JP2005299588A - Air fuel ratio control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に、触媒下流の排気空燃比に基づいて目標空燃比をリーンとリッチとの間で交互に切り替える空燃比制御装置に関する。 The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to an air-fuel ratio control apparatus that switches a target air-fuel ratio alternately between lean and rich based on an exhaust air-fuel ratio downstream of a catalyst.
内燃機関の排気通路には、排気浄化触媒(三元触媒)が配置されている。排気浄化触媒の有する浄化能力は周囲雰囲気が理論空燃比近傍にあるときに発揮され、排気ガス中の有害成分であるNOx、CO、HCが同時に浄化される。また、排気浄化触媒は酸素吸蔵放出機能を有しており、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンとリッチとの間で変動する場合には、自身が吸蔵している酸素を気相に放出したり、気相中の酸素を取り込んで吸蔵したりすることで、周囲雰囲気の空燃比の変動を抑制している。 An exhaust purification catalyst (three-way catalyst) is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine. The purification capability of the exhaust purification catalyst is exhibited when the ambient atmosphere is in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio, and NOx, CO, and HC that are harmful components in the exhaust gas are simultaneously purified. The exhaust purification catalyst has an oxygen storage / release function. When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst fluctuates between lean and rich, the oxygen stored in the exhaust purification catalyst is removed. Changes in the air-fuel ratio of the surrounding atmosphere are suppressed by releasing it into the phase or taking in and storing oxygen in the gas phase.
排気浄化触媒の浄化能力は、酸素の吸蔵/放出の繰り返しにより触媒貴金属を活性化させることで高く維持することができる。排気浄化触媒への酸素の吸蔵/放出を繰り返し行う手段としては、例えば特許文献1に記載された技術が知られている。特許文献1に記載された従来技術は、排気浄化触媒の下流に配置される酸素センサの出力信号の変化に応じて目標空燃比をリーンとリッチとの間で交互に矩形状に切り替えるものである。このような目標空燃比の切り替えによれば、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーンとリッチとの間で交互に反転させることができ、それにより排気浄化触媒に酸素を効率良く吸蔵/放出させることができる。
ところで、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチのとき、排気浄化触媒からは吸蔵されている酸素が放出されるが、この酸素の放出現象は最初に排気ガスが通過する排気浄化触媒の入口側から順に始まっていく。同様に、流入する排気ガスの空燃比がリーンに反転したときには、排気浄化触媒にはその入口側から酸素が吸蔵されていく。このように、酸素の吸蔵/放出は排気浄化触媒の入口側から始まるため、排気浄化触媒の出口側では入口側に比較して周囲雰囲気の空燃比変化が小さくなる。 By the way, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is rich, the stored oxygen is released from the exhaust purification catalyst. This oxygen release phenomenon is the exhaust purification catalyst through which the exhaust gas first passes. Starting from the entrance side. Similarly, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is reversed to lean, oxygen is stored in the exhaust purification catalyst from the inlet side. As described above, since the oxygen storage / release starts from the inlet side of the exhaust purification catalyst, the change in the air-fuel ratio of the ambient atmosphere is smaller on the outlet side of the exhaust purification catalyst than on the inlet side.
排気浄化触媒の有する浄化能力を最大限に発揮させるためには、排気浄化触媒の入口から出口までの全域で酸素の吸蔵/放出を効果的に行わせる必要があり、そのためには入口側に比較して周囲雰囲気の空燃比変化が小さい出口側でも空燃比を大きく変化させてやる必要がある。そのための手段としては、例えば、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の変化幅、すなわちストイキに対するリーン化及びリッチ化の幅を大きくすることが有効と考えられる。 In order to maximize the purification capability of the exhaust purification catalyst, it is necessary to effectively store and release oxygen throughout the entire area from the inlet to the outlet of the exhaust purification catalyst. Thus, it is necessary to greatly change the air-fuel ratio even on the outlet side where the change in the air-fuel ratio of the surrounding atmosphere is small. For this purpose, for example, it is considered effective to increase the range of change in the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst, that is, the range of leaning and enriching with respect to stoichiometry.
しかし、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の変化幅を増大させる場合、次のような課題がある。排気浄化触媒では、周囲雰囲気の空燃比のストイキからのずれに応じて酸素の吸蔵/放出が行われるが、その際、酸素の吸蔵/放出反応に伴う反応熱が発生する。この反応熱は周囲雰囲気の空燃比の変化幅が大きいほど大きくなるため、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比の変化幅を増大させると、排気浄化触媒の触媒温度、特に、周囲雰囲気の空燃比の変化幅の大きい入口部の温度が耐熱温度を上回ってしまい、排気浄化触媒の劣化を招いてしまう可能性がある。 However, when increasing the change width of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst, there are the following problems. In the exhaust purification catalyst, oxygen is occluded / released in accordance with the deviation of the air-fuel ratio of the ambient atmosphere from the stoichiometry. At this time, reaction heat is generated due to the oxygen occlusion / release reaction. Since this reaction heat increases as the air-fuel ratio change range of the ambient atmosphere increases, increasing the air-fuel ratio change range of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst increases the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst, particularly the ambient atmosphere. There is a possibility that the temperature of the inlet portion where the air-fuel ratio variation is large exceeds the heat-resistant temperature, leading to deterioration of the exhaust purification catalyst.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気浄化触媒の浄化能力を高く維持できるようにしつつ、反応熱による触媒入口部の劣化を抑制できるようにした内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is an internal combustion engine that can suppress deterioration of a catalyst inlet due to reaction heat while maintaining a high purification capacity of an exhaust purification catalyst. An object is to provide an air-fuel ratio control device.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関に供給される混合気の空燃比を目標空燃比になるよう制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記内燃機関の排気通路において排気浄化触媒の下流に配置された排気ガスセンサと、
前記排気ガスセンサの出力信号が所定のリッチ判定値よりもリッチ側に変化した場合には、前記目標空燃比をストイキよりリーン側に設定されたリッチ時初期目標空燃比に切り替えた後、前記リッチ時初期目標空燃比から前記リッチ時初期目標空燃比よりもさらにリーン側に設定されたリッチ時最終目標空燃比に変化させ、前記排気ガスセンサの出力信号が所定のリーン判定値よりもリーン側に変化した場合には、前記目標空燃比をストイキよりリッチ側に設定されたリーン時初期目標空燃比に切り替えた後、前記リーン時初期目標空燃比から前記リーン時初期目標空燃比よりもさらにリッチ側に設定されたリーン時最終目標空燃比に変化させる目標空燃比切替手段と、を備えることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a first invention is an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that controls an air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine to be a target air-fuel ratio,
An exhaust gas sensor disposed downstream of the exhaust purification catalyst in the exhaust passage of the internal combustion engine;
When the output signal of the exhaust gas sensor changes to a rich side from a predetermined rich determination value, the target air-fuel ratio is switched to the initial target air-fuel ratio at the rich time set to the lean side from the stoichiometric, and then the rich-time The initial target air-fuel ratio is changed to the rich final target air-fuel ratio that is set to the lean side further than the rich initial target air-fuel ratio, and the output signal of the exhaust gas sensor changes to the lean side from the predetermined lean determination value In this case, after the target air-fuel ratio is switched to the lean initial target air-fuel ratio set to the rich side from the stoichiometry, the lean initial target air-fuel ratio is set to a richer side than the lean initial target air-fuel ratio. And a target air-fuel ratio switching means for changing to the lean final target air-fuel ratio.
第2の発明は、第1の発明において、前記排気浄化触媒に流入する排気ガス量を推定する排気ガス量推定手段を備え、
前記目標空燃比切替手段は、前記目標空燃比を前記リッチ時初期目標空燃比へ切り替えた後の前記排気ガス量に基づいて前記リッチ時初期目標空燃比から前記リッチ時最終目標空燃比へ前記目標空燃比を変化させ、また、前記目標空燃比を前記リーン時初期目標空燃比へ切り替えた後の前記排気ガス量に基づいて前記リーン時初期目標空燃比から前記リーン時最終目標空燃比へ前記目標空燃比を変化させることを特徴としている。
According to a second invention, in the first invention, there is provided an exhaust gas amount estimating means for estimating an exhaust gas amount flowing into the exhaust purification catalyst,
The target air-fuel ratio switching means is configured to change the target air-fuel ratio from the rich initial target air-fuel ratio to the rich final target air-fuel ratio based on the exhaust gas amount after switching the target air-fuel ratio to the rich initial target air-fuel ratio. The target is changed from the lean initial target air-fuel ratio to the lean final target air-fuel ratio based on the exhaust gas amount after changing the target air-fuel ratio to the lean initial target air-fuel ratio. It is characterized by changing the air-fuel ratio.
第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記目標空燃比切替手段は、前記リッチ時初期目標空燃比から前記リッチ時最終目標空燃比へ、また、前記リーン時初期目標空燃比から前記リーン時最終目標空燃比へ前記目標空燃比を徐々に変化させることを特徴としている。 According to a third invention, in the first or second invention, the target air-fuel ratio switching means is configured to change from the rich initial target air-fuel ratio to the rich final target air-fuel ratio, and from the lean initial target air-fuel ratio. The target air-fuel ratio is gradually changed to the lean final target air-fuel ratio.
第4の発明は、第1又は第2の発明において、前記目標空燃比切替手段は、前記リッチ時初期目標空燃比から前記リッチ時最終目標空燃比へ、また、前記リーン時初期目標空燃比から前記リーン時最終目標空燃比へ前記目標空燃比をステップ状に変化させることを特徴としている。 In a fourth aspect based on the first or second aspect, the target air-fuel ratio switching means is configured to change from the rich initial target air-fuel ratio to the rich final target air-fuel ratio, and from the lean initial target air-fuel ratio. The target air-fuel ratio is changed stepwise to the lean final target air-fuel ratio.
第1乃至第4の発明によれば、目標空燃比がリッチ側からリーン側へ或いはリーン側からリッチ側に切り替えられる際には、一旦、ストイキとの空燃比差の小さい初期目標空燃比に切り替えられてから、よりリーン側或いはリッチ側に設定された最終目標空燃比に切り替えられるので、目標空燃比のリーン/リッチの切り替えにともなう排気浄化触媒、特にその入口部における周囲雰囲気の急激な空燃比変化を抑えることができ、空燃比変化に伴う過大な反応熱によって排気浄化触媒が劣化するのを防止することができる。 According to the first to fourth aspects, when the target air-fuel ratio is switched from the rich side to the lean side or from the lean side to the rich side, the target air-fuel ratio is once switched to the initial target air-fuel ratio with a small air-fuel ratio difference from the stoichiometric ratio. Since the final target air-fuel ratio is set to the lean side or the rich side, the exhaust purification catalyst accompanying the lean / rich switching of the target air-fuel ratio, particularly the abrupt air-fuel ratio of the ambient atmosphere at its inlet The change can be suppressed, and the exhaust purification catalyst can be prevented from deteriorating due to excessive reaction heat accompanying the change in the air-fuel ratio.
特に、第2の発明によれば、一定量の排気ガスが排気浄化触媒を通過した後に最終目標空燃比に切り替えることができるので、排気浄化触媒の入口部における周囲雰囲気の急激な空燃比変化を確実に抑えることができる。 In particular, according to the second aspect of the present invention, the exhaust gas can be switched to the final target air-fuel ratio after a certain amount of exhaust gas has passed through the exhaust purification catalyst. It can be surely suppressed.
実施の形態1.
以下、図1乃至図3を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。
Embodiment 1.
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は本発明の実施の形態1にかかる空燃比制御装置が組み込まれた内燃燃機システムの全体構成を説明するための図である。図に示すように、内燃機関2には排気通路4が接続されている。排気通路4には排気ガス中の有害成分(NOx、CO、HC)を浄化するための排気浄化触媒(三元触媒)6が配置されている。排気通路4における排気浄化触媒6の上流にはA/Fセンサ8が取り付けれ、排気浄化触媒6の下流には酸素センサ10が取り付けられている。A/Fセンサ8は排気ガスの空燃比に応じた信号を出力する排気ガスセンサであり、酸素センサ10は排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する排気ガスセンサである。
FIG. 1 is a diagram for explaining the overall configuration of an internal combustion combustor system incorporating an air-fuel ratio control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in the figure, an
内燃機関システムには、システム全体の運転を総合制御する制御装置としてECU(Electronic Control Unit)20が設けられている。前述のA/Fセンサ8と酸素センサ10はECU20に接続され、検出情報に応じた出力信号をECU20に供給している。ECU20は、A/Fセンサ8及び酸素センサ10からの出力信号に基づいて、内燃機関2の空燃比をフィードバック制御している。
In the internal combustion engine system, an ECU (Electronic Control Unit) 20 is provided as a control device that comprehensively controls the operation of the entire system. The A /
ECU20が実行しうる空燃比フィードバック制御には、次の2つの方法がある。第1のフィードバック制御方法は、触媒上流のA/Fセンサ8からの出力信号に基づき、排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比になるよう燃料噴射量を調整する方法である。第2のフィードバック制御方法は、触媒下流の酸素センサ10からの出力信号に基づき、排気浄化触媒6による浄化後の排気ガスの空燃比が目標空燃比になるよう燃料噴射量を調整する方法である。本実施形態では、後者の第2のフィードバック制御方法に特徴がある。以下、本実施形態においてECU20により実行される空燃比フィードバック制御の内容について説明する。
The air-fuel ratio feedback control that can be executed by the
図2は、本実施形態においてECU20により実行される空燃比フィードバック制御の概要を説明するためのタイムチャートである。図2のタイムチャートにおける上段は目標空燃比であり、下段は酸素センサ10の出力信号である。図に示すように、ECU20は理論空燃比(ストイキ)を中心にして目標空燃比をリッチ側とリーン側とに交互に変化させるようになっている。目標空燃比の切り替えタイミングは酸素センサ10の出力信号に基づいて判定され、図に示すように、酸素センサ10の出力信号が所定のリッチ判定出力Vrよりもリッチ側に変化したとき、目標空燃比はリッチ側からリーン側に切り替えられる。また、酸素センサ10の出力信号が所定のリーン判定出力Vlよりもリーン側に変化したとき、目標空燃比はリーン側からリッチ側に切り替えられる。
FIG. 2 is a time chart for explaining the outline of the air-fuel ratio feedback control executed by the ECU 20 in the present embodiment. The upper stage in the time chart of FIG. 2 is the target air-fuel ratio, and the lower stage is the output signal of the
本実施形態においては、酸素センサ10の出力信号がリッチ判定出力Vrよりもリッチ側に変化したとき、目標空燃比は、先ず、リッチ時初期目標空燃比A01に切り替えられる。このリッチ時初期目標空燃比A01は、最終的な目標空燃比であるリッチ時最終目標空燃比A1よりもストイキ側に設定されている。リッチ時初期目標空燃比A01への切り替え後、目標空燃比はリッチ時初期目標空燃比A01からリッチ時最終目標空燃比A1へ徐々に変化させられる。下記の式(1)は、この徐変期間における目標空燃比の設定値を算出するための算出式である。
目標空燃比 = A1−k1×(gaA−Δga)/gaA×(A1−14.6) ・・・(1)
上記の式(1)において、k1は0から1の間の値をとる所定の係数、Δgaは目標空燃比のリーン/リッチの切り替え後に排気浄化触媒6に流入した積算排気ガス量、gaAは積算排気ガス量の判定値である。排気ガス量は吸気通路に設けたエアフローメータ(図示略)で測定される吸入空気量から推定することができる。
In the present embodiment, when the output signal of the
Target air-fuel ratio = A1-k1 * (gaA- [Delta] ga) / gaA * (A1-14.6) (1)
In the above equation (1), k1 is a predetermined coefficient that takes a value between 0 and 1, Δga is the accumulated amount of exhaust gas that has flowed into the
上記の式(1)によれば、積算排気ガス量Δgaが判定値gaAに達したとき、目標空燃比はリッチ時最終目標空燃比A1になる。積算排気ガス量Δgaが判定値gaAを超えた以降は、酸素センサ10の出力信号がリーン判定出力Vlよりもリーン側に変化するまで、下記の式(2)に示すように、目標空燃比はリッチ時最終目標空燃比A1に維持される。
目標空燃比 = A1 ・・・(2)
According to the above equation (1), when the accumulated exhaust gas amount Δga reaches the determination value gaA, the target air-fuel ratio becomes the rich target air-fuel ratio A1. After the integrated exhaust gas amount Δga exceeds the determination value gaA, the target air-fuel ratio is as shown in the following equation (2) until the output signal of the
Target air-fuel ratio = A1 (2)
なお、目標空燃比がリッチ時初期目標空燃比A01へ切り替えられた直後は積算排気ガス量Δgaはゼロであるので、上記の式(1)によればリッチ時初期目標空燃比A01は下記の式(3)によって表すことができる。
リッチ時初期目標空燃比A01 = A1−k1×(A1−14.6) ・・・(3)
Since the integrated exhaust gas amount Δga is zero immediately after the target air-fuel ratio is switched to the rich initial target air-fuel ratio A01, according to the above equation (1), the rich initial target air-fuel ratio A01 is It can be represented by (3).
Initial target air-fuel ratio at rich A01 = A1-k1 × (A1-14.6) (3)
一方、酸素センサ10の出力信号がリーン判定出力Vlよりもリーン側に変化したとき、目標空燃比は、先ず、リーン時初期目標空燃比A02に切り替えられる。このリーン時初期目標空燃比A02は、最終的な目標空燃比であるリーン時最終目標空燃比A2よりもストイキ側に設定されている。リーン時初期目標空燃比A02への切り替え後、目標空燃比はリーン時初期目標空燃比A02からリーン時最終目標空燃比A2へ徐々に変化させられる。下記の式(4)は、この徐変期間における目標空燃比の設定値を算出するための算出式である。
目標空燃比 = A2+k2×(gaB−Δga)/gaB×(14.6−A2) ・・・(4)
上記の式(4)において、k2は0から1の間の値をとる所定の係数、Δgaは目標空燃比のリーン/リッチの切り替え後に排気浄化触媒6に流入した積算排気ガス量、gaBは積算排気ガス量の判定値である。なお、判定値gaBは判定値gaAと同値でもよく、異なる値であってもよい。
On the other hand, when the output signal of the
Target air-fuel ratio = A2 + k2 x (gaB-Δga) / gaB x (14.6-A2) (4)
In the above equation (4), k2 is a predetermined coefficient that takes a value between 0 and 1, Δga is the accumulated exhaust gas amount that has flowed into the
上記の式(4)によれば、積算排気ガス量Δgaが判定値gaBに達したとき、目標空燃比はリッチ時最終目標空燃比A2になる。積算排気ガス量Δgaが判定値gaBを超えた以降は、酸素センサ10の出力信号がリッチ判定出力Vrよりもリッチ側に変化するまで、下記の式(5)に示すように、目標空燃比はリーン時最終目標空燃比A2に維持される。
目標空燃比 = A2 ・・・(5)
According to the above equation (4), when the cumulative exhaust gas amount Δga reaches the determination value gaB, the target air-fuel ratio becomes the rich target air-fuel ratio A2. After the integrated exhaust gas amount Δga exceeds the determination value gaB, the target air-fuel ratio becomes equal to the following expression (5) until the output signal of the
Target air-fuel ratio = A2 (5)
なお、目標空燃比がリーン時初期目標空燃比A02へ切り替えられた直後は積算排気ガス量Δgaはゼロであるので、上記の式(4)によればリーン時初期目標空燃比A02は下記の式(6)によって表すことができる。
リーン時初期目標空燃比A02 = A2+k2×(14.6−A2) ・・・(6)
Since the integrated exhaust gas amount Δga is zero immediately after the target air-fuel ratio is switched to the lean initial target air-fuel ratio A02, according to the above equation (4), the lean initial target air-fuel ratio A02 is It can be represented by (6).
Lean initial target air-fuel ratio A02 = A2 + k2 × (14.6−A2) (6)
以上説明した目標空燃比の算出処理は、図3のフローチャートに示す空燃比制御ルーチンの中で行われる。図3に示すルーチンでは、先ず、空燃フィードバック制御の開始条件が成立したか否か判定される(ステップ100)。開始条件とは、例えば、酸素センサ10が活性温度になっていること、排気浄化触媒6が活性温度になっていること等である。
The target air-fuel ratio calculation process described above is performed in the air-fuel ratio control routine shown in the flowchart of FIG. In the routine shown in FIG. 3, first, it is determined whether or not the start condition of the air / fuel feedback control is satisfied (step 100). The start conditions are, for example, that the
ステップ100の判定条件の成立後、空燃フィードバック制御が開始される。空燃フィードバック制御の開始時には、目標空燃比は所定の初期値A0に設定される(ステップ102)。初期値A0はストイキよりもややリッチに設定されている。目標空燃比がリッチに設定されることで、排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比もストイキよりリッチになり、排気浄化触媒6では吸蔵していた酸素の放出が行われる。やがて排気浄化触媒6の吸蔵酸素量は枯渇状態に近づき、酸素センサ10の出力信号はリッチ出力を示すようになる。
After the determination condition in
ステップ104では酸素センサ10の出力信号Vがリッチ判定出力Vrより大きいか否か判定される。判定の結果、酸素センサ10の出力信号Vがリッチ判定出力Vrを超えたときには、目標空燃比はリーン側に切り替えられ、積算排気ガス量Δgaに応じて上記の式(1)或いは式(2)に従ってその値を設定される(ステップ106)。目標空燃比がストイキよりもリーン側に切り替えられることで、排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比もリーン側に反転することになる。ただし、切り替え直後の目標空燃比であるリッチ時初期目標空燃比A01は、最終的な目標空燃比であるリッチ時最終目標空燃比A1よりもストイキ側に設定されているので、目標空燃比のリッチからリーンへの切り替えに伴う排気ガスの空燃比の急激な変化は抑制される。さらに、リッチ時初期目標空燃比A01からリッチ時最終目標空燃比A1へは、判定値gaAに応じた一定量の排気ガスの通過に合わせて徐々に切り替えられていくので、リッチ時最終目標空燃比A1への切り替えに伴う空燃比の急激な変化は抑制される。なお、ステップ104の判定で出力信号Vがリッチ判定出力Vl以下の場合には、後述するステップ110に進む。
In
次のステップ108では、空燃フィードバック制御の継続条件が成立しているか否か判定される。空燃フィードバック制御は、例えば燃料カットが実施された場合等、所定の運転条件下において一時的に中断される場合がある。このような場合、ステップ108の判定条件は不成立になり、空燃フィードバック制御は中止される。空燃フィードバック制御が継続される場合にはステップ110の判定が行われる。
In the
ステップ110では酸素センサ10の出力信号Vがリーン判定出力Vlより小さいか否か判定される。ステップ110の判定条件が成立するまで、ステップ106乃至ステップ110の処理が繰り返される。その間、目標空燃比は、リッチ時初期目標空燃比A01からリッチ時最終目標空燃比A1まで徐々にリーン化され、積算排気ガス量Δgaが判定値gaAを超えた以降はリッチ時最終目標空燃比A1に維持される。
In
目標空燃比がリッチ時最終目標空燃比A1に維持されることにより、排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比はストイキよりもリーンに保持され、排気浄化触媒6では酸素の吸蔵が行われる。やがて排気浄化触媒6の吸蔵酸素量は飽和状態に近づき、酸素センサ10の出力信号はリーン出力を示すようになる。ステップ110の判定の結果、酸素センサ10の出力信号Vがリーン判定出力Vlを下回ったときには、目標空燃比はリッチ側に切り替えられ、積算排気ガス量Δgaに応じて上記の式(4)或いは式(5)に従って設定される(ステップ112)。
By maintaining the target air-fuel ratio at the final target air-fuel ratio A1 when rich, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
目標空燃比がストイキよりもリッチ側に切り替えられることで、排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比もリッチ側に反転することになる。ただし、切り替え直後の目標空燃比であるリーン時初期目標空燃比A02は、最終的な目標空燃比であるリーン時最終目標空燃比A2よりもストイキ側に設定されているので、目標空燃比のリーンからリッチへの切り替えに伴う排気ガスの空燃比の急激な変化は抑制される。さらに、リーン時初期目標空燃比A02からリーン時最終目標空燃比A2へは、判定値gaBに応じた一定量の排気ガスの通過に合わせて徐々に切り替えられていくので、目標空燃比のリーン時最終目標空燃比A2への切り替えに伴う空燃比の急激な変化は抑制される。
When the target air-fuel ratio is switched to the rich side with respect to the stoichiometry, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
次のステップ114では、ステップ108と同様、空燃フィードバック制御の継続条件が成立しているか否か判定される。空燃フィードバック制御が継続される場合にはステップ116の判定が行われる。
In the
ステップ116では酸素センサ10の出力信号Vがリッチ判定出力Vrより大きいか否か判定される。ステップ116の判定条件が成立するまで、ステップ112乃至ステップ116の処理が繰り返される。その間、目標空燃比は、リーン時初期目標空燃比A02からリーン時最終目標空燃比A2まで徐々にリッチ化され、積算排気ガス量Δgaが判定値gaBを超えた以降はリーン時最終目標空燃比A2に維持される。
In
目標空燃比がリーン時最終目標空燃比A2に維持されることにより、排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比はストイキよりもリッチに保持され、排気浄化触媒6では酸素の放出が行われる。やがて排気浄化触媒6の吸蔵酸素量は枯渇状態に近づき、酸素センサ10の出力信号はリッチ出力を示すようになる。ステップ116の判定の結果、酸素センサ10の出力信号Vがリッチ判定出力Vrを超えたときには、ステップ106に進み、目標空燃比はリーン側に切り替えられる。ステップ106の処理により排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比はリーン側に反転することになる。
By maintaining the target air-fuel ratio at the lean final target air-fuel ratio A2, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
以降、ステップ108或いはステップ114において空燃フィードバック制御の継続条件が不成立になるまで、ステップ106乃至ステップ116の処理が繰り返し実行される。
Thereafter, the processing from
以上説明した空燃比制御装置ルーチンが実行されることにより、排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比を急激に変化させることなく、目標空燃比を最終目標空燃比A1,A2までリーン化或いはリッチ化させることができる。これにより、急激な空燃比変化に伴う過大な反応熱によって排気浄化触媒6の入口部が劣化するのを有効に防止しながら、排気浄化触媒6に酸素の吸蔵/放出を効果的に行わせて排気浄化触媒6の浄化能力を高く維持することが可能になる。
By executing the air-fuel ratio control apparatus routine described above, the target air-fuel ratio is made lean to the final target air-fuel ratios A1 and A2 without abruptly changing the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
実施の形態2.
以下、図4及び図5を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
Hereinafter,
本実施形態にかかる空燃比制御装置は、実施の形態1において、ECU20に、図2のタイムチャート及び図3のフローチャートで示す空燃比制御に代えて図4のタイムチャート及び図5のフローチャートで示す空燃比制御を実行させることにより実現することができる。 The air-fuel ratio control apparatus according to the present embodiment is shown in the time chart of FIG. 4 and the flowchart of FIG. 5 instead of the air-fuel ratio control shown in the time chart of FIG. 2 and the flowchart of FIG. This can be realized by executing air-fuel ratio control.
図4は、本実施形態においてECU20により実行される空燃比フィードバック制御の概要を説明するためのタイムチャートである。図4のタイムチャートにおける上段は目標空燃比であり、下段は酸素センサ10の出力信号である。実施の形態1と同様、ECU20は、酸素センサ10の出力信号がリッチ判定出力Vrよりもリッチ側に変化したときは目標空燃比をリッチ側からリーン側に切り替え、酸素センサ10の出力信号がリーン判定出力Vlよりもリーン側に変化したときは目標空燃比をリーン側からリッチ側に切り替える。
FIG. 4 is a time chart for explaining the outline of the air-fuel ratio feedback control executed by the
本実施形態においては、酸素センサ10の出力信号がリッチ判定出力Vrよりもリッチ側に変化したとき、目標空燃比は、先ず、リッチ時初期目標空燃比A01に切り替えられ、その後、リッチ時初期目標空燃比A01からリッチ時最終目標空燃比A1へステップ状に切り替えられる。リッチ時初期目標空燃比A01は、実施の形態と同様、上記の式(3)によって表される。リッチ時初期目標空燃比A01からリッチ時最終目標空燃比A1への目標空燃比の切り替えは、積算排気ガス量Δgaが判定値gaAに達したときに行われる。積算排気ガス量Δgaと判定値gaAの定義は実施の形態1と同様である。
In the present embodiment, when the output signal of the
一方、酸素センサ10の出力信号がリーン判定出力Vlよりもリーン側に変化したとき、目標空燃比は、先ず、リーン時初期目標空燃比A02に切り替えられ、その後、リーン時初期目標空燃比A02からリーン時最終目標空燃比A2へステップ状に切り替えられる。リーン時初期目標空燃比A02は、実施の形態と同様、上記の式(6)によって表される。リーン時初期目標空燃比A02からリーン時最終目標空燃比A2への目標空燃比の切り替えは、積算排気ガス量Δgaが判定値gaBに達したときに行われる。判定値gaBの定義は実施の形態1と同様である。
On the other hand, when the output signal of the
以上説明した目標空燃比の算出処理は、図5のフローチャートに示す空燃比制御ルーチンの中で行われる。図5に示すルーチンでは、先ず、空燃フィードバック制御の開始条件が成立したか否か判定される(ステップ200)。開始条件の内容については実施の形態1で説明したとおりである。 The target air-fuel ratio calculation process described above is performed in the air-fuel ratio control routine shown in the flowchart of FIG. In the routine shown in FIG. 5, it is first determined whether or not the start condition of the air / fuel feedback control is satisfied (step 200). The contents of the start condition are as described in the first embodiment.
ステップ200の判定条件の成立後、空燃フィードバック制御が開始される。空燃フィードバック制御の開始時には、目標空燃比は所定の初期値A0に設定される(ステップ202)。初期値A0はストイキよりもややリッチに設定されている。目標空燃比がリッチに設定されることで、排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比もストイキよりリッチになり、排気浄化触媒6では吸蔵していた酸素の放出が行われる。やがて排気浄化触媒6の吸蔵酸素量は枯渇状態に近づき、酸素センサ10の出力信号はリッチ出力を示すようになる。
After the determination condition of
ステップ204では酸素センサ10の出力信号Vがリッチ判定出力Vrより大きいか否か判定される。判定の結果、酸素センサ10の出力信号Vがリッチ判定出力Vrを超えたときには、目標空燃比はリッチ時初期目標空燃比A01に切り替えられる(ステップ206)。リッチ時初期目標空燃比A01はストイキよりもリーン側に設定されているので、排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比はリーン側に反転することになる。ただし、リッチ時初期目標空燃比A01は、最終的な目標空燃比であるリッチ時最終目標空燃比A1よりもストイキ側に設定されているので、目標空燃比のリッチからリーンへの切り替えに伴う排気ガスの空燃比の急激な変化は抑制される。なお、ステップ204の判定で出力信号Vがリッチ判定出力Vr以下の場合には、後述するステップ218に進む。
In
次のステップ208では、空燃フィードバック制御の継続条件が成立しているか否か判定される。継続条件の内容については実施の形態1で説明したとおりである。空燃フィードバック制御が継続される場合にはステップ210の判定が行われる。
In the
ステップ210では酸素センサ10の出力信号Vがリーン判定出力Vlより大きいか否か判定される。出力信号Vが未だリーン判定出力Vlより大きい場合には、目標空燃比のリッチ時初期目標空燃比A01への切り替え後の積算排気ガス量Δgaが算出され、積算排気ガス量Δgaと判定値gaAとが比較される(ステップ212)。比較の結果、積算排気ガス量Δgaが判定値gaAを超えるまで、ステップ206乃至ステップ212の処理が繰り返される。その間、目標空燃比はリッチ時初期目標空燃比A01に維持される。なお、ステップ210の判定で出力信号Vがリーン判定出力Vl以下になった場合には、後述するステップ218に進む。
In
ステップ212の判定において、積算排気ガス量Δgaが判定値gaAを超えたときには、目標空燃比はリッチ時初期目標空燃比A01からリッチ時最終目標空燃比A1に切り替えられる(ステップ214)。リッチ時最終目標空燃比A1はリッチ時初期目標空燃比A01よりもさらにリーン側に設定されているので、排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比もさらにリーン化することになるが、この切り替えは判定値gaAに応じた一定量の排気ガスの通過後に行われるので、目標空燃比のリッチ時最終目標空燃比A1への切り替えに伴う空燃比の急激な変化は抑制される。
When the cumulative exhaust gas amount Δga exceeds the determination value gaA in the determination in
次のステップ216では、ステップ208と同様、空燃フィードバック制御の継続条件が成立しているか否か判定される。空燃フィードバック制御が継続される場合にはステップ218の判定が行われる。
In the
ステップ218では酸素センサ10の出力信号Vがリーン判定出力Vlより小さいか否か判定される。ステップ218の判定条件が成立するまで、ステップ214乃至ステップ218の処理が繰り返される。その間、目標空燃比はリッチ時最終目標空燃比A1に維持される。
In
目標空燃比がリッチ時最終目標空燃比A1に維持されることにより、排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比はストイキよりもリーンに保持され、排気浄化触媒6では酸素の吸蔵が行われる。やがて排気浄化触媒6の吸蔵酸素量は飽和状態に近づき、酸素センサ10の出力信号はリーン出力を示すようになる。ステップ218の判定の結果、酸素センサ10の出力信号Vがリーン判定出力Vlを下回ったときには、目標空燃比はリーン時初期目標空燃比A02に切り替えられる(ステップ220)。
By maintaining the target air-fuel ratio at the final target air-fuel ratio A1 when rich, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
リーン時初期目標空燃比A02はストイキよりもリッチ側に設定されているので、排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比はリッチ側に反転することになる。ただし、リーン時初期目標空燃比A02は、最終的な目標空燃比であるリーン時最終目標空燃比A2よりもストイキ側に設定されているので、目標空燃比のリーンからリッチへの切り替えに伴う排気ガスの空燃比の急激な変化は抑制される。
Since the lean initial target air-fuel ratio A02 is set to be richer than stoichiometric, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
次のステップ222では、ステップ208と同様、空燃フィードバック制御の継続条件が成立しているか否か判定される。空燃フィードバック制御が継続される場合にはステップ224の判定が行われる。
In the
ステップ224では酸素センサ10の出力信号Vがリッチ判定出力Vrより小さいか否か判定される。出力信号Vが未だリッチ判定出力Vrよ小さい場合には、目標空燃比のリーン時初期目標空燃比A02への切り替え後の積算排気ガス量Δgaが算出され、積算排気ガス量Δgaと判定値gaBとが比較される(ステップ226)。比較の結果、積算排気ガス量Δgaが判定値gaBを超えるまで、ステップ220乃至ステップ226の処理が繰り返される。その間、目標空燃比はリーン時初期目標空燃比A02に維持される。なお、ステップ224の判定で出力信号Vがリーン判定出力Vr以上になった場合には、後述するステップ232に進む。
In
ステップ226の判定において、積算排気ガス量Δgaが判定値gaBを超えたときには、目標空燃比はリーン時初期目標空燃比A02からリーン時最終目標空燃比A2に切り替えられる(ステップ228)。リーン時最終目標空燃比A2はリーン時初期目標空燃比A02よりもさらにリッチ側に設定されているので、排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比もさらにリッチ化することになるが、この切り替えは判定値gaBに応じた一定量の排気ガスの通過後に行われるので、目標空燃比のリーン時最終目標空燃比A2への切り替えに伴う空燃比の急激な変化は抑制される。
In the determination at
次のステップ230では、ステップ208と同様、空燃フィードバック制御の継続条件が成立しているか否か判定される。空燃フィードバック制御が継続される場合にはステップ232の判定が行われる。
In the
ステップ232では酸素センサ10の出力信号Vがリッチ判定出力Vrより大きいか否か判定される。ステップ232の判定条件が成立するまで、ステップ228乃至ステップ232の処理が繰り返される。その間、目標空燃比はリーン時最終目標空燃比A2に維持される。
In
目標空燃比がリーン時最終目標空燃比A2に維持されることにより、排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比はストイキよりもリッチに保持され、排気浄化触媒6では酸素の放出が行われる。やがて排気浄化触媒6の吸蔵酸素量は枯渇状態に近づき、酸素センサ10の出力信号はリッチ出力を示すようになる。ステップ232の判定の結果、酸素センサ10の出力信号Vがリッチ判定出力Vrを超えたときには、ステップ206に進み、目標空燃比はリッチ時初期目標空燃比A01に切り替えられる。ステップ206の処理により排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比はリーン側に反転することになる。
By maintaining the target air-fuel ratio at the lean final target air-fuel ratio A2, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
以降、ステップ208,216,222,或いは230において空燃フィードバック制御の継続条件が不成立になるまで、ステップ206乃至ステップ232の処理が繰り返し実行される。
Thereafter, the processing from
以上説明した空燃比制御装置ルーチンが実行されることにより、実施の形態1と同様、排気浄化触媒6に流入する排気ガスの空燃比を急激に変化させることなく、目標空燃比を最終目標空燃比A1,A2までリーン化或いはリッチ化させることができる。これにより、急激な空燃比変化に伴う過大な反応熱によって排気浄化触媒6の入口部が劣化するのを有効に防止しながら、排気浄化触媒6に酸素の吸蔵/放出を効果的に行わせて排気浄化触媒6の浄化能力を高く維持することが可能になる。
By executing the air-fuel ratio control apparatus routine described above, the target air-fuel ratio is set to the final target air-fuel ratio without abruptly changing the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
その他.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施形態では排気浄化触媒6の下流側に配置する排気ガスセンサとして酸素センサを用いているが、A/Fセンサを用いてもよい。
Others.
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, an oxygen sensor is used as an exhaust gas sensor disposed on the downstream side of the
また、リッチ時初期目標空燃比A01からリッチ時最終目標空燃比A1へ、或いは、リーン時初期目標空燃比A02からリーン時最終目標空燃比A2へ目標空燃比を少しずつ段階的に変化させるようにしてもよい。 Further, the target air-fuel ratio is gradually changed from the rich initial target air-fuel ratio A01 to the rich final target air-fuel ratio A1 or from the lean initial target air-fuel ratio A02 to the lean final target air-fuel ratio A2. May be.
2 内燃機関
4 排気通路
6 排気浄化触媒
8 A/Fセンサ
10 酸素センサ
20 ECU
2
Claims (4)
前記内燃機関の排気通路において排気浄化触媒の下流に配置された排気ガスセンサと、
前記排気ガスセンサの出力信号が所定のリッチ判定値よりもリッチ側に変化した場合には、前記目標空燃比をストイキよりリーン側に設定されたリッチ時初期目標空燃比に切り替えた後、前記リッチ時初期目標空燃比から前記リッチ時初期目標空燃比よりもさらにリーン側に設定されたリッチ時最終目標空燃比に変化させ、前記排気ガスセンサの出力信号が所定のリーン判定値よりもリーン側に変化した場合には、前記目標空燃比をストイキよりリッチ側に設定されたリーン時初期目標空燃比に切り替えた後、前記リーン時初期目標空燃比から前記リーン時初期目標空燃比よりもさらにリッチ側に設定されたリーン時最終目標空燃比に変化させる目標空燃比切替手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that controls an air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine to be a target air-fuel ratio,
An exhaust gas sensor disposed downstream of the exhaust purification catalyst in the exhaust passage of the internal combustion engine;
When the output signal of the exhaust gas sensor changes to a rich side from a predetermined rich determination value, the target air-fuel ratio is switched to the initial target air-fuel ratio at the rich time set to the lean side from the stoichiometric, and then the rich-time The initial target air-fuel ratio is changed to the rich final target air-fuel ratio that is set to the lean side further than the rich initial target air-fuel ratio, and the output signal of the exhaust gas sensor changes to the lean side from the predetermined lean determination value In this case, after the target air-fuel ratio is switched to the lean initial target air-fuel ratio set to the rich side from the stoichiometry, the lean initial target air-fuel ratio is set to a richer side than the lean initial target air-fuel ratio. Target air-fuel ratio switching means for changing to the final target air-fuel ratio at the time of lean,
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, comprising:
前記目標空燃比切替手段は、前記目標空燃比を前記リッチ時初期目標空燃比へ切り替えた後の前記排気ガス量に基づいて前記リッチ時初期目標空燃比から前記リッチ時最終目標空燃比へ前記目標空燃比を変化させ、また、前記目標空燃比を前記リーン時初期目標空燃比へ切り替えた後の前記排気ガス量に基づいて前記リーン時初期目標空燃比から前記リーン時最終目標空燃比へ前記目標空燃比を変化させることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の空燃比制御装置。 An exhaust gas amount estimating means for estimating an exhaust gas amount flowing into the exhaust purification catalyst,
The target air-fuel ratio switching means is configured to change the target air-fuel ratio from the rich initial target air-fuel ratio to the rich final target air-fuel ratio based on the exhaust gas amount after switching the target air-fuel ratio to the rich initial target air-fuel ratio. The target is changed from the lean initial target air-fuel ratio to the lean final target air-fuel ratio based on the exhaust gas amount after changing the target air-fuel ratio to the lean initial target air-fuel ratio. 2. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the air-fuel ratio is changed.
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