(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に触媒装置が介装されるとともに、この触媒装置の下流側に広域空燃比センサが配置された内燃機関の排気浄化装置において、上記触媒装置の触媒温度を直接に検出もしくは推定する手段と、上記触媒装置の触媒劣化度を判定する手段と、上記の触媒温度と触媒劣化度とから水性ガス反応による水素濃度に関連した補正パラメータを求める手段と、この補正パラメータによって上記空燃比センサによる空燃比検出値を補正する手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に触媒装置が介装されるとともに、この触媒装置の下流側に広域空燃比センサが配置され、この広域空燃比センサのポンピング電流に基づいて空燃比が検出される内燃機関の排気浄化装置において、上記触媒装置の触媒温度を直接に検出もしくは推定する手段と、上記触媒装置の触媒劣化度を判定する手段と、上記の触媒温度と触媒劣化度とから水性ガス反応による水素濃度に関連した補正パラメータを求める手段と、この補正パラメータによって上記ポンピング電流の値を補正する手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の運転条件から上記触媒温度を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
内燃機関の運転履歴から上記触媒劣化度を判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記触媒装置の温度を検出する触媒温度センサを有し、その温度履歴から上記触媒劣化度を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に触媒装置が介装されるとともに、この触媒装置の下流側に広域空燃比センサが配置された内燃機関の排気浄化装置において、上記触媒装置の下流側に、排気ガス中の一酸化炭素濃度を検出するセンサを有し、この検出した一酸化炭素濃度に基づいて上記空燃比センサによる空燃比検出値を補正することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路に触媒装置が介装されるとともに、この触媒装置の下流側に広域空燃比センサが配置され、この広域空燃比センサのポンピング電流に基づいて空燃比が検出される内燃機関の排気浄化装置において、上記触媒装置における水性ガス反応の度合いを検知する手段と、この水性ガス反応の度合いから水素濃度に関連した補正パラメータを求める手段と、この補正パラメータによって上記ポンピング電流の値を補正する手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
内燃機関の排気通路に触媒装置が介装されるとともに、この触媒装置の下流側に広域空燃比センサが配置され、この広域空燃比センサのポンピング電流に基づいて空燃比が検出される内燃機関の排気浄化装置において、上記触媒装置の下流側に配置された排気ガス中の水素濃度を検出するセンサと、このセンサの検出信号から水素濃度に関連した補正パラメータを求める手段と、この補正パラメータによって上記ポンピング電流の値を補正する手段とを備えてい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】
この発明は、排気通路に触媒装置を備えるとともに、その下流側に広域空燃比センサが設けられた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用内燃機関の排気ガスの浄化には、貴金属（白金、ロジウム等）またはその他の金属を担持した触媒が従来から使用されている。このような触媒は、排気ガス中の有害成分であるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を酸化還元して浄化しているが、効果的な浄化のためには、内燃機関の空燃比を制御する必要がある。特に、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを同時に浄化するには、三元点といわれる理論空燃比に高精度に制御しなければならない。そのため、周知のように、触媒装置の上流側もしくは下流側に、空燃比を検出するためのセンサを設け、その出力を用いて内燃機関の空燃比ひいては排気ガスの酸素濃度を制御している。
【０００３】
この空燃比検出用のセンサとしては、排気ガス中の酸素濃度によってオン・オフ的に出力が変化する酸素センサが比較的多く採用されているが、近年では、リーン領域での空燃比フィードバック制御の要請などから、空燃比の値そのものを広範囲に亙って検出し得る広域空燃比センサも広く用いられている。
【０００４】
図１は、この広域空燃比センサの原理を説明するための説明図であって、両面にそれぞれ電極を備えた２枚のジルコニア電極２１，２２の間に、排気通路から排気ガスが導入されるセンサ室２４が形成されているとともに、ジルコニア電極２２の反対側に、基準となる大気が導入される大気室２５が形成されている。なお、２６はヒータ、２７はアンプである。この空燃比センサでは、センサ室２４に排気ガスが拡散によって導入される。リーン側においては、ジルコニア電極２１に電流を流してセンサ室２４に入ってきた排気ガス中の酸素と一酸化窒素の酸素を汲み出し、この汲み出しに使用した電流（ポンピング電流）から空燃比を求めている。また、逆に、リッチ側では、センサ室２４に入ってきた排気ガス中の一酸化炭素や水素、炭化水素の還元物が酸化するのに必要な酸素をセンサ室２４に発生させるのに使用した電流（ポンピング電流）から空燃比を求めている。つまり、図３のように、理論空燃比においてポンピング電流は０となり、リーン側で正、リッチ側で負のポンピング電流が発生する。
【０００５】
このように、基本的には、排気ガス中に存在する酸化物の濃度および還元物の濃度を電流で求めていることになるが、排気ガスは、拡散によってセンサ室２４に入ってくるため、拡散速度によりセンシング部（電極表面）に到達する時間が異なるという問題がある。拡散速度は、ほぼ分子のサイズ（分子量）に依存し、リーン側でセンシングする成分である酸素と一酸化窒素とでは、それぞれの分子量がほぼ同一であり、拡散速度もほぼ同一であるため、特に支障はない。しかしながら、リッチ側でセンシングする成分である水素と一酸化炭素とでは、それぞれの分子量は大きく異なり、そのため拡散速度も異なる。分子のサイズ（分子量）が小さい水素は、一酸化炭素よりも拡散が早く、電極表面に早く到達する。そのため、同一濃度では、一酸化炭素よりも水素の方が早く電極表面に到達することから、電極で酸化するのに、水素の方が一酸化炭素よりも約４倍ものポンピング電流を必要とする。すなわち、水素と一酸化炭素とが同一濃度であっても、センシング部に到達する速度が早い水素の方が、還元物の濃度として４倍も濃いと出力してしまうことになる。但し、触媒装置の上流側であれば、排気ガス中の水素と一酸化炭素の比率は常に略一定であるため、水素と一酸化炭素とを一定割合で混合したときのポンピング電流と空燃比との関係、すなわち、図３の実線の特性を予め求めておき、実際の空燃比検出時には、この特性を用いてポンピング電流を空燃比に換算することができる。
【０００６】
なお、図３ではポンピング電流と空燃比との関係を直線で示しているが、実際には両者は単純な比例関係に無いので、ポンピング電流を空然比に換算するときには、複数のポンピング電流値に対する空燃比の値を記憶したマップから補間計算等を行って読み出すようにすることが多い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の広域空燃比センサを触媒装置の下流側に配置した場合には、いわゆる水性ガス反応によって、排気ガス中の水素と一酸化炭素の比率が変化し、検出空燃比に影響を与える、という問題がある。
【０００８】
すなわち、触媒では、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を酸化還元するほかに、下記のように、排気ガス中に多く含まれる水分と一酸化炭素が反応し、水素と二酸化炭素を発生させるいわゆる水性ガス反応が生じる。
【０００９】
Ｈ2Ｏ＋ＣＯ→Ｈ2＋ＣＯ2
この反応の度合いは、触媒の温度や触媒の劣化度により変化するが、この反応が生じると、排気ガス中の水素が増加する。つまり、図２に示すように、触媒装置の上流側に比べて下流側では、一酸化炭素の濃度が低下し、水素の濃度が高くなる。従って、下流側の空燃比センサでは、この水素の増加に伴って、実空燃比よりもリッチであるような誤った出力を発生してしまう。
【００１０】
なお、リーン側の領域では、触媒により一酸化炭素が酸化されてほとんど存在しないため、水素もほとんど発生せず、空燃比センサは、酸素と一酸化窒素とをセンシングするので、図３に示すように、触媒装置の下流側にあっても実質的な影響はない。換言すれば、触媒装置の上流側に配置した場合と同様の出力が得られる。しかし、リッチ側の領域では、触媒によって上述の水性ガス反応が生じ、図２に示すように触媒装置上流側に比較して水素濃度が高くなることから、図３に示すように、実空燃比が同じであっても、触媒下流側のポンピング電流が上流側よりも絶対値で大きくなってしまう。つまり、よりリッチであるような出力を発生する。この現象は、特に、リッチになればなるほど、排気ガス中に含まれる一酸化炭素が多いことから、触媒装置下流側での水素濃度も高くなり、検出空燃比と実空燃比との乖離が大きくなってしまう。
【００１１】
一例を挙げると、水性ガス反応の原因となると思われるセリウムの含有量が比較的少ない触媒であっても、実空燃比が１３．５のときに、触媒装置下流の空燃比センサからは、空燃比が約１２．５相当の出力が発生する。
【００１２】
図４は、水性ガス反応の度合いを示す反応定数Ｋが変化したときの検出空燃比の変化の様子を示しており、特に、実空燃比が１２．５〜１４．４の範囲で異なる５種類のものに対する変化を示している。
【００１３】
なお、触媒装置下流側における水性ガス反応の影響は、例えば、特開平８−３０３２８０号公報や特開平９−１２６０１２号公報に記載されているが、これらは、いずれも広域空燃比センサではなく、空燃比にオン・オフ的に反応する酸素センサを用いたものであり、しかも、前者では、触媒が劣化するまで下流側酸素センサの使用を禁止し、また後者では、酸素の供給により水素の発生を抑制するものであって、いずれの場合も、特にリッチ領域において、下流側センサによる正確な空燃比検出を実現できるものではない。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
触媒装置における水性ガス反応の度合いは、触媒の温度や触媒劣化度等から間接的に推定することができ、あるいは、水素濃度や一酸化炭素濃度を直接検出することもできる。
【００１６】
請求項１に係る発明は、水性ガス反応を間接的に推定するものであって、内燃機関の排気通路に触媒装置が介装されるとともに、この触媒装置の下流側に広域空燃比センサが配置された内燃機関の排気浄化装置において、上記触媒装置の触媒温度を直接に検出もしくは推定する手段と、上記触媒装置の触媒劣化度を判定する手段と、上記の触媒温度と触媒劣化度とから水性ガス反応による水素濃度に関連した補正パラメータを求める手段と、この補正パラメータによって上記空燃比センサによる空燃比検出値を補正する手段とを備えていることを特徴としている。
【００１７】
また請求項２に係る発明は、内燃機関の排気通路に触媒装置が介装されるとともに、この触媒装置の下流側に広域空燃比センサが配置され、この広域空燃比センサのポンピング電流に基づいて空燃比が検出される内燃機関の排気浄化装置において、上記触媒装置の触媒温度を直接に検出もしくは推定する手段と、上記触媒装置の触媒劣化度を判定する手段と、上記の触媒温度と触媒劣化度とから水性ガス反応による水素濃度に関連した補正パラメータを求める手段と、この補正パラメータによって上記ポンピング電流の値を補正する手段とを備えていることを特徴としている。
【００１８】
上記構成のように、ポンピング電流の値を補正するようにすれば、簡単な補正で正確な空燃比を求めることが可能である。すなわち、前述のようにポンピング電流と空燃比とは単純な比例関係に無く、換言すると、大きなポンピング電流を空然比に換算するときの換算特性は小さなポンピング電流を空燃比に換算するときの換算特性とは異なっている。このため、一旦ポンピング電流から換算して求めた空燃比を補正するには、水性ガス反応によってポンピング電流自体が変化してしまった分を補正するだけでなく、ポンピング電流が変化したことに伴って換算の際の換算特性が変化してしまった分をも補正する必要が生じ、補正の処理が複雑になる。これに対し、ポンピング電流の補正は、それ以外の補正処理を必要としないので、補正の処理を簡単に行うことができるのである。
【００１９】
上記触媒温度は、勿論、温度センサを用いて直接検出してもよいが、請求項３のように、内燃機関の運転条件から上記触媒温度を推定することも可能である。
【００２０】
また触媒劣化度は、請求項４のように、内燃機関の運転履歴から判定することができる。
【００２１】
また請求項５は、上記触媒装置の温度を検出する触媒温度センサを有し、その温度履歴から上記触媒劣化度を判定することを特徴としている。
【００２２】
すなわち、触媒の温度（触媒装置に流入する排気ガスの温度）が高いほど水性ガス反応は活発となり、下流側での水素濃度が高くなる。また、触媒が新品状態であれば水性ガス反応は活発に行われ、触媒が劣化していくと、水性ガス反応は抑制され、水素の発生は少なくなる。請求項１〜請求項５の発明では、このような関係を利用して、水素濃度を直接検出することなく、空燃比検出精度を高めている。
【００２３】
請求項６の発明は、水性ガス反応によるガス濃度を直接に検出するようにしたものである。
【００２５】
すなわち請求項６に係る発明は、内燃機関の排気通路に触媒装置が介装されるとともに、この触媒装置の下流側に広域空燃比センサが配置された内燃機関の排気浄化装置において、上記触媒装置の下流側に、排気ガス中の一酸化炭素濃度を検出するセンサを有し、この検出した一酸化炭素濃度に基づいて上記空燃比センサによる空燃比検出値を補正することを特徴としている。
【００２６】
水素や一酸化炭素の濃度を検出するセンサとしては、例えば、水素や一酸化炭素を選択的に酸化燃焼する触媒層と、これらを酸化燃焼しない触媒層とを具備し、この２つの層の温度差から、水素もしくは一酸化炭素の濃度を検出するようにしたものを用いることができる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒装置の下流側に広域空燃比センサを配置した場合でも、精度よく空燃比を検出することができ、例えば一層高精度な空燃比フィードバック制御を実現できる。
【００２８】
特に請求項１〜請求項５の発明によれば、機関の運転条件等から水性ガス反応の度合いを推定し、検出空燃比を補正するので、構成の複雑化を伴わずに空燃比の検出精度を高めることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図５は、本発明の第１の実施の形態の構成を示している。内燃機関１の排気通路２に、三元触媒を用いた触媒装置３が介装されているとともに、この触媒装置３の上流側および下流側に、それぞれ空燃比を検出するための第１空燃比センサ４および第２空燃比センサ５が配置されている。これらの空燃比センサ４，５は、いずれも前述した広域空燃比センサからなり、空燃比をポンピング電流の形で検出するようになっている。これらの空燃比センサ４，５の検出信号は、エンジンコントロールユニット６に入力される。また内燃機関１の吸気通路７には、燃料噴射装置８が取り付けられており、エンジンコントロールユニット６からの噴射信号によって燃料を噴射するようになっている。この燃料噴射量は、基本的には内燃機関１の運転条件に応じて制御されるものであるが、両空燃比センサ４，５による空燃比の検出に基づいて、運転条件に応じた目標空燃比となるように空燃比フィードバック制御が行われる。
【００３１】
図６は、上記エンジンコントロールユニット６において実行される空燃比フィードバック制御の流れを示すフローチャートである。この図６のルーチンは、例えば内燃機関１の回転に同期して繰り返し実行されるもので、先ずステップ１では、機関冷却水温やスロットル開度等から、空燃比フィードバック制御を行う条件であるか否かを判定する。例えば、冷却水温が低い場合やアイドル時等においては、オープンループ制御となり、図示せぬ他のルーチンによって処理される。空燃比フィードバック制御を行う条件であれば、ステップ２へ進み、内燃機関１の吸入空気量Ｑおよび回転数Ｎを読み込み、かつステップ３で、基本燃料噴射量Ｔｐを、Ｔｐ＝Ｋｔｐ×Ｑ／Ｎとして算出する。なお、Ｋｔｐは、定数である。次に、ステップ４において、上流側の第１空燃比センサ４の出力（検出空燃比）ＡＦａに基づいて、フィードバック補正に必要な第１燃料噴射補正量Ｈａを求める。これは、図１１に示したようなマップを用いて決定されるものであり、目標空燃比が理論空燃比である場合、理論空燃比で「１」となり、理論空燃比に対してリッチになるほど小さな値に、逆にリーンになるほど大きな値となる。
【００３２】
ステップ５では、下流側の第２空燃比センサ５の出力（ポンピング電流）を補正して、下流側での検出空燃比ＡＦｂを求める。このステップ５のサブルーチンは後述する。ステップ６では、ステップ４と同様に、この補正後の下流側検出空燃比ＡＦｂに基づいて、フィードバック補正に必要な第２燃料噴射補正量Ｈｂを求める。これは、図１５に示したようなマップを用いて決定されるものであり、理論空燃比で「１」となり、理論空燃比に対してリッチになるほど小さな値に、逆にリーンになるほど大きな値となる。
【００３３】
そして、ステップ７において、基本燃料噴射量Ｔｐと第１，第２燃料噴射補正量Ｈａ，Ｈｂとから、次式のように燃料噴射量Ｔｉを求め、かつステップ８で燃料噴射を実行する。
【００３４】
Ｔｉ＝Ｔｐ×（Ｈａ＋Ｈｂ−１）＋Ｔｓ
ここで、Ｔｓは、無効パルス幅に相当する電圧補正分であり、バッテリ電圧に応じて与えられる。
【００３５】
つまり、この実施の形態では、触媒装置３の上流側および下流側にそれぞれ設けられた第１，第２空燃比センサ４，５の双方の検出空燃比を用いて、燃料噴射量がフィードバック制御されている。
【００３６】
図７は、ステップ５のサブルーチンを示すフローチャートであり、以下、これを説明する。ステップ９では、第２空燃比センサ５のポンピング電流Ｉｐｂを読み込み、ステップ１０で、このポンピング電流Ｉｐｂに基づいて、空燃比がリッチ領域であるか否かを判定する。このポンピング電流Ｉｐｂは、前述したように、理論空燃比において０、リッチ側でマイナスとなるので、マイナスであるか否かを判定することになる。ここでリーンと判定した場合には、前述したように、水性ガス反応による影響がほとんどないので、特に補正は行わず、後述するステップ１５へ進む。
【００３７】
ステップ１０でリッチであった場合は、ステップ１１以降へ進んで水性ガス反応に対する出力の補正を行う。先ず、ステップ１１では、基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転数Ｎとに基づいて、基本水素補正量Ｓａを求める。これは、触媒温度を考慮したものであって、図１２に示すような特性のマップを用いて決定され、高速高負荷域ほど排温が高く水性ガス反応が活発となるので、基本水素補正量Ｓａは、高速高負荷域で最大（１）に、低速低負荷域で最小（０）になる。また水素発生量は、触媒の劣化度によっても大きく異なるので、ステップ１２では、触媒劣化度Ｒから劣化補正値Ｈｒを決定し、ステップ１３で、この劣化補正値Ｈｒを上記基本水素補正量Ｓａに乗じて、水素補正量Ｓｂを求める。上記劣化補正値Ｈｒは、図１３に示すようなマップから決定されるもので、触媒劣化度Ｒが小であれば、０であり、触媒劣化度Ｒが最大のときに１となる。なお、触媒劣化度Ｒを求める処理の流れについては後述するが、触媒が新品であるときに劣化度Ｒは最小であり、劣化度Ｒが大であるほど、触媒が劣化していることを意味している。
【００３８】
ステップ１４では、実際のポンピング電流に次式のように補正を加えて、補正後のポンピング電流Ｉｐｂを求める。
【００３９】
Ｉｐｂ＝Ｉｐｂ／（Ｓｂ＋１）
この補正後のポンピング電流Ｉｐｂは、触媒での水性ガス反応がない場合のポンピング電流に相当するものとなる。そして、ステップ１５において、このポンピング電流Ｉｐｂに基づいて、空燃比ＡＦｂを決定する。これは、図１４に示すようなマップを用いて求められる。なお、ポンピング電流が０であれば、理論空燃比であり、プラス側がリーン領域に、マイナス側がリッチ領域に、それぞれ相当する。
【００４０】
ここで、ステップ１４の補正式について詳述する。
【００４１】
内燃機関１から排出される排気ガス中の水素と一酸化炭素との比率は空燃比にかかわらずほぼ一定であると見なしても差し支えないので、このときの比率を定数ｃとすれば以下の式が成り立つ。
【００４２】
［ＣＯ］＝ｃ［Ｈ２］
但し、［ＣＯ］等は括弧内のガスの濃度を示している。
【００４３】
この排気ガス中に空燃比センサを置いた場合のポンピング電流Ｉｐｂは、水素の感度が一酸化炭素の感度の約４倍であることを考慮して以下の式のように表される。
【００４４】
0003799824.tif 000002
但し、αは比例定数である。
【００４５】
この排気ガスが触媒に流入し、触媒上で水性ガス反応が起こると、一部の一酸化炭素が周囲の水分と反応して水素と二酸化炭素を生成する。水性ガス反応が起こった後の、すなわち、触媒下流の排気ガス中の各ガスの濃度は、水性ガス反応の反応定数をＫとすれば、
Ｋ＝（［ＣＯ（下流）］［Ｈ２Ｏ］）／（［Ｈ２（下流）］［ＣＯ２］）
と表すことができる。ここで、水分と二酸化炭素との比率は空燃比の変化や水性ガス反応の程度にかかわらずほぼ一定であると見なしても差し支えないので、このときの比率を定数ｄとすれば、
ｄＫ＝［ＣＯ（下流）］／［Ｈ２（下流）］
となる。また、水性ガス反応による水素濃度の増分と一酸化炭素の減分とは等しいので、上記の式は以下のように表すことができる。
【００４６】
0003799824.tif 000003
上記の式から水素濃度の増分（＝一酸化炭素の減分）Δを求めると、
Δ＝［Ｈ２］（ｃ−ｄＫ）／（ｄＫ＋１）
となる。この排気ガス中に空燃比センサを置いた場合のポンピング電流Ｉｐｂ（下流）は、以下のように表される。
【００４７】
0003799824.tif 000004
Δを消去してまとめると、ポンピング電流Ｉｐｂ（下流）は、
Ｉｐｂ（下流）＝α（ｃ＋４）［Ｈ２］〔３（ｃ−ｄＫ）／｛（ｃ＋４）（ｄＫ＋１）｝＋１〕
と表すことができる。ｃ、ｄは定数であるから、「３（ｃ−ｄＫ）／｛（ｃ＋４）（ｄＫ＋１）｝」の値は水性ガス反応定数Ｋだけによって変化する。これを、水性ガス反応の度合いに応じた値Ｓｂとおけば、上記の式は以下のように表され、ステップ１４の補正式を得ることができる。
【００４８】
0003799824.tif 000005
図８は、上述した触媒劣化度Ｒを内燃機関１の運転履歴から求めるためのフローチャートを示している。触媒の温度は、内燃機関１の排気温度によってほぼ定まり、また排気温度は、図１６に示すように、基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転数Ｎとによってほぼ定まるから、ステップ１６で、基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転数Ｎとをパラメータとした図１７に示すマップに基づいて、触媒温度Ｔｃを推定する。触媒の劣化は、この触媒温度に関連して進行するので、ステップ１７で、推定した触媒温度Ｔｃに対応する触媒劣化度Ｒａを図１８に示すようなマップから求め、かつ、ステップ１８で、この触媒劣化度Ｒａを順次積算して、経時的な触媒劣化度Ｒを求め、ステップ１９で、この触媒劣化度Ｒをメモリに記憶する。
【００４９】
図２０は、触媒温度を検出するために、触媒装置３に触媒温度センサ９を備えた第２の実施の形態を示している。図９は、このように触媒温度センサ９を具備して、その温度履歴から触媒劣化度Ｒを求めるフローチャートを示しており、触媒温度センサ９によって触媒温度Ｔｃを直接に検出し（ステップ２０）、この触媒温度Ｔｃに対応する触媒劣化度Ｒａをマップから求め（ステップ２１）、かつ、この触媒劣化度Ｒａを順次積算して、経時的な触媒劣化度Ｒを求め（ステップ２２）、メモリに記憶する（ステップ２３）。なお、このように触媒温度センサ９を具備する場合には、前述した基本水素補正量Ｓａを、触媒温度Ｔｃに基づいて決定するようにしてもよい。
【００５０】
次に、図２１は、水性ガス反応の度合いを測定するために、水素濃度に直接反応する水素センサ１０を用いた第３の実施の形態を示している。この水素センサ１０は、例えば、水素と選択的に反応する触媒層と、水素と反応しない触媒層とを具備し、この２つの層の温度差から、水素濃度を検出する。
【００５１】
図１０のフローチャートは、この第３の実施の形態におけるステップ５のサブルーチンを示しており、以下、これを説明する。ステップ２４では、第２空燃比センサ５のポンピング電流Ｉｐｂを読み込み、ステップ２５で、このポンピング電流Ｉｐｂに基づいて、空燃比がリッチ領域であるか否か、つまりポンピング電流がマイナスであるか否かを判定する。前述したように、リーンである場合には、水性ガス反応による影響がほとんどないので、特に補正は行わず、ステップ２６へ進み、ポンピング電流Ｉｐｂからそのまま空燃比ＡＦｂを決定する。これは前述した図７のステップ１５と同様の処理である。
【００５２】
ステップ２５でリッチであった場合は、ステップ２７以降へ進んで水性ガス反応に対する出力の補正を行うことになり、先ず、ステップ２７で水素センサ１０により検出した水素濃度Ｃｈを読み込む。次に、ステップ２８では、この水素濃度Ｃｈ分のポンピング電流Ｉｐｂｈを、Ｉｐｂｈ＝Ｋｈ×Ｃｈとして求める。ここで、Ｋｈは、水素の感度であり、定数として与えられる。そして、ステップ２９で、第２空燃比センサ５の実際のポンピング電流Ｉｐｂから上記の水素濃度Ｃｈ分のポンピング電流Ｉｐｂｈを差し引くことにより、一酸化炭素によるポンピング電流Ｉｐｂｃを求める。ステップ３０では、この一酸化炭素分のポンピング電流Ｉｐｂｃから逆に一酸化炭素濃度Ｃｃを求める。具体的には、Ｃｃ＝Ｉｐｂｃ／Ｋｃとする。ここで、Ｋｃは、一酸化炭素の感度であり、やはり定数として与えられる。なお、これらの感度は、ガスの拡散速度から決まるものであり、ＫｈはＫｃの約４倍の値となる。次に、ステップ３１において、水素濃度Ｃｈと一酸化炭素濃度Ｃｃの和を求め、その合計値に対応する空燃比ＡＦｂを、図１９に示すようなマップを用いて求める。
【００５３】
上記の第３の実施の形態では、水性ガス反応の度合いを測定するために、水素濃度に直接反応する水素センサ１０を用いた例を説明したが、一酸化炭素濃度に直接反応する一酸化炭素センサを用いても、同様の方法によって一酸化炭素濃度Ｃｃと水素濃度Ｃｈとを求めることができ、かつ補正後の空燃比ＡＦｂを求めることができる。
【００５４】
また本発明は、上記の各実施例のように触媒装置３の上流側および下流側の双方に空燃比センサ４，５を設けたものに限られず、図２２に示すように、触媒装置３の下流側のみに空燃比センサ５を具備するものにおいても、同様に適用することができる。また、燃料噴射量をフィードバック制御する際の目標空燃比は、理論空燃比に限られず、例えば理論空燃比に対してリッチな空燃比を目標空燃比として設定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】広域空燃比センサの原理を説明するための構成説明図。
【図２】触媒装置の上流側および下流側での排気ガス成分の変化を示す特性図。
【図３】触媒装置の上流側および下流側でのポンピング電流と空燃比との関係を示す特性図。
【図４】水性ガス反応の反応定数Ｋと検出空燃比との関係を示す特性図。
【図５】この発明の第１の実施の形態を示す構成説明図。
【図６】この第１の実施の形態における空燃比フィードバック制御の流れを示すフローチャート。
【図７】第２空燃比センサの出力補正のサブルーチンを示すフローチャート。
【図８】触媒劣化度を推定するサブルーチンを示すフローチャート。
【図９】触媒劣化度を推定するサブルーチンの他の実施の形態を示すフローチャート。
【図１０】第２の実施の形態における第２空燃比センサの出力補正のサブルーチンを示すフローチャート。
【図１１】第１空燃比センサの出力ＡＦａに対する第１燃料噴射補正量Ｈａのマップを示す説明図。
【図１２】基本燃料噴射量Ｔｐおよび回転数Ｎに対する基本水素補正量Ｓａのマップを示す説明図。
【図１３】触媒劣化度Ｒに対する劣化補正量Ｈｒのマップを示す説明図。
【図１４】第２空燃比センサのポンピング電流Ｉｐｂに対する空燃比ＡＦｂのマップを示す説明図。
【図１５】第２空燃比センサの空燃比ＡＦｂに対する第２燃料噴射補正量Ｈｂのマップを示す説明図。
【図１６】内燃機関の運転条件と排気温度との関係を示す特性図。
【図１７】基本燃料噴射量Ｔｐおよび回転数Ｎに対する触媒温度Ｔｃのマップを示す説明図。
【図１８】触媒温度Ｔｃに対する劣化度Ｒａのマップを示す説明図。
【図１９】水素濃度と一酸化炭素濃度の合計に対する空燃比ＡＦｂのマップを示す説明図。
【図２０】本発明の第２の実施の形態を示す構成説明図。
【図２１】本発明の第３の実施の形態を示す構成説明図。
【図２２】本発明の第４の実施の形態を示す構成説明図。
【符号の説明】
１…内燃機関
３…触媒装置
４…第１空燃比センサ
５…第２空燃比センサ
６…エンジンコントロールユニット
【図１】
0003799824.tif 000006
【図２】
0003799824.tif 000007
【図３】
0003799824.tif 000008
【図４】
0003799824.tif 000009
【図５】
0003799824.tif 000010
【図６】
0003799824.tif 000011
【図７】
0003799824.tif 000012
【図８】
0003799824.tif 000013
【図９】
0003799824.tif 000014
【図１０】
0003799824.tif 000015
【図１１】
0003799824.tif 000016
【図１２】
0003799824.tif 000017
【図１３】
0003799824.tif 000018
【図１４】
0003799824.tif 000019
【図１５】
0003799824.tif 000020
【図１６】
0003799824.tif 000021
【図１７】
0003799824.tif 000022
【図１８】
0003799824.tif 000023
【図１９】
0003799824.tif 000024
【図２０】
0003799824.tif 000025
【図２１】
0003799824.tif 000026
【図２２】
0003799824.tif 000027