JP4475117B2 - Engine air-fuel ratio control device - Google Patents

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Description

本発明はエンジンの空燃比制御装置に関し、特に、エンジン始動後の触媒の早期活性化のために、排気の空燃比を周期的にリッチ、リーンに切換える制御の技術分野に属する。   The present invention relates to an air-fuel ratio control device for an engine, and particularly to the technical field of control for periodically switching the air-fuel ratio of exhaust gas to rich and lean for early activation of a catalyst after engine startup.

従来より一般に三元触媒などには、その浄化ウインドウを拡大するために所謂酸素吸蔵能(oxygen storage capacity:以下、OSCと略称する)が備わっており、これを活用して触媒の働きを高めるために、エンジンの空燃比を理論空燃比近傍でリッチ側とリーン側とに周期的に変更し(一般にパータベーション制御などという)、これにより、排気を相対的にHC、CO等の還元剤成分が多いリッチな状態と、反対に酸素の分量が多いリーンな状態とに交互に切換える、という技術は知られている(特許文献1を参照)。   Conventionally, a three-way catalyst or the like is generally provided with a so-called oxygen storage capacity (hereinafter abbreviated as OSC) in order to expand its purification window, and this is used to enhance the function of the catalyst. In addition, the air-fuel ratio of the engine is periodically changed between the rich side and the lean side in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio (generally referred to as perturbation control). A technique of alternately switching between a rich state having a large amount and a lean state having a large amount of oxygen is known (see Patent Document 1).

そのように排気の空燃比をリッチ、リーンに切換えた場合、その空燃比の周期的な変化によって触媒の働きが高められるとともに、排気のリーンな状態では過剰な酸素が触媒に吸蔵される一方、リッチな状態では触媒から酸素が放出されることによって、触媒内の排気の空燃比が前記浄化ウインドウ内に維持されることになり、これにより、HC,CO,NOxなどの有害成分を効率良く反応させて浄化することができる。   When the air-fuel ratio of the exhaust gas is thus changed to rich and lean, the function of the catalyst is enhanced by the periodic change of the air-fuel ratio, and excess oxygen is occluded in the catalyst in the lean state of the exhaust gas, In a rich state, oxygen is released from the catalyst, so that the air-fuel ratio of the exhaust gas in the catalyst is maintained in the purification window, thereby efficiently reacting harmful components such as HC, CO, and NOx. Can be purified.

さらに、そうして排気中のHC,COなどが酸化されるときに発生する反応熱によって排気の温度が高くなるので、このことを利用して、例えばエンジンの始動後に、未活性の触媒の温度を速やかに上昇させて、活性化を促進することも提案されている。
特開2003−214227号公報
Further, since the temperature of the exhaust gas becomes higher due to the reaction heat generated when HC, CO, etc. in the exhaust gas are oxidized in this way, the temperature of the inactive catalyst is utilized after starting the engine, for example. It has also been proposed to promote the activation by increasing the urine quickly.
JP 2003-214227 A

しかしながら、前記のように排気の空燃比を周期的に変化させる場合には、その周期や振れ幅が過度に大きくならないように注意しなくてはならない。すなわち、排気空燃比の変化の周期が長い(周波数が低い)ときやその振幅が大きいときには、排気中の酸素量の変化が大きくなり、この酸素量の変化を触媒のOSCにより吸収しきれなくなると、HC,CO,NOxなど(有害成分)が触媒を吹き抜けてしまい、三元浄化性能が損なわれることになるからである。   However, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is periodically changed as described above, care must be taken not to excessively increase the cycle or fluctuation width. That is, when the cycle of the change in the exhaust air-fuel ratio is long (the frequency is low) or the amplitude thereof is large, the change in the amount of oxygen in the exhaust gas becomes large, and this change in the amount of oxygen cannot be absorbed by the OSC of the catalyst. This is because HC, CO, NOx and the like (hazardous components) blow through the catalyst, and the three-way purification performance is impaired.

特にエンジンの始動後、排気によって触媒が十分に暖められるまでの間は通常、OSCも小さくなるので、触媒自体が活性途上であることも相俟って、排気中の有害成分の多くが触媒を吹き抜けてしまう虞れがある。   In particular, after the engine is started, until the catalyst is sufficiently warmed by the exhaust gas, the OSC is usually small, so that a lot of harmful components in the exhaust gas can be absorbed by the catalyst itself because of the active catalyst itself. There is a risk of blowing through.

また、寒冷地における冷間始動後などは、前記のように排気温度を高くしても、触媒の温度はなかなか上昇せず、この間は触媒による有害成分の浄化が殆ど期待できないので、前記のようにして触媒の温度上昇を促進するだけでなく、触媒に流入する排気中において有害成分を減らすことも求められる。   In addition, after the cold start in a cold region, even if the exhaust temperature is increased as described above, the temperature of the catalyst does not rise easily, and during this time, the purification of harmful components by the catalyst can hardly be expected. In addition to promoting the temperature rise of the catalyst, it is also required to reduce harmful components in the exhaust gas flowing into the catalyst.

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの始動後に排気空燃比を周期的にリッチ、リーンに変更することによって、触媒の温度上昇を促進する場合に、その空燃比変化の振れ幅や周期の設定に工夫を凝らして、触媒の温度上昇を効果的に促進しながら、触媒入口までの排気中の有害成分を減少させ、さらに、触媒からの有害成分の吹き抜けを抑制して、触媒の暖機前に大気中に放出される有害成分の量を減らすことにある。   The present invention has been made in view of such various points, and the object of the present invention is to promote an increase in the temperature of the catalyst by periodically changing the exhaust air-fuel ratio to rich and lean after engine startup. In addition, by devising the setting of the fluctuation range and cycle of the air-fuel ratio change, while effectively promoting the temperature rise of the catalyst, the harmful components in the exhaust to the catalyst inlet are reduced, and further, It is to reduce the amount of harmful components released into the atmosphere before warming up the catalyst by suppressing the blow-off of the components.

前記目的の達成のために、本発明の第1の解決手段は、エンジン始動後にまず、排気の空燃比を所定以下の短い周期(高周波)でリッチ、リーンに変化させるとともに、その振れ幅を最初のうちは小さくし、その後、排気によって暖められる上流側の触媒の活性化の進行に応じて大きくすることにより、該上流側触媒に対しその活性容量の増加に対応する適量の還元剤及び酸化剤を供給するようにした。そして、この上流側触媒の完全活性後は排気空燃比の変化の周期を長く(周波数を低下)することによって、下流側触媒の昇温を促進するようにした。   In order to achieve the above object, the first solving means of the present invention first changes the air-fuel ratio of the exhaust gas to rich and lean at a short cycle (high frequency) of a predetermined value or less after the engine is started, Are reduced and then increased in accordance with the progress of activation of the upstream catalyst that is warmed by the exhaust, so that an appropriate amount of reducing agent and oxidizing agent corresponding to the increase in the active capacity of the upstream catalyst can be obtained. To supply. Then, after the upstream catalyst is fully activated, the temperature of the downstream catalyst is promoted by increasing the period of change of the exhaust air-fuel ratio (decreasing the frequency).

具体的に、請求項1の発明では、排気系の集合部よりも下流に少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を有する触媒が配設された多気筒エンジンに備えられ、このエンジンの始動後に前記触媒の活性化を促進すべく、排気の空燃比を理論空燃比近傍でリッチ側及びリーン側に周期的に変化させるようにしたエンジンの空燃比制御装置を対象として、
前記触媒よりも下流の排気通路にも、少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を有する別の触媒が配設されている場合に、
前記排気集合部近傍の排気の空燃比を検出するためのセンサと、
エンジン始動後の所定期間、排気の空燃比A/Fが14〜15の間の目標値を中心として10Hz以上の周波数で周期的にリッチ側及びリーン側に変化するように、少なくとも1つの気筒をリッチ側にまた別の少なくとも1つの気筒をリーン側に設定して、それぞれ前記センサからの信号に基づいて気筒内の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記2つの触媒のうち上流側の触媒の活性化の進行に応じて前記排気空燃比の振れ幅が大きくなるように、前記空燃比フィードバック制御手段によって制御される気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更するとともに、前記上流側の触媒が全活性状態になれば、排気空燃比の振れ幅が相対的に小さくなるように、前記気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更する空燃比振幅変更手段と、
前記上流側の触媒が全活性状態になれば、前記排気空燃比の変化の周期が相対的に長くなるように、前記空燃比フィードバック制御手段におけるリッチ側及びリーン側気筒の設定を変更する気筒設定変更手段と、を備える構成とする。
Specifically, the invention of claim 1 is provided in a multi-cylinder engine in which a catalyst having a three-way purification function is disposed at least in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio downstream of a collecting portion of the exhaust system. In order to promote the activation of the catalyst, an engine air-fuel ratio control apparatus that periodically changes the air-fuel ratio of exhaust gas to the rich side and the lean side in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio,
When another catalyst having a three-way purification function is disposed at least in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio in the exhaust passage downstream of the catalyst,
A sensor for detecting an air-fuel ratio of the exhaust in the vicinity of the exhaust collecting portion;
At least one cylinder is arranged so that the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas periodically changes to the rich side and the lean side at a frequency of 10 Hz or more around a target value between 14 and 15 for a predetermined period after engine startup. Air-fuel ratio feedback control means for setting at least one other cylinder on the rich side to the lean side and feedback-controlling the air-fuel ratio in the cylinder based on the signals from the sensors,
Of the two catalysts, the richness and leanness of the in-cylinder air-fuel ratio controlled by the air-fuel ratio feedback control means are adjusted so that the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio increases with the progress of activation of the upstream side catalyst. The air-fuel ratio that changes the degree of richness and leanness of the in-cylinder air-fuel ratio so that the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio becomes relatively small when the upstream side catalyst becomes fully active. Amplitude changing means;
Cylinder setting for changing the settings of the rich side and lean side cylinders in the air-fuel ratio feedback control means so that the period of change of the exhaust air-fuel ratio becomes relatively long when the upstream catalyst becomes fully active And a changing unit.

前記の構成により、まず、エンジン始動後の所定期間、空燃比フィードバック制御手段により複数の気筒がリッチ、リーンに振り分けられて、それぞれ気筒内空燃比のフィードバック制御が行われることで、その各気筒からの排気がそれぞれリッチ状態(HC,COなど還元剤成分の多い状態)及びリーン状態(NOxや酸素など酸化成分の多い状態)になり、これにより排気系の集合部における排気の空燃比は周波数にして10Hz以上の短い周期でリッチ、リーンに変化するようになる。   With the above configuration, first, the air-fuel ratio feedback control means distributes a plurality of cylinders to rich and lean for a predetermined period after the engine is started, and each of the cylinders performs feedback control of the in-cylinder air-fuel ratio. Each of the exhaust gas is in a rich state (a state with a large amount of reducing agent components such as HC and CO) and a lean state (a state with a large amount of oxidizing components such as NOx and oxygen). It changes to rich and lean with a short period of 10 Hz or more.

そして、そのように各気筒から排出されたリッチな排気とリーンな排気との少なくとも一部分は排気系の集合部から上流側触媒の入口までの間で混ざり合い、この混ざり合った排気中のHCやCOとNOxや酸素とが反応することで、有害成分であるHC,CO,NOxが減少するとともに、その反応熱により排気温度が上昇する。つまり、前記のように複数の気筒をリッチ、リーンに振り分けて、所定以上に短い周期で排気空燃比をリッチ、リーンに変化させることにより、触媒が未活性でOSCも得られない状態であっても、排気中の有害成分を減らしつつ、排気温度を高めて触媒の昇温を促進することができる。   In this way, at least a part of the rich exhaust gas and the lean exhaust gas exhausted from each cylinder are mixed from the collecting part of the exhaust system to the inlet of the upstream side catalyst, and HC and By reacting CO with NOx or oxygen, harmful components such as HC, CO, and NOx are reduced, and the exhaust temperature is raised by the reaction heat. That is, as described above, a plurality of cylinders are allocated to rich and lean, and the exhaust air-fuel ratio is changed to rich and lean at a cycle shorter than a predetermined period, so that the catalyst is inactive and OSC is not obtained. However, it is possible to increase the exhaust temperature and promote the temperature rise of the catalyst while reducing harmful components in the exhaust.

しかも、排気の空燃比が周波数にして10Hz以上という短い周期でリッチ、リーンに変化することから、時間当たりの反応回数は非常に多くなり、前記上流側触媒の昇温が効率良く行われる。   In addition, since the air-fuel ratio of the exhaust gas changes to rich and lean in a short cycle of 10 Hz or more in frequency, the number of reactions per hour becomes very large, and the temperature of the upstream catalyst is increased efficiently.

また、前記気筒内空燃比のリッチ、リーンの度合いは、最初のうちは小さくされ、その後、前記のように排気によって暖められる触媒の活性化の進行に応じて、空燃比振幅変更手段によって大きくなるように変更される。すなわち、エンジンの始動直後は排気空燃比の振れ幅が最小になり、排気中に含まれるHC,CO,NOxの濃度が低くなるので、触媒入口までの排気通路において殆どのHC,CO,NOxが反応することになり、このため、触媒が未活性でOSCも得られない状態であっても、有害成分であるHC,CO,NOxの大気への放出は非常に少なくなる。   Also, the richness and leanness of the in-cylinder air-fuel ratio are initially reduced, and then increased by the air-fuel ratio amplitude changing means in accordance with the progress of activation of the catalyst warmed by the exhaust as described above. Will be changed as follows. That is, immediately after the engine is started, the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio is minimized, and the concentration of HC, CO, NOx contained in the exhaust gas is reduced, so that most of the HC, CO, NOx is in the exhaust passage to the catalyst inlet. Therefore, even if the catalyst is inactive and no OSC is obtained, the release of harmful components such as HC, CO, and NOx to the atmosphere is very small.

そして、触媒の温度が上昇して部分的に活性化し、或る程度OSCも得られるようになると、今度は気筒内空燃比のリッチ、リーンの度合いが大きくされて、排気空燃比の振れ幅が大きくなり、排気中に含まれるHC,CO,NOxの濃度が高くなる。このことで、前記の如く触媒入口までに反応するHC,CO,NOxの割合が低下して、未反応のまま触媒に流入する割合が多くなり、これらが触媒内で反応することにより、当該触媒の温度が速やかに上昇する。   When the temperature of the catalyst rises and becomes partially activated, and a certain degree of OSC is obtained, the richness and leanness of the in-cylinder air-fuel ratio are increased, and the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio is increased. The concentration increases and the concentration of HC, CO, NOx contained in the exhaust gas increases. As a result, the ratio of HC, CO, NOx that reacts up to the catalyst inlet as described above decreases, and the ratio of unreacted flowing into the catalyst increases. By reacting these in the catalyst, the catalyst The temperature rises quickly.

つまり、上流側触媒の活性化の進行に応じて排気空燃比の振れ幅を大きくすることにより、該触媒の活性容量及びOSCの増大に対応して、これに見合うだけの適量のHC,CO,NOxを供給することができ、それらが触媒の下流に吹き抜けることを防止しながら、触媒の昇温を効率良く促進できる。   That is, by increasing the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio in accordance with the progress of the activation of the upstream side catalyst, the appropriate amount of HC, CO, NOx can be supplied, and the temperature rise of the catalyst can be efficiently promoted while preventing them from being blown downstream of the catalyst.

しかも、その際に前記排気空燃比の変化、即ち気筒内空燃比のリッチ、リーンの変化の周波数が10Hz以上と高いことから、触媒の昇温の効率が一層、高くなる上に、前記のように触媒の活性化に応じて空燃比の振れ幅を大きくしたときに、このことによってエンジン出力(トルク)の変動が大きくなっても、このトルク変動は乗員には感じ難いものである。   In addition, since the frequency of the exhaust air / fuel ratio change, that is, the rich / lean change frequency in the cylinder, is as high as 10 Hz or more, the temperature raising efficiency of the catalyst is further increased. When the air-fuel ratio fluctuation is increased in accordance with the activation of the catalyst, even if the engine output (torque) varies greatly due to this, the torque variation is difficult for the passenger to feel.

その上さらに、前記上流側触媒全体が所定の活性温度になって本来の転化効率を発揮する全活性状態になれば、空燃比振幅変更手段により排気空燃比の振れ幅が相対的に小さくなるように、前記気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いが変更されるとともに、そのリッチ側及びリーン側気筒の設定が気筒設定変更手段により変更されて、排気空燃比の変化の周期が相対的に長くなり、これにより時間当たりの反応回数が減少するので、上流側触媒の過度の温度上昇が抑制される。 In addition, when the entire upstream catalyst reaches a predetermined activation temperature and becomes fully activated to exhibit the original conversion efficiency, the air-fuel ratio amplitude changing means causes the exhaust air-fuel ratio fluctuation width to become relatively small. In addition, the richness and lean degree of the in-cylinder air-fuel ratio are changed, and the settings of the rich side and lean side cylinders are changed by the cylinder setting changing means , so that the cycle of change of the exhaust air-fuel ratio is relatively long. As a result, the number of reactions per hour is reduced, and an excessive temperature rise of the upstream catalyst is suppressed.

そうして排気空燃比の変化の周期が長くなれば、上流側触媒のOSCを越えてHC,CO,NOxが下流側に吹き抜けるようになり、こうして供給されるHC,CO,NOx等の反応熱によって、下流側触媒の昇温を促進することができる。   If the cycle of the change in the exhaust air-fuel ratio becomes longer, HC, CO, NOx will blow out downstream beyond the OSC of the upstream catalyst, and thus the reaction heat of HC, CO, NOx, etc. supplied in this way. Thus, the temperature increase of the downstream catalyst can be promoted.

ここで、前記のように空燃比の変化の周期が長くなると、これに伴うエンジントルクの変動の周期も長くなるので、乗員の感じやすい周波数域の振動が発生する虞れがあるが、このときには前記のように空燃比の振れ幅が小さくなっていて、エンジントルクの変動幅、即ち加振力が小さいことから、乗員が振動を感じて違和感を覚えることはない。 Here, if the period of change of the air-fuel ratio becomes longer as described above, the period of fluctuation of the engine torque accompanying this also becomes longer, so there is a possibility that vibration in the frequency range that is easily felt by the passenger may occur. As described above, since the fluctuation range of the air-fuel ratio is small and the fluctuation range of the engine torque, that is, the excitation force is small, the passenger does not feel the vibration and feel uncomfortable.

前記のように上流側触媒の活性化の進行に応じて、気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更するためには、例えば、その触媒乃至その上流側排気通路の温度状態を判定する温度状態判定手段を備え、少なくともその温度状態の判定結果に基づいて気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更するようにすればよい(請求項2の発明)。   As described above, in order to change the richness and leanness of the in-cylinder air-fuel ratio in accordance with the progress of activation of the upstream side catalyst, for example, a temperature for determining the temperature state of the catalyst or the upstream side exhaust passage A state determination unit is provided, and the degree of richness and leanness of the in-cylinder air-fuel ratio may be changed based on at least the determination result of the temperature state.

また、排気の空燃比を周波数にして10Hz以上の短い周期で変化させるためには、例えば、空燃比フィードバック制御手段において、エンジンの各気筒をその点火順に交互にリッチ側、リーン側に設定するようにすればよい(請求項6の発明)。   In order to change the air-fuel ratio of the exhaust gas with a short cycle of 10 Hz or more, for example, in the air-fuel ratio feedback control means, each cylinder of the engine is alternately set to the rich side and the lean side in the order of ignition. (Invention of claim 6).

次に、本発明の第2の解決手段は、まず、成層リーン燃焼によってエンジンを始動することにより、その始動期間におけるHC、COの排出を低減し、その始動直後から前記請求項1の発明と同様に排気の空燃比を高周波でリッチ、リーンに変化させることにより、有害成分の放出を抑制しながら触媒の昇温を促進するようにした。   Next, according to the second solution of the present invention, first, the engine is started by stratified lean combustion to reduce HC and CO emissions during the starting period. Similarly, the temperature of the catalyst is promoted while suppressing the release of harmful components by changing the air-fuel ratio of the exhaust gas to rich and lean at high frequencies.

具体的に、請求項3の発明では、前記請求項1の発明と同じ前提構成の空燃比制御装置を対象として、排気通路に上流側及び下流側の2つの触媒が配設されている場合に、その排気集合部近傍の排気の空燃比を検出するためのセンサと、各気筒内にそれぞれ燃料を直接、噴射するように配設された燃料噴射弁と、を備えるとともに、
クランキングからエンジン回転速度が所定値に達するまでのエンジン始動期間において前記燃料噴射弁により各気筒の少なくとも圧縮行程で燃料を噴射させて、当該各気筒内の空燃比を理論空燃比よりもリーンになるように制御する始動時空燃比制御手段と、
前記エンジン始動期間の後、排気の空燃比A/Fが14〜15の間の目標値を中心として10Hz以上の周波数で周期的にリッチ側及びリーン側に変化するように、少なくとも1つの気筒をリッチ側にまた別の少なくとも1つの気筒をリーン側に設定して、それぞれ前記センサからの信号に基づいて気筒内の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記上流側の触媒の活性化の進行に応じて排気空燃比の振れ幅が大きくなるように、前記空燃比フィードバック制御手段によって制御される気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更するとともに、前記上流側の触媒が全活性状態になれば、排気空燃比の振れ幅が相対的に小さくなるように、前記気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更する空燃比振幅変更手段と、
前記2つの触媒のうち上流側の触媒が全活性状態になれば、前記排気空燃比の変化の周期が相対的に長くなるように、前記空燃比フィードバック制御手段におけるリッチ側及びリーン側気筒の設定を変更する気筒設定変更手段と、を備える構成とする。
Specifically, the invention of claim 3 is directed to an air-fuel ratio control device having the same premise configuration as that of the invention of claim 1, and when two upstream and downstream catalysts are disposed in the exhaust passage. A sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust near the exhaust collecting portion, and a fuel injection valve arranged to inject fuel directly into each cylinder,
In the engine starting period from cranking until the engine speed reaches a predetermined value, the fuel injection valve injects fuel at least in the compression stroke of each cylinder so that the air-fuel ratio in each cylinder becomes leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. A starting air-fuel ratio control means for controlling so that
After the engine start period, at least one cylinder is set so that the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas periodically changes to the rich side and the lean side at a frequency of 10 Hz or more around the target value between 14 and 15 Air-fuel ratio feedback control means for setting at least one other cylinder on the rich side to the lean side and feedback-controlling the air-fuel ratio in the cylinder based on the signals from the sensors,
While changing the rich and lean degree of the in-cylinder air-fuel ratio controlled by the air-fuel ratio feedback control means so that the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio becomes larger according to the progress of the activation of the upstream side catalyst, Air-fuel ratio amplitude changing means for changing the richness and leanness of the in-cylinder air-fuel ratio so that the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio becomes relatively small when the upstream catalyst becomes fully active;
Setting of the rich side and lean side cylinders in the air-fuel ratio feedback control means so that the upstream side of the two catalysts becomes fully active, the period of change of the exhaust air-fuel ratio becomes relatively long. And a cylinder setting changing means for changing.

前記の構成により、まず、エンジンの始動期間において、始動時空燃比制御手段により各気筒の燃料噴射弁により少なくとも圧縮行程で燃料が噴射されて、点火プラグ近傍に燃料噴霧が偏在する状態で着火、燃焼するようになる。このことで、燃料の気化霧化が悪い始動期間であっても、気筒内の空燃比が理論空燃比よりもリーンな成層状態で燃焼させることができ、これによりHC,COの大幅な低減が図られる。   With the above configuration, first, during the engine start period, fuel is injected at least in the compression stroke by the fuel injection valve of each cylinder by the starting air-fuel ratio control means, and ignition and combustion are performed in a state where fuel spray is unevenly distributed in the vicinity of the spark plug. Will come to do. This enables combustion in a stratified state in which the air-fuel ratio in the cylinder is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio even during the start-up period when fuel vaporization and atomization are poor, thereby significantly reducing HC and CO. Figured.

そして、前記始動期間の後に、上述の請求項1の発明と同様に、空燃比フィードバック制御手段によって複数の気筒をリッチ、リーンに振り分けて、気筒内空燃比のフィードバック制御が行われることにより、排気の空燃比を非常に短い周期でリッチ、リーンに変化させ、これにより、排気中の有害成分を減らしつつ、排気温度を効果的に高めて上流側触媒の昇温を促進することができる。   Then, after the start period, as in the first aspect of the invention, the air-fuel ratio feedback control means distributes the plurality of cylinders to rich and lean, and the feedback control of the in-cylinder air-fuel ratio is performed. The air-fuel ratio of the exhaust gas can be changed to rich and lean in a very short cycle, thereby reducing the harmful components in the exhaust gas and effectively increasing the exhaust gas temperature to promote the temperature rise of the upstream catalyst.

そして、上流側触媒が全活性状態になれば、請求項1の発明と同様に排気空燃比のリッチ、リーンの変化の周期が相対的に長くなり、これにより時間当たりの反応回数が減少することで、上流側触媒の過度の温度上昇が抑制されるとともに、上流側触媒のOSCを越えて下流側に吹き抜けるHC,CO,NOxが下流側触媒に供給され、その反応熱によって昇温が促進される。   If the upstream catalyst becomes fully activated, the exhaust air-fuel ratio rich and lean change cycle becomes relatively long as in the first aspect of the invention, thereby reducing the number of reactions per hour. Thus, an excessive temperature rise of the upstream catalyst is suppressed, and HC, CO, NOx blown to the downstream side beyond the OSC of the upstream catalyst is supplied to the downstream catalyst, and the temperature rise is promoted by the reaction heat. The

加えて、上流側触媒が全活性状態になれば、請求項1の発明と同様に空燃比の振れ幅が小さくされることで、排気中のHC、CO、NOxなどの濃度が低くなり、それらの反応による発熱量が小さくなって、上流側触媒の過度の温度上昇が抑制される。また、前記のように空燃比の振れ幅を小さくすれば、エンジントルクの変動幅、即ち加振力が小さくなることから、乗員が振動を感じ難く違和感を覚えることがない。In addition, if the upstream catalyst becomes fully active, the air-fuel ratio fluctuation is reduced as in the first aspect of the invention, so that the concentrations of HC, CO, NOx, etc. in the exhaust gas are reduced. The amount of heat generated by this reaction is reduced, and an excessive temperature rise of the upstream catalyst is suppressed. Further, if the fluctuation range of the air-fuel ratio is reduced as described above, the fluctuation range of the engine torque, that is, the excitation force is reduced, so that the occupant does not feel vibrations and feels uncomfortable.

上述の如き構成の空燃比制御装置において、前記のように周期的にリッチ、リーンに変化する排気空燃比A/Fの中心値(目標値)は、14.6以下とするのが好ましい(請求項4の発明)。この排気空燃比A/Fの中心値は、空燃比フィードバック制御手段により制御される各気筒内の空燃比の平均値に対応し、これを理論空燃比よりもややリッチに制御すると、燃焼に伴い生成されるCOの量が多くなる(図6参照)。そして、COは同じ還元剤成分であるHCよりも反応温度が低いので、排気中のCO濃度が高くなれば酸素やNOxとの反応をより低温側から開始させることができるからである。   In the air-fuel ratio control apparatus having the above-described configuration, it is preferable that the center value (target value) of the exhaust air-fuel ratio A / F that periodically changes to rich and lean as described above is 14.6 or less. Item 4). The center value of the exhaust air-fuel ratio A / F corresponds to the average value of the air-fuel ratio in each cylinder controlled by the air-fuel ratio feedback control means, and if this is controlled to be slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio, The amount of CO produced increases (see FIG. 6). Since CO has a lower reaction temperature than HC, which is the same reducing agent component, the reaction with oxygen and NOx can be started from a lower temperature side when the CO concentration in the exhaust gas becomes higher.

また、前記空燃比フィードバック制御手段のより具体的な構成として、好ましいのは、リッチ側の気筒において、排気空燃比の目標値とその振れ幅とに基づいて気筒内空燃比のリッチ側目標値を決定し、このリッチ側目標値に基づいて決定したリッチ側目標燃料噴射量をセンサからの信号によって補正する一方、
リーン側の気筒においては、前記排気空燃比の目標値に対応する全気筒平均の基準燃料噴射量と、これに対する前記リッチ側目標燃料噴射量の増分とをそれぞれ計算し、その基準燃料噴射量からリッチ側目標燃料噴射量の増分を減算して、リーン側の目標燃料噴射量を決定した上で、このリーン側目標燃料噴射量を前記センサからの信号によって補正するものとすることである(請求項5の発明)。
Further, as a more specific configuration of the air-fuel ratio feedback control means, it is preferable that the rich-side target value of the in-cylinder air-fuel ratio is determined based on the exhaust air-fuel ratio target value and the fluctuation range in the rich-side cylinder. While determining and correcting the rich side target fuel injection amount determined based on the rich side target value by a signal from the sensor,
In the lean side cylinder, an average reference fuel injection amount for all cylinders corresponding to the target value of the exhaust air-fuel ratio and an increment of the rich target fuel injection amount with respect to this are calculated, and from the reference fuel injection amount, The lean side target fuel injection amount is subtracted from the rich side target fuel injection amount to determine the lean side target fuel injection amount, and the lean side target fuel injection amount is corrected by a signal from the sensor. Item 5).

すなわち、燃料噴射弁や燃料供給部材の個体ばらつきを考慮すれば、正確な空燃比制御を行うためにはフィードバック制御をすることが必要であるが、全気筒の平均的な空燃比の偏差に応じてフィードバック補正を行う場合に、仮にリッチ側及びリーン側の両方についてそれぞれ制御目標値を決めてしまうと、例えばリッチ側にばらつきなどの原因のある空燃比の偏差に応じてリーン側も補正される結果として、このリーン側の気筒において空燃比の目標値からのずれが拡大することがあり、こうしたリッチ側、リーン側の相互作用によって制御が目標値へ収束し難くなるとともに、発散してしまう虞れもある。   In other words, taking into account individual variations in fuel injection valves and fuel supply members, feedback control is necessary to perform accurate air-fuel ratio control, but depending on the average air-fuel ratio deviation of all cylinders. When performing feedback correction, if the control target values are determined for both the rich side and the lean side, for example, the lean side is also corrected according to the deviation of the air-fuel ratio that causes variations on the rich side. As a result, the deviation of the air-fuel ratio from the target value may increase in the lean-side cylinder, and the control becomes difficult to converge to the target value due to the rich-side and lean-side interaction, and may diverge. There is also.

これに対し、前記のようにリッチ、リーンのいずれか一方のみ目標空燃比を設定して、これに対応する目標燃料噴射量を決めるようにし、他方については目標空燃比は設定せず、前記リッチ側の目標燃料噴射量と全気筒平均の基準燃料噴射量とから目標燃料噴射量を決めるようにすれば、前記した制御上の不具合を招くことなく、フィードバック制御によって全気筒の平均的な空燃比を速やかに目標値に収束させることができる。   On the other hand, as described above, the target air-fuel ratio is set for only one of rich and lean, and the target fuel injection amount corresponding to the target air-fuel ratio is determined. If the target fuel injection amount is determined from the target fuel injection amount on the side and the reference fuel injection amount that is the average of all cylinders, the average air-fuel ratio of all cylinders can be achieved by feedback control without causing the above-mentioned control problems. Can be quickly converged to the target value.

その場合に、前記基準空燃比がややリッチに設定されていると、燃料噴射弁などの個体ばらつきによる空燃比の偏差は理論空燃比に対しリッチ側で大きくなり易いが、この点、前記のようにリッチ、リーンのうちのリッチ側で目標空燃比を設定すれば、このリッチ側において空燃比の制御精度が高くなるので、前記リッチ側での空燃比偏差の増大を抑えて、リッチ、リーンの両方で空燃比偏差を小さくすることができる In this case, if the reference air-fuel ratio is set to be slightly rich, the deviation of the air-fuel ratio due to individual variations such as fuel injection valves tends to increase on the rich side with respect to the theoretical air-fuel ratio. If the target air-fuel ratio is set on the rich side of the rich side or the lean side, the control accuracy of the air-fuel ratio becomes high on the rich side. In both cases, the air-fuel ratio deviation can be reduced .

同様に本発明の第3の解決手段も、エンジン始動後にまず、前記の発明と同様に排気の空燃比を高周波でリッチ、リーンに変化させることにより、有害成分の放出を抑制しながら上流側触媒の昇温を促進し、この上流側触媒の完全活性後は排気空燃比の変化の周期を長く(周波数を低下)することによって、下流側触媒の昇温を促進するようにしたものである。 Similarly, according to the third solution of the present invention, after the engine is started, the upstream side catalyst is first controlled while suppressing the release of harmful components by changing the air-fuel ratio of the exhaust gas to a rich and lean state at a high frequency as in the above-described invention. The temperature rise of the downstream catalyst is promoted by increasing the period of change of the exhaust air-fuel ratio (lowering the frequency) after the upstream catalyst is fully activated.

すなわち、請求項の発明では、排気マニホルドの集合部下流に少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を有する触媒が接続された多気筒エンジンに備えられ、このエンジンの始動後に前記触媒の活性化を促進すべく、排気の空燃比を理論空燃比近傍でリッチ側及びリーン側に周期的に変化させるようにしたエンジンの空燃比制御装置を対象として、前記触媒よりも下流の排気通路にも、少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を有する別の触媒が配設されている場合に、
前記排気マニホルドの集合部近傍の排気の空燃比を検出するためのセンサと、
エンジン始動後の所定期間、排気の空燃比A/Fが14〜15の間の目標値を中心として周期的にリッチ側及びリーン側に変化するように、少なくとも1つの気筒をリッチ側にまた別の少なくとも1つの気筒をリーン側に設定して、それぞれ前記センサからの信号に基づいて気筒内の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記上流側の触媒の活性化の進行に応じて排気空燃比の振れ幅が大きくなるように、前記空燃比フィードバック制御手段によって制御される気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更するとともに、前記上流側の触媒が全活性状態になれば、排気空燃比A/Fの振れ幅が相対的に小さくなるように、前記気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更する空燃比振幅変更手段と、
前記2つの触媒のうち上流側の触媒が全活性状態になれば、前記排気空燃比の変化の周期が相対的に長くなるように、前記空燃比フィードバック制御手段におけるリッチ側及びリーン側気筒の設定を変更する気筒設定変更手段と、を備える構成とする。
That is, according to the seventh aspect of the present invention, the multi-cylinder engine is provided with a catalyst having a three-way purification function at least in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio downstream of the exhaust manifold assembly. In order to promote the engine air-fuel ratio control device for the engine that periodically changes the air-fuel ratio of the exhaust gas to the rich side and the lean side in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio, the exhaust passage downstream of the catalyst, When another catalyst having a three-way purification function is disposed at least near the theoretical air-fuel ratio,
A sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust in the vicinity of the collection portion of the exhaust manifold;
At least one cylinder is divided into the rich side so that the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas periodically changes to the rich side and the lean side around the target value between 14 and 15 for a predetermined period after engine startup. Air-fuel ratio feedback control means for setting at least one of the cylinders on the lean side and feedback-controlling the air-fuel ratio in the cylinder based on signals from the sensors,
While changing the rich and lean degree of the in-cylinder air-fuel ratio controlled by the air-fuel ratio feedback control means so that the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio becomes larger according to the progress of the activation of the upstream side catalyst, Air-fuel ratio amplitude changing means for changing the richness and leanness of the in-cylinder air-fuel ratio so that the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio A / F becomes relatively small when the upstream catalyst becomes fully active. When,
Setting of the rich side and lean side cylinders in the air-fuel ratio feedback control means so that the upstream side of the two catalysts becomes fully active, the period of change of the exhaust air-fuel ratio becomes relatively long. And a cylinder setting changing means for changing.

前記の構成により、エンジン始動後の所定期間は、上述の請求項1の発明と同様に、空燃比フィードバック制御手段によって複数の気筒をリッチ、リーンに振り分けて、気筒内空燃比のフィードバック制御が行われることにより、排気の空燃比を短い周期でリッチ、リーンに変化させ、これにより、排気中の有害成分を減らしつつ、排気温度を高めて上流側触媒の昇温を促進することができる。   With the above configuration, during the predetermined period after the engine is started, as in the first aspect of the invention described above, the air-fuel ratio feedback control means distributes the plurality of cylinders to rich and lean to perform feedback control of the in-cylinder air-fuel ratio. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas can be changed to rich and lean in a short cycle, thereby increasing the exhaust gas temperature and promoting the temperature increase of the upstream catalyst while reducing harmful components in the exhaust gas.

そして、前記上流側の触媒が全活性状態になれば、気筒設定変更手段によりリッチ、リーンの気筒の設定が変更されて、前記排気空燃比の変化の周期が相対的に長くなり、これにより時間当たりの反応回数が減少することで、上流側触媒の過度の温度上昇が抑制されるとともに、この上流側触媒のOSCを越えて吹き抜けるHC,CO,NOxが下流側の触媒に供給されるようになり、これにより該下流側触媒の昇温を促進することができる。   When the upstream side catalyst becomes fully active, the setting of the rich and lean cylinders is changed by the cylinder setting changing means, and the cycle of the change of the exhaust air / fuel ratio becomes relatively long. By reducing the number of hit reactions, excessive temperature rise of the upstream catalyst is suppressed, and HC, CO, NOx blown over the OSC of the upstream catalyst is supplied to the downstream catalyst. Thus, the temperature increase of the downstream catalyst can be promoted.

また、そのように空燃比の変化の周期が長くなると、これに伴うエンジントルクの変動の周期も長くなって、乗員の感じやすい周波数域の振動が発生する虞れがあるので、上流側の触媒が全活性状態になれば、排気空燃比A/Fの振れ幅が相対的に小さくなるようにしており前記請求項1、3の発明と同じく乗員が違和感を覚えることはない。 Further, when the period of change of the so air-fuel ratio becomes longer, becomes longer period of variation in the engine torque caused by this, since there is a possibility that vibration of the passenger impressionable frequency range is generated, the upper stream side if the catalyst is in the full active state, amplitude of the exhaust air-fuel ratio a / F are set to be relatively small, the invention like occupant of claims 1 and 3 will not be uncomfortable feeling.

また、前記請求項の空燃比制御装置においても、空燃比フィードバック制御手段は、少なくとも上流側の触媒が所定の部分活性状態になるまでの間、排気空燃比が10Hz以上の周波数で周期的に変化するように、リッチ側及びリーン側気筒を各気筒の点火順に交互に設定するものとするのが好ましい(請求項の発明)。 In the air-fuel ratio control apparatus according to claim 7, the air-fuel ratio feedback control means periodically performs the exhaust air-fuel ratio at a frequency of 10 Hz or more until at least the upstream catalyst is in a predetermined partial activation state. It is preferable that the rich side and lean side cylinders are alternately set in order of ignition of the respective cylinders so as to change (invention of claim 8 ).

こうすれば、上流側触媒が所定の部分活性状態になって或る程度OSCも得られるようになるまでの間、即ち、触媒による有害成分の浄化があまり期待できないときに、前記請求項1、3の発明と同様に排気空燃比を所定以下の短い周期でリッチ、リーンに変化させることにより、排気集合部から触媒入口までの間で排気中のHC,CO,NOxなどを効果的に反応させることができるからである。   In this way, until the upstream catalyst is in a predetermined partially activated state and a certain amount of OSC is obtained, that is, when the purification of harmful components by the catalyst cannot be expected so much, the claim 1, As in the third aspect of the invention, by changing the exhaust air-fuel ratio to rich and lean at a short cycle of a predetermined value or less, HC, CO, NOx, etc. in the exhaust gas are effectively reacted between the exhaust collecting portion and the catalyst inlet. Because it can.

以上のように、本発明に係るエンジンの空燃比制御装置によると、エンジンの排気通路に上流側及び下流側の2つの触媒を備える場合に、エンジンの始動後に複数の気筒をリッチ側及びリーン側に振り分けて空燃比のフィードバック制御を行うことにより、排気集合部以降の排気の空燃比を所定以下の短い周期で変化させ、これにより、上流側触媒の活性が低くOSCも小さい状態であっても、排気中の有害成分を減らしながら、排気温度を高めて触媒の昇温を促進することができる。   As described above, according to the air-fuel ratio control apparatus for an engine according to the present invention, when two engines on the upstream side and the downstream side are provided in the exhaust passage of the engine, a plurality of cylinders are connected to the rich side and the lean side after the engine is started. The air-fuel ratio of the exhaust gas after the exhaust gas collecting portion is changed in a short cycle of a predetermined value or less, so that the upstream catalyst activity is low and the OSC is small. While reducing harmful components in the exhaust, it is possible to increase the exhaust temperature and promote the temperature rise of the catalyst.

その際に、排気空燃比の振れ幅を最初のうちは小さくし、その後、排気によって暖められる上流側触媒の活性化の進行に応じて大きくすることにより、触媒に対しその活性容量及びOSCの増大に見合うだけの適量のHC,CO,NOxを供給することができ、それらが上流側触媒の下流に吹き抜けることを防止しながら、その昇温を効率良く促進することができる。   At that time, the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio is initially reduced, and then increased in accordance with the progress of the activation of the upstream catalyst heated by the exhaust, thereby increasing the active capacity and OSC of the catalyst. Accordingly, it is possible to supply appropriate amounts of HC, CO, and NOx corresponding to the above, and to efficiently promote the temperature rise while preventing them from being blown downstream of the upstream catalyst.

そして、その上流側触媒の完全活性後は排気空燃比の変化の周期を長く(周波数を低下)することによって、それ以上の上流側触媒の温度上昇を抑制しつつ、下流側触媒の昇温を促進することができる。しかも、このときに空燃比の振れ幅を小さくすることで、加振力が小さくなり、乗員が違和感を覚えることがない。 Then, after the upstream catalyst is fully activated, the temperature of the downstream catalyst is increased while suppressing the temperature increase of the upstream catalyst further by increasing the cycle of the change of the exhaust air-fuel ratio (decreasing the frequency). Can be promoted. In addition, at this time, by reducing the fluctuation range of the air-fuel ratio, the excitation force is reduced and the passenger does not feel uncomfortable.

特に請求項3の発明では、エンジンの始動期間において燃料噴射弁により気筒の圧縮行程で燃料を噴射させて、成層リーン燃焼によってエンジンを始動することにより、その始動期間におけるHC、COの排出量を減らすことができる。   In particular, in the third aspect of the invention, fuel is injected in the compression stroke of the cylinder by the fuel injection valve during the engine start period, and the engine is started by stratified lean combustion, so that the HC and CO emissions during the start period are reduced. Can be reduced.

また、請求項4の発明では、排気空燃比の中心値をややリッチとすることで、排気中の還元剤成分としてHCよりも低温で反応するCOの分量を増やすことができ、このことで、より低温側から反応を促進することができる。   Further, in the invention of claim 4, by making the central value of the exhaust air / fuel ratio slightly rich, it is possible to increase the amount of CO that reacts at a lower temperature than HC as the reducing agent component in the exhaust. The reaction can be promoted from the lower temperature side.

請求項5の発明では、排気空燃比の中心値(基準空燃比)の他に、リッチ側の目標空燃比を設定する一方、リーン側目標空燃比は設定せずにフィードバック制御を行うことで、制御の収束性の低下などの不具合を招くことなく、全気筒の平均的な空燃比を目標値に収束させることができる。   In the invention of claim 5, in addition to the center value (reference air-fuel ratio) of the exhaust air-fuel ratio, while setting the rich-side target air-fuel ratio, feedback control is performed without setting the lean-side target air-fuel ratio, The average air-fuel ratio of all the cylinders can be converged to the target value without causing problems such as a decrease in control convergence.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the following description of the preferred embodiment is merely illustrative in nature, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.

(エンジンの概略構成)
図1は、本発明の実施形態に係る空燃比制御装置Aを備えた筒内噴射式のガソリンエンジン1を模式的に示し、この実施形態のエンジン1は、図には1つのみ示すが、4つのシリンダ(気筒)2,2,…が直列に配置されたものである。図示の如く、気筒2の上端はシリンダブロック3の上端面に開口していて、そこに載置されたシリンダヘッド4の下面により閉塞されている。該気筒2内にはピストン5が往復動可能に嵌挿されていて、このピストン5の上面と前記シリンダヘッド4の下面との間に燃焼室6が区画されている。
(Schematic configuration of the engine)
FIG. 1 schematically shows an in-cylinder injection type gasoline engine 1 provided with an air-fuel ratio control device A according to an embodiment of the present invention. Only one engine 1 of this embodiment is shown in the figure, Four cylinders (cylinders) 2, 2,... Are arranged in series. As shown in the figure, the upper end of the cylinder 2 is opened at the upper end surface of the cylinder block 3 and is closed by the lower surface of the cylinder head 4 placed there. A piston 5 is fitted in the cylinder 2 so as to be able to reciprocate. A combustion chamber 6 is defined between the upper surface of the piston 5 and the lower surface of the cylinder head 4.

一方、ピストン5の下方のクランクケース内にはクランク軸7が配設され、コネクティングロッドによって各気筒2のピストン5とそれぞれ連結されている。また、クランクケース内には、クランク軸7の一端側において、その回転角度を検出するようにクランク角センサ8が配設されている。   On the other hand, a crankshaft 7 is disposed in the crankcase below the piston 5 and is connected to the piston 5 of each cylinder 2 by a connecting rod. A crank angle sensor 8 is disposed in the crankcase so as to detect the rotation angle at one end side of the crankshaft 7.

前記シリンダヘッド4には、各気筒2毎にその軸心に沿うようにして点火プラグ9が配設されている。この点火プラグ9の先端の電極は燃焼室6に臨むように配置され、一方、点火プラグ9の基端部は点火回路10に接続されている。この点火回路10にはイグナイタ及びイグニッションコイルが含まれており、後述のECU30からの制御信号を受けて各気筒2毎に所定のタイミングで点火プラグ9に通電するようになっている。   A spark plug 9 is disposed in the cylinder head 4 along the axis of each cylinder 2. The electrode at the tip of the spark plug 9 is disposed so as to face the combustion chamber 6, while the base end portion of the spark plug 9 is connected to the ignition circuit 10. The ignition circuit 10 includes an igniter and an ignition coil, and energizes the spark plug 9 at a predetermined timing for each cylinder 2 in response to a control signal from an ECU 30 described later.

また、各気筒2の周縁部には燃料噴射弁12が配設されていて、その先端の噴口が燃焼室6を臨む一方、燃料噴射弁12の基端部は図示しない燃料供給系に接続されている。そして、ECU30からの制御信号を受けて燃料噴射弁12が気筒2の圧縮行程の所定のタイミングで噴射作動すると、その噴口から噴出した燃料噴霧が点火プラグ9周りに層状に分布した混合気を形成し、一方、燃料噴射弁12が気筒2の吸気行程で噴射作動すると、燃料噴霧は燃焼室6に拡散して均一な混合気を形成するようになる。   A fuel injection valve 12 is disposed at the peripheral edge of each cylinder 2, and a nozzle hole at the tip of the cylinder 2 faces the combustion chamber 6, while a base end portion of the fuel injection valve 12 is connected to a fuel supply system (not shown). ing. When the fuel injection valve 12 performs an injection operation at a predetermined timing in the compression stroke of the cylinder 2 in response to a control signal from the ECU 30, the fuel spray injected from the injection port forms an air-fuel mixture distributed in layers around the spark plug 9. On the other hand, when the fuel injection valve 12 performs the injection operation in the intake stroke of the cylinder 2, the fuel spray diffuses into the combustion chamber 6 to form a uniform air-fuel mixture.

さらに、前記シリンダヘッド4には、各気筒2毎の燃焼室6に臨んで開口するように吸気ポート13及び排気ポート14がそれぞれ形成され、その各ポート開口部にはそれぞれ図示しないカム軸によって開閉されるように吸気弁15及び排気弁16が配設されている。そのカム軸は吸気側及び排気側に1本ずつ設けられており、共通のタイミングチェーンによってクランク軸7と同期して回転されるようになっている。   Further, an intake port 13 and an exhaust port 14 are formed in the cylinder head 4 so as to open toward the combustion chamber 6 for each cylinder 2, and each port opening is opened and closed by a cam shaft (not shown). As shown, an intake valve 15 and an exhaust valve 16 are provided. One camshaft is provided on each of the intake side and the exhaust side, and the camshaft is rotated in synchronization with the crankshaft 7 by a common timing chain.

前記シリンダヘッド4の吸気側(図の右側)には、吸気ポート13に連通するようにして吸気通路17が接続されている。この吸気通路17は、各気筒2の燃焼室6に対して図外のエアクリーナにより濾過した空気を供給するためのものであり、サージタンク18よりも上流の共通通路には、電動アクチュエータ19などにより駆動されて吸気を絞るスロットル弁20が配設されている。また、サージタンク18よりも下流側は各気筒2毎の独立通路に分かれていて、これらの独立通路とサージタンク18とが一体に吸気マニホルドとして形成されており、そのサージタンク18において吸気の圧力状態(マニホルド負圧)を検出するように吸気圧センサ21が配設されている。   An intake passage 17 is connected to the intake side (right side in the drawing) of the cylinder head 4 so as to communicate with the intake port 13. The intake passage 17 is for supplying air filtered by an air cleaner (not shown) to the combustion chamber 6 of each cylinder 2, and an electric actuator 19 or the like is provided in the common passage upstream of the surge tank 18. A throttle valve 20 that is driven to throttle intake air is provided. Further, the downstream side of the surge tank 18 is divided into independent passages for each cylinder 2, and these independent passages and the surge tank 18 are integrally formed as an intake manifold. An intake pressure sensor 21 is disposed so as to detect the state (manifold negative pressure).

一方、シリンダヘッド4の排気側(図の左側)には、排気ポート14に連通するようにして、各気筒2の燃焼室6から既燃ガスを排出するための排気通路22が接続されている。この排気通路22の上流側は、各気筒2毎の独立通路からなる排気マニホルド23によって構成されており(図5を参照)、この排気マニホルド23の集合部の下流に、排気中の有害成分である炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOx)を浄化するための三元触媒24が直接、接続されている。   On the other hand, an exhaust passage 22 for discharging burned gas from the combustion chamber 6 of each cylinder 2 is connected to the exhaust side (the left side in the figure) of the cylinder head 4 so as to communicate with the exhaust port 14. . The upstream side of the exhaust passage 22 is constituted by an exhaust manifold 23 comprising an independent passage for each cylinder 2 (see FIG. 5), and there are harmful components in the exhaust downstream of the collecting portion of the exhaust manifold 23. A three-way catalyst 24 for purifying certain hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx) is directly connected.

前記三元触媒24は、詳細は図示しないが、ケーシング内に収容したハニカム構造の担体の各貫通孔壁面に触媒層を形成したものであって、従来より周知の通り白金やパラジウムなどの貴金属を含有し、所定温度域にて活性化して、図2に示すように、排気の空燃比が略理論空燃比近傍にあるときに、HC、CO、NOxを略完全に浄化することができる。また、三元触媒24の触媒層は酸化セリウムなどの酸素吸蔵物質も含有しており、所定温度以上で排気のリーンな状態(例えば排気中の酸素濃度が0.5%以上の酸素過剰雰囲気)にあるときに酸素を吸蔵し、排気の酸素濃度が低下してリッチな状態になると吸蔵した酸素を放出する、所謂酸素吸蔵能(oxygen storage capacity:以下、OSCと略称する)を有する。   Although not shown in detail, the three-way catalyst 24 is formed by forming a catalyst layer on the wall surface of each through-hole of a honeycomb structure housed in a casing. As is well known in the art, a precious metal such as platinum or palladium is used. When it is contained and activated in a predetermined temperature range, as shown in FIG. 2, when the air-fuel ratio of the exhaust is substantially in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio, HC, CO, and NOx can be purified almost completely. The catalyst layer of the three-way catalyst 24 also contains an oxygen storage material such as cerium oxide, and the exhaust is lean at a predetermined temperature or higher (for example, an oxygen-excess atmosphere with an oxygen concentration of 0.5% or higher in the exhaust). The oxygen storage capacity (hereinafter abbreviated as OSC), which stores oxygen when the exhaust gas is in the exhaust gas, and releases the stored oxygen when the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced to a rich state.

また、前記三元触媒24は、後述するエンジン始動時などにできるだけ早く活性化するよう、比較的容量の小さなものとするとともに、温度上昇の早い薄肉の担体を使用している(以下、プレ触媒ともいう)。こうしてプレ触媒24の熱容量を小さくするとともに、前記排気マニホルド23の独立通路は、二重構造の鋼管の間に保温層を設けて放熱を抑えるようにしており、このことによってもプレ触媒24の温度上昇、即ち活性化を早めることができる。そして、この実施形態では、前記プレ触媒24の温度上昇の様子を検出するために、触媒24のケーシングの上流端部に温度センサ25を配設している。   Further, the three-way catalyst 24 has a relatively small capacity so as to be activated as soon as possible at the time of starting the engine, which will be described later, and uses a thin-walled carrier whose temperature rises quickly (hereinafter referred to as a pre-catalyst). Also called). In this way, the heat capacity of the pre-catalyst 24 is reduced, and the independent passage of the exhaust manifold 23 is provided with a heat insulating layer between the double-structure steel pipes to suppress heat dissipation. The rise, that is, activation can be accelerated. In this embodiment, a temperature sensor 25 is disposed at the upstream end of the casing of the catalyst 24 in order to detect the temperature increase of the pre-catalyst 24.

前記プレ触媒24よりも下流の排気通路22には、相対的に容量の大きな別の触媒26が配設されている(以下、メイン触媒ともいう)。このメイン触媒26は、詳細は図示しないが、この実施形態では、1つのケーシング内に2つの担体を直列に収容して、そのうちの上流側の担体の各貫通孔壁面にいわゆるNOx吸蔵タイプの触媒層を形成する一方、下流側の担体には前記三元触媒24と同じ触媒層を形成したものである。   Another catalyst 26 having a relatively large capacity is disposed in the exhaust passage 22 downstream of the pre-catalyst 24 (hereinafter also referred to as a main catalyst). Although the details of the main catalyst 26 are not shown, in this embodiment, two carriers are accommodated in series in one casing, and a so-called NOx occlusion type catalyst is formed on each through-hole wall surface of the upstream carrier. On the other hand, the same catalyst layer as that of the three-way catalyst 24 is formed on the downstream carrier.

前記NOx吸蔵タイプの触媒層は、排気の空燃比がリーンな状態でもNOxを浄化可能なものであり、例えばゼオライト等のベースコートに酸化バリウム等のNOx吸蔵材と白金やパラジウム等の貴金属とを担持させてなり、排気の空燃比状態が理論空燃比よりもリーンな状態で排気中のNOxを吸蔵する一方、そのようにして吸蔵したNOxを空燃比状態のリッチ化に応じて放出し、且つ還元浄化するという機能を有する。また、排気の空燃比が理論空燃比近傍にあるときには、前記三元触媒と同様にHC、CO、NOxを略完全に浄化可能なものである。   The NOx occlusion type catalyst layer can purify NOx even when the exhaust air-fuel ratio is lean. For example, a base coat such as zeolite carries a NOx occlusion material such as barium oxide and a noble metal such as platinum or palladium. The NOx in the exhaust gas is occluded while the exhaust air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, while the occluded NOx is released in response to the enrichment of the air-fuel ratio and reduced. Has the function of purifying. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust is in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio, HC, CO, and NOx can be purified almost completely like the three-way catalyst.

前記エンジン1の排気マニホルド23の集合部付近には、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ27(所定範囲において酸素濃度に応じたリニアな信号を出力する広帯域センサ)が配設されており、主にこのセンサ27からの信号に基づいてエンジン1の空燃比フィードバック制御が行われるようになっている。一方、前記下流側のメイン触媒26の下流には排気の空燃比が理論空燃比のとき(酸素濃度が約0.5%のとき)を境に出力が反転する、所謂ラムダセンサ28が配設されている。   An oxygen concentration sensor 27 that detects the oxygen concentration in the exhaust (a broadband sensor that outputs a linear signal corresponding to the oxygen concentration in a predetermined range) is disposed near the collecting portion of the exhaust manifold 23 of the engine 1. The air-fuel ratio feedback control of the engine 1 is mainly performed based on the signal from the sensor 27. On the other hand, a so-called lambda sensor 28 whose output reverses when the air-fuel ratio of the exhaust gas is the stoichiometric air-fuel ratio (when the oxygen concentration is about 0.5%) is disposed downstream of the downstream main catalyst 26. Has been.

さらに、前記排気マニホルド23には、その排気通路から分岐するようにして排気の一部を吸気通路17に還流させる排気還流通路(以下、EGR通路という)の上流端が接続されている。このEGR通路の下流端は前記サージタンク18の内部に臨んで開口していて、その近傍のEGR通路にはデューティソレノイド弁からなるEGR弁29が配設されており、このEGR弁29によってEGR通路における排気の還流量が調節されるようになっている。   Further, the exhaust manifold 23 is connected to an upstream end of an exhaust gas recirculation passage (hereinafter referred to as an EGR passage) that recirculates a part of the exhaust gas to the intake air passage 17 so as to branch from the exhaust passage. The downstream end of the EGR passage is open facing the inside of the surge tank 18, and an EGR valve 29 including a duty solenoid valve is disposed in the EGR passage in the vicinity thereof. The exhaust gas recirculation amount is adjusted.

そうして、前記の如く構成されたエンジン1の運転制御は、エンジンコントロールユニット30(以下、ECUという)によって行われる。このECU30は、周知の如くCPUやメモリ、I/Oインターフェース回路等を備え、少なくとも前記のクランク角センサ8、吸気圧センサ21、酸素濃度センサ27、ラムダセンサ28からの信号を入力するとともに、スロットル弁20よりも上流の吸気通路17に配設された吸気流量センサ31及び吸気温度センサ32からの信号と、エンジン1の冷却水温を検出する水温センサ33からの信号と、吸気側のカム軸に取り付けられたカム角センサ34からの信号と、車両のアクセルペダルの踏み操作量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ35からの信号とを入力する。   Thus, the operation control of the engine 1 configured as described above is performed by an engine control unit 30 (hereinafter referred to as ECU). As is well known, the ECU 30 includes a CPU, a memory, an I / O interface circuit, etc., and inputs signals from at least the crank angle sensor 8, the intake pressure sensor 21, the oxygen concentration sensor 27, and the lambda sensor 28, and the throttle. Signals from an intake air flow sensor 31 and an intake air temperature sensor 32 disposed in the intake passage 17 upstream of the valve 20, a signal from a water temperature sensor 33 for detecting the cooling water temperature of the engine 1, and a camshaft on the intake side A signal from the attached cam angle sensor 34 and a signal from the accelerator opening sensor 35 that detects the amount of depression of the accelerator pedal (accelerator opening) of the vehicle are input.

そして、ECU30は、前記各センサからの入力信号などに基づいてエンジンの運転状態を判定し、これに応じて所定の制御プログラムに従って、前記エンジン1の点火回路10、燃料噴射弁12、スロットル弁20、EGR弁29などの作動を制御することにより、エンジンの運転制御を行うようになっている。例えば、エンジンの暖機後(温間)において相対的に低負荷低回転側の運転領域では、燃料噴射弁12により気筒2の圧縮行程で燃料を噴射させ、点火プラグ9の周りに混合気が偏在する状態で燃焼(成層燃焼)させる一方、それ以外の運転領域では気筒2の吸気行程で燃料を噴射させて、気筒2内に形成した概ね均一な混合気を燃焼(均一燃焼)させる。   Then, the ECU 30 determines the operating state of the engine based on the input signals from the respective sensors, and according to this, the ignition circuit 10, the fuel injection valve 12, the throttle valve 20 of the engine 1 according to a predetermined control program. The engine operation is controlled by controlling the operation of the EGR valve 29 and the like. For example, in the operation region on the relatively low load and low rotation side after the engine is warmed up (warm), fuel is injected by the fuel injection valve 12 in the compression stroke of the cylinder 2, and the air-fuel mixture is generated around the spark plug 9. While combustion is carried out in an unevenly distributed state (stratified combustion), fuel is injected in the intake stroke of the cylinder 2 in other operating regions, and a substantially uniform air-fuel mixture formed in the cylinder 2 is combusted (uniform combustion).

(エンジン始動時の制御)
ところで、一般に、ガソリンエンジンを搭載した自動車においては、排気中の有害成分の大部分が触媒の活性化していないエンジン始動直後に排出されることが知られている。この点、この実施形態では、エンジン始動後にできるだけ早く触媒を活性化させるために、上述の如く排気マニホルド23の直下に比較的熱容量が小さくて暖まりやすいプレ触媒24を配設するとともに、本発明の特徴部分として、エンジン1の始動後に排気の空燃比を理論空燃比近傍でリッチ側とリーン側とに周期的に変化させ、これにより排気温度を高めるようにしている。
(Control at engine start)
By the way, it is generally known that in automobiles equipped with a gasoline engine, most of harmful components in the exhaust are discharged immediately after starting the engine in which the catalyst is not activated. In this respect, in this embodiment, in order to activate the catalyst as soon as possible after the engine is started, the pre-catalyst 24 having a relatively small heat capacity and easily warmed is disposed immediately below the exhaust manifold 23 as described above. As a characteristic part, after the engine 1 is started, the air-fuel ratio of the exhaust gas is periodically changed between the rich side and the lean side in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio, thereby increasing the exhaust temperature.

すなわち、相対的にNOxや酸素の分量が多いリーンな排気をプレ触媒24に供給し、OSCによって過剰な酸素を触媒層に吸蔵させた後に、今度は相対的にHC、CO等の還元剤成分の多いリッチな排気を供給して、これを触媒層から放出される酸素と反応させるようにすれば、そのときの反応熱によってプレ触媒24を効果的に暖めることができるのである。   That is, after supplying lean exhaust gas having a relatively large amount of NOx and oxygen to the pre-catalyst 24 and storing excess oxygen in the catalyst layer by OSC, this time, a reducing agent component such as HC and CO is relatively produced. If rich exhaust gas with a large amount of gas is supplied and reacted with oxygen released from the catalyst layer, the pre-catalyst 24 can be effectively warmed by the reaction heat at that time.

しかし、通常、エンジン始動直後はプレ触媒24の温度が低く、浄化性能を発揮しない未活性な状態であり、このときにはOSCも得られないので、前記のように排気の空燃比を変化させてもHC、CO、NOxなどをプレ触媒24内で効果的に反応させることは難しく、それらの有害成分がプレ触媒24を吹き抜けて大気放出されてしまう。また、プレ触媒24が徐々に暖まって部分的に活性化しても、未だOSCの小さい状態で排気空燃比を大きく変化させると、前記と同様にHC、CO、NOxなどの有害成分が触媒を吹き抜ける虞れがある。   However, normally, immediately after the engine is started, the temperature of the pre-catalyst 24 is low and is in an inactive state that does not exhibit purification performance. At this time, OSC is not obtained, so even if the air-fuel ratio of the exhaust is changed as described above. It is difficult to effectively react HC, CO, NOx and the like in the pre-catalyst 24, and these harmful components blow through the pre-catalyst 24 and are released into the atmosphere. Even if the pre-catalyst 24 is gradually warmed up and partially activated, harmful components such as HC, CO, and NOx blow through the catalyst in the same manner as described above if the exhaust air-fuel ratio is greatly changed while the OSC is still small. There is a fear.

特に寒冷地においては、エンジン始動後も触媒の温度はなかなか上昇せず、プレ触媒24の未活性な期間が長くなってしまうが、この期間においては該プレ触媒24による有害成分の浄化を期待できないので、前記のようにしてプレ触媒24の昇温を促進するだけではなく、それ以前に、プレ触媒24に流入する排気中においてHC、CO、NOxなどの有害成分を減らすことも求められる。   Particularly in a cold region, the temperature of the catalyst does not increase easily even after the engine is started, and the inactive period of the pre-catalyst 24 becomes long. In this period, purification of harmful components by the pre-catalyst 24 cannot be expected. Therefore, not only the temperature increase of the pre-catalyst 24 is promoted as described above, but it is also required to reduce harmful components such as HC, CO and NOx in the exhaust gas flowing into the pre-catalyst 24 before that.

斯かる諸点に鑑みて、この実施形態では、本発明の最大の特徴として、エンジン1の始動後に気筒2,2,…をリッチ側、リーン側に振り分けて、それぞれ空燃比のフィードバック制御を行うことにより、排気マニホルド23の集合部よりも下流における排気の空燃比A/Fを、理論空燃比よりもややリッチな目標値(例えば14.5)を中心として、且つ所定以下の短い周期でもってリッチ、リーンに切換えるようにしている(以下、気筒別リッチ・リーン制御ともいう)。   In view of such points, in this embodiment, as the greatest feature of the present invention, after the engine 1 is started, the cylinders 2, 2,... Are distributed to the rich side and the lean side, and the feedback control of the air-fuel ratio is performed respectively. As a result, the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas downstream from the collecting portion of the exhaust manifold 23 is rich with a target value (for example, 14.5) slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio and with a short cycle of a predetermined value or less. The engine is switched to lean (hereinafter also referred to as “cylinder rich / lean control”).

そのように短い周期でもって排気の空燃比をリッチ、リーンに切換えるようにすれば、リッチ気筒2及びリーン気筒2からそれぞれ排出されるリッチな排気とリーンな排気とが排気マニホルド23の集合部下流で混合し、高温の通路内でHCやCOがNOxや酸素と反応するようになるので、前記のようにプレ触媒24が未活性乃至活性途中であって、OSCも小さな状態であっても、排気有害成分を低減しつつ、該プレ触媒24の昇温を促進することができる。   If the air-fuel ratio of the exhaust gas is switched to rich and lean with such a short cycle, the rich exhaust gas and the lean exhaust gas respectively discharged from the rich cylinder 2 and the lean cylinder 2 are downstream of the collecting manifold 23. HC and CO react with NOx and oxygen in the high-temperature passage, even if the pre-catalyst 24 is inactive or in the middle of activation and the OSC is small, as described above. The temperature increase of the pre-catalyst 24 can be promoted while reducing harmful exhaust components.

−気筒別リッチ・リーン制御−
以下に、前記気筒別リッチ・リーン制御の具体的な手法について図3及び図4を参照して説明する。まず、エンジン1の始動後に所定の条件が成立すると、図3に示すように、ECU30において、排気空燃比のリッチ、リーンの中心の目標値(中心値)に対応する気筒内空燃比の平均的な目標値(基準空燃比)を理論空燃比(A/F=14.7)よりもややリッチな値(例えばA/F=14.5)に設定するとともに、リッチ気筒における気筒内空燃比の目標値を、排気空燃比のリッチ、リーンの振れ幅が所定以下になるように設定する(この例では振れ幅がA/Fで1になるように、リッチ側の目標空燃比をA/F=14.0としている)。
-Rich / lean control by cylinder-
Hereinafter, a specific method of the rich / lean control for each cylinder will be described with reference to FIGS. First, when a predetermined condition is satisfied after the engine 1 is started, as shown in FIG. 3, the ECU 30 averages the air-fuel ratio in the cylinder corresponding to the target value (center value) of the exhaust air-fuel ratio rich and lean. A target value (reference air-fuel ratio) that is slightly richer than the theoretical air-fuel ratio (A / F = 14.7) (for example, A / F = 14.5), The target value is set so that the exhaust air-fuel ratio rich and lean fluctuations are less than or equal to a predetermined value (in this example, the rich target air-fuel ratio is set to A / F so that the fluctuation is 1 at A / F). = 14.0).

また、ECU30において、エンジン1の第1〜第4の4つの気筒2〜2のうち、例えば第1気筒2(#1)及び第4気筒(#4)をリッチ側に、また第2及び第3気筒2,2(#2,#3)をリーン側に設定して、4つの気筒2,2,…をその点火順(#1,#3,#4,#2)に交互にリッチ気筒、リーン気筒に振り分ける(なお、リッチ、リーン気筒の振り分け方は前記の例に限らない)。   In the ECU 30, among the first to fourth cylinders 2 and 2 of the engine 1, for example, the first cylinder 2 (# 1) and the fourth cylinder (# 4) are set to the rich side, and the second and second cylinders are set. The three cylinders 2, 2 (# 2, # 3) are set to the lean side, and the four cylinders 2, 2,... Are alternately rich cylinders in their ignition order (# 1, # 3, # 4, # 2). , Allocation to the lean cylinders (however, the allocation of the rich and lean cylinders is not limited to the above example).

そして、前記リッチ気筒2,2(#1,#4)については、従来周知の如く吸気流量とエンジン回転速度とから求められる気筒2の吸気充填効率に基づいて、前記リッチ側目標空燃比になるようにリッチ気筒燃料噴射量(リッチ側目標燃料噴射量)を決定し、それから、酸素濃度センサ27からの信号に基づいて検出される排気集合部近傍の実空燃比と、前記基準空燃比(A/F=14.5)との偏差に応じて、前記リッチ気筒燃料噴射量を補正する。   The rich cylinders 2 and 2 (# 1, # 4) have the rich target air-fuel ratio based on the intake charge efficiency of the cylinder 2 obtained from the intake flow rate and the engine speed as is well known in the art. Thus, the rich cylinder fuel injection amount (rich side target fuel injection amount) is determined, and then the actual air-fuel ratio in the vicinity of the exhaust collecting portion detected based on the signal from the oxygen concentration sensor 27 and the reference air-fuel ratio (A /F=14.5), the rich cylinder fuel injection amount is corrected.

一方、前記リーン気筒2,2(#2,#3)については、まず、前記吸気充填効率に基づいて、前記基準空燃比(A/F=14.5)になるような基準燃料噴射量を求め、これを前記リッチ気筒燃料噴射量から減算することにより、リッチ気筒2,2における燃料噴射量の増分を求める。そして、その燃料増分を前記基準燃料噴射量から減算して、リーン気筒2の目標燃料噴射量を決定した上で、前記と同様に酸素濃度センサ27からのフィードバック信号に基づいて補正する。   On the other hand, for the lean cylinders 2 and 2 (# 2 and # 3), first, based on the intake charge efficiency, a reference fuel injection amount is set such that the reference air-fuel ratio (A / F = 14.5) is obtained. Then, by subtracting this from the rich cylinder fuel injection amount, the increment of the fuel injection amount in the rich cylinders 2 and 2 is obtained. Then, the fuel increment is subtracted from the reference fuel injection amount to determine the target fuel injection amount of the lean cylinder 2 and then corrected based on the feedback signal from the oxygen concentration sensor 27 as described above.

このような制御によって、図4に模式的に示すように、リッチ気筒2,2(#1,#4)においては図に破線で示す基準燃料噴射量よりも燃料が増量される一方、リーン気筒2,2(#2,#3)においては、直前の点火順のリッチ気筒2,2(#1,#4)における燃料の増量分だけ燃料噴射量が減量されることになり、これにより、リッチ気筒とリーン気筒の平均の燃料噴射量は、各気筒2の目標空燃比をいずれも基準空燃比にしたときの燃料噴射量(基準燃料噴射量)と同じになる。尚、図において破線で示す基準燃料噴射量の値が緩やかに変化しているのは、空燃比フィードバックによるものである。   With such control, as schematically shown in FIG. 4, in the rich cylinders 2 and 2 (# 1, # 4), the fuel is increased from the reference fuel injection amount indicated by the broken line in the figure, while the lean cylinder 2, 2 (# 2, # 3), the fuel injection amount is reduced by the amount of fuel increase in the rich cylinders 2, 2 (# 1, # 4) in the immediately preceding ignition order. The average fuel injection amount of the rich cylinder and the lean cylinder is the same as the fuel injection amount (reference fuel injection amount) when the target air-fuel ratio of each cylinder 2 is set to the reference air-fuel ratio. Note that the value of the reference fuel injection amount indicated by the broken line in the figure is gradually changing because of air-fuel ratio feedback.

そうして4つの気筒2,2,…を点火順に交互にリッチ、リーンに振り分けると、図5に模式的に矢印で示すように、それらの各気筒2から点火順に排出されたリッチな排気とリーンな排気とが交互に排気マニホルド23の集合部に流れてくるようになり、この集合部近傍における排気の空燃比は、例えばエンジン1の冷間始動後のファストアイドル状態であれば、概略0.04秒くらいの短い周期(周波数にして約25Hz)でリッチ、リーンに変化するようになる(温間始動後のアイドル状態でも10Hz以上になる)。   Then, if the four cylinders 2, 2,... Are alternately arranged in rich and lean order, the rich exhaust discharged from each of the cylinders 2 in the order of ignition as schematically shown by arrows in FIG. The lean exhaust gas flows alternately to the collection portion of the exhaust manifold 23, and the air-fuel ratio of the exhaust in the vicinity of this collection portion is approximately 0 if the engine 1 is in a fast idle state after a cold start. It becomes rich and lean in a short cycle (about 25 Hz in frequency) of about .04 seconds (becomes 10 Hz or more even in an idle state after warm start).

そして、前記各気筒2からのリッチな排気とリーンな排気との少なくとも一部が排気マニホルド23の集合部からプレ触媒24の入口までの間で混ざり合い、その中のHCやCO(還元剤成分)とNOxや酸素(酸化剤成分)とが反応するようになる。このことで、エンジン始動直後でプレ触媒24が未活性であり、OSCも得られない状態であっても、排気中のHC,CO,NOxの少なくとも一部を反応させて、その排出量を減らすことができる。   Then, at least a part of the rich exhaust gas and the lean exhaust gas from each cylinder 2 are mixed from the collecting portion of the exhaust manifold 23 to the inlet of the pre-catalyst 24, and HC and CO (reductant component) therein ) And NOx and oxygen (oxidant component) come to react. As a result, even if the pre-catalyst 24 is inactive immediately after the engine is started and OSC is not obtained, at least a part of HC, CO, NOx in the exhaust gas is reacted to reduce the emission amount. be able to.

また、そうしてプレ触媒24の直上流で排気中のHC,CO,NOxが反応すると、その反応熱によって排気温度がさらに高くなり、この高温の排気が流入することによって、プレ触媒24がその入口側から順番に暖められて、図示の如く、入口側の部位Aから出口側の部位EまでA→B→C→D→Eの順番に活性温度に到達するようになる。こうして出口側の部位Eまで全て、すなわち触媒全体が前記活性温度になったときが、プレ触媒24の全活性状態である。   Further, when HC, CO, NOx in the exhaust gas reacts immediately upstream of the pre-catalyst 24, the exhaust temperature further increases due to the reaction heat. As shown in the figure, the active temperature is reached in order of A → B → C → D → E from the site A on the inlet side to the site E on the outlet side. In this way, the entire state of the pre-catalyst 24 is in the state up to the outlet side portion E, that is, when the entire catalyst reaches the activation temperature.

ここで、前記のようにリッチ、リーンに変化させる排気空燃比の中心値(基準空燃比)を理論空燃比よりもややリッチにしているのは、排気空燃比に対応する気筒内空燃比の目標値を平均的に理論空燃比よりもややリッチにすることによって、燃焼に伴い生成されるCOの量が多くなるからである。すなわち、均一燃焼における空燃比とHC、CO、NOxの排出量との関係は一般に図6に示すようになり、理論空燃比近傍で空燃比をリーンにずらすとNOxが多くなる一方、リッチにずらすとHC、COが多くなるが、このときのCOの増加割合はHCの増加割合よりも大きい。   Here, the central value (reference air-fuel ratio) of the exhaust air-fuel ratio that changes between rich and lean as described above is slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio because the target of the in-cylinder air-fuel ratio corresponding to the exhaust air-fuel ratio is set. This is because by making the value slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio on average, the amount of CO produced with combustion increases. That is, the relationship between the air-fuel ratio and the HC, CO, and NOx emissions in uniform combustion is generally as shown in FIG. 6, and when the air-fuel ratio is shifted lean in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio, the NOx increases while it is shifted richly. However, the increase rate of CO at this time is larger than the increase rate of HC.

このことから、基準空燃比を理論空燃比からリッチにずらせば、排気中の還元剤成分のうち特にCOの量が多くなることが分かる。また、同図によれば、HCの排出量が理論空燃比を挟んでリッチ、リーンの両側で略同じように変化しているのに対して、COの排出量はリッチ側で急激に変化しており、このことから、この実施形態のように気筒2,2,…をリッチ、リーンに振り分けると、全気筒2,2,…の空燃比を例えば理論空燃比で略一定にする場合と比較して、HCの量はあまり変化しないが、COの量は多くなることが分かる。   From this, it can be seen that if the reference air-fuel ratio is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the amount of CO in the reductant component in the exhaust gas is particularly increased. Also, according to the figure, the HC emission amount changes substantially on both sides of the rich and lean sides of the stoichiometric air-fuel ratio, whereas the CO emission amount changes abruptly on the rich side. Therefore, when the cylinders 2, 2,... Are allocated to rich and lean as in this embodiment, the air-fuel ratio of all the cylinders 2, 2,. Thus, it can be seen that the amount of HC does not change much, but the amount of CO increases.

そして、同じように還元剤として作用する成分であっても、COはHCに比べて触媒下での反応温度が低いので、前記のようにして排気中のCO濃度を高くすれば、プレ触媒24における酸素やNOxとの反応をより低温側から開始させることができ、これにより有害成分の低減や触媒の昇温をより効果的に促進できるのである。   Similarly, even if it is a component that acts as a reducing agent, CO has a lower reaction temperature under the catalyst than HC, so if the CO concentration in the exhaust gas is increased as described above, the pre-catalyst 24 Thus, the reaction with oxygen and NOx can be started from a lower temperature side, thereby reducing the harmful components and increasing the temperature of the catalyst more effectively.

また、前記気筒別リッチ・リーン制御においてリッチ気筒2の目標空燃比を設定する一方、リーン気筒2では目標空燃比を設定していないのは、以下のような理由による。すなわち、上述の如く酸素濃度センサ27による検出値に基づいて全気筒2,2,…の平均的な空燃比をフィードバック補正する場合に、仮にリッチ、リーンの両方でそれぞれ目標値を決めてしまうと、例えばリッチ気筒2の燃料噴射量ばらつきに起因する空燃比の偏差に応じてリーン気筒2の燃料噴射量も補正される結果として、このリーン気筒2において空燃比の目標値からのずれが拡大することがあり、こうしたリッチ気筒2、リーン気筒2におけるフィードバック補正の相互作用によって制御が収束し難くなるとともに、発散してしまう虞れもある。   The target air-fuel ratio of the rich cylinder 2 is set in the rich / lean control for each cylinder, while the target air-fuel ratio is not set in the lean cylinder 2 for the following reason. That is, when the average air-fuel ratio of all the cylinders 2, 2,... Is feedback-corrected based on the detection value by the oxygen concentration sensor 27 as described above, if the target value is determined for both rich and lean, respectively. For example, as a result of correcting the fuel injection amount of the lean cylinder 2 in accordance with the deviation of the air-fuel ratio caused by the variation in the fuel injection amount of the rich cylinder 2, the deviation of the air-fuel ratio from the target value in the lean cylinder 2 increases. In some cases, the interaction of feedback correction in the rich cylinder 2 and the lean cylinder 2 makes it difficult for the control to converge and may diverge.

これに対し、前記のように、リッチ気筒2では目標空燃比を設定して目標燃料噴射量を決めるようにし、一方、リーン気筒2では目標空燃比は設定せず、前記リッチ気筒2の目標燃料噴射量と全気筒2,2,…の平均である基準燃料噴射量とに基づいて目標燃料噴射量を決めるようにすれば、前記のように制御が発散する虞れはなくなり、空燃比のフィードバック制御によって全気筒2,2,…の平均的な空燃比を速やかに目標値に収束させることができる。   On the other hand, as described above, the target air-fuel ratio is set in the rich cylinder 2 to determine the target fuel injection amount, while the target air-fuel ratio is not set in the lean cylinder 2 and the target fuel in the rich cylinder 2 is set. If the target fuel injection amount is determined based on the injection amount and the reference fuel injection amount that is the average of all cylinders 2, 2,... By controlling, the average air-fuel ratio of all the cylinders 2, 2,... Can be quickly converged to the target value.

しかも、前記のように気筒内空燃比の平均の目標値(基準空燃比)を理論空燃比よりもややリッチにすると、この結果として、例えば燃料噴射量のばらつきによって空燃比がずれたときに、空燃比の理論空燃比からのずれはリッチ気筒2においてリーン気筒2よりも大きくなり易いが、この実施形態では、リッチ気筒2については目標空燃比を設定して目標燃料噴射量を決めるようにしており、このことでリーン気筒2に比べて空燃比の制御精度が高くなるので、結局、理論空燃比に対する空燃比のずれをリッチ、リーンの両側において略同じように小さくすることができる。   Moreover, if the average target value (reference air-fuel ratio) of the cylinder air-fuel ratio is made slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio as described above, as a result, for example, when the air-fuel ratio shifts due to variations in the fuel injection amount, Although the deviation of the air-fuel ratio from the stoichiometric air-fuel ratio tends to be larger in the rich cylinder 2 than in the lean cylinder 2, in this embodiment, the target fuel injection amount is determined by setting the target air-fuel ratio for the rich cylinder 2. Thus, since the control accuracy of the air-fuel ratio becomes higher than that of the lean cylinder 2, the deviation of the air-fuel ratio with respect to the stoichiometric air-fuel ratio can be rich and reduced substantially on both sides of the lean.

前記のように4つの気筒2,2,…をリッチ、リーンに振り分けて行う空燃比のフィードバック制御は、ECU30においてメモリに記憶されている制御プログラムが実行されることによって実現するものであり、言い換えると、この制御プログラムの一部のステップによって機能的に、エンジン1の始動後に排気の空燃比が所定の間の目標値を中心として10Hz以上の周波数で周期的にリッチ、リーンに変化するように、4つの気筒2,2,…をその点火順に交互にリッチ側、リーン側に設定して、それぞれ酸素濃度センサ27からの信号に基づいて各気筒2内の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段30a(図7参照)が構成される。   The air-fuel ratio feedback control performed by distributing the four cylinders 2, 2,... In a rich and lean manner as described above is realized by executing a control program stored in a memory in the ECU 30, in other words. As a function of a part of the control program, after the engine 1 is started, the air-fuel ratio of the exhaust gas periodically changes to rich and lean at a frequency of 10 Hz or more around a target value during a predetermined period. The four cylinders 2, 2,... Are alternately set to the rich side and the lean side in the order of ignition, and the air-fuel ratio feedback for feedback control of the air-fuel ratio in each cylinder 2 based on the signal from the oxygen concentration sensor 27, respectively. The control means 30a (refer FIG. 7) is comprised.

−排気空燃比の振れ幅、周期の変更−
ところで、前記気筒別リッチ・リーン制御においては、上述したように、エンジン1の始動直後でプレ触媒24が未活性状態のときに排気空燃比の振れ幅が所定以下(前記の例ではA/Fで1)になるようにしている。これは、排気空燃比の振れ幅が小さいほど、排気中のHC,CO,NOxの濃度が低くなることから、排気マニホルド23の集合部からプレ触媒24の入口までの間で排気中の殆どのHC,CO,NOxが反応することになり、プレ触媒24が未活性であっても有害成分の排出量を大幅に低減できるからである。
-Change of exhaust air-fuel ratio fluctuation and cycle-
By the way, in the rich / lean control for each cylinder, as described above, when the pre-catalyst 24 is in an inactive state immediately after the engine 1 is started, the fluctuation range of the exhaust air / fuel ratio is equal to or less than a predetermined value (A / F in the above example). 1). This is because, as the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio is smaller, the concentration of HC, CO, and NOx in the exhaust gas is lower, so that most of the exhaust gas between the collection portion of the exhaust manifold 23 and the inlet of the pre-catalyst 24 is present. This is because HC, CO, and NOx react, and even if the pre-catalyst 24 is inactive, the discharge amount of harmful components can be greatly reduced.

これに対し、前記図5に示したようにプレ触媒24がその入口側から順番に暖められて図示のA→B→C…の順に活性容量が増大し、これとともに或る程度のOSCも得られるようになれば、この活性容量の増大に対応して排気空燃比のリッチ、リーンの振れ幅を大きくすることが好ましい。こうすれば、リッチ、リーンの排気中にそれぞれ含まれるHC,COやNOx、酸素の濃度が高くなる結果、前記の如くプレ触媒24の入口までに反応するHC,CO,NOxの割合が低下して、未反応のままプレ触媒24に流入する割合が多くなり、これらが触媒内で反応することによってその温度をより効率良く上昇させることができるからである。   On the other hand, as shown in FIG. 5, the pre-catalyst 24 is heated in order from the inlet side, and the active capacity increases in the order of A → B → C... If this is the case, it is preferable to increase the rich / lean fluctuation range of the exhaust air / fuel ratio in response to the increase in the active capacity. As a result, the concentrations of HC, CO, NOx, and oxygen contained in the rich and lean exhaust gas respectively increase, and as a result, the proportion of HC, CO, NOx that reacts to the inlet of the pre-catalyst 24 as described above decreases. This is because the ratio of flowing into the pre-catalyst 24 increases while remaining unreacted, and the temperature of the pre-catalyst 24 can be increased more efficiently by reacting in the catalyst.

そこで、この実施形態では、プレ触媒24のケーシングに配設した排気温度センサ25からの信号などに基づいて、当該プレ触媒24の活性化の進行度合い、即ち前記A→B→C…の順に増大する触媒24の活性容量を推定し、この推定結果に応じて排気空燃比の振れ幅を増大させるようにした。こうすることで、活性容量及びOSCの増大に対応して、これに見合うだけの適量のHC,CO,NOxをプレ触媒24に供給することができる。   Therefore, in this embodiment, based on the signal from the exhaust temperature sensor 25 disposed in the casing of the pre-catalyst 24, the degree of progress of activation of the pre-catalyst 24, that is, increases in the order of A → B → C. The active capacity of the catalyst 24 is estimated, and the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio is increased according to the estimation result. By doing so, it is possible to supply the pre-catalyst 24 with appropriate amounts of HC, CO, and NOx corresponding to the increase in the active capacity and the OSC.

以下に、エンジン1の冷間始動後にECU30によって行われる空燃比制御の手順を、図7のフローチャート図に基づき、図8のタイムチャートを参照して説明すると、まず、図7のフローのスタート後のステップS1では、前記した各センサからの信号や燃料噴射弁12、スロットル弁20などの状態に基づいて求められるエンジン1の制御パラメータ、すなわち、吸気流量、燃料噴射量、空燃比、エンジン回転速度、点火時期、燃料噴射時期、アクセル開度、スロットル開度、気筒識別信号、エンジン水温、吸気温度、吸気圧力、触媒温度等を読み込む。   In the following, the procedure of air-fuel ratio control performed by the ECU 30 after the cold start of the engine 1 will be described with reference to the time chart of FIG. 8 based on the flowchart of FIG. 7. First, after the start of the flow of FIG. In step S1, the control parameters of the engine 1 obtained based on the signals from the sensors and the states of the fuel injection valve 12, the throttle valve 20, etc., that is, the intake air flow rate, the fuel injection amount, the air-fuel ratio, and the engine rotational speed are obtained. The ignition timing, fuel injection timing, accelerator opening, throttle opening, cylinder identification signal, engine water temperature, intake air temperature, intake air pressure, catalyst temperature, and the like are read.

続いて、ステップS2においてエンジン1の始動期間かどうか判定し、この判定がYESで、クランキング後にエンジン回転速度が所定値に達するまでの始動期間であれば、ステップS3に進んで、4つの気筒2,2,…のそれぞれの燃料噴射弁12により当該気筒2の少なくとも圧縮行程で燃料を噴射させ、所謂成層乃至弱成層の混合気分布で燃焼させるようにして、リターンする。この際、燃料噴射量は各気筒2内の空燃比が理論空燃比よりもリーンな状態になるように制御して、HC、COの排出量を低減する。   Subsequently, in step S2, it is determined whether or not the engine 1 is in the start period. If this determination is YES and the engine start speed is a predetermined period after cranking until the engine speed reaches a predetermined value, the process proceeds to step S3, and the four cylinders. The fuel is injected at least in the compression stroke of the cylinder 2 by the respective fuel injection valves 12, 2,..., Burned in a so-called stratified or weakly stratified mixture distribution, and the process returns. At this time, the fuel injection amount is controlled so that the air-fuel ratio in each cylinder 2 is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, thereby reducing HC and CO emissions.

そして、エンジン1が始動した後は前記ステップS2において始動期間でないNOと判定してステップS4に進み、今度は排気温度センサ25からの信号によりプレ触媒24の入口付近の温度T(触媒入口温度)が予め設定した値T1以上かどうか判定する。この設定値T1は、排気マニホルド23の集合部から触媒入口までの間がHC、COなどの反応する温度状態になったことを判定するためのものであり、触媒入口温度T<T1でNOと判定すればリターンする一方、T≧T1でYESと判定すればステップS5に進む。   Then, after the engine 1 is started, it is determined in step S2 that the start period is not NO, and the process proceeds to step S4. This time, a temperature T (catalyst inlet temperature) near the inlet of the pre-catalyst 24 is determined by a signal from the exhaust temperature sensor 25. Is greater than or equal to a preset value T1. This set value T1 is used to determine that the temperature from the collecting part of the exhaust manifold 23 to the catalyst inlet has reached a reaction temperature such as HC, CO, etc., and NO at the catalyst inlet temperature T <T1. If it is determined, the process returns. On the other hand, if T ≧ T1 and YES is determined, the process proceeds to step S5.

つまり、図8のタイムチャートの時刻t0〜t1において、エンジン1の始動後に排気マニホルド23の温度(図に破線で示す)が上昇し、プレ触媒24の入口までに排気中のHC、COを反応させることができるようになれば、図7のフローのステップS5に進んで上述した気筒別リッチ・リーン制御を開始する。すなわち、第1〜第4の4つの気筒2,2,…をその点火順に交互にリッチ、リーンに設定し、且つ、それらの平均の目標空燃比(基準空燃比)をA/F=14.5に、またリッチ気筒2の目標空燃比A/Fを14.0にして、各気筒2内の空燃比をフィードバック制御する。   That is, at the time t0 to t1 in the time chart of FIG. 8, the temperature of the exhaust manifold 23 (indicated by a broken line in the figure) rises after the engine 1 is started, and the HC and CO in the exhaust react with each other until the inlet of the pre-catalyst 24. If it becomes possible to proceed to step S5 of the flow of FIG. 7, the above-described rich-lean control for each cylinder is started. That is, the first to fourth four cylinders 2, 2,... Are alternately set to rich and lean alternately in the order of ignition, and the average target air-fuel ratio (reference air-fuel ratio) is set to A / F = 14. 5, the target air-fuel ratio A / F of the rich cylinder 2 is set to 14.0, and the air-fuel ratio in each cylinder 2 is feedback-controlled.

これにより、前記図8に模式的に示すように、排気マニホルド23の集合部近傍における排気の空燃比A/Fは周波数にして略10〜25Hzという短い周期で、且つA/F=1くらいの小さな振幅でリッチ、リーンに変化するようになる。尚、図の時刻t0〜t1においてエンジン1の始動期間の終了後に一旦、排気空燃比がリッチになっているのは、プレ触媒24の温度上昇に伴い最初に酸素吸蔵物質から放出される酸素に対応して、当該触媒24内の空燃比を理論空燃比近傍に保つためである。   As a result, as schematically shown in FIG. 8, the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas in the vicinity of the collection portion of the exhaust manifold 23 has a short period of about 10 to 25 Hz in frequency and about A / F = 1. It becomes rich and lean with small amplitude. It should be noted that the exhaust air-fuel ratio once becomes rich after the start of the engine 1 at the time t0 to t1 in the figure is due to the oxygen released from the oxygen storage material first as the temperature of the pre-catalyst 24 rises. Correspondingly, this is to keep the air-fuel ratio in the catalyst 24 close to the stoichiometric air-fuel ratio.

前記ステップS5に続くステップS6では、排気温度センサ25により検出される触媒入口温度Tが設定値T1以上の期間が予め設定した第1期間(図8の時間t1〜t2)を経過したかどうか判別し、第1期間の経過まではNOと判別してステップS7に進み、前記の気筒別リッチ・リーン制御によって排気空燃比A/Fを高い周波数で且つ小さな振幅でリッチ、リーンに変化させて(周波数を高く、振幅を小さく)、リターンする。   In step S6 following step S5, it is determined whether or not a period in which the catalyst inlet temperature T detected by the exhaust temperature sensor 25 is equal to or higher than the set value T1 has passed a preset first period (time t1 to t2 in FIG. 8). Until the first period elapses, the determination is NO and the process proceeds to step S7, where the exhaust air-fuel ratio A / F is changed to rich and lean at a high frequency and with a small amplitude by the above-described rich-lean control for each cylinder ( Increase frequency and decrease amplitude) and return.

このように高い周波数で且つ小さな振れ幅で排気の空燃比をリッチ、リーンに変化させることにより、上述したようにプレ触媒24の手前でHC、CO、NOxなどの有害成分の殆どを反応させることができ、プレ触媒24が未活性であっても、それら有害成分の大気への放出を防止しながら、排気の温度を高めてプレ触媒24の昇温を促進することができる。しかも、そのように高い周波数、即ち短い時間間隔で反応が起きることから、その分、時間当たりの発熱量が大きくなり、触媒24の昇温は非常に効率良く行われる。   By making the air-fuel ratio of the exhaust gas rich and lean with such a high frequency and a small fluctuation width, most of the harmful components such as HC, CO, NOx react in front of the pre-catalyst 24 as described above. Even if the pre-catalyst 24 is inactive, it is possible to increase the temperature of the exhaust gas and increase the temperature of the pre-catalyst 24 while preventing the release of these harmful components to the atmosphere. In addition, since the reaction takes place at such a high frequency, that is, at a short time interval, the amount of heat generated per hour increases accordingly, and the temperature of the catalyst 24 is raised very efficiently.

そうして、高温の排気によりプレ触媒24の温度が上昇し、図8(b)の時刻t2において活性容量が或る程度(図の例ではBの範囲くらいまで)大きくなれば、前記ステップS6において第1期間が経過したYESと判別してステップS8に進み、前記第1期間の後の時間の経過に応じて排気空燃比の振れ幅が大きくなるように、リッチ気筒2の目標空燃比をリッチ側に変更する(周波数を高く、振幅を大きく)。つまり、プレ触媒24が活性化して、或る程度OSCも得られるようになれば、当該プレ触媒24に供給するHC、CO、NOxの量を増やすようにする。   If the temperature of the pre-catalyst 24 rises due to the high-temperature exhaust gas and the active capacity increases to some extent (up to the range of B in the example in the figure) at time t2 in FIG. At step S8, the target air-fuel ratio of the rich cylinder 2 is set so that the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio increases with the passage of time after the first period. Change to rich (higher frequency, larger amplitude). That is, when the pre-catalyst 24 is activated and a certain amount of OSC can be obtained, the amount of HC, CO, NOx supplied to the pre-catalyst 24 is increased.

続いて、ステップS9において、排気温度センサ25により検出される触媒入口温度Tが設定値T1以上の期間が予め設定した第2期間(図8の時間t2〜t3)を経過したかどうか判別し、第2期間の経過まではNOと判別してリターンする。これにより、前記第1期間の経過後、第2期間を経過するまでの間は、前記ステップS8の制御手順が繰り返され、図8の時刻t2〜t3に示すように、時間の経過に応じて排気空燃比の振れ幅が大きくなってゆく。   Subsequently, in step S9, it is determined whether or not a period in which the catalyst inlet temperature T detected by the exhaust gas temperature sensor 25 is equal to or higher than the set value T1 has passed a preset second period (time t2 to t3 in FIG. 8). Until the elapse of the second period, the determination is NO and the process returns. As a result, the control procedure of step S8 is repeated until the second period elapses after the elapse of the first period, and according to the elapse of time as shown at times t2 to t3 in FIG. The fluctuation range of the exhaust air / fuel ratio increases.

その際、リッチ気筒2の目標空燃比は、排気温度センサ25からの信号と時間の経過とによって推定されるプレ触媒24の活性容量の増大(A→B→C…)に応じて変更されるので、当該プレ触媒24にはその活性容量やOSCに見合う適量のHC,CO,NOxが供給されるようになり、このことで、それらの有害成分がプレ触媒24を吹き抜けることを防止しながら、反応熱によるプレ触媒24の昇温を最大限に促進することができる。   At that time, the target air-fuel ratio of the rich cylinder 2 is changed according to the increase in the active capacity (A → B → C...) Estimated from the signal from the exhaust temperature sensor 25 and the passage of time. Therefore, the pre-catalyst 24 is supplied with an appropriate amount of HC, CO, NOx commensurate with its active capacity and OSC, thereby preventing these harmful components from blowing through the pre-catalyst 24, The temperature increase of the pre-catalyst 24 by the heat of reaction can be promoted to the maximum.

尚、そうして排気空燃比の振れ幅を大きくするために気筒内空燃比のリッチ、リーンの度合いを大きくすると、このことによってエンジン1のトルク変動が大きくなるが、その変動の周期が短く、トルク変動による発生する振動の周波数が約10〜25Hzと高いことから、この振動は乗員には感じ難いものとなる。   If the degree of richness or leanness of the in-cylinder air-fuel ratio is increased to increase the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio, the torque fluctuation of the engine 1 increases due to this, but the period of the fluctuation is short. Since the frequency of vibration generated by torque fluctuation is as high as about 10 to 25 Hz, this vibration is difficult for the passenger to feel.

そして、プレ触媒24の活性化の進行に応じて空燃比の振れ幅が大きくなり(例えばA/Fで2)、排気の空燃比A/Fが13.5〜15.5で周期的に変化するようになる頃に(図8の時刻t3)、プレ触媒24の出口側部位Eも活性温度に到達して、全体的に本来の浄化性能を発揮する全活性状態になる。こうなると、前記ステップS9において第2期間が経過したYESと判別してステップS10に進み、今度は、排気空燃比の変化の周期が長くなり、且つその振れ幅が小さくなるようにして(周波数を低く、振幅を小さく)、しかる後にリターンする。   As the activation of the pre-catalyst 24 progresses, the fluctuation range of the air-fuel ratio increases (for example, 2 at A / F), and the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas changes periodically from 13.5 to 15.5. Around this time (time t3 in FIG. 8), the outlet side portion E of the pre-catalyst 24 also reaches the activation temperature, and becomes an all-active state that exhibits the original purification performance as a whole. When this happens, it is determined that the second period has elapsed in step S9, and the process proceeds to step S10. This time, the cycle of the change in the exhaust air-fuel ratio is lengthened and the fluctuation width is decreased (the frequency is changed). Low, amplitude small), then return.

具体的には、例えば第1気筒2(#1)及び第3気筒(#3)をリッチ側に、また第2及び第4気筒2,2(#2,#4)をリーン側に設定して、4つの気筒2,2,…をその点火順(#1,#3,#4,#2)に2つずつリッチ、リーンに設定することで、排気の空燃比A/Fをそれまでの略半分の周波数で変化させるようにする。また、排気空燃比の振れ幅がエンジン始動直後と同じくA/Fで1くらいになるように、リッチ側目標空燃比を14.0とする。   Specifically, for example, the first cylinder 2 (# 1) and the third cylinder (# 3) are set to the rich side, and the second and fourth cylinders 2 and 2 (# 2, # 4) are set to the lean side. By setting the four cylinders 2, 2,... In the order of ignition (# 1, # 3, # 4, # 2) two rich and lean, the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas up to that time. The frequency is changed at about half the frequency. In addition, the rich target air-fuel ratio is set to 14.0 so that the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio becomes about 1 at A / F, just after the engine is started.

こうして、プレ触媒24が全活性状態になった後は、排気空燃比のリッチ、リーンの振れ幅が相対的に小さくなることで、排気中のHC、CO、NOxなどの濃度が低くなり、それらの反応による発熱量が小さくなるとともに、排気空燃比の変化の周期が相対的に長くなって時間当たりの反応回数も少なくなるので、それ以上のプレ触媒24の温度上昇が抑制される。   Thus, after the pre-catalyst 24 is fully activated, the exhaust air-fuel ratio rich and lean fluctuations are relatively reduced, so that the concentrations of HC, CO, NOx, etc. in the exhaust gas are reduced. The amount of heat generated by this reaction becomes smaller, the period of change in the exhaust air-fuel ratio becomes relatively longer, and the number of reactions per hour is also reduced, so that further increase in the temperature of the pre-catalyst 24 is suppressed.

また、そうして排気空燃比の変化の周期が長くなると、プレ触媒24のOSCを越えてHC,CO,NOxが下流側に吹き抜けるようになり、それらが排気通路22の下流に配置されているメイン触媒26に供給されて、その内部で反応することによって当該メイン触媒26の温度上昇が促進されるようになる。   Further, when the cycle of the change of the exhaust air / fuel ratio becomes longer, HC, CO, NOx blows out downstream beyond the OSC of the pre-catalyst 24, and these are arranged downstream of the exhaust passage 22. The temperature rise of the main catalyst 26 is promoted by being supplied to the main catalyst 26 and reacting inside thereof.

尚、前記のように空燃比の変化の周期が長くなってエンジン1のトルク変動の周期も長くなると、今度は乗員の感じやすい周波数域の振動が発生する虞れがあるが、このときには空燃比の振れ幅が小さくなっているので、エンジントルクの変動幅、即ち加振力が小さくなり、結局、乗員が振動による違和感を覚えることはない。   As described above, if the period of change of the air-fuel ratio becomes longer and the period of torque fluctuation of the engine 1 becomes longer, vibration in the frequency range that is easily felt by the passenger may occur. Therefore, the fluctuation range of the engine torque, that is, the excitation force is reduced, and the passenger does not feel uncomfortable due to the vibration.

前記図7に示す空燃比制御フローのステップS2,S3の手順によって、クランキングからエンジン回転速度が所定値に達するまでの始動期間において各気筒2の燃料噴射弁12により当該気筒2の少なくとも圧縮行程で燃料を噴射させるとともに、その気筒2内の空燃比を理論空燃比よりもリーンになるように制御する始動時空燃比制御手段30bが構成されている。   At least the compression stroke of the cylinder 2 by the fuel injection valve 12 of each cylinder 2 during the start-up period from cranking to the engine speed reaching a predetermined value by the procedure of steps S2 and S3 of the air-fuel ratio control flow shown in FIG. The starting air-fuel ratio control means 30b is configured to inject fuel and control the air-fuel ratio in the cylinder 2 to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.

また、前記フローのステップS5が空燃比フィードバック制御手段30aに対応しており、この空燃比フィードバック制御手段30aは、プレ触媒24が全活性状態になるまでの間、4つの気筒2,2,…をその点火順に交互にリッチ、リーンに設定して、排気空燃比を10Hz以上の周波数で周期的に変化させるものである。   Step S5 of the flow corresponds to the air-fuel ratio feedback control means 30a, and the air-fuel ratio feedback control means 30a has four cylinders 2, 2,... Until the pre-catalyst 24 is fully activated. Are alternately set to rich and lean in the order of ignition, and the exhaust air-fuel ratio is periodically changed at a frequency of 10 Hz or more.

また、前記フローのステップS6,S9により、排気温度センサ25からの信号とエンジン始動後の時間経過とに基づいて、プレ触媒24乃至その上流側の排気マニホルド23の温度状態を判定する温度状態判定手段30cが構成されている。   Further, in steps S6 and S9 of the flow, the temperature state determination for determining the temperature state of the pre-catalyst 24 or the exhaust manifold 23 on the upstream side thereof based on the signal from the exhaust temperature sensor 25 and the passage of time after the engine is started. Means 30c is configured.

さらに、前記フローのステップS8,S10により、プレ触媒24が所定の部分活性状態になった後、全活性状態になるまでの間、その活性化の進行に応じて排気空燃比の振れ幅が大きくなるように、前記空燃比フィードバック制御手段30aによって制御される気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更するとともに、プレ触媒24が全活性状態になれば、前記気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを排気空燃比の振れ幅が相対的に小さくなるように変更する空燃比振幅変更手段30dが構成されている。   Furthermore, the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio increases as the activation progresses after the pre-catalyst 24 is in a predetermined partially activated state until it becomes fully activated in steps S8 and S10 of the flow. As described above, the richness and leanness of the in-cylinder air-fuel ratio controlled by the air-fuel ratio feedback control means 30a are changed, and when the pre-catalyst 24 is fully activated, the richness and leanness of the in-cylinder air-fuel ratio are changed. The air-fuel ratio amplitude changing means 30d is configured to change the degree of the air-fuel ratio so that the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio becomes relatively small.

さらにまた、前記フローのステップS10により、プレ触媒24が全活性状態になれば、排気空燃比の変化の周期が相対的に長くなるように、4つの気筒2,2,…をその点火順に2つずつリッチ、リーンに設定する気筒設定変更手段30eが構成されている。   Furthermore, if the pre-catalyst 24 is fully activated in step S10 of the flow, the four cylinders 2, 2,... Cylinder setting changing means 30e for setting rich and lean one by one is configured.

したがって、この実施形態に係るエンジンの空燃比制御装置Aによると、エンジン1の始動時には、まず、クランキングによる始動の期間において、各気筒2の燃料噴射弁12により少なくとも圧縮行程で燃料が噴射されて、点火プラグ15近傍に燃料噴霧が偏在する状態で着火、燃焼するようになる。このことで、燃料の気化霧化が悪い始動期間であっても、理論空燃比よりもリーンな成層状態で燃焼させることができ、これによりHC,COの大幅な低減が図られる。   Therefore, according to the air-fuel ratio control apparatus A for an engine according to this embodiment, when the engine 1 is started, first, fuel is injected at least in the compression stroke by the fuel injection valve 12 of each cylinder 2 during the start-up period by cranking. Thus, ignition and combustion occur in a state where fuel spray is unevenly distributed in the vicinity of the spark plug 15. As a result, even in the start-up period in which the vaporization of the fuel is poor, combustion can be performed in a stratified state that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, thereby significantly reducing HC and CO.

そして、前記始動期間の後、排気マニホルド23の集合部近傍の温度が或る程度高くなれば、4つの気筒2,2,…をリッチ、リーンに振り分けて、それぞれ空燃比をフィードバック制御することにより、排気の空燃比を短い周期(高い周波数)でリッチ、リーンに変化させて、プレ触媒24が未活性でOSCも得られない状態であっても、排気中の有害成分を減らしつつ、排気温度を高めてプレ触媒24の昇温を促進することができる。   Then, after the start-up period, if the temperature in the vicinity of the collecting portion of the exhaust manifold 23 rises to some extent, the four cylinders 2, 2,... Are distributed to rich and lean, and the air-fuel ratio is feedback controlled respectively. Even when the pre-catalyst 24 is inactive and OSC is not obtained by changing the air-fuel ratio of the exhaust gas to rich and lean in a short cycle (high frequency), the exhaust temperature is reduced while reducing harmful components in the exhaust gas. To increase the temperature of the pre-catalyst 24.

しかも、そうして空燃比をリッチ、リーンに変化させることと、その変化の基準をA/F=14.5と理論空燃比よりもややリッチに設定したこととによって、燃焼に伴い生成されるCOの量が多くなるので、酸素やNOxとの反応をより低温側から開始させて、有害成分の低減やプレ触媒24の昇温をより効果的に促進することができる。   In addition, the air / fuel ratio is changed to rich and lean, and the change is set to A / F = 14.5, which is slightly richer than the stoichiometric air / fuel ratio. Since the amount of CO increases, the reaction with oxygen and NOx can be started from the lower temperature side, and the reduction of harmful components and the temperature increase of the pre-catalyst 24 can be promoted more effectively.

そのように排気の空燃比をリッチ、リーンに変化させる際に、その空燃比の振幅を最初のうちは小さくし、その後、前記のように排気によって暖められるプレ触媒24の活性化の進行に応じて徐々に大きくすることで、当該プレ触媒24の活性容量及びOSCの増大に対応して、これに見合うだけの適量のHC,CO,NOxを供給することができ、それらがプレ触媒24の下流に吹き抜けることを防止しながら、その昇温を最大限に促進することができる。   Thus, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is changed to rich and lean, the amplitude of the air-fuel ratio is initially reduced, and then the activation of the pre-catalyst 24 that is warmed by the exhaust gas as described above is performed. By gradually increasing the amount, the appropriate amount of HC, CO, NOx corresponding to the increase in the active capacity and OSC of the pre-catalyst 24 can be supplied. It is possible to maximize the temperature rise while preventing the air from being blown through.

さらに、前記プレ触媒24全体が活性化して本来の浄化性能を発揮する全活性状態になれば、今度は排気空燃比のリッチ、リーンの振れ幅を小さくし、且つその周期を長くすることによって、プレ触媒24の過度の温度上昇を抑制しつつ、排気中のHC、CO、NOxなどを下流側のメイン触媒26に供給して、その温度上昇、即ち活性化を促進することができる。   Further, if the pre-catalyst 24 as a whole is activated and becomes fully activated so as to exhibit the original purification performance, this time, by reducing the exhaust air-fuel ratio rich, lean fluctuation width and lengthening the cycle, While suppressing an excessive temperature rise of the pre-catalyst 24, HC, CO, NOx, etc. in the exhaust gas can be supplied to the main catalyst 26 on the downstream side to promote the temperature rise, that is, activation.

(他の実施形態)
本発明の構成は、前記の実施形態に限定されることはなく、その他の種々の構成をも包含するものである。すなわち、例えば、前記実施形態においては、エンジン1を気筒内空燃比のリーンな状態で始動するようにしているが、これに限るものではない。また、始動後、排気マニホルド23の温度が設定値T1になった後に気筒別リッチ・リーン制御を開始するようにしているが、始動後は直ちに気筒別リッチ・リーン制御を開始するようにしてもよい。
(Other embodiments)
The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes other various configurations. That is, for example, in the above-described embodiment, the engine 1 is started in a lean state of the cylinder air-fuel ratio. However, the present invention is not limited to this. Further, after the start, the rich / lean control for each cylinder is started after the temperature of the exhaust manifold 23 reaches the set value T1, but the rich / lean control for each cylinder may be started immediately after the start. Good.

また、その気筒別リッチ・リーン制御において前記の実施形態では、まず、プレ触媒24が所定の部分活性状態になるまで空燃比変化の周波数を高く、且つ振幅を小さくし、それから触媒24が全活性状態になるまでの間、振幅を徐々に大きくしていって、最後に、触媒24が全活性状態になれば、周波数を低く且つ振幅を小さくするようにしているが、これに限るものではない。   In the above-described embodiment in the rich / lean control for each cylinder, first, the frequency of the air-fuel ratio change is increased and the amplitude is decreased until the pre-catalyst 24 is in a predetermined partial activation state, and then the catalyst 24 is fully activated. Until the state is reached, the amplitude is gradually increased. Finally, when the catalyst 24 is fully activated, the frequency is decreased and the amplitude is decreased. However, the present invention is not limited to this. .

すなわち、例えば、プレ触媒24が前記部分活性状態になったときに振幅を大きくすることもできる。つまり、前記気筒別リッチ・リーン制御においては、少なくともプレ触媒24が部分活性状態になるまでの間、排気の空燃比を約10〜25Hz以上の高周波で周期的に変化させるようにすることが重要である。 That is, for example, the amplitude can be increased when the pre-catalyst 24 is in the partially activated state . That is , in the rich / lean control for each cylinder, it is important to periodically change the air-fuel ratio of the exhaust gas at a high frequency of about 10 to 25 Hz or more until at least the pre-catalyst 24 is in a partially activated state. It is.

また、前記実施形態においては、図7のフローのステップS6,S9に示すように、排気温度センサ25による検出値と時間経過とに基づいて、プレ触媒24の活性化の進行度合いを推定するようにしているが、これに限らず、例えば、エンジン1の運転状態からプレ触媒24に供給される熱量を推定し、この熱量の積算値に基づいて触媒の活性化の進行度合いを推定することもできる。   Further, in the embodiment, as shown in steps S6 and S9 of the flow in FIG. 7, the progress degree of the activation of the pre-catalyst 24 is estimated based on the detection value by the exhaust temperature sensor 25 and the elapsed time. However, the present invention is not limited to this. For example, the amount of heat supplied to the pre-catalyst 24 is estimated from the operating state of the engine 1, and the progress of activation of the catalyst is estimated based on the integrated value of the amount of heat. it can.

また、前記実施形態において、エンジン1の始動後に排気温度を高くするために、公知の点火時期遅角制御を行ってもよい。   Further, in the above embodiment, known ignition timing retardation control may be performed in order to increase the exhaust temperature after the engine 1 is started.

さらに、前記実施形態では、本発明を筒内噴射式のガソリンエンジン1に適用しているが、これに限らず、所謂ポート噴射式のガソリンエンジンにも適用することができるし、前記実施形態において例示した4気筒エンジンに限らず、3気筒、5気筒、6気筒、或いは8気筒エンジンにも適用できる。   Furthermore, in the above embodiment, the present invention is applied to the in-cylinder injection type gasoline engine 1. However, the present invention is not limited to this, and can also be applied to a so-called port injection type gasoline engine. The present invention is not limited to the illustrated 4-cylinder engine, and can be applied to a 3-cylinder, 5-cylinder, 6-cylinder, or 8-cylinder engine.

以上、説明したように、本発明に係るエンジンの空燃比制御装置Aは、エンジンの始動後に排気通路の触媒の暖機を促進しながら、それが暖機するまでの間の有害成分の排出量を実質、極小とすることができるので、産業用を含む種々のエンジンに有用であり、特に比較的停止、始動の回数が多い自動車用エンジンなどに好適なものである。   As described above, the air-fuel ratio control apparatus A for an engine according to the present invention promotes the warm-up of the catalyst in the exhaust passage after the engine is started, and the emission amount of harmful components until it warms up. Therefore, it is useful for various engines including those for industrial use, and is particularly suitable for an automobile engine having a relatively large number of times of stopping and starting.

本発明の実施形態に係る空燃比制御装置を備えたエンジンの概略構造図。1 is a schematic structural diagram of an engine provided with an air-fuel ratio control apparatus according to an embodiment of the present invention. 三元触媒によるHC、CO、NOxの浄化特性を示すグラフ図。The graph which shows the purification | cleaning characteristic of HC, CO, and NOx by a three-way catalyst. 気筒別リッチ・リーン制御の制御ロジックを示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the control logic of the rich lean control according to cylinder. 気筒別リッチ・リーン制御による燃料噴射量の変化を示す説明図。Explanatory drawing which shows the change of the fuel injection quantity by the rich lean control according to cylinder. リッチ、リーン排気の反応による触媒の温度上昇と活性容量の増大とを関連づけて示す説明図。Explanatory drawing which correlates and shows the temperature rise of a catalyst by reaction of rich, lean exhaust, and the increase in active capacity. 均一燃焼における空燃比とHC、CO、NOxの排出量との関係を示すグラフ図。The graph which shows the relationship between the air fuel ratio and the discharge | emission amount of HC, CO, NOx in uniform combustion. エンジン始動後の空燃比制御の手順を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the procedure of the air fuel ratio control after engine starting. エンジン始動後の空燃比制御による排気空燃比の変化と、触媒の温度上昇による活性容量の変化とを関連づけて示すタイムチャート図。The time chart figure which shows the change of the exhaust air-fuel ratio by the air-fuel ratio control after engine starting, and the change of the active capacity by the temperature rise of a catalyst in correlation.

A 空燃比制御装置
1 エンジン
2 気筒
12 燃料噴射弁
24 プレ触媒(上流側触媒)
25 排気温度センサ(温度状態判定手段)
26 メイン触媒(下流側触媒)
27 酸素濃度センサ
30 エンジンコントロールユニット(ECU)
30a 空燃比フィードバック制御手段
30b 始動時空燃比制御手段
30c 温度状態判定手段
30d 空燃比振幅変更手段
30e 気筒設定変更手段
A Air-fuel ratio control device 1 Engine 2 Cylinder 12 Fuel injection valve 24 Pre-catalyst (upstream catalyst)
25 Exhaust temperature sensor (temperature state judging means)
26 Main catalyst (downstream catalyst)
27 Oxygen concentration sensor 30 Engine control unit (ECU)
30a Air-fuel ratio feedback control means 30b Start-time air-fuel ratio control means 30c Temperature state determination means 30d Air-fuel ratio amplitude change means 30e Cylinder setting change means

Claims (8)

排気系の集合部よりも下流に少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を有する触媒が配設された多気筒エンジンに備えられ、このエンジンの始動後に前記触媒の活性化を促進すべく、排気の空燃比を理論空燃比近傍でリッチ側及びリーン側に周期的に変化させるようにしたエンジンの空燃比制御装置であって、
前記触媒よりも下流の排気通路にも、少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を有する別の触媒が配設されており、
前記排気集合部近傍の排気の空燃比を検出するためのセンサと、
エンジン始動後の所定期間、排気の空燃比A/Fが14〜15の間の目標値を中心として10Hz以上の周波数で周期的にリッチ側及びリーン側に変化するように、少なくとも1つの気筒をリッチ側にまた別の少なくとも1つの気筒をリーン側に設定して、それぞれ前記センサからの信号に基づいて気筒内の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記2つの触媒のうち上流側の触媒の活性化の進行に応じて前記排気空燃比の振れ幅が大きくなるように、前記空燃比フィードバック制御手段によって制御される気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更するとともに、前記上流側の触媒が全活性状態になれば、排気空燃比の振れ幅が相対的に小さくなるように、前記気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更する空燃比振幅変更手段と、
前記上流側の触媒が全活性状態になれば、前記排気空燃比の変化の周期が相対的に長くなるように、前記空燃比フィードバック制御手段におけるリッチ側及びリーン側気筒の設定を変更する気筒設定変更手段と、を備える
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
Provided in a multi-cylinder engine provided with a catalyst having a three-way purification function at least in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio downstream of the collection part of the exhaust system, and in order to promote the activation of the catalyst after the engine is started An air-fuel ratio control apparatus for an engine that periodically changes the air-fuel ratio of the engine to the rich side and the lean side in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio,
In the exhaust passage downstream of the catalyst, another catalyst having a three-way purification function is disposed at least in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio,
A sensor for detecting an air-fuel ratio of the exhaust in the vicinity of the exhaust collecting portion;
At least one cylinder is arranged so that the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas periodically changes to the rich side and the lean side at a frequency of 10 Hz or more around a target value between 14 and 15 for a predetermined period after engine startup. Air-fuel ratio feedback control means for setting at least one other cylinder on the rich side to the lean side and feedback-controlling the air-fuel ratio in the cylinder based on the signals from the sensors,
Of the two catalysts, the richness and leanness of the in-cylinder air-fuel ratio controlled by the air-fuel ratio feedback control means are adjusted so that the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio increases with the progress of activation of the upstream side catalyst. The air-fuel ratio that changes the degree of richness and leanness of the in-cylinder air-fuel ratio so that the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio becomes relatively small when the upstream side catalyst becomes fully active. Amplitude changing means;
Cylinder setting for changing the settings of the rich side and lean side cylinders in the air-fuel ratio feedback control means so that the period of change of the exhaust air-fuel ratio becomes relatively long when the upstream catalyst becomes fully active And an air-fuel ratio control apparatus for an engine.
請求項1に記載の空燃比制御装置において、
上流側触媒乃至その上流側の排気通路の温度状態を判定する温度状態判定手段を備え、
空燃比振幅変更手段は、少なくとも前記温度状態判定手段による温度状態の判定結果に基づいて、気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更するように構成されている
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
The air-fuel ratio control apparatus according to claim 1,
A temperature state determining means for determining a temperature state of the upstream side catalyst or the upstream side exhaust passage;
The air-fuel ratio amplitude changing means is configured to change the richness and lean degree of the in-cylinder air-fuel ratio based on at least the determination result of the temperature state by the temperature state determination means. Fuel ratio control device.
排気系の集合部よりも下流に少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を有する触媒が配設された多気筒エンジンに備えられ、このエンジンの始動後に前記触媒の活性化を促進すべく、排気の空燃比を理論空燃比近傍でリッチ側及びリーン側に周期的に変化させるようにしたエンジンの空燃比制御装置であって、
前記触媒よりも下流の排気通路にも、少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を有する別の触媒が配設されており、
前記排気集合部近傍の排気の空燃比を検出するためのセンサと、
前記各気筒内にそれぞれ燃料を直接、噴射するように配設された燃料噴射弁と、
クランキングからエンジン回転速度が所定値に達するまでのエンジン始動期間において前記燃料噴射弁により各気筒の少なくとも圧縮行程で燃料を噴射させて、当該各気筒内の空燃比を理論空燃比よりもリーンになるように制御する始動時空燃比制御手段と、
前記エンジン始動期間の後、排気の空燃比A/Fが14〜15の間の目標値を中心として10Hz以上の周波数で周期的にリッチ側及びリーン側に変化するように、少なくとも1つの気筒をリッチ側にまた別の少なくとも1つの気筒をリーン側に設定して、それぞれ前記センサからの信号に基づいて気筒内の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記上流側の触媒の活性化の進行に応じて排気空燃比の振れ幅が大きくなるように、前記空燃比フィードバック制御手段によって制御される気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更するとともに、前記上流側の触媒が全活性状態になれば、排気空燃比の振れ幅が相対的に小さくなるように、前記気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更する空燃比振幅変更手段と、
前記2つの触媒のうち上流側の触媒が全活性状態になれば、前記排気空燃比の変化の周期が相対的に長くなるように、前記空燃比フィードバック制御手段におけるリッチ側及びリーン側気筒の設定を変更する気筒設定変更手段と、を備えている
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
Provided in a multi-cylinder engine provided with a catalyst having a three-way purification function at least in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio downstream of the collection part of the exhaust system, and in order to promote the activation of the catalyst after the engine is started An air-fuel ratio control apparatus for an engine that periodically changes the air-fuel ratio of the engine to the rich side and the lean side in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio,
In the exhaust passage downstream of the catalyst, another catalyst having a three-way purification function is disposed at least in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio,
A sensor for detecting an air-fuel ratio of the exhaust in the vicinity of the exhaust collecting portion;
A fuel injection valve arranged to inject fuel directly into each cylinder;
In the engine starting period from cranking until the engine speed reaches a predetermined value, the fuel injection valve injects fuel at least in the compression stroke of each cylinder so that the air-fuel ratio in each cylinder becomes leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. A starting air-fuel ratio control means for controlling so that
After the engine start period, at least one cylinder is set so that the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas periodically changes to the rich side and the lean side at a frequency of 10 Hz or more around the target value between 14 and 15 Air-fuel ratio feedback control means for setting at least one other cylinder on the rich side to the lean side and feedback-controlling the air-fuel ratio in the cylinder based on the signals from the sensors,
While changing the rich and lean degree of the in-cylinder air-fuel ratio controlled by the air-fuel ratio feedback control means so that the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio becomes larger according to the progress of the activation of the upstream side catalyst, Air-fuel ratio amplitude changing means for changing the richness and leanness of the in-cylinder air-fuel ratio so that the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio becomes relatively small when the upstream catalyst becomes fully active;
Setting of the rich side and lean side cylinders in the air-fuel ratio feedback control means so that the upstream side of the two catalysts becomes fully active, the period of change of the exhaust air-fuel ratio becomes relatively long. And an air-fuel ratio control device for an engine.
請求項1〜3のいずれか1つに記載の空燃比制御装置において、
排気空燃比A/Fの目標値が14.6以下であることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
In the air-fuel ratio control device according to any one of claims 1 to 3,
An air-fuel ratio control apparatus for an engine, wherein a target value of the exhaust air-fuel ratio A / F is 14.6 or less.
請求項4に記載の空燃比制御装置において、
空燃比フィードバック制御手段は、
リッチ側の気筒において、排気空燃比の目標値とその振れ幅とに基づいて気筒内空燃比のリッチ側目標値を決定し、このリッチ側目標値に基づいて決定したリッチ側目標燃料噴射量をセンサからの信号によって補正する一方、
リーン側の気筒においては、前記排気空燃比の目標値に対応する全気筒平均の基準燃料噴射量と、これに対する前記リッチ側目標燃料噴射量の増分とをそれぞれ計算し、その基準燃料噴射量からリッチ側目標燃料噴射量の増分を減算して、リーン側の目標燃料噴射量を決定した上で、このリーン側目標燃料噴射量を前記センサからの信号によって補正するように構成されている
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
The air-fuel ratio control apparatus according to claim 4,
The air-fuel ratio feedback control means
In the rich side cylinder, the rich side target value of the in-cylinder air / fuel ratio is determined based on the target value of the exhaust air / fuel ratio and its fluctuation range, and the rich side target fuel injection amount determined based on the rich side target value is determined. While correcting by the signal from the sensor,
In the lean side cylinder, an average reference fuel injection amount for all cylinders corresponding to the target value of the exhaust air-fuel ratio and an increment of the rich target fuel injection amount with respect to this are calculated, and from the reference fuel injection amount, After determining the lean target fuel injection amount by subtracting the increment of the rich target fuel injection amount, the lean target fuel injection amount is corrected by a signal from the sensor. An air-fuel ratio control apparatus for an engine characterized.
請求項1〜5のいずれか1つに記載の空燃比制御装置において、
空燃比フィードバック制御手段は、各気筒をその点火順に交互にリッチ側、リーン側に設定することを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
In the air-fuel ratio control device according to any one of claims 1 to 5,
An air-fuel ratio feedback control means is characterized in that each cylinder is alternately set to the rich side and the lean side in the order of ignition thereof.
排気マニホルドの集合部下流に少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を有する触媒が接続された多気筒エンジンに備えられ、このエンジンの始動後に前記触媒の活性化を促進すべく、排気の空燃比を理論空燃比近傍でリッチ側及びリーン側に周期的に変化させるようにしたエンジンの空燃比制御装置であって、
前記触媒よりも下流の排気通路にも、少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を有する別の触媒が配設されており、
前記排気マニホルドの集合部近傍の排気の空燃比を検出するためのセンサと、
エンジン始動後の所定期間、排気の空燃比A/Fが14〜15の間の目標値を中心として周期的にリッチ側及びリーン側に変化するように、少なくとも1つの気筒をリッチ側にまた別の少なくとも1つの気筒をリーン側に設定して、それぞれ前記センサからの信号に基づいて気筒内の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記上流側の触媒の活性化の進行に応じて排気空燃比の振れ幅が大きくなるように、前記空燃比フィードバック制御手段によって制御される気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更するとともに、前記上流側の触媒が全活性状態になれば、排気空燃比A/Fの振れ幅が相対的に小さくなるように、前記気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更する空燃比振幅変更手段と、
前記2つの触媒のうち上流側の触媒が全活性状態になれば、前記排気空燃比の変化の周期が相対的に長くなるように、前記空燃比フィードバック制御手段におけるリッチ側及びリーン側気筒の設定を変更する気筒設定変更手段と、を備える
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
Provided in a multi-cylinder engine in which a catalyst having a three-way purification function at least in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio is connected downstream of the exhaust manifold manifold, and the exhaust air-fuel ratio is promoted to promote the activation of the catalyst after the engine is started An air-fuel ratio control device for an engine that periodically changes the air-fuel ratio to the rich side and the lean side in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio,
In the exhaust passage downstream of the catalyst, another catalyst having a three-way purification function is disposed at least in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio,
A sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust in the vicinity of the collection portion of the exhaust manifold;
At least one cylinder is divided into the rich side so that the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas periodically changes to the rich side and the lean side around the target value between 14 and 15 for a predetermined period after engine startup. Air-fuel ratio feedback control means for setting at least one cylinder of the engine to the lean side and feedback-controlling the air-fuel ratio in the cylinder based on signals from the sensors,
As amplitude of the exhaust air-fuel ratio is increased in accordance with the progress of activation of the upstream side of the catalyst, as well as changing the rich and degree of lean cylinder air-fuel ratio controlled by the air-fuel ratio feedback control means, Air-fuel ratio amplitude changing means for changing the richness and leanness of the in-cylinder air-fuel ratio so that the fluctuation range of the exhaust air-fuel ratio A / F becomes relatively small when the upstream catalyst becomes fully active. When,
Setting of the rich side and lean side cylinders in the air-fuel ratio feedback control means so that the upstream side of the two catalysts becomes fully active, the period of change of the exhaust air-fuel ratio becomes relatively long. air-fuel ratio control system for an engine, characterized in that it and a cylinder setting changing means for changing.
請求項7に記載の空燃比制御装置において、
空燃比フィードバック制御手段は、少なくとも上流側の触媒が所定の部分活性状態になるまでの間、排気空燃比が10Hz以上の周波数で周期的に変化するように、リッチ側及びリーン側気筒を各気筒の点火順に交互に設定するものであることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置
The air-fuel ratio control apparatus according to claim 7,
The air-fuel ratio feedback control means sets the rich-side and lean-side cylinders to each cylinder so that the exhaust air-fuel ratio periodically changes at a frequency of 10 Hz or more until at least the upstream catalyst is in a predetermined partial activation state. An air-fuel ratio control apparatus for an engine, which is alternately set in the order of ignition .
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