JP2001227384A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

エンジンの排気浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空燃比センサや空燃比制御にバラツキがあっ
ても目標値に生じるバラツキを抑制して空燃比制御精度
を向上させる。 【解決手段】 空燃比制御条件の成立時に、そのときの
触媒酸素保持量が目標値となるように制御手段２３がエ
ンジンの空燃比を制御する。触媒下流の空燃比がストイ
キの近傍にある場合において、触媒上流の空燃比がリッ
チのとき触媒酸素脱離量を、また触媒上流の空燃比がリ
ーンのとき触媒酸素吸収量を演算手段２５、２６が演算
し、触媒下流の空燃比がストイキからリッチに変化する
ときの前記触媒酸素脱離量を最大触媒酸素脱離量とし
て、また触媒下流の空燃比がストイキからリーンに変化
するときの前記触媒酸素吸収量を最大触媒酸素吸収量と
してサンプリング手段２７、２８がサンプリングし、こ
れら２つの最大値の平均値に基づいて前記目標値を演算
手段３０が演算する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はエンジンの排気浄
化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】排気中の有害成分であるＨＣ、ＣＯ、Ｎ
Ｏｘを三元触媒（以下単に「触媒」という）により同時
に浄化するには触媒の雰囲気を理論空燃比（以下単に
「ストイキ」という）にしなければならないので、触媒
の雰囲気がストイキの酸素濃度状態となるように、不足
する酸素を吸収したり過剰な酸素を脱離する、いわゆる
酸素ストレージ能力を触媒に持たせている。この結果、
たとえば酸素を保持（吸収）していない状態の触媒に対
して、ストイキよりリーン（以下単に「リーン」とい
う）の排気を与えると、過剰分の酸素が瞬時に触媒内に
吸収されるため、触媒の酸素保持量が飽和するまでは触
媒雰囲気がストイキに保たれる。この逆に、酸素を保持
した状態の触媒に対して、ストイキよりリッチ（以下単
に「リッチ」という）の排気を与えると、触媒内の酸素
が瞬時に脱離されて、雰囲気中に不足していた酸素が補
われる。そのため、触媒に保持されていた酸素が全て脱
離するまでは触媒雰囲気がストイキに保たれる。
【０００３】このように触媒が酸素ストレージ能力を持
っているため、一時的な空燃比のずれから生じる酸素の
過不足を触媒が補って触媒雰囲気をストイキに保つこと
ができるのである。換言すると、触媒の酸素保持量が飽
和量に達したり、触媒が酸素を保持していない状態とな
ったりしてしまうと、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化できな
くなり、排気エミッションが悪化する。
【０００４】そこで、酸素ストレージ能力を十分に利用
して排気エミッションの悪化を防止するため、所定時間
当たりに触媒へ流入する過不足酸素量を計算し、この所
定時間当たりの値に基づいて触媒酸素保持量を求め、こ
の触媒酸素保持量が、触媒酸素保持量の目標値と一致す
るようにフィードバック制御を行うようにしたものが提
案されている（特開平５−１９５８４２号公報、同７−
２５９６０２号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来装置に
よれば、触媒下流の排気空燃比がリーンを示したタイミ
ングでの触媒酸素保持量を最大触媒酸素保持量としてサ
ンプリングし、この最大触媒酸素保持量の１／２を目標
値とする構成であるため、触媒の上流や下流の排気空燃
比を検出するセンサのバラツキあるいはそれ以外の空燃
比制御のバラツキの影響を受けて上記触媒酸素保持量の
目標値にも大きなバラツキが生じ、目標値を最適に設定
することができない。
【０００６】これについて図７のモデル図を参照して説
明すると、触媒下流のＯ2センサ出力はラムダコントロ
ール中は定常時でも図示のように波打って変化し、Ｏ2
センサ出力がスライスレベルＬＳＬとＲＳＬ（ＬＳＬ＜
ＲＳＬ）の間にあるとき（たとえばｔ１〜ｔ２およびｔ
３〜ｔ４の２つの区間）、触媒下流の排気空燃比がスト
イキにあると判定される。しかしながら、２つの区間で
触媒上流の空燃比は異なっている。すなわち、ｔ１〜ｔ
２の区間は触媒上流の排気空燃比がリッチ、これに対し
てｔ３〜ｔ４の区間は触媒上流の排気空燃比がリーンで
ある。なお、Ｏ 2センサ出力がＬＳＬ未満であるとき触
媒下流の排気空燃比がリーンであると、Ｏ2センサ出力
がＲＳＬ以上であるとき触媒下流の排気空燃比がリッチ
であるとそれぞれ判定されることはいうまでもない。
【０００７】この場合に、Ｏ2センサ出力のバラツキに
より図示のものはｔ１〜ｔ２の区間に対してｔ３〜ｔ４
の区間のほうが長くなっている。このとき、このもので
はバラツキのないＯ2センサよりもリーンを示すタイミ
ングが遅れることになるため、従来装置によれば実際の
値より大きな値が最大触媒酸素保持量として演算され、
目標値が最適値より大きい側にずれてしまう。この逆
に、Ｏ2センサのバラツキにより図示しないがｔ１〜ｔ
２の区間に対してｔ３〜ｔ４の区間のほうが短いときに
は、バラツキのないＯ2センサよりもリーンを示すタイ
ミングが早まることになり、従来装置によれば実際の値
より小さな値が最大触媒酸素保持量として演算され、目
標値が最適値より小さい側にずれる。
【０００８】ｔ３〜ｔ４の区間に生じるバラツキについ
て述べたが、ｔ１〜ｔ２にバラツキが生じる場合も同様
である。
【０００９】そこで本発明は、触媒下流の排気空燃比が
ストイキの近傍にある場合に、触媒上流の排気空燃比が
リーンのとき（ｔ３〜ｔ４の区間）とリッチのとき（ｔ
１〜ｔ２の区間）とで別々に最大値（触媒上流の排気空
燃比がリーンの状態では触媒酸素脱離量の最大値、触媒
上流の排気空燃比がリッチの状態では触媒酸素吸収量の
最大値）を演算し、その平均値に基づいて目標値を設定
することにより、空燃比センサや空燃比制御にバラツキ
があっても目標値に生じるバラツキを抑制して空燃比制
御精度を向上させることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、図１１に
示すように、エンジンの排気通路に配設された酸素保持
能力を有する触媒２１と、前記触媒２１下流の排気空燃
比がストイキの近傍であるとき、触媒上流の所定時間当
たりの過不足酸素量に基づいて触媒酸素保持量を演算す
る手段２２と、空燃比制御条件の成立時に、そのときの
触媒酸素保持量が目標値となるようにエンジンの空燃比
を制御する手段２３とを備えるエンジンの排気浄化装置
において、前記目標値を設定する手段２４が、前記触媒
２１下流の排気空燃比がストイキの近傍にありかつ触媒
２１上流の排気空燃比がリッチのとき、触媒酸素脱離量
を演算する手段２５と、前記触媒２１下流の排気空燃比
がストイキの近傍にありかつ触媒２１上流の排気空燃比
がリーンのとき、触媒酸素吸収量を演算する手段２６
と、前記触媒２１下流の排気空燃比がストイキからリッ
チに変化するときの前記触媒酸素脱離量を最大触媒酸素
脱離量としてサンプリングする手段２７と、前記触媒２
１下流の排気空燃比がストイキからリーンに変化すると
きの前記触媒酸素吸収量を最大触媒酸素吸収量としてサ
ンプリングする手段２８と、これら２つの最大触媒酸素
脱離量と最大触媒酸素吸収量の平均値を演算する手段２
９と、この平均値に基づいて前記目標値を演算する手段
３０とからなる。
【００１１】第２の発明は、図１２に示すように、エン
ジンの排気通路に配設された酸素保持能力を有する触媒
であって酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成分と遅
い成分の少なくとも２つの成分を含む触媒４１と、前記
触媒４１下流の排気空燃比がストイキの近傍であると
き、触媒上流の所定時間当たりの過不足酸素量に基づい
て酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成分による触媒
酸素保持量ＨＯＳＣnを演算する手段４２と、空燃比制
御条件の成立時に、そのときの前記酸素吸収または酸素
脱離の速度が速い成分による触媒酸素保持量ＨＯＳＣn
が前記酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成分のみに
対する目標値となるようにエンジンの空燃比を制御する
手段４３とを備え、前記目標値を設定する手段４４が、
前記触媒４１下流の排気空燃比がストイキの近傍にあり
かつ触媒４１上流の排気空燃比がリッチのとき、前記酸
素吸収または酸素脱離の速度が速い成分による触媒酸素
脱離量ＨＯＳＣＲnを演算する手段４５と、前記触媒４
１下流の排気空燃比がストイキの近傍にありかつ触媒４
１上流の排気空燃比がリーンのとき、前記酸素吸収また
は酸素脱離の速度が速い成分による触媒酸素吸収量ＨＯ
ＳＣＬnを演算する手段４６と、前記触媒４１下流の排
気空燃比がストイキからリッチに変化するときの前記酸
素吸収または酸素脱離の速度が速い成分による触媒酸素
脱離量を酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成分によ
る最大触媒酸素脱離量としてサンプリングする手段４７
と、前記触媒４１下流の排気空燃比がストイキからリー
ンに変化するときの前記酸素吸収または酸素脱離の速度
が速い成分による触媒吸収酸素量を酸素吸収または酸素
脱離の速度が速い成分による最大触媒酸素吸収量として
サンプリングする手段４８と、これら最大触媒酸素脱離
量と最大触媒酸素吸収量の平均値を演算する手段４９
と、この平均値に基づいて前記目標値を演算する手段５
０とからなる。
【００１２】第３の発明では、第２の発明において前記
酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成分が触媒金属で
ある。
【００１３】第４の発明では、第２の発明において前記
酸素吸収または酸素脱離の速度が遅い成分が酸素吸収補
助剤である。
【００１４】第５の発明では、第２から第４までのいず
れか一つの発明において前記酸素吸収または酸素脱離の
速度が速い成分による触媒酸素脱離量を演算する手段４
５が酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成分による所
定時間当たりの触媒酸素脱離量を積算する手段であり、
かつ前記酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成分によ
る触媒酸素吸収量を演算する手段４６が酸素吸収または
酸素脱離の速度が速い成分による所定時間当たりの触媒
酸素吸収量を積算する手段である。
【００１５】第６の発明では、第５の発明において前記
酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成分による所定時
間当たりの触媒酸素脱離量および前記酸素吸収または酸
素脱離の速度が速い成分による所定時間当たりの触媒酸
素吸収量が同一の固定値である。
【００１６】第７の発明では、第５の発明において前記
酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成分による所定時
間当たりの触媒酸素脱離量を前記触媒上流の所定時間当
たりの不足酸素量に基づいて、かつ前記酸素吸収または
酸素脱離の速度が速い成分による所定時間当たりの触媒
酸素吸収量を前記触媒上流の所定時間当たりの過剰酸素
量に基づいて演算する。
【００１７】第８の発明では、第１から第７までのいず
れか一つの発明において前記触媒上流の所定時間当たり
の過不足酸素量を検出するためのセンサ（たとえば広域
空燃比センサ）と、このセンサ出力に生じるシフトずれ
を補正する手段とを備え、このシフトずれの補正回数ま
たは補正値の積算値が所定値以上となったとき前記最大
触媒酸素脱離量と前記最大触媒酸素吸収量のサンプリン
グを許可しない。
【００１８】第９の発明では、第１から第７までのいず
れか一つの発明において前記触媒が活性状態にないとき
前記最大触媒酸素脱離量と前記最大触媒酸素吸収量のサ
ンプリングを許可しない。
【００１９】
【発明の効果】空燃比センサ（たとえば広域空燃比セン
サやＯ2センサ）のバラツキあるいはそれ以外の空燃比
制御のバラツキにより、触媒下流の排気空燃比がストイ
キの近傍にありかつ触媒上流の排気空燃比がリッチのと
きの区間と、触媒下流の排気空燃比がストイキの近傍に
ありかつ触媒上流の排気空燃比がリーンのときの区間と
の間に長さの違いが生じても、この２つの区間長さの違
いに対応して第１、第２の発明では触媒下流の排気空燃
比がストイキの近傍にありかつ触媒上流の排気空燃比が
リッチのときと触媒下流の排気空燃比がストイキの近傍
にありかつ触媒上流の排気空燃比がリーンのときとで別
々に最大値（触媒下流の排気空燃比がストイキの近傍に
ありかつ触媒上流の排気空燃比がリッチのときには最大
触媒酸素脱離量、触媒下流の排気空燃比がストイキの近
傍にありかつ触媒上流の排気空燃比がリーンのときには
最大触媒酸素吸収量）を演算し、その２つの最大値の平
均値に基づいて目標値を演算するようにしたので、空燃
比センサのバラツキやそれ以外の空燃比制御のバラツキ
に起因して、触媒下流の排気空燃比がストイキの近傍に
ありかつ触媒上流の排気空燃比がリッチのときの区間
と、触媒下流の排気空燃比がストイキの近傍にありかつ
触媒上流の排気空燃比がリーンのときの区間との間に長
さの相違があっても目標値のバラツキを抑制することが
でき、これによって空燃比制御精度を向上できる。
【００２０】第２、第３、第４、第５の発明では、酸素
吸収または酸素脱離の速度が速い成分による触媒酸素保
持量だけを演算するとともに、この演算値が酸素吸収ま
たは酸素脱離の速度が速い成分のみに対する目標値とな
るように空燃比を制御するので、目標値への収束が速ま
り、これによって短時間の排気性能に対して寄与しない
酸素吸収の速度が遅い成分の影響を排除できる。
【００２１】空燃比センサのバラツキやそれ以外の空燃
比制御のバラツキは、触媒下流の排気空燃比がストイキ
の近傍にありかつ触媒上流の排気空燃比がリッチである
区間と、触媒下流の排気空燃比がストイキの近傍にあり
かつ触媒上流の排気空燃比がリーンである区間との長さ
の違いとして現れ、運転条件に関係なくこの区間長さの
違いを表すだけなら所定時間当たりの触媒酸素脱離量と
所定時間当たりの触媒酸素吸収量とを同一の固定値とす
ることができることから、第６の発明によれば目標値の
演算を簡略化できる。
【００２２】第７の発明によれば、触媒下流の排気空燃
比がストイキの近傍にありかつ触媒上流の排気空燃比が
リッチである場合にそのリッチの程度が変化しても、ま
た触媒下流の排気空燃比がストイキの近傍にありかつ触
媒上流の排気空燃比がリーンである場合にそのリーンの
程度が変化しても酸素吸収または酸素脱離の速度が速い
成分による最大触媒酸素脱離量や酸素吸収または酸素脱
離の速度が速い成分による最大触媒酸素吸収量を精度よ
く演算できる。
【００２３】センサ出力にシフトずれが生じた場合に、
シフトずれの補正回数または補正値の積算値が所定値以
上となったときにはセンサの故障が考えられるので、こ
うした状態での最大値（最大触媒酸素脱離量と最大触媒
酸素吸収量）のサンプリングを許可しない第８の発明に
よれば、最大値（目標値）のバラツキを抑えることがで
きる。
【００２４】触媒が活性状態にないときは触媒からの酸
素脱離や触媒への酸素吸収が行われにくいため、この状
態での最大値（最大触媒酸素脱離量と最大触媒酸素吸収
量）のサンプリングを許可しない第９の発明によれば、
最大値のバラツキを抑えることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】図１において、１はエンジン本体
で、その吸気通路８には吸気絞り弁５の下流に位置して
燃料噴射弁７が設けられ、コントロールユニット２から
の噴射信号により運転条件に応じて所定の空燃比となる
ように、吸気中に燃料を噴射供給する。コントロールユ
ニット２にはクランク角センサ４からの回転数信号、エ
アフローメータ６からの吸入空気量信号、水温センサ１
１からの冷却水温信号等が入力し、これらに基づいて運
転状態を判断しながら、基本空燃比の得られる燃料噴射
量Ｔｐを決定し、これに各種の補正を行って燃料噴射量
Ｔｉを演算し、これを噴射信号に変換することで、燃料
噴射量制御を行う。
【００２６】排気通路９には触媒１０が設置される。こ
の触媒１０は、ストイキの運転時に最大の転換効率をも
って、排気中のＮＯｘの還元とＨＣ、ＣＯの酸化を行
う。その際、触媒１０では、一時的な空燃比のずれから
生じる酸素の過不足を酸素ストレージ能力（酸素保持能
力）により補うことで、触媒雰囲気をストイキに保つ。
【００２７】触媒１０の酸素保持量は
【００２８】
【数１】酸素保持量＝Σ｛排気量×(触媒上流の過不足
酸素濃度−触媒下流の過不足酸素濃度)｝ の式から求めることができる。
【００２９】ここで、数１式の「過不足酸素濃度」は、
後述する図４で示すように、ストイキでの値を基準のゼ
ロとして、そのときの空燃比を酸素濃度に換算した値で
ある。たとえば、空燃比がリーンのときは、ストイキの
酸素濃度よりも過剰となるので、過不足酸素濃度はプラ
スの値となり、また空燃比がリッチのときはストイキの
酸素濃度よりも不足するので、マイナスの値となるわけ
である。
【００３０】ところで、一般的なエンジンでは触媒上流
の空燃比センサ出力に基づき排気の平均空燃比がストイ
キと一致するように空燃比フィードバック制御（以下
「ラムダコントロール」という）が行われるため、触媒
下流の空燃比はほとんどストイキ（一定）であり、この
とき触媒下流の過不足酸素濃度はほぼゼロになる。
【００３１】そこで、触媒下流の空燃比がストイキにあ
るあいだは、上記の数１式において触媒下流の過不足酸
素濃度をゼロとした
【００３２】
【数２】 酸素保持量＝Σ（排気量×触媒上流の過不足酸素濃度） の式により酸素保持量を計算する。
【００３３】さて先願装置（特願平１０−２９５１１０
号参照）では実験結果により触媒下流の空燃比がリーン
となった後も触媒に酸素が吸収されることを初めて見い
だした。
【００３４】この知見を説明すると、排気の空燃比を１
３程度のリッチから１６程度のリーンへと切換えたとき
の触媒前後の空燃比を測定した結果（実験結果）を図２
に示す。同図において、Ａ区間では触媒の酸素を吸収す
る速度が速く、触媒上流の空燃比（図では「Ｆ−Ａ／
Ｆ」で示す）がリーンであっても、触媒に流入する過剰
酸素がすべて触媒に吸収されるため、触媒下流の空燃比
（図では「Ｒ−Ｆ／Ａ」で示す）はリーンを示していな
い（ストイキを示す）。これに対してＢ区間に移ると、
流入する過剰酸素のすべては触媒に吸収されないので、
触媒下流の空燃比がリーンになっている。つまり、触媒
下流の空燃比がリーンになっているＢ区間においても、
吸収の速度が遅いものの、酸素（もしくはＮＯなどの酸
化物）が触媒に吸収されている。
【００３５】これをさらに説明すると、図示のものは触
媒に担持される貴金属（以下単に「触媒金属」という）
のほかに酸素吸収を助けるため添加剤（以下単に「酸素
吸収補助剤」という）を有するものである。この場合、
触媒金属（たとえば白金やロジウム）は物理吸着といっ
て酸素を分子状態のまま吸着することによって酸素を吸
収するものであるのに対して、酸素吸収補助剤（たとえ
ば酸化セリウム、バリウム、卑金属）は化学結合により
酸素を化合物の形にして吸収するという違いがあり、両
者の酸素吸収（酸素脱離の場合も同様）の方法のこうし
た差異により酸素吸収の速度に速い成分と遅い成分とが
あるものと思われる。なお、触媒金属に対しては吸着の
ほうが用語として正確であるが、ここでは酸素吸着や酸
素吸収の速度の違いだけを問題とするので、触媒金属に
対しても吸収を用いることとする。
【００３６】したがって、図２において、触媒下流の空
燃比がストイキからリーンに変化するときの触媒酸素保
持量を触媒金属による最大触媒酸素保持量とし、その後
に酸素吸収補助剤により吸収される酸素量を酸素吸収補
助剤による触媒酸素保持量とすれば、燃料カット時やリ
ーンクランプ時（以下燃料カット時で代表させる）に触
媒に吸収される酸素保持量を、触媒金属による最大触媒
酸素保持量に酸素吸収補助剤による触媒酸素保持量を加
えたものとしている。
【００３７】しかしながら、従来装置によれば、触媒下
流の空燃比センサがリーンを示したタイミングでの触媒
酸素保持量を最大触媒酸素保持量とし、この最大触媒酸
素保持量の１／２を目標値とする構成であるため、Ｂ区
間での酸素保持量（酸素吸収補助剤による触媒酸素保持
量）を無視している。このため、燃料カットが解除さ
れ、触媒酸素保持量を目標値へと収める空燃比制御に戻
ったときにエラーが生じると考えられる。
【００３８】そこで、燃料カット時のように触媒下流の
空燃比がリーンを示す期間において、酸素吸収補助剤に
より触媒に吸収される酸素保持量をも含めて触媒酸素保
持量を演算するとともに、触媒金属による最大触媒酸素
保持量に酸素吸収補助剤による最大触媒酸素保持量を加
えた値の１／２を目標値として設定し、酸素吸収補助剤
により触媒に吸収される酸素保持量をも含めた触媒酸素
保持量がこの目標値となるように空燃比制御を行うこと
で、燃料カット後や高出力後に触媒酸素保持量を目標値
へと収める空燃比制御に戻ったときにエラーが生じるの
を防止するようにすることが考えられる。
【００３９】しかしながら、実験を行ってみると、酸素
吸収補助剤による酸素吸収または酸素脱離の速度は触媒
金属による酸素吸収または酸素脱離の速度に比べて非常
に遅い（ほとんど可制御でない）ため、触媒金属と酸素
吸収補助剤の両者により吸収される酸素保持量の最大値
に基づいて目標値を設定したのでは、触媒酸素保持量を
目標値に戻すのに非常に時間がかかり、そのかん空燃比
操作量がリッチ側やリーン側の一方にとどまり、排気有
害成分を十分に低減できないことがわかった。すなわ
ち、酸素吸収補助剤による触媒酸素保持量を目標値に取
り込んでも、短時間の排気性能に対してなんら寄与しな
いのである。
【００４０】そこでコントロールユニット２では、触媒
下流の排気空燃比がストイキの近傍であるとき、触媒上
流の所定時間当たりの過不足酸素量に基づいて触媒金属
による触媒酸素保持量だけを演算し、空燃比制御条件の
成立時に、そのときの触媒金属による触媒酸素保持量
が、触媒金属のみに対する目標値となるようにエンジン
の空燃比を制御する。
【００４１】コントロールユニット２で行われるこの制
御を、図３のフローチャートにしたがって説明する。
【００４２】なお、触媒上流の広域空燃比センサ３から
の空燃比信号に基づき、コントロールユニット２では、
ラムダコントロール条件（所定の空燃比制御条件）のと
きラムダコントロールを行う。
【００４３】ここで、ラムダコントロールは、詳細には
触媒１０上流の排気空燃比の平均値がストイキとなるよ
うに、空燃比フィードバック補正係数αを算出し、この
補正係数αで基本噴射量Ｔｐを補正する制御のことであ
る。
【００４４】ただし、触媒上流のセンサ３は、広域空燃
比センサであることから、 比例分＝比例ゲイン×ΔＡ／Ｆ、 積分分＝積分ゲイン×ΣΔＡ／Ｆ／Ｔ２、 ただし、ΔＡ／Ｆ：空燃比偏差（＝実空燃比−ストイ
キ） Ｔ２：積分区間（空燃比偏差の正負が反転してからの経
過時間）、 の式により比例分と積分分とを求め、これらの和をα
（＝比例分＋積分分）とする一般の比例積分制御を行
う。
【００４５】図３の処理は、ラムダコントロールに関係
なく一定時間毎（たとえば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００４６】まずＳ１では冷却水温等の条件により触媒
１０が活性化しているかどうかをみる。触媒１０が活性
化していなれば、触媒１０の酸素ストレージ能力が働か
ないので、そのまま今回の処理を終了する。
【００４７】触媒１０が活性化していれば、Ｓ２に進
み、触媒上流の広域空燃比センサ（図では「Ｆ−Ａ／Ｆ
センサ」で略記）の出力から、排気中の過不足酸素濃度
ＦＯ２を図５のテーブルを検索することにより求めて、
これを読み込む。
【００４８】ここで、排気中の過不足酸素濃度ＦＯ２と
は、図４に示すように、ストイキでの値を基準のゼロと
してそのときの空燃比を酸素濃度に換算した値である。
したがって、たとえば空燃比がリーンのときは、ストイ
キの酸素濃度よりも過剰となるので、ＦＯ２はプラスの
値となり、また空燃比がリッチのときはストイキの酸素
濃度よりも不足するので、マイナスの値となる。
【００４９】ところで、図４に示したように、広域空燃
比センサ（図では「Ａ／Ｆセンサ」で略記）には測定可
能範囲がある。したがって、燃料カット時には測定範囲
外のリーンになってしまうため、燃料カット時の空燃比
（したがって燃料カット時の過不足酸素濃度）を求める
ことができない。しかしながら、混合気を燃焼させると
きの要求空燃比（以下単に要求空燃比という）は決まっ
ており、要求空燃比をカバーするだけの広域空燃比セン
サを用いれば、測定範囲外のリーンは必ず燃料カットの
場合であるので、要求空燃比をカバーするだけの広域空
燃比センサが測定範囲外のリーンを示したとき、そのと
きの過不足酸素濃度ＦＯ２を、図示のように大気に対す
る値（すなわち２０．９％）とする。図４に示した関係
をテーブルにしたのが図５である。
【００５０】このようにして、要求空燃比をカバーする
だけの広域空燃比センサであっても、燃料カット時の過
不足酸素濃度ＦＯ２を求めることができる。
【００５１】図３に戻り、Ｓ３では触媒下流のＯ2セン
サ（図では「Ｒ−Ｏ２センサ」で略記する。後述する図
６において同じ。）の出力と所定値を比較する。Ｏ2セ
ンサ出力が所定値以上（リッチ）であると判定した場合
には触媒酸素保持量がなくなり、触媒１０が触媒下流の
空燃比をストイキに保てなくなったと判断し、Ｓ４に進
んで触媒金属による触媒酸素保持量ＨＯＳＣnをゼロに
リセットする。ここで、ＨＯＳＣに添えた「ｎ」は今回
値を表す。これに対して、前回値には「ｎ−１」を付
す。この符号は後述する図６でも使用する。
【００５２】一方、Ｏ2センサ出力が所定値以上でない
ときは、Ｓ５に進んで今度はＯ2センサ出力が所定値以
下（リーン）であるかどうかをみる。リーンでない（つ
まり触媒下流の空燃比はストイキ）ときは、触媒上流の
空燃比変動を触媒１０が吸収していると判断し、Ｓ６に
進む。
【００５３】ここで、Ｓ６に進んでくる場合には、ラ
ムダコントロールを行っているときと、ラムダコント
ロールを行っていないときの２つの場合があるが、いず
れも触媒下流の空燃比がストイキになっているときであ
る。
【００５４】Ｓ６では、
【００５５】
【数３】 ＨＯＳＣn＝ＨＯＳＣn-1＋ａ×ＦＯ２×Ｑ×ｔ、 ただし、ＨＯＳＣn：今回の計算値、 ＨＯＳＣn-1：前回の計算値、 ａ：定数（単位換算のための値を含む）、 ＦＯ２：過不足酸素濃度、 Ｑ：排気流量（吸入空気流量で代用する）、 ｔ：演算サイクル時間（１０ｍｓ）、 の式により触媒金属による触媒酸素保持量ＨＯＳＣnを
演算したあとＳ７に進む。
【００５６】ここで、数３式の右辺第２項のうちＦＯ２
×Ｑ×ｔが演算サイクル時間当たり（所定時間当たり）
の過不足酸素量であり、これに酸素吸着または酸素脱離
の速度を決める定数ａを乗算することによって演算サイ
クル時間当たりに触媒金属に吸着されるか触媒金属より
脱離される酸素量を演算し、これを前回値ＨＯＳＣn- 1
に加算することによって、触媒下流の空燃比がストイキ
にある期間の触媒金属による触媒酸素保持量が求まるの
である。
【００５７】上記の数３式右辺第２項についてさらに述
べると、演算サイクル時間当たりの過不足酸素量という
のはストイキを中心とする酸素の過不足をみたときの表
現である。言葉を換えると触媒上流の排気空燃比がリー
ンの状態では数３式右辺第２項は触媒金属により演算サ
イクル時間当たりに保持される酸素量を、また触媒上流
の排気空燃比がリッチの状態では触媒金属より演算サイ
クル時間当たりに脱離される酸素量を表し、同第２項中
の定数ａが酸素が過剰となる側での酸素吸収の速度また
は酸素が不足する側での酸素脱離の速度を定めている。
【００５８】Ｓ５で触媒下流の空燃比がリーンとなった
ときはＳ６を飛ばしてＳ７に進む。
【００５９】Ｓ７ではラムダコントロール（図では「λ
コン」で略記）をしているかどうかをみる。ラムダコン
トロール条件は従来と同じで、触媒上流の広域空燃比セ
ンサ３が活性化していること等が成立したとき、ラムダ
コントロールが開始される。また、燃料カット時やエン
ジン高負荷時にはラムダコントロールがクランプ（停
止）される。
【００６０】ラムダコントロールをしていれば、Ｓ８以
降のＰＩＤ制御に進み、ラムダコントロールをしていな
いときは、Ｓ８以降を飛ばす。つまり、触媒金属による
触媒酸素保持量ＨＯＳＣnの演算は、触媒の活性後であ
れば常時行い、演算した触媒酸素保持量ＨＯＳＣnを目
標値と一致させるフィードバック制御（触媒金属による
触媒酸素保持量を触媒金属のみに対する目標値へと収め
る空燃比制御）は、ラムダコントロールを行っている場
合に限っている。
【００６１】Ｓ８では、触媒金属による触媒酸素保持量
ＨＯＳＣnと触媒酸素保持量の目標値（触媒金属による
最大触媒酸素保持量ＨＯＳＣｙの１／２）との差（偏
差）ＨＯＳＣｓnを
【００６２】
【数４】 ＨＯＳＣｓn＝ＨＯＳＣn−ＨＯＳＣｙ×１／２ の式により計算したあと、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１におい
て
【００６３】
【数５】Ｈｐ＝比例ゲイン×ＨＯＳＣｓn、 Ｈｉ＝積分ゲイン×ΣＨＯＳＣｓn／Ｔ、 Ｈｄ＝微分ゲイン×（ＨＯＳＣｓn−ＨＯＳＣｓn-1）／
ｔ、 ただし、Ｔ：積分区間（触媒酸素保持量の偏差の正負が
反転してからの経過時間）、 ｔ：演算サイクル時間（１０ｍｓ）、 の式よりフィードバック量の比例分Ｈｐ、積分分Ｈｉお
よび微分分Ｈｄをそれぞれ演算し、これらを合わせた値
をＳ１２において燃料補正量Ｈ（フィードバック量）と
して今回の図３の処理を終了する。
【００６４】このようにして得られる燃料補正量Ｈを用
い、図示しないフローにおいて、たとえば、
【００６５】
【数６】Ｔｉ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×α×Ｈ×２＋Ｔｓ、 ただし、Ｔｐ：基本噴射パルス幅、 ＴＦＢＹＡ：目標当量比、 α：空燃比フィードバック補正係数、 Ｔｓ：無効パルス幅、 の式によりシーケンシャル噴射時の燃料噴射パルス幅Ｔ
ｉが計算される。そして、気筒毎にエンジン２回転に１
回、所定の噴射タイミングでＴｉの時間、燃料噴射弁７
が開かれ、燃料が吸気管内に噴射供給される。
【００６６】ここで、数６式右辺のＴｐ、ＴＦＢＹＡ、
α、Ｔｓは従来と同じである。たとえば、燃料カット時
にα＝１．０に、ラムダコントロール時にＴＦＢＹＡ＝
１．０になる。Ｔｓはバッテリ電圧に応じた噴射パルス
幅の補正分である。
【００６７】このように本実施形態では、触媒金属（酸
素吸収または酸素脱離の速度が速い成分）による触媒酸
素保持量だけを演算するとともに、この演算値が触媒金
属のみに対する目標値となるように空燃比を制御するの
で、目標値への収束が速まり、これによって短時間の排
気性能に対して寄与しない酸素吸収補助剤（酸素吸収ま
たは酸素脱離の速度が遅い成分）の影響を排除できる。
【００６８】また、目標値が触媒金属による最大触媒酸
素保持量の１／２であれば、リーン側での触媒酸素保持
量のオーバーフローやリッチ側での触媒酸素保持量の不
足が生じにくいので、触媒の十分な転換性能を維持でき
る。
【００６９】さて、触媒上流の広域空燃比センサや触媒
下流のＯ2センサのバラツキあるいはそれ以外の空燃比
制御のバラツキにより、触媒下流の排気空燃比がストイ
キの近傍にありかつ触媒上流の排気空燃比がリッチのと
きの区間と、触媒下流の排気空燃比がストイキの近傍に
ありかつ触媒上流の排気空燃比がリーンのときの区間と
がその長さにおいて異なることが実験により判明してい
るので、コントロールユニット２では、触媒下流の排気
空燃比がストイキの近傍にありかつ触媒上流の排気空燃
比がリッチのときと触媒下流の排気空燃比がストイキの
近傍にありかつ触媒上流の排気空燃比がリーンのときと
で別々に最大値（触媒下流の排気空燃比がストイキの近
傍にありかつ触媒上流の排気空燃比がリッチのときは触
媒金属による最大触媒酸素脱離量、触媒下流の排気空燃
比がストイキの近傍にありかつ触媒上流の排気空燃比が
リーンのときには触媒金属による最大触媒酸素吸収量）
を演算し、その平均値に基づいて目標値を設定する。
【００７０】コントロールユニット２で行われるこの制
御を、図６のフローチャートにしたがって説明する。
【００７１】図６は触媒金属による最大触媒酸素保持量
ＨＯＳＣｙを演算するためのもので、一定時間毎（たと
えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００７２】Ｓ２１では図３のＳ２におけるのと同様に
して排気中の過不足酸素濃度ＦＯ２を読み込む。
【００７３】Ｓ２２では触媒金属による最大触媒酸素保
持量ＨＯＳＣｙを演算するための許可条件をみる。許可
条件の成立時（後述する許可フラグ＝１のとき）にはＳ
２３以降に進む。
【００７４】Ｓ２３〜Ｓ２７はＯ2センサ出力（今回
値、前回値）とリッチ側スライスレベルＲＳＬ、リーン
側スライスレベルＬＳＬとの比較により、以下の５つの
場合のいずれであるのかを判定する部分である。
【００７５】〈１〉触媒下流の空燃比がストイキかつ触
媒上流の空燃比がリーンの場合、〈２〉触媒下流の空燃
比がストイキかつ触媒上流の空燃比がリッチの場合、
〈３〉触媒下流の空燃比がストイキからリーンとなった
タイミング、〈４〉触媒下流の空燃比がストイキからリ
ッチとなったタイミング、〈５〉それ以外の場合（触媒
下流の空燃比がリッチからストイキとなったタイミング
および触媒下流の空燃比がリーンからストイキとなった
タイミング）、ここで、上記〈１〉〜〈５〉の各場合を
さらに図７の波形図と対応づけると、〈１〉はたとえば
ｔ３〜ｔ４の区間、〈２〉はたとえばｔ１〜ｔ２の区
間、〈３〉はたとえばｔ４のタイミング、〈４〉はたと
えばｔ２のタイミング、〈５〉はたとえばｔ１およびｔ
３のタイミングである。
【００７６】図６に戻り、上記〈１〉の場合（Ｏ2セン
サ出力がＲＳＬ未満ＬＳＬ以上でかつＯ2センサ出力が
減少している場合）には、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５より
Ｓ２９に進み、上記の数３式と同様の式である、
【００７７】
【数８】 ＨＯＳＣＬn＝ＨＯＳＣＬn-1＋ａＬ×ＦＯ２×Ｑ×ｔ、 ただし、ＨＯＳＣＬn：今回の計算値、 ＨＯＳＣＬn-1：前回の計算値、 ａＬ：定数（単位換算のための値を含む、正の値）、 ＦＯ２：過不足酸素濃度、 Ｑ：排気流量（吸入空気流量で代用する）、 ｔ：演算サイクル時間（１０ｍｓ）、 の式により触媒上流の空燃比がリーン状態での触媒金属
による触媒酸素吸収量ＨＯＳＣnを演算したあと今回の
処理を終了する。
【００７８】ここで、数８式の右辺第２項のうちＦＯ２
×Ｑ×ｔが演算サイクル時間当たり（所定時間当たり）
の過剰酸素量であり、これに酸素吸収の速度を決める定
数ａＬを乗算することによって演算サイクル時間当たり
に触媒金属に吸収される酸素量を演算し、これを前回値
ＨＯＳＣＬn-1に加算することによって、触媒下流の空
燃比がストイキにある期間の触媒上流の空燃比がリーン
状態での触媒金属による触媒酸素吸収量が求まる。
【００７９】ただし、数８式の定数ａＬは上記数３式の
定数ａと同じ値である。ここでは数３式と区別するた
め、符号（数３式のＨＯＳＣnに対して数８式ではＨＯ
ＳＣＬn）および名称（数３式の触媒酸素保持量に対し
て数８式では触媒酸素吸収量）を相違させたので、定数
についても異なる符号を用いたものである。
【００８０】上記〈２〉の場合（Ｏ2センサ出力がＲＳ
Ｌ未満ＬＳＬ以上でかつＯ2センサ出力が増加している
場合）にはＳ２３、Ｓ２４、Ｓ２５よりＳ２８に進み、
上記の数３式と同様の式である、
【００８１】
【数７】 ＨＯＳＣＲn＝ＨＯＳＣＲn-1＋ａＲ×ＦＯ２×Ｑ×ｔ、 ただし、ＨＯＳＣＲn：今回の計算値、 ＨＯＳＣＲn-1：前回の計算値、 ａＲ：定数（単位換算のための値を含む、正の値）、 ＦＯ２：過不足酸素濃度、 Ｑ：排気流量（吸入空気流量で代用する）、 ｔ：演算サイクル時間（１０ｍｓ）、 の式により触媒上流の空燃比がリッチ状態での触媒金属
による触媒酸素脱離量ＨＯＳＣnを演算したあと今回の
処理を終了する。
【００８２】ここで、数７式の右辺第２項のうちＦＯ２
×Ｑ×ｔが演算サイクル時間当たり（所定時間当たり）
の不足酸素量であり、これに酸素脱離の速度を決める定
数ａＲを乗算することによって演算サイクル時間当たり
に触媒金属より脱離される酸素量を演算し、これを前回
値ＨＯＳＣＲn-1に加算することによって、触媒下流の
空燃比がストイキにある期間の触媒上流の空燃比がリッ
チ状態での触媒金属による触媒酸素脱離量が求まるので
ある。
【００８３】ただし、数７式の定数ａＲは、上記数６式
の定数ａＬと同じ値である。
【００８４】一方、上記〈３〉の場合（Ｏ2センサ出力
がＬＳＬ未満かつ前回のＯ2センサ出力がＬＳＬ以上で
ある場合）にはＳ２３、Ｓ２４よりＳ２７に進み、その
ときの触媒金属による触媒酸素吸収量ＨＯＳＣＬnを触
媒金属による最大触媒酸素吸収量ＬＭＡＸに入れるとと
もに、次回の処理に備えるためＳ３３で触媒金属による
触媒酸素吸収量ＨＯＳＣＬnをゼロにリセットしたあと
Ｓ３４に進む。同様にして上記〈４〉の場合（Ｏ2セン
サ出力がＲＳＬ以上かつ前回のＯ2センサ出力がＲＳＬ
未満である場合）にはＳ２３、Ｓ２６よりＳ３０に進
み、そのときの触媒金属による触媒酸素脱離量ＨＯＳＣ
Ｒnを触媒金属による最大触媒酸素脱離量ＲＭＡＸに入
れるとともに、次回の処理に備えるためＳ３１で触媒金
属による触媒酸素脱離量ＨＯＳＣＲnをゼロにリセット
したあとＳ３４に進む。
【００８５】Ｓ３４ではこれら２つの最大値の単純平均
値ＡＶＥ（＝（ＬＭＡＸ＋ＲＭＡＸ）／２）を演算す
る。この場合、１回毎の演算値である平均値ＡＶＥは変
動するので、この変動の影響を避けるためＳ３５でこの
平均値ＡＶＥの加重平均値であるＲＡＶＥnを
【００８６】
【数９】 ＲＡＶＥn＝ＡＶＥ×Ｇ＋ＲＡＶＥn-1×（１−Ｇ）、 ただし、ＲＡＶＥn：今回の計算値、 ＲＡＶＥn-1：前回の計算値、 Ｇ：加重平均係数、 の式により演算し、Ｓ３６においてこの値を触媒金属に
よる最大触媒酸素保持量ＨＯＳＣｙとして設定する。
【００８７】この触媒金属による最大触媒酸素保持量Ｈ
ＯＳＣｙはメモリ（ＲＡＭ）に保存しておき、前述の図
３のフローにおいてＳ８で読み出して用いる。
【００８８】ここで、本実施形態により触媒金属による
最大触媒酸素保持量ＨＯＳＣｙを設定した場合の作用
を、図７を再び参照して述べると、図７は触媒下流のＯ
2センサのバラツキにより触媒下流の排気空燃比がスト
イキの近傍にありかつ触媒上流の排気空燃比がリッチの
ときの区間（ｔ１〜ｔ２の区間）に対して、触媒下流の
排気空燃比がストイキの近傍にありかつ触媒上流の排気
空燃比がリーンのときの区間（ｔ３〜ｔ４の区間）のほ
うが長くなっているものである。
【００８９】この場合に、従来装置によればバラツキの
ないＯ2センサ出力よりもリーンを示すタイミングが遅
れるため、実際の値より大きな値が最大触媒酸素保持量
として演算され、目標値が最適値より大きい側にずれ
る。
【００９０】これに対して、本実施形態においてもｔ３
〜ｔ４の区間ではバラツキのないＯ 2センサ出力よりも
リーンを示すタイミングが遅れるため、実際の値より大
きな値が触媒金属による最大触媒酸素吸収量ＬＭＡＸと
して演算される。
【００９１】しかしながら、ｔ１〜ｔ２の区間ではＯ2
センサ出力にバラツキがないためリッチを示すタイミン
グが遅れることがなく、実際と同等の値が触媒金属によ
る最大触媒酸素脱離量ＲＭＡＸとして演算される。この
結果、ＲＭＡＸはＬＭＡＸよりも小さな値となる。
【００９２】ここで、従来装置と本実施形態の比較を容
易にするため、本実施形態における最大触媒酸素吸収量
ＬＭＡＸが従来装置の最大触媒酸素保持量とほぼ等しい
ものとすれば、本実施形態における２つの最大値の単純
平均値ＡＶＥ（≒ＨＯＳＣｙ）はＬＭＡＸ（すなわち従
来装置の最大触媒酸素保持量）よりも小さくなる。すな
わち、目標値（＝ＨＯＳＣｙ×１／２）は本実施形態の
ほうが従来装置より小さくなるので、そのぶんだけ最適
値より大きい側への目標値のずれを従来装置の場合より
小さくできる。
【００９３】このように、本実施形態では、触媒下流の
排気空燃比がストイキの近傍にありかつ触媒上流の排気
空燃比がリッチのときと、触媒下流の排気空燃比がスト
イキの近傍にありかつ触媒上流の排気空燃比がリーンの
ときとで別々に最大値（触媒下流の排気空燃比がストイ
キの近傍にありかつ触媒上流の排気空燃比がリッチのと
きには触媒金属による最大触媒酸素脱離量、触媒下流の
排気空燃比がストイキの近傍にありかつ触媒上流の排気
空燃比がリーンのときには触媒金属による最大触媒酸素
吸収量）を演算し、その２つの最大値の平均値に基づい
て目標値を演算するようにしたので、触媒上流の広域空
燃比センサや触媒下流のＯ2センサのバラツキあるいは
空燃比制御のバラツキにより触媒下流の排気空燃比がス
トイキの近傍にありかつ触媒上流の排気空燃比がリッチ
のときの区間と、触媒下流の排気空燃比がストイキの近
傍にありかつ触媒上流の排気空燃比がリーンのときの区
間との間に長さの相違があっても目標値のバラツキを抑
制することができ、これによって空燃比制御精度が向上
する。
【００９４】次に、触媒金属による最大触媒酸素保持量
ＨＯＳＣｙを演算するための許可条件の判定（図６のＳ
２２参照）について図８のフローチャートにより説明す
る。
【００９５】許可条件の判定は、図８のＳ４１〜Ｓ４６
の内容を一つずつチェックすることにより行い、各項目
のすべてが満たされたときＨＯＳＣｙの演算を許可し、
一つでも反するときはＨＯＳＣｙの演算を禁止する。す
なわち、 Ｓ４１：低回転速度域または高回転速度域でない、 Ｓ４２：低負荷域または高負荷域でない、 Ｓ４３：暖機完了後である、 Ｓ４４：空燃比フィードバック補正係数αの振れかたに
異常がない、 Ｓ４５：触媒が活性化している、 Ｓ４６：広域空燃比センサ出力のシフトずれ補正回数が
所定値以上でない、 ときに、Ｓ４７でＨＯＳＣｙの演算を許可し、そうでな
ければＳ４８に移行してＨＯＳＣｙの演算を禁止する
（許可フラグ＝０とする）。
【００９６】上記のうち触媒が活性化しているかどうか
は触媒温度ＴＣＡＴ（図示しない触媒温度センサにより
検出）と所定値の比較により判定する。すなわち、ＴＣ
ＡＴが所定値未満のときは（触媒が活性状態にない）、
触媒の酸素ストレージ能力が働かないのでＳ４８に進ま
せる。これは、触媒が活性状態にないときは触媒からの
酸素脱離や触媒への酸素吸収が行われにくいため、この
状態での最大値（触媒金属による最大触媒酸素脱離量と
最大触媒酸素吸収量）のサンプリングを禁止して、最大
値のバラツキを抑えようとするものである。
【００９７】広域空燃比センサ出力のシフトずれについ
て図９により説明すると、触媒上流の広域空燃比センサ
にはその出力がリッチ側やリーン側へとシフトずれを起
こす傾向があり、この影響を受けてラムダコントロール
中の触媒下流のＯ2センサ出力が正常でない変化を示
す。広域空燃比センサ出力のリッチ側へのシフトずれの
影響を受けてＯ2センサ出力が図示のように所定値Ｃ以
上（Ｃ＞ＲＳＬ）となってしまったり（ケース１とケー
ス３の場合）、この逆に広域空燃比センサ出力のリーン
側へのシフトずれの影響を受けてＯ2センサ出力が所定
値Ｄ以下（Ｄ＜ＬＳＬ）となってしまうと（ケース２と
ケース４の場合）、Ｏ2センサ出力に基づいての触媒下
流の空燃比の判定が不正確になる。そこで、広域空燃比
センサ出力にシフトずれが生じているかどうかを判定
し、シフトずれが生じているときには広域空燃比センサ
出力に対してシフトずれ補正を行うことによって、広域
空燃比センサ出力にリッチ側やリーン側へのシフトずれ
が生じることがあっても、Ｏ2センサ出力に基づく触媒
下流の空燃比判定が精度よく行われるようにする。
【００９８】図１０のフローチャートは触媒上流の広域
空燃比センサ出力に生じるシフトずれ補正を行うための
ものである。Ｓ５１では触媒下流のＯ2センサ出力ＶＲ
Ｏ２、触媒上流の広域空燃比センサ出力ＶＦＡＦを読み
込む。Ｓ５２ではＶＦＡＦが所定値Ｃ以上となってから
所定時間が経過したかどうかみる。ＶＦＡＦがＣ以上と
なってから所定時間が経過したときは広域空燃比センサ
出力がリッチ側にシフトずれを起こしたと判断し、Ｓ５
３でＶＦＡＦからシフト量（固定値）を差し引いた値を
改めてＶＦＡＦとして設定する。シフトずれが何度も生
じるようだと広域空燃比センサに故障がある可能性が高
いので、Ｓ５４でシフトずれ補正回数カウンタＣＮＴ１
（始動時に０に初期設定）をインクリメントする。
【００９９】一方、ＶＦＡＦがＣ以上となってから所定
時間が経過していないときにはＳ５２よりＳ５５に進
み、今度はＶＦＡＦがＤ以下となってから所定時間が経
過したかどうかみる。ＶＦＡＦがＤ以下となってから所
定時間が経過したときは広域空燃比センサ出力がリーン
側にシフトずれを起こしたと判断し、Ｓ５６でＶＦＡＦ
にシフト量（固定値）を加算した値を改めてＶＦＡＦと
して設定する。Ｓ５７ではＳ５４と同様にシフトずれ補
正回数カウンタＣＮＴ２（始動時に０に初期設定）をイ
ンクリメントする。
【０１００】上記２つのシフトずれ補正回数（ＣＮＴ
１、ＣＮＴ２）はメモリ（ＲＡＭ）に保存しておく。
【０１０１】図８においてＳ４６ではメモリよりこれら
２つのシフトずれ補正回数（ＣＮＴ１、ＣＮＴ２）を読
み出し、これらシフトずれ補正回数のいずれかが所定値
以上であれば、広域空燃比センサに故障があると判断
し、ＨＯＳＣｙの演算を禁止するためＳ４８へ進ませ
る。
【０１０２】このように、広域空燃比センサ出力にシフ
トずれが生じた場合に、シフトずれの補正回数が所定値
以上となったときには広域空燃比センサの故障が考えら
れるので、こうした状態ではＨＯＳＣｙの演算を禁止す
ることで、最大値（触媒金属による最大触媒酸素脱離量
と最大触媒酸素吸収量）のバラツキを抑えることができ
る。
【０１０３】実施形態では触媒下流の排気空燃比がスト
イキの近傍にありかつ触媒上流の排気空燃比がリッチの
ときの演算サイクル時間当たりの触媒金属による触媒酸
素脱離量を、演算サイクル時間当たりの不足酸素量（Ｆ
Ｏ２×Ｑ×ｔ）に触媒金属の酸素脱離の速度を決める定
数ａＲを乗算することによって、また触媒下流の排気空
燃比がストイキの近傍にありかつ触媒上流の排気空燃比
がリーンのときの演算サイクル時間当たりの触媒金属に
よる触媒酸素吸収量を、演算サイクル時間当たりの過剰
酸素量（ＦＯ２×Ｑ×ｔ）に触媒金属の酸素吸収の速度
を決める定数ａＬを乗算することによって演算する場合
で説明したが、簡単には両者（演算サイクル時間当たり
の触媒金属による触媒酸素脱離量と演算サイクル時間当
たりの触媒金属による触媒酸素吸収量）を同じ値の固定
値にしてもかまわない（第２実施形態）。図６でいえ
ば、Ｓ２８の「ａＲ×ＦＯ２×Ｑ×ｔ」とＳ２９の「ａ
Ｌ×ＦＯ２×Ｑ×ｔ」とを同じ値の固定値とするのであ
る。これは、次の理由からである。広域空燃比センサや
Ｏ2センサのバラツキあるいは空燃比制御のバラツキ
は、触媒下流の排気空燃比がストイキの近傍にありかつ
触媒上流の排気空燃比がリッチである区間（図７で示し
たｔ１〜ｔ２の区間）と、触媒下流の排気空燃比がスト
イキの近傍にありかつ触媒上流の排気空燃比がリーンで
ある区間（図７で示したｔ３〜ｔ４の区間）の長さの違
いとして現れるので、運転条件に関係なくこの区間長さ
の違いを表すだけなら演算サイクル時間当たりの触媒金
属による触媒酸素脱離量と演算サイクル時間当たりの触
媒金属による触媒酸素吸収量とが同じ値の固定値でよい
からである。ただし、固定値は最終的にはマッチングに
より定めることはいうまでもない。
【０１０４】図７の下段はこの場合を示している。すな
わち、この場合には触媒下流の排気空燃比がストイキの
近傍にありかつ触媒上流の排気空燃比がリッチのときの
触媒金属による触媒酸素脱離量ＨＯＳＣＲnおよび触媒
下流の排気空燃比がストイキの近傍にありかつ触媒上流
の排気空燃比がリーンのときの触媒金属による触媒酸素
吸収量ＨＯＳＣＬnは同じ傾きで増加することになり、
図示のようにＲＭＡＸよりＬＭＡＸのほうが大きくな
る。
【０１０５】実施形態では、ＨＯＳＣｙの演算の許可条
件として低、高回転速度域や低、高負荷域を除く場合で
説明したが、これに限られるものでなくこれらの運転域
でＨＯＳＣｙの演算を許可することも考えられる。同様
に、許可条件として暖機完了前を除く場合で説明した
が、暖機完了前の低温域でも働く触媒であれば暖機完了
前でもＨＯＳＣｙの演算を許可することができる。
【０１０６】実施形態では、触媒金属による最大触媒酸
素脱離量ＲＭＡＸや触媒金属による最大触媒酸素吸収量
ＬＭＡＸをともにサンプリングできる場合を図７に示し
たが、これら最大値をサンプリングできないことがあ
る。たとえばＯ2センサ出力が常にストイキにとどまる
場合やストイキおよびリーンだけにとどまり、リッチへ
と振れない場合（あるいはストイキおよびリッチだけに
とどまり、リーンへと振れない場合）である。これらの
場合にもＨＯＳＣｙの演算を可能とするためには空燃比
を強制的にリッチやリーンに振ってやる必要がある。な
お、空燃比を強制的にリッチ、リーンに振るやり方その
ものは公知であるため（たとえば特開平９−２２２０１
０号公報参照）、詳述しない。
【０１０７】実施形態ではシフトずれの補正回数が所定
値以上となったとき最大触媒酸素脱離量と最大触媒酸素
吸収量のサンプリングを許可しない場合で説明したが、
シフトずれの補正値の積算値が所定値以上となったとき
最大触媒酸素脱離量と最大触媒酸素吸収量のサンプリン
グを許可しないようにしてもかまわない。
【０１０８】実施形態では酸素保持能力を有する触媒が
酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成分と遅い成分の
少なくとも２つの成分を含む場合で説明したが、これに
限られるものでなく、従来装置の触媒に対しても適用で
きることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の制御システム図。
【図２】排気の空燃比をリッチからリーンへと切換えた
ときの触媒前後の空燃比の測定結果を示す波形図。
【図３】触媒保持酸素量の演算と触媒保持酸素量のフィ
ードバック制御を説明するためのフローチャート。
【図４】広域空燃比センサ出力と過不足酸素濃度の関係
を示す特性図。
【図５】過不足酸素濃度のテーブルを示す図。
【図６】触媒金属による最大触媒酸素保持量の演算を説
明するためのフローチャート。
【図７】Ｏ2センサ出力と２つのスライスレベルの関係
を示す波形図。
【図８】許可条件の判定を説明するためのフローチャー
ト。
【図９】触媒上流の広域空燃比センサ出力にシフトずれ
が生じた場合の触媒下流のＯ2センサ出力の波形図。
【図１０】シフトずれ補正を説明するためのフローチャ
ート。
【図１１】第１の発明のクレーム対応図。
【図１２】第２の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
２ コントロールユニット ３ 広域空燃比センサ １０ 触媒 １３ Ｏ2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） Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１２ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１２Ｚ (72)発明者 松野 修 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 BA09 BA13 CA03 CA04 CA09 DA04 DA10 DA25 EA04 EA07 EA11 EB08 EB16 EB25 EC03 FA27 FA30 3G091 AB03 AB06 BA01 BA14 BA15 BA19 CB02 DA06 DB01 DB04 DB06 DB10 DC03 EA18 EA33 FA08 FA09 FA13 FA14 FB10 FB11 FB12 GB01W GB02Y GB04Y HA36 HA37 3G301 JA25 JA26 KA08 KA09 KA24 KA25 MA01 MA11 NA01 NA03 NA04 NA08 NB02 NB03 NB11 NC02 ND02 ND13 ND15 NE13 NE14 NE15 NE16 NE23 PD03A PD09A PD09Z PD12Z

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンの排気通路に配設された酸素保持
    能力を有する触媒と、 前記触媒下流の排気空燃比がストイキの近傍であると
    き、触媒上流の所定時間当たりの過不足酸素量に基づい
    て触媒酸素保持量を演算する手段と、 空燃比制御条件の成立時に、そのときの触媒酸素保持量
    が目標値となるようにエンジンの空燃比を制御する手段
    とを備えるエンジンの排気浄化装置において、 前記目標値を設定する手段が、 前記触媒下流の排気空燃比がストイキの近傍にありかつ
    触媒上流の排気空燃比がリッチのとき、触媒酸素脱離量
    を演算する手段と、 前記触媒下流の排気空燃比がストイキの近傍にありかつ
    触媒上流の排気空燃比がリーンのとき、触媒酸素吸収量
    を演算する手段と、 前記触媒下流の排気空燃比がストイキからリッチに変化
    するときの前記触媒酸素脱離量を最大触媒酸素脱離量と
    してサンプリングする手段と、 前記触媒下流の排気空燃比がストイキからリーンに変化
    するときの前記触媒酸素吸収量を最大触媒酸素吸収量と
    してサンプリングする手段と、 これら２つの最大触媒酸素脱離量と最大触媒酸素吸収量
    の平均値を演算する手段と、 この平均値に基づいて前記目標値を演算する手段とから
    なることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  2. 【請求項２】エンジンの排気通路に配設された酸素保持
    能力を有する触媒であって酸素吸収または酸素脱離の速
    度が速い成分と遅い成分の少なくとも２つの成分を含む
    触媒と、 前記触媒下流の排気空燃比がストイキの近傍であると
    き、触媒上流の所定時間当たりの過不足酸素量に基づい
    て酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成分による触媒
    酸素保持量を演算する手段と、 空燃比制御条件の成立時に、そのときの前記酸素吸収ま
    たは酸素脱離の速度が速い成分による触媒酸素保持量が
    前記酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成分のみに対
    する目標値となるようにエンジンの空燃比を制御する手
    段とを備え、 前記目標値を設定する手段が、 前記触媒下流の排気空燃比がストイキの近傍にありかつ
    触媒上流の排気空燃比がリッチのとき、前記酸素吸収ま
    たは酸素脱離の速度が速い成分による触媒酸素脱離量を
    演算する手段と、 前記触媒下流の排気空燃比がストイキの近傍にありかつ
    触媒上流の排気空燃比がリーンのとき、前記酸素吸収ま
    たは酸素脱離の速度が速い成分による触媒酸素吸収量を
    演算する手段と、 前記触媒下流の排気空燃比がストイキからリッチに変化
    するときの前記酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成
    分による触媒酸素脱離量を酸素吸収または酸素脱離の速
    度が速い成分による最大触媒酸素脱離量としてサンプリ
    ングする手段と、 前記触媒下流の排気空燃比がストイキからリーンに変化
    するときの前記酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成
    分による触媒吸収酸素量を酸素吸収または酸素脱離の速
    度が速い成分による最大触媒酸素吸収量としてサンプリ
    ングする手段と、 これら最大触媒酸素脱離量と最大触媒酸素吸収量の平均
    値を演算する手段と、 この平均値に基づいて前記目標値を演算する手段とから
    なることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  3. 【請求項３】前記酸素吸収または酸素脱離の速度が速い
    成分は触媒金属であることを特徴とする請求項２に記載
    のエンジンの排気浄化装置。
  4. 【請求項４】前記酸素吸収または酸素脱離の速度が遅い
    成分は酸素吸収補助剤であることを特徴とする請求項２
    に記載のエンジンの排気浄化装置。
  5. 【請求項５】前記酸素吸収または酸素脱離の速度が速い
    成分による触媒酸素脱離量を演算する手段は酸素吸収ま
    たは酸素脱離の速度が速い成分による所定時間当たりの
    触媒酸素脱離量を積算する手段であり、かつ前記酸素吸
    収または酸素脱離の速度が速い成分による触媒酸素吸収
    量を演算する手段は酸素吸収または酸素脱離の速度が速
    い成分による所定時間当たりの触媒酸素吸収量を積算す
    る手段であることを特徴とする請求項２から４までのい
    ずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
  6. 【請求項６】前記酸素吸収または酸素脱離の速度が速い
    成分による所定時間当たりの触媒酸素脱離量および前記
    酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成分による所定時
    間当たりの触媒酸素吸収量は同一の固定値であることを
    特徴とする請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置。
  7. 【請求項７】前記酸素吸収または酸素脱離の速度が速い
    成分による所定時間当たりの触媒酸素脱離量を前記触媒
    上流の所定時間当たりの不足酸素量に基づいて、かつ前
    記酸素吸収または酸素脱離の速度が速い成分による所定
    時間当たりの触媒酸素吸収量を前記触媒上流の所定時間
    当たりの過剰酸素量に基づいて演算することを特徴とす
    る請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置。
  8. 【請求項８】前記触媒上流の所定時間当たりの過不足酸
    素量を検出するためのセンサと、このセンサ出力に生じ
    るシフトずれを補正する手段とを備え、このシフトずれ
    の補正回数または補正値の積算値が所定値以上となった
    とき前記最大触媒酸素脱離量と前記最大触媒酸素吸収量
    のサンプリングを許可しないことを特徴とする請求項１
    から７までのいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化
    装置。
  9. 【請求項９】前記触媒が活性状態にないとき前記最大触
    媒酸素脱離量と前記最大触媒酸素吸収量のサンプリング
    を許可しないことを特徴とする請求項１から７までのい
    ずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
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