空燃比検出装置
【課題】排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置において、より精度良く空燃比が検出されることの可能な空燃比検出装置を提供すること。
【解決手段】排気経路１１における触媒１２の設置位置よりも下流側における排気ガス中のメタンの濃度を検出または推定するメタン濃度検出推定手段（１３、２０）と、前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段１４とを備え、前記メタン濃度検出推定手段により検出または推定された前記メタンの濃度に基づいて、前記下流側空燃比検出手段により検出された前記下流側における排気ガスの空燃比が補正される。
【解決手段】排気経路１１における触媒１２の設置位置よりも下流側における排気ガス中のメタンの濃度を検出または推定するメタン濃度検出推定手段（１３、２０）と、前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段１４とを備え、前記メタン濃度検出推定手段により検出または推定された前記メタンの濃度に基づいて、前記下流側空燃比検出手段により検出された前記下流側における排気ガスの空燃比が補正される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空燃比検出装置に関し、特に、排気経路における触媒の設置位置よりも下流側の空燃比を検出する空燃比検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空燃比を検出する空燃比検出装置により、排気経路における触媒の設置位置よりも下流側の空燃比が検出されることがある。この場合、触媒下流側には、空燃比を検出するために下流側空燃比検出手段が設けられる。この場合に、触媒下流側の排気ガス中のメタンの影響により、上記下流側空燃比検出手段の出力値が実際の空燃比に対応する真の値よりもリッチ側にずれる（リッチずれする）ことがある。この場合、空燃比が実際よりもリッチであると誤って認識されてしまうこととなる。
【０００３】
上記下流側空燃比検出手段としては、例えば排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサが用いられる。図１０は、酸素センサの出力特性の一例を示す図である。図１１は、触媒下流側の排気ガス中のメタンの影響により上記酸素センサの出力値がリッチずれした場合の出力特性を示す図である。
【０００４】
図１０において、符号３０１は、酸素センサの出力特性を示す。酸素センサの出力特性３０１に示すように、酸素センサの出力値は、理論空燃比を境にして、空燃比がリッチ側であるかリーン側であるかで大きく値が変化する。このような酸素センサの特性を利用して、空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかの検出が行われる。
【０００５】
図１１において、符号４０１は、リッチずれした場合の酸素センサの出力特性を示す。符号３０１は、上記酸素センサの本来の出力特性（実際の空燃比に対応する真の値）を示す。
【０００６】
図１１の例では、符号３０１及び４０１に示すように、符号４０２で示す矢印の空燃比の範囲において、リッチずれした場合の酸素センサの出力値は、実際の空燃比に対応する真の値よりもリッチ側の（大きな）値となっている。
【０００７】
上記のように下流側空燃比検出手段（例えば酸素センサ）の出力値がリッチずれした場合には、空燃比が実際よりもリッチであると誤って認識される。このため、例えば、内燃機関の燃料噴射量が上記下流側空燃比検出手段の検出結果に基づいて制御された場合に、燃料噴射量の制御指令値は、空燃比が正しく検出された場合に比べてリーン側の値に設定されてしまう。その結果、空燃比を正しく制御することができなくなるので、触媒の浄化効率が低下して、排気エミッションが悪化（有害物質の排出量が増加）する虞がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３１４３４４号公報
【特許文献２】特開平１０−８２３３５号公報
【特許文献３】特開平８−４５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置において、より精度良く空燃比が検出できることが望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置において、より精度良く空燃比が検出されることの可能な空燃比検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の空燃比検出装置は、排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガス中のメタンの濃度を検出または推定するメタン濃度検出推定手段と、前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段とを備え、前記メタン濃度検出推定手段により検出または推定された前記メタンの濃度に基づいて、前記下流側空燃比検出手段により検出された前記下流側における排気ガスの空燃比が補正されることを特徴としている。
【００１２】
本発明の空燃比検出装置において、前記メタン濃度検出推定手段は、前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも上流側における排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、前記触媒の劣化の程度を検出または推定する触媒劣化検出推定手段とを含み、前記触媒劣化検出推定手段により検出または推定された前記触媒の劣化の程度及び前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比に基づいて前記メタンの濃度を推定することを特徴としている。
【００１３】
本発明の空燃比検出装置は、排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも上流側における排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、前記触媒の劣化の程度を検出または推定する触媒劣化検出推定手段とを備え、前記触媒劣化検出推定手段により検出または推定された前記触媒の劣化の程度及び前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比に基づいて、前記下流側空燃比検出手段により検出された前記下流側における排気ガスの空燃比が補正されることを特徴としている。
【００１４】
本発明の空燃比検出装置において、前記触媒劣化検出推定手段により検出または推定された前記触媒の劣化の程度及び前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比と前記下流側空燃比検出手段の出力値との関係を定めたマップを備え、前記マップが参照されて前記下流側空燃比検出手段により検出された前記下流側における排気ガスの空燃比が補正されることを特徴としている。
【００１５】
本発明の空燃比検出装置は、排気経路における触媒の設置位置よりも上流側における排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、前記上流側における排気ガスの空燃比と、前記触媒の劣化が実質的にない場合の前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比との対応関係を示すデータを記憶する記憶手段とを備え、前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比に基づいて、前記記憶手段に記憶された前記データが参照されて、前記下流側における排気ガスの空燃比が求められることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の空燃比検出装置によれば、排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比がより精度良く検出されることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の空燃比検出装置の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１から図６、及び図１０から図１２−３を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置に関する。本例では、空燃比検出装置は内燃機関の排気経路の空燃比を検出する。空燃比検出装置の検出結果に基づいて内燃機関の燃料噴射量が制御（フィードバック制御）される。
【００１９】
第１実施形態では、排気経路における触媒の設置位置よりも上流側に設けられた上流側空燃比検出手段（Ａ／Ｆセンサ）によって検出される排気ガスの空燃比（以下、上流側空燃比とする）に基づいて、上流側空燃比が目標値（以下、目標空燃比とする）となるように燃料の噴射量がフィードバック制御（排気ガスコントロール制御）される。排気ガスコントロール制御（メインフィードバック制御）では、上流側空燃比の目標空燃比からの偏差に基づいて燃料の噴射量に対する補正量（排気ガスコントロール燃料補正量）が設定される。
【００２０】
さらに、上記排気ガスコントロール制御と共に、上記排気経路における触媒の設置位置よりも下流側に設けられた下流側空燃比検出手段（Ｏ2センサ）によって検出される空燃比（以下、下流側空燃比とする）に基づいて、上記燃料の噴射量がフィードバック制御（触媒コントロール制御）される。触媒コントロール制御（サブフィードバック制御）では、下流側空燃比の理論空燃比からの偏差に基づいて燃料の噴射量に対する補正量（触媒コントロール燃料補正量）が設定される。触媒コントロール制御は、触媒が排気ガスの浄化能力を十分に発揮して、効率的に排気ガスを浄化できるようにするために行われる。
【００２１】
上記触媒コントロール制御において、触媒下流側の排気ガス中のメタンの影響により上記Ｏ2センサの出力値が実際の空燃比に対応する真の値よりもリッチ側の値にずれることがある。この場合、触媒コントロール燃料補正量は、実際の空燃比が正しく検出された場合に設定される値よりもリーン側の値に設定される。このため、燃料の噴射量の制御指令値は、空燃比が正しく検出された場合に比べてリーン側の値に設定されることとなる。その結果、空燃比の制御が正しく行われなくなり、排気エミッションが悪化（有害物質の排出量が増加）することがある。
【００２２】
これに対して、本実施形態では、上記Ｏ2センサの出力値が触媒下流側の排気ガス中のメタンの濃度に応じて補正される。これにより、以下に詳しく説明するように、触媒下流側の排気ガス中のメタンの影響により上記Ｏ2センサの出力値が実際の空燃比に対応する真の値からずれることが抑制される。よって、燃料の噴射量の制御指令値は、空燃比が正しく検出された場合の値からずれることが抑制される。その結果、排気エミッションが悪化することが抑制される。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る装置の概略構成図である。図１において、符号１は、エンジン（内燃機関）を示す。エンジン１には、吸気マニホルド２が接続されている。吸気マニホルド２には、吸気管３が接続されている。吸気管３には、エアクリーナ４が設けられている。吸気管３におけるエアクリーナ４の設置位置よりも下流側には、スロットル弁５が設けられている。吸気管３には、スロットル弁５の開度を検出するスロットルセンサ６が設けられている。また、吸気管３には、エンジン１に供給される空気量を検出するエアフローメータ７が設けられている。
【００２４】
エンジン１には、排気マニホルド１０が接続されている。排気マニホルド１０には、排気管（排気経路）１１が接続されている。排気管１１には、排気ガスを浄化する触媒１２が設けられている。触媒１２は、炭化水素（ＨＣ）と、一酸化炭素（ＣＯ）と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の３つの物質を酸化・還元反応によって同時に除去するいわゆる三元触媒であることができる。
【００２５】
排気管１１における触媒１２の設置位置よりも排気ガスの流れの上流側には、酸素センサ（Ａ／Ｆセンサ）１３が設けられている。Ａ／Ｆセンサ１３は、空燃比に対してリニアな出力特性を示す酸素センサである。Ａ／Ｆセンサ１３により、上流側空燃比が検出される。
【００２６】
排気管１１における触媒１２の設置位置よりも排気ガスの流れの下流側には、酸素センサ（Ｏ2センサ）１４が設けられている。Ｏ2センサ１４により、下流側空燃比が検出される。本実施形態のＯ2センサ１４の出力特性の一例としては、上記従来技術として図１０を参照して説明した内容と同様であることができる。
【００２７】
図１０において、符号Ｆ４に示す空燃比よりもリーン側の領域においては、Ｏ2センサ１４の出力値は、リーン側の所定の値（例えば０Ｖ）となる。一方、符号Ｆ６に示す空燃比よりもリッチ側の領域においては、Ｏ2センサ１４の出力値は、リッチ側の所定の値（例えば１Ｖ）となる。また、符号Ｆ４に示す空燃比から符号Ｆ６に示す空燃比までの間の領域においては、空燃比がリッチ側へ向かうに連れて、Ｏ2センサ１４の出力値はリーン側の所定の値からリッチ側の所定の値へ向けて増加する。符号Ｖ0は、検出対象の空燃比が理論空燃比である場合のＯ2センサ１４の出力値を示す。
【００２８】
エンジン１が搭載される車両（図示せず）には、車両各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）を有する車両制御部２０が設けられている。スロットルセンサ６、エアフローメータ７、Ａ／Ｆセンサ１３及びＯ2センサ１４は、車両制御部２０に接続されており、それぞれの検出結果が車両制御部２０に入力される。エンジン１は、車両制御部２０に接続されている。車両制御部２０により、燃料噴射量、点火時期等のエンジン１の動作が制御される。
【００２９】
車両制御部２０は、Ａ／Ｆセンサ１３及びＯ2センサ１４のそれぞれから入力される情報に基づいて、エンジン１に供給される混合気の空燃比を制御する。具体的には、Ａ／Ｆセンサ１３により検出される上流側空燃比に基づいて、燃料の噴射量がフィードバック制御（排気ガスコントロール制御）される。Ａ／Ｆセンサ１３により検出される上流側空燃比の目標空燃比からの偏差に基づいて、混合気の空燃比を目標空燃比とするような排気ガスコントロール燃料補正量が設定される。
【００３０】
また、排気ガスコントロール制御と合わせて、Ｏ2センサ１４により検出される下流側空燃比に基づいて、上記燃料の噴射量に対するフィードバック制御（触媒コントロール制御）が行われる。Ｏ2センサ１４により検出される下流側空燃比に基づいて、下流側空燃比を理論空燃比に近づけるような触媒コントロール燃料補正量が設定される。
【００３１】
触媒コントロール制御は、触媒１２において排気ガスがより効率的に浄化されるために行われる。触媒１２は、触媒１２に吸蔵される酸素の量（以下、酸素吸蔵量とする）が中立に近い状態の場合に効率的に排気ガスを浄化できる。即ち、触媒１２の酸素吸蔵量が枯渇状態（リッチ側に大きく偏った状態）と飽和状態（リーン側に大きく偏った状態）との間の中立の状態である場合に、触媒１２の浄化能力が十分に発揮される。
【００３２】
下流側空燃比は、触媒１２の酸素吸蔵量に対応している。触媒１２の酸素吸蔵量が中立に近い場合には、下流側空燃比が概ね理論空燃比となる。触媒１２の酸素吸蔵量が中立の状態よりもリーン側に偏った場合には、下流側空燃比がリーンとなる。一方、触媒１２の酸素吸蔵量が中立の状態よりもリッチ側に偏った場合には、下流側空燃比がリッチとなる。触媒コントロール制御では、触媒１２の酸素吸蔵量が中立に近い状態とされるために、下流側空燃比を理論空燃比に近づけるような触媒コントロール燃料補正量が設定される。
【００３３】
上記のように行われる触媒コントロール制御において、上記従来技術において図１１を参照して説明したように、触媒１２の下流側の排気ガスに含まれるメタンの影響により、Ｏ2センサ１４の出力値（符号４０１）が、実際の空燃比に対応する真の値（符号３０１）よりもリッチ側にずれる（リッチずれする）ことがある。
【００３４】
このようにリッチずれが生じるのは、以下のような理由によると考えられる。
【００３５】
高温の排気ガスに接触することでＯ2センサ１４の温度が上昇して、Ｏ2センサ１４の検出部の温度がメタンと酸素とが反応し始める温度よりも高温となった場合には、Ｏ2センサ１４の検出部付近においてメタンが酸素と反応して酸素が消費される。この場合、Ｏ2センサ１４の検出部付近の酸素濃度が低下するので、Ｏ2センサ１４において検出される酸素濃度は、実際の排気ガス中の酸素濃度よりも小さくなる。その結果、Ｏ2センサ１４の出力値は、実際の空燃比に対応する真の値よりもリッチ側の値となる。
【００３６】
上記のように生じるＯ2センサ１４の出力値におけるリッチずれにより、実際の空燃比がリーンであるにもかかわらず、Ｏ2センサ１４の出力値がリッチとなる状況が生じる。例えば、実際の空燃比が図１１において符号Ｆ４で示す空燃比である場合を例に説明すると、符号Ｆ４で示す空燃比は理論空燃比よりもリーンであるから、符号３０１に示すように、実際の空燃比に対応する真の値は、リーン側の所定の値（０Ｖ）である。しかしながら、リッチずれが生じた場合には、符号４０１に示すように、リッチ側の所定の値（１Ｖ）が出力されてしまう。この場合、リッチとなったＯ2センサ１４の出力値に基づいて触媒コントロール燃料補正量が生成される。その結果、燃料の噴射量の制御指令値は、空燃比が正しく検出された場合に比べてリーン側の値に設定される。これにより、空燃比の制御が正しく行われなくなるので排気エミッションが悪化する。
【００３７】
Ｏ2センサ１４の出力値におけるリッチずれは、触媒１２の下流側における排気ガス中のメタンの濃度（以下、下流側メタン濃度とする）が高くなるほど顕著となる。即ち、下流側メタン濃度が高いほど、Ｏ2センサ１４の出力値における実際の空燃比に対応する真の値からのずれは大きくなる。
【００３８】
以下に図１２−１から図１２−３を参照して詳しく説明するように、上流側空燃比が同じであっても、触媒１２の劣化の程度が大きいほど下流側メタン濃度が高くなる。このため、触媒１２の劣化の程度が大きいほど、Ｏ2センサ１４の出力値における真の値からのずれは大きくなる。また、触媒１２の劣化の程度が大きいほど、理論空燃比に対してよりリーン側の空燃比の領域においてもメタンの濃度が高まることでＯ2センサ１４の出力値のリッチずれが生じる。即ち、触媒１２の劣化の程度が大きいほど、図１１に符号４０２で示す空燃比の範囲がリーン側へ広がる。これにより、触媒１２の劣化の程度が大きいほど、より広い空燃比の領域においてＯ2センサ１４の出力値のリッチずれが生じて排気エミッションが悪化する。
【００３９】
図１２−１は、上流側空燃比とＡ／Ｆセンサ１３の出力値との関係を示す図である。図１２−２は、上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度と下流側メタン濃度との関係を示す図である。図１２−３は、下流側メタン濃度に対応するＯ2センサ１４の出力特性を示す図である。
【００４０】
図１２−１において、符号５０１は、上流側空燃比、即ち触媒１２に流入する排気ガスの空燃比に対応するＡ／Ｆセンサ１３の出力値を示す。図１２−２において、符号５０２及び符号５０３は、下流側メタン濃度を示す。符号５０２は、触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側メタン濃度を示す。符号５０３は、触媒１２の劣化の程度が小さい場合の下流側メタン濃度を示す。
【００４１】
符号５０２及び５０３に示すように、下流側メタン濃度は、上流側空燃比がリッチであるほど、大きな値となる。これは、次の理由による。
【００４２】
炭化水素は、触媒１２により浄化されてＣＯ2とＨ2Ｏに変化する際に、酸素を必要とする。上流側空燃比がリッチであるほど、排気ガス中の炭化水素が増えると共に酸素が少なくなるため、触媒１２において炭化水素が浄化されにくくなる。炭化水素が浄化されにくいために、炭化水素が浄化される際の途中生成物であるメタンが触媒１２から流出しやすくなる。この結果、上流側空燃比がリッチであるほど下流側メタン濃度は高くなる。
【００４３】
また、符号５０２及び５０３に示すように、下流側メタン濃度は、触媒１２の劣化の程度が大きい方が、大きな値となる。
【００４４】
これは、触媒１２の劣化の程度が大きいほど、触媒１２が炭化水素を浄化する能力が低下するので、炭化水素が浄化される際の途中生成物であるメタンが触媒１２から流出しやすくなるためである。
【００４５】
次に、下流側メタン濃度とＯ2センサ１４の出力特性との関係について説明する。図１２−３において、符号５０４及び符号５０５は、それぞれリッチずれが生じた場合のＯ2センサ１４の出力特性（出力値）を示す。符号５０４は、触媒１２の劣化の程度が大きい場合のＯ2センサ１４の出力特性（出力値）を示す。符号５０５は、触媒１２の劣化の程度が小さい場合のＯ2センサ１４の出力特性（出力値）を示す。また、符号３０１は、Ｏ2センサ１４の本来の出力特性（実際の空燃比に対応する真の値）を示す。実際の空燃比に対応する真の値３０１は、例えば、触媒１２の劣化が実質的にない条件下におけるＯ2センサ１４の検出結果として、実験により求められることができる。図１２−３において、横軸は、図１２−１及び図１２−２と同様に上流側空燃比を示す。
【００４６】
まず、触媒１２の劣化の程度が大きい場合を例に、下流側メタン濃度５０２（図１２−２）とＯ2センサ１４の出力特性５０４との関係について説明する。図１２−２において、下流側メタン濃度５０２は、上流側空燃比がリッチになるほど大きな値となる。
【００４７】
これにより、図１２−３に示すように、符号Ｆ１で示す空燃比においてＯ2センサ１４の出力値５０４は実際の空燃比に対応する真の値３０１に比べてリッチ側にずれ始める。符号Ｆ１で示す空燃比よりもリッチとなるに連れて、触媒１２の劣化の程度が大きい場合のＯ2センサ１４の出力値５０４は、実際の空燃比に対応する真の値３０１に比べて徐々に大きな値に（リッチ側の値に）ずれていく。
【００４８】
符号Ｆ３で示す空燃比において、触媒１２の劣化の程度が大きい場合のＯ2センサ１４の出力値５０４は、Ｏ2センサ１４のリッチ側を示す値の上限値（１Ｖ）に達する。符号Ｆ３で示す空燃比よりもリッチ側の空燃比においては、触媒１２の劣化の程度が大きい場合のＯ2センサ１４の出力値５０４は、上記リッチ側を示す値の上限値となる。
【００４９】
次に、触媒１２の劣化の程度が小さい場合について説明する。触媒１２の劣化の程度が小さい場合は、触媒１２の劣化の程度が大きい場合に比べて、Ｏ2センサ１４の出力値５０５は、相対的にリッチ側の空燃比において真の値３０１からずれ始める。即ち、図１２−３に示すように、触媒１２の劣化の程度が小さい場合には、触媒１２の劣化の程度が大きい場合のずれ初め点（Ｆ１点）よりもリッチ側のＦ２点においてＯ2センサ１４の出力値５０５が真の値３０１からずれ始める。Ｆ２点よりもリッチ側へ向かうに連れて、触媒１２の劣化の程度が小さい場合のＯ2センサ１４の出力値５０５は、実際の空燃比に対応する真の値３０１に比べて徐々に大きな値に（リッチ側の値に）ずれていき、符号Ｆ５で示す空燃比において上記リッチ側を示す値の上限値に達する。
【００５０】
なお、図１２−３に示すように、符号Ｆ６で示す点よりもリッチ側の空燃比の領域５１０においては、リッチずれした場合のＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）は、それぞれ実際の空燃比に対応する真の値３０１と同様の値となる。従って、符号Ｆ６で示す点よりもリッチ側の空燃比の領域５１０においては、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）に対する補正は行われる必要がない。
【００５１】
以上説明したように、触媒１２の下流側の排気ガスに含まれるメタンの影響により、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）が、実際の空燃比に対応する真の値３０１よりもリッチ側の値となる。このため、触媒コントロール制御において、下流側空燃比が実際よりもリッチであると誤って認識される。これにより、触媒コントロール燃料補正量が、下流側空燃比が正しく検出された場合に設定される値よりもリーン側の値となる。その結果、実際の空燃比が目標空燃比よりもリーン側にずれる。
【００５２】
このように実際の空燃比が目標空燃比よりもリーン側にずれると、触媒１２の酸素吸蔵量が中立状態からリーン側（酸素が飽和する側）へ偏るため、触媒１２の浄化能力が低下し、排気エミッションが悪化する。特に、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化能力が低下するので、窒素酸化物の排出量が増加する虞がある。
【００５３】
そこで、本実施形態では、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）が補正される。上記のように、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）において真の値３０１からのずれが生じる場合に、そのずれの大きさ及びずれが生じる空燃比の範囲は、下流側メタン濃度（図１２−２の５０２、５０３）に応じて変化する。本実施形態では、まず下流側メタン濃度（５０２、５０３）が推定され、推定された下流側メタン濃度（５０２、５０３）に基づいてＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）が補正される。上記のように下流側メタン濃度（５０２、５０３）は上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度により変化する。このため、下流側メタン濃度（５０２、５０３）は、上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度に基づいて推定される。以下にＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）の補正内容について説明する。
【００５４】
図２は、図１２−３に示すようにＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）にリッチずれが生じた場合におけるＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）に対する補正量について説明するための図である。図２において、図１２−３と同様の部分には、図１２−３と同じ符号が付してある。図２において、符号１００は、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）に対する補正量を示す。図２の例では、触媒１２の劣化の程度が大きく、Ｏ2センサ１４の出力特性が符号５０４で示すような出力特性となった場合のＯ2センサ１４の出力値に対する補正量１００が示されている。
【００５５】
Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００は、触媒１２の下流側の排気ガス中のメタンの影響でリッチずれが生じたＯ2センサ１４の出力特性５０４を、実際の空燃比に対応するＯ2センサ１４の本来の出力特性３０１に補正するための補正量である。
【００５６】
触媒１２の劣化の程度と下流側メタン濃度（５０２、５０３）との間には、図１２−２に示すような対応関係があるので、触媒１２の劣化の程度及び上流側空燃比に基づいて、下流側メタン濃度（５０２、５０３）の値が推定されることができる。
【００５７】
さらに、下流側メタン濃度（５０２、５０３）とＯ2センサ１４の出力特性（５０４、５０５）との間には、図１２−２及び図１２−３に示すような対応関係があるので、推定された下流側メタン濃度（図１２−２の５０２、５０３）の値に基づいて、リッチずれした場合のＯ2センサ１４の出力値（図１２−３の５０４、５０５）における真の値（３０１）からのずれの大きさが推定されることができる。推定された上記真の値３０１からのずれの大きさに基づいて、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）に対する補正量１００が決定されることができる。
【００５８】
図３は、本実施形態の動作を示すフローチャートである。
【００５９】
ステップＳ１０においてエンジン１が始動されると、次に、ステップＳ２０において、触媒１２の劣化の程度が取り込まれる。
【００６０】
触媒１２の劣化の程度は、エンジン１の始動後に、触媒１２の劣化の程度を検出するための周知の方法によって予め検出される。ステップＳ２０では、予め検出された触媒１２の劣化の程度を示す値が取り込まれる。本例では、触媒１２の劣化の程度が大きい場合を例に以下の動作を説明する。
【００６１】
次に、ステップＳ３０において、Ａ／Ｆセンサ１３により検出された上流側空燃比が、予め定められた所定の空燃比よりも大きい値である（リーン側である）か否かが判定される。
【００６２】
ステップＳ３０における判定は、Ｏ2センサ１４の出力値５０４を補正する必要があるか否かを判定するために行われる。
【００６３】
上記所定の空燃比は、例えば、図２及び図１２−３において符号Ｆ６で示される空燃比に設定される。図１２−３に示すように、Ｆ６点よりもリッチ側の空燃比の領域５１０においては、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）は、下流側メタン濃度に係らず実際の空燃比に対応する真の値３０１と同様の値となる。従って、上流側空燃比が符号Ｆ６で示す空燃比以下（リッチ側）である場合には、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）を補正する必要がないので、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）を補正する手順（後述のステップＳ４０、Ｓ５０）は省略される。
【００６４】
ステップＳ３０の判定の結果、上流側空燃比が上記所定の空燃比よりも大きい値であると判定された（ステップＳ３０肯定）場合には、ステップＳ４０において、上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度に基づいて、下流側メタン濃度（図１２−２の符号５０２）の値が推定される。
【００６５】
下流側メタン濃度が推定される際には、例えば図４に示すマップが参照される。図４は、触媒１２の劣化の程度及び上流側空燃比の組合せと下流側メタン濃度との対応関係を示すものである。図４に示すように、下流側メタン濃度は、触媒１２の劣化の程度が大きいほど、かつ上流側空燃比がリッチであるほど大きい値となる。上記マップは、例えば、実験の結果に基づいて設定される。
【００６６】
次に、ステップＳ５０において、上流側空燃比及びステップＳ４０で推定された下流側メタン濃度５０２の値に基づいて、Ｏ2センサ１４の出力値５０４が補正される。Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００（図２）が決定される際には、例えば、図５に示すマップが参照される。図５に示すように、Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００は、下流側メタン濃度が大きいほど、値が大きく設定される。図５に示すマップは、上流側空燃比の値に応じてそれぞれ個別のマップとして設定されている。図５に示すマップは、例えば、実験の結果に基づいて設定される。
【００６７】
なお、ステップＳ３０の判定の結果、上流側空燃比が上記所定の空燃比以下であると判定された（ステップＳ３０否定）場合には、本制御フローは終了される。
【００６８】
本実施形態によれば、下流側メタン濃度の推定値（ステップＳ４０）に基づいて、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）が補正される（ステップＳ５０）。これにより、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）が触媒１２の下流側の排気ガス中のメタンの影響によりリッチ側にずれた場合に、その出力値（５０４、５０５）が真の値３０１に近づけられる。その結果、実際の空燃比が正しく検出された場合と同様に燃料の噴射量のフィードバック制御が行われるので、触媒１２の浄化能力が低下することが抑制されて、排気エミッションの悪化が抑制される。
【００６９】
Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）が、実際の空燃比に対応する真の値３０１よりもリッチ側にずれることが抑制される結果、実際の空燃比が目標空燃比よりもリーン側にずれることが抑制される。このため、触媒１２において窒素酸化物を浄化する能力が低下することが抑制されるので、特に窒素酸化物の排出量が増加することが効果的に抑制される。
【００７０】
本実施形態では、まず上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度に基づいて下流側メタン濃度（図１２−２の５０２、５０３）が推定され、次に推定された下流側メタン濃度（５０２、５０３）に基づいてＯ2センサ１４の出力値に対する補正量１００が決定されたが、これに代えて、下流側メタン濃度（５０２、５０３）の推定を行うことなく、上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度に基づいて直接Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００が決定されることができる。図１２−３に示すように、触媒１２の劣化の程度に応じて、Ｏ2センサ１４の出力特性（符号５０４、５０５）がそれぞれ推定されることができる。
【００７１】
よって、上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度に基づいて、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）において、実際の空燃比に対応する真の値３０１からのずれの大きさが推定されることができる。上記ずれの大きさに基づいてＯ2センサ１４の出力値に対する補正量１００が決定される。なお、Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００が決定される際には、例えば、図６に示すマップが参照される。図６には、上流側空燃比（横軸）及び触媒１２の劣化の程度（縦軸）の組合せとＯ2センサ１４の出力値に対する補正量１００の値との対応関係が示されている。
【００７２】
図６に示すように、触媒１２の劣化の程度が大きくなる（図中下方）ほど、広い空燃比の範囲でＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）に対する補正が行われる。これは、図１２−３に示すように、触媒１２の劣化の程度が大きいほど、より広い空燃比の範囲でＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）のリッチずれが生じるのに対応している。また、図６における所定の空燃比において、Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００の値は、ゼロに設定されている。ここで、上記所定の空燃比は、例えば、図２及び図１２−３に符号Ｆ６で示す空燃比であることができる。上述したように、符号Ｆ６で示す空燃比よりもリッチ側の空燃比の領域５１０においては、Ｏ2センサ１４により概ね実際の空燃比に対応する真の値３０１が出力される。このため、Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００の値は、上記所定の空燃比においてゼロに設定される。
【００７３】
本実施形態では、上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度に基づいてＯ2センサ１４の出力値に対する補正量１００（図２参照）が求められ、求められたＯ2センサ１４の出力値に対する補正量１００に基づいてＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）が補正されたが、これに代えて、Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００を求めることなく、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）の代わりに、上流側空燃比に基づいて、予め定められた設定値３０１が触媒コントロール制御に用いられることができる。
【００７４】
上記設定値３０１は、Ｏ2センサ１４においてメタンの影響によるリッチずれが実質的に生じていない場合に検出される空燃比の値であり、実際の空燃比に対応する真の値３０１に相当する。Ｏ2センサ１４においてメタンの影響によるリッチずれが実質的に生じていない場合とは、例えば、触媒１２の劣化が実質的にない場合である。上流側空燃比と上記設定値３０１との対応関係は、例えば、以下の手順により予め求められる。まず、実質的に劣化していない触媒１２の上流側における空燃比（上流側空燃比）と下流側における空燃比（下流側空燃比）との対応関係が実験等により求められる。この場合、上流側空燃比の値が様々に振られ、それぞれの上流側空燃比の設定値と実際に得られた下流側空燃比との対応関係が求められる。次に、上記実際に得られた下流側空燃比が、上記設定値３０１の値として設定される。
【００７５】
上流側空燃比と上記設定値３０１との対応関係は、マップとして予め車両制御部（記憶手段）２０に記憶されることができる。触媒コントロール制御が行われる際には、上流側空燃比に基づいて、例えば、上記マップが参照されて、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）の代わりに、上記設定値３０１が制御に用いられる。以上に説明した方法によれば、触媒１２の劣化の程度を検出することなく、上記設定値３０１が用いられて触媒コントロール制御が行われることが可能となる。
【００７６】
なお、本実施形態では触媒１２の設置位置よりも下流側における排気ガス中のメタンの濃度が推定されたが、これに代えて、触媒１２の設置位置よりも下流側における排気ガス中のメタンの濃度がセンサ等により検出されることができる。
【００７７】
（第１実施形態の変形例）
上記第１実施形態においては、図１０に示すような、空燃比がリーンであるかリッチであるかで出力値が大きく変化する出力特性を有するＯ2センサ１４の出力値が補正されたが、Ｏ2センサ１４の出力特性はこれには限定されない。本変形例では、Ａ／Ｆセンサ１３と同様に空燃比に対してリニアな出力特性を示す酸素センサにおいて、触媒下流側の排気ガス中のメタンの濃度の推定値に基づいて出力値が補正される。
【００７８】
図７は、本変形例に係る装置の概略構成図である。第１実施形態（図１）のＯ2センサ１４に代えて、下流側Ａ／Ｆセンサ１６が設けられている。下流側Ａ／Ｆセンサ１６は、図８に示すように空燃比に対してリニアな出力特性を示す酸素センサである。第１実施形態のＡ／Ｆセンサ１３に代えて、上流側Ａ／Ｆセンサ１５が設けられている。上流側Ａ／Ｆセンサ１５は、Ａ／Ｆセンサ１３と同様に空燃比に対してリニアな出力特性を有する酸素センサである。また、車両制御部２０に代えて、車両制御部３０が設けられている。
【００７９】
本変形例では、上記第１実施形態と同様に、下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値に基づいて、触媒コントロール制御が行われる。
【００８０】
図１３−１は、上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度と下流側メタン濃度との関係を示す。図１３−２は、下流側メタン濃度に対応する下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力特性を示す図である。図１３−１において、符号２０２は、触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側メタン濃度を示す。符号２０３は、触媒１２の劣化の程度が小さい場合の下流側メタン濃度を示す。
【００８１】
図１３−２において、符号２０４は、Ａ／Ｆセンサ１６の本来の出力特性（実際の空燃比に対応する真の値）を示す。符号２０５は、触媒１２の劣化の程度が小さい場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力特性（出力値）を示す。符号２０６は、触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力特性（出力値）を示す。
【００８２】
図１３−１に示すように、触媒１２の劣化の程度が小さい場合の下流側メタン濃度２０３は、リッチ側へ向かうに連れて濃度が高くなる。これにより、図１３−２に示すように、Ｆ１１点において、触媒１２の劣化の程度が小さい場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値２０５は、実際の空燃比に対応する真の値２０４に比べてリッチ側にずれ始める。
【００８３】
触媒１２の劣化の程度が大きい場合についても同様であり、図１３−２に示すように、Ｆ１０点において、触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値２０６は、実際の空燃比に対応する真の値２０４に比べてリッチ側にずれ始める。
【００８４】
上記第１実施形態と同様に触媒１２の劣化の程度が大きいほど下流側メタン濃度が高くなるので、図１３−２に示すように、触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値２０６は、触媒１２の劣化の程度が小さい場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値２０５に比べてリッチ側の値となる。
【００８５】
上記のように下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値（２０５、２０６）が、実際の空燃比に対応した真の値２０４に対してリッチ側にずれてしまうため、第１実施形態と同様に、触媒コントロール燃料補正量は、実際の下流側空燃比が正しく検出された場合に比べてリーン側の値となる。その結果、実際の空燃比が目標空燃比よりもリーン側にずれて、排気エミッションが悪化する。
【００８６】
これに対して、本変形例では、図９に示すように、下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値（２０５、２０６）が補正される。図９において、図１３−２と同様の部分には図１３−２と同じ符号が付してある。
【００８７】
図９において、符号２１０は、下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値（２０５、２０６）に対する補正量を示す。図９の例では、触媒１２の劣化の程度が大きく、下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力特性が符号２０６で示す出力特性に変化した場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値に対する補正量２１０が示されている。
【００８８】
下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値（２０５、２０６）を補正する手順は、上記第１実施形態と同様である。触媒１２の劣化の程度が大きい場合について説明すると、まず、触媒１２の劣化の程度及び上流側空燃比に基づいて、触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側メタン濃度２０２の値が推定される。次に、推定された触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側メタン濃度２０２の値及び上流側空燃比に基づいて、触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値に対する補正量２１０が決定される。
【００８９】
なお、上記第１実施形態と同様に、触媒１２の劣化の程度及び上流側空燃比に基づいて直接下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値に対する補正量２１０が決定されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の空燃比検出装置の第１実施形態に係る装置の概略構成図である。
【図２】本発明の空燃比検出装置の第１実施形態における酸素センサの出力値の補正方法を説明するための図である。
【図３】本発明の空燃比検出装置の第１実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図４】上流側空燃比及び触媒の劣化の程度と下流側メタン濃度との対応関係を示すマップである。
【図５】下流側メタン濃度とＯ2センサの出力値に対する補正量との対応関係を示すマップである。
【図６】上流側空燃比及び触媒の劣化の程度とＯ2センサの出力値に対する補正量との対応関係を示すマップである。
【図７】本発明の空燃比検出装置の第１実施形態の変形例に係る装置の概略構成図である。
【図８】酸素センサの出力特性の図である。
【図９】本発明の空燃比検出装置の第１実施形態の変形例における酸素センサの出力値の補正方法を説明するための図である。
【図１０】酸素センサの出力特性の図である。
【図１１】酸素センサの出力値のリッチずれを説明するための図である。
【図１２−１】空燃比に対する酸素センサの出力値を示す図である。
【図１２−２】空燃比及び触媒の劣化の程度とメタンの濃度の関係を示す図である。
【図１２−３】メタンの濃度と酸素センサの出力値のリッチずれの関係を説明するための図である。
【図１３−１】空燃比及び触媒の劣化の程度とメタンの濃度の関係を示す図である。
【図１３−２】メタンの濃度と酸素センサの出力値のリッチずれの関係を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ エンジン
２ 吸気マニホルド
３ 吸気管
４ エアクリーナ
５ スロットル弁
６ スロットルセンサ
７ エアフローメータ
１０ 排気マニホルド
１１ 排気管
１２ 触媒
１３ Ａ／Ｆセンサ
１４ Ｏ2センサ
１５ 上流側Ａ／Ｆセンサ
１６ 下流側Ａ／Ｆセンサ
２０ 車両制御部
３０ 車両制御部
１００ 酸素センサの出力値に対する補正量
２０２ 触媒の劣化の程度が大きい場合のメタン濃度
２０３ 触媒の劣化の程度が小さい場合のメタン濃度
２０４ 酸素センサの正しい出力特性
２０５ 触媒の劣化の程度が小さい場合の酸素センサの出力特性
２０６ 触媒の劣化の程度が大きい場合の酸素センサの出力特性
２１０ 酸素センサの出力値に対する補正量
３０１ 酸素センサの正しい出力特性（真の値）
４０１ リッチずれした場合の酸素センサの出力特性
４０２ 空燃比の範囲
５０１ 酸素センサの出力値
５０２ 触媒の劣化の程度が大きい場合のメタン濃度
５０３ 触媒の劣化の程度が小さい場合のメタン濃度
５０４ 触媒の劣化の程度が大きい場合の酸素センサの出力特性
５０５ 触媒の劣化の程度が小さい場合の酸素センサの出力特性
５１０ 空燃比の領域
Ｆ１ リッチずれが生じる空燃比
Ｆ２ リッチずれが生じる空燃比
Ｆ３ 酸素センサの出力値がリッチ側の所定の値となる空燃比
Ｆ４ 酸素センサの出力値がリーン側の所定の値となる空燃比
Ｆ５ 酸素センサの出力値がリッチ側の所定の値となる空燃比
Ｆ６ 酸素センサの出力値がリッチ側の所定の値となる空燃比
Ｆ１０ リッチずれが生じる空燃比
Ｆ１１ リッチずれが生じる空燃比
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空燃比検出装置に関し、特に、排気経路における触媒の設置位置よりも下流側の空燃比を検出する空燃比検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空燃比を検出する空燃比検出装置により、排気経路における触媒の設置位置よりも下流側の空燃比が検出されることがある。この場合、触媒下流側には、空燃比を検出するために下流側空燃比検出手段が設けられる。この場合に、触媒下流側の排気ガス中のメタンの影響により、上記下流側空燃比検出手段の出力値が実際の空燃比に対応する真の値よりもリッチ側にずれる（リッチずれする）ことがある。この場合、空燃比が実際よりもリッチであると誤って認識されてしまうこととなる。
【０００３】
上記下流側空燃比検出手段としては、例えば排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサが用いられる。図１０は、酸素センサの出力特性の一例を示す図である。図１１は、触媒下流側の排気ガス中のメタンの影響により上記酸素センサの出力値がリッチずれした場合の出力特性を示す図である。
【０００４】
図１０において、符号３０１は、酸素センサの出力特性を示す。酸素センサの出力特性３０１に示すように、酸素センサの出力値は、理論空燃比を境にして、空燃比がリッチ側であるかリーン側であるかで大きく値が変化する。このような酸素センサの特性を利用して、空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかの検出が行われる。
【０００５】
図１１において、符号４０１は、リッチずれした場合の酸素センサの出力特性を示す。符号３０１は、上記酸素センサの本来の出力特性（実際の空燃比に対応する真の値）を示す。
【０００６】
図１１の例では、符号３０１及び４０１に示すように、符号４０２で示す矢印の空燃比の範囲において、リッチずれした場合の酸素センサの出力値は、実際の空燃比に対応する真の値よりもリッチ側の（大きな）値となっている。
【０００７】
上記のように下流側空燃比検出手段（例えば酸素センサ）の出力値がリッチずれした場合には、空燃比が実際よりもリッチであると誤って認識される。このため、例えば、内燃機関の燃料噴射量が上記下流側空燃比検出手段の検出結果に基づいて制御された場合に、燃料噴射量の制御指令値は、空燃比が正しく検出された場合に比べてリーン側の値に設定されてしまう。その結果、空燃比を正しく制御することができなくなるので、触媒の浄化効率が低下して、排気エミッションが悪化（有害物質の排出量が増加）する虞がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３１４３４４号公報
【特許文献２】特開平１０−８２３３５号公報
【特許文献３】特開平８−４５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置において、より精度良く空燃比が検出できることが望まれている。
【００１０】
本発明の目的は、排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置において、より精度良く空燃比が検出されることの可能な空燃比検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の空燃比検出装置は、排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガス中のメタンの濃度を検出または推定するメタン濃度検出推定手段と、前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段とを備え、前記メタン濃度検出推定手段により検出または推定された前記メタンの濃度に基づいて、前記下流側空燃比検出手段により検出された前記下流側における排気ガスの空燃比が補正されることを特徴としている。
【００１２】
本発明の空燃比検出装置において、前記メタン濃度検出推定手段は、前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも上流側における排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、前記触媒の劣化の程度を検出または推定する触媒劣化検出推定手段とを含み、前記触媒劣化検出推定手段により検出または推定された前記触媒の劣化の程度及び前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比に基づいて前記メタンの濃度を推定することを特徴としている。
【００１３】
本発明の空燃比検出装置は、排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも上流側における排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、前記触媒の劣化の程度を検出または推定する触媒劣化検出推定手段とを備え、前記触媒劣化検出推定手段により検出または推定された前記触媒の劣化の程度及び前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比に基づいて、前記下流側空燃比検出手段により検出された前記下流側における排気ガスの空燃比が補正されることを特徴としている。
【００１４】
本発明の空燃比検出装置において、前記触媒劣化検出推定手段により検出または推定された前記触媒の劣化の程度及び前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比と前記下流側空燃比検出手段の出力値との関係を定めたマップを備え、前記マップが参照されて前記下流側空燃比検出手段により検出された前記下流側における排気ガスの空燃比が補正されることを特徴としている。
【００１５】
本発明の空燃比検出装置は、排気経路における触媒の設置位置よりも上流側における排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、前記上流側における排気ガスの空燃比と、前記触媒の劣化が実質的にない場合の前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比との対応関係を示すデータを記憶する記憶手段とを備え、前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比に基づいて、前記記憶手段に記憶された前記データが参照されて、前記下流側における排気ガスの空燃比が求められることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の空燃比検出装置によれば、排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比がより精度良く検出されることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の空燃比検出装置の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１から図６、及び図１０から図１２−３を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置に関する。本例では、空燃比検出装置は内燃機関の排気経路の空燃比を検出する。空燃比検出装置の検出結果に基づいて内燃機関の燃料噴射量が制御（フィードバック制御）される。
【００１９】
第１実施形態では、排気経路における触媒の設置位置よりも上流側に設けられた上流側空燃比検出手段（Ａ／Ｆセンサ）によって検出される排気ガスの空燃比（以下、上流側空燃比とする）に基づいて、上流側空燃比が目標値（以下、目標空燃比とする）となるように燃料の噴射量がフィードバック制御（排気ガスコントロール制御）される。排気ガスコントロール制御（メインフィードバック制御）では、上流側空燃比の目標空燃比からの偏差に基づいて燃料の噴射量に対する補正量（排気ガスコントロール燃料補正量）が設定される。
【００２０】
さらに、上記排気ガスコントロール制御と共に、上記排気経路における触媒の設置位置よりも下流側に設けられた下流側空燃比検出手段（Ｏ2センサ）によって検出される空燃比（以下、下流側空燃比とする）に基づいて、上記燃料の噴射量がフィードバック制御（触媒コントロール制御）される。触媒コントロール制御（サブフィードバック制御）では、下流側空燃比の理論空燃比からの偏差に基づいて燃料の噴射量に対する補正量（触媒コントロール燃料補正量）が設定される。触媒コントロール制御は、触媒が排気ガスの浄化能力を十分に発揮して、効率的に排気ガスを浄化できるようにするために行われる。
【００２１】
上記触媒コントロール制御において、触媒下流側の排気ガス中のメタンの影響により上記Ｏ2センサの出力値が実際の空燃比に対応する真の値よりもリッチ側の値にずれることがある。この場合、触媒コントロール燃料補正量は、実際の空燃比が正しく検出された場合に設定される値よりもリーン側の値に設定される。このため、燃料の噴射量の制御指令値は、空燃比が正しく検出された場合に比べてリーン側の値に設定されることとなる。その結果、空燃比の制御が正しく行われなくなり、排気エミッションが悪化（有害物質の排出量が増加）することがある。
【００２２】
これに対して、本実施形態では、上記Ｏ2センサの出力値が触媒下流側の排気ガス中のメタンの濃度に応じて補正される。これにより、以下に詳しく説明するように、触媒下流側の排気ガス中のメタンの影響により上記Ｏ2センサの出力値が実際の空燃比に対応する真の値からずれることが抑制される。よって、燃料の噴射量の制御指令値は、空燃比が正しく検出された場合の値からずれることが抑制される。その結果、排気エミッションが悪化することが抑制される。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る装置の概略構成図である。図１において、符号１は、エンジン（内燃機関）を示す。エンジン１には、吸気マニホルド２が接続されている。吸気マニホルド２には、吸気管３が接続されている。吸気管３には、エアクリーナ４が設けられている。吸気管３におけるエアクリーナ４の設置位置よりも下流側には、スロットル弁５が設けられている。吸気管３には、スロットル弁５の開度を検出するスロットルセンサ６が設けられている。また、吸気管３には、エンジン１に供給される空気量を検出するエアフローメータ７が設けられている。
【００２４】
エンジン１には、排気マニホルド１０が接続されている。排気マニホルド１０には、排気管（排気経路）１１が接続されている。排気管１１には、排気ガスを浄化する触媒１２が設けられている。触媒１２は、炭化水素（ＨＣ）と、一酸化炭素（ＣＯ）と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の３つの物質を酸化・還元反応によって同時に除去するいわゆる三元触媒であることができる。
【００２５】
排気管１１における触媒１２の設置位置よりも排気ガスの流れの上流側には、酸素センサ（Ａ／Ｆセンサ）１３が設けられている。Ａ／Ｆセンサ１３は、空燃比に対してリニアな出力特性を示す酸素センサである。Ａ／Ｆセンサ１３により、上流側空燃比が検出される。
【００２６】
排気管１１における触媒１２の設置位置よりも排気ガスの流れの下流側には、酸素センサ（Ｏ2センサ）１４が設けられている。Ｏ2センサ１４により、下流側空燃比が検出される。本実施形態のＯ2センサ１４の出力特性の一例としては、上記従来技術として図１０を参照して説明した内容と同様であることができる。
【００２７】
図１０において、符号Ｆ４に示す空燃比よりもリーン側の領域においては、Ｏ2センサ１４の出力値は、リーン側の所定の値（例えば０Ｖ）となる。一方、符号Ｆ６に示す空燃比よりもリッチ側の領域においては、Ｏ2センサ１４の出力値は、リッチ側の所定の値（例えば１Ｖ）となる。また、符号Ｆ４に示す空燃比から符号Ｆ６に示す空燃比までの間の領域においては、空燃比がリッチ側へ向かうに連れて、Ｏ2センサ１４の出力値はリーン側の所定の値からリッチ側の所定の値へ向けて増加する。符号Ｖ0は、検出対象の空燃比が理論空燃比である場合のＯ2センサ１４の出力値を示す。
【００２８】
エンジン１が搭載される車両（図示せず）には、車両各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）を有する車両制御部２０が設けられている。スロットルセンサ６、エアフローメータ７、Ａ／Ｆセンサ１３及びＯ2センサ１４は、車両制御部２０に接続されており、それぞれの検出結果が車両制御部２０に入力される。エンジン１は、車両制御部２０に接続されている。車両制御部２０により、燃料噴射量、点火時期等のエンジン１の動作が制御される。
【００２９】
車両制御部２０は、Ａ／Ｆセンサ１３及びＯ2センサ１４のそれぞれから入力される情報に基づいて、エンジン１に供給される混合気の空燃比を制御する。具体的には、Ａ／Ｆセンサ１３により検出される上流側空燃比に基づいて、燃料の噴射量がフィードバック制御（排気ガスコントロール制御）される。Ａ／Ｆセンサ１３により検出される上流側空燃比の目標空燃比からの偏差に基づいて、混合気の空燃比を目標空燃比とするような排気ガスコントロール燃料補正量が設定される。
【００３０】
また、排気ガスコントロール制御と合わせて、Ｏ2センサ１４により検出される下流側空燃比に基づいて、上記燃料の噴射量に対するフィードバック制御（触媒コントロール制御）が行われる。Ｏ2センサ１４により検出される下流側空燃比に基づいて、下流側空燃比を理論空燃比に近づけるような触媒コントロール燃料補正量が設定される。
【００３１】
触媒コントロール制御は、触媒１２において排気ガスがより効率的に浄化されるために行われる。触媒１２は、触媒１２に吸蔵される酸素の量（以下、酸素吸蔵量とする）が中立に近い状態の場合に効率的に排気ガスを浄化できる。即ち、触媒１２の酸素吸蔵量が枯渇状態（リッチ側に大きく偏った状態）と飽和状態（リーン側に大きく偏った状態）との間の中立の状態である場合に、触媒１２の浄化能力が十分に発揮される。
【００３２】
下流側空燃比は、触媒１２の酸素吸蔵量に対応している。触媒１２の酸素吸蔵量が中立に近い場合には、下流側空燃比が概ね理論空燃比となる。触媒１２の酸素吸蔵量が中立の状態よりもリーン側に偏った場合には、下流側空燃比がリーンとなる。一方、触媒１２の酸素吸蔵量が中立の状態よりもリッチ側に偏った場合には、下流側空燃比がリッチとなる。触媒コントロール制御では、触媒１２の酸素吸蔵量が中立に近い状態とされるために、下流側空燃比を理論空燃比に近づけるような触媒コントロール燃料補正量が設定される。
【００３３】
上記のように行われる触媒コントロール制御において、上記従来技術において図１１を参照して説明したように、触媒１２の下流側の排気ガスに含まれるメタンの影響により、Ｏ2センサ１４の出力値（符号４０１）が、実際の空燃比に対応する真の値（符号３０１）よりもリッチ側にずれる（リッチずれする）ことがある。
【００３４】
このようにリッチずれが生じるのは、以下のような理由によると考えられる。
【００３５】
高温の排気ガスに接触することでＯ2センサ１４の温度が上昇して、Ｏ2センサ１４の検出部の温度がメタンと酸素とが反応し始める温度よりも高温となった場合には、Ｏ2センサ１４の検出部付近においてメタンが酸素と反応して酸素が消費される。この場合、Ｏ2センサ１４の検出部付近の酸素濃度が低下するので、Ｏ2センサ１４において検出される酸素濃度は、実際の排気ガス中の酸素濃度よりも小さくなる。その結果、Ｏ2センサ１４の出力値は、実際の空燃比に対応する真の値よりもリッチ側の値となる。
【００３６】
上記のように生じるＯ2センサ１４の出力値におけるリッチずれにより、実際の空燃比がリーンであるにもかかわらず、Ｏ2センサ１４の出力値がリッチとなる状況が生じる。例えば、実際の空燃比が図１１において符号Ｆ４で示す空燃比である場合を例に説明すると、符号Ｆ４で示す空燃比は理論空燃比よりもリーンであるから、符号３０１に示すように、実際の空燃比に対応する真の値は、リーン側の所定の値（０Ｖ）である。しかしながら、リッチずれが生じた場合には、符号４０１に示すように、リッチ側の所定の値（１Ｖ）が出力されてしまう。この場合、リッチとなったＯ2センサ１４の出力値に基づいて触媒コントロール燃料補正量が生成される。その結果、燃料の噴射量の制御指令値は、空燃比が正しく検出された場合に比べてリーン側の値に設定される。これにより、空燃比の制御が正しく行われなくなるので排気エミッションが悪化する。
【００３７】
Ｏ2センサ１４の出力値におけるリッチずれは、触媒１２の下流側における排気ガス中のメタンの濃度（以下、下流側メタン濃度とする）が高くなるほど顕著となる。即ち、下流側メタン濃度が高いほど、Ｏ2センサ１４の出力値における実際の空燃比に対応する真の値からのずれは大きくなる。
【００３８】
以下に図１２−１から図１２−３を参照して詳しく説明するように、上流側空燃比が同じであっても、触媒１２の劣化の程度が大きいほど下流側メタン濃度が高くなる。このため、触媒１２の劣化の程度が大きいほど、Ｏ2センサ１４の出力値における真の値からのずれは大きくなる。また、触媒１２の劣化の程度が大きいほど、理論空燃比に対してよりリーン側の空燃比の領域においてもメタンの濃度が高まることでＯ2センサ１４の出力値のリッチずれが生じる。即ち、触媒１２の劣化の程度が大きいほど、図１１に符号４０２で示す空燃比の範囲がリーン側へ広がる。これにより、触媒１２の劣化の程度が大きいほど、より広い空燃比の領域においてＯ2センサ１４の出力値のリッチずれが生じて排気エミッションが悪化する。
【００３９】
図１２−１は、上流側空燃比とＡ／Ｆセンサ１３の出力値との関係を示す図である。図１２−２は、上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度と下流側メタン濃度との関係を示す図である。図１２−３は、下流側メタン濃度に対応するＯ2センサ１４の出力特性を示す図である。
【００４０】
図１２−１において、符号５０１は、上流側空燃比、即ち触媒１２に流入する排気ガスの空燃比に対応するＡ／Ｆセンサ１３の出力値を示す。図１２−２において、符号５０２及び符号５０３は、下流側メタン濃度を示す。符号５０２は、触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側メタン濃度を示す。符号５０３は、触媒１２の劣化の程度が小さい場合の下流側メタン濃度を示す。
【００４１】
符号５０２及び５０３に示すように、下流側メタン濃度は、上流側空燃比がリッチであるほど、大きな値となる。これは、次の理由による。
【００４２】
炭化水素は、触媒１２により浄化されてＣＯ2とＨ2Ｏに変化する際に、酸素を必要とする。上流側空燃比がリッチであるほど、排気ガス中の炭化水素が増えると共に酸素が少なくなるため、触媒１２において炭化水素が浄化されにくくなる。炭化水素が浄化されにくいために、炭化水素が浄化される際の途中生成物であるメタンが触媒１２から流出しやすくなる。この結果、上流側空燃比がリッチであるほど下流側メタン濃度は高くなる。
【００４３】
また、符号５０２及び５０３に示すように、下流側メタン濃度は、触媒１２の劣化の程度が大きい方が、大きな値となる。
【００４４】
これは、触媒１２の劣化の程度が大きいほど、触媒１２が炭化水素を浄化する能力が低下するので、炭化水素が浄化される際の途中生成物であるメタンが触媒１２から流出しやすくなるためである。
【００４５】
次に、下流側メタン濃度とＯ2センサ１４の出力特性との関係について説明する。図１２−３において、符号５０４及び符号５０５は、それぞれリッチずれが生じた場合のＯ2センサ１４の出力特性（出力値）を示す。符号５０４は、触媒１２の劣化の程度が大きい場合のＯ2センサ１４の出力特性（出力値）を示す。符号５０５は、触媒１２の劣化の程度が小さい場合のＯ2センサ１４の出力特性（出力値）を示す。また、符号３０１は、Ｏ2センサ１４の本来の出力特性（実際の空燃比に対応する真の値）を示す。実際の空燃比に対応する真の値３０１は、例えば、触媒１２の劣化が実質的にない条件下におけるＯ2センサ１４の検出結果として、実験により求められることができる。図１２−３において、横軸は、図１２−１及び図１２−２と同様に上流側空燃比を示す。
【００４６】
まず、触媒１２の劣化の程度が大きい場合を例に、下流側メタン濃度５０２（図１２−２）とＯ2センサ１４の出力特性５０４との関係について説明する。図１２−２において、下流側メタン濃度５０２は、上流側空燃比がリッチになるほど大きな値となる。
【００４７】
これにより、図１２−３に示すように、符号Ｆ１で示す空燃比においてＯ2センサ１４の出力値５０４は実際の空燃比に対応する真の値３０１に比べてリッチ側にずれ始める。符号Ｆ１で示す空燃比よりもリッチとなるに連れて、触媒１２の劣化の程度が大きい場合のＯ2センサ１４の出力値５０４は、実際の空燃比に対応する真の値３０１に比べて徐々に大きな値に（リッチ側の値に）ずれていく。
【００４８】
符号Ｆ３で示す空燃比において、触媒１２の劣化の程度が大きい場合のＯ2センサ１４の出力値５０４は、Ｏ2センサ１４のリッチ側を示す値の上限値（１Ｖ）に達する。符号Ｆ３で示す空燃比よりもリッチ側の空燃比においては、触媒１２の劣化の程度が大きい場合のＯ2センサ１４の出力値５０４は、上記リッチ側を示す値の上限値となる。
【００４９】
次に、触媒１２の劣化の程度が小さい場合について説明する。触媒１２の劣化の程度が小さい場合は、触媒１２の劣化の程度が大きい場合に比べて、Ｏ2センサ１４の出力値５０５は、相対的にリッチ側の空燃比において真の値３０１からずれ始める。即ち、図１２−３に示すように、触媒１２の劣化の程度が小さい場合には、触媒１２の劣化の程度が大きい場合のずれ初め点（Ｆ１点）よりもリッチ側のＦ２点においてＯ2センサ１４の出力値５０５が真の値３０１からずれ始める。Ｆ２点よりもリッチ側へ向かうに連れて、触媒１２の劣化の程度が小さい場合のＯ2センサ１４の出力値５０５は、実際の空燃比に対応する真の値３０１に比べて徐々に大きな値に（リッチ側の値に）ずれていき、符号Ｆ５で示す空燃比において上記リッチ側を示す値の上限値に達する。
【００５０】
なお、図１２−３に示すように、符号Ｆ６で示す点よりもリッチ側の空燃比の領域５１０においては、リッチずれした場合のＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）は、それぞれ実際の空燃比に対応する真の値３０１と同様の値となる。従って、符号Ｆ６で示す点よりもリッチ側の空燃比の領域５１０においては、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）に対する補正は行われる必要がない。
【００５１】
以上説明したように、触媒１２の下流側の排気ガスに含まれるメタンの影響により、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）が、実際の空燃比に対応する真の値３０１よりもリッチ側の値となる。このため、触媒コントロール制御において、下流側空燃比が実際よりもリッチであると誤って認識される。これにより、触媒コントロール燃料補正量が、下流側空燃比が正しく検出された場合に設定される値よりもリーン側の値となる。その結果、実際の空燃比が目標空燃比よりもリーン側にずれる。
【００５２】
このように実際の空燃比が目標空燃比よりもリーン側にずれると、触媒１２の酸素吸蔵量が中立状態からリーン側（酸素が飽和する側）へ偏るため、触媒１２の浄化能力が低下し、排気エミッションが悪化する。特に、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化能力が低下するので、窒素酸化物の排出量が増加する虞がある。
【００５３】
そこで、本実施形態では、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）が補正される。上記のように、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）において真の値３０１からのずれが生じる場合に、そのずれの大きさ及びずれが生じる空燃比の範囲は、下流側メタン濃度（図１２−２の５０２、５０３）に応じて変化する。本実施形態では、まず下流側メタン濃度（５０２、５０３）が推定され、推定された下流側メタン濃度（５０２、５０３）に基づいてＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）が補正される。上記のように下流側メタン濃度（５０２、５０３）は上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度により変化する。このため、下流側メタン濃度（５０２、５０３）は、上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度に基づいて推定される。以下にＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）の補正内容について説明する。
【００５４】
図２は、図１２−３に示すようにＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）にリッチずれが生じた場合におけるＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）に対する補正量について説明するための図である。図２において、図１２−３と同様の部分には、図１２−３と同じ符号が付してある。図２において、符号１００は、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）に対する補正量を示す。図２の例では、触媒１２の劣化の程度が大きく、Ｏ2センサ１４の出力特性が符号５０４で示すような出力特性となった場合のＯ2センサ１４の出力値に対する補正量１００が示されている。
【００５５】
Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００は、触媒１２の下流側の排気ガス中のメタンの影響でリッチずれが生じたＯ2センサ１４の出力特性５０４を、実際の空燃比に対応するＯ2センサ１４の本来の出力特性３０１に補正するための補正量である。
【００５６】
触媒１２の劣化の程度と下流側メタン濃度（５０２、５０３）との間には、図１２−２に示すような対応関係があるので、触媒１２の劣化の程度及び上流側空燃比に基づいて、下流側メタン濃度（５０２、５０３）の値が推定されることができる。
【００５７】
さらに、下流側メタン濃度（５０２、５０３）とＯ2センサ１４の出力特性（５０４、５０５）との間には、図１２−２及び図１２−３に示すような対応関係があるので、推定された下流側メタン濃度（図１２−２の５０２、５０３）の値に基づいて、リッチずれした場合のＯ2センサ１４の出力値（図１２−３の５０４、５０５）における真の値（３０１）からのずれの大きさが推定されることができる。推定された上記真の値３０１からのずれの大きさに基づいて、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）に対する補正量１００が決定されることができる。
【００５８】
図３は、本実施形態の動作を示すフローチャートである。
【００５９】
ステップＳ１０においてエンジン１が始動されると、次に、ステップＳ２０において、触媒１２の劣化の程度が取り込まれる。
【００６０】
触媒１２の劣化の程度は、エンジン１の始動後に、触媒１２の劣化の程度を検出するための周知の方法によって予め検出される。ステップＳ２０では、予め検出された触媒１２の劣化の程度を示す値が取り込まれる。本例では、触媒１２の劣化の程度が大きい場合を例に以下の動作を説明する。
【００６１】
次に、ステップＳ３０において、Ａ／Ｆセンサ１３により検出された上流側空燃比が、予め定められた所定の空燃比よりも大きい値である（リーン側である）か否かが判定される。
【００６２】
ステップＳ３０における判定は、Ｏ2センサ１４の出力値５０４を補正する必要があるか否かを判定するために行われる。
【００６３】
上記所定の空燃比は、例えば、図２及び図１２−３において符号Ｆ６で示される空燃比に設定される。図１２−３に示すように、Ｆ６点よりもリッチ側の空燃比の領域５１０においては、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）は、下流側メタン濃度に係らず実際の空燃比に対応する真の値３０１と同様の値となる。従って、上流側空燃比が符号Ｆ６で示す空燃比以下（リッチ側）である場合には、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）を補正する必要がないので、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）を補正する手順（後述のステップＳ４０、Ｓ５０）は省略される。
【００６４】
ステップＳ３０の判定の結果、上流側空燃比が上記所定の空燃比よりも大きい値であると判定された（ステップＳ３０肯定）場合には、ステップＳ４０において、上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度に基づいて、下流側メタン濃度（図１２−２の符号５０２）の値が推定される。
【００６５】
下流側メタン濃度が推定される際には、例えば図４に示すマップが参照される。図４は、触媒１２の劣化の程度及び上流側空燃比の組合せと下流側メタン濃度との対応関係を示すものである。図４に示すように、下流側メタン濃度は、触媒１２の劣化の程度が大きいほど、かつ上流側空燃比がリッチであるほど大きい値となる。上記マップは、例えば、実験の結果に基づいて設定される。
【００６６】
次に、ステップＳ５０において、上流側空燃比及びステップＳ４０で推定された下流側メタン濃度５０２の値に基づいて、Ｏ2センサ１４の出力値５０４が補正される。Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００（図２）が決定される際には、例えば、図５に示すマップが参照される。図５に示すように、Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００は、下流側メタン濃度が大きいほど、値が大きく設定される。図５に示すマップは、上流側空燃比の値に応じてそれぞれ個別のマップとして設定されている。図５に示すマップは、例えば、実験の結果に基づいて設定される。
【００６７】
なお、ステップＳ３０の判定の結果、上流側空燃比が上記所定の空燃比以下であると判定された（ステップＳ３０否定）場合には、本制御フローは終了される。
【００６８】
本実施形態によれば、下流側メタン濃度の推定値（ステップＳ４０）に基づいて、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）が補正される（ステップＳ５０）。これにより、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）が触媒１２の下流側の排気ガス中のメタンの影響によりリッチ側にずれた場合に、その出力値（５０４、５０５）が真の値３０１に近づけられる。その結果、実際の空燃比が正しく検出された場合と同様に燃料の噴射量のフィードバック制御が行われるので、触媒１２の浄化能力が低下することが抑制されて、排気エミッションの悪化が抑制される。
【００６９】
Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）が、実際の空燃比に対応する真の値３０１よりもリッチ側にずれることが抑制される結果、実際の空燃比が目標空燃比よりもリーン側にずれることが抑制される。このため、触媒１２において窒素酸化物を浄化する能力が低下することが抑制されるので、特に窒素酸化物の排出量が増加することが効果的に抑制される。
【００７０】
本実施形態では、まず上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度に基づいて下流側メタン濃度（図１２−２の５０２、５０３）が推定され、次に推定された下流側メタン濃度（５０２、５０３）に基づいてＯ2センサ１４の出力値に対する補正量１００が決定されたが、これに代えて、下流側メタン濃度（５０２、５０３）の推定を行うことなく、上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度に基づいて直接Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００が決定されることができる。図１２−３に示すように、触媒１２の劣化の程度に応じて、Ｏ2センサ１４の出力特性（符号５０４、５０５）がそれぞれ推定されることができる。
【００７１】
よって、上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度に基づいて、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）において、実際の空燃比に対応する真の値３０１からのずれの大きさが推定されることができる。上記ずれの大きさに基づいてＯ2センサ１４の出力値に対する補正量１００が決定される。なお、Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００が決定される際には、例えば、図６に示すマップが参照される。図６には、上流側空燃比（横軸）及び触媒１２の劣化の程度（縦軸）の組合せとＯ2センサ１４の出力値に対する補正量１００の値との対応関係が示されている。
【００７２】
図６に示すように、触媒１２の劣化の程度が大きくなる（図中下方）ほど、広い空燃比の範囲でＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）に対する補正が行われる。これは、図１２−３に示すように、触媒１２の劣化の程度が大きいほど、より広い空燃比の範囲でＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）のリッチずれが生じるのに対応している。また、図６における所定の空燃比において、Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００の値は、ゼロに設定されている。ここで、上記所定の空燃比は、例えば、図２及び図１２−３に符号Ｆ６で示す空燃比であることができる。上述したように、符号Ｆ６で示す空燃比よりもリッチ側の空燃比の領域５１０においては、Ｏ2センサ１４により概ね実際の空燃比に対応する真の値３０１が出力される。このため、Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００の値は、上記所定の空燃比においてゼロに設定される。
【００７３】
本実施形態では、上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度に基づいてＯ2センサ１４の出力値に対する補正量１００（図２参照）が求められ、求められたＯ2センサ１４の出力値に対する補正量１００に基づいてＯ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）が補正されたが、これに代えて、Ｏ2センサ１４の出力値に対する補正量１００を求めることなく、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）の代わりに、上流側空燃比に基づいて、予め定められた設定値３０１が触媒コントロール制御に用いられることができる。
【００７４】
上記設定値３０１は、Ｏ2センサ１４においてメタンの影響によるリッチずれが実質的に生じていない場合に検出される空燃比の値であり、実際の空燃比に対応する真の値３０１に相当する。Ｏ2センサ１４においてメタンの影響によるリッチずれが実質的に生じていない場合とは、例えば、触媒１２の劣化が実質的にない場合である。上流側空燃比と上記設定値３０１との対応関係は、例えば、以下の手順により予め求められる。まず、実質的に劣化していない触媒１２の上流側における空燃比（上流側空燃比）と下流側における空燃比（下流側空燃比）との対応関係が実験等により求められる。この場合、上流側空燃比の値が様々に振られ、それぞれの上流側空燃比の設定値と実際に得られた下流側空燃比との対応関係が求められる。次に、上記実際に得られた下流側空燃比が、上記設定値３０１の値として設定される。
【００７５】
上流側空燃比と上記設定値３０１との対応関係は、マップとして予め車両制御部（記憶手段）２０に記憶されることができる。触媒コントロール制御が行われる際には、上流側空燃比に基づいて、例えば、上記マップが参照されて、Ｏ2センサ１４の出力値（５０４、５０５）の代わりに、上記設定値３０１が制御に用いられる。以上に説明した方法によれば、触媒１２の劣化の程度を検出することなく、上記設定値３０１が用いられて触媒コントロール制御が行われることが可能となる。
【００７６】
なお、本実施形態では触媒１２の設置位置よりも下流側における排気ガス中のメタンの濃度が推定されたが、これに代えて、触媒１２の設置位置よりも下流側における排気ガス中のメタンの濃度がセンサ等により検出されることができる。
【００７７】
（第１実施形態の変形例）
上記第１実施形態においては、図１０に示すような、空燃比がリーンであるかリッチであるかで出力値が大きく変化する出力特性を有するＯ2センサ１４の出力値が補正されたが、Ｏ2センサ１４の出力特性はこれには限定されない。本変形例では、Ａ／Ｆセンサ１３と同様に空燃比に対してリニアな出力特性を示す酸素センサにおいて、触媒下流側の排気ガス中のメタンの濃度の推定値に基づいて出力値が補正される。
【００７８】
図７は、本変形例に係る装置の概略構成図である。第１実施形態（図１）のＯ2センサ１４に代えて、下流側Ａ／Ｆセンサ１６が設けられている。下流側Ａ／Ｆセンサ１６は、図８に示すように空燃比に対してリニアな出力特性を示す酸素センサである。第１実施形態のＡ／Ｆセンサ１３に代えて、上流側Ａ／Ｆセンサ１５が設けられている。上流側Ａ／Ｆセンサ１５は、Ａ／Ｆセンサ１３と同様に空燃比に対してリニアな出力特性を有する酸素センサである。また、車両制御部２０に代えて、車両制御部３０が設けられている。
【００７９】
本変形例では、上記第１実施形態と同様に、下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値に基づいて、触媒コントロール制御が行われる。
【００８０】
図１３−１は、上流側空燃比及び触媒１２の劣化の程度と下流側メタン濃度との関係を示す。図１３−２は、下流側メタン濃度に対応する下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力特性を示す図である。図１３−１において、符号２０２は、触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側メタン濃度を示す。符号２０３は、触媒１２の劣化の程度が小さい場合の下流側メタン濃度を示す。
【００８１】
図１３−２において、符号２０４は、Ａ／Ｆセンサ１６の本来の出力特性（実際の空燃比に対応する真の値）を示す。符号２０５は、触媒１２の劣化の程度が小さい場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力特性（出力値）を示す。符号２０６は、触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力特性（出力値）を示す。
【００８２】
図１３−１に示すように、触媒１２の劣化の程度が小さい場合の下流側メタン濃度２０３は、リッチ側へ向かうに連れて濃度が高くなる。これにより、図１３−２に示すように、Ｆ１１点において、触媒１２の劣化の程度が小さい場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値２０５は、実際の空燃比に対応する真の値２０４に比べてリッチ側にずれ始める。
【００８３】
触媒１２の劣化の程度が大きい場合についても同様であり、図１３−２に示すように、Ｆ１０点において、触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値２０６は、実際の空燃比に対応する真の値２０４に比べてリッチ側にずれ始める。
【００８４】
上記第１実施形態と同様に触媒１２の劣化の程度が大きいほど下流側メタン濃度が高くなるので、図１３−２に示すように、触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値２０６は、触媒１２の劣化の程度が小さい場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値２０５に比べてリッチ側の値となる。
【００８５】
上記のように下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値（２０５、２０６）が、実際の空燃比に対応した真の値２０４に対してリッチ側にずれてしまうため、第１実施形態と同様に、触媒コントロール燃料補正量は、実際の下流側空燃比が正しく検出された場合に比べてリーン側の値となる。その結果、実際の空燃比が目標空燃比よりもリーン側にずれて、排気エミッションが悪化する。
【００８６】
これに対して、本変形例では、図９に示すように、下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値（２０５、２０６）が補正される。図９において、図１３−２と同様の部分には図１３−２と同じ符号が付してある。
【００８７】
図９において、符号２１０は、下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値（２０５、２０６）に対する補正量を示す。図９の例では、触媒１２の劣化の程度が大きく、下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力特性が符号２０６で示す出力特性に変化した場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値に対する補正量２１０が示されている。
【００８８】
下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値（２０５、２０６）を補正する手順は、上記第１実施形態と同様である。触媒１２の劣化の程度が大きい場合について説明すると、まず、触媒１２の劣化の程度及び上流側空燃比に基づいて、触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側メタン濃度２０２の値が推定される。次に、推定された触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側メタン濃度２０２の値及び上流側空燃比に基づいて、触媒１２の劣化の程度が大きい場合の下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値に対する補正量２１０が決定される。
【００８９】
なお、上記第１実施形態と同様に、触媒１２の劣化の程度及び上流側空燃比に基づいて直接下流側Ａ／Ｆセンサ１６の出力値に対する補正量２１０が決定されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の空燃比検出装置の第１実施形態に係る装置の概略構成図である。
【図２】本発明の空燃比検出装置の第１実施形態における酸素センサの出力値の補正方法を説明するための図である。
【図３】本発明の空燃比検出装置の第１実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図４】上流側空燃比及び触媒の劣化の程度と下流側メタン濃度との対応関係を示すマップである。
【図５】下流側メタン濃度とＯ2センサの出力値に対する補正量との対応関係を示すマップである。
【図６】上流側空燃比及び触媒の劣化の程度とＯ2センサの出力値に対する補正量との対応関係を示すマップである。
【図７】本発明の空燃比検出装置の第１実施形態の変形例に係る装置の概略構成図である。
【図８】酸素センサの出力特性の図である。
【図９】本発明の空燃比検出装置の第１実施形態の変形例における酸素センサの出力値の補正方法を説明するための図である。
【図１０】酸素センサの出力特性の図である。
【図１１】酸素センサの出力値のリッチずれを説明するための図である。
【図１２−１】空燃比に対する酸素センサの出力値を示す図である。
【図１２−２】空燃比及び触媒の劣化の程度とメタンの濃度の関係を示す図である。
【図１２−３】メタンの濃度と酸素センサの出力値のリッチずれの関係を説明するための図である。
【図１３−１】空燃比及び触媒の劣化の程度とメタンの濃度の関係を示す図である。
【図１３−２】メタンの濃度と酸素センサの出力値のリッチずれの関係を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９１】
１ エンジン
２ 吸気マニホルド
３ 吸気管
４ エアクリーナ
５ スロットル弁
６ スロットルセンサ
７ エアフローメータ
１０ 排気マニホルド
１１ 排気管
１２ 触媒
１３ Ａ／Ｆセンサ
１４ Ｏ2センサ
１５ 上流側Ａ／Ｆセンサ
１６ 下流側Ａ／Ｆセンサ
２０ 車両制御部
３０ 車両制御部
１００ 酸素センサの出力値に対する補正量
２０２ 触媒の劣化の程度が大きい場合のメタン濃度
２０３ 触媒の劣化の程度が小さい場合のメタン濃度
２０４ 酸素センサの正しい出力特性
２０５ 触媒の劣化の程度が小さい場合の酸素センサの出力特性
２０６ 触媒の劣化の程度が大きい場合の酸素センサの出力特性
２１０ 酸素センサの出力値に対する補正量
３０１ 酸素センサの正しい出力特性（真の値）
４０１ リッチずれした場合の酸素センサの出力特性
４０２ 空燃比の範囲
５０１ 酸素センサの出力値
５０２ 触媒の劣化の程度が大きい場合のメタン濃度
５０３ 触媒の劣化の程度が小さい場合のメタン濃度
５０４ 触媒の劣化の程度が大きい場合の酸素センサの出力特性
５０５ 触媒の劣化の程度が小さい場合の酸素センサの出力特性
５１０ 空燃比の領域
Ｆ１ リッチずれが生じる空燃比
Ｆ２ リッチずれが生じる空燃比
Ｆ３ 酸素センサの出力値がリッチ側の所定の値となる空燃比
Ｆ４ 酸素センサの出力値がリーン側の所定の値となる空燃比
Ｆ５ 酸素センサの出力値がリッチ側の所定の値となる空燃比
Ｆ６ 酸素センサの出力値がリッチ側の所定の値となる空燃比
Ｆ１０ リッチずれが生じる空燃比
Ｆ１１ リッチずれが生じる空燃比
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガス中のメタンの濃度を検出または推定するメタン濃度検出推定手段と、
前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段とを備え、
前記メタン濃度検出推定手段により検出または推定された前記メタンの濃度に基づいて、前記下流側空燃比検出手段により検出された前記下流側における排気ガスの空燃比が補正される
ことを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の空燃比検出装置において、
前記メタン濃度検出推定手段は、
前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも上流側における排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、
前記触媒の劣化の程度を検出または推定する触媒劣化検出推定手段とを含み、
前記触媒劣化検出推定手段により検出または推定された前記触媒の劣化の程度及び前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比に基づいて前記メタンの濃度を推定する
ことを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項３】
排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、
前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも上流側における排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、
前記触媒の劣化の程度を検出または推定する触媒劣化検出推定手段とを備え、
前記触媒劣化検出推定手段により検出または推定された前記触媒の劣化の程度及び前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比に基づいて、前記下流側空燃比検出手段により検出された前記下流側における排気ガスの空燃比が補正される
ことを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の空燃比検出装置において、
前記触媒劣化検出推定手段により検出または推定された前記触媒の劣化の程度及び前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比と前記下流側空燃比検出手段の出力値との関係を定めたマップを備え、
前記マップが参照されて前記下流側空燃比検出手段により検出された前記下流側における排気ガスの空燃比が補正される
ことを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項５】
排気経路における触媒の設置位置よりも上流側における排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、
前記上流側における排気ガスの空燃比と、前記触媒の劣化が実質的にない場合の前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比との対応関係を示すデータを記憶する記憶手段とを備え、
前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比に基づいて、前記記憶手段に記憶された前記データが参照されて、前記下流側における排気ガスの空燃比が求められる
ことを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項１】
排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガス中のメタンの濃度を検出または推定するメタン濃度検出推定手段と、
前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段とを備え、
前記メタン濃度検出推定手段により検出または推定された前記メタンの濃度に基づいて、前記下流側空燃比検出手段により検出された前記下流側における排気ガスの空燃比が補正される
ことを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の空燃比検出装置において、
前記メタン濃度検出推定手段は、
前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも上流側における排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、
前記触媒の劣化の程度を検出または推定する触媒劣化検出推定手段とを含み、
前記触媒劣化検出推定手段により検出または推定された前記触媒の劣化の程度及び前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比に基づいて前記メタンの濃度を推定する
ことを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項３】
排気経路における触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、
前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも上流側における排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、
前記触媒の劣化の程度を検出または推定する触媒劣化検出推定手段とを備え、
前記触媒劣化検出推定手段により検出または推定された前記触媒の劣化の程度及び前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比に基づいて、前記下流側空燃比検出手段により検出された前記下流側における排気ガスの空燃比が補正される
ことを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の空燃比検出装置において、
前記触媒劣化検出推定手段により検出または推定された前記触媒の劣化の程度及び前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比と前記下流側空燃比検出手段の出力値との関係を定めたマップを備え、
前記マップが参照されて前記下流側空燃比検出手段により検出された前記下流側における排気ガスの空燃比が補正される
ことを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項５】
排気経路における触媒の設置位置よりも上流側における排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、
前記上流側における排気ガスの空燃比と、前記触媒の劣化が実質的にない場合の前記排気経路における前記触媒の設置位置よりも下流側における排気ガスの空燃比との対応関係を示すデータを記憶する記憶手段とを備え、
前記上流側空燃比検出手段により検出された前記上流側における排気ガスの空燃比に基づいて、前記記憶手段に記憶された前記データが参照されて、前記下流側における排気ガスの空燃比が求められる
ことを特徴とする空燃比検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２−１】
【図１２−２】
【図１２−３】
【図１３−１】
【図１３−２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２−１】
【図１２−２】
【図１２−３】
【図１３−１】
【図１３−２】
【公開番号】特開２００８−１２８０１２（Ｐ２００８−１２８０１２Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１０７２６（Ｐ２００６−３１０７２６）
【出願日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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