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JP2003206785A - エンジンの制御方法及び制御装置 - Google Patents

エンジンの制御方法及び制御装置

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Publication number
JP2003206785A
JP2003206785A JP2002009385A JP2002009385A JP2003206785A JP 2003206785 A JP2003206785 A JP 2003206785A JP 2002009385 A JP2002009385 A JP 2002009385A JP 2002009385 A JP2002009385 A JP 2002009385A JP 2003206785 A JP2003206785 A JP 2003206785A
Authority
JP
Japan
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catalyst
temperature
nox
adsorption
engine
Prior art date
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Pending
Application number
JP2002009385A
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English (en)
Inventor
Shinji Nakagawa
慎二 中川
Minoru Osuga
大須賀　　稔
Masami Nagano
正美 永野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Priority to EP02004279A priority patent/EP1329623A3/en
Priority to US10/084,666 priority patent/US6782694B2/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】リーンバーンエンジンにおいてはＮＯｘの浄化
効率及びエンジンの運転安定性の双方を損なうことな
く、始動時のＨＣを効率的に浄化することができなかっ
た。 【解決手段】リーンバーンエンジンにおいて、エンジン
の排気管にＨＣ吸着触媒と、ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の
双方を備え、ＨＣ吸着触媒とＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の
温度がそれぞれ所定値以上に達したら、エンジンの空燃
比をリーンシフト制御して脱離ＨＣを効率的に浄化する
とともに、この時のＮＯｘは吸着（吸蔵）後に浄化す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はエンジンの排気浄化
装置に関し、特に広域の空燃比で燃焼可能なリーンバー
ンエンジンの排気浄化方法及び装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、世界規模の省エネルギーへの取り
組みから自動車においても低燃費型のエンジンが要求さ
れている。
【０００３】低燃費のエンジンとしては現在種々提案さ
れており、燃料の割合に比べて空気の割合を多くした希
薄な混合気を燃焼させて燃費を向上する、いわゆる広域
の空燃比を使用するリーンバーンエンジンはその代表的
なエンジンであり、一般的には吸気ポート噴射エンジン
を改良することによって低燃費のエンジンを実現してい
る。
【０００４】また、この他に広域の空燃比を使用するリ
ーンバーンエンジンとしてエンジンのシリンダ内に燃料
を直接的に噴射してシリンダ内の混合気の状態を成層化
して総合的な空燃比を４０程度まで高めたエンジンが開
発されてきている。
【０００５】一方、上述した燃費の観点とは異なり、地
球温暖化等の環境問題からエンジンより排出される排気
ガス中の有害成分を低減する低有害排気ガスエンジンの
実現も同様に強く要請されており、世界各国において独
自の排ガス規制を実施している。
【０００６】そして、このような排気ガス規制をクリア
するためには一酸化炭素（ＣＯ），窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）及び未燃焼炭化水素（ＨＣ）を低減することが重要
であり、現在三元触媒と称される触媒によってこれらの
排気有害成分を浄化することが行われている。
【０００７】しかしながら、排気有害成分を更に低減し
て厳しい排気ガス規制をクリアするには、三元触媒が活
性化する前に生成される始動時の排気有害成分の低減が
大きな課題となっており、特にＨＣの低減が重要な課題
として取り上げられている。
【０００８】そして、三元触媒の活性化前のＨＣの低減
に有効な手段の一つとしてＨＣ吸着触媒を利用するシス
テムがあるが、このＨＣ吸着触媒を利用するシステムに
は同一の触媒ベットにＨＣ吸着機能と三元浄化機能を持
たせた触媒を充填したシステムと、ＨＣ吸着機能を有し
た触媒ベットと三元浄化機能を有した別個の触媒ベット
を併用するシステムとが考えられている。
【０００９】前者のＨＣ吸着機能と三元浄化機能を持た
せた触媒はＨＣ吸着機能と三元浄化機能を備えた貴金属
が同じ担体に担持されており、低温時にエンジンから排
出されるＨＣを物理的もしくは電気的に吸着し、触媒温
度上昇に伴って脱離するＨＣを同一触媒内に担持されて
いる三元浄化機能を有する貴金属を用いて酸化浄化する
ものである。
【００１０】しかしながら、脱離するＨＣを効率的に浄
化するにはこの脱離するＨＣを酸化するための十分な酸
素を供給してやる必要がある。
【００１１】一方、後者においてＨＣ吸着触媒は吸着材
の耐熱性が低いため、排気ガスで高温となるエンジン直
下に配置することは好ましくないこと、また高温の排気
ガスの熱を利用して三元触媒を早期に活性化すること等
の理由からＨＣ吸着触媒の上流（排気ガス温度が高い）
に三元触媒を配置することが多い。
【００１２】ところが、ＨＣ吸着触媒の上流に三元触媒
を配置する場合では、図５に示すようにエンジン出口で
多く含まれていた酸素が三元触媒のＨＣ，ＣＯ酸化反応
によって消費されるため、ＨＣ吸着触媒の入口の酸素濃
度は矢印で示すように下がる傾向にある。
【００１３】このため、ＨＣ吸着触媒から脱離するＨＣ
を効率的に浄化するにはエンジンの空燃比を大幅にリー
ンシフト（希薄混合気側）し十分な酸素をＨＣ吸着触媒
に送り込む必要がある。
【００１４】しかしながら、空燃比をリーンにすると図
６に示すようにＣ点を境にして三元触媒のＮＯｘ浄化効
率が急激に低下してＮＯｘを効率に浄化することができ
なくなるとういう課題が新たに発生する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】こうした背景から、現
在ではＨＣ吸着触媒で吸着されたＨＣを効率的に浄化す
るための手法がいくつか提案されている。
【００１６】例えば、特開平４−２３０５６１号公報に
記載の技術では、ＨＣ脱離時に脱離開始からの時間に応
じて、燃料の制御によってエンジンの空燃比をリーン側
に制御して三元触媒で脱離ＨＣを効率的に浄化すること
が提案されている。
【００１７】しかしながら、この技術では燃料の制御に
よって空燃比を調整するため、大幅なリーンシフトは運
転性を著しく悪化させるという問題や、リーンシフトに
より三元触媒におけるＮＯｘ浄化が行えないためＮＯｘ
浄化性能が悪化するという問題が発現する。
【００１８】また、特開平５−７９３１９号公報に記載
の技術では、ＨＣを触媒で浄化するに必要な空気を制御
することが提案されている。
【００１９】しかしながら、ＨＣの浄化に十分な空気を
三元触媒に供給すると触媒内の酸化雰囲気が強まるため
にＮＯｘの浄化効率の悪化が予想される。
【００２０】本発明の目的はＮＯｘの浄化効率及びエン
ジンの運転安定性の双方を損なうことなく、始動時のＨ
Ｃを効率的に浄化することができるエンジンの制御方法
及び装置を提供するものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明の代表的な特徴は
以下に示すような構成のエンジンの制御方法にある。す
なわち、エンジンの排気管に低温時はＨＣを吸着し、高
温時は吸着ＨＣを放出するＨＣ吸着機能と三元浄化機能
を同一担体に持つＨＣ吸着触媒と、酸化雰囲気下ではＮ
Ｏｘを吸着もしくは吸蔵し、還元雰囲気下ではＮＯｘを
放出するＮＯｘ吸着（吸蔵）機能と三元浄化機能を持つ
ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒とを少なくとも備え、ＨＣ吸着
触媒の温度及び／またはＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の温度
が所定値以下の場合は空燃比を理論空燃比或いはリッチ
空燃比としてエンジンを運転し、ＨＣ吸着触媒の温度及
び／またはＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の温度が前記所定値
以上の場合は空燃比をリーン空燃比としてエンジンを運
転することを特徴としている。
【００２２】また、本発明の代表的な特徴は以下に示す
ような構成のエンジンの制御装置にある。すなわち、希
薄な空燃比で燃焼可能なリーンバーンエンジンにおい
て、エンジンの排気管に低温時はＨＣを吸着し、高温時
は吸着ＨＣを放出するＨＣ吸着機能と三元浄化機能を同
一担体に持つＨＣ吸着触媒と、酸化雰囲気下ではＮＯｘ
を吸着もしくは吸蔵し、還元雰囲気下ではＮＯｘを放出
するＮＯｘ吸着（吸蔵）機能と三元浄化機能を持つＮＯ
ｘ吸着（吸蔵）触媒とを少なくとも備え、ＨＣ吸着触媒
の温度及び／またはＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の温度を直
接的もしくは間接的に検出する手段を備え、ＨＣ吸着触
媒温度及び／またはＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の温度に基
づきエンジンの運転状態を制御することを特徴としてい
る。
【００２３】そして、このような特徴を有する本発明に
よれば、始動時にエンジンから排出されるＨＣはＨＣ吸
着触媒で吸着し、ＨＣ吸着触媒がＨＣ脱離温度に達した
とき効率的にＨＣを浄化すべく混合気のリーンシフトを
行って十分な酸素をＨＣ吸着触媒へ供給してＨＣを浄化
すると供に、このときの酸化雰囲気下でＮＯｘ吸着（吸
蔵）触媒の三元浄化機能で浄化できないＮＯｘはＮＯｘ
吸着（吸蔵）機能で処理することにより、始動時のＨ
Ｃ，ＮＯｘの双方を低減することが可能となるものであ
る。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の考え
方及び本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
【００２５】図１は本発明の基本的なシステムの構成を
示しており、広域の空燃比で燃焼可能なエンジン、例え
ば筒内噴射エンジン等のリーンバーンエンジンＡの排気
系には酸化雰囲気下ではＮＯｘを吸着もしくは吸蔵し、
還元雰囲気下ではＮＯｘを放出するＮＯｘ吸着（吸蔵）
機能と三元機能を同一担体に持つＮＯｘ吸着（吸蔵）触
媒Ｂ及び、低温時にＨＣを吸着し、高温時は吸着ＨＣを
放出するＨＣ吸着機能と三元機能を同一担体に持つＨＣ
吸着触媒Ｃとが配置されている。
【００２６】更に、ＨＣ吸着触媒Ｃの温度及び／または
ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂの温度を直接的もしくは間接
的に検出する触媒温度検出手段Ｄが設けられ、この触媒
温度検出手段ＤによってＨＣ吸着触媒の温度及び／また
はＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の温度に基づき燃料や空気、
その他の運転パラメータを運転状態制御装置によって制
御するようにしている。
【００２７】そしてこのような制御装置によれば、始動
時にエンジンから排出されるＨＣはＨＣ吸着触媒で吸着
し、ＨＣ吸着触媒がＨＣ脱離温度に達したとき効率的に
ＨＣを浄化すべく混合気のリーンシフトを行って十分な
酸素をＨＣ吸着触媒へ供給してＨＣを浄化すると供に、
このときの酸化雰囲気下でＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の三
元浄化機能で浄化できないＮＯｘはＮＯｘ吸着（吸蔵）
機能で処理することにより、始動時のＨＣ，ＮＯｘの双
方を低減することが可能となるものである。
【００２８】ここで、ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂ及びＨ
Ｃ吸着触媒Ｃの浄化メカニズムを図３９に基づき簡単に
説明する。
【００２９】図３９（Ａ）はＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂ
の浄化メカニズムを示しており、先ずリーン状態ではＰ
ｔのような貴金属によってＮＯをＮＯ2に酸化し、この
ＮＯ2を吸着（吸蔵）金属Ｍと反応させて固定させ、逆
にストイキ〜リッチ状態では酸素が不足しているので吸
着（吸蔵）金属Ｍから硝酸イオンが放出されＮＯ2 に変
換された後に貴金属によってＮＯ2 とＣＯ，ＨＣ，Ｈ2
との酸化／還元反応が促進されて浄化されるものであ
る。
【００３０】また、図３９（Ｂ）はＨＣ吸着触媒Ｃの温
度に対応した浄化メカニズムを示しており、温度が１０
０℃〜１５０℃以下ではＨＣを吸着し、温度が１５０℃
から２５０℃で吸着されていたＨＣが脱離を開始し、２
５０℃以上になると排気中の酸素によって酸化が更に促
進されるものである。尚、これらの温度は例示的に示し
たものであり触媒の組成によって変更があることはいう
までもない。
【００３１】以上のような特性を有する触媒を用いた上
述した基本構成のシステムによってＮＯｘの浄化効率及
びエンジンの運転安定性の双方を損なうことなく、脱離
ＨＣを高効率に浄化することができるようになるもので
ある。
【００３２】次に、上述した基本構成のシステムの浄化
性能をより向上させるための手法を変形／応用例として
説明する。
【００３３】まず第１に、図２に示されるようにＨＣ吸
着触媒温度が所定値ｔ１以上の時は、エンジンの空燃比
を理論空燃比よりリーンに制御することが重要である。
【００３４】すなわち、ＨＣ吸着触媒Ｃはその特性から
図３９（Ｂ）にある通りある温度以下（一般に１００℃
〜１５０℃以下）ではＨＣを吸着し、それ以上となると
ＨＣの脱離及び酸化反応による浄化が始まる。
【００３５】そこでＨＣの脱離開始をＨＣ吸着触媒Ｃの
温度を監視することで推定してＨＣを浄化するに十分な
酸素を供給すべく空燃比をリーン側にスイッチ的に制御
している。尚、空燃比の変化状態はスイッチ的な変化で
なく破線で示すように連続的に徐々に変化させることも
可能である。要はそのエンジンといかに運転性を損なわ
ないようにマッチさせるかということである。
【００３６】第２に、図３で示されるようにＨＣ吸着触
媒Ｃが所定温度ｔ１に達した時にＮＯｘ吸着（吸蔵）触
媒Ｂの温度ｔ２を検出し、ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂの
温度に応じてリーンシフト量を連続的に制御することも
重要である。
【００３７】すなわち、リーン状態時のＮＯｘは三元触
媒では浄化できないのでＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒を装備
するようにしている。
【００３８】そして、ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂも温度
特性を持ち、浄化性能は触媒温度（一般に３００℃〜５
００℃といわれている。）に依存する特性を有してい
る。したがって、ＮＯｘ吸着触媒Ｂが機能していること
を温度により検知し、機能していれば温度依存性に応じ
てリーンシフト量Ａ／Ｆ＝ｆ(ｔ２)のように制御するこ
とでＮＯｘをより効率的に浄化することが可能となるも
のである。
【００３９】尚、ＨＣ吸着触媒Ｃが所定温度ｔ１に達し
た時にＨＣが脱離していると推定しているが、この他に
ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂの温度を検出してＨＣが脱離
する状態を推定しても良い。
【００４０】第３に、ＨＣ吸着触媒Ｃの温度が所定値ｔ
１以上の時に実施するリーンシフト量はＨＣ吸着触媒Ｃ
およびＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂの入口酸素濃度がそれ
ぞれ所定値以上となるように制御することが重要であ
る。
【００４１】すなわち、前述したようにＨＣ吸着触媒Ｃ
から脱離されたＨＣを浄化するには十分な酸素、好まし
くは０.５％ 以上が必要であるが、ＨＣ吸着触媒の上流
に三元機能を持つ触媒が存在すると、この機能によって
酸素が消費されるため下流の酸素は減少することにな
る。
【００４２】したがって、ＨＣ吸着触媒Ｃの入口酸素濃
度を考慮してエンジンの空燃比を制御することが重要で
ある。
【００４３】第４に、図４に示すようにＨＣ吸着触媒Ｃ
に吸着されたＨＣの脱離或いは浄化の完了を直接的ある
いは間接的に検出してＨＣ吸着触媒Ｃで吸着されている
ＨＣが脱離或いは浄化されるまでの期間は少なくともリ
ーン運転を行うことも重要である。
【００４４】すなわち、吸着されているＨＣを効率的に
浄化するには、ＨＣの脱離が完了するまでは少なくとも
リーン制御による酸素の供給を充分行う必要があり、本
発明の例ではＨＣの脱離或いは浄化の完了を検出するま
でリーン制御を実施することで吸着されているＨＣを余
すことなく効率的に浄化することができる。
【００４５】尚、ＨＣの脱離或いは浄化の完了の判断は
図４ではＨＣ吸着触媒Ｃの温度ｔ３を測定することによ
って推定しているが、この他ＨＣ吸着触媒上下流の空燃
比の差などから推定可能である。
【００４６】第５に、ＨＣ吸着触媒ＣはＮＯｘ吸着（吸
蔵）触媒Ｂの下流に配置することも重要である。
【００４７】すなわち、ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂが活
性化する活性温度に対してＨＣ吸着触媒ＣのＨＣ脱離開
始温度は低い特性を有している。
【００４８】したがって、本発明の例においては排気低
減の観点からＨＣ吸着触媒Ｃが吸着されたＨＣの脱離を
始めるとリーンシフトを行うように設計されるので、リ
ーンシフトを行う時にＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂが活性
化していることが望ましい。
【００４９】このため、よりＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂ
の温度を上げるという意味合いからＮＯｘ吸着（吸蔵）
触媒ＢをＨＣ吸着触媒の上流に配するのが好ましい。
【００５０】第６に、ＨＣ吸着触媒Ｃの温度が所定値以
上で、またＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂの温度が所定値以
上のときにリーンシフトして運転を行うことも重要であ
る。
【００５１】すなわち、ＨＣ吸着触媒Ｃから吸着された
ＨＣが脱離された際に酸化反応促進のためにリーンシフ
トを行うが、この時にＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂが活性
化していないとＮＯｘは十分な浄化性能を発揮できない
特性を有している。
【００５２】したがって、リーンシフト制御は、ＮＯｘ
吸着（吸蔵）触媒の活性化を検知した後に行うのがＮＯ
ｘ低減の観点から好ましい。
【００５３】尚、前述したように触媒の取り付け位置に
よって、基本的な温度特性を調節しておいてリーンシフ
ト制御のタイミングを精密に管理することがより好まし
い。
【００５４】第７に、図３８に示してあるように触媒温
度制御手段ＦによってＨＣ吸着触媒ＣおよびＮＯｘ吸着
触媒Ｂのそれ自体の温度を制御してやることも代替手段
として重要である。
【００５５】すなわち、前述したようにＨＣ吸着触媒Ｃ
およびＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂはそれぞれ異なった活
性温度特性を持っている。
【００５６】したがって、双方がもっとも効率的に機能
するように積極的に触媒の温度制御することが、排気低
減の観点から望ましいものであり、具体的な温度制御方
法としては、例えば、電気ヒータによる触媒の直接的な
加熱，点火リタードによる排気ガス温上昇による加熱及
び未燃ＨＣの後燃焼による加熱が考えられる。
【００５７】また、これ以外に例えば燃料をシリンダ内
に直接噴射して燃焼を行う筒内噴射エンジンにおいては
エンジンの膨張行程に燃料を噴射して未燃ＨＣをシリン
ダ内もしくは排気管内もしくは触媒内で燃焼（酸化反応
熱）させて触媒温度を上昇させることも可能である。
【００５８】第８に、ＨＣ吸着触媒ＣをＮＯｘ吸着（吸
蔵）触媒Ｂの下流に配置し、ＨＣ吸着触媒Ｃの下流から
ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂの上流に排気を還流させる還
流管と、ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂの下流からＨＣ吸着
触媒Ｃを介さずに直接的に大気に排気を排出するバイパ
ス管を設け、触媒温度に基づいてそれぞれのパイプを選
択することも代替案として重要である。
【００５９】すなわち、前述したように温度特性の観点
からＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂの下流にＨＣ吸着触媒Ｃ
を配置するのが望ましいが、脱離されたＨＣを完全に浄
化することは難しく、未浄化ＨＣが多少は排出されるこ
とがある。
【００６０】そこで、ＨＣ吸着触媒Ｃの下流から還流管
を介して脱離ＨＣを含むガスを再度ＮＯｘ吸着（吸蔵）
触媒Ｂの上流に還流させ、ＮＯｘ吸着触媒内で浄化させ
てバイパス管から大気に排出するものである。
【００６１】以上が本発明の技術的思想の開示である
が、以下に具体的なエンジン制御装置と関連づけて更に
説明を加える。 ≪実施例１≫図７はエンジン制御装置を示すシステム図
である。
【００６２】多気筒で構成される筒内噴射エンジン９に
は外部からの空気がエアクリーナ１を通過し、吸気管
４，コレクタ５を経てシリンダ内に流入するが、その流
入空気量は電子スロットル３により調節され、その時の
流入空気量はエアフロセンサ２で検出される。
【００６３】クランク角センサ１５はクランク軸の回転
角１度毎に信号が出力され、水温センサ１４はエンジン
の冷却水温度を検出する。
【００６４】また、アクセル開度センサ１３はアクセル
６の踏み込み量を検出し、それによって運転者が必要と
している要求トルクを検出する。
【００６５】アクセル開度センサ１３，エアフロセンサ
２，電子スロットル３に取り付けられた開度センサ１
７，クランク角センサ１５，水温センサ１４のそれぞれ
の信号はコントロールユニット１６に送られ、これらセ
ンサ出力からエンジンの運転状態を得て、空気量，燃料
噴射量，点火時期等のエンジンの主要な操作量が最適に
演算される。
【００６６】コントロールユニット１６内で演算された
燃料噴射量は燃料噴射弁の開弁パルス信号に変換され、
シリンダ内に取り付けられた燃料噴射弁７に送られ、ま
たコントロールユニット１６で演算された点火時期信号
は点火プラグ８に送られる。
【００６７】噴射された燃料は吸気マニホールドからの
空気と混合されエンジン９のシリンダ内に流入し混合気
を形成し、この混合気は所定の点火時期で点火プラグ８
から発生される火花により点火されて燃焼し、その燃焼
圧によりピストンを押し下げエンジンの動力となる。
【００６８】燃焼後の排気ガスは排気管１０を経て三元
触媒１１に送り込まれるが、一部の排気ガスは排気還流
管１８を通って吸気側に還流される。この還流量はバル
ブ１９によって制御される。
【００６９】Ａ／Ｆセンサ１２はエンジン９と三元触媒
１１の間に取り付けられており、排気ガス中に含まれる
酸素濃度に対して線形の出力特性を持っている。これは
排気ガス中の酸素濃度と空燃比の関係はほぼ線形になっ
ていることから酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ１２に
より空燃比を求めることが可能となる。
【００７０】また、三元触媒１１の下流には、ＮＯｘ吸
着（吸蔵）触媒２８が設けられ、更にその下流にはＨＣ
吸着触媒２９が配置されている。
【００７１】前述した通り、ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒
は、リーン時はＮＯｘを吸着（吸蔵）し、リッチ時はＮ
Ｏｘを放出するもので、ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒２８に
は三元性能も有しており、リッチ時に放出されるＮＯｘ
を還元する機能を持つ。
【００７２】また、ＨＣ吸着触媒２９は冷機時にＨＣを
吸着し、所定温度以上になるとＨＣを脱離すると共に更
に三元性能も有しており、脱離ＨＣを浄化する機能を持
つ。
【００７３】ＨＣ吸着触媒２９の上流には温度センサ３
０が取り付けられており、ＨＣ吸着触媒の入口温度が検
出可能であり、更にＨＣ吸着触媒２９の下流にはＯ2 セ
ンサ３１が取り付けられている。
【００７４】コントロールユニット１６ではＡ／Ｆセン
サ１２の信号から三元触媒１１上流の空燃比を算出し、
エンジンシリンダ内の混合気の空燃比が目標空燃比とな
るよう燃料噴射量もしくは空気量に逐次補正するＦ／Ｂ
制御を行う。
【００７５】また、温度センサ３０およびＯ2 センサ３
１の信号もコントロールユニット１６に送られ、ＨＣ吸
着触媒の入口温度に応じてエンジンの各運転パラメータ
が制御される。
【００７６】図８はコントロールユニット１６の内部を
示したものであり、コントロールユニット１６内にはＡ
／Ｆセンサ，温度センサ，スロットル弁開度センサ，エ
アフロセンサ，エンジン回転数センサ，水温センサの各
センサ出力値が入力され、入力回路２３にてノイズ除去
等の信号処理を行った後、入出力ポート２４に送られ、
入力ポートの値はＲＡＭ２２に保管されてＣＰＵ２０内
で演算処理される。
【００７７】演算処理の内容を記述した制御プログラム
はＲＯＭ２１に予め書き込まれており、制御プログラム
に従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値は
RAM２２に保管された後に出力ポート２４に送られる。
【００７８】混合気の点火に用いられる点火プラグの作
動信号は点火出力回路内の一次側コイルの通流時はＯＮ
となり、非通流時はＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセ
ットされる。
【００７９】点火時期はＯＮからＯＦＦになる時であ
り、出力ポートにセットされた点火プラグ用の信号は点
火出力回路２５で燃焼に必要な十分なエネルギーに増幅
され点火プラグに供給される。
【００８０】また燃料噴射弁の駆動信号は開弁時ＯＮ，
閉弁時ＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされ、燃
料噴射弁駆動回路２６で燃料噴射弁を開くに十分なエネ
ルギーに増幅され燃料噴射弁７に送られる。
【００８１】電子スロットル３の目標開度を実現する駆
動信号は電子スロットル駆動回路２７を経て電子スロッ
トル３に送られる。
【００８２】次にエンジン制御の概要について述べるが
図９は制御全体を表したブロック図で、燃料先行型トル
クデマンド制御の主要部である。
【００８３】本制御システムは目標トルク演算部４１，
燃料噴射量演算部４２，目標当量比演算部４３，目標空
気量演算部４４，実空気量演算部４５，目標スロットル
開度演算部４６，スロットル開度制御部４７からなる。
【００８４】まず、目標トルク演算部４１でアクセル開
度Ａｐｏとエンジン回転数Ｎｅから目標トルクＴｇＴｃ
を演算し、次に燃料噴射量演算部４２で目標トルクを実
現する燃料噴射量ＴＩ０を演算する。燃料噴射量補正部
４８では燃料噴射量ＴＩ０がシリンダ内空気の移動位相
に合うように位相補正を施し補正後の燃料噴射量をＴＩ
とする。
【００８５】目標当量比演算部４３では目標トルクＴｇ
Ｔｃとエンジン回転数Ｎｅから目標当量比ＴｇＦｂｙａ
を演算するが、燃料と空気の比を当量比で扱うのは演算
上都合がよいからであり、空燃比で扱うことも可能であ
る。
【００８６】尚、目標当量比演算部４３では均質燃焼と
成層燃焼のどちらを行うかも決定し、これは後で説明す
る成層許可フラグＦＰＳＴＲを使用する。
【００８７】ここで、均質燃焼とはシリンダ内の混合気
濃度がほぼ均一な状態で燃焼させることを意味し、成層
燃焼とは点火プラグの周りに比較的濃い混合気を形成し
遠ざかるにつれて混合気濃度が薄くなるような状態で燃
焼させることを意味しており、特に成層燃焼は全体的な
混合気濃度としてはかなり薄い濃度、例えば空燃比４０
程度でエンジンを運転することができる。
【００８８】目標空気量演算部４４では燃料噴射量ＴＩ
０と目標当量比ＴｇＦｂｙａから目標空気量ＴｇＴｐを
演算するが、これは後述するように目標空気量ＴｇＴｐ
は便宜的に一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する
空気量に規格化した値としている。
【００８９】実空気量演算部４５ではエアフロセンサで
検出される空気の質量流量であるＱａをＴｇＴｐと同次
元である一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する実
空気量Ｔｐに換算して出力する。
【００９０】目標スロットル開度演算部４６では目標空
気量Ｔｐと実空気量Ｔｐに基づいて目標スロットル開度
ＴｇＴｖｏを演算する。
【００９１】スロットル開度演算部４７では目標スロッ
トル開度ＴｇＴｖｏと実開度Ｔｖｏからスロットル操作
量Ｔｄｕｔｙを演算するが、このＴｄｕｔｙ，スロット
ルモータ駆動用電流を制御する駆動回路へ入力されるＰ
ＷＭ信号のデューティ比を表している。
【００９２】また点火時期演算部では４９各運転条件に
応じて最適な点火時期を演算し、また燃料噴射時期演算
部５０では各運転条件に応じて最適な噴射時期を演算す
る。
【００９３】このような制御システムの制御ブロックの
詳細を以下詳細に説明する。 １．目標トルク演算部（図１０） 目標トルク演算部４１は図１０に示されるものであり、
ＴｇＴｃは目標燃焼圧相当トルクを示している。
【００９４】ＴｇＴｓはアクセル要求分トルク、ＴｇＴ
ｌはアイドル回転数維持分相当空気流量であり出力と比
例関係にあるものである。
【００９５】ここにアクセル要求分はトルク制御、アイ
ドル制御分は出力制御であるが、アイドル制御の操作量
ＴｇＴｌは出力と比例関係にあるストイキ時の空気流量
とする。ここで出力からトルクへ次元変換を行うための
ゲインＫ／Ｎｅを設けてあり、Ｋはインジェクタの流量
特性により決まるものとする。
【００９６】アイドルＦ／Ｆ制御分ＴｇＴｆ０は目標回
転数ＴｇＮｅからテーブルTblTgTfを参照して決まり、
アイドルＦ／Ｂ制御はＦ／Ｆ分の誤差を補正するために
アイドル時のみ機能する。
【００９７】アイドル時か否かはアクセル開度Ａｐｏが
所定値ＡｐｌＩｄｌｅより小さい場合でアイドル時と
し、またＦ／Ｂ制御のアルゴリズムはここでは特に示さ
ないが、例えばＰＩＤ制御などが考えられる。ＴｂｌＴ
ｇＴｆの設定値は実機のデータから決定するのが望まし
い。 ２．燃料噴射量演算部（図１１） 燃料噴射量演算部４２は図１１に示されており、ここで
は目標燃焼圧トルクＴｇＴｃを一義的に燃料噴射量に変
換するように構成されている。ここでＴＩ０は一気筒、
一サイクルあたりの燃料噴射量であるのでＴＩ０はトル
クと比例することになり、この比例関係を用いてＴｇＴ
ｃをＴＩ０に変換している。
【００９８】この場合ゲインによる変換でもよいが多少
の誤差があることを考慮してテーブル変換としてもよ
く、設定値は実機データから決定するのが望ましい。 ３．燃料噴射量補正部（図１２） 燃料噴射量補正部４８は図１２に示されており、ここで
は燃料噴射量ＴＩ０をシリンダ内空気の位相に合わせる
ための補正を行う。例えば、スロットルからシリンダま
での空気の伝達特性を無駄時間＋一次遅れ系で近似して
おり、無駄時間を表すパラメータｎ１、一次遅れ系の時
定数相当パラメータＫａｉｒの設定値は実機データから
決定するのが望ましい。またｎ１，Ｋａｉｒは種々の運
転条件によって変化させてもよい。 ４．目標空気量演算部（図１３） 目標空気量演算部４４は図１３に示されており、ここで
は目標空気量を演算する機能を有し、便宜上目標空気量
は一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する空気量に
規格化した値として演算する。
【００９９】図１３に示されるように目標空気量ＴｇＴ
ｐは ＴｇＴｐ＝ＴＩ０×（１／ＴｇＦｂｙａ） で演算される。 ５．空気量演算部（図１４） 実空気量演算部４５は図１４に示されており、ここでは
実空気量を演算する機能を有し、便宜上実空気量は図１
４に示されるように一サイクル当たりに一シリンダ内に
流入する空気量に規格化した値として演算する。
【０１００】ここにＱａはエアフロセンサ２で検出され
た空気流量であり、またＫはＴｐが理論空燃比時の燃料
噴射量となるよう決定するもので、Ｃｙｌはエンジンの
気筒数である。 ６．目標スロットル開度演算部（図１５） 目標スロットル開度演算部４６は図１５に示されてお
り、ここでは目標空気量ＴｇＴｐと実空気量Ｔｐから目
標スロットル開度ＴｇＴＶＯを求めるもので、本ブロッ
クでは目標空気量ＴｇＴＰと実空気量Ｔｐから目標スロ
ットル開度TgTVOを求めている。
【０１０１】Ｆ／Ｂ制御はＰＩＤ制御としており、各ゲ
インはＴｇＴＰとＴｐの偏差の大きさで与えるようにし
ているが、具体的な設定値は実機データより求めるのが
望ましい。またＤ分には高周波ノイズ除去のためのＬＰ
Ｆ（Low Pass Filter）を設けている。 ７．スロットル開度制御部（図１６） スロットル開度制御部４７は図１６に示されており、こ
こでは目標スロットル開度ＴｇＴＶＯと実スロットル開
度Ｔｖｏからスロットル駆動用操作量Tduty を演算す
る。
【０１０２】尚、前述したようにＴｄｕｔｙはスロット
ルモータ駆動用電流を制御する駆動回路へ入力されるＰ
ＷＭ信号のデューティ比を表しており、ここでは、Tdut
y をＰＩＤ制御により求めるものとしている。尚、詳細
は述べないがＰＩＤ制御の各ゲインは実機を用いて最適
値にチューニングするのが望ましい。 ８．点火時期演算部（図１７） 点火時期演算部４９は図１８に示されており、点火時期
ＡＤＶは前述した成層許可フラグＦＰＳＴＲ＝１のと
き、すなわち成層許可時はＴｇＴｃとＮｅを用いて点火
時期ＭＡＤＶ＿ｓを参照して得られる。
【０１０３】一方、成層許可フラグＦＰＳＴＲ＝０のと
き、すなわち成層不許可時はＴgＴcとＮｅを用いて点火
時期ＭＡＤＶ＿ｈを参照して得られる。
【０１０４】ＭＡＤＶ＿ｈの値はいわゆるＭＢＴとなる
ようにエンジンの性能に応じて決められ、また、ＭＡＤ
Ｖ＿ｓの値は、燃焼の安定性を考慮して後述の噴射時期
と合わせて最適となるよう決めるのが望ましい。 ９．燃料噴射時期演算部（図１８） 燃料噴射時期演算部５０は図１８に示されており、噴射
時期ＴＩＴＭは成層許可フラグＦＰＳＴＲ＝１のとき、
すなわち成層許可時はＴｇＴｃとＮｅを用いて点火時期
ＭＴＩＴＭ＿ｓを参照して得られる。
【０１０５】一方、成層許可フラグＦＰＳＴＲ＝０のと
き、すなわち成層不許可時はＴgＴcとＮｅを用いて点火
時期ＭＴＩＴＭ＿ｈを参照して得られる。ここで、MTIT
M＿ｈおよびＭＡＤＶ＿Ｓの値は燃焼の安定性を考慮し
て前述の点火時期と合わせて最適となるよう決めるのが
望ましい。 １０．目標当量比演算部（図１９） 目標当量比演算部４３は図１９に示されており、燃焼状
態の決定と目標当量比の演算を行うもので、成層許可フ
ラグＦＰＳＴＲ＝１のとき成層燃焼を行うべく、噴射時
期，点火時期，噴射量，空気量が制御される。具体的に
は、ＦＰＳＴＲは、Ｔｃｎ≧ＴｃｎＬかつＴｃｎ≦Ｔｃ
ｎＨのとき、成層許可フラグＦＰＳＴＲ＝１とする。そ
れ以外のときはＦＰＳＴＲ＝０とする。
【０１０６】ここでＴｃｎはＨＣ吸着触媒の上流温度で
あり、ＴｃｎＬはＨＣ吸着触媒内の吸着ＨＣが脱離し始
める温度に設定するのが望ましく、センサの位置などに
もよるが、一般的に１００℃から２００℃となる。
【０１０７】また、ＴｃｎＨはＨＣ吸着触媒内の三元触
媒の活性温度に設定するのが望ましく、触媒性能にもよ
るが、２５０℃〜４００℃となる。
【０１０８】成層燃焼許可時は成層燃焼用目標当量比マ
ップＭｔｇｆｂａ＿ｓを目標燃焼圧トルクＴｇＴｃと回
転数Ｎｅから参照される値を目標当量比ＴｇＦｂｙａと
する。
【０１０９】ＴｇＦｂｙａ＝０のときは均質燃焼とし、
均質燃焼用目標当量比マップMtgfbaを目標燃焼圧トルク
ＴｇＴｃと回転数Ｎｅから参照される値を目標当量比Tg
Fbyaとする。
【０１１０】成層燃焼用目標当量比マップＭｔｇｆｂａ
＿ｓおよび均質燃焼用目標当量比マップＭｔｇｆｂａの
設定値は実機データから決定するのが望ましい。
【０１１１】本実施例では、成層許可をＨＣ吸着触媒温
度のみに依存する仕様としたが、燃費向上の観点から、
成層可能な運転領域を別途判断させて成層許可するのも
よい。
【０１１２】例えば、ＦＰＳＴＲは、水温Ｔｗｎ，アク
セル開度Ａｐｏ，回転数Ｎｅの各値が条件を満たしてい
ればＦＰＳＴＲ＝１として成層燃焼を許可するようにし
てもよい。
【０１１３】このように、目標当量比演算部４３は燃焼
状態の決定と目標当量比の演算を行うもので、本発明の
場合はＨＣ吸着触媒の上流に設けた温度センサ３０の信
号をＴｃｎ≧ＴｃｎＬかつＴｃｎ≦ＴｃｎＨのときＨＣ
吸着触媒がＨＣを脱離し始めたと推定して成層許可フラ
グＦＰＳＴＲ＝１とし、成層許可フラグＦＰＳＴＲ＝１
のとき成層燃焼、いわゆるリーン状態の燃焼を行うべ
く、燃料噴射時期，点火時期，噴射量，空気量が制御さ
れる。 ≪実施例２≫図２０に示す実施例は前述の実施例１にお
けるシステム図（図７）に対して、ＮＯｘ吸着（吸蔵）
触媒２８の上流に温度センサ３２を追加した例を示して
いるものなので、実施例１と重複する説明は省略するも
のとする。
【０１１４】図２１はコントロールユニット１６の内部
を示したものであり、温度センサ３２の入力端子が追加
されており、それ以外は実施例１と同じであるのでこれ
も重複する説明は省略する。
【０１１５】図２２は制御全体を表したブロック図であ
り、実施例１におけるブロック図に対してＮＯｘ吸着
（吸蔵）触媒２８の上流に温度センサ３２が追加され目
標当量比演算部の入力信号として用いられている以外は
同じであるので説明は省略する。以下、各制御ブロック
の詳細説明を行うが、ここでも目標トルク演算部４１，
燃料噴射量演算部４２，燃料噴射量補正部４８，目標空
気量演算部４４，実空気量演算部４５，目標スロットル
開度演算部４６，スロットル開度制御部４７，点火時期
演算部４９及び燃料噴射時期演算部５０は実施例１と同
じであるので説明は省略する。
【０１１６】さて、目標当量比演算部４３は図２３に示
されており、燃焼状態の決定と目標当量比の演算を行う
ものである。ＦＰＳＴＲは成層燃焼許可フラグであり、
ＦＰＳＴＲ＝１のとき成層燃焼を行うべく、噴射時期，
点火時期，噴射量，空気量が制御される。
【０１１７】そして、ＦＰＳＴＲはＴｃｎ≧ＴｃｎＬか
つＴｃｎ≦ＴｃｎＨかつＴｃｎ２≧ＴｃｎＬ２かつＴｃ
ｎ２≦ＴｃｎＨ２のとき、成層許可フラグＦＰＳＴＲ＝
１とするものでＴｃｎはＨＣ吸着触媒の上流の温度であ
り、Ｔｃｎ２はＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の上流の温度で
ある。
【０１１８】ここで、ＴｃｎＬはＨＣ吸着触媒内の吸着
ＨＣが脱離し始める温度に設定するのが望ましく、セン
サの位置などにもよるが一般的に１００℃から２００℃
となり、ＴｃｎＨはＨＣ吸着触媒内の三元触媒の活性温
度に設定するのが望ましく、触媒性能にもよるが２５０
℃〜４００℃となる。
【０１１９】また、ＴｃｎＬ２およびＴｃｎＨ２はＮＯ
ｘ触媒の吸着（吸蔵）性能が発揮される温度帯に設定す
るのが望ましく、触媒性能にもよるがＴｃｎＬ２は３０
０℃前後、ＴｃｎＨ２は４００℃前後である。
【０１２０】成層燃焼許可時は成層燃焼用目標当量比マ
ップＭｔｇｆｂａ＿ｓを目標燃焼圧トルクＴｇＴｃと回
転数Ｎｅから参照される値を目標当量比ＴｇＦｂｙａと
する。
【０１２１】ＴｇＦｂｙａ＝０のときは均質燃焼とし、
均質燃焼用目標当量比マップMtgfbaを目標燃焼圧トルク
ＴｇＴｃと回転数Ｎｅから参照される値を目標当量比Tg
Fbyaとする。成層燃焼用目標当量比マップＭｔｇｆｂａ
＿ｓおよび均質燃焼用目標当量比マップＭｔｇｆｂａの
設定値は実機データから決定するのが望ましい。
【０１２２】本実施例では成層許可をＨＣ吸着触媒温度
のみに依存する仕様としたが、燃費向上の観点から成層
燃焼可能な運転領域を別途判断させて成層許可とするの
であり、例えば、ＦＰＳＴＲは水温Ｔｗｎ，アクセル開
度Ａｐｏ，回転数Ｎｅの各値が条件を満たしていればＦ
ＰＳＴＲ＝１とし、成層燃焼を許可する仕様も付け加え
てもよい。
【０１２３】このように、本実施例によればＨＣ吸着触
媒が活性化してリーン燃焼に移行したときそのリーンシ
フト量をＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の温度に応じて制御す
ることができ、ＮＯｘをより効率的に浄化することが可
能となるものである。 ≪実施例３≫図２４に示す実施例は実施例２と異なり、
ＨＣ吸着触媒の上流にある温度センサを廃止してＮＯｘ
吸着（吸蔵）触媒上流に温度センサを一つ取り付ける構
成としており、ＨＣ吸着触媒の温度はＮＯｘ吸着（吸
蔵）触媒の上流の温度センサの出力値より推定するよう
にしたものである。したがって、図２４の詳細な説明は
省略する。
【０１２４】図２５は制御全体を表したブロック図であ
り、実施例２におけるブロック図に対してＨＣ吸着触媒
２９の上流の温度センサ３２を廃止したものであるので
具体的な説明は省略する。
【０１２５】以下、各制御ブロックの詳細説明を行う
が、ここでも目標トルク演算部４１，燃料噴射量演算部
４２，燃料噴射量補正部４８，目標空気量演算部４４，
実空気量演算部４５，目標スロットル開度演算部４６，
スロットル開度制御部４７，点火時期演算部４９及び燃
料噴射時期演算部５０は実施例１と同じであるので説明
は省略する。
【０１２６】さて、目標当量比演算部４３は図２６に示
されており、燃焼状態の決定と目標当量比の演算を行う
ものである。
【０１２７】そして、ＦＰＳＴＲは成層燃焼許可フラグ
であり、ＦＰＳＴＲ＝１のとき成層燃焼を行うべく噴射
時期，点火時期，噴射量，空気量が制御される。
【０１２８】具体的には、ＦＰＳＴＲは、ＴｃｎＥｓｔ
≧ＴｃｎＬかつＴｃｎＥｓｔ≦TcnHのとき成層許可フラ
グＦＰＳＴＲ＝１とする。それ以外のときはＦＰＳＴＲ
＝０とする。ここにＴｃｎＥｓｔはＨＣ吸着触媒の上流
の推定温度であり、Ｔｃｎ２はＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒
の上流の実際の温度である。ここで、ＴｃｎＥｓｔはＴ
ｃｎ２から推定されるものであり、これについては後述
する。
【０１２９】ここで、ＴｃｎＬはＨＣ吸着触媒内の吸着
ＨＣが脱離し始める温度に設定するのが望ましく、セン
サの位置などにもよるが、一般的に１００℃から２００
℃となる。
【０１３０】また、ＴｃｎＨはＨＣ吸着触媒内の三元触
媒の活性温度に設定するのが望ましく、触媒性能にもよ
るが、２５０℃〜４００℃となる。
【０１３１】また、ＴｃｎＬ２およびＴｃｎＨ２は、Ｎ
Ｏｘ触媒の吸着(吸蔵)性能が発揮される温度帯に設定す
るのが望ましく、触媒性能にもよるが、ＴｃｎＬ２は３
００℃前後、ＴｃｎＨ２は４００℃前後である。
【０１３２】成層燃焼許可時は成層燃焼用目標当量比マ
ップＭｔｇｆｂａ＿ｓを目標燃焼圧トルクＴｇＴｃと回
転数Ｎｅから参照される値を目標当量比ＴｇＦｂｙａと
する。
【０１３３】ＴｇＦｂｙａ＝０のときは均質燃焼とし、
均質燃焼用目標当量比マップMtgfbaを目標燃焼圧トルク
ＴｇＴｃと回転数Ｎｅから参照される値を目標当量比Tg
Fbyaとする。
【０１３４】成層燃焼用目標当量比マップＭｔｇｆｂａ
＿ｓおよび均質燃焼用目標当量比マップＭｔｇｆｂａの
設定値は実機データから決定するのが望ましい。
【０１３５】尚、本実施例では成層許可をＨＣ吸着触媒
温度のみに依存する仕様としたが、燃費向上の観点から
成層可能な運転領域を別途判断させて、成層許可するの
もよい。
【０１３６】例えば、ＦＰＳＴＲは水温Ｔｗｎ，アクセ
ル開度Ａｐｏ，回転数Ｎｅの各値が条件を満たしていれ
ばＦＰＳＴＲ＝１とし、成層燃焼を許可する仕様も付け
加えてもよい。
【０１３７】次に目標当量比演算部４３にはＨＣ吸着触
媒上流推定温度演算部５１が設けられており、これは以
下の手法によって温度を推定するように構成されてい
る。
【０１３８】図２７において、ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒
の上流の温度Ｔｃｎ２からＨＣ吸着触媒の上流の温度Ｔ
ｃｎＥｓｔを推定するもので、ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒
上流からＨＣ吸着触媒上流までの温度の伝達特性を無駄
時間＋一次遅れ系で近似している。
【０１３９】無駄時間を表すパラメータｎ１、一次遅れ
系の時定数相当パラメータＫｃａｔの設定値は実機デー
タから決定するのが望ましく、またｎ１，Ｋｃａｔは例
えば流入空気量ＱＡ、エンジン回転数Ｎｅなどの種々の
運転条件によって変化させてもよい。 ≪実施例４≫この実施例ではＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒お
よびＨＣ吸着触媒の昇温のために膨張行程で２回目の燃
料噴射を行い、燃料をシリンダ内，排気管内，触媒内で
酸化反応させ、その反応熱で触媒の昇温を図るものであ
る。
【０１４０】図２８は制御ブロック図であり、実施例２
におけるブロック図に対して目標当量比演算部で触媒昇
温のための２回噴射許可フラグＦＰＩＮＪ２の演算が追
加され、また、燃料噴射時期演算部，燃料噴射量補正
部，燃料噴射量演算部にそれぞれ入力されるようになっ
ている。したがって、実施例２と同じものにおいては説
明を省略する。以下、各制御ブロックの詳細説明を行う
が、目標トルク演算部４１，目標空気量演算部４４，実
空気量演算部４５，目標スロットル開度演算部４６，ス
ロットル開度制御部４７，点火時期演算部４９は変更が
ないのでその説明を省略する。
【０１４１】さて、燃料噴射量演算部４２は図２９に示
されており、膨張行程で行う２回目の燃料噴射量ＴＩ０
２の演算を行うものである。具体的にはＦＰＩＮＪ２＝
１のとき２回目の燃料噴射量ＴＩ０２＝ＫＴＩ０２と
し、ＦＰＩＮＪ２＝０のときはＴＩ０２＝０とするもの
である。尚、ＦＰＩＮＪ２は目標当量比演算部で演算さ
れるものであり、これについては後述する。
【０１４２】ＫＴＩ０２は後述のＫＴＩＴＭ２と合わせ
て、触媒の温度上昇効果が最大限に得られるよう決める
のが望ましいが、トータルの排気空燃比に留意する必要
がある。
【０１４３】次に燃料噴射量補正部４８は図３０に示さ
れており、膨張行程で行う２回目の燃料噴射量ＴＩ０２
の補正を行うものであり、ＴＩ０２はは位相補正を行わ
ずＴＩ２＝ＴＩ０２とする。
【０１４４】尚、ここでは空気の位相に合わせる処理を
行わない仕様としたが、排気空燃比をより正確に制御す
る場合は２回目の燃料噴射量ＴＩ２も空気の位相に合わ
せる方が望ましい。
【０１４５】次に燃料噴射時期演算部４８は図３１に示
されており、膨張行程で行う２回目の噴射の噴射時期Ｔ
ＩＴＭ２を演算するものである。
【０１４６】具体的には、ＦＰＩＮＪ２＝１のときＴＩ
ＴＭ２＝ＫＴＩＴＭ２とし、KTITM2は前述のＫＴＩ０２
と合わせて触媒の温度上昇効果が最大限に得られるよう
決めるのが望ましい。
【０１４７】次に目標当量比演算部４３は図３２に示さ
れており、燃焼状態の決定と目標当量比の演算を行うも
のである。
【０１４８】ＦＰＳＴＲは成層燃焼許可フラグであり、
ＦＰＳＴＲ＝１のとき成層燃焼を行うべく、噴射時期，
点火時期，噴射量，空気量が制御される。
【０１４９】具体的には、ＦＰＳＴＲはＴｃｎ≧Ｔｃｎ
ＬかつＴｃｎ≦ＴｃｎＨかつTcn2≧ＴｃｎＬ２かつＴｃ
ｎ２≦ＴｃｎＨ２のときに成層許可フラグＦＰＳＴＲ＝
１とする。それ以外のときはＦＰＳＴＲ＝０とする。こ
こでＴｃｎはＨＣ吸着触媒の上流の温度であり、Ｔｃｎ
２はＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の上流の温度である。
【０１５０】ここで、ＴｃｎＬはＨＣ吸着触媒内の吸着
ＨＣが脱離し始める温度に設定するのが望ましく、セン
サの位置などにもよるが、一般的に１００℃から２００
℃となる。
【０１５１】また、ＴｃｎＨはＨＣ吸着触媒内の三元触
媒の活性温度に設定するのが望ましく、触媒性能にもよ
るが、２５０℃〜４００℃となる。
【０１５２】更に、ＴｃｎＬ２およびＴｃｎＨ２は、Ｎ
Ｏｘ触媒の吸着(吸蔵)性能が発揮される温度帯に設定す
るのが望ましく、触媒性能にもよるが、ＴｃｎＬ２は３
００℃前後、ＴｃｎＨ２は４００℃前後である。
【０１５３】成層燃焼許可時は成層燃焼用目標当量比マ
ップＭｔｇｆｂａ＿ｓを目標燃焼圧トルクＴｇＴｃと回
転数Ｎｅから参照される値を目標当量比ＴｇＦｂｙａと
する。
【０１５４】ＴｇＦｂｙａ＝０のときは均質燃焼とし、
均質燃焼用目標当量比マップMtgfbaを目標燃焼圧トルク
ＴｇＴｃと回転数Ｎｅから参照される値を目標当量比Tg
Fbyaとする。
【０１５５】成層燃焼用目標当量比マップＭｔｇｆｂａ
＿ｓおよび均質燃焼用目標当量比マップＭｔｇｆｂａの
設定値は実機データから決定するのが望ましい。
【０１５６】また、２回目噴射の許可フラグＦＰＩＮＪ
２も演算するが、具体的には、ＦＰＩＮＪ２はＴｃｎ≦
ＴｃｎＨもしくはＴｃｎ２≦ＴｃｎＬ２のとき、FPINJ2
＝１とし、それ以外のときはＦＰＩＮＪ２＝０とする。
【０１５７】上述のようにＴｃｎＨはＨＣ吸着触媒の三
元性能の活性化温度、ＴｃｎＬ２はＮＯｘ吸着（吸蔵）
触媒の活性化温度であり、双方の触媒が活性化温度に達
するまでは、２回噴射による昇温制御を行うものであ
る。
【０１５８】本実施例では成層許可をＨＣ吸着触媒温度
のみに依存する仕様としたが、燃費向上の観点から成層
可能な運転領域を別途判断させて、成層許可するのもよ
い。
【０１５９】例えば、ＦＰＳＴＲは、水温Ｔｗｎ，アク
セル開度Ａｐｏ，回転数Ｎｅの各値が条件を満たしてい
ればＦＰＳＴＲ＝１とし、成層燃焼を許可する仕様も付
け加えてもよい。 ≪実施例５≫本実施例はＨＣ吸着触媒に吸着されたＨＣ
の脱離が始まると、ＨＣ吸着触媒下流の排気をＮＯｘ吸
着（吸蔵）触媒の上流に還流してＮＯｘ吸着（吸蔵）触
媒でＨＣ，ＮＯｘともに高効率に浄化するようにしたも
のである。
【０１６０】図３３はそのエンジン制御システム図であ
り、実施例２におけるシステム図（図２０）に対してＨ
Ｃ吸着触媒２９の下流からＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒２８
上流に排気を還流する排気還流管３５が設けられ、ま
た、ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒２８下流にはＨＣ吸着触媒
２９の流れ方向とは別に直接大気へ排気ガスを排気する
ためのバイパス管３６が設けられている。
【０１６１】排気還流管３５及びバイパス管３６の分流
点にはそれぞれ排気切り替えバルブ３３，３４が設けら
れており、これ以外のシステムは実施例２のものと同じ
であるので説明は省略する。
【０１６２】図３４はコントロールユニット１６の内部
を示したものであるが、排気バルブ駆動回路３７，３８
が追加されている以外は実施例２と同じであるので説明
は省略する。
【０１６３】図３５は制御システムのブロック図であ
り、実施例４におけるブロック図に対して前記の排気還
流管３５及びバイパス管３６，排気切り替えバルブ３
３，３４及び排気バルブ制御部５２が追加されており、
それ以外は実施例４と同じであるので説明は省略する。
【０１６４】以下、各制御ブロックの詳細説明を行う
が、ここでも目標トルク演算部，燃料噴射量演算部，燃
料噴射量補正部，目標空気量演算部，実空気量演算部，
目標スロットル開度演算部，スロットル開度制御部，目
標当量比演算部，点火時期演算部，燃料噴射時期演算部
はいままで説明したものと実質同様であるので説明は省
略する。
【０１６５】さて、排気バルブ制御部５２は図３６に示
されており、ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒２８の下流および
ＨＣ吸着触媒２９の下流の排気切り替えバルブ３３，３
４を触媒の温度に応じて開閉制御するものである。
【０１６６】具体的には、成層許可フラグＦＰＳＴＲ＝
０のとき、ＨＣ吸着触媒２９の下流の排気切り替えバル
ブ３４は実質的に開けられＨＣ吸着触媒２９を流れる排
気ガスはＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒２８の上流に還流され
ることはなく、また、ＮＯｘ吸着(吸蔵)触媒２８下流の
排気切り替えバルブ３３も開けられＨＣ吸着触媒２９に
排気ガスが流れるように制御される。この動作は通常の
始動時等の動作でありこの時のＨＣはＨＣ吸着触媒２９
で吸着されることになる。
【０１６７】一方、成層許可フラグＦＰＳＴＲ＝１のと
き、ＨＣ吸着触媒２９の下流の排気切り替えバルブ３４
は実質的に閉じられＨＣ吸着触媒２９でＨＣの脱離と浄
化を経た排気ガスはＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒２８の上流
に還流されることが可能となる。また、ＮＯｘ吸着（吸
蔵）触媒２８下流の排気切り替えバルブ３３はその開度
を適切に制御されてＨＣ吸着触媒２９と大気に流れるよ
うになる。したがって、還流される排気ガスに残ってい
たＨＣは更にＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒２８の三元浄化機
能によって浄化されることになる。
【０１６８】ここで、ＨＣ吸着触媒２９の排気ガスが効
率よく還流されるよう、ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の下流
の排気切り替えバルブ３３は効率良い浄化効果が得られ
るように最適に選ばれるよう設計される。
【０１６９】以上の説明では燃料先行型トルクデマンド
制御としたが、図３７に示すモデルのような空気先行型
トルクデマンド制御システムにおいても同様に実施可能
であることはいうまでもないが、この空気先行型トルク
デマンド制御システム自身は知られているので詳しく説
明はしない。
【０１７０】このように本発明の実施例によれば以下の
ような効果を奏することが可能となる。 ．ＨＣ吸着触媒はその特性上ある温度以下（一般に１
００〜１５０℃）ではＨＣを吸着し、それ以上となると
ＨＣの脱離が始まるので、ＨＣの脱離をＨＣ吸着触媒の
温度を監視することで検知し、ＨＣを浄化するに十分な
酸素を供給すべく空燃比をリーンに制御することで浄化
効率的を向上できる。 ．リーン時のＮＯｘは三元触媒では浄化できない理由
からＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒を装備しているが、この触
媒は温度特性を持っているので温度に応じてリーンシフ
ト量を制御することでＮＯｘ浄化効率を向上できる。 ．ＨＣ吸着触媒の上流に位置する三元浄化機能を持つ
触媒の存在によって下流の酸素が減少するのを防止する
ようにＨＣ吸着触媒入口酸素濃度、すなわちエンジンの
空燃比を制御しているのでＨＣ吸着触媒の脱離ＨＣの浄
化効率が向上する。 ．ＨＣの脱離が完了するまではリーン制御による酸素
の供給を行い、ＨＣの脱離完了を検出することによって
吸着ＨＣを余すことなく高効率に浄化することができ
る。 ．ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒をＨＣ吸着触媒の上流に配
することによってＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の活性化速度
を高めてＮＯｘ浄化効率を向上できる。 ．ＨＣ吸着触媒Ｃの温度が所定値以上で、またＮＯｘ
吸着（吸蔵）触媒Ｂの温度が所定値以上のときにリーン
シフト運転を行うためＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒が十分活
性化しておりＮＯｘ浄化効率を向上できる。 ．ＨＣ吸着触媒ＣおよびＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒Ｂは
それぞれ異なった活性温度特性を有しており、それぞれ
に対応した温度に急速に加熱してやることで早期の効果
を浄化効率向上を期待できる。 ．ＨＣ吸着触媒の下流から還流管を介して脱離ＨＣを
含むガスを再度ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の上流に還流さ
せ、ＮＯｘ吸着触媒内で浄化させてバイパス管から大気
に排出するので未浄化ＨＣを大幅に低減できる。
【０１７１】
【発明の効果】本発明によればＮＯｘの浄化効率及びエ
ンジンの運転安定性の双方を損なうことなく、始動時の
ＨＣを効率的に浄化することが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的構成を示す図である。
【図２】本発明の一つの制御状態を説明する図である。
【図３】本発明の他の制御状態を説明する図である。
【図４】本発明の更に他の制御状態を説明する図であ
る。
【図５】三元触媒前後の空燃比と酸素濃度の関係を表し
た図である。
【図６】三元触媒前後の空燃比とＮＯｘ濃度の関係を表
した図である。
【図７】本発明の第一の実施例になるエンジン制御シス
テム図である。
【図８】コントロールユニットの内部を説明する図であ
る。
【図９】図７における実施例の制御ブロック図である
【図１０】目標トルク演算部を説明する図である。
【図１１】燃料噴射量演算部を説明する図である。
【図１２】燃料噴射量補正部を説明する図である。
【図１３】目標空気量演算部を説明する図である。
【図１４】実空気量演算部を説明する図である。
【図１５】目標スロットル開度演算部を説明する図であ
る。
【図１６】スロットル開度制御部を説明する図である。
【図１７】点火時期演算部を説明する図である。
【図１８】噴射時期演算部を説明する図である。
【図１９】目標当量比演算部を説明する図である。
【図２０】本発明の他の実施例になるエンジン制御シス
テム図である。
【図２１】コントロールユニットの内部を説明する図で
ある。
【図２２】図２０における実施例の制御ブロック図であ
る。
【図２３】目標当量比演算部を説明する図である。
【図２４】本発明の更に他の実施例になるエンジン制御
システム図である。
【図２５】図２４における実施例の制御ブロック図であ
る。
【図２６】目標当量比演算部を説明する図である。
【図２７】ＨＣ吸着触媒温度推定部を説明する図であ
る。
【図２８】本発明の更に他の実施例になるエンジン制御
システムの制御ブロック図である。
【図２９】燃料噴射量演算部を説明する図である。
【図３０】燃料噴射量補正部を説明する図である。
【図３１】燃料噴射時期演算部を説明する図である。
【図３２】目標当量比演算部を説明する図である。
【図３３】本発明の更に他の実施例になるエンジン制御
システム図である。
【図３４】コントロールユニットの内部を説明する図で
ある。
【図３５】図３３における実施例の制御ブロック図であ
る。
【図３６】排気バルブ制御部を説明する図である。
【図３７】空気先行型トルクデマンド制御システムの基
本構成を説明する図である。
【図３８】触媒の温度を制御するシステムを説明する図
である。
【図３９】ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒とＨＣ吸着触媒の浄
化メカニズムを説明する図である。
【符号の説明】
１…エアクリーナ、２…エアフロセンサ、３…電子スロ
ットル、４…吸気管、５…コレクタ、６…アクセル、７
…筒内噴射用燃料噴射弁、８…点火プラグ、９エンジ
ン、１０…排気管、１１…三元触媒、１２…Ａ／Ｆセン
サ、１３…アクセル開度センサ、１４…水温センサ、１
５…クランク角センサ、１６…コントロールユニット、
１７…スロットル開度センサ、１８…排気還流管、１９
…排気還流量調節バルブ、２０…コントロールユニット
内に実装されるＣＰＵ、２１…コントロールユニット内
に実装されるＲＯＭ、２２…コントロールユニット内に
実装されるＲＡＭ、２３…コントロールユニット内に実
装される各種センサの入力回路、２４…各種センサ信号
の入力，アクチュエータ動作信号を出力するポート、２
５…点火プラグに適切なタイミングで駆動信号を出力す
る点火出力回路、２６…燃料噴射弁に適切なパルスを出
力する燃料噴射弁駆動回路、２７…電子スロットル駆動
回路、２８…ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒、２９…ＨＣ吸着
触媒、３０…排気温度センサ、３１…Ｏ2 センサ、３２
…排気温度センサ、３３…ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒下流
の排気切り替えバルブ、３４…ＨＣ吸着触媒下流の排気
切り替えバルブ、３５…排気還流管、３６…バイパス
管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/18 Ｆ０１Ｎ 3/20 Ｆ 3/20 Ｎ Ｖ 3/24 Ｅ Ｑ 3/24 Ｒ Ｕ 3/28 ３０１Ｄ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｅ 3/28 ３０１ ３０１Ｔ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ 45/00 ３１０Ｒ Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３Ｂ 45/00 ３１０ ＺＡＢ １０１Ｂ (72)発明者 永野 正美 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 Ｆターム(参考） 3G084 AA03 AA04 BA05 BA09 BA13 BA15 BA17 BA19 BA24 CA01 CA02 CA03 CA05 DA10 EA11 EB01 EB11 FA07 FA10 FA20 FA26 FA27 FA29 FA33 FA36 FA38 3G091 AA12 AA17 AA24 AA28 AB02 AB03 AB06 AB09 AB10 BA03 BA14 BA15 BA19 CA12 CA13 CA18 CA26 CB02 CB05 CB07 CB08 DA01 DA02 DA04 DA05 DB10 EA01 EA05 EA07 EA16 EA17 EA18 EA34 FA02 FA04 FA12 FA13 FB02 FB03 FB10 FB11 FB12 FC04 FC07 FC08 GB05W GB06W HA09 HA10 HA12 HA18 HA19 HA20 HA36 HA37 HA42 3G301 HA01 HA04 HA06 HA15 JA25 JA26 KA01 KA02 KA06 LA03 LB04 MA01 MA11 MA18 NA08 NE02 NE03 NE07 NE08 NE13 NE14 NE15 PA01B PA01Z PA11B PA11Z PD02B PD02Z PD11B PD11Z PD12B PD12Z PE02B PE02Z PE08B PE08Z PF04B PF04Z PF16B PF16Z 4D048 AA06 AA13 AA18 AB05 AB07 CC26 CC27 CC32 CC47 DA01 DA02 DA03 DA13 DA20 EA04

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンの排気管に低温時はＨＣを吸着
    し、高温時は吸着ＨＣを放出するＨＣ吸着機能と三元浄
    化機能を同一担体に持つＨＣ吸着触媒と、酸化雰囲気下
    ではＮＯｘを吸着もしくは吸蔵し、還元雰囲気下ではＮ
    Ｏｘを放出するＮＯｘ吸着（吸蔵）機能と三元浄化機能
    を持つＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒とを少なくとも備え、Ｈ
    Ｃ吸着触媒の温度及び／またはＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒
    の温度が所定値以下の場合は空燃比を理論空燃比或いは
    リッチ空燃比としてエンジンを運転し、ＨＣ吸着触媒の
    温度及び／またはＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の温度が前記
    所定値以上の場合は空燃比をリーン空燃比としてエンジ
    ンを運転することを特徴とするエンジンの制御方法。
  2. 【請求項２】請求項１において、ＨＣ吸着触媒温度が所
    定値以上の時は、エンジンの空燃比を理論空燃比或いは
    リッチ空燃比からスイッチ的或いは徐々にリーン空燃比
    に移行させることを特徴とするエンジンの制御方法。
  3. 【請求項３】請求項１において、ＨＣ吸着触媒温度が所
    定値以上の場合にはＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の温度に応
    じてリーン空燃比に制御することを特徴とするエンジン
    の制御方法。
  4. 【請求項４】請求項１において、ＨＣ吸着触媒温度が所
    定値以上の場合にＨＣ吸着触媒およびＮＯｘ吸着（吸
    蔵）触媒の入口酸素濃度がそれぞれ所定値以上となるよ
    うに空燃比を制御することを特徴とするエンジンの制御
    方法。
  5. 【請求項５】請求項１において、ＨＣ吸着触媒温度が所
    定値以上の場合でかつＨＣ吸着触媒からの吸着ＨＣが浄
    化完了するまでの期間は少なくともリーン空燃比に制御
    することを特徴とするエンジンの制御方法。
  6. 【請求項６】請求項１において、ＨＣ吸着触媒温度が所
    定値以上かつＮＯｘ触媒温度が所定値以上のときに理論
    空燃比或いはリッチ空燃比からリーン空燃比に変更する
    ことを特徴とするエンジンの制御方法。
  7. 【請求項７】希薄な空燃比で燃焼可能なリーンバーンエ
    ンジンにおいて、 前記エンジンの排気管に低温時はＨＣを吸着し、高温時
    は吸着ＨＣを放出するＨＣ吸着機能と三元浄化機能を同
    一担体に持つＨＣ吸着触媒と、酸化雰囲気下ではＮＯｘ
    を吸着もしくは吸蔵し、還元雰囲気下ではＮＯｘを放出
    するＮＯｘ吸着（吸蔵）機能と三元浄化機能を持つＮＯ
    ｘ吸着（吸蔵）触媒とを少なくとも備え、前記ＨＣ吸着
    触媒の温度及び／または前記ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の
    温度を直接的もしくは間接的に検出する手段を備え、前
    記ＨＣ吸着触媒温度及び／または前記ＮＯｘ吸着（吸
    蔵）触媒の温度に基づきエンジンの運転状態を制御する
    ことを特徴とするエンジンの制御装置。
  8. 【請求項８】請求項１において、前記ＨＣ吸着触媒の温
    度が所定値以上の時は、前記エンジンに供給される混合
    気の空燃比を理論空燃比或いはリッチ空燃比よりリーン
    空燃比に制御するように燃料噴射弁から噴射される燃料
    を調整することを特徴とするエンジンの制御装置。
  9. 【請求項９】請求項８において、リーン空燃比に制御さ
    れる状態では前記ＮＯｘ吸着(吸蔵)触媒の温度に応じて
    その空燃比が決められるように前記燃料噴射弁から噴射
    される燃料を調整することを特徴とするエンジンの制御
    装置。
  10. 【請求項１０】請求項７において、前記ＨＣ吸着触媒の
    吸着ＨＣの脱離・浄化完了を直接的もしくは間接的に検
    出する手段を備え、前記ＨＣ吸着触媒の温度が所定値以
    上かつ前記吸着ＨＣが脱離・浄化完了するまでの期間は
    少なくとも空燃比がリーン状態となるように前記燃料噴
    射弁から噴射される燃料を調整することを特徴とするエ
    ンジンの制御装置。
  11. 【請求項１１】請求項７において、前記ＨＣ吸着触媒は
    前記ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の下流に配置されることを
    特徴とするエンジンの制御装置。
  12. 【請求項１２】請求項７において、前記ＨＣ吸着触媒の
    温度が所定値以上かつ前記ＮＯｘ触媒温度が所定値以上
    のときは空燃比がリーン状態となるように前記燃料噴射
    弁から噴射される燃料を調整することを特徴とするエン
    ジンの制御装置。
  13. 【請求項１３】請求項７のおいて、触媒温度制御手段に
    よって前記ＨＣ吸着触媒Ｃおよび前記ＮＯｘ吸着触媒の
    温度を制御することを特徴とするエンジンの制御装置。
  14. 【請求項１４】請求項１３において、前記触媒温度制御
    手段は前記エンジンの膨張行程に燃料噴射して未燃ＨＣ
    のシリンダ内もしくは排気管内もしくは触媒内での酸化
    反応熱によって触媒の温度を制御することを特徴とする
    エンジンの制御装置。
  15. 【請求項１５】請求項１において、前記ＨＣ吸着触媒を
    前記ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の下流に配置し、前記ＨＣ
    吸着触媒の下流から前記ＮＯｘ吸着（吸蔵）触媒の上流
    に排気を還流させる還流管と、前記ＮＯｘ吸着（吸蔵）
    触媒下流に前記ＨＣ吸着触媒を介さずに直接大気に排気
    ガスを排出するバイパス管と、前記還流管および前記バ
    イパス管の分流点に排気ガスの流れを制御する排気バル
    ブとを設け、触媒温度に基づいて前記バルブを制御する
    制御装置を備えたことを特徴とするエンジンの制御装
    置。
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