JP2001304015A - 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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JP2001304015A JP2001036287A JP2001036287A JP2001304015A JP 2001304015 A JP2001304015 A JP 2001304015A JP 2001036287 A JP2001036287 A JP 2001036287A JP 2001036287 A JP2001036287 A JP 2001036287A JP 2001304015 A JP2001304015 A JP 2001304015A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン始動直後における酸素ストレージ量
の演算精度を高め、始動直後であっても触媒の転換効率
が高く維持されるようにする。 【解決手段】 コントローラ６は排気管２に設けられた
触媒３の酸素ストレージ量が一定に保たれるようエンジ
ン１の空燃比を制御する。このとき、コントローラ６
は、まず、始動時の触媒温度に基づき酸素ストレージ量
の初期値を推定し、以後、この推定された初期値を用い
て酸素ストレージ特性の演算を行う。これによって始動
直後を含め酸素ストレージ量を正確に演算することが可
能になり、触媒３の転換効率を高く保つことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、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】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
も排気中の酸素が触媒に吸収され、逆に、触媒に流入す
る排気がリッチ側にずれても触媒に吸収されている酸素
が放出され、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】したがって、このような制御を行う排気浄
化装置においては、触媒の転換効率を高く保つために酸
素ストレージ量の正確な演算が要求される。
【０００５】
【発明が解決しようとしている問題点】しかしながら、
従来の演算方法では始動時既にストレージされている酸
素量が考慮されておらず、触媒の酸素ストレージ量を正
確に演算することが難しいという問題があった。
【０００６】また、実際の酸素ストレージ特性が、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
とに分かれているにも係らず、従来はこの点を考慮せ
ず、酸素ストレージ量を１つのパラメータで表現してい
たため、酸素ストレージ量の演算値が実際の酸素ストレ
ージ特性に合わないという問題があった。
【０００７】そこで、本出願人は、酸素ストレージ量を
実際の特性に合わせて高速成分と低速成分で分けて演算
し、酸素ストレージ量の演算精度を向上させる技術を提
案している（特願2000-34046号）。また、触媒雰囲気の
修正が主として酸素の吸収放出速度の速い高速成分によ
って行われることから、高速成分が一定となるようにエ
ンジンの空燃比を制御することで触媒の転換効率を高く
保つ技術も併せて提案している。
【０００８】本発明は、上記排気浄化技術において、酸
素ストレージ量の演算精度をさらに高めること、特にエ
ンジン始動直後における演算精度を高め、始動直後であ
っても触媒の転換効率が高く維持されるようにすること
を目的とする。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】第１の発明は、エンジ
ンの排気浄化装置において、排気管に設けられた触媒
と、エンジン始動時における触媒の温度を検出あるいは
推定する始動時触媒温度演算手段と、始動時触媒温度に
基づき触媒の酸素ストレージ量の初期値を推定する手段
と、触媒に流入する排気の特性を検出する手段と、検出
された排気特性と酸素ストレージ量の初期値に基づき触
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、演算された酸素ストレージ量に基づき触媒の酸
素ストレージ量が目標値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たことを特徴とする
ものである。
【００１０】また、第２の発明は、第１の発明におい
て、エンジン始動時におけるエンジンの冷却液温を検出
する手段をさらに備え、始動時触媒温度演算手段が、検
出された始動時の冷却液温に基づき始動時触媒温度を推
定することを特徴とするものである。
【００１１】また、第３の発明は、第１の発明におい
て、エンジン停止時におけるエンジンの冷却液温及び触
媒温度を記憶する手段と、エンジン始動時にけるエンジ
ンの冷却液温を検出する手段とをさらに備え、触媒温度
演算手段が、始動時の冷却液温と、記憶されている前回
エンジン停止時におけるエンジンの冷却液温及び触媒温
度に基づき始動時触媒温度を推定することを特徴とする
ものである。
【００１２】また、第４の発明は、第１の発明におい
て、酸素ストレージ量演算手段が、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ことを特
徴とするものである。
【００１３】また、第５の発明は、第４の発明におい
て、酸素ストレージ量の初期値推定手段が、始動時触媒
温度に基づき高速成分の初期値を推定することを特徴と
するものである。
【００１４】また、第６の発明は、第４の発明におい
て、酸素ストレージ量の初期値推定手段が、始動時触媒
温度に基づき高速成分の初期値を推定し、且つ低速成分
をその最大容量にリセットすることを特徴とするもので
ある。
【００１５】また、第７の発明は、第４または第５の発
明において、酸素ストレージ量演算手段が、触媒から流
出する排気特性がリッチ化した時点で高速成分及び低速
成分をそれらの最小容量にリセットすることを特徴とす
るものである。
【００１６】また、第８の発明は、第４から第６の発明
において、酸素ストレージ量演算手段が、触媒から流出
する排気特性がリーン化した時点で高速成分をその最大
容量にリセットすることを特徴とするものである。
【００１７】また、第９の発明は、エンジンの排気管に
設けられ、流入する排気の特性に応じて酸素の吸収／放
出を行う触媒の酸素ストレージ量演算方法において、前
記エンジンの始動時における前記触媒の温度に基づき前
記触媒の酸素ストレージ量の初期値を推定し、前記触媒
に流入する排気の特性と前記酸素ストレージ量の初期値
とに基づき、前記触媒の酸素ストレージ量を演算するこ
とを特徴とするものである。
【００１８】
【作用及び効果】したがって、この発明に係る排気浄化
装置では、触媒に流入する排気の特性（例えば、排気空
燃比）に基づき触媒の酸素ストレージ量が演算され、触
媒の酸素ストレージ量が目標値となるようにエンジンの
空燃比制御が行われるが、触媒ストレージ量の演算は、
始動時の触媒温度に基づき推定された初期値を用いて行
われる。
【００１９】酸素ストレージ量の初期値は始動時の触媒
温度によってほぼ決まり、触媒温度によって異なるた
め、これを触媒温度と無関係に、例えば固定値として以
後の酸素ストレージ演算を行うと、始動直後に演算され
る酸素ストレージ量が実際の値とずれてしまうが、本発
明によると、酸素ストレージ量に初期値が触媒温度に基
づき予め推定され、これを用いて酸素ストレージ量の演
算が行われるので、エンジン始動直後における酸素スト
レージ量の演算精度が向上し、始動直後であっても触媒
の転換効率が高く維持されるようになる。また、その後
の酸素ストレージ量がこれを受けて演算されるので、そ
の後の酸素ストレージ量の演算精度も結果として高めら
れることになる（第１、第９の発明）。
【００２０】さらに、第２、第３の発明のように、触媒
温度を直接検出せずにエンジンの冷却液温（冷却水温あ
るいは油温）等から推定するようにすれば、触媒温度を
検出するための温度センサが不要になり、コストを低減
できるという利点がある。
【００２１】ここで酸素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４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正確に演算す
ることができる。
【００２２】また、第５の発明によれば、始動時触媒温
度に基づいて高速成分の初期値を推定するので、エンジ
ン始動後、速やかに高速成分の酸素ストレージ量の演算
精度が向上し、始動後であっても触媒の転換効率が高く
維持されるようになる。
【００２３】さらに、エンジン停止後は排気管の出口か
ら大気が拡散し、低速成分にはその最大容量まで酸素が
ストレージされると考えられるが、第６の発明によれ
ば、始動時触媒温度に基づいて高速成分の初期値を推定
すると共に、このとき低速成分をその最大容量にリセッ
トするので、エンジン始動直後から、触媒の酸素ストレ
ージ量を実際の特性に合わせて精度よく演算することが
可能となる。
【００２４】さらに、第７、第８の発明によれば、触媒
下流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。特に、第６の発明で
は、エンジン停止後すぐの再始動で排気管出口からの大
気の拡散が進行していなくても、低速成分をその最大容
量にリセットしてしまうが、第７、第８の発明によれ
ば、触媒から流出する排気特性がリッチ化した時点で低
速成分はそれらの最小容量にリセットされるので、酸素
ストレージ量を正確に演算することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
実施の形態について説明する。
【００２６】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に設けられた触媒３と、フロントＡ／Ｆ
センサ４と、リアＯ2センサ５と、コントローラ６とを
備える。
【００２７】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にはエンジン回転数を検出するクランク
角センサ１２が設けられている。なお、スロットル弁と
してはアクセル操作に直接連動して開閉するものであっ
ても良い。
【００２８】触媒３はいわゆる三元触媒であり、触媒雰
囲気が理論空燃比のときにＮＯｘ、ＨＣ及びＣＯを最大
効率で浄化する。触媒３は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、流入する排気の空燃比に
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。
【００２９】ここで触媒３の酸素ストレージ量は、触媒
３の貴金属（Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等）に吸収／放出される
高速成分HO2と、触媒３の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HO2
に比べて遅いという特性を有している。
【００３０】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が最大容量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。
【００３１】− 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。
【００３２】図２はこのような触媒の酸素吸収／放出特
性を示した図である。縦軸は高速成分HO2（貴金属に吸
収される酸素量）、横軸は低速成分LO2（酸素ストレー
ジ材に吸収される酸素量）を示している。
【００３３】通常運転状態では、低速成分LO2は略ゼロ
であり、高速成分HO2のみが図中矢印Ａ1で示すように触
媒に流入する排気の空燃比に応じて変化する。高速成分
HO2は、例えば、その最大容量の半分となるように制御
される。
【００３４】しかしながら、エンジンの燃料カットが行
われたときや、暖機状態からのエンジン再始動（ホット
リスタート）であるときは、高速成分HO2がその最大容
量に達し、図中矢印Ａ2で示すように低速成分LO2にも酸
素の吸収が行われ、酸素ストレージ量は状態Ｘ1から状
態Ｘ2まで変化する。
【００３５】この状態Ｘ2から酸素が放出されるとき
は、高速成分HO2から優先して酸素の放出が行われ、低
速成分LO2に対する高速成分HO2の比が所定値に達すると
（状態Ｘ 3）、以後、低速成分LO2に対する高速成分HO2
の比が変化しないように高速成分HO2、低速成分LO2の両
方から酸素の放出が行われる。すなわち、酸素ストレー
ジ量が図中の線Ｌ上を変化するように酸素の放出が行わ
れる。なお、この線Ｌ上では、高速成分1に対して低速
成分が5から15、好ましくは高速成分1に対して低速成分
が略10となっている。
【００３６】図１に戻り、触媒３の上流に設けられたフ
ロントＡ／Ｆセンサ４は触媒３に流入する排気の空燃比
をリニアに検出し、触媒３の下流に設けられたリアＯ2
センサ５は触媒３下流の酸素濃度を理論空燃比に対して
反転的に検出する。なお、ここでは触媒３の下流に安価
なＯ2センサを設けたが、リニアに空燃比を検出できる
Ａ／Ｆセンサを設けても良い。また、触媒３にはその内
部温度を検出する触媒温度センサ１１が取り付けられて
いる。
【００３７】一方、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。
【００３８】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、冷却水
温センサ１０及び触媒温度センサ１１の出力に基づき、
触媒３の酸素ストレージ量（高速成分HO2及び低速成分L
O2）を演算する。このとき、始動時触媒温度TCATINTに
基づき予め推定しておいた酸素ストレージ量の初期値HO
2INTを用いて酸素ストレージ量の演算が行われる。
【００３９】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
の最大容量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。
【００４０】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３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。
【００４１】具体的には、リアＯ2センサ５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を最大容量にリセットす
る。一方、リアＯ2センサ５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HO2及び高速成
分LO2を最小容量にリセットする。
【００４２】以下、コントローラ６が行う制御について
詳しく説明する。
【００４３】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。
【００４４】エンジン１が始動されると、まず、始動直
後の酸素ストレージ量の演算精度を高めるべく図３に示
すルーチンにより酸素ストレージ量の高速成分の初期値
HO2INTが推定される。そして、初期値HO2INTが推定され
たら、以後、その初期値HO2INTを用いて図５に示すルー
チンにより酸素ストレージ量の高速成分HO2及び低速成
分LO2が演算される。
【００４５】図３に示すルーチンでは、高速成分の初期
値HO2INTは、触媒温度センサ１１により検出された始動
時触媒温度TCATINTに基づき図４に示すテーブルを参照
して推定される（ステップＳ１、Ｓ２）。
【００４６】このとき、始動時触媒温度TCATINTが低い
と触媒３が酸素を吸収できないことから高速成分の初期
値HO2INTはゼロと推定されるが、始動時触媒温度TCATIN
Tが所定温度TCAT1（200℃から250℃の値、例えば200
℃）以上では温度が高いほど触媒３に吸収される酸素量
も多くなることから推定される高速成分の初期値HO2INT
も多くなる。ただし、高速成分の最大容量HO2MAXを超え
ることは無いので、所定温度TCAT2（例えば300℃）以上
では高速成分の初期値HO2INTは最大容量HO2MAXになって
いると推定される。なお、図４に示したテーブルは一例
であり、これよりも特性を詳細に記述したテーブルや、
逆に簡略化したテーブルを用いてもよい。
【００４７】このようにして酸素ストレージ量の高速成
分の初期値HO2INTが推定されたら、今度は図５に示すル
ーチンが所定時間毎に実行され、高速成分HO2及び低速
成分LO2の演算が行われる。
【００４８】これによると、まず、触媒温度センサ１１
の出力に基づき触媒３の温度TCATが検出され（ステップ
Ｓ３）、検出された触媒温度TCATと触媒活性温度TACTo
（例えば300℃）とを比較することによって触媒３が活
性化したか否かが判断される（ステップ４）。
【００４９】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３の酸素ストレージ量の演算
を行うべくステップＳ５以降に進む。触媒活性温度TACT
oに達しないと判断された場合は、触媒３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。
【００５０】ステップＳ５では酸素過不足量O2INを演算
するためのサブルーチン（図６）が実行されて触媒３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Ｓ６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７）が実行され、高
速成分の酸素放出率Aが演算される。
【００５１】さらに、ステップＳ７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
８）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に溢れるオーバーフロー分OVERFLOWが
演算される。このとき高速成分HO2の初期値として図３
に示したルーチンで演算された初期値HO2INTが用いられ
る。
【００５２】ステップＳ８では、ステップＳ７で演算さ
れたオーバーフロー分OVERFLOWに基づき触媒３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
されたか否かが判断される。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Ｓ９へ進
んで低速成分LO2を演算するためのサブルーチン（図
９）が実行され、高速成分HO2から溢れ出たオーバーフ
ロー分OVERFLOWに基づき低速成分LO2が演算される。低
速成分の初期値LO2INTとしては最大容量LO2MAXが与えら
れる。
【００５３】なお、ここではステップＳ４で触媒温度TC
AT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Ｓ４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。
【００５４】次に、ステップＳ５から７及びステップＳ
９で実行されるサブルーチンについて説明する。
【００５５】図６は、触媒３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３上流の空燃比とエンジン１
の吸入空気量に基づき触媒３に流入する排気の酸素過不
足量O2INが演算される。
【００５６】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）。
【００５７】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３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。
【００５８】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３に流入する排気の過不足酸素量O2INを演算する。
【００５９】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３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。
【００６０】また、図７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L
O2に応じて高速成分の酸素放出率Aが演算される。
【００６１】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（例え
ばAR=10）より小さいか否かが判断される。
【００６２】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。
【００６３】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。
【００６４】また、図８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３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。
【００６５】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。
【００６６】その結果、触媒３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。このルーチンの初回
実行時の前回値HO2zには図３に示したルーチンにより推
定された初期値HO2INTが用いられる。
【００６７】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。
【００６８】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
容量HO2MAXを超えていないか、あるいは最小容量HO2MIN
（＝０）以下になっていないかが判断される。
【００６９】そして、高速成分HO2が最大容量HO2MAX以
上になっている場合はステップＳ３６に進み、高速成分
HO2に吸収されずに溢れ出るオーバーフロー分（過剰
量）OVERFLOWが次式（３）、 OVERFLOW ＝ HO2 − HO2MAX ・・・・・（３） により演算され、さらに、高速成分HO2が最大容量HO2MA
Xに制限される。
【００７０】また、高速成分HO2が最小容量HO2MIN以下
になっている場合はステップＳ３７に進み、高速成分HO
2に吸収されずに溢れ出るオーバーフロー分（不足量）O
VERFLOWが次式（４）、 OVERFLOW ＝ HO2 − HO2MIN ・・・・・（４） により演算され、さらに、高速成分HO2が最小容量HO2MI
Nに制限される。なお、ここでは最小容量HO2MINとして
ゼロを与えているから高速成分HO2を全て放出した状態
で不足する酸素量が負のオーバーフロー分として算出さ
れることになる。
【００７１】また、高速成分HO2が最大容量HO2MAXと最
小容量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、オーバーフロー分OVERFLOWにはゼロが設定される。
【００７２】ここで、高速成分HO2が最大容量HO2MAX以
上あるいは最小容量HO2MIN以下となって高速成分HO2か
ら溢れ出たオーバーフロー分OVERFLOWは低速成分LO2で
吸収あるいは放出される。
【００７３】また、図９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ーフ
ロー分OVERFLOWに基づき低速成分LO2が演算される。
【００７４】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
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
放出率をそれぞれ分離して可変に設定するようにしても
良い。その場合、オーバーフロー分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率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、オーバーフロ
ー分OVERFLOW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値に設定され
る。
【００７５】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
容量LO2MAXを超えていないか、あるいは最小容量LO2MIN
（＝０）以下になっていないかが判断される。
【００７６】その結果、最大容量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が最大容量LO2MAXに制限
される。酸素過不足量O2OUTはそのまま触媒３の下流に
流出する。
【００７７】一方、最小容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が最小容量LO2MINに
制限される。
【００７８】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。
【００７９】図１０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３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。
【００８０】これによると、まず、触媒３下流の酸素濃
度を検出するリアＯ2センサ５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） 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Fl
ean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。
【００８１】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。
【００８２】図１１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。
【００８３】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。
【００８４】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が最大容量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F
rich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
ぞれ最小容量HO2MIN、LO2MINにリセットされる。
【００８５】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
大容量に達すると低速成分LO2が最大容量に達していな
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は最大容
量になっていると考えられるからである。
【００８６】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容量になっていると考えら
れるからである。
【００８７】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。
【００８８】図１２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。
【００８９】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３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容量HO2MAXの半分に設定される。
【００９０】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。
【００９１】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。
【００９２】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。
【００９３】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３の酸素ストレージ量の演
算が開始され、触媒３の転換効率を最大に保つべく、触
媒３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。
【００９４】コントローラ６は触媒３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３の酸素
ストレージ量を推定演算するが、酸素ストレージ量の演
算は実際の特性に合わせて高速成分HO2と低速成分LO2と
に分けて行われる。
【００９５】具体的には、まず、触媒温度センサ１１で
検出されたエンジン始動時の触媒温度TCATINTに基づき
所定のテーブル（図４）を参照して酸素ストレージ量の
高速成分の初期値HO2INTが推定される。
【００９６】始動時の酸素ストレージ量、特に高速成分
HO2については始動時の触媒温度によってほぼ決まるこ
とから、このように予め始動時の触媒温度TCATINTに基
づき酸素ストレージ量の初期値を推定しておくことで始
動直後の酸素ストレージ量の演算精度が向上し、始動直
後においても触媒３の転換効率を高く保つことができ
る。
【００９７】さらに、エンジン停止後は排気管の出口か
ら大気が拡散するため、低速成分にはその最大容量まで
酸素がストレージされると考えられる。このため、低速
成分には初期値としてその最大容量LO2MAXが与えられ、
低速成分についても演算精度が高められる。この結果、
高速成分、低速成分何れについても始動直後から実際の
特性に合った演算が行われることになり、触媒３の転換
効率をより一層高く保つことができる。
【００９８】ここで、エンジン停止後、直ぐに再始動し
た場合、排気管の出口からの大気の拡散が進行せず、そ
れにも拘らず低速成分をその最大容量LO2MAXにリセット
してしまうことが発生するが、この場合、触媒から流出
する排気特性がリッチ化した時点で酸素ストレージ量の
リセット（図１１）が行われ、つまり、低速成分がそれ
らの最小容量にリセットされるので、これをもって低速
成分の演算誤差を解消できる。
【００９９】以後この推定された高速成分の初期値HO2I
NT及び低速成分の初期値LO2INT(=LO2MAX)を用いて演算
が行われる。高速成分の放出率の演算（図７）について
は、初回LO2MAX/HO2INTとして比(LO2/HO2)が演算され、
高速成分の演算（図８）については、初回HO2z=HO2INT
として高速成分が更新される。このようにして、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
めるとして演算が行われる。また、酸素放出時は、低速
成分LO2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
放出されるとして演算が行われる。
【０１００】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。これによっ
て酸素ストレージ量の高速成分HO2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。
【０１０１】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。
【０１０２】図１３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ｔ1では、リアＯ2センサ５の出力
がリーン判定しきい値より小さくなりリーンリセット条
件が成立するので、高速成分HO2が最大容量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。
【０１０３】時刻ｔ2、ｔ3では、リアＯ2センサ５の出
力がリッチ判定しきい値より大きくなりリッチリセット
条件が成立するので、酸素ストレージ量の高速成分HO2
が最小容量（＝０）にリセットされる。このとき低速成
分LO2も最小容量にリセットされる（図示せず）。
【０１０４】このように、触媒３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。
【０１０５】続いて、第２の実施形態について説明す
る。
【０１０６】この実施形態は酸素ストレージ量の高速成
分の初期値HO2INTの推定方法が先の実施形態と異なり、
高速成分の初期値HO2INTは図１４に示すルーチンによっ
て推定される。
【０１０７】これによると、まず、冷却水温センサ１０
の出力に基づき始動時のエンジン冷却水温TWNINTが検出
される（ステップＳ８１）。そして、この検出された始
動時冷却水温TWNINTに基づき、図１５に示すテーブルを
参照して始動時の触媒温度TCATINTが推定される（ステ
ップＳ８２）。始動時の冷却水温が高いほど前回エンジ
ン停止時からの時間が短く、触媒も冷えていないと考え
られるため、推定される触媒温度TCATINTも高くなる。
【０１０８】そして、この推定された触媒温度TCATINT
に基づき図４に示したテーブルを参照して高速成分の初
期値TCATINTが推定される（ステップＳ８３）。
【０１０９】したがって、この実施形態によると、エン
ジン始動直後の酸素ストレージ量の演算精度が向上する
効果のほか、高速成分の初期値HO2INTを推定するために
触媒温度センサ１１で触媒温度を直接検出する必要が無
くなり、触媒温度センサ１１が不要になるという利点が
ある。
【０１１０】ただし、触媒温度センサ１１をなくす場
合、図５のステップＳ３において触媒温度を推定する必
要があり、その場合、触媒温度は、例えば、冷却水温、
エンジン負荷及びエンジン回転数から推定する。なお、
ここでは始動時のエンジンの冷却水温に基づき始動時触
媒温度TCATINTを推定するようにしたが、始動時のエン
ジン油温に基づき推定するようにしても良い。
【０１１１】さらに、第３の実施形態について説明す
る。
【０１１２】この実施形態も酸素ストレージ量の高速成
分の初期値HO2INTの推定方法が異なり、高速成分の初期
値HO2INTは図１６に示すルーチンによって推定される。
【０１１３】これによると、まず、冷却水温センサ１０
の出力に基づき始動時の冷却水温TWNINTが検出され（ス
テップＳ９１）、前回エンジン停止時の冷却水温TWNs及
び触媒温度TCATsが読み込まれる（ステップＳ９２）。
前回エンジン停止時の冷却水温TWNs及び触媒温度TCATs
は前回エンジン停止時にコントローラ６内のメモリに記
録される。
【０１１４】そしてこれらの値を用いて、例えば、次式
（７）、 TCATINT ＝ TCATs − k × ( TWNs − TWNINT ) ・・・・・（７） k：所定の係数 により始動時の触媒温度TCATINTが推定演算される（ス
テップＳ９３、図１７）。
【０１１５】例えば、前回エンジン停止時の触媒温度TC
ATs、冷却水温TWNsが各々450℃、70℃で、前回エンジン
停止時からエンジン１が再始動されるまでの時間が短く
現在の冷却水温も70℃の場合（ホットリスタート時）
は、式（７）により、 TCATINT ＝ 450 − k × ( 70 − 70 ) ＝ 450℃ と推定される。
【０１１６】また、前回エンジン停止時の触媒温度TCAT
s、冷却水温TWNsが各々450℃、70℃で、前回エンジン停
止時からエンジン１が再始動されるまでの時間が長く
（例えば一晩放置した場合等）、エンジン１の冷却水温
が外気温（例えば25℃）に等しくなっている場合は、式
（７）により、 TCATINT ＝ 450 − k × ( 70 − 25 ) ≒ 25℃ と推定される。但し、上記演算ではk＝9.45としてい
る。
【０１１７】このようにして始動時触媒温度TCATINTが
推定されたら、図４に示したテーブルを参照して高速成
分の初期値HO2INTが推定される（ステップＳ９４）。
【０１１８】したがって、この実施形態によっても、始
動直後の酸素ストレージ量の演算精度が高められ、ま
た、始動時触媒温度TCATINTを推定することから触媒温
度センサ１１が不要になる。ただし、この場合も第２の
実施形態と同様に図５のステップＳ３において触媒温度
を推定する必要がある。
【０１１９】なお、ここでも始動時触媒温度TCATINTの
推定にエンジンの冷却水温を用いているが、エンジン油
温を用いて推定するようにしても良い。
【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】触媒の酸素吸収／放出特性を示した図である。
【図３】触媒の酸素ストレージ量の高速成分の初期値を
推定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４】触媒温度から酸素ストレージ量の高速成分の初
期値を推定するのに用いられるテーブルである。
【図５】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６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】本発明の第２の実施形態を示すフローチャー
トである。
【図１５】始動時冷却水温から触媒温度を推定するのに
用いられるテーブルである。
【図１６】本発明の第３の実施形態を示すフローチャー
トである。
【図１７】始動時触媒温度の推定演算を説明するための
図である。
【符号の説明】
１ エンジン ２ 排気管 ３ 三元触媒 ４ フロントＡ／Ｆセンサ ５ リアＯ2センサ 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 触媒温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── 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 45/00 ３１４ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３２４ ３２４ ３５８Ｎ ３５８ ３７０Ｂ ３７０ Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＢ Ｆターム(参考） 3G084 AA03 BA09 BA13 BA24 CA01 CA02 CA03 DA04 DA10 DA27 EA07 EA11 EB01 EB12 EC03 EC04 FA07 FA10 FA20 FA26 FA29 FA30 FA33 3G091 AA02 AA17 AA28 AB03 BA03 BA14 BA15 BA19 BA32 CB02 CB07 DA01 DA02 DA06 DA10 DB06 DB07 DB08 DB10 DB13 DC01 DC03 EA01 EA05 EA16 EA18 EA31 EA34 FA02 FA04 FA05 FA12 FA13 FB02 FB10 FB11 FB12 FC04 FC07 GB04Y GB05W GB05Y GB06W GB06Y GB07W GB07Y HA36 HA37 HA38 HA39 3G301 HA01 HA06 JA25 JA26 JB09 KA02 KA03 KA04 KA05 KA07 KA08 LA01 LA03 MA01 MA11 NA06 NA07 NA08 NA09 ND02 ND06 NE01 NE06 NE13 NE14 NE15 NE16 NE17 NE19 PA01A PA01B PD03A PD03B PD04A PD04B PD08A PD08B PD09A PD09B PD12A PD12B PE01A PE01B PE03A PE03B PE08A PE08B PF03A PF03B 4D048 AA06 AA13 AA18 AB01 AB02 BA30X BA31X BA33X DA01 DA02 DA13 DA20

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】排気管に設けられた触媒と、 エンジン始動時における前記触媒の温度を検出あるいは
    推定する始動時触媒温度演算手段と、 前記始動時触媒温度に基づき前記触媒の酸素ストレージ
    量の初期値を推定する手段と、 前記触媒に流入する排気の特性を検出する手段と、 前記検出された排気特性と前記酸素ストレージ量の初期
    値に基づき、前記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、 演算された酸素ストレージ量に基づき、前記触媒の酸素
    ストレージ量が目標値となるように前記エンジンの空燃
    比を制御する空燃比制御手段と、を備えたことを特徴と
    するエンジンの排気浄化装置。
  2. 【請求項２】エンジン始動時におけるエンジンの冷却液
    温を検出する手段をさらに備え、 前記始動時触媒温度演算手段は、検出された始動時の冷
    却液温に基づき始動時触媒温度を推定することを特徴と
    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】エンジン停止時におけるエンジンの冷却液
    温及び触媒温度を記憶する手段と、 エンジン始動時にけるエンジンの冷却液温を検出する手
    段と、をさらに備え、 前記触媒温度演算手段は、始動時の冷却液温と、記憶さ
    れている前回エンジン停止時におけるエンジンの冷却液
    温及び触媒温度に基づき始動時触媒温度を推定すること
    を特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装
    置。
  4. 【請求項４】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
    することを特徴とする請求項１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の初期値推定手段
    は、始動時触媒温度に基づき高速成分の初期値を推定す
    ることを特徴とする請求項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の初期値推定手段
    は、始動時触媒温度に基づき高速成分の初期値を推定
    し、且つ低速成分をその最大容量にリセットすることを
    特徴とする請求項４に記載のエンジンの排気浄化装置。
  7. 【請求項７】前記酸素ストレージ量演算手段は、触媒か
    ら流出する排気特性がリッチ化した時点で高速成分及び
    低速成分をそれらの最小容量にリセットすることを特徴
    とする請求項４または５に記載の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、触媒か
    ら流出する排気特性がリーン化した時点で高速成分をそ
    の最大容量にリセットすることを特徴とする請求項４か
    ら６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】エンジンの排気管に設けられ、流入する排
    気の特性に応じて酸素の吸収／放出を行う触媒の酸素ス
    トレージ量演算方法において、 前記エンジンの始動時における前記触媒の温度に基づき
    前記触媒の酸素ストレージ量の初期値を推定し、 前記触媒に流入する排気の特性と前記酸素ストレージ量
    の初期値とに基づき、前記触媒の酸素ストレージ量を演
    算することを特徴とする酸素ストレージ量演算方法。
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