| 【発明の名称】 |
エンジンの排気浄化装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】間宮 清孝
【氏名】今田 道宏
【氏名】重津 雅彦
【氏名】岩国 秀治
【氏名】加藤 也寸彦
【氏名】小林 明宏
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| 【要約】 |
【課題】ＮＯｘ排出量を低減する。
【解決手段】連続して点火される複数の気筒を第１気筒グループと第２気筒グループとにグループ化し、ＨＣ吸着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放出する温度で、第１気筒グループの空燃比をリッチに設定すると共に、第２気筒グループをＮＯｘ排出量が最も多くなる空燃比Ａ／Ｆ１６〜１７付近よりリーンになるように設定する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 燃焼室に連通する排気通路に配設され、低温時に排気ガス中のＨＣを吸着すると共に、昇温に伴って吸着したＨＣを放出するＨＣ吸着手段と、前記ＨＣ吸着手段からＨＣが放出される時に、該ＨＣ吸着手段上流の排気ガス中の酸素濃度が所定濃度を基準に反転を繰り返すよう各気筒内の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えるエンジンの排気浄化装置おいて、前記空燃比制御手段は、前記酸素濃度を小さくするために第１燃焼時期で燃焼される気筒の空燃比を理論空燃比以下に設定すると共に、第２燃焼時期で燃焼される気筒の空燃比を理論空燃比より大きく、且つ燃焼により生成されるＮＯｘ量が所定値以下となる空燃比より大きくなるよう設定することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】 燃焼室内に供給された混合気を着火する点火プラグと、前記第２燃焼時期に対応する気筒の点火時期を、前記第１燃焼時期に対応する気筒の点火時期より進角する点火時期制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】 前記ＨＣ吸着手段下流に排気ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出手段を設け、前記空燃比制御手段は、該ＨＣ吸着手段下流の酸素濃度が所定濃度より大きくなるように、前記第１及び第２燃焼時期にて夫々燃焼される気筒数の割合、あるいは前記第１及び第２燃焼時期にて夫々燃焼される気筒の少なくとも一方の空燃比を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】 前記排気通路には三元触媒が配置され、前記第１燃焼時期では複数の気筒からなる第１気筒グループが連続して燃焼され、前記第２燃焼時期では複数の気筒からなる第２気筒グループが連続して燃焼されることを特徴とする請求項３のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】 前記空燃比制御手段は、前記ＨＣ吸着手段下流の酸素濃度が所定濃度を基準に反転を繰り返すよう各気筒の空燃比を設定すると共に、前記第１燃焼時期と第２燃焼時期とを繰り返す周期は、所定周期より短い周期に設定されることを特徴とする請求項４に記載のエンジンの排気浄化装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室に連通する排気通路に配設されたＨＣ吸着手段により、低温時に排気ガス中のＨＣを吸着すると共に、昇温に伴って吸着したＨＣを放出するエンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平１１−８２１１１号公報には、低温時に排気ガス中のＨＣを吸着すると共に、昇温に伴って吸着したＨＣを放出するＨＣ吸着材を備え、ＨＣ放出時にＨＣ吸着触媒下流の空燃比がリーンになるよう制御して、ＨＣ放出時にＨＣの酸化に必要な酸素量を増加してＨＣを良好に浄化させる構成が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ＮＯｘ排出量は空燃比Ａ／Ｆが１６〜１７付近（中間空燃比）で最も多くなり、ＨＣ浄化のために空燃比をリーンに制御しても、逆にＮＯｘ排出量が増加してしまう場合がある。
【０００４】本発明は、上述の事情に鑑みてなされ、その目的は、ＮＯｘ排出量を低減しつつ、ＨＣ放出時にＨＣの酸化に必要な酸素量を増加してＨＣを良好に浄化できるエンジンの排気浄化装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明のエンジンの排気浄化装置は、以下の構成を備える。即ち、燃焼室に連通する排気通路に配設され、低温時に排気ガス中のＨＣを吸着すると共に、昇温に伴って吸着したＨＣを放出するＨＣ吸着手段と、前記ＨＣ吸着手段からＨＣが放出される時に、該ＨＣ吸着手段上流の排気ガス中の酸素濃度が所定濃度を基準に反転を繰り返すよう各気筒内の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えるエンジンの排気浄化装置おいて、前記空燃比制御手段は、前記酸素濃度を小さくするために第１燃焼時期で燃焼される気筒の空燃比を理論空燃比以下に設定すると共に、第２燃焼時期で燃焼される気筒の空燃比を理論空燃比より大きく、且つ燃焼により生成されるＮＯｘ量が所定値以下となる空燃比より大きくなるよう設定する。
【０００６】また、好ましくは、燃焼室内に供給された混合気を着火する点火プラグと、前記第２燃焼時期に対応する気筒の点火時期を、前記第１燃焼時期に対応する気筒の点火時期より進角する点火時期制御手段を更に備える。
【０００７】また、好ましくは、前記ＨＣ吸着手段下流に排気ガス中の酸素濃度を検出する濃度検出手段を設け、前記空燃比制御手段は、該ＨＣ吸着手段下流の酸素濃度が所定濃度より大きくなるように、前記第１及び第２燃焼時期にて夫々燃焼される気筒数の割合、あるいは前記第１及び第２燃焼時期にて夫々燃焼される気筒の少なくとも一方の空燃比を制御する。
【０００８】また、好ましくは、前記排気通路には三元触媒が配置され、前記第１燃焼時期では複数の気筒からなる第１気筒グループが連続して燃焼され、前記第２燃焼時期では複数の気筒からなる第２気筒グループが連続して燃焼される。
【０００９】また、好ましくは、前記空燃比制御手段は、前記ＨＣ吸着手段下流の酸素濃度が所定濃度を基準に反転を繰り返すよう各気筒の空燃比を設定すると共に、前記第１燃焼時期と第２燃焼時期とを繰り返す周期は、所定周期より短い周期に設定される。
【００１０】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれば、酸素濃度を小さくするために第１燃焼時期で燃焼される気筒の空燃比を理論空燃比以下に設定すると共に、第２燃焼時期で燃焼される気筒の空燃比を理論空燃比より大きく、且つ燃焼により生成されるＮＯｘ量が所定値以下となる空燃比より大きくなるよう設定することにより、ＮＯｘ排出量を低減しつつ、ＨＣ放出時にＨＣの酸化に必要な酸素量を増加してＨＣを良好に浄化できる．請求項２の発明によれば、第２燃焼時期に対応する気筒の点火時期を、第１燃焼時期に対応する気筒の点火時期より進角することにより、冷間時のリーン設定による燃焼安定性悪化を防止し且つリーン設定であってもトルクの低下を抑制できるため、リーン側の燃焼時期に対応する気筒からリッチ側の燃焼時期に対応する気筒へ燃焼が移行する際に急激にトルクが立ち上がることによるトルク変動を抑制できる。
【００１１】請求項３の発明によれば、ＨＣ吸着手段下流の酸素濃度が所定濃度より大きくなるように、第１及び第２燃焼時期にて夫々燃焼される気筒数の割合、あるいは第１及び第２燃焼時期にて夫々燃焼される気筒の少なくとも一方の空燃比を制御することにより、ＮＯｘ排出量を抑制しつつＯ2を供給して排気ガス中のＨＣを浄化でき、空燃比がリーンになったことによるトルク変動や出力低下をリッチな気筒にて低減できる。
【００１２】請求項４の発明によれば、第１燃焼時期では複数の気筒からなる第１気筒グループが連続して燃焼され、第２燃焼時期では複数の気筒からなる第２気筒グループが連続して燃焼されることにより、リッチな気筒の排気ガスとリーンな気筒の排気ガスが混合するのを防止して、リッチな気筒の排気ガスとリーンな気筒の排気ガスとが排気通路においてほぼ分離して三元触媒に流れるめ、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化性能を高めることができる。
【００１３】請求項５の発明によれば、ＨＣ吸着手段下流の酸素濃度が所定濃度を基準に反転を繰り返すよう各気筒の空燃比を設定すると共に、第１燃焼時期と第２燃焼時期とを繰り返す周期は、所定周期より短い周期に設定されることにより、ＨＣ吸着手段を通る排気ガスが空燃比制御周期より早くリッチとリーンに切り替わるため、触媒の活性化を促進してＮＯｘやＨＣの浄化効率を高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
［筒内噴射式エンジンの構造］図１は、本実施形態の筒内噴射式エンジンの燃焼室部分の構造を示す概略断面図である。
【００１５】図１に示すように、１はエンジンであって、シリンダブロック２には複数のシリンダが形成され、シリンダブロック２の頂部にシリンダヘッド３がガスケットを介して固定されている。各シリンダにはピストン４が嵌挿され、ピストン４の頂面とシリンダヘッド３の下面との間に燃焼室５が形成されている。そして、燃焼室５に連通するように吸気ポート６及び排気ポート７とこれらポート６、７を開閉する吸気弁８及び排気弁９とが配設され、燃焼室５に臨むように点火プラグ１０とインジェクタ１１が配設されている。インジェクタ１１は燃焼室５内に直接燃料を噴射する。
【００１６】シリンダヘッド３の下面には断面略台形の凹部が形成され、燃焼室５の上部を画定している。燃焼室５の上面部には吸気ポート６が開口し、傾斜面部には排気ポート７が開口している。吸気ポート６及び排気ポート７は、夫々２個ずつ紙面と直交する方向に並んで設けられ、吸気弁８及び排気弁９が夫々配設されている。吸気弁８及び排気弁９は、図示しないカムシャフト等からなる動弁機構により作動されて所定タイミングで開閉する。
【００１７】点火プラグ１０は、燃焼室５上部の略中央部に配置され、点火ギャップが燃焼室５内に臨むようにシリンダヘッド３に取り付られる。
【００１８】インジェクタ１１は燃焼室５の周縁部に配設され、吸気ポート６の側方においてシリンダヘッド３に取り付けられ、吸気ポート６が開口する燃焼室５上面部とシリンダブロック２に対する合わせ面との間の壁面１２にインジェクタ１１のノズル部が臨み、斜め下方に向けて燃料を噴射する。
【００１９】ビストン４頂部のインジェクタ１１寄りには、凹状の成層用キャビティ１３が形成されている。そして、ピストン４が上死点に近い位置となる圧縮行程後半に燃料がインジェクタ１１からキャビティ１３に向けて噴射されると共に、キャビティ１３で反射されて点火プラグ１０付近に達するように、インジェクタ１１の位置及び方向とキャビティ１の位置と点火プラグ１０の位置関係が予め設定されている。
【００２０】図２は、筒内噴射式エンジン全体の概略図である。
【００２１】図２に示すように、エンジン１には吸気通路１５及び排気通路１６が接続されている。吸気通路１５の下流には、吸気マニホールドにおいてシリンダごとに分岐し、且つ気筒別通路１５ａには並列に２つの分岐通路が形成され、その下流端に２つの吸気ポート６が図１の燃焼室５に開口している。一方の分岐通路には吸気流動制御弁１７が設けられ、吸気流動制御弁１７の開度を制御することにより、他方の分岐通路から導入される吸気により燃焼室５に吸気流動（スワール又はタンブル）が生成されると共に、吸気流動の強弱が制御される。尚、吸気流動の強弱は、２つの吸気弁の一方の開度を制御したり、バルブタイミングの可変制御により実行することもできる。
【００２２】吸気通路１５の途中にはスロットル弁１８が設けられ、吸入空気量を制御可能にステップモータ等の電気的なアクチュエータ１９によってスロットル弁１８が作動される。
【００２３】排気通路１６には、排気中の空燃比検出のための上流側Ｏ2センサ２１ａと下流側Ｏ2センサ２１ｂとが配設されると共に、排気ガス浄化用の触媒を備えた触媒装置２２が設けられている。この触媒装置２２は、排気通路１６の上流側に配設されたＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを浄化する三元触媒２２ａと、三元触媒２２ａの下流側に配設されたＨＣを吸着するＨＣ吸着材と酸化若しくは三元触媒成分とからなる触媒２２ｂとから構成される。ＨＣ吸着触媒２２ｂは、三元触媒２２ａが活性化していない温度領域（約２５０℃前後）においてＨＣを吸着すると共に、活性化する温度領域に達してくると吸着したＨＣを放出して排気ガス中のＯ2と反応させる。このとき、空燃比をλ＞１のリーン領域にして成層燃焼を行って排気ガス中のＯ2量を増加させている。また、ＨＣ吸着触媒２２ｂは活性化すると三元機能を発揮してＮＯｘをＨＣやＣＯと反応させて浄化する。
【００２４】ＨＣ吸着触媒２２ｂは、多孔質材料のβゼオライトを基材としてＰｄ（パラジウム）や銀（Ａｇ）が含浸担持され、触媒が部分活性（ライトオフ）するまでの期間を短縮している。ＨＣ吸着触媒成分としては、Ｐｄ等の貴金属がβゼオライトあるいはアルミナ粒子上に担持されている。
【００２５】三元触媒２２ａは、多孔質材料のＡｌ2Ｏ3、ＣｅＯ2やＣｅ−ＰｒＯ2を基材として貴金属のパラジウム（Ｐｄ）が担持されている。
【００２６】上流側Ｏ2センサ２１ａは三元触媒２２ａの上流側、下流側Ｏ2センサ２１ｂはＨＣ吸着触媒２２ｂの下流側に夫々設けられ、図６に示すように、いずれのセンサ２１ａ，２１ｂも空燃比が理論空燃比λ＝１（Ａ／Ｆ＝１４．７）を基準電圧約０．５Ｖを境に反転を繰り返すようにリッチ信号約０．５〜１．０Ｖ（酸素濃度少）又はリーン信号約０〜０．５Ｖ（酸素濃度多）を出力し、Ｏ2フィードバック制御としてリッチ信号が出力されたならば空燃比をリーンにするよう燃料噴射量小の方向にフィードバック値ＦｄF/Bを設定し、リーン信号が出力されたならば空燃比をリッチにするよう燃料噴射量大の方向にフィードバック値ＦｄF/Bを設定する。
【００２７】排気通路１６における触媒装置２２は、排気マニホールド１６ａの直下流（排気マニホールドに直結）に配置すると高速高負荷時に触媒温度が過剰に上昇しやすくなり、触媒保護のためにエンジンから遠ざかるように排気マニホールド１６ａに接続された排気管１６ｂの途中に配置されている。
【００２８】排気通路１６と吸気通路１５との間には、排気ガスの−部を吸気系に還流するＥＧＲ通路４３が接続され、このＥＧＲ通路４３にはＥＧＲバルブ４４が介設されている。
【００２９】エンジン制御ＥＣＵ（電気的コントロールユニット）３０は、排気ガス中の酸素濃度を検出する上流側及び下流側Ｏ2センサ２１ａ，２１ｂ、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ２３、アクセル開度（アクセルペダル踏み込み量）を検出するアクセル開度センサ２４、吸入空気量を検出するエアフローメータ２５、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ２６、エンジン回転数センサ２７、吸気温センサ２８及び大気圧センサ２９等からの信号が入力される。
【００３０】エンジン制御ＥＣＵ３０は、温度状態判別部３１、運転状態検出部３２、燃料供給制御部３３、噴射量演算部３４、点火時期制御部３５及び回転数制御部３６を含んでいる。
【００３１】温度状態判別部３１は、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号、水温センサ２６からの水温検出信号、燃料噴射量等の過去の履歴によって触媒温度を推定して、触媒が活性化温度より低い未活性状態にあるか否かを判定する。尚、水温が第１温度未満であれば触媒が未活性状態、第１温度以上であれば触媒が活性状態と判定してもよい。尚、触媒暖機状態を判定するための温度状態判別は、水温検出とエンジン始動からの経過時間の判定とを併用して行なうようにしてもよく、また、触媒温度を直接検出するようにしてもよい。
【００３２】運転状態検出部３２は、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号及び水温センサ２６からの水温検出信号、吸気温センサ２８からの吸気温検出信号、大気圧センサ２９からの大気圧検出信号によってエンジン温度が所定値より高く温間時である時は、成層燃焼領域や均一燃焼領域等のエンジンの運転領域を判定し、所定値より低く冷間時である時は、均一燃焼領域等を判定する。また、上流側及び下流側Ｏ2センサ２１ａ，２１ｂからの検出信号はこれらＯ2センサの活性時に出力され、上流側Ｏ2センサ２１ａの検出信号は排気ポートから出る排気ガス中のＯ2濃度として空燃比のＯ2フィードバック制御時に用いられ、下流側Ｏ2センサ２１ｂの検出信号は三元触媒２２ａとＨＣ吸着触媒２２ｂとを通過した後の排気ガス中のＯ2濃度として後述する気筒グループ化による空燃比制御時に用いられる。
【００３３】燃料噴射制御部３３は、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号及び水温センサ２６からの水温検出信号、上流側及び下流側Ｏ2センサ２１ａ，２１ｂからの検出信号によって燃料の噴射時期を演算する。
【００３４】噴射量演算部３４は、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号、水温センサ２６からの水温検出信号、エンジン運転領域によって燃料噴射量を演算する。
【００３５】燃料噴射制御部３３及び噴射量演算部３４は、インジェクタ駆動回路３７を介して各インジェクタ１１の燃料噴射時期及び噴射量（パルス幅）を制御するものであり、ＨＣ吸着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放出する温度で、複数の気筒を各点火の順番ごとにいくつかにグループ化（例えば、４気筒ならば１番及び３番気筒と２番及び４番気筒にグループ化）して一方の気筒グループの空燃比がリッチ（λ≦１）、他方の気筒グループはＮＯｘ排出量が最も多くなる空燃比Ａ／Ｆ１６〜１７付近（中間空燃比）よりリーン（λ＞１）になるように制御する。
【００３６】点火時期制御部３５は、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号、水温センサ２６からの水温検出信号及びエンジン運転領域によって点火時期を演算する。
【００３７】点火時期制御部３５は、点火装置３８に制御信号を出力して、点火時期をエンジンの運転状態に応じて制御するものであり、基本的には点火時期をＭＢＴ（ベストトルクを発揮する点火タイミング近傍）に制御するが、上述のように触媒未活性状態では他方の気筒グループの点火時期を一方の気筒グループの点火時期よりアドバンスする。
【００３８】また、エンジン制御ＥＣＵ３０は、スロットル弁１８を駆動するアクチュエータ１９に制御信号を出力することによって吸入空気量の制御も行ない、エンジン暖機後に成層燃焼が行われるような場合等に、空燃比をリーンとすべく吸入空気量を調整する。スロットル弁開度は、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号、吸気温センサ２８からの吸気温検出信号、大気圧センサ２９からの大気圧検出信号及びエンジン運転領域によって演算される。
【００３９】また、エンジン制御ＥＣＵ３０は、空燃比がリーンの成層燃焼領域において排気ガスを吸気通路に還流すべくＥＧＲ弁４４を制御する。ＥＧＲ弁開度は、エンジン回転数センサ２７からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度センサ２４からのアクセル開度検出信号、エアフローメータ２５からの吸気流量検出信号、水温センサ２６からの水温検出信号及びエンジン運転領域によって演算される。
［エンジン制御］本実施形態では、連続して点火される複数の気筒（例えば、４気筒）を第１気筒グループと第２気筒グループとにグループ化し、ＨＣ吸着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放出する温度で、第１気筒グループ（例えば、１番及び３番気筒）の空燃比をリッチ（λ≦１、Ａ／Ｆ１４．３程度）に設定すると共に、第２気筒グループ（例えば、２番及び４番気筒）をＮＯｘ排出量が最も多くなる空燃比Ａ／Ｆ１６〜１７付近（中間空燃比）よりリーン（λ＞１、Ａ／Ｆ１７〜１８）になるように設定する。即ち、第２気筒グループの空燃比を中間空燃比よりリーンに設定することで、ＮＯｘ排出量を抑制しつつＯ2を供給して排気ガス中のＨＣを浄化し、空燃比がリーンになったことによるトルク変動や出力低下を第１気筒グループの空燃比をリッチにして低減している。
【００４０】図３乃至図５は、本実施形態のエンジン制御を示すフローチャートであり、図３は燃料噴射量設定、図４は燃料噴射制御、図５は点火時期制御を夫々示している。
＜燃料噴射量設定フロー＞先ず、図３を参照して燃料噴射量設定について説明する。以下の処理は、所定期間ごと（例えば、１２回点火するごと）に実行される。
【００４１】図３に示すように、ステップＳ１では各種センサから検出信号を入力する。ステップＳ２では、下流側Ｏ2センサ２１ｂの検出信号λｄが所定時間以上リッチ側の検出信号λｒ（例えば、検出信号が１Ｖ）を示しているか判定する。
【００４２】ステップＳ３で検出信号λｄが所定時間以上リッチ側の検出信号λｒならば（ステップＳ３でＹＥＳ）、つまり上流側Ｏ2センサ２１ａによりＯ2フィードバック制御をしているにもかかわらず、Ｏ2濃度が低いためＨＣを放出している可能性が高いので、ステップＳ５に進み、エンジン水温ＴＷが温度領域ＴＷ１＜ＴＷ＜ＴＷ２であるか判定することで、ＨＣ吸着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放出する温度状態か判定する。
【００４３】ステップＳ５でエンジン水温ＴＷが温度領域ＴＷ１＜ＴＷ＜ＴＷ２ならば（ステップＳ５でＹＥＳ）、冷間時でＨＣ吸着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放出する温度状態であると判断して、ステップＳ７でフラグＦをセットする。
【００４４】ステップＳ９では、下流側Ｏ2センサ２１ｂの検出信号λｄが所定閾値λ０（例えば、０．５Ｖ）より小さいか判定する。
【００４５】ステップＳ９で検出信号λｄが所定閾値λ０より小さいならば（ステップＳ９でＹＥＳ）、空燃比がリーンなので、ステップＳ１１に進み、空燃比をリッチ方向にするよう燃料噴射量のフィードバック値ＦｄF/Bに補正値αを加算する。
【００４６】また、ステップＳ９で検出信号λｄが所定閾値λ０より大きいならば（ステップＳ９でＮＯ）、空燃比がリッチなので、ステップＳ１２に進み、空燃比をリーン方向にするよう燃料噴射量のフィードバック値ＦｄF/Bから補正値αを減算する。
【００４７】尚、図７に示すように、下流側Ｏ2センサ２１ｂによるフィードバック制御が行われている期間Ｔ２では、上流側Ｏ2センサ２１ａにより所定空燃比（例えば、空燃比がλ＝１〜１．１）の範囲でリッチ側とリーン側とに周期的に変化するよう燃料噴射量を設定するディザ制御（フィードフォワード制御）が実行されている。また、期間Ｔ２以外の期間Ｔ１、Ｔ３では、上流側Ｏ2センサ２１ａによるフィードバック制御により空燃比が理論空燃比λ＝１を基準としてリッチ側とリーン側とに反転を繰り返すように燃料噴射量が設定される。
【００４８】ステップＳ１３では、燃料噴射量のフィードバック値ＦｄF/Bが所定閾値Ｆｄ0より小さいか判定する。
【００４９】ステップＳ１３でフィードバック値ＦｄF/Bが所定閾値Ｆｄ0より小さいならば（ステップＳ１３でＹＥＳ）、ステップＳ１５に進み、図７及び図８に示すように第１グループ化制御Ｇ１を行うための燃料噴射量Ｆ１F/Bを設定する。
【００５０】図７、図８及び図１０において、第１グループ化制御Ｇ１は、＃１番気筒と＃３番気筒を第１気筒グループとして空燃比がリッチ（Ａ／Ｆ１４．３程度）になるよう燃料噴射量Ｆ１F/Bを大に設定すると共に、＃２番気筒と＃４番気筒を第２気筒グループとして空燃比がリーン（Ａ／Ｆ１７＋γ）になるよう設定する。補正値γは燃料噴射量Ｆ１F/Bが大きい程、大きな値に設定される。
【００５１】尚、上記第１グループ化制御Ｇ１では、同じ気筒（上記実施形態では、＃２番気筒と＃４番気筒）が常にリーンに設定されることがないようにすれば（例えば、連続する気筒ごとリーンとリッチとを繰り返す等）、リーンの気筒が冷えることによる燃焼安定性の悪化を防止できる。
【００５２】また、ステップＳ１３でフィードバック値ＦｄF/Bが所定閾値Ｆｄ0より大きいならば（ステップＳ１３でＮＯ）、ステップＳ１４に進み、図７及び図９に示すように第２グループ化制御Ｇ２を行うための燃料噴射量Ｆ２F/Bを設定する。
【００５３】図７、図９及び図１０において、第２グループ化制御Ｇ２は、先ず＃１番〜＃４番気筒を第２気筒グループとして空燃比がリッチ（Ａ／Ｆ１４．３程度）になるよう燃料噴射量Ｆ２F/Bを大に設定し、次に＃１番気筒と＃３番気筒を第２気筒グループとして空燃比がリーン（Ａ／Ｆ１７＋γ）になるよう設定し、次に＃４番、２番、１番、３番気筒を第２気筒グループとして空燃比がリッチ（Ａ／Ｆ１４．３程度）になるよう燃料噴射量Ｆ２F/Bを大に設定し、次に＃４番気筒と＃２番気筒を第２気筒グループとして空燃比がリーン（Ａ／Ｆ１７＋γ）になるよう設定する、この制御を繰り返し実行する。補正値γは燃料噴射量Ｆ２F/Bが大きい程、大きな値に設定される。つまり、単位時間当たりにリッチとなる気筒数がリーンとなる気筒数より多くなるよう設定される。
【００５４】また、第１及び第２気筒グループＧ１、Ｇ２は少なくとも２気筒が連続するよう設定し、リッチな気筒の排気ガスとリーンな気筒の排気ガスとの混合により空燃比がＡ／Ｆ１６〜１７付近（中間空燃比）に近づいてしまうのを防止している。
【００５５】尚、第１及び第２気筒グループＧ１、Ｇ２の燃焼が行われる周期は、ステップＳ９〜１１の下流側Ｏ2センサ２１ｂによるＯ2フィードバック制御周期より短い期間（２燃焼サイクル〜１ｓｅｃ）に設定され、ＨＣ吸着触媒２２ｂを通る排気ガスがフィードバック制御周期より早くリッチとリーンに切り替わるため、触媒の活性化を促進してＮＯｘやＨＣの浄化効率を高めている。
【００５６】また、ステップＳ３で検出信号λｄが所定時間以上リッチ側の検出信号λｒで（ステップＳ３でＮＯ）、ステップＳ５でエンジン水温ＴＷが温度領域ＴＷ１＜ＴＷ＜ＴＷ２でないならば（ステップＳ５でＮＯ）、Ｏ2濃度が高くＨＣを放出している可能性が低く、ＨＣ吸着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放出する温度状態でないと判断して、ステップＳ１７でフラグＦをリセットし、ステップＳ１９でフィードバック値ＦｄF/Bをリセットして、図１１に示すように空燃比が理論空燃比λ＝１（Ａ／Ｆ＝１４．７）を基準とした通常の上流側Ｏ2センサ２１ａによるＯ2フィードバック制御を実行する。
＜燃料噴射制御フロー＞次に、図４を参照して燃料噴射制御について説明する。以下の処理は、所定クランク角ごとに実行される。
【００５７】図４に示すように、ステップＳ２１では各種センサから検出信号を入力する。ステップＳ２３では、エンジン回転数と要求トルクから基本燃料噴射量ＦBASEを設定する。ステップＳ２５では、フラグＦがセットされているか判定する。
【００５８】ステップＳ２５でフラグＦがセットされているならば（ステップＳ２５でＹＥＳ）、ＨＣ吸着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放出していると判断して、ステップＳ２７に進み、上流側Ｏ2センサ２１ａの検出信号に基づく燃料噴射量のフィードバック制御値ＦｕF/Bをリセットし、ステップＳ２９ではカウンタｎをインクリメントして、フラグＦのセット中に噴射実行された気筒数をカウントする。
【００５９】ステップＳ３１では、カウンタｎ（気筒数）が所定数Ｎ（例えば、Ｎ＝１３）となったか判定し、所定数Ｎになったならば（ステップＳ３１でＹＥＳ）、ステップＳ３２でカウンタｎを１に戻してステップＳ３５に進み、所定数Ｎ未満ならば（ステップＳ３１でＮＯ）、ステップＳ３３に進んで、図３のステップＳ１４、Ｓ１５で設定された燃料噴射量Ｆ１F/B又はＦ２F/Bから、カウンタｎ、つまり次回点火時期に対応する気筒に応じた燃料噴射量を読み込む。尚、所定数Ｎはエンジンの気筒数や制御サイクルに応じて変更可能である。
【００６０】ステップＳ３５では、最終燃料噴射量Ｆｎとして基本燃料噴射量ＦBASEとフィードバック制御値ＦｕF/Bと燃料噴射量Ｆ１F/B又はＦ２F/Bとを加算する。
【００６１】ステップＳ３７では燃料噴射時期になるのを待ち、ステップＳ３９で噴射実行する。
【００６２】また、ステップＳ２５でフラグＦがセットされていないならば（ステップＳ２５でＮＯ）、ＨＣ吸着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放出していないと判断して、ステップＳ４１に進み、カウンタｎをゼロリセットしてカウントを中止し、ステップＳ４３で上流側Ｏ2センサ２１ａによる空燃比のフィードバック領域か判定する。
【００６３】ステップＳ４３で上流側Ｏ2センサ２１ａの検出信号に基づく空燃比のフィードバック領域ならば（ステップＳ４３でＹＥＳ）、ステップＳ４５に進み、上流側Ｏ2センサ２１ａの検出信号λｕが所定閾値λ０（例えば、０．５Ｖ）より小さいか判定する。
【００６４】ステップＳ４５で検出信号λｕが所定閾値λ０より小さいならば（ステップＳ４５でＹＥＳ）、空燃比がリーンなので、ステップＳ４７に進み、空燃比をリッチ方向にするよう燃料噴射量のフィードバック値ＦｕF/Bに補正値βを加算する。
【００６５】また、ステップＳ４５で検出信号λｄが所定閾値λ０より大きいならば（ステップＳ４５でＮＯ）、空燃比がリッチなので、ステップＳ４９に進み、空燃比をリーン方向にするよう燃料噴射量のフィードバック値ＦｕF/Bから補正値βを減算する。
【００６６】ステップＳ５１では、図３のステップＳ１４、Ｓ１５で設定された燃料噴射量Ｆ１F/B又はＦ２F/Bをリセットして、ステップＳ３５に進む。
＜点火時期制御フロー＞次に、図５を参照して点火時期制御について説明する。以下の処理は、所定クランク角ごとに実行される。
【００６７】図５に示すように、ステップＳ６１では各種センサから検出信号を入力する。ステップＳ６３では、エンジン回転数と要求トルクから基本点火時期θBASEを設定する。ステップＳ６５では、フラグＦがセットされているか判定する。
【００６８】ステップＳ６５でフラグＦがセットされているならば（ステップＳ６５でＹＥＳ）、ＨＣ吸着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放出していると判断して、ステップＳ６７に進み、カウンタｎをインクリメントして、フラグＦのセット中に点火実行された気筒数をカウントする。
【００６９】ステップＳ６９では、カウンタｎ（気筒数）が所定数Ｎ（例えば、Ｎ＝１３）となったか判定し、所定数Ｎになったならば（ステップＳ６９でＹＥＳ）、ステップＳ７０でカウンタｎを１に戻してステップＳ７１に進み、所定数Ｎ未満ならば（ステップＳ６９でＮＯ）、ステップＳ７１に進んで、図３のステップＳ１４、Ｓ１５で設定された燃料噴射量Ｆ１F/B又はＦ２F/Bから、カウンタｎ、つまり次回点火時期に対応する気筒に応じた燃料噴射量を読み込む。
【００７０】ステップＳ７３では、燃料噴射量Ｆ１F/B又はＦ２F/Bに応じた点火時期のアドバンス値θF1又はθF2を設定する。
【００７１】ステップＳ７５では、最終点火時期θｎとして基本燃料噴射量θBASEからアドバンス値θF1又はθF2を加算する。
【００７２】点火時期のアドバンス値θF1又はθF2は、燃料噴射量Ｆ１F/B又はＦ２F/Bが小さい程（つまり、リーンな程）、進角側に設定され、リーン側の気筒グループからリッチ側の気筒グループへ燃焼が移行する際に急激にトルクが立ち上がることによるトルク変動を抑制する。一方、燃料噴射量Ｆ１F/B又はＦ２F/Bが大きい気筒、つまりリッチな気筒は点火が遅角側に設定されるので、同様にトルク変動が抑制され、且つ三元触媒やＨＣ吸着触媒の昇温も図られることとなる。
【００７３】ステップＳ７７では点火時期になるのを待ち、ステップＳ７９で点火実行する。
【００７４】また、ステップＳ６５でフラグＦがセットされていないならば（ステップＳ６５でＮＯ）、ＨＣ吸着触媒２２ｂが吸着したＨＣを放出していないと判断して、ステップＳ８１に進み、カウンタｎをゼロリセットしてカウントを中止し、ステップＳ８３ではステップＳ７３で設定されたアドバンス値θF1又はθF2をリセットして、ステップＳ７５に進む。
【００７５】以上のように、本実施形態によれば、第１及び第２燃焼時期として第１及び第２気筒グループにて夫々燃焼される気筒数の割合、あるいは第１及び第２気筒グループにて夫々燃焼される気筒の少なくとも一方の空燃比を制御することで、下流側Ｏ2センサ２１ｂの検出信号が中間空燃比よりリーンになるよう設定され、ＮＯｘ排出量を抑制しつつＯ2を供給して排気ガス中のＨＣを浄化し、空燃比がリーンになったことによるトルク変動や出力低下を他方の気筒グループの空燃比をリッチにして低減している。
【００７６】尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００７７】本実施形態は、エンジンに対して連結されたモータとエンジンとを併用するハイブリッド自動車のエンジン制御に適用することもでき、この場合、リッチとなる気筒とリーンとなる気筒との切り替えにより発生するトルクショックをモータによりトルク補償するよう制御してもよい。
【００７８】また、直噴式ガソリンエンジンだけでなく、直噴式ディーゼルエンジンや吸気ポート噴射式エンジンにも適用可能である。
【００７９】また、ＨＣ吸着触媒２２ｂと下流側Ｏ2センサ２１ｂとの間に、更に三元触媒を配置してもよい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３１３７
【氏名又は名称】マツダ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年３月２７日（２０００．３．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７６４２８
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 康徳 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２７１６９１（Ｐ２００１−２７１６９１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１０月５日（２００１．１０．５） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−８７０３７（Ｐ２０００−８７０３７） |
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