(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に三元触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
始動直後に、空燃比をストイキよりリーンに制御した後、ストイキよりリッチに制御し、リーンからリッチへの切換えを、機関出口でのＮＯｘ濃度に相関するパラメータ若しくは触媒温度に相関するパラメータに基づいて行う空燃比切換手段と、
リッチに制御される空燃比を、機関出口でのＮＯｘ濃度に相関するパラメータ若しくは触媒温度に相関するパラメータに基づいて多段に、かつ当該パラメータが高濃度若しくは高温度を示すほどよりリッチに設定するリッチ空燃比設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
機関出口でのＮＯｘ濃度に相関するパラメータは、機関負荷であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
触媒温度に相関するパラメータは、検出若しくは推定した触媒温度であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
触媒温度に相関するパラメータは、機関温度であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記空燃比切換手段は、加速状態を検出したときにリーンを禁止してリッチに切換える機能を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記加速状態の検出は、スロットル弁の全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチがＯＦＦとなったことを検出して行うことを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記加速状態の検出は、自動変速機でのＮ→Ｄセレクトを検出して行うことを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記空燃比切換手段は、触媒下流の排気センサが活性化して空燃比フィードバック制御が可能となるまでリッチ状態を継続することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
触媒下流の排気センサが活性化した後は、当該センサ出力に基づいて空燃比をストイキにフィードバック制御することを特徴とする請求項８記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気通路に三元触媒を備える内燃機関の排気浄化装置に関し、特に始動直後の排気浄化性能向上のための空燃比制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な始動直後の排気浄化性能向上のための空燃比制御技術では、始動直後は、触媒のＮＯｘ転換効率がストイキよりリーン側で急激に低下することから、空燃比制御の目標Ａ／Ｆをストイキよりもリッチ側にシフトさせて、ＮＯｘ転換効率の向上を図っていた。
【０００３】
その一方、次のような空燃比制御技術もある。
（１）特開平７−１８９７６８号公報
これは、始動直後リーン、加速時リッチを開示している。すなわち、始動直後の所定期間はリーンでフィードバック制御を行い、リーンでのフィードバック制御中に加速状態が検出されるとリッチ化している。
（２）特開平７−３０１１４０号公報
これは、始動直後ストイキ、続いてリーン、その後ストイキを開示している。すなわち、始動直後ストイキでフィードバック制御してフィードバック補正値（リーン化前）を記憶し、続いて触媒が活性化するまでリーンでフィードフォワード制御し、その後ストイキでフィードバック制御してフィードバック補正値（リーン化後）を記憶する。リーンでのフィードフォワード制御のリーン化目標値は今回のフィードバック補正値（リーン化前）と前回のフィードバック補正値（リーン化後）とで学習補正される。
（３）特開平９−２４２５２８号公報
これは、触媒冷機時リーン（但し２次空気導入でリーン化するので燃焼空燃比はリッチ）、活性化完了後リッチを開示している。すなわち、触媒冷機時（一部活性〜活性完了まで）リーンに制御し、触媒活性完了後リッチに切換えて硫酸塩を除去している。
（４）特開平９−１５１７５９号公報
これは、触媒活性化までリーン、活性化後ストイキを開示している。すなわち、触媒活性化水温に達するまでリーンに制御し、触媒活性化水温に達した後ストイキに制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の一般的な空燃比制御技術のように、始動直後にすぐさま一定量のリッチシフトを行うと、ＮＯｘ転換効率は確保できるが、リッチシフトにより触媒の活性化が遅れるばかりか、触媒活性前後のＨＣ、ＣＯ転換効率が低下するという問題点がある。
【０００５】
そこで、本発明者らは、始動直後の初期段階（始動後０〜２０sec 程度）は、機関出口でのＮＯｘ濃度が極めて低い一方、機関出口でのＨＣ濃度が極めて高いことから、始動直後に、空燃比をリーンに制御した後、リッチに切換えることを考えた。このような空燃比制御の態様自体は従来の技術として提示した公報にも一部開示されている。
【０００６】
しかしながら、リーンからリッチに切換えて制御する際、一律に一定量のリッチシフトを行うのでは、ＨＣやＮＯｘの排出量特性、更には触媒での転換効率の点で、必ずしも最適な制御とは言えず、なお改良の余地があった。
本発明は、このような実状に鑑み、始動直後の排気浄化性能の更なる向上を実現することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明では、排気通路に三元触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、始動直後に、空燃比をストイキよりリーンに制御した後、ストイキよりリッチに制御し、リーンからリッチへの切換えを、機関出口でのＮＯｘ濃度に相関するパラメータ若しくは触媒温度に相関するパラメータに基づいて行う空燃比切換手段と、リッチに制御される空燃比を、機関出口でのＮＯｘ濃度に相関するパラメータ若しくは触媒温度に相関するパラメータに基づいて多段に、かつ当該パラメータが高濃度若しくは高温度を示すほどよりリッチに設定するリッチ空燃比設定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、機関出口でのＮＯｘ濃度に相関するパラメータは、機関負荷であることを特徴とする。
請求項３の発明では、請求項１の発明において、触媒温度に相関するパラメータは、検出若しくは推定した触媒温度であることを特徴とする。
請求項４の発明では、請求項１の発明において、触媒温度に相関するパラメータは、機関温度であることを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明では、請求項１〜４の発明において、前記空燃比切換手段は、加速状態を検出したときにリーンを禁止してリッチに切換える機能を有することを特徴とする。
請求項６の発明では、請求項５の発明において、前記加速状態の検出は、スロットル弁の全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチがＯＦＦとなったことを検出して行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項７の発明では、請求項５の発明において、前記加速状態の検出は、自動変速機でのＮ→Ｄセレクトを検出して行うことを特徴とする。
請求項８の発明では、請求項１〜７の発明において、前記空燃比切換手段は、触媒下流の排気センサが活性化して空燃比フィードバック制御が可能となるまでリッチ状態を継続することを特徴とする。
【００１１】
請求項９の発明では、請求項８の発明において、触媒下流の排気センサが活性化した後は、当該センサ出力に基づいて空燃比をストイキにフィードバック制御することを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、始動直後に、空燃比を先ずリーンに制御することで、始動直後の初期段階（始動後０〜２０sec 程度）は、機関出口でのＮＯｘ濃度が極めて低い一方、機関出口でのＨＣ濃度が極めて高いことから、ＨＣ浄化性能を優先させて、排気浄化性能の向上を図ることができる。
【００１３】
また、その後は、機関出口でのＮＯｘ濃度に相関するパラメータ若しくは触媒温度に相関するパラメータに基づいて、リーンからリッチに切換えることで、ＮＯｘ排出量の増大や触媒でのＨＣ転換効率の向上に合わせ、ＮＯｘ浄化性能を優先させて、排気浄化性能の向上を図ることができる。
また、リッチに制御される空燃比を、機関出口でのＮＯｘ濃度に相関するパラメータ若しくは触媒温度に相関するパラメータに基づいて多段に、かつ当該パラメータが高濃度若しくは高温度を示すほどよりリッチに設定することで、ＮＯｘ排出量の増大や触媒でのＨＣ転換効率の向上の程度に合わせ、最適なリッチシフトにより、総合的な排気浄化性能の向上を図ることができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、機関出口でのＮＯｘ濃度に相関するパラメータとして、機関負荷を用いることで、機関負荷は、一般的にその増大に伴ってＮＯｘ濃度が増大することから、ＮＯｘ濃度との相関が良く、また、機関制御に必須のパラメータであるので、格別にセンサ等を追加することなく簡単に実施できる。
請求項３の発明によれば、触媒温度に相関するパラメータとして、検出若しくは推定した触媒温度を用いることで、触媒温度センサを付設するか、運転状態などからの推定により簡単に実施できる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、触媒温度に相関するパラメータとして、機関温度（例えば機関冷却水温度）を用いることで、機関温度は、触媒温度との相関が強く、また、機関制御に必須のパラメータであるので、簡単に実施できる。
請求項５の発明によれば、加速状態（請求項６ではアイドルスイッチＯＦＦ、請求項７ではＮ→Ｄセレクト）を検出したときに、リーンを禁止してリッチに切換えることで、発進前後を確実に切り分け、リッチシフトのタイミングが遅れるのを防止できる。
【００１６】
請求項８の発明によれば、触媒下流の排気センサが活性化して空燃比フィードバック制御が可能となるまでリッチ状態を継続することで、更に請求項９の発明によれば、触媒下流の排気センサが活性化した後は、当該センサ出力に基づいて空燃比をストイキにフィードバック制御することで、活性化前後での排気浄化性能を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
内燃機関（以下エンジンという）のシステム構成は、第１〜第４実施形態に関し共通であり、図１に示す。
図１において、エンジン１の吸気通路２には、吸気マニホールド３の上流にスロットル弁４が設けられ、更に上流に吸入空気量ＱＡ検出用のエアフローメータ５が設けられている。
【００１８】
そして、吸気マニホールド３には各気筒毎に燃料供給用の燃料噴射弁６が設けられており、燃料噴射弁６はコントロールユニット１０から各気筒毎の所定の燃料噴射時期にて出力される燃料噴射パルス信号により通電されて開弁し、そのパルス幅により燃料噴射量が制御される。
エンジン１の排気通路７（排気マニホールドの直下）には、排気浄化用の三元触媒（マニホールド触媒）８が設けられている。
【００１９】
コントロールユニット１０には、前記エアフローメータ５からの信号の他、エンジン回転数ＮＥを検出可能なクランク角センサ１１からの信号、スロットル弁４の全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチ１２からの信号、エンジンの冷却水温度（水温）ＴＷを検出する水温センサ１３からの信号が入力されている。また、排気通路７の触媒８上流及び下流にそれぞれ排気中の排気成分（特に酸素濃度）を検出する排気センサ１４、１５（フロント排気センサ１４及びリア排気センサ１５）が設けられ、これらの信号もコントロールユニット１０に入力されている。更に必要により、触媒８の温度ＴＣを直接又は近傍の排気温度から間接的に検出する触媒温度センサ１６が設けられ、この信号もコントロールユニット１０に入力されている。
【００２０】
ところで、排気規制強化に対応するため、大気レベルの排気エミッションの実現を目指しているが、コールド始動時にＨＣ同様、テールパイプからのＮＯｘ排出量が多く、排気モードテストで見ても、コールド１山（始動後０〜１２５sec ）でのテールパイプからのＮＯｘ排出量がモードトータルの８〜９割と非常に大きな割合を占めている。
【００２１】
図２は、排気モードテストのコールド１山での空燃比（Ａ／Ｆ）の変化に対するテールパイプからのＨＣ排出量及びＮＯｘ排出量を、始動後０〜２０sec （ファーストアイドル）と、始動後２０〜１２５sec （発進〜１山終了）とに分けて、積算値で示している。
図２（ａ）からわかるように、ＨＣについては、始動後０〜２０sec の短い時間でのテールパイプからのＨＣ排出量が格段に多く、始動後２０〜１２５sec では時間が長くなってもテールパイプからのＨＣ排出量は少ない。そして、いずれもＡ／Ｆのリーン化により減少し、リッチ化により増大する。
【００２２】
また、図２（ｂ）からわかるように、ＮＯｘについては、始動後０〜２０sec でのテールパイプからのＮＯｘ排出量はＡ／Ｆの変化にかかわらず極めて少ない。そして、始動後２０〜１２５sec でのテールパイプからのＮＯｘ排出量はＡ／Ｆをリーン化するほど激増するが、リッチ化により激減する。
すなわち、始動後０〜２０sec （ファーストアイドル）の期間は、極低温で、エンジン出口でのＮＯｘ濃度が低いため、Ａ／Ｆの変化にからわらず、テールパイプからのＮＯｘ排出量は少ない。一方、この期間は、エンジン出口でのＨＣ濃度がモード中で最も高く、またマニホールド触媒も十分に活性化していないため、テールパイプからのＨＣ排出量が多い。したがって、この期間は、ＨＣ浄化性能を優先させるため、リーンシフトを行うことで、ＨＣ転換効率向上とマニホールド触媒活性促進とを図ることが可能となる。
【００２３】
始動後２０〜１２５sec （発進〜１山終了）の期間は、マニホールド触媒がほぼ活性化しており、エンジン出口でのＨＣ濃度の低下と、マニホールド触媒の活性化とにより、テールパイプからのＨＣ排出量は少なくなるが、エンジン出口でのＮＯｘ濃度の増大により、テールパイプからのＮＯｘ排出量が大きくなる。しかし、Ａ／Ｆのリッチ化により、ＮＯｘ排出量を大きく低減することが可能である一方、ＨＣ排出量の増大はわずかである。したがって、この期間は、ＮＯｘ浄化性能を優先させるため、リッチシフトを行うことで、ＮＯｘ転換効率向上を図り、ＨＣ排出量を最小限にとどめつつＮＯｘ排出量を大幅に低減することが可能となる。
【００２４】
したがって、本発明では、始動直後に、空燃比をリーンに制御した後、リッチに制御し、リーンからリッチへの切換えを、エンジン出口でのＮＯｘ濃度に相関するパラメータ若しくは触媒温度に相関するパラメータに基づいて行う。また、リッチに制御される空燃比を、エンジン出口でのＮＯｘ濃度に相関するパラメータ若しくは触媒温度に相関するパラメータに基づいて多段に、かつ当該パラメータが高濃度若しくは高温度を示すほどよりリッチに設定する。
【００２５】
そして、触媒下流の排気センサ（リア排気センサ）が活性化して空燃比フィードバック制御が可能となるまでリッチ状態を継続し、リア排気センサが活性化した後は、当該センサ出力に基づいて空燃比をストイキ（λ＝１）にフィードバック制御する。
このような始動直後の空燃比制御は、コントロールユニット１０において、燃料噴射弁６の燃料噴射量の演算に用いる目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）の設定という形態で行うことができる。
【００２６】
コントロールユニット１０での始動直後の空燃比制御（目標Ａ／Ｆの設定）について、以下に、第１〜第４実施形態に分けて説明する。
先ず本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、エンジン出口でのＮＯｘ濃度に相関するパラメータとして、エンジン負荷（特に燃料噴射量）を用いている。
【００２７】
図３は第１実施形態での空燃比制御のフローチャートである。
Ｓ１では、始動時水温ＴＷＩＮＩを読込む。始動時水温ＴＷＩＮＩは始動時に水温センサ１３の信号に基づいて水温ＴＷを検出し、これを始動時水温ＴＷＩＮＩ＝ＴＷとして記憶保持する。
Ｓ２では、始動時水温ＴＷＩＮＩがコールド判定水温ＴＷＡＦＣＬＨ以上か否かを判定し、ＴＷＩＮＩ＜ＴＷＡＦＣＬＨであれば、コールド時であるので、Ｓ３へ進む。これに対して、ＴＷＩＮＩ≧ＴＷＡＦＣＬＨであれば、ホットリスタート時であるので、Ｓ９へ進み、目標Ａ／Ｆをストイキ（１４．７；λ＝１）に設定して、リターンする。
【００２８】
Ｓ３では、リア排気センサ１５の出力を読込み、次のＳ４では、リア排気センサ１５が活性化しているか否かを判定する。リア排気センサ１５の出力は活性化前は一定レベルに貼り付いていて、活性化すると出力が変動するので、これに基づいて判定する。リア排気センサ１５が活性化していない場合は、Ｓ５へ進む。これに対して、リア排気センサ１５が活性化している場合は、Ｓ９へ進み、目標Ａ／Ｆをストイキ（１４．７；λ＝１）に設定して、リターンする。
【００２９】
Ｓ５では、コールド始動直後であるので、先ず、エンジン出口でのＮＯｘ排出量に相関するパラメータとして、エンジン負荷、ここではエンジン負荷を代表する燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）ＴＰを読込む。尚、燃料噴射量ＴＰは吸入空気量ＱＡとエンジン回転数ＮＥとに基づいて算出されている。
次のＳ６では、燃料噴射量ＴＰと予め定めたリッチシフト判定値ＴＰ１とを比較し、ＴＰ≧ＴＰ１か否かを判定する。
【００３０】
ＴＰ＜ＴＰ１の場合は、Ｓ７へ進み、ＨＣ浄化性能を優先させるため、目標Ａ／Ｆを予め定めたリーン空燃比ＡＢＦＬに設定して、リターンする。
ＴＰ≧ＴＰ１の場合は、Ｓ８へ進み、ＮＯｘ浄化性能を優先させるため、目標Ａ／Ｆをリッチ空燃比に設定して、リターンする。このときのリッチ空燃比は、燃料噴射量ＴＰに応じて設定し、燃料噴射量ＴＰが大きいほど、よりリッチ側に設定する。
【００３１】
具体的には、多段（少なくとも２段）に設定し、例えば、
ＴＰ１≦ＴＰ＜ＴＰ２  のとき、目標Ａ／Ｆ＝ＡＢＦＲ１
ＴＰ２≦ＴＰ＜ＴＰ３  のとき、目標Ａ／Ｆ＝ＡＢＦＲ２
ＴＰ３≦ＴＰ          のとき、目標Ａ／Ｆ＝ＡＢＦＲ３
とする。ここで、ＡＢＦＲ１＞ＡＢＦＲ２＞ＡＢＦＲ３であり、ＡＢＦＲ３が最もリッチな空燃比である。尚、ここではリッチ空燃比を３段に制御しているが、これに限るものでないことは言うまでもない。
【００３２】
図４は第１実施形態での制御の一例を示すタイムチャートである。
始動直後は、燃料噴射量がＴＰ１未満であるので、目標Ａ／Ｆはリーン（ＡＢＦＬ）に設定される。このときは、エンジン出口でのＮＯｘ排出量（Ｅ．Ｏ．ＮＯｘ）が小さく、エンジン出口でのＨＣ排出量（Ｅ．Ｏ．ＨＣ）が大きいので、ＨＣ浄化性能を優先させるため、リーンシフトすることで、ＨＣ転換効率向上と触媒活性促進とを図る。
【００３３】
燃料噴射量がＴＰ１を超えると（この例ではＮ→Ｄセレクトと同時に）、リーンシフトが禁止され、目標Ａ／Ｆはリッチ（ＡＢＦＲ１）に設定される。更に燃料噴射量が大きくなって、ＴＰ２、ＴＰ３を超えると、目標Ａ／Ｆは更にリッチ側（ＡＢＦＲ２、ＡＢＦＲ３）に設定される。
エンジン負荷（燃料噴射量）が大きくなると、エンジン出口でのＨＣ排出量が低下する一方、ＮＯｘ排出量が増加するので、ＮＯｘ浄化性能を優先させるため、リーンシフトを禁止し、よりリッチ側に制御することで、ＮＯｘ転換効率向上を図る。
【００３４】
その後、リア排気センサ１５の出力変化よりリア排気センサ１５が活性化したことが検出されると、リッチシフトが禁止され、目標Ａ／Ｆはストイキ（λ＝１）に設定され、空燃比フィードバック制御が開始される。
次に本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、アイドルスイッチを併用して制御を行うものである。
【００３５】
図５は第２実施形態での空燃比制御のフローチャートである。
図５のフロー中のＳ１〜Ｓ４、Ｓ９は図３のフローと同じであり、説明を省略する。Ｓ２での判定で始動時水温ＴＷＩＮＩ＜コールド判定水温ＴＷＡＦＣＬＨであり、Ｓ４での判定でリア排気センサ１５が活性化していない場合（コールド始動直後）は、Ｓ２１へ進む。
【００３６】
Ｓ２１では、エンジン負荷の指標値として、アイドルスイッチ１２の信号を読込み、次のＳ２１では、アイドルスイッチＯＦＦ（加速状態）か否かを判定する。
アイドルスイッチＯＮ（アイドル状態）の場合は、Ｓ２３へ進み、ＨＣ浄化性能を優先させるため、目標Ａ／Ｆをアイドル状態に適合させて予め定めたリーン空燃比ＡＢＦＬに設定して、リターンする。
【００３７】
アイドルスイッチＯＦＦ（加速状態）の場合は、Ｓ２４へ進み、エンジン負荷を代表する燃料噴射量ＴＰを読込む。そして、Ｓ２５へ進み、ＮＯｘ浄化性能を優先させるため、目標Ａ／Ｆをリッチ空燃比に設定して、リターンする。このときのリッチ空燃比は、燃料噴射量ＴＰに応じて設定し、燃料噴射量ＴＰが大きいほど、よりリッチ側に設定する。
【００３８】
具体的には、多段（少なくとも２段）に設定し、例えば、
ＴＰ＜ＴＰ１  のとき、目標Ａ／Ｆ＝ＡＢＦＲ１
ＴＰ≧ＴＰ１  のとき、目標Ａ／Ｆ＝ＡＢＦＲ２
とする。ここで、ＡＢＦＲ１＞ＡＢＦＲ２であり、ＡＢＦＲ２の方がよりリッチな空燃比である。尚、ここではリッチ空燃比を２段に制御しているが、３段若しくはそれ以上にしてもよいは言うまでもない。
【００３９】
図６は第２実施形態での制御の一例を示すタイムチャートである。
始動直後は、アイドル状態であるので、目標Ａ／Ｆはリーン（ＡＢＦＬ）に設定される。このときは、エンジン出口でのＮＯｘ排出量（Ｅ．Ｏ．ＮＯｘ）が小さく、エンジン出口でのＨＣ排出量（Ｅ．Ｏ．ＨＣ）が大きいので、ＨＣ浄化性能を優先させるため、リーンシフトすることで、ＨＣ転換効率向上と触媒活性促進とを図る。
【００４０】
アクセルペダルの踏込み（発進）によりアイドルスイッチＯＦＦ（加速状態）となると、リーンシフトが禁止され、目標Ａ／Ｆはリッチ（ＡＢＦＲ１）に設定される。そして、燃料噴射量が大きくなって、ＴＰ１を超えると、目標Ａ／Ｆは更にリッチ側（ＡＢＦＲ２）に設定される。
加速状態では、エンジン負荷（燃料噴射量）が大きくなるほど、エンジン出口でのＨＣ排出量が低下する一方、ＮＯｘ排出量が増加するので、ＮＯｘ浄化性能を優先させるため、リーンシフトを禁止し、よりリッチ側に制御することで、ＮＯｘ転換効率向上を図るのである。
【００４１】
尚、本実施形態では、アイドルスイッチＯＦＦの検出時にリーンを禁止してリッチに切換えているが、自動変速機でのＮ→Ｄセレクトの検出時にリーンを禁止してリッチに切換えるようにしてもよい。
次に本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、触媒温度に相関するパラメータを用いている。
【００４２】
図７は第３実施形態での空燃比制御のフローチャートである。
図７のフロー中のＳ１〜Ｓ４、Ｓ９は図３のフローと同じであり、説明を省略する。Ｓ２での判定で始動時水温ＴＷＩＮＩ＜コールド判定水温ＴＷＡＦＣＬＨであり、Ｓ４での判定でリア排気センサ１５が活性化していない場合（コールド始動直後）は、Ｓ３１へ進む。
【００４３】
Ｓ３１では、触媒温度に相関するパラメータとして、触媒温度センサ１６により直接若しくは間接的に検出した触媒温度ＴＣ、又は触媒に流入するガス量等の演算に基づいて推定した触媒温度ＴＣを読込む。
次のＳ３２では、触媒温度ＴＣと予め定めたリッチシフト判定値ＴＣ１とを比較し、ＴＣ≧ＴＣ１か否かを判定する。
【００４４】
ＴＣ＜ＴＣ１の場合は、Ｓ３３へ進み、ＨＣ浄化性能を優先させるため、目標Ａ／Ｆを予め定めたリーン空燃比ＡＢＦＬに設定して、リターンする。
ＴＣ≧ＴＣ１の場合は、Ｓ３４へ進み、ＮＯｘ浄化性能を優先させるため、目標Ａ／Ｆをリッチ空燃比に設定して、リターンする。このときのリッチ空燃比は、触媒温度ＴＣに応じて設定し、触媒温度ＴＣが高いほど、よりリッチ側に設定する。
【００４５】
具体的には、多段（少なくとも２段）に設定し、例えば、
ＴＣ１≦ＴＣ＜ＴＣ２  のとき、目標Ａ／Ｆ＝ＡＢＦＲ１
ＴＣ２≦ＴＣ          のとき、目標Ａ／Ｆ＝ＡＢＦＲ２
とする。ここで、ＡＢＦＲ１＞ＡＢＦＲ２であり、ＡＢＦＲ２の方がよりリッチな空燃比である。尚、ここではリッチ空燃比を２段に制御しているが、３段若しくはそれ以上にしてもよいは言うまでもない。
【００４６】
図８は第３実施形態での制御の一例を示すタイムチャートである。
始動直後は、触媒温度がＴＣ１未満であるので、目標Ａ／Ｆはリーン（ＡＢＦＬ）に設定される。このときは、エンジン出口でのＮＯｘ排出量が小さく、エンジン出口でのＨＣ排出量が大きいので、ＨＣ浄化性能を優先させるため、リーンシフトすることで、ＨＣ転換効率向上と触媒活性促進とを図る。
【００４７】
触媒温度がＴＣ１を超えると、リーンシフトが禁止され、目標Ａ／Ｆはリッチ（ＡＢＦＲ１）に設定される。更に触媒温度が高くなって、ＴＣ２を超えると、目標Ａ／Ｆは更にリッチ側（ＡＢＦＲ２）に設定される。
触媒温度が高くなると、ＨＣ転換効率向上によりＨＣが低減される一方、高温状態ゆえＮＯｘが増加するので、ＮＯｘ浄化性能を優先させるため、リーンシフトを禁止し、よりリッチ側に制御することで、ＮＯｘ転換効率向上を図るのである。尚、図９は、触媒温度毎に（３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃）、Ａ／Ｆの変化（ストイキ、リッチ、リーン）に対する触媒でのＨＣ残存率、ＮＯｘ残存率を示したものある。
【００４８】
これによると、低温側（例えば３５０℃、４００℃）では、ＨＣ転換効率の悪化により特にリッチ側でＨＣ残存率が大きいが、リーンにするとＮＯｘ残存率が大きくなるので、リッチでもストイキ寄りに制御するのがよいことがわかる。また、高温側（例えば４５０℃、５００℃）では、ＨＣ転換効率の向上によりＨＣ残存率が大幅に低下する一方、リーン側でのＮＯｘ残存率が急増するので、よりリッチに制御することがよいことがわかる。
【００４９】
次に本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、触媒温度に相関するパラメータとして、エンジン温度（特に水温）を用いている。
図１０は第４実施形態での空燃比制御のフローチャートである。
図１０のフロー中のＳ１〜Ｓ４、Ｓ９は図３のフローと同じであり、説明を省略する。Ｓ２での判定で始動時水温ＴＷＩＮＩ＜コールド判定水温ＴＷＡＦＣＬＨであり、Ｓ４での判定でリア排気センサ１５が活性化していない場合（コールド始動直後）は、Ｓ４１へ進む。
【００５０】
Ｓ４１では、触媒温度に相関するパラメータとして、エンジン温度、ここでは水温ＴＷを、水温センサ１３からの信号に基づいて読込む。
次のＳ４２では、検出した水温ＴＷと予め定めたリッチシフト判定値ＴＷ１とを比較し、ＴＷ≧ＴＷ１か否かを判定する。
ＴＷ＜ＴＷ１の場合は、Ｓ４３へ進み、ＨＣ浄化性能を優先させるため、目標Ａ／Ｆを予め定めたリーン空燃比ＡＢＦＬに設定して、リターンする。
【００５１】
ＴＷ≧ＴＷ１の場合は、Ｓ４４へ進み、ＮＯｘ浄化性能を優先させるため、目標Ａ／Ｆをリッチ空燃比に設定して、リターンする。このときのリッチ空燃比は、水温ＴＷに応じて設定し、水温ＴＷが高いほど、よりリッチ側に設定する。
具体的には、多段（少なくとも２段）に設定し、例えば、
ＴＷ１≦ＴＷ＜ＴＷ２  のとき、目標Ａ／Ｆ＝ＡＢＦＲ１
ＴＷ２≦ＴＷ          のとき、目標Ａ／Ｆ＝ＡＢＦＲ２
とする。ここで、ＡＢＦＲ１＞ＡＢＦＲ２であり、ＡＢＦＲ２の方がよりリッチな空燃比である。尚、ここではリッチ空燃比を２段に制御しているが、３段若しくはそれ以上にしてもよいは言うまでもない。
【００５２】
図１１は第４実施形態での制御の一例を示すタイムチャートである。
始動直後は、水温がＴＷ１未満であるので、目標Ａ／Ｆはリーン（ＡＢＦＬ）に設定される。このときは、エンジン出口でのＮＯｘ排出量が小さく、エンジン出口でのＨＣ排出量が大きいので、ＨＣ浄化性能を優先させるため、リーンシフトすることで、ＨＣ転換効率向上と触媒活性促進とを図る。
【００５３】
水温がＴＷ１を超えると、リーンシフトが禁止され、目標Ａ／Ｆはリッチ（ＡＢＦＲ１）に設定される。更に水温が高くなって、ＴＷ２を超えると、目標Ａ／Ｆは更にリッチ側（ＡＢＦＲ２）に設定される。
水温が高くなると、当然に触媒温度も高くなるので、ＨＣ転換効率向上によりＨＣが低減される一方、高温状態ゆえＮＯｘが増加するので、ＮＯｘ浄化性能を優先させるため、リーンシフトを禁止し、よりリッチ側に制御することで、ＮＯｘ転換効率向上を図るのである。
【００５４】
尚、第１実施形態（図３のフロー）においては、Ｓ５〜Ｓ８の部分が空燃比切換手段に相当し、特にＳ８の部分がリッチ空燃比設定手段に相当する。また、第２実施形態（図５のフロー）においては、Ｓ２１〜Ｓ２５の部分が空燃比切換手段に相当し、特にＳ２５の部分がリッチ空燃比設定手段に相当する。また、第３実施形態（図７のフロー）においては、Ｓ３１〜Ｓ３４の部分が空燃比切換手段に相当し、特にＳ３４の部分がリッチ空燃比設定手段に相当する。また、第４実施形態（図１０のフロー）においては、Ｓ４１〜Ｓ４４の部分が空燃比切換手段に相当し、特にＳ４４の部分がリッチ空燃比設定手段に相当する。
【００５５】
また、第３実施形態及び第４実施形態に対し、第２実施形態のように、加速状態（アイドルスイッチＯＦＦ又はＮ→Ｄセレクト）の検出時にリーンを禁止してリッチに切換える制御を追加するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１〜第４実施形態共通のエンジンのシステム図
【図２】  始動直後のＨＣ、ＮＯｘ排出量の特性図
【図３】  第１実施形態での空燃比制御のフローチャート
【図４】  第１実施形態での始動直後のタイムチャート
【図５】  第２実施形態での空燃比制御のフローチャート
【図６】  第２実施形態での始動直後のタイムチャート
【図７】  第３実施形態での空燃比制御のフローチャート
【図８】  第３実施形態での始動直後のタイムチャート
【図９】  各触媒温度でのＨＣ、ＮＯｘ残存率の特性図
【図１０】  第４実施形態での空燃比制御のフローチャート
【図１１】  第４実施形態での始動直後のタイムチャート
【符号の説明】
１  エンジン
２  吸気通路
４  スロットル弁
５  燃料噴射弁
７  排気通路
８  三元触媒
１０  コントロールユニット
１２  アイドルスイッチ
１３  水温センサ
１４  フロント排気センサ
１５  リア排気センサ
１６  触媒温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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