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JP2000008920A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JP2000008920A
JP2000008920A JP10180070A JP18007098A JP2000008920A JP 2000008920 A JP2000008920 A JP 2000008920A JP 10180070 A JP10180070 A JP 10180070A JP 18007098 A JP18007098 A JP 18007098A JP 2000008920 A JP2000008920 A JP 2000008920A
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fuel ratio
air
catalyst
internal combustion
combustion engine
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JP10180070A
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Akira Tayama
彰 田山
Shunichi Shiino
俊一 椎野
Hirobumi Tsuchida
博文 土田
Keiji Okada
圭司 岡田
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Priority to US09/338,435 priority patent/US6220017B1/en
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus
    • F01N11/007—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus the diagnostic devices measuring oxygen or air concentration downstream of the exhaust apparatus
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
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    • F01N2430/06—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by varying fuel-air ratio, e.g. by enriching fuel-air mixture
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    • F01N2550/02—Catalytic activity of catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒装置３での水性ガス反応による下流側の
広域空燃比センサ５の空燃比検出精度の悪化を防止す
る。 【解決手段】 内燃機関の排気通路に触媒装置が介装さ
れ、その下流側に配置された広域空燃比センサによって
空燃比が検出される。空燃比がリッチである場合（Ｓ１
０）には、水性ガス反応で発生する水素によって検出精
度が低下するので、排気温度に関連する機関運転条件か
ら基本水素補正量Ｓａを求める（Ｓ１１）とともに、触
媒劣化度Ｒから劣化補正値Ｈｒを求め（Ｓ１２）、水素
補正量Ｓｂを演算する（Ｓ１３）。この水素補正量Ｓｂ
によってポンピング電流Ｉｐｂを補正し（Ｓ１４）、空
燃比ＡＦｂを求める（Ｓ１５）。排気温度と触媒劣化度
から推定される水性ガス反応の度合いに応じて空燃比が
補正されるので、空燃比検出精度が向上する。

Description

【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】請求項１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、上記触媒装置におけ
る水性ガス反応の度合いを検知する手段を有し、この水
性ガス反応の度合い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。
【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２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３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４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５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６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２〜請求項６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７および請求項８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。
【００２４】すなわち、請求項７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、
排気ガス中の水素濃度を検出するセンサを有し、この検
出した水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。
【００２５】また請求項８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２〜請求項６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Ｉｐ
ｂ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Ｔ
ｐ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】 Ｉｐｂ＝α（［ＣＯ］＋４［Ｈ２］） ＝α（ｃ＋４）［Ｈ２］ 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】 ｄＫ＝（［ＣＯ］−Δ）／（［Ｈ２］＋Δ） ＝（ｃ［Ｈ２］−Δ）／（［Ｈ２］＋Δ） 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】 Ｉｐｂ（下流）＝α（［ＣＯ（下流）］＋４［Ｈ２（下流）］） ＝α｛［ＣＯ］−Δ＋４（［Ｈ２］＋Δ）｝ ＝α｛（ｃ＋４）［Ｈ２］＋３Δ｝ 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−ｄ
Ｋ）／｛（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】 Ｉｐｂ＝Ｉｐｂ（下流）／（Ｓｂ＋１） 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Ｔ
ｐ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Ｔ
ｃ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２
２）、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１
０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、Ｃ
ｃ＝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３
１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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 27/46 ３２７Ｐ (72)発明者 土田 博文 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 岡田 圭司 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 BA09 BA13 DA04 DA25 DA27 EB11 FA00 FA07 FA10 FA20 FA30 3G091 AB03 BA27 BA33 CB02 DC01 EA05 EA07 EA16 EA18 EA34 HA36 HA37 3G301 HA01 JA20 JB09 MA01 MA12 NB02 NB14 ND01 PA01Z PA11Z PD00Z PD04A PD04Z PD09A PD09Z PD12Z PE08Z

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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
    触媒装置における水性ガス反応の度合いを検知する手段
    を有し、この水性ガス反応の度合い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。
  2. 【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。
  3. 【請求項３】 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。
  4. 【請求項４】 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２または３に記載の内
    燃機関の排気浄化装置。
  5. 【請求項５】 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２〜４のいずれかに
    記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 【請求項６】 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２または３に記載の内燃機
    関の排気浄化装置。
  7. 【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、排気ガス中の水素濃度を検出する
    センサを有し、この検出した水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。
  8. 【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。
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