JP2014137031A - Internal combustion engine control device - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To further improve fuel economy by reducing a fuel injection amount while appropriately suppressing NOemission.SOLUTION: In a control device for feedback controlling an air fuel ratio of gas flowing in a catalyst for exhaust gas purification arranged in an exhaust path of an internal combustion engine while referring to an air fuel ratio sensor provided upstream or downstream, if a load of the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined value and an amount of oxygen occluded in the catalyst is equal to or smaller than a predetermined value, an air fuel ration control target is set to be closer to a lean side as compared with a case where the load of the internal combustion engine is higher than the predetermined value or the amount of oxygen occluded in the catalyst is larger than the predetermined value.

Description

本発明は、内燃機関における燃料噴射量を制御する制御装置に関する。   The present invention relates to a control device that controls a fuel injection amount in an internal combustion engine.

一般に、内燃機関の排気通路には、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる有害物質ＨＣ、ＣＯ、ＮＯxを酸化／還元して無害化する三元触媒が装着されている。ＨＣ、ＣＯ、ＮＯxの全てを効率よく浄化するには、排気ガスの空燃比をウィンドウと称する理論空燃比近傍の一定範囲に収束させる必要がある。そのために、触媒の上流及び／または下流にＯ2センサを配し、Ｏ2センサの出力信号を用いるフィードバックループを構築して、空燃比をフィードバック制御する（例えば、下記特許文献を参照）。 Generally, in the exhaust passage of an internal combustion engine, harmful substances HC contained in the exhaust gas discharged from an internal combustion engine, CO, three-way catalyst to harmless by oxidation / reduction of NO x is mounted. In order to efficiently purify all of HC, CO, and NO x , it is necessary to make the air-fuel ratio of the exhaust gas converge to a certain range near the stoichiometric air-fuel ratio called a window. For this purpose, an O 2 sensor is arranged upstream and / or downstream of the catalyst, a feedback loop using an output signal of the O 2 sensor is constructed, and the air-fuel ratio is feedback controlled (for example, refer to the following patent document).

特開２０１０−１３８７９１号公報JP 2010-138791 A

酸素過多である空燃比リーンの雰囲気中では、ＮＯxの還元反応（によるＮ2への変化）が起こりにくくなる。故に、従来、アクセル開度が小さく、要求される負荷（または、エンジントルク）が低い運転領域においても、ガスの空燃比を理論空燃比近傍に保つために必要となる量の燃料を噴射していた。 In an atmosphere of lean air-fuel ratio that is excessive in oxygen, the reduction reaction of NO x (change to N 2 due to NO x ) hardly occurs. Therefore, conventionally, even in an operation region where the accelerator opening is small and the required load (or engine torque) is low, the amount of fuel necessary to keep the gas air-fuel ratio close to the theoretical air-fuel ratio has been injected. It was.

ところが、発明者等の鋭意検討の結果、燃料噴射量を減らして空燃比をリーン化しても、ＮＯxの排出量が増加しない状況が存在することが判明した。 However, as a result of intensive studies by the inventors, it has been found that there is a situation in which the NO x emission amount does not increase even if the fuel injection amount is reduced and the air-fuel ratio is made lean.

本発明は、上述の点に初めて着目してなされたものであり、ＮＯxの排出を適切に抑制しながら、燃料噴射量を削減して燃費性能のより一層の向上を図ることを所期の目的とする。 The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned points for the first time, and is intended to further improve fuel consumption performance by reducing the fuel injection amount while appropriately suppressing NO x emission. Objective.

本発明では、内燃機関の排気通路に装着される排気ガス浄化用の触媒の上流または下流に設けられた空燃比センサの出力を参照し、触媒に流入するガスの空燃比をフィードバック制御する制御装置において、内燃機関の負荷が所定以下であり、かつ触媒に吸蔵されている酸素の量（触媒の最大酸素吸蔵能力に対する吸蔵酸素量の比であることがある）が所定以下である場合に、そうでない場合と比較して空燃比制御の目標をよりリーン側に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。   In the present invention, a control device that feedback-controls the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst with reference to the output of an air-fuel ratio sensor provided upstream or downstream of the exhaust gas purification catalyst mounted in the exhaust passage of the internal combustion engine In the case where the load of the internal combustion engine is not more than a predetermined value and the amount of oxygen stored in the catalyst (which may be the ratio of the stored oxygen amount to the maximum oxygen storage capacity of the catalyst) is not more than the predetermined value, In contrast, the control device for the internal combustion engine is characterized in that the target of the air-fuel ratio control is set to a leaner side as compared with the case where it is not.

本発明によれば、ＮＯxの排出を適切に抑制しながら、燃料噴射量を削減して燃費性能のより一層の向上を図り得る。 According to the present invention, it is possible to further improve fuel efficiency by reducing the fuel injection amount while appropriately suppressing NO x emission.

本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置のハードウェア資源構成を示す図。The figure which shows the hardware resource structure of the internal combustion engine and control apparatus in one Embodiment of this invention. フロントＯ2センサの出力を参照した空燃比フィードバック制御の模様を示すタイミング図。Timing diagram illustrating the pattern of the air-fuel ratio feedback control with reference to the output of the front O 2 sensor. 制御中心補正量ＦＡＣＦと遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬとの関係を例示するグラフ。The graph which illustrates the relationship between control center correction amount FACF and delay time TDR, TDL. リアＯ2センサの出力を参照した空燃比フィードバック制御の模様を示すタイミング図。Timing diagram illustrating the pattern of the air-fuel ratio feedback control with reference to the output of the rear O 2 sensor. 本実施形態の制御装置が実行する触媒の最大酸素吸蔵能力の推定手法を説明するタイミング図。The timing diagram explaining the estimation method of the maximum oxygen storage capacity of the catalyst which the control apparatus of this embodiment performs. 本実施形態の制御装置が実行する処理の手順例を示すフロー図。The flowchart which shows the example of a procedure of the process which the control apparatus of this embodiment performs.

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. The internal combustion engine in the present embodiment is a spark ignition gasoline engine and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). In the vicinity of the intake port of each cylinder 1, an injector 11 for injecting fuel is provided. A spark plug 12 is attached to the ceiling of the combustion chamber of each cylinder 1. The spark plug 12 receives spark voltage generated by the ignition coil and causes spark discharge between the center electrode and the ground electrode. The ignition coil is integrally incorporated in a coil case together with an igniter that is a semiconductor switching element.

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。   The intake passage 3 for supplying intake air takes in air from the outside and guides it to the intake port of each cylinder 1. On the intake passage 3, an air cleaner 31, an electronic throttle valve 32, a surge tank 33, and an intake manifold 34 are arranged in this order from the upstream.

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。   The exhaust passage 4 for discharging the exhaust guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An exhaust manifold 42 and an exhaust purification three-way catalyst 41 are disposed on the exhaust passage 4.

さらに、排気通路４における触媒４１の上流及び／または下流に、排気通路を流通する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４３、４４を設置してある。空燃比センサ４３、４４はそれぞれ、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ2センサであってもよく、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。本実施形態では、触媒４１の上流側及び下流側の各空燃比センサ４３、４４について、排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力するＯ2センサを想定している。Ｏ2センサ４３、４４の出力特性は、ウィンドウの範囲では空燃比に対する出力の変化率が大きく急峻な傾きを示し、それよりも空燃比が大きいリーン領域では低位飽和値に漸近し、空燃比が小さいリッチ領域では高位飽和値に漸近する、いわゆるＺ特性曲線を描く。 Further, air-fuel ratio sensors 43 and 44 for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the exhaust passage are installed upstream and / or downstream of the catalyst 41 in the exhaust passage 4. Each of the air-fuel ratio sensors 43 and 44 may be an O 2 sensor having a non-linear output characteristic with respect to the air-fuel ratio of the exhaust gas, or a linear A / F sensor having an output characteristic proportional to the air-fuel ratio of the exhaust gas. There may be. In the present embodiment, an O 2 sensor that outputs a voltage signal corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas is assumed for each of the upstream and downstream air-fuel ratio sensors 43 and 44 of the catalyst 41. The output characteristics of the O 2 sensors 43 and 44 show a large and steep slope of the output change rate with respect to the air-fuel ratio in the window range, and asymptotically approach the low saturation value in the lean region where the air-fuel ratio is larger than that. In a small rich region, a so-called Z characteristic curve that draws an asymptotic approach to a high saturation value is drawn.

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。   An ECU (Electronic Control Unit) 0 serving as a control device for an internal combustion engine according to the present embodiment is a microcomputer system having a processor, a memory, an input interface, an output interface, and the like.

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、触媒４１の上流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３から出力される空燃比信号ｆ、触媒４１の下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４４から出力される空燃比信号ｇ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｈ等が入力される。   The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal (N signal) b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle of the crankshaft and the engine speed, An accelerator opening signal c output from a sensor that detects the amount of depression of the accelerator pedal or the opening of the throttle valve 32 as an accelerator opening, and an intake air temperature and an intake pressure in the intake passage 3 (particularly, the surge tank 33) are detected. An intake air temperature / intake pressure signal d output from the temperature / pressure sensor, a cooling water temperature signal e output from the water temperature sensor for detecting the cooling water temperature of the engine, and an air / fuel ratio for detecting the air / fuel ratio of the exhaust gas upstream of the catalyst 41 The air-fuel ratio signal f output from the sensor 43 and the air-fuel ratio sensor 44 that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the catalyst 41 are output. The air-fuel ratio signal g that is, the cam angle signal (G signal) which is output from the cam angle sensor at a plurality of cam angle of the intake camshaft or an exhaust camshaft h the like are input.

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ等を出力する。   From the output interface, an ignition signal i is output to the igniter of the spark plug 12, a fuel injection signal j is output to the injector 11, an opening operation signal k is output to the throttle valve 32, and the like.

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータ及びユーザの操作に対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋを出力インタフェースを介して印加する。   The processor of the ECU 0 interprets and executes a program stored in the memory in advance, calculates operation parameters, and controls the operation of the internal combustion engine. The ECU 0 acquires various information a, b, c, d, e, f, g, and h necessary for operation control of the internal combustion engine via the input interface, knows the engine speed, and is filled in the cylinder 1. Estimate the intake volume. Then, operating parameters such as required fuel injection amount, fuel injection timing (including the number of times of fuel injection for one combustion), fuel injection pressure, and ignition timing are determined. As the operation parameter determination method itself, a known method can be adopted. The ECU 0 applies various control signals i, j, and k corresponding to operation parameters and user operations via an output interface.

以降、空燃比のフィードバック制御に関して詳記する。本実施形態のＥＣＵ０は、フィードバックコントローラとして機能し、気筒１に充填される混合気の空燃比を制御する。具体的には、まず、吸気圧及び吸気温、エンジン回転数等から吸気量を算出して基本噴射量ＴＰを決定する。次いで、この基本噴射量ＴＰを、触媒４１の上流側の空燃比に応じて定まるフィードバック補正係数ＦＡＦで補正し、さらには内燃機関の状況に応じて定まる各種補正係数Ｋやインジェクタ３６の無効噴射時間ＴＡＵＶをも加味して、最終的な燃料噴射時間（インジェクタ１１に対する通電時間）Ｔを算定する。燃料噴射時間Ｔは、Ｔ＝ＴＰ×ＦＡＦ×Ｋ＋ＴＡＵＶとなる。そして、燃料噴射時間Ｔだけインジェクタ１１に信号ｊを入力、インジェクタ１１を開弁して燃料を噴射させる。   Hereinafter, the air-fuel ratio feedback control will be described in detail. The ECU 0 of the present embodiment functions as a feedback controller and controls the air-fuel ratio of the air-fuel mixture that fills the cylinder 1. Specifically, first, the basic injection amount TP is determined by calculating the intake air amount from the intake pressure and intake air temperature, the engine speed, and the like. Next, the basic injection amount TP is corrected with a feedback correction coefficient FAF determined according to the air-fuel ratio on the upstream side of the catalyst 41. Further, various correction coefficients K determined according to the state of the internal combustion engine and the invalid injection time of the injector 36 The final fuel injection time (energization time for the injector 11) T is calculated in consideration of TAUV. The fuel injection time T is T = TP × FAF × K + TAUV. Then, the signal j is input to the injector 11 for the fuel injection time T, and the injector 11 is opened to inject fuel.

触媒４１の上流側の空燃比信号ｆを参照したフィードバック制御は、例えば、内燃機関の冷却水温が所定温度以上であり、燃料カット中でなく、パワー増量中でなく、内燃機関の始動から所定時間が経過し、触媒４１の上流側の空燃比センサ４３が活性中、吸気圧が正常である、等の諸条件が全て成立している場合に行う。このことは、アイドル運転中においても同様である。   The feedback control with reference to the air-fuel ratio signal f on the upstream side of the catalyst 41 is performed, for example, when the cooling water temperature of the internal combustion engine is equal to or higher than a predetermined temperature, the fuel is not being cut, the power increase is not being performed, This is performed when all of the conditions such as the air-fuel ratio sensor 43 upstream of the catalyst 41 is active and the intake pressure is normal are satisfied. The same applies to the idling operation.

図２に示すように、ＥＣＵ０は、触媒４１の上流側のガスの空燃比を検出するセンサであるフロントＯ2センサ４３の出力電圧ｆを、所定の電圧値と比較して、その値よりも高ければリッチ、その値よりも低ければリーンと判定する。そして、センサ出力ｆがリーンからリッチに切り替わったときには、リッチ判定遅延時間ＴＤＲの経過を待って、フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ値ＲＳＭだけ減少させる。その後、補正係数ＦＡＦを所定時間あたりリーン積分値ＫＩＭだけ逓減させる。補正係数ＦＡＦの減少に伴い、燃料噴射量が絞られて、混合気の空燃比がリーンへと向かう。 As shown in FIG. 2, the ECU 0 compares the output voltage f of the front O 2 sensor 43, which is a sensor for detecting the air-fuel ratio of the gas upstream of the catalyst 41, with a predetermined voltage value. If it is higher, it is determined to be rich, and if it is lower than that value, it is determined to be lean. When the sensor output f is switched from lean to rich, the feedback correction coefficient FAF is decreased by the skip value RSM after the rich determination delay time TDR has elapsed. Thereafter, the correction coefficient FAF is decreased by a lean integral value KIM per predetermined time. As the correction coefficient FAF decreases, the fuel injection amount is reduced, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture moves toward lean.

あるいは、センサ出力ｆがリッチからリーンに切り替わったときには、リーン判定遅延時間ＴＤＬの経過を待って、フィードバック補正係数ＦＡＦをスキップ値ＲＳＰだけ増加させる。その後、補正係数ＦＡＦを所定時間あたりリッチ積分値ＫＩＰだけ逓増させる。補正係数ＦＡＦの増加に伴い、燃料噴射量が上積みされて、混合気の空燃比がリッチへと向かう。   Alternatively, when the sensor output f is switched from rich to lean, the feedback correction coefficient FAF is increased by the skip value RSP after the lean determination delay time TDL has elapsed. Thereafter, the correction coefficient FAF is increased by the rich integral value KIP per predetermined time. As the correction coefficient FAF increases, the fuel injection amount is increased and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes richer.

遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬは、制御中心補正量ＦＡＣＦに応じて増減する。図３に、補正量ＦＡＣＦと遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬとの関係を例示する。補正量ＦＡＣＦが大きくなるほど、リッチ判定遅延時間ＴＤＲは延長され、リーン判定遅延時間ＴＤＬは短縮される。さすれば、フィードバック補正係数ＦＡＦが増加から減少に転じる時期が遅れ、減少から増加に転じる時期が早まる。結果、燃料噴射量が平均的に増すこととなり、空燃比フィードバック制御の制御中心、換言すれば空燃比フィードバック制御の目標がリッチ側に変位する。   The delay times TDR and TDL increase or decrease according to the control center correction amount FACF. FIG. 3 illustrates the relationship between the correction amount FACF and the delay times TDR and TDL. As the correction amount FACF increases, the rich determination delay time TDR is extended and the lean determination delay time TDL is shortened. In this case, the time when the feedback correction coefficient FAF starts to decrease is delayed, and the time when the feedback correction coefficient FAF starts to increase increases. As a result, the fuel injection amount increases on average, and the control center of the air-fuel ratio feedback control, in other words, the target of the air-fuel ratio feedback control is displaced to the rich side.

他方、補正量ＦＡＣＦが小さくなるほど、リッチ判定遅延時間ＴＤＲは短縮され、リーン判定遅延時間ＴＤＬは延長される。さすれば、フィードバック補正係数ＦＡＦが増加から減少に転じる時期が早まり、減少から増加に転じる時期が遅れる。結果、燃料噴射量が平均的に減ることとなり、空燃比フィードバック制御の制御中心即ち目標がリーン側に変位する。   On the other hand, the smaller the correction amount FACF, the shorter the rich determination delay time TDR and the lean determination delay time TDL. Then, the time when the feedback correction coefficient FAF starts to decrease from the increase is advanced, and the time when the feedback correction coefficient FAF starts to increase is delayed. As a result, the fuel injection amount decreases on average, and the control center of the air-fuel ratio feedback control, that is, the target is displaced to the lean side.

ＥＣＵ０は、空燃比のフィードバック制御中、上記の制御中心補正量ＦＡＣＦをも算出する。原則として、ＦＡＣＦは、触媒４１の下流側の空燃比に応じて定まる。触媒４１の下流側の空燃比信号ｇを参照したフィードバック制御は、例えば、冷却水温が所定温度以上であり、空燃比フィードバック制御の開始から所定時間が経過し、フロントＯ2センサ４３が活性してから所定時間が経過し、過渡期の燃料補正量が所定値を下回り、アイドル状態で車速が０若しくは０に近い所定閾値以下であるかまたは非アイドル状態で所定の運転領域にある、等の諸条件が全て成立している場合に行う。 The ECU 0 also calculates the control center correction amount FACF during the air-fuel ratio feedback control. In principle, the FACF is determined according to the air-fuel ratio on the downstream side of the catalyst 41. In the feedback control with reference to the air-fuel ratio signal g on the downstream side of the catalyst 41, for example, the cooling water temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, a predetermined time has elapsed from the start of the air-fuel ratio feedback control, and the front O 2 sensor 43 is activated. The fuel correction amount in the transition period falls below a predetermined value, the vehicle speed is 0 or less than a predetermined threshold value close to 0 in the idle state, or is in the predetermined driving range in the non-idle state, etc. Performed when all the conditions are met.

図４に示すように、ＥＣＵ０は、触媒４１の下流側のガスの空燃比を検出するセンサであるリアＯ2センサ４４の出力電圧ｇを所定の電圧値と比較して、その値よりも高ければリッチ、その値よりも低ければリーンと判定する。そして、センサ出力ｇがリッチである間は、制御中心補正量ＦＡＣＦを所定時間あたりリーン積分値ＦＡＣＦＫＩＭだけ逓減させる。既に述べたように、補正量ＦＡＣＦの減少に伴い、空燃比制御の目標はリーンへと向かう。 As shown in FIG. 4, the ECU 0 compares the output voltage g of the rear O 2 sensor 44, which is a sensor for detecting the air-fuel ratio of the gas downstream of the catalyst 41, with a predetermined voltage value, and is higher than that value. If it is lower than that value, it is judged as lean. Then, while the sensor output g is rich, the control center correction amount FACF is decreased by a lean integral value FACFKIM per predetermined time. As already described, as the correction amount FACF decreases, the target of the air-fuel ratio control moves toward lean.

逆に、センサ出力ｇがリーンである間は、制御中心補正量ＦＡＣＦを所定時間あたりリッチ積分値ＦＡＣＦＫＩＰだけ逓増させる。補正量ＦＡＣＦの増加に伴い、空燃比制御の目標はリッチへと向かう。   On the contrary, while the sensor output g is lean, the control center correction amount FACF is increased by the rich integral value FACFKIP per predetermined time. As the correction amount FACF increases, the target of air-fuel ratio control becomes richer.

また、ＥＣＵ０は、空燃比フィードバック制御中に、フロントＯ2センサ４３の出力ｆ及びリアＯ2センサ４４の出力ｇを参照して、触媒４１の最大酸素吸蔵能力の推定を行う。具体的には、図５に示すように、上流側空燃比信号ｆの振動の周期αと、下流側空燃比信号ｇの振動の周期βとをそれぞれ計測し、両者の比β／αを演算して、その比β／αの多寡に基づいて触媒４１の最大酸素吸蔵能力を推測する。新品の触媒４１のように、最大酸素吸蔵能力が大きい触媒４１では、周期βが長くなり、比β／αの値が大きくなる。これに対し、長期に亘り使用され劣化した触媒４１のように、最大酸素吸蔵能力の小さい触媒４１では、周期βが短くなり、比β／αの値が小さくなる。 Further, the ECU 0 estimates the maximum oxygen storage capacity of the catalyst 41 with reference to the output f of the front O 2 sensor 43 and the output g of the rear O 2 sensor 44 during the air-fuel ratio feedback control. Specifically, as shown in FIG. 5, the oscillation period α of the upstream air-fuel ratio signal f and the oscillation period β of the downstream air-fuel ratio signal g are measured, and the ratio β / α between them is calculated. Then, the maximum oxygen storage capacity of the catalyst 41 is estimated based on the ratio β / α. In the catalyst 41 having a large maximum oxygen storage capacity, such as a new catalyst 41, the cycle β becomes longer and the value of the ratio β / α becomes larger. On the other hand, in the catalyst 41 having a small maximum oxygen storage capacity, such as the catalyst 41 that has been used and deteriorated over a long period of time, the cycle β is shortened and the value of the ratio β / α is decreased.

ＥＣＵ０は、運転状況に応じて、インジェクタ１１からの燃料噴射（及び、点火プラグ１２による点火）を一時的に停止する燃料カットを実施する。通常、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あるときに、燃料カット条件が成立したものとする。   The ECU 0 performs a fuel cut that temporarily stops the fuel injection from the injector 11 (and ignition by the spark plug 12) according to the driving situation. Normally, it is assumed that the fuel cut condition is satisfied when the accelerator pedal depression amount is 0 or less than a threshold value close to 0 and the engine speed is equal to or higher than the fuel cut permission speed.

燃料噴射を停止した後、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、またはエンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等の何れかの燃料カット終了条件が成立した暁には、燃料カットを終了することとし、インジェクタ１１からの燃料噴射（及び、点火プラグ１２による点火）を再開する。   After stopping the fuel injection, if any fuel cut end condition is satisfied, such as the accelerator pedal depression amount has exceeded the threshold value or the engine speed has decreased to the fuel cut return speed, the fuel cut must be performed. The fuel injection from the injector 11 (and ignition by the spark plug 12) is resumed.

燃料カットからの復帰の際には、低落したエンジン回転数を回復するべく、ある期間燃料噴射量を増量して空燃比をリッチ化し、しかる後、空燃比を本来の目標である理論空燃比近傍の値に収束させる空燃比フィードバック制御を再開する。   When returning from a fuel cut, the fuel injection amount is increased for a certain period to enrich the air-fuel ratio in order to recover the reduced engine speed, and then the air-fuel ratio is close to the original target theoretical air-fuel ratio. The air-fuel ratio feedback control for converging to this value is resumed.

燃料カットの開始から終了までの期間は、触媒４１に燃料成分を含まない空気が流入することから、触媒４１に吸蔵された酸素の量が逓増する。吸蔵酸素量の単位時間あたりの増加量（増加の速度）は、そのときのエンジン回転数及びスロットルバルブ３２の開度に応じたものとなる。燃料カット中に触媒４１に吸蔵される酸素量は、
（エンジン回転数／６０）×（気筒数／２）×ボア径×ストローク長×所定の係数×燃料カット時間
の形で簡易に推算することができる。尤も、触媒４１はその最大酸素吸蔵能力までしか酸素を吸蔵することはできない。 During the period from the start to the end of the fuel cut, air containing no fuel component flows into the catalyst 41, so that the amount of oxygen stored in the catalyst 41 increases gradually. The amount of increase in the amount of stored oxygen per unit time (the rate of increase) depends on the engine speed and the opening of the throttle valve 32 at that time. The amount of oxygen stored in the catalyst 41 during fuel cut is
It can be simply estimated in the form of (engine speed / 60) × (number of cylinders / 2) × bore diameter × stroke length × predetermined coefficient × fuel cut time. However, the catalyst 41 can only store oxygen up to its maximum oxygen storage capacity.

燃料カットの終了から空燃比フィードバックの再開までの過渡期間は、触媒４１にリッチ空燃比の空気が流入することから、触媒４１に吸蔵された酸素の量が逓減する。吸蔵酸素量の単位時間あたりの減小量（減小の速度）もまた、そのときのエンジン回転数及びスロットルバルブ３２の開度に応じたものとなる。燃料カット終了後に触媒４１から放出される酸素量は、
∫｛（エンジン回転数／６０）×（気筒数／２）×ボア径×ストローク長×所定の係数×（理論空燃比−実際の空燃比）／理論空燃比｝ｄｔ
となる。なお、上式が負値となる場合、その値は燃料カット終了後に触媒４１に吸蔵される酸素量を示唆する（ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンであるときには、余剰の酸素が触媒４１に吸蔵される）。 During the transitional period from the end of the fuel cut to the resumption of air-fuel ratio feedback, the rich air-fuel ratio air flows into the catalyst 41, so that the amount of oxygen stored in the catalyst 41 gradually decreases. A reduction amount (a reduction speed) per unit time of the stored oxygen amount also depends on the engine speed and the opening degree of the throttle valve 32 at that time. The amount of oxygen released from the catalyst 41 after the fuel cut ends is
∫ {(engine speed / 60) × (number of cylinders / 2) × bore diameter × stroke length × predetermined coefficient × (theoretical air / fuel ratio−actual air / fuel ratio) / theoretical air / fuel ratio} dt
It becomes. When the above equation is a negative value, this value indicates the amount of oxygen stored in the catalyst 41 after the fuel cut ends (when the gas air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, excess oxygen is Occluded by the catalyst 41).

過渡期間の長さは、現在触媒４１に吸蔵されている酸素の量に応じて定まる。ＥＣＵ０は、燃料カット終了後の空燃比リッチ制御中に触媒４１から放出される酸素量を、燃料カット中に触媒４１に吸蔵された酸素量から減じ、残りの酸素量が閾値まで低下したときに、空燃比リッチ制御を止めて空燃比フィードバック制御へと移行する。   The length of the transition period is determined according to the amount of oxygen currently stored in the catalyst 41. The ECU 0 subtracts the amount of oxygen released from the catalyst 41 during the air-fuel ratio rich control after the end of the fuel cut from the amount of oxygen stored in the catalyst 41 during the fuel cut, and when the remaining oxygen amount falls to the threshold value Then, the air-fuel ratio rich control is stopped and the routine proceeds to air-fuel ratio feedback control.

上記の閾値は、触媒４１の劣化の度合い、即ち推定された最大酸素吸蔵能力の大きさに応じて可変としてもよく、触媒４１の劣化の度合いによらず一定の値としてもよい。閾値は、触媒４１の最大酸素吸蔵能力の四割ないし六割の間の値に設定することが好ましい。あるいは、閾値は、リアＯ2センサ４４が出力する空燃比信号ｇの電圧の平均値が０．５Ｖないし０．６Ｖ程度となるような値に設定することが好ましい。 The threshold value may be variable according to the degree of deterioration of the catalyst 41, that is, the estimated maximum oxygen storage capacity, and may be a constant value regardless of the degree of deterioration of the catalyst 41. The threshold value is preferably set to a value between 40% to 60% of the maximum oxygen storage capacity of the catalyst 41. Alternatively, the threshold value is preferably set to a value such that the average value of the voltage of the air-fuel ratio signal g output from the rear O 2 sensor 44 is about 0.5V to 0.6V.

その上で、本実施形態のＥＣＵ０は、現在の内燃機関の負荷が所定以下であり、かつ現在触媒４１に吸蔵されている酸素の量が所定以下である場合に、空燃比制御の目標をよりリーン側に設定し、燃料噴射量を削減したリーン運転を実施する。   In addition, the ECU 0 of the present embodiment increases the target of the air-fuel ratio control when the current load of the internal combustion engine is equal to or less than a predetermined value and the amount of oxygen currently stored in the catalyst 41 is equal to or less than the predetermined value. Set to lean side and implement lean operation with reduced fuel injection amount.

内燃機関の負荷は、エンジン回転数及びサージタンク３３内吸気圧を基に推定する。ＥＣＵ０は、エンジン回転数が所定値以下であり、かつサージタンク３３内の吸気圧が所定値以下であることを条件として、現在の内燃機関の負荷が所定以下であると判断する。   The load of the internal combustion engine is estimated based on the engine speed and the intake pressure in the surge tank 33. The ECU 0 determines that the current load of the internal combustion engine is not more than a predetermined value on condition that the engine speed is not more than a predetermined value and the intake pressure in the surge tank 33 is not more than a predetermined value.

触媒４１が吸蔵している酸素量は、燃料カット終了後において、反復的に推算し続ける。その酸素吸蔵量が所定値以下、または、酸素吸蔵量の最大酸素吸蔵能力に対する比が所定値以下であるならば、触媒４１の酸素吸蔵能力に未だ余裕があり、リーン空燃比のガスが触媒４１に流入したとしても余剰の酸素を触媒４１に吸着させてＮＯxの還元反応を促すことが可能である。 The amount of oxygen stored in the catalyst 41 is repeatedly estimated after the end of the fuel cut. If the oxygen storage amount is not more than a predetermined value, or if the ratio of the oxygen storage amount to the maximum oxygen storage capacity is not more than the predetermined value, the oxygen storage capacity of the catalyst 41 still has a margin, and the gas with a lean air-fuel ratio is not enough. Even if it flows into the catalyst, excess oxygen can be adsorbed on the catalyst 41 to promote the NO x reduction reaction.

特に、燃料カットが終了した時点において、触媒４１の吸蔵酸素量が所定以下であり、内燃機関の負荷も所定以下であるならば、燃料カット終了後の空燃比リッチの過渡期間を設けることなしに、空燃比制御の目標をリーン側に設定する。   In particular, when the stored oxygen amount of the catalyst 41 is equal to or less than a predetermined value and the load on the internal combustion engine is equal to or less than a predetermined value at the time when the fuel cut is completed, an air-fuel ratio rich transient period after the fuel cut ends is not provided. Then, the target of air-fuel ratio control is set to the lean side.

空燃比制御の目標を理論空燃比よりもリーン側に偏倚させるためには、補正量ＦＡＣＦを減少させればよい。   In order to deviate the target of the air-fuel ratio from the stoichiometric air-fuel ratio, the correction amount FACF may be decreased.

図６に、ＥＣＵ０がプログラムに従い実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ０は、燃料カット条件が成立したことに対応して（ステップＳ１）燃料カットを開始し（ステップＳ２）、その後燃料カット終了条件が成立したことに対応して（ステップＳ３）燃料カットを終了する。   FIG. 6 shows a procedure example of processing executed by the ECU 0 according to the program. The ECU 0 starts the fuel cut in response to the fuel cut condition being satisfied (step S1) (step S2), and then ends the fuel cut in response to the fuel cut end condition being satisfied (step S3). .

ＥＣＵ０は、燃料カット期間中に触媒４１に吸蔵された酸素量を、例えば上記の演算式に則って推算する（ステップＳ４）。但し、触媒４１の吸蔵酸素量は、先に推定した最大酸素吸蔵能力を超えない。   The ECU 0 estimates the amount of oxygen occluded in the catalyst 41 during the fuel cut period, for example, according to the above arithmetic expression (step S4). However, the stored oxygen amount of the catalyst 41 does not exceed the previously estimated maximum oxygen storage capacity.

燃料カットの終了時点における内燃機関の負荷が所定以下であり（ステップＳ５）、かつ燃料カット中に触媒４１に吸蔵された酸素量（または、その吸蔵酸素量の最大酸素吸蔵能力に対する比）が所定以下である場合には（ステップＳ６）、空燃比をリーンに操作するものとし（ステップＳ７）、燃料噴射量を気筒１に充填される吸気量に見合った量よりも減量する。   The load on the internal combustion engine at the end of the fuel cut is less than a predetermined value (step S5), and the amount of oxygen stored in the catalyst 41 during the fuel cut (or the ratio of the stored oxygen amount to the maximum oxygen storage capacity) is predetermined. If the following is true (step S6), the air-fuel ratio is operated lean (step S7), and the fuel injection amount is reduced from an amount commensurate with the intake air amount charged into the cylinder 1.

さもなくば、燃料カットの終了後に、空燃比をリッチに操作するものとし（ステップＳ８）、燃料噴射量を気筒１に充填される吸気量に見合った量よりも増量する。この空燃比リッチの過渡期間中も、ＥＣＵ０は、触媒４１の吸蔵酸素量を反復的に演算する（ステップＳ９）。ステップＳ９では、エンジン回転数及びサージタンク３３内圧力、並びに空燃比を基に、吸蔵酸素量の単位時間あたりの減小量を推算し、これを直近の吸蔵酸素量から減算する。   Otherwise, after the fuel cut is completed, the air-fuel ratio is controlled to be rich (step S8), and the fuel injection amount is increased from an amount commensurate with the intake air amount charged into the cylinder 1. Even during the air-fuel ratio rich transition period, the ECU 0 repeatedly calculates the stored oxygen amount of the catalyst 41 (step S9). In step S9, a reduction amount per unit time of the stored oxygen amount is estimated based on the engine speed, the pressure in the surge tank 33, and the air-fuel ratio, and is subtracted from the latest stored oxygen amount.

そして、触媒４１の吸蔵酸素量が閾値まで低下したならば（ステップＳ１０）、理論空燃比近傍を目標とした空燃比のフィードバック制御を再開する（ステップＳ１１）。   If the stored oxygen amount of the catalyst 41 has decreased to the threshold value (step S10), air-fuel ratio feedback control targeting the vicinity of the theoretical air-fuel ratio is resumed (step S11).

本実施形態では、内燃機関の排気通路４に装着される排気ガス浄化用の触媒４１の上流または下流に設けられた空燃比センサ４３、４４の出力を参照し、触媒４１に流入するガスの空燃比をフィードバック制御する制御装置０において、内燃機関の負荷が所定以下であり、かつ触媒４１に吸蔵されている酸素の量が所定以下である場合に、そうでない場合と比較して空燃比制御の目標をよりリーン側に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置０を構成した。   In the present embodiment, referring to the outputs of air-fuel ratio sensors 43 and 44 provided upstream or downstream of an exhaust gas purifying catalyst 41 mounted in the exhaust passage 4 of the internal combustion engine, the empty gas flowing into the catalyst 41 is referred to. In the control device 0 for feedback control of the fuel ratio, when the load of the internal combustion engine is not more than a predetermined value and the amount of oxygen stored in the catalyst 41 is not more than a predetermined value, the air-fuel ratio control is performed as compared with the case where the load is not. The control device 0 for the internal combustion engine is characterized in that the target is set on the lean side.

本実施形態によれば、燃料噴射量を減らして空燃比をリーン化してもＮＯxの排出量が増加しない状況、即ち内燃機関の負荷が比較的小さく、触媒４１の酸素吸蔵能力にも余裕がある状況において、空燃比リーン運転を実施し、燃費の良化を図ることができる。 According to this embodiment, situations in which emissions also NO x to lean the air-fuel ratio to reduce the fuel injection amount is not increased, i.e. the load of the internal combustion engine is relatively small, it can afford to oxygen storage capacity of the catalyst 41 In certain situations, air-fuel ratio lean operation can be performed to improve fuel efficiency.

触媒４１の酸素吸蔵能力に余裕がない状況では、空燃比をリーン化することでＮＯxの排出量が増大するおそれがあるため、空燃比リーン運転を禁止し、ＮＯxの排出を適切に抑制することができる。 The oxygen storage capacity can not afford to conditions of the catalyst 41, there is a risk that emissions of the NO x by lean air-fuel ratio is increased, prohibits the air-fuel ratio lean operation, appropriately suppress the emission of the NO x can do.

なお、本発明は以上に詳述した実施形態には限られない。例えば、内燃機関の吸気通路３にエアフローメータが実装されているならば、そのエアフローメータを介して気筒１に充填される吸気量を計測でき、その実測の吸気量が所定値以下であることを以て、内燃機関の負荷が所定以下であると判断することができる。   The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. For example, if an air flow meter is mounted in the intake passage 3 of the internal combustion engine, the amount of intake air charged into the cylinder 1 can be measured via the air flow meter, and the actually measured intake amount is below a predetermined value. It can be determined that the load of the internal combustion engine is equal to or less than a predetermined value.

あるいは、エンジン回転数及びサージタンク３３内吸気圧に基づいて推算される吸気量が所定値以下であることを以て、内燃機関の負荷が所定以下であると判断しても構わない。   Alternatively, it may be determined that the load of the internal combustion engine is equal to or less than a predetermined value because the intake amount estimated based on the engine speed and the intake pressure in the surge tank 33 is equal to or less than a predetermined value.

内燃機関の負荷及び触媒４１が吸蔵している酸素量に多寡に応じて空燃比をリーン化するのは、燃料カットの終了直後の時期に限られないことは言うまでもない。   It goes without saying that the air-fuel ratio is made lean according to the load of the internal combustion engine and the amount of oxygen stored in the catalyst 41 not only at the time immediately after the end of the fuel cut.

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。   In addition, the specific configuration of each unit, the processing procedure, and the like can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。   The present invention can be applied to control of an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
４…排気通路
４１…触媒
４３、４４…空燃比センサ（Ｏ2センサ） 0 ... Control unit (ECU)
1 ... cylinder 11 ... injector 4 ... exhaust passage 41 ... catalyst 43 ... air-fuel ratio sensor (O 2 sensor)

Claims (1)

内燃機関の排気通路に装着される排気ガス浄化用の触媒の上流または下流に設けられた空燃比センサの出力を参照し、触媒に流入するガスの空燃比をフィードバック制御する制御装置において、
内燃機関の負荷が所定以下であり、かつ触媒に吸蔵されている酸素の量が所定以下である場合に、そうでない場合と比較して空燃比制御の目標をよりリーン側に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。 In a control device that feedback-controls the air-fuel ratio of gas flowing into the catalyst with reference to the output of an air-fuel ratio sensor provided upstream or downstream of the exhaust gas purification catalyst mounted in the exhaust passage of the internal combustion engine,
When the load of the internal combustion engine is equal to or less than a predetermined value and the amount of oxygen stored in the catalyst is equal to or less than the predetermined value, the target of the air-fuel ratio control is set to be leaner than that when it is not. A control device for an internal combustion engine.
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