JP4422398B2

JP4422398B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP4422398B2
Application number: JP2002342932A
Authority: JP
Inventors: 孝宏内田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: JP2004176612A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、触媒の酸素吸蔵量に応じて制御を行う装置に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、排気浄化触媒の酸素吸蔵量を検出し、酸素吸蔵量に基づいて制御を行う方法が知られている。例えば特開２００１−３２９８３２号公報には、触媒上流の空燃比を強制的にリーン／リッチに変動させる制御（以下、アクティブＡ／Ｆ制御という）を行って、最大酸素吸蔵量を検出し、これに基づいて触媒の劣化状態を判別する方法が記載されている。
【０００３】
アクティブＡ／Ｆ制御による触媒劣化判定方法は、空燃比を強制的にリーン／リッチに変動させた際に、理論空燃比が維持されている時間に触媒に流入するガス量と、触媒上流の排気空燃比の理論空燃比に対するずれ量（ΔＡ／Ｆ）とから最大酸素吸蔵量を算出するものである。そして、算出した最大酸素吸蔵量に基づいて触媒劣化の状態を判定する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３２９８３２号公報
【特許文献２】
特開平５−１３３２６４号公報
【特許文献３】
特開平５−１９５８４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、酸素吸蔵量を検出する際には排気通路などに設けられた空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）の出力を用いるが、高地など気圧の低い環境下では、空気密度の低下により空燃比センサの出力が変動するという問題がある。空燃比センサは大気中と排気中の相対的な酸素濃度差に応じて出力を発生させており、気圧の低い環境下では基準となる大気中の酸素濃度が変動するためである。このため、気圧の低い環境下では実際の空燃比とは異なる空燃比が検出され、空燃比センサの検出値に基づいて最適な制御を行うことが困難となる。
【０００６】
上述したアクティブＡ／Ｆ制御による触媒劣化判定においても、空燃比センサの出力が低下すると、触媒上流で検出された排気空燃比と理論空燃比との差（ΔＡ／Ｆ）が変動してしまう。このため、（ΔＡ／Ｆ）に基づいて算出した最大酸素吸蔵量は誤差を含むものとなり、精度の高い触媒劣化判定が困難となっていた。
【０００７】
更に、気圧以外の条件、例えば機関運転条件によっても空燃比センサの出力が変動するという問題がある。このため、機関運転条件が変動した場合は空燃比センサの検出値に基づいて最適な制御を行うことが困難となっていた。
【０００８】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、気圧などの環境条件、機関運転条件などの各種条件に変化が生じた場合であっても、最適な制御を行うことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の上流又は下流における空燃比を検出する空燃比センサと、内燃機関の吸入空気量を取得する吸入空気量取得手段と、前記空燃比センサの出力値に基づいて、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を算出する酸素吸蔵量算出手段と、前記吸入空気量に基づいて前記酸素吸蔵量を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の上流又は下流における空燃比を検出する空燃比センサと、大気圧を取得する大気圧取得手段と、内燃機関の吸入空気量を取得する吸入空気量取得手段と、前記空燃比センサの出力値に基づいて、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を算出する酸素吸蔵量算出手段と、前記大気圧及び前記吸入空気量に基づいて前記酸素吸蔵量を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、第１〜第２の発明のいずれかにおいて、前記補正手段は、前記吸入空気量が小さいほど前記酸素吸蔵量を大きく補正することを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれかにおいて、前記酸素吸蔵量算出手段は、微小時間毎の前記酸素吸蔵量を積算する積算手段を含み、前記補正手段は、前記微小時間毎の前記酸素吸蔵量のそれぞれを補正することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の排気浄化装置及びその周辺の構造を説明するための図である。図１に示すように、内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６には、吸気温ＴＨＡ（すなわち外気温）を検出する吸気温センサ１８が組みつけられている。
【００１５】
エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０は、吸気通路１２を流れる空気流入量（Ｇａ）を検出するセンサである。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。
【００１６】
スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。また、サージタンク２８の更に下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁３０が配置されている。
【００１７】
排気通路１４には、排気浄化触媒３２が設けられている。排気浄化触媒３２は流入する排気空燃比がリーンのときに排気中の酸素を吸着、吸収またはその両方にて選択的に保持（吸蔵）し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵している酸素を排気中の還元成分（ＨＣ，ＣＯ）を用いて還元浄化するものである。
【００１８】
排気通路１４には、排気浄化触媒３２の上流に第１の空燃比センサ３５が、下流に第２の空燃比センサ３６がそれぞれ配置されている。第１の空燃比センサ３５、第２の空燃比センサ３６は、ともに排気ガス中の酸素濃度を検出するセンサである。第１の空燃比センサ３５、第２の空燃比センサ３６によれば、排気ガス中の酸素濃度に基づいて触媒３２の上流及び下流における空燃比を検出することができる。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の排気浄化装置はＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサおよび燃料噴射弁３０に加えて、内燃機関１０の冷却水温を検出する水温センサ４２、大気圧センサ４４などが接続されている。大気圧センサ４４は高度などの環境に起因して変動する大気圧を検出するものである。
【００２０】
図１に示すシステムにおいて、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置は、アクティブＡ／Ｆ制御により触媒３２の最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）を検出し、大気圧、吸入空気量（Ｇａ）に基づいてＣｍａｘ値を補正し、補正したＣｍａｘ値に基づいて排気浄化を行う。
【００２１】
先ず、アクティブＡ／Ｆ制御によるＣｍａｘの検出方法を説明する。図２は、Ｃｍａｘの検出方法を示す模式図である。図２において、実線は第１の空燃比センサ３５により検出された空燃比を示しており、破線は第２の空燃比センサ３６により検出された空燃比を示している。また、図２は時刻ｔ_１において機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比をリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌからリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒに強制的に切換え、時刻ｔ_２において機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比をリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒからリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌに強制的に切換えた場合を示している。
【００２２】
図２に示すように、時刻ｔ_１において機関シリンダ内に供給される空燃比がリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌからリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒに切換えられると、第１の空燃比センサ３５により検出される空燃比もリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌからリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒに変化する。また、機関シリンダ内に供給される空燃比がリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒからリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌに切換えられると、第１の空燃比センサ３５により検出される空燃比もリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒからリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌに変化する。
【００２３】
第２の空燃比センサ３６により検出される空燃比は、図２に破線で示すように第１の空燃比センサ３５とは異なるパターンで変化する。すなわち、時刻ｔ_１において機関シリンダ内に供給される空燃比がリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌからリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒに変化したときに、第２の空燃比センサ３６により検出される空燃比はリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌから理論空燃比まで変化し、Ｔ_Ｒ時間の間、理論空燃比に維持された後にリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒまで変化する。一方、時刻ｔ_２において機関シリンダ内に供給される空燃比がリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒからリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌに変化したときに、第２の空燃比センサ３６により検出される空燃比はリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒから理論空燃比まで変化し、Ｔ_Ｌ時間の間、理論空燃比に維持された後にリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌまで変化する。
【００２４】
第２の空燃比センサ３６により検出された空燃比が、Ｔ_Ｒ時間またはＴ_Ｌ時間の間で理論空燃比に維持されるのは、触媒３２の持つＯ_２ストレージ機能による。すなわち、時刻ｔ_１以前において機関シリンダ内に供給される空燃比がリーンのときには排気ガス中に過剰の酸素が存在し、この過剰な酸素が触媒３２に吸着保持される。時刻ｔ_１において機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比がリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌからリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒに変化すると、排気ガス中には空燃比に応じた量のＣＯ，ＨＣ，Ｈ_２等の未燃成分が存在することになり、触媒３２に吸着された酸素がこれら未燃成分を酸化するために使用される。触媒３２に吸着保持された酸素がこれら未燃成分を酸化している間、すなわち、図２のＴ_Ｒ時間の間、第２の空燃比センサ３６により検出される空燃比は理論空燃比に維持される。そして、触媒３２に吸着保持された酸素がなくなると未燃成分の酸化作用は行われなくなるので、第２の空燃比センサ３６により検出される空燃比はリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒとなる。
【００２５】
時刻ｔ_２において機関シリンダ内に供給される混合気の空燃比がリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒからリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌに変化すると、触媒３２による酸素の吸着作用が開始される。酸素の吸着作用が行われている間、すなわち図２のＴ_Ｌ時間の間、第２の空燃比センサ３６により検出される空燃比は理論空燃比に維持される。その後、触媒３２による酸素の吸着能力が飽和すると、酸素が触媒３２に吸着されなくなるので、第２の空燃比センサ３６により検出される空燃比はリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌとなる。酸素の吸着作用が行われている間は、排気ガス中の酸素が触媒３２に奪われ、排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯ，Ｈ_２等の未燃成分はＮＯｘから酸素を奪ってＮＯｘが還元される。触媒３２による酸素の吸着能力が飽和すると、排気ガス中の未燃成分は排気ガス中に含まれる酸素によって酸化されるためにＮＯｘの還元作用が行われなくなり、ＮＯｘが排出される。
【００２６】
触媒３２が吸着保持しうる最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）には上限があり、触媒３２の諸元からＣｍａｘの絶対量が定まる。Ｃｍａｘの絶対量が多くなれば酸化し得るＣＯ，ＨＣ，Ｈ_２等の未燃成分の量が増大し、還元しうるＮＯｘの量が増大するので排気ガスの浄化率が高くなる。Ｃｍａｘの絶対量が減少すれば酸化しうる未燃成分の量および還元しうるＮＯｘの量が低下して排気ガス浄化率が低下する。従って、Ｃｍａｘは触媒３２の劣化の度合いを表す特性値となる。図３はＣｍａｘと触媒３２の劣化度との関係を示している。このように、触媒３２のＣｍａｘを検出すれば触媒３２の劣化度を正確に検出することが可能となる。
【００２７】
図２においてＴ_Ｒで示される間、機関シリンダ内にリッチ空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒの混合気が供給され、この間に機関シリンダ内に供給された燃料量をＦ_１とすると、シリンダ内に供給された混合気のうちの空気量は（Ａ／Ｆ）_Ｒ・Ｆ_１で表され、燃焼に必要な空気量は（理論空燃比）・Ｆ_１で表される。従って、機関シリンダ内では、（理論空燃比−（Ａ／Ｆ）_Ｒ）・Ｆ_１だけ空気量が不足することとなり、不足する空気のうちで酸素の占める割合を０．２３とすると、不足する酸素量は０．２３・（理論空燃比−（Ａ／Ｆ）_Ｒ）・Ｆ_１となる。機関シリンダ内に供給された燃料のうちの未燃分は、触媒３２に吸着保持されている酸素によって酸化され、Ｔ_Ｒ時間の間に触媒３２から放出されるので、結局、不足分の酸素量０．２３・（理論空燃比−（Ａ／Ｆ）_Ｒ）・Ｆ_１は触媒３２に吸着保持されている酸素の絶対量となる。時刻ｔ_１以前に第２の空燃比センサ３６の出力が（Ａ／Ｆ）_Ｌとなっているため、時刻ｔ_１の時点で触媒３２の酸素吸蔵能力は飽和している。従って、酸素量０．２３・（理論空燃比−（Ａ／Ｆ）_Ｒ）・Ｆ_１は、触媒３２の最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）となる。ここで、Ｔ_Ｒ時間内に機関シリンダへ供給された混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒは、第１の空燃比センサ３５の出力値から検出できる。従って、空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｒと、Ｔ_Ｒ時間の間に機関シリンダ内に供給された燃料量Ｆ_１とから、触媒３２の最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）がわかることになる。
【００２８】
同様に、図２においてＴ_Ｌで示される間は、機関シリンダ内にリーン空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌの混合気が供給され、この間に機関シリンダ内に供給された燃料量をＦ_２とすると、シリンダ内に供給された混合気のうちの空気量は（Ａ／Ｆ）_Ｌ・Ｆで表され、燃焼に必要な空気量は（理論空燃比）・Ｆ_２で表される。従って、機関シリンダ内では、（（Ａ／Ｆ）_Ｌ−理論空燃比）・Ｆ_２だけ空気量が過剰となり、過剰な空気のうちで酸素の占める割合を０．２３とすると、過剰な酸素量は０．２３・（（Ａ／Ｆ）_Ｌ−理論空燃比）・Ｆ_２となる。この過剰となる酸素量は、Ｔ_Ｌ時間の間に触媒３２に吸着されるので、過剰となる酸素量０．２３・（Ａ／Ｆ）_Ｌ−理論空燃比）・Ｆ_２は、触媒３２に吸着保持される酸素の絶対量となる。Ｔ_Ｒ時間の経過後に第２の空燃比センサ３６の出力が（Ａ／Ｆ）_Ｒとなっているため、時刻ｔ_２の時点では触媒３２が吸蔵していた酸素は全て排出されている。従って、酸素量０．２３・（（Ａ／Ｆ）_Ｌ−理論空燃比）・Ｆ_２は、触媒３２の最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）となる。ここで、Ｔ_Ｌ時間内に機関シリンダへ供給された混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌは、第１の空燃比センサ３５の出力値から検出できる。従って、空燃比（Ａ／Ｆ）_Ｌと、Ｔ_Ｌ時間の間に機関シリンダ内に供給された燃料量Ｆ_２とから、触媒３２の最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）がわかることになる。なお、燃料量Ｆ_１，Ｆ_２は、Ｔ_Ｒ時間またはＴ_Ｌ時間の間にＥＣＵ４０が燃料噴射弁３０へ指示した燃料噴射量（噴射弁の開度）から求めることができる。
【００２９】
Ｔ_Ｒ時間またはＴ_Ｌ時間に第１の空燃比センサ３５で検出される空燃比（（Ａ／Ｆ）_Ｒまたは（Ａ／Ｆ）_Ｌ）に変動が生じる場合は、Ｔ_Ｒ時間、Ｔ_Ｌ時間を更に細かく区分したΔＴ_Ｒ時間、ΔＴ_Ｌ時間毎に酸素吸蔵量ΔＯＳＡを求め、Ｔ_Ｒ時間またはＴ_Ｌ時間内でΔＯＳＡを積算することで、より正確にＣｍａｘ値を求めることができる。この場合、ΔＴ_Ｒ時間またはΔＴ_Ｌ時間におけるΔＯＳＡの算出式は以下の通りとなる。
ΔＯＳＡ＝０．２３・（理論空燃比−（Ａ／Ｆ）_Ｒ）・Ｆ_１
ΔＯＳＡ＝０．２３・（（Ａ／Ｆ）_Ｌ−理論空燃比）・Ｆ_２
【００３０】
これらのΔＯＳＡ算出式において、（Ａ／Ｆ）_Ｒ，（Ａ／Ｆ）_ＬはΔＴ_Ｒ時間またはΔＴ_Ｌ時間毎における第１の空燃比センサ３５の出力値である。また、Ｆ_１，Ｆ_２は、ΔＴ_Ｒ時間またはΔＴ_Ｌ時間毎において機関シリンダ内に供給された燃料量である。このように、微小時間ΔＴ_Ｒ，ΔＴ_Ｌ毎の第１の空燃比センサ３５の出力値に基づいてΔＯＳＡを算出し、Ｔ_Ｒ時間またはＴ_Ｌ時間におけるΔＯＳＡの合計を求めることで、触媒３２の上流における空燃比の変動を考慮した上でＣｍａｘ値を求めることができ、精度の高いＣｍａｘ算出が可能となる。
【００３１】
次に、大気圧、吸入空気量（Ｇａ）に基づいてＣｍａｘ値を補正する方法を説明する。先ず、大気圧に基づいてＣｍａｘ値を補正する方法を説明する。アクティブＡ／Ｆ制御でＣｍａｘ値を求める際には、上述したように第１の空燃比センサ３５、第２の空燃比センサ３６の出力値を用いるが、これらの空燃比センサの出力値は大気圧に応じて変動する。具体的には、高地など気圧の低い環境下では、センサの出力値が理論空燃比側へ変動し、（理論空燃比−（Ａ／Ｆ）_Ｒ）、または（（Ａ／Ｆ）_Ｌ−理論空燃比）の値が縮小する傾向にある。このため、異なる大気圧下で算出されたＣｍａｘ値は誤差を含むものとなる。
【００３２】
本実施形態では、標準気圧（例えば７６０ｍｍＨｇ）で算出されるＣｍａｘ値を基準として、大気圧に応じてＣｍａｘ値を補正する。ＥＣＵ４０は大気圧に応じた補正係数を予め記憶しており、アクティブＡ／Ｆ制御により算出したＣｍａｘ値に補正係数を乗じることでＣｍａｘ値を補正する。補正係数は下式に基づいて予め算出した値を用いる。
補正係数＝（標準気圧におけるＣｍａｘ値）／（低気圧下におけるＣｍａｘ値）
【００３３】
ここで、（標準気圧におけるＣｍａｘ値）は、図１のシステムを用いて標準気圧下で算出したＣｍａｘ値である。また、（低気圧下におけるＣｍａｘ値）は、図１のシステムを用いて気圧の低い環境下で算出したＣｍａｘ値である。（低気圧下におけるＣｍａｘ値）は異なる複数の大気圧下で算出し、各大気圧下における補正係数を予め算出しておく。これにより、機関が置かれた環境の大気圧に応じてＣｍａｘ値を補正することができる。ＥＣＵ４０は、大気圧センサ４４の出力値に基づいて補正係数を選択し、Ｃｍａｘ値を補正する。これにより、大気圧による影響を排除してＣｍａｘ値を正確に求めることができ、アクティブＡ／Ｆ制御による触媒劣化判定を高い精度で行うことができる。
【００３４】
次に、吸入空気量（Ｇａ）に基づいてＣｍａｘ値を補正する方法を説明する。大気圧などの環境条件が同一であっても、吸入空気量（Ｇａ）に応じて第１の空燃比センサ３５、第２の空燃比センサ３６の出力値は変動する。これは、吸入空気量（Ｇａ）が増加すると、排気ガス中の酸素がこれらの空燃比センサへ到達する確率（到達確率）が増加する等の要因による。このため、異なる吸入空気量（Ｇａ）下で算出されたＣｍａｘ値は誤差を含むものとなる。
【００３５】
本実施形態では、吸入空気量（Ｇａ）に応じた補正を行い、正確にＣｍａｘ値を求める。吸入空気量（Ｇａ）に応じた補正係数の算出は、上記の大気圧による補正係数の算出と同様に行うことができ、例えば下式に基づいて算出する。
補正係数＝（標準吸入空気量におけるＣｍａｘ値）／（各吸入空気量におけるＣｍａｘ値）
【００３６】
ここで、（標準吸入空気量におけるＣｍａｘ値）は吸入空気量（Ｇａ）を基準となる標準値に設定した場合に算出されたＣｍａｘ値である。また、（各吸入空気量におけるＣｍａｘ値）は、吸入空気量（Ｇａ）を複数の所定値に設定し、各吸入空気量毎に算出したＣｍａｘ値である。このように、吸入空気量毎に補正係数を予め実験等から算出しておくことで、吸入空気量（Ｇａ）に応じてＣｍａｘ値を補正することができる。なお、吸入空気量（Ｇａ）に応じて触媒温度が変動し、触媒温度に応じてＣｍａｘ値が変動するため、各吸入空気量毎の補正係数を求める際には触媒温度が一定となる条件下で実験等を行うことが望ましい。
【００３７】
このようにして算出された吸入空気量（Ｇａ）毎の補正係数もＥＣＵ４０が記憶している。ＥＣＵ４０は、エアフロメータ２０の出力値に基づいて、記憶している補正係数の中から吸入空気量（Ｇａ）に応じた最適な補正係数を選び、Ｃｍａｘ値を補正する。これにより、Ｃｍａｘ値を正確に求めることができ、アクティブＡ／Ｆ制御による触媒劣化判定を高い精度で行うことができる。
【００３８】
Ｃｍａｘ値を補正する場合は、大気圧のみ、または吸入空気量（Ｇａ）のみに基づいて補正しても良いし、大気圧と吸入空気量（Ｇａ）の双方に基づいて補正を行っても良い。大気圧と吸入空気量（Ｇａ）の双方に基づいて補正を行う場合、ＥＣＵ４０には、大気圧及び吸入空気量と、補正係数との関係を定めた２次元マップを記憶させる。
【００３９】
図４は、ＥＣＵ４０が記憶している２次元マップの一例を示す模式図である。図４において、横軸は吸入空気量（Ｇａ）を、縦軸は補正係数をそれぞれ示している。また、特性５０は大気圧が６２５ｍｍＨｇの場合の特性を、特性５２は大気圧が５７０ｍｍＨｇの場合の特性を、それぞれ示している。このように、大気圧と吸入空気量（Ｇａ）の双方をパラメータとして、実験等から予め補正係数を求めておくことで、大気圧と吸入空気量（Ｇａ）の双方に基づいて補正を行うことができる。
【００４０】
図４に示すように、吸入空気量（Ｇａ）が増加するほど補正係数の値は減少する。また、大気圧が大きくなるほど補正係数の値は減少する。ＥＣＵ４０は、大気圧センサ４４及びエアフロメータ２０の出力値を図４のマップに当てはめて、最適な補正係数を求める。なお、図４においては、大気圧が６２５ｍｍＨｇ及び５７０ｍｍＨｇの場合の特性５０，５２のみを例示しているが、他の気圧についても同様に特性を求め、更に補間等を行うことで、様々な気圧に対応した補正係数を求めることができる。図４のマップに基づいて大気圧補正のみを行う場合は、アクティブＡ／Ｆ制御により吸入空気量（Ｇａ）は５ｇ／ｓｅｃ〜２５ｇ／ｓｅｃ程度の範囲で変動するため、変動範囲の中間である１５ｇ／ｓｅｃ程度の吸入空気量（Ｇａ）における各気圧の補正係数を用いることが望ましい。また、図４のマップに基づいて吸入空気量補正のみを行う場合は、標準気圧（７６０ｍｍＨｇ）における各吸入空気量の補正係数を用いることが望ましい。
【００４１】
次に、図５のフローチャートに基づいて、本実施形態の排気浄化装置における処理の手順について説明する。先ず、ステップＳ１では、アクティブＡ／Ｆ制御による触媒劣化判定のための算出条件が成立したか否かを判定する。次のステップＳ２では、アクティブＡ／Ｆ制御を実行し、Ｃｍａｘ値を算出する。上述したように、Ｃｍａｘ値は、図２のＴ_Ｒ時間またはＴ_Ｌ時間における、機関シリンダ内への供給燃料量Ｆ_１，Ｆ_２と、第１の空燃比センサ３５の出力値とから算出される。次のステップＳ３では、大気圧センサ４４、エアフロメータ２０の出力値に基づいて、大気圧及び吸入空気量（Ｇａ）を求める。
【００４２】
次のステップＳ４では、図４のマップを参照して、大気圧及び吸入空気量（Ｇａ）に応じた補正係数Ｋを求める。次のステップＳ５では、補正係数Ｋに基づいてＣｍａｘ値を補正する。ここでは、以下の演算によりＣｍａｘ値を補正する。
Ｃｍａｘ（補正後）＝Ｋ・Ｃｍａｘ（補正前）
ここで、Ｃｍａｘ（補正前）の値はステップＳ２で算出した値である。
【００４３】
次のステップＳ６では、ステップＳ５で得られた補正後のＣｍａｘ値に基づいて触媒劣化判定を行う。ここでは、所定のしきい値と補正後のＣｍａｘ値とを比較し、補正後のＣｍａｘ値がしきい値以上である場合は触媒３２の劣化度合いが少ないものとして正常判定をする。補正後のＣｍａｘ値がしきい値より小さい場合は触媒３２が劣化しているとして異常判定をする。
【００４４】
次に図６のフローチャートに基づいて、本実施形態の排気浄化装置における他の処理手順について説明する。上述したように、図１のＴ_Ｒ時間、Ｔ_Ｌ時間を更に細かく区分したΔＴ_Ｒ時間、ΔＴ_Ｌ時間毎の酸素吸蔵量ΔＯＳＡを積算することで、より正確にＣｍａｘ値を求めることができる。図６のフローチャートにおける処理は、ΔＯＳＡを算出する毎に大気圧、吸入空気量（Ｇａ）に応じて補正を行い、補正したΔＯＳＡをＴ_Ｒ時間、Ｔ_Ｌ時間内で積算してＣｍａｘ値を算出するものである。
【００４５】
先ず、ステップＳ１１では、アクティブＡ／Ｆ制御による触媒劣化判定のための算出条件が成立したか否かを判定する。次のステップＳ１２では、アクティブＡ／Ｆ制御を実行し、ΔＴ_Ｒ時間、またはΔＴ_Ｌ時間における酸素吸蔵量ΔＯＳＡを算出する。次のステップＳ１３では、大気圧センサ４４、エアフロメータ２０の出力値に基づいて、ΔＴ_Ｒ時間、またはΔＴ_Ｌ時間における大気圧及び吸入空気量（Ｇａ）を求める。次のステップＳ１４では、図４のマップに大気圧及び吸入空気量（Ｇａ）を当てはめて、ΔＴ_Ｒ時間、またはΔＴ_Ｌ時間毎の補正係数Ｋを求める。
【００４６】
次のステップＳ１５では、補正係数Ｋに基づいて補正を実行する。ステップＳ１５の処理では、ΔＯＳＡに補正係数Ｋを乗じて補正し、これまでに算出されたΔＯＳＡの和を求める。現段階でΔＯＳＡがｎ回算出されており、ｎ個のΔＯＳＡの和をＣｍａｘ（ｎ）とすると、Ｃｍａｘ（ｎ）は下式で表される。
Ｃｍａｘ（ｎ）＝Ｃｍａｘ（ｎ−１）＋Ｋ・ΔＯＳＡ
【００４７】
次のステップＳ１６では、ΔＯＳＡの算出回数ｎがＴ_Ｒ時間、またはＴ_Ｌ時間におけるΔＴ_Ｒ時間、ΔＴ_Ｌ時間の区分数Ｎに達したか否かを判定する。すなわち、ここではｎ＝Ｎであるか否かが判定される。ｎ＝Ｎの場合はステップＳ１７へ進み、図５の場合と同様に触媒劣化判定を行う。ステップＳ１６でｎ≠Ｎの場合は引き続きステップＳ１２〜Ｓ１５の処理を行い、Ｃｍａｘ（ｎ）を算出する。
【００４８】
図６の処理では、ΔＯＳＡを算出する毎に大気圧、吸入空気量（Ｇａ）から補正係数Ｋを求めて補正を行うため、Ｔ_Ｒ時間、またはＴ_Ｌ時間の間に大気圧、吸入空気量（Ｇａ）が変動した場合であっても、微小時間ΔＴ_Ｒ，Ｔ_Ｌ毎に求めた各ΔＯＳＡを補正することができる。従って、図６の処理によれば、より高精度にＣｍａｘ値を補正することが可能となる。
【００４９】
以上説明したように実施の形態１によれば、大気圧、吸入空気量（Ｇａ）のいずれか、または大気圧及び吸入空気量（Ｇａ）の双方に基づいてＣｍａｘ値を補正するようにしたため、大気圧、吸入空気量（Ｇａ）による影響を排除して正確にＣｍａｘ値を求めることが可能となる。従って、アクティブＡ／Ｆ制御による触媒劣化判定を高精度に行うことが可能となる。
【００５０】
実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１ではアクティブＡ／Ｆ制御による触媒劣化判定にこの発明を適用した例を示したが、実施の形態２では、触媒の吸蔵酸素量ＯＳＡを一定量にフィードバック制御する排気浄化装置に本発明を適用した例を示す。なお、実施の形態２における排気浄化装置の構成は図１と同様であるため、以下の説明では主として排気浄化装置で行われる処理について説明する。
【００５１】
図７は、実施の形態２にかかる内燃機関の排気浄化装置における処理の手順を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ２１では、酸素吸蔵量ＯＳＡの算出条件が成立したか否かを判定する。次のステップＳ２２では、触媒３２の酸素吸蔵量ＯＳＡを算出する。ここで、酸素吸蔵量ＯＳＡは、機関シリンダ内への供給燃料量、吸入空気量（Ｇａ）、第１の空燃比センサ３５、第２の空燃比センサ３５の出力値などから算出するが、例えば図１のＴ_Ｒ時間のみにおける第１の空燃比センサ３５の出力値、及びその間の供給燃料量から算出しても良い。次のステップＳ２３では、大気圧センサ４４、エアフロメータ２０の出力値に基づいて、大気圧及び吸入空気量（Ｇａ）を求める。
【００５２】
次のステップＳ２４では、図４のマップを参照して、大気圧及び吸入空気量（Ｇａ）に応じた補正係数Ｋを求める。次のステップＳ２５では、補正係数Ｋに基づいて酸素吸蔵量ＯＳＡを補正する。ここでは、以下の演算により酸素吸蔵量を補正する。
ＯＳＡ（補正後）＝Ｋ・ＯＳＡ（補正前）
ここで、ＯＳＡ（補正前）の値はステップＳ２２で算出した値である。
【００５３】
次のステップＳ２６では、ステップＳ２５で得られた補正後の酸素吸蔵量ＯＳＡに基づいて空燃比のフィードバック制御を行う。ここでは、所定のしきい値と補正後の酸素吸蔵量ＯＳＡとを比較し、補正後のＯＳＡがしきい値以上である場合は触媒３２の酸素吸蔵量ＯＳＡが少なくなるように空燃比をリッチ側へ変更する。また、補正後のＯＳＡがしきい値より小さい場合は触媒３２が酸素吸蔵量ＯＳＡが多くなるように空燃比をリーン側へ変更する。
【００５４】
以上説明したように実施の形態２によれば、触媒３２の酸素吸蔵量ＯＳＡを一定に保つことができるため、触媒３２の酸素吸蔵能力が飽和してしまうことを抑止できる。従って、触媒３２による排気浄化機能を最大限に発揮させることが可能となる。
【００５５】
なお、上述した各実施形態では、大気圧または吸入空気量（Ｇａ）に応じてＣｍａｘ値、ＯＳＡ値を補正する方法を例示したが、大気圧または吸入空気量（Ｇａ）に応じて第１の空燃比センサ３５、または第２の空燃比センサ３６の出力値を直接補正しても良い。この場合は、大気圧、吸入空気量（Ｇａ）によるセンサ出力の変動特性に基づいて、大気圧、吸入空気量（Ｇａ）とセンサ出力の関係を定めたマップをＥＣＵ４０に記憶させておくことにより、センサ出力値を直接的に補正することができる。
【００５６】
また、上述した各実施形態では、吸入空気量（Ｇａ）をエアフロメータ２０から直接検出しているが、吸気通路１２に吸気圧センサを設け、吸気圧センサの出力値から吸入空気量（Ｇａ）を推定しても良い。また、上述した各実施形態では、大気圧を大気圧センサ４４から直接検出しているが、エアフロメータ２０から検出される吸入空気量（Ｇａ）とスロットル開度から予測される吸入空気量との差分から大気圧を推定しても良い。
【００５７】
また、上述した実施の形態では、アクティブＡ／Ｆ制御による触媒劣化判定、または空燃比のフィードバック制御に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は触媒の酸素吸蔵量を求める場合に広く適用することができ、大気圧、吸入空気量に応じて触媒の酸素吸蔵量を補正する概念は本発明の範疇に属する。
【００５８】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００５９】
第１の発明によれば、大気圧に基づいて酸素吸蔵量を補正することができるため、触媒の酸素吸蔵量を高い精度で算出することができる。従って、酸素吸蔵量に応じた最適な制御を行うことが可能となる。
【００６０】
第２の発明によれば、吸入空気量に基づいて酸素吸蔵量を補正することができるため、触媒の酸素吸蔵量を高い精度で算出することができる。従って、酸素吸蔵量に応じた最適な制御を行うことが可能となる。
【００６１】
第３の発明によれば、大気圧及び吸入空気量に基づいて酸素吸蔵量を補正することができるため、触媒の酸素吸蔵量を非常に高い精度で算出することができる。従って、酸素吸蔵量に応じた最適な制御を行うことが可能となる。
【００６２】
第４の発明によれば、微小時間毎の酸素吸蔵量のそれぞれを補正するようにしたため、微小時間毎に最適な補正を行うことができる。従って、触媒の酸素吸蔵量をより高精度に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる触媒劣化判別装置及びその周辺の構造を示す模式図である。
【図２】アクティブＡ／Ｆ制御による最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）の検出方法を示す模式図である。
【図３】最大酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ）と触媒の劣化度との関係を示す特性図である。
【図４】大気圧及び吸入空気量と、補正係数との関係を定めた２次元マップを示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる排気浄化装置における処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１にかかる排気浄化装置における他の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２にかかる排気浄化装置における処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２０エアフロメータ
３２触媒
３５第１の空燃比センサ
３６第２の空燃比センサ
４０ＥＣＵ
４４大気圧センサ

Claims

内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流又は下流における空燃比を検出する空燃比センサと、
内燃機関の吸入空気量を取得する吸入空気量取得手段と、
前記空燃比センサの出力値に基づいて、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を算出する酸素吸蔵量算出手段と、
前記吸入空気量に基づいて前記酸素吸蔵量を補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流又は下流における空燃比を検出する空燃比センサと、
大気圧を取得する大気圧取得手段と、
内燃機関の吸入空気量を取得する吸入空気量取得手段と、
前記空燃比センサの出力値に基づいて、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を算出する酸素吸蔵量算出手段と、
前記大気圧及び前記吸入空気量に基づいて前記酸素吸蔵量を補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記補正手段は、前記吸入空気量が小さいほど前記酸素吸蔵量を大きく補正することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記酸素吸蔵量算出手段は、微小時間毎の前記酸素吸蔵量を積算する積算手段を含み、
前記補正手段は、前記微小時間毎の前記酸素吸蔵量のそれぞれを補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。