JP2007198288A - Air-fuel ratio controller of internal combustion engine - Google Patents

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JP2007198288A JP2006018952A JP2006018952A JP2007198288A JP 2007198288 A JP2007198288 A JP 2007198288A JP 2006018952 A JP2006018952 A JP 2006018952A JP 2006018952 A JP2006018952 A JP 2006018952A JP 2007198288 A JP2007198288 A JP 2007198288A
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Koichi Kimura
光壱 木村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain exhaust control performance by an air-fuel ratio controller of an internal combustion engine even if fuel with a high sulfur content is used. <P>SOLUTION: The controller has a three-way conversion catalyst including a primary catalyst (noble metel) and an auxiliary catalyst. The auxiliary catalyst is judged to be deteriorated when all the conditions of (maximum oxygen occlusion value Cmax)<(threshold value), (travel distance)<(threshold value) and no thermal deterioration influence history are judged to be established (Step 100). If such a judgment is made, the controller shifts the center of target air-fuel ratio control to a lean-side value in relation to the stoichiometry in order to restrict the air-fuel ratio control toward the rich side (Step 102). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に係り、特に、排気通路に三元触媒を備える内燃機関を制御する装置として好適な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 suitable as an apparatus for controlling an internal combustion engine having a three-way catalyst in an exhaust passage.

従来、例えば特許文献1には、内燃機関の空燃比制御装置が開示されている。この従来の装置は、内燃機関の排気系に配設される触媒の硫黄被毒による酸素吸蔵能力の低下(劣化)を、経年変化による劣化と区別して検出するというものである。より具体的には、触媒(三元触媒)の下流側に配設された酸素センサの最大出力値が所定値以下になったときに、硫黄被毒していると判定している。そして、上記従来の装置では、触媒が硫黄被毒していると判定された場合に、空燃比を一定期間に渡ってリッチ化することで、触媒の脱硫処理を行うようにしている。   Conventionally, for example, Patent Literature 1 discloses an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine. This conventional apparatus detects a decrease (deterioration) in oxygen storage capacity due to sulfur poisoning of a catalyst disposed in an exhaust system of an internal combustion engine, distinguishing it from deterioration due to secular change. More specifically, when the maximum output value of the oxygen sensor disposed on the downstream side of the catalyst (three-way catalyst) becomes equal to or less than a predetermined value, it is determined that the sulfur is poisoned. And in the said conventional apparatus, when it determines with the catalyst being sulfur poisoning, the desulfurization process of a catalyst is performed by enriching an air fuel ratio over a fixed period.

特開平8−144746号公報JP-A-8-144746 特開2002−97938号公報JP 2002-97938 A 特開2002−36441号公報JP 2002-36441 A 特開2004−76681号公報JP 2004-76681 A

上記従来の空燃比制御装置の手法は、触媒に硫黄被毒が生じたという結果に受けて、制御(脱硫)を行うものであり、硫黄濃度の高い燃料の使用中における排気浄化対策という点において、未だ改善の余地を有するものであった。   The above-described conventional air-fuel ratio control apparatus performs control (desulfurization) in response to the result that sulfur poisoning has occurred in the catalyst, and in terms of exhaust purification measures during use of fuel with a high sulfur concentration. There was still room for improvement.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、硫黄濃度の高い燃料が使用される場合であっても、良好な排気浄化性能を維持し得る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 air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that can maintain good exhaust purification performance even when a fuel having a high sulfur concentration is used. The purpose is to provide.

第1の発明は、主触媒と助触媒を含む三元触媒を備える内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記主触媒の劣化と前記助触媒の劣化を判別する劣化判別手段と、
前記劣化判別手段によって前記助触媒が劣化していると判断された場合に、理論空燃比に対するリッチ側への空燃比制御を制限する空燃比制御制限手段と、
を備えることを特徴とする。
A first invention is an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine comprising a three-way catalyst including a main catalyst and a co-catalyst,
A deterioration determining means for determining deterioration of the main catalyst and deterioration of the promoter;
An air-fuel ratio control limiting means for limiting air-fuel ratio control to the rich side with respect to the stoichiometric air-fuel ratio when the deterioration determining means determines that the promoter is deteriorated;
It is characterized by providing.

また、第2の発明は、第1の発明において、前記三元触媒の酸素吸蔵能を取得する酸素吸蔵能取得手段と、
前記三元触媒の温度情報を取得する温度情報取得手段とを更に備え、
前記劣化判別手段は、前記酸素吸蔵能が低下し、かつ、前記三元触媒が高温に晒されていない場合に、前記助触媒が劣化していると判断することを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein the oxygen storage capacity acquisition means for acquiring the oxygen storage capacity of the three-way catalyst;
Temperature information acquisition means for acquiring temperature information of the three-way catalyst,
The deterioration determining means determines that the promoter is deteriorated when the oxygen storage capacity is lowered and the three-way catalyst is not exposed to a high temperature.

また、第3の発明は、第1または第2の発明において、前記三元触媒の酸素吸蔵能を取得する酸素吸蔵能取得手段と、
前記三元触媒の経年変化情報を取得する経年変化情報取得手段とを更に備え、
前記劣化判別手段は、前記酸素吸蔵能が低下し、かつ、前記三元触媒に経年変化が生じていないと判断する場合に、前記助触媒が劣化していると判断することを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein the oxygen storage capacity acquisition means for acquiring the oxygen storage capacity of the three-way catalyst;
Further comprising aging information acquisition means for acquiring aging information of the three-way catalyst,
The deterioration determining means determines that the promoter is deteriorated when it is determined that the oxygen storage capacity is reduced and the three-way catalyst has not changed over time.

また、第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、排気通路における目標空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量を補正するフィードバック手段を更に備え、
前記空燃比制御制限手段による前記制限は、前記目標空燃比の制御中心を理論空燃比に対してリーン側にシフトさせるものであることを特徴とする。
The fourth invention further comprises feedback means for correcting the fuel injection amount so that the target air-fuel ratio in the exhaust passage becomes the stoichiometric air-fuel ratio in any of the first to third inventions,
The restriction by the air-fuel ratio control restricting means shifts the control center of the target air-fuel ratio to the lean side with respect to the theoretical air-fuel ratio.

また、第5の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、排気通路における目標空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量を補正するフィードバック手段を更に備え、
前記空燃比制御制限手段による前記制限は、前記目標空燃比が理論空燃比に対してリッチ側に振れた場合の燃料噴射量の補正応答速度を、リーン側に振れた場合に比して速めるものであることを特徴とする。
The fifth invention further comprises feedback means for correcting the fuel injection amount so that the target air-fuel ratio in the exhaust passage becomes the stoichiometric air-fuel ratio in any of the first to third inventions,
The restriction by the air-fuel ratio control restricting means speeds up the corrected response speed of the fuel injection amount when the target air-fuel ratio swings to the rich side with respect to the theoretical air-fuel ratio compared to when the target air-fuel ratio swings to the lean side. It is characterized by being.

第1の発明によれば、助触媒に酸素吸蔵能の低下による劣化が生じているが、主触媒の活性は劣化していないと判断されるときには、リッチ側への空燃比制御が制限されることになり、空燃比がリッチ側に制御されている時間を短くすることができる。このため、硫黄濃度の高い燃料が使用される場合等において、助触媒に劣化が生じていると判断される状況下でも、HC、COの良好な浄化を確保して、三元活性を良好に維持することが可能となる。   According to the first invention, the cocatalyst is deteriorated due to a decrease in oxygen storage capacity, but when it is determined that the activity of the main catalyst is not deteriorated, the air-fuel ratio control to the rich side is limited. As a result, the time during which the air-fuel ratio is controlled to the rich side can be shortened. For this reason, even when it is judged that the promoter has deteriorated, such as when fuel with a high sulfur concentration is used, it ensures good purification of HC and CO and improves the three-way activity. Can be maintained.

第2の発明によれば、三元触媒の酸素吸蔵能と温度情報に基づいて、助触媒に劣化が生じていることを正確に判別することができる。   According to the second invention, it is possible to accurately determine that the promoter has deteriorated based on the oxygen storage capacity and temperature information of the three-way catalyst.

第3の発明によれば、三元触媒の酸素吸蔵能と経年変化情報に基づいて、助触媒に劣化が生じていることを正確に判別することができる。   According to the third invention, it is possible to accurately determine that the promoter has deteriorated based on the oxygen storage capacity of the three-way catalyst and the aging information.

第4の発明によれば、助触媒に劣化が生じていると判断される状況下でも、浄化ウィンドウを外さない空燃比制御を実現することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, air-fuel ratio control without removing the purification window can be realized even in a situation where it is determined that the promoter is deteriorated.

第5の発明によれば、助触媒に劣化が生じていると判断される状況下でも、浄化ウィンドウを外さない空燃比制御を実現することができる。そして、本発明によれば、そのような空燃比制御を、前記第4の発明に比して、目標空燃比がリーン側に振れた際にNOxの浄化性能が悪化するのを抑制しつつ、実現することができる。   According to the fifth aspect of the invention, air-fuel ratio control that does not remove the purification window can be realized even in a situation where it is determined that the promoter has deteriorated. Then, according to the present invention, such air-fuel ratio control is performed, while suppressing the deterioration of the NOx purification performance when the target air-fuel ratio swings to the lean side, as compared with the fourth invention, Can be realized.

実施の形態1.
[実施の形態1の装置の構成]
図1は、本発明の実施の形態1における空燃比制御装置の構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態の装置は、内燃機関の排気通路10に配置された上流触媒(S/C)12および下流触媒(U/F)14を備えている。上流触媒12および下流触媒14は、何れも、CO、HCおよびNOxを同時に浄化することのできる三元触媒である。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Device of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of an air-fuel ratio control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the apparatus of this embodiment includes an upstream catalyst (S / C) 12 and a downstream catalyst (U / F) 14 disposed in an exhaust passage 10 of the internal combustion engine. The upstream catalyst 12 and the downstream catalyst 14 are all three-way catalysts that can simultaneously purify CO, HC, and NOx.

上流触媒12の上流および下流には、それぞれメイン空燃比センサ16、およびサブO2センサ(酸素センサ)18が配置されている。メイン空燃比センサ16は、上流触媒12に流入する排気ガスの空燃比A/Fに対してほぼリニアな出力を発するセンサである。一方、サブO2センサ18は、上流触媒12から流出してくる排気ガスが理論空燃比に対してリッチである場合にリッチ出力(例えば0.8V)を発生し、また、その排気ガスがリーンである場合にリーン出力(例えば0.2V)を発生するセンサである。 A main air-fuel ratio sensor 16 and a sub O 2 sensor (oxygen sensor) 18 are disposed upstream and downstream of the upstream catalyst 12, respectively. The main air-fuel ratio sensor 16 is a sensor that emits a substantially linear output with respect to the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas flowing into the upstream catalyst 12. On the other hand, the sub O 2 sensor 18 generates a rich output (for example, 0.8 V) when the exhaust gas flowing out from the upstream catalyst 12 is rich with respect to the stoichiometric air-fuel ratio, and the exhaust gas is lean. In this case, the sensor generates a lean output (for example, 0.2 V).

メイン空燃比センサ16の出力、およびサブO2センサ18の出力は、それぞれECU(Electronic Control Unit)20に供給されている。ECU20には、更に、内燃機関の運転状態を検出するためのエアフロメータ22、クランク角センサ24、スロットルポジションセンサ26、およびアクセルポジションセンサ28等の各種センサと、燃料噴射弁30などが接続されている。エアフロメータ22は、内燃機関の吸入空気量Gaを検出するセンサである。クランク角センサ24は機関回転数Neに応じた出力を発するセンサである。スロットルポジションセンサ26およびアクセルポジションセンサ28は、それぞれ、スロットルバルブの開度およびアクセルペダルの踏み込み量に応じた出力を発するセンサである。また、燃料噴射弁30は、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射するための電磁弁である。 The output of the main air-fuel ratio sensor 16 and the output of the sub O 2 sensor 18 are respectively supplied to an ECU (Electronic Control Unit) 20. The ECU 20 is further connected to various sensors such as an air flow meter 22, a crank angle sensor 24, a throttle position sensor 26, and an accelerator position sensor 28 for detecting the operating state of the internal combustion engine, and a fuel injection valve 30 and the like. Yes. The air flow meter 22 is a sensor that detects an intake air amount Ga of the internal combustion engine. The crank angle sensor 24 is a sensor that generates an output corresponding to the engine speed Ne. The throttle position sensor 26 and the accelerator position sensor 28 are sensors that generate outputs corresponding to the opening degree of the throttle valve and the depression amount of the accelerator pedal, respectively. The fuel injection valve 30 is an electromagnetic valve for injecting fuel into the intake port of the internal combustion engine.

図2は、三元触媒における空燃比に対するHC等の転化効率特性を示す図である。尚、ここでは、HC、CO、NOxの3成分が同時に浄化されることを、「三元活性」と称している。内燃機関の筒内から排出されるHC、CO、NOxの3成分を同時に高い転化効率で浄化するためには、空燃比を図2に示すストイキ近傍の浄化ウィンドウの範囲内で制御する必要がある。このため、上記のように構成された図1に示すシステムにおいては、上流側のメイン空燃比センサ16の出力に基づいてメインのフィードバック制御が実行され、一方、下流側のサブO2センサ18の出力に基づいてサブのフィードバック制御が実行される。 FIG. 2 is a graph showing the conversion efficiency characteristics of HC and the like with respect to the air-fuel ratio in the three-way catalyst. Here, the simultaneous purification of the three components HC, CO, and NOx is referred to as “three-way activity”. In order to simultaneously purify the three components HC, CO, and NOx discharged from the cylinder of the internal combustion engine with high conversion efficiency, it is necessary to control the air-fuel ratio within the range of the purification window near the stoichiometry shown in FIG. . For this reason, in the system shown in FIG. 1 configured as described above, main feedback control is executed based on the output of the upstream main air-fuel ratio sensor 16, while the downstream side sub-O 2 sensor 18 Sub feedback control is executed based on the output.

メインフィードバック制御では、上流触媒12に流入する排気ガスの空燃比が、理論空燃比(ストイキ)を制御中心とする目標空燃比と一致するように燃料噴射量の制御が行われる。また、サブフィードバック制御では、上流触媒12の下流に流出してくる排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、より具体的には、上流触媒12の下流に配置されたサブO2センサ18の出力がストイキ出力となるように、メインフィードバック制御の内容が修正される。これらの制御によれば、燃料噴射量を適切に随時補正し、上流触媒12の下流における空燃比を精度良くストイキの近傍値に維持することができ、優れた排気浄化性能を得ることができる。 In the main feedback control, the fuel injection amount is controlled so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream catalyst 12 matches the target air-fuel ratio with the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric) as the control center. In the sub-feedback control, more specifically, a sub O 2 sensor disposed downstream of the upstream catalyst 12 so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out downstream of the upstream catalyst 12 becomes the stoichiometric air-fuel ratio. The content of the main feedback control is corrected so that the output of 18 becomes a stoichiometric output. According to these controls, the fuel injection amount is appropriately corrected as needed, the air-fuel ratio downstream of the upstream catalyst 12 can be accurately maintained at a value close to the stoichiometric value, and excellent exhaust purification performance can be obtained.

次に、図3を参照して、三元触媒である上流触媒12および下流触媒14の構造について説明する。より具体的には、図3(A)は、触媒12等の断面を示す図であり、図3(B)は、図3(A)に示す触媒層34の部位を拡大した概念図である。   Next, the structures of the upstream catalyst 12 and the downstream catalyst 14 that are three-way catalysts will be described with reference to FIG. More specifically, FIG. 3 (A) is a diagram showing a cross section of the catalyst 12 and the like, and FIG. 3 (B) is a conceptual diagram in which a portion of the catalyst layer 34 shown in FIG. 3 (A) is enlarged. .

図3(A)に示すように、三元触媒12等は、セル状に構成されたセラミックス担体32を備えている。セラミックス担体32は、触媒層34を保持する機能を有している。図3(B)に示すように、触媒層34には、白金Pt等の貴金属(主触媒)36とセリアCeO2等の助触媒38が含まれている。 As shown in FIG. 3A, the three-way catalyst 12 or the like includes a ceramic carrier 32 configured in a cell shape. The ceramic carrier 32 has a function of holding the catalyst layer 34. As shown in FIG. 3B, the catalyst layer 34 includes a noble metal (main catalyst) 36 such as platinum Pt and a promoter 38 such as ceria CeO 2 .

以上のように構成された三元触媒12等は、酸素吸蔵能を有しており、その範囲内で酸素を吸蔵することができる。この酸素吸蔵能(最大酸素吸蔵量Cmax値)は、触媒の劣化を検出する際の判断基準となり得るものである。最大酸素吸蔵量Cmax値は、触媒が高熱に晒されることにより或いは触媒の経年変化により劣化するのに伴って低下する。   The three-way catalyst 12 or the like configured as described above has an oxygen storage capacity, and can store oxygen within the range. This oxygen storage capacity (maximum oxygen storage amount Cmax value) can be a criterion for detecting deterioration of the catalyst. The maximum oxygen storage amount Cmax value decreases as the catalyst is deteriorated by being exposed to high heat or by aging of the catalyst.

また、触媒の最大酸素吸蔵量Cmax値は、硫黄濃度の高い燃料が使用された場合にも、いわゆる被毒による劣化に伴って低下することが従来から知られている。しかしながら、硫黄濃度の高い燃料が使用されることで最大酸素吸蔵量Cmax値が低下している場合であっても、触媒が高熱に晒されていなかったり或いは触媒に経年変化が生じていない場合には、貴金属はシンタリング(粒成長)していないと考えられる。従って、このような場合には、主触媒である貴金属の活性は劣化しておらず、助触媒であるセリアCeO2の酸素吸放出サイトが劣化(若しくは妨害)されていると判断することができる。 Further, it has been conventionally known that the maximum oxygen storage amount Cmax value of the catalyst decreases with deterioration due to so-called poisoning even when a fuel having a high sulfur concentration is used. However, even if the maximum oxygen storage amount Cmax value is reduced due to the use of fuel with a high sulfur concentration, the catalyst is not exposed to high heat or the catalyst has not changed over time. It is considered that noble metals are not sintered (grain growth). Therefore, in such a case, it can be determined that the activity of the noble metal as the main catalyst is not deteriorated, and the oxygen absorption / release site of the ceria CeO 2 as the promoter is deteriorated (or hindered). .

ストイキよりもリッチ側の領域においては、排気ガス中の酸素は不足している。このため、当該リッチ側の領域において、HC、COを十分に酸化させるには、セリアCeO2の酸素吸蔵能が必須となる。しかしながら、硫黄濃度の高い燃料が使用されることで、上記のように、助触媒であるセリアCeO2の酸素吸放出サイトに劣化が生ずると、当該リッチ側の領域において、HC、COの酸化率が低下してしまう。その結果、当該リッチ側の領域において、浄化ウィンドウの範囲内に空燃比を制御することが困難になる。 In the region on the richer side than stoichiometric, the oxygen in the exhaust gas is insufficient. For this reason, in order to sufficiently oxidize HC and CO in the rich region, the oxygen storage capacity of ceria CeO 2 is essential. However, as described above, when a fuel having a high sulfur concentration is used and the oxygen absorption / release site of the ceria CeO 2 as a co-catalyst deteriorates, the oxidation rate of HC and CO in the rich side region. Will fall. As a result, it becomes difficult to control the air-fuel ratio within the range of the purification window in the rich region.

そこで、本実施形態では、硫黄濃度の高い燃料が使用される場合であっても、浄化ウィンドウを外すことなく、良好な排気浄化性能を維持できるようにすべく、ECU20に以下の図4に示すルーチンを所定時間毎に実行させることとした。   Therefore, in the present embodiment, even when a fuel having a high sulfur concentration is used, the ECU 20 is shown in FIG. 4 below in order to maintain good exhaust purification performance without removing the purification window. The routine is executed every predetermined time.

[実施の形態1における具体的処理]
図4は、上記の目的を達成するために、本実施の形態1においてECU20が実行するルーチンのフローチャートである。図4に示すルーチンでは、先ず、触媒12等に劣化が生じているか否かについて、そして、劣化が生じている場合には、主触媒と助触媒のどちらに劣化が生じているのかについての判別がなされる(ステップ100)。具体的には、本ステップ100では、最大酸素吸蔵量Cmax値が所定の閾値より小さいかどうか、車両の走行距離が所定の閾値より小さいかどうか、失火等の触媒12等への熱劣化影響履歴がないかどうかに基づく判別が実行される。
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the ECU 20 in the first embodiment to achieve the above object. In the routine shown in FIG. 4, first, it is determined whether or not the catalyst 12 or the like has deteriorated, and if it has deteriorated, whether or not the main catalyst or the promoter has deteriorated. (Step 100). Specifically, in this step 100, whether or not the maximum oxygen storage amount Cmax value is smaller than a predetermined threshold value, whether or not the mileage of the vehicle is smaller than a predetermined threshold value, the history of thermal deterioration influence on the catalyst 12 such as misfire. A determination is made based on whether there is any.

上記ステップ100において、最大酸素吸蔵量Cmax値<閾値が成立しないと判定された場合には、触媒12等に熱や硫黄被毒による劣化が生じていないものと判断することができる。尚、最大酸素吸蔵量Cmax値は、例えば、特開2004−76681号公報に示される方法にて求めることができる。走行距離<閾値が成立しないと判定された場合、すなわち、規定の距離以上の走行が既になされている場合には、触媒12等に経年変化による劣化が生じていると判断することができる。また、ECU20が有する失火カウンタにより一定の割合以上の失火が発生していると認められた場合、或いは高負荷状態や高車速状態で車両が走行された場合などの触媒への熱劣化影響履歴があったと認められる場合には、触媒12等に熱劣化が生じていると判断することができる。これらの場合には、何れも、今回のルーチンの処理が速やかに終了される。尚、ECU20は、常時、最大酸素吸蔵量Cmax値の算出を行っている。また、ECU20は、車両が備える車輪速センサの出力に基づいて走行距離を、上記失火カウンタを利用して熱劣化影響履歴を、それぞれ取得している。   If it is determined in step 100 that the maximum oxygen storage amount Cmax value <threshold value is not satisfied, it can be determined that the catalyst 12 or the like has not deteriorated due to heat or sulfur poisoning. Note that the maximum oxygen storage amount Cmax value can be obtained, for example, by a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-76681. If it is determined that the travel distance <threshold value is not satisfied, that is, if the vehicle has already traveled more than the specified distance, it can be determined that the catalyst 12 or the like has deteriorated due to secular change. In addition, when the misfire counter of the ECU 20 recognizes that a certain ratio or more of misfire has occurred, or when the vehicle travels in a high load state or a high vehicle speed state, there is a history of the heat deterioration effect on the catalyst. When it is recognized that there is, it can be determined that thermal degradation has occurred in the catalyst 12 or the like. In any of these cases, the process of the current routine is immediately terminated. The ECU 20 always calculates the maximum oxygen storage amount Cmax value. Further, the ECU 20 acquires the travel distance based on the output of the wheel speed sensor provided in the vehicle, and the thermal deterioration influence history using the misfire counter.

一方、上記ステップ100において、最大酸素吸蔵量Cmax値<閾値であること、かつ、走行距離<閾値であること、かつ、上記熱劣化影響履歴がないことのすべての条件が成立すると判断された場合には、既述したように、主触媒である貴金属の活性は劣化しておらず、助触媒であるセリアCeO2の酸素吸放出サイトが劣化(若しくは妨害)されていると判断することができる。 On the other hand, when it is determined in step 100 that all conditions that the maximum oxygen storage amount Cmax value <threshold value, the travel distance <threshold value, and the absence of the thermal deterioration influence history are satisfied. As described above, it can be determined that the activity of the noble metal that is the main catalyst has not deteriorated, and the oxygen absorption / release site of the ceria CeO 2 that is the cocatalyst has been deteriorated (or hindered). .

そこで、この場合には、目標空燃比の制御中心がストイキに対してリーン側の値にシフトされる(ステップ102)。より具体的には、目標空燃比をリッチ側とリーン側とで交互に切り換える際に、図2に示す浄化ウィンドウにおいて、リーン側の限界値はそのままに、リッチ側の限界値をストイキまでシフトさせて、それらの限界値の範囲内に収まるように空燃比が制御される。   Therefore, in this case, the control center of the target air-fuel ratio is shifted to a value on the lean side with respect to stoichiometry (step 102). More specifically, when the target air-fuel ratio is switched alternately between the rich side and the lean side, the limit value on the rich side is shifted to the stoichiometric position without changing the limit value on the lean side in the purification window shown in FIG. Thus, the air-fuel ratio is controlled so as to be within the limits.

以上説明した図4に示すルーチンによれば、触媒12等の最大酸素吸蔵量Cmax値が低下している状況下において、主触媒36の劣化と助触媒38の劣化を判別することができる。そして、上記ルーチンの処理によれば、硫黄濃度の高い燃料が使用される場合等において、助触媒38に酸素吸蔵能の低下による劣化が生じているが、主触媒36の活性は劣化していないと判断されるときには、リッチ側への空燃比制御が制限されることになり、空燃比がリッチ側に制御されている時間を短くすることができる。このため、助触媒38に劣化が生じていると判断される状況下でも、HC、COの良好な浄化を確保して、浄化ウィンドウを外さない空燃比制御を実現することができ、三元活性を良好に維持することが可能となる。   According to the routine shown in FIG. 4 described above, it is possible to determine the deterioration of the main catalyst 36 and the deterioration of the co-catalyst 38 under the situation where the maximum oxygen storage amount Cmax value of the catalyst 12 or the like is decreasing. According to the processing of the above routine, when the fuel having a high sulfur concentration is used, the co-catalyst 38 is deteriorated due to the decrease in oxygen storage capacity, but the activity of the main catalyst 36 is not deteriorated. When it is determined that the air-fuel ratio control to the rich side is limited, the time during which the air-fuel ratio is controlled to the rich side can be shortened. For this reason, even in a situation where it is determined that the co-catalyst 38 has deteriorated, air / fuel ratio control without removing the purification window can be realized while ensuring good purification of HC and CO, and three-way activation Can be maintained well.

尚、上述した実施の形態1においては、ECU20が、上記ステップ100の処理を実行することにより前記第1の発明における「劣化判別手段」が、上記ステップ102の処理を実行することにより前記第1の発明における「空燃比制御制限手段」が、それぞれ実現されている。
また、ECU20が最大酸素吸蔵量Cmax値の算出を行うことにより前記第2または第3の発明における「酸素吸蔵能取得手段」が、ECU20が備える失火カウンタを利用して熱劣化影響履歴を取得することにより前記第2の発明における「温度情報取得手段」が、それぞれ実現されている。
また、ECU20が車両が備える車輪速センサの出力に基づいて走行距離を取得することにより前記第3の発明における「経年変化情報取得手段」が実現されている。
また、ECU20が上記メインフィードバック制御およびサブフィードバック制御を実行することにより前記第4の発明における「フィードバック手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the ECU 20 executes the process of step 100, so that the “deterioration determination unit” in the first invention executes the process of step 102. Each of the “air-fuel ratio control limiting means” in the present invention is realized.
Further, when the ECU 20 calculates the maximum oxygen storage amount Cmax value, the “oxygen storage capacity acquisition means” in the second or third invention acquires the thermal deterioration influence history using the misfire counter provided in the ECU 20. Thus, the “temperature information acquisition means” in the second aspect of the invention is realized.
Further, the “aging change information acquisition means” in the third aspect of the present invention is realized by acquiring the travel distance based on the output of the wheel speed sensor provided in the vehicle of the ECU 20.
Further, the “feedback means” in the fourth aspect of the present invention is realized by the ECU 20 performing the main feedback control and the sub feedback control.

実施の形態2.
次に、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。
本実施形態のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU20に図4に示すルーチンに代えて後述する図5に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The system of the present embodiment can be realized by causing the ECU 20 to execute a routine shown in FIG. 5 described later instead of the routine shown in FIG. 4 using the hardware configuration shown in FIG.

[実施の形態2における具体的処理]
図5は、本実施の形態2においてECU20が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図5において、実施の形態1における図4に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
[Specific Processing in Second Embodiment]
FIG. 5 is a flowchart of a routine executed by the ECU 20 in the second embodiment. In FIG. 5, the same steps as those shown in FIG. 4 in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図5に示すルーチンでは、ステップ100において、助触媒38に酸素吸蔵能の低下による劣化は生じていると判定された場合には、次いで、リッチ側への空燃比制御を制限させるべく、リッチ側の補正応答速度が速められる(ステップ200)。   In the routine shown in FIG. 5, if it is determined in step 100 that the promoter 38 has deteriorated due to a decrease in the oxygen storage capacity, then the rich side is controlled in order to limit the air-fuel ratio control to the rich side. The corrected response speed is increased (step 200).

既述したサブフィードバック制御では、より具体的には、メインフィードバック制御の内容を修正するための補正量は、PID制御によって算出される。この補正量は、比例項および積分項を含んでいる。比例項は、サブO2センサ18の出力とサブフィードバックの目標電圧(ストイキ出力)との出力偏差に所定の比例項ゲインを乗じた値として設定されている。積分項は、出力偏差の積算値に所定の積分項ゲインを乗じた値として設定されている。 In the above-described sub feedback control, more specifically, the correction amount for correcting the content of the main feedback control is calculated by PID control. This correction amount includes a proportional term and an integral term. The proportional term is set as a value obtained by multiplying the output deviation between the output of the sub O 2 sensor 18 and the target voltage (stoichiometric output) of the sub feedback by a predetermined proportional term gain. The integral term is set as a value obtained by multiplying the integrated value of the output deviation by a predetermined integral term gain.

図5に示すルーチンにおいて、本ステップ200の制御の開始前は、目標空燃比がリッチ側およびリーン側のどちらに振れた場合であっても、比例項ゲインおよび積分項ゲインの値は同じ値に設定されている。   In the routine shown in FIG. 5, the values of the proportional term gain and the integral term gain are the same before the start of the control of step 200, regardless of whether the target air-fuel ratio fluctuates on the rich side or the lean side. Is set.

これに対し、本ステップ200の処理が実行される場合には、目標空燃比の制御中心はそのままで制御しつつ、比例項ゲインおよび積分項ゲインの値が本ステップ200の制御開始前の値に対してそれぞれ変更される。より具体的には、目標空燃比がリッチ側に振れた場合に用いる比例項ゲインおよび積分項ゲインの値が、リーン側に振れた場合に用いる値に比して大きな値に変更される。   On the other hand, when the processing of this step 200 is executed, the values of the proportional term gain and the integral term gain are set to the values before the control start of this step 200 while the control center of the target air-fuel ratio is controlled as it is. It is changed for each. More specifically, the values of the proportional term gain and the integral term gain used when the target air-fuel ratio fluctuates to the rich side are changed to larger values than the values used when the target air-fuel ratio fluctuates to the lean side.

その結果、目標空燃比がリッチ側に振れた場合の空燃比の補正応答速度を、リーン側に振れた場合に比して速めることができる。尚、本ステップ200における変更後のゲインの値は、算出される目標空燃比の値にハンチングが生じない範囲内で適合された値が用いられるものとする。   As a result, the correction response speed of the air-fuel ratio when the target air-fuel ratio swings to the rich side can be increased compared to the case where the target air-fuel ratio swings to the lean side. As the gain value after the change in step 200, a value adapted to the calculated target air-fuel ratio within a range where hunting does not occur is used.

以上説明した図5に示すルーチンによれば、硫黄濃度の高い燃料が使用される場合等において、助触媒38に酸素吸蔵能の低下による劣化が生じているが、主触媒36の活性は劣化していないと判断されるときに、リッチ側の補正応答速度が速められることにより、リッチ側への空燃比制御が制限されることになる。このため、助触媒38に劣化が生じていると判断される状況下でも、浄化ウィンドウを外さない空燃比制御を実現することができる。   According to the routine shown in FIG. 5 described above, when the fuel having a high sulfur concentration is used, the co-catalyst 38 is deteriorated due to a decrease in the oxygen storage capacity, but the activity of the main catalyst 36 is deteriorated. When it is determined that the air-fuel ratio is not, the air-fuel ratio control to the rich side is limited by increasing the correction response speed on the rich side. For this reason, it is possible to realize air-fuel ratio control without removing the purification window even under a situation where it is determined that the co-catalyst 38 is deteriorated.

また、上記図5に示すルーチンによれば、上述した実施の形態1とは異なり、助触媒38に酸素吸蔵能の低下による劣化は生じていると判定された場合であっても、目標空燃比の制御中心をストイキから変更することなく、リッチ側への空燃比制御を制限することができる。このため、上述した実施の形態1の制御に比して、目標空燃比がリーン側に振れた際に、NOxの浄化性能が悪化するのを抑制することができる。   Further, according to the routine shown in FIG. 5, unlike the above-described first embodiment, even if it is determined that the promoter 38 has been deteriorated due to a decrease in oxygen storage capacity, the target air-fuel ratio is determined. The air-fuel ratio control to the rich side can be limited without changing the control center from stoichiometric. For this reason, it is possible to suppress deterioration of the NOx purification performance when the target air-fuel ratio fluctuates to the lean side as compared with the control in the first embodiment described above.

本発明の実施の形態1における空燃比制御装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the air fuel ratio control apparatus in Embodiment 1 of this invention. 三元触媒における空燃比に対するHC等の転化効率特性を示す図である。It is a figure which shows the conversion efficiency characteristics, such as HC, with respect to the air fuel ratio in a three-way catalyst. 三元触媒である上流触媒および下流触媒の構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the upstream catalyst which is a three way catalyst, and a downstream catalyst. 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 排気通路
12 上流触媒
14 下流触媒
16 メイン空燃比センサ
18 サブO2センサ
20 ECU(Electronic Control Unit)
32 セラミックス担体
34 触媒層
36 主触媒(貴金属)
38 助触媒
Cmax 最大酸素吸蔵量
10 Exhaust passage 12 Upstream catalyst 14 Downstream catalyst 16 Main air-fuel ratio sensor 18 Sub O 2 sensor 20 ECU (Electronic Control Unit)
32 Ceramic carrier 34 Catalyst layer 36 Main catalyst (noble metal)
38 Cocatalyst
Cmax maximum oxygen storage capacity

Claims (5)

主触媒と助触媒を含む三元触媒を備える内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記主触媒の劣化と前記助触媒の劣化を判別する劣化判別手段と、
前記劣化判別手段によって前記助触媒が劣化していると判断された場合に、理論空燃比に対するリッチ側への空燃比制御を制限する空燃比制御制限手段と、
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 device for an internal combustion engine comprising a three-way catalyst including a main catalyst and a promoter,
A deterioration determining means for determining deterioration of the main catalyst and deterioration of the promoter;
An air-fuel ratio control limiting means for limiting air-fuel ratio control to the rich side with respect to the stoichiometric air-fuel ratio when the deterioration determining means determines that the promoter is deteriorated;
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, comprising:
前記三元触媒の酸素吸蔵能を取得する酸素吸蔵能取得手段と、
前記三元触媒の温度情報を取得する温度情報取得手段とを更に備え、
前記劣化判別手段は、前記酸素吸蔵能が低下し、かつ、前記三元触媒が高温に晒されていない場合に、前記助触媒が劣化していると判断す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。
Oxygen storage capacity acquisition means for acquiring the oxygen storage capacity of the three-way catalyst;
Temperature information acquisition means for acquiring temperature information of the three-way catalyst,
2. The deterioration determining unit determines that the promoter is deteriorated when the oxygen storage capacity is reduced and the three-way catalyst is not exposed to a high temperature. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine.
前記三元触媒の酸素吸蔵能を取得する酸素吸蔵能取得手段と、
前記三元触媒の経年変化情報を取得する経年変化情報取得手段とを更に備え、
前記劣化判別手段は、前記酸素吸蔵能が低下し、かつ、前記三元触媒に経年変化が生じていないと判断する場合に、前記助触媒が劣化していると判断することを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の空燃比制御装置。
Oxygen storage capacity acquisition means for acquiring the oxygen storage capacity of the three-way catalyst;
Further comprising aging information acquisition means for acquiring aging information of the three-way catalyst,
The deterioration determining means determines that the promoter is deteriorated when it is determined that the oxygen storage capacity is reduced and the three-way catalyst has not changed over time. Item 3. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to Item 1 or 2.
排気通路における目標空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量を補正するフィードバック手段を更に備え、
前記空燃比制御制限手段による前記制限は、前記目標空燃比の制御中心を理論空燃比に対してリーン側にシフトさせるものであることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の内燃機関の空燃比制御装置。
Feedback means for correcting the fuel injection amount so that the target air-fuel ratio in the exhaust passage becomes the stoichiometric air-fuel ratio,
4. The restriction according to claim 1, wherein the restriction by the air-fuel ratio control restricting means shifts the control center of the target air-fuel ratio to the lean side with respect to the theoretical air-fuel ratio. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine.
排気通路における目標空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量を補正するフィードバック手段を更に備え、
前記空燃比制御制限手段による前記制限は、前記目標空燃比が理論空燃比に対してリッチ側に振れた場合の燃料噴射量の補正応答速度を、リーン側に振れた場合に比して速めるものであることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の内燃機関の空燃比制御装置。
Feedback means for correcting the fuel injection amount so that the target air-fuel ratio in the exhaust passage becomes the stoichiometric air-fuel ratio,
The restriction by the air-fuel ratio control restricting means speeds up the corrected response speed of the fuel injection amount when the target air-fuel ratio swings to the rich side with respect to the theoretical air-fuel ratio compared to when the target air-fuel ratio swings to the lean side. The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein
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