JP2015071985A - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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藤原 孝彦
Takahiko Fujiwara
孝彦 藤原
中川 徳久
Norihisa Nakagawa
徳久 中川
岡崎 俊太郎
Shuntaro Okazaki
俊太郎 岡崎
雄士 山口
Yuji Yamaguchi
雄士 山口
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device for an internal combustion engine, for suppressing the outflow of NOx.SOLUTION: The control device for the internal combustion engine performs normal operation control including first lean control to set the air-fuel ratio of exhaust gas flowing into an exhaust emission control catalyst to be a lean air-fuel ratio and first rich control to set the air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the exhaust emission control catalyst to be a rich air-fuel ratio. During a period for the normal operation control, sequentially after finishing fuel cut control, the control device performs second rich control to set the air-fuel ratio of the exhaust gas to be a rich air-fuel ratio and second lean control to set the air-fuel ratio of the exhaust gas to be a lean air-fuel ratio. The control device performs control so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust emission control catalyst in the second lean control is leaner than the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust emission control catalyst in the first lean control.

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.

燃焼室から排出される排気ガスには、未燃ガスやNOx等が含まれており、排気ガスの成分を浄化するために機関排気通路には排気浄化触媒が配置される。未燃ガスやNOx等の成分を同時に浄化できる排気浄化触媒としては三元触媒が知られている。三元触媒は、排気ガスの空燃比が理論空燃比の近傍の場合に、未燃ガスやNOx等を高い浄化率で浄化することができる。このために、従来から内燃機関の排気通路に空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力値に基づいて内燃機関に供給する燃料の量を制御する制御装置が知られている。   The exhaust gas discharged from the combustion chamber contains unburned gas, NOx, and the like, and an exhaust purification catalyst is disposed in the engine exhaust passage in order to purify the components of the exhaust gas. A three-way catalyst is known as an exhaust purification catalyst capable of simultaneously purifying components such as unburned gas and NOx. The three-way catalyst can purify unburned gas, NOx and the like with a high purification rate when the air-fuel ratio of the exhaust gas is close to the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, conventionally, there has been known a control device that is provided with an air-fuel ratio sensor in the exhaust passage of the internal combustion engine and controls the amount of fuel supplied to the internal combustion engine based on the output value of the air-fuel ratio sensor.

排気浄化触媒としては、酸素吸蔵能力を有するものを用いることができる。酸素吸蔵能力を有する排気浄化触媒は、酸素吸蔵量が上限吸蔵量と下限吸蔵量との間の適当な量であるときには、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比よりもリッチであっても未燃ガス(HCやCO等)やNOx等を浄化できる。排気浄化触媒に理論空燃比よりもリッチ側の空燃比(以下、「リッチ空燃比」ともいう)の排気ガスが流入すると、排気浄化触媒に吸蔵されている酸素により排気ガス中の未燃ガスが酸化浄化される。   As the exhaust purification catalyst, one having an oxygen storage capacity can be used. When the oxygen storage amount is an appropriate amount between the upper limit storage amount and the lower limit storage amount, the exhaust purification catalyst having an oxygen storage capacity has a richer air / fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst than the target air / fuel ratio. Even so, unburned gas (HC, CO, etc.), NOx, etc. can be purified. When an exhaust gas having an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio (hereinafter also referred to as “rich air-fuel ratio”) flows into the exhaust purification catalyst, unburned gas in the exhaust gas is absorbed by oxygen stored in the exhaust purification catalyst. It is oxidized and purified.

逆に、排気浄化触媒に理論空燃比よりもリーン側の空燃比(以下、「リーン空燃比」ともいう)の排気ガスが流入すると、排気ガス中の酸素が排気浄化触媒に吸蔵される。これにより、排気浄化触媒表面上で酸素不足状態となり、これに伴って排気ガス中のNOxが還元浄化される。このように、排気浄化触媒は、酸素吸蔵量が適当な量である限り、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比に関わらず、排気ガスを浄化することができる。   Conversely, when an exhaust gas having an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (hereinafter also referred to as “lean air-fuel ratio”) flows into the exhaust purification catalyst, oxygen in the exhaust gas is stored in the exhaust purification catalyst. As a result, an oxygen-deficient state occurs on the exhaust purification catalyst surface, and NOx in the exhaust gas is reduced and purified accordingly. As described above, the exhaust purification catalyst can purify the exhaust gas regardless of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst as long as the oxygen storage amount is an appropriate amount.

そこで、斯かる制御装置では、排気浄化触媒における酸素吸蔵量を適切な量に維持すべく、排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に空燃比センサを設け、排気流れ方向下流側に酸素センサを設けるようにしている。これらセンサを用いて、制御装置は、上流側の空燃比センサの出力に基づいてこの空燃比センサの出力が目標空燃比に相当する目標値となるようにフィードバック制御を行う。加えて、下流側の酸素センサの出力に基づいて上流側の空燃比センサの目標値を補正する。   Therefore, in such a control device, an air-fuel ratio sensor is provided upstream of the exhaust purification catalyst in the exhaust flow direction and an oxygen sensor is provided downstream of the exhaust flow direction in order to maintain an appropriate amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst. I am doing so. Using these sensors, the control device performs feedback control based on the output of the upstream air-fuel ratio sensor so that the output of the air-fuel ratio sensor becomes a target value corresponding to the target air-fuel ratio. In addition, the target value of the upstream air-fuel ratio sensor is corrected based on the output of the downstream oxygen sensor.

例えば、特開2011−069337号公報に記載の制御装置では、下流側の酸素センサの出力電圧が高側閾値以上であって、排気浄化触媒の状態が酸素不足状態であるときには、排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比がリーン空燃比とされる。逆に、下流側の酸素センサの出力電圧が低側閾値以下であって、排気浄化触媒の状態が酸素過剰状態であるときには、目標空燃比がリッチ空燃比とされる。この制御により、酸素不足状態又は酸素過剰状態にあるときに、排気浄化触媒の状態を速やかにこれら両状態の中間の状態、すなわち、排気浄化触媒に適当な量の酸素が吸蔵されている状態に戻すことができるとされている。   For example, in the control device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-069337, when the output voltage of the downstream oxygen sensor is equal to or higher than the high-side threshold and the exhaust purification catalyst is in an oxygen-deficient state, The target air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is set to the lean air-fuel ratio. Conversely, when the output voltage of the downstream oxygen sensor is equal to or lower than the low threshold value and the exhaust purification catalyst is in the oxygen excess state, the target air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio. With this control, when the oxygen purification state is in an oxygen deficient state or an oxygen excess state, the state of the exhaust purification catalyst is quickly changed to an intermediate state between these two states, that is, a state where an appropriate amount of oxygen is occluded in the exhaust purification catalyst. It can be returned.

また、特開2001−234787号公報に記載の制御装置では、エアフロメータ及び排気浄化触媒の上流側の空燃比センサ等の出力に基づいて、排気浄化触媒の酸素吸蔵量を算出している。その上で、算出された酸素吸蔵量が目標酸素吸蔵量よりも多いときには排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比をリッチ空燃比とし、算出された酸素吸蔵量が目標酸素吸蔵量よりも少ないときには目標空燃比をリーン空燃比としている。この制御により、排気浄化触媒の酸素吸蔵量を目標酸素吸蔵量に一定に維持することができるとされている。   Further, in the control device described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-234787, the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst is calculated based on the outputs of the air flow meter and the air-fuel ratio sensor upstream of the exhaust purification catalyst. In addition, when the calculated oxygen storage amount is larger than the target oxygen storage amount, the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is set to a rich air-fuel ratio, and the calculated oxygen storage amount is larger than the target oxygen storage amount. When it is low, the target air-fuel ratio is set to the lean air-fuel ratio. With this control, the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst can be kept constant at the target oxygen storage amount.

特開2011−069337号公報JP 2011-069337 A 特開2001−234787号公報JP 2001-234787 A 特開平8−232723号公報JP-A-8-232723 特開2009−162139号公報JP 2009-162139 A

酸素吸蔵能力を有する排気浄化触媒は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比である場合に、酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の近傍になると、排気ガス中の酸素を吸蔵しにくくなる。排気浄化触媒の内部では酸素過剰な状態になり、排気ガスに含まれるNOxが還元浄化されにくくなる。このため、酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の近傍になると、排気浄化触媒から流出する排気ガスのNOx濃度が急激に上昇する。   An exhaust purification catalyst having oxygen storage capacity stores oxygen in the exhaust gas when the oxygen storage amount is close to the maximum oxygen storage amount when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is a lean air-fuel ratio. It becomes difficult to do. The exhaust purification catalyst is in an oxygen-excess state, and NOx contained in the exhaust gas is difficult to be reduced and purified. For this reason, when the oxygen storage amount becomes close to the maximum oxygen storage amount, the NOx concentration of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst rapidly increases.

このために、上記の特開2011−069337号公報に開示されているように、下流側の酸素センサの出力電圧が低側閾値以下になったときに目標空燃比をリッチ空燃比に設定する制御を行った場合には排気浄化触媒からは或る程度のNOxが流出するという問題がある。   For this reason, as disclosed in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-069337, when the output voltage of the downstream oxygen sensor becomes equal to or lower than the low threshold value, the target air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio. However, there is a problem that a certain amount of NOx flows out from the exhaust purification catalyst.

図15に、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比と排気浄化触媒から流出するNOx濃度との関係を説明するタイムチャートを示す。図15は、排気浄化触媒の酸素吸蔵量、下流側の酸素センサによって検出される排気ガスの空燃比、排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比、上流側の空燃比センサによって検出される排気ガスの空燃比、及び排気浄化触媒から流出する排気ガス中のNOx濃度のタイムチャートである。   FIG. 15 is a time chart for explaining the relationship between the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst and the NOx concentration flowing out from the exhaust purification catalyst. FIG. 15 shows the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst, the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the downstream oxygen sensor, the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst, and the upstream air-fuel ratio sensor. 3 is a time chart of the air-fuel ratio of exhaust gas and the NOx concentration in exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst.

時刻t1以前の状態では、排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比がリーン空燃比とされている。このため、排気浄化触媒の酸素吸蔵量は徐々に増加している。一方、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素は全て排気浄化触媒において吸蔵されるため、排気浄化触媒から流出する排気ガス中には酸素はほとんど含まれていない。このため、下流側の酸素センサによって検出される排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となる。同様に、排気浄化触媒に流入する排気ガス中のNOxは全て排気浄化触媒において還元浄化されるため、排気浄化触媒から流出する排気ガス中にはNOxもほとんど含まれていない。 In time t 1 prior state, the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is a lean air-fuel ratio. For this reason, the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst gradually increases. On the other hand, since all the oxygen in the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is occluded in the exhaust purification catalyst, the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst contains almost no oxygen. For this reason, the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the downstream oxygen sensor is substantially the stoichiometric air-fuel ratio. Similarly, since all NOx in the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is reduced and purified by the exhaust purification catalyst, almost no NOx is contained in the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst.

排気浄化触媒の酸素吸蔵量が徐々に増加して最大酸素吸蔵量Cmaxに近づくと、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素の一部が排気浄化触媒に吸蔵されなくなり、その結果、時刻t1から、排気浄化触媒から流出する排気ガス中に酸素が含まれるようになる。このため、下流側酸素センサによって検出される排気ガスの空燃比はリーン空燃比となる。その後、排気浄化触媒の酸素吸蔵量がさらに増加すると、排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が、予め定められた上限空燃比AFhighref(低側閾値に相当)に達し、目標空燃比がリッチ空燃比に切り替えられる。 When the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst gradually increases and approaches the maximum oxygen storage amount Cmax, part of the oxygen in the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is not stored in the exhaust purification catalyst, and as a result, the time t From 1 , oxygen is contained in the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst. For this reason, the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the downstream oxygen sensor becomes a lean air-fuel ratio. Thereafter, when the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst further increases, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst reaches a predetermined upper limit air-fuel ratio AFhighref (corresponding to a low threshold), and the target air-fuel ratio is rich. Switch to air-fuel ratio.

目標空燃比がリッチ空燃比に切り替えられると、切り替えられた目標空燃比に合わせて内燃機関における燃料噴射量が増大せしめられる。このように燃料噴射量が増大されても、内燃機関本体から排気浄化触媒までは或る程度の距離があるため、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比は直ぐにはリッチ空燃比に変更されずに遅れが生じる。このため、目標空燃比が時刻t2でリッチ空燃比に切り替えられてもなお、時刻t3まで排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比はリーン空燃比のままになる。このため、時刻t2からt3の間においては、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量Cmaxに達するか、又は最大酸素吸蔵量Cmax近傍の値となり、その結果、排気浄化触媒からは酸素及びNOxが流出することになる。その後、時刻t3において排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比となり、排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比に収束していく。 When the target air-fuel ratio is switched to the rich air-fuel ratio, the fuel injection amount in the internal combustion engine is increased in accordance with the switched target air-fuel ratio. Even if the fuel injection amount is increased in this way, since there is a certain distance from the internal combustion engine body to the exhaust purification catalyst, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is immediately changed to the rich air-fuel ratio. Without delay. Therefore, even if the target air-fuel ratio is switched to the rich air-fuel ratio at time t 2 Note that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst to a time t 3 will remain in the lean air-fuel ratio. Therefore, during the period from time t 2 to t 3 , the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst reaches the maximum oxygen storage amount Cmax or becomes a value near the maximum oxygen storage amount Cmax. As a result, from the exhaust purification catalyst, Oxygen and NOx will flow out. Thereafter, at time t 3 , the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst becomes a rich air-fuel ratio, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst converges to the stoichiometric air-fuel ratio.

このように、目標空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えてから排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるまでには遅れが生じる。その結果、時刻t1からt4までの期間に、排気浄化触媒からNOxが流出してしまっていた。 As described above, there is a delay from when the target air-fuel ratio is switched from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio until the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst becomes the rich air-fuel ratio. As a result, NOx had flowed out of the exhaust purification catalyst during the period from time t 1 to t 4 .

本発明の目的は、酸素吸蔵能力を有する排気浄化触媒を具備する内燃機関において、NOxの流出を抑制する内燃機関の制御装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that suppresses the outflow of NOx in an internal combustion engine having an exhaust purification catalyst having an oxygen storage capacity.

本発明の第1の内燃機関の制御装置は、機関排気通路において酸素吸蔵能力を有する排気浄化触媒を備える内燃機関の制御装置であって、排気浄化触媒の上流に配置され、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサと、排気浄化触媒の下流に配置され、排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサとを備える。制御装置は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比にして排気浄化触媒における酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量よりも小さな判定基準吸蔵量まで増大させる第1のリーン制御と、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比にし、下流側空燃比センサの出力が理論空燃比未満のリッチ判定空燃比になるまで理論空燃比よりもリッチな空燃比を連続的または断続的に継続する第1のリッチ制御とを交互に実施する通常運転制御と、燃焼室への燃料の供給を遮断する燃料カット制御とを実施する。制御装置は、燃料カット制御の終了後に連続して、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を第1のリッチ制御よりもリッチな空燃比にする第2のリッチ制御、および第2のリッチ制御の後に排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を第1のリーン制御よりもリーンな空燃比にする第2のリーン制御を実施し、第2のリーン制御に続いて通常運転制御を実施する。   A first internal combustion engine control device according to the present invention is an internal combustion engine control device including an exhaust purification catalyst having oxygen storage capacity in an engine exhaust passage, and is disposed upstream of the exhaust purification catalyst and flows into the exhaust purification catalyst. An upstream air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas to be discharged, and a downstream air-fuel ratio sensor that is disposed downstream of the exhaust purification catalyst and detects the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst. The control device sets the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst to an air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and increases the oxygen storage amount in the exhaust purification catalyst to a determination reference storage amount that is smaller than the maximum oxygen storage amount. 1 until the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and the output of the downstream air-fuel ratio sensor becomes a rich judgment air-fuel ratio less than the stoichiometric air-fuel ratio. The normal operation control that alternately performs the first rich control that continuously or intermittently continues the air-fuel ratio richer than the air-fuel ratio, and the fuel cut control that blocks the fuel supply to the combustion chamber are performed. . The control device continuously performs the second rich control and the second rich control so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is made richer than the first rich control continuously after the end of the fuel cut control. After the control, the second lean control is performed so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is leaner than the first lean control, and the normal operation control is performed following the second lean control. To do.

上記発明においては、第2のリーン制御は、下流側空燃比センサの出力値がリッチ判定空燃比よりもリーンになった場合に終了することができる。   In the above invention, the second lean control can be terminated when the output value of the downstream air-fuel ratio sensor becomes leaner than the rich determination air-fuel ratio.

上記発明においては、第2のリーン制御は、第2のリーン制御の実施期間中に排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比がリッチであるほど、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーンに設定する制御を含むことができる。   In the above invention, the second lean control is performed such that the richer the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst during the execution period of the second lean control, the more the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst. Control can be included to set the value to lean.

上記発明においては、第2のリーン制御において排気浄化触媒に吸蔵される酸素量と第1のリーン制御において排気浄化触媒に吸蔵される酸素量とが等しくなることができる。   In the above invention, the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst in the second lean control can be equal to the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst in the first lean control.

上記発明においては、第2のリーン制御に続いて実施する通常運転制御は、第1のリッチ制御から開始することができる。   In the above-described invention, the normal operation control performed following the second lean control can be started from the first rich control.

本発明の第2の内燃機関の制御装置は、機関排気通路において酸素吸蔵能力を有する排気浄化触媒を備える内燃機関の制御装置であって、排気浄化触媒の上流に配置され、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側センサと、排気浄化触媒の下流に配置され、排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側センサとを備える。上流側センサは、上流側空燃比センサにより構成されており、下流側センサは、下流側酸素センサまたは下流側空燃比センサにより構成されている。制御装置は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比にして排気浄化触媒における酸素吸蔵量を増大する第1のリーン制御および排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする第1のリッチ制御を含む通常運転制御と、燃焼室に供給する燃料を遮断する燃料カット制御とを実施するように形成されている。排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンの領域においてリーン判定空燃比が予め定められ、排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチの領域においてリッチ判定空燃比が予め定められている。通常運転制御は、第1のリーン制御により排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比がリーン判定空燃比以上のリーン空燃比になった場合に第1のリッチ制御に切替える制御と、第1のリッチ制御により排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比以下のリッチ空燃比になった場合に第1のリーン制御に切替える制御とを含む。燃料カット制御の終了後に連続して、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を第1のリッチ制御よりもリッチな空燃比にする第2のリッチ制御、および第2のリッチ制御の後に排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を第1のリーン制御よりもリーンな空燃比にする第2のリーン制御を実施し、第2のリーン制御に続いて通常運転制御を実施するように形成されている。   A second internal combustion engine control apparatus according to the present invention is an internal combustion engine control apparatus including an exhaust purification catalyst having oxygen storage capacity in an engine exhaust passage, and is disposed upstream of the exhaust purification catalyst and flows into the exhaust purification catalyst. An upstream sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas to be detected, and a downstream sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas that is disposed downstream of the exhaust purification catalyst and flows out of the exhaust purification catalyst. The upstream sensor is composed of an upstream air-fuel ratio sensor, and the downstream sensor is composed of a downstream oxygen sensor or a downstream air-fuel ratio sensor. The control device makes the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first lean control and exhaust purification catalyst to increase the oxygen storage amount in the exhaust purification catalyst by setting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst to be a lean air-fuel ratio. The normal operation control including the first rich control for setting the air-fuel ratio and the fuel cut control for cutting off the fuel supplied to the combustion chamber are performed. The lean determination air-fuel ratio is predetermined in a region where the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and the region where the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst is richer than the stoichiometric air-fuel ratio In FIG. 5, the rich determination air-fuel ratio is predetermined. The normal operation control includes control for switching to the first rich control when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst by the first lean control becomes a lean air-fuel ratio equal to or higher than the lean determination air-fuel ratio, And control for switching to the first lean control when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst by the rich control becomes a rich air-fuel ratio equal to or lower than the rich determination air-fuel ratio. After the end of the fuel cut control, the exhaust gas is exhausted after the second rich control in which the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is made richer than the first rich control, and the second rich control. The second lean control is performed so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the purification catalyst is leaner than the first lean control, and the normal operation control is performed following the second lean control. Has been.

上記発明においては、第2のリーン制御に続いて実施する通常運転制御は、第1のリッチ制御から開始することができる。   In the above-described invention, the normal operation control performed following the second lean control can be started from the first rich control.

本発明によれば、NOxの流出を抑制する内燃機関の制御装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the control apparatus of the internal combustion engine which suppresses the outflow of NOx can be provided.

実施の形態における内燃機関の概略図である。1 is a schematic view of an internal combustion engine in an embodiment. 排気浄化触媒の酸素吸蔵量と排気浄化触媒から流出する排気ガス中のNOx及び未燃ガスの濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the oxygen storage amount of an exhaust purification catalyst, and the density | concentration of NOx and unburned gas in the exhaust gas which flows out from an exhaust purification catalyst. 空燃比センサの概略的な断面図である。It is a schematic sectional drawing of an air fuel ratio sensor. 空燃比センサの動作を概略的に示した図である。It is the figure which showed the operation | movement of the air fuel ratio sensor roughly. 空燃比センサにおける排気空燃比と出力電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the exhaust air fuel ratio in an air fuel ratio sensor, and an output current. 電圧印加装置及び電流検出装置を構成する具体的な回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific circuit which comprises a voltage application apparatus and a current detection apparatus. 上流側の排気浄化触媒の酸素吸蔵量等のタイムチャートである。4 is a time chart of an oxygen storage amount of an upstream side exhaust purification catalyst. 下流側の排気浄化触媒の酸素吸蔵量等のタイムチャートである。4 is a time chart of the oxygen storage amount of the downstream side exhaust purification catalyst. 制御装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a control device. 通常運転制御における空燃比補正量を算出する制御ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control routine which calculates the air fuel ratio correction amount in normal driving | operation control. 実施の形態における燃料カット制御および燃料カット制御後の制御を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the fuel cut control in embodiment and control after fuel cut control. 比較例における燃料カット制御後の制御を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining control after fuel cut control in a comparative example. 実施の形態における燃料カット制御および燃料カット制御後の制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the fuel cut control in embodiment, and the control after fuel cut control. 実施の形態における第2のリーン制御の他の形態を説明する概略図である。It is the schematic explaining the other form of the 2nd lean control in embodiment. 従来の技術の制御のタイムチャートである。It is a time chart of control of conventional technology.

図1から図14を参照して、実施の形態における内燃機関の制御装置について説明する。本実施の形態における内燃機関は、回転力を出力する機関本体と、燃焼室から流出する排気を浄化する排気処理装置とを備える。   With reference to FIGS. 1 to 14, a control apparatus for an internal combustion engine in the embodiment will be described. The internal combustion engine in the present embodiment includes an engine body that outputs rotational force, and an exhaust treatment device that purifies exhaust gas flowing out from the combustion chamber.

<内燃機関全体の説明>
図1は、本実施の形態における内燃機関を概略的に示す図である。内燃機関は、機関本体1を備え、機関本体1は、シリンダブロック2と、シリンダブロック2に固定されたシリンダヘッド4とを含む。シリンダブロック2には穴部が形成され、この穴部の内部を往復移動するピストン3が配置されている。燃焼室5は、シリンダブロック2の穴部、ピストン3、およびシリンダヘッド4に囲まれる空間により構成されている。シリンダヘッド4には、吸気ポート7および排気ポート9が形成されている。吸気弁6は吸気ポート7を開閉し、排気弁8は排気ポート9を開閉するように形成されている。
<Description of the internal combustion engine as a whole>
FIG. 1 schematically shows an internal combustion engine in the present embodiment. The internal combustion engine includes an engine body 1, and the engine body 1 includes a cylinder block 2 and a cylinder head 4 fixed to the cylinder block 2. A hole is formed in the cylinder block 2, and a piston 3 that reciprocates inside the hole is disposed. The combustion chamber 5 is configured by a space surrounded by the hole of the cylinder block 2, the piston 3, and the cylinder head 4. An intake port 7 and an exhaust port 9 are formed in the cylinder head 4. The intake valve 6 opens and closes the intake port 7, and the exhaust valve 8 is formed to open and close the exhaust port 9.

シリンダヘッド4の内壁面において、燃焼室5の中央部には点火プラグ10が配置され、シリンダヘッド4の内壁面の周辺部には燃料噴射弁11が配置される。点火プラグ10は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁11は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室5内に噴射する。なお、燃料噴射弁11は、吸気ポート7内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、本実施の形態では、燃料として理論空燃比が14.6であるガソリンが用いられる。しかしながら、本発明の内燃機関は他の燃料を用いても良い。   On the inner wall surface of the cylinder head 4, a spark plug 10 is disposed at the center of the combustion chamber 5, and a fuel injection valve 11 is disposed at the periphery of the inner wall surface of the cylinder head 4. The spark plug 10 is configured to generate a spark in response to the ignition signal. The fuel injection valve 11 injects a predetermined amount of fuel into the combustion chamber 5 according to the injection signal. The fuel injection valve 11 may be arranged so as to inject fuel into the intake port 7. In the present embodiment, gasoline having a theoretical air-fuel ratio of 14.6 is used as the fuel. However, the internal combustion engine of the present invention may use other fuels.

各気筒の吸気ポート7はそれぞれ対応する吸気枝管13を介してサージタンク14に連結され、サージタンク14は吸気管15を介してエアクリーナ16に連結される。吸気ポート7、吸気枝管13、サージタンク14、吸気管15は吸気通路を形成する。また、吸気管15内にはスロットル弁駆動アクチュエータ17によって駆動されるスロットル弁18が配置される。スロットル弁18は、スロットル弁駆動アクチュエータ17によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。   The intake port 7 of each cylinder is connected to a surge tank 14 via a corresponding intake branch pipe 13, and the surge tank 14 is connected to an air cleaner 16 via an intake pipe 15. The intake port 7, the intake branch pipe 13, the surge tank 14, and the intake pipe 15 form an intake passage. A throttle valve 18 driven by a throttle valve drive actuator 17 is disposed in the intake pipe 15. The throttle valve 18 is rotated by a throttle valve drive actuator 17 so that the opening area of the intake passage can be changed.

一方、各気筒の排気ポート9は排気マニホルド19に連結される。排気マニホルド19は、各排気ポート9に連結される複数の枝部とこれら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド19の集合部は上流側の排気浄化触媒20を内蔵した上流側ケーシング21に連結される。上流側ケーシング21は、排気管22を介して下流側の排気浄化触媒24を内蔵した下流側ケーシング23に連結される。排気ポート9、排気マニホルド19、上流側ケーシング21、排気管22及び下流側ケーシング23は、排気通路を形成する。   On the other hand, the exhaust port 9 of each cylinder is connected to an exhaust manifold 19. The exhaust manifold 19 has a plurality of branches connected to the exhaust ports 9 and a collective part in which these branches are assembled. A collecting portion of the exhaust manifold 19 is connected to an upstream casing 21 containing an upstream exhaust purification catalyst 20. The upstream casing 21 is connected to a downstream casing 23 containing a downstream exhaust purification catalyst 24 via an exhaust pipe 22. The exhaust port 9, the exhaust manifold 19, the upstream casing 21, the exhaust pipe 22, and the downstream casing 23 form an exhaust passage.

本実施の形態の内燃機関の制御装置は、電子制御ユニット(ECU)31を含む。本実施の形態における電子制御ユニット31はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス32を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)33、ROM(リードオンリメモリ)34、CPU(マイクロプロセッサ)35、入力ポート36および出力ポート37を具備する。   The control device for the internal combustion engine of the present embodiment includes an electronic control unit (ECU) 31. The electronic control unit 31 in the present embodiment is composed of a digital computer, and includes a RAM (random access memory) 33, a ROM (read only memory) 34, and a CPU (microprocessor) 35 which are connected to each other via a bidirectional bus 32. Input port 36 and output port 37.

吸気管15には、吸気管15内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ39が配置され、このエアフロメータ39の出力は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。   An air flow meter 39 for detecting the flow rate of air flowing through the intake pipe 15 is disposed in the intake pipe 15, and the output of the air flow meter 39 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38.

また、排気マニホルド19の集合部には排気マニホルド19内を流れる排気ガス(すなわち、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガス)の空燃比を検出する上流側センサとしての上流側空燃比センサ40が配置される。加えて、排気管22内には排気管22内を流れる排気ガス(すなわち、上流側の排気浄化触媒20から流出して下流側の排気浄化触媒24に流入する排気ガス)の空燃比を検出する下流側センサとしての下流側空燃比センサ41が配置される。これらの空燃比センサの出力も対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。なお、これらの空燃比センサの構成については後述する。   Further, an upstream air-fuel ratio sensor as an upstream sensor that detects an air-fuel ratio of exhaust gas flowing through the exhaust manifold 19 (that is, exhaust gas flowing into the upstream exhaust purification catalyst 20) is provided at a collecting portion of the exhaust manifold 19. 40 is arranged. In addition, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 22 (that is, the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 and flowing into the downstream side exhaust purification catalyst 24) is detected in the exhaust pipe 22. A downstream air-fuel ratio sensor 41 is disposed as a downstream sensor. The outputs of these air-fuel ratio sensors are also input to the input port 36 via the corresponding AD converters 38. The configuration of these air-fuel ratio sensors will be described later.

また、アクセルペダル42にはアクセルペダル42の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ43が接続され、負荷センサ43の出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。クランク角センサ44は例えばクランクシャフトが15度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート36に入力される。CPU35ではこのクランク角センサ44の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート37は対応する駆動回路45を介して点火プラグ10、燃料噴射弁11及びスロットル弁駆動アクチュエータ17に接続される。   A load sensor 43 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 42 is connected to the accelerator pedal 42, and the output voltage of the load sensor 43 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. The For example, the crank angle sensor 44 generates an output pulse every time the crankshaft rotates 15 degrees, and this output pulse is input to the input port 36. The CPU 35 calculates the engine speed from the output pulse of the crank angle sensor 44. On the other hand, the output port 37 is connected to the spark plug 10, the fuel injection valve 11, and the throttle valve drive actuator 17 via the corresponding drive circuit 45.

<排気浄化触媒の説明>
本実施の形態の内燃機関の排気処理装置は、複数の排気浄化触媒を備える。本実施の形態の排気処理装置は、上流側の排気浄化触媒20と、排気浄化触媒20よりも下流に配置されている下流側の排気浄化触媒24とを含む。上流側の排気浄化触媒20及び下流側の排気浄化触媒24は、同様の構成を有する。以下では、上流側の排気浄化触媒20についてのみ説明するが、下流側の排気浄化触媒24も同様な構成及び作用を有する。
<Description of exhaust purification catalyst>
The internal combustion engine exhaust treatment apparatus of the present embodiment includes a plurality of exhaust purification catalysts. The exhaust treatment apparatus of the present embodiment includes an upstream side exhaust purification catalyst 20 and a downstream side exhaust purification catalyst 24 disposed downstream of the exhaust purification catalyst 20. The upstream side exhaust purification catalyst 20 and the downstream side exhaust purification catalyst 24 have the same configuration. Hereinafter, only the upstream side exhaust purification catalyst 20 will be described, but the downstream side exhaust purification catalyst 24 has the same configuration and operation.

上流側の排気浄化触媒20は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、上流側の排気浄化触媒20は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属(例えば、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、およびロジウム(Rh))及び酸素吸蔵能力を有する物質(例えば、セリア(CeO2))を担持させたものである。上流側の排気浄化触媒20は、所定の活性温度に達すると、未燃ガス(HCやCO等)と窒素酸化物(NOx)とを同時に浄化する触媒作用に加えて、酸素吸蔵能力を発揮する。 The upstream side exhaust purification catalyst 20 is a three-way catalyst having oxygen storage capacity. Specifically, the upstream side exhaust purification catalyst 20 has a catalytic noble metal (for example, platinum (Pt), palladium (Pd), and rhodium (Rh)) and oxygen storage capacity on a ceramic support. A substance (for example, ceria (CeO 2 )) is supported. When the exhaust gas purification catalyst 20 on the upstream side reaches a predetermined activation temperature, in addition to the catalytic action of simultaneously purifying unburned gas (HC, CO, etc.) and nitrogen oxides (NOx), the exhaust gas purification catalyst 20 exhibits oxygen storage capacity. .

上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵能力によれば、上流側の排気浄化触媒20は、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン(リーン空燃比)であるときには排気ガス中の酸素を吸蔵する。一方、上流側の排気浄化触媒20は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ(リッチ空燃比)であるときには、上流側の排気浄化触媒20に吸蔵されている酸素を放出する。なお、「排気ガスの空燃比」は、その排気ガスが生成されるまでに供給された空気の質量に対する燃料の質量の比率を意味するものであり、通常はその排気ガスが生成されるにあたって燃焼室5内に供給された空気の質量に対する燃料の質量の比率を意味する。本明細書では、排気ガスの空燃比を「排気空燃比」という場合もある。次に、本実施の形態における排気浄化触媒の酸素吸蔵量と浄化能力との関係について説明する。   According to the oxygen storage capacity of the upstream side exhaust purification catalyst 20, the upstream side exhaust purification catalyst 20 is such that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (lean air-fuel ratio). ) Occludes oxygen in the exhaust gas. On the other hand, the upstream side exhaust purification catalyst 20 releases oxygen stored in the upstream side exhaust purification catalyst 20 when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is richer than the stoichiometric air-fuel ratio (rich air-fuel ratio). . Note that the “air-fuel ratio of exhaust gas” means the ratio of the mass of fuel to the mass of air supplied until the exhaust gas is generated. Normally, combustion is performed when the exhaust gas is generated. It means the ratio of the mass of fuel to the mass of air supplied into the chamber 5. In the present specification, the air-fuel ratio of the exhaust gas may be referred to as “exhaust air-fuel ratio”. Next, the relationship between the oxygen storage amount and the purification capacity of the exhaust purification catalyst in the present embodiment will be described.

図2に、排気浄化触媒の酸素吸蔵量と排気浄化触媒から流出する排気ガス中のNOx及び未燃ガス(HC、CO等)の濃度との関係を示す。図2(A)は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときの、酸素吸蔵量と排気浄化触媒から流出する排気ガス中のNOx濃度との関係を示す。一方、図2(B)は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときの、酸素吸蔵量と排気浄化触媒から流出する排気ガス中の未燃ガスの濃度との関係を示す。   FIG. 2 shows the relationship between the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst and the concentrations of NOx and unburned gas (HC, CO, etc.) in the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst. FIG. 2A shows the relationship between the oxygen storage amount and the NOx concentration in the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is a lean air-fuel ratio. On the other hand, FIG. 2B shows the oxygen storage amount and the concentration of unburned gas in the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is a rich air-fuel ratio. Show the relationship.

図2(A)からわかるように、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が少ないときには、最大酸素吸蔵量まで余裕がある。このため、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比(すなわち、この排気ガスがNOx及び酸素を含む)であっても、排気ガス中の酸素は排気浄化触媒に吸蔵され、これに伴ってNOxも還元浄化される。この結果、排気浄化触媒から流出する排気ガス中にはほとんどNOxは含まれない。   As can be seen from FIG. 2A, when the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst is small, there is a margin up to the maximum oxygen storage amount. For this reason, even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is a lean air-fuel ratio (that is, the exhaust gas contains NOx and oxygen), oxygen in the exhaust gas is occluded in the exhaust purification catalyst. As a result, NOx is also reduced and purified. As a result, the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst contains almost no NOx.

しかしながら、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が多くなると、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比である場合、排気浄化触媒において排気ガス中の酸素を吸蔵しにくくなり、これに伴って排気ガス中のNOxも還元浄化されにくくなる。このため、図2(A)から分かるように、酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量Cmax近傍の上限吸蔵量Cuplimを超えて増大すると排気浄化触媒から流出する排気ガス中のNOx濃度が急激に上昇する。   However, when the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst increases, if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is a lean air-fuel ratio, it becomes difficult for the exhaust purification catalyst to store oxygen in the exhaust gas. Thus, NOx in the exhaust gas is also difficult to be reduced and purified. Therefore, as can be seen from FIG. 2A, when the oxygen storage amount increases beyond the upper limit storage amount Cuplim in the vicinity of the maximum oxygen storage amount Cmax, the NOx concentration in the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst increases rapidly. .

一方、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が多いときには、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比(すなわち、この排気ガスがHCやCO等の未燃ガスを含む)であると、排気浄化触媒に吸蔵されている酸素が放出される。このため、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の未燃ガスは酸化浄化される。この結果、図2(B)から分かるように、排気浄化触媒から流出する排気ガス中にはほとんど未燃ガスは含まれない。   On the other hand, when the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst is large, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is a rich air-fuel ratio (that is, the exhaust gas includes unburned gas such as HC and CO). Oxygen stored in the exhaust purification catalyst is released. For this reason, the unburned gas in the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is oxidized and purified. As a result, as can be seen from FIG. 2B, the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst contains almost no unburned gas.

しかしながら、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が少なくなり、0の近傍になると、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比である場合、排気浄化触媒から放出される酸素が少なくなり、これに伴って排気ガス中の未燃ガスも酸化浄化されにくくなる。このため、図2(B)からわかるように、酸素吸蔵量が或る下限吸蔵量Clowlimを超えて減少すると排気浄化触媒から流出する排気ガス中の未燃ガスの濃度が急激に上昇する。   However, when the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst decreases and becomes close to 0, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is a rich air-fuel ratio, less oxygen is released from the exhaust purification catalyst, As a result, the unburned gas in the exhaust gas is also hardly oxidized and purified. Therefore, as can be seen from FIG. 2B, when the oxygen storage amount decreases beyond a certain lower limit storage amount Clowlim, the concentration of unburned gas in the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst increases rapidly.

以上のように、本実施の形態において用いられる排気浄化触媒20,24によれば、排気浄化触媒20,24に流入する排気ガスの空燃比及び酸素吸蔵量に応じて排気ガス中のNOx及び未燃ガスの浄化特性が変化する。なお、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有していれば、排気浄化触媒20,24は三元触媒とは異なる触媒であってもよい。   As described above, according to the exhaust purification catalysts 20 and 24 used in the present embodiment, the NOx in the exhaust gas and the unexposed amount in accordance with the air-fuel ratio and oxygen storage amount of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 and 24 are determined. The purification characteristics of the fuel gas change. The exhaust purification catalysts 20 and 24 may be different from the three-way catalyst as long as they have a catalytic action and an oxygen storage capacity.

<空燃比センサの構成>
次に、図3を参照して、本実施の形態における上流側空燃比センサ40および下流側空燃比センサ41の構造について説明する。図3は、空燃比センサの概略的な断面図である。本実施の形態における空燃比センサは、固体電解質層及び一対の電極から成るセルが1つである1セル型の空燃比センサである。空燃比センサとしては、この形態に限られず、排気ガスの空燃比に応じて出力が連続的に変化する他の形態のセンサを採用しても構わない。たとえば、2セル型の空燃比センサを採用しても構わない。
<Configuration of air-fuel ratio sensor>
Next, the structures of the upstream air-fuel ratio sensor 40 and the downstream air-fuel ratio sensor 41 in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the air-fuel ratio sensor. The air-fuel ratio sensor in the present embodiment is a one-cell type air-fuel ratio sensor having one cell composed of a solid electrolyte layer and a pair of electrodes. The air-fuel ratio sensor is not limited to this form, and another form of sensor in which the output continuously changes according to the air-fuel ratio of the exhaust gas may be adopted. For example, a 2-cell type air-fuel ratio sensor may be employed.

本実施の形態における空燃比センサは、固体電解質層51と、固体電解質層51の一方の側面上に配置された排気側電極(第一電極)52と、固体電解質層51の他方の側面上に配置された大気側電極(第二電極)53と、通過する排気ガスの拡散律速を行う拡散律速層54と、拡散律速層54を保護する保護層55と、空燃比センサの加熱を行うヒータ部56とを具備する。   The air-fuel ratio sensor in the present embodiment includes a solid electrolyte layer 51, an exhaust side electrode (first electrode) 52 disposed on one side surface of the solid electrolyte layer 51, and the other side surface of the solid electrolyte layer 51. Arranged atmosphere-side electrode (second electrode) 53, diffusion-controlling layer 54 that performs diffusion-controlling the passing exhaust gas, protective layer 55 that protects diffusion-controlling layer 54, and heater unit that heats the air-fuel ratio sensor 56.

固体電解質層51の一方の側面上には拡散律速層54が設けられ、拡散律速層54の固体電解質層51側の側面とは反対側の側面上には保護層55が設けられる。本実施の形態では、固体電解質層51と拡散律速層54との間には被測ガス室57が形成される。この被測ガス室57には拡散律速層54を介して空燃比センサによる検出対象であるガス、すなわち排気ガスが導入せしめられる。また、排気側電極52は被測ガス室57内に配置され、したがって、排気側電極52は拡散律速層54を介して排気ガスに曝されることになる。なお、被測ガス室57は必ずしも設ける必要はなく、排気側電極52の表面上に拡散律速層54が直接接触するように構成されてもよい。   A diffusion rate controlling layer 54 is provided on one side surface of the solid electrolyte layer 51, and a protective layer 55 is provided on the side surface of the diffusion rate controlling layer 54 opposite to the side surface on the solid electrolyte layer 51 side. In the present embodiment, a measured gas chamber 57 is formed between the solid electrolyte layer 51 and the diffusion-controlling layer 54. A gas to be detected by the air-fuel ratio sensor, that is, exhaust gas, is introduced into the measured gas chamber 57 through the diffusion control layer 54. Further, the exhaust side electrode 52 is disposed in the measured gas chamber 57, and therefore, the exhaust side electrode 52 is exposed to the exhaust gas through the diffusion rate controlling layer 54. The gas chamber 57 to be measured is not necessarily provided, and may be configured such that the diffusion-controlling layer 54 is in direct contact with the surface of the exhaust-side electrode 52.

固体電解質層51の他方の側面上にはヒータ部56が設けられる。固体電解質層51とヒータ部56との間には基準ガス室58が形成され、この基準ガス室58内には基準ガスが導入される。本実施の形態では、基準ガス室58は大気に開放されており、よって基準ガス室58内には基準ガスとして大気が導入される。大気側電極53は、基準ガス室58内に配置され、したがって、大気側電極53は、基準ガス(基準雰囲気)に曝される。本実施の形態では、基準ガスとして大気が用いられているため、大気側電極53は大気に曝されることになる。   A heater portion 56 is provided on the other side surface of the solid electrolyte layer 51. A reference gas chamber 58 is formed between the solid electrolyte layer 51 and the heater portion 56, and the reference gas is introduced into the reference gas chamber 58. In the present embodiment, the reference gas chamber 58 is open to the atmosphere, and therefore the atmosphere is introduced into the reference gas chamber 58 as the reference gas. The atmosphere side electrode 53 is disposed in the reference gas chamber 58, and therefore, the atmosphere side electrode 53 is exposed to the reference gas (reference atmosphere). In the present embodiment, the atmosphere side electrode 53 is exposed to the atmosphere because the atmosphere is used as the reference gas.

ヒータ部56には複数のヒータ59が設けられており、これらヒータ59によって空燃比センサの温度、特に固体電解質層51の温度を制御することができる。ヒータ部56は、固体電解質層51を活性化するまで加熱するのに十分な発熱容量を有している。   The heater unit 56 is provided with a plurality of heaters 59, and these heaters 59 can control the temperature of the air-fuel ratio sensor, particularly the temperature of the solid electrolyte layer 51. The heater unit 56 has a heat generation capacity sufficient to heat the solid electrolyte layer 51 until it is activated.

固体電解質層51は、ZrO2(ジルコニア)、HfO2、ThO2、Bi23等にCaO、MgO、Y23、Yb23等を安定剤として配当した酸素イオン伝導性酸化物の焼結体により形成されている。また、拡散律速層54は、アルミナ、マグネシア、けい石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質の多孔質焼結体により形成されている。さらに、排気側電極52及び大気側電極53は、白金等の触媒活性の高い貴金属により形成されている。 The solid electrolyte layer 51 is an oxygen ion conductive oxide in which ZrO 2 (zirconia), HfO 2 , ThO 2 , Bi 2 O 3, etc. are distributed with CaO, MgO, Y 2 O 3 , Yb 2 O 3, etc. as stabilizers. The sintered body is formed. The diffusion control layer 54 is formed of a porous sintered body of a heat-resistant inorganic substance such as alumina, magnesia, silica, spinel, mullite or the like. Furthermore, the exhaust-side electrode 52 and the atmosphere-side electrode 53 are formed of a noble metal having high catalytic activity such as platinum.

また、排気側電極52と大気側電極53との間には、電子制御ユニット31に搭載された電圧印加装置60によりセンサ印加電圧Vrが印加される。加えて、電子制御ユニット31には、電圧印加装置60によってセンサ印加電圧Vrを印加したときに固体電解質層51を介して排気側電極52と大気側電極53との間に流れる電流を検出する電流検出装置61が設けられる。この電流検出装置61によって検出される電流が空燃比センサの出力電流である。   Further, a sensor application voltage Vr is applied between the exhaust side electrode 52 and the atmosphere side electrode 53 by a voltage application device 60 mounted on the electronic control unit 31. In addition, the electronic control unit 31 detects a current that flows between the exhaust-side electrode 52 and the atmosphere-side electrode 53 through the solid electrolyte layer 51 when the sensor application voltage Vr is applied by the voltage application device 60. A detection device 61 is provided. The current detected by the current detector 61 is the output current of the air-fuel ratio sensor.

<空燃比センサの動作>
次に、図4を参照して、このように構成された空燃比センサの動作の基本的な概念について説明する。図4は、空燃比センサの動作を概略的に示した図である。使用時において、空燃比センサは、保護層55及び拡散律速層54の外周面が排気ガスに曝されるように配置される。また、空燃比センサの基準ガス室58には大気が導入される。
<Operation of air-fuel ratio sensor>
Next, a basic concept of the operation of the air-fuel ratio sensor configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram schematically showing the operation of the air-fuel ratio sensor. In use, the air-fuel ratio sensor is arranged so that the outer peripheral surfaces of the protective layer 55 and the diffusion-controlling layer 54 are exposed to the exhaust gas. In addition, air is introduced into the reference gas chamber 58 of the air-fuel ratio sensor.

上述したように、固体電解質層51は、酸素イオン伝導性酸化物の焼結体で形成される。したがって、高温により活性化した状態で固体電解質層51の両側面間に酸素濃度の差が生じると、濃度の高い側面側から濃度の低い側面側へと酸素イオンを移動させようとする起電力Eが発生する性質(酸素電池特性)を有している。   As described above, the solid electrolyte layer 51 is formed of a sintered body of an oxygen ion conductive oxide. Therefore, when a difference in oxygen concentration occurs between both side surfaces of the solid electrolyte layer 51 in a state activated by high temperature, an electromotive force E that attempts to move oxygen ions from the high concentration side surface to the low concentration side surface. Has a property (oxygen battery characteristics).

逆に、固体電解質層51は、両側面間に電位差が与えられると、この電位差に応じて固体電解質層の両側面間で酸素濃度比が生じるように、酸素イオンの移動を引き起こそうとする特性(酸素ポンプ特性)を有する。具体的には、両側面間に電位差が与えられた場合には、正極性を与えられた側面における酸素濃度が、負極性を与えられた側面における酸素濃度に対して、電位差に応じた比率で高くなるように、酸素イオンの移動が引き起こされる。また、図3及び図4に示したように、空燃比センサでは、大気側電極53が正極性、排気側電極52が負極性となるように、排気側電極52と大気側電極53との間に一定のセンサ印加電圧Vrが印加されている。なお、本実施の形態では、空燃比センサにおけるセンサ印加電圧Vrは同一の電圧となっている。   Conversely, when a potential difference is applied between both side surfaces of the solid electrolyte layer 51, oxygen ions move so that an oxygen concentration ratio is generated between both side surfaces of the solid electrolyte layer according to the potential difference. Characteristics (oxygen pump characteristics). Specifically, when a potential difference is applied between both side surfaces, the oxygen concentration on the side surface provided with positive polarity is a ratio corresponding to the potential difference with respect to the oxygen concentration on the side surface provided with negative polarity. The movement of oxygen ions is caused to increase. Further, as shown in FIGS. 3 and 4, in the air-fuel ratio sensor, between the exhaust side electrode 52 and the atmosphere side electrode 53 so that the atmosphere side electrode 53 is positive and the exhaust side electrode 52 is negative. A constant sensor applied voltage Vr is applied to the. In the present embodiment, the sensor applied voltage Vr in the air-fuel ratio sensor is the same voltage.

空燃比センサの周りにおける排気空燃比が理論空燃比よりもリーンのときには、固体電解質層51の両側面間での酸素濃度の比はそれほど大きくない。このため、センサ印加電圧Vrを適切な値に設定すれば、固体電解質層51の両側面間ではセンサ印加電圧Vrに対応した酸素濃度比よりも実際の酸素濃度比の方が小さくなる。このため、固体電解質層51の両側面間の酸素濃度比がセンサ印加電圧Vrに対応した酸素濃度比に向けて大きくなるように、図4(A)に示した如く、排気側電極52から大気側電極53に向けて酸素イオンの移動が起こる。その結果、センサ印加電圧Vrを印加する電圧印加装置60の正極から、大気側電極53、固体電解質層51、及び排気側電極52を介して電圧印加装置60の負極へと電流が流れる。   When the exhaust air-fuel ratio around the air-fuel ratio sensor is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the ratio of oxygen concentration between both side surfaces of the solid electrolyte layer 51 is not so large. For this reason, if the sensor applied voltage Vr is set to an appropriate value, the actual oxygen concentration ratio becomes smaller between the both side surfaces of the solid electrolyte layer 51 than the oxygen concentration ratio corresponding to the sensor applied voltage Vr. Therefore, as shown in FIG. 4A, the oxygen concentration ratio between the both side surfaces of the solid electrolyte layer 51 increases from the exhaust side electrode 52 to the atmosphere so as to increase toward the oxygen concentration ratio corresponding to the sensor applied voltage Vr. Oxygen ions move toward the side electrode 53. As a result, a current flows from the positive electrode of the voltage application device 60 that applies the sensor application voltage Vr to the negative electrode of the voltage application device 60 via the atmosphere side electrode 53, the solid electrolyte layer 51, and the exhaust side electrode 52.

このとき流れる電流(出力電流)Irの大きさは、センサ印加電圧Vrを適切な値に設定すれば、排気中から拡散律速層54を通って被測ガス室57へと拡散によって流入する酸素量に比例する。したがって、この電流Irの大きさを電流検出装置61によって検出することにより、酸素濃度を知ることができ、ひいてはリーン領域における空燃比を知ることができる。   The magnitude of the current (output current) Ir flowing at this time is the amount of oxygen flowing into the measured gas chamber 57 from the exhaust gas through the diffusion rate controlling layer 54 if the sensor applied voltage Vr is set to an appropriate value. Is proportional to Therefore, by detecting the magnitude of the current Ir by the current detector 61, it is possible to know the oxygen concentration and thus the air-fuel ratio in the lean region.

一方、空燃比センサの周りにおける排気空燃比が理論空燃比よりもリッチのときには、排気中から拡散律速層54を通って未燃ガスが被測ガス室57内に流入するため、排気側電極52上に酸素が存在しても、未燃ガスと反応して除去される。このため、被測ガス室57内では酸素濃度が極めて低くなり、その結果、固体電解質層51の両側面間での酸素濃度の比は大きなものとなる。このため、センサ印加電圧Vrを適切な値に設定すれば、固体電解質層51の両側面間ではセンサ印加電圧Vrに対応した酸素濃度比よりも実際の酸素濃度比の方が大きくなる。このため、固体電解質層51の両側面間の酸素濃度比がセンサ印加電圧Vrに対応した酸素濃度比に向けて小さくなるように、図4(B)に示した如く、大気側電極53から排気側電極52に向けて酸素イオンの移動が起こる。その結果、大気側電極53から、センサ印加電圧Vrを印加する電圧印加装置60を通って排気側電極52へと電流が流れる。   On the other hand, when the exhaust air-fuel ratio around the air-fuel ratio sensor is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, unburned gas flows from the exhaust gas through the diffusion-controlled layer 54 into the measured gas chamber 57, and therefore the exhaust-side electrode 52 Any oxygen present above is removed by reacting with unburned gas. For this reason, the oxygen concentration in the measured gas chamber 57 becomes extremely low, and as a result, the ratio of the oxygen concentration between both side surfaces of the solid electrolyte layer 51 becomes large. For this reason, if the sensor applied voltage Vr is set to an appropriate value, the actual oxygen concentration ratio between the both side surfaces of the solid electrolyte layer 51 becomes larger than the oxygen concentration ratio corresponding to the sensor applied voltage Vr. For this reason, as shown in FIG. 4B, the exhaust gas is exhausted from the atmosphere side electrode 53 so that the oxygen concentration ratio between the both side surfaces of the solid electrolyte layer 51 decreases toward the oxygen concentration ratio corresponding to the sensor applied voltage Vr. Oxygen ions move toward the side electrode 52. As a result, a current flows from the atmosphere side electrode 53 to the exhaust side electrode 52 through the voltage application device 60 that applies the sensor application voltage Vr.

このとき流れる電流は出力電流Irとなる。出力電流の大きさは、センサ印加電圧Vrを適切な値に設定すれば、固体電解質層51中を大気側電極53から排気側電極52へと移動せしめられる酸素イオンの流量によって決まる。その酸素イオンは、排気中から拡散律速層54を通って被測ガス室57へと拡散によって流入する未燃ガスと排気側電極52上で反応(燃焼)する。よって、酸素イオンの移動流量は被測ガス室57内に流入した排気ガス中の未燃ガスの濃度に対応する。したがって、この電流Irの大きさを電流検出装置61によって検出することで、未燃ガス濃度を知ることができ、ひいてはリッチ領域における空燃比を知ることができる。   The current flowing at this time is the output current Ir. The magnitude of the output current is determined by the flow rate of oxygen ions that can be moved from the atmosphere-side electrode 53 to the exhaust-side electrode 52 in the solid electrolyte layer 51 if the sensor applied voltage Vr is set to an appropriate value. The oxygen ions react (combust) on the exhaust-side electrode 52 with the unburned gas that flows into the measured gas chamber 57 from the exhaust gas through the diffusion-controlling layer 54 by diffusion. Therefore, the moving flow rate of oxygen ions corresponds to the concentration of unburned gas in the exhaust gas flowing into the measured gas chamber 57. Therefore, by detecting the magnitude of the current Ir by the current detection device 61, it is possible to know the unburned gas concentration and thus the air-fuel ratio in the rich region.

また、空燃比センサの周りにおける排気空燃比が理論空燃比のときには、被測ガス室57へ流入する酸素及び未燃ガスの量が化学当量比となっている。このため、排気側電極52の触媒作用によって両者は完全に燃焼し、被測ガス室57内の酸素及び未燃ガスの濃度に変動は生じない。この結果、固体電解質層51の両側面間の酸素濃度比は、変動せずに、センサ印加電圧Vrに対応した酸素濃度比のまま維持される。このため、図4(C)に示したように、酸素ポンプ特性による酸素イオンの移動は起こらず、その結果、回路を流れる電流は生じない。   When the exhaust air-fuel ratio around the air-fuel ratio sensor is the stoichiometric air-fuel ratio, the amount of oxygen and unburned gas flowing into the measured gas chamber 57 is the chemical equivalent ratio. For this reason, both of them are completely combusted by the catalytic action of the exhaust side electrode 52, and the concentration of oxygen and unburned gas in the measured gas chamber 57 does not change. As a result, the oxygen concentration ratio between the both side surfaces of the solid electrolyte layer 51 is not changed and is maintained as the oxygen concentration ratio corresponding to the sensor applied voltage Vr. For this reason, as shown in FIG. 4C, oxygen ions do not move due to the oxygen pump characteristics, and as a result, no current flows through the circuit.

このように構成された空燃比センサは、図5に示した出力特性を有する。すなわち、空燃比センサでは、排気空燃比が大きくなるほど(すなわち、リーンになるほど)、空燃比センサの出力電流Irが大きくなる。加えて、空燃比センサは、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Irが零になるように構成される。   The air-fuel ratio sensor configured in this way has the output characteristics shown in FIG. That is, in the air-fuel ratio sensor, the output current Ir of the air-fuel ratio sensor increases as the exhaust air-fuel ratio increases (that is, the leaner the exhaust air-fuel ratio). In addition, the air-fuel ratio sensor is configured such that the output current Ir becomes zero when the exhaust air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio.

<電圧印加装置及び電流検出装置の回路>
図6に、電圧印加装置60及び電流検出装置61を構成する具体的な回路の一例を示す。図示した例では、酸素電池特性により生じる起電力をE、固体電解質層51の内部抵抗をRi、排気側電極52と大気側電極53との間の電位差をVsと表している。
<Circuit of voltage application device and current detection device>
FIG. 6 shows an example of a specific circuit constituting the voltage application device 60 and the current detection device 61. In the illustrated example, E is an electromotive force generated by oxygen battery characteristics, Ri is an internal resistance of the solid electrolyte layer 51, and Vs is a potential difference between the exhaust side electrode 52 and the atmosphere side electrode 53.

図6からわかるように、電圧印加装置60は、基本的に、酸素電池特性により生じる起電力Eがセンサ印加電圧Vrに一致するように、負帰還制御を行っている。換言すると、電圧印加装置60は、固体電解質層51の両側面間の酸素濃度比の変化によって排気側電極52と大気側電極53との間の電位差Vsが変化した際にも、この電位差Vsがセンサ印加電圧Vrとなるように負帰還制御を行っている。   As can be seen from FIG. 6, the voltage application device 60 basically performs negative feedback control so that the electromotive force E generated by the oxygen battery characteristics matches the sensor applied voltage Vr. In other words, when the potential difference Vs between the exhaust-side electrode 52 and the atmosphere-side electrode 53 changes due to the change in the oxygen concentration ratio between the both side surfaces of the solid electrolyte layer 51, the voltage application device 60 also has this potential difference Vs. Negative feedback control is performed so that the sensor applied voltage Vr is obtained.

したがって、排気空燃比が理論空燃比となっていて、固体電解質層51の両側面間に酸素濃度比の変化が生じない場合には、固体電解質層51の両側面間の酸素濃度比はセンサ印加電圧Vrに対応した酸素濃度比となっている。この場合、起電力Eはセンサ印加電圧Vrに一致し、排気側電極52と大気側電極53との間の電位差Vsもセンサ印加電圧Vrとなっており、その結果、電流Irは流れない。   Therefore, when the exhaust air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio and the change in the oxygen concentration ratio does not occur between the both side surfaces of the solid electrolyte layer 51, the oxygen concentration ratio between the both side surfaces of the solid electrolyte layer 51 is The oxygen concentration ratio corresponds to the voltage Vr. In this case, the electromotive force E coincides with the sensor applied voltage Vr, and the potential difference Vs between the exhaust side electrode 52 and the atmosphere side electrode 53 is also the sensor applied voltage Vr. As a result, the current Ir does not flow.

一方、排気空燃比が理論空燃比とは異なる空燃比となっていて、固体電解質層51の両側面間に酸素濃度比の変化が生じる場合には、固体電解質層51の両側面間の酸素濃度比がセンサ印加電圧Vrに対応した酸素濃度比とはなっていない。この場合、起電力Eはセンサ印加電圧Vrとは異なる値となる。このため、負帰還制御により、起電力Eがセンサ印加電圧Vrと一致するように固体電解質層51の両側面間で酸素イオンの移動をさせるべく、排気側電極52と大気側電極53との間に電位差Vsが付与される。そして、このときの酸素イオンの移動に伴って電流Irが流れる。この結果、起電力Eはセンサ印加電圧Vrに収束し、起電力Eがセンサ印加電圧Vrに収束すると、やがて、電位差Vsもセンサ印加電圧Vrに収束することになる。   On the other hand, when the exhaust air-fuel ratio is different from the stoichiometric air-fuel ratio and the oxygen concentration ratio changes between both side surfaces of the solid electrolyte layer 51, the oxygen concentration between both side surfaces of the solid electrolyte layer 51 The ratio is not the oxygen concentration ratio corresponding to the sensor applied voltage Vr. In this case, the electromotive force E has a value different from the sensor applied voltage Vr. For this reason, between the exhaust side electrode 52 and the atmosphere side electrode 53 in order to move oxygen ions between both side surfaces of the solid electrolyte layer 51 so that the electromotive force E matches the sensor applied voltage Vr by negative feedback control. Is given a potential difference Vs. And current Ir flows with the movement of oxygen ions at this time. As a result, the electromotive force E converges on the sensor applied voltage Vr, and when the electromotive force E converges on the sensor applied voltage Vr, the potential difference Vs eventually converges on the sensor applied voltage Vr.

したがって、電圧印加装置60は、実質的に、排気側電極52と大気側電極53との間にセンサ印加電圧Vrを印加しているということができる。なお、電圧印加装置60の電気回路は必ずしも図6に示したようなものである必要はなく、排気側電極52と大気側電極53との間にセンサ印加電圧Vrを実質的に印加することができれば、如何なる態様の装置であってもよい。   Therefore, it can be said that the voltage applying device 60 substantially applies the sensor applied voltage Vr between the exhaust side electrode 52 and the atmosphere side electrode 53. Note that the electric circuit of the voltage application device 60 is not necessarily as shown in FIG. 6, and the sensor application voltage Vr can be substantially applied between the exhaust side electrode 52 and the atmosphere side electrode 53. As long as it is possible, the apparatus of any aspect may be sufficient.

また、電流検出装置61は、実際に電流を検出するのではなく、電圧E0を検出してこの電圧E0から電流を算出している。ここで、E0は、下記式(1)のように表せる。 The current detector 61 is actually a current rather than detecting, and calculates the current from the voltage E 0 by detecting the voltage E 0. Here, E 0 can be expressed as the following formula (1).

0=Vr+V0+IrR …(1) E 0 = Vr + V 0 + IrR (1)

ここで、V0はオフセット電圧(E0が負値とならないように印加しておく電圧であり例えば3V)、Rは図6に示した抵抗の値である。 Here, V 0 is an offset voltage (a voltage applied so that E 0 does not become a negative value, for example, 3 V), and R is a value of the resistance shown in FIG.

式(1)において、センサ印加電圧Vr、オフセット電圧V0及び抵抗値Rは一定であるから、電圧E0は電流Irに応じて変化する。このため、電圧E0を検出すれば、その電圧E0から電流Irを算出することが可能である。 In the equation (1), the sensor applied voltage Vr, the offset voltage V 0 and the resistance value R are constant, so that the voltage E 0 changes according to the current Ir. Therefore, if the voltage E 0 is detected, the current Ir can be calculated from the voltage E 0 .

したがって、電流検出装置61は、実質的に、排気側電極52と大気側電極53との間に流れる電流Irを検出しているということができる。なお、電流検出装置61の電気回路は必ずしも図6に示したようなものである必要はなく、排気側電極52と大気側電極53との間を流れる電流Irを検出することができれば、如何なる態様の装置であってもよい。   Therefore, it can be said that the current detection device 61 substantially detects the current Ir flowing between the exhaust side electrode 52 and the atmosphere side electrode 53. The electric circuit of the current detection device 61 is not necessarily as shown in FIG. 6, and any mode can be used as long as the current Ir flowing between the exhaust side electrode 52 and the atmosphere side electrode 53 can be detected. The apparatus may be used.

<通常運転制御の概要>
次に、本実施の形態の内燃機関の制御装置における空燃比制御の概要を説明する。始めに、内燃機関において目標空燃比にガス空燃比を一致させるように燃料噴射量を決定する通常運転制御について説明する。内燃機関の制御装置は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を調整する流入空燃比制御手段を備える。本実施の形態の流入空燃比制御手段は、燃焼室に供給する燃料の量を調整することにより、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を調整する。流入空燃比制御手段としては、この形態に限られず、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を調整可能な任意の装置を採用することができる。たとえば、流入空燃比制御手段は、排気ガスを機関吸気通路に還流させるEGR(Exhaust Gas Recirculation)装置を備えており、還流ガスの量を調整するように形成されていても構わない。
<Outline of normal operation control>
Next, an outline of air-fuel ratio control in the control apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment will be described. First, normal operation control for determining the fuel injection amount so that the gas air-fuel ratio matches the target air-fuel ratio in the internal combustion engine will be described. The control device for an internal combustion engine includes inflow air-fuel ratio control means for adjusting the air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst. The inflow air-fuel ratio control means of the present embodiment adjusts the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst by adjusting the amount of fuel supplied to the combustion chamber. The inflow air-fuel ratio control means is not limited to this form, and any device capable of adjusting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst can be employed. For example, the inflow air-fuel ratio control means may include an EGR (Exhaust Gas Recirculation) device that recirculates exhaust gas to the engine intake passage, and may be formed so as to adjust the amount of recirculation gas.

本実施の形態の内燃機関は、上流側空燃比センサ40の出力電流Irupに基づいて上流側空燃比センサ40の出力電流(すなわち、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比)Irupが目標空燃比に相当する値となるようにフィードバック制御が行われる。   In the internal combustion engine of the present embodiment, the output current of the upstream air-fuel ratio sensor 40 (that is, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst) Irup is based on the output current Irup of the upstream air-fuel ratio sensor 40. Feedback control is performed so that the value corresponds to the fuel ratio.

目標空燃比は、下流側空燃比センサ41の出力電流に基づいて設定される。具体的には、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnがリッチ判定基準値Iref以下となったときに、目標空燃比はリーン設定空燃比とされ、その空燃比に維持される。ここで、リッチ判定基準値Irefは、理論空燃比よりも僅かにリッチである予め定められたリッチ判定空燃比(例えば、14.55)に相当する値を採用することができる。また、リーン設定空燃比は、理論空燃比よりも或る程度リーンである予め定められた空燃比であり、例えば、14.65〜20、好ましくは14.65〜18、より好ましくは14.65〜16程度とされる。   The target air-fuel ratio is set based on the output current of the downstream air-fuel ratio sensor 41. Specifically, when the output current Irdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or less than the rich determination reference value Iref, the target air-fuel ratio is set to the lean set air-fuel ratio and is maintained at that air-fuel ratio. Here, as the rich determination reference value Iref, a value corresponding to a predetermined rich determination air-fuel ratio (for example, 14.55) that is slightly richer than the theoretical air-fuel ratio can be adopted. The lean set air-fuel ratio is a predetermined air-fuel ratio that is somewhat leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and is, for example, 14.65 to 20, preferably 14.65 to 18, and more preferably 14.65. ˜16.

本実施の形態の内燃機関の制御装置は、排気浄化触媒に吸蔵される酸素の吸蔵量を取得する酸素吸蔵量取得手段を備える。目標空燃比がリーン設定空燃比の場合に、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscが推定される。また、本実施の形態では目標空燃比がリッチ設定空燃比の場合にも上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscが推定される。酸素吸蔵量OSAscの推定は、上流側空燃比センサ40の出力電流Irup、及びエアフロメータ39等に基づいて算出される燃焼室5内への吸入空気量の推定値および燃料噴射弁11からの燃料噴射量等に基づいて行われる。そして、目標空燃比がリーン設定空燃比に設定される制御を実施している期間中に、酸素吸蔵量OSAscの推定値が予め定められた判定基準吸蔵量Cref以上になると、それまでリーン設定空燃比だった目標空燃比が、リッチ設定空燃比とされ、その空燃比に維持される。本実施の形態においては、弱リッチ設定空燃比が採用されている。弱リッチ設定空燃比は、理論空燃比よりも僅かにリッチであり、例えば、13.5〜14.58、好ましくは14〜14.57、より好ましくは14.3〜14.55程度とされる。その後、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnが再びリッチ判定基準値Iref以下となったときに再び目標空燃比がリーン設定空燃比とされ、その後、同様な操作が繰り返される。   The control device for an internal combustion engine according to the present embodiment includes an oxygen storage amount acquisition means for acquiring the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst. When the target air-fuel ratio is a lean set air-fuel ratio, the oxygen storage amount OSAsc of the upstream side exhaust purification catalyst 20 is estimated. In the present embodiment, the oxygen storage amount OSAsc of the upstream side exhaust purification catalyst 20 is estimated even when the target air-fuel ratio is the rich set air-fuel ratio. The oxygen storage amount OSAsc is estimated by estimating the intake air amount into the combustion chamber 5 calculated based on the output current Irup of the upstream air-fuel ratio sensor 40, the air flow meter 39, and the like, and the fuel from the fuel injection valve 11. This is performed based on the injection amount. If the estimated value of the oxygen storage amount OSAsc becomes equal to or greater than a predetermined determination reference storage amount Cref during the period in which the control is performed so that the target air-fuel ratio is set to the lean set air-fuel ratio, the lean set air-fuel ratio until then is reached. The target air-fuel ratio that was the fuel ratio is made the rich set air-fuel ratio and maintained at that air-fuel ratio. In the present embodiment, a weak rich set air-fuel ratio is adopted. The weakly rich set air-fuel ratio is slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and is, for example, about 13.5 to 14.58, preferably 14 to 14.57, and more preferably about 14.3 to 14.55. . Thereafter, when the output current Irdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 again becomes equal to or less than the rich determination reference value Iref, the target air-fuel ratio is again set to the lean set air-fuel ratio, and thereafter the same operation is repeated.

このように本実施の形態では、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの目標空燃比がリーン設定空燃比と弱リッチ設定空燃比とに交互に設定される。特に、本実施の形態では、リーン設定空燃比の理論空燃比からの差は、弱リッチ設定空燃比の理論空燃比からの差よりも大きい。したがって、本実施の形態では、目標空燃比は、短期間のリーン設定空燃比と、長期間の弱リッチ設定空燃比とに交互に設定されることになる。   As described above, in the present embodiment, the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is alternately set to the lean set air-fuel ratio and the weak rich set air-fuel ratio. In particular, in the present embodiment, the difference between the lean set air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio is larger than the difference between the weak rich set air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, in the present embodiment, the target air-fuel ratio is alternately set to a short-term lean set air-fuel ratio and a long-term weak rich set air-fuel ratio.

なお、リーン設定空燃比の理論空燃比からの差は、リッチ設定空燃比の理論空燃比からの差とほぼ同じであっても構わない。すなわち、リッチ設定空燃比の深さとリーン設定空燃比の深さとがほぼ等しくなっていても構わない。このような場合には、リーン設定空燃比の期間と、リッチ設定空燃比の期間とがほぼ同じ長さになる。   The difference between the lean set air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio may be substantially the same as the difference between the rich set air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio. That is, the depth of the rich set air-fuel ratio and the depth of the lean set air-fuel ratio may be substantially equal. In such a case, the lean set air-fuel ratio period and the rich set air-fuel ratio period have substantially the same length.

<タイムチャートを用いた制御の説明>
図7を参照して、上述したような操作について具体的に説明する。図7は、本発明の内燃機関の制御装置における空燃比制御を行った場合における、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAsc、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwn、空燃比補正量AFC、上流側空燃比センサ40の出力電流Irup、及び上流側の排気浄化触媒20から流出する排気ガス中のNOx濃度のタイムチャートである。
<Description of control using time chart>
With reference to FIG. 7, the operation as described above will be specifically described. FIG. 7 shows the oxygen storage amount OSAsc of the upstream side exhaust purification catalyst 20, the output current Irdwn of the downstream side air-fuel ratio sensor 41, and the air-fuel ratio correction amount when air-fuel ratio control is performed in the control apparatus for an internal combustion engine of the present invention. 4 is a time chart of AFC, output current Irup of an upstream air-fuel ratio sensor 40, and NOx concentration in exhaust gas flowing out from an upstream side exhaust purification catalyst 20.

なお、上流側空燃比センサ40の出力電流Irupは、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときに零になり、当該排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに負の値となり、当該排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに正の値となる。また、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比又はリーン空燃比であるときには、理論空燃比からの差が大きくなるほど、上流側空燃比センサ40の出力電流Irupの絶対値が大きくなる。下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnも、上流側の排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比に応じて、上流側空燃比センサ40の出力電流Irupと同様に変化する。また、空燃比補正量AFCは、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの目標空燃比に関する補正量である。空燃比補正量AFCが0のときには目標空燃比は理論空燃比とされ、空燃比補正量AFCが正の値であるときには目標空燃比はリーン空燃比となり、空燃比補正量AFCが負の値であるときには目標空燃比はリッチ空燃比となる。   The output current Irup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 becomes zero when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is the stoichiometric air-fuel ratio, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich. It becomes a negative value when it is a fuel ratio, and becomes a positive value when the air-fuel ratio of the exhaust gas is a lean air-fuel ratio. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is a rich air-fuel ratio or a lean air-fuel ratio, the output current Irup of the upstream side air-fuel ratio sensor 40 increases as the difference from the stoichiometric air-fuel ratio increases. The absolute value increases. The output current Irdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 also changes similarly to the output current Irup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 according to the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20. The air-fuel ratio correction amount AFC is a correction amount related to the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20. When the air-fuel ratio correction amount AFC is 0, the target air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio. When the air-fuel ratio correction amount AFC is a positive value, the target air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, and the air-fuel ratio correction amount AFC is a negative value. In some cases, the target air-fuel ratio becomes a rich air-fuel ratio.

図示した例では、時刻t1以前の状態では、空燃比補正量AFCが弱リッチ設定補正量AFCrichとされている。弱リッチ設定補正量AFCrichは、弱リッチ設定空燃比に相当する値であり、0よりも小さな値である。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比とされ、これに伴って上流側空燃比センサ40の出力電流Irupが負の値となる。上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガス中には未燃ガスが含まれることになるため、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscは徐々に減少していく。しかしながら、排気ガス中に含まれている未燃ガスは、上流側の排気浄化触媒20で浄化されるため、下流側空燃比センサの出力電流Irdwnはほぼ0(理論空燃比に相当)となる。このとき、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となっているため、上流側の排気浄化触媒20からのNOx排出量は抑制される。 In the illustrated example, before the time t 1 , the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the weak rich set correction amount AFCrich. The weak rich set correction amount AFCrich is a value corresponding to the weak rich set air-fuel ratio, and is a value smaller than zero. Accordingly, the target air-fuel ratio is set to a rich air-fuel ratio, and accordingly, the output current Irup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 becomes a negative value. Since the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 contains unburned gas, the oxygen storage amount OSAsc of the upstream side exhaust purification catalyst 20 gradually decreases. However, since the unburned gas contained in the exhaust gas is purified by the upstream side exhaust purification catalyst 20, the output current Irdwn of the downstream side air-fuel ratio sensor becomes substantially 0 (corresponding to the theoretical air-fuel ratio). At this time, since the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is a rich air-fuel ratio, the NOx emission amount from the upstream side exhaust purification catalyst 20 is suppressed.

上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscが徐々に減少すると、酸素吸蔵量OSAscは時刻t1において下限吸蔵量(図2のClowlim参照)を超えて減少する。酸素吸蔵量OSAscが下限吸蔵量よりも減少すると、上流側の排気浄化触媒20に流入した未燃ガスの一部は上流側の排気浄化触媒20で浄化されずに流出する。このため、時刻t1以降、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscが減少するのに伴って、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnが徐々に低下する。このときも、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となっているため、上流側の排気浄化触媒20からのNOx排出量は抑制される。 When the oxygen storage amount OSAsc of the exhaust gas purification catalyst 20 on the upstream side gradually decreases, the oxygen storage amount OSAsc decreases beyond the lower limit storage amount (see Crowlim in FIG. 2) at time t 1 . When the oxygen storage amount OSAsc decreases below the lower limit storage amount, a part of the unburned gas that has flowed into the upstream side exhaust purification catalyst 20 flows out without being purified by the upstream side exhaust purification catalyst 20. Therefore, after time t 1 , the output current Irdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 gradually decreases as the oxygen storage amount OSAsc of the upstream side exhaust purification catalyst 20 decreases. Also at this time, since the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is a rich air-fuel ratio, the NOx emission amount from the upstream side exhaust purification catalyst 20 is suppressed.

その後、時刻t2において、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnがリッチ判定空燃比に相当するリッチ判定基準値Irefに到達する。本実施の形態では、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnがリッチ判定基準値Irefになると、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscの減少を抑制すべく、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanに切り替えられる。リーン設定補正量AFCleanは、リーン設定空燃比に相当する値であり、0よりも大きな値である。したがって、目標空燃比はリーン空燃比とされる。 Thereafter, at time t 2 , the output current Irdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the rich determination reference value Iref corresponding to the rich determination air-fuel ratio. In the present embodiment, when the output current Irdwn of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 reaches the rich determination reference value Iref, the air-fuel ratio correction amount AFC is set to suppress the decrease in the oxygen storage amount OSAsc of the upstream side exhaust purification catalyst 20. The lean setting correction amount AFClean is switched to. The lean set correction amount AFClean is a value corresponding to the lean set air-fuel ratio, and is a value larger than zero. Therefore, the target air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio.

なお、本実施の形態では、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnがリッチ判定基準値Irefに到達してから、すなわち上流側の排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比に到達してから、空燃比補正量AFCの切替を行っている。これは、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量が十分であっても、上流側の排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比から極わずかにずれてしまう場合があるためである。すなわち、仮に出力電流Irdwnが零(理論空燃比に相当)から僅かにずれた場合にも酸素吸蔵量が下限吸蔵量を超えて減少していると判断してしまうと、実際には十分な酸素吸蔵量があっても酸素吸蔵量が下限吸蔵量を超えて減少したと判断される可能性がある。そこで、本実施の形態では、上流側の排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比に到達して始めて酸素吸蔵量が下限吸蔵量を超えて減少したと判断することとしている。逆に言うと、リッチ判定空燃比は、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量が十分であるときには上流側の排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比が到達することのないような空燃比とされる。   In the present embodiment, after the output current Irdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the rich judgment reference value Iref, that is, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 is rich judgment air. After reaching the fuel ratio, the air-fuel ratio correction amount AFC is switched. This is because even if the oxygen storage amount of the upstream side exhaust purification catalyst 20 is sufficient, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 may slightly deviate from the stoichiometric air-fuel ratio. Because. That is, even if the output current Irdwn is slightly deviated from zero (corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio), if it is determined that the oxygen storage amount has decreased beyond the lower limit storage amount, sufficient oxygen Even if there is an occlusion amount, it may be determined that the oxygen occlusion amount has decreased beyond the lower limit occlusion amount. Therefore, in the present embodiment, it is determined that the oxygen storage amount decreases beyond the lower limit storage amount only after the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 reaches the rich determination air-fuel ratio. Yes. In other words, the rich determination air-fuel ratio is such that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 does not reach when the oxygen storage amount of the upstream side exhaust purification catalyst 20 is sufficient. The air-fuel ratio is assumed.

時刻t2において、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えても、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比はすぐにはリーン空燃比にならず、或る程度の遅れが生じる。その結果、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比は時刻t3においてリッチ空燃比からリーン空燃比に変化する。なお、時刻t2〜t3においては、上流側の排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比となっているため、この排気ガス中には未燃ガスが含まれることになる。しかしながら、上流側の排気浄化触媒20からのNOx排出量は抑制される。 Even when the target air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio at time t 2 , the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 does not immediately become the lean air-fuel ratio, and some delay occurs. . As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 changes from the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio at time t 3 . At times t 2 to t 3 , since the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 is a rich air-fuel ratio, this exhaust gas contains unburned gas. Become. However, the NOx emission amount from the upstream side exhaust purification catalyst 20 is suppressed.

時刻t3において上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比に変化すると、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscは増大する。また、これに伴って、上流側の排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比へと変化し、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnも0に収束する。このとき、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比はリーン空燃比となっているが、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵能力には十分な余裕があるため、流入する排気ガス中の酸素は上流側の排気浄化触媒20に吸蔵され、NOxは還元浄化される。このため、上流側の排気浄化触媒20からのNOx排出量は抑制される。 When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 changes to the lean air-fuel ratio at time t 3 , the oxygen storage amount OSAsc of the upstream side exhaust purification catalyst 20 increases. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 changes to the stoichiometric air-fuel ratio, and the output current Irdwn of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 also converges to zero. At this time, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is a lean air-fuel ratio. However, since the oxygen storage capacity of the upstream side exhaust purification catalyst 20 has a sufficient margin, it flows in. Oxygen in the exhaust gas is stored in the upstream side exhaust purification catalyst 20, and NOx is reduced and purified. For this reason, the NOx emission amount from the upstream side exhaust purification catalyst 20 is suppressed.

その後、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscが増大すると、時刻t4において酸素吸蔵量OSAscは判定基準吸蔵量Crefに到達する。判定基準吸蔵量Crefは、最大酸素吸蔵量Cmax以下に設定されている。本実施の形態では、酸素吸蔵量OSAscが判定基準吸蔵量Crefになると、上流側の排気浄化触媒20への酸素の吸蔵を中止すべく、空燃比補正量AFCが弱リッチ設定補正量AFCrich(0よりも小さな値)に切り替えられる。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比とされる。 Thereafter, when the oxygen storage amount OSAsc of the upstream side exhaust purification catalyst 20 increases, the oxygen storage amount OSAsc reaches the determination reference storage amount Cref at time t 4 . The determination reference storage amount Cref is set to be equal to or less than the maximum oxygen storage amount Cmax. In the present embodiment, when the oxygen storage amount OSAsc reaches the determination reference storage amount Cref, the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the weak rich set correction amount AFCrich (0) in order to stop storing oxygen in the upstream side exhaust purification catalyst 20. Smaller value). Therefore, the target air-fuel ratio is set to a rich air-fuel ratio.

ただし、上述したように、目標空燃比を切り替えてから上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が実際に変化するまでには遅れが生じる。このため、時刻t4にて切替を行っても、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比は或る程度時間が経過した時刻t5においてリーン空燃比からリッチ空燃比に変化する。時刻t4〜t5においては、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比はリーン空燃比であるため、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscは増大していく。 However, as described above, there is a delay from when the target air-fuel ratio is switched to when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 actually changes. For this reason, even if switching is performed at time t 4 , the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 changes from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio at time t 5 when a certain amount of time has elapsed. To do. From time t 4 to t 5 , the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is a lean air-fuel ratio, so the oxygen storage amount OSAsc of the upstream side exhaust purification catalyst 20 increases.

しかしながら、判定基準吸蔵量Crefは最大酸素吸蔵量Cmaxや上限吸蔵量(図2のCuplim参照)よりも十分に低く設定されているため、時刻t5においても酸素吸蔵量OSAscは最大酸素吸蔵量Cmaxや上限吸蔵量には到達しない。逆に言うと、判定基準吸蔵量Crefは、目標空燃比を切り替えてから上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が実際に変化するまで遅延が生じても、酸素吸蔵量OSAscが最大酸素吸蔵量Cmaxや上限吸蔵量に到達しないように十分少ない量とされる。例えば、判定基準吸蔵量Crefは、最大酸素吸蔵量Cmaxの3/4以下、好ましくは1/2以下、より好ましくは1/5以下とされる。したがって、時刻t4〜t5においても、上流側の排気浄化触媒20からのNOx排出量は抑制される。 However, the criterion storage amount Cref is the maximum oxygen storage amount Cmax and upper storage amount since it is set sufficiently lower than (see Cuplim in FIG. 2), the oxygen storage amount OSAsc even at time t 5 is the maximum oxygen storage amount Cmax And the upper limit occlusion amount is not reached. In other words, the judgment reference storage amount Cref is not changed even if a delay occurs until the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 actually changes after switching the target air-fuel ratio. Is made sufficiently small so as not to reach the maximum oxygen storage amount Cmax or the upper limit storage amount. For example, the criterion storage amount Cref is set to 3/4 or less, preferably 1/2 or less, more preferably 1/5 or less of the maximum oxygen storage amount Cmax. Therefore, even at time t 4 ~t 5, NOx emissions from the exhaust purification catalyst 20 on the upstream side is suppressed.

時刻t5以降においては、空燃比補正量AFCが弱リッチ設定補正量AFCrichとされている。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比とされ、これに伴って上流側空燃比センサ40の出力電流Irupが負の値となる。上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガス中には未燃ガスが含まれることになるため、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscは徐々に減少していき、時刻t6において、時刻t1と同様に、酸素吸蔵量OSAscが下限吸蔵量を超えて減少する。このときも、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となっているため、上流側の排気浄化触媒20からのNOx排出量は抑制される。 At time t 5 or later, the air-fuel ratio correction amount AFC there is a weak rich set correction amount AFCrich. Accordingly, the target air-fuel ratio is set to a rich air-fuel ratio, and accordingly, the output current Irup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 becomes a negative value. Since the exhaust gas flowing into the upstream side of the exhaust purification catalyst 20 will include unburned gas, the oxygen storage amount OSAsc the upstream side of the exhaust purification catalyst 20 is gradually decreased, at time t 6 Similarly to the time t 1 , the oxygen storage amount OSAsc decreases beyond the lower limit storage amount. Also at this time, since the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is a rich air-fuel ratio, the NOx emission amount from the upstream side exhaust purification catalyst 20 is suppressed.

次いで、時刻t7において、時刻t2と同様に、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnがリッチ判定空燃比に相当するリッチ判定基準値Irefに到達する。これにより、空燃比補正量AFCがリーン設定空燃比に相当するリーン設定補正量AFCleanに切り替えられる。その後、上述した時刻t1〜t6のサイクルが繰り返される。 Next, at time t 7 , similarly to time t 2 , the output current Irdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the rich determination reference value Iref corresponding to the rich determination air-fuel ratio. As a result, the air-fuel ratio correction amount AFC is switched to the lean set correction amount AFClean that corresponds to the lean set air-fuel ratio. Thereafter, the cycle from the time t 1 to t 6 described above is repeated.

なお、このような空燃比補正量AFCの制御は、電子制御ユニット31によって行われる。したがって、電子制御ユニット31は、下流側空燃比センサ41によって検出された排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比以下となったときに、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscが判定基準吸蔵量Crefとなるまで、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの目標空燃比を継続的にリーン設定空燃比にする酸素吸蔵量増加手段と、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscが判定基準吸蔵量Cref以上となったときに、酸素吸蔵量OSAscが最大酸素吸蔵量Cmaxに達することなく零に向けて減少するように、目標空燃比を継続的に弱リッチ設定空燃比にする酸素吸蔵量減少手段とを具備するといえる。   The control of the air-fuel ratio correction amount AFC is performed by the electronic control unit 31. Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or less than the rich determination air-fuel ratio, the electronic control unit 31 determines the oxygen storage amount OSAsc of the upstream exhaust purification catalyst 20 as the determination criterion. The oxygen storage amount increasing means for continuously setting the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 to the lean set air-fuel ratio until the storage amount Cref reaches the oxygen storage amount, and the oxygen storage amount of the upstream side exhaust purification catalyst 20 When the amount OSAsc becomes equal to or greater than the determination reference storage amount Cref, the target air-fuel ratio is continuously set to the slightly rich set air-fuel ratio so that the oxygen storage amount OSAsc decreases toward zero without reaching the maximum oxygen storage amount Cmax. It can be said that it comprises oxygen storage amount reducing means.

以上の説明から分かるように上記実施形態によれば、上流側の排気浄化触媒20からのNOx排出量を常に抑制することができる。すなわち、上述した制御を行っている限り、基本的には上流側の排気浄化触媒20からのNOx排出量を少ないものとすることができる。   As can be seen from the above description, according to the above embodiment, the NOx emission amount from the upstream side exhaust purification catalyst 20 can always be suppressed. That is, as long as the above-described control is performed, the NOx emission amount from the upstream side exhaust purification catalyst 20 can be basically reduced.

また、一般に、上流側空燃比センサ40の出力電流Irup及び吸入空気量の推定値等に基づいて酸素吸蔵量OSAscを推定した場合には誤差が生じる可能性がある。本実施の形態においても、時刻t3〜t4に亘って酸素吸蔵量OSAscを推定しているため、酸素吸蔵量OSAscの推定値には多少の誤差が含まれる。しかしながら、このような誤差が含まれていたとしても、判定基準吸蔵量Crefを最大酸素吸蔵量Cmaxや上限吸蔵量よりも十分に低く設定しておけば、実際の酸素吸蔵量OSAscが最大酸素吸蔵量Cmaxや上限吸蔵量にまで到達することはほとんどない。したがって、斯かる観点からも上流側の排気浄化触媒20からのNOx排出量を抑制することができる。 In general, when the oxygen storage amount OSAsc is estimated based on the output current Irup of the upstream air-fuel ratio sensor 40, the estimated value of the intake air amount, and the like, an error may occur. Also in the present embodiment, since the oxygen storage amount OSAsc is estimated over time t 3 to t 4 , the estimated value of the oxygen storage amount OSAsc includes some errors. However, even if such an error is included, if the reference storage amount Cref is set sufficiently lower than the maximum oxygen storage amount Cmax or the upper limit storage amount, the actual oxygen storage amount OSAsc will be the maximum oxygen storage amount. The amount Cmax and the upper limit storage amount are hardly reached. Therefore, from this point of view as well, the NOx emission amount from the upstream side exhaust purification catalyst 20 can be suppressed.

また、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が一定に維持されると、その排気浄化触媒の酸素吸蔵能力が低下する。これに対して、本実施の形態によれば、酸素吸蔵量OSAscは常に上下に変動しているため、酸素吸蔵能力が低下することが抑制される。   Further, when the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst is kept constant, the oxygen storage capacity of the exhaust purification catalyst is lowered. On the other hand, according to the present embodiment, since the oxygen storage amount OSAsc constantly fluctuates up and down, it is possible to suppress a decrease in the oxygen storage capacity.

なお、上記実施形態では、時刻t2〜t4において、空燃比補正量AFCはリーン設定補正量AFCleanに維持される。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量AFCは必ずしも一定に維持されている必要はなく、徐々に減少させる等、変動するように設定されてもよい。同様に、時刻t4〜t7において、空燃比補正量AFCは弱リッチ設定補正量AFCrichに維持される。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量AFCは必ずしも一定に維持されている必要はなく、徐々に減少させる等、変動するように設定されてもよい。 In the above embodiment, the air-fuel ratio correction amount AFC is maintained at the lean set correction amount AFClean from time t 2 to t 4 . However, in such a period, the air-fuel ratio correction amount AFC does not necessarily have to be kept constant, and may be set so as to fluctuate, for example, gradually decrease. Similarly, at time t 4 ~t 7, the air-fuel ratio correction amount AFC is maintained at a slightly rich set correction amount AFCrich. However, in such a period, the air-fuel ratio correction amount AFC does not necessarily have to be kept constant, and may be set so as to fluctuate, for example, gradually decrease.

ただし、この場合であっても、時刻t2〜t4における空燃比補正量AFCは、当該期間における目標空燃比の平均値と理論空燃比との差が、時刻t4〜t7における目標空燃比の平均値と理論空燃比との差よりも大きくなるように設定することができる。 However, even in this case, the air-fuel ratio correction amount AFC is at time t 2 ~t 4, the difference between the average value and the stoichiometric air-fuel ratio the target air-fuel ratio in the period, the target air at time t 4 ~t 7 It can be set to be larger than the difference between the average value of the fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio.

また、上記実施形態では、上流側空燃比センサ40の出力電流Irup及び燃焼室5内への吸入空気量の推定値等に基づいて、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscが推定されている。しかしながら、酸素吸蔵量OSAscはこれらパラメータに加えて他のパラメータに基づいて算出されてもよいし、これらパラメータとは異なるパラメータに基づいて推定されてもよい。また、上記実施形態では、酸素吸蔵量OSAscの推定値が判定基準吸蔵量Cref以上になると、目標空燃比がリーン設定空燃比から弱リッチ設定空燃比へと切り替えられる。しかしながら、目標空燃比をリーン設定空燃比から弱リッチ設定空燃比へと切り替えるタイミングは、例えば目標空燃比を弱リッチ設定空燃比からリーン設定空燃比へ切り替えてからの機関運転時間等、他のパラメータを基準としてもよい。ただし、この場合であっても、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscが最大酸素吸蔵量よりも少ないと推定される間に、目標空燃比をリーン設定空燃比から弱リッチ設定空燃比へと切り替えることが必要となる。   In the above embodiment, the oxygen storage amount OSAsc of the upstream side exhaust purification catalyst 20 is estimated based on the output current Irup of the upstream side air-fuel ratio sensor 40 and the estimated value of the intake air amount into the combustion chamber 5. ing. However, the oxygen storage amount OSAsc may be calculated based on other parameters in addition to these parameters, or may be estimated based on parameters different from these parameters. In the above embodiment, when the estimated value of the oxygen storage amount OSAsc is equal to or greater than the determination reference storage amount Cref, the target air-fuel ratio is switched from the lean set air-fuel ratio to the slightly rich set air-fuel ratio. However, the timing at which the target air-fuel ratio is switched from the lean set air-fuel ratio to the weakly rich set air-fuel ratio is determined by other parameters such as the engine operation time after the target air-fuel ratio is switched from the weak rich set air-fuel ratio to the lean set air-fuel ratio. May be used as a reference. However, even in this case, the target air-fuel ratio is changed from the lean set air-fuel ratio to the slightly rich set air-fuel ratio while the oxygen storage amount OSAsc of the upstream side exhaust purification catalyst 20 is estimated to be smaller than the maximum oxygen storage amount. It is necessary to switch to

<下流側触媒も用いた制御の説明>
また、本実施の形態では、上流側の排気浄化触媒20に加えて下流側の排気浄化触媒24も設けられている。下流側の排気浄化触媒24の酸素吸蔵量OSAufcは或る程度の期間毎に行われる燃料カット(F/C)制御によって最大酸素吸蔵量Cmax近傍の値とされる。このため、たとえ上流側の排気浄化触媒20から未燃ガスを含んだ排気ガスが流出したとしても、これら未燃ガスは下流側の排気浄化触媒24において酸化浄化される。
<Description of control using downstream catalyst>
Further, in the present embodiment, in addition to the upstream side exhaust purification catalyst 20, a downstream side exhaust purification catalyst 24 is also provided. The oxygen storage amount OSAufc of the downstream side exhaust purification catalyst 24 is set to a value in the vicinity of the maximum oxygen storage amount Cmax by fuel cut (F / C) control performed every certain period. Therefore, even if exhaust gas containing unburned gas flows out from the upstream side exhaust purification catalyst 20, these unburned gas is oxidized and purified by the downstream side exhaust purification catalyst 24.

ここで、燃料カット制御とは、内燃機関を搭載する車両の減速時等において、クランクシャフトやピストン3が運動している状態であっても、燃料噴射弁11から燃料の噴射を停止する制御である。この制御を行うと、排気浄化触媒20および排気浄化触媒24には多量の空気が流入することになる。   Here, the fuel cut control is a control for stopping the fuel injection from the fuel injection valve 11 even when the crankshaft or the piston 3 is moving, for example, when the vehicle equipped with the internal combustion engine is decelerated. is there. When this control is performed, a large amount of air flows into the exhaust purification catalyst 20 and the exhaust purification catalyst 24.

以下、図8を参照して、下流側の排気浄化触媒24における酸素吸蔵量OSAufcの推移について説明する。図8は、図7と同様な図であり、図7のNOx濃度の推移に換えて、下流側の排気浄化触媒24の酸素吸蔵量OSAufc及び下流側の排気浄化触媒24から流出する排気ガス中の未燃ガス(HCやCO等)の濃度の推移を示している。また、図8に示した例では、図7に示した例と同一の制御を行っている。   Hereinafter, the transition of the oxygen storage amount OSAufc in the downstream side exhaust purification catalyst 24 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram similar to FIG. 7, and instead of the transition of the NOx concentration in FIG. 7, the oxygen storage amount OSAufc of the downstream exhaust purification catalyst 24 and the exhaust gas flowing out from the downstream exhaust purification catalyst 24 are shown. It shows the transition of the concentration of unburned gas (HC, CO, etc.). Moreover, in the example shown in FIG. 8, the same control as the example shown in FIG. 7 is performed.

図8に示した例では、時刻t1以前に燃料カット制御が行われている。このため、時刻t1以前において、下流側の排気浄化触媒24の酸素吸蔵量OSAufcは最大酸素吸蔵量Cmax近傍の値となっている。また、時刻t1以前においては、上流側の排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比に保たれる。このため、下流側の排気浄化触媒24の酸素吸蔵量OSAufcは一定に維持される。 In the example shown in FIG. 8, fuel cut control is performed before time t 1 . Therefore, before time t 1 , the oxygen storage amount OSAufc of the downstream side exhaust purification catalyst 24 is a value in the vicinity of the maximum oxygen storage amount Cmax. Further, before the time t 1 , the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 is kept substantially at the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, the oxygen storage amount OSAufc of the downstream side exhaust purification catalyst 24 is kept constant.

その後、時刻t1〜t4において、上流側の排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となっている。このため、下流側の排気浄化触媒24には、未燃ガスを含む排気ガスが流入する。 Thereafter, at times t 1 to t 4 , the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 is a rich air-fuel ratio. For this reason, exhaust gas containing unburned gas flows into the exhaust purification catalyst 24 on the downstream side.

上述したように、下流側の排気浄化触媒24には多量の酸素が吸蔵されているため、下流側の排気浄化触媒24に流入する排気ガス中に未燃ガスが含まれていると、吸蔵されている酸素により未燃ガスが酸化浄化される。また、これに伴って、下流側の排気浄化触媒24の酸素吸蔵量OSAufcは減少する。ただし、時刻t1〜t4において上流側の排気浄化触媒20から流出する未燃ガスはそれほど多くないため、この間の酸素吸蔵量OSAufcの減少量はわずかである。このため、時刻t1〜t4において上流側の排気浄化触媒20から流出する未燃ガスは全て下流側の排気浄化触媒24において還元浄化される。 As described above, since a large amount of oxygen is stored in the downstream exhaust purification catalyst 24, if unburned gas is contained in the exhaust gas flowing into the downstream exhaust purification catalyst 24, it is stored. Unburned gas is oxidized and purified by the oxygen. Along with this, the oxygen storage amount OSAufc of the downstream side exhaust purification catalyst 24 decreases. However, since there is not so much unburned gas flowing out of the upstream side exhaust purification catalyst 20 at times t 1 to t 4 , the amount of decrease in the oxygen storage amount OSAufc during this period is slight. For this reason, all the unburned gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 at the times t 1 to t 4 is reduced and purified by the downstream side exhaust purification catalyst 24.

時刻t6以降についても、或る程度の時間間隔毎に時刻t1〜t4における場合と同様に、上流側の排気浄化触媒20から未燃ガスが流出する。このようにして流出した未燃ガスは基本的に下流側の排気浄化触媒24に吸蔵されている酸素により還元浄化される。したがって、下流側の排気浄化触媒24からは未燃ガスが流出することはほとんどない。上述したように、上流側の排気浄化触媒20からのNOx排出量が少ないものとされることを考えると、本実施の形態によれば、下流側の排気浄化触媒24からの未燃ガス及びNOxの排出量は常に少ないものとされる。 Also after time t 6, unburned gas flows out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 at a certain time interval as in the case of time t 1 to t 4 . The unburned gas flowing out in this way is basically reduced and purified by oxygen stored in the exhaust purification catalyst 24 on the downstream side. Accordingly, the unburned gas hardly flows out from the downstream side exhaust purification catalyst 24. As described above, considering that the NOx emission amount from the upstream side exhaust purification catalyst 20 is small, according to the present embodiment, the unburned gas and NOx from the downstream side exhaust purification catalyst 24 are reduced. The amount of emissions is always small.

<具体的な制御の説明>
次に、図9及び図10を参照して、上記実施形態における制御装置について具体的に説明する。本実施の形態における制御装置は、機能ブロック図である図9に示したように、A1〜A9の各機能ブロックを含んで構成されている。以下、図9を参照しながら各機能ブロックについて説明する。
<Description of specific control>
Next, with reference to FIG. 9 and FIG. 10, the control apparatus in the said embodiment is demonstrated concretely. As shown in FIG. 9 which is a functional block diagram, the control device in the present embodiment is configured to include each functional block of A1 to A9. Hereinafter, each functional block will be described with reference to FIG.

<燃料噴射量の算出>
まず、燃料噴射量の算出について説明する。燃料噴射量の算出に当たっては、筒内吸入空気量算出手段A1、基本燃料噴射量算出手段A2、及び燃料噴射量算出手段A3が用いられる。
<Calculation of fuel injection amount>
First, calculation of the fuel injection amount will be described. In calculating the fuel injection amount, in-cylinder intake air amount calculation means A1, basic fuel injection amount calculation means A2, and fuel injection amount calculation means A3 are used.

筒内吸入空気量算出手段A1は、エアフロメータ39によって計測される吸入空気流量Gaと、クランク角センサ44の出力に基づいて算出される機関回転数NEと、電子制御ユニット31のROM34に記憶されたマップ又は計算式とに基づいて、各気筒への吸入空気量Mcを算出する。   The cylinder intake air amount calculation means A1 is stored in the intake air flow rate Ga measured by the air flow meter 39, the engine speed NE calculated based on the output of the crank angle sensor 44, and the ROM 34 of the electronic control unit 31. The intake air amount Mc to each cylinder is calculated based on the map or calculation formula.

基本燃料噴射量算出手段A2は、筒内吸入空気量算出手段A1によって算出された筒内吸入空気量Mcを、後述する目標空燃比設定手段A6によって算出された目標空燃比AFTで除算することにより、基本燃料噴射量Qbaseを算出する(Qbase=Mc/AFT)。   The basic fuel injection amount calculation means A2 divides the in-cylinder intake air amount Mc calculated by the in-cylinder intake air amount calculation means A1 by the target air-fuel ratio AFT calculated by the target air-fuel ratio setting means A6 described later. The basic fuel injection amount Qbase is calculated (Qbase = Mc / AFT).

燃料噴射量算出手段A3は、基本燃料噴射量算出手段A2によって算出された基本燃料噴射量Qbaseに、後述するF/B補正量DQiを加えることで燃料噴射量Qiを算出する(Qi=Qbase+DQi)。このようにして算出された燃料噴射量Qiの燃料が燃料噴射弁11から噴射されるように、燃料噴射弁11に対して噴射指示が行われる。   The fuel injection amount calculation means A3 calculates the fuel injection amount Qi by adding an F / B correction amount DQi described later to the basic fuel injection amount Qbase calculated by the basic fuel injection amount calculation means A2 (Qi = Qbase + DQi). . An injection instruction is issued to the fuel injection valve 11 so that the fuel of the fuel injection amount Qi calculated in this way is injected from the fuel injection valve 11.

<目標空燃比の算出>
次に、目標空燃比の算出について説明する。目標空燃比の算出に当たっては、酸素吸蔵量取得手段として機能する酸素吸蔵量算出手段A4、目標空燃比補正量算出手段A5、及び目標空燃比設定手段A6が用いられる。
<Calculation of target air-fuel ratio>
Next, calculation of the target air-fuel ratio will be described. In calculating the target air-fuel ratio, oxygen storage amount calculation means A4, target air-fuel ratio correction amount calculation means A5, and target air-fuel ratio setting means A6 that function as oxygen storage amount acquisition means are used.

酸素吸蔵量算出手段A4は、燃料噴射量算出手段A3によって算出された燃料噴射量Qi及び上流側空燃比センサ40の出力電流Irupに基づいて上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量の推定値OSAestを算出する。例えば、酸素吸蔵量算出手段A4は、上流側空燃比センサ40の出力電流Irupに対応する空燃比と理論空燃比との差分に燃料噴射量Qiを乗算すると共に、求めた値を積算することによって酸素吸蔵量の推定値OSAestを算出する。なお、酸素吸蔵量算出手段A4による上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量の推定は、常時行われていなくてもよい。例えば、目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ実際に切り替えられたとき(図7における時刻t3)から、酸素吸蔵量の推定値OSAestが判定基準吸蔵量Crefに到達する(図7における時刻t4)までの間のみ酸素吸蔵量を推定してもよい。 The oxygen storage amount calculation means A4 is an estimated value of the oxygen storage amount of the upstream side exhaust purification catalyst 20 based on the fuel injection amount Qi calculated by the fuel injection amount calculation means A3 and the output current Irup of the upstream side air-fuel ratio sensor 40. OSAest is calculated. For example, the oxygen storage amount calculating means A4 multiplies the difference between the air-fuel ratio corresponding to the output current Irup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 and the stoichiometric air-fuel ratio by the fuel injection amount Qi and integrates the obtained value. An estimated value OSAest of the oxygen storage amount is calculated. The estimation of the oxygen storage amount of the upstream side exhaust purification catalyst 20 by the oxygen storage amount calculation means A4 may not always be performed. For example, when the target air-fuel ratio is actually switched from the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio (time t 3 in FIG. 7), the oxygen storage amount estimated value OSAest reaches the determination reference storage amount Cref (in FIG. 7). The oxygen storage amount may be estimated only until the time t 4 ).

目標空燃比補正量算出手段A5では、酸素吸蔵量算出手段A4によって算出された酸素吸蔵量の推定値OSAestと、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnとに基づいて、目標空燃比の空燃比補正量AFCが算出される。具体的には、空燃比補正量AFCは、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnがリッチ判定基準値Iref(リッチ判定空燃比に相当する値)以下となったときに、リーン設定補正量AFCleanとされる。その後、空燃比補正量AFCは、酸素吸蔵量の推定値OSAestが判定基準吸蔵量Crefに到達するまで、リーン設定補正量AFCleanに維持される。酸素吸蔵量の推定値OSAestが判定基準吸蔵量Crefに到達すると、空燃比補正量AFCは弱リッチ設定補正量AFCrichとされる。その後、空燃比補正量AFCは、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnがリッチ判定基準値Iref(リッチ判定空燃比に相当する値)となるまで、弱リッチ設定補正量AFCrichに維持される。   In the target air-fuel ratio correction amount calculation means A5, the air-fuel ratio of the target air-fuel ratio is calculated based on the estimated value OSAest of the oxygen storage amount calculated by the oxygen storage amount calculation means A4 and the output current Irdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41. A correction amount AFC is calculated. Specifically, the air-fuel ratio correction amount AFC is the lean set correction amount AFClean when the output current Irdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or less than the rich determination reference value Iref (value corresponding to the rich determination air-fuel ratio). It is said. Thereafter, the air-fuel ratio correction amount AFC is maintained at the lean set correction amount AFClean until the estimated value OSAest of the oxygen storage amount reaches the determination reference storage amount Cref. When the estimated value OSAest of the oxygen storage amount reaches the determination reference storage amount Cref, the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the weak rich set correction amount AFCrich. Thereafter, the air-fuel ratio correction amount AFC is maintained at the weak rich set correction amount AFCrich until the output current Irdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the rich determination reference value Iref (a value corresponding to the rich determination air-fuel ratio).

目標空燃比設定手段A6は、基準となる空燃比、本実施の形態では理論空燃比AFRに、目標空燃比補正量算出手段A5で算出された空燃比補正量AFCを加算することで、目標空燃比AFTを算出する。したがって、目標空燃比AFTは、弱リッチ設定空燃比(空燃比補正量AFCが弱リッチ設定補正量AFCrichの場合)か、又はリーン設定空燃比(空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanの場合)のいずれかとされる。このようにして算出された目標空燃比AFTは、基本燃料噴射量算出手段A2及び後述する空燃比差算出手段A8に入力される。   The target air-fuel ratio setting means A6 adds the air-fuel ratio correction amount AFC calculated by the target air-fuel ratio correction amount calculation means A5 to the reference air-fuel ratio, in this embodiment, the theoretical air-fuel ratio AFR, so that the target air-fuel ratio setting means A6 is added. The fuel ratio AFT is calculated. Therefore, the target air-fuel ratio AFT is the weak rich set air-fuel ratio (when the air-fuel ratio correction amount AFC is the weak rich set correction amount AFCrich) or the lean set air-fuel ratio (when the air-fuel ratio correction amount AFC is the lean set correction amount AFClean). ) The target air-fuel ratio AFT calculated in this way is input to the basic fuel injection amount calculating means A2 and an air-fuel ratio difference calculating means A8 described later.

図10は、空燃比補正量AFCの算出制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。   FIG. 10 is a flowchart showing a control routine for calculation control of the air-fuel ratio correction amount AFC. The illustrated control routine is performed by interruption at regular time intervals.

図10に示したように、まず、ステップS11において空燃比補正量AFCの算出条件が成立しているか否かが判定される。空燃比補正量の算出条件が成立している場合とは、例えば燃料カット制御中ではないこと等が挙げられる。ステップS11において目標空燃比の算出条件が成立していると判定された場合には、ステップS12へと進む。ステップS12では、上流側空燃比センサ40の出力電流Irup、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwn、燃料噴射量Qiが取得せしめられる。次いでステップS13では、ステップS12で取得された上流側空燃比センサ40の出力電流Irup及び燃料噴射量Qiに基づいて酸素吸蔵量の推定値OSAestが算出される。   As shown in FIG. 10, first, in step S11, it is determined whether the calculation condition for the air-fuel ratio correction amount AFC is satisfied. The case where the calculation condition of the air-fuel ratio correction amount is satisfied includes, for example, that fuel cut control is not being performed. If it is determined in step S11 that the target air-fuel ratio calculation condition is satisfied, the process proceeds to step S12. In step S12, the output current Irup of the upstream air-fuel ratio sensor 40, the output current Irdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41, and the fuel injection amount Qi are acquired. Next, in step S13, the estimated value OSAest of the oxygen storage amount is calculated based on the output current Irup and the fuel injection amount Qi of the upstream air-fuel ratio sensor 40 acquired in step S12.

次いでステップS14において、リーン設定フラグFrが0に設定されているか否かが判定される。リーン設定フラグFrは、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanに設定されると1とされ、それ以外の場合には0とされる。ステップS14においてリーン設定フラグFrが0に設定されている場合には、ステップS15へと進む。ステップS15では、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnがリッチ判定基準値Iref以下であるか否かが判定される。下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnがリッチ判定基準値Irefよりも大きいと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。   Next, in step S14, it is determined whether or not the lean setting flag Fr is set to zero. The lean setting flag Fr is set to 1 when the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the lean setting correction amount AFClean, and is set to 0 otherwise. If the lean setting flag Fr is set to 0 in step S14, the process proceeds to step S15. In step S15, it is determined whether or not the output current Irdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is equal to or less than the rich determination reference value Iref. When it is determined that the output current Irdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is larger than the rich determination reference value Iref, the control routine is ended.

一方、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscが減少して、上流側の排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比が低下すると、ステップS15にて下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnがリッチ判定基準値Iref以下であると判定される。この場合には、ステップS16へと進み、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanとされる。次いで、ステップS17では、リーン設定フラグFrが1に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。   On the other hand, when the oxygen storage amount OSAsc of the upstream side exhaust purification catalyst 20 decreases and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 decreases, the output of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 in step S15. It is determined that the current Irdwn is equal to or less than the rich determination reference value Iref. In this case, the process proceeds to step S16, and the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the lean set correction amount AFClean. Next, at step S17, the lean setting flag Fr is set to 1, and the control routine is ended.

次の制御ルーチンにおいては、ステップS14において、リーン設定フラグFrが0に設定されていないと判定されて、ステップS18へと進む。ステップS18では、ステップS13で算出された酸素吸蔵量の推定値OSAestが判定基準吸蔵量Crefよりも少ないか否かが判定される。酸素吸蔵量の推定値OSAestが判定基準吸蔵量Crefよりも少ないと判定された場合にはステップS19へと進み、空燃比補正量AFCが引き続きリーン設定補正量AFCleanとされる。一方、上流側の排気浄化触媒20の酸素吸蔵量が増大すると、やがてステップS18において酸素吸蔵量の推定値OSAestが判定基準吸蔵量Cref以上であると判定されてステップS20へと進む。ステップS20では、空燃比補正量AFCが弱リッチ設定補正量AFCrichとされ、次いで、ステップS21では、リーン設定フラグFrが0にリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。   In the next control routine, it is determined in step S14 that the lean setting flag Fr is not set to 0, and the process proceeds to step S18. In step S18, it is determined whether or not the estimated value OSAest of the oxygen storage amount calculated in step S13 is smaller than the determination reference storage amount Cref. When it is determined that the estimated value OSAest of the oxygen storage amount is smaller than the determination reference storage amount Cref, the routine proceeds to step S19, where the air-fuel ratio correction amount AFC is continuously set to the lean set correction amount AFClean. On the other hand, when the oxygen storage amount of the upstream side exhaust purification catalyst 20 increases, it is determined in step S18 that the estimated value OSAest of the oxygen storage amount is equal to or greater than the determination reference storage amount Cref, and the process proceeds to step S20. In step S20, the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the weak rich setting correction amount AFCrich. Next, in step S21, the lean setting flag Fr is reset to 0, and the control routine is ended.

<F/B補正量の算出>
再び図9に戻って、上流側空燃比センサ40の出力電流Irupに基づいたF/B補正量の算出について説明する。F/B補正量の算出に当たっては、数値変換手段A7、空燃比差算出手段A8、F/B補正量算出手段A9が用いられる。
<Calculation of F / B correction amount>
Returning to FIG. 9 again, calculation of the F / B correction amount based on the output current Irup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 will be described. In calculating the F / B correction amount, numerical value conversion means A7, air-fuel ratio difference calculation means A8, and F / B correction amount calculation means A9 are used.

数値変換手段A7は、上流側空燃比センサ40の出力電流Irupと、上流側空燃比センサ40の出力電流Irupと空燃比との関係を規定したマップ又は計算式(例えば、図5に示したようなマップ)とに基づいて、出力電流Irupに相当する上流側排気空燃比AFupを算出する。したがって、上流側排気空燃比AFupは、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比に相当する。   The numerical value conversion means A7 is a map or a calculation formula (for example, as shown in FIG. 5) that defines the output current Irup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 and the relationship between the output current Irup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 and the air-fuel ratio. The upstream exhaust air-fuel ratio AFup corresponding to the output current Irup is calculated. Therefore, the upstream side exhaust air-fuel ratio AFup corresponds to the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20.

空燃比差算出手段A8は、数値変換手段A7によって求められた上流側排気空燃比AFupから目標空燃比設定手段A6によって算出された目標空燃比AFTを減算することによって空燃比差DAFを算出する(DAF=AFup−AFT)。この空燃比差DAFは、目標空燃比AFTに対する燃料供給量の過不足を表す値である。   The air-fuel ratio difference calculating means A8 calculates the air-fuel ratio difference DAF by subtracting the target air-fuel ratio AFT calculated by the target air-fuel ratio setting means A6 from the upstream side exhaust air-fuel ratio AFup determined by the numerical value converting means A7 ( DAF = AFup-AFT). This air-fuel ratio difference DAF is a value that represents the excess or deficiency of the fuel supply amount with respect to the target air-fuel ratio AFT.

F/B補正量算出手段A9は、空燃比差算出手段A8によって算出された空燃比差DAFを、比例・積分・微分処理(PID処理)することで、下記式(2)に基づいて燃料供給量の過不足を補償するためのF/B補正量DFiを算出する。このようにして算出されたF/B補正量DFiは、燃料噴射量算出手段A3に入力される。   The F / B correction amount calculating means A9 supplies fuel based on the following equation (2) by subjecting the air-fuel ratio difference DAF calculated by the air-fuel ratio difference calculating means A8 to proportional / integral / differential processing (PID processing). An F / B correction amount DFi for compensating for the excess or deficiency of the amount is calculated. The F / B correction amount DFi calculated in this way is input to the fuel injection amount calculation means A3.

DFi=Kp・DAF+Ki・SDAF+Kd・DDAF …(2)   DFi = Kp / DAF + Ki / SDAF + Kd / DDAF (2)

なお、上記式(2)において、Kpは予め設定された比例ゲイン(比例定数)、Kiは予め設定された積分ゲイン(積分定数)、Kdは予め設定された微分ゲイン(微分定数)である。また、DDAFは、空燃比差DAFの時間微分値であり、今回更新された空燃比差DAFと前回更新されていた空燃比差DAFとの差を更新間隔に対応する時間で除算することで算出される。また、SDAFは、空燃比差DAFの時間積分値であり、この時間積分値DDAFは前回更新された時間積分値DDAFに今回更新された空燃比差DAFを加算することで算出される(SDAF=DDAF+DAF)。   In the above equation (2), Kp is a preset proportional gain (proportional constant), Ki is a preset integral gain (integral constant), and Kd is a preset differential gain (differential constant). DDAF is a time differential value of the air-fuel ratio difference DAF, and is calculated by dividing the difference between the air-fuel ratio difference DAF updated this time and the air-fuel ratio difference DAF updated last time by the time corresponding to the update interval. Is done. SDAF is a time integral value of the air-fuel ratio difference DAF, and this time integral value DDAF is calculated by adding the currently updated air-fuel ratio difference DAF to the previously updated time integral value DDAF (SDAF = DDAF + DAF).

なお、上記実施形態では、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比を上流側空燃比センサ40によって検出している。しかしながら、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比の検出精度は必ずしも高い必要はないことから、例えば、燃料噴射弁11からの燃料噴射量及びエアフロメータ39の出力に基づいてこの排気ガスの空燃比を推定するようにしてもよい。   In the above embodiment, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is detected by the upstream side air-fuel ratio sensor 40. However, since the detection accuracy of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is not necessarily high, for example, this is based on the fuel injection amount from the fuel injection valve 11 and the output of the air flow meter 39. The air-fuel ratio of the exhaust gas may be estimated.

このように、通常運転制御においては、上流側の排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチの状態と理論空燃比よりもリーンの状態とを繰り返し、更に酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の近傍に到達することを回避する制御を行うことにより、NOxの流出を抑制することができる。   As described above, in the normal operation control, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst is repeatedly richer than the stoichiometric air-fuel ratio and leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and the oxygen storage amount is further increased. By performing control to avoid reaching the vicinity of the maximum oxygen storage amount, the outflow of NOx can be suppressed.

<燃料カット制御後の制御の説明>
次に、本実施の形態における燃料カット制御を実施した後の制御について説明する。内燃機関の運転中に、燃焼室に供給する燃料の量を零にする燃料カット制御が行われると、排気浄化触媒には空気が流入する。すなわち、排気浄化触媒の内部には、酸素過剰の気体が流入する。このために、排気浄化触媒の内部は酸化雰囲気になり、燃料カット制御に続けて通常運転制御に移行すると、NOxを十分に浄化できない虞がある。そこで、燃料カット制御の終了後には、排気浄化触媒の内部を還元雰囲気に戻すために、燃料カット制御に連続して排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする制御を行う。排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にすることにより、排気浄化装置の内部を速やかに還元状態に戻すことができる。更に本実施の形態の運転制御では、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする制御の後に、更に、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比にする制御を行う。
<Description of control after fuel cut control>
Next, control after the fuel cut control in the present embodiment is performed will be described. When fuel cut control is performed to reduce the amount of fuel supplied to the combustion chamber during operation of the internal combustion engine, air flows into the exhaust purification catalyst. That is, oxygen-excess gas flows into the exhaust purification catalyst. For this reason, the inside of the exhaust purification catalyst is in an oxidizing atmosphere, and if the operation shifts to normal operation control after fuel cut control, there is a possibility that NOx cannot be sufficiently purified. Therefore, after the fuel cut control is completed, in order to return the inside of the exhaust purification catalyst to the reducing atmosphere, control is performed to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst a rich air-fuel ratio continuously after the fuel cut control. . By setting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst to a rich air-fuel ratio, the inside of the exhaust purification device can be quickly returned to the reduced state. Further, in the operation control of the present embodiment, after the control of setting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst to a rich air-fuel ratio, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is further set to the lean air-fuel ratio. Take control.

本実施の形態では、通常運転制御において、上流側の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする制御を第1のリッチ制御と称し、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比にする制御を第1のリーン制御と称する。すなわち、通常運転制御では、第1のリッチ制御と第1のリーン制御とを繰り返して行う。   In the present embodiment, in normal operation control, control for setting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 to the rich air-fuel ratio is referred to as first rich control, and the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 Control for setting the air-fuel ratio of the gas to a lean air-fuel ratio is referred to as first lean control. That is, in the normal operation control, the first rich control and the first lean control are repeatedly performed.

図11に、本実施の形態における燃料カット制御および燃料カット制御を実施した後の制御のタイムチャートを示す。本実施の形態の運転制御では、燃料カット制御を実施した後に、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする第2のリッチ制御を行う。さらに、第2のリッチ制御の後に、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比にする第2のリーン制御を行う。第2のリーン制御を行った後に通常運転制御に復帰する。   FIG. 11 shows a time chart of the control after performing the fuel cut control and the fuel cut control in the present embodiment. In the operation control of the present embodiment, after the fuel cut control is performed, the second rich control is performed in which the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 is made rich. Further, after the second rich control, a second lean control is performed to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 a lean air-fuel ratio. After the second lean control is performed, the normal operation control is restored.

時刻t11までは通常運転制御を行っている。時刻t2において、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比を弱リッチにする第1のリッチ制御から排気ガスの空燃比をリーン空燃比にする第1のリーン制御に切替えている。この後に、時刻t4において、第1のリーン制御から第1のリッチ制御に切り替えている。なお、前述したように空燃比補正量を変更した場合に、上流側空燃比センサの出力値は、時間遅れを伴って変化する。 Until the time t 11 have done the normal operation control. In time t 2, the are switched to the first lean control of air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio of the exhaust gas from the first rich control to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 to the slightly rich. After this, at time t 4, it is switched from the first lean control to the first rich control. Note that when the air-fuel ratio correction amount is changed as described above, the output value of the upstream air-fuel ratio sensor changes with a time delay.

図11に示す運転制御の例では、時刻t11において、燃料カット制御を開始している。燃料カット制御においては、燃焼室5への燃料の供給が遮断され、排気浄化触媒20には空気が流入する。燃料カット制御を実施している期間中には、通常運転制御は停止される。また、本実施の形態では燃料カット制御の期間中には空燃比補正量は零とされている。または、燃料カット制御の期間中は、空燃比補正量を算出する目標空燃比補正量算出手段は停止していても構わない。すなわち、空燃比補正量の出力を停止しても構わない。 In the example of the operation control shown in FIG. 11, at time t 11, which starts the fuel cut control. In the fuel cut control, the supply of fuel to the combustion chamber 5 is shut off, and air flows into the exhaust purification catalyst 20. During the period when the fuel cut control is performed, the normal operation control is stopped. In this embodiment, the air-fuel ratio correction amount is set to zero during the fuel cut control period. Alternatively, the target air-fuel ratio correction amount calculating means for calculating the air-fuel ratio correction amount may be stopped during the fuel cut control period. That is, the output of the air-fuel ratio correction amount may be stopped.

燃料カット制御を実施すると、上流側空燃比センサ40および下流側空燃比センサ41は、リーン側の大きな値を出力する。排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscは、短時間で最大酸素吸蔵量Cmaxに到達する。   When the fuel cut control is performed, the upstream air-fuel ratio sensor 40 and the downstream air-fuel ratio sensor 41 output a large value on the lean side. The oxygen storage amount OSAsc of the exhaust purification catalyst 20 reaches the maximum oxygen storage amount Cmax in a short time.

時刻t12において、燃料カット制御が終了している。時刻t12においては、排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscは、最大酸素吸蔵量Cmaxになっている。なお、燃料カット制御の期間が短い場合には、排気浄化触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に到達していない場合もある。 At time t 12, the fuel cut control has ended. At time t 12, the oxygen storage amount OSAsc of the exhaust purification catalyst 20 has the maximum oxygen storage amount Cmax. When the fuel cut control period is short, the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst 20 may not reach the maximum oxygen storage amount.

本実施の形態の制御装置は、燃料カット制御を終了するとともに、第2のリッチ制御を開始する。本実施の形態においては、空燃比補正量が予め定められた値に設定される。すなわち、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が予め設定されている。空燃比補正量としては、排気ガスの空燃比が深いリッチになるように設定される。たとえば、空燃比補正量は、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が略13.5になるように制御される。   The control device of the present embodiment ends the fuel cut control and starts the second rich control. In the present embodiment, the air-fuel ratio correction amount is set to a predetermined value. That is, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 is set in advance. The air-fuel ratio correction amount is set so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes deep and rich. For example, the air-fuel ratio correction amount is controlled so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 becomes approximately 13.5.

時刻t12において第2のリッチ制御を開始すると、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比はリッチになる。上流側空燃比センサ40の出力値は小さいリッチ空燃比になる。排気浄化触媒20の内部が酸化雰囲気から還元雰囲気に変化するとともに、酸素吸蔵量OSAscが低下する。排気浄化触媒20の内部に吸蔵されている酸素が消費される。第2のリッチ制御を実施することにより、排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比は急激に低下し、下流側空燃比センサ41の出力値は排気ガスの空燃比がリッチ空燃比の値を示すまで低下する。 When starting the second rich control at time t 12, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 becomes rich. The output value of the upstream air-fuel ratio sensor 40 becomes a small rich air-fuel ratio. The inside of the exhaust purification catalyst 20 changes from the oxidizing atmosphere to the reducing atmosphere, and the oxygen storage amount OSAsc decreases. The oxygen stored in the exhaust purification catalyst 20 is consumed. By performing the second rich control, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 20 rapidly decreases, and the output value of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is the value at which the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich. It decreases until it shows.

ところで、第2のリッチ制御における排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比は、第1のリッチ制御における排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比よりもリッチになる。第1のリッチ制御のような理論空燃比からの差が小さな排気ガスの空燃比においては、排気浄化触媒の表面から浅い部分のみにて酸素の放出が行われている。たとえば、触媒作用を有する貴金属および酸素吸蔵能力を有する物質が担体の表面に形成されているコート層に配置されている場合には、コート層の表面から浅い部分のみにて酸素の放出が行われる。ところが、第2のリッチ制御のような理論空燃比からの差が大きな空燃比の排気ガスが排気浄化触媒に流入すると、排気浄化触媒の表面から深い部分まで酸素の放出が行われる。図11に示すグラフでは、時刻t13において、排気浄化触媒20の酸素吸蔵量を零にて標記しているが、第2のリッチ制御では、第1のリッチ制御にて酸素が放出される深さよりも深い部分に吸蔵されている酸素が放出される。 By the way, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst in the second rich control becomes richer than the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst in the first rich control. In the air-fuel ratio of the exhaust gas having a small difference from the stoichiometric air-fuel ratio as in the first rich control, oxygen is released only at a shallow portion from the surface of the exhaust purification catalyst. For example, when a noble metal having a catalytic action and a substance having an oxygen storage capacity are arranged in a coat layer formed on the surface of the carrier, oxygen is released only at a shallow portion from the surface of the coat layer. . However, when an air-fuel ratio exhaust gas having a large difference from the stoichiometric air-fuel ratio as in the second rich control flows into the exhaust purification catalyst, oxygen is released from the surface of the exhaust purification catalyst to a deep portion. In the graph shown in FIG. 11, at time t 13, but has the title of the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst 20 at zero, the second rich control, deep oxygen is released at the first rich control The oxygen stored in the deeper part is released.

本実施の形態では、下流側空燃比センサ41の出力電流が0以下になったときに、第2のリッチ制御を終了している。すなわち、排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチになったときに第2のリッチ制御を終了している。   In the present embodiment, the second rich control is terminated when the output current of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes 0 or less. That is, the second rich control is terminated when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 20 becomes the stoichiometric air-fuel ratio or rich.

本実施の形態の制御装置は、時刻t13において第2のリッチ制御が終了するとともに、第2のリーン制御を開始する。第2のリーン制御では、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が大きいリーン空燃比の値にて開始することが好ましい。本実施の形態では、通常運転制御の第1のリーン制御における排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比よりもリーンの空燃比(大きな空燃比)にて第2のリーン制御を開始している。すなわち、第2のリーン制御の空燃比補正量は、第1のリーン制御の空燃比補正量よりも大きな値が設定されて開始している。 The control device of the present embodiment, together with the second rich control is ended at time t 13, to start the second lean control. The second lean control is preferably started at a lean air-fuel ratio value at which the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 is large. In the present embodiment, the second lean control is started at an air-fuel ratio (an air-fuel ratio) leaner than the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst in the first lean control of the normal operation control. . That is, the air-fuel ratio correction amount for the second lean control is set to a larger value than the air-fuel ratio correction amount for the first lean control.

本実施の形態の第2のリーン制御では、第2のリーン制御の実施期間中における排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比のリッチ度合が強くなるほど、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比のリーン度合を強くする制御を行っている。すなわち、排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比がリッチになる(小さくなる)ほど、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比をリーンにする(大きくする)制御を実施している。下流側空燃比センサ41の出力値が小さくなるほど、空燃比補正量を大きくする比例制御を行っている。このために、図11に示す実施例では、第2のリーン制御の期間中には、空燃比補正量が第1のリーン制御における空燃比補正量よりも小さくなる期間がある。   In the second lean control of the present embodiment, the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 becomes stronger as the richness of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 20 during the period of execution of the second lean control becomes stronger. Control is performed to increase the lean degree of the air-fuel ratio. That is, control is performed to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 leaner (increase) as the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 20 becomes richer (smaller). . Proportional control is performed to increase the air-fuel ratio correction amount as the output value of the downstream air-fuel ratio sensor 41 decreases. For this reason, in the embodiment shown in FIG. 11, there is a period during which the air-fuel ratio correction amount is smaller than the air-fuel ratio correction amount in the first lean control during the second lean control period.

ここで、本実施の形態の第2のリーン制御においては、空燃比補正量が大きくなりすぎないようにガード値を設けている。すなわち、空燃比補正量の最大値が予め定められている。下流側空燃比センサ41の出力値に基づいて空燃比補正量を算出した場合に、ガード値よりも大きな値が算出される場合がある。この場合には、空燃比補正量をガード値に設定する制御を行っている。ガード値としては、例えば、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が14.9以下になるように設定することができる。また、第1のリーン制御の空燃比補正量が予め設定されている場合には、ガード値は第1のリーン制御の空燃比補正量よりも大きく設定される。   Here, in the second lean control of the present embodiment, a guard value is provided so that the air-fuel ratio correction amount does not become too large. That is, the maximum value of the air-fuel ratio correction amount is determined in advance. When the air-fuel ratio correction amount is calculated based on the output value of the downstream side air-fuel ratio sensor 41, a value larger than the guard value may be calculated. In this case, control is performed to set the air-fuel ratio correction amount to the guard value. For example, the guard value can be set so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 is 14.9 or less. When the air-fuel ratio correction amount for the first lean control is set in advance, the guard value is set larger than the air-fuel ratio correction amount for the first lean control.

時刻t13から時刻t14までは、空燃比補正量がガード値に設定され、ガード値よりも大きくならないように制御されている。このように、時刻t13から時刻t14までは、空燃比補正量は、あらかじめ設定されたガード値に維持されている。 From time t 13 to the time t 14, the air-fuel ratio correction amount is set to the guard value, and is controlled so as not to exceed the guard value. Thus, from the time t 13 to the time t 14, the air-fuel ratio correction amount is maintained at the preset guard value.

時刻t14以降においては、空燃比補正量として比例制御により算出された値が採用されている。下流側空燃比センサ41の出力値が上昇するとともに、空燃比補正量が減少している。空燃比補正量の減少に伴って、上流側空燃比センサ40の出力値も時間の経過と共に減少している。このように、図11に示す制御例では、第2のリーン制御における空燃比補正量を徐々に変更しているが、この形態に限られず、不連続的に空燃比補正量を変更しても構わない。たとえば、空燃比補正量をステップ状に変更しても構わない。 At time t 14 after the value calculated by the proportional control is employed as the air-fuel ratio correction amount. As the output value of the downstream air-fuel ratio sensor 41 increases, the air-fuel ratio correction amount decreases. As the air-fuel ratio correction amount decreases, the output value of the upstream air-fuel ratio sensor 40 also decreases with time. As described above, in the control example shown in FIG. 11, the air-fuel ratio correction amount in the second lean control is gradually changed. However, the present invention is not limited to this mode, and even if the air-fuel ratio correction amount is changed discontinuously. I do not care. For example, the air-fuel ratio correction amount may be changed stepwise.

第2のリーン制御では排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比になるために、排気浄化触媒20には空気過剰の排気ガスが流入する。排気浄化触媒20は酸素を吸蔵し、排気浄化触媒20の酸素吸蔵量は徐々に増加する。   In the second lean control, since the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 becomes the lean air-fuel ratio, the exhaust gas with excess air flows into the exhaust purification catalyst 20. The exhaust purification catalyst 20 stores oxygen, and the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst 20 gradually increases.

本実施の形態においては、下流側空燃比センサ41の出力電流が0以上になった場合、すなわち、排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリーンになった場合に、第2のリーン制御を終了している。時刻t15において、下流側空燃比センサ41の出力電流が零になり、第2のリーン制御を終了している。 In the present embodiment, when the output current of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes 0 or more, that is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 20 becomes the stoichiometric air-fuel ratio or lean, The second lean control is finished. At time t 15 , the output current of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes zero, and the second lean control is finished.

時刻t15において、第2のリーン制御の終了と共に通常運転制御を再開している。本実施の形態においては、通常運転制御の第1のリーン制御と第1のリッチ制御のうち、第1のリッチ制御から開始している。すなわち、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比を弱リッチ空燃比にする制御から開始している。第1のリッチ制御を実施することにより、排気浄化触媒20の酸素吸蔵量が減少する。時刻t7において、下流側空燃比センサ41の出力値がリッチ判定基準値になり、第1のリッチ制御から第1のリーン制御に切り替えられている。この後に、時刻t8において、第1のリーン制御から第1のリッチ制御に切り替えられている。このように、通常運転制御を再開することができる。 At time t 15, and resume normal operation control at the end of the second lean control. In the present embodiment, the first rich control is started out of the first lean control and the first rich control of the normal operation control. That is, the control is started from making the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 a weak rich air-fuel ratio. By performing the first rich control, the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst 20 decreases. At time t 7 , the output value of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes the rich determination reference value, and the first rich control is switched to the first lean control. After this, at time t 8, it is switched from the first lean control to the first rich control. Thus, normal operation control can be resumed.

図12に、比較例の運転制御のタイムチャートを示す。比較例の運転制御においても、燃料カット制御を実施した後に第2のリッチ制御を行う。ところが、比較例の運転制御では、第2のリッチ制御が終了すると共に通常運転制御を再開している。   In FIG. 12, the time chart of the operation control of a comparative example is shown. Also in the operation control of the comparative example, the second rich control is performed after the fuel cut control is performed. However, in the operation control of the comparative example, the second rich control ends and the normal operation control is resumed.

時刻t13までは、本実施の形態の運転制御と同様である(図11参照)。時刻t13において、下流側空燃比センサ41の出力値が0以下になり第2のリッチ制御を終了している。比較例の運転制御においては、時刻t13において、第2のリッチ制御が終了するとともに通常運転制御を開始している。下流側空燃比センサ41の出力値は、リッチ判定基準値未満であるために、第1のリーン制御から開始している。空燃比補正量は、予め定められた第1のリーン制御のリーン設定補正量に維持される。 Until time t 13 is the same as the operation control of the present embodiment (see FIG. 11). At time t 13, the output value of the downstream air-fuel ratio sensor 41 has been completed the second rich control becomes 0 or less. In operation control of the comparative example, at time t 13, the second rich control is started normal operation control with ends. Since the output value of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is less than the rich determination reference value, the first lean control is started. The air-fuel ratio correction amount is maintained at a predetermined lean setting correction amount for the first lean control.

排気浄化触媒20においては、酸素吸蔵量が時間と共に上昇する。酸素吸蔵量算出手段は、排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAscを算出する。ところが、通常運転制御の第1のリーン制御では、下流側空燃比センサ41の出力値の上昇速度が遅い。これは、第2のリッチ制御のような理論空燃比からの差が大きな空燃比の排気ガスが排気浄化触媒に流入すると、排気浄化触媒の表面から深い部分まで酸素の放出が行われるために、上昇速度が遅くなると考えられる。比較例では、時刻t15において、酸素吸蔵量が予め定められた判定基準吸蔵量Crefに到達している。このために、時刻t15において、第1のリーン制御から第1のリッチ制御に切替えられている。 In the exhaust purification catalyst 20, the oxygen storage amount increases with time. The oxygen storage amount calculation means calculates the oxygen storage amount OSAsc of the exhaust purification catalyst 20. However, in the first lean control of the normal operation control, the increasing speed of the output value of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 is slow. This is because when an air-fuel ratio exhaust gas having a large difference from the stoichiometric air-fuel ratio as in the second rich control flows into the exhaust purification catalyst, oxygen is released from the surface of the exhaust purification catalyst to a deep portion. It is thought that the rising speed will be slow. In the comparative example, at time t 15 , the oxygen storage amount reaches the predetermined criterion storage amount Cref. For this, at time t 15, it is switched from the first lean control to the first rich control.

比較例の運転制御では、下流側空燃比センサ41の出力値が理論空燃比以上に戻るまでに時間がかかる。このために、時刻t15においても下流側空燃比センサ41の出力値がリッチ判定基準値Iref未満である場合がある。この場合には、下流側空燃比センサ41の出力値がリッチ判定基準値よりも小さい状態で、第1のリッチ制御に切り替えられる。この結果、次の第1のリッチ制御から第1のリーン制御への切り替え時期が正確に判別できなくなり、通常運転制御が不可能になってしまう虞がある。すなわち、通常運転制御が破綻する虞がある。 In the operation control of the comparative example, it takes time for the output value of the downstream air-fuel ratio sensor 41 to return to the theoretical air-fuel ratio or more. For this, the output value of the downstream air-fuel ratio sensor 41 at time t 15 in some cases is less than the rich determination reference value Iref. In this case, the first rich control is switched in a state where the output value of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is smaller than the rich determination reference value. As a result, it is not possible to accurately determine the switching time from the next first rich control to the first lean control, and there is a possibility that normal operation control becomes impossible. That is, normal operation control may fail.

また、第2のリッチ制御を行うと、排気浄化触媒20の活性が低下していると考えられる。この状態で、仮に第1のリーン制御を長時間実施すると、機関本体から流出するNOxを十分に浄化することができなくなり、NOxが流出する虞がある。   Further, it is considered that when the second rich control is performed, the activity of the exhaust purification catalyst 20 is reduced. If the first lean control is performed for a long time in this state, NOx flowing out from the engine body cannot be sufficiently purified, and NOx may flow out.

図11を参照して、これに対して本実施の形態の運転制御においては、第2のリッチ制御の後に、排気ガスの空燃比が高い排気ガスを排気浄化触媒20に供給することにより、排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比を速やかに上昇させることができる。第2のリッチ制御の後に第2のリーン制御を実施するために、下流側空燃比センサ41の出力値を短時間で理論空燃比以上に戻すことができる。また、下流側空燃比センサ41の出力値がリッチ判定空燃比よりも大きくなった後に通常運転制御に移行するために、通常運転制御が破綻してしまうことを回避することができる。また、第2のリーン制御は短時間で行うために、NOxの浄化能力の低下を抑制することができる。   Referring to FIG. 11, in the operation control of the present embodiment, on the other hand, after the second rich control, exhaust gas having a high air-fuel ratio of exhaust gas is supplied to the exhaust purification catalyst 20, thereby The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the purification catalyst 20 can be quickly increased. In order to perform the second lean control after the second rich control, the output value of the downstream air-fuel ratio sensor 41 can be returned to the theoretical air-fuel ratio or more in a short time. Further, since the shift to the normal operation control is performed after the output value of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 becomes larger than the rich determination air-fuel ratio, it is possible to avoid the normal operation control from failing. Further, since the second lean control is performed in a short time, it is possible to suppress a decrease in the NOx purification ability.

また、通常運転中の期間中には、排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比になったときに空燃比センサの学習を行うことができる。たとえば、前回のリッチ判定基準値になった時から今回のリッチ判定基準値になった時までの期間について、排気浄化触媒に吸蔵される酸素量と排気浄化触媒が放出した酸素量とを推定し、これらの推定値に基づいて空燃比センサの出力を補正する学習を行うことができる。ところが、比較例の運転制御においては、下流側空燃比センサの出力値が理論空燃比に戻るまでに時間がかかるために、この時期に学習を行うと下流側空燃比センサの出力値がずれてしまう。たとえば、下流側空燃比センサの出力値がリーン側にずれてしまう。このずれは燃料カット制御の回数が多くなるほど大きくなってしまう。   Further, during the normal operation period, the air-fuel ratio sensor can be learned when the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes the rich determination air-fuel ratio. For example, the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst and the amount of oxygen released by the exhaust purification catalyst are estimated for the period from when the previous rich judgment reference value is reached to when this rich judgment reference value is reached. Therefore, it is possible to perform learning for correcting the output of the air-fuel ratio sensor based on these estimated values. However, in the operation control of the comparative example, since it takes time for the output value of the downstream air-fuel ratio sensor to return to the stoichiometric air-fuel ratio, if learning is performed at this time, the output value of the downstream air-fuel ratio sensor shifts. End up. For example, the output value of the downstream air-fuel ratio sensor shifts to the lean side. This deviation increases as the number of fuel cut controls increases.

これに対して、本実施の形態の運転制御では、通常運転制御の第1のリーン制御とは異なる第2のリーン制御を実施している。このために、第2のリーン制御の期間中には空燃比センサの学習は実施されない。または、第2のリーン制御の期間中に空燃比センサの学習を禁止する制御を行うことができる。第2のリーン制御において、空燃比センサの学習を実施しないことにより、下流側空燃比センサの出力値のずれを回避することができる。燃料カット制御の回数が多くなるにつれて、下流側空燃比センサの学習値が徐々にリーン側にずれることを抑制できる。   On the other hand, in the operation control of the present embodiment, the second lean control different from the first lean control of the normal operation control is performed. For this reason, learning of the air-fuel ratio sensor is not performed during the period of the second lean control. Alternatively, it is possible to perform control to prohibit learning of the air-fuel ratio sensor during the second lean control period. By not learning the air-fuel ratio sensor in the second lean control, it is possible to avoid a deviation in the output value of the downstream air-fuel ratio sensor. As the number of times of fuel cut control increases, it can be suppressed that the learning value of the downstream air-fuel ratio sensor gradually shifts to the lean side.

第2のリーン制御の終了時期としては、通常運転制御の破綻を回避するために、下流側空燃比センサ41の出力電流がリッチ判定基準値よりもリーン側に大きくなった場合に終了することが好ましい。すなわち、排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比が、リッチ判定空燃比よりもリーンになった場合に終了することができる。または、下流側空燃比センサ41の出力値が理論空燃比以上になったときに、第2のリーン制御を終了して通常運転制御に移行することが好ましい。この制御により通常運転制御の破綻をより確実に回避することができる。   The end time of the second lean control may be ended when the output current of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes leaner than the rich determination reference value in order to avoid failure of normal operation control. preferable. That is, the process can be terminated when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 20 becomes leaner than the rich determination air-fuel ratio. Alternatively, when the output value of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or higher than the theoretical air-fuel ratio, it is preferable to end the second lean control and shift to normal operation control. By this control, failure of normal operation control can be avoided more reliably.

図13に、本実施の形態における燃料カット制御および燃料カット制御の後の制御のフローチャートを示す。図13に示す制御は、通常運転制御の期間中に実施することができる。   FIG. 13 shows a flowchart of the fuel cut control and the control after the fuel cut control in the present embodiment. The control shown in FIG. 13 can be performed during the period of normal operation control.

ステップS40においては、通常運転制御の期間中に燃料カット制御の実施条件が成立したか否かを判別する。たとえば、図1を参照して、アクセルペダル42の踏込み量が零であり、機関回転数が予め定められた判定値を超えている場合には、燃料カットを実施する条件が成立したと判別することができる。ステップS40において燃料カット制御の実行条件が成立していない場合には、この制御を終了する。ステップS40において、燃料カット制御の実行条件が成立している場合には、ステップS41に移行する。   In step S40, it is determined whether or not a fuel cut control execution condition is satisfied during the normal operation control period. For example, referring to FIG. 1, when the amount of depression of accelerator pedal 42 is zero and the engine speed exceeds a predetermined determination value, it is determined that a condition for performing fuel cut is satisfied. be able to. If the execution condition of the fuel cut control is not satisfied in step S40, this control is terminated. In step S40, when the fuel cut control execution condition is satisfied, the process proceeds to step S41.

ステップS41において、通常運転制御を停止する。そして、ステップS42において、燃料カット制御を実施する。すなわち、通常運転制御を停止すると共に燃料カット制御を開始する。燃料カット制御では、燃焼室に供給する燃料の量を零にする制御を行う。   In step S41, the normal operation control is stopped. In step S42, fuel cut control is performed. That is, the normal operation control is stopped and the fuel cut control is started. In the fuel cut control, control is performed to reduce the amount of fuel supplied to the combustion chamber to zero.

次にステップS43においては、燃料カット制御の終了条件が成立したか否かを判別する。燃料カット制御の終了条件としては、たとえば機関回転数が予め定められた判定値未満になった場合に成立したと判別することができる。または、アクセルペダル42の踏み込み量が零よりも大きくなった場合に、燃料カット制御の終了条件が成立したと判別することができる。   Next, in step S43, it is determined whether or not an end condition for fuel cut control is satisfied. As an end condition of the fuel cut control, for example, it can be determined that the condition is satisfied when the engine speed is less than a predetermined determination value. Alternatively, when the depression amount of the accelerator pedal 42 becomes larger than zero, it can be determined that the fuel cut control end condition is satisfied.

ステップS43において、燃料カット制御の終了条件が成立していない場合には、ステップS42に戻り、燃料カット制御を継続する。ステップS43において、燃料カット制御の終了条件が成立した場合には、ステップS44に移行する。ステップS44においては、燃料カット制御を終了する。   In step S43, when the fuel cut control end condition is not satisfied, the process returns to step S42 and the fuel cut control is continued. In step S43, when the fuel cut control end condition is satisfied, the process proceeds to step S44. In step S44, the fuel cut control is terminated.

次に、ステップS45においては、第2のリッチ制御を開始する。本実施の形態においては、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が予め定められている。本実施の形態においては、空燃比補正量を予め定められた値に設定する。排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になり、排気浄化触媒20の内部では、酸化雰囲気から還元雰囲気に変化する。   Next, in step S45, the second rich control is started. In the present embodiment, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 is determined in advance. In the present embodiment, the air-fuel ratio correction amount is set to a predetermined value. The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 becomes a rich air-fuel ratio, and inside the exhaust purification catalyst 20, it changes from an oxidizing atmosphere to a reducing atmosphere.

次に、ステップS46においては、下流側空燃比センサ41の出力値が理論空燃比またはリッチになったか否かを判別する。すなわち、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnが0以下になったか否かを判別する。ステップS46において、下流側空燃比センサ41の出力電流が零よりも大きい場合には、ステップS45に戻って第2のリッチ制御を継続する。ステップS46において、下流側空燃比センサ41の出力電流が0以下の場合には、ステップS47に移行する。ステップS47においては、第2のリッチ制御を終了する。次に、第2のリッチ制御の終了とともに第2のリーン制御を開始する。   Next, in step S46, it is determined whether or not the output value of the downstream air-fuel ratio sensor 41 has become the stoichiometric air-fuel ratio or rich. That is, it is determined whether or not the output current Irdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 has become 0 or less. If the output current of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is greater than zero in step S46, the process returns to step S45 and the second rich control is continued. If the output current of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is 0 or less in step S46, the process proceeds to step S47. In step S47, the second rich control is terminated. Next, the second lean control is started together with the end of the second rich control.

ステップS48においては、第2のリーン制御空燃比補正量を算出する。すなわち、第2のリーン制御の排気浄化触媒20に流入する排気ガスの目標空燃比を計算する。本実施の形態においては、下流側空燃比センサ41の出力値に基づいて空燃比補正量を算出する。下流側空燃比センサ41の出力値が小さいほど、空燃比補正量を大きくする制御を行う。排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比の理論空燃比との差が大きいほど、空燃比補正量をリーン側に大きくする制御を行う。   In step S48, a second lean control air-fuel ratio correction amount is calculated. That is, the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the second lean control exhaust purification catalyst 20 is calculated. In the present embodiment, the air-fuel ratio correction amount is calculated based on the output value of the downstream air-fuel ratio sensor 41. Control is performed to increase the air-fuel ratio correction amount as the output value of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is smaller. Control is performed to increase the air-fuel ratio correction amount to the lean side as the difference between the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 20 and the stoichiometric air-fuel ratio increases.

次に、ステップS49においては、ステップS48において算出した空燃比補正量がガード値以下か否かを判別する。空燃比補正量のガード値は予め設定しておくことができる。ステップS49において、空燃比補正量がガード値以下である場合には、ステップS50に移行する。この場合には、排気浄化触媒20に供給する排気ガスの空燃比が予め定められたリーン空燃比の範囲内である。ステップS50においては、ステップS48においては、第2のリーン制御の空燃比補正量として算出した空燃比補正量を選定する。   Next, in step S49, it is determined whether or not the air-fuel ratio correction amount calculated in step S48 is equal to or less than a guard value. The guard value for the air-fuel ratio correction amount can be set in advance. If the air-fuel ratio correction amount is equal to or less than the guard value in step S49, the process proceeds to step S50. In this case, the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the exhaust purification catalyst 20 is within a predetermined lean air-fuel ratio range. In step S50, in step S48, the air-fuel ratio correction amount calculated as the air-fuel ratio correction amount of the second lean control is selected.

ステップS49において、算出した空燃比補正量がガード値よりも大きい場合には、ステップS51に移行する。この場合には、計算により算出された空燃比補正量はリーン側に大きすぎると判別することができる。従って、第2のリーン制御の空燃比補正量としてガード値を採用する。   If the calculated air-fuel ratio correction amount is larger than the guard value in step S49, the process proceeds to step S51. In this case, it can be determined that the air-fuel ratio correction amount calculated by calculation is too large on the lean side. Therefore, the guard value is adopted as the air-fuel ratio correction amount for the second lean control.

次に、ステップS52においては、ステップS50またはステップS51にて設定された空燃比補正量にて第2のリーン制御を実施する。   Next, in step S52, the second lean control is performed with the air-fuel ratio correction amount set in step S50 or step S51.

次に、ステップS53においては、第2のリーン制御の終了条件が成立したか否かを判別する。本実施の形態においては、排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリーンであるか否かを判別する。すなわち、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnが0以上であるか否かを判別する。   Next, in step S53, it is determined whether or not the second lean control end condition is satisfied. In the present embodiment, it is determined whether or not the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst is the stoichiometric air-fuel ratio or lean. That is, it is determined whether or not the output current Irdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is 0 or more.

ステップS53において、下流側空燃比センサ41の出力電流が、0未満である場合にはステップS48に戻り、第2のリーン制御の空燃比補正量を再度計算する。このように、ステップS48を繰り返すことにより、排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比の上昇と共に、排気浄化触媒20に供給する排気ガスの空燃比を低下させることができる。排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比に基づいた制御を行うことができる。ステップS53において、下流側空燃比センサ41の出力電流が0以上になった場合には、第2のリーン制御の終了条件が成立したと判別することができる。この場合には、ステップS54に移行する。   If the output current of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is less than 0 in step S53, the process returns to step S48, and the air-fuel ratio correction amount for the second lean control is calculated again. In this way, by repeating step S48, the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the exhaust purification catalyst 20 can be lowered along with the increase of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 20. Control based on the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 20 can be performed. In step S53, when the output current of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes 0 or more, it can be determined that the second lean control end condition is satisfied. In this case, the process proceeds to step S54.

ステップS54においては、第2のリーン制御を終了する。ステップS55においては、通常運転制御を開始する。第2のリーン制御を終了すると共に通常運転制御を再開する。通常運転では、前述の通りに第1のリッチ制御から再開することができる。または、第2のリーン制御におけて排気浄化触媒20の酸素吸蔵量を推定して、第1のリーン制御から再開しても構わない。   In step S54, the second lean control is terminated. In step S55, normal operation control is started. The second lean control is terminated and the normal operation control is resumed. In the normal operation, the first rich control can be resumed as described above. Alternatively, the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst 20 may be estimated in the second lean control and restarted from the first lean control.

第2のリーン制御における排気ガスの空燃比をリーン側に大きくすることにより、すなわち、理論空燃比からの差を大きくすることによって、短時間に下流側空燃比センサの出力値を理論空燃比の近傍まで戻すことができる。ところが、排気浄化触媒20に流入する排気空燃比が深いリーンの状態(排気空燃比が大きな状態)を長時間にわたり継続すると、NOxを浄化しきれなくなり、NOxが流出する虞がある。本実施の形態のように、排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比に基づいて排気浄化触媒に供給する排気ガスの空燃比を設定する制御を実施することによって、NOxの流出を抑制すると共に、短時間に下流側空燃比センサの値を理論空燃比または理論空燃比近傍まで戻すことができる。   By increasing the air-fuel ratio of the exhaust gas in the second lean control to the lean side, that is, by increasing the difference from the stoichiometric air-fuel ratio, the output value of the downstream air-fuel ratio sensor is set to the stoichiometric air-fuel ratio in a short time. It can be returned to the vicinity. However, if the exhaust air-fuel ratio flowing into the exhaust purification catalyst 20 is kept lean for a long time (the exhaust air-fuel ratio is large) for a long time, NOx cannot be completely purified, and NOx may flow out. As in the present embodiment, by controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the exhaust purification catalyst based on the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst, the NOx outflow is suppressed. The value of the downstream air-fuel ratio sensor can be returned to the theoretical air-fuel ratio or near the theoretical air-fuel ratio in a short time.

ところで、第2のリッチ制御を実施すると排気浄化触媒20の活性は低下した状態になる。活性が低下した状態で第2のリーン制御にて空燃比の高い排気ガスを多量に供給すると、排気浄化触媒20の内部でNOxが浄化しきれなくなり、排気浄化触媒20からNOxが流出する虞がある。このために、第2のリーン制御においては、予め定められた量の酸素が排気浄化触媒に流入した場合に、第2のリーン制御を終了する制御を行っても構わない。   By the way, when the second rich control is performed, the activity of the exhaust purification catalyst 20 is lowered. If a large amount of exhaust gas having a high air-fuel ratio is supplied in the second lean control in a state where the activity is reduced, NOx cannot be completely purified inside the exhaust purification catalyst 20, and there is a possibility that NOx flows out from the exhaust purification catalyst 20. is there. For this reason, in the second lean control, when a predetermined amount of oxygen flows into the exhaust purification catalyst, a control for terminating the second lean control may be performed.

図13を参照して、本実施の形態の第2のリーン制御は、排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比以上になるまで継続している(ステップS53参照)が、この形態に限られず、排気浄化触媒に流入する理論空燃比を超える余剰の酸素の量が予め定められた判定値を超えた場合には、第2のリーン制御を終了する制御を行っても構わない。この場合の理論空燃比を超える余剰の酸素の量は、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比と理論空燃比との差に燃料噴射量を乗じることにより算出することができる。または、第2のリーン制御を実施している期間中に排気浄化触媒の酸素吸蔵量を推定し、酸素吸蔵量が予め定められた判定値よりも大きくなった場合に、第2のリーン制御を終了しても構わない。この場合の酸素吸蔵量の判定値としては、たとえば、第1のリーン制御における判定基準吸蔵量と同量の判定値を採用することができる。または、第1のリーン制御における判定基準吸蔵量よりも大きな酸素吸蔵量の判定値を採用することができる。たとえば、第1のリーン制御における判定基準吸蔵量の略1.3倍の判定値を採用することができる。   Referring to FIG. 13, the second lean control of the present embodiment is continued until the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from exhaust purification catalyst 20 becomes equal to or higher than the theoretical air-fuel ratio (see step S53). The present invention is not limited to this configuration, and when the amount of surplus oxygen that exceeds the stoichiometric air-fuel ratio flowing into the exhaust purification catalyst exceeds a predetermined determination value, control for terminating the second lean control may be performed. Absent. In this case, the amount of surplus oxygen exceeding the stoichiometric air-fuel ratio can be calculated by multiplying the difference between the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 and the stoichiometric air-fuel ratio by the fuel injection amount. Alternatively, when the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst is estimated during the period of performing the second lean control, and the oxygen storage amount becomes larger than a predetermined determination value, the second lean control is performed. You can end it. As the determination value of the oxygen storage amount in this case, for example, a determination value having the same amount as the determination reference storage amount in the first lean control can be employed. Alternatively, a determination value for the oxygen storage amount larger than the determination reference storage amount in the first lean control can be employed. For example, a determination value approximately 1.3 times the determination reference storage amount in the first lean control can be employed.

本実施の形態の第2のリーン制御においては、下流側空燃比センサの出力値に基づいて、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比、すなわち空燃比補正量を計算する制御を行っているが、この形態に限られず、例えば、第2のリーン制御において、排気浄化触媒に供給する排気ガスの空燃比が徐々に下降するように空燃比の変化を予め設定しておいても構わない。または、排気浄化触媒に供給する排気ガスの空燃比がほぼ一定になるように、予め設定しておいても構わない。   In the second lean control of the present embodiment, control is performed to calculate the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst, that is, the air-fuel ratio correction amount, based on the output value of the downstream air-fuel ratio sensor. However, the present invention is not limited to this mode. For example, in the second lean control, the air-fuel ratio change may be set in advance so that the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the exhaust purification catalyst gradually decreases. Alternatively, it may be set in advance so that the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the exhaust purification catalyst becomes substantially constant.

図14は、本実施の形態の第2のリーン制御の他の形態を説明するタイムチャートである。時刻t13において第2のリーン制御を開始し、時刻t15において第2のリーン制御を終了している。第2のリーン制御を1回実施した後に、通常運転制御に移行している。他の形態においては、排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比をほぼ一定に維持する。すなわち、空燃比補正量を一定に維持している。第2のリーン制御における空燃比補正量は、第1のリーン制御における空燃比補正量よりも大きくする。すなわち、第1のリーン制御における排気ガスの空燃比よりも第2のリーン制御における排気ガスの空燃比を高く設定する。このときの第2のリーン制御における空燃比補正量AFCdは、例えば、第1のリーン制御における空燃比補正量よりも略1.3倍以上1.5倍以下の範囲内で大きくすることができる。 FIG. 14 is a time chart illustrating another form of the second lean control of the present embodiment. A second lean control is started at time t 13, it has completed the second lean control at time t 15. After the second lean control is performed once, the operation shifts to the normal operation control. In another embodiment, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 20 is maintained almost constant. That is, the air-fuel ratio correction amount is kept constant. The air-fuel ratio correction amount in the second lean control is made larger than the air-fuel ratio correction amount in the first lean control. That is, the air-fuel ratio of the exhaust gas in the second lean control is set higher than the air-fuel ratio of the exhaust gas in the first lean control. At this time, the air-fuel ratio correction amount AFCd in the second lean control can be increased, for example, within a range of about 1.3 to 1.5 times the air-fuel ratio correction amount in the first lean control. .

このように、第2のリーン制御においては、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が予め定められた一定値になるように制御することができる。この場合に、第2のリーン制御は、前述の第2のリーン制御と同様に、たとえば下流側空燃比センサの出力値が0以上になるまで継続することができる。または、第2のリーン制御は、実施する期間(時間長さ)を予め定めておいても構わない。すなわち、予め定められた継続時間の後に第2のリーン制御から通常運転制御に切り替えても構わない。第2のリーン制御として、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を予め定められた一定値に維持し、予め定められた継続時間にて実施する制御を行うことにより、第2のリーン制御の空燃比補正量を高く維持することができて、第2のリーン制御を短時間で終了することができる。   As described above, in the second lean control, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst can be controlled to be a predetermined constant value. In this case, the second lean control can be continued until, for example, the output value of the downstream air-fuel ratio sensor becomes 0 or more, similarly to the above-described second lean control. Alternatively, the period (time length) for performing the second lean control may be determined in advance. In other words, the second lean control may be switched to the normal operation control after a predetermined duration. As the second lean control, the second lean control is performed by maintaining the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst at a predetermined constant value and performing the control for a predetermined duration. Therefore, the second lean control can be completed in a short time.

また、第2のリーン制御は、第1のリーン制御において排気浄化触媒に吸蔵される酸素量とほぼ等しい量の酸素が吸蔵される期間にて実施することができる。この場合には、第2のリーン制御において排気浄化触媒に吸蔵される酸素量と第1のリーン制御において排気浄化触媒に吸蔵される酸素量とが等しくなる。または、第2のリーン制御は、第1のリーン制御において排気浄化触媒に吸蔵される酸素量よりも多い量の酸素が吸蔵されるように排気浄化触媒に酸素を供給することができる。例えば、第1のリーン制御において排気浄化触媒に供給する酸素量よりも多い量の酸素を供給するように、第2のリーン制御の継続時間を設定することができる。   Further, the second lean control can be performed in a period in which an amount of oxygen substantially equal to the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst in the first lean control is stored. In this case, the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst in the second lean control is equal to the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst in the first lean control. Alternatively, in the second lean control, oxygen can be supplied to the exhaust purification catalyst so that an amount of oxygen larger than the amount of oxygen stored in the exhaust purification catalyst in the first lean control is occluded. For example, the duration of the second lean control can be set so as to supply a larger amount of oxygen than the amount of oxygen supplied to the exhaust purification catalyst in the first lean control.

また、本実施の形態の内燃機関の制御装置では、上流側センサとして上流側空燃比センサ40が配置され、下流側センサとしての下流側空燃比センサ41が配置されているが、この形態に限られず、上流側センサおよび下流側センサは、排気ガスの空燃比を検出可能なセンサを採用することができる。たとえば、上流側センサとして上流側空燃比センサを採用する一方で、排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側センサとしては、下流側酸素センサにより構成することができる。   Further, in the control device for the internal combustion engine of the present embodiment, the upstream air-fuel ratio sensor 40 is disposed as the upstream sensor, and the downstream air-fuel ratio sensor 41 is disposed as the downstream sensor. However, a sensor capable of detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas can be adopted as the upstream sensor and the downstream sensor. For example, while an upstream air-fuel ratio sensor is employed as the upstream sensor, the downstream sensor that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 20 can be constituted by a downstream oxygen sensor.

空燃比センサは、全領域型のセンサであり、排気ガスの空燃比に応じて連続的な値を出力することができる。空燃比センサは、排気ガスの空燃比がリーンになる(大きくなる)ほど出力が大きくなるように形成されている(図5参照)。これに対して、酸素センサは、排気ガスの空燃比に基づいて略ステップ状の出力を発生する。たとえば、理論空燃比の近傍において、リーン空燃比からリッチ空燃比に変化するときに、所定のリーン出力値から所定のリッチ出力値に急激に変化する。酸素センサの出力により、排気ガスの空燃比がリッチ空燃比、リーン空燃比、または理論空燃比であることを判別することができる。   The air-fuel ratio sensor is an all-zone sensor, and can output a continuous value according to the air-fuel ratio of the exhaust gas. The air-fuel ratio sensor is formed so that the output becomes larger as the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes leaner (see FIG. 5). In contrast, the oxygen sensor generates a substantially step-like output based on the air-fuel ratio of the exhaust gas. For example, when changing from a lean air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio, it suddenly changes from a predetermined lean output value to a predetermined rich output value. Based on the output of the oxygen sensor, it can be determined whether the air-fuel ratio of the exhaust gas is a rich air-fuel ratio, a lean air-fuel ratio, or a stoichiometric air-fuel ratio.

下流側センサとして下流側酸素センサを採用した制御装置では、リッチ判定空燃比に加えて、排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比がリーン空燃比の領域においてリーン判定空燃比を予め定めることができる。通常運転制御では、第1のリーン制御により排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比がリーン判定空燃比以上になった場合に第1のリッチ制御に切替える制御を実施する。そして、第1のリッチ制御により排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比以下になった場合に第1のリーン制御に切替える制御を実施することができる。このような下流側センサとして下流側酸素センサを採用した内燃機関の制御装置においても、前述の第2のリッチ制御および第2のリーン制御を実施することができる。   In the control device that employs the downstream oxygen sensor as the downstream sensor, the lean determination air-fuel ratio may be determined in advance in the region where the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst is lean in addition to the rich determination air-fuel ratio. it can. In the normal operation control, control is performed to switch to the first rich control when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst becomes equal to or higher than the lean determination air-fuel ratio by the first lean control. In addition, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst by the first rich control becomes equal to or lower than the rich determination air-fuel ratio, control for switching to the first lean control can be performed. Also in the control device for an internal combustion engine that employs a downstream oxygen sensor as such a downstream sensor, the above-described second rich control and second lean control can be performed.

なお、第1のリーン制御により排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比がリーン判定空燃比以上になった場合に第1のリッチ制御に切替える制御は、下流側センサが下流側空燃比センサにより構成されている場合にも実施することができる。   The control to switch to the first rich control when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst by the first lean control becomes equal to or higher than the lean determination air-fuel ratio is performed by the downstream sensor using the downstream air-fuel ratio sensor. It can also be implemented when configured.

本実施の形態の第1のリーン制御においては、酸素吸蔵量が判定基準吸蔵量以上になるまで、連続的に排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリーンにしているが、この形態に限られず、断続的に排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリーンにしても構わない。また、同様に、第1のリッチ制御においても、下流側空燃比センサの出力がリッチ判定空燃比以下になるまで、連続的または断続的に排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチなリッチ設定空燃比にすることができる。   In the first lean control of the present embodiment, the air-fuel ratio of the exhaust gas that continuously flows into the exhaust purification catalyst is made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio until the oxygen storage amount becomes equal to or greater than the determination reference storage amount. However, the present invention is not limited to this, and the air-fuel ratio of the exhaust gas that intermittently flows into the exhaust purification catalyst may be made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Similarly, also in the first rich control, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst continuously or intermittently until the output of the downstream air-fuel ratio sensor becomes equal to or lower than the rich determination air-fuel ratio. The rich set air-fuel ratio can be made richer than the fuel ratio.

上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。   In each of the above-described controls, the order of the steps can be appropriately changed within a range where the function and the action are not changed.

上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。更に、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される形態の変更が含まれている。   In the respective drawings described above, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals. In addition, said embodiment is an illustration and does not limit invention. Furthermore, in the embodiment, changes in the form shown in the claims are included.

5 燃焼室
11 燃料噴射弁
20,24 排気浄化触媒
31 電子制御ユニット
39 エアフロメータ
40 上流側空燃比センサ
41 下流側空燃比センサ
42 アクセルペダル
5 Combustion chamber 11 Fuel injection valve 20, 24 Exhaust purification catalyst 31 Electronic control unit 39 Air flow meter 40 Upstream air-fuel ratio sensor 41 Downstream air-fuel ratio sensor 42 Accelerator pedal

Claims (7)

機関排気通路において酸素吸蔵能力を有する排気浄化触媒を備える内燃機関の制御装置であって、
前記排気浄化触媒の上流に配置され、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサと、
前記排気浄化触媒の下流に配置され、前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサとを備え、
前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比にして前記排気浄化触媒における酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量よりも小さな判定基準吸蔵量まで増大させる第1のリーン制御と、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比にし、下流側空燃比センサの出力が理論空燃比未満のリッチ判定空燃比になるまで理論空燃比よりもリッチな空燃比を連続的または断続的に継続する第1のリッチ制御とを交互に実施する通常運転制御と、燃焼室への燃料の供給を遮断する燃料カット制御とを実施し、
燃料カット制御の終了後に連続して、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を第1のリッチ制御よりもリッチな空燃比にする第2のリッチ制御、および第2のリッチ制御の後に前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を第1のリーン制御よりもリーンな空燃比にする第2のリーン制御を実施し、第2のリーン制御に続いて通常運転制御を実施するように形成されていることを特徴とする、内燃機関の制御装置。
A control device for an internal combustion engine comprising an exhaust purification catalyst having oxygen storage capacity in an engine exhaust passage,
An upstream air-fuel ratio sensor that is disposed upstream of the exhaust purification catalyst and detects an air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst;
A downstream air-fuel ratio sensor disposed downstream of the exhaust purification catalyst and detecting an air-fuel ratio of exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst;
First, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and the oxygen storage amount in the exhaust purification catalyst is increased to a determination reference storage amount smaller than the maximum oxygen storage amount. The lean air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust control catalyst is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and the stoichiometric air-fuel ratio is output until the output of the downstream air-fuel ratio sensor becomes a rich judgment air-fuel ratio less than the stoichiometric air-fuel ratio. Performing normal operation control that alternately performs first rich control that continuously or intermittently continues the air-fuel ratio richer than the fuel ratio, and fuel cut control that shuts off the supply of fuel to the combustion chamber,
After the second rich control and the second rich control, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is made richer than the first rich control continuously after the end of the fuel cut control. The second lean control is performed so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is leaner than the first lean control, and the normal operation control is performed following the second lean control. A control apparatus for an internal combustion engine, wherein
第2のリーン制御は、下流側空燃比センサの出力値がリッチ判定空燃比よりもリーンになった場合に終了する、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。   The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the second lean control is terminated when the output value of the downstream air-fuel ratio sensor becomes leaner than the rich determination air-fuel ratio. 第2のリーン制御は、第2のリーン制御の実施期間中に前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比がリッチであるほど、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーンに設定する制御を含む、請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。   In the second lean control, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst becomes leaner as the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst becomes richer during the execution period of the second lean control. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, comprising control for setting. 第2のリーン制御において前記排気浄化触媒に吸蔵される酸素量と第1のリーン制御において前記排気浄化触媒に吸蔵される酸素量とが等しくなる、請求項1から3のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。   4. The oxygen amount stored in the exhaust purification catalyst in the second lean control is equal to the oxygen amount stored in the exhaust purification catalyst in the first lean control. 5. Control device for internal combustion engine. 第2のリーン制御に続いて実施する通常運転制御は、第1のリッチ制御から開始する、請求項1から4のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。   The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the normal operation control that is performed following the second lean control starts from the first rich control. 機関排気通路において酸素吸蔵能力を有する排気浄化触媒を備える内燃機関の制御装置であって、
前記排気浄化触媒の上流に配置され、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側センサと、
前記排気浄化触媒の下流に配置され、前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側センサとを備え、
上流側センサは、上流側空燃比センサにより構成されており、
下流側センサは、下流側酸素センサまたは下流側空燃比センサにより構成されており、
前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比にして前記排気浄化触媒における酸素吸蔵量を増大する第1のリーン制御および前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする第1のリッチ制御を含む通常運転制御と、燃焼室に供給する燃料を遮断する燃料カット制御とを実施するように形成されており、
前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンの領域においてリーン判定空燃比が予め定められ、前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチの領域においてリッチ判定空燃比が予め定められており、
通常運転制御は、第1のリーン制御により前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比がリーン判定空燃比以上のリーン空燃比になった場合に第1のリッチ制御に切替える制御と、第1のリッチ制御により前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比以下のリッチ空燃比になった場合に第1のリーン制御に切替える制御とを含み、
燃料カット制御の終了後に連続して、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を第1のリッチ制御よりもリッチな空燃比にする第2のリッチ制御、および第2のリッチ制御の後に前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を第1のリーン制御よりもリーンな空燃比にする第2のリーン制御を実施し、第2のリーン制御に続いて通常運転制御を実施するように形成されていることを特徴とする、内燃機関の制御装置。
A control device for an internal combustion engine comprising an exhaust purification catalyst having oxygen storage capacity in an engine exhaust passage,
An upstream sensor that is disposed upstream of the exhaust purification catalyst and detects an air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst;
A downstream sensor that is disposed downstream of the exhaust purification catalyst and detects an air-fuel ratio of exhaust gas flowing out of the exhaust purification catalyst;
The upstream sensor is composed of an upstream air-fuel ratio sensor,
The downstream sensor is composed of a downstream oxygen sensor or a downstream air-fuel ratio sensor,
First lean control for increasing the oxygen storage amount in the exhaust purification catalyst by setting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst to a lean air-fuel ratio, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst as rich air It is formed so as to perform normal operation control including first rich control to make the fuel ratio and fuel cut control for cutting off fuel supplied to the combustion chamber,
A lean determination air-fuel ratio is predetermined in a region where the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. The rich determination air-fuel ratio is predetermined in the region of
The normal operation control includes control for switching to the first rich control when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst by the first lean control becomes a lean air-fuel ratio equal to or higher than the lean determination air-fuel ratio, Control to switch to the first lean control when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst by the rich control becomes a rich air-fuel ratio equal to or lower than the rich determination air-fuel ratio,
After the second rich control and the second rich control, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is made richer than the first rich control continuously after the end of the fuel cut control. The second lean control is performed so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is leaner than the first lean control, and the normal operation control is performed following the second lean control. A control apparatus for an internal combustion engine, wherein
第2のリーン制御に続いて実施する通常運転制御は、第1のリッチ制御から開始する、請求項6に記載の内燃機関の制御装置。   The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the normal operation control performed following the second lean control starts from the first rich control.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3351780A4 (en) * 2015-09-16 2019-03-20 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Exhaust purification control device
US10634027B2 (en) 2017-11-01 2020-04-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust purification system of internal combustion engine

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