JP2002097980A

JP2002097980A - 排ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2002097980A
Application number: JP2001243884A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Kaneko; 勝典金子; Kazuo Koga; 一雄古賀; Atsuro Kojima; 淳良小島
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2002-04-05
Anticipated expiration: 2016-08-02
Also published as: JP3832288B2

Abstract

(57)【要約】【課題】超希薄燃焼を行なう筒内噴射型内燃機関にお
いて、排ガスを浄化する触媒の温度低下を抑制し、排ガ
ス浄化効率の悪化を防止できるようにする。【解決手段】層状超リーン燃焼と予混合燃焼とを切り
換えて行なう筒内噴射型内燃機関であって、排ガス浄化
用触媒９と、触媒活性化後の温度低下を検出する温度低
下検出手段１１１と、触媒の温度低下が検出された場合
に温度低下を抑制するように作動する温度低下抑制手段
１１０とを備え、予混合燃焼のために理論空燃比で運転
するストイキオ運転モード又は理論空燃比よりも大きな
空燃比で運転するリーン運転モードを有し、温度低下抑
制手段１１０は、触媒温度が第１設定値よりも低いか又
はそれが予測される場合に予混合燃焼のリーン運転モー
ドに切り換え、触媒温度が第１設定値よりも低い第２設
定値よりも低いか又はそれが予測される場合に予混合燃
焼のストイキオ運転モードに切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に直接燃
料を噴射する筒内噴射型内燃機関において排ガス浄化を
行なう排ガス浄化装置に関し、特に、超リーン燃焼時に
おける排ガス浄化に用いて好適の、排ガス浄化装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在、燃焼室内に燃料を直接噴射する火
花点火式筒内噴射型内燃機関が開発されている。この筒
内噴射型内燃機関は、従来の希薄燃焼内燃機関（リーン
バーンエンジン）に比べ空燃比の極めて大きい超希薄領
域での運転（超リーン燃焼運転時）が可能であるため、
運転領域の多くを希薄領域として設定することができ、
より一層の燃費向上を図ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな筒内噴射型内燃機関では、圧縮行程に燃料を噴射
し、層状燃焼を成立させることで超希薄な混合気（酸素
過剰雰囲気）下での燃焼（空燃比３０以上での燃焼）を
行なうため、この燃焼下では、同一燃料量で比較した場
合、従来の希薄燃焼内燃機関（空燃比２２程度での希薄
領域で燃焼）よりも筒内での空気量が多く発熱量が少な
いため、運転状態によっては排気温度が低くなる場合が
あり（約１５０度程度）、排気通路内に設けられた触媒
の温度が低下してしまい、排ガス浄化効率が悪化すると
いう課題がある。

【０００４】ところで、触媒を昇温する技術としては、
触媒の温度を検出し、この検出温度が触媒活性温度より
も低い場合には、空燃比を強制的に理論空燃比に設定す
ることで、触媒温度を迅速に活性温度まで上昇させる技
術が提案されている（特開平３−９４８号公報）。しか
し、この従来技術は、従来型の希薄燃焼内燃機関を対象
としており、冷態始動時における早期触媒活性化を図る
ことを目的としたものであるため、筒内噴射型内燃機関
における通常運転中における排気温度の低下という特有
の課題を何ら解決しうるものではない。

【０００５】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、超希薄燃焼を行なう筒内噴射型内燃機関にお
いて、排ガスを浄化する触媒の温度低下を抑制し、排ガ
ス浄化効率の悪化を防止することができるようにした、
排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の排ガス浄化装置は、燃焼室内に直接燃料を噴
射し、理論空燃比よりも空燃比の大きい層状超リーン燃
焼を運転状態に応じて行なう筒内噴射型内燃機関に設け
られ、上記機関の排気通路内に配設され排ガスを浄化す
る触媒と、上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低
下を検出もしくは予測することにより、または温度低下
を生じる特定運転状態を検出して上記触媒の温度低下を
推定することにより、上記触媒の温度が触媒活性温度に
達して活性化した後の上記触媒の温度低下を検出する温
度低下検出手段と、上記温度低下検出手段により上記触
媒の温度低下が検出された場合に上記触媒の温度低下を
抑制するように作動する温度低下抑制手段とを備え、上
記筒内噴射型内燃機関は、上記層状超リーン燃焼と、該
層状超リーン燃焼よりも燃焼空燃比の小さい予混合燃焼
とを運転状態に応じて切り換えて行なうものであり、上
記予混合燃焼を行なうために理論空燃比近傍で運転する
ストイキオ運転モード又は理論空燃比よりも大きな空燃
比で運転するリーン運転モードを有し、上記温度低下抑
制手段は、上記温度低下検出手段からの出力に応じて上
記触媒の温度が第１設定値よりも低くなるか又は低くな
ることが予測される場合に上記機関の運転を上記予混合
燃焼のリーン運転モードに切り換える一方、上記温度低
下検出手段からの出力に応じて上記触媒の温度が上記第
１設定値よりも低い温度として設定された第２設定値よ
りも低くなるか又は低くなることが予測される場合に上
記機関の運転を上記予混合燃焼のストイキオ運転モード
に切り換えることを特徴としている。

【０００７】この温度低下抑制手段は、機関の燃焼状態
（層状超リーン燃焼と予混合燃焼）を切り換える切換手
段（運転モードを切り換える温度低下抑制用モード切換
手段）又は機関の排気行程中に追加燃料を噴射する追加
燃料噴射制御手段であることが好ましい。この温度低下
検出手段が触媒の温度を直接的に検出する手段である場
合には、温度低下検出手段により触媒温度が予め設定さ
れた設定温度よりも低くなったことが検出されたとき
に、温度低下抑制手段により燃焼状態を所定時間、予混
合燃焼とすることが好ましい。この場合、排ガス浄化効
率の悪化を未然に防ぐことが可能となる。

【０００８】また、温度低下検出手段により触媒の温度
低下及び温度低下度合を検出して、この温度低下度合に
応じて温度低下抑制手段により予混合燃焼とする時間を
可変としてもよい。温度低下度合が小さい場合、排ガス
浄化効率の悪化を防止しながら、しかも予混合燃焼とな
る時間を短縮でき、燃料消費の悪化を最小限に抑えるこ
とができる。

【０００９】また、運転モードの切換後（温度低下抑制
手段による制御後）には、触媒温度の実際の検出により
通常の運転モードに戻すことが考えられる。この場合、
触媒の昇温勾配が急なときには通常モードに戻すための
設定温度を下げ、触媒が過昇温となることを未燃に防止
するようにするのが好ましい。さらに、温度低下検出手
段が触媒の温度を推定する手段である場合には、例え
ば、排ガス温度の低下が生じる層状超リーン燃焼の継続
時間により触媒の温度又は温度低下を推定し、温度低下
抑制手段は層状超リーン燃焼にセットされてから所定時
間経過後、一定時間、予混合燃焼としてもよい。この場
合、非常に簡素な制御仕様とすることができる。

【００１０】この機関がストイキオ運転モードを有する
場合はストイキオ運転モードに、リーン運転モードを有
する場合はリーン運転モードにそれぞれ切り換えること
が好ましい。請求項２記載の本発明の排ガス浄化装置
は、燃焼室内に直接燃料を噴射し、理論空燃比よりも空
燃比の大きい層状超リーン燃焼を運転状態に応じて行な
う筒内噴射型内燃機関に設けられ、上記機関の排気通路
内に配設され排ガスを浄化する触媒と、上記触媒の温度
を検出して上記触媒の温度低下を検出もしくは予測する
ことにより、または温度低下を生じる特定運転状態を検
出して上記触媒の温度低下を推定することにより、上記
触媒の温度が触媒活性温度に達して活性化した後の上記
触媒の温度低下を検出する温度低下検出手段と、上記温
度低下検出手段により上記触媒の温度低下が検出された
場合に上記触媒の温度低下を抑制するように作動する温
度低下抑制手段とを備え、上記筒内噴射型内燃機関は、
上記層状超リーン燃焼と、該層状超リーン燃焼よりも燃
焼空燃比の小さい予混合燃焼とを運転状態に応じて切り
換えて行なうものであり、上記予混合燃焼が、理論空燃
比で運転するストイキオ運転モードと上記理論空燃比よ
りも大きな空燃比で運転するリーン運転モードとの２つ
の運転モードを有し、上記温度低下検出手段は、上記触
媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出又は予測
するように構成され、上記温度低下抑制手段は、該温度
低下検出手段により上記触媒の温度が予め設定された第
１設定値よりも低くなる場合又は低くなることが予測さ
れた場合には上記運転モードを上記リーン運転モードと
するとともに、上記温度低下検出手段により上記触媒の
温度が上記第１設定値よりも低い温度に設定された第２
設定値よりも低くなる場合又は低くなることが予測され
た場合には上記運転モードを上記ストイキオ運転モード
とすることを特徴としている。

【００１１】好ましくは、これらの第１設定値及び第２
設定値は、温度低下検出手段による出力に応じて可変と
する。例えば、温度低下勾配が急な場合には第２設定値
を上げ、温度低下抑制手段を早めに作動させて、触媒浄
化効率が悪化してしまうのを未然に防止するようにする
のが好ましい。請求項３記載の本発明の排ガス浄化装置
は、燃焼室内に直接燃料を噴射し、理論空燃比よりも空
燃比の大きい層状超リーン燃焼を運転状態に応じて行な
う筒内噴射型内燃機関に設けられ、上記機関の排気通路
内に配設され排ガスを浄化する触媒と、上記触媒の温度
を検出して上記触媒の温度低下を検出もしくは予測する
ことにより、または温度低下を生じる特定運転状態を検
出して上記触媒の温度低下を推定することにより、上記
触媒の温度が触媒活性温度に達して活性化した後の上記
触媒の温度低下を検出する温度低下検出手段と、上記温
度低下検出手段により上記触媒の温度低下が検出された
場合に上記触媒の温度低下を抑制するように作動する温
度低下抑制手段とを備え、上記筒内噴射型内燃機関は、
上記層状超リーン燃焼と該層状超リーン燃焼よりも燃焼
空燃比の小さい予混合燃焼とを運転状態に応じて切り換
えて行なうものであり、上記温度低下抑制手段は、上記
層状超リーン燃焼と上記予混合燃焼とを切り換える第１
手段と、上記機関の少なくとも排気行程中に追加燃料を
噴射する第２手段とを有し、上記温度低下抑制手段が、
上記機関の定常運転状態のときに上記第１手段を選択し
て上記層状超リーン燃焼から上記予混合燃焼へ切り換え
る一方、上記機関の低負荷運転状態のときに上記第２手
段を選択することを特徴としている。

【００１２】この温度低下抑制手段は、定常走行運転状
態の場合には、機関の燃焼状態を予混合燃焼に切り換え
（第１手段実行）、減速燃料カットを含む低負荷運転状
態（アイドル運転状態を含むことが好ましい）の場合に
は機関の排気行程中に追加燃料を噴射する（第２手段実
行）ことが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
形態について説明する。まず、図１〜図５を参照して本
発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置について説
明する。本排ガス浄化装置を備える筒内噴射型内燃機関
の構成は、図３に示すようになっており、吸気，圧縮，
膨張，排気の各行程を一作動サイクル中にそなえる内燃
機関、即ち４サイクルエンジンであって、火花点火式
で、且つ、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射エン
ジン（筒内噴射型内燃機関）として構成されている。

【００１４】燃焼室１には、吸気通路２および排気通路
３が連通しうるように接続されており、吸気通路２と燃
焼室１とは吸気弁４によって連通制御されるとともに、
排気通路３と燃焼室１とは排気弁５によって連通制御さ
れるようになっている。また、吸気通路２には、上流側
から順にエアクリーナ６およびスロットル弁７が設けら
れており、排気通路３には、その上流側から順に排出ガ
ス浄化用触媒としての排出ガス浄化用触媒コンバータ９
および図示しないマフラ (消音器)が設けられている。
なお、吸気通路２には、サージタンク２ａが設けられて
いる。

【００１５】また、排出ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ
装置という）１０が配設されている。つまり、吸気通路
２のサージタンク２ａ部分と排気通路３の上流側とを接
続するように排気還流通路１０ｂが設けられており、こ
の排気還流通路１０ｂにはＥＧＲバルブ１０ａが取り付
けられている。そして、このＥＧＲバルブ１０ａによっ
て、排気通路３から吸気通路２への排出ガス（排気又は
排気ガス又は排ガスともいう）の流量を制御できるよう
になっている。なお、ＥＧＲバルブ１０ａの制御はエン
ジンの運転状態に応じて行なわれるようになっている。

【００１６】また、スロットル弁７は図示しないアクセ
ルペダルの踏込み量に応じて開度が変わり、これにより
燃焼室１内に導入される空気量が調整されるようになっ
ている。更に、１６は、アイドルスピードコントロール
バルブ（ＩＳＣバルブ）であり、吸気通路２のスロット
ル弁設置部分をバイパスするバイパス路１６Ａに設けら
れ、図示しないステッパモータによって開閉駆動され、
主にスロットル弁７全閉又は略全閉時におけるアイドル
回転数を微調整している。

【００１７】５０はエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）であ
り、吸気通路２のスロットル弁７設置部分をバイパスす
るようにスロットル弁７の上流側の吸気通路２とサージ
タンク２ａとを連通するバイパス路５０Ａに設けられ、
スロットル弁７とは別個に吸気量を調整して空燃比を調
整しうるものである。インジェクタ（燃料噴射弁）８は
気筒内の燃焼室１へ向けて燃料を直接噴射すべく、その
開口を燃焼室１に臨ませるように、配置されている。ま
た、当然ながら、このインジェクタ８は各気筒毎に設け
られており、例えば本実施形態のエンジンが直列４気筒
エンジンであるとすると、インジェクタ８は４個設けら
れていることになる。

【００１８】このような構成により、スロットル弁７の
開度に応じエアクリーナ６を通じて吸入された空気が吸
気弁４の開放により燃焼室１内に吸入され、この燃焼室
１内で、吸入された空気とインジェクタ８から直接噴射
された燃料とが混合され、燃焼室１内で点火プラグ３５
を適宜のタイミングで点火させることにより、燃焼せし
められて、エンジントルクを発生させたのち、燃焼室１
内から排出ガスとして排気通路３へ排出され、触媒コン
バータ（以下、単に触媒ともいう）９で排出ガス中のＣ
Ｏ，ＨＣ，ＮＯ_xの３つの有害成分を浄化されてから、
マフラで消音されて大気側へ放出されるようになってい
る。

【００１９】特に、本エンジンは、空燃比をリーンにし
ながら節約運転を行なえるエンジンであり、リーン運転
時には、通常の三元触媒だけでは排出ガス中のＮＯ_xを
十分に浄化できないため、触媒９は、リーンＮＯ_x触媒
９Ａと三元触媒９Ｂとを組み合わせたものになってい
る。つまり、リーンＮＯ_x触媒９Ａの下流に、理論空燃
比下で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ及びＮＯ_xを浄化可能な
三元機能を有する三元触媒９Ｂを備えるようにしてい
る。

【００２０】これは、三元触媒９ＢをリーンＮＯ_x触媒
９Ａの下流に配置してリーンＮＯ_x触媒９ＡでのＮＯ_x
浄化を妨げることのないようにしながら、リーンＮＯ_x
触媒で十分に浄化できなかったＣＯやＨＣを確実に浄化
することができるようにするためである。なお、リーン
ＮＯ_x触媒が三元機能を有する場合にはリーンＮＯ_x触
媒を１つだけ配置してもよい。

【００２１】ところで、本エンジンについてさらに説明
すると、このエンジンは、吸気通路２から燃焼室１内に
流入した吸気流が縦渦（逆タンブル流）を形成するよう
に構成され、燃焼室１内で、吸気流がこのような縦渦流
を形成するので、この縦渦流を利用しながら例えば燃焼
室１の頂部中央に配設された点火プラグ３５の近傍のみ
に少量の燃料を集めて、点火プラグ３５から離隔した部
分では極めてリーンな空燃比状態とすることができ、点
火プラグ３５の近傍のみを理論空燃比又はリッチな空燃
比とすることで、安定した層状燃焼（層状超リーン燃
焼）を実現しながら、燃料消費を抑制することができ
る。この場合の最適な燃料噴射のタイミングとしては、
空気流動の弱い圧縮行程後期である。

【００２２】また、このエンジンから高出力を得る場合
には、インジェクタ８からの燃料が燃焼室１全体に均質
化され、全燃焼室１内を理論空燃比やリーン空燃比の混
合気状態にさせて予混合燃焼を行なえばよく、もちろ
ん、理論空燃比による方がリーン空燃比によるよりも高
出力が得られるが、これらの際にも、燃料の霧化及び気
化が十分に行なわれるようなタイミングで燃料噴射を行
なうことで、効率よく高出力を得ることができる。この
ような場合の最適な燃料噴射のタイミングとしては、吸
気流を利用して燃料の霧化及び気化を促進できるよう
に、吸気行程の初期又は前期には燃料噴射を終えるよう
に設定する。

【００２３】ところで、このエンジンを制御するため
に、種々のセンサが設けられている。まず吸気通路２側
には、そのエアクリーナ配設部分に、吸入空気量をカル
マン渦情報から検出するエアフローセンサ１１，吸入空
気温度を検出する吸気温センサ１２および大気圧を検出
する大気圧センサ１３が設けられており、そのスロット
ル弁配設部分に、スロットル弁７の開度を検出するポテ
ンショメータ式のスロットルセンサ１４，アイドリング
状態を検出するアイドルスイッチ１５等が設けられてい
る。

【００２４】また、排気通路３側には、触媒９の上流側
部分に、排ガス中の酸素濃度（Ｏ₂濃度）を検出する酸
素濃度センサ１７（以下、単にＯ₂ センサ１７という）
が設けられるとともに、触媒９の下流側部分には、触媒
若しくはその近傍の温度θ_C. _C（以下、触媒温度θ_C.C
という）を検出する触媒温度検出手段としての触媒温度
センサ（高温センサ）２６が設けられている。

【００２５】さらに、その他のセンサとして、エンジン
冷却水温を検出する水温センサ１９や、図２に示すごと
く、クランク角度を検出するクランク角センサ２１（こ
のクランク角センサ２１はエンジン回転数を検出する回
転数センサも兼ねている）および第１気筒（基準気筒）
の上死点を検出するＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）２
２がそれぞれカム近傍に設けられている。

【００２６】そして、これらのセンサからの検出信号
は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２３へ入力されるよう
になっている。なお、ＥＣＵ２３へは、アクセルペダル
の踏込量を検出するアクセルポジションセンサ２４やバ
ッテリの電圧を検出するバッテリセンサ２５からの電圧
信号や始動時を検出するクランキングスイッチ〔あるい
はイグニッションスイッチ（キースイッチ）〕２０から
の信号も入力されるようになっている。

【００２７】ところで、ＥＣＵ２３のハードウエア構成
は図２のようになるが、このＥＣＵ２３はその主要部と
してＣＰＵ２７をそなえており、このＣＰＵ２７へは、
吸気温センサ１２，大気圧センサ１３，スロットルセン
サ１４，Ｏ₂ センサ１７，水温センサ１９，アクセルポ
ジションセンサ２４，触媒温度センサ２６およびバッテ
リセンサ２５からの検出信号が入力インタフェイス２８
およびアナログ／デジタルコンバータ３０を介して入力
されるとともに、エアフローセンサ１１，クランク角セ
ンサ２１，ＴＤＣセンサ２２，アイドルスイッチ１５，
クランキングスイッチ２０，イグニッションスイッチ等
からの検出信号が入力インタフェイス２９を介して入力
されようになっている。

【００２８】さらに、ＣＰＵ２７は、バスラインを介し
て、プログラムデータや固定値データを記憶するＲＯＭ
３１，更新して順次書き替えられるＲＡＭ３２，フリー
ランニングカウンタ４８およびバッテリが接続されてい
る間はその記憶内容が保持されることによってバックア
ップされたバッテリバックアップＲＡＭ（図示せず）と
の間でデータの授受を行なうようになっている。

【００２９】なお、ＲＡＭ３２内データはイグニッショ
ンスイッチをオフすると消えてリセットされるようにな
っている。また、ＣＰＵ２７で演算結果に基づく燃料噴
射制御信号は、各気筒毎の（ここでは、４つの）噴射ド
ライバ（燃料噴射弁駆動手段）３４を介して、インジェ
クタ８のソレノイド（インジェクタソレノイド）８ａへ
出力されるようになっている。

【００３０】今、燃料噴射制御（空燃比制御）に着目す
ると、ＣＰＵ２７で演算された燃料噴射用制御信号がド
ライバ３４を介して出力され、例えば４つのインジェク
タ８を順次駆動させるようになっている。そして、上述
のような筒内噴射エンジンの特徴から、このエンジンで
は、燃料噴射の態様として、層状超リーン燃焼によるリ
ーン運転を実現し燃費を向上させるために圧縮行程中
（特に、圧縮行程後半）で燃料噴射を行なう後期噴射モ
ード（後期リーン運転モード）と、予混合燃焼によるリ
ーン運転を実現し、緩加速による出力を得るために吸気
行程中（特に吸気行程前半）に燃料噴射を行なう前期噴
射モード（前期リーン運転モード）と、予混合燃焼によ
るストイキオ運転（理論空燃比運転）を実現し、前期噴
射モードより出力を向上させるために吸気行程中に燃料
噴射を行なうストイキオモード（ストイキオ運転モー
ド）とが設けられており、エンジンの運転状態に応じて
切り換えられるようになっている。

【００３１】なお、後期リーン運転モードでは、特に、
排ガス温度の低下を生じるため、これを特定運転状態と
いう。また、上述の運転モードの切換は、機関の燃焼状
態の切換（層状超リーン燃焼と予混合燃焼とを切り換え
る）を意味する。このような燃料噴射制御（インジェク
タ駆動制御）のために、ＥＣＵ２３には、図１のブロッ
ク図に示すように、噴射モード（運転モード）の選択を
行なう運転モード設定手段１０６や燃料噴射量の設定を
行なう燃料噴射制御手段１０１が設けられている。

【００３２】そして、運転モード設定手段１０６には、
図１に示すように、通常運転時の噴射モードの選択を行
なう機能（通常運転モード設定手段）１０７と触媒９の
温度低下を抑制するために噴射モードを切り換える機能
（温度低下抑制用モード切換手段）１０８とが備えられ
る。このうち、通常運転モード設定手段１０７では、噴
射モードを、エンジン回転数センサ２１，各種センサ類
１０４等から検出されたエンジン回転数（回転速度）Ｎ
ｅやアクセルペダル踏込量θ_ACCに基づいてエンジンの
目標出力トルクＴを設定して、エンジン回転数Ｎｅやこ
の目標出力トルクＴに応じて、前期噴射モードと後期噴
射モードとのいずれかのモードを選択的に設定する。例
えばエンジン回転数Ｎｅが低くて目標トルクＴも低い領
域では後期噴射モードとし、エンジン回転数Ｎｅ及び目
標トルクＴのいずれかが低くなければ前期噴射モード又
はストイキオモードとするようになっている。

【００３３】また、温度低下抑制用モード切換手段１０
８は、排ガス浄化にかかる本筒内噴射型内燃機関の特徴
的な構成要素であり、後述する温度低下判定手段１０５
により触媒９の温度低下が判定された場合に、通常運転
モード設定手段１０７により設定される通常運転モード
を温度低下抑制用運転モードに切り換え、触媒９の温度
低下を抑制する機能を有するものである。このため、温
度低下抑制用モード切換手段１０８は、触媒９の温度低
下を抑制するように作動する温度低下抑制手段１１０を
構成する。

【００３４】この温度低下抑制用モード切換手段１０８
では、図１に示すように、通常運転モード設定手段１０
７、後述する温度低下判定手段１０５及びスロットルセ
ンサ１４からの情報に基づき、通常運転モードとしての
後期リーン運転モードを温度低下抑制用運転モードとし
ての前期リーン運転モードに切り換えるようになってい
る。なお、運転モードの切換は、機関の燃焼状態の切換
に相当するため、後期リーン運転モードを前期リーン運
転モードに切り換えることは、層状超リーン燃焼を予混
合燃焼に切り換えることを意味する。

【００３５】これは、排ガス温度は、通常運転モード設
定手段１０７によって選択される運転モード（即ち、運
転時の空燃比）による影響が大きく、ストイキオ運転モ
ード（理論空燃比）に近くなるほど吸入空気の単位重量
当たりの燃料量が増加（従って、発熱量が増加）し、排
ガス温度が高くなるという特性があるため、この特性を
利用し、運転モードを切り換えることにより、より高い
温度の排ガスが触媒９の近傍へ排出されるようにして、
排ガスから触媒９に伝わる熱量を増やし、触媒９の温度
低下を抑制し、触媒９の浄化効率の悪化を防止しようと
するものである。

【００３６】ここでは、通常運転モードとして排ガス温
度の低い後期リーン運転モードが選択されている場合
に、後期リーン運転モードよりも排ガス温度が高い前期
リーン運転モードに切り換えるようにしているが、これ
は、希薄な混合気により燃焼させる後期リーン運転モー
ドの場合に排ガス温度が最も低くなるため、触媒９の温
度低下が著しいからである。

【００３７】また、温度低下抑制用モード切換手段１０
８は、スロットルセンサ１４からの情報をも取り入れる
ようにしている。これは、温度低下抑制用モード切換手
段１０８による制御を、一定負荷の状態（定常運転状
態）で行なうように設定することが好ましいからであ
る。この理由は、定常運転状態でない加速時には、通常
運転モードが切り換えられるため、特に、温度低下抑制
用モード切換手段１０８によって運転モードを切り換え
ることにより温度低下抑制制御を行なう必要がないから
である。また、定常運転状態でない減速時には、減速燃
料カットのような運転状態があり、この燃料カット時に
は、運転モードを切り換えたところで排気温度を上げる
ために必要な燃料がカットされていることから、排気温
度を上げることができないからである。また、減速中に
もモード切換制御を実行し、その中で減速燃料カット時
のみ、運転モードの切換制御を禁止するように設定しよ
うとすると、制御が複雑になるからである。なお、この
ような減速燃料カットを含む低負荷運転状態について
は、後述する第４実施形態に示すような温度低下抑制制
御を行なうことが好ましい。

【００３８】このため、温度低下抑制用モード切換手段
１０８は、一定時間におけるスロットル開度の変化量Δ
ＴＰＳがスロットル開度の変化量の基準値ＴＰ１以下で
あるか否かを判定し（ΔＴＰＳ≦ＴＰ１）、これによっ
て定常運転状態にあるか否かを判定するようになってい
る。なお、変化量ΔＴＰＳは、例えば、前回の検出周期
におけるスロットル開度の値と今回の検出周期における
スロットル開度の値との差により求められる。また、基
準値ＴＰ１は、０に近い値として設定される。

【００３９】また、温度低下抑制用モード切換手段１０
８は、触媒温度θ_C.Cに基づいて運転モードの切換を行
なうため、ＥＣＵ２３には、触媒９の温度低下を判定す
る温度低下判定手段１０５が設けられている。なお、こ
の温度低下判定手段１０５と上述の触媒温度センサ２６
とから温度低下検出手段１１１が構成される。この温度
低下判定手段１０５は、一旦、触媒温度θ_C.Cが触媒９
を活性化させるのに必要な温度（触媒活性温度）に達し
て活性化した後に、触媒温度θ_C.Cを検出する触媒温度
センサ２６からの検出情報に基づいて、触媒９の温度低
下を判定するようになっている。

【００４０】このため、温度低下判定手段１０５は、触
媒温度θ_C.Cが予め設定された設定温度θ₁以下である
か否かを判定することによって（θ_C.C≦θ₁）、触媒
９の温度低下を判定するようになっている。ここで、設
定温度θ₁は触媒活性温度よりも高い値として設定さ
れ、例えば、触媒活性下限温度にある所定温度（例え
ば、５０℃）を加えた値として設定される。この触媒活
性下限温度は本実施形態にかかるリーンＮＯ_X触媒で
は、４００度程度である。なお、この所定温度の値は、
触媒温度センサ２６の応答遅れ、応答精度により決まる
値であり、システムによっても変わるものである。ま
た、触媒の触媒活性下限温度は、触媒成分等により変わ
るものである。

【００４１】なお、この温度低下判定手段１０５は、温
度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切
換手段１０８による制御によって、触媒温度θ_C.Cが十
分に上昇したか否かを判定すべく、触媒９の温度を検出
する触媒温度センサ２６からの検出情報に基づいて、触
媒９の温度上昇を判定するようになっている。このた
め、温度低下判定手段１０５は、触媒温度θ_C.Cが予め
設定された設定温度θ₂以上になったか否かを判定する
ことによって（θ_C.C≧θ₂）、触媒温度θ_C.Cが上昇
したか否かを判定するようになっている。

【００４２】ここで、設定温度θ₂は、温度低下抑制制
御の終了条件であり、触媒温度θ_C. _Cが十分に上昇した
か否かを判定するためのものであるため、図９（ａ）に
示すように、設定温度θ₁よりも大きい値（高い温度）
として設定される。なお、設定温度θ₂は設定温度θ₁
と同じ値として設定してもよい。このような設定温度θ
₁，θ₂は、例えば、図９（ａ）に示すように設定され
る。図９（ａ）中、曲線Ａは触媒温度θ_C.Cの変化を示
している。また、図中、噴射期間とは温度低下抑制用前
期リーン運転モードに基づく噴射期間を示している。

【００４３】図９（ａ）に示すように、触媒温度θ_C.C
が低下し、設定温度θ₁以下になった場合に、温度抑制
制御用モード切換手段１０８により前期リーン運転モー
ドに切り換えることによって温度低下抑制制御を行ない
（図中、噴射期間としている）、これによって触媒温度
θ_C.Cが上昇し、設定温度θ₂以上になった場合は温度
低下抑制制御を終了し、運転モードを通常運転モードに
戻す（ここでは、後期リーン運転モードに戻す）ように
している。そして、再び、触媒温度θ_C.Cが低下し、設
定温度θ₁以下になった場合には、同様の制御を繰り返
すようにしている。

【００４４】ところで、図１に示すように、ＥＣＵ２３
には、燃料噴射制御手段１０１が備えられている。この
燃料噴射制御手段１０１における燃料噴射制御を説明す
ると、この燃料噴射制御手段１０１では、燃料噴射量
は、燃料噴射時間（インジェクタの駆動時間であって、
実際の制御の上ではインジェクタ駆動パルス幅という）
ｔ_AUとして設定されるが、ストイキオモード，前期噴射
モードの場合も後期噴射モードの場合も、機関負荷（１
ストローク当たりの吸入空気量）Ｑ／Ｎｅと目標とする
空燃比（Ａ／Ｆ、以下ＡＦとする）等に基づいて、ま
ず、次式によって基本駆動時間ｔ_pが算出される。

【００４５】ｔ_p＝（Ｑ／Ｎｅ）×（１／ＡＦ）×（α
_AIR／α_FUEL）×（１／Ｇ_INJ）なお、機関負荷Ｑ／Ｎｅは１ストローク当たりの吸入空
気量であり、エアフローセンサ１１で検出された吸入空
気量Ｑをエンジン回転数センサ（クランク角センサ）２
１で検出されたエンジン回転数Ｎｅで除算することで求
められる。また、α_AIRは空気密度、α_FUELは燃料密
度、Ｇ_INJはインジェクタゲインである。

【００４６】そして、燃料噴射時間ｔ_AUは、次式で算出
される。ｔ_AU＝ｔ_p×ｆ＋ｔ_D なお、ｆは各種の燃料補正係数であり、この燃料補正係
数ｆは、水温センサ１９で検出されたエンジン冷却水
温，吸気温センサ１２で検出された吸気温，大気圧セン
サ１３で検出された大気圧等に応じて設定される。ま
た、ｔ_Dはインジェクタ無駄時間（デッドタイム）であ
る。

【００４７】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化
装置は、上述のように構成されているので、例えば、図
４に示すように、通常運転モード設定手段１０７によっ
て設定された運転モードに基づき燃料噴射制御が行なわ
れる。この制御は一定のクランク角毎に実行され、ま
ず、ステップＡ１０〜Ａ３０の処理を行なう。つまり、
ステップＡ１０で、エアフローセンサ１１，回転数セン
サ２１で検出された吸入空気量Ｑ，エンジン回転数Ｎｅ
から、機関負荷Ｑ／Ｎｅ（即ち、１ストローク当たりの
吸入空気量）を計算する。次に、ステップＡ２０で、上
式に示すように、この機関負荷Ｑ／Ｎｅに基づいて、基
本駆動時間ｔ_pを計算する。さらに、ステップＡ３０
で、基本駆動時間ｔ_pに各種の燃料補正係数Ｋの乗算等
を行なって燃料噴射時間ｔ_AUを算出する。

【００４８】そして、これに基づいて、燃料噴射（ステ
ップＡ４０）が行なわれる。次に、本排ガス浄化装置に
よる温度低下抑制制御、即ち、温度低下抑制用モード切
換手段１０８による温度低下抑制用運転モードへの切換
制御について、図５のフローチャートを参照しながら説
明する。なお、この制御は一定の周期毎に実行される。

【００４９】まず、ステップＢ１０では、通常運転モー
ド設定手段１０７によって選択されている運転モードが
後期リーン運転モードか否かを判定し、この判定の結
果、後期リーン運転モードが選択されている場合はステ
ップＢ２０に進み、後期リーン運転モードが選択されて
いない場合はステップＢ６０に進む。そして、ステップ
Ｂ２０では、触媒温度θ_C.Cが設定温度θ₁以下である
か否かを判定し、この判定の結果、触媒温度θ_C.Cが設
定温度θ₁以下である場合はステップＢ３０に進み、定
常運転状態であるか否かを判定すべく、スロットル開度
の変化量ΔＴＰＳがスロットル開度の変化量の基準値Ｔ
Ｐ１以下であるか否かを判定する。

【００５０】この判定の結果、変化量ΔＴＰＳが基準値
ＴＰ１以下である場合はステップＢ４０に進み、変化量
ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下でない場合は、定常運転状
態でないため温度低下抑制制御を行なわずリターンす
る。一方、ステップＢ２０での判定の結果、触媒温度θ
_C.Cが設定温度θ₁以下でない場合は、温度低下抑制制
御は必要ないためリターンする。

【００５１】ステップＢ４０では、温度低下抑制制御を
行なうべく、温度低下抑制用モード切換手段１０８によ
って、通常運転モードとしての後期リーン運転モードを
温度低下抑制用前期リーン運転モードに切り換え、ステ
ップＢ５０で、フラグＦを１にセットする。ここで、フ
ラグＦは温度低下抑制制御中である場合に１となり、温
度低下抑制制御中でない場合に０となり、また、初期設
定時には０にセットされる。

【００５２】ところで、ステップＢ１０で後期リーン運
転モードが選択されていない場合はステップＢ６０に進
み、ステップＢ６０では、フラグＦが１であるか否かを
判定し、この判定の結果、フラグＦが１である場合（Ｆ
＝１）は、ステップＢ７０に進み、フラグＦが１でない
場合はリターンする。ステップＢ７０では、定常運転状
態であるか否かを判定すべく、スロットル開度の変化量
ΔＴＰＳがスロットル開度の変化量の基準値ＴＰ１以下
であるか否かを判定する。この判定の結果、変化量ΔＴ
ＰＳが基準値ＴＰ１以下である場合はステップＢ８０に
進み、触媒温度θ_C.Cが設定温度θ₂以上になったか否
かを判定し、この判定の結果、触媒温度θ_C.Cが設定温
度θ₂以下になっていると判定された場合は、さらにス
テップＢ９０に進み、温度低下抑制制御を終了し、ステ
ップＢ１００でフラグＦを０にリセットする。

【００５３】そして、ステップＢ８０で、触媒温度θ
_C.Cが設定温度θ₂以下になっていないと判定された場
合はリターンし、引続き温度低下抑制制御を続行する。
一方、ステップＢ７０で、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ
１以下でないと判定された場合はステップＢ９０に進
み、温度低下抑制制御を終了し、ステップＢ１００でフ
ラグＦを０にリセットする。

【００５４】なお、温度低下抑制制御の終了後は、通常
運転モード設定手段１０７によって設定される運転モー
ド（ここでは、元の運転モードである後期リーン運転モ
ード）に戻る。このようにして、本実施形態の排ガス浄
化装置では、温度低下検出手段１１１としての温度低下
判定手段１０５により触媒９の温度低下が検出された場
合に、温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用
モード切換手段１０８を作動させることで、筒内噴射型
内燃機関に特有の排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率
の悪化を防止することができるという利点がある。

【００５５】つまり、通常運転モード設定手段１０７及
び温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１
０５等からの出力に応じて、温度低下抑制手段１１０と
しての温度低下抑制用モード切換手段１０８により機関
の運転モードを切り換えることによって、層状超リーン
燃焼による排ガス温度の低下を抑制することができ、こ
れによって、排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率が悪
化するのを防止することができるという利点がある。

【００５６】次に、第１実施形態の変形例について説明
する。上述の第１実施形態の排ガス浄化装置では、触媒
９の温度低下を判定するための設定温度を１つ設けてい
るが、この変形例では、触媒温度θ_C.Cに応じて温度低
下抑制制御を行なうべく、第１設定値及びこれよりも低
い温度として設定される第２設定値の２つの設定値を設
け、触媒温度θ_C.Cが第１設定値よりも低くなる場合又
は低くなることが予測された場合に、温度低下抑制用運
転モードとしての前期リーン運転モードに切り換え、こ
の運転モードで十分に触媒９の温度低下を抑制すること
ができない場合、即ち、触媒温度θ_C.Cが第２設定値よ
りも低くなる場合又は低くなることが予測された場合
に、温度低下抑制用運転モードとしてのストイキオ運転
モードに切り換えるようにする。

【００５７】本変形例の排ガス浄化装置によれば、触媒
温度θ_C.Cが設定温度よりも若干低くなった場合には、
運転モードを燃料消費の悪化を考慮して前期リーン運転
モードとし、触媒９の排ガス浄化効率を維持することが
できるとともに、触媒温度θ _C.Cが設定温度よりもかな
り低下した場合には、触媒９の排ガス浄化効率が極めて
悪化してしまうので運転モードをストイキオ運転モード
とし、積極的に触媒温度θ_C.Cを昇温させて、触媒９の
浄化効率の悪化を防止することができるという利点があ
る。

【００５８】次に、第２実施形態について説明すると、
この実施形態の排ガス浄化装置は、図６に示すように、
上述の第１実施形態ものと、温度低下検出手段１１１と
しての温度低下判定手段１０５が異なる。つまり、この
実施形態では、温度低下判定手段１０５は、触媒温度セ
ンサ２６からの検出情報に基づいて触媒９の温度低下度
合（温度低下勾配）を検出して、触媒９の温度低下を予
測し、検出された温度低下度合に応じて設定温度θ１を
変更し、触媒温度θ_C.Cがこの設定温度θ１以下である
か否かを判定することによって、一旦、触媒温度θ_C.C
が触媒活性温度に達して活性化した後に、触媒温度θ
_C.Cが低下したか否かを判定するようになっている。

【００５９】このため、温度低下判定手段１０５は、図
６に示すように、触媒温度θ_C.Cの時間変化量Δθを算
出する機能を有するΔθ算出部１０５Ａを備え、このΔ
θ算出部１０５Ａによって、触媒温度センサ２６からの
検出情報を一定時間毎に読み込み、今回の読込周期にお
ける触媒温度θ_C.Cと前回の読込周期における触媒温度
θ_C.Cとの差Δθ（触媒温度θ_C.Cの時間変化量Δθ）
を演算することにより、温度低下度合を検出するように
なっている。

【００６０】そして、このΔθ算出部１０５Ａからの情
報に基づいて、触媒９の温度低下を予測して設定温度θ
１を変更し、この設定温度θ１により触媒温度θ_C.Cが
低下したか否かを判定すべく、温度低下判定手段１０５
には、さらに、θ１，θ２読込部１０５Ｂ，判定部１０
５Ｃが備えられる。このθ１読込部１０５Ｂは、Δθ算
出部１０５Ａによって算出される触媒温度θ_C.Cの時間
変化量Δθに基づいて、設定温度θ１をマップ〔θ１＝
Ｇ（Δθ）〕により読み込む機能を有するものであり、
また、判定部１０５Ｃは、触媒温度θ_C.Cがθ１，θ２
読込部１０５Ｂによって読み込まれた設定温度θ１以下
であるか否かを判定することによって（θ_C.C≦θ
１）、触媒温度θ_C.Cが低下したか否かの判定を行なう
機能を有するものである。

【００６１】なお、この温度低下判定手段１０５は、温
度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード切
換手段１０８による制御によって、触媒温度θ_C.Cが十
分に上昇したか否かを判定すべく、触媒温度θ_C.Cを検
出する触媒温度センサ２６からの検出情報に基づいて触
媒９の温度上昇度合（温度上昇勾配）を検出することに
よって触媒９の温度上昇を予測し、触媒温度θ_C.Cが上
昇したか否かも判定するようになっている。つまり、温
度低下度合に応じて設定温度θ２を変更し、触媒温度θ
_C.Cがこの設定温度θ２以上であるか否かを判定するこ
とによって、触媒温度θ_C.Cが上昇したか否かを判定す
るようになっている。

【００６２】このため、温度低下判定手段１０５が備え
るΔθ算出部１０５Ａによって、触媒温度センサ２６か
らの検出情報を一定時間毎に読み込み、今回の検出周期
における触媒温度θ_C.Cと前回の検出周期における触媒
温度θ_C.Cとの差（触媒温度θ_C.Cの時間変化量Δθ）
を演算することにより、温度上昇度合を検出するように
なっている。

【００６３】そして、温度低下判定手段１０５が備える
θ１，θ２読込部１０５Ｂ，判定部１０５Ｃは、Δθ算
出部１０５Ａからの情報に基づいて、触媒９の温度上昇
を予測して、設定温度θ２を変更し、この設定温度θ２
により触媒温度θ_C.Cが上昇したか否かを判定する機能
をも有するようになっている。つまり、θ１読込部１０
５Ｂは、Δθ算出部１０５Ａによって算出される触媒温
度θ_C.Cの時間変化量Δθに基づいて、設定温度θ２を
マップ〔θ２＝Ｇ（Δθ）〕により読み込む機能をも有
し、また、判定部１０５Ｃは、触媒温度θ_C.Cがθ１，
θ２読込部１０５Ｂによって読み込まれた設定温度θ２
以上であるか否かを判定することによって（θ_C.C≧θ
２）、触媒温度θ_C.Cが上昇したか否かの判定を行なう
機能をも有するようになっている。

【００６４】ここで、設定温度θ２は、温度低下抑制制
御の終了条件であり、触媒温度θ_C. _Cが十分に上昇した
か否かを判定して、触媒温度の過昇温の防止のためのも
のであるため、第１実施形態の設定温度θ２よりも大き
い値（高い温度）として設定されている。つまり、触媒
の耐熱温度が８００°Ｃ程度であれば、所定温度を２０
０°Ｃ程度として設定温度θ２は６００°Ｃ程度とする
ことが好ましい。もちろん、触媒によって耐熱温度が変
わるので、設定温度θ２は触媒に応じて適宜設定するこ
とが好ましい。

【００６５】これらの設定温度θ１，θ２は、例えば、
図９（ｂ）に示すように設定される。図９（ｂ）中、曲
線Ａ，Ｂは触媒温度θ_C.Cの変化を示しており、曲線Ａ
は触媒温度θ_C.Cの変化が緩やかな場合を示しており、
曲線Ｂは触媒温度θ_C.Cの変化が急な場合を示してい
る。この曲線Ａで示すように触媒温度θ_C.Cの変化が緩
やかな場合は、図９（ａ）を参照しながら、第１実施形
態において説明した設定温度θ₁，θ₂と同様に設定温
度θ１，θ２が設定されるようになっている。一方、曲
線Ｂで示すように触媒温度θ_C.Cの変化が急な場合は、
設定温度θ１はマップ〔θ１＝Ｇ（Δθ）〕により大き
くなるように（温度が高くなるように）設定され、設定
温度θ２はマップ〔θ２＝Ｇ（Δθ）〕により小さくな
るように（温度が低くなるように）設定されるようにな
っている。

【００６６】これは、触媒温度θ_C.Cの低下が急な場合
には、設定温度θ１を高い温度に設定することによっ
て、温度低下抑制制御を早めに開始し、触媒温度θ_C.C
が過剰に低下し触媒９の浄化効率が悪化するのを未然に
防止するとともに、触媒温度θ _C.Cの上昇が急な場合に
は、設定温度θ２を低い温度に設定することによって温
度低下抑制制御を早めに終了し、通常運転モードに戻っ
た場合に、触媒温度θ_C. _Cが過剰に上昇するのを未然に
防止するためである。

【００６７】さらに説明すると、このように設定温度θ
１を可変とすることは、温度低下抑制用前期リーン運転
モードを継続する時間を可変とすることを意味し、上述
のように、設定温度θ１を高い温度に設定し、設定温度
θ２を低い温度に設定した場合には、温度低下抑制用前
期リーン運転モードを継続する時間を短縮することがで
き、燃料消費の悪化を抑制することができるのである。

【００６８】また、設定温度θ２を高く設定することで
触媒を十分に昇温させることができ、温度低下抑制制御
が煩雑に行なわれないようにすることができる。なお、
本実施形態における排ガス浄化装置におけるその他の構
成については、上述の第１実施形態のものと同様である
ため、ここではその説明を省略する。本発明の第２実施
形態としての排ガス浄化装置は、上述のように構成され
ており、通常運転モード設定手段１０７によって設定さ
れた運転モードに基づく燃料噴射制御は、上述の第１実
施形態と同様に行なわれるため、その説明は省略する。

【００６９】また、本実施形態の排ガス浄化装置による
温度低下抑制制御、即ち、温度低下抑制用モード切換手
段１０８による温度低下抑制用運転モードへの切換制御
について、図７のフローチャートを参照しながら説明す
る。なお、この制御は一定の周期毎に実行される。ま
ず、ステップＤ１０では、通常運転モード設定手段１０
７によって選択されている運転モードが後期リーン運転
モードか否かを判定し、この判定の結果、後期リーン運
転モードが選択されている場合はステップＤ２０に進
み、後期リーン運転モードが選択されていない場合はス
テップＤ８０に進む。

【００７０】ステップＤ２０では、Δθ算出部１０５Ａ
により触媒温度検出モード（図８参照）を実行し、触媒
温度θ_C.Cの一定時間における変化量Δθを算出する。
つまり、図８に示すように、ステップＥ１０で一定時間
毎に触媒温度θ_C.Cを読み込み、これに基づいて、ステ
ップＥ２０で触媒温度θ_C.Cの一定時間の変化量Δθを
算出する。

【００７１】そして、ステップＤ３０では、θ１，θ２
読込部１０５Ｂによって、ステップＤ２０で算出された
変化量Δθに基づいて設定温度θ１をマップから読み込
み、ステップＤ４０に進む。ステップＤ４０では、判定
部１０５Ｃによって、触媒温度θ_C.Cが設定温度θ１以
下であるか否かを判定し、この判定の結果、触媒温度θ
_C.Cが設定温度θ１以下である場合はステップＤ５０に
進む。

【００７２】なお、ステップＤ５０以降の処理、即ち、
ステップＤ５０〜ステップＤ７０までの処理は、上述の
第１実施形態における温度抑制制御を示すフローチャー
ト（図５参照）のステップＢ３０〜ステップＢ５０と同
様であるため、ここではその説明を省略する。一方、ス
テップＤ４０での判定の結果、触媒温度θ_C.Cが設定温
度θ１以下でない場合は、温度低下抑制制御は必要ない
ためリターンする。

【００７３】ところで、ステップＤ１０で後期リーン運
転モードが選択されていない場合はステップＤ８０に進
み、ステップＤ８０では、フラグＦが１であるか否かを
判定し、この判定の結果、フラグＦが１である場合（Ｆ
＝１）は、ステップＤ９０に進み、フラグＦが１でない
場合はリターンする。ステップＤ９０では、定常運転状
態であるか否かを判定すべく、スロットル開度の変化量
ΔＴＰＳがスロットル開度の変化量の基準値ＴＰ１以下
であるか否かを判定する。この判定の結果、変化量ΔＴ
ＰＳが基準値ＴＰ１以下である場合はステップＤ１００
に進み、Δθ算出部１０５Ａにより触媒温度検出モード
（図８参照）を実行し、触媒温度θ_C.Cの一定時間にお
ける変化量Δθを算出する。つまり、図８に示すよう
に、ステップＥ１０で一定時間毎に触媒温度θ_C.Cを読
み込み、これに基づいて、ステップＥ２０で触媒温度θ
_C.Cの一定時間の変化量Δθを算出する。

【００７４】そして、ステップＤ１１０では、θ１，θ
２読込部１０５Ｂによって、ステップＤ１００で算出さ
れた変化量Δθに基づいて設定温度θ２をマップから読
み込み、ステップＤ１２０に進む。ステップＤ１２０で
は、判定部１０５Ｃによって、触媒温度θ_C.Cが設定温
度θ２以上であるか否かを判定し、この判定の結果、触
媒温度θ_C.Cが設定温度θ２以上になっていると判定さ
れた場合は、さらにステップＤ１３０に進み、温度低下
抑制制御を終了し、ステップＤ１４０でフラグＦを０に
リセットする。

【００７５】また、ステップＤ１２０で触媒温度θ_C.C
が設定温度θ２以上になっていないと判定された場合は
リターンし、引続き、温度低下抑制制御を続行する。一
方、ステップＤ９０で、変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１
以下でないと判定された場合はステップＤ１３０に進
み、温度低下抑制制御を終了し、ステップＤ１４０でフ
ラグＦを０にリセットする。

【００７６】なお、温度低下抑制制御の終了後は、通常
運転モード設定手段１０７により設定される運転モード
（ここでは、後期リーン運転モード）に戻る。このよう
にして、本実施形態の排ガス浄化装置では、温度低下検
出手段１１１としての温度低下判定手段１０５により触
媒９の温度低下が判定された場合に、温度低下抑制手段
１１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８を
作動させることで、筒内噴射型内燃機関に特有の排ガス
温度の低下に伴う触媒浄化効率の悪化を防止することが
できるという利点がある。

【００７７】つまり、通常運転モード設定手段１０７及
び温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１
０５等からの出力に応じて、温度低下抑制手段１１０と
しての温度低下抑制用モード切換手段１０８により機関
の運転モードを切り換えることによって、層状超リーン
燃焼による排ガス温度の低下を抑制することができ、こ
れによって、排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率が悪
化するのを防止することができるという利点がある。

【００７８】次に、第３実施形態について説明すると、
この実施形態の排ガス浄化装置は、図１０に示すよう
に、上述の第１実施形態ものと、温度低下検出手段１１
１としての温度低下判定手段１０５が異なる。つまり、
この実施形態では、温度低下判定手段１０５が、通常運
転モード設定手段１０７によって設定された後期リーン
運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時
間に基づいて、触媒９の温度低下を推定するように構成
されている。この触媒９の温度低下の推定は、後期リー
ン運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続
時間ｔ１が設定時間Ｔ₀以上であるか否かを判定するこ
とによって行なうようになっている。

【００７９】このように、本実施形態では、排ガス温度
の低下が生じる後期リーン運転モード（層状超リーン燃
焼）の継続時間により触媒温度θ_C.C又は触媒９の温度
低下を推定し、この推定に基づいて、温度低下抑制制御
を行なうようにしている。このため、温度低下判定手段
１０５は、通常運転モード設定手段１０７によって後期
リーン運転モードが設定された場合には、その継続時間
を計測すべくタイマ１０９Ａをスタートさせるようにな
っている。そして、タイマ１０９Ａによるカウント値ｔ
１が設定時間Ｔ₀以上になった場合に、触媒温度θ_C.C
が低下したと判定し、その信号を温度低下抑制用モード
切換手段１０８に送るようになっている。

【００８０】なお、継続時間ｔ１は、図１０に示すよう
に、タイマ１０９Ａにより計測するため、継続時間ｔ１
はタイマ１０９Ａのカウント値を示している。また、設
定時間Ｔ₀は、例えば、３０秒程度に設定する。また、
この温度低下判定手段１０５は、後期リーン運転モード
によるリーン運転が開始されてからの継続時間ｔ１が設
定時間Ｔ₀以上になった場合には、後述するタイマ１０
９Ａをリセットする機能をも有する。

【００８１】また、温度低下判定手段１０５は、温度低
下抑制用モード切換手段１０８によって設定された前期
リーン運転モードによるリーン運転が開始されてからの
継続時間に基づいて、温度低下抑制制御によって触媒９
の温度低下が抑制され、温度低下抑制制御を終了できる
か否か、即ち、触媒温度θ_C.Cが十分に上昇したか否か
を判定する機能をも有する。

【００８２】この温度低下抑制制御を終了できるか否か
の判定は、前期リーン運転モードによるリーン運転が開
始されてからの継続時間ｔ２が設定時間Ｔ₁以上である
か否かを判定することによって行なうようになってい
る。これは、上述の後期リーン運転モード（層状超リー
ン燃焼）の継続時間ｔ１による触媒温度θ_C.C又は触媒
９の温度低下の推定と同様に、前期リーン運転モードに
よるリーン運転が開始されてからの継続時間ｔ２により
触媒温度θ_C.C又は触媒９の温度上昇を推定するもので
ある。

【００８３】このため、温度低下判定手段１０５は、温
度低下抑制用モード切換手段１０８によって前期リーン
運転モードに切り換えられた場合には、その継続時間を
計測すべくタイマ１０９Ｂをスタートさせるようになっ
ている。そして、タイマ１０９Ｂによるカウント値（即
ち、継続時間）ｔ２が設定時間Ｔ₁以上になった場合
に、触媒温度θ_C.Cが上昇したと判定し、その信号を温
度低下抑制用モード切換手段１０８に送るようになって
いる。

【００８４】なお、継続時間ｔ２は、図１０に示すよう
に、タイマ１０９Ｂにより計測するため、継続時間ｔ２
はタイマ１０９Ｂのカウント値に相当する。また、設定
時間Ｔ₁は、例えば、９０秒程度に設定する。また、こ
の温度低下判定手段１０５は、前期リーン運転モードに
よるリーン運転が開始されてからの継続時間ｔ２が設定
時間Ｔ₁以上になった場合には、後述するタイマ１０９
Ｂをリセットする機能をも有する。

【００８５】なお、本実施形態における排ガス浄化装置
におけるその他の構成については、上述の第１実施形態
のものと同様であるため、ここではその説明を省略す
る。本発明の第３実施形態としての排ガス浄化装置は、
上述のように構成されており、通常運転モード設定手段
１０７によって設定された運転モードに基づく燃料噴射
制御は、上述の第１実施形態と同様に行なわれるため、
その説明は省略する。

【００８６】また、本実施形態の排ガス浄化装置による
温度低下抑制制御、即ち、温度低下抑制用モード切換手
段１０８による温度低下抑制用運転モードへの切換制御
について、図１１のフローチャートを参照しながら説明
する。なお、この制御は一定の周期毎に実行される。ま
ず、ステップＣ１０では、通常運転モード設定手段１０
７によって選択されている運転モードが後期リーン運転
モードか否かを判定し、この判定の結果、後期リーン運
転モードが選択されている場合はステップＣ２０に進
み、後期リーン運転モードが選択されていない場合はス
テップＣ７０に進む。

【００８７】そして、ステップＣ２０では、通常運転モ
ード設定手段１０７によって選択されている後期リーン
運転モードによるリーン運転が開始されてからの継続時
間（タイマ１０９Ａのカウント値）ｔ１が設定時間Ｔ₀
以上になっているか否かを判定し、この判定の結果、継
続時間ｔ１が設定時間Ｔ₀以上になっている場合はステ
ップＣ３０に進んでタイマ１０９Ａのカウント値ｔ１を
リセットし、さらに、ステップＣ４０に進む。

【００８８】なお、ステップＣ４０以降の処理、即ち、
ステップＣ４０〜ステップＣ６０までの処理は、上述の
第１実施形態における温度抑制制御を示すフローチャー
ト（図５参照）のステップＢ３０〜ステップＢ５０と同
様であるため、ここではその説明を省略する。一方、ス
テップＣ２０での判定の結果、継続時間ｔ１が設定時間
Ｔ₀以上になっていない場合は温度低下抑制制御は必要
ないためリターンする。

【００８９】ところで、ステップＣ１０で後期リーン運
転モードが選択されていない場合はステップＣ７０に進
み、ステップＣ７０では、フラグＦが１であるか否かを
判定し、この判定の結果、フラグＦが１である場合（Ｆ
＝１）は、ステップＣ８０に進み、フラグＦが１でない
場合はリターンする。ステップＢ８０では、定常運転状
態であるか否かを判定すべく、スロットル開度の変化量
ΔＴＰＳがスロットル開度の変化量の基準値ＴＰ１以下
であるか否かを判定する。

【００９０】この判定の結果、変化量ΔＴＰＳが基準値
ＴＰ１以下である場合はステップＣ９０に進み、温度低
下抑制用モード切換手段１０８によって選択されている
前期リーン運転モードによるリーン運転が開始されてか
らの継続時間（タイマ１０９Ｂのカウント値）ｔ２が設
定時間Ｔ₁以上になっているか否かを判定し、この判定
の結果、継続時間ｔ２が設定時間Ｔ₁以上になっている
場合はステップＣ１００に進んでタイマ１０９Ｂのカウ
ント値ｔ２をリセットし、さらに、ステップＣ１１０に
進み、温度低下抑制制御を終了し、ステップＣ１２０で
フラグＦを０にリセットする。

【００９１】また、ステップＣ９０で継続時間ｔ２が設
定時間Ｔ₁以上になっていないと判定された場合はリタ
ーンし、引続き、温度低下抑制制御を続行する。一方、
ステップＣ８０で変化量ΔＴＰＳが基準値ＴＰ１以下で
ない場合はステップＣ１１０に進み、温度低下抑制制御
を終了し、ステップＢ１００でフラグＦを０にリセット
する。

【００９２】なお、温度低下抑制制御の終了後は、通常
運転モード設定手段１０７により設定される運転モード
（ここでは、後期リーン運転モード）に戻る。このよう
にして、本実施形態の排ガス浄化装置は、温度低下検出
手段１１１としての温度低下判定手段１０５により触媒
９の温度低下が推定された場合に、温度低下抑制手段１
１０としての温度低下抑制用モード切換手段１０８を作
動させることで、筒内噴射型内燃機関に特有の排ガス温
度の低下に伴う触媒浄化効率の悪化を防止することがで
きるという利点がある。

【００９３】つまり、通常運転モード設定手段１０７及
び温度低下検出手段１１１としての温度低下判定手段１
０５からの出力に応じて、温度低下抑制手段１１０とし
ての温度低下抑制用モード切換手段１０８により機関の
運転モードを切り換えることによって、層状超リーン燃
焼による排ガス温度の低下を抑制することができ、これ
によって、排ガス温度の低下に伴う触媒浄化効率が悪化
するのを防止することができるという利点がある。

【００９４】次に、第４実施形態について説明すると、
この実施形態の排ガス浄化装置は、図１２に示すよう
に、上述の第１実施形態と、温度低下抑制手段１１０が
異なるため、運転モード設定手段１０６及び燃料噴射制
御手段１０１の構成が異なるものとなっている。つま
り、この実施形態では、温度低下抑制手段１１０は、温
度低下抑制用運転モードへの切換制御を行なう機能（温
度低下抑制用モード切換手段）１０８を有するものとし
て構成するのに代えて、図１２に示すように、各気筒の
膨張行程以降、即ち、排気行程内（具体的には、膨張行
程末期から排気行程の間）の排気弁５の開放中に追加燃
料噴射制御を行なう機能（追加燃料噴射制御手段）１０
２を有するものとして構成するようにしている。

【００９５】つまり、通常の燃焼室内での燃焼のための
燃料噴射の他に、触媒９を活性化するために、追加燃料
を噴射するようになっている。この追加燃料噴射は、未
燃の燃料成分を含んだ混合気を触媒９に供給することに
より、混合気中の未燃燃料成分を触媒９により燃焼せし
めて、触媒９を昇温させ、触媒９の温度低下を抑制する
ようにしているのである。

【００９６】このため、運転モード設定手段１０６は、
第１実施形態の通常運転モード設定手段１０７と同様の
機能のみ有するものとして構成される。したがって、こ
こでは、運転モード設定手段１０６の説明は省略する。
また、燃料噴射制御手段１０１は、図１２に示すよう
に、第１実施形態の燃料噴射制御手段１０１と同様の機
能を有する通常燃料噴射制御手段１０３と触媒９の温度
低下を抑制するために追加燃料噴射制御を行なう機能
（追加燃料噴射制御手段）１０２とを備えて構成され
る。

【００９７】この追加燃料噴射制御手段１０２が、本実
施形態の排ガス浄化装置において特徴的な構成要素であ
り、追加燃料噴射制御手段１０２では、触媒９が、一
旦、触媒活性温度に達し活性化した後に、温度低下判定
手段１０５によって触媒９の温度低下が判定された場合
に、各気筒の排気行程内に追加燃料噴射を行なうように
制御することによって、触媒９の温度低下を抑制するよ
うになっている。このため、この追加燃料噴射制御手段
１０２は、触媒９の温度低下を抑制するように作動する
温度低下抑制手段１１０として機能するものである。

【００９８】この追加燃料噴射制御手段１０２では、図
１２に示すように、温度低下判定手段１０５及び運転モ
ード設定手段１０６からの情報に基づき、触媒９の温度
低下を抑制すべく追加燃料噴射制御を行なうようになっ
ているため、ＥＣＵ２３には、触媒９の温度低下を判定
する温度低下判定手段１０５が設けられている。この温
度低下判定手段１０５は、第１実施形態のものと同様の
機能を有するものであるが、本実施形態では、さらに、
触媒温度θ_C.Cが可燃温度θ₀以上であるか否かも判定
する機能をも有するように構成されている。

【００９９】ここで、可燃温度θ₀とは、触媒９が反応
し、燃焼するために最低必要な温度である。触媒温度θ
_C.Cが可燃温度θ₀以上であるか否かも判定することと
しているのは、可燃温度θ₀以下では追加燃料噴射によ
り供給された未燃の燃料が触媒９上で燃焼しないためで
ある。なお、温度低下判定手段１０５と触媒温度センサ
２６とから温度低下検出手段１１１が構成される。

【０１００】また、追加燃料噴射制御手段１０２は、運
転モード設定手段１０６によってリーン運転モードが設
定されている場合（特定運転状態）に、各気筒の排気行
程内に追加燃料噴射を行なうように制御するため、運転
モード設定手段１０６からのリーン運転モードに設定さ
れている旨の情報を取り込むようになっている。ここ
で、リーン運転モードに設定されている特定運転状態と
は、減速燃料カットを含む低負荷運転状態を意味し、こ
の低負荷運転状態にはアイドル運転状態も含まれる。

【０１０１】これは、リーン運転モードに設定されてい
る場合に、特に、排ガス温度が低下し、触媒温度θ_C.C
が低下しやすいためである。一方、リーン運転モードに
設定されている場合には、通常運転における主燃焼に使
われる酸素量が少なく、余剰酸素量が多いという特徴が
あり、この余剰酸素を触媒９の温度低下抑制制御として
の追加燃料噴射による燃焼に利用しようとするものでも
ある。

【０１０２】なお、追加燃料噴射制御手段１０２では、
運転モード設定手段１０６によってリーン運転モードが
設定され、かつ、温度低下判定手段１０５によって触媒
９の温度低下が判定された時を、排気行程における追加
燃料噴射の噴射開始時期Ｔ_IN _Jとして決定するようにな
っている。ここで、噴射開始時期Ｔ_INJを決定するの
は、後述するインジェクタ駆動時間ｔ_PLUSの設定の際
に、基本駆動時間ｔ_Bを補正するのに必要になるからで
ある。

【０１０３】このときの追加燃料の噴射時間（１作動サ
イクル内での全噴射時間）ｔ_exは、主燃焼後に残存する
余剰酸素に応じた燃料量Ｍ_fuelが噴射されるようにイン
ジェクタ駆動時間ｔ_PLUSを設定するようになっている。
これは、追加燃料を触媒９により燃焼させる際に、主燃
焼後に残存する余剰酸素を追加燃料により完全燃焼さ
せ、触媒９を効率的に昇温させることができるようにす
るためである。

【０１０４】このインジェクタ駆動時間ｔ_PLUSの設定
は、以下のようにして行なわれる。つまり、インジェク
タ駆動時間ｔ_PLUSの設定は、排気行程における追加の燃
料噴射において基本となる基本駆動時間ｔ_Bを、噴射開
始時期Ｔ_INJ，触媒温度θ_C.Cによって補正することに
より行なわれる。ここで、基本駆動時間ｔ_Bは、主燃焼
後の余剰酸素に対して噴射可能な燃料量Ｍ_fuelに基づい
て算出される。つまり、通常燃料噴射制御手段１０３に
よって求められる１気筒１サイクル当たりの吸入空気量
Ｑと目標とする空燃比（目標Ａ／Ｆ）とから主燃焼後に
残存する酸素量が求められ、この酸素量に基づいて燃料
量Ｍ_fuelが算出される。

【０１０５】なお、燃料量Ｍ_fuelは、次式により求めら
れる。Ｍ_fuel＝Ｑ×（１／理論空燃比−１／目標空燃比）また、排気行程における噴射開始時期Ｔ_INJによる補正
は、噴射開始時期Ｔ_IN _Jと補正係数Ｋ₂とから予め設定
されているマップから補正係数Ｋ₂が求められ、この補
正係数Ｋ₂を基本駆動時間ｔ_Bに掛ける（ｔ_B×Ｋ₂）
ことによって行なわれる。

【０１０６】また、触媒温度θ_C.Cによる補正は、触媒
温度θ_C.Cと補正係数Ｋ₃とから予め設定されているマ
ップから補正係数Ｋ₃が求められ、この補正係数Ｋ₃を
基本駆動時間ｔ_Bに掛ける（ｔ_B×Ｋ₃）ことによって
行なわれる。このようにして、排気行程におけるインジ
ェクタ駆動時間ｔ_PLUSは、次式により求められる。

【０１０７】ｔ_PLUS＝ｔ_B×Ｋ₂×Ｋ₃ このようにして設定された噴射開始時期Ｔ_INJ及びイン
ジェクタ駆動時間ｔ_PL _USに応じて、追加燃料噴射は、通
常の燃料噴射とは別個に排気行程において行なわれる。
なお、本実施形態における排ガス浄化装置におけるその
他の構成については、上述の第１実施形態のものと同様
であるため、ここではその説明を省略する。

【０１０８】本発明の第４実施形態としての排ガス浄化
装置は、上述のように構成されており、運転モード設定
手段１０６によって設定された運転モードに基づく燃料
噴射制御は、上述の第１実施形態の通常運転モード設定
手段１０７によって設定された運転モードに基づく燃料
噴射制御と同様に行なわれるため、その説明は省略す
る。

【０１０９】また、本実施形態の排ガス浄化装置による
温度低下抑制制御、即ち、追加燃料噴射制御手段１０２
による追加燃料噴射制御について、図１３のフローチャ
ートを参照しながら説明する。なお、この制御は一定の
周期毎に実行される。まず、ステップＦ１で、フラグＦ
が０か否かを判定し、フラグＦが０である場合はステッ
プＦ１０に進み、フラグＦが０でない場合はステップＦ
８０に進む。ここで、フラグＦは温度低下抑制制御中で
ある場合に１となり、温度低下抑制制御中でない場合に
０となり、また、初期設定時には０にセットされる。

【０１１０】ステップＦ１０では、触媒温度θ_C.Cが可
燃温度θ₀以上設定温度θ₁以下であるか否かを判定す
る（θ₀≦θ_C.C≦θ₁）。この結果、触媒温度θ_C.C
が可燃温度θ₀以上設定温度θ₁以下である場合は、ス
テップＦ１５に進んでフラグＦを１にセットしてステッ
プＦ２０に進み、触媒温度θ_C.Cが可燃温度θ₀以上設
定温度θ₁以下でない場合は、温度低下抑制制御を行な
わずリターンする。

【０１１１】そして、ステップＦ２０で、運転モード設
定手段１０６により設定された運転モードがリーン運転
モードであるか否かを判定し、この判定の結果、リーン
運転モードである場合はステップＦ３０に進み、温度低
下抑制制御としての排気行程噴射制御を行なうべく、ス
テップＦ３０〜Ｆ７０までの処理を行ない、リーン運転
モードでない場合は温度低下抑制制御としての排気行程
噴射制御を行なわず、ステップＦ９０に進んでフラグＦ
を０にリセットして、リターンする。

【０１１２】ところで、ステップＦ８０では、温度低下
抑制制御によって触媒温度θ_C.Cが上昇し、触媒温度θ
_C.Cが設定温度θ₂以上になったか否かを判定する。こ
の結果、触媒温度θ_C.Cが設定温度θ₂以上でない場合
は、温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を継続
すべくステップＦ２０に進み、触媒温度θ_C.Cが設定温
度θ₂以上である場合は、温度低下抑制制御としての排
気行程噴射制御を終了するため、ステップＦ９０に進ん
で、フラグＦを０にリセットし、リターンする。

【０１１３】排気行程噴射制御としては、ステップＦ３
０〜Ｆ７０までの処理を行なうが、ステップＦ３０で
は、排気行程における追加燃料噴射の噴射開始時期Ｔ
_INJを決定する。そして、ステップＦ４０で１気筒１サ
イクルあたりの吸入空気量Ｑ、目標Ａ／Ｆを読み込む。
次に、ステップＦ５０で１気筒１サイクル当たりの吸入
空気量Ｑと目標Ａ／Ｆとから主燃焼後に残存する酸素量
を求め、この酸素量に基づいて燃料量Ｍ_fuelを算出す
る。そして、ステップＦ６０で排気行程における追加燃
料噴射の基本駆動時間ｔ_Bを噴射開始時期Ｔ_INJ，触媒
温度θ_C.Cによって補正して、排気行程におけるインジ
ェクタ駆動時間ｔ_PLUSを設定する。

【０１１４】そして、この設定に基づいて排気行程での
追加の燃料噴射が行なわれる（ステップＦ７０）。ま
た、制御を簡易化するために、噴射開始時期を固定して
もよい（固定時期は、例えば１２０°ＡＴＤＣが考えら
れる）。このようにして、本実施形態の排ガス浄化装置
では、温度低下検出手段１１１を構成する温度低下判定
手段１０５により触媒９の温度低下が検出されるととも
に、運転モード設定手段１０６からの出力により触媒９
の温度低下が予測されるリーン運転モード〔特定運転状
態（減速燃料カットを含む低負荷運転状態）〕が検出さ
れた場合に、温度低下抑制手段１１０としての追加燃料
噴射制御手段１０２により少なくとも機関の排気行程中
に追加燃料を噴射することで、確実に触媒９の昇温が図
ることができ、触媒９の浄化効率の悪化を未然に防止す
ることができるという利点がある。

【０１１５】次に、第５実施形態について説明すると、
この実施形態の排ガス浄化装置は、図１４に示すよう
に、上述の第４実施形態ものと、温度低下検出手段１１
１としての温度低下判定手段１０５が異なる。つまり、
この実施形態では、温度低下判定手段１０５が、触媒温
度センサ２６からの検出情報に基づいて触媒９の温度低
下度合（温度低下勾配）を検出し、この温度低下度合に
応じて設定温度θ１を変更し、この設定温度θ１によっ
て、一旦、触媒温度θ_C.Cが触媒活性温度に達して活性
化した後に、触媒温度θ_C.Cが低下したか否かを判定す
るようになっている。

【０１１６】このため、温度低下判定手段１０５は、図
１４に示すように、上述の第２実施形態の温度低下判定
手段１０５と同様の構成を有するが、さらに、触媒温度
θ_C. _Cが可燃温度θ₀以上であるか否かも判定する機能
をも有するように構成されている。ここでは、第２実施
形態の温度低下判定手段１０５と同様の構成については
その説明は省略する。

【０１１７】なお、本実施形態における排ガス浄化装置
におけるその他の構成については、上述の第４実施形態
のものと同様であるため、ここではその説明を省略す
る。本発明の第５実施形態としての排ガス浄化装置は、
上述のように構成されており、通常運転モード設定手段
１０７によって設定された運転モードに基づく燃料噴射
制御は、上述の第１実施形態と同様に行なわれるため、
その説明は省略する。

【０１１８】また、本実施形態の排ガス浄化装置による
温度低下抑制制御、即ち、追加燃料噴射制御手段１０２
による追加燃料噴射制御について、図１５のフローチャ
ートを参照しながら説明する。なお、この制御は一定の
周期毎に実行される。まず、ステップＧ１０で、Δθ算
出部１０５Ａにより触媒温度検出モード（図８参照）を
実行し、触媒温度θ_C.Cの一定時間における変化量Δθ
を算出する。つまり、図８に示すように、ステップＥ１
０で一定時間毎に触媒温度θ_C.Cを読み込み、これに基
づいて、ステップＥ２０で触媒温度θ_C.Cの一定時間の
変化量Δθを算出する。

【０１１９】次に、ステップＧ１５で、フラグＦが０か
否かを判定し、フラグＦが０である場合はステップＧ２
０に進み、フラグＦが０でない場合はステップＧ９０に
進む。ここで、フラグＦは温度低下抑制制御中である場
合に１となり、温度低下抑制制御中でない場合に０とな
り、また、初期設定時には０にセットされる。そして、
ステップＧ２０で、θ１，θ２読込部１０５Ｂによっ
て、ステップＤ２０で算出された変化量Δθに基づいて
設定温度θ１をマップから読み込み、ステップＧ３０に
進む。ここで、設定温度θ１を可変とするマップは、基
本的に触媒温度θ_C.Cの変化量Δθが温度低下側に大き
く変化した場合（即ち、温度低下度合が大の場合）、設
定温度θ１を高くするように設定されている。

【０１２０】ステップＧ３０では、判定部１０５Ｃによ
って、触媒温度θ_C.Cが可燃温度θ ₀以上設定温度θ１
以下であるか否かを判定し、この判定の結果、触媒温度
θ_C. _Cが可燃温度θ₀以上設定温度θ１以下である場合
はステップＧ３５に進んでフラグＦを１にセットしてス
テップＧ４０に進み、触媒温度θ_C.Cが可燃温度θ₀以
上設定温度θ１以下でない場合は、温度低下抑制制御と
行なわず、リターンする。

【０１２１】そして、ステップＧ４０で、運転モード設
定手段１０６により設定された運転モードがリーン運転
モードであるか否かを判定し、この判定の結果、リーン
運転モードである場合は、温度低下抑制制御としての排
気行程噴射制御を行なうべく、ステップＧ４５〜Ｇ８０
までの処理を行ない、リーン運転モードでない場合は温
度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を行なわず、
ステップＧ１１０に進んでフラグＦを０にリセットし
て、リターンする。

【０１２２】ところで、ステップＧ９０では、θ１，θ
２読込部１０５Ｂによって、ステップＧ１０で算出され
た変化量Δθに基づいて設定温度θ２をマップから読み
込み、ステップＧ１００に進む。ここで、設定温度θ２
を可変とするマップは、基本的に触媒温度θ_C.Cの変化
量Δθが温度上昇側に大きく変化した場合（即ち、温度
上昇度合が大の場合）、設定温度θ２を低くするように
設定されている。

【０１２３】そして、ステップＧ１００で、温度低下抑
制制御によって触媒温度θ_C.Cが上昇し、触媒温度θ
_C.Cが設定温度θ２以上になったか否かを判定する。こ
の結果、触媒温度θ_C.Cが設定温度θ２以上でない場合
は、温度低下抑制制御としての排気行程噴射制御を継続
すべくステップＧ４０に進み、触媒温度θ_C.Cが設定温
度θ２以上である場合は、温度低下抑制制御としての排
気行程噴射制御を行なわず、ステップＧ１１０に進みフ
ラグＦを０にリセットして、リターンする。

【０１２４】排気行程噴射制御としては、ステップＧ４
５〜Ｇ８０までの処理を行なうが、これは、第４実施形
態において、図１３を参照しながら説明した排気行程噴
射制御のステップＦ３０〜ステップＦ７０に相当するも
のであるため、ここでは、その説明を省略する。このよ
うにして、本実施形態の排ガス浄化装置では、第４実施
形態と同様な効果が得られるとともに、設定温度θ１を
可変とすることで、触媒温度低下度合が大きい場合には
早い時期から少なくとも機関の排気行程中に追加燃料を
噴射することで、確実に触媒９の昇温が図ることがで
き、触媒９の浄化効率の悪化を未然に防止することがで
きるという利点がある。また、設定温度θ２を可変とす
ることで、触媒温度低下抑制制御によって触媒温度が急
に上昇した場合でも、早い時期に触媒温度低下抑制制御
を停止させ、触媒の過昇温を防止することができる利点
もある。

【０１２５】次に、第６実施形態について説明すると、
この実施形態の排ガス浄化装置は、図１６に示すよう
に、上述の第１実施形態のものと第４実施形態のものと
を組み合わせたものである。これは、触媒の温度低下が
予測される定常走行運転時に、減速燃料カットを含む低
負荷運転時（アイドル運転時も含む）に効率よく確実に
触媒の温度低下を防止するために構成されている。

【０１２６】そして、この実施形態では、燃料噴射制御
手段１０１が、第４実施形態のものと同様に構成されて
おり、その他の構成については、第１実施形態のものと
同様な構成にされている。そして、温度低下抑制用モー
ド切換手段（第１手段）１０８と追加燃料噴射制御手段
（第２手段）１０２とから温度低下抑制手段１１０が構
成され、これらの温度低下抑制用モード切換手段１０８
又は追加燃料噴射制御手段１０２による温度低下抑制制
御を運転状態によって切り換えるようにしている。

【０１２７】さらに説明すると、触媒温度センサ２６に
より触媒温度が所定温度よりも低くなり、その後、スロ
ットルセンサ１４等の出力から機関の運転状態を判定
し、その時の運転状態が定常走行運転状態の場合には、
温度低下抑制手段１１０としての温度低下抑制用モード
切換手段１０８によって温度低下抑制制御を行ない、減
速燃料カットを含む低負荷運転状態（アイドル運転状態
を含む）の場合には、温度低下抑制手段１１０としての
追加燃料噴射制御手段１０２によって温度低下抑制制御
を行なうようになっている。

【０１２８】本実施形態の排ガス浄化装置は、上述のよ
うに構成されているため、温度低下抑制用モード切換手
段１０８によって運転モード（燃焼状態）を切り換える
ことによる温度低下抑制制御と追加燃料噴射制御手段１
０２によって追加燃料を噴射することによる温度低下抑
制制御とを機関の運転状態に応じて選択的に行なうよう
にすることで、燃料消費の悪化を最小限に抑制しなが
ら、確実に触媒９の温度低下（触媒の浄化効率の低下）
を防止することができるという利点がある。

【０１２９】なお、本発明は、上述の各実施形態に限定
されるものではなく、例えば第１実施形態では、触媒の
温度に応じて温度低下抑制制御の作動及び停止を行なっ
ているが、温度低下抑制制御の作動を触媒の温度に応じ
て開始させ、その後、温度低下抑制制御の継続時間、つ
まり、運転モードが切り換わってからの時間に応じて、
温度低下抑制制御を終了させるように設定してもよい。

【０１３０】また、第１，２，３，６実施形態の排ガス
浄化装置では、温度低下抑制用運転モードとして選択さ
れる運転モードを前期リーン運転モードとしているが、
これに限られるものではなく、触媒の温度上昇に応じて
段階的に運転モードを前期リーン運転モードからストイ
キオ運転モードに切り換えてもよく、また、触媒温度θ
_C.Cを急激に上昇させる必要がある状況では、後期リー
ン運転モードから直接ストイキオ運転モードが選択され
るようにしてもよい。これは、三元触媒９Ｂに比べ触媒
活性温度が高く活性温度域の狭いリーンＮＯ_X触媒９Ａ
の温度低下を抑制するのに、特に有効である。

【０１３１】また、第１，２，３，６実施形態の排ガス
浄化装置では、触媒温度θ_C.Cが非常に低くなっている
場合に、効率よく触媒温度θ_C.Cを上昇させるには、ま
ず、温度低下抑制用運転モードとしてのストイキオ運転
モードに切り換えるようにしてもよい。この場合、触媒
９の過昇温を防止すべく、触媒温度がある程度上昇した
ことが検出又は推定された場合に、さらに、温度低下抑
制用運転モードとしての前期リーン運転モードに切り換
えるようにするとよい。

【０１３２】さらに、第１，２，３，６実施形態の排ガ
ス浄化装置では、通常運転モードとして後期リーン運転
モードが選択されている場合としているが、前期リーン
運転モードにおいて運転状態によって排ガス温度が低下
する場合には、温度低下抑制用運転モードとしてのスト
イキオ運転モードに切り換えるようにしてもよい。ま
た、第１，２，３，６実施形態の排ガス浄化装置では、
通常運転モードとして後期リーン運転モード，前期リー
ン運転モード及びストイキオ運転モードを切り換える機
関に備えられるものとして説明しているが、機関が後期
リーン運転モードと前期リーン運転モードとを切り換え
るものとして構成されている場合には、温度低下抑制用
運転モードとして前期リーン運転モードが設定されるよ
うにすればよく、また、機関が後期リーン運転モードと
ストイキオ運転モードとを切り換えるものとして構成さ
れている場合には、温度低下抑制用運転モードとしてス
トイキオ運転モードが設定されるようにすればよい。

【０１３３】また、第１，２，３，６実施形態の排ガス
浄化装置では、スロットルセンサ１４からの検出情報を
も取り入れることによって、定常運転状態において温度
低下抑制用モード切換手段１０８による温度低下抑制制
御を行なうようにしているが、このような判定を行なわ
ず、触媒温度θ_C.Cのみに基づいて制御を行なうか否か
を判定するようにしてもよい。

【０１３４】さらに、温度低下抑制手段として、本エン
ジンの一部の気筒については圧縮行程中に燃料噴射を行
なう層状超リーン燃焼とし、他の気筒については吸気行
程中に燃料噴射を行ないストイキオ又は燃料リッチな空
燃比による予混合燃焼として、ストイキオ又は燃料リッ
チの気筒から排出される未燃成分（ＣＯ，ＨＣ，Ｈ
₂等）と燃料リーンの気筒から排出されるＯ₂とによる
酸化反応によって、触媒を昇温させるように構成しても
よく、さらに、上述した各運転状態と組み合わせて、各
運転状態毎に効率よく触媒の昇温を図るようにしてもよ
い。

【０１３５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の排ガス浄化装置によれば、温度低下検出手段によ
り触媒の温度低下が判定された場合に温度低下抑制手段
を作動させることで、筒内噴射型内燃機関に特有の排ガ
ス温度の低下に伴う触媒浄化効率の悪化を防止すること
ができるという利点がある。

【０１３６】また、付加デバイス無しの安価なシステム
で、層状超リーン燃焼による排ガス温度の低下を抑制す
ることができ、これによって、排ガス温度の低下に伴う
触媒浄化効率が悪化するのを防止することができるとい
う利点がある。請求項２記載の本発明の排ガス浄化装置
によれば、触媒温度が設定温度よりも若干低くなった場
合には、運転モードを燃料消費の悪化を考慮してリーン
運転モードとし、触媒の排ガス浄化効率を維持すること
ができるとともに、触媒温度が設定温度よりもかなり低
下した場合には、触媒の排ガス浄化効率が極めて悪化し
てしまうので運転モードをストイキオ運転モードとし、
積極的に触媒の温度を昇温させて、触媒の浄化効率の悪
化を防止することができるという利点がある。

【０１３７】請求項３記載の本発明の排ガス浄化装置に
よれば、燃焼状態の切換と追加燃料噴射とを選択的に行
なうようにすることで、燃料消費の悪化を抑制しなが
ら、確実に触媒の温度低下（触媒の浄化効率の低下）を
防止することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置
の制御系の要部構成を模式的に示すブロック図である。

【図２】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置
における制御ブロック図である。

【図３】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置
の全体構成図である。

【図４】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置
の燃料噴射制御を説明するためのフローチャートであ
る。

【図５】本発明の第１実施形態としての排ガス浄化装置
の温度低下抑制制御を説明するためのフローチャートで
ある。

【図６】本発明の第２実施形態としての排ガス浄化装置
の制御系の要部構成を模式的に示す制御ブロック図であ
る。

【図７】本発明の第２実施形態としての排ガス浄化装置
の温度低下抑制制御を説明するためのフローチャートで
ある。

【図８】本発明の第２実施形態としての排ガス浄化装置
の温度低下抑制制御における触媒温度検出モードを説明
するためのフローチャートである。

【図９】本発明の実施形態としての排ガス浄化装置にお
いて用いられる設定温度を説明するため図であり、
（ａ）は設定温度θ₁，設定温度θ₂、（ｂ）は設定温
度θ１，設定温度θ２をそれぞれ説明するためのもので
ある。

【図１０】本発明の第３実施形態としての排ガス浄化装
置の制御系の要部構成を模式的に示す制御ブロック図で
ある。

【図１１】本発明の第３実施形態としての排ガス浄化装
置の温度低下抑制制御を説明するためのフローチャート
である。

【図１２】本発明の第４実施形態としての排ガス浄化装
置の制御系の要部構成を模式的に示す制御ブロック図で
ある。

【図１３】本発明の第４実施形態としての排ガス浄化装
置の温度低下抑制制御を説明するためのフローチャート
である。

【図１４】本発明の第５実施形態としての排ガス浄化装
置の制御系の要部構成を模式的に示す制御ブロック図で
ある。

【図１５】本発明の第５実施形態としての排ガス浄化装
置の温度低下抑制制御を説明するためのフローチャート
である。

【図１６】本発明の第６実施形態としての排ガス浄化装
置の制御系の要部構成を模式的に示す制御ブロック図で
ある。

【符号の説明】

１燃焼室２吸気通路２ａサージタンク３排気通路４吸気弁５排気弁６エアクリーナ７スロットル弁８インジェクタ（燃料噴射弁）８ａインジェクタソレノイド８ｂインジェクタソレノイド用スイッチングトランジ
スタ９排出ガス浄化用触媒としての排出ガス浄化用触媒コ
ンバータ９ＡリーンＮＯ_x触媒９Ｂ三元触媒１０排出ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）１０ｂ排気還流通路１０ａＥＧＲバルブ（排出ガス還流手段）１１エアフローセンサ１２吸気温センサ１３大気圧センサ１４スロットルセンサ１５アイドルスイッチ１６アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバ
ルブ）１６Ａバイパス路１７酸素濃度センサ（Ｏ₂ センサ）１９冷却水温度センサ２０クランキングスイッチ又はイグニッションスイッ
チ２１クランク角センサ（エンジン回転数センサ）２２ＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）２３電子制御ユニット（ＥＣＵ）２４アクセルポジションセンサ２５バッテリセンサ２６触媒温度センサ（触媒温度検出手段）２７ＣＰＵ２８，２９入力インタフェイス３０アナログ／デジタルコンバータ３１ＲＯＭ３２ＲＡＭ３４噴射ドライバ（燃料噴射弁駆動手段）３５点火プラグ５０エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）５０Ａバイパス路１０１燃料噴射制御手段１０２追加燃料噴射制御手段（温度低下抑制手段）１０３通常燃料噴射制御手段１０４各種センサ類１０５温度低下判定手段（温度低下検出手段）１０５Ａ Δθ算出部１０５Ｂ θ１，θ２読込部１０５Ｃ判定部１０６運転モード設定手段１０７通常運転モード設定手段１０８温度低下抑制用モード切換手段１０９Ａタイマ１０９Ｂタイマ１１０温度低下抑制手段１１１温度低下検出手段

───────────────────────────────────────────────────── 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 41/34 Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｈ (72)発明者小島淳良東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA12 AA24 AA28 AB01 BA04 CB02 CB03 DA02 DB13 EA01 EA05 EA07 EA14 EA18 EA28 EA34 FA13 FB02 FB10 FB11 HA19 3G301 HA01 HA04 HA06 HA15 JA25 LA01 LB04 MA01 MA12 MA18 MA23 ND02 NE13 PA01Z PA09Z PA10Z PA11Z PA14Z PD02Z PD12A PE01Z PE03Z PE04Z PE08Z PG01Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内に直接燃料を噴射し、理論空燃
比よりも空燃比の大きい層状超リーン燃焼を運転状態に
応じて行なう筒内噴射型内燃機関に設けられ、上記機関の排気通路内に配設され排ガスを浄化する触媒
と、上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出も
しくは予測することにより、または温度低下を生じる特
定運転状態を検出して上記触媒の温度低下を推定するこ
とにより、上記触媒の温度が触媒活性温度に達して活性
化した後の上記触媒の温度低下を検出する温度低下検出
手段と、上記温度低下検出手段により上記触媒の温度低下が検出
された場合に上記触媒の温度低下を抑制するように作動
する温度低下抑制手段とを備え、上記筒内噴射型内燃機関は、上記層状超リーン燃焼と、該層状超リーン燃焼よりも燃
焼空燃比の小さい予混合燃焼とを運転状態に応じて切り
換えて行なうものであり、上記予混合燃焼を行なうために理論空燃比近傍で運転す
るストイキオ運転モード又は理論空燃比よりも大きな空
燃比で運転するリーン運転モードを有し、上記温度低下抑制手段は、上記温度低下検出手段からの
出力に応じて上記触媒の温度が第１設定値よりも低くな
るか又は低くなることが予測される場合に上記機関の運
転を上記予混合燃焼のリーン運転モードに切り換える一
方、上記温度低下検出手段からの出力に応じて上記触媒
の温度が上記第１設定値よりも低い温度として設定され
た第２設定値よりも低くなるか又は低くなることが予測
される場合に上記機関の運転を上記予混合燃焼のストイ
キオ運転モードに切り換えることを特徴とする、排ガス
浄化装置。
【請求項２】燃焼室内に直接燃料を噴射し、理論空燃
比よりも空燃比の大きい層状超リーン燃焼を運転状態に
応じて行なう筒内噴射型内燃機関に設けられ、上記機関の排気通路内に配設され排ガスを浄化する触媒
と、上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出も
しくは予測することにより、または温度低下を生じる特
定運転状態を検出して上記触媒の温度低下を推定するこ
とにより、上記触媒の温度が触媒活性温度に達して活性
化した後の上記触媒の温度低下を検出する温度低下検出
手段と、上記温度低下検出手段により上記触媒の温度低下が検出
された場合に上記触媒の温度低下を抑制するように作動
する温度低下抑制手段とを備え、上記筒内噴射型内燃機関は、上記層状超リーン燃焼と、
該層状超リーン燃焼よりも燃焼空燃比の小さい予混合燃
焼とを運転状態に応じて切り換えて行なうものであり、上記予混合燃焼が、理論空燃比で運転するストイキオ運
転モードと上記理論空燃比よりも大きな空燃比で運転す
るリーン運転モードとの２つの運転モードを有し、上記温度低下検出手段は、上記触媒の温度を検出して上
記触媒の温度低下を検出又は予測するように構成され、上記温度低下抑制手段は、該温度低下検出手段により上
記触媒の温度が予め設定された第１設定値よりも低くな
る場合又は低くなることが予測された場合には上記運転
モードを上記リーン運転モードとするとともに、上記温
度低下検出手段により上記触媒の温度が上記第１設定値
よりも低い温度に設定された第２設定値よりも低くなる
場合又は低くなることが予測された場合には上記運転モ
ードを上記ストイキオ運転モードとすることを特徴とす
る、排ガス浄化装置。
【請求項３】燃焼室内に直接燃料を噴射し、理論空燃
比よりも空燃比の大きい層状超リーン燃焼を運転状態に
応じて行なう筒内噴射型内燃機関に設けられ、上記機関の排気通路内に配設され排ガスを浄化する触媒
と、上記触媒の温度を検出して上記触媒の温度低下を検出も
しくは予測することにより、または温度低下を生じる特
定運転状態を検出して上記触媒の温度低下を推定するこ
とにより、上記触媒の温度が触媒活性温度に達して活性
化した後の上記触媒の温度低下を検出する温度低下検出
手段と、上記温度低下検出手段により上記触媒の温度低下が検出
された場合に上記触媒の温度低下を抑制するように作動
する温度低下抑制手段とを備え、上記筒内噴射型内燃機関は、上記層状超リーン燃焼と該
層状超リーン燃焼よりも燃焼空燃比の小さい予混合燃焼
とを運転状態に応じて切り換えて行なうものであり、上記温度低下抑制手段は、上記層状超リーン燃焼と上記
予混合燃焼とを切り換える第１手段と、上記機関の膨張
行程以降に追加燃料を噴射する第２手段とを有し、上記温度低下抑制手段が、上記機関の定常運転状態のと
きに上記第１手段を選択して上記層状超リーン燃焼から
上記予混合燃焼へ切り換える一方、上記機関の低負荷運
転状態のときに上記第２手段を選択することを特徴とす
る、排ガス浄化装置。