(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配置され、触媒金属と、所定温度以上のときに酸化側で酸素を吸蔵し、還元側で酸素を放出する酸素吸蔵物質とを含有する三元触媒と、
上記三元触媒の上流側又は触媒内における排気ガスの酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段と、
上記三元触媒の下流における排気ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
上記酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度の変動が所定以下に移行したときに、上記酸素吸蔵物質の温度が所定温度以上に移行したこと判定する移行判定手段とを備え、
上記酸素濃度制御手段は、上記移行判定手段により酸素吸蔵物質の温度の所定温度以上への移行が判定された時点から所定期間が経過するまでの間、酸素吸蔵物質から酸素が放出されるように排気ガスの酸素濃度を制御するように構成されている
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記酸素濃度制御手段は、上記酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度が所定値となるようにフィードバック制御を行うフィードバック制御手段を備え、上記移行判定手段によって酸素吸蔵物質の温度の所定温度以上への移行が判定された時点から所定期間が経過するまでの間、上記フィードバック制御手段によるフィードバック制御に優先させて排気ガスの酸素濃度を所定値以下に制御するように構成されている
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三元触媒を備えたエンジンの排気浄化装置に関し、特に、ＮＯｘ浄化特性の向上対策に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、特開平１０−６１４２６号公報や特開２０００−２４８９７９号公報に開示されているように、排気通路に三元触媒を配置すると共に、この三元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を調整するようにしたエンジンの排気浄化装置が知られている。この排気浄化装置に用いられる三元触媒は、一般に酸素吸蔵物質と触媒金属とを含有している。酸素吸蔵物質は、例えば酸化セリウム等のように、所定温度以上のときに酸化側（リーン側）で酸素を吸蔵し、還元側（リッチ側）で酸素を放出する特性を有している。触媒金属は、ある温度以上になると活性化されて排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを分解して排気ガスを浄化する特性を有している。
【０００３】
そして、例えば、混合気の空燃比を理論空燃比付近に制御してエンジンを始動させると、上記排気浄化装置は三元触媒の温度が時間の経過と共に上昇し、ある温度に達すると触媒が活性化される。そして、三元触媒において排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを分解して排気ガスを浄化する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のものにおいて、エンジンを停止した際に酸素吸蔵物質には大気中から多量の酸素が吸蔵されており、このために、その後にエンジンが始動されて酸素吸蔵物質の温度が上昇して所定温度に達すると、吸蔵していた酸素を放出し始めることになる。そして、エンジンの始動時には空燃比が理論空燃比付近に制御されるために、上記のように酸素吸蔵物質から酸素が放出されると、三元触媒が酸素リッチな雰囲気下（酸化側）となってＮＯｘの浄化を迅速に行うことができなくなるという問題が生じる。つまり、周囲の排気ガスが酸化側に制御されると、三元触媒においてＮＯｘの還元反応が起こりにくくなるために、ＮＯｘの浄化を迅速に行えなくなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは三元触媒を備えたエンジンの排気浄化装置において、酸素吸蔵物質の温度が所定温度に移行したときに迅速にＮＯｘの浄化特性を向上させることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、酸素吸蔵物質が所定温度に達すると、周囲の排気ガスが還元側になるように制御するようにしたものである。
【０００７】
具体的に、第１の解決手段は、エンジンの排気通路に配置され、触媒金属と、所定温度以上のときに酸化側で酸素を吸蔵し、還元側で酸素を放出する酸素吸蔵物質とを含有する三元触媒と、上記三元触媒の上流側又は触媒内における排気ガスの酸素濃度を制御する酸素濃度制御手段と、上記三元触媒の下流における排気ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、上記酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度の変動が所定以下に移行したときに、上記酸素吸蔵物質の温度が上記所定温度以上に移行したことを判定する移行判定手段とを備え、上記酸素濃度制御手段は、上記移行判定手段により酸素吸蔵物質の温度の所定温度以上への移行が判定された時点から所定期間が経過するまでの間、酸素吸蔵物質から酸素が放出されるように排気ガスの酸素濃度を制御するように構成されている。
【０００８】
また、第２の解決手段は、上記第１の解決手段において、上記酸素濃度制御手段は、上記酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度が所定値となるようにフィードバック制御を行うフィードバック制御手段を備え、上記移行判定手段によって酸素吸蔵物質の温度の所定温度以上への移行が判定された時点から所定期間が経過するまでの間、上記フィードバック制御手段によるフィードバック制御に優先させて排気ガスの酸素濃度を所定値以下に制御するように構成されている。
【０００９】
すなわち、上記第１の解決手段では、エンジンの排気通路には、触媒金属と、所定温度以上のときに酸化側で酸素を吸蔵し、還元側で酸素を放出する酸素吸蔵物質とを含有する三元触媒が配置されている。酸素濃度検出手段が三元触媒の下流側における排気ガスの酸素濃度を検出する。そして、この酸素濃度検出手段が検出した酸素濃度の変動が所定以下に移行すると、移行判定手段は、酸素吸蔵物質の温度が所定温度以上に移行したと判定する。
【００１０】
つまり、酸素吸蔵物質の温度が所定温度以上に移行すると、三元触媒から流出する酸素の濃度の変動状態が変化する。即ち、酸素吸蔵物質の温度が所定温度に達する前では、三元触媒の上流側又は触媒内における排気ガスの酸素濃度の変動状態と三元触媒の下流側における排気ガスの酸素濃度の変動状態とは一致している。しかし、酸素吸蔵物質の温度が所定温度に達すると、三元触媒の上流側又は触媒内における排気ガスが還元側に制御されたときに多量の酸素が放出される一方で、上記排気ガスが酸化側に制御されたときには酸素が放出されずに吸蔵される。この結果、三元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度の変動幅に比べると、三元触媒から流出する排気ガスの酸素濃度の変動幅が小さくなる。そこで、三元触媒の上流側及び下流側での酸素濃度の変動幅の相違によって酸素吸蔵物質が所定温度に達したか否かを精度良く判定することができる。
【００１１】
そして、酸素吸蔵物質の温度が所定温度以上に移行したことを移行判定手段が判定すると、酸素濃度制御手段は、その判定直後から所定期間が経過するまでの間、酸素吸蔵物質から酸素を放出させるように三元触媒の上流側又は触媒内における排気ガスの酸素濃度を制御する。
【００１２】
つまり、前記の如く、酸素吸蔵物質の温度が所定温度以上になると、吸蔵している酸素を放出するために、三元触媒に流入した排気ガスは酸素リッチな状態（酸化側）となって排気ガス中のＮＯｘの浄化を効率よく行うことができなくなってしまう。例えば、エンジンの始動時に酸素吸蔵物質の温度が所定温度になったときには、それまでのエンジンの停止時に大気から多量に吸蔵した酸素を集中して放出するために、ＮＯｘの浄化を効率よく行うことができない。そこで、本発明の解決手段では、酸素吸蔵物質の温度が所定温度以上になったときには、三元触媒の上流側又は触媒内における排気ガスの酸素濃度を制御することにより、早期に酸素の放出を完了させることができるために、排気ガス中のＮＯｘの浄化を効率よく行うことができる。
【００１３】
また、上記第２の解決手段では、上記第１の解決手段において、酸素濃度検出手段が三元触媒の下流における排気ガス中の酸素濃度を検出する。フィードバック制御手段は、酸素濃度検出手段によって検出された酸素濃度が所定値となるようにフィードバック制御を行う。そして、酸素吸蔵物質の温度が所定温度以上に移行したと判定されると、酸素濃度制御手段は、強制的にフィードバック制御手段によるフィードバック制御に優先させて三元触媒の上流側又は触媒内における排気ガスの酸素濃度を所定値以下に制御する。したがって、フィードバック制御を実行するエンジンの排気浄化装置において、酸素吸蔵物質の温度が所定温度以上に移行したときに三元触媒の上流側又は触媒内における排気ガスの酸素濃度を確実に且つ迅速に所定値以下に制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
本発明の実施形態１に係るエンジンの排気浄化装置は、筒内噴射式エンジンのガソリンエンジンからの排気ガスを浄化するものである。上記ガソリンエンジンは、エンジン本体１に、複数の気筒２と、各気筒２内に往復動可能に嵌挿されたピストン３とが設けられ、このピストン３によって上記気筒２の上部に燃焼室４が区画形成されている。この燃焼室４の上部所定位置には、点火回路５に接続された点火プラグ６が燃焼室４内に望むように取り付けられている。
【００１６】
上記燃焼室４の周辺部には、この燃焼室４内に燃料を直接噴射する燃料供給手段としてのインジェクタ７が取り付けられている。このインジェクタ７には、図示省略した高圧燃料ポンプ、プレッシャレギュレータ等を有する燃料供給回路が接続され、この燃料供給回路によって燃料タンクからの燃料が適正な圧力に調整されてインジェクタ７に供給されるようになっている。また、上記燃料供給回路には、燃料圧力を検出する燃圧センサ８が設けられている。
【００１７】
上記燃焼室４は、吸気弁９が設けられた吸気ポートを介して吸気通路１０に連通している。この吸気通路１０には、その上流側から順に、吸気を濾過するエアクリーナ１１と、吸入空気量を検出するエアフローセンサ１２と、吸気通路１０を絞る電気式スロットル弁１３と、サージタンク１４とが配設されている。上記電気スロットル弁１３は、図外のアクセルペダルに連動することなく、モータ１５により駆動されて開閉動作するようになっている。さらに、上記電気スロットル弁１３の設置部には、その弁開度を検出するスロットル開度センサ１６が設けられ、上記サージタンク１４の設置部には、吸気圧を検出する吸気圧センサ１７が設けられている。
【００１８】
上記サージタンク１４よりも下流側の吸気通路１０は、気筒２毎に分岐する独立通路とされ、各独立通路の下流端部が２つに分岐してそれぞれ吸気ポートに連通すると共に、その一方にスワール弁１８が設けられている。このスワール弁１８がアクチュエータ１９により駆動されて閉鎖状態となると、吸気が他方の分岐通路のみから燃焼室４内に供給されるために、この燃焼室４内に強い吸気スワールが生成するようになっている。この吸気スワールは、上記スワール弁１８が開放するのに伴って弱められることとなる。上記スワール弁１８の設置部には、その開度を検出するスワール弁開度センサ２０が設けられている。尚、上記スワール弁１８に代え、タンブル流を生成するためのタンブル弁を設置した構造としてもよい。
【００１９】
上記燃焼室４には、排気弁２１が設けられた排気ポートを介して排気通路２２に連通し、この排気通路２２の上流端は気筒２毎に分岐している。上記排気通路２２には、その上流側から順に、排気ガス中の酸素濃度を検出する第１酸素濃度センサ２４と、排気ガス中のＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）及びＮＯｘ（窒素酸化物）の全てを浄化する機能を有する三元触媒２５と、この三元触媒２５の下流側における排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段である第２酸素濃度センサ２６とが配設されている。
【００２０】
上記酸素濃度センサ２４，２６は、排気ガスの酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出するものであり、その出力が理論空燃比を境にしてリーン側とリッチ側とで大きく反転（変化）するλセンサにより構成され、これにより理論空燃比の近傍で優れた検出精度が得られるようになっている。尚、上記酸素濃度センサ２４，２６は、上記λセンサに代え、排気空燃比に応じて出力がリニアに変化するリニア酸素センサにより構成するようにしてもよい。
【００２１】
排気空燃比とは、排気ガスの酸素濃度と還元剤濃度との存在状態からその排気ガス状態に直接対応する燃料と空気との混合気の空燃比を表す表現手法であり、排気空燃比が１４．７のときは理論空燃比に相当し、このときの酸素濃度は実質的に０〜０．５％となる。これを境界として排気空燃比が１４．７以下のときには、酸素濃度が減少あるいはゼロに固定され、還元剤濃度が増大する。一方、排気空燃比が１４．７以上では、酸素濃度が増大し、還元剤濃度が減少する。
【００２２】
上記三元触媒２５は、アルミナ等に担持されたパラジウム（Ｐｄ）又は白金（Ｐｔ）等の触媒金属と、ジルコニウム（Ｚｒ）等からなるバインダーとを有し、所定温度に加熱されて活性化することにより、排気ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化して浄化すると共に排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化するように構成されている。この浄化機能は、理論空燃比の付近において顕著に発揮されるものである。また、三元触媒２５は、所定温度に加熱されて活性化している状態で、排気ガスの酸素濃度が高い高酸素雰囲気（例えば酸素濃度が０．５％以上の雰囲気）で酸素を吸蔵すると共に、排気ガスの酸素濃度が低下して低酸素雰囲気下になるのに伴い、吸蔵した酸素を放出する機能を有する酸素吸蔵物質、例えば酸化セリウム（ＣｅＯ2）又はセリウムＣｅとプラセオジウムＰｒ等の希土類元素との複合酸化物等からなる酸素吸蔵物質を含有している。この酸素吸蔵物質は、所定温度以上に加熱されて活性化された状態で周囲の排気ガスが酸化側（リーン側）にあるときに酸素を吸蔵し、周囲の排気ガスが還元側（リッチ側）になるとこの吸蔵した酸素を放出する特性を有している。三元触媒２５では、排気ガス中の酸素に加え、この放出酸素が利用されて排気ガス中のＨＣ及びＣＯの酸化処理が行われる。上記三元触媒２５では、上記酸素吸蔵物質から放出された酸素を利用した酸化作用により、ＨＣが比較的低温で酸化されて浄化されるようになっている。
【００２３】
上記排気通路２２には、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ通路２９が接続されている。ＥＧＲ通路２９は、その上流端が排気通路２２における上記第１酸素濃度センサ２４の上流側に接続され、下流端が吸気通路１０における上記スロットル弁１３とサージタンク１４との間に接続されている。ＥＧＲ通路２９には、開度が電気的に調節可能に構成されたＥＧＲ弁３０と、このＥＧＲ弁３０のリフト量を検出するリフトセンサ３１とが配設されている。これらＥＧＲ通路２９とＥＧＲ弁３０とリフトセンサ３１とにより排気還流手段が構成されている。
【００２４】
上記排気通路２２には、吸気の一部を吸気通路１０から排気通路２２における上記第１酸素センサ２４の上流側に送り込む二次エア供給通路３２が接続され、この二次エア供給通路３２には、エンジンの制御を行うコントロールユニット（ＥＣＵ）３４から出力された制御信号に応じて開閉制御される流量制御弁３３が設けられている。
【００２５】
上記コントロールユニット３４には、上記エアフローセンサ１２、スロットル開度センサ１６、吸気圧センサ１７、スワール弁開度センサ２０、各酸素濃度センサ２４，２６，２８、及びＥＧＲ通路２９のリフトセンサ３１からの出力信号が入力されている。また、上記コントロールユニット３４には、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ３５，吸気温度を検出する吸気温度センサ３６、大気圧を検出する大気圧センサ３７、エンジンの回転数を検出する回転数センサ３８、及びアクセルペダルの開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ３９から出力された検出信号が入力されている。
【００２６】
上記コントロールユニット３４は、移行判定手段４３と、燃料噴射制御手段４０と、点火時期制御手段４１とを備えている。
【００２７】
上記移行判定手段４３は、三元触媒２５の酸素吸蔵物質が所定温度以上に移行して吸蔵酸素の放出を行う酸素放出状態に移行したか否かを判定するように構成されている。
【００２８】
つまり、エンジンの冷間始動直後は、三元触媒２５の酸素吸蔵物質及び触媒金属が活性化されていない初期状態にあるために、三元触媒２５に流入した排気ガスは反応することなく三元触媒を加熱して流出する。そして、時間の経過に伴って三元触媒２５の温度が次第に上昇して酸素吸蔵物質の温度が所定温度に達すると、三元触媒２５は、排気ガスに酸素吸蔵物質の吸蔵酸素を放出する酸素放出状態に移行する。三元触媒２５が酸素放出状態にあるときの酸素吸蔵物質は、排気ガスが還元側（リッチ側）に制御されていれば酸素を放出し、排気ガスが酸化側（リーン側）に制御されていれば排気ガス中の酸素を吸蔵する。酸素吸蔵物質が放出する酸素は、主に前回のエンジン停止時において三元触媒２５が大気雰囲気下になったときに多量に吸蔵されたものである。そして、更に三元触媒２５の温度が上昇すると、酸素吸蔵物質からの酸素の放出が終了した放出終了状態となる。
【００２９】
そうして、上記移行判定手段４３は、三元触媒２５の下流側に配設された第２酸素濃度センサ２６により検出された酸素濃度の変動状態に基づいて酸素吸蔵物質から酸素が放出される酸素放出状態に移行したか否かを判定するように構成されている。
【００３０】
つまり、図２(ａ)に示すように、三元触媒２５の上流側における排気ガスの排気空燃比は、空燃比制御が実行されると１４．７を中心として還元側及び酸化側に振れ、変動幅OX1Aで変動する。これに対し、三元触媒２５の下流側における排気ガスの排気空燃比は、図２(ｂ)に示すように、酸素吸蔵物質の温度が所定温度以上に移行すると、上記上流側の排気空燃比の変動幅OX1Aと略同一の変動幅であったのが、酸素吸蔵物質からの酸素放出に伴って還元側（リッチ側）に変動し難くなるために、上記変動幅OX1Aよりも小さな変動幅OX2Aでの変動状態に移行することとなる。酸素吸蔵物質は還元側で酸素を放出し、酸化側で酸素を吸蔵する特性を有するために、排気空燃比が還元側に振れたときのみ酸素を放出するために、三元触媒２５の下流側における排気ガスの排気空燃比の変動幅OX2Aが上流側における排気ガスの排気空燃比の変動幅OX1Aよりも小さくなるのである。
【００３１】
そこで、上記移行判定手段４３は、上流側における排気ガスの排気空燃比の変動幅OX1Aに対する下流側における排気ガスの排気空燃比の変動幅OX2Aの比が基準値Ｍよりも小さくなったか否かを判定することにより酸素濃度の変動状態の移行を判定し、三元触媒２５が酸素放出状態に移行したか否かを判定するように構成されている。この基準値Ｍは０以上１以下の値である。つまり、上記移行判定手段４３は、第２酸素濃度センサ２６により検出された酸素濃度の変動が所定以下に移行したときに、酸素吸蔵物質の温度が所定温度以上に移行したと判定するように構成されている。
【００３２】
上記燃料噴射制御手段４０は、第１酸素濃度センサ２４が検出した三元触媒２５の上流側における排気ガスの酸素濃度OX1が排気空燃比で１４．７相当（理論空燃比）の基準濃度OX10になるようにエンジンの運転状態に応じてインジェクタ７から噴射される燃料噴射状態をフィードバック制御する空燃比制御を実行するように構成されている。空燃比制御では、三元触媒２５の上流側における排気ガスの酸素濃度OX1が排気空燃比で１４．７相当の基準濃度OX10よりも高いときには、燃料噴射量のフィードバック値Qfbを補正値αだけ増大し、逆に排気空燃比で１４．７相当の基準濃度OX10以下のときには、燃料噴射量のフィードバック値Qfbを補正値αだけ低減することにより、三元触媒２５の上流側における排気ガスの酸素濃度OX1が基準濃度OX10になるように制御が行われるようになっている。
【００３３】
上記燃料噴射制御手段４０は、酸素濃度制御手段４４を備えている。つまり、上記酸素濃度制御手段４４は、タイマ４５を備えており、移行判定手段４３によって三元触媒２５が初期状態から酸素放出状態に移行したと判定されたときには、上記空燃比制御に優先して、第１酸素濃度センサ２４が検出した三元触媒２５の上流側における排気ガスの酸素濃度OX1が排気空燃比で１４．３以下になるように燃料噴射量をフィードバック制御する酸素放出制御を強制的に実行するように構成されている。
【００３４】
上記酸素放出制御は、移行判定手段４３によって三元触媒２５が初期状態から酸素放出状態に移行した、つまり、酸素吸蔵物質の温度が所定温度以上に移行したと判定された時点から所定期間Toが経過するまでの間実行される。この所定期間Toは、三元触媒２５に含まれている酸素吸蔵物質量に基づいて、この酸素吸蔵物質からの酸素の放出が完了するまでの時間を考慮して設定されている。つまり、例えば、エンジンの始動時に酸素吸蔵物質の温度が所定温度になったときには、それまでのエンジンの停止時に大気から多量に吸蔵した酸素を放出するために、三元触媒２５の上流側又は触媒内における排気ガスの酸素濃度を制御することにより、酸素吸蔵物質からの酸素の放出を迅速に行わせるべく排気ガスを還元側（リッチ側）に制御するものである。そして、迅速に酸素を放出させることができるために、所定時間Toの間に確実に酸素を放出させることができるのである。尚、この所定時間Toは、酸素吸蔵物質の劣化に伴って短く設定するようにしてもよい。
【００３５】
上記酸素放出制御では、排気空燃比１４．３相当の排気ガスの酸素濃度が、三元触媒２５の上流側における酸素濃度の基準値OX10として設定されており、第１酸素濃度センサ２４が検出した三元触媒２５の上流側における排気ガスの酸素濃度OX1が排気空燃比で１４．３以下になるように制御することにより、三元触媒２５と接触する排気ガスの酸素濃度を０．１％以下に制御するようになっている。つまり、酸素放出制御では、三元触媒２５の酸素吸蔵物質に接触する排気ガスの酸素濃度が０．１％以下に制御されるために、酸素吸蔵物質に吸蔵されている多量の酸素が放出されるようになっている。
【００３６】
上記酸素放出制御では、エンジンの燃焼室４における空燃比が１３．５以上になるように制御するのが好ましい。空燃比１３．５未満では、三元触媒２７での排気ガスが還元側となって酸素吸蔵物質からの酸素放出が促進されるものの、エンジンから排出されるＨＣ量が増大し過ぎるためにＨＣが浄化しきれなくなってしまう。そこで空燃比を１３．５以上に制御するのが好ましい。
【００３７】
上記燃料噴射制御手段４０は、吸気行程から点火時期にかけての期間内で、圧縮行程中期以降の後期噴射と、これより前の早期噴射とにおいてそれぞれ燃料噴射を行い、少なくとも２回の分割噴射を行わせるようにインジェクタ７を制御するように構成されている。尚、上記燃料噴射制御手段４０は、冷間運転時の全運転領域で分割噴射を行うように構成してもよく、また高負荷領域ではエンジン出力の要求を満足すべく、吸気行程のみで燃料噴射を行うように構成してもよい。また、必ずしも直噴で燃料を噴射を行う構成である必要はなく、吸気ポートにインジェクタ７を配置して、吸気と燃料との混合気を燃焼室４内に供給する構成のものであってもよい。
【００３８】
また、上記燃料噴射制御手段４０は、上記所定期間Toが経過したときは、酸素濃度制御手段４４による酸素放出制御の優先制御を解除し、第１酸素濃度センサ２４が検出した排気ガスの酸素濃度OX1が排気空燃比で１４．７相当の基準濃度OX10になるようにエンジンの運転状態に応じて燃料噴射量をフィードバック制御する上記空燃比制御を再び実行するように構成されている。
【００３９】
また、上記燃料噴射制御手段４０は、例えば、温間運転時の成層燃焼領域では、上記インジェクタ７から圧縮行程の所定時期に燃料を一括して噴射させることにより、点火プラグ６の近傍に混合気の燃料を偏在させた状態で燃焼させると共に、例えば燃焼室４内における混合気の空燃比を３０程度のリーン状態とする成層燃焼モードの燃焼制御を実行するように構成されている。また、上記燃料噴射制御手段４０は、温間運転時の均一燃料燃焼領域では、上記インジェクタ７から吸気行程で燃焼を一括噴射させると共に、燃焼室４全体の平均空燃比を略理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）とする均一燃焼モードの燃焼制御を実行するように構成されている。尚、エンジンの中負荷中回転領域では、吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料を噴射させるようにしてもよい。
【００４０】
上記点火時期制御手段４１は、点火回路５に制御信号を出力して、エンジンの運転状態に応じて混合気の点火時期を制御するように構成されている。つまり、点火時期制御手段４１は、基本的には点火時期をＭＢＴに制御するが、エンジンの冷間運転状態において、上記分割噴射が行われているときに、ＨＣ量が多くなることが確認された場合に、必要に応じて点火時期を上記ＭＢＴよりも所定量だけリタードさせるように構成されている。
【００４１】
−運転動作−
上述の如く構成されたエンジンの排気浄化装置の制御動作について、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００４２】
先ず、上記制御動作がスタートすると、ステップST41において、エアフローセンサ１２、第１及び第２酸素濃度センサ２４，２６、水温センサ３５、吸気温センサ３６、大気圧センサ３７、回転数センサ３８及びアクセル開度センサ３９の検出値に対応した各データを入力し、ステップST42に移る。ステップST42では、アクセル開度及びエンジンの回転数に基づいて、予め設定されたマップからエンジンの目標トルクTrを設定してステップST43に移る。ステップST43では、上記目標トルクTrとエンジンの回転数とをパラメータとして、予め設定されたマップから燃料の基本噴射量Qb及び電気式スロットル弁１３の基本開度Th0を設定し、ステップST44に移り、電気式スロットル弁１３を駆動してステップST45に移る。上記基本噴射量Qb及び電気式スロットル弁１３の基本開度Th0は、三元触媒２５の上流側における排気ガスの酸素濃度OX1が排気空燃比で１４．７相当の酸素濃度になるように設定されている。
【００４３】
ステップST45において、三元触媒２５の上流側における排気ガスの排気空燃比の変動幅OX1Aに対する下流側における排気ガスの排気空燃比の変動幅OX2Aの比が基準値Ｍよりも小さくなったか否かを判定する。変動幅OX1Aに対する変動幅OX2Aの比が基準値Ｍ以上のときには、ステップST46に移ってタイマ４５のカウントをリセットし、ステップST47に移る。ステップST47では、三元触媒２５の上流側における排気ガスの酸素濃度OX1が排気空燃比で１４．７相当（理論空燃比相当）の基準濃度OX10より高いか否かを判定し、酸素濃度OX1が基準濃度OX10より低いときには、ステップST48に移って、フィードバック値Qfbを補正値αだけ低減させてステップST49に移る。一方、酸素濃度OX1が基準濃度OX10以上のときには、ステップST47からステップST50に移り、フィードバック値Qfbを補正値αだけ増大させてステップST49に移る。ステップST49では、基本噴射量Qbにフィードバック値Qfbを加算して最終噴射量Qpを導出する。そして、ステップST51に移って噴射タイミングに合わせて、ステップST52において燃料の噴射制御を実行する。つまり、排気ガスの酸素濃度OX1が排気空燃比で１４．７相当の酸素濃度に収束するようにフィードバック制御する空燃比制御を実行する。
【００４４】
一方、変動幅OX1Aに対する変動幅OX2Aの比が基準値Ｍよりも小さくなったときには、上記ステップST45からステップST53に進み、前回に検出した変動幅OX1Aに対する変動幅OX2Aの比が基準値Ｍ以上であったか否かを判定して、この比が基準値Ｍ以上であったときにはステップST54に移ってタイマ４５をスタートさせ、ステップST55に移る。つまり、変動幅OX1Aに対する変動幅OX2Aの比が基準値Ｍよりも小さくなったときに三元触媒２５の酸素吸蔵物質が所定温度以上に移行したと判定してタイマ４５をスタートさせる。一方、前回に検出した変動幅OX1Aに対する変動幅OX2Aの比が基準値Ｍ未満であったときには、ステップST56に移ってタイマがカウント中であるか否かを判定し、タイマがカウント中のときにはステップST57に移ってタイマを１つカウントし、ステップST55に移る。
【００４５】
ステップST55においてタイマのカウントが所定期間To内にあるか否かを判定し、この所定期間To内にあるときにはステップST58に移り、三元触媒２５の上流側における排気ガスの酸素濃度OX1が排気空燃比で１４．３以下に相当する酸素濃度になるように燃料噴射量を最終噴射量Qpに設定する。つまり、カウントが所定期間To内にあるときには、三元触媒２５の上流側における排気ガスの酸素濃度OX1を排気空燃比で１４．７相当の酸素濃度に調整する空燃比制御に優先して酸素放出制御を強制的に実行することとなる。燃料噴射量Qpは、基本噴射量Qbに調整噴射量Qceを加算して導出する。そして、ステップST51に移って噴射タイミングに合わせて、ステップST52において燃料の噴射制御を実行する。この酸素放出制御により三元触媒２５に流入する排気ガスの酸素濃度が０．１％以下に制御され、吸蔵酸素が酸素吸蔵物質から急速に放出される。
【００４６】
一方、上記ステップST55において、タイマのカウントが所定期間To以上となると、判定がＮＯとなってステップST46に進む。そして、タイマ４５のカウントをリセットしてステップST47〜ステップST52においてフィードバック値Qfbを補正して、酸素濃度OX2が排気空燃比で１４．７相当の酸素濃度になるように燃料噴射量のフィードバック制御を行う空燃比制御を実行する。このときには、酸素放出制御は実行されない。つまり、三元触媒２５の酸素吸蔵物質からの酸素放出を所定期間内に終了させることができるために、その後に排気ガスの酸素濃度が上昇することがなく、排気ガスのＮＯｘを迅速に且つ効率よく浄化することができる。
【００４７】
また、三元触媒２５の下流側における排気ガスの排気空燃比が上流側における排気ガスの排気空燃比の変動幅OX1Aと略同一の変動幅で変動すると、ステップST45の判定がＮＯとなってステップST46に進む。このときには、酸素放出制御が実行されずに通常の空燃比制御を実行する（ステップST47〜ステップST52）。
【００４８】
上記ステップST56において、タイマ４５がカウント中でないときには、ステップST46に進んで空燃比制御を実行する。つまり、酸素吸蔵物質の温度が次第に低下して変動幅OX1Aに対する変動幅OX2Aの比が基準値Ｍよりも小さくなったときには、ステップST53の判定がＹＥＳとなることがないために、タイマ４５がスタートしない。この結果、酸素吸蔵物質の温度が次第に低下して変動幅OX1Aに対する変動幅OX2Aの比が基準値Ｍよりも小さくなったときには酸素放出制御が空燃比制御に優先して実行されることはなく、酸素放出制御は、例えばエンジンの冷間始動直後等のように酸素吸蔵物質の温度が次第に上昇するときのみに実行される。
【００４９】
【発明のその他の実施の形態】
上記実施形態について、三元触媒２５の下流側における排気通路２２には、ＨＣ吸着材と酸素吸蔵物質と触媒金属とを有するＨＣ吸着触媒を備える構成としてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態について、燃料噴射制御手段４０は、空燃比制御によって三元触媒２５の上流側における排気ガスの酸素濃度を制御する構成には限られず、２次エアの供給等の制御を適用することも可能である。
【００５１】
また、上記実施形態について、酸素放出制御において、燃料噴射量を調整することにより、排気ガスの酸素濃度を制御する構成に限られず、二次エア供給通路３２からの空気の供給量を低減させることにより排気ガスを還元側に制御する構成であってもよい。
【００５２】
また、上記実施形態について、燃料噴射制御手段４０は、三元触媒２５の下流側における排気ガスの酸素濃度が所定値となるようにフィードバック制御を行うフィードバック制御手段を備える一方で、移行判定手段４３によって酸素吸蔵物質の温度が所定温度以上に移行したと判定された直後の所定期間内に、上記フィードバック制御手段によるフィードバック制御に優先させて排気ガスの酸素濃度を所定値以下に制御するように構成してもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、三元触媒の酸素吸蔵物質から酸素が放出される温度に移行した直後の所定期間内に三元触媒の上流側又は触媒内におけるに排気ガスの酸素濃度を低減させる制御を行うようにしたために、酸素吸蔵物質に吸蔵された酸素の放出を迅速に完了させることができる。この結果、排気ガスの酸素濃度が長期間に亘って上昇するという状態を回避することができて、排気ガス中のＮＯｘの浄化を迅速に且つ効率よく行うことができる。
【００５４】
特に、三元触媒の上流側及び下流側での排気ガスの酸素濃度の変動状態の相違によって酸素吸蔵物質から酸素が放出される状態にあるか否かを判定するようにしたために、精度良く判定を行うことができる。また、例えば空燃比のフィードバック制御を行うときには、このフィードバック制御に酸素濃度検出手段を使用するために、この酸素濃度検出手段を有効に利用することができる。
【００５５】
また、請求項２に係る発明によれば、フィードバック制御では酸素吸蔵物質からの酸素放出によって酸素濃度の追従性に遅れを生ずるが、酸素吸蔵物質から酸素が放出されるときには、フィードバック制御に優先させて三元触媒の上流側又は触媒内における排気ガスの酸素濃度を所定値以下に制御するようにしたために、三元触媒の上流側又は触媒内における排気ガスの酸素濃度を迅速に且つ確実に所定値以下に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の全体構成を示す全体図である。
【図２】実施形態における排気ガスの排気空燃比の変動を示す概念図である。（ａ）は三元触媒の上流側における排気ガスの排気空燃比であり、（ｂ）は三元触媒の下流側における排気ガスの排気空燃比である。
【図３】実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の制御動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
２２    排気通路
２５    三元触媒
２６    第２酸素濃度センサ（酸素濃度検出手段）
４２    温度検出手段
４３    移行判定手段
４４    酸素濃度制御手段
【図１】
0003797202.tif 000002
【図２】
0003797202.tif 000003
【図３】
0003797202.tif 000004