JP4608758B2

JP4608758B2 - Air-fuel ratio control device for internal combustion engine

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Publication number: JP4608758B2
Application number: JP2000309163A
Authority: JP
Inventors: 章元渡辺
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2020-10-10
Also published as: JP2002115581A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空燃比リーン域でのリーン燃焼を行わせる内燃機関の空燃比制御装置に係わり、リーン燃焼時に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するためのＮＯｘ吸蔵型触媒を有する内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
燃費の効率化が求められる近年では、理論空然比よりも燃料の薄い状態で内燃機関を燃焼させるいわゆるリーンバーン制御が多様化されつつある。こうしたリーン燃焼を行わせる場合に問題となるのは、内燃機関から排出される排出ガス成分の一つであるＮＯｘ（窒素酸化物）の浄化が挙げられる。そこで、このリーン燃焼時に排出されるＮＯｘを削減する技術が求められている。
【０００３】
この問題を解決するために、機関排気管にＮＯｘ吸蔵触媒等をもうけて排出ＮＯｘを吸蔵させ、ＮＯｘ触媒にある程度ＮＯｘが吸蔵されたらリッチ成分を供給することによりＮＯｘを還元し、浄化して排出する技術がある。さらに、我々は特願平１０−１８７７３０号で、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元・放出するために制御されるリッチ成分の供給量を、酸素濃度センサの出力に基づいて精度良く制御する技術を提案した。より具体的には、排出されるＮＯｘを酸素濃度センサにより検出し、検出値を積算していくことでＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを計算している。そして、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量として予め設定されている判定値とＥＣＵにより算出されるＮＯｘの積算量とを比較し、積算量が判定値を越えたときにリッチ成分を供給しＮＯｘを還元・放出するように制御している。
【０００４】
【発明が解決する課題】
ところが、ＮＯｘ触媒前に配設される触媒が酸素貯蔵能力を有する場合、リーン領域での燃焼からＮＯｘを還元するためにリッチ領域での燃焼へ切り換える（以降、リーン→リッチ切り換えという）と、前記触媒に酸素貯蔵能力（ストレージ効果）があるためにＨＣ、ＣＯと酸素との酸化・還元反応が生じる。これにより三元触媒後の空燃比が速やかにリッチ領域へと切り替わらない。
【０００５】
空燃比がリッチ領域への切り換えが緩やかであると図１２に示すように、三元触媒により浄化されないＮＯｘ量、つまりＮＯｘ排出量が多い空燃比（１６〜１８）領域を通過する時間が長くなってしまい、ＮＯｘを排出させてしまう。これによりリーン→リッチ切り換え時に多量のＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸蔵されるので、このとき排出したＮＯｘを還元させるために、リッチパージ時間が長くなってしまうという問題がある。また、リッチ領域での燃焼からリーン領域での燃焼への切り換え（以降、リッチ→リーン切り換えという）時に、ＮＯｘを排出してしまうとリーン制御への切り換え初期からＮＯｘ吸蔵触媒へ多量のＮＯｘが吸蔵されることとなる。これにより、ＮＯｘ吸蔵容量（ＮＯｘ吸蔵量の判定値）をリッチ→リーン切り換え時に発生するＮＯｘが消費してしまい、ＮＯｘ吸蔵判定値までの容量を十分に利用することができない。
【０００６】
そこで本発明では、空燃比の切換えの際に三元触媒下流に排出されるＮＯｘを低減することのできる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決すための手段】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元・放出するために行われるリッチパージ制御手段は、リーン→リッチ切り換え時の空燃比（第１の空燃比）が、一時的にその後のリッチパージ中の空燃比（第２の空燃比）よりリッチとなるように制御するリッチパージ開始時制御手段と、リッチパージ中の空燃比（第２の空燃比）を一定に制御する手段を備える。
【０００８】
これにより、酸素貯蔵能力を有する排気管通路上流側に配設された触媒、例えば、三元触媒に貯蔵された酸素をすばやく消費することができ、リーン→リッチ切り換え時にＮＯｘを多量に排出する空燃比領域を速やかに通過する。すなわち、リーン→リッチ切り換え時に排出されるＮＯｘを抑制することができるので、このとき発生するＮＯｘを還元させるためのリッチパージ時間を短くすることができる。
【０００９】
なお、ＮＯｘ吸蔵触媒は、ＮＯｘを吸蔵、または吸着する触媒である。また、いわゆるリーン制御はリーン制御手段によってなされる空燃比制御のことであり、リッチーパージ制御はリッチパージ制御手段によってなされる空燃比制御のことである。リッチパージ制御手段は、リッチパージ開始時制御とリッチパージ制御とからなりリッチパージ開始時制御手段により設定される空燃比は、リッチパージ制御により設定される空燃比よりもリッチに設定される。また、ここで行われるリーン制御とリッチパージ制御とは、フィードバック制御を用いて空燃比を制御しても良いし、オープン制御を用いて空燃比を制御しても良い。
【００１０】
さらに、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、リッチパージ制御手段は、リッチパージ制御からリーン制御に復帰する際に、一時的に空燃比がリーン制御手段により制御される空燃比よりリーンとなるように制御する。
【００１１】
このため、リッチ→リーン切り換え時に発生するＮＯｘを抑制することができ、切り換え時に吸蔵されるＮＯｘ量を低減することができる。これにより、リーン制御により排出されるＮＯｘをＮＯｘ吸蔵容量（ＮＯｘ吸蔵判定値）まで十分に利用することができる。
【００１２】
請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、リッチパージ開始時に一時的に設定される空燃比をその後のリッチパージ制御中の空燃比へ収束させる第１の収束手段を備えるので、リッチパージ制御の設定する空燃比への追従性と、トルク変動などを抑制したすみやかな制御性を実現することができる。
【００１３】
請求項３記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、請求項１または請求項２のいずれか一つに記載の内燃機関の空燃比制御装置において、リーン復帰制御手段により設定される空燃比をリーン制御手段により設定される空燃比へ収束させる第２の収束手段を備えるので、リーン制御が設定する空燃比への追従性と、トルク変動などを抑制したすみやかな制御性を実現することができる。
【００１４】
請求項４記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、請求項１乃至請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、リーン復帰制御手段および／またはリッチパージ開始時制御手段により設定される空燃比は、第１の運転状態検手段により検出される運転状態に基づいて設定される。これにより、様々な運転状態に応じて排出されるＮＯｘを低減させるのに最適な空燃比制御を行うことができる。
【００１５】
請求項５記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、請求項４に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、内燃機関の負荷を検出する。
【００１６】
これにより、内燃機関の負荷によりＨＣ、ＣＯの量が変化するので、これを検出することで、ＨＣ、ＣＯを速やかに消費する空燃比に制御できる。
【００１７】
請求項６記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、運転状態検出手段として吸入空気量を検出し、検出した吸入空気量に基づいて空燃比を設定する。吸入空気量の変化により上流側触媒（三元触媒）に流入するＨＣ、ＣＯの量が変化する。ところで、前記触媒に貯蔵される酸素を速やかに消費するためには、リーン→リッチ切り換え時において、空燃比をすばやくリッチ燃焼へと切り換えることが必要であるので、上述のような制御を実施することで、酸素を消費するのに最適なＨＣ、ＣＯの発生量、すなわち最適な空燃比制御をすることができる。
【００１８】
請求項７記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、リッチパージ制御手段からリーン復帰制御に移る際に、一時的にその後のリッチパージ中の空燃比よりリッチとなるように空燃比を制御する。これにより空燃比がリッチ→リーン切り換え時にＮＯｘを多く排出させてしまう領域を速やかに通過するので、ＮＯｘ触媒に貯蔵されるＮＯｘを低減でき、ＮＯｘ吸蔵判定値までの容量を十分に利用することが可能となる。
【００１９】
請求項８の発明によれば、請求項７に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、リーン制御手段は、リーン復帰制御手段により設定される空燃比を前記リーン制御手段により設定される空燃比へ収束させる第２の収束手段を備える。
【００２０】
これにより、リーン制御が設定する空燃比への追従性と、トルク変動などを抑制したすみやかな制御性を実現することができる。
【００２１】
請求項９の発明によれば、請求項７または請求項８のいずれか一つに記載の内燃機関の空燃比制御装置において、内燃機関の運転状態を検出する第２の運転状態検出手段を備え、リーン復帰制御手段により設定される空燃比は、第２の運転状態検出手段により検出される運転状態に基づいて設定される。
【００２２】
これにより、様々な運転状態に応じて排出されるＮＯｘを低減させるのに最適な空燃比制御を行うことができる。
【００２３】
請求項１０の発明によれば、請求項９に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、第２の運転状態検出手段は、内燃機関の負荷を検出する。請求項５記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、請求項４に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、内燃機関の負荷を検出する。
【００２４】
これにより、内燃機関の負荷によりＨＣ、ＣＯの量が変化するので、これを検出することで、ＨＣ、ＣＯを速やかに消費する空燃比に制御できる。
【００２５】
請求項１１の発明によれば、請求項１０に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、内燃機関の負荷は、吸入空気量であり、検出した吸入空気量に基づいて空燃比を設定する。吸入空気量の変化により上流側触媒（三元触媒）に流入するＨＣ、ＣＯの量が変化する。ところで、前記触媒に貯蔵される酸素を速やかに消費するためには、リーン→リッチ切り換え時において、空燃比をすばやくリッチ燃焼へと切り換えることが必要であるので、上述のような制御を実施することで、酸素を消費するのに最適なＨＣ、ＣＯの発生量、すなわち最適な空燃比制御をすることができる。
【００２６】
【実施の形態】
＜第１の実施形態＞
以下、この発明を具体化した第１の実施形態を図面にしたがって説明する。本実施形態における空燃比制御システムでは、内燃機関に供給する混合気の目標空燃比を理論空然比よりもリーン側に設定し、その目標空燃比に基づいてリーン燃焼を行わせる、いわゆるリーンバーン制御を実施する。同システムの主たる構成として、内燃機関の排気系通路の途中には酸素貯蔵能力を有する三元触媒とＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下、ＮＯｘ触媒という）とが設けられ、内燃機関と三元触媒との間には限界電流式の空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）が配設される。そして、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置（以下、ＥＣＵという）は、Ａ／Ｆセンサによる検出結果を取り込み、その検出結果に基づいて空燃比をフィードバック制御する。以下に、図面を用いてその詳細な構成を説明する。
【００２７】
図１は、本実施の形態における空燃比制御システムの概略構成図である。図１に示されるように、内燃機関は４気筒４サイクルの火花点火式エンジン（以下、エンジン１という）として構成されている。その吸入空気は上流よりエアクリーナ２、吸気管３、スロットル弁４、サージタンク５およびインテークマニホールド６を通過して、インテークマニホールド６内で各気筒毎の燃料噴射弁７から噴射された燃料と混合される。そして、所定空燃比の混合気として各気筒に供給される。
【００２８】
エンジン１の各気筒に設けられた点火プラグ８は点火コイル９にて発生された高電圧により前記各気筒の混合気を所定タイミングで点火する。燃焼後に各気筒から排出される排出ガスは、エキゾーストマニホールド１１および排気管１２を経て、排ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの三成分を浄化するのための三元触媒１３と、排ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒１４とを通過した後、大気に排出される。
【００２９】
ここで、ＮＯｘ触媒１４は、主にリーン空燃比での燃焼時においてＮＯｘを吸蔵し、リッチ空燃比での燃焼時において前記吸蔵したＮＯｘをリッチ成分（ＣＯ、ＨＣなど）で還元し放出する。また、三元触媒１３は、ＮＯｘ触媒１４に比べてその容量が小さく、エンジン１の低温始動後において早期に活性化されて有害ガスを浄化する触媒である。また、この三元触媒１３は酸素貯蔵能力を備えており、多少空燃比がずれた状態であっても貯蔵した酸素によりＨＣ、ＣＯを浄化することができる。
【００３０】
吸気管３には吸入空気量を検出するエアフロメータ２１が設けられている。また、スロットル弁４には同弁４の開度（スロットル開度ＴＨ）を検出するためのスロットルセンサ２３が設けられ、このスロットルセンサ２３はスロットル開度ＴＨに応じたアナログ信号を出力する。スロットルセンサ２３はアイドルスイッチを内蔵しており、スロットル弁４が略全閉である旨の検出信号を出力する。さらにスロットル弁４はスロットルアクチュエータ１５により駆動される。スロットルアクチュエータ１５としては周知のＤＣモータ、トルクモータ等が用いられる。
【００３１】
エンジン１のシリンダブロックには水温センサ２４が設けられ、この水温センサ２４はエンジン１内を循環する冷却水の温度（冷却水温Ｔｈｗ）を検出する。
エンジン１のクランクケースにはエンジン１の回転速度（エンジン回転速度Ｎｅ）を検出するための回転速度センサ２５が設けられている。
【００３２】
さらに、前記排気管１２において三元触媒１３の上流には、限界電流式のＡ／Ｆセンサ２７が配設されており、同センサ２７はエンジン１から排出される排ガスの酸素濃度（或いは、未燃ガス中のＣＯ濃度）に比例して広域で且つリニアな空燃比信号を出力する。なお、Ａ／Ｆセンサ２７は、素子部（固体電解質および拡散抵抗層）の活性化を図るためのヒータ４７を備える。Ａ／Ｆセンサ２７としては、断面コップ形状に形成された素子部を有するコップ型センサや、あるいは板状の素子部とヒータ４７とが積層されて成る積層型センサが適用できる。
【００３３】
ＥＣＵ３０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ（いずれも図示しない）などを中心に論理演算回路として構成され、前記各センサの検出信号に基づいて燃料噴射量、点火時期Ｉｇなどの制御信号を算出し、さらにそれらの制御信号を燃料噴射弁７、点火コイル９にそれぞれ出力する。
【００３４】
また、ＥＣＵ３０内のＣＰＵは、Ａ／Ｆセンサ２７のヒータ通電量をデューティ制御して同センサ２７を活性状態で維持する。本実施形態では、Ａ／Ｆセンサ２７のヒータ４７に対して必要な電力量を供給し、当該センサ２７の素子温を活性温度域で保持するようにしている。
【００３５】
次に、上述の如く構成される空燃比制御システムの作動を図２から図４のフローチャートを用いて説明する。
【００３６】
図２は、ＥＣＵ３０が処理するリーンバーン制御のメインルーチンである。
【００３７】
最初に、ステップ１０にてリッチパージ制御が必要か否かを示すフラグＦｒの判定が行われる。リッチパージ制御の開始を示すフラグＦｒは、ステップ２０以降のＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ吸蔵量が判定値を越えたときにリーン制御からリッチパージ制御に切り換えるための役割を果たす。このフラグＦｒが０であると判定されるとステップ２０に進む。ステップ２０では空燃比センサ２７により排ガス中のＮＯｘ量ＮＯＭＯＬ（モル）を推定する。ＮＯＭＯＬ値の推定に際し、その時々のエンジン回転速度Ｎｅと吸入空気量とに応じたＮＯｘ基本量を求めると共に、図５の関係を用いてその時々の空燃比に応じたＡ／Ｆ補正値を求める。そして、ＮＯｘ基本量とＡ／Ｆ補正値とを乗算してその積をＮＯｘ量ＮＯＭＯＬとする（ＮＯＭＯＬ＝ＮＯｘ基本量・Ａ／Ｆ補正値）。
【００３８】
ちなみに、図５では理論空然比（λ＝１）でＡ／Ｆ補正値＝１．０が設定され、それよりもリーン側では「１．０」以上のＡ／Ｆ補正値が設定される。ただし、空燃比がある程度よりもリーン側（例えばＡ／Ｆ＞１６）では燃焼温度が下がるためにそれ以上の増加側の補正が不要となり、Ａ／Ｆ補正値は所定の値に収束する。
【００３９】
その後、ＣＰＵは、ステップ３０でＮＯｘ積算量を算出する。このとき、前記ステップ２０で算出したＮＯＭＯＬ値をＮＯｘ積算値の前回値に加算し、その和をＮＯｘ積算値の今回値とする（ＮＯｘ積算値＝ＮＯｘ積算値＋ＮＯｘ量）。
【００４０】
さらに、ＣＰＵは、ステップ４０で前記算出したＮＯｘ積算値が所定の判定値Ｃ１を越えたか否かを判別する。判定値Ｃ１は固定値でもよいし、たとえば、図１４の関係を用い、ＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ吸蔵能力に応じて可変にしても良いし、予めＮＯｘ触媒１４の劣化を見込んで判定値Ｃ１を設定しても良い。なお、ＮＯｘ吸蔵能力が高いほど、ＮＯｘ触媒１４の劣化度合いが小さいことを意味する。
【００４１】
ＮＯｘ積算値が判定値Ｃ１よりも小さければ（ステップ４０がＮｏ）、ステップ５０に進む。ＣＰＵは、ここでリーン制御を行い、本ルーチンを終了する。ここで言うリーン制御は、最良の燃費点で制御するために空燃比を理論空然比より大幅にリーン側で制御している。空燃比がリーンのときはＮＯｘ発生量自体は多くないものの、三元触媒１３の浄化率が低くなるため、三元触媒１３から排出されるＮＯｘの量は空燃比が理論空然比のときに比べて多くなる。このため、三元触媒１３から排出されたＮＯｘをＮＯｘ触媒１４にて吸蔵している。リーン制御手段による空燃比の設定方法は、従来より行われているリーンバーンシステムに用いられているもので良い。また、ステップ４０にて、ＮＯｘ積算量が判定値Ｃ１を越えたときは、ステップ６０にてリッチパージ制御を開始するためにフラグＦｒに１を立てて本ルーチンを終了する。
【００４２】
次に、ステップ１０にて、フラグＦｒが１、すなわちリッチパージ制御を開始するときはステップ７０に進む。ステップ７０では、リッチパージ制御が終了か否かを判定するフラグＦｓｔｐが０か否かが判定され、フラグＦｓｔｐが０のとき、すなわちリッチパージ制御が終了前であると判定された場合は、ステップ１００にて後述する図３のリッチパージ制御を行って本ルーチンを終了する。一方、フラグＦｓｔｐが１のとき、すなわちリッチパージ制御を終了するためのリーン復帰制御開始時は、ステップ２００に進み、後述する図４のリーン復帰制御を行って本ルーチンを終了する。
【００４３】
次に図３のフローチャートを説明する。図３のリッチパージ制御は、図２のフローチャートのステップ１００にてサブルーチンコールされる処理である。当該フローチャートは、ＮＯｘ触媒１４のＮＯｘ吸蔵量が判定値Ｃ１に達したときに、吸蔵されているＮＯｘを還元・放出するためにリッチパージを行う処理であり、このリッチパージ制御は本発明の特徴を有する。
【００４４】
まず、ステップ１０１では、吸入空気量Ｑ、スロットル開度ＴＨ、機関温度Ｔｈｗ、などの運転状態に基づいて目標空燃比Ｒｔａｒが設定される。そして、ステップ１０２へ進み、リーン→リッチ切り換え後最初の空燃比設定が終了したことを示すフラグＦｆｉｒが１か否かが判定される。フラグＦｆｉｒが１でなければ（フラグ＝０）、ステップ１０３へ進む。ステップ１０３では、リッチパージ開始時に設定される空燃比Ｒｆｉの演算が行われる。
【００４５】
空燃比Ｒｆｉは、リーン制御からリッチパージが速やかに行われるように、目標空燃比Ｒｔａｒよりもリッチな空燃比に設定するための値である。空燃比Ｒｆｉの設定方法として例えば、図６（ａ）に示すように内燃機関の回転速度に対応するマップを呼び出し、マップから運転状態に応じた空燃比Ｒｆｉを求めている。これによるとＨＣ、ＣＯの変化量に応じて三元触媒１３に貯蔵された酸素を速やかに消費し、空燃比をすばやくリッチへすることができる。また、リッチパージ開始時に設定される空燃比Ｒｆｉの算出方法は、内燃機関の回転速度のみならず、内燃機関の負荷や吸入空気量などに基づいて設定されるものでも良い。更に、固定値に設定してもよく、固定値にした場合は、マップの呼び出しなどのステップ数を削減できるのでＣＰＵへの負担を軽減することができる。また、ＲｆｉをＲｆｉ＝Ｒｔａｒ−αとして設定し、目標空燃比Ｒｔａｒより常に所定空燃比だけリッチ側の空燃比となるように設定しても良い。もちろんαの値を可変設定、例えば内燃機関の負荷等に応じて設定するようにしても良い。このようにして空燃比Ｒｆｉが設定されるとステップ１０４へ進む。
【００４６】
ステップ１０４では、リッチパージ制御手段が設定するリッチパージ空燃比として、ステップ１０３で算出した空燃比Ｒｆｉが設定される。そして、ステップ１０５に進み、リーン→リッチ切り換え後最初のリッチパージ空燃比の設定が終了したことを示すフラグＦｆｉｒを１にセットし本ルーチンを終了する。
【００４７】
ステップ１０２にて、フラグＦｆｉｒが１であれば、ステップ１０６へ進む。
ステップ１０６では、空燃比Ｒｆｉを減衰させ目標空燃比Ｒｔａｒに収束させるための減衰量Ｇｒｅが算出される。減衰量Ｇｒｅは図６（ｂ）に示されるように内燃機関の回転速度に対応するマップに基づいて設定される。また、この減衰量Ｇｒｅの算出方法は、内燃機関の回転速度のみならず、内燃機関の負荷や吸入空気量などに基づいて設定されるものでもよい。さらに、固定値に設定しても良く、固定値にした場合は、マップの呼び出しなどのステップ数を削減できるのでＣＰＵへの負担を軽減することができる。このようにして減衰量が設定されるとステップ１０７へ進む。
【００４８】
ステップ１０７では、リッチパージ制御が終了しているか否かが判定される。
例えば、リッチパージ制御終了か否かの判定方法として、次のような方法を用いることができる。まず、図２のフローチャートのステップ３０にて算出されたＮＯｘ積算量に基づきＮＯｘ触媒に吸蔵された全ＮＯｘを還元・放出するのに必要なリッチパージ総量を予め算出する。予め算出されたリッチパージ総量を判定値とし、毎回のＣＰＵの処理毎に実際にリッチパージ量を積算しリッチパージ積算値が前記判定値を越えたか否かを判定する。そしてリッチパージ積算値が判定値を越えたときに、リッチパージ制御の終了とする。ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するのに必要なリッチパージ空燃比の算出方法としては、吸入空気量とエンジン回転速度に基づいたマップから求める。他にも、吸気圧（ＰＭ）をパラメータとしても良い。
【００４９】
リッチパージ制御が終了していないと判定された場合は、ステップ１０８へ進み、リッチパージ空燃比をリッチパージの前回値からステップ１０６で算出した減衰量Ｇｒｅを差し引く（リッチパージ空燃比＝前回値―減衰量Ｇｒｅ）ことで設定する。そして、ステップ１０９では、ステップ１０１で設定された目標空燃比Ｒｔａｒとステップ１０８で算出されたリッチパージ空燃比を比較し、リッチパージ空燃比が目標空燃比Ｒｔａｒよりリッチであると（リッチパージ空燃比―目標空燃比Ｒｔａｒ＞０）、このまま本ルーチンを終了する。また、ステップ１０９にて、リッチパージ空燃比が目標空燃比Ｒｔａｒよりリーンになると、（リッチパージ空燃比―目標空燃比Ｒｔａｒ＜０）、ステップ１１０に進み、リッチパージ空燃比を目標空燃比Ｒｔａｒに設定して本ルーチンを終了する。
【００５０】
ステップ１０７にて、リッチパージ制御が終了であると判定されると、ステップ１１１にてリッチパージ制御終了を示すフラグＦｓｔｐを１にセットし、ステップ１１２にてリーン→リッチ切り換え後の最初の空燃比設定をしたか否かを示すフラグＦｆｉｒを０（初期化）にセットし、本ルーチンを終了する。
【００５１】
このように、本ルーチンでは、目標空燃比Ｒｔａｒより更にリッチな空燃比をリッチパージ開始時の空燃比Ｒｆｉとして設定する。更に本実施例においては、このＲｆｉを運転状態に応じて設定するようにしている。これにより、三元触媒１３に貯蔵された酸素をすばやく消費し、三元触媒下流の空燃比を速やかにリーン→リッチ／リッチ→リーンに切り換えることができる。すなわち、本発明ではリーン→リッチ／リッチ→リーン切り換えの際に三元触媒１３の下流にＮＯｘがもっとも排出される空燃比をきわめて短時間で通過することになり、リーンからリッチ、リッチからリーンの切り換えの際に排出されるＮＯｘを低減することができる。
【００５２】
なお、本ルーチンでは、リッチパージ開始時制御の空燃比を目標空燃比Ｒｔａｒへ収束させる方法として運転状態に応じた減衰量Ｇｒｅを設定しているが、予め所定値を設定しておいてもよい。減衰量Ｇｒｅを所定値とすることで本ルーチンのステップ１０３を削除することができるためＣＰＵへの負担を軽減することができる。
【００５３】
次に、図2のステップ２００にてサブルーチンコールされるリーン復帰制御について、図４を用いて詳細を説明する。
【００５４】
本ルーチンは、リッチパージ制御が終了すると行われる制御である。まず、ステップ２０１にて、目標空燃比Ｌｔａｒが内燃機関の回転速度Ｎｅや吸入空気量などに基づいて設定される。次に、ステップ２０２にてリーン復帰制御による最初の空燃比の設定が終了したか否かを判定するフラグＦｓｅｃが読み込まれる。フラグＦｓｅｃが０である場合、すなわちリーン復帰制御による最初の空燃比が未設定である場合は、ステップ２０４に進み、空燃比Ｌｆｉを算出する。空燃比Ｌｆｉｒは、リーン復帰制御手段により設定され、図１３（ａ）に示されるような内燃機関の回転速度Ｎｅに応じたマップに基づいて算出される。なお、回転速度Ｎｅのみならず内燃機関の負荷や吸入空気量等からに基づいて設定されてもよい。そして、ステップ２０９へ進み、リーン復帰空燃比にステップ２０４で算出した空燃比Ｌｆｉを入力する。ステップ２１０では、最初の空燃比Ｌｆｉが設定されたことを示すためにフラグＦｓｅｃに１を入力し、本ルーチンを終了する。
ステップ２０２で、フラグＦｓｅｃが１のとき、すなわち最初の空燃比が設定済みの場合は、ステップ２０３にて、減衰量Ｇｌが算出される。減衰量Ｇｌは、空燃比Ｌｆｉｒを目標空燃比Ｌｔａｒに収束させるための値であり、図１３（ｂ）に示されるような内燃機関の回転速度Ｎｅに応じたマップに基づいて算出される。なお、回転速度Ｎｅのみならず内燃機関の負荷や吸入空気量ＰＭなどに基づいて設定されてもよい。
【００５５】
ステップ２０５に進むと、リーン復帰空燃比と目標空燃比Ｌｔａｒとを比較する。リーン復帰空燃比は、リーン復帰空燃比の前回値からステップ２０３で算出した減衰量Ｇｌを差し引いた空燃比である。ここで、目標空燃比Ｌｔａｒよりリーン復帰空燃比の方がリーンのときは（リーン復帰空燃比―目標空燃比Ｌｔａｒ＞０）、ステップ２０７において、リーン復帰空燃比の前回値からステップ２０３で算出されたリーン減衰量Ｇｌを差し引いた値を今回のリーン復帰空燃比として設定し、本ルーチンを終了する。ステップ２０５において、目標空燃比Ｌｔａｒよりリーン復帰空燃比の方がリッチなときは（リーン復帰空燃比―目標空燃比Ｌｔａｒ＜０）、ステップ２０６にてリーン復帰空燃比を目標空燃比Ｌｔａｒに設定する。そして、ステップ２０８に進み、初期化の処理としてフラグＦｓｅｃとリーン復帰制御が終了したことを示すフラグＦｓｔｐとに０を入力（リセット）し、本ルーチンを終了する。
【００５６】
次に、本実施形態の図８のタイムチャートを図７の従来技術と比較して説明する。図中のＬはリーンを示し、Ｒはリッチを示す。
【００５７】
まず、図７を用いて従来技術を説明する。図７（ａ）は、三元触媒１３前の空燃比（以下、制御空燃比という）を表わし、リーン制御からリッチパージ制御を行い、再びリーン制御へと制御空燃比を切り換えている図である。図７（ａ）のように空燃比を切り換えると、三元触媒１３下流の空燃比（以降、三元触媒後空燃比という）は、図７（ｂ）のようになる。図中のＡは、制御空燃比をリーン→リッチへと切り換えた直後であり、三元触媒１３に貯蔵された酸素を消費しながら三元触媒後空燃比がリッチになる。三元触媒後空燃比が目標空燃比となる図中のＢまでに時間Ｔαを要する。その後、三元触媒後空燃比は、図７（ａ）の制御空燃比がリッチパージ制御からリーン制御へと切り換えられると図中のＣからＤへと変化する。ＣからＤへは時間Ｔβを要する。図７（ｃ）は、このとき排出されるＮＯｘ量を示した図である。図７（ｂ）で示したように、三元触媒後空燃比がＮＯｘを多量に排出される空燃比領域をゆっくり（Ｔα、Ｔβ）通過するため、ＴαとＴβとに応じて多量のＮＯｘが排出されている。
【００５８】
図８の（ａ）は本実施形態のリーンバーン制御において、空燃比をリーン→リッチに切り換え、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元・放出した後に、リッチ→リーンへ切り換えた図である。ここでリーン→リッチへと切り換える際に、目標空燃比より更にリッチ（以降、リッチパージ開始時空燃比という）に設定し、その後、目標空燃比へ収束させる。同様にリッチ→リーンへと切り換える際も、目標空燃比より更にリーン（以降リーン復帰空燃比という）に設定し、その後、目標空燃比へ収束させている。このように制御空燃比を設定することで三元触媒後空燃比は図８（ｂ）のようになる。
【００５９】
図中のＡ’は、制御空燃比をリーン→リッチへと切り換えた直後であり、三元触媒１３に貯蔵された酸素を消費しながら三元触媒後空燃比がリッチになる。このとき、制御空燃比が目標空燃比より更にリッチなリッチパージ開始時空燃比に設定されている。このため、三元触媒１３に貯蔵されている酸素を消費する時間が短くなり、三元触媒後空燃比が目標空燃比になる図中のＢ’までの時間Ｔα’は図７（ｂ）のＴαよりも短くなっている。同様に、図中のＣ’は、制御空燃比をリッチ→リーンへと切り換えた直後である。前述したように制御空燃比を目標空燃比よりさらにリーンなリーン復帰空燃比に設定することで、三元触媒後空燃比が目標空燃比へ時間Ｔβ’は図７の（ｂ）のＴβに比して短くなっている。これにより図８（ｃ）に示される如くＮＯｘの排出量が従来技術に比して低減される。
【００６０】
なお、リッチパージ中に燃料カットの要求が入ったときは、リッチパージを禁止しても良い。その後、燃料カットから復帰したときは再びリッチパージを行う。復帰後のリッチパージは、リッチパージを行う前に設定されるリッチパージ総量から、燃料カットの要求が入る前に行ったリッチパージ積算値を差し引いたリッチパージ量を実施することで、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたままのＮＯｘを還元・放出する。このように燃料カットなどのリッチパージを実施できない運転領域が検出されると、リッチパージを禁止するので、最適な制御を行うことができる。本実施形態において、リッチパージ制御手段は図２に、リーン制御手段は図２のステップ５０に、リッチパージ開始時制御手段は図３に、リーン復帰制御手段は図４に、第１の収束手段は図３のステップ１０８〜ステップ１１０に、第２の収束手段は図４のステップ２０５〜ステップ２０６に、第１・第２の運転状態検出手段はエアフロメータ２１、回転速度センサ２５に、相当し、それぞれ機能する。
【００６１】
＜第２の実施形態＞
以下に第２の実施形態について、図を用いて説明する。
【００６２】
本実施形態は、第１の実施形態との違いは、目標空燃比よりリッチおよびリーンに設定されたリッチパージ空燃比およびリーン復帰制御により設定されたリーン復帰空燃比を目標空燃比へ収束させる収束手段にある。第１の実施形態では、目標空燃比に収束させる手段として、運転状態を検出し、運転状態に応じた減衰量にしたがって収束させる手段を用いていた。
【００６３】
本実施形態では、過度リッチ量および過度リーン量を加えた空燃比が所定時間継続され、所定時間経過した後に空燃比が目標空燃比に設定されるようになる。
図９乃至１２を用い、第１の実施形態と異なる部分を説明する。
【００６４】
メインルーチンは、第１の実施形態と同様である。ここでサブルーチンコールされるリッチパージ制御とリッチパージ終了制御とが図９、１０のフローチャートに示されている。図９のフローチャートにしたがって、リッチパージ制御を説明する。
【００６５】
まず、ステップＳ１０１’にて、カウンタＴ１をインクリメントする。カウンタＴ１は、リッチパージ制御中にリッチパージ空燃比を設定する時期をカウントするタイマである。カウンタＴ１がインクリメントされるとステップＳ１０２’に進み、カウンタＴ１が所定値Ｃ１以上か否かが判定される。カウンタＴ1が所定値Ｃ２以下の場合、ステップＳ１０７’に進み、リーン→リッチ切り換え後の空燃比を設定するためリッチパージ開始時空燃比ＲＴＡＦを算出する。空燃比ＲＴＡＦは、空燃比のリーン→リッチ切り換えが速やかに行われるように、その後の目標空燃比よりも更にリッチに設定される。リッチパージ開始時空燃比ＲＴＡＦが算出されるとステップＳ１０８’へ進み、リッチパージ空燃比にステップＳ１０７’で算出したＲＴＡＦを設定し、本ルーチンを終了する。
【００６６】
ステップＳ１０２’にて、カウンタＴ１が所定値Ｃ２を越えたと判定されると、ステップＳ１０３’へ進み、目標空燃比ＴＡＦが算出される。続いて、ステップＳ１０４’では、リッチパージ空燃比にステップＳ１０３’にて算出された目標空燃比ＴＡＦが設定され、ステップＳ１０５’へ進む。ステップＳ１０５’では、リッチパージ制御が終了か否かが判定される。この判定方法としては、第１の実施形態のように、ＮＯｘ触媒に貯蔵されているＮＯｘ量からＮＯｘを還元・放出するのに必要なリッチパージ量を算出し、実際のリッチパージ量から判定しても良いし、所定時間によってリッチパージ制御の終了時期が判定されても良い。リッチーパージ制御が終了である場合は、ステップＳ１０６’へ進み、リッチーパージ制御を終了するためのリッチパージ終了フラグＦｓｔｐに１を入力し、カウンタＴ１を０に戻し、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１０５’でリッチパージ制御が終了ではないと判定されると、そのまま本ルーチンを終了する。
【００６７】
次に、本実施形態のリーン復帰制御について図１０を用いて説明する。
【００６８】
まず、ステップＳ２０１’にて、リーン復帰空燃比がリーン復帰初期空燃比ＬＴＡＦ（リッチ→リーン切り替え後に所定期間設定される空燃比であり、最終的に設定される目標空燃比ＴＡＦより更にリーンな空燃比である。）に設定される時間をカウントするタイマＴ２をインクリメントし、ステップＳ２０２’へ進む。ステップ２０２では、カウンタＴ２が所定値Ｃ３を越えたか否かを判定する。所定値Ｃ３は、リーン復帰空燃比がリーン復帰初期空燃比ＬＴＡＦに設定される期間に設定される。すなわち、空燃比がリッチ→リーン切り替えの際にＮＯｘが多量に排出される空燃比領域を速やかに通過するのに必要な期間に設定される。ステップＳ２０２’にてカウンタＴ２が所定値Ｃ３以下であると判定されると、ステップＳ２０３’へ進み、リーン復帰初期空燃比ＬＴＡＦを算出し、ステップＳ２０４’へ進む。ステップＳ２０４’では、リーン復帰空燃比にリーン復帰初期空燃比ＬＴＡＦを設定して本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ２０２’にて、カウンタＴ２が所定値Ｃ２以上であると判定された場合はステップＳ２０３’へ進み、フラグＦｒとフラグＦｓｔｐ、カウンタＴ２とに０を入力し、本ルーチンを終了する。
【００６９】
本実施形態では、タイマＴ１・Ｔ２により空燃比がリッチパージ開始時空燃比ＲＴＡＦまたはリーン復帰初期空燃比ＬＴＡＦに設定される期間がカウントされる。このように制御することで、空燃比がリッチ→リーンまたはリーン→リッチに切り替えられる際にＮＯｘが多量に排出される空燃比領域を速やかに通過することができる。
【００７０】
つぎに、本実施形態を図１１のタイムチャートを用いて説明する。
【００７１】
まず、図１１（ａ）は本実施形態のリーンバーン制御において、空燃比をリーン→リッチに切り換え、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元・放出した後に、リッチ→リーンへ切り換えた図である。ここでリーン→リッチへと切り換える際に、目標空燃比より更にリッチ（以降、リッチパージ開始時空燃比という）に設定し、その後、目標空燃比へ収束させる。同様にリッチ→リーンへと切り換える際も、目標空燃比より更にリーン（以降リーン復帰空燃比という）に設定し、その後、目標空燃比へ収束させている。このように制御空燃比を設定することで三元触媒１３の下流の空燃比は図１１（ｂ）のようになる。
【００７２】
図中のＡ”は、制御空燃比をリーン→リッチへと切り換えた直後であり、三元触媒１３に貯蔵された酸素を消費しながら三元触媒後空燃比がリッチになる。このとき、制御空燃比が目標空燃比より更にリッチなリッチパージ開始時空燃比に設定されている。このため、第１の実施形態で示した従来技術の図７（ｂ）に比して三元触媒１３に貯蔵されている酸素を消費する時間が短くなり、三元触媒後空燃比が目標空燃比になる図中のＢ”までの時間Ｔα”は図７（ｂ）のＴαよりも短くなっている。同様に、図中のＣ”は、制御空燃比をリッチ→リーンへと切り換えた直後である。前述したように制御空燃比を目標空燃比よりさらにリーンなリーン復帰空燃比に設定することで、三元触媒後空燃比が目標空燃比へ時間Ｔβ”は図７（ｂ）のＴβに比して短くなっている。これにより図１１（ｃ）に示される如くＮＯｘの排出量が従来技術に比して低減される。
【００７３】
本実施形態において、リッチパージ制御手段は図９に、リッチパージ開始時制御手段は図３に、リーン復帰制御手段は図１０に、相当し、それぞれ機能する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の概略構成図。
【図２】本発明第１の実施形態の空燃比制御を示すフローチャート。
【図３】本発明第１の実施形態のリッチパージ制御を示すフローチャート。
【図４】本発明第１の実施形態のリーン復帰制御を示すフローチャート。
【図５】空燃比の補正値を求めるための図。
【図６】（ａ）は内燃機関の回転速度に応じた減衰量を求めるための図、（ｂ）内燃機関の回転速度に応じた減衰量を求めるための図。
【図７】従来技術のタイムチャート、（ａ）は制御空燃比を示すタイムチャート、（ｂ）は三元触媒後の空燃比を示すタイムチャート、（ｃ）は三元触媒の下流に排出されるＮＯｘ量を示すタイムチャート。
【図８】本発明第１の実施形態のタイムチャート、（ａ）は制御空燃比を示すタイムチャート、（ｂ）は三元触媒後の空燃比を示すタイムチャート、（ｃ）は三元触媒の下流に排出されるＮＯｘ量を示すタイムチャート。
【図９】本発明第２の実施形態のリッチパージ制御を示すフローチャート。
【図１０】本発明第２の実施形態のリーン復帰制御を示すフローチャート。
【図１１】本発明第２の実施形態のタイムチャート、（ａ）は制御空燃比を示すタイムチャート、（ｂ）は三元触媒後の空燃比を示すタイムチャート、（ｃ）は三元触媒下流に排出されるＮＯｘ量を示すタイムチャート。
【図１２】空燃比によるＮＯｘ排出量を示す図。
【図１３】（ａ）は内燃機関の回転速度に応じた減衰量を求めるための図、（ｂ）内燃機関の回転速度に応じた減衰量を求めるための図。
【図１４】ＮＯｘ吸蔵能力からＮＯｘ判定値を求める図。
【符号の簡単な説明】
１エンジン
１２排気管
１３上流側触媒としての三元触媒
１４ＮＯｘ触媒
２７酸素濃度センサとしてのＡ／Ｆセンサ
３０ＥＣＵ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that performs lean combustion in an air-fuel ratio lean region, and relates to an internal combustion engine having a NOx storage-type catalyst for purifying nitrogen oxides (NOx) generated during lean combustion. The present invention relates to an air-fuel ratio control device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, where fuel efficiency is required, so-called lean burn control in which an internal combustion engine is burned in a state where the fuel is thinner than the stoichiometric ratio is being diversified. A problem in the case of performing such lean combustion is purification of NOx (nitrogen oxide) which is one of exhaust gas components discharged from the internal combustion engine. Therefore, there is a demand for a technique for reducing NOx discharged during the lean combustion.
[0003]
In order to solve this problem, a NOx storage catalyst or the like is provided in the engine exhaust pipe to store the exhausted NOx, and when NOx is stored in the NOx catalyst to some extent, a rich component is supplied to reduce NOx, purify and discharge There is technology to do. Furthermore, in Japanese Patent Application No. 10-187730, a technology for accurately controlling the supply amount of rich components controlled to reduce and release NOx occluded in the NOx catalyst based on the output of the oxygen concentration sensor. Proposed. More specifically, the NOx discharged is detected by an oxygen concentration sensor, and the NOx stored in the NOx catalyst is calculated by integrating the detected values. Then, the determination value preset as the NOx occlusion amount of the NOx catalyst is compared with the integrated amount of NOx calculated by the ECU. When the integrated amount exceeds the determination value, the rich component is supplied to reduce NOx. Controlled to release.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the catalyst disposed in front of the NOx catalyst has an oxygen storage capacity, switching from combustion in the lean region to combustion in the rich region to reduce NOx (hereinafter referred to as lean to rich switching) Since the catalyst has an oxygen storage capacity (storage effect), an oxidation / reduction reaction of HC, CO and oxygen occurs. As a result, the air-fuel ratio after the three-way catalyst does not quickly switch to the rich region.
[0005]
When the air-fuel ratio is gradually switched to the rich region, as shown in FIG. 12, it takes a longer time to pass through the air-fuel ratio (16-18) region where the NOx amount that is not purified by the three-way catalyst, that is, the NOx emission amount is large. As a result, NOx is discharged. As a result, a large amount of NOx is occluded in the NOx catalyst at the time of switching from lean to rich, so that there is a problem that the rich purge time becomes long in order to reduce the NOx discharged at this time. In addition, if NOx is exhausted when switching from combustion in the rich region to combustion in the lean region (hereinafter referred to as rich to lean switching), a large amount of NOx is stored in the NOx storage catalyst from the beginning of switching to lean control. Will be. As a result, the NOx storage capacity (determination value of the NOx storage amount) is consumed by the NOx generated when the rich-to-lean switching is performed, and the capacity up to the NOx storage determination value cannot be fully utilized.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that can reduce NOx discharged downstream of the three-way catalyst when the air-fuel ratio is switched.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and according to the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, the rich performed to reduce and release NOx stored in the NOx storage catalyst. The purge control means is used when switching from lean to rich. The air-fuel ratio (first air-fuel ratio) is Temporarily air-fuel ratio during subsequent rich purge (Second air-fuel ratio) To be richer System Control means to start rich purge And means for controlling the air-fuel ratio (second air-fuel ratio) during the rich purge to be constant Is provided.
[0008]
As a result, it is possible to quickly consume oxygen stored in the upstream side of the exhaust pipe passage having oxygen storage capacity, for example, a three-way catalyst, and to exhaust a large amount of NOx when switching from lean to rich. Pass through the fuel ratio range quickly. That is, since NOx discharged at the time of switching from lean to rich can be suppressed, the rich purge time for reducing the NOx generated at this time can be shortened.
[0009]
Note that the NOx storage catalyst is a catalyst that stores or adsorbs NOx. Also, so-called lean control is air-fuel ratio control performed by the lean control means, and rich-purge control is air-fuel ratio control performed by the rich purge control means. The rich purge control means comprises rich purge start time control and rich purge control, and the air-fuel ratio set by the rich purge start time control means is set richer than the air-fuel ratio set by rich purge control. In the lean control and rich purge control performed here, the air-fuel ratio may be controlled using feedback control, or the air-fuel ratio may be controlled using open control.
[0010]
further, 2. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the rich purge control means is leaner than the air-fuel ratio temporarily controlled by the lean control means when returning from rich purge control to lean control. Control to be
[0011]
For this reason, NOx generated at the time of switching from rich to lean can be suppressed, and the amount of NOx stored at the time of switching can be reduced. As a result, the NOx discharged by the lean control can be fully utilized up to the NOx storage capacity (NOx storage determination value).
[0012]
Claim 2 According to the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine described in claim In item 1 In the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine described above, the first purge means for converging the air-fuel ratio temporarily set at the start of the rich purge to the air-fuel ratio during the subsequent rich purge control is provided. Thus, it is possible to realize the followability to the air-fuel ratio and the quick controllability with suppressed torque fluctuation.
[0013]
Claim 3 According to the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine described in claim Claim 1 or Claim 2 In the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to any one of the above, the second convergence means for converging the air-fuel ratio set by the lean return control means to the air-fuel ratio set by the lean control means is provided. It is possible to realize the followability to the air-fuel ratio set by the control and the quick controllability with suppressed torque fluctuation.
[0014]
Claim 4 According to the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine described in claim Claims 1 to 3 The air-fuel ratio set by the lean recovery control means and / or the rich purge start time control means is set based on the operating state detected by the first operating state detecting means. Is done. As a result, it is possible to perform air-fuel ratio control that is optimal for reducing NOx discharged in accordance with various operating conditions.
[0015]
Claim 5 According to the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine described in claim 4 In the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine described in 1), a load on the internal combustion engine is detected.
[0016]
As a result, the amounts of HC and CO change depending on the load of the internal combustion engine, and by detecting this, it is possible to control the air-fuel ratio to quickly consume HC and CO.
[0017]
Claim 6 According to the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine described in claim 5 In the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine described in 1), the intake air amount is detected as the operating state detecting means, and the air-fuel ratio is set based on the detected intake air amount. The amount of HC and CO flowing into the upstream catalyst (three-way catalyst) changes due to the change in the intake air amount. By the way, in order to quickly consume oxygen stored in the catalyst, it is necessary to quickly switch the air-fuel ratio to rich combustion at the time of lean to rich switching. Therefore, it is possible to perform optimal HC and CO generation amounts for consuming oxygen, that is, optimal air-fuel ratio control.
[0018]
Claim 7 According to the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine described above, the air-fuel ratio is temporarily controlled to be richer than the air-fuel ratio during the subsequent rich purge when the rich purge control means shifts to the lean recovery control. As a result, the air-fuel ratio quickly passes through a region where a large amount of NOx is discharged when switching from rich to lean, so NOx stored in the NOx catalyst can be reduced, and the capacity up to the NOx occlusion determination value can be fully utilized. It becomes possible.
[0019]
Claim 8 According to the invention of claim 7 In the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to the above, the lean control means includes second convergence means for converging the air-fuel ratio set by the lean return control means to the air-fuel ratio set by the lean control means.
[0020]
As a result, it is possible to realize the followability to the air-fuel ratio set by the lean control and the quick controllability with suppressed torque fluctuation.
[0021]
Claim 9 According to the invention In any one of claim 7 or claim 8 The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine described above further comprises a second operation state detection means for detecting the operation state of the internal combustion engine, and the air-fuel ratio set by the lean recovery control means is detected by the second operation state detection means. It is set based on the operating state.
[0022]
As a result, it is possible to perform air-fuel ratio control that is optimal for reducing NOx discharged in accordance with various operating conditions.
[0023]
Claim 10 According to the invention of claim 9 In the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine described in (2), the second operating state detection means detects the load of the internal combustion engine. Claim 5 According to the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine described in claim 4 In the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine described in 1), a load on the internal combustion engine is detected.
[0024]
As a result, the amounts of HC and CO change depending on the load of the internal combustion engine, and by detecting this, it is possible to control the air-fuel ratio to quickly consume HC and CO.
[0025]
Claim 11 According to the invention of claim 10 In the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine described in 1), the load of the internal combustion engine is an intake air amount, and the air-fuel ratio is set based on the detected intake air amount. The amount of HC and CO flowing into the upstream catalyst (three-way catalyst) changes due to the change in the intake air amount. By the way, in order to quickly consume oxygen stored in the catalyst, it is necessary to quickly switch the air-fuel ratio to rich combustion at the time of lean to rich switching. Therefore, it is possible to perform optimal HC and CO generation amounts for consuming oxygen, that is, optimal air-fuel ratio control.
[0026]
Embodiment
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the air-fuel ratio control system in the present embodiment, the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine is set to be leaner than the stoichiometric ratio, and so-called lean burn is performed based on the target air-fuel ratio. Implement control. As a main configuration of the system, a three-way catalyst having an oxygen storage capacity and a NOx storage reduction catalyst (hereinafter referred to as NOx catalyst) are provided in the middle of an exhaust system passage of the internal combustion engine. Between them, a limit current type air-fuel ratio sensor (A / F sensor) is disposed. Then, an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) having a microcomputer as a main body takes in the detection result by the A / F sensor and feedback-controls the air-fuel ratio based on the detection result. The detailed configuration will be described below with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an air-fuel ratio control system in the present embodiment. As shown in FIG. 1, the internal combustion engine is configured as a four-cylinder four-cycle spark ignition engine (hereinafter referred to as engine 1). The intake air passes through the air cleaner 2, the intake pipe 3, the throttle valve 4, the surge tank 5 and the intake manifold 6 from the upstream, and is mixed with the fuel injected from the fuel injection valve 7 for each cylinder in the intake manifold 6. The Then, it is supplied to each cylinder as an air-fuel mixture having a predetermined air-fuel ratio.
[0028]
A spark plug 8 provided in each cylinder of the engine 1 ignites the air-fuel mixture of each cylinder at a predetermined timing by a high voltage generated by the ignition coil 9. Exhaust gas discharged from each cylinder after combustion passes through the exhaust manifold 11 and the exhaust pipe 12, and the three-way catalyst 13 for purifying three components of HC, CO, and NOx in the exhaust gas, and NOx in the exhaust gas. After passing through the NOx catalyst 14 for purification, it is discharged to the atmosphere.
[0029]
Here, the NOx catalyst 14 mainly stores NOx during combustion at a lean air-fuel ratio, and reduces and releases the stored NOx with a rich component (CO, HC, etc.) during combustion at a rich air-fuel ratio. The three-way catalyst 13 is a catalyst that has a smaller capacity than the NOx catalyst 14 and is activated early after the engine 1 is started at a low temperature to purify harmful gases. In addition, the three-way catalyst 13 has an oxygen storage capacity, and even when the air-fuel ratio is slightly deviated, HC and CO can be purified by the stored oxygen.
[0030]
The intake pipe 3 is provided with an air flow meter 21 for detecting the intake air amount. The throttle valve 4 is provided with a throttle sensor 23 for detecting the opening of the valve 4 (throttle opening TH). The throttle sensor 23 outputs an analog signal corresponding to the throttle opening TH. The throttle sensor 23 incorporates an idle switch and outputs a detection signal indicating that the throttle valve 4 is substantially fully closed. Further, the throttle valve 4 is driven by a throttle actuator 15. As the throttle actuator 15, a known DC motor, torque motor, or the like is used.
[0031]
A water temperature sensor 24 is provided in the cylinder block of the engine 1, and the water temperature sensor 24 detects the temperature of cooling water circulating in the engine 1 (cooling water temperature Thw).
The crankcase of the engine 1 is provided with a rotation speed sensor 25 for detecting the rotation speed of the engine 1 (engine rotation speed Ne).
[0032]
Further, a limit current type A / F sensor 27 is disposed upstream of the three-way catalyst 13 in the exhaust pipe 12, and the sensor 27 detects the oxygen concentration (or not yet) of the exhaust gas discharged from the engine 1. A wide-range and linear air-fuel ratio signal is output in proportion to the CO concentration in the fuel gas). The A / F sensor 27 includes a heater 47 for activating the element portion (solid electrolyte and diffusion resistance layer). As the A / F sensor 27, a cup-type sensor having an element portion formed in a cup-shaped cross section, or a laminated sensor in which a plate-like element portion and a heater 47 are laminated can be applied.
[0033]
The ECU 30 is configured as a logical operation circuit centering on a well-known CPU, ROM, RAM, backup RAM (all not shown) and the like, and control signals such as fuel injection amount and ignition timing Ig based on detection signals of the sensors. Further, these control signals are output to the fuel injection valve 7 and the ignition coil 9, respectively.
[0034]
Further, the CPU in the ECU 30 performs duty control on the heater energization amount of the A / F sensor 27 and maintains the sensor 27 in the active state. In the present embodiment, a necessary amount of power is supplied to the heater 47 of the A / F sensor 27 so that the element temperature of the sensor 27 is maintained in the active temperature range.
[0035]
Next, the operation of the air-fuel ratio control system configured as described above will be described with reference to the flowcharts of FIGS.
[0036]
FIG. 2 is a main routine of lean burn control that is processed by the ECU 30.
[0037]
First, in step 10, a flag Fr indicating whether or not rich purge control is necessary is determined. The flag Fr indicating the start of the rich purge control plays a role for switching from lean control to rich purge control when the NOx occlusion amount of the NOx catalyst 14 after step 20 exceeds the determination value. If it is determined that the flag Fr is 0, the routine proceeds to step 20. In step 20, the NOx amount NOMOL (mol) in the exhaust gas is estimated by the air-fuel ratio sensor 27. In estimating the NOMOL value, the basic NOx amount corresponding to the engine speed Ne and the intake air amount at that time is obtained, and the A / F correction value corresponding to the air-fuel ratio at that time is obtained using the relationship shown in FIG. . Then, the NOx basic amount and the A / F correction value are multiplied to obtain the NOx amount NOMOL (NOMOL = NOx basic amount / A / F correction value).
[0038]
Incidentally, in FIG. 5, A / F correction value = 1.0 is set with the theoretical air ratio (λ = 1), and an A / F correction value of “1.0” or more is set on the lean side. . However, when the air-fuel ratio is leaner than a certain level (for example, A / F> 16), the combustion temperature is lowered, so no further correction on the increase side is required, and the A / F correction value converges to a predetermined value.
[0039]
Thereafter, the CPU calculates the NOx integrated amount in step 30. At this time, the NOMOL value calculated in step 20 is added to the previous value of the NOx integrated value, and the sum is used as the current value of the NOx integrated value (NOx integrated value = NOx integrated value + NOx amount).
[0040]
Further, in step 40, the CPU determines whether or not the calculated NOx integrated value exceeds a predetermined determination value C1. The determination value C1 may be a fixed value, for example, may be made variable according to the NOx storage capacity of the NOx catalyst 14 using the relationship of FIG. 14, or the determination value C1 is set in advance in anticipation of deterioration of the NOx catalyst 14. You may do it. In addition, it means that the degree of deterioration of the NOx catalyst 14 is smaller as the NOx storage capacity is higher.
[0041]
If the NOx integrated value is smaller than the determination value C1 (No in Step 40), the process proceeds to Step 50. The CPU performs lean control here, and ends this routine. In the lean control here, the air-fuel ratio is controlled on the lean side much more than the stoichiometric ratio in order to control at the best fuel consumption point. When the air-fuel ratio is lean, the NOx generation amount itself is not large, but the purification rate of the three-way catalyst 13 is low. Therefore, the amount of NOx discharged from the three-way catalyst 13 is when the air-fuel ratio is the stoichiometric ratio. More than that. For this reason, the NOx discharged from the three-way catalyst 13 is occluded by the NOx catalyst 14. The method for setting the air-fuel ratio by the lean control means may be the one used in the conventional lean burn system. If the NOx integrated amount exceeds the determination value C1 in step 40, the flag Fr is set to 1 in order to start the rich purge control in step 60, and this routine is terminated.
[0042]
Next, at step 10, when the flag Fr is 1, that is, when rich purge control is started, the routine proceeds to step 70. In step 70, it is determined whether or not the flag Fstp for determining whether or not the rich purge control is ended. If the flag Fstp is 0, that is, if it is determined that the rich purge control is not ended, the step At 100, the rich purge control shown in FIG. On the other hand, when the flag Fstp is 1, that is, when the lean return control for ending the rich purge control is started, the routine proceeds to step 200, where the lean return control of FIG.
[0043]
Next, the flowchart of FIG. 3 will be described. The rich purge control in FIG. 3 is a process that is called by a subroutine in step 100 of the flowchart in FIG. The flowchart is a process of performing a rich purge to reduce and release the stored NOx when the NOx storage amount of the NOx catalyst 14 reaches the determination value C1, and this rich purge control is a feature of the present invention. Have
[0044]
First, in step 101, the target air-fuel ratio Rtar is set based on operating conditions such as the intake air amount Q, the throttle opening TH, the engine temperature Thw, and the like. Then, the routine proceeds to step 102, where it is determined whether or not a flag Ffire indicating that the first air-fuel ratio setting has been completed after the change from lean to rich is 1. If the flag Ffire is not 1 (flag = 0), the process proceeds to step 103. In step 103, the air / fuel ratio Rfi set at the start of the rich purge is calculated.
[0045]
The air-fuel ratio Rfi is a value for setting the air-fuel ratio richer than the target air-fuel ratio Rtar so that the rich purge is quickly performed from the lean control. As a method for setting the air-fuel ratio Rfi, for example, as shown in FIG. 6A, a map corresponding to the rotational speed of the internal combustion engine is called and the air-fuel ratio Rfi corresponding to the operating state is obtained from the map. According to this, oxygen stored in the three-way catalyst 13 can be quickly consumed according to the amount of change in HC and CO, and the air-fuel ratio can be quickly made rich. Further, the calculation method of the air-fuel ratio Rfi set at the start of the rich purge may be set based on not only the rotational speed of the internal combustion engine but also the load of the internal combustion engine, the intake air amount, and the like. Furthermore, it may be set to a fixed value, and when it is set to a fixed value, the number of steps such as calling a map can be reduced, so that the burden on the CPU can be reduced. Alternatively, Rfi may be set as Rfi = Rtar−α so that the air / fuel ratio is always richer than the target air / fuel ratio Rtar by a predetermined air / fuel ratio. Of course, the value of α may be variably set, for example, according to the load of the internal combustion engine. When the air-fuel ratio Rfi is thus set, the routine proceeds to step 104.
[0046]
In step 104, the air-fuel ratio Rfi calculated in step 103 is set as the rich purge air-fuel ratio set by the rich purge control means. Then, the routine proceeds to step 105, where the flag Ffire indicating that the setting of the first rich purge air-fuel ratio after the change from lean to rich is completed is set to 1, and this routine is terminated.
[0047]
If the flag Ffire is 1 in step 102, the process proceeds to step 106.
In step 106, an attenuation amount Gre for attenuating the air-fuel ratio Rfi to converge to the target air-fuel ratio Rtar is calculated. The attenuation amount Gre is set based on a map corresponding to the rotational speed of the internal combustion engine as shown in FIG. Further, the calculation method of the attenuation amount Gre may be set based on not only the rotational speed of the internal combustion engine but also the load of the internal combustion engine, the intake air amount, and the like. Furthermore, it may be set to a fixed value, and when it is set to a fixed value, the number of steps such as calling a map can be reduced, so the burden on the CPU can be reduced. When the attenuation amount is set in this way, the routine proceeds to step 107.
[0048]
In step 107, it is determined whether or not the rich purge control is finished.
For example, the following method can be used as a method for determining whether or not the rich purge control is finished. First, the rich purge total amount required to reduce and release all NOx stored in the NOx catalyst is calculated in advance based on the NOx integrated amount calculated in step 30 of the flowchart of FIG. The rich purge total amount calculated in advance is used as a determination value, and the rich purge amount is actually integrated for each processing of the CPU to determine whether or not the rich purge integrated value exceeds the determination value. When the rich purge integrated value exceeds the determination value, the rich purge control is terminated. As a method of calculating the rich purge air-fuel ratio necessary for reducing the NOx stored in the NOx catalyst, it is obtained from a map based on the intake air amount and the engine speed. In addition, the intake pressure (PM) may be used as a parameter.
[0049]
If it is determined that the rich purge control has not ended, the routine proceeds to step 108, where the rich purge air-fuel ratio is subtracted from the previous value of rich purge by the attenuation amount Gre calculated in step 106 (rich purge air-fuel ratio = previous value− (Attenuation amount Gre)). In step 109, the target air-fuel ratio Rtar set in step 101 is compared with the rich purge air-fuel ratio calculated in step 108, and if the rich purge air-fuel ratio is richer than the target air-fuel ratio Rtar (rich purge air-fuel ratio). -Target air-fuel ratio Rtar> 0), this routine is terminated as it is. In step 109, when the rich purge air-fuel ratio becomes leaner than the target air-fuel ratio Rtar (rich purge air-fuel ratio-target air-fuel ratio Rtar <0), the routine proceeds to step 110, where the rich purge air-fuel ratio is set to the target air-fuel ratio Rtar. Set and exit this routine.
[0050]
If it is determined in step 107 that the rich purge control has been completed, a flag Fstp indicating the end of rich purge control is set to 1 in step 111, and the first air-fuel ratio after the lean-to-rich switching is set in step 112. A flag Ffire indicating whether the setting has been made is set to 0 (initialization), and this routine is terminated.
[0051]
Thus, in this routine, an air / fuel ratio that is richer than the target air / fuel ratio Rtar is set as the air / fuel ratio Rfi at the start of the rich purge. Further, in this embodiment, this Rfi is set according to the operating state. Thereby, oxygen stored in the three-way catalyst 13 can be quickly consumed, and the air-fuel ratio downstream of the three-way catalyst can be quickly switched from lean to rich / rich to lean. That is, in the present invention, the air-fuel ratio in which NOx is most discharged downstream of the three-way catalyst 13 is passed in a very short time when switching from lean to rich / rich to lean, and from lean to rich, rich to lean. NOx discharged at the time of switching can be reduced.
[0052]
In this routine, the attenuation amount Gre corresponding to the operating state is set as a method for converging the air-fuel ratio at the start of rich purge to the target air-fuel ratio Rtar, but a predetermined value may be set in advance. . By setting the attenuation amount Gre to a predetermined value, step 103 of this routine can be deleted, so that the burden on the CPU can be reduced.
[0053]
Next, the details of the lean return control that is called by the subroutine at step 200 in FIG. 2 will be described with reference to FIG.
[0054]
This routine is performed when the rich purge control is finished. First, at step 201, the target air-fuel ratio Ltar is set based on the rotational speed Ne of the internal combustion engine, the intake air amount, and the like. Next, in step 202, a flag Fsec for determining whether or not the setting of the first air-fuel ratio by the lean return control is completed is read. When the flag Fsec is 0, that is, when the initial air-fuel ratio by lean return control is not set, the routine proceeds to step 204, where the air-fuel ratio Lfi is calculated. The air-fuel ratio Lfire is set by the lean return control means, and is calculated based on a map corresponding to the rotational speed Ne of the internal combustion engine as shown in FIG. It may be set based on not only the rotational speed Ne but also the load of the internal combustion engine, the intake air amount, and the like. In step 209, the air-fuel ratio Lfi calculated in step 204 is input as the lean return air-fuel ratio. In step 210, 1 is input to the flag Fsec to indicate that the first air-fuel ratio Lfi has been set, and this routine ends.
In step 202, when the flag Fsec is 1, that is, when the first air-fuel ratio has already been set, the attenuation amount Gl is calculated in step 203. The damping amount Gl is a value for converging the air-fuel ratio Lfire to the target air-fuel ratio Ltar, and is calculated based on a map corresponding to the rotational speed Ne of the internal combustion engine as shown in FIG. It may be set based not only on the rotational speed Ne but also on the load of the internal combustion engine and the intake air amount PM.
[0055]
In step 205, the lean return air-fuel ratio is compared with the target air-fuel ratio Ltar. The lean return air-fuel ratio is an air-fuel ratio obtained by subtracting the attenuation amount Gl calculated in step 203 from the previous value of the lean return air-fuel ratio. Here, when the lean return air-fuel ratio is leaner than the target air-fuel ratio Ltar (lean return air-fuel ratio-target air-fuel ratio Ltar> 0), in step 207, the lean return air-fuel ratio is calculated in step 203 from the previous value of the lean return air-fuel ratio. The value obtained by subtracting the lean attenuation amount Gl is set as the current lean return air-fuel ratio, and this routine is terminated. In step 205, when the lean return air-fuel ratio is richer than the target air-fuel ratio Ltar (lean return air-fuel ratio-target air-fuel ratio Ltar <0), the lean return air-fuel ratio is set to the target air-fuel ratio Ltar in step 206. . In step 208, 0 is input (reset) to the flag Fsec and the flag Fstp indicating that the lean return control is completed as an initialization process, and this routine is terminated.
[0056]
Next, the time chart of FIG. 8 of this embodiment will be described in comparison with the prior art of FIG. In the figure, L indicates lean, and R indicates rich.
[0057]
First, the prior art will be described with reference to FIG. FIG. 7A shows the air-fuel ratio before the three-way catalyst 13 (hereinafter referred to as the control air-fuel ratio), in which the rich purge control is performed from the lean control, and the control air-fuel ratio is switched again to the lean control. . When the air-fuel ratio is switched as shown in FIG. 7A, the air-fuel ratio downstream of the three-way catalyst 13 (hereinafter referred to as the three-way catalyst post-air-fuel ratio) becomes as shown in FIG. 7B. A in the figure is immediately after the control air-fuel ratio is switched from lean to rich, and the air-fuel ratio after the three-way catalyst becomes rich while consuming oxygen stored in the three-way catalyst 13. Time Tα is required until B in the figure where the air-fuel ratio after the three-way catalyst becomes the target air-fuel ratio. Thereafter, the post-three-way catalyst air-fuel ratio changes from C to D in the figure when the control air-fuel ratio in FIG. 7A is switched from rich purge control to lean control. Time Tβ is required from C to D. FIG. 7C is a diagram showing the amount of NOx discharged at this time. As shown in FIG. 7B, the post-three-way catalyst air-fuel ratio passes slowly through the air-fuel ratio region where a large amount of NOx is discharged (Tα, Tβ), so that a large amount of NOx depends on Tα and Tβ. It has been discharged.
[0058]
FIG. 8A is a diagram in which, in the lean burn control of this embodiment, the air-fuel ratio is switched from lean to rich, and NOx occluded in the NOx catalyst is reduced and released, and then switched from rich to lean. Here, when switching from lean to rich, the air-fuel ratio is set to be richer than the target air-fuel ratio (hereinafter referred to as the rich purge start air-fuel ratio), and then converged to the target air-fuel ratio. Similarly, when switching from rich to lean, it is set to be leaner than the target air-fuel ratio (hereinafter referred to as lean return air-fuel ratio) and then converge to the target air-fuel ratio. By setting the control air-fuel ratio in this way, the post-three-way catalyst air-fuel ratio becomes as shown in FIG.
[0059]
A ′ in the figure is immediately after the control air-fuel ratio is switched from lean to rich, and the air-fuel ratio after the three-way catalyst becomes rich while consuming oxygen stored in the three-way catalyst 13. At this time, the control air-fuel ratio is set to the rich purge start air-fuel ratio that is richer than the target air-fuel ratio. For this reason, the time for consuming the oxygen stored in the three-way catalyst 13 is shortened, and the time Tα ′ up to B ′ in the figure in which the air-fuel ratio after the three-way catalyst becomes the target air-fuel ratio is shown in FIG. It is shorter than Tα. Similarly, C ′ in the figure is immediately after the control air-fuel ratio is switched from rich to lean. As described above, by setting the control air-fuel ratio to a lean return air-fuel ratio that is leaner than the target air-fuel ratio, the three-way catalyst post-air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio, and the time Tβ ′ is compared with Tβ in FIG. And it is getting shorter. As a result, as shown in FIG. 8C, the amount of NOx emission is reduced as compared with the prior art.
[0060]
Note that, when a fuel cut request is input during the rich purge, the rich purge may be prohibited. After that, when returning from the fuel cut, rich purge is performed again. The rich purge after the return is performed by performing the rich purge amount obtained by subtracting the integrated rich purge value obtained before the fuel cut request is entered from the rich purge total amount set before the rich purge is performed. Reduces and releases NOx that has been occluded. As described above, when the operation region where the rich purge such as fuel cut cannot be performed is detected, the rich purge is prohibited, so that the optimum control can be performed. In this embodiment, the rich purge control means is shown in FIG. 2, the lean control means is in step 50 of FIG. 2, the rich purge start time control means is in FIG. 3, the lean return control means is in FIG. 3 corresponds to Step 108 to Step 110 in FIG. 3, the second convergence means corresponds to Step 205 to Step 206 in FIG. 4, and the first and second operating state detection means correspond to the air flow meter 21 and the rotation speed sensor 25, respectively. Each function.
[0061]
<Second Embodiment>
The second embodiment will be described below with reference to the drawings.
[0062]
The present embodiment differs from the first embodiment in that the rich purge air-fuel ratio set to richer and leaner than the target air-fuel ratio and the convergence to make the lean return air-fuel ratio set by lean return control converge to the target air-fuel ratio. In the means. In the first embodiment, as means for converging to the target air-fuel ratio, means for detecting the operating state and converging according to the amount of attenuation corresponding to the operating state is used.
[0063]
In the present embodiment, the air-fuel ratio to which the excessive rich amount and the excessive lean amount are added is continued for a predetermined time, and the air-fuel ratio is set to the target air-fuel ratio after the predetermined time has elapsed.
A different part from 1st Embodiment is demonstrated using FIG. 9 thru | or 12. FIG.
[0064]
The main routine is the same as that in the first embodiment. The rich purge control and the rich purge end control that are called as subroutines are shown in the flowcharts of FIGS. Rich purge control will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0065]
First, in step S101 ′, the counter T1 is incremented. The counter T1 is a timer that counts the time when the rich purge air-fuel ratio is set during the rich purge control. When the counter T1 is incremented, the process proceeds to step S102 ′, and it is determined whether or not the counter T1 is equal to or greater than a predetermined value C1. When the counter T1 is equal to or smaller than the predetermined value C2, the process proceeds to step S107 ′, and the rich purge start air-fuel ratio RTAF is calculated in order to set the air-fuel ratio after switching from lean to rich. The air-fuel ratio RTAF is set to be richer than the subsequent target air-fuel ratio so that the lean-to-rich switching of the air-fuel ratio can be performed quickly. When the rich purge start air-fuel ratio RTAF is calculated, the process proceeds to step S108 ′, the RTAF calculated in step S107 ′ is set as the rich purge air-fuel ratio, and this routine is ended.
[0066]
If it is determined in step S102 ′ that the counter T1 has exceeded the predetermined value C2, the process proceeds to step S103 ′ to calculate the target air-fuel ratio TAF. Subsequently, in step S104 ′, the target air-fuel ratio TAF calculated in step S103 ′ is set as the rich purge air-fuel ratio, and the process proceeds to step S105 ′. In step S105 ′, it is determined whether or not the rich purge control is finished. As the determination method, as in the first embodiment, the rich purge amount necessary for reducing and releasing NOx is calculated from the NOx amount stored in the NOx catalyst, and the determination is made from the actual rich purge amount. Alternatively, the end time of the rich purge control may be determined based on a predetermined time. If the rich-purge control is completed, the process proceeds to step S106 ′, 1 is input to the rich-purge end flag Fstp for ending the rich-purge control, the counter T1 is returned to 0, and this routine ends. On the other hand, if it is determined in step S105 ′ that the rich purge control is not finished, this routine is finished as it is.
[0067]
Next, the lean return control of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0068]
First, in step S201 ′, the lean return air-fuel ratio is the lean return initial air-fuel ratio LTAF (the air-fuel ratio that is set for a predetermined period after the rich-to-lean switch, and the air-fuel ratio that is leaner than the finally set target air-fuel ratio TAF. The timer T2 that counts the time set to the fuel ratio is incremented, and the process proceeds to step S202 ′. In step 202, it is determined whether or not the counter T2 exceeds a predetermined value C3. The predetermined value C3 is set in a period during which the lean return air-fuel ratio is set to the lean return initial air-fuel ratio LTAF. In other words, the air-fuel ratio is set to a period necessary for promptly passing through the air-fuel ratio region where a large amount of NOx is discharged at the time of rich to lean switching. If it is determined in step S202 ′ that the counter T2 is equal to or smaller than the predetermined value C3, the process proceeds to step S203 ′, the lean return initial air-fuel ratio LTAF is calculated, and the process proceeds to step S204 ′. In step S204 ′, the lean return initial air-fuel ratio LTAF is set to the lean return air-fuel ratio, and this routine ends. On the other hand, if it is determined in step S202 ′ that the counter T2 is equal to or greater than the predetermined value C2, the process proceeds to step S203 ′, 0 is input to the flag Fr, the flag Fstp, and the counter T2, and this routine is terminated.
[0069]
In the present embodiment, the time period during which the air-fuel ratio is set to the rich purge start air-fuel ratio RTAF or the lean return initial air-fuel ratio LTAF is counted by the timers T1 and T2. By controlling in this way, when the air-fuel ratio is switched from rich to lean or lean to rich, it is possible to quickly pass through the air-fuel ratio region where a large amount of NOx is discharged.
[0070]
Next, the present embodiment will be described with reference to the time chart of FIG.
[0071]
First, FIG. 11A is a diagram in which, in the lean burn control of the present embodiment, the air-fuel ratio is switched from lean to rich, and NOx occluded in the NOx catalyst is reduced and released and then switched from rich to lean. Here, when switching from lean to rich, the air-fuel ratio is set to be richer than the target air-fuel ratio (hereinafter referred to as the rich purge start air-fuel ratio), and then converged to the target air-fuel ratio. Similarly, when switching from rich to lean, it is set to be leaner than the target air-fuel ratio (hereinafter referred to as lean return air-fuel ratio) and then converge to the target air-fuel ratio. By setting the control air-fuel ratio in this way, the air-fuel ratio downstream of the three-way catalyst 13 becomes as shown in FIG.
[0072]
A ″ in the figure is immediately after the control air-fuel ratio is switched from lean to rich, and the air-fuel ratio after the three-way catalyst becomes rich while consuming oxygen stored in the three-way catalyst 13. At this time, the control is performed. Since the air-fuel ratio is set to a rich purge start air-fuel ratio that is richer than the target air-fuel ratio, the air-fuel ratio is stored in the three-way catalyst 13 as compared with the prior art Fig. 7B shown in the first embodiment. Thus, the time for consuming oxygen is shortened, and the time Tα ″ until B ″ in the figure in which the air-fuel ratio after the three-way catalyst becomes the target air-fuel ratio is shorter than Tα in FIG. In addition, C ″ in the figure is immediately after the control air-fuel ratio is switched from rich to lean. As described above, by setting the control air-fuel ratio to a lean return air-fuel ratio that is leaner than the target air-fuel ratio, the time after the three-way catalyst to the target air-fuel ratio Tβ ″ is compared with Tβ in FIG. 7B. As a result, the amount of NOx emission is reduced as compared with the prior art as shown in FIG.
[0073]
In this embodiment, the rich purge control means corresponds to FIG. 9, the rich purge start time control means corresponds to FIG. 3, and the lean return control means corresponds to FIG.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing air-fuel ratio control according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing rich purge control according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing lean return control according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for obtaining a correction value of an air-fuel ratio.
6A is a diagram for obtaining an attenuation amount corresponding to the rotational speed of the internal combustion engine, and FIG. 6B is a diagram for obtaining an attenuation amount corresponding to the rotational speed of the internal combustion engine.
7A is a time chart showing the control air-fuel ratio, FIG. 7B is a time chart showing the air-fuel ratio after the three-way catalyst, and FIG. 7C is discharged downstream of the three-way catalyst. A time chart showing the amount of NOx.
FIG. 8 is a time chart of the first embodiment of the present invention, (a) is a time chart showing a controlled air-fuel ratio, (b) is a time chart showing an air-fuel ratio after a three-way catalyst, and (c) is a three-way catalyst. The time chart which shows the amount of NOx discharged downstream.
FIG. 9 is a flowchart showing rich purge control according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing lean return control according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a time chart of the second embodiment of the present invention, (a) is a time chart showing a controlled air-fuel ratio, (b) is a time chart showing an air-fuel ratio after a three-way catalyst, and (c) is a three-way catalyst. The time chart which shows the NOx amount discharged | emitted downstream.
FIG. 12 is a view showing NOx emission amount by air-fuel ratio.
13A is a diagram for obtaining an attenuation amount corresponding to the rotational speed of the internal combustion engine, and FIG. 13B is a diagram for obtaining an attenuation amount corresponding to the rotational speed of the internal combustion engine.
FIG. 14 is a diagram for obtaining a NOx determination value from the NOx occlusion capacity.
[Brief description of symbols]
1 engine
12 Exhaust pipe
13 Three-way catalyst as upstream catalyst
14 NOx catalyst
27 A / F sensor as oxygen concentration sensor
30 ECU

Claims

An upstream catalyst provided in the exhaust passage and having oxygen storage capacity; a NOx catalyst provided downstream of the upstream catalyst and storing NOx;
Lean control means for performing lean combustion in the air-fuel ratio lean region;
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine comprising: rich purge control means for controlling the air-fuel ratio to be rich for a predetermined period in order to purify NOx exhausted during lean combustion by the lean control means and stored in the NOx catalyst;
The rich purge control means includes a rich purge start time control means for controlling the first air fuel ratio at the start of the rich purge control to be richer than the second air fuel ratio during the subsequent rich purge, Means for controlling the second air-fuel ratio to be constant; and when returning from the rich purge control to the lean control, the air-fuel ratio is temporarily made leaner than the air-fuel ratio controlled by the lean control means. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, comprising: a lean return control means for controlling the engine to be

2. The rich purge control means includes first convergence means for converging the air-fuel ratio set by the rich purge start time control means to the air-fuel ratio set by the rich purge control means. An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 1.

The said lean control means is equipped with the 2nd convergence means to converge the air fuel ratio set by the said lean return control means to the air fuel ratio set by the said lean control means, The claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to any one of the above.

First operating state detecting means for detecting the operating state of the internal combustion engine;
The air-fuel ratio set by the lean return control means and / or the rich purge start time control means is set based on an operating state detected by the operating state detecting means. Item 4. The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to any one of Items 3 to 5.

The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the first operating state detection means detects a load of the internal combustion engine.

The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the load of the internal combustion engine is an intake air amount.

An upstream catalyst that is provided in the exhaust passage and has an oxygen storage capacity; a NOx catalyst that is provided downstream of the upstream catalyst and that stores NOx;
  Lean control means for performing lean combustion in the air-fuel ratio lean region;
  An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine comprising: rich purge control means for controlling the air-fuel ratio to be rich for a predetermined period in order to purify NOx exhausted during lean combustion by the lean control means and stored in the NOx catalyst;
  The rich purge control means includes a lean return control means for temporarily controlling the air-fuel ratio to be leaner than the air-fuel ratio controlled by the lean control means when returning from rich purge control to lean control. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine.

The internal combustion engine according to claim 7, wherein the lean control unit includes a second convergence unit that converges the air-fuel ratio set by the lean return control unit to the air-fuel ratio set by the lean control unit. Engine air-fuel ratio control device.

A second operating state detecting means for detecting the operating state of the internal combustion engine;
9. The air-fuel ratio set by the lean return control means is set based on an operating state detected by the operating state detecting means. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine.

The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 9, wherein the second operating state detection means detects a load of the internal combustion engine.

The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 10, wherein the load of the internal combustion engine is an intake air amount.