(57)【要約】【課題】内燃機関の排気通路の上流側と下流側とに触媒を備える場合において、システム全体としての浄化性能が低下することを抑制する。【解決手段】内燃機関の排気通路に第一触媒と、センサと、第二触媒と、を順に備え、酸素吸蔵量の増減量が所定範囲内となるように、リーン制御とリッチ制御とを切り替え、リッチ制御を所定回数実施した後にリッチ制御を実施する場合には、センサにより検出される空燃比が理論空燃比よりも小さな空燃比であるリッチ判定閾値以下になるまでリッチ制御を継続する。【選択図】図５
2020090947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ酸素吸蔵能力を有する第一触媒と、
前記第一触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ酸素吸蔵能力を有する第二触媒と、
前記内燃機関の目標空燃比を理論空燃比よりも大きな空燃比であるリーン空燃比とするリーン制御と、前記内燃機関の目標空燃比を前記理論空燃比よりも小さな空燃比であるリッチ空燃比とするリッチ制御と、を交互に実施する制御装置と、
前記第一触媒よりも下流且つ前記第二触媒よりも上流の前記排気通路において排気の空燃比を検出するセンサと、
を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記制御装置は、
前記第一触媒の酸素吸蔵量の増減量を推定し、前記酸素吸蔵量の増減量が所定範囲内となるように、前記リーン制御と前記リッチ制御とを切り替え、
前記リッチ制御を所定回数実施した後に前記リッチ制御を実施する場合には、推定した前記酸素吸蔵量の増減量にかかわらず、前記センサにより検出される空燃比が前記理論空燃比よりも小さな空燃比であるリッチ判定閾値以下になるまで前記リッチ制御を継続し、前記センサにより検出される空燃比が前記リッチ判定閾値以下になると、前記リッチ制御から前記リーン制御に切り替える、
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記リーン制御を第二所定回数実施した後に前記リーン制御を実施する場合には、推定した前記酸素吸蔵量の増減量にかかわらず、前記センサにより検出される空燃比が前記理論空燃比よりも大きな空燃比であるリーン判定閾値以上になるまで前記リーン制御を継続し、前記センサにより検出される空燃比が前記リーン判定閾値以上になると、前記リーン制御から前記リッチ制御に切り替える、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
第一触媒及び第二触媒を排気通路に直列に備え、さらに、第一触媒よりも上流側に上流側空燃比センサ、第一触媒よりも下流且つ第二触媒よりも上流に下流側空燃比センサを備えている場合に、第一触媒よりも下流の排気の空燃比が理論空燃比とは異なる空燃比となったときに目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とで反転させる両側破綻制御を実施することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、第一触媒よりも下流の排気の空燃比がリッチ空燃比となったときに目標空燃比がリーン空燃比に切り替えられ、その後、この排気の空燃比がリーン空燃比になる前に目標空燃比がリッチ空燃比に切り替えられる片側破綻制御を実施することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０７１９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
両側破綻制御及び片側破綻制御では、第一触媒から流出する排気の空燃比を下流側空燃比センサにより検出し、検出される排気の空燃比に基づいて、目標空燃比（触媒に流入する排気の空燃比であって、内燃機関から流出する排気の空燃比）を変化させている。このように下流側空燃比センサにより検出される排気の空燃比に基づいて目標空燃比を変化させる場合には、下流側空燃比センサにより排気の空燃比を検出してから、第一触媒に流入する排気の空燃比が実際に変化するまでに時間を要する。そのため、下流側空燃比センサにより検出される空燃比が理論空燃比から変化した後、第一触媒に流入する排気の空燃比が実際に変化するまでの期間は、第一触媒及び第二触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比からずれている状態になるため、第一触媒及び第二触媒において酸素不足または酸素過剰になって、排気の浄化性能が低下する虞がある。したがって、第一触媒及び第二触媒で浄化されなかった物質が大気中に放出される虞がある。
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路の上流側と下流側とに触媒を備える場合において、システム全体としての浄化性能が低下することを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様の一つは、内燃機関の排気通路に設けられ酸素吸蔵能力を有する第一触媒と、前記第一触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ酸素吸蔵能力を有する第二触媒と、前記内燃機関の目標空燃比を理論空燃比よりも大きな空燃比であるリーン空燃比とするリーン制御と、前記内燃機関の目標空燃比を前記理論空燃比よりも小さな空燃比であるリッチ空燃比とするリッチ制御と、を交互に実施する制御装置と、前記第一触媒よりも下流且つ前記第二触媒よりも上流の前記排気通路において排気の空燃比を検出するセンサと、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記制御装置は、前記第一触媒の酸素吸蔵量の増減量を推定し、前記酸素吸蔵量の増減量が所定範囲内となるように、前記リーン制御と前記リッチ制御とを切り替え、前記リッチ制御を所定回数実施した後に前記リッチ制御を実施する場合には、推定した前記酸素吸蔵量の増減量にかかわらず、前記センサにより検出される空燃比が前記理論空燃比よりも小さな空燃比であるリッチ判定閾値以下になる
まで前記リッチ制御を継続し、前記センサにより検出される空燃比が前記リッチ判定閾値以下になると、前記リッチ制御から前記リーン制御に切り替える、内燃機関の排気浄化装置である。
【０００７】
第一触媒の酸素吸蔵量の増減量を推定し、この酸素吸蔵量の増減量に基づいて内燃機関の目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに変動させる場合に、目標空燃比と実際の空燃比とに差があることがある。すなわち、推定した酸素吸蔵量の増減量が所定範囲内となるようにリッチ制御とリーン制御とを切り替えたとしても、実際の酸素吸蔵量の増減量は所定範囲から外れている場合があり、この場合には、第一触媒の酸素吸蔵量に過不足が生じることがある。なお、所定範囲は、第一触媒の浄化性能が所望の性能になるような酸素吸蔵量の増減量の範囲である。
【０００８】
これに対し、制御装置は、リッチ制御を所定回数実施した後でのリッチ制御において、第一触媒から流出する排気の空燃比がリッチ判定閾値以下になるまでリッチ制御を継続している。なお、リッチ判定閾値は、第一触媒に酸素が吸蔵されていない場合に検出される空燃比、または、第一触媒に酸素が吸蔵されていないに等しい場合に検出される空燃比であり、理論空燃比よりも小さな空燃比である。このようにリッチ制御を継続することにより、第一触媒における酸素吸蔵量が略０になったことを把握することができる。そのため、その後に推定する酸素吸蔵量の増減量に基づいて、第一触媒の実際の酸素吸蔵量をより正確に把握することができる。また、目標空燃比と第一触媒から流出する排気の空燃比とを比較することにより、目標空燃比を補正することもできる。なお、所定回数は、第二触媒における酸素吸蔵量の減少と、第一触媒における酸素吸蔵量の増減量の推定精度とを勘案して決定される。すなわち、所定回数が少ないと、第二触媒に頻繁にリッチ空燃比の排気が流入することにより、第二触媒の酸素吸蔵量が減少して、第二触媒の浄化性能が低下する虞がある。一方、所定回数が多いと、第一触媒における酸素吸蔵量がリセットされる間隔が延びるため、酸素吸蔵量の推定精度が低下する虞がある。
【０００９】
以下では、センサの検出値がリッチ判定閾値以下になるまでリッチ制御を継続する制御をリッチ破綻制御ともいう。仮に、リッチ制御を実施する毎にリッチ破綻制御を実施すると、その度に第一触媒からリッチ空燃比の排気が流出してしまい、第二触媒の酸素吸蔵量が不足する虞がある。一方、第一触媒の酸素吸蔵量の増減量を推定し、この推定に基づいてリッチ制御を実施した場合には、第一触媒からリッチ空燃比の排気が流出することが抑制される。したがって、第一触媒の酸素吸蔵量の増減量を推定し、この推定に基づいてリッチ制御を所定回数実施した後に、リッチ破綻制御を実施することにより、第一触媒からリッチ空燃比の排気が流出する回数を低減することができる。そのため、第二触媒の酸素吸蔵量が低減することを抑制できるので、第二触媒における排気の浄化性能が低下することを抑制できる。すなわち、システム全体としての浄化性能が低下することを抑制できる。
【００１０】
また、前記制御装置は、前記リーン制御を第二所定回数実施した後に前記リーン制御を実施する場合には、推定した前記酸素吸蔵量の増減量にかかわらず、前記センサにより検出される空燃比が前記理論空燃比よりも大きな空燃比であるリーン判定閾値以上になるまで前記リーン制御を継続し、前記センサにより検出される空燃比が前記リーン判定閾値以上になると、前記リーン制御から前記リッチ制御に切り替えることができる。
【００１１】
リーン判定閾値は、第一触媒において酸素が飽和している場合に検出される空燃比、または、第一触媒において酸素が飽和しているに等しい場合に検出される空燃比であり、理論空燃比よりも大きな空燃比である。以下では、センサの検出値がリーン判定閾値以上になるまでリーン制御を継続する制御をリーン破綻制御ともいう。リッチ破綻制御を実施すると、第二触媒の酸素吸蔵量が減少してＨＣ，ＣＯの浄化が困難になる虞がある。一方、
リーン破綻制御を実施することで第一触媒からリーン空燃比の排気も排出させることにより、第二触媒の酸素吸蔵量が過剰に低減することを抑制できる。なお、第二所定回数は、上記所定回数と同じ値であってもよいが、異なっていてもよい。第二所定回数は、第二触媒における酸素吸蔵量が所望の範囲に維持されるように決定すればよい。また、リッチ制御における空燃比、リッチ判定閾値、リーン制御における空燃比、リーン判定閾値等を考慮して第二所定回数を決定してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、内燃機関の排気通路の上流側と下流側とに触媒を備える場合において、システム全体としての浄化性能が低下することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。
【図２】リッチ制御とリーン制御とを交互に実施している場合に、空燃比がリーン側にずれている場合の内燃機関における実際の空燃比（ＥｎｇＡ／Ｆ）、第二空燃比センサにより検出される空燃比（２ｎｄＡ／Ｆ）、第一触媒の実際の酸素吸蔵量の増減量（実ＯＳＡ）、第一触媒から流出する排気のＮＯｘ濃度の推移を示したタイムチャートである。
【図３】リッチ制御とリーン制御とを交互に実施した場合の内燃機関における空燃比（ＥｎｇＡ／Ｆ）、推定ＯＳＡ、実ＯＳＡの推移を示したタイムチャートである。
【図４】リッチ破綻制御を実施するときのＯＳＡ、２ｎｄＡ／Ｆ、ＥｎｇＡ／Ｆ、カウンタ、第二触媒酸素吸蔵量の推移を示したタイムチャートである。
【図５】実施例１，２に係るＯＳＡ制御のフローを示したフローチャートである。
【図６】実施例１，２に係るリッチ破綻関連制御のフローを示したフローチャートである。
【図７】実施例１に係るリーン関連制御のフローを示したフローチャートである。
【図８】リッチ破綻制御及びリーン破綻制御を実施するときのＯＳＡ、２ｎｄＡ／Ｆ、ＥｎｇＡ／Ｆ、第二触媒酸素吸蔵量の推移を示したタイムチャートである。
【図９】実施例２に係るリーン関連制御のフローを示したフローチャートである。
【図１０】実施例２に係るリーン破綻関連制御のフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１５】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関１と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ガソリン機関である。内燃機関１は、たとえば車両に搭載される。内燃機関１には、排気通路２が接続されている。この排気通路２の途中には、上流側から順に、三元触媒である第一触媒３と、三元触媒である第二触媒４と、が設けられている。
【００１６】
第一触媒３及び第二触媒４は、触媒雰囲気が理論空燃比またはその付近でＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを浄化する。第一触媒３及び第二触媒４は、酸素吸蔵能力を有している。すなわち、排気の空燃比がリーン空燃比のときに酸素を吸蔵し、排気の空燃比がリッチ空燃比のときに酸素を放出する。
【００１７】
第一触媒３よりも上流の排気通路２には、排気の空燃比を検出する第一空燃比センサ１１が取り付けられている。また、第一触媒３よりも下流で且つ第二触媒４よりも上流の排気通路２には、排気の空燃比を検出する第二空燃比センサ１２が取り付けられている。また、第二触媒４よりも下流の排気通路２には、排気の空燃比を検出する第三空燃比センサ１３が取り付けられている。
【００１８】
また、内燃機関１には、該内燃機関１へ燃料を供給する噴射弁６が取り付けられている。さらに、内燃機関１には、気筒内に電気火花を発生させる点火プラグ９が設けられている。また、内燃機関１には、吸気通路７が接続されている。吸気通路７の途中には、内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットル８が設けられている。スロットル８よりも上流の吸気通路７には、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１９が取り付けられている。
【００１９】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（コントローラ）であるＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、プロセッサ、主記憶部、補助記憶部を有したコンピュータである。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１６を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１７、および機関回転速度を検知するクランクポジションセンサ１８が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁６、スロットル８、点火プラグ９が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。このときには、プロセッサが、主記憶部上の所定のプログラムを実行する。
【００２０】
ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態（例えば、機関回転速度及びアクセル開度）に基づいて内燃機関１の目標空燃比を設定する。そして、第一空燃比センサ１１の検出値が目標空燃比となるように、スロットル８及び噴射弁６をフィードバック制御する。このフィードバック制御において、ＥＣＵ１０は、目標空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比とに変動させる。なお、目標空燃比がリーン空燃比のときの目標空燃比を目標リーン空燃比といい、目標空燃比がリッチ空燃比のときの目標空燃比を目標リッチ空燃比という。目標リーン空燃比は、理論空燃比（例えば、１４．６）よりも大きい空燃比（例えば、１４．６５）であり、目標リッチ空燃比は、理論空燃比よりも小さい空燃比（例えば、１４．５５）である。目標空燃比を目標リーン空燃比とした空燃比制御を以下ではリーン制御といい、目標空燃比を目標リッチ空燃比として空燃比制御を以下ではリッチ制御という。
【００２１】
ＥＣＵ１０は、第一触媒３の酸素吸蔵量の増減量ＯＳＡに基づいて、目標空燃比を目標リッチ空燃比と目標リーン空燃比とに交互に切り替えている。そのため、ＥＣＵ１０は、第一触媒３の酸素吸蔵量の増減量ＯＳＡを推定している。第一触媒３の酸素吸蔵量の増減量ＯＳＡは、エアフローメータ１９により検出される吸入空気量と、第一触媒３に流入する排気の空燃比とに基づいて推定することができる。リッチ制御及びリーン制御の夫々において、酸素吸蔵量の増減量ＯＳＡの瞬時値が夫々積算されることにより、酸素吸蔵量の増減量ＯＳＡが算出される。例えば、リーン制御時には酸素吸蔵量の増減量ＯＳＡが正の値になり、リッチ制御時には酸素吸蔵量の増減量ＯＳＡが負の値になる。すなわち、酸素吸蔵量の増減量ＯＳＡが正の値である場合には、その値は、第一触媒３において増加した酸素の量を示している。一方、酸素吸蔵量の増減量ＯＳＡが負の値である場合には、その値の絶対値は、第一触媒３において減少した酸素の量を示している。酸素吸蔵量の増減量ＯＳＡの瞬時値は、以下の式により算出される。
ＯＳＡ＝（実Ａ／Ｆ−理論Ａ／Ｆ）・燃料噴射量・空気の酸素濃度
但し、実Ａ／Ｆは第一空燃比センサ１１の検出値、理論Ａ／Ｆは理論空燃比（例えば１４．６）、燃料噴射量は噴射弁６から単位時間当たりに噴射される燃料の量である。この
酸素吸蔵量の増減量ＯＳＡを積算することにより、リーン制御時には、酸素吸蔵量の増加量が算出され、リッチ制御時には酸素吸蔵量の減少量が算出される。
【００２２】
ＥＣＵ１０は、リーン制御を実施しているときに第一触媒３の酸素吸蔵量の増減量ＯＳＡが上限閾値以上になると、リーン制御からリッチ制御に切り替える。また、ＥＣＵ１０は、リッチ制御を実施しているときに第一触媒３の酸素吸蔵量の増減量ＯＳＡが下限閾値以下になると、リッチ制御からリーン制御に切り替える。なお、本実施例では酸素吸蔵量の増減量ＯＳＡに基づいてリッチ制御とリーン制御とを切り替えているが、これに代えて、酸素吸蔵量自体に基づいてリッチ制御とリーン制御とを切り替えてもよい。下限閾値は所定範囲の下限値の一例であり、上限閾値は所定範囲の上限値の一例である。
【００２３】
上限閾値は、リーン制御中に第一触媒３からＮＯｘが流出することを抑制するように設定される。すなわち、第一触媒３の酸素吸蔵量が多くなり過ぎてしまうと、ＮＯｘを浄化することが困難となるため、第一触媒３の酸素吸蔵量が多くなり過ぎる前にリッチ制御に切り替わるように上限閾値が設定される。なお、第一触媒３から流出するＮＯｘの濃度が許容範囲となるように、上限閾値を設定してもよい。上限閾値は、予め実験またはシミュレーション等により求めておいてもよい。上限閾値は、第一触媒３の酸素吸蔵量の最大値である最大酸素吸蔵量ＯＳＣよりも少ない値であり、例えば最大酸素吸蔵量ＯＳＣの５０％になるように設定されてもよい。
【００２４】
一方、下限閾値は、リッチ制御中に、第一触媒３からＨＣ，ＣＯが流出することを抑制するように設定される。すなわち、リッチ制御中に第一触媒３の酸素吸蔵量が少なくなり過ぎてしまうと、ＨＣ，ＣＯを浄化することが困難となるため、第一触媒３の酸素吸蔵量が少なくなり過ぎる前にリーン制御に切り替わるように下限閾値が設定される。なお、第一触媒３から流出するＨＣ，ＣＯの量または濃度が許容範囲内となるように、下限閾値を設定してもよい。下限閾値は、予め実験またはシミュレーション等により求めておいてもよい。下限閾値は、その絶対値が最大酸素吸蔵量の５０％になるように設定されてもよい。
【００２５】
上記のようにリッチ制御とリーン制御とを交互に実施している場合には、第一触媒３から流出する排気の空燃比は理論空燃比になる。しかし、外乱等により内燃機関１の空燃比にずれが生じる場合がある。例えば、実際の空燃比が目標空燃比よりもリーン側にずれている場合には、リッチ制御を実施しているときであっても、第一触媒３に流入する実際の排気の空燃比はリーン空燃比になる場合もある。この場合、第一触媒３における実際の酸素吸蔵量の増減量が上限閾値を超えてしまい、第一触媒３において酸素が飽和する虞がある。そのため、第一触媒３においてＮＯｘを十分に浄化できなくなる虞がある。
【００２６】
図２は、リッチ制御とリーン制御とを交互に実施している場合に、空燃比がリーン側にずれている場合の内燃機関１における実際の空燃比（ＥｎｇＡ／Ｆ）、第二空燃比センサ１２により検出される空燃比（２ｎｄＡ／Ｆ）、第一触媒３の実際の酸素吸蔵量の増減量（実ＯＳＡ）、第一触媒３から流出する排気のＮＯｘ濃度の推移を示したタイムチャートである。図２のＥｎｇＡ／Ｆでは、空燃比の平均値が理論空燃比（例えば１４．６０）からＤ１だけずれたＳ１で示す値になっている。このため、リッチ制御を実施しているときであってもＥｎｇＡ／Ｆが理論空燃比（例えば１４．６）よりも大きくなっており、実際にはリッチ空燃比になっていない。そのため、実際に第一触媒３に流入する排気の空燃比はリーン空燃比の範囲で変動しており、第一触媒３には常にリーン空燃比の排気が流入する。そうすると、実ＯＳＡは減少することなく増加を続け、Ｔ１で示される時刻において実ＯＳＡが最大酸素吸蔵量ＯＳＣに到達する。すなわちＴ１から後には第一触媒３において酸素の吸蔵が困難になり、第一触媒３内の排気の空燃比がリーン空燃比になる。このＴ１よりも後の期間では、２ｎｄＡ／ＦがＥｎｇＡ／Ｆに対応した値になる。また、Ｔ１か
ら後の期間では、第一触媒３においてＮＯｘの浄化が困難となるため、第一触媒３からＮＯｘが流出する。
【００２７】
また、リッチ制御を実施しているときのＥｎｇＡ／Ｆが図２に示したようにリーン空燃比まではずれなくとも、空燃比が大きくなる側にずれていると、第一触媒３の酸素吸蔵量が徐々に減少してしまう。図３は、リッチ制御とリーン制御とを交互に実施した場合のＥｎｇＡ／Ｆ、推定ＯＳＡ、実ＯＳＡの推移を示したタイムチャートである。実線は、第一触媒３に流入する排気の実際の空燃比が目標空燃比に一致している場合を示し、破線は、第一触媒３に流入する排気の実際の空燃比が目標空燃比からリーン側にずれている場合を示している。なお、破線で示した場合であっても、リッチ制御時におけるＥｎｇＡ／Ｆは、理論空燃比（例えば１４．６）よりも小さい。Ｔ１１からＴ１２までの時間、及び、Ｔ１３からＴ１４までの時間はリッチ制御が実施されており、Ｔ１２からＴ１３までの時間、及び、Ｔ１４からＴ１５までの時間はリーン制御が実施されている。推定ＯＳＡは、ＥＣＵ１０が推定する第一触媒３の酸素吸蔵量の増減量を示し、実ＯＳＡは、第一触媒３の実際の酸素吸蔵量の増減量を示している。
【００２８】
第一触媒３に流入する排気の実際の空燃比が目標空燃比からリーン側にずれたとしても、空燃比がずれていることをＥＣＵ１０が認識できない場合には、推定ＯＳＡは実線と破線とで一致する。一方、実ＯＳＡでは、実際のＥｎｇＡ／Ｆが目標空燃比からリーン側にずれた場合（破線の場合）は、ずれていない場合（実線の場合）と比較して、リッチ制御のときには、酸素濃度の減少が小さいために、単位時間あたりの実ＯＳＡの減少量が小さくなる。一方、リーン制御のときには、酸素濃度の増加が大きいために、単位時間当たりの実ＯＳＡの増加量が大きくなる。推定ＯＳＡよりも実ＯＳＡの方が大きい場合に、推定ＯＳＡに基づいてリッチ制御とリーン制御とを切り替えると、第一触媒３の酸素吸蔵量が過剰に多くなる虞がある。
【００２９】
そこで、ＥＣＵ１０は、リッチ制御を複数回実施するうちの１回において、第二空燃比センサ１２の検出値がリッチ判定閾値以下になるまでは、リーン制御に切り替えないようにする。このように、第二空燃比センサ１２の検出値がリッチ判定閾値以下になるまでリッチ制御を継続する制御を以下ではリッチ破綻制御という。また、リッチ破綻制御を実施していないときのリッチ制御を以下では、通常リッチ制御という。なお、リッチ破綻制御を実施する場合には、通常リッチ制御を実施する場合よりも、目標リッチ空燃比を小さくしてもよい。この場合、リッチ破綻制御時の目標リッチ空燃比は、内燃機関１における実際の空燃比が目標空燃比からずれていたとしても、実際の空燃比がリッチ空燃比となるように十分に小さい空燃比に設定してもよい。
【００３０】
リッチ破綻制御を実施することにより、第一触媒３の酸素吸蔵量が略０になるため、酸素吸蔵量の推定値をリセットすることができる。この状態からリーン制御を実施することにより、酸素吸蔵量が過剰に多くなることを抑制できる。また、このときに第二空燃比センサ１２により検出される空燃比に基づいて、第一空燃比センサ１１の検出値または目標空燃比を補正することもできる。
【００３１】
図４は、リッチ破綻制御を実施するときのＯＳＡ、２ｎｄＡ／Ｆ、ＥｎｇＡ／Ｆ、カウンタ、第二触媒酸素吸蔵量の推移を示したタイムチャートである。図４におけるＯＳＡは、ＥＣＵ１０が推定するＯＳＡである。図４におけるカウンタは、リッチ制御からリーン制御に切り替わった回数をカウントするカウンタであり、リッチ破綻制御の終了時にリセットされるカウンタである。第二触媒酸素吸蔵量は、第二触媒４における酸素吸蔵量を示している。図４においてＴ２０では、カウンタが２になっている。カウンタが２になると、ＥＣＵ１０は、次のリッチ制御時にリッチ破綻制御を実施する。すなわち、通常リッチ制御を２回実施した後に、リッチ破綻制御を実施する。この２回は、所定回数の一例であ
る。なお、図４は、ＥｎｇＡ／Ｆと目標空燃比とにずれがない場合を示している。
【００３２】
例えば、Ｔ２０においてＯＳＡが上限閾値に達しているため、リッチ制御に切り替わるが、このときにカウンタが２であるため、Ｔ２０からはリッチ破綻制御が実施される。リッチ破綻制御では、ＯＳＡが下限閾値以上になってもＥｎｇＡ／Ｆはリッチ空燃比が維持される。そして、Ｔ２１においてＯＳＡの絶対値の大きさがＯＳＣを超えると、第一触媒３で酸素が不足状態となり、２ｎｄＡ／Ｆの検出値が理論空燃比からリッチ空燃比に変化する。そして、Ｔ２２において２ｎｄＡ／Ｆがリッチ判定閾値Ｒ１以下になると、ＥＣＵ１０は、リッチ破綻制御を終了させる。これに伴い、カウンタが０にリセットされる。Ｔ２２からはリーン制御が実施される。ここで、第一触媒３から流出する排気の空燃比は、リッチ破綻制御を実施しているとき以外は略理論空燃比となる。略理論空燃比の排気が第二触媒４に流入している間は、第二触媒４の酸素吸蔵量はほとんど変化しない。一方、リッチ破綻制御が実施されると、第二触媒４に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となるため、第二触媒４において吸蔵されている酸素が消費される。そのため、リッチ破綻制御を実施するごとに、第二触媒４の酸素吸蔵量が減少する。
【００３３】
Ｔ２１からＴ２３までの時間はリーン制御が実施される。Ｔ２３においてＯＳＡが上限閾値以上になるため、リッチ制御に切り替わる。Ｔ２３からＴ２４までの時間はリッチ制御が実施される。Ｔ２４においてＯＳＡが下限閾値以下になるため、リーン制御に切り替わる。Ｔ２４においてリッチ制御が終了すると、カウンタに１が加算される。同様にしてリーン制御とリッチ制御とが交互に実施され、Ｔ２７においてリーン制御からリッチ制御に切り替わるときにカウンタが２であるために、リッチ破綻制御が実施される。
【００３４】
図５は、本実施例に係るＯＳＡ制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートはＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。
【００３５】
ステップＳ１０１では、第一触媒３の酸素吸蔵量の増減量ＯＳＡに基づいて、目標空燃比を目標リッチ空燃比と目標リーン空燃比とに交互に切り替える制御（以下、ＯＳＡ制御ともいう。）を実施する前提条件が成立しているか否か判定される。例えば、内燃機関１が所定の運転条件下で運転されていること、及び、第一触媒３と第二触媒４とが共に活性していることなどを前提条件とする。ステップＳ１０１で肯定判定された場合には、ステップＳ１０２へ進む。一方、ステップＳ１０１で否定判定された場合には、ステップＳ１１２へ進んでＯＳＡ制御を終了させる。
【００３６】
ステップＳ１０２では、リーン制御終了フラグがＯＮであるか否か判定される。リーン制御終了フラグは、リーン制御が終了したときにＯＮになるフラグである。リーン制御終了フラグは初期状態でＯＦＦである。ステップＳ１０２で肯定判定された場合にはステップＳ１０３へ進み、否定判定された場合にはステップＳ１１１へ進む。なお、ステップＳ１１１で実施されるリーン関連制御については後述する。
【００３７】
ステップＳ１０３では、カウンタが２よりも小さいか否か判定される。このカウンタは、図４において説明したカウンタである。本ステップＳ１０３では、通常リッチ制御を実施した回数が２回未満であるか否か判定している。ステップＳ１０３で肯定判定された場合にはステップＳ１０４へ進み、否定判定された場合にはステップＳ１１０へ進む。なお、ステップＳ１１０で実施されるリッチ破綻関連制御については後述する。
【００３８】
ステップＳ１０４では、通常リッチ制御が開始される。すなわち、内燃機関１における目標空燃比が目標リッチ空燃比に設定される。そうすると、ＥＣＵ１０は、内燃機関１における空燃比が目標リッチ空燃比となるように、燃料噴射量または吸入空気量を調整する。ステップＳ１０４の処理が終了するとステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５では
、ＯＳＡが下限閾値以下であるか否か判定される。本ステップＳ１０５では、リッチ制御からリーン制御に切り替える時期であるか否か判定している。ステップＳ１０５で肯定判定された場合にはステップＳ１０６へ進み、否定判定された場合にはステップＳ１０５の処理を再度実行する。
【００３９】
ステップＳ１０６では、通常リッチ制御が終了される。その後、ステップＳ１０７において、カウンタに１が加算され、ステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８では、リーン制御終了フラグがＯＦＦにされる。ステップＳ１０８の処理が終了すると、本ルーチンを終了させる。
【００４０】
次に、ステップＳ１１０においてＥＣＵ１０により実行されるリッチ破綻関連制御について説明する。図６は、本実施例に係るリッチ破綻関連制御のフローを示したフローチャートである。リッチ破綻関連制御では、リッチ破綻制御及びそれに関連する制御を実行する。ステップＳ２０１では、リッチ破綻制御が開始される。ＥＣＵ１０は、内燃機関１における空燃比が目標リッチ空燃比となるように、燃料噴射量または吸入空気量を調整する。このときの目標リッチ空燃比は、通常リッチ制御時よりも小さい空燃比であってもよい。
【００４１】
ステップＳ２０２では、第二空燃比センサ１２の検出値（２ｎｄＡ／Ｆ）がリッチ判定閾値以下であるか否か判定される。本ステップＳ２０２では、第一触媒３に吸蔵されていた酸素の消費が完了したか否か判定している。リッチ破綻制御では、ＯＳＡではなく第二空燃比センサ１２の検出値に基づいて、リッチ制御からリーン制御に切り替える。ステップＳ２０２で肯定判定された場合にはステップＳ２０３へ進み、否定判定された場合にはステップＳ２０２の処理を再度実行する。
【００４２】
ステップＳ２０３では、リッチ破綻制御が終了される。その後、ステップＳ２０４において、カウンタがリセットされると本ルーチンが終了され、図５のステップＳ１０８へ進む。
【００４３】
次に、ステップＳ１１１においてＥＣＵ１０により実行されるリーン関連制御について説明する。図７は、本実施例に係るリーン関連制御のフローを示したフローチャートである。リーン関連制御では、リーン制御及びそれに関連する制御を実行する。ステップＳ３０１では、リーン制御が開始される。ＥＣＵ１０は、内燃機関１における空燃比が目標リーン空燃比となるように、燃料噴射量または吸入空気量を調整する。
【００４４】
ステップＳ３０２では、ＯＳＡが上限閾値以上であるか否か判定される。本ステップＳ３０２では、リーン制御からリッチ制御に切り替える時期であるか否か判定している。ステップＳ３０２で肯定判定された場合にはステップＳ３０３へ進み、否定判定された場合にはステップＳ３０２の処理を再度実行する。
【００４５】
ステップＳ３０３では、リーン制御が終了される。その後、ステップＳ３０４において、リーン制御終了フラグがＯＮにされる。ステップＳ３０４の処理が終了すると本ルーチンが終了され、図５に戻って図５のルーチンが終了される。
【００４６】
以上説明したように、本実施例によれば、リッチ制御を実施する複数回に１回はリッチ破綻制御を行うことにより、第一触媒３の酸素吸蔵量をリセットすることができる。これにより、第一触媒３の酸素吸蔵量に過不足が生じることを抑制できる。また、リッチ破綻制御は、リッチ制御を実施する毎に実施するのではなく、リッチ制御を所定回実施した後に１回実施するため、第二触媒４に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比になる期間が短い。そのため、第二触媒４において酸素が不足することを抑制できる。したがって、シス
テム全体としての浄化性能が低下することを抑制できる。
【００４７】
＜実施例２＞
本実施例２では、リッチ破綻制御に加えて、リーン破綻制御も実施する。リーン破綻制御は、第二空燃比センサ１２の検出値がリーン判定閾値以上になるまでリーン制御を継続する制御である。なお、リーン破綻制御を実施していないときのリーン制御を以下では、通常リーン制御という。リーン破綻制御を実施する場合には、通常リーン制御を実施する場合よりも、目標リーン空燃比を大きくしてもよい。この場合、リーン破綻制御時の目標リーン空燃比は、内燃機関１における実際の空燃比が目標空燃比からずれていたとしても、実際の空燃比がリーン空燃比となるように十分に大きい空燃比に設定してもよい。
【００４８】
ここで、図４に示したように、略理論空燃比の排気が第二触媒４に流入している間は、第二触媒４の酸素吸蔵量はほとんど変化しない。しかし、リッチ破綻制御が実施されると、第二触媒４に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となるため、第二触媒４において吸蔵されている酸素が消費される。そのため、リッチ破綻制御を実施する度に、第二触媒４の酸素吸蔵量が減少する。そうすると、第二触媒４の酸素吸蔵量が０になってしまい、システム全体としてのＨＣ、ＣＯの浄化率が低下する虞がある。
【００４９】
一方、リッチ破綻制御に加えてリーン破綻制御を実施することにより、リーン破綻制御時に第二触媒４に酸素を供給することができる。図８は、リッチ破綻制御及びリーン破綻制御を実施するときのＯＳＡ、２ｎｄＡ／Ｆ、ＥｎｇＡ／Ｆ、第二触媒酸素吸蔵量の推移を示したタイムチャートである。なお、図８は、ＥｎｇＡ／Ｆと目標空燃比とにずれがない場合を示している。Ｔ２６までは図４と同じため説明を省略する。図８では、リーン破綻制御を実施した後に通常リッチ制御を２回実施し、さらにその後にリッチ破綻制御を実施する。一方、図８では、リッチ破綻制御を実施した後に通常リーン制御を２回実施し、さらにその後にリーン破綻制御を実施する。この２回は、第二所定回数の一例である。
【００５０】
Ｔ２６においてＯＳＡが下限閾値以下になったためリッチ制御からリーン制御に切り替わるが、リッチ破綻制御終了時であるＴ２２から通常リーン制御が２回行われているので、Ｔ２６から実施されるリーン制御はリーン破綻制御になる。そのため、Ｔ３２において２ｎｄＡ／Ｆがリーン判定閾値Ｌ１以上になるまでリーン破綻制御が継続して行われる。リーン破綻制御を実施している途中のＴ３１において、ＯＳＡがＯＳＣ以上になり第一触媒３から流出する排気の空燃比がリーン空燃比になる。そして、第二触媒４に流入する排気の空燃比がリーン空燃比になると、第二触媒４の酸素吸蔵量が増加する。
【００５１】
次に本実施例２におけるＯＳＡ制御のフローについて説明する。本実施例に係るＯＳＡ制御は、図５のフローチャートにおいてステップＳ１１１のリーン関連制御が異なる。図９は、本実施例に係るリーン関連制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートは図５のステップＳ１１１において実行される。
【００５２】
ステップＳ４０１では、２ｎｄカウンタが２よりも小さいか否か判定される。この２ｎｄカウンタは、リーン制御からリッチ制御に切り替わった回数をカウントするカウンタであり、リーン破綻制御の終了時にリセットされるカウンタである。すなわち、２ｎｄカウンタは、通常リーン制御が実施された回数をカウントするカウンタである。本ステップＳ４０１では、通常リーン制御を実施した回数が２回未満であるか否か判定している。ステップＳ４０１で肯定判定された場合にはステップＳ４０２へ進み、否定判定された場合にはステップＳ４０７へ進む。なお、ステップＳ４０７で実施されるリーン破綻関連制御については後述する。
【００５３】
ステップＳ４０２では、通常リーン制御が開始される。すなわち、内燃機関１における
目標空燃比が目標リーン空燃比に設定される。そうすると、ＥＣＵ１０は、内燃機関１における空燃比が目標リーン空燃比となるように、燃料噴射量または吸入空気量を調整する。ステップＳ４０２の処理が終了するとステップＳ４０３へ進む。ステップＳ４０３では、ＯＳＡが上限閾値以上であるか否か判定される。本ステップＳ４０３では、リーン制御からリッチ制御に切り替える時期であるか否か判定している。ステップＳ４０３で肯定判定された場合にはステップＳ４０４へ進み、否定判定された場合にはステップＳ４０３の処理を再度実行する。
【００５４】
ステップＳ４０４では、通常リーン制御が終了される。その後、ステップＳ４０５において、２ｎｄカウンタに１が加算され、ステップＳ４０６へ進む。ステップＳ４０６では、リーン制御終了フラグがＯＮにされる。ステップＳ４０６の処理が終了すると図５に戻り、図５に示したルーチンが終了される。
【００５５】
次に、ステップＳ４０７においてＥＣＵ１０により実行されるリーン破綻関連制御について説明する。図１０は、本実施例に係るリーン破綻関連制御のフローを示したフローチャートである。リーン破綻関連制御では、リーン破綻制御及びそれに関連する制御を実行する。ステップＳ５０１では、リーン破綻制御が開始される。ＥＣＵ１０は、内燃機関１における空燃比が目標リーン空燃比となるように、燃料噴射量または吸入空気量を調整する。このときの目標リーン空燃比は、通常リーン制御時よりも大きい空燃比であってもよい。
【００５６】
ステップＳ５０２では、第二空燃比センサ１２の検出値（２ｎｄＡ／Ｆ）がリーン判定閾値以上であるか否か判定される。本ステップＳ５０２では、第一触媒３への酸素の吸蔵が完了したか否か判定している。ステップＳ５０２で肯定判定された場合にはステップＳ５０３へ進み、否定判定された場合にはステップＳ５０２の処理を再度実行する。
【００５７】
ステップＳ５０３では、リーン破綻制御が終了される。その後、ステップＳ５０４において、２ｎｄカウンタがリセットされると本ルーチンが終了され、図９のステップＳ４０６へ進む。
【００５８】
以上説明したように本実施例によれば、リッチ制御の複数回に１回はリッチ破綻制御を行い、リーン制御の複数回に１回はリーン破綻制御を行うことにより、第二触媒４の酸素吸蔵量を適切な範囲に維持することができるため、第二触媒４における排気の浄化性能が低下することを抑制できる。
【００５９】
＜その他の実施例＞
上記実施例１，２では、リッチ制御３回のうち１回をリッチ破綻制御にしているが、これに限らず、リッチ制御を複数回実施する中で少なくとも１回のリッチ破綻制御が含まれていればよい。この少なくとも１回とは、リッチ制御を実施した複数回よりも少ない回数である。例えば、リッチ制御を５回実施するうちの２回をリッチ破綻制御としてもよい。リーン破綻制御についても同様に、リーン制御を複数回実施する中で少なくとも１回のリーン破綻制御が含まれていればよい。
【００６０】
また、上記実施例２では、リッチ破綻制御とリーン破綻制御とを交互に実施している。すなわち、リッチ破綻制御が実施された後には、次のリッチ破綻制御が実施される前にリーン破綻制御が実施されている。しかし、リッチ破綻制御またはリーン破綻制御が連続していてもよい。例えば、リッチ破綻制御を複数回行った後にリーン破綻制御を実施してもよい。また、リーン破綻制御を複数回行った後にリッチ破綻制御を実施してもよい。これらの場合、第二触媒４の酸素吸蔵量が所望の範囲内になるように、リッチ破綻制御時における目標リッチ空燃比及びリッチ判定閾値と、リーン破綻制御時における目標リーン空燃
比及びリーン判定閾値とを決定してもよい。第二触媒４の酸素吸蔵量は、例えば、排気の流量及び第二空燃比センサ１２の検出値に基づいて算出することができる。このように、第二触媒４の酸素吸蔵量が所望の範囲内になるように、リッチ破綻制御及びリーン破綻制御を実施すれば、第二触媒４における排気の浄化性能が低下することを抑制できるので、システム全体としての浄化性能が低下することを抑制できる。
【符号の説明】
【００６１】
１  内燃機関
２  排気通路
３  第一触媒
４  第二触媒
６  噴射弁
７  吸気通路
８  スロットル
９  点火プラグ
１０  ＥＣＵ
１１  第一空燃比センサ
１２  第二空燃比センサ
１３  第三空燃比センサ
１６  アクセルペダル
１７  アクセル開度センサ
１８  クランクポジションセンサ
１９  エアフローメータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020090947.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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