JP2002106389A

JP2002106389A - 火花点火式エンジンの燃料制御装置

Info

Publication number: JP2002106389A
Application number: JP2000298037A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Nishimura; 博文西村
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジン１の排気通路にＮＯｘ吸収型触媒３
４を備え、低回転低負荷側の領域（イ）において筒内空
燃比をリーンに、また、高回転ないし高負荷側の領域
（ロ）（ハ）では略理論空燃比ないしそれよりもリッチ
に制御するとともに、所定条件下で燃料カット制御を行
うようにする場合に、前記触媒３４のＮＯｘパージをで
きるだけ効率良く行って、ＮＯｘの浄化性能を確保しな
がら、エンジン１運転中の全体的な燃費低減と運転フィ
ーリングの向上とを図る。【解決手段】燃料カット制御を終了して、エンジン１
が成層燃焼領域（イ）に移行したとき（ＳＡ１０）、触
媒温度Ｔcatが設定温度Ｔcat1以下の低温状態にある
か、或いは、エンジン１が領域（イ）から燃料カット状
態に移行し、その後に再び該領域（イ）に戻ったときで
あって、かつＮＯｘ吸収量Ｓnoxが設定量Ｓ2以上であれ
ば（ＳＡ１６〜ＳＡ１８）、この燃料復帰のタイミング
を利用して、ＮＯｘパージを行う（ＳＡ３）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火花点火式エンジ
ンの排気通路に酸素過剰雰囲気の排気中のＮＯｘを吸収
するＮＯｘ吸収型触媒を配設し、気筒内燃焼室における
点火前の平均的な空燃比（以下、筒内空燃比という）を
理論空燃比よりもリーンか、又は略理論空燃比ないしそ
れよりもリッチかのいずれかになるよう、切替えて制御
するとともに、所定条件下で燃料カット制御を行うよう
にした燃料制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の火花点火式エンジン
の燃料制御装置として、例えば特開平１１−２２９８５
６号公報に開示されるように、エンジンの気筒内燃焼室
に臨むように燃料噴射弁を設け、エンジンが低回転低負
荷側の所定領域にあるときに該燃料噴射弁により燃料を
主に気筒の圧縮行程で噴射させて、成層燃焼状態にさせ
る一方、高回転ないし高負荷側においては前記燃料噴射
弁により燃料を主に気筒の吸気行程で噴射させて、燃焼
室内に略均一な混合気を形成した上で燃焼させるように
したものがある。

【０００３】前記成層燃焼状態では、混合気が点火プラ
グの電極付近に偏在する状態で燃焼するので、筒内空燃
比を例えばＡ／Ｆ＝３０〜１４０というように極めてリ
ーンな状態とすることができ、このことで、均一燃焼状
態に比べてポンプ損失や熱損失を低減して、燃料消費率
を大幅に改善することができる。

【０００４】そして、前記の如く筒内空燃比が極めてリ
ーンな状態になると、排気の空燃比状態も同じようにリ
ーンな状態になる。すなわち、一般的に、筒内空燃比が
略理論空燃比であれば、排気中に残存する酸素濃度は略
０．５％以下となり、このときの排気の空燃比状態が略
理論空燃比に対応する状態ということになる。一方、筒
内空燃比がリーンになれば、排気の空燃比状態もリー
ン、即ち酸素濃度の高い状態になるが、この酸素濃度の
高い状態においてＮＯｘを効率良く還元することは、極
めて困難である。

【０００５】そこで、前記従来例においては酸素過剰雰
囲気の排気中のＮＯｘを吸収し、酸素濃度が低下すると
ＮＯｘを放出するという性質を有するＮＯｘ吸収型触媒
を設けるとともに、これに隣接するように三元触媒を配
設し、排気の空燃比状態がリーンのときには前記ＮＯｘ
吸収型触媒によりＮＯｘを吸収させる一方、排気の空燃
比状態が略理論空燃比ないしそれよりもリッチになった
ときには、該ＮＯｘ吸収型触媒から放出されるＮＯｘを
三元触媒により還元浄化するようにしている。

【０００６】ここで、一般的に、前記のようなＮＯｘ吸
収型触媒には、ＮＯｘ吸収量の増大に伴いＮＯｘの吸収
能力が低下するという性質がある。そこで、前記従来例
のものでは、エンジンの成層燃焼状態での運転が長時間
継続したときに、そのことによってＮＯｘ吸収性能が大
きく低下することになる前に、均一燃焼状態に切替える
とともに、筒内空燃比を強制的にリッチ側に変化させる
ことにより、排気の空燃比状態をリッチ化させて、ＮＯ
ｘ触媒からＮＯｘを放出させ、三元触媒により還元浄化
するようにしている（以下、強制的なＮＯｘパージとも
いう）。

【０００７】また、前記従来例のものでは、エンジンが
減速運転状態にあってかつ例えばアクセルペダルの操作
がなされていないというような所定の条件が成立したと
きに、燃料噴射弁による燃料の噴射供給を停止させる燃
料カット制御を行うようにしており、このことで、エン
ジンブレーキの利きを高めることができるとともに、燃
料消費率の低減が図られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来例
のように、エンジンの運転状態に拘わらず、強制的なＮ
Ｏｘパージを行うようにした場合、エンジンを成層燃焼
状態での運転中に、引き続いて安定的に成層燃焼を行え
る状況であるにも拘わらず、強制的に均一燃焼状態に切
替えることになるので、燃費効率の点で好ましいものと
はいえない。従って、触媒によるＮＯｘ浄化性能をエン
ジンの運転中に全体的に高めようとして、強制的なＮＯ
ｘパージを行う頻度を高めると、そのことによって燃費
が悪化することは避けられない。

【０００９】また、エンジンが略一定の運転状態とされ
ているときに、強制的なＮＯｘパージが行われて、燃焼
状態が強制的に成層燃焼→均一燃焼→成層燃焼と切替わ
るときには、通常、その燃焼状態の変化に起因する出力
トルクの変動を抑えるために、点火時期の遅角補正（点
火リタード）等を行うようにしており、このことによっ
て、燃費はさらに悪化してしまう。

【００１０】しかも、前記点火リタードによって出力ト
ルクの変動を抑えるようにしていても、このトルク変動
は運転者による運転操作とは無関係に発生することか
ら、運転者が違和感を覚えやすく、その発生頻度が高く
なれば運転フィーリングの低下を招くことにもなる。

【００１１】本発明は斯かる諸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、排気通路にＮＯｘ吸
収型触媒を配設し、エンジンの筒内空燃比をリーン又は
リッチに切替えたり、或いは燃料カット制御を行うよう
にする場合に、前記ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸収量に
着目して、該触媒からのＮＯｘの放出及び還元浄化をで
きるだけ効率良く行うことにより、ＮＯｘの浄化性能を
確保しながら、エンジン運転中の全体的な燃費低減と運
転フィーリングの向上とを図ることにある。

【００１２】

【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、ＮＯｘ吸収型触媒における
ＮＯｘ吸収量が増加するのは、エンジンが排気の空燃比
状態のリーンな領域にあるときであることに着目し、エ
ンジンが当該領域から一旦、燃料カット状態に移行し、
その後に再び当該領域に戻ったときに、ＮＯｘパージを
行うようにしたものである。

【００１３】具体的に、請求項１の発明では、図１に一
例を示すように、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吸収型触媒３４と、気筒内燃焼室６
における点火前の平均的な空燃比である筒内空燃比を、
エンジン１が所定領域にあるときに理論空燃比よりもリ
ーンになるように制御する一方、該所定領域以外では略
理論空燃比ないしそれよりもリッチになるように制御す
る筒内空燃比制御手段４０ａと、エンジン１の減速運転
時に所定条件下で、前記燃焼室６への燃料供給を強制的
に停止させる燃料カット制御を行う燃料カット制御手段
４０ｂとを備えた火花点火式エンジンの燃料制御装置Ａ
を前提とする。

【００１４】そして、前記燃料カット制御手段４０ｂに
よる燃料カット制御が開始される時点で、エンジン１が
前記所定領域にあれば、そのことを記憶する記憶手段４
０ｃと、前記燃料カット制御手段４０ｂによる燃料カッ
ト制御が終了して、エンジン１が前記所定領域に移行し
たとき、該燃料カット制御の開始時点でエンジン１が該
所定領域にあったことが前記記憶手段４０ｃにより記憶
されていれば、所定期間、排気の空燃比状態を略理論空
燃比に対応する状態ないしそれよりもリッチになるよう
に、リッチ化補正する排気空燃比制御手段４０ｄとを備
える構成とする。

【００１５】前記の構成により、エンジン１が所定領域
にあるときには筒内空燃比制御手段４０ａによりエンジ
ン１の筒内空燃比が理論空燃比よりもリーンになるよう
に制御されて、燃料消費率の低減が図られる。この際、
排気が酸素過剰雰囲気になっても、排気中のＮＯｘはＮ
Ｏｘ吸収型触媒３４により吸収されるので、大気中への
ＮＯｘ排出量は十分に低減される。一方で、該ＮＯｘ吸
収触媒３４による吸収能力は、ＮＯｘ吸収量の増大に応
じて徐々に低下することになる。

【００１６】続いて、エンジン１が減速運転状態になり
かつ所定の条件が成立すると、燃料カット制御手段４０
ｂにより燃料カット制御が行われる。また、その燃料カ
ット制御の開始時点でエンジン１が前記所定領域にあれ
ば、このことが記憶手段４０ｃにより記憶される。そし
て、燃料カット制御が終了して、エンジン１が前記所定
領域に移行したとき、その燃料カット制御の開始時点で
エンジンが該所定領域にあったことが前記記憶手段４０
ｃにより記憶されていれば、排気空燃比制御手段４０ｄ
により排気の空燃比状態がリッチ化補正され、これによ
り、ＮＯｘ吸収型触媒３４からＮＯｘを放出させて、還
元浄化させることができる（ＮＯｘパージ）。

【００１７】つまり、本来ならば排気の空燃比状態がリ
ーンになる前記所定領域において、燃料カット制御から
の復帰のタイミングを利用して、ＮＯｘパージを行うよ
うにすることで、ＮＯｘ吸収型触媒によるＮＯｘ浄化性
能を確保しながら、空燃比のリーンな運転中に強制的な
ＮＯｘパージが行われる頻度を下げて、エンジン運転中
の全体的な燃費低減と運転フィーリングの向上とを実現
できる。しかも、燃料復帰のタイミングであるから、こ
のときにエンジンの出力トルクが変化しても、運転者が
違和感を覚えることは少ない。

【００１８】その上さらに、前記の如き燃料復帰のタイ
ミングでのＮＯｘパージを、燃料カット制御の開始時点
でエンジン１が筒内空燃比のリーンな所定領域にあった
ときににのみ行うようにすれば、ＮＯｘパージの行われ
る頻度を極小化して、燃費のさらなる低減を達成でき
る。

【００１９】請求項２の発明では、触媒におけるＮＯｘ
吸収量が設定量以上であることを判定するＮＯｘ吸収状
態判定手段を備え、排気空燃比制御手段を、前記ＮＯｘ
吸収状態判定手段によりＮＯｘ吸収量が設定量以上であ
ると判定されたときに、排気の空燃比状態をリッチ化さ
せるものとする。ここで、前記設定量というのは、強制
的なＮＯｘパージが行われるような、ＮＯｘ吸収能力の
飽和に近い状態に対応するものではなく、それよりも少
ないけれども、全体的な燃費率の低減とＮＯｘ浄化性能
の確保との均衡上、ＮＯｘパージを行う方が好ましいと
いう境界的な意味を持つように設定したものである。

【００２０】この構成によれば、ＮＯｘ吸収型触媒３４
におけるＮＯｘ吸収量が少なすぎて、ＮＯｘパージによ
りＮＯｘ浄化性能を確保するという意味合いよりも、Ｎ
Ｏｘパージに伴う燃費への悪影響の方が大きいような場
合には、ＮＯｘパージが行われないことになり、よっ
て、燃費率のさらなる低減が図られる。

【００２１】請求項３の発明では、触媒が、排気浄化性
能の低下する所定の低温状態であることを判定する触媒
低温状態判定手段を備え、排気空燃比制御手段を、前記
触媒低温状態判定手段により触媒が前記低温状態である
と判定されたときには、燃料カット制御の開始時点でエ
ンジンが該所定領域にあったかどうかに拘わらず、排気
の空燃比状態をリッチ化させるものとする。

【００２２】すなわち、一般に、筒内空燃比のリーンな
運転状態では、略理論空燃比ないしそれよりもリッチな
運転状態のときに比べて、排気の温度状態が低くなるこ
とから、触媒の温度状態が低くなりやすい。そして、こ
のことに加えて、燃料カット制御が行われると、そのこ
とによって、触媒が急速に冷やされ、排気浄化性能が低
下するような低温状態になることがある。

【００２３】そこで、この発明では、触媒低温状態判定
手段により触媒が前記低温状態であると判定されたとき
には、燃料カット制御からの復帰のタイミングを利用し
て、排気の空燃比状態をリッチ化させることにより、排
気の温度状態を高めて、触媒の昇温を促進することがで
きる。

【００２４】請求項４の発明では、アクセル操作量が零
であることを判定するアクセル操作状態判定手段と、燃
料カット制御手段による燃料カット制御が終了したと
き、かつ前記アクセル操作状態判定手段によりアクセル
操作量が零であることが判定されれば、排気空燃比制御
手段による排気の空燃比状態のリッチ化補正を禁止する
禁止手段とを備えるものとする。

【００２５】このことで、燃料カット制御が終了したと
きに、アクセル操作量が零であれば、即ちエンジンがア
イドル運転状態に移行するときには、本来的に振動や騒
音の少ないアイドル運転状態であるから、空燃比のリッ
チ化に伴うエンジン回転数の変動（出力トルクの変動）
によって、運転者が違和感を覚える虞れが強い。そこ
で、この場合には、排気の空燃比状態のリッチ化を禁止
することにより、運転者の違和感を確実に防止すること
ができる。

【００２６】請求項５の発明では、気筒内燃焼室に燃料
を直接、噴射供給する燃料噴射弁が設けられ、排気空燃
比制御手段は、排気の空燃比状態をリッチ化させるとき
に、前記燃料噴射弁により燃料を気筒の膨張行程ないし
排気行程で追加噴射させるように構成されているものと
する。

【００２７】この構成では、燃料カット制御が終了し
て、エンジンが筒内空燃比のリーンな運転領域に移行し
たときに、排気空燃比制御手段により燃料噴射弁の作動
制御が行われ、該燃料噴射弁により燃料が気筒の膨張行
程ないし排気行程で追加噴射されるようになる。

【００２８】このことで、追加噴射される燃料により排
気の空燃比状態が確実にリッチ化される。また、気筒の
膨張行程等で追加噴射された燃料は、エンジン１の出力
トルクを大きく変動さしることはないため、燃料カット
制御終了時、さらにはその後の追加噴射時において出力
トルクの変動が少なく、運転者が違和感を持つことを防
止できる。

【００２９】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は、本発明の
実施形態１に係る火花点火式エンジンの燃料制御装置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、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。

【００３０】前記各気筒２毎のシリンダヘッド４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、該燃焼室６の周
縁部には燃料を気筒中心に向かって直接、噴射供給する
ように、インジェクタ１２（燃料噴射弁）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ペントルーフ型のものであり、
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、この各開口端を開閉するよう
に吸気及び排気弁１５，１５，…が配設されている。

【００３１】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
置されていて、その先端側噴孔が２つの吸気弁１５，１
５の傘部に近接して燃焼室６の周縁部に臨んでいる。一
方、インジェクタ１２は全気筒２，２，…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、この燃料供給通路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。

【００３２】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。

【００３３】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、各気筒２毎の吸気ポート１３
にそれぞれ連通するように、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を絞る蝶弁からな
るスロットル弁２２と、サージタンク２３とが配設され
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とが設け
られている。

【００３４】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に連通している。この分
岐路のうちの一方にはスワール制御弁２６が設けられて
おり、該スワール制御弁２６が閉じられると、吸気は殆
どが他方の分岐路から燃焼室６に流入するようになり、
このことで、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、これにより、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。

【００３５】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の下流端
は１つに集合して、この集合部に排気中の酸素濃度を検
出する第１酸素濃度センサ３０が配設されている。この
第１酸素濃度センサ３０は、その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。また、排気マニホルド２９の集合部には、排気管３
１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とリーンＮＯｘ触媒３４とが
接続され、さらに、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。

【００３６】そして、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Ｅ
ＧＲ通路３５の上流端が分岐接続されており、このＥＧ
Ｒ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、電動モータにより開度が調節される電気式のＥＧＲ
弁３６が配設されている。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】前記リーンＮＯｘ触媒３４によるＮＯｘの
浄化性能は、例えば図２に示すような温度依存性を有す
る。即ち、リーンＮＯｘ触媒３４はその温度状態が２０
０°Ｃ以下のときには未活性であり、温度上昇とともに
ＮＯｘ浄化性能が高くなって、約２５０〜４００°Ｃく
らいの範囲において高い浄化性能が得られるようにな
る。また、酸素過剰雰囲気であれば、図に実線で示すよ
うに、温度状態が４００°Ｃ以上になると、ＮＯｘ浄化
性能は再び低下する。一方、排気が略理論空燃比に対応
する状態であれば、リーンＮＯｘ触媒３４は三元触媒３
２と同様の作用を有し、図に破線で示すように、約２５
０°Ｃ以上の温度状態において極めて高いＮＯｘ浄化性
能を発揮する。

【００４０】前記の如き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、該両触媒３２，３４が三元浄化機能を発揮し、
排気中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが反応して、略完全に浄
化される。一方、エンジン１が空燃比のリーンな状態で
運転されるときには、前記両触媒３２，３４により排気
中のＨＣ及びＣＯが浄化されるとともに、排気中のＮＯ
ｘはリーンＮＯｘ触媒３４により吸収されて、除去され
る。

【００４１】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。

【００４２】（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。

【００４３】具体的には、図３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Ｎとにより規定されるエンジン１の全運転領域の
うち、低回転低負荷側の所定領域が成層燃焼領域（イ）
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Ｎ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Ｎ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。

【００４４】そして、その成層燃焼領域（イ）では、図
４(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。一方、前記成層燃焼領域（イ）よりも高回転ない
し高負荷側の領域（ロ）（ハ）は、いずれも均一燃焼領
域とされており、図４(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。

【００４５】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Ｎ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Ｎが降下して、予め設定した復帰回転速度Ｎ1にな
るまでの間、即ちエンジン１が図３の運転領域（ニ）に
あるとき、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。

【００４６】さらに、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Ｎ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、エンジン１を成層燃焼状
態とするときには、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
ときの筒内空燃比は例えばＡ/Ｆ＝約３０〜１４０と極
めてリーンな状態になる。

【００４７】特に、エンジン１が均一燃焼状態の領域
（ロ）にあるときには、筒内空燃比が略理論空燃比（Ａ
/Ｆ＝１４．７）になるようにスロットル開度を制御す
る（以下、この領域をλ＝１領域という）。また、この
λ＝１領域（ロ）の高負荷ないし高回転側に隣接する領
域（ハ）では、筒内空燃比が理論空燃比よりもややリッ
チ（例えばＡ/Ｆ＝１３〜１４）になるよう、燃料噴射
量を増量補正して、高負荷に対応した大出力が得られる
ようにする（以下、この領域をエンリッチ領域とい
う）。加えて、前記燃料カット制御が行われるときには
スロットル弁２２は閉じて、エンジンブレーキの利きを
高め、かつ空気の流通による触媒３２、３４の冷却を抑
制するようにしている。

【００４８】尚、前記図３に斜線を入れて示す領域で
は、ＥＧＲ弁３６を開弁させて、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、このことで、燃焼最高温度を適度に低下させて、Ｎ
Ｏｘの生成を抑制することができる。また、エンジン冷
間時には、燃焼安定性を確保するためにエンジン１を前
記運転領域（イ）（ロ）（ハ）の全てで均一燃焼状態に
させるようにしている。

【００４９】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、前記したイン
ジェクタ１２及びスロットル弁２２の作動制御の手順に
より、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、筒内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、それ以外の領域、即
ち、λ＝１領域（ロ）やエンリッチ領域（ハ）では、筒
内空燃比を略理論空燃比ないしそれよりもリッチになる
ように切替えて制御する筒内空燃比制御部４０ａが、ソ
フトウエア的に構成されている。

【００５０】また、前記の如く、エンジン１の減速運転
時に所定条件下でインジェクタ１２による燃料噴射を停
止させるという制御手順により、ソフトウエア的に燃料
カット制御部４０ｂが構成されている。

【００５１】さらに、この実施形態では、前記したよう
な基本的な制御に加えて、前記リーンＮＯｘ触媒３４の
浄化性能を安定して発揮させるために、この触媒３４に
おけるＮＯｘ吸収量を推定し、ＮＯｘの吸収により触媒
３４のＮＯｘ吸収量が飽和する前に、エンジン１が成層
燃焼領域（イ）にあっても、排気の空燃比状態を略理論
空燃比になるように制御して、該触媒３２に吸収されて
いるＮＯｘを放出させかつ還元浄化するようにしている
（以下、強制的なＮＯｘパージともいう）。

【００５２】また、エンジン１が成層燃焼領域（イ）で
の運転中に燃料カット状態になれば、そのことがＥＣＵ
４０のメモリに記憶され、その後、エンジン１が再び成
層燃焼領域（イ）に戻るときに、かつ、前記リーンＮＯ
ｘ触媒３４における推定ＮＯｘ吸収量が前記触媒３４の
飽和の判定基準（後述の第１設定量Ｓ1）よりも少ない
設定量（後述の第２設定量Ｓ2）以上になっていれば、
その燃料カット状態からの復帰のタイミングを利用し
て、前記した強制的なＮＯｘパージと同様に排気の空燃
比状態をリッチ化させるようにしている。

【００５３】言い換えると、前記ＥＣＵ４０には、前記
燃料カット制御手段４０ｂによる燃料カット制御が開始
される時点で、エンジン１が成層燃焼領域（イ）にあれ
ば、そのことをメモリに記憶する運転領域記憶部４０ｃ
（記憶手段）と、そのことがメモリに記憶されていれ
ば、燃料カット制御からの復帰のタイミングを利用し
て、排気の空燃比状態をリッチ化させる排気空燃比制御
部４０ｄとが設けられている。

【００５４】（空燃比制御の手順）以下に、前記ＥＣＵ
４０によるエンジン１の空燃比制御の処理手順につい
て、具体的に図５のフローチャート図に基づいて説明す
る。

【００５５】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３５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ＳＡ２では、排気の空
燃比状態をリッチ化させる期間であることを示すリッチ
タイマがセットされているかどうか判定し、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ＳＡ３に進んで、エンジン１の筒内空燃
比が略理論空燃比ないしそれよりもリッチになるよう
に、気筒２の吸気行程で燃料を噴射させる（λ≦１吸気
行程噴射）。

【００５６】続いて、ステップＳＡ４において、エンジ
ン１の運転状態に応じて、エンジン１の筒内空燃比が略
理論空燃比ないしそれよりもリッチになるように、スロ
ットル弁２２の開度を制御する（λ≦１スロットル制
御）。つまり、リッチタイマがセットされている間、負
荷状態や回転速度Ｎに拘わらず、エンジン１を筒内空燃
比が相対的にリッチな均一燃焼状態で運転する。尚、こ
の際、エンジン１の出力トルクが大きく変化しないよう
に、例えば筒内空燃比をリッチ側に変化させるときに、
点火時期を一時的に遅角側に補正するようにしてもよ
い。

【００５７】続いて、ステップＳＡ５において、触媒３
２，３４の温度状態を推定する。詳しくは、２つの触媒
３２，３４のうち、相対的に温度状態の低くなるリーン
ＮＯｘ触媒３４の温度状態Ｔcatを推定するが、この触
媒温度Ｔcatの推定は、例えばエンジン水温とエンジン
１の運転履歴とに基づいて行うようにすればよい。続い
て、ステップＳＡ６において、今度はリーンＮＯｘ触媒
３４におけるＮＯｘ吸収量を推定し、しかる後にリター
ンする。前記ＮＯｘ吸収量の推定方法としては、例え
ば、車両の走行距離やエンジン１の運転時間とその間の
燃料の総噴射量とを積算し、その積算値に基づいて、Ｎ
Ｏｘ吸収量を推定するようにすればよい。

【００５８】また、前記ステップＳＡ２において、リッ
チタイマがセットされていないＮＯと判定して進んだス
テップＳＡ７では、燃料カット制御を行う条件が成立し
ているかどうか判定する（領域（ニ）？）。すなわち、
例えば、エンジン回転速度Ｎが予め設定した燃料カット
制御の開始基準以上であり、かつアクセルペダルの操作
量が零であれば、燃料カット制御を行う領域（ニ）にあ
るＹＥＳと判定して、ステップＳＡ８に進み、インジェ
クタ１２による燃料の噴射を停止させる。続いて、ステ
ップＳＡ９においてスロットル弁２２を略全閉状態とさ
せ、その後、前記したステップＳＡ５に進む。

【００５９】このように、燃料カット制御中にスロット
ル弁２２を閉じることで、エンジンブレーキの利きが高
まるとともに、触媒３２，３４への空気の流通量が可及
的に少なくなり、よって、該触媒３２，３４の温度状態
が低くなることを抑制できる。

【００６０】これに対し、前記ステップＳＡ７における
判定がＮＯで、エンジン１が領域（ニ）になければ、ス
テップＳＡ１０に進み、今度は、ちょうど燃料カット制
御を終了して、インジェクタ１２による燃料の噴射供給
を再開させるとき、即ち燃料復帰のタイミングかどうか
判定する。具体的には、燃料カット制御が行われていて
かつアクセルペダルが踏み込まれたか、或いはエンジン
回転速度Ｎが所定の復帰回転速度Ｎ1（図３参照）にな
ったときに、ＹＥＳと判定して、ステップＳＡ１６に進
む一方、判定がＮＯであれば、ステップＳＡ１１に進
む。

【００６１】このステップＳＡ１１では、エンジン１が
λ＝１領域（ロ）ないしエンリッチ領域（ハ）のいずれ
かにあるかどうか判定し、判定がＹＥＳでエンジン１が
領域（ロ）（ハ）のいずれかにあるときには、前記した
ステップＳＡ３に進み、λ＝１領域（ロ）であれば、筒
内空燃比が理論空燃比になるように、また、エンリッチ
領域（ハ）であれば、筒内空燃比が理論空燃比よりもリ
ッチになるように、それぞれ気筒２の吸気行程で燃料を
噴射させる。続いて、前記したステップＳＡ４〜ＳＡ６
の制御手順を実行して、しかる後にリターンする。

【００６２】つまり、エンジン１がλ＝１領域（ロ）や
エンリッチ領域（ハ）にあるときには、エンジン１の運
転状態に応じて、インジェクタ１２による燃料噴射量と
吸入空気量とを制御して、筒内空燃比を出力と排気の清
浄化とのバランスにおいて適切な状態に維持するように
している。このとき、排気の空燃比状態は略理論空燃比
に対応する状態ないしそれよりもリッチな状態になるの
で、自ずと、リーンＮＯｘ触媒３４に吸収されていたＮ
Ｏｘが放出されて、還元される。

【００６３】一方、前記ステップＳＡ１１の判定がＮＯ
であれば、エンジン１は成層燃焼領域（イ）にあるとい
うことになるが、このときには、続くステップＳＡ１２
において前記ステップＳＡ６にて推定したリーンＮＯｘ
触媒３４におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxを予め設定した第
１設定量Ｓ1と比較する。この第１設定量Ｓ1は、リーン
ＮＯｘ触媒３４のＮＯｘ吸収量が飽和する少し手前の状
態に対応するように設定されており、従って、Ｓnox≧
Ｓ1であれば強制的なＮＯｘパージを行う必要があるの
で、ステップＳＡ１５に進む一方、Ｓnox＜Ｓ1であれ
ば、即ち、触媒３４のＮＯｘ吸収量に余裕があれば、ス
テップＳＡ１３に進んで、インジェクタ１２により燃料
を、成層燃焼状態になるように気筒２の圧縮行程で噴射
させる（成層圧縮行程噴射）。続いて、ステップＳＡ１
４において、成層燃焼状態に対応して、筒内空燃比がリ
ーンになるように、スロットル弁２２の開度を制御し
（λ＞１スロットル制御）、その後、前記ステップＳＡ
５に進む。

【００６４】また、前記ステップＳＡ１２においてＹＥ
Ｓと判定して進んだステップＳＡ１５では、強制的なＮ
Ｏｘパージのために排気の空燃比状態をリッチ化させる
時間Ｔ1をリッチタイマにセットし、前記ステップＳＡ
３に進んで、エンジン１の筒内空燃比が略理論空燃比に
なるように、気筒２の吸気行程で燃料を噴射させる。続
いて、前記の時間Ｔ1が経過するまで、ステップＳＡ４
〜ＳＡ６の制御手順を実行して、しかる後にリターンす
る。尚、前記時間Ｔ1は、排気の空燃比が略理論空燃比
に対応する状態のときに、リーンＮＯｘ触媒３４に吸収
されているＮＯｘが略全部放出されるのに要する時間に
対応するものである。

【００６５】つまり、エンジン１が成層燃焼領域（イ）
にあるときに通常は成層燃焼状態となるように制御する
一方、リーンＮＯｘ触媒３４のＮＯｘ吸収量が飽和しそ
うなときには、強制的なＮＯｘパージを行うようにして
おり、このことで、低回転低負荷域における燃費率の改
善とＮＯｘ浄化性能の確保とを両立することができる。

【００６６】さらにまた、前記ステップＳＡ１０におい
て、燃料カット制御からの復帰のタイミングであるＹＥ
Ｓと判定して進んだステップＳＡ１６では、前記ステッ
プＳＡ５にて推定した推定触媒温度Ｔcatを予め設定し
た設定温度Ｔcat1と比較する。この設定温度Ｔcat1は、
リーンＮＯｘ触媒３４によるＮＯｘ浄化性能が低下する
所定の低温状態として、約２００°〜約２５０°Ｃの間
に設定されており、従って、Ｔcat≦Ｔcat1であれば、
排気温度を高めて、触媒３２，３４の昇温を促進すべ
く、ステップＳＡ１９に進む一方、Ｔcat＞Ｔcat1であ
れば、ステップＳＡ１７に進む。

【００６７】このステップＳＡ１７では、燃料カット制
御の開始時点、即ち領域（ニ）に移行する直前に、エン
ジン１が成層燃焼領域（イ）にあったかどうか、ＥＣＵ
４０のメモリから記憶データを読み出して、判定する
（Ｆ/Ｃ前に領域（イ）か？）。この判定がＮＯであれ
ば、即ち、エンジン１は燃料カット制御の開始前にλ＝
１領域（ロ）ないしエンリッチ領域（ハ）にあったので
あれば、このときには前記ステッップＳＡ１１に進む。
一方、判定がＹＥＳならば、即ち、エンジン１は燃料カ
ット制御の開始前に成層燃焼領域（イ）にあって、リー
ンＮＯｘ触媒３４におけるＮＯｘ吸収量が増大していた
のであれば、このときにはステップＳＡ１８に進む。

【００６８】このステップＳＡ１８では、今度はリーン
ＮＯｘ触媒３４におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxが前記第１
設定量Ｓ1よりも少ない第２設定量Ｓ2以上かどうか判定
する。この第２設定量Ｓ2は、燃費率の低減とＮＯｘ浄
化性能の確保との均衡上、復帰時のＮＯｘパージを行う
方が好ましいという境界的な意味を持つように設定され
ており、Ｓnox≧Ｓ2で判定がＹＥＳであれば、ＮＯｘパ
ージを行うべく、ステップＳＡ１９に進む一方、Ｓnox
＜Ｓ2であれば、前記ステップＳＡ１１に進む。

【００６９】そして、ステップＳＡ１９において、前記
ステップＳＡ１６から進んだときには推定触媒温度Ｔca
tに見合うように、また、ステップＳＡ１８から進んだ
ときには触媒３４におけるＮＯｘ吸収量の推定値Ｓnox
に見合うように、それぞれ、筒内空燃比をリッチ化補正
する時間Ｔ2をリッチタイマにセットする。続いて、前
記したステップＳＡ３に進み、エンジン１の筒内空燃比
が略理論空燃比になるように、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、続いて、前記した
ステップＳＡ４〜ＳＡ６の制御手順を実行して、しかる
後にリターンする。

【００７０】つまり、エンジン１が燃料カット状態から
成層燃焼領域（イ）に復帰したときに、リーンＮＯｘ触
媒３４の温度状態が低下して、排気浄化性能の低下する
低温状態になっているか、或いは該リーンＮＯｘ触媒３
４におけるＮＯｘ吸収量がある程度多くなっていれば、
エンジン１の燃料カット制御からの復帰のタイミングを
利用して、排気の空燃比状態をリッチ化させることによ
り、触媒３２，３４による排気浄化性能を確保するよう
にしている。

【００７１】前記図５に示すフローのステップＳＡ３，
ＳＡ４，ＳＡ１３，ＳＡ１４が筒内空燃比制御部４０ａ
に対応し、また、ステップＳＡ８が燃料カット制御部４
０ｂに対応している。さらに、ステップＳＡ１７からス
テップＳＡ１８，ＳＡ１９を経て、ステップＳＡ３，Ｓ
Ａ４へと進む制御手順は、燃料カット制御の開始時点で
エンジン１が成層燃焼領域（イ）にあったことがＥＣＵ
４０のメモリに記憶されていれば、燃料カット制御から
の復帰のタイミングを利用して、排気の空燃比状態をリ
ッチ化させるという、排気空燃比制御部４０ｄによる制
御手順に対応している。

【００７２】また、前記ステップＳＡ１８により、リー
ンＮＯｘ触媒３４におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxが第２設
定量Ｓ2以上であることを判定するＮＯｘ吸収状態判定
部４０ｅが構成されており、前記排気空燃比制御部４０
ｄは、ＮＯｘ吸収状態判定部４０ｅによりＮＯｘ吸収量
Ｓnoxが第２設定量Ｓ2以上であると判定されたときに、
排気の空燃比状態をリッチ化させるように構成されてい
る。

【００７３】さらに、ステップＳＡ１６により、リーン
ＮＯｘ触媒３４が排気浄化性能の低下する所定の低温状
態であることを判定する触媒低温状態判定部４０ｆが構
成されており、前記排気空燃比制御部４０ｄは、触媒低
温状態判定部４０ｆにより触媒３４が前記低温状態であ
ると判定されたときには、エンジン１が燃料カット制御
の開始時点で成層燃焼領域（イ）にあったかどうかに拘
わらず、排気の空燃比状態をリッチ化させるように構成
されている。

【００７４】（実施形態１の作用効果）次に、この実施
形態の作用効果を説明する。

【００７５】前記の如きＥＣＵ４０によるエンジン１の
筒内空燃比の制御により、まず、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、通常は、イン
ジェクタ１２により燃料が主に気筒２の圧縮行程中期以
降で噴射されて、成層燃焼状態となり、ポンプ損失等の
少ない燃費効率に優れた運転状態となる。この際、排気
の空燃比状態が筒内空燃比と同じく極めてリーンな状態
になるが、排気中のＮＯｘはリーンＮＯｘ触媒３４に吸
収され、大気中へのＮＯｘの排出は十分に低減される。

【００７６】そして、エンジン１の前記成層燃焼領域
（イ）での運転が継続して、触媒３４におけるＮＯｘの
吸収量が徐々に増大すると、そのことによって触媒３４
のＮＯｘ吸収容量が減少し、該触媒３４のＮＯｘ吸収能
力が徐々に低下することになる。これに対し、図６に一
例を示すように、触媒３４におけるＮＯｘ吸収量Ｓnox
が第１設定量Ｓ1になれば、強制的なＮＯｘパージが行
われて、触媒３４のＮＯｘ吸収量が飽和する前にＮＯｘ
が放出され、還元浄化される。

【００７７】一方、エンジン１が均一燃焼領域（ロ）
（ハ）にあるときには、インジェクタ１２により燃料が
主に気筒２の吸気行程で噴射されて、均一燃焼状態とな
り、高負荷に対応する高出力が得られるとともに、排気
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
になることで、自ずと触媒３４に吸収されていたＮＯｘ
が放出されて、還元浄化される。

【００７８】ここで、車両の走行に伴いエンジン１の運
転状態が変化したときに、リーンＮＯｘ触媒３４におけ
るＮＯｘ吸収量Ｓnoxがどのように変化するか、また、
これに伴い、大気中へのＮＯｘの排出量（テールパイプ
ＮＯｘ排出量）がどのように変化するか、図７に基づい
て、説明する。

【００７９】同図に示すように、車両が一定車速で運転
されていて、エンジン１が成層燃焼領域（イ）における
高回転ないし高負荷側にあるときには（〜ｔ1）、ＮＯ
ｘの生成量が比較的多く、触媒３４におけるＮＯｘ吸収
量Ｓnoxが増大し、これに伴い触媒３４の吸収能力が徐
々に低下することから、大気中へのＮＯｘ排出量も時間
ｔの経過とともに増大することになる。

【００８０】続いて、車両の減速運転に伴いエンジン１
が燃料カット状態になると（ｔ1〜ｔ2）、その間、大気
中へのＮＯｘ排出量は略零になるが、触媒３４における
ＮＯｘ吸収量Ｓnoxは変化しない。また、この燃料カッ
ト状態では、触媒３２，３４を流通する空気によって該
触媒３２，３４が冷やされることを抑制するために、ス
ロットル弁２２が略全閉状態にされるが、それでも、触
媒３２，３４の温度状態は徐々に低下することになる。

【００８１】続いて、例えばアクセルペダルが踏み込ま
れ、図８に模式的に示すように、燃料カット制御が終了
して、エンジン１が成層燃焼領域（イ）に移行したとき
（ｔ＝ｔ2）、触媒３２，３４が所定の低温状態にある
か（Ｔcat≦Ｔcat1）、或いはリーンＮＯｘ触媒３４に
おけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxがある程度、多い状態であれ
ば（Ｓnox≧Ｓ2）、エンジン１は一時的に均一燃焼状態
とされかつ筒内空燃比がリッチ化補正され、これによ
り、排気の空燃比状態もリッチ化されて、リーンＮＯｘ
触媒３４からＮＯｘが放出され還元浄化される（ＮＯｘ
パージ）。このことで、同図に実線で示すように、リー
ンＮＯｘ触媒３４におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxが急速に
減少するとともに、大気中へのＮＯｘ排出量は、一瞬、
増大した後に速やかに減少する（ｔ2〜ｔ3）。

【００８２】そして、その後、エンジン１が通常の成層
燃焼状態に切替えられて、筒内空燃比の極めてリーンな
運転状態になっても（ｔ3〜ｔ4）、このときには前記Ｎ
Ｏｘパージによって、リーンＮＯｘ触媒３４のＮＯｘ吸
収能力が回復しているので、排気中のＮＯｘを効果的に
吸収することができ、よって、大気中へのＮＯｘ排出量
は十分に低減できる。そして、その後、エンジン１が例
えば加速運転状態になり、均一燃焼モードで運転される
ようになると（ｔ４〜）、排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ので、触媒３４に
吸収されたＮＯｘは再び放出されて、還元浄化される。

【００８３】ここで、仮に、前記した燃料復帰時のＮＯ
ｘパージを行わないようにした場合、リーンＮＯｘ触媒
３４におけるＮＯｘ吸収量Ｓnoxは、同図に破線で示す
ように変化することになり、実線のグラフと比べて、特
にｔ3〜ｔ4 の期間において大気中へのＮＯｘの排出量
が多くなってしまう。

【００８４】しかも、同図に示すｔ3〜ｔ4の期間がもう
少し長くなれば、図示しないが、エンジン１が低速の定
常運転状態にあるときにリーンＮＯｘ触媒３４における
ＮＯｘ吸収量Ｓnoxが第１設定量Ｓ1に達し、上述の如き
強制的なＮＯｘパージが行われることになる。こうなる
と、本来、エンジン１の出力が変化しない状況で運転者
の操作とは無関係にエンジン１の燃焼状態や筒内空燃比
が切替えられることになるので、運転者が強い違和感を
覚えることになる。

【００８５】これに対し、この実施形態の燃料制御装置
Ａによれば、上述の如く、エンジン１が燃料カット状態
から成層燃焼状態に復帰する燃料復帰のタイミングを利
用して、一時的に排気の空燃比状態をリッチ化させ、触
媒３２，３４の昇温促進やＮＯｘパージを行うようにし
たことで、該触媒３２，３４による排気浄化性能を確保
しながら、強制的なＮＯｘパージの行われる頻度を大幅
に低下させることができ、これにより、エンジン１の運
転中に全体として燃費率を低減することができる。

【００８６】しかも、元々、燃料噴射形態の変化する燃
料復帰のタイミングで、ＮＯｘパージを行うようにして
いるので、このときにはエンジン１の出力トルクが変化
しても、運転者が違和感を覚えることは少ない。このこ
とで、前記した強制的なＮＯｘパージの頻度の低減と合
わせて、エンジン１の運転中に全体として運転フィーリ
ングを向上できる。

【００８７】その上さらに、前記の如き燃料復帰のタイ
ミングでのＮＯｘパージを、触媒３２，３４が排気浄化
性能の低い低温状態にあるときや、或いは、エンジン１
が成層燃焼領域（イ）から燃料カット状態に移行し、再
び成層燃焼領域（イ）に戻ったときであって、かつ触媒
３４のＮＯｘ吸収量Ｓnoxがある程度、多いときにのみ
行うようにしているので、ＮＯｘパージの頻度を極小化
して、燃費率を一層、低減することができる。

【００８８】（実施形態２）図９及び図１０は、本発明
の実施形態２に係る燃料制御装置Ａによる空燃比制御の
手順を示し、この実施形態２では、エンジン１の燃料カ
ット状態からの復帰時にアクセルペダルの操作状態を判
定し、アクセルペダルの操作がなされていないときに
は、復帰のタイミングを利用したＮＯｘパージは行わな
いようにしたものである。

【００８９】具体的に、図９のフローのステップＳＢ１
〜ＳＢ１８では、前記図５に示す実施形態１のフローの
ステップＳＡ１〜ＳＡ１８と同じ制御手順を実行する。
そして、前記ステップＳＢ１６ないしステップＳＢ１８
においてＹＥＳと判定されたとき、即ち燃料カット制御
からの復帰のタイミングを利用して、ＮＯｘパージを行
う条件が成立したときに、図１０のフローに示すステッ
プＳＢ１９に進む。

【００９０】このステップＳＢ１９では、アクセル開度
センサ３７からの出力信号に基づいて、アクセル操作量
が零であるかどうか判定し、判定がＹＥＳで、アクセル
操作量が零であれば、図９のフローのステップＳＢ１
３，ＳＢ１４に進んで、エンジン１を通常の成層燃焼状
態で運転する。一方、アクセル操作量が零でないＮＯで
あれば、ステップＳＢ２０に進み、前記実施形態のステ
ップＳＡ１９と同様に、推定触媒温度Ｔcat又はＮＯｘ
吸収量Ｓnoxに見合うように、それぞれ、筒内空燃比を
リッチ化補正する時間Ｔ2をリッチタイマにセットす
る。

【００９１】続いて、ステップＳＢ２１に進み、前記ス
テップＳＢ１３と同じく通常の成層燃焼状態になるよう
に、インジェクタ１２により気筒２の圧縮行程で燃料を
噴射させるとともに、排気の空燃比状態が略理論空燃比
に対応する状態になるように、当該気筒２の膨張行程に
おいて前記インジェクタ１２により燃料を追加噴射させ
る。続いて、ステップＳＢ２２において、成層燃焼状態
に対応するようにスロットル弁２２の開度制御を行う。

【００９２】続いて、ステップＢ２３において、前記ス
テップＳＢ２０で設定したリッチタイマがセットされて
いるかどうか判定し、時間Ｔ2が経過しない間はリッチ
タイマがセットされているから、ＹＥＳと判定して、前
記ステップＳＢ２１，ＳＢ２２の制御手順を繰り返し実
行する。一方、時間Ｔ2が経過すれば（判定がＮＯ）、
前記図９に示すフローのステップＳＢ５，ＳＢ６に進ん
で、しかる後にリターンする。

【００９３】すなわち、この実施形態２では、前記図８
に破線で示すように、エンジン１が燃料カット状態から
成層燃焼領域（イ）にアイドル運転状態で復帰したとき
には、トルク変動に起因する運転フィーリングの低下を
防止することを優先して、ＮＯｘパージを行わないよう
にしている。一方、前記図８に実線で示すように、アク
セルペダルが踏まれて、エンジン１がアイドル運転状態
以外の状態で成層燃焼領域（イ）に復帰したときには、
前記実施形態１と同様にＮＯｘパージを行うのである
が、このときでもエンジン１の出力トルクの変動を極
力、抑えるために、燃焼状態の切替えは行わず、筒内空
燃比がリーンな通常の成層燃焼状態のまま追加噴射を行
って、排気の空燃比状態だけをリッチ化させるようにし
ている。

【００９４】前記図９及び図１０に示すフローのステッ
プＳＢ３，ＳＢ４，ＳＢ１３，ＳＢ１４が筒内空燃比制
御部４０ａに対応し、また、ステップＳＢ８が燃料カッ
ト制御部４０ｂに対応している。さらに、ステップＳＢ
２０〜ＳＢ２３が、排気空燃比制御部４０ｄによる燃料
復帰時のＮＯｘパージの制御手順に対応している。

【００９５】そして、前記排気空燃比制御部４０ｄは、
燃料復帰時のＮＯｘパージのために、排気の空燃比状態
をリッチ化させるとき、インジェクタ１２により燃料を
気筒２の膨張行程ないし排気行程で追加噴射させるもの
である。

【００９６】また、前記ステップＳＢ１６により触媒低
温状態判定部４０ｆが構成され、前記ステップＳＢ１８
によりＮＯｘ吸収状態判定部４０ｅが構成されており、
さらに、ステップＳＢ１９により、アクセル操作量が零
であることを判定するアクセル操作状態判定部４０ｇが
構成されている。

【００９７】さらに、前記ステップＳＢ１９においてＹ
ＥＳと判定されて、ステップＳＢ１３に進む制御手順に
より、燃料カット制御が終了したとき、かつ前記アクセ
ル操作状態判定部４０ｇによりアクセル操作量が零であ
ることが判定されれば、前記排気空燃比制御部４０ｄに
よるＮＯｘパージを禁止する禁止制御部４０ｈが構成さ
れている。

【００９８】したがって、この実施形態２によれば、前
記実施形態１と同様の作用効果が得られる上に、特に、
エンジン１が燃料カット状態からアイドル復帰したとき
には、ＮＯｘパージを行わないようにすることで、エン
ジン１の出力トルクの変動に起因する運転者の違和感を
確実に防止することができる。

【００９９】また、アイドル復帰以外の場合でも、ＮＯ
ｘパージのためだけにエンジン１の燃焼状態を強制的に
均一燃焼状態とすることはなく、通常の成層燃焼状態と
したまま、気筒２の膨張行程等での追加噴射によって、
排気の空燃比状態をリッチ化させるようにしており、こ
のことで、ＮＯｘパージに伴うエンジン１の出力トルク
の変動を最小限に抑えることができる。

【０１００】（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、前記各
実施形態では、排気の空燃比状態をリッチ化させるため
に、エンジン１の筒内空燃比を略理論空燃比（Ａ／Ｆ＝
１４．７）になるように制御するようにしているが、こ
れに限らず、筒内空燃比は理論空燃比よりもリッチ（例
えば、Ａ／Ｆ＝１２〜１４くらい）になるように制御す
るようにしてもよい。

【０１０１】また、前記実施形態１において排気の空燃
比状態をリッチ化させるときに、インジェクタ１２によ
り燃料を気筒２の膨張行程ないし排気行程で追加噴射さ
せるようにしてもよい。このようにすれば、エンジン１
の出力トルクの変動を最小限に抑えながら、排気の空燃
比状態を確実にリッチ化することができる上に、気筒２
の膨張行程等に追加噴射された燃料は、その一部が後燃
えしたり、或いは排気通路２８内で排気中の酸素と反応
したりするので、触媒３４の温度状態を極めて効果的に
高めることができる。

【０１０２】また、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、その下
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
い。或いは、リーンＮＯｘ触媒のみを配置するようにし
てもよい。また、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、Ｎ
Ｏｘ吸収材を有するＮＯｘ吸収タイプのものであればよ
い。

【０１０３】さらに、前記各実施形態では、本発明に係
る燃料制御装置を火花点火式直噴エンジン１に適用して
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の火花点火式
エンジンにも適用可能であり、さらに、このエンジンを
走行用の電気モータと組み合わせて、いわゆるハイブリ
ッド方式のパワートレインとすることもできる。

【０１０４】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１の発明
に係る火花点火式エンジンの燃料制御装置によると、排
気通路にＮＯｘ吸収型触媒を備え、エンジンの筒内空燃
比をリーン又はリッチに切替えたり、或いは燃料カット
制御を行うようにする場合に、エンジンが筒内空燃比の
リーンな所定領域から燃料カット状態に移行し、その後
に再び該所定領域に戻ったときに、この燃料カット制御
からの復帰のタイミングを利用して、ＮＯｘパージを行
うようにすることで、ＮＯｘ吸収型触媒によるＮＯｘ浄
化性能を確保しながら、筒内空燃比のリーンな運転中に
強制的なＮＯｘパージが行われる頻度を大幅に低下させ
て、エンジン運転中の全体的な燃費低減と運転フィーリ
ングの向上とを実現することができる。

【０１０５】請求項２の発明によると、ＮＯｘ吸収型触
媒におけるＮＯｘ吸収量が設定量よりも少ないときに
は、ＮＯｘパージを行われないようにすることで、燃費
率をさらに低減することができる。

【０１０６】請求項３の発明によると、触媒が浄化性能
の低下する所定の低温状態になったときには、燃料カッ
ト制御からの復帰のタイミングを利用して、排気の空燃
比状態をリッチ化させて、排気の温度状態を高めること
で、触媒の昇温を促進して、その浄化性能を安定確保す
ることができる。

【０１０７】請求項４の発明によると、エンジンが燃料
カット状態からアイドル運転状態に移行したときには、
排気の空燃比状態のリッチ化を禁止することで、運転者
の違和感を確実に防止できる。

【０１０８】請求項５の発明によると、排気の空燃比状
態をリッチ化させるときに、燃焼室に臨む燃料噴射弁に
より燃料を気筒の膨張行程等において追加噴射させるよ
うにすることで、エンジンのトルク変動を十分に低減で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る火花点火式エンジンの
燃料制御装置の全体構成図である。

【図２】触媒の温度状態の変化に対するＮＯｘ浄化率の
変化特性を、酸素過剰雰囲気（実線）と略理論空燃比に
対応する状態（破線）とで対比して示す図である。

【図３】エンジンの運転領域を設定した制御マップの一
例を示す図である。

【図４】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５】ＥＣＵによる空燃比制御の処理手順を示すフロ
ーチャート図である。

【図６】成層燃焼モードが継続して、強制的なＮＯｘパ
ージが行われるときの触媒のＮＯｘ吸収量の変化を示す
タイムチャート図である。

【図７】車両の走行状態の変化と、排気の空燃比状態、
触媒のＮＯｘ吸収量及び大気中へのＮＯｘ排出量の変化
を互いに対比して示すタイムチャート図である。

【図８】エンジンの燃料カット制御からの復帰を模式的
に示す説明図である。

【図９】実施形態２に係る図５相当図である。

【図１０】実施形態２の特徴的な制御手順を示すフロー
チャート図である。

【符号の説明】

Ａ火花点火式エンジンの燃料制御装置１エンジン２気筒６燃焼室３４リーンＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収型触媒）４０コントロールユニット（ＥＣＵ）４０ａ筒内空燃比制御部（筒内空燃比制御手段）４０ｂ燃料カット制御部（燃料カット制御手段）４０ｃ運転領域記憶部（記憶手段）４０ｄ排気空燃比制御部（排気空燃比制御手段）４０ｅＮＯｘ吸収状態判定部（ＮＯｘ吸収状態判定
手段）４０ｆ触媒低温状態判定部（触媒低温状態判定手
段）４０ｇアクセル操作状態判定部（アクセル操作状態
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）Ｆ０２Ｄ 41/08 ３０５Ｆ０２Ｄ 41/08 ３０５ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ｂ 41/40 41/40 Ｅ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２ＦＦターム(参考） 3G084 AA03 AA04 BA04 BA09 BA13 BA15 BA20 BA21 CA02 CA03 CA06 DA02 DA05 DA10 EB06 EB12 EB16 FA08 FA10 FA11 FA20 FA30 FA33 FA38 3G301 HA01 HA04 HA16 HA17 JA02 JA03 JA25 KA02 KA05 KA16 LA03 LA04 LA05 LB02 LB06 LC01 LC04 MA12 MA19 MA23 MA24 MA25 NC01 NC02 ND04 ND12 ND15 NE13 NE15 PA04Z PA07Z PA11A PA11Z PA15Z PB03A PB05A PB08Z PD09Z PD15A PE01Z PE03Z PE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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吸収型触媒と、気筒内燃焼室における点火前の平均的な空燃比である筒
内空燃比を、エンジンが所定領域にあるときに理論空燃
比よりもリーンになるように制御する一方、該所定領域
以外では略理論空燃比ないしそれよりもリッチになるよ
うに制御する筒内空燃比制御手段と、エンジンの減速運転時に所定条件下で、前記燃焼室への
燃料供給を強制的に停止させる燃料カット制御を行う燃
料カット制御手段とを備えた火花点火式エンジンの燃料
制御装置において、前記燃料カット制御手段による燃料カット制御が開始さ
れる時点で、エンジンが前記所定領域にあれば、そのこ
とを記憶する記憶手段と、前記燃料カット制御手段による燃料カット制御が終了し
て、エンジンが前記所定領域に移行したとき、該燃料カ
ット制御の開始時点でエンジンが該所定領域にあったこ
とが前記記憶手段により記憶されていれば、所定期間、
排気の空燃比状態を略理論空燃比に対応する状態ないし
それよりもリッチになるように、リッチ化補正する排気
空燃比制御手段とを備えていることを特徴とする火花点
火式エンジンの燃料制御装置。
【請求項２】請求項１において、触媒におけるＮＯｘ吸収量が設定量以上であることを判
定するＮＯｘ吸収状態判定手段を備え、排気空燃比制御手段は、前記ＮＯｘ吸収状態判定手段に
よりＮＯｘ吸収量が設定量以上であると判定されたとき
に、排気の空燃比状態をリッチ化させるように構成され
ていることを特徴とする火花点火式エンジンの燃料制御
装置。
【請求項３】請求項１において、触媒が、排気浄化性能の低下する所定の低温状態である
ことを判定する触媒低温状態判定手段を備え、排気空燃比制御手段は、前記触媒低温状態判定手段によ
り触媒が前記低温状態であると判定されたときには、燃
料カット制御の開始時点でエンジンが該所定領域にあっ
たかどうかに拘わらず、排気の空燃比状態をリッチ化さ
せるように構成されていることを特徴とする火花点火式
エンジンの燃料制御装置。
【請求項４】請求項１において、アクセル操作量が零であることを判定するアクセル操作
状態判定手段と、燃料カット制御手段による燃料カット制御が終了したと
き、かつ前記アクセル操作状態判定手段によりアクセル
操作量が零であることが判定されれば、排気空燃比制御
手段による排気の空燃比状態のリッチ化補正を禁止する
禁止手段とを備えていることを特徴とする火花点火式エ
ンジンの燃料制御装置。
【請求項５】請求項１において、気筒内燃焼室に燃料を直接、噴射供給する燃料噴射弁が
設けられ、排気空燃比制御手段は、排気の空燃比状態をリッチ化さ
せるときに、前記燃料噴射弁により燃料を気筒の膨張行
程ないし排気行程で追加噴射させるように構成されてい
ることを特徴とする火花点火式エンジンの燃料制御装
置。