JP2001193521A - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排ガス浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の触媒を配置した排ガス浄化システムに
おいて、触媒系全体の排ガス浄化能力を十分に発揮でき
ような応答性の良い空燃比制御を実現する。 【解決手段】 排気管２１に複数の触媒２２，２３を設
けると共に、各触媒２２，２３の上流側と下流側にそれ
ぞれ空燃比センサ２４又は酸素センサ２５，２６を設
け、上流側触媒２２上流側の空燃比センサ２４の出力に
基づいて排ガスの空燃比を目標空燃比にフィードバック
制御する。この際、排ガス流量が少ないときは、上流側
触媒２２のみでも排ガスをかなり浄化できるため、目標
空燃比の設定に用いる下流側のセンサとして、上流側触
媒２２下流側の酸素センサ２５を用いる。また、排ガス
流量が多いときには、上流側触媒２２内で浄化されずに
通り抜ける排ガス成分量が多くなるため、目標空燃比の
設定に用いる下流側のセンサを下流側触媒２３下流側の
酸素センサ２６に切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排ガス
通路に排ガス浄化用の複数の触媒を配置した内燃機関の
排ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、エンジンの排ガスの浄化能力を高
めるために、エンジンの排気管の途中に、排ガス浄化用
の触媒を２個直列に設置したものがある。このものは、
上流側触媒の上流側と下流側触媒の下流側にそれぞれ空
燃比センサ（又は酸素センサ）を配置し、これら上流側
と下流側のセンサの出力に基づいて排ガスの空燃比を目
標空燃比にフィードバック制御するようにしている。
【０００３】また、Ｖ型エンジンでは、気筒群毎（バン
ク毎）に独立した排ガス通路を設けると共に、各気筒群
の排ガス通路を下流側で１本の集合排ガス通路に合流さ
せ、各気筒群の排ガス通路にそれぞれ上流側触媒を配置
すると共に、集合排ガス通路に下流側触媒を配置したも
のがある。このものは、上流側触媒の上流側と下流側に
それぞれ空燃比センサ（又は酸素センサ）を配置し、こ
れら上流側と下流側のセンサの出力に基づいて排ガスの
空燃比を目標空燃比にフィードバック制御するようにし
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、将来、益
々、厳しくなる排ガス規制に対応するために、各触媒
は、排ガス成分の飽和吸着量（ストレージ量）が大きい
触媒を採用する傾向がある。このため、排気管に２個の
触媒を直列に設置した排ガス浄化システムでは、排ガス
流量の少ない低負荷運転時等には、上流側触媒のみでも
排ガスがかなり浄化されるため、エンジンから排出され
る排ガスの空燃比の変化が下流側触媒の下流側のセンサ
の出力変化に現れるまでの時間が長くかかり、空燃比制
御の応答性が悪くなる欠点がある。
【０００５】一方、各気筒群毎に上流側触媒を設置した
排ガス浄化システムでは、上流側触媒の上流側と下流側
にセンサを設置しているので、空燃比制御の応答性をあ
る程度確保できるが、下流側触媒の下流側の空燃比を検
出できないため、触媒系全体の排ガス浄化能力を評価す
ることができず、触媒系全体の排ガス浄化能力を十分に
発揮させるような空燃比制御を行うことができない。
【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、排ガス通路に排ガス
浄化用の複数の触媒を配置したシステムにおいて、触媒
系全体の排ガス浄化能力を十分に発揮させるような応答
性の良い空燃比制御を行うことができる内燃機関の排ガ
ス浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の内燃機関の排ガス浄化装置は、
排ガス通路に排ガス浄化用の複数の触媒を配置し、各触
媒の上流側と下流側にそれぞれ排ガスの空燃比又はガス
濃度を検出するセンサを設けた構成としたものである。
このようにすれば、各触媒の上流側と下流側に配置した
センサの出力に基づいて、各触媒毎に現在の排ガス浄化
能力（各触媒のストレージ量等）を評価して、触媒系全
体の排ガス浄化能力を十分に発揮させるような応答性の
良い空燃比制御を行うことができ、排ガス浄化性能を向
上できる。しかも、各触媒毎に触媒劣化判定を行うこと
も可能となる。
【０００８】本発明は、全気筒共通の１本の排ガス通路
に、複数の触媒を直列に配置したシステムに適用した
り、或は、内燃機関の各気筒群毎に独立して設けた排ガ
ス通路に、それぞれ１個又は複数の触媒を配置したシス
テムに適用しても良い。この場合も、各気筒群の触媒の
上流側と下流側にそれぞれセンサを配置すれば良く、こ
れらのセンサの中で、各気筒群の最下流の触媒の下流側
のセンサは、各気筒群の排ガス通路に配置しても良い
が、請求項２のように、各気筒群の最下流の触媒の下流
側のセンサを、各気筒群の排ガスが合流する集合排ガス
通路に配置して共通化した構成としても良い。このよう
にすれば、各気筒群の最下流の触媒の下流側の空燃比又
はガス濃度を共通のセンサで検出することができ、セン
サの個数を削減できる利点がある。
【０００９】この場合、請求項３のように、各気筒群の
排ガス通路にそれぞれ触媒を配置すると共に、集合排ガ
ス通路にも触媒を配置し、各気筒群の触媒と集合排ガス
通路の触媒の上流側と下流側にそれぞれセンサを配置し
た構成としても良い。これにより、各気筒群の排ガス通
路の触媒と集合排ガス通路の触媒とを効率良く使用して
排ガス浄化性能を向上できる。
【００１０】また、請求項４のように、３個以上の触媒
を複数の触媒群に区分し、各触媒群を１つの触媒と見な
して各触媒群の上流側と下流側にそれぞれ排ガスの空燃
比又はガス濃度を検出するセンサを配置するようにして
も良い。このようにすれば、排ガス通路に３個以上の触
媒を配置したシステムにおいて、各触媒群毎に現在の排
ガス浄化能力（各触媒群のストレージ量等）を評価し
て、触媒系全体の排ガス浄化能力を十分に発揮させるよ
うな応答性の良い空燃比制御を行うことができ、排ガス
浄化性能を向上できる。
【００１１】また、請求項５のように、空燃比フィード
バック制御手段によって上流側触媒の上流側のセンサの
出力に基づいて排ガスの空燃比をフィードバック制御す
ると共に、サブフィードバック制御手段によって下流側
のセンサの出力を空燃比フィードバック制御に反映させ
る際に、下流側の複数のセンサの中から、空燃比フィー
ドバック制御に反映させるセンサを内燃機関の運転状態
に応じて切り換えるようにしても良い。
【００１２】例えば、排ガス流量の少ない低負荷運転時
等には、上流側触媒のみでも排ガスをかなり浄化できる
ため、空燃比フィードバック制御に反映させる下流側の
センサとしては、上流側触媒の下流側のセンサを用いた
方が空燃比制御の応答性が良い。しかし、排ガス流量が
多くなると、上流側触媒内で浄化されずに通り抜ける排
ガス成分量が多くなるため、上流側触媒と下流側触媒の
両方を有効に使用して排ガスを浄化する必要がある。こ
の場合は、下流側触媒の状態も考慮した空燃比フィード
バック制御を行うことが好ましいため、空燃比フィード
バック制御に反映させる下流側のセンサとしては、下流
側触媒の下流側のセンサを用いることが好ましい。従っ
て、請求項５のように、空燃比フィードバック制御に反
映させるセンサを内燃機関の運転状態に応じて切り換え
るようにすれば、その時点の運転状態（排ガス流量等）
に最も適した位置のセンサを使用することができ、全運
転領域で、触媒系全体の排ガス浄化能力を十分に発揮さ
せるような応答性の良い空燃比制御を行うことができ
る。
【００１３】この場合、内燃機関から排出される排ガス
の空燃比の変化がセンサの出力変化に現れるまでの応答
遅れ時間が該センサの位置に応じて変化するため、請求
項６のように、空燃比フィードバック制御に反映させる
センサの位置に応じて該センサの出力の反映方法（例え
ば空燃比フィードバック制御のゲインの補正や目標空燃
比の補正等）を変化させるようにしても良い。このよう
にすれば、空燃比フィードバック制御に反映させるセン
サの位置に応じて該センサの応答遅れ時間が変化するの
に対応して、センサ出力の反映方法を適正化することが
できる。
【００１４】更に、上流側触媒の下流側のセンサ（上流
側触媒の流出ガスの空燃比を検出するセンサ）と、下流
側触媒の下流側のセンサ（下流側触媒の流出ガスの空燃
比を検出するセンサ）とでは、センサの目標出力（目標
空燃比）が異なってくる。そこで、請求項７のように、
空燃比フィードバック制御に反映させるセンサの位置に
応じて該センサの目標出力を設定するようにしても良
い。このようにすれば、空燃比フィードバック制御に反
映させるセンサの位置に応じて該センサの目標出力（目
標空燃比）を適正値に設定することができる。
【００１５】一方、請求項８のように、空燃比フィード
バック制御手段によって上流側触媒の上流側のセンサの
出力に基づいて排ガスの空燃比をフィードバック制御す
ると共に、サブフィードバック制御手段によって上流側
触媒の下流側のセンサの出力を空燃比フィードバック制
御に反映させるサブフィードバック制御を行う際に、セ
カンドフィードバック制御手段によって下流側触媒の下
流側のセンサの出力をサブフィードバック制御に反映さ
せるようにしても良い。このようにすれば、サブフィー
ドバック制御とセカンドフィードバック制御の両方の効
果により各触媒を流れる排ガスの空燃比を各触媒の排ガ
ス浄化能力を十分に発揮させるような空燃比にフィード
バック制御することができ、触媒系全体の排ガス浄化性
能を更に向上することができる。
【００１６】この場合、請求項９のように、下流側触媒
の下流側のセンサの出力に応じて上流側触媒の下流側の
センサの目標出力を設定するようにすると良い。つま
り、下流側触媒の下流側のセンサの出力（下流側触媒の
流出ガスの空燃比）によって下流側触媒の現在の排ガス
浄化能力を評価することができるので、上流側触媒の下
流側のセンサの目標出力（下流側触媒の流入ガスの目標
空燃比）を下流側触媒の下流側のセンサの出力に応じて
設定すれば、下流側触媒の流入ガスの空燃比を下流側触
媒の現在の排ガス浄化能力に応じた適正な空燃比に制御
することができ、下流側触媒の排ガス浄化能力を最大限
に発揮させることができる。
【００１７】その際、請求項１０のように、上流側触媒
の下流側のセンサの目標出力（下流側触媒の流入ガスの
目標空燃比）を、下流側触媒の排ガス成分の吸着量が所
定値以下となる範囲内又は下流側触媒を流れる排ガスの
空燃比が所定の浄化ウインドの範囲内となるように設定
すると良い。これにより、下流側触媒の排ガス成分の吸
着限界や浄化ウインドを越えたセンサの目標出力の過補
正を防止することができる。
【００１８】上流側触媒の下流側のセンサは、空燃比セ
ンサ（リニアＡ／Ｆセンサ）を用いても良いが、酸素セ
ンサが用いられることが多い。上流側触媒の下流側のセ
ンサとして酸素センサを用いる場合は、請求項１１のよ
うに、酸素センサの目標出力を０．４〜０．６５Ｖの範
囲で設定すると良い。このようにすれば、下流側触媒の
排ガス成分の吸着量が所定値以下となる範囲内又は下流
側触媒を流れる排ガスの空燃比が所定の浄化ウインドの
範囲内となるように制御することができる。
【００１９】一方、請求項１２のように、セカンドフィ
ードバック制御手段は、下流側触媒の下流側のセンサの
出力に応じてサブフィードバック制御の制御ゲインを変
化させるようにしても良い。このようにしても、下流側
触媒の下流側のセンサの出力（下流側触媒の流出ガスの
空燃比）をサブフィードバック制御に反映させて、下流
側触媒の流入ガスの空燃比を下流側触媒の現在の排ガス
浄化能力に応じた適正な空燃比に制御することができ
る。
【００２０】更に、請求項１３のように、サブフィード
バック制御手段とセカンドフィードバック制御手段の少
なくとも一方は、該制御手段で用いるセンサ直前の触媒
の排ガス成分の吸着量に応じて制御ゲインを変化させる
ようにしても良い。つまり、触媒の排ガス成分の吸着量
は、現在の触媒の排ガス浄化能力を評価するのに適した
パラメータであるため、触媒の排ガス成分の吸着量に応
じてサブフィードバック制御やセカンドフィードバック
制御の制御ゲインを変化させれば、触媒の排ガス浄化能
力を精度良く反映させた空燃比フィードバック制御を実
施することができる。
【００２１】また、請求項１４のように、少なくとも下
流側触媒の上流側のセンサの出力と吸入空気量等に基づ
いて該下流側触媒の排ガス成分の吸着量を推定し、該吸
着量の制御目標値からのずれを無くすように空燃比フィ
ードバック制御をフィードバック制御補正手段により補
正するようにしても良い。つまり、下流側触媒に流入し
た排ガスの空燃比（下流側触媒の上流側のセンサの出
力）と吸入空気量（排ガス流量）とから、下流側触媒に
流入した排ガス成分量を算出でき、この排ガス成分量と
排ガス浄化能力とから下流側触媒の排ガス成分の吸着量
を推定することができる。そして、推定した吸着量の制
御目標値からのずれを無くすように空燃比フィードバッ
ク制御を補正すれば、下流側触媒の排ガス成分の吸着量
を早期に制御目標値に制御することができ、下流側触媒
を効率良く使用して排ガス浄化性能を高めることができ
る。
【００２２】この場合、請求項１５のように、複数の触
媒の合計ストレージ量を越えない範囲で、空燃比フィー
ドバック制御の補正量を設定するようにすると良い。こ
のようにすれば、触媒系全体の排ガス浄化能力を最大限
に発揮させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】《実施形態（１）》以下、本発明
の実施形態（１）を図１乃至図１３に基づいて説明す
る。
【００２４】まず、図１に基づいてエンジン制御システ
ム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン
１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が
設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空
気量を検出するエアフローメータ１４が設けられてい
る。このエアフローメータ１４の下流側には、スロット
ルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開
度センサ１６とが設けられている。
【００２５】更に、スロットルバルブ１５の下流側に
は、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１
７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設
けられている。また、サージタンク１７には、エンジン
１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が
設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート
近傍に、燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられ
ている。
【００２６】一方、エンジン１１の排気管２１（排ガス
通路）の途中には、排ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，
ＮＯｘ等）を低減させる上流側触媒２２と下流側触媒２
３が直列に設置されている。この場合、上流側触媒２２
は、始動時に早期に暖機が完了して始動時の排気エミッ
ションを低減するように比較的小容量に形成され、下流
側触媒２３は、排ガス量が多くなる高負荷域でも、排ガ
スを十分に浄化できるように比較的大容量に形成されて
いる。
【００２７】更に、上流側触媒２２の上流側には、排ガ
スの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力する空燃
比センサ２４が設けられ、上流側触媒２２の下流側と下
流側触媒２３の下流側には、それぞれ排ガスの空燃比が
理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧
ＶＯＸ２が反転する酸素センサ２５，２６が設けられて
いる。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷
却水温を検出する冷却水温センサ２７や、エンジン回転
数ＮＥを検出するクランク角センサ２８が取り付けられ
ている。
【００２８】これら各種のセンサ出力は、エンジン制御
回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２９に入力される。
このＥＣＵ２９は、マイクロコンピュータを主体として
構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された
図２、図３及び図７乃至図１０の各プログラムを実行す
ることで、排ガスの空燃比をフィードバック制御する。
以下、各プログラムの処理内容を説明する。
【００２９】［燃料噴射量算出］図２の燃料噴射量算出
プログラムは、空燃比のフィードバック制御を通じて要
求燃料噴射量ＴＡＵを設定するプログラムであり、所定
クランク角毎に実行されることで空燃比フィードバック
制御手段として機能する。本プログラムが起動される
と、まず、ステップ１０１で、吸気管圧力ＰＭ、エンジ
ン回転数ＮＥ等の運転状態パラメータに基づいて基本燃
料噴射量ＴＰを算出し、続くステップ１０２で、空燃比
フィードバック制御条件が成立しているか否かを判定す
る。ここで、空燃比フィードバック条件は、エンジン冷
却水温ＴＨＷが所定温度以上であること、運転状態が高
回転・高負荷領域ではないこと等であり、これらの条件
を全て満たしたときに空燃比フィードバック条件が成立
する。
【００３０】上記ステップ１０２で、空燃比フィードバ
ック条件が不成立と判定された場合にはステップ１０６
に進み、空燃比補正係数ＦＡＦを「１．０」に設定し
て、ステップ１０５に進む。この場合は、空燃比の補正
は行われない。
【００３１】一方、上記ステップ１０２で、空燃比フィ
ードバック条件成立と判定された場合には、ステップ１
０３に進み、後述する図３の目標空燃比設定プログラム
を実行して目標空燃比λTGを設定し、次のステップ１０
４で、上流側触媒２２の上流側の空燃比センサ２４の出
力λ（排ガスの空燃比）と目標空燃比λTGとに基づいて
空燃比補正係数ＦＡＦを算出する。
【００３２】この後、ステップ１０５で、基本燃料噴射
量ＴＰ、空燃比補正係数ＦＡＦ及び他の補正係数ＦＡＬ
Ｌを用いて、次式により燃料噴射量ＴＡＵを算出して、
本プログラムを終了する。 ＴＡＵ＝ＴＰ×ＦＡＦ×ＦＡＬＬ
【００３３】［目標空燃比設定］次に、図２のステップ
１０３で実行される図３の目標空燃比設定プログラムの
処理内容を説明する。本プログラムが起動されると、ま
ず、ステップ２０１で、目標空燃比λTGの設定に用いる
下流側のセンサを上流側触媒２２下流側の酸素センサ２
５と下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の中から選
択する。
【００３４】例えば、排ガス流量の少ない低負荷運転時
等には、上流側触媒２２のみでも排ガスをかなり浄化で
きるため、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセン
サとしては、上流側触媒２２の下流側の酸素センサ２５
を用いた方が空燃比制御の応答性が良い。しかし、排ガ
ス流量が多くなると、上流側触媒２２内で浄化されずに
通り抜ける排ガス成分量が多くなるため、上流側触媒２
２と下流側触媒２３の両方を有効に使用して排ガスを浄
化する必要がある。この場合は、下流側触媒２３の状態
も考慮した空燃比フィードバック制御を行うことが好ま
しいため、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセン
サとしては、下流側触媒２３の下流側の酸素センサ２６
を用いることが好ましい。
【００３５】また、エンジン１１から排出される排ガス
の空燃比の変化（上流側触媒２２上流側の空燃比センサ
２４の出力変化）が上流側触媒２２の下流側の酸素セン
サ２５の出力変化に現れるまでの遅れ時間が短くなるほ
ど、上流側触媒２２内で浄化されずに通り抜ける排ガス
成分量が多くなっている（つまり浄化効率が低下してい
る）ことを意味するため、この酸素センサ２５の出力変
化の遅れ時間が短い場合は、目標空燃比λTGの設定に用
いる下流側のセンサとして、下流側触媒２３の下流側の
酸素センサ２６の出力を用いることが好ましい。
【００３６】そこで、目標空燃比λTGの設定に用いる下
流側のセンサとして下流側触媒２３下流側の酸素センサ
２６を選択する条件は、エンジン１１から排出される
排ガスの空燃比変化（上流側触媒２２上流側の空燃比セ
ンサ２４の出力変化）が上流側触媒２２下流側の酸素セ
ンサ２５の出力変化に現れるまでの遅れ時間（又は周
期）が所定時間（又は所定周期）よりも短いこと、又
は、吸入空気量（排ガス流量）が所定値以上であるこ
ととしている。
【００３７】これら２つの条件，のどちから一方を
満たしたときは、下流側触媒２３下流側の酸素センサ２
６を選択し、どちらも満たさない場合は、上流側触媒２
２下流側の酸素センサ２５を選択する。尚、との両
方の条件を満たしたときに下流側触媒２３下流側の酸素
センサ２６を選択するようにしても良い。
【００３８】このようにして、目標空燃比λTGの設定に
用いる下流側のセンサを選択した後、ステップ２０２に
進み、選択した酸素センサの出力電圧ＶＯＸ２が理論空
燃比（λ＝１）に相当する目標出力電圧（例えば０．４
５Ｖ）より高いか低いかによって、リッチかリーンかを
判定し、リーンのときには、ステップ２０３に進み、前
回もリーンであったか否かを判定する。前回も今回もリ
ーンである場合には、ステップ２０４に進み、リッチ積
分量λIRを、現在の吸入空気量ＱＡに応じて図５に示す
マップから求める。
【００３９】このリッチ積分量λIRのマップは、上流側
触媒下流側センサ用マップ［図５（ａ）の上欄］と下流
側触媒下流側センサ用のマップ［図５（ｂ）の上欄］が
設定され、使用するセンサに応じていずれか一方のマッ
プが選択される。図５（ａ），（ｂ）のリッチ積分量λ
IRのマップ特性は、吸入空気量ＱＡが大きくなるほど、
リッチ積分量λIRが小さくなるように設定され、吸入空
気量ＱＡが小さい領域では、下流側触媒下流側センサ用
のマップの方が上流側触媒下流側センサ用マップよりも
リッチ積分量λIRが少し大きくなるように設定されてい
る。リッチ積分量λIRの算出後、ステップ２０５に進
み、目標空燃比λTGをλIRだけリッチ側に補正し、その
ときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ２１３）、
本プログラムを終了する。
【００４０】また、前回リッチで今回リーンに反転した
場合には、ステップ２０６に進み、リッチ側へのスキッ
プ量λSKR を、後述する吸着量学習処理によって得られ
たリッチ成分ストレージ量ＯＳＴRichに応じて図６に示
すマップから求める。図６のマップ特性は、リッチ成分
ストレージ量ＯＳＴRichの絶対値が小さくなるほどリッ
チスキップ量λSKR も小さくなるように設定されてい
る。スキップ量λSKR の算出後、ステップ２０７進み、
目標空燃比λTGをλIR＋λSKR だけリッチ側に補正し、
そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ２１
３）、本プログラムを終了する。
【００４１】一方、前記スキップ２０２で、酸素センサ
の出力電圧ＶＯＸ２がリッチであるときには、ステップ
２０８に進み、前回もリッチであったか否かを判定す
る。前回も今回もリッチである場合には、ステップ２０
９に進み、リーン積分量λILを現在の吸入空気量ＱＡに
応じて図５に示すマップから求める。このリーン積分量
λILのマップは、上流側触媒下流側センサ用マップ［図
５（ａ）の下欄］と下流側触媒下流側センサ用のマップ
［図５（ｂ）の下欄］が設定され、下流側のセンサとし
て選択されたセンサに応じていすれか一方のマップが選
択される。
【００４２】図５（ａ），（ｂ）のリーン積分量λILの
マップ特性は、吸入空気量ＱＡが大きくなるほど、リー
ン積分量λILが小さくなるように設定され、吸入空気量
ＱＡが小さい領域では、下流側触媒下流側センサ用のマ
ップの方が上流側触媒下流側センサ用マップよりもリー
ン積分量λILが少し大きくなるように設定されている。
リーン積分量λILの算出後、ステップ２１０に進み、目
標空燃比λTGをλILだけリーン側に補正し、そのときの
リッチ／リーンを記憶して（ステップ２１３）、本プロ
グラムを終了する。
【００４３】また、前回はリーン側で今回リッチに反転
した場合には、ステップ２１１に進み、リーン側へのス
キップ量λSKL を、後述する吸着量学習処理によって得
られたリーン成分ストレージ量ＯＳＴLeanに応じて図６
に示すマップから求める。図６のマップ特性は、リーン
成分ストレージ量ＯＳＴLeanが小さくなるほどリーンス
キップ量λSKL も小さくなるように設定されている。こ
の後、ステップ２１２で、目標空燃比λTGをλIL＋λSK
L だけリーン側に補正し、そのときのリッチ／リーンを
記憶して（ステップ２１３）、本プログラムを終了す
る。
【００４４】図６のマップから明らかなように、触媒２
２，２３の劣化によってリッチ成分ストレージ量ＯＳＴ
Richやリーン成分ストレージ量ＯＳＴLeanが低下してき
たときには、リッチスキップ量λSKR やリーンスキップ
量λSKL も次第に小さな値に設定されるため、触媒２
２，２３の吸着限界を越えた過補正が行われて有害成分
が排出されるのが未然に防止される。以上説明した目標
空燃比設定プログラムが特許請求の範囲でいうサブフィ
ードバック制御手段としての役割を果たす。
【００４５】［ストレージ量学習処理］次に、図３のス
テップ２０６，２１１で用いられるリッチ成分ストレー
ジ量ＯＳＴRichとリーン成分ストレージ量ＯＳＴLeanを
算出するストレージ量学習処理を説明する。ここで、リ
ーン成分ストレージ量ＯＳＴLeanは、上流側触媒２２と
下流側触媒２３とを１つの触媒とみなしたときの両触媒
２２，２３の合計のリーン成分（ＮＯｘ、Ｏ2 等）の飽
和吸着量であり、リッチ成分ストレージ量ＯＳＴRich
は、上流側触媒２２と下流側触媒２３とを１つの触媒と
みなしたときの両触媒２２，２３の合計のリッチ成分
（ＨＣ、ＣＯ等）の飽和吸着量である。
【００４６】ＥＣＵ２９は、例えば車両の走行距離が所
定距離になる毎に、図７乃至図１０に示す各プログラム
を実行して、リッチ成分ストレージ量ＯＳＴRich及びリ
ーン成分ストレージ量ＯＳＴLeanを算出する。図７に示
す学習開始判定プログラムが起動されると、まず、ステ
ップ３０１で、下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６
の出力電圧ＶＯＸ２がリーン側許容値ＶLLとリッチ側許
容値ＶRLとの範囲内（ＶLL＜ＶＯＸ２＜ＶRL）に収束し
ているか否かを判定する。出力電圧ＶＯＸ２が許容値Ｖ
LL，ＶRLの範囲内に収束していないときには空燃比λが
乱れており、吸着量の学習処理を実行するには適さない
と判断して、ステップ３０２に進み、待機時間カウンタ
ＴINをリセットし、次のステップ３０３で、学習実行フ
ラグＸＯＳＴＧをクリアする。
【００４７】これに対し、上記ステップ３０１で、酸素
センサ２６の出力電圧ＶＯＸ２が許容値ＶLL，ＶRLの範
囲内に収束していると判定された場合には、ステップ３
０４に進み、待機時間カウンタＴINを「１」だけインク
リメントし、次のステップ３０５で、待機時間カウンタ
ＴINの値が待機時間ＴINL を越えたか否かを判定し、Ｔ
IN＞ＴINL となった時点、つまり、ＶLL＜ＶＯＸ２＜Ｖ
RLの状態の継続時間が待機時間ＴINL を越えた時点で、
ステップ３０６に進み、エンジン１１が定常運転状態で
あるか否かを判定する。この判定は、エンジン回転数Ｎ
Ｅや吸気管圧力ＰＭ等に基づいて行われ、これらの検出
値がほぼ一定のときに定常運転状態と判定される。この
ステップ３０６で、定常運転状態と判定されれば、ステ
ップ３０７に進み、学習実行フラグＸＯＳＴＧがクリア
されてから学習インターバル時間Ｔが経過したか否かを
判定し、この学習インターバル時間Ｔが経過した時点
で、ステップ３０８に進み、学習実行フラグＸＯＳＴＧ
をセットして、本プログラムを終了する。
【００４８】この後、ＥＣＵ２９は、図８に示す空燃比
変動制御プログラムを起動し、上記図７の学習開始判定
プログラムのステップ３０８で、学習実行フラグＸＯＳ
ＴＧがセットされていれば、ステップ４０１からステッ
プ４０２に進み、補正実行カウンタＴC がリッチ補正時
間ＴR を越えたか否か、つまり、リッチ補正時間ＴRが
経過したか否かを判定する。リッチ補正時間ＴR が経過
していないときには、ステップ４０３に進み、目標空燃
比λTGをリッチ目標空燃比λRTとし、次のステップ４０
４で、補正実行カウンタＴc を「１」だけインクリメン
トして本プログラムを終了する。従って、図１１に示す
ように、ステップ４０２で、リッチ補正時間ＴR が経過
するまで、目標空燃比λTGが理論空燃比（λ＝１）より
リッチ側のリッチ目標空燃比λRTに保持される。その結
果、排ガス中には、ＣＯ、ＨＣ等のリッチ成分が増加し
て触媒２２，２３にリッチ成分が吸着され、酸素センサ
２６の出力電圧ＶＯＸ２は、触媒２２，２３の吸着量に
応じたリッチ側の電圧となる。
【００４９】この後、リッチ補正時間ＴR が経過した時
点で、ステップ４０２からステップ４０５に進み、補正
実行カウンタＴC が、リッチ補正時間ＴR にリーン補正
時間ＴL を加算した値を越えたか否か、つまり、リッチ
補正時間ＴR の経過後に、更にリーン補正時間ＴL が経
過したか否かを判定する。リーン補正時間ＴL が経過し
ていないときには、ステップ４０６に進み、目標空燃比
λTGをリーン目標空燃比λLTに設定し、次のステップ４
０４で、補正実行カウンタＴC を「１」だけインクリメ
ントして、本プログラムを終了する。
【００５０】従って、図１１に示すように、ステップ４
０５で、リーン補正時間ＴL が経過するまで、目標空燃
比λTGが理論空燃比（λ＝１）よりリーン側のリーン目
標空燃比λLTに保持され、排ガス中のＯ2 等のリーン成
分が増加して、前述したリッチ側の補正により触媒２
２，２３に吸着されたリッチ成分をパージし、酸素セン
サ２６の出力電圧ＶＯＸ２は理論空燃比付近に回復す
る。この後、リーン補正時間ＴL が経過した時点で、ス
テップ４０６からステップ４０７に進み、学習実行フラ
グＸＯＳＴＧをクリアして、本プログラムを終了する。
【００５１】この後、ＥＣＵ２９は、図９に示す飽和判
定プログラムを起動し、前記図７の学習開始判定プログ
ラムのステップ３０８で、学習実行フラグＸＯＳＴＧが
セットされていれば、ステップ５０１からステップ５０
２に進み、図８の空燃比変動制御プログラムのステップ
４０３で実施された目標空燃比λTGのリッチ側への補正
によって、酸素センサ２６の出力電圧ＶＯＸ２が飽和判
定レベルＶSL（ＶSL＞ＶRL）を越えたか否かを判定す
る。ここで、飽和判定レベルＶSLは、触媒２２，２３が
飽和状態となったときの酸素センサ２６の出力電圧に設
定されている。酸素センサ２６の出力電圧ＶＯＸ２が飽
和判定レベルＶSLを越えていなければ、そのまま本プロ
グラムを終了し、飽和判定レベルＶSLを越えていれば、
ステップ５０３に進み、飽和判定フラグＶＯＳＴＯＶを
セットして、本プログラムを終了する。
【００５２】この後、ＥＣＵ２９は、図１０に示すスト
レージ量算出プログラムを起動し、図８の空燃比変動制
御プログラムのステップ４０７で、学習実行フラグＸＯ
ＳＴＧがクリアされて１回分の目標空燃比λTGの変動制
御が完了していれば、ステップ６０１からステップ６０
２に進み、飽和判定フラグＶＯＳＴＯＶがセットされて
いるか否かを判定する。飽和判定フラグＶＯＳＴＯＶが
セットされていなければ、前回の目標空燃比λTGの変動
制御によって触媒２２，２３の吸着限界を越えなかった
と判断して、ステップ６０３に進み、リッチ補正時間Ｔ
R 及びリーン補正時間ＴL に所定の加算時間Ｔa を加算
する。
【００５３】これにより、ステップ６０２で飽和判定フ
ラグＶＯＳＴＯＶがセットされていと判定される毎に、
図８の空燃比変動制御プログラムで実行される目標空燃
比λTGの変動制御のリッチ補正時間ＴR 及びリーン補正
時間ＴL が加算時間Ｔa づつ延長される（図１１参
照）。そして、目標空燃比λTGのリッチ側への補正によ
って、酸素センサ２６の出力電圧ＶＯＸ２が飽和判定レ
ベルＶSLを越えて、図９のステップ５０３で飽和判定フ
ラグＶＯＳＴＯＶがセットされると、本プログラムのス
テップ６０２からステップ６０４に進み、現在の触媒２
２，２３のリッチ成分ストレージ量ＯＳＴRichを、物質
濃度、吸入空気量ＱＡ、リッチ補正時間ＴRを用いて次
式により算出する。ＯＳＴRich＝物質濃度×ＱＡ×ＴR
【００５４】ここで、物質濃度は、図１２に示す空燃比
λをパラメータとする物質濃度のマップを検索して、リ
ッチ目標空燃比λRTに対応する物質濃度を算出する。排
ガスの空燃比λがリーン側に偏った場合には、ＮＯｘ、
Ｏ2 等のリーン成分が増大し、リッチ側に偏った場合に
はＣＯ、ＨＣ等のリッチ成分が増大するが、図１２のマ
ップでは、物質濃度をＯ2 を基準として定めているた
め、リーン側ではＯ2 の過剰分を正の値で表し、リッチ
側ではＣＯやＨＣの浄化に必要なＯ2 の不足分を負の値
として表すようにしている。従って、リッチ成分ストレ
ージ量ＯＳＴRichは負の値となる。
【００５５】この後、ステップ６０５に進み、リッチ成
分ストレージ量ＯＳＴRichの絶対値をリーン成分ストレ
ージ量ＯＳＴLeanとして算出し、本プログラムを終了す
る。
【００５６】次に、本実施形態（１）の空燃比制御の効
果を図１３を用いて説明する。図１３は、高負荷運転時
の制御例を示している。高負荷運転時のように排ガス流
量が多いときは、上流側触媒２２内で浄化されずに通り
抜ける排ガス量が多くなり、下流側触媒２３で浄化され
る排ガス量が多くなる。このため、図１３に点線で示す
ように、目標空燃比の設定に用いる下流側のセンサとし
て上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５を用いて空燃
比制御を行うと、実際に排ガスを浄化する下流側触媒２
３の状態を反映した空燃比制御を行うことができず、下
流側触媒２３の排ガス成分吸着量がなかなか０に回復せ
ず、下流側触媒２３の排ガス浄化能力が低下してしま
う。
【００５７】これに対して、本実施形態（１）では、図
１３に実線で示すように、排ガス流量の多い高負荷運転
時等には、目標空燃比の設定に用いる下流側のセンサを
下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６に切り換えて空
燃比制御を行うので、実際に排ガスを浄化する下流側触
媒２３の状態を反映した空燃比制御を行うことができ、
下流側触媒２３の排ガス成分吸着量を早期に０に回復さ
せることができる。これにより、排ガス流量の多い高負
荷運転時等でも、下流側触媒２３の排ガス浄化能力を十
分に確保することができて、２つの触媒２２，２３で排
ガスを効率良く浄化することができる。
【００５８】一方、排ガス流量の少ない低負荷運転時等
には、上流側触媒２２のみでも排ガスをかなり浄化でき
ることを考慮して、目標空燃比の設定に用いる下流側の
センサを上流側触媒２２の下流側の酸素センサ２５に切
り換えて空燃比制御を行うので、応答性の良い空燃比制
御を行うことができる。このように、目標空燃比の設定
に用いる下流側のセンサをエンジン運転状態に応じて切
り換えることで、全運転領域で、触媒系全体の排ガス浄
化能力を十分に発揮させるような応答性の良い空燃比制
御を行うことができる。
【００５９】また、本実施形態（１）では、目標空燃比
の設定に用いる下流側のセンサの位置に応じて、目標空
燃比のリッチ積分量λIRやリーン積分量λILを変化させ
るようにしたので、センサの位置に対応した最適なリッ
チ積分量λIRやリーン積分量λILを用いて空燃比フィー
ドバック制御を行うことができる。
【００６０】尚、目標空燃比の設定に用いる下流側のセ
ンサの位置に応じてフィードバックゲインを変化させる
ようにしても、ほぼ同様の効果を得ることができる。但
し、本発明は、目標空燃比の設定に用いる下流側のセン
サの切り換えに対して、リッチ積分量λIR、リーン積分
量λIL、フィードバックゲインを変化させずに固定値と
しても良い。
【００６１】また、本実施形態（１）では、目標空燃比
の設定に用いる下流側のセンサの目標出力電圧を固定値
（例えば０．４５Ｖ）としたが、目標空燃比の設定に用
いる下流側のセンサの位置に応じて目標出力電圧を変化
させるようにしても良い。このようにすれば、目標空燃
比の設定に用いる下流側センサの位置に応じて該センサ
の目標出力電圧を適正値に設定することができる。
【００６２】《実施形態（２）》次に、図１４及び図１
５を用いて本発明の実施形態（２）を説明する。
【００６３】本実施形態（２）では、ＥＣＵ２９は、図
１４の目標空燃比設定プログラム及び図１５の目標出力
電圧設定プログラムを実行して、空燃比フィードバック
制御の目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサと
して上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５を選択した
ときに、下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の出力
に応じて上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５の目標
出力電圧ＴＧＯＸを変化させるようにしている。
【００６４】［目標空燃比設定］図１４の目標空燃比設
定プログラムでは、まず、ステップ２０１で、目標空燃
比λTGの設定に用いる下流側のセンサを上流側触媒２２
下流側の酸素センサ２５と下流側触媒２３下流側の酸素
センサ２６の中から選択した後、ステップ２１４に進
み、後述する図１５の目標出力電圧設定プログラムを実
行して、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサ
の目標出力電圧ＴＧＯＸを設定する。
【００６５】この後、ステップ２１５に進み、選択した
酸素センサの出力電圧ＶＯＸ２が目標出力電圧ＴＧＯＸ
より高いか低いかによって、リッチかリーンかを判定
し、その結果に応じてステップ２０３〜２１３で、前記
実施形態（１）で説明した方法で、目標空燃比λTGを算
出して、そのときのリッチ／リーンを記憶し、本プログ
ラムを終了する。
【００６６】［目標出力電圧設定］次に、図１４のステ
ップ２１４で実行される図１５の目標出力電圧設定プロ
グラムの処理内容を説明する。本プログラムが起動され
ると、まず、ステップ９０１で、目標空燃比λTGの設定
に用いる下流側のセンサとして上流側触媒２２下流側の
酸素センサ２５が選択されているか否かを判定する。も
し、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサとし
て上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５が選択されて
いれば、ステップ９０２に進み、下流側触媒２３下流側
の酸素センサ２６の出力電圧をパラメータとする目標出
力電圧ＴＧＯＸのマップから、現在の下流側触媒２３下
流側の酸素センサ２６の出力電圧に応じた目標出力電圧
ＴＧＯＸを算出する。
【００６７】この場合、目標出力電圧ＴＧＯＸのマップ
は、下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の出力電圧
（下流側触媒２３の流出ガスの空燃比）が理論空燃比付
近の所定範囲（β≦出力電圧≦α）では、下流側触媒２
３下流側の酸素センサ２６の出力が大きくなる（リッチ
になる）に従って目標出力電圧ＴＧＯＸが小さくなる
（リーンになる）ように設定されている。更に、下流側
触媒２３下流側の酸素センサ２６の出力が所定値αより
も大きい領域では、目標出力電圧ＴＧＯＸが所定下限値
（例えば０．４Ｖ）となり、下流側触媒２３下流側の酸
素センサ２６の出力が所定値βよりも小さい領域では、
目標出力電圧ＴＧＯＸが上限値（例えば０．６５Ｖ）と
なるように設定されている。これにより、上流側触媒２
２下流側の酸素センサ２５の目標出力電圧ＴＧＯＸは、
下流側触媒２３の排ガス成分の吸着量が所定値以下とな
る範囲内又は下流側触媒２３を流れる排ガスの空燃比が
所定の浄化ウインドの範囲内となるように設定される。
【００６８】一方、目標空燃比λTGの設定に用いる下流
側のセンサとして下流側触媒２３下流側の酸素センサ２
６を選択している場合は、ステップ９０１からステップ
９０３に進み、目標出力電圧ＴＧＯＸを所定値（例えば
０．４５Ｖ）に設定する。以上説明した目標出力電圧設
定プログラムが特許請求の範囲でいうセカンドフィード
バック制御手段に相当する役割を果たす。
【００６９】以上説明した実施形態（２）によれば、目
標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサとして上流
側触媒２２下流側の酸素センサ２５を選択したときに、
空燃比フィードバック制御の目標空燃比λTG（上流側触
媒２２上流側の空燃比センサ２４の目標出力電圧）を、
サブフィードバック制御によって上流側触媒２２下流側
の酸素センサ２５の出力電圧に応じて設定し、更に、上
流側触媒２２下流側の酸素センサ２５の目標出力電圧Ｔ
ＧＯＸを、セカンドフィードバック制御によって下流側
触媒２３下流側の酸素センサ２６の出力に応じて設定す
るようにしたので、各触媒２２，２３を流れる排ガスの
空燃比を、各触媒２２，２３の排ガス浄化能力に応じた
適正な空燃比にフィードバック制御することができて、
各触媒２２，２３の排ガス浄化能力を十分に発揮させる
ことができ、触媒系全体の排ガス浄化性能を高めること
ができる。
【００７０】更に、本実施形態（２）では、上流側触媒
２２下流側の酸素センサ２５の目標出力電圧ＴＧＯＸを
０．４〜０．６５Ｖの範囲で設定することで、下流側触
媒２３の排ガス成分の吸着量が所定値以下となる範囲内
又は下流側触媒を流れる排ガスの空燃比が所定の浄化ウ
インドの範囲内となるように目標出力電圧ＴＧＯＸを設
定するようにしたので、下流側触媒２３の排ガス成分の
吸着限界や浄化ウインドを越えた目標出力電圧ＴＧＯＸ
の過補正を未然に防止することができる。
【００７１】尚、下流側触媒２３下流側の酸素センサ２
６の出力に応じてリッチスキップ量λSKL 及びリーンス
キップ量λSKL （サブフィードバック制御の制御ゲイ
ン）を変化させるようにしても良い。このようにして
も、下流側触媒２３の下流側の酸素センサ２６の出力電
圧（下流側触媒２３の流出ガスの空燃比）に応じて空燃
比フィードバック制御の目標空燃比λTGを設定すること
ができ、下流側触媒２３の流入ガスの空燃比を下流側触
媒２３の現在の排ガス浄化能力に応じた適正な空燃比に
制御することができる。
【００７２】また、上流側触媒２２の排ガス成分の吸着
量に応じてサブフィードバック制御の制御ゲインを変化
させたり、下流側触媒２３の排ガス成分の吸着量に応じ
てセカンドフィードバック制御の制御ゲインを変化させ
たりするようにしても良い。触媒２２，２３の排ガス成
分の吸着量は、触媒２２，２３の排ガス浄化能力を評価
するのに適したパラメータであるため、触媒２２，２３
の排ガス成分の吸着量に応じてサブフィードバック制御
やセカンドフィードバック制御の制御ゲインを変化させ
れば、触媒系全体の排ガス浄化能力を精度良く反映させ
た空燃比フィードバック制御を実施することがでことが
できる。
【００７３】《実施形態（３）》次に、図１６乃至図１
８を用いて本発明の実施形態（３）を説明する。
【００７４】本実施形態（３）では、下流側触媒２３の
上流側には、酸素センサ２５に代えて、空燃比センサ
（図示せず）を設置している。その他の構成は、前記実
施形態（１）と同じである。本実施形態（３）では、Ｅ
ＣＵ２９は、図１６の下流側触媒吸着量推定プログラム
を実行して、上流側触媒２２の排ガス成分吸着量と下流
側触媒２３上流側の空燃比と吸入空気量（排ガス流量）
とに基づいて下流側触媒２３の排ガス成分吸着量を推定
し、図１７の目標空燃比設定プログラムを実行して、下
流側触媒２３の排ガス成分吸着量を０にするように目標
空燃比λTGを補正する。以下、各プログラムの処理内容
を説明する。
【００７５】［下流側触媒吸着量推定］図１６の下流側
触媒吸着量推定プログラムでは、まず、ステップ７０１
で、上流側触媒２２の上流側の空燃比センサ２４で検出
した空燃比λが、予め設定したリッチ側許容値λRLとリ
ーン側許容値λLLとの範囲内に収束しているか否かを判
定する。上流側触媒２２上流側の空燃比λが許容値λR
L，λLLの範囲内に収束しているときには、空燃比λが
理論空燃比付近で安定しているため、両触媒２２，２３
の排ガス成分の吸着量がほぼ０であると判断して、以降
の処理を行うことなく本プログラムを終了する。
【００７６】一方、上流側触媒２２上流側の空燃比λが
許容値λRL，λLLの範囲内に収束せずに乱れているとき
には、ステップ７０２に進み、図１２に示す空燃比λを
パラメータとする排ガスの物質濃度のマップを検索し
て、上流側触媒２２上流側の空燃比λから現時点の排ガ
スの物質濃度を算出する。この後、ステップ７０３に進
み、今回までの吸入空気量積算値ＱＡ(TOTAL) を前回ま
での積算値ＱＡ(TOTAL)に今回の吸入空気量検出値ＱＡ
を加算して求める。 ＱＡ(TOTAL) ＝ＱＡ(TOTAL) ＋ＱＡ 更に、今回までの空燃比λの平均値から平均物質濃度を
求める。
【００７７】この後、ステップ７０４に進み、上流側触
媒２２下流側（下流側触媒２３上流側）の空燃比センサ
で検出した空燃比が理論空燃比付近から変化したか否か
を、例えば所定のしきい値を越えたか否かにより判定
し、理論空燃比付近であれば、上流側触媒２２の排ガス
成分の吸着量が飽和量（ストレージ量）に達していない
と判断して、上記ステップ７０１に戻り、吸入空気量積
算値ＱＡ(TOTAL) と平均物質濃度を求める処理を繰り返
す。
【００７８】その後、上流側触媒２２下流側の空燃比が
理論空燃比付近から変化した時点で、上流側触媒２２の
排ガス成分吸着量が飽和量（ストレージ量）に達したと
判断して、ステップ７０５に進み、平均物質濃度に吸入
空気量積算値ＱＡ(TOTAL) を乗算して上流側触媒２２の
排ガス成分吸着量ＵＯＳＴ(TOTAL) を算出する。 ＵＯＳＴ(TOTAL) ＝平均物質濃度×ＱＡ(TOTAL)
【００７９】この後、ステップ７０６に進み、下流側触
媒２３の上流側の空燃比センサで検出した空燃比λが、
リッチ側許容値λRLとリーン側許容値λLLとの範囲内に
収束しているか否かを判定する。下流側触媒２３の上流
側の空燃比λが許容値λRL，λLLの範囲内に収束してい
るときには、下流側触媒２３への排ガス成分の吸着が少
ないと判断して、本プログラムを終了する。
【００８０】一方、下流側触媒２３の上流側の空燃比λ
が許容値λRL，λLLの範囲内に収束せずに乱れていると
きには、下流側触媒２３への排ガス成分の吸着量が多い
と判断して、ステップ７０７に進み、今回の下流側触媒
２３の排ガス成分吸着量の変化量ＤＯＳＴを、下流側触
媒２３上流側の空燃比λから求めた排ガスの物質濃度と
吸入空気量検出値ＱＡと補正係数Ｋを用いて次式により
推定する。 ＤＯＳＴ＝物質濃度×ＱＡ×Ｋ
【００８１】ここで、補正係数Ｋは、上流側触媒２２の
排ガス成分吸着量が下流側触媒２３の排ガス成分吸着量
に及ぼす影響を補正するための補正係数であり、上流側
触媒２２の排ガス成分吸着量ＵＯＳＴ(TOTAL) 、上流側
触媒２２と下流側触媒２３の容量、担持貴金属、表面積
等の触媒仕様の関係から求められる。
【００８２】この後、ステップ７０８に進み、下流側触
媒２３の吸着量ＤＯＳＴ(TOTAL) を前回までの積算値Ｄ
ＯＳＴ(TOTAL) に今回の吸着量変化量ＤＯＳＴを加算し
て求める。 ＤＯＳＴ(TOTAL) ＝ＤＯＳＴ(TOTAL) ＋ＤＯＳＴ
【００８３】［目標空燃比設定］図１７の目標空燃比設
定プログラムでは、まずステップ８０１で、下流側触媒
２３の吸着量ＤＯＳＴ(TOTAL) の絶対値が所定値よりも
大きいか否かを判定し、下流側触媒２３の吸着量ＤＯＳ
Ｔ(TOTAL) の絶対値が所定値以下であれば、目標空燃比
λTGを変更する必要はないと判断して、以降の処理を行
うことなく本プログラムを終了する。
【００８４】一方、下流側触媒２３の吸着量ＤＯＳＴ(T
OTAL) の絶対値が所定値よりも大きいと判定された場合
は、ステップ８０２に進み、下流側触媒２３の吸着量Ｄ
ＯＳＴ(TOTAL) が０より大きいか否かによって、下流側
触媒２３の状態がリーン側にずれているかリッチ側にず
れているかを判定する。もし、下流側触媒２３の状態が
リーン側にずれていれば、ステップ８０３に進み、下流
側触媒２３上流側の空燃比λがリーン側許容値λLLの範
囲内（λ＜λLL）であるか否かを判定し、下流側触媒２
３上流側の空燃比λがリーン側許容値λLLの範囲内であ
れば、ステップ８０４に進み、目標空燃比λTGをリッチ
積分量λIRだけリッチ側に補正する。
【００８５】一方、下流側触媒２３上流側の空燃比λが
リーン側許容値λLL以上にリーン側にずれている場合
は、ステップ８０５に進み、目標空燃比λTGを、リッチ
積分量λIRに所定量Ｂを加算した値（λIR＋Ｂ）だけリ
ッチ側に補正する。ここで、所定量Ｂは、目標空燃比λ
TGの補正により下流側触媒２３の排ガス成分吸着量が両
触媒２２，２３の合計のリッチ成分ストレージ量ＯＳＴ
Rich（又はリーン成分ストレージ量ＯＳＴLean）を越え
ない範囲で設定される。この場合、所定量Ｂは、固定値
としても良いが、下流側触媒２３上流側の空燃比に応じ
て変化させても良い。
【００８６】また、上記ステップ８０２で、下流側触媒
２３の状態がリッチ側にずれていると判定された場合
は、ステップ８０６に進み、下流側触媒２３上流側の空
燃比λがリッチ側許容値λRLの範囲内（λ＞λRL）であ
るか否かを判定し、下流側触媒２３上流側の空燃比λが
リッチ側許容値λRLの範囲内であれば、ステップ８０７
に進み、目標空燃比λTGをリーン積分量λILだけリーン
側に補正する。
【００８７】一方、下流側触媒２３上流側の空燃比λが
リッチ側許容値λRL以上にリッチ側にずれている場合
は、ステップ８０８に進み、目標空燃比λTGを、リーン
積分量λILに所定量Ｂを加算した値（λIL＋Ｂ）だけリ
ーン側に補正する。このようにして、下流側触媒２３の
排ガス成分吸着量ＤＯＳＴが０になるように目標空燃比
λTGが補正される。以上説明した図１６の下流側触媒吸
着量推定プログラムと図１７の目標空燃比設定プログラ
ムが特許請求の範囲でいうフィードバック制御補正手段
としての役割を果たす。
【００８８】以上説明した実施形態（３）では、上流側
触媒２２の排ガス成分吸着量ＵＯＳＴと下流側触媒２３
上流側の空燃比と吸入空気量とに基づいて下流側触媒２
３の排ガス成分吸着量ＤＯＳＴを推定し、その排ガス成
分吸着量ＤＯＳＴを０にするように目標空燃比λTGを補
正するので、図１８に示すように、排ガスの空燃比の乱
れが発生しても、下流側触媒２３の排ガス成分吸着量を
早期に０に回復させることができ、下流側触媒２３を効
率良く使用して排ガス浄化性能を高めることができる。
【００８９】また、本実施形態（３）では、目標空燃比
λTGを補正する所定量Ｂを、目標空燃比λTGの補正によ
って下流側触媒２３の排ガス成分吸着量が両触媒２２，
２３の合計のリッチ成分ストレージ量ＯＳＴRich（又は
リーン成分ストレージ量ＯＳＴLean）を越えない範囲で
設定するようにしているので、両触媒２２，２３の吸着
限界を越えない範囲で触媒系全体の排ガス浄化能力を最
大限に発揮させることができる。
【００９０】《実施形態（４）》以上説明した各実施形
態（１）〜（３）では、全気筒共通の１本の排気管２１
に２個の触媒２２，２３を直列に配置して、各触媒２
２，２３の上流側と下流側にそれぞれを空燃比センサや
酸素センサ等のセンサを配置した構成としたが、排気管
２１に３個以上の触媒を直列に配置して、各触媒の上流
側と下流側にそれぞれセンサを配置した構成にしても良
い。
【００９１】また、図１９に示すように、エンジン３０
の各気筒群毎（例えばＶ型エンジンのバンク毎）に独立
して設けた排気管３１に、それぞれ１個又は複数の触媒
３２を配置し、各触媒３２の上流側と下流側にそれぞれ
空燃比センサや酸素センサ等のセンサ３３を配置した構
成としても良い。この場合、各気筒群の排気管３１の最
下流の触媒３２の下流側のセンサ３３は、各気筒群の排
気管３１にそれぞれ配置しても良いが、図１９に示すよ
うに、各気筒群の排気管３１の最下流の触媒３２の下流
側のセンサ３３を、各気筒群の排気管３１の排ガスが合
流する集合排気管３４（集合排ガス通路）に配置して共
通化した構成とするようにしても良い。このようにすれ
ば、各気筒群の排気管３１の最下流の触媒３２の下流側
の空燃比やガス濃度を共通のセンサ３３で検出すること
ができ、センサ３３の個数を削減して低コスト化するこ
とができる。
【００９２】更に、図２０に示すように、エンジン３０
の各気筒群の排気管３１に、それぞれ触媒３２を配置す
ると共に、集合排気管３４にも触媒３２を配置し、各気
筒群の排気管３１の触媒３２と集合排気管３４の触媒３
２の上流側と下流側にそれぞれセンサ３３を配置した構
成としても良い。この場合、図２０（ａ）に示すよう
に、各気筒群の排気管３１の触媒３２の下流側のセンサ
３３を各気筒群の排気管３１にそれぞれ配置しても良い
が、図２０（ｂ）に示すように、各気筒群の排気管３１
の触媒３２の下流側のセンサ３３を集合排気管３４に配
置して共通化しても良い。図２０（ａ），（ｂ）のいず
れの構成でも、各気筒群の排気管３１の触媒３２と集合
排気管３２の触媒３２とを効率良く使用して排ガス浄化
性能を向上することができる。
【００９３】《実施形態（５）》また、図２１に示す本
発明の実施形態（５）では、エンジン３５の排気管３６
に３個以上（例えば４個）の触媒３７を直列に配置した
構成としている。この場合、図２１（ａ）に示す例で
は、上流側の２個の触媒３７からなる触媒群と、その
下流側の２個の触媒３７からなる触媒群とに区分し、
各触媒群を１個の触媒と見なして各触媒群の上流側と下
流側にそれぞれ空燃比センサや酸素センサ等のセンサ３
８を配置している。
【００９４】この場合、触媒３７の区分方法は、制御目
的等に応じて適宜変更しても良く、図２１（ｂ）に示す
例のように、上流側の３個の触媒３７からなる触媒群
と、その下流側の１個の触媒３７からなる触媒群とに
区分し、各触媒群の上流側と下流側にそれぞれセンサ３
８を配置しても良い。或は、図２１（ｃ）に示す例のよ
うに、上流側の１個の触媒３７からなる触媒群と、そ
の下流側の３個の触媒３７からなる触媒群とに区分
し、各触媒群の上流側と下流側にそれぞれセンサ３８を
配置しても良い。
【００９５】《実施形態（６）》図２２に示す本発明の
実施形態（６）では、エンジン３９の排気管４０に、１
つの大型の触媒ケース４１と、２つの触媒ケース４２と
を直列に配置し、上流側の触媒ケース４１内には、３個
の触媒４３を所定の間隔で収納し、下流側の２つの触媒
ケース４２内には、それぞれ１個の触媒４４を収納した
構成としている。この場合、図２２（ａ）に示す例で
は、上流側の触媒ケース４１内の３個の触媒４１からな
る触媒群と、その下流側の２つの触媒４４からなる触
媒群とに区分し、各触媒群を１つの触媒と見なして各
触媒群の上流側と下流側にそれぞれ空燃比センサや酸素
センサ等のセンサ４５を配置した構成としている。
【００９６】また、図２２（ｂ）に示す例のように、上
流側の触媒ケース４１内の上流側の２個の触媒４２から
なる触媒群と、上流側の触媒ケース４１内の下流側の
１個の触媒４２及びその下流側の２個の触媒４４からな
る触媒群とに区分し、各触媒群の上流側と下流側にそ
れぞれセンサ４５を配置した構成としても良い。
【００９７】或は、図２２（ｃ）に示す例のように、上
流側の触媒ケース４１内の上流側の１個の触媒４２から
なる触媒群と、上流側の触媒ケース４１内の下流側の
２個の触媒４２からなる触媒群と、下流側の２個の触
媒４４からなる触媒群とに区分し、各触媒群の上流側
と下流側にそれぞれセンサ４５を配置した構成としても
良い。
【００９８】以上説明した実施形態（４）〜（６）のい
ずれの構成でも、各触媒（又は各触媒群）の上流側と下
流側に配置したセンサの出力に基づいて各触媒毎（又は
各触媒群毎）に現在の排ガス浄化能力（ストレージ量
等）を評価して、触媒系全体の排ガス浄化能力を十分に
発揮させるような応答性の良い空燃比制御を行うことが
でき、排ガス浄化性能を向上することができる。しか
も、各触媒毎（又は各触媒群毎）に触媒劣化判定を行う
ことも可能となる。勿論、前記実施形態（１）〜（３）
の空燃比制御を行うようにしても良い。
【００９９】尚、上記各実施形態では、各触媒（又は各
触媒群）の上流側と下流側に空燃比センサや酸素センサ
を設置したが、ＨＣ濃度やＮＯｘ濃度等のガス濃度を検
出するセンサを設置しても良い。
【０１００】その他、本発明は、各実施形態（１）〜
（６）において、触媒の数を適宜変更しても良い等、種
々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）を示すエンジン制御シ
ステム全体の概略構成図
【図２】実施形態（１）の燃料噴射量算出プログラムの
処理の流れを示すフローチャート
【図３】実施形態（１）の目標空燃比設定プログラムの
処理の流れを示すフローチャート
【図４】実施形態（１）の酸素センサ出力及び目標空燃
比の挙動を示すタイムチャート
【図５】（ａ）は上流側触媒下流側センサ用のリッチ積
分量及びリーン積分量のマップの一例を示す図、（ｂ）
は下流側触媒下流側センサ用のリッチ積分量及びリーン
積分量のマップの一例を示す図
【図６】リッチ成分ストレージ量（リーン成分ストレー
ジ量）に応じたリッチスキップ量（リーンスキップ量）
のマップの一例を示す図
【図７】実施形態（１）の学習開始判定プログラムの処
理の流れを示すフローチャート
【図８】実施形態（１）の空燃比変動制御プログラムの
処理の流れを示すフローチャート
【図９】実施形態（１）の飽和判定プログラムの処理の
流れを示すフローチャート
【図１０】実施形態（１）のストレージ量算出プログラ
ムの処理の流れを示すフローチャート
【図１１】実施形態（１）のストレージ量学習時の酸素
センサ出力及び目標空燃比の挙動を示すタイムチャート
【図１２】空燃比をパラメータとする排ガスの物質濃度
のマップの一例を示す図
【図１３】実施形態（１）の空燃比制御の実行例を示す
タイムチャート
【図１４】実施形態（２）の目標空燃比設定プログラム
の処理の流れを示すフローチャート
【図１５】実施形態（２）の目標出力電圧設定プログラ
ムの処理の流れを示すフローチャート
【図１６】実施形態（３）の下流側触媒吸着量推定プロ
グラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１７】実施形態（３）の目標空燃比設定プログラム
の処理の流れを示すフローチャート
【図１８】実施形態（３）の空燃比制御の実行例を示す
タイムチャート
【図１９】実施形態（４）を示す排気系の概略構成図
【図２０】実施形態（４）の変形例を示すもので、
（ａ）と（ｂ）は各気筒群の排気管の触媒下流側のセン
サの配置場所が異なる排気系の概略構成図
【図２１】実施形態（５）を示すもので、（ａ）〜
（ｃ）はそれぞれ触媒の区分方法が異なる排気系の概略
構成図
【図２２】実施形態（６）を示すもので、（ａ）〜
（ｃ）はそれぞれ触媒の区分方法が異なる排気系の概略
構成図
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エ
アフローメータ、２０…燃料噴射弁、２１…排気管（排
ガス通路）、２２…上流側触媒、２３…下流側触媒、２
４…空燃比センサ、２５，２６…酸素センサ、２９…Ｅ
ＣＵ（空燃比フィードバック制御手段，サブフィードバ
ック制御手段，フィードバック制御補正手段，セカンド
フィードバック制御手段）、３０…エンジン（内燃機
関）、３１…排気管（排ガス通路）、３２…触媒、３３
…センサ、３４…集合排気管（集合排ガス通路）、３５
…エンジン（内燃機関）、３６…排気管（排ガス通
路）、３７…触媒、３８…センサ、３９…エンジン（内
燃機関）、４０…排気管（排ガス通路）、４１，４２…
触媒ケース、４３，４４…触媒、４５…センサ。
───────────────────────────────────────────────────── 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 3/28 ３０１ Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｊ Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０ Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｌ ３１０Ｆ 45/00 ３２０ 45/00 ３２０Ａ ３２４ ３２４ ３６８ ３６８Ｇ (72)発明者 池本 宣昭 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3G084 BA09 BA13 DA05 EA11 EB09 EB13 FA07 FA10 FA11 FA26 FA28 FA30 FA33 FA38 3G091 AA02 AA17 AA23 AA28 AA29 AB01 BA14 BA15 BA19 CB02 CB05 DB04 DB05 DB06 DB08 DB10 DC01 EA01 EA05 EA06 EA07 EA16 EA30 EA31 EA33 EA34 EA38 FA11 FB10 FB11 FB12 GA19 HA03 HA08 HA11 HA12 HA36 HA37 HA42 HA47 HB02 3G301 JA11 MA01 MA11 NC04 ND05 NE14 NE17 NE19 PA01Z PA07Z PA11Z PD01Z PD09A PE01Z PE03Z PE08Z

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排ガス通路に排ガス浄化用の
    複数の触媒を配置したものにおいて、 前記各触媒の上流側と下流側にそれぞれ排ガスの空燃比
    又はガス濃度を検出するセンサを配置したことを特徴と
    する内燃機関の排ガス浄化装置。
  2. 【請求項２】 内燃機関の各気筒群毎に独立した排ガス
    通路を設けると共に、各気筒群の排ガス通路を下流側で
    １本の集合排ガス通路に合流させ、 各気筒群の排ガス通路にそれぞれ１個又は複数の触媒を
    配置すると共に、各気筒群の触媒の上流側と下流側に配
    置するセンサのうちの最下流の触媒の下流側のセンサを
    前記集合排ガス通路に配置して共通化したことを特徴と
    する請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  3. 【請求項３】 内燃機関の各気筒群毎に独立した排ガス
    通路を設けると共に、各気筒群の排ガス通路を下流側で
    １本の集合排ガス通路に合流させ、 各気筒群の排ガス通路にそれぞれ触媒を配置すると共
    に、前記集合排ガス通路にも触媒を配置し、前記各気筒
    群の触媒と前記集合排ガス通路の触媒の上流側と下流側
    にそれぞれ排ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセン
    サを配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の
    内燃機関の排ガス浄化装置。
  4. 【請求項４】 内燃機関の排ガス通路に排ガス浄化用の
    ３個以上の触媒を配置したものにおいて、 前記３個以上の触媒を複数の触媒群に区分し、各触媒群
    を１つの触媒と見なして各触媒群の上流側と下流側にそ
    れぞれ排ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを
    配置したことを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
  5. 【請求項５】 前記複数の触媒のうち上流側触媒の上流
    側のセンサの出力に基づいて排ガスの空燃比をフィード
    バック制御する空燃比フィードバック制御手段と、 下流側のセンサの出力を空燃比フィードバック制御に反
    映させるサブフィードバック制御手段とを備え、 前記サブフィードバック制御手段は、下流側の複数のセ
    ンサの中から、空燃比フィードバック制御に反映させる
    センサを内燃機関の運転状態に応じて切り換えることを
    特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関
    の排ガス浄化装置。
  6. 【請求項６】 前記サブフィードバック制御手段は、空
    燃比フィードバック制御に反映させるセンサの位置に応
    じて該センサの出力の反映方法を変化させることを特徴
    とする請求項５に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  7. 【請求項７】 前記サブフィードバック制御手段は、空
    燃比フィードバック制御に反映させるセンサの位置に応
    じて該センサの目標出力を設定することを特徴とする請
    求項５又は６に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  8. 【請求項８】 前記複数の触媒のうち上流側触媒の上流
    側のセンサの出力に基づいて排ガスの空燃比をフィード
    バック制御する空燃比フィードバック制御手段と、 前記上流側触媒の下流側のセンサの出力を空燃比フィー
    ドバック制御に反映させるサブフィードバック制御を行
    うサブフィードバック制御手段と、 前記複数の触媒のうち下流側触媒の下流側のセンサの出
    力をサブフィードバック制御に反映させるセカンドフィ
    ードバック制御手段とを備えていることを特徴とする請
    求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化
    装置。
  9. 【請求項９】 前記セカンドフィードバック制御手段
    は、前記下流側触媒の下流側のセンサの出力に応じて前
    記上流側触媒の下流側のセンサの目標出力を設定するこ
    とを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排ガス浄化
    装置。
  10. 【請求項１０】 前記セカンドフィードバック制御手段
    は、前記上流側触媒の下流側のセンサの目標出力を、前
    記下流側触媒の排ガス成分の吸着量が所定値以下となる
    範囲内又は前記下流側触媒を流れる排ガスの空燃比が所
    定の浄化ウインドの範囲内となるように設定することを
    特徴とする請求項９に記載の内燃機関の排ガス浄化装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記上流側触媒の下流側のセンサは、
    酸素センサであり、前記セカンドフィードバック制御手
    段は、前記酸素センサの目標出力を０．４〜０．６５Ｖ
    の範囲内に設定することを特徴とする請求項１０に記載
    の内燃機関の排ガス浄化装置。
  12. 【請求項１２】 前記セカンドフィードバック制御手段
    は、前記下流側触媒の下流側のセンサの出力に応じてサ
    ブフィードバック制御の制御ゲインを変化させることを
    特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の内燃機
    関の排ガス浄化装置。
  13. 【請求項１３】 前記サブフィードバック制御手段と前
    記セカンドフィードバック制御手段の少なくとも一方
    は、該制御手段で用いるセンサ直前の触媒の排ガス成分
    の吸着量に応じて制御ゲイン変化させることを特徴とす
    る請求項８乃至１２のいずれかに記載の内燃機関の排ガ
    ス浄化装置。
  14. 【請求項１４】 前記複数の触媒のうち上流側触媒の上
    流側のセンサの出力に基づいて排ガスの空燃比をフィー
    ドバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、 下流側触媒の上流側のセンサの出力、吸入空気量、上流
    側触媒の上流側のセンサの出力と該上流側触媒の排ガス
    成分の吸着量、及び上下流の触媒仕様の関係に基づいて
    該下流側触媒の排ガス成分の吸着量を推定し、該吸着量
    の制御目標値からのずれを無くすように空燃比フィード
    バック制御を補正するフィードバック制御補正手段とを
    備えていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれ
    かに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  15. 【請求項１５】 前記フィードバック制御補正手段は、
    前記複数の触媒の合計ストレージ量を越えない範囲で、
    空燃比フィードバック制御の補正量を設定することを特
    徴とする請求項１４に記載の内燃機関の排ガス浄化装
    置。
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