃比になるように切替えて制御する空燃比制御手段
と、エンジンが前記所定運転領域において特定運転状態
になったとき、前記燃焼室の空燃比を一時的に理論空燃
比よりもリッチな状態になるように補正制御する空燃比
補正手段とを備えたエンジンの排気浄化装置を前提とす
る。そして、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るとともに、前記空燃比制
御手段を、エンジンが前記特定運転状態のときには、燃
焼室の空燃比を前記検出手段からの信号に基づいて、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、その上で、前記空燃比補正手段を、エン
ジンが前記特定運転状態になってから所定の空燃比補正
期間が経過するまで、前記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Ａ/Ｆを、１４．０≦Ａ/Ｆ
＜１４．７の範囲に設定するものとする構成とした。

【００１７】この構成によれば、エンジンが低回転低負
荷側の所定運転領域において特定運転状態になったと
き、即ち、例えば、エンジンが定常運転状態から加速運
転状態に移行したときに、前記請求項１の発明と同様の
作用効果が得られる。

【００１８】請求項３の発明では、エンジンが所定運転
領域にあるときに触媒に吸収された酸素吸収量を推定す
る酸素吸収量推定手段と、該記酸素吸収量推定手段によ
る推定値に応じて、空燃比補正期間の長さを設定する補
正期間設定手段とを備える構成とする。

【００１９】この構成では、触媒の酸素吸収量に応じ
て、補正期間設定手段により空燃比補正期間の長さが変
更されるので、エンジンが所定運転領域から設定運転領
域に移行したときに、触媒から酸素が放出されている
間、継続して、排気の空燃比状態が適切にリッチ化され
ることになり、よって、請求項１の発明の作用効果を十
分に得ることができる。

【００２０】請求項４の発明では、請求項３の発明にお
いて、酸素吸収量推定手段による推定値が設定値以下の
ときに、空燃比補正手段による空燃比の補正制御を禁止
する補正禁止手段を備える構成とする。このことで、触
媒の酸素吸収量が設定値以下で極めて少ないときには、
該触媒からの酸素の放出量もごく僅かで、その悪影響も
少ないので、このときには、敢えて空燃比のリッチ側へ
の補正を行わないことにより、燃費の向上が図られる。

【００２１】請求項５の発明では、触媒を、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吸収材を
有するものとする。

【００２２】このことで、エンジンが所定運転領域にあ
って、燃焼室の空燃比が理論空燃比よりもリーンな状態
のときに、酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘがＮＯｘ吸
収材により吸収されて、排気が浄化される。また、エン
ジンが設定運転領域にあって、燃焼室の空燃比が略理論
空燃比になれば、前記ＮＯｘ吸収材からはＮＯｘが放出
されるようになるが、このＮＯｘは排気中のＨＣやＣＯ
と反応して、還元浄化される。

【００２３】請求項６の発明では、請求項５において、
ＮＯｘ吸収材を有する触媒よりも上流側の排気通路に三
元触媒を配設し、該両触媒間の排気通路に排気中の酸素
濃度を検出する酸素濃度センサを配設するとともに、空
燃比補正期間を、前記酸素濃度センサにより検出される
酸素濃度が設定値以下になるまでの期間とする。

【００２４】すなわち、エンジンの排気通路に上流側か
ら順に三元触媒とＮＯｘ吸収材を有する触媒とを配置し
た場合、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移行したときに、上流側の三元触媒
から酸素が放出されることによって、下流側触媒のＮＯ
ｘ吸収材からのＮＯｘの放出及び還元浄化が阻害される
虞れがある。

【００２５】これに対し、この発明では、前記三元触媒
の下流に酸素濃度センサが配設され、この酸素濃度セン
サからの出力により排気中の酸素濃度が設定値以下にな
ったことが検出されるまで、空燃比のリッチ側への補正
を継続するようにしている。このことで、排気通路上流
側の三元触媒から実際に酸素が放出されている間、これ
に応じて燃焼室の空燃比がリッチ化され、三元触媒から
酸素が放出されてしまえば、空燃比のリッチ化補正が終
了することになり、これにより、該三元触媒からの酸素
放出による悪影響を除去して、下流側の触媒におけるＮ
Ｏｘ吸収材からのＮＯｘの放出及び還元浄化を適切に促
進することができる。

【００２６】次に、本発明の第２の解決手段では、エン
ジンの排気通路に上流側から順に三元触媒とＮＯｘ吸収
材を有するＮＯｘ触媒とを配設するとともに、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の運転状
態に移行したときに、その後、前記三元触媒の下流側の
酸素濃度が実際に低下するまで、空燃比をリッチ側に補
正するようにした。

【００２７】具体的に、請求項７の発明では、図１(b)
に模式的に示すように、エンジンｂの排気通路に配設さ
れた三元触媒ａ1と、該三元触媒ａ1よりも下流側の排気
通路に配設され、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ＮＯ
ｘを放出するＮＯｘ吸収材を有するＮＯｘ触媒ａ2と、
エンジンｂの燃焼室ｃの空燃比を、該エンジンｂ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
略理論空燃比状態になるように、切替えて制御する空燃
比制御手段ｄと、エンジンｂが前記所定運転領域から設
定運転領域に移行したとき、前記燃焼室の空燃比を一時
的に理論空燃比よりもリッチな状態になるように補正制
御する空燃比補正手段ｅとを備えたエンジンの排気浄化
装置Ａを前提とする。

【００２８】そして、前記三元触媒ａ1よりも上流側の
排気通路に、排気の所定成分濃度を検出する検出手段ｆ
を配設する一方、その三元触媒ａ1及びＮＯｘ吸収タイ
プの触媒ａ2の間の排気通路には、排気中の酸素濃度を
検出する酸素濃度センサｇを配設するとともに、前記空
燃比補正手段を、前記酸素濃度センサｇにより検出され
る酸素濃度検出値が設定値以下になったときに、空燃比
の補正制御を終了するものとする構成とした。

【００２９】前記の構成により、請求項１の発明と同じ
く、エンジンｂが低回転低負荷側の所定運転領域から設
定運転領域に移行したときに、空燃比補正手段ｅにより
燃焼室ｃの空燃比を理論空燃比よりもややリッチな状態
になるように補正して、排気通路上流側の三元触媒ａ1
からの酸素の放出を相殺することで、排気状態の悪化を
防止しながら、三元触媒ａ1及びＮＯｘ触媒ａ2付近の排
気の空燃比状態を三元浄化機能の得られる適切な状態に
維持し、かつ該ＮＯｘ触媒ａ2におけるＮＯｘ吸収材か
らのＮＯｘの放出及び還元浄化を適切に促進することが
できる。

【００３０】また、その際、前記三元触媒ａ1及びＮＯ
ｘ触媒ａ2の間に酸素濃度センサｇを配設し、この酸素
濃度センサｇからの出力により排気中の酸素濃度が設定
値以下になったことが検出されるまで、空燃比のリッチ
側への補正を継続するようにしているので、該三元触媒
ａ1から実際に酸素が放出されている間、これに応じて
空燃比の補正を確実に継続できる。

【００３１】請求項８の発明は、エンジンの排気通路に
配設された三元触媒と、該三元触媒よりも下流側の排気
通路に配設され、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ＮＯ
ｘを放出するＮＯｘ吸収材を有するＮＯｘ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基本的には理論空燃比より
もリーンな状態になるように制御するとともに、該所定
運転領域においてエンジンが予め設定した特定運転状態
になったときには略理論空燃比になるように切替えて制
御する空燃比制御手段と、エンジンが前記所定運転領域
において特定運転状態になったとき、前記燃焼室の空燃
比を一時的に理論空燃比よりもリッチな状態になるよう
に補正制御する空燃比補正手段とを備えたエンジンの排
気浄化装置を前提とする。そして、前記三元触媒よりも
上流側の排気通路に、排気の所定成分濃度を検出する検
出手段を配設する一方、前記三元触媒及びＮＯｘ吸収タ
イプの触媒の間の排気通路に、排気中の酸素濃度を検出
する酸素濃度センサを配設し、前記空燃比補正手段を、
前記酸素濃度センサによる酸素濃度検出値が設定値以下
になったときに、空燃比の補正制御を終了する者とする
構成とした。

【００３２】この構成によれば、エンジンが低回転低負
荷側の所定運転領域において特定運転状態になったと
き、即ち、例えば、エンジンが定常運転状態から加速運
転状態に移行したときや、或るは、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ
吸収材からＮＯｘを放出させて、還元浄化するために、
意図的に排気の酸素濃度を低下させる場合等に、前記請
求項７の発明と同様の作用効果が得られる。

【００３３】

【発明の実施の形態】（実施形態１）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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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第１酸素濃度センサ３
０（検出手段）が配設されている。この第１酸素濃度セ
ンサ３０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。

【００４０】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、一方、この排気管
３１の下流端には、三元触媒３２とがリーンＮＯｘ触媒
３４（ＮＯｘ吸収タイプの触媒）とが接続されていて、
該両触媒３２，３４の間の排気通路２８に、前記第１酸
素濃度センサ３０と同じくλＯ2センサからなる第２酸
素濃度センサ３３が配設されている。さらに、前記排気
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３５の上流端が分岐接
続されている。このＥＧＲ通路３５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ＥＧ
Ｒ弁３６が配設されていて、ＥＧＲ通路３５による排気
の還流量を調節するようになっている。

【００４１】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広く用い
られているものである。

【００４２】また、前記下流側のリーンＮＯｘ触媒３４
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３４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。

【００４３】前記のような２つの触媒３２，３４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３２，３４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。

【００４４】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３６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及び酸素濃度センサ３０，３３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３７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。

【００４５】（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
６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、暖機後であれば、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、
成層燃焼状態と均一燃焼状態とのいずれかで運転される
ようになっている。

【００４６】具体的には、図４にエンジン暖機後の制御
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。

【００４７】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と
する。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。

【００４８】また、前記図４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、空燃比を例えばＡ/Ｆ＝１２〜１３くらいにし、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、エンリッチ領域ともいう）。

【００４９】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、スロ
ットル弁２２の開度は相対的に小さくされる。

【００５０】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、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。

【００５１】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３６を開いて、ＥＧＲ通
路３５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。

【００５２】また、例えば車両の減速開始時のように、
エンジン１が無負荷ないしマイナス負荷の状態にあっ
て、かつエンジン回転速度が燃料カット制御を開始する
所定回転速度以上のときには、その後にエンジン回転速
度が降下して所定の復帰回転速度になるまでの間、各気
筒２のインジェクタ１２による燃料の噴射を一時的に停
止させる燃料カット制御を行うようにしている。さら
に、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。

【００５３】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
行されることで、実現される。すなわち、前記したエン
ジン暖機後のインジェクタ１２及びスロットル弁２２の
制御手順によって、エンジン１の燃焼室６の空燃比を、
該エンジン１が低回転低負荷側の成層燃焼領域（イ）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、成層燃焼領域（イ）よりも高回転ないし高負
荷側に隣接するλ＝１領域（ロ）にあるときには略理論
空燃比になるように、切替えて制御する空燃比制御手段
４０ａがソフトウエア的に構成されている。

【００５４】そして、前記空燃比制御手段４０ａは、エ
ンジン１がλ＝１領域（ロ）にあるときには、燃焼室６
の空燃比を第１酸素濃度センサ３０からの信号に基づい
て、略理論空燃比になるようにフィードバック制御する
ものである。

【００５５】（燃料噴射量のフィードバック制御）次
に、前記λ＝１領域（ロ）における燃料噴射量のフィー
ドバック制御について具体的に説明する。まず、このと
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、燃焼室６の平均
的な空燃比が略理論空燃比となるような、基本的な目標
燃料噴射量を演算する。そして、この基本的な目標燃料
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。

【００５６】Ｑ ＝ Ｑb× cdpf × (1+cfb+ctotal) 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、第１
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。

【００５７】そして、エンジン１がλ＝１領域（ロ）に
あるときには、前記フィードバック補正値cfbが第１酸
素濃度センサ３０からの出力に応じて制御サイクル毎に
更新されることで、インジェクタ１２による燃料噴射量
が増大又は減少し、これにより、燃焼室６の空燃比は理
論空燃比よりもリーン側又はリッチ側に周期的に変化す
るようになる。

【００５８】より詳しくは、図６に模式的に示すよう
に、排気中の酸素濃度が低く、第１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、制御サイクル毎に、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、第１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。

【００５９】また、前記のように第１酸素濃度センサ３
０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。

【００６０】ここで、一般的に、前記三元触媒３２やリ
ーンＮＯｘ触媒３４は、図７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。従って、エンジン１がλ＝１領域
（ロ）において定常状態にあるときには、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を適切に設定し、燃焼室６の空燃
比を理論空燃比を中心としてリッチ側及びリーン側に周
期的に変化させるようにする。つまり、空燃比フィード
バック制御の目標値を理略論空燃比にするようにしてお
り、これにより、排気中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを略完
全に浄化することができる。

【００６１】ところで、上述したように、この実施形態
の触媒３２、３４には、酸素吸収材であるセリアが含有
されており、エンジン１が低回転低負荷側の成層燃焼領
域（イ）にあるときには排気中の酸素がセリアに吸収さ
れて、酸素吸収量が増大する。そして、エンジン１がλ
＝１領域（ロ）やエンリッチ領域（ハ）に移行したとき
には、今度は、触媒３２，３４においてセリアに吸収さ
れている酸素が放出されることになる。

【００６２】このことで、エンジン１が成層燃焼領域
（イ）からλ＝１領域（ロ）に移行した直後は、燃焼室
６の空燃比を理論空燃比になるように制御したとして
も、触媒３２，３４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
り、該触媒３２、３４の三元浄化機能が阻害される虞れ
がある特に、この実施形態のように、排気通路２８の上
流側から順に、三元触媒３２とリーンＮＯｘ触媒３４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と反応して、下流側のリーン
ＮＯｘ触媒３４にはＨＣやＣＯがあまり供給されないよ
うになり、リーンＮＯｘ触媒３４からのＮＯｘの放出及
び還元浄化を十分に促進できなくなることがある。

【００６３】言い換えると、エンジン１が成層燃焼領域
（イ）からλ＝１領域（ロ）に移行したときに、触媒３
２，３４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ＨＣ、Ｃ
Ｏ等の浄化率との関係は、前記図７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のであ
る。

【００６４】そこで、本発明の特徴として、この実施形
態では、エンジン１が成層燃焼領域（イ）からλ＝１領
域（ロ）に移行したとき、それから所定期間（空燃比補
正期間）が経過するまでの間、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
リッチな状態になるように制御することで、触媒３２、
３４の付近の局所的な空燃比を適切な状態に維持できる
ようにしたものである。

【００６５】（目標空燃比の補正）以下に、前記ＥＣＵ
４０による目標空燃比の補正手順について、具体的に図
８のフローチャート図に沿って説明すると、まず、スタ
ート後のステップＳＡ１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３７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。

【００６６】続いて、ステップＳＡ２において、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、エン
ジン１が成層燃焼領域（イ）にあるか又は燃料カット制
御の実行中であるかのいずれかであるかどうか判定す
る。そして、エンジン１が成層燃焼領域（イ）にあるか
又は燃料カット制御の実行中であれば、ＹＥＳと判定し
てステップＳ２に進む一方、そのいずれでもなければ、
ＮＯと判定してステップＳ４に進む。

【００６７】続いて、ステップＳＡ３では、エンジン１
が成層燃焼領域（イ）にあるか又は燃料カット中のとき
に三元触媒３２やリーンＮＯｘ触媒３４に吸収される酸
素量を推定演算し、しかる後にリターンする。この推定
演算としては例えば、エンジン１の燃焼サイクル毎の吸
入空気量及びそのときの燃焼室６の空燃比状態と触媒の
酸素吸収効率とに基づいて、１回の燃焼サイクルにおけ
る酸素の吸収量を求め、これをエンジン１の燃焼サイク
ル毎に積算することにより、現在の酸素吸収量を求める
ものである。

【００６８】一方、前記ステップＳＡ２において、エン
ジン１が成層燃焼領域（イ）になく、燃料カット制御の
実行中でもないと判定して進んだステップＳＡ４では、
今度は、エンジン１の成層燃焼領域（イ）からλ＝１領
域（ロ）への移行時かどうか判定する。この判定がＮＯ
ならば、ステップＳＡ７に進む一方、判定がＹＥＳなら
ばステップＳＡ５に進み、前記ステップＳＡ３において
推定した触媒の酸素吸収量に応じて、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補
正する期間、即ち空燃比補正期間に対応する時間を計測
するための空燃比補正タイマをセットする。

【００６９】続いて、ステップＳＡ６において、空燃比
のリッチ化補正時のフィードバック定数マップを選定
し、しかる後にリターンする。このフィードバック定数
マップは、フィードバック制御によって周期的に変動す
る空燃比の中心値が理論空燃比よりもややリッチ側にな
るように、例えば前記比例係数Ｐ値や積分係数Ｉ値を、
空燃比リーン側のときにリッチ側よりも大きな値に設定
したり、或いはディレータイムＴＬＲをＴＲＬよりも大
きな値に設定したものである。

【００７０】このようにリッチ化補正時のフィードバッ
ク定数マップが選定されることにより、エンジン１が成
層燃焼領域（イ）からλ＝１領域（ロ）に移行すると、
空燃比のフィードバック制御が開始され、図９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（図例ではＡ/Ｆ＝１４．４くらい）
を中心として、周期的に変化するようになる。尚、この
ときの空燃比の目標値Ａ/Ｆは、１４．０≦Ａ/Ｆ＜１
４．７の範囲に設定すればよい。

【００７１】一方、前記ステップＳＡ４において、エン
ジン１のλ＝１領域（ロ）への移行時ではないＮＯと判
定して進んだステップＳＡ７では、今度は、エンジン１
が現在、λ＝１領域（ロ）にあるかどうか判定し、この
判定がＮＯならば、エンジン１はエンリッチ領域（ハ）
にあるということなので、リターンする。また、判定が
ＹＥＳでエンジン１がλ＝１領域（ロ）にあれば、続く
ステップＳＡ８において前記した空燃比補正タイマがセ
ット中であるかどうか判定する。

【００７２】そして、タイマセット中でＹＥＳならば、
前記ステップＳＡ６に進んで、空燃比リッチ化補正時の
フィードバック定数マップを選定する一方、タイマセッ
ト中でなければ（判定がＮＯ）、ステップＳＡ９に進
み、空燃比フィードバック制御の目標値を理論空燃比
（Ａ/Ｆ＝１４．７）とする通常のフィードバック定数
マップを選定し、しかる後にリターンする。

【００７３】つまり、エンジン１が成層燃焼領域（イ）
からλ＝１領域（ロ）に移行し、その後、タイマカウン
トにより空燃比補正期間の経過が判定されると、空燃比
のリッチ側への補正は終了して、空燃比フィードバック
制御の目標値が理論空燃比に戻される。

【００７４】前記図８に示すフローのステップＳＡ３に
より、エンジン１が成層燃焼領域（イ）にあるときに、
触媒３２，３４のセリアに吸収された酸素吸収量を推定
する酸素吸収量推定手段４０ｂが構成されている。ま
た、前記フローのステップＳＡ５により、該酸素吸収量
推定手段による推定値に応じて、空燃比補正期間の長さ
を変更設定する補正期間設定手段４０ｃが構成されてい
る。

【００７５】さらに、前記フローのステップＳＡ６によ
り、エンジン１が成層燃焼領域（イ）からλ＝１領域
（ロ）に移行したとき、エンジン１の燃焼室５の空燃比
を一時的に理論空燃比よりもリッチな状態になるように
補正制御する空燃比補正手段４０ｄが構成され、この空
燃比補正手段４０ｄは、エンジン１が前記λ＝１領域
（ロ）に移行してから前記空燃比補正期間が経過するま
での間、ＥＣＵ４０の空燃比制御手段４０ａによる空燃
比フィードバック制御の目標値Ａ/Ｆをややリッチ側に
補正するように構成されている。

【００７６】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が常用さ
れる低回転低負荷側の広い運転領域（イ）において成層
燃焼状態とされ、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、排気の空燃比状態は、
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、この排気中のＮＯｘはリーンＮＯｘ触媒３４
により吸収される。また、リーンな排気中の酸素の一部
は三元触媒３２及びリーンＮＯｘ触媒３４のセリアに吸
収される。

【００７７】続いて、エンジン１が成層燃焼領域（イ）
からλ＝１領域（ロ）に移行すると、エンジン１の燃焼
状態が成層燃焼から均一燃焼に切り換えられるととも
に、図１０に模式的に示すように、インジェクタ１２に
よる燃料噴射量のフィードバック補正が開始され（ｔ＝
ｔ1）、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（中心値Ａ/Ｆ≒１４．４）を境にそれよ
りもリッチ側とリーン側とに周期的に反転するようにな
る。

【００７８】このことで、燃焼室６からの排気の空燃比
状態は平均的に略理論空燃比よりもややリッチな状態、
即ち酸素濃度の低い状態になり、触媒３２，３４のセリ
アから酸素が放出されることになるが、前記の如く、燃
焼室６からの排気の空燃比状態が理論空燃比よりもやや
リッチな状態になっているので、結果的に、２つの触媒
３２，３４の付近の排気の空燃比状態は略理論空燃比に
対応する状態に維持され、該両触媒３２，３４により高
い三元浄化機能を得ることができる。

【００７９】その際、燃焼室６からの排気の空燃比状態
をスパイク的にリッチ化させず、触媒３２，３４のセリ
アから酸素の放出されるペースに見合うように、燃焼室
６からの排気の空燃比状態を適度にリッチ化させるよう
にしており、しかも、フィードバック補正により空燃比
を高精度に制御するようにしているので、排気中のＨ
Ｃ、ＣＯの一部が触媒３２，３４を吹き抜けて大気中に
排出されることを確実に防止できる。

【００８０】また、前記したように排気の空燃比状態を
適度にリッチ化することにより、下流側のリーンＮＯｘ
触媒３４へも適量のＨＣ、ＣＯを供給して、該触媒３４
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。

【００８１】（実施形態２）図１１は、本発明の実施形
態２に係る排気浄化装置Ａにおける空燃比の補正の手順
を示し、この実施形態２では、前記した実施形態１と同
様にエンジン１が成層燃焼領域（イ）からλ＝１領域
（ロ）に移行したときに、空燃比を理論空燃比よりもや
やリッチな状態になるようにフィードフォワード制御す
るとともに、その後、三元触媒３２下流の排気中の酸素
濃度が実際に低下したことが検出されたときに、空燃比
のリッチ化を終了するようにしたものである。尚、この
実施形態２に係る排気浄化装置Ａの全体構成は前記実施
形態１のもの（図２参照）と同じなので、実施形態１と
同じ構成要素については同一符号を付して、その説明は
省略する。

【００８２】具体的に、図１１のフローのステップＳＢ
１，ＳＢ２では前記実施形態１のステップＳＡ１，ＳＡ
２と同じ制御手順を実行し、エンジン１が成層燃焼領域
（イ）にあるか又は燃料カット中のときにはリターンす
る一方、そのいずれでもなければ、ステップＳＢ３に進
む。そして、このステップＳＢ３においてエンジン１の
成層燃焼領域（イ）からλ＝１領域（ロ）への移行時で
あるＹＥＳと判定されたときには、続くステップＳＢ４
において、移行フラグＦをセットし（Ｆ←１）、続い
て、ステップＳＢ５において、各気筒２の燃焼室６の空
燃比Ａ/ＦをＡ/Ｆ＝約１４．４になるよう、フィードフ
ォワード制御するようにして、しかる後にリターンす
る。つまり、エンジン１が成層燃焼領域（イ）からλ＝
１領域（ロ）に移行したとき、空燃比のリッチ化補正を
開始する。

【００８３】一方、前記ステップＳＢ３において、エン
ジン１のλ＝１領域（ロ）への移行時ではないＮＯと判
定して進んだステップＳＢ６では、エンジン１がλ＝１
領域（ロ）にあるかどうか判定し、この判定がＮＯなら
ば、エンジン１はエンリッチ領域（ハ）にあるので、リ
ターンする一方、判定がＹＥＳでエンジン１がλ＝１領
域（ロ）にあれば、ステップＳＢ７に進む。このステッ
プＳＢ７では、前記移行フラグＦがセット中かどうか判
定し（Ｆ＝１？）、判定がＮＯであれば後述のステップ
ＳＢ１０に進む一方、判定がＹＥＳで、移行フラグＦが
セット中であれば（Ｆ＝１）、ステプＳＢ８に進む。

【００８４】そして、ステップＳＢ８において、第２酸
素濃度センサ３３からの出力値Ｅが、基準値Ｅ1以上に
なったかどうか、即ちセンサ出力がリーン側からリッチ
側に反転したかどうか判定する。この判定がＮＯで、第
２酸素濃度センサ３３からの出力が反転していないので
あれば、前記ステップＳＢ５に進み、空燃比のリッチ化
補正を継続する一方、判定がＹＥＳで、第２酸素濃度セ
ンサ３３からの出力が反転したのであれば、続くステッ
プＳＢ９において、移行フラグＦをクリアし（Ｆ←
０）、続いて、ステップＳＢ１０において、空燃比フィ
ードバック制御の目標値を理論空燃比（Ａ/Ｆ＝１４．
７）とする場合の、通常のフィードバック定数マップを
選定し、しかる後にリターンする。

【００８５】前記した制御により、図１２に模式的に示
すように、エンジン１が成層燃焼領域（イ）からλ＝１
領域（ロ）に移行したとき（ｔ＝ｔ1）、燃焼室６から
の排気の空燃比状態は理論空燃比に対応する状態よりも
リッチな状態になり、第１空燃比センサ３０からの出力
がリッチ側に反転することになる。一方、三元触媒３２
のセリアから放出される酸素により、該三元触媒３２よ
りも下流側の排気の酸素濃度は高くなり、排気は理論空
燃比に対応する状態よりもリーンな状態になるので、第
２酸素濃度センサ３３からの出力は基準値Ｅ1よりも低
く、反転しないままとなる。

【００８６】そして、三元触媒３２からの酸素の放出が
終了して、該三元触媒３２よりも下流側の排気の空燃比
状態がリッチになると、第２酸素濃度センサ３３からの
出力が反転し（ｔ＝ｔ2）、このことに基づいて、空燃
比のリッチ化補正が終了することになる。

【００８７】前記図１１に示すフローのステップＳＢ５
により、エンジン１が成層燃焼領域（イ）からλ＝１領
域（ロ）に移行したとき、エンジン１の燃焼室５の空燃
比を一時的に理論空燃比よりもリッチな状態になるよう
に補正制御する空燃比補正手段４０ｄが構成され、この
空燃比補正手段４０ｄは、第２酸素濃度センサ３３から
の出力値Ｅが基準値Ｅ1以上になったとき、即ち、該第
２酸素濃度センサ３３による酸素濃度の検出値が略０．
５〜略１％の範囲において予め設定された値以下になっ
たときに、空燃比の補正制御を終了するように構成され
ている。

【００８８】したがって、この実施形態２に係る排気浄
化装置Ａによれば、前記実施形態１と同様に、エンジン
１が成層燃焼領域（イ）からλ＝１領域（ロ）に移行し
たときに、エンジン１の燃焼室６の空燃比が理論空燃比
よりもややリッチな状態になるよう空燃比のリッチ化補
正を行うことで、排気状態が一時的に悪化することを防
止しながら、三元触媒３２及びリーンＮＯｘ触媒３４に
三元浄化機能を発揮させ、かつ該リーンＮＯｘ触媒３４
からのＮＯｘの放出及び還元浄化を促進することができ
る。

【００８９】また、前記三元触媒３２及びリーンＮＯｘ
触媒３４の間の排気通路２８に酸素濃度センサ３３を配
設し、この酸素濃センサ３３からの出力に基づいて、排
気中の酸素濃度が設定値以下になるまでの間、空燃比の
リッチ化補正を継続するようにしているので、三元触媒
３２から酸素が実際に放出されている間は、燃焼室６か
らの排気の空燃比状態を適度にリッチな状態に維持し
て、前記の作用効果を十分に得ることができる。

【００９０】（他の実施形態）尚、本発明の構成は、前
記実施形態１，２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１では、触媒３２の酸素吸収量を推定し、この推
定値に応じて空燃比補正期間の長さを変更するようにし
ているが、例えば、酸素吸収量が極めて少ないときに
は、空燃比のリッチ化補正を禁止するようにしてもよ
い。具体的には、図８に示すフローのステップＳＡ５に
おいて、酸素吸収量の推定値が所定値以下のときには空
燃比補正タイマの値を零にするようにすればよい。

【００９１】すなわち、三元触媒３２における酸素吸収
量が極めて少ないときには、エンジン１がλ＝１領域
（ロ）に移行したときに触媒３２から放出される酸素量
もごく僅かなので、このときには、敢えて空燃比のリッ
チ化補正を行わないことで、燃費の向上が図られるもの
である。また、このようにした場合、前記ステップＳＡ
５により、触媒３２における酸素吸収量の推定値が所定
値以下のときに、空燃比のリッチ化補正を禁止する補正
禁止手段が構成される。

【００９２】また、前記実施形態１において、空燃比補
正期間を、第２酸素濃度センサ３４により検出される酸
素濃度が設定値以下になるまでの期間として、空燃比補
正タイマがオフになる前であっても、第２酸素濃度セン
サ３４出力がリッチ側に反転すれば、空燃比のリッチ化
補正を終了するようにしてもよい。

【００９３】さらに、前記各実施形態では、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３４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
ＮＯｘ触媒３４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ＮＯ
ｘ吸収タイプのものであればよい。

【００９４】また、前記各実施形態では、エンジン１が
成層燃焼領域（イ）にあるときには、該エンジン１の各
気筒２内燃焼室６の平均的空燃比を理論空燃比よりもリ
ーンになるように制御する一方、λ＝１領域（ロ）にあ
るときには、略理論空燃比になるように制御するように
しているが、前記成層燃焼領域（イ）であっても、例え
ば、エンジン１が定常運転状態から加速運転状態に移行
したときや、或るは、リーンＮＯｘ触媒３４のＮＯｘ吸
収材からＮＯｘを放出させて、還元浄化するために、意
図的に排気の酸素濃度を低下させる場合等、即ち、エン
ジン１が成層燃焼領域（イ）において特定運転状態にな
ったときには、該エンジン１の各気筒２内燃焼室６の平
均的空燃比を略理論空燃比になるように制御するように
してもよい。そして、そのようにエンジン１が成層燃焼
領域（イ）において特定運転状態になったときにも、一
時的に空燃比のリッチ化補正を行うようにすればよい。

【００９５】また、前記各実施形態では、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。

【００９６】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１又は請
求項２のいずれかの発明に係るエンジンの排気浄化装置
によると、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
を備え、エンジンを空燃比のリーンな運転状態と略理論
空燃比の運転状態とに切替えるようにする場合に、エン
ジンが前記空燃比のリーンな運転状態から略理論空燃比
の運転状態に移行したとき、空燃比のフィードバック制
御を開始するとともに、空燃比の制御目標値をややリッ
チ側に補正することで、前記触媒からの酸素の放出によ
る悪影響を相殺し、該触媒の付近の局所的な空燃比状態
を略理論空燃比に対応する状態に維持することができ
る。これにより、排気中のＨＣやＣＯが吹き抜けて排気
状態が悪化することを防止しながら、触媒の三元浄化性
能を安定的に維持することができる。

【００９７】請求項３の発明によると、触媒の酸素吸収
量に応じて、空燃比をリッチ側に補正する期間を変更す
ることで、触媒から酸素が放出されている間、継続して
排気の空燃比状態を適度にリッチ化することができ、こ
れにより、請求項１又は請求項２のいずれか発明の効果
を十分に得ることができる。

【００９８】請求項４の発明によると、触媒の酸素吸収
量が極めて少ないときには敢えて空燃比の補正を行わな
いことで、燃費の向上が図られる。

【００９９】請求項５の発明によると、ＮＯｘ吸収材を
有する触媒によって、エンジンの燃焼室の空燃比が理論
空燃比よりもリーンな状態であっても排気中のＮＯｘを
吸収して、排気を浄化することができる。

【０１００】請求項６の発明によると、エンジンの排気
通路に上流側から順に三元触媒とＮＯｘ吸収材を有する
触媒とを配設するとともに、それらの間に酸素濃度セン
サを配設し、この酸素濃度センサからの信号に基づい
て、前記三元触媒の下流側の酸素濃度が実際に低下した
ときに、空燃比のリッチ化補正を終了するようにしたこ
とで、該三元触媒から実際に酸素が放出されなくなるま
で継続して、排気の空燃比状態を適度にリッチ化させる
ことができ、これにより、下流側の触媒におけるＮＯｘ
の放出及び還元浄化を適切に促進できる。

【０１０１】また、請求項７又は請求項７のいずれか発
明に係るエンジンの排気浄化装置によると、エンジンの
排気通路に上流側から順に三元触媒とＮＯｘ触媒とを配
設した場合に、前記した請求項１の発明と同じく、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の運
転状態に移行したときに、前記２つの触媒からの酸素の
放出に起因する排気状態の悪化を防止しながら、該２つ
の触媒により十分な排気浄化性能を得ることができる。
また、前記請求項６の発明と同じく、三元触媒から実際
に酸素が放出されなくなるまで継続して、排気の空燃比
状態を適度にリッチ化させることができるので、前記Ｎ
Ｏｘ触媒におけるＮＯｘの放出及び還元浄化を適切に促
進できる。

【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】エンジン暖機後の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】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８】ＥＣＵによる目標空燃比の補正手順を示すフロ
ーチャート図である。

【図９】目標空燃比をややリッチ側に補正したときの図
６相当図である。

【図１０】エンジンが成層燃焼領域からλ＝１領域に移
行したときの排気の空燃比状態の変化を示すタイムチャ
ート図である。

【図１１】実施形態２に係る図８相当図である。

【図１２】エンジンが成層燃焼領域からλ＝１領域に移
行したときの排気の空燃比状態の変化と、第１及び第２
酸素濃度センサからの各出力の変化とを、互いに対比し
て示すタイムチャート図である。

【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 ２８ 排気通路 ３０ 第１酸素濃度センサ（検出手段） ３２ 三元触媒 ３３ 第２酸素濃度センサ ３４ リーンＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収材を有する触
媒） ４０ コントロールユニット（ＥＣＵ） ４０ａ 空燃比制御手段 ４０ｂ 酸素吸収量推定手段 ４０ｃ 補正期間設定手段 ４０ｄ 空燃比補正手段

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） Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５ Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｎ 41/34 Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＢ Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA11 AA12 AA17 AA28 AB03 AB06 BA14 CB02 DA02 DB04 DC03 EA01 EA05 EA06 EA07 EA14 EA16 EA34 FA08 FA09 FB10 FB11 FB12 GA06 GB02Z GB03Z GB05Z GB06Z GB07Z HA10 HA36 HA37 HB05 3G301 HA01 HA04 HA13 HA16 HA17 JA13 JA14 JA21 JA25 JA29 KA08 KA24 LB04 LC01 MA01 MA11 NA03 NC04 ND05 ND07 ND16 NE02 NE13 PA04Z PA07Z PA10Z PA11Z PB08Z PD03Z PD09Z PE03Z PE08Z PF03Z 4D048 AA06 AA13 AA18 AB01 AB02 BA03X BA11X BA14X BA15X BA19X BA30X BA31X BA33X BB02 CC32 CC46 DA01 DA02 DA07

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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は略理
   論空燃比になるように、切替えて制御する空燃比制御手
   段と、 エンジンが前記所定運転領域から設定運転領域に移行し
   たとき、前記燃焼室の空燃比を一時的に理論空燃比より
   もリッチな状態になるように補正制御する空燃比補正手
   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、 前記空燃比制御手段は、エンジンが前記設定運転領域に
   あるときには、燃焼室の空燃比を前記検出手段からの信
   号に基づいて、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、 前記空燃比補正手段は、エンジンが設定運転領域に移行
   してから所定の空燃比補正期間が経過するまで、前記空
   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
   Ａ/Ｆを、１４．０≦Ａ/Ｆ＜１４．７の範囲に設定する
   ものであることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 【請求項２】 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基本的には理論空燃比
   よりもリーンな状態になるように制御するとともに、該
   所定運転領域においてエンジンが予め設定した特定運転
   状態になったときには略理論空燃比になるように切替え
   て制御する空燃比制御手段と、 エンジンが前記所定運転領域において特定運転状態にな
   ったとき、前記燃焼室の空燃比を一時的に理論空燃比よ
   りもリッチな状態になるように補正制御する空燃比補正
   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、 前記空燃比制御手段は、エンジンが前記特定運転状態の
   ときには、燃焼室の空燃比を前記検出手段からの信号に
   基づいて、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、 前記空燃比補正手段は、エンジンが前記特定運転状態に
   なってから所定の空燃比補正期間が経過するまで、前記
   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Ａ/Ｆを、１４．０≦Ａ/Ｆ＜１４．７の範囲に設定す
   るものであることを特徴とするエンジンの排気浄化装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２のいずれかにおい
   て、 エンジンが所定運転領域にあるときに触媒に吸収された
   酸素吸収量を推定する酸素吸収量推定手段と、 前記酸素吸収量推定手段による推定値に応じて、空燃比
   補正期間の長さを変更設定する補正期間設定手段とを備
   えていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、 酸素吸収量推定手段による推定値が所定値以下のとき
   に、空燃比補正手段による空燃比の補正制御を禁止する
   補正禁止手段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。
5. 【請求項５】 請求項１において、 触媒は、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吸収材を有するものであることを特徴とする
   エンジンの排気浄化装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、 ＮＯｘ吸収材を有する触媒よりも上流側の排気通路に三
   元触媒が配設され、 前記両触媒間の排気通路には、排気中の酸素濃度を検出
   する酸素濃度センサが配設され、 空燃比補正期間は、前記酸素濃度センサにより検出され
   る酸素濃度が設定値以下になるまでの期間であることを
   特徴とするエンジンの排気浄化装置。
7. 【請求項７】 エンジンの排気通路に配設された三元触
   媒と、 前記三元触媒よりも下流側の排気通路に配設され、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
   収材を有するＮＯｘ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略理論
   空燃比になるように、切替えて制御する空燃比制御手段
   と、 エンジンが前記所定運転領域から設定運転領域に移行し
   たとき、前記燃焼室の空燃比を一時的に理論空燃比より
   もリッチな状態になるように補正制御する空燃比補正手
   段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、 前記三元触媒よりも上流側の排気通路に、排気の所定成
   分濃度を検出する検出手段が配設される一方、 前記三元触媒及びＮＯｘ吸収タイプの触媒の間の排気通
   路には、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサが
   配設され、 前記空燃比補正手段は、前記酸素濃度センサによる酸素
   濃度検出値が設定値以下になったときに、空燃比の補正
   制御を終了するように構成されていることを特徴とする
   エンジンの排気浄化装置。
8. 【請求項８】 エンジンの排気通路に配設された三元触
   媒と、 前記三元触媒よりも下流側の排気通路に配設され、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
   収材を有するＮＯｘ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基本的には理論空燃比
   よりもリーンな状態になるように制御するとともに、該
   所定運転領域においてエンジンが予め設定した特定運転
   状態になったときには略理論空燃比になるように切替え
   て制御する空燃比制御手段と、 エンジンが前記所定運転領域において特定運転状態にな
   ったとき、前記燃焼室の空燃比を一時的に理論空燃比よ
   りもリッチな状態になるように補正制御する空燃比補正
   手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、 前記三元触媒よりも上流側の排気通路に、排気の所定成
   分濃度を検出する検出手段が配設される一方、 前記三元触媒及びＮＯｘ吸収タイプの触媒の間の排気通
   路には、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサが
   配設され、 前記空燃比補正手段は、前記酸素濃度センサによる酸素
   濃度検出値が設定値以下になったときに、空燃比の補正
   制御を終了するように構成されていることを特徴とする
   エンジンの排気浄化装置。