JP2006233775A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents

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次将 後藤
Koji Takamatsu
浩司 高松
Tomohiro Fujita
知博 藤田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To compensate air-fuel ratio even if catalyst is deteriorated and purify exhaust gas furthermore. <P>SOLUTION: This exhaust emission control device is provided with a front step catalyst converter 16 and a rear step catalyst converter 17 provided in series in an exhaust passage 3, a first oxygen sensor 23 provided on the upstream side of the front step catalyst converter 16, a second oxygen sensor 24 provided on the upstream side of the rear step catalyst converter 17 and on the downstream side of the front step catalyst converter 16, a third oxygen sensor 25 provided on the downstream side of the rear step catalyst converter 17, and an electronic control unit (ECU) 30. The ECU 30 feedback-controls air-fuel ratio to theoretical air-fuel ratio based on detected values of the first and second oxygen sensors 23, 24, determines deterioration of the front step catalyst converter 16 based on detected values of the first and second oxygen sensors 23, 24 during the feedback control, and compensates the feedback control based on a detected value of the third oxygen sensor 25 when the ECU 30 determines that its deterioration occurs. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、内燃機関から排気通路へ排出される排気を浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that purifies exhaust gas discharged from the internal combustion engine into an exhaust passage.

従来、この種の装置として、例えば、下記の特許文献1及び2に記載される装置がある。特許文献1に記載される空燃比制御装置は、エンジンの排気通路に設けられる一つの排気浄化触媒と、その触媒の上流側に取り付けられる上流側空燃比センサと、その触媒の下流側に取り付けられる下流側空燃比センサとを備える。そして、この装置は、上流側空燃比センサにより検出される上流側排気空燃比から、排気浄化触媒の酸素吸脱量を推定し、この酸素吸脱量を積算することで排気浄化触媒に吸蔵される酸素吸蔵量を推定する。また、この装置は、排気浄化触媒がその能力限界まで酸素を吸蔵しきっていることを示す最大吸蔵可能酸素量を、下流側空燃比センサの検出結果に基づいて更新する。そして、この装置では、上記推定される酸素吸蔵量に対して上側閾値と下側閾値が設定され、推定される酸素吸蔵量が上側閾値と下側閾値との間にあるときは、空燃比を一定に制御し、推定される酸素吸蔵量が上側閾値より大きいときは、空燃比をリッチに制御し、下側閾値よりも小さいときは、空燃比をリーンに制御するようになっている。これにより、排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、上側閾値と下側閾値の間で変動させて排気浄化触媒の活性化を促進し、その浄化性能を高く維持するようにしている。   Conventionally, as this type of device, for example, there are devices described in Patent Documents 1 and 2 below. The air-fuel ratio control device described in Patent Document 1 is attached to one exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of an engine, an upstream air-fuel ratio sensor attached to the upstream side of the catalyst, and downstream of the catalyst. And a downstream air-fuel ratio sensor. This device estimates the oxygen adsorption / desorption amount of the exhaust purification catalyst from the upstream exhaust air-fuel ratio detected by the upstream air-fuel ratio sensor, and accumulates this oxygen adsorption / desorption amount to be stored in the exhaust purification catalyst. Estimate the amount of oxygen stored. In addition, this device updates the maximum storable oxygen amount indicating that the exhaust purification catalyst has fully stored oxygen up to its capacity limit, based on the detection result of the downstream air-fuel ratio sensor. In this apparatus, an upper threshold value and a lower threshold value are set for the estimated oxygen storage amount. When the estimated oxygen storage amount is between the upper threshold value and the lower threshold value, the air-fuel ratio is set. When the estimated oxygen storage amount is larger than the upper threshold value, the air-fuel ratio is controlled to be rich, and when it is smaller than the lower threshold value, the air-fuel ratio is controlled to be lean. Thus, the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst is varied between the upper threshold value and the lower threshold value to promote the activation of the exhaust purification catalyst and maintain its purification performance high.

特許文献2に記載される触媒コンバータ装置の劣化診断装置は、内燃機関の排気通路の上流側に装着される予備触媒コンバータ装置と、排気通路の下流側に装着される主触媒コンバータ装置と、予備触媒コンバータ装置の上流側に装着される第1の空燃比センサと、主触媒コンバータ装置の下流側に装着される第2の空燃比センサとを備える。そして、この装置は、予備触媒コンバータ装置及び主触媒コンバータ装置の劣化診断を行う場合に、第1の空燃比センサの検出信号に基づいて空燃比フィードバック制御を行い、そのときの第2の空燃比センサの検出信号に基づいて劣化診断を行うようになっている。
特開2002−115590号公報 特開平5−98946号公報
A degradation diagnosis device for a catalytic converter device described in Patent Document 2 includes a preliminary catalytic converter device mounted on the upstream side of the exhaust passage of the internal combustion engine, a main catalytic converter device mounted on the downstream side of the exhaust passage, A first air-fuel ratio sensor mounted on the upstream side of the catalytic converter device; and a second air-fuel ratio sensor mounted on the downstream side of the main catalytic converter device. The device performs air-fuel ratio feedback control based on the detection signal of the first air-fuel ratio sensor when performing deterioration diagnosis of the preliminary catalytic converter device and the main catalytic converter device, and the second air-fuel ratio at that time The deterioration diagnosis is performed based on the detection signal of the sensor.
JP 2002-115590 A JP-A-5-98946

ところが、特許文献1に記載の装置では、排気浄化触媒の浄化性能をある程度維持できるものの、排気浄化触媒の経時劣化は避けられず、触媒が劣化したときに空燃比の制御が適正になされない懸念があった。図12に、床温400℃のときの触媒劣化に伴う浄化性能の変化の一例をグラフに示す。このグラフにおいて、横軸は空燃比(λ)を、縦軸はNox浄化率(%)をそれぞれ示す。実線は新品触媒の特性を、破線は劣化触媒の特性をそれぞれ示す。このグラフから明かなように、新品触媒の浄化率のピークは100%であるのに対し、劣化触媒の浄化率のピークは約60%にまで低下することが分かる。特許文献1に記載の装置では、このような触媒劣化に対処することができず、排気が悪化する懸念があった。特許文献1には、排気通路に排気浄化触媒が直列的に複数設けられることも示唆されているが、その場合でも同様の問題が起こり得る。   However, in the apparatus described in Patent Document 1, although the purification performance of the exhaust purification catalyst can be maintained to some extent, deterioration of the exhaust purification catalyst over time is inevitable, and there is a concern that the air-fuel ratio is not properly controlled when the catalyst deteriorates. was there. FIG. 12 is a graph showing an example of a change in purification performance accompanying catalyst deterioration when the bed temperature is 400 ° C. In this graph, the horizontal axis represents the air-fuel ratio (λ), and the vertical axis represents the Nox purification rate (%). The solid line indicates the characteristics of the new catalyst, and the broken line indicates the characteristics of the deteriorated catalyst. As is apparent from this graph, the peak of the purification rate of the new catalyst is 100%, whereas the peak of the purification rate of the deteriorated catalyst is reduced to about 60%. The apparatus described in Patent Document 1 cannot cope with such catalyst deterioration, and there is a concern that exhaust gas deteriorates. Patent Document 1 also suggests that a plurality of exhaust purification catalysts are provided in series in the exhaust passage, but the same problem may occur even in that case.

一方、特許文献2に記載の装置では、複数の触媒コンバータ装置についてまとめて劣化診断を行えるものの、劣化と診断されたときに空燃比を補正する手立てがなく、排気が悪化する懸念があった。   On the other hand, in the apparatus described in Patent Document 2, although deterioration diagnosis can be performed for a plurality of catalytic converter apparatuses collectively, there is no way to correct the air-fuel ratio when deterioration is diagnosed, and there is a concern that exhaust gas will deteriorate.

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、触媒が劣化したときでも空燃比の補正を可能とし、排気を更に浄化することを可能とした内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that can correct the air-fuel ratio even when the catalyst deteriorates and can further purify the exhaust gas. It is to provide.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、内燃機関から排気通路へ排出される排気を浄化する排気浄化装置であって、排気通路に設けられる前段触媒と、前段触媒の下流側にて排気通路に設けられる後段触媒と、前段触媒の上流側にて排気中の酸素濃度を検出するための前段上流側酸素濃度検出手段と、後段触媒の上流側かつ前段触媒の下流側にて排気中の酸素濃度を検出するための前段下流側酸素濃度検出手段と、後段触媒の下流側にて排気中の酸素濃度を検出するための後段下流側酸素濃度検出手段と、前段上流側酸素濃度検出手段及び前段下流側酸素濃度検出手段の検出値に基づいて内燃機関の空燃比を理論空燃比にフィードバック制御するための空燃比制御手段と、フィードバック制御の実行中に、前段上流側酸素濃度検出手段及び前段下流側酸素濃度検出手段の検出値に基づいて前段触媒の劣化を判定するための劣化判定手段と、前段触媒が劣化と判定されたとき、後段下流側酸素濃度検出手段の検出値に基づいてフィードバック制御を補正するための劣化時補正手段とを備えたことを趣旨とする。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is an exhaust purification device for purifying exhaust gas discharged from an internal combustion engine to an exhaust passage, comprising a front-stage catalyst provided in the exhaust passage, and a downstream of the front-stage catalyst. A downstream catalyst provided in the exhaust passage on the side, upstream upstream oxygen concentration detection means for detecting oxygen concentration in the exhaust upstream of the upstream catalyst, upstream of the downstream catalyst and downstream of the upstream catalyst The upstream downstream oxygen concentration detecting means for detecting the oxygen concentration in the exhaust, the downstream downstream oxygen concentration detecting means for detecting the oxygen concentration in the exhaust downstream of the rear catalyst, and the upstream upstream oxygen An air-fuel ratio control means for feedback-controlling the air-fuel ratio of the internal combustion engine to the stoichiometric air-fuel ratio based on the detection values of the concentration detection means and the upstream downstream oxygen concentration detection means, and the upstream upstream oxygen concentration during execution of the feedback control A deterioration determination means for determining deterioration of the front stage catalyst based on the detection values of the output means and the upstream downstream oxygen concentration detection means, and a detection value of the downstream downstream oxygen concentration detection means when the front stage catalyst is determined to be deteriorated And a deterioration correcting means for correcting feedback control based on the above.

上記発明の構成によれば、前段触媒は排気通路にて後段触媒より上流側に設けられることから、前段触媒は後段触媒よりも内燃機関からの排気の影響を受け易く、後段触媒よりも先に劣化する傾向にある。ここで、空燃比制御手段は、前段上流側酸素濃度検出手段及び前段下流側酸素濃度検出手段の検出値に基づいて内燃機関の空燃比を理論空燃比にフィードバック制御し、そのフィードバック制御の実行中に、劣化判定手段は、前段上流側酸素濃度検出手段及び前段下流側酸素濃度検出手段の検出値に基づいて前段触媒の劣化を判定する。そして、前段触媒が劣化と判定されたとき、劣化時補正手段は、後段下流側酸素濃度検出手段の検出値に基づいてフィードバック制御を補正する。従って、前段触媒が劣化したときは、その浄化性能が落ちることから、後段触媒へ流れる排気が悪化するが、その後段触媒を通過した排気中の酸素濃度に基づいてフィードバック制御が補正されるので、後段触媒を通過する排気が浄化される。   According to the configuration of the invention, since the front catalyst is provided upstream of the rear catalyst in the exhaust passage, the front catalyst is more easily affected by the exhaust from the internal combustion engine than the rear catalyst, and before the rear catalyst. It tends to deteriorate. Here, the air-fuel ratio control means feedback-controls the air-fuel ratio of the internal combustion engine to the theoretical air-fuel ratio based on the detection values of the upstream upstream oxygen concentration detection means and the downstream downstream oxygen concentration detection means, and the feedback control is being executed. Further, the deterioration determining means determines the deterioration of the front stage catalyst based on the detection values of the front stage upstream oxygen concentration detecting means and the front stage downstream oxygen concentration detecting means. When it is determined that the front catalyst is deteriorated, the deterioration correction means corrects the feedback control based on the detection value of the downstream downstream oxygen concentration detection means. Therefore, when the pre-stage catalyst deteriorates, the purification performance deteriorates, so the exhaust flowing to the post-stage catalyst deteriorates, but the feedback control is corrected based on the oxygen concentration in the exhaust that has passed through the post-stage catalyst. Exhaust gas that passes through the latter catalyst is purified.

上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、空燃比制御手段は、前段下流側酸素濃度検出手段の検出値に基づいてフィードバック補正量を算出し、そのフィードバック補正量に基づいてフィードバック制御を実行し、劣化時補正手段は、後段下流側酸素濃度検出手段の検出値が所定範囲の値となるように劣化時補正量を算出し、その劣化時補正量に基づいて前記フィードバック制御を補正することを趣旨とする。   To achieve the above object, according to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the air-fuel ratio control means calculates a feedback correction amount based on a detection value of the upstream downstream oxygen concentration detection means. Then, feedback control is executed based on the feedback correction amount, and the deterioration correction unit calculates the deterioration correction amount so that the detection value of the downstream downstream oxygen concentration detection unit falls within a predetermined range. The purpose is to correct the feedback control based on the time correction amount.

上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加え、フィードバック制御の実行中に、前段触媒が劣化と判定されたときには、前段触媒の下流側における排気中の酸素濃度に基づくフィードバック補正量と、後段触媒の下流側における排気中の酸素濃度に基づく劣化時補正量との協働によりフィードバック制御が補正される。ここで、後段下流側酸素濃度検出手段の検出値が所定範囲の値となるように劣化時補正量が算出されるので、検出値がある一つの所定値となるように劣化時補正量が算出されるよりも、その算出機会が少なくなる。   According to the configuration of the above invention, in addition to the operation of the invention according to claim 1, when it is determined that the front catalyst is deteriorated during execution of the feedback control, it is based on the oxygen concentration in the exhaust gas downstream of the front catalyst. The feedback control is corrected by the cooperation of the feedback correction amount and the deterioration correction amount based on the oxygen concentration in the exhaust gas downstream of the rear catalyst. Here, since the deterioration correction amount is calculated so that the detection value of the downstream downstream oxygen concentration detection means falls within a predetermined range, the deterioration correction amount is calculated so that the detection value becomes one predetermined value. There are fewer opportunities to calculate it.

請求項1に記載の発明によれば、触媒が劣化したときでも空燃比の補正を可能とし、排気を更に浄化することができ、最終的に排気通路から外部へ排出される排気の悪化を抑えることができる。   According to the first aspect of the present invention, even when the catalyst is deteriorated, the air-fuel ratio can be corrected, the exhaust gas can be further purified, and the deterioration of the exhaust gas finally discharged from the exhaust passage is suppressed. be able to.

請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、空燃比の補正が必要以上に頻繁に行われることを防いで空燃比の変動を抑えることができる。   According to the invention described in claim 2, in addition to the effect of the invention described in claim 1, it is possible to prevent the air-fuel ratio from being corrected more frequently than necessary, and to suppress fluctuations in the air-fuel ratio.

以下、本発明における内燃機関の排気浄化装置を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1に、自動車に搭載されたエンジンシステムの概略構成図を示す。内燃機関としてのエンジン1は周知の構造を有する多気筒タイプのものであり、この実施の形態では、1番気筒#1〜6番気筒#6の6気筒を有する。エンジン1は、吸気通路2を通じて供給される燃料と空気との可燃混合気を、各気筒#1〜#6の燃焼室で爆発・燃焼させ、その燃焼後の排気を排気通路3を通じて排出させることにより、ピストン(図示しない)を動作させてクランクシャフト4を回転させ、動力を得るようになっている。   FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of an engine system mounted on an automobile. An engine 1 as an internal combustion engine is of a multi-cylinder type having a well-known structure, and in this embodiment, has six cylinders, a first cylinder # 1 to a sixth cylinder # 6. The engine 1 explodes and burns a combustible mixture of fuel and air supplied through the intake passage 2 in the combustion chambers of the cylinders # 1 to # 6, and discharges the exhausted gas through the exhaust passage 3 Thus, a piston (not shown) is operated to rotate the crankshaft 4 to obtain power.

吸気通路2に設けられたスロットルバルブ5は、同通路2を流れて各気筒#1〜#6に吸入される空気量(吸気量)Gaを調節するために開閉される。このバルブ5は、運転席に設けられたアクセルペダル6の操作に連動して作動する。スロットルバルブ5に対して設けられたスロットルセンサ21は、このバルブ5の開度(スロットル開度)TAを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。吸気通路2に設けられた吸気圧センサ22は、スロットルバルブ5より下流の吸気通路2における吸気圧力PMを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。   The throttle valve 5 provided in the intake passage 2 is opened and closed to adjust the amount of air (intake amount) Ga that flows through the passage 2 and is sucked into the cylinders # 1 to # 6. This valve 5 operates in conjunction with the operation of an accelerator pedal 6 provided in the driver's seat. A throttle sensor 21 provided for the throttle valve 5 detects an opening degree (throttle opening degree) TA of the valve 5 and outputs an electric signal corresponding to the detected value. The intake pressure sensor 22 provided in the intake passage 2 detects the intake pressure PM in the intake passage 2 downstream from the throttle valve 5 and outputs an electric signal corresponding to the detected value.

各気筒#1〜#6に対応して設けられた複数の燃料噴射弁(インジェクタ)7は、各気筒#1〜#6の吸気ポートに対して燃料を噴射供給する。これらインジェクタ7は、共通する一つのデリバリパイプ8に設けられる。燃料タンク9には、燃料ポンプ13が内蔵される。燃料ポンプ13に接続された燃料パイプ14は、燃料フィルタ15を介してデリバリパイプ8に接続される。燃料ポンプ13が作動することにより、燃料タンク9の燃料が同ポンプ13から燃料パイプ14へ吐出され、燃料フィルタ15で異物が除去された後、デリバリパイプ8へ圧送され、各インジェクタ7へ分配される。各インジェクタ7に分配された燃料は、それらが作動することにより、吸気ポートへと噴射さ、可燃混合気として各気筒#1〜#6に供給される。   A plurality of fuel injection valves (injectors) 7 provided corresponding to the cylinders # 1 to # 6 inject and supply fuel to the intake ports of the cylinders # 1 to # 6. These injectors 7 are provided in one common delivery pipe 8. A fuel pump 13 is built in the fuel tank 9. The fuel pipe 14 connected to the fuel pump 13 is connected to the delivery pipe 8 via the fuel filter 15. By operating the fuel pump 13, the fuel in the fuel tank 9 is discharged from the pump 13 to the fuel pipe 14, foreign matter is removed by the fuel filter 15, and then pumped to the delivery pipe 8 and distributed to the injectors 7. The The fuel distributed to each injector 7 is injected into the intake port when they operate, and is supplied to each cylinder # 1 to # 6 as a combustible air-fuel mixture.

各気筒#1〜#6に対応してエンジン1に設けられた複数の点火プラグ10は、ディストリビュータ11から分配される点火信号を受けて作動する。ディストリビュータ11は、イグナイタ12から出力される高電圧をクランクシャフト4の回転角、即ち「クランク角(°CA)」の変化に対応して各点火プラグ10へ分配する。各点火プラグ10の点火時期は、イグナイタ12から出力される高電圧の出力タイミングにより決定される。従って、イグナイタ12が制御されることにより、各気筒#1〜#6の各点火プラグ10の点火時期が制御される。   A plurality of spark plugs 10 provided in the engine 1 corresponding to the respective cylinders # 1 to # 6 operate in response to an ignition signal distributed from the distributor 11. The distributor 11 distributes the high voltage output from the igniter 12 to each spark plug 10 in accordance with a change in the rotation angle of the crankshaft 4, that is, “crank angle (° CA)”. The ignition timing of each spark plug 10 is determined by the output timing of the high voltage output from the igniter 12. Therefore, by controlling the igniter 12, the ignition timing of each spark plug 10 of each cylinder # 1 to # 6 is controlled.

排気通路3には、前段触媒コンバータ16と後段触媒コンバータ17が直列に配置されて設けられる。すなわち、前段触媒コンバータ16は本発明の前段触媒に相当する。後段触媒コンバータ17は、前段触媒コンバータ16の下流側にて排気通路3に設けられ、本発明の後段触媒に相当する。これら触媒コンバータ16,17は、エンジン1から排出される排気を浄化するための三元触媒18を内蔵する。周知のように、三元触媒18は、排気中の一酸化炭素(CO)及び炭化水素(HC)の酸化と、窒素酸化物(NOx)の還元を同時に行う。これにより排気中の有害ガス三成分(CO,HC、NOx)を、無害な二酸化炭素(CO2)、水蒸気(H2O)及び窒素(N2)に清浄化する。三元触媒18の持つ排気清浄化特性は、エンジン1の設定空燃比により大きく変わる。即ち、空燃比が薄いときは、燃焼後の酸素(O2)の量が多くなり、酸化作用が活発に、還元作用が不活発になる。この酸化と還元のバランスがとれたとき(理論空燃比に近付いたとき)、三元触媒18は最も有効に働くことになる。 A front-stage catalytic converter 16 and a rear-stage catalytic converter 17 are provided in the exhaust passage 3 in series. That is, the pre-stage catalytic converter 16 corresponds to the pre-stage catalyst of the present invention. The rear catalytic converter 17 is provided in the exhaust passage 3 on the downstream side of the front catalytic converter 16, and corresponds to the rear catalyst of the present invention. These catalytic converters 16 and 17 contain a three-way catalyst 18 for purifying exhaust gas discharged from the engine 1. As is well known, the three-way catalyst 18 simultaneously performs oxidation of carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) in the exhaust gas and reduction of nitrogen oxide (NOx). As a result, the three harmful gas components (CO, HC, NOx) in the exhaust gas are purified into harmless carbon dioxide (CO 2 ), water vapor (H 2 O), and nitrogen (N 2 ). The exhaust purification characteristics of the three-way catalyst 18 vary greatly depending on the set air-fuel ratio of the engine 1. That is, when the air-fuel ratio is low, the amount of oxygen (O 2 ) after combustion increases, the oxidation action becomes active, and the reduction action becomes inactive. When this balance between oxidation and reduction is achieved (when approaching the stoichiometric air-fuel ratio), the three-way catalyst 18 works most effectively.

排気通路3において、前段触媒コンバータ16の上流側には、第1酸素センサ23が、前段触媒コンバータ16と後段触媒コンバータ17との間には、第2酸素センサ24が、後段触媒コンバータ17の下流側には、第3酸素センサ25がそれぞれ設けられる。第1酸素センサ23は、前段触媒コンバータ16の上流側にてエンジン1から排気通路3へ排出される排気中の酸素濃度Oxを検出し、その検出値に応じた電気信号(出力電圧)VAを出力するものであり、本発明の前段上流側酸素濃度検出手段に相当する。この酸素センサ23は、比較的リニアな出力特性を有する。第2酸素センサ24は、後段触媒コンバータ17の上流側かつ前段触媒コンバータ16の下流側にて、前段触媒コンバータ16を通過した排気中の酸素濃度Oxを検出し、その検出値に応じた電気信号(出力電圧)VOXを出力するものであり、本発明の前段下流側酸素濃度検出手段に相当する。この酸素センサ24は、いわゆるZ型の出力特性を有する。第3酸素センサ25は、後段触媒コンバータ17の下流側にて、同触媒コンバータ17を通過した排気中の酸素濃度Oxを検出し、その検出値に応じた電気信号(出力電圧)VUOを出力するものであり、本発明の後段下流側酸素濃度検出手段に相当する。   In the exhaust passage 3, a first oxygen sensor 23 is disposed upstream of the front catalytic converter 16, a second oxygen sensor 24 is disposed downstream of the rear catalytic converter 17, between the front catalytic converter 16 and the rear catalytic converter 17. A third oxygen sensor 25 is provided on each side. The first oxygen sensor 23 detects the oxygen concentration Ox in the exhaust discharged from the engine 1 to the exhaust passage 3 on the upstream side of the front-stage catalytic converter 16, and generates an electric signal (output voltage) VA corresponding to the detected value. Is output and corresponds to the upstream upstream oxygen concentration detecting means of the present invention. The oxygen sensor 23 has a relatively linear output characteristic. The second oxygen sensor 24 detects the oxygen concentration Ox in the exhaust gas that has passed through the front-stage catalytic converter 16 on the upstream side of the rear-stage catalytic converter 17 and the downstream side of the front-stage catalytic converter 16, and an electric signal corresponding to the detected value (Output voltage) VOX is output and corresponds to the upstream downstream oxygen concentration detecting means of the present invention. The oxygen sensor 24 has a so-called Z-type output characteristic. The third oxygen sensor 25 detects the oxygen concentration Ox in the exhaust gas that has passed through the catalytic converter 17 on the downstream side of the post-catalyst converter 17, and outputs an electric signal (output voltage) VUO corresponding to the detected value. It corresponds to the downstream downstream oxygen concentration detection means of the present invention.

ディストリビュータ11に設けられた回転速度センサ26は、クランクシャフト4の角速度、即ち、エンジン回転速度NEを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。ディストリビュータ11には、クランクシャフト4の回転に連動して回転し外周に複数の歯を有するロータ(図示しない)が内蔵される。回転速度センサ26は、このロータと、ロータの外周に対向配置された電磁ピックアップ(図示しない)とを備える。このロータの回転に伴い電磁ピックアップが各歯の通過を検出する毎に、回転速度センサ26から一つのパルス信号が出力される。この実施の形態では、クランク角が30°CA進む毎に、回転速度センサ26から一つのパルス信号が出力される。   The rotational speed sensor 26 provided in the distributor 11 detects the angular speed of the crankshaft 4, that is, the engine rotational speed NE, and outputs an electric signal corresponding to the detected value. The distributor 11 incorporates a rotor (not shown) that rotates in conjunction with the rotation of the crankshaft 4 and has a plurality of teeth on the outer periphery. The rotational speed sensor 26 includes this rotor and an electromagnetic pickup (not shown) disposed opposite to the outer periphery of the rotor. Each time the electromagnetic pickup detects the passage of each tooth along with the rotation of the rotor, one pulse signal is output from the rotation speed sensor 26. In this embodiment, every time the crank angle advances by 30 ° CA, one pulse signal is output from the rotation speed sensor 26.

同じく、ディストリビュータ11には、ロータの回転に応じてクランク角の変化を所定の割合で検出するための気筒判別センサ27が設けられる。この実施の形態では、1番気筒#1〜6番気筒#6の全てが順次に燃焼行程を終了するまでにクランクシャフト4が2回転するものとして、720°CA毎の割合で、気筒判別センサ27から基準位置信号GSとしての一つのパルス信号が出力される。   Similarly, the distributor 11 is provided with a cylinder discrimination sensor 27 for detecting a change in crank angle at a predetermined rate according to the rotation of the rotor. In this embodiment, it is assumed that the crankshaft 4 makes two revolutions until all of the first cylinder # 1 to the sixth cylinder # 6 sequentially finish the combustion stroke, and the cylinder discrimination sensor at a rate of every 720 ° CA. 27 outputs one pulse signal as the reference position signal GS.

エンジン1に設けられ水温センサ28は、エンジン1の内部を流れる冷却水の温度(冷却水温)THWを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン1の暖機状態は、この冷却水温THWに反映されることになる。自動車に設けられた車速センサ29は、自動車の走行速度(車速)SPDを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。   A water temperature sensor 28 provided in the engine 1 detects the temperature (cooling water temperature) THW of the cooling water flowing inside the engine 1 and outputs an electrical signal corresponding to the detected value. The warm-up state of the engine 1 is reflected in the coolant temperature THW. A vehicle speed sensor 29 provided in the automobile detects a running speed (vehicle speed) SPD of the automobile and outputs an electrical signal corresponding to the detected value.

この実施の形態で、前述したスロットルセンサ21、吸気圧センサ22、第1酸素センサ23、第2酸素センサ24、第3酸素センサ25、回転速度センサ26、気筒判別センサ27、水温センサ28及び車速センサ29等は、エンジン1又は自動車の運転状態を検出するための運転状態検出手段に相当する。この実施の形態では、吸気量Gaは、吸気圧センサ22及び回転速度センサ26からの電気信号により読み込まれる吸気圧PM及びエンジン回転速度NEの値から換算される。   In this embodiment, the throttle sensor 21, the intake pressure sensor 22, the first oxygen sensor 23, the second oxygen sensor 24, the third oxygen sensor 25, the rotation speed sensor 26, the cylinder discrimination sensor 27, the water temperature sensor 28, and the vehicle speed described above. The sensor 29 and the like correspond to driving state detection means for detecting the driving state of the engine 1 or the automobile. In this embodiment, the intake air amount Ga is converted from the values of the intake pressure PM and the engine rotational speed NE read by electrical signals from the intake pressure sensor 22 and the rotational speed sensor 26.

運転席に設けられた警告ランプ19は、前段触媒コンバータ16の三元触媒18の劣化を運転者に警告するために点灯するものである。   A warning lamp 19 provided in the driver's seat is lit to warn the driver of the deterioration of the three-way catalyst 18 of the front catalytic converter 16.

この実施の形態で、電子制御装置(ECU)30は、スロットルセンサ21、吸気圧センサ22、第1酸素センサ23、第2酸素センサ24、第3酸素センサ25、回転速度センサ26、気筒判別センサ27、水温センサ28及び車速センサ29等から出力される各種信号を入力する。ECU30は、これらの入力信号に基づいて空燃比制御を含む燃料噴射制御及び点火時期制御等を実行し、各インジェクタ7及びイグナイタ12をそれぞれ制御する。併せて、ECU30は、上記信号に基づいて触媒劣化判定処理を実行する。   In this embodiment, an electronic control unit (ECU) 30 includes a throttle sensor 21, an intake pressure sensor 22, a first oxygen sensor 23, a second oxygen sensor 24, a third oxygen sensor 25, a rotation speed sensor 26, and a cylinder discrimination sensor. 27, various signals output from the water temperature sensor 28, the vehicle speed sensor 29, and the like are input. The ECU 30 executes fuel injection control including ignition control and ignition timing control based on these input signals, and controls each injector 7 and igniter 12. In addition, the ECU 30 executes a catalyst deterioration determination process based on the signal.

ここで、燃料噴射制御とは、エンジン1の運転状態に応じて各インジェクタ7を制御することにより、燃料噴射量及び燃料噴射タイミングを制御することである。空燃比制御とは、第1酸素センサ23の出力電圧VA及び第2酸素センサ24の出力電圧VOXに基づいてインジェクタ7を制御することにより、エンジン1の空燃比を理論空燃比等の所定の空燃比にフィードバック制御することである。従って、この実施の形態では、インジェクタ7及びECU30等により、第1及び第2の酸素センサ23,24の検出値に基づいてエンジン1の空燃比を理論空燃比にフィードバック制御するための本発明の空燃比制御手段が構成される。   Here, the fuel injection control is to control the fuel injection amount and the fuel injection timing by controlling each injector 7 in accordance with the operating state of the engine 1. In the air-fuel ratio control, the injector 7 is controlled based on the output voltage VA of the first oxygen sensor 23 and the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24, whereby the air-fuel ratio of the engine 1 is changed to a predetermined air-fuel ratio such as a theoretical air-fuel ratio. This is feedback control to the fuel ratio. Therefore, in this embodiment, the injector 7 and the ECU 30 and the like are used for feedback control of the air-fuel ratio of the engine 1 to the stoichiometric air-fuel ratio based on the detection values of the first and second oxygen sensors 23, 24. Air-fuel ratio control means is configured.

点火時期制御とは、エンジン1の運転状態に応じてイグナイタ12を制御することにより、各点火プラグ10による点火時期を制御することである。   The ignition timing control is to control the ignition timing by each spark plug 10 by controlling the igniter 12 according to the operating state of the engine 1.

触媒劣化判定処理とは、エンジン1の空燃比が所定の理論空燃比にフィードバック制御されるときに行われるものであり、第1及び第2の酸素センサ23,24等の検出値に基づいて前段触媒コンバータ16の三元触媒18の劣化の有無を判定することである。従って、この実施形態において、ECU30は本発明の劣化判定手段に相当する。また、ECU30は、前段触媒コンバータ16の三元触媒28が劣化と判定されたとき、第3酸素センサ25の出力電圧VUOに基づいて空燃比のフィードバック制御を補正するようになっている。この意味で、ECU30は、本発明の劣化時補正手段に相当する。   The catalyst deterioration determination process is performed when the air-fuel ratio of the engine 1 is feedback-controlled to a predetermined stoichiometric air-fuel ratio, and is based on the detection values of the first and second oxygen sensors 23, 24, etc. This is to determine whether the three-way catalyst 18 of the catalytic converter 16 has deteriorated. Therefore, in this embodiment, the ECU 30 corresponds to the deterioration determination means of the present invention. The ECU 30 corrects the air-fuel ratio feedback control based on the output voltage VUO of the third oxygen sensor 25 when it is determined that the three-way catalyst 28 of the front catalytic converter 16 is deteriorated. In this sense, the ECU 30 corresponds to the deterioration correcting means of the present invention.

ここで、例えば、前段触媒コンバータ16において、三元触媒18は、そこを通過する排気中の酸素濃度Oxが高いとき(排気中の空燃比がリーン傾向となるとき)に排気中の酸素を吸着し、その反対に酸素濃度Oxが低いとき(排気中の空燃比がリッチ傾向となるとき)に吸着した酸素を放出する酸素ストレージ作用を発揮する。このため、三元触媒18の上流側では、排気中の酸素濃度Oxが比較的短い周期で高濃度と低濃度との間を繰り返し変動し、第1酸素センサ23の出力電圧VAは、図2のような挙動を示すことになる。このとき、三元触媒18に劣化がなければ(正常であれば)、三元触媒18を通過した排気中の酸素濃度Oxの変動は、酸素ストレージ作用により緩和される。従って、三元触媒18の下流側では、排気中の酸素濃度Oxが理論空燃比に相関した値に維持される。このため、三元触媒18が正常であれば、第2酸素センサ24の出力電圧VOXは、図3に示すように、変動周期が相対的に長くなる。これに対して、三元触媒18に劣化があれば(異常であれば)、酸素ストレージ作用が低下することから、第2酸素センサ24の出力電圧VOXは、図4に示すように、変動周期が短くなり、第1酸素センサ23の出力電圧VAの周期に近付くことになる。   Here, for example, in the upstream catalytic converter 16, the three-way catalyst 18 adsorbs oxygen in the exhaust when the oxygen concentration Ox in the exhaust passing therethrough is high (when the air-fuel ratio in the exhaust tends to be lean). On the contrary, when the oxygen concentration Ox is low (when the air-fuel ratio in the exhaust gas tends to be rich), the oxygen storage action of releasing the adsorbed oxygen is exhibited. For this reason, on the upstream side of the three-way catalyst 18, the oxygen concentration Ox in the exhaust repeatedly fluctuates between a high concentration and a low concentration in a relatively short cycle, and the output voltage VA of the first oxygen sensor 23 is as shown in FIG. It will behave like this. At this time, if the three-way catalyst 18 is not deteriorated (if normal), the fluctuation of the oxygen concentration Ox in the exhaust gas that has passed through the three-way catalyst 18 is alleviated by the oxygen storage action. Therefore, on the downstream side of the three-way catalyst 18, the oxygen concentration Ox in the exhaust gas is maintained at a value correlated with the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, if the three-way catalyst 18 is normal, the fluctuation cycle of the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 becomes relatively long as shown in FIG. On the other hand, if the three-way catalyst 18 is deteriorated (if it is abnormal), the oxygen storage action is reduced, so that the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 varies as shown in FIG. Becomes shorter and approaches the cycle of the output voltage VA of the first oxygen sensor 23.

ECU30は中央処理装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及びバックアップRAM(B−RAM)等よりなる周知の構成を備えたものである。ROMは、前述した各種制御に係る所定の制御プログラムを予め記憶している。ECU(CPU)30は、これらの制御プログラムに従って前述した各種制御等を実行する。   The ECU 30 has a known configuration including a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), a backup RAM (B-RAM), and the like. The ROM stores in advance predetermined control programs related to the various controls described above. The ECU (CPU) 30 executes the various controls described above according to these control programs.

次に、ECU30が実行する各種処理内容について説明する。図5に「燃料噴射制御ルーチン」をフローチャートに示す。ECU30は、このルーチンを所定間隔毎(例えば、360°CA毎)に周期的に実行する。このルーチンにより、ECU30は、燃料噴射量TAU(各インジェクタ7からの燃料噴射時間)を、エンジン1の1回転当たりの吸気量Gaと、後述する各種補正量AFC,AFCR,AFCS,KA等とに基づいて算出する。   Next, various processing contents executed by the ECU 30 will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the “fuel injection control routine”. The ECU 30 periodically executes this routine at predetermined intervals (for example, every 360 ° CA). By this routine, the ECU 30 converts the fuel injection amount TAU (the fuel injection time from each injector 7) into the intake amount Ga per revolution of the engine 1 and various correction amounts AFC, AFCR, AFCS, KA, etc., which will be described later. Calculate based on

すなわち、ステップ100で、ECU30は、吸気圧センサ22及び回転速度センサ26の検出値から読み込まれる吸気圧PM及びエンジン回転速度NEに基づき、エンジン1の1回転当たりの吸気量Gaを算出する。   That is, in step 100, the ECU 30 calculates the intake air amount Ga per revolution of the engine 1 based on the intake pressure PM and the engine rotational speed NE read from the detected values of the intake pressure sensor 22 and the rotational speed sensor 26.

次に、ステップ110で、ECU30は、算出された吸気量Gaに基づき、次式に従って基本燃料噴射量TAUPを算出する。
TAUP ← α*Ga
ここで、基本燃料噴射量TAUPは、各燃焼室に供給される混合気を理論空燃比にするために必要な燃料噴射量であり、「α」は吸気量Gaを基本燃料噴射量TAUPに換算するための所定定数である。
Next, at step 110, the ECU 30 calculates a basic fuel injection amount TAUP according to the following equation based on the calculated intake air amount Ga.
TAUP ← α * Ga
Here, the basic fuel injection amount TAUP is a fuel injection amount necessary for making the air-fuel mixture supplied to each combustion chamber the stoichiometric air-fuel ratio, and “α” is converted from the intake air amount Ga to the basic fuel injection amount TAUP. This is a predetermined constant.

次に、ステップ120で、ECU30は、最終的な燃料噴射量TAUを、次式に従って算出する。
TAU ← TAUP*(AFC+AFCR+AFCS+KA)*β
ここで、「AFC」は、本発明のフィードバック補正量としての第1空燃比補正量であり、「AFCR」は、同じくフィードバック補正量としての第2空燃比補正量であり、[AFCS]は、本発明の劣化時補正量としての第3空燃比補正量であり、「KA」は、その他の補正量である。「β」は、エンジン1の始動時等に燃料増量を行うために「1.0」より大きい値に設定される係数であり、通常は「1.0」に設定される。
Next, at step 120, the ECU 30 calculates a final fuel injection amount TAU according to the following equation.
TAU ← TAUP * (AFC + AFCR + AFCS + KA) * β
Here, “AFC” is the first air-fuel ratio correction amount as the feedback correction amount of the present invention, “AFCR” is the second air-fuel ratio correction amount as the feedback correction amount, and [AFCS] is The third air-fuel ratio correction amount as the correction amount at the time of deterioration of the present invention, and “KA” is another correction amount. “Β” is a coefficient that is set to a value larger than “1.0” in order to increase the amount of fuel when the engine 1 is started, and is normally set to “1.0”.

そして、ステップ130で、ECU30は、算出された燃料噴射量TAUに基づき、所定のタイミングで各インジェクタ7を制御することにより、各気筒#1〜#6に対する燃料噴射を実行する。   In step 130, the ECU 30 controls each injector 7 at a predetermined timing based on the calculated fuel injection amount TAU, thereby executing fuel injection for each of the cylinders # 1 to # 6.

次に、上記した第1空燃比補正量AFCの算出について説明する。図6に「AFC算出ルーチン」をフローチャートに示す。ECU30は、このルーチンを所定間隔毎(例えば「20ms」毎)に周期的に実行する。この実施形態で、ECU30は、エンジン1の空燃比を目標空燃比に収束させるために、第1空燃比補正量AFC を、第2酸素センサ24の出力電圧VOXが目標空燃比よりリーン側の値となる場合に増加させ、リッチ側の値となる場合に低減させる。   Next, calculation of the first air-fuel ratio correction amount AFC will be described. FIG. 6 is a flowchart showing the “AFC calculation routine”. The ECU 30 periodically executes this routine at predetermined intervals (for example, every “20 ms”). In this embodiment, the ECU 30 sets the first air-fuel ratio correction amount AFC to a value on the leaner side of the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 than the target air-fuel ratio in order to converge the air-fuel ratio of the engine 1 to the target air-fuel ratio. If the value becomes richer, the value is decreased.

すなわち、ステップ201で、ECU30は、フィードバックフラグXFBが「1」であるか否かを判断する。ここで、このフラグXFBは、別途のルーチンにより設定されるものであり、空燃比フィードバック制御実行条件の成立の是非を示す。このフラグXFBが「1」であることは、空燃比フィードバック制御実行条件が成立していることを意味する。この本実形態で、空燃比フィードバック制御実行条件とは、(1)エンジン1の暖機が完了していること、(2)第1及び第2の酸素センサ23,24がともに活性化していること、(3)燃料カットが実行されていないこと、(4)燃料カットからの復帰後等でないことを含む。   That is, in step 201, the ECU 30 determines whether or not the feedback flag XFB is “1”. Here, the flag XFB is set by a separate routine and indicates whether or not the air-fuel ratio feedback control execution condition is satisfied. The flag XFB being “1” means that the air-fuel ratio feedback control execution condition is satisfied. In this embodiment, the air-fuel ratio feedback control execution condition is (1) the warm-up of the engine 1 is completed, and (2) both the first and second oxygen sensors 23 and 24 are activated. (3) that the fuel cut has not been executed, and (4) that the fuel cut has not been resumed.

ステップ201で条件不成立の場合、空燃比フィードバック制御は実行されないことから、ECU30はそのまま処理を終了する。一方、ステップ201で条件成立の場合、ステップ202で、ECU30は、第2酸素センサ24の出力電圧VOX(AD変換値)が所定の比較電圧VRより小さいか否かを判断する。この実施形態で、比較電圧VRは、第2酸素センサ24の理論空燃比相当出力(例えば、VOX=0.45V)に設定される。すなわち、ステップ202では、前段触媒コンバータ16の下流側における排気空燃比がリーンであるか否かを判断することになる。   If the condition is not satisfied in step 201, the air-fuel ratio feedback control is not executed, so the ECU 30 ends the process as it is. On the other hand, when the condition is satisfied in step 201, in step 202, the ECU 30 determines whether or not the output voltage VOX (AD conversion value) of the second oxygen sensor 24 is smaller than a predetermined comparison voltage VR. In this embodiment, the comparison voltage VR is set to a theoretical air-fuel ratio equivalent output (for example, VOX = 0.45 V) of the second oxygen sensor 24. That is, in step 202, it is determined whether or not the exhaust air-fuel ratio downstream of the front catalytic converter 16 is lean.

ステップ202の判断結果が肯定である場合、ECU30は、ステップ203で、空燃比フラグXOXを「0」にセットする。ここで、空燃比フラグXOXは、現在の空燃比がリーンかリッチかを表すフラグであり、「0」はリーンを、「1」はリッチを意味する。   If the determination result in step 202 is affirmative, the ECU 30 sets the air-fuel ratio flag XOX to “0” in step 203. Here, the air-fuel ratio flag XOX is a flag indicating whether the current air-fuel ratio is lean or rich, “0” means lean, and “1” means rich.

次に、ステップ204で、ECU30は、反転フラグXOXOが「1」であるか否かを判断する。この反転フラグXOXOは、ステップ202の条件が最初に成立した直後に(すなわち、空燃比がリッチからリーンに反転した直後に)、以下に説明するステップ210,211の処理をそれぞれ1回だけ実行するために設けられる。   Next, in step 204, the ECU 30 determines whether or not the reverse flag XOXO is “1”. This inversion flag XOXO executes the processing of steps 210 and 211 described below only once, immediately after the condition of step 202 is first established (that is, immediately after the air-fuel ratio is inverted from rich to lean). Provided for.

ステップ204の判断結果が肯定である場合、ECU30は、ステップ209で、反転フラグXOXOを「0」に設定する。これにより、次回ルーチン実行時にも、ステップ202の判断結果が肯定となる場合は、ステップ209以降の処理は実行されず、代わりに、ステップ205〜208の処理が実行されることになる。   If the determination result in step 204 is affirmative, the ECU 30 sets the reverse flag XOXO to “0” in step 209. As a result, if the determination result in step 202 is affirmative also at the next routine execution, the processes in and after step 209 are not executed, and instead, the processes in steps 205 to 208 are executed.

次に、ECU30は、ステップ210で、第1空燃比補正量AFCを所定値ΔAFC1だけ増加させ、ステップ211で、カウンタCNTの値を「0」にリセットし、後述するステップ220,221の処理を実行した後、今回のルーチン実行を終了する。次回ルーチンが実行され、ステップ202の判断結果が再度肯定となる場合、反転フラグXOXOは「0」にリセットされることから、ECU30は、処理をステップ204からステップ205へ移行し、ステップ205〜208の処理を実行することになる。   Next, the ECU 30 increases the first air-fuel ratio correction amount AFC by a predetermined value ΔAFC1 in step 210, resets the value of the counter CNT to “0” in step 211, and performs the processing of steps 220 and 221 described later. After execution, the current routine execution is terminated. When the next routine is executed and the determination result in step 202 becomes affirmative again, the inversion flag XOXO is reset to “0”, so the ECU 30 shifts the processing from step 204 to step 205, and steps 205 to 208. Will be executed.

ステップ205〜208では、ECU30は、カウンタCNTの値が予め定められた所定値KCNTに到達する毎に、第1空燃比補正量AFCを所定値ΔAFC2だけ増加させる。すなわち、ステップ205で、カウンタCNTの値が所定値KCNTに到達するまでは、ECU30は、ステップ206で、カウンタCNTの値を「1」だけインクリメントさせる。一方、ステップ205で、カウンタCNTの値が所定値KCNTに到達すると、ECU30は、ステップ207で、カウンタCNTの値を「0」にリセットすると共に、ステップ208で、第1空燃比補正量AFCを所定値ΔAFC2だけ増加させる。   In steps 205 to 208, the ECU 30 increases the first air-fuel ratio correction amount AFC by a predetermined value ΔAFC2 every time the value of the counter CNT reaches a predetermined value KCNT. That is, until the value of the counter CNT reaches the predetermined value KCNT in step 205, the ECU 30 increments the value of the counter CNT by “1” in step 206. On the other hand, when the value of the counter CNT reaches the predetermined value KCNT in step 205, the ECU 30 resets the value of the counter CNT to “0” in step 207, and in step 208, the first air-fuel ratio correction amount AFC is set. Increase by a predetermined value ΔAFC2.

この実施形態では、所定値ΔAFC1は、所定値ΔAFC2に較べてかなり大きい値に設定される。これにより、第1空燃比補正量AFCの値は、空燃比がリッチからリーンに反転した直後に一度だけ比較的大きな所定値ΔAFC1によりスキップ的に増加され、その後は空燃比がリーンである限り、カウンタCNTの値が所定値KCNTに到達する毎に(本ルーチンが所定値KCNTの回数実行される毎に)比較的小さな所定値ΔAFC2ずつ徐々に増加される。   In this embodiment, the predetermined value ΔAFC1 is set to a value that is considerably larger than the predetermined value ΔAFC2. As a result, the value of the first air-fuel ratio correction amount AFC is increased in a skip manner by a relatively large predetermined value ΔAFC1 just after the air-fuel ratio is reversed from rich to lean, and thereafter, as long as the air-fuel ratio is lean, Each time the value of the counter CNT reaches the predetermined value KCNT (every time this routine is executed the number of times of the predetermined value KCNT), it is gradually increased by a relatively small predetermined value ΔAFC2.

なお、ステップ202の判断結果が否定である場合、ステップ212〜219で、ECU30は、上記したステップ203〜211,220,221に準ずる処理を実行する。この場合、第1空燃比補正量AFCは、空燃比がリーンからリッチに反転する毎にスキップ的に所定値ΔAFC1だけ低減され、その後は空燃比がリッチである限り、所定値KCNTの回数だけルーチンが実行される毎に、所定値ΔAFC2ずつ徐々に低減される。   If the determination result in step 202 is negative, in steps 212 to 219, the ECU 30 executes a process according to steps 203 to 211, 220, and 221 described above. In this case, the first air-fuel ratio correction amount AFC is skipped by the predetermined value ΔAFC1 in a skipping manner every time the air-fuel ratio reverses from lean to rich, and thereafter, as long as the air-fuel ratio is rich, the first air-fuel ratio correction amount AFC Is gradually reduced by a predetermined value ΔAFC2.

そして、ステップ220で、ECU30は、上記のように算出される第1空燃比補正量AFCの値につき、予め定められた上限値と下限値とを用いてガード処理する。すなわち、ECU30は、算出された第1空燃比補正量AFCが上限値より大きくなった場合は、同補正量AFCを上限値に設定し、この補正量AFCが下限値より小さくなった場合は、同補正量AFCを下限値に設定する。これにより、第1空燃比補正量AFCが過大又は過小となり、空燃比が過度に補正されることを防止する。また、上記処理終了後、ステップ221で、ECU30は、最終的な第1空燃比補正量AFCの値をB−RAMに格納する。   In step 220, the ECU 30 performs a guard process on the value of the first air-fuel ratio correction amount AFC calculated as described above using a predetermined upper limit value and lower limit value. That is, when the calculated first air-fuel ratio correction amount AFC becomes larger than the upper limit value, the ECU 30 sets the correction amount AFC to the upper limit value, and when this correction amount AFC becomes smaller than the lower limit value, The correction amount AFC is set to the lower limit value. As a result, the first air-fuel ratio correction amount AFC is excessively or too small to prevent the air-fuel ratio from being excessively corrected. Further, after the above processing is completed, in step 221, the ECU 30 stores the final value of the first air-fuel ratio correction amount AFC in the B-RAM.

次に、上記した第2空燃比補正量AFCRの算出について説明する。図7に「AFCR算出ルーチン」をフローチャートに示す。ECU30は、このルーチンを所定時間毎(例えば「20ms」毎)に実行する。この実施形態では、第2空燃比補正量AFCRは、第2酸素センサ24の出力電圧VOXが比較電圧VRの近傍領域(V1≦VOX≦V2)にある場合は「0」に設定され、この近傍領域から外れた場合は、第1酸素センサ23の出力により決まる値だけ増加又は低減されるようになっている。   Next, calculation of the second air-fuel ratio correction amount AFCR will be described. FIG. 7 is a flowchart showing the “AFCR calculation routine”. The ECU 30 executes this routine every predetermined time (for example, every “20 ms”). In this embodiment, the second air-fuel ratio correction amount AFCR is set to “0” when the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 is in the vicinity region (V1 ≦ VOX ≦ V2) of the comparison voltage VR, and the vicinity thereof. When out of the region, the value is increased or decreased by a value determined by the output of the first oxygen sensor 23.

先ず、ステップ301で、ECU30は、フィードバックフラグXFBが「1」であるか否かを判断する。この判断結果が否定である場合、ECU30は、そのままルーチンを終了する。一方、この判断結果が肯定である場合、ステップ302で、ECU30は、第2酸素センサ24の出力電圧VOXが所定値V1 より小さいか否かを判断する。ここで、所定値V1 は、第2酸素センサ24の理論空燃比相当出力より小さい出力(VOX>V1)、すなわち、理論空燃比よりリーン側に所定値だけ離れた出力電圧である。   First, in step 301, the ECU 30 determines whether or not the feedback flag XFB is “1”. If this determination is negative, the ECU 30 ends the routine as it is. On the other hand, if this determination result is affirmative, in step 302, the ECU 30 determines whether or not the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 is smaller than a predetermined value V1. Here, the predetermined value V1 is an output smaller than the stoichiometric air-fuel ratio equivalent output of the second oxygen sensor 24 (VOX> V1), that is, an output voltage separated from the stoichiometric air-fuel ratio by a predetermined value on the lean side.

ステップ302の判断結果が肯定である場合、ステップ303で、ECU30は、積分値ICRを予め定められた所定値ΔAFCRだけ増加させる。積分値ICRは、第2酸素センサ24の出力電圧VOXが所定の範囲内(V1≦VOX≦V2)にあるときは「0」にリセットされるパラメータであり、ステップ302の判断結果が肯定となる間は、このルーチンが実行される毎に所定値ΔAFCRずつ増加される。すなわち、積分値ICRは、第2酸素センサ24の出力電圧VOXが所定値V1より小さい状態が長く続くほど大きくなる。   If the determination result in step 302 is affirmative, in step 303, the ECU 30 increases the integral value ICR by a predetermined value ΔAFCR. The integral value ICR is a parameter that is reset to “0” when the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 is within a predetermined range (V1 ≦ VOX ≦ V2), and the determination result of step 302 becomes affirmative. The interval is increased by a predetermined value ΔAFCR each time this routine is executed. That is, the integral value ICR increases as the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 is smaller than the predetermined value V1 for a long time.

次に、ステップ304で、ECU30は、実行フラグFが「0」であるか否かを判断する。この実行フラグFは、ステップ302の判断結果が最初に肯定となった直後に1回だけステップ305の処理を実行するために設定される。そして、ステップ304の判断結果が肯定である場合、すなわち、今回のルーチン実行が、第2酸素センサ24の出力電圧VOXが所定値V1より小さくなってから最初のルーチン実行である場合、ECU30は、ステップ305で、第1酸素センサ23の出力電圧に基づいて後述するマップから補正係数AFCRP2の値を決定し、ステップ306で、実行フラグFを「1」に設定した後、処理をステップ307へ移行する。一方、今回のルーチン実行が、第2酸素センサ24の出力電圧VOXが所定値V1より小さくなってから最初のルーチン実行でない場合、すなわち、ステップ304の判断結果が否定である場合、補正係数AFCRP2の値は既に決定されていることから、ECU30は、処理をステップ304からステップ307へ移行する。   Next, in step 304, the ECU 30 determines whether or not the execution flag F is “0”. The execution flag F is set to execute the process of step 305 only once immediately after the determination result of step 302 is first positive. If the determination result in step 304 is affirmative, that is, if the current routine execution is the first routine execution after the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 is less than the predetermined value V1, the ECU 30 In step 305, the value of the correction coefficient AFCRP2 is determined from a map to be described later based on the output voltage of the first oxygen sensor 23. In step 306, the execution flag F is set to “1”, and the process proceeds to step 307. To do. On the other hand, if the current routine execution is not the first routine execution after the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 becomes smaller than the predetermined value V1, that is, if the determination result in step 304 is negative, the correction coefficient AFCRP2 Since the value has already been determined, the ECU 30 proceeds from step 304 to step 307.

ステップ307で、ECU30は、第2空燃比補正量AFCRの値を、次式に従って増加させる。
AFCR ← AFCRP1+ICR+AFCRP2
ここで、「AFCRP1」は、補正係数であり、予め定められた所定値である。図8には、第1酸素センサ23の出力電圧VAに基づき補正係数AFCRP2を設定するために使用されるマップの一例を示す。図8において、横軸は、第1酸素センサ23の出力電圧VA と、そのセンサ23の目標空燃比(本実施形態では理論空燃比)相当出力VSTとの差(VA−VST)を示し、縦軸は、補正係数AFCRP2の値を示す。図8に示すように、補正係数AFCRP2の値は、出力電圧VA が目標空燃比相当出力VSTからリーン側((VA −VST)≧0)へ離れるほど正の大きな値となり、出力電圧VAが目標空燃比相当出力VSTからリッチ側((VA−VST)<0)へ離れるほど負の大きな値となる。
In step 307, the ECU 30 increases the value of the second air-fuel ratio correction amount AFCR according to the following equation.
AFCR ← AFCRP1 + ICR + AFCRP2
Here, “AFCRP1” is a correction coefficient, which is a predetermined value. FIG. 8 shows an example of a map used for setting the correction coefficient AFCRP2 based on the output voltage VA of the first oxygen sensor 23. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the difference (VA−VST) between the output voltage VA of the first oxygen sensor 23 and the output VST corresponding to the target air-fuel ratio (the theoretical air-fuel ratio in this embodiment) of the sensor 23. The axis indicates the value of the correction coefficient AFCRP2. As shown in FIG. 8, the value of the correction coefficient AFCRP2 becomes a larger positive value as the output voltage VA is further away from the target air-fuel ratio equivalent output VST to the lean side ((VA−VST) ≧ 0), and the output voltage VA becomes the target value. The larger the distance from the air-fuel ratio equivalent output VST to the rich side ((VA−VST) <0), the larger the negative value.

すなわち、ステップ307で、第2空燃比補正量AFCRの値は、第2酸素センサ24の出力電圧VOXが所定値V1より小さい状態が長く続くほど(ICR)、また前段触媒コンバータ16の上流側の空燃比が理論空燃比からリッチ側へ離れるほど(AFCRP2)、正の大きな値となる。   That is, in step 307, the value of the second air-fuel ratio correction amount AFCR increases as the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 is smaller than the predetermined value V1 (ICR) for a longer period of time (ICR). The larger the air-fuel ratio is from the stoichiometric air-fuel ratio to the rich side (AFCRP2), the larger the positive value.

一方、ステップ302の判断結果が否定となる場合、ステップ308で、ECU30は、第2酸素センサ24の出力電圧VOXが所定値V2より大きいか否かを判断する。ここで、所定値V2は、第2酸素センサ24の理論空燃比相当出力より大きい出力(VOX<V1)、すなわち、理論空燃比よりリッチ側に所定値だけ離れた出力電圧である。   On the other hand, if the determination result in step 302 is negative, in step 308, the ECU 30 determines whether or not the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 is greater than a predetermined value V2. Here, the predetermined value V2 is an output larger than the stoichiometric air-fuel ratio equivalent output of the second oxygen sensor 24 (VOX <V1), that is, an output voltage separated by a predetermined value on the rich side from the stoichiometric air-fuel ratio.

ステップ308の判断結果が肯定となる場合、ECU30は、ステップ309で、積分値ICRを所定値ΔAFCRだけ低減させる。一方、ステップ308の判断結果が否定となる場合、すなわち、「V1<VOX<V2」の条件が成立する場合は、ECU30は、ステップ314で、積分値ICRを「0」に設定する。このため、ステップ309で算出される積分値ICRは、第2酸素センサ24の出力電圧VOXが所定値V2より大きくなる状態が長く続くほど負の大きな値となる。   If the determination result in step 308 is affirmative, the ECU 30 reduces the integral value ICR by a predetermined value ΔAFCR in step 309. On the other hand, if the determination result in step 308 is negative, that is, if the condition “V1 <VOX <V2” is satisfied, the ECU 30 sets the integral value ICR to “0” in step 314. Therefore, the integral value ICR calculated in step 309 becomes a negative value as the state where the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 becomes larger than the predetermined value V2 continues for a long time.

同様に、ステップ311で、ECU30は、第1酸素センサ23の出力電圧VAに基づいて設定される補正係数AFCRP2の値を、出力電圧VAが目標空燃比VSTからリッチ側に離れるほど、負の大きな値に設定する。これにより、ステップ313で、ECU30は、ステップ307に準ずるよう第2空燃比補正量AFCRの値を設定する。しかし、その設定される第2空燃比補正量AFCRの値は、出力電圧VOXが所定値V2より大きくなる状態が長く続くほど、また前段触媒コンバータ16の上流側の空燃比が理論空燃比からリッチ側に離れるほど負の大きな値となる。   Similarly, in step 311, the ECU 30 increases the value of the correction coefficient AFCRP2 that is set based on the output voltage VA of the first oxygen sensor 23 as the output voltage VA moves away from the target air-fuel ratio VST toward the rich side. Set to value. Thereby, in step 313, the ECU 30 sets the value of the second air-fuel ratio correction amount AFCR so as to conform to step 307. However, the value of the second air-fuel ratio correction amount AFCR that is set increases as the state in which the output voltage VOX becomes larger than the predetermined value V2 continues for a longer time, and the air-fuel ratio on the upstream side of the upstream catalytic converter 16 becomes richer from the stoichiometric air-fuel ratio. The farther away, the larger the negative value.

一方、ステップ308の判断結果が否定となる場合、すなわち第2酸素センサ24の出力電圧VOXが「V1≦VOX≦V2」の領域に入った場合、ECU30は、ステップ314〜316で、積分値ICR、第2空燃比補正量AFCR及び実行フラグFの値を全て「0」に設定する。   On the other hand, when the determination result of step 308 is negative, that is, when the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 enters the region of “V1 ≦ VOX ≦ V2”, the ECU 30 performs the integration value ICR in steps 314 to 316. The values of the second air-fuel ratio correction amount AFCR and the execution flag F are all set to “0”.

そして、ステップ307,313,316から移行して、ステップ320で、ECU30は、算出された第2空燃比補正量AFCRの値を、予め定められた最大値と最小値を用いてガード処理する。また、ステップ321で、ECU30は、第2空燃比補正量AFCRの値をB−RAMに格納する。   Then, transitioning from Steps 307, 313, and 316, in Step 320, the ECU 30 performs guard processing on the calculated value of the second air-fuel ratio correction amount AFCR using a predetermined maximum value and minimum value. In step 321, the ECU 30 stores the value of the second air-fuel ratio correction amount AFCR in the B-RAM.

この実施形態の空燃比制御では、第2酸素センサ24の出力電圧VOXが比較的理論空燃比に近い領域(V1<VOX<V2)にある場合は、比較的小さな第1空燃比補正量AFCのみで空燃比を理論空燃比に近づける操作を行い、出力電圧VOXが理論空燃比から比較的大きく離れた場合は、第1空燃比補正量AFCに加えて第2空燃比補正量AFCRを用いることにより空燃比を理論空燃比側に大きく近付けるようにする。また、第2空燃比補正量AFCRは、第1酸素センサ23の出力電圧VAに応じて設定されるため、前段触媒コンバータ16の上流側で、空燃比の理論空燃比からのずれが大きいほど第2空燃比補正量AFCRは大きな値となり、理論空燃比からのずれが小さい場合は、第2空燃比補正量AFCRは小さな値となる。このため、理論空燃比への収束が早まると共にハンチングの発生が抑えられる。   In the air-fuel ratio control of this embodiment, when the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 is in a region that is relatively close to the theoretical air-fuel ratio (V1 <VOX <V2), only a relatively small first air-fuel ratio correction amount AFC is obtained. When the output voltage VOX is relatively far from the stoichiometric air-fuel ratio, the second air-fuel ratio correction amount AFCR is used in addition to the first air-fuel ratio correction amount AFC. The air-fuel ratio is made to approach the stoichiometric air-fuel ratio side greatly. Further, since the second air-fuel ratio correction amount AFCR is set according to the output voltage VA of the first oxygen sensor 23, the larger the deviation of the air-fuel ratio from the stoichiometric air-fuel ratio is, the more upstream the upstream catalytic converter 16 is. The second air-fuel ratio correction amount AFCR becomes a large value, and when the deviation from the theoretical air-fuel ratio is small, the second air-fuel ratio correction amount AFCR becomes a small value. For this reason, the convergence to the theoretical air-fuel ratio is accelerated, and the occurrence of hunting is suppressed.

上記したように、この実施形態では、第2酸素センサ24の出力を主とし、第1酸素センサ23の出力を従とすることで空燃比制御を行っている。これは以下の理由による。すなわち、前段触媒コンバータ16の下流側で、排気が均一に混合しているため安定したセンサ出力が得られること、前段触媒コンバータ16の下流側で、排気温度も低下しておりセンサの劣化が少ないこと、Z型出力特性を有する第2酸素センサ24がリニアな出力特性を有する第1酸素センサ23より空燃比変化に対する応答性が良いこと、等である。   As described above, in this embodiment, the air-fuel ratio control is performed by mainly using the output of the second oxygen sensor 24 and using the output of the first oxygen sensor 23 as a slave. This is due to the following reason. That is, since the exhaust gas is uniformly mixed on the downstream side of the front-stage catalytic converter 16, a stable sensor output can be obtained, and on the downstream side of the front-stage catalytic converter 16, the exhaust temperature is also reduced, and the sensor is less deteriorated. That is, the second oxygen sensor 24 having a Z-type output characteristic is more responsive to an air-fuel ratio change than the first oxygen sensor 23 having a linear output characteristic.

次に、上記した触媒劣化判定処理について説明する。図9に「触媒劣化判定ルーチン」をフローチャートに示す。ECU30は、このルーチンを一定時間毎の割込みにより実行する。   Next, the above-described catalyst deterioration determination process will be described. FIG. 9 is a flowchart showing the “catalyst deterioration determination routine”. The ECU 30 executes this routine by interruption every predetermined time.

先ず、ステップ400で、ECU30は、劣化判定条件が成立したか否かを判断する。例えば、エンジン回転速度NEが「1200rpm <NE<3000rpm」であり、吸気圧PMが「39900kPa<PM<79800kPa」であり、かつスロットル開度TAが変化していないときに劣化判定条件が成立したと判断することができる。ここで、劣化判定条件が不成立の場合、ECU30は、処理をステップ480へジャンプする。一方、劣化判定条件が成立している場合、ステップ410で、ECU30は、第2酸素センサ24の出力電圧VOXの値をRAMに記憶する。   First, in step 400, the ECU 30 determines whether or not a deterioration determination condition is satisfied. For example, when the engine speed NE is “1200 rpm <NE <3000 rpm”, the intake pressure PM is “39900 kPa <PM <79800 kPa”, and the throttle opening degree TA has not changed, the deterioration determination condition is satisfied. Judgment can be made. If the deterioration determination condition is not satisfied, the ECU 30 jumps the process to step 480. On the other hand, when the deterioration determination condition is satisfied, in step 410, the ECU 30 stores the value of the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 in the RAM.

次に、ステップ420で、ECU30は、次式に従って累積回転速度ΣNEを算出する。
ΣNE ← ΣNE+NE
Next, at step 420, the ECU 30 calculates the cumulative rotational speed ΣNE according to the following equation.
ΣNE ← ΣNE + NE

次に、ステップ430で、ECU30は、第2酸素センサ24の出力電圧VOXに関するデータが所定数だけRAMに記憶されたか否かを判断する。この判断結果が否定である場合、ECU30は、処理を一旦終了する。一方、ステップ430の判断結果が肯定である場合、ステップ440で、ECU30は、判定周波数FRを算出する。劣化判定に用いる判定周波数FRは、クランクシャフト4が720°CAだけ回転するときの周波数である場合は、次式から求められる。
FR=(ΣNE/128)*(1/60)*(1/2)
ここで、「ΣNE/128」は、データ収集期間(4msec×128≒0.5sec )中におけるエンジン回転速度NEの平均値を意味する。
Next, in step 430, the ECU 30 determines whether or not a predetermined number of data relating to the output voltage VOX of the second oxygen sensor 24 is stored in the RAM. When this determination result is negative, the ECU 30 once ends the process. On the other hand, when the determination result of step 430 is affirmative, in step 440, the ECU 30 calculates the determination frequency FR. The determination frequency FR used for the deterioration determination is obtained from the following expression when the crankshaft 4 is a frequency when the crankshaft 4 rotates by 720 ° CA.
FR = (ΣNE / 128) * (1/60) * (1/2)
Here, “ΣNE / 128” means the average value of the engine speed NE during the data collection period (4 msec × 128≈0.5 sec).

次に、ステップ450で、ECU30は、高速フーリエ変換(FFT)を用いて周波数成分の分析を行う。コンピュータの容量が小さい場合は、この周波数分析に時間を要するので、他の演算の合間をぬって周波数分析に必要な計算を行う。ECU30は、この周波数分析によって、判定周波数FRにおける第2酸素センサ24の出力信号強度MSを求める。   Next, in step 450, the ECU 30 analyzes the frequency component using fast Fourier transform (FFT). When the capacity of the computer is small, this frequency analysis takes time, so the calculation necessary for the frequency analysis is performed in the interval between other operations. The ECU 30 obtains the output signal strength MS of the second oxygen sensor 24 at the determination frequency FR by this frequency analysis.

そして、ステップ460で、ECU30は、求められた出力信号強度MSが予め定められた設定値M0より大きいか否かを判断する。この判断結果が肯定である場合、前段触媒コンバータ16の三元触媒18がほとんど劣化していないと判断することができ、ECU30は、処理をステップ480へジャンプする。これに対し、ステップ460の判断結果が否定である場合、前段触媒コンバータ16の三元触媒18がわずかに劣化したと判断することができる。この場合、ECU30は、ステップ470で、異常判定処理を実行する。即ち、ECU30は、前段触媒コンバータ16の三元触媒18が異常であることを示す所定の異常コードをB−RAMに記憶することと、異常フラグを「1」に設定することと、警告ランプ19を点灯させることとを異常判定処理として行う。異常コードは、例えば、自動車の定期点検の際に、ダイアグモニタ等を使用して読み取られ、表示されるようになっている。   In step 460, ECU 30 determines whether or not the obtained output signal strength MS is greater than a predetermined set value M0. If this determination result is affirmative, it can be determined that the three-way catalyst 18 of the pre-stage catalytic converter 16 has hardly deteriorated, and the ECU 30 jumps the process to step 480. On the other hand, when the determination result of step 460 is negative, it can be determined that the three-way catalyst 18 of the pre-stage catalytic converter 16 is slightly deteriorated. In this case, ECU 30 executes an abnormality determination process in step 470. That is, the ECU 30 stores a predetermined abnormality code indicating that the three-way catalyst 18 of the front catalytic converter 16 is abnormal in the B-RAM, sets the abnormality flag to “1”, and the warning lamp 19. Is turned on as an abnormality determination process. The abnormality code is read and displayed using a diagnostic monitor or the like, for example, at the time of regular inspection of the automobile.

そして、ステップ400,470から移行して、ステップ480で、ECU30は、RAMに記憶された出力電圧VOXに関する全てのデータをクリアし、ステップ490で、ECU30は、累積回転速度ΣNEを零とし、その後の処理を終了する。     Then, transitioning from Steps 400 and 470, in Step 480, the ECU 30 clears all data relating to the output voltage VOX stored in the RAM. In Step 490, the ECU 30 sets the cumulative rotational speed ΣNE to zero, and thereafter Terminate the process.

次に、上記の劣化判定処理を受けて行われる第3空燃比補正量FACSの算出について説明する。図10に「AFCS算出ルーチン」をフローチャートに示す。ECU30は、このルーチンを一定時間毎の割込みにより実行する。   Next, calculation of the third air-fuel ratio correction amount FACS performed in response to the above-described deterioration determination process will be described. FIG. 10 is a flowchart showing the “AFCS calculation routine”. The ECU 30 executes this routine by interruption every predetermined time.

先ず、ステップ500で、ECU30は、触媒劣化の判断を行う。ECU30は、この判断を、上記した「触媒劣化判定ルーチン」で設定される異常フラグの値に基づいて行う。すなわち、異常フラグが「1」である場合は、触媒が劣化したと判断する。この判断結果が否定である場合、ECU30は、ステップ510で、第3空燃比補正量FACSの値を「0」に設定する。   First, in step 500, the ECU 30 determines catalyst deterioration. The ECU 30 makes this determination based on the value of the abnormality flag set in the “catalyst deterioration determination routine” described above. That is, when the abnormality flag is “1”, it is determined that the catalyst has deteriorated. If this determination result is negative, the ECU 30 sets the value of the third air-fuel ratio correction amount FACS to “0” in step 510.

一方、ステップ500の判断結果が肯定である場合、ECU30は、ステップ520で、第3酸素センサ25の出力電圧VUOが所定値V1より小さいか否かを判断する。この判断結果が肯定である場合、ECU30は、ステップ530で、第3空燃比補正量FACSの値を所定値A1に設定する。   On the other hand, if the determination result in step 500 is affirmative, the ECU 30 determines in step 520 whether or not the output voltage VUO of the third oxygen sensor 25 is smaller than a predetermined value V1. If this determination result is affirmative, in step 530, the ECU 30 sets the value of the third air-fuel ratio correction amount FACS to the predetermined value A1.

一方、ステップ520の判断結果が否定である場合、ECU30は、ステップ540で、第3酸素センサ25の出力電圧VUOの値が所定値V2(V1>V2)より大きいか否かを判断する。この判断結果が肯定である場合、ECU30は、ステップ550で、第3空燃比補正量FACSを所定値A1に設定する。この判断結果が否定である場合、ECU30は、ステップ560で、第3空燃比補正量FACSを「0」に設定する。   On the other hand, if the determination result in step 520 is negative, the ECU 30 determines in step 540 whether the value of the output voltage VUO of the third oxygen sensor 25 is greater than a predetermined value V2 (V1> V2). If the determination result is affirmative, in step 550, the ECU 30 sets the third air-fuel ratio correction amount FACS to the predetermined value A1. If the determination result is negative, the ECU 30 sets the third air-fuel ratio correction amount FACS to “0” in step 560.

上記のように、ECU30は、触媒劣化の判定結果と第3酸素センサ25の検出値に基づいて第3空燃比補正量FACSを算出することになる。   As described above, the ECU 30 calculates the third air-fuel ratio correction amount FACS based on the determination result of the catalyst deterioration and the detection value of the third oxygen sensor 25.

なお、上記したその他の補正量KAには、例えば、特性補正量、デポジット補正量、燃料性状補正量及び壁面付着燃料補正量などが含まれるが、ここではその説明を省略する。   The other correction amount KA described above includes, for example, a characteristic correction amount, a deposit correction amount, a fuel property correction amount, a wall surface attached fuel correction amount, and the like, and description thereof is omitted here.

以上説明したこの実施形態の排気浄化装置によれば、排気通路3に前段触媒コンバータ16と後段触媒コンバータ17が直列に設けられ、前段触媒コンバータ16は、排気通路3にて後段触媒コンバータ17より上流側に設けられる。このため、前段触媒コンバータ16は後段触媒コンバータ17よりもエンジン1から排出される排気の影響を受け易く、後段触媒コンバータ17よりも先に劣化する傾向にあると言える。   According to the exhaust gas purification apparatus of this embodiment described above, the upstream catalytic converter 16 and the downstream catalytic converter 17 are provided in series in the exhaust passage 3, and the upstream catalytic converter 16 is upstream of the downstream catalytic converter 17 in the exhaust passage 3. Provided on the side. For this reason, it can be said that the front-stage catalytic converter 16 is more susceptible to the exhaust discharged from the engine 1 than the rear-stage catalytic converter 17 and tends to deteriorate before the rear-stage catalytic converter 17.

ここで、ECU30は、第1及び第2の酸素センサ23,24の検出値(出力電圧VA,VOX)に基づいてエンジン1の空燃比を理論空燃比にするフィードバック制御を実行する。すなわち、ECU30は、出力電圧VA,VOXに基づいてフィードバック補正量としての第1空燃比補正量FAC及び第2空燃比補正量FACRを算出し、それら補正量FAC,FACRに基づいて基本燃料噴射量TAUPを補正することにより最終的な燃料噴射量TAUを算出する。そして、ECU30は、その燃料噴射量TAUに基づいて燃料噴射制御(空燃比のフィードバック制御)を実行する。このフィードバック制御の実行中に、ECU30は、第1及び第2の酸素センサ23,24の検出値(出力電圧VA,VOX)に基づいて前段触媒コンバータ16の劣化を判定する。そして、前段触媒コンバータ16が劣化したと判定されたとき、ECU30は、第3酸素センサ25の検出値(出力電圧VUO)に基づいてフィードバック制御を補正する。すなわち、ECU30は、出力電圧VUOに基づいて劣化時補正量としての第3空燃比補正量FACSを算出する。ここで、ECU30は、第3酸素センサ25の出力電圧VUOが所定範囲の値(所定値V1〜所定値V2の範囲の値)となるように第3空燃比補正量FACSを算出する。そして、ECU30は、上記した第1空燃比補正量FAC及び第2空燃比補正量FACRに加え、第3空燃比補正量FACSを用いて基本燃料TAUPを更に補正することで最終的な燃料噴射量TAUを算出し、その燃料噴射量TAUに基づいて燃料噴射を実行する。従って、前段触媒コンバータ16が劣化したときは、その排気浄化性能は落ちることから、後段触媒コンバータ17へ流れる排気が悪化することになるが、その後段触媒コンバータ17を通過する排気中の酸素濃度に基づいて空燃比のフィードバック制御が補正されるので、後段触媒コンバータ17を通過する排気が浄化される。このため、前段触媒コンバータ16が劣化したときでも後段触媒コンバータ17による空燃比の補正を可能とし、排気を更に浄化することができ、最終的に排気通路3から外部へ排出される排気の悪化を抑えることができる。   Here, the ECU 30 executes feedback control for changing the air-fuel ratio of the engine 1 to the stoichiometric air-fuel ratio based on the detection values (output voltages VA, VOX) of the first and second oxygen sensors 23, 24. That is, the ECU 30 calculates the first air-fuel ratio correction amount FAC and the second air-fuel ratio correction amount FACR as feedback correction amounts based on the output voltages VA and VOX, and the basic fuel injection amount based on the correction amounts FAC and FACR. The final fuel injection amount TAU is calculated by correcting TAUP. Then, the ECU 30 executes fuel injection control (air-fuel ratio feedback control) based on the fuel injection amount TAU. During the execution of the feedback control, the ECU 30 determines the deterioration of the front catalytic converter 16 based on the detection values (output voltages VA, VOX) of the first and second oxygen sensors 23, 24. When it is determined that the front catalytic converter 16 has deteriorated, the ECU 30 corrects the feedback control based on the detection value (output voltage VUO) of the third oxygen sensor 25. That is, the ECU 30 calculates the third air-fuel ratio correction amount FACS as the deterioration correction amount based on the output voltage VUO. Here, the ECU 30 calculates the third air-fuel ratio correction amount FACS so that the output voltage VUO of the third oxygen sensor 25 becomes a value within a predetermined range (a value within a range between the predetermined value V1 and the predetermined value V2). Then, the ECU 30 further corrects the basic fuel TAUP by using the third air-fuel ratio correction amount FACS in addition to the first air-fuel ratio correction amount FAC and the second air-fuel ratio correction amount FACR described above, thereby obtaining the final fuel injection amount. TAU is calculated, and fuel injection is executed based on the fuel injection amount TAU. Therefore, when the pre-stage catalytic converter 16 deteriorates, the exhaust gas purification performance deteriorates, so that the exhaust gas flowing to the post-stage catalytic converter 17 deteriorates. However, the oxygen concentration in the exhaust gas passing through the post-stage catalytic converter 17 is reduced. Since the feedback control of the air-fuel ratio is corrected based on this, the exhaust gas passing through the rear catalytic converter 17 is purified. For this reason, even when the front-stage catalytic converter 16 is deteriorated, the air-fuel ratio can be corrected by the rear-stage catalytic converter 17, the exhaust gas can be further purified, and the exhaust gas exhausted from the exhaust passage 3 to the outside is finally deteriorated. Can be suppressed.

図11には、各種パラメータの挙動をタイムチャートに示す。このチャートから分かるように、前段触媒コンバータ16が劣化している場合には、図11(c)に示すように、時刻t1〜t2で、第3酸素センサ25の出力電圧VUOが所定値V1を下回っているとき、あるいは、時刻t3〜t4で、第3酸素センサ25の出力電圧VUOが所定値V2を上回っているときには、それぞれ第3空燃比補正量FACSの値が「0」以外の正の値又は負の値として算出され、その補正量FACSに基づいて基本燃料噴射量TAUPが補正される。従って、従来では、図11(e)に破線で示すように、Nox排出量が増えていたのが、図11(e)に実線で示すように、Nox排出量が明らかに少なくなった。このようにNox排出量を低減できることから、エンジン1の排気を更に浄化できることが分かる。   FIG. 11 shows the behavior of various parameters in a time chart. As can be seen from this chart, when the pre-catalytic converter 16 has deteriorated, the output voltage VUO of the third oxygen sensor 25 reaches the predetermined value V1 at times t1 to t2, as shown in FIG. When the output voltage VUO of the third oxygen sensor 25 exceeds the predetermined value V2 at times t3 to t4, the value of the third air-fuel ratio correction amount FACS is a positive value other than “0”. It is calculated as a value or a negative value, and the basic fuel injection amount TAUP is corrected based on the correction amount FACS. Therefore, in the past, the Nox emission amount increased as shown by the broken line in FIG. 11E, but the Nox emission amount clearly decreased as shown by the solid line in FIG. 11E. Thus, it can be seen that the exhaust amount of the engine 1 can be further purified because the Nox emission amount can be reduced.

また、この実施形態では、図11(c)に示すように、第3酸素センサ25の出力電圧VUOが所定値V1から所定値V2の範囲を超えたときだけ第3空燃比補正量FACSが算出されるので、出力電圧VUOがある一つの所定値となるように第3空燃比補正量FACSが算出されるよりも、その算出機会が少なくなる。このため、空燃比の補正が必要以上に頻繁に行われることを防いで空燃比の変動を抑えることができる。   Further, in this embodiment, as shown in FIG. 11C, the third air-fuel ratio correction amount FACS is calculated only when the output voltage VUO of the third oxygen sensor 25 exceeds the range from the predetermined value V1 to the predetermined value V2. As a result, the calculation opportunity is smaller than when the third air-fuel ratio correction amount FACS is calculated so that the output voltage VUO has a certain predetermined value. For this reason, it is possible to prevent the air-fuel ratio from being corrected more frequently than necessary, and to suppress fluctuations in the air-fuel ratio.

尚、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can also implement as follows.

例えば、前記実施形態では、前段触媒として一つの前段触媒コンバータ16を設けたが、複数の触媒コンバータを前段触媒として設けてもよい。この場合は、複数の触媒コンバータのうち最上流の触媒コンバータの上流側に第1酸素センサが設けられ、最下流の触媒コンバータの下流側に第2酸素センサが設けられることになる。そして、これら複数の触媒を前段触媒としてその劣化が判定されることになる。   For example, in the above embodiment, one front-stage catalytic converter 16 is provided as a front-stage catalyst, but a plurality of catalytic converters may be provided as front-stage catalysts. In this case, the first oxygen sensor is provided upstream of the most upstream catalytic converter among the plurality of catalytic converters, and the second oxygen sensor is provided downstream of the most downstream catalytic converter. Then, the deterioration is determined using the plurality of catalysts as the pre-stage catalyst.

エンジンシステムを示す概略構成図。The schematic block diagram which shows an engine system. 第1酸素センサの出力電圧の挙動を示すタイムチャート。The time chart which shows the behavior of the output voltage of a 1st oxygen sensor. 第2酸素センサの出力電圧の挙動を示すタイムチャート。The time chart which shows the behavior of the output voltage of a 2nd oxygen sensor. 第2酸素センサの出力電圧の挙動を示すタイムチャート。The time chart which shows the behavior of the output voltage of a 2nd oxygen sensor. 燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。The flowchart which shows a fuel-injection control routine. 第1空燃比補正量の算出ルーチンを示すフローチャート。The flowchart which shows the calculation routine of the 1st air fuel ratio correction amount. 第2空燃比補正量の算出ルーチンを示すフローチャート。The flowchart which shows the calculation routine of the 2nd air fuel ratio correction amount. 第1酸素センサの出力電圧より補正係数を設定するためのマップ。The map for setting a correction coefficient from the output voltage of a 1st oxygen sensor. 触媒劣化判定ルーチンを示すフローチャート。The flowchart which shows a catalyst deterioration determination routine. 第3空燃比補正量の算出ルーチンを示すフローチャート。The flowchart which shows the calculation routine of the 3rd air fuel ratio correction amount. 各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。A time chart showing the behavior of various parameters. 触媒劣化に伴う浄化性能の変化を示すグラフ。The graph which shows the change of the purification performance accompanying catalyst deterioration.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン(内燃機関)
3 排気通路
7 インジェクタ
16 前段触媒コンバータ(前段触媒)
17 後段触媒コンバータ(後段触媒)
23 第1酸素センサ(前段上流側酸素濃度検出手段)
24 第2酸素センサ(前段下流側酸素濃度検出手段)
25 第3酸素センサ(後段下流側酸素濃度検出手段)
30 ECU(空燃比制御手段、劣化判定手段、劣化時補正手段)
1 engine (internal combustion engine)
3 Exhaust passage 7 Injector 16 Pre-stage catalytic converter (pre-stage catalyst)
17 Back-stage catalytic converter (back-stage catalyst)
23 1st oxygen sensor (previous upstream oxygen concentration detection means)
24 Second oxygen sensor (front-stage downstream oxygen concentration detection means)
25. Third oxygen sensor (rear downstream oxygen concentration detecting means)
30 ECU (air-fuel ratio control means, deterioration determination means, deterioration correction means)

Claims (2)

内燃機関から排気通路へ排出される排気を浄化する排気浄化装置であって、
前記排気通路に設けられる前段触媒と、
前記前段触媒の下流側にて前記排気通路に設けられる後段触媒と、
前記前段触媒の上流側にて排気中の酸素濃度を検出するための前段上流側酸素濃度検出手段と、
前記後段触媒の上流側かつ前記前段触媒の下流側にて排気中の酸素濃度を検出するための前段下流側酸素濃度検出手段と、
前記後段触媒の下流側にて排気中の酸素濃度を検出するための後段下流側酸素濃度検出手段と、
前記前段上流側酸素濃度検出手段及び前記前段下流側酸素濃度検出手段の検出値に基づいて前記内燃機関の空燃比を理論空燃比にフィードバック制御するための空燃比制御手段と、
前記フィードバック制御の実行中に、前記前段上流側酸素濃度検出手段及び前記前段下流側酸素濃度検出手段の検出値に基づいて前記前段触媒の劣化を判定するための劣化判定手段と、
前記前段触媒が劣化と判定されたとき、前記後段下流側酸素濃度検出手段の検出値に基づいて前記フィードバック制御を補正するための劣化時補正手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
An exhaust purification device that purifies exhaust discharged from an internal combustion engine into an exhaust passage,
A pre-stage catalyst provided in the exhaust passage;
A rear catalyst provided in the exhaust passage on the downstream side of the front catalyst;
Upstream upstream oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas upstream of the upstream catalyst;
Upstream downstream oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas upstream of the downstream catalyst and downstream of the upstream catalyst;
A downstream downstream oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas downstream of the downstream catalyst;
An air-fuel ratio control means for feedback-controlling the air-fuel ratio of the internal combustion engine to a stoichiometric air-fuel ratio based on detection values of the upstream upstream oxygen concentration detection means and the downstream downstream oxygen concentration detection means;
Deterioration determination means for determining deterioration of the front catalyst based on detection values of the upstream upstream oxygen concentration detection means and the downstream downstream oxygen concentration detection means during execution of the feedback control;
An exhaust gas for an internal combustion engine, comprising: a deterioration correction means for correcting the feedback control based on a detection value of the downstream downstream oxygen concentration detection means when it is determined that the front catalyst is deteriorated. Purification equipment.
前記空燃比制御手段は、前記前段下流側酸素濃度検出手段の検出値に基づいてフィードバック補正量を算出し、そのフィードバック補正量に基づいて前記フィードバック制御を実行し、
前記劣化時補正手段は、前記後段下流側酸素濃度検出手段の検出値が所定範囲の値となるように劣化時補正量を算出し、その劣化時補正量に基づいて前記フィードバック制御を補正することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
The air-fuel ratio control means calculates a feedback correction amount based on the detection value of the upstream downstream oxygen concentration detection means, and executes the feedback control based on the feedback correction amount;
The deterioration correction means calculates a deterioration correction amount so that the detection value of the downstream downstream oxygen concentration detection means falls within a predetermined range, and corrects the feedback control based on the deterioration correction amount. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1.
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