JP2018003777A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
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.
特許文献1には、機関本体の排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第1触媒と、第1触媒よりも下流側の排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第2触媒と、第1触媒の上流側に配置された第1排気センサ(空燃比センサ)と、第1触媒と第2触媒との間に配置された第2排気センサ(酸素センサ)と、第2触媒の下流側に配置された第3排気センサ(酸素センサ)と、を備えた内燃機関が開示されている。
また特許文献1には、この内燃機関の制御装置が、第1排気センサによって検出される排気の空燃比が目標空燃比となるように機関本体を制御すると共に、第2排気センサの検出値に基づいて第1触媒からリーン空燃比の排気が流出していることを判定したときには目標空燃比をリッチ空燃比に切り替え、逆にリッチ空燃比の排気が流出していることを判定したときには目標空燃比をリーン空燃比に切り替える制御を実施することが開示されている。そして、第3排気センサの検出値に基づいて第2触媒からリーン空燃比の排気が流出していることを判定したときには、第2触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵量近傍であると判定し、第2触媒の酸素吸蔵量を減少させるために、目標空燃比が通常時よりも小さくなるように目標空燃比を補正することが開示されている。
Further, in
このように特許文献1に記載の内燃機関の制御装置は、第2排気センサの検出値に基づいて目標空燃比をリーン空燃比又はリッチ空燃比に切り替えていた。そのため、第3排気センサの検出値に基づいて目標空燃比が通常時よりも小さくなるように補正しても、第2排気センサの検出値に基づいて第1触媒からリッチ空燃比の排気が流出していると判定された場合には、目標空燃比がリーン空燃比に切り替えられる。その結果、第2触媒の酸素吸蔵量が十分に減少する前に目標空燃比がリーン空燃比に切り替えられることになるため、第1触媒からリーン空燃比の排気が流出したときに、当該排気中に含まれるNOxを第2触媒によって還元浄化できず、排気エミッションが悪化するおそれがある。
As described above, the control device for the internal combustion engine described in
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、第2触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵量まで増加した場合に生じる排気エミッションの悪化を抑制することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such problems, and an object of the present invention is to suppress the deterioration of exhaust emission that occurs when the oxygen storage amount of the second catalyst increases to the maximum storage amount.
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第1触媒と、第1触媒よりも排気流れ方向下流側の前記排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第2触媒と、第1触媒よりも排気流れ方向上流側の排気通路に配置され、第1触媒に流入する排気の空燃比を検出するための第1空燃比センサと、第1触媒と第2触媒との間の排気通路に配置され、第1触媒から流出する排気の空燃比を検出するための第2空燃比センサと、第2触媒よりも排気流れ方向下流側の排気通路に配置され、第2触媒から流出する排気の空燃比を検出するための第3空燃比センサと、を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置が、第1空燃比センサの出力空燃比が目標空燃比となるように、機関本体から排出される排気の空燃比を制御する空燃比制御部と、目標空燃比を設定する目標空燃比設定部と、を備える。目標空燃比設定部は、目標空燃比を理論空燃比よりも大きい所定の第1リーン空燃比と、理論空燃比よりも小さい所定の第1リッチ空燃比と、に交互に切り替える通常制御を実施する第1設定制御部と、第3空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりも大きくかつ第1リーン空燃比よりも小さい所定のリーン判定空燃比以上になったときに、通常制御を停止し、第2触媒の酸素吸蔵量を減少させる吸蔵量減少制御を実施する第2設定制御部と、を備える。第2設定制御部は、吸蔵量減少制御の開始時に目標空燃比を第1リッチ空燃比よりも小さい所定の第2リッチ空燃比に設定すると共に、目標空燃比を第2リッチ空燃比に設定している期間において、第1触媒から理論空燃比よりも空燃比の小さい排気が流出してから目標空燃比を第1リッチ空燃比よりも大きい所定の第3リッチ空燃比に設定するように構成される。 In order to solve the above-described problem, according to an aspect of the present invention, an engine body, a first catalyst having an oxygen storage capacity disposed in an exhaust passage of the engine body, and an exhaust flow direction downstream side of the first catalyst A second catalyst having an oxygen storage capacity disposed in the exhaust passage, and an exhaust passage disposed upstream of the first catalyst in the exhaust flow direction and for detecting an air-fuel ratio of the exhaust flowing into the first catalyst From the first air-fuel ratio sensor, the second air-fuel ratio sensor that is disposed in the exhaust passage between the first catalyst and the second catalyst and detects the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the first catalyst, and the second catalyst And a third air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the second catalyst, the control device for the internal combustion engine for controlling the internal combustion engine is disposed in the exhaust passage downstream of the exhaust flow direction. The output air-fuel ratio of the first air-fuel ratio sensor is the target air-fuel ratio So as to includes a air-fuel ratio control unit for controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body, and the target air-fuel ratio setting unit for setting a target air-fuel ratio, a. The target air-fuel ratio setting unit performs normal control for alternately switching the target air-fuel ratio between a predetermined first lean air-fuel ratio larger than the theoretical air-fuel ratio and a predetermined first rich air-fuel ratio smaller than the theoretical air-fuel ratio. The normal control is stopped when the output air-fuel ratio of the first setting control unit and the third air-fuel ratio sensor becomes equal to or greater than a predetermined lean determination air-fuel ratio that is larger than the theoretical air-fuel ratio and smaller than the first lean air-fuel ratio. And a second setting control unit that performs storage amount reduction control for reducing the oxygen storage amount of the second catalyst. The second setting control unit sets the target air-fuel ratio to a predetermined second rich air-fuel ratio smaller than the first rich air-fuel ratio at the start of the storage amount reduction control, and sets the target air-fuel ratio to the second rich air-fuel ratio. The target air-fuel ratio is set to a predetermined third rich air-fuel ratio that is larger than the first rich air-fuel ratio after the exhaust gas having an air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio flows out from the first catalyst during the period of time. The
本発明のこの態様によれば、第2触媒の酸素吸蔵量を適切に減少させることができるので、第2触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵量まで増加した場合に生じる排気エミッションの悪化を抑制することができる。 According to this aspect of the present invention, the oxygen storage amount of the second catalyst can be appropriately reduced, so that the deterioration of exhaust emission that occurs when the oxygen storage amount of the second catalyst increases to the maximum storage amount is suppressed. be able to.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.
(第1実施形態)
<内燃機関全体の説明>
まず図1から図5を参照して、本発明の第1実施形態による内燃機関100及び内燃機関100を制御する電子制御ユニット200について説明する。図1は、本発明の一実施形態による内燃機関100及び内燃機関100を制御する電子制御ユニット200の概略構成図である。
(First embodiment)
<Description of the internal combustion engine as a whole>
First, an
図1に示すように、内燃機関100は、機関本体1と、吸気装置20と、排気装置30と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
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の上面に固定されたシリンダヘッド3と、を備える。
The
シリンダブロック2には、複数のシリンダ4が形成される。シリンダ4の内部には、燃焼圧力を受けてシリンダ4の内部を往復運動するピストン5が収められる。ピストン5は、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトによってピストン5の往復運動が回転運動に変換される。シリンダヘッド3の内壁面、シリンダ4の内壁面及びピストン冠面によって区画された空間が燃焼室6となる。
A plurality of
シリンダヘッド3には、シリンダヘッド3の一方の側面に開口すると共に燃焼室6に開口する吸気ポート7と、シリンダヘッド3の他方の側面に開口すると共に燃焼室6に開口する排気ポート8と、が形成される。
The
またシリンダヘッド3には、燃焼室6と吸気ポート7との開口を開閉するための吸気弁9と、燃焼室6と排気ポート8との開口を開閉するための排気弁10と、吸気弁9を開閉駆動する吸気カムシャフト11と、排気弁10を開閉駆動する排気カムシャフト12と、が取り付けられる。
The
さらにシリンダヘッド3には、燃焼室6内に燃料を噴射するための燃料噴射弁13と、燃料噴射弁13から噴射された燃料と空気との混合気を燃焼室6内で点火するための点火プラグ14と、が取り付けられる。本実施形態では、燃料として理論空燃比が14.6であるガソリンを用いているが、他の燃料を用いることもできる。なお、燃料噴射弁13は、吸気ポート7内に燃料を噴射するように取り付けてもよい。
Further, the
吸気装置20は、吸気ポート7を介してシリンダ4内に空気を導くための装置であって、エアクリーナ21と、吸気管22と、吸気マニホールド23と、電子制御式のスロットル弁24と、エアフローメータ211と、を備える。
The
エアクリーナ21は、空気中に含まれる砂などの異物を除去する。
The
吸気管22は、一端がエアクリーナ21に連結され、他端が吸気マニホールド23のサージタンク23aに連結される。吸気管22によって、エアクリーナ21を介して吸気管22内に流入してきた空気(吸気)が吸気マニホールド23のサージタンク23aに導かれる。
One end of the
吸気マニホールド23は、サージタンク23aと、サージタンク23aから分岐してシリンダヘッド側面に形成されている各吸気ポート7の開口に連結される複数の吸気枝管23bと、を備える。サージタンク23aに導かれた空気は、吸気枝管23bを介して各シリンダ4内に均等に分配される。このように、吸気管22、吸気マニホールド23及び吸気ポート7が、各シリンダ4内に空気を導くための吸気通路を形成する。
The
スロットル弁24は、吸気管22内に設けられる。スロットル弁24は、スロットルアクチュエータ25によって駆動され、吸気管22の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。スロットルアクチュエータ25によってスロットル弁24の開度(以下「スロットル開度」という。)の調整することで、各シリンダ4内に吸入される吸気量が調整される。スロットル開度は、スロットルセンサ212によって検出される。
The
エアフローメータ211は、スロットル弁24よりも上流側の吸気管22内に設けられる。エアフローメータ211は、吸気管22内を流れる空気の流量(以下「吸気量」という。)を検出する。
The
排気装置30は、燃焼室6内で生じた燃焼ガス(排気)を浄化して外気に排出するための装置であって、排気マニホールド31と、排気管32と、排気後処理装置33と、第1空燃比センサ213と、第2空燃比センサ214と、第3空燃比センサ215と、を備える。
The
排気マニホールド31は、シリンダヘッド側面に形成されている各排気ポート8の開口と連結される複数の排気枝管31aと、排気枝管31aを集合させて1本にまとめた集合管31bと、を備える。
The
排気管32は、一端が排気マニホールド31の集合管31bに連結され、他端が外気に開口している。各シリンダ4から排気ポート8を介して排気マニホールド31に排出された排気は、排気管32を流れて外気に排出される。
The
排気後処理装置33は、それぞれ排気浄化触媒が内蔵された第1触媒コンバータ33aと、第2触媒コンバータ33bと、を備える。各触媒コンバータは、排気流れ方向上流側から第1触媒コンバータ33a、第2触媒コンバータ33bの順で排気管32に連結されている。このように、排気ポート8、排気マニホールド31、排気管32、第1触媒コンバータ33a、及び第2触媒コンバータ33bが、各シリンダ4から排出された排気が流れる排気通路を形成する。
The
第1触媒コンバータ33a及び第2触媒コンバータ33bには、排気浄化触媒として、それぞれ酸素吸蔵能力を有する三元触媒が内蔵されている。なお、以下の説明では、第1触媒コンバータ33a及び第2触媒コンバータ33bのそれぞれに内蔵された三元触媒のことを特に区別する必要があるときは、第1触媒コンバータ33aに内蔵された三元触媒のことを「第1三元触媒34」といい、第2触媒コンバータ33bに内蔵された三元触媒のことを「第2三元触媒35」という。
Each of the first
三元触媒は、それぞれ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))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。三元触媒は、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。なお本実施形態では、吸収及び吸着の双方を含む用語として吸蔵という用語を使用している。 The three-way catalyst is obtained by supporting a noble metal having a catalytic action (for example, platinum (Pt)) and a substance having an oxygen storage capacity (for example, ceria (CeO 2 )) on a ceramic support. When the three-way catalyst reaches a predetermined activation temperature, the three-way catalyst exhibits an oxygen storage capacity in addition to a catalytic action for simultaneously purifying unburned gas (HC, CO, etc.) and nitrogen oxide (NOx). In this embodiment, the term occlusion is used as a term including both absorption and adsorption.
酸素吸蔵能力を有する三元触媒は、三元触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりも大きいとき、すなわち三元触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比であるときには、排気中の酸素を吸蔵する。一方で、三元触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりも小さいとき、すなわち三元触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比であるときには、三元触媒に吸蔵されている酸素を放出する。また三元触媒に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときには、三元触媒において排気中の窒素と水素、又はHCとNOxが反応することによりアンモニアが生成される。 A three-way catalyst having oxygen storage capacity is a lean air-fuel ratio when the air-fuel ratio of exhaust flowing into the three-way catalyst is larger than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, when the air-fuel ratio of exhaust flowing into the three-way catalyst is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. When it is at the fuel ratio, oxygen in the exhaust gas is occluded. On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the three-way catalyst is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, when the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the three-way catalyst is a rich air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the three-way Releases oxygen stored in the catalyst. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst is a rich air-fuel ratio, ammonia is generated by the reaction of nitrogen and hydrogen or HC and NOx in the exhaust gas in the three-way catalyst.
三元触媒は、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有することにより、酸素吸蔵量に応じてNOx及び未燃ガスの浄化作用を有する。すなわち、三元触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比である場合、図2(A)に示したように、酸素吸蔵量が少ないときには三元触媒により排気中の酸素が吸蔵される。また、これに伴って、排気中のNOxが還元浄化される。また、酸素吸蔵量が多くなると、最大吸蔵量Cmax近傍の或る吸蔵量(図中のCuplim)を境に三元触媒から流出する排気中の酸素及びNOxの濃度が急激に上昇する。 The three-way catalyst has a catalytic action and an oxygen storage capacity, and thus has a purification action of NOx and unburned gas according to the oxygen storage amount. That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst is a lean air-fuel ratio, as shown in FIG. 2A, when the oxygen storage amount is small, oxygen in the exhaust gas is stored by the three-way catalyst. Along with this, NOx in the exhaust is reduced and purified. Further, when the oxygen storage amount increases, the concentration of oxygen and NOx in the exhaust gas flowing out from the three-way catalyst rapidly increases with a certain storage amount (Cuplim in the figure) in the vicinity of the maximum storage amount Cmax.
一方、三元触媒に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比である場合、図2(B)に示したように、酸素吸蔵量が多いときには三元触媒に吸蔵されている酸素が放出され、排気中の未燃ガスは酸化浄化される。また、酸素吸蔵量が少なくなると、ゼロ近傍の或る吸蔵量(図中のClowlim)を境に三元触媒から流出する排気中の未燃ガスの濃度が急激に上昇する。 On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst is a rich air-fuel ratio, as shown in FIG. 2B, when the oxygen storage amount is large, oxygen stored in the three-way catalyst is released, Unburned gas in the exhaust gas is oxidized and purified. Further, when the oxygen storage amount decreases, the concentration of unburned gas in the exhaust gas flowing out from the three-way catalyst suddenly increases at a certain storage amount near the zero (Crowlim in the figure).
以上のように、本実施形態において用いられる三元触媒によれば、三元触媒に流入する排気の空燃比及び酸素吸蔵量に応じて排気中の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 three-way catalyst used in the present embodiment, the purification characteristics of NOx and unburned gas in the exhaust gas change according to the air-fuel ratio and oxygen storage amount of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst. Note that the exhaust purification catalyst may be a catalyst different from the three-way catalyst as long as it has catalytic action and oxygen storage capacity.
第1空燃比センサ213は、排気マニホールド31の集合管31bに設けられ、第1触媒コンバータ33aに流入する排気の空燃比を検出する。
The first air-
第2空燃比センサ214は、第1触媒コンバータ33aと第2触媒コンバータ33bとの間の排気管32に設けられ、第1触媒コンバータ33aから流出して第2触媒コンバータ33bに流入する排気の空燃比を検出する。
The second air-
第3空燃比センサ215は、第2触媒コンバータ33bよりも排気流れ方向下流側の排気管32に設けられ、第2触媒コンバータ33bから流出する排気の空燃比を検出する。本実施形態では、第1空燃比センサ213、第2空燃比センサ214、及び第3空燃比センサ215として、同一構成の空燃比センサを用いている。
The third air-
図3は、第1空燃比センサ213、第2空燃比センサ214、及び第3空燃比センサ215のセンサ素子部50の概略断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the
図3に示すように、センサ素子部50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53と、通過する排気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、センサ素子部50の加熱を行うヒータ部56とを具備する。
As shown in FIG. 3, the
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を介して各空燃比センサ213、214、215による検出対象であるガス、すなわち排気が導入させられる。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
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。
A
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によって各空燃比センサ213、214、215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。
A plurality of
固体電解質層51は、ZrO2(ジルコニア)、HfO2、ThO2、Bi2O3等にCaO、MgO、Y2O3、Yb2O3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
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200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200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を介してこれら電極52、53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各空燃比センサ213、214、215の出力電流である。
Further, a sensor application voltage Vr is applied between the
次に図4及び図5を参照して、本実施形態における第1空燃比センサ213、第2空燃比センサ214、及び第3空燃比センサ215の出力特性について説明する。図4は、本実施形態における第1空燃比センサ213、第2空燃比センサ214、及び第3空燃比センサ215の電圧−電流(V−I)特性を示す図であり、図5は、印加電圧を一定に維持したときの、第1空燃比センサ213、第2空燃比センサ214、及び第3空燃比センサ215の周りを流通する排気の空燃比と出力電流Iとの関係を示す図である。
Next, output characteristics of the first air-
図4からわかるように、本実施形態の第1空燃比センサ213、第2空燃比センサ214、及び第3空燃比センサ215では、出力電流Iは、排気の空燃比が高くなるほど(リーンになるほど)、大きくなる。また、各排気空燃比におけるV−I線には、V軸にほぼ平行な領域、すなわちセンサ印加電圧が変化しても出力電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域は限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図4では、排気の空燃比が18であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれW18、I18で示している。したがって、第1空燃比センサ213、第2空燃比センサ214、及び第3空燃比センサ215は限界電流式の空燃比センサであるということができる。
As can be seen from FIG. 4, in the first air-
図5は、印加電圧を0.45V程度で一定にしたときの、排気の空燃比と出力電流Iとの関係を示す図である。図5からわかるように、第1空燃比センサ213、第2空燃比センサ214、及び第3空燃比センサ215では、排気の空燃比が高くなるほど(すなわち、リーンになるほど)、第1空燃比センサ213、第2空燃比センサ214、及び第3空燃比センサ215からの出力電流Iが大きくなるように、排気の空燃比に対して出力電流がリニアに(比例するように)変化する。加えて、第1空燃比センサ213、第2空燃比センサ214、及び第3空燃比センサ215は、排気の空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Iがゼロになるように構成される。また、排気の空燃比が一定以上に大きくなったとき、或いは一定以下に小さくなったときには、排気の空燃比の変化に対する出力電流の変化の割合が小さくなる。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the air-fuel ratio of the exhaust and the output current I when the applied voltage is kept constant at about 0.45V. As can be seen from FIG. 5, in the first air-
なお、上記例では、第1空燃比センサ213、第2空燃比センサ214、及び第3空燃比センサ215として限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、排気の空燃比に対して出力電流がリニアに変化するものであれば、第1空燃比センサ213、第2空燃比センサ214、及び第3空燃比センサ215として、例えばコップ型の限界電流式空燃比センサ等の他の構造の限界電流式の空燃比センサや、限界電流式ではない空燃比センサなど、如何なる空燃比センサを用いてもよい。また、第1空燃比センサ213、第2空燃比センサ214、及び第3空燃比センサ215はそれぞれ異なる構造の空燃比センサであってもよい。
In the above example, limit current type air-fuel ratio sensors are used as the first air-
図1に戻り、電子制御ユニット200は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス201によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)202、RAM(ランダムアクセスメモリ)203、CPU(マイクロプロセッサ)204、入力ポート205及び出力ポート206を備える。
Returning to FIG. 1, the
入力ポート205には、前述したエアフローメータ211やスロットルセンサ212、第1空燃比センサ213、第2空燃比センサ214、第3空燃比センサ215などの出力信号が、対応する各AD変換器207を介して入力される。また入力ポート205には、アクセルペダル220の踏み込み量(以下「アクセル踏込量」という。)に比例した出力電圧を発生する負荷センサ217の出力電圧が、対応するAD変換器207を介して入力される。また入力ポート205には、機関回転速度等を算出するための信号として、機関本体1のクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ218の出力信号が入力される。このように入力ポート205には、内燃機関100を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
Output signals from the
出力ポート206には、対応する駆動回路208を介して燃料噴射弁13や点火プラグ14、スロットルアクチュエータ25などの各制御部品が電気的に接続される。
Control components such as the
電子制御ユニット200は、入力ポート205に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート206から出力して内燃機関100を制御する。以下、電子制御ユニット200が実施する内燃機関100の空燃比制御について説明する。
<空燃比制御の概要>
電子制御ユニット200は、第1空燃比センサ213の出力空燃比が目標空燃比となるように、機関本体1の燃焼室6から排出される排気の空燃比を制御する。具体的には電子制御ユニット200は、第1空燃比センサ213の出力空燃比が目標空燃比となるように、第1空燃比センサ213の出力空燃比に基づいて燃料噴射弁13からの燃料噴射量をフィードバック制御する。なお、「出力空燃比」は、各空燃比センサ213,214,215の出力値に相当する空燃比を意味する。そして電子制御ユニット200は、目標空燃比を設定するための目標空燃比設定制御として、目標空燃比を理論空燃比よりも大きい所定の第1リーン空燃比AFL1と、理論空燃比よりも小さい所定の第1リッチ空燃比AFR1と、に交互に切り替える通常制御を実施する。
The
<Outline of air-fuel ratio control>
The
<通常制御としてのリーン破綻制御>
本実施形態では通常制御として、第1三元触媒34の酸素吸蔵量(以下「第1酸素吸蔵量」という。)OSAscを周期的に第1三元触媒34の最大貯蔵量Cmaxupまで増大させて、第1三元触媒34をリーン破綻させるリーン破綻制御を実施する。
<Lean failure control as normal control>
In the present embodiment, as normal control, the oxygen storage amount (hereinafter referred to as “first oxygen storage amount”) OSAsc of the first three-
電子制御ユニット200は、リーン破綻制御の実施中は第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリーン空燃比になったときに、目標空燃比を所定の第1リッチ空燃比AFR1に切り替え、その後、第1リッチ空燃比AFR1に維持する。本実施形態では電子制御ユニット200は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidが理論空燃比よりも僅かに大きいリーン判定空燃比AFrefle(例えば、14.65)以上になったときに、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリーン空燃比になったと判断し、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1に切り替えている。
The
第1リッチ空燃比AFR1は、理論空燃比よりも或る程度小さな予め定められた空燃比であり、例えば、12〜14.58、好ましくは13〜14.57、より好ましくは14〜14.55程度とされる。第1リッチ空燃比AFR1は、制御中心となる空燃比(以下「制御中心空燃比」という。本実施形態では理論空燃比。)AFcenからリッチ補正量(負の値)を加算した空燃比として表すこともできる。 The first rich air-fuel ratio AFR1 is a predetermined air-fuel ratio that is somewhat smaller than the theoretical air-fuel ratio, and is, for example, 12 to 14.58, preferably 13 to 14.57, more preferably 14 to 14.55. It is said to be about. The first rich air-fuel ratio AFR1 is expressed as an air-fuel ratio obtained by adding a rich correction amount (negative value) from the air-fuel ratio (hereinafter referred to as “control center air-fuel ratio”. In this embodiment, the theoretical air-fuel ratio) AFcen to be the control center. You can also
また電子制御ユニット200は、目標空燃比設定制御と並行して第1酸素吸蔵量OSAscを推定するための第1酸素吸蔵量推定制御を実施している。具体的には電子制御ユニット200は、第1空燃比センサ213の出力空燃比AFupに基づいて、第1三元触媒34に流入する排気の酸素過不足量OEDscを随時算出しており、この酸素過不足量OEDscを積算することで第1酸素吸蔵量OSAscを推定している。酸素過不足量OEDscは、第1三元触媒34に流入する排気の空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素の量又は不足する酸素の量(過剰な未燃ガス等の量)を意味する。本実施形態では電子制御ユニット200は、下記の式(1)に示す通り、第1空燃比センサ213の出力空燃比AFup、制御中心空燃比AFcen、及び燃料噴射弁13からの燃料供給量Qi(又はエアフローメータ211の出力等に基づいて算出される燃焼室6内への吸入空気量の推定値)に基づいて、酸素過不足量OEDscを随時算出している。なお式(1)において、0.23は空気中の酸素濃度を表す。
OEDsc=0.23×Qi×(AFup−AFcen) …(1)
The
OEDsc = 0.23 × Qi × (AFup-AFcen) (1)
そして電子制御ユニット200は、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1に設定している期間に第1酸素吸蔵量OSAscの推定値が予め定められた第1切替基準量Crefup1以下になると、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1からリーン判定空燃比AFrefleよりも大きい所定の第1リーン空燃比AFL1に切り替え、その後、第1リーン空燃比AFL1に維持する。
When the estimated value of the first oxygen storage amount OSAsc becomes equal to or less than a predetermined first switching reference amount Crefup1 during the period when the target air-fuel ratio is set to the first rich air-fuel ratio AFR1, the
第1リーン空燃比AFL1は、理論空燃比よりも或る程度大きな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。第1リーン空燃比AFL1は、制御中心空燃比(本実施形態では理論空燃比。)AFcenにリーン補正量(正の値)を加算した空燃比として表すこともできる。なお本実施形態では、第1リーン空燃比AFL1の理論空燃比からの差(リーン度合い)は、第1リッチ空燃比AFR1の理論空燃比からの差(リーン度合い)以下とされる。 The first lean air-fuel ratio AFL1 is a predetermined air-fuel ratio that is somewhat larger than the stoichiometric air-fuel ratio, and is, for example, 14.65 to 20, preferably 14.65 to 18, and more preferably 14.65 to 16 It is said to be about. The first lean air-fuel ratio AFL1 can also be expressed as an air-fuel ratio obtained by adding a lean correction amount (positive value) to the control center air-fuel ratio (the stoichiometric air-fuel ratio in this embodiment) AFcen. In the present embodiment, the difference (lean degree) from the stoichiometric air-fuel ratio of the first lean air-fuel ratio AFL1 is made equal to or less than the difference (lean degree) from the stoichiometric air-fuel ratio of the first rich air-fuel ratio AFR1.
そして電子制御ユニット200は、目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1に設定している期間に第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリーン判定空燃比AFrefle以上になると、目標空燃比を再び第1リッチ空燃比AFR1に切り替え、その後、同様の操作を繰り返す。
When the output air-fuel ratio AFmid of the second air-
ただし、リーン破綻制御を行った場合であっても、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1に設定している期間において、第1酸素吸蔵量OSAscの推定値が第1切替基準量Crefup1以下となる前に、第1酸素吸蔵量OSAscの実際値がゼロ近傍まで低下する場合がある。その原因としては、例えば経時劣化などの理由によって第1三元触媒34の酸素吸蔵能力が低下し、第2三元触媒34の最大吸蔵量が第1切替基準量Crefup1未満まで低下したり、一時的に第1三元触媒34に流入する排気の空燃比が目標空燃比から瞬間的に大きくリッチ側にずれたりすることが挙げられる。このように第1酸素吸蔵量OSAscの実際値がゼロ近傍まで低下すると、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1に設定しているため、第1三元触媒34からは未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流出することになる。そこで本実施形態では、リーン破綻制御中(通常制御中)に第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ空燃比となったときには、目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1に切り替えるようにしている。
However, even when lean failure control is performed, the estimated value of the first oxygen storage amount OSAsc is less than or equal to the first switching reference amount Crefup1 during the period in which the target air-fuel ratio is set to the first rich air-fuel ratio AFR1. Before the actual value, the actual value of the first oxygen storage amount OSAsc may decrease to near zero. As the cause, for example, the oxygen storage capacity of the first three-
なお本実施形態では電子制御ユニット200は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidが理論空燃比よりも僅かに小さいリッチ判定空燃比AFrefri(例えば、14.55)以下になったときに、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ空燃比になったと判断している。
In this embodiment, when the output air-fuel ratio AFmid of the second air-
<タイムチャートを用いたリーン破綻制御の説明>
図6を参照して、リーン破綻制御の動作について説明する。図6は、通常制御としてリーン破綻制御を行った場合における、空燃比補正量AFC、第1空燃比センサ213の出力空燃比AFup、第1三元触媒34の酸素吸蔵量(第1酸素吸蔵量)OSAsc、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmid、第2三元触媒35の酸素吸蔵量(以下「第2酸素吸蔵量」という。)OSAufc、及び第3空燃比センサの出力空燃比AFdwnをそれぞれ示したタイムチャートである。
<Explanation of lean failure control using time chart>
With reference to FIG. 6, the operation of lean failure control will be described. FIG. 6 shows the air-fuel ratio correction amount AFC, the output air-fuel ratio AFup of the first air-
図6において、空燃比補正量AFCは、第1三元触媒34に流入する排気の目標空燃比に関する補正量を表している。空燃比補正量AFCが0のときには目標空燃比は制御中心空燃比(本実施形態では理論空燃比。)AFcenとなる。空燃比補正量AFCが正の値であるときには目標空燃比は制御中心空燃比AFcenよりも大きい空燃比となる。空燃比補正量AFCが負の値であるときには目標空燃比は制御中心空燃比AFcenよりも小さい空燃比となる。制御中心空燃比AFcenは、機関運転状態に応じて空燃比補正量AFCを加算する対象となる空燃比、すなわち空燃比補正量AFCに応じて目標空燃比を変動させる際に基準となる空燃比を意味する。
In FIG. 6, an air-fuel ratio correction amount AFC represents a correction amount related to the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first three-
図6に示すタイムチャートでは、時刻t1以前において、空燃比補正量AFCが所定の第1リーン補正量AFCL1とされ、これにより目標空燃比が理論空燃比よりも大きい所定の第1リーン空燃比AFL1に設定される。そのため、時刻t1以前において、第1空燃比センサ213の出力空燃比AFupは第1リーン空燃比AFL1となっており、第1三元触媒34にはリーン空燃比の排気が流入している。この第1三元触媒34に流入する排気中に含まれるNOxは、第1三元触媒34で還元浄化される。そのため、時刻t1以前において、第1酸素吸蔵量OSAscが徐々に増加している。また、第1三元触媒34における還元浄化により、第1三元触媒34から流出する排気には酸素が含まれていないため、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidはほぼ理論空燃比となる。
In the time chart shown in FIG. 6, before the time t1, the air-fuel ratio correction amount AFC is set to a predetermined first lean correction amount AFCL1, and thereby the predetermined first lean air-fuel ratio AFL1 where the target air-fuel ratio is larger than the theoretical air-fuel ratio. Set to Therefore, before the time t1, the output air-fuel ratio AFup of the first air-
第1酸素吸蔵量OSAscが徐々に増加していき、時刻t1で第1酸素吸蔵量OSAscが最大吸蔵量Cmaxup近傍まで増加すると、第1三元触媒34に流入した排気中の酸素の一部が第1三元触媒34で吸蔵されずに流出し始める。その結果、酸素を含むリーン空燃比の排気が、第1三元触媒34と第2三元触媒35との間の排気管32を流れて2三元触媒35に流入することになる。
When the first oxygen storage amount OSAsc gradually increases and at time t1, the first oxygen storage amount OSAsc increases to near the maximum storage amount Cmaxup, a part of the oxygen in the exhaust gas flowing into the first three-
これにより、時刻t1以降は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidが徐々に増加する。その結果、時刻t2において、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリーン判定空燃比AFrefleに到達する。また時刻t1以降は、第1三元触媒34から流出して第2三元触媒35に流入する排気中に含まれるNOxが、第2三元触媒35で還元浄化されることになるため、第2酸素吸蔵量OSAufcが徐々に増加していく。この第2三元触媒35における還元浄化により第2三元触媒35から流出する排気中には酸素が含まれていないため、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnはほぼ理論空燃比となる。
Thereby, after the time t1, the output air-fuel ratio AFmid of the second air-
時刻t2で、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリーン判定空燃比AFrefle以上になると、第1酸素吸蔵量OSAscを減少させるべく、空燃比補正量AFCが第1リーン補正量AFCL1から第1リッチ補正量AFCR1に切り替えられ、目標空燃比が第1リーン空燃比AFR1から第1リッチ空燃比AFR1に切り替えられる。
When the output air-fuel ratio AFmid of the second air-
なお本実施形態では、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリーン判定空燃比AFrefle以上になってから、目標空燃比の切り替えを行っている。これは、第1三元触媒34が十分に酸素を吸蔵できる状態である場合、すなわち、第1酸素吸蔵量OSAscが十分に少ない場合であっても、第1三元触媒34にリーン空燃比の排気が流入したときに、第1三元触媒34から流出する排気の空燃比が理論空燃比からずれてしまう場合があるためである。逆に言うと、リーン判定空燃比AFrefleは、第1三元触媒34にリーン空燃比の排気が流入した場合において、第1三元触媒34が十分に酸素を吸蔵できる状態であるときには第1三元触媒34から流出する排気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, the target air-fuel ratio is switched after the output air-fuel ratio AFmid of the second air-
時刻t2で、目標空燃比が第1リッチ空燃比AFR1に切り替えられると、第1空燃比センサ213の出力空燃比AFupが第1リッチ空燃比AFR1となる。なお実際には、目標空燃比を切り替えてから第1三元触媒34に流入する排気の空燃比が変化するまでには遅れが生じるが、図示した例では便宜上同時に変化するものとしている。
When the target air-fuel ratio is switched to the first rich air-fuel ratio AFR1 at time t2, the output air-fuel ratio AFup of the first air-
そして、時刻t2で第1空燃比センサ213の出力空燃比AFupが第1リッチ空燃比AFR1となり、第1三元触媒34に流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化すると、それ以降は、第1三元触媒34に流入する排気中に含まれる未燃ガスを酸化浄化するために、第1三元触媒34に吸蔵された酸素が消費されるので、第1酸素吸蔵量OSAscが徐々に減少していく。また、これにより第1三元触媒34から流出する排気の空燃比が理論空燃比へと変化していき、時刻t3で、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidが理論空燃比に収束する。
When the output air-fuel ratio AFup of the first air-
そして時刻t3で、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidが理論空燃比に収束すると、それ以降は、第2酸素吸蔵量OSAufcは増加せずに一定に維持される。
When the output air-fuel ratio AFmid of the second air-
なお時刻t2以降は、第1三元触媒34に流入する排気の空燃比が第1リッチ空燃比AFR1となっているが、第1三元触媒34には十分な酸素が吸蔵されているため、第1三元触媒34に流入する排気中の未燃ガスは第1三元触媒34よって酸化浄化される。このため、第1三元触媒34からの未燃ガスの排出量はほぼゼロとなる。
After time t2, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first three-
時刻t4で第1酸素吸蔵量OSAscが第1切替基準量Crefup1まで低下すると、空燃比補正量AFCが第1リーン補正量AFCL1に切り替えられ、目標空燃比が第1リーン空燃比AFL1に切り替えられる。 When the first oxygen storage amount OSAsc decreases to the first switching reference amount Crefup1 at time t4, the air-fuel ratio correction amount AFC is switched to the first lean correction amount AFCL1, and the target air-fuel ratio is switched to the first lean air-fuel ratio AFL1.
ここで図6に示した例では、時刻t4において目標空燃比を切り替えると同時に第1酸素吸蔵量OSAscが増加しているが、実際には目標空燃比を切り替えてから第1酸素吸蔵量OSAscが増加するまでには遅れが生じる。また、内燃機関100の運転中に、何らかの理由によって第1三元触媒34に流入する排気の空燃比が意図せずに瞬間的に目標空燃比に対してリッチ側に大きくずれることも考えられる。
In the example shown in FIG. 6, the first oxygen storage amount OSAsc increases at the same time as the target air-fuel ratio is switched at time t4. However, the first oxygen storage amount OSAsc is actually changed after the target air-fuel ratio is switched. There is a delay before it increases. Further, during the operation of the
これに対して、第1切替基準量Crefup1はゼロよりも十分に高い値に設定される。このため、上述したような遅れが生じたり、実際の排気の空燃比が意図せずに目標空燃比から瞬間的に大きくずれたりしたときであっても、第1酸素吸蔵量OSAscはゼロまで低下しない。逆に言うと、第1切替基準量Crefup1は、上述したような遅れや意図しない空燃比のずれが生じても、第1酸素吸蔵量OSAscがゼロまで低下しないような高い値とされる。例えば、第1切替基準量Crefup1は、第1三元触媒34の最大吸蔵量Cmaxupの1/4以上、好ましくは1/2以上、より好ましくは4/5以上とされる。
On the other hand, the first switching reference amount Crefup1 is set to a value sufficiently higher than zero. For this reason, even when the above-described delay occurs or the actual air-fuel ratio of the exhaust gas deviates from the target air-fuel ratio unintentionally, the first oxygen storage amount OSAsc decreases to zero. do not do. In other words, the first switching reference amount Crefup1 is set to a high value so that the first oxygen storage amount OSAsc does not decrease to zero even when the above-described delay or unintended air-fuel ratio shift occurs. For example, the first switching reference amount Crefup1 is set to 1/4 or more, preferably 1/2 or more, more preferably 4/5 or more of the maximum storage amount Cmaxup of the first three-
時刻t4で、目標空燃比が第1リーン空燃比AFL1に切り替えられ、第1空燃比センサ213の出力空燃比AFupが第1リーン空燃比AFL1になると、第1三元触媒34にはリーン空燃比の排気が流入する。そのため、第1酸素吸蔵量OSAscが徐々に増加していき、時刻t5において、時刻t1と同様に、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidが増加し始めると共に、第2酸素吸蔵量OSAufcが増加し始める。また時刻t4以降は、目標空燃比が第1リーン空燃比AFL1に切り替えられて第1三元触媒34にリーン空燃比の排気が流入しているため、時刻t4以降も、第1三元触媒34からの未燃ガスの排出量はほぼゼロとなる。
When the target air-fuel ratio is switched to the first lean air-fuel ratio AFL1 at time t4 and the output air-fuel ratio AFup of the first air-
次いで、時刻t6において、時刻t2と同様に、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリーン判定空燃比AFrefle以上になると、空燃比補正量AFCが第1リーン補正量AFCL1に切り替えられる。これにより、目標空燃比が第1リーン空燃比AFL1に切り替えられ、その後、同様の動作が繰り返される。
Next, at time t6, similarly to time t2, when the output air-fuel ratio AFmid of the second air-
以上の説明から分かるように、リーン破綻制御を行っている限り、第1三元触媒34からの未燃ガスの排出量を常に抑制することができ、基本的には第1三元触媒34からの未燃ガスの排出量をほぼゼロとすることができる。また一般に三元触媒は、その酸素吸蔵量が一定に維持されると、酸素吸蔵能力が低下する。すなわち、三元触媒の酸素吸蔵能力を高く維持するためには、三元触媒の酸素吸蔵量を変動させることが必要になる。これに対して、本実施形態によれば、図6に示したように、第1吸蔵量OSAsc及び第2吸蔵量OSAufcは常に変動しているため、第1三元触媒34及び第2三元触媒35の酸素吸蔵能力の低下を抑制することができる。
As can be seen from the above description, as long as lean failure control is performed, the amount of unburned gas discharged from the first three-
なお、本実施形態では、時刻t2〜t4において、空燃比補正量AFCを第1リッチ補正量AFCR1に維持している。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量AFCを必ずしも一定に維持する必要はなく、徐々に増加させる等、変動するように設定されてもよい。或いは、時刻t2〜t4の期間中において、一時的に空燃比補正量AFCを0よりも大きな値(例えば、第1リーン補正量AFCL1)としてもよい。すなわち、時刻t2〜t4の期間中において、一時的に目標空燃比をリーン空燃比(例えば、第1リーン空燃比AFL1)としてもよい。 In the present embodiment, the air-fuel ratio correction amount AFC is maintained at the first rich correction amount AFCR1 at times t2 to t4. However, in such a period, the air-fuel ratio correction amount AFC does not necessarily need to be kept constant, and may be set so as to fluctuate, for example, gradually increase. Alternatively, during the period from the time t2 to the time t4, the air-fuel ratio correction amount AFC may be temporarily set to a value larger than 0 (for example, the first lean correction amount AFCL1). That is, during the period from time t2 to t4, the target air-fuel ratio may be temporarily set to the lean air-fuel ratio (for example, the first lean air-fuel ratio AFL1).
同様に、本実施形態では、時刻t4〜t6において、空燃比補正量AFCを第1リーン補正量AFCL1に維持している。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量AFCを必ずしも一定に維持する必要はなく、徐々に減少させる等、変動するように設定されてもよい。或いは、時刻t4〜t6の期間中において、一時的に空燃比補正量AFCを0よりも小さな値(例えば、第1リッチ補正量AFCR1)としてもよい。すなわち、時刻t4〜t6の期間中において、一時的に目標空燃比をリッチ空燃比(例えば、第1リッチ空燃比AFR1)としてもよい。 Similarly, in the present embodiment, the air-fuel ratio correction amount AFC is maintained at the first lean correction amount AFCL1 from time t4 to t6. However, in such a period, the air-fuel ratio correction amount AFC does not necessarily need to be kept constant, and may be set so as to fluctuate, for example, gradually decrease. Alternatively, during the period from time t4 to time t6, the air-fuel ratio correction amount AFC may be temporarily set to a value smaller than 0 (for example, the first rich correction amount AFCR1). That is, during the period from time t4 to t6, the target air-fuel ratio may be temporarily set to the rich air-fuel ratio (for example, the first rich air-fuel ratio AFR1).
なお、このような本実施形態における空燃比補正量AFCの設定、すなわち目標空燃比の設定は、電子制御ユニット200によって行われている。したがって、電子制御ユニット200は、リーン破綻制御中は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリーン判定空燃比AFrefle以上になったときに、第1酸素吸蔵量OSAscの推定値が第1切替基準量Crefup1以下となるまで、第1三元触媒34に流入する排気の目標空燃比を継続的又は断続的にリッチ空燃比にすると共に、第1酸素吸蔵量OSAscの推定値が切替基準量Crefup1以下になったときに、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリーン判定空燃比AFrefle以上となるまで、目標空燃比を継続的又は断続的にリーン空燃比にしているといえる。
The setting of the air-fuel ratio correction amount AFC in this embodiment, that is, the setting of the target air-fuel ratio is performed by the
より簡単に言えば、本実施形態では、電子制御ユニット200は、リーン破綻制御中は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリーン判定空燃比AFrefle以上になったときに目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えると共に、第1酸素吸蔵量OSAscの推定値が第1切替基準量Crefup1以下になったときに目標空燃比をリーン空燃比に切り替えているといえる。
More simply, in the present embodiment, during the lean failure control, the
また本実施形態では、第1酸素吸蔵量OSAscが第1切替基準値Crefup1以下になったときに、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1から第1リーン空燃比AFL1に切り替えている。しかしながら、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1から第1リーン空燃比AFL1に切り替えるタイミングは、例えば目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1へ切り替えてからの機関運転時間や積算吸入空気量等、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、第1酸素吸蔵量OSAscがゼロと推定されるまでの間に、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1から第1リーン空燃比AFL1へと切り替えることが必要となる。 In the present embodiment, the target air-fuel ratio is switched from the first rich air-fuel ratio AFR1 to the first lean air-fuel ratio AFL1 when the first oxygen storage amount OSAsc becomes equal to or less than the first switching reference value Crefup1. However, the timing at which the target air-fuel ratio is switched from the first rich air-fuel ratio AFR1 to the first lean air-fuel ratio AFL1 is, for example, the engine operation time after switching the target air-fuel ratio to the first rich air-fuel ratio AFR1, the integrated intake air amount, etc. Other parameters may be used as a reference. However, even in this case, it is necessary to switch the target air-fuel ratio from the first rich air-fuel ratio AFR1 to the first lean air-fuel ratio AFL1 until the first oxygen storage amount OSAsc is estimated to be zero. Become.
<リーン破綻制御の実施中に生じる問題点>
このように目標空燃比設定制御として、リーン破綻制御を実施した場合は、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1に切り替えた後、第1酸素吸蔵量OSAscが第1切替基準量Crefup1以下になったときに、目標空燃比が第1リーン空燃比AFL1に切り替えられる。すなわち、第1三元触媒34からリーン空燃比の排気が流出する前に、目標空燃比が第1リーン空燃比AFL1に切り替えられる。そのため、第1三元触媒34からの未燃ガスの排出量を常に抑制することができ、基本的には第1三元触媒34からの未燃ガスの排出量をほぼゼロとすることができる。
<Problems that arise during the implementation of lean failure control>
As described above, when the lean failure control is performed as the target air-fuel ratio setting control, after the target air-fuel ratio is switched to the first rich air-fuel ratio AFR1, the first oxygen storage amount OSAsc becomes equal to or less than the first switching reference amount Crefup1. The target air-fuel ratio is switched to the first lean air-fuel ratio AFL1. That is, before the lean air-fuel ratio exhaust gas flows out from the first three-
一方で目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1に切り替えた後は、第1三元触媒34からリーン空燃比の排気が流出し始めて第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリーン判定空燃比AFrefle以上になったときに、目標空燃比が第1リッチ空燃比AFR1に切り替えられる。そのため、目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1から第1リッチ空燃比AFR1に切り替える前後の期間(図6のタイムチャートでは、例えば時刻t1から時刻t3までの期間)に、第1三元触媒34からリーン空燃比の排気が流出することになる。
On the other hand, after the target air-fuel ratio is switched to the first lean air-fuel ratio AFL1, the lean air-fuel ratio exhaust starts to flow out from the first three-
この目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1から第1リッチ空燃比AFR1に切り替える前後の期間に第1三元触媒34から流出するリーン空燃比の排気中に含まれるNOxは、第2三元触媒35の酸素吸蔵量に余裕があれば、第2三元触媒35で還元浄化される。
NOx contained in the exhaust of the lean air-fuel ratio that flows out from the first three-
したがって、目標空燃比切替制御としてリーン破綻制御を実施しているときは、目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1から第1リッチ空燃比AFR1に切り替えるたびに、第1三元触媒34から少ないながらも一時的にNOxが流出し、このNOxを還元浄化するために排気中の酸素が第2三元触媒35に吸蔵されるので、第2酸素吸蔵量OSAufcが増加することになる。
Therefore, when the lean failure control is performed as the target air-fuel ratio switching control, every time the target air-fuel ratio is switched from the first lean air-fuel ratio AFL1 to the first rich air-fuel ratio AFR1, the amount is reduced from the first three-
そのため、基本的に目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1から第1リッチ空燃比AFR1に切り替えるたびに第2酸素吸蔵量OSAufcが増加し続けることになり、最終的には第2酸素吸蔵量OSAufcが第2三元触媒35の最大吸蔵量Cmaxdwnまで増加する。その結果、第2三元触媒35によってNOxを還元浄化することができなくなり、第2三元触媒35からNOxを含むリーン空燃比の排気が流出することになる。
Therefore, every time the target air-fuel ratio is switched from the first lean air-fuel ratio AFL1 to the first rich air-fuel ratio AFR1, the second oxygen storage amount OSAufc continues to increase, and finally the second oxygen storage amount OSAufc. Increases to the maximum storage amount Cmaxdwn of the second three-
そこで本実施形態では、リーン破綻制御の実施中に第2三元触媒35からリーン空燃比の排気が流出し始めて第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFrefle以上になったときは、リーン破綻制御(通常制御)を停止すると共に、目標空燃比設定制御として第2酸素吸蔵量OSAufcを減少させるための吸蔵量減少制御を実施することとした。
Therefore, in the present embodiment, the lean air-fuel ratio exhaust gas starts to flow out from the second three-
<第1実施形態による吸蔵量減少制御>
図7は、本実施形態による吸蔵量減少制御の動作について説明するタイムチャートである。
<Occlusion amount reduction control according to the first embodiment>
FIG. 7 is a time chart for explaining the operation of the occlusion amount reduction control according to this embodiment.
図7のタイムチャートにおいて、時刻t4以前は、図6を参照して前述した通りにリーン破綻制御が実施されており、時刻t1で第1酸素吸蔵量OSAscが最大吸蔵量Cmaxupに近づくと、第1三元触媒34に流入したNOxを含むリーン空燃比の排気が第1三元触媒34から流出し始める。
In the time chart of FIG. 7, before time t4, lean failure control is performed as described above with reference to FIG. 6, and when the first oxygen storage amount OSAsc approaches the maximum storage amount Cmaxup at time t1, The lean air-fuel ratio exhaust gas containing NOx flowing into the first three-
これにより、時刻t1以降において、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidが増加し始め、時刻t2でリーン判定空燃比AFrefleに到達すると、電子制御ユニット200は、空燃比補正量AFCを第1リーン補正量AFCL1から第1リッチ補正量AFCR1に切り替える。すなわち目標空燃比が、第1リーン空燃比AFL1から第1リッチ空燃比AFR1に切り替えられる。
Thus, after time t1, the output air-fuel ratio AFmid of the second air-
また、第1三元触媒34から流出したNOxを還元浄化するために、排気中の酸素が第2三元触媒35に吸蔵されるので、時刻t1以降において、第2酸素吸蔵量OSAufcが徐々に増加していく。
Further, in order to reduce and purify NOx flowing out from the first three-
時刻t2で目標空燃比が第1リーン空燃比AFL1から第1リッチ空燃比AFR1に切り替えられるものの、実際にリッチ空燃比の排気が排気管32に流れてくるまでには時間遅れがあるため、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidは未だ理論空燃比よりも大きくなっている。そのため、時刻t2以降も第2酸素吸蔵量OSAufcは増加していく。
Although the target air-fuel ratio is switched from the first lean air-fuel ratio AFL1 to the first rich air-fuel ratio AFR1 at time t2, there is a time delay until the rich air-fuel ratio exhaust gas actually flows into the
そして、時刻t3で第2酸素吸蔵量OSAufcが最大吸蔵量Cmaxdwnに到達すると、第2三元触媒35で酸素を吸蔵することができなくなり、時刻t3の直前から、NOxを含むリーン空燃比の排気が第2三元触媒35から流出し始める。これにより、時刻t3の直前から第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnが増加し始め、時刻t4で第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFrefleに到達する。
When the second oxygen storage amount OSAufc reaches the maximum storage amount Cmaxdwn at time t3, oxygen cannot be stored by the second three-
時刻t4で、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFrefri以上になると、電子制御ユニット200は、リーン破綻制御(通常制御)を停止し、目標空燃比設定制御として吸蔵量減少制御を開始する。
When the output air-fuel ratio AFdwn of the third air-
電子制御ユニット200は、吸蔵量減少制御の開始時には、空燃比補正量AFCを、リーン破綻制御中に設定される第1リッチ補正量AFCR1よりも絶対値の大きい所定の第2リッチ補正量AFCR2に切り替える。すなわち目標空燃比が、リーン破綻制御中に設定される第1リッチ空燃比AFR1よりも小さい(すなわちリッチ度合いの大きい)所定の第2リッチ空燃比AFR2に切り替えられる。
At the start of the occlusion amount reduction control, the
ここで、第2酸素吸蔵量OSAufcを減少させるためには、第1酸素吸蔵量OSAscをゼロまで低下させて、第1三元触媒34を未燃ガスの酸化浄化ができない状態とし、第1三元触媒34から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気を流出させる必要がある。
Here, in order to decrease the second oxygen storage amount OSAufc, the first oxygen storage amount OSAsc is reduced to zero so that the first three-
このとき、本実施形態による吸蔵量減少制御のように、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1よりもリッチ度合いの大きい第2リッチ空燃比AFR2に切り替えることで、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1に設定した場合と比較して、第1三元触媒34に多量の未燃ガスを供給することができるので、第1酸素吸蔵量OSAscを素早く減少させることができる。すなわち、短い期間で第1酸素吸蔵量OSAscをゼロまで減少させることができるので、素早く第1三元触媒34から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気を流出させることができる。その結果、第2三元触媒35に素早く未燃ガスを供給して、第2酸素吸蔵量OSAufcを減少させることができる。
At this time, the target air-fuel ratio is switched to the second rich air-fuel ratio AFR2, which is richer than the first rich air-fuel ratio AFR1, as in the storage amount reduction control according to the present embodiment, so that the target air-fuel ratio is changed to the first rich air-fuel ratio. Compared with the case where the fuel ratio is set to AFR1, a large amount of unburned gas can be supplied to the first three-
時刻t5で、第1酸素吸蔵量OSAscがゼロに近づくと、第1三元触媒34から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流出し始める。これにより、時刻t5以降において、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidが低下し始め、時刻t6で、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefriに到達する。これにより時刻t5以降は、未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が第2三元触媒35に流入するようになり、この未燃ガスを酸化浄化するために第2三元触媒35に吸蔵された酸素が消費されるので、第2酸素吸蔵量OSAufcが減少していく。
When the first oxygen storage amount OSAsc approaches zero at time t5, the rich air-fuel ratio exhaust gas including unburned gas starts to flow out from the first three-
なお本実施形態では、時刻t6で第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefri以下になると、空燃比補正量AFCを、第2リッチ補正量AFCR2からその第2リッチ補正量AFCR2よりも絶対値の小さい所定のリッチ補正量に切り替えるようにしている。特に本実施形態では、空燃比補正量AFCを第1リッチ補正量AFCR1よりも絶対値の小さい所定の第3リッチ補正量AFCR3に切り替えるようにしており、これにより時刻t6で、目標空燃比が第2リッチ空燃比AFR2から第1リッチ空燃比AFR1よりも大きい(すなわちリッチ度合いの小さい)所定の第3リッチ空燃比AFR3に切り替えられる。このように、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefri以下になったときに目標空燃比をリッチ度合いの小さい空燃比に切り替える理由については後述する。
In the present embodiment, when the output air-fuel ratio AFmid of the second air-
また時刻t6で、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefri以下になると、電子制御ユニット200は、吸蔵量減少制御と並行して第2酸素吸蔵量OSAufcを推定するための第2酸素吸蔵量推定制御を開始する。具体的には電子制御ユニット200は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidに基づいて、第2三元触媒35に流入する排気の酸素過不足量OEDufcを随時算出し、この酸素過不足量OEDufcを積算することで第2酸素吸蔵量OSAufcを推定する。酸素過不足量OEDufcは、第2三元触媒35に流入する排気の空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素の量又は不足する酸素の量(過剰な未燃ガス等の量)を意味する。本実施形態では電子制御ユニット200は、下記の式(2)に示す通り、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmid、制御中心空燃比(本実施形態では理論空燃比)AFcen、及び燃料噴射弁13からの燃料供給量Qi(又はエアフローメータ211の出力等に基づいて算出される燃焼室6内への吸入空気量の推定値)に基づいて、酸素過不足量OEDufcを随時算出している。なお式(2)において、0.23は空気中の酸素濃度を表す。
OEDufc=0.23×Qi×(AFmid−AFcen) …(2)
When the output air-fuel ratio AFmid of the second air-
OEDufc = 0.23 × Qi × (AFmid−AFcen) (2)
ここで本実施形態による内燃機関100は第3空燃比センサ215を備えているため、時刻t4で第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFrefleに到達したことをもって、第2酸素吸蔵量OSAscが最大吸蔵量Cmaxdwnであると推定できる。すなわち、第2酸素吸蔵量推定制御の開始時は、第2酸素吸蔵量OSAufcが最大吸蔵量Cmaxdwnであるとみなすことができる。そのため、第2酸素吸蔵量OSAufcを精度良く推定することができる。
Here, since the
時刻t7で、第2酸素吸蔵量OSAufcが所定の再開基準量Crefdwn以下になると、電子制御ユニット200は、吸蔵量回復制御を終了して通常制御を再開する。
When the second oxygen storage amount OSAufc becomes equal to or less than the predetermined restart reference amount Crefdwn at time t7, the
電子制御ユニット200は、通常制御の再開時には、空燃比補正量AFCを、第3リッチ補正量AFCR3から第1リーン補正量AFCL1に切り替える。すなわち目標空燃比を、第3リッチ空燃比AFR3から第1リーン空燃比AFL1に切り替える。これは、吸蔵量減少制御後は、第1酸素吸蔵量OSAscがゼロとなっているため、第1三元触媒34に流入する排気をリーン空燃比として第1酸素吸蔵量OSAscを増大させる必要があるためである。
When the normal control is resumed, the
そして時刻t7以降は、電子制御ユニット200は、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnが再びリーン判定空燃比AFrefle以上になるまで目標空燃比設定制御としてリーン破綻制御を実施する。
After time t7, the
なお第2三元触媒35には、時刻t7で目標空燃比が第1リーン空燃比AFL1に切り替えられた後も、しばらくの間(概ね時刻t8までの間)は第2三元触媒35よりも上流側の排気通路内に存在するリッチ空燃比の排気が流入することになる。そのため、再開基準量Crefdwnは、このような排気通路内に存在するリッチ空燃比の排気が全て第2三元触媒35流入しても、第2酸素吸蔵量OSAufcがゼロまで低下しない値とされる。
Note that the second three-
ところで、時刻t6で第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefri以下になった後は、第1三元触媒34に流入した排気中の未燃ガスが第1三元触媒34で酸化浄化されることなく第1三元触媒34から流出し、そのまま第2三元触媒35に流入することになる。
By the way, after the output air-fuel ratio AFmid of the second air-
そのため、時刻t6以降も目標空燃比をリッチ度合いの大きい第2リッチ空燃比AFR2に維持したままにすると、時刻t6以降は比較的多量の未燃ガスが第2三元触媒35に流入することになる。時刻t6の時点では、第2酸素吸蔵量OSAufcは最大吸蔵量Cmadwn近傍の値となっているため、基本的に第2三元触媒35に流入した未燃ガスは第2三元触媒35によって酸化浄化されることになる。しかしながら、多量の未燃ガスが第2三元触媒35に流入すると、未燃ガスの一部が第2三元触媒35を吹き抜けて、第2三元触媒35で酸化浄化されずに第2三元触媒35から流出することも考えられる。
Therefore, if the target air-fuel ratio is maintained at the second rich air-fuel ratio AFR2 having a large rich degree after time t6, a relatively large amount of unburned gas flows into the second three-
このとき、本実施形態による吸蔵量減少制御のように、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefri以下になったときに目標空燃比をリッチ度合いの小さい第3リッチ空燃比AFR3に切り替えることで、多量の未燃ガスが第2三元触媒35に流入するのを抑制することができる。そのため、第2三元触媒35に流入した未燃ガスの一部が第2三元触媒35を吹き抜けて、第2三元触媒35で酸化浄化されずに第2三元触媒35から流出するのを抑制することができる。
At this time, as in the occlusion amount reduction control according to the present embodiment, when the output air-fuel ratio AFmid of the second air-
また本実施形態では、第2酸素吸蔵量OSAufcの推定値が再開基準量Crefdwn以下になったときに、吸蔵量減少制御を終了するようにしている。そのため、第2酸素吸蔵量OSAufcの推定値と実際値とがずれてしまう場合がある。 Further, in the present embodiment, when the estimated value of the second oxygen storage amount OSAufc becomes equal to or less than the restart reference amount Crefdwn, the storage amount reduction control is terminated. Therefore, the estimated value and the actual value of the second oxygen storage amount OSAufc may deviate.
例えば、経時劣化などの理由によって第2三元触媒35の酸素吸蔵能力が低下し、第2三元触媒35の最大吸蔵量が再開基準量Crefdwn未満まで低下してしまった場合には、吸蔵量減少制御中に第2酸素吸蔵量OSAufcの実際値がゼロまで低下して第2三元触媒35がリッチ破綻し、第2三元触媒35から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流出するおそれがある。
For example, if the oxygen storage capacity of the second three-
また、吸蔵量減少制御中に、実際の排気の空燃比が目標空燃比から瞬間的に大きくリッチ側にずれることも考えられる。このような場合にも、第2酸素吸蔵量OSAufcの推定値と実際値がずれてしまい、第2酸素吸蔵量OSAufcの実際値がゼロまで低下して第2三元触媒35がリッチ破綻するおそれがある。その結果、第2三元触媒35から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流出するおそれがある。
It is also conceivable that the actual air-fuel ratio of the exhaust gas is instantaneously greatly shifted from the target air-fuel ratio to the rich side during the occlusion amount reduction control. Even in such a case, the estimated value of the second oxygen storage amount OSAufc deviates from the actual value, and the actual value of the second oxygen storage amount OSAufc is reduced to zero, and the second three-
このように、第1三元触媒34から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流出しているときに、何らかの要因によって第2酸素吸蔵量OSAufcがゼロまで低下して第2三元触媒35がリッチ破綻してしまうと、一時的に多量の未燃ガスが第2三元触媒35から流出するおそれがある。
Thus, when the rich air-fuel ratio exhaust gas containing unburned gas flows out from the first three-
このような場合も、本実施形態による吸蔵量減少制御のように、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefri以下になったときに目標空燃比をリッチ度合いの小さい第3リッチ空燃比AFR3に切り替えることで、仮に第2三元触媒35がリッチ破綻したとしても、第2三元触媒35から一時的に流出する未燃ガスの排出量を抑制することができる。
Even in such a case, as in the occlusion amount reduction control according to the present embodiment, when the output air-fuel ratio AFmid of the second air-
<吸蔵量減少制御を終了するタイミングの変形例>
なお図7に示した例では、第2酸素吸蔵量OSAufcが所定の再開基準量Crefdwn以下になったときに吸蔵量減少制御を終了させていたが、吸蔵量減少制御を終了するタイミングは、このタイミングに限られるものではない。吸蔵量減少制御は、第2酸素吸蔵量OSAufcをある程度まで減少させた後、第2酸素吸蔵量OSAufcがゼロに達するまで(すなわち第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrefri以下になるまで)の間に終了させれば良い。
<Modification of timing to end occlusion amount reduction control>
In the example shown in FIG. 7, the occlusion amount reduction control is terminated when the second oxygen occlusion amount OSAufc is equal to or less than the predetermined resumption reference amount Crefdwn. It is not limited to timing. In the storage amount reduction control, after the second oxygen storage amount OSAufc is reduced to some extent, the second oxygen storage amount OSAufc reaches zero (that is, the output air-fuel ratio AFdwn of the third air-
なお、第2酸素吸蔵量OSAufcがある程度まで減少したか否かは、例えば吸蔵量減少制御中に第1酸素吸蔵量OSAscがゼロまで低下して、第2三元触媒35にリッチ空燃比の排気が流入するようになり、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnが理論空燃比になったことをもって判断すれば良い。すなわち、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnが理論空燃比(又はリーン判定空燃比AFrefle未満)になったときに、第2酸素吸蔵量OSAufcがある程度まで減少したと判定すれば良い。
Note that whether or not the second oxygen storage amount OSAufc has decreased to a certain degree is determined by, for example, reducing the first oxygen storage amount OSAsc to zero during the storage amount reduction control and causing the second three-
また、電子制御ユニット200によって、第2三元触媒35よりも上流側の排気通路内に存在する排気中の未燃ガス量(酸素不足量)を、例えば機関運転状態に基づいて随時推定するようにしておき、第2酸素吸蔵量OSAufcの推定値から未燃ガス量の推定値を減算した値がゼロになるまでの間に、吸蔵量減少制御を終了して通常制御を再開するようにしても良い。
Further, the
<目標空燃比設定制御のフローチャート>
図8は、本実施形態による目標空燃比設定制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット200は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期で繰り返し実行する。
<Flowchart of target air-fuel ratio setting control>
FIG. 8 is a flowchart illustrating target air-fuel ratio setting control according to this embodiment. The
ステップS1において、電子制御ユニット200は、フラグF1が1に設定されているか否かを判定する。フラグF1は、吸蔵量減少制御を実施するときに1に設定されるフラグであって、初期値は0に設定される。電子制御ユニット200は、フラグF1が0に設定されていればステップS2の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、フラグF1が1に設定されていればステップS5の処理に進む。
In step S1, the
ステップS2において、電子制御ユニット200は、第2三元触媒35からリーン空燃比の排気が流出しているか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット200は、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFrefle以上か否かを判定する。電子制御ユニット200は、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFrefle未満であれば、ステップS3の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFrefle以上であれば、ステップS4の処理に進む。
In step S <b> 2, the
ステップS3において、電子制御ユニット200は、目標空燃比設定制御として通常制御を実施する。本実施形態では電子制御ユニット200は、リーン破綻制御を実施する。リーン破綻制御の詳細な処理内容については図9を参照して後述する。
In step S3, the
ステップS4において、電子制御ユニット200は、フラグF1を1に設定する。
In step S4, the
ステップS5において、電子制御ユニット200は、目標空燃比設定制御として吸蔵量減少制御を実施する。吸蔵量減少制御の詳細な処理内容については図10を参照して後述する。
In step S5, the
<通常制御のフローチャート>
図9は、通常制御としてのリーン破綻制御の詳細な処理内容について説明するフローチャートである。
<Normal control flowchart>
FIG. 9 is a flowchart for explaining detailed processing contents of lean failure control as normal control.
ステップS11において、電子制御ユニット200は、吸蔵量減少制御を実施した後の通常制御の再開時か否かを判定する。具体的には電子制御ユニット200は、前回処理時のフラグF1が1であったか否かを判定する。電子制御ユニット200は、通常制御の再開時であればステップS12の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、通常制御の再開時でなければステップS13の処理に進む。
In step S11, the
ステップS12において、電子制御ユニット200は、フラグF2及びフラグF3を0に戻す。なおフラグF2は、通常制御中に目標空燃比が第1リーン空燃比AFL1に切り替えられたときに1に設定されるフラグであって、初期値は0に設定される。またフラグF3は、通常制御中に目標空燃比が第1リッチ空燃比AFR1に切り替えられたときに1に設定されるフラグであって、初期値は0に設定される。
In step S12, the
ステップS13において、電子制御ユニット200は、フラグF2が1に設定されているか否かを判定する。電子制御ユニット200は、フラグF2が0に設定されていればステップS14の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、フラグF2が1に設定されていればステップS17の処理に進む。
In step S13, the
ステップS14において、電子制御ユニット200は、フラグF3が1に設定されているか否かを判定する。電子制御ユニット200は、フラグF3が0に設定されていればステップS15の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、フラグF3が1に設定されていればステップS21の処理に進む。
In step S14, the
ステップS15において、電子制御ユニット200は、目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1に設定する。
In step S15, the
ステップS16において、電子制御ユニット200は、フラグF2を1に設定する。
In step S16, the
ステップS17において、電子制御ユニット200は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリーン判定空燃比AFrefle以上か否かを判定する。電子制御ユニット200は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリーン判定空燃比AFrefle未満であれば今回の処理を終了する。一方で電子制御ユニット200は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリーン判定空燃比AFrefle以上であればステップS18の処理に進む。
In step S17, the
ステップS18において、電子制御ユニット200は、フラグF2を0に戻す。
In step S18, the
ステップS19において、電子制御ユニット200は、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1に設定する。
In step S19, the
ステップS20において、電子制御ユニット200は、フラグF3を1に設定する。
In step S20, the
ステップS21において、電子制御ユニット200は、第1酸素吸蔵量推定制御によって推定されている第1酸素吸蔵量OSAscを読み込み、第1酸素吸蔵量OSAscが第1切替基準量Crefup1以下か否かを判定する。電子制御ユニット200は、第1酸素吸蔵量OSAscが第1切替基準量Crefup1よりも多ければ今回の処理を終了する。一方で電子制御ユニット200は、第1酸素吸蔵量OSAscが第1切替基準量Crefup1以下であればステップS22の処理に進む。
In step S21, the
ステップS22において、電子制御ユニット200は、フラグF3を0に戻す。
In step S22, the
<第1実施形態による吸蔵量減少制御のフローチャート>
図10は、本実施形態による吸蔵量減少制御の詳細な処理内容について説明するフローチャートである。
<Flow chart of occlusion amount reduction control according to the first embodiment>
FIG. 10 is a flowchart illustrating the detailed processing content of the occlusion amount reduction control according to the present embodiment.
ステップS31において、電子制御ユニット200は、第1酸素吸蔵量OSAscがゼロになったか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット200は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefri以下か否かを判定する。電子制御ユニット200は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefriよりも大きければ、ステップS32の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefri以下であれば、ステップS33の処理に進む。
In step S31, the
ステップS32において、電子制御ユニット200は、目標空燃比を第2リッチ空燃比AFR2に設定する。
In step S32, the
ステップS33において、電子制御ユニット200は、目標空燃比を第3リッチ空燃比AFR3に設定する。
In step S33, the
ステップS34において、電子制御ユニット200は、第2酸素吸蔵量推定制御によって推定されている第2酸素吸蔵量OSAufcを読み込み、第2酸素吸蔵量OSAufcが再開基準量Crefdwn以下になったか否かを判定する。電子制御ユニット200は、第2酸素吸蔵量OSAufcが再開基準値Crefdwnよりも多ければ、今回の処理を終了する。この場合、吸蔵量減少制御が引き続き実施されることになる。一方で電子制御ユニット200は、第2酸素吸蔵量OSAufcが再開基準値Crefdwn以下であれば、ステップS35の処理に進む。
In step S34, the
ステップS35において、電子制御ユニット200は、吸蔵量減少制御を終了させて通常制御を再開させるべく、フラグF1を0に戻す。
In step S35, the
<作用効果>
以上説明した本実施形態によれば、機関本体1と、機関本体1の排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第1三元触媒34(第1触媒)と、第1三元触媒34よりも排気流れ方向下流側の排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第2三元触媒35(第2触媒)と、第1三元触媒34よりも排気流れ方向上流側の排気通路に配置され、第1三元触媒34に流入する排気の空燃比を検出するための第1空燃比センサ213と、第1三元触媒34と第2三元触媒35との間の排気通路に配置され、第1三元触媒34から流出する排気の空燃比を検出するための第2空燃比センサ214と、第2三元触媒35よりも排気流れ方向下流側の排気通路に配置され、第2三元触媒35から流出する排気の空燃比を検出するための第3空燃比センサ215と、を備える内燃機関100を制御するための電子制御ユニット200(制御装置)が、第1空燃比センサ213の出力空燃比AFupが目標空燃比となるように、機関本体1から排出される排気の空燃比を制御する空燃比制御部と、目標空燃比を設定する目標空燃比設定部と、を備える。
<Effect>
According to the present embodiment described above, the engine
目標空燃比設定部は、目標空燃比を、理論空燃比よりも大きい所定の第1リーン空燃比AFL1と、理論空燃比よりも小さい所定の第1リッチ空燃比AFR1と、に交互に切り替える通常制御を実施する第1設定制御部と、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnが理論空燃比よりも大きくかつ第1リーン空燃比AFL1よりも小さい所定のリーン判定空燃比AFrefri以上になったときに、通常制御を停止して、第2三元触媒35の酸素吸蔵量を減少させる吸蔵量減少制御を実施する第2設定制御部と、を備える。
The target air-fuel ratio setting unit performs normal control to alternately switch the target air-fuel ratio between a predetermined first lean air-fuel ratio AFL1 larger than the stoichiometric air-fuel ratio and a predetermined first rich air-fuel ratio AFR1 smaller than the stoichiometric air-fuel ratio. When the output air-fuel ratio AFdwn of the first setting control unit and the third air-
そして第2設定制御部は、吸蔵量減少制御の開始時に目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1よりも小さい所定の第2リッチ空燃比AFR2に設定すると共に、目標空燃比を第2リッチ空燃比AFR2に設定している期間において、第1三元触媒34から理論空燃比よりも空燃比の小さい排気が流出してから目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1よりも大きい所定の第3リッチ空燃比AFR3に設定するように構成されている。
The second setting control unit sets the target air-fuel ratio to a predetermined second rich air-fuel ratio AFR2 smaller than the first rich air-fuel ratio AFR1 at the start of the storage amount reduction control, and sets the target air-fuel ratio to the second rich air-fuel ratio. During a period set to AFR2, a predetermined third rich air whose target air-fuel ratio is larger than the first rich air-fuel ratio AFR1 after exhaust having an air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio flows out from the first three-
そのため吸蔵量減少制御時には、少なくとも第1三元触媒34からリッチ空燃比の排気が流出するまでは、目標空燃比が通常制御時に設定される第1リッチ空燃比AFR1よりも小さい(すなわちリッチ度合いの大きい)第2リッチ空燃比AFR2に設定される。したがって、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1に設定した場合と比較して、第1三元触媒34に多量の未燃ガスを供給することができるので、第1酸素吸蔵量OSAscを素早く減少させることができる。すなわち、短い期間で第1酸素吸蔵量OSAscをゼロまで減少させることができるので、素早く第1三元触媒34から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気を流出させることができる。その結果、第2三元触媒35に素早く未燃ガスを供給して、第2酸素吸蔵量OSAufcを減少させることができる。
Therefore, at the time of storage amount reduction control, the target air-fuel ratio is smaller than the first rich air-fuel ratio AFR1 set at the time of normal control (that is, the degree of richness) until at least the exhaust of the rich air-fuel ratio flows out from the first three-
ここで、第1三元触媒34からリッチ空燃比の排気が流出するようになった後も、目標空燃比をリッチ度合いの大きい第2リッチ空燃比AFR2に維持したままにすると、比較的多量の未燃ガスが第2三元触媒35に流入することになる。そのため、未燃ガスの一部が第2三元触媒35によって酸化浄化されずに第2三元触媒35から流出することも考えられる。また、例えば第2酸素吸蔵量OSAufcの推定値と実際値とがずれてしまった場合など、第1三元触媒34からリッチ空燃比の排気が流出しているときに、何らかの要因によって第2酸素吸蔵量OSAufcがゼロまで低下して第2三元触媒35がリッチ破綻してしまうと、一時的に多量の未燃ガスが第2三元触媒35から流出するおそれがある。
Here, even after the rich air-fuel ratio exhaust gas flows out from the first three-
これに対して本実施形態による第2設定制御部によれば、第1三元触媒34からリッチ空燃比の排気が流出した後は、目標空燃比が第2リッチ空燃比AFR2よりも大きい(すなわちリッチ度合いの小さい)第3リッチ空燃比AFR3に設定される。そのため、第2三元触媒35に流入する未燃ガス量を抑えることができるので、第2三元触媒35から未燃ガスが流出するのを抑制することができる。特に本実施形態では、第3リーン空燃比AFL3は第1リーン空燃比AFL1よりも小さい空燃比とされる。そのため、未燃ガスが第2三元触媒35から流出するのを一層抑制することができ、また、仮に第2三元触媒35がリッチ破綻したとしても、一時的に第2三元触媒35から流出する未燃ガス量を抑えることができる。
On the other hand, according to the second setting control unit of the present embodiment, after the rich air-fuel ratio exhaust gas flows out from the first three-
このように本実施形態による第2設定制御部によれば、第2三元触媒35からの未燃ガスの流出を抑制しながら第2酸素吸蔵量OSAufcを減少させることができるので、第2酸素吸蔵量OSAufcが最大吸蔵量Cmaxdwnまで増加した場合に生じる排気エミッションの悪化を抑制することができる。
As described above, according to the second setting control unit of the present embodiment, the second oxygen storage amount OSAufc can be reduced while suppressing the outflow of unburned gas from the second three-
また本実施形態による第2設定制御部は、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnが理論空燃比になってから、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrefri以下になるまでの間に、吸蔵量減少制御を終了させて通常制御を再開させるように構成されている。具体的には、第2酸素吸蔵量OSAufcが第2三元触媒35の最大吸蔵量Cmaxdwnよりも少ない所定の再開基準量Crefdwn以下になったときに、吸蔵量減少制御を終了させて通常制御を再開させるように構成されている。
Further, the second setting control unit according to the present embodiment allows the output air-fuel ratio AFdwn of the third air-
これにより、第1三元触媒34から流出したリッチ空燃比の排気が第2三元触媒35に流入するようになった後、少なくとも第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnが理論空燃比となって、第2酸素吸蔵量OSAufcがある程度まで減少した状態になるまでは、吸蔵量減少制御を実施することができる。そのため、通常制御が再開された後に、第2三元触媒35にNOxを含むリーン空燃比の排気が流入したとしても、第2三元触媒35によって確実にNOxを還元浄化することができる。そのため、第2三元触媒35からNOxを含むリッチ空燃比の排気が流出するのを抑制して排気エミッションの悪化を抑制することができる。
Thus, after the rich air-fuel ratio exhaust gas flowing out from the first three-
また本実施形態の変形例による第2設定制御部は、第2酸素吸蔵量OSAufcの推定値から、第2三元触媒35の前端面よりも排気流れ方向上流側の排気通路内に存在する未燃ガス量(酸素不足量)の推定値を減算した値がゼロになるまでの間に、吸蔵量減少制御を終了して通常制御を再開するように構成されている。
Further, the second setting control unit according to the modification of the present embodiment is based on the estimated value of the second oxygen storage amount OSAufc, and is not present in the exhaust passage upstream of the front end surface of the second three-
これにより、吸蔵量減少制御後に第2三元触媒35よりも上流側の排気通路内に存在するリッチ空燃比の排気が第2三元触媒35に流入しても、第2酸素吸蔵量OSAufcがゼロまで低下するのを抑制できる。そのため、第2三元触媒35から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流出するのを抑制できる。
Thus, even if the rich air-fuel ratio exhaust gas present in the exhaust passage upstream of the second three-
また本実施形態による第1設定制御部は、通常制御を再開するときは、目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1に設定するように構成されている。 The first setting control unit according to the present embodiment is configured to set the target air-fuel ratio to the first lean air-fuel ratio AFL1 when normal control is resumed.
これにより、吸蔵量減少制御後は第1酸素吸蔵量OSAscがゼロとなっているが、通常制御の開始時には第1三元触媒34に流入する排気をリーン空燃比にすることができるので、第1酸素吸蔵量OSAscを増加させることができる。
As a result, the first oxygen storage amount OSAsc becomes zero after the storage amount reduction control, but the exhaust gas flowing into the first three-
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、吸蔵量減少制御の内容が第1実施形態と相違する。具体的には、吸蔵量減少制御中にリッチ破綻制御を実施して第2酸素吸蔵量OSAufcを段階的に減少させていく点で、第1実施形態と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in the contents of the occlusion amount reduction control. Specifically, the second embodiment is different from the first embodiment in that rich failure control is performed during the storage amount reduction control to decrease the second oxygen storage amount OSAufc stepwise. Hereinafter, this difference will be mainly described.
前述した第1実施形態では、目標空燃比を第3リッチ空燃比AFR3に切り替えた後は、第2酸素吸蔵量OSAufcが再開基準量Crefdwn以下になるまで、目標空燃比を第3リッチ空燃比AFR3に維持していた。すなわち前述した第1実施形態では、第2三元触媒35の酸素吸蔵量を減少させるために、未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気を継続的に第2三元触媒35に流入させていた。目標空燃比を第3リッチ空燃比AFR3に維持している期間は、基本的に第2三元触媒35には十分な酸素が吸蔵されているため、第2三元触媒35に未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流入しても、第2三元触媒35で未燃ガスが酸化浄化され、第2三元触媒35から未燃ガスが流出することはない。しかしながら、未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気を継続的に第2三元触媒35に流入させると、未燃ガスが第2三元触媒35において酸化浄化されずに吹き抜けていく可能性もゼロではない。
In the first embodiment described above, after the target air-fuel ratio is switched to the third rich air-fuel ratio AFR3, the target air-fuel ratio is set to the third rich air-fuel ratio AFR3 until the second oxygen storage amount OSAufc becomes equal to or less than the restart reference amount Crefdwn. Was maintained. That is, in the first embodiment described above, the rich air-fuel ratio exhaust gas containing unburned gas is continuously flowed into the second three-
そこで本実施形態では、第2三元触媒35の酸素吸蔵量を減少させるにあたって、リッチ空燃比の排気を断続的に少しずつ第2三元触媒35に流入させることとした。具体的には、第2三元触媒35からリーン空燃比の排気が流出しなくなった後は、リッチ空燃比の排気が断続的に第2三元触媒35に流入するように、第1酸素吸蔵量OSAscを周期的にゼロにして、第1三元触媒34をリッチ破綻させるリッチ破綻制御を実施することとした。以下、この本実施形態による吸蔵量減少制御について説明する。
Therefore, in the present embodiment, when the oxygen storage amount of the second three-
<吸蔵量減少制御としてのリッチ破綻制御>
電子制御ユニット200は、リッチ破綻制御の実施中は第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefri以下になったときに、目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1に切り替え、その後、第1リーン空燃比AFL1に維持する。
<Rich failure control as occlusion reduction control>
The
そして電子制御ユニット200は、目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1に設定している期間に第1酸素吸蔵量OSAscの推定値が予め定められた第2切替基準量Crefup2以上になると、目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1から第1リッチ空燃比AFR1に切り替え、その後、第1リッチ空燃比AFR1に維持する。
When the estimated value of the first oxygen storage amount OSAsc becomes equal to or greater than the predetermined second switching reference amount Crefup2 during the period when the target air-fuel ratio is set to the first lean air-fuel ratio AFL1, the
そして電子制御ユニット200は、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1に設定している期間に第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefri以下になると、目標空燃比を再び第1リーン空燃比AFL1に切り替え、その後、同様の操作を繰り返す。
When the output air-fuel ratio AFmid of the second air-
<第2実施形態による吸蔵量減少制御>
図11は、本実施形態による吸蔵量減少制御の動作について説明するタイムチャートである。
<Occlusion amount reduction control according to the second embodiment>
FIG. 11 is a time chart for explaining the operation of the occlusion amount reduction control according to this embodiment.
時刻t1までの通常制御中(リーン破綻制御中)の動作及び吸蔵量減少制御中の動作は、前述した第1実施形態と同様なのでここでは説明を省略する。 Since the operation during the normal control (during lean failure control) and the operation during the occlusion amount reduction control up to time t1 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted here.
吸蔵量減少制御を実施することにより、第1酸素吸蔵量OSAscがゼロまで低下して第2三元触媒35にリッチ空燃比の排気が流入するようになり、時刻t1で第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnが理論空燃比になると、電子制御ユニット200は、第2三元触媒35からリーン空燃比の排気が流出しなくなったと判定し、吸蔵量減少制御としてのリッチ破綻制御を開始する。具体的には電子制御ユニット200は、目標空燃比を第3リッチ空燃比AFR3から第1リーン空燃比AFL1に切り替える。これにより、時刻t1以降は、第1三元触媒34に流入する排気の空燃比がリーン空燃比となるので、第1酸素吸蔵量OSAscは増加していく。なお、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFrefle未満となったときに、第2三元触媒35からリーン空燃比の排気が流出しなくなったと判定しても良い。
By performing the occlusion amount reduction control, the first oxygen occlusion amount OSAsc decreases to zero, and the rich air-fuel ratio exhaust gas flows into the second three-
一方、時刻t1で目標空燃比が第1リーン空燃比AFL1に切り替えられるものの、実際にリーン空燃比の排気が第1三元触媒34の下流に流れてくるまでには時間遅れがあるため、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidは未だ理論空燃比よりも小さくなっている。そのため、時刻t1以降も第2酸素吸蔵量OSAufcは減少していく。そして時刻t2で、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidが理論空燃比に収束すると、第2酸素吸蔵量OSAufcは減少しなくなり、一定に維持される。
On the other hand, although the target air-fuel ratio is switched to the first lean air-fuel ratio AFL1 at time t1, there is a time delay until the lean air-fuel ratio actually flows downstream of the first three-
時刻t3で、第1酸素吸蔵量OSAscが所定の第2切替基準量Crefup2まで増加すると、電子制御ユニット200は、目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1から第1リッチ空燃比AFR1に切り替える。これにより、時刻t3以降は第1三元触媒34に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となるので、第1酸素吸蔵量OSAscが減少していく。
When the first oxygen storage amount OSAsc increases to a predetermined second switching reference amount Crefup2 at time t3, the
なお第2切替基準量Crefup2は、第1三元触媒34が新品(未使用)であるときの最大吸蔵量Cmaxupよりも十分に低く設定される。このため、実際に目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1に切り替えてから第1酸素吸蔵量OSAscが減少するまでには遅れが発生するが、このような遅れが生じたり、また実際の排気の空燃比が意図せずに目標空燃比から瞬間的に大きくリーン側にずれたりしたとしても、第1酸素吸蔵量OSAscは最大吸蔵量Cmaxupには到達しない。逆に言うと、第2切替基準量Crefup2は、上述したような遅れや意図しない空燃比のずれが生じても、第1酸素吸蔵量OSAscが最大吸蔵量Cmaxupには到達しないように十分少ない量とされる。例えば、第2切替基準量Crefup2は、第1三元触媒34の最大吸蔵量Cmaxup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。
The second switching reference amount Crefup2 is set sufficiently lower than the maximum storage amount Cmaxup when the first three-
そして時刻t4で、第1酸素吸蔵量OSAscがゼロに近づき、これに伴って第1三元触媒34からリッチ空燃比の排気が徐々に流出し始める。これにより、時刻t4以降は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidが徐々に低下する。
At time t4, the first oxygen storage amount OSAsc approaches zero, and accordingly, the rich air-fuel ratio exhaust gas gradually starts to flow out from the first three-
そして時刻t5で、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefri以下になると、第1酸素吸蔵量OSAscを増加させるために、電子制御ユニット200は、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1から再び第1リーン空燃比AFL1に切り替える。これにより、時刻t6で、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidが理論空燃比に収束する。
When the output air-fuel ratio AFmid of the second air-
このとき、時刻4から時刻t6までの期間は、第2空燃比センサの出力空燃比AFmidが理論空燃比よりも小さくなっており、第1三元触媒34からリッチ空燃比の排気が流出している。換言すれば、未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が第2三元触媒35に流入している。そのため、時刻4から時刻t6までの期間において、未燃ガスを酸化浄化するために第2三元触媒35に吸蔵された酸素が消費されるので、第2酸素吸蔵量OSAufcが徐々に減少していく。そして時刻t6で、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidが理論空燃比に収束すると、第2酸素吸蔵量OSAufcは減少しなくなり、一定に維持される。
At this time, during the period from
このようにリッチ破綻制御を実施すると、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1から第1リーン空燃比AFL1に切り替える前後の期間において、一時的に第1三元触媒34から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流出することになる。そのためリッチ破綻制御を実施することで、第2酸素吸蔵量OSAufcが再開基準量Crefdwn以下になるまで、断続的に第2三元触媒35にリッチ空燃比の排気を流入させて、第2酸素吸蔵量OSAufcを少しずつ減少させることができる。
When the rich failure control is performed in this way, the rich gas containing the unburned gas from the first three-
時刻t7で第1酸素吸蔵量OSAscが所定の第2切替基準量Crefup2まで増加すると、目標空燃比が再び第1リッチ空燃比AFR1に切り替えられ、時刻t8で第2空燃比センサの出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefri以上になると、目標空燃比が再び第1リーン空燃比AFL1に切り替えられる。 When the first oxygen storage amount OSAsc increases to a predetermined second switching reference amount Crefup2 at time t7, the target air-fuel ratio is again switched to the first rich air-fuel ratio AFR1, and at time t8, the output air-fuel ratio AFmid of the second air-fuel ratio sensor. Becomes the rich determination air-fuel ratio AFrefri or more, the target air-fuel ratio is switched again to the first lean air-fuel ratio AFL1.
そして時刻t9で、第2酸素吸蔵量OSAufcが再開基準量Crefdwn以下になると、電子制御ユニット200は、吸蔵量減少制御を終了して通常制御を再開する。
At time t9, when the second oxygen storage amount OSAufc becomes equal to or less than the restart reference amount Crefdwn, the
なお図11のタイムチャートでは、便宜上、吸蔵量減少制御としてリッチ破綻制御を実施しているときの目標空燃比を、通常制御中と同じ目標空燃比(すなわち第1リッチ空燃比AFR1及び第1リーン空燃比AFL1)に設定していたが、通常制御中とは異なる目標空燃比(すなわち任意のリッチ空燃比とリーン空燃比)に設定しても良い。 In the time chart of FIG. 11, for convenience, the target air-fuel ratio when the rich failure control is performed as the occlusion amount reduction control is set to the same target air-fuel ratio as that during the normal control (that is, the first rich air-fuel ratio AFR1 and the first lean). The air / fuel ratio is set to AFL1), but it may be set to a target air / fuel ratio different from that during normal control (that is, any rich air / fuel ratio and lean air / fuel ratio).
<第2実施形態による吸蔵量減少制御のフローチャート>
図12は、本実施形態による吸蔵量減少制御の詳細な処理内容について説明するフローチャートである。
<Flow chart of occlusion amount reduction control according to the second embodiment>
FIG. 12 is a flowchart for explaining detailed processing contents of the occlusion amount reduction control according to the present embodiment.
ステップS31からステップS33までの処理は、第1実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。 Since the processing from step S31 to step S33 is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted here.
ステップS41において、電子制御ユニット200は、フラグF4が1に設定されているか否かを判定する。フラグF4は、吸蔵量減少制御としてリッチ破綻制御を実施している場合において、目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1に切り替えたときに1に設定されるフラグであって、初期値は0に設定される。電子制御ユニット200は、フラグF4が0に設定されていればステップS42の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、フラグF4が1に設定されていればステップS46の処理に進む。
In step S41, the
ステップS42において、電子制御ユニット200は、フラグF5が1に設定されているか否かを判定する。フラグF5は、吸蔵量減少制御としてリッチ破綻制御を実施している場合において、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1に切り替えたときに1に設定されるフラグであって、初期値は0に設定される。電子制御ユニット200は、フラグF5が0に設定されていればステップS31の処理に進む。一方で電子制御ユニット200は、フラグF5が1に設定されていればステップS50の処理に進む。
In step S42, the
ステップS43において、電子制御ユニット200は、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnが理論空燃比になったか否かを判定する。電子制御ユニット200は、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnが理論空燃比になっていなければ、今回の処理を終了する。この場合、第2三元触媒35からリーン空燃比の排気が流出しなくなるまで、目標空燃比は第3リッチ空燃比AFR3に維持される。一方で電子制御ユニット200は、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnが理論空燃比になったときは、第2三元触媒35からリーン空燃比の排気が流出しなくなったと判定してステップS44の処理に進む。
In step S43, the
ステップS44において、電子制御ユニット200は、目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1に設定し、吸蔵量減少制御としてのリッチ破綻制御を開始する。
In step S44, the
ステップS45において、電子制御ユニット200は、フラグF4を1に設定する。
In step S45, the
ステップS46において、電子制御ユニット200は、第1酸素吸蔵量OSAscが第2切替基準量Crefup2以上になったか否かを判定する。電子制御ユニット200は、第1酸素吸蔵量OSAscが第2切替基準量Crefup2未満であれば今回の処理を終了する。一方で電子制御ユニット200は、第1酸素吸蔵量OSAscが第2切替基準量Crefup2以上であればステップS47の処理に進む。
In step S46, the
ステップS47において、電子制御ユニット200は、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1に設定する。
In step S47, the
ステップS48において、電子制御ユニット200は、フラグF4を0に戻すと共に、フラグF5を1に設定する。
In step S48, the
ステップS49において、電子制御ユニット200は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefri以下になったか否かを判定する。電子制御ユニット200は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefriよりも大きければ今回の処理を終了する。一方で電子制御ユニット200は、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefri以下であれば、ステップS50の処理に進む。
In step S49, the
ステップS50において、電子制御ユニット200は、フラグF5及びフラグF1をそれぞれ0に戻す。
In step S50, the
以上説明した本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果が得られると共に、リッチ空燃比の排気を断続的に少しずつ第2三元触媒35に流入させて、第2酸素吸蔵量OSAufcを段階的に少しずつ減少させることができる。そのため、リッチ空燃比の排気中に含まれる未燃ガスを第2三元触媒35によって確実に還元浄化することができる。
According to the present embodiment described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the rich air-fuel ratio exhaust gas can be intermittently introduced into the second three-
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.
例えば上記の各実施形態では、目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1と第1リッチ空燃比AFR1とに交互に切り替える通常制御として、リーン破綻制御を実施する例を説明した。しかしながら、このような通常制御はリーン破綻制御に限られるものではなく、例えば通常制御として前述したリッチ破綻制御を実施した上で、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFrefle以上になったときに吸蔵量減少制御を実施するようにしても良い。
For example, in each of the above-described embodiments, the example in which the lean failure control is performed as the normal control in which the target air-fuel ratio is alternately switched between the first lean air-fuel ratio AFL1 and the first rich air-fuel ratio AFR1 has been described. However, such normal control is not limited to lean failure control. For example, after performing the above-described rich failure control as normal control, the output air-fuel ratio AFdwn of the third air-
なお通常制御としてリッチ破綻制御を実施した場合は、前述したように目標空燃比を第1リーン空燃比AFL1に切り替えた後、第1酸素吸蔵量OSAscの推定値が最大吸蔵量Cmaxupよりも十分に少ない第2切替基準量Crefup2以上になったときに、目標空燃比が第1リッチ空燃比AFR1に切り替えられることになる。 When rich failure control is performed as normal control, the estimated value of the first oxygen storage amount OSAsc is sufficiently larger than the maximum storage amount Cmaxup after the target air-fuel ratio is switched to the first lean air-fuel ratio AFL1 as described above. The target air-fuel ratio is switched to the first rich air-fuel ratio AFR1 when the second switching reference amount Crefup2 is exceeded.
そのため、目標空燃比が第1リーン空燃比AFL1に設定されている期間において、第1酸素吸蔵量OSAscが最大吸蔵量Cmaxup近傍まで増加することがなく、基本的に第1三元触媒34からNOxを含むリーン空燃比の排気が流出することはない。すなわち通常制御としてリッチ破綻制御を実施した場合は、第1三元触媒34からのNOxの流出を常に抑制することができ、基本的には第1三元触媒34からのNOxの排出量をほぼゼロとすることができる。
Therefore, during the period when the target air-fuel ratio is set to the first lean air-fuel ratio AFL1, the first oxygen storage amount OSAsc does not increase to the vicinity of the maximum storage amount Cmaxup, and basically the NOx from the first three-
一方で目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1に切り替えた後は、第1三元触媒34からリッチ空燃比の排気が流出し始めて第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmidがリッチ判定空燃比AFrefri以下になったときに、目標空燃比が第1リーン空燃比AFL1に切り替えられる。そのため、目標空燃比を第1リッチ空燃比AFR1から第1リーン空燃比AFR1に切り替える前後の期間に、第1三元触媒34からリッチ空燃比の排気が流出することになる。
On the other hand, after the target air-fuel ratio is switched to the first rich air-fuel ratio AFR1, the rich air-fuel ratio exhaust begins to flow out from the first three-
このように通常制御としてリッチ破綻制御を実施した場合は、基本的に第1三元触媒35からはリッチ空燃比の排気のみが流出することになる。そのため、通常制御としてリッチ破綻制御を実施した場合は、通常制御としてリーン破綻制御を実施した場合とは逆に、第2酸素吸蔵量OSAufcは徐々に減少していくことになる。したがって、通常制御としてリッチ破綻制御を実施した場合は、基本的には通常制御中に第2酸素吸蔵量OSAufcが最大吸蔵量Cmaxdwnまで増加して第2三元触媒35がリーン破綻することはない。
As described above, when the rich failure control is performed as the normal control, only the rich air-fuel ratio exhaust gas basically flows out from the first three-
しかしながら、例えば経時劣化などの理由によって第1三元触媒34の酸素吸蔵能力が低下し、第1三元触媒34の最大吸蔵量が第2切替基準量Crefup2未満まで低下してしたり、実際の排気の空燃比が目標空燃比から瞬間的大きくリーン側にずれてしたりすることも考えられる。このような場合には、第2三元触媒35にリーン空燃比の排気が流入することになるため、通常制御中に第2酸素吸蔵量OSAufcが最大吸蔵量Cmaxdwnまで増加して第2三元触媒35がリーン破綻し、第2三元触媒35からNOxを含むリーン空燃比の排気が流出する可能性もゼロではない。
However, for example, the oxygen storage capacity of the first three-
よって、通常制御としてリッチ破綻制御を実施した上で、第3空燃比センサ215の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFrefle以上になったときに吸蔵量減少制御を実施することで、このように第2三元触媒35が意図せずにリーン破綻したとしても、第2三元触媒35に素早くリッチ空燃比の排気を流入させて、第2酸素吸蔵量OSAufcを減少させることができる。
Therefore, after the rich failure control is performed as the normal control, the occlusion amount decrease control is performed when the output air-fuel ratio AFdwn of the third air-
また上記の各実施形態では、第1空燃比センサ213の出力空燃比AFup等に基づいて、第1酸素吸蔵量OSAscを推定し、第2空燃比センサ214の出力空燃比AFmid等に基づいて、第2酸素吸蔵量OSAufcを推定していた。しかしながら、しかしながら、第1酸素吸蔵量OSAsc及び第2酸素吸蔵量OSAufc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。
In each of the above embodiments, the first oxygen storage amount OSAsc is estimated based on the output air-fuel ratio AFup of the first air-
1 機関本体
34 第1三元触媒(第1触媒)
35 第2三元触媒(第2触媒)
100 内燃機関
200 電子制御ユニット(制御装置)
213 第1空燃比センサ
214 第2空燃比センサ
215 第3空燃比センサ
1
35 Second three-way catalyst (second catalyst)
100
213 First air-
Claims (1)
前記機関本体の排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第1触媒と、
前記第1触媒よりも排気流れ方向下流側の前記排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第2触媒と、
前記第1触媒よりも排気流れ方向上流側の前記排気通路に配置され、前記第1触媒に流入する排気の空燃比を検出するための第1空燃比センサと、
前記第1触媒と前記第2触媒との間の前記排気通路に配置され、前記第1触媒から流出する排気の空燃比を検出するための第2空燃比センサと、
前記第2触媒よりも排気流れ方向下流側の前記排気通路に配置され、前記第2触媒から流出する排気の空燃比を検出するための第3空燃比センサと、
を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
前記第1空燃比センサの出力空燃比が目標空燃比となるように、前記機関本体から排出される排気の空燃比を制御する空燃比制御部と、
前記目標空燃比を切り替える目標空燃比設定部と、
を備え、
前記目標空燃比設定部は、
前記目標空燃比を、理論空燃比よりも大きい所定のリーン空燃比と、理論空燃比よりも小さい所定の第1リッチ空燃比と、に交互に切り替える通常制御を実施する第1設定制御部と、
前記第3空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりも大きくかつ前記第1リーン空燃比よりも小さい所定のリーン判定空燃比以上になったときに、前記通常制御を停止し、前記第2触媒の酸素吸蔵量を減少させる吸蔵量減少制御を実施する第2設定制御部と、
を備え、
前記第2設定制御部は、
前記吸蔵量減少制御の開始時に前記目標空燃比を前記第1リッチ空燃比よりも小さい所定の第2リッチ空燃比に設定すると共に、
前記目標空燃比を前記第2リッチ空燃比に設定している期間において、前記第1触媒から理論空燃比よりも空燃比の小さい排気が流出してから、前記目標空燃比を前記第1リッチ空燃比よりも大きい所定の第3リッチ空燃比に設定する、
内燃機関の制御装置。 The engine body,
A first catalyst having an oxygen storage capacity disposed in an exhaust passage of the engine body;
A second catalyst having an oxygen storage capacity disposed in the exhaust passage downstream of the first catalyst in the exhaust flow direction;
A first air-fuel ratio sensor which is disposed in the exhaust passage upstream of the first catalyst in the exhaust flow direction and detects the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the first catalyst;
A second air-fuel ratio sensor disposed in the exhaust passage between the first catalyst and the second catalyst for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the first catalyst;
A third air-fuel ratio sensor that is disposed in the exhaust passage downstream of the second catalyst in the exhaust flow direction and detects the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the second catalyst;
An internal combustion engine control apparatus for controlling an internal combustion engine comprising:
An air-fuel ratio controller that controls the air-fuel ratio of the exhaust discharged from the engine body so that the output air-fuel ratio of the first air-fuel ratio sensor becomes a target air-fuel ratio;
A target air-fuel ratio setting unit for switching the target air-fuel ratio;
With
The target air-fuel ratio setting unit is
A first setting control unit that performs normal control for alternately switching the target air-fuel ratio between a predetermined lean air-fuel ratio that is larger than the theoretical air-fuel ratio and a predetermined first rich air-fuel ratio that is smaller than the theoretical air-fuel ratio;
When the output air-fuel ratio of the third air-fuel ratio sensor becomes equal to or greater than a predetermined lean determination air-fuel ratio that is larger than the stoichiometric air-fuel ratio and smaller than the first lean air-fuel ratio, the normal control is stopped, and the second air-fuel ratio sensor is stopped. A second setting control unit for performing storage amount reduction control for reducing the oxygen storage amount of the catalyst;
With
The second setting control unit
Setting the target air-fuel ratio to a predetermined second rich air-fuel ratio smaller than the first rich air-fuel ratio at the start of the occlusion amount reduction control;
During a period in which the target air-fuel ratio is set to the second rich air-fuel ratio, after exhaust having an air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio flows out from the first catalyst, the target air-fuel ratio is set to the first rich air-fuel ratio. Set to a predetermined third rich air-fuel ratio greater than the fuel ratio;
Control device for internal combustion engine.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016134286A JP2018003777A (en) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | Control device of internal combustion engine |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10378467B2 (en) * | 2016-07-06 | 2019-08-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for internal combustion engine |
US11808226B2 (en) | 2021-10-06 | 2023-11-07 | Robert Bosch Gmbh | Method, processing unit, and computer program for operating an exhaust gas system |
-
2016
- 2016-07-06 JP JP2016134286A patent/JP2018003777A/en active Pending
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