(57)【要約】【課題】酸素ストレージ能力を有する触媒の目標酸素ストレージ量を適切に設定する。【解決手段】排気通路１２に配設された触媒１３の上流側・下流側にそれぞれＡ／Ｆセンサ１５、Ｏ２センサ１６を備え、触媒１３の酸素ストレージ量を算出する。触媒１３下流側の排気特性がリーン又はリッチと判定されたときに、算出した触媒１３の酸素ストレージ量を最大値又は最小値に初期化する。但し、触媒１３下流側の排気特性がリーン判定値とリッチ判定値との間を変化する時間が所定時間以下となるときには、前記酸素ストレージ量の初期化を禁止する。【選択図】図１
2004116344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の排気通路に配設され、酸素ストレージ能力を有する触媒と、
触媒上流側の排気特性を検出する第１排気特性検出手段と、
触媒下流側の排気特性を検出する第２排気特性検出手段と、
検出した排気特性に基づいて触媒の酸素ストレージ量を算出し、この酸素ストレージ量が目標酸素ストレージ量となるように空燃比を制御する制御手段と、
触媒下流側の排気特性がリーン又はリッチと判定されたときに、前記酸素ストレージ量の算出値をそれぞれの初期値に初期化する初期化手段と、
前記リーン判定と前記リッチ判定との間の時間が所定時間以下となるときに、前記初期化手段による酸素ストレージ量の初期化を禁止する初期化禁止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
機関の排気通路に配設され、酸素ストレージ能力を有する触媒と、
触媒上流側の排気特性を検出する第１排気特性検出手段と、
触媒下流側の排気特性を検出する第２排気特性検出手段と、
検出した排気特性に基づいて触媒の酸素ストレージ量を算出し、この酸素ストレージ量が目標酸素ストレージ量となるように空燃比を制御する制御手段と、
触媒下流側の排気特性がリーン又はリッチと判定されたときに、前記酸素ストレージ量の算出値をそれぞれの初期値に初期化する初期化手段と、
触媒が劣化しているか否かを判定する劣化判定手段と、
触媒が劣化していると判定されたときに、前記初期化手段による酸素ストレージ量の初期化を禁止する初期化禁止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
機関の排気通路に配設され、酸素ストレージ能力を有する触媒と、
触媒上流側の排気特性を検出する第１排気特性検出手段と、
触媒下流側の排気特性を検出する第２排気特性検出手段と、
検出した排気特性に基づいて触媒の酸素ストレージ量を算出し、この酸素ストレージ量が目標酸素ストレージ量となるように空燃比を制御する制御手段と、
触媒下流側の排気特性がリーン又はリッチと判定されたときに、前記酸素ストレージ量の算出値をそれぞれの初期値に初期化する初期化手段と、
機関が過渡状態のときに、前記初期化手段による酸素ストレージ量の初期化を禁止する初期化禁止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素ストレージ能力を有する触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関し、詳しくは、触媒の酸素ストレージ量を適正量に制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関の排気通路に三元触媒を備え、この三元触媒の酸素ストレージ量を機関吸入空気量と前記三元触媒に流入する排気空燃比とに基づいて推定（演算）し、酸素ストレージ量が一定となるように空燃比制御を行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２２８８７３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のように酸素ストレージ量を推定するものでは、それまでに蓄積された誤差を解消して酸素ストレージ量の推定精度を高めるべく、触媒下流側に設けられた酸素センサ等がリッチ又はリーンを検出したときに、推定した酸素ストレージ量をそれぞれの初期値に初期化するようになっている（リッチ検出時は最小値とし、リーン検出時は最大値とする）。
【０００５】
しかし、触媒が劣化する等によって酸素ストレージ量を初期化する頻度が増大すると、目標空燃比の切り換えが頻繁に行われることになり、空燃比制御が不安定となる。このため、酸素ストレージ量を目標酸素ストレージ量へと収束させることができず、排気浄化性能が損なわれてしまうという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、空燃比の変動を防止して、酸素ストレージ量を目標酸素ストレージへと確実に制御できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明は、触媒の酸素ストレージ量が目標酸素ストレージ量となるように空燃比を制御する内燃機関の排気浄化装置において、触媒下流側の排気特性がリーン又はリッチと判定されたときに、酸素ストレージ量の算出値をそれぞれの初期値に初期化する一方、リーン判定とリッチ判定との間の時間が所定時間以下となるときに、前記酸素ストレージ量の初期化を禁止するようにした。
【０００７】
このようにすれば、酸素ストレージ量の初期化頻度の増大（すなわち、目標空燃比の頻繁な切り換え）によって空燃比制御が不安定となることを防止できる。これにより、触媒の酸素ストレージ量を目標酸素ストレージ量へと制御する可能となり、排気浄化性能を高く維持できる。
また、触媒が劣化しているときは、通常、リーン判定値とリッチ判定値との間を変化する時間も短くなることから、触媒が劣化しているか否かを判定し、触媒が劣化していると判定されたときに、酸素ストレージ量の初期化を禁止するようにしてもよい。
【０００８】
更にまた、過渡状態にあるときに、酸素ストレージ量の初期化を禁止するようにした。これにより、実空燃比が変動している過渡状態において、更に目標空燃比が切り換わるような事態を回避できるので、空燃比制御が不安定となることを防止できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施形態に係る内燃機関のシステム構成図である。図１において、機関１の吸気通路２には、吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ３が設けられ、吸入空気量Ｑａはスロットルバルブ４により制御される。
【００１０】
吸気マニホールド５に設けられた燃料噴射弁６は、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）２０からの噴射信号によって開弁駆動され、燃料を噴射供給する。
機関の燃焼室７には火花点火を行う点火栓８が設けられており、吸気バルブ９を介して吸入された混合気を火花点火によって着火する。燃焼排気は、排気バルブ１０、排気マニホールド１１を介して排気通路１２に排出され、三元触媒１３、マフラー１４を通過した後、大気中の放出される。
【００１１】
前記三元触媒１３は、酸素ストレージ能力を有し、排気空燃比が理論空燃比よりリーンのときに酸素を吸着し、理論空燃比よりリッチのときに酸素を脱離しつつ、理論空燃比近傍で排気中のＣＯ、ＨＣを酸化し、ＮＯｘを還元して他の無害な成分（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２、Ｎ２）に転換する。
また、三元触媒１３の上流側には、排気中の酸素濃度に応じて空燃比をリニアに検出する広域型酸素濃度センサ（Ａ／Ｆセンサ）１５が設けられており、三元触媒１３の下流側には、理論空燃比近傍で出力値が急変するストイキ型の酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）１６が配設されている。
【００１２】
ここにおいて、コントロールユニット２０には、前記エアフローメータ３、Ａ／Ｆセンサ１５及びＯ２センサ１６の他、エンジン回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ１７、エンジン冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１８等の各種センサからの検出信号が入力される。
そして、コントロールユニット２０は、前記三元触媒１３の目標酸素ストレージ量を設定し、算出した酸素ストレージ量が前記目標酸素ストレージ量となるように空燃比をフィードバック制御する。具体的に説明すると、まず、前記三元触媒１３の酸素ストレージ量Ｏｓを次式により算出する。
【００１３】
Ｏｓ＝｛（λｒ−λｔ）／λｔ｝×Ｑａ×ｏｓ＋Ｏｓ０
ただし、λｒ：Ａ／Ｆセンサ１５で検出される実空燃比、λｔ：理論空燃比、Ｑａ：吸入空気量、ｏｓ：酸素吸着／脱離速度（λｒ＞λｔのときｏｓ＝ｏｓｓ＞０、λｒ＜λｔのときｏｓ＝ｏｐｓ＜０）、Ｏｓ０：酸素ストレージ量の前回算出値
次に、算出した酸素ストレージ量Ｏｓと目標酸素ストレージ量ＯＳＣとの偏差ΔＯｓ（＝Ｏｓ−ＯＳＣ）を算出する。
【００１４】
そして、この偏差ΔＯｓに基づく所定の処理（例えば、比例積分微分制御）によって三元触媒１３上流側の目標空燃比を算出し、前記Ａ／Ｆセンサ１５で検出される実空燃比が前記目標空燃比となるように燃料噴射量を制御する。
なお、三元触媒１３の酸素ストレージ量Ｏｓが目標酸素ストレージ量ＯＳＣよりも大きいとき（ΔＯｓ＜０）は、目標空燃比はリッチとなり、酸素ストレージ量Ｏｓが目標酸素ストレージ量ＯＳＣよりも小さいとき（ΔＯｓ＞０）は、目標空燃比はリーンとなる。
【００１５】
また、算出した酸素ストレージ量Ｏｓは、それまでの演算誤差を解消して演算精度を高く維持すべく、前記Ｏ２センサ１６の出力が所定のリッチ判定値又はリーン判定値となったときに（すなわち、リッチ判定又はリーン判定されたときに）それぞれ最小値又は最大値に初期化される。
以下、前記酸素ストレージ量Ｏｓの初期化について説明する。
【００１６】
図２は、前記酸素ストレージ量Ｏｓの初期化条件の成立判断及びＯ２センサ１６のリーン・リッチ反転時間の計測を行うフローチャートである。図２において、ステップ１（図中Ｓ１と記す。以下同じ）では、タイマＴＭ１、ＴＭ２を初期化する（ＴＭ１、ＴＭ２＝０）。
ステップ２では、Ｏ２センサ１６の出力を読み込む。
【００１７】
ステップ３では、Ｏ２センサ１６の出力とリーン判定値とを比較する。そして、Ｏ２センサ１６の出力がリーン判定値を下回っている場合には、ステップ４に進み、リーン初期化条件成立フラグＦｌを設定する（Ｆｌ＝１）と共に、タイマＴＭ１のカウントアップを開始する。
ステップ５では、Ｏ２センサ１６の出力がリッチ判定値に達したか否かを判定する。リッチ判定値に達していればステップ６に進み、リーン判定値からリッチ判定値までのタイマＴＭ１のカウント値ｔ１（以下、これをリーン〜リッチ反転時間という）を計測し、記憶する。
【００１８】
一方、ステップ２において、Ｏ２センサ１６の出力がリーン判定値以上である場合にはステップ７に進み、Ｏ２センサ１６の出力とリッチ判定値とを比較する。そして、Ｏ２センサ１６の出力がリッチ判定値を上回っている場合には、ステップ８に進み、リッチ初期化条件成立フラグＦｒを設定する（Ｆｒ＝１）と共にタイマＴＭ２のカウントアップを開始する。
【００１９】
ステップ９では、Ｏ２センサ１６の出力がリーン判定値に達したか否かを判定する。リーン判定値に達していればステップ１０に進み、リッチ判定値からリーン判定値までのタイマＴＭ２のカウント値ｔ２（以下、これをリッチ〜リーン反転時間という）を計測し、記憶する。
なお、ステップ７において、Ｏ２センサ１６の出力がリッチ判定値以下の場合、すなわち、リーン判定値とリッチ判定値との間にあるような場合には、ステップ１１に進み、リーン初期化条件成立フラグＦｌ及びリッチ初期化条件成立フラグＦｒの設定を解除する（Ｆｌ＝０、Ｆｒ＝０）。
【００２０】
図３は、前記酸素ストレージ量Ｏｓの初期化を示すフローチャートである。
図３において、ステップ２１では、機関が定常状態にあるか否かを判断する。かかる判断は、例えば、スロットル開度ＴＶＯの変化量が所定角度（５ｄｅｇ等）以下であるか否かを判断することにより行う。定常状態である場合は、ステップ２２に進み、定常状態でない場合（過渡状態である場合）は酸素ストレージ量Ｏｓの初期化を行わない。これは、実空燃比が変動している過渡状態において酸素ストレージ量Ｏｓの初期化を行うと、更に目標空燃比も変動することになって空燃比制御の不安定を招くからである。
【００２１】
ステップ２２では、リーン初期化条件成立フラグＦｌが設定されているか否かを判断する。リーン初期化フラグ条件成立フラグＦ１が設定されている場合は、ステップ２３に進む。
ステップ２３では、前記リッチ〜リーン反転時間ｔ２とあらかじめ設定した所定時間ＴＡとを比較する。前記リッチ〜リーン反転時間ｔ２が所定時間ＴＡを上回っている場合にはステップ２４に進み、酸素ストレージ量Ｏｓが最大値ＯＳＣｍａｘに初期化される。一方、前記リッチ〜リーン反転時間ｔ２が所定時間ＴＡ以下である場合には酸素ストレージ量Ｏｓの初期化は行わない。
【００２２】
ステップ２２において、リーン初期化条件成立フラグＦｌが設定されていない場合は、ステップ２５に進み、リッチ初期化条件成立フラグＦｒが設定されているか否かを判断する。そして、リッチ初期化条件成立フラグＦｒが設定されている場合は、ステップ２６に進む。
ステップ２６では、前記リーン〜リッチ反転時間ｔ１とあらかじめ設定した所定時間ＴＢとを比較する。前記リーン〜リッチ反転時間ｔ１が所定時間ＴＢを上回っている場合にはステップ２７に進み、酸素ストレージ量Ｏｓが最小値ＯＳＣｍｉｎに初期化される。一方、前記リーン〜リッチ反転時間ｔ１が所定時間ＴＢ以下である場合には酸素ストレージ量Ｏｓの初期化は行わない。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態では、Ｏ２センサ１６の出力が所定のリーン判定値又はリッチ判定値となったときに、酸素ストレージ量Ｏｓをそれぞれ最大値ＯＳＣｍａｘ又は最小値ＯＳＣｍｉｎに初期化することで、酸素ストレージ量Ｏｓの演算精度を高く維持すると共に、リッチ〜リーン反転時間ｔ１又はリーン〜リッチ反転時間ｔ２がそれぞれ所定時間ＴＢ又はＴＡ以下であるときは、上記初期化を禁止することで初期化頻度の増大を防止する。これにより、空燃比制御の悪化（不安定）を防止して、酸素ストレージ量を目標酸素ストレージ量へと確実に制御することができる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、リッチ〜リーン反転時間ｔ１と所定時間ＴＢとを比較することで又はリーン〜リッチ反転時間ｔ２と所定時間ＴＡとを比較することで酸素ストレージ量Ｏｓの初期化の可否を判断しているが、これに限られるものではなく、例えば、リッチ〜リーン反転時間ｔ１とリーン〜リッチ反転時間ｔ２との和（ｔ１＋ｔ２）と所定時間ＴＣ（ＴＡ＋ＴＢに相当）とを比較するようにしてもよい。
【００２５】
また、三元触媒１３が劣化することによって、リッチ〜リーン反転時間ｔ１やリーン〜リッチ反転時間ｔ２が短くなることから、三元触媒１３が劣化しているか否かを判定し、劣化していると判定されたときに、酸素ストレージ量Ｏｓの初期化を禁止するようにしてもよい。この場合においては、例えば、リッチ〜リーン反転時間ｔ１又はリーン〜リッチ反転時間ｔ２の初期状態からの減少量や最大酸素ストレージ量の初期状態からの減少量によって三元触媒１３の劣化を判定するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるシステム構成を示す図である。
【図２】酸素ストレージ量Ｏｓの初期化条件の成立判断及びリーン・リッチ反転時間の計測を行うフローチャートである。
【図３】酸素ストレージ量Ｏｓの初期化を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…エンジン、３…エアフローメータ、６…燃料噴射弁、１２…排気通路、１３…三元触媒、１５…Ａ／Ｆセンサ、１６…Ｏ２センサ、２０…コントロールユニット
【図１】
2004116344.tif 000003
【図２】
2004116344.tif 000004
【図３】
2004116344.tif 000005