JP2002089250A

JP2002089250A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2002089250A
Application number: JP2000285930A
Authority: JP
Inventors: Yasuki Tamura; 保樹田村; Takuya Okamoto; 拓也岡本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】三元触媒の排気浄化効率の向上を図るべく空
燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比とに強制変動させる
場合において、ＮＯxの浄化効率を広い範囲において高
く維持し、燃費の向上を図ることも可能な排気浄化装置
を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられて炭酸塩
を形成する成分を含有する触媒と、所定の周期、振幅で
空燃比Ａ／Ｆを強制的に変動させる空燃比強制変動手段
とを備えており、当該空燃比強制変動手段によって空燃
比Ａ／Ｆが強制的に変動させられるとＮＯx浄化効率の
最適範囲が拡大する（(b)の実線）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気浄化装置に係
り、詳しくは、触媒において排気浄化効率を高める技術
に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】排気浄化触媒として使用される三
元触媒は、酸化雰囲気（リーン空燃比雰囲気）において
ＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）を高効率で浄化
可能であり、一方還元雰囲気（リッチ空燃比雰囲気）に
おいてＮＯxを高効率で浄化可能である。このようなこ
とから、排気空燃比がリーン空燃比或いはリッチ空燃比
のどちらか一方に大きく偏っているような場合には、Ｎ
ＯxまたはＨＣ、ＣＯのいずれか一方が十分浄化されず
に排出されてしまうという問題がある。

【０００３】そこで、従来、例えば特公平７−３３７９
３号公報や特開平９−１３７７４２号公報に開示される
ように、内燃機関に供給する燃料と空気との比率である
空燃比（Ａ／Ｆ）を強制的に変動させることにより排気
空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比との間で周期的に
変動させ、これにより酸化雰囲気と還元雰囲気とを交互
に発生させてＮＯx、ＨＣ、ＣＯを偏りなく浄化するこ
とが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
空燃比（Ａ／Ｆ）を強制的に変動させる場合、通常の触
媒では高いＮＯx浄化効率（例えば、９５％以上）の範
囲（以下、「最適範囲」という）が狭く、センサ等の部
品や制御のバラツキ等により当該最適範囲から外れ、Ｎ
Ｏx浄化効率が低下するおそれがある。

【０００５】また、上記各公報に開示の技術において
は、ＨＣ、ＣＯとＮＯxとの浄化を均等に行う趣旨か
ら、基本的には目標平均空燃比を理論空燃比に設定して
いるが、燃費の向上を図るためには、できるだけリーン
空燃比の度合いを多くして目標平均空燃比をリーン空燃
比側に設定するのが望ましい。本発明はこのような問題
点を解決するためになされたもので、その目的とすると
ころは、触媒の排気浄化効率の向上を図るべく空燃比を
リーン空燃比とリッチ空燃比とに強制変動させる場合に
おいて、ＮＯxの浄化効率を広い範囲において高く維持
し、燃費の向上を図ることも可能な排気浄化装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１の発明では、内燃機関の排気通路に設
けられ、炭酸塩を形成する成分を含有する触媒と、所定
の周期、振幅で空燃比を強制的に変動させる空燃比強制
変動手段とを備えることを特徴としている。従って、炭
酸塩を形成する成分を含有する触媒を用いることで、Ｎ
Ｏx浄化効率の最適範囲を拡大し、高いＮＯx浄化効率を
維持することが可能となる。

【０００７】また、ＮＯx浄化効率の最適範囲がリーン
空燃比側まで拡大されることにより、請求項２の発明の
ように、目標平均空燃比をリーン空燃比側に設定して空
燃比を変動させ、燃費を向上させても、ＮＯxの浄化効
率は低下しない。ここに、本発明の請求項１、２は次の
ような所見に基づきなされたものであり、以下当該請求
項１、２の作用について詳しく述べる。

【０００８】炭酸塩を形成する成分（Ｂa、Ｃa等）が触
媒の担体にコーティングされると、この成分は貴金属
（Ｐt等）の存在によりリッチ空燃比雰囲気においてＣ
Ｏを取り込んで炭酸塩（ＢaＣＯ₃、ＣaＣＯ₃等）を形成
し、一方、リーン空燃比雰囲気においてＣＯを放出する
ことが知られている。その結果、図４（ａ）に実線で示
すように、従来のＡ／Ｆフィードバック制御において
も、ＮＯxの浄化効率は炭酸塩を形成する成分を含有し
ない場合（破線）に比べて向上する。

【０００９】そして、炭酸塩を形成する成分を含有した
触媒を用いて空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに
強制的に変動させると、空燃比をリッチ空燃比としたと
きにはＣＯが触媒に吸蔵される一方、空燃比をリーン空
燃比としたときには吸蔵されたＣＯが放出されるという
サイクルがさらに顕著になり、図４（ｂ）に実線で示す
ように、リーン空燃比を含めた広い目標平均空燃比範囲
において炭酸塩を形成する成分を含有しない場合（破
線）よりもＮＯxが良好に浄化されることが実験により
確認された。即ち、炭酸塩を形成する成分を含有する触
媒を使用して、空燃比を強制的に変動させることによ
り、ＮＯxの浄化効率が広い範囲で高く維持され、ある
程度のバラツキは許容されて常時最適範囲内に制御され
ることになるのである。

【００１０】また、目標平均空燃比がリーン空燃比であ
ってもＮＯxの浄化効率は高く維持されているため、変
動範囲におけるリーン空燃比の度合いを多くして目標平
均空燃比をリーン空燃比に設定し、ＨＣ、ＣＯは勿論の
ことＮＯxの浄化効率を高く維持したまま燃費の向上を
図ることが可能である。請求項３の発明では、前記炭酸
塩を形成する成分がアルカリ金属またはアルカリ土類金
属であることを特徴としている。

【００１１】つまり、炭酸塩を形成する成分がアルカリ
金属またはアルカリ土類金属（Ｂa、Ｃa等）で構成され
ると、アルカリ金属またはアルカリ土類金属はＣＯをリ
ッチ空燃比雰囲気で取り込み易くリーン空燃比雰囲気で
放出し易いことが実験により確認された。従って、アル
カリ金属またはアルカリ土類金属を炭酸塩を形成する成
分として採用することにより、ＮＯxの浄化効率が広い
範囲で高く維持され、ある程度のバラツキは許容されて
常時最適範囲内に制御することが可能である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１を参照すると、車両に搭載さ
れた本発明に係る排気浄化装置の概略構成図が示されて
おり、以下同図に基づいて本発明に係る排気浄化装置の
構成を説明する。

【００１３】同図に示すように、エンジン本体（以下、
単にエンジンという）１としては、例えば、燃料噴射モ
ードを切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程
噴射）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）
を実施可能な筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンが
採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、容易にし
て理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比で
の運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運
転（リーン空燃比運転）が実現可能である。

【００１４】同図に示すように、エンジン１のシリンダ
ヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式
の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃
料を燃焼室内に直接噴射可能である。点火プラグ４には
高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。ま
た、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タン
クを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されてい
る。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプ
と高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃
料タンク内の燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高
燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向
けて所望の燃圧で噴射可能である。この際、燃料噴射量
は高圧燃料ポンプの燃料吐出圧Ｐinjと燃料噴射弁６の
開弁時間、即ち燃料噴射時間Ｔinjとから決定される。

【００１５】シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立
方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連
通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞ
れ接続されている。また、シリンダヘッド２には、各気
筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排
気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の
一端がそれぞれ接続されている。

【００１６】なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に
公知のものであるため、その構成の詳細については説明
を省略する。同図に示すように、吸気マニホールド１０
には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４及
び当該スロットル弁１４の開度θthを検出するスロット
ルポジションセンサ（ＴＰＳ）１６が設けられており、
さらに、スロットル弁１４の上流には、吸入空気量を計
測するエアフローセンサ１８が介装されている。エアフ
ローセンサ１８としては、カルマン渦式エアフローセン
サが使用される。

【００１７】一方、排気マニホールド１２には排気管
（排気通路）２０が接続されており、この排気管２０に
は、排気浄化触媒装置として三元触媒３０が介装されて
いる。この三元触媒３０は、担体に活性貴金属として銅
（Ｃｕ），コバルト（Ｃｏ），銀（Ａｇ），白金（Ｐ
t）のいずれかを有するとともにアルカリ金属またはア
ルカリ土類金属（Ｌi（リチウム）、Ｎa（ナトリウ
ム）、Ｋ（カリウム）、Ｒb（ルビジウム）、Ｃs（セシ
ウム）、Ｆr（フランシウム）、Ｂe（ベリリウム）、Ｍ
g（マグネシウム）、Ｃa（カルシウム）、Ｓr（ストロ
ンチウム）、Ｂa（バリウム）、Ｒa（ラジウム））がコ
ーティングされており、還元剤吸蔵機能を有したストレ
ージ型三元触媒として構成されている。

【００１８】つまり、アルカリ金属やアルカリ土類金属
（例えば、Ｂa、Ｃa）は、上述したように、排気空燃比
がリッチ空燃比である還元雰囲気中において還元剤であ
る一酸化炭素（ＣＯ）を炭酸塩（例えば、ＢaＣＯ₃、Ｃa
ＣＯ₃）として吸蔵可能である一方、排気空燃比がリー
ン空燃比となり酸化雰囲気となると、ＣＯを放出する性
質を有しており、これにより、当該三元触媒３０は酸化
雰囲気状態においても担体表面に十分にＣＯを有してＮ
Ｏxを還元除去可能である。即ち、ＣＯストレージ機能
を有した当該三元触媒３０は、還元雰囲気でＮＯxを浄
化できるのは勿論のこと、吸蔵されたＣＯにより酸化雰
囲気中においてもＨＣ、ＣＯの浄化のみならずＮＯxを
も良好に浄化可能である。

【００１９】また、排気管２０の三元触媒３０下流に
は、Ｏ₂センサ（酸素センサ）２４が配設されている。
Ｏ₂センサ２４は、酸素濃度に応じて出力電圧が変化す
るものであり、空燃比がリーン空燃比のときには低い電
圧値を示す一方、理論空燃比近傍で急増して空燃比がリ
ッチ空燃比のときには高い電圧値を示すようなセンサで
ある。

【００２０】また、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、Ｒ
ＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、
タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユ
ニット）４０が設置されており、このＥＣＵ４０によ
り、エンジン１を含めた燃焼制御装置の総合的な制御が
行われる。ＥＣＵ４０の入力側には、上述したＴＰＳ１
６、エアフローセンサ１８及びＯ ₂センサ２４等の各種
センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出
情報が入力する。

【００２１】一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の燃
料噴射弁６や点火コイル８等の各種出力デバイスが接続
されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類
からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴
射時期、点火時期等がそれぞれ出力され、これにより、
燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴
射され、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点
火が実施される。

【００２２】以下、このように構成された本発明に係る
排気浄化装置の作用を説明する。本発明に係る排気浄化
装置では、三元触媒３０の能力を十分発揮するために、
ＥＣＵ４０によって空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃
比との間で強制的に交互に振るようにしている。つま
り、ここでは、図２に示すように、空燃比（Ａ／Ｆ）を
一定期間（リーン時間）に亘りリーン空燃比（例えば値
１６）とした後一定期間リッチ空燃比（例えば値１４）
とするように変調させ、リーン空燃比とリッチ空燃比と
を周期的に繰り返すようにしている（空燃比強制変動手
段）。なお、変調波形は、ここでは方形波であるが三角
波であってもよい。

【００２３】さらに、本発明に係る排気浄化装置では、
上述したように、三元触媒３０がＣＯストレージ機能を
有することから、ＨＣ、ＣＯを確実に浄化し且つ燃費の
向上を図るべく、空燃比の変調度合をリーン空燃比寄り
に、即ち、図２に示すように目標平均空燃比をリーン空
燃比側に設定するようにしている。これにより、本発明
に係る排気浄化装置では、空燃比がリッチ空燃比で排気
空燃比がリッチ空燃比のときにはＮＯxが良好に浄化さ
れるとともに三元触媒３０のＣＯストレージ機能により
ＣＯが炭酸塩として吸蔵され、空燃比がリーン空燃比で
排気空燃比がリーン空燃比のときにはＨＣ、ＣＯが良好
且つ十分に浄化されるとともにリーン空燃比雰囲気であ
りながら上記吸蔵されたＣＯによってＮＯxが継続的に
浄化され続けることになり、リッチ空燃比に対しリーン
空燃比の度合いが多いながらも、全体として広い範囲で
ＮＯxが良好に浄化可能とされ、燃費の向上を図りなが
ら三元触媒３０の浄化効率を高く維持することが可能と
なる。

【００２４】ところで、目標平均空燃比であるリーン空
燃比の値は運転状態に応じて予め実験等に基づいて設定
されており、ここでは、実際の平均空燃比（平均Ａ／
Ｆ）が目標平均空燃比になるよう、Ｏ₂センサ２４の出
力に基づくフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）を行いな
がら空燃比の変調制御を実施するようにしている。図３
を参照すると、本発明に係る空燃比の変調制御、即ちＡ
／Ｆ変調制御の制御ルーチンがフローチャートで示され
ており、以下当該フローチャートに基づき本発明に係る
変調制御の制御手順について説明する。

【００２５】ステップＳ１０では、先ず、Ｏ₂センサ２
４が活性状態にあるか否かを判別する。判別結果が偽
（Ｎｏ）でＯ₂センサ２４が活性状態にない場合には当
該ルーチンを抜け、一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場
合には、次にステップＳ１２に進む。ステップＳ１２で
は、次式(1)から現在の空燃比の変調度合い、即ち周期
Ｔに対するリーン空燃比の時間（リーン時間ｔl）の比
である空燃比デューティＤを求め、当該デューティＤが
所定値Ｄ1より小さいか否か（Ｄ＜Ｄ1）を判別する。

【００２６】（空燃比デューティ）Ｄ＝（リーン時間）ｔl／（周期）Ｔ …(1) なお、リーン空燃比の値とリッチ空燃比の値は上述した
所定のリーン空燃比（例えば値１６）及び所定のリッチ
空燃比（例えば値１４）にそれぞれ固定する必要はな
く、各運転条件に応じて最適な値とするようにしてもよ
い。また、周期Ｔについては、固定値（例えば１sec）
であってもよいし、運転状態（例えば、排気流量、吸気
流量、車速、触媒温度、排気管温度、エンジン回転速
度、正味平均有効圧、図示平均有効圧、体積効率、排気
マニホールド圧、冷却水温、潤滑油温の少なくともいず
れか一つ）に応じて変更するようにしてもよい。

【００２７】目標平均空燃比を所定のリーン空燃比とす
るには、Ｏ₂センサ２４の出力値（出力Ｓ）が所定範囲
となるように空燃比の変調度合い、即ちデューティＤを
設定すればよい。詳しくは、デューティ制御を行う場
合、吸気流量計、燃料噴射弁等には作動のバラツキがあ
り、出力Ｓの所定の上限値に対応するデューティＤ1と
出力Ｓの所定の下限値に対応するデューティＤ2とは当
該バラツキを考慮して実験により予め設定（マッチン
グ）されている。

【００２８】ところで、上記吸気流量計、燃料噴射弁等
の誤差により、実際のリーン空燃比或いはリッチ空燃比
が所望の範囲から外れている場合があり、この場合、空
燃比の変調度合いを調整しても出力Ｓを所定範囲内とす
ることができない。そこで、ステップＳ１２ではデュー
ティＤが本制御の出力Ｓの上限に対応したデューティＤ
1より小さいか否か、即ち出力Ｓが所定範囲外となる可
能性があるほど空燃比の指令値がリッチになっている
（リッチｍａｘ）か否かを判別する。

【００２９】ステップＳ１２の判別結果が真（Ｙｅｓ）
でデューティＤが所定値Ｄ1より小さいと判定された場
合には、次にステップＳ１４に進む。ステップＳ１４で
は、Ｏ₂センサ２４の出力Ｓが制御目標値Ｓ1の不感帯Δ
Ｓ1を含む許容上限値（Ｓ1＋ΔＳ1）よりも小さいか否
か（Ｓ＜Ｓ1＋ΔＳ1）を判別する。

【００３０】具体的には、所定値Ｓ1は上記出力Ｓの所
定の下限値と所定の上限値との間の値である。また、出
力ＳはＯ₂センサ２４の瞬時値が用いられるが、平滑化
処理を行った平均値を用いてもよい。この場合、例えば
空燃比の変調周期間の平均値を用いる。

【００３１】通常ならば、上述したように出力Ｓの所定
の上限値に対応するデューティＤ1と出力Ｓの所定の下
限値に対応するデューティＤ2とはそれぞれ一対一対応
していることから、ステップＳ１２の判別結果が真（Ｙ
ｅｓ）の場合には、空燃比の指令値が制御目標値Ｓ1に
対して過剰にリッチとなっており、出力Ｓは許容上限値
を越えるはずある。しかしながら、ステップＳ１２の判
別結果が真（Ｙｅｓ）でありながらステップＳ１４の判
別結果が真（Ｙｅｓ）で出力Ｓが許容上限値よりも小さ
い場合には、主として燃料噴射量、吸入空気量の実際値
と測定値との間に何らかの制御誤差が生じ、空燃比の指
令値に対して実際の空燃比がリーン空燃比寄りになって
いると考えられる。従って、ステップＳ１４の判別結果
が真（Ｙｅｓ）の場合には、次にステップＳ１６に進
む。

【００３２】ステップＳ１６では、空燃比の指令値を実
際の空燃比に合わせるべく、空燃比の指令値を次式(2)
により補正する。つまり、上記所定のリーン空燃比（例
えば値１６）及び所定のリッチ空燃比（例えば値１４）
の指令値を実際値との整合を図るべくリッチ側に補正す
る。即ち上下限Ａ／Ｆリッチ化補正を行う。（補正Ａ／Ｆ）(n)＝（補正Ａ／Ｆ）(n-1)＋Ｇ1 …(2) ここに、Ｇ1は補正ゲインであり、Ｏ₂センサ２４の出力
Ｓと制御目標値Ｓ1との偏差に応じて増減する。

【００３３】そして、ステップＳ１２乃至ステップＳ１
６は、空燃比の指令値と実際の空燃比とが整合するまで
繰り返し実行される。一方、ステップＳ１４の判別結果
が偽（Ｎｏ）で出力Ｓが許容上限値以上と判定された場
合には、空燃比の指令値と実際の空燃比との整合はとれ
ていると考えられる。従って、この場合には、ステップ
Ｓ３０に進み、出力Ｓが制御目標値Ｓ1となるように空
燃比の変調度合いを調整する。即ち、空燃比の変調度合
いを調節することで、図２に示すように平均Ａ／Ｆが目
標平均空燃比となるよう当該平均Ａ／Ｆをリーン空燃比
寄りに調整する。

【００３４】変調度合いの調整方法としては、空燃比デ
ューティＤを変える方法、酸化剤或いは還元剤の供給度
合い（即ち空燃比Ａ／Ｆ）を変える方法等が考えられる
が、ここでは、空燃比デューティＤを変える方法を採用
し、次式(3)に示すように、リーン空燃比の時間比率を
大きく、つまり空燃比デューティＤを大きくすることに
より平均Ａ／Ｆをリーン化して変調度合いを調整する。

【００３５】Ｄ(n)＝Ｄ(n-1)＋Ｇ3 …(3) ここに、Ｇ3は補正ゲインであり、Ｏ₂センサ２４の出力
Ｓと制御目標値Ｓ1との偏差に応じて増減する。そし
て、このステップＳ３０は、Ｏ₂センサ２４の出力Ｓが
制御目標値に到達するまで繰り返し実行される。

【００３６】これにより、実際の平均Ａ／Ｆがリーン空
燃比寄りに調整されて空燃比の変調度合いが適切なもの
とされ、燃費の向上を図りながらＨＣ、ＣＯとともにＮ
Ｏxを良好に浄化して三元触媒３０の浄化効率を高く維
持することが可能となる。上記ステップＳ１２の判別結
果が偽（Ｎｏ）でデューティＤが所定値Ｄ1以上と判定
された場合には、次にステップＳ１８に進む。

【００３７】ステップＳ１８では、今度はデューティＤ
が所定値Ｄ2より大きいか否か（Ｄ＞Ｄ２）を判別す
る。判別値である所定値Ｄ2は上述したように出力Ｓの
所定の下限値に対応したデューティＤ2であり、ここで
はデューティＤが本制御の出力Ｓの所定の下限値に対応
したデューティＤ2より大きいか否か、即ち出力Ｓが所
定範囲外となる可能性があるほど空燃比の指令値がリー
ンになっている（リーンｍａｘ）か否かを判別する。

【００３８】ステップＳ１８の判別結果が真（Ｙｅｓ）
でデューティＤが所定値Ｄ2より大きいと判定された場
合には、次にステップＳ２０に進む。ステップＳ２０で
は、Ｏ₂センサ２４の出力Ｓが制御目標値Ｓ1の不感帯Δ
Ｓ1を含む許容下限値（Ｓ1−ΔＳ1）よりも大きいか否
か（Ｓ＞Ｓ1−ΔＳ1）を判別する。

【００３９】通常ならば、上述したように出力Ｓの所定
の下限値に対してデューティＤ2は一対一対応している
ことから、ステップＳ１８の判別結果が真（Ｙｅｓ）の
場合には、空燃比の指令値が制御目標値Ｓ1に対して過
剰にリーンとなっており、出力Ｓは許容下限値を下回る
はずある。しかしながら、ステップＳ１８の判別結果が
真（Ｙｅｓ）でありながらステップＳ２０の判別結果が
真（Ｙｅｓ）で出力Ｓが許容下限値よりも大きい場合に
は、上記同様、空燃比の指令値に対して実際の空燃比が
リッチ空燃比寄りになっていると考えられる。従って、
ステップＳ２０の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、
次にステップＳ２２に進む。

【００４０】ステップＳ２２では、空燃比の指令値を実
際の空燃比に合わせるべく、空燃比の指令値を次式(4)
により補正する。つまり、上記所定のリーン空燃比（例
えば値１６）及び所定のリッチ空燃比（例えば値１４）
の指令値を実際値との整合を図るべくリーン補正する。
即ち上下限Ａ／Ｆリーン化補正を行う。（補正Ａ／Ｆ）(n)＝（補正Ａ／Ｆ）(n-1)−Ｇ2 …(4) ここに、Ｇ2は補正ゲインであり、Ｏ₂センサ２４の出力
Ｓと制御目標値Ｓ1との偏差に応じて増減する。

【００４１】そして、上記ステップＳ１２乃至ステップ
Ｓ１６と同様、ステップＳ１８乃至ステップＳ２２は、
空燃比の指令値と実際の空燃比とが整合するまで繰り返
し実行される。一方、ステップＳ２０の判別結果が偽
（Ｎｏ）で出力Ｓが許容下限値以下と判定された場合に
は、空燃比の指令値と実際の空燃比との整合はとれてい
ると考えられる。従って、この場合には、ステップＳ２
６に進み、出力Ｓが制御目標値Ｓ1となるように空燃比
の変調度合いを調整する。即ち、空燃比の変調度合いを
調節することで、図２に示すように平均Ａ／Ｆが目標平
均空燃比となるよう当該平均Ａ／Ｆをリッチ空燃比寄り
に調整する。

【００４２】上記ステップＳ３０と同様、ここでは、空
燃比デューティＤを変える方法を採用し、次式(5)に示
すように、リッチ空燃比の時間比率を大きく、つまり空
燃比デューティＤを小さくすることにより平均Ａ／Ｆを
リッチ化して変調度合いを調整する。Ｄ(n)＝Ｄ(n-1)−Ｇ4 …(5) ここに、Ｇ4は補正ゲインであり、Ｏ₂センサ２４の出力
Ｓと制御目標値Ｓ1との偏差に応じて増減する。

【００４３】そして、このステップＳ２６は、Ｏ₂セン
サ２４の出力Ｓが制御目標値に到達するまで繰り返し実
行される。これにより、やはり実際の平均Ａ／Ｆがリー
ン空燃比寄りに調整されて空燃比の変調度合いが適切な
ものとされ、燃費の向上を図りながら三元触媒３０の浄
化効率を高く維持することが可能となる。

【００４４】このように、ステップＳ２６或いはステッ
プＳ３０において空燃比デューティＤが変更されると、
当該デューティＤは所定値Ｄ1以上所定値Ｄ2以下の範囲
に入るようになる。従って、この場合には、ステップＳ
１８の判別結果は偽（Ｎｏ）となり、次にステップＳ２
４以降に進む。ステップＳ２４、Ｓ２８では、Ｏ₂セン
サ２４の出力Ｓが制御目標値Ｓ1の不感帯ΔＳ1を含む範
囲内となっているか否かを判別する。

【００４５】ステップＳ２４或いはステップＳ２８の判
別結果が真（Ｙｅｓ）の場合、即ち、デューティＤが所
定値Ｄ1以上所定値Ｄ2以下の範囲内でありながら、Ｏ₂
センサ２４の出力Ｓが制御目標値Ｓ1の不感帯ΔＳ1を含
む範囲外になっているような場合には、それぞれステッ
プＳ２６、ステップＳ３０に進み、上述したように空燃
比の変調度合いを調整すべく平均Ａ／Ｆリッチ化或いは
平均Ａ／Ｆリーン化の操作を行う。即ち、ステップＳ２
６では空燃比デューティＤを小さくし、ステップＳ３０
では空燃比デューティＤを大きくする。

【００４６】これにより、実際の平均Ａ／Ｆを常に良好
にリーン空燃比寄りに調整するようにでき、安定して燃
費の向上を図りながら三元触媒３０の浄化効率を高く維
持することができる。なお、上記実施形態では、式(2)
乃至式(5)に基づいて上下限Ａ／Ｆ及び平均Ａ／Ｆをリ
ッチ化或いはリーン化したが、これらリッチ化及びリー
ン化の処理を比例制御、積分制御、微分制御の少なくと
もいずれか一つを用いて行うようにしてもよく、また、
現代制御理論を用いて行うようにしてもよい。

【００４７】また、上記実施形態では、三元触媒３０の
下流にＯ₂センサ２４を設け、このＯ₂センサ２４の出力
に基づいてＦ／Ｂ制御を行うようにしたが、三元触媒３
０の下流に、例えばＡ／Ｆセンサ等のガスセンサを取付
け、当該ガスセンサの出力がＯ₂センサ２４の出力に置
換して所定の下限値から所定の上限値に相当する範囲内
となるようにＦ／Ｂ制御を行うようにしてもよい。

【００４８】また、上記実施形態では、排気通路に三元
触媒３０のみ配設された場合を説明したが、本発明は、
排気通路に三元触媒が複数配設された場合にも適用可能
である。例えば、排気管後方に通常の三元触媒（後方触
媒）を配するとともにエンジン１の近傍に三元触媒（前
方触媒）を配し、それぞれの三元触媒の直下流にＯ₂セ
ンサを設けるようにし、低温始動時のような後方触媒を
十分に活性できないような状況下では前方触媒下流のＯ
₂センサの出力値を用いるようにし、一方後方触媒が十
分活性した後は当該後方触媒下流のＯ₂センサの出力値
を用いるように切換えてもよい。なお、この切換えは運
転状態（例えば、冷却水温、始動後経過時間、後方触媒
温度、前方触媒温度、排気温度の少なくともいずれか一
つ）に基づいて行えばよく、Ｏ₂センサの出力値を完全
に切換えることなく上記運転状態に応じて各Ｏ₂センサ
の出力値にそれぞれ重み付けをするようにしてもよい。

【００４９】また、上記実施形態においては、目標平均
空燃比をリーン空燃比に設定するようにしたが、目標平
均空燃比を理論空燃比に設定してもよく、或いは運転条
件に応じて最適な値に設定するようにしてもよく、これ
らの場合であっても、ＮＯxの浄化効率の最適範囲が拡
大され、高い浄化効率が得られる。また、上記実施形態
では、三元触媒を使用しているが、三元触媒に限らず、
触媒は、ＮＯxトラップ型三元触媒でもかまわないし、
酸化触媒、還元触媒、三元触媒等を複数組み合わせたも
のや三元触媒とＮＯxトラップとを組み合わせたもので
あってもかまわない。

【００５０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請
求項１の排気浄化装置によれば、炭酸塩を形成する成分
を含有する触媒を用いるとともに空燃比を強制変動させ
ることにより、ＮＯxの浄化効率の最適範囲を拡大し、
安定して高い浄化効率を得ることができる。

【００５１】また、請求項２の排気浄化装置によれば、
目標平均空燃比をリーン空燃比に設定し、ＨＣ、ＣＯと
ともにＮＯxの浄化効率をも高く維持したままで、燃費
の向上を図ることができる。また、請求項３の排気浄化
装置によれば、炭酸塩を形成する成分はアルカリ金属ま
たはアルカリ土類金属であるので、ＣＯをリッチ空燃比
雰囲気では取り込み易くリーン空燃比雰囲気では放出し
易くでき、故に最適範囲を確実に拡大することができ、
目標平均空燃比を確実にリーン空燃比側に設定するよう
にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】車両に搭載された本発明に係る排気浄化装置の
概略構成図である。

【図２】空燃比（Ａ／Ｆ）の変調波形を示すとともに目
標平均空燃比を示す図である。

【図３】Ｏ₂センサの出力に応じた空燃比の変調制御、
即ちＡ／Ｆ変調制御の制御ルーチンを示すフローチャー
トである。

【図４】従来のＡ／Ｆフィードバック制御（ａ）と本発
明に係る強制Ａ／Ｆ変調制御（ｂ）とにおいて、触媒が
炭酸塩を含有する場合（実線）と含有しない場合（破
線）についての目標平均空燃比とＮＯx浄化効率との関
係をそれぞれ示す実験結果である。

【符号の説明】

１エンジン本体４点火プラグ６燃料噴射弁１０吸気マニホールド１２排気マニホールド１４スロットル弁１６スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１８エアフローセンサ２０排気管（排気通路）２４Ｏ₂センサ（酸素センサ）３０三元触媒４０ＥＣＵ（電子コントロールユニット）

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 41/04 ３０５Ｂ０１Ｄ 53/36 １０１Ｂ１０３ＢＦターム(参考） 3G091 AA12 AA24 AB03 BA01 CB02 DB10 DC01 EA30 EA34 FB10 FB12 GB01W GB02Y GB03Y GB05W GB06W HA08 HA37 3G301 HA01 HA04 JA02 JA25 LB04 MA01 NE15 PA01Z PA11Z PD03Z 4D048 AA06 AA13 AA18 AB05 AB07 BA01X BA02X BA14X BA15X BA30X BA34X BA35X BA37X BA41X DA01 DA02 DA03 DA08 DA20 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられ、炭酸塩
を形成する成分を含有する触媒と、所定の周期、振幅で空燃比を強制的に変動させる空燃比
強制変動手段と、を備えたことを特徴とする排気浄化装
置。
【請求項２】前記空燃比強制変動手段が、目標平均空
燃比をリーン空燃比側に設定して空燃比を変動させるこ
とを特徴とする、請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】前記炭酸塩を形成する成分が、アルカリ
金属またはアルカリ土類金属であることを特徴とする、
請求項１または２記載の排気浄化装置。