JP2985578B2

JP2985578B2 - リーンバーンエンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2985578B2
Application number: JP5121396A
Authority: JP
Inventors: 正明内田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-05-24
Filing date: 1993-05-24
Publication date: 1999-12-06
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: JPH06330741A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はリーンバーンエンジンの
空燃比制御装置に関し、詳しくは、ＨＣ存在下でＮＯｘ
を還元するリーンＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元能力
を維持するための空燃比制御技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、理論空燃比よりも大幅にリーンな
空燃比域（例えば20〜22程度の空燃比）で燃焼させるリ
ーンバーンエンジンが開発されており、かかるリーンバ
ーンエンジンでは、リーン空燃比域でＮＯｘを浄化させ
るためにリーンＮＯｘ触媒と呼ばれる排気浄化触媒装置
が使用されている。

【０００３】前記リーンＮＯｘ触媒は、ゼオライトを主
成分とするものであり、排気中のＨＣを一時的に吸着
し、このＨＣによりＮＯｘを還元するものであると推定
されている。従って、前記リーンＮＯｘ触媒におけるＮ
Ｏｘの浄化処理には、ＨＣの存在が不可欠であり、図７
に示すように、排気中のＨＣ量とＮＯｘ量との比（ＨＣ
／ＮＯｘ）が所定値Ｒ以下になるとＮＯｘの転化率は低
下する。

【０００４】一方、排気中のＨＣ／ＮＯｘ濃度は、図８
に示すように、リーンバーン制御の目標リーン空燃比が
濃い側に設定されると小さくなるため、運転安定性など
の制約から目標リーン空燃比を小さくすると、ＮＯｘ量
に対してＨＣ量が不足し、リーンＮＯｘ触媒におけるＮ
Ｏｘの転化率を維持できなくなる場合があった。かかる
ＨＣ不足によるＮＯｘ転化率の低下を回避する技術とし
て、例えば特開平３−２５３７４４号公報には、ＨＣが
不足すると予測される運転条件では排気還流（ＥＧＲ）
を強制的に行わせることで、排気中のＨＣ量を強制的に
増大させる技術が開示されている。

【０００５】また、特開平３−２３７２１６号公報に
は、スワールコントロールバルブによってシリンダ内に
強いスワールを発生させてリーン空燃比運転時の燃焼安
定性を確保する構成のエンジンにおいて、前記スワール
コントロールバルブを開制御することで該バルブで調整
されるスワールを強制的に弱め、排気中のＨＣ量を強制
的に増大させる技術が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平３−２５３７４４号公報や特開平３−２３７２１６
号公報に開示される技術は、排気還流を行わせたりやス
ワールを弱めることによって燃焼が不安定となり、これ
によって燃え残りが発生する特性を利用して、排気中の
ＨＣ量を強制的に増大させるものであるため、リーンＮ
Ｏｘ触媒におけるＮＯｘの転化率を維持できても、サー
ジトルクの増大などによりエンジンの運転安定性を損ね
る惧れがあった。

【０００７】更に、排気還流やスワール制御によりＨＣ
量の強制的な増大を図る制御では、排気中のＨＣ量を高
精度に制御することができず、ＮＯｘの転化率を維持す
るのに必要なＨＣ量を確実に得てＮＯｘの転化率を安定
的に維持させることは困難であった。本発明は上記問題
点に鑑みなされたものであり、リーンＮＯｘ触媒におけ
るＮＯｘ転化率を維持させるために排気中のＨＣ量を強
制的に増大させる制御を、燃焼の不安定化を招くことな
く、然も、高精度に行えるようにすることを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのため本発明にかかる
リーンバーンエンジンの空燃比制御装置は、エンジンの
運転条件に応じたリーン空燃比で運転される一方、排気
通路にＨＣ存在下でＮＯｘを還元するリーンＮＯｘ触媒
が介装されたリーンバーンエンジンの空燃比制御装置で
あって、図１に示すように構成される。

【０００９】図１において、第１の排出量推定手段は、
前記リーン空燃比による運転状態で発生するＮＯｘ及び
ＨＣの量を運転条件と空燃比とに基づいて推定し、第２
の排出量推定手段は、所定のリッチ空燃比による運転状
態で発生するＮＯｘ及びＨＣの量を運転条件と空燃比と
に基づいて推定する。リッチ運転頻度算出手段は、前記
第１及び第２の排出量推定手段で推定されたＮＯｘ及び
ＨＣの量に基づいて、前記リーン空燃比による運転中に
前記所定のリッチ空燃比による運転を行わせる気筒を周
期的に発生させる頻度を算出する。

【００１０】そして、気筒別空燃比制御手段は、リッチ
運転頻度算出手段で算出された頻度に従って空燃比を気
筒別に前記リーン空燃比と前記所定のリッチ空燃比との
いずれかに制御する。ここで、前記気筒別空燃比制御手
段により所定のリッチ空燃比で運転される気筒における
発生トルクが、前記リーン空燃比で運転される気筒にお
ける発生トルクと同一となるように、所定のリッチ空燃
比で運転される気筒の点火時期を変更するリッチ用点火
時期変更手段を設けることが好ましい。

【００１１】また、前記気筒別空燃比制御手段が、前記
所定のリッチ空燃比で運転させる気筒を、リッチ空燃比
運転毎に異ならせるよう構成すると良い。

【００１２】

【作用】かかる構成のリーンバーンエンジンの空燃比制
御装置によると、運転条件に応じたリーン空燃比で運転
させたときに発生するＮＯｘ及びＨＣの量と、強制的に
所定のリッチ空燃比で運転させたときに発生するＮＯｘ
及びＨＣの量とがそれぞれに運転条件と空燃比とに基づ
いて推定される。そして、ＨＣ量とＮＯｘ量との比がリ
ーンＮＯｘ触媒で高い転化率を発揮させ得る値となるよ
うに、周期的に前記リッチ空燃比で運転させる気筒の発
生頻度が前記排出量の推定結果に基づいて算出される。

【００１３】即ち、所期のリーン空燃比での運転を行わ
せた場合に、ＮＯｘを還元処理するのに必要なＨＣ量を
確保できない場合には、リーン空燃比運転中に周期的に
リッチ空燃比で運転させる気筒を発生させる。そして、
かかる周期的なリッチ空燃比での運転により排気中のＨ
Ｃ量を強制的に増大させ、リーン空燃比での運転による
ＨＣ量の不足を補えるようにした。然も、リーン空燃比
及びリッチ空燃比それぞれでのＮＯｘ，ＨＣの排出量を
推定し、該推定結果に基づいてリッチ空燃比で運転させ
る頻度を算出させるから、必要最低限の頻度でリッチ空
燃比運転を行わせることが可能である。

【００１４】また、上記のようにしてリーン空燃比運転
中にリッチ空燃比で運転させる気筒を周期的に発生させ
る場合には、リーン空燃比で運転させる気筒と、リッチ
空燃比で運転させる気筒との間で発生トルクに段差が生
じる。そこで、リッチ空燃比で運転させる気筒の発生ト
ルクを、リーン空燃比で運転させる気筒における発生ト
ルクに合わせるように、リッチ空燃比で運転させる気筒
の点火時期を変更（遅角補正）するようにした。

【００１５】更に、リーン空燃比運転中に周期的にリッ
チ空燃比での運転を行わせるときに、特定の気筒のみが
リッチ空燃比で周期的に運転されると、気筒間での発生
熱量のアンバランスが生じ、熱による歪みが生じる惧れ
があるので、リッチ空燃比での運転機会を各気筒で略均
等化できるように、リッチ空燃比で運転させる気筒をリ
ッチ空燃比運転毎に異ならせるようにした。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
のシステム構成を示す図２において、エンジン１には、
エアクリーナ２，吸気ダクト３，スロットルチャンバ
４，吸気マニホールド５を介して空気が吸入される。

【００１７】前記吸気ダクト３には、エンジン１の吸入
空気流量Ｑを検出するエアフローメータ６が介装されて
いる。前記スロットルチャンバ４には、図示しないアク
セルペダルに連動して開閉し、エンジン１の吸入空気量
を調整するバタフライ式のスロットル弁７が介装されて
おり、このスロットル弁７には、その開度ＴＶＯを検出
するポテンショメータ式のスロットルセンサ８が付設さ
れている。

【００１８】また、前記スロットル弁７をバイパスして
エンジン１に供給される補助空気量を制御するために、
後述するコントロールユニット23により開度調整される
アイドル制御バルブ９、エアコン信号に応じてオン・オ
フ的に開閉するファーストアイドルコントロールバルブ
（ＦＩＣＤ）10、冷却水の温度に感応して補助空気量を
調整するワックスペレット式のエアレギュレータ11が設
けられている。

【００１９】一方、前記吸気マニホールド５の各ブラン
チ部には、各気筒別にインジェクタ12が設けられてい
る。前記インジェクタ12は、図示しないフューエルタン
クから圧送されプレッシャレギュレータにより所定圧力
に調整された燃料を、間欠的にエンジン１に噴射供給す
る電磁式のインジェクタであり、このインジェクタ12を
各気筒の吸気行程にタイミングを合わせて個別に開制御
することで、吸入混合気の空燃比を各気筒別に制御でき
るようになっている。

【００２０】また、各気筒の燃焼室に臨ませて点火栓13
が設けられており、この点火栓13には、コントロールユ
ニット23から出力される点火時期制御信号に応じてイグ
ニッションコイル14で発生した高電圧がディストリビュ
ータ15を介して分配供給されるようになっている。前記
ディストリビュータ15には、クランク角センサ16が内蔵
されている。該クランク角センサ16は、各気筒の基準ピ
ストン位置毎の基準角度信号ＲＥＦと、単位角度毎の単
位角度信号ＰＯＳとをそれぞれに出力する。尚、前記基
準角度信号ＲＥＦの発生周期、又は、所定時間内におけ
る前記単位角度信号ＰＯＳの発生数に基づいてエンジン
回転速度Ｎｅを算出できる。

【００２１】エンジン１からの排気は、排気マニホール
ド17，排気ダクト18，リーンＮＯｘ触媒19，マフラー20
を介して大気中に排出される。前記排気ダクト18には、
吸入混合気の空燃比と密接な関係にある排気中の酸素濃
度に基づいて空燃比を広域に検出し得る空燃比センサ21
が介装されている。また、リーンＮＯｘ触媒19の下流側
には排気温度を検出する排気温度センサ22が設けられて
いる。

【００２２】前記リーンＮＯｘ触媒19は、遷移金属或い
は貴金属を担持せしめたゼオライトからなり、ＨＣの吸
着能力（ＨＣストレージ効果）を有すると共に、酸化雰
囲気中ＨＣ存在下でＮＯｘを還元する機能を有する触媒
である。マイクロコンピュータを内蔵したコントロール
ユニット23には、前記各種センサの他、冷却水温度を検
出する水温センサ24，シリンダブロックからノッキング
振動を検出するノックセンサ25からの検出信号が入力さ
れるようになっている。そして、前記コントロールユニ
ット23は、前記各種センサからの検出信号に基づいて、
各インジェクタ12による燃料噴射量、点火栓13による点
火時期、更に、アイドル制御バルブ９で調整される補助
空気量などを制御する機能を有している。

【００２３】尚、図２において、26はキャニスタであ
り、図示しないフューエルタンク内の蒸発燃料を吸着捕
集すると共に、該吸着捕集した蒸発燃料を吸気マニホー
ルド５のコレクタ部に脱離供給する。前記エンジン１は
所謂リーンバーンエンジンであり、前記コントロールユ
ニット23は、後述するようにしてリーンバーン運転条件
を判定し、リーンバーン条件成立時には運転条件に応じ
て理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比を目標空燃比
として設定する一方、リーンバーン条件の非成立時に
は、理論空燃比付近の目標空燃比を設定する。そして、
前記設定した目標空燃比に応じて燃料噴射量を演算し、
該演算された燃料噴射量に応じて各インジェクタ12を各
気筒の吸気行程にタイミングを合わせて個別に駆動制御
する（シーケンシャル噴射制御）。

【００２４】ところで、前記リーンＮＯｘ触媒19は、前
述のように、ＨＣの存在によってＮＯｘを還元処理する
ものであるから、ＮＯｘ量に対してＨＣ量が不足すると
ＮＯｘの転化率が低下する（図７参照）。一方、リーン
バーン運転を行わせるときに、目標リーン空燃比のリー
ン化を進めればＮＯｘを還元処理するのに必要なＨＣを
充分に確保できるが、運転安定性を確保するためにリー
ンバーン運転時の目標リーン空燃比をリッチシフトさせ
ると、ＮＯｘを還元処理するのに必要とされるＨＣ量を
確保できなくなる惧れがある（図８参照）。

【００２５】そこで、本実施例では、後述するようにＨ
Ｃ，ＮＯｘの発生量の推定結果に基づいてＨＣ量の不足
状態を判別し、ＨＣ量の不足状態が解消できるように、
リーンバーン運転中に周期的にリッチ空燃比で運転させ
る気筒を発生させ、かかるリッチ空燃比での運転で、Ｎ
Ｏｘの浄化に必要なＨＣ量が確保できるようにしてい
る。

【００２６】以下に前記コントロールユニット23による
空燃比制御の様子を図３〜図６のフローチャートにそれ
ぞれ示されるプログラムに従って説明する。図３のフロ
ーチャートに示されるプログラムは、リーンバーン運転
条件の判定を行うためのものである。まず、Ｓ１では、
エンジン１の始動が完了している状態であるか否かを判
別する。

【００２７】そして、始動完了時である場合に、次のＳ
２〜Ｓ４へ進み、冷却水温度Ｔｗ，エンジン回転速度Ｎ
ｅ，エンジン負荷がそれぞれ所定範囲内に含まれるか否
かを判別する。ここで、始動完了時であって、冷却水温
度Ｔｗ，エンジン回転速度Ｎｅ，エンジン負荷が全て所
定範囲内に含まれる状態をリーンバーンの運転条件の成
立状態であると判断し、この場合には、Ｓ５へ進んでリ
ーン空燃比運転の許可状態を設定する。

【００２８】一方、始動中であったり、又は、冷却水温
度Ｔｗ，エンジン回転速度Ｎｅ，エンジン負荷の中の１
つでも所定範囲内に含まれない場合には、リーン空燃比
での運転条件が成立していないと判断し、Ｓ６へ進んで
リーン空燃比運転の不可状態を設定する。図４のフロー
チャートに示すプログラムは、リーン運転中に所定のリ
ッチ空燃比による運転を行わせる気筒を周期的に発生さ
せる頻度（周期）を算出するためのものである。

【００２９】尚、前記図４のフローチャートに示される
コントロールユニット23の機能が、本実施例における第
１の排出量推定手段，第２の排出量推定手段及びリッチ
運転頻度算出手段に相当する。この図４のフローチャー
トにおいて、まず、Ｓ11では、リーン空燃比による運転
が許可される状態であるか否かを、前記図３のフローチ
ャートにおける判定結果を受けて判別する。

【００３０】そして、リーン空燃比運転の不可状態で、
理論空燃比付近の空燃比を目標空燃比として運転を行わ
せる場合には、Ｓ12へ進み、後述するようにリーン空燃
比運転中の周期的なリッチ空燃比運転の頻度を示すサイ
クル数Ｎをゼロリセットする。一方、Ｓ11でリーン空燃
比運転の許可状態であると判別された場合には、Ｓ13へ
進み、まず、リーン空燃比運転中に周期的にリッチ空燃
比で運転させるときの目標リッチ空燃比を、そのときの
目標リーン空燃比と運転条件（エンジン負荷，回転）と
に応じて設定する。

【００３１】前記リッチ空燃比は、該リッチ空燃比によ
る運転によって排気中のＨＣを強制的に増大させること
が目的であり、そのときの目標リーン空燃比及び運転条
件から効果的にＨＣを増大させることが可能なリッチ空
燃比を設定する。次のＳ14では、現状の目標リーン空燃
比と運転条件（エンジン負荷，回転）とに基づいて、前
記目標リーン空燃比で運転させたときのＮＯｘ排出量Ｎ
Ｏｘ（Ｌ）を推定する。尚、前記排出量ＮＯｘ（Ｌ）の
推定は、予め空燃比，エンジン負荷，回転をパラメータ
とするマップに推定排出量のデータを設定しておき、か
かるマップを参照することで求められるようにすると良
い。

【００３２】同様にして、次のＳ15では、現状の目標リ
ーン空燃比と運転条件（エンジン負荷，回転）とに基づ
いて、前記目標リーン空燃比で運転させたときのＨＣ排
出量ＨＣ（Ｌ）を推定する。更に、Ｓ16，Ｓ17では、前
記Ｓ13で設定されたリッチ空燃比と運転条件（エンジン
負荷，回転）とに基づいて、前記リッチ空燃比で運転さ
せたときのＮＯｘ排出量ＮＯｘ（Ｒ）及びＨＣ排出量Ｈ
Ｃ（Ｒ）をそれぞれ推定する。

【００３３】尚、本実施例では、リーン空燃比運転中に
周期的にリッチ空燃比での運転を行わせるときに、リッ
チ空燃比で運転される気筒での発生トルクとリーン空燃
比で運転される気筒の発生トルクとを略一致させるべ
く、後述するようにリッチ空燃比で運転される気筒の点
火時期を遅角補正する構成としてあり、これに対応し
て、前記リッチ空燃比におけるＨＣ，ＮＯｘ排出量の推
定は、リッチ空燃比で運転させる気筒の点火時期を遅角
補正したときに発生するものと予測されるＨＣ，ＮＯｘ
量とする。

【００３４】Ｓ18では、前記推定されたリーン空燃比で
の排出量ＨＣ（Ｌ），ＮＯｘ（Ｌ）及びリッチ空燃比で
の排出量ＨＣ（Ｒ），ＮＯｘ（Ｒ）、更に、目標とする
ＨＣ量とＮＯｘ量との比Ｒ（図７参照）に基づき、リー
ン空燃比で全気筒を継続的に運転させるサイクル数Ｎ
（整数）、換言すれば、リッチ空燃比運転の周期を算出
する。

【００３５】本実施例では、前記Ｓ13で設定されたリッ
チ空燃比で１つの気筒を運転させた後、気筒数Ｎｃ×Ｎ
サイクルだけリーン空燃比による運転を継続的に行わ
せ、再度リッチ空燃比で１気筒だけ運転させる空燃比の
切り換え制御を繰り返させるようになっており、前記サ
イクル数Ｎを前記ＮＯｘ，ＨＣ排出量の推定結果に応じ
て可変設定することで、リッチ空燃比で運転させる気筒
を発生させる頻度を変化させ、以て、リーンＮＯｘ触媒
19におけるＮＯｘ転化率を確保できるＨＣ／ＮＯｘ比を
確実に得られるようにする。

【００３６】尚、前記Ｓ13におけるリッチ空燃比の設定
は、上記のような空燃比切り換え制御における前記サイ
クル数Ｎを適宜設定することで、目標のＨＣ／ＮＯｘ比
が得られるように考慮してある。前記サイクル数Ｎは、
具体的に以下の式によって演算される。尚、以下の数１
において、INTG（）は、括弧内のデータの小数点以下
を切り捨てることで、整数化してサイクル数Ｎを算出す
る演算特性を表すものとする。

【００３７】

【数１】

【００３８】即ち、リーン空燃比で運転される気筒の度
数をＮ_L、リッチ空燃比で運転される気筒の度数をＮ_R
（＝１）とすると、ＨＣの総量は、Ｎ_L・ＨＣ（Ｌ）＋
Ｎ_R・ＨＣ（Ｒ）となり、また、ＮＯｘの総量は、Ｎ_L
・ＮＯｘ（Ｌ）＋Ｎ_R・ＮＯｘ（Ｒ）となる。そして、
本実施例では、ＨＣ／ＮＯｘ≧Ｒとすることが目標であ
るから（図７参照）、以下の式を満足させるような度数
Ｎ_L，Ｎ_Rの設定が必要になる。

【００３９】

【数２】

【００４０】ここで、度数Ｎ_Rを１とすると共に、Ｎ_L
＝気筒数Ｎｃ×サイクル数Ｎとし、該サイクル数Ｎを算
出する式に展開すると、ＨＣ／ＮＯｘ比＝Ｒを得られる
サイクル数Ｎを求める数１に示した演算式が得られる。
従って、上記数１に従って演算されたサイクル数Ｎに従
って、リッチ空燃比で運転させる気筒を周期的に発生さ
せれば、目標リーン空燃比での運転ではＮＯｘの還元処
理に不足するＨＣ量を、周期的にリッチ空燃比で運転さ
れる気筒において比較的多く発生するＨＣによって補
い、ＨＣ／ＮＯｘ比を所定値Ｒ以上のＮＯｘ転化率を発
揮し得る値に維持できる。

【００４１】図５のフローチャートに示すプログラム
は、前記図４のフローチャートに従って演算されたサイ
クル数Ｎ（リッチ空燃比運転させる頻度）に従って、実
際に気筒別に空燃比を制御するためものである。尚、図
５のフローチャートに示されるコントロールユニット23
の機能が、本実施例における気筒別空燃比制御手段に相
当する。

【００４２】図５のフローチャートに示すプログラム
は、各気筒別の噴射間隔に相当する基準角度信号ＲＥＦ
毎に実行されるようになっており、まず、Ｓ21では、リ
ーン空燃比で運転される条件であるか否かを判別する。
そして、リーン空燃比運転が不可である運転条件である
場合には、Ｓ22へ進み、気筒カウンタｎをゼロリセット
した後、Ｓ23で全気筒を理論空燃比付近の目標空燃比に
従って運転させる制御（ストイキ制御）を行わせる。

【００４３】即ち、目標空燃比を理論空燃比付近とする
場合には、各気筒別に設けられたインジェクタ12それぞ
れを、前記目標空燃比相当量に基づいて駆動制御して、
全気筒を同一の空燃比で運転させるようにする。一方、
Ｓ21でリーン空燃比運転が許可される運転条件であると
判別された場合には、Ｓ24へ進み、前記気筒カウンタｎ
を１アップさせる。

【００４４】そして、次のＳ25では、前記Ｓ24でカウン
トアップさせた気筒カウンタｎが、前記図４のフローチ
ャートで算出されたサイクル数Ｎに気筒数Ｎｃを乗算し
た値に更に１を加算した値（Ｎ・Ｎｃ＋１）以上である
か否かを判別する。前記Ｓ25の判定は、リーン空燃比運
転中に周期的にリッチ空燃比で運転させる気筒を発生さ
せるタイミングになったか否かを判別させるためのもの
である。

【００４５】前記図４のフローチャートにおいては、Ｎ
・Ｎｃで示される気筒数だけリーン空燃比による運転を
継続させた後、リッチ空燃比で運転させる気筒を１気筒
発生させる設定としたが、Ｎ・Ｎｃをリーン運転を継続
させる気筒数とすると、特定の１気筒だけがリッチ空燃
比で運転されることになって、気筒間で発生熱量のアン
バランスが生じることになってしまう。そこで、リーン
空燃比運転の周期をＮ・Ｎｃ＋１として、リッチ空燃比
で周期的に運転させる気筒をリッチ空燃比運転毎に順繰
りに異ならせるようにしてある。

【００４６】前記Ｓ25で気筒カウンタｎが、ｎ＜Ｎ・Ｎ
ｃ＋１であると判別された場合には、リーン空燃比運転
を継続させる条件であると見做し、Ｓ26へ進んで、運転
条件に応じて設定されるリーン空燃比を目標空燃比とし
て、各気筒における混合気形成を行わせる。一方、Ｓ25
でｎ≧Ｎ・Ｎｃ＋１であると判別された場合には、リッ
チ空燃比で１気筒を運転させるタイミングになったもの
と判断し、Ｓ27へ進んで次のリーン空燃比運転期間を計
測させるために前記気筒カウンタｎをゼロリセットした
後、Ｓ28へ進んで、前記設定されたリッチ空燃比の混合
気を形成させるべく前記リッチ空燃比に対応する噴射量
を演算し、該噴射量に応じてそのときに噴射タイミング
である気筒に対応するインジェクタ12を制御するリッチ
制御を実行する。

【００４７】かかる構成によると、リーン空燃比を目標
空燃比として運転させる場合であって、前記目標リーン
空燃比による継続的な運転では、リーンＮＯｘ触媒19で
ＮＯｘの還元処理に必要とされるＨＣ量が確保できない
場合に、前記ＨＣ量を補うのに必要充分な周期でリッチ
空燃比で運転させる気筒を発生させ得る。従って、リー
ン空燃比運転における目標空燃比でのＨＣ量とＮＯｘ量
とのバランスが、たとえＮＯｘの高い転化率を維持し得
ないものであっても、前記周期的なリッチ空燃比運転に
より、排気中のＨＣ量を増大させて、ＮＯｘを高い転化
率で還元処理することが可能となる。

【００４８】然も、前記リッチ空燃比で運転させる周期
は、目標リーン空燃比におけるＨＣ，ＮＯｘ排出量の推
定結果と、ＨＣ増量のために設定されたリッチ空燃比に
おけるＨＣ，ＮＯｘ排出量の推定結果とに基づいて設定
されるから、過不足なくリッチ空燃比による運転を行わ
せることができる。更に、排気中のＨＣ量を強制的に増
大させる制御を、吸入混合気のリッチ化によって行うか
ら、ＨＣ量の増大制御に伴って燃焼が不安定となること
がない。

【００４９】尚、上記のようにリーン運転中に周期的に
リッチ空燃比で運転させる制御は、定常運転時に限って
実行させるようにすることが好ましい。ところで、上記
のようにして、リーン空燃比運転中に周期的にリッチ空
燃比による運転を行わせる場合、リーン空燃比で運転さ
れる気筒とリッチ空燃比で運転される気筒との間で発生
トルクに大きな段差が生じてしまうことを回避するため
に、コントロールユニット23は、図６のフローチャート
に示すようにして点火時期を空燃比に応じて可変制御す
るようにしてある。

【００５０】尚、前記図６のフローチャートに示される
コントロールユニット23の機能が、本実施例におけるリ
ッチ用点火時期変更手段に相当する。図６のフローチャ
ートにおいて、Ｓ31では、リーン空燃比運転を行わせる
条件が成立している状態であるか否かを判別する。そし
て、リーン空燃比運転を行わせる運転条件が成立してい
ない場合には、Ｓ32へ進み、理論空燃比（ストイキ空燃
比）付近を目標空燃比とする場合に適合して予め設定さ
れている点火時期マップを参照して点火制御を行わせ
る。

【００５１】一方、Ｓ31でリーン運転条件が成立してい
ると判別された場合には、Ｓ33へ進み、リーン空燃比運
転中に周期的にリッチ空燃比による運転を行わせる空燃
比制御において、リーン空燃比運転を行わせている状態
であるか否かを判別する。そして、実際にリーン空燃比
で運転されているときには、Ｓ34へ進んで、予め前記リ
ーン空燃比での運転に適合されている点火時期マップを
参照して点火制御を実行させる。

【００５２】また、Ｓ33でリーン空燃比運転時ではな
く、周期的なリッチ空燃比による運転を行わせている状
態であると判別された場合には、Ｓ35へ進み、前記リッ
チ空燃比での運転に適合されている点火時期マップを参
照して点火制御を行わせる。ここで、前記リッチ空燃比
用の点火時期マップは、リーン空燃比で運転される気筒
における発生トルクと、リッチ空燃比で運転される気筒
における発生トルクとが略一致するように、最大トルク
が得られる点火時期に対して遅角された点火時期が設定
されるようにしてある（図９及び図10参照）。

【００５３】従って、リーン空燃比運転中であっても、
周期的にリッチ空燃比で運転させるときには、それまで
のリーン空燃比で運転されていた気筒に対応する点火時
期が遅角側に変更されて点火制御されることになる。次
に、前述のように周期的にリッチ空燃比で運転させる気
筒を発生させる空燃比制御の他の実施例を、図11のフロ
ーチャートに示されるプログラムに従って説明する。

【００５４】この図11のフローチャートに示すプログラ
ムにおいては、リーン空燃比での運転が行われる毎に、
ＨＣ量が不足していないかを判別させる構成となってお
り、より高精度が制御を可能としている。図11のフロー
チャートは、各気筒別の噴射間隔に相当する基準角度信
号ＲＥＦ毎に実行されるようになっており、まず、Ｓ41
では、気筒ナンバーｎ_Cを１アップさせ、次のＳ42で
は、前記１アップされた気筒ナンバーｎ_Cと気筒数Ｎｃ
とを比較し、気筒ナンバーｎ_Cが気筒数Ｎｃを上回って
いる場合には、Ｓ43で前記気筒ナンバーｎ_Cを１にリセ
ットする。

【００５５】即ち、前記Ｓ41〜Ｓ43での処理によって、
気筒ナンバーｎ_Cは、１を初期値として各気筒別の噴射
制御毎に１アップされ、全気筒の噴射が終了する１サイ
クルで前記初期値にリセットされることになる。Ｓ44で
は、リーン空燃比による運転を行わせる条件が成立して
いるか否かを判別する。そして、リーン空燃比で運転さ
せる条件でない場合には、Ｓ45，Ｓ46へ進み、リーン空
燃比制御時において推定されたＨＣ排出量ＨＣ（Ｌ）及
びＮＯｘ排出量ＮＯｘ（Ｌ）の積算値ΣＨＣ（Ｌ）及び
ΣＮＯｘ（Ｌ）をそれぞれゼロリセットする。

【００５６】次のＳ47では、理論空燃比付近の空燃比を
目標空燃比とする噴射制御（ストイキ制御）を実行す
る。一方、Ｓ44でリーン空燃比による運転を行わせる条
件が成立していると判別された場合には、Ｓ48へ進み、
ＨＣ量とＮＯｘ量との比がリーンＮＯｘ触媒19において
ＮＯｘの転化率を高く維持できる値Ｒになっているか否
かを判別する。

【００５７】具体的には、前記リーン空燃比で１気筒を
運転させた場合に発生が予測されるＨＣ排出量ＨＣ
（Ｌ）及びＮＯｘ排出量ＮＯｘ（Ｌ）をリーン空燃比運
転毎にそれぞれ積算した値ΣＨＣ（Ｌ），ΣＮＯｘ
（Ｌ）と、前回にリッチ空燃比での運転を行わせたとき
に予測されたＨＣ排出量ＨＣ（Ｒ）及びＮＯｘ排出量Ｎ
Ｏｘ（Ｒ）と、リーンＮＯｘ触媒19においてＮＯｘの転
化率を高く維持するために必要とされるＨＣ／ＮＯｘ比
であるＲとに基づいて、以下の数３に示される関係が成
立するか否かを判別する。

【００５８】

【数３】

【００５９】即ち、前回のリッチ空燃比による運転によ
ってＨＣ量を増大させた分が、その後の継続的なリーン
空燃比での運転におけるＨＣ量の不足分に充当されるも
のと見做し、前回のリッチ空燃比で増大させたＨＣ量に
よってＨＣ量の不足を補いきれなくなった状態であるか
否かを上記数３の関係が成立しているか否かによって判
別するものである。

【００６０】Ｓ48で、前記数３の関係が成立していると
判別された場合には、ＮＯｘの転化率を維持し得るＨＣ
量に対して実際のＨＣ量が不足しているものと推定さ
れ、逆に、前記数３の関係が成立していないと判別され
た場合には、ＮＯｘの転化率を維持し得るＨＣ量が確保
できていることになる。そこで、ＮＯｘの還元処理に必
要とされるＨＣ量が確保されていると判別された場合に
は、Ｓ49，Ｓ50へ進み、今回のリーン空燃比運転で予測
されるＨＣ排出量ＨＣ（Ｌ）及びＮＯｘ排出量ＮＯｘ
（Ｌ）に基づいて継続的なリーン空燃比運転時における
積算排出量ΣＨＣ（Ｌ），ΣＮＯｘ（Ｌ）を更新設定す
る。

【００６１】そして、Ｓ51では、リーン空燃比による運
転を継続させる。一方、Ｓ48でＨＣ量の不足状態が判別
された場合には、Ｓ52へ進み、リッチ空燃比での運転が
指定されている気筒ＣＹＬと、現在の気筒ナンバーｎ_C
とが一致しているか否かを判別する。ここで、ＣＹＬ＝
ｎ_Cでない場合には、Ｓ49へ進み、次回以降にリッチ空
燃比運転の実行を見送らせる。

【００６２】また、ＣＹＬ＝ｎ_Cであると判別された場
合には、Ｓ53へ進み、次にリッチ空燃比で運転させると
きに、今回と異なる気筒がリッチ空燃比で運転されるよ
うに、前記リッチ運転指定気筒ＣＹＬを１アップする。
そして、次のＳ54では、前記１アップさせた指定気筒Ｃ
ＹＬが気筒数Ｎｃを越えているか否かを判別し、越えて
いる場合にはＳ55へ進んで指定気筒ＣＹＬを初期値の１
にリセットする。

【００６３】このようにして、リッチ空燃比での運転が
行わせる気筒が、リッチ空燃比制御毎に順繰りに切り換
えられるようにしてある。Ｓ58では、前記Ｓ48による判
別結果を受けて、排気中のＨＣ量を増大させるべく、今
回の噴射制御気筒における目標空燃比をリッチ空燃比と
して、対応するインジェクタ12の駆動制御を行わせる。

【００６４】上記図11のフローチャートに示す実施例に
おいても、前記図６のフローチャートに示される点火時
期制御を実行させて、発生トルクのばらつきが生じない
ようにする。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
ＨＣ存在下でＮＯｘを還元処理するリーンＮＯｘ触媒を
排気通路に備えて構成されたリーンバーンエンジンにお
いて、ＨＣ，ＮＯｘの排出量の推定結果に基づいた周期
でリーン空燃比運転中にリッチ空燃比運転を行わせるよ
うにしたので、前記リーンＮＯｘ触媒においてＮＯｘを
浄化するのに必要なＨＣ量を確実に確保でき、また、Ｈ
Ｃ量を確保するために燃焼を不安定にすることがなく、
ＮＯｘの浄化性能を運転性を悪化させることなく高いレ
ベルに維持できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図。

【図２】本発明の実施例のシステム構成図。

【図３】実施例における空燃比制御を示すフローチャー
ト。

【図４】実施例における空燃比制御を示すフローチャー
ト。

【図５】実施例における空燃比制御を示すフローチャー
ト。

【図６】実施例における空燃比制御を示すフローチャー
ト。

【図７】ＨＣ／ＮＯｘ比とＮＯｘ転化率との関係を示す
線図。

【図８】ＨＣ，ＮＯｘ濃度と空燃比との関係を示す線
図。

【図９】空燃比と発生トルクとの関係を示す線図。

【図10】点火時期と発生トルクとの関係を示す線図。

【図11】他の実施例における空燃比制御を示すフローチ
ャート。

【符号の説明】

１エンジン６エアフローメータ 12 インジェクタ 16 クランク角センサ 19 リーンＮＯｘ触媒 23 コントロールユニット

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/36 Ｆ０２Ｄ 41/36 Ｂ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｂ３０１Ｅ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの運転条件に応じたリーン空燃比
で運転される一方、排気通路にＨＣ存在下でＮＯｘを還
元するリーンＮＯｘ触媒が介装されたリーンバーンエン
ジンの空燃比制御装置であって、前記リーン空燃比による運転状態で発生するＮＯｘ及び
ＨＣの量を運転条件と空燃比とに基づいて推定する第１
の排出量推定手段と、所定のリッチ空燃比による運転状態で発生するＮＯｘ及
びＨＣの量を運転条件と空燃比とに基づいて推定する第
２の排出量推定手段と、前記第１及び第２の排出量推定手段で推定されたＮＯｘ
及びＨＣの量に基づいて、前記リーン空燃比による運転
中に前記所定のリッチ空燃比による運転を行わせる気筒
を周期的に発生させる頻度を算出するリッチ運転頻度算
出手段と、該リッチ運転頻度算出手段で算出された頻度に従って空
燃比を気筒別に前記リーン空燃比と前記所定のリッチ空
燃比とのいずれかに制御する気筒別空燃比制御手段と、を含んで構成されたことを特徴とするリーンバーンエン
ジンの空燃比制御装置。
【請求項２】前記気筒別空燃比制御手段により前記所定
のリッチ空燃比で運転される気筒における発生トルク
が、前記リーン空燃比で運転される気筒における発生ト
ルクと同一となるように、前記所定のリッチ空燃比で運
転される気筒の点火時期を変更するリッチ用点火時期変
更手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のリーン
バーンエンジンの空燃比制御装置。
【請求項３】前記気筒別空燃比制御手段が、前記所定の
リッチ空燃比で運転させる気筒を、リッチ空燃比運転毎
に異ならせることを特徴とする請求項１又は２のいずれ
かに記載のリーンバーンエンジンの空燃比制御装置。