JP4389139B2 - 内燃機関の排出ガス浄化制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気通路に複数の触媒又は複数の触媒群を直列に配置した内燃機関の排出ガス浄化制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンの排出ガスの浄化能力を高めるために、エンジンの排気管の途中に、排出ガス浄化用の触媒を２個直列に設置したものがある。このものは、上流側触媒の上流側と下流側触媒の下流側にそれぞれ空燃比センサ（又は酸素センサ）を設置し、上流側触媒に流入する排出ガスの空燃比を上流側のセンサで検出して、これを目標空燃比に一致させるように空燃比フィードバック制御（メインフィードバック制御）を行うと共に、下流側触媒から流出する排出ガスの空燃比を下流側のセンサで検出して、これを下流側の目標空燃比に一致させるように上流側の目標空燃比を補正するサブフィードバック制御を行うようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の空燃比フィードバックシステムでは、上流側触媒から流出する排出ガスの空燃比（下流側触媒に流入する排出ガスの空燃比）を検出することができないため、上流側触媒と下流側触媒の状態を個別に評価した空燃比フィードバック制御を行うことができない。このため、２つの触媒を効率良く利用した排出ガスの浄化を行うことができず、２つの触媒を用いる割りには排出ガス浄化率向上の効果が小さいものとなっていた。
【０００４】
そこで、下流側触媒の上流側と下流側の両方に空燃比センサ（又は酸素センサ）を設置して、下流側触媒の上流側と下流側でそれぞれ空燃比を検出し、それらの検出結果に基づいてサブフィードバック制御によって空燃比フィードバック制御の目標空燃比（上流側触媒の上流側のセンサの目標出力）を設定して、空燃比をフィードバック制御することが考えられている。
【０００５】
一般に、触媒の排出ガス浄化率は、触媒のリーン／リッチ成分の吸着状態によって変化し、触媒の吸着状態がストイキ付近のときに排出ガス中のリッチ成分（ＨＣ、ＣＯ等）とリーン成分（ＮＯｘ等）の両方を最も効率良く浄化でき、最も高い排出ガス浄化率を得ることができる。従って、上述したシステムにおいても、エンジン運転中は、上流側触媒と下流側触媒の両方の吸着状態をできるだけストイキ付近に制御することが望ましいが、運転状態によっては、燃費節減又はエンジン回転の過上昇を防止するために、燃料カットが実施されることがある。燃料カット中は、筒内に吸入される空気の酸素が燃焼せずにそのまま排気管に排出されるため、触媒に流入する排出ガスのリーン成分（酸素）が大幅に増加して、触媒のリーン成分吸着量が大幅に増加する。このため、特開平６−２００８０３０号公報、特開平８−１９３５３７号公報に示すように、燃料カットを終了して燃料噴射を再開する時に、空燃比を一時的にリッチ化して触媒に吸着されたリーン成分（酸素）を排出ガスのリッチ成分（ＨＣ、ＣＯ等）と反応させて、触媒のリーン成分吸着量を速やかに減少させることが提案されている。
【０００６】
上記の２つの公開公報は、いずれも、排気管中に触媒を１個だけ配置したものであるが、特開平６−２００８０３０号公報の技術を２つの触媒のシステムに適用すると、燃料カットを終了して燃料噴射を再開する時に、空燃比を一律に５〜１０％程度リッチ化するリッチ制御を実施して触媒のリーン成分吸着量を減少させ、それによって、下流側の空燃比センサ（又は酸素センサ）の出力がリッチ出力に変化したときに、このリッチ制御を中止して通常の制御に復帰することが考えられる。
【０００７】
しかし、リッチ制御中に触媒のリーン成分吸着量が減少するに従って、リーン成分の除去に必要なリッチ成分量も少なくなるため、リッチ制御中の空燃比のリッチ度合を一定にすると、リッチ制御の初期段階で触媒のリーン成分吸着量が多い時に空燃比のリッチ化が不足し、反対に、リッチ制御の後半で触媒のリーン成分吸着量が少なくなるに従って、空燃比のリッチ化が過剰になって大気中へのリッチ成分排出量が増加してしまう。
【０００８】
この欠点を解消するため、特開平８−１９３５３７号公報では、リッチ制御中に触媒の酸素吸着量を推定し、この酸素吸着量に応じてリッチ度合を変化させるようにしている。しかし、各触媒の経時変化によって最大酸素吸着量が変化するため、各触媒の酸素吸着量を精度良く推定することは困難である。このため、リッチ制御中に各触媒の実際の酸素吸着量の変化に追従してリッチ度合を適正に変化させることは困難である。
【０００９】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、上流側触媒と下流側触媒の状態を３個の空燃比センサ（又は酸素センサ）で検出しながら空燃比を制御するシステムにおいて、燃料カット時のように各触媒のリーン成分吸着量（酸素吸着量）が過剰になったときに、各触媒のリーン成分吸着量を素早く低減することができ、排出ガス浄化率を向上できる内燃機関の排出ガス浄化制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関の排出ガス浄化制御装置は、上流側に配置された触媒又は触媒群（以下「上流側触媒」という）に流入する排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する第１センサと、上流側触媒から流出する排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する第２センサと、下流側に配置された触媒又は触媒群（以下「下流側触媒」という）から流出する排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する第３センサとを備えたシステムにおいて、空燃比フィードバック制御手段によって、第２センサの出力及び／又は第３センサの出力に基づいて目標空燃比を設定し、該目標空燃比と第１センサの出力との偏差に基づいて空燃比をフィードバック制御する。そして、燃料カット等により上流側触媒及び／又は下流側触媒のリーン成分吸着量が所定以上と推定される場合に、リッチ制御手段によって、空燃比を一時的にリッチ化するリッチ制御を実施し、このリッチ制御中に、第２センサ及び／又は第３センサの出力に基づいて空燃比のリッチ度合を変化させる。このようにすれば、リッチ制御中に、上流側触媒と下流側触媒のリーン成分吸着量（酸素吸着量）に応じて空燃比のリッチ度合を変化させることができ、各触媒のリーン成分吸着量を素早く低減することができて、排出ガス浄化率を向上できる。
【００１１】
この場合、請求項２のように、第２センサの出力に応じて空燃比のリッチ度合を変化させると共に、そのリッチ制御の終了時期を第３センサの出力に基づいて決定するようにしても良い。一般に、内燃機関から排出される排出ガスのリーン成分は上流側触媒の上流部から順次下流側領域に向かって吸着されていき、下流側ほど排出ガスのリーン成分が少なくなるため、各触媒のリーン成分吸着量は、上流側触媒の方が下流側触媒よりも多くなる傾向がある。
【００１２】
従って、請求項２のように、リーン成分吸着量の多い方の触媒（上流側触媒）のリーン成分吸着量に応じて変化する第２センサの出力に応じて空燃比のリッチ度合を変化させれば、リーン成分吸着量の多い方の上流側触媒のリーン成分吸着量を素早く低減することができると共に、その上流側触媒の回復度合に合わせて下流側触媒もリーン状態から回復させることができる。しかも、下流側触媒の下流側の第３センサの出力に基づいてリッチ制御の終了タイミングを判定すれば、２つの触媒の吸着状態がリーン状態からストイキ付近に回復するまで、過不足なくリッチ制御を実行することができる。
【００１３】
或は、請求項３のように、内燃機関の運転状態に応じてリッチ制御に用いるセンサを切り換えるようにしても良い。例えば、燃料カット時間が短く、上流側触媒のみがリーン成分吸着量が多くなり、下流側触媒のリーン成分吸着量がそれほど多くない場合は、上流側触媒のリーン成分吸着量に応じて変化する第２センサの出力のみに応じて空燃比のリッチ度合を変化させるようにしても良い。また、燃料カット時間が長く、上流側触媒と下流側触媒の両方のリーン成分吸着量が多くなっている場合は、下流側触媒のリーン成分吸着量に応じて変化する第３センサの出力のみに応じて空燃比のリッチ度合を変化させるようにしても良い。或は、アイドル時のように吸入空気量（排出ガスの流量）が少ない場合は、リッチ制御中に排出ガスのリッチ成分が上流側触媒で消費される割合が高くなり、下流側触媒に流入するリッチ成分が少なくなるため、上流側触媒のリーン成分吸着量に応じて変化する第２センサの出力のみに応じて空燃比のリッチ度合を変化させるようにしても良い。また、高負荷運転時のように吸入空気量（排出ガスの流量）が多い場合は、リッチ制御中に上流側触媒を通過して下流側触媒に流入するリッチ成分が多くなるため、下流側触媒のリーン成分吸着量に応じて変化する第３センサの出力のみに応じて空燃比のリッチ度合を変化させるようにしても良い。これらいずれの場合でも、触媒のリーン成分吸着量を素早く低減することができ、排出ガス浄化率を向上できる。
【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。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。
【００１５】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００１６】
一方、エンジン１１の排気管２１（排気通路）の途中には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を低減させる三元触媒等の上流側触媒２２と下流側触媒２３が直列に設置されている。更に、上流側触媒２２の上流側及び下流側と、下流側触媒２３の下流側には、それぞれ第１センサ２４、第２センサ２５、第３センサ２６が設置されている。この場合、第１センサ２４は、上流側触媒２２に流入する排出ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力する空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）が用いられ、第２センサ２５と第３センサ２６は、各触媒２２，２３から流出する排出ガスのリッチ／リーンに応じて出力電圧が反転する酸素センサが用いられている。尚、第２センサ２５及び／又は第３センサ２６は、第１センサ２４と同じく、空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）を用いても良く、勿論、第１センサ２４として酸素センサを用いても良い。
【００１７】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２７や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２８が取り付けられている。
【００１８】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２９に入力される。このＥＣＵ２９は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された後述する各プログラムを実行することで、第１〜第３センサ２４〜２６の出力に基づいて空燃比をフィードバック制御する。以下の説明では、「フィードバック制御」を「Ｆ／Ｂ制御」と表記する。
【００１９】
通常の空燃比Ｆ／Ｂ制御中は、下流側触媒２３の下流側の第３センサ２６の出力に基づいて、下流側触媒２３の上流側の第２センサ２５の目標出力Ｖtg（下流側触媒２３の上流側の目標空燃比）を設定する下流側サブＦ／Ｂ制御を実施する。そして、下流側触媒２３の上流側の第２センサ２５の出力とその目標出力Ｖtgとの偏差に基づいて上流側触媒２２の上流側の第１センサ２４の目標出力（上流側触媒２２の上流側の目標空燃比λTG）を設定する上流側サブＦ／Ｂ制御を実施する。そして、上流側触媒２２の上流側の第１センサ２４の出力とその目標出力（目標空燃比λTG）との偏差に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを算出する。このようにして空燃比を制御する機能が特許請求の範囲でいう空燃比フィードバック制御手段に相当する。
【００２０】
更に、ＥＣＵ２９は、燃料カット終了後に空燃比を一時的にリッチ化するリッチ制御を実施し、このリッチ制御中に上流側触媒２２の下流側の第２センサ２５の出力に応じて上流側触媒２２上流側の目標空燃比λTG（第１センサ２４の目標出力）を変化させて空燃比のリッチ度合を変化させると共に、そのリッチ制御の終了時期を下流側触媒２３の下流側の第３センサ２６の出力に基づいて決定する。この機能が特許請求の範囲でいうリッチ制御手段に相当する。
以下、これらの制御を実行する図２乃至図６の各プログラムの処理内容を説明する。
【００２１】
［燃料噴射量算出］
図２の燃料噴射量算出プログラムは、空燃比Ｆ／Ｂ制御を通じて要求燃料噴射量ＴＡＵを設定するプログラムであり、エンジン運転中に所定クランク角毎に実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、燃料カット条件が成立しているか否かを判定する。ここで、燃料カット条件は、例えば、アクセル全閉で且つエンジン回転速度が所定値以上であること（減速時燃料カット）、又は、エンジン回転速度がいわゆるレッドゾーン以上であること（高回転時燃料カット）である。もし、この燃料カット条件が成立していれば、ステップ１０２に進み、要求燃料噴射量ＴＡＵを０に設定して燃料カットを実行し、本プログラムを終了する。
【００２２】
一方、燃料カット条件が成立していなければ、ステップ１０３に進み、現在の吸気管圧力、エンジン回転速度等の運転状態パラメータに基づいてマップ等から基本燃料噴射量ＴＰを算出し、次のステップ１０４で、空燃比Ｆ／Ｂ条件が成立しているか否かを判定する。ここで、空燃比Ｆ／Ｂ条件は、エンジン冷却水温が所定温度以上であること、エンジン運転状態が高回転・高負荷領域ではないこと等であり、これらの条件を全て満たしたときに空燃比Ｆ／Ｂ条件が成立する。
【００２３】
もし、空燃比Ｆ／Ｂ条件が成立していなければ、ステップ１０５に進み、空燃比補正係数ＦＡＦを「１．０」に設定して、ステップ１０５に進む。この場合は、空燃比のフィードバック補正は行われない。
【００２４】
一方、上記ステップ１０４で、空燃比Ｆ／Ｂ条件が成立していると判定された場合は、ステップ１０３に進み、後述する図３のリッチ制御実行条件判定プログラムを実行して、燃料カット終了後のリッチ制御の実行条件が成立しているか否かを判定して、リッチ制御フラグＸrichをセット／リセットし、次のステップ１０７で、リッチ制御中（リッチ制御フラグＸrich＝１）であるか否かを判定する。その結果、リッチ制御中（リッチ制御フラグＸrich＝１）でないと判定された場合、つまり、通常の空燃比Ｆ／Ｂ制御中（リッチ制御フラグＸrich＝０）と判定された場合は、ステップ１０８に進み、後述する図４の通常Ｆ／Ｂ制御目標空燃比設定プログラムを実行して上流側触媒２２上流側の目標空燃比λTGを設定し、次のステップ１１０で、上流側触媒２２の上流側の第１センサ２４の出力（上流側触媒２２に流入する排出ガスの空燃比）と目標空燃比λTGとの偏差に応じて空燃比補正係数ＦＡＦを算出する。
【００２５】
これに対し、上記ステップ１０７で、リッチ制御中（リッチ制御フラグＸrich＝１）であると判定された場合は、ステップ１０９に進み、後述する図６のリッチ制御目標空燃比設定プログラムを実行して、上流側触媒２２上流側の目標空燃比λTGを、上流側触媒２２下流側の第２センサ２５の出力ＶＯＸ２に応じてリッチ化した空燃比に設定し、次のステップ１１０で、上流側触媒２２の上流側の第１センサ２４の出力（上流側触媒２２に流入する排出ガスの空燃比）と目標空燃比λTGとの偏差に応じて空燃比補正係数ＦＡＦを算出する。
【００２６】
以上のようにしてステップ１０５又は１１０で、空燃比補正係数ＦＡＦを設定した後、ステップ１１１に進み、空燃比補正係数ＦＡＦ以外の各種の補正係数ＦＡＬＬ（例えば冷却水温補正係数、学習補正係数、加減速時の補正係数等）を算出した後、ステップ１１２に進み、基本燃料噴射量ＴＰ、空燃比補正係数ＦＡＦ及び他の各種補正係数ＦＡＬＬを用いて、次式により要求燃料噴射量ＴＡＵを算出して、本プログラムを終了する。
ＴＡＵ＝ＴＰ×ＦＡＦ×ＦＡＬＬ
【００２７】
［リッチ制御実行条件判定］
次に、図２の燃料噴射量算出プログラムのステップ１０６で実行される図６のリッチ制御実行条件判定プログラムの処理内容を説明する。本プログラムが起動されると、ステップ１５１，１５２で、次の２つの条件▲１▼，▲２▼を共に満たすか否かで、リッチ制御実行条件が成立しているか否かを判定する。
▲１▼燃料カット終了から所定時間Ｔが経過していること（ステップ１５１）
▲２▼下流側触媒２３の下流側の第３センサ２６の出力ＶＯＸ３が判定値Ｋbf以下のリーン出力であること（ステップ１５２）
【００２８】
ここで、条件▲１▼の判定で用いる所定時間Ｔは、燃料カット終了後に燃料噴射を再開してから排出ガスの空燃比がリッチに変化するまでの応答遅れ時間に相当する時間に設定されている（図７参照）。これにより、リッチ制御開始時に空燃比がリッチ側に過補正されることを防止する。
【００２９】
また、条件▲２▼の判定で用いる判定値Ｋbfは、ストイキ付近又は弱リーンの値に設定されている。これにより、下流側触媒２３の下流側の空燃比が所定値（ストイキ付近又は弱リーン）よりもリーンである状態のときにリッチ制御を実行し、下流側触媒２３の下流側の空燃比が当該所定値よりもリッチになったときに、リッチ制御を終了して通常の空燃比Ｆ／Ｂ制御に復帰する。
【００３０】
上記２つの条件▲１▼，▲２▼が共に満たされれば、リッチ制御実行条件が成立し、ステップ１５３に進み、リッチ制御フラグＸrichをリッチ制御許可を意味する「１」にセットする。一方、２つの条件▲１▼，▲２▼のうちのいずれか一方でも満たされない条件があれば、リッチ制御実行条件が不成立となり、ステップ１５４に進み、リッチ制御フラグＸrichをリッチ制御禁止を意味する「０」にリセットする。
【００３１】
［通常Ｆ／Ｂ制御目標空燃比設定］
次に、図２の燃料噴射量算出プログラムのステップ１０８で実行される図４の通常Ｆ／Ｂ制御目標空燃比設定プログラムの処理内容を説明する。本プログラムは、通常の空燃比Ｆ／Ｂ制御中に上流側触媒２２の上流側の第１センサ２４の目標出力（上流側触媒２２の上流側の目標空燃比λTG）を設定するプログラムである。
【００３２】
本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、後述する図５の第２センサ目標電圧設定プログラムを実行し、第３センサ２６の出力電圧ＶＯＸ３（下流側触媒２３下流側の空燃比）に応じてマップ等により第２センサ２５の目標電圧Ｖtgを設定する。この後、ステップ２０２に進み、上流側触媒２２下流側に配置された第２センサ２５の出力電圧ＶＯＸ２が目標電圧Ｖtgより低いか高いかによって上流側触媒２２の状態がリーンかリッチかを判定し、リーンのときには、ステップ２０３に進み、前回もリーンであったか否かを判定する。前回も今回もリーンである場合には、ステップ２０４に進み、リッチ積分量λIRを現在の吸入空気量に応じてマップ等から算出する。この際、吸入空気量が多くなるほど、リッチ積分量λIRが小さくなるように設定される。リッチ積分量λIRの算出後、ステップ２０５に進み、目標空燃比λTGをλIRだけリッチ側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ２１３）、本プログラムを終了する。
【００３３】
また、前回がリッチで今回リーンに反転した場合には、ステップ２０６に進み、リッチ側へのスキップ量λSKR を、第３センサ２６の出力（下流側触媒２３の吸着状態）に応じてマップ等から算出する。これにより、下流側触媒２３のリーン成分吸着量が多くなるほど、リッチスキップ量λSKR が大きくなるように設定される。リッチスキップ量λSKR の算出後、ステップ２０７進み、目標空燃比λTGをλIR＋λSKR だけリッチ側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ２１３）、本プログラムを終了する。
【００３４】
一方、前記スキップ２０２で、第２センサ２５の出力電圧ＶＯＸ２が目標電圧Ｖtgより高い（上流側触媒２２の状態がリッチ）と判定された場合には、ステップ２０８に進み、前回もリッチであったか否かを判定する。前回も今回もリッチである場合には、ステップ２０９に進み、リーン積分量λILを現在の吸入空気量に応じてマップ等から算出する。この際、吸入空気量が多くなるほど、リーン積分量λILが小さくなるように設定される。リーン積分量λILの算出後、ステップ２１０に進み、目標空燃比λTGをλILだけリーン側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ２１３）、本プログラムを終了する。
【００３５】
また、前回がリーン側で今回リッチに反転した場合には、ステップ２１１に進み、リーン側へのスキップ量λSKL を、第３センサ２６の出力（下流側触媒２３の吸着状態）に応じてマップ等から算出する。これにより、下流側触媒２３のリッチ成分吸着量が多くなるほど、リーンスキップ量λSKR が大きくなるように設定される。この後、ステップ２１２に進み、目標空燃比λTGをλIL＋λSKL だけリーン側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ２１３）、本プログラムを終了する。
【００３６】
［第２センサ目標電圧設定］
次に、図４の通常Ｆ／Ｂ制御目標空燃比設定プログラムのステップ２０１で実行される図５の第２センサ目標電圧設定プログラムの処理内容を説明する。本プログラムが起動されると、まず、ステップ３０１で、下流側触媒２３の下流側の第３センサ２６の出力電圧ＶＯＸ３を読み込み、次のステップ３０２で、第３センサ２６の出力電圧ＶＯＸ３に応じてマップ等により第２センサ２５の目標電圧Ｖtgを設定する。この目標電圧Ｖtgのマップ特性は、第３センサ２６の出力電圧ＶＯＸ３が所定範囲内（Ａ＜ＶＯＸ３＜Ｂ）の領域では、第３センサ２６の出力電圧ＶＯＸ３が高くなるほど第２センサ２５の目標電圧Ｖtgが低くなり、第３センサ２６の出力電圧ＶＯＸ３が所定値Ａ以下の領域では、第２センサ２５の目標電圧Ｖtgが上限値に達して一定となり、第３センサ２６の出力電圧ＶＯＸ３が所定値Ｂ以上の領域では、第２センサ２５の目標電圧Ｖtgが下限値に達して一定となる。
【００３７】
これにより、上流側触媒２２の状態と下流側触媒２３の状態のいずれか一方がリッチで他方がリーンとなるように第２センサ２５の目標電圧Ｖtgが設定される。その結果、上流側触媒２２と下流側触媒２３の両方を有効に使用して排出ガス中のリッチ成分とリーン成分とを効率良く浄化することができ、排出ガス浄化率を高めることができる。
【００３８】
［リッチ制御目標空燃比設定］
次に、図２の燃料噴射量算出プログラムのステップ１０６で実行される図６のリッチ制御目標空燃比設定プログラムの処理内容を説明する。本プログラムは、燃料カット終了後のリッチ制御中に、上流側触媒２２上流側の目標空燃比λTGを上流側触媒２２の下流側の第２センサ２５の出力ＶＯＸ２に応じてリッチ化した空燃比に設定するプログラムである。
【００３９】
本プログラムが起動されると、まず、ステップ４０１で、上流側触媒２２の下流側の第２センサ２５の出力ＶＯＸ２を読み込み、次のステップ４０２で、第２センサ２５の出力ＶＯＸ２に応じてマップ等により上流側触媒２２上流側の目標空燃比λTG（第１センサ２４の目標出力）を設定する。この目標空燃比λTGのマップ特性は、第２センサ２５の出力ＶＯＸ２（上流側触媒２２下流側の空燃比）が低くなるほど（リーンになるほど）、目標空燃比λTGのリッチ度合が強くなるように設定されている。
【００４０】
尚、上記ステップ４０２では、第２センサ２５の出力ＶＯＸ２に応じて目標空燃比λTGを直接設定するようにしたが、第２センサ２５の出力ＶＯＸ２に応じてリッチ補正量（リッチ補正係数）を設定して、このリッチ補正量（リッチ補正係数）によって通常の目標空燃比をリッチ補正するようにしても良い。
【００４１】
以上説明した本実施形態の空燃比制御の特徴を図７のタイムチャートを用いて説明する。図７のタイムチャートは、燃料カットを実行したときの空燃比制御の一例である。燃料カット中は、エンジン１１の筒内に吸入される空気の酸素が燃焼せずにそのまま排気管２１に排出されるため、各触媒２２，２３に流入する排出ガスのリーン成分（酸素）が大幅に増加して、各触媒２２，２３のリーン成分吸着量（酸素吸着量）が大幅に増加すると共に、各触媒２２，２３の下流側のセンサ２５，２６の出力ＶＯＸ２，ＶＯＸ３が低下してリーン出力となる。
【００４２】
その後、燃料カットが終了して燃料噴射が再開されると、排出ガスの空燃比λがリーンからリッチに急速に変化する。そして、燃料カット終了から排出ガスの空燃比λがリッチに変化するまでの応答遅れ時間に相当する所定時間Ｔが経過した時点で、リッチ制御フラグＸrichがリッチ制御許可を意味する「１」にセットされて、リッチ制御が開始される。このリッチ制御中は、上流側触媒２２下流側の第２センサ２５の出力ＶＯＸ２（上流側触媒２２下流側の空燃比）に応じて上流側触媒２２上流側の目標空燃比λTG（第１センサ２４の目標出力）を変化させて空燃比λのリッチ度合を変化させる。つまり、第２センサ２５の出力ＶＯＸ２が低くなるほど（リーンになるほど）、目標空燃比λTGのリッチ度合が強くなるように設定される。
【００４３】
リッチ制御の開始当初は、各触媒２２，２３のリーン成分吸着量が最も多く、その後、各触媒２２，２３の吸着リーン成分が排出ガスのリッチ成分（ＨＣ、ＣＯ等）と反応して、各触媒２２，２３のリーン成分吸着量が減少するに従って、上流側触媒２２下流側の第２センサ２５の出力ＶＯＸ２が上昇する（リーン度合が弱くなる）。そして、この第２センサ２５の出力ＶＯＸ２の上昇に応じて、目標空燃比λTGのリッチ度合が弱くなるように設定される。
【００４４】
このリッチ制御中に、エンジン１１から排出される排出ガスのリッチ成分は、上流側触媒２２の上流部から順次下流側に向かって吸着リーン成分と反応していくため、下流側ほど排出ガスのリッチ成分が少なくなる。このため、下流側触媒２３と比べて上流側触媒２２の方が先にリーン成分吸着量が減少し、それよりもやや遅れて下流側触媒２３のリーン成分吸着量が減少していき、それに応じて、下流側触媒２３下流側の第３センサ２６の出力ＶＯＸ３（下流側触媒２３下流側の空燃比）が強リーン域から弱リーン域へと変化していく。
【００４５】
その後、第３センサ２６の出力ＶＯＸ３（下流側触媒２３の下流側の空燃比）が判定値Ｋbf（ストイキ付近又は弱リーン）よりもリッチになったときに、リッチ制御フラグＸrichがリッチ制御終了を意味する「０」にリセットされる。これにより、リッチ制御を終了して通常の空燃比Ｆ／Ｂ制御に復帰する。
【００４６】
ところで、燃料カット中に、エンジン１１から排出される排出ガスのリーン成分は上流側触媒２２の上流部から順次下流側領域に向かって吸着されていき、下流側ほど排出ガスのリーン成分が少なくなるため、各触媒２２，２３のリーン成分吸着量は、上流側触媒２２の方が下流側触媒２３よりも多くなる傾向がある。
【００４７】
この点を考慮して、本実施形態では、リッチ制御中に、リーン成分吸着量の多い方の触媒（上流側触媒２２）のリーン成分吸着量に応じて変化する第２センサ２５の出力に応じて空燃比のリッチ度合（目標空燃比λTG）を変化させるようにしたので、リーン成分吸着量の多い方の上流側触媒２２のリーン成分吸着量を素早く低減することができると共に、その上流側触媒２２の回復度合に合わせて下流側触媒２３もリーン状態から回復させることができる。しかも、下流側触媒２３の下流側の第３センサ２６の出力に基づいてリッチ制御の終了タイミングを判定するようにしたので、２つの触媒２２，２３の吸着状態がリーン状態からストイキ付近に回復するまで、過不足なくリッチ制御を実行することができる。このような制御により、燃料カット終了後に２つの触媒２２，２３のリーン成分吸着量を素早く低減することができ、排出ガス浄化率を向上できる。
【００４８】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、燃料カット終了後のリッチ制御中に、第２センサ２５と第３センサ２６の両方の出力に基づいて設定するようにしても良い。例えば、リッチ制御中に、第２センサ２５の出力に応じて設定した空燃比のリッチ度合（目標空燃比λTG）を、第３センサ２６の出力に応じて補正したり、或は、第２センサ２５と第３センサ２６の両方の出力の平均値等に応じて空燃比のリッチ度合（目標空燃比λTG）を設定するようにしても良い。
【００４９】
或は、エンジン１１の運転状態に応じてリッチ制御に用いるセンサを切り換えるようにしても良い。例えば、燃料カット時間が短く、上流側触媒２２のみがリーン成分吸着量が多くなり、下流側触媒２３のリーン成分吸着量がそれほど多くない場合は、上流側触媒２２のリーン成分吸着量に応じて変化する第２センサの出力のみに応じて空燃比のリッチ度合（目標空燃比λTG）を変化させるようにしても良い。また、燃料カット時間が長く、上流側触媒２２と下流側触媒２３の両方のリーン成分吸着量が多くなっている場合は、下流側触媒２３のリーン成分吸着量に応じて変化する第３センサ２６の出力のみに応じて空燃比のリッチ度合（目標空燃比λTG）を変化させるようにしても良い。
【００５０】
或は、アイドル時のように吸入空気量（排出ガスの流量）が少ない場合は、リッチ制御中に排出ガスのリッチ成分が上流側触媒２２で消費される割合が高くなり、下流側触媒２３に流入するリッチ成分が少なくなるため、上流側触媒２２のリーン成分吸着量に応じて変化する第２センサ２５の出力のみに応じて空燃比のリッチ度合（目標空燃比λTG）を変化させるようにしても良い。また、高負荷運転時のように吸入空気量（排出ガスの流量）が多い場合は、リッチ制御中に上流側触媒２２を通過して下流側触媒２３に流入するリッチ成分が多くなるため、下流側触媒２３のリーン成分吸着量に応じて変化する第３センサ２６の出力のみに応じて空燃比のリッチ度合（目標空燃比λTG）を変化させるようにしても良い。これらいずれの場合でも、触媒２２，２３のリーン成分吸着量を素早く低減することができ、排出ガス浄化率を向上できる。
【００５１】
また、前記実施形態では、燃料カット終了後にリッチ制御を実施するようにしたが、通常の空燃比Ｆ／Ｂ制御中に上流側触媒２２及び／又は下流側触媒２３のリーン成分吸着量が所定以上と推定される場合にリッチ制御を実施して触媒２２，２３のリーン成分吸着量を素早く低減するようにしても良い。
【００５２】
尚、前記実施形態では、通常の空燃比Ｆ／Ｂ制御時に、第３センサ２６の出力電圧ＶＯＸ３（下流側触媒２３下流側の空燃比）に応じて第２センサ２５の目標電圧Ｖtgを設定し、第２センサ２５の出力電圧ＶＯＸ２が目標電圧Ｖtgより高いか低いかによって、上流側触媒２２の状態がリッチかリーンかを判定して目標空燃比λTGを設定するようにしたが、目標空燃比λTGの設定方法は種々変更しても良く、例えば、エンジン運転状態や各触媒２２，２３の状態等に応じて第２センサ２５と第３センサ２６とのいずれか一方を選択して、そのセンサの出力に基づいて目標空燃比λTGを設定するようにしても良い。
【００５３】
また、前記実施形態では、排気管２１に２個の触媒２２，２３を直列に配置したが、３個以上の触媒を配置して、それを２つの触媒群に区分し、各触媒群を１個の触媒と見なして本発明を適用しても良い。
【００５４】
その他、本発明の適用範囲は、三元触媒のみを用いた排気浄化システムに限定されず、本発明を、三元触媒と他の触媒（ＮＯｘ触媒等）を組み合わせた排気浄化システムや三元触媒以外の触媒のみを用いた排気浄化システムに適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】燃料噴射量算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図３】リッチ制御実行条件判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図４】通常Ｆ／Ｂ制御目標空燃比設定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図５】第２センサ目標電圧設定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図６】リッチ制御目標空燃比設定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図７】空燃比制御の一例を示すタイムチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、２０…燃料噴射弁、２１…排気管（排気通路）、２２…上流側触媒、２３…下流側触媒、２４…第１センサ、２５…第２センサ、２６…第３センサ、２９…ＥＣＵ（空燃比フィードバック制御手段，リッチ制御手段）。

Claims (3)

1. 排気通路に複数の触媒又は複数の触媒群を直列に配置した内燃機関において、
   上流側に配置された触媒又は触媒群（以下「上流側触媒」という）に流入する排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する第１センサと、
   前記上流側触媒から流出する排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する第２センサと、
   下流側に配置された触媒又は触媒群（以下「下流側触媒」という）から流出する排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する第３センサと、
   前記第２センサの出力及び／又は前記第３センサの出力に基づいて目標空燃比を設定し、該目標空燃比と前記第１センサの出力との偏差に基づいて空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
   前記上流側触媒及び／又は前記下流側触媒のリーン成分吸着量が所定以上と推定される場合に空燃比を一時的にリッチ化するリッチ制御を実施するリッチ制御手段とを備え、
   前記リッチ制御手段は、前記リッチ制御中に前記第２センサ及び／又は前記第３センサの出力に基づいて空燃比のリッチ度合を変化させることを特徴とする内燃機関の排出ガス浄化制御装置。
2. 前記リッチ制御手段は、前記第２センサの出力に応じて空燃比のリッチ度合を変化させると共に、そのリッチ制御の終了時期を前記第３センサの出力に基づいて決定することを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排出ガス浄化制御装置。
3. 前記リッチ制御手段は、内燃機関の運転状態に応じて前記リッチ制御に用いるセンサを切り換えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排出ガス浄化制御装置。

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