JP2003042002A

JP2003042002A - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP2003042002A
Application number: JP2001229532A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sakai; 厚酒井; Hajime Oguma; 元小熊
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2003-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】三元触媒の酸素ストレージ量を一定に保つよ
うにエンジンの空燃比を制御する排気浄化装置におい
て、触媒下流の酸素センサのヒステリシス特性に原因す
る判定の遅れを解消する。【解決手段】コントローラ６は排気管２に設けられた
触媒３の酸素ストレージ量が一定に保たれるようエンジ
ン１の空燃比を制御する。このとき、コントローラ６は
リアＯ₂センサ５の出力値の変化速度に基づいてリッチ
からリーンまたはリーンからリッチへの酸素濃度変化を
判定して、酸素ストレージ量の演算値OSCを最大容量OSC
maxまたはゼロにリセットする。これによって酸素スト
レージ量をより正確に演算して制御精度を高めることが
可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエンジンの排気浄化
装置に関し、特に排気系に酸素ストレージ機能を有する
触媒を設けた排気浄化装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術と解決すべき課題】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」という。）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もし
くは酸素濃度に基づいて推定演算し、触媒の酸素ストレ
ージ量が一定量となるようにエンジンの空燃比制御を行
うものが知られている（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適正量、例
えば最大酸素ストレージ量の二分の一程度に保っておく
ことで、触媒に流入する排気がリーン側にずれても排気
中の酸素が触媒に吸収され、あるいはリッチ側にずれて
も触媒に吸収されている酸素が放出されることから、触
媒雰囲気を実質的に理論空燃比付近に保つことができ
る。

【０００４】ところで、酸素ストレージ量を適正量に維
持するためには、その推定演算を正確に行う必要がある
が、このためには、触媒出口側に設けた酸素センサ信号
により酸素ストレージ量演算の補正(リセット)を行う手
法を適用することが有効である。すなわち、触媒出口側
において排気が酸素過剰のリーン状態であれば触媒の酸
素ストレージ量が最大であると考えられることから酸素
ストレージ量の推定値を最大容量に設定し、その反対に
排気がリッチ状態であれば触媒が酸素をすべて放出した
状態にあると考えられることから、推定値を最小容量に
リセットする。これにより酸素ストレージ量の推定演算
値を常に正確な初期状態に復帰させることができるた
め、前述した酸素ストレージ量を適正量に維持するため
の空燃比制御を的確に行うことができる。

【０００５】しかしながら、図１４に示したように酸素
センサの信号にはヒステリシスがあり、リーンからリッ
チへの変化時とリッチからリーンへの変化時とでは、ス
トイキ（λ＝１）を示す出力値が異なることから、特定
のしきい値との比較によりリッチまたはリーンの判定を
行うものとすると、酸素センサ信号がリッチ側、または
リーン側のしきい値を超える前に、実際にはすでに触媒
の酸素ストレージ量は最小または最大となっており、言
い換えればこのヒステリシス分のリセットの遅れが生じ
て排気エミッションが悪化するという問題が生じる。本
発明はこのような問題点を解消することを目的としてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、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、前記触媒下流の排気酸素濃度を検出する
酸素濃度検出手段と、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、演算された酸
素ストレージ量に基づき、前記触媒の酸素ストレージ量
が所定量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る。また、前記空燃比制御手段
は、前記酸素濃度検出手段の出力値の変化速度に基づき
触媒下流の酸素濃度がリッチになったことを判定するリ
ッチ判定手段を有し、前記酸素濃度出力値が所定のリー
ン域にあり、かつ前記リッチ判定手段によりリッチ状態
が判定されたときに、前記酸素ストレージ量を最小容量
にリセットするように構成する。

【０００７】第２の発明は、前記リッチ判定手段を、酸
素濃度検出手段の出力値が所定の変化速度以上でリッチ
方向に変化したときにリッチ状態を判定するように構成
する。

【０００８】第３の発明は、前記各発明のリッチ判定手
段を、前記酸素濃度検出手段の出力値が、所定のリーン
側しきい値よりもリッチ側に設定されたリッチ側しきい
値以上となったときにもリッチ判定を行うように構成す
る。

【０００９】第４の発明は、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、
前記触媒下流の排気酸素濃度を検出する酸素濃度検出手
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、演算された酸素ストレージ量に
基づき、前記触媒の酸素ストレージ量が所定量となるよ
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
を備える。また、前記空燃比制御手段は、前記酸素濃度
検出手段の出力値の変化速度に基づき触媒下流の酸素濃
度がリーンになったことを判定するリーン判定手段を有
し、前記酸素濃度出力値が所定のリッチ域にあり、かつ
前記リーン判定手段によりリーン状態が判定されたとき
に、前記酸素ストレージ量を最大容量にリセットするよ
うに構成する。

【００１０】第５の発明は、前記第４の発明のリーン判
定手段を、酸素濃度検出手段の出力値が所定の変化速度
以上でリーン方向に変化したときにリーン状態を判定す
るように構成する。

【００１１】第６の発明は、前記第４または第５の発明
のリーン判定手段を、前記酸素濃度検出手段の出力値
が、所定のリッチ側しきい値よりもリーン側に設定され
たリーン側しきい値以上となったときにもリーン判定を
行うように構成する。

【００１２】

【作用・効果】前記第１〜第３の発明によれば、酸素濃
度検出手段からの出力値の変化速度に基づいて、例えば
第２の発明として示したように、当該出力値が所定の変
化速度以上でリッチ方向に変化したときにリーンからリ
ッチへと空燃比が変化したと判定するようにしたことか
ら、ある瞬間の酸素濃度出力値をしきい値と比較して判
定を行う場合に比べてより速やかに空燃比変化を検出す
ることが可能であり、それだけ空燃比制御の制度を高め
て排気エミッションを改善することができる。

【００１３】さらに、第３の発明のように酸素濃度瞬時
値としきい値との比較による判定を付加することによ
り、酸素濃度の変化速度が小さい場合にリッチ方向への
空燃比変化を検出できなくなるという不具合を回避して
リッチ判定および制御の信頼性を高めることができる。

【００１４】これに対して、前記第４〜第６の発明によ
れば、酸素濃度検出手段からの出力値の変化速度に基づ
いて、例えば第５の発明として示したように、当該出力
値が所定の変化速度以上でリーン方向に変化したときに
リッチからリーンへと空燃比が変化したと判定するよう
にしたことから、ある瞬間の酸素濃度出力値をしきい値
と比較して判定を行う場合に比べてより速やかにリーン
方向への空燃比変化を検出することが可能であり、それ
だけ空燃比制御の制度を高めて排気エミッションを改善
することができる。

【００１５】さらに、第６の発明のように酸素濃度瞬時
値としきい値との比較による判定を付加することによ
り、酸素濃度の変化速度が小さい場合にリーン方向への
空燃比変化を検出できなくなるという不具合を回避して
リーン判定および制御の信頼性を高めることができる。

【００１６】空燃比変化の判定精度を最大限に高めるた
めには第１の発明と第４の発明の双方を適用することが
好ましいことは言うまでもないが、例えば既述した酸素
濃度出力値のヒステリシス特性に原因してＮＯｘの排出
量のみが問題となる場合には、リッチからリーンへの空
燃比変化の検出精度を高める必要があることから、第４
の発明を適用するのみでも有効である。

【００１７】

【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。ここではまず図１〜図１
０により本発明の前提となる、酸素ストレージ機能を有
する三元触媒による排気浄化システムについて説明し、
図１１以下にて本発明に係る構成について説明する。

【００１８】図１において、１は火花点火式エンジン、
２は排気管、３は排気管２の途中に介装された三元触
媒、４は三元触媒３の入口部に設けられた排気特性検出
手段としてのフロントＡ／Ｆセンサ、５は三元触媒の出
口部に設けられた酸素濃度検出手段としてのリアＯ₂セ
ンサ、６はコントローラである。前記コントローラ６は
本発明の酸素ストレージ量演算手段、空燃比制御手段、
リーンまたはリッチ判定手段の機能を併有する。

【００１９】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。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。

【００２０】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および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。

【００２１】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。

【００２２】さらに、これら高速成分HO2および低速成
分LO2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。

【００２３】−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、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および低速成分
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。

【００２４】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。なお、ここでは触媒３の下流に安価なＯ₂センサ
を設けたが、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。

【００２５】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。

【００２６】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および冷
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および低速成分LO2）を演算する。

【００２７】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シフトさせて高速成分HO2を減少
させ、逆に、所定量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が一定に保たれるようにする。

【００２８】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。

【００２９】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および高速
成分LO2を最小容量にリセットする。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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）。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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および高速成分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。

【００３７】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。

【００３８】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を取り付け、触媒３の温度を直接測定するよう
にしてもよい。

【００３９】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。

【００４０】次に、ステップＳ４から６およびステップ
Ｓ８で実行されるサブルーチンについて説明する。

【００４１】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。

【００４２】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）。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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および低速成
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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】その結果、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が酸素を吸収する状態にあると判断
してステップ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。

【００５３】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）、 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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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および低速成分LO2）のリ
セット条件が成立したか否かを判定し、フラグFrichお
よびフラグFleanのセットを行うものである。

【００６６】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Flean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。

【００６７】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および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。

【００６８】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。

【００６９】これによると、ステップＳ６１、Ｓ６２で
フラグFleanおよび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。

【００７０】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のリセットは行わない。一方、フラグF
rich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および低速成分LO2がそ
れぞれ最小容量HO2MIN、LO2MINにリセットされる。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】さらに、コントローラ６が行う空燃比制御
（酸素ストレージ量一定制御）について説明する。

【００７４】図９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。

【００７５】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が読み込まれ（ステップＳ７１）、
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
る（ステップＳ７２）。高速成分の目標値TGHO2は、例
えば高速成分の最大容量HO2MAXの半分に設定される。

【００７６】そしてステップ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
空燃比が設定される。

【００７７】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側に設定され、
酸素ストレージ量（高速成分HO2）の増大が図られる。
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側に設定され、
酸素ストレージ量（高速成分HO2）の減少が図られるこ
とになる。

【００７８】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。

【００７９】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、触媒３の転換効率を最大に保つべく、触
媒３の酸素ストレージ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。

【００８０】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、酸素ストレージ量の演
算は実際の特性に合わせて高速成分HO2と低速成分LO2と
に分けて行われる。

【００８１】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。

【００８２】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HO
2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。

【００８３】この結果、酸素ストレージ量の高速成分HO
2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。

【００８４】さらに、演算誤差が累積すると演算される
酸素ストレージ量が実際の酸素ストレージ量とずれてく
るが、触媒３下流がリッチあるいはリーンになったタイ
ミングで酸素ストレージ量（高速成分HO2および低速成
分LO2）のリセットが行われ、演算値と実際の酸素スト
レージ量とのずれが修正される。

【００８５】図１０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。

【００８６】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）。

【００８７】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。

【００８８】ただし本発明では、このようなリアＯ₂セ
ンサ５の瞬時出力としきい値との比較による酸素ストレ
ージ量のリセットに加えて、以下に詳述するように、リ
アＯ ₂センサ５の出力値の変化速度に基づいたリセット
処理をも実施する。

【００８９】図１１は前記リアＯ₂センサ５の出力値の
変化速度に基づいたリセット処理の一例を表したフロー
チャート、図１２と図１３はこの処理によるタイミムチ
ャートである。なお以下の説明では前述した酸素ストレ
ージ量の高速成分HO2または低速成分LO2を符号OSCで代
表させることにする。

【００９０】この処理ではまず、リアＯ₂センサ５の出
力を読み込み、次いでこれをリーン側判定値と比較し、
センサ出力値がリーン側判定値よりも小さくなった時点
でリッチからリーンに反転したと判定して酸素ストレー
ジ量OSCを最大値OSCmaxにリセットする（ステップＳ８
１〜Ｓ８３）。これは図７および図８に示した処理のう
ちリッチからリーンへの反転時の処理を簡略化して表現
したものであり、OSCmaxへのリセットはリッチからリー
ンへの反転時にのみ行われ、以後空燃比がリーン域にあ
るあいだはOSCmaxへのリセットは行なわない。

【００９１】次に、リアＯ₂センサ５の出力の変化速度
ΔRrO2を算出する（ステップＳ８４）。これは例えば前
回処理時の出力値との差分を演算することにより求めら
れる。この変化速度ΔRrO2が所定の判定値よりも大とな
ったときには酸素ストレージ量の演算値OSCを最小値に
リセットする（ステップＳ８５，Ｓ８６，図１２参
照）。

【００９２】一方、前記ステップＳ８２での比較におい
てセンサ出力値がリーン側判定値よりも高かったときに
は、次に所定のリッチ側判定値との大小関係を判定する
（ステップＳ８７）。ここでセンサ出力値がリッチ側判
定値よりも高かった場合には酸素ストレージ量の演算値
OSCを最小値にリセットし、それ以外の場合は今回の処
理を終了する（ステップＳ８８）。この部分も図７およ
び図８における該当する処理を簡略化して表現したもの
であり、前記最小値へのリセット処理は、リーンからリ
ッチへの反転時にのみ行われ、以後空燃比がリッチ域に
あるあいだは最小値へのリセットは行なわない。

【００９３】次に、リアＯ₂センサ５の出力の変化速度
ΔRrO2を算出し、これが所定の判定値よりも小（絶対値
としては大）となったときには酸素ストレージ量の演算
値OSCを最大値OSCmaxにリセットする（ステップＳ８９
〜Ｓ９１，図１３参照）。

【００９４】なお、前記変化速度ΔRrO2に対するリッチ
方向およびリーン方向への判定値は、例えば運転条件毎
に適切な結果が得られるように実験的に形成したマップ
をコントローラ６に記憶させておき、これを参照するこ
とで決定する。

【００９５】このようにして、リアＯ₂センサ５の出力
値の変化速度に基づいて酸素ストレージ量のリセット処
理を行うことにより、センサ出力のヒステリシス特性に
原因する遅れを補償してより精度良くリセット処理を行
うことができ、したがって排気エミッション性能をより
改善することができる。また、リアＯ₂センサ５の瞬時
出力としきい値との比較によるリセット処理を併用する
ことにより、センサ出力が緩やかに変化した場合に判定
不能となるおそれを解消して制御の信頼性を高めること
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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図９】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。

【図１０】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。

【図１１】酸素センサ出力の変化速度に基づいて酸素ス
トレージ量のリセット処理を行うルーチンの内容を示し
たフローチャート。

【図１２】図１１の制御を行ったときの様子を示す第１
のタイムチャート。

【図１３】図１１の制御を行ったときの様子を示す第２
のタイムチャート。

【図１４】酸素センサのヒステリシス特性に関する説明
図。

【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６コントローラ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 (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢ１０１Ｂ１０３ＢＦターム(参考） 3G084 BA09 DA25 EA11 EB08 EB11 EB24 FA18 FA20 FA27 FA29 FA33 FA38 3G091 AA17 AA28 AB03 BA15 BA19 CB02 CB03 DA01 DA02 DB07 DB08 DB10 DB16 DC03 EA05 EA16 EA18 EA30 EA31 EA34 FC04 GA06 GB05W GB06W GB07W HA36 HA37 HA39 3G301 MA01 NA08 NB02 NC02 ND06 NE13 NE15 PA17Z PD03A PD07Z PD09Z PD12Z PE01Z PE03Z PE08Z 4D048 AA06 AA13 AA18 AB05 AB07 BA30Y BA31Y BA33Y DA01 DA02 DA20 EA04

Claims

【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、前記触媒下流の排気酸素濃度を検出する酸素濃度検出手
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、演算された酸素ストレージ量に基づき、前記触媒の酸素
ストレージ量が所定量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、前記空燃比制御手段は、前記酸素濃度検出手段の出力値
の変化速度に基づき触媒下流の酸素濃度がリッチになっ
たことを判定するリッチ判定手段を有し、前記酸素濃度出力値が所定のリーン域にあり、かつ前記
リッチ判定手段によりリッチ状態が判定されたときに、
前記酸素ストレージ量を最小容量にリセットするように
構成されていることを特徴とするエンジンの排気浄化装
置。
【請求項２】前記リッチ判定手段は、酸素濃度検出手段
の出力値が所定の変化速度以上でリッチ方向に変化した
ときにリッチ状態を判定するように構成されている請求
項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】前記リッチ判定手段は、前記酸素濃度検出
手段の出力値が、所定のリーン側しきい値よりもリッチ
側に設定されたリッチ側しきい値以上となったときにも
リッチ判定を行うように構成されている請求項１または
請求項２の何れかに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】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、前記触媒下流の排気酸素濃度を検出する酸素濃度検出手
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、演算された酸素ストレージ量に基づき、前記触媒の酸素
ストレージ量が所定量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、前記空燃比制御手段は、前記酸素濃度検出手段の出力値
の変化速度に基づき触媒下流の酸素濃度がリーンになっ
たことを判定するリーン判定手段を有し、前記酸素濃度出力値が所定のリッチ域にあり、かつ前記
リーン判定手段によりリーン状態が判定されたときに、
前記酸素ストレージ量を最大容量にリセットするように
構成されていることを特徴とするエンジンの排気浄化装
置。
【請求項５】前記リーン判定手段は、酸素濃度検出手段
の出力値が所定の変化速度以上でリーン方向に変化した
ときにリーン状態を判定するように構成されている請求
項４に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】前記リーン判定手段は、前記酸素濃度検出
手段の出力値が、所定のリッチ側しきい値よりもリーン
側に設定されたリーン側しきい値以上となったときにも
リーン判定を行うように構成されている請求項４または
請求項５の何れかに記載のエンジンの排気浄化装置。