JP2970341B2

JP2970341B2 - 希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2970341B2
Application number: JP24497993A
Authority: JP
Inventors: 和宏一本; 喜朗団野; 一雄古賀; 嘉明児玉; 大介三林
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: JPH07103033A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所要の運転条件下では
理論空燃比よりも希薄側空燃比での希薄燃焼運転を行な
う希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、所要の運転条件下では理論空燃比
（ストイキオ）よりも希薄側空燃比（リーン）での希薄
燃焼運転を行なう希薄燃焼式内燃機関（所謂リーンバー
ンエンジン）が提供されている。そして、かかるリーン
バーンエンジンでは、排ガス対策として、排気系に三元
触媒を設置している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のリーンバーンエンジンにおける排ガス対策で
は、加速時等、ストイキオで運転する場合は、三元触媒
が機能して排ガスを浄化するが、定常走行時等、リーン
状態で運転する場合は、三元触媒が機能せず、特に排ガ
ス中のＮＯｘ成分が増加する。

【０００４】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、リーン運転時におけるＮＯｘ浄化をドライバ
ビリティを悪化させることなく効果的に行なえるように
した、希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄化装置を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の発明の希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄化装置は、所要
の運転条件下では理論空燃比よりも希薄側空燃比での希
薄燃焼運転を行なう希薄燃焼式内燃機関において、その
排気系に、希薄燃焼状態で運転すると時間経過とともに
ＮＯｘ浄化効率が低下するが該理論空燃比または該理論
空燃比よりも過濃側空燃比での運転状態に切り替えると
ＮＯｘ浄化効率が回復するような特性を有するＮＯｘ浄
化部材をそなえるとともに、該内燃機関に供給される燃
料空気の混合割合を希薄側空燃比状態と最大機関出力と
なる空燃比状態よりもリッチ側の過濃側空燃比状態との
間で切り替える内燃機関用制御手段を設け、更に該内燃
機関用制御手段が、該希薄側空燃比状態から該過濃側空
燃比状態への切替に際しては該切替を短時間で行なう一
方、該過濃側空燃比状態から該希薄側空燃比状態への切
替に際しては該切替を徐々に行なうように構成されてい
ることを特徴としている。

【０００６】また、請求項２記載の排ガス浄化装置は、
請求項１記載の装置において、切替前の該希薄側空燃比
状態での機関出力と同等の機関出力となるように、該過
濃側空燃比状態が設定されていることを特徴としてい
る。さらに、請求項３記載の排ガス浄化装置は、請求項
１記載の装置において、該内燃機関用制御手段によっ
て、該希薄側空燃比状態から該過濃側空燃比状態に切り
替えるときに、該内燃機関の出力軸に連結されたクラッ
チを非直結状態に制御するクラッチ制御手段が設けられ
たことを特徴としている。

【０００７】

【０００８】さらに、請求項４記載の排ガス浄化装置
は、請求項１記載の装置において、該内燃機関用制御手
段が、該希薄側空燃比状態での運転継続中に、一時的に
上記の混合割合を該過濃側空燃比状態へ切り替える手段
を有していることを特徴としている。

【０００９】

【作用】上述の本発明の希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄
化装置（請求項１）では、希薄燃焼運転中において、該
ＮＯｘ浄化部材のＮＯｘ浄化効率が低下すると、一時的
に該過濃側空燃比での運転状態に切り替えることが行な
われる。すると、ＮＯｘ浄化部材は、低下していたＮＯ
ｘ浄化効率を回復する。

【００１０】そして、上記の切替に際しては、内燃機関
用制御手段によって、内燃機関に供給される燃料空気の
混合割合を希薄側空燃比状態と最大機関出力となる空燃
比状態よりもリッチ側の過濃側空燃比状態との間で切り
替えることが行なわれるとともに、希薄側空燃比状態か
ら過濃側空燃比状態への切替に際しては、内燃機関用制
御手段により、この切替を短時間で行なう一方、過濃側
空燃比状態から希薄側空燃比状態への切替に際しては、
内燃機関用制御手段により、この切替を徐々に行なう。
また、請求項２記載の排ガス浄化装置では、切替前の希
薄側空燃比状態での機関出力と同等の機関出力となるよ
うに、過濃側空燃比状態が設定されている。

【００１１】さらに、請求項３記載の排ガス浄化装置で
は、内燃機関用制御手段によって、希薄側空燃比状態か
ら過濃側空燃比状態に切り替えるときに、クラッチ制御
手段より、クラッチを非直結状態に制御する。

【００１２】さらに、請求項４記載の排ガス浄化装置で
は、内燃機関用制御手段により、希薄側空燃比状態での
運転継続中に、一時的に上記の混合割合を過濃側空燃比
状態へ切り替えることが行なわれる。

【００１３】

【実施例】以下、図面により、本発明の一実施例として
の希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄化装置について説明す
ると、図１は本装置の制御ブロック図、図２は本装置を
有するエンジンシステムの全体構成図、図３は本装置を
有するエンジンシステムのダンパクラッチ制御系に着目
した構成図、図４は本装置を有するエンジンシステムの
制御系を示すハードブロック図、図５は本装置の動作を
説明するためのフローチャート、図６は本装置の動作を
説明するためのタイムチャート、図７は本装置の作用を
説明するための図、図８はＮＯｘ浄化部材の特性図、図
９は１０モード，１５モード走行時の特性図である。

【００１４】さて、本装置を装備する自動車用のエンジ
ンは、所要の運転条件下では理論空燃比（ストイキオ）
よりも希薄側空燃比（リーン）での希薄燃焼運転（リー
ンバーン運転）を行なうリーンバーンエンジンとして構
成されているが、このエンジンシステムは、図２に示す
ようになる。すなわち、この図２において、エンジン
（内燃機関）１は、その燃焼室２に通じる吸気通路３お
よび排気通路４を有しており、吸気通路３と燃焼室２と
は吸気弁５によって連通制御されるとともに、排気通路
４と燃焼室２とは排気弁６によって連通制御されるよう
になっている。

【００１５】また、吸気通路３には、その上流側から順
に、エアクリーナ７，スロットル弁８および電磁式燃料
噴射弁（インジェクタ）９が設けられており、排気通路
４には、その上流側から順に、ＮＯｘ浄化部材１００，
三元触媒１０および図示しないマフラ（消音器）が設け
られている。なお、インジェクタ９は、エンジン１の各
気筒毎に設けられている。また、吸気通路３には、図示
しないサージタンクが設けられている。

【００１６】ここで、ＮＯｘ浄化部材１００は、希薄燃
焼状態で運転すると時間経過とともにＮＯｘ浄化効率が
低下するがストイキオまたはストイキオよりも過濃側空
燃比（リッチ）での運転状態に切り替えるとＮＯｘ浄化
効率が回復するような特性（図８参照）を有するもの
で、このＮＯｘ浄化部材１００は、上記のような特性を
得るために次のような特徴を有している。

【００１７】すなわち、ＮＯｘ浄化部材１００は、一般
的には、ハニカム担体に触媒活性成分と耐火性無機酸化
物とを含有してなるものを担持して構成される。例え
ば、触媒活性成分は、白金，パラジウムよりなる群から
選ばれた少なくとも１種の貴金属およびカリウム，ナト
リウム，ルビジウム，セシウムよりなる群から選ばれた
少なくとも１種のアルカリ金属からなる触媒活性成分と
ジルコニア，チタニア，アルミナ，アルミナ−チタニ
ア，アルミナ−ジルコニア，チタニア−ジルコニアより
なる群から選ばれた少なくとも１種の耐火性無機酸化物
とを含有するものである。

【００１８】また、ＮＯｘ浄化部材１００の形態として
は、ハニカム状のコージェライト質担体に上記の構成成
分を担持したものである。さらに、白金，パラジウムよ
りなる群から選ばれた少なくとも１種の貴金属量は、担
体１リットル当たり０．１〜１０ｇである。カリウム，
ナトリウム，ルビジウム，セシウムよりなる群から選ば
れた少なくとも１種のアルカリ金属の使用量は、担体１
リットル当たり１〜３０ｇである。上記の耐火性無機酸
化物は、通常、粉末状であり、そのＢＥＴ比表面積は、
５０〜３００ｍ²／ｇであり、その使用量は、担体１リ
ットル当たり１００〜３００ｇである。

【００１９】ＮＯｘ浄化部材１００の調製としては、通
常の調製方法でもできるが、例えば以下の方法がある。
貴金属を含有する水溶液と耐火性無機酸化物とを混合し
た後、乾燥および焼成し、貴金属担持耐火性酸化物の粉
体を得る。この粉体を湿式粉砕し、水性スラリーを得、
このスラリーを担体に被覆した後、乾燥および焼成す
る。さらに、スラリーを被覆した担体をアルカリ金属の
水溶液に浸漬した後、乾燥および焼成する。

【００２０】なお、上記のようなＮＯｘ浄化部材１００
の特性は、希薄燃焼状態で運転中は、ＮＯｘを吸着して
いき、時間経過とともにＮＯｘの吸着能力が飽和してい
くため、ＮＯｘ浄化効率が低下するが、ストイキオまた
はストイキオよりも過濃側空燃比（リッチ）での運転状
態に切り替えると、吸着していたＮＯｘを放出あるいは
自浄するため、ＮＯｘ浄化効率が回復するものと考えら
れる。

【００２１】また、三元触媒１０は、ストイキオ運転状
態で、ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを浄化するもので、公知のも
のである。さらに、スロットル弁８は、ワイヤケーブル
を介してアクセルペダル（図示せず）に連結されてお
り、このアクセルペダルの踏込み量に応じて開度を調整
されるようになっている。

【００２２】ところで、本装置を装備したエンジン１に
は、図３に示すように、トルクコンバータ２２０を介し
て自動変速機の歯車変速装置２３０が設けられている。
すなわち、このエンジン１のクランク軸１Ａにフライホ
イール１Ｂが取り付けられており、更に駆動力伝達装置
としてのトルクコンバータ２２０における駆動軸２２１
の一端が、フライホイール１Ｂを介しクランク軸１Ａに
連結されている。

【００２３】ここで、トルクコンバータ２２０は、ケー
シング、ポンプ、ステータおよびタービンをそなえてお
り、ポンプは、トルクコンバータ２２０のケーシングを
介して駆動軸２２１の他端に連結され、ステータはワン
ウェイクラッチを介して、ケーシングに連結されてい
る。また、タービンは、歯車変速装置２３０の入力軸２
３０Ａに接続されている。

【００２４】さらに、トルクコンバータ２２０は、スリ
ップ式の直結クラッチ２２８（このクラッチ２２８をダ
ンパクラッチと呼ぶ）をそなえており、このダンパクラ
ッチ２２８は、トルクコンバータ２２０の入力側と出力
側とを剛連結しうるように付設されている。すなわち、
ダンパクラッチ２２８は、ダンパクラッチ入力用ケーシ
ングとタービンとの間に介装され、係合時（直結時）に
おいても所要のスリップを許容して、トルクコンバータ
２２０のポンプとタービンとを機械的に直結させるよう
に構成されている。

【００２５】そして、トルクコンバータ２２０およびダ
ンパクラッチ２２８を制御する制御装置が設けられてお
り、ダンパクラッチ２２８のスリップ量およびダンパク
ラッチ２２８を介して伝達されるトルクは、ダンパクラ
ッチ油圧制御回路２５０により、外部から制御されるよ
うになっている。ダンパクラッチ油圧制御回路２５０
は、ダンパクラッチコントロールバルブ２５２およびダ
ンパクラッチコントロールソレノイドバルブ２５４をそ
なえており、ダンパクラッチコントロールソレノイドバ
ルブ２５４は常閉型のオンオフ弁として構成され、その
ソレノイド２５４ａが後述の制御ユニット２５に電気的
に接続されている。

【００２６】ダンパクラッチコントロールバルブ２５２
は、ダンパクラッチ２２８に供給される作動油の油路を
切り換えるとともに、ダンパクラッチ２２８に作用する
油圧を制御できるように構成されている。従って、油圧
が油路２５７を介して入力用ケーシングとダンパクラッ
チ２２８との間に形成される油圧室に供給されると、ダ
ンパクラッチ２２８の係合が解除される一方、油圧が油
路２５９を介してダンパクラッチ２２８とタービンとの
間に形成される油圧室に供給されると、ダンパクラッチ
２２８をケーシングに摩擦係合させるようになってい
る。

【００２７】また、このエンジンシステムを制御するた
めに、種々のセンサが設けられている。まず、図２に示
すように、エアクリーナ７を通過した吸気が吸気通路３
内に流入する部分には、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（吸気量センサ）１７や吸
気温センサ１８，大気圧センサ１９がそなえられてい
る。

【００２８】また、吸気通路３におけるスロットル弁８
の配設部分には、スロットル弁８の開度を検出するポテ
ンショメータ式のスロットルポジションセンサ２０のほ
かに、アイドルスイッチ２１がそなえられている。さら
に、排気通路４側におけるＮＯｘ浄化部材１００の上流
側部分に、排気ガス中の酸素濃度（Ｏ₂濃度）を空燃比
リーン側において線形に検出するリニア酸素濃度センサ
（以下、単に「リニアＯ₂センサ」という）２２がそな
えられるほか、その他のセンサとして、エンジン１用の
冷却水の温度を検出する水温センサ２３や、図４に示す
クランク角度を検出するクランク角センサ２４（このク
ランク角センサ２４はエンジン回転数Ｎｅを検出する回
転数センサとしての機能も兼ねている）や車速センサ３
０などがそなえられている。

【００２９】そして、これらのセンサやスイッチからの
検出信号は、図４に示すような制御ユニット（コンピュ
ータ）２５へ入力されるようになっている。ここで、こ
の制御ユニット２５のハードウェア構成は、図４に示す
ようになるが、この制御ユニット２５は、その主要部と
してＣＰＵ（演算装置）２６をそなえたコンピュータと
して構成されており、ＣＰＵ２６には、吸気温センサ１
８，大気圧センサ１９，スロットルポジションセンサ２
０，リニアＯ₂センサ２２，水温センサ２３等からの検
出信号が、入力インタフェース２８およびアナログ／デ
ィジタルコンバータ２９を介して入力されるようになっ
ている。

【００３０】また、ＣＰＵ２６には、エアフローセンサ
１７，アイドルスイッチ２１，クランク角センサ２４，
車速センサ３０等からの検出信号が、入力インタフェー
ス３５を介して直接入力されるようになっている。さら
に、ＣＰＵ２６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のほか各種データを記憶するＲＯＭ
（記憶手段）３６や更新して順次書き替えられるＲＡＭ
３７との間でデータの授受を行なうようになっている。

【００３１】また、ＣＰＵ２６による演算の結果、制御
ユニット２５からは、エンジン１の運転状態を制御する
ための信号、例えば、燃料噴射制御信号，点火時期制御
信号等の各種制御信号が出力されるようになっている。
なお、制御ユニット２５からは、ダンパクラッチ制御信
号も出力されるようになっている。ここで、燃料噴射制
御（空燃比制御）信号は、ＣＰＵ２６から噴射ドライバ
３９を介して、インジェクタ９を駆動させるためのイン
ジェクタソレノイド９ａ（正確にはインジェクタソレノ
イド９ａ用のトランジスタ）へ出力されるようになって
おり、点火時期制御信号は、ＣＰＵ２６から点火ドライ
バ４０を介して、パワートランジスタ４１へ出力され、
このパワートランジスタ４１から点火コイル４２を介し
ディストリビュータ４３により各点火プラグ１６に順次
火花を発生させるようになっている。

【００３２】なお、ダンパクラッチ制御信号は、ＣＰＵ
２６からダンパクラッチ用ドライバ４７を介して、ダン
パクラッチコントロールソレノイドバルブ２５４のソレ
ノイド２５４ａへ出力されるようになっている。今、燃
料噴射制御（空燃比制御）に着目すると、この燃料噴射
制御（インジェクタ駆動時間制御）のために、制御ユニ
ット２５は、図１に示すように、基本駆動時間決定手段
５０，空燃比係数設定手段５１，リーン空燃比係数設定
手段５２，リッチ化制御用空燃比係数設定手段５３，過
渡時空燃比係数演算手段５３Ａ，その他補正係数設定手
段５４，デッドタイム補正手段５５，選択手段５６，５
７の機能をそなえており、更にリーン運転条件判定手段
５８，切替制御手段５９の機能も有している。

【００３３】ここで、基本駆動時間決定手段５０は、イ
ンジェクタ９のための基本駆動時間Ｔ_Bを決定するもの
で、このため、この基本駆動時間決定手段５０はエアフ
ローセンサ１７からの吸入空気量Ａ情報とクランク角セ
ンサ（エンジン回転数センサ）２４からのエンジン回転
数Ｎ情報とからエンジン１回転あたりの吸入空気量Ａ／
Ｎ情報を求め、この情報に基づき基本駆動時間Ｔ_Bを決
定するようになっている。

【００３４】空燃比係数設定手段５１は、運転状態に応
じて空燃比をリッチまたはストイキオにするための空燃
比係数ＫＡＦＳを設定するものである。リーン空燃比係
数設定手段５２は、空燃比をリーンにするための空燃比
係数ＫＡＦＬを設定するものであり、リッチ化制御用空
燃比補正係数設定手段５３は空燃比を、リーン空燃比状
態から最大機関出力となる空燃比状態を越えたリッチ側
空燃比状態にするためのリッチ化制御用空燃比係数ＫＡ
ＦＲを設定するものである。なお、リッチ化制御用空燃
比係数ＫＡＦＲの決め方は、図７に示すように、切替前
のリーン側空燃比状態での機関出力と同等の機関出力と
なるように、リッチ化制御用空燃比係数ＫＡＦＲを設定
する。

【００３５】過渡時空燃比係数演算手段５２Ａは、リー
ンバーン運転中にリッチ化し再度リーン状態に戻る際
に、時々刻々と変化する過渡時空燃比係数を演算するも
ので、この過渡時空燃比係数は、ＫＡＦＬ・β＋（１−
β）・ＫＡＦＲから求められる。ここで、βは過渡補正
係数である。その他補正係数設定手段５４は、エンジン
冷却水温，吸気温，大気圧等に応じた補正係数Ｋを設定
するものである。また、デッドタイム補正手段５５はバ
ッテリ電圧に応じて駆動時間を補正するためデッドタイ
ム（無効時間）Ｔ_Dを設定するものである。

【００３６】選択手段５６は、リーン空燃比係数設定手
段５２からの空燃比係数ＫＡＦＬ，リッチ化制御用空燃
比係数設定手段５３からのリッチ化制御用空燃比係数Ｋ
ＡＦＲ，過渡時空燃比係数演算手段５３Ａからの過渡時
空燃比係数のいずれかを選択するもので、選択手段５７
は、空燃比係数設定手段５２からの空燃比補正係数ＫＡ
ＦＳまたは選択手段５６で選択された空燃比係数ＫＡＦ
Ｌ又はＫＡＦＲ又はＫＡＦＬ・β＋（１−β）・ＫＡＦ
Ｒのいずれかを選択するものである。

【００３７】リーン運転条件判定手段５８は、リーンバ
ーン運転を行なうことができる条件が成立したかどうか
を判定するもので、切替制御手段５９は、リーン運転条
件判定手段５８での判定結果及び内蔵するタイマでの経
時情報に基づいて、選択手段５６，５７の切替制御を行
なうものである。そして、燃料噴射時間Ｔ_INJは、Ｔ_B
×ＫＡＦＳ×Ｋ＋Ｔ_D又はＴ_B×ＫＡＦＬ×Ｋ＋Ｔ_D又
はＴ_B×ＫＡＦＲ×Ｋ＋Ｔ_D又はＴ_B×（ＫＡＦＬ・β
＋（１−β）・ＫＡＦＲ）×Ｋ＋Ｔ_Dのいずれかとな
り、この時間Ｔ_INJで燃料が噴射されるようになってい
るのである。

【００３８】また、ダンパクラッチ制御手段６１は、エ
ンジン運転状態を各種のセンサから検出して、エンジン
運転状態に応じてダンパクラッチ２２８を直結（オン）
状態（すべり状態を含む）又は非直結状態（オフ状態）
にするもので、特に本発明との関連で言えば、リーン側
空燃比状態からリッチ側空燃比状態に切り替えるとき
に、ダンパクラッチ２２８を非直結状態（オフ状態）に
制御することができるように構成されており、このため
に、このダンパクラッチ制御手段６１は、図３に示すよ
うに、ダンパクラッチオン制御手段６１Ａ，ダンパクラ
ッチオフ制御手段６１Ｂの機能をそなえるとともに、エ
ンジン運転状態に応じて上記のいずれかの手段を選択す
る選択手段６１Ｃの機能をそなえている。なお、リーン
運転中に、上記のようにリッチ化したあとは、直結禁止
状態を解除する。

【００３９】これにより、この制御ユニット２５は、エ
ンジン１に供給される燃料空気の混合割合をリーン側空
燃比状態とこのリーン側空燃比状態から最大機関出力と
なる空燃比状態を越えたところのリッチ側空燃比状態と
の間で切り替える制御手段の機能を有していることにな
る。また、この制御ユニット２５は、リーン側空燃比状
態からリッチ側空燃比状態への切替に際しては、この切
替を短時間で行なう一方、リッチ側空燃比状態からリー
ン側空燃比状態への切替に際しては、この切替を徐々に
行なうようにも構成されている（過渡時空燃比係数演算
手段５３Ａ参照）。

【００４０】さらに、この制御ユニット２５は、リーン
側空燃比状態での運転継続中に、一時的に上記の混合割
合をリッチ側空燃比状態へ切り替える手段も有している
ことになる。次に、上記のようにＮＯｘ浄化部材１００
や三元触媒１０を排気系に有するリーンバーンエンジン
における燃料噴射制御（空燃比制御）について、図５に
示すフローチャートを用いて説明する。

【００４１】まず、ステップＡ１で、Ａ／Ｎ（エンジン
１回転当たりの吸気量）やエンジン回転数Ｎｅや冷却水
温Ｔｗ等を読み込んで、ステップＡ２で、リーン運転条
件が成立したかどうかを判定する。最初は、リーン運転
条件が成立していないので、ステップＡ３で、ストイキ
オまたはリッチ運転状態に応じた空燃比係数ＫＡＦＳを
設定する。

【００４２】その後は、ステップＡ４で、タイマ値ＴＢ
を０にし、ステップＡ５で、リッチ化フラグをリセット
してから、ステップＡ３で設定した空燃比係数ＫＡＦＳ
をＫＡＦとおき、この設定した値に応じて、空燃比を設
定する（ステップＡ６，Ａ２２）。これにより、エンジ
ン運転状態に応じて、ストイキオまたはリッチにするた
めの燃料噴射制御が実行される。

【００４３】次に、ステップＡ２で、リーン運転条件が
成立したとすると、ステップＡ２でＹＥＳルートをとっ
て、ステップＡ７で、リーン運転状態に応じた空燃比係
数ＫＡＦＬを設定するとともに、ステップＡ８で、リッ
チ化制御用の空燃比係数ＫＡＦＲを、ステップＡ７で設
定したリーン運転状態に応じた空燃比係数ＫＡＦＬに応
じて設定する。

【００４４】そして、次のステップＡ９で、リッチ化フ
ラグセットかどうかを判定する。リーン運転条件成立前
に、ステップＡ５でリッチ化フラグリセットにされるか
ら、最初はＮＯルートをとって、ステップＡ１０で、Ａ
／Ｎやエンジン回転数Ｎｅに応じたＮＯｘ浄化部材性能
低下時間ｔｂを設定し、ステップＡ１１で、タイマ値Ｔ
Ｂが設定時間ｔｂを越えたかどうかを判定する。

【００４５】もし、越えていない場合は、ステップＡ１
１で、ＮＯルートをとって、ステップＡ７で設定したリ
ーン運転状態に応じた空燃比係数ＫＡＦＬをＫＡＦとお
き、この設定した値に応じて、空燃比を設定する（ステ
ップＡ１２，Ａ２２）。これにより、リーン運転状態に
応じて燃料噴射制御が実行される。なお、このリーン運
転時においては、排気通路４に設けられたＮＯｘ浄化部
材１００は、時間経過とともにＮＯｘ浄化効率が低下し
てきている。

【００４６】その後、ステップＡ１１で、タイマ値ＴＢ
が設定時間ｔｂを越えると、ステップＡ１３で、タイマ
値ＴＢを０にし、ステップＡ１４で、リッチ化フラグを
セットし、ステップＡ１５で、過渡補正係数βを０とお
く。その後は、ステップＡ８で設定したリッチ化制御用
の空燃比係数ＫＡＦＲをＫＡＦとおき、この設定した値
に応じて、空燃比を設定する（ステップＡ１６，Ａ２
２）。

【００４７】その後も、リーン運転条件が成立している
とすると、ステップＡ９でＹＥＳルートをとり、ステッ
プＡ１７で、リッチ化フラグセットからの経過設定時間
ｔｎ（一定時間：例えば数秒：ｔｎ＜ｔｂ）が過ぎたか
どうかを判定する。最初はまだ経過していないので、ス
テップＡ１６，Ａ２２の処理を行なう。この処理は設定
時間ｔｎが経過するまで行なわれる。

【００４８】これにより、リ−ンバーン状態での運転中
に、ＮＯｘ浄化部材性能低下時間ｔｂが経過すると、設
定時間ｔｎの間、エンジン１は、リッチの状態で運転さ
れる。これにより、排気通路４に設けられたＮＯｘ浄化
部材１００のＮＯｘ浄化効率が回復する。また、リ−ン
バーン状態での運転中に、リッチ運転状態に切り替える
際には、図７に示すように、切替前のリーン側空燃比状
態での機関出力と同等の機関出力となるように、リッチ
化制御用空燃比係数ＫＡＦＲが設定され、しかもこの切
替が瞬時に行なわれるので、切替に伴うトルク変動を抑
制することができ、ドライバビリティを悪化させること
がなく、更には切替が瞬時に行なわれる結果、ＮＯｘ浄
化部材１００のＮＯｘ浄化効率を速やかに回復させるこ
ともできる。

【００４９】さらに、この切替時においては、ダンパク
ラッチ２２８を直結状態にすることが禁止される。即
ち、もしダンパクラッチ２２８が直結状態にあれば、ダ
ンパクラッチ２２８を非直結状態に移行させ、もしダン
パクラッチ２２８が非直結状態にあれば、ダンパクラッ
チ２２８の非直結状態を維持するのである。これによ
り、空燃比をリーン状態からリッチ状態へ切り替える際
のトルク変動を抑制することができ、これにより、良好
なドライバビリティが得られる。そして、この一時リッ
チ化への切替後のリッチ化運転時は、ダンパクラッチ２
２８の直結禁止を解除する。これにより、ダンパクラッ
チ２２８が直結状態になることを許容するのである。

【００５０】そして、設定時間ｔｎが経過すると、ステ
ップＡ１７でＹＥＳルートをとり、ステップＡ１８で、
βのインクリメントを開始して、ステップＡ１９で、こ
のβが１になったかどうかを判定する。なお、βのイン
クリメントは０から１まで行なわれるものとする。設定
時間ｔｎ経過直後はβが１になっていないので、ＫＡＦ
Ｌ・β＋（１−β）・ＫＡＦＲをＫＡＦとおき、この設
定した値に応じて、空燃比を設定する（ステップＡ２
０，Ａ２２）。このときも、ダンパクラッチ２２８を直
結状態にすることが禁止される。即ち、もしダンパクラ
ッチ２２８が直結状態にあれば、ダンパクラッチ２２８
を非直結状態に移行させ、もしダンパクラッチ２２８が
非直結状態にあれば、ダンパクラッチ２２８の非直結状
態を維持するのである。

【００５１】そして、β＝１となるまで、上記のステッ
プＡ２０，Ａ２２の処理を行なう。これにより、リッチ
化時間ｔｎが経過して、リーン運転への切替過渡時に
は、βが０から１にインクリメントされていくことによ
り、切替が徐々に行なわれるような燃料噴射制御が実行
される。このように再度のリーン運転への切替過渡時
に、切替を除々に行なっても、ＮＯｘ浄化部材１００の
ＮＯｘ浄化効率は回復しているので、エンジン排気中の
ＮＯｘは増加しない。

【００５２】そして、βが１になると、ステップＡ１９
でＹＥＳルートをとって、ステップＡ２１で、リッチ化
フラグをリセットしてから、ステップＡ７で設定したリ
ーン運転状態に応じた空燃比係数ＫＡＦＬをＫＡＦとお
き、この設定した値に応じて、空燃比を設定する（ステ
ップＡ１２，Ａ２２）。これにより、再度、エンジン１
はリーンバーン状態での運転を再開する。

【００５３】このときはＮＯｘ浄化部材１００のＮＯｘ
浄化効率は回復しているので、再度リーンバーン運転を
行なっても、ＮＯｘ浄化を期待できる。そして、リーン
再開移行時にダンパクラッチ２２８の直結禁止を行なっ
た場合は、リーンバーン状態での運転を再開したあと
に、ダンパクラッチ２２８の直結禁止を解除しておく。
これにより、ダンパクラッチ２２８が直結状態になるこ
とが許容される。

【００５４】以降は、リ−ンバーン状態での運転が継続
している場合に、同様の処理を繰り返すため、リ−ンバ
ーン運転中においては、設定時間ｔｂが経過する毎に、
一時的に所要時間だけ、エンジン１はストイキオまたは
リッチの状態での運転に切り替えられる。これにより、
排気通路４に設けられたＮＯｘ浄化部材１００は、リー
ンバーン運転中において、時間経過とともにＮＯｘ浄化
効率が低下するが、設定時間ｔｂが経過する毎に、ＮＯ
ｘ浄化効率を回復せしめられる。その結果、ＮＯｘ浄化
部材１００による浄化性能を十分に保持することができ
る。

【００５５】そして、リーンバーン状態とリッチ状態と
の間の切替時に、切替前のリーン側空燃比状態での機関
出力と同等の機関出力となるようなリッチ化制御用空燃
比係数に基づく燃料噴射制御のほか、ダンパクラッチの
各制御を同時に並行して行ない、しかもこの切替が瞬時
に行なわれるので、切替に伴うトルク変動を十分に抑制
することができ、これにより良好なドライバビリティが
得られるのである。

【００５６】ここで、上記のフローチャートによって実
行される燃料噴射制御等に関するタイムチャートを示す
と、図６のようになる。なお、リーン運転条件が成立し
ていない図９に示すような１０モード，１５モード走行
時の運転又は一般走行時においては、自然に加減速を繰
り返すため、設定空燃比はリッチ／ストイキオとリーン
と変化し、ＮＯｘ浄化部材１００による浄化性能は自然
に回復する。

【００５７】また、リーン運転中に一時リッチ化する際
においても、切替過渡時間（他の係数αが０から１にイ
ンクリメントされる時間）を設定することもできるが、
この場合、この時間は、上記リーン運転へ戻す際の切替
過渡時間（βが０から１にインクリメントされる時間）
に比べて、著しく速く設定することが必要である。さら
に、上記の実施例では、ダンパクラッチ２２８について
はオンオフ制御を施していたが、このダンパクラッチ２
２８についてデューティ制御を施すことも可能である。
このようにダンパクラッチ２２８についてデューティ制
御を施すと、例えばリーン状態へ戻す際の切替過渡時に
ダンパクラッチ２２８を徐々に切り替えることができ
る。

【００５８】さらに、リーンバーン運転中において、Ｎ
Ｏｘ浄化部材１００のＮＯｘ浄化効率が低下する時間
（設定時間）ｔｂが経過する毎に、一時的にリッチでの
運転状態に切り替えるようにする代わりに、リーンバー
ン運転中において、実際にＮＯｘ浄化部材１００のＮＯ
ｘ浄化効率が低下したことが検出されると、一時的にリ
ッチでの運転状態に切り替えるようにすることも勿論で
きる。この場合、リーンバーン運転中におけるＮＯｘ浄
化部材１００のＮＯｘ浄化効率低下度は、リニアＯ₂セ
ンサ２２等の入力を基にコンピュータのベースマップに
より又はＮＯｘセンサのようなもので検出する。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の希薄燃焼
式内燃機関の排ガス浄化装置によれば、希薄燃焼式内燃
機関の排気系に、希薄燃焼状態で運転すると時間経過と
ともにＮＯｘ浄化効率が低下するが該理論空燃比または
該理論空燃比よりも過濃側空燃比での運転状態に切り替
えるとＮＯｘ浄化効率が回復するような特性を有するＮ
Ｏｘ浄化部材をそなえるとともに、該内燃機関に供給さ
れる燃料空気の混合割合を希薄側空燃比状態と最大機関
出力となる空燃比状態よりもリッチ側の過濃側空燃比状
態との間で切り替える内燃機関用制御手段を設け、更に
該内燃機関用制御手段が、該希薄側空燃比状態から該過
濃側空燃比状態への切替に際しては該切替を短時間で行
なう一方、該過濃側空燃比状態から該希薄側空燃比状態
への切替に際しては該切替を徐々に行なうようになって
いるので、希薄燃焼運転中において、一時的に過濃側空
燃比での運転状態に切り替えることにより、ＮＯｘ浄化
効率を回復せしめられ、その結果、ＮＯｘ浄化部材によ
る浄化性能を十分に保持できる利点があるほか、切替時
のトルク変動を抑制して、良好なドライバビリティを実
現できる利点もある。

【００６０】また、切替前の該希薄側空燃比状態での機
関出力と同等の機関出力となるように、該過濃側空燃比
状態が設定されているので、切替時のトルク変動がほと
んどなくなり、更に良好なドライバビリティを実現でき
る利点がある。さらに、内燃機関用制御手段によって、
該希薄側空燃比状態から該過濃側空燃比状態に切り替え
るときに、該内燃機関の出力軸に連結されたクラッチを
非直結状態に制御するクラッチ制御手段が設けられてい
るので、切替時のトルク変動を動力伝達系に伝えずに済
み、やはり良好なドライバビリティの実現に寄与するも
のである。

【００６１】

【００６２】さらに、内燃機関用制御手段が、希薄側空
燃比状態での運転継続中に、一時的に上記の混合割合を
過濃側空燃比状態へ切り替える手段を有しているので、
ＮＯｘ浄化部材によるＮＯｘ浄化効率の回復を確実に実
施できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての希薄燃焼式内燃機関
の排ガス浄化装置の制御ブロック図である。

【図２】本装置を有するエンジンシステムの全体構成図
である。

【図３】本装置を有するエンジンシステムのダンパクラ
ッチ制御系に着目した構成図である。

【図４】本装置を有するエンジンシステムの制御系を示
すハードブロック図である。

【図５】本装置の動作を説明するためのフローチャート
である。

【図６】本装置の動作を説明するためのタイムチャート
である。

【図７】本装置の作用を説明するための図である。

【図８】ＮＯｘ浄化部材の特性図である。

【図９】１０モード，１５モード走行時の特性図であ
る。

【符号の説明】

１エンジン（内燃機関）１Ａクランク軸１Ｂフライホイール２燃焼室３吸気通路４排気通路５吸気弁６排気弁７エアクリーナ８スロットル弁９電磁式燃料噴射弁（インジェクタ）９ａインジェクタソレノイド１０三元触媒１６点火プラグ１７エアフローセンサ（吸気量センサ）１８吸気温センサ１９大気圧センサ２０スロットルポジションセンサ２１アイドルスイッチ２２リニアＯ₂センサ２３水温センサ２４クランク角センサ（エンジン回転数センサ）２５制御ユニット２６ＣＰＵ（演算装置）２８入力インタフェース２９アナログ／ディジタルコンバータ３０車速センサ３５入力インタフェース３６ＲＯＭ（記憶手段）３７ＲＡＭ３９噴射ドライバ４０点火ドライバ４１パワートランジスタ４２点火コイル４３ディストリビュータ４７ダンパクラッチ用ドライバ５０基本駆動時間決定手段５１空燃比補正設定手段５２リーン空燃比係数設定手段５３リッチ化制御用空燃比係数設定手段５３Ａ過渡時空燃比係数演算手段５４その他補正係数設定手段５５デッドタイム補正手段５６，５７選択手段５８リーン運転条件判定手段５９切替制御手段６１ダンパクラッチ制御手段６１Ａダンパクラッチオン制御手段６１Ｂダンパクラッチオフ制御手段６１Ｃ選択手段２２０トルクコンバータ２２１駆動軸２２８スリップ式の直結クラッチ（ダンパクラッチ）２３０歯車変速装置２３０Ａ入力軸２５０ダンパクラッチ油圧制御回路２５２ダンパクラッチコントロールバルブ２５４ダンパクラッチコントロールソレノイドバルブ２５４ａソレノイド２５７，２５９油路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者児玉嘉明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 (72)発明者三林大介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 (56)参考文献特開平５−133260（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−199949（ＪＰ，Ａ) 特開平３−229930（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/04 305 F02D 41/14 310

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所要の運転条件下では理論空燃比よりも
希薄側空燃比での希薄燃焼運転を行なう希薄燃焼式内燃
機関において、その排気系に、希薄燃焼状態で運転すると時間経過とと
もにＮＯｘ浄化効率が低下するが該理論空燃比または該
理論空燃比よりも過濃側空燃比での運転状態に切り替え
るとＮＯｘ浄化効率が回復するような特性を有するＮＯ
ｘ浄化部材をそなえるとともに、該内燃機関に供給される燃料空気の混合割合を希薄側空
燃比状態と最大機関出力となる空燃比状態よりもリッチ
側の過濃側空燃比状態との間で切り替える内燃機関用制
御手段を設け、更に該内燃機関用制御手段が、該希薄側空燃比状態から
該過濃側空燃比状態への切替に際しては該切替を短時間
で行なう一方、該過濃側空燃比状態から該希薄側空燃比
状態への切替に際しては該切替を徐々に行なうように構
成されていることを特徴とする、希薄燃焼式内燃機関の
排ガス浄化装置。
【請求項２】切替前の該希薄側空燃比状態での機関出
力と同等の機関出力となるように、該過濃側空燃比状態
が設定されていることを特徴とする請求項１記載の希薄
燃焼式内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項３】該内燃機関用制御手段によって、該希薄
側空燃比状態から該過濃側空燃比状態に切り替えるとき
に、該内燃機関の出力軸に連結されたクラッチを非直結
状態に制御するクラッチ制御手段が設けられたことを特
徴とする請求項１記載の希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄
化装置。
【請求項４】該内燃機関用制御手段が、該希薄側空燃
比状態での運転継続中に、一時的に上記の混合割合を該
過濃側空燃比状態へ切り替える手段を有していることを
特徴とする請求項１記載の希薄燃焼式内燃機関の排ガス
浄化装置。