JPH07103015A

JPH07103015A - 希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH07103015A
Application number: JP5244978A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ichimoto; 和宏一本; Yoshiro Danno; 喜朗団野; Kazuo Koga; 一雄古賀; Yoshiaki Kodama; 嘉明児玉; Daisuke Mitsuhayashi; 大介三林; Shogo Omori; 祥吾大森
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1995-04-18

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、所要の運転条件下ではストイキオ
よりもリーン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し、リーン運転時におけるＮ
Ｏｘ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することを目的とする。【構成】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
するがストイキオまたは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を有するＮＯ
ｘ浄化部材をそなえるとともに、内燃機関に供給される
燃料空気の混合割合をリーン状態とストイキオ状態また
はリッチ状態との間で、内燃機関の出力に変化を与えな
いようにして切り替える内燃機関用制御手段２５を設け
るように構成する。

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、本発明の希薄
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理論空燃比状態または過濃側
空燃比状態との間で、該内燃機関の出力に変化を与えな
いようにして切り替える内燃機関用制御手段が設けられ
たことを特徴としている（請求項１）。

【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、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該内燃機関の
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
り替える手段を有し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、該混合割合を
該希薄側空燃比状態から上記の理論空燃比状態または過
濃側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４記載の排ガス浄化装置は、
請求項３記載の装置において、該吸入空気量を減少させ
る手段が、該混合割合を該希薄側空燃比状態から上記の
理論空燃比状態または過濃側空燃比状態に切り替えると
きに、人為操作されるスロットル弁をバイパスするバイ
パス通路の開度を減少させる手段として構成されている
ことを特徴としている。

【０００８】さらに、請求項５記載の排ガス浄化装置
は、請求項３記載の装置において、該吸入空気量を減少
させる手段が、該混合割合を該希薄側空燃比状態から上
記の理論空燃比状態または過濃側空燃比状態に切り替え
るときに、該排気系からの吸気系へ排ガスを再循環させ
うる排ガス再循環通路の開度を増大させる手段として構
成されていることを特徴としている。

【０００９】また、請求項６記載の排ガス浄化装置は、
請求項５記載の装置において、該排ガス再循環通路に、
排ガス導入側に排ガスの導入のみを許容する一方向弁を
有する排ガス畜圧器が設けられるとともに、該排ガス畜
圧器の出口から該吸気系に通じる通路に、開閉弁を設
け、該開閉弁の開度を、該内燃機関用制御手段における
該排ガス再循環通路の開度を増大させる手段にて制御す
ることを特徴としている。

【００１０】さらに、請求項７記載の排ガス浄化装置
は、請求項３記載の装置において、該吸入空気量を減少
させる手段が、該混合割合を該希薄側空燃比状態から上
記の理論空燃比状態または過濃側空燃比状態に切り替え
るときに、アクチュエータ駆動型のスロットル弁の開度
を減少させる手段として構成されていることを特徴とし
ている。

【００１１】また、請求項８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での運転継続中に該内燃機関の
出力に変化を与えないようにすべく、一時的に燃料増量
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。

【００１２】さらに、請求項９記載の排ガス浄化装置
は、請求項８記載の装置において、該内燃機関出力低減
手段が、点火時期を制御する点火時期制御手段，該内燃
機関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，排ガス再循環量を制御する
排ガス再循環量制御手段のうちの少なくとも１つの手段
で構成されていることを特徴としている。

【００１３】また、請求項１０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、上記の混合割合を該希薄側空燃比状態と上記の理
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
る際に、この切替を除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。さらに、請求項１１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
関用制御手段によって、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際に、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。

【００１４】

【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
に該理論空燃比または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ＮＯｘ浄化効率を回復する。

【００１５】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理論空燃比状態または過
濃側空燃比状態との間で、内燃機関の出力に変化を与え
ないようにして切り替えることが行なわれる。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、希薄側空燃比状態での運転継続中に内燃機関
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
切り替えることが行なわれる。

【００１６】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、混合割合を希薄側空
燃比状態から上記の理論空燃比状態または過濃側空燃比
状態に切り替えるときに、内燃機関への吸入空気量を減
少させることが行なわれる。また、請求項４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
の理論空燃比状態または過濃側空燃比状態に切り替える
ときに、人為操作されるスロットル弁をバイパスするバ
イパス通路の開度を減少させることにより、吸入空気量
を減少させる。

【００１７】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理論空燃比
状態または過濃側空燃比状態に切り替えるときに、排ガ
ス再循環通路の開度を増大させることにより、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、排ガス畜圧器の出口から吸気系に通じる通路に設
けられた開閉弁の開度を変えることにより、排ガス再循
環通路の開度を増大させる。

【００１８】さらに、請求項７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理論空燃比
状態または過濃側空燃比状態に切り替えるときに、アク
チュエータ駆動型のスロットル弁の開度を減少させるこ
とにより、吸入空気量を減少させる。また、請求項８，
９記載の排ガス浄化装置では、燃料増量手段により、一
時的に燃料増量を行なうとともに、内燃機関出力低減手
段（点火時期を制御する点火時期制御手段，該内燃機関
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，排ガス再循環量を制御する排ガ
ス再循環量制御手段のうちの少なくとも１つの手段で構
成されている）により、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ことにより、希薄
側空燃比状態での運転継続中に内燃機関の出力に変化を
与えないようにする。

【００１９】さらに、請求項１０記載の排ガス浄化装置
では、内燃機関用制御手段により、混合割合を希薄側空
燃比状態と上記の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際に、この切替を除々に行なう。
また、請求項１１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、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際に、クラッチ制
御手段により、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。

【００２０】

【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り、図１２は本装置の他の例の動作
を説明するためのタイムチャートである。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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とストイキオ状態またはリッチ状態
との間で切り替える際に、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
６１Ｃ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、上記の混合割合切替後は、直結禁止
状態を解除する。

【００５６】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状態
とストイキオまたはリッチ状態との間で、エンジン１の
出力に変化を与えないようにして切り替える制御手段の
機能を有することになる。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を有していること
になるが、更に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を有していること
にもなる。

【００５７】そして、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１１Ａ，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、この吸入空気量を減
少させる手段が、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、ＥＧ
Ｒ通路８０の開度を増大させる手段（ＥＧＲ制御手段５
９）としても構成されている。

【００５８】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。

【００５９】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
リーン状態と上記のストイキオ状態またはリッチ状態と
の間で切り替える際に、この切替を除々に行なう手段
（５１Ｄ，５３Ｄ，５５Ｄ，５９Ｄ）も有していること
になる。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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、タイマ
値ＴＢを０にし、ステップＡ１９で、リッチ化フラグを
セットし、ステップＡ２０で、過渡補正係数α，βを０
とおき、ステップＡ２１で、αのインクリメントを開始
する。なお、α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。

【００７１】その後は、ステップＡ２２で、ＫＡＦＲ・
α＋（１−α）・ＫＡＦＬ，ＳＡＦＲ・α＋（１−α）
・ＳＡＦＬ，ＰＡＦＲ・α＋（１−α）・ＰＡＦＬ，Ｄ
ＡＦＲ・α＋（１−α）・ＤＡＦＬ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Ａ２２，Ａ３３）、ステッ
プＡ２３で、ダンパクラッチ直結禁止フラグをセット
し、更にステップＡ２４で、エアバイパス弁１４を開
く。なお、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。

【００７２】その後も、リーン運転条件が成立している
とすると、次のタイマ割込みタイミングでは、ステップ
Ａ１３でＹＥＳルートをとり、ステップＡ２５で、αが
１になって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Ａ２６で、α＝１
かどうかを判定するが、やはり最初はα＝１でないの
で、ＮＯルートをとり、α＝１となるまで、上記のステ
ップＡ２２〜Ａ２４，Ａ３３の処理を行なう。

【００７３】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５
７Ａ，ＥＧＲ制御手段５９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。

【００７４】これにより、リーン運転時にある時間ｔｂ
が経過すると、ストイキオまたはリッチ運転への切替過
渡時には、α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。そして、αが１になると、ステップＡ２６でＹＥ
Ｓルートをとって、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，ＩＳ
Ｃ目標ポジションＰＡＦＲ，ＥＧＲ駆動デューティＤＡ
ＦＲ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，ＩＳ
Ｃ弁開度，ＥＧＲ弁開度を設定するとともに（ステップ
Ａ２７，Ａ３３）、ステップＡ２８で、エアバイパス弁
１４を閉じる。そして、このような処理は設定時間ｔｎ
が経過するまで行なわれる。

【００７５】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５１Ｃ，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５３
Ｃ，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。

【００７６】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、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。

【００７７】そして、設定時間ｔｎが経過すると、ステ
ップＡ２５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Ａ３２で、ダンパクラッチ直結禁止フラグをセ
ットし、更にステップＡ１７で、エアバイパス弁１４を
開く。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。

【００７８】そして、β＝１となるまで、上記のステッ
プＡ３１，Ａ３２，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Ｉ
ＳＣ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５９の過渡時ＥＧＲ駆動デューティ設定手段５９
Ｄ等によって行なわれる。

【００７９】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。

【００８０】なお、このリーン運転への切替過渡時間
（βが０から１にインクリメントされる時間）は前記の
一時リッチ化する際の切替過渡時間（αが０から１にイ
ンクリメントされる時間）よりも長く設定されている。
このようにするのは、一時リッチ化する際は、ＮＯｘ浄
化部材１００のＮＯｘ浄化効率を極力速やかに回復させ
る必要があるからである。

【００８１】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Ａ３０−２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，Ｐ
ＡＦ，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。

【００８２】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、リーンバーン状態での運転再開後は、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。

【００８３】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。

【００８４】そして、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，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
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。

【００８５】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（ＡＢＶ）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８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。

【００８６】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、リッチ化制御を行なう際には、図１
０に示すように、αのインクリメント速度に応じた速さ
で開閉弁８６を開いて、畜圧しておいた排気を放出す
る。これにより、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行なうことが
できる。

【００８７】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。

【００８８】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、除々に切り替えることができる。

【００８９】さらに、上記の実施例では、リーン運転時
に、ストイキオまたはリッチ状態へ切り替える際に、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（ＡＢＶ開度），点火時期等の各制御を
テーリング開始時期を同時にして並行して行なっていた
が、図１２に示すように、燃料噴射制御及び点火時期の
テーリング開始時期に先立って、ＥＧＲ弁８１の開作動
を開始させると共に、点火時期と目標空燃比をｔｔ秒か
けて変化させるようにしてもよい。

【００９０】このようにすれば、切替ショック感を招く
ことなく、ＮＯｘスパイクの発生を抑制できる。即ち、
空燃比をリーンからリッチへテーリングをつけて変化さ
せると、空燃比がストイキオよりもややリーン側のＮＯ
ｘが多量に排出される領域を比較的ゆっくりと通過する
ことになるため、ＮＯｘスパイクの発生が問題となる
が、このとき、ＥＧＲ弁８１の開作動を先行して行なう
と、ＥＧＲが先に導入されることになり、これがＮＯｘ
スパイクを抑制するのである。勿論、このとき、切替を
除々に行なっているので、切替ショック感はない。

【００９１】なお、この場合、ＩＳＣ弁１２やエアバイ
パス弁１４も燃料噴射制御及び点火時期のテーリング開
始時期に対しｔｄ１秒（この時間ｔｄ１はテーリング時
間ｔｔより短く設定されている）先立って動作を開始さ
せておく。さらに、この場合、図１２からもわかるよう
に、ストイキオまたはリッチ状態からリーン状態へ戻す
ときは、ＩＳＣ弁１２やエアバイパス弁１４の作動を少
し早めに開始する（ｔｄ２時点参照）。

【００９２】なお、上記の場合において、ＥＧＲ弁８１
はダイヤフラムの特性上動作の立ち上がりが遅く、又エ
アバイパス弁１４は、開から閉への動作が大気開放のた
めステップ的に行なわれる一方、閉から開への動作がダ
イヤフラムがマニホルド圧の作用を受けるため１次遅れ
的に行なわれることを考慮して、それぞれの開閉タイミ
ングが設定されている。

【００９３】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、切替時にエンジン出力に変化を与え
ないような制御を行なうことはいうまでもない。

【００９４】

【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理論空燃
比状態または過濃側空燃比状態との間で、該内燃機関の
出力に変化を与えないようにして切り替える内燃機関用
制御手段が設けられているので、希薄燃焼運転中におい
て、一時的に理論空燃比または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、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して切り替えられる
ため、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。

【００９５】また、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内燃機関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
御を容易確実に実行できる利点がある。

【００９６】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理論空燃比状態または過
濃側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（バイパス通路開度減少手段，
排ガス再循環通路開度増大手段，アクチュエータ駆動型
スロットル弁開度減少手段）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。

【００９７】また、排ガス再循環通路に、排ガス導入側
に排ガスの導入のみを許容する一方向弁を有する排ガス
畜圧器が設けられるとともに、該排ガス畜圧器の出口か
ら該吸気系に通じる通路に、開閉弁を設け、この開閉弁
の開度を、内燃機関用制御手段における排ガス再循環通
路開度増大手段にて制御することも可能であるが、この
ようにすればトルク変動を抑制しながら、ＮＯｘ浄化部
材の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行なうことができる。

【００９８】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内燃機関の出力に変化を与え
ないようにすべく、一時的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（内燃機関出力低減手段
は、点火時期を制御する点火時期制御手段，該内燃機関
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，排ガス再循環量を制御する排ガ
ス再循環量制御手段のうちの少なくとも１つの手段で構
成されている）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
の切替制御を効果的に実行できる。

【００９９】また、内燃機関用制御手段が、上記の混合
割合を希薄側空燃比状態と上記の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際に、この切替を
除々に行なうので、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。さらに、内燃機関用制御手段
によって、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際に、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。

【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。

【図１２】本装置の他の例の動作を説明するためのタイ
ムチャートである。

【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４４ＩＳＣドライバ４５バイパスエア用ドライバ４６ＥＧＲ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５５ＩＳＣ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５９ＥＧＲ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）８１ＥＧＲ弁８１８１ａ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８３ＥＲＧ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 (72)発明者大森祥吾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

Claims

【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
燃比状態と理論空燃比状態または過濃側空燃比状態との
間で、該内燃機関の出力に変化を与えないようにして切
り替える内燃機関用制御手段が設けられたことを特徴と
する、希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項２】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該内燃機関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。
【請求項３】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理論空燃比状態または過
濃側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２記載の希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄化装
置。
【請求項４】該吸入空気量を減少させる手段が、該混
合割合を該希薄側空燃比状態から上記の理論空燃比状態
または過濃側空燃比状態に切り替えるときに、人為操作
されるスロットル弁をバイパスするバイパス通路の開度
を減少させる手段として構成されていることを特徴とす
る請求項３記載の希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄化装
置。
【請求項５】該吸入空気量を減少させる手段が、該混
合割合を該希薄側空燃比状態から上記の理論空燃比状態
または過濃側空燃比状態に切り替えるときに、該排気系
からの吸気系へ排ガスを再循環させうる排ガス再循環通
路の開度を増大させる手段として構成されていることを
特徴とする請求項３記載の希薄燃焼式内燃機関の排ガス
浄化装置。
【請求項６】該排ガス再循環通路に、排ガス導入側に
排ガスの導入のみを許容する一方向弁を有する排ガス畜
圧器が設けられるとともに、該排ガス畜圧器の出口から
該吸気系に通じる通路に、開閉弁を設け、該開閉弁の開度を、該内燃機関用制御手段における該排
ガス再循環通路の開度を増大させる手段にて制御するこ
とを特徴とする請求項５記載の希薄燃焼式内燃機関の排
ガス浄化装置。
【請求項７】該吸入空気量を減少させる手段が、該混
合割合を該希薄側空燃比状態から上記の理論空燃比状態
または過濃側空燃比状態に切り替えるときに、アクチュ
エータ駆動型のスロットル弁の開度を減少させる手段と
して構成されていることを特徴とする請求項３記載の希
薄燃焼式内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項８】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該内燃機関の出力に変化を与え
ないようにすべく、一時的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２記載の希薄燃焼式内燃機関の排ガス浄化
装置。
【請求項９】該内燃機関出力低減手段が、点火時期を
制御する点火時期制御手段，該内燃機関への吸気量を制
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，排ガス再循環量を制御する排ガス再循環量制御
手段のうちの少なくとも１つの手段で構成されているこ
とを特徴とする請求項８記載の希薄燃焼式内燃機関の排
ガス浄化装置。
【請求項１０】該内燃機関用制御手段が、上記の混合
割合を該希薄側空燃比状態と上記の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際に、この切替
を除々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。
【請求項１１】該内燃機関用制御手段によって、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
状態へ切り替える際に、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２記載の希薄燃焼式
内燃機関の排ガス浄化装置。