(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸入空気量を検出する手段と、
エンジンの排気通路に設けられた触媒と、
前記触媒に流入する排気の空燃比を検出する手段と、
前記触媒から流出する排気の酸素濃度あるいは空燃比を検出する手段と、
検出された前記触媒に流入する排気の空燃比と前記エンジンの吸入空気量に基づき触媒の酸素ストレージ量を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、
検出された前記触媒から流出する排気の酸素濃度あるいは空燃比が所定しきい値となったときに、前記酸素ストレージ量の演算誤差が縮小されるように酸素ストレージ量の演算値を補正する酸素ストレージ量補正手段と、
前記所定しきい値を吸入空気量に応じて補正するしきい値補正手段と、
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】
前記しきい値補正手段は、前記所定しきい値を吸入空気量が多いほどリーン側に補正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。
【請求項３】
所定しきい値としてリッチ側しきい値とリーン側しきい値の少なくとも２つを有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。
【請求項４】
前記しきい値補正手段は、前記リッチ側しきい値を吸入空気量が多いほどリーン側に補正する請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記しきい値補正手段は、前記リーン側しきい値を吸入空気量が多いほどリーン側に補正する請求項３または４に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記しきい値補正手段は、前記リッチ側しきい値とリーン側しきい値の中央値を吸入空気量が多いほどリーン側にシフトすることによって前記リッチ側しきい値とリーン側しきい値をリーン側にシフトすることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記酸素ストレージ量演算手段は、吸収速度が異なる高速成分と低速成分とに分けて酸素ストレージ量を演算することを特徴とする請求項１から６のいずれかひとつに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
前記酸素ストレージ量演算手段は、酸素吸収時、高速成分が優先して酸素を吸収し、高速成分が酸素を吸収しきれなくなったら低速成分が酸素を吸収し始めるという特性に基づき前記触媒の酸素ストレージ量を演算することを特徴とする請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
前記酸素ストレージ量演算手段は、酸素放出時、高速成分に対する低速成分の比が所定値より小さい場合は高速成分から優先して酸素が放出されるという特性に基づき前記触媒の酸素ストレージ量を演算することを特徴とする請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１０】
前記酸素ストレージ量演算手段は、酸素放出時、高速成分に対する低速成分の比が所定値より大きい場合は高速成分に対する低速成分の比が変化しないように高速成分と低速成分とから酸素が放出されるという特性に基づき前記触媒の酸素ストレージ量を演算することを特徴とする請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１１】
前記空燃比制御手段は、酸素ストレージ量のうち高速成分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請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１２】
前記酸素ストレージ量補正手段は、吸収速度が異なる高速成分と低速成分とに分けて酸素ストレージ量を演算し、前記触媒から流出する排気の酸素濃度あるいは空燃比が前記リッチ側しきい値になったときに高速成分及び低速成分の演算値をそれらの最小容量に補正することを特徴とする請求項３から６のいずれかひとつに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１３】
前記酸素ストレージ量補正手段は、吸収速度が異なる高速成分と低速成分とに分けて酸素ストレージ量を演算し、前記触媒から流出する排気の酸素濃度あるいは空燃比が前記リーン側しきい値になったときに高速成分の演算値をその最大容量に補正することを特徴とする請求項３から６のいずれかひとつに記載のエンジンの排気浄化装置。
【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も排気中の酸素が触媒に吸収され、逆に、触媒に流入する排気が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、触媒雰囲気を実質的に理論空燃比に保つことができる。
【０００３】
本出願人は、このような三元触媒を備えた排気浄化装置において、触媒の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から算出し、触媒の酸素ストレージ量が一定になるようにエンジンの空燃比制御を行い、触媒の転換効率を高く保つ技術を提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
ところで、上記技術において、触媒下流に設けられたＯ2センサの出力に基づき酸素ストレージ量の演算値を補正するようにすれば、酸素ストレージ量の演算誤差を解消することができる。例えば、Ｏ2センサ出力が所定のリッチ側スライスレベルとなったときは触媒の酸素ストレージ量はゼロになっていると考えられることから、その演算値がゼロになっていない場合はゼロにリセットする。
【０００５】
このようにＯ2センサ出力に基づき補正を行う際のスライスレベルの設け方としては、運転条件と無関係に一定のレベルとすることも考えられるが、本出願人の知見によれば、排気エミッションの浄化効率はＯ2センサ出力のスライスレベルの設け方によって変化し、また、排気エミッションの浄化効率を最良とするＯ2センサ出力のスライスレベルは運転条件によって、特にエンジンの吸入空気量に応じて変化する。
【０００６】
本発明は、上記スライスレベルと排気エミッション浄化効率との関係に着目してなされたものであり、酸素ストレージ量の演算の補正を行う際のＯ2センサ出力のスライスレベルを運転条件に応じて変更することにより、さらなる排気エミッション低減を図ることを目的とする。
【０００７】
【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、エンジンの吸入空気量を検出する手段と、エンジンの排気通路に設けられた触媒と、前記触媒に流入する排気の空燃比を検出する手段と、前記触媒から流出する排気の酸素濃度あるいは空燃比を検出する手段と、検出された前記触媒に流入する排気の空燃比と前記エンジンの吸入空気量に基づき触媒の酸素ストレージ量を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、検出された前記触媒から流出する排気の酸素濃度あるいは空燃比が所定しきい値となったときに、前記酸素ストレージ量の演算誤差が縮小されるように酸素ストレージ量の演算値を補正する酸素ストレージ量補正手段と、前記所定しきい値を吸入空気量に応じて補正するしきい値補正手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、しきい値補正手段が、前記所定しきい値を吸入空気量が多いほどリーン側に補正することを特徴とするものである。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明において、所定しきい値としてリッチ側しきい値とリーン側しきい値の少なくとも２つを有することを特徴とするものである。
【００１０】
第４の発明は、第３の発明において、しきい値補正手段が、前記リッチ側しきい値を吸入空気量が多いほどリーン側に補正するものである。
【００１１】
第５の発明は、第３または第４の発明において、しきい値補正手段が、前記リーン側しきい値を吸入空気量が多いほどリーン側に補正するものである。
【００１２】
第６の発明は、第３の発明において、しきい値補正手段が、前記リッチ側しきい値とリーン側しきい値の中央値を吸入空気量が多いほどリーン側にシフトすることによって前記リッチ側しきい値とリーン側しきい値をリーン側にシフトすることを特徴とするものである。
【００１３】
第７の発明は、第１から第６の発明において、酸素ストレージ量演算手段が、吸収速度が異なる高速成分と低速成分とに分けて酸素ストレージ量を演算することを特徴とするものである。
【００１４】
第８の発明は、第７の発明において、酸素ストレージ量演算手段が、酸素吸収時、高速成分が優先して酸素を吸収し、高速成分が酸素を吸収しきれなくなったら低速成分が酸素を吸収し始めるという特性に基づき前記触媒の酸素ストレージ量を演算することを特徴とするものである。
【００１５】
第９の発明は、第７の発明において、酸素ストレージ量演算手段が、酸素放出時、高速成分に対する低速成分の比が所定値より小さい場合は高速成分から優先して酸素が放出されるという特性に基づき前記触媒の酸素ストレージ量を演算することを特徴とするものである。
【００１６】
第１０の発明は、第７の発明において、酸素ストレージ量演算手段が、酸素放出時、高速成分に対する低速成分の比が所定値より大きい場合は高速成分に対する低速成分の比が変化しないように高速成分と低速成分とから酸素が放出されるという特性に基づき前記触媒の酸素ストレージ量を演算することを特徴とするものである。
【００１７】
第１１の発明は、第７の発明において、空燃比制御手段が、酸素ストレージ量のうち高速成分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ことを特徴とするものである。
【００１８】
第１２の発明は、第３から第６の発明において、酸素ストレージ量補正手段が、吸収速度が異なる高速成分と低速成分とに分けて酸素ストレージ量を演算し、前記触媒から流出する排気の酸素濃度あるいは空燃比が前記リッチ側しきい値になったときに高速成分及び低速成分の演算値をそれらの最小容量に補正することを特徴とするものである。
【００１９】
第１３の発明は、第３から第６の発明において、酸素ストレージ量補正手段が、吸収速度が異なる高速成分と低速成分とに分けて酸素ストレージ量を演算し、前記触媒から流出する排気の酸素濃度あるいは空燃比が前記リーン側しきい値になったときに高速成分の演算値をその最大容量に補正することを特徴とするものである。
【００２０】
【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空燃比に基づき触媒の酸素ストレージ量が演算され、触媒の転換効率を高めるべく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が行われる。そして、触媒下流の排気の酸素濃度あるいは空燃比が所定しきい値（スライスレベル）になると酸素ストレージ量の演算誤差を解消するために酸素ストレージ量の演算値の補正が行われる。
【００２１】
本出願人の知見によれば、このときのしきい値の設け方によって排気エミッションの浄化効率が変化し、排気エミッションの浄化効率を最適にする前記しきい値は吸入空気量に応じて決定される。そのため、本発明に係る排気浄化装置においては、前記所定しきい値を吸入空気量に応じて補正し、排気エミッションの浄化効率が最適となるようにする（第１の発明）。
【００２２】
上記所定しきい値の補正方法としては、吸入空気量が多くなるほど前記所定しきい値をリーン側に補正することが考えられる（第２の発明）。所定しきい値をリーン側に補正すれば、触媒から流出する排気がリーン側にずれたときの補正（リーンリセット）が行われにくくなってエンジンが比較的リーン側で運転されやすくなり、触媒から流出するＮＯｘ量を低減できる。
【００２３】
このような所定しきい値としてはリッチ側しきい値とリーン側しきい値との２つを設定することができ、この場合は吸入空気量が多くなるほどリッチ側しきい値、リーン側しきい値あるいはその両方をリーン側に補正する（第３から第５の発明）。補正量は両しきい値で異ならせてもよいし同じとしてもよい。また、リッチ側しきい値とリーン側しきい値をある値(中央値）からリーン側、リッチ側に所定量離れたところに設定する場合にはその中央値をリーン側に補正するようにしても良い（第６の発明）。
【００２４】
さらに、触媒の酸素ストレージ特性は、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が、第７から第１０の発明によると、触媒の酸素ストレージ量が実際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ので、酸素ストレージ量を正確に演算することができる。この結果、酸素ストレージ量を一定にするための空燃比制御の精度が高められ、触媒の転換効率を高く保つことができ、エンジンから排出されるエミッションの量をより一層低減することができる。
【００２５】
また、触媒の転換効率を高く保つのに寄与するのは主として吸収／放出速度が速い高速成分と考えられるが、第１１の発明によると高速成分が一定となるようにエンジンの空燃比制御が行われる。
【００２６】
さらに、触媒の酸素ストレージ特性に基づき、触媒から流出する排気の酸素濃度あるいは空燃比がリッチ側しきい値になると高速成分及び低速成分の演算値をそれらの最小容量に補正し、触媒から流出する排気の酸素濃度あるいは空燃比がリーン側しきい値になったときに高速成分の演算値をその最大容量に補正するようにすれば、それまでに蓄積された演算誤差を解消することができ、酸素ストレージ量の演算精度を一層高めることができる（第１２，１３の発明）。
【００２７】
【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。
【００２８】
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、排気通路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。
【００２９】
エンジン１の吸気通路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Qa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にはエンジン回転速度を検出するクランク角センサ１２が設けられている。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
さらに、これら高速成分HO2及び低速成分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。
【００３３】
− 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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
コントローラ６はマイクロプロセッサ、ＲＡＭ、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
さらに、リアＯ2センサ５のリーン判定、リッチ判定のスライスレベル（リッチ判定しきい値RDT、リーン判定しきい値LDT）はエンジン１の運転条件に応じて変更され、具体的には、エンジン１の吸入空気量Qaが多くなるほどリーン側に変更される。これは後述するように、設定するスライスレベルによって触媒３で浄化されずに触媒３をそのまま通過する排気エミッションの量、すなわち排気エミッションの浄化効率が変化することから、排気エミッションの浄化効率を最適にするスライスレベルを設定するためである。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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Ｓ３）。
【００４５】
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TACTo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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
次に、ステップＳ４から６及びステップＳ８で実行されるサブルーチンについて説明する。
【００５２】
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。
【００５３】
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）。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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LO2に応じて高速成分の酸素放出率Aが演算される。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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HO2の演算が行われる。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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HO2MAXに制限される。
【００６７】
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HO2に吸収されずに溢れ出るオーバーフロー分（不足量）OVERFLOW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HO2MIN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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
ステップＳ４２、Ｓ４３では、高速成分HO2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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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RO2が読み込まれる（ステップＳ５１）。そして、リアＯ2センサ出力RO2とリーン判定しきい値LDT、リッチ判定しきい値RDTとの比較が行われる（ステップＳ５２、Ｓ５３）。
【００７８】
比較の結果、リアＯ2センサ出力RO2がリーン判定しきい値LDT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RO2がリッチ判定しきい値RDT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。
【００７９】
リアＯ2センサ出力RO2がリーン判定しきい値LDTとリッチ判定しきい値RDT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。
【００８０】
ここで判定しきい値LDT、RDTは吸入空気量Qaに応じて設定される。これは排気エミッションを低減するのに最適なしきい値がエンジン１の吸入空気量Qaに応じて変化するからである。
【００８１】
図８は実験により得られたリッチ判定しきい値RDTとＮＯｘ流出率（＝触媒に流入するＮＯｘ量に対する触媒から流出するＮＯｘ量の割合）との関係を示したものである。これに示されるように、目標とするＮＯｘ流出率（例えば３％）を実現するリッチ判定しきい値RDTは吸入空気量Qaが多くなるほどリーン側になる。
【００８２】
リッチ判定しきい値RDTをリーン側に変更すれば酸素ストレージ量の演算値を最小容量とするリッチリセットが行われやすくなり、リッチリセット後は酸素ストレージ量が増加するように比較的リーン側の空燃比で運転される。
【００８３】
なお、リッチ判定しきい値RDTを、目標とするＮＯｘ流出率を実現する値よりもリッチ側にずらせばＮＯｘ流出率をさらに下げることができるが（図８参照）、
この場合はＨＣ、ＣＯの流出率が上がってしまい、全体としては排気エミッションの増加となってしまう可能性がある。
【００８４】
リーン判定しきい値LDTとＮＯｘ放出率の関係も図８に示した特性と略同じ特性となり、目標とするＮＯｘ流出率を実現するのに最適なリーン判定しきい値LDTは吸入空気量が多くなるほどリーン側になる。
【００８５】
リーン判定しきい値LDTをリーン側に変更すれば酸素ストレージ量の演算値を最大容量にリセットするリーンリセットが行われにくくなる。リーンリセット後は最大容量とされた酸素ストレージ量を減少させるようにリッチ空燃比運転が行われるため、このようにリーンリセットが行われにくくすることにより間接的にエンジン１の運転が比較的リーン側で行われやすくすることができる。
【００８６】
図９はリッチ判定しきい値RDTの設定ルーチンを示したものである。
【００８７】
これによれば、エンジン１の吸入空気量Qaが読み込まれ（ステップＳ５８）、図１０に示すテーブルを参照してこの吸入空気量Qaに応じたリッチ判定しきい値RDTが設定される（ステップＳ５９）。これにより、リッチ判定しきい値RDTを、吸入空気量Qaが多くなるほどリーン側の値に、逆に、吸入空気量Qaが少なくなるほどリッチ側の値に設定することができる。
【００８８】
リーン判定しきい値LDTの設定ルーチンも図９に示した処理と同様の処理であり、その際には図１０に示したテーブルと同様の特性のテーブルを参照してリーン判定しきい値LDTが設定される。これにより、リーン判定しきい値LDTを、吸入空気量Qaが多くなるほどリーン側の値に、吸入空気量Qaが少なくなるほどリッチ側の値に設定することができる。
【００８９】
なお、ここでは、リッチ判定しきい値RDT、リーン判定しきい値LDTをそれぞれ別のルーチンにより設定しているが、図９に示したのと同様の設定ルーチンにより、両判定しきい値の中央値を吸入空気量Qaに応じて設定しておき、この中央値に固定値である所定値dを加えた値をリッチ判定しきい値RDT、減じた値をリーン判定しきい値LDTとしてもよい。中央値と吸入空気量Qaとの関係は図１０に示した特性と同様であり、中央値、判定しきい値RDT及びLDTは吸入空気量Qaが多くなるほどリーン側に補正される。上記所定値dは固定値であるので、中央値が変化しても両判定しきい値RDT、LDTの間隔は常に一定となる。
【００９０】
図１１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。
【００９１】
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。
【００９２】
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Frich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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
図１２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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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HO2の比（LO2/HO2）が一定割合AR以下の場合は高速成分HO2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LO2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。
【０１０４】
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HO2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。
【０１０５】
この結果、酸素ストレージ量の高速成分HO2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。
【０１０６】
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及び低速成分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。
【０１０７】
図１３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。
【０１０８】
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）。
【０１０９】
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。
【０１１０】
また、エンジン１の吸入空気量Qaが多いほど上記定しきい値RDT、LDT（あるいはそれらの中央値）をリーン側に変更するようにしたことにより、吸入空気量Qaが多いときはリッチリセットが行われやすくなるとともに、リーンリセットが行われにくくなって、エンジン１の運転が比較的リーン側で行われやすくなる。このようにエンジン１の運転が比較的リーン側で行われやすくすることによって排気エミッションの浄化効率を最適にすることができる。
【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】リッチ判定しきい値とＮＯｘ流出率との関係を示した特性図である。
【図９】リッチ判定しきい値の設定ルーチンを示したフローチャートである。
【図１０】エンジンの吸入空気量に応じてリッチ判定しきい値を設定するためのテーブルである。
【図１１】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１２】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１３】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。
【符号の説明】
１  エンジン
２  排気通路
３  三元触媒
４  フロントＡ／Ｆセンサ
５  リアＯ2センサ
７  吸気通路
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
【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】
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【図７】
0003729083.tif 000008
【図８】
0003729083.tif 000009
【図９】
0003729083.tif 000010
【図１０】
0003729083.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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