JPH11270382A - Air-fuel ratio control device of internal combustion engine - Google Patents

Air-fuel ratio control device of internal combustion engine

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JPH11270382A
JPH11270382A JP10074182A JP7418298A JPH11270382A JP H11270382 A JPH11270382 A JP H11270382A JP 10074182 A JP10074182 A JP 10074182A JP 7418298 A JP7418298 A JP 7418298A JP H11270382 A JPH11270382 A JP H11270382A
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air
fuel ratio
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lean
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JP10074182A
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Japanese (ja)
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Yukihiro Yamashita
山下  幸宏
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Denso Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain a high NOx purifying rate even at the time when catalyser temperature varies. SOLUTION: An NOx occlusion reduction type catalyser (NOx catalyser) 13 is arranged in an engine exhaust pipe 12. F/A sensors 26, 27 are arranged on the upstream side and the downstream side of the NOx catalyser 13. A CPU 31 in an ECU 30 carries out lean combustion in an air-fuel ratio lean region, occludes NOx in exhaust gas discharged at the time of lean combustion by the NOx catalyser 13, temporarily controls an air-fuel ratio rich and releases the occluded NOx from the NOx catalyser 13. Additionally, the CPU 31 estimates temperature (catalyser temperature) of the NOx catalyser 13 and properly changes rich time in accordance with the estimated catalyser temperature under a condition that a time ratio of lean time for lean combustion and rich time for rich combustion is constant. Especially, the higher the catalyser temperature is, the longer the rich time is extended.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、空燃比リーン領域
でのリーン燃焼を行わせる内燃機関の空燃比制御装置で
あって、リーン燃焼時に発生する排ガス中の窒素酸化物
(NOx)を浄化するためのNOx吸蔵還元型触媒を有
する内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that performs lean combustion in an air-fuel ratio lean region, and purifies nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas generated during lean combustion. For controlling the air-fuel ratio of an internal combustion engine having a NOx storage-reduction type catalyst for the purpose.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年における内燃機関の空燃比制御装置
では、燃費改善を図るべく理論空燃比よりもリーン側で
燃料を燃焼させる、いわゆるリーンバーン制御を実施す
る技術が多用化されつつある。こうしたリーン燃焼を行
わせる場合、内燃機関から排出される排ガスにはNOx
が多く含まれ、このNOxを浄化するためのリーンNO
x触媒が必要となる。そこで、排ガスの空燃比がリーン
である時にNOxを吸収すると共に、排ガスの酸素濃度
が低下された時に、すなわちリッチ化された時に前記吸
収したNOxを放出するNOx吸収剤(NOx吸蔵還元
型触媒)が開示されている(例えば、特許番号第258
6738号公報)。
2. Description of the Related Art In recent years, in an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, a technique of performing so-called lean burn control, in which fuel is burned on a lean side from a stoichiometric air-fuel ratio, in order to improve fuel efficiency, is being used frequently. When performing such lean combustion, NOx is contained in exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
NO for purifying this NOx
x catalyst is required. Therefore, a NOx absorbent (NOx storage reduction catalyst) that absorbs NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean and releases the absorbed NOx when the oxygen concentration of the exhaust gas is reduced, that is, when the exhaust gas is enriched. (For example, Patent No. 258)
No. 6738).

【0003】また、リーン燃焼時に発生するNOxをN
Ox触媒にて吸収するシステムでは、NOx触媒でNO
xが飽和状態になるとNOx浄化能力が限界に達する。
そのため、NOx触媒の浄化能力を回復させてNOxの
排出を抑制すべく一時的にリッチ燃焼を行わせるように
した技術が知られている。
Further, NOx generated during lean combustion is converted to N
In a system that absorbs with an Ox catalyst, the NOx catalyst
When x becomes saturated, the NOx purification capacity reaches the limit.
Therefore, there is known a technique in which rich purification is temporarily performed in order to recover the purification ability of the NOx catalyst and suppress the emission of NOx.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、図14に示
されるように、NOx触媒によるNOxの浄化特性は触
媒温に依存し、ある触媒温で高いNOx浄化率を呈す
る、いわゆる浄化率の温度ウインドウが存在する。図1
4の場合、触媒温≒300℃を中心とする所定の温度域
に温度ウインドウが存在する。従って、NOx浄化率の
温度ウインドウから外れた温度域では、NOx浄化率が
所定の許容レベルよりも低下する。そのため、機関運転
状態の変動などに起因して排ガス温度が変動し、それに
より触媒温が変化すると、前記NOx触媒によるNOx
浄化率が不用意に低下してしまうという問題が生じる。
However, as shown in FIG. 14, the NOx purification characteristics of the NOx catalyst depend on the catalyst temperature and exhibit a high NOx purification rate at a certain catalyst temperature. Exists. FIG.
In the case of No. 4, a temperature window exists in a predetermined temperature range centered on the catalyst temperature of 300 ° C. Therefore, in a temperature range outside the temperature window of the NOx purification rate, the NOx purification rate falls below a predetermined allowable level. Therefore, when the exhaust gas temperature fluctuates due to fluctuations in the engine operating state and the like, and thereby the catalyst temperature changes, NOx by the NOx catalyst
There is a problem that the purification rate is inadvertently reduced.

【0005】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、触媒温の変動時
にも高いNOx浄化率を保つことができる内燃機関の空
燃比制御装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine which can maintain a high NOx purification rate even when the catalyst temperature fluctuates. To provide.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における内燃機関の空燃比制御装置はその前
提として、機関排気系に設けられたリーンNOx触媒
と、その触媒の上流側又は下流側に設けられ、排ガス中
の特定成分の濃度を検出するガス濃度センサとを備える
内燃機関に適用される。そして、空燃比リーン領域での
リーン燃焼を行わせると共に、リーン燃焼時に排出され
る排ガス中のNOxをリーンNOx触媒で吸蔵し、さら
に空燃比を一時的にリッチに制御して前記吸蔵したNO
xをリーンNOx触媒から放出するようにしている。
In order to achieve the above object, an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is based on the premise that a lean NOx catalyst provided in an engine exhaust system and an upstream or downstream side of the catalyst are provided. The present invention is applied to an internal combustion engine including a gas concentration sensor provided on the downstream side and detecting the concentration of a specific component in exhaust gas. Then, while performing lean combustion in the air-fuel ratio lean region, NOx in exhaust gas discharged at the time of lean combustion is occluded by the lean NOx catalyst, and the air-fuel ratio is temporarily controlled to be rich to temporarily store the stored NO.
x is released from the lean NOx catalyst.

【0007】そして、請求項1に記載の発明ではその特
徴として、リーンNOx触媒の温度を推定するための触
媒温推定手段と、前記推定した触媒温に応じて、リーン
燃焼の度合とリッチ燃焼の度合とを変更するための空燃
比制御手段とを備える。
According to the first aspect of the present invention, as features thereof, catalyst temperature estimating means for estimating the temperature of the lean NOx catalyst, and the degree of lean combustion and the degree of rich combustion in accordance with the estimated catalyst temperature. Air-fuel ratio control means for changing the degree.

【0008】要するに、リーンNOx触媒のNOx浄化
特性は触媒温に依存し、ある触媒温の領域(NOx浄化
率の温度ウインドウ)で高いNOx浄化率を呈する。ま
た、本発明者によれば、上記NOx浄化率の温度ウイン
ドウはリーン燃焼の度合とリッチ燃焼の度合とに応じて
推移することが確認されている。NOx浄化率の温度ウ
インドウが推移する理由は、例えば触媒温が高いと、酸
素(O2 )と排ガス中のリッチ成分(HC,CO等)と
の反応が盛んになることから、NOx還元に必要なリッ
チ成分が不足がちになるためであると推測できる。
[0008] In short, the NOx purification characteristic of the lean NOx catalyst depends on the catalyst temperature, and exhibits a high NOx purification rate in a certain catalyst temperature region (temperature window of the NOx purification rate). According to the present inventors, it has been confirmed that the temperature window of the NOx purification rate changes according to the degree of lean combustion and the degree of rich combustion. The reason why the temperature window of the NOx purification rate changes is that, for example, if the catalyst temperature is high, the reaction between oxygen (O2) and the rich components (HC, CO, etc.) in the exhaust gas becomes active, so that the NOx reduction rate is required. It can be assumed that this is because the rich component tends to be insufficient.

【0009】従って、上述の通り、触媒温に応じてリー
ン燃焼の度合とリッチ燃焼の度合とを変更することで、
触媒温が変動してもNOx還元のためのリッチ成分を適
宜補うことができ、O2 とリッチ成分とが盛んに反応す
る際にも、リーンNOx触媒における所望のNOx還元
作用が確保できるようになる。その結果、触媒温の変動
時にも高いNOx浄化率を保つことができる。
Therefore, as described above, by changing the degree of lean combustion and the degree of rich combustion in accordance with the catalyst temperature,
Even if the catalyst temperature fluctuates, a rich component for NOx reduction can be appropriately supplemented, and even when O2 and the rich component react actively, a desired NOx reducing action of the lean NOx catalyst can be secured. . As a result, a high NOx purification rate can be maintained even when the catalyst temperature fluctuates.

【0010】実際には、請求項2に記載したように、前
記空燃比制御手段は、リーン燃焼のためのリーン時間と
リッチ燃焼のためのリッチ時間との時間比が一定のもと
で、前記推定した触媒温に応じてリッチ時間を変更す
る。この場合、請求項3に記載したように、前記空燃比
制御手段は、その時々の触媒温が高いほど、リッチ時間
を長くするとよい。
Actually, as described in claim 2, the air-fuel ratio control means operates under the condition that the time ratio between the lean time for lean combustion and the rich time for rich combustion is constant. The rich time is changed according to the estimated catalyst temperature. In this case, as described in claim 3, the air-fuel ratio control means may increase the rich time as the catalyst temperature at that time is higher.

【0011】つまり、触媒温に応じてリッチ時間を変更
することは、リーンNOx触媒における所望のNOx還
元作用を確保することに相当し、これにより、高いNO
x浄化率が維持できる。特に、触媒温が高いほどリッチ
時間を長くすることにより(請求項3)、O2 とリッチ
成分との反応が盛んになる触媒の高温状態下であって
も、NOx還元に要するリッチ成分が不足することはな
い。
In other words, changing the rich time in accordance with the catalyst temperature is equivalent to securing a desired NOx reducing action in the lean NOx catalyst, thereby increasing the NOx.
x Purification rate can be maintained. In particular, by increasing the rich time as the catalyst temperature becomes higher (claim 3), the rich component required for NOx reduction becomes insufficient even under the high temperature state of the catalyst in which the reaction between O2 and the rich component becomes active. Never.

【0012】また、触媒温の変動時にも所望のNOx浄
化率を確保する手段として、 ・請求項4に記載したように、その時々の触媒温が高い
ほど、リーン燃焼のためのリーン時間とリッチ燃焼のた
めのリッチ時間との時間比(リーン時間/リッチ時間)
を小さくしたり、 ・請求項5に記載したように、その時々の触媒温が高い
ほど、リッチ燃焼時のリッチ度合を大きくしたりするこ
とも有効である。
Further, as means for securing a desired NOx purification rate even when the catalyst temperature fluctuates, as described in claim 4, the higher the catalyst temperature at each time, the longer the lean time for lean combustion and the richer the lean time. Time ratio to rich time for combustion (lean time / rich time)
It is also effective to reduce the value of .gtoreq. Or to increase the degree of richness during rich combustion as the catalyst temperature at that time is higher.

【0013】また、触媒温推定の手段としては、請求項
6に記載したように、ヒータ制御手段によるヒータ制御
量に基づき触媒温を推定するのが望ましく、その一例と
して、請求項7に記載したように、ガス濃度センサの活
性状態を維持するために要するヒータ電力量から触媒温
を推定するとよい。この場合、触媒温を推定するための
温度センサなど、付加的な構成が不要となり、構成の簡
素化が図られる。
As means for estimating the catalyst temperature, it is desirable to estimate the catalyst temperature based on the heater control amount by the heater control means, as described in claim 6. As described above, the catalyst temperature may be estimated from the heater power required to maintain the activation state of the gas concentration sensor. In this case, an additional configuration such as a temperature sensor for estimating the catalyst temperature is not required, and the configuration is simplified.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した一実
施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態におけ
る空燃比制御システムでは、内燃機関に供給する混合気
の目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定し、そ
の目標空燃比に基づいてリーン燃焼を行わせる、いわゆ
るリーンバーン制御を実施する。同システムの主たる構
成として、内燃機関の排気系通路の途中にはNOx吸蔵
還元型触媒(以下、NOx触媒という)が設けられ、そ
のNOx触媒の上流側及び下流側には限界電流式の空燃
比センサ(A/Fセンサ)が配設されている。そして、
マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置(以
下、ECUという)は、A/Fセンサによる検出結果を
取り込み、その検出結果に基づいて空燃比フィードバッ
ク(F/B)制御を実施する。以下、図面を用いてその
詳細な構成を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the air-fuel ratio control system according to the present embodiment, the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine is set leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and lean combustion is performed based on the target air-fuel ratio. Perform control. As a main configuration of the system, a NOx storage reduction catalyst (hereinafter referred to as a NOx catalyst) is provided in the exhaust system passage of the internal combustion engine, and a limiting current type air-fuel ratio is provided upstream and downstream of the NOx catalyst. A sensor (A / F sensor) is provided. And
2. Description of the Related Art An electronic control unit (hereinafter, referred to as an ECU) mainly including a microcomputer fetches a detection result obtained by an A / F sensor and performs air-fuel ratio feedback (F / B) control based on the detection result. Hereinafter, the detailed configuration will be described with reference to the drawings.

【0015】図1は、本実施の形態における空燃比制御
システムの概略構成図である。図1に示されるように、
内燃機関は4気筒4サイクルの火花点火式エンジン(以
下、エンジン1という)として構成されている。その吸
入空気は上流よりエアクリーナ2、吸気管3、スロット
ル弁4、サージタンク5及びインテークマニホールド6
を通過して、インテークマニホールド6内で各気筒毎の
燃料噴射弁7から噴射された燃料と混合される。そし
て、所定空燃比の混合気として各気筒に供給される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an air-fuel ratio control system according to the present embodiment. As shown in FIG.
The internal combustion engine is configured as a four-cylinder, four-cycle spark ignition engine (hereinafter, referred to as engine 1). The intake air is supplied from upstream to an air cleaner 2, an intake pipe 3, a throttle valve 4, a surge tank 5, and an intake manifold 6.
And is mixed with fuel injected from the fuel injection valve 7 for each cylinder in the intake manifold 6. Then, the mixture is supplied to each cylinder as a mixture having a predetermined air-fuel ratio.

【0016】エンジン1の各気筒に設けられた点火プラ
グ8には、点火回路9から供給される高電圧がディスト
リビュータ10を介して分配供給され、点火プラグ8は
前記各気筒の混合気を所定タイミングで点火する。燃焼
後に各気筒から排出される排ガスは、エキゾーストマニ
ホールド11及び排気管12を経て、排気管12に設け
られたNOx触媒13を通過した後、大気に排出され
る。このNOx触媒13は、リーン空燃比での燃焼時に
NOxを吸蔵し、リッチ空燃比での燃焼時に前記吸蔵し
たNOxをリッチ成分(CO,HCなど)で還元し放出
する。
A high voltage supplied from an ignition circuit 9 is distributed and supplied to a spark plug 8 provided in each cylinder of the engine 1 through a distributor 10, and the spark plug 8 controls the air-fuel mixture of each cylinder at a predetermined timing. To ignite. Exhaust gas discharged from each cylinder after combustion passes through an exhaust manifold 11 and an exhaust pipe 12, passes through a NOx catalyst 13 provided in the exhaust pipe 12, and is then discharged to the atmosphere. The NOx catalyst 13 stores NOx during combustion at a lean air-fuel ratio, and reduces and releases the stored NOx with rich components (CO, HC, etc.) during combustion at a rich air-fuel ratio.

【0017】前記吸気管3には吸気温センサ21及び吸
気圧センサ22が設けられ、吸気温センサ21は吸入空
気の温度(吸気温Tam)を、吸気圧センサ22はスロ
ットル弁4の下流側の吸気管内負圧(吸気圧PM)をそ
れぞれ検出する。前記スロットル弁4には同弁4の開度
(スロットル開度TH)を検出するためのスロットルセ
ンサ23が設けられ、このスロットルセンサ23はスロ
ットル開度THに応じたアナログ信号を出力する。また
このスロットルセンサ23はアイドルスイッチをも内蔵
しており、スロットル弁4が略全閉である旨の検出信号
を出力する。
The intake pipe 3 is provided with an intake air temperature sensor 21 and an intake air pressure sensor 22. The intake air temperature sensor 21 indicates the temperature of the intake air (intake air temperature Tam), and the intake pressure sensor 22 is located downstream of the throttle valve 4. Each of the intake pipe negative pressures (intake pressure PM) is detected. The throttle valve 4 is provided with a throttle sensor 23 for detecting the opening of the valve 4 (throttle opening TH). The throttle sensor 23 outputs an analog signal corresponding to the throttle opening TH. The throttle sensor 23 also has a built-in idle switch, and outputs a detection signal indicating that the throttle valve 4 is almost fully closed.

【0018】エンジン1のシリンダブロックには水温セ
ンサ24が設けられ、この水温センサ24はエンジン1
内を循環する冷却水の温度(冷却水温Thw)を検出す
る。前記ディストリビュータ10にはエンジン1の回転
数(エンジン回転数Ne)を検出するための回転数セン
サ25が設けられ、この回転数センサ25はエンジン1
の2回転、すなわち720°CA毎に等間隔で24個の
パルス信号を出力する。
A water temperature sensor 24 is provided on a cylinder block of the engine 1.
The temperature of the cooling water circulating in the inside (cooling water temperature Thw) is detected. The distributor 10 is provided with a rotation speed sensor 25 for detecting the rotation speed of the engine 1 (engine rotation speed Ne).
, Ie, 24 pulse signals are output at equal intervals every 720 ° CA.

【0019】さらに、前記排気管12のNOx触媒13
の上流側及び下流側には、エンジン1から排出される排
ガスの酸素濃度(或いは、未燃ガス中のCO濃度)に比
例して広域で且つリニアな空燃比信号を出力する、A/
Fセンサ26,27が設けられている。なお、触媒上流
側及び下流側のA/Fセンサ26,27は共に、同一構
成の限界電流式空燃比センサからなり、以下には図2を
用い、A/Fセンサ26についてその構成を説明する。
Further, the NOx catalyst 13 of the exhaust pipe 12
A / A outputs a wide-area and linear air-fuel ratio signal in proportion to the oxygen concentration of the exhaust gas discharged from the engine 1 (or the CO concentration in the unburned gas) on the upstream and downstream sides of the
F sensors 26 and 27 are provided. The A / F sensors 26 and 27 on the upstream and downstream sides of the catalyst are both composed of limiting current type air-fuel ratio sensors having the same configuration. Hereinafter, the configuration of the A / F sensor 26 will be described with reference to FIG. .

【0020】図2において、A/Fセンサ26は、排気
管壁に螺着される筒状の金属製ハウジング41を有し、
そのハウジング41の下側開口部には素子カバー42が
取り付けられている。素子カバー42は有底二重構造を
なし、排ガスをカバー内部に取り込むための複数の排気
口42aを有する。
In FIG. 2, the A / F sensor 26 has a cylindrical metal housing 41 screwed to the exhaust pipe wall.
An element cover 42 is attached to a lower opening of the housing 41. The element cover 42 has a bottomed double structure, and has a plurality of exhaust ports 42a for taking exhaust gas into the inside of the cover.

【0021】素子カバー42内には、長板状なし積層構
造のセンサ素子部(セル)43の先端が配設されてい
る。センサ素子部43は大別して、固体電解質44、ガ
ス拡散抵抗層45、大気導入ダクト46及びヒータ47
からなり、これら各部材を積層して構成されている。長
方形板状の固体電解質44は部分安定化ジルコニア製の
シートであり、その両面にはそれぞれ白金等からなる多
孔質の計測電極48と大気側電極49とが設けられてい
る。大気導入ダクト46はアルミナ等の高熱伝導性セラ
ミックスからなり、同ダクト46により大気室50が形
成されている。大気導入ダクト46は、大気室50内の
大気側電極49に大気を導入する役割をなす。
In the element cover 42, a tip of a sensor element portion (cell) 43 having a laminated structure without a long plate is provided. The sensor element section 43 is roughly divided into a solid electrolyte 44, a gas diffusion resistance layer 45, an air introduction duct 46, and a heater 47.
And each of these members is laminated. The solid electrolyte 44 in the form of a rectangular plate is a sheet made of partially stabilized zirconia. On both surfaces thereof, a porous measurement electrode 48 made of platinum or the like and an atmosphere-side electrode 49 are provided. The air introduction duct 46 is made of a ceramic having a high thermal conductivity such as alumina, and an air chamber 50 is formed by the duct 46. The atmosphere introduction duct 46 plays a role of introducing the atmosphere to the atmosphere-side electrode 49 in the atmosphere chamber 50.

【0022】また、センサ素子部43は、ハウジング4
1内に配設された絶縁部材51を貫通するように図の上
方に延び、その上端部には一対のリード線52が接続さ
れている。ハウジング41の上端には本体カバー53が
カシメ着されている。また、本体カバー53の上方には
ダストカバー54が取り付けられ、これら本体カバー5
3及びダストカバー54の二重構造によりセンサ上部が
保護されている。各カバー53,54には、カバー内部
に大気を取り込むための複数の大気口53a,54aが
設けられている。なお、これら大気口53a,54aは
前記センサ素子部43の大気室50に連通している。
The sensor element section 43 is
1 extends upward in the drawing so as to penetrate the insulating member 51 disposed in the inside 1, and a pair of lead wires 52 is connected to its upper end. A body cover 53 is crimped to the upper end of the housing 41. A dust cover 54 is attached above the main body cover 53.
The upper part of the sensor is protected by the double structure of the dust cover 3 and the dust cover 54. Each of the covers 53 and 54 is provided with a plurality of air ports 53a and 54a for taking air into the covers. The atmosphere ports 53a and 54a communicate with the atmosphere chamber 50 of the sensor element unit 43.

【0023】上記構成のA/Fセンサ26において、セ
ンサ素子部43は理論空燃比点よりリーン領域では酸素
濃度に応じた限界電流を発生する。この場合、センサ素
子部43(固体電解質44)は酸素濃度を直線的特性に
て検出し得るものであるが、センサ素子部43を活性化
するには約600℃以上の高温が必要とされ、且つ同セ
ンサ素子部43の活性温度範囲が狭いため、エンジン1
の排ガスのみによる加熱では活性状態を維持できない。
そのため、本実施の形態では、ヒータ47の加熱制御に
よりセンサ素子部43を活性温度域で保持する。なお、
理論空燃比よりもリッチ側の領域では、未燃ガス中の一
酸化炭素(CO)等の濃度が空燃比に対してほぼリニア
に変化し、センサ素子部43はCO等の濃度に応じた限
界電流を発生する。
In the A / F sensor 26 having the above-described configuration, the sensor element 43 generates a limit current corresponding to the oxygen concentration in a lean region from the stoichiometric air-fuel ratio point. In this case, the sensor element portion 43 (solid electrolyte 44) can detect the oxygen concentration with linear characteristics, but a high temperature of about 600 ° C. or more is required to activate the sensor element portion 43, Also, since the activation temperature range of the sensor element section 43 is narrow, the engine 1
The active state cannot be maintained by heating only with the exhaust gas.
Therefore, in the present embodiment, the sensor element section 43 is maintained in the active temperature range by controlling the heating of the heater 47. In addition,
In a region richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the concentration of carbon monoxide (CO) and the like in the unburned gas changes almost linearly with the air-fuel ratio, and the sensor element unit 43 has a limit corresponding to the concentration of CO and the like. Generates current.

【0024】なお、上記積層型のA/Fセンサ26の構
成並びにその特性については、本願出願人による特願平
9−358524号の「ガス成分濃度測定装置」にも詳
細に開示されている。
The structure and characteristics of the stacked A / F sensor 26 are also disclosed in detail in Japanese Patent Application No. 9-358524, entitled "Gas Component Concentration Measuring Apparatus".

【0025】一方、図1において、ECU30は、CP
U(中央処理装置)31、ROM(リードオンリメモ
リ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、バ
ックアップRAM34等を中心に論理演算回路として構
成され、前記各センサの検出信号を入力する入力ポート
35及び各アクチュエータ等に制御信号を出力する出力
ポート36に対しバス37を介して接続されている。E
CU30は、前記した各種センサの検出信号(吸気温T
am、吸気圧PM、スロットル開度TH、冷却水温Th
w、エンジン回転数Ne、空燃比信号等)を入力ポート
35を介して入力する。そして、それらの各値に基づい
て燃料噴射量TAU、点火時期Ig等の制御信号を算出
し、さらにそれら制御信号を出力ポート36を介して燃
料噴射弁7及び点火回路9等にそれぞれ出力する。
On the other hand, in FIG.
A U (central processing unit) 31, a ROM (read only memory) 32, a RAM (random access memory) 33, a backup RAM 34, and the like are configured as logical operation circuits, and an input port 35 for inputting a detection signal of each sensor and An output port 36 for outputting a control signal to each actuator or the like is connected via a bus 37. E
The CU 30 detects the detection signals (the intake air temperature T
am, intake pressure PM, throttle opening TH, cooling water temperature Th
w, engine speed Ne, air-fuel ratio signal, etc.) through the input port 35. Then, control signals such as the fuel injection amount TAU and the ignition timing Ig are calculated based on these values, and the control signals are output to the fuel injection valve 7 and the ignition circuit 9 via the output port 36, respectively.

【0026】また、CPU31は、A/Fセンサ26,
27のヒータ通電量をデューティ制御して同センサ2
6,27を活性状態で維持する。本実施の形態では、A
/Fセンサ26,27の各々のヒータ47に対して必要
な電力量を供給し、当該センサ26,27の素子温を活
性温度域で保持するようにしている。
The CPU 31 includes an A / F sensor 26,
27, the heater power supply amount is duty-controlled to
6,27 are kept active. In the present embodiment, A
A necessary amount of electric power is supplied to the heaters 47 of the / F sensors 26 and 27 so that the element temperatures of the sensors 26 and 27 are maintained in the active temperature range.

【0027】次に、上記の如く構成される空燃比制御シ
ステムの作用を説明する。図3は、CPU31により実
行される燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートで
あり、同ルーチンは各気筒の燃料噴射毎(本実施の形態
では180°CA毎)に実行される。図3のルーチンで
は、NOx触媒13の上流側のA/Fセンサ26の検出
結果に基づき、理論空燃比よりもリーン側の空燃比域で
燃料噴射量がフィードバック制御される。
Next, the operation of the air-fuel ratio control system configured as described above will be described. FIG. 3 is a flowchart showing a fuel injection control routine executed by the CPU 31. This routine is executed every fuel injection of each cylinder (in this embodiment, every 180 ° CA). In the routine of FIG. 3, the fuel injection amount is feedback-controlled in the air-fuel ratio region leaner than the stoichiometric air-fuel ratio based on the detection result of the A / F sensor 26 on the upstream side of the NOx catalyst 13.

【0028】さて、図3のルーチンがスタートすると、
CPU31は、先ずステップ101でエンジン運転状態
を表すセンサ検出結果(エンジン回転数Ne、吸気圧P
M、冷却水温Thw等)を読み込み、続くステップ10
2でROM32内に予め格納されている基本噴射マップ
を用いてその時々のエンジン回転数Ne及び吸気圧PM
に応じた基本噴射量Tpを算出する。また、CPU31
は、ステップ103で周知の空燃比F/B条件が成立し
ているか否かを判別する。ここで、空燃比F/B条件と
は、冷却水温Thwが所定温度以上であること、高回転
・高負荷状態でないこと、A/Fセンサ26が活性状態
にあることなどを含む。
Now, when the routine of FIG. 3 starts,
First, in step 101, the CPU 31 detects the sensor detection result indicating the engine operating state (the engine speed Ne, the intake pressure P
M, cooling water temperature Thw, etc.)
2 using the basic injection map stored in the ROM 32 in advance, the engine speed Ne and the intake pressure PM at that time.
Is calculated based on the basic injection amount Tp. Also, the CPU 31
Determines whether or not the well-known air-fuel ratio F / B condition is satisfied in step 103. Here, the air-fuel ratio F / B condition includes that the cooling water temperature Thw is equal to or higher than a predetermined temperature, that the engine is not in a high rotation / high load state, that the A / F sensor 26 is in an active state, and the like.

【0029】ステップ103が否定判別されれば(F/
B条件不成立の場合)、CPU31は、ステップ104
に進んで空燃比補正係数FAFを「1.0」とする。ま
た、ステップ103が肯定判別されれば(F/B条件成
立の場合)、CPU31は、ステップ200に進んで目
標空燃比λTGの設定処理を実施する。目標空燃比λT
Gの設定処理は、後述する図4のルーチンに従い行われ
る。
If the determination in step 103 is negative, (F /
If the condition B is not satisfied), the CPU 31 proceeds to step 104
To set the air-fuel ratio correction coefficient FAF to "1.0". If an affirmative determination is made in step 103 (if the F / B condition is satisfied), the CPU 31 proceeds to step 200 and performs a process of setting the target air-fuel ratio λTG. Target air-fuel ratio λT
The setting process of G is performed according to a routine of FIG. 4 described later.

【0030】その後、CPU31は、ステップ105で
その時々の実際の空燃比λ(上流側A/Fセンサ26の
計測値)と目標空燃比λTGとの偏差に基づいて空燃比
補正係数FAFを設定する。本実施の形態では、現代制
御理論に基づく空燃比F/B制御を実施することとして
おり、そのF/B制御に際し、A/Fセンサ26の検出
結果を目標空燃比に一致させるための空燃比補正係数F
AFを次の式(1),(2)を用いて算出する。なお、
このFAF値の設定手順については特開平1−1108
53号公報に詳細に開示されている。
Thereafter, in step 105, the CPU 31 sets an air-fuel ratio correction coefficient FAF based on the deviation between the actual air-fuel ratio λ (measured value of the upstream A / F sensor 26) at that time and the target air-fuel ratio λTG. . In the present embodiment, the air-fuel ratio F / B control based on the modern control theory is performed, and in the F / B control, the air-fuel ratio for matching the detection result of the A / F sensor 26 to the target air-fuel ratio is set. Correction factor F
AF is calculated using the following equations (1) and (2). In addition,
The procedure for setting the FAF value is described in
No. 53 discloses this in detail.

【0031】 FAF=K1 ・λ+K2 ・FAF1 + ・・・+Kn+1 ・FAFn +ZI …(1) ZI=ZI1 +Ka・(λTG−λ) …(2) 上記式(1),(2)において、λはA/Fセンサ26
による限界電流の空燃比変換値を、K1 〜Kn+1 はF/
B定数を、ZIは積分項を、Kaは積分定数をそれぞれ
表す。また、添字1〜n+1はサンプリング開始からの
制御回数を示す変数である。
FAF = K1 · λ + K2 · FAF1 +... + Kn + 1 FAFn + ZI (1) ZI = ZI1 + Ka · (λTG−λ) (2) In the above equations (1) and (2), λ Is the A / F sensor 26
The converted value of the air-fuel ratio of the limiting current by K1 to Kn + 1 is F /
B represents a constant, ZI represents an integral term, and Ka represents an integral constant. The subscripts 1 to n + 1 are variables indicating the number of times of control since the start of sampling.

【0032】FAF値の設定後、CPU31は、ステッ
プ106で次の式(3)を用い、基本噴射量Tp、空燃
比補正係数FAF及びその他の補正係数FALL(水
温、エアコン負荷等の各種補正係数)から最終の燃料噴
射量TAUを算出する。
After setting the FAF value, the CPU 31 uses the following equation (3) in step 106 to calculate the basic injection amount Tp, the air-fuel ratio correction coefficient FAF, and other correction coefficients FALL (variable correction coefficients such as water temperature and air conditioner load). )) To calculate the final fuel injection amount TAU.

【0033】 TAU=Tp・FAF・FALL …(3) 燃料噴射量TAUの算出後、CPU31は、そのTAU
値に相当する制御信号を燃料噴射弁7に出力して本ルー
チンを一旦終了する。
TAU = Tp · FAF · FALL (3) After calculating the fuel injection amount TAU, the CPU 31 calculates the TAU.
A control signal corresponding to the value is output to the fuel injection valve 7, and the present routine ends once.

【0034】次に、上記ステップ200の処理に相当す
るλTG設定ルーチンについて、図4を用いて説明す
る。なお当該ルーチンでは、リーン燃焼の実施途中にお
いて一時的にリッチ燃焼が実施されるよう、目標空燃比
λTGが適宜設定される。すなわち本実施の形態では、
燃料噴射毎に計数される周期カウンタの値を基に、所定
の時間比となるようにリーン時間TLとリッチ時間TR
とが設定され、それら各時間TL,TRに応じてリーン
燃焼とリッチ燃焼とが交互に実施される。
Next, a λTG setting routine corresponding to the processing in step 200 will be described with reference to FIG. In this routine, the target air-fuel ratio λTG is appropriately set so that rich combustion is temporarily performed during execution of lean combustion. That is, in the present embodiment,
Based on the value of the cycle counter counted for each fuel injection, the lean time TL and the rich time TR are set to a predetermined time ratio.
Are set, and lean combustion and rich combustion are performed alternately according to the respective times TL and TR.

【0035】図4において、CPU31は、先ずステッ
プ201でその時の周期カウンタが「0」であるか否か
を判別し、周期カウンタ=0であることを条件に(ステ
ップ201がYES)、ステップ202〜204の処理
を実施する。ステップ201がNOであれば(周期カウ
ンタ≠0の場合)、CPU31はステップ202〜20
4の処理を読み飛ばす。
In FIG. 4, the CPU 31 first determines in step 201 whether or not the period counter at that time is "0". On condition that the period counter is 0 (step 201: YES), step 202 is executed. To 204 are performed. If step 201 is NO (when the cycle counter is $ 0), the CPU 31 proceeds to steps 202 to 20.
Step 4 is skipped.

【0036】CPU31は、ステップ202で触媒温推
定フラグXCATに「1」がセットされているか否かを
判別する。触媒温推定フラグXCATは、後述する図9
の手順に従いヒータ電力に応じてNOx触媒13の温度
(触媒温TCAT)が推定されたかどうかを表すもので
あって、XCAT=0は触媒温TCATが推定されてい
ないことを、XCAT=1は触媒温TCATが推定され
たことを、それぞれ示す。
The CPU 31 determines whether or not "1" is set in the catalyst temperature estimation flag XCAT in step 202. The catalyst temperature estimation flag XCAT is described in FIG.
XCAT = 0 indicates that the catalyst temperature TCAT has not been estimated, and XCAT = 1 indicates that the catalyst temperature TCAT has not been estimated. It shows that the temperature TCAT was estimated, respectively.

【0037】XCAT=1の場合、CPU31は、ステ
ップ203でその時々の触媒温TCATに基づき、リー
ン時間TL及びリッチ時間TRを設定する。ここで、リ
ーン時間TLとリッチ時間TRはそれぞれ、リーン空燃
比での燃料噴射回数、リッチ空燃比での燃料噴射回数に
相当するものであって、基本的には触媒温TCATが高
いほど、大きな値に設定される。本実施の形態では、図
5の関係に基づくマップ検索によりリッチ時間TRが求
められる。図5によれば、 ・TCAT<350℃であれば、リッチ時間TRが「T
1」として設定され、 ・TCAT=350〜430℃であれば、リッチ時間T
Rが「T2」として設定され、 ・TCAT>430℃であれば、リッチ時間TRが「T
3」として設定される(但し、T1<T2<T3)。
If XCAT = 1, the CPU 31 sets a lean time TL and a rich time TR in step 203 based on the catalyst temperature TCAT at that time. Here, the lean time TL and the rich time TR correspond to the number of fuel injections at a lean air-fuel ratio and the number of fuel injections at a rich air-fuel ratio, respectively. Set to value. In the present embodiment, the rich time TR is obtained by a map search based on the relationship in FIG. According to FIG. 5, if TCAT <350 ° C., the rich time TR becomes “T
1) If TCAT = 350-430 ° C., the rich time T
R is set as “T2”. If TCAT> 430 ° C., the rich time TR becomes “T
3 "(where T1 <T2 <T3).

【0038】具体的数値の一例を示すと、T1は燃料噴
射弁7による10噴射程度の時間、T2は燃料噴射弁7
による20噴射程度の時間、T3は燃料噴射弁7による
30噴射程度の時間とすればよい。
As an example of specific numerical values, T1 is a time of about 10 injections by the fuel injection valve 7, and T2 is a time of the fuel injection valve 7
And T3 may be a time of about 30 injections by the fuel injection valve 7.

【0039】要するに、図6に示されるように、NOx
触媒13のNOx浄化率と触媒温TCATとは所定の関
係を有し、また、その関係はリーン燃焼時における一時
的なリッチ燃焼の時間(リッチ時間TR)に応じて推移
する。換言すれば、NOx浄化率が最大となる触媒温T
CATはリッチ時間TRに応じて推移する(但し、図6
では、リッチとリーンの時間比を一定としている)。ま
た、NOx浄化率が許容レベル(例えば90%)を越え
る触媒温TCATの領域(浄化率の温度ウインドウ)も
リッチ時間TRによって推移する。総じてリッチ時間T
Rが長くなるほど、NOx浄化率の温度ウインドウが図
の右方へ移行することが本発明者により確認されてい
る。
In short, as shown in FIG.
The NOx purification rate of the catalyst 13 and the catalyst temperature TCAT have a predetermined relationship, and the relationship changes according to a temporary rich combustion time (rich time TR) during lean combustion. In other words, the catalyst temperature T at which the NOx purification rate is maximized
The CAT changes according to the rich time TR (however, FIG.
Let's keep the ratio of rich to lean time constant.) Further, the region of the catalyst temperature TCAT where the NOx purification rate exceeds an allowable level (for example, 90%) (temperature window of the purification rate) also changes according to the rich time TR. Overall rich time T
It has been confirmed by the present inventors that the temperature window of the NOx purification rate shifts to the right in the figure as R becomes longer.

【0040】従って、既述の通り、TCAT<350℃
ではTR=T1、TCAT=350〜430℃ではTR
=T2、TCAT>430℃ではTR=T3という具合
に、触媒温TCATに応じてリッチ時間TRを切り換え
ることで、NOx浄化率が許容レベルを越える触媒温T
CATの範囲が拡張される。図6によれば、触媒温TC
ATが略320〜500℃の範囲にある場合に、許容レ
ベルを越えるNOx浄化率が維持できることとなる。
Therefore, as described above, TCAT <350 ° C.
TR = T1, TCAT = TR at 350-430 ° C
= T2, TCAT> 430 ° C., TR = T3, switching the rich time TR according to the catalyst temperature TCAT, so that the catalyst temperature T at which the NOx purification rate exceeds the allowable level
The range of the CAT is extended. According to FIG. 6, the catalyst temperature TC
When the AT is in the range of approximately 320 to 500 ° C., the NOx purification rate exceeding the allowable level can be maintained.

【0041】図6の関係について推察すれば、例えば触
媒温TCATが高い場合、O2 と排ガス中のリッチ成分
(HC,CO,H2 等)との反応が盛んになることか
ら、NOx還元に必要なリッチ成分が不足がちになり、
その不足分を補うべくリッチ時間TRを延長するとよい
と考えられる。こうしてリッチ時間TRを延長すること
で、O2 とリッチ成分とが盛んに反応する際にも、NO
x触媒13における所望のNOx還元作用が確保できる
ようになる。
It can be inferred from the relationship shown in FIG. 6 that, for example, when the catalyst temperature TCAT is high, the reaction between O2 and the rich components (HC, CO, H2, etc.) in the exhaust gas becomes active, so that it is necessary for NOx reduction. Rich components tend to be insufficient,
It is considered that the rich time TR should be extended to compensate for the shortfall. By extending the rich time TR in this way, even when O2 and the rich component react actively, NO
The desired NOx reduction action in the x catalyst 13 can be secured.

【0042】上記リッチ時間TRの設定に対し、リーン
時間TLは、リッチ時間TRと所定の係数αとから、 TL=TR・α として求められる。係数αは50〜100程度の固定値
(例えば、α=50)とすればよい。但し、NOx触媒
13の劣化度合やエンジン回転数Ne,吸気圧PMなど
のエンジン運転状態に応じて、係数αを可変に設定する
ことも可能である。
With respect to the setting of the rich time TR, the lean time TL is obtained from the rich time TR and a predetermined coefficient α as TL = TR · α. The coefficient α may be a fixed value of about 50 to 100 (for example, α = 50). However, it is also possible to variably set the coefficient α according to the degree of deterioration of the NOx catalyst 13, the engine speed Ne, the engine operating state such as the intake pressure PM, and the like.

【0043】一方、XCAT=0の場合(前記ステップ
202がNOの場合)、CPU31は、触媒温TCAT
が推定されていないとみなしてステップ204に進み、
リーン時間TL及びリッチ時間TRを前回値のまま再設
定する。
On the other hand, if XCAT = 0 (NO in step 202), the CPU 31 determines that the catalyst temperature TCAT
Is assumed not to have been estimated and proceeds to step 204,
The lean time TL and the rich time TR are reset with the previous values.

【0044】その後、CPU31は、ステップ205で
周期カウンタを「1」インクリメントし、続くステップ
206で周期カウンタの値が前記設定したリーン時間T
Lに相当する値に達したか否かを判別する。周期カウン
タ<TLであってステップ206が否定判別される場
合、CPU31はステップ207に進み、目標空燃比λ
TGをリーン制御値として設定する。すなわち、例えば
空燃比=20〜23の範囲でλTG値を設定する。λT
G値の設定後、CPU31は元の図3のルーチンに戻
る。かかる場合、上記ステップ207で設定したλTG
値によりFAF値が演算され(前記図3のステップ10
5)、このFAF値により空燃比がリーン制御される。
Thereafter, the CPU 31 increments the cycle counter by "1" at step 205, and at step 206, the value of the cycle counter is set to the set lean time T.
It is determined whether a value corresponding to L has been reached. If the cycle counter is smaller than TL and the result of step 206 is negative, the CPU 31 proceeds to step 207 to set the target air-fuel ratio λ
TG is set as a lean control value. That is, for example, the λTG value is set in the range of the air-fuel ratio = 20 to 23. λT
After setting the G value, the CPU 31 returns to the original routine of FIG. In such a case, the λTG set in step 207 is used.
The FAF value is calculated from the value (step 10 in FIG. 3).
5) Lean control of the air-fuel ratio is performed based on the FAF value.

【0045】また、周期カウンタ≧TLであってステッ
プ206が肯定判別される場合、CPU31はステップ
208に進み、目標空燃比λTGをリッチ制御値として
設定する。その後、CPU31は、ステップ209で周
期カウンタの値が前記設定したリーン時間TLとリッチ
時間TRとの合計値「TL+TR」に相当する値に達し
たか否かを判別し、周期カウンタ<TL+TRであって
ステップ209が否定判別されればそのまま元の図3の
ルーチンに戻る。かかる場合、上記ステップ208で設
定したλTG値によりFAF値が演算され(前記図3の
ステップ105)、このFAF値により空燃比がリッチ
制御される。
On the other hand, if the period counter ≧ TL and the result of step 206 is affirmative, the CPU 31 proceeds to step 208 and sets the target air-fuel ratio λTG as a rich control value. Thereafter, in step 209, the CPU 31 determines whether or not the value of the cycle counter has reached a value corresponding to the total value “TL + TR” of the set lean time TL and rich time TR, and the cycle counter <TL + TR. If the determination in step 209 is negative, the process returns to the original routine of FIG. In this case, the FAF value is calculated based on the λTG value set in step 208 (step 105 in FIG. 3), and the air-fuel ratio is richly controlled based on the FAF value.

【0046】一方、周期カウンタ≧TL+TRとなりス
テップ209が肯定判別されると、CPU31は、ステ
ップ210で周期カウンタを「0」にクリアしてその後
元の図3のルーチンに戻る。周期カウンタのクリアに伴
い次回の処理時にはステップ201が肯定判別され、リ
ーン時間TL及びリッチ時間TRが新たに設定される。
そして、そのリーン時間TL及びリッチ時間TRに基づ
き再度、空燃比のリーン制御とリッチ制御とが実施され
る。
On the other hand, when the cycle counter ≧ TL + TR is satisfied and the determination in step 209 is affirmative, the CPU 31 clears the cycle counter to “0” in step 210 and thereafter returns to the original routine of FIG. At the time of the next process following the clearing of the cycle counter, step 201 is affirmatively determined, and the lean time TL and the rich time TR are newly set.
Then, the lean control and the rich control of the air-fuel ratio are performed again based on the lean time TL and the rich time TR.

【0047】次に、A/Fセンサ26,27のヒータ制
御の手順と、触媒温推定の手順について詳述する。ここ
で、触媒温TCATは、NOx触媒13の下流側におけ
る排気温に略一致する。そのため、本実施の形態では、
触媒下流側に配設されたA/Fセンサ27のヒータ通電
量に基づき触媒温TCATを推定する。以下の記載で
は、触媒下流側のA/Fセンサ27にかかるヒータ制御
と、同ヒータ47の制御量に基づく触媒温TCATの推
定の手順を説明する(但し、触媒上流側のA/Fセンサ
26のヒータ制御手順も下流側のそれに準ずる)。
Next, a procedure for controlling the heaters of the A / F sensors 26 and 27 and a procedure for estimating the catalyst temperature will be described in detail. Here, the catalyst temperature TCAT substantially matches the exhaust gas temperature on the downstream side of the NOx catalyst 13. Therefore, in the present embodiment,
The catalyst temperature TCAT is estimated based on the amount of power supplied to the heater of the A / F sensor 27 disposed downstream of the catalyst. In the following description, a procedure for controlling the heater on the A / F sensor 27 on the downstream side of the catalyst and estimating the catalyst temperature TCAT based on the control amount of the heater 47 will be described (however, the A / F sensor 26 on the upstream side of the catalyst). The heater control procedure is the same as that on the downstream side).

【0048】図7はヒータ制御ルーチンを示すフローチ
ャートであり、同ルーチンはCPU31により所定間隔
(例えば、128msec周期)のタイマ割り込みにて
起動される。
FIG. 7 is a flowchart showing a heater control routine, which is started by the CPU 31 at a predetermined interval (for example, a cycle of 128 msec) by a timer interrupt.

【0049】図7において、CPU31は、先ずステッ
プ301で素子インピーダンスZがセンサ素子部43
(固体電解質44)の半活性状態を判定するための所定
の判定値(本実施の形態では、200Ω程度)以下であ
るか否かを判別する。なおここで、素子インピーダンス
Zは下記のようにして検出される。つまり、Z値の検出
時には、図8に示されるように、A/Fセンサ27の印
加電圧を一時的に正方向及び負方向に変化させる。そし
て、この電圧変化時における正負いずれか一方の電圧変
化量ΔVと電流変化量ΔIとから素子インピーダンスZ
を算出する(Z=ΔV/ΔI)。但し、この算出法は一
例であって、正負両側の電圧及び電流の変化量に基づき
素子インピーダンスZを検出したり、負の印加電圧Vn
egを印加しその時のセンサ電流Inegから素子イン
ピーダンスZを検出したりすることも可能である(Z=
Vneg/Ineg)。
Referring to FIG. 7, the CPU 31 first determines in step 301 that the element impedance Z
It is determined whether or not the value is equal to or less than a predetermined determination value (about 200Ω in the present embodiment) for determining the semi-active state of the (solid electrolyte 44). Here, the element impedance Z is detected as follows. That is, when the Z value is detected, as shown in FIG. 8, the voltage applied to the A / F sensor 27 is temporarily changed in the positive and negative directions. The element impedance Z is calculated from the positive or negative voltage change ΔV and the current change ΔI at the time of the voltage change.
Is calculated (Z = ΔV / ΔI). However, this calculation method is an example, and the element impedance Z is detected based on the amount of change in the voltage and current on both the positive and negative sides, and the negative applied voltage Vn
For example, it is possible to detect the element impedance Z from the sensor current Ineg at the time of application of Eg (Z =
Vneg / Ineg).

【0050】例えばエンジン1の低温始動時等、素子温
が低い場合にはZ>200Ωとなり、CPU31はステ
ップ302に進んでヒータ47の「100%通電制御」
を実施する。この100%通電制御は、ヒータ47への
デューティ比制御信号を100%に維持する制御であ
り、素子インピーダンスZが200Ω以下になりステッ
プ301が肯定判別されるまで継続して実施される。
If the element temperature is low, for example, when the engine 1 is started at a low temperature, Z> 200Ω, and the CPU 31 proceeds to step 302 to perform “100% energization control” of the heater 47.
Is carried out. This 100% energization control is control for maintaining the duty ratio control signal to the heater 47 at 100%, and is continuously performed until the element impedance Z becomes 200Ω or less and the determination in step 301 is affirmative.

【0051】そして、ヒータ47の加熱作用により素子
温が上昇し、ステップ301が肯定判別されると、CP
U31はステップ303に進み、素子インピーダンスZ
がフィードバック(F/B)制御を開始するための所定
の判定値(本実施の形態では、40Ω程度)以下である
か否かを判別する。ここで、ステップ303はセンサ素
子部43の活性状態を判定するものであって、その判定
値は目標インピーダンスZTG(本実施の形態では、3
0Ω)に対して「+10Ω」程度の値として設定されて
いる。
Then, when the element temperature rises due to the heating action of the heater 47 and the determination in step 301 is affirmative, CP
U31 proceeds to step 303, where element impedance Z
Is smaller than or equal to a predetermined determination value (about 40Ω in the present embodiment) for starting feedback (F / B) control. Here, step 303 is for determining the activation state of the sensor element unit 43, and the determination value is the target impedance ZTG (3 in this embodiment).
0Ω) is set as a value of about “+ 10Ω”.

【0052】センサ活性前であって、ステップ303が
否定判別されると、CPU31はステップ304に進
み、「電力制御」によりヒータ47の通電を制御する。
このとき、素子インピーダンスZが大きいほど、大きな
電力指令値が決定され、その電力指令値に応じてヒータ
通電のための制御デューティ比が算出される。
Before the activation of the sensor, and when a negative determination is made in step 303, the CPU 31 proceeds to step 304 to control the energization of the heater 47 by "power control".
At this time, the larger the element impedance Z, the larger the power command value is determined, and the control duty ratio for energizing the heater is calculated according to the power command value.

【0053】センサ活性化が完了し、前記ステップ30
3が肯定判別されると、CPU31は、ステップ305
で「素子インピーダンスF/B制御」を実施する。この
素子インピーダンスF/B制御では、以下の手順にてヒ
ータ通電のためのデューティ比Dutyが算出される。
なお本実施の形態では、その一例としてPID制御手順
を用いることとしている。
When the activation of the sensor is completed, step 30 is performed.
If the determination is affirmative, the CPU 31 proceeds to step 305.
To execute "element impedance F / B control". In the element impedance F / B control, the duty ratio Duty for energizing the heater is calculated according to the following procedure.
In the present embodiment, a PID control procedure is used as an example.

【0054】つまり、先ずは次の式(4)〜(6)によ
り比例項GP,積分項GI,微分項GDを算出する。 GP=KP・(Z−ZTG) …(4) GI=GIi-1 +KI・(Z−ZTG) …(5) GD=KD・(Z−Zi-1 ) …(6) 但し、上式において、「KP」は比例定数、「KI」は
積分定数、「KD」は積分定数を表し、添字「i−1」
は前回処理時の値を表す。
That is, first, the proportional term GP, the integral term GI, and the differential term GD are calculated by the following equations (4) to (6). GP = KP. (Z-ZTG) (4) GI = GIi-1 + KI. (Z-ZTG) (5) GD = KD. (Z-Zi-1) (6) where, “KP” represents a proportional constant, “KI” represents an integral constant, “KD” represents an integral constant, and a subscript “i−1”
Represents the value of the previous processing.

【0055】そして、上記比例項GP,積分項GI,微
分項GDを加算してデューティ比Dutyを算出し(D
uty=GP+GI+GD)、該算出したデューティ比
Dutyによりヒータ47を通電する。なお、こうした
ヒータ制御手順は、上記のPID制御に限定されるもの
ではなく、PI制御やP制御を実施するようにしてもよ
い。
The duty ratio Duty is calculated by adding the proportional term GP, the integral term GI, and the differential term GD (D
(uty = GP + GI + GD), and the heater 47 is energized by the calculated duty ratio Duty. Note that such a heater control procedure is not limited to the above-described PID control, and PI control or P control may be performed.

【0056】一方、図9は触媒温推定ルーチンを示すフ
ローチャートであり、同ルーチンはCPU31により所
定間隔(例えば、128msec周期)のタイマ割り込
みにて起動される。
FIG. 9 is a flow chart showing a routine for estimating the catalyst temperature, which is started by the CPU 31 at a predetermined interval (for example, at a cycle of 128 msec) by a timer interrupt.

【0057】図9において、CPU31は、先ずステッ
プ401で素子インピーダンスZが所定の活性域(本実
施の形態では、30±5Ω)にあるか否かを判別する。
ステップ401がNOの場合、CPU31はステップ4
02でカウンタCを「0」にクリアし、続くステップ4
03で触媒温推定フラグXCATを「0」とした後、本
ルーチンを一旦終了する。
In FIG. 9, the CPU 31 first determines in step 401 whether the element impedance Z is in a predetermined active range (30 ± 5Ω in the present embodiment).
If step 401 is NO, the CPU 31 proceeds to step 4
In step 02, the counter C is cleared to "0".
After the catalyst temperature estimation flag XCAT is set to “0” in 03, this routine is ended once.

【0058】前記ステップ401がYESの場合、CP
U31は、ステップ404でカウンタCに「1」をイン
クリメントし、続くステップ405でカウンタCの値が
5秒相当の値よりも大きいか否かを判別する。そして、
CPU31は、ステップ405がYESになることを条
件にステップ406に進む。
If step 401 is YES, the CP
U31 increments the counter C by "1" at step 404, and determines at step 405 whether or not the value of the counter C is larger than a value corresponding to 5 seconds. And
The CPU 31 proceeds to step 406 on condition that step 405 becomes YES.

【0059】CPU31は、ステップ406で下記の式
(7)を用い、その時々のヒータ電力WATi から電力
なまし値WATSMi を算出する。 WATSMi =(1/a)・WATi +{(a−1)/a}・WATSMi-1 …(7) 因みに、ヒータ電力WATは、ヒータ電圧とヒータ電流
との積により随時求められるようになっている。
At step 406, the CPU 31 calculates the power smoothing value WATSMi from the heater power WATi at that time using the following equation (7). WATSMi = (1 / a) .WATi + {(a-1) / a} .WATSMi-1 (7) Incidentally, the heater power WAT can be obtained at any time by the product of the heater voltage and the heater current. I have.

【0060】その後、CPU31は、ステップ407で
例えば図10の関係に従い、前記算出した電力なまし値
WATSMから触媒温TCATを算出する。図10で
は、電力なまし値WATSMが大きくなるほど、触媒温
TCATが高くなるような関係が設定されている。但し
図10の横軸をヒータ電力WATとし、ヒータ電力WA
Tから触媒温TCATを算出する構成としてもよい。
Thereafter, in step 407, the CPU 31 calculates the catalyst temperature TCAT from the calculated power smoothing value WATSM in accordance with, for example, the relationship shown in FIG. In FIG. 10, a relationship is set such that the greater the power smoothing value WATSM, the higher the catalyst temperature TCAT. However, the horizontal axis in FIG. 10 is the heater power WAT, and the heater power WA
The configuration may be such that the catalyst temperature TCAT is calculated from T.

【0061】つまり、図11に示されるように、素子温
を所定値(700℃)に保持するには、排気温が高くな
るほど、ヒータ温が低下するようにヒータ電力が制御さ
れる(排気温が高いほど、ヒータ電力を小さくする)。
このとき、既述した通り、A/Fセンサ27の活性状態
下においてヒータ電力は素子インピーダンスF/B制御
されているが、素子インピーダンスZは排気温に応じて
変動し、実質上、排気温に応じたヒータ電力制御が行わ
れるため、ヒータ電力(電力なまし値WATSM)から
触媒温TCATの推定が可能となる。但し、排気温>7
00℃の領域では、素子温とヒータ温とが共に排気温に
一致する。
That is, as shown in FIG. 11, in order to maintain the element temperature at a predetermined value (700 ° C.), the heater power is controlled so that the higher the exhaust temperature, the lower the heater temperature (exhaust temperature). Is higher, the heater power is smaller).
At this time, as described above, while the A / F sensor 27 is in the active state, the heater power is controlled by the element impedance F / B, but the element impedance Z fluctuates according to the exhaust gas temperature, and substantially changes to the exhaust gas temperature. Since the corresponding heater power control is performed, the catalyst temperature TCAT can be estimated from the heater power (power smoothing value WATSM). However, exhaust temperature> 7
In the region of 00 ° C., both the element temperature and the heater temperature match the exhaust temperature.

【0062】また、CPU31は、ステップ408で触
媒温推定フラグXCATに「1」をセットし、その後本
ルーチンを一旦終了する。こうして触媒温推定フラグX
CATに「1」がセットされると、前記図4において、
触媒温TCATに基づきリーン時間TL及びリッチ時間
TRが設定される(図4のステップ203)。
Further, the CPU 31 sets "1" to the catalyst temperature estimation flag XCAT in step 408, and thereafter terminates this routine once. Thus, the catalyst temperature estimation flag X
When "1" is set in CAT, in FIG.
A lean time TL and a rich time TR are set based on the catalyst temperature TCAT (step 203 in FIG. 4).

【0063】図12は、上記の制御動作を説明するため
のタイムチャートである。同図では、例えばエンジン運
転状態がアイドル状態から高負荷・高回転状態に移行
し、それに伴い触媒温TCATが上昇する事例を示す。
図の時刻t11では触媒温TCATが350℃に達し、
時刻t12では触媒温TCATが430℃に達する。
FIG. 12 is a time chart for explaining the above control operation. The figure shows an example in which the engine operating state shifts from the idle state to the high load / high rotation state, and the catalyst temperature TCAT increases accordingly.
At time t11 in the figure, the catalyst temperature TCAT reaches 350 ° C.
At time t12, the catalyst temperature TCAT reaches 430 ° C.

【0064】図12において、時刻t11以前は、TC
AT<350℃であるため、リッチ時間TRが「T1」
として設定される。また、リーン時間TLは、TL=T
R・αとして設定される(例えば、α=50)。その
後、時刻t11〜t12では、TCAT=350〜43
0℃であるため、リッチ時間TRが「T2」として設定
される。また、時刻t12以降は、TCAT>430℃
であるため、リッチ時間TRが「T3」として設定され
る。但し既述の通り、各時間T1〜T3は、T1<T2
<T3の関係を有するものであるが、図12では便宜上
ほぼ同じ時間幅で図示している。
In FIG. 12, before time t11, TC
Since AT <350 ° C., the rich time TR is “T1”
Is set as The lean time TL is expressed as TL = T
It is set as R · α (for example, α = 50). Thereafter, at time t11 to t12, TCAT = 350 to 43
Since the temperature is 0 ° C., the rich time TR is set as “T2”. After time t12, TCAT> 430 ° C.
Therefore, the rich time TR is set as “T3”. However, as described above, each time T1 to T3 is T1 <T2
Although it has a relationship of <T3, it is illustrated in FIG. 12 with substantially the same time width for convenience.

【0065】図12の場合、エンジン運転状態の変化に
伴い触媒温TCATが上昇するが、その触媒温TCAT
に応じてTR,TLの時間比一定のもとでリッチ時間T
Rが可変に設定される。従って、前記図6に示されるよ
うに、NOx浄化率が許容レベルを越える温度域(温度
ウインドウ)がその都度変わり、その時々の触媒温TC
ATで良好なるNOx浄化率を確保することが可能とな
る。特に、触媒温TCATが高温域に達する場合におい
て、O2 と排ガス中のリッチ成分(HC,CO,H2
等)との反応が盛んになるが、リッチ時間TRが延長さ
れることで、吸蔵NOxの還元に必要なリッチ成分が十
分に確保でき、所望のNOx浄化率が維持される。
In the case of FIG. 12, the catalyst temperature TCAT increases with a change in the engine operating state.
Rich time T under a constant time ratio of TR and TL according to
R is set variably. Accordingly, as shown in FIG. 6, the temperature range (temperature window) where the NOx purification rate exceeds the allowable level changes each time, and the catalyst temperature TC at each time changes.
It is possible to secure a favorable NOx purification rate in AT. Particularly, when the catalyst temperature TCAT reaches a high temperature range, O2 and rich components (HC, CO, H2
And the like, but the rich time TR is prolonged, so that the rich components necessary for the reduction of the stored NOx can be sufficiently secured, and the desired NOx purification rate is maintained.

【0066】なお本実施の形態では、前記図9のルーチ
ンが請求項記載の触媒温推定手段に相当し、前記図4の
ステップ203が空燃比制御手段に相当する。また、リ
ーン時間TLとリッチ時間TRとの時間比が一定のもと
での各時間TL,TRがリーン燃焼の度合とリッチ燃焼
の度合に各々相当する。
In this embodiment, the routine of FIG. 9 corresponds to the catalyst temperature estimating means, and the step 203 of FIG. 4 corresponds to the air-fuel ratio control means. Further, when the time ratio between the lean time TL and the rich time TR is constant, each time TL, TR corresponds to the degree of lean combustion and the degree of rich combustion, respectively.

【0067】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。 (a)本実施の形態では、NOx触媒13の温度(触媒
温TCAT)を推定し、リーン時間TLとリッチ時間T
Rとの時間比が一定のもとで、触媒温TCATに応じて
リッチ時間TRを変更するようにした。本構成によれ
ば、触媒温TCATが変動してもNOx還元のためのリ
ッチ成分を適宜補うことができ、O2 とリッチ成分とが
盛んに反応する際にも、NOx触媒13における所望の
NOx還元作用が確保できるようになる。その結果、エ
ンジン運転状態などの変動に伴い触媒温TCATが変動
する際にも、NOx浄化率が不用意に低下することが防
止でき、常に高いNOx浄化率を保つことができる。
According to the present embodiment described in detail above, the following effects can be obtained. (A) In the present embodiment, the temperature (catalyst temperature TCAT) of the NOx catalyst 13 is estimated, and the lean time TL and the rich time T
Under a constant time ratio with respect to R, the rich time TR is changed according to the catalyst temperature TCAT. According to this configuration, even if the catalyst temperature TCAT fluctuates, the rich component for NOx reduction can be appropriately supplemented, and even when O2 and the rich component actively react, the desired NOx reduction in the NOx catalyst 13 can be achieved. The action can be secured. As a result, even when the catalyst temperature TCAT fluctuates due to fluctuations in the engine operating state and the like, it is possible to prevent the NOx purification rate from being carelessly reduced, and to always maintain a high NOx purification rate.

【0068】(b)触媒温TCATが高いほど、リッチ
時間TRを延長することとした(前記図5の関係)。こ
れにより、O2 とリッチ成分との反応が盛んになるNO
x触媒13の高温状態下であっても、NOx還元に要す
るリッチ成分が不足することはない。
(B) As the catalyst temperature TCAT is higher, the rich time TR is extended (the relationship of FIG. 5). As a result, the reaction between O2 and the rich component becomes more active.
Even when the x catalyst 13 is in a high temperature state, there is no shortage of rich components required for NOx reduction.

【0069】(c)また、リーン時間TLとリッチ時間
TRとの時間比を一定にしたままリッチ時間TRを可変
に設定するため、リッチ燃焼が過剰に実施されて予期せ
ぬ燃費の悪化やトルク変動を招くなどの不具合が防止で
きる。
(C) In addition, since the rich time TR is variably set while keeping the time ratio between the lean time TL and the rich time TR constant, rich combustion is excessively performed, and unexpected deterioration of fuel consumption and torque are prevented. Problems such as fluctuations can be prevented.

【0070】(d)ヒータ電力(電力なまし値WATS
M)に基づき触媒温TCATを推定することとした。つ
まり、A/Fセンサ27の活性状態を維持するために要
するヒータ電力量から触媒温TCATを推定することと
した。この場合、触媒温TCATを推定するための温度
センサなど、付加的な構成が不要となり、構成の簡素化
が図られる。
(D) Heater power (power smoothing value WATS
M), the catalyst temperature TCAT was estimated. That is, the catalyst temperature TCAT is estimated from the heater power required to maintain the active state of the A / F sensor 27. In this case, an additional configuration such as a temperature sensor for estimating the catalyst temperature TCAT becomes unnecessary, and the configuration is simplified.

【0071】(e)ヒータ電力に基づく触媒温TCAT
の推定に際し、A/Fセンサ27の活性状態下でのみ触
媒温TCATを推定するようにした。また、電力なまし
値WATSMから触媒温TCATを推定するようにし
た。そのため、触媒温TCATの誤検出が防止でき、推
定値の信頼性が向上する。
(E) Catalyst temperature TCAT based on heater power
In estimating the catalyst temperature TCAT, the catalyst temperature TCAT is estimated only when the A / F sensor 27 is active. Further, the catalyst temperature TCAT is estimated from the power smoothing value WATSM. Therefore, erroneous detection of the catalyst temperature TCAT can be prevented, and the reliability of the estimated value is improved.

【0072】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて具体化できる。図13の関係を用い、触媒
温TCATからリッチ時間TRを設定する。図13で
は、触媒温TCATがTC1〜TC2の温度域にある場
合に、触媒温TCATに応じてリッチ時間TRをリニア
に設定する。この場合、リッチ時間TRが小刻みに設定
されることで、NOx触媒13のNOx浄化能力を最大
限に活用することが可能となる。
The embodiment of the present invention can be embodied in the following forms other than the above. Using the relationship of FIG. 13, the rich time TR is set from the catalyst temperature TCAT. In FIG. 13, when the catalyst temperature TCAT is in the temperature range of TC1 to TC2, the rich time TR is set linearly according to the catalyst temperature TCAT. In this case, by setting the rich time TR in small increments, it is possible to maximize the NOx purification ability of the NOx catalyst 13.

【0073】上記実施の形態では、リーン時間TLとリ
ッチ時間TRとの時間比が一定のもとで、触媒温TCA
Tに応じてリッチ時間TRを可変に設定することとし、
触媒温TCATが高いほどリッチ時間TRを長くする構
成としたが、この構成を以下のように変更する。 ・リーン時間TLとリッチ時間TRとの時間比が一定の
もとで、触媒温TCATに応じてリーン時間TLを設定
し、そのリーン時間TLからリッチ時間TRを設定する
(TR=TL/α)。この場合にも、触媒温TCATが
高いほどリーン時間TL,リッチ時間TRを長くする。 ・触媒温TCATに応じてリーン時間TLとリッチ時間
TRとの時間比(TL/TR)を可変に設定することと
し、触媒温TCATが高いほど時間比(TL/TR)を
小さくする。 ・触媒温TCATに応じてリッチ燃焼時のリッチ度合
(リッチ側の目標空燃比)を可変に設定することとし、
触媒温TCATが高いほどリッチ度合を大きくする(目
標空燃比λTGを小さくする)。
In the above-described embodiment, the catalyst temperature TCA is maintained under a constant time ratio between the lean time TL and the rich time TR.
The rich time TR is set variably according to T,
Although the rich time TR is set to be longer as the catalyst temperature TCAT is higher, this structure is changed as follows. -Under a constant time ratio between the lean time TL and the rich time TR, the lean time TL is set in accordance with the catalyst temperature TCAT, and the rich time TR is set from the lean time TL (TR = TL / α). . Also in this case, the higher the catalyst temperature TCAT, the longer the lean time TL and the rich time TR. The time ratio (TL / TR) between the lean time TL and the rich time TR is variably set in accordance with the catalyst temperature TCAT, and the time ratio (TL / TR) decreases as the catalyst temperature TCAT increases. A rich degree (rich target air-fuel ratio) during rich combustion is variably set according to the catalyst temperature TCAT,
The higher the catalyst temperature TCAT, the greater the degree of richness (the smaller the target air-fuel ratio λTG).

【0074】上記何れの場合にも、触媒温TCATの変
動時において所望のNOx浄化率が確保できる。要は、
触媒温TCATに応じてリーン燃焼の度合とリッチ燃焼
の度合とを可変に設定する構成であれば任意に変更して
具体化できる。
In any of the above cases, a desired NOx purification rate can be secured when the catalyst temperature TCAT fluctuates. In short,
Any configuration that variably sets the degree of lean combustion and the degree of rich combustion according to the catalyst temperature TCAT can be arbitrarily changed and embodied.

【0075】上記実施の形態では、触媒温TCATが触
媒下流側における排気温に略一致することから、触媒下
流側のA/Fセンサ27のヒータ電力(電力なまし値W
ATSM)に基づいて触媒温TCATを推定したが、こ
の構成を以下のように変更する。 ・ヒータ電力に代えてヒータ47へのデューティ比制御
信号、或いはヒータ抵抗を用い、これらの値に応じて触
媒温TCATを推定する。 ・触媒上流側におけるA/Fセンサ26のヒータ通電量
(ヒータ電力)に基づいて触媒温TCATを推定する。 ・エンジン排気管12に触媒温を検出するための触媒温
センサを設け、このセンサ検出値から触媒温TCATを
推定する。
In the above embodiment, since the catalyst temperature TCAT substantially coincides with the exhaust gas temperature on the downstream side of the catalyst, the heater power of the A / F sensor 27 on the downstream side of the catalyst (power smoothing value W
Although the catalyst temperature TCAT was estimated based on ATSM, this configuration is changed as follows. A duty ratio control signal to the heater 47 or a heater resistance is used instead of the heater power, and the catalyst temperature TCAT is estimated according to these values. Estimating the catalyst temperature TCAT based on the amount of heater current (heater power) of the A / F sensor 26 on the upstream side of the catalyst. A catalyst temperature sensor for detecting the catalyst temperature is provided in the engine exhaust pipe 12, and the catalyst temperature TCAT is estimated from the sensor detection value.

【0076】上記何れの場合にも、触媒温TCATが正
確に検出でき、該検出した触媒温TCATによりリーン
時間TLとリッチ時間TRとが適正に設定できる。但
し、触媒下流側におけるA/Fセンサ26のヒータ通電
量から触媒温TCATを推定する場合、触媒温TCAT
は、触媒上流側の排気温とNOx触媒13での反応熱と
を加算した値として求められる。
In any of the above cases, the catalyst temperature TCAT can be accurately detected, and the lean time TL and the rich time TR can be appropriately set based on the detected catalyst temperature TCAT. However, when estimating the catalyst temperature TCAT from the heater power supply amount of the A / F sensor 26 on the downstream side of the catalyst, the catalyst temperature TCAT
Is obtained as a value obtained by adding the exhaust gas temperature on the upstream side of the catalyst and the reaction heat in the NOx catalyst 13.

【0077】上記実施の形態では、空燃比のフィードバ
ック制御に際し、現代制御理論を用いた演算を実施した
が、これに代えてPID,PI制御などを用いた演算を
実施してもよい。また、リーン燃焼時における空燃比を
オープン制御するようにしてもよい。つまり、空燃比リ
ーン領域でのリーン燃焼を行わせる場合、空燃比の目標
値を20〜23程度の値とし、その空燃比で制御される
よう燃料噴射量をオープン制御する。
In the above-described embodiment, the calculation using the modern control theory is performed in the feedback control of the air-fuel ratio. However, the calculation using the PID, PI control, etc. may be performed instead. Further, the air-fuel ratio at the time of lean combustion may be open-controlled. That is, when performing lean combustion in the air-fuel ratio lean region, the target value of the air-fuel ratio is set to a value of about 20 to 23, and the fuel injection amount is open-controlled so as to be controlled by the air-fuel ratio.

【0078】上記実施の形態では、ガス濃度センサとし
てエンジン排気管12に限界電流式の2つのA/Fセン
サ26,27を配設したが、この構成を以下のように変
更する。 ・上記実施の形態では、積層型のA/Fセンサにてガス
濃度センサを具体化したが、これをコップ型のA/Fセ
ンサに変更する。 ・限界電流式のA/Fセンサ26,27に代えて、起電
力出力式のO2 センサをエンジン排気管12に配設す
る。 ・NOx触媒13の上流側及び下流側の2つのセンサの
うち、何れか一方を廃除して構成し、残りの他方のセン
サにより空燃比制御とヒータ制御(触媒温推定)とを実
施する。 ・ガス濃度センサとして、NOx濃度を検出するNOx
濃度センサや、A/F(酸素濃度)とNOx濃度を同時
に検出する複合型ガスセンサを採用する。
In the above embodiment, two limiting current type A / F sensors 26 and 27 are provided in the engine exhaust pipe 12 as gas concentration sensors, but this configuration is changed as follows. In the above embodiment, the gas concentration sensor is embodied by a stacked A / F sensor, but this is changed to a cup-type A / F sensor. An electromotive force output type O2 sensor is provided in the engine exhaust pipe 12 in place of the limit current type A / F sensors 26 and 27. One of the two sensors on the upstream side and the downstream side of the NOx catalyst 13 is omitted, and the air-fuel ratio control and the heater control (catalyst temperature estimation) are performed by the other sensor. NOx that detects NOx concentration as a gas concentration sensor
A concentration sensor or a composite gas sensor that simultaneously detects A / F (oxygen concentration) and NOx concentration is employed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】発明の実施の形態における内燃機関の空燃比制
御システムの概要を示す全体構成図。
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an outline of an air-fuel ratio control system for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.

【図2】積層型A/Fセンサの構成を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a stacked A / F sensor.

【図3】燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。FIG. 3 is a flowchart showing a fuel injection control routine.

【図4】λTG設定ルーチンを示すフローチャート。FIG. 4 is a flowchart showing a λTG setting routine.

【図5】リッチ時間を設定するための図。FIG. 5 is a diagram for setting a rich time.

【図6】触媒温とNOx浄化率との関係を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a catalyst temperature and a NOx purification rate.

【図7】ヒータ制御ルーチンを示すフローチャート。FIG. 7 is a flowchart showing a heater control routine.

【図8】素子インピーダンスの検出法の一例を説明する
ための波形図。
FIG. 8 is a waveform chart for explaining an example of a method for detecting element impedance.

【図9】触媒温推定ルーチンを示すフローチャート。FIG. 9 is a flowchart showing a catalyst temperature estimation routine.

【図10】電力なまし値と触媒温との関係を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a power smoothing value and a catalyst temperature.

【図11】排気温、素子温、ヒータ温の関係を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a relationship among exhaust temperature, element temperature, and heater temperature.

【図12】実施の形態における作用を説明するためのタ
イムチャート。
FIG. 12 is a time chart for explaining an operation in the embodiment.

【図13】他の実施の形態において、リッチ時間を設定
するための図。
FIG. 13 is a diagram for setting a rich time in another embodiment.

【図14】従来技術の説明において、触媒温とNOx浄
化率との関係を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a catalyst temperature and a NOx purification rate in the description of the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…エンジン(内燃機関)、12…排気管、13…NO
x触媒(NOx吸蔵還元型触媒)、26,27…ガス濃
度センサとしてのA/Fセンサ(限界電流式空燃比セン
サ)、30…ECU、31…触媒温推定手段,空燃比制
御手段,ヒータ制御手段を構成するCPU、47…ヒー
タ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine (internal combustion engine), 12 ... Exhaust pipe, 13 ... NO
x catalyst (NOx storage reduction catalyst), 26, 27 ... A / F sensor (limit current type air-fuel ratio sensor) as a gas concentration sensor, 30 ... ECU, 31 ... catalyst temperature estimation means, air-fuel ratio control means, heater control CPU constituting the means, 47 ... heater.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】機関排気系に設けられたリーンNOx触媒
と、その触媒の上流側又は下流側に設けられ、排ガス中
の特定成分の濃度を検出するガス濃度センサとを備える
内燃機関に適用され、空燃比リーン領域でのリーン燃焼
を行わせると共に、リーン燃焼時に排出される排ガス中
のNOxをリーンNOx触媒で吸蔵し、さらに空燃比を
一時的にリッチに制御して前記吸蔵したNOxをリーン
NOx触媒から放出するようにした内燃機関の空燃比制
御装置において、 前記リーンNOx触媒の温度を推定するための触媒温推
定手段と、 前記推定した触媒温に応じて、リーン燃焼の度合とリッ
チ燃焼の度合とを変更するための空燃比制御手段とを備
えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
The present invention is applied to an internal combustion engine including a lean NOx catalyst provided in an engine exhaust system, and a gas concentration sensor provided upstream or downstream of the catalyst and detecting the concentration of a specific component in exhaust gas. In addition, lean combustion is performed in the air-fuel ratio lean region, NOx in exhaust gas discharged during lean combustion is stored by a lean NOx catalyst, and the air-fuel ratio is temporarily controlled to be rich to reduce the stored NOx. An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine configured to release from a NOx catalyst, a catalyst temperature estimating means for estimating a temperature of the lean NOx catalyst, and a degree of lean combustion and a rich combustion in accordance with the estimated catalyst temperature. And an air-fuel ratio control unit for changing the degree of the air-fuel ratio.
【請求項2】前記空燃比制御手段は、リーン燃焼のため
のリーン時間とリッチ燃焼のためのリッチ時間との時間
比が一定のもとで、前記推定した触媒温に応じてリッチ
時間を変更する請求項1に記載の内燃機関の空燃比制御
装置。
2. The air-fuel ratio control means changes the rich time in accordance with the estimated catalyst temperature under a constant time ratio between the lean time for lean combustion and the rich time for rich combustion. The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein
【請求項3】前記空燃比制御手段は、その時々の触媒温
が高いほど、リッチ時間を長くする請求項2に記載の内
燃機関の空燃比制御装置。
3. The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein said air-fuel ratio control means makes the rich time longer as the catalyst temperature at each time is higher.
【請求項4】前記空燃比制御手段は、その時々の触媒温
が高いほど、リーン燃焼のためのリーン時間とリッチ燃
焼のためのリッチ時間との時間比(リーン時間/リッチ
時間)を小さくする請求項1に記載の内燃機関の空燃比
制御装置。
4. The air-fuel ratio control means reduces the time ratio between the lean time for lean combustion and the rich time for rich combustion (lean time / rich time) as the catalyst temperature at that time increases. An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 1.
【請求項5】前記空燃比制御手段は、その時々の触媒温
が高いほど、リッチ燃焼時のリッチ度合を大きくする請
求項1に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said air-fuel ratio control means increases the rich degree at the time of rich combustion as the catalyst temperature at each time is higher.
【請求項6】前記ガス濃度センサを加熱するヒータと、 前記ヒータを所定の温度に制御するヒータ制御手段とを
備え、 前記触媒温推定手段は、前記ヒータ制御手段による制御
量に基づき触媒温を推定する請求項1〜請求項5のいず
れかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
6. A heater for heating the gas concentration sensor, and heater control means for controlling the heater to a predetermined temperature, wherein the catalyst temperature estimating means estimates a catalyst temperature based on a control amount of the heater control means. The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control unit estimates the air-fuel ratio.
【請求項7】前記触媒温推定手段は、前記ガス濃度セン
サの活性状態を維持するために要するヒータ電力量から
触媒温を推定する請求項6に記載の内燃機関の空燃比制
御装置。
7. The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 6, wherein said catalyst temperature estimating means estimates a catalyst temperature from a heater electric energy required to maintain an active state of said gas concentration sensor.
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