JP5310444B2 - Air-fuel ratio control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気通路に三元触媒を備えた内燃機関の空燃比制御装置に関する。 The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine having a three-way catalyst in an exhaust passage.
従来より、内燃機関から排出される排ガスを浄化するために同機関の排気通路に三元触媒が配設されている。三元触媒は、周知のように、その三元触媒に流入するガスの成分に応じて酸素を吸蔵又は放出する「酸素吸蔵機能」を有する。以下、三元触媒は単に「触媒」とも称呼され、触媒に流入するガスは「触媒流入ガス」とも称呼される。 Conventionally, in order to purify exhaust gas discharged from an internal combustion engine, a three-way catalyst is disposed in the exhaust passage of the engine. As is well known, the three-way catalyst has an “oxygen storage function” for storing or releasing oxygen in accordance with the components of the gas flowing into the three-way catalyst. Hereinafter, the three-way catalyst is also simply referred to as “catalyst”, and the gas flowing into the catalyst is also referred to as “catalyst inflow gas”.
従来の空燃比制御装置(従来装置)は、機関の排気通路であって触媒の下流に配設された下流側空燃比センサを備える。従来装置は、気筒に吸入される空気量に基づいて「機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比に一致させるための基本燃料噴射量」を求め、その基本燃料噴射量を少なくとも下流側空燃比センサの出力値に基づいて補正するようになっている。 A conventional air-fuel ratio control device (conventional device) includes a downstream air-fuel ratio sensor disposed in the engine exhaust passage and downstream of the catalyst. The conventional apparatus obtains a “basic fuel injection amount for making the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine coincide with the stoichiometric air-fuel ratio” based on the air amount sucked into the cylinder, and at least the basic fuel injection amount is downstream. Correction is made based on the output value of the side air-fuel ratio sensor.
より具体的に述べると、下流側空燃比センサは図3に示した出力値Voxsを出力する。下流側空燃比センサは濃淡電池型の酸素濃度センサとも称呼される。この下流側空燃比センサの出力値Voxsは、触媒から流出するガス(以下、「触媒流出ガス」とも称呼される。)の空燃比が理論空燃比よりも小さい場合(理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である場合)、即ち、触媒流出ガスに過剰な酸素が含まれていない場合、最大出力値Vmax又は最大出力値Vmax近傍の値となる。「触媒流出ガスに過剰な酸素が含まれていない場合」とは、触媒流出ガス中の「未燃物と酸素と」が結合した結果、酸素が不足し未燃物が残る場合(触媒流出ガス中の未燃物を総て酸化するのに必要な量よりも少ない量の酸素が触媒流出ガス中に含まれている場合)、及び、触媒流出ガス中に酸素が存在していない場合、のことである。 More specifically, the downstream air-fuel ratio sensor outputs the output value Voxs shown in FIG. The downstream air-fuel ratio sensor is also called a concentration cell type oxygen concentration sensor. The output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor is obtained when the air-fuel ratio of the gas flowing out from the catalyst (hereinafter also referred to as “catalyst outflow gas”) is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio (richer than the stoichiometric air-fuel ratio). In other words, when the catalyst outflow gas does not contain excessive oxygen, the maximum output value Vmax or a value near the maximum output value Vmax is obtained. “When the catalyst effluent gas does not contain excess oxygen” means that “unburned material and oxygen” in the catalyst effluent gas are combined, resulting in insufficient oxygen and unburned material remaining (catalyst effluent gas). The catalyst effluent gas contains less oxygen than is necessary to oxidize all of the unburned material in the catalyst), and when no oxygen is present in the catalyst effluent gas, That is.
更に、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きい場合(理論空燃比よりもリーン側の空燃比である場合)、即ち、触媒流出ガスに過剰の酸素が含まれている場合、最小出力値Vmin又は最小出力値Vmin近傍の値となる。「触媒流出ガスに過剰の酸素が含まれている場合」とは、触媒流出ガス中の「未燃物と酸素と」が結合した結果、未燃物は消滅し酸素が残る場合(触媒流出ガス中の未燃物を総て酸化するのに必要な量よりも多い量の酸素が触媒流出ガス中に含まれている場合)、及び、触媒流出ガス中に未燃物が含まれていない場合、のことである。 Further, the output value Voxs of the downstream side air-fuel ratio sensor is excessive when the air-fuel ratio of the catalyst outflow gas is larger than the stoichiometric air-fuel ratio (when the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio), that is, excessive in the catalyst outflow gas. When oxygen is contained, the minimum output value Vmin or a value near the minimum output value Vmin is obtained. “When the catalyst effluent gas contains excess oxygen” means that the unburned material disappears and oxygen remains as a result of the combination of “unburned material and oxygen” in the catalyst effluent gas (catalyst effluent gas). The catalyst effluent gas contains more oxygen than is necessary to oxidize all the unburned material in the catalyst) and the catalyst effluent gas contains no unburned material That's it.
このように、触媒流出ガスに過剰の酸素が含まれていると出力値Voxsは最小出力値Vmin(例えば、0〜0.1V)となり、触媒流出ガスに過剰な酸素が含まれていなければ出力値Voxsは最大出力値Vmax(例えば、0.9〜1.0V)となる。そこで、出力値Voxsが「最大出力値Vmaxと最小出力値Vminとの中央の値Vmid(即ち、中央値Vmid=(Vmax+Vmin)/2)」に一致している場合、触媒流出ガスの空燃比は理論空燃比に一致していると考えられている。 Thus, if the catalyst outflow gas contains excessive oxygen, the output value Voxs becomes the minimum output value Vmin (for example, 0 to 0.1 V). If the catalyst outflow gas does not contain excessive oxygen, the output value Voxs is output. The value Voxs is a maximum output value Vmax (for example, 0.9 to 1.0 V). Therefore, when the output value Voxs coincides with “the central value Vmid of the maximum output value Vmax and the minimum output value Vmin (that is, the median value Vmid = (Vmax + Vmin) / 2)”, the air-fuel ratio of the catalyst outflow gas is It is thought to be consistent with the theoretical air / fuel ratio.
そして、従来装置は、下流側空燃比センサの出力値Voxsが「理論空燃比に相当する値(即ち、中央値Vmid)に設定された下流側目標値Voxsref」に一致するように空燃比のフィードバック量を比例・積分制御(PI制御)等に基づいて算出する。この空燃比のフィードバック量は、便宜上「サブフィードバック量」とも称呼される。従来装置は、「理論空燃比を得るための基本燃料噴射量」を「サブフィードバック量」により補正することにより、機関に供給される混合気の空燃比を制御し、以って、触媒流入ガスの空燃比を制御している。 In the conventional apparatus, the air-fuel ratio feedback is made so that the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor matches the “downstream target value Voxsref set to a value corresponding to the theoretical air-fuel ratio (ie, the median value Vmid)”. The amount is calculated based on proportional / integral control (PI control) or the like. This air-fuel ratio feedback amount is also referred to as a “sub-feedback amount” for convenience. The conventional apparatus controls the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine by correcting the “basic fuel injection amount for obtaining the theoretical air-fuel ratio” with the “sub-feedback amount”, and thereby the catalyst inflow gas. The air-fuel ratio is controlled.
一方、触媒が劣化するに従って触媒が吸蔵し得る酸素吸蔵量の最大値(最大酸素吸蔵量Cmax)が低下してくる。従って、触媒が劣化するほど、触媒流入ガスの空燃比の変化が触媒流出ガスの空燃比の変化となって現れるまでの時間が短くなる。その結果、触媒が劣化するほど、出力値Voxsの振幅及び変動周波数が大きくなる。そこで、従来装置は、出力値Voxsの軌跡長を求め、その軌跡長に基づいて触媒が劣化したか否かを判定している(例えば、特許文献1を参照。)。 On the other hand, as the catalyst deteriorates, the maximum value of the oxygen storage amount that can be stored by the catalyst (maximum oxygen storage amount Cmax) decreases. Therefore, as the catalyst deteriorates, the time until the change in the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas appears as the change in the air-fuel ratio of the catalyst outflow gas becomes shorter. As a result, as the catalyst deteriorates, the amplitude and fluctuation frequency of the output value Voxs increase. Therefore, the conventional apparatus obtains the trajectory length of the output value Voxs and determines whether or not the catalyst has deteriorated based on the trajectory length (see, for example, Patent Document 1).
図24は、「上述した従来装置」及び「本発明による空燃比制御装置」による空燃比制御の様子を破線及び実線によりそれぞれ表したタイムチャートである。図24に示した例においては、時刻t0にて、下流側空燃比センサの出力値Voxsが中央値Vmidよりも小さい値から中央値Vmidよりも大きい値に変化している。前述したように、従来装置は、下流側目標値Voxsrefを中央値Vmidに設定している。 FIG. 24 is a time chart showing the state of air-fuel ratio control by the “conventional device described above” and the “air-fuel ratio control device according to the present invention” by a broken line and a solid line, respectively. In the example shown in FIG. 24, at time t0, the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor changes from a value smaller than the median value Vmid to a value greater than the median value Vmid. As described above, the conventional apparatus sets the downstream target value Voxsref to the median value Vmid.
従って、時刻t0以降における出力値Voxsは中央値Vmidよりも大きくなるので、従来装置によって算出されるサブフィードバック量は基本燃料噴射量を減少(減量補正)する値になる。これにより、触媒流入ガスの空燃比は理論空燃比よりもリーン側の空燃比へと制御される。以下、理論空燃比よりもリーン側の空燃比を、単に「リーン空燃比」とも称呼する。 Accordingly, since the output value Voxs after time t0 is larger than the median value Vmid, the sub feedback amount calculated by the conventional device is a value for reducing (decreasing the amount of fuel) the basic fuel injection amount. As a result, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is controlled to an air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Hereinafter, the air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is also simply referred to as “lean air-fuel ratio”.
この結果、触媒流入ガスには過剰な酸素が含まれるので、触媒に吸蔵されている酸素の量(以下、「酸素吸蔵量OSA」とも称呼する。)は増加する。触媒の酸素吸蔵量OSAが比較的小さい場合、触媒は酸素を効率良く吸蔵することができる。従って、時刻t0における酸素吸蔵量OSAが比較的小さい場合、時刻t0以降において触媒流入ガスに含まれる過剰な酸素の殆どは触媒に吸蔵される。その結果、触媒流出ガスに酸素が殆ど含まれていない状態が継続するので、下流側空燃比センサの出力値Voxsは最大出力値Vmaxに向けて増大し続ける。 As a result, excessive oxygen is contained in the catalyst inflow gas, so that the amount of oxygen stored in the catalyst (hereinafter also referred to as “oxygen storage amount OSA”) increases. When the oxygen storage amount OSA of the catalyst is relatively small, the catalyst can efficiently store oxygen. Therefore, when the oxygen storage amount OSA at time t0 is relatively small, most of the excess oxygen contained in the catalyst inflow gas is stored in the catalyst after time t0. As a result, since the state in which the catalyst outflow gas contains almost no oxygen continues, the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor continues to increase toward the maximum output value Vmax.
その後、時刻t1において触媒の酸素吸蔵量OSAが所定の上限値CHiに到達すると、触媒は酸素を効率良く吸蔵することができなくなる。よって、触媒流出ガスに比較的多量の酸素が含まれ始める。この結果、時刻t1の直後の時点である時刻t2から下流側空燃比センサの出力値Voxsは最小出力値Vminに向けて減少し始める。 Thereafter, when the oxygen storage amount OSA of the catalyst reaches the predetermined upper limit value CHi at time t1, the catalyst cannot store oxygen efficiently. Therefore, a relatively large amount of oxygen starts to be contained in the catalyst outflow gas. As a result, the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor starts to decrease toward the minimum output value Vmin from time t2, which is the time immediately after time t1.
ところが、時刻t2からその後の時刻t5までの期間、出力値Voxsは中央値Vmid(従来装置の下流側目標値Voxsref)よりも大きいので、従来装置によるサブフィードバック量は基本燃料噴射量を減少する値になり続ける。この結果、時刻t2以降においても酸素吸蔵量OSAは増大し続け、時刻t5よりも前の時刻t4にて最大酸素吸蔵量Cmaxに到達する。 However, since the output value Voxs is larger than the median value Vmid (the downstream target value Voxsref of the conventional device) from the time t2 to the subsequent time t5, the sub feedback amount by the conventional device is a value that decreases the basic fuel injection amount. Continue to be. As a result, the oxygen storage amount OSA continues to increase after time t2, and reaches the maximum oxygen storage amount Cmax at time t4 prior to time t5.
このとき、触媒流入ガスの空燃比は理論空燃比よりリーン側の空燃比であり、従って、機関に供給される混合気の空燃比も理論空燃比よりリーン側の空燃比である。このため、触媒流入ガスには多量のNOx(窒素酸化物)が含まれている。ところが、酸素吸蔵量OSAが最大酸素吸蔵量Cmaxに到達しているから、触媒はNOxを充分に浄化することができない。この結果、時刻t4から時刻t5までの期間において、比較的多量のNOxが触媒の下流に排出される場合がある。 At this time, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is also an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, the catalyst inflow gas contains a large amount of NOx (nitrogen oxide). However, since the oxygen storage amount OSA reaches the maximum oxygen storage amount Cmax, the catalyst cannot sufficiently purify NOx. As a result, during the period from time t4 to time t5, a relatively large amount of NOx may be discharged downstream of the catalyst.
このように、従来装置は、触媒による排気浄化作用にとって不必要な「燃料噴射量の減量補正」を行う場合がある(図24の触媒流入ガスの空燃比のハッチング部を参照。)。換言すると、従来装置によれば、触媒流入ガスの空燃比が「触媒の排気浄化効率を良好な値に維持するために必要とされる空燃比(以下、「触媒流入ガス要求空燃比」とも称呼する。)」よりもリーン側の空燃比に制御されてしまう場合が発生する。 As described above, the conventional apparatus may perform “fuel injection amount reduction correction” that is unnecessary for the exhaust gas purifying action by the catalyst (see the air-fuel ratio hatching portion of the catalyst inflow gas in FIG. 24). In other words, according to the conventional apparatus, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is also referred to as “the air-fuel ratio required to maintain the catalyst exhaust purification efficiency at a good value (hereinafter referred to as“ catalyst inflow gas required air-fuel ratio ”). The air-fuel ratio on the leaner side than “)” may be controlled.
一方、下流側空燃比センサの出力値Voxsが「中央値Vmidに設定された下流側目標値Voxsref」よりも小さくなると、従来装置によって算出されるサブフィードバック量は基本燃料噴射量を増大(増量補正)する値となる。それにより、触媒流入ガスの空燃比は理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に制御される。以下、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を、単に「リッチ空燃比」とも称呼する。 On the other hand, when the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor becomes smaller than the “downstream target value Voxsref set to the median value Vmid”, the sub feedback amount calculated by the conventional device increases the basic fuel injection amount (increase correction) ). Thereby, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is controlled to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Hereinafter, the air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio is also simply referred to as “rich air-fuel ratio”.
この結果、触媒流入ガスには過剰な未燃物(CO、HC及びH2等)が含まれるので、触媒に吸蔵されている酸素はその未燃物の浄化に使用される。従って、酸素吸蔵量OSAは減少する。しかしながら、従来装置によれば、下流側空燃比センサの出力値Voxsが下流側目標値Voxsrefよりも小さくなった直後等の時点において、酸素吸蔵量OSAは最大酸素吸蔵量Cmax近傍となっている(図24の時刻t5の直後等を参照。)。そのため、微量ではあるものの触媒流入ガスに含まれる酸素はそのまま触媒下流に流出する。更には、下流側空燃比センサの近傍又は下流側空燃比センサの拡散抵抗層に残存する酸素を完全に消費するのに充分な量の未燃物が触媒下流に流出しない。その結果、下流側空燃比センサの出力値Voxsは下流側目標値Voxsrefよりも小さい値を維持する。 As a result, the catalyst inflow gas contains excessive unburned substances (CO, HC, H 2, etc.), so oxygen stored in the catalyst is used for purification of the unburned substances. Therefore, the oxygen storage amount OSA decreases. However, according to the conventional apparatus, the oxygen storage amount OSA is in the vicinity of the maximum oxygen storage amount Cmax immediately after the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor becomes smaller than the downstream target value Voxsref. (See immediately after time t5 in FIG. 24). Therefore, although it is a very small amount, oxygen contained in the catalyst inflow gas flows out as it is downstream of the catalyst. Further, an amount of unburned matter sufficient to completely consume oxygen remaining in the vicinity of the downstream air-fuel ratio sensor or in the diffusion resistance layer of the downstream air-fuel ratio sensor does not flow downstream of the catalyst. As a result, the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor maintains a value smaller than the downstream target value Voxsref.
その後、触媒の酸素吸蔵量OSAが所定の下限値CLo(<CHi)にまで減少すると、触媒は触媒流入ガスに含まれる微量な酸素を効率良く吸蔵し始めるとともに触媒流入ガスに含まれる未燃物を完全には浄化できなくなる。よって、触媒流出ガスに酸素が含まれなくなるとともに、比較的多量の未燃物が含まれ始める。この未燃物により、下流側空燃比センサの近傍又は下流側空燃比センサの拡散抵抗層に残存する酸素が消費される。この結果、下流側空燃比センサの出力値Voxsは最大出力値Vmaxに向けて増大し始める。 Thereafter, when the oxygen storage amount OSA of the catalyst decreases to a predetermined lower limit value CLo (<CHi), the catalyst starts to efficiently store a small amount of oxygen contained in the catalyst inflow gas and unburned matter contained in the catalyst inflow gas. Can not be completely purified. Therefore, oxygen is not included in the catalyst outflow gas, and a relatively large amount of unburned material starts to be included. Oxygen remaining in the vicinity of the downstream air-fuel ratio sensor or in the diffusion resistance layer of the downstream air-fuel ratio sensor is consumed by the unburned matter. As a result, the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor starts to increase toward the maximum output value Vmax.
ところが、その時点から暫くの間、出力値Voxsは下流側目標値Voxsref(中央値Vmid)よりも小さいから、従来装置によるサブフィードバック量は基本燃料噴射量を増大する値になり続ける。この結果、触媒の酸素吸蔵量OSAは減少し続け「0」に到達してしまう。 However, since the output value Voxs is smaller than the downstream target value Voxsref (median value Vmid) for a while from that time, the sub-feedback amount by the conventional device continues to be a value that increases the basic fuel injection amount. As a result, the oxygen storage amount OSA of the catalyst continues to decrease and reaches “0”.
このとき、触媒流入ガスの空燃比は理論空燃比よりリッチ側の空燃比であり、従って、機関に供給される混合気の空燃比も理論空燃比よりリッチ側の空燃比である。このため、触媒流入ガスには多量の未燃物が含まれている。更に、酸素吸蔵量OSAが「0」に達しているから、触媒はその未燃物を充分に浄化することができない。この結果、多量の未燃物が触媒の下流に排出される場合がある。 At this time, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is also richer than the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, a large amount of unburned matter is contained in the catalyst inflow gas. Furthermore, since the oxygen storage amount OSA has reached “0”, the catalyst cannot sufficiently purify the unburned matter. As a result, a large amount of unburned matter may be discharged downstream of the catalyst.
このように、従来装置は、触媒による排気浄化作用にとって不必要な「燃料噴射量の増量補正」を行う場合がある。換言すると、従来装置によれば、触媒流入ガスの空燃比が「触媒流入ガス要求空燃比」よりもリッチ側の空燃比に制御されてしまう場合が発生する。 As described above, the conventional apparatus may perform “increase correction of the fuel injection amount” that is unnecessary for the exhaust gas purification action by the catalyst. In other words, according to the conventional apparatus, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas may be controlled to a richer air-fuel ratio than the “catalyst inflow gas required air-fuel ratio”.
そこで、本発明者は、実際の触媒流入ガスの空燃比が「触媒流入ガス要求空燃比」に出来るだけ一致するように「機関に供給される混合気の空燃比」を制御することにより、エミッションを更に改善することができる内燃機関の空燃比制御装置を開発している。以下、この開発中の空燃比制御装置を「本発明装置」と称呼する。本発明装置によれば、触媒を廉価とするために触媒が担持する貴金属の量を予め低減することにより、新品の状態にある触媒の最大酸素吸蔵量Cmaxを低下させても、長期に渡って「エミッションが悪化することを回避すること」が可能である。 Therefore, the present inventor controls the emission by controlling the “air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine” so that the actual air-fuel ratio of the catalyst inflow gas matches the “catalyst inflow gas required air-fuel ratio” as much as possible. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that can further improve the above is developed. Hereinafter, the air-fuel ratio control apparatus under development is referred to as “the present invention apparatus”. According to the apparatus of the present invention, even if the maximum oxygen storage amount Cmax of the catalyst in a new state is reduced by reducing the amount of the noble metal supported by the catalyst in advance in order to reduce the cost of the catalyst, it can be maintained over a long period of time. “Avoiding worsening of emissions” is possible.
ここで、本発明装置の空燃比制御の概要について説明する。本発明装置は、下流側空燃比センサの出力値Voxsの変化速度ΔVoxsは触媒の状態(酸素吸蔵状態)を表すので、出力値Voxsの変化速度ΔVoxsに基づいて「触媒流入ガスの空燃比(即ち、機関に供給される混合気の空燃比)」を制御することにより、触媒流入ガスの空燃比を「触媒流入ガス要求空燃比」に一致させることができるとの知見に基づく。なお、出力値Voxsの変化速度ΔVoxsとは、単位時間あたりの出力値Voxsの変化量、即ち、出力値Voxsの時間微分値(dVoxs/dt)に相当する値のことである。 Here, the outline of the air-fuel ratio control of the device of the present invention will be described. Since the change rate ΔVoxs of the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor represents the state of the catalyst (oxygen occlusion state), the present invention device determines the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas (ie, Based on the knowledge that the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas can be matched with the “catalyst inflow gas required air-fuel ratio” by controlling the “air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine”. The change rate ΔVoxs of the output value Voxs is a value corresponding to a change amount of the output value Voxs per unit time, that is, a time differential value (dVoxs / dt) of the output value Voxs.
以下、下流側空燃比センサの出力値Voxsの変化速度ΔVoxsが「触媒の状態を表す」理由について場合分けしながら説明する。 Hereinafter, the reason why the change rate ΔVoxs of the output value Voxs of the downstream side air-fuel ratio sensor “represents the state of the catalyst” will be described with respect to each case.
(1)酸素吸蔵量OSAが上述した下限値CLo(即ち、「0」に近い所定値)以下である状態の触媒(酸素不足状態にある触媒、酸素不足触媒)に、リーン空燃比の燃焼ガス(排ガス)を供給した場合。 (1) A lean air-fuel ratio combustion gas is added to a catalyst (a catalyst in an oxygen-deficient state, an oxygen-deficient catalyst) in which the oxygen storage amount OSA is equal to or lower than the lower limit value CLo (that is, a predetermined value close to “0”). When (exhaust gas) is supplied.
この場合、図4に模式的に示したように、燃焼ガスである触媒流入ガスには「微量の未燃物(HC等)」と「多量且つ過剰な酸素(O2)」とが含まれている。酸素は触媒43中の酸素吸蔵材と結合することにより触媒43に吸蔵される。未燃物は「触媒流入ガス中の酸素又は触媒43に残存している酸素」と結合する。このように、触媒流入ガスに含まれる酸素は触媒43内において吸蔵又は消費されるので、触媒流出ガス中に酸素は殆ど存在しない。この結果、下流側空燃比センサの出力値Voxsは最大出力値Vmax近傍の値となる。
In this case, as schematically shown in FIG. 4, the catalyst inflow gas as the combustion gas contains “a trace amount of unburned matter (HC, etc.)” and “a large amount and excess oxygen (O 2 )”. ing. Oxygen is stored in the
但し、リーン空燃比の触媒流入ガスに含まれる酸素の量はリッチ空燃比の触媒流入ガスに含まれる酸素の量よりも非常に多いので、このような酸素不足状態にある触媒にリーン空燃比の触媒流入ガスが流入すると、酸素が極微量ではあるが触媒から漏れ出す。よって、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、最大出力値Vmaxよりも僅かに低下した値(但し、中央値Vmidよりもかなり大きい値)になる(図3の点P1を参照。)。 However, the amount of oxygen contained in the lean air-fuel ratio catalyst inflow gas is much larger than the amount of oxygen contained in the rich air-fuel ratio catalyst inflow gas. When the catalyst inflow gas flows in, oxygen leaks out from the catalyst although there is a trace amount. Therefore, the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor becomes a value slightly lower than the maximum output value Vmax (however, a value much larger than the median value Vmid) (see point P1 in FIG. 3).
(2)触媒にリーン空燃比の燃焼ガスを供給し続けることにより、酸素吸蔵量OSAが上述した上限値CHi(即ち、最大酸素吸蔵量Cmaxに近い所定値)以上となった場合。 (2) When the oxygen storage amount OSA becomes equal to or higher than the upper limit value CHi (that is, a predetermined value close to the maximum oxygen storage amount Cmax) by continuing to supply the lean air-fuel ratio combustion gas to the catalyst.
この場合、図5に模式的に示したように、燃焼ガスである触媒流入ガスには「微量の未燃物」と「多量且つ過剰な酸素」とが含まれている。この状態において、触媒43の酸素を吸蔵する余力は小さくなっているので、触媒流入ガス中の酸素は、その一部が触媒43に吸蔵されるものの、残りの多くは触媒43の下流に流出し始める。未燃物は「触媒43に吸蔵されている酸素」と結合する。従って、触媒流出ガスが過剰の酸素を含み始める。よって、下流側空燃比センサの出力値Voxsは最小出力値Vmin近傍に向けて急激に減少し始め、その後、最小出力値Vminに到達する。
In this case, as schematically shown in FIG. 5, the catalyst inflow gas which is the combustion gas contains “a trace amount of unburned matter” and “a large amount and excess oxygen”. In this state, since the remaining capacity of the
以上の説明から理解されるように、理論空燃比よりもリーン側の空燃比の燃焼ガスを触媒に供給している場合に下流側空燃比センサの出力値Voxsが減少を開始した時、触媒の酸素吸蔵量OSAは相当に大きくなっている。従って、この状態において、触媒に「理論空燃比よりもリーン側の空燃比のガス」を供給し続けることは適切でない。換言すると、下流側空燃比センサの出力値Voxsが比較的迅速に減少している場合(即ち、出力値Voxsが減少しかつ出力値Voxsの変化速度ΔVoxsの絶対値が所定の閾値よりも大きい場合)、たとえ出力値Voxsが中央値Vmidよりも大きくても、「触媒流入ガス要求空燃比」は理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である。 As understood from the above explanation, when the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor starts to decrease when the combustion gas having the air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is supplied to the catalyst, The oxygen storage amount OSA is considerably large. Therefore, in this state, it is not appropriate to continue to supply “a gas having an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio” to the catalyst. In other words, when the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor decreases relatively quickly (that is, when the output value Voxs decreases and the absolute value of the change rate ΔVoxs of the output value Voxs is greater than the predetermined threshold value) ) Even if the output value Voxs is larger than the median value Vmid, the “catalyst inflow gas required air-fuel ratio” is the stoichiometric air-fuel ratio or an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
(3)酸素吸蔵量OSAが上述した上限値CHi以上である状態の触媒(酸素過剰状態にある触媒、酸素過剰触媒)に、リッチ空燃比の燃焼ガスを供給した場合。 (3) When the rich air-fuel ratio combustion gas is supplied to the catalyst in which the oxygen storage amount OSA is equal to or higher than the above-described upper limit value CHi (the catalyst in the oxygen excess state, the oxygen excess catalyst).
この場合、図6に模式的に示したように、燃焼ガスである触媒流入ガスには「多量且つ過剰な未燃物」と「微量の酸素」とが含まれている。未燃物は「触媒43に吸蔵されている酸素」と結合するから、触媒43の下流に漏れ出さない。一方、触媒流入ガス中の微量な酸素は触媒43に吸蔵されることなく触媒43を通過し、触媒43の下流に流出する。この結果、下流側空燃比センサの出力値Voxsは最小出力値Vmin近傍の値であって、最小出力値Vminよりも僅かに増大した値(但し、中央値Vmidよりはかなり小さい値)になる(図3の点P2を参照。)。
In this case, as schematically shown in FIG. 6, the catalyst inflow gas that is the combustion gas contains “a large amount and excessive unburnt substances” and “a small amount of oxygen”. Since the unburned matter is combined with “oxygen stored in the
(4)触媒にリッチ空燃比の燃焼ガスを供給し続けることにより、酸素吸蔵量OSAが上述した下限値CLo(即ち、「0」に近い所定値)以下となった場合。 (4) When the oxygen storage amount OSA becomes equal to or lower than the above-described lower limit value CLo (that is, a predetermined value close to “0”) by continuously supplying the rich air-fuel ratio combustion gas to the catalyst.
この場合、図7に模式的に示したように、燃焼ガスである触媒流入ガスには「多量且つ過剰な未燃物」と「微量の酸素」とが含まれている。このとき、それまでに吸蔵していた酸素を未燃物に対して与える「触媒43の余力」は小さくなっているので、触媒流入ガス中の未燃物は、その一部が「触媒43に吸蔵されている酸素」と結合し且つ他の一部が「触媒流入ガス中の酸素」と結合するものの、残りの多くは触媒43の下流に流出し始める。更に、触媒流入ガス中の酸素は触媒43に吸蔵される。従って、触媒流出ガスには酸素が含まれず、未燃物が含まれ始める。よって、下流側空燃比センサの出力値Voxsは最大出力値Vmax近傍に向けて急激に増大し、その後、最大出力値Vmaxに到達する。
In this case, as schematically shown in FIG. 7, the catalyst inflow gas that is the combustion gas contains “a large amount and an excessive amount of unburned matter” and “a small amount of oxygen”. At this time, since the “remaining capacity of the
以上の説明から理解されるように、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比の燃焼ガスを触媒に供給している場合に下流側空燃比センサの出力値Voxsが増大を開始した時、触媒の酸素吸蔵量OSAは相当に小さくなっている。従って、この状態において、触媒に「理論空燃比よりもリッチ側の空燃比のガス」を供給し続けることは適切でない。換言すると、下流側空燃比センサの出力値Voxsが比較的迅速に増大している場合、(即ち、出力値Voxsが増大しかつ出力値Voxsの変化速度ΔVoxsの絶対値が所定の閾値よりも大きい場合)、たとえ出力値Voxsが中央値Vmidよりも小さくても、「触媒流入ガス要求空燃比」は理論空燃比又は理論空燃比よりもリーン側の空燃比である。 As understood from the above description, when the combustion value of the air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio is supplied to the catalyst, when the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor starts increasing, The oxygen storage amount OSA is considerably small. Therefore, in this state, it is not appropriate to continue to supply “a gas having an air-fuel ratio richer than the theoretical air-fuel ratio” to the catalyst. In other words, when the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor increases relatively quickly (that is, the output value Voxs increases and the absolute value of the change rate ΔVoxs of the output value Voxs is larger than the predetermined threshold value). ), Even if the output value Voxs is smaller than the median value Vmid, the “catalyst inflow gas required air-fuel ratio” is the stoichiometric air-fuel ratio or an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
但し、出力値Voxsが最大出力値Vmax近傍の値である場合には、変化速度ΔVoxsに拘わらず触媒43の状態は酸素不足状態(酸素吸蔵量OSAが実質的に「0」である状態)であると考えられる。従って、その場合の「触媒流入ガス要求空燃比」は、理論空燃比又は理論空燃比よりもリーン側の空燃比である。
However, when the output value Voxs is a value in the vicinity of the maximum output value Vmax, the state of the
同様に、出力値Voxsが最小出力値Vmin近傍の値である場合には、変化速度ΔVoxsに拘わらず触媒43の状態は酸素過剰状態(酸素吸蔵量OSAが実質的に最大酸素吸蔵量Cmaxである状態)であると考えられる。従って、その場合の「触媒流入ガス要求空燃比」は、理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である。
Similarly, when the output value Voxs is a value in the vicinity of the minimum output value Vmin, the state of the
本発明装置は、このような知見に基づいてなされたものであり、触媒流出ガスに含まれる酸素の濃度(酸素分圧)に応じた出力値Voxsを出力する濃淡電池型の酸素濃度センサ(下流側空燃比センサ)と、その酸素濃度センサの出力値Voxsと変化速度ΔVoxsに基づいて「機関に供給される混合気の空燃比(機関の空燃比)」を制御する空燃比制御手段と、を備える。 The apparatus of the present invention has been made based on such knowledge, and is a concentration cell type oxygen concentration sensor (downstream) that outputs an output value Voxs corresponding to the concentration of oxygen (oxygen partial pressure) contained in the catalyst outflow gas. Side air-fuel ratio sensor), and air-fuel ratio control means for controlling the “air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine (air-fuel ratio of the engine)” based on the output value Voxs and the change speed ΔVoxs of the oxygen concentration sensor, Prepare.
より具体的には、前記空燃比制御手段は、
(A1)出力値Voxsが「所定の低側閾値」と「前記低側閾値よりも大きい所定の高側閾値」との間にある場合、以下に述べる第1期間において、前記触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の所定の第1リーン空燃比となるように、機関の空燃比を制御する。
More specifically, the air-fuel ratio control means includes
(A1) When the output value Voxs is between “predetermined low side threshold value” and “predetermined high side threshold value greater than the low side threshold value”, the catalyst inflow gas empties in the first period described below. The air-fuel ratio of the engine is controlled so that the fuel ratio becomes a predetermined first lean air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
前記第1期間の開始時点は、前記出力値Voxsが増大しているときの前記出力値の変化速度の絶対値|ΔVoxs|が所定の第1変化速度閾値以上となった時点である。
前記第1期間の終了時点は、前記出力値Voxsが減少しているときの前記出力値の変化速度の絶対値|ΔVoxs|が所定の第2変化速度閾値以上となる時点、及び、前記出力値Voxsが前記高側閾値以上になる時点、の何れかである。
The start time point of the first period is a time point when the absolute value | ΔVoxs | of the change rate of the output value when the output value Voxs increases is equal to or greater than a predetermined first change rate threshold value.
The end point of the first period is a time point when the absolute value | ΔVoxs | of the change rate of the output value when the output value Voxs decreases is equal to or greater than a predetermined second change rate threshold value, and the output value. One of the time points when Voxs becomes equal to or higher than the high-side threshold.
更に、前記空燃比制御手段は、
(A2)出力値Voxsが「前記低側閾値」と「前記高側閾値」との間にある場合、以下に述べる第2期間において、前記触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の所定の第1リッチ空燃比となるように、機関の空燃比を制御する。
Further, the air-fuel ratio control means includes:
(A2) When the output value Voxs is between “the low threshold value” and “the high threshold value”, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is richer than the stoichiometric air-fuel ratio in the second period described below. The air-fuel ratio of the engine is controlled so as to be a predetermined first rich air-fuel ratio.
前記第2期間の開始時点は、前記出力値Voxsが減少しているときの前記出力値の変化速度の絶対値|ΔVoxs|が前記第2変化速度閾値以上となった時点である。
前記第2期間の終了時点は、前記出力値Voxsが増大しているときの前記出力値の変化速度の絶対値|ΔVoxs|が前記第1変化速度閾値以上となる時点、及び、前記出力値Voxsが前記低側閾値以下となる時点、の何れかである。
The start time of the second period is a time when the absolute value | ΔVoxs | of the change rate of the output value when the output value Voxs is decreasing becomes equal to or greater than the second change rate threshold.
The end point of the second period is the time when the absolute value | ΔVoxs | of the change rate of the output value when the output value Voxs increases is equal to or greater than the first change rate threshold, and the output value Voxs Is the time when the value becomes equal to or lower than the low-side threshold.
なお、前記低側閾値は前記中央値Vmidと前記最小出力値Vminとの間の所定値であり、前記高側閾値は前記中央値Vmidと前記最大出力値Vmaxとの間の所定値である。更に、前記第1変化速度閾値及び前記第2変化速度閾値は何れも正の所定値であり、両者は互いに同一であっても異なっていてもよい。 The low threshold value is a predetermined value between the median value Vmid and the minimum output value Vmin, and the high threshold value is a predetermined value between the median value Vmid and the maximum output value Vmax. Furthermore, the first change speed threshold and the second change speed threshold are both positive predetermined values, and both may be the same or different.
前述したように、下流側空燃比センサ(酸素濃度センサ)の出力値Voxsが比較的迅速に増大している場合、たとえ下流側空燃比センサの出力値が中央値Vmidよりも小さいときであっても、触媒の酸素吸蔵量OSAは最大酸素吸蔵量Cmaxの近傍ではなく、寧ろ、「0」に近い値にまで減少している。従って、下流側空燃比センサの出力値が比較的迅速に増大している場合(より具体的には、下流側空燃比センサの出力値の変化速度ΔVoxsが正であり且つその絶対値|ΔVoxs|が第1変化速度閾値よりも大きいとき)、触媒流入ガス要求空燃比は理論空燃比よりリーン側の空燃比である。 As described above, when the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor (oxygen concentration sensor) increases relatively quickly, even when the output value of the downstream air-fuel ratio sensor is smaller than the median value Vmid. However, the oxygen storage amount OSA of the catalyst is not close to the maximum oxygen storage amount Cmax, but rather decreases to a value close to “0”. Therefore, when the output value of the downstream air-fuel ratio sensor increases relatively quickly (more specifically, the change rate ΔVoxs of the output value of the downstream air-fuel ratio sensor is positive and its absolute value | ΔVoxs | Is larger than the first change speed threshold), the required air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
それ故、上記構成(A1)によれば、酸素吸蔵量OSAが「0」に到達する前の時点において「触媒流入ガスの空燃比」を「理論空燃比よりもリーン側の空燃比」に設定することができ、それにより酸素吸蔵量OSAを増大させ始めることができる(図24の時刻t7以降における実線を参照。)。即ち、本発明装置は、従来装置のように不必要な燃料噴射量の増量補正を行わないので、多量の未燃物が排出されることを回避することができる。 Therefore, according to the configuration (A1), “the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas” is set to “the air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio” before the oxygen storage amount OSA reaches “0”. Thus, the oxygen storage amount OSA can be started to increase (see the solid line after time t7 in FIG. 24). That is, the device according to the present invention does not perform unnecessary increase correction of the fuel injection amount unlike the conventional device, so that a large amount of unburned material can be avoided.
加えて、前述したように、下流側空燃比センサ(酸素濃度センサ)の出力値Voxsが比較的迅速に減少している場合、たとえ下流側空燃比センサの出力値が中央値Vmidよりも大きいときであっても、触媒の酸素吸蔵量OSAは「0」近傍の量ではなく、寧ろ、最大酸素吸蔵量Cmaxに近い値にまで増大している。従って、下流側空燃比センサの出力値が比較的迅速に減少している場合(より具体的には、下流側空燃比センサの出力値の変化速度ΔVoxsが負であり且つその絶対値|ΔVoxs|が第2変化速度閾値よりも大きいとき)、触媒流入ガス要求空燃比は理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である。 In addition, as described above, when the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor (oxygen concentration sensor) decreases relatively quickly, even when the output value of the downstream air-fuel ratio sensor is larger than the median value Vmid. Even so, the oxygen storage amount OSA of the catalyst is not an amount in the vicinity of “0”, but rather increases to a value close to the maximum oxygen storage amount Cmax. Therefore, when the output value of the downstream air-fuel ratio sensor is decreasing relatively quickly (more specifically, the change rate ΔVoxs of the output value of the downstream air-fuel ratio sensor is negative and its absolute value | ΔVoxs | Is greater than the second change speed threshold), the required air-fuel ratio for catalyst inflow gas is an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
それ故、上記構成(A2)によれば、酸素吸蔵量OSAが最大酸素吸蔵量Cmaxに到達する前の時点において「触媒流入ガスの空燃比」を「理論空燃比よりもリッチ側の空燃比」に設定することができ、それにより酸素吸蔵量OSAを減少させ始めることができる(図24の時刻t3以降における実線を参照。)。即ち、本発明装置は、従来装置のように不必要な燃料噴射量の減量補正を行わないので、多量のNOxが触媒の下流に排出されることを回避することができる。 Therefore, according to the configuration (A2), “the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas” is set to “the air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio” before the oxygen storage amount OSA reaches the maximum oxygen storage amount Cmax. Thus, the oxygen storage amount OSA can be started to decrease (see the solid line after time t3 in FIG. 24). That is, the device of the present invention does not perform unnecessary fuel injection amount reduction correction unlike the conventional device, so that a large amount of NOx can be prevented from being discharged downstream of the catalyst.
ところで、前述したように、前記高側閾値は、中央値Vmidと最大出力値Vmaxとの間の値に設定される。例えば、前記高側閾値は、「触媒流入ガスの空燃比」が「理論空燃比よりもリーン側の空燃比」であり且つ触媒の酸素吸蔵量OSAが増大している場合であって、「触媒流出ガスの空燃比」が「理論空燃比」であるときの出力値Voxs(上限値Vjogen)又はその上限値Vjogenよりも中央値Vmidに近い値となるように設定される。 Incidentally, as described above, the high-side threshold is set to a value between the median value Vmid and the maximum output value Vmax. For example, the high-side threshold is when “the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas” is “the air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio” and the oxygen storage amount OSA of the catalyst is increasing, The output value Voxs (upper limit value Vjogen) when the “outflow gas air-fuel ratio” is “theoretical air-fuel ratio” or a value closer to the median value Vmid than the upper limit value Vjogen is set.
触媒の酸素吸蔵量OSAが「0」又は実質的に「0」である場合(触媒が酸素不足状態である場合)、酸素は触媒の下流に流出しないか(図7を参照。)又は酸素は極めて僅かな量だけ触媒の下流に流出する(図4を参照。)。従って、触媒が酸素不足状態であるとき、出力値Voxsは最大出力値Vmax又は最大出力値Vmax近傍の値となるので、出力値Voxsは前記高側閾値以上となる。 When the oxygen storage amount OSA of the catalyst is “0” or substantially “0” (when the catalyst is in an oxygen-deficient state), oxygen does not flow downstream of the catalyst (see FIG. 7) or oxygen Only a very small amount flows out downstream of the catalyst (see FIG. 4). Therefore, when the catalyst is in an oxygen-deficient state, the output value Voxs is the maximum output value Vmax or a value near the maximum output value Vmax, and thus the output value Voxs is equal to or higher than the high-side threshold value.
従って、そのような場合(出力値Voxsが前記高側閾値よりも大きい場合)には、「触媒流入ガスの空燃比」を「理論空燃比よりもリッチ側の空燃比」に設定しないほうがよい。換言すると、この場合の「触媒流入ガス要求空燃比」は理論空燃比又は理論空燃比よりもリーン側の空燃比である。 Therefore, in such a case (when the output value Voxs is larger than the high-side threshold value), it is better not to set “the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas” to “the air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio”. In other words, the “catalyst inflow gas required air-fuel ratio” in this case is the stoichiometric air-fuel ratio or an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
そこで、前記空燃比制御手段は、更に、
(B)出力値Voxsが前記高側閾値以上である場合、
前記触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の第2リーン空燃比となるように、機関の空燃比を制御するように構成されている。
Therefore, the air-fuel ratio control means further includes:
(B) When the output value Voxs is equal to or higher than the high-side threshold,
The air-fuel ratio of the engine is controlled so that the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas becomes the second lean air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
これによれば、例えば、触媒過熱防止及び出力確保等のための燃料増量が行われることにより酸素吸蔵量OSAが「0」に達し、その後、増量が不要となった場合において、酸素吸蔵量OSAを速やかに増大させることができる。更に、上記(A1)及び上記(A2)に従った空燃比の制御中において、出力値Voxsが高側閾値以上となった場合にも、酸素吸蔵量OSAを速やかに増大させ、出力値Voxsを高側閾値と低下側閾値との間に戻すことができる。 According to this, for example, in the case where the oxygen storage amount OSA reaches “0” by performing fuel increase for preventing catalyst overheating and securing output, the oxygen storage amount OSA is reached when the increase is no longer necessary. Can be quickly increased. Further, during the control of the air-fuel ratio according to the above (A1) and (A2), even when the output value Voxs becomes equal to or higher than the high-side threshold, the oxygen storage amount OSA is rapidly increased to reduce the output value Voxs. It can return between the high side threshold and the low side threshold.
これに対し、前記低側閾値は、中央値Vmidと最小出力値Vminとの間の値に設定される。例えば、前記低側閾値は、「触媒流入ガスの空燃比」が「理論空燃比よりもリッチ側の空燃比」であり且つ触媒の酸素吸蔵量OSAが減少している場合であって、「触媒流出ガスの空燃比」が「理論空燃比」であるときの出力値Voxs(下限値Vkagen)又はその下限値Vkagenよりも中央値Vmidに近い値となるように設定される。 On the other hand, the low threshold value is set to a value between the median value Vmid and the minimum output value Vmin. For example, the low-side threshold value is a case where “the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas” is “the air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio” and the oxygen storage amount OSA of the catalyst is decreased. The output value Voxs (lower limit value Vkagen) when the “outflow gas air-fuel ratio” is “theoretical air-fuel ratio” or a value closer to the median value Vmid than the lower limit value Vkagen is set.
触媒の酸素吸蔵量OSAが最大酸素吸蔵量Cmax又は実質的に最大酸素吸蔵量Cmaxである場合(触媒が酸素過剰状態である場合)、酸素が触媒の下流に多量に流出するか(図5を参照。)又は酸素が触媒の下流に少量だけ流出する(図6を参照。)。従って、触媒が酸素過剰状態であるとき、出力値Voxsは最小出力値Vmin又は最小出力値Vmin近傍の値となるので、出力値Voxsは前記低側閾値以下となる。 When the oxygen storage amount OSA of the catalyst is the maximum oxygen storage amount Cmax or substantially the maximum oxygen storage amount Cmax (when the catalyst is in an oxygen-excess state), whether oxygen flows in a large amount downstream of the catalyst (see FIG. 5). See)) or a small amount of oxygen flows downstream of the catalyst (see FIG. 6). Therefore, when the catalyst is in an oxygen excess state, the output value Voxs is a minimum output value Vmin or a value in the vicinity of the minimum output value Vmin, and therefore the output value Voxs is equal to or lower than the low threshold value.
従って、そのような場合(出力値Voxsが前記低側閾値よりも小さい場合)には、「触媒流入ガスの空燃比」を「理論空燃比よりもリーン側の空燃比」に設定しないほうがよい。換言すると、この場合の「触媒流入ガス要求空燃比」は理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である。 Therefore, in such a case (when the output value Voxs is smaller than the low-side threshold value), it is better not to set “the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas” to “the air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio”. In other words, the “catalyst inflow gas required air-fuel ratio” in this case is the stoichiometric air-fuel ratio or an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
そこで、前記空燃比制御手段は、更に、
(C)出力値Voxsが前記低側閾値以下である場合、前記触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の第2リッチ空燃比となるように、機関の空燃比を制御するように構成されている。
Therefore, the air-fuel ratio control means further includes:
(C) When the output value Voxs is equal to or lower than the low-side threshold, the air-fuel ratio of the engine is controlled so that the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas becomes a second rich air-fuel ratio that is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. It is configured.
これによれば、例えば、フューエルカット運転が行われることにより酸素吸蔵量OSAが最大酸素吸蔵量Cmaxに達し、その後、フューエルカット運転が終了した場合において、酸素吸蔵量OSAを速やかに減少させることができる。更に、上記(A1)及び上記(A2)に従った空燃比の制御中において、出力値Voxsが低側閾値以下となった場合にも、酸素吸蔵量OSAを速やかに減少させ、出力値Voxsを高側閾値と低下側閾値との間に戻すことができる。 According to this, for example, when the fuel cut operation is performed, the oxygen storage amount OSA reaches the maximum oxygen storage amount Cmax, and thereafter, when the fuel cut operation is terminated, the oxygen storage amount OSA can be quickly reduced. it can. Further, during the control of the air-fuel ratio according to the above (A1) and (A2), even when the output value Voxs becomes equal to or lower than the low threshold value, the oxygen storage amount OSA is rapidly reduced to reduce the output value Voxs. It can return between the high side threshold and the low side threshold.
このような空燃比制御手段を有する本発明装置は、図8の(A)に示したように、触媒の劣化度が小さい場合、フューエルカット終了直後及び触媒過熱防止増量直後等を除く「通常のフィードバック制御中」、出力値Voxsが高側閾値と低側閾値との間において緩慢に変化するように機関の空燃比を制御することができる。即ち、本発明装置によれば、触媒の酸素吸蔵量OSAが「0」又は最大酸素吸蔵量Cmaxに到達しないように機関の空燃比を制御することができるので、エミッションを良好に維持することができる。 As shown in FIG. 8A, the device of the present invention having such an air-fuel ratio control means, when the degree of deterioration of the catalyst is small, excludes “normal” immediately after the end of the fuel cut and immediately after the increase in the catalyst overheating prevention. During feedback control, the air-fuel ratio of the engine can be controlled so that the output value Voxs changes slowly between the high side threshold and the low side threshold. That is, according to the apparatus of the present invention, the air-fuel ratio of the engine can be controlled so that the oxygen storage amount OSA of the catalyst does not reach “0” or the maximum oxygen storage amount Cmax, so that the emission can be maintained well. it can.
更に、本発明装置は、図8の(B)に示したように、触媒の劣化度が「劣化触媒であると判定すべき劣化度」にまで増大している場合(劣化度が中程度の場合)であっても、通常のフィードバック制御中、出力値Voxsが高側閾値と低側閾値との間において比較的緩慢に変化するように機関の空燃比を制御することができる。即ち、本発明装置によれば、触媒が多少劣化した場合であっても、触媒の酸素吸蔵量OSAが「0」又は最大酸素吸蔵量Cmaxに到達しないように機関の空燃比を制御することができるので、エミッションを良好に維持することができる。 Furthermore, as shown in FIG. 8 (B), the device of the present invention increases the degree of deterioration of the catalyst to “the degree of deterioration to be determined as a deteriorated catalyst” (the degree of deterioration is medium). However, during normal feedback control, the engine air-fuel ratio can be controlled so that the output value Voxs changes relatively slowly between the high-side threshold and the low-side threshold. That is, according to the device of the present invention, even if the catalyst is somewhat deteriorated, the air-fuel ratio of the engine can be controlled so that the oxygen storage amount OSA of the catalyst does not reach “0” or the maximum oxygen storage amount Cmax. As a result, the emission can be maintained well.
ところで、触媒が更に劣化した場合(即ち、触媒の劣化度が極めて大きくなっていて最大酸素吸蔵量Cmaxが極めて小さくなっている場合)、触媒流入ガスの空燃比の変化は直ちに触媒流出ガスの空燃比の変化となって現れる。このため、例えば、出力値Voxsの変化速度ΔVoxsが正であってその絶対値|ΔVoxs|が第1変化速度閾値以上となると、上記構成(A1)により、触媒流入ガスの空燃比は第1リーン空燃比に設定され、その直後に、出力値Voxsの変化速度ΔVoxsは負であってその絶対値が第2変化速度閾値以上となる。従って、上記構成(A2)により、触媒流入ガスの空燃比は直ちに第1リッチ空燃比に設定され、その直後に、出力値Voxsの変化速度ΔVoxsは正であってその絶対値|ΔVoxs|が第1変化速度閾値以上となる。これにより、触媒流入ガスの空燃比は再び第1リーン空燃比に設定される。 By the way, when the catalyst is further deteriorated (that is, when the degree of deterioration of the catalyst is extremely large and the maximum oxygen storage amount Cmax is extremely small), the change in the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas immediately causes the empty of the catalyst outflow gas. Appears as a change in fuel ratio. For this reason, for example, when the change rate ΔVoxs of the output value Voxs is positive and the absolute value | ΔVoxs | is equal to or greater than the first change rate threshold, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas becomes the first lean according to the configuration (A1). Immediately after setting the air-fuel ratio, the change rate ΔVoxs of the output value Voxs is negative and its absolute value becomes equal to or greater than the second change rate threshold. Therefore, according to the configuration (A2), the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is immediately set to the first rich air-fuel ratio. Immediately thereafter, the change rate ΔVoxs of the output value Voxs is positive and the absolute value | ΔVoxs | It becomes 1 change speed threshold value or more. As a result, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is set again to the first lean air-fuel ratio.
このように、触媒の劣化度が極めて大きくなると、上述した空燃比のフィードバック制御は破綻し、出力値Voxsは、図8の(C)に示したように、その振幅及び変動周波数が非常に大きくなるように変化する。 As described above, when the deterioration degree of the catalyst becomes extremely large, the above-described feedback control of the air-fuel ratio fails, and the output value Voxs has an extremely large amplitude and fluctuation frequency as shown in FIG. It changes to become.
このため、触媒劣化度と、出力値Voxsに基づいて算出される「触媒の劣化の程度を表す触媒劣化指標値」と、の関係は、図9の破線に示したように変化する。この触媒劣化指標値は、出力値Voxsの振幅及び変動周波数が大きくなるほど大きくなる値(図9に示した例においては後述する軌跡比、及び、出力値Voxsの軌跡長等)であってもよく、出力値Voxsの振幅及び変動周波数が大きくなるほど小さくなる値(例えば、出力値Voxsの軌跡長の逆数等)であってもよい。 Therefore, the relationship between the degree of catalyst deterioration and the “catalyst deterioration index value indicating the degree of catalyst deterioration” calculated based on the output value Voxs changes as shown by the broken line in FIG. The catalyst deterioration index value may be a value that increases as the amplitude and fluctuation frequency of the output value Voxs increase (in the example shown in FIG. 9, a trajectory ratio described later, a trajectory length of the output value Voxs, etc.). The value may be a value that decreases as the amplitude and fluctuation frequency of the output value Voxs increase (for example, the reciprocal of the locus length of the output value Voxs).
図9において、劣化度が所定値Yよりも大きい触媒は「劣化したと判定すべき触媒(劣化触媒)」であり、劣化度が所定値Yよりも小さい触媒は「劣化していないと判定すべき触媒(非劣化触媒)」である。この図9の破線からも明らかなように、本発明装置によれば、劣化触媒であってもフィードバック制御が破綻しないので(図8の(B)を参照。)、触媒劣化度が所定値Yの近傍において増大しても触媒劣化指標値の増大量は非常に小さい。従って、触媒が劣化しているか否かの判定を触媒劣化指標値と劣化判定基準値R1との比較により行うと、その判定を精度良く行うことが難しい。 In FIG. 9, a catalyst having a degree of deterioration larger than a predetermined value Y is “a catalyst to be determined to be deteriorated (deteriorated catalyst)”, and a catalyst having a degree of deterioration smaller than a predetermined value Y is determined to be “not deteriorated”. "Catalyst catalyst (non-degraded catalyst)". As can be seen from the broken line in FIG. 9, according to the device of the present invention, feedback control does not fail even with a deteriorated catalyst (see FIG. 8B). Even if it increases in the vicinity of, the amount of increase in the catalyst deterioration index value is very small. Therefore, if the determination as to whether or not the catalyst is deteriorated is made by comparing the catalyst deterioration index value with the deterioration determination reference value R1, it is difficult to make the determination accurately.
そこで、所定の触媒劣化判定実行条件が成立した場合、前記触媒劣化指標値を前記出力値Voxsに基づいて取得するとともに、その取得した触媒劣化指標値に基づいて前記触媒が劣化したか否かを判定する触媒劣化判定手段を、備える本発明装置において、
前記空燃比制御手段は、
前記触媒劣化判定実行条件が成立した場合、
前記第1変化速度閾値を前記触媒劣化判定実行条件が成立していない場合よりも小さい値に設定し、
前記第2変化速度閾値を前記触媒劣化判定実行条件が成立していない場合よりも小さい値に設定し、
前記第1期間における前記触媒流入ガスの空燃比が、前記第1リーン空燃比に代わる「理論空燃比よりもリーン側の所定の第3リーン空燃比であって同第3リーン空燃比と理論空燃比との差の絶対値が前記第1リーン空燃比と理論空燃比との差の絶対値よりも大きい第3リーン空燃比」となるように前記機関に供給される混合気の空燃比を制御し、
且つ、
前記第2期間における前記触媒流入ガスの空燃比が、前記第1リッチ空燃比に代わる「理論空燃比よりもリッチ側の所定の第3リッチ空燃比であって同第3リッチ空燃比と理論空燃比との差の絶対値が前記第1リッチ空燃比と理論空燃比との差の絶対値よりも大きい第3リッチ空燃比」となるように前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する。
Therefore, when a predetermined catalyst deterioration determination execution condition is satisfied, the catalyst deterioration index value is acquired based on the output value Voxs, and whether or not the catalyst has deteriorated based on the acquired catalyst deterioration index value is determined. In the device of the present invention comprising a catalyst deterioration determination means for determining,
The air-fuel ratio control means includes
When the catalyst deterioration determination execution condition is satisfied,
Setting the first change speed threshold to a value smaller than the case where the catalyst deterioration determination execution condition is not satisfied,
Setting the second change speed threshold to a value smaller than the case where the catalyst deterioration determination execution condition is not satisfied,
The air-fuel ratio of the catalyst inflow gas in the first period is a predetermined third lean air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio instead of the first lean air-fuel ratio. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is controlled so that the absolute value of the difference from the fuel ratio becomes a third lean air-fuel ratio that is larger than the absolute value of the difference between the first lean air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio. And
and,
The air-fuel ratio of the catalyst inflow gas in the second period is a predetermined third rich air-fuel ratio that is richer than the stoichiometric air-fuel ratio instead of the first rich air-fuel ratio. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is controlled so that the absolute value of the difference from the fuel ratio becomes a third rich air-fuel ratio that is larger than the absolute value of the difference between the first rich air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio. To do.
これによれば、触媒劣化判定実行条件が成立した場合、出力値Voxsが増大し且つ変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が「通常のフィードバック時における第1変化速度閾値よりも小さい値」以上になったとき、触媒流入ガスが「第1リーン空燃比よりも、よりリーン側の第3リーン空燃比」へと変更される。即ち、触媒流入ガスの空燃比は、触媒劣化判定実行条件が成立していない場合に比べ、より早いタイミングにてより多量の酸素が触媒に供給されるように変更される。 According to this, when the catalyst deterioration determination execution condition is satisfied, the output value Voxs increases and the absolute value | ΔVoxs | of the change rate ΔVoxs is equal to or greater than “a value smaller than the first change rate threshold value during normal feedback”. When this happens, the catalyst inflow gas is changed to “a third lean air-fuel ratio that is leaner than the first lean air-fuel ratio”. That is, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is changed so that a larger amount of oxygen is supplied to the catalyst at an earlier timing than when the catalyst deterioration determination execution condition is not satisfied.
更に、触媒劣化判定実行条件が成立した場合、出力値Voxsが減少し且つ変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が「通常のフィードバック時における第2変化速度閾値よりも小さい値」以上になったとき、触媒流入ガスが「第1リッチ空燃比よりも、よりリッチ側の第3リッチ空燃比」へと変更される。即ち、触媒流入ガスの空燃比は、触媒劣化判定実行条件が成立していない場合に比べ、より早いタイミングにてより多量の未燃物が触媒に供給されるように変更される。 Furthermore, when the catalyst deterioration determination execution condition is satisfied, the output value Voxs decreases and the absolute value | ΔVoxs | of the change rate ΔVoxs is equal to or greater than “a value smaller than the second change rate threshold value during normal feedback”. Then, the catalyst inflow gas is changed to “a third rich air-fuel ratio that is richer than the first rich air-fuel ratio”. That is, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is changed so that a larger amount of unburned material is supplied to the catalyst at an earlier timing than when the catalyst deterioration determination execution condition is not satisfied.
この結果、触媒の劣化度が極めて大きくなくても、触媒の劣化度が所定値Y(触媒が劣化したと判定すべき劣化度)の近傍になったとき、触媒は「触媒流入ガスの空燃比の変化」を充分に吸収することができなく。従って、本発明装置は、触媒劣化判定実行条件が成立した場合、触媒の劣化度が極めて大きくなる前の時点から、触媒流入ガスの空燃比が直ちに触媒流出ガスの変化(即ち、出力値Voxsの変化)となって現れるようにすることができる。換言すると、本発明装置は、触媒劣化判定実行条件が成立した場合、触媒の劣化度が所定値Yの近傍になっているとき、「出力値Voxsを高側閾値と低側閾値との間にて変化させながら、酸素吸蔵量OSAを0よりも大きい値と最大酸素吸蔵量Cmaxよりも小さい値との間にて変化させる上述のフィードバック制御」を破綻させることができる。 As a result, even if the degree of deterioration of the catalyst is not very large, when the degree of deterioration of the catalyst is close to a predetermined value Y (deterioration degree that should be determined that the catalyst has deteriorated), the catalyst becomes “the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas. Cannot change enough. Therefore, when the catalyst deterioration determination execution condition is satisfied, the device of the present invention immediately changes the catalyst outflow gas from the time before the catalyst deterioration degree becomes extremely large (that is, the output value Voxs). Change). In other words, when the catalyst deterioration determination execution condition is satisfied, the device according to the present invention determines that the output value Voxs is between the high side threshold and the low side threshold when the deterioration degree of the catalyst is close to the predetermined value Y. The above-described feedback control for changing the oxygen storage amount OSA between a value larger than 0 and a value smaller than the maximum oxygen storage amount Cmax can be broken.
これにより、触媒の劣化度が所定値Yの近傍に至ると、出力値Voxsは、図10の(B)に示したように、通常のフィードバック制御において触媒の劣化度が極めて大きくなっている場合と同様(図8の(C)を参照。)、その振幅及び変動周波数が非常に大きくなるように変化する。 As a result, when the degree of deterioration of the catalyst reaches the vicinity of the predetermined value Y, the output value Voxs is the case where the degree of deterioration of the catalyst is extremely large in normal feedback control as shown in FIG. (See (C) of FIG. 8), the amplitude and the variation frequency change so as to be very large.
よって、本発明装置によれば、触媒劣化判定を実行する際、図9の実線により示したように、触媒の劣化度が所定値Yの近傍に到達するにつれて触媒劣化指標値が急激に変化(増大又は減少)する。従って、本発明装置は、例えば、触媒劣化指標値と劣化判定基準値R2との比較により、触媒が劣化しているか否かの判定を精度良く行うことができる。このように、本発明装置は、通常時(触媒劣化判定時以外)においては触媒が多少劣化してもエミッションを良好に維持することができるとともに、触媒劣化判定時には触媒劣化判定を精度良く行うことができる。 Therefore, according to the device of the present invention, when performing the catalyst deterioration determination, as shown by the solid line in FIG. 9, the catalyst deterioration index value rapidly changes as the catalyst deterioration degree reaches the vicinity of the predetermined value Y ( Increase or decrease). Therefore, the device of the present invention can accurately determine whether or not the catalyst has deteriorated, for example, by comparing the catalyst deterioration index value with the deterioration determination reference value R2. As described above, the apparatus of the present invention can maintain good emission even when the catalyst is somewhat deteriorated during normal times (except when determining catalyst deterioration), and accurately determine the catalyst deterioration when determining catalyst deterioration. Can do.
更に、前記空燃比制御手段は、
前記触媒が劣化していると判定された時点以降において、前記第1リッチ空燃比及び前記第2リッチ空燃比の少なくとも一方が、前記触媒が劣化していると判定される前の時点における値よりもより理論空燃比に近い空燃比となり、
前記触媒が劣化していると判定された時点以降において、前記第1リーン空燃比及び前記第2リーン空燃比の少なくとも一方が、前記触媒が劣化していると判定される前の時点における値よりもより理論空燃比に近い空燃比となるように、
前記機関に供給される混合気の空燃比を制御するように構成されることが好適である。
Further, the air-fuel ratio control means includes:
After the time when it is determined that the catalyst is deteriorated, at least one of the first rich air-fuel ratio and the second rich air-fuel ratio is a value before the time when it is determined that the catalyst is deteriorated. Becomes an air-fuel ratio closer to the theoretical air-fuel ratio,
After the time when it is determined that the catalyst is deteriorated, at least one of the first lean air-fuel ratio and the second lean air-fuel ratio is greater than the value at the time before it is determined that the catalyst is deteriorated. So that the air-fuel ratio is closer to the theoretical air-fuel ratio.
It is preferable that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is controlled.
これによれば、触媒が劣化したと判定されたときには、触媒が劣化したと判定される前に比較して、触媒流入ガスの空燃比の「理論空燃比との偏差」が小さくなる。即ち、触媒が劣化したと判定された時点以降、通常のフィードバック制御における空燃比の補正量の大きさが小さくなる。この結果、劣化した触媒にとって過剰な酸素又は過剰な未燃物がその触媒に流入し難くなるから、通常のフィードバック制御が破綻し難くなる。よって、本発明装置は、触媒が劣化した場合においても、エミッションを良好に維持することができる。 According to this, when it is determined that the catalyst has deteriorated, the “deviation from the theoretical air-fuel ratio” of the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas becomes smaller than before it is determined that the catalyst has deteriorated. That is, after the time when it is determined that the catalyst has deteriorated, the magnitude of the correction amount of the air-fuel ratio in the normal feedback control becomes small. As a result, excess oxygen or excess unburned material is unlikely to flow into the deteriorated catalyst, and normal feedback control is unlikely to fail. Therefore, the device of the present invention can maintain the emission well even when the catalyst is deteriorated.
更に、前記空燃比制御手段は、
前記第1リーン空燃比が一定値であり、
前記第3リーン空燃比が前記出力値の変化速度の絶対値が大きいほど大きくなる値となり、
前記第1リッチ空燃比が一定値であり、
前記第3リッチ空燃比が前記出力値の変化速度の絶対値が大きいほど小さくなる値となるように、
前記機関に供給される混合気の空燃比を制御することが好ましい。
Further, the air-fuel ratio control means includes:
The first lean air-fuel ratio is a constant value;
The third lean air-fuel ratio becomes a value that increases as the absolute value of the change speed of the output value increases.
The first rich air-fuel ratio is a constant value;
The third rich air-fuel ratio becomes a value that decreases as the absolute value of the change rate of the output value increases.
It is preferable to control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine.
触媒が劣化するほど(最大酸素吸蔵量Cmaxが小さくなるほど)、触媒流出ガスの空燃比の変化(従って、出力値Voxsの変化)は、触媒流入ガスの空燃比の変化に敏感に追従する。従って、触媒が劣化するほど、出力値Voxsの変化速度ΔVoxsの絶対値は大きくなり易い。それ故、上記構成のように、第3リーン空燃比及び第3リッチ空燃比を出力値Voxsの変化速度の絶対値|ΔVoxs|に応じて変化させれば、第3リーン空燃比及び第3リッチ空燃比は、触媒が劣化するほど理論空燃比からの乖離が大きい空燃比となる。この結果、上記構成によれば、触媒が劣化するほど上述した空燃比フィードバック制御が破綻し易くなる。換言すると、触媒の劣化度が「触媒が劣化したと判定すべき劣化度」に近づいたとき、触媒劣化指標値の変化を急激に大きくすることができる。 As the catalyst deteriorates (as the maximum oxygen storage amount Cmax decreases), the change in the air-fuel ratio of the catalyst outflow gas (and hence the change in the output value Voxs) more sensitively follows the change in the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas. Therefore, as the catalyst deteriorates, the absolute value of the change rate ΔVoxs of the output value Voxs tends to increase. Therefore, if the third lean air-fuel ratio and the third rich air-fuel ratio are changed in accordance with the absolute value | ΔVoxs | of the change speed of the output value Voxs as in the above configuration, the third lean air-fuel ratio and the third rich air-fuel ratio are changed. The air-fuel ratio becomes an air-fuel ratio having a larger deviation from the theoretical air-fuel ratio as the catalyst deteriorates. As a result, according to the above configuration, the above-described air-fuel ratio feedback control is likely to fail as the catalyst deteriorates. In other words, when the degree of deterioration of the catalyst approaches “the degree of deterioration to determine that the catalyst has deteriorated”, the change in the catalyst deterioration index value can be rapidly increased.
以下、本発明の各実施形態に係る内燃機関の空燃比制御装置について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1実施形態>
(構成)
図1は、本発明の第1実施形態に係る空燃比制御装置(以下、「第1制御装置」とも称呼する。)が適用される内燃機関10の概略構成を示している。機関10は、4サイクル・火花点火式・多気筒(本例において4気筒)・ガソリン燃料機関である。機関10は、本体部20、吸気系統30及び排気系統40を備えている。
<First Embodiment>
(Constitution)
FIG. 1 shows a schematic configuration of an
本体部20は、シリンダブロック部とシリンダヘッド部とを備えている。本体部20は、ピストン頂面、シリンダ壁面及びシリンダヘッド部の下面からなる複数(4個)の燃焼室(第1気筒#1乃至第4気筒#4)21を備えている。
The
シリンダヘッド部には、各燃焼室(各気筒)21に「空気及び燃料からなる混合気」を供給するための吸気ポート22と、各燃焼室21から排ガス(既燃ガス)を排出するための排気ポート23と、が形成されている。吸気ポート22は図示しない吸気弁により開閉され、排気ポート23は図示しない排気弁により開閉されるようになっている。
In the cylinder head portion, an
シリンダヘッド部には複数(4個)の点火プラグ24が固定されている。各点火プラグ24は、その火花発生部が各燃焼室21の中央部であってシリンダヘッド部の下面近傍位置に露呈するように配設されている。各点火プラグ24は、点火信号に応答して火花発生部から点火用火花を発生するようになっている。
A plurality (four) of
シリンダヘッド部には更に複数(4個)の燃料噴射弁(インジェクタ)25が固定されている。燃料噴射弁25は、各吸気ポート22に一つずつ(即ち、一つの気筒に対して一つ)設けられている。燃料噴射弁25は、噴射指示信号に応答し、「その噴射指示信号に含まれる指示噴射量の燃料」を対応する吸気ポート22内に噴射するようになっている。
A plurality (four) of fuel injection valves (injectors) 25 are further fixed to the cylinder head portion. One
更に、シリンダヘッド部には、吸気弁制御装置26が設けられている。この吸気弁制御装置26は、インテークカムシャフト(図示せず)とインテークカム(図示せず)との相対回転角度(位相角度)を油圧により調整・制御する周知の構成を備えている。吸気弁制御装置26は、指示信号(駆動信号)に基いて作動し、吸気弁の開弁タイミング(吸気弁開弁タイミング)を変更することができるようになっている。
Further, an intake
吸気系統30は、インテークマニホールド31、吸気管32、エアフィルタ33、スロットル弁34及びスロットル弁アクチュエータ34aを備えている。
The
インテークマニホールド31は、各吸気ポート22に接続された複数の枝部と、それらの枝部が集合したサージタンク部と、を備えている。吸気管32の一端はサージタンク部に接続されている。インテークマニホールド31、吸気管32及び複数の吸気ポート22は、吸気通路を構成している。エアフィルタ33は吸気管32の他端に設けられている。スロットル弁34はエアフィルタ33とインテークマニホールド31との間の位置において吸気管32に回動可能に取り付けられている。スロットル弁34は、回動することにより吸気管32が形成する吸気通路の開口断面積を変更するようになっている。スロットル弁アクチュエータ34aは、DCモータからなり、指示信号(駆動信号)に応答してスロットル弁34を回動させるようになっている。
The
排気系統40は、エキゾーストマニホールド41、エキゾーストパイプ(排気管)42、上流側触媒43及び下流側触媒44を備えている。
The
エキゾーストマニホールド41は、各排気ポート23に接続された複数の枝部41aと、それらの枝部41aが集合した集合部(排気集合部)41bと、からなっている。エキゾーストパイプ42は、エキゾーストマニホールド41の集合部41bに接続されている。エキゾーストマニホールド41、エキゾーストパイプ42及び複数の排気ポート23は、排ガスが通過する通路を構成している。なお、本明細書において、エキゾーストマニホールド41の集合部41b及びエキゾーストパイプ42により形成される通路を、便宜上、「排気通路」と称呼する。
The
上流側触媒43は、セラミックからなる担持体に「触媒物質である貴金属」及び「酸素吸蔵材であるセリア(CeO2)」を担持していて、酸素吸蔵・放出機能(酸素吸蔵機能)を有する三元触媒である。上流側触媒43はエキゾーストパイプ42に配設(介装)されている。上流側触媒43は所定の活性温度に到達すると、「未燃物(HC、CO及びH2等)と窒素酸化物(NOx)とを同時に浄化する触媒機能」及び「酸素吸蔵機能」を発揮する。上流側触媒43は、スタート・キャタリティック・コンバータ(SC)又は第1触媒とも称呼される。
The
下流側触媒44は、上流側触媒43と同様の三元触媒である。下流側触媒44は、上流側触媒43よりも下流においてエキゾーストパイプ42に配設(介装)されている。下流側触媒44は、車両のフロア下方に配設されているため、アンダ・フロア・キャタリティック・コンバータ(UFC)又は第2触媒とも称呼される。なお、本明細書において、単に「触媒」と言うとき、その「触媒」は上流側触媒43を意味する。
The
第1制御装置は、熱線式エアフローメータ51、スロットルポジションセンサ52、機関回転速度センサ53、水温センサ54、上流側空燃比センサ55、下流側空燃比センサ56及びアクセル開度センサ57を備えている。
The first control device includes a hot-wire
熱線式エアフローメータ51は、吸気管32内を流れる吸入空気の質量流量を検出し、その質量流量(機関10の単位時間あたりの吸入空気量)Gaを表す信号を出力するようになっている。
The hot-wire
スロットルポジションセンサ52は、スロットル弁34の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。
The
機関回転速度センサ53は、インテークカムシャフトが5°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともにインテークカムシャフトが360°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。機関回転速度センサ53から出力される信号は後述する電気制御装置60により機関回転速度NEを表す信号に変換されるようになっている。更に、電気制御装置60は、機関回転速度センサ53及び図示しないクランク角センサからの信号に基いて、機関10のクランク角度(絶対クランク角)を取得するようになっている。
The engine
水温センサ54は、内燃機関10の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
The
上流側空燃比センサ55は、エキゾーストマニホールド41の集合部41bと上流側触媒43との間の位置においてエキゾーストマニホールド41及びエキゾーストパイプ42の何れか(即ち、排気通路)に配設されている。上流側空燃比センサ55は、例えば、特開平11−72473号公報、特開2000−65782号公報及び特開2004−69547号公報等に開示された「拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ」である。
The upstream air-
上流側空燃比センサ55は、図2に示したように、上流側空燃比センサ55の配設位置を流れる排ガスの空燃比(触媒43に流入するガスである「触媒流入ガス」の空燃比、検出上流側空燃比abyfs)に応じた出力値Vabyfsを出力する。出力値Vabyfsは触媒流入ガスの空燃比が大きくなるほど(即ち、触媒流入ガスの空燃比がリーン側の空燃比になるほど)増大する。
As shown in FIG. 2, the upstream air-
電気制御装置60は、図2に示した空燃比変換テーブル(マップ)Mapabyfsを記憶している。電気制御装置60は、出力値Vabyfsを空燃比変換テーブルMapabyfsに適用することにより、実際の上流側空燃比abyfsを検出する(検出上流側空燃比abyfsを取得する)ようになっている。
The
再び、図1を参照すると、下流側空燃比センサ56は、上流側触媒43と下流側触媒44との間の位置においてエキゾーストパイプ42(即ち、排気通路)に配設されている。下流側空燃比センサ56は、周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ(O2センサ)である。下流側空燃比センサ56は、例えば、固体電解質層と、固体電解質層の外側に形成された排ガス側電極層と、大気室(固体電解質層の内側)に露呈し且つ固体電解室層を挟んで排ガス側電極層と対向するように固体電解質層の内側に形成された大気側電極層と、排ガス側電極層を覆い且つ排ガスが接触する(排ガス中に晒されるように配置される)拡散抵抗層と、を備える。固体電解質層は試験管状であってもよく、板状であってもよい。下流側空燃比センサ56は、下流側空燃比センサ56の配設位置を流れる排ガス(即ち、触媒43から流出するガスである「触媒流出ガス」)の空燃比(下流側空燃比afdown)に応じた出力値Voxsを出力するようになっている。
Referring again to FIG. 1, the downstream air-
下流側空燃比センサ56の出力値Voxsは、図3に示したように、触媒流出ガス(被検出ガス)の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比であって、触媒流出ガスの酸化平衡後のガスの酸素分圧が小さいとき最大出力値Vmax(例えば、約0.9〜1.0V)となる。即ち、下流側空燃比センサ56は、触媒流出ガスに過剰の酸素が含まれていないときに最大出力値Vmaxを出力する。
As shown in FIG. 3, the output value Voxs of the downstream air-
また、出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比であって、触媒流出ガスの酸化平衡後のガスの酸素分圧が大きいとき最小出力値min(例えば、約0〜0.1V)となる。即ち、下流側空燃比センサ56は触媒流出ガスに過剰の酸素が含まれているとき最小出力値Vminを出力する
The output value Voxs is the minimum output value min (for example, when the air-fuel ratio of the catalyst outflow gas is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and the oxygen partial pressure of the gas after oxidation equilibrium of the catalyst outflow gas is large) , About 0 to 0.1 V). That is, the downstream air-
更に、この出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比からリーン側の空燃比へと変化する際に最大出力値Vmaxから最小出力値Vminへと急激に減少する。逆に、出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比へと変化する際に最小出力値Vminから最大出力値Vmaxへと急激に増大する。なお、最小出力値Vminと最大出力値Vmaxとの平均値は中央値Vmid(=(Vmax+Vmin)/2)と称呼される。 Further, this output value Voxs rapidly increases from the maximum output value Vmax to the minimum output value Vmin when the air-fuel ratio of the catalyst outflow gas changes from the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio with respect to the stoichiometric air-fuel ratio. Decrease. Conversely, the output value Voxs rapidly increases from the minimum output value Vmin to the maximum output value Vmax when the air-fuel ratio of the catalyst outflow gas changes from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio. Increase. The average value of the minimum output value Vmin and the maximum output value Vmax is referred to as a median value Vmid (= (Vmax + Vmin) / 2).
図1に示したアクセル開度センサ57は、運転者によって操作されるアクセルペダルAPの操作量を検出し、アクセルペダルAPの操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
The
電気制御装置60は、「CPU、ROM、RAM、バックアップRAM、並びに、ADコンバータを含むインターフェース等」からなる「周知のマイクロコンピュータ」を含む回路である。
The
電気制御装置60が備えるバックアップRAMは、機関10を搭載した車両の図示しないイグニッション・キー・スイッチの位置(オフ位置、始動位置及びオン位置等の何れか)に関わらず、車両に搭載されたバッテリから電力の供給を受けるようになっている。バックアップRAMは、バッテリから電力の供給を受けている場合、CPUの指示に応じてデータを格納する(データが書き込まれる)とともに、そのデータを読み出し可能となるように保持(記憶)する。バックアップRAMは、バッテリが車両から取り外される等によりバッテリからの電力供給が遮断されると、データを保持することができない。即ち、それまでに保持していたデータが消失(破壊)される。
The backup RAM included in the
電気制御装置60のインターフェースは、前記センサ51〜57と接続され、CPUにセンサ51〜57からの信号を供給するようになっている。更に、そのインターフェースは、CPUの指示に応じて、各気筒の点火プラグ24、各気筒の燃料噴射弁25、吸気弁制御装置26及びスロットル弁アクチュエータ34a等に指示信号(駆動信号)等を送出するようになっている。なお、電気制御装置60は、取得されたアクセルペダルの操作量Accpが大きくなるほどスロットル弁開度TAが大きくなるように、スロットル弁アクチュエータ34aに指示信号を送出するようになっている。
The interface of the
(第1制御装置による触媒状態の判定及び空燃比フィードバック制御の概要)
第1制御装置は、以下のように触媒の状態(酸素吸蔵状態)を判定するとともに、判定された触媒の状態に基づいて触媒流入ガスの空燃比(従って、機関に供給される混合気の空燃比)をフィードバック制御する。この制御において、第1制御装置は、少なくとも下流側空燃比センサ56の出力値Voxs及びその出力値Voxsの変化速度ΔVoxs(出力値Voxsの時間微分値に相当する値、単位時間あたりの出力値Voxsの変化量)を使用する。更に、第1制御装置は、低側閾値VLth、高側閾値VHth、第1変化速度閾値ΔV1th及び第2変化速度閾値ΔV2thを使用する。
(Overview of determination of catalyst state and air-fuel ratio feedback control by the first controller)
The first control device determines the state of the catalyst (oxygen storage state) as described below, and based on the determined state of the catalyst, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas (therefore, the air-fuel mixture supplied to the engine is empty). (Fuel ratio) is feedback controlled. In this control, the first control device at least outputs the output value Voxs of the downstream air-
低側閾値VLthは、中央値Vmidと最小出力値Vminとの間の所定値である。
高側閾値VHthは、中央値Vmidと最大出力値Vmaxとの間の所定値である。
第1変化速度閾値ΔV1th及び第2変化速度閾値ΔV2thは何れも正の所定値である。第1変化速度閾値ΔV1th及び第2変化速度閾値ΔV2thは、互いに同一であってもよく異なっていてもよい。
The low threshold value VLth is a predetermined value between the median value Vmid and the minimum output value Vmin.
The high threshold value VHth is a predetermined value between the median value Vmid and the maximum output value Vmax.
The first change speed threshold ΔV1th and the second change speed threshold ΔV2th are both positive predetermined values. The first change speed threshold value ΔV1th and the second change speed threshold value ΔV2th may be the same or different from each other.
<判定1>
(A1)第1制御装置は、下流側空燃比センサ56の出力値Voxsが低側閾値VLthと高側閾値VHthとの間にある場合、出力値Voxsが増大しているときの「その出力値Voxsの変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|」が第1変化速度閾値ΔV1th以上となった時点から、出力値Voxsが減少しているときの「その出力値Voxsの変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|」が第2変化速度閾値ΔV2th以上となる時点までの期間、触媒43の状態が「酸素過剰状態にはない(リーン否定フラグXNOTlean=1)」と判定する。そして、第1制御装置は、この期間、触媒流入ガスの空燃比がリーン空燃比となるように機関の空燃比を制御する(図11の時刻t2〜t4及び時刻t6〜t8を参照。)。このときのリーン空燃比は便宜上「第1リーン空燃比」とも称呼される。
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(A1) When the output value Voxs of the downstream air-
(A2)第1制御装置は、下流側空燃比センサ56の出力値Voxsが低側閾値VLthと高側閾値VHthとの間にある場合、出力値Voxsが減少しているときの「その出力値Voxsの変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|」が第2変化速度閾値ΔV2th以上となった時点から、出力値Voxsが増大しているときの「その出力値Voxsの変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|」が第1変化速度閾値ΔV1thとなる時点までの期間、触媒43の状態が「酸素不足状態にはない(リッチ否定フラグXNOTrich=1)」と判定する。そして、第1制御装置は、この期間、触媒流入ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように機関の空燃比を制御する(図11の時刻t4〜t6を参照。)。このときのリッチ空燃比は便宜上「第1リッチ空燃比」とも称呼される。
(A2) When the output value Voxs of the downstream air-
<判定2>
(B)第1制御装置は、出力値Voxsが高側閾値VHth以上である場合、触媒43の状態が酸素不足状態である(リッチフラグXCCROrich=1)と判定し、触媒流入ガスの空燃比がリーン空燃比となるように機関の空燃比を制御する。このときのリーン空燃比は便宜上「第2リーン空燃比」とも称呼される。
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(B) When the output value Voxs is equal to or higher than the high-side threshold value VHth, the first control device determines that the state of the
(C)第1制御装置は、出力値Voxsが低側閾値VLth以下である場合、触媒43の状態は酸素過剰状態である(リーンフラグXCCROlean=1)と判定し、触媒流入ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように機関の空燃比を制御する。このときのリッチ空燃比は便宜上「第2リッチ空燃比」とも称呼される。
(C) When the output value Voxs is equal to or lower than the low threshold value VLth, the first control device determines that the state of the
(D)第1制御装置は、下流側空燃比センサ56の出力値Voxsが低側閾値VLthと高側閾値VHthとの間にある場合であって、上記(A1)及び上記(A2)により触媒の状態が判定されていないとき、出力値Voxsが中央値Vmidよりも小さければ触媒は酸素過剰状態であると暫定的に判定する(暫定リーンフラグXZlean=1)。そして、第1制御装置は、触媒流入ガスの空燃比が第1リッチ空燃比又は第2リッチ空燃比となるように機関の空燃比を制御する。なお、このような場合は、例えば、出力値Voxsが低側閾値VLthよりも小さい値から低側閾値VLthよりも大きい値へと変化し、且つ、変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が第1変化速度閾値ΔV1thを超えていない場合に発生する。
(D) The first control device is a case where the output value Voxs of the downstream air-
(E)第1制御装置は、下流側空燃比センサ56の出力値Voxsが低側閾値VLthと高側閾値VHthとの間にある場合であって、上記(A1)及び上記(A2)により触媒の状態が判定されていないとき、出力値Voxsが中央値Vmidよりも大きければ触媒は酸素不足状態であると暫定的に判定する(暫定リッチフラグXZrich=1)。そして、第1制御装置は、触媒流入ガスの空燃比が第1リーン空燃比又は第2リーン空燃比となるように機関の空燃比を制御する。なお、このような場合は、例えば、出力値Voxsが高側閾値VHthよりも大きい値から高側閾値VHthよりも小さい値へと変化し、且つ、変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が第2変化速度閾値ΔV2thを超えていない場合に発生する。
(E) The first control device is a case where the output value Voxs of the downstream air-
これらの制御によれば、例えば、図12に示したように、フューエルカット運転が時刻t2以前において実行されることにより酸素吸蔵量OSAが最大酸素吸蔵量Cmaxに到達し、その後、フューエルカット運転が終了したとき、出力値Voxsは低側閾値VLth以下であるので(図12の時刻t2を参照。)、触媒流入ガスの空燃比はリッチ空燃比(第2リッチ空燃比)に設定される。その後、酸素吸蔵量OSAが減少を開始した後に相当に小さい値になったが「0」には至っていない時点(図12の時刻t5を参照。)にて変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が第1変化速度閾値ΔV1thを超えるので、触媒流入ガスの空燃比はリーン空燃比(第1リーン空燃比)に設定される。 According to these controls, for example, as shown in FIG. 12, when the fuel cut operation is executed before time t2, the oxygen storage amount OSA reaches the maximum oxygen storage amount Cmax, and then the fuel cut operation is performed. Since the output value Voxs is equal to or lower than the low-side threshold VLth when the process is completed (see time t2 in FIG. 12), the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is set to the rich air-fuel ratio (second rich air-fuel ratio). Thereafter, the absolute value | ΔVoxs | of the change rate ΔVoxs is changed at a time point (see time t5 in FIG. 12) where the oxygen storage amount OSA starts to decrease and becomes a small value but does not reach “0”. Since the first change speed threshold value ΔV1th is exceeded, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is set to the lean air-fuel ratio (first lean air-fuel ratio).
更に、例えば、図13に示したように、触媒過熱防止のための燃料増量制御が時刻t1以前において実行されることにより酸素吸蔵量OSAが「0」に到達し、その後、燃料増量制御が終了したとき、出力値Voxsは高側閾値VHth以上であるので(図13の時刻t1を参照。)、触媒流入ガスの空燃比はリーン空燃比(第2リーン空燃比)に設定される。その後、酸素吸蔵量OSAが増大を開始した後に相当に大きい値になったが最大酸素吸蔵量Cmaxには至っていない時点(図13の時刻t3を参照。)にて変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が第2変化速度閾値ΔV2thを超えるので、触媒流入ガスの空燃比がリッチ空燃比(第1リッチ空燃比)に設定される。 Further, for example, as shown in FIG. 13, when the fuel increase control for preventing catalyst overheating is executed before time t1, the oxygen storage amount OSA reaches “0”, and then the fuel increase control is terminated. In this case, since the output value Voxs is equal to or higher than the high-side threshold value VHth (see time t1 in FIG. 13), the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is set to the lean air-fuel ratio (second lean air-fuel ratio). Thereafter, the absolute value of the change rate ΔVoxs | ΔVoxs at a time (see time t3 in FIG. 13) at which the oxygen storage amount OSA starts to increase and becomes a large value but does not reach the maximum oxygen storage amount Cmax. Since | exceeds the second change speed threshold value ΔV2th, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is set to the rich air-fuel ratio (first rich air-fuel ratio).
なお、第1リーン空燃比及び第2リーン空燃比は、互いに同じ空燃比であってもよく、互いに異なる空燃比であってもよい。更に、これらは、一定値であってもよく、変化する値であってもよい。例えば、第1リーン空燃比は、変化速度ΔVoxsが増大している期間においてその変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が大きいほど「第1リーン空燃比と理論空燃比との偏差の絶対値」が大きくなり、且つ、変化速度ΔVoxsが減少している期間において一定値となる空燃比であってもよい。第2リーン空燃比は、出力値Voxsと中央値Vmidの差の絶対値が大きいほど「第2リーン空燃比と理論空燃比との偏差の絶対値」が大きくなる値であってもよい。 The first lean air-fuel ratio and the second lean air-fuel ratio may be the same air-fuel ratio or different air-fuel ratios. Furthermore, these may be constant values or values that change. For example, the first lean air-fuel ratio increases as the absolute value | ΔVoxs | of the change speed ΔVoxs increases during the period in which the change speed ΔVoxs increases. The air-fuel ratio may be a constant value during the period in which the change rate ΔVoxs is decreasing and increasing. The second lean air-fuel ratio may be a value in which “the absolute value of the deviation between the second lean air-fuel ratio and the theoretical air-fuel ratio” increases as the absolute value of the difference between the output value Voxs and the median value Vmid increases.
第1リッチ空燃比と第2リッチ空燃比は、互いに同じ空燃比であってもよく、互いに異なる空燃比であってもよい。更に、これらは、一定値であってもよく、変化する値であってもよい。例えば、第1リッチ空燃比は、変化速度ΔVoxsが減少している期間においてその変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が大きいほど「第1リッチ空燃比と理論空燃比との偏差の絶対値」が大きくなり、且つ、変化速度ΔVoxsが増大している期間において一定値となる空燃比であってもよい。第2リッチ空燃比は、出力値Voxsと中央値Vmidの差の絶対値が大きいほど「第2リッチ空燃比と理論空燃比との偏差の絶対値」が大きくなる値であってもよい。 The first rich air-fuel ratio and the second rich air-fuel ratio may be the same air-fuel ratio or different air-fuel ratios. Furthermore, these may be constant values or values that change. For example, the first rich air-fuel ratio is such that, as the absolute value | ΔVoxs | of the change speed ΔVoxs increases during the period in which the change speed ΔVoxs decreases, the “absolute value of the deviation between the first rich air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio” increases. The air-fuel ratio may be a constant value during a period in which the change rate ΔVoxs increases and increases. The second rich air-fuel ratio may be a value in which “the absolute value of the deviation between the second rich air-fuel ratio and the theoretical air-fuel ratio” increases as the absolute value of the difference between the output value Voxs and the median value Vmid increases.
(作動)
第1制御装置のCPUは、上述した触媒状態の判定を行うために、図14にフローチャートにより示したルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。なお、以下に述べる下流側空燃比センサ56の出力値Voxs、各フラグ及び触媒流入ガスの空燃比等の変化は図11乃至図13に例示されている。
(Operation)
The CPU of the first control device executes the routine shown by the flowchart in FIG. 14 every time a predetermined time elapses in order to determine the catalyst state described above. Changes in the output value Voxs of the downstream air-
所定のタイミングになると、CPUは図14のステップ1400から処理を開始してステップ1405に進み、下流側空燃比センサ56の出力値Voxsが高側閾値VHth以上であるか否かを判定する。そして、CPUは、出力値Voxsが高側閾値VHth以上であればステップ1410に進んでリッチフラグXCCROrichの値を「1」に設定し、出力値Voxsが高側閾値VHth未満であればステップ1415に進んでリッチフラグXCCROrichの値を「0」に設定する。なお、ステップ1405及びステップ1410の処理は、上述した判定2の(B)の機能を実現するステップである。
When the predetermined timing is reached, the CPU starts processing from
次に、CPUはステップ1420にて、下流側空燃比センサ56の出力値Voxsが低側閾値VLth以下であるか否かを判定する。そして、CPUは、出力値Voxsが低側閾値VLth以下であればステップ1425に進んでリーンフラグXCCROleanの値を「1」に設定し、出力値Voxsが低側閾値VLthよりも大きければステップ1430に進んでリーンフラグXCCROleanの値を「0」に設定する。なお、ステップ1420及びステップ1425の処理は、上述した判定2の(C)の機能を実現するステップである。
Next, in
次に、CPUはステップ1435に進み、出力値Voxsが低側閾値VLthと高側閾値VHthとの間の値であるか否かを判定する。このとき、出力値Voxsが低側閾値VLthと高側閾値VHthとの間の値でなければ、CPUはステップ1435にて「No」と判定し、ステップ1495に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
Next, the CPU proceeds to step 1435 to determine whether or not the output value Voxs is a value between the low side threshold VLth and the high side threshold VHth. At this time, if the output value Voxs is not a value between the low threshold value VLth and the high threshold value VHth, the CPU makes a “No” determination at
これに対し、出力値Voxsが低側閾値VLthと高側閾値VHthとの間の値であると、CPUはステップ1435にて「Yes」と判定してステップ1440に進み、触媒劣化判定実行条件が成立しているか否かを判定する。
On the other hand, if the output value Voxs is a value between the low-side threshold VLth and the high-side threshold VHth, the CPU makes a “Yes” determination at
この触媒劣化判定条件は、例えば、以下の総ての判定条件が成立したとき成立する。なお、触媒劣化判定条件は、以下の条件のうちの任意の一つ以上が総て成立したときに成立する条件であってもよい。
判定条件1:今回の機関10の始動後において触媒劣化判定が実行されていない。
判定条件2:機関10の負荷(例えば、充填率KL又は筒内吸入空気量Mc)が所定範囲内である。
判定条件3:機関回転速度NEが所定範囲内である。
判定条件4:冷却水温THWが所定範囲内である。
This catalyst deterioration determination condition is satisfied, for example, when all of the following determination conditions are satisfied. The catalyst deterioration determination condition may be a condition that is satisfied when any one or more of the following conditions are satisfied.
Determination condition 1: The catalyst deterioration determination is not executed after the
Determination condition 2: The load of the engine 10 (for example, the filling rate KL or the cylinder intake air amount Mc) is within a predetermined range.
Determination condition 3: The engine speed NE is within a predetermined range.
Determination condition 4: The coolant temperature THW is within a predetermined range.
いま、触媒劣化判定条件が成立していないと仮定する。この場合、CPUはステップ1440にて「No」と判定してステップ1445に進み、第1変化速度閾値ΔV1thに第1通常閾値ΔV1midを設定するとともに、第2変化速度閾値ΔV2thに第2通常閾値ΔV2midを設定する。第1通常閾値ΔV1mid及び第2通常閾値ΔV2midは、触媒の劣化度が「劣化した触媒であると判定すべき劣化度」を超えて極めて大きくなるまで、上述した空燃比のフィードバック制御が破綻しないような正の所定値に予め設定(選択)されている。即ち、第1変化速度閾値ΔV1th及び第2変化速度閾値ΔV2thを第1通常閾値ΔV1mid及び第2通常閾値ΔV2midにそれぞれ設定すれば、後述する触媒劣化指標値(軌跡比)が図9の破線に示したように変化する。
Now, it is assumed that the catalyst deterioration determination condition is not satisfied. In this case, the CPU makes a “No” determination at
一方、CPUがステップ1440の処理を行う時点において触媒劣化判定条件が成立していると、CPUはそのステップ1440にて「Yes」と判定してステップ1450に進み、第1変化速度閾値ΔV1thに第1判定用閾値ΔV1smallを設定するとともに、第2変化速度閾値ΔV2thに第2判定用閾値ΔV2smallを設定する。
On the other hand, if the catalyst deterioration determination condition is satisfied at the time when the CPU performs the process of
第1判定用閾値ΔV1smallは第1通常閾値ΔV1midよりも小さい正の所定値である。
第2判定用閾値ΔV2smallは第2通常閾値ΔV2midよりも小さい正の所定値である。
第1判定用閾値ΔV1small及び第2判定用閾値ΔV2smallは、触媒の劣化度が「劣化した触媒であると判定すべき触媒の劣化度」の近傍となったとき、上述した空燃比のフィードバック制御が破綻し始めるような値に予め設定(選択)されている。即ち、第1変化速度閾値ΔV1th及び第2変化速度閾値ΔV2thを第1判定用閾値ΔV1small及び第2判定用閾値ΔV2smallにそれぞれ設定すれば、後述する触媒劣化指標値(軌跡比)が図9の実線に示したように変化する。
The first determination threshold value ΔV1small is a positive predetermined value smaller than the first normal threshold value ΔV1mid.
The second determination threshold value ΔV2small is a positive predetermined value smaller than the second normal threshold value ΔV2mid.
The first determination threshold value ΔV1small and the second determination threshold value ΔV2small are such that when the degree of deterioration of the catalyst is in the vicinity of the “degree of deterioration of the catalyst to be determined to be a deteriorated catalyst”, the air-fuel ratio feedback control described above is performed. The value is set (selected) in advance so as to start to fail. That is, if the first change speed threshold value ΔV1th and the second change speed threshold value ΔV2th are respectively set to the first determination threshold value ΔV1small and the second determination threshold value ΔV2small, the catalyst deterioration index value (trajectory ratio) described later is a solid line in FIG. It changes as shown in.
次に、CPUはステップ1455に進み、下流側空燃比センサ56の出力値Voxsの変化速度ΔVoxsが「0」以上であるか否かを判定する。即ち、CPUは出力値Voxsが増大しているか否かを判定する。変化速度ΔVoxsは、微小な所定時間tsが経過する毎に、「その所定時間tsが経過した時点における出力値Voxs(今回出力値Voxs)」から「その所定時間tsが経過する前の出力値Voxs(前回出力値Voxsold)」を減じることにより別途算出されている(図19を参照。)。
Next, the CPU proceeds to step 1455 to determine whether or not the change rate ΔVoxs of the output value Voxs of the downstream air-
このとき、出力値Voxsの変化速度ΔVoxsが「0」以上であると、CPUはステップ1460に進んで「出力値Voxsの変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|」が上述したステップ1445又はステップ1450にて設定した第1変化速度閾値ΔV1th以上であるか否かを判定する。 At this time, if the change rate ΔVoxs of the output value Voxs is equal to or greater than “0”, the CPU proceeds to step 1460 and “the absolute value | ΔVoxs | of the change rate ΔVoxs of the output value Voxs” is It is determined whether or not it is equal to or greater than the first change speed threshold value ΔV1th set.
そして、変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が第1変化速度閾値ΔV1th以上であれば、CPUはステップ1460にて「Yes」と判定し、ステップ1465に進んでリーン否定フラグXNOTleanの値を「1」に設定するとともに、ステップ1470に進んでリッチ否定フラグXNOTrichの値を「0」に設定する。
If the absolute value | ΔVoxs | of the change speed ΔVoxs is equal to or greater than the first change speed threshold value ΔV1th, the CPU makes a “Yes” determination at
一方、CPUがステップ1460の処理を行う時点において、変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が第1変化速度閾値ΔV1th未満であれば、CPUはそのステップ1460にて「No」と判定し、ステップ1495に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
On the other hand, if the absolute value | ΔVoxs | of the change speed ΔVoxs is less than the first change speed threshold value ΔV1th at the time when the CPU performs the process of
更に、CPUがステップ1455の処理を行う時点において、下流側空燃比センサ56の出力値Voxsの変化速度ΔVoxsが「0」未満あると(即ち、出力値Voxsが減少していると)、CPUはステップ1475に進んで「出力値Voxsの変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|」が上述したステップ1445又はステップ1450にて設定した第2変化速度閾値ΔV2th以上であるか否かを判定する。
Furthermore, when the CPU performs the processing of
そして、変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が第2変化速度閾値ΔV2th以上であれば、CPUはステップ1475にて「Yes」と判定し、ステップ1480に進んでリーン否定フラグXNOTleanの値を「0」に設定するとともに、ステップ1485に進んでリッチ否定フラグXNOTrichの値を「1」に設定する。
If the absolute value | ΔVoxs | of the change rate ΔVoxs is equal to or greater than the second change rate threshold value ΔV2th, the CPU makes a “Yes” determination at
他方、CPUがステップ1475の処理を行う時点において、変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が第2変化速度閾値ΔV2th未満であれば、CPUはそのステップ1475にて「No」と判定し、ステップ1495に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、ステップ1435乃至ステップ1485の処理は、上述した判定1の(A1)及び(A2)の機能を実現するステップである。
On the other hand, if the absolute value | ΔVoxs | of the change rate ΔVoxs is less than the second change rate threshold value ΔV2th at the time when the CPU performs the process of
更に、CPUは、所定時間が経過する毎に図15にフローチャートにより示したルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPUは図15のステップ1500から処理を開始してステップ1505に進み、出力値Voxsが低側閾値VLthと高側閾値VHthとの間の値であるか否かを判定する。このとき、出力値Voxsが低側閾値VLthと高側閾値VHthとの間の値でなければ、CPUはそのステップ1505にて「No」と判定し、ステップ1595に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
Further, the CPU executes a routine shown by a flowchart in FIG. 15 every time a predetermined time elapses. Therefore, at a predetermined timing, the CPU starts processing from
一方、CPUがステップ1505の処理を行う時点において、出力値Voxsが低側閾値VLthと高側閾値VHthとの間の値であると、CPUは、そのステップ1505にて「Yes」と判定してステップ1510に進み、リッチフラグXCCROrich、リーンフラグXCCROlean、リッチ否定フラグXNOTrich及びリーン否定フラグXNOTleanの総てが「0」であるか否かを判定する。即ち、CPUは、出力値Voxsが低側閾値VLthと高側閾値VHthとの間の値であって、且つ、触媒状態が判定されていない状態であるか否かを判定する。
On the other hand, if the output value Voxs is a value between the low-side threshold VLth and the high-side threshold VHth at the time when the CPU performs the processing of
このとき、リッチフラグXCCROrich、リーンフラグXCCROlean、リッチ否定フラグXNOTrich及びリーン否定フラグXNOTleanの総てが「0」であると、CPUはステップ1510にて「Yes」と判定してステップ1515に進み、下流側空燃比センサ56の出力値Voxsが中央値Vmid以上であるか否かを判定する。そして、出力値Voxsが中央値Vmid以上であると、CPUはステップ1520に進んで暫定リッチフラグXZrichの値を「1」に設定するとともに、ステップ1525にて暫定リーンフラグXZleanの値を「0」に設定する。
At this time, if the rich flag XCCROrich, the lean flag XCCROlean, the rich negative flag XNOTrich, and the lean negative flag XNOTlean are all “0”, the CPU makes a “Yes” determination at
一方、CPUがステップ1515の処理を行う時点において、下流側空燃比センサ56の出力値Voxsが中央値Vmidよりも小さいと、CPUはステップ1530に進んで暫定リッチフラグXZrichの値を「0」に設定するとともに、ステップ1535にて暫定リーンフラグXZleanの値を「1」に設定する。
On the other hand, if the output value Voxs of the downstream air-
更に、CPUがステップ1510の処理を実行する時点において、リッチフラグXCCROrich、リーンフラグXCCROlean、リッチ否定フラグXNOTrich及びリーン否定フラグXNOTleanの何れかが「1」であると、CPUはステップ1540に進んで進んで暫定リッチフラグXZrichの値を「0」に設定するとともに、ステップ1545にて暫定リーンフラグXZleanの値を「0」に設定する。なお、図15のルーチンは、上述した判定2の(D)及び(E)の機能を実現するステップである。
Furthermore, when any of the rich flag XCCROrich, the lean flag XCCROlean, the rich negative flag XNOTrich, and the lean negative flag XNOTlean is “1” when the CPU executes the process of
加えて、CPUは、所定時間が経過する毎に図16にフローチャートにより示した「空燃比制御ルーチン」を実行するようになっている。なお、実際には、CPUは、図18〜図22に示したルーチンを実行することにより、図16に示したルーチンの機能を実現する。 In addition, the CPU executes the “air-fuel ratio control routine” shown in the flowchart of FIG. 16 every time a predetermined time elapses. In practice, the CPU realizes the functions of the routine shown in FIG. 16 by executing the routines shown in FIGS.
所定のタイミングになると、CPUは図16のステップ1600から処理を開始してステップ1610に進み、現時点において触媒劣化判定実行条件が成立しているか否かを判定する。
When the predetermined timing is reached, the CPU starts processing from
そして、触媒劣化判定実行条件が成立していなければ、CPUはステップ1620に進み、各フラグの値に応じて以下に述べるように機関の空燃比(従って、触媒流入ガスの空燃比)を制御する。 If the catalyst deterioration determination execution condition is not satisfied, the CPU proceeds to step 1620 to control the air-fuel ratio of the engine (accordingly, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas) as described below according to the value of each flag. .
(1)リーン否定フラグXNOTleanの値が「1」のとき、CPUは機関の空燃比を第1リーン空燃比(一定の空燃比)に制御する。
(2)リッチフラグXCCROrich及び暫定リッチフラグXZrichの値のうちの一方が「1」であるとき、CPUは機関の空燃比を第2リーン空燃比(一定の空燃比)に制御する。
(3)リッチ否定フラグXNOTrichの値が「1」のとき、CPUは機関の空燃比を第1リッチ空燃比(一定の空燃比)に制御する。
(4)リーンフラグXCCROlean及び暫定リーンフラグXZleanの値のうちの一方が「1」であるとき、CPUは機関の空燃比を第2リッチ空燃比(一定の空燃比)に制御する。
(1) When the value of the lean negative flag XNOTlean is “1”, the CPU controls the air / fuel ratio of the engine to the first lean air / fuel ratio (a constant air / fuel ratio).
(2) When one of the values of the rich flag XCCROrich and the temporary rich flag XZrich is “1”, the CPU controls the air / fuel ratio of the engine to the second lean air / fuel ratio (a constant air / fuel ratio).
(3) When the value of the rich negative flag XNOTrich is “1”, the CPU controls the air-fuel ratio of the engine to the first rich air-fuel ratio (a constant air-fuel ratio).
(4) When one of the values of the lean flag XCCROlean and the temporary lean flag XZlean is “1”, the CPU controls the air / fuel ratio of the engine to the second rich air / fuel ratio (a constant air / fuel ratio).
第1リーン空燃比と第2リーン空燃比とは相違していても一致していてもよい。第1リーン空燃比及び第2リーン空燃比は可変であってもよい。例えば、第1リーン空燃比は、出力値Voxsの変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が大きいほど、より理論空燃比から離れたリーン空燃比であってもよい。第2リーン空燃比は、出力値Voxsと中央値Vmidとの差の大きさに比例したリーン空燃比であってもよい。 The first lean air-fuel ratio and the second lean air-fuel ratio may be different or the same. The first lean air-fuel ratio and the second lean air-fuel ratio may be variable. For example, the first lean air-fuel ratio may be a lean air-fuel ratio that is further away from the theoretical air-fuel ratio as the absolute value | ΔVoxs | of the change rate ΔVoxs of the output value Voxs is larger. The second lean air-fuel ratio may be a lean air-fuel ratio proportional to the difference between the output value Voxs and the median value Vmid.
第1リッチ空燃比と第2リッチ空燃比とは相違していても一致していてもよい。第1リッチ空燃比及び第2リッチ空燃比は可変であってもよい。例えば、第1リッチ空燃比は、出力値Voxsの変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が大きいほど、より理論空燃比から離れたリッチ空燃比であってもよい。第2リッチ空燃比は、出力値Voxsと中央値Vmidとの差の大きさに比例したリッチ空燃比であってもよい。 The first rich air-fuel ratio and the second rich air-fuel ratio may be different or the same. The first rich air fuel ratio and the second rich air fuel ratio may be variable. For example, the first rich air-fuel ratio may be a rich air-fuel ratio that is further away from the theoretical air-fuel ratio as the absolute value | ΔVoxs | of the change rate ΔVoxs of the output value Voxs is larger. The second rich air-fuel ratio may be a rich air-fuel ratio proportional to the difference between the output value Voxs and the median value Vmid.
これに対し、CPUがステップ1610の処理を実行する時点において、触媒劣化判定実行条件が成立してると、CPUはステップ1630に進み、各フラグの値に応じて以下に述べるように機関の空燃比(従って、触媒流入ガスの空燃比)を制御する。
On the other hand, if the catalyst deterioration determination execution condition is satisfied at the time when the CPU executes the process of
(5)リーン否定フラグXNOTleanの値が「1」のとき、CPUは機関の空燃比を第3リーン空燃比に制御する。第3リーン空燃比は、変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が大きいほど理論空燃比との差が大きくなるリーン空燃比である。第3リーン空燃比は、「第3リーン空燃比と理論空燃比との差の絶対値」が「第1リーン空燃比と理論空燃比との差の絶対値」よりも大きいリーン空燃比となるように設定される。なお、第3リーン空燃比は一定の空燃比であってもよい。 (5) When the value of the lean negative flag XNOTlean is “1”, the CPU controls the air / fuel ratio of the engine to the third lean air / fuel ratio. The third lean air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio in which the difference from the stoichiometric air-fuel ratio increases as the absolute value | ΔVoxs | of the change speed ΔVoxs increases. The third lean air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio in which "the absolute value of the difference between the third lean air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio" is larger than "the absolute value of the difference between the first lean air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio". Is set as follows. Note that the third lean air-fuel ratio may be a constant air-fuel ratio.
(6)リッチフラグXCCROrich及び暫定リッチフラグXZrichの値のうちの一方が「1」であるとき、CPUは機関の空燃比を第4リーン空燃比に制御する。第4リーン空燃比は第2リーン空燃比以上のリーン空燃比である。即ち、第4リーン空燃比と理論空燃比との差の絶対値は、第2リーン空燃比と理論空燃比との差の絶対値以上である。第4リーン空燃比は一定の空燃比である。第4リーン空燃比は、出力値Voxsと中央値Vmidとの差の大きさに比例して変化するリーン空燃比であってもよい。なお、本例において、第4リーン空燃比と第2リーン空燃比は同じ空燃比である。 (6) When one of the values of the rich flag XCCROrich and the temporary rich flag XZrich is “1”, the CPU controls the air / fuel ratio of the engine to the fourth lean air / fuel ratio. The fourth lean air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio equal to or higher than the second lean air-fuel ratio. That is, the absolute value of the difference between the fourth lean air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio is greater than or equal to the absolute value of the difference between the second lean air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio. The fourth lean air-fuel ratio is a constant air-fuel ratio. The fourth lean air-fuel ratio may be a lean air-fuel ratio that changes in proportion to the difference between the output value Voxs and the median value Vmid. In this example, the fourth lean air-fuel ratio and the second lean air-fuel ratio are the same air-fuel ratio.
(7)リッチ否定フラグXNOTrichの値が「1」のとき、CPUは機関の空燃比を第3リッチ空燃比に制御する。第3リッチ空燃比は、変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が大きいほど理論空燃比との差が大きくなるリッチ空燃比である。第3リッチ空燃比は、「3リッチ空燃比と理論空燃比との差の絶対値」が「第1リッチ空燃比と理論空燃比との差の絶対値」よりも大きいリッチ空燃比となるように設定される。なお、第3リッチ空燃比は一定の空燃比であってもよい。 (7) When the value of the rich negative flag XNOTrich is “1”, the CPU controls the air-fuel ratio of the engine to the third rich air-fuel ratio. The third rich air-fuel ratio is a rich air-fuel ratio in which the difference from the theoretical air-fuel ratio increases as the absolute value | ΔVoxs | of the change speed ΔVoxs increases. The third rich air-fuel ratio is such that “the absolute value of the difference between the three rich air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio” is larger than the “absolute value of the difference between the first rich air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio”. Set to Note that the third rich air-fuel ratio may be a constant air-fuel ratio.
(8)リーンフラグXCCROlean及び暫定リーンフラグXZleanの値のうちの一方が「1」であるとき、CPUは機関の空燃比を第4リッチ空燃比に制御する。第4リッチ空燃比は第2リッチ空燃比以下のリッチ空燃比である。即ち、第4リッチ空燃比と理論空燃比との差の絶対値は、第2リッチ空燃比と理論空燃比との差の絶対値以上である。第4リッチ空燃比は一定の空燃比である。第4リッチ空燃比は、出力値Voxsと中央値Vmidとの差の大きさに比例して変化するリッチ空燃比であってもよい。なお、本例において、第4リッチ空燃比と第2リッチ空燃比は同じ空燃比である。 (8) When one of the values of the lean flag XCCROlean and the temporary lean flag XZlean is “1”, the CPU controls the air / fuel ratio of the engine to the fourth rich air / fuel ratio. The fourth rich air-fuel ratio is a rich air-fuel ratio equal to or lower than the second rich air-fuel ratio. That is, the absolute value of the difference between the fourth rich air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio is greater than or equal to the absolute value of the difference between the second rich air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio. The fourth rich air-fuel ratio is a constant air-fuel ratio. The fourth rich air-fuel ratio may be a rich air-fuel ratio that changes in proportion to the difference between the output value Voxs and the median value Vmid. In this example, the fourth rich air-fuel ratio and the second rich air-fuel ratio are the same air-fuel ratio.
更に、CPUは、所定時間tsが経過する毎に図17にフローチャートにより示した「触媒劣化判定ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPUは図17のステップ1700から処理を開始してステップ1705に進み、上述した触媒劣化判定実行条件が成立しているか否かを判定する。
Further, the CPU executes a “catalyst deterioration determination routine” shown by a flowchart in FIG. 17 every time the predetermined time ts elapses. Therefore, when the predetermined timing comes, the CPU starts the process from
このとき、触媒劣化判定実行条件が成立していなければ、CPUはステップ1705にて「No」と判定し、ステップ1795に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
At this time, if the catalyst deterioration determination execution condition is not satisfied, the CPU makes a “No” determination at
これに対し、CPUがステップ1705の処理を実行する時点において、触媒劣化判定実行条件が成立していると、CPUはそのステップ1705にて「Yes」と判定してステップ1710に進み、触媒劣化判定条件が成立している状態が所定時間以上経過したか否かを判定する。
On the other hand, if the catalyst deterioration determination execution condition is satisfied when the CPU executes the process of
現時点において、触媒劣化判定条件が成立している状態が所定時間以上経過していなければ、CPUはステップ1710にて「No」と判定し、以下に述べるステップ1715乃至ステップ1745の処理を順に行い、ステップ1795に進んで本ルーチンを一旦終了する。
At this time, if the state in which the catalyst deterioration determination condition is satisfied has not elapsed for a predetermined time or more, the CPU determines “No” in
ステップ1715:CPUは、現時点の下流側空燃比センサ56の出力値Voxsと前回の出力値Voxsoldsとの差の絶対値を、単位時間内軌跡長dVoxsとして求める。ここで、前回の出力値Voxsoldsは、本ルーチンを前回実行したときの(即ち、所定時間ts前の時点の)出力値Voxsである。なお、前回の出力値Voxsoldsは触媒劣化判定実行条件が不成立であるとき中央値Vmidに設定される。
Step 1715: The CPU obtains the absolute value of the difference between the current output value Voxs of the downstream air-
ステップ1720:CPUは、現時点の出力値Voxsを前回の出力値Voxsoldsとして格納する。
ステップ1725:CPUは、現時点における下流側空燃比センサ出力値軌跡長LVoxsに、上記ステップ1715にて求めた単位時間内軌跡長dVoxsを加えることにより、下流側空燃比センサ出力値軌跡長LVoxsを更新する。なお、下流側空燃比センサ出力値軌跡長LVoxsは触媒劣化判定実行条件が不成立であるとき「0」に設定される。
Step 1720: The CPU stores the current output value Voxs as the previous output value Voxsolds.
Step 1725: The CPU updates the downstream air-fuel ratio sensor output value trajectory length LVoxs by adding the intra-unit time trajectory length dVoxs obtained in
ステップ1730:CPUは、上流側空燃比センサ55の出力値Vabyfsを図2に示したテーブルMapabyfsに適用することにより、検出上流側空燃比abyfsを取得する。
ステップ1735:CPUは、ステップ1730にて取得された現時点の検出上流側空燃比abyfsと前回の検出上流側空燃比abyfsoldとの差の絶対値を、単位時間内軌跡長dabyfsとして求める。ここで、前回の検出上流側空燃比abyfsoldは、本ルーチンを前回実行したときの(即ち、所定時間ts前の時点の)検出上流側空燃比abyfsoldである。なお、前回の検出上流側空燃比abyfsoldは触媒劣化判定実行条件が不成立であるとき理論空燃比に対応した値に設定される。
Step 1730: The CPU obtains the detected upstream air-fuel ratio abyfs by applying the output value Vabyfs of the upstream air-
Step 1735: The CPU obtains the absolute value of the difference between the current detected upstream air-fuel ratio abyfs acquired in
ステップ1740:CPUは、現時点の検出上流側空燃比abyfsを前回の検出上流側空燃比abyfsoldとして格納する。
ステップ1745:CPUは、現時点における上流側空燃比センサ出力値軌跡長(検出
上流側空燃比軌跡長)Labyfsに、上記ステップ1735にて求めた単位時間内軌跡長dabyfsを加えることにより、上流側空燃比センサ出力値軌跡長Labyfsを更新する。なお、上流側空燃比センサ出力値軌跡長Labyfsは触媒劣化判定実行条件が不成立であるとき「0」に設定される。
Step 1740: The CPU stores the current detected upstream air-fuel ratio abyfs as the previous detected upstream air-fuel ratio abyfsold.
Step 1745: The CPU adds upstream trajectory length dabyfs obtained in
その後、触媒劣化判定実行条件が成立し続けると、触媒劣化判定実行条件が成立してからの経過時間が所定時間を超える。このとき、CPUがステップ1710の処理を実行すると、CPUはそのステップ1710にて「Yes」と判定してステップ1750に進み、下流側空燃比センサ出力値軌跡長LVoxsを上流側空燃比センサ出力値軌跡長Labyfsにより除した値(触媒劣化指標値LVoxs/Labyfsであり、軌跡比とも称呼される。)が、劣化判定基準値Rth以上であるか否かを判定する。
Thereafter, if the catalyst deterioration determination execution condition continues to be satisfied, an elapsed time after the catalyst deterioration determination execution condition is satisfied exceeds a predetermined time. At this time, when the CPU executes the processing of
このとき、触媒劣化指標値LVoxs/Labyfsが劣化判定基準値Rth以上であると、CPUは触媒43が劣化していると判定し、ステップ1755に進んで触媒劣化検出フラグXrekkaの値を「1」に設定する。この触媒劣化検出フラグXrekkaの値は、バックアップRAMに格納される。その後、CPUはステップ1760にて触媒劣化判定実行フラグXHJの値を「1」に設定し、ステップ1795に進んで本ルーチンを一旦終了する。
At this time, if the catalyst deterioration index value LVoxs / Labyfs is greater than or equal to the deterioration determination reference value Rth, the CPU determines that the
一方、CPUがステップ1750の処理を行う時点において、触媒劣化指標値LVoxs/Labyfsが劣化判定基準値Rthより小さいと、CPUは触媒43が劣化していないと判定する。そして、CPUはステップ1750からステップ1760へと直接進み、その後、ステップ1795に進んで本ルーチンを一旦終了する。第1制御装置は、以上のようにして触媒劣化判定を行う。
On the other hand, if the catalyst deterioration index value LVoxs / Labyfs is smaller than the deterioration determination reference value Rth at the time when the CPU performs the processing of
なお、本例において、触媒劣化指標値は、下流側空燃比センサ出力値軌跡長LVoxsを上流側空燃比センサ出力値軌跡長Labyfsにより除した値(軌跡比)であったが、下流側空燃比センサ56の出力値Voxsの振幅及び変動周波数が大きくなるほど大きくなる値、或いは、下流側空燃比センサ56の出力値Voxsの振幅及び変動周波数が大きくなるほど小さくなる値であれば、特に限定されない。このような触媒劣化指標値としては、以下のような値が例示される。
・下流側空燃比センサ出力値軌跡長LVoxs
・下流側空燃比センサ56の出力値Voxsの周波数
・下流側空燃比センサ56の出力値Voxsと中央値Vmidとにより囲まれる面積
・下流側空燃比センサ出力値軌跡長LVoxsの逆数
・下流側空燃比センサ56の出力値Voxsの反転周期
・下流側空燃比センサ56の出力値Voxsと中央値Vmidとにより囲まれる面積の逆数
・上流側空燃比センサ出力値軌跡長Labyfsを下流側空燃比センサ出力値軌跡長LVoxsにより除した値
In this example, the catalyst deterioration index value is a value (trajectory ratio) obtained by dividing the downstream air-fuel ratio sensor output value trajectory length LVoxs by the upstream air-fuel ratio sensor output value trajectory length Labyfs. The value is not particularly limited as long as the amplitude and fluctuation frequency of the output value Voxs of the
-Downstream air-fuel ratio sensor output value trajectory length LVoxs
The frequency of the output value Voxs of the downstream air-
(実際の詳細な作動)
次に、CPUの実際の詳細な作動について説明する。
<燃料噴射制御>
CPUは、図18にフローチャートにより示した最終燃料噴射量Fiの計算及び噴射指示を行うルーチンを、各気筒のクランク角が各気筒の吸気上死点前の所定クランク角度(例えば、BTDC90°CA)となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角度が上記所定クランク角度になると、CPUはステップ1800から処理を開始し、以下に述べるステップ1810乃至1860の処理を順に行ってステップ1895に進む。
(Actual detailed operation)
Next, the actual detailed operation of the CPU will be described.
<Fuel injection control>
The CPU performs the routine for calculating the final fuel injection amount Fi and the injection instruction shown in the flowchart of FIG. 18 according to a predetermined crank angle (for example, BTDC 90 ° CA) before the intake top dead center of each cylinder. Each time it becomes, it is executed repeatedly. Therefore, when the crank angle of an arbitrary cylinder reaches the predetermined crank angle, the CPU starts the process from
ステップ1810:CPUは、テーブルMapMc(Ga,NE)に基づいて「今回の吸気行程を迎える気筒」に吸入される筒内吸入空気量Mc(k)を取得(推定・決定)する。今回の吸気行程を迎える気筒は「燃料噴射気筒」とも称呼される。Gaは、エアフローメータ51が計測している吸入空気量である。NEは、別途求められている機関回転速度である。筒内吸入空気量Mc(k)は、各気筒の吸気行程に対応されながらRAMに記憶されていく。なお、CPUは周知の「空気モデル」を用いて筒内吸入空気量Mc(k)を推定してもよい。
Step 1810: The CPU obtains (estimates / determines) the in-cylinder intake air amount Mc (k) to be drawn into the “cylinder that reaches the current intake stroke” based on the table MapMc (Ga, NE). The cylinder that reaches this intake stroke is also referred to as a “fuel injection cylinder”. Ga is the intake air amount measured by the
ステップ1820:CPUは、筒内吸入空気量Mc(k)を上流側目標空燃比abyfrで除することにより、機関の空燃比を上流側目標空燃比abyfrに一致させるための基本燃料噴射量Fbaseを求める。この場合、上流側目標空燃比abyfrは、理論空燃比stoich(本例においては14.7)に設定されている。従って、基本燃料噴射量Fbaseは機関の空燃比を理論空燃比に一致させるためのフィードフォワード量となる。 Step 1820: The CPU divides the in-cylinder intake air amount Mc (k) by the upstream target air-fuel ratio abyfr to thereby obtain a basic fuel injection amount Fbase for making the engine air-fuel ratio coincide with the upstream target air-fuel ratio abyfr. Ask. In this case, the upstream target air-fuel ratio abyfr is set to the stoichiometric air-fuel ratio stoich (14.7 in this example). Accordingly, the basic fuel injection amount Fbase is a feedforward amount for making the air-fuel ratio of the engine coincide with the stoichiometric air-fuel ratio.
ステップ1830:CPUは、基本燃料噴射量Fbaseを、メインフィードバック量DFmain及びサブフィードバック量KFsubに基づいて補正することにより、最終燃料噴射量(指示噴射量)Fiを算出する。即ち、CPUは、基本燃料噴射量Fbaseにサブフィードバック量KFsubを乗じて得られる値にメインフィードバック量DFmainを加えることによって最終燃料噴射量Fiを求める。なお、メインフィードバック量DFmain及びサブフィードバック量KFsubは、基本燃料噴射量Fbaseを補正する補正量であるので、それぞれ単独で又は両者を合わせて「空燃比補正量」とも称呼される。 Step 1830: The CPU calculates a final fuel injection amount (indicated injection amount) Fi by correcting the basic fuel injection amount Fbase based on the main feedback amount DFmain and the sub feedback amount KFsub. That is, the CPU obtains the final fuel injection amount Fi by adding the main feedback amount DFmain to a value obtained by multiplying the basic fuel injection amount Fbase by the sub feedback amount KFsub. The main feedback amount DFmain and the sub feedback amount KFsub are correction amounts for correcting the basic fuel injection amount Fbase, and are also referred to as “air-fuel ratio correction amounts” individually or in combination.
ステップ1840:CPUはフューエルカット(燃料供給遮断)条件が成立しているか否かを判定する。フューエルカット条件(FC条件)は、例えば、アクセルペダル操作量Accp又はスロットル弁開度TAが「0」であり、且つ、機関回転速度NEがフューエルカット回転速度NEFC以上であるときに成立する。更に、フューエルカット条件は、フューエルカット中(フューエルカット条件成立中)においてアクセルペダル操作量Accp又はスロットル弁開度TAが「0」でなくなるか、若しくは、機関回転速度NEがフューエルカット復帰回転速度NEFK以下となったときに不成立となる。フューエルカット復帰回転速度NEFKは、フューエルカット回転速度NEFCよりも小さい。 Step 1840: The CPU determines whether or not a fuel cut (fuel supply cutoff) condition is satisfied. The fuel cut condition (FC condition) is satisfied, for example, when the accelerator pedal operation amount Accp or the throttle valve opening degree TA is “0” and the engine speed NE is equal to or higher than the fuel cut speed NEFC. Further, the fuel cut condition is that the accelerator pedal operation amount Accp or the throttle valve opening TA is not “0” during the fuel cut (when the fuel cut condition is established), or the engine speed NE is the fuel cut return speed NEFK. It is not established when: The fuel cut return rotational speed NEFK is smaller than the fuel cut rotational speed NEFC.
CPUは、フューエルカット条件が成立しているとき、ステップ1840にて「Yes」と判定してステップ1850に進み、最終燃料噴射量Fiを「0」に設定してからステップ1860に進む。これに対し、フューエルカット条件が不成立であるとき、CPUはステップ1840にて「No」と判定してステップ1860に直接進む。
When the fuel cut condition is satisfied, the CPU makes a “Yes” determination at
ステップ1860:CPUは、最終燃料噴射量(指示噴射量)Fiの燃料が燃料噴射気筒に対する燃料噴射弁25から噴射されるように、その燃料噴射弁25に対して噴射指示を行う。従って、フューエルカット条件が成立しているとき最終燃料噴射量Fiは「0」であるから、燃料噴射は実行されない。
Step 1860: The CPU issues an injection instruction to the
<下流側空燃比センサの出力値の変化速度ΔVoxsの取得>
CPUは、所定時間tsが経過する毎に図19にフローチャートにより示した「下流側空燃比センサ出力値変化速度取得ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPUは図19のステップ1900から処理を開始してステップ1910に進み、「現時点における下流側空燃比センサ56の出力値Voxs」から「所定時間ts前の出力値Voxsである前回出力値Voxsold」を減じた値を「下流側空燃比センサ56の出力値Voxsの変化速度ΔVoxs」として取得する。
<Acquisition of change rate ΔVoxs of output value of downstream air-fuel ratio sensor>
The CPU executes the “downstream air-fuel ratio sensor output value change rate acquisition routine” shown in the flowchart of FIG. 19 every time the predetermined time ts elapses. Accordingly, when the predetermined timing comes, the CPU starts the process from
次に、CPUはステップ1920に進み、現時点における下流側空燃比センサ56の出力値Voxsを前回出力値Voxsoldとして記憶する。その後、CPUはステップ1995に進んで本ルーチンを一旦終了する。
Next, the CPU proceeds to step 1920 to store the current output value Voxs of the downstream air-
<メインフィードバック量の算出>
CPUは、所定時間が経過する毎に図20にフローチャートにより示した「メインフィードバック量算出ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPUは図20のステップ2000から処理を開始してステップ2005に進み、「メインフィードバック制御条件(上流側空燃比フィードバック制御条件)」が成立しているか否かを判定する。
<Calculation of main feedback amount>
The CPU executes a “main feedback amount calculation routine” shown by a flowchart in FIG. 20 every time a predetermined time elapses. Therefore, when the predetermined timing comes, the CPU starts the process from
メインフィードバック制御条件は以下の総ての条件が成立したときに成立する。
(A−1)上流側空燃比センサ55が活性化している。
(A−2)機関の負荷(負荷率)KLが閾値KLth以下である。
(A−3)フューエルカット中でない。
The main feedback control condition is satisfied when all of the following conditions are satisfied.
(A-1) The upstream air-
(A-2) The engine load (load factor) KL is equal to or less than the threshold KLth.
(A-3) Fuel cut is not in progress.
なお、負荷率KLは、KL=(Mc(k)/(ρ・L/4))・100%なる式により求められる。この式において、Mc(k)は筒内吸入空気量であり、ρは空気密度(単位は(g/l))、Lは機関10の排気量(単位は(l))、「4」は機関10の気筒数である。なお、機関の負荷として、負荷率KLに代え、アクセルペダル操作量Accpが用いられても良い。
Note that the load factor KL is obtained by an expression of KL = (Mc (k) / (ρ · L / 4)) · 100%. In this equation, Mc (k) is the in-cylinder intake air amount, ρ is the air density (unit is (g / l)), L is the displacement of the engine 10 (unit is (l)), and “4” is The number of cylinders of the
いま、メインフィードバック制御条件が成立していると仮定して説明を続ける。この場合、CPUはステップ2005にて「Yes」と判定して以下に述べるステップ2010乃至ステップ2035の処理を順に行い、ステップ2095に進んで本ルーチンを一旦終了する。
The description will be continued assuming that the main feedback control condition is satisfied. In this case, the CPU makes a “Yes” determination at
ステップ2010:CPUは、上流側空燃比センサ55の出力値Vabyfsを図2に示したテーブルMapabyfsに適用することにより、検出上流側空燃比abyfsを取得する。
ステップ2015:CPUは、「現時点よりもNサイクル前の時点において燃焼室21に実際に供給された燃料の量」である「筒内燃料供給量Fc(k−N)」を求める。即ち、CPUは、「現時点よりもNサイクル(即ち、N・720°クランク角)前の時点における筒内吸入空気量Mc(k−N)」を「検出上流側空燃比abyfs」にて除すことにより、筒内燃料供給量Fc(k−N)を求める。このように、筒内燃料供給量Fc(k−N)を求めるために、現時点からNストローク前の筒内吸入空気量Mc(k−N)を検出上流側空燃比abyfsで除すのは、「燃焼室21内での混合気の燃焼により生成された排ガス」が上流側空燃比センサ55に到達するまでに「Nストロークに相当する時間」を要しているからである。
Step 2010: The CPU obtains the detected upstream air-fuel ratio abyfs by applying the output value Vabyfs of the upstream air-
Step 2015: The CPU obtains “in-cylinder fuel supply amount Fc (k−N)” which is “the amount of fuel actually supplied to the
ステップ2020:CPUは、CPUは、現時点からNストローク前の筒内吸入空気量Mc(k−N)を上流側目標空燃比abyfr(本例において、理論空燃比)で除すことにより、目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)を求める。目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)は、現時点よりもNサイクル前の時点において燃焼室21に供給されるべきであった燃料の量である。
Step 2020: The CPU divides the in-cylinder intake air amount Mc (k−N) N strokes before the current time by the upstream target air-fuel ratio abyfr (theoretical air-fuel ratio in this example), thereby obtaining the target cylinder. The internal fuel supply amount Fcr (k−N) is obtained. The target in-cylinder fuel supply amount Fcr (k−N) is the amount of fuel that should have been supplied to the
ステップ2025:CPUは、目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)から筒内燃料供給量Fc(k−N)を減じることにより、筒内燃料供給量偏差DFcを求める。この筒内燃料供給量偏差DFcは、Nストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。 Step 2025: The CPU obtains an in-cylinder fuel supply amount deviation DFc by subtracting the in-cylinder fuel supply amount Fc (k−N) from the target in-cylinder fuel supply amount Fcr (k−N). This in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is an amount representing the excess or deficiency of the fuel supplied into the cylinder at the time point before the N stroke.
ステップ2030:CPUは、筒内燃料供給量偏差DFcに予め設定された比例ゲインGpを乗じることにより、メインフィードバック量DFmainを求める。これにより、検出上流側空燃比abyfsを上流側目標空燃比abyfrに一致させるための「メインフィードバック量DFmain」が算出される。 Step 2030: The CPU obtains a main feedback amount DFmain by multiplying the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc by a preset proportional gain Gp. Thus, the “main feedback amount DFmain” for making the detected upstream air-fuel ratio abyfs coincide with the upstream target air-fuel ratio abyfr is calculated.
ステップ2035:CPUは、図21に示したルーチンを実行することによって、メインフィードバック量DFmainを「触媒流入ガス要求空燃比」に応じて補正(制限)する。図21に示したルーチンについては後述する。 Step 2035: The CPU corrects (limits) the main feedback amount DFmain according to the “catalyst inflow gas required air-fuel ratio” by executing the routine shown in FIG. The routine shown in FIG. 21 will be described later.
以上により、メインフィードバック量DFmainが求められ、このメインフィードバック量DFmainが前述した図18のステップ1830の処理により最終燃料噴射量Fiに反映される。なお、CPUは、「筒内燃料供給量偏差DFcの積分値SDFcに積分ゲインGiを乗じた積分項Gi・SDFc」を「上記比例項であるGp・DFc」に加えることにより、メインフィードバック量DFmainを求めてもよい。 As described above, the main feedback amount DFmain is obtained, and this main feedback amount DFmain is reflected in the final fuel injection amount Fi by the process of step 1830 in FIG. The CPU adds “the integral term Gi · SDFc obtained by multiplying the integral value SDFc of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc by the integral gain Gi” to “the proportional term Gp · DFc”, thereby adding the main feedback amount DFmain. You may ask for.
一方、図20のステップ2005の判定時において、メインフィードバック制御条件が不成立であると、CPUはそのステップ2005にて「No」と判定してステップ2040に進み、メインフィードバック量DFmainの値を「0」に設定する。その後、CPUは、ステップ2095に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、メインフィードバック制御条件が不成立であるとき、メインフィードバック量DFmainは「0」に設定される。従って、基本燃料噴射量Fbaseのメインフィードバック量DFmainによる補正は行われない。
On the other hand, if the main feedback control condition is not satisfied at the time of determination in
<メインフィードバック量の制限>
更に、前述したように、CPUは、図20のステップ2035に進んだとき、図21にフローチャートにより示した「メインフィードバック量制限(補正)ルーチン」を実行するようになっている。
<Restriction of main feedback amount>
Furthermore, as described above, when the CPU proceeds to step 2035 in FIG. 20, the CPU executes a “main feedback amount restriction (correction) routine” shown in the flowchart in FIG.
従って、所定のタイミングになると、CPUは図21のステップ2100から処理を開始してステップ2110に進み、メインフィードバック量DFmainが正であるか否かを判定する。即ち、CPUは、ステップ2110にて「メインフィードバック量DFmainが、基本燃料噴射量Fbaseを増量補正する値(「機関の空燃比と等しい触媒流入ガスの空燃比」を「理論空燃比よりもリッチ側の空燃比へと補正しようとする値」)」であるか否かを判定する。
Therefore, when the predetermined timing comes, the CPU starts processing from step 2100 in FIG. 21 and proceeds to step 2110 to determine whether or not the main feedback amount DFmain is positive. That is, in
このとき、メインフィードバック量DFmainの値が正であると(即ち、メインフィードバック量DFmainが触媒流入ガスの空燃比をリッチ空燃比に移行させようとする値であると)、CPUはステップ2110にて「Yes」と判定してステップ2120に進み、リッチフラグXCCROrich、リーン否定フラグXNOTlean及び暫定リッチフラグXZrichのうちの少なくとも一つが「1」であるか否かを判定する。換言すると、CPUはステップ2120にて、触媒43の状態が「酸素不足状態」及び「酸素過剰状態でない状態」の何れかであって、触媒流入ガス要求空燃比がリーン空燃比であるか否かを判定する。
At this time, if the value of the main feedback amount DFmain is positive (that is, if the main feedback amount DFmain is a value for shifting the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas to the rich air-fuel ratio), the CPU at
このとき、リッチフラグXCCROrich、リーン否定フラグXNOTlean及び暫定リッチフラグXZrichのうちの少なくとも一つが「1」であると、CPUはステップ2120にて「Yes」と判定してステップ2130に進み、メインフィードバック量DFmainの値を「0」に設定する。これにより、メインフィードバック量DFmainが、触媒流入ガスの空燃比を「触媒流入ガス要求空燃比(この場合、リーン空燃比)」とは異なる空燃比(リッチ空燃比)に補正することがないように制限(補正)される。
At this time, if at least one of the rich flag XCCROrich, the lean negative flag XNOTlean, and the provisional rich flag XZrich is “1”, the CPU makes a “Yes” determination at
なお、CPUはステップ2130にて、メインフィードバック量DFmainに「1」より小さい正の係数を乗じた値を最終的なメインフィードバック量DFmainとして設定してもよい。即ち、CPUはステップ2130にてメインフィードバック量DFmainの大きさを小さくしてもよい。
In
これに対し、CPUがステップ2120に進んだとき、リッチフラグXCCROrich、リーン否定フラグXNOTlean及び暫定リッチフラグXZrichの総てが「0」であると、CPUはステップ2120にて「No」と判定し、ステップ2195に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
On the other hand, when the CPU proceeds to step 2120, if all of the rich flag XCCROrich, the lean negative flag XNOTlean, and the provisional rich flag XZrich are “0”, the CPU determines “No” in
一方、CPUがステップ2110に進んだとき、メインフィードバック量DFmainの値が負(又は0)であると(即ち、メインフィードバック量DFmainが触媒流入ガスの空燃比をリーン空燃比に移行させようとする値であると)、CPUはステップ2110にて「No」と判定してステップ2140に進み、リーンフラグXCCROlean、リッチ否定フラグXNOTrich及び暫定リーンフラグXZleanのうちの少なくとも一つが「1」であるか否かを判定する。換言すると、CPUはステップ2140にて、触媒43の状態が「酸素過剰状態」及び「酸素不足状態でない状態」の何れかであって、触媒流入ガス要求空燃比がリッチ空燃比であるか否かを判定する。
On the other hand, when the CPU proceeds to step 2110, if the value of the main feedback amount DFmain is negative (or 0) (that is, the main feedback amount DFmain attempts to shift the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas to the lean air-fuel ratio). If it is a value, the CPU makes a “No” determination at
このとき、リーンフラグXCCROlean、リッチ否定フラグXNOTrich及び暫定リーンフラグXZleanのうちの少なくとも一つが「1」であると、CPUはステップ2140にて「Yes」と判定してステップ2150に進み、メインフィードバック量DFmainの値を「0」に設定する。これにより、メインフィードバック量DFmainが、触媒流入ガスの空燃比を「触媒流入ガス要求空燃比(この場合、リッチ空燃比)」とは異なる空燃比(リーン空燃比)に補正することがないように制限(補正)される。
At this time, if at least one of the lean flag XCCROlean, the rich negative flag XNOTrich, and the provisional lean flag XZlean is “1”, the CPU makes a “Yes” determination at
なお、CPUはステップ2150にて、メインフィードバック量DFmainに「1」より小さい正の係数を乗じた値を最終的なメインフィードバック量DFmainとして設定してもよい。即ち、CPUはステップ2150にてメインフィードバック量DFmainの大きさを小さくしてもよい。
In
これに対し、CPUがステップ2140に進んだとき、リーンフラグXCCROlean、リッチ否定フラグXNOTrich及び暫定リーンフラグXZleanの総てが「0」であると、CPUはステップ2140にて「No」と判定し、ステップ2195に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
On the other hand, when the CPU proceeds to step 2140, if all of the lean flag XCCROlean, the rich negative flag XNOTrich, and the temporary lean flag XZlean are “0”, the CPU determines “No” in
<サブフィードバック量の算出>
CPUは、所定時間が経過する毎に図22にフローチャートにより示した「サブフィードバック量算出ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPUは図22のステップ2200から処理を開始してステップ2205に進み、「サブフィードバック制御条件(下流側空燃比フィードバック制御条件)」が成立しているか否かを判定する。
<Calculation of sub feedback amount>
The CPU executes a “sub feedback amount calculation routine” shown by a flowchart in FIG. 22 every time a predetermined time elapses. Therefore, at the predetermined timing, the CPU starts the process from
サブフィードバック制御条件は以下の総ての条件が成立したときに成立する。
(B−1)メインフィードバック制御条件が成立している。
(B−2)下流側空燃比センサ56が活性化している。
(B−3)上流側目標空燃比abyfrが理論空燃比stoichに設定されている。
The sub-feedback control condition is satisfied when all of the following conditions are satisfied.
(B-1) The main feedback control condition is satisfied.
(B-2) The downstream air-
(B-3) The upstream target air-fuel ratio abyfr is set to the stoichiometric air-fuel ratio stoich.
いま、サブフィードバック制御条件が成立していると仮定し、更に、触媒劣化判定実行条件は成立していないと仮定して説明を続ける。この場合、CPUはステップ2205にて「Yes」と判定してステップ2210に進み、リッチフラグXCCROrich及び暫定リッチフラグXZrichのうちの少なくとも一つが「1」であるか否かを判定する。換言すると、CPUはステップ2210にて、触媒43の状態が「酸素不足状態」であって、触媒流入ガス要求空燃比がリーン空燃比であるか否かを判定する。
The description will be continued assuming that the sub-feedback control condition is satisfied and further assuming that the catalyst deterioration determination execution condition is not satisfied. In this case, the CPU makes a “Yes” determination at
このとき、リッチフラグXCCROrich及び暫定リッチフラグXZrichの両者が「0」であると、CPUはステップ2210にて「No」と判定し、ステップ2220に直接進む。
At this time, if both the rich flag XCCROrich and the temporary rich flag XZrich are “0”, the CPU makes a “No” determination at
これに対し、リッチフラグXCCROrich及び暫定リッチフラグXZrichのうちの少なくとも一つが「1」であると、CPUはステップ2210にて「Yes」と判定してステップ2215に進み、サブフィードバック量KFsubの値を所定値A2に設定する。この所定値A2は、「0」よりも大きく「1」よりも小さい一定値であり、第2リーン空燃比(本例において、第4リーン空燃比と等しい。)に相当する空燃比を実現する値である。その後、CPUはステップ2220に進む。
On the other hand, if at least one of the rich flag XCCROrich and the temporary rich flag XZrich is “1”, the CPU makes a “Yes” determination at
CPUはステップ2220にてリーン否定フラグXNOTleanの値が「1」であるか否かを判定する。このとき、リーン否定フラグXNOTleanの値が「0」であると、CPUはステップ2220にて「No」と判定し、ステップ2240に直接進む。
In
これに対し、リーン否定フラグXNOTleanの値が「1」であると、CPUはステップ2220にて「Yes」と判定してステップ2225に進み、触媒劣化判定実行条件が成立しているか否かを判定する。上記仮定に従えば、触媒劣化判定実行条件は成立していない。従って、CPUはステップ2225にて「No」と判定し、ステップ2230に進んでサブフィードバック量KFsubの値を所定値A1に設定する。この所定値A1は、「0」よりも大きく「1」よりも小さい一定値であり、第1リーン空燃比に相当する空燃比を実現する値である。その後、CPUはステップ2240に進む。なお、所定値A1と所定値A2とは等しい値であってもよい。
On the other hand, if the value of the lean negative flag XNOTlean is “1”, the CPU makes a “Yes” determination at
CPUはステップ2240において、リーンフラグXCCROlean及び暫定リーンフラグXZleanのうちの少なくとも一つが「1」であるか否かを判定する。換言すると、CPUはステップ2240にて、触媒43の状態が「酸素過剰状態」であって、触媒流入ガス要求空燃比がリッチ空燃比であるか否かを判定する。
In
このとき、リーンフラグXCCROlean及び暫定リーンフラグXZleanの両者が「0」であると、CPUはステップ2240にて「No」と判定し、ステップ2250に直接進む。
At this time, if both the lean flag XCCROlean and the temporary lean flag XZlean are “0”, the CPU makes a “No” determination at
これに対し、リーンフラグXCCROlean及び暫定リーンフラグXZleanのうちの少なくとも一つが「1」であると、CPUはステップ2240にて「Yes」と判定してステップ2245に進み、サブフィードバック量KFsubの値を所定値B2に設定する。この所定値B2は、「1」よりも大きい一定値であり、第2リッチ空燃比(本例において、第4リッチ空燃比と等しい。)に相当する空燃比を実現する値である。その後、CPUはステップ2250に進む。
On the other hand, if at least one of the lean flag XCCROlean and the temporary lean flag XZlean is “1”, the CPU makes a “Yes” determination at
CPUはステップ2250にてリッチ否定フラグXNOTrichの値が「1」であるか否かを判定する。このとき、リッチ否定フラグXNOTrichの値が「0」であると、CPUはステップ2250にて「No」と判定し、ステップ2295に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
In
これに対し、リッチ否定フラグXNOTrichの値が「1」であると、CPUはステップ2250にて「Yes」と判定してステップ2255に進み、触媒劣化判定実行条件が成立しているか否かを判定する。上記仮定に従えば、触媒劣化判定実行条件は成立していない。従って、CPUはステップ2255にて「No」と判定し、ステップ2260に進んでサブフィードバック量KFsubの値を所定値B1に設定する。この所定値B1は、「1」よりも大きい一定値であり、第1リッチ空燃比に相当する空燃比を実現する値である。その後、CPUはステップ2295に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、所定値B1と所定値B2とは等しい値であってもよい。
On the other hand, if the value of the rich negative flag XNOTrich is “1”, the CPU makes a “Yes” determination at
このようにして求められたサブフィードバック量KFsubは、前述した図18のステップ1830の処理により、理論空燃比を得るための基本燃料噴射量Fbaseに乗じられる。従って、サブフィードバック量KFsubが「1」より大きいとき、機関の空燃比(従って、触媒流入ガスの空燃比)は「サブフィードバック量KFsubが大きいほどより理論空燃比との差の大きさが大きいリッチ空燃比」に制御される。また、サブフィードバック量KFsubが「1」より小さいとき、機関の空燃比は「サブフィードバック量KFsubが小さいほどより理論空燃比との差の大きさが大きいリーン空燃比」に制御される。 The sub-feedback amount KFsub thus obtained is multiplied by the basic fuel injection amount Fbase for obtaining the stoichiometric air-fuel ratio by the processing of step 1830 in FIG. Therefore, when the sub-feedback amount KFsub is larger than “1”, the air-fuel ratio of the engine (and hence the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas) is “the richer the difference between the stoichiometric air-fuel ratio is larger as the sub-feedback amount KFsub is larger. The air / fuel ratio is controlled. When the sub-feedback amount KFsub is smaller than “1”, the air-fuel ratio of the engine is controlled to “a lean air-fuel ratio in which the difference from the stoichiometric air-fuel ratio is larger as the sub-feedback amount KFsub is smaller”.
次に、サブフィードバック制御条件が成立していると仮定し、更に、触媒劣化判定実行条件が成立していると仮定して説明を続ける。この場合、CPUは、以下に述べる処理を除き、サブフィードバック制御条件が成立して且つ触媒劣化判定実行条件が成立していない場合と同じ処理を行う。 Next, the description will be continued assuming that the sub-feedback control condition is satisfied, and further assuming that the catalyst deterioration determination execution condition is satisfied. In this case, except for the processing described below, the CPU performs the same processing as when the sub feedback control condition is satisfied and the catalyst deterioration determination execution condition is not satisfied.
即ち、CPUはステップ2225に進んだとき、そのステップ2225にて「Yes」と判定してステップ2235に進み、サブフィードバック量KFsubに「変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|に正の微分ゲイン(正の定数)を乗じた値を、「1」から減算して得られる値(1−kd・|ΔVoxs|)」を設定する。
That is, when the CPU proceeds to step 2225, the CPU makes a “Yes” determination at
但し、値(1−kd・|ΔVoxs|)は、「0」よりも大きく所定値A1よりも小さくなるように制限される。値(1−kd・|ΔVoxs|)は、変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が大きいほど小さくなる。従って、ステップ2235にて設定されるサブフィードバック量KFsubによれば、変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が大きくなるほど、基本燃料噴射量Fbaseは大きく減少補正されるので、機関の空燃比は「よりリーンな空燃比(理論空燃比との差の大きさがより大きい空燃比)」へと補正される。この値(1−kd・|ΔVoxs|)は、第3リーン空燃比に相当する空燃比を実現する値である。その後、CPUはステップ2240に進む。
However, the value (1-kd · | ΔVoxs |) is limited to be larger than “0” and smaller than the predetermined value A1. The value (1-kd · | ΔVoxs |) decreases as the absolute value | ΔVoxs | of the change rate ΔVoxs increases. Therefore, according to the sub feedback amount KFsub set in
更に、CPUはステップ2255に進んだとき、そのステップ2255にて「Yes」と判定してステップ2265に進み、サブフィードバック量KFsubに「変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|に正の微分ゲイン(正の定数)を乗じた値を「1」に加算して得られる値(1+kd・|ΔVoxs|)」を設定する。
Further, when the CPU proceeds to step 2255, the CPU makes a “Yes” determination at
但し、値(1+kd・|ΔVoxs|)は、所定値B1よりも大きくなるように制限される。値(1+kd・|ΔVoxs|)は、変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が大きいほど大きくなる。従って、ステップ2265にて設定されるサブフィードバック量KFsubによれば、変化速度ΔVoxsの絶対値|ΔVoxs|が大きくなるほど、基本燃料噴射量Fbaseは大きく増大補正されるので、機関の空燃比は「よりリッチな空燃比(理論空燃比との差の大きさがより大きいリッチ空燃比)」へと補正される。この値(1+kd・|ΔVoxs|)は、第3リッチ空燃比に相当する空燃比を実現する値である。その後、CPUはステップ2295に進んで、本ルーチンを一旦終了する。
However, the value (1 + kd · | ΔVoxs |) is limited to be larger than the predetermined value B1. The value (1 + kd · | ΔVoxs |) increases as the absolute value | ΔVoxs | of the change rate ΔVoxs increases. Therefore, according to the sub-feedback amount KFsub set in
このようにして求められたサブフィードバック量KFsubは、前述した図18のステップ1830の処理により、理論空燃比を得るための基本燃料噴射量Fbaseに乗じられる。。 The sub-feedback amount KFsub thus obtained is multiplied by the basic fuel injection amount Fbase for obtaining the stoichiometric air-fuel ratio by the processing of step 1830 in FIG. .
一方、CPUがステップ2205の処理を行う時点において、サブフィードバック制御条件が成立していない場合、CPUはそのステップ2205にて「No」と判定してステップ2260に進み、サブフィードバック量KFsubを「1.0」に設定する。その後、CPUはステップ2295に進んで本ルーチンを一旦終了する。この結果、サブフィードバック制御条件が成立していないとき、基本燃料噴射量Fbaseはサブフィードバック量KFsubによって補正されない。
On the other hand, if the sub feedback control condition is not satisfied at the time when the CPU performs the process of
以上、説明したように、第1制御装置は、触媒劣化判定実行条件が成立している場合における第1変化速度閾値ΔV1th及び第2変化速度閾値ΔV2thを、触媒劣化判定実行条件が成立していない場合における第1変化速度閾値ΔV1th及び第2変化速度閾値ΔV2thのそれぞれより、小さい値に設定する(図14のステップ1440乃至ステップ1445を参照。)。
As described above, in the first control device, when the catalyst deterioration determination execution condition is satisfied, the first change speed threshold value ΔV1th and the second change speed threshold value ΔV2th are not satisfied. In this case, the first change speed threshold value ΔV1th and the second change speed threshold value ΔV2th are set to smaller values (see
更に、第1制御装置は、第3リーン空燃比及び第3リッチ空燃比を、第1リーン空燃比及び第1リッチ空燃比のそれぞれよりも、理論空燃比との差の大きさが大きい値となるように設定する(図16のステップ1630、図22のステップ2245及びステップ2265等を参照。)。
Further, the first control device sets the third lean air-fuel ratio and the third rich air-fuel ratio to values having a larger difference from the stoichiometric air-fuel ratio than the first lean air-fuel ratio and the first rich air-fuel ratio, respectively. (See
この結果、第1制御装置は、触媒劣化判定時において、触媒43の劣化の程度が「劣化していると判定すべき触媒の劣化の程度」に近づいていれば、触媒劣化指標値が触媒の劣化度が進むにつれてより大きく変化するように機関の空燃比を制御することができる。従って、触媒劣化判定をより精度よく実行することができる。
As a result, the first control device determines that the catalyst deterioration index value of the
なお、CPUは、図14のステップ1415及び/又はステップ1430において、リーン否定フラグXNOTlean及びリッチフラグの値を「0」に設定してもよい。
Note that the CPU may set the values of the lean negative flag XNOTlean and the rich flag to “0” in
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る内燃機関の空燃比制御装置(以下、「第2制御装置」とも称呼する。)について説明する。第2制御装置は、触媒43が劣化していると判定された時点以降において、サブフィードバック量KFsub(空燃比補正量)による空燃比補正幅の大きさ(実際には、「1」とサブフィードバック量KFsubとの差の絶対値)を、触媒43が劣化していると判定されていない場合よりも小さくする点のみにおいて、第1制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。
Second Embodiment
Next, an air-fuel ratio control apparatus (hereinafter also referred to as “second control apparatus”) for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention will be described. After the time point when it is determined that the
第2制御装置のCPUは、第1制御装置のCPUが実行するルーチン(図22に示したルーチンを除く、図14、図15、図17〜図21に示したルーチン)と、図22のルーチンに図23に記載のステップを追加した「サブフィードバック量算出ルーチン」と、を所定時間が経過する毎に実行するようになっている。従って、以下、このサブフィードバック量算出ルーチンにおける第1制御装置との相違点を中心として説明する。 The CPU of the second control device includes routines executed by the CPU of the first control device (the routines shown in FIGS. 14, 15, and 17 to 21 except for the routine shown in FIG. 22) and the routine of FIG. The “sub-feedback amount calculation routine” in which the steps shown in FIG. 23 are added is executed every time a predetermined time elapses. Therefore, hereinafter, the description will focus on differences from the first control device in the sub feedback amount calculation routine.
CPUは図22のステップ2260又はステップ2265の処理の後、図23のステップ2310に進む(図中円内の1」を参照。)そして、CPUは触媒劣化検出フラグXrekkaの値が「1」であるか否かを判定する。即ち、CPUは、触媒43が劣化していると判定されているか否かを判定する。
After the processing of
このとき、触媒劣化検出フラグXrekkaの値が「0」であると、CPUはステップ2310にて「No」と判定し、図22のステップ2295に直接進んで本ルーチンを一旦終了する(図中○内の2」を参照。)。
At this time, if the value of the catalyst deterioration detection flag Xrekka is “0”, the CPU makes a “No” determination at
これに対し、CPUがステップ2310の処理を実行する時点において、触媒劣化検出フラグXrekkaの値が「1」であると、CPUはステップ2310にて「Yes」と判定してステップ2320に進み、「その時点までに算出されたサブフィードバック量KFsubから「1」を減じた値(KFsub−1)」に定数kmを乗じた値を、「1」に加算して得られる値(1+km・(KFsub−1))を、最終的なサブフィードバック量KFsubとして設定する。定数kmは、「0」より大きく「1」より小さい値である(例えば、km=0.9)。
On the other hand, if the value of the catalyst deterioration detection flag Xrekka is “1” at the time when the CPU executes the process of
即ち、CPUは、触媒43が劣化したと判定された時点以降において、サブフィードバック量KFsubを「1」に近づける。例えば、その時点までに得られたサブフィードバック量KFsubが1+αであるとき、最終的に得られるサブフィードバック量KFsubは、1+km・αとなる。このことは、その時点までに得られたサブフィードバック量KFsubが、機関の空燃比を所定のリッチ空燃比AR1に補正する値(=1+α1、α1>0)であるとき、最終的に得られるサブフィードバック量KFsubは、そのリッチ空燃比AR1よりは理論空燃比に近いリッチ空燃比AR2を実現する値(1+km・α1)となる。同様に、その時点までに得られたサブフィードバック量KFsubが、機関の空燃比を所定のリーン空燃比AL1に補正する値(=1−α2、α2>0)であるとき、最終的に得られるサブフィードバック量KFsubは、そのリーン空燃比AL1よりは理論空燃比に近いリーン空燃比AL2を実現する値(1−km・α2)となる。
That is, the CPU brings the sub feedback amount KFsub closer to “1” after the time when it is determined that the
この結果、基本燃料噴射量Fbaseは、触媒劣化検出フラグXrekkaの値が「1」である場合、触媒劣化検出フラグXrekkaの値が「0」であるときよりも、少ない量だけ補正させられる。 As a result, the basic fuel injection amount Fbase is corrected by a smaller amount when the value of the catalyst deterioration detection flag Xrekka is “1” than when the value of the catalyst deterioration detection flag Xrekka is “0”.
なお、第2制御装置は、図23のルーチンを追加しない図22のルーチンを実行するとともに、触媒劣化検出フラグXrekkaの値が「1」である場合、図22のステップ2230にて使用される所定値A1を、触媒劣化検出フラグXrekkaの値が「0」であるときよりも、より「1」に近い値に補正してもよい。即ち、第2制御装置は、触媒43が劣化していると判定された時点以降において、第1リーン空燃比をより理論空燃比に近い空燃比に設定してもよい。また、第2制御装置は、図23のルーチンを追加しない図22のルーチンを実行するとともに、触媒劣化検出フラグXrekkaの値が「1」である場合、図22のステップ2215にて使用される所定値A2を、触媒劣化検出フラグXrekkaの値が「0」であるときよりも、より「1」に近い値に補正してもよい。即ち、第2制御装置は、触媒43が劣化していると判定された時点以降において、第2リーン空燃比をより理論空燃比に近い空燃比に設定してもよい。
The second control device executes the routine of FIG. 22 that does not add the routine of FIG. 23, and when the value of the catalyst deterioration detection flag Xrekka is “1”, the predetermined control used in
同様に、第2制御装置は、図23のルーチンを追加しない図22のルーチンを実行するとともに、触媒劣化検出フラグXrekkaの値が「1」である場合、図22のステップ2260にて使用される所定値B1を、触媒劣化検出フラグXrekkaの値が「0」であるときよりも、より「1」に近い値に補正してもよい。即ち、第2制御装置は、触媒43が劣化していると判定された時点以降において、第1リッチ空燃比をより理論空燃比に近い空燃比に設定してもよい。また、第2制御装置は、図23のルーチンを追加しない図22のルーチンを実行するとともに、触媒劣化検出フラグXrekkaの値が「1」である場合、図22のステップ2245にて使用される所定値B2を、触媒劣化検出フラグXrekkaの値が「0」であるときよりも、より「1」に近い値に補正してもよい。即ち、第2制御装置は、触媒43が劣化していると判定された時点以降において、第2リッチ空燃比をより理論空燃比に近い空燃比に設定してもよい。
Similarly, the second control device executes the routine of FIG. 22 in which the routine of FIG. 23 is not added, and when the value of the catalyst deterioration detection flag Xrekka is “1”, it is used in
この第2制御装置によれば、触媒43が劣化したと判定されたときには、触媒43が劣化したと判定される前に比較して、触媒流入ガスの空燃比の「理論空燃比との偏差」が小さくなる。即ち、触媒43が劣化したと判定された時点以降、通常のフィードバック制御における空燃比の補正量の大きさ(1とサブフィードバック量KFsubとの差の絶対値)が小さくなる。この結果、劣化した触媒にとって過剰な酸素又は過剰な未燃物がその触媒に流入し難くなるから、通常のフィードバック制御が破綻し難くなる。よって、第2制御装置は、触媒43が劣化した場合においても、エミッションを良好に維持することができる。
According to this second control apparatus, when it is determined that the
以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る制御装置は、エミッションを良好に維持するとともに、触媒劣化判定を精度良く実行することができる。なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態は、暫定リッチフラグXZrich及び暫定リーンフラグXZleanを使用しているが、リッチフラグXCCROrichが「1」に設定された後はリッチ否定フラグXNOTrichが「1」に設定されるか又はリーンフラグXCCROleanが「1」に設定されるまで、リッチフラグXCCROrichの値を「1」に維持してもよい。同様に、リーンフラグXCCROleanが「1」に設定された後はリーン否定フラグXNOTleanが「1」に設定されるか又はリッチフラグXCCROrichが「1」に設定されるまで、リーンフラグXCCROleanの値を「1」に維持してもよい。 As described above, the control device according to each embodiment of the present invention can maintain the emission satisfactorily and perform the catalyst deterioration determination with high accuracy. In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various modified example is employable within the scope of the present invention. For example, the above embodiment uses the temporary rich flag XZrich and the temporary lean flag XZlean, but after the rich flag XCCROrich is set to “1”, the rich negative flag XNOTrich is set to “1” or The value of the rich flag XCCROrich may be maintained at “1” until the lean flag XCCROlean is set to “1”. Similarly, after the lean flag XCCROlean is set to “1”, the value of the lean flag XCCROlean is set to “1” until the lean negative flag XNOTlean is set to “1” or the rich flag XCCROrich is set to “1”. 1 "may be maintained.
10…内燃機関、41…エキゾーストマニホールド、41b…集合部、42…エキゾーストパイプ、43…上流側触媒(三元触媒)、55…上流側空燃比センサ、56…下流側空燃比センサ(酸素濃度センサ)、60…電気制御装置。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記排気通路の前記触媒よりも下流に配設されるとともに同触媒から流出したガスに含まれる酸素の濃度に応じた出力値を出力する濃淡電池型の酸素濃度センサである下流側空燃比センサと、
前記出力値に基づいて前記触媒に流入するガスである触媒流入ガスの空燃比を変更するように前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
所定の触媒劣化判定実行条件が成立した場合、前記触媒の劣化の程度を表す触媒劣化指標値として前記出力値の振幅及び変動周波数が大きくなるほど大きくなるか又は小さくなる値を同出力値に基づいて取得するとともに同取得した触媒劣化指標値に基づいて前記触媒が劣化したか否かを判定する触媒劣化判定手段と、
を備えた内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比制御手段は、
前記出力値が所定の低側閾値と前記低側閾値よりも大きい所定の高側閾値との間にある場合、前記出力値が増大しているときの前記出力値の変化速度の絶対値が所定の第1変化速度閾値以上となった時点から前記出力値が減少しているときの前記出力値の変化速度の絶対値が所定の第2変化速度閾値以上となる時点又は前記出力値が前記高側閾値以上になる時点までの第1期間において前記触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の所定の第1リーン空燃比となるように、且つ、前記出力値が減少しているときの前記出力値の変化速度の絶対値が前記第2変化速度閾値以上となった時点から前記出力値が増大しているときの前記出力値の変化速度の絶対値が前記第1変化速度閾値以上となる時点又は前記出力値が前記低側閾値以下となる時点までの第2期間において前記触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の所定の第1リッチ空燃比となるように、
前記出力値が前記高側閾値以上である場合、前記触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の所定の第2リーン空燃比となるように、
前記出力値が前記低側閾値以下である場合、前記触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の所定の第2リッチ空燃比となるように、
前記機関に供給される混合気の空燃比を制御するとともに、
前記触媒劣化判定実行条件が成立した場合、
前記第1変化速度閾値を前記触媒劣化判定実行条件が成立していない場合よりも小さい値に設定し、
前記第2変化速度閾値を前記触媒劣化判定実行条件が成立していない場合よりも小さい値に設定し、
前記第1期間における前記触媒流入ガスの空燃比が、前記第1リーン空燃比に代わる、理論空燃比よりもリーン側の所定の第3リーン空燃比であって同第3リーン空燃比と理論空燃比との差の絶対値が前記第1リーン空燃比と理論空燃比との差の絶対値よりも大きい第3リーン空燃比、となるように前記機関に供給される混合気の空燃比を制御し、且つ、
前記第2期間における前記触媒流入ガスの空燃比が、前記第1リッチ空燃比に代わる、理論空燃比よりもリッチ側の所定の第3リッチ空燃比であって同第3リッチ空燃比と理論空燃比との差の絶対値が前記第1リッチ空燃比と理論空燃比との差の絶対値よりも大きい第3リッチ空燃比、となるように前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する、
ように構成された空燃比制御装置。 A three-way catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
A downstream air-fuel ratio sensor that is a concentration cell type oxygen concentration sensor that is disposed downstream of the catalyst in the exhaust passage and outputs an output value corresponding to the concentration of oxygen contained in the gas flowing out of the catalyst; ,
Air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine so as to change the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas which is a gas flowing into the catalyst based on the output value;
When a predetermined catalyst deterioration determination execution condition is satisfied, a value that increases or decreases as the amplitude and fluctuation frequency of the output value increases as the catalyst deterioration index value indicating the degree of deterioration of the catalyst based on the output value. Catalyst deterioration determination means for determining whether or not the catalyst has deteriorated based on the acquired catalyst deterioration index value;
In an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine comprising:
The air-fuel ratio control means includes
When the output value is between a predetermined low-side threshold and a predetermined high-side threshold greater than the low-side threshold, the absolute value of the change rate of the output value when the output value is increasing is predetermined The time when the absolute value of the change speed of the output value when the output value has decreased from the time when the output value becomes equal to or higher than the first change speed threshold or the output value becomes higher than the predetermined second change speed threshold. The output value is decreased so that the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas becomes a predetermined first lean air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio in the first period until the point when the value becomes greater than or equal to the side threshold value. The absolute value of the change rate of the output value when the output value increases from the time when the absolute value of the change rate of the output value becomes equal to or greater than the second change rate threshold. Or when the output value is greater than or equal to the lower threshold As the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas in the second period to the point made is first rich air-fuel ratio richer predetermined than the stoichiometric air-fuel ratio,
When the output value is equal to or higher than the high-side threshold, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas becomes a predetermined second lean air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
When the output value is equal to or lower than the low-side threshold, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas becomes a predetermined second rich air-fuel ratio that is richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
While controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine,
When the catalyst deterioration determination execution condition is satisfied,
Setting the first change speed threshold to a value smaller than the case where the catalyst deterioration determination execution condition is not satisfied,
Setting the second change speed threshold to a value smaller than the case where the catalyst deterioration determination execution condition is not satisfied,
The air-fuel ratio of the catalyst inflow gas in the first period is a predetermined third lean air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio instead of the first lean air-fuel ratio, and the third lean air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is controlled so that the absolute value of the difference from the fuel ratio becomes a third lean air-fuel ratio that is larger than the absolute value of the difference between the first lean air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio. And
The air-fuel ratio of the catalyst inflow gas in the second period is a predetermined third rich air-fuel ratio that is richer than the stoichiometric air-fuel ratio instead of the first rich air-fuel ratio. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is controlled so that the absolute value of the difference from the fuel ratio becomes a third rich air-fuel ratio that is larger than the absolute value of the difference between the first rich air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio. To
An air-fuel ratio control device configured as described above.
前記空燃比制御手段は、
前記触媒が劣化していると判定された時点以降において、前記第1リッチ空燃比及び前記第2リッチ空燃比の少なくとも一方が、前記触媒が劣化していると判定される前の時点における値よりもより理論空燃比に近い空燃比となり、
前記触媒が劣化していると判定された時点以降において、前記第1リーン空燃比及び前記第2リーン空燃比の少なくとも一方が、前記触媒が劣化していると判定される前の時点における値よりもより理論空燃比に近い空燃比となるように、
前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御装置。 The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The air-fuel ratio control means includes
After the time when it is determined that the catalyst is deteriorated, at least one of the first rich air-fuel ratio and the second rich air-fuel ratio is a value before the time when it is determined that the catalyst is deteriorated. Becomes an air-fuel ratio closer to the theoretical air-fuel ratio,
After the time when it is determined that the catalyst is deteriorated, at least one of the first lean air-fuel ratio and the second lean air-fuel ratio is greater than the value at the time before it is determined that the catalyst is deteriorated. So that the air-fuel ratio is closer to the theoretical air-fuel ratio.
An air-fuel ratio control device for controlling an air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to the engine.
前記空燃比制御手段は、
前記第1リーン空燃比が一定値であり、
前記第3リーン空燃比が前記出力値の変化速度の絶対値が大きいほど大きくなる値となり、
前記第1リッチ空燃比が一定値であり、
前記第3リッチ空燃比が前記出力値の変化速度の絶対値が大きいほど小さくなる値となるように、
前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御装置。 The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The air-fuel ratio control means includes
The first lean air-fuel ratio is a constant value;
The third lean air-fuel ratio becomes a value that increases as the absolute value of the change speed of the output value increases.
The first rich air-fuel ratio is a constant value;
The third rich air-fuel ratio becomes a value that decreases as the absolute value of the change rate of the output value increases.
An air-fuel ratio control device for controlling an air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to the engine.
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