JP3428460B2

JP3428460B2 - 希薄燃焼内燃機関

Info

Publication number: JP3428460B2
Application number: JP28660198A
Authority: JP
Inventors: 勝典金子; 一雄古賀; 隆堂ヶ原; 一英栂井; 弘光安東
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2003-07-22
Anticipated expiration: 2018-10-08
Also published as: JP2000110615A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス中のＮＯｘ
を浄化する吸蔵型ＮＯｘ触媒を備えた、希薄燃焼内燃機
関に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車エンジンとして用いられて
いる希薄燃焼内燃機関の希薄燃焼時に生じるＮＯｘを浄
化するために、排ガス中の酸素が過剰になる酸素過剰雰
囲気（酸化雰囲気）でもＮＯｘを浄化できるリーンＮＯ
ｘ触媒が開発されている。このようなリーンＮＯｘ触媒
の一種に、酸素過剰雰囲気（酸化雰囲気）で排ガス中の
ＮＯｘを吸着し、酸素濃度が低下した雰囲気（還元雰囲
気）で吸着したＮＯｘを脱離する機能を有する吸蔵型リ
ーンＮＯｘ触媒がある。

【０００３】この吸蔵型ＮＯｘ触媒は、酸化雰囲気にお
いて排ガス中のＮＯｘを吸蔵するものの、その吸蔵能力
には限界があり、触媒上に所定量のＮＯｘが吸蔵された
場合には、機関の空燃比をストイキオ（理論空燃比）又
はリッチ空燃比にして積極的にＮＯｘを放出し還元する
こと、即ち、ＮＯｘ放出制御を行なうことが必要にな
る。

【０００４】そこで、例えば特許２６９２５３０号のよ
うに、空燃比がリーンからストイキオに切り換わった
際、一時的にリッチ空燃比にして触媒上に吸蔵されたＮ
Ｏｘを放出し還元する技術が提案されている。この場
合、ドライバから加速運転が要求されたタイミングに合
わせてＮＯｘ放出制御を行なうようにしているため、定
常走行時にＮＯｘ放出制御を行なう場合に比べて、ドラ
イバが体感するトルクショックが小さく、ドライバビリ
ティの面では有利である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術では、リーン空燃比からストイキオに切り換わ
った際の一時的なリッチ空燃比を一律に設定しているた
め、触媒上に吸蔵されているＮＯｘ吸蔵量が多い場合
は、放出されるＮＯｘが十分に還元されず、またＮＯｘ
吸蔵量が少ない場合は、不要に燃費を悪化させるという
不具合が生じる。

【０００６】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、ドライバビリティや燃費の悪化を招くことな
く、ＮＯｘを触媒上から確実に放出し還元することがで
きるようにした、希薄燃焼内燃機関を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の希薄
燃焼内燃機関では、内燃機関の排気通路に吸蔵型ＮＯｘ
触媒を備え、機関運転状態に応じて空燃比設定手段によ
り上記機関の空燃比がリーン空燃比から理論空燃比又は
リッチ空燃比に切り換えられると、この時、空燃比補正
手段により空燃比設定手段により設定される空燃比をＮ
Ｏｘ吸蔵量推定手段により推定された吸蔵型ＮＯｘ触媒
のＮＯｘ吸蔵量と、ＮＯｘ触媒の雰囲気温度がＮＯｘ脱
離可能な所定レベルに昇温するまでに要する時間とに応
じてリッチ方向に一時的に補正するように構成される。

【０００８】これにより、例えばドライバが加速を要求
し空燃比がリーンから理論空燃比に切り換わった際に
は、吸蔵型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量と、Ｎ
Ｏｘ触媒の雰囲気温度がＮＯｘ脱離可能な所定レベルに
昇温するまでに要する時間とに応じたリッチ空燃比に一
時的に補正され、その後は、要求された機関運転状態に
基づく空燃比となるため、ドライバビリティや燃費の悪
化を招くことなく、吸蔵されたＮＯｘを吸蔵型ＮＯｘ触
媒上から確実に放出し還元することができる（請求項
１）。また、ＮＯｘ触媒が飽和状態になることがあれ
ば、適宜のタイミングで、空燃比をリッチ化させてもよ
い（請求項２）。また、ＮＯｘパージのための空燃比の
リッチ化補正に同期して点火時期をリタードしてもよい
（請求項３）。また、主燃焼（出力を発生させるための
燃焼）とは別に、主燃焼に消費されないタイミング（エ
ンジン出力に影響を与えないタイミング）で燃料噴出を
行なうことにより、空燃比のリッチ化補正を行なっても
よい（請求項４）。また、空燃比設定手段により設定さ
れる空燃比を、前回リッチ方向に補正した時間に基づい
て補正してもよい（請求項５）。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
の形態について説明する。まず、本発明の一実施形態に
かかる希薄燃焼内燃機関の構成の概要について説明する
と、本希薄燃焼内燃機関は、図２に示すように、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型内燃機関（筒内噴射エ
ンジン）として構成される。

【００１０】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、図示し
ないエアクリーナ及びスロットル弁が設けられており、
排気通路３には、排気浄化装置６および図示しないマフ
ラ (消音器）が設けられている。

【００１１】また、燃焼室１の上部中央には点火プラグ
７が設けられ、燃焼室１の上部側縁にはインジェクタ
（燃料噴射弁）８が設けられている。このインジェクタ
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。このような構成により、図示しないスロットル弁の
開度に応じて吸入された空気は、吸気弁４の開放により
燃焼室１内に吸入され、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２
０からの信号に基づいてインジェクタ８から直接噴射さ
れた燃料と混合される。そして、点火プラグ７の適宜の
タイミングでの点火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、排気浄化装置６で排出ガス中
のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ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脱離されるようになっ
ている。

【００１２】また、本希薄燃焼内燃機関は筒内噴射エン
ジンであり、燃料噴射のタイミングを吸気弁の開閉に関
係なく自由に設定できることから、燃料噴射の態様とし
て、上述の層状超リーン燃焼によるリーン燃焼運転（以
下、リーン運転という）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又は後期リー
ンモード）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
ン運転モード又は前期リーンモード）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、予混合燃焼によるリッチ運転（理論空燃比より
空燃比小）を実現し、ストイキオ運転モードより出力を
向上させるエンリッチモード（オープンループモード）
とが設けられており、エンジンの運転状態（負荷や回転
数の状態）に応じたモードが選択されるようになってい
る。

【００１３】ところで、後期リーン運転モードや前期リ
ーン運転モードといったリーン運転時には、通常の三元
触媒だけでは排ガス中のＮＯｘを十分に浄化することが
できないため、図２に示すように、排気浄化装置６は、
吸蔵型リーンＮＯｘ触媒（以下、リーンＮＯｘ触媒又は
単にＮＯｘ触媒という）６Ａと三元触媒６Ｂとを組み合
わせたものになっている。

【００１４】つまり、空燃比がリーンの場合は、排ガス
中にはＣＯ，ＨＣはほとんど含まれない一方でＮＯｘ濃
度は急増するが、このＮＯｘを、酸化雰囲気（即ち、酸
素過剰雰囲気）で機能するＮＯｘ触媒６Ａにより吸蔵
し、理論空燃比下では三元触媒６Ｂの三元機能により排
出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを浄化するようになって
いるのである。

【００１５】このＮＯｘ触媒６Ａは、吸蔵型なのでＮＯ
ｘを吸蔵し続けているとやがて飽和状態に達し、吸蔵し
きれなくなったＮＯｘは大気中に放出されてしまうこと
になる。そこで、ＮＯｘ触媒６Ａが飽和状態に達しない
ように、吸蔵されたＮＯｘを放出してやる必要がある
が、このＮＯｘの放出は、ＮＯｘ触媒６Ａの周囲雰囲気
を還元雰囲気（即ち、酸素不足状態）とすることで吸蔵
されているＮＯｘをＮＯ ₂として脱離（これをＮＯｘパ
ージという）し、さらに、ＨＣ，ＣＯ（還元剤）の供給
によりＮＯ₂を還元してＮ₂として排出することにより
行なうようになっている。

【００１６】つまり、前述のような各リーン運転のもと
では、ＮＯｘ触媒６Ａの周囲は酸化雰囲気になっている
ので、ＮＯｘ触媒６Ａには希薄燃焼により生じたＮＯｘ
が吸蔵されていくが、こうして吸蔵されたＮＯｘは還元
雰囲気下で放出，分解される。そこで、本希薄燃焼内燃
機関では、ＮＯｘ触媒６Ａに吸蔵されたＮＯｘを放出で
きるように、排気通路を還元雰囲気にするように構成さ
れている。

【００１７】図１は、このようなＮＯｘ触媒６Ａ及び三
元触媒６Ｂに関する燃料噴射制御を説明する機能ブロッ
ク図である。図１に示すように、本実施形態にかかる希
薄燃焼内燃機関のＥＣＵ２０には、運転モード選択手段
２４と目標空燃比設定手段２３と燃料噴射制御手段２５
と点火制御手段３０とが設けられており、これらの各処
理手段２４，２３，２５，３０では、ＥＣＵ２０に入力
されるＯ₂センサ９，ＮＯｘセンサ（吸蔵状態検出手
段）１０，ＮＯｘ触媒温度センサ１１，タイマ１２，エ
ンジン回転数センサ１３，アクセルポジションセンサ１
４やその他のセンサ（例えばエアフローセンサ）１５か
らの信号等に基づいて、燃料噴射制御及び点火制御を行
なうようになっている。

【００１８】また、ＥＣＵ２０には、エンジン回転数セ
ンサ１３で検出されたエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル
ポジションセンサ（ＡＰＳ）１４で検出されたアクセル
開度θの各情報から平均有効圧力Ｐｅを算出する有効圧
力演算手段２８が設けられており、この有効圧力演算手
段２８で算出された平均有効圧力Ｐｅがエンジン回転数
Ｎｅとともにエンジンの運転状態として燃料噴射制御を
はじめとしたエンジン制御に用いられるようになってい
る。

【００１９】運転モード選択手段２４では、エンジン回
転数Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じて上述のような各
運転モードの中から一つを選択するようになっている。
また、目標空燃比設定手段２３では、運転モード選択手
段２４で選択された運転モードに応じた目標空燃比マッ
プを選択して、この選択した目標空燃比マップを用い
て、エンジン回転数Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じ
て、各運転モードにおいて最適な目標空燃比を設定す
る。

【００２０】燃料噴射制御手段２５では、目標空燃比設
定手段２３で設定された目標空燃比ＡＦａと、図示しな
いエアフローセンサ（その他のセンサ１５）で検出され
た吸気流量（吸入空気量）とに基づいて、燃料噴射量
（インジェクタ駆動時間）を設定するとともに、運転モ
ード選択手段２４で選択された運転モードに応じた燃料
噴射時期マップを選択して、この選択した燃料噴射時期
マップを用いて、エンジン回転数Ｎｅ及び平均有効圧力
Ｐｅに応じて、燃焼を行なうための燃料噴射終了時期を
設定する。そして、この設定値に適宜補正を施したもの
に基づいて、燃料噴射開始時期と燃料噴射終了時期とを
算出して、この算出値に基づいて、燃料噴射弁（インジ
ェクタ）８を制御するようになっている。

【００２１】点火制御手段３０では、運転モード選択手
段２４で選択された運転モードに応じた目標空燃比マッ
プを選択して、この選択した目標空燃比マップを用い
て、エンジン回転数Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じ
て、各運転モードにおいて最適な点火時期を設定して、
この設定時期に基づいて点火プラグ７の作動（点火時
期）を制御するようになっている。

【００２２】また、目標空燃比設定手段２３には、空燃
比補正手段２９がそなえられており、ストイキオフィー
ドバック運転時には、Ｏ₂センサ９で検出された排ガス
中のＯ₂濃度に基づいて、空燃比をフィードバック制御
することで、理論空燃比の近傍でリッチとリーンとを繰
り返しながら、適切にストイキオ運転を行なうととも
に、三元触媒６Ｂの排ガス浄化機能を確実に発揮させる
ようにしている。

【００２３】つまり、目標空燃比設定手段２３では、ス
トイキオモード時には、まず、目標空燃比ＡＦａを理論
空燃比（例えば１４．７）に設定して、その後は、Ｏ₂
センサ９からの出力に応じて、空燃比補正手段２９によ
り目標空燃比ＡＦａを微少に補正する。そして、例えば
Ｏ₂センサ９からの出力が空気過剰状態（即ち、空燃比
がリーン）を示すものであれば、目標空燃比設定手段２
３では、次式（１）のように、前回の目標空燃比ＡＦａ
（ｎ−１）に１よりも僅かに小さいフィードバックゲイ
ンα１（α１≒１且つα１＜１）を乗算することで今回
の目標空燃比ＡＦａ（ｎ）を算出し、目標空燃比ＡＦａ
（ｎ）を前回よりもリッチ側へ微少補正する。

【００２４】ＡＦａ（ｎ）＝ＡＦａ（ｎ−１）・α１・・・・・・（１）逆に、Ｏ₂センサ９からの出力が空気不足状態（即ち、
空燃比がリッチ）を示すものであれば、目標空燃比設定
手段２３では、次式（２）のように、前回の目標空燃比
ＡＦａ（ｎ−１）に１よりも僅かに大きいフィードバッ
クゲインα２（α２≒１且つα２＞１）を乗算すること
で今回の目標空燃比ＡＦａ（ｎ）を算出して、目標空燃
比ＡＦａ（ｎ）を前回よりもリーン側へ微少補正する。

【００２５】ＡＦａ（ｎ）＝ＡＦａ（ｎ−１）・α２・・・・・・（２）これに対して、後期リーンモード，前期リーンモード，
エンリッチモードの場合、目標空燃比設定手段２３で
は、各制御周期毎に、エンジン回転数Ｎｅ，エンジン負
荷（ここでは、平均有効圧Ｐｅを採用している）に対応
してオープンループで設定する。例えば、各運転モード
毎にエンジン回転数Ｎｅ，エンジン負荷Ｐｅに対して目
標空燃比ＡＦａを対応させたマップが設けられており、
各運転モードに応じたマップを用いて、エンジン回転数
Ｎｅ，エンジン負荷Ｐｅから目標空燃比ＡＦａを設定す
るのである。

【００２６】ただし、本希薄燃焼内燃機関の空燃比補正
手段２９は、ストイキオフィードバック運転時の空燃比
補正の他に、本機関特有の補正機能を有している。つま
り、空燃比補正手段２９は、リーン運転（後期リーン運
転モードや前期リーン運転モードによる運転）から、ス
トイキオフィードバック運転（ストイキオモードによる
運転）又はリッチ運転（エンリッチモードによる運転）
に切り換わった場合には、エンジンの回転状態Ｎｅ及び
負荷状態Ｐｅに応じた目標空燃比ＡＦａを所定時間Ｔ１
だけ、一時的に減少補正（リッチ化補正）するように構
成されている。

【００２７】この目標空燃比ＡＦａの減少補正（リッチ
化補正）は、ＮＯｘ触媒６Ａの周囲をより還元雰囲気
（即ち、酸素不足状態）とすることで、ＮＯｘ触媒６Ａ
からのＮＯｘの放出（ＮＯｘパージ）を促進しようとす
るものである。つまり、ストイキオフィードバック運転
又はリッチ運転でも、通常、ＮＯｘ触媒６ＡからのＮＯ
ｘの放出が行なわれるが、この時、さらに、目標空燃比
ＡＦａの減少補正（リッチ化補正）することで、ＮＯｘ
触媒６Ａの雰囲気温度を所定の温度域までより速やかに
高め且つＮＯｘ触媒６Ａの雰囲気をより強い還元雰囲気
として、ＮＯｘ触媒６ＡからのＮＯｘ脱離を促進しよう
とするものである。

【００２８】このリッチ化補正時には、ストイキオモー
ドであっても、オープンループで目標空燃比ＡＦａを設
定し、燃料噴射制御を行なう。このリッチ化補正時の目
標空燃比ＡＦａは、上述のように、各運転モードに応じ
たマップを用いて、エンジン回転数Ｎｅ，エンジン負荷
Ｐｅに基づいて設定した目標空燃比ＡＦａに対して、次
式（３）のように、補正ゲイン（リッチ化補正係数）β
を乗算することで算出する。

【００２９】ＡＦａ＝ＡＦａ×β ・・・・・・（３）なお、補正ゲインβは、１よりも僅かに小さい（即ち、
β≒１且つβ＜１）値であるが、この補正ゲインβは、
ＮＯｘ触媒６ＡによるＮＯｘ吸蔵量に応じた値に設定さ
れる。ここでは、次式（４）のように、リーンモード
（後期リーン運転モードや前期リーン運転モード）によ
る運転時間の積算値ＴＬをＮＯｘ吸蔵量を示すパラメー
タに採用して補正ゲインβを算出する。

【００３０】 β＝Ａ・ＴＬただし、Ａ：係数・・・・・・（４）なお、リーンモード運転時間の積算値ＴＬは、ＮＯｘ触
媒６ＡのＮＯｘパージが完了したら０にリセットされ、
ＮＯｘパージが途中で終わった場合には、ＮＯｘパージ
の度合に応じて減算されるようになっている。つまり、
このような空燃比のリッチ化補正が所定時間Ｔ１だけ行
なわれる前にストイキオモード又はエンリッチモートか
らリーンモードに切り換わってしまうと、空燃比のリッ
チ化補正を一旦停止させるため、このような空燃比のリ
ッチ化補正では、ＮＯｘ触媒６ＡのＮＯｘパージは完了
しないものと考えられる。そこで、ここでは、空燃比の
リッチ化補正を実際に行なった時間ＴＴと所定時間Ｔ１
との比（ＴＴ／Ｔ１）に基づいて、次式（５）によりリ
ーンモード運転時間の積算値ＴＬを補正するようにして
いる。

【００３１】ＴＬ＝ＴＬ（１−ＴＴ／Ｔ１）・・・・・・（５）ただし、この空燃比のリッチ化補正は、ＮＯｘ触媒６Ａ
の雰囲気温度を所定の温度域まで高め且つＮＯｘ触媒６
Ａの雰囲気を還元雰囲気とすることでＮＯｘ触媒６Ａか
らのＮＯｘ脱離を促進するものであり、空燃比のリッチ
化補正を開始してからＮＯｘ触媒６Ａの雰囲気温度が所
定レベルに昇温するまでには一定の時間がかかる。した
がって、追加燃料噴射を所定時間Ｔ１継続させた場合、
この所定時間Ｔ１から、ＮＯｘ触媒６Ａの雰囲気温度が
所定レベルに昇温するまでに要する時間ｔ１を減算した
時間Ｔ１−ｔ１だけの間、ＮＯｘ触媒６Ａの周囲がＮＯ
ｘ脱離可能な雰囲気温度になることになる。このような
点を考慮する場合、上式（５）を次式（６）のようなも
のに変更すればよい。

【００３２】ＴＬ＝ＴＬ〔１−（ＴＴ−ｔ１）／（Ｔ１−ｔ１）〕・・・・・・（６）なお、時間Ｔ１や時間ｔ１及び式（４）の係数Ａは、エ
ンジンの特性やＮＯｘ触媒６Ａの特性に基づいて設定す
る。また、本希薄燃焼内燃機関の点火制御手段３０に
は、点火時期を補正する機能（点火時期補正手段）３１
がそなえられている。この点火時期補正手段３１は、上
述のＮＯｘパージのための空燃比のリッチ化補正に伴う
エンジンの出力増加を抑制するために、ＮＯｘパージの
ための空燃比のリッチ化補正に同期して点火時期をリタ
ードするなどの点火時期補正を行なうものである。

【００３３】本発明の一実施形態としての希薄燃焼内燃
機関は、上述のように構成されているので、空燃比設定
手段２３では、例えば図３に示すように燃料噴射制御
（インジェクタ制御）及び点火制御（点火プラグ制御）
が行なわれる。つまり、ＥＣＵ２０では、まず、エンジ
ン回転数センサ１３で検出されたエンジン回転数Ｎｅや
アクセルポジションセンサ１４で検出されたアクセル開
度θ_ACをはじめとした各センサの検出情報を読み込む
（ステップＳ１０）。なお、制御開始時には、後述のフ
ラグＦＣ，ＦＬをいずれも０と初期設定しておく。

【００３４】そして、有効圧力演算手段２８により、エ
ンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度θ_ACから平均有効圧
力Ｐｅを算出する（ステップＳ１２）。さらに、運転モ
ード選択手段２４により、エンジン回転数Ｎｅ及び平均
有効圧力Ｐｅに応じて、後期リーン運転モード，前期リ
ーン運転モード，ストイキオモード，エンリッチモード
の中から一つの運転モードを選択する（ステップＳ２
０）。

【００３５】目標空燃比設定手段２３では、選択された
運転モードとエンジン回転数Ｎｅと平均有効圧力Ｐｅと
に基づいて例えば予め記憶されたマップ等を用いて目標
空燃比ＡＦａを設定する。なお、ストイキオモード選択
時には、目標空燃比ＡＦａとして理論空燃比（例えば１
４．７）を設定する（ステップＳ３０）。点火制御手段
３０では、選択された運転モードとエンジン回転数Ｎｅ
と平均有効圧力Ｐｅとに基づいて点火時期を設定する
（ステップＳ４０）。

【００３６】そして、フラグＦＣが１か否かを判定する
（ステップＳ５０）。このフラグＦＣは、ＮＯｘパージ
のための空燃比のリッチ化補正を行なっているときに１
とされ、この空燃比のリッチ化補正を行なっていないと
きには０とされる。初期には、フラグＦＣは０であるた
め、ステップＳ６０に進み、フラグＦＬが１か否かを判
定する。このフラグＦＬは、リーンモード時（即ち、後
期リーン運転モード時及び前期リーン運転モード時）に
１とされ、他の運転モード時（即ち、ストイキオモード
時及びエンリッチモード時）は０とされる。フラグＦＬ
の初期値は０なので、初期には、ステップＳ７０に進
み、現在リーンモードであるか否かが判定される。

【００３７】ここで、リーン運転中であれば、ステップ
Ｓ７０からステップＳ１７０に進み、フラグＦＣを０に
して（ここでは、フラグＦＣ＝０を保持して）、フラグ
ＦＬを１にする。さらに、ステップＳ１３０に進み、フ
ラグＦＣが０（即ち、ＮＯｘパージのための空燃比リッ
チ化補正を行なっていない）で且つストイキオモードで
あるか否かが判定され、この場合、ストイキオモードで
はないので、ステップＳ１３０からステップＳ１４０に
進む。

【００３８】ステップＳ１４０では、燃料噴射制御手段
２５により、目標空燃比設定手段２３で設定された目標
空燃比ＡＦａ及びエアフローセンサで検出された吸気量
（吸気空気量）に基づいて燃料噴射量（インジェクタ駆
動時間）を設定し、選択された運転モードに応じた燃料
噴射時期マップを用いて、エンジン回転数Ｎｅ及び平均
有効圧力Ｐｅに応じて、燃料噴射終了時期を設定する。

【００３９】そして、ステップＳ１５０に進み、この設
定値に適宜補正を施した上で、燃料噴射開始時期と燃料
噴射終了時期とを算出し、この算出値に基づいて燃料噴
射弁（インジェクタ）８の駆動を制御する。さらに、ス
テップＳ１６０に進み、ステップＳ４０で設定された点
火時期に応じたタイミングで点火プラグ７の駆動を制御
する。

【００４０】一方、フラグＦＣが０（即ち、前回の制御
周期ではＮＯｘパージのための空燃比のリッチ化補正を
行なっていない）で且つフラグＦＬが１（即ち、前回の
制御周期ではリーンモードであった）の状態で、リーン
モードから他の運転モードに切り換わると、ステップＳ
１０，Ｓ１２，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０，Ｓ５０，Ｓ６
０を経て、ステップＳ７０からステップＳ８０に進み、
フラグＦＣを１にして（ここでは、フラグＦＣ＝０を保
持して）、フラグＦＬを０にする。

【００４１】そして、ステップＳ９０に進み、タイマ１
２のカウントを開始する。つまり、タイマカウント値Ｔ
（初期値０）を制御周期に対応する時間ｔだけ加算す
る。さらに、このタイマカウント値Ｔが所定時間Ｔ１以
下か否かを判定する（ステップＳ１００）。タイマカウ
ント値Ｔが所定時間Ｔ１に達しなければ、ステップＳ１
００からステップＳ１１０へ進み、目標空燃比補正手段
２９により、目標空燃比補正（混合気のリッチ化補正）
を行なう。つまり、前記の式（３）のように、ステップ
Ｓ３０において、運転モード，エンジン回転数Ｎｅ，エ
ンジン負荷Ｐｅに基づいて設定した目標空燃比ＡＦａに
対して、リッチ化補正係数βを乗算することで目標空燃
比ＡＦａを補正する。なお、リッチ化補正係数βは、Ｎ
Ｏｘ触媒６ＡによるＮＯｘ吸蔵量に応じて設定するが、
ここでは、リーンモードによる運転時間の積算値ＴＬが
ＮＯｘ吸蔵量に対応するパラメータと考え、前式（４）
のように、このリーンモード運転時間の積算値ＴＬに基
づいて算出する。

【００４２】次に、ステップＳ１２０へ進み、点火時期
補正手段３１により、ステップＳ４０で設定された点火
時期に対して、ステップＳ１１０におけるＮＯｘパージ
のための空燃比のリッチ化補正に伴うエンジンの出力増
加を抑制するために点火時期をリタードするなどの点火
時期補正を行なう。さらに、ステップＳ１３０に進み、
フラグＦＣが０で且つストイキオモードであるか否かが
判定されるが、この場合、フラグＦＣが１なので、ステ
ップＳ１３０からステップＳ１４０に進む。

【００４３】そして、ステップＳ１４０に進み、燃料噴
射制御手段２５により、ステップＳ１１０で目標空燃比
補正手段２９により補正された目標空燃比ＡＦａ及びエ
アフローセンサで検出された吸気量（吸気空気量）に基
づいて燃料噴射量（インジェクタ駆動時間）を設定し、
選択された運転モードに応じた燃料噴射時期マップを用
いて、エンジン回転数Ｎｅ及び平均有効圧力Ｐｅに応じ
て、燃料噴射終了時期を設定する。

【００４４】さらに、ステップＳ１５０に進み、この設
定値に適宜補正を施した上で、燃料噴射開始時期と燃料
噴射終了時期とを算出し、この算出値に基づいて燃料噴
射弁（インジェクタ）８の駆動を制御する。さらに、ス
テップＳ１６０に進み、ステップＳ１２０で点火時期補
正手段３１により補正された点火時期に応じたタイミン
グで点火プラグ７の駆動を制御する。

【００４５】このように、ある制御周期で、フラグＦＣ
が１とされる（ステップＳ８０）と（即ち、ＮＯｘパー
ジのための空燃比リッチ化補正を行なうようになる
と）、次の制御周期から、ステップＳ１０，Ｓ２０，Ｓ
３０，Ｓ４０を経て、ステップＳ５０から、ステップＳ
１９０に進む。このステップＳ１９０では、運転モード
がリーンモードか否かが判定され、リーンモードでない
状態（即ち、ストイキオモード又はエンリッチモード）
が続けば、ステップＳ９０に進み、上述のように、タイ
マカウント値Ｔ（初期値０）を制御周期時間ｔだけ加算
して、このタイマカウント値Ｔが所定時間Ｔ１以下か否
かを判定し（ステップＳ１００）、タイマカウント値Ｔ
が所定時間Ｔ１に達しなければ、ステップＳ１１０へ進
み、目標空燃比補正（混合気のリッチ化補正）を行な
う。

【００４６】そして、ステップＳ１２０へ進み、点火時
期補正を行ない、ステップＳ１３０の判定で「フラグＦ
Ｃが０で且つストイキオモードである」状態でなけれ
ば、ステップＳ１４０に進み、補正した目標空燃比等に
基づいて燃料噴射量及び燃料噴射終了時期を設定し、ス
テップＳ１５０に進み、この設定値に基づく燃料噴射開
始時期及び燃料噴射終了時期に応じて燃料噴射弁８の駆
動を制御し、ステップＳ１６０に進み、補正した点火時
期に応じたタイミングで点火プラグ７の駆動を制御す
る。

【００４７】リーンモードでない状態が続けば、タイマ
カウント値Ｔが所定時間Ｔ１を越えるまでは、上述のよ
うな処理、即ち、ＮＯｘパージのための空燃比リッチ化
補正及びこれに伴うエンジンの出力増を抑制する点火時
期補正を行なう。そして、タイマカウント値Ｔが所定時
間Ｔ１を越えれば、タイマカウント値Ｔが所定時間Ｔ１
を越えるため、ステップＳ１００からステップＳ１８０
へ進み、フラグＦＣ及びタイマＴを共に０にリセットし
て、ステップＳ１３０に進む。

【００４８】この時、ストイキオモードであれば、ステ
ップＳ１３０では、「フラグＦＣが０で且つストイキオ
モードである」と判定されるので、ステップＳ２１０に
進み、燃料噴射に関してストイキオフィードバック制御
を行なう。つまり、Ｏ₂センサ９からの出力が空気過剰
状態（空燃比がリーン）を示すものであれば、前式
（１）のように、前回の目標空燃比ＡＦａ（ｎ−１）に
１よりも僅かに小さいフィードバックゲインα１を乗算
することで今回の目標空燃比ＡＦａ（ｎ）を算出し、目
標空燃比ＡＦａ（ｎ）を前回よりもリッチ側へ微少補正
する。逆に、Ｏ₂センサ９からの出力が空気不足状態
（空燃比がリッチ）を示すものであれば、前式（２）の
ように、前回の目標空燃比ＡＦａ（ｎ−１）に１よりも
僅かに大きいフィードバックゲインα２（α２≒１且つ
α２＞１）を乗算することで今回の目標空燃比ＡＦａ
（ｎ）を算出して、目標空燃比ＡＦａ（ｎ）を前回より
もリーン側へ微少補正する。

【００４９】そして、ステップＳ１４０に進み、ステッ
プＳ２１０で補正した目標空燃比等に基づいて燃料噴射
量及び燃料噴射終了時期を設定し、ステップＳ１５０に
進み、この設定値に基づく燃料噴射開始時期及び燃料噴
射終了時期に応じて燃料噴射弁８の駆動を制御し、ステ
ップＳ１６０に進み、ステップＳ４０で設定した点火時
期に応じたタイミングで点火プラグ７の駆動を制御す
る。

【００５０】この後、リーンモードでない状態が続け
ば、ＦＣ＝０，ＦＬ＝０が続行されるので、ステップＳ
１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０，Ｓ５０を経て、ステッ
プＳ６０から、ステップＳ１３０に進み、ストイキオモ
ードならば、ステップＳ２１０で目標空燃比をフィード
バック補正した上でこの補正結果等に基づいて、そうで
なければ（エンリッチモードならば、ステップＳ３０で
設定した目標空燃比等に基づいて、燃料噴射量及び燃料
噴射終了時期を設定し、この設定に基づく燃料噴射開始
時期及び燃料噴射終了時期に応じて燃料噴射弁８の駆動
を制御し（ステップＳ１５０）、ステップＳ４０で設定
した点火時期に応じたタイミングで点火プラグ７の駆動
を制御する（ステップＳ１６０）。

【００５１】また、タイマカウント値Ｔが所定時間Ｔ１
を越える前に、リーンモードに復帰してしまったら、ス
テップＳ１０，Ｓ２０，Ｓ３０，Ｓ４０，Ｓ５０を経
て、ステップＳ１９０からステップＳ２００に進み、Ｆ
Ｃ＝０，ＦＬ＝１とする。そして、ステップＳ１３０に
進むが、この場合、ストイキオモードではないので、ス
テップＳ１３０からステップＳ１４０に進み、ステップ
Ｓ３０で設定した目標空燃比等に基づいて、燃料噴射量
及び燃料噴射終了時期を設定し、この設定に基づく燃料
噴射開始時期及び燃料噴射終了時期に応じて燃料噴射弁
８の駆動を制御し（ステップＳ１５０）、ステップＳ４
０で設定した点火時期に応じたタイミングで点火プラグ
７の駆動を制御する（ステップＳ１６０）。

【００５２】なお、タイマカウント値Ｔが所定時間Ｔ１
を越えるまで、ＮＯｘパージのための空燃比リッチ化補
正が続行された場合には、ＮＯｘ触媒６ＡのＮＯｘ吸蔵
量を０にリセットするが、タイマカウント値Ｔが所定時
間Ｔ１に達する前に、ＮＯｘパージのための空燃比リッ
チ化補正を終えた場合には、この空燃比のリッチ化補正
を実際に行なった時間ＴＴと所定時間Ｔ１との比（ＴＴ
／Ｔ１）に基づいて、ＮＯｘ触媒６ＡのＮＯｘ吸蔵量
を、飽和状態の（１−ＴＴ／Ｔ１）又は〔１−（ＴＴ−
ｔ１）／（Ｔ１−ｔ１）〕倍と推定して、前式（５）又
は（６）によりリーンモード運転時間の積算値ＴＬを補
正して、この積算値ＴＬに基づいてリッチ化補正係数β
を設定する。

【００５３】このように、本希薄燃焼内燃機関では、リ
ーンモードからその他のモード（具体的には、ストイキ
オモードやエンリッチモード）に切り換わった際に、所
定時間Ｔ１だけＮＯｘ触媒６ＡのＮＯｘ吸蔵量に基づく
目標空燃比に補正するので、ＮＯｘ触媒６Ａの雰囲気温
度を所定の温度域までより速やかに高め且つＮＯｘ触媒
６Ａの雰囲気をより強い還元雰囲気として、ＮＯｘ触媒
６ＡからのＮＯｘ脱離が促進され、所定時間Ｔ１内に確
実に或いは十分にＮＯｘ触媒６ＡからのＮＯｘ脱離（Ｎ
Ｏｘパージ）が行なわれるようになる。

【００５４】特に、リーンモードからその他のモード
（具体的には、ストイキオモードやエンリッチモード）
に切り換わるのは、本希薄燃焼内燃機関を自動車用エン
ジンとして適用した場合、車両の加速時や登坂路に差し
掛かって車速を維持しようとする場合などのエンジン出
力を増加させる場合であり、このような時には、本来、
エンジン出力トルクが変化するので、これに合わせて空
燃比をリッチ化補正しても、このリッチ化補正によるエ
ンジン出力トルクの変化は目立たなくなる。つまり、運
転者や乗員は、空燃比のリッチ化補正によるトルクショ
ックを感じにくく、また、例えトルクショックを感じて
も加速時や登坂時にはこれをあまり不快なものとは感じ
ない。

【００５５】したがって、不快なトルクショックを招く
ことなく吸蔵型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力の復活を行
なうことができるようになるのである。また、タイマカ
ウント値Ｔが所定時間Ｔ１に達する前に、ＮＯｘパージ
のための空燃比リッチ化補正を終えた場合には、この空
燃比のリッチ化補正を実際に行なった時間ＴＴと所定時
間Ｔ１との比（ＴＴ／Ｔ１）に基づいて、リーンモード
運転時間の積算値ＴＬ（即ち、ＮＯｘ触媒６ＡのＮＯｘ
吸蔵量）を推定してリッチ化補正係数βを設定するの
で、次回の空燃比リッチ化補正時にこれが反映されて、
ＮＯｘ触媒６ＡのＮＯｘパージを確実に行なうことがで
きる。

【００５６】なお、本希薄燃焼内燃機関は、近年の吸蔵
型ＮＯｘ触媒の性能向上によるＮＯｘ吸蔵容量の増加に
対応して創案したものである。通常走行時には、リーン
運転のみを続行することは少なく、ほぼ定常に走行して
いるときにも、道路状況から加速や登坂を行なうため
に、しばしばリーン運転からストイキオ運転又はリッチ
運転に切り換えるものと考えられることから、リーン運
転からその他の運転に切り換わった場合においてＮＯｘ
触媒６ＡのＮＯｘパージを行なうことで、ＮＯｘ触媒６
ＡのＮＯｘ飽和状態は招かないものとの考えに基づいて
いる。

【００５７】しかしながら、ＮＯｘ触媒６ＡのＮＯｘ吸
蔵量を推定（例えばリーンモード運転時間の積算値ＴＬ
から推定する）して、ＮＯｘ触媒６ＡのＮＯｘが飽和状
態になることがあれば、リーンモード運転中に、適宜の
タイミングで、短期間だけ空燃比をリッチ化させたり、
特に、筒内噴射内燃機関にあっては、主燃焼（エンジン
出力を発生させるための燃焼）のための燃料噴射とは別
に、主燃焼に消費されないタイミング（エンジン出力に
影響を与えないタイミング）、例えば膨張行程中期以降
や排気行程等で燃料噴射を行なって、ＮＯｘパージを促
進するようにしてもよい。

【００５８】このように、リーンモード運転中のＮＯｘ
パージを併用しても、リーンモード運転中にＮＯｘ触媒
６ＡのＮＯｘ飽和状態にならないかぎりは、リーン運転
からストイキオ運転又はリッチ運転に切り換えるタイミ
ングに同期して、ＮＯｘパージを行なうので、多くのＮ
Ｏｘパージを不快なトルクショックを招くことなく行な
うことができるようになるのである。

【００５９】なお、リーンモード運転中において主燃焼
の空燃比をリッチ化してＮＯｘパージを行なう場合に
は、本実施形態のように、これに伴うエンジン出力の増
加を低減するように、点火時期制御を行なうようにして
もよい。また、本実施形態では、空燃比の補正を補正係
数（補正量）α１，α２，βを乗算することで行なって
いるが、この補正係数α１，α２，βに対応した補正量
を設定して、補正量で加算又は減算することで空燃比の
補正を行なうようにしてもよい。

【００６０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の希薄燃焼内燃機関によれば、ドライバビリティや
燃費の悪化を招くことなく、吸蔵されたＮＯｘを吸蔵型
ＮＯｘ触媒上から確実に放出し還元することができる効
果がある。また、請求項２記載の本発明の希薄燃焼内燃
機関によれば、請求項１記載の効果に加え、飽和状態に
なった吸蔵型ＮＯｘ触媒からＮＯｘパージを行ない、吸
蔵されたＮＯｘを吸蔵型ＮＯｘ触媒上から確実に放出し
還元することができる。また、請求項３記載の本発明の
希薄燃焼内燃機関によれば、請求項１又は２に記載の効
果に加え、ＮＯｘパージのための空燃比のリッチ化補正
に伴うエンジンの出力増加を抑制することができる。ま
た、請求項４記載の本発明の希薄燃焼内燃機関によれ
ば、請求項１〜３のいずれか１項に記載の効果に加え、
トルクショックを発生させること無く、ＮＯｘパージを
促進することができる。また、請求項５記載の本発明の
希薄燃焼内燃機関によれば、請求項１〜４のいずれか１
項に記載の効果に加え、吸蔵されたＮＯｘを吸蔵型ＮＯ
ｘ触媒上からより確実に放出し還元することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての希薄燃焼内燃機関
の要部構成を示す制御ブロック図である。

【図２】本発明の一実施形態としての希薄燃焼内燃機関
の構成を示す模式図である。

【図３】本発明の一実施形態としての希薄燃焼内燃機関
による制御を示すフローチャートである。

【符号の説明】

３排気通路６排気浄化装置６ＡＮＯｘ触媒６Ｂ三元触媒７点火プラグ８インジェクタ（燃料噴射弁）９Ｏ₂センサ１０ＮＯｘセンサ（吸蔵状態検出手段）２０ＥＣＵ２３空燃比設定手段２４運転モード選択手段２５燃料噴射制御手段２９空燃比補正手段３０点火制御手段３１点火時期補正手段

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ＣＦ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｌ (72)発明者栂井一英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)発明者安東弘光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11−210526（ＪＰ，Ａ) 特開平６−272540（ＪＰ，Ａ) 特開平７−217473（ＪＰ，Ａ) 特開平８−296472（ＪＰ，Ａ) 特開平９−133033（ＪＰ，Ａ) 特開2000−38943（ＪＰ，Ａ) 特開平11−62657（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/00 F02D 41/00 - 45/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられ、酸化雰
囲気のときに排ガス中のＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気のと
きに吸蔵したＮＯｘを放出又は還元する吸蔵型ＮＯｘ触
媒と、上記吸蔵型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量を推定
するＮＯｘ吸蔵量推定手段と、上記機関運転状態に応じて上記機関の空燃比をリーン空
燃比とリッチ空燃比との間で設定する空燃比設定手段
と、上記空燃比設定手段により設定される空燃比がリーン空
燃比から理論空燃比又はリッチ空燃比に切り換わった
際、上記空燃比設定手段により設定される空燃比を上記
ＮＯｘ吸蔵量推定手段により推定されたＮＯｘ吸蔵量に
応じてリッチ方向に一時的に補正する空燃比補正手段と
から構成され、上記空燃比補正手段は、上記空燃比のリッチ方向への補
正量を、ＮＯｘ触媒の雰囲気温度がＮＯｘ脱離可能な所
定レベルに昇温するまでに要する時間に応じて設定する
ことを特徴とする、希薄燃焼内燃機関。
【請求項２】上記空燃比補正手段は、上記吸蔵型ＮＯ
ｘ触媒が飽和した際に、空燃比をリッチ方向に補正する
ことを特徴とする、請求項１記載の希薄燃焼内燃機関。
【請求項３】上記空燃比のリッチ化補正の際に点火時
期をリタードする点火時期補正手段が設けられているこ
とを特徴とする、請求項１又は２記載の希薄燃焼内燃機
関。
【請求項４】上記希薄燃焼内燃機関が筒内噴射内燃機
関であって、主燃焼（出力を発生させるための燃焼）とは別に、上記
主燃焼に消費されないタイミング（エンジン出力に影響
を与えないタイミング）で燃料噴出を行なうことによ
り、上記の空燃比のリッチ化補正を行なうことを特徴と
する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の希薄燃焼内
燃機関。
【請求項５】上記空燃比補正手段は、上記空燃比設定
手段により設定される空燃比を、前回リッチ方向に補正
した時間に基づいて補正することを特徴とする、請求項
１〜４のいずれか１項に記載の希薄燃料内燃機関。