JPH09133037A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空燃比の変動を低減して安定させる。 【解決手段】 機関１に、リーン運転とリッチ運転とを
交互に繰り返し行わせる。排気マニホルドの集合部に空
燃比センサ２９を取り付けて空燃比を検出する。各気筒
の排気行程が開始されてからその気筒の排気が空燃比セ
ンサ２９に到るまでの遅れ時間と、気筒比ＲＡＴＩＯと
から空燃比センサ２９の出力が、リーン運転が行われた
気筒の排気から検出されたものか、リッチ運転が行われ
た気筒の排気から検出されたものであるかを判別する。
リーン運転が行われた気筒の排気から検出された空燃比
センサの出力に基づいてリーン運転が行われる気筒の機
関空燃比を制御し、リッチ運転が行われた気筒の排気か
ら検出された空燃比センサの出力に基づいてリッチ運転
が行われる気筒の機関空燃比を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の空燃比制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原則としてリーン運転が行われる機関の
排気通路内に、リーン運転が行われたときの排気が流入
すると該排気中の窒素酸化物ＮＯ_X を一時的に蓄え、リ
ッチ運転が行われたときの排気が流入すると蓄えている
ＮＯ_X を放出して還元する触媒を配置し、該触媒からＮ
Ｏ_X を放出させるために機関に一時的にリッチ運転を行
わせて流入する排気中の炭化水素ＨＣによりＮＯ_X を還
元するようにした内燃機関の排気浄化装置が公知である
特開平６−３３０７４１号公報参照）。

【０００３】一方、従来より、排気通路内に空燃比を検
出するための空燃比センサを配置して該空燃比センサの
出力に基づいて空燃比が目標空燃比となるように空燃比
を制御する内燃機関の空燃比制御装置が知られている。
通常の空燃比制御装置では、空燃比センサによって例え
ば予め定められた設定時間毎に空燃比を検出するように
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述の排気浄
化装置におけるように機関に原則としてリーン運転を行
わせ、一時的にリッチ運転を行わせるようにすると、排
気通路内にはリーン運転時の排気が流通するときとリッ
チ運転時の排気が流通するときとがあることになる。し
たがって、空燃比センサの出力には、リーン運転時の排
気から検出した空燃比と、リッチ運転時の排気から検出
した空燃比との両方が含まれることになる。しかしなが
ら、上述の排気浄化装置において空燃比センサの出力に
基づいてリーン運転時の空燃比を目標空燃比に一致させ
るようにする場合、空燃比センサの全ての出力に基づい
て空燃比を制御するようにすると上述したように空燃比
センサの出力にはリッチ運転時の排気から検出した出力
が含まれるのでリーン運転時の空燃比が目標空燃比に一
致しているとしても空燃比が目標空燃比よりもリッチ側
にずれていると判断されることになり、斯くしてリーン
運転時に空燃比が変動するという問題点がある。すなわ
ち、リーン運転時またはリッチ運転時に空燃比が安定し
ないという問題点がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明によれば、リーン運転とリッチ運転とが交互に
繰り返し行われる内燃機関において、空燃比を検出する
ための空燃比センサを排気通路内に配置し、該空燃比セ
ンサの出力が、リーン運転が行われたときの排気から検
出された出力か、リッチ運転が行われたときの排気から
検出された出力かを判断してリーン運転が行われたとき
の排気から検出された出力に基づきリーン運転時の空燃
比を制御し、リッチ運転が行われた排気から検出された
出力からリッチ運転時の空燃比を制御する制御手段を具
備している。すなわち本発明では、リーン運転時にはリ
ッチ運転時の排気に影響されることなく空燃比が制御さ
れ、リッチ運転時にはリーン運転時の排気に影響される
ことなく空燃比が制御される。

【０００６】

【発明の実施の形態】一般に窒素酸化物ＮＯ_X には、一
酸化窒素ＮＯ、二酸化窒素ＮＯ₂ 、二酸化四窒素Ｎ₂ Ｏ
４、一酸化二窒素Ｎ₂ Ｏなどが含まれうる。以下ではＮ
Ｏ_X を主としてＮＯ、ＮＯ₂ とした場合について説明す
るが、本発明の排気浄化装置は他の窒素酸化物を浄化す
ることもできる。

【０００７】図１を参照すると、火花点火式内燃機関か
らなる機関本体１は４つの気筒、すなわち１番気筒＃
１、２番気筒＃２、３番気筒＃３、４番気筒＃４を備え
ている。各気筒＃１〜＃４はそれぞれ対応する吸気枝管
２を介して共通のサージタンク３に接続され、サージタ
ンク３は吸気ダクト４を介して図示しないエアクリーナ
に接続される。各吸気枝管２内にはそれぞれ対応する気
筒に燃料、すなわち例えばガソリンを供給するための燃
料噴射弁５が配置される。一方、吸気ダクト４内にはア
クセルペダルの踏み込み量が大きくなるにつれて開度が
大きくなるスロットル弁６が配置される。なお、各燃料
噴射弁５は電子制御ユニット２０からの出力信号に基づ
いて制御される。

【０００８】一方、各気筒は共通の排気マニホルド７に
接続され、排気マニホルド７はＮＨ ₃ 生成触媒８を内蔵
した触媒コンバータ９に接続される。触媒コンバータ９
は次いで排気浄化触媒１０を内蔵したマフラ１１に接続
され、このマフラ１１は次いでＮＨ₃ 浄化触媒１２を内
蔵した触媒コンバータ１３に接続される。さらに図１に
示されるように、マフラ１１と触媒コンバータ１３間に
はＮＨ₃ 浄化触媒１２に２次空気を供給する２次空気供
給装置１４が配置される。この２次空気供給装置１４は
電子制御ユニット２０からの出力信号に基づいて制御さ
れる。

【０００９】電子制御ユニット２０はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス２１を介して相互に接続さ
れたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）２４、入力ポート２５、および出力ポート２６を具
備する。サージタンク３にはサージタンク３内の圧力に
比例した出力電圧を発生する圧力センサ２７が取り付け
られ、この圧力センサ２７の出力電圧はＡＤ変換器２８
を介して入力ポート２５に入力される。ＣＰＵ２４では
ＡＤ変換器２８からの出力信号に基づいて吸入空気量が
算出される。また、排気マニホルド７の集合部には、排
気マニホルド７の集合部を流通する排気の排気空燃比
（後述する）に応じた出力電圧を発生する空燃比センサ
２９が取り付けられ、この空燃比センサ２９の出力電圧
はＡＤ変換器３０を介して入力ポート２５に入力され
る。さらに、入力ポート２５にはクランクシャフトが例
えば３０度回転する毎に出力パルスを発生するクランク
角センサ３１が接続される。ＣＰＵ２４ではこの出力パ
ルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポ
ート２６はそれぞれ対応する駆動回路３２を介して各燃
料噴射弁５および２次空気供給装置１４に接続される。

【００１０】図１に示す例においてＮＨ₃ 生成触媒８は
三元触媒から構成される。この三元触媒８は担体の表面
上に形成された例えばアルミナからなるウオッシュコー
ト層上に例えばパラジウムＰｄ、白金Ｐｔ、ロジウムＲ
ｈなどの貴金属が担持されて形成されている。図２は三
元触媒の浄化率を示している。排気通路内の或る位置よ
りも上流の排気通路、燃焼室および吸気通路内に供給さ
れた全燃料量に対する全空気量の比をその位置を流通す
る排気の排気空燃比と称すると、図２に示されるように
三元触媒８に流入する排気の排気空燃比が理論空燃比
（Ａ／Ｆ）Ｓ（＝約１４．６、λ＝１．０）よりもリー
ンのときには三元触媒８はこの排気中のＮＯ_X を通過さ
せ、三元触媒８に流入する排気の排気空燃比が理論空燃
比（Ａ／Ｆ）Ｓよりもリッチとなるとこの排気中のＮＯ
_X をアンモニアＮＨ₃ に変換する。この場合のＮＨ ₃ 生
成メカニズムは必ずしも明らかにされていないが、排気
空燃比がリッチである排気中のＮＯ_X の一部は以下に示
す式（１）〜（２）の反応によりＮＨ₃ に転換されると
考えられている。

【００１１】 ５Ｈ₂ ＋２ＮＯ →２ＮＨ₃ ＋２Ｈ₂ Ｏ （１） ７Ｈ₂ ＋２ＮＯ₂ →２ＮＨ₃ ＋４Ｈ₂ Ｏ （２） これに対し、残りのＮＯ_X は以下に示す式（３）〜
（６）の反応によりＮ₂ に還元されると考えられてい
る。 ２ＣＯ＋２ＮＯ →Ｎ₂ ＋２ＣＯ₂ （３） ２Ｈ₂ ＋２ＮＯ →Ｎ₂ ＋２Ｈ₂ Ｏ （４） ４ＣＯ＋２ＮＯ₂ →Ｎ₂ ＋４ＣＯ₂ （５） ４Ｈ₂ ＋２ＮＯ₂ →Ｎ₂ ＋４Ｈ₂ Ｏ （６） したがって三元触媒８に流入する排気の排気空燃比がリ
ッチであるときには三元触媒８に流入したＮＯ_X はＮＨ
₃ またはＮ₂ のいずれかに変換され、すなわちＮＯ_X が
三元触媒８から排出されるのが阻止されている。

【００１２】三元触媒８に流入したＮＯ_X がＮＨ₃ に変
換されるときの変換効率ＥＴＡは、図２に示すように三
元触媒８に流入する排気の排気空燃比が理論空燃比から
小さくなるにつれて大きくなり、極大値を越えると小さ
くなる。図２に示す例では三元触媒８に流入する排気の
排気空燃比が約１３．８（空気過剰率λが約０．９５）
のときに変換効率ＥＴＡが極大となる。なお、図１の内
燃機関では、後述する理由から、三元触媒８に流入する
排気の排気空燃比がリッチであるときにできるだけ多量
のＮＨ₃ を発生させるのが好ましい。そこで三元触媒８
にはパラジウムＰｄを担持した三元触媒が用いられる。
パラジウムＰｄを担持した三元触媒では流入する排気の
排気空燃比がリッチであるときにＨＣの浄化率を高める
こともできる。また、ロジウムＲｈを担持した三元触媒
ではＮＨ₃ の発生が抑制される。そこで三元触媒８には
ロジウムＲｈを担持していない三元触媒が好ましい。

【００１３】一方、図１に示す例において排気浄化触媒
１０はＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａを備えている。このＮ
Ｈ₃ 吸着酸化触媒１０ａは例えば担体の表面上に銅ゼオ
ライト、白金・銅ゼオライト、或いは鉄ゼオライトを担
持したいわゆるゼオライト系脱硝触媒から形成される。
しかしながら、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａを、ゼオライ
ト、シリカ、シリカアルミナ、チタニアなどの固体酸を
含むと共に鉄Ｆｅ、銅Ｃｕなどの遷移金属或いは白金Ｐ
ｔ、パラジウムＰｄなどの貴金属などを担持した触媒か
ら形成してもよい。

【００１４】このＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａは流入する
排気中のＮＨ₃ を吸着すると共に流入する排気中のＮＨ
₃ 濃度が低くなると吸着しているＮＨ₃ を放出し、この
とき酸化雰囲気であると、例えばＮＨ₃ 吸着酸化触媒１
０ａに流入する排気の排気空燃比がリーンであるとこの
ＮＨ₃ の全量を酸化する。この場合のＮＨ₃ 酸化メカニ
ズムも必ずしも明らかにされていないがＮＨ₃ 吸着酸化
触媒１０ａから放出されたＮＨ₃ は次式（７）〜（１
０）の反応により酸化されると考えられている。

【００１５】 ４ＮＨ₃ ＋７Ｏ₂ → ４ＮＯ₂ ＋６Ｈ₂ Ｏ （７） ４ＮＨ₃ ＋５Ｏ₂ → ４ＮＯ ＋６Ｈ₂ Ｏ （８） ８ＮＨ₃ ＋６ＮＯ₂ →１２Ｈ₂ Ｏ＋７Ｎ₂ （９） ４ＮＨ₃ ＋４ＮＯ＋Ｏ₂ → ６Ｈ₂ Ｏ＋４Ｎ₂ （１０） 式（９）および（１０）の脱硝反応では式（７）および
（８）の反応により生じたＮＯ_X と、ＮＨ₃ 吸着酸化触
媒１０ａに流入する排気中のＮＯ_X とが還元される。

【００１６】ところで、本実施態様におけるＮＨ₃ 吸着
酸化触媒１０ａはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａに流入する
排気の温度が３００度から５００度程度のときに良好に
酸化・脱硝反応を行うことが実験により確かめられてい
る。一方、マフラ１１内を通過するときの排気の温度は
３００度から５００度程度である。そこで本実施態様で
はＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａをマフラ１１内に配置して
ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａの良好な酸化・脱硝反応を確
保するようにしている。

【００１７】ＮＨ₃ 浄化触媒１２は担体の表面上に形成
された例えばアルミナからなるウオッシュコート層上に
例えば鉄Ｆｅ、銅Ｃｕなどの遷移金属或いは白金Ｐｔ、
パラジウムＰｄなどの貴金属などが担持されて形成され
ている。このＮＨ₃ 浄化触媒１２では酸化雰囲気である
と、すなわち例えばＮＨ₃ 浄化触媒１２に流入する排気
の排気空燃比がリーンであるとＮＨ₃ が浄化される。こ
の場合、ＮＨ₃ 浄化触媒１２では上述の式（７）〜（１
０）の酸化・脱硝反応が行われ、それによってＮＨ₃ が
浄化されると考えられている。本実施態様ではＮＨ₃ 吸
着酸化触媒１０ａから排出される排気中のＮＨ₃ 濃度は
基本的に零であるが、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａからＮ
Ｈ₃ が排出されたとしてもこのＮＨ₃ 浄化触媒１２によ
って浄化されるのでＮＨ₃ が大気中に排出されるのが阻
止されている。

【００１８】本実施例では次式に基づいて燃料噴射時間
ＴＡＵが算出される。 ＴＡＵ＝ＴＢ・（（Ａ／Ｆ）Ｓ／（Ａ／Ｆ）Ｔ）・ＦＡ
Ｆ 各気筒の燃焼室内における混合気の空燃比を機関空燃比
と称すれば、ＴＢは機関空燃比を理論空燃比（Ａ／Ｆ）
Ｓとするのに最適な基本燃料噴射時間であって次式によ
り定められる。

【００１９】ＴＢ＝（Ｑ／Ｎ）・Ｋ ここでＱは吸入空気量、Ｎは機関回転数、Ｋは定数をそ
れぞれ表しており、したがって基本燃料噴射時間ＴＢは
機関１回転当たりの吸入空気量に定数を乗算したものと
して求められる。（Ａ／Ｆ）Ｔは機関空燃比の制御目標
値を表している。機関空燃比を理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓ
よりもリーンとすべく制御目標値（Ａ／Ｆ）Ｔを大きく
すると燃料噴射時間ＴＡＵが小さくなるので燃料噴射量
が減少され、機関空燃比を理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓより
もリッチとすべく制御目標値（Ａ／Ｆ）Ｔを小さくする
と燃料噴射時間ＴＡＵが大きくなるので燃料噴射量が増
大される。

【００２０】ＦＡＦは実際の機関空燃比を制御目標値
（Ａ／Ｆ）Ｔに一致させるためのフィードバック補正係
数を表している。このフィードバック補正係数ＦＡＦは
空燃比センサ２９の出力信号に基づいて定められる。図
１の内燃機関において空燃比センサ２９は図３に示され
るように排気空燃比の広い範囲にわたって排気空燃比と
１対１対応の出力電圧Ｖを発生するいわゆる全域空燃比
センサから構成される。この空燃比センサ２９により検
出された排気マニホルド７内の排気の排気空燃比は機関
空燃比に一致しており、空燃比センサ２９により検出さ
れた機関空燃比が制御目標値（Ａ／Ｆ）Ｔよりもリーン
であるときにはフィードバック補正係数ＦＡＦが増大さ
れることにより燃料噴射量が増大され、空燃比センサ２
９により検出された機関空燃比が制御目標値（Ａ／Ｆ）
Ｔよりもリッチであるときにはフィードバック補正係数
ＦＡＦが減少されることにより燃料噴射量が減少され、
斯くして機関空燃比が制御目標値（Ａ／Ｆ）Ｔに一致せ
しめられる。なお、このフィードバック補正係数ＦＡＦ
は１．０を中心として変動する。

【００２１】機関空燃比をさらに良好に検出するために
三元触媒８とＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａ間の排気通路、
またはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａとＮＨ₃ 浄化触媒１２
間の排気通路内に追加の空燃比センサを設け、空燃比セ
ンサ２９の劣化に基づく機関空燃比の制御目標値（Ａ／
Ｆ）Ｔからのずれを補償するようにすることもできる。
これら空燃比センサには全域空燃比センサの他、例えば
排気空燃比が理論空燃比を越えて増大または低下したと
きに出力電圧がステップ状に変化するいわゆるＺ特性酸
素センサを用いることができる。また、これら複数の空
燃比センサの出力信号に基づいてこれら空燃比センサ間
に位置する触媒の劣化を検出するようにしてもよい。

【００２２】なお、図１の内燃機関では２次空気供給装
置１４上流の排気通路内に燃料または空気を２次的に供
給する装置が設けられていない。したがって２次空気供
給装置１４上流の排気通路内における排気の排気空燃比
は機関空燃比に一致することになる。すなわち、三元触
媒８に流入する排気の排気空燃比は機関空燃比に一致
し、排気浄化触媒１０に流入する排気の排気空燃比も機
関空燃比に一致する。これに対して２次空気供給装置１
４下流の排気通路内では、２次空気の供給が停止されて
いると２次空気供給装置１４下流の排気通路内における
排気の排気空燃比は機関空燃比に一致し、しかしながら
２次空気が供給されているときには機関空燃比よりもリ
ーンになる。

【００２３】次に、図４、図５（Ａ）、および図５
（Ｂ）を参照して図１の内燃機関の排気浄化方法につい
て説明する。図１の内燃機関では、排気空燃比がリーン
である排気とリッチである排気とを交互に繰り返し形成
してこれら排気を順次三元触媒８、排気浄化触媒１０、
およびＮＨ₃ 浄化触媒１２に流通させるようにしてい
る。すなわち、図４に示されるように三元触媒８に流入
する排気の排気空燃比が交互に繰り返しリーンとリッチ
とにされる。三元触媒８に流入する排気の排気空燃比が
リッチとされると、図５（Ａ）に示されるようにこの排
気中のＮＯ_X は三元触媒８において上述の式（１）およ
び（２）の反応によりＮＨ₃ またはＮ₂ に変換される。
このＮＨ₃ は次いでＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａに到る。
この場合ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａにおけるＮＨ₃ 濃度
は比較的高く、したがって排気中のほぼ全量のＮＨ₃ が
ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａに吸着される。ＮＨ₃ がＮＨ
₃ 吸着酸化触媒１０ａに吸着されることなく通過したと
してもこのＮＨ₃ は下流のＮＨ₃ 浄化触媒１３において
酸化、浄化される。したがってＮＨ₃ が大気中に排出さ
れるのが阻止されている。

【００２４】これに対し、三元触媒８に流入する排気の
排気空燃比がリーンとされたときには図５（Ｂ）に示さ
れるように排気中のＮＯ_X は三元触媒８を通過し、次い
でＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａに到る。この場合排気中の
ＮＨ₃ 濃度はほぼ零であるのでＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０
ａから吸着されているＮＨ₃ が放出される。このときＮ
Ｈ₃ 吸着酸化触媒１０ａに流入する排気の排気空燃比が
リーンであるのでＮＨ ₃ 吸着酸化触媒１０ａは酸化雰囲
気となっており、したがってＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａ
から放出されたＮＨ₃ は還元剤として作用し、上述の式
（７）〜（１０）の反応によって排気中のＮＯ_X を還
元、浄化する。なお、浄化すべきＮＯ_X 量に対し過剰の
ＮＨ₃ がＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａから放出されたとし
てもこのＮＨ₃ は下流のＮＨ₃ 浄化触媒１１により酸
化、浄化される。したがってＮＨ₃ が大気中に排出され
るのが阻止されている。

【００２５】なお、ＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａに流入す
る排気中には炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、または水
素Ｈ₂ も含まれる。これらＨＣおよびＣＯなどはＮＨ₃
と同様に還元剤として作用してＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０
ａにおいてＮＯ_X の一部を還元すると考えられている。
しかしながら、ＮＨ₃ の還元力はこれらＨＣおよびＣＯ
などに比べて強く、したがってＮＨ₃ を還元剤として用
いることによってＮＯ _X を確実に還元することができ
る。

【００２６】このように三元触媒８に流入する排気の排
気空燃比がリッチのときには内燃機関から排出されたＮ
Ｏ_X はＮＨ₃ の形でＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａに吸着さ
れ、三元触媒８に流入する排気の排気空燃比がリーンの
ときには内燃機関から排出されたＮＯ_X はＮＨ₃ 吸着酸
化触媒１０ａから放出されたＮＨ₃ によって還元され
る。したがって三元触媒８に流入する排気の排気空燃比
がリッチであってもリーンであってもＮＯ_X が大気中に
排出されるのが阻止されることになる。

【００２７】このようなリッチ運転とリーン運転とを交
互に繰り返し行うことによって機関１から排出されるＮ
Ｏ_X を良好に浄化することができ、したがってＮＯ_X が
大気中に排出されるのが阻止される。なお、ＮＨ₃ 浄化
触媒１２の良好なＮＨ₃ 浄化作用を確保するためには上
述したようにＮＨ₃ 浄化触媒１２を酸化雰囲気に維持す
ることが好ましく、したがって２次空気供給装置１４は
ＮＨ₃ 浄化触媒１２に流入する排気の排気空燃比が１
５．３（λ＝１．０５）程度に維持されるように２次空
気を供給している。この場合、ＮＨ₃ 浄化触媒１２の上
流または下流に、ＮＨ₃ 浄化触媒１２に流入する排気の
排気空燃比を検出するための空燃比センサを設けてこの
空燃比センサの出力信号に基づいて２次空気供給装置１
４の２次空気供給作用を制御するようにしてもよい。

【００２８】ところで、上述したように三元触媒８に流
入する排気の排気空燃比は機関空燃比に一致している。
そこで、図１の内燃機関では気筒の機関空燃比を交互に
繰り返しリーンとリッチとに制御することにより三元触
媒８に流入する排気の排気空燃比が交互に繰り返しリー
ンとリッチとなるようにしている。すなわち、内燃機関
に機関空燃比がリッチであるリッチ運転を行わせること
により三元触媒８に流入する排気の排気空燃比がリッチ
となるようにし、機関空燃比がリーンであるリーン運転
を行わせることにより三元触媒８に流入する排気の排気
空燃比がリーンとなるようにしている。

【００２９】三元触媒８に流入する排気の排気空燃比の
制御目標値を目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｔと称すると、機関
空燃比の制御目標値をこの目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｔにす
れば三元触媒８に流入する排気の排気空燃比が目標空燃
比（Ａ／Ｆ）Ｔに一致する。そこで、各気筒の機関空燃
比の制御目標値を目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｔに一致させて
この目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｔを図６に示されるように交
互に繰り返し理論空燃比（Ａ／Ｆ）Ｓよりもリーンであ
るであるリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌと、理論空燃比（Ａ
／Ｆ）Ｓよりもリッチであるリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ
とに制御し、それによって三元触媒８に流入する排気の
排気空燃比が交互に繰り返しリーンとリッチとになるよ
うにしている。この場合、リーン運転が行われる運転期
間をリーン運転期間ＴＬと称しかつリッチ運転が行われ
る運転期間をリッチ運転期間ＴＲと称すれば、互いに隣
接する１つのリーン運転期間ＴＬと１つのリッチ運転期
間ＴＲとによって周期が形成されることになる。

【００３０】リッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒはおよびリーン
空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌを機関運転状態に応じて変動させる
ようにしてもよいが、本実施態様では機関運転状態に依
らずほぼ一定とされている。すなわち、リッチ空燃比
（Ａ／Ｆ）Ｒは１４．０程度とされ、リーン空燃比（Ａ
／Ｆ）Ｌは２５．０程度とされている。したがって、リ
ッチ運転を行うべきときには目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｔが
約１４．０に維持され、リーン運転を行うべきときには
目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｔが約２５．０に維持される。

【００３１】目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｔが２５．０のよう
に極めてリーンである場合、燃焼室内をほぼ均一に満た
す混合気を形成するとこの混合気は極度に希薄なために
点火プラグ（図示しない）により点火しても着火せず、
その結果失火してしまう。そこで図１の内燃機関では、
リーン運転を行うべきときには燃焼室内の限定された領
域内に着火可能な混合気を形成すると共にその他の領域
を空気のみまたは空気およびＥＧＲガスのみにより満た
して混合気を点火プラグにより着火するようにしてい
る。その結果、機関空燃比を極度にリーンとしたときに
も機関が失火するのが阻止される。或いは、燃焼室内に
均一混合気を形成すると共に旋回流を形成することによ
り失火しないようにすることもできる。

【００３２】リーン運転期間ＴＬとリッチ運転期間ＴＲ
とをどのように定めてもよいが、図１の内燃機関ではリ
ッチ運転期間ＴＲにリッチ運転が行われる気筒数に対す
るリーン運転期間ＴＬにリーン運転が行われる気筒数の
比であってＮＯ_X を浄化するのに最適な気筒比ＲＡＴＩ
Ｏを予め実験により求めておき、実際の気筒比がこの気
筒比ＲＡＴＩＯに一致するように機関空燃比を制御して
いる。

【００３３】本実施態様において気筒比ＲＡＴＩＯは
１、２、３、４のうちからいずれか１つが選択される。
図７は、機関負荷Ｑ／Ｎと機関回転数Ｎとで定まる機関
運転状態に対しＮＯ_X を浄化するのに最適な気筒比ＲＡ
ＴＩＯを示している。図７に示されるように、気筒比Ｒ
ＡＴＩＯは一定の機関回転数Ｎに対し低負荷運転時には
機関負荷が大きくなるにつれて大きくされ、高負荷運転
時には機関負荷が大きくなるにつれて小さくされる。こ
の気筒比ＲＡＴＩＯは図７に示すマップの形で予めＲＯ
Ｍ２２内に記憶されている。

【００３４】図７のマップにより選択された気筒比ＲＡ
ＴＩＯに対し、１周期においてリーン運転が行われる気
筒数とリッチ運転が行われる気筒数とをどのように定め
てもよいが、本実施態様ではリッチ運転される気筒数は
気筒比ＲＡＴＩＯに関わらず１つとされる。上述したよ
うに気筒比ＲＡＴＩＯは１周期においてリッチ運転が行
われる気筒数に対するリーン運転が行われる気筒数の比
である。したがって、１周期においてリッチ運転が行わ
れる気筒数を１としたときには気筒比ＲＡＴＩＯが１か
ら４までの間で変更されることによってリーン運転が行
われる気筒数が１から４までの間で変更されることにな
る。次に、図８から図１１を参照して本実施態様の運転
期間制御方法についてさらに詳細に説明する。

【００３５】図１の内燃機関では、クランクシャフトが
約１８０度回転する毎に各気筒の燃焼行程が行われるよ
うになっており、すなわち１番気筒＃１、３番気筒＃
３、４番気筒＃４、２番気筒＃２の順序で燃焼行程が繰
り返し行われるようになっている。図８から図１１にお
いて○はリーン運転が行われることを示しており、●は
リッチ運転が行われることを示している。図８は気筒比
ＲＡＴＩＯが１の場合を示している。ＲＡＴＩＯ＝１の
ときには１つの気筒すなわち例えば１番気筒＃１におい
てリッチ運転が行われ、１つの気筒すなわち３番気筒＃
３においてリーン運転が行われる。したがって、１番気
筒＃１のリッチ運転がリッチ運転期間ＴＲを構成し、３
番気筒＃３のリーン運転がリーン運転期間ＴＬを構成
し、これら２つの気筒の運転が周期を構成することにな
る。次の周期は続く４番気筒＃４および２番気筒＃２に
よって構成される。

【００３６】上述したように図１の内燃機関ではクラン
クシャフトが約１８０度回転する毎に各気筒の燃焼行程
が行われるようになっており、したがって各気筒の排気
行程時期が互いに異ならしめられている。このため、Ｒ
ＡＴＩＯ＝１とされたときにはまず１番気筒＃１から排
出された排気空燃比がリッチである排気が三元触媒８に
導かれ、次いで３番気筒＃３から排出された排気空燃比
がリーンである排気が三元触媒８に導かれ、各気筒から
排出された排気が順次三元触媒８に導かれる。したがっ
て三元触媒８に流入する排気の排気空燃比が交互に繰り
返しリッチとリーンとに制御されることになる。なお、
各気筒の排気行程時期がわずかばかり重なっている場合
にも本発明を適用することができる。

【００３７】図９はＲＡＴＩＯ＝２の場合を示してい
る。ＲＡＴＩＯ＝２とされたときには例えば１番気筒＃
１においてリッチ運転が行われ、２つの気筒すなわち３
番気筒＃３および４番気筒＃４においてリーン運転が行
われる。したがって、１番気筒＃１のリッチ運転がリッ
チ運転期間ＴＲを構成し、３番気筒＃３および４番気筒
＃４のリーン運転がリーン運転期間ＴＬを構成し、これ
ら３つの気筒の運転が周期を構成することになる。次の
周期は続く２番気筒＃２、１番気筒＃１および３番気筒
＃３によって構成される。

【００３８】図１０はＲＡＴＩＯ＝３の場合を示してい
る。ＲＡＴＩＯ＝３とされたときには例えば１番気筒＃
１においてリッチ運転が行われ、３つの気筒すなわち３
番気筒＃３、４番気筒＃４および２番気筒＃２において
リーン運転が行われる。したがって、１番気筒＃１のリ
ッチ運転がリッチ運転期間ＴＲを構成し、３番気筒＃
３、４番気筒＃４および２番気筒＃２のリーン運転がリ
ーン運転期間ＴＬを構成し、これら４つの気筒の運転が
周期を構成することになる。次の周期は続く１番気筒＃
１、３番気筒＃３、４番気筒＃４および２番気筒＃２に
よって構成される。

【００３９】図１１はＲＡＴＩＯ＝４の場合を示してい
る。ＲＡＴＩＯ＝４とされたときには例えば１番気筒＃
１においてリッチ運転が行われ、４つの気筒すなわち３
番気筒＃３、４番気筒＃４、２番気筒＃２および１番気
筒＃１においてリーン運転が行われる。したがって、１
番気筒＃１のリッチ運転がリッチ運転期間ＴＲを構成
し、３番気筒＃３、４番気筒＃４、２番気筒＃２および
１番気筒＃１のリーン運転がリーン運転期間ＴＬを構成
し、これら４つの気筒の運転が周期を構成することにな
る。次の周期は続く３番気筒＃３、４番気筒＃４、２番
気筒＃２、１番気筒＃１および３番気筒＃３によって構
成される。

【００４０】図１１に示す例のように気筒比ＲＡＴＩＯ
が内燃機関の気筒数４以上とされると１回のリーン運転
期間において内燃機関の全ての気筒がリーン運転を行う
ことになる。その結果、長いリーン運転期間を確保する
ことができ、したがって燃料消費率を低減することがで
きる。このように気筒比ＲＡＴＩＯを定めてリーン運転
期間ＴＬおよびリッチ運転期間ＴＲを決定するようにし
た場合にはＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａに流入するＮＨ ₃
量およびＮＯ_X 量を正確に制御することができる。した
がってＮＯ_X またはＮＨ₃ がＮＨ₃ 吸着酸化触媒１０ａ
を通過するのが確実に阻止され、斯くして排気が良好に
浄化される。

【００４１】また、このように気筒比ＲＡＴＩＯに基づ
いてリーン運転期間ＴＬおよびリッチ運転期間ＴＲを決
定するようにするとリッチ運転が行われる気筒が特定さ
れない。しかも気筒比ＲＡＴＩＯが例えば２または４と
されたときにはリッチ運転が行われる気筒が周期毎に異
ならしめられる。したがって機関本体１または排気マニ
ホルド７内に大きな熱歪が生ずるのがさらに阻止され、
また特定の気筒に多量のデポジットが堆積するのがさら
に阻止される。なお、気筒比ＲＡＴＩＯが１または３と
されたときにはリッチ運転が行われる気筒が固定される
ことになる。すなわち図８の例では１番気筒＃１および
３番気筒＃３のみにおいてリッチ運転が行われ、図１０
の例では１番気筒＃１のみにおいてリッチ運転が行われ
る。しかしながら、機関運転状態が変動して気筒比ＲＡ
ＴＩＯが変更されるとリッチ運転が行われる気筒が変更
され、したがってリッチ運転が行われる気筒は気筒比Ｒ
ＡＴＩＯが変更される毎に異なり、すなわちリッチ運転
が行われる気筒は必ずしも固定されない。

【００４２】このように気筒比ＲＡＴＩＯを定めてリー
ン運転とリッチ運転とを交互に繰り返し行うようにした
場合、各気筒毎にリーン運転を行うべきかリッチ運転を
行うべきかを決定する必要がある。次に、各気筒におい
てリーン運転とリッチ運転とのうちいずれを行うかを決
定する方法について説明する。すなわち本実施態様で
は、気筒比ＲＡＴＩＯを表す５ビットのデータＤＲＡＴ
ＩＯと、過去５気筒の運転状態を表す５ビットの履歴デ
ータＤＨＩＳＴＯＲＹとの論理積ＤＲＩＣＨを各気筒の
燃焼行程が行われる毎に求め、このＤＲＩＣＨに基づい
てリーン運転を行うべきかリッチ運転を行うべきかを決
定している。ＤＲＡＴＩＯは図１２に示されるようにＲ
ＡＴＩＯ＝１のときにＤＲＡＴＩＯ＝“００００１”で
あり、ＲＡＴＩＯ＝２のときにＤＲＡＴＩＯ＝“０００
１１”であり、ＲＡＴＩＯ＝３のときにＤＲＡＴＩＯ＝
“００１１１”であり、ＲＡＴＩＯ＝４のときにＤＲＡ
ＴＩＯ＝“０１１１１”である。なお、ＤＲＡＴＩＯは
図１２に示すマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶され
ている。

【００４３】履歴データＤＨＩＳＴＯＲＹの２⁴ の位の
ビットは５回前に運転された気筒がリッチ運転かリーン
運転かを示しており、２³ の位のビットは４回前の気
筒、２ ² の位のビットは３回前の気筒、２¹ の位のビッ
トは２回前の気筒、２⁰ の位のビットは直前の気筒につ
いてそれぞれ示している。すなわち各気筒においてリー
ン運転が行われたときには各ビットは０とされ、リッチ
運転が行われたときには１とされる。したがって履歴デ
ータＤＨＩＳＴＯＲＹが例えば“１００１０”のときに
はリッチ運転、リーン運転、リーン運転、リッチ運転、
リーン運転が順次行われてきたことを示している。

【００４４】各気筒の燃料噴射時間ＴＡＵを決定すると
きにこれらＤＲＡＴＩＯとＤＨＩＳＴＯＲＹとの論理積
ＤＲＩＣＨが算出される。論理積ＤＲＩＣＨ“００００
０”のときにリッチ運転が行われ、その他の場合にはリ
ーン運転が行われる。次に図９を参照しつつ図１３を参
照してＤＲＩＣＨの一例について説明する。図１３はＲ
ＡＴＩＯ＝２の場合のＤＲＩＣＨを示している。図１３
に示す例において、２番気筒＃２に対してＤＨＩＳＴＯ
ＲＹ＝“１００１０”であり、ＤＲＡＴＩＯ＝“０００
１１”であるのでＤＲＩＣＨ＝“０００１０”となる。
したがって、２番気筒＃２ではリーン運転が行われる。
すなわち２番気筒＃２の目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｔがリー
ン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌとされる。続く１番気筒＃１に対
しＤＨＩＳＴＯＲＹ＝“００１００”であり、ＤＲＡＴ
ＩＯ＝“０００１１”であるのでＤＲＩＣＨ＝“０００
００”となる。したがって、１番気筒＃１ではリッチ運
転が行われる。すなわち１番気筒＃１の目標空燃比（Ａ
／Ｆ）Ｔがリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒとされる。続く３
番気筒＃３ではＤＲＩＣＨ＝“００００１”であるので
リーン運転が行われ、続く４番気筒＃４ではＤＲＩＣＨ
＝“０００１０”であるのでリーン運転が行われ、続く
２番気筒＃２ではＤＲＩＣＨ＝“０００００”であるの
でリッチ運転が行われる。

【００４５】ところで、上述したように各気筒の排気行
程時期が互いに異なっているので空燃比センサ２９には
排気行程が行われる順に各気筒の排気が順次接触するこ
とになる。したがって、図１の内燃機関におけるように
リーン運転とリッチ運転とを交互に繰り返し行うように
した場合、空燃比センサ２９の出力には、リーン運転が
行われた気筒の排気から検出した空燃比と、リッチ運転
が行われた気筒の排気から検出した空燃比との両方が含
まれることになる。

【００４６】図１４は、図８に示されるように気筒比Ｒ
ＡＴＩＯが１のときの各気筒の排気行程時期と空燃比セ
ンサ２９の出力の変化とを示している。図１４では、１
番気筒＃１の排気行程が開始されるクランク角ＣＡが零
とされている。この例では、クランク角ＣＡが１８０度
回転する毎に１番気筒＃１においてリッチ運転が行わ
れ、３番気筒＃３においてリーン運転が行われ、４番気
筒＃４においてリッチ運転が行われ、２番気筒＃２にお
いてリーン運転が行われる。その結果、空燃比センサ２
９に１番気筒＃１の排気が接触すると図１４に示される
ように出力Ｖが正となり、３番気筒＃３の排気が接触す
ると出力Ｖが負となり、斯くして空燃比センサ２９の出
力電圧Ｖが１８０度毎に振動することになる。

【００４７】ところで、上述したように各気筒の機関空
燃比は空燃比センサ２９からの出力に基づいてそれぞれ
の目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｔとなるように制御される。す
なわち、リーン運転が行われる気筒の機関空燃比はリー
ン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌとなるように、リッチ運転が行わ
れる気筒の機関空燃比はリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒとな
るように制御される。ところが、上述したように空燃比
センサ２９の出力にはリッチ運転が行われた気筒の排気
から検出された出力が含まれるので例えばリーン運転が
行われる気筒の機関空燃比を空燃比センサ２９の全ての
出力に基づいてフィードバック制御を行うと空燃比セン
サ２９の出力はリーン運転が行われた気筒の機関空燃比
を必ずしも正確に表しておらず、したがって機関空燃比
を正確にリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに制御することがで
きない。このため、リーン運転が行われる気筒の機関空
燃比を、リーン運転が行われた気筒の排気から検出され
た空燃比センサ２９の出力のみに基づいてフィードバッ
ク補正を行い、リッチ運転が行われる気筒の機関空燃比
を、リッチ運転が行われた気筒の排気から検出された空
燃比センサ２９の出力のみに基づいてフィードバック補
正を行う必要がある。

【００４８】そこで、本実施態様では空燃比センサ２９
の出力が、リーン運転が行われた気筒の排気から検出さ
れた出力か、リッチ運転が行われた気筒の排気から検出
された出力かを判別し、リーン運転が行われた気筒の排
気から検出された出力に基づいてリーン運転が行われる
べき気筒の機関空燃比を制御し、リッチ運転が行われた
気筒の排気から検出された出力に基づいてリッチ運転が
行われるべき気筒の機関空燃比を制御するようにしてい
る。その結果、リーン運転が行われる気筒の機関空燃比
を正確にリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに一致させることが
でき、リッチ運転が行われる気筒の機関空燃比を正確に
リッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒに一致させることができる。
したがってＮＯ_X を良好に浄化することができる。次
に、まず空燃比センサ２９の出力が、リーン運転が行わ
れた気筒の排気から検出された出力か、リッチ運転が行
われた気筒の排気から検出された出力かを判別する判別
方法について説明する。

【００４９】各気筒の排気行程が開始されてからこの気
筒の排気が空燃比センサ２９に到るまでには或る遅れ時
間がある。この遅れ時間に相当するクランク角は図１４
においてｄでもって示されるが、このｄは機関運転状態
によらずほぼ一定であり、したがって予め実験によりｄ
を求めておけば空燃比センサ２９の出力がいずれの気筒
の排気から検出されたものであるかがわかることにな
る。一方、本実施態様では気筒比ＲＡＴＩＯに基づいて
リーン運転またはリッチ運転が行われるようにしてお
り、したがって気筒比ＲＡＴＩＯから各気筒がリーン運
転を行っているかリッチ運転を行っているかを判別する
ことができる。したがって、各気筒の排気行程開始時期
からクランク角ＣＡがｄだけ回転したときに空燃比セン
サ２９の出力を取り込めば、すなわち図１４において矢
印でもって示される時期に空燃比センサ２９の出力を取
り込めば気筒比ＲＡＴＩＯから空燃比センサ２９の各出
力がリーン運転が行われた気筒の排気から検出されたも
のであるか、リッチ運転が行われた気筒の排気から検出
されたものであるかがわかることになる。

【００５０】なお、遅れ時間を代表するクランク角ｄは
各気筒と排気マニホルド７の集合部間に位置する排気マ
ニホルド７の枝管の管長に依存し、したがって正確に云
うと各気筒に対するクランク角ｄは必ずしも同じになら
ない。しかしながら、各気筒に対するクランク角ｄが気
筒間でそれほど変わらない場合には各気筒に対しｄを一
定とすることができる。また、クランク角ｄを、各気筒
の排気行程の終了時期、点火時期、或いは燃料噴射時期
から起算するようにしてもよい。

【００５１】次に、本実施態様における空燃比制御方法
について詳細に説明する。本実施態様では、リーン運転
が行われる気筒の機関空燃比をフィードバック制御する
ためのリーンフィードバック補正係数ＦＡＦＬを設け、
リーン運転が行われる気筒の燃料噴射時間ＴＡＵを算出
するときのフィードバック補正係数ＦＡＦをこのリーン
フィードバック補正係数ＦＡＦＬとしている。このリー
ンフィードバック補正係数ＦＡＦＬはリーン運転が行わ
れた気筒の排気から検出された空燃比センサ２９の出力
に基づいて定められる。すなわち、例えば図９に示す例
においてリーン運転が行われるべき例えば３番気筒＃３
の機関空燃比を制御するために、まず、前回リーン運転
が行われた２番気筒＃２の排気から検出された空燃比セ
ンサ２９の出力と、その前回にリーン運転が行われた４
番気筒＃４の排気から検出された空燃比センサ２９の出
力との加重平均ＶＬを算出する。次いで、目標空燃比
（Ａ／Ｆ）Ｔであるリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに対応す
る空燃比センサ２９の出力をＶＬＴで表すと、ＶＬがＶ
ＬＴ＋ｙよりも大きいときには実際の機関空燃比がリー
ン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌよりもリーンであると判断してリ
ーンフィードバック補正係数ＦＡＦＬをｗだけ増大させ
る。これに対し、ＶＬがＶＬＴ−ｙよりも小さいときに
は実際の機関空燃比がリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌよりも
リッチであると判断してリーンフィードバック補正係数
ＦＡＦＬをｗだけ減少させる。その結果、リーン運転が
行われる気筒の機関空燃比をリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌ
に一致させることができる。なお、ｙおよびｗは小さな
一定数である。

【００５２】同様に、リッチ運転が行われる気筒の機関
空燃比をフィードバック制御するためのリッチフィード
バック補正係数ＦＡＦＲを設け、リッチ運転が行われる
気筒の燃料噴射時間ＴＡＵを算出するときのフィードバ
ック補正係数ＦＡＦをこのリッチフィードバック補正係
数ＦＡＦＲとしている。このリッチフィードバック補正
係数ＦＡＦＬはリーン運転が行われた気筒の排気から検
出された空燃比センサ２９の出力に基づいて定められ、
例えば図９に示す例においてリッチ運転が行われるべき
例えば２番気筒＃２の機関空燃比を制御するために、ま
ず、前回リッチ運転が行われた１番気筒＃１の排気から
検出された空燃比センサ２９の出力と、その前回にリッ
チ運転が行われた３番気筒＃３の排気から検出された空
燃比センサ２９の出力との加重平均ＶＲを算出する。次
いで、目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｔであるリッチ空燃比（Ａ
／Ｆ）Ｒに対応する空燃比センサ２９の出力をＶＲＴで
表すと、ＶＲがＶＲＴ＋ｘよりも大きいときには実際の
機関空燃比がリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒよりもリーンで
あると判断してリッチフィードバック補正係数ＦＡＦＲ
をｚだけ増大させる。これに対し、ＶＲがＶＲＴ−ｘよ
りも小さいときには実際の機関空燃比がリッチ空燃比
（Ａ／Ｆ）Ｒよりもリッチであると判断してリッチフィ
ードバック補正係数ＦＡＦＲをｚだけ減少させる。その
結果、リッチ運転が行われる気筒の機関空燃比をリッチ
空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに一致させることができる。なお、
ｘおよびｚは小さな一定数である。

【００５３】このようにリーン運転が行われる気筒の機
関空燃比を制御するときにリッチ運転が行われた気筒の
排気から検出された空燃比センサ２９の出力が反映され
ず、リッチ運転が行われる気筒の機関空燃比を制御する
ときにリーン運転が行われた気筒の排気から検出された
空燃比センサ２９の出力が反映されない。したがって、
リーン運転またはリッチ運転が行われる気筒の機関空燃
比をそれぞれの目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｔに正確に一致す
ることができる。

【００５４】図１５は上述の運転期間制御を実行するた
めのルーチンを示している。このルーチンは一定クラン
ク角度毎の割り込みによって実行される。図１５を参照
すると、まずステップ４０ではいずれかの気筒の燃料噴
射タイミングか否かが判別される。燃料噴射タイミング
でないときには処理サイクルを終了する。燃料噴射タイ
ミングのときには次いでステップ４１に進み、ステップ
４１では図７のマップから気筒比ＲＡＴＩＯが算出され
る。続くステップ４２ではステップ４１において算出さ
れたＲＡＴＩＯに基づいて図１２のマップからＤＲＡＴ
ＩＯが算出される。続くステップ４３では、履歴データ
ＤＨＩＳＴＯＲＹとＤＲＡＴＩＯとの論理積としてＤＲ
ＩＣＨが算出される。続くステップ４４では今回のＤＲ
ＩＣＨに基づいてＤＨＩＳＴＯＲＹが更新される。続く
ステップ４５ではＤＲＩＣＨが“０００００”であるか
否かが判別される。ＤＲＩＣＨ＝“０００００”のとき
には次いでステップ４６に進み、ステップ４６ではＦＲ
ＩＣＨが１とされる。このＦＲＩＣＨはリーン運転を行
うべきときに零とされかつリッチ運転をおこなうべきと
きに１とされるものであり、したがってステップ４６に
進んだときにはリッチ運転が行われる。次いで処理サイ
クルを終了する。

【００５５】一方、ステップ４５においてＤＲＩＣＨ≠
“０００００”のときには次いでステップ４７に進み、
ステップ４７ではＦＲＩＣＨが零とされる。ＦＲＩＣＨ
＝０とされたときにはリーン運転が行われる。次いで処
理サイクルを終了する。図１６はフィードバック補正係
数ＦＡＦの算出ルーチン（機関空燃比制御ルーチン）を
示している。このルーチンは各気筒の排気行程開始時期
からクランク角ＣＡがｄだけ回転したときに割り込みに
よって実行される。

【００５６】図１６を参照すると、まずステップ５０で
は空燃比センサ２９の出力Ｖが取り込まれる。続くステ
ップ５１ではステップ５０において取り込まれた空燃比
センサ２９の出力Ｖが、リッチ運転が行われた気筒の排
気から検出された出力であるか否かが判別される。リッ
チ運転が行われた気筒の排気から検出された出力である
ときには次いでステップ５２に進み、ステップ５２では
次式に基づいて加重平均ＶＲが算出される。

【００５７】 ＶＲ＝｛（Ｍ−１）・ＶＲＯＬＤ＋Ｖ｝／Ｍ ここでＭは例えば１６などの整数であり、ＶＲＯＬＤは
前回リッチ運転が行われた気筒の排気から検出された空
燃比センサ２９の出力である。続くステップ５３では、
今回の出力ＶがＶＲＯＬＤとされる。続くステップ５４
では、ＶＲがＶＲＴ＋ｘよりも大きいか否かが判別され
る。ＶＲ＞ＶＲＴ＋ｘのときには次いでステップ５５に
進み、ＦＡＦＲがｚだけ増大される。次いで処理サイク
ルを終了する。

【００５８】これに対し、ステップ５４においてＶＲ≦
ＶＲＴ＋ｘのときには次いでステップ５６に進み、ＶＲ
がＶＲＴ−ｘよりも小さいか否かが判別される。ＶＲ＜
ＶＲＴ−ｘのときにはステップ５７に進んでＦＡＦＲが
ｚだけ減少される。次いで処理サイクルを終了する。一
方、ステップ５６においてＶＲ≧ＶＲＴ−ｘのとき、す
なわちＶＲＴ−ｘ≦ＶＲ≦ＶＲＴ＋ｘのときにはＦＡＦ
Ｒを変更することなく処理サイクルを終了する。

【００５９】ステップ５１において、出力Ｖが、リーン
運転が行われた気筒の排気から検出された出力であると
判別されたときには次いでステップ５８に進む。ステッ
プ５８では次式に基づいて加重平均ＶＬが算出される。 ＶＬ＝｛（Ｍ−１）・ＶＬＯＬＤ＋Ｖ｝／Ｍ ここでＶＬＯＬＤは前回リーン運転が行われた気筒の排
気から検出された空燃比センサ２９の出力である。続く
ステップ５９では、今回の出力ＶがＶＬＯＬＤとされ
る。続くステップ６０では、ＶＬがＶＬＴ＋ｙよりも大
きいか否かが判別される。ＶＬ＞ＶＬＴ＋ｙのときには
次いでステップ６１に進み、ＦＡＦＬがｗだけ増大され
る。次いで処理サイクルを終了する。

【００６０】これに対し、ステップ６０においてＶＬ≦
ＶＬＴ＋ｙのときには次いでステップ６１に進み、ＶＬ
がＶＬＴ−ｙよりも小さいか否かが判別される。ＶＬ＜
ＶＬＴ−ｙのときにはステップ６３に進んでＦＡＦＬが
ｗだけ減少される。次いで処理サイクルを終了する。一
方、ステップ６２においてＶＬ≧ＶＬＴ−ｙのとき、す
なわちＶＬＴ−ｙ≦ＶＬ≦ＶＬＴ＋ｙのときにはＦＡＦ
Ｌを変更することなく処理サイクルを終了する。

【００６１】図１７は燃料噴射時間ＴＡＵの算出ルーチ
ンを示している。図１７を参照すると、まずステップ７
０では吸入空気量Ｑおよび機関回転数Ｎから次式に基づ
いて基本燃料噴射時間ＴＢが算出される。 ＴＢ＝（Ｑ／Ｎ）・Ｋ 続くステップ７１では図１５のルーチンで零または１と
されるＦＲＩＣＨが１であるか否かが判別される。ＦＲ
ＩＣＨ＝１のとき、すなわちリッチ運転をすべきときに
は次いでステップ７２に進み、ステップ７２ではリッチ
空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒが算出される。本実施態様ではリッ
チ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒは機関運転状態に依らず一定の１
４．０とされており、したがってステップ７２では（Ａ
／Ｆ）Ｒ＝１４．０とされる。続くステップ７３では目
標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｔがリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒとさ
れる。続くステップ７４ではフィードバック補正係数Ｆ
ＡＦが図１６のルーチンで算出されたリッチフィードバ
ック補正係数ＦＡＦＲとされる。次いでステップ７８に
進む。

【００６２】一方、ステップ７１においてＦＲＩＣＨ＝
０のとき、すなわちリーン運転を行うべきときには次い
でステップ７５に進む。ステップ７５ではリーン空燃比
（Ａ／Ｆ）Ｌが算出される。本実施態様ではリーン空燃
比（Ａ／Ｆ）Ｌは機関運転状態に依らず一定の２５．０
とされており、したがってステップ７６では（Ａ／Ｆ）
Ｌ＝２５．０とされる。続くステップ７７では目標空燃
比（Ａ／Ｆ）Ｔがリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌとされる。
続くステップ７７ではフィードバック補正係数ＦＡＦが
図１６のルーチンで算出されるリーンフィードバック補
正係数ＦＡＦＬとされる。次いでステップ７８に進む。

【００６３】ステップ７８では次式に基づいて燃料噴射
時間ＴＡＵが算出される。 ＴＡＵ＝ＴＢ・（（Ａ／Ｆ）Ｓ／（Ａ／Ｆ）Ｔ）・ＦＡ
Ｆ 各燃料噴射弁５からはこの燃料噴射時間ＴＡＵだけ燃料
が噴射される。次に図１８を参照して本発明の別の実施
態様を説明する。図１８を参照すると、排気マニホルド
７の集合部には一対の空燃比センサ２９ａ，２９ｂが取
り付けられる。これらの空燃比センサ２９ａ，２９ｂは
図１の実施態様と同様に、いわゆる全域空燃比センサか
ら構成される。なお、空燃比センサ２９ａの出力信号は
ＡＤ変換器３０ａを介して入力ポート３５に入力され、
空燃比センサ２９ｂの出力信号はＡＤ変換器３０ｂを介
して入力ポート３５に入力される。

【００６４】上述したように、各気筒の排気が各気筒か
ら排出されてから空燃比センサ２９ａ，２９ｂに到るま
での遅れ時間に相当するクランク角ｄと、気筒比ＲＡＴ
ＩＯとから空燃比センサ２９ａ，２９ｂの出力がリーン
運転が行われた気筒の排気から検出した出力であるか、
リッチ運転が行われた気筒の排気から検出した出力であ
るかを判別できる。云い換えると、空燃比センサ２９
ａ，２９ｂに、リーン運転が行われた気筒の排気が接触
する時期と、リッチ運転が行われた気筒の排気が接触す
る時期とが予めわかることになる。そこで、本実施態様
では空燃比センサ２９ａ，２９ｂにリーン運転が行われ
た気筒の排気が接触したときに空燃比センサ２９ａの出
力のみを取り込み、この出力に基づいてフィードバック
補正係数ＦＡＦを算出してリーン気筒が行われる気筒の
機関空燃比を制御するようにしている。また、空燃比セ
ンサ２９ａ，２９ｂにリッチ運転が行われた気筒の排気
が接触したときに空燃比センサ２９ｂの出力のみを取り
込み、この出力に基づいてフィードバック補正係数ＦＡ
Ｆを算出してリッチ気筒が行われる気筒の機関空燃比を
制御するようにしている。その結果、リーン運転が行わ
れた気筒の排気から検出された空燃比センサの出力のみ
に基づいてリーン運転が行われる気筒の機関空燃比を制
御することができ、リッチ運転が行われた気筒の排気か
ら検出された空燃比センサの出力のみに基づいてリッチ
運転が行われる気筒の機関空燃比を制御することができ
る。したがって、リーン運転またはリッチ運転が行われ
る気筒の機関空燃比をそれぞれの目標空燃比（Ａ／Ｆ）
Ｔに正確に一致することができる。

【００６５】本実施態様では、一対の空燃比センサ２９
ａ，２９ｂを共に全域空燃比センサから構成している。
しかしながら、これら空燃比センサのうち一方の空燃比
センサを理論空燃比よりもリーンの排気空燃比を検出す
るための空燃比センサ（リーン空燃比センサと称する）
から構成し、他方の空燃比センサを理論空燃比よりもリ
ッチの排気空燃比を検出するための空燃比センサ（リッ
チ空燃比センサと称する）から構成することもできる。
この場合、リーン空燃比センサが排気空燃比を検出する
排気はリーン運転が行われた気筒の排気であり、リッチ
空燃比センサが排気空燃比を検出する排気はリッチ運転
が行われた気筒の排気である。したがって、リーン運転
が行われるべき気筒の機関空燃比をリーン空燃比センサ
の出力信号に基づいて制御し、リッチ運転が行われるべ
き気筒の機関空燃比をリッチ空燃比センサの出力信号に
基づいて制御すればリーン運転であろうとリッチ運転で
あろうと各気筒の機関空燃比を正確に目標空燃比（Ａ／
Ｆ）Ｔに維持できることになる。或いは、排気マニホル
ド７の分岐部にそれぞれ空燃比センサを配置して各気筒
から排出される排気の排気空燃比をそれぞれ検出し、対
応する空燃比センサの出力信号に基づいて各気筒の機関
空燃比を制御するようにしてもよい。なお、その他の構
成および作用は図１の内燃機関と同様であるので説明を
省略する。

【００６６】次に図１の内燃機関における空燃比制御方
法の別の実施態様を説明する。本実施態様では、リーン
運転が行われる気筒の燃料噴射時間ＴＡＵＬは次式に基
づいて算出される。 ＴＡＵＬ＝ＴＢ・（（Ａ／Ｆ）Ｓ／（Ａ／Ｆ）Ｌ）・Ｆ
ＡＦ 本実施態様におけるフィードバック補正係数ＦＡＦの算
出方法はこれまで述べてきた実施態様と異なり、これに
ついては後述する。一方、リッチ運転が行われる気筒の
燃料噴射時間ＴＡＵＲは次式に基づいて算出される。

【００６７】 ＴＡＵＲ＝ＴＡＵＬ・（（Ａ／Ｆ）Ｌ／（Ａ／Ｆ）Ｒ） すなわち燃料噴射時間ＴＡＵＲは燃料噴射時間ＴＡＵＬ
に、リーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌとリッチ空燃比（Ａ／
Ｆ）Ｒの比を乗算したものとして求められる。リーン運
転を行うべきときには燃料噴射時間ＴＡＵがＴＡＵＬと
され、リッチ運転を行うべきときにはＴＡＵがＴＡＵＲ
とされ、燃料噴射弁５からはこのＴＡＵだけ燃料が噴射
される。

【００６８】燃料噴射時間ＴＡＵＬ，ＴＡＵＲの算出式
からわかるように、本実施態様のフィードバック補正係
数ＦＡＦは基本的にリーン運転が行われる気筒の機関空
燃比を目標空燃比であるリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに維
持するためのものである。したがって、上述したように
リーン運転が行われた気筒の排気から検出された空燃比
センサ２９の出力に基づいてフィードバック補正係数Ｆ
ＡＦを算出する必要がある。ところで、リーン空燃比
（Ａ／Ｆ）Ｌを例えば２５．０として機関空燃比がリー
ン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌとなるようにリーン運転が行われ
たときには、たとえ急加速または急減速運転時といって
も空燃比センサ２９の出力電圧が例えば零よりも小さく
なることはない。云い換えると、機関空燃比をリーン空
燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに一致させるべくフィードバック補正
が行われている気筒の排気から検出される空燃比センサ
２９の出力が下限しきい値ＬＴＨを越えて低下すること
はない。そこで、本実施態様では例えば４ｍｓ毎に空燃
比センサ２９の出力Ｖを取り込み、この出力Ｖが予め求
められている下限しきい値ＶＴＨよりも大きいときには
空燃比センサ２９の出力がリーン運転が行われている気
筒の排気から検出されたものであると判断し、このとき
の出力に基づいてフィードバック補正係数ＦＡＦを算出
するようにしている。これに対し、Ｖ≦ＬＴＨのときに
は空燃比センサ２９の出力がリッチ運転が行われている
気筒の排気から検出されたものであると判断してフィー
ドバック補正係数ＦＡＦの更新作用を行わないようにし
ている。その結果、リッチ運転が行われた気筒の排気か
ら検出された空燃比センサ２９の出力に影響されること
なく、リーン運転が行われた気筒の排気から検出された
空燃比センサ２９の出力に基づいてフィードバック補正
係数ＦＡＦを算出することができる。したがって、フィ
ードバック補正係数ＦＡＦを正確に求めることができる
のでリーン運転が行われるべき気筒の機関空燃比を正確
にリーン空燃比（Ａ／Ｆ）Ｌに一致させることができる
ことになる。

【００６９】図１９はフィードバック補正係数ＦＡＦを
算出するためのルーチンを示している。このルーチンは
一定時間毎の割り込みによって実行される。図１９を参
照すると、まずステップ８０では空燃比センサ２９の出
力電圧Ｖが予め定められた下限しきい値ＬＴＨよりも大
きいか否か、すなわち空燃比センサ２９の出力が、リー
ン運転が行われた気筒の排気から検出されたものである
か否かが判別される。Ｖ＞ＬＴＨのときには空燃比セン
サ２９の出力が、リーン運転が行われた気筒の排気から
検出されたものであると判断して次いでステップ８１に
進む。ステップ８１では次式に基づいて加重平均ＶＬが
算出される。

【００７０】 ＶＬ＝｛（Ｍ−１）・ＶＬＯＬＤ＋Ｖ｝／Ｍ ここでＶＬＯＬＤは前回リーン運転が行われた気筒の排
気から検出された空燃比センサ２９の出力である。続く
ステップ８２では、今回の出力ＶがＶＬＯＬＤとされ
る。続くステップ８３では、ＶＬがＶＬＴ＋ｙよりも大
きいか否かが判別される。ＶＬ＞ＶＬＴ＋ｙのときには
次いでステップ８４に進み、ＦＡＦがｗだけ増大され
る。次いで処理サイクルを終了する。なお、ｙ，ｗは小
さな一定値である。

【００７１】ステップ８３においてＶＬ≦ＶＬＴ＋ｙの
ときには次いでステップ８５に進み、ＶＬがＶＬＴ−ｙ
よりも小さいか否かが判別される。ＶＬ＜ＶＬＴ−ｙの
ときにはステップ８６に進んでＦＡＦがｗだけ減少され
る。次いで処理サイクルを終了する。一方、ステップ８
５においてＶＬ≧ＶＬＴ−ｙのとき、すなわちＶＬＴ−
ｙ≦ＶＬ≦ＶＬＴ＋ｙのときにはＦＡＦを変更すること
なく処理サイクルを終了する。

【００７２】一方、ステップ８０においてＶ≦ＬＴＨの
ときには空燃比センサ２９の出力が、リッチ運転が行わ
れた気筒の排気から検出されたものであると判断し、フ
ィードバック補正係数ＦＡＦを変更することなく処理サ
イクルを終了する。図２０は燃料噴射時間ＴＡＵの算出
ルーチンを示している。図２０を参照すると、まずステ
ップ９０では吸入空気量Ｑおよび機関回転数Ｎから次式
に基づいて基本燃料噴射時間ＴＢが算出される。

【００７３】ＴＢ＝（Ｑ／Ｎ）・Ｋ 続くステップ９１では次式に基づいてＴＡＵＬが算出さ
れる。 ＴＡＵＬ＝ＴＢ・（（Ａ／Ｆ）Ｓ／（Ａ／Ｆ）Ｌ）・Ｆ
ＡＦ ここでフィードバック補正係数ＦＡＦは図１９のルーチ
ンで算出されたものである。続くステップ９２では図１
５のルーチンで零または１とされるＦＲＩＣＨが１であ
るか否かが判別される。ＦＲＩＣＨ＝１のとき、すなわ
ちリッチ運転をすべきときには次いでステップ９３に進
み、ステップ９３ではＴＡＵＲが次式に基づいて算出さ
れる。

【００７４】 ＴＡＵＲ＝ＴＡＵＬ・（（Ａ／Ｆ）Ｌ／（Ａ／Ｆ）Ｒ） 続くステップ９４では燃料噴射時間ＴＡＵがＴＡＵＲと
され、次いで処理サイクルを終了する。したがってリッ
チ運転が行われる気筒の燃料噴射弁５からＴＡＵＲだけ
燃料が噴射される。一方、ステップ９２においてＦＲＩ
ＣＨ＝０のとき、すなわちリーン運転を行うべきときに
は次いでステップ９５に進む。ステップ９５では燃料噴
射時間ＴＡＵがＴＡＵＬとされ、次いで処理サイクルを
終了する。したがってリーン運転が行われる気筒の燃料
噴射弁５からＴＡＵＬだけ燃料が噴射される。

【００７５】

【発明の効果】リーン運転時にはリッチ運転時の排気に
影響されることなく空燃比を制御することができ、リッ
チ運転時にはリーン運転時の排気に影響されることなく
空燃比を制御することができるのでそれぞれの運転時に
おいて空燃比の変動を低減することができ、したがって
空燃比を安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の全体図である。

【図２】三元触媒の特性を示す線図である。

【図３】空燃比センサの出力を示す線図である。

【図４】図１の内燃機関の排気浄化方法を説明する図で
ある。

【図５】図１の内燃機関の排気浄化方法を説明する図で
ある。

【図６】目標空燃比の時間的変化を示す線図である。

【図７】気筒比を示す線図である。

【図８】気筒比が１のときのリーン運転時間とリッチ運
転時間とを示す図である。

【図９】気筒比が２のときのリーン運転時間とリッチ運
転時間とを示す図である。

【図１０】気筒比が３のときのリーン運転時間とリッチ
運転時間とを示す図である。

【図１１】気筒比が４のときのリーン運転時間とリッチ
運転時間とを示す図である。

【図１２】ＤＲＡＴＩＯを示す図である。

【図１３】ＤＲＩＣＨの算出方法を説明する図である。

【図１４】各気筒の排気行程時期と空燃比センサの出力
とを示す図である。

【図１５】運転期間制御を実行するためのフローチャー
トである。

【図１６】フィードバック補正係数を算出するためのフ
ローチャートである。

【図１７】燃料噴射時間を算出するためのフローチャー
トである。

【図１８】本発明の別の実施態様を示す内燃機関の全体
図である。

【図１９】別の実施態様における、フィードバック補正
係数を算出するためのフローチャートである。

【図２０】別の実施態様における、燃料噴射時間を算出
するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１…機関本体 ５…燃料噴射弁 ７…排気マニホルド ８…ＮＨ₃ 生成触媒 １０…排気浄化触媒 １０ａ…ＮＨ₃ 吸着酸化触媒 １２…ＮＨ₃ 浄化触媒 ２９…空燃比センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 幸平 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 伊藤 隆晟 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 鈴木 直人 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リーン運転とリッチ運転とが交互に繰り
   返し行われる内燃機関において、空燃比を検出するため
   の空燃比センサを排気通路内に配置し、該空燃比センサ
   の出力が、リーン運転が行われたときの排気から検出さ
   れた出力か、リッチ運転が行われたときの排気から検出
   された出力かを判断してリーン運転が行われたときの排
   気から検出された出力に基づきリーン運転時の空燃比を
   制御し、リッチ運転が行われた排気から検出された出力
   からリッチ運転時の空燃比を制御する制御手段を具備し
   た空燃比制御装置。