JP3536764B2

JP3536764B2 - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP3536764B2
Application number: JP2000035473A
Authority: JP
Inventors: 正揮古賀; 立男佐藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2004-06-14
Anticipated expiration: 2020-02-14
Also published as: JP2001227331A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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】

【従来の技術】三元触媒に吸収されている酸素量（以
下、「酸素ストレージ量」）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
の酸素ストレージ量が一定となるようにエンジンの空燃
比制御を行う技術が知られている（特開平9-228873
号）。

【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
る必要があるが、触媒の酸素ストレージ量を一定に保っ
ておくことで、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
化装置においては、触媒の転換効率を高く保つために酸
素ストレージ量の正確な演算が要求される。

【０００５】

【発明が解決しようとしている問題点】しかしながら、
従来の演算方法では触媒の酸素ストレージ量を正確に演
算することが難しいという問題があった。

【０００６】これは実際の酸素ストレージ特性が、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
ア等の酸素ストレージ材に低速で吸収／放出される特性
とに分かれているにも係らず、従来はこの点を考慮せ
ず、酸素ストレージ量を１つのパラメータで表現してい
たことによる。

【０００７】そこで、本出願人により、酸素ストレージ
量を実際の特性に合わせて高速成分と低速成分で分けて
演算することで、酸素ストレージ量の演算精度を向上さ
せる技術が提案されている（特願2000-34046号）。さら
に、触媒雰囲気の修正が主として酸素の吸収放出速度の
速い高速成分によって行われると考えられることから、
例えば高速成分がその最大容量の半分となるようにエン
ジンの空燃比を制御することで触媒の転換効率を高く保
つ技術も提案されている。

【０００８】しかし、触媒に流入する排気の空燃比に変
動が生じた場合、触媒雰囲気における空燃比を目標値、
例えば理論空燃比に保つことができる能力がリッチ側と
リーン側とで異なってしまうという問題が生じる。

【０００９】すなわち、酸素の吸収側は低速成分の酸素
吸収速度が遅いので、外乱などの影響で例えば空燃比に
リーンスパイクが生じた場合、吸収可能な最大酸素量は
高速成分の最大容量の半分までしかない。一方、酸素の
放出側は低速成分からも比較的速い速度で酸素が放出さ
れるので、空燃比にリッチスパイクが生じた場合に放出
可能な酸素量は高速成分にそのときの低速成分を加えた
量となる。

【００１０】そのため、排気がリーン側にずれたときに
触媒雰囲気を目標空燃比に保つことができる能力は、リ
ッチ側にずれたときに触媒雰囲気を目標空燃比に保持で
きる能力よりも低くなり、リッチ側と同程度のずれがリ
ーン側で生じても触媒でこれを吸収することができない
場合が生じてしまう。安定した転換効率を確保するため
には、触媒に流入する排気の空燃比がリーン側にずれて
も触媒雰囲気を目標空燃比に保てるようにする必要があ
る。

【００１１】本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなさ
れたものであり、触媒の酸素ストレージ量に基づき空燃
比を制御する排気浄化装置において、安定した触媒の転
換効率を確保することを目的とする。

【００１２】

【問題点を解決するための手段】第１の発明は、エンジ
ンの排気浄化装置において、排気管に設けられた触媒
と、触媒に流入する排気の特性を検出する手段と、検出
された排気特性に基づき、触媒の酸素ストレージ量を吸
収速度が速い高速成分と吸収速度が高速成分よりも遅い
低速成分とに分けて演算する酸素ストレージ量演算手段
と、演算された低速成分に応じて高速成分の目標値を設
定する手段と、演算された高速成分に基づき、触媒の酸
素ストレージ量の高速成分が目標値となるようにエンジ
ンの空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えたことを
特徴とするものである。

【００１３】第２の発明は、第１の発明において、高速
成分の目標値を設定する手段が、演算された低速成分が
多いほど高速成分の目標値を小さく設定することを特徴
とするものである。

【００１４】

【作用及び効果】したがって、この発明に係る排気浄化
装置では、触媒に流入する排気の特性（例えば、排気空
燃比）に基づき触媒の酸素ストレージ量が演算される
が、実際の酸素ストレージ特性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ストレ
ージ材に低速で吸収／放出される特性とに分かれること
から、酸素ストレージ量はこの特性に合わせて高速成分
と低速成分とに分けて演算される。そして演算された高
速成分に基づき酸素ストレージ量の高速成分が目標値と
なるようにエンジンの空燃比が制御され、触媒の転換効
率が高く維持されるようにする。

【００１５】ここで流入する排気がリーン側に変動した
とき触媒雰囲気の修正は、低速成分の酸素吸収速度が高
速成分に比べて遅いことから主に高速成分によって行わ
れるが、流入する排気がリッチのときの触媒雰囲気の修
正は、低速成分からも比較的速い速度で酸素が放出され
ることから高速成分と低速成分の両方によって行われ
る。

【００１６】そのため、触媒雰囲気の修正に利用可能な
酸素吸収量と酸素放出量が等しくならず、触媒雰囲気を
目標空燃比に保持できる能力はリーン側に変動した場合
の方がリッチ側に変動した場合よりも低くなってしま
う。

【００１７】しかしながら、本発明によれば、上記低速
成分が触媒雰囲気を目標空燃比に保持する能力に与える
影響を考慮し、低速成分に応じて高速成分の目標値が設
定される。例えば、高速成分の目標値は低速成分が多く
なるほど小さな値に設定される。

【００１８】これによって触媒雰囲気を目標空燃比に保
持できる能力をリッチ側とリーン側とで同様に与えるこ
とができるので、所定範囲内に収まる空燃比のずれであ
ればリッチ側、リーン側どちらにずれたとしても吸収で
き、触媒の転換効率を安定化させることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
実施の形態について説明する。

【００２０】図１は、本発明が適用される排気浄化装置
の概略構成を示し、火花点火式エンジン１の排気浄化装
置は、排気管２に設けられた触媒３と、フロントＡ／Ｆ
センサ４と、リアＯ₂センサ５と、コントローラ６とを
備える。

【００２１】エンジン１の吸気管７には、運転者のアク
セル操作と独立して制御可能な電子制御式スロットル弁
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。な
お、スロットル弁としては、アクセル操作に直接連動し
て開閉するものであっても良い。また、エンジン１に
は、エンジン回転数を検出するクランク角センサ１２が
設けられている。

【００２２】触媒３はいわゆる三元触媒であり、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３は触媒担体がセリア等の酸素ス
トレージ材で被覆されており、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
素ストレージ機能」）を有している。

【００２３】ここで触媒３の酸素ストレージ量は、触媒
３の貴金属（Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等）に吸収／放出される
高速成分HO2と、触媒３の酸素ストレージ材に吸収／放
出される低速成分LO2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吸収／放出す
ることができるが、その吸収／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。

【００２４】さらに、これら高速成分HO2及び低速成分L
O2は、 − 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。

【００２５】− 酸素放出時は、高速成分HO2に対する低
速成分LO2の比（LO2／HO2）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るが、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。という特性を有し
ている。

【００２６】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をリニアに検
出し、触媒３の下流に設けられたリアＯ₂センサ５は触
媒３下流の酸素濃度を理論空燃比に対して反転的に検出
する。ここでは、触媒３の下流に安価なＯ₂センサを設
けているが、リニアに空燃比を検出できるＡ／Ｆセンサ
を設けても良い。

【００２７】また、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が取り付けられており、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
いられる他、触媒３の触媒温度を推定するのにも用いら
れる。

【００２８】コントローラ６はマイクロプロセッサ、Ｒ
ＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等で構成され、
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の酸素ストレー
ジ量（高速成分HO2及び低速成分LO2）を演算する。

【００２９】そして、コントローラ６は、演算した酸素
ストレージ量の高速成分HO2が目標値TGHO2よりも多いと
きはエンジン１の空燃比をリッチ側にシフトさせて高速
成分HO2を減少させ、逆に、目標値TGHO2よりも少ないと
きは空燃比をリーン側にシフトさせて高速成分HO2を増
大させ、酸素ストレージ量の高速成分HO2が目標値TGHO2
となるようにする。

【００３０】さらに、演算誤差により演算される酸素ス
トレージ量と実際の酸素ストレージ量との間にずれが生
じるが、コントローラ６は触媒３下流の酸素濃度に基づ
き所定のタイミングで酸素ストレージ量のリセットを行
い、実際の酸素ストレージ量とのずれを修正する。

【００３１】具体的には、リアＯ₂センサ５がリーン判
定した場合は、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、リアＯ₂センサ５がリッチ判定した場合は、
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。

【００３２】以下、コントローラ６が行う制御について
詳しく説明する。

【００３３】ここではまず、酸素ストレージ量の演算に
ついて説明し、その後で、酸素ストレージ量のリセッ
ト、酸素ストレージ量に基づくエンジン１の空燃比制御
について説明する。

【００３４】図２は触媒３の酸素ストレージ量を演算す
るためのルーチンの内容を示し、コントローラ６におい
て所定時間毎に実行される。

【００３５】これによると、まず、エンジン１の各種運
転パラメータとして、代表的に、冷却水温センサ１０、
クランク角センサ１２、エアフローメータ９の出力が読
み込まれ、触媒３の温度TCATがそれらに基づき推定され
る（ステップＳ１、Ｓ２）。そして、推定された触媒温
度TCATと触媒活性温度TACTo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（ステップＳ
３）。

【００３６】その結果、触媒活性温度TACToに達してい
ると判断された場合は触媒３の酸素ストレージ量の演算
を行うべくステップＳ４以降に進む。触媒活性温度TACT
oに達しないと判断された場合は、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。

【００３７】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３）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、ステッ
プＳ５では酸素ストレージ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４）が実行され、高
速成分の酸素放出率Aが演算される。

【００３８】さらに、ステップＳ６では酸素ストレージ
量の高速成分HO2を演算するためのサブルーチン（図
５）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で吸収され
ずに低速成分LO2に溢れるオーバーフロー分OVERFLOWが
演算される。

【００３９】ステップＳ７では、ステップＳ６で演算さ
れたオーバーフロー分OVERFLOW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で吸収
されたか否かを判断する。そして、酸素過不足量O2INが
高速成分で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６）
が実行され、高速成分HO2から溢れ出たオーバーフロー
分OVERFLOWに基づき低速成分LO2が演算される。

【００４０】なお、ここでは触媒温度TCATをエンジン１
の冷却水温、エンジン負荷、エンジン回転数から推定す
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を取付け、触媒３の温度を直接測定するように
してもよい。

【００４１】また、ステップＳ３で触媒温度TCATが活性
温度TACToよりも低いときは酸素ストレージ量を演算し
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
速成分の酸素吸収放出率Bに反映するようにしても良
い。

【００４２】次に、ステップＳ４から６及びステップＳ
８で実行されるサブルーチンについて説明する。

【００４３】図３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。

【００４４】これによると、まず、フロントＡ／Ｆセン
サ出力とエアフローメータ出力が読み込まれる（ステッ
プＳ１１）。

【００４５】ステップＳ１２では読み込まれたフロント
Ａ／Ｆセンサ出力を所定の変換テーブルを用いて空燃比
に変換し、触媒３に流入する排気の過不足酸素濃度を演
算する。ここで過不足酸素濃度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、排気が理論空燃比で
ゼロ、リッチで負、リーンで正の値をとる。

【００４６】ステップＳ１３ではエアフローメータ出力
を所定の変換テーブルを用いて吸入空気量に変換し、ス
テップＳ１４ではステップＳ１３で演算した吸入空気量
にステップＳ１２で演算した過不足酸素濃度を乗じて触
媒３に流入する排気の過不足酸素量O2INを演算する。

【００４７】過不足酸素濃度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。

【００４８】また、図４は、酸素ストレージ量の高速成
分の酸素放出率Aを演算するためのサブルーチンの内容
を示す。このサブルーチンでは高速成分HO2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L
O2に応じて高速成分の酸素放出率Aが演算される。

【００４９】これによると、まず、ステップＳ２１で低
速成分の高速成分に対する比LO2/HO2が所定値ARより大
きいか否かが判断される。

【００５０】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から酸素が優先して放出されるとして
高速成分の酸素放出率Aに１．０がセットされる。

【００５１】これに対し、比LO2/HO2が所定値ARよりも
大き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HO2及び低速成分
LO2からも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。

【００５２】また、図５は、酸素ストレージ量の高速成
分HO2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H
O2の演算が行われる。

【００５３】これによると、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。

【００５４】その結果、酸素過不足量O2INがゼロより大
きく、高速成分HO2が酸素を吸収する状態にあると判断
された場合はステップＳ３２に進み、次式（１）、 HO2 ＝ HO2z ＋ O2IN ・・・・・（１） HO2z：高速成分HO2の前回値により高速成分HO2が演算される。

【００５５】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）、 HO2 ＝ HO2z ＋ O2IN × A ・・・・・（２） A：高速成分HO2の酸素放出率により高速成分HO2が演算される。

【００５６】このようにして高速成分HO2が演算された
ら、ステップＳ３４、Ｓ３５でその値が高速成分の最大
容量HO2MAX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。

【００５７】そして、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Ｓ３６に進み、高速成分
HO2に吸収されずに溢れ出るオーバーフロー分（過剰
量）OVERFLOWが次式（３）、 OVERFLOW ＝ HO2 − HO2MAX ・・・・・（３）により演算され、さらに、高速成分HO2が最大容量HO2MA
Xに制限される。

【００５８】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HO
2に吸収されずに溢れ出るオーバーフロー分（不足量）O
VERFLOWが次式（４）、 OVERFLOW ＝ HO2 − HO2MIN ・・・・・（４）により演算され、さらに、高速成分HO2が最小容量HO2MI
Nに制限される。なお、ここでは最小容量HO2MINとして
ゼロを与えているから、高速成分HO2を全て放出した状
態で不足する酸素量が負のオーバーフロー分として算出
されることになる。

【００５９】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HO2に吸収されるの
で、オーバーフロー分OVERFLOWにはゼロが設定される。

【００６０】ここで、高速成分HO2が最大容量HO2MAX以
上あるいは最小容量HO2MIN以下となって高速成分HO2か
ら溢れ出たオーバーフロー分OVERFLOWは低速成分LO2で
吸収あるいは放出される。

【００６１】また、図６は酸素ストレージ量の低速成分
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ーフ
ロー分OVERFLOWに基づき低速成分LO2が演算される。

【００６２】これによると、ステップＳ４１では低速成
分LO2が次式（５）、 LO2 ＝ LO2z ＋ OVERFLOW × B ・・・・・（５） LO2z：低速成分LO2の前回値 B：低速成分の酸素吸収放出率により演算される。ここで低速成分の酸素吸収放出率B
は１以下の正の値に設定されるが、実際には吸収と放出
で異なる特性を有し、また、実際の吸収放出率は触媒温
度TCAT、低速成分LO2等の影響を受けるので、吸収率と
放出率をそれぞれ分離して可変に設定するようにしても
良い。その場合、オーバーフロー分OVERFLOWが正である
とき、酸素が過剰であり、このときの酸素吸収率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、オーバーフロ
ー分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値に設定
される。

【００６３】ステップＳ４２、Ｓ４３では、高速成分HO
2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。

【００６４】その結果、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LO2から溢れる酸
素過不足量O2OUTが次式（６）、 O2OUT ＝ LO2 − LO2MAX ・・・・・（６）により演算されて低速成分LO2が最大容量LO2MAXに制限
される。酸素過不足量O2OUTはそのまま触媒３の下流に
流出する。

【００６５】一方、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。

【００６６】次に、コントローラ６が行う酸素ストレー
ジ量のリセットについて説明する。酸素ストレージ量の
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、酸素ストレージ量の演算精度を高
めることが可能となる。

【００６７】図７はリセット条件の判断ルーチンの内容
を示す。このルーチンは、触媒３下流の酸素濃度から酸
素ストレージ量（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Fleanのセットを行うものである。

【００６８】これによると、まず、触媒３下流の酸素濃
度を検出するリアＯ₂センサ５の出力が読み込まれる
（ステップＳ５１）。そして、リアＯ₂センサ出力とリ
ーン判定しきい値、リッチ判定しきい値との比較が行わ
れる（ステップＳ５２、Ｓ５３）比較の結果、リアＯ₂センサ出力がリーン判定しきい値
を下回っていた場合はステップＳ５４に進んでフラグFl
eanに酸素ストレージ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
サ出力がリッチ判定しきい値を上回っていた場合はステ
ップＳ５５に進んでフラグFrichに酸素ストレージ量の
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。

【００６９】リアＯ₂センサ出力がリーン判定しきい値
とリッチ判定しきい値の間にあるときはステップＳ５６
に進んで、フラグFlean及びFrich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。

【００７０】図８は酸素ストレージ量のリセットを行う
ためのルーチンの内容を示す。

【００７１】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。

【００７２】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、酸素ストレージ量の高速
成分HO2が最大容量HO2MAXにリセットされる。このとき
低速成分LO2のリセットは行われない。一方、フラグFri
ch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
素ストレージ量の高速成分HO2及び低速成分LO2がそれぞ
れ最小容量HO2MIN、LO2MINにリセットされる。

【００７３】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。

【００７４】また、触媒下流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LO2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。

【００７５】図９は上記酸素ストレージ量一定制御を行
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。この場合、時刻ｔ₁では、リアＯ₂センサ５の出力が
リーン判定しきい値より小さく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HO2MAX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。

【００７６】時刻ｔ₂、ｔ₃では、リアＯ₂センサ５の出
力がリッチ判定しきい値より大きくなりリッチリセット
条件が成立するので、酸素ストレージ量の高速成分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）。

【００７７】このように、触媒３の下流の排気がリッチ
あるいはリーンになったタイミングで酸素ストレージ量
のリセットが行われ、実際の酸素ストレージ量とのずれ
が修正される結果、触媒の酸素ストレージ量の演算精度
がさらに向上し、酸素ストレージ量を一定に保つための
空燃比制御の精度も高められて触媒の転換効率を高く維
持することができる。

【００７８】さらに、コントローラ６が行う空燃比制御
について説明する。

【００７９】図１０は酸素ストレージ量から目標空燃比
を演算するルーチンの内容を示す。

【００８０】これによると、まず、現在の酸素ストレー
ジ量の高速成分HO2と低速成分LO2が読み込まれ、低速成
分LO 2に応じた高速成分の目標値TGHO2が所定のテーブ
ルを参照して設定される（ステップＳ７１、Ｓ７２）。

【００８１】ここで高速成分の目標値TGHO2は、触媒３
が吸収可能な空燃比変動をリッチ側とリーン側とで等し
くし、所定範囲内の空燃比のずれならリッチ側、リーン
側のどちらにずれても触媒雰囲気が理論空燃比に修正さ
れるように低速成分LO2が多くなるほど小さな値が設定
される。

【００８２】具体的には、高速成分の目標値TGHO2は、
次式（７）、 TGHO2 ＝ HO2CMAX ／ TAGHOS ・・・・・（７） HO2CMAX：速い成分の最大酸素ストレージ量 TAGHOS：補正テーブル参照値により演算される。ここで参照値TAGHOSは図１１に示し
たテーブルを参照することにより得られ、現在の低速成
分LO2が大きくなるほど参照値TAGHOSも大きくなる特性
である。従って、低速成分LO2が大きくなるほど高速成
分の目標値TGHO2が小さく設定される。典型的には、車
両の減速時にフューエルカットを行うと、その直後図６
のフローチャートにより、低速成分LO2は大きな値に計
算され、これに伴って高速成分の目標値TGHO2は小さい
値に補正される。

【００８３】そして、現在の高速成分HO2と高速成分の
目標値TGHO2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（ステップＳ７３）、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
目標空燃比が設定される（ステップＳ７４）。

【００８４】したがって、このルーチンによると、酸素
ストレージ量の高速成分の目標値TGHO2が低速成分LO2に
応じて設定され、低速成分LO2が多くなるほど目標値TGH
O2には小さな値が設定される。

【００８５】そして、高速成分HO2が目標値TGHO2に満た
ない場合はエンジン１の目標空燃比がリーン側に設定さ
れて高速成分HO2の増大が図られ、目標値TGHO2を超えて
いる場合はエンジン１の目標空燃比がリッチ側に設定さ
れて高速成分HO2の減少が図られる。

【００８６】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。

【００８７】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の酸素ストレージ量の演
算が開始される。コントローラ６は触媒３に流入する排
気の空燃比、エンジン１の吸入空気量に基づき触媒３の
酸素ストレージ量を推定演算するが、酸素ストレージ量
は実際の特性に合わせて高速成分HO2と低速成分LO2とで
分けて演算される。

【００８８】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HO2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。また、酸素放出時は、低速成分LO2と高速成分H
O2の比（LO2/HO2）が一定割合AR以下の場合は高速成分H
O2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L
O2と高速成分HO2の両方から酸素が放出されるとして演
算が行われる。

【００８９】そして、演算された酸素ストレージ量の高
速成分HO2が目標値TGHO2よりも多くなるとコントローラ
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TGHO2よりも少なくなると空燃比
をリーン側に制御して高速成分HO2を増大させる。

【００９０】この結果、酸素ストレージ量の高速成分HO
2が目標値TGHO2に保たれ、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することができる。

【００９１】さらに、流入する排気がリーン側に変動し
た場合、触媒雰囲気の修正は、低速成分LO2の酸素吸収
速度が高速成分HO2に比べて遅いことから主に高速成分H
O2によって行われるが、流入する排気がリッチ側に変動
したときの触媒雰囲気の修正は、低速成分LO2からも比
較的速い速度で酸素が放出されることから高速成分HO2
と低速成分LO2の両方によって行われる。

【００９２】そのため、高速成分の目標値TGHO2を固定
とすると吸収可能な空燃比のずれがリーン側とリッチ側
で異なってしまうが、本発明によれば、低速成分LO2が
多いほど高速成分の目標値TGHO2が小さな値に設定され
るので、高速成分の最大容量まで多くの高速成分を吸収
することが可能となり、流入する排気がリーンに変動し
た場合に触媒雰囲気の修正に利用可能な酸素吸収量を確
保できる。さらに、高速成分の目標値が小さな値に設定
されても、このとき、多くの低速成分が確保されている
から、逆に排気がリッチに変動しても低速成分による酸
素の放出が得られ、触媒雰囲気の修正に利用可能な酸素
放出量を確保できる。

【００９３】この結果、触媒３に流入する排気の理論空
燃比からのずれが所定量以下であればリッチ側、リーン
側どちらにずれたとしてもこれを吸収して触媒雰囲気を
理論空燃比に保つことができ、触媒３の転換効率を安定
化させることができる。

【００９４】なお、低速成分LO2が小さくなった場合
は、高速成分の酸素ストレージ量が小さいままである
と、触媒雰囲気を理論空燃比に維持するのに必要な酸素
放出量を確保できないが、図１１の特性により、高速成
分の目標値は元に戻され、大きな値に補正されるので、
リッチ側にずれたとしても触媒雰囲気を理論空燃比に保
つことができる。

【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】触媒の酸素ストレージ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３】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４】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５】酸素ストレージ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６】酸素ストレージ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７】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８】酸素ストレージ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９】酸素ストレージ量一定制御を行ったときの様子
を示したタイムチャートである。

【図１０】酸素ストレージ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】低速成分に基づいて高速成分の目標値を演算
する際に用いるテーブルの例である。

【符号の説明】

１エンジン２排気管３三元触媒４フロントＡ／Ｆセンサ５リアＯ₂センサ７吸気管８スロットル弁９エアフローメータ１０冷却水温センサ１１触媒温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/24 F01N 3/28 F02D 41/14 310 F02D 45/00 314 B01D 53/86 ZAB B01D 53/94

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排気管に設けられた触媒と、前記触媒に流入する排気の特性を検出する手段と、前記検出された排気特性に基づき、前記触媒の酸素スト
レージ量を吸収速度が速い高速成分と吸収速度が高速成
分よりも遅い低速成分とに分けて演算する酸素ストレー
ジ量演算手段と、演算された低速成分に応じて高速成分の目標値を設定す
る手段と、演算された高速成分に基づき、前記触媒の酸素ストレー
ジ量の高速成分が目標値となるように前記エンジンの空
燃比を制御する空燃比制御手段と、を備えたことを特徴
とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】前記高速成分の目標値を設定する手段は、
演算された低速成分が多いほど前記高速成分の目標値を
小さく設定することを特徴とする請求項１に記載のエン
ジンの排気浄化装置。