JP3948255B2

JP3948255B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

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Publication number: JP3948255B2
Application number: JP2001346207A
Authority: JP
Inventors: 池本　　宣昭
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2021-11-12
Also published as: JP2003148201A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒の状態を考慮し空燃比制御することで排出ガス浄化率を向上可能な内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の排気浄化装置に関連する先行技術文献としては、特開平９−８８６８８号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、車両の市街地走行の信号待ち等における長い停車時に内燃機関を自動的に停止させ、この後、キー操作等の始動操作なしで内燃機関を再始動させる自動始動停止制御（エコラン制御ともいう）のための所謂、アイドルストップ機構を搭載し、排出ガスの空燃比を検出する酸素濃度（空燃比）センサの活性状態に応じて、空燃比制御における空燃比フィードバック制御を好適に実行し、早期に理論空燃比に制御することで内燃機関の再始動時のエミッション悪化を抑制する技術が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の内燃機関のアイドルストップ機構を搭載した車両や内燃機関と電動モータとを搭載したハイブリッド車両では、内燃機関を搭載した車両がそれまで無駄にしていた車両停止中の燃料消費を低減するため内燃機関の自動停止及び再始動を頻繁に繰返すこととなる。この際、再始動時や再始動直後に内燃機関の排出ガスを浄化する触媒の状態が考慮されておらず、触媒の最適な浄化率が得られる空燃比で燃焼が行なわれないことで、再始動時や再始動直後のエミッションが悪化するという不具合があった。
【０００４】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、内燃機関のアイドルストップ機構を搭載した車両や内燃機関と電動モータとを搭載するハイブリッド車両において、内燃機関の自動停止後の再始動時に触媒の状態を考慮した空燃比制御により良好なエミッションを確保可能な内燃機関の排気浄化装置の提供を課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒状態制御手段で自動始動停止制御手段による内燃機関の自動停止直前に三元触媒の酸素ストレージ量を消費、即ち、中立状態から空燃比リッチ相当側となるよう意図的に遷移させ、自動停止後の再始動時の空燃比制御では三元触媒に不足している酸素を供給させるため、酸素濃度センサで検出される空燃比がリーン側となるよう燃料噴射制御手段によって燃料噴射される。これにより、内燃機関の自動停止後の再始動時における三元触媒の酸素ストレージ量が素早く中立状態に復帰されるため良好なエミッションが確保される。
【０００６】
請求項２の内燃機関の排気浄化装置における燃料噴射制御手段では、内燃機関の自動停止直前に空燃比がリッチとなる燃料噴射量が供給されることで、三元触媒の酸素ストレージ量が消費される。このため、内燃機関の再始動時に空燃比がリーン側となるよう空燃比制御されることで、三元触媒の酸素ストレージ量が素早く中立状態に復帰されるため良好なエミッションが確保される。
【０００７】
請求項３の内燃機関の排気浄化装置における燃料噴射制御手段では、例えば、内燃機関が直噴エンジンであるときには、内燃機関の自動停止直前の膨張行程または排気行程で内燃機関の燃焼室内に向けて燃料噴射されることで、燃料噴射による燃料量が燃焼されずにそのまま三元触媒に到達することとなる。このため、内燃機関の自動停止時の三元触媒の酸素ストレージ量が空燃比リッチ相当側に設定される。これにより、内燃機関の再始動時に空燃比がリーン側となるよう空燃比制御されることで、三元触媒の酸素ストレージ量が素早く中立状態に復帰されるため良好なエミッションが確保される。
【０００８】
請求項４の内燃機関の排気浄化装置における燃料噴射制御手段では、触媒温度推定手段で検出または推定された三元触媒の温度が、内燃機関の自動停止後の再始動時に所定値以下であると三元触媒が活性状態になく空燃比のリーン制御に対応できないため、三元触媒を活性状態とするための昇温制御が優先的に実施される。これにより、三元触媒が速やかに活性状態に復帰され、エミッション悪化が抑制される。
【０００９】
請求項５の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関に導入される外気温、内燃機関の自動停止時からの経過時間としての停止時間、排出ガスの温度のうち１つ以上を用いて三元触媒の温度が推定されることで、三元触媒の温度状況が的確に推定される。
【００１０】
請求項６の内燃機関の排気浄化装置では、酸素濃度センサが内燃機関の自動停止中も活性状態に保持されることで、自動停止後の再始動時に直ちに的確な空燃比制御が実施でき三元触媒の酸素ストレージ量が素早く中立状態に復帰されるため良好なエミッションが確保される。
【００１１】
請求項７の内燃機関の排気浄化装置における燃料噴射制御手段では、内燃機関の自動停止後の再始動時に空燃比のリーン制御が禁止されるような条件となると、酸素濃度センサの活性状態を保持することが禁止されるため、省電力化が図られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置が適用された内燃機関とその周辺機器を示す概略構成図である。
【００１４】
図１において、内燃機関１は直列４気筒４サイクルの火花点火式として構成され、その吸入空気は上流側からエアクリーナ２、吸気通路３、スロットルバルブ４、サージタンク５及びインテークマニホルド６を通過し、インテークマニホルド６内でインジェクタ（燃料噴射弁）７から噴射された燃料と混合され、所定空燃比の混合気として各気筒に分配供給される。また、内燃機関１の各気筒に設けられた点火プラグ８には、点火回路９から供給される高電圧がディストリビュータ１０にて分配供給され、各気筒の混合気が所定タイミングにて点火される。そして、燃焼後の排出ガスはエキゾーストマニホルド１１及び排気通路１２を通過し、排気通路１２に設けられ、白金やロジウム等の触媒成分とセリウムやランタン等の添加物を担持した三元触媒１３にて有害成分であるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯx （窒素酸化物）等が浄化され大気中に排出される。
【００１５】
内燃機関１の図示しない出力軸（クランク軸）には、トルクコンバータを用いたオートマチックトランスミッション（以下、単に、『ＡＴ』と記す）１４が連結されており、このＡＴ１４より延びる出力軸（ドライブシャフト）１５の回転により車両が走行される。この出力軸１５には車速センサ１６が設けられ、車両の速度としての車速Ｖが検出される。
【００１６】
また、エアクリーナ２の下流側の吸気通路３にはエアフローメータ２１が設けられ、このエアフローメータ２１にてエアクリーナ２を通過する単位時間当たりの吸入空気量ＱＡが検出される。また、スロットルバルブ４にはスロットル開度センサ２２が設けられ、このスロットル開度センサ２２にてスロットル開度ＴＡに応じたアナログ信号が検出されると共に、スロットルバルブ４がほぼ全閉であることが図示しないアイドルスイッチからの「ＯＮ（オン）」／「ＯＦＦ（オフ）」信号によって検出される。また、内燃機関１のシリンダブロックには水温センサ２３が設けられ、この水温センサ２３にて内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが検出される。
【００１７】
そして、ディストリビュータ１０には回転角センサ２４が設けられ、この回転角センサ２４にて内燃機関１の機関回転数ＮＥが検出される。回転角センサ２４からは内燃機関１のクランクシャフトの２回転、即ち、７２０〔°ＣＡ（Crank Angle:クランク角）〕毎に２４個のパルス信号が出力される。更に、排気通路１２の三元触媒１３の上流側には、内燃機関１の排出ガスの空燃比λに応じたリニアな電圧信号ＶＯＸ１を出力する酸素濃度センサ２５が設けられている。この空燃比λの逆数が後述の実際の当量比φである。また、酸素濃度センサ２５には、この酸素濃度センサ２５を活性状態に保持するためのヒータ２６が付設されている。
【００１８】
内燃機関１の運転状態を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）３０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ３１、制御プログラムや制御マップを格納したＲＯＭ３２、各種データを格納するＲＡＭ３３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ３４等を中心に論理演算回路として構成され、各種センサからの検出信号を入力する入力ポート３５及び各種アクチュエータ等に制御信号を出力する出力ポート３６等に対しバス３７を介して接続されている。
【００１９】
このＥＣＵ３０には、入力ポート３５を介して車速センサ１６からの車速Ｖ、エアフローメータ２１からの吸入空気量ＱＡ、スロットル開度センサ２２からのスロットル開度ＴＡ、水温センサ２３からの冷却水温ＴＨＷ、回転角センサ２４からの機関回転数ＮＥ等の各種センサ信号が入力され、それらに基づいて燃料噴射量ＴＡＵ、点火時期Ｉｇ等が算出され、出力ポート３６を介してインジェクタ７及び点火回路９等にそれぞれ制御信号が出力される。
【００２０】
また、ＥＣＵ３０に入力される酸素濃度センサ２５からの電圧信号ＶＯＸ１によって、排出ガスに基づく混合気の空燃比判定が行われる。そして、ＥＣＵ３０はリッチからリーンに反転したとき及びリーンからリッチに反転したときには燃料噴射量を増減すべく、後述の空燃比Ｆ／Ｂ（フィードバック）補正係数としてのＦＡＦ値を階段状に大きく変化（スキップ）させると共に、リーンまたはリッチが連続するときには空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ値を徐々に増減させるようになっている。なお、この空燃比Ｆ／Ｂ制御は内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが低いときや機関高負荷・高回転走行時には実施されない。また、後述のように、ＥＣＵ３０は機関回転数ＮＥと吸入空気量ＱＡとにより基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）を求め、この基本燃料噴射量に対し空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ等による補正を行って最終の燃料噴射量（燃料噴射時間）ＴＡＵを算出し、インジェクタ７に所定の噴射タイミングでの燃料噴射を行わせる。
【００２１】
なお、ＥＣＵ３０にて、酸素濃度センサ２５からの電圧信号ＶＯＸ１による空燃比λの逆数である実際の当量比φと後述の目標当量比φref 演算ルーチンで算出される目標当量比φref との偏差を小さくするよう燃料噴射量ＴＡＵがＦ／Ｂ補正され、後述の三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳが中立状態に維持される。
【００２２】
上述の各種センサの他、ＥＣＵ３０には、以下のスイッチ類からのＳＷ（スイッチ）信号が入力される。車室内の例えば、操作パネルには、エコランを実施するという意向を基に運転者により操作されるエコランＳＷ４１が設けられている。また、ＡＴ１４にはニュートラル位置を検出するニュートラルＳＷ４２が設けられている。そして、図示しないブレーキペダルには、踏込んだときに「ＯＮ」となるブレーキＳＷ４３が設けられている。また、ＥＣＵ３０は、エコランＳＷ４１の指示や車両状態に応じて自動的に内燃機関１を停止またはスタータ４４を駆動し再始動させる。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１における空燃比制御について、図２乃至図１０を参照して説明する。ここで、図１０は本実施例の空燃比制御に対応する各種制御量の遷移状態を示すタイムチャートであり、本実施例を実線にて示し、比較のために従来例を破線にて示す。
【００２４】
《空燃比制御のメインルーチン：図２参照》
空燃比制御ルーチンを図２に基づいて説明する。なお、この空燃比制御ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００２５】
図２において、まず、ステップＳ１０１で、後述の内燃機関停止判定処理が実行される。次にステップＳ１０２に移行して、後述の触媒温度推定処理が実行される。次にステップＳ１０３に移行して、後述の酸素濃度センサヒータ制御処理が実行される。次にステップＳ１０４に移行して、後述の目標当量比φref 演算処理が実行される。次にステップＳ１０５に移行して、後述の空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ演算処理が実行される。次にステップＳ１０６に移行して、後述の燃料噴射量ＴＡＵ演算処理が実行され、本ルーチンを終了する。
【００２６】
〈内燃機関停止判定のサブルーチン：図３参照〉
内燃機関停止判定ルーチンを図３に基づいて説明する。
【００２７】
図３において、まず、ステップＳ２０１で、内燃機関１が停止中であるかが判定される。ステップＳ２０１の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１が運転中であるときにはステップＳ２０２に移行し、エコランＳＷ４１が「ＯＮ」であるかが判定される。ステップＳ２０２の判定条件が成立、即ち、エコランＳＷ４１が「ＯＮ」であるときにはステップＳ２０３に移行し、ニュートラルＳＷ４２が「ＯＮ」であるかが判定される。ステップＳ２０３の判定条件が成立、即ち、ニュートラルＳＷ４２が「ＯＮ」でＡＴ１４のギヤ位置が「Ｎ」となっているときにはステップＳ２０４に移行し、その他の各種エコラン条件が成立するかが判定される。
【００２８】
このエコラン条件としては、具体的に、内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが所定温度以上、車速Ｖが「０〔ｋｍ／ｈ〕」、車速Ｖが「０〔ｋｍ／ｈ〕」になってから所定時間経過、ブレーキＳＷ４３が「ＯＮ」、右折側のターンシグナルランプ（図示略）が「ＯＦＦ」、内燃機関１がアイドル状態等が挙げられる。
【００２９】
ステップＳ２０４の判定条件が成立、即ち、上記エコラン条件が全て成立するときにはステップＳ２０５に移行し、内燃機関１の自動停止前の空燃比リッチ化実施時間を設定する停止前リッチ化カウンタが所定値以上であるかが判定される。ステップＳ２０５の判定条件が成立せず、即ち、停止前リッチ化カウンタが所定値未満と小さいときにはステップＳ２０６に移行し、リッチ化フラグが「ＯＮ」とされる。次にステップＳ２０７に移行して、停止前リッチ化カウンタが「＋１」インクリメントされたのち、本ルーチンを終了する。
【００３０】
一方、ステップＳ２０５の判定条件が成立、即ち、停止前リッチ化カウンタが所定値以上と大きくなるとステップＳ２０８に移行し、内燃機関１を自動停止させるため燃料噴射量及び火花点火の停止処理が実施される（図１０に示す時刻ｔ2 ）。次にステップＳ２０９に移行して、停止前リッチ化カウンタが「０（零）」にクリアされたのち、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ２０２の判定条件が成立せず、即ち、エコランＳＷ４１が「ＯＦＦ」であるとき、またはステップＳ２０３の判定条件が成立せず、即ち、ニュートラルＳＷ４２が「ＯＦＦ」でＡＴ１４のギヤ位置が「Ｎ」以外であるとき、またはステップＳ２０４の判定条件が成立せず、即ち、エコラン条件のうち何れか１つでも不成立のときには内燃機関１の運転中が継続され、本ルーチンを終了する。
【００３１】
一方、ステップＳ２０１の判定条件が成立、即ち、内燃機関１が停止中であるときにはステップＳ２１０に移行し、ブレーキＳＷ４３が「ＯＦＦ」であるかが判定される。ステップＳ２１０の判定条件が成立、即ち、ブレーキＳＷ４３が「ＯＦＦ」で運転者によるブレーキペダルの踏込みが緩められ車両走行開始の意志があるときにはステップＳ２１１に移行し、内燃機関１を再始動させるため燃料噴射量及び火花点火の実行処理が実施されたのち（図１０に示す時刻ｔ3 ）、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ２１０の判定条件が成立せず、即ち、ブレーキＳＷ４３が「ＯＮ」で運転者によってブレーキペダルが一杯まで踏込まれているときには、内燃機関１の自動停止中が継続され、本ルーチンを終了する。
【００３２】
〈触媒温度推定のサブルーチン：図４及び図５参照〉
触媒温度推定ルーチンを図４に基づき、図５を参照して説明する。ここで、図５は、単位時間当たりの吸入空気量ＱＡ〔g /sec〕に対する触媒温度の初期値Ｔini 〔℃〕を算出するマップである。
【００３３】
図４において、まず、ステップＳ３０１で、内燃機関１が停止中であるかが判定される。ステップＳ３０１の判定条件が成立、即ち、内燃機関１が停止中（図１０に示す時刻ｔ2 〜時刻ｔ3 ）であるときにはステップＳ３０２に移行し、三元触媒１３の触媒温度ＴＭＰcat が次式（１）にて算出される。ここで、ｋは温度減衰係数、Ｔstopは内燃機関１の自動停止時からの停止時間である。なお、図５に示すように、触媒温度初期値Ｔini は吸入空気量ＱＡが多いほど大きな値に設定される。
【００３４】
【数１】
ＴＭＰcat ＝Ｔini −ｋ・Ｔstop ・・・（１）
【００３５】
次にステップＳ３０３に移行して、触媒温度ＴＭＰcat に対するガード処理が実行される。次にステップＳ３０４に移行して、触媒温度ＴＭＰcat が所定値以上であるかが判定される。ステップＳ３０４の判定条件が成立、即ち、触媒温度ＴＭＰcat が所定値以上と高いときには、本ルーチンを終了する。
【００３６】
一方、ステップＳ３０４の判定条件が成立せず、即ち、触媒温度ＴＭＰcat が所定値未満と低いときにはステップＳ３０５に移行し、再始動時ストレージ制御が禁止され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ３０１の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１が運転中であるときにはステップＳ３０６に移行し、触媒温度初期値Ｔini の更新として、触媒温度初期値Ｔini が触媒温度ＴＭＰcat とされたのち、本ルーチンを終了する。
【００３７】
〈酸素濃度センサヒータ制御のサブルーチン：図６参照〉
酸素濃度センサヒータ制御ルーチンを図６に基づいて説明する。
【００３８】
図６において、まず、ステップＳ４０１で、内燃機関１が停止中であるかが判定される。ステップＳ４０１の判定条件が成立、即ち、内燃機関１が停止中（図１０に示す時刻ｔ2 〜時刻ｔ3 ）であるときにはステップＳ４０２に移行し、次回始動時に酸素ストレージ制御を実施するかが判定される。ステップＳ４０２の判定条件が成立、即ち、次回始動時に酸素ストレージ制御を実施するとき、またはステップＳ４０１の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１が運転中であるときにはステップＳ４０３に移行し、通常のヒータ制御が実施されたのち、本ルーチンを終了する。
【００３９】
一方、ステップＳ４０２の判定条件が成立せず、即ち、次回始動時に酸素ストレージ制御を実施しないときにはステップＳ４０４に移行し、省電力のためヒータ制御が停止されたのち、本ルーチンを終了する。
【００４０】
〈目標当量比φref 演算のサブルーチン：図７参照〉
目標当量比φref 演算ルーチンを図７に基づいて説明する。
【００４１】
図７において、まず、ステップＳ５０１で、内燃機関１が停止中であるかが判定される。ステップＳ５０１の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１が運転中であるときにはステップＳ５０２に移行し、リッチ化フラグが「ＯＮ」であるかが判定される。ステップＳ５０２の判定条件が成立せず、即ち、リッチ化フラグが「ＯＦＦ」であるときにはステップＳ５０３に移行し、内燃機関１の運転中における目標当量比φref が算出され、本ルーチンを終了する。
【００４２】
一方、ステップＳ５０２の判定条件が成立、即ち、リッチ化フラグが「ＯＮ」であるときにはステップＳ５０４に移行し、内燃機関１の自動停止前（図１０に示す時刻ｔ1 〜時刻ｔ2 ）のリッチ化目標値となる目標当量比φref が算出され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ５０１の判定条件が成立、即ち、内燃機関１が停止中（図１０に示す時刻ｔ2 〜時刻ｔ3 ）であるときにはステップＳ５０５に移行し、触媒温度ＴＭＰcat が所定値以下であるかが判定される。ステップＳ５０５の判定条件が成立せず、即ち、触媒温度ＴＭＰcat が所定値を越え高く三元触媒１３が活性状態を保持できるときにはステップＳ５０６に移行し、内燃機関１の再始動時（図１０に示す時刻ｔ3 ）のリーン始動目標値となる目標当量比φref が算出され、本ルーチンを終了する。
【００４３】
一方、ステップＳ５０５の判定条件が成立、即ち、触媒温度ＴＭＰcat が所定値以下と低く三元触媒１３が活性状態を保持できないときにはステップＳ５０７に移行し、触媒暖機目標値となる目標当量比φref が算出され、本ルーチンを終了する。
【００４４】
〈空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ演算のサブルーチン：図８参照〉
空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ演算ルーチンを図８に基づいて説明する。
【００４５】
図８において、まず、ステップＳ６０１で、空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が成立するかが判定される。この空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が成立するのは、内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが所定温度以上、機関回転数ＮＥ及び負荷が高くないこと等である。ステップＳ６０１の判定条件が成立、即ち、空燃比Ｆ／Ｂ制御条件が全て成立するときにはステップＳ６０２に移行し、上述の目標当量比φref 演算ルーチンで求められた目標当量比φref が読込まれる。
【００４６】
次にステップＳ６０３に移行して、酸素濃度センサ２５の検出値が空燃比制御を維持し得る所定の範囲内であるかが判定される。ステップＳ６０３の判定条件が成立、即ち、酸素濃度センサ２５の検出値が所定の範囲内であるときにはステップＳ６０４に移行し、ＲＯＭ３２内に予め記憶されている状態Ｆ／Ｂ系の最適Ｆ／ＢゲインＩＫn （ｎ＝１，２，３，４，Ａ）が選択的に読込まれる。
【００４７】
一方、ステップＳ６０３の判定条件が成立せず、即ち、酸素濃度センサ２５の検出値が所定の範囲外であるときにはステップＳ６０５に移行し、ＲＯＭ３２内に予め記憶されている状態Ｆ／Ｂ系のＦ／Ｂゲインのうち、より低いＦ／ＢゲインＩＫn ′（ｎ＝１，２，３，４，Ａ）が選択的に読込まれる。次にステップＳ６０６に移行して、ステップＳ６０４またはステップＳ６０５で選択的に読込まれたＦ／ＢゲインＩＫn （ｎ＝１，２，３，４）またはＩＫn ′（ｎ＝１，２，３，４）が次式（２）に代入され積分項ＺＩ(K) が算出される。ここで、Ｋa は積分定数、φ(K) は実際の当量比である。
【００４８】
【数２】
ＺＩ(K) ←ＺＩ(K-1) ＋Ｋa ・（φref −φ(K) ）・・・（２）
【００４９】
次にステップＳ６０７に移行して、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦが次式（３）にて算出され、本ルーチンを終了する。ここで、ＦＡＦ(K-1) は１回前の空燃比Ｆ／Ｂ補正係数、ＦＡＦ(K-2) は２回前の空燃比Ｆ／Ｂ補正係数、ＦＡＦ(K-3) は３回前の空燃比Ｆ／Ｂ補正係数、Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 はＦ／Ｂ定数である。
【００５０】
【数３】

【００５１】
一方、ステップＳ６０１の判定条件が成立せず、即ち、空燃比Ｆ／Ｂ制御条件のうち１つでも成立しないときにはステップＳ６０８に移行し、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦが「１．０」にセットされ、本ルーチンを終了する。
【００５２】
〈燃料噴射量ＴＡＵ演算のサブルーチン：図９参照〉
燃料噴射量ＴＡＵ演算ルーチンを図９に基づいて説明する。
【００５３】
図９において、まず、ステップＳ７０１で、機関回転数ＮＥと吸入空気量ＱＡとに基づき基本燃料噴射量Ｔｐが算出される。次にステップＳ７０２に移行して、上述の空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ演算ルーチンで算出された空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦが読込まれる。次にステップＳ７０３に移行して、最終の燃料噴射量ＴＡＵが次式（４）にて算出され、本ルーチンを終了する。ここで、ＦＡＬＬは空燃比制御以外の要素で燃料噴射量を補正するための補正係数である。
【００５４】
【数４】
ＴＡＵ←ＦＡＦ・Ｔｐ・ＦＡＬＬ・・・（４）
【００５５】
したがって、三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳが、従来例の空燃比制御（図１０に示す破線）では、内燃機関１の自動停止後の再始動時（図１０に示す時刻ｔ3 ）の空燃比リーン相当の状態からなかなか中立状態に復帰されないが、上述の実施例の空燃比制御（図１０に示す実線）によれば、内燃機関１の自動停止後の再始動時（図１０に示す時刻ｔ3 ）の空燃比リッチ相当の状態から素早く中立状態に復帰されることが分かる。
【００５６】
このように、本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関１の排気通路１２途中に配設され、内燃機関１の排出ガスを浄化する三元触媒１３と、内燃機関１の排出ガスの空燃比を検出する酸素濃度センサ２５と、内燃機関１の所定の運転条件下における自動停止及びこの後の自動始動を制御するＥＣＵ３０にて達成される自動始動停止制御手段と、前記自動始動停止制御手段による内燃機関１の自動停止直前に三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳを消費させるＥＣＵ３０にて達成される触媒状態制御手段と、内燃機関１に対し所定の空燃比となるよう燃料噴射すると共に、内燃機関１の自動停止後の再始動時には空燃比がリーンとなるよう燃料噴射するＥＣＵ３０にて達成される燃料噴射制御手段とを具備するものである。
【００５７】
つまり、内燃機関１の自動停止直前の空燃比制御では三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳを消費、即ち、中立状態から空燃比リッチ相当側となるよう意図的に遷移させ、自動停止後の再始動時の空燃比制御では三元触媒１３に不足している酸素を供給させるため、空燃比の逆数である当量比φがリーン側となるよう燃料噴射される。これにより、内燃機関１の自動停止後の再始動時における三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳを素早く中立状態に復帰させ良好なエミッションを確保することができる。
【００５８】
また、本実施例の内燃機関の排気浄化装置のＥＣＵ３０にて達成される燃料噴射制御手段は、内燃機関１の自動停止直前に空燃比がリッチになるよう燃料噴射するものである。つまり、内燃機関１の自動停止直前に空燃比がリッチとなる燃料噴射量が供給されることで、三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳが消費される。このため、内燃機関の再始動時に空燃比の逆数である当量比φがリーン側となるよう空燃比制御されることで、三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳを素早く中立状態に復帰させ良好なエミッションを確保することができる。
【００５９】
そして、本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、三元触媒１３の温度を推定するＥＣＵ３０にて達成される触媒温度推定手段を具備し、ＥＣＵ３０にて達成される燃料噴射制御手段が内燃機関１の自動停止後の再始動時に三元触媒１３の温度が所定値以下であるときには、空燃比のリーン制御を禁止し、三元触媒１３の昇温制御を優先するものである。つまり、内燃機関１の自動停止後の再始動時に三元触媒１３の温度が所定値以下であると三元触媒１３が活性状態になく空燃比のリーン制御に対応できないため、三元触媒１３を活性状態とするための昇温制御が優先的に実施される。これにより、三元触媒１３が速やかに活性状態に復帰され、エミッション悪化を抑制することができる。
【００６０】
更に、本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、三元触媒１３の温度を内燃機関１の停止時間Ｔstopを用いて推定するものである。つまり、三元触媒１３の温度は内燃機関１の自動停止時からの経過時間に応じて推移されるため、停止時間Ｔstopを用いることで三元触媒１３の温度を的確に推定することができる。
【００６１】
更にまた、本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、酸素濃度センサ２５を内燃機関１の自動停止中も活性状態に保持するものである。つまり、酸素濃度センサ２５が内燃機関１の自動停止中も活性状態に保持されておれば、自動停止後の再始動時に直ちに的確な空燃比制御が実施できるため、三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳを素早く中立状態に復帰させ良好なエミッションを確保することができる。
【００６２】
加えて、本実施例の内燃機関の排気浄化装置のＥＣＵ３０にて達成される燃料噴射制御手段は、内燃機関１の自動停止後の再始動時に空燃比のリーン制御を禁止するときには、酸素濃度センサ２５の活性状態の保持を禁止するものである。つまり、内燃機関１の自動停止後の再始動時に空燃比のリーン制御が禁止されるような条件となると、酸素濃度センサ２５の活性状態を保持するためのヒータ２６への通電が停止されることで、省電力化を図ることができる。
【００６３】
ところで、上記実施例では、インテークマニホルド６内でインジェクタ（燃料噴射弁）７から噴射された燃料と混合され、所定空燃比の混合気として各気筒に分配供給される内燃機関１に対する空燃比制御について述べたが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、内燃機関が直噴エンジンであるときには、内燃機関の自動停止直前の膨張行程または排気行程で内燃機関の燃焼室内に向けて燃料噴射されることで、燃料噴射による燃料量が燃焼されずにそのまま三元触媒１３に到達することとなる。これにより、内燃機関の自動停止時の三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳを空燃比リッチ相当側に設定することができる。そして、内燃機関の再始動時の当量比φがリーン側となるよう空燃比制御されることで、三元触媒１３の酸素ストレージ量ＯＳを素早く中立状態に復帰させることができる。
【００６４】
このような内燃機関の排気浄化装置のＥＣＵ３０にて達成される燃料噴射制御手段は、内燃機関の自動停止直前の膨張行程または排気行程で内燃機関の燃焼室内に燃料噴射するものであり、上述の実施例と同様の作用・効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置が適用された内燃機関とその周辺機器を示す概略構成図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける空燃比制御の処理手順を示すメインルーチンである。
【図３】図３は図２における内燃機関停止判定の処理手順を示すサブルーチンである。
【図４】図４は図２における触媒温度推定の処理手順を示すサブルーチンである。
【図５】図５は図４における吸入空気量をパラメータとして触媒温度初期値を算出するマップである。
【図６】図６は図２における酸素濃度センサヒータ制御の処理手順を示すサブルーチンである。
【図７】図７は図２における目標当量比演算の処理手順を示すサブルーチンである。
【図８】図８は図２における空燃比Ｆ／Ｂ補正係数演算の処理手順を示すサブルーチンである。
【図９】図９は図２における燃料噴射量演算の処理手順を示すサブルーチンである。
【図１０】図１０は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置の空燃比制御に対応する各種制御量の遷移状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１内燃機関
７インジェクタ（燃料噴射弁）
１２排気通路
１３三元触媒
２５酸素濃度センサ
３０ＥＣＵ（電子制御ユニット）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can improve an exhaust gas purification rate by controlling an air-fuel ratio in consideration of the state of a catalyst.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a prior art document related to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-88688 has been known. This system automatically stops the internal combustion engine when the vehicle stops for a long time, such as waiting for a signal for traveling in an urban area, and then restarts the internal combustion engine without starting operation such as a key operation (also known as eco-run control). The air-fuel ratio feedback control in the air-fuel ratio control is suitably executed in accordance with the active state of the oxygen concentration (air-fuel ratio) sensor that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas. A technique for suppressing the deterioration of emissions when restarting an internal combustion engine by controlling the stoichiometric air-fuel ratio at an early stage is shown.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in a vehicle equipped with the aforementioned idle stop mechanism of an internal combustion engine or a hybrid vehicle equipped with an internal combustion engine and an electric motor, the vehicle equipped with the internal combustion engine reduces the fuel consumption during the vehicle stop that was previously wasted. Therefore, the automatic stop and restart of the internal combustion engine are frequently repeated. At this time, the state of the catalyst that purifies the exhaust gas of the internal combustion engine at the time of restart or immediately after the restart is not taken into consideration, and combustion is not performed at an air-fuel ratio that can obtain an optimal purification rate of the catalyst. There was a problem that emissions at start-up and immediately after restart deteriorated.
[0004]
Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and in a vehicle equipped with an idle stop mechanism of an internal combustion engine or a hybrid vehicle equipped with an internal combustion engine and an electric motor, the internal combustion engine is restarted after automatic stop. An object of the present invention is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine that can ensure good emission by air-fuel ratio control that sometimes takes into account the state of the catalyst.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of claim 1, the catalyst state control means immediately before the automatic stop of the internal combustion engine by the automatic start / stop control means. Three-way catalyst In the air-fuel ratio control at the restart after the automatic stop, the oxygen storage amount is consumed, that is, intentionally shifted from the neutral state to the air-fuel ratio rich side. Three-way catalyst In order to supply the deficient oxygen, the fuel injection control means injects the fuel so that the air-fuel ratio detected by the oxygen concentration sensor is on the lean side. As a result, when the internal combustion engine is restarted after automatic stop Three-way catalyst As the oxygen storage amount of the gas is quickly returned to the neutral state, good emission is ensured.
[0006]
In the fuel injection control means in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, the fuel injection amount at which the air-fuel ratio becomes rich immediately before the automatic stop of the internal combustion engine is supplied, Three-way catalyst The amount of oxygen storage is consumed. For this reason, when the air-fuel ratio is controlled so that the air-fuel ratio becomes lean when the internal combustion engine is restarted, Three-way catalyst As the oxygen storage amount of the gas is quickly returned to the neutral state, good emission is ensured.
[0007]
In the fuel injection control means in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, for example, when the internal combustion engine is a direct injection engine, it is directed toward the combustion chamber of the internal combustion engine in an expansion stroke or an exhaust stroke immediately before the internal combustion engine is automatically stopped. By fuel injection, the amount of fuel from fuel injection is not burned Three-way catalyst Will be reached. Therefore, when the internal combustion engine is automatically stopped Three-way catalyst The oxygen storage amount is set to the air-fuel ratio rich equivalent side. Thereby, the air-fuel ratio is controlled so that the air-fuel ratio becomes lean when the internal combustion engine is restarted, Three-way catalyst As the oxygen storage amount of the gas is quickly returned to the neutral state, good emission is ensured.
[0008]
The fuel injection control means in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4 is detected or estimated by the catalyst temperature estimating means. Three-way catalyst The temperature of the engine is not more than a predetermined value when the internal combustion engine is restarted after being automatically stopped. Three-way catalyst Is not in an active state and cannot support air-fuel ratio lean control. Three-way catalyst The temperature increase control for bringing the active state into the active state is preferentially performed. This Three-way catalyst Is quickly returned to the active state, and emission deterioration is suppressed.
[0009]
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 5 uses one or more of an outside air temperature introduced into the internal combustion engine, a stop time as an elapsed time from the automatic stop of the internal combustion engine, and an exhaust gas temperature. Three-way catalyst By estimating the temperature of Three-way catalyst Is accurately estimated.
[0010]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 6, since the oxygen concentration sensor is kept active even during the automatic stop of the internal combustion engine, accurate air-fuel ratio control can be performed immediately upon restart after the automatic stop. Three-way catalyst As the oxygen storage amount of the gas is quickly returned to the neutral state, good emission is ensured.
[0011]
The fuel injection control means in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 7 maintains the active state of the oxygen concentration sensor under a condition that the lean control of the air-fuel ratio is prohibited when the internal combustion engine is automatically restarted after being stopped. Since this is prohibited, power saving can be achieved.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
[0013]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an example of an embodiment of the present invention is applied and its peripheral devices.
[0014]
In FIG. 1, an internal combustion engine 1 is configured as an in-line four-cylinder four-cycle spark ignition type, and its intake air passes from an upstream side through an air cleaner 2, an intake passage 3, a throttle valve 4, a surge tank 5, and an intake manifold 6. It is mixed with fuel injected from an injector (fuel injection valve) 7 in the intake manifold 6 and distributed and supplied to each cylinder as an air-fuel mixture having a predetermined air-fuel ratio. Further, the high voltage supplied from the ignition circuit 9 is distributed and supplied by the distributor 10 to the spark plug 8 provided in each cylinder of the internal combustion engine 1, and the air-fuel mixture in each cylinder is ignited at a predetermined timing. The exhaust gas after combustion passes through the exhaust manifold 11 and the exhaust passage 12, and is provided in the exhaust passage 12, in a three-way catalyst 13 carrying a catalyst component such as platinum or rhodium and an additive such as cerium or lanthanum. Harmful components such as CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbon), and NOx (nitrogen oxide) are purified and discharged into the atmosphere.
[0015]
An automatic transmission (hereinafter simply referred to as “AT”) 14 using a torque converter is connected to an output shaft (crankshaft) (not shown) of the internal combustion engine 1, and an output shaft (drive shaft) extending from the AT 14. The vehicle is driven by the rotation of 15. A vehicle speed sensor 16 is provided on the output shaft 15 to detect a vehicle speed V as a vehicle speed.
[0016]
An air flow meter 21 is provided in the intake passage 3 on the downstream side of the air cleaner 2, and the air flow meter 21 detects the intake air amount QA per unit time passing through the air cleaner 2. The throttle valve 4 is provided with a throttle opening sensor 22, which detects an analog signal corresponding to the throttle opening TA and that the throttle valve 4 is almost fully closed. It is detected by an “ON” / “OFF” signal from an idle switch (not shown). Further, a water temperature sensor 23 is provided in the cylinder block of the internal combustion engine 1, and the coolant temperature THW of the internal combustion engine 1 is detected by the water temperature sensor 23.
[0017]
The distributor 10 is provided with a rotation angle sensor 24, and the rotation angle sensor 24 detects the engine speed NE of the internal combustion engine 1. The rotation angle sensor 24 outputs 24 pulse signals every two rotations of the crankshaft of the internal combustion engine 1, that is, every 720 [° CA (Crank Angle)]. Further, an oxygen concentration sensor 25 that outputs a linear voltage signal VOX 1 corresponding to the air-fuel ratio λ of the exhaust gas of the internal combustion engine 1 is provided on the upstream side of the three-way catalyst 13 in the exhaust passage 12. The reciprocal of the air-fuel ratio λ is an actual equivalent ratio φ described later. Further, the oxygen concentration sensor 25 is provided with a heater 26 for maintaining the oxygen concentration sensor 25 in an active state.
[0018]
An ECU (Electronic Control Unit) 30 that controls the operating state of the internal combustion engine 1 includes a CPU 31 as a central processing unit that executes various known arithmetic processes, a ROM 32 that stores a control program and a control map, and various data. It is configured as a logical operation circuit centering on the RAM 33 to store, B / U (backup) RAM 34, etc., and to the input port 35 for inputting detection signals from various sensors and the output port 36 for outputting control signals to various actuators They are connected via a bus 37.
[0019]
The ECU 30 is connected to the vehicle speed V from the vehicle speed sensor 16 via the input port 35, the intake air amount QA from the air flow meter 21, the throttle opening TA from the throttle opening sensor 22, the cooling water temperature THW from the water temperature sensor 23, Various sensor signals such as the engine speed NE from the rotation angle sensor 24 are input, and based on them, the fuel injection amount TAU, the ignition timing Ig, and the like are calculated, and are output to the injector 7 and the ignition circuit 9 through the output port 36. A control signal is output for each.
[0020]
Further, the air-fuel ratio determination of the air-fuel mixture based on the exhaust gas is performed based on the voltage signal VOX1 from the oxygen concentration sensor 25 input to the ECU 30. Then, the ECU 30 greatly changes the FAF value as an air-fuel ratio F / B (feedback) correction coefficient, which will be described later, in a stepwise manner in order to increase or decrease the fuel injection amount when reversing from rich to lean and when reversing from lean to rich ( The air-fuel ratio F / B correction coefficient FAF value is gradually increased or decreased when lean or rich continues. Note that this air-fuel ratio F / B control is not performed when the coolant temperature THW of the internal combustion engine 1 is low or when the engine is running at a high load and high speed. Further, as will be described later, the ECU 30 obtains a basic fuel injection amount (basic fuel injection time) from the engine speed NE and the intake air amount QA, and the basic fuel injection amount is determined by an air-fuel ratio F / B correction coefficient FAF or the like. Correction is performed to calculate the final fuel injection amount (fuel injection time) TAU, and the injector 7 is made to perform fuel injection at a predetermined injection timing.
[0021]
Note that the ECU 30 reduces the deviation between the actual equivalent ratio φ, which is the reciprocal of the air-fuel ratio λ, and the target equivalent ratio φref calculated by the calculation routine described later, based on the voltage signal VOX1 from the oxygen concentration sensor 25. Thus, the fuel injection amount TAU is F / B corrected, and an oxygen storage amount OS of the three-way catalyst 13 described later is maintained in a neutral state.
[0022]
In addition to the various sensors described above, the ECU 30 receives SW (switch) signals from the following switches. For example, an operation panel in the passenger compartment is provided with an eco-run SW 41 that is operated by the driver based on the intention of performing the eco-run. The AT 14 is provided with a neutral SW 42 that detects the neutral position. A brake pedal (not shown) is provided with a brake SW 43 that is “ON” when depressed. In addition, the ECU 30 automatically stops the internal combustion engine 1 or drives the starter 44 to restart it according to the instruction of the eco-run SW 41 or the vehicle state.
[0023]
Next, air-fuel ratio control in the CPU 31 in the ECU 30 used in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an example of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 10 is a time chart showing transition states of various control amounts corresponding to the air-fuel ratio control of this embodiment. This embodiment is shown by a solid line, and a conventional example is shown by a broken line for comparison.
[0024]
<< Main routine of air-fuel ratio control: See Fig. 2 >>
The air-fuel ratio control routine will be described with reference to FIG. This air-fuel ratio control routine is repeatedly executed by the CPU 31 every predetermined time.
[0025]
In FIG. 2, first, in step S101, an internal combustion engine stop determination process described later is executed. Next, the process proceeds to step S102, and a catalyst temperature estimation process described later is executed. Next, the process proceeds to step S103, and an oxygen concentration sensor heater control process described later is executed. Next, the process proceeds to step S104, and a target equivalent ratio φref calculation process described later is executed. Next, the process proceeds to step S105, and an air-fuel ratio F / B correction coefficient FAF calculation process described later is executed. Next, the routine proceeds to step S106, where a fuel injection amount TAU calculation process described later is executed, and this routine is terminated.
[0026]
<Internal combustion engine stop determination subroutine: see FIG. 3>
An internal combustion engine stop determination routine will be described with reference to FIG.
[0027]
In FIG. 3, first, in step S201, it is determined whether the internal combustion engine 1 is stopped. When the determination condition of step S201 is not satisfied, that is, when the internal combustion engine 1 is in operation, the routine proceeds to step S202, where it is determined whether the eco-run SW 41 is “ON”. When the determination condition of step S202 is satisfied, that is, when the eco-run SW 41 is “ON”, the process proceeds to step S203, and it is determined whether the neutral SW 42 is “ON”. When the determination condition of step S203 is satisfied, that is, when the neutral SW 42 is “ON” and the gear position of the AT 14 is “N”, the process proceeds to step S204 to determine whether various other eco-run conditions are satisfied.
[0028]
Specifically, the eco-run condition is predetermined after the coolant temperature THW of the internal combustion engine 1 is equal to or higher than a predetermined temperature, the vehicle speed V is “0 [km / h]”, and the vehicle speed V is “0 [km / h]”. For example, the time has elapsed, the brake SW 43 is “ON”, the right turn signal lamp (not shown) is “OFF”, and the internal combustion engine 1 is in an idle state.
[0029]
When the determination condition of step S204 is satisfied, that is, when all the eco-run conditions are satisfied, the process proceeds to step S205, and the before-stop enrichment counter for setting the air-fuel ratio enrichment execution time before the automatic stop of the internal combustion engine 1 is greater than or equal to a predetermined value. Is determined. If the determination condition in step S205 is not satisfied, that is, if the pre-stop enrichment counter is less than a predetermined value, the process proceeds to step S206, and the enrichment flag is set to “ON”. Next, the process proceeds to step S207, and after the pre-stop enrichment counter is incremented by "+1", this routine is terminated.
[0030]
On the other hand, when the determination condition of step S205 is satisfied, that is, when the pre-stop rich counter becomes larger than a predetermined value, the process proceeds to step S208, and the fuel injection amount and spark ignition stop processing is performed to automatically stop the internal combustion engine 1. (Time t2 shown in FIG. 10). Next, the process proceeds to step S209, and after the pre-stop enrichment counter is cleared to “0 (zero)”, this routine ends. On the other hand, when the determination condition of step S202 is not satisfied, that is, when the eco-run SW 41 is "OFF" or when the determination condition of step S203 is not satisfied, that is, the neutral SW 42 is "OFF" and the gear position of the AT 14 is " When it is other than “N” or when the determination condition of step S204 is not satisfied, that is, when any one of the eco-run conditions is not satisfied, the operation of the internal combustion engine 1 is continued and this routine is ended.
[0031]
On the other hand, when the determination condition of step S201 is satisfied, that is, when the internal combustion engine 1 is stopped, the process proceeds to step S210, and it is determined whether the brake SW 43 is “OFF”. When the determination condition of step S210 is satisfied, that is, when the brake SW 43 is "OFF" and the driver depresses the brake pedal and is willing to start running the vehicle, the routine proceeds to step S211 and the fuel for restarting the internal combustion engine 1 is restarted. After executing the injection amount and spark ignition execution processing (time t3 shown in FIG. 10), this routine is terminated. On the other hand, when the determination condition of step S210 is not satisfied, that is, when the brake SW 43 is "ON" and the brake pedal is fully depressed by the driver, the internal combustion engine 1 is continuously stopped and this routine is finished. To do.
[0032]
<Catalyst temperature estimation subroutine: see FIGS. 4 and 5>
The catalyst temperature estimation routine will be described with reference to FIG. 5 based on FIG. Here, FIG. 5 is a map for calculating the initial value Tini [° C.] of the catalyst temperature with respect to the intake air amount QA [g / sec] per unit time.
[0033]
In FIG. 4, first, in step S301, it is determined whether the internal combustion engine 1 is stopped. When the determination condition in step S301 is satisfied, that is, when the internal combustion engine 1 is stopped (time t2 to time t3 shown in FIG. 10), the process proceeds to step S302, and the catalyst temperature TMPcat of the three-way catalyst 13 is expressed by the following equation (1). It is calculated by. Here, k is a temperature attenuation coefficient, and Tstop is a stop time from when the internal combustion engine 1 is automatically stopped. As shown in FIG. 5, the catalyst temperature initial value Tini is set to a larger value as the intake air amount QA is larger.
[0034]
[Expression 1]
TMPcat = Tini−k · Tstop (1)
[0035]
Next, the process proceeds to step S303, and a guard process for the catalyst temperature TMPcat is executed. Next, the process proceeds to step S304, where it is determined whether the catalyst temperature TMPcat is equal to or higher than a predetermined value. When the determination condition in step S304 is satisfied, that is, when the catalyst temperature TMPcat is higher than a predetermined value, this routine is ended.
[0036]
On the other hand, when the determination condition of step S304 is not satisfied, that is, when the catalyst temperature TMPcat is lower than a predetermined value, the process proceeds to step S305, the restart storage control is prohibited, and this routine is terminated. On the other hand, when the determination condition of step S301 is not satisfied, that is, when the internal combustion engine 1 is in operation, the process proceeds to step S306, and the catalyst temperature initial value Tini is set to the catalyst temperature TMPcat as the update of the catalyst temperature initial value Tini. After that, this routine is finished.
[0037]
<Oxygen concentration sensor heater control subroutine: see FIG. 6>
The oxygen concentration sensor heater control routine will be described with reference to FIG.
[0038]
In FIG. 6, first, in step S401, it is determined whether the internal combustion engine 1 is stopped. When the determination condition of step S401 is satisfied, that is, when the internal combustion engine 1 is stopped (time t2 to time t3 shown in FIG. 10), the routine proceeds to step S402, where it is determined whether to perform oxygen storage control at the next start. . When the determination condition of step S402 is satisfied, that is, when the oxygen storage control is performed at the next start, or when the determination condition of step S401 is not satisfied, that is, when the internal combustion engine 1 is in operation, the routine proceeds to step S403. After the heater control is executed, this routine is terminated.
[0039]
On the other hand, when the determination condition of step S402 is not satisfied, that is, when oxygen storage control is not performed at the next start, the routine proceeds to step S404, where the heater control is stopped for power saving, and then this routine is terminated.
[0040]
<Target equivalence ratio φref calculation subroutine: See FIG. 7>
The target equivalent ratio φref calculation routine will be described with reference to FIG.
[0041]
In FIG. 7, first, in step S501, it is determined whether the internal combustion engine 1 is stopped. When the determination condition of step S501 is not satisfied, that is, when the internal combustion engine 1 is in operation, the routine proceeds to step S502, where it is determined whether the enrichment flag is “ON”. When the determination condition of step S502 is not satisfied, that is, when the enrichment flag is “OFF”, the process proceeds to step S503, the target equivalent ratio φref during the operation of the internal combustion engine 1 is calculated, and this routine ends.
[0042]
On the other hand, when the determination condition of step S502 is satisfied, that is, when the enrichment flag is “ON”, the process proceeds to step S504, and the enrichment target before the automatic stop of the internal combustion engine 1 (time t1 to time t2 shown in FIG. 10). A target equivalent ratio φref which is a value is calculated, and this routine is terminated. On the other hand, when the determination condition of step S501 is satisfied, that is, when the internal combustion engine 1 is stopped (time t2 to time t3 shown in FIG. 10), the process proceeds to step S505 to determine whether the catalyst temperature TMPcat is equal to or lower than a predetermined value. Is done. When the determination condition in step S505 is not satisfied, that is, when the catalyst temperature TMPcat exceeds a predetermined value and the three-way catalyst 13 can maintain the active state, the process proceeds to step S506, and when the internal combustion engine 1 is restarted (shown in FIG. 10). The target equivalence ratio φref which is the lean start target value at time t3) is calculated, and this routine is finished.
[0043]
On the other hand, when the determination condition of step S505 is satisfied, that is, when the catalyst temperature TMPcat is low below a predetermined value and the three-way catalyst 13 cannot maintain the active state, the routine proceeds to step S507, where the target equivalent ratio φref that becomes the catalyst warm-up target value is set. This routine is completed after the calculation.
[0044]
<Air-fuel ratio F / B correction coefficient FAF calculation subroutine: see FIG. 8>
The air-fuel ratio F / B correction coefficient FAF calculation routine will be described with reference to FIG.
[0045]
In FIG. 8, first, in step S601, it is determined whether the air-fuel ratio F / B control condition is satisfied. The air-fuel ratio F / B control condition is satisfied when the coolant temperature THW of the internal combustion engine 1 is equal to or higher than a predetermined temperature, the engine speed NE and the load are not high, and the like. When the determination condition of step S601 is satisfied, that is, when all of the air-fuel ratio F / B control conditions are satisfied, the process proceeds to step S602, and the target equivalent ratio φref obtained by the above-described target equivalent ratio φref calculation routine is read.
[0046]
Next, the process proceeds to step S603, where it is determined whether the detected value of the oxygen concentration sensor 25 is within a predetermined range in which air-fuel ratio control can be maintained. When the determination condition of step S603 is satisfied, that is, when the detection value of the oxygen concentration sensor 25 is within the predetermined range, the process proceeds to step S604, and the state is stored in advance in the ROM 32. The optimum F / B gain of the state F / B system IKn (n = 1, 2, 3, 4, A) is selectively read.
[0047]
On the other hand, when the determination condition of step S603 is not satisfied, that is, when the detected value of the oxygen concentration sensor 25 is outside the predetermined range, the process proceeds to step S605, and the F / B system F stored in the ROM 32 in advance is stored. Of the / B gain, the lower F / B gain IKn '(n = 1, 2, 3, 4, A) is selectively read. In step S606, the F / B gain IKn (n = 1, 2, 3, 4) or IKn '(n = 1, 2, 3, 4) selectively read in step S604 or step S605 is entered. ) Is substituted into the following equation (2) to calculate the integral term ZI (K). Here, Ka is an integral constant, and φ (K) is an actual equivalence ratio.
[0048]
[Expression 2]
ZI (K) ← ZI (K-1) + Ka ・ (φref −φ (K)) (2)
[0049]
Next, the routine proceeds to step S607, where the air-fuel ratio F / B correction coefficient FAF is calculated by the following equation (3), and this routine is finished. Here, FAF (K-1) is the previous air-fuel ratio F / B correction coefficient, FAF (K-2) is the previous air-fuel ratio F / B correction coefficient, and FAF (K-3) is three times. The previous air-fuel ratio F / B correction coefficients, K1, K2, K3, and K4 are F / B constants.
[0050]
[Equation 3]

[0051]
On the other hand, when the determination condition of step S601 is not satisfied, that is, when one of the air-fuel ratio F / B control conditions is not satisfied, the process proceeds to step S608, and the air-fuel ratio F / B correction coefficient FAF is set to “1.0”. When set, this routine ends.
[0052]
<Fuel injection amount TAU calculation subroutine: see FIG. 9>
The fuel injection amount TAU calculation routine will be described with reference to FIG.
[0053]
In FIG. 9, first, in step S701, the basic fuel injection amount Tp is calculated based on the engine speed NE and the intake air amount QA. Next, the routine proceeds to step S702, where the air-fuel ratio F / B correction coefficient FAF calculated by the above-described air-fuel ratio F / B correction coefficient FAF calculation routine is read. Next, the routine proceeds to step S703, where the final fuel injection amount TAU is calculated by the following equation (4), and this routine ends. Here, FALL is a correction coefficient for correcting the fuel injection amount by an element other than the air-fuel ratio control.
[0054]
[Expression 4]
TAU ← FAF / Tp / FALL (4)
[0055]
Therefore, the oxygen storage amount OS of the three-way catalyst 13 is the air-fuel ratio at the time of restart after the automatic stop of the internal combustion engine 1 (time t3 shown in FIG. 10) in the conventional air-fuel ratio control (broken line shown in FIG. 10). Although it is difficult to return from the lean equivalent state to the neutral state, according to the air-fuel ratio control of the above-described embodiment (solid line shown in FIG. 10), when the internal combustion engine 1 is restarted after automatic stop (time t3 shown in FIG. 10). It can be seen that the air-fuel ratio rich state) is quickly returned to the neutral state.
[0056]
As described above, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment is disposed in the exhaust passage 12 of the internal combustion engine 1 and purifies the exhaust gas of the internal combustion engine 1, and the exhaust gas of the internal combustion engine 1. An oxygen concentration sensor 25 that detects the air-fuel ratio of the engine, an automatic start / stop control means that is achieved by an ECU 30 that controls automatic stop and subsequent automatic start of the internal combustion engine 1 under predetermined operating conditions, and the automatic start / stop The catalyst state control means achieved by the ECU 30 that consumes the oxygen storage amount OS of the three-way catalyst 13 immediately before the internal combustion engine 1 is automatically stopped by the control means, and the fuel injection to the internal combustion engine 1 so as to have a predetermined air-fuel ratio. At the same time, it includes a fuel injection control means that is achieved by the ECU 30 that injects the fuel so that the air-fuel ratio becomes lean when the internal combustion engine 1 is restarted after the automatic stop.
[0057]
That is, in the air-fuel ratio control immediately before the internal combustion engine 1 is automatically stopped, the oxygen storage amount OS of the three-way catalyst 13 is consumed, that is, intentionally transited from the neutral state to the air-fuel ratio rich side, and restarted after the automatic stop. In the air-fuel ratio control at the time of starting, in order to supply the insufficient oxygen to the three-way catalyst 13, fuel is injected so that the equivalent ratio φ, which is the reciprocal of the air-fuel ratio, is on the lean side. Thereby, the oxygen storage amount OS of the three-way catalyst 13 at the time of restart after the internal combustion engine 1 is automatically stopped can be quickly returned to the neutral state, and good emission can be ensured.
[0058]
Further, the fuel injection control means achieved by the ECU 30 of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment performs fuel injection so that the air-fuel ratio becomes rich immediately before the internal combustion engine 1 is automatically stopped. In other words, the oxygen storage amount OS of the three-way catalyst 13 is consumed by supplying the fuel injection amount that makes the air-fuel ratio rich immediately before the internal combustion engine 1 is automatically stopped. For this reason, when the internal combustion engine is restarted, the air-fuel ratio is controlled so that the equivalent ratio φ, which is the reciprocal of the air-fuel ratio, becomes lean, so that the oxygen storage amount OS of the three-way catalyst 13 can be quickly returned to the neutral state. Emissions can be secured.
[0059]
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment includes a catalyst temperature estimation means that is achieved by the ECU 30 that estimates the temperature of the three-way catalyst 13, and the fuel injection control means that is achieved by the ECU 30 is the internal combustion engine. When the temperature of the three-way catalyst 13 is equal to or lower than a predetermined value at the restart after the automatic stop of No. 1, the lean control of the air-fuel ratio is prohibited, and the temperature increase control of the three-way catalyst 13 is given priority. That is, if the temperature of the three-way catalyst 13 is below a predetermined value when the internal combustion engine 1 is restarted after automatic stop, the three-way catalyst 13 is not in an active state and cannot cope with the lean control of the air-fuel ratio. The temperature rise control for making the active state preferentially performed. As a result, the three-way catalyst 13 is quickly returned to the active state, and emission deterioration can be suppressed.
[0060]
Furthermore, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment estimates the temperature of the three-way catalyst 13 using the stop time Tstop of the internal combustion engine 1. That is, since the temperature of the three-way catalyst 13 changes according to the elapsed time from the automatic stop of the internal combustion engine 1, the temperature of the three-way catalyst 13 can be accurately estimated by using the stop time Tstop.
[0061]
Furthermore, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment holds the oxygen concentration sensor 25 in an active state even during the automatic stop of the internal combustion engine 1. In other words, if the oxygen concentration sensor 25 is kept active even during the automatic stop of the internal combustion engine 1, accurate air-fuel ratio control can be performed immediately upon restart after the automatic stop. The OS can be quickly returned to the neutral state to ensure good emission.
[0062]
In addition, the fuel injection control means achieved by the ECU 30 of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment includes an oxygen concentration sensor when prohibiting air-fuel ratio lean control when the internal combustion engine 1 is restarted after automatic stop. The holding of 25 active states is prohibited. That is, energization to the heater 26 for maintaining the active state of the oxygen concentration sensor 25 is stopped when the condition that the lean control of the air-fuel ratio is prohibited at the restart after the internal combustion engine 1 is automatically stopped. Thus, power saving can be achieved.
[0063]
By the way, in the above embodiment, the air-fuel ratio control for the internal combustion engine 1 mixed with the fuel injected from the injector (fuel injection valve) 7 in the intake manifold 6 and distributed and supplied to each cylinder as an air-fuel mixture having a predetermined air-fuel ratio. As described above, the present invention is not limited to this. When the internal combustion engine is a direct injection engine, the combustion chamber of the internal combustion engine is used in the expansion stroke or the exhaust stroke immediately before the automatic stop of the internal combustion engine. As a result of the fuel injection toward, the amount of fuel from the fuel injection reaches the three-way catalyst 13 as it is without being burned. Thus, the oxygen storage amount OS of the three-way catalyst 13 when the internal combustion engine is automatically stopped can be set to the air-fuel ratio rich side. Then, the oxygen storage amount OS of the three-way catalyst 13 can be quickly returned to the neutral state by performing the air-fuel ratio control so that the equivalent ratio φ at the restart of the internal combustion engine becomes the lean side.
[0064]
The fuel injection control means achieved by the ECU 30 of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine injects fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine in the expansion stroke or exhaust stroke immediately before the automatic stop of the internal combustion engine. The same operation and effect as the embodiment can be expected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an example of an embodiment of the present invention is applied and its peripheral devices.
FIG. 2 is a main routine showing a processing procedure of air-fuel ratio control in a CPU in an ECU used in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a subroutine showing a processing procedure of internal combustion engine stop determination in FIG. 2;
FIG. 4 is a subroutine showing a processing procedure of catalyst temperature estimation in FIG.
FIG. 5 is a map for calculating an initial value of the catalyst temperature using the intake air amount in FIG. 4 as a parameter.
6 is a subroutine showing a processing procedure of oxygen concentration sensor heater control in FIG. 2. FIG.
FIG. 7 is a subroutine showing a processing procedure of target equivalence ratio calculation in FIG. 2;
FIG. 8 is a subroutine showing a processing procedure of air-fuel ratio F / B correction coefficient calculation in FIG.
FIG. 9 is a subroutine showing a processing procedure of fuel injection amount calculation in FIG. 2;
FIG. 10 is a time chart showing transition states of various control amounts corresponding to the air-fuel ratio control of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to an example of the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Internal combustion engine
7 Injector (fuel injection valve)
12 Exhaust passage
13 Three-way catalyst
25 Oxygen concentration sensor
30 ECU (Electronic Control Unit)

Claims

A three-way catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine and purifying exhaust gas of the internal combustion engine;
An oxygen concentration sensor for detecting an air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine;
Automatic start / stop control means for controlling automatic stop under the predetermined operating conditions of the internal combustion engine and subsequent automatic start;
Catalyst state control means for consuming an oxygen storage (storage: adsorption and storage) amount of the catalyst immediately before the internal combustion engine is automatically stopped by the automatic start / stop control means;
Fuel injection control means for injecting fuel to the internal combustion engine so as to have a predetermined air-fuel ratio and for injecting fuel so that the air-fuel ratio becomes lean when the internal combustion engine is restarted after automatic stop. An exhaust purification device for an internal combustion engine.

2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel injection control unit performs fuel injection so that an air-fuel ratio immediately before the internal combustion engine is automatically stopped becomes rich.

The exhaust of the internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the fuel injection control means injects fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine in an expansion stroke or an exhaust stroke immediately before the internal combustion engine is automatically stopped. Purification equipment.

Furthermore, a catalyst temperature estimating means for detecting or estimating the temperature of the catalyst is provided, and the fuel injection control means is empty when the temperature of the catalyst is not more than a predetermined value during restart after the internal combustion engine is automatically stopped. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein lean control of the fuel ratio is prohibited, and priority is given to temperature increase control of the catalyst.

The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the temperature of the catalyst is estimated using one or more of an outside air temperature, a stop time of the internal combustion engine, and an exhaust gas temperature.

The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4 or 5, wherein the oxygen concentration sensor is maintained in an active state even during an automatic stop of the internal combustion engine.

The fuel injection control means prohibits holding of an active state of the oxygen concentration sensor when prohibiting air-fuel ratio lean control during restart after the internal combustion engine is automatically stopped. Exhaust gas purification device for internal combustion engine.