JP6217739B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.

内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒の排気流れ方向上流側及び排気流れ方向下流側に空燃比センサを設けた排気浄化装置が知られている。斯かる内燃機関では、上流側の空燃比センサの出力に基づいて排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御を行っている。加えて、目標空燃比は、理論空燃比よりもリッチな空燃比(以下、単に「リッチ空燃比」という)と理論空燃比よりもリーンな空燃比(以下、単に「リーン空燃比」という)とに交互に設定される(例えば、特許文献1)。   2. Description of the Related Art There is known an exhaust emission control device in which an air-fuel ratio sensor is provided on the upstream side in the exhaust flow direction and the downstream side in the exhaust flow direction of an exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine. In such an internal combustion engine, feedback control is performed so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst becomes the target air-fuel ratio based on the output of the upstream air-fuel ratio sensor. In addition, the target air-fuel ratio includes an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio (hereinafter simply referred to as “rich air-fuel ratio”) and an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (hereinafter simply referred to as “lean air-fuel ratio”). (For example, Patent Document 1).

特に、特許文献1に記載の内燃機関では、下流側空燃比センサの出力に相当する空燃比(以下、「出力空燃比」ともいう)が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比をリーン空燃比に切り替えると共に、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量よりも少ない所定の切替基準吸蔵量以上になったときに目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えるようにしている。特許文献1によれば、これにより、排気浄化触媒からNOxが流出するのを抑制することができるとされている。   In particular, in the internal combustion engine described in Patent Document 1, the air-fuel ratio corresponding to the output of the downstream air-fuel ratio sensor (hereinafter also referred to as “output air-fuel ratio”) is less than the rich determination air-fuel ratio that is richer than the theoretical air-fuel ratio. The target air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio, and the target air-fuel ratio is made rich when the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst exceeds a predetermined switching reference storage amount that is smaller than the maximum storable oxygen amount. I try to switch. According to Patent Document 1, this can suppress the outflow of NOx from the exhaust purification catalyst.

国際公開第2014/118892号International Publication No. 2014/118892 特開2006−343281号公報JP 2006-343281 A

ところで、空燃比センサを構成する素子に割れが生じた場合、空燃比センサ周りの排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比又はリーン空燃比であるときには、空燃比センサの出力空燃比は実際の排気ガスの空燃比とほぼ等しいものとなる。ところが、空燃比センサ周りの排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときには、空燃比センサの出力空燃比が実際の排気ガスの空燃比とは異なる空燃比、特にリーン空燃比となる場合がある。   If the air-fuel ratio sensor is cracked, and the air-fuel ratio of the exhaust gas around the air-fuel ratio sensor is almost the stoichiometric air-fuel ratio or lean air-fuel ratio, the output air-fuel ratio of the air-fuel ratio sensor is the actual exhaust gas ratio. It becomes almost equal to the air-fuel ratio of the gas. However, when the air-fuel ratio of the exhaust gas around the air-fuel ratio sensor is a rich air-fuel ratio, the output air-fuel ratio of the air-fuel ratio sensor may be an air-fuel ratio different from the actual air-fuel ratio of the exhaust gas, particularly a lean air-fuel ratio. .

このように、空燃比センサに素子割れが生じている場合には、空燃比センサ周りの排気ガスの空燃比を正確に検出することができない場合がある。このように素子割れが生じて誤った出力を発生させる空燃比センサを用いて上述したような目標空燃比の制御を行うと、排気浄化触媒からのNOx等の流出を抑制することができなくなる場合がある。   Thus, when an element crack occurs in the air-fuel ratio sensor, the air-fuel ratio of the exhaust gas around the air-fuel ratio sensor may not be detected accurately. When the target air-fuel ratio control as described above is performed using an air-fuel ratio sensor that generates an erroneous output due to element cracking in this way, it becomes impossible to suppress the outflow of NOx or the like from the exhaust purification catalyst There is.

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、下流側空燃比センサに素子割れの異常が生じた場合にこの異常を診断することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine exhaust gas purification apparatus capable of diagnosing an abnormality of an element crack in a downstream air-fuel ratio sensor.

上記課題を解決するために、第1の発明では、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、該排気浄化触媒よりも排気流れ方向下流側において前記排気通路に設けられた下流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御及び前記下流側空燃比センサの出力空燃比に基づいて該下流側空燃比センサの異常診断を行う異常診断制御を行う制御装置とを具備し、前記制御装置は、前記空燃比制御において、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を、理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比とに交互に繰り返し切り替え、前記制御装置は、前記異常診断制御において、前記空燃比制御によって前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比にされているときに、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンな所定のリーン判定空燃比よりもリッチな空燃比から該リーン判定空燃比よりもリーンな空燃比に変化したときには、前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定する、内燃機関の排気浄化装置が提供される。   In order to solve the above problems, in the first invention, an exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and a downstream side air provided in the exhaust passage downstream of the exhaust purification catalyst in the exhaust flow direction. An abnormality diagnosis control for performing an abnormality diagnosis of the downstream air-fuel ratio sensor based on an air-fuel ratio sensor, an air-fuel ratio control for controlling an air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst, and an output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor The control device performs the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst in the air-fuel ratio control, the rich air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio. The control device alternately and repeatedly switches to a lean lean air-fuel ratio, and in the abnormality diagnosis control, the control device is rich in the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst by the air-fuel ratio control. When the air-fuel ratio is set to an air-fuel ratio, the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. An exhaust purification device for an internal combustion engine is provided that determines that an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor when changed to.

第2の発明では、第1の発明において、前記制御装置は、前記空燃比制御において前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように内燃機関の燃焼室に供給される燃料供給量をフィードバック制御すると共に、前記下流側空燃比センサの出力空燃比に基づいて空燃比に関するパラメータを補正する学習制御を更に行い、前記制御装置は、前記空燃比制御において前記目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替えると共に、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチな所定のリッチ判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比のリッチ空燃比からリーン空燃比への切り替えを行い、前記制御装置は、前記学習制御において、前記目標空燃比をリーン空燃比に切り替えてから再びリッチ空燃比に切り替えるまでの酸素増大期間において前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素の量の積算値である積算酸素過剰量と、前記目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてから再びリーン空燃比に切り替えるまでの酸素減少期間において前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに不足する酸素の量の積算値である積算酸素不足量とに基づいて、これら積算酸素過剰量と積算酸素不足量との差が小さくなるように前記空燃比に関するパラメータを補正し、前記制御装置は、前記目標空燃比がリッチ空燃比に設定されているときに前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定した場合には、その後に前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になって前記目標空燃比がリーン空燃比に切り替えられても、このときの積算酸素不足量に基づく前記空燃比に関するパラメータの補正を中止する。   In a second invention, in the first invention, the control device is supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst in the air-fuel ratio control becomes a target air-fuel ratio. A feedback control of the fuel supply amount, and a learning control for correcting a parameter relating to the air-fuel ratio based on an output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor, wherein the control device performs the target air-fuel ratio in the air-fuel ratio control. Are alternately switched between a rich air-fuel ratio and a lean air-fuel ratio, and when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor becomes equal to or lower than a predetermined rich judgment air-fuel ratio richer than the theoretical air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is reduced. The control device performs switching from the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, and in the learning control, the control device switches the target air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio and then again. An integrated oxygen excess amount that is an integrated value of the amount of oxygen that becomes excessive when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is made to be the stoichiometric air-fuel ratio during the oxygen increase period until switching to the air-fuel ratio The oxygen deficiency when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is made to be the stoichiometric air-fuel ratio in the oxygen reduction period from when the target air-fuel ratio is switched to the rich air-fuel ratio until it is switched again to the lean air-fuel ratio On the basis of the integrated oxygen deficiency that is the integrated value of the amount of the amount, the parameter relating to the air-fuel ratio is corrected so that the difference between the integrated oxygen excess and the accumulated oxygen deficiency is reduced, and the control device If it is determined that an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio is set to a rich air-fuel ratio, the output air Even ratio is the target air-fuel ratio becomes less than the rich determining the air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio, it stops the correction of parameters related to the air-fuel ratio based on the integrated oxygen shortage at this time.

第3の発明では、第2の発明において、前記制御装置は、前記目標空燃比がリッチ空燃比に設定されているときに前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比よりもリッチな空燃比から該リーン判定空燃比よりもリーンな空燃比に変化したことにより前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定した場合には、前記目標空燃比を前回リッチ空燃比に切り替えてから前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比に変化したときまでの期間における積算酸素不足量を算出し、該積算酸素不足量と前記積算酸素過剰量との差が小さくなるように前記空燃比に関するパラメータを補正する。   In a third aspect based on the second aspect, the control device is configured such that when the target air-fuel ratio is set to a rich air-fuel ratio, the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor is less than the lean determination air-fuel ratio. If it is determined that an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor due to a change from a rich air-fuel ratio to an air-fuel ratio leaner than the lean determination air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is set to the previous rich air-fuel ratio. The integrated oxygen shortage amount is calculated during a period from when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor is changed to a lean air-fuel ratio from a rich air-fuel ratio that is richer than the lean determination air-fuel ratio. The parameter relating to the air-fuel ratio is corrected so that the difference between the amount and the cumulative oxygen excess amount becomes small.

第4の発明では、第2又は第3の発明において、前記制御装置は、前記空燃比制御において、前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチな一定のリッチ設定空燃比と理論空燃比よりもリーンな一定のリーン設定空燃比とに交互に切り替え、前記制御装置は、前記異常診断制御により前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定した場合には、前記リッチ設定空燃比のリッチ度合いを小さくする。   According to a fourth invention, in the second or third invention, the control device, in the air-fuel ratio control, sets the target air-fuel ratio to a constant rich set air-fuel ratio and a stoichiometric air-fuel ratio that are richer than the stoichiometric air-fuel ratio. When the control device determines that an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor by the abnormality diagnosis control, the control device switches to a rich constant air-fuel ratio. Decrease the degree.

第5の発明では、第4の発明において、前記制御装置は、前記空燃比制御において前記目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに1回ずつ設定する期間を1サイクルとすると、該サイクルの回数に対する前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定される回数の割合が予め定められた割合以上である場合には、前記リッチ設定空燃比のリッチ度合いを小さくする。   According to a fifth aspect, in the fourth aspect, the control device sets the target air-fuel ratio to be set once for each of the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio in the air-fuel ratio control as one cycle. When the ratio of the number of times it is determined that an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor to the number of times is equal to or greater than a predetermined ratio, the rich degree of the rich set air-fuel ratio is reduced.

第6の発明では、第1〜第5のいずれか一つの発明において、前記制御装置は、前記空燃比制御において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチな所定のリッチ判定空燃比以下になったときに前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比へと切り替え、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量よりも少ない所定の切替基準酸素量以上になったときに前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替える。   In a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, in the air-fuel ratio control, the control device is a predetermined air-fuel ratio output from the downstream air-fuel ratio sensor that is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst when it becomes less than the rich judgment air-fuel ratio is switched from the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, and the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst is greater than the maximum storable oxygen amount The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is switched from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio when the oxygen amount exceeds a small predetermined switching reference oxygen amount.

本発明によれば、下流側空燃比センサに素子割れの異常が生じた場合にこの異常を診断することができる内燃機関の排気浄化装置が提供される。   According to the present invention, there is provided an exhaust emission control device for an internal combustion engine capable of diagnosing this abnormality when an element crack abnormality occurs in a downstream air-fuel ratio sensor.

図1は、本発明の異常診断装置が用いられている内燃機関を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine in which the abnormality diagnosis apparatus of the present invention is used. 図2は、空燃比センサの概略的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the air-fuel ratio sensor. 図3は、各排気空燃比A/Fにおける印加電圧Vと出力電流Iとの関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the applied voltage V and the output current I at each exhaust air-fuel ratio A / F. 図4は、印加電圧Vを一定にしたときの空燃比と出力電流Iとの関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the air-fuel ratio and the output current I when the applied voltage V is constant. 図5は、内燃機関の通常運転時における、上流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量等の変化を示すタイムチャートである。FIG. 5 is a time chart showing changes in the oxygen storage amount and the like of the upstream side exhaust purification catalyst during normal operation of the internal combustion engine. 図6は、素子割れが生じている空燃比センサの概略的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an air-fuel ratio sensor in which element cracking occurs. 図7は、空燃比補正量等のタイムチャートである。FIG. 7 is a time chart of the air-fuel ratio correction amount and the like. 図8は、制御装置の機能ブロック図である。FIG. 8 is a functional block diagram of the control device. 図9は、空燃比補正量設定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing a control routine of air-fuel ratio correction amount setting control. 図10は、下流側空燃比センサの異常診断を行う異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing a control routine of abnormality diagnosis control for performing abnormality diagnosis of the downstream air-fuel ratio sensor. 図11は、リッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比の設定制御における制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing a control routine in setting control of the rich set air-fuel ratio and the lean set air-fuel ratio. 図12は、図5と同様な、上流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量等の変化を示すタイムチャートである。FIG. 12 is a time chart showing changes in the oxygen storage amount and the like of the upstream side exhaust purification catalyst, similar to FIG. 図13は、制御中心空燃比等のタイムチャートである。FIG. 13 is a time chart of the control center air-fuel ratio and the like. 図14は、下流側空燃比センサ周りを流通する排気ガスの流量と、下流側空燃比センサの出力空燃比との関係を示した図である。FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the flow rate of exhaust gas flowing around the downstream air-fuel ratio sensor and the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor. 図15は、下流側空燃比センサに素子割れが発生しているときの、空燃比補正量等の変化を示すタイムチャートである。FIG. 15 is a time chart showing changes in the air-fuel ratio correction amount and the like when element cracking occurs in the downstream air-fuel ratio sensor. 図16は、空燃比補正量等の変化を示す図15と同様なタイムチャートである。FIG. 16 is a time chart similar to FIG. 15 showing changes in the air-fuel ratio correction amount and the like. 図17は、制御装置の機能ブロック図である。FIG. 17 is a functional block diagram of the control device. 図18は、学習制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 18 is a flowchart illustrating a control routine for learning control.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.

<内燃機関全体の説明>
図1は、本発明の第一実施形態に係る排気浄化装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図1を参照すると1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダブロック2内で往復動するピストン、4はシリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド、5はピストン3とシリンダヘッド4との間に形成された燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁6は吸気ポート7を開閉し、排気弁8は排気ポート9を開閉する。
<Description of the internal combustion engine as a whole>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine in which an exhaust purification apparatus according to a first embodiment of the present invention is used. Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a piston that reciprocates in the cylinder block 2, 4 is a cylinder head fixed on the cylinder block 2, and 5 is a piston 3 and a cylinder head 4. A combustion chamber formed therebetween, 6 is an intake valve, 7 is an intake port, 8 is an exhaust valve, and 9 is an exhaust port. The intake valve 6 opens and closes the intake port 7, and the exhaust valve 8 opens and closes the exhaust port 9.

図1に示したようにシリンダヘッド4の内壁面の中央部には点火プラグ10が配置され、シリンダヘッド4の内壁面周辺部には燃料噴射弁11が配置される。点火プラグ10は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁11は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室5内に噴射する。なお、燃料噴射弁11は、吸気ポート7内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、本実施形態では、燃料として理論空燃比が14.6であるガソリンが用いられる。しかしながら、本発明の排気浄化装置が用いられる内燃機関では、ガソリン以外の燃料、或いはガソリンとの混合燃料を用いてもよい。   As shown in FIG. 1, a spark plug 10 is disposed at the center of the inner wall surface of the cylinder head 4, and a fuel injection valve 11 is disposed around the inner wall surface of the cylinder head 4. The spark plug 10 is configured to generate a spark in response to the ignition signal. The fuel injection valve 11 injects a predetermined amount of fuel into the combustion chamber 5 according to the injection signal. The fuel injection valve 11 may be arranged so as to inject fuel into the intake port 7. In this embodiment, gasoline having a theoretical air-fuel ratio of 14.6 is used as the fuel. However, in an internal combustion engine in which the exhaust emission control device of the present invention is used, a fuel other than gasoline or a mixed fuel with gasoline may be used.

各気筒の吸気ポート7はそれぞれ対応する吸気枝管13を介してサージタンク14に連結され、サージタンク14は吸気管15を介してエアクリーナ16に連結される。吸気ポート7、吸気枝管13、サージタンク14、吸気管15は吸気通路を形成する。また、吸気管15内にはスロットル弁駆動アクチュエータ17によって駆動されるスロットル弁18が配置される。スロットル弁18は、スロットル弁駆動アクチュエータ17によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。   The intake port 7 of each cylinder is connected to a surge tank 14 via a corresponding intake branch pipe 13, and the surge tank 14 is connected to an air cleaner 16 via an intake pipe 15. The intake port 7, the intake branch pipe 13, the surge tank 14, and the intake pipe 15 form an intake passage. A throttle valve 18 driven by a throttle valve drive actuator 17 is disposed in the intake pipe 15. The throttle valve 18 is rotated by a throttle valve drive actuator 17 so that the opening area of the intake passage can be changed.

一方、各気筒の排気ポート9は排気マニホルド19に連結される。排気マニホルド19は、各排気ポート9に連結される複数の枝部とこれら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド19の集合部は上流側排気浄化触媒20を内蔵した上流側ケーシング21に連結される。上流側ケーシング21は、排気管22を介して下流側排気浄化触媒24を内蔵した下流側ケーシング23に連結される。排気ポート9、排気マニホルド19、上流側ケーシング21、排気管22及び下流側ケーシング23は、排気通路を形成する。   On the other hand, the exhaust port 9 of each cylinder is connected to an exhaust manifold 19. The exhaust manifold 19 has a plurality of branches connected to the exhaust ports 9 and a collective part in which these branches are assembled. A collecting portion of the exhaust manifold 19 is connected to an upstream casing 21 containing an upstream exhaust purification catalyst 20. The upstream casing 21 is connected to a downstream casing 23 containing a downstream exhaust purification catalyst 24 via an exhaust pipe 22. The exhaust port 9, the exhaust manifold 19, the upstream casing 21, the exhaust pipe 22, and the downstream casing 23 form an exhaust passage.

電子制御ユニット(ECU)31はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス32を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)33、ROM(リードオンリメモリ)34、CPU(マイクロプロセッサ)35、入力ポート36及び出力ポート37を具備する。吸気管15には、吸気管15内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ39が配置され、このエアフロメータ39の出力は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。また、排気マニホルド19の集合部には排気マニホルド19内を流れる排気ガス(すなわち、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガス)の空燃比を検出する上流側空燃比センサ40が配置される。加えて、排気管22内には排気管22内を流れる排気ガス(すなわち、上流側排気浄化触媒20から流出して下流側排気浄化触媒24に流入する排気ガス)の空燃比を検出する下流側空燃比センサ41が配置される。これら空燃比センサ40、41の出力も対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。なお、これら空燃比センサ40、41の構成については後述する。   An electronic control unit (ECU) 31 comprises a digital computer, and is connected to each other via a bidirectional bus 32, a RAM (Random Access Memory) 33, a ROM (Read Only Memory) 34, a CPU (Microprocessor) 35, an input A port 36 and an output port 37 are provided. An air flow meter 39 for detecting the flow rate of air flowing through the intake pipe 15 is disposed in the intake pipe 15, and the output of the air flow meter 39 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. Further, an upstream air-fuel ratio sensor 40 that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the exhaust manifold 19 (that is, the exhaust gas flowing into the upstream exhaust purification catalyst 20) is disposed at the collecting portion of the exhaust manifold 19. In addition, in the exhaust pipe 22, the downstream side that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas that flows in the exhaust pipe 22 (that is, the exhaust gas that flows out of the upstream side exhaust purification catalyst 20 and flows into the downstream side exhaust purification catalyst 24). An air-fuel ratio sensor 41 is arranged. The outputs of these air-fuel ratio sensors 40 and 41 are also input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. The configuration of these air-fuel ratio sensors 40 and 41 will be described later.

また、アクセルペダル42にはアクセルペダル42の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ43が接続され、負荷センサ43の出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。クランク角センサ44は例えばクランクシャフトが15度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート36に入力される。CPU35ではこのクランク角センサ44の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート37は対応する駆動回路45を介して点火プラグ10、燃料噴射弁11及びスロットル弁駆動アクチュエータ17に接続される。なお、ECU31は、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御及び下流側空燃比センサ41の出力空燃比に基づいて下流側空燃比センサ41の異常診断を行う異常診断制御を行う制御装置として機能する。   A load sensor 43 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 42 is connected to the accelerator pedal 42, and the output voltage of the load sensor 43 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. The For example, the crank angle sensor 44 generates an output pulse every time the crankshaft rotates 15 degrees, and this output pulse is input to the input port 36. The CPU 35 calculates the engine speed from the output pulse of the crank angle sensor 44. On the other hand, the output port 37 is connected to the spark plug 10, the fuel injection valve 11, and the throttle valve drive actuator 17 via the corresponding drive circuit 45. The ECU 31 performs an abnormality diagnosis of the downstream air-fuel ratio sensor 41 based on the air-fuel ratio control for controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 and the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41. It functions as a control device that performs abnormality diagnosis control.

上流側排気浄化触媒20及び下流側排気浄化触媒24は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒20、24は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属(例えば、白金(Pt))及び酸素吸蔵能力を有する物質(例えば、セリア(CeO2))を担持させた三元触媒である。三元触媒は、三元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されていると、未燃HC、CO及びNOxを同時に浄化する機能を有する。加えて、排気浄化触媒20、24に或る程度の酸素が吸蔵されている場合には、排気浄化触媒20、24に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチ側或いはリーン側に若干ずれたとしても未燃HC、CO及びNOxとが同時に浄化される。 The upstream side exhaust purification catalyst 20 and the downstream side exhaust purification catalyst 24 are three-way catalysts having oxygen storage capacity. Specifically, the exhaust purification catalysts 20 and 24 support a noble metal having a catalytic action (for example, platinum (Pt)) and a substance having an oxygen storage capacity (for example, ceria (CeO 2 )) on a ceramic support. Three-way catalyst. The three-way catalyst has a function of simultaneously purifying unburned HC, CO, and NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio. In addition, when a certain amount of oxygen is stored in the exhaust purification catalysts 20, 24, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalysts 20, 24 is richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Even if there is a slight deviation, unburned HC, CO and NOx are simultaneously purified.

すなわち、排気浄化触媒20、24が酸素吸蔵能力を有していると、すなわち排気浄化触媒20、24の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量よりも少ないと、排気浄化触媒20、24に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも若干リーンになったときには、排気ガス中に含まれる過剰な酸素が排気浄化触媒20、24内に吸蔵される。このため、排気浄化触媒20、24の表面上が理論空燃比に維持される。その結果、排気浄化触媒20、24の表面上において未燃HC、CO及びNOxが同時に浄化され、このとき排気浄化触媒20、24から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。   That is, if the exhaust purification catalysts 20, 24 have oxygen storage capacity, that is, if the oxygen storage amount of the exhaust purification catalysts 20, 24 is less than the maximum storable oxygen amount, the exhaust purification catalysts 20, 24 flow into the exhaust purification catalysts 20, 24. When the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, excess oxygen contained in the exhaust gas is stored in the exhaust purification catalysts 20 and 24. For this reason, the surfaces of the exhaust purification catalysts 20, 24 are maintained at the stoichiometric air-fuel ratio. As a result, unburned HC, CO, and NOx are simultaneously purified on the surfaces of the exhaust purification catalysts 20, 24, and at this time, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalysts 20, 24 becomes the stoichiometric air-fuel ratio.

一方、排気浄化触媒20、24が酸素を放出することができる状態にあると、すなわち排気浄化触媒20、24の酸素吸蔵量が0よりも多いと、排気浄化触媒20、24に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも若干リッチになったときには、排気ガス中に含まれている未燃HC、COを還元させるのに不足している酸素が排気浄化触媒20、24から放出される。このため、この場合にも排気浄化触媒20、24の表面上が理論空燃比に維持される。その結果、排気浄化触媒20、24の表面上において未燃HC、CO及びNOxが同時に浄化され、このとき排気浄化触媒20、24から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。   On the other hand, if the exhaust purification catalysts 20, 24 are in a state capable of releasing oxygen, that is, if the oxygen storage amount of the exhaust purification catalysts 20, 24 is greater than 0, the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalysts 20, 24 When the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio, oxygen that is insufficient to reduce unburned HC and CO contained in the exhaust gas is released from the exhaust purification catalysts 20 and 24. . Therefore, also in this case, the surfaces of the exhaust purification catalysts 20, 24 are maintained at the stoichiometric air-fuel ratio. As a result, unburned HC, CO, and NOx are simultaneously purified on the surfaces of the exhaust purification catalysts 20, 24, and at this time, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalysts 20, 24 becomes the stoichiometric air-fuel ratio.

このように、排気浄化触媒20、24に或る程度の酸素が吸蔵されている場合には、排気浄化触媒20、24に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチ側或いはリーン側に若干ずれたとしても未燃HC、CO及びNOxとが同時に浄化され、排気浄化触媒20、24から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。   As described above, when a certain amount of oxygen is stored in the exhaust purification catalysts 20, 24, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalysts 20, 24 is richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Even if it slightly deviates, the unburned HC, CO, and NOx are simultaneously purified, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalysts 20, 24 becomes the stoichiometric air-fuel ratio.

<空燃比センサの説明>
本実施形態では、空燃比センサ40、41として、コップ型の限界電流式空燃比センサが用いられる。図2を用いて、空燃比センサ40、41の構造について簡単に説明する。空燃比センサ40、41は、固体電解質層51と、その一方の側面上に配置された排気側電極52と、その他方の側面上に配置された大気側電極53と、通過する排気ガスの拡散律速を行う拡散律速層54と、基準ガス室55と、空燃比センサ40、41の加熱、特に固体電解質層51の加熱を行うヒータ部56とを具備する。
<Description of air-fuel ratio sensor>
In the present embodiment, a cup-type limit current type air-fuel ratio sensor is used as the air-fuel ratio sensors 40 and 41. The structure of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 will be briefly described with reference to FIG. The air-fuel ratio sensors 40 and 41 include a solid electrolyte layer 51, an exhaust-side electrode 52 disposed on one side surface thereof, an atmosphere-side electrode 53 disposed on the other side surface, and diffusion of exhaust gas passing therethrough. A diffusion rate controlling layer 54 for controlling the rate, a reference gas chamber 55, and a heater unit 56 for heating the air-fuel ratio sensors 40 and 41, particularly for heating the solid electrolyte layer 51 are provided.

特に、本実施形態のコップ型の空燃比センサ40、41では、固体電解質層51は一端が閉じられた円筒状に形成される。固体電解質層51の内部に画成された基準ガス室55には、大気ガス(空気)が導入されると共に、ヒータ部56が配置される。固体電解質層51の内面上に大気側電極53が配置され、固体電解質層51の外面上に排気側電極52が配置される。固体電解質層51及び排気側電極52の外面上にはこれらを覆うように拡散律速層54が配置される。なお、拡散律速層54の外側には、拡散律速層54の表面上に液体等が付着するのを防止するための保護層(図示せず)が設けられてもよい。   In particular, in the cup-type air-fuel ratio sensors 40 and 41 of the present embodiment, the solid electrolyte layer 51 is formed in a cylindrical shape with one end closed. In the reference gas chamber 55 defined inside the solid electrolyte layer 51, atmospheric gas (air) is introduced and a heater unit 56 is disposed. An atmosphere side electrode 53 is disposed on the inner surface of the solid electrolyte layer 51, and an exhaust side electrode 52 is disposed on the outer surface of the solid electrolyte layer 51. On the outer surfaces of the solid electrolyte layer 51 and the exhaust-side electrode 52, a diffusion control layer 54 is disposed so as to cover them. A protective layer (not shown) for preventing liquid or the like from adhering to the surface of the diffusion limiting layer 54 may be provided outside the diffusion limiting layer 54.

固体電解質層51は、ZrO2(ジルコニア)、HfO2、ThO2、Bi23等にCaO、MgO、Y23、Yb23等を安定剤として配当した酸素イオン伝導性酸化物の焼結体により形成されている。また、拡散律速層54は、アルミナ、マグネシア、けい石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質の多孔質焼結体により形成されている。さらに、排気側電極52及び大気側電極53は、白金等の触媒活性の高い貴金属により形成されている。 The solid electrolyte layer 51 is an oxygen ion conductive oxide in which ZrO 2 (zirconia), HfO 2 , ThO 2 , Bi 2 O 3, etc. are distributed with CaO, MgO, Y 2 O 3 , Yb 2 O 3, etc. as stabilizers. The sintered body is formed. The diffusion control layer 54 is formed of a porous sintered body of a heat-resistant inorganic substance such as alumina, magnesia, silica, spinel, mullite or the like. Furthermore, the exhaust-side electrode 52 and the atmosphere-side electrode 53 are formed of a noble metal having high catalytic activity such as platinum.

また、排気側電極52と大気側電極53との間には、ECU31に搭載された印加電圧制御装置60によりセンサ印加電圧Vが印加される。加えて、ECU31には、センサ印加電圧Vを印加したときに固体電解質層51を介してこれら電極52、53間に流れる電流Iを検出する電流検出部61が設けられる。この電流検出部61によって検出される電流が空燃比センサ40、41の出力電流Iである。   Further, a sensor applied voltage V is applied between the exhaust side electrode 52 and the atmosphere side electrode 53 by the applied voltage control device 60 mounted on the ECU 31. In addition, the ECU 31 is provided with a current detection unit 61 that detects a current I flowing between the electrodes 52 and 53 via the solid electrolyte layer 51 when the sensor application voltage V is applied. The current detected by the current detector 61 is the output current I of the air-fuel ratio sensors 40 and 41.

このように構成された空燃比センサ40、41は、図3に示したような電圧−電流(V−I)特性を有する。図3からわかるように、空燃比センサ40、41の出力電流Iは、排気ガスの空燃比、すなわち排気空燃比A/Fが高くなるほど(リーンになるほど)、大きくなる。また、各排気空燃比A/FにおけるV−I線には、センサ印加電圧V軸に平行な領域、すなわちセンサ印加電圧Vが変化しても出力電流Iがほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域は限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図3では、排気空燃比が18であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれW18、I18で示している。 The thus configured air-fuel ratio sensors 40 and 41 have voltage-current (V-I) characteristics as shown in FIG. As can be seen from FIG. 3, the output current I of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 increases as the air-fuel ratio of the exhaust gas, that is, the exhaust air-fuel ratio A / F increases (lean). The V-I line at each exhaust air-fuel ratio A / F includes a region parallel to the sensor applied voltage V axis, that is, a region where the output current I hardly changes even when the sensor applied voltage V changes. This voltage region is referred to as a limiting current region, and the current at this time is referred to as a limiting current. In FIG. 3, the limit current region and limit current when the exhaust air-fuel ratio is 18 are indicated by W 18 and I 18 , respectively.

図4は、印加電圧Vを0.45V程度(図3)で一定にしたときの、排気空燃比と出力電流Iとの関係を示している。図4からわかるように、空燃比センサ40、41では、排気空燃比が高くなるほど(すなわちリーンになるほど)、空燃比センサ40、41からの出力電流Iが大きくなるように、排気空燃比に対して出力電流がリニアに(比例するように)変化する。加えて、空燃比センサ40、41は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Iが零になるように構成される。   FIG. 4 shows the relationship between the exhaust air-fuel ratio and the output current I when the applied voltage V is kept constant at about 0.45 V (FIG. 3). As can be seen from FIG. 4, in the air-fuel ratio sensors 40 and 41, the exhaust air-fuel ratio becomes higher with respect to the exhaust air-fuel ratio so that the output current I from the air-fuel ratio sensors 40 and 41 becomes larger as the exhaust air-fuel ratio becomes higher (that is, the leaner). The output current changes linearly (in proportion). In addition, the air-fuel ratio sensors 40 and 41 are configured such that the output current I becomes zero when the exhaust air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio.

なお、空燃比センサ40、41としては、図2に示した構造の限界電流式空燃比センサに代えて、例えば積層型の限界電流式空燃比センサ等の他の構造の限界電流式の空燃比センサを用いてもよい。   As the air-fuel ratio sensors 40 and 41, instead of the limit current type air-fuel ratio sensor having the structure shown in FIG. 2, for example, a limit current type air-fuel ratio having another structure such as a stacked type limit current type air-fuel ratio sensor is used. A sensor may be used.

<基本的な制御>
次に、本実施形態の内燃機関の制御装置における基本的な空燃比制御の概要を説明する。本実施形態の空燃比制御では、上流側空燃比センサ40の出力空燃比に基づいて上流側空燃比センサ40の出力空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁11からの燃料噴射量を制御するフィードバック制御が行われる。すなわち、本実施形態の空燃比制御では、上流側空燃比センサ40の出力空燃比に基づいて上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御が行われる。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力値に相当する空燃比を意味する。
<Basic control>
Next, an outline of basic air-fuel ratio control in the control apparatus for an internal combustion engine of the present embodiment will be described. In the air-fuel ratio control of the present embodiment, the fuel injection amount from the fuel injection valve 11 is set so that the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 becomes the target air-fuel ratio based on the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40. Feedback control is performed. That is, in the air-fuel ratio control of the present embodiment, feedback control is performed so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 becomes the target air-fuel ratio based on the output air-fuel ratio of the upstream side air-fuel ratio sensor 40. Is called. “Output air-fuel ratio” means an air-fuel ratio corresponding to the output value of the air-fuel ratio sensor.

また、本実施形態の空燃比制御では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比等に基づいて目標空燃比が設定される。具体的には、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ空燃比となったときに、目標空燃比がリーン設定空燃比に設定される。この結果、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比もリーン設定空燃比になる。ここで、リーン設定空燃比は、理論空燃比(制御中心となる空燃比)よりも或る程度リーンである予め定められた一定値の空燃比であり、例えば、14.65〜20、好ましくは14.65〜18、より好ましくは14.65〜16程度とされる。また、リーン設定空燃比は、制御中心となる空燃比(本実施形態では、理論空燃比)に正の空燃比補正量を加算した空燃比として表すこともできる。加えて、本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチであるリッチ判定空燃比(例えば、14.55)以下になったときに、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ空燃比になったと判断される。   Further, in the air-fuel ratio control of the present embodiment, the target air-fuel ratio is set based on the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 and the like. Specifically, when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes a rich air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is set to the lean set air-fuel ratio. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 also becomes the lean set air-fuel ratio. Here, the lean set air-fuel ratio is a predetermined constant value air-fuel ratio that is somewhat leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (the air-fuel ratio that becomes the control center), for example, 14.65 to 20, preferably It is set to about 14.65 to 18, more preferably about 14.65 to 16. Further, the lean set air-fuel ratio can also be expressed as an air-fuel ratio obtained by adding a positive air-fuel ratio correction amount to the air-fuel ratio serving as the control center (the theoretical air-fuel ratio in the present embodiment). In addition, in the present embodiment, when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes less than the rich determination air-fuel ratio (for example, 14.55) that is slightly richer than the theoretical air-fuel ratio, the downstream air-fuel ratio sensor 41 It is determined that the output air-fuel ratio of the fuel ratio sensor 41 has become a rich air-fuel ratio.

目標空燃比がリーン設定空燃比に変更されると、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの酸素過不足量が積算される。酸素過不足量は、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素の量又は不足する酸素の量(過剰な未燃HC、CO等(以下、「未燃ガス」という)の量)を意味する。特に、目標空燃比がリーン設定空燃比となっているときには上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガス中の酸素は過剰となり、この過剰な酸素は上流側排気浄化触媒20に吸蔵される。したがって、酸素過不足量の積算値(以下、「積算酸素過不足量」という)は、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAの推定値であるといえる。   When the target air-fuel ratio is changed to the lean set air-fuel ratio, the oxygen excess / deficiency of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is integrated. The oxygen excess / deficiency is the amount of oxygen that becomes excessive or the amount of oxygen that becomes excessive when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is made to be the stoichiometric air-fuel ratio (excess unburned HC, CO Etc. (hereinafter referred to as “unburned gas”). In particular, when the target air-fuel ratio is the lean set air-fuel ratio, oxygen in the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 becomes excessive, and this excess oxygen is stored in the upstream side exhaust purification catalyst 20. Therefore, it can be said that the integrated value of oxygen excess / deficiency (hereinafter referred to as “accumulated oxygen excess / deficiency”) is an estimated value of the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20.

なお、酸素過不足量の算出は、上流側空燃比センサ40の出力空燃比、及びエアフロメータ39の出力等に基づいて算出される燃焼室5内への吸入空気量の推定値又は燃料噴射弁11からの燃料供給量等に基づいて行われる。具体的には、酸素過不足量OEDは、例えば、下記式(1)により算出される。
OED=0.23×Qi×(AFup−AFR) …(1)
ここで、0.23は空気中の酸素濃度、Qiは燃料噴射量、AFupは上流側空燃比センサ40の出力空燃比、AFRは制御中心となる空燃比(本実施形態では、基本的には理論空燃比)をそれぞれ表している。
Note that the oxygen excess / deficiency amount is calculated by estimating the intake air amount into the combustion chamber 5 calculated based on the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40, the output of the air flow meter 39, or the like, or the fuel injection valve. 11 is performed based on the amount of fuel supplied from 11 or the like. Specifically, the oxygen excess / deficiency OED is calculated by, for example, the following formula (1).
OED = 0.23 × Qi × (AFup-AFR) (1)
Here, 0.23 is the oxygen concentration in the air, Qi is the fuel injection amount, AFup is the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40, and AFR is the air-fuel ratio that is the control center (in this embodiment, basically (Theoretical air-fuel ratio).

このようにして算出された酸素過不足量を積算した積算酸素過不足量が、予め定められた切替基準値(予め定められた切替基準吸蔵量Crefに相当)以上になると、それまでリーン設定空燃比だった目標空燃比が、リッチ設定空燃比に設定される。リッチ設定空燃比は、理論空燃比(制御中心となる空燃比)よりも或る程度リッチである予め定められた空燃比であり、例えば、12〜14.58、好ましくは13〜14.57、より好ましくは14〜14.55程度とされる。また、リッチ設定空燃比は、制御中心となる空燃比(本実施形態では、理論空燃比)に負の空燃比補正量を加算した空燃比として表すこともできる。なお、本実施形態では、リッチ設定空燃比の理論空燃比からの差(リッチ度合い)は、リーン設定空燃比の理論空燃比からの差(リーン度合い)以下とされる。   When the cumulative oxygen excess / deficiency obtained by integrating the oxygen excess / deficiency calculated in this way becomes equal to or greater than a predetermined switching reference value (corresponding to a predetermined switching reference storage amount Cref), the lean set empty is used until then. The target air-fuel ratio that was the fuel ratio is set to the rich set air-fuel ratio. The rich set air-fuel ratio is a predetermined air-fuel ratio that is somewhat richer than the stoichiometric air-fuel ratio (the air-fuel ratio that becomes the control center), for example, 12 to 14.58, preferably 13 to 14.57, More preferably, it is about 14 to 14.55. The rich set air-fuel ratio can also be expressed as an air-fuel ratio obtained by adding a negative air-fuel ratio correction amount to the air-fuel ratio that is the control center (the theoretical air-fuel ratio in the present embodiment). In the present embodiment, the difference (rich degree) of the rich set air-fuel ratio from the stoichiometric air-fuel ratio is set to be equal to or less than the difference (lean degree) of the lean set air-fuel ratio from the stoichiometric air-fuel ratio.

その後、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が再びリッチ判定空燃比以下となったときに、目標空燃比が再びリーン設定空燃比とされ、その後、同様な操作が繰り返される。このように本実施形態では、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの目標空燃比がリーン設定空燃比とリッチ設定空燃比とに交互に繰り返し設定される。換言すると、本実施形態では、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替えられるといえる。   Thereafter, when the output air-fuel ratio of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 again becomes equal to or less than the rich determination air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is again set to the lean set air-fuel ratio, and thereafter the same operation is repeated. Thus, in the present embodiment, the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is repeatedly set alternately to the lean set air-fuel ratio and the rich set air-fuel ratio. In other words, in the present embodiment, it can be said that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is switched alternately between the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio.

<タイムチャートを用いた空燃比制御の説明>
図5を参照して、上述したような操作について具体的に説明する。図5は、本実施形態の空燃比制御を行った場合における、空燃比補正量、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSA、積算酸素過不足量ΣOED、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn及び上流側排気浄化触媒20から流出する排気ガス中のNOx濃度のタイムチャートである。
<Description of air-fuel ratio control using time chart>
With reference to FIG. 5, the operation as described above will be specifically described. FIG. 5 shows the air-fuel ratio correction amount, the output air-fuel ratio AFup of the upstream side air-fuel ratio sensor 40, the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20, the accumulated oxygen excess / deficiency when the air-fuel ratio control of this embodiment is performed. 6 is a time chart of the amount ΣOED, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream side air-fuel ratio sensor 41, and the NOx concentration in the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20.

なお、空燃比補正量AFCは、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの目標空燃比に関する補正量である。空燃比補正量AFCが0のときには目標空燃比は制御中心となる空燃比(以下、「制御中心空燃比」という)に等しい空燃比(本実施形態では、理論空燃比)とされ、空燃比補正量AFCが正の値であるときには目標空燃比は制御中心空燃比よりもリーンな空燃比(本実施形態では、リーン空燃比)となり、空燃比補正量AFCが負の値であるときには目標空燃比は制御中心空燃比よりもリッチな空燃比(本実施形態では、リッチ空燃比)となる。また、「制御中心空燃比」は、機関運転状態に応じて空燃比補正量AFCを加算する対象となる空燃比、すなわち空燃比補正量AFCに応じて目標空燃比を変動させる際に基準となる空燃比を意味する。   The air-fuel ratio correction amount AFC is a correction amount related to the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20. When the air-fuel ratio correction amount AFC is 0, the target air-fuel ratio is set to an air-fuel ratio (in this embodiment, the theoretical air-fuel ratio) equal to the air-fuel ratio serving as the control center (hereinafter referred to as “control center air-fuel ratio”). When the amount AFC is a positive value, the target air-fuel ratio is leaner than the control center air-fuel ratio (in this embodiment, the lean air-fuel ratio), and when the air-fuel ratio correction amount AFC is a negative value, the target air-fuel ratio is Is richer than the control center air-fuel ratio (in this embodiment, the rich air-fuel ratio). The “control center air-fuel ratio” is a reference when the target air-fuel ratio is changed according to the air-fuel ratio to which the air-fuel ratio correction amount AFC is added according to the engine operating state, that is, the air-fuel ratio correction amount AFC. It means air / fuel ratio.

図示した例では、時刻t1以前の状態では、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrich(リッチ設定空燃比に相当)とされている。すなわち、目標空燃比はリッチ空燃比とされており、これに伴って上流側空燃比センサ40の出力空燃比がリッチ空燃比となる。上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガス中に含まれている未燃ガス等は、上流側排気浄化触媒20で浄化され、これに伴って、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは徐々に減少していく。上流側排気浄化触媒20における浄化により上流側排気浄化触媒20から流出する排気ガス中には未燃ガス等は含まれていないため、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnはほぼ理論空燃比となる。上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となっているため、上流側排気浄化触媒20からのNOx排出量はほぼゼロとなる。 In the illustrated example, the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the rich set correction amount AFCrich (corresponding to the rich set air-fuel ratio) before the time t 1 . That is, the target air-fuel ratio is a rich air-fuel ratio, and accordingly, the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 becomes the rich air-fuel ratio. Unburned gas or the like contained in the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is purified by the upstream side exhaust purification catalyst 20, and along with this, the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 is increased. It gradually decreases. Since the exhaust gas flowing out of the upstream side exhaust purification catalyst 20 by purification in the upstream side exhaust purification catalyst 20 does not contain unburned gas or the like, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 is substantially the stoichiometric air-fuel ratio. It becomes. Since the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is a rich air-fuel ratio, the NOx emission amount from the upstream side exhaust purification catalyst 20 becomes substantially zero.

上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAが徐々に減少すると、酸素吸蔵量OSAはゼロに近づき、これに伴って、上流側排気浄化触媒20に流入した未燃ガス等の一部は上流側排気浄化触媒20で浄化されずに流出し始める。これにより、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが徐々に低下し、時刻t1において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達する。 When the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 gradually decreases, the oxygen storage amount OSA approaches zero, and along with this, a part of unburned gas etc. flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is upstream side. It begins to flow out without being purified by the exhaust purification catalyst 20. As a result, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 gradually decreases, and at time t 1 , the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the rich determination air-fuel ratio AFrich.

本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrich以下になると、酸素吸蔵量OSAを増大させるべく、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFClean(リーン設定空燃比に相当)に切り替えられる。また、このとき、積算酸素過不足量ΣOEDは0にリセットされる。   In the present embodiment, when the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or less than the rich determination air-fuel ratio AFrich, the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the lean set correction amount AFClean (lean set air amount) to increase the oxygen storage amount OSA. Equivalent to the fuel ratio). At this time, the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED is reset to zero.

なお、本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達してから、空燃比補正量AFCの切替を行っている。これは、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量が十分であっても、上流側排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比から極わずかにずれてしまう場合があるためである。逆に言うと、リッチ判定空燃比は、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量が十分であるときには上流側排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比が到達することのないような空燃比とされる。   In the present embodiment, the air-fuel ratio correction amount AFC is switched after the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the rich determination air-fuel ratio AFrich. This is because even if the oxygen storage amount of the upstream side exhaust purification catalyst 20 is sufficient, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 may slightly deviate from the stoichiometric air-fuel ratio. is there. Conversely, the rich determination air-fuel ratio is such that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 does not reach when the oxygen storage amount of the upstream side exhaust purification catalyst 20 is sufficient. It is said.

時刻t1において、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えると、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比に変化する。時刻t1において上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比に変化すると、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは増大する。また、これに伴って、積算酸素過不足量ΣOEDも徐々に増大していく。 When the target air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio at time t 1 , the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 changes from the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio. When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream exhaust purification catalyst 20 is changed to the lean air-fuel ratio at time t 1, the oxygen storage amount OSA of the upstream exhaust purification catalyst 20 increases. Along with this, the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED also gradually increases.

これにより、上流側排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比へと変化し、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnも理論空燃比に収束する。このとき、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比はリーン空燃比となっているが、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵能力には十分な余裕があるため、流入する排気ガス中の酸素は上流側排気浄化触媒20に吸蔵され、NOxは還元浄化される。このため、上流側排気浄化触媒20からのNOxの排出はほぼゼロとなる。   As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 changes to the stoichiometric air-fuel ratio, and the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 also converges to the stoichiometric air-fuel ratio. At this time, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is a lean air-fuel ratio. However, since the oxygen storage capacity of the upstream side exhaust purification catalyst 20 has a sufficient margin, the inflowing exhaust gas The oxygen therein is stored in the upstream side exhaust purification catalyst 20, and NOx is reduced and purified. For this reason, the NOx emission from the upstream side exhaust purification catalyst 20 becomes substantially zero.

その後、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAが増大すると、時刻t2において、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAが切替基準吸蔵量Crefに到達する。このため、積算酸素過不足量ΣOEDが、切替基準吸蔵量Crefに相当する切替基準値OEDrefに到達する。本実施形態では、積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDref以上になると、上流側排気浄化触媒20への酸素の吸蔵を中止すべく、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに切り替えられる。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比とされる。また、このとき、積算酸素過不足量ΣOEDが0にリセットされる。 Thereafter, when the oxygen storage amount OSA of the upstream exhaust purification catalyst 20 is increased, at time t 2, the oxygen storage amount OSA of the upstream exhaust purification catalyst 20 reaches the switching reference occlusion amount Cref. For this reason, the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED reaches the switching reference value OEDref corresponding to the switching reference storage amount Cref. In the present embodiment, when the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED becomes greater than or equal to the switching reference value OEDref, the air-fuel ratio correction amount AFC is switched to the rich set correction amount AFCrich so as to stop storing oxygen in the upstream side exhaust purification catalyst 20. . Therefore, the target air-fuel ratio is set to a rich air-fuel ratio. At this time, the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED is reset to zero.

なお、切替基準吸蔵量Crefは、車両の急加速による意図しない空燃比のずれ等が生じても、酸素吸蔵量OSAが最大吸蔵可能酸素量Cmaxには到達しないように十分少ない量とされる。例えば、切替基準吸蔵量Crefは、上流側排気浄化触媒20が未使用であるときの最大吸蔵可能酸素量Cmaxの3/4以下、好ましくは1/2以下、より好ましくは1/5以下とされる。この結果、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが理論空燃比よりも僅かにリーンなリーン判定空燃比(例えば、14.65。理論空燃比からの偏差がリッチ判定空燃比と理論空燃比との差と同程度のリーン空燃比)に到達する前に空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに切り替えられることになる。   Note that the switching reference storage amount Cref is set to a sufficiently small amount so that the oxygen storage amount OSA does not reach the maximum storable oxygen amount Cmax even if an unintended air-fuel ratio shift due to sudden acceleration of the vehicle occurs. For example, the switching reference storage amount Cref is set to 3/4 or less, preferably 1/2 or less, more preferably 1/5 or less of the maximum storable oxygen amount Cmax when the upstream side exhaust purification catalyst 20 is unused. The As a result, the lean air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, 14.65. The deviation from the stoichiometric air-fuel ratio is a rich judgment air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio. The air-fuel ratio correction amount AFC is switched to the rich set correction amount AFCrich before reaching the lean air-fuel ratio of the same level as the difference between the air-fuel ratio and the air-fuel ratio.

時刻t2において目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えると、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比はリーン空燃比からリッチ空燃比に変化する。上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガス中には未燃ガス等が含まれることになるため、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは徐々に減少していく。このときの上流側排気浄化触媒20からのNOxの排出はほぼゼロとなる。 Switching the target air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio at time t 2, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream exhaust purification catalyst 20 changes from a lean air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio. Since the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 contains unburned gas or the like, the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 gradually decreases. At this time, the NOx emission from the upstream side exhaust purification catalyst 20 becomes substantially zero.

上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは徐々に減少していくと、時刻t3において、時刻t1と同様に、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達する。これにより、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanに切り替えられる。その後、上述した時刻t1〜t3のサイクルが繰り返される。 When the oxygen storage amount OSA of the upstream exhaust purification catalyst 20 gradually decreases at time t 3, as with time t 1, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is in the rich determination air AFrich To reach. As a result, the air-fuel ratio correction amount AFC is switched to the lean set correction amount AFClean. Thereafter, the cycle from the time t 1 to t 3 described above is repeated.

以上の説明から分かるように本実施形態によれば、上流側排気浄化触媒20からのNOx排出量を常に抑制することができる。すなわち、上述した制御を行っている限り、基本的には上流側排気浄化触媒20からのNOx排出量をほぼゼロとすることができる。また、積算酸素過不足量ΣOEDを算出する際の積算期間が短いため、長期間に亘って積算する場合に比べて算出誤差が生じにくい。このため、積算酸素過不足量ΣOEDの算出誤差によりNOxが排出されてしまうことが抑制される。   As can be seen from the above description, according to the present embodiment, the NOx emission amount from the upstream side exhaust purification catalyst 20 can always be suppressed. That is, as long as the above-described control is performed, basically, the NOx emission amount from the upstream side exhaust purification catalyst 20 can be made substantially zero. In addition, since the integration period when calculating the integrated oxygen excess / deficiency ΣOED is short, a calculation error is less likely to occur than when integrating over a long period of time. For this reason, NOx is prevented from being discharged due to a calculation error of the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED.

また、一般に、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が一定に維持されると、その排気浄化触媒の酸素吸蔵能力が低下する。すなわち、排気浄化触媒の酸素吸蔵能力を高く維持するためには、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が変動することが必要になる。これに対して、本実施形態によれば、図5に示したように、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは常に上下に変動しているため、酸素吸蔵能力が低下することが抑制される。   In general, when the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst is kept constant, the oxygen storage capacity of the exhaust purification catalyst is lowered. That is, in order to keep the oxygen storage capacity of the exhaust purification catalyst high, it is necessary that the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst fluctuates. On the other hand, according to the present embodiment, as shown in FIG. 5, the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 always fluctuates up and down, so that the oxygen storage capacity is prevented from being lowered. Is done.

なお、上記実施形態では、時刻t1〜t2において、空燃比補正量AFCはリーン設定補正量AFCleanに維持される。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量AFCは必ずしも一定に維持されている必要はなく、徐々に減少させる等、変動するように設定されてもよい。或いは、時刻t1〜t2の期間中において、一時的に空燃比補正量AFCを0よりも小さな値(例えば、リッチ設定補正量等)としてもよい。 In the above embodiment, the air-fuel ratio correction amount AFC is maintained at the lean set correction amount AFClean from time t 1 to t 2 . However, in such a period, the air-fuel ratio correction amount AFC does not necessarily have to be kept constant, and may be set so as to fluctuate, for example, gradually decrease. Alternatively, the air-fuel ratio correction amount AFC may be temporarily set to a value smaller than 0 (for example, a rich setting correction amount) during the period of time t 1 to t 2 .

同様に、上記実施形態では、時刻t2〜t3において、空燃比補正量AFCはリッチ設定補正量AFCrichに維持される。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量AFCは必ずしも一定に維持されている必要はなく、徐々に増大させる等、変動するように設定されてもよい。或いは、時刻t2〜t3の期間中において、一時的に空燃比補正量AFCを0よりも大きな値(例えば、リーン設定補正量等)としてもよい。 Similarly, in the above embodiment, the air-fuel ratio correction amount AFC is maintained at the rich set correction amount AFCrich from time t 2 to t 3 . However, in such a period, the air-fuel ratio correction amount AFC does not necessarily have to be kept constant, and may be set to vary, for example, gradually increase. Alternatively, during the period from time t 2 to time t 3 , the air-fuel ratio correction amount AFC may be temporarily set to a value larger than 0 (for example, a lean set correction amount).

なお、このような本実施形態における空燃比補正量AFCの設定、すなわち目標空燃比の設定は、ECU31によって行われる。したがって、ECU31は、下流側空燃比センサ41によって検出された排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比以下となったときに、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAが切替基準吸蔵量Cref以上になったと推定されるまで、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの目標空燃比を継続的又は断続的にリーン空燃比にすると共に、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAが切替基準吸蔵量Cref以上になったと推定されたときに、酸素吸蔵量OSAが最大吸蔵可能酸素量Cmaxに達することなく下流側空燃比センサ41によって検出された排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比以下となるまで、目標空燃比を継続的又は断続的にリッチ空燃比にしているといえる。   The ECU 31 sets the air-fuel ratio correction amount AFC in this embodiment, that is, the target air-fuel ratio. Therefore, the ECU 31 determines that the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 is equal to or higher than the switching reference storage amount Cref when the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or less than the rich determination air-fuel ratio. Until the target air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is continuously or intermittently changed to the lean air-fuel ratio, and the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 is switched. When it is estimated that the reference storage amount Cref is greater than or equal to the reference storage amount Cref, the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the downstream air-fuel ratio sensor 41 without the oxygen storage amount OSA reaching the maximum storable oxygen amount Cmax is less than or equal to the rich determination air-fuel ratio. Until it becomes, it can be said that the target air-fuel ratio is continuously or intermittently made the rich air-fuel ratio.

より簡単に言えば、本実施形態では、ECU31は、下流側空燃比センサ41によって検出された空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比(すなわち、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比)をリーン空燃比に切り替えると共に、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAが切替基準吸蔵量Cref以上になったときに目標空燃比(すなわち、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比)をリッチ空燃比に切り替えているといえる。   More simply, in the present embodiment, the ECU 31 detects the target air-fuel ratio (that is, the upstream side exhaust purification catalyst 20) when the air-fuel ratio detected by the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or less than the rich determination air-fuel ratio. The air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is switched to the lean air-fuel ratio, and the target air-fuel ratio (that is, the upstream side exhaust purification catalyst) when the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 becomes equal to or higher than the switching reference storage amount Cref. It can be said that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the engine 20 is switched to the rich air-fuel ratio.

<空燃比センサの素子割れ>
ところで、上述したような空燃比センサ40、41に生じる異常として、空燃比センサ40、41を構成する素子に割れが生じる素子割れという現象が挙げられる。具体的には、固体電解質層51及び拡散律速層54を貫通する割れ(図6のC1)や、固体電解質層51及び拡散律速層54に加えて両電極52、53を貫通する割れ(図6のC2)が発生する。このような素子割れが発生すると、図6に示したように割れた部分を介して排気ガスが基準ガス室55内に進入する。
<Element cracking of air-fuel ratio sensor>
By the way, as an abnormality occurring in the air-fuel ratio sensors 40 and 41 as described above, there is a phenomenon of element cracking in which cracks occur in the elements constituting the air-fuel ratio sensors 40 and 41. Specifically, a crack that penetrates the solid electrolyte layer 51 and the diffusion-controlling layer 54 (C1 in FIG. 6), or a crack that penetrates both the electrodes 52 and 53 in addition to the solid electrolyte layer 51 and the diffusion-controlling layer 54 (see FIG. 6). C2) occurs. When such element cracking occurs, the exhaust gas enters the reference gas chamber 55 through the cracked portion as shown in FIG.

この結果、空燃比センサ40、41周りの排気ガスの空燃比がリッチ空燃比である場合には、リッチ空燃比の排気ガスが基準ガス室55内に進入する。これにより、基準ガス室55内にリッチ空燃比の排気ガスが拡散し、大気側電極53周りにおける酸素濃度が低下する。一方、この場合でも、排気側電極52は拡散律速層54を介して排気ガスに曝されることになる。このため、大気側電極53周りと排気側電極52周りとの間における酸素濃度差が低下し、結果的に、空燃比センサ40、41の出力空燃比がリーン空燃比となる。すなわち、空燃比センサ40、41に素子割れが発生すると、空燃比センサ40、41周りの排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であっても、空燃比センサ40、41の出力空燃比はリーン空燃比となってしまう。   As a result, when the air-fuel ratio of the exhaust gas around the air-fuel ratio sensors 40 and 41 is a rich air-fuel ratio, the rich air-fuel ratio exhaust gas enters the reference gas chamber 55. As a result, the rich air-fuel ratio exhaust gas diffuses into the reference gas chamber 55, and the oxygen concentration around the atmosphere-side electrode 53 decreases. On the other hand, even in this case, the exhaust-side electrode 52 is exposed to the exhaust gas through the diffusion-controlling layer 54. For this reason, the difference in oxygen concentration between the atmosphere-side electrode 53 and the exhaust-side electrode 52 decreases, and as a result, the output air-fuel ratio of the air-fuel ratio sensors 40 and 41 becomes a lean air-fuel ratio. That is, when element cracking occurs in the air-fuel ratio sensors 40, 41, even if the air-fuel ratio of the exhaust gas around the air-fuel ratio sensors 40, 41 is a rich air-fuel ratio, the output air-fuel ratio of the air-fuel ratio sensors 40, 41 is lean. It becomes the fuel ratio.

一方、空燃比センサ40、41周りの排気ガスの空燃比がリーン空燃比である場合には、このような出力空燃比の逆転現象は発生しない。これは、排気ガスの空燃比がリーン空燃比である場合には、空燃比センサ40、41の出力電流は固体電解質層51の両側の空燃比の差よりも拡散律速層54を介して排気側電極52表面上に到達する酸素の量に依存するためである。   On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas around the air-fuel ratio sensors 40 and 41 is a lean air-fuel ratio, such a reverse phenomenon of the output air-fuel ratio does not occur. This is because when the air-fuel ratio of the exhaust gas is a lean air-fuel ratio, the output current of the air-fuel ratio sensors 40, 41 is greater than the difference between the air-fuel ratios on both sides of the solid electrolyte layer 51 via the diffusion-controlling layer 54. This is because it depends on the amount of oxygen reaching the surface of the electrode 52.

このように、空燃比センサ40、41に素子割れが生じると、空燃比センサ40、41周りの排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに誤った出力を発生させてしまう。このため、例えば、下流側空燃比センサ41に素子割れが生じると、上述したような空燃比制御を行っているときには、空燃比制御を適切に行うことができなくなる。このため、下流側空燃比センサ41に素子割れが生じたことを迅速に診断することが必要となる。   As described above, when an element crack occurs in the air-fuel ratio sensors 40, 41, an erroneous output is generated when the air-fuel ratio of the exhaust gas around the air-fuel ratio sensors 40, 41 is a rich air-fuel ratio. For this reason, for example, if an element crack occurs in the downstream air-fuel ratio sensor 41, the air-fuel ratio control cannot be performed properly when the above-described air-fuel ratio control is performed. For this reason, it is necessary to quickly diagnose that an element crack has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41.

<異常診断>
そこで、本実施形態では、上述したような下流側空燃比センサ41の素子割れ異常の性質を利用して、下流側空燃比センサ41の素子割れに基づく異常診断を行うようにしている。具体的には、異常診断制御において、上述した空燃比制御によって上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比にされているときに、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン判定空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比に変化したときには、下流側空燃比センサ41に異常が生じていると判定するようにしている。
<Abnormal diagnosis>
Therefore, in the present embodiment, the abnormality diagnosis based on the element crack of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is performed using the property of the element crack abnormality of the downstream air-fuel ratio sensor 41 as described above. Specifically, in the abnormality diagnosis control, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is set to the rich air-fuel ratio by the air-fuel ratio control described above, the output air-fuel ratio of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 is increased. When the air-fuel ratio changes from an air-fuel ratio richer than the lean determination air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio, it is determined that an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41.

加えて、本実施形態では、異常診断制御により下流側空燃比センサ41に異常が生じていると判定された場合には、リッチ設定補正量の絶対値を小さくするように、すなわちリッチ設定空燃比のリッチ度合いを小さくするようにしている。加えて、本実施形態では、下流側空燃比センサ41に異常が生じていると判定された場合には、リーン設定補正量の絶対値を小さく、すなわちリーン設定空燃比のリーン度合いを小さくするようにしている。図7を参照してこの様子を説明する。   In addition, in this embodiment, when it is determined by the abnormality diagnosis control that an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41, the absolute value of the rich setting correction amount is reduced, that is, the rich setting air-fuel ratio. The rich degree of is made small. In addition, in this embodiment, when it is determined that an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41, the absolute value of the lean set correction amount is decreased, that is, the lean degree of the lean set air-fuel ratio is decreased. I have to. This state will be described with reference to FIG.

図7は、空燃比補正量AFC、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSA、積算酸素過不足量ΣOED及び下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnのタイムチャートである。図中の破線は下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生していないときの推移を、図中の実線は下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生しているときの推移をそれぞれ示している。   7 shows the air-fuel ratio correction amount AFC, the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40, the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20, the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED, and the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41. It is a time chart of fuel ratio AFdwn. The broken line in the figure represents a transition when no element crack abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41, and the solid line in the figure represents a transition when an element crack abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41. Respectively.

図7に示した例では、時刻t1以前において、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに設定されており、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupはリッチ空燃比となっている。特に、このときのリッチ設定補正量AFCrichは第1リッチ設定補正量AFCrich1とされている。これに伴って、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは徐々に減少してゼロに近づき、これにより上流側排気浄化触媒20に流入した未燃ガス等の一部が上流側排気浄化触媒20で浄化されずに流出し始める。 In the example shown in FIG. 7, before time t 1 , the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the rich set correction amount AFCrich, and the output air-fuel ratio AFup of the upstream side air-fuel ratio sensor 40 is the rich air-fuel ratio. . In particular, the rich setting correction amount AFCrich at this time is the first rich setting correction amount AFCrich 1 . Along with this, the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 gradually decreases and approaches zero, whereby a part of unburned gas or the like flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is partly upstream. At 20 it begins to flow out without being purified.

上流側排気浄化触媒20から未燃ガス等が流出し始めると、下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生していないときには、図中に破線で示したように時刻t1において下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ空燃比となる。ところが、下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生しているときには、図中に実線で示したように時刻t1において下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがほぼ理論空燃比からリーン空燃比へと変化する。 When unburnt gas or the like from the upstream exhaust purification catalyst 20 starts to flow out, when the abnormality of the element crack on the downstream side air-fuel ratio sensor 41 does not occur, downstream at time t 1 as indicated by a broken line in FIG. The output air-fuel ratio AFdwn of the air-fuel ratio sensor 41 becomes a rich air-fuel ratio. However, when an abnormality of the element crack on the downstream side air-fuel ratio sensor 41 has occurred, the substantially stoichiometric air-fuel ratio output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 at time t 1 as indicated by the solid line in FIG. Change to lean air-fuel ratio.

すなわち、下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生している場合には、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに設定されているとき、すなわち空燃比補正量AFCが負の値に設定されているときに、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFlean未満からリーン判定空燃比AFlean以上へと変化する。本実施形態では、このような下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnの変化が起きた時刻t1において、下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生していると判定する。これにより、本実施形態では、下流側空燃比センサ41の素子割れの異常を正確に診断することができる。 That is, when an element crack abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41, when the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the rich set correction amount AFCrich, that is, the air-fuel ratio correction amount AFC is a negative value. When the output air-fuel ratio sensor 41 is set to, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 changes from less than the lean determination air-fuel ratio AFlean to more than the lean determination air-fuel ratio AFlean. In the present embodiment, it is determined that an element crack abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41 at time t 1 when such a change in the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 has occurred. Thereby, in this embodiment, abnormality of the element crack of the downstream air-fuel ratio sensor 41 can be diagnosed correctly.

図7に示した例では、時刻t1において、下流側空燃比センサ41に異常が発生したときにONにされる異常診断フラグがONにされる。加えて、本実施形態では、このように下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生していると判定されたときには、例えば、内燃機関を搭載した車両の警告灯が点灯せしめられる。 In the example shown in FIG. 7, at time t 1 , the abnormality diagnosis flag that is turned on when an abnormality occurs in the downstream air-fuel ratio sensor 41 is turned on. In addition, in this embodiment, when it is determined that an element crack abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41, for example, a warning light of a vehicle equipped with an internal combustion engine is turned on.

また、時刻t1において、下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生していると判定されたときには、リッチ設定補正量AFCrichの絶対値及びリーン設定補正量AFCleanの絶対値が減少せしめられる。図7に示した例では、リッチ設定補正量AFCrichが第1リッチ設定補正量AFCrich1から第1リッチ設定補正量AFCrich1よりも絶対値の小さい第2リッチ設定補正量AFCrich2へと変更される(|AFCrich1|>|AFCrich2|)。また、リーン設定補正量AFCleanが第1リーン設定補正量AFClean1から第1リーン設定補正量AFClean1よりも絶対値の小さい第2リーン設定補正量AFClean2へと変更される(|AFClean1|>|AFClean2|)。したがって、リッチ設定空燃比のリッチ度合い及びリーン設定空燃比のリーン度合いが低下せしめられる。 When it is determined at time t 1 that an element crack abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41, the absolute value of the rich setting correction amount AFCrich and the absolute value of the lean setting correction amount AFClean are decreased. . In the example shown in FIG. 7, the rich set correction amount AFCrich is changed from the first rich set correction amount AFCrich 1 to the first rich set correction amount AFCrich absolute value than 1 smaller second rich set correction amount AFCrich 2 (| AFCrich 1 |> | AFCrich 2 |). Further, the lean setting correction amount AFClean is changed from the first lean set correction amount AFClean 1 to the first lean set correction amount AFClean 1 absolute value than the smaller second lean set correction amount AFClean 2 (| AFClean 1 |> | AF Clean 2 |). Therefore, the rich degree of the rich set air-fuel ratio and the lean degree of the lean set air-fuel ratio are reduced.

これにより、時刻t1以降、上流側排気浄化触媒20から流出する排気ガスのリッチ度合いが低下し、上流側空燃比センサ40の出力空燃比のリッチ度合いが低下する。このため、上流側排気浄化触媒20から流出する排気ガス中の未燃ガス等の濃度が低下し、よって排気エミッションの悪化を抑制することができる。なお、本実施形態では、リッチ設定補正量AFCrichの絶対値及びリーン設定補正量AFCleanの絶対値の両方を減少させている。しかしながら、必ずしも両方を減少させなくてもよく、リッチ設定補正量AFCrichの絶対値のみを減少させてもよい。 Thereby, after time t 1 , the rich degree of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 is reduced, and the rich degree of the output air-fuel ratio of the upstream side air-fuel ratio sensor 40 is reduced. For this reason, the concentration of unburned gas or the like in the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 is lowered, and hence deterioration of exhaust emission can be suppressed. In the present embodiment, both the absolute value of the rich setting correction amount AFCrich and the absolute value of the lean setting correction amount AFClean are decreased. However, both may not necessarily be decreased, and only the absolute value of the rich setting correction amount AFCrich may be decreased.

図7に実線で示した例では、下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生していると判定された後も、そのまま上述した空燃比制御が続行される。このため、上述したように、空燃比補正量AFCは、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrich以下になったときに、リッチ設定補正量AFCrichからリーン設定補正量AFCleanへと切り替えられる。このため、時刻t1では、空燃比補正量AFCはリーン設定補正量AFCleanに切り替えられず、リッチ設定補正量AFCrichのまま維持される。このため、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAはほぼゼロのまま維持されることになる。 In the example shown by the solid line in FIG. 7, the air-fuel ratio control described above is continued as it is even after it is determined that an element crack abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41. Therefore, as described above, the air-fuel ratio correction amount AFC is calculated from the rich set correction amount AFCrich to the lean set correction amount AFClean when the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or less than the rich determination air-fuel ratio AFrich. Can be switched to. For this reason, at time t 1 , the air-fuel ratio correction amount AFC is not switched to the lean set correction amount AFClean and is maintained as the rich set correction amount AFCrich. For this reason, the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 is maintained substantially zero.

なお、上述した実施形態では、下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生していると1回判定されると、車両の警告灯が点灯せしめられる。しかしながら、判定精度を高めるために、一定時間内に下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生していると判定された回数が所定回数以上であるときに車両の警告灯を点灯させるようにしてもよい。或いは、空燃比補正量AFCをリッチ設定補正量AFCrich及びリーン設定補正量AFCleanに1回ずつ設定する期間を1サイクルとすると、このサイクルの回数に対する下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生していると判定された回数の割合が予め定められた割合Ra(0<Ra<1)以上であるときに車両の警告灯を点灯させるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, when it is determined once that an element crack abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41, the warning light of the vehicle is turned on. However, in order to increase the determination accuracy, the warning light of the vehicle is turned on when the number of times it is determined that an element crack abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41 within a predetermined time is greater than or equal to a predetermined number. It may be. Alternatively, if the period in which the air-fuel ratio correction amount AFC is set once for the rich setting correction amount AFCrich and the lean setting correction amount AFClean is one cycle, an element crack abnormality occurs in the downstream air-fuel ratio sensor 41 with respect to the number of cycles. The warning light of the vehicle may be turned on when the ratio of the number of times determined to be equal to or greater than a predetermined ratio Ra (0 <Ra <1).

同様に、上述した実施形態では、下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生していると1回判定されると、リッチ設定補正量AFCrichの絶対値及びリーン設定補正量AFCleanの絶対値が減少せしめられる。しかしながら、これら設定補正量の不用意な変更を避けるために、一定時間内に下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生していると判定された回数が所定回数以上であるときにこれら設定補正量の絶対値を減少させるようにしてもよい。或いは、上記サイクルの回数に対する下流側空燃比センサに異常が生じていると判定される回数の割合が予め定められた割合Ra(0<Ra<1)以上である場合には、これら設定補正量の絶対値を減少させるようにしてもよい。   Similarly, in the above-described embodiment, when it is determined once that an element crack abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41, the absolute value of the rich setting correction amount AFCrich and the absolute value of the lean setting correction amount AFClean. Is reduced. However, in order to avoid an inadvertent change of the set correction amount, when the number of times that it is determined that an element crack abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41 within a predetermined time is greater than or equal to a predetermined number of times. The absolute value of the set correction amount may be decreased. Alternatively, when the ratio of the number of times it is determined that an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor with respect to the number of cycles is equal to or greater than a predetermined ratio Ra (0 <Ra <1), these set correction amounts The absolute value of may be decreased.

なお、上記実施形態では、空燃比制御において、下流側空燃比センサ41よって検出された空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比がリーン空燃比に切り替えられる。また、積算酸素過不足量ΣOEDが所定の切替基準値OEDref以上になったときに目標空燃比がリッチ空燃比に切り替えられる。しかしながら、空燃比制御として、別の制御を用いてもよい。斯かる別の制御としては、例えば、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン判定空燃比以上になったときに目標空燃比をリッチ空燃比に切り替え、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比をリーン空燃比に切り替える制御が考えられる。このような制御を行った場合でも、同様に下流側空燃比センサ41の素子割れの異常を診断することができる。   In the above embodiment, in the air-fuel ratio control, the target air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio when the air-fuel ratio detected by the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or less than the rich determination air-fuel ratio. Further, the target air-fuel ratio is switched to the rich air-fuel ratio when the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED becomes equal to or greater than a predetermined switching reference value OEDref. However, another control may be used as the air-fuel ratio control. As such another control, for example, when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or higher than the lean determination air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is switched to the rich air-fuel ratio, and the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is changed. Control that switches the target air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio when the fuel ratio becomes equal to or lower than the rich determination air-fuel ratio can be considered. Even when such control is performed, an abnormality in the element crack of the downstream air-fuel ratio sensor 41 can be similarly diagnosed.

<具体的な制御の説明>
次に、図8〜図11を参照して、上記実施形態における制御装置について具体的に説明する。本実施形態における制御装置は、機能ブロック図である図8に示したように、A1〜A8の各機能ブロックを含んで構成されている。以下、図8を参照しながら各機能ブロックについて説明する。これら各機能ブロックA1〜A8における操作は、基本的にECU31において実行される。
<Description of specific control>
Next, the control device in the above embodiment will be described in detail with reference to FIGS. As shown in FIG. 8 which is a functional block diagram, the control device in the present embodiment is configured to include each functional block of A1 to A8. Hereinafter, each functional block will be described with reference to FIG. The operations in these functional blocks A1 to A8 are basically executed in the ECU 31.

<燃料噴射量の算出>
まず、燃料噴射量の算出について説明する。燃料噴射量の算出に当たっては、筒内吸入空気量算出手段A1、基本燃料噴射量算出手段A2、及び燃料噴射量算出手段A3が用いられる。
<Calculation of fuel injection amount>
First, calculation of the fuel injection amount will be described. In calculating the fuel injection amount, in-cylinder intake air amount calculation means A1, basic fuel injection amount calculation means A2, and fuel injection amount calculation means A3 are used.

筒内吸入空気量算出手段A1は、吸入空気流量Gaと、機関回転数NEと、ECU31のROM34に記憶されたマップ又は計算式とに基づいて、各気筒への吸入空気量Mcを算出する。吸入空気流量Gaはエアフロメータ39によって計測され、機関回転数NEはクランク角センサ44の出力に基づいて算出される。   The in-cylinder intake air amount calculation means A1 calculates the intake air amount Mc to each cylinder based on the intake air flow rate Ga, the engine speed NE, and a map or calculation formula stored in the ROM 34 of the ECU 31. The intake air flow rate Ga is measured by the air flow meter 39, and the engine speed NE is calculated based on the output of the crank angle sensor 44.

基本燃料噴射量算出手段A2は、筒内吸入空気量算出手段A1によって算出された筒内吸入空気量Mcを、目標空燃比AFTで除算することにより、基本燃料噴射量Qbaseを算出する(Qbase=Mc/AFT)。目標空燃比AFTは、後述する目標空燃比設定手段A6によって算出される。   The basic fuel injection amount calculation means A2 calculates the basic fuel injection amount Qbase by dividing the in-cylinder intake air amount Mc calculated by the in-cylinder intake air amount calculation means A1 by the target air-fuel ratio AFT (Qbase = Mc / AFT). The target air-fuel ratio AFT is calculated by target air-fuel ratio setting means A6 described later.

燃料噴射量算出手段A3は、基本燃料噴射量算出手段A2によって算出された基本燃料噴射量Qbaseに、後述するF/B補正量DFiを加えることで燃料噴射量Qiを算出する(Qi=Qbase+DFi)。このようにして算出された燃料噴射量Qiの燃料が燃料噴射弁11から噴射されるように、燃料噴射弁11に対して噴射指示が行われる。   The fuel injection amount calculation means A3 calculates the fuel injection amount Qi by adding an F / B correction amount DFi described later to the basic fuel injection amount Qbase calculated by the basic fuel injection amount calculation means A2 (Qi = Qbase + DFi). . An injection instruction is issued to the fuel injection valve 11 so that the fuel of the fuel injection amount Qi calculated in this way is injected from the fuel injection valve 11.

<目標空燃比の算出>
次に、目標空燃比の算出について説明する。目標空燃比の算出に当たっては、酸素過不足量算出手段A4、空燃比補正量算出手段A5及び目標空燃比設定手段A6が用いられる。
<Calculation of target air-fuel ratio>
Next, calculation of the target air-fuel ratio will be described. In calculating the target air-fuel ratio, oxygen excess / deficiency calculation means A4, air-fuel ratio correction amount calculation means A5, and target air-fuel ratio setting means A6 are used.

酸素過不足量算出手段A4は、燃料噴射量算出手段A3によって算出された燃料噴射量Qi及び上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupに基づいて積算酸素過不足量ΣOEDを算出する。酸素過不足量算出手段A4は、例えば、上流側空燃比センサ40の出力空燃比と制御中心空燃比との差分に燃料噴射量Qiを乗算すると共に、求めた値を積算することによって積算酸素過不足量ΣOEDを算出する。   The oxygen excess / deficiency calculation means A4 calculates the integrated oxygen excess / deficiency ΣOED based on the fuel injection quantity Qi calculated by the fuel injection quantity calculation means A3 and the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40. The oxygen excess / deficiency calculation means A4, for example, multiplies the difference between the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 and the control center air-fuel ratio by the fuel injection amount Qi and integrates the obtained value to integrate the excess oxygen excess. The deficiency ΣOED is calculated.

空燃比補正量算出手段A5では、酸素過不足量算出手段A4によって算出された積算酸素過不足量ΣOEDと、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnとに基づいて、目標空燃比の空燃比補正量AFCが算出される。具体的には、図9に示したフローチャートに基づいて空燃比補正量AFCが算出される。   In the air-fuel ratio correction amount calculation means A5, the air-fuel ratio of the target air-fuel ratio is calculated based on the integrated oxygen excess / deficiency amount ΣOED calculated by the oxygen excess / deficiency amount calculation means A4 and the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41. A correction amount AFC is calculated. Specifically, the air-fuel ratio correction amount AFC is calculated based on the flowchart shown in FIG.

目標空燃比設定手段A6は、制御中心空燃比AFR(本実施形態では理論空燃比)に、空燃比補正量算出手段A5で算出された空燃比補正量AFCを加算することで、目標空燃比AFTを算出する。このようにして算出された目標空燃比AFTは、基本燃料噴射量算出手段A2及び後述する空燃比偏差算出手段A7に入力される。   The target air-fuel ratio setting unit A6 adds the air-fuel ratio correction amount AFC calculated by the air-fuel ratio correction amount calculation unit A5 to the control center air-fuel ratio AFR (the theoretical air-fuel ratio in the present embodiment), thereby obtaining the target air-fuel ratio AFT. Is calculated. The target air-fuel ratio AFT calculated in this way is input to the basic fuel injection amount calculating means A2 and an air-fuel ratio deviation calculating means A7 described later.

<F/B補正量の算出>
次に、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupに基づいたF/B補正量の算出について説明する。F/B補正量の算出に当たっては、空燃比偏差算出手段A7及びF/B補正量算出手段A8が用いられる。
<Calculation of F / B correction amount>
Next, calculation of the F / B correction amount based on the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 will be described. In calculating the F / B correction amount, air-fuel ratio deviation calculating means A7 and F / B correction amount calculating means A8 are used.

空燃比偏差算出手段A7は、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupから目標空燃比設定手段A6によって算出された目標空燃比AFTを減算することによって空燃比偏差DAFを算出する(DAF=AFup−AFT)。この空燃比偏差DAFは、目標空燃比AFTに対する燃料供給量の過不足を表す値である。   The air-fuel ratio deviation calculating means A7 calculates the air-fuel ratio deviation DAF by subtracting the target air-fuel ratio AFT calculated by the target air-fuel ratio setting means A6 from the output air-fuel ratio AFup of the upstream side air-fuel ratio sensor 40 (DAF = AFup -AFT). This air-fuel ratio deviation DAF is a value that represents the excess or deficiency of the fuel supply amount with respect to the target air-fuel ratio AFT.

F/B補正量算出手段A8は、空燃比偏差算出手段A7によって算出された空燃比偏差DAFを、比例・積分・微分処理(PID処理)することで、下記式(2)に基づいて燃料供給量の過不足を補償するためのF/B補正量DFiを算出する。このようにして算出されたF/B補正量DFiは、燃料噴射量算出手段A3に入力される。
DFi=Kp・DAF+Ki・SDAF+Kd・DDAF …(2)
The F / B correction amount calculating means A8 supplies the fuel based on the following equation (2) by subjecting the air-fuel ratio deviation DAF calculated by the air-fuel ratio deviation calculating means A7 to proportional / integral / differential processing (PID processing). An F / B correction amount DFi for compensating for the excess or deficiency of the amount is calculated. The F / B correction amount DFi calculated in this way is input to the fuel injection amount calculation means A3.
DFi = Kp / DAF + Ki / SDAF + Kd / DDAF (2)

なお、上記式(2)において、Kpは予め設定された比例ゲイン(比例定数)、Kiは予め設定された積分ゲイン(積分定数)、Kdは予め設定された微分ゲイン(微分定数)である。また、DDAFは、空燃比偏差DAFの時間微分値であり、今回更新された空燃比偏差DAFと前回更新されていた空燃比偏差DAFとの偏差を更新間隔に対応する時間で除算することで算出される。また、SDAFは、空燃比偏差DAFの時間積分値であり、この時間積分値SDAFは前回更新された時間積分値SDAFに今回更新された空燃比偏差DAFを加算することで算出される(SDAF=SDAF+DAF)。   In the above equation (2), Kp is a preset proportional gain (proportional constant), Ki is a preset integral gain (integral constant), and Kd is a preset differential gain (differential constant). DDAF is a time differential value of the air-fuel ratio deviation DAF, and is calculated by dividing the deviation between the air-fuel ratio deviation DAF updated this time and the air-fuel ratio deviation DAF updated last time by the time corresponding to the update interval. Is done. SDAF is a time integrated value of the air-fuel ratio deviation DAF, and this time integrated value SDAF is calculated by adding the currently updated air-fuel ratio deviation DAF to the previously updated time integrated value SDAF (SDAF = SDAF + DAF).

<空燃比補正量設定制御のフローチャート>
図9は、空燃比補正量設定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
図9に示したように、まず、ステップS11において空燃比補正量AFCの算出条件が成立しているか否かが判定される。空燃比補正量AFCの算出条件が成立している場合とは、フィードバック制御が行われる通常制御中であること、例えば燃料カット制御中等ではないこと等が挙げられる。ステップS11において目標空燃比の算出条件が成立していると判定された場合には、ステップS12へと進む。
<Flowchart of air-fuel ratio correction amount setting control>
FIG. 9 is a flowchart showing a control routine of air-fuel ratio correction amount setting control. The illustrated control routine is performed by interruption at regular time intervals.
As shown in FIG. 9, first, in step S11, it is determined whether a calculation condition for the air-fuel ratio correction amount AFC is satisfied. The case where the calculation condition of the air-fuel ratio correction amount AFC is satisfied includes that the normal control in which feedback control is performed, for example, that the fuel cut control is not being performed, and the like. If it is determined in step S11 that the target air-fuel ratio calculation condition is satisfied, the process proceeds to step S12.

ステップS12では、リーン設定フラグFlがOFFに設定されているか否かが判定される。リーン設定フラグFlは、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanに設定されるとONとされ、それ以外の場合にはOFFとされる。ステップS12においてリーン設定フラグFlがOFFに設定されている場合には、ステップS13へと進む。ステップS13では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrich以下であるか否かが判定される。下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichよりも大きいと判定された場合にはステップS14へと進む。ステップS14では、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに設定されたまま維持され、制御ルーチンが終了せしめられる。   In step S12, it is determined whether or not the lean setting flag Fl is set to OFF. The lean setting flag Fl is turned ON when the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the lean setting correction amount AFClean, and is turned OFF otherwise. If the lean setting flag Fl is set to OFF in step S12, the process proceeds to step S13. In step S13, it is determined whether or not the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is equal to or less than the rich determination air-fuel ratio AFrich. If it is determined that the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is greater than the rich determination air-fuel ratio AFrich, the process proceeds to step S14. In step S14, the air-fuel ratio correction amount AFC is maintained while being set to the rich set correction amount AFCrich, and the control routine is ended.

一方、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAが減少して、上流側排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比が低下すると、ステップS13にて下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrich以下であると判定される。この場合には、ステップS15へと進み、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanに切り替えられる。次いで、ステップS16では、リーン設定フラグFlがONに設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。   On the other hand, when the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 decreases and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 decreases, the output air-fuel ratio of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 in step S13. It is determined that AFdwn is equal to or less than the rich determination air-fuel ratio AFrich. In this case, the process proceeds to step S15, and the air-fuel ratio correction amount AFC is switched to the lean set correction amount AFClean. Next, at step S16, the lean setting flag Fl is set to ON, and the control routine is ended.

リーン設定フラグFlがONに設定されると、次の制御ルーチンにおいては、ステップS12において、リーン設定フラグFlがOFFに設定されていないと判定されて、ステップS17へと進む。ステップS17では、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanに切り替えられてからの積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDrefよりも少ないか否かが判定される。積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDrefよりも少ないと判定された場合にはステップS18へと進み、空燃比補正量AFCが引き続きリーン設定補正量AFCleanに設定されたまま維持され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量が増大すると、やがてステップS17において積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDref以上であると判定され、ステップS19へと進む。ステップS19では、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに切り替えられる。次いで、ステップS20では、リーン設定フラグFlがOFFにリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。   When the lean setting flag Fl is set to ON, in the next control routine, it is determined in step S12 that the lean setting flag Fl is not set to OFF, and the process proceeds to step S17. In step S17, it is determined whether or not the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED after the air-fuel ratio correction amount AFC is switched to the lean set correction amount AFClean is less than the switching reference value OEDref. When it is determined that the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED is smaller than the switching reference value OEDref, the routine proceeds to step S18, where the air-fuel ratio correction amount AFC is continuously maintained while being set to the lean set correction amount AFClean. It will be terminated. On the other hand, when the oxygen storage amount of the upstream side exhaust purification catalyst 20 increases, it is determined in step S17 that the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED is equal to or greater than the switching reference value OEDref, and the process proceeds to step S19. In step S19, the air-fuel ratio correction amount AFC is switched to the rich set correction amount AFCrich. Next, in step S20, the lean setting flag Fl is reset to OFF, and the control routine is ended.

<異常診断制御のフローチャート>
図10は、下流側空燃比センサ41の異常診断を行う異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔の割り込みによって行われる。
<Flow chart of abnormality diagnosis control>
FIG. 10 is a flowchart showing a control routine of abnormality diagnosis control for performing abnormality diagnosis of the downstream air-fuel ratio sensor 41. The illustrated control routine is performed by interruption at regular time intervals.

図10に示したように、まず、ステップS31において、異常診断の実行条件が成立しているか否かが判定される。異常診断の実行条件が成立している場合とは、例えば、上述した空燃比制御が実行されていること等が挙げられる。ステップS31において、異常診断の実行条件が成立していると判定された場合にはステップS32へと進む。   As shown in FIG. 10, first, in step S31, it is determined whether or not an abnormality diagnosis execution condition is satisfied. The case where the abnormality diagnosis execution condition is satisfied includes, for example, that the above-described air-fuel ratio control is being executed. If it is determined in step S31 that the abnormality diagnosis execution condition is satisfied, the process proceeds to step S32.

ステップS32では、上述した空燃比補正量の設定制御において、空燃比補正量AFCが0未満に設定されているか否か、すなわち目標空燃比がリッチ空燃比であるか否かが判定される。ステップS32において、空燃比補正量AFCが0未満に設定されていると判定された場合、すなわち目標空燃比がリッチ空燃比であると判定された場合には、ステップS33へと進む。   In step S32, it is determined in the air-fuel ratio correction amount setting control described above whether the air-fuel ratio correction amount AFC is set to less than 0, that is, whether the target air-fuel ratio is a rich air-fuel ratio. If it is determined in step S32 that the air-fuel ratio correction amount AFC is set to be less than 0, that is, if it is determined that the target air-fuel ratio is a rich air-fuel ratio, the process proceeds to step S33.

ステップS33では、ストイキフラグFsがOFFに設定されているか否かが判定される。ストイキフラグFsは、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに設定されているときに、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFleanよりも小さくて理論空燃比近傍の空燃比となっているときにONとされ、それ以外の場合にOFFにされるフラグである。ステップS33においてストイキフラグFsがOFFに設定されていると判定された場合には、ステップS34へと進む。   In step S33, it is determined whether or not the stoichiometric flag Fs is set to OFF. The stoichiometric flag Fs indicates that when the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the rich set correction amount AFCrich, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is smaller than the lean determination air-fuel ratio AFlean and is close to the theoretical air-fuel ratio. This is a flag that is turned on when the air-fuel ratio is reached, and turned off in other cases. If it is determined in step S33 that the stoichiometric flag Fs is set to OFF, the process proceeds to step S34.

ステップS34では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFlean未満であるか否かが判定される。空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに切り替えられた直後は上流側排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となっているため、ステップS34において下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFlean未満であると判定され、ステップS35へと進む。ステップS35では、ストイキフラグFsがONにされ、制御ルーチンが終了せしめられる。   In step S34, it is determined whether or not the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 is less than the lean determination air-fuel ratio AFlean. Immediately after the air-fuel ratio correction amount AFC is switched to the rich set correction amount AFCrich, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 is substantially the stoichiometric air-fuel ratio. It is determined that the output air-fuel ratio AFdwn of 41 is less than the lean determination air-fuel ratio AFlean, and the process proceeds to step S35. In step S35, the stoichiometric flag Fs is turned ON, and the control routine is ended.

ストイキフラグFsがONにされると、次の制御ルーチンではステップS33からステップS36へと進む。ステップS36では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFlean以上になったか否か、すなわち出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFleanよりも低い空燃比からリーン判定空燃比AFlean以上に変化したか否かが判定される。下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFlean以上になっていないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップS36において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFlean以上になっていると判定された場合には、ステップS37へと進む。ステップS37では、下流側空燃比センサ41に異常があると判定され、ステップS38へと進む。ステップS38では、ストイキフラグFsがOFFにされ、制御ルーチンが終了せしめられる。   When the stoichiometric flag Fs is turned on, the next control routine proceeds from step S33 to step S36. In step S36, it is determined whether or not the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 has become equal to or greater than the lean determination air-fuel ratio AFlean, that is, from the air-fuel ratio in which the output air-fuel ratio AFdwn is lower than the lean determination air-fuel ratio AFlean. It is determined whether or not the above has changed. When it is determined that the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is not equal to or greater than the lean determination air-fuel ratio AFlean, the control routine is ended. On the other hand, if it is determined in step S36 that the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is equal to or greater than the lean determination air-fuel ratio AFlean, the process proceeds to step S37. In step S37, it is determined that there is an abnormality in the downstream air-fuel ratio sensor 41, and the process proceeds to step S38. In step S38, the stoichiometric flag Fs is turned off, and the control routine is ended.

一方、ステップS32において、空燃比補正量AFCが0以上に設定されていると判定された場合、すなわち目標空燃比がリーン空燃比であると判定された場合には、ステップS39へと進む。ステップS39では、ストイキフラグFsがONになっているか否かが判定される。目標空燃比がリーン空燃比に設定される前にリッチ空燃比に設定されていたときに、ステップS35においてストイキフラグFsがONにされていた場合には、ステップS40へと進む。この場合、目標空燃比がリッチ空燃比に前回設定されていたときに、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnはリーン判定空燃比AFlean以上にはならなかったことを意味している。このため、ステップS40において下流側空燃比センサ41は正常であると判定される。次いで、ステップS41では、ストイキフラグFsがOFFにリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。ストイキフラグFsがOFFにリセットされると、次回の制御ルーチンでは、ステップS39においてストイキフラグFsがONになっていないと判定され、制御ルーチンが終了せしめられる。   On the other hand, if it is determined in step S32 that the air-fuel ratio correction amount AFC is set to 0 or more, that is, if it is determined that the target air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio, the process proceeds to step S39. In step S39, it is determined whether or not the stoichiometric flag Fs is ON. When the target air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio before being set to the lean air-fuel ratio, if the stoichiometric flag Fs is turned on in step S35, the process proceeds to step S40. In this case, when the target air-fuel ratio was previously set to the rich air-fuel ratio, it means that the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 did not become equal to or greater than the lean determination air-fuel ratio AFlean. For this reason, it is determined in step S40 that the downstream air-fuel ratio sensor 41 is normal. Next, in step S41, the stoichiometric flag Fs is reset to OFF, and the control routine is ended. When the stoichiometric flag Fs is reset to OFF, in the next control routine, it is determined in step S39 that the stoichiometric flag Fs is not ON, and the control routine is ended.

<設定空燃比変更制御のフローチャート>
図11は、リッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比の設定制御における制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
<Flow chart of set air-fuel ratio change control>
FIG. 11 is a flowchart showing a control routine in setting control of the rich set air-fuel ratio and the lean set air-fuel ratio. The illustrated control routine is performed by interruption at regular time intervals.

まず、ステップS51において、図10のステップS37にて下流側空燃比センサ41に異常があると判定されているか否かが判定される。ステップS37において、下流側空燃比センサ41の異常判定がなされていないと判定された場合には、ステップS52へと進む。ステップS52では、リッチ設定補正量AFCrichが第1リッチ設定補正量AFCrich1に設定される。したがって、図9に示したフローチャートのステップS14、S19において、空燃比補正量AFCは第1リッチ設定補正量AFCrich1に設定される。 First, in step S51, it is determined whether or not it is determined that there is an abnormality in the downstream air-fuel ratio sensor 41 in step S37 of FIG. If it is determined in step S37 that the downstream air-fuel ratio sensor 41 is not abnormally determined, the process proceeds to step S52. In step S52, the rich setting correction amount AFCrich is set to the first rich setting correction amount AFCrich 1 . Therefore, in steps S14 and S19 of the flowchart shown in FIG. 9, the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the first rich set correction amount AFCrich 1 .

次いで、ステップS53では、リーン設定補正量AFCleanが第1リーン設定補正量AFClean1に設定される。したがって、図9に示したフローチャートのステップS15、S18において、空燃比補正量AFCは第1リーン設定補正量AFClean1に設定される。 Next, in step S53, the lean set correction amount AFClean is set to the first lean set correction amount AFClean 1 . Therefore, in steps S15 and S18 of the flowchart shown in FIG. 9, the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the first lean set correction amount AFClean 1 .

一方、ステップS51において、下流側空燃比センサ41の異常判定がなされていると判定された場合には、ステップS54へと進む。ステップS54では、リッチ設定補正量AFCrichが第2リッチ設定補正量AFCrich2(|AFCrich2|<|AFCrich1|)に設定される。したがって、図9に示したフローチャートのステップS14、S19において、空燃比補正量AFCは第2リッチ設定補正量AFCrich2に設定される。 On the other hand, when it is determined in step S51 that the abnormality determination of the downstream air-fuel ratio sensor 41 has been made, the process proceeds to step S54. In step S54, the rich set correction amount AFCrich second rich set correction amount AFCrich 2 is set to (| AFCrich 2 | <| | AFCrich 1). Therefore, in step S14, S19 in the flowchart shown in FIG. 9, the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the second rich set correction amount AFCrich 2.

次いで、ステップS55では、リーン設定補正量AFCleanが第2リーン設定補正量AFClean2(|AFClean2|<|AFClean1|)に設定される。したがって、図9に示したフローチャートのステップS15、S18において、空燃比補正量AFCは第2リーン設定補正量AFClean2に設定される。 Next, in step S55, the lean set correction amount AFClean is set to the second lean set correction amount AFClean 2 (| AFClean 2 | <| AF Clean 1 |). Therefore, in steps S15 and S18 of the flowchart shown in FIG. 9, the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the second lean set correction amount AFClean 2 .

<第二実施形態>
次に、図12〜図18を参照して、本発明の第二実施形態に係る排気浄化装置について説明する。第二実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様である。
<Second embodiment>
Next, with reference to FIGS. 12-18, the exhaust gas purification apparatus which concerns on 2nd embodiment of this invention is demonstrated. The configuration and control of the exhaust purification device according to the second embodiment are basically the same as the configuration and control of the exhaust purification device according to the first embodiment except for the points described below.

<上流側空燃比センサにおけるずれ>
ところで、機関本体1が複数の気筒を有する場合、各気筒から排出される排気ガスの空燃比には気筒間でずれが生じる場合がある。一方、上流側空燃比センサ40は排気マニホルド19の集合部に配置されるが、その配置位置に応じて各気筒から排出された排気ガスが上流側空燃比センサ40に曝される程度が気筒間で異なる。この結果、上流側空燃比センサ40の出力空燃比は、或る特定の気筒から排出された排気ガスの空燃比の影響を強く受けることになる。このため、この或る特定の気筒から排出された排気ガスの空燃比が全気筒から排出される排気ガスの平均空燃比とは異なる空燃比となっている場合、平均空燃比と上流側空燃比センサ40の出力空燃比との間にはずれが生じる。すなわち、上流側空燃比センサ40の出力空燃比は実際の排気ガスの平均空燃比よりもリッチ側又はリーン側にずれることになる。
<Difference in upstream air-fuel ratio sensor>
By the way, when the engine body 1 has a plurality of cylinders, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from each cylinder may vary between the cylinders. On the other hand, the upstream side air-fuel ratio sensor 40 is disposed at the collection portion of the exhaust manifold 19, but the extent to which the exhaust gas discharged from each cylinder is exposed to the upstream side air-fuel ratio sensor 40 according to the position of the upstream manifold 19 is determined. It is different. As a result, the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 is strongly influenced by the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from a specific cylinder. For this reason, when the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from a certain cylinder is different from the average air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from all cylinders, the average air-fuel ratio and the upstream air-fuel ratio There is a deviation from the output air-fuel ratio of the sensor 40. That is, the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 is shifted to the rich side or the lean side from the actual average air-fuel ratio of the exhaust gas.

また、未燃ガス等のうち水素は空燃比センサの拡散律速層の通過速度が速い。このため、排気ガス中の水素濃度が高いと、上流側空燃比センサ40の出力空燃比が排気ガスの実際の空燃比よりも低い側(すなわち、リッチ側)にずれてしまう。   Further, hydrogen in the unburned gas or the like has a high passing speed through the diffusion-controlled layer of the air-fuel ratio sensor. For this reason, when the hydrogen concentration in the exhaust gas is high, the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 shifts to a side lower than the actual air-fuel ratio of the exhaust gas (that is, the rich side).

このように上流側空燃比センサ40の出力空燃比にずれが生じていると、上述したような制御を行っていても、上流側排気浄化触媒20からNOx及び酸素が流出したり、未燃ガス等の流出頻度が高くなったりしてしまう可能性が高くなる。以下では、図12を参照して斯かる現象について説明する。   As described above, if the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 is deviated, NOx and oxygen flow out from the upstream exhaust purification catalyst 20 or unburned gas even if the above-described control is performed. There is a high possibility that the frequency of such outflow will increase. Hereinafter, such a phenomenon will be described with reference to FIG.

図12は、図5と同様な、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSA等のタイムチャートである。図12は、上流側空燃比センサ40の出力空燃比がリッチ側にずれている場合を示している。図中、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにおける実線は、上流側空燃比センサ40の出力空燃比を示している。一方、破線は、上流側空燃比センサ40周りを流通する排気ガスの実際の空燃比を示している。   FIG. 12 is a time chart of the oxygen storage amount OSA and the like of the upstream side exhaust purification catalyst 20, similar to FIG. FIG. 12 shows a case where the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 is shifted to the rich side. In the figure, the solid line in the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 indicates the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40. On the other hand, the broken line indicates the actual air-fuel ratio of the exhaust gas flowing around the upstream air-fuel ratio sensor 40.

図12に示した例においても、時刻t1以前の状態では、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichとされており、よって目標空燃比がリッチ設定空燃比とされている。これに伴い、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupはリッチ設定空燃比と等しい空燃比となる。しかしながら、上述したように、上流側空燃比センサ40の出力空燃比はリッチ側にずれているため、排気ガスの実際の空燃比はリッチ設定空燃比よりもリーン側の空燃比となっている。すなわち、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupは、実際の空燃比(図中の破線)よりも低い(リッチ側)ものとなっている。このため、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAの減少速度は遅いものとなる。 Also in the example shown in FIG. 12, before the time t 1 , the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the rich set correction amount AFCrich, and thus the target air-fuel ratio is set to the rich set air-fuel ratio. Accordingly, the output air-fuel ratio AFup of the upstream side air-fuel ratio sensor 40 becomes an air-fuel ratio equal to the rich set air-fuel ratio. However, as described above, since the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 is shifted to the rich side, the actual air-fuel ratio of the exhaust gas is on the lean side of the rich set air-fuel ratio. That is, the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 is lower (rich side) than the actual air-fuel ratio (broken line in the figure). For this reason, the decrease rate of the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 is slow.

また、図12に示した例では、時刻t1において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達する。このため、上述したように、時刻t1において、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanに切り替えられる。すなわち、目標空燃比がリーン設定空燃比に切り替えられる。 In the example shown in FIG. 12, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the rich determination air-fuel ratio AFrich at time t 1 . Therefore, as described above, at time t 1, the air-fuel ratio correction amount AFC is switched to the lean set correction amount AFClean. That is, the target air-fuel ratio is switched to the lean set air-fuel ratio.

これに伴って、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupはリーン設定空燃比に等しい空燃比となる。しかしながら、上述したように、上流側空燃比センサ40の出力空燃比はリッチ側にずれているため、排気ガスの実際の空燃比はリーン設定空燃比よりもリーンの空燃比となっている。すなわち、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupは、実際の空燃比(図中の破線)よりも低い(リッチ側)ものとなっている。このため、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAの増加速度は速くなると共に、目標空燃比をリーン設定空燃比としている間に上流側排気浄化触媒20に供給される実際の酸素量は切替基準吸蔵量Crefよりも多くなる。   Along with this, the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 becomes an air-fuel ratio equal to the lean set air-fuel ratio. However, as described above, since the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 is shifted to the rich side, the actual air-fuel ratio of the exhaust gas is leaner than the lean set air-fuel ratio. That is, the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 is lower (rich side) than the actual air-fuel ratio (broken line in the figure). For this reason, the increase rate of the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 is increased, and the actual oxygen amount supplied to the upstream side exhaust purification catalyst 20 is switched while the target air-fuel ratio is set to the lean set air-fuel ratio. It becomes larger than the reference storage amount Cref.

このように、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにずれが生じていると、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanに設定されているときに上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比のリーン度合いが大きくなる。このため、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAが最大吸蔵可能酸素量Cmaxに達していなくても、上流側排気浄化触媒20に流入したNOxや酸素を全て吸蔵することができずに、上流側排気浄化触媒20からNOxや酸素が流出してしまう場合がある。また、時刻t2において、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは切替基準吸蔵量Cref以上になっており、時刻t2近傍において上述したような意図しない空燃比のずれ等が生じると上流側排気浄化触媒20からNOxや酸素が流出する可能性がある。 Thus, if there is a deviation in the output air-fuel ratio AFup of the upstream side air-fuel ratio sensor 40, it flows into the upstream side exhaust purification catalyst 20 when the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the lean set correction amount AFClean. The lean degree of the air-fuel ratio of the exhaust gas increases. For this reason, even if the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 does not reach the maximum storable oxygen amount Cmax, it is not possible to store all NOx and oxygen flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20, There is a case where NOx and oxygen flow out from the upstream side exhaust purification catalyst 20. At time t 2, the oxygen storage amount of the upstream exhaust purification catalyst 20 OSA is the have become more switching reference occlusion amount Cref, deviation, etc. of unintended air as described above at time t 2 vicinity occurs upstream There is a possibility that NOx and oxygen flow out from the side exhaust purification catalyst 20.

以上より、上流側空燃比センサ40の出力空燃比におけるずれを検出することが必要になると共に、検出されたずれに基づいて出力空燃比等の補正を行うことが必要である。   As described above, it is necessary to detect a deviation in the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40, and it is necessary to correct the output air-fuel ratio based on the detected deviation.

<学習制御>
そこで、本発明の実施形態では、上流側空燃比センサ40の出力空燃比におけるずれを補償すべく、通常運転中(すなわち、上述したような目標空燃比に基づいてフィードバック制御を行っているとき)に学習制御が行われる。以下では、この学習制御について説明する。
<Learning control>
Therefore, in the embodiment of the present invention, during normal operation (that is, when feedback control is performed based on the target air-fuel ratio as described above) in order to compensate for the deviation in the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40. Learning control is performed. Hereinafter, this learning control will be described.

ここで、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えてから、積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDref以上になるまで、すなわち目標空燃比を再びリッチ空燃比に切り替えるまでの期間を酸素増大期間とする。同様に、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてから、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になるまで、すなわち目標空燃比を再びリーン空燃比に切り替えるまでの期間を酸素減少期間とする。本実施形態の学習制御では、酸素増大期間における積算酸素過不足量ΣODEの絶対値として積算酸素過剰量を算出する。なお、積算酸素過剰量は、酸素増大期間において、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素の量の積算値を表す。加えて、酸素減少期間における積算酸素過不足量ΣOEDの絶対値として積算酸素不足量を算出する。なお、積算酸素不足量は、酸素減少期間において、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに不足する酸素の量の積算値を表す。そして、これら積算酸素過剰量と積算酸素不足量との差が小さくなるように制御中心空燃比AFRが補正される。図13にこの様子を示す。   Here, the period from when the target air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio until the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED becomes equal to or greater than the switching reference value OEDref, that is, the period from when the target air-fuel ratio is switched to the rich air-fuel ratio again is referred to as the oxygen increase period. To do. Similarly, a period from when the target air-fuel ratio is switched to the rich air-fuel ratio until the output air-fuel ratio of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or lower than the rich determination air-fuel ratio, that is, until the target air-fuel ratio is switched again to the lean air-fuel ratio. The oxygen reduction period. In the learning control of this embodiment, the cumulative oxygen excess amount is calculated as the absolute value of the cumulative oxygen excess / deficiency ΣODE during the oxygen increase period. The cumulative oxygen excess represents the cumulative value of the amount of oxygen that becomes excessive when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is set to the stoichiometric air-fuel ratio during the oxygen increase period. In addition, the cumulative oxygen deficiency is calculated as the absolute value of the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED during the oxygen reduction period. The accumulated oxygen deficiency represents an accumulated value of the amount of oxygen deficient when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is set to the stoichiometric air-fuel ratio during the oxygen reduction period. Then, the control center air-fuel ratio AFR is corrected so that the difference between the accumulated oxygen excess amount and the accumulated oxygen deficiency amount becomes small. FIG. 13 shows this state.

図13は、制御中心空燃比AFR、空燃比補正量AFC、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSA、積算酸素過不足量ΣOED、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn及び学習値sfbgのタイムチャートである。図13は、図12と同様に、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupが低い側(リッチ側)にずれている場合を示している。なお、学習値sfbgは、上流側空燃比センサ40の出力空燃比(出力電流)のずれに応じて変化する値であり、本実施形態では制御中心空燃比AFRを補正するのに用いられる。また、図中、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにおける実線は、上流側空燃比センサ40によって検出された出力に相当する空燃比を、破線は、上流側空燃比センサ40周りを流通する排気ガスの実際の空燃比をそれぞれ示している。加えて、一点鎖線は、目標空燃比、すなわち理論空燃比に空燃比補正量AFC及び学習値sfbgを加算した空燃比を示している。   FIG. 13 shows the control center air-fuel ratio AFR, the air-fuel ratio correction amount AFC, the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40, the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20, the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED, 4 is a time chart of an output air-fuel ratio AFdwn of a fuel ratio sensor 41 and a learned value sfbg. FIG. 13 shows a case where the output air-fuel ratio AFup of the upstream side air-fuel ratio sensor 40 is shifted to the low side (rich side) as in FIG. Note that the learned value sfbg is a value that changes in accordance with the deviation of the output air-fuel ratio (output current) of the upstream air-fuel ratio sensor 40, and is used to correct the control center air-fuel ratio AFR in this embodiment. In the figure, the solid line at the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 indicates the air-fuel ratio corresponding to the output detected by the upstream air-fuel ratio sensor 40, and the broken line circulates around the upstream air-fuel ratio sensor 40. The actual air-fuel ratio of exhaust gas is shown. In addition, the alternate long and short dash line indicates the target air-fuel ratio, that is, the air-fuel ratio obtained by adding the air-fuel ratio correction amount AFC and the learned value sfbg to the theoretical air-fuel ratio.

図13に示した例では、図5及び図12と同様に、時刻t1以前の状態では、制御中心空燃比が理論空燃比とされ、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichとされている。このとき、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupは実線で示したようにリッチ設定空燃比に相当する空燃比となる。しかしながら、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにはずれが生じているため、排気ガスの実際の空燃比はリッチ設定空燃比よりもリーンの空燃比となっている(図13の破線)。ただし、図13に示した例では、図13の破線から分かるように、時刻t1以前の実際の排気ガスの空燃比はリッチ設定空燃比よりもリーンながらも、リッチ空燃比となっている。したがって、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量は徐々に減少していく。 In the example shown in FIG. 13, as in FIGS. 5 and 12, in the state before time t 1 , the control center air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio, and the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the rich set correction amount AFCrich. Yes. At this time, the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 becomes an air-fuel ratio corresponding to the rich set air-fuel ratio as shown by the solid line. However, since the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 is deviated, the actual air-fuel ratio of the exhaust gas is leaner than the rich set air-fuel ratio (broken line in FIG. 13). However, in the example shown in FIG. 13, as can be seen from the broken line in FIG. 13, the actual air-fuel ratio of the exhaust gas before time t 1 is richer than the rich set air-fuel ratio, but is rich. Therefore, the oxygen storage amount of the upstream side exhaust purification catalyst 20 gradually decreases.

時刻t1において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達する。これにより、上述したように、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanに切り替えられる。時刻t1以降は、上流側空燃比センサ40の出力空燃比はリーン設定空燃比に相当する空燃比となる。しかしながら、上流側空燃比センサ40の出力空燃比のずれにより、排気ガスの実際の空燃比は、リーン設定空燃比よりもリーンな空燃比、すなわちリーン度合いの大きい空燃比となる(図13の破線を参照)。このため、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは急速に増大する。 At time t 1, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the rich determination air-fuel ratio AFrich. As a result, as described above, the air-fuel ratio correction amount AFC is switched to the lean set correction amount AFClean. After time t 1, the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 becomes an air-fuel ratio corresponding to the lean set air-fuel ratio. However, due to the deviation in the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40, the actual air-fuel ratio of the exhaust gas becomes an air-fuel ratio that is leaner than the lean set air-fuel ratio, that is, an air-fuel ratio with a large lean degree (the broken line in FIG. See). For this reason, the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 increases rapidly.

一方、酸素過不足量OEDは、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupに基づいて算出される。しかしながら、上述したように、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにはずれが生じている。したがって、算出された酸素過不足量OEDは、実際の酸素過不足量OEDよりも少ない(すなわち、酸素量が少ない)値となる。その結果、算出された積算酸素過不足量ΣOEDは、実際の値よりも少なくなる。   On the other hand, the oxygen excess / deficiency amount OED is calculated based on the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40. However, as described above, there is a deviation in the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40. Accordingly, the calculated oxygen excess / deficiency OED is a value smaller than the actual oxygen excess / deficiency OED (that is, the amount of oxygen is small). As a result, the calculated cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED is smaller than the actual value.

時刻t2では、積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDrefに到達する。このため、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに切り替えられる。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比とされる。このとき、実際の酸素吸蔵量OSAは図13に示したように切替基準吸蔵量Crefよりも多くなっている。 At time t 2, the accumulated oxygen deficiency amount ΣOED reaches the switching reference value OEDref. For this reason, the air-fuel ratio correction amount AFC is switched to the rich set correction amount AFCrich. Therefore, the target air-fuel ratio is set to a rich air-fuel ratio. At this time, the actual oxygen storage amount OSA is larger than the switching reference storage amount Cref as shown in FIG.

時刻t2以降は、時刻t1以前の状態と同様に、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichとされ、よって目標空燃比はリッチ空燃比とされる。このときも、排気ガスの実際の空燃比はリッチ設定空燃比よりもリーンの空燃比となっている。この結果、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAの減少速度は遅くなる。加えて、上述したように、時刻t2において、上流側排気浄化触媒20の実際の酸素吸蔵量は切替基準吸蔵量Crefよりも多くなっている。このため、上流側排気浄化触媒20の実際の酸素吸蔵量OSAがゼロに到達するまでには時間がかかる。 After time t 2 , as in the state before time t 1 , the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the rich set correction amount AFCrich, and thus the target air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio. Also at this time, the actual air-fuel ratio of the exhaust gas is leaner than the rich set air-fuel ratio. As a result, the decrease rate of the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 becomes slow. In addition, as described above, at time t 2, the actual oxygen storage amount of the upstream exhaust purification catalyst 20 is made larger than the switching reference occlusion amount Cref. For this reason, it takes time until the actual oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 reaches zero.

時刻t3では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達する。これにより、上述したように、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanに切り替えられる。したがって、目標空燃比がリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比へと切り替えられる。 At time t 3 , the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the rich determination air-fuel ratio AFrich. As a result, as described above, the air-fuel ratio correction amount AFC is switched to the lean set correction amount AFClean. Therefore, the target air-fuel ratio is switched from the rich set air-fuel ratio to the lean set air-fuel ratio.

ところで、本実施形態では、上述したように、時刻t1から時刻t2までにおいて、積算酸素過不足量ΣOEDが算出される。ここで、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えた時(時刻t1)から上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAの推定値が切替基準吸蔵量Cref以上になった時(時刻t2)までの期間を酸素増大期間Tincと称すると、本実施形態では酸素増大期間Tincに積算酸素過不足量ΣOEDが算出される。図13では、時刻t1〜時刻t2の酸素増大期間Tincにおける積算酸素過不足量ΣOEDの絶対値(積算酸素過剰量)をR1で示している。 In the present embodiment, as described above, the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED is calculated from time t 1 to time t 2 . Here, when the estimated value of the oxygen storage amount OSA of the upstream exhaust purification catalyst 20 from the time of switching the target air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio (time t 1) is equal to or higher than the switching reference occlusion amount Cref (time t 2) When the period up to this time is referred to as the oxygen increase period Tinc, in this embodiment, the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED is calculated in the oxygen increase period Tinc. In FIG. 13, the absolute value (cumulative oxygen excess amount) of the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED in the oxygen increase period Tinc from time t 1 to time t 2 is indicated by R 1 .

この積算酸素過剰量R1は、時刻t2における酸素吸蔵量OSAに相当する。しかしながら、上述したように、酸素過不足量OEDの推定には上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupが用いられ、この出力空燃比AFupにはずれが生じている。このため、図13に示した例では、時刻t1〜時刻t2の積算酸素過剰量R1は、時刻t2における実際の酸素吸蔵量OSAに相当する値よりも少ないものとなっている。 This accumulated oxygen excess amount R 1 corresponds to the oxygen storage amount OSA at time t 2 . However, as described above, the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 is used for estimating the oxygen excess / deficiency amount OED, and there is a deviation in the output air-fuel ratio AFup. For this reason, in the example shown in FIG. 13, the cumulative oxygen excess R 1 from time t 1 to time t 2 is smaller than the value corresponding to the actual oxygen storage amount OSA at time t 2 .

また、本実施形態では、時刻t2から時刻t3までにおいても、積算酸素過不足量ΣOEDが算出される。ここで、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えた時(時刻t2)から下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達する時(時刻t3)までの期間を酸素減少期間Tdecと称すると、本実施形態では酸素減少期間Tdecに積算酸素過不足量ΣOEDが算出される。図13では、時刻t2〜時刻t3の酸素減少期間Tdecにおける積算酸素過不足量ΣOEDの絶対値(積算酸素不足量)をF1で示している。 In the present embodiment, the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED is also calculated from time t 2 to time t 3 . Here, a period from when the target air-fuel ratio is switched to the rich air-fuel ratio (time t 2 ) to when the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the rich determination air-fuel ratio AFrich (time t 3 ) is set. In the present embodiment, the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED is calculated during the oxygen reduction period Tdec when referred to as the oxygen reduction period Tdec. In FIG. 13, the absolute value (cumulative oxygen deficiency) of the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED in the oxygen reduction period Tdec from time t 2 to time t 3 is indicated by F 1 .

この積算酸素不足量F1は、時刻t2から時刻t3までに上流側排気浄化触媒20から放出された総酸素量に相当する。しかしながら、上述したように、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにはずれが生じている。このため、図13に示した例では、時刻t2〜時刻t3の積算酸素不足量F1は、時刻t2から時刻t3までに上流側排気浄化触媒20から実際に放出された総酸素量に相当する値よりも多いものとなっている。 This accumulated oxygen deficiency F 1 corresponds to the total amount of oxygen released from the upstream side exhaust purification catalyst 20 from time t 2 to time t 3 . However, as described above, there is a deviation in the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40. Therefore, in the example shown in FIG. 13, the integrated oxygen shortage F 1 at time t 2 ~ time t 3, the total oxygen that is actually released from the upstream exhaust purification catalyst 20 from time t 2 to time t 3 More than the value corresponding to the quantity.

ここで、酸素増大期間Tincでは上流側排気浄化触媒20に酸素が吸蔵されると共に、酸素減少期間Tdecでは吸蔵されていた酸素が全て放出される。したがって、積算酸素過剰量R1と、積算酸素不足量F1とは基本的に同一の値になるのが理想的である。ところが、上述したように、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにずれが生じている場合、このずれに応じてこれら積算値の値も変化する。上述したように、上流側空燃比センサ40の出力空燃比が低い側(リッチ側)にずれている場合、積算酸素過剰量R1に対して積算酸素不足量F1の方が多くなる。逆に、上流側空燃比センサ40の出力空燃比が高い側(リーン側)にずれている場合、積算酸素過剰量R1に対して積算酸素不足量F1の方が少なくなる。加えて、積算酸素過剰量R1と積算酸素不足量F1との差ΔΣOED(=R1−F1。以下、「過不足量誤差」という)は上流側空燃比センサ40の出力空燃比におけるずれの程度を表している。この過不足量誤差ΔΣOEDが大きくなるほど、上流側空燃比センサ40の出力空燃比におけるずれが大きいといえる。 Here, oxygen is stored in the upstream side exhaust purification catalyst 20 during the oxygen increase period Tinc, and all of the stored oxygen is released during the oxygen decrease period Tdec. Therefore, it is ideal that the cumulative oxygen excess amount R 1 and the cumulative oxygen shortage amount F 1 basically have the same value. However, as described above, when there is a deviation in the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40, the integrated value also changes in accordance with this deviation. As described above, when the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 is shifted to the low side (rich side), the cumulative oxygen deficiency F 1 is larger than the cumulative oxygen excess R 1 . Conversely, when the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 is shifted to the higher side (lean side), the cumulative oxygen deficiency F 1 becomes smaller than the cumulative oxygen excess R 1 . In addition, the difference ΔΣOED (= R 1 −F 1, hereinafter referred to as “excess / deficiency error”) between the accumulated oxygen excess amount R 1 and the accumulated oxygen deficiency amount F 1 is equal to the output air-fuel ratio of the upstream side air-fuel ratio sensor 40. It represents the degree of deviation. It can be said that the deviation in the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 becomes larger as the excess / deficiency error ΔΣOED increases.

そこで、本実施形態では、過不足量誤差ΔΣOEDに基づいて、制御中心空燃比AFRを補正するようにしている。特に、本実施形態では、積算酸素過剰量R1と積算酸素不足量F1との差ΔΣOEDが小さくなるように制御中心空燃比AFRを補正するようにしている。 Therefore, in the present embodiment, the control center air-fuel ratio AFR is corrected based on the excess / deficiency error ΔΣOED. In particular, in the present embodiment, the control center air-fuel ratio AFR is corrected so that the difference ΔΣOED between the cumulative oxygen excess amount R 1 and the cumulative oxygen shortage amount F 1 becomes small.

具体的には、本実施形態では、下記式(3)により学習値sfbgを算出すると共に、下記式(4)により制御中心空燃比AFRが補正される。
sfbg(n)=sfbg(n−1)+k1・ΔΣOED …(3)
AFR=AFRbase+sfbg(n) …(4)
なお、上記式(3)において、nは計算回数又は時間を表している。したがって、sfbg(n)は今回の計算又は現在の学習値である。加えて、上記式(3)におけるk1は、過不足量誤差ΔΣOEDを制御中心空燃比AFRに反映させる程度を表すゲインである。ゲインk1の値が大きいほど制御中心空燃比AFRの補正量が大きくなる。さらに、上記式(4)において、基本制御中心空燃比AFRbaseは、基本となる制御中心空燃比であり、本実施形態では理論空燃比である。
Specifically, in the present embodiment, the learning value sfbg is calculated by the following equation (3), and the control center air-fuel ratio AFR is corrected by the following equation (4).
sfbg (n) = sfbg (n−1) + k 1 · ΔΣOED (3)
AFR = AFRbase + sfbg (n) (4)
In the above formula (3), n represents the number of calculations or time. Therefore, sfbg (n) is the current calculation or the current learning value. In addition, k 1 in the above equation (3) is a gain representing the degree to which the excess / deficiency error ΔΣOED is reflected in the control center air-fuel ratio AFR. The correction amount of the control center air-fuel ratio AFR increases as the value of the gain k 1 increases. Further, in the above equation (4), the basic control center air-fuel ratio AFRbase is the basic control center air-fuel ratio, and in this embodiment, is the theoretical air-fuel ratio.

図13の時刻t3においては、上述したように、積算酸素過剰量R1及び積算酸素不足量F1に基づいて学習値sfbgが算出される。特に、図13に示した例では、積算酸素過剰量R1よりも積算酸素不足量F1の方が多いことから、時刻t3において学習値sfbgは減少せしめられる。 At time t 3 in FIG. 13, as described above, the learning value sfbg is calculated based on the cumulative oxygen excess amount R 1 and the cumulative oxygen shortage amount F 1 . In particular, in the example shown in FIG. 13, since the cumulative oxygen deficiency F 1 is larger than the cumulative oxygen excess R 1 , the learning value sfbg is decreased at time t 3 .

ここで、制御中心空燃比AFRは、上記式(4)を用いて学習値sfbgに基づいて補正される。図13に示した例では、学習値sfbgは負の値となっているため、制御中心空燃比AFRは、基本制御中心空燃比AFRbaseよりも小さな値、すなわちリッチ側の値となっている。これにより、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリッチ側に補正されることになる。   Here, the control center air-fuel ratio AFR is corrected based on the learning value sfbg using the above equation (4). In the example shown in FIG. 13, since the learning value sfbg is a negative value, the control center air-fuel ratio AFR is smaller than the basic control center air-fuel ratio AFRbase, that is, a rich value. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 is corrected to the rich side.

この結果、時刻t3以降、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの実際の空燃比の目標空燃比に対するずれは時刻t3以前と比べて小さなものとなる。したがって、時刻t3以降、実際の空燃比を表す破線と目標空燃比を表す一点鎖線との間の差は、時刻t3以前における差よりも小さくなっている。 As a result, after time t 3 , the deviation of the actual air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 from the target air-fuel ratio becomes smaller than before time t 3 . Therefore, after time t 3 , the difference between the broken line representing the actual air-fuel ratio and the one-dot chain line representing the target air-fuel ratio is smaller than the difference before time t 3 .

また、時刻t3以降も、時刻t1〜時刻t2における操作と同様な操作が行われる。したがって、時刻t4において積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDrefに到達すると、目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比へと切り替えられる。その後、時刻t5において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達すると、再度、目標空燃比がリーン設定空燃比に切り替えられる。 Further, after time t 3 , the same operation as the operation from time t 1 to time t 2 is performed. Therefore, when the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED reaches the switching reference value OEDref at time t 4 , the target air-fuel ratio is switched from the lean set air-fuel ratio to the rich set air-fuel ratio. Then, at time t 5, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches a rich determination air AFrich, again, the target air-fuel ratio is switched to a lean set air-fuel ratio.

時刻t3〜時刻t4は、上述したように酸素増大期間Tincに該当し、よってこの間の積算酸素過不足量ΣOEDの絶対値は図13の積算酸素過剰量R2で表せる。また、時刻t4〜時刻t5は、上述したように酸素減少期間Tdecに該当し、よってこの間の積算酸素過不足量ΣOEDの絶対値は図13の積算酸素不足量F2で表せる。そして、これら積算酸素過剰量R2と積算酸素不足量F2との差ΔΣOED(=R2−F2)に基づいて、上記式(3)を用いて学習値sfbgが更新される。本実施形態では、時刻t5以降も同様な制御が繰り返され、これにより学習値sfbgの更新が繰り返される。 Time t 3 to time t 4 correspond to the oxygen increase period Tinc as described above, and therefore the absolute value of the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED during this time can be expressed by the cumulative oxygen excess R 2 in FIG. Further, the time t 4 to the time t 5 correspond to the oxygen decrease period Tdec as described above, and therefore the absolute value of the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED during this time can be expressed by the cumulative oxygen deficiency F 2 in FIG. Based on the difference ΔΣOED (= R 2 −F 2 ) between the cumulative oxygen excess amount R 2 and the cumulative oxygen shortage amount F 2 , the learning value sfbg is updated using the above equation (3). In the present embodiment, similar control is repeated after time t 5 , whereby the learning value sfbg is repeatedly updated.

学習制御によりこのように学習値sfbgの更新を行うことにより、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupは徐々に目標空燃比から離れていくが、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの実際の空燃比は徐々に目標空燃比に近づいていく。これにより、上流側空燃比センサ40の出力空燃比におけるずれを補償することができる。   By updating the learning value sfbg in this way through the learning control, the output air-fuel ratio AFup of the upstream side air-fuel ratio sensor 40 gradually departs from the target air-fuel ratio, but the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 The actual air fuel ratio gradually approaches the target air fuel ratio. Thereby, the deviation in the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 can be compensated.

なお、上述したように、学習値sfbgの更新は、酸素増大期間Tincにおける積算酸素過不足量ΣOEDと、この酸素増大期間Tincの直後に続く酸素減少期間Tdecにおける積算酸素過不足量ΣOEDとに基づいて行われるのが好ましい。これは、上述したように、酸素増大期間Tincに上流側排気浄化触媒20に吸蔵される総酸素量とこの直後に続く酸素減少期間Tdecに上流側排気浄化触媒20から放出される総酸素量が等しくなるためである。   As described above, the update of the learned value sfbg is based on the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED in the oxygen increase period Tinc and the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED in the oxygen decrease period Tdec immediately after the oxygen increase period Tinc. Is preferably performed. As described above, this is because the total amount of oxygen stored in the upstream side exhaust purification catalyst 20 during the oxygen increase period Tinc and the total amount of oxygen released from the upstream side exhaust purification catalyst 20 during the oxygen decrease period Tdec that follows immediately after this increase. This is because they are equal.

加えて、上記実施形態では、1回の酸素増大期間Tincにおける積算酸素過不足量ΣOEDと、1回の酸素減少期間Tdecにおける積算酸素過不足量ΣOEDとに基づいて学習値sfbgの更新が行われている。しかしながら、複数回の酸素増大期間Tincにおける積算酸素過不足量ΣOEDの合計値又は平均値と、複数回の酸素減少期間Tdecにおける積算酸素過不足量ΣOEDの合計値又は平均値とに基づいて学習値sfbgの更新を行ってもよい。   In addition, in the above embodiment, the learning value sfbg is updated based on the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED in one oxygen increase period Tinc and the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED in one oxygen decrease period Tdec. ing. However, the learning value is based on the total value or average value of the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED in the plurality of oxygen increase periods Tinc and the total value or average value of the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED in the plurality of oxygen decrease periods Tdec. You may update sfbg.

また、上記実施形態では、学習値sfbgに基づいて、制御中心空燃比を補正することとしている。しかしながら、学習値sfbgに基づいて補正するのは、空燃比に関する他のパラメータであってもよい。他のパラメータとしては、例えば、燃焼室5内への燃料供給量や、上流側空燃比センサ40の出力空燃比、空燃比補正量等が挙げられる。   In the above embodiment, the control center air-fuel ratio is corrected based on the learned value sfbg. However, other parameters relating to the air-fuel ratio may be corrected based on the learned value sfbg. Examples of other parameters include the amount of fuel supplied into the combustion chamber 5, the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40, the air-fuel ratio correction amount, and the like.

なお、本実施形態においても、空燃比制御として上述した別の制御を行うことができる。具体的には、別の制御としては、例えば、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン判定空燃比以上になったときに目標空燃比をリッチ空燃比に切り替え、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比をリーン空燃比に切り替える制御が考えられる。   In the present embodiment, the above-described another control can be performed as the air-fuel ratio control. Specifically, as another control, for example, when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or higher than the lean determination air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is switched to the rich air-fuel ratio, and the downstream air-fuel ratio sensor 41 is switched. It is conceivable to control the target air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio when the output air-fuel ratio becomes equal to or less than the rich determination air-fuel ratio.

この場合、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてから下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になるまでの酸素減少期間における積算酸素過不足量の絶対値として積算酸素不足量が算出される。加えて、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えてから下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン判定空燃比以上になるまでの酸素増大期間における積算酸素過不足量の絶対値として積算酸素過剰量が算出される。そして、これら積算酸素過剰量と積算酸素不足量との差が小さくなるように制御中心空燃比等が補正されることになる。   In this case, the cumulative oxygen shortage is an absolute value of the cumulative oxygen excess / deficiency in the oxygen reduction period from when the target air-fuel ratio is switched to the rich air-fuel ratio until the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or less than the rich determination air-fuel ratio. A quantity is calculated. In addition, the cumulative oxygen excess / absolute amount is obtained as an absolute value of the cumulative oxygen excess / deficiency during the oxygen increase period from when the target air / fuel ratio is switched to the lean air / fuel ratio until the output air / fuel ratio of the downstream air / fuel ratio sensor 41 becomes equal to or higher than the lean determination air / fuel ratio. A quantity is calculated. Then, the control center air-fuel ratio and the like are corrected so that the difference between the accumulated oxygen excess amount and the accumulated oxygen deficiency amount becomes small.

したがって、以上をまとめると、本実施形態では、学習制御において、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えてから再びリッチ空燃比に切り替えるまでの酸素増大期間における積算酸素過剰量と、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてから再びリーン空燃比に切り替えるまでの酸素減少期間における積算酸素不足量とに基づいて、これら積算酸素過剰量と積算酸素不足量との差が小さくなるように空燃比に関するパラメータが補正されるといえる。   Therefore, to summarize the above, in the present embodiment, in the learning control, the cumulative oxygen excess amount during the oxygen increase period from when the target air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio and again to the rich air-fuel ratio, and the target air-fuel ratio are rich. Based on the cumulative oxygen deficiency during the oxygen reduction period from when the air-fuel ratio is switched to when the air-fuel ratio is switched back to the lean air-fuel ratio, the air-fuel ratio parameter is set so that the difference between the cumulative oxygen excess and the cumulative oxygen shortage is reduced. It can be said that it is corrected.

<素子割れ発生時の挙動>
上述したように、下流側空燃比センサ41に素子割れが発生すると、基本的には、下流側空燃比センサ41周りの排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン空燃比となる。しかしながら、このような現象は、下流側空燃比センサ41周りを流通する排気ガスの流量に応じて発生しない場合がある。
<Behavior when element cracks occur>
As described above, when an element crack occurs in the downstream air-fuel ratio sensor 41, basically, when the air-fuel ratio of the exhaust gas around the downstream air-fuel ratio sensor 41 is a rich air-fuel ratio, the downstream air-fuel ratio sensor 41. The output air-fuel ratio AFdwn becomes the lean air-fuel ratio. However, such a phenomenon may not occur depending on the flow rate of the exhaust gas flowing around the downstream air-fuel ratio sensor 41.

図14は、下流側空燃比センサ41周りを流通する排気ガスの流量と、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnとの関係を示した図である。図14は、下流側空燃比センサ41周りを流通する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチなリッチ空燃比となっている場合を示している。また、図中の丸印は素子割れの生じていない正常なセンサを用いた場合を、図中の三角印は素子割れが生じているセンサを用いた場合をそれぞれ示している。   FIG. 14 is a graph showing the relationship between the flow rate of the exhaust gas flowing around the downstream air-fuel ratio sensor 41 and the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41. FIG. 14 shows a case where the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing around the downstream air-fuel ratio sensor 41 is a rich air-fuel ratio that is slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio. In addition, the circles in the figure indicate the case where a normal sensor with no element cracking is used, and the triangles in the figure indicate the case where a sensor with an element cracking is used.

図14からわかるように、下流側空燃比センサ41周りを流通する排気ガスの流量が多いときには、下流側空燃比センサ41に素子割れが生じていなければ、その出力空燃比AFdwnは排気ガスの実際の空燃比に一致する。したがって、図14に示した例では、出力空燃比AFdwnは理論空燃比よりも僅かにリッチな空燃比になっている。一方、このとき、下流側空燃比センサ41に素子割れが生じていると、上述したように出力空燃比AFdwnはリーン空燃比となる。これに対して、下流側空燃比センサ41周りを流通する排気ガスの流量が少ないときには、下流側空燃比センサ41の素子割れの有無にかかわらず、出力空燃比AFdwnは排気ガスの実際の空燃比に一致し、理論空燃比よりも僅かにリッチな空燃比になっている。   As can be seen from FIG. 14, when the flow rate of the exhaust gas flowing around the downstream air-fuel ratio sensor 41 is large, the output air-fuel ratio AFdwn is the actual exhaust gas if no element cracking occurs in the downstream air-fuel ratio sensor 41. It corresponds to the air-fuel ratio. Accordingly, in the example shown in FIG. 14, the output air-fuel ratio AFdwn is an air-fuel ratio slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, if an element crack occurs in the downstream air-fuel ratio sensor 41 at this time, the output air-fuel ratio AFdwn becomes a lean air-fuel ratio as described above. On the other hand, when the flow rate of the exhaust gas flowing around the downstream air-fuel ratio sensor 41 is small, the output air-fuel ratio AFdwn is equal to the actual air-fuel ratio of the exhaust gas regardless of whether the downstream air-fuel ratio sensor 41 is cracked or not. The air-fuel ratio is slightly richer than the stoichiometric air-fuel ratio.

このように、下流側空燃比センサ41に上述した素子割れが生じている場合であっても、排気ガスの流量が少ないときには上述したような現象が生じないのは、以下の理由であると考えられる。すなわち、下流側空燃比センサ41周りを流通する排気ガスの流量が少ないと、割れが生じている部分を介して基準ガス室55内に侵入してくる排気ガスの流量が少なくなる。このため、割れを介して排気ガスが基準ガス室55内に侵入しても、大気側電極53周りにおける酸素濃度はほとんど変化しない。この結果、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnも変化せず、正しい空燃比を出力することになる。   Thus, even when the above-described element crack occurs in the downstream air-fuel ratio sensor 41, the above-described phenomenon does not occur when the flow rate of the exhaust gas is small. It is done. That is, if the flow rate of the exhaust gas flowing around the downstream air-fuel ratio sensor 41 is small, the flow rate of the exhaust gas entering the reference gas chamber 55 through the cracked portion is reduced. For this reason, even if the exhaust gas enters the reference gas chamber 55 through the crack, the oxygen concentration around the atmosphere-side electrode 53 hardly changes. As a result, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 does not change, and the correct air-fuel ratio is output.

<素子割れによる誤学習>
下流側空燃比センサ41に素子割れが発生したときにその出力空燃比が上述したような挙動を示すため、上述したような学習制御を行っていると、誤って学習値を更新してしまうことがある。このような誤った学習値の更新について図15を参照して説明する。
<Incorrect learning due to element cracking>
When an element crack occurs in the downstream side air-fuel ratio sensor 41, the output air-fuel ratio exhibits the behavior as described above. Therefore, when the learning control as described above is performed, the learning value is erroneously updated. There is. Such an erroneous learning value update will be described with reference to FIG.

図15は、下流側空燃比センサ41に素子割れが発生しているときの、吸入空気量Mc、制御中心空燃比AFR、空燃比補正量AFC、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSA、積算酸素過不足量ΣOED、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn及び学習値sfbgのタイムチャートである。図15に示した例では、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupに誤差は生じていない。   FIG. 15 shows the intake air amount Mc, the control center air-fuel ratio AFR, the air-fuel ratio correction amount AFC, and the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 when element cracking occurs in the downstream air-fuel ratio sensor 41. 4 is a time chart of an integrated oxygen excess / deficiency ΣOED, an output air-fuel ratio AFdwn of a downstream air-fuel ratio sensor 41, and a learned value sfbg. In the example shown in FIG. 15, no error has occurred in the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40.

図15に示した例では、時刻t1以前の状態では、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに設定されている。このため、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは徐々に減少していき、時刻t1近傍で上流側排気浄化触媒20から未燃ガス等が流出し始める。このとき、内燃機関の燃焼室5への吸入空気量Mcは比較的少なく、よって下流側空燃比センサ41周りを流通する排気ガスの流量も比較的少ない。このため、下流側空燃比センサ41周りを流通する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になると、これに伴って下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnもリッチ空燃比になる。この結果、図示した例では、時刻t1において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ設定空燃比AFrich以下になる。このため、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichからリーン設定補正量AFCleanに切り替えられる。 In the example shown in FIG. 15, the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the rich set correction amount AFCrich before the time t 1 . For this reason, the oxygen storage amount OSA of the upstream side exhaust purification catalyst 20 gradually decreases, and unburned gas or the like starts to flow out of the upstream side exhaust purification catalyst 20 in the vicinity of time t 1 . At this time, the amount of intake air Mc into the combustion chamber 5 of the internal combustion engine is relatively small, and therefore the flow rate of the exhaust gas flowing around the downstream air-fuel ratio sensor 41 is also relatively small. For this reason, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing around the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes a rich air-fuel ratio, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 also becomes a rich air-fuel ratio. As a result, in the illustrated example, at time t 1, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or less than the rich set air-fuel ratio AFrich. For this reason, the air-fuel ratio correction amount AFC is switched from the rich setting correction amount AFCrich to the lean setting correction amount AFClean.

時刻t1において空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanに切り替えられると、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAが徐々に増加する。また、これに伴って積算酸素過不足量ΣOEDも徐々に増大し、時刻t2において切替基準値OEDrefに到達する。このため、時刻t2において空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanからリッチ設定補正量AFCrichに切り替えられる。 Air-fuel ratio correction quantity AFC is the switched to the lean set correction amount AFClean, the oxygen storage amount OSA of the upstream exhaust purification catalyst 20 gradually increases at time t 1. Further, this integrated oxygen deficiency amount ΣOED gradually increased with, arrives at the switching reference value OEDref at time t 2. Therefore, air-fuel ratio correction quantity AFC at time t 2 is switched from the lean setting the correction amount AFClean rich set correction amount AFCrich.

空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに切り替えられると、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAが徐々に減少し、時刻t3近傍で上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAがほぼゼロに到達する。このため、時刻t3近傍で上流側排気浄化触媒20から未燃ガス等が流出し始める。 When the air-fuel ratio correction amount AFC is switched to the rich set correction amount AFCrich, reduced oxygen storage amount OSA of the upstream exhaust purification catalyst 20 gradually, at time t 3 near the oxygen storage amount OSA of the upstream exhaust purification catalyst 20 It reaches almost zero. For this reason, unburned gas or the like starts to flow out from the upstream side exhaust purification catalyst 20 in the vicinity of time t 3 .

このとき、図15に示した例では、内燃機関の燃焼室5への吸入空気量Mcが比較的多くなっており、よって下流側空燃比センサ41周りを流通する排気ガスの流量も比較的多い。このため、下流側空燃比センサ41周りを流通する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になると、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnはリーン空燃比となる。したがって、時刻t3において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnはリーン判定空燃比AFlean以上となり、下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生していると判定する。 At this time, in the example shown in FIG. 15, the intake air amount Mc into the combustion chamber 5 of the internal combustion engine is relatively large, and therefore the flow rate of the exhaust gas flowing around the downstream air-fuel ratio sensor 41 is also relatively large. . For this reason, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing around the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes a rich air-fuel ratio, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes a lean air-fuel ratio. Therefore, at time t 3 , the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or greater than the lean determination air-fuel ratio AFlean, and it is determined that an element crack abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41.

しかしながら、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnはリッチ判定空燃比AFrich以下になっているわけではないため、空燃比補正量AFCはリッチ設定補正量に維持され続ける。このため、上流側排気浄化触媒20からは未燃ガス等が流出し、また、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnはリーン判定空燃比AFleanよりも大きな空燃比に維持される。   However, since the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is not less than or equal to the rich determination air-fuel ratio AFrich, the air-fuel ratio correction amount AFC is maintained at the rich set correction amount. For this reason, unburned gas or the like flows out from the upstream side exhaust purification catalyst 20, and the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 is maintained at a larger air-fuel ratio than the lean determination air-fuel ratio AFlean.

その後、図15に示した例では、時刻t4において吸入空気量Mcが減少し、下流側空燃比センサ41周りを流通する排気ガスの流量が比較的少なくなる。このため、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnは排気ガスの実際の空燃比に相当する正しい空燃比に向かって変化する。この結果、時刻t5において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrich以下となる。このため、空燃比補正量AFCがリッチ設定空燃比AFCrichからリーン設定空燃比AFCleanへと切り替えられる。 Thereafter, in the example shown in FIG. 15, the intake air amount Mc decreases at time t 4 , and the flow rate of the exhaust gas flowing around the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes relatively small. For this reason, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 changes toward the correct air-fuel ratio corresponding to the actual air-fuel ratio of the exhaust gas. As a result, at time t 5 , the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or less than the rich determination air-fuel ratio AFrich. For this reason, the air-fuel ratio correction amount AFC is switched from the rich set air-fuel ratio AFCrich to the lean set air-fuel ratio AFClean.

ここで、上述したように、学習値sfbgを算出する際に用いられる酸素減少期間は、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えた時から下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達する時(または、目標空燃比をリーン空燃比に切り替える時)までの期間とされる。このため、酸素減少期間をこのように算出すると、酸素減少期間が極めて長くなってしまう。この結果、時刻t2〜時刻t5の積算酸素不足量F1は、時刻t1〜時刻t2の積算酸素過剰量R1よりも多くなり、図15に示したように学習値sfbgが大きく減少せしめられることになる。この結果、上流側空燃比センサ40の出力空燃比には誤差が生じていないにもかかわらず、学習値sfbgが変更され、誤った学習値の更新が行われてしまう。この結果、図15に示したように、制御中心空燃比AFRが誤って変更されてしまう。 Here, as described above, during the oxygen reduction period used when calculating the learning value sfbg, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 is rich-determined after the target air-fuel ratio is switched to the rich air-fuel ratio. A period until the fuel ratio AFrich is reached (or when the target air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio) is set. For this reason, when the oxygen reduction period is calculated in this way, the oxygen reduction period becomes extremely long. As a result, the cumulative oxygen deficiency F 1 from time t 2 to time t 5 becomes larger than the cumulative oxygen excess R 1 from time t 1 to time t 2 , and the learned value sfbg is large as shown in FIG. It will be reduced. As a result, the learning value sfbg is changed and an erroneous learning value is updated even though there is no error in the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40. As a result, as shown in FIG. 15, the control center air-fuel ratio AFR is erroneously changed.

<素子割れ異常時の学習値更新>
そこで、本実施形態では、目標空燃比がリッチ空燃比に設定されているときに下流側空燃比センサ41に異常が生じていると判定された場合には、その後に下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrich以下になって目標空燃比がリーン空燃比に切り替えられても、このときの積算酸素不足量に基づく学習値sfbgの補正を中止するようにしている。
<Learning value update when element crack is abnormal>
Therefore, in this embodiment, when it is determined that an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41 when the target air-fuel ratio is set to a rich air-fuel ratio, the downstream air-fuel ratio sensor 41 thereafter Even when the output air-fuel ratio AFdwn becomes equal to or less than the rich determination air-fuel ratio AFrich and the target air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio, the correction of the learned value sfbg based on the accumulated oxygen shortage at this time is stopped.

加えて、本実施形態では、目標空燃比がリッチ空燃比に設定されているときに下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFleanよりもリッチな空燃比からリーン判定空燃比AFleanよりもリーンな空燃比に変化したことにより下流側空燃比センサ41に異常が生じていると判定された場合には、目標空燃比を前回リッチ空燃比に切り替えてから下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFleanよりもリッチな空燃比からリーンな空燃比に変化したときまでの期間における積算酸素過不足量ΣOEDの絶対値を積算酸素不足量Fとして算出し、このように算出された積算酸素不足量Fと積算酸素過剰量Rとの差が小さくなるように学習値sfbgを補正するようにしている。以下、図16を参照して、本実施形態における学習値の更新方法について説明する。   In addition, in the present embodiment, when the target air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is from the air-fuel ratio richer than the lean-determined air-fuel ratio AFlean to the lean-determined air-fuel ratio. If it is determined that an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41 due to the air-fuel ratio being leaner than AFlean, the downstream air-fuel ratio sensor 41 has been switched to the rich air-fuel ratio from the previous time after switching the target air-fuel ratio. The absolute value of the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED during the period until the output air-fuel ratio AFdwn of the engine changes from the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio is calculated as the cumulative oxygen shortage F. The learned value sfbg is corrected so that the difference between the calculated cumulative oxygen deficiency F and the cumulative oxygen excess R is reduced.Hereinafter, with reference to FIG. 16, a learning value update method according to the present embodiment will be described.

図16は、空燃比補正量AFC等を示す図15と同様なタイムチャートである。図16は、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupに僅かな誤差が生じている場合を示している。図16に示した例においても、時刻t3までは図15に示した例と同様に各パラメータが推移する。 FIG. 16 is a time chart similar to FIG. 15 showing the air-fuel ratio correction amount AFC and the like. FIG. 16 shows a case where a slight error has occurred in the output air-fuel ratio AFup of the upstream side air-fuel ratio sensor 40. Also in the example shown in FIG. 16, each parameter changes until time t 3 as in the example shown in FIG.

また、図16に示した例においても、時刻t3において下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFleanに到達し、下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生していると判定される。このとき、図16からわかるように酸素吸蔵量OSAがほぼゼロになっており、よって実際には上流側排気浄化触媒20からはリッチ空燃比の排気ガスが流出している。したがって、時刻t2から時刻t3における積算酸素過不足量ΣOEDは、時刻t2から時刻t3の間に上流側排気浄化触媒20から放出された酸素量を表しており、時刻t2における上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量に相当する。すなわち、時刻t2から時刻t3は図13における酸素減少期間Tdecに相当すると共に、時刻t2から時刻t3までの積算酸素過不足量ΣOEDは、図13に示した積算酸素不足量Fに相当する。 Also in the example shown in FIG. 16, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the lean determination air-fuel ratio AFlean at time t 3 , and an element crack abnormality occurs in the downstream air-fuel ratio sensor 41. It is determined that At this time, as can be seen from FIG. 16, the oxygen storage amount OSA is substantially zero, so that in reality, exhaust gas having a rich air-fuel ratio flows out from the upstream side exhaust purification catalyst 20. Thus, the integrated oxygen deficiency amount ΣOED at time t 3 from time t 2 represents the amount of oxygen released from the upstream exhaust purification catalyst 20 between times t 3 from time t 2, the upstream at time t 2 This corresponds to the oxygen storage amount of the side exhaust purification catalyst 20. In other words, time t 3 from the time t 2, together equivalent to the oxygen reduction period Tdec in Fig. 13, the integrated oxygen deficiency amount ΣOED from time t 2 to time t 3 is the cumulative oxygen shortage F shown in FIG. 13 Equivalent to.

このため、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにずれが生じていなければ、時刻t1から時刻t2までの酸素増大期間Tincにおける積算酸素過剰量R1と時刻t2から時刻t3までの酸素減少期間Tdecにおける積算酸素不足量F1とは同一の値となる。しかしながら、上流側空燃比センサ40にずれが生じている場合には、これら積算酸素過剰量R1と積算酸素不足量F1とが異なる値となる。 Therefore, unless the deviation in the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 is occurring, the integrated in the oxygen increases the period Tinc from time t 1 to time t 2 oxygen excess R 1 and time t 2 time t 3 from The accumulated oxygen deficiency F 1 in the oxygen decrease period Tdec until is the same value. However, if the shift to the upstream side air-fuel ratio sensor 40 has occurred, the these integrated excess oxygen and R 1 and cumulative oxygen shortage F 1 and different values.

そこで、本実施形態では、時刻t1から時刻t2までの酸素増大期間Tincにおける積算酸素過剰量R1と、時刻t2から下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFlean以上になった時刻t3までの酸素減少期間Tdecにおける積算酸素不足量F1との差である過不足量誤差ΔΣOED(=R1−F1)に基づいて、上記式(3)により学習値sfbgを算出するようにしている。また、算出された学習値sfbgに基づいて上記式(4)により制御中心空燃比AFRを補正するようにしている。 Therefore, in the present embodiment, the cumulative oxygen excess amount R 1 in the oxygen increase period Tinc from time t 1 to time t 2 and the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 from time t 2 are the lean determination air-fuel ratio AFlean. Based on the excess / deficiency error ΔΣOED (= R 1 −F 1 ), which is the difference from the accumulated oxygen deficiency F 1 in the oxygen decrease period Tdec until time t 3 , the learning value is obtained by the above equation (3). sfbg is calculated. Further, the control center air-fuel ratio AFR is corrected by the above equation (4) based on the calculated learned value sfbg.

この結果、図16に示した例では、積算酸素過剰量R1よりも積算酸素不足量F1の方が多いため、時刻t3において学習値sfbgが減少せしめられる。また、この結果、制御中心空燃比AFRが減少せしめられる。これにより、本実施形態によれば、下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生しているときであっても、適切に学習値sfbgの更新を行うことができ、よって上流側空燃比センサ40の出力空燃比におけるずれを適切に補償することができる。 As a result, in the example shown in FIG. 16, since the accumulated oxygen deficiency F 1 is larger than the accumulated oxygen excess R 1 , the learning value sfbg is decreased at time t 3 . As a result, the control center air-fuel ratio AFR is reduced. As a result, according to the present embodiment, the learning value sfbg can be appropriately updated even when an element cracking abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41, and thus the upstream air-fuel ratio can be updated. A deviation in the output air-fuel ratio of the sensor 40 can be appropriately compensated.

また、図16に示した例では、図15に示した例と同様に、時刻t4において吸入空気量Mcが減少し、下流側空燃比センサ41周りを流通する排気ガスの流量が比較的少なくなる。このため、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnは、時刻t4以降、リッチ空燃比に向かって変化し、時刻t5において、リッチ判定空燃比AFrich以下となる。このため、空燃比補正量AFCがリッチ設定空燃比AFCrichからリーン設定空燃比AFCleanへと切り替えられる。 In the example shown in FIG. 16, as in the example shown in FIG. 15, the intake air amount Mc decreases at time t 4 and the flow rate of the exhaust gas flowing around the downstream air-fuel ratio sensor 41 is relatively small. Become. For this reason, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream side air-fuel ratio sensor 41 changes toward the rich air-fuel ratio after time t 4 and becomes equal to or less than the rich determination air-fuel ratio AFrich at time t 5 . For this reason, the air-fuel ratio correction amount AFC is switched from the rich set air-fuel ratio AFCrich to the lean set air-fuel ratio AFClean.

このとき、本実施形態では、時刻t5において、学習値sfbgの更新が中止せしめられ、よって制御中心空燃比AFRの補正が中止せしめられる。図15を参照して説明したように、時刻t2から時刻t5における積算酸素不足量に基づいて学習値sfbgの更新を行うと学習値sfbgが誤って更新されてしまう。本実施形態では、時刻t5において、時刻t2から時刻t5における積算酸素不足量に基づく学習値sfbgの更新が行われないため、学習値sfbgを誤って更新することが防止せしめられる。 In this case, in the present embodiment, at time t 5, it is made to stop the updating of the learning value SFBG, thus correcting the control center air-fuel ratio AFR is made to stop. As described with reference to FIG. 15, when the learning value sfbg is updated based on the accumulated oxygen deficiency from time t 2 to time t 5 , the learning value sfbg is erroneously updated. In the present embodiment, at time t 5 , the learning value sfbg is not updated based on the accumulated oxygen deficiency from time t 2 to time t 5, so that the learning value sfbg can be prevented from being erroneously updated.

なお、上記実施形態では、時刻t3において学習値sfbgの更新を行っているが、このときの学習値sfbgの更新は必ずしも行わなくてもよい。すなわち、下流側空燃比センサ41に素子割れが発生したこと以外の理由によって、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに設定されているときに、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFlean以上になる場合がある。このような場合としては、例えば、機関負荷が急激に変化して上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が急激に変化した場合等が考えられる。時刻t3において学習値sfbgを更新しないことにより、このような場合に学習値を誤って更新することが抑制される。 In the above embodiment, the learning value sfbg is updated at the time t 3 , but the learning value sfbg at this time may not necessarily be updated. That is, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 when the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the rich set correction amount AFCrich for reasons other than the occurrence of element cracks in the downstream air-fuel ratio sensor 41. May be greater than or equal to the lean determination air-fuel ratio AFlean. As such a case, for example, a case where the engine load suddenly changes and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream side exhaust purification catalyst 20 suddenly changes can be considered. By not updating the learning value sfbg at time t 3 , it is possible to suppress the learning value from being updated erroneously in such a case.

<第二実施形態における制御の説明>
次に、図17及び図18を参照して、本実施形態における制御装置について具体的に説明する。本実施形態における制御装置は、図17に示したように、A1〜A10の各機能ブロックを含んで構成されている。このうち、機能ブロックA1〜A8は、第一実施形態における機能ブロックA1〜A8と同様であるので、基本的に説明を省略する。
<Description of Control in Second Embodiment>
Next, with reference to FIGS. 17 and 18, the control device in the present embodiment will be described in detail. As shown in FIG. 17, the control device in the present embodiment is configured to include functional blocks A1 to A10. Among these, the functional blocks A1 to A8 are the same as the functional blocks A1 to A8 in the first embodiment, and thus description thereof is basically omitted.

学習値算出手段A9では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn、酸素過不足量算出手段A4によって算出された積算酸素過不足量ΣOED等に基づいて学習値sfbgが算出される。具体的には、図18に示した学習制御のフローチャートに基づいて学習値sfbgが算出される。このようにして算出された学習値sfbgは、ECU31のRAM33のうち、内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーがオフにされても消去されない記憶媒体に保存される。   In the learning value calculation means A9, the learning value sfbg is calculated based on the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41, the integrated oxygen excess / deficiency amount ΣOED calculated by the oxygen excess / deficiency calculation means A4, and the like. Specifically, the learning value sfbg is calculated based on the learning control flowchart shown in FIG. The learning value sfbg calculated in this manner is stored in a storage medium in the RAM 33 of the ECU 31 that is not erased even if the ignition key of the vehicle equipped with the internal combustion engine is turned off.

制御中心空燃比算出手段A10では、基本制御中心空燃比AFRbase(例えば、理論空燃比)と、学習値算出手段A9によって算出された学習値sfbgとに基づいて制御中心空燃比AFRが算出される。具体的には、上述した式(4)に示したように、基本制御中心空燃比AFRbaseに学習値sfbgを加算することによって制御中心空燃比AFRが算出される。   In the control center air-fuel ratio calculating means A10, the control center air-fuel ratio AFR is calculated based on the basic control center air-fuel ratio AFRbase (for example, the theoretical air-fuel ratio) and the learned value sfbg calculated by the learned value calculating means A9. Specifically, the control center air-fuel ratio AFR is calculated by adding the learning value sfbg to the basic control center air-fuel ratio AFRbase, as shown in the above-described equation (4).

目標空燃比設定手段A6は、制御中心空燃比算出手段A10によって算出された制御中心空燃比AFRに、空燃比補正量算出手段A5で算出された空燃比補正量AFCを加算することで、目標空燃比AFTを算出する。   The target air-fuel ratio setting means A6 adds the air-fuel ratio correction amount AFC calculated by the air-fuel ratio correction amount calculation means A5 to the control center air-fuel ratio AFR calculated by the control center air-fuel ratio calculation means A10, so that the target air-fuel ratio setting means A6 is added. The fuel ratio AFT is calculated.

<学習制御のフローチャート>
図18は、学習制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
<Learning control flowchart>
FIG. 18 is a flowchart illustrating a control routine for learning control. The illustrated control routine is performed by interruption at regular time intervals.

図18に示したように、まず、ステップS61において、学習値sfbgの更新条件が成立しているか否かが判定される。更新条件が成立している場合とは、例えば、通常制御中であること等が挙げられる。ステップS61において、学習値sfbgの更新条件が成立していると判定された場合には、ステップS62へと進む。ステップS62では、リーン設定フラグFlがONに設定されているか否かが判定される。リーン設定フラグFlは、図9に示した空燃比補正量設定制御の制御ルーチンにおいて設定されるフラグである。ステップS62において、リーン設定フラグFlがONに設定されていると判定された場合、すなわち空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanに設定されている場合には、ステップS63へと進む。   As shown in FIG. 18, first, in step S61, it is determined whether or not an update condition for the learning value sfbg is satisfied. The case where the update condition is satisfied includes, for example, that normal control is being performed. If it is determined in step S61 that the update condition for the learning value sfbg is satisfied, the process proceeds to step S62. In step S62, it is determined whether the lean setting flag Fl is set to ON. The lean setting flag Fl is a flag set in the control routine of the air-fuel ratio correction amount setting control shown in FIG. If it is determined in step S62 that the lean setting flag Fl is set to ON, that is, if the air-fuel ratio correction amount AFC is set to the lean setting correction amount AFClean, the process proceeds to step S63.

ステップS63では、空燃比補正量AFCの切替タイミングであったか否かが判定される。具体的には、本制御ルーチンが前回終了してから今回開始されるまでの間に空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichからリーン設定補正量AFCleanに切り替えられたか否かが判定される。ステップS63において、空燃比補正量AFCの切替タイミングでなかったと判定された場合には、ステップS64へと進む。ステップS64では、積算酸素過不足量ΣOEDに現在の酸素過不足量OEDが加算される。   In step S63, it is determined whether it is the switching timing of the air-fuel ratio correction amount AFC. Specifically, it is determined whether or not the air-fuel ratio correction amount AFC has been switched from the rich set correction amount AFCrich to the lean set correction amount AFClean between the end of the present control routine and the start of this control routine. If it is determined in step S63 that it is not the timing for switching the air-fuel ratio correction amount AFC, the process proceeds to step S64. In step S64, the current oxygen excess / deficiency amount OED is added to the integrated oxygen excess / deficiency amount ΣOED.

その後、目標空燃比がリッチ空燃比へと切り替えられると、次の制御ルーチンではステップS62においてリーン設定フラグFlがOFFに設定されていると判定され、ステップS65へと進む。ステップS65では、空燃比補正量AFCの切替タイミングであったか否かが判定される。具体的には、本制御ルーチンが前回終了してから今回開始されるまでの間に空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanからリッチ設定補正量AFCrichに切り替えられたか否かが判定される。ステップS65において、空燃比補正量AFCの切替タイミングであったと判定された場合には、ステップS66へと進む。ステップS66では積算酸素過剰量Rnが現在の積算酸素過不足量ΣOEDの絶対値とされる。次いで、ステップS67では、積算酸素過不足量ΣOEDが0にリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。   Thereafter, when the target air-fuel ratio is switched to the rich air-fuel ratio, in the next control routine, it is determined in step S62 that the lean setting flag Fl is set to OFF, and the process proceeds to step S65. In step S65, it is determined whether it is the switching timing of the air-fuel ratio correction amount AFC. Specifically, it is determined whether or not the air-fuel ratio correction amount AFC has been switched from the lean set correction amount AFClean to the rich set correction amount AFCrich between the end of the present control routine and the start of this control routine. If it is determined in step S65 that it is the switching timing of the air-fuel ratio correction amount AFC, the process proceeds to step S66. In step S66, the cumulative oxygen excess amount Rn is made the absolute value of the current cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED. Next, in step S67, the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED is reset to 0, and the control routine is ended.

次の制御ルーチンでは、通常、ステップS62においてリーン設定フラグFlがOFFに設定されていると判定され、ステップS65において空燃比補正量AFCの切替タイミングでなかったと判定される。この場合、本制御ルーチンはステップS68へと進む。ステップS68では、積算酸素過不足量ΣOEDに現在の酸素過不足量OEDが加算される。   In the next control routine, it is usually determined that the lean setting flag Fl is set to OFF in step S62, and it is determined in step S65 that it is not the switching timing of the air-fuel ratio correction amount AFC. In this case, the present control routine proceeds to step S68. In step S68, the current oxygen excess / deficiency amount OED is added to the integrated oxygen excess / deficiency amount ΣOED.

その後、目標空燃比がリーン空燃比へと切り替えられると、次の制御ルーチンではステップS62においてリーン設定フラグFlがONに設定されていると判定され、ステップS63において空燃比補正量AFCの切替タイミングであったと判定される。この場合、本制御ルーチンはステップS69へと進む。ステップS69では、目標空燃比がリッチ空燃比に設定されていた間に下流側空燃比センサ41に異常判定がなされているか否かが判定される。ステップS69において、下流側空燃比センサ41に異常判定がなされていないと判定された場合には、ステップS70へと進む。   Thereafter, when the target air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio, in the next control routine, it is determined in step S62 that the lean setting flag Fl is set to ON, and in step S63, at the switching timing of the air-fuel ratio correction amount AFC. It is determined that there was. In this case, the present control routine proceeds to step S69. In step S69, it is determined whether an abnormality determination has been made on the downstream air-fuel ratio sensor 41 while the target air-fuel ratio has been set to the rich air-fuel ratio. If it is determined in step S69 that the downstream air-fuel ratio sensor 41 has not been determined to be abnormal, the process proceeds to step S70.

ステップS70では、積算酸素不足量Fnが現在の積算酸素過不足量ΣOEDの絶対値とされる。次いで、ステップS71では、積算酸素過不足量ΣOEDが0にリセットされる。次いで、ステップS72では、ステップS66で算出された積算酸素過剰量RnとステップS70で算出された積算酸素不足量Fnとに基づいて学習値sfbgが更新され、制御ルーチンが終了せしめられる。このようにして更新された学習値sfbgは、上記式(4)にて制御中心空燃比AFRを補正するのに用いられる。   In step S70, the cumulative oxygen deficiency Fn is set to the absolute value of the current cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED. Next, in step S71, the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED is reset to zero. Next, at step S72, the learning value sfbg is updated based on the cumulative oxygen excess amount Rn calculated at step S66 and the cumulative oxygen shortage amount Fn calculated at step S70, and the control routine is terminated. The learning value sfbg updated in this way is used to correct the control center air-fuel ratio AFR by the above equation (4).

一方、ステップS69において、下流側空燃比センサ41に異常判定がなされていると判定された場合には、ステップS73へと進む。ステップS73では、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに切り替えられてから下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFlean以上になるまでの期間に積算された積算酸素過不足量ΣOEDが積算酸素不足量Fnとして算出される。次いで、ステップS71では、積算酸素過不足量ΣOEDが0にリセットされる。次いで、ステップS72では、ステップS66で算出された積算酸素過剰量RnとステップS73で算出された積算酸素不足量Fnとに基づいて学習値sfbgが更新され、制御ルーチンが終了せしめられる。このようにして更新された学習値sfbgは、上記式(4)にて制御中心空燃比AFRを補正するのに用いられる。なお、学習値を誤って更新することを抑制するために、ステップS69において下流側空燃比センサ41に異常判定がなされていると判定された場合に、ステップS72において学習値sfbgを更新しなくてもよい。   On the other hand, if it is determined in step S69 that the downstream air-fuel ratio sensor 41 has been determined to be abnormal, the process proceeds to step S73. In step S73, the integrated oxygen excess accumulated in the period from when the air-fuel ratio correction amount AFC is switched to the rich set correction amount AFCrich until the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or greater than the lean determination air-fuel ratio AFlean. The shortage amount ΣOED is calculated as the cumulative oxygen shortage amount Fn. Next, in step S71, the cumulative oxygen excess / deficiency ΣOED is reset to zero. Next, at step S72, the learning value sfbg is updated based on the cumulative oxygen excess amount Rn calculated at step S66 and the cumulative oxygen shortage amount Fn calculated at step S73, and the control routine is terminated. The learning value sfbg updated in this way is used to correct the control center air-fuel ratio AFR by the above equation (4). In order to prevent the learning value from being updated erroneously, if it is determined in step S69 that the downstream air-fuel ratio sensor 41 has been determined to be abnormal, the learning value sfbg must not be updated in step S72. Also good.

なお、上記第一実施形態及び第二実施形態では、下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生していると判定されたときには、リッチ設定補正量AFCrichの絶対値及びリーン設定補正量AFCleanの絶対値を減少させるようにしている。この結果、制御中心空燃比にリッチ設定補正量AFCrichを加算したリッチ設定空燃比のリッチ度合いが低下せしめられる。加えて、制御中心空燃比にリーン設定補正量AFCleanを加算したリーン設定空燃比のリーン度合いが低下せしめられる。   In the first embodiment and the second embodiment, when it is determined that an element crack abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41, the absolute value of the rich setting correction amount AFCrich and the lean setting correction amount AFClean. The absolute value of is reduced. As a result, the rich degree of the rich set air-fuel ratio obtained by adding the rich set correction amount AFCrich to the control center air-fuel ratio is lowered. In addition, the lean degree of the lean set air-fuel ratio obtained by adding the lean set correction amount AFClean to the control center air-fuel ratio is reduced.

しかしながら、下流側空燃比センサ41に素子割れの異常が発生していると判定されたときには、リッチ設定補正量AFCrichの絶対値及びリーン設定補正量AFCleanの絶対値ではなく、リッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比を直接補正するようにしてもよい。この場合、素子割れの異常が発生していると判定されたときには、リッチ設定空燃比のリッチ度合い及びリーン設定空燃比のリーン度合いが低下せしめられることになる。   However, when it is determined that an element crack abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor 41, the absolute value of the rich setting correction amount AFCrich and the absolute value of the lean setting correction amount AFClean are not the rich setting air-fuel ratio and lean. The set air-fuel ratio may be corrected directly. In this case, when it is determined that an element crack abnormality has occurred, the rich degree of the rich set air-fuel ratio and the lean degree of the lean set air-fuel ratio are lowered.

1 機関本体
5 燃焼室
7 吸気ポート
9 排気ポート
19 排気マニホルド
20 上流側排気浄化触媒
24 下流側排気浄化触媒
31 ECU
40 上流側空燃比センサ
41 下流側空燃比センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine body 5 Combustion chamber 7 Intake port 9 Exhaust port 19 Exhaust manifold 20 Upstream exhaust purification catalyst 24 Downstream exhaust purification catalyst 31 ECU
40 upstream air-fuel ratio sensor 41 downstream air-fuel ratio sensor

Claims (6)

内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、該排気浄化触媒よりも排気流れ方向下流側において前記排気通路に設けられた下流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御及び前記下流側空燃比センサの出力空燃比に基づいて該下流側空燃比センサの異常診断を行う異常診断制御を行う制御装置とを具備し、
前記制御装置は、前記空燃比制御において、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を、理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比とに交互に繰り返し切り替え、
前記制御装置は、前記異常診断制御において、前記空燃比制御によって前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比にされているときに、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンな所定のリーン判定空燃比よりもリッチな空燃比から該リーン判定空燃比よりもリーンな空燃比に変化したときには、前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定する、内燃機関の排気浄化装置。
An exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, a downstream air-fuel ratio sensor provided in the exhaust passage downstream of the exhaust purification catalyst in the exhaust flow direction, and an exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst An air-fuel ratio control that controls the air-fuel ratio, and a control device that performs abnormality diagnosis control that performs abnormality diagnosis of the downstream air-fuel ratio sensor based on the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor,
In the air-fuel ratio control, the control device alternately changes the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst into a rich air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio and a lean air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Switching repeatedly,
In the abnormality diagnosis control, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is made rich by the air-fuel ratio control in the abnormality diagnosis control, the control device determines the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor. When the air-fuel ratio richer than the predetermined lean determination air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio changes to an air-fuel ratio leaner than the lean determination air-fuel ratio, it is determined that an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor An exhaust purification device for an internal combustion engine.
前記制御装置は、前記空燃比制御において前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように内燃機関の燃焼室に供給される燃料供給量をフィードバック制御すると共に、前記下流側空燃比センサの出力空燃比に基づいて空燃比に関するパラメータを補正する学習制御を更に行い、
前記制御装置は、前記空燃比制御において前記目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替えると共に、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチな所定のリッチ判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比のリッチ空燃比からリーン空燃比への切り替えを行い、
前記制御装置は、前記学習制御において、前記目標空燃比をリーン空燃比に切り替えてから再びリッチ空燃比に切り替えるまでの酸素増大期間において前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素の量の積算値である積算酸素過剰量と、前記目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてから再びリーン空燃比に切り替えるまでの酸素減少期間において前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに不足する酸素の量の積算値である積算酸素不足量とに基づいて、これら積算酸素過剰量と積算酸素不足量との差が小さくなるように前記空燃比に関するパラメータを補正し、
前記制御装置は、前記目標空燃比がリッチ空燃比に設定されているときに前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定した場合には、その後に前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になって前記目標空燃比がリーン空燃比に切り替えられても、このときの積算酸素不足量に基づく前記空燃比に関するパラメータの補正を中止する、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
The control device performs feedback control of the fuel supply amount supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst in the air-fuel ratio control becomes a target air-fuel ratio, and the downstream side Further performing learning control for correcting a parameter relating to the air-fuel ratio based on the output air-fuel ratio of the side air-fuel ratio sensor,
In the air-fuel ratio control, the control device alternately switches the target air-fuel ratio between a rich air-fuel ratio and a lean air-fuel ratio, and the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor is a predetermined rich air richer than the stoichiometric air-fuel ratio. When the target air-fuel ratio becomes lower than the determination air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is switched from the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio,
In the learning control, the control device determines the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst during the oxygen increase period from when the target air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio to when it is switched to the rich air-fuel ratio again. The exhaust oxygen purification in an integrated oxygen excess amount that is an integrated value of the amount of oxygen that becomes excessive when trying to achieve, and an oxygen reduction period from when the target air-fuel ratio is switched to a rich air-fuel ratio until it is switched to a lean air-fuel ratio again Based on the integrated oxygen deficiency, which is the integrated value of the amount of oxygen that is deficient when trying to make the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst the stoichiometric air-fuel ratio, Correct the air-fuel ratio parameter so that the difference is small,
When it is determined that an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor when the target air-fuel ratio is set to a rich air-fuel ratio, the control device thereafter outputs an output air from the downstream air-fuel ratio sensor. 2. The correction of the parameter relating to the air-fuel ratio based on the accumulated oxygen deficiency at this time is stopped even when the target air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio because the fuel ratio is equal to or lower than the rich determination air-fuel ratio. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
前記制御装置は、前記目標空燃比がリッチ空燃比に設定されているときに前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比よりもリッチな空燃比から該リーン判定空燃比よりもリーンな空燃比に変化したことにより前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定した場合には、前記目標空燃比を前回リッチ空燃比に切り替えてから前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比に変化したときまでの期間における積算酸素不足量を算出し、該積算酸素不足量と前記積算酸素過剰量との差が小さくなるように前記空燃比に関するパラメータを補正する、請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。   When the target air-fuel ratio is set to a rich air-fuel ratio, the control device is configured such that the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor is richer than the lean determination air-fuel ratio to the lean determination air-fuel ratio. If it is determined that an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor due to a change to a lean air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is switched to the rich air-fuel ratio last time, and the output air-fuel ratio sensor output An integrated oxygen deficiency amount is calculated during a period from when the fuel ratio changes from an air fuel ratio richer than the lean determination air fuel ratio to a lean air fuel ratio, and the difference between the integrated oxygen deficiency amount and the integrated oxygen excess amount is small. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the parameter relating to the air-fuel ratio is corrected so as to be. 前記制御装置は、前記空燃比制御において、前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチな一定のリッチ設定空燃比と理論空燃比よりもリーンな一定のリーン設定空燃比とに交互に切り替え、
前記制御装置は、前記異常診断制御により前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定した場合には、前記リッチ設定空燃比のリッチ度合いを小さくする、請求項2又は3に記載の内燃機関の排気浄化装置。
In the air-fuel ratio control, the control device alternately switches the target air-fuel ratio between a constant rich set air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio and a constant lean set air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio,
4. The internal combustion engine according to claim 2, wherein the control device reduces the rich degree of the rich set air-fuel ratio when it is determined by the abnormality diagnosis control that an abnormality has occurred in the downstream air-fuel ratio sensor. 5. Engine exhaust purification system.
前記制御装置は、前記空燃比制御において前記目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに1回ずつ設定する期間を1サイクルとすると、該サイクルの回数に対する前記下流側空燃比センサに異常が生じていると判定される回数の割合が予め定められた割合以上である場合には、前記リッチ設定空燃比のリッチ度合いを小さくする、請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。   In the air-fuel ratio control, the control device sets the target air-fuel ratio as one cycle for each of the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio as one cycle, and the downstream air-fuel ratio sensor has an abnormality with respect to the number of cycles. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the rich degree of the rich set air-fuel ratio is reduced when the ratio of the number of times determined to occur is equal to or greater than a predetermined ratio. 前記制御装置は、前記空燃比制御において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチな所定のリッチ判定空燃比以下になったときに前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比へと切り替え、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量よりも少ない所定の切替基準酸素量以上になったときに前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り替える、請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。   In the air-fuel ratio control, the control device detects the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor becomes equal to or lower than a predetermined rich determination air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio. The air-fuel ratio of the exhaust gas is switched from the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, and flows into the exhaust purification catalyst when the oxygen storage amount of the exhaust purification catalyst exceeds a predetermined switching reference oxygen amount that is smaller than the maximum storable oxygen amount. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the air-fuel ratio of exhaust gas to be switched is switched from a lean air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio.
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