JP2001234787A - 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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JP2001234787A JP2000046089A JP2000046089A JP2001234787A JP 2001234787 A JP2001234787 A JP 2001234787A JP 2000046089 A JP2000046089 A JP 2000046089A JP 2000046089 A JP2000046089 A JP 2000046089A JP 2001234787 A JP2001234787 A JP 2001234787A
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の触媒を装備したエンジンにおいて、下
流側触媒の酸素ストレージ量をも適切に制御して排気浄
化性能をより改善する。 【解決手段】触媒３ａに流入する排気の空燃比を検出す
るフロントＡ／Ｆセンサ４と、第１の触媒３ａから流出
する排気の酸素濃度を検出する第１のリアＯ２センサ５
ａと、第２の触媒３ｂから流出する排気の酸素濃度を検
出する第２のリアＯ２センサ５ｂとを備える。前記セン
サ検出結果に基づいて第１の触媒の酸素ストレージ量を
演算し、演算した酸素ストレージ量に基づいて該触媒の
実酸素ストレージ量が目標量となるようにエンジンの空
燃比を制御する。ただし、前記酸素ストレージ量の目標
量を、第２のリアＯ２センサ５ｂによりリーン状態を検
出したときは減少し、リッチ状態を検出したときは増大
する。これにより、第２の触媒３ｂ内の雰囲気がリーン
またはリッチに偏るのが防止され、その転換効率が高く
維持される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、三元触媒を備えた
エンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】三元触媒に吸収されて
いる酸素量（以下、「酸素ストレージ量」）をエンジン
の吸入空気量と触媒に流入する排気の空燃比に基づき推
定演算し、触媒の酸素ストレージ量が一定となるように
エンジンの空燃比制御を行う技術が知られている（特開
平9-228873号）。
【０００３】三元触媒のＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣの転換効率
を最大に維持するためには触媒雰囲気を理論空燃比にす
る必要があるが、触媒の酸素ストレージ量を一定に保っ
ておくことで、触媒に流入する排気がリーン側にずれて
いるときは排気中の酸素が触媒に吸収され、リッチ側に
ずれているときは触媒に吸収されている酸素が放出され
るので、触媒雰囲気を実質的に理論空燃比に保つことが
できる。
【０００４】ところで、より厳しい排気エミッション性
能の要求に応えるために上記三元触媒の下流側に第２の
三元触媒を配置することが有効である。しかしながら、
このような構成とした場合、第２の触媒の酸素ストレー
ジ量に過不足が生じて排気エミッション性能が低下する
という問題を生じる。具体的には、第２の触媒の酸素ス
トレージ量は、これが不足するとＨＣ、ＣＯの排出量が
増大し、過剰になるとＮＯｘが増大する傾向となる。
【０００５】本発明はこのような問題を解決し、上下流
に配置した複数の触媒の転換効率を常に高く保てるよう
にしたエンジンの排気浄化装置を提供することを目的と
している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、エンジン
排気管に設けられた第１の触媒と、前記第１の触媒に流
入する排気の特性を検出する排気特性検出手段と、前記
第１の触媒の下流側に設けられた第２の触媒と、前記第
２の触媒から流出する排気の特性を検出する排気特性検
出手段と、前記第１の触媒に流入する排気の排気特性を
用いて、第１の触媒の酸素ストレージ量を演算する酸素
ストレージ量演算手段と、前記演算された酸素ストレー
ジ量に基づき、前記第１の触媒の酸素ストレージ量が目
標量となるようにエンジンの空燃比を制御する空燃比制
御手段とを備え、かつ前記空燃比制御手段は、前記酸素
ストレージ量の目標量を、前記第２の触媒から流出する
排気の排気特性がリーン状態を示したときは減少し、リ
ッチ状態を示したときは増大するように構成した。
【０００７】第２の発明は、第１の発明の酸素ストレー
ジ量演算手段を、触媒の酸素ストレージ量を吸収速度が
速い高速成分と吸収速度が高速成分よりも遅い低速成分
とに分けて演算するように構成した。
【０００８】第３の発明は、第２の発明の空燃比制御手
段を、前記第１の触媒の酸素ストレージ量のうち高速成
分が目標量となるようにエンジンの空燃比を制御し、こ
の高速成分の目標量を、前記第２の触媒から流出する排
気の排気特性がリーン状態を示したときは減少し、リッ
チ状態を示したときは増大するように構成した。
【０００９】第４の発明は、第２または第３の発明にお
いて、第１の触媒から流出する排気の排気特性を前記第
２の触媒の上流側で検出する排気特性検出手段を備え、
酸素ストレージ量演算手段を、前記第１の触媒に流入す
る排気の排気特性と前記第１の触媒から流出する排気の
排気特性を用いて、第１の触媒の酸素ストレージ量を演
算するように構成した。
【００１０】第５の発明は、第４の発明の酸素ストレー
ジ量演算手段を、前記第１の触媒から流出する排気の排
気特性がリッチになった時点で高速成分および低速成分
をそれらの最小量にリセットするように構成した。
【００１１】請求項６の発明は、第４または第５の発明
の酸素ストレージ量演算手段を、前記第１の触媒から流
出する排気の排気特性がリーンになった時点で高速成分
をその最大量にリセットするように構成した。
【００１２】第７の発明は、エンジン排気管に設けられ
た第１の触媒と、前記第１の触媒に流入する排気の特性
を検出する排気特性検出手段と、前記第１の触媒の下流
側に設けられた第２の触媒と、前記第２の触媒から流出
する排気の特性を検出する排気特性検出手段と、前記第
２の触媒に流入する排気の排気特性を用いて、第１の触
媒の酸素ストレージ量を演算する酸素ストレージ量演算
手段と、前記演算された酸素ストレージ量に基づき、前
記第１の触媒の酸素ストレージ量が目標量となるように
エンジンの空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、
かつ前記空燃比制御手段は、前記第２の触媒から流出す
る排気の排気特性がリーン状態を示しかつ第１の触媒の
酸素ストレージ量が目標量よりも大であるとき、または
前記第２の触媒から流出する排気の排気特性がリッチ状
態を示しかつ第１の触媒の酸素ストレージ量が目標量よ
りも小であるとき、目標量への収束速度を高くするよう
に構成した。
【００１３】第８の発明は、第７の発明の酸素ストレー
ジ量演算手段を、触媒の酸素ストレージ量を吸収速度が
速い高速成分と吸収速度が高速成分よりも遅い低速成分
とに分けて演算するように構成した。
【００１４】第９の発明は、第８の発明の空燃比制御手
段を、前記第１の触媒の酸素ストレージ量のうち高速成
分が目標量となるようにエンジンの空燃比を制御し、第
２の触媒から流出する排気の排気特性がリーン状態を示
しかつ第１の触媒の酸素ストレージ量のうち高速成分が
目標量よりも大であるとき、または第２の触媒から流出
する排気の排気特性がリッチ状態を示しかつ第１の触媒
の酸素ストレージ量のうち高速成分が目標量よりも小で
あるとき、第１の触媒の酸素ストレージ量のうち高速成
分の目標量への収束速度を高くするように構成した。
【００１５】第１０の発明は、エンジン排気管に設けら
れた第１の触媒と、前記第１の触媒に流入する排気の特
性を検出する第１の排気特性検出手段と、前記第１の触
媒から流出する排気の特性を検出する第２の排気特性検
出手段と、前記第１の触媒の下流側に設けられた第２の
触媒と、前記第２の触媒から流出する排気の特性を検出
する第３の排気特性検出手段と、前記検出された第１の
排気特性を用いて、第１の触媒の酸素ストレージ量を演
算する酸素ストレージ量演算手段と、前記演算された酸
素ストレージ量に基づき、前記第１の触媒の酸素ストレ
ージ量が目標量となるようにエンジンの空燃比を制御す
る空燃比制御手段とを備え、かつ前記空燃比制御手段
は、前記第２と第３の排気特性検出手段が、共にリーン
状態を検出したときには第１の触媒の酸素ストレージ量
を最大量にリセットし、または共にリッチ状態を検出し
たときには第１の触媒の酸素ストレージ量を最小量にリ
セットするように構成した。
【００１６】第１１の発明は、第１０の発明の空燃比制
御手段を、前記第２と第３の排気特性検出手段が、共に
リーン状態を検出したときには第１の触媒の酸素ストレ
ージ量を最大量にリセットしかつエンジンの空燃比のリ
ッチ側への制御利得を大きくし、または共にリッチ状態
を検出したときには第１の触媒の酸素ストレージ量を最
小量にリセットしかつエンジンの空燃比のリーン側への
制御利得を大きくするように構成した。
【００１７】第１２の発明は、第１０または第１１の発
明の酸素ストレージ量演算手段を、触媒の酸素ストレー
ジ量を吸収速度が速い高速成分と吸収速度が高速成分よ
りも遅い低速成分とに分けて演算するように構成した。
【００１８】第１３の発明は、第１０または第１１の発
明において、酸素ストレージ量演算手段を、触媒の酸素
ストレージ量を吸収速度が速い高速成分と吸収速度が高
速成分よりも遅い低速成分とに分けて演算し、空燃比制
御手段を、第１の触媒の酸素ストレージ量のうち高速成
分が目標量となるようにエンジンの空燃比を制御するよ
うに構成した。
【００１９】第１４の発明は、第１３の発明の空燃比制
御手段を、前記第２と第３の排気特性検出手段が、共に
リーン状態を検出したときには第１の触媒の酸素ストレ
ージ量のうち高速成分をその最大量にリセットし、また
は共にリッチ状態を検出したときには第１の触媒の高速
成分および低速成分をそれぞれ最小量にリセットするよ
うに構成した。
【００２０】第１５の発明は、エンジン排気管に設けら
れた第１の触媒と、前記第１の触媒に流入する排気の特
性を検出する排気特性検出手段と、前記第１の触媒の下
流側に設けられた第２の触媒と、前記検出された排気特
性を用いて、第１の触媒の酸素ストレージ量を演算する
酸素ストレージ量演算手段と、前記演算された酸素スト
レージ量に基づき、前記第１の触媒の酸素ストレージ量
が目標量となるようにエンジンの空燃比を制御する空燃
比制御手段とを備え、かつ前記空燃比制御手段は、前記
第１の触媒の目標酸素ストレージ量を、第１の触媒から
のオーバフロー分の酸素量が大であるほど小さく、第１
の触媒からのオーバフロー分の酸素量が小であるほど大
きく設定するように構成した。
【００２１】第１６の発明は、第１５の発明において、
酸素ストレージ量演算手段を、触媒の酸素ストレージ量
を吸収速度が速い高速成分と吸収速度が高速成分よりも
遅い低速成分とに分けて演算し、空燃比制御手段を、第
１の触媒の酸素ストレージ量のうち高速成分が目標量と
なるようにエンジンの空燃比を制御するように構成し
た。
【００２２】第１７の発明は、第１６の発明の空燃比制
御手段を、第１の触媒の酸素ストレージ量のうち高速成
分の目標量を、第１の触媒からのオーバーフロー分の酸
素量が大であるほど小さく、第１の触媒からのオーバー
フロー分の酸素量が小であるほど大きく設定するように
構成した。
【００２３】第１８の発明は、エンジン排気管に設けら
れた第１の触媒と、前記第１の触媒に流入する排気の特
性を検出する排気特性検出手段と、前記第１の触媒の下
流側に設けられた第２の触媒と、前記検出された排気特
性を用いて、第１の触媒と第２の酸素ストレージ量を演
算する酸素ストレージ量演算手段と、前記演算された酸
素ストレージ量に基づき、前記第１の触媒の酸素ストレ
ージ量が目標量となるようにエンジンの空燃比を制御す
る空燃比制御手段とを備え、かつ前記空燃比制御手段
は、第２の触媒の酸素ストレージ量が基準値よりも大で
あるときは目標空燃比を所定のリッチ空燃比にクランプ
し、基準値よりも小であるときは目標空燃比を所定のリ
ーン空燃比にクランプするように構成した。
【００２４】第１９の発明は、第１８の発明の酸素スト
レージ量演算手段を、触媒の酸素ストレージ量を吸収放
出速度が速い高速成分と吸収放出速度が高速成分よりも
遅い低速成分とに分けて演算するように構成した。
【００２５】
【作用・効果】上記各発明において、第１の触媒に流入
する排気の特性（例えば、排気空燃比）に基づき第１の
触媒の酸素ストレージ量が推定演算される。そして演算
された酸素ストレージ量に基づき第１の触媒の酸素スト
レージ量が目標量（例えば最大酸素ストレージ量の２分
の１）となるようにエンジンの目標空燃比が演算され、
エンジンの空燃比制御が行われる。
【００２６】これに加えて第１の発明では、第２の触媒
から流出する排気の排気特性がリーン状態であることを
検出したときは、前記酸素ストレージ量の目標量を減少
する。これにより、空燃比はそれまでよりもリッチ方向
に制御されることになるため、第２の触媒のリーン状態
が解消される。また、第２の触媒から流出する排気の排
気特性がリッチ状態であることを検出したときは、前記
酸素ストレージ量の目標量を減少する。これにより、空
燃比はそれまでよりもリーン方向に制御されることにな
るため、第２の触媒のリッチ状態が解消される。このよ
うにして第２の触媒内の雰囲気がリーンまたはリッチに
偏るのが防止されることから、その転換効率を高く維持
することができる。
【００２７】ここで、触媒のストレージ特性は、触媒の
貴金属に高速で吸収／放出される特性と、触媒のセリア
等の酸素ストレージ材に低速で吸収／放出される特性と
に分かれるが、第２の発明によれば、触媒の酸素ストレ
ージ量が実際の特性に合わせて高速成分と低速成分とに
分けて演算されるので、酸素ストレージ量をより正確に
演算することができる。
【００２８】また、触媒の転換効率を高く保のに寄与す
るのは主として吸収／放出速度が速い高速成分と考えら
れるが、第３の発明によれば、第１の触媒酸素ストレー
ジ量のうち高速成分が目標量となるようにエンジンの空
燃比を制御すると共に、高速成分の目標量を第２の触媒
から流出する排気の排気特性がリーン状態を示したとき
は減少し、リッチ状態を示したときは増大するようにし
たので、第２の触媒も含めて転換効率を高く保つことが
できる。
【００２９】さらに、第４の発明によれば、酸素ストレ
ージ量演算手段を、第１の触媒に流入する排気の排気特
性に加えて、第１の触媒から流出する排気の排気特性を
用いて、第１の触媒の酸素ストレージ量を演算してお
り、特に第５、第６の発明によると、第１の触媒から流
出する排気の排気特性がリッチあるいはリーンになった
時点で、高速成分あるいは低速成分のリセットが行わ
れ、それまでに蓄積された演算誤差を解消することがで
きるので、酸素ストレージ量の演算精度を一層高めるこ
とができる。
【００３０】第７の発明では、前記第２の触媒から流出
する排気の排気特性がリーン状態を示しかつ第１の触媒
の酸素ストレージ量が目標量よりも大であるとき、また
は第２の触媒から流出する排気の排気特性がリッチ状態
を示しかつ第１の触媒の酸素ストレージ量が目標量より
も小であるとき、目標量への収束速度を高くする。すな
わち、第１、第２の各触媒が全体にリーン傾向である場
合には目標量へ向かってのリッチ方向への制御が速やか
に行われ、触媒雰囲気がリーン方向に偏った状態で転換
効率の悪化を抑制できる。また、第１、第２の各触媒が
全体にリッチ傾向である場合には目標量へ向かってのリ
ーン方向への制御が速やかに行われ、触媒雰囲気がリッ
チ方向に偏った状態で転換効率の悪化を抑制できる。な
お、目標量への収束を早めるには、例えばＰＩ制御によ
る空燃比制御では比例制御定数または積分制御定数を増
大する。あるいは、目標空燃比の制御幅を運転性や燃費
の観点から制約している場合には、これをリッチおよび
リーン方向に拡大して、１回の処理で補正できる空燃比
値を大きくするようにしてもよい。
【００３１】また、触媒のストレージ特性は、触媒の貴
金属に高速で吸収／放出される特性と、触媒のセリア等
の酸素ストレージ材に低速で吸収／放出される特性とに
分かれるが、第８の発明によれば、触媒の酸素ストレー
ジ量が実際の特性に合わせて高速成分と低速成分とに分
けて演算されるので、酸素ストレージ量をより正確に演
算することができる。
【００３２】さらに、触媒の転換効率を高く保つのに大
きく寄与するのは主として吸収／放出速度が速い高速成
分と考えられるが、第９の発明によれば、第１の触媒の
酸素ストレージ量のうち高速成分が目標量となるように
エンジンの空燃比を制御すると共に、第２の触媒から流
出する排気の排気特性がリーン状態を示しかつ第１の触
媒の酸素ストレージ量のうち高速成分が目標量よりも大
であるとき、または第２の触媒から流出する排気の排気
特性がリッチ状態を示しかつ第１の触媒の酸素ストレー
ジ量のうち高速成分が目標量よりも小であるとき、第１
の触媒の酸素ストレージ量のうちの高速成分の目標量へ
の収束速度を高くするので、第２の触媒も含めて触媒の
転換効率を速やかに高い状態に回復させることができ
る。
【００３３】第１０の発明では、第２と第３の排気特性
検出手段が共にリーン状態を検出したときには第１の触
媒の酸素ストレージ量を最大量にリセットし、または共
にリッチ状態を検出したときには第１の触媒の酸素スト
レージ量を最小量にリセットする。このようにすると、
酸素ストレージ量の演算結果が実酸素ストレージ量に応
じて最大量または最小量に初期化されるため、その後の
空燃比制御により速やか、かつ正確に目標量に向かって
酸素ストレージ量が制御され、これにより第２の触媒内
の雰囲気が長時間にわたりリッチまたはリーン状態とな
る不都合を解消できる。
【００３４】また、第１１の発明によれば、酸素ストレ
ージ量が目標量に向かう方向に空燃比制御の制御利得が
大きくされるので、第２の触媒内の雰囲気がリーンまた
はリッチに偏るのをより確実に防止できる。
【００３５】さらに、触媒内の酸素ストレージ特性は、
触媒の貴金属に高速で吸収／放出される特性と、触媒の
セリア等の酸素ストレージ材に低速で吸収／放出される
特性とに分かれるが、第１２の発明によれば、触媒の酸
素ストレージ量が実際の特性に合わせて高速成分と低速
成分とに分けて演算されるので、酸素ストレージ量をよ
り正確に演算することができ、特に、触媒の転換効率を
高く保つのに大きく寄与するのは主として吸収／放出速
度が速い高速成分と考えられるが、第１３の発明によれ
ば、第１の触媒の酸素ストレージ量のうち高速成分が目
標量となるようにエンジンの空燃比を制御するので、触
媒の転換効率を高く保つことができる。
【００３６】また、第１４の発明によれば、第２と第３
の排気特性検出手段が、共にリーン状態を検出したとき
には第１の触媒の酸素ストレージ量のうち高速成分をそ
の最大量にリセットし、または共にリッチ状態を検出し
たときには第１の触媒の酸素ストレージ量の高速成分お
よび低速成分をそれぞれ最小量にリセットするので、実
際の酸素ストレージ特性にあった酸素ストレージ量の演
算結果が得られ、この結果として触媒の転換効率を高く
保つことができる。
【００３７】第１５の発明では、前記空燃比制御手段
を、前記第１の触媒の目標酸素ストレージ量を、第１の
触媒からのオーバフロー分の酸素量が大であるほど小さ
く、第１の触媒からのオーバフロー分の酸素量が小であ
るほど大きく設定するように構成する。オーバフロー分
の酸素量とは、第１の触媒の最大酸素ストレージ量に対
する過剰量または最小酸素ストレージ量に対する不足量
であり、これが大であるときには第２の触媒の酸素スト
レージ量が増大傾向となることが予測される。このとき
は、第１の触媒の目標酸素ストレージ量を小さくしてや
るのであり、これにより空燃比はそれまでよりもリッチ
方向に制御されることになるため、第２の触媒のリーン
雰囲気への偏りを防止できる。また、第１の触媒からの
オーバフロー分の酸素量が、不足状態を含めて小である
ときには、第２の触媒の酸素ストレージ量が減少傾向と
なることが予測される。このときは、第１の触媒の目標
酸素ストレージ量を大きくしてやるのであり、これによ
り空燃比はそれまでよりもリーン方向に制御されること
になるため、第２の触媒のリッチ雰囲気への偏りを防止
できる。このようにして第２の触媒内の雰囲気がリーン
またはリッチに偏るのが防止されることから、その転換
効率を高く維持することができる。
【００３８】ここで、触媒内の酸素ストレージ特性は、
触媒の貴金属に高速で吸収／放出される特性と、触媒の
セリア等の酸素ストレージ材に低速で吸収／放出される
特性とに分かれるが、第１６の発明によれば、触媒の酸
素ストレージ量が実際の特性に合わせて高速成分と低速
成分とに分けて演算されるので、酸素ストレージ量をよ
り正確に演算することができる。特に、触媒の転換効率
を高く保つのに大きく寄与するのは主として吸収／放出
速度が速い高速成分と考えられるが、第１の触媒の酸素
ストレージ量のうち高速成分が目標量となるようにエン
ジンの空燃比を制御するので、触媒の転換効率を高く保
つことができる。
【００３９】また、第１７の発明によれば、第１の触媒
の酸素ストレージ量のうち高速成分の目標量を、第１の
触媒からのオーバーフロー分の酸素量が大であるほど小
さく、第１の触媒からのオーバーフロー分の酸素量が小
であるほど大きく設定するので、高速成分の酸素ストレ
ージ量を速やかに目標量に到達させることができる。
【００４０】第１８の発明では、第２の触媒の酸素スト
レージ量が基準値よりも大であるときは目標空燃比を所
定のリッチ空燃比にクランプし、基準値よりも小である
ときは目標空燃比を所定のリーン空燃比にクランプす
る。第２の触媒の酸素ストレージ量は、例えば上述した
ように第１の触媒からの排気中の酸素量により推定する
ことができる。第２の触媒の酸素ストレージ量がある基
準値よりも大であるとき、すなわちリーン傾向であると
きに目標空燃比を所定のリッチ空燃比にクランプするこ
と、または第２の触媒の酸素ストレージ量がある基準値
よりも小であるとき、すなわちリッチ傾向であるときに
目標空燃比を所定のリーン空燃比にクランプすることに
より、通常のフィードバック制御を行いながら酸素スト
レージ量を制御する場合よりも速やかに酸素ストレージ
量を目標量に到達させて、目標量に対する実酸素ストレ
ージ量のずれを最小限に抑えて転換効率を高く維持する
ことができる。
【００４１】また、触媒内の酸素ストレージ特性は、触
媒の貴金属に高速で吸収／放出される特性と、触媒のセ
リア等の酸素ストレージ材に低速で吸収／放出される特
性とに分かれるが、第１９の発明によれば、触媒の酸素
ストレージ量が実際の特性に合わせて高速成分と低速成
分とに分けて演算されるので、酸素ストレージ量をより
正確に演算することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用される排気
浄化装置の概略構成を示し、火花点火式エンジン１の排
気浄化装置は、排気管２に設けられた３つの触媒３ａ〜
３ｃと、第１の触媒３ａの入口側に位置するフロントＡ
／Ｆセンサ４と、同じく出口側に位置する第１のリアＯ
2センサ５ａと、第２の触媒３ｂの出口側に位置する第
２のリアＯ2センサ５ｂと、コントローラ６とを備え
る。前記触媒３ａ、３ｂ、３ｃがそれぞれ本発明の第１
の触媒、第２の触媒、第３の触媒に相当する。また、フ
ロントＡ／Ｆセンサ４、第１のリアＯ２センサ５ａ、第
２のリアＯ２センサ５ｂがそれぞれ本発明の第１の排気
特性検出手段、第２の排気特性検出手段、第３の排気特
性検出手段に相当する。
【００４３】エンジン１の吸気管７には、運転者のアク
セル操作と独立して制御可能な電子制御式スロットル弁
８と、スロットル弁８によって調整された吸入空気量を
検出するエアフローメータ９とが設けられている。ま
た、エンジン１にはその回転速度を検出するクランク角
センサ１２が設けられている。なお、スロットル弁８は
アクセル操作に直接連動して開閉するものであってもよ
い。
【００４４】各触媒３ａ〜３ｃは三元触媒機能を有し、
流入する排気が理論空燃比での燃焼排気であるときにＮ
Ｏｘ、ＨＣ及びＣＯを最大効率で浄化する。それぞれ触
媒担体がセリア等の酸素ストレージ材で被覆されてお
り、流入する排気の酸素濃度に応じて酸素の吸収あるい
は放出を行う機能（以下、「酸素ストレージ機能」）を
有している。第１の触媒３ａとしては単機能の三元触媒
を、第２または第３の触媒３ｂ、３ｃとしては三元触媒
機能付きのＨＣトラップ触媒をそれぞれ用いるなど、特
性が互いに異なる触媒を組み合わせて適用することもで
きる。
【００４５】ここで触媒３ａ〜３ｃの酸素ストレージ量
は、それぞれの貴金属（Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等）に吸収／
放出される高速成分HO2と、酸素ストレージ材に吸収／
放出される低速成分LO2とに分けることができる。低速
成分LO2は高速成分HO2に比べて多くの酸素を吸収／放出
することができるが、その吸収／放出速度は高速成分HO
2に比べて遅いという特性を有している。
【００４６】さらに、これら高速成分HO2及び低速成分L
O2は、 − 酸素吸収時は、高速成分HO2に優先して酸素が吸収さ
れ、高速成分HO2が最大量HO2MAXに達して酸素を吸収し
きれない状態になったら低速成分LO2に酸素が吸収され
始める。
【００４７】− 酸素放出時は、高速成分HO2に対する低
速成分LO2の比（LO2／HO2）が所定値未満の場合、すな
わち高速成分が比較的多い場合は高速成分HO2から優先
して酸素が放出され、高速成分HO2に対する低速成分LO2
の比が所定値以上の場合は高速成分HO2に対する低速成
分LO2の比が変化しないよう高速成分HO2及び低速成分LO
2の両方から酸素が放出される。という特性を有してい
る。
【００４８】触媒３ａの上流に設けられたフロントＡ／
Ｆセンサ４は触媒３ａに流入する排気の空燃比をリニア
に検出し、触媒３ａ、３ｂの下流に設けられたリアＯ2
センサ５ａ，５ｂはそれぞれの出口から排出されてくる
排気中の酸素濃度を理論空燃比に対して反転的に検出す
る。リアＯ2センサ５ａ，５ｂとしてフロントＡ／Ｆセ
ンサ４と同様に空燃比をリニアに検出できるものを適用
してもよい。
【００４９】また、エンジン１には冷却水の温度を検出
する冷却水温センサ１０が取り付けられており、検出さ
れた冷却水温はエンジン１の運転状態を判断するのに用
いられる他、触媒３ａの触媒温度を推定するのにも用い
られる。
【００５０】コントローラ６はマイクロプロセッサ、Ｒ
ＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等で構成され、
エアフローメータ９、フロントＡ／Ｆセンサ４及び冷却
水温センサ１０の出力に基づき、触媒３ａの酸素ストレ
ージ量（高速成分HO2及び低速成分LO2）を演算する。
【００５１】そして、コントローラ６は、演算した酸素
ストレージ量の高速成分HO2が所定量（例えば高速成分
の最大量HO2MAXの半分）よりも多いときはエンジン１の
空燃比をリッチ側にシフトさせて高速成分HO2を減少さ
せ、逆に、所定量よりも少ないときは空燃比をリーン側
にシフトさせて高速成分HO2を増大させ、酸素ストレー
ジ量の高速成分HO2が一定に保たれるようにする。
【００５２】さらに、演算誤差により演算される酸素ス
トレージ量と実際の酸素ストレージ量との間にずれが生
じるが、コントローラ６は触媒３ａ下流の酸素濃度に基
づき所定のタイミングで酸素ストレージ量のリセットを
行い、実際の酸素ストレージ量とのずれを修正する。
【００５３】具体的には、第１のリアＯ2センサ５ａが
リーン判定した場合は、少なくとも高速成分HO2は最大
となっていると判断し、高速成分HO2を最大量にリセッ
トする。また、第１のリアＯ2センサ５ａがリッチ判定
した場合は、高速成分HO2のみならず低速成分LO2からの
酸素放出も行われなくなっていることから、低速成分HO
2及び高速成分LO2を最小量にリセットする。
【００５４】次に、コントローラ６が第１の触媒３ａの
酸素ストレージ量を一定量に保つために行う基本的な空
燃比制御について図２〜図１０を参照しながら詳述す
る。ここではまず、酸素ストレージ量の演算について説
明し、その後で、酸素ストレージ量のリセット、酸素ス
トレージ量に基づくエンジン１の空燃比制御について説
明する。
【００５５】図２は触媒３ａの酸素ストレージ量を演算
するためのルーチンの内容を示し、コントローラ６にお
いて所定時間毎に実行される。
【００５６】これによると、まずエンジンの各種運転条
件パラメータとして、代表的に冷却水温センサ１０、ク
ランク角センサ１２、エアフローメータ９の出力が読み
込まれ、触媒３ａの温度TCATがそれらに基づき推定され
る（ステップＳ１、Ｓ２）。そして、推定された触媒温
度TCATと触媒活性温度TACToとを比較することによって
触媒３ａが活性化したか否かが判断される（ステップＳ
３）。
【００５７】その結果、触媒活性温度TACToに達してい
ると判断された場合は触媒３ａの酸素ストレージ量の演
算を行うべくステップＳ４以降に進む。触媒活性温度TA
CToに達しないと判断された場合は、触媒３ａは酸素の
吸収／放出作用を行わないとして処理を終了する。
【００５８】ステップＳ４では酸素過不足量O2INを演算
するためのサブルーチン（図３）が実行されて触媒３ａ
に流入する排気中の酸素過不足量O2INが演算され、ステ
ップＳ５では酸素ストレージ量の高速成分の酸素放出率
Aを演算するためのサブルーチン（図４）が実行され、
高速成分の酸素放出率Aが演算される。
【００５９】さらに、ステップＳ６では酸素ストレージ
量の高速成分HO2を演算するためのサブルーチン（図
５）が実行され、酸素過不足量O2INと高速成分の酸素放
出率Aに基づき高速成分HO2及び高速成分HO2で吸収され
ずに低速成分LO2に溢れるオーバフロー分OVERFLOWが演
算される。
【００６０】ステップＳ７では、ステップＳ６で演算さ
れたオーバフロー分OVERFLOWに基づき触媒３ａに流入す
る排気中の酸素過不足量O2INが全て高速成分HO2で吸収
されたか否かを判断する。そして、酸素過不足量O2INが
高速成分で完全に吸収された場合（OVERFLOW＝0）は処
理を終了するが、そうでない場合はステップＳ８へ進ん
で低速成分LO2を演算するためのサブルーチン（図６）
が実行され、高速成分HO2から溢れ出たオーバフロー分O
VERFLOWに基づき低速成分LO2が演算される。
【００６１】なお、ここでは触媒温度TCATをエンジン１
の冷却水温、エンジン負荷、エンジン回転速度等から推
定するようにしているが、図１に示すように触媒３ａに
温度センサ１１を取り付け、触媒３ａの温度を直接測定
するようにしてもよい。
【００６２】また、ステップＳ３で触媒温度TCATが活性
温度TACToよりも低いときは酸素ストレージ量を演算し
ないようにしているが、ステップＳ３を無くして、触媒
温度TCATの影響を高速成分の酸素放出率Aや後述する低
速成分の酸素吸収放出率Bに反映するようにしても良
い。
【００６３】次に、ステップＳ４から６及びステップＳ
８で実行されるサブルーチンについて説明する。
【００６４】図３は、触媒３ａに流入する排気の酸素過
不足量O2INを演算するためのサブルーチンの内容を示
す。このサブルーチンでは触媒３ａ上流の空燃比とエン
ジン１の吸入空気量に基づき触媒３ａに流入する排気の
酸素過不足量O2INが演算される。
【００６５】これによると、まず、フロントＡ／Ｆセン
サ出力とエアフローメータ出力が読み込まれる（ステッ
プＳ１１）。
【００６６】ステップＳ１２では読み込まれたフロント
Ａ／Ｆセンサ出力を所定の変換テーブルを用いて空燃比
に変換し、触媒３ａに流入する排気の過不足酸素濃度を
演算する。ここで過不足酸素濃度とは理論空燃比時の酸
素濃度を基準とした相対的な濃度で、排気が理論空燃比
でゼロ、リッチで負、リーンで正の値をとる。
【００６７】ステップＳ１３ではエアフローメータ出力
を所定の変換テーブルを用いて吸入空気量に変換し、ス
テップＳ１４ではステップＳ１３で演算した吸入空気量
にステップＳ１２で演算した過不足酸素濃度を乗じて触
媒３ａに流入する排気の過不足酸素量O2INを演算する。
【００６８】過不足酸素濃度が上記特性を有することか
ら、過不足酸素量O2INは、触媒３ａに流入する排気が理
論空燃比のときゼロ、リッチのとき負、リーンのとき正
の値をとる。
【００６９】また、図４は、酸素ストレージ量の高速成
分の酸素放出率Aを演算するためのサブルーチンの内容
を示す。このサブルーチンでは高速成分HO2からの酸素
放出速度が低速成分LO2の影響を受けることから、低速
成分LO2に応じて高速成分の酸素放出率Aが演算される。
【００７０】これによると、まず、ステップＳ２１で低
速成分の高速成分に対する比LO2/HO2が所定値ARより大
きいか否かが判断される。
【００７１】判断の結果、比LO2/HO2が所定値ARより小
さいと判断された場合、すなわち、高速成分HO2が低速
成分LO2に対して比較的多い場合はステップＳ２２へ進
み、高速成分HO2から酸素が優先して放出されるとして
高速成分の酸素放出率Aに１．０がセットされる。
【００７２】これに対し、比LO2/HO2が所定値AR以上と
判断された場合は、高速成分HO2に対する低速成分LO2の
比が変化しないよう高速成分HO2及び低速成分LO2から酸
素が放出されるので、ステップＳ２３へ進んで高速成分
の酸素放出率Aとして比LO2/HO2が変化しないような値が
演算される。
【００７３】また、図５は、酸素ストレージ量の高速成
分HO2を演算するためのサブルーチンの内容を示す。こ
のサブルーチンでは触媒３ａに流入する排気の酸素酸素
過不足量O2INと高速成分の酸素放出率Aに基づき高速成
分HO2の演算が行われる。
【００７４】これによると、まず、ステップＳ３１では
酸素過不足量O2INの値に基づき高速成分HO2が酸素を吸
収する状態にあるか、あるいは酸素を放出する状態にあ
るかが判断される。
【００７５】その結果、触媒３ａに流入する排気の空燃
比がリーンであって、酸素過不足量O2INがゼロより大き
い場合、高速成分HO2が酸素を吸収する状態にあると判
断して、ステップＳ３２に進み、次式（１）、 HO2 ＝ HO2z ＋ O2IN … （１） HO2z：高速成分HO2の前回値 により高速成分HO2が演算される。
【００７６】一方、酸素過不足量O2INがゼロ以下の値
で、高速成分が酸素を放出する状態にあると判断された
場合はステップＳ３３に進み、次式（２）、 HO2 ＝ HO2z ＋ O2IN × A … （２） A：高速成分HO2の酸素放出率 により高速成分HO2が演算される。
【００７７】このようにして高速成分HO2が演算された
ら、ステップＳ３４、Ｓ３５でその値が高速成分の最大
量HO2MAXを超えていないか、あるいは最小量HO2MIN（＝
０）以下になっていないかが判断される。
【００７８】そして、高速成分HO2が最大量HO2MAX以上
になっている場合はステップＳ３６に進み、高速成分HO
2に吸収されずに溢れ出るオーバフロー分（過剰量）OVE
RFLOWが次式（３）、 OVERFLOW ＝ HO2 - HO2MAX … （３） により演算され、さらに、高速成分HO2が最大量HO2MAX
に制限される。
【００７９】また、高速成分HO2が最小量HO2MIN以下に
なっている場合はステップＳ３７に進み、高速成分HO2
に吸収されずに溢れ出るオーバフロー分（不足量）OVER
FLOWが次式（４）、 OVERFLOW ＝ HO2 − HO2MIN … （４） により演算され、さらに、高速成分HO2が最小量HO2MIN
に制限される。なお、ここでは最小量HO2MINとして０を
与えているから、高速成分HO2をすべて放出した状態で
不足する酸素量が負のオーバフロー分として算出される
ことになる。
【００８０】また、高速成分HO2が最大量HO2MAXと最小
量HO2MINの間にあるときは、触媒３に流入した排気の酸
素過不足量O2INは全て高速成分HO2に吸収されるので、
オーバフロー分OVERFLOWにはゼロが設定される。
【００８１】ここで、高速成分HO2が最大量HO2MAX以上
あるいは最小量HO2MIN以下となって高速成分HO2から溢
れ出たオーバフロー分OVERFLOWは、低速成分LO2で吸収
あるいは放出される。
【００８２】また、図６は酸素ストレージ量の低速成分
LO2を演算するためのサブルーチンの内容を示す。この
サブルーチンでは高速成分HO2から溢れ出たオーバフロ
ー分OVERFLOWに基づき低速成分LO2が演算される。
【００８３】これによると、ステップＳ４１では低速成
分LO2が次式（５）、 LO2 ＝ LO2z ＋ OVERFLOW × B … （５） LO2z：低速成分LO2の前回値 B：低速成分の酸素吸収放出率 により演算される。ここで低速成分の酸素吸収放出率B
は１以下の正の値に設定されるが、実際には吸収と放出
とで異なる特性を有し、また実際の吸収放出率は触媒温
度TCAT、低速成分LO2等の影響を受けるので、吸収率と
放出率とをそれぞれ分離して設定するようにしても良
い。その場合、オーバフロー分OVERFLOWが正であると
き、酸素が過剰であり、このときの酸素吸収Bは、例え
ば触媒温度TCATが高いほど、また低速成分LO2が小さい
ほど大きな値に設定される。また、オーバフロー分OVER
FLOWが負であるとき、酸素が不足しており、このときの
酸素放出率Ｂは、例えば触媒温度TCATが高いほど、また
低速成分LO2が大きいほど大きな設定される。
【００８４】ステップＳ４２、Ｓ４３では、高速成分HO
2の演算時と同様に、演算された低速成分LO2がその最大
量LO2MAXを超えていないか、あるいは最小量LO2MIN（＝
０）以下になっていないかが判断される。
【００８５】その結果、最大量LO2MAXを超えている場合
はステップＳ４４に進み、低速成分LO2から溢れる酸素
過不足量O2OUTが次式（６）、 O2OUT ＝ LO2 − LO2MAX … （６） により演算されて低速成分LO2が最大量LO2MAXに制限さ
れる。酸素過不足量O2OUTはそのまま触媒３ａの下流に
流出する。
【００８６】一方、最小量以下になっている場合はステ
ップＳ４５へ進み、低速成分LO2が最小量LO2MINに制限
される。
【００８７】次に、コントローラ６が行う酸素ストレー
ジ量のリセットについて説明する。酸素ストレージ量の
リセットを実行することにより、それまでに蓄積された
演算誤差が解消され、酸素ストレージ量の演算精度を高
めることが可能となる。
【００８８】図７はリセット条件の判断ルーチンの内容
を示す。このルーチンは、触媒３ａ下流の酸素濃度から
酸素ストレージ量（高速成分HO2及び低速成分LO2）のリ
セット条件が成立したか否かを判定し、フラグFrich及
びフラグFleanのセットを行うものである。
【００８９】これによると、まず、触媒３ａ下流の酸素
濃度を検出するリアＯ2センサ５ａの出力が読み込まれ
る（ステップＳ５１）。そして、リアＯ2センサ出力と
リーン判定しきい値、リッチ判定しきい値との比較が行
われる（ステップＳ５２、Ｓ５３）。
【００９０】比較の結果、リアＯ2センサ出力がリーン
判定しきい値を下回っていた場合はステップＳ５４に進
んでフラグFleanに酸素ストレージ量のリーンリセット
条件が成立したことを示す「１」が設定される。また、
リアＯ2センサ出力がリッチ判定しきい値を上回ってい
た場合はステップＳ５５に進んでフラグFrichに酸素ス
トレージ量のリッチリセット条件が成立したことを示す
「１」が設定される。
【００９１】リアＯ2センサ出力がリーン判定しきい値
とリッチ判定しきい値の間にあるときはステップＳ５６
に進んで、フラグFlean及びFrichにリーンリセット条
件、リッチリセット条件が不成立であることを示す
「０」が設定される。
【００９２】なお、上記リアＯ2センサ出力としてはそ
の加重平均値を用いるようにしてもよい。
【００９３】図８は酸素ストレージ量のリセットを行う
ためのルーチンの内容を示す。
【００９４】これによると、ステップＳ６１、Ｓ６２で
フラグFlean及びFrichの値の変化に基づきリーンリセッ
ト条件あるいはリッチリセット条件が成立したか否かが
判断される。
【００９５】そして、フラグFleanが「０」から「１」
に変化し、リーンリセット条件が成立したと判断された
場合はステップＳ６３に進み、酸素ストレージ量の高速
成分HO2が最大量HO2MAXにリセットされる。このとき、
低速成分LO2のリセットは行わない。一方、フラグFrich
が「０」から「１」に変化し、リッチリセット条件が成
立したと判断された場合はステップＳ６４に進み、酸素
ストレージ量の高速成分HO2及び低速成分LO2がそれぞれ
最小量HO2MIN、LO2MINにリセットされる。
【００９６】このような条件でリセットを行うのは、低
速成分LO2の酸素吸収速度が遅いため、高速成分HO2が最
大量に達すると低速成分LO2が最大量に達していなくて
も酸素が触媒下流に溢れることから、触媒下流がリーン
になった時点では少なくとも高速成分HO2は最大量にな
っていると考えられるからである。
【００９７】また、触媒下流がリッチになる時点では、
緩やかに酸素を放出する低速成分LO2からも酸素が放出
されていないといえ、高速成分HO2、低速成分LO2共に酸
素を殆ど保持しておらず最小量になっていると考えられ
るからである。
【００９８】さらに、コントローラ６が行う空燃比制御
（酸素ストレージ量一定制御）について説明する。
【００９９】図９は酸素ストレージ量から目標空燃比を
演算するルーチンの内容を示す。
【０１００】これによると、まず、現在の酸素ストレー
ジ量の高速成分HO2が読み込まれ（ステップＳ７１）、
現在の高速成分HO2と高速成分の目標値TGHO2の偏差DHO2
（＝触媒３ａが必要としている酸素過不足量）が演算さ
れる（ステップＳ７２）。高速成分の目標値TGHO2は、
例えば高速成分の最大量HO2MAXの２分の１に設定され
る。
【０１０１】そしてステップＳ７３では、演算された偏
差DHO2が空燃比相当の値に換算され、エンジン１の目標
空燃比が設定される。
【０１０２】したがって、このルーチンによると、酸素
ストレージ量の高速成分HO2が目標とする量に満たない
場合はエンジン１の目標空燃比がリーン側に設定され、
酸素ストレージ量（高速成分HO2）の増大が図られる。
これに対し、高速成分HO2が目標とする量を超えている
場合はエンジン１の目標空燃比がリッチ側に設定され、
酸素ストレージ量（高速成分HO2）の減少が図られるこ
とになる。
【０１０３】次に、上記制御を行うことによる全体的な
作用について説明する。
【０１０４】本発明に係る排気浄化装置にあっては、エ
ンジン１が始動されると触媒３ａの酸素ストレージ量の
演算が開始され、触媒３ａの転換効率を最大に保つべ
く、触媒３ａの酸素ストレージ量が一定となるようにエ
ンジン１の空燃比制御が行われる。
【０１０５】コントローラ６は触媒３ａに流入する排気
の空燃比、エンジン１の吸入空気量に基づき触媒３ａの
酸素ストレージ量を推定演算するが、このとき酸素スト
レージ量の演算を高速成分HO2と低速成分LO2とで分けて
行う。
【０１０６】具体的には、コントローラ６は、酸素吸収
時は、高速成分HO2が優先して吸収し、高速成分HO2が吸
収しきれない状態となったら低速成分LO2が吸収し始め
るとして演算を行い、また、酸素放出時は、低速成分LO
2と高速成分HO2の比（LO2/HO2）が一定割合AR以下の場
合は高速成分HO2から優先して酸素が放出されるとし、
比LO2/HO2が一定割合になったらその比LO2/HO2を保つよ
うに低速成分LO2と高速成分HO2の両方から酸素が放出さ
れるとして酸素ストレージ量の演算を行う。
【０１０７】そして、演算された酸素ストレージ量の高
速成分HO2が目標値よりも多いときは、コントローラ６
はエンジン１の空燃比をリッチ側に制御して高速成分HO
2を減少させ、目標値よりも少ないときは空燃比をリー
ン側に制御して高速成分HO2を増大させる。
【０１０８】この結果、酸素ストレージ量の高速成分HO
2が目標とする値に保たれるので、触媒３に流入する排
気の空燃比が理論空燃比からずれたとしても、応答性の
高い高速成分HO2から直ちに酸素が吸収あるいは放出さ
れて触媒雰囲気が理論空燃比方向に修正され、触媒３の
転換効率が最大に保たれる。
【０１０９】さらに、演算誤差が累積すると演算される
酸素ストレージ量が実際の酸素ストレージ量とずれてく
るが、触媒３下流がリッチあるいはリーンになったタイ
ミングで酸素ストレージ量（高速成分HO2及び低速成分L
O2）のリセットが行われ、演算値と実際の酸素ストレー
ジ量とのずれが修正される。
【０１１０】図１０は上記酸素ストレージ量一定制御を
行ったときの高速成分HO2の変化の様子を示したもので
ある。この場合、時刻ｔ2、ｔ3では、リアＯ2センサ５
ａの出力がリッチ判定しきい値以下となってリッチリセ
ット条件が成立するので、酸素ストレージ量の高速成分
HO2が最小量（＝０）にリセットされる。このとき低速
成分LO2も最小量にリセットされる（図示せず）。
【０１１１】また、時刻ｔ1では、リアＯ2センサ５ａの
出力がリーン判定しきい値以上となりリーンリセット条
件が成立するので、高速成分HO2が最大量HO2MAXにリセ
ットされる。ただし、このとき低速成分LO2は最大にな
っているとは限らないので低速成分LO2のリセットは行
われない。
【０１１２】このように、触媒３ａの下流の排気がリッ
チあるいはリーンになったタイミングで酸素ストレージ
量のリセットが行われ、実際の酸素ストレージ量とのず
れが修正される結果、触媒の酸素ストレージ量の演算精
度がさらに向上し、酸素ストレージ量を一定に保つため
の空燃比制御の精度も高められて触媒の転換効率を高く
維持することができる。
【０１１３】以上は本発明が前提とする空燃比制御の一
例を示したもので、本発明ではさらに第２のリアＯ２セ
ンサ５ｂによる排気特性の検出結果等を用いて第２の触
媒３ｂの酸素ストレージ量をも適量に維持することによ
り転換効率の改善を図る。以下、この点につき図１１以
下の図面を用いて説明する。
【０１１４】図１１は第２の触媒３ｂの酸素ストレージ
量を制御するための第１の実施形態の制御内容を示すフ
ローチャートである。この処理は上述した空燃比制御と
同期して周期的に実行されるもので、第２のリアＯ２セ
ンサ５ｂの出力（MVAOSV2）に応じて、図９の空燃比制
御ルーチンで用いる第１の触媒３ａに対する目標酸素ス
トレージ量（TGHO2）を設定する機能を有している。
【０１１５】この処理では、まず第２のリアＯ２センサ
５ｂの出力をサンプリングし、運転状態に応じたその加
重平均値MVAOSV2を算出し（ステップＳ８１）、次いで
これをリーン判定値THL、リッチ判定値THRと比較する
（ステップＳ８２）。これは第２の触媒３ｂから排出さ
れた排気の空燃比を判定する処理であり、この排気空燃
比がリーン判定値THLよりもリーンであるときには目標
酸素ストレージ量TGHO2として初期目標量（例えば、最
大酸素ストレージ量HO2MAXの２分の１）よりも所定量だ
け少ないTGHO2Lを設定し（ステップＳ８３）、リッチ判
定値THRよりもリッチであるときには初期目標量よりも
所定量だけ多いTGHO2Rを設定する（ステップＳ８４）。
また、排気空燃比がリーン判定値THLとリッチ判定値THR
の間にあるときは初期目標量をそのまま適用する（ステ
ップＳ８５）。このような目標量の補正処理により、第
２の触媒３ｂ内の雰囲気がリーンまたはリッチに偏るの
が防止され、したがってその転換効率を高く維持するこ
とができる。
【０１１６】図１２は第２の触媒３ｂの酸素ストレージ
量を制御するための第２の実施形態の制御内容を示すフ
ローチャートである。この処理は上述した空燃比制御と
同期して周期的に実行されるもので、第２のリアＯ２セ
ンサ５ｂの出力に応じて、図９の空燃比制御ルーチンに
おける目標量への収束速度を高める機能を有している。
【０１１７】この処理において、第２のリアＯ２センサ
５ｂの出力の加重平均値MVAOSV2を算出し、これをリー
ン判定値THL、リッチ判定値THRと比較する点は上記第１
の実施形態と同様である（ステップＳ９１、Ｓ９２）。
ただし、前記判定結果がリーンであるときにはさらに図
５の処理で算出した酸素ストレージ量HO2とその目標量T
GHO2とを比較し、HO2＞TGHO2であるときには空燃比制御
におけるリッチ方向へのＰ分（比例制御定数）を増加す
る（ステップＳ９３、Ｓ９４）。これに対して、判定結
果がリッチであるときには、さらにHO2とTGHO2との比較
結果がHO2＜TGHO2であるときに空燃比制御におけるリー
ン方向へのＰ分を増加する。前記何れの条件にも該当し
ない場合にはＰ分として初期設定値を用いる。この処理
によれば、第１、第２の触媒３ａ，３ｂが共にリーン傾
向である場合には目標量へ向かってのリッチ方向への制
御が速やかに行われ、触媒雰囲気がリーン方向に偏った
状態で転換効率の悪化を抑制できる。また、共にリッチ
傾向である場合には目標量へ向かってのリーン方向への
制御が速やかに行われ、触媒雰囲気がリッチ方向に偏っ
た状態で転換効率の悪化を抑制できる。
【０１１８】図１３は第２の触媒３ｂの酸素ストレージ
量を制御するための第３の実施形態の制御内容を示すフ
ローチャートである。この処理は上述した空燃比制御と
同期して周期的に実行されるもので、第１、第２のリア
Ｏ２センサ５ａ、５ｂの出力に応じて、図９の空燃比制
御ルーチンにおける目標量への収束速度を高めると共
に、図８のリセット処理による触媒酸素ストレージ量の
初期化を開始させる機能を有している。
【０１１９】この処理では、まず第１のリアＯ２センサ
５ａと第２のリアＯ２センサ５ｂのそれぞれの出力の加
重平均値MVAOSV1、MVAOSV2を演算し（ステップＳ１０
１、Ｓ１０２）、次いでこれらをリーン判定値THL、リ
ッチ判定値ＴＨＲと比較する（ステップＳ１０３）。前
記比較結果として各センサ出力ともにリーンであった場
合には空燃比制御のリッチ方向へのＰ分（制御利得）を
増加すると共にリーンリセットフラグFleanを１に設定
し（ステップＳ１０４、１０５）、比較結果として各セ
ンサ出力ともにリッチであった場合には空燃比制御のリ
ーン方向へのＰ分（制御利得）を増加すると共にリッチ
リセットフラグFrichを１に設定し（ステップＳ１０
６、Ｓ１０７）、前記の何れでもなかった場合には空燃
比制御のＰ分として初期設定値を用いる（ステップＳ１
０８）。この制御によれば、各触媒３ａ、３ｂともにリ
ーン雰囲気のときには酸素ストレージ量の高速成分HO2
が最大量HO2MAXにリセットされると共に目標値に向かっ
て速やかに実酸素ストレージ量が制御され、または各触
媒３ａ、３ｂともにリッチ雰囲気のときには酸素ストレ
ージ量の高速成分HO2および低速成分LO2がそれぞれ最小
量HO2MIN、LO2MINにリセットされると共に目標値に向か
って速やかに実酸素ストレージ量が制御される。このた
め、第２の触媒３ｂ内の雰囲気が長時間にわたりリッチ
またはリーン状態となって転換効率が低下するような不
都合を防止できる。
【０１２０】図１４は第２の触媒３ｂの酸素ストレージ
量を制御するための第４の実施形態の制御内容を示すフ
ローチャートである。この処理は上述した空燃比制御と
同期して周期的に実行されるもので、図示したように第
１の触媒３ａからのオーバフロー分（酸素過不足量O2OU
T、図６，Ｓ４４参照）を積算し（ステップＳ１１
１）、この積算値SUMOFに基づいて空燃比制御で使用す
る目標酸素ストレージ量TGHO2を補正する（ステップＳ
１１２）。
【０１２１】オーバフロー分O2OUTの積算値SUMOFに対し
ては、図１５に示したように、該積算値SUMOFが増大す
るほど減少する係数KTGを設定し、この係数KTGに第１の
触媒３ａの最大酸素ストレージ量HO2MAXを乗じることで
目標量の補正を行っている。前記係数の特性により、オ
ーバフロー分O2OUTが多いリーン雰囲気であるときほど
目標酸素ストレージ量TGHO2が減少し、これにより空燃
比はリッチ方向に制御されることになるため、第２の触
媒３ｂのリーン傾向を補償できる。また、オーバフロー
分O2OUTが少ないリッチ雰囲気であるときほど目標酸素
ストレージ量TGHO2が増大し、これにより空燃比はリー
ン方向に制御されることになるため、第２の触媒３ｂの
リッチ傾向を補償できる。このようにして第２の触媒内
の雰囲気がリーンまたはリッチに偏るのが防止されるこ
とから、その転換効率を高く維持することができる。
【０１２２】図１６は第２の触媒３ｂの酸素ストレージ
量を制御するための第５の実施形態の制御内容を示すフ
ローチャートである。この処理は上述した空燃比制御と
同期して周期的に実行されるもので、第１の触媒３ａか
らのオーバフロー分O2OUTから第２の触媒３ｂのリーン
・リッチ状態を推定し、その結果に応じて図９の空燃比
制御ルーチンにおける目標空燃比をリッチ側またはリー
ン側にクランプすることで第２の触媒３ｂのリーンまた
はリッチ側への雰囲気条件の偏りを防止する機能を有し
ている。
【０１２３】この処理では、まず図１４と同様に第１の
触媒３ａからのオーバフロー分O2OUTの積算値SUMOFを求
め、これを予め定めた判定基準値と比較することで第２
触媒３ｂ内がリーン雰囲気かリッチ雰囲気かを判定する
（ステップＳ１２１、Ｓ１２２）。前記判定結果として
リーン判定がされたときには空燃比制御の目標Ａ／Ｆを
初期値（理論空燃比）から所定量だけリッチ側の値にク
ランプし（ステップＳ１２３）、リッチ判定がされたと
きには目標Ａ／Ｆを所定量だけリーン側の値にクランプ
する（ステップＳ１２４）。リッチ、リーン何れとも判
定されないときは目標Ａ／Ｆを初期値とする（ステップ
Ｓ１２５）。これにより、通常のフィードバック制御を
行いながら酸素ストレージ量を制御する場合よりも速や
かに酸素ストレージ量を目標量に到達させて、目標量に
対する実酸素ストレージ量のずれを最小限に抑え、触媒
に良好な排気浄化性能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気浄化装置の概略構成図であ
る。
【図２】触媒の酸素ストレージ量を演算するためのルー
チンの内容を示したフローチャートである。
【図３】触媒に流入する排気の酸素過不足量を演算する
ためのサブルーチンの内容を示したフローチャートであ
る。
【図４】高速成分の酸素放出率を演算するためのサブル
ーチンの内容を示したフローチャートである。
【図５】酸素ストレージ量の高速成分を演算するための
サブルーチンの内容を示したフローチャートである。
【図６】酸素ストレージ量の低速成分を演算するための
サブルーチンの内容を示したフローチャートである。
【図７】リセット条件の判断ルーチンの内容を示したフ
ローチャートである。
【図８】酸素ストレージ量のリセットを行うためのルー
チンの内容を示したフローチャートである。
【図９】酸素ストレージ量から目標空燃比を演算するル
ーチンの内容を示したフローチャートである。
【図１０】酸素ストレージ量一定制御を行ったときの様
子を示したタイムチャートである。
【図１１】酸素ストレージ量制御に関する第１の実施形
態の内容を示したフローチャートである。
【図１２】酸素ストレージ量制御に関する第２の実施形
態の内容を示したフローチャートである。
【図１３】酸素ストレージ量制御に関する第３の実施形
態の内容を示したフローチャートである。
【図１４】酸素ストレージ量制御に関する第４の実施形
態の内容を示したフローチャートである。
【図１５】酸素ストレージ量制御に関する第５の実施形
態の内容を示したフローチャートである。
【図１６】オーバフロー分の積算値と酸素ストレージ量
の目標量を補正する係数の関係を示した説明図である。
【符号の説明】
１ エンジン ２ 排気管 ３ａ 第１の触媒 ３ｂ 第２の触媒 ３ｃ 第３の触媒 ４ フロントＡ／Ｆセンサ（第１の排気特性検出手
段） ５ａ 第１のリアＯ2センサ（第２の排気特性検出手
段） ５ｂ 第２のリアＯ2センサ（第３の排気特性検出手
段） ６ コントローラ ７ 吸気管 ８ スロットル弁 ９ エアフローメータ １０ 冷却水温センサ １１ 温度センサ １２ クランク角センサ
───────────────────────────────────────────────────── 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 45/00 ３５８ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３５８Ｎ Ｆターム(参考） 3G084 BA05 BA09 CA04 DA08 DA10 DA25 EA05 EA07 EA11 EB12 EB24 EB25 EC01 EC03 EC04 FA05 FA06 FA07 FA10 FA13 FA20 FA27 FA30 FA33 FA38 3G091 AB03 AB10 BA07 CB02 DA01 DA02 DB10 DC01 DC03 EA03 EA05 EA16 EA18 EA33 EA34 EA36 GB06W GB07W HA12 HA36 HA37 HA38 HA42 3G301 JA07 JA21 KA09 KA25 LA03 MA01 NA02 NA03 NA08 NA09 NB00 NB02 NC02 NC08 ND02 ND05 ND25 NE13 NE15 NE16 NE17 NE19 PA01Z PA17Z PD02A PD03A PD04A PD09A PD09Z PD12Z PE01Z PE03Z PF01Z PF03Z PF07Z

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジン排気管に設けられた第１の触媒
    と、 前記第１の触媒に流入する排気の特性を検出する排気特
    性検出手段と、 前記第１の触媒の下流側に設けられた第２の触媒と、 前記第２の触媒から流出する排気の特性を検出する排気
    特性検出手段と、 前記第１の触媒に流入する排気の排気特性を用いて、第
    １の触媒の酸素ストレージ量を演算する酸素ストレージ
    量演算手段と、 前記演算された酸素ストレージ量に基づき、前記第１の
    触媒の酸素ストレージ量が目標量となるようにエンジン
    の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、 かつ前記空燃比制御手段は、前記酸素ストレージ量の目
    標量を、前記第２の触媒から流出する排気の排気特性が
    リーン状態を示したときは減少し、リッチ状態を示した
    ときは増大するように構成したエンジンの排気浄化装
    置。
  2. 【請求項２】前記酸素ストレージ量演算手段は、触媒の
    酸素ストレージ量を吸収速度が速い高速成分と吸収速度
    が高速成分よりも遅い低速成分とに分けて演算する請求
    項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
  3. 【請求項３】前記空燃比制御手段は、前記第１の触媒の
    酸素ストレージ量のうち高速成分が目標量となるように
    エンジンの空燃比を制御し、この高速成分の目標量を、
    前記第２の触媒から流出する排気の排気特性がリーン状
    態を示したときは減少し、リッチ状態を示したときは増
    大する請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
  4. 【請求項４】前記第１の触媒から流出する排気の排気特
    性を前記第２の触媒の上流側で検出する排気特性検出手
    段を備え、 前記酸素ストレージ量演算手段は、前記第１の触媒に流
    入する排気の排気特性と前記第１の触媒から流出する排
    気の排気特性を用いて、第１の触媒の酸素ストレージ量
    を演算する請求項２または請求項３に記載のエンジンの
    排気浄化装置。
  5. 【請求項５】前記酸素ストレージ量演算手段は、前記第
    １の触媒から流出する排気の排気特性がリッチになった
    時点で高速成分および低速成分をそれらの最小量にリセ
    ットする請求項４に記載のエンジンの排気浄化装置。
  6. 【請求項６】前記酸素ストレージ量演算手段は、前記第
    １の触媒から流出する排気の排気特性がリーンになった
    時点で高速成分をその最大量にリセットする請求項４ま
    たは請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置。
  7. 【請求項７】エンジン排気管に設けられた第１の触媒
    と、 前記第１の触媒に流入する排気の特性を検出する排気特
    性検出手段と、 前記第１の触媒の下流側に設けられた第２の触媒と、 前記第２の触媒から流出する排気の特性を検出する排気
    特性検出手段と、 前記第２の触媒に流入する排気の排気特性を用いて、第
    １の触媒の酸素ストレージ量を演算する酸素ストレージ
    量演算手段と、 前記演算された酸素ストレージ量に基づき、前記第１の
    触媒の酸素ストレージ量が目標量となるようにエンジン
    の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、 かつ前記空燃比制御手段は、前記第２の触媒から流出す
    る排気の排気特性がリーン状態を示しかつ第１の触媒の
    酸素ストレージ量が目標量よりも大であるとき、または
    前記第２の触媒から流出する排気の排気特性がリッチ状
    態を示しかつ第１の触媒の酸素ストレージ量が目標量よ
    りも小であるとき、目標量への収束速度を高くするよう
    に構成したエンジンの排気浄化装置。
  8. 【請求項８】前記酸素ストレージ量演算手段は、触媒の
    酸素ストレージ量を吸収速度が速い高速成分と吸収速度
    が高速成分よりも遅い低速成分とに分けて演算する請求
    項７に記載のエンジンの排気浄化装置。
  9. 【請求項９】前記空燃比制御手段は、前記第１の触媒の
    酸素ストレージ量のうち高速成分が目標量となるように
    エンジンの空燃比を制御し、第２の触媒から流出する排
    気の排気特性がリーン状態を示しかつ第１の触媒の酸素
    ストレージ量のうち高速成分が目標量よりも大であると
    き、または第２の触媒から流出する排気の排気特性がリ
    ッチ状態を示しかつ第１の触媒の酸素ストレージ量のう
    ち高速成分が目標量よりも小であるとき、第１の触媒の
    酸素ストレージ量のうち高速成分の目標量への収束速度
    を高くする請求項８に記載のエンジンの排気浄化装置。
  10. 【請求項１０】エンジン排気管に設けられた第１の触媒
    と、 前記第１の触媒に流入する排気の特性を検出する第１の
    排気特性検出手段と、 前記第１の触媒から流出する排気の特性を検出する第２
    の排気特性検出手段と、 前記第１の触媒の下流側に設けられた第２の触媒と、 前記第２の触媒から流出する排気の特性を検出する第３
    の排気特性検出手段と、 前記検出された第１の排気特性を用いて、第１の触媒の
    酸素ストレージ量を演算する酸素ストレージ量演算手段
    と、 前記演算された酸素ストレージ量に基づき、前記第１の
    触媒の酸素ストレージ量が目標量となるようにエンジン
    の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、 かつ前記空燃比制御手段は、前記第２と第３の排気特性
    検出手段が、共にリーン状態を検出したときには第１の
    触媒の酸素ストレージ量を最大量にリセットし、または
    共にリッチ状態を検出したときには第１の触媒の酸素ス
    トレージ量を最小量にリセットするように構成したエン
    ジンの排気浄化装置。
  11. 【請求項１１】前記空燃比制御手段は、前記第２と第３
    の排気特性検出手段が、共にリーン状態を検出したとき
    には第１の触媒の酸素ストレージ量を最大量にリセット
    しかつエンジンの空燃比のリッチ側への制御利得を大き
    くし、または共にリッチ状態を検出したときには第１の
    触媒の酸素ストレージ量を最小量にリセットしかつエン
    ジンの空燃比のリーン側への制御利得を大きくする請求
    項１０に記載のエンジンの排気浄化装置。
  12. 【請求項１２】前記酸素ストレージ量演算手段は、触媒
    の酸素ストレージ量を吸収速度が速い高速成分と吸収速
    度が高速成分よりも遅い低速成分とに分けて演算する請
    求項１０または請求項１１に記載のエンジンの排気浄化
    装置。
  13. 【請求項１３】前記酸素ストレージ量演算手段は、触媒
    の酸素ストレージ量を吸収速度が速い高速成分と吸収速
    度が高速成分よりも遅い低速成分とに分けて演算し、 前記空燃比制御手段は、第１の触媒の酸素ストレージ量
    のうち高速成分が目標量となるようにエンジンの空燃比
    を制御する請求項１０または請求項１１に記載のエンジ
    ンの排気浄化装置。
  14. 【請求項１４】前記空燃比制御手段は、前記第２と第３
    の排気特性検出手段が、共にリーン状態を検出したとき
    には第１の触媒の酸素ストレージ量のうち高速成分をそ
    の最大量にリセットし、または共にリッチ状態を検出し
    たときには第１の触媒の高速成分および低速成分をそれ
    ぞれ最小量にリセットする請求項１３に記載のエンジン
    の排気浄化装置。
  15. 【請求項１５】エンジン排気管に設けられた第１の触媒
    と、 前記第１の触媒に流入する排気の特性を検出する排気特
    性検出手段と、 前記第１の触媒の下流側に設けられた第２の触媒と、 前記検出された排気特性を用いて、第１の触媒の酸素ス
    トレージ量を演算する酸素ストレージ量演算手段と、 前記演算された酸素ストレージ量に基づき、前記第１の
    触媒の酸素ストレージ量が目標量となるようにエンジン
    の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、 かつ前記空燃比制御手段は、前記第１の触媒の目標酸素
    ストレージ量を、第１の触媒からのオーバフロー分の酸
    素量が大であるほど小さく、第１の触媒からのオーバフ
    ロー分の酸素量が小であるほど大きく設定するように構
    成したエンジンの排気浄化装置。
  16. 【請求項１６】前記酸素ストレージ量演算手段は、触媒
    の酸素ストレージ量を吸収速度が速い高速成分と吸収速
    度が高速成分よりも遅い低速成分とに分けて演算し、 前記空燃比制御手段は、第１の触媒の酸素ストレージ量
    のうち高速成分が目標量となるようにエンジンの空燃比
    を制御する請求項１５に記載のエンジンの排気浄化装
    置。
  17. 【請求項１７】前記空燃比制御手段は、第１の触媒の酸
    素ストレージ量のうち高速成分の目標量を、第１の触媒
    からのオーバーフロー分の酸素量が大であるほど小さ
    く、第１の触媒からのオーバーフロー分の酸素量が小で
    あるほど大きく設定する請求項１６に記載のエンジンの
    排気浄化装置。
  18. 【請求項１８】エンジン排気管に設けられた第１の触媒
    と、 前記第１の触媒に流入する排気の特性を検出する排気特
    性検出手段と、 前記第１の触媒の下流側に設けられた第２の触媒と、 前記検出された排気特性を用いて、第１の触媒と第２の
    酸素ストレージ量を演算する酸素ストレージ量演算手段
    と、 前記演算された酸素ストレージ量に基づき、前記第１の
    触媒の酸素ストレージ量が目標量となるようにエンジン
    の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、 かつ前記空燃比制御手段は、第２の触媒の酸素ストレー
    ジ量が基準値よりも大であるときは目標空燃比を所定の
    リッチ空燃比にクランプし、基準値よりも小であるとき
    は目標空燃比を所定のリーン空燃比にクランプするよう
    に構成したエンジンの排気浄化装置。
  19. 【請求項１９】前記酸素ストレージ量演算手段は、触媒
    の酸素ストレージ量を吸収放出速度が速い高速成分と吸
    収放出速度が高速成分よりも遅い低速成分とに分けて演
    算する請求項１８に記載のエンジンの排気浄化装置。
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