JP2004239088A - Air fuel ratio control device for engine - Google Patents

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JP2004239088A JP2003026358A JP2003026358A JP2004239088A JP 2004239088 A JP2004239088 A JP 2004239088A JP 2003026358 A JP2003026358 A JP 2003026358A JP 2003026358 A JP2003026358 A JP 2003026358A JP 2004239088 A JP2004239088 A JP 2004239088A
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Tomohiro Yamada
智裕 山田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To promote activity of the catalytic purifying action by adsorption-desorption of oxygen of a three way catalyst. <P>SOLUTION: The lean target equivalent ratio ΦL is set on the basis of an engine speed; lean atmosphere control is started for controlling the equivalent ratio Φ detected by a wide area air-fuel ratio sensor in the lean target equivalent ratio ΦL (t1); afterwards, an oxygen adsorption estimate SL adsorbed to the three way catalyst is integrated; and when the oxygen adsorption estimate SL reaches a preset upper limit value SLMAX, the lean atmosphere control is finished (t2); and is transferred to rich atmosphere control. In the rich atmosphere control, the rich target equivalent ratio ΦR is set on the basis of the engine speed; the rich atmosphere control is started; and in that case, a determination estimate SL1 is set by a value of reducing the oxygen adsorption estimate SL by 10 %. An oxygen desorption estimate SR desorbed from the three way catalyst is integrated, and when the oxygen desorption estimate SR reaches the determination estimate SL1, the rich atmosphere control is finished (t3). Since lean/rich of the target equivalent ratio is switched on the basis of a value by estimating an oxygen adsorption-desorption quantity of the three way catalyst, exhaust emission can be reduced by maximally exhibiting purifying capacity of the three way catalyst. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三元触媒の酸素吸着量と酸素離脱量とを適切に制御して、触媒浄化作用の活性化を促進させるエンジンの空燃比制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、三元触媒は空燃比がほぼ理論空燃比のときにHC(炭化水素),CO(一酸化炭素)を酸化し、且つNOx(窒素酸化物)を還元する機能を有する。従って、空燃比をほぼ理論空燃比に維持することができれば三元触媒を用いてHC,CO,NOxを同時に浄化することができる。
【0003】
ところが、空燃比をほぼ理論空燃比に維持することは困難であり、実際には空燃比が理論空燃比からずれてしまう場合がある。しかし、空燃比が理論空燃比からずれたとしても三元触媒の酸素貯蔵機能によってHC,CO,NOxを浄化することができる。
【0004】
すなわち、三元触媒は、いわゆるO2ストレージ効果により、空燃比がリーンのときには、その際に貯蔵した排気中の過剰酸素によってNOxを還元し、一方、空燃比がリッチになると排気中の未燃HC,COが三元触媒内の酸素を奪い、これにより未燃HC,COが酸化される。従って、三元触媒中に対する酸素の吸脱作用を最大限に発揮させることで触媒の浄化性能を向上させることが可能となる。
【0005】
例えば、特開平6−74072号公報には、三元触媒の上流に排気ガス中の空燃比をリニアに検出する広域空燃比センサを配設し、広域空燃比センサで検出した空燃比と、吸入空気量とに基づいて、三元触媒の酸素吸着量を算出し、この酸素吸着量が常にゼロとなるように空燃比を制御することで、不測的な空燃比の乱れに対しても三元触媒の有害成分に対する吸着能力を確保し、排気エミッション総量を減少させるようにした技術が開示されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平6−74072号公報
【0007】
【特許文献2】
特開平10−246139号公
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した公報に開示されている技術では、三元触媒に吸着される酸素の変化量が少ないため、酸素吸脱による触媒浄化作用の活性化が促進されず、三元触媒の有する浄化能力を最大限に発揮させることができないという不都合がある。
【0009】
これに対して、例えば、特開平10−246139号公報には、三元触媒の上流に配設した広域空燃比センサで検出した空燃比に基づいて空燃比フィードバック制御を行なうに際し、排気空燃比を所定周期でリッチ/リーンに反転させる、いわゆるパータべーション制御により三元触媒に対する酸素吸脱を効果的に行うことで、三元触媒の浄化性能を向上させる技術が開示されている。
【0010】
しかし、この公報に開示されている技術では、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて設定した所定時間(SINTIM#)毎にリーン/リッチ反転するように制御しているに過ぎないため、三元触媒に対して吸脱される実際の酸素量が把握されておらず、従って、当該公報に開示されている技術によっても、酸素吸脱による触媒浄化作用の活性化を充分に促進させることができず、三元触媒の有する浄化能力を最大限に発揮させることができない不都合がある。
【0011】
本発明は、上記事情に鑑み、三元触媒の酸素吸脱による触媒浄化作用の活性を促進させ、三元触媒の浄化能力を最大限に発揮させて、排気エミッションの低減を実現するエンジンの空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明による空燃比制御装置は、排気系に三元触媒と排気空燃比をリニアに検出する空燃比検出手段とを配設するエンジンにおいて、エンジン運転状態に基づいて先ずリーン目標空燃比を設定し続いてリッチ目標空燃比を設定し該リーン目標空燃比と該リッチ目標空燃比とを1周期として目標空燃比を振幅させる目標空燃比設定手段と、上記排気空燃比をリーン目標空燃比に制御するリーン雰囲気制御手段と、リーン雰囲気制御の終了と判定された後上記排気空燃比をリッチ目標空燃比に制御するリッチ雰囲気制御手段とを備え、上記リーン雰囲気制御手段は、上記排気空燃比と上記リーン目標空燃比と吸入空気量とに基づき上記三元触媒に吸着される酸素吸着推定量を積算する酸素吸着推定量積算手段と、上記酸素吸着推定量と予め設定した設定値とを比較してリーン雰囲気制御の終了を判定するリーン雰囲気制御終了時期判定手段とを備え、上記リッチ雰囲気制御手段は、上記排気空燃比と上記リッチ目標空燃比と上記吸入空気量とに基づき上記三元触媒から離脱される酸素離脱推定量を積算する酸素離脱推定量積算手段と、上記酸素離脱推定量に基づいて判定推定量を設定する判定推定量設定手段と、上記酸素吸着推定量と判定推定量とを比較し、該酸素吸着推定量が該判定推定量に達したときリッチ雰囲気制御を終了するリッチ雰囲気制御終了時期判定手段とを備えていることを特徴とする。
【0013】
このような構成では、エンジン運転状態に基づいて、先ずリーン目標空燃比を設定し、空燃比検出手段で検出する排気空燃比をリーン目標空燃比に制御するリーン雰囲気制御を行なう。その際、排気空燃比とリーン目標空燃比と吸入空気量とに基づき、排気系に配設されている三元触媒に吸着される酸素吸着推定量を積算し、積算した酸素吸着推定量と予め設定した設定値とを比較して、酸素吸着推定量が設定値に達した場合リーン雰囲気制御を終了し、排気空燃比をリッチ目標空燃比に制御するリッチ雰囲気制御へ移行する。リッチ雰囲気制御では、エンジン運転状態に基づいてリッチ目標空燃比を設定し、排気空燃比をリッチ目標空燃比に制御するリッチ雰囲気制御を行なう。その際、排気空燃比とリッチ目標空燃比と吸入空気量とに基づき三元触媒から離脱される酸素離脱推定量を積算し、積算した酸素離脱推定量に基づいて判定推定量を設定し、酸素吸着推定量が判定推定量に達したときリッチ雰囲気制御を終了する。
【0014】
この場合、好ましくは、1)上記判定推定量設定手段では、上記酸素離脱推定量を一定割合だけ減少させた値で上記判定推定量を設定することを特徴とする。
【0015】
2)上記リーン雰囲気制御終了時期判定手段では、上記吸入空気量と理論空燃比と上記リーン目標空燃比とに基づいて算出した瞬間酸素吸着量に基づいてリーン雰囲気制御時間を設定し、リーン雰囲気制御時の経過時間が該リーン雰囲気制御時間を越えた場合にリーン雰囲気制御を終了させることを特徴とする。
【0016】
3)上記リッチ雰囲気制御終了時期判定手段では、上記吸入空気量と理論空燃比と上記リッチ目標空燃比とに基づいて算出した瞬間酸素離脱量に基づいてリッチ雰囲気制御時間を設定し、リッチ雰囲気制御時の経過時間が該リッチ雰囲気制御時間を越えた場合にリッチ雰囲気制御を終了させることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。図1にエンジン制御系の概略構成図を示す。同図の符号1はエンジンで、本実施の形態においては水平対向式エンジンを示す。このエンジン1に吸気マニホルド2と排気マニホルド3とが各々連通されている。
【0018】
又、吸気マニホルド2の上流側がエアチャンバ4に集合され、このエアチャンバ4の上流に吸気管5が連通され、この吸気管5がエアクリーナ(図示せず)に連通されている。又、吸気管5のエアチャンバ4の直上流にスロットル弁6が介装されている。尚、図示しないが、吸気管5のエアクリーナの直下流に、吸入空気量を検出する吸入空気量センサが介装されている。更に、吸気マニホルド2の各気筒の吸気ポートの直上流側にインジェクタ7が配設されている。
【0019】
又、排気マニホルド3の集合部に排気管8が連通され、この排気管8の下流にマフラ9が連通されている。又、排気管8に三元触媒10が配設され、この三元触媒10の入り口に、排気ガス中の酸素濃度から理論空燃比を含むリッチからリーンにかけての空燃比(以下「排気空燃比」と称する)をリニアに検出する空燃比検出手段としての広域空燃比センサ12が配設されている。
【0020】
又、エンジン1のクランクシャフト1aに軸着するクランクロータ(図示せず)の外周に、このクランクロータの回転からエンジン回転数を検出するクランク角センサ14が対設されている。
【0021】
一方、符号21は電子制御装置(ECU)で、CPU22,ROM(図示せず),RAM(図示せず)、及びデータの書き換えが可能な不揮発性メモリ(例えば、EEP(Electrically Erasable Programmable)ROM、フラッシュメモリ)やバックアップRAM等を備えたマイクロコンピュータ等を主体に構成されている。CPU22では、ROMに記憶されている制御プログラムに従い、各センサ類からの検出信号等を処理し、RAMに格納される各種データ、及び不揮発性メモリやバックアップRAMに格納されている各種学習値データ等に基づき、目標空燃比に対応する燃料噴射量を演算する空燃比制御や、点火時期制御等、エンジン全体の制御を行う。
【0022】
このようなエンジン制御系において、ECU21における空燃比制御では、広域空燃比センサ12の出力値VO[V]に基づき、三元触媒10入り口の排気ガス中の空気過剰率λを検出し、この空気過剰率λと吸入空気流量Qaとに基づいて三元触媒10内の酸素吸着推定量SLと酸素離脱推定量SRとを演算し、この酸素吸着推定量SLと酸素離脱推定量SRとに応じて、三元触媒10上流の排気ガス中の空気過剰率λを微小に振動させて、排気空燃比をリッチ/リーンに反転させる、いわゆるパータベーション制御を行う。
【0023】
尚、本実施の形態では、理論空燃比(λ=1)を基準として空燃比を表す関係上、以下の説明では、空燃比(排気空燃比)を当量比(排気当量比)Φ(Φ=1/λ)で表すものとするが、空燃比、燃空比、空気過剰率の何れを用いて説明しても同じ結果が得られる。
【0024】
以下、ECU21によって実行されるパータべーション制御時空燃比設定ルーチンについて、図2〜図3のフローチャートに従って説明する。
【0025】
イグニッションスイッチがONされて、ECU21に電源が投入されると、システムがイニシャライズされた後、プログラムが実行され、先ず、ステップS1,S2で目標当量比設定条件を判定する。
【0026】
ステップS1では、三元触媒10が活性しているか否かを空燃比フィードバック制御が実行されているか否かで調べる。又、ステップS2では、燃料カット条件、或いは燃料増量条件を調べ、燃料カット制御中、或いは燃料増量補正中か否かを調べる。
【0027】
そして、ステップS1で空燃比フィードバック制御が実行されておらず、或いはステップS2で燃料カット制御、或いは燃料増量補正が実行中と判断された場合、ステップS21へジャンプして、各パラメータを初期化処理した後、ルーチンを抜ける。すなわち、減速走行時等の燃料カット条件が成立しているとき、或いは加速増量等の燃料増量条件が成立しているときは、目標当量比を可変設定しても最終的には、フィードフォワード制御が優先するため、目標当量比を設定する意味がないので、このような場合は、パータべーション制御を中止する。尚、初期化処理の詳細については、後述する。
【0028】
一方、ステップS1で空燃比フィードバック制御実行中と判定され、且つステップS2で燃料カット条件或いは燃料増量条件が不成立と判断された場合は、ステップS3へ進み、ステップS3以下で、三元触媒10内の酸素吸脱状態の推定を開始する。
【0029】
先ず、ステップS3では、リーン/リッチ雰囲気判定フラグFsの値を参照して、現在の制御状態がリーン雰囲気制御にある(Fs=0)かリッチ雰囲気制御にある(Fs=1)かを調べ、Fs=0のリーン雰囲気制御のときはステップS4へ進み、Fs=1のリッチ雰囲気制御のときはステップS12へジャンプする。尚、リーン/リッチ雰囲気判定フラグFsの初期値は0であり、イグニッションスイッチON時及びステップS21で初期設定され、又、後述するステップS13でセットされる。
【0030】
又、イグニッションスイッチON後、ステップS3以下で、三元触媒10内の酸素吸脱状態の推定を開始する場合、最初にリーン雰囲気制御が実行され、次いでリッチ雰囲気制御が実行され、これを1周期として目標当量比が振幅される。従って、以下の説明では、先ず、リーン雰囲気制御について説明し、続いて、リッチ雰囲気制御について説明する。
【0031】
ステップS3で、Fs=0の現在の制御がリーン雰囲気制御であると判定されて、ステップS4へ進むと、クランク角センサ14で検出したエンジン回転数Neに基づき、リーン目標当量比テーブルを補間計算付きで参照して、吸気系から気筒に供給する吸入混合気のリーン目標当量比ΦLを設定する。リーン目標当量比テーブルの各領域には、エンジン回転数Neが低回転から高回転方向へ移行するに従い、リーン目標当量比ΦLを徐々にリーン方向へ設定する値が格納されており、更に、各領域に格納されているリーン目標当量比ΦLは、当量比変化に伴うエンジン回転数Neの変動を許容範囲に収めるような値に設定されている。尚、符号ΦSは理論当量比(ΦS=1)である。
【0032】
すなわち、低回転側でリーン目標当量比ΦLをリーン側へ大きくシフトさせると、僅かな負荷変動等の影響を受けてエンジン回転数Neが大きく変動してしまうため、リーン目標当量比ΦLをリーン側へ大きくシフトさせることができないので、低回転(500rpm)では、リーン目標当量比ΦLを理論当量比ΦSに近い値(ΦL=ΦS−0.005=0.995)とし、一方、高回転側(2000rpm)では、エンジン出力が大きいので、リーン目標当量比ΦLをリーン側へ比較的大きくシフトさせてもエンジン回転変動に大きな影響を及ぼすことはないため、リーン目標当量比ΦLを理論当量比ΦSから0.05を減算した値(ΦL=ΦS−0.05=0.95)で設定されている。
【0033】
その後、ステップS5へ進むと、酸素吸着推定量SLの値を参照して、酸素吸着推定量がSL=0の初期設定されているか否かを調べる。この酸素吸着推定量SLは、イグニッションスイッチON時、及び後述するステップS21で初期設定されるものであり、SL=0のときは、リーン雰囲気制御へ移行した後の最初のルーチンであるため、ステップS6へ進み、リーン雰囲気制御時間TL[sec]を設定する。又、SL≠0のときはリーン雰囲気制御時間TLが継続中であるため、ステップS7へジャブする。
【0034】
ステップS6へ進むと、吸入空気流量Qa[g/sec]に、理論当量比ΦSとリーン目標当量比ΦLとの差を乗算して、瞬間酸素吸着量Qa・(ΦS−ΦL)を算出し、この瞬間酸素吸着量Qa・(ΦS−ΦL)をバラメータとして、リーン雰囲気制御時間設定テーブルを補間計算付きで参照してリーン雰囲気制御時間TL[sec]を設定する。
【0035】
このリーン雰囲気制御時間設定テーブルには、三元触媒10の容量から、瞬間酸素吸着量Qa・(ΦS−ΦL)に基づき、実験などから運転性能を損なうことなく当量比を強制的にリーン側で制御することの可能なリーン雰囲気制御時間を求め、その時間を各領域毎に格納したものであり、リーン雰囲気制御時間TL[sec]は、三元触媒10に供給される単位時間当たりの酸素量が増加するに従い、次第に短い時間に設定される。
【0036】
その後、ステップS5或いはステップS6からステップS7へ進むと、広域空燃比センサ12の出力値VO[V]に基づいて排気当量比Φ(Φ=1/λ)を算出し、この排気当量比Φと理論当量比ΦSとを比較し、Φ<ΦSの当量比がリーンの時は、次式より、酸素吸着推定量SLを積算する。
SL=SL+Qa・(ΦS−Φ)
【0037】
又、Φ≧ΦSの当量比がリッチの時は、次式より、酸素離脱推定量SRを積算する。
SR=SR+Qa・(Φ−ΦS)
【0038】
すなわち、リーン雰囲気制御中であっても、当量比Φが瞬間的にリッチとなる場合があり、そのような場合には、酸素吸着推定量SLの積算を中断し、酸素離脱推定量SRを積算する。
【0039】
次いで、ステップS8へ進むと、酸素吸着推定量SLと設定上限値SLMAXとを比較してリーン雰囲気の終了時期を判定する。尚、設定上限値SLMAXは、三元触媒10の有する酸素吸着量の飽和容量に基づいて設定される固定値である。
【0040】
そして、SL<SLMAXのときは、三元触媒10の酸素吸着量に余裕があるため、ステップS9へ進む。一方、SL≧SLMAXのときは、三元触媒10の酸素吸着量が飽和状態にあるため、ステップS12へジャンプし、リーン雰囲気制御を終了してリッチ雰囲気制御へ移行する。
【0041】
又、ステップS9へ進むと、リーン雰囲気制御へ移行したときからの経過時間Timとリーン雰囲気制御時間TLとを比較し、Tim<TLのときは、そのままルーチンを抜け、リーン雰囲気制御を継続する。一方、Tim≧TLのときは、リーン雰囲気制御時間が許容時間に達しているため、ステップS10へ分岐し、酸素吸着推定量SLが積算されているか否かを調べ、積算されていないとき(SL=0)は、ステップS11へ進み、酸素吸着推定量SLを、予め設定した設定値SLFIXでセットする(SL←SLFIX)。
【0042】
リーン雰囲気制御中であっても当量比Φがリッチ方向にあり、酸素吸着推定量SLは積算されない場合が考えられる。このような場合、SL=0の状態のまま、次のリッチ雰囲気制御へ移行すると、このリッチ雰囲気制御ではリーン雰囲気制御で積算された酸素吸着推定量SLに応じた酸素離脱推定量SRの積算時間だけリッチ雰囲気制御が実行されるため、SL=0の場合は、リッチ雰囲気制御へ実質的に移行することができなくなってしまう。
【0043】
そのため、酸素吸着推定量SLを予め設定した設定値SLFIXで設定し、SL≠0とすることで、リッチ雰囲気制御への移行を可能にしている。従って、ステップS10においてSL≠0の場合は、そのままステップS12へジャンプしてリッチ雰囲気制御へ移行する。
【0044】
そして、ステップS3、ステップS8、ステップS10或いはステップS11から、ステップS12へ進むと、ステップS7で積算した酸素吸着推定量SLと酸素離脱推定量SRとを比較し、SR≧SLの場合は、リッチ雰囲気制御へ移行して酸素離脱推定量SRを積算するよりも、リーン雰囲気制御を実行して酸素吸着推定量SLを積算させることで、酸素吸脱による触媒浄化作用の促進を図ることが期待できるため、ステップS21へジャンプして初期化処理を行なった後、ルーチンを抜ける。
【0045】
又、SR<SLの場合は、ステップS13へ進み、リーン/リッチ雰囲気判定フラグFsをセットし(Fs←1)、ステップS14へ進み、クランク角センサ14で検出したエンジン回転数Neに基づき、リッチ目標当量比テーブルを補間計算付きで参照して、吸気系から気筒に供給する吸入混合気のリッチ目標当量比ΦRを設定する。
【0046】
リッチ目標当量比テーブルの各領域には、エンジン回転数Neが低回転から高回転方向へ移行するに従い、目標当量比ΦRを徐々にリッチ方向へ設定する値が格納されており、更に、各領域に格納されているリッチ目標当量比ΦRは、当量比変化に伴うエンジン回転数Neの変動を許容範囲に収めるような値に設定されている。
【0047】
すなわち、低回転側で目標当量比ΦRをリッチ側へ大きくシフトさせると、エンジン出力の変化によりエンジン回転数Neが大きく変動してしまうため、目標当量比ΦRをリッチ側へ大きくシフトさせることができないので、低回転(500rpm)では、目標当量比ΦRを理論当量比ΦSに近い値(ΦL=ΦS+0.005=1.005)とし、一方、高回転側(2000rpm)では、エンジン出力が大きいので、目標当量比ΦRをリッチ側へ比較的大きくシフトさせてもエンジン回転変動に大きな影響を及ぼすことはないため、目標当量比ΦRを理論当量比ΦSに0.05を加算した(ΦR=ΦS+0.05=1.05)で設定されている。
【0048】
そして、ステップS15へ進むと、酸素離脱推定量SRの値を参照して、酸素離脱推定量がSR=0の初期設定されているか否かを調べる。この酸素離脱推定量SRは、イグニッションスイッチON時、及び後述するステップS21で初期設定されるもので、SR=0のときは、リッチ雰囲気制御へ移行した後の最初のルーチンであるため、ステップS16へ進み、リッチ雰囲気制御時間TR[sec]を設定する。又、SR≠0のときはリッチ雰囲気制御時間TRが継続中であるため、ステップS17へジャンプする。
【0049】
ステップS16へ進むと、吸入空気流量Qa[g/sec]に、リッチ目標当量比ΦRと理論当量比ΦSとの差を乗算して、瞬間酸素離脱量Qa・(ΦR−ΦS)を算出し、この瞬間酸素離脱量Qa・(ΦR−ΦS)をバラメータとして、リッチ雰囲気制御時間設定テーブルを補間計算付きで参照してリッチ雰囲気制御時間TR[sec]を設定する。
【0050】
このリッチ雰囲気制御時間設定テーブルには、三元触媒10の容量から、瞬間酸素離脱量Qa・(ΦR−ΦS)に基づき、実験などから運転性能を損なうことなく当量比を強制的にリッチ側で制御することの可能なリッチ雰囲気制御時間を求め、その時間を各領域毎に格納したものであり、このリッチ雰囲気制御時間TR[sec]は、三元触媒10から離脱される単位時間当たりの酸素量が増加するに従い、次第に短い時間に設定される。
【0051】
その後、ステップS15或いはステップS16からステップS17へ進むと、広域空燃比センサ12の出力値VO[V]に基づいて排気ガス中の排気当量比Φ(Φ=1/λ)を算出し、この排気当量比Φと理論当量比ΦSとを比較し、Φ<ΦSの当量比がリーンの時は、次式より、酸素吸着推定量SLを積算する。
SL=SL+Qa・(ΦS−Φ)
【0052】
又、Φ≧ΦSの当量比がリッチの時は、次式より、酸素離脱推定量SRを積算する。
SR=SR+Qa・(Φ−ΦS)
【0053】
すなわち、リッチ雰囲気制御中であっても、当量比Φが瞬間的にリーンとなる場合があり、そのような場合には、酸素吸着推定量SLを積算する。
【0054】
次いで、ステップS18へ進むと、酸素吸着推定量SLを数十%(本実施の形態では10%)だけ減少させた値を判定推定量SL1として設定し(SL1=0.9・SL)、続く、ステップS19で、酸素離脱推定量SRと判定推定量SL1とを比較し、SR≧SL1のときは、ステップS21へ分岐し、初期化処理を行ない、リッチ雰囲気制御を終了した後、ルーチンを抜ける。ステップS19では、酸素離脱推定量SRと酸素吸着推定量SLとを比較せず、酸素吸着推定量SLを数十%(本実施の形態では10%)だけ減少させた判定推定量SL1と比較することで、酸素離脱推定量SRの積算量を常に酸素吸着推定量SLよりも若干小さな値とすることができる。
【0055】
その結果、三元触媒10中には必ず酸素が残留されることとなり、その分、COの排出量を抑制することができる。又、酸素離脱推定量SRと酸素吸着推定量SLとは、三元触媒10内の酸素吸脱量を実際に計測しているものではないので、酸素離脱推定量SRを若干少なく設定することで、触媒浄化能力を超えて未処理ガスが三元触媒10から排出されてしまうことを未然に防止することができる。尚、判定推定量SL1は酸素吸着推定量SLの90%である必要はなく、実験等により最適な値を設定する。
【0056】
又、SR<SL1のときは、三元触媒10の酸素離脱量に余裕があるため、ステップS20へ進み、リッチ雰囲気制御へ移行したときからの経過時間Timとリッチ雰囲気制御時間TRとを比較し、Tim<TRのときは、そのままルーチンを抜け、リッチ雰囲気制御を継続する。一方、Tim≧TRのときは、リッチ雰囲気制御時間が許容時間に達しているため、ステップS21へ分岐し、初期化処理を実行してルーチンを抜ける。
【0057】
尚、ステップS21では、リーン/リッチ雰囲気判定フラグFs、酸素吸着推定量SL、酸素離脱推定量SR、判定推定量SL1、 経過時間Timを全てクリアする初期化処理が行なわれる(Fs←0,SL←0,SR←0,SL1←0,Tim←0)。
【0058】
このように、本実施の形態では、パータべーション制御を行なうに際し、リーン雰囲気制御時の三元触媒10に対する酸素吸着推定量SLと、リッチ雰囲気制御時の三元触媒10からの酸素離脱推定量SRとを求めて、排気空燃比のリーン/リッチを反転させるようにしたので、三元触媒10が実際に吸脱可能な酸素量に近いサイクルで、排気空燃比のリーン/リッチを反転させることができ、触媒浄化作用の活性を促進させることができる。その結果、三元触媒の浄化能力を最大限に発揮させることで、三元触媒10の容量を増加させることなく、排気エミッションを効率よく低減させることができる。
【0059】
又、リッチ雰囲気制御を終了するに際し、酸素離脱推定量SRと酸素吸着推定量SLとを比較せず、酸素吸着推定量SLの数十%に設定されている判定推定量SL1と比較するようにしたので、リッチ雰囲気制御を終了したときにも、三元触媒10中には必ず酸素が残留されているため、COの排出量を抑制することができると共に、酸素離脱推定量SRと酸素吸着推定量SLとが実際の酸素離脱量と酸素吸着量とから若干ずれた場合でも、未処理ガスが三元触媒10から排出されてしまうことを未然に防止することができる。
【0060】
次に、図4に示すタイムチャートに従い、本実施の形態による空燃比制御の一例を示す。
【0061】
目標当量比設定条件が満足されると、先ず、目標当量比がリーン目標当量比ΦLに設定される(t1)。その結果、燃料噴射制御ではリーン目標当量比ΦLに基づき燃料噴射量が設定されるため、排気当量比はリーン化される。その結果、広域空燃比センサ12で検出する排気当量比Φが、Φ<ΦSとなるため、吸入空気流量Qaと排気当量比Φと理論当量比ΦSとに基づいて算出される三元触媒10内の酸素吸着推定量SLが積算され、この酸素吸着推定量SLが次第に増加される。
【0062】
そして、この酸素吸着推定量SLが設定上限値SLMAXに達したとき(t2)、目標当量比をリッチ目標当量比ΦRに切換える。その際、酸素吸着推定量SLは積算が中止されるため、そのときの値が維持されている。一方、燃料噴射制御ではリッチ目標当量比ΦRに基づいて燃料噴射量が設定されるため、排気当量比はリッチ化される。その結果、広域空燃比センサ12で検出する排気当量比Φが、Φ≧ΦSとなるため、吸入空気流量Qaと排気当量比Φと理論当量比ΦSとに基づいて算出される三元触媒10内の酸素離脱推定量SRが積算され、この酸素離脱推定量SRが次第に増加される。
【0063】
そして、この酸素離脱推定量SRが、酸素吸着推定量SLを数十%(本実施の形態では10%)減少させた判定推定量SL1に達したとき(t3)、酸素吸着推定量SL及び酸素離脱推定量SRを共にクリアし(SL←0,SR←0)、パータべーション制御の1サイクルを終了する。そして、再び目標当量比設定条件が満足された場合、次サイクルのパータべーション制御を開始する。
【0064】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、三元触媒の酸素吸脱による触媒浄化作用の活性を促進させ、三元触媒の浄化能力を最大限に発揮させて、排気エミッションを効率よく低減させることができる等の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】エンジン制御系の概略構成図
【図2】パータべーション制御時空燃比設定ルーチンを示すフローチャート(その1)
【図3】パータべーション制御時空燃比設定ルーチンを示すフローチャート(その2)
【図4】パータべーション制御時の目標当量比の設定と酸素吸着推定量と酸素離脱推定量との変化を示すタイムチャート
【符号の説明】
1 エンジン
10 三元触媒
12 広域空燃比センサ(空燃比検出手段)
Qa 吸入空気流量
Qa・(ΦS−ΦL) 瞬間酸素吸着量
Qa・(ΦR−ΦS) 瞬間酸素離脱量
SL1 判定推定量
SR 酸素離脱推定量
TL リーン雰囲気制御時間
TR リッチ雰囲気制御時間
Φ 排気当量比
ΦL リーン目標当量比
ΦR リッチ目標当量比
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an air-fuel ratio control device for an engine that appropriately controls the amount of oxygen adsorbed and the amount of desorbed oxygen of a three-way catalyst to promote activation of a catalyst purifying action.
[0002]
[Prior art]
As is well known, the three-way catalyst has a function of oxidizing HC (hydrocarbon) and CO (carbon monoxide) and reducing NOx (nitrogen oxide) when the air-fuel ratio is approximately the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, if the air-fuel ratio can be maintained at substantially the stoichiometric air-fuel ratio, HC, CO, and NOx can be simultaneously purified using the three-way catalyst.
[0003]
However, it is difficult to maintain the air-fuel ratio substantially at the stoichiometric air-fuel ratio, and the air-fuel ratio may actually deviate from the stoichiometric air-fuel ratio. However, even if the air-fuel ratio deviates from the stoichiometric air-fuel ratio, HC, CO, and NOx can be purified by the oxygen storage function of the three-way catalyst.
[0004]
That is, when the air-fuel ratio is lean, the three-way catalyst reduces NOx by the excess oxygen in the exhaust gas stored at that time when the air-fuel ratio is lean. On the other hand, when the air-fuel ratio becomes rich, the unburned HC in the exhaust gas is reduced. , CO deprives the three-way catalyst of oxygen, thereby oxidizing unburned HC and CO. Therefore, the purification performance of the catalyst can be improved by maximizing the effect of absorbing and desorbing oxygen in the three-way catalyst.
[0005]
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. H6-74072, a wide-range air-fuel ratio sensor that linearly detects an air-fuel ratio in exhaust gas is disposed upstream of a three-way catalyst. Calculates the amount of oxygen adsorbed by the three-way catalyst based on the air amount and controls the air-fuel ratio so that the amount of oxygen adsorbed is always zero. A technique has been disclosed in which the ability to adsorb harmful components of the catalyst is ensured and the total amount of exhaust emissions is reduced.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-74072
[0007]
[Patent Document 2]
JP 10-246139 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technology disclosed in the above-mentioned publication, since the amount of change in the amount of oxygen adsorbed on the three-way catalyst is small, activation of the catalyst purification action by oxygen desorption is not promoted, and the purification capacity of the three-way catalyst is not improved. There is an inconvenience that it is not possible to maximize the performance.
[0009]
On the other hand, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-246139 discloses that when performing air-fuel ratio feedback control based on an air-fuel ratio detected by a wide-range air-fuel ratio sensor disposed upstream of a three-way catalyst, the exhaust air-fuel ratio is reduced. There is disclosed a technique for improving the purification performance of a three-way catalyst by effectively performing oxygen absorption / desorption with respect to the three-way catalyst by so-called perturbation control in which the three-way catalyst is inverted in a predetermined cycle.
[0010]
However, according to the technology disclosed in this publication, the lean / rich inversion is controlled only at every predetermined time (SINTIM #) set based on the engine speed and the engine load. The actual amount of oxygen absorbed and desorbed from the catalyst is not known, and therefore, the technique disclosed in the publication can sufficiently promote activation of the catalyst purifying action by oxygen absorption and desorption. Therefore, there is a disadvantage that the purifying ability of the three-way catalyst cannot be maximized.
[0011]
In view of the above circumstances, the present invention promotes the activity of the catalyst purifying action by oxygen desorption of the three-way catalyst, maximizes the purifying ability of the three-way catalyst, and reduces the exhaust air emission of the engine. It is an object to provide a fuel ratio control device.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an air-fuel ratio control apparatus according to the present invention provides a three-way catalyst and an air-fuel ratio detecting means for linearly detecting an exhaust air-fuel ratio in an exhaust system. Target air-fuel ratio setting means for setting a target air-fuel ratio, subsequently setting a rich target air-fuel ratio, and oscillating the target air-fuel ratio with the lean target air-fuel ratio and the rich target air-fuel ratio as one cycle; Lean atmosphere control means for controlling to a target air-fuel ratio, and rich atmosphere control means for controlling the exhaust air-fuel ratio to a rich target air-fuel ratio after it has been determined that the lean atmosphere control has been completed, wherein the lean atmosphere control means comprises: An oxygen adsorption estimated amount integrating means for integrating an oxygen adsorption estimated amount adsorbed on the three-way catalyst based on the exhaust air-fuel ratio, the lean target air-fuel ratio, and the intake air amount; Lean atmosphere control end timing determining means for determining the end of lean atmosphere control by comparing the estimated arrival amount with a preset set value, wherein the rich atmosphere control means includes the exhaust air-fuel ratio and the rich target air-fuel ratio. Oxygen desorption estimated amount integrating means for integrating the estimated amount of oxygen desorbed from the three-way catalyst based on the intake air amount, and determination estimated amount setting means for setting a determined estimation amount based on the estimated oxygen desorption amount And a rich atmosphere control end timing determining means for comparing the estimated amount of oxygen adsorption with the estimated amount of determination and ending the rich atmosphere control when the estimated amount of oxygen adsorption reaches the estimated amount of determination. Features.
[0013]
In such a configuration, first, a lean target air-fuel ratio is set based on the engine operating state, and lean atmosphere control for controlling the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detecting means to the lean target air-fuel ratio is performed. At this time, based on the exhaust air-fuel ratio, the lean target air-fuel ratio, and the intake air amount, the estimated amount of oxygen adsorption adsorbed by the three-way catalyst provided in the exhaust system is integrated, and the estimated oxygen adsorption amount is calculated in advance. When the estimated amount of oxygen adsorption reaches the set value by comparing the set value with the set value, the lean atmosphere control ends, and the process shifts to rich atmosphere control for controlling the exhaust air-fuel ratio to the rich target air-fuel ratio. In the rich atmosphere control, a rich target air-fuel ratio is set based on the engine operating state, and rich atmosphere control for controlling the exhaust air-fuel ratio to the rich target air-fuel ratio is performed. At that time, an estimated amount of oxygen desorbed from the three-way catalyst is integrated based on the exhaust air-fuel ratio, the rich target air-fuel ratio, and the intake air amount, and a determination estimated amount is set based on the integrated estimated oxygen desorbed amount. When the estimated suction amount has reached the estimated determination amount, the rich atmosphere control ends.
[0014]
In this case, preferably, 1) the determination estimation amount setting means sets the determination estimation amount with a value obtained by reducing the oxygen desorption estimation amount by a fixed ratio.
[0015]
2) The lean atmosphere control end timing determination means sets a lean atmosphere control time based on the instantaneous oxygen adsorption amount calculated based on the intake air amount, the stoichiometric air-fuel ratio, and the lean target air-fuel ratio, and controls the lean atmosphere control. When the elapsed time exceeds the lean atmosphere control time, the lean atmosphere control is terminated.
[0016]
3) The rich atmosphere control end timing determining means sets a rich atmosphere control time based on the instantaneous oxygen desorption amount calculated based on the intake air amount, the stoichiometric air-fuel ratio, and the rich target air-fuel ratio, and performs rich atmosphere control. The rich atmosphere control is terminated when the elapsed time exceeds the rich atmosphere control time.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of the engine control system. Reference numeral 1 in the figure denotes an engine, which in this embodiment is a horizontally opposed engine. An intake manifold 2 and an exhaust manifold 3 are connected to the engine 1, respectively.
[0018]
The upstream side of the intake manifold 2 is gathered in an air chamber 4, and an intake pipe 5 is communicated upstream of the air chamber 4, and the intake pipe 5 is communicated with an air cleaner (not shown). Further, a throttle valve 6 is interposed immediately upstream of the air chamber 4 of the intake pipe 5. Although not shown, an intake air amount sensor for detecting an intake air amount is provided immediately downstream of the air cleaner in the intake pipe 5. Further, an injector 7 is disposed immediately upstream of the intake port of each cylinder of the intake manifold 2.
[0019]
Further, an exhaust pipe 8 is communicated with the gathering portion of the exhaust manifold 3, and a muffler 9 is communicated downstream of the exhaust pipe 8. A three-way catalyst 10 is disposed in the exhaust pipe 8. At the inlet of the three-way catalyst 10, an air-fuel ratio (hereinafter referred to as "exhaust air-fuel ratio") from rich to lean including the stoichiometric air-fuel ratio based on the oxygen concentration in the exhaust gas. ) Is provided with a wide-range air-fuel ratio sensor 12 as an air-fuel ratio detecting means for linearly detecting the air-fuel ratio.
[0020]
A crank angle sensor 14 for detecting an engine speed from the rotation of the crank rotor is provided on the outer periphery of a crank rotor (not shown) which is mounted on the crank shaft 1a of the engine 1.
[0021]
On the other hand, reference numeral 21 denotes an electronic control unit (ECU), which includes a CPU 22, a ROM (not shown), a RAM (not shown), and a rewritable nonvolatile memory (for example, an EEP (Electrically Erasable Programmable) ROM, It mainly includes a microcomputer having a flash memory) and a backup RAM. The CPU 22 processes detection signals and the like from each sensor according to a control program stored in the ROM, and stores various data stored in the RAM and various learning value data stored in the nonvolatile memory and the backup RAM. The control of the entire engine, such as air-fuel ratio control for calculating the fuel injection amount corresponding to the target air-fuel ratio, ignition timing control, and the like, is performed.
[0022]
In such an engine control system, in the air-fuel ratio control in the ECU 21, the excess air ratio λ in the exhaust gas at the inlet of the three-way catalyst 10 is detected based on the output value VO [V] of the wide-range air-fuel ratio sensor 12, and this air The estimated amount of oxygen adsorption SL and the estimated amount of oxygen desorption SR in the three-way catalyst 10 are calculated based on the excess ratio λ and the intake air flow rate Qa, and are calculated according to the estimated amount of oxygen adsorption SL and the estimated amount of oxygen desorption SR. The so-called perturbation control, in which the excess air ratio λ in the exhaust gas upstream of the three-way catalyst 10 is slightly vibrated to reverse the exhaust air-fuel ratio between rich and lean, is performed.
[0023]
In the present embodiment, since the air-fuel ratio is expressed on the basis of the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1), in the following description, the air-fuel ratio (exhaust air-fuel ratio) is equivalent to the equivalent ratio (exhaust equivalent ratio) Φ (Φ = 1 / λ), the same result can be obtained by using any of the air-fuel ratio, fuel-air ratio, and excess air ratio.
[0024]
Hereinafter, the routine for setting the air-fuel ratio during the perturbation control executed by the ECU 21 will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
[0025]
When the ignition switch is turned on and the power is turned on to the ECU 21, the system is initialized and the program is executed. First, in steps S1 and S2, a target equivalence ratio setting condition is determined.
[0026]
In step S1, it is determined whether the three-way catalyst 10 is active based on whether the air-fuel ratio feedback control is being performed. In step S2, the fuel cut condition or the fuel increase condition is checked to determine whether the fuel cut control is being performed or the fuel increase correction is being performed.
[0027]
If it is determined in step S1 that the air-fuel ratio feedback control is not being executed or that the fuel cut control or the fuel increase correction is being executed in step S2, the process jumps to step S21 to initialize each parameter. Then, exit the routine. That is, when the fuel cut condition such as during deceleration is satisfied or the fuel increase condition such as the acceleration increase is satisfied, even if the target equivalence ratio is variably set, the feedforward control is eventually performed. In this case, there is no point in setting the target equivalence ratio. In such a case, the perturbation control is stopped. The details of the initialization process will be described later.
[0028]
On the other hand, if it is determined in step S1 that the air-fuel ratio feedback control is being performed, and if it is determined in step S2 that the fuel cut condition or the fuel increase condition is not satisfied, the process proceeds to step S3. The estimation of the oxygen absorption / desorption state is started.
[0029]
First, in step S3, by referring to the value of the lean / rich atmosphere determination flag Fs, it is checked whether the current control state is lean atmosphere control (Fs = 0) or rich atmosphere control (Fs = 1). If the lean atmosphere control is Fs = 0, the process proceeds to step S4. If the rich atmosphere control is Fs = 1, the process jumps to step S12. Note that the initial value of the lean / rich atmosphere determination flag Fs is 0, and is initially set when the ignition switch is ON and in step S21, and is set in step S13 to be described later.
[0030]
When the estimation of the oxygen desorbing state in the three-way catalyst 10 is started after the ignition switch is turned on and in step S3 and thereafter, first, the lean atmosphere control is executed, then the rich atmosphere control is executed, and this cycle is performed for one cycle. The target equivalent ratio is amplitude. Therefore, in the following description, the lean atmosphere control will be described first, and then the rich atmosphere control will be described.
[0031]
In step S3, it is determined that the current control of Fs = 0 is the lean atmosphere control, and when the process proceeds to step S4, the lean target equivalent ratio table is interpolated and calculated based on the engine speed Ne detected by the crank angle sensor 14. With reference to FIG. 7, a lean target equivalent ratio ΦL of the intake air-fuel mixture supplied from the intake system to the cylinder is set. In each area of the lean target equivalent ratio table, a value for gradually setting the lean target equivalent ratio ΦL in the lean direction as the engine speed Ne shifts from the low rotation to the high rotation direction is stored. The lean target equivalence ratio ΦL stored in the area is set to a value such that a change in the engine speed Ne due to a change in the equivalence ratio falls within an allowable range. The symbol ΦS is a theoretical equivalent ratio (ΦS = 1).
[0032]
That is, if the lean target equivalent ratio ΦL is largely shifted to the lean side on the low rotation side, the engine speed Ne greatly fluctuates under the influence of a slight load change or the like. Therefore, at low rotation speed (500 rpm), the lean target equivalent ratio ΦL is set to a value close to the theoretical equivalent ratio ΦS (ΦL = ΦS−0.005 = 0.959), while the high rotation side ( At 2000 rpm), since the engine output is large, even if the lean target equivalent ratio ΦL is relatively largely shifted to the lean side, there is no great effect on the engine rotation fluctuation. Therefore, the lean target equivalent ratio ΦL is changed from the theoretical equivalent ratio ΦS by The value is set by subtracting 0.05 (ΦL = ΦS−0.05 = 0.95).
[0033]
Thereafter, when the process proceeds to step S5, it is determined whether or not the estimated oxygen adsorption amount is initially set to SL = 0 with reference to the value of the estimated oxygen adsorption amount SL. This estimated oxygen adsorption amount SL is initially set when the ignition switch is turned on and in step S21 described later. When SL = 0, this is the first routine after shifting to the lean atmosphere control. Proceeding to S6, the lean atmosphere control time TL [sec] is set. When SL ≠ 0, the lean atmosphere control time TL is continuing, and the process goes to step S7.
[0034]
In step S6, the instantaneous oxygen adsorption amount Qa · (ΦS−ΦL) is calculated by multiplying the intake air flow rate Qa [g / sec] by the difference between the stoichiometric equivalent ratio ΦS and the lean target equivalent ratio ΦL, Using the instantaneous oxygen adsorption amount Qa · (ΦS−ΦL) as a parameter, the lean atmosphere control time TL [sec] is set by referring to the lean atmosphere control time setting table with interpolation calculation.
[0035]
In this lean atmosphere control time setting table, based on the instantaneous oxygen adsorption amount Qa · (ΦS−ΦL), the equivalence ratio is forcibly set on the lean side from experiments based on the capacity of the three-way catalyst 10 without impairing the operation performance. The lean atmosphere control time that can be controlled is obtained, and the time is stored for each region. The lean atmosphere control time TL [sec] is the amount of oxygen supplied to the three-way catalyst 10 per unit time. As the number increases, the time is gradually set shorter.
[0036]
Thereafter, when the process proceeds from step S5 or step S6 to step S7, an exhaust equivalence ratio Φ (Φ = 1 / λ) is calculated based on the output value VO [V] of the wide area air-fuel ratio sensor 12, and this exhaust equivalence ratio Φ is calculated. The theoretical equivalent ratio ΦS is compared, and when the equivalent ratio of Φ <ΦS is lean, the estimated oxygen adsorption amount SL is integrated from the following equation.
SL = SL + Qa · (ΦS−Φ)
[0037]
When the equivalent ratio of Φ ≧ ΦS is rich, the estimated oxygen desorption amount SR is integrated by the following equation.
SR = SR + Qa · (Φ-ΦS)
[0038]
That is, even during the lean atmosphere control, the equivalence ratio Φ may be instantaneously rich. In such a case, the integration of the estimated oxygen adsorption SL is interrupted, and the estimated oxygen desorption SR is integrated. I do.
[0039]
Next, when the process proceeds to step S8, the estimated oxygen adsorption amount SL and the set upper limit SLMAX are compared to determine the end time of the lean atmosphere. The set upper limit value SLMAX is a fixed value set based on the saturation capacity of the oxygen adsorption amount of the three-way catalyst 10.
[0040]
When SL <SLMAX, the process proceeds to step S9 because there is a margin in the oxygen adsorption amount of the three-way catalyst 10. On the other hand, when SL ≧ SLMAX, since the oxygen adsorption amount of the three-way catalyst 10 is in a saturated state, the process jumps to step S12, ends the lean atmosphere control, and shifts to the rich atmosphere control.
[0041]
In step S9, the elapsed time Tim from the shift to the lean atmosphere control is compared with the lean atmosphere control time TL. If Tim <TL, the routine exits from the routine and the lean atmosphere control is continued. On the other hand, when Tim ≧ TL, since the lean atmosphere control time has reached the allowable time, the flow branches to step S10 to check whether or not the estimated oxygen adsorption amount SL has been integrated. = 0), the process proceeds to step S11, in which the estimated oxygen adsorption amount SL is set to a preset set value SLFIX (SL ← SLFIX).
[0042]
Even during the lean atmosphere control, the equivalent ratio Φ may be in the rich direction and the estimated oxygen adsorption amount SL may not be integrated. In such a case, when the process shifts to the next rich atmosphere control in the state of SL = 0, the accumulated time of the estimated oxygen desorption amount SR corresponding to the estimated oxygen adsorption amount SL integrated in the lean atmosphere control in the rich atmosphere control. Only the rich atmosphere control is executed, so that when SL = 0, it is not possible to substantially shift to the rich atmosphere control.
[0043]
Therefore, the estimated amount of oxygen adsorption SL is set at a preset set value SLFIX, and SL ≠ 0, thereby enabling a transition to rich atmosphere control. Therefore, if SL ≠ 0 in step S10, the process jumps to step S12 and shifts to rich atmosphere control.
[0044]
Then, when the process proceeds from step S3, step S8, step S10 or step S11 to step S12, the estimated amount of oxygen adsorption SL integrated in step S7 is compared with the estimated amount of oxygen desorption SR. Rather than shifting to atmosphere control and accumulating the estimated oxygen desorption amount SR, by accumulating the estimated oxygen adsorption amount SL by executing the lean atmosphere control, it is expected that the catalyst purification action by oxygen desorption is promoted. Therefore, after jumping to step S21 to perform initialization processing, the routine exits.
[0045]
If SR <SL, the process proceeds to step S13, where a lean / rich atmosphere determination flag Fs is set (Fs ← 1), and the process proceeds to step S14, where the rich / rich atmosphere is determined based on the engine speed Ne detected by the crank angle sensor 14. With reference to the target equivalent ratio table with interpolation calculation, a rich target equivalent ratio ΦR of the intake air-fuel mixture supplied from the intake system to the cylinder is set.
[0046]
In each area of the rich target equivalent ratio table, a value for gradually setting the target equivalent ratio ΦR in the rich direction as the engine speed Ne shifts from the low rotation to the high rotation direction is stored. Is set to a value such that the fluctuation of the engine speed Ne due to the change in the equivalence ratio falls within an allowable range.
[0047]
That is, if the target equivalence ratio ΦR is largely shifted to the rich side on the low rotation side, the engine speed Ne fluctuates greatly due to a change in the engine output, so that the target equivalence ratio ΦR cannot be largely shifted to the rich side. Therefore, at low rotation speed (500 rpm), the target equivalence ratio ΦR is set to a value close to the theoretical equivalence ratio ΦS (ΦL = ΦS + 0.005 = 1.005). On the other hand, at the high rotation speed (2000 rpm), the engine output is large. Even if the target equivalence ratio ΦR is shifted to a rich side relatively large, there is no great effect on the engine rotation fluctuation. Therefore, 0.05 is added to the theoretical equivalence ratio ΦS by adding the target equivalence ratio ΦR (ΦR = ΦS + 0.05 = 1.05).
[0048]
Then, when the process proceeds to step S15, it is determined whether or not the estimated oxygen desorption amount is initially set to SR = 0 by referring to the value of the estimated oxygen desorption amount SR. This estimated oxygen desorption amount SR is initially set when the ignition switch is turned on and in step S21 described later. When SR = 0, this is the first routine after the transition to the rich atmosphere control, and therefore, step S16 Then, the rich atmosphere control time TR [sec] is set. When SR ≠ 0, since the rich atmosphere control time TR is continuing, the process jumps to step S17.
[0049]
In step S16, the instantaneous oxygen desorption amount Qa · (ΦR−ΦS) is calculated by multiplying the intake air flow rate Qa [g / sec] by the difference between the rich target equivalent ratio ΦR and the theoretical equivalent ratio ΦS. Using the instantaneous oxygen desorption amount Qa · (ΦR−ΦS) as a parameter, the rich atmosphere control time TR [sec] is set by referring to the rich atmosphere control time setting table with interpolation calculation.
[0050]
In this rich atmosphere control time setting table, based on the instantaneous oxygen desorption amount Qa · (ΦR−ΦS), the equivalence ratio is forcibly set on the rich side without impairing the operation performance from experiments or the like based on the capacity of the three-way catalyst 10. A rich atmosphere control time that can be controlled is obtained, and the time is stored for each region. This rich atmosphere control time TR [sec] is defined as the oxygen per unit time released from the three-way catalyst 10. As the volume increases, the time is gradually set shorter.
[0051]
Thereafter, when the process proceeds from step S15 or step S16 to step S17, an exhaust equivalence ratio Φ (Φ = 1 / λ) in the exhaust gas is calculated based on the output value VO [V] of the wide area air-fuel ratio sensor 12, and this exhaust is calculated. The equivalent ratio Φ is compared with the theoretical equivalent ratio ΦS. When the equivalent ratio of Φ <ΦS is lean, the estimated oxygen adsorption amount SL is integrated from the following equation.
SL = SL + Qa · (ΦS−Φ)
[0052]
When the equivalent ratio of Φ ≧ ΦS is rich, the estimated oxygen desorption amount SR is integrated by the following equation.
SR = SR + Qa · (Φ-ΦS)
[0053]
That is, even during the rich atmosphere control, the equivalent ratio Φ may instantaneously become lean. In such a case, the estimated oxygen adsorption amount SL is integrated.
[0054]
Next, when the process proceeds to step S18, a value obtained by reducing the estimated oxygen adsorption amount SL by several tens of percent (10% in the present embodiment) is set as the estimated estimation amount SL1 (SL1 = 0.9 · SL), and is continued. In step S19, the estimated amount of oxygen desorption SR is compared with the estimated amount of determination SL1. If SR ≧ SL1, the process branches to step S21, performs initialization, ends rich atmosphere control, and exits the routine. . In step S19, the estimated amount of oxygen desorption SR and the estimated amount of oxygen adsorption SL are not compared with the estimated amount of determination SL1 in which the estimated amount of oxygen adsorption SL is reduced by several tens% (10% in the present embodiment). Thus, the integrated amount of the estimated oxygen desorption amount SR can always be set to a value slightly smaller than the estimated oxygen adsorption amount SL.
[0055]
As a result, oxygen always remains in the three-way catalyst 10, and the amount of CO emission can be suppressed accordingly. Further, since the estimated amount of oxygen desorption SR and the estimated amount of oxygen adsorption SL are not actually measured values of the amount of oxygen desorbed in the three-way catalyst 10, the estimated amount of oxygen desorption SR is set to be slightly smaller. In addition, it is possible to prevent untreated gas from being discharged from the three-way catalyst 10 beyond the catalyst purification ability. Note that the estimated estimation amount SL1 does not need to be 90% of the oxygen adsorption estimated amount SL, and an optimal value is set by experiments or the like.
[0056]
When SR <SL1, since the amount of oxygen released from the three-way catalyst 10 has a margin, the process proceeds to step S20, and the elapsed time Tim from the transition to the rich atmosphere control is compared with the rich atmosphere control time TR. , Tim <TR, the routine exits the routine and the rich atmosphere control is continued. On the other hand, when Tim ≧ TR, since the rich atmosphere control time has reached the allowable time, the process branches to step S21, executes initialization processing, and exits the routine.
[0057]
In step S21, an initialization process for clearing the lean / rich atmosphere determination flag Fs, the estimated oxygen adsorption amount SL, the estimated oxygen desorption amount SR, the estimated determination amount SL1, and the elapsed time Tim is performed (Fs ← 0, SL ← 0, SR ← 0, SL1 ← 0, Tim ← 0).
[0058]
As described above, in the present embodiment, when performing the perturbation control, the estimated amount SL of oxygen adsorbed on the three-way catalyst 10 during the lean atmosphere control and the estimated amount of oxygen desorption from the three-way catalyst 10 during the rich atmosphere control. Since the lean / rich of the exhaust air-fuel ratio is inverted in response to SR, the lean / rich of the exhaust air-fuel ratio can be inverted in a cycle close to the amount of oxygen that the three-way catalyst 10 can actually absorb and desorb. And the activity of the catalyst purifying action can be promoted. As a result, by maximizing the purifying ability of the three-way catalyst, it is possible to efficiently reduce the exhaust emission without increasing the capacity of the three-way catalyst 10.
[0059]
When the rich atmosphere control is ended, the estimated oxygen desorption amount SR and the estimated oxygen adsorption SL are not compared with the estimated estimation amount SL1 set to several tens% of the estimated oxygen adsorption SL. Therefore, even when the rich atmosphere control is finished, since oxygen always remains in the three-way catalyst 10, the amount of CO emission can be suppressed, and the estimated oxygen desorption amount SR and the estimated oxygen adsorption can be reduced. Even when the amount SL slightly deviates from the actual oxygen desorption amount and the oxygen adsorption amount, it is possible to prevent the untreated gas from being discharged from the three-way catalyst 10 beforehand.
[0060]
Next, an example of the air-fuel ratio control according to the present embodiment will be described with reference to a time chart shown in FIG.
[0061]
When the target equivalent ratio setting condition is satisfied, first, the target equivalent ratio is set to the lean target equivalent ratio ΦL (t1). As a result, in the fuel injection control, the fuel injection amount is set based on the lean target equivalent ratio ΦL, so that the exhaust equivalent ratio is made lean. As a result, the exhaust equivalence ratio Φ detected by the wide area air-fuel ratio sensor 12 satisfies Φ <ΦS, so the inside of the three-way catalyst 10 calculated based on the intake air flow rate Qa, the exhaust equivalence ratio Φ, and the stoichiometric equivalence ratio ΦS. Is estimated, and the estimated amount of oxygen adsorption SL is gradually increased.
[0062]
Then, when the estimated oxygen adsorption amount SL reaches the set upper limit SLMAX (t2), the target equivalent ratio is switched to the rich target equivalent ratio ΦR. At this time, since the integration of the estimated oxygen adsorption amount SL is stopped, the value at that time is maintained. On the other hand, in the fuel injection control, since the fuel injection amount is set based on the rich target equivalent ratio ΦR, the exhaust equivalent ratio is made rich. As a result, the exhaust equivalence ratio Φ detected by the wide area air-fuel ratio sensor 12 satisfies Φ ≧ ΦS, so the inside of the three-way catalyst 10 calculated based on the intake air flow rate Qa, the exhaust equivalence ratio Φ, and the stoichiometric equivalence ratio ΦS. Is estimated, and the estimated oxygen departure amount SR is gradually increased.
[0063]
Then, when the estimated oxygen desorption amount SR reaches the estimated estimation amount SL1 obtained by reducing the estimated oxygen adsorption amount SL by several tens of percent (10% in the present embodiment) (t3), the estimated oxygen adsorption amount SL and the oxygen The departure estimation amount SR is cleared together (SL ← 0, SR ← 0), and one cycle of the perturbation control ends. Then, when the target equivalence ratio setting condition is satisfied again, the next cycle of the perturbation control is started.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the activity of the catalyst purifying action by the oxygen desorption of the three-way catalyst is promoted, the purifying ability of the three-way catalyst is maximized, and the exhaust emission is efficiently reduced. And other effects can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine control system.
FIG. 2 is a flowchart showing an air-fuel ratio setting routine during the perturbation control (part 1);
FIG. 3 is a flowchart illustrating an air-fuel ratio setting routine during the perturbation control (part 2);
FIG. 4 is a time chart showing a setting of a target equivalence ratio and a change in an estimated oxygen adsorption amount and an estimated oxygen desorption amount during the perturbation control.
[Explanation of symbols]
1 engine
10 Three-way catalyst
12 Wide area air-fuel ratio sensor (air-fuel ratio detecting means)
Qa Intake air flow rate
Qa ・ (ΦS-ΦL) Instantaneous oxygen adsorption
Qa ・ (ΦR-ΦS) Instantaneous oxygen desorption
SL1 Judgment amount
SR oxygen desorption estimated amount
TL lean atmosphere control time
TR Rich atmosphere control time
Φ Exhaust equivalent ratio
ΦL Lean target equivalent ratio
ΦR Rich target equivalent ratio

Claims (4)

排気系に三元触媒と排気空燃比をリニアに検出する空燃比検出手段とを配設するエンジンにおいて、
エンジン運転状態に基づいて先ずリーン目標空燃比を設定し続いてリッチ目標空燃比を設定し該リーン目標空燃比と該リッチ目標空燃比とを1周期として目標空燃比を振幅させる目標空燃比設定手段と、
上記排気空燃比をリーン目標空燃比に制御するリーン雰囲気制御手段と、
リーン雰囲気制御の終了と判定された後上記排気空燃比をリッチ目標空燃比に制御するリッチ雰囲気制御手段と、
を備え、
上記リーン雰囲気制御手段は、
上記排気空燃比と上記リーン目標空燃比と吸入空気量とに基づき上記三元触媒に吸着される酸素吸着推定量を積算する酸素吸着推定量積算手段と、
上記酸素吸着推定量と予め設定した設定値とを比較してリーン雰囲気制御の終了を判定するリーン雰囲気制御終了時期判定手段と、
を備え、
上記リッチ雰囲気制御手段は、
上記排気空燃比と上記リッチ目標空燃比と上記吸入空気量とに基づき上記三元触媒から離脱される酸素離脱推定量を積算する酸素離脱推定量積算手段と、
上記酸素離脱推定量に基づいて判定推定量を設定する判定推定量設定手段と、
上記酸素吸着推定量と判定推定量とを比較し、該酸素吸着推定量が該判定推定量に達したときリッチ雰囲気制御を終了するリッチ雰囲気制御終了時期判定手段と、
を備えていることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
In an engine in which an exhaust system is provided with a three-way catalyst and air-fuel ratio detection means for linearly detecting the exhaust air-fuel ratio,
Target air-fuel ratio setting means for first setting a lean target air-fuel ratio based on the engine operating state, subsequently setting a rich target air-fuel ratio, and oscillating the target air-fuel ratio with the lean target air-fuel ratio and the rich target air-fuel ratio as one cycle When,
Lean atmosphere control means for controlling the exhaust air-fuel ratio to a lean target air-fuel ratio,
Rich atmosphere control means for controlling the exhaust air-fuel ratio to a rich target air-fuel ratio after it is determined that the lean atmosphere control has been completed,
With
The lean atmosphere control means includes:
Oxygen adsorption estimated amount integrating means for integrating the oxygen adsorption estimated amount adsorbed on the three-way catalyst based on the exhaust air-fuel ratio, the lean target air-fuel ratio, and the intake air amount;
Lean atmosphere control end timing determining means for comparing the estimated amount of oxygen adsorption with a preset set value to determine the end of lean atmosphere control,
With
The rich atmosphere control means includes:
Oxygen desorption estimated amount integrating means for integrating an estimated amount of oxygen desorbed from the three-way catalyst based on the exhaust air-fuel ratio, the rich target air-fuel ratio, and the intake air amount,
Determination estimation amount setting means for setting a determination estimation amount based on the oxygen desorption estimation amount,
Comparing the oxygen adsorption estimation amount and the determination estimation amount, and completing the rich atmosphere control when the oxygen adsorption estimation amount reaches the determination estimation amount, rich atmosphere control end timing determination means,
An air-fuel ratio control device for an engine, comprising:
上記判定推定量設定手段では、上記酸素離脱推定量を一定割合だけ減少させた値で上記判定推定量を設定することを特徴とする請求項1記載のエンジンの空燃比制御装置。2. The air-fuel ratio control device for an engine according to claim 1, wherein the determination estimation amount setting means sets the determination estimation amount at a value obtained by reducing the oxygen desorption estimation amount by a fixed ratio. 上記リーン雰囲気制御終了時期判定手段では、上記吸入空気量と理論空燃比と上記リーン目標空燃比とに基づいて算出した瞬間酸素吸着量に基づいてリーン雰囲気制御時間を設定し、リーン雰囲気制御時の経過時間が該リーン雰囲気制御時間を越えた場合にリーン雰囲気制御を終了させることを特徴とする請求項1或いは2記載のエンジンの空燃比制御装置。The lean atmosphere control end timing determination means sets a lean atmosphere control time based on the instantaneous oxygen adsorption amount calculated based on the intake air amount, the stoichiometric air-fuel ratio, and the lean target air-fuel ratio, and sets a lean atmosphere control time. 3. The air-fuel ratio control device for an engine according to claim 1, wherein the lean atmosphere control is terminated when the elapsed time exceeds the lean atmosphere control time. 上記リッチ雰囲気制御終了時期判定手段では、上記吸入空気量と理論空燃比と上記リッチ目標空燃比とに基づいて算出した瞬間酸素離脱量に基づいてリッチ雰囲気制御時間を設定し、リッチ雰囲気制御時の経過時間が該リッチ雰囲気制御時間を越えた場合にリッチ雰囲気制御を終了させることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のエンジンの空燃比制御装置。The rich atmosphere control end timing determining means sets a rich atmosphere control time based on the instantaneous oxygen desorption amount calculated based on the intake air amount, the stoichiometric air-fuel ratio, and the rich target air-fuel ratio, and performs rich atmosphere control during rich atmosphere control. The air-fuel ratio control device for an engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the rich atmosphere control is terminated when the elapsed time exceeds the rich atmosphere control time.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015086836A (en) * 2013-11-01 2015-05-07 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine
JP2015086844A (en) * 2013-11-01 2015-05-07 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine
JP2015101992A (en) * 2013-11-22 2015-06-04 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine

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