JP3783510B2 - Air-fuel ratio control device for internal combustion engine - Google Patents

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JP3783510B2
JP3783510B2 JP2000046098A JP2000046098A JP3783510B2 JP 3783510 B2 JP3783510 B2 JP 3783510B2 JP 2000046098 A JP2000046098 A JP 2000046098A JP 2000046098 A JP2000046098 A JP 2000046098A JP 3783510 B2 JP3783510 B2 JP 3783510B2
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    • Y02T10/40Engine management systems

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の排気中のHC、CO、NOxを三元触媒によって同時に浄化するには触媒雰囲気を理論空燃比(以下ストイキという)にする必要があり、ストイキから少しでもずれたときの浄化効率が低下することないように、触媒に酸素ストレージ能力を持たせている。
【0003】
ストイキよりもリーンな排気を与えると、触媒が排気中の酸素を取り込み、この酸素ストレージ量が飽和するまでは、触媒雰囲気をストイキに維持できる。また、ストイキよりもリッチな排気を与えると、触媒が保持している酸素が放出され、保持酸素のすべてを放出するまでは、触媒雰囲気をストイキに維持する。このようにして一時的な空燃比のずれから生じる酸素の過不足を触媒が補い、触媒雰囲気を実質的にストイキに保つことが可能となる。
【0004】
この場合、触媒の酸素ストレージ量が常に目標値、例えば最大ストレージ量の半分程度となるように空燃比を制御してやると、触媒の取り込みと放出の容量が均等化し、空燃比のストイキからのリッチ、リーンのいずれ側の変動に対しても吸収能力が高まり、排気の浄化効率を最良に保てる。
【0005】
このため、空燃比センサの出力に基づいて触媒に流入する排気の酸素過不足量(空燃比から換算する)を積算して触媒の酸素ストレージ量を求め、この酸素ストレージ量が目標値と一致するように空燃比をフィードバック制御する提案が、特開平5−195842号公報や特開平7−259602号公報によってなされている。
【0006】
【発明が解決すべき課題】
触媒の上流側に設置される空燃比センサは、高い排気温度に晒されることなどから経時的に劣化しやすく、またセンサ製造時の品質のバラツキもあって空燃比の検出に誤差(シフト)を生じることがある。
【0007】
検出される空燃比に誤差を生じると、空燃比センサの出力に基づいて触媒の酸素ストレージ量を正確に演算することができなくなり、結果として触媒の酸素ストレージ量を目標値に制御させられなくなり、排気の浄化効率が低下してしまう。
【0008】
本発明はこのような問題を解決するために、触媒上流側の空燃比センサの劣化による出力変動を修正し、酸素ストレージ量を常に正確に目標値に制御することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、排気空燃比に応じて排気中の酸素を取り込み、あるいは放出する酸素ストレージ能力のある触媒と、この酸素ストレージ量が目標値になるように空燃比を制御する装置において、触媒の上流側の空燃比センサの出力に基づいて酸素ストレージ量を推定し、この酸素ストレージ量が目標値と一致するように空燃比を制御する手段と、下流側の空燃比センサの出力がリーン側のときは酸素ストレージ量を減らし、また、リッチ側のときは酸素ストレージ量を増やすように目標空燃比を変更する手段と、前記変更手段による目標空燃比の変更から所定時間が経過した後、前記目標空燃比の変更にもかかわらず下流側空燃比が目標空燃比変更以前と同一側にあるときは、空燃比のリッチ側またはリーン側に基づいて上流側の空燃比センサの出力を補正する更正手段とを備える。第2の発明は、第1の発明において、前記所定時間を下流側の空燃比が前記目標空燃比の変更に対して応答する時間とする。
【0010】
の発明は、第1または第2の発明において、前記変更手段は、下流側空燃比センサの出力がリーン側のときは目標空燃比を一定値だけリッチ側に、同じくリッチ側のときはリーン側に一定値だけ変化させる。
【0011】
の発明は、第1から第3のいずれか一つの発明において、前記変更手段は、上流側空燃比センサの出力の補正値として、下流側空燃比センサがリーン側のときはリーン側に一定値量だけシフトする正の値、リッチ側のときはリッチ側に一定量だけシフトする負の値となるようにする。
【0012】
の発明は、第1から第3のいずれか一つの発明において、前記変更手段は、上流側空燃比センサの出力の補正値として、下流側空燃比センサがリーン側のときはリーン側にセンサ出力に応じた量だけシフトする正の値、リッチ側のときはリッチ側にセンサ出力に応じた量だけシフトする負の値となるようにする。
【0013】
の発明は、第4または第5の発明において、前記変更手段は、前記補正値を積算した絶対値が所定値に達したときに上流側空燃比センサに異常があるものと判定する。
【0014】
の発明は、第1〜第6の発明において、前記酸素ストレージ量を吸収速度の速い高速成分と吸収速度が高速成分よりも遅い低速成分とに分けて演算することにより推定する。
【0015】
【作用、効果】
第1の発明において、触媒の酸素ストレージ量が目標値になるように制御されるが、もし上流側の空燃比センサの出力に誤差があると、触媒の酸素ストレージ量は目標値からずれてくる。下流側の空燃比センサの出力が、例えばリーン側のときは酸素ストレージ量を減らすように、つまり目標空燃比がリッチ側に修正される。リッチ側への修正により酸素ストレージ量が減ると、下流側の空燃比はリーン側からストイキ、またはリッチ側へと変化するはずである。しかし、この修正後、所定時間が経過したにもかかわらず下流側の空燃比センサの出力がリーン側を示すときは、実際の空燃比がリッチ側に変化していない。これは上流側の空燃比センサが空燃比に応じた正確な出力をしていないためで、つまり、上流側空燃比センサが実際の状態よりも見かけ上はリッチ側にシフトし、そのため実際にはそれほどリッチでなくても、十分にリッチ側に修正がかかったものとみなされてしまう。これにより制御される実際の空燃比はそれほどリッチ側に変化しない。そこで、このように下流側空燃比センサの出力に基づいてリッチ側への修正がかかり、修正後所定時間が経過したにもかかわらず、十分な修正が行われないときは、上流側空燃比センサの出力に誤差があるものとして、この出力をリーン側に所定量だけシフトし、この修正値を空燃比制御にフィードバックする。このようにしたので、上流側空燃比センサの劣化などによる出力変動があっても、触媒酸素ストレージ量を正確に目標値に制御可能となる。第2の発明では修正後の所定時間を下流側の空燃比が前記目標空燃比の変更に対して応答する時間とするので、確実に上流側空燃比センサの出力誤差の判定を行うことが可能となる。
【0016】
の発明では、下流側の空燃比がストイキ以外のときは、目標空燃比をリッチ側またはリーン側に一定量だけ変化させるので、空燃比の大幅な変動がなく、エンジン制御の安定性を維持できる。
【0017】
の発明では、上流側空燃比センサの出力を下流側空燃比に応じて一定量だけ補正するので、補正の前後における空燃比の急激な変動を回避できる。
【0018】
の発明では、上流側空燃比センサの出力を、下流側空燃比センサの出力値の大きさに応じて補正するので、早期に酸素ストレージ量を目標値に収束制御させることができる。
【0019】
の発明では、上流側空燃比センサの出力に対する補正が多く、その積算値が所定値に達したときには、制御の正確性、安定性の維持が難しくなり、排気性能に影響を与える可能性があるので、このときにはセンサ異常を判定して報知することにより、修理や交換を促す。
【0020】
の発明において、触媒に対する酸素ストレージ特性は、触媒の貴金属に高速で吸収/放出される特性と、触媒のセリアなどの酸素ストレージ材に低速で吸収/放出される特性とに分かれることから、酸素ストレージ量をこの特性に合わせて高速と低速成分に分けて演算することにより、触媒の特性に応じた実際のストレージ量を正確に演算でき、したがって実酸素ストレージ量を精度よく目標値に制御することが可能となる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0022】
図1は本発明が適用される排気浄化装置の概略構成を示し、エンジン1の排気管2には触媒3が設けられ、その上流にはリニア空燃比センサ4、下流には空燃比センサ(酸素センサ)5が設置され、これらセンサ出力に基づいてエンジン1に供給する燃料の空燃比を制御するコントローラ6が備えられる。
【0023】
エンジン1の吸気管7にはスロットル弁8と、スロットル弁8により調整された吸入空気量を測定するエアフローメータ9が設けられる。
【0024】
触媒3はいわゆる三元触媒であって、触媒雰囲気が理論空燃比のときにNOx、HC、COを最大効率で浄化する。触媒3は触媒担体がセリア等の酸素ストレージ材で被覆されており、流入する排気の空燃比に応じて酸素を保持したり、放出する機能(酸素ストレージ機能)を有している。
【0025】
触媒3の上流に設けた空燃比センサ4は排気の空燃比に応じたリニアな出力特性をもち、下流側の空燃比センサ5は排気の酸素濃度を検出する。
【0026】
また、エンジン1には冷却水の温度を検出する温度センサ10が取付けられ、エンジン1の運転状態と共に触媒3の活性化状態などを判定するため等に用いられる。
【0027】
コントローラ6はマイクロプロセッサ、RAM、AOM、I/Oインターフェイスなどで構成され、エアフローメータ9と、上流側空燃比センサ4の出力に基づいて触媒3の酸素ストレージ量を演算し、このストレージ量が目標値にとなるように空燃比をフィードバック制御する。演算した酸素ストレージ量が目標値よりも少ないときは、目標空燃比をリーン側にして保持量を増やし、逆に目標値よりも多いときはリッチ側にして酸素ストレージ量を減らし、これらにより目標値に一致させる。また、演算誤差により演算された酸素ストレージ量と実際の酸素ストレージ量との間にずれを生じるが、下流側空燃比センサ5の検出する酸素濃度に基づいて、例えばエンジンの燃料カット時などに、燃料カットに移行してから所定のタイミングで演算した酸素ストレージ量のリセットを行い、ずれを修正する。
【0028】
なお、触媒3の酸素ストレージ量の演算方法については後述するが、本出願人よる特願平10−295110号等にも詳しく記載されており、ここでは原理のみ簡単に述べる。
【0029】
触媒上流の排気空燃比から換算して排気中の酸素の過剰または不足する割合である酸素過剰率が分かる。酸素過剰率はストイキのときをゼロとして、リーン側で正、リッチ側で負の値となる。
【0030】
酸素過剰率とそのときの吸入空気量とから触媒3に吸収される酸素量または放出される酸素量が分かり、これを積算していくことで触媒3の酸素ストレージ量を推定できる。下流側の空燃比がリーン側のときは、触媒3の酸素ストレージ量が飽和保持量に達しているときで、それ以上の酸素量の保持はできず、そのまま下流に流れ出る。この状態から空燃比がストイキよりもリッチ側になると、酸素の不足量に応じて保持酸素量は最大値から減っていく。下流側の空燃比がリッチのときは、酸素ストレージ量がゼロのときであり、その状態から空燃比がリーン側になると、そのときの酸素過剰量に応じて触媒3の酸素ストレージ量が増加していく。このようにしてある運転状態を基準として、触媒3の酸素ストレージ量を演算により求めることが可能で、これを積算していくことで、現在の酸素ストレージ量とすることができる。予め触媒3の最大酸素ストレージ量を実験等により確認しておき、例えばその半分の保持量を目標値として設定し、酸素ストレージ量がこの目標値と一致するように空燃比を制御するのである。
【0031】
ただし、エンジンの空燃比は運転条件による要求値があり、触媒3を三元触媒として機能させるときは、ストイキ近傍に制御する必要があり、この運転状態で酸素ストレージ量を目標値に一致させるには、空燃比をストイキとするための公知のλ制御に対して、酸素ストレージ量の目標値からの偏差分に対応した値を補正値として付与することで、エンジン1の要求燃焼特性を満たしつつ、酸素ストレージ量を目標値に収束させられる。
【0032】
本発明では、酸素ストレージ量を演算するための上流側の空燃比センサ4の出力が正常かどうか判断し、もしもセンサ劣化などにより出力にシフト(変動)を生じているときは、これに応じて空燃比センサ出力を補正し、酸素ストレージ量の目標値からの変動を防いでいる。
【0033】
このために、高熱の影響を受けにくい触媒3の下流側の空燃比センサ5の出力を利用し、触媒下流側の空燃比がリッチ側のときは酸素ストレージ量を増やす方向に、リーン側のときは酸素ストレージ量を減らす方向に目標空燃比を調整し、これにもかかわらず触媒下流の空燃比がストイキに戻らずに同一側にあるときは、上流の空燃比センサ4の出力がシフトしているものとして、これに応じて空燃比センサ4の出力を修正している。
【0034】
この制御内容を図2のフローチャートにしたがって詳しく説明する。
【0035】
このフローは基本空燃比がストイキとなる運転状態において、コントローラ6において一定の時間毎に繰り返し実行される。
【0036】
ステップS1では、触媒上流側の空燃比センサ4の出力に基づいて触媒3の酸素ストレージ量が目標値となるように空燃比の制御が行われる。目標空燃比が酸素ストレージ量の演算値と目標値との比較に基づいて決定され、この目標空燃比となるようにエンジン1への燃料供給量が制御される。
【0037】
次いで、ステップS2で下流側の空燃比センサ5の出力から空燃比がストイキかどうか判断され、ストイキのときは制御動作を終了する。通常は触媒3の酸素ストレージ能力により、触媒下流の排気空燃比はストイキになるが、触媒3の酸素ストレージ量が飽和状態になったり、あるいは全部の酸素が放出されたときなど、下流側空燃比がストイキから変動する。
【0038】
ストイキでないと判断されたときは、ステップS3に進み、前記空燃比制御の目標空燃比を所定量だけ変更する。すなわち、検出された空燃比がリーン側のときは目標空燃比が所定量だけリッチ側に設定され、逆にリッチ側のときは目標空燃比が所定量だけリーン側に設定される。このため、触媒下流側の空燃比はストイキに向けてそれぞれ変化していく。
【0039】
ステップS4では、この目標空燃比の変更に伴って下流側空燃比センサ5の出力が同一側にあるか反転したかが判断される。同一側にあるとき、つまり目標空燃比を変更したにもかかわらずリーン側のまま、あるいはリッチ側のままであるときは、上流側空燃比センサ4の出力にずれが生じているものと判断し、ステップS5において上流側空燃比センサ4の出力に対するシフト量を演算し、これを空燃比制御にフィードバックする。
【0040】
このシフト量の演算は次のようにして行う。
【0041】
検出された下流側空燃比がリーン側にあり、このため目標空燃比がリッチ側に変更されたにもかかわらず下流側空燃比が依然としてリーン側のときは、図3(A)にもあるように、触媒3の酸素ストレージ量はほぼ飽和状態にある。これはリッチ側にしても実際の空燃比がそれほどリッチにならないことに原因がある。上流側の空燃比センサ4の出力のシフト(正規値からのずれ)があると、このセンサ出力に基づいて目標値となるようにフィードバック制御しても、実際の空燃比はそれほどリッチとならない。これは空燃比センサ4が実際の空燃比よりも見かけ上はリッチの出力を出しているためである。したがってこの場合には、上流側空燃比センサ4の出力に対して一定量だけリーン側への補正を行い、これを空燃比の制御にフィードバックする。
【0042】
これに対して、図3(B)にあるように、検出された下流側空燃比がリッチ側にあり、目標空燃比がリーン側に変更されたにもかかわらず、下流側空燃比が依然としてリッチ側のときは、前記とは逆に上流側の空燃比センサ4の出力が、実際の空燃比よりも見かけ上、リーン側にシフトしていることが考えられ、これを補正するために上流側空燃比センサ4の出力に対して一定量だけリッチ側への補正を行う。
【0043】
なお、この補正量については、一定量ではなく、下流側空燃比センサ5の出力の絶対値の大きさに応じて変化させることもできる。この場合には酸素ストレージ量を補正後早期に目標値に収束させられる。
【0044】
このようにステップS5では上流側空燃比センサ4の出力のシフトに対する補正量を演算し、これを空燃比制御にフィードバックすることで、酸素ストレージ量を目標値に向けて増加または減少させる。
【0045】
一方、ステップS6では、このセンサ出力に対するシフト量の積算値から上流側空燃比センサ4の異常判定を行う。
【0046】
これは、上流側の空燃比センサ4の補正量を積算していき、その積算量の絶対値が所定の制限値に達したときに、空燃比センサ4の異常であると判断するもので、空燃比センサ4の劣化が進んで、そのセンサ出力の積算補正量がある限度に達したときは、安定した空燃比制御が難しくなり、排気性能に悪影響を及ぼす可能性があるため、異常を判定し、報知することにより早期の修理、交換を促すのである。
【0047】
なお、出力のシフト量は下流側空燃比センサ5がリーン側を示しているときは正の固定値、リッチ側を示しているときは負の固定値として算出され、これらを積算した補正量の絶対値が、予め設定した限界値に達したときに異常であると判定する。
【0048】
次に全体的な作用について説明する。
【0049】
触媒3の酸素ストレージ量は目標値である、例えば最大ストレージ量の半分程度に制御されることで、触媒3はNOxとHC、COの浄化を効率よく行える。酸素ストレージ量は上流側空燃比センサ4の出力に基づいて演算され、これが目標値よりも減ると空燃比がリーン側に制御され、ストレージ量を増やし、反対に目標値よりも増えるとリッチ側に制御され、ストレージ量を減らす。
【0050】
このため触媒3が適正に機能する正常状態では、触媒3の下流側の空燃比はストイキとなり、リーンやリッチとなることはない。
【0051】
しかし、上流側空燃比センサ4が経時的に劣化し、センサ出力が正規の状態からシフトすると、空燃比を実際によりもリーン側に検出したり、リッチ側に検出したりする。すると、この空燃比センサ4の出力に基づいて酸素ストレージ量を演算しても、正確な保持量が求められず、触媒3の酸素ストレージ量が飽和したり、全て放出されたりする可能性がある。
【0052】
この場合には、触媒下流側の空燃比がストイキからリッチまたはリーンに変動する。このような空燃比の変動があり、いま下流側空燃比がリーン側になったとすると、目標空燃比がリッチ側に所定量だけ変更される。この空燃比のリッチ側へのシフトにより、触媒3の酸素ストレージ量が減少し、触媒下流側の空燃比がストイキに戻る。しかし、目標空燃比の変更にもかかわらず、依然として触媒下流側空燃比がリーン側にあるときは、上記したように上流側空燃比センサ4の劣化等による出力のシフトが大きいものとして、図3(A)のように、センサ出力が一定量だけ補正される。
【0053】
目標空燃比をリッチ側にしたにもかかわらずそれほどリッチ側にならないことから、上流側空燃比センサ4が見かけ上、実際よりもリッチ側にシフトされていることを意味し、したがってこの補正では、上流側空燃比センサ4のセンサ出力が一定量だけリーン側にシフトされる。補正により空燃比センサ4の出力が相対的にリーン側にシフトすると、これをフィードバックすることにより、実際の空燃比が適正にリッチ側に修正されていき、目標通りの空燃比となる。
【0054】
以上のことは、図3(B)のように、空燃比センサ4の出力がこれとは逆の方向にシフトしているときでも、同じようにして行われ、このときは補正の方向が逆になる。
【0055】
このような制御を行うことで、上流側空燃比センサ4の出力にシフトがあっても、酸素ストレージ量を目標値に収束させることが可能となる。
【0056】
ただし、空燃比センサ4の出力のずれによっては、上記した補正動作が連続して行われることもあり、また、同一方向の補正が何度も繰り返されるときには、センサ劣化が大幅に進んでいる可能性もある。そこで、劣化に対するセンサ出力の補正量の絶対値が限界値に達したならば、センサの異常を判定し、補正を継続するよりも新品と交換すること等を促すようになっている。
【0057】
次に、図4、図5により、上流側空燃比センサ4の出力に基づいて触媒3の酸素ストレージ量を演算する具体例を説明する。触媒3に対する酸素ストレージ特性は、触媒の貴金属に高速で吸収/放出される特性と、触媒のセリアなどの酸素ストレージ材に低速で吸収/放出される特性に分かれる。したがって酸素ストレージ量をこの特性に合わせて高速と低速成分に分けて演算することにより、触媒の特性に応じた実際のストレージ量を正確に演算できる。
【0058】
図4は高速成分の酸素ストレージ量を演算するフローチャート、図5は同じく低速成分を演算するフローチャートである。
【0059】
図4において、このサブルーチンでは触媒3に流入する排気の酸素酸素過不足量O2INと高速成分の酸素放出率Aに基づき高速成分HO2の演算が行われる。
【0060】
これによると、まず、ステップS31では酸素過不足量O2INの値に基づき高速成分HO2が酸素を吸収する状態にあるか、あるいは酸素を放出する状態にあるかが判断される。
【0061】
その結果、触媒3に流入する排気の空燃比がリーンであって、酸素過不足量O2INがゼロより大きい場合、高速成分HO2が酸素を吸収する状態にあると判断して、ステップS32に進み、次式(1)、
HO2 = HO2z + O2IN … (1)
HO2z:高速成分HO2の前回値
により高速成分HO2が演算される。
【0062】
一方、酸素過不足量O2INがゼロ以下の値で、高速成分が酸素を放出する状態にあると判断された場合はステップS33に進み、次式(2)、
HO2 = HO2z + O2IN × A … (2)
A:高速成分HO2の酸素放出率
により高速成分HO2が演算される。
【0063】
このようにして高速成分HO2が演算されたら、ステップS34、S35でその値が高速成分の最大量HO2MAXを超えていないか、あるいは最小量HO2MIN(=0)以下になっていないかが判断される。
【0064】
そして、高速成分HO2が最大量HO2MAX以上になっている場合はステップS36に進み、高速成分HO2に吸収されずに溢れ出るオーバフロー分(過剰量)OVERFLOWが次式(3)、
OVERFLOW = HO2 - HO2MAX … (3)
により演算され、さらに、高速成分HO2が最大量HO2MAXに制限される。
【0065】
また、高速成分HO2が最小量HO2MIN以下になっている場合はステップS37に進み、高速成分HO2に吸収されずに溢れ出るオーバフロー分(不足量)OVERFLOWが次式(4)、
OVERFLOW = HO2 − HO2MIN … (4)
により演算され、さらに、高速成分HO2が最小量HO2MINに制限される。なお、ここでは最小量HO2MINとして0を与えているから、高速成分HO2をすべて放出した状態で不足する酸素量が負のオーバフロー分として算出されることになる。
【0066】
また、高速成分HO2が最大量HO2MAXと最小量HO2MINの間にあるときは、触媒3に流入した排気の酸素過不足量O2INは全て高速成分HO2に吸収されるので、オーバフロー分OVERFLOWにはゼロが設定される。
【0067】
ここで、高速成分HO2が最大量HO2MAX以上あるいは最小量HO2MIN以下となって高速成分HO2から溢れ出たオーバフロー分OVERFLOWは、低速成分LO2で吸収あるいは放出される。
【0068】
また、図5は酸素ストレージ量の低速成分LO2を演算するためのサブルーチンの内容を示す。このサブルーチンでは高速成分HO2から溢れ出たオーバフロー分OVERFLOWに基づき低速成分LO2が演算される。
【0069】
これによると、ステップS41では低速成分LO2が次式(5)、
LO2 = LO2z + OVERFLOW × B … (5)
LO2z:低速成分LO2の前回値
B:低速成分の酸素吸収放出率
により演算される。ここで低速成分の酸素吸収放出率Bは1以下の正の値に設定されるが、実際には吸収と放出とで異なる特性を有し、また実際の吸収放出率は触媒温度TCAT、低速成分LO2等の影響を受けるので、吸収率と放出率とをそれぞれ分離して設定するようにしても良い。その場合、オーバフロー分OVERFLOWが正であるとき、酸素が過剰であり、このときの酸素吸収Bは、例えば触媒温度TCATが高いほど、また低速成分LO2が小さいほど大きな値に設定される。また、オーバフロー分OVERFLOWが負であるとき、酸素が不足しており、このときの酸素放出率Bは、例えば触媒温度TCATが高いほど、また低速成分LO2が大きいほど大きな設定される。
【0070】
ステップS42、S43では、高速成分HO2の演算時と同様に、演算された低速成分LO2がその最大量LO2MAXを超えていないか、あるいは最小量LO2MIN(=0)以下になっていないかが判断される。
【0071】
その結果、最大量LO2MAXを超えている場合はステップS44に進み、低速成分LO2から溢れる酸素過不足量O2OUTが次式(6)、
O2OUT = LO2 − LO2MAX … (6)
により演算されて低速成分LO2が最大量LO2MAXに制限される。酸素過不足量O2OUTはそのまま触媒3の下流に流出する。
【0072】
一方、最小量以下になっている場合はステップS45へ進み、低速成分LO2が最小量LO2MINに制限される。
【0073】
このようにして触媒3に対する酸素ストレージ量が演算され、この酸素ストレージ量が目標値と一致するように、空燃比が制御されるのである。
【0074】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の概略構成図である。
【図2】制御動作を示すフローチャートである。
【図3】酸素ストレージ量と目標空燃比の関係を説明するもので、(A)は触媒下流側の空燃比がリーンの場合、(B)は同じくリッチの場合を示す。
【図4】酸素ストレージ量(高速成分ストレージ量)を演算するためのフローチャートである。
【図5】酸素ストレージ量(低速成分ストレージ量)を演算するためのフローチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン
3 触媒
4 上流側空燃比センサ
5 下流側空燃比センサ
6 コントローラ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
To simultaneously purify HC, CO, and NOx in the exhaust gas of an internal combustion engine with a three-way catalyst, it is necessary to make the catalyst atmosphere a stoichiometric air-fuel ratio (hereinafter referred to as stoichiometric), and the purification efficiency when it slightly deviates from stoichiometry is reduced. In order not to do so, the catalyst has oxygen storage capability.
[0003]
If exhaust that is leaner than stoichiometric is given, the catalyst takes in oxygen in the exhaust, and the catalyst atmosphere can be maintained stoichiometric until this oxygen storage amount is saturated. Further, when exhaust richer than stoichiometric is given, oxygen retained by the catalyst is released, and the catalyst atmosphere is maintained stoichiometric until all of the retained oxygen is released. In this way, the catalyst compensates for the excess or deficiency of oxygen resulting from a temporary air-fuel ratio shift, and the catalyst atmosphere can be kept substantially stoichiometric.
[0004]
In this case, if the air-fuel ratio is controlled so that the oxygen storage amount of the catalyst always becomes a target value, for example, about half of the maximum storage amount, the catalyst intake and release capacities are equalized, and the rich from the air-fuel ratio stoichiometry, Absorption capacity is enhanced against fluctuations on either side of the lean, and the exhaust purification efficiency can be kept at its best.
[0005]
For this reason, the oxygen storage amount of the catalyst is obtained by integrating the oxygen excess / deficiency amount (converted from the air / fuel ratio) of the exhaust gas flowing into the catalyst based on the output of the air / fuel ratio sensor, and this oxygen storage amount matches the target value. As described above, proposals for feedback control of the air-fuel ratio have been made by Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-195842 and 7-259602.
[0006]
[Problems to be Solved by the Invention]
Air-fuel ratio sensors installed on the upstream side of the catalyst are subject to deterioration over time due to exposure to high exhaust temperatures, and there is an error (shift) in air-fuel ratio detection due to variations in quality during sensor manufacture. May occur.
[0007]
If an error occurs in the detected air-fuel ratio, the oxygen storage amount of the catalyst cannot be accurately calculated based on the output of the air-fuel ratio sensor, and as a result, the oxygen storage amount of the catalyst cannot be controlled to the target value. Exhaust gas purification efficiency decreases.
[0008]
In order to solve such a problem, an object of the present invention is to correct an output fluctuation due to deterioration of an air-fuel ratio sensor on the upstream side of a catalyst, and to always control an oxygen storage amount to a target value accurately.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a catalyst having an oxygen storage capability for taking in or releasing oxygen in exhaust gas in accordance with an exhaust air / fuel ratio, and an apparatus for controlling an air / fuel ratio so that the oxygen storage amount becomes a target value. Means for estimating the oxygen storage amount based on the output of the upstream air-fuel ratio sensor and controlling the air-fuel ratio so that the oxygen storage amount matches the target value, and the downstream air-fuel ratio sensor output is on the lean side The amount of oxygen storage is reduced at the time of, and the target air-fuel ratio is changed so as to increase the amount of oxygen storage at the rich side, and after a predetermined time has elapsed since the change of the target air-fuel ratio by the changing means, If the downstream air-fuel ratio is on the same side as before the target air-fuel ratio change despite the change in the target air-fuel ratio, the upstream air-fuel ratio sensor is based on the rich side or lean side of the air-fuel ratio. And a correction means for correcting the output of. In a second aspect based on the first aspect, the predetermined time is a time for the downstream air-fuel ratio to respond to the change in the target air-fuel ratio.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect , when the output of the downstream air-fuel ratio sensor is on the lean side, the changing means sets the target air-fuel ratio to the rich side by a certain value, and when the output of the downstream air-fuel ratio sensor is also on the rich side. Change by a certain value to the lean side.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the changing means is a lean side when the downstream side air-fuel ratio sensor is on the lean side as a correction value for the output of the upstream side air-fuel ratio sensor. Is a positive value that shifts by a certain amount, and when it is on the rich side, it is a negative value that shifts by a certain amount to the rich side.
[0012]
According to a fifth aspect of the invention, in any one of the first to third aspects, the changing means is a lean side when the downstream side air-fuel ratio sensor is on the lean side as a correction value for the output of the upstream side air-fuel ratio sensor. The positive value is shifted by an amount corresponding to the sensor output, and the negative value is shifted to the rich side by an amount corresponding to the sensor output when it is on the rich side.
[0013]
In a sixth aspect based on the fourth or fifth aspect , the changing means determines that the upstream air-fuel ratio sensor is abnormal when the absolute value obtained by integrating the correction values reaches a predetermined value.
[0014]
According to a seventh invention, in the first to sixth inventions, the oxygen storage amount is estimated by dividing the oxygen storage amount into a high speed component having a high absorption speed and a low speed component having an absorption speed slower than the high speed component.
[0015]
[Action, effect]
In the first invention, the oxygen storage amount of the catalyst is controlled so as to become the target value. If there is an error in the output of the upstream air-fuel ratio sensor, the oxygen storage amount of the catalyst deviates from the target value. . When the output of the downstream air-fuel ratio sensor is on the lean side, for example, the target air-fuel ratio is corrected to the rich side so as to reduce the oxygen storage amount. If the oxygen storage amount decreases due to the correction to the rich side, the downstream air-fuel ratio should change from the lean side to the stoichiometric or rich side. However, after this correction , when the output of the downstream air-fuel ratio sensor indicates the lean side even though the predetermined time has elapsed , the actual air-fuel ratio has not changed to the rich side. This is because the upstream air-fuel ratio sensor does not output accurately according to the air-fuel ratio, that is, the upstream air-fuel ratio sensor apparently shifts to the rich side from the actual state, so in practice Even if it is not so rich, it will be considered that the rich side has been corrected enough. The actual air-fuel ratio controlled by this does not change so much on the rich side. Therefore, when the correction to the rich side is applied based on the output of the downstream side air-fuel ratio sensor and sufficient correction is not performed even though a predetermined time has elapsed after the correction , the upstream side air-fuel ratio sensor The output is shifted by a predetermined amount to the lean side, and the corrected value is fed back to the air-fuel ratio control. Thus, even if there is an output fluctuation due to deterioration of the upstream air-fuel ratio sensor, the catalyst oxygen storage amount can be accurately controlled to the target value. In the second aspect of the invention, the corrected predetermined time is set as the time for the downstream air-fuel ratio to respond to the change in the target air-fuel ratio, so that it is possible to reliably determine the output error of the upstream air-fuel ratio sensor. It becomes.
[0016]
In the third aspect of the invention, when the downstream air-fuel ratio is other than stoichiometric, the target air-fuel ratio is changed by a certain amount to the rich side or the lean side, so that there is no significant fluctuation of the air-fuel ratio and the stability of engine control is reduced. Can be maintained.
[0017]
In the fourth aspect of the invention, since the output of the upstream air-fuel ratio sensor is corrected by a fixed amount according to the downstream air-fuel ratio, a sudden change in the air-fuel ratio before and after correction can be avoided.
[0018]
In the fifth aspect of the invention, the output of the upstream air-fuel ratio sensor is corrected according to the magnitude of the output value of the downstream air-fuel ratio sensor, so that the oxygen storage amount can be controlled to converge to the target value at an early stage.
[0019]
In the sixth aspect of the invention, there are many corrections for the output of the upstream side air-fuel ratio sensor, and when the integrated value reaches a predetermined value, it becomes difficult to maintain the accuracy and stability of the control, which may affect the exhaust performance. Therefore, at this time, the sensor abnormality is judged and notified to prompt repair or replacement.
[0020]
In the seventh invention, the oxygen storage characteristic for the catalyst is divided into a characteristic that is absorbed / released at a high speed by the noble metal of the catalyst and a characteristic that is absorbed / released at a low speed by an oxygen storage material such as ceria of the catalyst. By calculating the oxygen storage amount separately for high speed and low speed components according to this characteristic, the actual storage amount corresponding to the characteristics of the catalyst can be calculated accurately, and therefore the actual oxygen storage amount is accurately controlled to the target value. It becomes possible.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 shows a schematic configuration of an exhaust emission control apparatus to which the present invention is applied. A catalyst 3 is provided in an exhaust pipe 2 of an engine 1, a linear air-fuel ratio sensor 4 upstream, and an air-fuel ratio sensor (oxygen) downstream. Sensor) 5 is installed, and a controller 6 for controlling the air-fuel ratio of the fuel supplied to the engine 1 based on the output of these sensors is provided.
[0023]
The intake pipe 7 of the engine 1 is provided with a throttle valve 8 and an air flow meter 9 for measuring the intake air amount adjusted by the throttle valve 8.
[0024]
The catalyst 3 is a so-called three-way catalyst, and purifies NOx, HC, and CO with maximum efficiency when the catalyst atmosphere has a stoichiometric air-fuel ratio. The catalyst 3 has a catalyst carrier coated with an oxygen storage material such as ceria, and has a function of holding or releasing oxygen (oxygen storage function) in accordance with the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas.
[0025]
The air-fuel ratio sensor 4 provided upstream of the catalyst 3 has a linear output characteristic corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust, and the air-fuel ratio sensor 5 on the downstream side detects the oxygen concentration of the exhaust.
[0026]
Further, the engine 1 is provided with a temperature sensor 10 for detecting the temperature of the cooling water, and is used for determining the activated state of the catalyst 3 as well as the operating state of the engine 1.
[0027]
The controller 6 includes a microprocessor, a RAM, an AOM, an I / O interface, and the like. The controller 6 calculates the oxygen storage amount of the catalyst 3 based on the output of the air flow meter 9 and the upstream air-fuel ratio sensor 4, and this storage amount is the target. The air-fuel ratio is feedback controlled so as to reach a value. When the calculated oxygen storage amount is smaller than the target value, the target air-fuel ratio is made leaner to increase the holding amount, and conversely when it is larger than the target value, the oxygen storage amount is decreased to reduce the oxygen storage amount. To match. Further, although there is a deviation between the oxygen storage amount calculated by the calculation error and the actual oxygen storage amount, based on the oxygen concentration detected by the downstream air-fuel ratio sensor 5, for example, when the engine fuel is cut, After shifting to fuel cut, the oxygen storage amount calculated at a predetermined timing is reset to correct the deviation.
[0028]
A method for calculating the oxygen storage amount of the catalyst 3 will be described later, but is also described in detail in Japanese Patent Application No. 10-295110 by the applicant of the present invention, and only the principle will be briefly described here.
[0029]
The excess oxygen ratio, which is the ratio of excess or deficiency of oxygen in the exhaust gas, is calculated from the exhaust air / fuel ratio upstream of the catalyst. The oxygen excess rate is zero when stoichiometric, and is positive on the lean side and negative on the rich side.
[0030]
The amount of oxygen absorbed or released by the catalyst 3 is known from the oxygen excess rate and the amount of intake air at that time, and the amount of oxygen stored in the catalyst 3 can be estimated by integrating this. When the air-fuel ratio on the downstream side is on the lean side, the oxygen storage amount of the catalyst 3 has reached the saturation retention amount, and no more oxygen amount can be retained, and it flows downstream as it is. When the air-fuel ratio becomes richer than stoichiometric from this state, the retained oxygen amount decreases from the maximum value in accordance with the oxygen deficiency. When the downstream air-fuel ratio is rich, the oxygen storage amount is zero, and when the air-fuel ratio becomes lean from that state, the oxygen storage amount of the catalyst 3 increases according to the excess oxygen amount at that time. To go. In this way, the oxygen storage amount of the catalyst 3 can be obtained by calculation based on a certain operating state, and by integrating this, the current oxygen storage amount can be obtained. The maximum oxygen storage amount of the catalyst 3 is confirmed in advance by experiments or the like, for example, a half of the retention amount is set as a target value, and the air-fuel ratio is controlled so that the oxygen storage amount matches this target value.
[0031]
However, the air-fuel ratio of the engine has a required value depending on the operating conditions, and when the catalyst 3 functions as a three-way catalyst, it is necessary to control it near the stoichiometric condition. In this operating state, the oxygen storage amount matches the target value. Provides a value corresponding to a deviation from the target value of the oxygen storage amount as a correction value for the known λ control for making the air-fuel ratio stoichiometric, while satisfying the required combustion characteristics of the engine 1. The oxygen storage amount can be converged to the target value.
[0032]
In the present invention, it is determined whether the output of the upstream air-fuel ratio sensor 4 for calculating the oxygen storage amount is normal, and if the output is shifted (varied) due to sensor deterioration or the like, the output is changed accordingly. The air-fuel ratio sensor output is corrected to prevent fluctuation of the oxygen storage amount from the target value.
[0033]
For this reason, the output of the air-fuel ratio sensor 5 on the downstream side of the catalyst 3 that is not easily affected by high heat is used. When the air-fuel ratio on the downstream side of the catalyst is rich, the oxygen storage amount is increased. Adjusts the target air-fuel ratio in a direction to reduce the oxygen storage amount, and when the air-fuel ratio downstream of the catalyst is on the same side without returning to the stoichiometry, the output of the upstream air-fuel ratio sensor 4 shifts. As a result, the output of the air-fuel ratio sensor 4 is corrected accordingly.
[0034]
The details of this control will be described in detail with reference to the flowchart of FIG.
[0035]
This flow is repeatedly executed at regular intervals by the controller 6 in an operation state in which the basic air-fuel ratio becomes stoichiometric.
[0036]
In step S1, the air-fuel ratio is controlled so that the oxygen storage amount of the catalyst 3 becomes a target value based on the output of the air-fuel ratio sensor 4 on the upstream side of the catalyst. The target air-fuel ratio is determined based on a comparison between the calculated value of the oxygen storage amount and the target value, and the fuel supply amount to the engine 1 is controlled so as to be the target air-fuel ratio.
[0037]
Next, in step S2, it is determined whether the air-fuel ratio is stoichiometric or not from the output of the downstream air-fuel ratio sensor 5, and when it is stoichiometric, the control operation is terminated. Normally, the exhaust air / fuel ratio downstream of the catalyst becomes stoichiometric due to the oxygen storage capacity of the catalyst 3, but the downstream air / fuel ratio becomes low when the oxygen storage amount of the catalyst 3 becomes saturated or when all the oxygen is released. Varies from stoichiometric.
[0038]
If it is determined that it is not stoichiometric, the process proceeds to step S3, and the target air-fuel ratio of the air-fuel ratio control is changed by a predetermined amount. That is, when the detected air-fuel ratio is on the lean side, the target air-fuel ratio is set to the rich side by a predetermined amount. Conversely, when the detected air-fuel ratio is on the rich side, the target air-fuel ratio is set to the lean side by a predetermined amount. For this reason, the air-fuel ratio on the downstream side of the catalyst changes toward the stoichiometry.
[0039]
In step S4, it is determined whether the output of the downstream air-fuel ratio sensor 5 is on the same side or reversed with the change of the target air-fuel ratio. If they are on the same side, that is, if they remain on the lean side or rich side despite changing the target air-fuel ratio, it is determined that there is a deviation in the output of the upstream side air-fuel ratio sensor 4. In step S5, the shift amount with respect to the output of the upstream air-fuel ratio sensor 4 is calculated, and this is fed back to the air-fuel ratio control.
[0040]
The shift amount is calculated as follows.
[0041]
When the detected downstream air-fuel ratio is on the lean side, and therefore the downstream air-fuel ratio is still on the lean side even though the target air-fuel ratio is changed to the rich side, it is also in FIG. In addition, the oxygen storage amount of the catalyst 3 is almost saturated. This is because the actual air-fuel ratio does not become so rich even on the rich side. If there is a shift in the output of the upstream air-fuel ratio sensor 4 (deviation from the normal value), the actual air-fuel ratio will not be so rich even if feedback control is performed so that it becomes the target value based on this sensor output. This is because the air-fuel ratio sensor 4 apparently outputs a richer output than the actual air-fuel ratio. Therefore, in this case, the output of the upstream air-fuel ratio sensor 4 is corrected to the lean side by a certain amount, and this is fed back to the control of the air-fuel ratio.
[0042]
In contrast, as shown in FIG. 3B, the detected downstream air-fuel ratio is on the rich side, and the downstream air-fuel ratio is still rich despite the target air-fuel ratio being changed to the lean side. On the other hand, in contrast to the above, it is conceivable that the output of the upstream air-fuel ratio sensor 4 is apparently shifted to the lean side from the actual air-fuel ratio, and in order to correct this, the upstream side The output of the air-fuel ratio sensor 4 is corrected to the rich side by a certain amount.
[0043]
The correction amount is not a fixed amount, but can be changed according to the magnitude of the absolute value of the output of the downstream air-fuel ratio sensor 5. In this case, the oxygen storage amount is converged to the target value early after correction.
[0044]
Thus, in step S5, the correction amount for the shift of the output of the upstream air-fuel ratio sensor 4 is calculated, and this is fed back to the air-fuel ratio control, thereby increasing or decreasing the oxygen storage amount toward the target value.
[0045]
On the other hand, in step S6, abnormality determination of the upstream air-fuel ratio sensor 4 is performed from the integrated value of the shift amount with respect to the sensor output.
[0046]
This is because the correction amount of the upstream air-fuel ratio sensor 4 is integrated, and when the absolute value of the integration amount reaches a predetermined limit value, it is determined that the air-fuel ratio sensor 4 is abnormal. When the deterioration of the air-fuel ratio sensor 4 progresses and the integrated correction amount of the sensor output reaches a certain limit, stable air-fuel ratio control becomes difficult and may adversely affect the exhaust performance. By notifying them, early repairs and replacements are encouraged.
[0047]
The output shift amount is calculated as a positive fixed value when the downstream air-fuel ratio sensor 5 indicates the lean side, and is calculated as a negative fixed value when the downstream air-fuel ratio sensor 5 indicates the rich side. When the absolute value reaches a preset limit value, it is determined that there is an abnormality.
[0048]
Next, the overall operation will be described.
[0049]
By controlling the oxygen storage amount of the catalyst 3 to a target value, for example, about half of the maximum storage amount, the catalyst 3 can efficiently purify NOx, HC, and CO. The oxygen storage amount is calculated based on the output of the upstream air-fuel ratio sensor 4, and if this decreases below the target value, the air-fuel ratio is controlled to the lean side. Controlled and reduces storage.
[0050]
Therefore, in a normal state where the catalyst 3 functions properly, the air-fuel ratio on the downstream side of the catalyst 3 becomes stoichiometric and does not become lean or rich.
[0051]
However, when the upstream air-fuel ratio sensor 4 deteriorates with time and the sensor output shifts from the normal state, the air-fuel ratio is detected on the lean side or actually on the rich side. Then, even if the oxygen storage amount is calculated based on the output of the air-fuel ratio sensor 4, an accurate retention amount cannot be obtained, and the oxygen storage amount of the catalyst 3 may be saturated or all may be released. .
[0052]
In this case, the air-fuel ratio on the downstream side of the catalyst varies from stoichiometric to rich or lean. If there is such a change in the air-fuel ratio, and the downstream air-fuel ratio is now on the lean side, the target air-fuel ratio is changed by a predetermined amount to the rich side. Due to the shift of the air-fuel ratio to the rich side, the oxygen storage amount of the catalyst 3 decreases, and the air-fuel ratio on the downstream side of the catalyst returns to stoichiometry. However, when the catalyst downstream air-fuel ratio is still on the lean side despite the change of the target air-fuel ratio, it is assumed that the output shift due to deterioration of the upstream air-fuel ratio sensor 4 is large as described above, as shown in FIG. As in (A), the sensor output is corrected by a certain amount.
[0053]
Since the target air-fuel ratio is not so rich despite the rich air-fuel ratio, it means that the upstream air-fuel ratio sensor 4 is apparently shifted to the rich side rather than the actual. The sensor output of the upstream air-fuel ratio sensor 4 is shifted to the lean side by a certain amount. When the output of the air-fuel ratio sensor 4 is relatively shifted to the lean side by the correction, the actual air-fuel ratio is appropriately corrected to the rich side by feeding back this, and becomes the target air-fuel ratio.
[0054]
The above is performed in the same way even when the output of the air-fuel ratio sensor 4 is shifted in the opposite direction as shown in FIG. 3B. At this time, the correction direction is reversed. become.
[0055]
By performing such control, the oxygen storage amount can be converged to the target value even if the output of the upstream air-fuel ratio sensor 4 is shifted.
[0056]
However, depending on the deviation of the output of the air-fuel ratio sensor 4, the correction operation described above may be performed continuously, and when the correction in the same direction is repeated many times, the sensor deterioration may be greatly advanced. There is also sex. Therefore, when the absolute value of the correction amount of the sensor output with respect to the deterioration reaches the limit value, it is determined that the sensor is abnormal, and it is urged to replace it with a new one rather than continuing the correction.
[0057]
Next, a specific example of calculating the oxygen storage amount of the catalyst 3 based on the output of the upstream air-fuel ratio sensor 4 will be described with reference to FIGS. The oxygen storage characteristic for the catalyst 3 is divided into a characteristic that is absorbed / released at a high speed by the noble metal of the catalyst and a characteristic that is absorbed / released at a low speed by an oxygen storage material such as ceria of the catalyst. Therefore, the actual storage amount corresponding to the catalyst characteristics can be accurately calculated by dividing the oxygen storage amount into high speed and low speed components according to this characteristic.
[0058]
FIG. 4 is a flowchart for calculating the oxygen storage amount of the high speed component, and FIG. 5 is a flowchart for calculating the low speed component.
[0059]
In FIG. 4, in this subroutine, the high speed component HO2 is calculated based on the oxygen oxygen excess / deficiency O2IN of the exhaust gas flowing into the catalyst 3 and the oxygen release rate A of the high speed component.
[0060]
According to this, first, in step S31, based on the value of oxygen excess / deficiency O2IN, it is determined whether the high speed component HO2 is in a state of absorbing oxygen or in a state of releasing oxygen.
[0061]
As a result, if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 3 is lean and the oxygen excess / deficiency O2IN is greater than zero, it is determined that the high-speed component HO2 is in a state of absorbing oxygen, and the process proceeds to step S32. The following formula (1),
HO2 = HO2z + O2IN (1)
HO2z: The high speed component HO2 is calculated from the previous value of the high speed component HO2.
[0062]
On the other hand, if it is determined that the oxygen excess / deficiency amount O2IN is equal to or less than zero and the high-speed component is in a state of releasing oxygen, the process proceeds to step S33, where
HO2 = HO2z + O2IN x A (2)
A: The high speed component HO2 is calculated from the oxygen release rate of the high speed component HO2.
[0063]
When the high speed component HO2 is calculated in this way, it is determined in steps S34 and S35 whether the value does not exceed the maximum amount HO2MAX of the high speed component or not less than the minimum amount HO2MIN (= 0).
[0064]
If the high-speed component HO2 is greater than or equal to the maximum amount HO2MAX, the process proceeds to step S36, where the overflow amount (excess amount) OVERFLOW that overflows without being absorbed by the high-speed component HO2 is expressed by the following equation (3):
OVERFLOW = HO2-HO2MAX (3)
Further, the high speed component HO2 is limited to the maximum amount HO2MAX.
[0065]
If the high speed component HO2 is less than or equal to the minimum amount HO2MIN, the process proceeds to step S37, and the overflow amount (insufficient amount) OVERFLOW overflowing without being absorbed by the high speed component HO2 is expressed by the following equation (4):
OVERFLOW = HO2-HO2MIN (4)
Further, the high speed component HO2 is limited to the minimum amount HO2MIN. Here, since 0 is given as the minimum amount HO2MIN, the amount of oxygen deficient in the state in which all the high-speed component HO2 is released is calculated as a negative overflow amount.
[0066]
In addition, when the high speed component HO2 is between the maximum amount HO2MAX and the minimum amount HO2MIN, all the oxygen excess / deficiency O2IN of the exhaust gas flowing into the catalyst 3 is absorbed by the high speed component HO2, so that the overflow amount OVERFLOW is zero. Is set.
[0067]
Here, the overflow amount OVERFLOW overflowing from the high speed component HO2 when the high speed component HO2 is greater than or equal to the maximum amount HO2MAX or less than the minimum amount HO2MIN is absorbed or released by the low speed component LO2.
[0068]
FIG. 5 shows the contents of a subroutine for calculating the low speed component LO2 of the oxygen storage amount. In this subroutine, the low speed component LO2 is calculated based on the overflow amount OVERFLOW overflowing from the high speed component HO2.
[0069]
According to this, in step S41, the low speed component LO2 is expressed by the following equation (5),
LO2 = LO2z + OVERFLOW x B (5)
LO2z: Previous value of low-speed component LO2
B: Calculated by the oxygen absorption / release rate of the low speed component. Here, the oxygen absorption / release rate B of the low-speed component is set to a positive value of 1 or less, but actually has different characteristics in absorption and release, and the actual absorption / release rate is the catalyst temperature TCAT, low-speed component Since it is affected by LO2, etc., the absorption rate and the release rate may be set separately. In this case, when the overflow amount OVERFLOW is positive, oxygen is excessive, and the oxygen absorption B at this time is set to a larger value as the catalyst temperature TCAT is higher and the low speed component LO2 is smaller, for example. Further, when the overflow amount OVERFLOW is negative, oxygen is insufficient, and the oxygen release rate B at this time is set to be larger as the catalyst temperature TCAT is higher and the low speed component LO2 is larger, for example.
[0070]
In steps S42 and S43, similarly to the calculation of the high speed component HO2, it is determined whether the calculated low speed component LO2 does not exceed the maximum amount LO2MAX or is not less than the minimum amount LO2MIN (= 0). .
[0071]
As a result, if the maximum amount LO2MAX is exceeded, the process proceeds to step S44, where the oxygen excess / deficiency O2OUT overflowing from the low speed component LO2 is expressed by the following equation (6):
O2OUT = LO2 − LO2MAX (6)
And the low speed component LO2 is limited to the maximum amount LO2MAX. The oxygen excess / deficiency O2OUT flows out downstream of the catalyst 3 as it is.
[0072]
On the other hand, if the amount is less than the minimum amount, the process proceeds to step S45, where the low speed component LO2 is limited to the minimum amount LO2MIN.
[0073]
In this way, the oxygen storage amount for the catalyst 3 is calculated, and the air-fuel ratio is controlled so that this oxygen storage amount matches the target value.
[0074]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a control operation.
FIGS. 3A and 3B illustrate a relationship between an oxygen storage amount and a target air-fuel ratio. FIG. 3A shows a case where the air-fuel ratio on the downstream side of the catalyst is lean, and FIG.
FIG. 4 is a flowchart for calculating an oxygen storage amount (high-speed component storage amount).
FIG. 5 is a flowchart for calculating an oxygen storage amount (low-speed component storage amount).
[Explanation of symbols]
1 Engine 3 Catalyst 4 Upstream air-fuel ratio sensor 5 Downstream air-fuel ratio sensor 6 Controller

Claims (7)

排気空燃比に応じて排気中の酸素を取り込み、あるいは放出する酸素ストレージ能力のある触媒と、この酸素ストレージ量が目標値になるように空燃比を制御する装置において、
触媒の上流側の空燃比センサの出力に基づいて酸素ストレージ量を推定し、この酸素ストレージ量が目標値と一致するように空燃比を制御する手段と、
下流側の空燃比センサの出力がリーン側のときは酸素ストレージ量を減らし、
また、リッチ側のときは酸素ストレージ量を増やすように目標空燃比を変更する手段と、
前記変更手段による目標空燃比の変更から所定時間が経過した後、
前記目標空燃比の変更にもかかわらず下流側空燃比が目標空燃比変更以前と同一側にあるときは、空燃比のリッチ側またはリーン側に基づいて上流側の空燃比センサの出力を補正する更正手段とを備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
In a catalyst capable of storing or releasing oxygen in the exhaust gas according to the exhaust air-fuel ratio, and an apparatus for controlling the air-fuel ratio so that the oxygen storage amount becomes a target value,
Means for estimating an oxygen storage amount based on an output of an air-fuel ratio sensor upstream of the catalyst, and controlling the air-fuel ratio so that the oxygen storage amount matches a target value;
When the output of the downstream air-fuel ratio sensor is lean, reduce the oxygen storage amount,
Also, means for changing the target air-fuel ratio to increase the oxygen storage amount when on the rich side,
After a predetermined time has elapsed from the change of the target air-fuel ratio by the changing means,
When the downstream air-fuel ratio is on the same side as before the target air-fuel ratio change despite the change in the target air-fuel ratio, the output of the upstream air-fuel ratio sensor is corrected based on the rich side or lean side of the air-fuel ratio. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, comprising: a correction means.
前記所定時間は下流側の空燃比が前記目標空燃比の変更に対して応答する時間である請求項1に記載の内燃機関の空燃比制御装置。2. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the predetermined time is a time during which a downstream air-fuel ratio responds to a change in the target air-fuel ratio. 前記変更手段は、下流側空燃比センサの出力がリーン側のときは目標空燃比を一定値だけリッチ側に、同じくリッチ側のときはリーン側に一定値だけ変化させる請求項1または2に記載の内燃機関の空燃比制御装置。  3. The change unit according to claim 1, wherein when the output of the downstream side air-fuel ratio sensor is on the lean side, the target air-fuel ratio is changed by a constant value to a rich side, and when the output is also rich, it is changed to a lean value by a constant value. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine. 前記変更手段は、上流側空燃比センサの出力の補正値として、下流側空燃比センサがリーン側のときはリーン側に一定値量だけシフトする正の値、リッチ側のときはリッチ側に一定量だけシフトする負の値となるようにする請求項1〜3のいずれか一つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。  When the downstream air-fuel ratio sensor is on the lean side, the changing means is a positive value that shifts by a certain amount to the lean side, and when the downstream air-fuel ratio sensor is on the rich side, it is constant on the rich side. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the negative value is shifted by an amount. 前記変更手段は、上流側空燃比センサの出力の補正値として、下流側空燃比センサがリーン側のときはリーン側にセンサ出力に応じた量だけシフトする正の値、リッチ側のときはリッチ側にセンサ出力に応じた量だけシフトする負の値となるようにする請求項1〜3のいずれか一つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。  The change means, as a correction value for the upstream air-fuel ratio sensor output, is a positive value that shifts to the lean side by an amount corresponding to the sensor output when the downstream air-fuel ratio sensor is on the lean side, and rich when it is on the rich side. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the negative value is shifted to the side by an amount corresponding to the sensor output. 前記変更手段は、前記補正値を積算した絶対値が所定値に達したときに上流側空燃比センサに異常があるものと判定する請求項4または5に記載の内燃機関の空燃比制御装置。  The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 4 or 5, wherein the changing means determines that the upstream air-fuel ratio sensor has an abnormality when an absolute value obtained by integrating the correction values reaches a predetermined value. 前記酸素ストレージ量を吸収速度の速い高速成分と吸収速度が高速成分よりも遅い低速成分とに分けて演算することにより推定する請求項1〜6のいずれか一つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。  The air-fuel ratio of the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the oxygen storage amount is estimated by dividing the oxygen storage amount into a high speed component having a high absorption speed and a low speed component having an absorption speed slower than the high speed component. Control device.
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