JP2003524110A - 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】 コントローラ６は触媒３の酸素貯蔵量を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する。そして、酸素貯蔵量が所定の目標量となるようにエンジン１の目標空燃比を演算し、エンジン１の空燃比制御を行う。前記酸素貯蔵量は、排気空燃比に加えて触媒温度等に応じて設定された貯蔵放出率を用いて演算される。これにより触媒の温度変化に伴う貯蔵放出率の変動にかかわらず正確に触媒の酸素貯蔵量を演算でき、実際の酸素貯蔵量をより高精度で制御することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の所属分野】
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】
【発明の背景】
日本国特許庁に１９９７年に出願された特開平９−２２８８７３号は、三元触
媒に吸収されている酸素量（以下、「酸素貯蔵量」）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、触媒の酸素貯蔵量が一定とな
るようにエンジンの空燃比制御を行う技術を開示する。
【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。もし、触媒の酸素貯蔵量を一定に保持される
なら、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】 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、触媒の転換効率を
高く維持するために酸素貯蔵量を正確に演算することが要求され、酸素貯蔵量を
演算する種々の手法が提案されている。
【０００５】
【発明の概要】
しかしながら、従来の技術ではエンジンの運転状態における触媒特性の変化を
考慮しないで酸素貯蔵量が演算されていたため、例えば触媒温度の変化に伴って
酸素貯蔵量の演算結果に誤差が発生する。結果として、空燃比制御の精度が低下
したり排気エミッションが悪化したりするおそれがあった。さらに、触媒が劣化
したとき、最大酸素貯蔵量が減少するため目標量が相対的に適正値からずれて触
媒の転化効率が低下し、すなわち経時的な排気性能の低下を起こすおそれがあっ
た。
【０００６】 本発明の目的は、上記の課題を解決することであり、触媒の高い転換効率が維
持される排気浄化装置を提供することである。
【０００７】 上記課題を解決するために本発明は、本発明は、エンジンの排気通路に設けら
れた触媒と、前記触媒に流入する排気特性を検出するセンサと、マイクロプロセ
ッサとからなり、マイクロプロセッサは、運転状態に応じて前記触媒の酸素貯蔵
放出率を設定し、前記検出された排気特性と前記設定された酸素貯蔵放出率とを
用いて前記触媒の酸素貯蔵量を演算し、演算された酸素貯蔵量に基づき、前記触
媒の酸素貯蔵量が所定の目標値となるようにエンジンの目標空燃比を演算するよ
うにプログラムされる排気浄化装置を提供する。
【０００８】
【好ましい実施例の説明】
図１を参照すると、排気管２には触媒３と、触媒３に位置するフロント広域空
燃比センサ４（以下、フロントＡ／Ｆセンサという。）と、リアＯ2センサ５と
、コントローラ６とが設けられる。
【０００９】 エンジン１の吸気管７には、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。加えて、
エンジン1の回転速度を検出するクランク角センサ１２が設けられる。
【００１０】 触媒３は三元触媒機能を有し、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。触媒担体がセリア等の酸素貯蔵材で被覆されて
おり、触媒３は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、「酸素貯蔵機能」）を有している。
【００１１】 ここで触媒３の酸素貯蔵量は、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、酸素貯蔵材に吸収／放出される低速成分ＬＯ
２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
素を貯蔵／放出することができるが、その貯蔵／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。
【００１２】 さらに、これら高速成分ＨＯ２及び低速成分ＬＯ２は、以下の特性を有してい
る。
【００１３】 −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。
【００１４】 −酸素放出時は、高速成分ＨＯ２に対する低速成分ＬＯ２の比（ＬＯ２／ＨＯ
２）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ＬＯ２の両方から酸素が放出される。
【００１５】 図２は、触媒の酸素の貯蔵／放出特性の実験結果を示す。縦軸は、高速成分Ｈ
Ｏ２からの放出量を示し、横軸は、低速成分ＬＯ２からの放出量を示す。ほぼ同
じ放出開始点（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３）から実験的に異なる量が放出されるならば、
放出終了点はＸ１’、Ｘ２’、Ｘ３’である。低速成分と高速成分の比は、放出
が完了した時点で一定である。
【００１６】 結果として、酸素の放出が始まるとき、高速成分が減少するように酸素は高速
成分から放出され、そして低速成分と高速成分の比が所定の比に達すると、この
比が一定に維持されるように、すなわち、酸素は図中の線Ｌ上を移動しつつ放出
される。ここで、低速成分は高速成分１に対して５から１５、好ましくは約１０
である。線Ｌより下の領域に放出の開始点があるときでさえ、同様な特性で行わ
れる。
【００１７】 放出開始点が図Ｙで示す線Ｌの左側の領域にあるときに、酸素は開始点と終了
点Ｙ’を結ぶ直線に沿って効果的に放出される。
【００１８】 図１を参照すると、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に応じて電圧を出力する。触媒３の下流に設けられ
たリアＯ2センサ５は、触媒３の下流の排気空燃比がしきい値としての理論空燃
比に対してリッチかリーンかを検出する。簡易的なＯ2センサが触媒３の下流に
設けられる。しかし、空燃比を連続的に検出できるＡ／Ｆセンサが代わりに設置
されてもよい。
【００１９】 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
いる。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。
また触媒３の触媒温度を推定するのにも用いられる。
【００２０】 コントローラ６はマイクロプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェ
ース等で構成される。コントローラ６はエアフローメータ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３の酸素貯蔵量（高速成分
ＨＯ２及び低速成分ＬＯ２）を演算する。
【００２１】 コントローラ６は、演算した酸素貯蔵量の高速成分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
をリッチ側に変化させ、触媒３に流入する排気の空燃比をリッチ側に変化させ、
高速成分ＨＯ２を減少させる。逆に、所定量よりも少ないときはエンジン１の空
燃比をリーン側にシフトさせ、触媒３に流入する排気の空燃比をリーン側に変化
させ、高速成分ＨＯ２を増大させ、酸素貯蔵量の高速成分ＨＯ２が一定に保たれ
るように維持する。
【００２２】 演算誤差により演算された酸素貯蔵量と実際の酸素貯蔵量との間にずれが生じ
るが、コントローラ６は触媒３下流の空燃比に基づき所定のタイミングで酸素貯
蔵量の演算値のリセットを行い、実際の酸素貯蔵量とのずれを修正する。
【００２３】 具体的には、リアＯ2センサ５の出力に基づき触媒３下流の空燃比がリーンで
あると判定されたときは、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。また、触媒３下流の空燃比がリ
ッチであるとリアＯ2センサ５によって判定されたときは、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。
【００２４】 次に、コントローラ６によって行われる制御について詳述する。
【００２５】 まず、酸素貯蔵量の演算について説明し、その後で、酸素貯蔵量演算値のリセ
ット、酸素貯蔵量に基づくエンジン１の空燃比制御について説明する。
【００２６】 図３に示されるルーチンによれば、ステップＳ１で、エンジンの各種運転条件
パラメータとして、冷却水温センサ１０、クランク角センサ１２とエアフローメ
ータ９の出力が読み込まれる。ステップＳ２で、触媒３の温度ＴＣＡＴがそれら
パラメータに基づき推定される。そして、ステップＳ３で、推定された触媒温度
ＴＣＡＴと触媒活性温度ＴＡＣＴｏ（たとえば、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。
【００２７】 その結果、触媒活性温度ＴＡＣＴｏに達していると判断されたときは、触媒３
の酸素貯蔵量の演算を行うべくステップＳ４のルーチンに進む。触媒活性温度Ｔ
ＡＣＴｏに達しないと判断されたときは、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。
【００２８】 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
４）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が演算される
。ステップＳ５では、酸素貯蔵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５）が実行され、高速成分の酸素放出率Ａが演算される。
【００２９】 さらに、ステップＳ６では酸素貯蔵量の高速成分ＨＯ２を演算するためのサブ
ルーチン（図６）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として吸収されずに低速成分ＬＯ２
に溢れるオーバフロー酸素量ＯＶＥＲＦＬＯＷが演算される。
【００３０】 ステップＳ７では、ステップＳ６で演算されたオーバフロー酸素量ＯＶＥＲＦ
ＬＯＷ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として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
速成分として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７）が実行され、高速成分ＨＯ２から溢れ出たオーバフロー酸素量
ＯＶＥＲＦＬＯＷに基づき低速成分ＬＯ２が演算される。
【００３１】 ここでは触媒温度ＴＣＡＴはエンジン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されるようにしているが、図１に示すように触媒３に温度セ
ンサ１１を取り付け、触媒３の温度を直接測定するようにしてもよい。
【００３２】 触媒温度ＴＣＡＴが活性温度ＴＡＣＴｏよりも低いときは酸素貯蔵量を演算し
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貯蔵放出率Ｂに反映するように
しても良い。
【００３３】 次に、ステップＳ４から６及びステップＳ８で実行されるサブルーチンについ
て説明する。
【００３４】 図４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。
【００３５】 まずステップＳ１１で、フロントＡ／Ｆセンサ４の出力とエアフローメータ９
の出力が読み込まれる。
【００３６】 つぎに、ステップＳ１２ではフロントＡ／Ｆセンサ４の出力が所定の変換テー
ブルを用いて触媒３に流入する排気の過不足酸素濃度ＦＯ２に変換される。ここ
で過不足酸素濃度ＦＯ２とは、理論空燃比時の酸素濃度を基準とした相対的な濃
度である。排気空燃比が理論空燃比に等しいときはゼロで、理論空燃比よりリッ
チ側で負、理論空燃比よりリーン側で正の値をとる。
【００３７】 ステップＳ１３ではエアフローメータ９の出力が所定の変換テーブルを用いて
吸入空気量Ｑに変換され、ステップＳ１４ではステップＳ１３で演算した吸入空
気量Ｑは触媒３に流入する排気の過不足酸素量Ｏ２ＩＮを演算するためにステッ
プＳ１２で演算した過不足酸素濃度ＦＯ２を乗じられる。
【００３８】 過不足酸素濃度ＦＯ２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。
【００３９】 図５は、酸素貯蔵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
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。
【００４０】 まず、ステップＳ２１で高速成分に対する低速成分の比ＬＯ２／ＨＯ２が所定
値ＡＲ（たとえば、ＡＲ＝１０）より小さいか否かが判断される。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。
【００４１】 これに対し、比ＬＯ２/ＨＯ２が所定値ＡＲよりも小さくないと判断された場
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Ｈ
Ｏ２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。
【００４２】 図６は、酸素貯蔵量の高速成分ＨＯ２を演算するためのサブルーチンを示す。
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が演算される。
【００４３】 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。
【００４４】 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が吸収する状態にあると判断される。そして
、ステップＳ３２に進み、次式（１）により高速成分ＨＯ２が演算される。
【００４５】
【数１】 ＨＯ２＝ＨＯ２ｚ＋Ｏ２ＩＮ （１） ここで、ＨＯ２ｚ：高速成分ＨＯ２の前回値 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）により高速成分
ＨＯ２が演算される。
【００４６】
【数２】 ＨＯ２＝ＨＯ２ｚ＋Ｏ２ＩＮ×Ａ (２) ここで、Ａ：高速成分ＨＯ２の酸素放出率 ステップＳ３４、Ｓ３５で、演算されたＨＯ２が高速成分の最大容量ＨＯ２Ｍ
ＡＸ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。
【００４７】 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Ｓ３
６に進み、高速成分ＨＯ２として吸収されることなく溢れ出るオーバフロー酸素
量（過剰量）ＯＶＥＲＦＬＯＷが次式（３）により演算される。
【００４８】
【数３】 ＯＶＥＲＦＬＯＷ＝ＨＯ２−ＨＯ２ＭＡＸ (３) そして、高速成分ＨＯ２が最大容量ＨＯ２ＭＡＸに制限される。
【００４９】 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ＨＯ２として吸収されないオーバフロー酸素量（不足
量）ＯＶＥＲＦＬＯＷが次式（４）により演算される。
【００５０】
【数４】 ＯＶＥＲＦＬＯＷ＝ＨＯ２−ＨＯ２ＭＩＮ (４) そして、高速成分ＨＯ２が最小容量ＨＯ２ＭＩＮに制限される。なお、ここで
は最小容量ＨＯ２ＭＩＮとして０が与えられているから、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酸素量として算出されるこ
とになる。
【００５１】 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Ｈ
Ｏ２として吸収されるので、オーバフロー酸素量ＯＶＥＲＦＬＯＷにはゼロが設
定される。
【００５２】 ここで、高速成分ＨＯ２が最大容量ＨＯ２ＭＡＸを越え、あるいは最小容量Ｈ
Ｏ２ＭＩＮ以下となって高速成分ＨＯ２から溢れ出たオーバフロー酸素量ＯＶＥ
ＲＦＬＯＷは、低速成分ＬＯ２として吸収される。
【００５３】 図７は酸素貯蔵量の低速成分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酸素量Ｏ
ＶＥＲＦＬＯＷに基づき低速成分ＬＯ２が演算される。
【００５４】 これによると、ステップＳ４１では低速成分ＬＯ２が次式（５）により演算さ
れる。
【００５５】
【数５】 ＬＯ２＝ＬＯ２ｚ＋ＯＶＥＲＦＬＯＷ×Ｂ (５) ここで、ＬＯ２ｚ：低速成分ＬＯ２の前回値 Ｂ：低速成分の酸素貯蔵放出率 ここで、低速成分の酸素貯蔵放出率Ｂは１以下の正の値に設定されるが、実際
には貯蔵と放出とで異なる特性を有する。さらに実際の貯蔵放出率は触媒温度Ｔ
ＣＡＴ、低速成分ＬＯ２の影響を受けるので、貯蔵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、オーバフロー酸素量ＯＶＥＲＦＬＯ
Ｗが正であるとき、酸素が過剰であり、このときの酸素貯蔵放出率Ｂは、例えば
触媒温度ＴＣＡＴが高いほど、また低速成分ＬＯ２が小さいほど大きな値に設定
される。また、オーバフロー酸素量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設定される。
【００５６】 ステップＳ４２、Ｓ４３では、高速成分ＨＯ２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。
【００５７】 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Ｌ
Ｏ２から溢れる酸素過不足量Ｏ２ＯＵＴが次式（６）により演算される。
【００５８】
【数６】 Ｏ２ＯＵＴ＝ＬＯ２−ＬＯ２ＭＡＸ (６) そして低速成分ＬＯ２が最大容量ＬＯ２ＭＡＸに制限される。酸素過不足量Ｏ
２ＯＵＴはそのまま触媒３の下流に流出する。
【００５９】 低速成分ＬＯ２が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。
【００６０】 次に、コントローラ６が行う酸素貯蔵量の演算値のリセットについて説明する
。所定条件下で酸素貯蔵量の演算値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、酸素貯蔵量の演算精度を高めることが可能と
なる。
【００６１】 図８はリセット条件を判断するためのルーチンの詳細を示す。このルーチンは
、触媒３下流の排気空燃比から酸素貯蔵量（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Ｆｌ
ｅａｎのセットを行うものである。
【００６２】 まず、ステップＳ５１で触媒３下流の排気空燃比を検出するリアＯ2センサ５
の出力が読み込まれる。そして、ステップＳ５２でリアＯ2センサ出力ＲＯ２と
リーン判定しきい値ＬＤＴが比較され、ステップＳ５３で、リッチ判定しきい値
ＲＤＴとの比較が行われる。
【００６３】 比較の結果、リアＯ2センサ出力ＲＯ２がリーン判定しきい値ＬＤＴを下回っ
ていた場合はステップＳ５４に進んでフラグＦｌｅａｎに酸素貯蔵量のリーンリ
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ＲＯ２がリッチ判定しきい値ＲＤＴを上回っていた場合はステップＳ５５に進
んでフラグＦｒｉｃｈに酸素貯蔵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。
【００６４】 リアＯ2センサ出力ＲＯ２がリーン判定しきい値ＬＤＴとリッチ判定しきい値
ＲＤＴの間にあるときはステップＳ５６に進んで、フラグＦｌｅａｎ及びＦｒｉ
ｃｈ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。
【００６５】 図９は酸素貯蔵量をリセットするためのルーチンの内容を示す。
【００６６】 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。
【００６７】 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、酸素貯蔵量の高速成分Ｈ
Ｏ２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、酸素貯蔵
量の高速成分ＨＯ２及び低速成分ＬＯ２がそれぞれ最小容量ＨＯ２ＭＩＮ、ＬＯ
２ＭＩＮにリセットされる。
【００６８】 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、触媒下流の排気空燃比がリーンに
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。
【００６９】 触媒下流の排気空燃比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Ｌ
Ｏ２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。
【００７０】 さらに、コントローラ６が行う空燃比制御（酸素貯蔵量一定制御）について説
明する。
【００７１】 図１０は酸素貯蔵量から目標空燃比を演算するルーチンの内容を示す。
【００７２】 これによると、まずステップＳ７１で、現在の酸素貯蔵量の高速成分ＨＯ２が
読み込まれ、ステップＳ７２で、現在の高速成分ＨＯ２と高速成分の目標値ＴＧ
ＨＯ２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
。高速成分の目標値ＴＧＨＯ２は、例えば高速成分の最大容量ＨＯ２ＭＡＸの２
分の１に設定される。
【００７３】 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Ｔ−Ａ／Ｆが設定される。
【００７４】 したがって、このルーチンによると、酸素貯蔵量の高速成分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に設定され、酸素貯蔵量
（高速成分ＨＯ２）は増加させられる。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に設定され、酸素貯蔵
量（高速成分ＨＯ２）は減少させられる。
【００７５】 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。
【００７６】 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
素貯蔵量の演算が開始し、触媒３の転換効率を最大に維持すべく触媒３の酸素貯
蔵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。
【００７７】 具体的には、酸素吸収時は、高速成分ＨＯ２が優先して吸収し、高速成分ＨＯ
２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。酸素放出時は、低速成分ＬＯ２と高速成分ＨＯ２の比（ＬＯ２／ＨＯ
２）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貯
蔵量の演算を行う。
【００７８】 演算された酸素貯蔵量の高速成分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ＨＯ２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。
【００７９】 この結果、酸素貯蔵量の高速成分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。
【００８０】 さらに、演算誤差が累積すると演算された酸素貯蔵量が実際の酸素貯蔵量とず
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貯蔵
量（高速成分ＨＯ２及び低速成分ＬＯ２）のリセットが行われ、演算値と実際の
酸素貯蔵量とのずれが修正される。
【００８１】 図１１は上記酸素貯蔵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。
【００８２】 この場合、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下
となりリーンリセット条件が成立するので、高速成分ＨＯ２が最大容量ＨＯ２Ｍ
ＡＸ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（図示せず）。
【００８３】 時刻ｔ2、ｔ3では、リアＯ2センサ５ａの出力がリッチ判定しきい値以上とな
ってリッチリセット条件が成立するので、酸素貯蔵量の高速成分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）。
【００８４】 このように、触媒３の下流の排気の空燃比がリッチあるいはリーンになったタ
イミングで酸素貯蔵量の演算値のリセットが行われ、実際の酸素貯蔵量とのずれ
が修正される結果、触媒の酸素貯蔵量の演算精度がさらに向上し、酸素貯蔵量を
一定に保つための空燃比制御の精度も高められ、触媒の転換効率を高く維持され
る。
【００８５】 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ある。本発明では
、排気浄化性能が、触媒温度に応じて触媒の貯蔵／放出率を設定し、そして最大
酸素貯蔵量を学習することにより向上する。また触媒の劣化が正確に検出できる
。以下、この点につき図１２以降の図面を用いて説明する。
【００８６】 図１２に示されるような処理では、まず触媒３の温度を検出する（ステップＳ
８１）。この触媒温度は上述した図３の処理において推定した触媒温度ＴＣＡＴ
を使用するか、または温度センサ１１により直接検出する。次いでステップＳ８
２で、この触媒温度に基づき、酸素貯蔵量演算に用いる貯蔵／放出率を補正する
処理を行う。酸素貯蔵／放出率は、例えば図１３に示したように触媒温度の上昇
に伴い高くなる特性を有している。そこで、前記触媒温度に対して図１３のよう
な特性で貯蔵／放出率を与えるように設定されたテーブルを参照することで新た
な貯蔵／放出率を設定する。
【００８７】 次にステップＳ８３で、現在の酸素貯蔵量（演算値）に応じて、貯蔵／放出率
をさらに補正する。図１４に例示したように、貯蔵率は酸素貯蔵量が増大するほ
ど低下し、また図１５に例示したように、放出率は酸素貯蔵量が増大するほど高
くなる特性を有している。そこで、酸素貯蔵量に応じて図１４、図１５のような
特性で貯蔵または放出率を与えるように設定されたテーブルを参照することで最
終的な貯蔵／放出率を定める。
【００８８】 このようにして定めた貯蔵／放出率に基づき、酸素貯蔵量の演算を行う（ステ
ップＳ８４）。これは、図３および図５として示した演算処理である。図１６は
、触媒温度に応じた貯蔵／放出率変化を考慮した酸素貯蔵量の演算結果と貯蔵／
放出率が一定であるとして演算した結果とを比較した図である。図１７は、酸素
貯蔵量に応じた貯蔵／放出率変化を考慮した酸素貯蔵量の演算結果と貯蔵／放出
率を一定であるとして演算した結果とを比較した図である。このような、貯蔵／
放出率の変化に対応した演算を行うことにより、酸素貯蔵量をより正確に推定す
ることができる。
【００８９】 次にステップＳ８５で、触媒３の劣化判定と最大酸素貯蔵量の学習を行うサブ
ルーチンを実行する。前記サブルーチンの詳細を図１８に、この処理を実行した
ときの図を図１９に、それぞれ示す。
【００９０】 この処理では、まずステップＳ９１で、劣化判定の許可条件を判断する。これ
は例えば触媒３が活性状態にあるか否かを水温または触媒温度等に基づいて判断
する処理である。触媒活性状態のときには劣化判定許可となり、ステップＳ９２
での次の劣化判定領域条件の判断に移行する。劣化判定領域条件は、例えばエン
ジン回転速度、燃料噴射量、車速、空燃比制御状態などであり、これらから判定
される運転条件が予め定めた条件にあるか否かの判定を行う。これにより、減速
時の燃料カット中など判定実施に不適当な運転条件を除外し、そして適切な劣化
判定を行うことができる。前記劣化判定許可条件、劣化判定領域条件の何れをも
満たしたとき、次のステップＳ９３以降の劣化判定および学習の処理に入る。前
記何れかの条件が満たされない場合には今回の処理を終了する。
【００９１】 触媒の劣化判定にあたっては、まず最大酸素貯蔵量ＨＯ２ＭＡＸ１を演算する
。この演算手法は任意であるが、例えば触媒３がリッチ雰囲気で、酸素貯蔵量を
０とし、そして目標空燃比をリーンのとき、触媒３からの排気の空燃比がリッチ
からリーンに反転するまでの触媒３への酸素流入量を、フロントＡ／Ｆセンサ４
およびリアＯ2センサ５からの信号を用いて積算することで実際の最大酸素貯蔵
量を算出できる。このような処理は、図８および図９に示した酸素貯蔵量のリセ
ット処理を利用して行うこともできる。
【００９２】 次に、この最大酸素貯蔵量の演算結果が収束するのを待ってから、上述のよう
にして算出した最大酸素貯蔵量ＨＯ２ＭＡＸ１がその判定基準値と比較される（
ステップＳ９４、Ｓ９５）。この比較において、最大酸素貯蔵量ＨＯ２ＭＡＸ１
が判定基準値よりも大であれば、劣化は微小であるとして、そのときのＨＯ２Ｍ
ＡＸ１の値でそれまでの最大値ＨＯ２ＭＡＸを更新する（ステップＳ９６）。こ
のようにして最大酸素貯蔵量ＨＯ２ＭＡＸを更新してゆくことにより、これを基
準とした酸素貯蔵量の制御目標量を常に適切に設定して、良好な排気浄化性能が
発揮される。
【００９３】 一方、ステップＳ９５の判定において、最大酸素貯蔵量ＨＯ２ＭＡＸ１が判定
基準値以下であると判定されたときには、触媒３が劣化したものとして劣化判定
の結果を記憶する（ステップＳ９７）。この劣化判定結果は、例えば車両の自己
診断装置に記憶させる。またはモニターランプ等により運転者にリアルタイムで
警告するようにしてもよい。
【００９４】 本実施例によれば、触媒３に流入する排気の特性（例えば、排気空燃比または
酸素濃度）と貯蔵／放出率とに基づき触媒の酸素貯蔵量が演算され、実際の酸素
貯蔵量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
貯蔵材に低速で吸収／放出される特性とに分けて演算される。そして、この演算
結果に基づき、例えば酸素貯蔵量の高速成分が目標値（例えば高速成分の最大容
量の半分）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。
【００９５】 一方、上記酸素貯蔵量の演算にあたっては、触媒３の温度または酸素貯蔵量に
影響される貯蔵／放出率が考慮されているため、貯蔵／放出率の変動にかかわら
ず正確に酸素貯蔵量を推定することができ、したがって空燃比制御による酸素貯
蔵量の制御精度が向上すると共に、排気浄化性能をより改善することができる。
【００９６】 加えて、酸素貯蔵量の最大値を学習しているので常に更新された正確な最大酸
素貯蔵量に基づいて酸素貯蔵量は目標量に適切に設定される。排気空燃比は、排
気空燃比が予め定めた変化、例えば所定のリッチ判定値からリーン判定値までの
間に触媒に流入した酸素量や所定のリッチ判定値からリーン判定値までの間に触
媒から流出した酸素量とを監視することで知ることができる。排気空燃比の変化
に対して感度よく変化する高速成分の最大値を学習することで、空燃比制御の振
幅が小さい場合でも精度良く触媒３の劣化を判定することができ、またこの排気
浄化装置に用いる最大酸素貯蔵量以外には劣化判定のための検出パラメータを処
理する必要がないので、劣化判定のための処理プログラムを簡素化できる利点も
ある。
【００９７】 日本国特許出願２０００−４７９４３号（２０００年２月２４日出願）の全内
容はここに引用例として包含される。
【００９８】
【産業上の利用可能性】
以上のように、本発明にかかるエンジンの排気浄化装置は、触媒の劣化による
排気性能の低下を解消するエンジンの排気浄化装置として有用である。
【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】 触媒の放出特性を示す図である。
【図３】 触媒の酸素貯蔵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４】 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５】 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６】 酸素貯蔵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７】 酸素貯蔵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８】 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９】 酸素貯蔵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１０】 酸素貯蔵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１１】 酸素貯蔵量一定制御を行ったときにリア酸素センサ出力、高速成分の変化する
様子を示したタイムチャートである。
【図１２】 触媒の貯蔵放出率を運転状態に応じて設定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】 触媒温度と酸素の貯蔵放出率との関係を示した特性図である。
【図１４】 触媒の酸素ストレージ量と酸素の吸収率との関係を示した特性図である。
【図１５】 触媒の酸素ストレージ量と酸素の放出率との関係を示した特性図である。
【図１６】 触媒温度に応じた貯蔵放出率変化を考慮した酸素ストレージ量の演算結果を、
貯蔵放出率を一定とみなして演算した場合との比較において示した図である。
【図１７】 酸素ストレージ量に応じた貯蔵放出率変化を考慮した酸素ストレージ量の演算
結果を、貯蔵放出率を一定とみなして演算した場合との比較において示したタイ
ムチャートである。
【図１８】 触媒の劣化を判定するルーチンの内容を示したフローチャートである。
【図１９】 上記劣化判定ルーチンによる処理結果を示す図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１月８日（２００２．１．８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】 図２は、触媒の酸素の貯蔵／放出特性を示す。 縦軸は、高速成分ＨＯ２（貴金属に吸収された酸素量）を示し、横軸は、低速 成分ＬＯ２（酸素貯蔵材に吸収された酸素量）を示す。 通常の運転状態において、低速成分ＬＯ２はほぼゼロであり、高速成分ＨＯ２ のみが図２において矢印Ａ１で示すように触媒中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、高速成分ＨＯ２の最大吸収量の半分と なるように制御される 。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】 しかしながら、エンジンへの燃料供給停止が実施されたとき、またはエンジン が暖機状態（ホットリスタート）から再始動されたとき、高速成分ＨＯ２は最大 吸収量に達し、そして酸素は低速成分ＬＯ２に吸収される（図２において矢印Ａ ２で示す。）。酸素貯蔵量は点Ｘ１から点Ｘ２に変化する 。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】 酸素が点Ｘ２から放出されるとき、酸素は、優先的に高速成分ＨＯ２から放出 される。高速成分ＨＯ２に対する低速成分ＬＯ２の比率が所定値に達したとき（ 図２においてＸ３で示す。）、酸素は高速成分ＨＯ２に対する低速成分ＬＯ２の 比率が変化しないように、すなわち図中の線Ｌ上を移動しつつ酸素が放出される ように、高速成分ＨＯ２と低速成分ＬＯ２の両方から放出される。ここで線Ｌ上 では、高速成分ＨＯ２が１に対して低速成分ＬＯ２が５から１５、好ましくは約 １０である 。
───────────────────────────────────────────────────── 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 45/00 ３６８ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８Ｆ ３６８Ｇ Ｆターム(参考） 3G084 BA09 BA19 BA24 CA05 DA04 DA10 DA12 DA26 DA27 EA11 EB24 EC04 FA07 FA10 FA20 FA27 FA30 FA33 3G091 AA17 AA28 AB03 BA14 BA15 BA19 BA33 CB02 DA01 DA02 DB06 DB07 DB08 DB10 DB13 DC02 DC03 EA01 EA05 EA16 EA18 EA31 EA34 FB10 FB11 FB12 GB04X GB04Y GB05W GB06W GB07W HA36 HA37 HA39 HA42 3G301 HA01 JA21 JA25 JA26 JB09 JB10 KA01 KB02 KB03 LA01 NA06 NA09 NC02 ND13 ND30 ND35 NE14 NE26 PA01Z PD08Z PE01Z PE08Z

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンの排気浄化装置であって、 エンジンの排気通路に設けられた触媒と、 前記触媒に流入する排気特性を検出するセンサと、 マイクロプロセッサとからなり、マイクロプロセッサは、 エンジンの運転状態に応じて前記触媒の酸素貯蔵放出率を設定し、 前記検出された排気特性と前記設定された酸素貯蔵放出率とを用いて前記触媒
    の酸素貯蔵量を演算し、 演算された酸素貯蔵量に基づき、前記触媒の酸素貯蔵量が所定の目標値となる
    ようにエンジンの目標空燃比を演算するようにプログラムされることを特徴とす
    るエンジンの排気浄化装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、前記マイクロプロセッサ
    は、前記運転状態として触媒の温度を検出し、この検出温度に応じて貯蔵放出率
    を設定するようにさらにプログラムされ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】 請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、前記マイクロプロセッサ
    は、前記運転状態として触媒の酸素貯蔵量を用いて、この酸素貯蔵量に応じて貯
    蔵放出率を設定するようにさらにプログラムされることを特徴とするエンジンの
    排気浄化装置。
  4. 【請求項４】 請求項１から請求項３の何れかに記載のエンジンの排気浄化装置において、前
    記マイクロプロセッサは、触媒の酸素貯蔵量を貯蔵放出率が速い高速成分と貯蔵
    放出率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さらにプログラ
    ムされることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載のエンジンの排気浄化装置において、前記マイクロプロセッサ
    は、高速成分の最大酸素貯蔵量を学習し、この学習した最大酸素貯蔵量が基準値
    以下となったときに触媒が劣化したと判定するようにさらにプログラムされるこ
    とを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置において、前記マイクロプロセッサ
    は、触媒からの排気空燃比が予め定めた変化をする間の触媒に流入した酸素量と
    流出した酸素量とに基づいて最大酸素貯蔵量を演算するようにさらにプログラム
    されることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、前記センサは排気の空燃
    比または酸素濃度を検出することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  8. 【請求項８】 エンジンの排気浄化装置であって、 エンジンの排気通路に設けられた触媒と、 前記触媒に流入する排気特性を検出する手段と、 エンジンの運転状態に応じて前記触媒の酸素貯蔵放出率を設定する手段と、 前記検出された排気特性と前記設定された酸素貯蔵放出率とを用いて前記触媒
    の酸素貯蔵量を演算する手段と、 演算された酸素貯蔵量に基づき、前記触媒の酸素貯蔵量が所定の目標値となる
    ようにエンジンの目標空燃比を演算する手段を備えたことを特徴とするエンジン
    の排気浄化装置。
  9. 【請求項９】 エンジンの排気通路に触媒を備えたエンジンの目標空燃比を演算する方法であ
    って、 エンジンの運転状態に応じて前記触媒の酸素貯蔵放出率を設定し、 前記検出された排気特性と前記設定された酸素貯蔵放出率とを用いて前記触媒
    の酸素貯蔵量を演算し、 演算された酸素貯蔵量に基づき、前記触媒の酸素貯蔵量が所定の目標値となる
    ようにエンジンの目標空燃比を演算することを特徴とするエンジンの目標空燃比
    演算方法。
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