JP2002147270A

JP2002147270A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2002147270A
Application number: JP2000347115A
Authority: JP
Inventors: Yasuki Tamura; 保樹田村
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2000-11-14
Publication date: 2002-05-22
Anticipated expiration: 2020-11-14
Also published as: JP3915874B2

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒状態を適切に把握して浄化効率を安定し
て高く維持可能な排気浄化装置を提供する。【解決手段】触媒コンバータの下流側に設けられた第
１の排ガス検出手段により触媒コンバータの排ガス浄化
状態を検出する触媒浄化状態検出手段(S2)と、触媒コン
バータの下流側に設けられた第２の排ガス検出手段によ
り触媒コンバータの雰囲気が還元雰囲気にあるか酸化雰
囲気にあるかを検出する触媒雰囲気検出手段(S4)とを備
え、触媒浄化状態検出手段により触媒コンバータの排ガ
ス浄化状況の悪化が検出されたとき、触媒雰囲気検出手
段の検出結果に応じて触媒コンバータの雰囲気を該検出
結果と異なる雰囲気に調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気浄化装置に係
り、詳しくは、触媒コンバータの排気浄化効率を高く維
持する技術に関する。

【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
は酸素がＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）と反応
し易くＨＣ、ＣＯを高効率で浄化可能である一方ＮＯx
を浄化し難く（この状態を酸化被毒という）、還元雰囲
気（リッチ空燃比雰囲気）においては還元剤である多量
のＨＣ、ＣＯ存在のもとＮＯxを高効率で浄化可能であ
る。

【０００３】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、ＮＯx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。そこで、従来、担体にセリア（Ｃe）等の酸
素吸蔵機能（Ｏ₂ストレージ機能）を有する物質を添加
した触媒やＮＯx吸蔵機能（ＮＯxストレージ機能）を有
する物質を添加した触媒が知られている。このような触
媒を用いるようにすれば、酸化雰囲気でＨＣ、ＣＯが浄
化されるとともに触媒内にＯ₂がストレージされ且つＮ
Ｏxがストレージされ、一方、還元雰囲気において排気
中のＮＯxとともにストレージされたＮＯxが還元浄化さ
れるとともにストレージされたＯ₂によってＨＣ、ＣＯ
も浄化され、これにより浄化効率を向上させることが可
能である。

【０００４】例えば、特開２０００−１０４５３５号公
報に開示の技術によれば、触媒下流にＮＯxセンサを設
けるようにし、当該ＮＯxセンサによってＮＯxの漏洩が
検出されると、酸化雰囲気においてＮＯx吸蔵能力が飽
和状態に達して酸化被毒状態となったとみなし、空燃比
をリッチ空燃比に切り換え、これにより触媒雰囲気を一
定期間に亘り還元雰囲気とするようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、還元雰囲気
状態においては、ＣＯ等の還元剤が貴金属に吸着しやす
いためにＮＯxの貴金属への吸着が阻害され易いという
問題があり、また、上記セリア（Ｃe）はＣeＯ₂の状態
では水性ガス反応（ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ → Ｈ₂＋ＣＯ₂）を
促進し、これにより生成されたＨ₂は（２ＮＯ＋２Ｈ₂
→ Ｎ₂＋２Ｈ₂Ｏ）のように反応してＮＯxを浄化する
のであるが、還元雰囲気中にはＣＯが多いことから水性
ガス反応の不活性（ＣeＯ₂＋ＣＯ → Ｃe₂Ｏ₃＋Ｃ
Ｏ₂）が起こり、この状態では水性ガス反応が促進され
ずにその分ＮＯxの浄化効率が低下するという問題があ
る。（これらを総称して還元被毒という）。このこと
は、即ち、還元雰囲気であっても触媒下流にＮＯxが漏
洩する場合があることを示している。

【０００６】つまり、上記公報に開示されるように、触
媒下流に設けたＮＯxセンサからの情報のみに基づいて
単純に空燃比切換を行うようにしていると、酸化被毒の
場合のみならず還元被毒によるＮＯxの浄化効率の低下
によりＮＯxが漏洩している場合であっても、触媒雰囲
気が還元雰囲気に維持され、意図に反してＮＯxの排出
が継続されてしまうという不都合が起こり得る。

【０００７】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、触媒状態
を適切に把握して浄化効率を安定して高く維持可能な排
気浄化装置を提供することにある。

【０００８】

【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
けられた触媒コンバータと、該触媒コンバータの下流側
に設けられた第１の排ガス検出手段により前記触媒コン
バータの排ガス浄化状態を検出する触媒浄化状態検出手
段と、前記触媒コンバータの下流側に設けられた第２の
排ガス検出手段により前記触媒コンバータの雰囲気が還
元雰囲気にあるか酸化雰囲気にあるかを検出する触媒雰
囲気検出手段と、前記触媒浄化状態検出手段により前記
触媒コンバータの排ガス浄化状況の悪化が検出されたと
き、前記触媒雰囲気検出手段の検出結果に応じて前記触
媒コンバータの雰囲気を該検出結果と異なる雰囲気に調
整する触媒雰囲気調整手段とを備えたことを特徴として
いる。

【０００９】従って、触媒浄化状態検出手段によって触
媒コンバータの排ガス浄化状況の悪化が検出されると、
触媒雰囲気検出手段の検出結果に応じ、触媒雰囲気調整
手段によって触媒コンバータの雰囲気が該検出結果と異
なる雰囲気に調整される。つまり、触媒コンバータの排
ガス浄化状況の悪化が検出されたときに、触媒雰囲気が
酸化雰囲気である場合には還元雰囲気に切り換えられ、
一方触媒雰囲気が還元雰囲気である場合には酸化雰囲気
に切り換えられる。これにより、排ガス浄化状況が悪化
する触媒雰囲気が継続されて状況がさらに悪化してしま
うといったことが防止され、触媒コンバータの浄化効率
が安定して高く維持可能とされる。

【００１０】また、請求項２の発明では、前記第１の排
ガス検出手段はＮＯxセンサであり、前記触媒浄化状態
検出手段は、該ＮＯxセンサが所定量以上のＮＯxを検知
することにより排ガス浄化状況の悪化を検出することを
特徴としている。従って、ＮＯxセンサにより所定量以
上のＮＯxが検知されて触媒浄化状態検出手段によって
触媒コンバータの排ガス浄化状況の悪化が検出される
と、触媒雰囲気調整手段により、触媒コンバータが酸化
被毒の状態にある場合には還元雰囲気に切り換えられ、
一方還元被毒の状態にある場合には酸化雰囲気に切り換
えられる。これにより、特に還元被毒の状態が意図に反
して継続されてしまうことが防止され、触媒コンバータ
の浄化効率が安定して高く維持可能とされる。

【００１１】また、請求項３の発明では、前記第２の排
ガス検出手段は酸素センサであり、前記触媒雰囲気検出
手段は、該酸素センサの出力値に応じて前記触媒コンバ
ータの雰囲気が還元雰囲気にあるか酸化雰囲気にあるか
を検出することを特徴としている。従って、触媒コンバ
ータの雰囲気が還元雰囲気にあるのか或いは酸化雰囲気
にあるのかが触媒コンバータ下流の酸素センサによって
容易且つ確実に検出可能とされ、触媒コンバータの雰囲
気が適切に調整される。

【００１２】また、請求項４の発明では、前記内燃機関
は所定の周期、振幅、デューティで空燃比をリーン空燃
比とリッチ空燃比間で強制的に変調可能な空燃比強制変
動手段を備え、前記触媒雰囲気調整手段は、前記触媒雰
囲気検出手段の検出結果に応じて前記空燃比強制変動手
段のリーン空燃比とリッチ空燃比の変調度合いを調整す
ることを特徴としている。

【００１３】従って、空燃比強制変動手段を備え、空燃
比がリーン空燃比とリッチ空燃比間で強制的に変調され
ると、触媒コンバータの雰囲気が酸化雰囲気と還元雰囲
気との間で変動し、ＨＣ、ＣＯとＮＯxとが共に良好に
浄化されることになるが、触媒コンバータの排ガス浄化
状況の悪化が検出されると、空燃比強制変動手段のリー
ン空燃比とリッチ空燃比の変調度合いが調整されること
で触媒雰囲気が酸化雰囲気から還元雰囲気に、或いは還
元雰囲気から酸化雰囲気に適切に精度良く切り換えられ
ることになる。これにより、空燃比強制変動手段を備え
ている場合において、排ガス浄化状況が悪化する触媒雰
囲気が継続されて状況がさらに悪化してしまうことが防
止され、触媒コンバータの浄化効率が安定して高く維持
可能とされる。

【００１４】

【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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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（触媒コンバー
タ）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（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウ
ム（Ｒｈ）等のいずれかを有するとともにセリア（Ｃ
e）が添加されており、酸素吸蔵機能（Ｏ₂ストレージ機
能）を有した三元触媒として構成されている。つまり、
セリア（Ｃe）は排気空燃比がリーン空燃比である酸化
雰囲気中において酸素（Ｏ₂）を吸着すると、排気空燃
比がリッチ空燃比となり還元雰囲気となってもそのＯ₂
を吸着した状態を維持する性質を有しており、これによ
り、当該三元触媒３０は還元雰囲気状態においても担体
表面に十分にＯ₂を有してＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一
酸化炭素）を酸化除去可能である。即ち、Ｏ₂ストレー
ジ機能を有した当該三元触媒３０は、酸化雰囲気でＨ
Ｃ、ＣＯを浄化できるのは勿論のこと、吸蔵されたＯ ₂
により還元雰囲気中においてもＮＯxの浄化のみならず
これらＨＣ、ＣＯを浄化可能である。

【００２０】また、三元触媒３０にはアルカリ土類金属
であるバリウム（Ｂａ）も添加されており、当該三元触
媒３０はＮＯx吸蔵機能（ＮＯxストレージ機能）をも有
している。つまり、当該バリウム（Ｂａ）は還元雰囲気
中ではＣＯと反応して触媒上に炭酸塩（ＢａＣＯ₃）と
して存在しているが、酸化雰囲気中ではＮＯxと反応し
て硝酸塩になり、一時的にＮＯxを吸蔵する性質を有し
ている。これにより、当該三元触媒３０は見かけ上酸化
雰囲気状態においてもＮＯxを浄化可能である。なお、
このように硝酸塩として吸蔵されたＮＯxは、還元雰囲
気でＣＯ存在のもとに放出され、還元除去される。これ
によりＮＯx吸蔵機能が再生される。

【００２１】また、排気管２０には、排気流速を測定す
る流速センサ２２が配設されており、さらに、三元触媒
３０の下流にはＯ₂センサ（第２の排ガス検出手段、酸
素センサ）２４及びＮＯxセンサ（第１の排ガス検出手
段）２６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り、ＮＯxセンサ２６は
ＮＯx量を検出するセンサである。

【００２２】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、流速センサ２２、Ｏ₂セン
サ２４及びＮＯxセンサ２６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。

【００２３】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。

【００２４】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の能力を最大限発揮するため
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（空
燃比強制変動手段）。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
りリーン空燃比とした後一定期間リッチ空燃比とするよ
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。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。

【００２５】これにより、排気空燃比がリーン空燃比の
ときにはＨＣ、ＣＯが良好に浄化されるとともに三元触
媒３０のＯ₂ストレージ機能によりＯ₂が吸蔵され且つＮ
Ｏxストレージ機能によりＮＯxが吸蔵され、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
ともに吸蔵されたＯ₂によってＨＣ、ＣＯが継続的に浄
化され続ける。

【００２６】ところで、上述したように、排気空燃比が
リーン空燃比、即ち酸化雰囲気のときには、ＮＯxスト
レージ機能によってＮＯxが一時的に吸蔵されるもの
の、ＮＯx吸蔵能力が飽和状態に達すると、三元触媒３
０は酸化被毒状態となってそれ以上ＮＯxを吸蔵でき
ず、一方、排気空燃比がリッチ空燃比、即ち還元雰囲気
のときには、当該還元雰囲気状態が長く継続されると、
ＣＯ等の還元剤が貴金属に吸着したり水性ガス反応の不
活性が起こり、三元触媒３０は還元被毒状態となってそ
れ以上ＮＯxを還元できないという現象が起こる。

【００２７】そこで、本発明では、ＮＯxが触媒下流に
不用意に漏洩しないよう、つまりリッチ空燃比とリーン
空燃比とが適切なタイミングで切り換わるよう空燃比強
制変動の変調度合いを調整するようにしており、即ち、
三元触媒３０のＮＯx浄化効率が常時高く維持されるよ
う三元触媒３０の最適化を図るようにしている。詳しく
は、図５に示すように、触媒下流に設けた酸素センサ、
即ちＯ₂センサ２４の出力値とＮＯx浄化効率との間に
は、Ｏ₂センサ２４の出力値が所定範囲となるように空
燃比をバランスよく変調制御すると高いＮＯx浄化効率
が得られるという関係があることが確認されており、こ
こでは、このように変調度合いを調整することで三元触
媒３０の排気浄化効率の最適化を図るようにしている。

【００２８】具体的には、例えば平均Ａ／Ｆが所定値
（ストイキ近傍等）となるようにしながらリーン空燃比
とリッチ空燃比との値を調整することで空燃比をバラン
スよく変調制御し、Ｏ₂センサ２４の出力値が所定範囲
内に収まるようにする。図３を参照すると、当該変調度
合いの調整制御、即ち触媒最適化制御の制御ルーチンが
フローチャートで示されており、以下同図に基づき本発
明に係る触媒最適化制御の制御手順を説明する。

【００２９】当該触媒最適化制御は、三元触媒３０の下
流に設けられたＯ₂センサ２４とＮＯxセンサ２６からの
情報に基づき行われる。先ず、ステップＳ１では、ガス
センサであるＯ₂センサ２４とＮＯxセンサ２６とが活性
状態にあるか否かを判別する。つまり、Ｏ₂センサ２４
とＮＯxセンサ２６とが適正に作動しているか否かを判
別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、Ｏ₂センサ２４と
ＮＯxセンサ２６とが活性状態にあると判定されたら、
次にステップＳ２に進む。

【００３０】ステップＳ２では、ＮＯxセンサ２６から
の検出情報に基づき、三元触媒３０下流のＮＯx出力Ｎ
(n)が所定最小値Ｎminより小であるか否かを判別する
（触媒浄化状態検出手段）。判別結果が偽（Ｎｏ）でＮ
Ｏx出力Ｎ(n)が所定最小値Ｎmin以上であるような場
合、即ち触媒下流にＮＯxが漏洩していると判定された
場合にはステップＳ４に進む。一方、判別結果が真（Ｙ
ｅｓ）でＮＯx出力Ｎ(n)が所定最小値Ｎminより小、即
ち、触媒下流にＮＯxが漏洩していないと判定された場
合にはステップＳ３に進む。なお、ＮＯx出力Ｎ(n)はＮ
Ｏxセンサ２６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。

【００３１】ステップＳ３では、所定最小値ＮminをＮ
Ｏx出力Ｎ(n)によって更新し、所定最小値Ｎminの学習
を行う。同時に、このときのＯ₂センサ２４からの検出
情報である出力Ｓ(n)を判定出力Ｓとして記憶する。な
お、これら所定最小値Ｎminや判定出力Ｓは固定値であ
ってもよいし、運転状態（例えば、エンジン回転速度、
体積効率、正味平均有効圧、排気マニホールド圧、排気
流量、吸気流量、車速、触媒温度、排気温度の少なくと
もいずれか一つ）に応じて変更するようなものであって
もよい。

【００３２】ステップＳ４では、Ｏ₂センサ２４からの
検出情報である出力Ｓ(n)が上記記憶した判定出力Ｓよ
り小であるか否かを判別する（触媒雰囲気検出手段）。
つまり、ここでは、三元触媒３０下流の酸素濃度に基づ
き、三元触媒３０が酸化雰囲気であるか或いは還元雰囲
気であるかを判別する。なお、出力Ｓ(n)はＯ₂センサ２
４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。

【００３３】ステップＳ４の判別結果が偽（Ｎｏ）の場
合には、三元触媒３０は還元雰囲気にあると判定でき、
一方、ステップＳ４の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合に
は、三元触媒３０は酸化雰囲気にあると判定できる。つ
まり、上記ステップＳ２の判別結果が偽（Ｎｏ）であっ
て触媒下流にＮＯxが漏洩していると判定され、且つ、
ステップＳ４の判別結果が偽（Ｎｏ）で三元触媒３０が
還元雰囲気にあると判定された場合には、ＮＯxの漏洩
は上述したように還元被毒によるものと判断できる。一
方、ステップＳ２の判別結果が偽（Ｎｏ）であって触媒
下流にＮＯxが漏洩していると判定され、且つ、ステッ
プＳ４の判別結果が真（Ｙｅｓ）で三元触媒３０が酸化
雰囲気にあると判定された場合には、ＮＯxの漏洩は上
述したように酸化被毒によるものと判断できる。

【００３４】そして、ステップＳ４の判別結果が真（Ｙ
ｅｓ）で三元触媒３０が酸化雰囲気にある場合には、ス
テップＳ５において、実際に漏洩しているＮＯx量相当
値Ｎを（Ｎ＝Ｎmin−（Ｎ(n)−Ｎmin））として求め、
一方、ステップＳ４の判別結果が偽（Ｎｏ）で三元触媒
３０が還元雰囲気にある場合には、ステップＳ６におい
て、ＮＯx量相当値ＮをＮ(n)とする。これにより、還元
被毒の場合にはＮＯx量相当値Ｎは所定最小値Ｎminに対
して大側の値として求められ、一方、酸化被毒の場合に
はＮＯx量相当値Ｎは所定最小値Ｎminに対して小側の値
として求められる。これにより、以降の演算における所
定最小値Ｎminとの比較において、Ｎが所定最小値Ｎmin
より大の場合には還元被毒状態として処理され、小の場
合には酸化被毒状態として処理される。

【００３５】図４のステップ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。（空燃比デューティ）Ｄ＝（リーン時間）ｔl／（周期）Ｔ …(1) なお、３燃焼毎に空燃比を変更するような高周波での変
調の場合、デューティは所定期間（例えば１sec）に対
する所定期間中のリーン積算時間の比として求める。

【００３６】また、リーン空燃比の値とリッチ空燃比の
値は運転条件に応じて最適な値に設定される。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。

【００３７】さらに、リーン空燃比時とリッチ空燃比時
のトルク差がないように点火時期、Ａ／Ｆ等を設定する
と、フィーリングが改善される。ここに、三元触媒３０
の排気浄化効率の最適化を図るべく空燃比をバランスよ
く変調制御するためには、Ｏ₂センサ２４の出力Ｓ(n)が
上記所定範囲となるように、即ちＮＯxセンサ２６から
のＮＯx出力Ｎ(n)が所定最小値Ｎmin以上にならないよ
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。従って、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ることを考慮
し、出力Ｓ(n)の所定の上限値に対応するデューティＤ1
と出力Ｓ(n)の所定の下限値に対応するデューティＤ2、
即ちＮＯx出力Ｎ(n)が所定最小値Ｎmin以上とならない
範囲に対応するデューティＤ1，Ｄ2は、実験により予め
設定（マッチング）されている。

【００３８】ところが、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ある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、このとき、空燃
比の変調度合いを調整しても出力Ｓ(n)を所定範囲内
に、つまりＮＯx出力Ｎ(n)を所定最小値Ｎminに抑える
ことができない。そこで、ここでは、デューティＤが本
制御の出力Ｓ(n)の上限に対応したデューティＤ1より小
さいか否かを判別し、出力Ｓ(n)を当該所望の範囲内に
制御することができないくらい空燃比がリーン側にずれ
ている可能性の有無を判別する。

【００３９】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、ＮＯxセンサ２６からのＮＯx出力Ｎ(n)情報に基づ
く上記ＮＯx量相当値Ｎが所定最小値上限値（Ｎmin＋Δ
Ｎ）よりも小さいか否か（Ｎ＜Ｎmin＋ΔＮ）を判別す
る。即ち、Ｏ₂センサ２４からの検出情報である出力Ｓ
(n)が上記所定の下限値と所定の上限値との間の制御目
標値Ｓ1よりも小さいか否かを判別する。なお、ΔＮは
不感帯を示す。

【００４０】通常ならば、ステップＳ１２の判別結果が
真（Ｙｅｓ）であれば、空燃比の指令値は過剰にリッチ
となっており、三元触媒３０は還元雰囲気となり、出力
Ｓ(n)は制御目標値Ｓ1を越え、ＮＯx量相当値Ｎは所定
最小値上限値（Ｎmin＋ΔＮ）以上となるはずある。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ＮＯx量相当値Ｎが所定最小値上限値（Ｎmin＋ΔＮ）
よりも小さい場合には、上記吸気流量計、燃料噴射弁等
の異常により燃料噴射量、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（Ｙ
ｅｓ）の場合には、次にステップＳ１６に進む。

【００４１】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及び
所定のリッチ空燃比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、ＮＯxセンサ２６の出
力Ｎ(n)と所定最小値Ｎminとの偏差に応じて増減する。

【００４２】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ＮＯx量相当値Ｎが所定最小値上限値
（Ｎmin＋ΔＮ）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、Ｎ
Ｏx出力Ｎ(n)が所定最小値Ｎminとなるように空燃比の
変調度合いを調整する。即ち、この場合、三元触媒３０
は還元被毒状態にあるので、空燃比の変調度合いを調節
することで、図２に示す平均Ａ／Ｆをリーン空燃比寄り
に調整する（触媒雰囲気調整手段）。

【００４３】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。

【００４４】Ｄ(n)＝Ｄ(n-1)＋Ｇ3 …(3) ここに、Ｇ3は補正ゲインであり、ＮＯxセンサ２６の出
力Ｎ(n)と所定最小値Ｎminとの偏差に応じて増減する。
そして、このステップＳ３０は、ＮＯxセンサ２６の出
力Ｎ(n)が所定最小値Ｎminとなるまで繰り返し実行され
る。

【００４５】これにより、排気空燃比をリーン空燃比と
する酸化雰囲気状態とリッチ空燃比とする還元雰囲気状
態とをバランスよく変調させて変動させることができる
ことになり、三元触媒３０の浄化効率の最適化が図られ
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。

【００４６】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(n)
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(n)の下限に対応し
たデューティＤ2より大きいか否かを判別し、出力Ｓ(n)
を当該所望の範囲内に制御することができないくらい空
燃比がリッチ側にずれている可能性の有無を判別する。

【００４７】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、ＮＯx量相当値Ｎが所定最小値下限値（Ｎmin−Δ
Ｎ）よりも大きいか否か（Ｎ＞Ｎmin−ΔＮ）を判別す
る。即ち、Ｏ₂センサ２４からの検出情報である出力Ｓ
(n)が上記所定の下限値と所定の上限値との間の制御目
標値Ｓ1よりも大きいか否かを判別する。

【００４８】通常ならば、ステップＳ１８の判別結果が
真（Ｙｅｓ）であれば、空燃比の指令値は過剰にリーン
となっており、三元触媒３０は酸化雰囲気となり、出力
Ｓ(n)は制御目標値Ｓ1を下回り、ＮＯx量相当値Ｎは所
定最小値下限値（Ｎmin−ΔＮ）以下となるはずある。
しかしながら、ステップＳ１８の判別結果が真（Ｙｅ
ｓ）でありながらステップＳ２０の判別結果が真（Ｙｅ
ｓ）でＮＯx量相当値Ｎが所定最小値下限値（Ｎmin−Δ
Ｎ）よりも大きい場合には、上記吸気流量計、燃料噴射
弁等の異常により燃料噴射量、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。

【００４９】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及び
所定のリッチ空燃比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、ＮＯxセンサ２６の出
力Ｎ(n)と所定最小値Ｎminとの偏差に応じて増減する。

【００５０】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ＮＯx量相当値Ｎが所定最小値下限値（Ｎmin
−ΔＮ）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Ｓ２６に進み、ＮＯx出力
Ｎ(n)が所定最小値Ｎminとなるように空燃比の変調度合
いを調整する。即ち、この場合、三元触媒３０は酸化被
毒状態にあるので、空燃比の変調度合いを調節すること
で、図２に示す平均Ａ／Ｆをリッチ空燃比寄りに調整す
る（触媒雰囲気調整手段）。

【００５１】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、ＮＯxセンサ２６の出
力Ｎ(n)と所定最小値Ｎminとの偏差に応じて増減する。

【００５２】そして、このステップＳ２６は、ＮＯxセ
ンサ２６の出力Ｎ(n)が所定最小値Ｎminとなるまで繰り
返し実行される。これにより、やはり排気空燃比をリー
ン空燃比とする酸化雰囲気状態とリッチ空燃比とする還
元雰囲気状態とをバランスよく変調させて変動させるこ
とができることになり、三元触媒３０の浄化効率の最適
化が図られる。

【００５３】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に進む。ステップＳ２４では、ＮＯx量相当値Ｎが所
定最小値下限値（Ｎmin−ΔＮ）よりも小さいか否か
（Ｎ＜Ｎmin−ΔＮ）を判別する。

【００５４】同じく、ステップＳ２８では、ＮＯx量相
当値Ｎが所定最小値上限値（Ｎmin＋ΔＮ）よりも大き
いか否か（Ｎ＞Ｎmin＋ΔＮ）を判別する。ステップＳ
２４、ステップＳ２８の判別結果がそれぞれ真（Ｙｅ
ｓ）の場合には、前述したように、ステップＳ２６或い
はステップＳ３０において、三元触媒３０が還元被毒状
態であるか酸化被毒状態であるかによって空燃比の変調
度合いが適正に調整され、その結果、ＮＯx量相当値Ｎ
が不感帯Δ内のバラツキを許容して所定最小値Ｎminに
一致する。

【００５５】これにより、ＮＯxセンサ２６の出力Ｎ(n)
を常に所定最小値Ｎminに抑えることになり、酸化雰囲
気状態と還元雰囲気状態とを常時バランスよく変調させ
て変動させ、三元触媒３０の浄化効率を安定して最適な
状態に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。

【００５６】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
ンサとＮＯx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Ｏ₂センサ、ＮＯx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、ＮＯx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
て行えばよい。

【００５７】また、上記実施形態では、空燃比強制変動
手段を備えて空燃比を強制変調させる場合を例に説明し
たが、これに限らず、通常の空燃比フィードバック制御
や通常は空燃比を変調させない制御等に本発明を適用す
ることもでき、この場合には、Ｏ₂センサとＮＯxセンサ
の情報に基づいて空燃比をリッチ空燃比側或いはリーン
空燃比側に適正に反転させることになる。

【００５８】

【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、触媒コンバータの排ガ
ス浄化状況の悪化が検出されると、適切に、触媒雰囲気
が酸化雰囲気である場合には還元雰囲気に切り換えるよ
うにし、一方触媒雰囲気が還元雰囲気である場合には酸
化雰囲気に切り換えるようにするので、排ガス浄化状況
が悪化する触媒雰囲気が継続されて状況がさらに悪化し
てしまうことを防止でき、触媒コンバータの浄化効率を
安定して高く維持することができる。

【００５９】また、請求項２の排気浄化装置によれば、
ＮＯxセンサにより所定量以上のＮＯxが検知され、触媒
コンバータが酸化被毒の状態にある場合には還元雰囲気
に切り換えるようにし、一方還元被毒の状態にある場合
には酸化雰囲気に切り換えるようにするので、特に還元
被毒の状態が意図に反して不用意に継続されてしまうこ
とを防止でき、触媒コンバータの浄化効率を安定して高
く維持することができる。

【００６０】また、請求項３の排気浄化装置によれば、
触媒コンバータの雰囲気が還元雰囲気にあるのか或いは
酸化雰囲気にあるのかを触媒コンバータ下流の酸素セン
サによって容易且つ確実に検出でき、触媒コンバータの
雰囲気を適切に調整することができる。また、請求項４
の排気浄化装置によれば、空燃比強制変動手段を備えて
いる場合には、触媒コンバータの排ガス浄化状況の悪化
が検出されると、空燃比強制変動手段のリーン空燃比と
リッチ空燃比の変調度合いを調整するようにして触媒雰
囲気を酸化雰囲気から還元雰囲気に、或いは還元雰囲気
から酸化雰囲気に適切に切り換えるようにでき、これに
より、排ガス浄化状況が悪化する触媒雰囲気が継続され
て状況がさらに悪化してしまうことを防止でき、触媒コ
ンバータの浄化効率を安定して高く維持することができ
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）の変調波形を示す図である。

【図３】本発明に係る変調度合いの調整制御、即ち触媒
最適化制御の制御ルーチンを示すフローチャートの主要
部である。

【図４】図３に続く、触媒最適化制御の制御ルーチンを
示すフローチャートの残部である。

【図５】触媒下流Ｏ₂センサ出力値とＮＯx浄化効率との
関係を示す図である。

【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（第２の排ガス検出手段、酸素セン
サ）２６ＮＯxセンサ（第１の排ガス検出手段）３０三元触媒（触媒コンバータ）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 41/02 ３０１Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０５３０５ 41/04 ３０５Ａ 41/04 ３０５Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＢＦターム(参考） 3G091 AA17 AA24 AA28 AB03 AB08 AB09 BA07 BA11 BA27 BA31 BA33 CB02 CB03 CB05 CB07 DA01 DA02 DA06 DA10 DB01 DB06 DB10 DC01 EA01 EA05 EA07 EA16 EA17 EA18 EA21 EA30 EA32 EA33 EA34 EA39 FB10 FB11 FB12 GB01W GB03Y GB04W GB04Y GB05W GB06W GB07W HA08 HA18 HA36 HA37 HA42 3G301 HA01 HA04 HA18 JA21 LA03 LB04 MA01 MA03 MA19 NA01 NA03 NA04 NA05 ND03 ND05 ND21 ND41 ND45 NE13 NE15 NE19 PA05Z PA11Z PD01Z PD04Z PD08Z PD16Z 4D048 AA06 AA13 AA18 AB01 AB02 BA19X BA30X BA31X BA33X BA34X BA35X BA37X DA01 DA02 DA08

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た触媒コ
ンバータと、該触媒コンバータの下流側に設けられた第１の排ガス検
出手段により前記触媒コンバータの排ガス浄化状態を検
出する触媒浄化状態検出手段と、前記触媒コンバータの下流側に設けられた第２の排ガス
検出手段により前記触媒コンバータの雰囲気が還元雰囲
気にあるか酸化雰囲気にあるかを検出する触媒雰囲気検
出手段と、前記触媒浄化状態検出手段により前記触媒コンバータの
排ガス浄化状況の悪化が検出されたとき、前記触媒雰囲
気検出手段の検出結果に応じて前記触媒コンバータの雰
囲気を該検出結果と異なる雰囲気に調整する触媒雰囲気
調整手段と、を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】前記第１の排ガス検出手段はＮＯxセン
サであり、前記触媒浄化状態検出手段は、該ＮＯxセン
サが所定量以上のＮＯxを検知することにより排ガス浄
化状況の悪化を検出す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】前記第２の排ガス検出手段は酸素センサ
であり、前記触媒雰囲気検出手段は、該酸素センサの出
力値に応じて前記触媒コンバータの雰囲気が還元雰囲気
にあるか酸化雰囲気にあるかを検出することを特徴とす
る、請求項１または２記載の排気浄化装置。
【請求項４】前記内燃機関は所定の周期、振幅で空燃
比をリーン空燃比とリッチ空燃比間で強制的に変調可能
な空燃比強制変動手段を備え、前記触媒雰囲気調整手段は、前記触媒雰囲気検出手段の
検出結果に応じて前記空燃比強制変動手段のリーン空燃
比とリッチ空燃比の変調度合いを調整することを特徴と
する、請求項１乃至３のいずれか記載の排気浄化装置。