【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、目標空燃比をストイキ及びリーンに変更可能であり、且つ排気ガスを浄化する三元触媒を備えた内燃機関に関し、特にその空燃比制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気ガス浄化触媒として一般的に使用されている三元触媒は、空燃比がリーンな状態においてＮＯｘ浄化効果を充分に発揮できないという問題があるため、従来は燃費低減効果を犠牲にしてリーン運転領域を縮小する等の手段を講じていた。 また、内燃機関のＮＯｘ排出量はストイキ及びリーンの中間空燃比（Ａ／Ｆ＝１５〜１７）において最大になるため、この中間空燃比を飛び越えるようにストイキ及びリーン間でステップ状に空燃比を切り換えていた。

【０００３】近年、ＮＯｘ吸蔵型の排気ガス浄化触媒も登場しているが、この排気ガス浄化触媒はＮＯｘ吸蔵量に限界があり、リーン運転中にＮＯｘ吸蔵量が限界に達したと推定された場合には、空燃比を一時的にストイキよりも更にリッチな状態に変更し、その間に吸蔵ＮＯｘ
を排出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記従来のＮ
Ｏｘ吸蔵型の排気ガス浄化触媒は、そのＮＯｘ吸蔵量の限界からリーン運転中に頻繁に前述した吸蔵ＮＯｘの排出制御を行う必要があり、ドライバビリティの悪化や制御の煩雑化等の問題があった。 しかも該ＮＯｘ吸蔵型の排気ガス浄化触媒は耐熱劣化性や耐酸化被毒性が未だ充分でなく、その使用に大きな制約があった。

【０００５】一方、三元触媒を備えた内燃機関において、空燃比をリーンからストイキにステップ状に切り換えたとき、三元触媒内に暫くの間リーン雰囲気が残留して過剰のＯ ₂がストレージされているため、三元触媒内がリッチ雰囲気になった後も暫くの間排気ガス浄化機能が発揮されず、その間にＮＯｘが大気に排出されてしまう問題がある。 この問題は、燃料噴射量制御によるリーンからストイキへの復帰時だけでなく、フュエルカット制御によるリーンからストイキへの復帰時にも同様に発生する。

【０００６】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、三元触媒を備えた内燃機関の目標空燃比をリーンからストイキに変更する場合に、ＮＯｘ排出量が増加するのを防止することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、目標空燃比をストイキ及びリーンに変更可能であり、且つ排気ガスを浄化する三元触媒を備えた内燃機関において、目標空燃比をリーンからストイキに変更するとき、目標空燃比をストイキよりも更にリッチな状態を経てストイキに変更することを特徴とする。

【０００８】また請求項２に記載された発明は、請求項１の構成に加えて、前記ストイキよりも更にリッチな状態における目標空燃比と、該状態の継続時間とを、前回のリーン運転の継続時間と、該リーン運転中における内燃機関の負荷及び回転数とに基づいて決定することを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

【００１０】図１〜図７は本発明の一実施例を示すもので、図１は内燃機関の空燃比制御装置の全体構成図、図２はメインルーチンのフローチャートの第１分図、図３
はメインルーチンのフローチャートの第２分図、図４はメインルーチンのステップＳ５のサブルーチンのフローチャート、図５はリッチ化目標時間及びリッチ化目標空燃比を算出するためのマップを示す図、図６はリーン→
ストイキ切換時の目標空燃比の変化を示すタイムチャート、図７はリーン→ストイキ切換時のＮＯｘ排出量を示すグラフである。

【００１１】図１に示すように、４気筒内燃機関Ｅ（以下、単にエンジンＥという）の吸気通路１は吸気マニホールド２を介して４個の気筒３ ₁ 〜３ ₄にそれぞれ接続される。 吸気通路１には図示せぬアクセルペダルに接続されて開閉するスロットルバルブ４が設けられており、
このスロットルバルブ４に接続されてスロットル開度θ
ＴＨを検出するスロットル開度センサ５からの信号が電子制御ユニットＵに入力される。 吸気通路１には吸入空気量Ｑａｉｒを検出する吸入空気量センサ６が設けられており、この吸入空気量センサ６からの信号が電子制御ユニットＵに入力される。 エンジンＥには図示せぬクランクシャフトの回転に基づいてエンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ７が設けられており、このエンジン回転数センサ７からの信号が電子制御ユニットＵに入力される。 吸気マニホールド２には４個の気筒３
₁ 〜３ ₄にそれぞれ対応して４個の燃料噴射弁８ ₁ 〜８
₄が設けられる。 各燃料噴射弁８ ₁ 〜８ ₄は電子制御ユニットＵに接続されて燃料噴射量Ｔｉを制御される。 またエンジンＥに排気マニホールド９を介して接続された排気通路１０には、排気ガスを浄化する三元触媒１１が設けられる。

【００１２】電子制御ユニットＵはスロットル開度センサ５で検出したスロットル開度θＴＨ及びエンジン回転数センサ７で検出したエンジン回転数Ｎｅに基づいて目標空燃比Ａ／Ｆをマップ検索する。 エンジンＥの通常の運転領域では目標空燃比Ａ／Ｆはストイキ、即ち理論空燃比であるＡ／Ｆ＝１４．７に設定される。 一方、エンジンＥの減速時等の特定の運転領域では、燃費の低減を図るべく目標空燃比Ａ／Ｆは大幅にリーン化され、目標空燃比Ａ／Ｆは例えばＡ／Ｆ＝２３に設定される。 目標空燃比Ａ／Ｆのリーン→ストイキの切り換え時期と、ストイキ→リーンの切り換え時期とは、吸入空気量センサ６で検出した吸入空気量Ｑａｉｒ及びエンジン回転数センサ７で検出したエンジン回転数Ｎｅをパラメータとするマップに基づいて決定される。

【００１３】また電子制御ユニットＵは、目標空燃比Ａ
／Ｆが理論空燃比であるときには、その理論空燃比が得られるように、吸入空気量センサ６で検出した空気吸入量Ｑａｉｒ及びエンジン回転数センサ７で検出したエンジン回転数Ｎｅに応じた燃料噴射弁８ ₁ 〜８ ₄の燃料噴射量Ｔｉを設定する。 一方、目標空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比よりもリーン化された場合には、そのリーン化された目標空燃比Ａ／Ｆが得られるように燃料噴射量Ｔｉを設定する。

【００１４】次に、リーン状態或いはフュエルカット状態からストイキ状態に切り換えるときの目標空燃比Ａ／
Ｆの制御を、図２〜図４のフローチャートを参照しながら更に説明する。

【００１５】先ず、ステップＳ１でスロットル開度θＴ
Ｈ及びエンジン回転数Ｎｅに基づいて基本目標空燃比Ａ
／Ｆをマップ検索する。 ステップＳ２で当初は後述するリッチ化フラグが「０」にリセットされているため、ステップＳ３に移行する。 ステップＳ３で目標空燃比Ａ／
Ｆが前回リーンである場合にはステップＳ４に移行し、
ステップＳ４で今回初めてストイキ切換指令が出力されると、即ちリーン→ストイキの切換が指令されると、ステップＳ５において、それまでのリーン運転状態の継続時間と、その間のエンジンＥの平均負荷（即ち、吸入空気量Ｑａｉｒ）及びエンジン回転数Ｎｅとに基づいて、
リッチ化目標時間とリッチ化目標空燃比とを算出する。

【００１６】ここで、図４及び図５に基づいて、リッチ化目標時間ＴＭｒｉｃｈＦ及びリッチ化目標空燃比ＫＡ
ＦｒｉｃｈＦの算出手法を説明する。

【００１７】図４のフローチャートのステップＳ５１でエンジン回転数センサ７により検出したエンジン回転数Ｎｅを読み込むとともに、ステップＳ５２で吸入空気量センサ６により検出した空気吸入量Ｑａｉｒを読み込む。 このとき、空気吸入量Ｑａｉｒをエンジン回転数Ｎ
ｅと吸気負圧Ｐｂとから推定することもできる。 続くステップＳ５３で、図５（Ａ）のマップからリーン運転状態の継続時間に基づいてリッチ化目標時間補正係数Ｋｔ
ｒｉｃｈ及びリッチ化目標空燃比補正係数Ｋｋｒｉｃｈ
を検索する。

【００１８】更に、ステップＳ５４で、図５（Ｂ）のマップから空気吸入量Ｑａｉｒに基づいて基本リッチ化目標時間ＴＭｒｉｃｈを検索し、ステップＳ５５で、図５
（Ｃ）のマップから空気吸入量Ｑａｉｒに基づいて基本リッチ化目標空燃比ＫＡＦｒｉｃｈを検索する。 そしてステップＳ５６で、最終的なリッチ化目標時間ＴＭｒｉ
ｃｈＦを、前記基本リッチ化目標時間ＴＭｒｉｃｈに前記リッチ化目標時間補正係数Ｋｔｒｉｃｈを乗算することにより算出し、且つ最終的なリッチ化目標空燃比ＫＡ
ＦｒｉｃｈＦを、前記リッチ化目標空燃比ＫＡＦｒｉｃ
ｈに前記リッチ化目標空燃比補正係数Ｋｋｒｉｃｈを乗算することにより算出する。

【００１９】このようにして検索されたリッチ化目標時間の値とリッチ化目標空燃比の値とは、リーン継続時間が長く、エンジン回転数Ｎｅが高く、且つ空気吸入量Ｑ
ａｉｒが多いほど、つまりリーン運転中に三元触媒１１
内にストレージされたＯ ₂量が多いほど高くなる。

【００２０】図２及び図３のフローチャートに戻り、前記ステップＳ３で前回リーンでなく、ステップＳ７で前回フュエルカットであり、更にステップＳ８で今回初めてフュエルカット中止指令が出力され、且つステップＳ
９で今回初めてストイキ切換指令が出力されると、即ちフュエルカット→ストイキの切換が指令されると、ステップＳ１０でそれまでのフュエルカット運転状態の継続時間を検索する。 そしてステップＳ１１で、前記ステップＳ１０で検索したフュエルカット継続時間に基づいて、リッチ化目標時間とリッチ化目標空燃比とを算出する。 前記ステップＳ１０，Ｓ１１におけるリッチ化目標時間及びリッチ化目標空燃比の算出手法は、前記ステップＳ５におけるそれと実質的に同じであり、図４のフローチャートのステップＳ５３におけるリーン継続時間をフュエルカット継続時間に変更することにより実施可能である。

【００２１】尚、前記ステップＳ８でフュエルカット中止指令が出力されるまでは、ステップＳ１２でフュエルカット処理が継続される。

【００２２】このようにしてリーン→ストイキ切換時、
或いはフュエルカット→ストイキ切換時にリッチ化目標時間及びリッチ化目標空燃比が算出されると、ステップＳ１３でリッチ化目標時間カウンタをセットするとともに、ステップＳ１４で前記リッチ化フラグを「１」にセットする。

【００２３】そしてステップＳ１５で目標空燃比Ａ／Ｆ
を前記ステップＳ１で検索した基本目標空燃比から、前記ステップＳ５又はステップＳ１１で決定したリッチ化目標空燃比に切り換える。 即ち、リーン→ストイキ切換時にはリーン時の基本空燃比からステップＳ５で決定したリッチ化目標空燃比に切り換えられ、またフュエルカット→ストイキ切換時にはフュエルカット時の基本空燃比からステップＳ１１で決定したリッチ化目標空燃比に切り換えられる。 続いて、ステップＳ１６で前記リッチ化目標時間カウンタをカウントダウンする。 そしてステップＳ１７で前記リッチ化目標時間が経過すると、ステップＳ１８でリッチ化フラグを「０」にリセットする。

【００２４】而して、ステップＳ１９で、最終的な目標空燃比Ａ／Ｆに応じて燃料噴射弁８ ₁ 〜８ ₄からの燃料噴射量Ｔｉが決定され、その燃料噴射量Ｔｉに応じた点火時期や燃料噴射時期が決定される。

【００２５】上記作用を図６のタイムチャートを用いて説明する。 図６のタイムチャートは目標空燃比Ａ／Ｆをリーンからストイキに切り換える場合を示すもので、リーン運転時の目標空燃比Ａ／Ｆは基本目標空燃比であるＡ／Ｆ＝２３に設定される。 リーン→ストイキ切換指令が出力されると、リーン継続時間と、吸入空気量Ｑａｉ
ｒと、エンジン回転数Ｎｅとに基づいて検索したリッチ化目標時間とリッチ化目標空燃比とにより、リッチ化目標時間が経過するまで、目標空燃比Ａ／Ｆがストイキ運転時の目標空燃比Ａ／Ｆ＝１４．７よりも更にリッチなリッチ化目標空燃比に設定される。 そしてリッチ化目標時間が経過した後はストイキ運転に移行し、その目標空燃比Ａ／Ｆはストイキ運転時の基本目標空燃比であるＡ
／Ｆ＝１４．７に戻される。

【００２６】このように、目標空燃比Ａ／Ｆをリーン（或いはフュエルカット）からストイキに切り換えるとき、目標空燃比Ａ／Ｆを所定時間だけストイキよりも更にリッチな状態に保ってからストイキに移行させることにより、三元触媒１１から排出されるＮＯｘを低減することができる。 即ち、リーン運転中の三元触媒１１内には過剰のＯ ₂がストレージされているため、リーン運転からストイキ運転に切り換えた後も暫くの間はＮＯｘ浄化機能が発揮されないが、リーン→ストイキ切換時に目標空燃比Ａ／Ｆを一時的にストイキよりも更にリッチにすることにより三元触媒１１内にストレージされたＯ ₂
を速やかに排出し、三元触媒１１のＮＯｘ浄化能力を回復させてＮＯｘの大気排出を防止することができる。

【００２７】また、排気ガス浄化触媒として、耐熱劣化性や耐酸化被毒性が未だ充分でないＮＯｘ吸蔵型の排気ガス浄化触媒を使用することなく、従来の三元触媒１１
をそのまま使用することができるので、耐久性やコストの面でも有利である。

【００２８】図７はリーン→ストイキ切換時において、
前述したリッチ化制御を行う場合（実線図示）と、行わない場合（破線図示）とのＮＯｘ排出量を示すもので、
リッチ化制御を行うことによりＮＯｘ排出量が大幅に低減することが分かる。

【００２９】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

【００３０】例えば、実施例では４個の気筒３ ₁ 〜３ ₄
の目標空燃比Ａ／Ｆを同時に切り換えているが、空燃比切換指令が出力されてから４個の気筒３ ₁ 〜３ ₄の目標空燃比Ａ／Ｆを所定のインターバルをもって順次切り換えても良く、このようにすれば空燃比切換時のトルクショックを軽減することができる。 尚、本発明における目標空燃比のリーン状態とは、フュエルカット状態も含むものとする。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載された発明によれば、目標空燃比をリーンからストイキに変更するとき、目標空燃比をストイキよりも更にリッチな状態を経てストイキに変更するので、リーン運転中に三元触媒内にストレージされた過剰のＯ ₂を速やかに排出して三元触媒のＮＯｘ浄化能力を回復させ、ＮＯｘの大気排出を効果的に防止することができる。 しかも、ＮＯｘ吸蔵型の排気ガス浄化触媒を使用することなく従来の三元触媒をそのまま使用することができるので、耐久性やコストの面でも有利である。

【００３２】また請求項２に記載された発明によれば、
ストイキよりも更にリッチな状態における目標空燃比と、該状態の継続時間とを、前回のリーン運転の継続時間と、該リーン運転中における内燃機関の負荷及び回転数とに基づいて決定するので、三元触媒内のＯ ₂ストレージ量を的確に推定して該Ｏ ₂ストレージ量に見合った量の還元物質を排出することができ、これにより三元触媒のＮＯｘ浄化能力を確実に回復させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の空燃比制御装置の全体構成図

【図２】メインルーチンのフローチャートの第１分図

【図３】メインルーチンのフローチャートの第２分図

【図４】メインルーチンのステップＳ５のサブルーチンのフローチャート

【図５】リッチ化目標時間及びリッチ化目標空燃比を算出するためのマップを示す図

【図６】リーン→ストイキ切換時の目標空燃比の変化を示すタイムチャート

【図７】リーン→ストイキ切換時のＮＯｘ排出量を示すグラフ

【符号の説明】

Ｅ 内燃機関 Ｕ 電子制御ユニット １ 吸気通路 ３ ₁ 〜３ ₄気筒 ８ ₁ 〜８ ₄燃料噴射弁 １０ 排気通路 １１ 三元触媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米倉 尚弘 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 浅野 裕 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内