JPH11229862A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転者に違和感を与えることなく触媒の温度
制御を正確に行う。 【解決手段】 温度制御手段により、温度センサ２１で
検出されたNO_x 触媒１９の実触媒温度と予め設定された
目標触媒温度との偏差に基づいて空燃比及び点火時期を
補正することでNO_x 触媒１９の温度を目標触媒温度に収
束させるようにし、この時、空燃比もしくは点火時期の
うち一方を補正し、その後他方を補正してNO_x 触媒１９
の温度を目標触媒温度に収束させるよう制御したので、
制御が発散することがなく、機関の出力変化の影響を最
小限に抑えて触媒の温度を速やかに且つ正確に制御し、
運転者に違和感を与えることなくNO_x 触媒１９の温度制
御を正確に行い、NO_x 触媒１９の熱劣化を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、混合気の空燃比を
理論空燃比よりも燃料希薄側に制御して燃費特性を改善
した内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気中のNO_x を浄化するNO_x 触媒として
は、酸素過剰雰囲気中ではNO_x を触媒上に吸蔵させるこ
とにより排気中のNO_x を浄化し、酸素濃度が低下すると
付着したNO_x を放出する機能を有していることが知られ
ている。つまり、NO_x 触媒は、酸素濃度過剰雰囲気で
は、排気中のNO_x を酸化させて硝酸塩を生成し、これに
よりNO_x を吸蔵する一方、酸素濃度が低下した雰囲気で
は、NO_x 触媒に吸蔵した硝酸塩と排気中のCOとを反応さ
せて炭酸塩を生成し、これによりNO_x を放出させるよう
になっている。

【０００３】ところで、燃料や潤滑油内には、イオウ成
分（Ｓ成分）が含まれており、このようなイオウ成分も
排気中に含まれている。NO_x 触媒では、酸素濃度過剰雰
囲気で、NO_x の吸蔵とともにイオウ成分も吸蔵する。つ
まり、イオウ成分は燃焼し、更にNO_x 触媒上で酸化され
てSO₃ になる。そして、このSO₃ の一部はNO_x 触媒上で
さらにNO_x 用の吸蔵剤と反応して硫酸塩となってNO_x 触
媒に吸蔵する。

【０００４】従って、NO_x 触媒には、硝酸塩と硫酸塩と
が付着することになるが、硫酸塩は硝酸塩よりも塩とし
ての安定度が高く、酸素濃度が低下した雰囲気になって
もその一部しか分解されないため、NO_x 触媒に残留する
硫酸塩の量は時間とともに増加する。これにより、NO_x
触媒の吸蔵能力が時間とともに低下し、NO_x 触媒として
の性能が悪化することになる（Ｓ被毒）。

【０００５】NO_x 触媒のNO_x 吸蔵能力を低下させる硫酸
塩は、温度が高くなると分解する性質を有している。こ
のため、例えば、特開平7-217474号公報に示されている
ように、NO_x 触媒に一定量以上のイオウ成分（SO_x ）が
付着したときに、排気の空燃比を酸素濃度低下雰囲気に
して多量のHCやCOを発生させ、且つ、空燃比とともに点
火時期を制御してNO_x 触媒の温度を高温にし、SO_x を放
出するようにしている（Ｓパージ運転）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の内燃機関では、
NO_x 触媒の温度を高温にしてＳパージ運転を実行してい
るが、Ｓパージ運転のためにはNO_x 触媒の温度は所定以
上の高温にする必要がある。一方で、NO_x 触媒には耐熱
温度があり、高温になり過ぎると耐熱温度を越えて熱劣
化が生じてしまう。このため、Ｓパージ運転中は、NO_x
触媒の温度を所定以上の高温と耐熱温度との範囲内に維
持させる必要がある。この時、機関の出力への影響は避
ける必要がある。

【０００７】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、機関の出力の影響を最小限に抑えて触媒の温度制御
が速やかに且つ正確に行える内燃機関を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、温度制御手段により、温度検出手段で検出
された実触媒温度と予め設定された目標触媒温度との偏
差に基づいて空燃比及び点火時期を補正することで触媒
の温度を目標触媒温度に収束するよう制御する。この
時、空燃比もしくは点火時期のうち一方を補正し、その
後他方を補正して触媒の温度を目標触媒温度に収束させ
るよう制御することで、空燃比と点火時期を同時に操作
することによる制御の発散がなく、機関の出力の影響を
最小限に抑えて触媒の温度を速やかに且つ正確に制御す
ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明の一実
施形態例を説明する。本実施形態例は、内燃機関とし
て、燃焼室内に燃料を直接噴射するようにした多気筒型
筒内噴射内燃機関を例に挙げて説明してある。図１には
本発明の一実施形態例に係る内燃機関の概略構成、図２
には燃料噴射制御マップを示してある。

【００１０】多気筒型筒内噴射内燃機関としては、例え
ば、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射型直列４気筒
ガソリンエンジン（筒内噴射エンジン）１が適用され
る。筒内噴射エンジン１は、燃焼室や吸気装置及び排気
ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）等が筒内噴射専用に設計
されている。

【００１１】筒内噴射エンジン１のシリンダヘッド２に
は各気筒毎に点火プラグ３が取り付けられると共に、各
気筒毎に電磁式の燃料噴射弁４が取り付けられている。
燃焼室５内には燃料噴射弁４の噴射口が開口し、燃料噴
射弁４から噴射される燃料が燃焼室５内に直接噴射され
るようになっている。筒内噴射エンジン１のシリンダ６
にはピストン７が上下方向に摺動自在に支持され、ピス
トン７の頂面には半球状に窪んだキャビティ８が形成さ
れている。キャビティ８により、吸気流に通常のタンブ
ル流とは逆の逆タンブル流を発生させるようになってい
る。

【００１２】シリンダヘッド２には燃焼室５を臨む吸気
ポート９及び排気ポート１０が形成され、吸気ポート９
は吸気弁１１の駆動によって開閉され、排気ポート１０
は排気弁１２の駆動によって開閉される。排気ポート１
０には大径の排気ガス再循環ポート（ＥＧＲポート）１
３が分岐している。

【００１３】吸気ポート９には吸気管１４が接続され、
吸気管１４には図示しないサージタンク、エアクリー
ナ、スロットルボデー等が接続されている。一方、排気
ポート１０には排気管１５が接続され、排気管１５には
触媒１６及び図示しないマフラーが備えられている。ま
た、ＥＧＲポート１３は大径のＥＧＲパイプ１７を介し
て吸気管１４側に接続され、ＥＧＲパイプ１７にはステ
ッパモータ式のＥＧＲ弁１８が設けられている。

【００１４】触媒１６は、酸素過剰雰囲気中ではNO_x を
触媒上に吸蔵させることにより排気中のNO_x を浄化し、
酸素濃度が低下すると付着したNO_x を放出する機能を有
したNO_x 触媒１９と、理論空燃比の雰囲気でCO,HC 及び
NO_x を浄化可能な三元機能を有した三元触媒２０とを備
えている。NO_x 触媒１９の温度はNO_x 触媒１９の下流に
取り付けた温度センサ２１によってNO_x 触媒１９下流の
排気温度を検出することにより代表する。NO_x 触媒１９
の後流側の排気中のNO_x の濃度がNO_x センサ２２により
検出される。尚、触媒１６の構成は、配置や機能等は上
記実施形態例に限定されるものではない。

【００１５】車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２３
が設けられ、このＥＣＵ２３には、入出力装置、制御プ
ログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処
理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。ＥＣ
Ｕ２３によって筒内噴射エンジン１の総合的な制御が実
施される。各種センサ類の検出情報はＥＣＵ２３に入力
され、ＥＣＵ２３は各種センサ類の検出情報に基づい
て、燃料噴射モードや燃料噴射量を始めとして点火時期
やＥＧＲガスの導入量等を決定し、燃料噴射弁４や点火
プラグ３、ＥＧＲ弁１８等を駆動制御する。

【００１６】上述した筒内噴射エンジン１では、吸気ポ
ート９から燃焼室５内に流入した吸気流が逆タンブル流
を形成し、圧縮行程の中期以降に燃料を噴射して逆タン
ブル流を利用しながら燃焼室５の頂部中央に配設された
点火プラグ３の近傍のみに少量の燃料を集め、点火プラ
グ３から離隔した部分で極めてリーンな空燃比状態とす
る。点火プラグ３の近傍のみを理論空燃比又はリッチな
空燃比とすることで、安定した層状燃焼（層状超リーン
燃焼）を実現しながら燃料消費を抑制する。

【００１７】また、このエンジンから高出力を得る場合
には、インジェクタ８からの燃料を吸気行程に噴射する
ことにより燃焼室１全体に均質化し、予混合燃焼を行
う。もちろん、理論空燃比もしくはリッチ空燃比による
方がリーン空燃比によるよりも高出力が得られるため、
この際にも、燃料の霧化及び気化が十分に行なわれるよ
うなタイミングで燃料噴射を行ない、効率よく高出力を
得るようにしている。

【００１８】ＥＣＵ２３は、スロットル弁の開度に応じ
た運転中の負荷Peと機関回転速度Neとに基づき、図２の
燃料噴射マップから現在の燃料噴射領域を検索して燃料
噴射モードを決定する。これにより、各燃料噴射モード
での目標空燃比に応じた燃料噴射量が決定され、この燃
料噴射量に応じて燃料噴射弁４が駆動制御されると共
に、点火プラグ３が駆動制御される。また、同時にＥＧ
Ｒ弁１８の開閉制御も実施される。

【００１９】アイドル運転時や低速走行時等の低負荷領
域では、燃料噴射領域は図２中の後期噴射リーンモード
（圧縮リーンモード）が選択される。圧縮リーンモード
では、層状超リーン燃焼によるリーン運転を実現し燃費
を向上させるため、圧縮行程中（特に圧縮行程後半）に
燃料噴射を行う。

【００２０】定速走行時等の中負荷領域では、燃料噴射
領域は図２中の前期噴射リーンモード（吸気リーンモー
ド）、あるいはストイキオフィードバックモードが選択
される。吸気リーンモードでは、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、吸気行程
中（特に吸気行程前半）に燃料噴射を行う。ストイキオ
フィードバックモードでは、予混合燃焼によるストイキ
オ運転（理論空燃比運転）を実現し吸気リーンモードよ
り出力を向上させるため、吸気行程中に燃料噴射を行
う。

【００２１】急加速時や高速走行時等の高負荷領域で
は、燃料噴射領域は図２中のオープンループモードが選
択される。オープンループモードでは、予混合燃焼によ
るリッチ運転を実現しストイキオフィードバックモード
より出力を向上させる。更に、惰性走行や停止に移行す
る走行でスロットル弁が略全閉状態にされてアイドル状
態にされた領域では、燃料噴射領域は図２中の燃料カッ
トモードとなり、燃焼室５内への燃料の供給が停止され
る。

【００２２】触媒１６のNO_x 触媒１９は、酸素過剰雰囲
気中ではNO_x を触媒上に吸蔵させることにより排気中の
NO_x を浄化する機能を有している。つまり、NO_x 触媒１
９は、圧縮リーンモードや吸気リーンモードにおける層
状超リーン燃焼運転時のような酸素濃度過剰雰囲気で
は、排気中のNO_x が酸化されて硝酸塩が生成され、これ
によりNO_x が吸蔵され、排気の浄化が行われる。

【００２３】一方、触媒１６のNO_x 触媒１９は、酸素濃
度が低下すると付着したNO_x を放出する機能を有してい
る。つまり、酸素濃度が低下した雰囲気では、NO_x 触媒
１９に吸蔵した硝酸塩と排気中のCOとが反応して炭酸塩
が生成され、これによりNO_xが放出される。従って、NO
_x 触媒１９へのNO_x の吸蔵が進むと、追加の燃料噴射を
行う等して酸素濃度を低下させてNO_x 触媒１９からNO_x
を放出させ、NO_x 触媒１９の機能を維持するようにして
いる。

【００２４】ところで、燃料や潤滑油内に含まれるイオ
ウ成分（SO_x ）も排気中に存在し、NO_x 触媒１９では、
酸素濃度過剰雰囲気で、NO_x の吸蔵とともにSO_x も吸蔵
する。つまり、イオウ成分は燃焼し、更にNO_x 触媒１９
上で酸化されてSO₃ になる。そして、このSO₃ の一部は
NO_x 触媒１９上でさらにNO_x 用の吸蔵剤と反応して硫酸
塩となってNO_x 触媒１９に吸蔵する。

【００２５】また、NO_x 触媒１９は、酸素濃度が低下す
ると付着したSO_x を放出する機能を有している。つま
り、酸素濃度が低下した雰囲気では、NO_x 触媒１９に吸
蔵した硫酸塩の一部と排気中のCOとが反応して炭酸塩が
生成されてSO₃ が離脱され、離脱されたSO₃ は、排気中
のHCやCOにより還元される。

【００２６】しかし、硫酸塩は硝酸塩よりも塩としての
安定度が高く、酸素濃度が低下した雰囲気になってもそ
の一部しか分解されないため、NO_x 触媒１９に残留する
硫酸塩の量は時間とともに増加する。これにより、NO_x
触媒１９の吸蔵能力が時間とともに低下し、NO_x 触媒１
９としての性能が悪化することになる（Ｓ被毒）。

【００２７】このため、NO_x 触媒１９に一定量以上のイ
オウ成分（SO_x ）が付着してNO_x 触媒１９が劣化したと
判定されたときには、追加燃料の投入等により、排気の
空燃比を酸素濃度低下雰囲気にして多量のHCやCOを発生
させ、吸蔵したSO_x を放出するようにしている（Ｓパー
ジ運転）。

【００２８】即ち、燃焼室５内の通常の燃焼のための主
燃料噴射（圧縮行程や吸気行程での燃料噴射）における
燃料噴射弁４の駆動とは別に、機関の出力に影響しにく
いタイミング（膨張行程の末期）で燃料噴射弁４を駆動
して追加燃料を噴射し、この追加燃料を燃焼させること
によりNO_x 触媒１９に多量のHCやCOを供給し、SO₃ を還
元させると共にNO_x 触媒１９の温度を高温にし、吸蔵し
たSO_x を放出する。

【００２９】尚、上述した内燃機関は、燃焼室５内に燃
料を直接噴射する筒内噴射エンジン１であるため、膨張
行程で追加燃料を噴射するようにしているが、混合気の
空燃比をリッチ側に制御して通常運転よりも多めに供給
しNO_x 触媒１９に多量のHCやCOを供給するようにしても
よい。

【００３０】NO_x 触媒１９の劣化を判定する手段として
は、全運転モードの燃料噴射弁４の駆動時間の積算値か
ら求められる総燃料噴射量に基づいてNO_x 触媒１９に吸
蔵されるSO_x の量を推定するものとなっている。尚、車
両の走行距離に基づいてNO_x触媒１９に吸蔵されるSO_x
の量を推定するものとして構成してもよい。更に、NO _x
センサ２２によりNO_x 触媒１９の下流のNO_x 濃度の変化
を検出することによりNO_x 触媒１９の劣化を判定しても
よい。更に、NO_x 触媒１９に吸蔵されるSO_x の量を直接
検出できるセンサ等を用いてNO_x 触媒１９の劣化を判定
してもよい。

【００３１】上述した筒内噴射エンジン１では、Ｓパー
ジ運転が開始されると、温度制御手段によってNO_x 触媒
１９の温度を速やかに所定の温度状態に制御し、NO_x 触
媒１９の温度を所定以上の高温と耐熱温度との範囲内に
維持するようにしている。

【００３２】以下、温度制御手段の動作状況を図３乃至
図７に基づいて説明する。図３には温度制御手段のブロ
ック構成、図４、図５には温度制御の状況を表すフロー
チャート、図６には温度偏差の状況に対する補正値の関
係、図７には温度制御の運転状況の経時変化を表すグラ
フを示してある。

【００３３】図３に示すように、ＥＣＵ２３には温度検
出手段としての温度センサ２１で検出された温度を負荷
・回転速度によるマップで与えられた補正値で補正した
実触媒温度（実温度T₁）と予め設定された目標触媒温度
（目標温度T₂）との温度偏差の状況に基づいて空燃比
（ＡＦ）及び点火時期を補正することでNO_x 触媒１９の
温度を目標温度T₂に収束させる温度制御手段３１が備え
られている。本実施形態例では、主燃料の噴射に対する
ＡＦ、即ち、メインＡＦに対して補正を行っている。ま
た、主燃料噴射と追加燃料噴射を合わせた全体のＡＦ
（トータルＡＦ）はSO_x 放出量を左右するので、最もSO
_x が放出されやすい値に固定する。そして、温度制御手
段３１にはＳパージ運転の情報が入力される。

【００３４】温度制御手段３１には、実温度T₁と目標温
度T₂との偏差に対してメインＡＦ及び点火時期を補正す
る過渡補正部３２と、実温度T₁と目標温度T₂との偏差の
変化状況に対してメインＡＦ及び点火時期を補正する定
常補正部３３とが備えられている。Ｓパージ運転が開始
されてから所定時間の間は過渡補正部３２が選択されて
NO_x 触媒１９の温度制御が実行され、所定時間を経過し
た後は定常補正部３３が選択されてNO_x 触媒１９の温度
制御が実行される。

【００３５】更に、過渡補正部３２及び定常補正部３３
には、メインＡＦもしくは点火時期のうちどちらか一方
を補正し、その後どちらか他方を補正してNO_x 触媒１９
の実温度T₁を目標温度T₂に収束させる機能が備えられて
いる。具体的には、目標温度T₂はＳパージ運転によりNO
_x 触媒１９からSO_x を放出できる所定の温度に設定さ
れ、実温度T₁が目標温度T₂より低い場合に点火時期の補
正を実行し、実温度T₁が目標温度T₂以上となった場合に
メインＡＦの補正を実行してNO_x 触媒１９の温度制御が
実行される。

【００３６】尚、メインＡＦ及び点火時期の補正の実行
は、実温度T₁が目標温度T₂より低い場合にメインＡＦの
補正を実行し、実温度T₁が目標温度T₂以上となった場合
に点火時期の補正を実行して、上述とは逆の状態で行っ
てもよい。また、目標温度T₂を基準とせずに実温度T₁と
目標温度T₂との偏差にしきい値を設け、このしきい値を
基準としてメインＡＦと点火時期の補正の切替えを行う
ようにする等してもよい。

【００３７】図４乃至図７に基づいて温度制御の運転状
況を具体的に説明する。

【００３８】Ｓパージ運転の開始条件であるNO_x 触媒１
９の劣化が判定されると、主燃料噴射における燃料噴射
弁４の駆動とは別に、膨張行程で燃料噴射弁４を駆動し
て追加燃料を噴射し（図７中Ｐの時点）、この追加燃料
を燃焼させることによりNO_x触媒１９に多量のHCやCOを
供給し、NO_x 触媒１９を高温にし、吸蔵したSO_x を放出
する。この際に、温度制御手段３１によってNO_x 触媒１
９の温度制御が実行される。

【００３９】図４に示すように、ステップＳ１でＳパー
ジ運転が実行され、ステップＳ２で実温度T₁が目標温度
T₂よりも低いか否かが判断される。ステップＳ２で実温
度T₁が目標温度T₂よりも低いと判断された場合、ステッ
プＳ３で点火時期の補正による過渡補正が実行され、ス
テップＳ２で実温度T₁が目標温度T₂以上であると判断さ
れた場合、ステップＳ４でメインＡＦの補正による過渡
補正が実行される。ステップＳ３、ステップＳ４で過渡
補正が実行された後、ステップＳ５でＳパージ運転が開
始してから所定時間Ｑ（図７参照）が経過したか否かが
判断され、所定時間Ｑが経過するまで過渡補正が実行さ
れる。つまり、Ｓパージ運転が開始されてから所定時間
の間は過渡補正部３２が選択されてNO_x 触媒１９の温度
制御が実行される。

【００４０】ステップＳ３、ステップＳ４における過渡
補正（図７中ＰからＱに至る状態）について説明する。
過渡補正時における点火時期及びＡＦは、実温度T₁と目
標温度T₂との偏差（偏差＝目標温度T₂−実温度T₁）に対
するテーブル値を、Ｓパージ運転における点火時期及び
ＡＦのベースマップ値（Ｓパージ運転用に通常運転とは
別設定）に加算することで設定される。

【００４１】図６に示すように、実温度T₁が目標温度T₂
よりも低い場合、偏差がその割合によって大・中・小と
なり、この領域では点火時期の補正だけが実行され、偏
差に対するテーブル値として、例えば、-30,-20,-10 と
設定される。尚−は遅角側である。このテーブル値をベ
ースマップ値に加算し、点火時期を設定する。偏差に応
じて遅角量を変更する（偏差が大きいほど遅角量を大き
くする）ことで、排気の温度を偏差に応じて上昇させて
NO_x 触媒１９を昇温させる。この時のNO_x 触媒１９の温
度、点火時期、ＡＦの状況は、図７中のＰからＲに至る
状態となっている。

【００４２】図６に示ように、実温度T₁が目標温度T₂を
越えた場合、偏差がその割合によって−大・−中・−小
となり、この領域ではＡＦの補正だけが実行され、偏差
に対するテーブル値として、例えば、０，−１，−２と
なる。尚、−は燃料リッチ側である。このテーブル値を
ベースマップ値に加算しメインＡＦを設定する。偏差に
応じてメインＡＦを変更する（マイナス側に偏差が大き
いほどメインＡＦをリッチ側にする）ことで、本実施形
態例では主燃料噴射（メイン）と追加燃料噴射（サブ）
を合わせた全体のＡＦ（トータルＡＦ）を一定としてい
るので、主燃料噴射のＡＦ（メインＡＦ）をリッチにす
ることにより追加燃料噴射量は減少することになり、NO
_x 触媒１９を降温させる。この時のNO_x 触媒１９の温
度、点火時期、メインＡＦの状況は、図７中のＲからＱ
に至る状態となっている。

【００４３】ステップＳ３、ステップＳ４における過渡
補正は、実温度T₁と目標温度T₂との偏差を直接補正値に
反映させているため、偏差に比例して補正値が変更され
るようになり（比例制御）、短時間で実温度T₁を目標温
度T₂に収束させることができる。また、偏差によって実
温度T₁が目標温度T₂よりも低い場合、点火時期の補正に
よってNO_x 触媒１９を昇温させ、実温度T₁が目標温度T₂
を越えた場合、メインＡＦの補正によってNO_x 触媒１９
を降温させるようにしているので、点火時期とメインＡ
Ｆを同時に操作することによる制御の発散もなく、筒内
噴射エンジン１の出力変化を最小限に抑えてNO_x 触媒１
９の温度制御が速やかに行える。

【００４４】ステップＳ５でＳパージ運転が開始してか
ら所定時間Ｑが経過したと判断された場合、図５に示す
ように、ステップＳ６で実温度T₁が目標温度T₂よりも低
いか否かが判断される。ステップＳ６で実温度T₁が目標
温度T₂よりも低いと判断された場合、ステップＳ７で点
火時期の補正による定常補正が実行され、ステップＳ６
で実温度T₁が目標温度T₂以上であると判断された場合、
ステップＳ８でメインＡＦの補正による定常補正が実行
される。ステップＳ７、ステップＳ８で定常補正が実行
された後、ステップＳ９でＳパージ運転の終了が判断さ
れ、Ｓパージ運転が終了するまで定常補正が実行され
る。つまり、Ｓパージ運転が開始されてから所定時間が
経過した後は定常補正部３３が選択されてNO_x 触媒１９
の温度制御が実行される。

【００４５】ステップＳ７、ステップＳ８における定常
補正（図７中Ｑ以降の状態）について説明する。定常補
正における点火時期及びメインＡＦは、前回の補正値に
対し実温度T₁と目標温度T₂との偏差（偏差＝目標温度T₂
−実温度T₁）に対するテーブル値を積算した補正値を、
Ｓパージ運転における点火時期及びメインＡＦのベース
マップ値（Ｓパージ運転用に通常とは別設定）に加算す
ることで設定される。

【００４６】尚、定常補正における点火時期及びメイン
ＡＦの補正は、偏差を積算した値に対するテーブル値
を、Ｓパージ運転における点火時期及びＡＦのベースマ
ップ値に加算して設定することも可能である。

【００４７】定常補正時も過渡補正時と同様に、図６に
示ように、実温度T₁が目標温度T₂よりも低い場合、偏差
がその割合によって大・中・小となり、この領域では点
火時期の補正値だけが設定される。偏差に対するテーブ
ル値として、例えば、-30,-20,-10 と設定される。尚、
−は遅角側である。偏差に対するテーブル値を前回めで
の補正値に加算して求めた補正値をベースマップ値に加
算して遅角量を変更する（偏差が大きいほど遅角量を大
きくする）ことで、排気の温度を偏差に応じて上昇させ
てNO_x 触媒１９を昇温させる。この時のNO_x 触媒１９の
温度、点火時期、メインＡＦの状況は、図７中のＱから
Ｇに至る状態となっている。

【００４８】また、定常補正時も過渡補正時と同様に、
図６に示ように、実温度T₁が目標温度T₂を越えた場合、
偏差がその割合によって−大・−中・−小となり、この
領域ではメインＡＦの補正値だけが設定されるようにな
っている。偏差に対するテーブル値としては、例えば、
０，−１，−２と設定される。尚、−は燃料リッチ側で
ある。偏差に対するテーブル値を前回までの補正値に加
算して求めた補正値をベースマップ値に加算してメイン
ＡＦを変更する（マイナス側に偏差が大きいほどメイン
ＡＦをリッチ側にする）ことで、本実施形態例ではトー
タルＡＦを一定としているので、主燃料噴射のＡＦ（メ
インＡＦ）をリッチにすることにより追加燃料噴射量は
減少することになり、NO_x 触媒１９を降温させる。この
時のNO_x触媒１９の温度、点火時期、メインＡＦの状況
は、図７中のＧ以降の状態となっている。

【００４９】ステップＳ７、ステップＳ８における定常
補正は、実温度T₁と目標温度T₂との偏差に対するテーブ
ル値を積算したものが反映されているため、実温度T₁と
目標温度T₂の定常偏差をなくすことができ、正確に実温
度T₁を目標温度T₂に収束させることができる。また、偏
差によって実温度T₁が目標温度T₂よりも低い場合、点火
時期の補正によってNO_x 触媒１９を昇温させ、実温度T₁
が目標温度T₂を越えた場合、メインＡＦの補正によって
NO_x 触媒１９を降温させるようにしているので、点火時
期とメインＡＦを同時に操作することによる制御の発散
もなく、筒内噴射エンジン１の出力変化を最小限に抑え
てNO_x 触媒１９の温度制御が正確に行える。

【００５０】点火時期及びメインＡＦの温度補正が実行
された場合、それに応じて吸入空気量の補正も適宜実行
される。この場合、吸入空気量の補正は、過渡補正及び
定常補正のそれぞれで点火時期及びメインＡＦの補正値
が加味されて、予め設定された吸入空気量のマップ値が
補正されるようになっている。

【００５１】尚、上記実施形態例では、Ｓパージ運転の
開始時期からの時間に応じて過渡補正と定常補正を切り
替えるようにしたが、NO_x 触媒１９の実温度T₁に応じて
過渡補正と定常補正を切り替えるようにしてもよい。ま
た、切り替えを行わずに過渡補正と定常補正を同時に実
行するようにしてもよい。

【００５２】尚、温度制御における点火時期の補正及び
ＡＦの補正は徐々に開始したり徐々に終了させるように
することも可能である。

【００５３】別の実施形態例としては、目標温度T₂によ
るメインＡＦと点火時期の補正の切り替えとせず、メイ
ンＡＦと点火時期の補正値にそれぞれ上限値、下限値を
設定し、まずメインＡＦと点火時期のいずれかによる補
正を行い、その補正値が上限値もしくは下限値に達した
場合にもう一方による補正に切り替える。この際、好ま
しくは、まずメインＡＦによる補正を行い、メインＡＦ
による補正が上限値もしくは下限値に達したとき点火時
期による補正に切り替える。これは、メインＡＦによる
補正の方が点火時期による補正より、補正値に対する温
度変化が大きく制御性がよいと共に、点火時期の補正に
よる遅角量が大きい場合には燃焼が不安定になりやすく
ドライバビリティへの影響が大きいためである。更に、
メインＡＦに続き点火時期も補正値が上限値もしくは下
限値に達した場合は、トータルＡＦを変更する。

【００５４】また、ＡＦ補正については、追加燃料の噴
射は行わず圧縮行程もしくは吸気行程のみに燃料を噴射
し、単に全体のＡＦ（ベースマップ値はリッチ）に対す
る補正としてもよい。

【００５５】本実施形態例の過渡補正は比例制御
（Ｐ）、定常補正は積分制御（Ｉ）に相当するものであ
り、ここでは比例制御と積分制御を用いたＰＩ制御とな
っているが、応答性を重視する場合には更に積分制御を
加えてＰＩＤ制御としてもよい。また、応答性より安定
性を重視する場合は定常補正（積分制御）のみとしても
よい。

【００５６】また、本実施形態例では、温度センサ２１
をNO_x 触媒１９の直下流に取り付けているが、追加燃料
噴射による触媒温度制御を行う場合にNO_x 触媒１９の上
流に他の触媒が装着されている場合には、温度センサ２
１をNO_x 触媒１９の直上流に取付けることが好ましい。

【００５７】一般に、触媒温度を制御する際に温度セン
サ（高温センサ）を用いて排気温度を検出して代表する
場合、温度センサの取付け位置としては触媒下流より触
媒上流の方が好ましい。これは、触媒下流に取り付けた
場合は、触媒を温めた排気が触媒下流に流れてきてから
温度センサが排気温度を検出するので、触媒温度に対し
て温度センサの検出値に遅れが生じるためであり、例え
ば、温度センサで触媒温度が耐熱温度に到達したことを
検知したときには、すでに触媒自体は耐熱温度を越えて
いる可能性がある。それに対し、触媒上流に取り付けた
場合には、触媒上流の排気温度から触媒温度の上昇を前
もって察知できるので、触媒が耐熱温度を越えるのを容
易に防ぐことができ、フィードフォワード的な制御も可
能である。

【００５８】しかしながら、追加燃料噴射による昇温を
行う場合は、触媒上でCO、HC等の可燃物質が反応して触
媒温度を上昇させるため、触媒上流の排気温度に対して
触媒温度はかなり高くなり、触媒上流の排気温度では触
媒温度を代表できない。そのため、本実施形態例のよう
に、追加燃料噴射により触媒の温度制御を行い、且つ、
この触媒の上流に他の触媒がない場合には、温度センサ
は温度を測りたい触媒の直下流に取り付けるのが好まし
い。

【００５９】一方、温度制御しようとしている触媒（触
媒Ａとする）の上流に他の触媒（触媒Ｂとする）が装着
されている場合には、追加燃料噴射を行うと上流の触媒
Ｂ上でCO、HC等の可燃物質が反応して触媒Ｂの温度を上
昇させる。そして、ここで暖められた排気により下流の
触媒Ａが暖められるので、触媒Ａの上流の排気温度と触
媒Ａの温度の差は小さい。そのため、前述したように、
追加燃料噴射による触媒Ａの温度制御を行う場合に触媒
Ａの上流に他の触媒Ｂが装着されている場合には温度セ
ンサを触媒Ａの直上流に取り付けた方が、制御遅れがな
く精度よく触媒Ａの温度を制御できる。

【００６０】また、上述したNO_x 触媒１９の温度制御
は、吸蔵型のNO_x 触媒１９を備えた内燃機関であれば、
混合気を吸気管に噴射するＭＰＩエンジンやディーゼル
エンジン等様々な態様の内燃機関に適用することが可能
である。また、吸蔵型NO_x 触媒のＳパージ運転の温度制
御のみでなくNO_x の吸蔵及び放出の際にNO_x 触媒温度を
最も浄化効率の高い温度に制御する場合等にも適用でき
る。更に、吸蔵型NO_x 触媒に限らず、他の触媒でも最も
浄化効率の高い温度に制御する場合等に適用できる。

【００６１】

【発明の効果】本発明の内燃機関は、温度制御手段によ
り、温度検出手段で検出された実触媒温度と予め設定さ
れた目標触媒温度との偏差に基づいて空燃比及び点火時
期を補正することで触媒の温度を目標触媒温度に収束さ
せるようにし、この時、空燃比もしくは点火時期のうち
一方を補正し、その後他方を補正して触媒の温度を目標
触媒温度に収束させるよう制御したので、空燃比と点火
時期を同時に操作することによる制御の発散がなく、機
関の出力変化の影響を最小限に抑えて触媒の温度を速や
かに且つ正確に制御することができる。この結果、運転
者に違和感を与えることなく触媒の温度制御が正確に行
え、触媒の熱劣化を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例に係る内燃機関の概略構
成図。

【図２】燃料噴射制御マップ。

【図３】温度制御手段のブロック構成。

【図４】温度制御の状況を表すフローチャート。

【図５】温度制御の状況を表すフローチャート。

【図６】温度偏差の状況に対する補正値の関係を表す図
表。

【図７】温度制御の運転状況の経時変化を表すグラフ。

【符号の説明】

１ 筒内噴射エンジン ３ 点火プラグ ４ 燃料噴射弁 １６ 触媒 １９ NO_x 触媒 ２０ 三元触媒 ２１ 温度センサ ２２ NO_x センサ ２３ 電子制御ユニット ３１ 温度制御手段 ３２ 過渡補正部 ３３ 定常補正部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関の排気通路に設けられた触媒と、前
   記触媒の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出
   手段で検出された実触媒温度と予め設定された目標触媒
   温度との偏差の状況に基づいて空燃比及び点火時期を補
   正することで前記触媒の温度を前記目標触媒温度に収束
   させるよう制御する温度制御手段とを備え、前記温度制
   御手段には、空燃比もしくは点火時期のうち一方を補正
   し、その後他方を補正して前記触媒の温度を前記目標触
   媒温度に収束させるよう制御する機能が備えられている
   ことを特徴とする内燃機関。