(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を備える。そして、触媒１３上流側の排気がリーン化された後、触媒１３下流側の排気特性がリーン判定されるまでの時間と、触媒１３上流側の排気がリーン化された後、酸素ストレージ量の算出値が、設定された最大酸素ストレージ量となるまでの時間と、に応じて最大酸素ストレージ量を補正し、補正後の最大酸素ストレージ量に基づいて目標酸素ストレージ量を設定する。【選択図】図１
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【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する酸素ストレージ量算出手段と、
触媒上流側の排気がリーン化された後、触媒下流側の排気特性がリーン判定されるまでの時間を計測する第１計測手段と、
触媒上流側の排気がリーン化された後、前記酸素ストレージ量算出手段の算出する酸素ストレージ量が、設定された最大酸素ストレージ量となるまでの時間を計測する第２計測手段と、
前記第１計測手段の計測した時間と前記第２計測手段の計測した時間とに応じて前記最大酸素ストレージ量を補正する補正手段と、
補正後の最大酸素ストレージ量に基づいて目標酸素ストレージ量を設定し、前記触媒の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制御する制御手段と、
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】
前記補正手段は、前記第２計測手段の計測した時間に対して前記第１計測手段の計測した時間の方が短い場合に、前記最大酸素ストレージ量を小さくするよう補正することを特徴とする請求項１記載の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、特に、触媒の目標酸素ストレージ量を適切に設定する技術に関する。
【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、このような触媒では、排気中の有害成分（ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ）を酸化・還元反応によって無害成分に転換するのであるが、かかる転換効率を高く維持するためには、触媒の最大酸素ストレージ量に対して実際の酸素ストレージ量を適量に制御する必要がある。
【０００５】
しかし、触媒の最大酸素ストレージ量は劣化にしたがって減少するので、触媒の初期の最大酸素ストレージ量を基準として制御を続けると、酸素ストレージ量を適切な量に制御することができない。また、初期状態であっても、触媒の単体バラツキによって、触媒の実際の酸素ストレージ量と初期値として設定された最大酸素ストレージ量とが一致しない場合もあることから、初期値として設定された最大酸素ストレージ量を基準とした制御では、酸素ストレージ量を適切な量に制御することができない。このため、排気浄化性能が損なわれてしまうという問題があった。
【０００６】
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、設定された最大酸素ストレージ量を実際の最大酸素ストレージ量と精度よく一致させることで酸素ストレージ量を適切に制御し、転換効率を高く維持できるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、触媒上流側の排気がリーン化された後、触媒下流側の排気特性がリーン判定されるまでの時間と、触媒上流側の排気がリーン化された後、酸素ストレージ量の算出値が設定された最大酸素ストレージ量となるまでの時間と、に応じて前記最大酸素ストレージ量を補正し、補正後の最大酸素ストレージ量に基づいて目標酸素ストレージ量を設定するようにした。
【０００８】
触媒上流側の排気がリーン化された後、触媒下流側の排気がリーンとなったときは、触媒の酸素ストレージ量が最大量に達した状態となっている。従って、設定されている最大酸素ストレージ量と触媒の実際の最大酸素ストレージ量（吸着できる量）とが一致している場合は、触媒下流側の排気がリーンとなるまでの時間と、前記触媒の酸素ストレージ量の算出値が設定されている最大酸素ストレージ量となるまでの時間と、は等しくなるはずであり、逆にいえば、この両時間が異なる場合には、設定されている最大酸素ストレージ量と触媒の実際の最大酸素ストレージ量とが一致していないことになる。そして、前記両時間のずれが大きいほど、設定されている最大酸素ストレージ量と触媒の実際の最大酸素ストレージ量とのずれも大きくなる。従って、設定されている最大酸素ストレージ量を前記両時間（の差や比等）に応じて補正することで、実際の酸素ストレージ量からのずれを修正し、これに一致させることができ、この補正後の最大酸素ストレージ量を基準とすることで、目標酸素ストレージ量を適切に設定でき、排気浄化性能を高く維持できる。
【０００９】
また、酸素ストレージ量の算出値が設定された最大酸素ストレージ量となるまでの時間に対して、触媒下流側の排気がリーンとなるまでの時間が短い場合は、実際の最大酸素ストレージ量が、設定されている最大酸素ストレージ量よりも小さいことを意味するから、設定されている最大酸素ストレージ量を小さくするよう補正することで実際の最大酸素ストレージ量に一致させることができる。
【００１０】
【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。
【００１１】
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。
【００１２】
前記三元触媒１３は、酸素ストレージ効果を有し、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
ここで、前記目標酸素ストレージ量ＯＳＣは、三元触媒１３の最大酸素ストレージ量を基準として設定されるから（例えば、最大酸素ストレージ量の５０％とする）、目標酸素ストレージ量ＯＳＣを適切に設定するには、最大酸素ストレージ量を正確に把握することが必要となる。
このため、本実施形態では、燃料カット時及び所定のタイミングで最大酸素ストレージ量の学習を行うようにしている。
【００１７】
まず、燃料カット時の最大酸素ストレージ量の学習について説明する。
図２は、燃料カット時の最大酸素ストレージ量の学習を示す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、燃料カット要求があるか否かを判断し、燃焼カット要求がある場合にはステップ２に進み、燃料カット要求がない場合（又は燃料カットが終了した場合）にはステップ１２に進み、タイマＴＭ１を初期化して終了する。なお、燃料カットによって三元触媒１３に流入する排気が酸素過剰な状態となるから、燃料カットの開始と共に三元触媒１３の酸素ストレージ量が増大する。
【００１８】
ステップ２では、タイマＴＭ１のカウントアップを開始する。
ステップ３では、リーン判定フラグＦｌが設定されているか否かを判断する。リーンフラグＦｌが設定されていれば（Ｆｌ＝１であれば）、すでにリーン判定されているのでステップ６に進む。リーン判定フラグＦｌが設定されていなければ（Ｆ＝０であれば）、ステップ４に進む。
【００１９】
ステップ４では、前記Ｏ２センサ１６の出力が所定のリーン判定値に到達したか否かを判定する。燃料カットによって酸素過剰な排気が流入した場合でも、三元触媒１３がまだ酸素を吸着できる状態であれば、前記Ｏ２センサ１６の出力がリーン判定値となることはないが、三元触媒１３の酸素ストレージ量がその最大量となってそれ以上酸素を吸着できなくなると、三元触媒１３下流側の排気がリーンとなり、前記Ｏ２センサ１６の出力がリーン判定値に達する（を超える）ことになる。従って、かかるリーン判定によって、三元触媒１３が実際に吸着できる最大量（以下、これを「実際の最大酸素ストレージ量」という）となったか否かを判定できる。そして、前記Ｏ２センサ１６の出力が前記リーン判定値に到達したらステップ５に進む。
【００２０】
ステップ５では、リーン判定フラグＦｌを設定すると共に、燃料カットの開始から前記Ｏ２センサ１６の出力が前記リーン判定値に到達するまでに要した時間（すなわち、リーン判定されるまでの時間、以下、これを第１の時間という）ｔ１を計測する。
ステップ６では、酸素ストレージ量の算出値Ｏｓが、現在設定されている最大酸素ストレージ量（以下、これを「設定最大酸素ストレージ量」という）ＯＳＣｍａｘとなったか否かを判断する。そして、酸素ストレージ量の算出値Ｏｓが「設定最大酸素ストレージ量」ＯＳＣｍａｘになったらステップ７に進む。
【００２１】
ステップ７では、燃料カットの開始から、酸素ストレージ量の算出値Ｏｓが「設定最大酸素ストレージ量」ＯＳＣｍａｘに到達するまでに要した時間（以下、これを第２の時間という）ｔ２を計測する。
ステップ８では、前記第１の時間ｔ１から前記第２の時間ｔ２を減算して、到達時間差Δｔ（＝ｔ１−ｔ２）を算出する。
【００２２】
ステップ９では、前記到達時間差Δｔが０であるか否かを判断する。そして、到達時間差Δｔが０の場合、すなわち、前記第１の時間ｔ１と第２の時間ｔ２とが等しい場合は、「設定最大酸素ストレージ量」ＯＳＣｍａｘと「実際の最大酸素ストレージ量」とが一致していると判断してステップ１２に進み、タイマＴＭ１を初期化して終了する。この場合、現在設定されている「設定最大酸素ストレージ量」ＯＳＣｍａｘは、補正されることなくそのまま保持される。
【００２３】
一方、到達時間差Δｔが０でない場合、すなわち、前記第１の時間ｔ１と第２の時間ｔ２とが異なっている場合は、「設定最大酸素ストレージ量」ＯＳＣｍａｘと「実際の最大酸素ストレージ量」とに誤差が生じている（ずれている）と判断してステップ１０に進む。
ステップ１０では、前記到達時間差Δｔに基づいて、図３に示すようなテーブルを検索して補正量ＨＭＡＸＨＯＳ１を算出する。かかる補正量ＨＭＡＸＨＯＳ１は、Δｔ＞０（すなわち、ｔ１＞ｔ２）であれば正の値が、Δｔ＜０（すなわち、ｔ１＜ｔ２）であれば負の値が設定される。また、その絶対値（│ＨＭＡＸＨＯＳ１│）は到達時間差の絶対値│Δｔ│が大きいほど大きくなる。
【００２４】
ステップ１１では、次式のように加重平均を行って「設定最大酸素ストレージ量」ＯＳＣｍａｘを算出し、更新する（但し、ｋｆｃ：係数）。
ＯＳＣｍａｘ＝ＨＭＸ×ｋｆｃ＋（１−ｋｆｃ）×ＯＳＣｍａｘ（ｎ−１）
ＨＭＸ＝ＯＳＣｍａｘ（ｎ−１）＋ＨＭＡＸＨＯＳ１
この結果、到達時間差Δｔが０より大きい場合（すなわち、ｔ１＞ｔ２の場合）には、「設定最大酸素ストレージ量」ＯＳＣｍａｘは大きくなるよう補正され、到達時間差Δｔが０より小さい場合（すなわち、ｔ１＜ｔ２の場合）には、「設定最大酸素ストレージ量」ＯＳＣｍａｘは小さくなるよう補正されることになる。
【００２５】
そして、ステップ１２においてタイマＴＭ１を初期化し、リーン判定フラグＦｌを解除して（Ｆ１＝０として）終了する。
次に、キャリブレーションによる最大酸素ストレージ量の学習について説明する。図４は、キャリブレーションによる最大酸素ストレージ量の学習を示すフローチャートであり、所定のタイミングで実行される。
【００２６】
図４において、ステップ２１では、所定のキャリブレーション条件が成立しているか否かを判断する。この判断は、定常状態にあるか否かを判断するものであり、例えば、スロットル開度ＴＶＯの変化量が所定量（例えば、５ｄｅｇ）以下であるときにキャリブレーション条件の成立とする。
キャリブレーション条件が成立している場合にはステップ２２に進み、成立していない場合（成立後、不成立になった場合）にはステップ３３に進み、タイマＴＭ２を初期化して終了する。
【００２７】
ステップ２２では、前記三元触媒１３上流側の排気を強制的にリーン化するリーン化制御を実行する。かかるリーン化制御によって、上述した燃料カットの場合と同様、三元触媒１３に流入する排気が酸素過剰状態となるから、リーン化制御の開始と共に三元触媒１３の酸素ストレージ量が増大する。
ステップ２３では、タイマＴＭ２のカウントアップを行う。
【００２８】
そして、ステップ２４〜２９では、上述した燃料カット時の学習（図２のステップ３〜８参照）と同様に、リーン化制御の開始から前記Ｏ２センサ１６の出力が前記リーン判定値に到達するまでに要した時間（以下、これを第３の時間という）ｔ３を計測し、酸素ストレージ量の算出値Ｏｓが「設定最大酸素ストレージ量」ＯＳＣｍａｘに到達するまでに要した時間（以下、これを第４の時間という）ｔ４を計測し、その到達時間差Δｔ’（＝ｔ３−ｔ４）を算出する。
【００２９】
ステップ３０では、前記到達時間差Δｔ’が０であるか否かを判断し、到達時間Δｔ’が０でない場合にはステップ３１に進む。なお、到達時間差ΔＴ’が０の場合にはステップ３３に進み、燃料カットの学習と同様に、タイマＴＭ２を初期化して終了する。
ステップ３１では、前記到達時間差Δｔ’に基づいて、図５に示すようなテーブルを検索して補正量ＨＭＡＸＨＯＳ２を算出する。なお、ここで算出される補正量ＨＭＡＸＨＯＳ２の傾向は、燃料カット時の学習において算出される補正量ＨＭＡＸＨＯＳ１と同様である。
【００３０】
ステップ３２では、次式のように加重平均を行って「設定最大酸素ストレージ量」ＯＳＣｍａｘを算出し、更新する（但し、ｋｃａ：係数）。
ＯＳＣｍａｘ＝ＨＭＸ×ｋｃａ＋（１−ｋｃａ）×ＯＳＣｍａｘ（ｎ−１）
ＨＭＸ＝ＯＳＣｍａｘ（ｎ−１）＋ＨＭＡＸＨＯＳ２
以上のように、本実施形態では、燃料カット時に「設定最大酸素ストレージ量」ＯＳＣｍａｘを更新するようにしたので、燃料カット毎に「設定最大酸素ストレージ量」ＯＳＣｍａｘの「実際の最大酸素ストレージ量」からのずれを修正することができ、所定の（任意の）タイミングでキャリブレーショによる学習を行い「設定最大酸素ストレージ量」ＯＳＣｍａｘを更新するようにしたので、この「設定最大酸素ストレージ量」ＯＳＣｍａｘを基準とする目標酸素ストレージ量ＯＳＣを常に適切に設定することができ、排気浄化性能を高く維持することができる。
そして、ステップ３３において、タイマＴＭ２を初期化し、リーン判定フラグＦｌを解除して（Ｆ１＝０として）終了する。
【００３１】
なお、上記キャリブレーショによる最大酸素ストレージ量の学習中（図４）に燃料カット要求があった場合には、キャリブレーションによる最大酸素ストレージ量の学習は中止され、燃料カット時の最大酸素ストレージ量の学習（図２）が行われる。
また、三元触媒１３の温度変化によってその最大酸素ストレージ量が変化することを考慮して運転領域毎に最大酸素ストレージ量を記憶したマップを有するものに対して、上記最大酸素ストレージ量の学習を適用してもよい。この場合は、学習時の運転領域に対応する最大酸素ストレージ量（マップ記憶値）のみが更新されることになる。
【００３２】
更に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１又は請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置において、触媒上流側のリーン化が、燃料カットによるものであることを特徴とする。
このようにすれば、燃料カットが行われると同時に「設定最大酸素ストレージ量」を更新することができる。
（ロ）請求項１又は請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置において、触媒上流側のリーン化を強制的に行うことを特徴とする。
【００３３】
このようにすれば、「設定最大酸素ストレージ量」を任意のタイミングで更新することができる。
（ハ）請求項１、請求項２、（イ）又は（ロ）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置において、第２排気特性検出手段は、理論空燃比近傍で出力が急変する出力反転式の酸素センサであることを特徴とする。
【００３４】
このようにすれば、触媒上流側のリーン化後に、触媒下流側の排気がリーンになったときを容易に検出できる。
（ニ）請求項１、請求項２、（イ）〜（ハ）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置において、機関の運転領域毎に最大酸素ストレージ量を記憶したマップを有し、該当する運転領域の最大酸素ストレージ量を前記補正後の最大酸素ストレージ量に更新することを特徴とする。
【００３５】
このようにすれば、運転領域に応じて更に精度よく最大酸素ストレージ量を設定することができる。
【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】燃料カット時の最大酸素ストレージ量の学習を示すフローチャートである。
【図３】燃料カット時の学習における最大酸素ストレージ量の補正量を算出するテーブルの一例を示す図である。
【図４】キャリブレーションによる最大酸素ストレージ量の学習を示すフローチャートである。
【図５】キャリブレーションによる学習における最大酸素ストレージ量の補正量を算出するテーブルの一例を示す図である。
【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】
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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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