JP4586678B2 - Catalyst deterioration detection device for internal combustion engine - Google Patents

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この発明は、内燃機関の触媒劣化検出装置に係り、特に、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒の劣化を検出するための触媒劣化検出装置に関する。   The present invention relates to a catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine, and more particularly, to a catalyst deterioration detection device for detecting deterioration of a catalyst that purifies exhaust gas from an internal combustion engine.

従来、例えば特許文献1には、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の酸素吸蔵能(OSC(Oxygen Storage Capacity)能)を算出し、算出されたOSC能に基づいて触媒の劣化検出を行う触媒劣化検出装置が開示されている。より具体的には、この装置では、上流側触媒の上流における空燃比(以下、「目標空燃比」と称する)をリッチ側(またはリーン側)からリーン側(またはリッチ側)に変化させてから触媒下流の酸素センサの出力が反転するまでの時間に、上流側触媒が酸素を吸蔵する量(または酸素を放出する量)を計算することで、当該触媒のOSC能を算出している。そして、そのOSC能の値に基づいて触媒劣化を検出している(以下、「触媒劣化検出制御」と称する)。   Conventionally, for example, in Patent Document 1, an oxygen storage capacity (OSC (Oxygen Storage Capacity) capacity) of a catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine is calculated, and deterioration of the catalyst is detected based on the calculated OSC capacity. A catalyst deterioration detection device is disclosed. More specifically, in this apparatus, the air-fuel ratio upstream of the upstream catalyst (hereinafter referred to as “target air-fuel ratio”) is changed from the rich side (or lean side) to the lean side (or rich side). The OSC ability of the catalyst is calculated by calculating the amount of oxygen stored in the upstream catalyst (or the amount of oxygen released) until the output of the oxygen sensor downstream of the catalyst is reversed. Then, catalyst deterioration is detected based on the value of the OSC ability (hereinafter referred to as “catalyst deterioration detection control”).

図6は、上記の触媒劣化検出制御実行時の動作を説明するためのタイミングチャートである。図6中において、実線で示す波形は、触媒下流の酸素センサ(サブO2センサ)の出力が正常な場合を示し、破線で示す波形は、当該酸素センサの出力が異常な場合を示している。上述した触媒劣化検出制御の実行時には、図6(A)に示すように、目標空燃比がリーンとリッチの間で交互に変更される。目標空燃比がリーンに制御されている場合は、図6(B)に示すように、上流側触媒に吸蔵される酸素量を計数する吸蔵酸素カウンタosariseの値が増加していく。そして、酸素センサの出力oxsが反転した時点で、目標空燃比がリッチに変更される。目標空燃比がリッチに変更されると、吸蔵酸素カウンタosariseの値がリセットされ、その代わりに、上流側触媒から放出される酸素量を計数する放出酸素カウンタosafallの値が増加していく。そして、酸素センサの出力oxsが反転した時点で、目標空燃比が再びリーンに変更される。触媒劣化検出制御の実行中は、このような処理が繰り返される。 FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation when the catalyst deterioration detection control is executed. In FIG. 6, a waveform indicated by a solid line indicates a case where the output of the oxygen sensor (sub O 2 sensor) downstream of the catalyst is normal, and a waveform indicated by a broken line indicates a case where the output of the oxygen sensor is abnormal. . When the catalyst deterioration detection control described above is executed, the target air-fuel ratio is alternately changed between lean and rich, as shown in FIG. When the target air-fuel ratio is controlled to be lean, the value of the stored oxygen counter osarise for counting the amount of oxygen stored in the upstream catalyst increases as shown in FIG. 6 (B). Then, when the output oxs of the oxygen sensor is reversed, the target air-fuel ratio is changed to rich. When the target air-fuel ratio is changed to rich, the value of the stored oxygen counter osarise is reset, and instead, the value of the released oxygen counter osafall that counts the amount of oxygen released from the upstream side catalyst increases. Then, when the output oxs of the oxygen sensor is reversed, the target air-fuel ratio is changed to lean again. Such processing is repeated while the catalyst deterioration detection control is being executed.

特開2003−97334号公報JP 2003-97334 A 特公平7−33788号公報Japanese Patent Publication No. 7-33788 特開平11−200853号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-200853 特開2001−152913号公報JP 2001-152913 A 特開平8−121216号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-121216

上述した触媒劣化検出制御の実行中において、触媒後方の酸素センサの出力oxsが反転する直前のタイミング、すなわち、触媒の酸素吸蔵量が飽和または無くなるタイミングでは、触媒の浄化能が低下し始める。特に、目標空燃比がリッチとされている場合には、触媒に吸蔵された酸素が無くなる前に、HCの浄化能低下に伴い、触媒で浄化されにくいメタンの排出量が多くなる。酸素センサは、メタンに対して感受性が高い。このため、メタン濃度の高いガスが流通すると、酸素センサは実際の空燃比よりも高い(リッチ)出力を発する場合がある。図6(D)中に破線で示す波形は、酸素センサがそのような出力を発した場合の波形を示している。酸素センサがそのような異常な出力を発すると、同図中に実線で示す正常な波形に比して早いタイミングで酸素センサの出力が反転してしまう。   During the execution of the above-described catalyst deterioration detection control, at the timing immediately before the output oxs of the oxygen sensor behind the catalyst is reversed, that is, at the timing when the oxygen storage amount of the catalyst is saturated or disappears, the purification performance of the catalyst starts to decrease. In particular, when the target air-fuel ratio is rich, before the oxygen stored in the catalyst disappears, the amount of methane that is difficult to be purified by the catalyst increases as the HC purification capacity decreases. The oxygen sensor is sensitive to methane. For this reason, when a gas with a high methane concentration flows, the oxygen sensor may emit an output that is higher (rich) than the actual air-fuel ratio. A waveform indicated by a broken line in FIG. 6D shows a waveform when the oxygen sensor emits such an output. When the oxygen sensor emits such an abnormal output, the output of the oxygen sensor is reversed at an earlier timing than the normal waveform indicated by the solid line in FIG.

その結果、実際はまだ酸素吸蔵量に余裕があるのに、触媒が劣化しているものと誤って判定してしまう可能性がある。また、酸素センサが上記の異常な出力を発すると、触媒から酸素が放出されている途中で、放出から吸蔵に切り換えられてしまうこととなり、更に、図6(B)に示すように、次回の酸素吸蔵時における吸蔵可能量も低下してしまう。以上のように、酸素センサが上記のように異常な出力を示すと、触媒劣化検出制御時に、酸素センサの出力反転の挙動が安定しなくなってしまい、検出されるOSC能にばらつきが生じてしまう可能性がある。   As a result, there is a possibility that it may be erroneously determined that the catalyst has deteriorated even though there is still a surplus in the oxygen storage amount. Further, when the oxygen sensor emits the above abnormal output, it is switched from release to occlusion while oxygen is being released from the catalyst. Further, as shown in FIG. The storable amount during oxygen storage is also reduced. As described above, when the oxygen sensor exhibits an abnormal output as described above, the behavior of the output reversal of the oxygen sensor becomes unstable during the catalyst deterioration detection control, and the detected OSC ability varies. there is a possibility.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、触媒の後方に配置される排気ガスセンサの出力変動時の挙動を安定させ、これにより、触媒の劣化検出精度を向上させることのできる触媒劣化検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and stabilizes the behavior of the exhaust gas sensor disposed behind the catalyst when the output fluctuates, thereby improving the catalyst deterioration detection accuracy. An object of the present invention is to provide a catalyst deterioration detection device capable of performing the above.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気通路に設けられた触媒の下流に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側であるかまたは燃料リーン側であるかを検出する排気ガスセンサと、
前記触媒上流における目標空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側であるリッチベース目標空燃比と理論空燃比よりもリーン側であるリーンベース目標空燃比との間で交互に変動させるベース空燃比制御手段と、
前記目標空燃比が前記ベース空燃比制御手段によってリッチ側またはリーン側に切り換えられてからリーン側またはリッチ側に切り換えられるまでの過程で、前記触媒が放出する酸素量または吸蔵する酸素量を、前記触媒の酸素吸蔵能として取得する酸素吸蔵能取得手段と、
前記酸素吸蔵能に基づいて前記触媒の劣化を検出する触媒劣化検出手段と、を備える内燃機関の触媒劣化検出装置であって、
前記目標空燃比を、前記リッチベース目標空燃比およびまたは前記リーンベース目標空燃比に沿って、前記リッチベース目標空燃比およびまたは前記リーンベース目標空燃比に比して短周期かつ小振幅で変動させる第2空燃比制御手段を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the first invention is provided downstream of the catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is on the fuel rich side with respect to the stoichiometric air-fuel ratio or the fuel lean. An exhaust gas sensor for detecting whether
Base air-fuel ratio control that alternately varies the target air-fuel ratio upstream of the catalyst between a rich base target air-fuel ratio that is richer than the stoichiometric air-fuel ratio and a lean base target air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio Means,
In the process from when the target air-fuel ratio is switched to the rich side or the lean side by the base air-fuel ratio control means until the target air-fuel ratio is switched to the lean side or the rich side, the amount of oxygen released or stored by the catalyst is Oxygen storage capacity acquisition means for acquiring the oxygen storage capacity of the catalyst;
A catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine comprising: catalyst deterioration detection means for detecting deterioration of the catalyst based on the oxygen storage capacity;
The target air-fuel ratio is changed with a short period and a small amplitude in comparison with the rich base target air-fuel ratio and / or the lean base target air-fuel ratio along the rich base target air-fuel ratio and / or the lean base target air-fuel ratio. A second air-fuel ratio control means is provided.

また、第2の発明は、第1の発明において、前記短周期およびまたは前記小振幅は、前回の触媒劣化検出時に取得された酸素吸蔵能に基づいて決定されることを特徴とする。   The second invention is characterized in that, in the first invention, the short period and / or the small amplitude are determined based on an oxygen storage capacity acquired at the time of detecting the previous catalyst deterioration.

また、第3の発明は、第1または第2の発明において、前記短周期およびまたは前記小振幅は、吸入空気量に基づいて決定されることを特徴とする。   According to a third aspect, in the first or second aspect, the short period and / or the small amplitude are determined based on an intake air amount.

また、第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、前記短周期を、前記リッチベース目標空燃比およびまたは前記リーンベース目標空燃比に対する過剰酸素量および不足酸素量に基づいて制御する短周期制御手段を更に備えることを特徴とする。   According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the short period is based on the rich base target air-fuel ratio and / or the excess oxygen amount and the deficient oxygen amount with respect to the lean base target air-fuel ratio. It further comprises short cycle control means for controlling.

また、第5の発明は、第4の発明において、前記短周期制御手段は、前記第2空燃比制御手段による短周期変動の1サイクルにおける前記過剰酸素量と前記不足酸素量とを一致するように設定していることを特徴とする。   In a fifth aspect based on the fourth aspect, the short cycle control means matches the excess oxygen amount and the deficient oxygen amount in one cycle of short cycle fluctuations by the second air-fuel ratio control means. It is characterized by being set to.

また、第6の発明は、第1乃至第5の発明の何れかにおいて、前記第2空燃比制御手段は、前記ベース空燃比制御手段が前記リッチベース目標空燃比と前記リーンベース目標空燃比との間で前記目標空燃比を切り換える際に、前記リッチベース目標空燃比または前記リーンベース目標空燃比に対して理論空燃比に近い側から前記目標空燃比を変動させることを特徴とする。   In a sixth aspect based on any one of the first to fifth aspects, the second air-fuel ratio control means is configured such that the base air-fuel ratio control means includes the rich base target air-fuel ratio and the lean base target air-fuel ratio. When the target air-fuel ratio is switched between, the target air-fuel ratio is changed from the side closer to the theoretical air-fuel ratio with respect to the rich base target air-fuel ratio or the lean base target air-fuel ratio.

第1の発明によれば、リッチベース目標空燃比およびまたはリーンベース目標空燃比に沿って、当該リッチベース目標空燃比およびまたはリーンベース目標空燃比に比して短周期かつ小振幅で触媒上流における目標空燃比を変動させることにより、触媒の浄化能を向上させることができる。このため、本発明によれば、排気ガスセンサの出力変動時の挙動を安定させ、これにより、触媒の劣化検出精度を向上させることができる。   According to the first aspect of the invention, along the rich base target air-fuel ratio and / or lean base target air-fuel ratio, in the upstream of the catalyst with a short period and a small amplitude compared to the rich base target air-fuel ratio and / or lean base target air-fuel ratio. By changing the target air-fuel ratio, the purification performance of the catalyst can be improved. For this reason, according to the present invention, it is possible to stabilize the behavior of the exhaust gas sensor when the output fluctuates, thereby improving the catalyst deterioration detection accuracy.

第2の発明によれば、目標空燃比に短周期変動を与える際に、現在の酸素吸蔵能に対して過大な目標空燃比変動が与えられることを回避することができ、そのような過大な目標空燃比変動が与えられることに起因して、排気ガスのエミッション特性が悪化するのを防止することができる。   According to the second aspect of the present invention, when the target air-fuel ratio is subjected to short-period fluctuation, it is possible to avoid giving an excessive target air-fuel ratio fluctuation to the current oxygen storage capacity. It is possible to prevent the emission characteristics of the exhaust gas from being deteriorated due to the target air-fuel ratio fluctuation being given.

第3の発明によれば、目標空燃比に短周期変動を与える際に、吸入空気量の多寡によって酸素吸蔵能が破綻してしまうのを回避することができる。   According to the third aspect of the present invention, when the target air-fuel ratio is subjected to short period fluctuations, it is possible to avoid the oxygen storage capacity from failing due to a large amount of intake air.

第4の発明によれば、リッチベース目標空燃比およびまたはリーンベース目標空燃比に対する過剰酸素量および不足酸素量という重量を基準とするパラメータによって、短周期が制御されるため、空燃比変動を再現よく制御することができる。   According to the fourth aspect of the invention, the short cycle is controlled by the parameter based on the weight of the rich base target air-fuel ratio and the excess oxygen amount and the insufficient oxygen amount with respect to the lean base target air-fuel ratio, so that the air-fuel ratio fluctuation is reproduced. It can be controlled well.

第5の発明によれば、短周期変動後の目標空燃比を平均値でみた場合に、目標空燃比が、短周期変動が与えられる前のリッチベース目標空燃比またはリーンベース目標空燃比を維持するように制御することができる。このため、本発明によれば、短周期変動が与えられることに起因して、リッチ側或いはリーン側に意図しない目標空燃比のずれが生ずるのを防止することができる。   According to the fifth aspect, when the target air-fuel ratio after the short cycle fluctuation is viewed as an average value, the target air-fuel ratio is maintained at the rich base target air-fuel ratio or the lean base target air-fuel ratio before the short-cycle fluctuation is given. Can be controlled. For this reason, according to the present invention, it is possible to prevent an unintended shift in the target air-fuel ratio from occurring on the rich side or the lean side due to the short period fluctuation.

第6の発明によれば、目標空燃比がリッチベース目標空燃比とリーンベース目標空燃比との間で交互に変動する際に、目標空燃比の変化を最小とすることができ、これにより、内燃機関のトルク変動を抑え、排気ガスのエミッション特性の悪化を抑制することができる。   According to the sixth aspect, when the target air-fuel ratio varies alternately between the rich base target air-fuel ratio and the lean base target air-fuel ratio, the change in the target air-fuel ratio can be minimized, Torque fluctuations of the internal combustion engine can be suppressed, and deterioration of the exhaust gas emission characteristics can be suppressed.

実施の形態1.
[実施の形態1の装置の構成]
図1は、本発明の実施の形態1における内燃機関の触媒劣化検出装置の構成を説明するための図である。図1に示す通り、本実施形態の装置は、内燃機関の排気通路10に配置された上流触媒(S/C)12および下流触媒(U/F)14を備えている。上流触媒12および下流触媒14は、何れも、CO、HCおよびNOxを同時に浄化することのできる三元触媒である。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Device of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the apparatus of this embodiment includes an upstream catalyst (S / C) 12 and a downstream catalyst (U / F) 14 disposed in an exhaust passage 10 of the internal combustion engine. The upstream catalyst 12 and the downstream catalyst 14 are all three-way catalysts that can simultaneously purify CO, HC, and NOx.

上流触媒12の上流および下流には、それぞれメイン空燃比センサ16、およびサブO2センサ(酸素センサ)18が配置されている。メイン空燃比センサ16は、上流触媒12に流入する排気ガスの空燃比A/Fに対してほぼリニアな出力を発するセンサである。一方、サブO2センサ18は、上流触媒12から流出してくる排気ガスが理論空燃比に対してリッチである場合にリッチ出力(例えば0.8V)を発生し、また、その排気ガスがリーンである場合にリーン出力(例えば0.2V)を発生するセンサである。 A main air-fuel ratio sensor 16 and a sub O 2 sensor (oxygen sensor) 18 are disposed upstream and downstream of the upstream catalyst 12, respectively. The main air-fuel ratio sensor 16 is a sensor that emits a substantially linear output with respect to the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas flowing into the upstream catalyst 12. On the other hand, the sub O 2 sensor 18 generates a rich output (for example, 0.8 V) when the exhaust gas flowing out from the upstream catalyst 12 is rich with respect to the stoichiometric air-fuel ratio, and the exhaust gas is lean. In this case, the sensor generates a lean output (for example, 0.2 V).

メイン空燃比センサ16の出力、およびサブO2センサ18の出力は、それぞれECU(Electronic Control Unit)20に供給されている。ECU20には、更に、エアフロメータ22、回転数センサ24、および燃料噴射弁26などが接続されている。エアフロメータ22は、内燃機関の吸入空気量Gaを検出するセンサである。回転数センサ24は機関回転数Neに応じた出力を発するセンサである。また、燃料噴射弁26は、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射するための電磁弁である。 The output of the main air-fuel ratio sensor 16 and the output of the sub O 2 sensor 18 are respectively supplied to an ECU (Electronic Control Unit) 20. The ECU 20 is further connected to an air flow meter 22, a rotation speed sensor 24, a fuel injection valve 26, and the like. The air flow meter 22 is a sensor that detects an intake air amount Ga of the internal combustion engine. The rotational speed sensor 24 is a sensor that generates an output corresponding to the engine rotational speed Ne. The fuel injection valve 26 is an electromagnetic valve for injecting fuel into the intake port of the internal combustion engine.

[実施の形態1の特徴]
図2は、本実施形態の触媒劣化検出制御の特徴を説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図2(A)は、排気通路10における上流触媒12の上流の目標空燃比がリーン目標空燃比afreflとリッチ目標空燃比afrefrとを交互にベースとして矩形的に変化している際の波形を示している。また、図2(B)は、目標空燃比がリーンに制御されている際に、上流触媒12に吸蔵される酸素量を計数する吸蔵酸素カウンタosariseの変化を表す波形を示している。また、図2(C)は、リーン目標空燃比afreflを基準とした場合において、上流触媒12に過剰に供給される過剰酸素量を計数する過剰酸素量カウンタlosariseの変化を表す波形を、図2(D)は、リーン目標空燃比afreflを基準とした場合において、上流触媒12に供給される酸素の不足量を計数する不足酸素量カウンタlosafallの変化を表す波形を、それぞれ示している。また、図2(E)は、目標空燃比がリッチに制御されている際に、上流触媒12から放出される酸素量を計数する放出酸素カウンタosafallの変化を表す波形を、図2(F)および図2(G)は、リッチ目標空燃比afrefrに対する過剰酸素量カウンタrosariseおよび不足酸素量カウンタrosafallの変化を表す波形を、それそれ示している。更に、図2(H)は、上流触媒12の下流のサブO2センサ18の出力oxsの変化を表す波形を示している。
[Features of Embodiment 1]
FIG. 2 is a timing chart for explaining the characteristics of the catalyst deterioration detection control of the present embodiment. More specifically, FIG. 2A shows that the target air-fuel ratio upstream of the upstream catalyst 12 in the exhaust passage 10 changes in a rectangular manner with the lean target air-fuel ratio aflfl and the rich target air-fuel ratio afrref alternately. The waveform is shown. FIG. 2B shows a waveform representing a change in the stored oxygen counter osarise that counts the amount of oxygen stored in the upstream catalyst 12 when the target air-fuel ratio is controlled to be lean. FIG. 2C shows a waveform representing a change in the excess oxygen amount counter loss which counts the excess oxygen amount excessively supplied to the upstream catalyst 12 when the lean target air-fuel ratio aflfl is used as a reference. (D) shows waveforms representing changes in the deficient oxygen amount counter losafall for counting the deficient amount of oxygen supplied to the upstream catalyst 12 when the lean target air-fuel ratio aflfl is used as a reference. FIG. 2E shows a waveform representing a change in the released oxygen counter osafall that counts the amount of oxygen released from the upstream catalyst 12 when the target air-fuel ratio is controlled to be rich. FIG. 2G shows waveforms each representing changes in the excess oxygen amount counter rosarise and the deficient oxygen amount counter rosafall with respect to the rich target air-fuel ratio afrref. Further, FIG. 2H shows a waveform representing a change in the output oxs of the sub O 2 sensor 18 downstream of the upstream catalyst 12.

本実施形態における触媒劣化検出制御においても、吸蔵酸素カウンタosariseおよび放出酸素カウンタosafallのそれぞれのカウンタ値に基づいてOSC能を計算し、計算されたOSC能が所定の判定基準値よりも小さいときに、触媒に劣化が生じていると判断することとしている。そして、そのために、図2(A)に示すように、リーン目標空燃比afreflとリッチ目標空燃比afrefrとの間で、目標空燃比を交互に矩形的に変化させることとしている。ここでは、このように、リーン目標空燃比afreflとリッチ目標空燃比afrefrとの間で、目標空燃比を交互に矩形的に変化させている波形を、「目標空燃比のベース波形」または単に「ベース波形」と称する。本実施形態では、サブO2センサ出力oxsの反転時の挙動を安定させるべく、ベース波形に沿うようにして、特にこの図2の場合にはベース波形を変動中心として、目標空燃比にそのベース波形の変動に比して短い周期および振幅で短周期A/F変動を与えていることを特徴としている。 Also in the catalyst deterioration detection control in the present embodiment, the OSC ability is calculated based on the respective counter values of the stored oxygen counter osarise and the released oxygen counter osafall, and the calculated OSC ability is smaller than a predetermined determination reference value. The catalyst is judged to have deteriorated. For this purpose, as shown in FIG. 2A, the target air-fuel ratio is alternately changed in a rectangular manner between the lean target air-fuel ratio aflfl and the rich target air-fuel ratio afrref. Here, the waveform in which the target air-fuel ratio is alternately changed in a rectangular manner between the lean target air-fuel ratio afrefl and the rich target air-fuel ratio afrefr is referred to as the “target air-fuel ratio base waveform” or simply “ This is referred to as a “base waveform”. In the present embodiment, in order to stabilize the behavior at the time of inversion of the sub O 2 sensor output oxs, it follows the base waveform, and particularly in the case of FIG. It is characterized by providing a short period A / F fluctuation with a short period and amplitude compared to the fluctuation of the waveform.

具体的には、以下の手法で目標空燃比に短周期A/F変動を与えることとしている。尚、ここでは、目標空燃比がリッチ目標空燃比afrefrに制御されている場合を例にとって説明を進めることとする。
図2(A)に示すように、短周期A/F変動における振幅であるリッチ側振幅afamprefrは、目標空燃比のベース波形を変動中心として与えられる。本実施形態では、リッチ側振幅afamprefrを、前回の触媒劣化検出制御時に算出したOSC能(最大酸素吸蔵量Cmax値)と吸入空気量Gaとに基づいて決定することとしている。
Specifically, the short period A / F fluctuation is given to the target air-fuel ratio by the following method. Here, the description will proceed by taking as an example a case where the target air-fuel ratio is controlled to the rich target air-fuel ratio afrref.
As shown in FIG. 2A, the rich side amplitude afamprefr, which is the amplitude in the short cycle A / F fluctuation, is given with the base waveform of the target air-fuel ratio as the fluctuation center. In the present embodiment, the rich side amplitude afamprefr is determined based on the OSC ability (maximum oxygen storage amount Cmax value) calculated during the previous catalyst deterioration detection control and the intake air amount Ga.

また、本実施形態では、短周期A/F変動におけるリッチ側周期afsycrefrを定めるべく、過剰酸素量カウンタrosariseと不足酸素量カウンタrosafallとを設定している。これらのカウンタは、上述したように、リッチ目標空燃比afrefrに対する過剰酸素量または不足酸素量を時間経過とともに計数するカウンタであり、これらのカウンタ値がそれぞれの目標値rosarisetg、rosafalltgに達した時点で、短周期A/F変動において、目標空燃比がリッチ目標空燃比を基準としてリッチ側振幅afamprefrの1/2の値分だけ反転するように設定されている。換言すると、リッチ側周期afsycrefrは、それらの目標値rosarisetg、rosafalltgを変えることで変更可能である。   In the present embodiment, the excess oxygen amount counter rosarise and the deficient oxygen amount counter rosafall are set in order to determine the rich side cycle afsycrefr in the short cycle A / F fluctuation. As described above, these counters are counters that count the amount of excess oxygen or the amount of deficient oxygen with respect to the rich target air-fuel ratio afrefr as time passes, and when these counter values reach the respective target values rosarisetg and rosafalltg. In short cycle A / F fluctuations, the target air-fuel ratio is set so as to be inverted by a value half that of the rich-side amplitude afamprefr with respect to the rich target air-fuel ratio. In other words, the rich-side cycle afsycrefr can be changed by changing their target values rosarisetg and rosafalltg.

リッチ側周期afsycrefrは、リッチ側振幅afamprefrと同様に、前回計算したOSC能と吸入空気量Gaとに基づいて決定されている。より具体的には、上記の目標値rosarisetg、rosafalltgが前回計算したOSC能と吸入空気量Gaとに基づいて決定されており、これらの過剰酸素量の目標値rosarisetgおよび不足酸素量の目標値rosafalltgの値を調整することで、リッチ側周期afsycrefrが理想の周期(例えば0.5〜3Hz)となるように制御される。また、本実施形態では、短周期A/F変動を与えたことによって、平均値としてみた場合における目標空燃比がベース波形からずれないようにすべく、短周期A/F変動の1サイクルにおける過剰酸素量と不足酸素量とが一致するように制御されている。   The rich side period afsycrefr is determined based on the previously calculated OSC ability and intake air amount Ga, similarly to the rich side amplitude afamprefr. More specifically, the above target values rosarisetg and rosafalltg are determined based on the previously calculated OSC ability and intake air amount Ga, and these excess oxygen amount target value rosarisetg and insufficient oxygen amount target value rosafalltg By adjusting the value of, the rich side cycle afsycrefr is controlled to be an ideal cycle (for example, 0.5 to 3 Hz). Further, in this embodiment, by giving the short cycle A / F fluctuation, the short period A / F fluctuation is excessive in one cycle so that the target air-fuel ratio when viewed as an average value does not deviate from the base waveform. The amount of oxygen and the amount of deficient oxygen are controlled to match.

また、本実施形態では、触媒劣化検出制御の実行中に空燃比変動に伴うトルク変動や排気ガスのエミッション特性の悪化を抑制すべく、ベース波形における目標空燃比がリーン目標空燃比afreflとリッチ目標空燃比afrefrとの間で切り換えられる際に、図2(A)に示すように、ストイキに近い側から目標空燃比が短周期A/F変動を開始するように設定している。   Further, in the present embodiment, the target air-fuel ratio in the base waveform is set to the lean target air-fuel ratio afrefl and the rich target in order to suppress the torque fluctuation accompanying the air-fuel ratio fluctuation and the deterioration of the exhaust gas emission characteristics during the execution of the catalyst deterioration detection control. When switching between the air-fuel ratio afrefr, as shown in FIG. 2A, the target air-fuel ratio is set to start short-cycle A / F fluctuations from the side close to the stoichiometry.

[実施の形態1における具体的処理]
次に、図3および図4を参照して、上記の機能を実現するために、本実施形態においてECU20が実行する具体的な処理を説明する。尚、図3および図4は、それらが合わさって一連の完成された処理、すなわち、本実施形態の触媒劣化検出制御のルーチンを示すものである。
[Specific Processing in Embodiment 1]
Next, specific processing executed by the ECU 20 in the present embodiment in order to realize the above-described function will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 3 and 4 show a series of completed processes, that is, a routine for catalyst deterioration detection control of this embodiment.

本ルーチンでは、先ず、図3において、内燃機関および上流触媒12の暖機が完了しているか否かが判別される(ステップ100)。その結果、暖機が完了していると判定された場合には、触媒劣化検出制御を実行可能であるか否か、具体的には、内燃機関が安定した運転状態にあるか否かが判別される(ステップ102)。上記ステップ100において暖機が完了していないと判定された場合、および、上記ステップ102において触媒劣化検出制御を実行可能でないと判定された場合には、本ルーチンの処理が終了される。この場合は、上流触媒12の劣化判定制御を精度良く行うことができないと判断される。   In this routine, first, in FIG. 3, it is determined whether or not the internal combustion engine and the upstream catalyst 12 have been warmed up (step 100). As a result, when it is determined that the warm-up is completed, it is determined whether or not the catalyst deterioration detection control can be executed, specifically, whether or not the internal combustion engine is in a stable operating state. (Step 102). If it is determined in step 100 that the warm-up has not been completed, and if it is determined in step 102 that the catalyst deterioration detection control cannot be executed, the processing of this routine is terminated. In this case, it is determined that the deterioration determination control of the upstream catalyst 12 cannot be performed with high accuracy.

上記ステップ102において、触媒劣化検出制御を実行可能であると判定された場合には、触媒劣化検出制御が開始される(ステップ104)。具体的には、先ず、リッチ側振幅afamprefrと、リッチ目標空燃比afrefrに対する過剰酸素量カウンタrosariseの過剰酸素目標値rosarisetgと、リッチ目標空燃比afrefrに対する不足酸素量カウンタrosafallの不足酸素目標値rosafalltgとが算出される(ステップ106)。   If it is determined in step 102 that the catalyst deterioration detection control can be executed, the catalyst deterioration detection control is started (step 104). Specifically, first, the rich side amplitude afamprefr, the excess oxygen target value rosarisetg of the excess oxygen amount counter rosarise with respect to the rich target air-fuel ratio afrefr, and the deficient oxygen target value rosafalltg of the deficient oxygen amount counter rosafall with respect to the rich target air-fuel ratio afrefr Is calculated (step 106).

上記ステップ106の処理をより詳細に説明する。上記ステップ106では、先ず、前回の触媒劣化検出制御時に算出された上流触媒12のOSC能と現時点の吸入空気量Gaが取得される。リッチ側振幅afamprefrは、それらの前回のOSC能と吸入空気量Gaに基づいて決定される。より具体的には、リッチ側振幅afamprefrは、前回のOSC能が大きいほど大きくなるように設定され、また、吸入空気量Gaが多くなるほど小さくなるように設定される。更に、触媒のOSC能は、触媒温度が高いほど大きくなるという性質を有している。従って、リッチ側振幅afamprefrは、上流触媒12の現時点の温度が高いほど大きくなるように設定してもよい。   The process of step 106 will be described in more detail. In step 106, first, the OSC ability of the upstream catalyst 12 and the current intake air amount Ga calculated during the previous catalyst deterioration detection control are acquired. The rich side amplitude afamprefr is determined based on the previous OSC ability and the intake air amount Ga. More specifically, the rich-side amplitude afamprefr is set so as to increase as the previous OSC performance increases, and is set to decrease as the intake air amount Ga increases. Furthermore, the OSC ability of the catalyst has the property that it increases as the catalyst temperature increases. Therefore, the rich side amplitude afamprefr may be set to increase as the current temperature of the upstream catalyst 12 increases.

リッチ側周期afsycrefrは、上述したように、例えば0.5〜3Hz程度の値とされるのが望ましい。そこで、上記ステップ106においては、過剰酸素目標値rosarisetgおよび不足酸素目標値rosafalltgは、前回のOSC能および吸入空気量Gaを考慮しつつ、リッチ側周期afsycrefrが上記の狙い値となるように設定される。具体的には、前回のOSC能が大きいほど、リッチ側周期afsycrefrが長くなるように過剰酸素目標値rosarisetgおよび不足酸素目標値rosafalltgが設定される。また、吸入空気量Gaが大きいほど、リッチ側周期afsycrefrが短くなるように過剰酸素目標値rosarisetgおよび不足酸素目標値rosafalltgが設定される。更に、過剰酸素目標値rosarisetgおよび不足酸素目標値rosafalltgは、短周期A/F変動の1サイクルにおける過剰酸素量と不足酸素量とが一致するような値に設定される。   As described above, the rich-side cycle afsycrefr is preferably set to a value of about 0.5 to 3 Hz, for example. Therefore, in step 106, the excess oxygen target value rosarisetg and the deficient oxygen target value rosafalltg are set so that the rich-side cycle afsycrefr becomes the above-mentioned target value while considering the previous OSC ability and the intake air amount Ga. The Specifically, the excess oxygen target value rosarisetg and the deficient oxygen target value rosafalltg are set so that the rich side cycle afsycrefr becomes longer as the previous OSC capability is larger. Further, the excess oxygen target value rosarisetg and the deficient oxygen target value rosafalltg are set so that the rich side period afsycrefr becomes shorter as the intake air amount Ga is larger. Further, the excess oxygen target value rosarisetg and the deficient oxygen target value rosafalltg are set to values such that the excess oxygen amount and the deficient oxygen amount in one cycle of the short-cycle A / F fluctuation match.

図3においては、次に、目標空燃比が、リッチ目標空燃比afrefrとリッチ側振幅afamprefrの1/2の値とを加算した値に設定される(ステップ108)。次いで、酸素センサ18の出力oxsがリッチ反転基準値oxsRより大きいか否かが判別される(ステップ110)。その結果、oxs>oxsRの判定が成立する場合には、図4中に示す*1に移り、一方、oxs>oxsRの判定が不成立である場合には、触媒劣化検出制御が継続可能であるか否かが判別される(ステップ112)。   In FIG. 3, next, the target air-fuel ratio is set to a value obtained by adding the rich target air-fuel ratio afrefr and a half value of the rich-side amplitude afamprefr (step 108). Next, it is determined whether or not the output oxs of the oxygen sensor 18 is larger than the rich inversion reference value oxsR (step 110). As a result, when the determination of oxs> oxsR is established, the process proceeds to * 1 shown in FIG. 4. On the other hand, when the determination of oxs> oxsR is not established, can the catalyst deterioration detection control be continued? It is determined whether or not (step 112).

上記ステップ112において、触媒劣化検出制御が継続可能、つまり、内燃機関が継続して安定した運転状態にあると判断できる場合には、リッチ目標空燃比afrefrに対する過剰酸素量カウンタrosariseの値が、過剰酸素目標値rosarisetgよりも大きいか否かが判別される(ステップ114)。その結果、過剰酸素量カウンタrosariseの値が過剰酸素目標値rosarisetgに達しない間は、現在の目標空燃比が継続して使用される。尚、ここでは、現在の目標空燃比を継続使用することとしているが、これに限らず、吸入空気量Gaの値を随時更新することとし、吸入空気量Gaの更新値に基づいてリッチ側振幅afamprefrを更新することにより目標空燃比を更新するようにしてもよい。   If the catalyst deterioration detection control can be continued in step 112, that is, if it can be determined that the internal combustion engine is continuously in a stable operating state, the value of the excess oxygen amount counter rosarise with respect to the rich target air-fuel ratio afrefr is excessive. It is determined whether or not it is larger than the oxygen target value rosarisetg (step 114). As a result, while the value of the excess oxygen amount counter rosarise does not reach the excess oxygen target value rosarisetg, the current target air-fuel ratio is continuously used. Here, the current target air-fuel ratio is continuously used. However, the present invention is not limited to this, and the value of the intake air amount Ga is updated as needed, and the rich side amplitude is determined based on the updated value of the intake air amount Ga. The target air-fuel ratio may be updated by updating afamprefr.

一方、上記ステップ114において、過剰酸素量カウンタrosariseの値が過剰酸素目標値rosarisetgに達したと判定された場合には、目標空燃比が、リッチ目標空燃比afrefrからリッチ側振幅afamprefrの1/2の値を減算した値に設定される(ステップ116)。上記ステップ116において設定された目標空燃比は、リッチ目標空燃比afrefrに対する不足酸素量カウンタrosafallの値が不足酸素目標値rosafalltgよりも大きいと判定されるまでの間(ステップ122)、酸素センサ18の出力oxsが反転したり、触媒劣化検出制御の継続が不可とならない限り(ステップ118、120)、継続使用される。   On the other hand, if it is determined in step 114 that the value of the excess oxygen counter rosarise has reached the excess oxygen target value rosarisetg, the target air-fuel ratio is reduced from the rich target air-fuel ratio afrefr to 1/2 the rich-side amplitude afamprefr. (Step 116). The target air-fuel ratio set in step 116 is until the value of the deficient oxygen amount counter rosafall with respect to the rich target air-fuel ratio afrref is determined to be larger than the deficient oxygen target value rosafalltg (step 122). Unless the output oxs is inverted or the catalyst deterioration detection control cannot be continued (steps 118 and 120), the output oxs is continuously used.

その一方で、目標空燃比が上記ステップ108の値と上記ステップ116の値との間で交互に変動している間に、酸素センサ出力oxsがリッチ反転基準値oxsRを上回った場合には、次いで、図4に示す*1以降の一連の処理が実行される。具体的には、先ず、現在の放出酸素カウンタosafallの値がECU20のメモリに格納された後にクリアされる(ステップ200)。次いで、触媒劣化検出制御が継続可能である場合には(ステップ202)、リーン側振幅afampreflと、リーン目標空燃比afreflに対する過剰酸素量カウンタlosariseの過剰酸素目標値losarisetgと、リーン目標空燃比afreflに対する不足酸素量カウンタlosafallの不足酸素目標値losafalltgとが算出される(ステップ204)。これらの値は、上記ステップ106におけるリッチ側の設定と同様に設定されるものであるため、ここではその詳細な説明を省略する。   On the other hand, if the oxygen sensor output oxs exceeds the rich inversion reference value oxsR while the target air-fuel ratio is alternately changing between the value of step 108 and the value of step 116, then, A series of processes after * 1 shown in FIG. 4 are executed. Specifically, first, the current value of the released oxygen counter osafall is cleared after being stored in the memory of the ECU 20 (step 200). Next, when the catalyst deterioration detection control can be continued (step 202), the lean side amplitude afamprefl, the excess oxygen target value losarisetg of the excess oxygen amount counter losarise with respect to the lean target air fuel ratio aflfl, and the lean target air fuel ratio aflfl The deficient oxygen target value losafalltg of the deficient oxygen amount counter losafall is calculated (step 204). Since these values are set in the same manner as the setting on the rich side in step 106, detailed description thereof is omitted here.

次に、目標空燃比が、リーン目標空燃比afreflとリーン側振幅afampreflの1/2の値とを加算した値に設定される(ステップ206)。上記ステップ206において設定された目標空燃比は、リーン目標空燃比afreflに対する過剰酸素量カウンタlosariseの値が過剰酸素目標値losarisetgよりも大きいと判定されるまでの間(ステップ214)、酸素センサ18の出力oxsが反転したり、触媒劣化検出制御の継続が不可とならない限り(ステップ210、212)、継続使用される。   Next, the target air-fuel ratio is set to a value obtained by adding the lean target air-fuel ratio afrefl and a half value of the lean side amplitude afamprefl (step 206). The target air-fuel ratio set in step 206 is until the value of the excess oxygen amount counter “losarise” with respect to the lean target air-fuel ratio “afrefl” is determined to be larger than the excess oxygen target value “losarisetg” (step 214). Unless the output oxs is inverted or the catalyst deterioration detection control cannot be continued (steps 210 and 212), the output is continuously used.

一方、上記ステップ214において、過剰酸素量カウンタlosariseの値が過剰酸素目標値losarisetgに達したと判定された場合には、目標空燃比が、リーン目標空燃比afreflからリーン側振幅afampreflの1/2の値を減算した値に設定される(ステップ216)。上記ステップ216において設定された目標空燃比は、リーン目標空燃比afreflに対する不足酸素量カウンタlosafallの値が不足酸素目標値losafalltgよりも大きいと判定されるまでの間(ステップ222)、酸素センサ18の出力oxsが反転したり、触媒劣化検出制御の継続が不可とならない限り(ステップ218、220)、継続使用される。   On the other hand, if it is determined in step 214 that the value of the excess oxygen amount counter “losarise” has reached the excess oxygen target value “losarisetg”, the target air-fuel ratio is reduced from the lean target air-fuel ratio afrefl to ½ of the lean side amplitude afamprefl. (Step 216). The target air-fuel ratio set in step 216 is until the value of the deficient oxygen amount counter losafall with respect to the lean target air-fuel ratio aflfl is determined to be larger than the deficient oxygen target value losafalltg (step 222). Unless the output oxs is reversed or the catalyst deterioration detection control cannot be continued (steps 218 and 220), the output is continuously used.

上記ステップ206〜222の処理が実行されている間に、上記ステップ210または218において、酸素センサ出力oxsがリーン反転基準値oxsLより小さいと判定された場合には、次いで、吸蔵酸素カウンタosariseの値がECU20のメモリに格納された後にクリアされる(ステップ224)。   While it is determined in step 210 or 218 that the oxygen sensor output oxs is smaller than the lean inversion reference value oxsL while the processes in steps 206 to 222 are being performed, the value of the stored oxygen counter osarise is then used. Is cleared in the memory of the ECU 20 (step 224).

次に、今回の触媒劣化検出制御における一連の検出処理が完了したか否かが判別される(ステップ226)。具体的には、吸蔵酸素カウンタosariseおよび放出酸素カウンタosafallの値をそれぞれ2回以上格納することができたか否か、かつ、それらの格納されたデータが安定したデータであるか否かが判別される。その結果、そのようなデータを未だ格納できていないと判断した場合には、触媒劣化検出制御を継続可能か否かを判定し(ステップ228)、継続可能であれば、図3中に示す*2以降の一連の処理が実行される。   Next, it is determined whether or not a series of detection processes in the current catalyst deterioration detection control is completed (step 226). Specifically, it is determined whether or not the values of the stored oxygen counter osarise and the released oxygen counter osafall can each be stored twice or more, and whether or not the stored data is stable data. The As a result, when it is determined that such data has not yet been stored, it is determined whether or not the catalyst deterioration detection control can be continued (step 228). A series of processes after 2 are executed.

一方、上記ステップ226において、触媒劣化検出制御における一連の検出処理が完了したと判定された場合には、次いで、触媒12のOSC能(最大酸素吸蔵量Cmax値)が、Cmax=(osarise+osafall)/2という関係に従って算出される(ステップ230)。次いで、上記ステップ230において算出された最大酸素吸蔵量Cmaxが触媒12の劣化の有無を判定する判定基準値Cmaxsより小さいか否かが判別される(ステップ232)。その結果、Cmax<Cmaxsの関係が不成立であると判定された場合には、触媒12が劣化していないと判定され、今回の触媒劣化検出制御が終了される。一方、Cmax<Cmaxsの関係が成立すると判定された場合には、上流触媒12が劣化していると判定され、触媒12の異常を運転者に警告するための異常ランプが点灯される(ステップ234)。   On the other hand, if it is determined in step 226 that a series of detection processes in the catalyst deterioration detection control has been completed, then the OSC ability (maximum oxygen storage amount Cmax value) of the catalyst 12 is Cmax = (osarise + osafall) / It is calculated according to the relationship 2 (step 230). Next, it is determined whether or not the maximum oxygen storage amount Cmax calculated in step 230 is smaller than a determination reference value Cmaxs for determining whether the catalyst 12 has deteriorated (step 232). As a result, when it is determined that the relationship of Cmax <Cmaxs is not established, it is determined that the catalyst 12 has not deteriorated, and the current catalyst deterioration detection control is terminated. On the other hand, when it is determined that the relationship of Cmax <Cmaxs is established, it is determined that the upstream catalyst 12 has deteriorated, and an abnormality lamp for warning the driver of the abnormality of the catalyst 12 is turned on (step 234). ).

図5は、上記の図3および図4に示すルーチンの処理により得られる効果を説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図5は、上述した本実施形態の短周期A/F変動を目標空燃比に与えた場合と与えていない場合とを比較して示す図である。図5(C)および図5(D)は、上流触媒12の下流におけるCOおよびTHCの排出量を示している。図5(C)および図5(D)によれば、本実施形態のように目標空燃比に短周期A/F変動を与えると、そのような短周期A/F変動を与えていない場合に比して、時間経過に伴うCOおよびTHCの増大が抑制されているのが判る。つまり、目標空燃比に短周期A/F変動を与えると、酸素センサ18の出力反転時における触媒12の浄化能が向上しているのが判る。   FIG. 5 is a timing chart for explaining the effects obtained by the processing of the routines shown in FIGS. More specifically, FIG. 5 is a diagram showing a comparison between the case where the short-period A / F fluctuation of the present embodiment described above is given to the target air-fuel ratio and the case where it is not given. FIG. 5C and FIG. 5D show the CO and THC emissions downstream of the upstream catalyst 12. According to FIG. 5C and FIG. 5D, when the short cycle A / F variation is given to the target air-fuel ratio as in this embodiment, such a short cycle A / F variation is not given. In comparison, it can be seen that the increase in CO and THC over time is suppressed. That is, it can be seen that when the short-period A / F fluctuation is given to the target air-fuel ratio, the purification performance of the catalyst 12 at the time of output reversal of the oxygen sensor 18 is improved.

このため、目標空燃比がリッチ側に制御されている場合に、触媒12に吸蔵された酸素が無くなる直前におけるHCの排出が抑制され、酸素センサ18の出力に悪影響を与えるメタンの排出量が減少する。その結果、図5(B)に示すように、目標空燃比に短周期A/F変動を与えた場合には、それを与えていない場合に比してサブO2センサ12の出力変化量が大きくなる。つまり、より正常な出力変化特性を示すようになる。以上のように、本実施形態の制御によれば、酸素センサ18の出力反転時の挙動を安定させ、これにより、触媒12の劣化検出の精度を向上させることができる。 For this reason, when the target air-fuel ratio is controlled to the rich side, the HC emission immediately before the oxygen stored in the catalyst 12 disappears is suppressed, and the methane emission that adversely affects the output of the oxygen sensor 18 is reduced. To do. As a result, as shown in FIG. 5B, when the short-period A / F fluctuation is given to the target air-fuel ratio, the output change amount of the sub O 2 sensor 12 is larger than that when it is not given. growing. That is, a more normal output change characteristic is exhibited. As described above, according to the control of the present embodiment, the behavior of the oxygen sensor 18 when the output is reversed can be stabilized, thereby improving the accuracy of detecting the deterioration of the catalyst 12.

仮に劣化が進行し始めることでOSC能が低下しつつある触媒に対して、現在のOSC能に対して過大な目標空燃比の変動を与えると、触媒がそのような空燃比変化を吸収できず、触媒劣化検出制御中の排気ガスのエミッション特性の悪化を招く。上記ルーチンでは、短周期A/F変動における振幅afamprefr、afampreflを、前回のOSCに基づいて設定、より具体的には、前回のOSC能が大きいほど大きくなるように設定しているため、そのような排気エミッションの悪化を抑制することができる。   If a catalyst whose OSC capacity is decreasing due to the start of deterioration, if the target air-fuel ratio changes excessively with respect to the current OSC capacity, the catalyst cannot absorb such changes in the air-fuel ratio. Further, the emission characteristics of exhaust gas during catalyst deterioration detection control are deteriorated. In the above routine, the amplitude afamprefr and afamprefl in the short cycle A / F fluctuation are set based on the previous OSC, more specifically, the larger the previous OSC capability, the larger the setting, so that Deterioration of exhaust emissions can be suppressed.

また、仮に同じ量だけ目標空燃比に変動が与えられていても、吸入空気量Gaが異なれば、リーンまたはリッチ制御中に放出または吸蔵される酸素量も異なるものとなる。上記ルーチンでは、短周期A/F変動における振幅afamprefr、afampreflを、吸入空気量Gaに基づいて設定、より具体的には、吸入空気量Gaが多くなるほど小さくなるように設定しているため、短周期A/F変動を行う際に、酸素吸蔵能が即座に破綻してしまうのを回避することができる。   Even if the target air-fuel ratio is varied by the same amount, if the intake air amount Ga is different, the amount of oxygen released or stored during lean or rich control will also be different. In the above routine, the amplitudes afamprefr and afamprefl in the short cycle A / F fluctuation are set based on the intake air amount Ga, and more specifically, set so as to decrease as the intake air amount Ga increases. When the cycle A / F fluctuation is performed, it is possible to avoid the oxygen storage capacity from immediately breaking down.

また、上記のルーチンでは、短周期A/F変動における周期afsycrefr、afsycreflを、リッチ目標空燃比afrefrおよびリーン目標空燃比afreflに対する酸素過不足量(過剰酸素量カウンタrosariseなど)に基づいて調整することとしている。このような手法によれば、空燃比のような比をベースにして調整する手法ではなく、酸素量(吸入空気量Gaから取得)という重量をベースとするパラメータで、短周期A/F変動における周期afsycrefr、afsycreflを調整することができるため、空燃比変動を再現よく制御することが可能となる。   In the above routine, the cycle afsycrefr and afsycrefl in the short cycle A / F fluctuation are adjusted based on the oxygen excess / deficiency amount (excess oxygen amount counter rorise, etc.) with respect to the rich target air-fuel ratio afrref and the lean target air-fuel ratio aflfl. It is said. According to such a method, it is not a method of adjusting based on a ratio such as an air-fuel ratio, but a parameter based on the weight of oxygen amount (obtained from the intake air amount Ga), and in a short cycle A / F fluctuation Since the periods afsycrefr and afsycrefl can be adjusted, the air-fuel ratio fluctuation can be controlled with good reproducibility.

また、上記のルーチンでは、過剰酸素量カウンタrosariseなどを用いて、短周期A/F変動の1サイクルにおける過剰酸素量と不足酸素量とが一致するように設定している。このような設定によれば、目標空燃比に短周期A/F変動を与えた場合であっても、短周期A/F変動後の目標空燃比を平均値でみた場合に、目標空燃比が、短周期A/F変動を与える前の基準となるリッチ目標空燃比afrefrおよびリーン目標空燃比afreflを維持するように制御することができる。このため、短周期A/F変動が与えられることに起因して、リッチ側或いはリーン側に意図しない目標空燃比のずれが生ずるのを防止することができる。   In the above routine, the excess oxygen amount in one cycle of the short-cycle A / F fluctuation is set to coincide with the deficient oxygen amount using an excess oxygen amount counter rose or the like. According to such a setting, even when the short-period A / F fluctuation is given to the target air-fuel ratio, the target air-fuel ratio becomes smaller when the target air-fuel ratio after the short-cycle A / F fluctuation is viewed as an average value. Thus, it is possible to perform control so as to maintain the rich target air-fuel ratio afrefr and the lean target air-fuel ratio afrefl, which are references before giving the short-cycle A / F fluctuation. For this reason, it is possible to prevent an unintended shift of the target air-fuel ratio from occurring on the rich side or the lean side due to the short cycle A / F fluctuation.

また、上記のルーチンでは、目標空燃比をリッチ側で短周期A/F変動させる場合には、上記ステップ116ではなく上記ステップ108を最初に実行させることとしている。これは、目標空燃比をリーン側で短周期A/F変動させる場合も同様で、ステップ216ではなく上記ステップ206を最初に実行させることとしている。つまり、これらの処理では、触媒劣化検出制御の実行時に、目標空燃比がリッチ目標空燃比afrefrとリーン目標空燃比afreflとの間で交互に矩形変化をする際に、常に、ストイキに近い空燃比側から短周期A/F変動を開始させている。これらの処理によれば、酸素センサ18の出力反転に伴う目標空燃比の変更時における目標空燃比の変化を最小とすることができ、内燃機関のトルク変動を抑え、排気ガスのエミッション特性の悪化を抑制することができる。   In the above routine, when the target air-fuel ratio is changed on the rich side for a short period A / F, the above step 108 is executed first instead of the above step 116. This is the same when the target air-fuel ratio is changed on the lean side by a short period A / F, and step 206 is executed first instead of step 216. That is, in these processes, when the catalyst deterioration detection control is executed, when the target air-fuel ratio alternately changes rectangularly between the rich target air-fuel ratio afrefr and the lean target air-fuel ratio afrefl, the air-fuel ratio close to the stoichiometry is always obtained. The short period A / F fluctuation is started from the side. According to these processes, the change of the target air-fuel ratio when the target air-fuel ratio is changed due to the output reversal of the oxygen sensor 18 can be minimized, the torque fluctuation of the internal combustion engine is suppressed, and the exhaust gas emission characteristics are deteriorated. Can be suppressed.

ところで、上述した実施の形態1においては、上流触媒12の下流における空燃比を酸素センサ18によって検出することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、上流触媒12の下流における空燃比を空燃比センサによって検出するようにしてもよい。   By the way, in Embodiment 1 described above, the air-fuel ratio downstream of the upstream catalyst 12 is detected by the oxygen sensor 18, but the present invention is not limited to this, and the air downstream of the upstream catalyst 12 is empty. The fuel ratio may be detected by an air-fuel ratio sensor.

尚、上述した実施の形態1においては、サブO2センサ(酸素センサ)18が前記第1の発明における「排気ガスセンサ」に、リッチ目標空燃比afrefrが前記第1の発明における「リッチベース目標空燃比」に、リーン目標空燃比afreflが前記第1の発明における「リーンベース目標空燃比」に、それぞれ相当している。
また、ECU20が、上記ステップ108および110、116および118、206および208、並びに、214および216の処理を実行することにより前記第1の発明における「ベース空燃比制御手段」が、上記ステップ200、222、228の処理を実行することにより前記第1の発明における「酸素吸蔵能取得手段」が、上記ステップ230の処理を実行することにより前記第1の発明における「触媒劣化検出手段」が、上記ステップ104〜122、204〜220の処理を実行することにより前記第1の発明における「第2空燃比制御手段」が、それぞれ実現されている。
また、ECU20が上記ステップ106、114、122、204、212、220の処理を実行することにより、前記第4の発明における「短周期制御手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the sub O 2 sensor (oxygen sensor) 18 is the “exhaust gas sensor” in the first invention, and the rich target air-fuel ratio arefr is the “rich base target air” in the first invention. The lean target air-fuel ratio afrfl corresponds to the “lean base target air-fuel ratio” in the first aspect of the invention.
Further, when the ECU 20 executes the processing of steps 108 and 110, 116 and 118, 206 and 208, and 214 and 216, the “base air-fuel ratio control means” in the first aspect of the invention becomes the step 200, By executing the processes 222 and 228, the “oxygen storage capacity acquisition means” in the first invention is executed, and the “catalyst deterioration detection means” in the first invention is executed by executing the process in step 230. By executing the processes of steps 104 to 122 and 204 to 220, the “second air-fuel ratio control means” in the first aspect of the present invention is realized.
Further, the “short cycle control means” in the fourth aspect of the present invention is realized by the ECU 20 executing the processing of steps 106, 114, 122, 204, 212, and 220.

本発明の実施の形態1における内燃機関の触媒劣化検出装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the catalyst deterioration detection apparatus of the internal combustion engine in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の触媒劣化検出制御の特徴を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating the characteristic of the catalyst deterioration detection control of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 図3および図4に示すルーチンの処理により得られる効果を説明するためのタイミングチャートである。FIG. 5 is a timing chart for explaining an effect obtained by the processing of the routine shown in FIGS. 3 and 4. FIG. 従来の触媒劣化検出制御実行時の動作を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating operation | movement at the time of the conventional catalyst deterioration detection control execution.

符号の説明Explanation of symbols

10 排気通路
12 上流触媒
16 メイン空燃比センサ
18 サブO2センサ(酸素センサ)
20 ECU(Electronic Control Unit)
afamprefl リーン側振幅
afamprefr リッチ側振幅
afrefl リーン目標空燃比
afrefr リッチ目標空燃比
afsycrefr リッチ側周期
losafall 不足酸素量カウンタ
losafalltg 不足酸素目標値
losarise 過剰酸素量カウンタ
losarisetg 過剰酸素目標値
osafall 放出酸素カウンタ
osarise 吸蔵酸素カウンタ
oxs 酸素センサ出力
rosafall 不足酸素量カウンタ
rosafalltg 不足酸素目標値
rosaries 過剰酸素量カウンタ
rosarisetg 過剰酸素目標値
10 Exhaust passage 12 Upstream catalyst 16 Main air-fuel ratio sensor 18 Sub O 2 sensor (oxygen sensor)
20 ECU (Electronic Control Unit)
afamprefl Lean side amplitude
afamprefr Rich side amplitude
afrefl Lean target air-fuel ratio
afrefr Rich target air-fuel ratio
afsycrefr Rich cycle
losafall deficient oxygen counter
losafalltg deficient oxygen target value
losarise excess oxygen counter
losarisetg Excess oxygen target value
osafall release oxygen counter
osarise occlusion oxygen counter
oxs oxygen sensor output
rosafall deficient oxygen counter
rosafalltg deficient oxygen target value
rosaries excess oxygen counter
rosarisetg Excess oxygen target value

Claims (6)

内燃機関の排気通路に設けられた触媒の下流に設けられ、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチ側であるかまたは燃料リーン側であるかを検出する排気ガスセンサと、
前記触媒上流における目標空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側であるリッチベース目標空燃比と理論空燃比よりもリーン側であるリーンベース目標空燃比との間で交互に変動させるベース空燃比制御手段と、
前記目標空燃比が前記ベース空燃比制御手段によってリッチ側またはリーン側に切り換えられてからリーン側またはリッチ側に切り換えられるまでの過程で、前記触媒が放出する酸素量または吸蔵する酸素量を、前記触媒の酸素吸蔵能として取得する酸素吸蔵能取得手段と、
前記酸素吸蔵能に基づいて前記触媒の劣化を検出する触媒劣化検出手段と、を備える内燃機関の触媒劣化検出装置であって、
前記目標空燃比を、前記リッチベース目標空燃比およびまたは前記リーンベース目標空燃比に沿って、前記リッチベース目標空燃比およびまたは前記リーンベース目標空燃比に比して短周期かつ小振幅で変動させる第2空燃比制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の触媒劣化検出装置。
An exhaust gas sensor provided downstream of the catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and detecting whether the air-fuel ratio of the exhaust gas is a fuel rich side or a fuel lean side of the stoichiometric air fuel ratio;
Base air-fuel ratio control that alternately varies the target air-fuel ratio upstream of the catalyst between a rich base target air-fuel ratio that is richer than the stoichiometric air-fuel ratio and a lean base target air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio Means,
In the process from when the target air-fuel ratio is switched to the rich side or the lean side by the base air-fuel ratio control means until the target air-fuel ratio is switched to the lean side or the rich side, the amount of oxygen released or stored by the catalyst is Oxygen storage capacity acquisition means for acquiring the oxygen storage capacity of the catalyst;
A catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine comprising: catalyst deterioration detection means for detecting deterioration of the catalyst based on the oxygen storage capacity;
The target air-fuel ratio is changed with a short period and a small amplitude in comparison with the rich base target air-fuel ratio and / or the lean base target air-fuel ratio along the rich base target air-fuel ratio and / or the lean base target air-fuel ratio. An internal combustion engine catalyst deterioration detection device comprising a second air-fuel ratio control means.
前記短周期およびまたは前記小振幅は、前回の触媒劣化検出時に取得された酸素吸蔵能に基づいて決定されることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。   2. The catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the short period and / or the small amplitude are determined based on an oxygen storage capacity acquired at the time of the previous detection of catalyst deterioration. 前記短周期およびまたは前記小振幅は、吸入空気量に基づいて決定されることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。   3. The catalyst deterioration detection apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the short period and / or the small amplitude is determined based on an intake air amount. 前記短周期を、前記リッチベース目標空燃比およびまたは前記リーンベース目標空燃比に対する過剰酸素量および不足酸素量に基づいて制御する短周期制御手段を更に備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。   4. The short cycle control means for controlling the short cycle based on the rich base target air-fuel ratio and / or an excess oxygen amount and a deficient oxygen amount with respect to the lean base target air-fuel ratio. The catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine according to any one of the preceding claims. 前記短周期制御手段は、前記第2空燃比制御手段による短周期変動の1サイクルにおける前記過剰酸素量と前記不足酸素量とを一致するように設定していることを特徴とする請求項4記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。   5. The short cycle control means is set to match the excess oxygen amount and the deficient oxygen amount in one cycle of short cycle fluctuations by the second air-fuel ratio control means. The catalyst deterioration detection apparatus of the internal combustion engine. 前記第2空燃比制御手段は、前記ベース空燃比制御手段が前記リッチベース目標空燃比と前記リーンベース目標空燃比との間で前記目標空燃比を切り換える際に、前記リッチベース目標空燃比または前記リーンベース目標空燃比に対して理論空燃比に近い側から前記目標空燃比を変動させることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項記載の内燃機関の触媒劣化検出装置。
The second air-fuel ratio control means is configured to switch the rich base target air-fuel ratio or the rich base target air-fuel ratio when the base air-fuel ratio control means switches the target air-fuel ratio between the rich base target air-fuel ratio and the lean base target air-fuel ratio. 6. The catalyst deterioration detection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the target air-fuel ratio is changed from the side closer to the stoichiometric air-fuel ratio with respect to the lean base target air-fuel ratio.
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