JP2973795B2 - 希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

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
化部材と、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理論空燃比状態または過濃側空燃
比状態との間で切り替える内燃機関用制御手段とをそな
えるとともに、ＮＯｘ浄化効率が回復するように該理論
空燃比状態または該過濃側空燃比状態であるリッチ化制
御用空燃比を設定する手段を設け、更に該内燃機関用制
御手段が、設定されたリッチ化制御用空燃比状態で所定
期間経過した後に該リッチ化制御用空燃比状態から該希
薄側空燃比状態へ切り替える際に、この切替えを徐々に
行なうことを特徴としている。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、該内燃
機関用制御手段が、該希薄側空燃比状態から上記のリッ
チ化制御用空燃比状態への切替を短時間で行なうように
構成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２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から
上記のリッチ化制御用空燃比状態への切替を段階的に切
り替える切替過渡時間を設定する手段を有し、該希薄側
空燃比状態から上記のリッチ化制御用空燃比状態への切
替を短時間で且つ該切替過渡時間に亘って段階的に行な
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から上記のリッチ化制御用空燃
比状態への切替時において、該内燃機関の出力に変化を
与えないように、上記の混合割合を変化させる手段を有
していることを特徴としている。さらに、請求項５記載
の排ガス浄化装置は、請求項４記載の装置において、該
内燃機関用制御手段が、該混合割合を該希薄側空燃比状
態から上記のリッチ化制御用空燃比状態に切り替えると
きに、該内燃機関への吸入空気量を減少させる手段を有
していることを特徴としている。

【０００７】また、請求項６記載の排ガス浄化装置は、
請求項４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から上記のリッチ化制御用空燃
比状態に切り替えるときに燃料増量を行なう燃料増量手
段と、該燃料増量手段による燃料増量時に該燃料増量手
段と協働して他の手段により該内燃機関の出力を低減さ
せる内燃機関出力低減手段とを有していることを特徴と
している。

【０００８】さらに、請求項７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上記のリッチ化制
御用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。

【０００９】また、請求項８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と上記のリッチ化制御用空燃比
状態との間の切替時において、燃料噴射制御と点火時期
制御とを同時に並行して行なうことを特徴としている。
さらに、請求項９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
空燃比状態と上記のリッチ化制御用空燃比状態との間の
切替時において、燃料噴射制御とＥＧＲ制御とを同時に
並行して行なうことを特徴としている。

【００１０】

【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、所定時
間、ＮＯｘ浄化効率が回復するように該理論空燃比状態
または該過濃側空燃比状態であるリッチ化制御用空燃比
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ＮＯｘ浄化効率を回復
する。

【００１１】そして、設定されたリッチ化制御用空燃比
状態で所定期間経過した後に該リッチ化制御用空燃比状
態から該希薄側空燃比状態へ切り替える際に、この切替
えが徐々に行なわれる。 また、請求項２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
比状態から上記のリッチ化制御用空燃比状態への切替が
短時間で行なわれる。さらに、請求項３記載の排ガス浄
化装置では、希薄側空燃比状態から上記のリッチ化制御
用空燃比状態への切替を段階的に切り替える切替過渡時
間を設定する手段により、該希薄側空燃比状態から上記
のリッチ化制御用空燃比状態への切替を短時間で且つ該
切替過渡時間に亘って段階的に行なわれる。また、請求
項４記載の排ガス浄化装置では、希薄側空燃比状態から
上記のリッチ化制御用空燃比状態への切替時に、内燃機
関用制御手段によって、内燃機関の出力に変化を与えな
いように、上記の混合割合を変化させることが行なわれ
る。

【００１２】さらに、請求項５記載の排ガス浄化装置で
は、混合割合を希薄側空燃比状態から上記のリッチ化制
御用空燃比状態に切り替えるときに、内燃機関用制御手
段によって、内燃機関への吸入空気量を減少させる。ま
た、請求項６記載の排ガス浄化装置では、希薄側空燃比
状態から上記のリッチ化制御用空燃比状態に切り替える
ときに、燃料増量手段によって、燃料増量を行なうとと
もに、この燃料増量時に燃料増量手段と協働して他の手
段により該内燃機関の出力を低減させる。

【００１３】さらに、請求項７記載の排ガス浄化装置で
は、希薄側空燃比状態から上記のリッチ化制御用空燃比
状態に切り替えるときに、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。また、請求項８記
載の排ガス浄化装置では、上記の理論空燃比状態または
過濃側空燃比状態から該希薄側空燃比状態へ切り替える
際に、この切替を徐々に行なう。

【００１４】さらに、請求項９記載の排ガス浄化装置で
は、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上記の理論空燃
比状態または過濃側空燃比状態へ切り替える。

【００１５】

【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ＮＯｘ浄化部材
の特性図、図８は１０モード，１５モード走行時の特性
図であり、図９は本装置の他の例を有するエンジンシス
テムを模式的に示す全体構成図、図１０は図９に示すも
のの動作を説明する図であり、図１１はドライブバイワ
イヤ方式のエンジンのスロットル弁配設部近傍の構成を
模式的に示す図である。

【００１６】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。

【００１７】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、サー
ジタンク３ａが設けられている。

【００１８】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７参照）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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】また、吸気通路３には、スロットル弁８を
バイパスする第１バイパス通路１１Ａが設けられ、この
第１バイパス通路１１Ａには、ＩＳＣ弁として機能する
ステッパモータ弁（以下、ＳＴＭ弁という）１２が介装
されている。なお、この第１バイパス通路１１Ａには、
エンジン冷却水温に応じて開度が調整されるワックスタ
イプのファーストアイドルエアバルブ１３もＳＴＭ弁１
２に併設されている。

【００２５】ここで、ＳＴＭ弁１２は、第１バイパス通
路１１Ａ中に形成された弁座部に当接しうる弁体１２ａ
と、この弁体位置を調整するためのステッパモータ（Ｉ
ＳＣ用アクチュエータ）１２ｂと、弁体を弁座部に押圧
する方向（第１バイパス通路１１Ａを塞ぐ方向）へ付勢
するバネ１２ｃとから構成されている。そして、ステッ
パモータ１２ｂにより、弁座部に対する弁体１２ａの位
置の段階的な調整（ステップ数による調整）を行なうこ
とで、弁座部と弁体１２ａとの開度つまりＳＴＭ弁１２
の開度が調整されるようになっている。

【００２６】従って、このＳＴＭ弁１２の開度を後述す
る制御ユニット（コンピュータ）２５にて制御すること
により、運転者によるアクセルペダルの操作とは関係な
く、第１バイパス通路１１Ａを通して吸気をエンジン１
に供給することができ、その開度を変えることでスロッ
トルバイパス吸気量を調整することができるようになっ
ている。

【００２７】なお、ＩＳＣ用アクチュエータとしては、
ステッパモータ１２ｂの代わりに、ＤＣモータを用いて
もよい。さらに、吸気通路３には、スロットル弁８をバ
イパスする第２バイパス通路１１Ｂが設けられ、この第
２バイパス通路１１Ｂには、エアバイパス弁１４が介装
されている。

【００２８】ここで、このエアバイパス弁１４は、第２
バイパス通路１１Ｂ中に形成された弁座部に当接しうる
弁体１４ａと、この弁体位置を調整するためのダイアフ
ラム式アクチュエータ１４ｂとから構成されており、ダ
イアフラム式アクチュエータ１４ｂのダイアフラム室に
は、スロットル弁下流側の吸気通路と連通するパイロッ
ト通路１４１が設けられており、このパイロット通路１
４１に、エアバイパス弁制御用電磁弁１４２が介装され
ている。

【００２９】従って、このエアバイパス弁制御用電磁弁
１４２の開度を後述する制御ユニット２５にて制御する
ことにより、この場合も、運転者によるアクセルペダル
の操作とは関係なく、第２バイパス通路１１Ｂを通して
吸気をエンジン１に供給することができ、その開度を変
えることでスロットルバイパス吸気量を調整することが
できるようになっている。なお、このエアバイパス弁制
御用電磁弁１４２は、リーンバーン運転時には開状態に
され、それ以外で閉状態にされるのが基本動作である。

【００３０】また、排気通路４と吸気通路３との間に
は、排気を吸気系へ戻す排気再循環通路（ＥＧＲ通路）
８０が介装されていて、このＥＧＲ通路８０には、ＥＧ
Ｒ弁８１が介装されている。ここで、このＥＧＲ弁８１
は、ＥＧＲ通路８０中に形成された弁座部に当接しうる
弁体８１ａと、この弁体位置を調整するためのダイアフ
ラム式アクチュエータ８１ｂとから構成されており、ダ
イアフラム式アクチュエータ８１ｂのダイアフラム室に
は、スロットル弁下流側の吸気通路と連通するパイロッ
ト通路８２が設けられており、このパイロット通路８２
に、ＥＲＧ弁制御用電磁弁８３が介装されている。

【００３１】従って、このＥＧＲ弁制御用電磁弁８３の
開度を後述する制御ユニット２５にて制御することによ
り、ＥＧＲ通路８０を通して、排気を吸気系へ戻すこと
ができるようになっている。なお、図２において、１５
は燃料圧調節器で、この燃料圧調節器１５は、吸気通路
３中の負圧を受けて動作し、図示しないフュエルポンプ
からフュエルタンクへ戻る燃料量を調節することによ
り、インジェクタ９から噴射される燃料圧を調節するよ
うになっている。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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２
５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１８，大気圧センサ
１９，スロットルポジションセンサ２０，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。

【００４０】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。

【００４１】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，ＩＳＣ制御信号，バイパスエア制御信号，ＥＧＲ
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。

【００４２】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９
ａ（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４
３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。

【００４３】また、ＩＳＣ制御信号は、ＣＰＵ２６から
ＩＳＣドライバ４４を介して、ステッパモータ１２ｂへ
出力され、バイパスエア制御信号は、ＣＰＵ２６からバ
イパスエア用ドライバ４５を介して、エアバイパス弁制
御用電磁弁１４２のソレノイド１４２ａへ出力されるよ
うになっている。さらに、ＥＧＲ制御信号は、ＣＰＵ２
６からＥＧＲドライバ４６を介して、ＥＲＧ弁制御用電
磁弁８３のソレノイド８３ａへ出力されるようになって
いる。

【００４４】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。ところ
で、上記の制御ユニット２５は、図１に示すように、燃
料噴射制御手段（空燃比制御手段）５１，点火時期制御
手段５３，ＩＳＣ制御手段５５，バイパスエア制御手段
５７，ＥＧＲ制御手段５９，ダンパクラッチ制御手段６
１の各機能を有している。

【００４５】ここで、燃料噴射制御手段５１は、エンジ
ン運転状態を各種のセンサから検出して、最適な燃料噴
射量（空燃比）に相当するインジェクタ駆動時間を演算
するもので、ストイキオまたはリッチ運転状態に応じた
空燃比ＫＡＦＳを設定するストイキオ／リッチ運転時空
燃比設定手段５１Ａ，リーン運転状態に応じた空燃比Ｋ
ＡＦＬを設定するリーン運転時空燃比設定手段５１Ｂ，
リーン運転時に一時的にリッチ化する際の空燃比ＫＡＦ
Ｒを設定するリッチ化制御用空燃比設定手段５１Ｃ，過
渡時の空燃比を設定する過渡時空燃比設定手段５１Ｄ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５１Ｅの機能を
そなえている。

【００４６】また、点火時期制御手段５３は、エンジン
運転状態を各種のセンサから検出して、最適な点火時期
を演算するもので、ストイキオまたはリッチ運転状態に
応じた点火時期ＳＡＦＳを設定するストイキオ／リッチ
運転時点火時期設定手段５３Ａ，リーン運転状態に応じ
た点火時期ＳＡＦＬを設定するリーン運転時点火時期設
定手段５３Ｂ，リーン運転時に一時的にリッチ化する際
の点火時期ＳＡＦＲを設定するリッチ化制御用点火時期
設定手段５３Ｃ，過渡時の点火時期を設定する過渡時点
火時期設定手段５３Ｄ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５３Ｅの機能をそなえている。

【００４７】さらに、ＩＳＣ制御手段５５は、エンジン
運転状態を各種のセンサから検出して、最適なＩＳＣ目
標ポジションを演算するもので、ストイキオまたはリッ
チ運転状態に応じたＩＳＣ目標ポジションＰＡＦＳを設
定するストイキオ／リッチ運転時ＩＳＣ目標ポジション
設定手段５５Ａ，リーン運転状態に応じたＩＳＣ目標ポ
ジションＰＡＦＬを設定するリーン運転時ＩＳＣ目標ポ
ジション設定手段５５Ｂ，リーン運転時に一時的にリッ
チ化する際のＩＳＣ目標ポジションＰＡＦＲを設定する
リッチ化制御用ＩＳＣ目標ポジション設定手段５５Ｃ，
過渡時のＩＳＣ目標ポジションを設定する過渡時ＩＳＣ
目標ポジション設定手段５５Ｄ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５５Ｅの機能をそなえている。

【００４８】また、バイパスエア制御手段５７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
転状態に応じてエアバイパス弁１４を開閉するもので、
エアバイパス弁開制御手段５７Ａ，エアバイパス弁閉制
御手段５７Ｂ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
５７Ｃの機能をそなえている。

【００４９】さらに、ＥＧＲ制御手段５９は、エンジン
運転状態を各種のセンサから検出して、最適なＥＧＲ駆
動デューティを演算するもので、ストイキオまたはリッ
チ運転状態に応じたＥＧＲ駆動デューティＤＡＦＳを設
定するストイキオ／リッチ運転時ＥＧＲ駆動デューティ
設定手段５９Ａ，リーン運転状態に応じたＥＧＲ駆動デ
ューティＤＡＦＬを設定するリーン運転時ＥＧＲ駆動デ
ューティ設定手段５９Ｂ，リーン運転時に一時的にリッ
チ化する際のＥＧＲ駆動デューティＤＡＦＲを設定する
リッチ化制御用ＥＧＲ駆動デューティ設定手段５９Ｃ，
過渡時のＥＧＲ駆動デューティを設定する過渡時ＥＧＲ
駆動デューティ設定手段５９Ｄ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５９Ｅの機能をそなえている。

【００５０】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、特に本発明との関係で言えば、混合割合
をリーン空燃比状態からストイキオ状態またはリッチ状
態へ切り替える際に、ダンパクラッチ２２８を非直結状
態（オフ状態）に制御す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、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６１
Ｃの機能をそなえている。なお、このダンパクラッチ制
御手段６１は、上記の切替後は、直結禁止状態を解除す
る。

【００５１】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
燃比状態とストイキオ状態またはリッチ側空燃比状態と
の間で切り替えるとともに、少なくともリーン側空燃比
状態から上記のストイキオ状態またはリッチ側空燃比状
態への切替を短時間で行なう制御手段の機能を有してい
ることになる。

【００５２】この制御手段は、リーン状態からストイキ
オまたはリッチ状態への切替時に、エンジン１の出力に
変化を与えないように、混合割合を変化させる手段も有
していることになる。また、この制御手段は、混合割合
をリーン状態から上記のストイキオ状態またはリッチ状
態に切り替えるときに、エンジン１への吸入空気量を減
少させる手段も有していることにもなるが、この吸入空
気量を減少させる手段は、混合割合をリーン状態から上
記のストイキオ状態またはリッチ状態に切り替えるとき
に、スロットル弁８をバイパスするバイパス通路１１
Ａ，１１Ｂへの開度を減少させる手段（ＩＳＣ制御手段
５５，バイパスエア制御手段５７）として構成されるほ
か、混合割合をリーン状態から上記のストイキオ状態ま
たはリッチ状態に切り替えるときに、ＥＧＲ通路８０の
開度を増大させる手段（ＥＧＲ制御手段５９）としても
構成されている。

【００５３】また、この制御手段は、リーン状態での運
転継続中にエンジン１の出力に変化を与えないようにし
て一時的に上記の混合割合をストイキオ状態またはリッ
チ状態へ切り替える手段も有していることになる。さら
にまた、リーン状態での運転継続中にエンジン１の出力
に変化を与えないようにするべく、一時的に燃料増量を
行なう燃料増量手段（燃料噴射制御手段（空燃比制御手
段）５１）と、この燃料増量手段による燃料増量時に該
燃料増量手段と協働して他の手段によりエンジン１の出
力を低減させるエンジン出力低減手段とを有しているこ
とにもなる。

【００５４】ここで、エンジン出力低減手段は、点火時
期を制御する点火時期制御手段５３，エンジン１への吸
気量を制御する吸気量制御弁開度を制御する吸気量制御
弁開度制御手段５５，５７，ＥＧＲ量を制御するＥＧＲ
量制御手段５９で構成されている。さらに、混合割合を
上記のストイキオ状態またはリッチ状態からリーン状態
へ切り替える際に、この切替を徐々に行なう手段（５１
Ｄ，５３Ｄ，５５Ｄ，５９Ｄ）も有していることにな
る。

【００５５】また、上記の混合割合を上記のストイキオ
状態またはリッチ状態へ切り替える際に、エンジン１に
連結されたダンパクラッチ２２８を非直結状態（オフ状
態）に制御するクラッチ制御手段６１も設けられている
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
１の制御要領を、図５に示すフローチャートを用いて説
明する。

【００５６】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，
点火時期ＳＡＦＳ，ＩＳＣ目標ポジションＰＡＦＳ，Ｅ
ＧＲ駆動デューティＤＡＦＳをそれぞれ設定する。

【００５７】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、ステップＡ６で、リーン運転条件非成立直後かどう
かを判定し、もしそうであれば、ステップＡ７で、過渡
補正実行用の空燃比係数，点火時期，ＩＳＣ目標ポジシ
ョン，ＥＧＲ駆動デューティを設定して、空燃比，点火
時期，ＩＳＣ弁開度，ＥＧＲ弁開度を設定するとともに
（ステップＡ７，Ａ３３）、ステップＡ８で、エアバイ
パス弁１４を開く。

【００５８】また、リーン運転条件非成立直後でない場
合は、ステップＡ３で設定した空燃比係数ＫＡＦＳ，点
火時期ＳＡＦＳ，ＩＳＣ目標ポジションＰＡＦＳ，ＥＧ
Ｒ駆動デューティＤＡＦＳをそれぞれＫＡＦ，ＳＡＦ，
ＰＡＦ，ＤＡＦとおき、この設定した値に応じて、空燃
比，点火時期，ＩＳＣ弁開度，ＥＧＲ弁開度を設定する
とともに（ステップＡ９，Ａ３３）、ステップＡ１０
で、エアバイパス弁１４を閉じる。

【００５９】なお、これらの制御は、燃料噴射制御手段
５１のストイキオ／リッチ運転時空燃比設定手段５１
Ａ，点火時期制御手段５３のストイキオ／リッチ運転時
点火時期設定手段５３Ａ，ＩＳＣ制御手段５５のストイ
キオ／リッチ運転時ＩＳＣ目標ポジション設定手段５５
Ａ，バイパスエア制御手段５７のエアバイパス弁閉制御
手段５７Ｂ，ＥＧＲ制御手段５９のストイキオ／リッチ
運転時ＥＧＲ駆動デューティ設定手段５９Ａ等によって
行なわれる。

【００６０】これにより、リーン運転条件の非成立直後
は過渡補正が実行され、その後は、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
制御のほか、点火時期制御，ＩＳＣ制御，ＥＧＲ制御が
実行される。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Ａ１１で、リーン運転状態に応じた空燃比
係数ＫＡＦＬ，点火時期ＳＡＦＬ，ＩＳＣ目標ポジショ
ンＰＡＦＬ，ＥＧＲ駆動デューティＤＡＦＬをそれぞれ
設定するとともに、ステップＡ１２で、リッチ化制御用
の空燃比係数ＫＡＦＲ，点火時期ＳＡＦＲ，ＩＳＣ目標
ポジションＰＡＦＲ，ＥＧＲ駆動デューティＤＡＦＲを
それぞれ設定する。なお、空燃比係数ＫＡＦＲ，点火時
期ＳＡＦＲ，ＩＳＣ目標ポジションＰＡＦＲ，ＥＧＲ駆
動デューティＤＡＦＲは体積効率Ｅｖ，エンジン回転数
Ｎｅに応じて決められる。

【００６１】そして、次のステップＡ１３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Ａ１４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Ａ１５で、タイマ値
ＴＢが設定時間ｔｂを越えたかどうかを判定する。

【００６２】もし、越えていない場合は、ステップＡ１
５で、ＮＯルートをとって、ステップＡ１１で設定した
リーン運転状態に応じた空燃比係数ＫＡＦＬ，点火時期
ＳＡＦＬ，ＩＳＣ目標ポジションＰＡＦＬ，ＥＧＲ駆動
デューティＤＡＦＬをそれぞれＫＡＦ，ＳＡＦ，ＰＡ
Ｆ，ＤＡＦとおき、この設定した値に応じて、空燃比，
点火時期，ＩＳＣ弁開度，ＥＧＲ弁開度を設定するとと
もに（ステップＡ１６，Ａ３３）、ステップＡ１７で、
エアバイパス弁１４を開く。

【００６３】なお、これらの制御は、燃料噴射制御手段
５１のリーン運転時空燃比設定手段５１Ｂ，点火時期制
御手段５３のリーン運転時点火時期設定手段５３Ｂ，Ｉ
ＳＣ制御手段５５のリーン運転時ＩＳＣ目標ポジション
設定手段５５Ｂ，バイパスエア制御手段５７のエアバイ
パス弁開制御手段５７Ａ，ＥＧＲ制御手段５９のリーン
運転時ＥＧＲ駆動デューティ設定手段５９Ｂ等によって
行なわれる。

【００６４】これにより、リーン運転状態に応じて、燃
料噴射制御のほか、点火時期制御，ＩＳＣ制御，ＥＧＲ
制御が実行される。なお、このリーン運転時は、エアバ
イパス弁１４が開いているので、吸気が第２バイパス通
路１１Ｂを通じても吸入されている。そして、このと
き、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。

【００６５】その後、ステップＡ１５で、タイマ値ＴＢ
が設定時間ｔｂを越えると、ステップＡ１８で、直結禁
止フラグセット状態かどうかを判定する。最初は、直結
禁止フラグはリセットであるので、ステップＡ１８では
ＮＯルートをとって、ステップＡ１９で、直結禁止フラ
グをセットして、依然としてステップＡ１６，Ａ１７，
Ａ３３でリーン運転時の処理を施す。これにより、タイ
マ値ＴＢが設定時間ｔｂを越えると、切替に入る直前
に、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。

【００６６】その後、再度ステップＡ１８にくると、今
度はＮＯルートをとって、ステップＡ２１で、タイマ値
ＴＢを０にし、ステップＡ２２で、リッチ化フラグをセ
ットし、ステップＡ２３で、過渡補正係数βを０とお
き、ステップＡ１２で設定したリッチ化制御用の空燃比
係数ＫＡＦＲ，点火時期ＳＡＦＲ，ＩＳＣ目標ポジショ
ンＰＡＦＲ，ＥＧＲ駆動デューティＤＡＦＲをそれぞれ
ＫＡＦ，ＳＡＦ，ＰＡＦ，ＤＡＦとおき、この設定した
値に応じて、空燃比，点火時期，ＩＳＣ弁開度，ＥＧＲ
弁開度を設定するとともに（ステップＡ２４，Ａ３
３）、ステップＡ２５で、エアバイパス弁１４を閉じ
る。

【００６７】これにより、リーン空燃比状態から上記の
ストイキオ状態またはリッチ側空燃比状態への切替が瞬
時に（極めて短時間で）行なわれる。このように切替が
瞬時に行なわれると、空燃比がストイキオよりややリー
ンのＮＯｘが多量に排出される領域を使用しないことに
なり、その結果、ＮＯｘの増大を抑制することができ
る。即ち、この状態では、ＮＯｘ浄化部材１００はＮＯ
ｘ浄化効率が低下しているので、ストイキオよりややリ
ーンのＮＯｘが多量に排出される領域にいる時間を多く
すると、ＮＯｘが浄化されずにそのまま排出されるが、
この領域にいる時間を極めて短くすると、その分、ＮＯ
ｘの排出が少なくなるのである。

【００６８】更にその後も、リーン運転条件が成立して
いるとすると、ステップＡ１３でＹＥＳルートをとり、
ステップＡ２６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Ａ２７で、リッチ化フラグセットからの経
過設定時間ｔｍ（一定時間：但し、ｔｎ＞ｔｍ）が経過
したかどうかを判定する。最初は経過していないので、
直結禁止フラグをリセットするステップＡ２８をジャン
プして、リッチ化処理を続行する（ステップＡ２４，Ａ
２５，Ａ３３）。そして、ｔｍが経過すると、ステップ
Ａ２８で、直結禁止フラグをリセットしてから、更にリ
ッチ化処理を続行する（ステップＡ２４，Ａ２５，Ａ３
３）。これにより、リッチ化フラグセットからのｔｍ時
間が経過すると、ダンパクラッチ２２８の直結禁止状態
が解除される。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。

【００６９】そして、上記のような処理は設定時間ｔｎ
が経過するまで行なわれる。なお、これらの制御は、燃
料噴射制御手段５１のリッチ化制御用空燃比設定手段５
１Ｃ，点火時期制御手段５３のリッチ化制御用点火時期
設定手段５３Ｃ，ＩＳＣ制御手段５５のリッチ化制御用
ＩＳＣ目標ポジション設定手段５５Ｃ，バイパスエア制
御手段５７のエアバイパス弁閉制御手段５７Ｂ，ＥＧＲ
制御手段５９のリッチ化制御用ＥＧＲ駆動デューティ設
定手段５９Ｃ等によって行なわれる。

【００７０】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、ストイキオまたはリッ
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、ストイキオ
またはリッチ運転状態に切り替える際に、燃料噴射制御
のほか、ＩＳＣ弁開度，ＥＧＲ弁開度，エアバイパス弁
開度の各制御および点火時期やダンパクラッチの各制御
を同時に並行して行なうので、空燃比をリーン状態から
ストイキオまたは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。なお、上記のごとく、リ−ンバー
ン状態での運転中に、ストイキオまたはリッチ運転状態
への切替後は、ダンパクラッチ２２８の直結禁止状態を
解除する。これにより、ダンパクラッチ２２８が直結状
態になることが許容される。

【００７１】そして、設定時間ｔｎが経過すると、ステ
ップＡ２６でＹＥＳルートをとり、ステップＡ２９で、
βのインクリメントを開始して、ステップＡ３０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
クリメントも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，ＳＡＦＬ・β＋（１−
β）・ＳＡＦＲ，ＰＡＦＬ・β＋（１−β）・ＰＡＦ
Ｒ，ＤＡＦＬ・β＋（１−β）・ＤＡＦＲをそれぞれＫ
ＡＦ，ＳＡＦ，ＰＡＦ，ＤＡＦとおき、この設定した値
に応じて、空燃比，点火時期，ＩＳＣ弁開度，ＥＧＲ弁
開度を設定するとともに（ステップＡ３１，Ａ３３）、
ステップＡ１７で、エアバイパス弁１４を開く。なお、
この場合も、ダンパクラッチ直結禁止フラグをセットす
るようにしてもよい。もし、このとき、ダンパクラッチ
直結禁止フラグをセットすると、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２
２８を非直結状態に移行させ、もしダンパクラッチ２２
８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。

【００７２】そして、β＝１となるまで、上記のステッ
プＡ３１，Ａ１７，Ａ３３の処理を行なう。なお、これ
らの制御は、燃料噴射制御手段５１の過渡時空燃比設定
手段５１Ｄ，点火時期制御手段５３の過渡時点火時期設
定手段５３Ｄ，ＩＳＣ制御手段５５の過渡時ＩＳＣ目標
ポジション設定手段５５Ｄ，バイパスエア制御手段５７
のエアバイパス弁開制御手段５７Ａ，ＥＧＲ制御手段５
９の過渡時ＥＧＲ駆動デューティ設定手段５９Ｄ等によ
って行なわれる。

【００７３】これにより、リッチ化時間ｔｎが経過し
て、再度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、切替が除々に
行なわれるような燃料噴射制御，点火時期制御，ＩＳＣ
制御，ＥＧＲ制御等が実行される。このように再度のリ
ーン運転への切替過渡時に、切替を徐々に行なっても、
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。

【００７４】そして、βが１になると、ステップＡ３０
でＹＥＳルートをとって、ステップＡ３２で、リッチ化
フラグをリセットしてから、ステップＡ１１で設定した
リーン運転状態に応じた空燃比係数ＫＡＦＬ，点火時期
ＳＡＦＬ，ＩＳＣ目標ポジションＰＡＦＬ，ＥＧＲ駆動
デューティＤＡＦＬをそれぞれＫＡＦ，ＳＡＦ，ＰＡ
Ｆ，ＤＡＦとおき、この設定した値に応じて、空燃比，
点火時期，ＩＳＣ弁開度，ＥＧＲ弁開度を設定するとと
もに（ステップＡ１６，Ａ３３）、ステップＡ１７で、
エアバイパス弁１４を開く。

【００７５】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。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、もしリーンバーン状態への復帰過渡時に、
ダンパクラッチ２２８の直結を禁止していた場合は、リ
ーンバーン状態での運転再開後に、ダンパクラッチ２２
８の直結禁止状態を解除する。これにより、ダンパクラ
ッチ２２８が直結状態になることが許容される。

【００７６】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。

【００７７】そして、リーン空燃比状態から上記のスト
イキオ状態またはリッチ側空燃比状態への切替を瞬時に
行なうので、空燃比がストイキオよりややリーンのＮＯ
ｘが多量に排出される領域を使用しないことになり、そ
の結果、ＮＯｘの増大を抑制することができる。また、
リーンバーン状態とストイキオまたはリッチ状態との間
の切替時に、燃料噴射制御のほか、ＩＳＣ弁開度，ＥＧ
Ｒ弁開度，エアバイパス弁開度の各制御および点火時期
やダンパクラッチの各制御を同時に並行して行なうの
で、空燃比をリーン状態からストイキオまたはリッチ状
態へ切り替える際の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。

【００７８】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，点火時期制御，ＩＳＣ制御，Ｅ
ＧＲ制御、エアバイパス弁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７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。

【００７９】また、リーン運転中に一時的にストイキオ
またはリッチ状態へ移行させる際においても、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。

【００８０】ところで、前述の実施例のように、ＥＧＲ
通路８０にＥＧＲ弁８１のみを配設する代わりに、図９
に示すように、ＥＧＲ通路８０に、排ガス導入側に排ガ
スの導入のみを許容する一方向弁８５を有する排ガス畜
圧器８４を設け、更にこの排ガス畜圧器８４の出口から
吸気通路３に通じる通路８０Ａに、アクチュエータ８７
で開閉駆動される開閉弁８６（この開閉弁８６はＥＧＲ
弁に相当する）を設け、制御ユニット２５のＥＧＲ制御
手段５９（このＥＧＲ制御手段５９は内燃機関用制御手
段におけるＥＧＲ通路８０の開度を増大させる手段を構
成する）からの制御信号をアクチュエータ８７へ供給す
ることにより、開閉弁８６の開度を制御することも可能
である。この場合は、リーン運転中は開閉弁８６を閉じ
ておき、排圧によって排ガス畜圧器８４に排ガスを畜圧
しておく。そして、リーン運転中にリッチ化制御を行な
う際には、図１０に示すように、瞬時に開閉弁８６を開
いて、畜圧しておいた排気を放出する。これにより、Ｎ
Ｏｘ排出量を抑制し、且つ、トルク変動を抑制しなが
ら、ＮＯｘ浄化部材１００のＮＯｘ浄化効率を速やかに
回復させることができるようなリッチ化への切替動作を
可能にすることができる。

【００８１】なお、リーン運転を再開する場合は、βの
インクリメント速度に応じた速さで、開閉弁８６を閉じ
ていく。また、前述の実施例のように、スロットル弁８
とアクセルペダルとをワイヤで連結する代わりに、図１
１に示すように、スロットル弁８をアクチュエータ９０
によって駆動するようにしたドライブバイワイヤ方式の
エンジンに、本発明を適用することもできる。この場合
は、運転者の意思とは無関係に制御ユニット２５からの
制御信号により、アクチュエータ９０を駆動させて、ス
ロットル弁８の開度を変更することができるので、混合
割合をリ−ン状態からリッチ化状態に切り替えるとき
に、制御ユニット２５からの制御信号（例えばこの制御
信号としては前述の実施例におけるＩＳＣ制御手段から
の制御信号を使用する）により、アクチュエータ９０を
駆動させて、スロットル弁８の開度を減少させることが
行なわれる。

【００８２】なお、上記の実施例では、エアバイパス弁
１４やダンパクラッチ２２８についてはオンオフ制御を
施していたが、これらのエアバイパス弁１４やダンパク
ラッチ２２８についてデューティ制御を施すことも可能
である。このようにエアバイパス弁１４やダンパクラッ
チ２２８についてデューティ制御を施すと、切替過渡時
にエアバイパス弁１４やダンパクラッチ２２８について
も、徐々に切り替えることができる。

【００８３】また、上記実施例では、ＮＯｘ浄化部材１
００の下流側に、三元触媒１０を配置しているが、この
三元触媒１０の代わりに、酸化触媒を配置してもよく、
更には、ＮＯｘ浄化部材１００の上流側に、三元触媒１
０又は酸化触媒を配置することもできる。さらに、リー
ンバーン運転中において、ＮＯｘ浄化部材１００のＮＯ
ｘ浄化効率が低下する時間（設定時間）ｔｂが経過する
毎に、一時的にストイキオまたは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ＮＯｘ浄化効率
が低下したことが検出されると、一時的にストイキオま
たは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Ｎ
Ｏｘ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。
勿論、この場合も、少なくともリーン側空燃比状態から
上記のストイキオ状態またはリッチ側空燃比状態への切
替を短時間で行なうことはいうまでもない。

【００８４】

【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浄化部材と、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理論空燃比状態または過濃
側空燃比状態との間で切り替える内燃機関用制御手段と
をそなえるとともに、ＮＯｘ浄化効率が回復するように
該理論空燃比状態または該過濃側空燃比状態であるリッ
チ化制御用空燃比を設定する手段を設け、更に該内燃機
関用制御手段が、設定されたリッチ化制御用空燃比状態
で所定期間経過した後に該リッチ化制御用空燃比状態か
ら該希薄側空燃比状態へ切り替える際に、この切替えを
徐々に行なうので、希薄燃焼運転中において、所定時間
リッチ化制御用空燃比状態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、該リッチ化制御用空燃比状態から該希
薄側空燃比状態への切替を徐々に行なうことにより、切
替時のトルク変動抑制という点で高い効果が得られる。
また、希薄側空燃比状態から上記のリッチ化制御用空燃
比状態への切替を短時間で行なうので、空燃比が理論空
燃比よりやや希薄側のＮＯｘが多量に排出される領域を
使用しないことになり、その結果、ＮＯｘの増大を抑制
できる利点がある。

【００８５】また、上記の切替時に、内燃機関の出力に
変化を与えないように混合割合を変化させるので、切替
時のトルク変動を抑制でき、良好なドライバビリティを
実現できる利点もある。さらに、内燃機関用制御手段
が、混合割合を希薄側空燃比状態から上記のリッチ化制
御用空燃比状態に切り替えるときに、内燃機関への吸入
空気量を減少させる手段を有しているので、内燃機関の
出力に変化を与えないような上記の理論空燃比状態また
は過濃側空燃比状態への切替制御を更に容易確実に実行
できるのである。

【００８６】また、内燃機関用制御手段が、希薄側空燃
比状態から上記のリッチ化制御用空燃比状態に切り替え
るときに燃料増量を行なう燃料増量手段と、この燃料増
量手段による燃料増量時に燃料増量手段と協働して他の
手段により内燃機関の出力を低減させる内燃機関出力低
減手段とを有しているので、内燃機関の出力に変化を与
えないような上記のリッチ化制御用空燃比状態への切替
制御を効果的に実行できる。

【００８７】さらに、内燃機関用制御手段によって、希
薄側空燃比状態から上記のリッチ化制御用空燃比状態に
切り替えるときに、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。

【００８８】また、内燃機関用制御手段が、希薄側空燃
比状態と上記のリッチ化制御用空燃比状態との間の切替
時において、燃料噴射制御と点火時期制御とを同時に並
行して行なうので、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することができる。さら
に、内燃機関用制御手段が、希薄側空燃比状態と上記の
リッチ化制御用空燃比状態との間の切替時において、燃
料噴射制御とＥＧＲ制御とを同時に並行して行なうの
で、切替時のトルク変動抑制という点で更に高い効果が
得られる。

【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】ＮＯｘ浄化部材の特性図である。

【図８】１０モード，１５モード走行時の特性図であ
る。

【図９】本装置の他の例を有するエンジンシステムを模
式的に示す全体構成図である。

【図１０】図９に示すものの動作を説明する図である。

【図１１】ドライブバイワイヤ方式のエンジンのスロッ
トル弁配設部近傍の構成を模式的に示す図である。

【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 ３ａ サージタンク 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 １１Ａ 第１バイパス通路 １１Ｂ 第２バイパス通路 １２ ステッパモータ弁（ＳＴＭ弁） １２ａ 弁体 １２ｂ ステッパモータ（ＩＳＣ用アクチュエータ） １２ｃ バネ １３ ワックスタイプのファーストアイドルエアバルブ １４ エアバイパス弁 １４ａ 弁体 １４ｂ ダイアフラム式アクチュエータ １５ 燃料圧調節器 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 ２６ ＣＰＵ（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 ３６ ＲＯＭ（記憶手段） ３７ ＲＡＭ ３９ 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 ４４ ＩＳＣドライバ ４５ バイパスエア用ドライバ ４６ ＥＧＲドライバ ４７ ダンパクラッチ用ドライバ ５１ 燃料噴射制御手段 ５１Ａ ストイキオ／リッチ運転時空燃比設定手段 ５１Ｂ リーン運転時空燃比設定手段 ５１Ｃ リッチ化制御用空燃比設定手段 ５１Ｄ 過渡時空燃比設定手段 ５１Ｅ 選択手段 ５３ 点火時期制御手段 ５３Ａ ストイキオ／リッチ運転時点火時期設定手段 ５３Ｂ リーン運転時点火時期設定手段 ５３Ｃ リッチ化制御用点火時期設定手段 ５３Ｄ 過渡時点火時期設定手段 ５３Ｅ 選択手段 ５５ ＩＳＣ制御手段 ５５Ａ ストイキオ／リッチ運転時ＩＳＣ目標ポジショ
ン設定手段 ５５Ｂ リーン運転時ＩＳＣ目標ポジション設定手段 ５５Ｃ リッチ化制御用ＩＳＣ目標ポジション設定手段 ５５Ｄ 過渡時ＩＳＣ目標ポジション設定手段 ５５Ｅ 選択手段 ５７ バイパスエア制御手段 ５７Ａ エアバイパス弁開制御手段 ５７Ｂ エアバイパス弁閉制御手段 ５７Ｃ 選択手段 ５９ ＥＧＲ制御手段 ５９Ａ ストイキオ／リッチ運転時ＥＧＲ駆動デューテ
ィ設定手段 ５９Ｂ リーン運転時ＥＧＲ駆動デューティ設定手段 ５９Ｃ リッチ化制御用ＥＧＲ駆動デューティ設定手段 ５９Ｄ 過渡時ＥＧＲ駆動デューティ設定手段 ５９Ｅ 選択手段 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 ８０ 排気再循環通路（ＥＧＲ通路） ８１ ＥＧＲ弁８１ ８１ａ 弁体 ８１ｂ ダイアフラム式アクチュエータ ８２ パイロット通路 ８３ ＥＲＧ弁制御用電磁弁 ８３ａ ソレノイド ８４ 排ガス畜圧器 ８５ 一方向弁 ８６ 開閉弁 ８７，９０ アクチュエータ １４１ パイロット通路 １４２ エアバイパス弁制御用電磁弁 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62−218632（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−17755（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−199949（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−229930（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−253744（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−200741（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−97917（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/04 305 F02D 41/02 305

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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浄化部材と、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理論空燃比状態または過濃側
   空燃比状態との間で切り替える内燃機関用制御手段とを
   そなえるとともに、ＮＯｘ浄化効率が回復するように該
   理論空燃比状態または該過濃側空燃比状態であるリッチ
   化制御用空燃比を設定する手段を設け、更に該内燃機関
   用制御手段が、設定されたリッチ化制御用空燃比状態で
   所定期間経過した後に該リッチ化制御用空燃比状態から
   該希薄側空燃比状態へ切り替える際に、この切替えを徐
   々に行なうことを特徴とする、希薄燃焼式内燃機関の排
   ガス浄化装置。
2. 【請求項２】 該内燃機関用制御手段が、該希薄側空燃
   比状態から上記のリッチ化制御用空燃比状態への切替を
   短時間で行なうように構成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。
3. 【請求項３】 該内燃機関用制御手段が、該希薄側空燃
   比状態から上記のリッチ化制御用空燃比状態への切替を
   段階的に切り替える切替過渡時間を設定する手段を有
   し、該希薄側空燃比状態から上記のリッチ化制御用空燃
   比状態への切替を短時間で且つ該切替過渡時間に亘って
   段階的に行なうように構成されていることを特徴とする
   請求項２記載の希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄化装置。
4. 【請求項４】 該内燃機関用制御手段が、該希薄側空燃
   比状態から上記のリッチ化制御用空燃比状態への切替時
   において、該内燃機関の出力に変化を与えないように、
   上記の混合割合を変化させ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。
5. 【請求項５】 該内燃機関用制御手段が、該混合割合を
   該希薄側空燃比状態から上記のリッチ化制御用空燃比状
   態に切り替えるときに、該内燃機関への吸入空気量を減
   少させる手段を有していることを特徴とする請求項４記
   載の希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄化装置。
6. 【請求項６】 該内燃機関用制御手段が、該希薄側空燃
   比状態から上記のリッチ化制御用空燃比状態に切り替え
   るときに燃料増量を行なう燃料増量手段と、該燃料増量
   手段による燃料増量時に該燃料増量手段と協働して他の
   手段により該内燃機関の出力を低減させる内燃機関出力
   低減手段とを有していることを特徴とする請求項４記載
   の希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄化装置。
7. 【請求項７】 該内燃機関用制御手段によって、該希薄
   側空燃比状態から上記のリッチ化制御用空燃比状態に切
   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。
8. 【請求項８】 該内燃機関用制御手段が、該希薄側空燃
   比状態と上記のリッチ化制御用空燃比状態との間の切替
   時において、燃料噴射制御と点火時期制御とを同時に並
   行して行なう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。
9. 【請求項９】 該内燃機関用制御手段が、該希薄側空燃
   比状態と上記のリッチ化制御用空燃比状態との間の切替
   時において、燃料噴射制御とＥＧＲ制御とを同時に並行
   して行なう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。