JP4338865B2

JP4338865B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP4338865B2
Application number: JP2000044035A
Authority: JP
Inventors: 典男鈴木; 徹北村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2020-02-22
Also published as: JP2001234782A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する複数の排気浄化触媒を有する排気浄化装置に関し、特に排気中の未燃成分濃度を数十ｐｐｍ以下のレベルまで低減することができるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ）を酸化還元する三元触媒を排気系に複数配置して、排気中の不要成分をより低減すること、及びこれらの三元触媒の上流側と下流側とに酸素濃度センサを設け、上流側センサの出力に基づいて空燃比を制御するメインフィードバック制御を実行するとともに、下流側センサ出力に基づいてメインフィードバック制御を補正するサブフィードバック制御を実行することは従来より知られている。
【０００３】
また三元触媒では、排気中の未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）と水（Ｈ₂Ｏ）とが反応して、水素（Ｈ₂）と二酸化炭素（ＣＯ₂）とを生成する水性ガス反応が起きるため、排気系の最下流に配置された三元触媒の下流側では、水素濃度が高くなる傾向がある。そして酸素濃度センサの周辺で水素濃度が高くなると、センサ出力は、実際の酸素濃度より低濃度側にシフトし、その結果、上記サブフィードバック制御の精度が低下するという問題が発生する。
【０００４】
この問題を解決するため、特開平８−３１９８２２号公報には、酸素蓄積能力を有する酸化セリウム（ＣｅＯ₂）の担持量を、三元触媒の位置に応じて変更する技術が示されている。すなわち、下流側の三元触媒の酸化セリウム担持量を、上流側三元触媒の酸化セリウム担持量より少なくすることにより、水性ガス反応を抑制し、触媒下流側における水素濃度の増加を抑えるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空燃比制御の精度を向上させるとともに、三元触媒の数を増やすことにより排気浄化性能を向上させると（最終的なＨＣ，ＣＯ成分の濃度を数十ｐｐｍ以下程度とすると）、空燃比がリッチ側に多少ずれたとしても最下流の三元触媒の下流側では、排気中のＨＣ、ＣＯ成分（通常未燃成分と呼ばれる酸化可能な成分）の濃度が極端に低いため、また酸素の濃度も極端に低いため、酸素濃度センサの出力変化が不十分なものとなり、従来のサブフィードバック制御を実行することができなくなる。すなわち、理論空燃比を境として出力電圧が急変するいわゆる二値型の酸素濃度センサは、白金電極の表面で排気中の未燃成分が酸化されることにより、出力電圧が変化するものであるため、未燃成分の濃度が極端に低下すると、十分な出力電圧の変化が得られなくなり、前記サブフィードバック制御を実行することが困難となる。
【０００６】
また、酸素濃度センサを最下流の触媒の下流側ではなく、複数の三元触媒の中間（例えば３つの三元触媒を配置する場合に、最下流の三元触媒の上流側）に配置する手法も知られているが、これでは最終的に排出される排気の状態を確認できないため、酸素濃度センサより下流側の触媒の劣化により、排気特性が悪化する可能性がある。
さらに、二値型の酸素濃度センサを使用した場合、触媒の酸素蓄積能力が飽和し、触媒下流側で酸素が過剰となったことが検出されないので、ＮＯｘの排出量が増加するおそれがあった。
【０００７】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、最終的な未燃成分の濃度が数十ｐｐｍ以下となるような低エミッション特性を実現するとともに、排気系最下流の触媒の下流側に配置したセンサの出力に基づいて、空燃比制御の補正を適切に行い、未燃成分のみならずＮＯｘの排出量増加も抑制することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、排気を浄化する複数の触媒手段を有する排気浄化装置において、前記排気系の最上流に配置された触媒手段の上流側に配置され、排気中の特定成分の濃度を検出する最上流検出手段と、前記排気系の最下流に配置された触媒手段の下流側に配置され、排気中の特定成分の濃度を検出する最下流検出手段と、前記機関に供給する混合気の目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、前記最上流検出手段の出力を用いて前記混合気の空燃比が前記目標空燃比と一致するようにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、前記最下流検出手段の出力が所定値を越える場合のみ、前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比を、前記最下流検出手段の出力に応じて補正する第１目標空燃比補正手段と、少なくとも前記最下流検出手段の出力が前記所定値を越えるまでの間、前記目標空燃比を理論空燃比より小さい値に補正する第２目標空燃比補正手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、最上流検出手段の出力を用いて空燃比が目標空燃比と一致するようにフィードバック制御が実行されるとともに、最下流検出手段の出力が所定値を越える場合のみ、最下流検出手段の出力に応じて目標空燃比が補正され、さらに少なくとも最下流検出手段の出力が前記所定値を越えるまでの間は、目標空燃比が理論空燃比より小さい値に補正される。最下流検出手段の出力が所定値を越える場合は、触媒手段における水性ガス反応によって、最下流の触媒手段の下流側で水素濃度が高くなっていることを示すので、この場合のみその最下流検出手段の出力に応じて目標空燃比を補正することにより、未燃成分の微少な増加に対応した目標空燃比の修正を行うことができ、最終的な排気中の未燃成分濃度を常に低レベルに維持することが可能となる。さらに少なくとも最下流検出手段の出力が前記所定値を越えるまでの間は、目標空燃比を理論空燃比より小さい値に補正することにより、排気中の酸素が過剰となってＮＯｘの排出量が増加する事態を回避し、良好な排気特性を維持することができる。
【００１０】
前記複数の触媒浄化手段は、前記最下流の触媒手段の下流側における未燃成分濃度を数十ｐｐｍ以下とする浄化性能を有するものである。また、前記最下流検出手段は、その出力が理論空燃比近傍で急変する特性を有する酸素濃度センサとすることが望ましい。
また前記第２目標空燃比補正手段は、触媒手段の酸素蓄積能力が飽和し易い機関運転状態において、前記補正を実行することが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の一形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその排気浄化装置の全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【００１２】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００１３】
一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ８が設けられており、この絶対圧センサ８により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気温（ＴＡ)センサ９が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１４】
エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ１０はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
エンジン１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲には、エンジン回転数（ＮＥ）センサ１１及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１２が取り付けられている。エンジン回転数センサ１１は、エンジン１の各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０゜毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力し、気筒判別センサ１２は、特定の気筒の所定クランク角度位置で気筒判別信号パルスを出力するものであり、これらの各信号パルスはＥＣＵ５に供給される。
【００１５】
排気管１３にはエンジン１の排気マニホールドの直ぐ下流に配置される直下三元触媒１４と、該直下三元触媒１４より下流側に若干離れて配置される第１〜第３の床下三元触媒１５，１６，１７とが設けられている。
直下三元触媒１４は、例えば１．０リットル程度の容積を有し、酸素貯蔵能力を有するセリア（ＣｅＯ_２、酸化セリウム）が、７００ｇ／ｃｆｔ（グラム／立方フィート）程度の割合で添加されている。１ｃｆｔ≒２８．３１７リットルであるので、７００ｇ／ｃｆｔ≒２５ｇ／リットルである。また、第１及び第２の床下三元触媒１５、１６は、例えばそれぞれ０．７リットル程度の容積を有し、第１の床下三元触媒１５にはセリアが添加されておらず、第２の床下三元触媒１６には、１５００ｇ／ｃｆｔ程度の割合でセリア添加されている。セリアを添加することにより、セリアを触媒とする水性ガス反応によりＮＯｘを還元して浄化しうるので、ＮＯｘ浄化ウインドウが広がり、リーン空燃比においてもＮＯｘの浄化率も向上させることができる。
【００１６】
直下三元触媒１４の上流位置には、最上流検出手段としての比例型空燃比センサ１８（以下「ＬＡＦセンサ１８」という）が装着されており、このＬＡＦセンサ１８は排気中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した電気信号を出力し、ＥＣＵ５に供給する。
【００１７】
第３の床下三元触媒１７の下流位置には、最下流検出手段としての二値型酸素濃度センサ（以下「Ｏ２センサ」という）２０が装着されており、Ｏ２センサ２０の検出信号はＥＣＵ５に供給される。このＯ２センサ２０は、その出力が理論空燃比の前後において急激に変化する特性を有し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベルとなり、リーン側で低レベルとなる。
【００１８】
また大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ２２が設けられており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成される。
【００１９】
ＣＰＵ５ｂは、上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、次式（１）に基づき、前記ＴＤＣ信号パルスに同期して駆動される燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。
ＴＯＵＴ＝ＴｉＭ×ＫＣＭＤ×ＫＬＡＦ×Ｋ１＋Ｋ２…（１）
ここに、ＴｉＭは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁６の基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたＴｉマップを検索して決定される。Ｔｉマップは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに対応する運転状態において、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。
【００２０】
ＫＣＭＤは目標空燃比係数であり、エンジン回転数ＮＥ、スロットル弁開度θＴＨ、エンジン水温ＴＷ等のエンジン運転パラメータに応じて設定される。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、目標当量比ともいう。
【００２１】
目標空燃比係数ＫＣＭＤは、後述するようにＯ２センサ２０の出力ＶＯ２が所定電圧ＶＯ２Ｈ２より高いときは、その出力ＶＯ２に応じて設定される第１の補正係数ＫＣＭＤＬＳにより補正される一方、Ｏ２センサ２０の出力ＶＯ２が、所定電圧ＶＯ２Ｈ２より低いときは、第２の補正係数ＫＣＭＤＲにより、１．０より僅かに大きい値となるように補正される。これは、エンジンの排気系やＬＡＦセンサ及び三元触媒の特性のばらつきや経年変化の影響を抑制し、特に排気管最下流における酸素濃度を適切に制御して、良好な排気特性を維持するためである。
【００２２】
ＫＬＡＦは、フィードバック制御の実行条件が成立するときは、ＬＡＦセンサ１８の検出値から算出される検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに一致するようにＰＩＤ制御により算出される空燃比補正係数である。
Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決定される。
ＣＰＵ５ｂは上述のようにして求めた燃料噴射時間ＴＯＵＴに基づいて燃料噴射弁６を開弁させる駆動信号を出力回路５ｄを介して燃料噴射弁６に供給する。
【００２３】
図２は前記式（１）に適用される目標空燃比係数ＫＣＭＤを算出する処理のフローチャートであり、本処理はＴＤＣ信号パルスの発生に同期してＣＰＵ５ｂで実行される。
ステップＳ１１では、エンジン運転状態に応じて目標空燃比係数ＫＣＭＤを算出する。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、基本的には、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定され、高負荷運転時やエンジン水温ＴＷが低いときは、エンジン負荷やエンジン水温ＴＷに応じた修正が行われる。
【００２４】
続くステップＳ１２〜Ｓ２０では、Ｏ２センサ出力ＶＯ２及びエンジン運転状態に応じて、目標空燃比係数ＫＣＭＤの補正係数ＫＣＭＤＬＳ及びＫＣＭＤＲを算出する。
排気管１３に配置した三元触媒１４〜１７が正常に機能している状態では、空燃比が理論空燃比よりリッチ側にずれた場合に水性ガス反応により、水素（Ｈ₂）濃度が増加する傾向がある。水性ガス反応は、下記化学式（２）のようにＣＯと、水（Ｈ₂Ｏ）とが反応して、Ｈ₂と、ＣＯ_２とを生成する反応（以下「水素生成反応」という）である。なお、実際には逆向きの反応（以下「逆反応」という）、すなわち、Ｈ₂と、ＣＯ_２とが反応して、ＣＯと、Ｈ₂Ｏとを生成する反応と、水素生成反応とが平衡状態となっており、水素生成反応と、逆反応との比率は、温度によって変化する。例えば５００℃では、水素生成反応の比率が高く、水素濃度はＣＯ濃度の４倍程度となる。
ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ⇔ＣＯ₂＋Ｈ₂ （２）
【００２５】
一方Ｏ２センサ２０は、水素濃度の増加に対して図３に示すような出力特性を有することが実験により確かめられている。そこで、本実施形態では、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が、所定電圧ＶＯ２Ｈ２より高くなったときは、センサ出力ＶＯ２に応じて第１の補正係数ＫＣＭＤＬＳを算出し、これにより目標空燃比係数ＫＣＭＤを補正するようにしている。
【００２６】
このように、Ｏ２センサ出力ＶＯ２により、最下流の三元触媒１７の下流側においても酸素の不足状態（空燃比のリッチ方向へのずれ）は水素濃度の増加により検出できるが、逆に酸素の過剰状態となっても、２値型Ｏ２センサ２０では、その状態を検出することができない。そこで、本実施形態では、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が水素濃度が低いことを示しているときは、第２の補正係数ＫＣＭＤＲを１．０より僅かに大きい値に設定し、三元触媒に蓄積された酸素を徐々に減少させるようにして、酸素過剰状態が発生することを防止するようにしている。その結果、酸素過剰状態に起因するＮＯｘ排出量の増加を回避することができ、良好な排気特性を維持することができる。
【００２７】
具体的には、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が所定電圧ＶＯ２Ｈ２（例えば０．５Ｖ）より高いか否かを判別し（ステップＳ１２）、ＶＯ２≦ＶＯ２Ｈ２であるときは、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥＴＨ（３０００ｒｐｍ）以下か否かを判別し（ステップＳ１６）、ＮＥ≦ＮＥＴＨであるときは、さらに吸気管内絶対圧ＰＢＡが、所定圧ＰＢＴＨ（例えば６１．３ｋＰａ（４６０ｍｍＨｇ））以下か否かを判別する（ステップＳ１７）。
【００２８】
そして、ＮＥ＞ＮＥＴＨまたはＰＢＡ＞ＰＢＴＨであるときは、目標空燃比係数ＫＣＭＤの第２の補正係数ＫＣＭＤＲを１．０（無補正値）に設定する（ステップＳ１９）とともに、目標空燃比係数ＫＣＭＤの第１の補正係数ＫＣＭＤＬＳを「１．０」（無補正値）に設定して（ステップＳ２０）、ステップＳ２１に進む。また、ＮＥ≦ＮＥＴＨかつＰＢＡ≦ＰＢＴＨであって、エンジン１が低負荷低回転状態にあるときは、第２の補正係数ＫＣＭＤＲをリッチ化所定値ＫＣＭＤＲ０（例えば１．００２）に設定して（ステップＳ１８）、前記ステップＳ２０に進む。
【００２９】
一方、ステップＳ１２でＶＯ２＞ＶＯ２Ｈ２であるときは、Ｏ２センサ出力ＶＯ２に応じて図４に示すＫＣＭＤＬＳＨテーブル及びＫＣＭＤＬＳＬテーブルを検索し、エンジン回転数ＮＥが所定高回転数ＮＥＨ（例えば２５００ｒｐｍ）以上の場合に適用される高回転用補正係数ＫＣＭＤＬＳＨ、及びエンジン回転数ＮＥが所定低回転数ＮＥＬ（例えば１５００ｒｐｍ）以下の場合に適用される低回転用補正係数ＫＣＭＤＬＳＬを算出する（ステップＳ１３）。ＫＣＭＤＬＳＨテーブル及びＫＣＭＤＬＳＬテーブルは、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が高くなるほど、すなわち水素濃度が高くなるほど、補正係数ＫＣＭＤＬＳＨ、ＫＣＭＤＬＳＬが減少するように設定され、かつＫＣＭＤＬＳＨ≧ＫＣＭＤＬＳＬとなるように設定されている。
【００３０】
続くステップＳ１４では、エンジン回転数ＮＥが、所定低回転数ＮＥＬ以下であるときは、ＫＣＭＤＬＳ＝ＫＣＭＤＬＳＬとし、所定高回転数ＮＥＨ以上であるときは、ＫＣＭＤＬＳ＝ＫＣＭＤＬＳＨとし、所定低回転数ＮＥＬと所定高回転数ＮＥＨと間にある（ＮＥＬ＜ＮＥ＜ＮＥＨ）ときは、エンジン回転数ＮＥに応じた補間演算を行って第１の補正係数ＫＣＭＤＬＳを算出する。
【００３１】
次いで、第２の補正係数ＫＣＭＤＲを１．０に設定し（ステップＳ１５）、ステップＳ２１に進む。
ステップＳ２１では、ステップＳ１１で算出した目標空燃比係数ＫＣＭＤを、第１の補正係数ＫＣＭＤＬＳ及び第２の補正係数ＫＣＭＤＲを乗算することにより補正し、本処理を終了する。
【００３２】
以上のように本実施形態では、三元触媒１７の下流側で水素濃度が高くなったことを、Ｏ２センサ出力ＶＯ２により判定し、ＶＯ２＞ＶＯ２Ｈ２となって水素濃度が高くなったと判定したときは、Ｏ２センサ出力ＶＯ２に応じて設定される補正係数ＫＣＭＤＬＳにより、目標空燃比係数ＫＣＭＤをリーン方向へ補正するようにしたので、最終的な未燃成分濃度を数十ｐｐｍ以下とする低エミッション特性を常に維持することができる。さらに、ＶＯ２≦ＶＯ２Ｈ２であってかつ低負荷低回転運転状態にあるときは、第２の補正係数ＫＣＭＤＲを１．０より僅かに大きいリッチ化所定値ＫＣＭＤＲ０に設定するようにしたので、三元触媒の酸素蓄積能力が飽和して、排気管最下流において酸素過剰状態となることが回避することができる。その結果、ＮＯｘ排出量が増加することを防止し、良好な排気特性を維持することができる。
【００３３】
なお、図２の処理で、第２の補正係数ＫＣＭＤＲをリッチ化所定値ＫＣＭＤＲ０に設定するのを、低負荷低回転運転状態に限ったのは、例えばそのような状態での定速運転、緩やかな加速運転、または減速運転で、三元触媒の酸素蓄積能力の飽和状態が起きやすいからである。
【００３４】
図５は空燃比補正係数ＫＬＡＦを算出する処理のフローチャートであり、本処理はＴＤＣ信号パルスの発生毎にＣＰＵ５ｂで実行される。
ステップＳ６１でＬＡＦセンサ１８の出力に応じたフィードバック制御を実行するＬＡＦフィードバック制御条件が成立しているか否かを判別する。このＬＡＦフィードバック制御条件は、ＬＡＦセンサ１８が活性化しており、燃料供給遮断運転あるいはスロットル全開運転を実行していないこと等を条件として成立する。ステップＳ６１の答が否定（ＮＯ）のときは、空燃比補正係数ＫＬＡＦを「１．０」に設定して（ステップＳ６６）、本処理を終了する。
【００３５】
ＬＡＦフィードバック制御条件が成立するときは、ＬＡＦセンサ１８の出力を当量比に変換した検出当量比ＫＡＣＴと、目標空燃比係数ＫＣＭＤとの偏差ＤＫＡＦ（ｋ）（＝ＫＣＭＤ（ｋ）−ＫＡＣＴ（ｋ））を算出し（ステップＳ６２）、偏差ＤＫＡＦ（ｋ）及び各制御ゲインＫＰ，ＫＩ，ＫＤを下記式に適用して、比例項ＫＬＡＦＰ（ｋ）、積分項ＫＬＡＦＩ（ｋ）及び微分項ＫＬＡＦＤ（ｋ）を算出する（ステップＳ６３）。ここで、（ｋ），（ｋ−１）は、それぞれ今回値，前回値であることを示すために付されている。
ＫＬＡＦＰ（ｋ）＝ＤＫＡＦ（ｋ）×ＫＰ
ＫＬＡＦＩ（ｋ）＝ＤＫＡＦ（ｋ）×ＫＩ＋ＫＬＡＦ（ｋ−１）
ＫＬＡＦＤ（ｋ）＝（ＤＫＡＦ（ｋ）−ＤＫＡＦ（ｋ−１））×ＫＤ
【００３６】
そして、比例項ＫＬＡＦＰ、積分項ＫＬＡＦＩ及び微分項ＫＬＡＦＤを加算して空燃比補正係数ＫＬＡＦ（＝ＫＬＡＦＰ＋ＫＬＡＦＩ＋ＫＬＡＦＤ）を算出し（ステップＳ６４）、算出した空燃比補正係数ＫＬＡＦの値が所定上下限値の範囲内に入るようにリミット処理を行って（ステップＳ６５）、本処理を終了する。
本処理により、ＬＡＦセンサ出力に基づく検出当量比ＫＡＣＴが、目標空燃比係数ＫＣＭＤに一致するようにフィードバック制御が実行される。
【００３７】
図６は、本実施形態による制御を実行したときの、動作例を示すタイムチャートである。例えば、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、ＶＯ２＞ＶＯ２Ｈ２であるので、センサ出力ＶＯ２に応じて、目標空燃比係数ＫＣＭＤがリーン側に制御され、時刻ｔ２〜ｔ３の期間では、ＶＯ２＜ＶＯ２Ｈ２であるので、目標空燃比係数ＫＣＭＤが、１．０より僅かに大きな値に設定される。
【００３８】
本実施形態では、直下三元触媒１４及び床下三元触媒１５〜１７が、触媒手段に相当し、図２のステップＳ１１が目標空燃比設定手段に相当し、図６の処理がフィードバック制御手段に相当し、図２のステップＳ１２〜Ｓ１４及びＳ２０が第１目標空燃比補正手段に相当し、同図のステップＳ１２，Ｓ１５，Ｓ１６〜Ｓ１９が第２目標空燃比補正手段に相当する。より具体的には、所定電圧ＶＯ２Ｈ２が請求項１の「所定値」に相当し、第１の補正係数ＫＣＭＤＬＳによる補正が、第１目標空燃比補正手段による補正に相当し、第２の補正係数ＫＣＭＤＲによる補正が、第２目標空燃比補正手段による補正に相当する。
【００３９】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、床下三元触媒１５，１６は、まとめて１つの触媒としてもよく、また三元触媒１７は、ＨＣを吸着するＨＣ吸着触媒としてもよい。
また、上述した実施形態では、ＶＯ２≦ＶＯ２Ｈ２であってかつ低負荷低回転運転状態（ＮＥ≦ＮＥＴＨかつＰＢＡ≦ＰＢＴＨ）であるときのみ、空燃比補正係数ＫＣＭＤの第２の補正係数ＫＣＭＤＲを、リッチ化所定値ＫＣＭＤＲ０に設定するようにしたが、ＶＯ２≦ＶＯ２Ｈ２であるときは、常にリッチ化所定値ＫＣＭＤＲ０に設定するようにしても良い。
【００４０】
また、エンジンの低負荷低回転運転状態（ＮＥ≦ＮＥＴＨかつＰＢＡ≦ＰＢＴＨ）であるときは常に第２の補正係数ＫＣＭＤＲ＝ＫＣＭＤＲ０とし、ＶＯ２＞ＶＯ２Ｈ２となったときの第１の補正係数ＫＣＭＤＬＳを、リッチ化所定値ＫＣＭＤＲ０に対応してより小さな値（＝ＫＣＭＤＬＳ／ＫＣＭＤＲ０）に設定するようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、最上流検出手段の出力を用いて空燃比が目標空燃比と一致するようにフィードバック制御が実行されるとともに、最下流検出手段の出力が所定値を越える場合のみ、最下流検出手段の出力に応じて目標空燃比が補正され、さらに少なくとも最下流検出手段の出力が前記所定値を越えるまでの間は、目標空燃比が理論空燃比より小さい値に補正される。最下流検出手段の出力が所定値を越える場合は、触媒手段における水性ガス反応によって、最下流の触媒手段の下流側で水素濃度が高くなっていることを示すので、この場合のみその最下流検出手段の出力に応じて目標空燃比を補正することにより、未燃成分の微少な増加に対応した目標空燃比の修正を行うことができ、最終的な排気中の未燃成分濃度を常に低レベルに維持することが可能となる。さらに少なくとも最下流検出手段の出力が前記所定値を越えるまでの間は、目標空燃比を理論空燃比より小さい値に補正することにより、排気中の酸素が過剰となってＮＯｘの排出量が増加する事態を回避し、良好な排気特性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。
【図２】目標空燃比係数（ＫＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。
【図３】水素濃度とセンサ出力（ＶＯ２）との関係を示す図である。
【図４】図２の処理で使用するテーブルを示す図である。
【図５】空燃比補正係数（ＫＬＡＦ）を算出する処理のフローチャートである。
【図６】図２に示す制御を適用した場合のＯ２センサ出力及び目標空燃比係数（ＫＣＭＤ）の推移を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１内燃機関
５電子コントロールユニット（目標空燃比設定手段、フィードバック制御手段、第１目標空燃比補正手段、第２目標空燃比補正手段）
６燃料噴射弁
１３排気管
１４，１５，１６，１７三元触媒（触媒手段）
１８酸素濃度センサ（最上流検出手段）
２０酸素濃度センサ（最下流検出手段）

Claims

内燃機関の排気系に設けられ、排気を浄化する複数の触媒手段を有する排気浄化装置において、
前記排気系の最上流に配置された触媒手段の上流側に配置され、排気中の特定成分の濃度を検出する最上流検出手段と、
前記排気系の最下流に配置された触媒手段の下流側に配置され、排気中の特定成分の濃度を検出する最下流検出手段と、
前記機関に供給する混合気の目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
前記最上流検出手段の出力を用いて前記混合気の空燃比が前記目標空燃比と一致するようにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
前記最下流検出手段の出力が所定値を越える場合のみ、前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比を、前記最下流検出手段の出力に応じて補正する第１目標空燃比補正手段と、
少なくとも前記最下流検出手段の出力が前記所定値を越えるまでの間、前記目標空燃比を理論空燃比より小さくする第２目標空燃比補正手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。