JP4338865B2

JP4338865B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP4338865B2
Application number: JP2000044035A
Authority: JP
Inventors: 典男鈴木; 徹北村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2020-02-22
Also published as: JP2001234782A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する複数の排気浄化触媒を有する排気浄化装置に関し、特に排気中の未燃成分濃度を数十ｐｐｍ以下のレベルまで低減することができるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ）を酸化還元する三元触媒を排気系に複数配置して、排気中の不要成分をより低減すること、及びこれらの三元触媒の上流側と下流側とに酸素濃度センサを設け、上流側センサの出力に基づいて空燃比を制御するメインフィードバック制御を実行するとともに、下流側センサ出力に基づいてメインフィードバック制御を補正するサブフィードバック制御を実行することは従来より知られている。
【０００３】
また三元触媒では、排気中の未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）と水（Ｈ₂Ｏ）とが反応して、水素（Ｈ₂）と二酸化炭素（ＣＯ₂）とを生成する水性ガス反応が起きるため、排気系の最下流に配置された三元触媒の下流側では、水素濃度が高くなる傾向がある。そして酸素濃度センサの周辺で水素濃度が高くなると、センサ出力は、実際の酸素濃度より低濃度側にシフトし、その結果、上記サブフィードバック制御の精度が低下するという問題が発生する。
【０００４】
この問題を解決するため、特開平８−３１９８２２号公報には、酸素蓄積能力を有する酸化セリウム（ＣｅＯ₂）の担持量を、三元触媒の位置に応じて変更する技術が示されている。すなわち、下流側の三元触媒の酸化セリウム担持量を、上流側三元触媒の酸化セリウム担持量より少なくすることにより、水性ガス反応を抑制し、触媒下流側における水素濃度の増加を抑えるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空燃比制御の精度を向上させるとともに、三元触媒の数を増やすことにより排気浄化性能を向上させると（最終的なＨＣ，ＣＯ成分の濃度を数十ｐｐｍ以下程度とすると）、空燃比がリッチ側に多少ずれたとしても最下流の三元触媒の下流側では、排気中のＨＣ、ＣＯ成分（通常未燃成分と呼ばれる酸化可能な成分）の濃度が極端に低いため、また酸素の濃度も極端に低いため、酸素濃度センサの出力変化が不十分なものとなり、従来のサブフィードバック制御を実行することができなくなる。すなわち、理論空燃比を境として出力電圧が急変するいわゆる二値型の酸素濃度センサは、白金電極の表面で排気中の未燃成分が酸化されることにより、出力電圧が変化するものであるため、未燃成分の濃度が極端に低下すると、十分な出力電圧の変化が得られなくなり、前記サブフィードバック制御を実行することが困難となる。
【０００６】
また、酸素濃度センサを最下流の触媒の下流側ではなく、複数の三元触媒の中間（例えば３つの三元触媒を配置する場合に、最下流の三元触媒の上流側）に配置する手法も知られているが、これでは最終的に排出される排気の状態を確認できないため、酸素濃度センサより下流側の触媒の劣化により、排気特性が悪化する可能性がある。
さらに、二値型の酸素濃度センサを使用した場合、触媒の酸素蓄積能力が飽和し、触媒下流側で酸素が過剰となったことが検出されないので、ＮＯｘの排出量が増加するおそれがあった。
【０００７】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、最終的な未燃成分の濃度が数十ｐｐｍ以下となるような低エミッション特性を実現するとともに、排気系最下流の触媒の下流側に配置したセンサの出力に基づいて、空燃比制御の補正を適切に行い、未燃成分のみならずＮＯｘの排出量増加も抑制することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、排気を浄化する複数の触媒手段を有する排気浄化装置において、前記排気系の最上流に配置された触媒手段の上流側に配置され、排気中の特定成分の濃度を検出する最上流検出手段と、前記排気系の最下流に配置された触媒手段の下流側に配置され、排気中の特定成分の濃度を検出する最下流検出手段と、前記機関に供給する混合気の目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、前記最上流検出手段の出力を用いて前記混合気の空燃比が前記目標空燃比と一致するようにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、前記最下流検出手段の出力が所定値を越える場合のみ、前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比を、前記最下流検出手段の出力に応じて補正する第１目標空燃比補正手段と、少なくとも前記最下流検出手段の出力が前記所定値を越えるまでの間、前記目標空燃比を理論空燃比より小さい値に補正する第２目標空燃比補正手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、最上流検出手段の出力を用いて空燃比が目標空燃比と一致するようにフィードバック制御が実行されるとともに、最下流検出手段の出力が所定値を越える場合のみ、最下流検出手段の出力に応じて目標空燃比が補正され、さらに少なくとも最下流検出手段の出力が前記所定値を越えるまでの間は、目標空燃比が理論空燃比より小さい値に補正される。最下流検出手段の出力が所定値を越える場合は、触媒手段における水性ガス反応によって、最下流の触媒手段の下流側で水素濃度が高くなっていることを示すので、この場合のみその最下流検出手段の出力に応じて目標空燃比を補正することにより、未燃成分の微少な増加に対応した目標空燃比の修正を行うことができ、最終的な排気中の未燃成分濃度を常に低レベルに維持することが可能となる。さらに少なくとも最下流検出手段の出力が前記所定値を越えるまでの間は、目標空燃比を理論空燃比より小さい値に補正することにより、排気中の酸素が過剰となってＮＯｘの排出量が増加する事態を回避し、良好な排気特性を維持することができる。
【００１０】
前記複数の触媒浄化手段は、前記最下流の触媒手段の下流側における未燃成分濃度を数十ｐｐｍ以下とする浄化性能を有するものである。また、前記最下流検出手段は、その出力が理論空燃比近傍で急変する特性を有する酸素濃度センサとすることが望ましい。
また前記第２目標空燃比補正手段は、触媒手段の酸素蓄積能力が飽和し易い機関運転状態において、前記補正を実行することが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の一形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその排気浄化装置の全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【００１２】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００１３】
一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ８が設けられており、この絶対圧センサ８により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気温（ＴＡ)センサ９が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１４】
エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ１０はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
エンジン１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲には、エンジン回転数（ＮＥ）センサ１１及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１２が取り付けられている。エンジン回転数センサ１１は、エンジン１の各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０゜毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力し、気筒判別センサ１２は、特定の気筒の所定クランク角度位置で気筒判別信号パルスを出力するものであり、これらの各信号パルスはＥＣＵ５に供給される。
【００１５】
排気管１３にはエンジン１の排気マニホールドの直ぐ下流に配置される直下三元触媒１４と、該直下三元触媒１４より下流側に若干離れて配置される第１〜第３の床下三元触媒１５，１６，１７とが設けられている。
直下三元触媒１４は、例えば１．０リットル程度の容積を有し、酸素貯蔵能力を有するセリア（ＣｅＯ_２、酸化セリウム）が、７００ｇ／ｃｆｔ（グラム／立方フィート）程度の割合で添加されている。１ｃｆｔ≒２８．３１７リットルであるので、７００ｇ／ｃｆｔ≒２５ｇ／リットルである。また、第１及び第２の床下三元触媒１５、１６は、例えばそれぞれ０．７リットル程度の容積を有し、第１の床下三元触媒１５にはセリアが添加されておらず、第２の床下三元触媒１６には、１５００ｇ／ｃｆｔ程度の割合でセリア添加されている。セリアを添加することにより、セリアを触媒とする水性ガス反応によりＮＯｘを還元して浄化しうるので、ＮＯｘ浄化ウインドウが広がり、リーン空燃比においてもＮＯｘの浄化率も向上させることができる。
【００１６】
直下三元触媒１４の上流位置には、最上流検出手段としての比例型空燃比センサ１８（以下「ＬＡＦセンサ１８」という）が装着されており、このＬＡＦセンサ１８は排気中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した電気信号を出力し、ＥＣＵ５に供給する。
【００１７】
第３の床下三元触媒１７の下流位置には、最下流検出手段としての二値型酸素濃度センサ（以下「Ｏ２センサ」という）２０が装着されており、Ｏ２センサ２０の検出信号はＥＣＵ５に供給される。このＯ２センサ２０は、その出力が理論空燃比の前後において急激に変化する特性を有し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベルとなり、リーン側で低レベルとなる。
【００１８】
また大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ２２が設けられており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成される。
【００１９】
ＣＰＵ５ｂは、上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、次式（１）に基づき、前記ＴＤＣ信号パルスに同期して駆動される燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。
ＴＯＵＴ＝ＴｉＭ×ＫＣＭＤ×ＫＬＡＦ×Ｋ１＋Ｋ２…（１）
ここに、ＴｉＭは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁６の基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたＴｉマップを検索して決定される。Ｔｉマップは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに対応する運転状態において、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。
【００２０】
ＫＣＭＤは目標空燃比係数であり、エンジン回転数ＮＥ、スロットル弁開度θＴＨ、エンジン水温ＴＷ等のエンジン運転パラメータに応じて設定される。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、目標当量比ともいう。
【００２１】
目標空燃比係数ＫＣＭＤは、後述するようにＯ２センサ２０の出力ＶＯ２が所定電圧ＶＯ２Ｈ２より高いときは、その出力ＶＯ２に応じて設定される第１の補正係数ＫＣＭＤＬＳにより補正される一方、Ｏ２センサ２０の出力ＶＯ２が、所定電圧ＶＯ２Ｈ２より低いときは、第２の補正係数ＫＣＭＤＲにより、１．０より僅かに大きい値となるように補正される。これは、エンジンの排気系やＬＡＦセンサ及び三元触媒の特性のばらつきや経年変化の影響を抑制し、特に排気管最下流における酸素濃度を適切に制御して、良好な排気特性を維持するためである。
【００２２】
ＫＬＡＦは、フィードバック制御の実行条件が成立するときは、ＬＡＦセンサ１８の検出値から算出される検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに一致するようにＰＩＤ制御により算出される空燃比補正係数である。
Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決定される。
ＣＰＵ５ｂは上述のようにして求めた燃料噴射時間ＴＯＵＴに基づいて燃料噴射弁６を開弁させる駆動信号を出力回路５ｄを介して燃料噴射弁６に供給する。
【００２３】
図２は前記式（１）に適用される目標空燃比係数ＫＣＭＤを算出する処理のフローチャートであり、本処理はＴＤＣ信号パルスの発生に同期してＣＰＵ５ｂで実行される。
ステップＳ１１では、エンジン運転状態に応じて目標空燃比係数ＫＣＭＤを算出する。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、基本的には、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定され、高負荷運転時やエンジン水温ＴＷが低いときは、エンジン負荷やエンジン水温ＴＷに応じた修正が行われる。
【００２４】
続くステップＳ１２〜Ｓ２０では、Ｏ２センサ出力ＶＯ２及びエンジン運転状態に応じて、目標空燃比係数ＫＣＭＤの補正係数ＫＣＭＤＬＳ及びＫＣＭＤＲを算出する。
排気管１３に配置した三元触媒１４〜１７が正常に機能している状態では、空燃比が理論空燃比よりリッチ側にずれた場合に水性ガス反応により、水素（Ｈ₂）濃度が増加する傾向がある。水性ガス反応は、下記化学式（２）のようにＣＯと、水（Ｈ₂Ｏ）とが反応して、Ｈ₂と、ＣＯ_２とを生成する反応（以下「水素生成反応」という）である。なお、実際には逆向きの反応（以下「逆反応」という）、すなわち、Ｈ₂と、ＣＯ_２とが反応して、ＣＯと、Ｈ₂Ｏとを生成する反応と、水素生成反応とが平衡状態となっており、水素生成反応と、逆反応との比率は、温度によって変化する。例えば５００℃では、水素生成反応の比率が高く、水素濃度はＣＯ濃度の４倍程度となる。
ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ⇔ＣＯ₂＋Ｈ₂ （２）
【００２５】
一方Ｏ２センサ２０は、水素濃度の増加に対して図３に示すような出力特性を有することが実験により確かめられている。そこで、本実施形態では、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が、所定電圧ＶＯ２Ｈ２より高くなったときは、センサ出力ＶＯ２に応じて第１の補正係数ＫＣＭＤＬＳを算出し、これにより目標空燃比係数ＫＣＭＤを補正するようにしている。
【００２６】
このように、Ｏ２センサ出力ＶＯ２により、最下流の三元触媒１７の下流側においても酸素の不足状態（空燃比のリッチ方向へのずれ）は水素濃度の増加により検出できるが、逆に酸素の過剰状態となっても、２値型Ｏ２センサ２０では、その状態を検出することができない。そこで、本実施形態では、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が水素濃度が低いことを示しているときは、第２の補正係数ＫＣＭＤＲを１．０より僅かに大きい値に設定し、三元触媒に蓄積された酸素を徐々に減少させるようにして、酸素過剰状態が発生することを防止するようにしている。その結果、酸素過剰状態に起因するＮＯｘ排出量の増加を回避することができ、良好な排気特性を維持することができる。
【００２７】
具体的には、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が所定電圧ＶＯ２Ｈ２（例えば０．５Ｖ）より高いか否かを判別し（ステップＳ１２）、ＶＯ２≦ＶＯ２Ｈ２であるときは、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥＴＨ（３０００ｒｐｍ）以下か否かを判別し（ステップＳ１６）、ＮＥ≦ＮＥＴＨであるときは、さらに吸気管内絶対圧ＰＢＡが、所定圧ＰＢＴＨ（例えば６１．３ｋＰａ（４６０ｍｍＨｇ））以下か否かを判別する（ステップＳ１７）。
【００２８】
そして、ＮＥ＞ＮＥＴＨまたはＰＢＡ＞ＰＢＴＨであるときは、目標空燃比係数ＫＣＭＤの第２の補正係数ＫＣＭＤＲを１．０（無補正値）に設定する（ステップＳ１９）とともに、目標空燃比係数ＫＣＭＤの第１の補正係数ＫＣＭＤＬＳを「１．０」（無補正値）に設定して（ステップＳ２０）、ステップＳ２１に進む。また、ＮＥ≦ＮＥＴＨかつＰＢＡ≦ＰＢＴＨであって、エンジン１が低負荷低回転状態にあるときは、第２の補正係数ＫＣＭＤＲをリッチ化所定値ＫＣＭＤＲ０（例えば１．００２）に設定して（ステップＳ１８）、前記ステップＳ２０に進む。
【００２９】
一方、ステップＳ１２でＶＯ２＞ＶＯ２Ｈ２であるときは、Ｏ２センサ出力ＶＯ２に応じて図４に示すＫＣＭＤＬＳＨテーブル及びＫＣＭＤＬＳＬテーブルを検索し、エンジン回転数ＮＥが所定高回転数ＮＥＨ（例えば２５００ｒｐｍ）以上の場合に適用される高回転用補正係数ＫＣＭＤＬＳＨ、及びエンジン回転数ＮＥが所定低回転数ＮＥＬ（例えば１５００ｒｐｍ）以下の場合に適用される低回転用補正係数ＫＣＭＤＬＳＬを算出する（ステップＳ１３）。ＫＣＭＤＬＳＨテーブル及びＫＣＭＤＬＳＬテーブルは、Ｏ２センサ出力ＶＯ２が高くなるほど、すなわち水素濃度が高くなるほど、補正係数ＫＣＭＤＬＳＨ、ＫＣＭＤＬＳＬが減少するように設定され、かつＫＣＭＤＬＳＨ≧ＫＣＭＤＬＳＬとなるように設定されている。
【００３０】
続くステップＳ１４では、エンジン回転数ＮＥが、所定低回転数ＮＥＬ以下であるときは、ＫＣＭＤＬＳ＝ＫＣＭＤＬＳＬとし、所定高回転数ＮＥＨ以上であるときは、ＫＣＭＤＬＳ＝ＫＣＭＤＬＳＨとし、所定低回転数ＮＥＬと所定高回転数ＮＥＨと間にある（ＮＥＬ＜ＮＥ＜ＮＥＨ）ときは、エンジン回転数ＮＥに応じた補間演算を行って第１の補正係数ＫＣＭＤＬＳを算出する。
【００３１】
次いで、第２の補正係数ＫＣＭＤＲを１．０に設定し（ステップＳ１５）、ステップＳ２１に進む。
ステップＳ２１では、ステップＳ１１で算出した目標空燃比係数ＫＣＭＤを、第１の補正係数ＫＣＭＤＬＳ及び第２の補正係数ＫＣＭＤＲを乗算することにより補正し、本処理を終了する。
【００３２】
以上のように本実施形態では、三元触媒１７の下流側で水素濃度が高くなったことを、Ｏ２センサ出力ＶＯ２により判定し、ＶＯ２＞ＶＯ２Ｈ２となって水素濃度が高くなったと判定したときは、Ｏ２センサ出力ＶＯ２に応じて設定される補正係数ＫＣＭＤＬＳにより、目標空燃比係数ＫＣＭＤをリーン方向へ補正するようにしたので、最終的な未燃成分濃度を数十ｐｐｍ以下とする低エミッション特性を常に維持することができる。さらに、ＶＯ２≦ＶＯ２Ｈ２であってかつ低負荷低回転運転状態にあるときは、第２の補正係数ＫＣＭＤＲを１．０より僅かに大きいリッチ化所定値ＫＣＭＤＲ０に設定するようにしたので、三元触媒の酸素蓄積能力が飽和して、排気管最下流において酸素過剰状態となることが回避することができる。その結果、ＮＯｘ排出量が増加することを防止し、良好な排気特性を維持することができる。
【００３３】
なお、図２の処理で、第２の補正係数ＫＣＭＤＲをリッチ化所定値ＫＣＭＤＲ０に設定するのを、低負荷低回転運転状態に限ったのは、例えばそのような状態での定速運転、緩やかな加速運転、または減速運転で、三元触媒の酸素蓄積能力の飽和状態が起きやすいからである。
【００３４】
図５は空燃比補正係数ＫＬＡＦを算出する処理のフローチャートであり、本処理はＴＤＣ信号パルスの発生毎にＣＰＵ５ｂで実行される。
ステップＳ６１でＬＡＦセンサ１８の出力に応じたフィードバック制御を実行するＬＡＦフィードバック制御条件が成立しているか否かを判別する。このＬＡＦフィードバック制御条件は、ＬＡＦセンサ１８が活性化しており、燃料供給遮断運転あるいはスロットル全開運転を実行していないこと等を条件として成立する。ステップＳ６１の答が否定（ＮＯ）のときは、空燃比補正係数ＫＬＡＦを「１．０」に設定して（ステップＳ６６）、本処理を終了する。
【００３５】
ＬＡＦフィードバック制御条件が成立するときは、ＬＡＦセンサ１８の出力を当量比に変換した検出当量比ＫＡＣＴと、目標空燃比係数ＫＣＭＤとの偏差ＤＫＡＦ（ｋ）（＝ＫＣＭＤ（ｋ）−ＫＡＣＴ（ｋ））を算出し（ステップＳ６２）、偏差ＤＫＡＦ（ｋ）及び各制御ゲインＫＰ，ＫＩ，ＫＤを下記式に適用して、比例項ＫＬＡＦＰ（ｋ）、積分項ＫＬＡＦＩ（ｋ）及び微分項ＫＬＡＦＤ（ｋ）を算出する（ステップＳ６３）。ここで、（ｋ），（ｋ−１）は、それぞれ今回値，前回値であることを示すために付されている。
ＫＬＡＦＰ（ｋ）＝ＤＫＡＦ（ｋ）×ＫＰ
ＫＬＡＦＩ（ｋ）＝ＤＫＡＦ（ｋ）×ＫＩ＋ＫＬＡＦ（ｋ−１）
ＫＬＡＦＤ（ｋ）＝（ＤＫＡＦ（ｋ）−ＤＫＡＦ（ｋ−１））×ＫＤ
【００３６】
そして、比例項ＫＬＡＦＰ、積分項ＫＬＡＦＩ及び微分項ＫＬＡＦＤを加算して空燃比補正係数ＫＬＡＦ（＝ＫＬＡＦＰ＋ＫＬＡＦＩ＋ＫＬＡＦＤ）を算出し（ステップＳ６４）、算出した空燃比補正係数ＫＬＡＦの値が所定上下限値の範囲内に入るようにリミット処理を行って（ステップＳ６５）、本処理を終了する。
本処理により、ＬＡＦセンサ出力に基づく検出当量比ＫＡＣＴが、目標空燃比係数ＫＣＭＤに一致するようにフィードバック制御が実行される。
【００３７】
図６は、本実施形態による制御を実行したときの、動作例を示すタイムチャートである。例えば、時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、ＶＯ２＞ＶＯ２Ｈ２であるので、センサ出力ＶＯ２に応じて、目標空燃比係数ＫＣＭＤがリーン側に制御され、時刻ｔ２〜ｔ３の期間では、ＶＯ２＜ＶＯ２Ｈ２であるので、目標空燃比係数ＫＣＭＤが、１．０より僅かに大きな値に設定される。
【００３８】
本実施形態では、直下三元触媒１４及び床下三元触媒１５〜１７が、触媒手段に相当し、図２のステップＳ１１が目標空燃比設定手段に相当し、図６の処理がフィードバック制御手段に相当し、図２のステップＳ１２〜Ｓ１４及びＳ２０が第１目標空燃比補正手段に相当し、同図のステップＳ１２，Ｓ１５，Ｓ１６〜Ｓ１９が第２目標空燃比補正手段に相当する。より具体的には、所定電圧ＶＯ２Ｈ２が請求項１の「所定値」に相当し、第１の補正係数ＫＣＭＤＬＳによる補正が、第１目標空燃比補正手段による補正に相当し、第２の補正係数ＫＣＭＤＲによる補正が、第２目標空燃比補正手段による補正に相当する。
【００３９】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、床下三元触媒１５，１６は、まとめて１つの触媒としてもよく、また三元触媒１７は、ＨＣを吸着するＨＣ吸着触媒としてもよい。
また、上述した実施形態では、ＶＯ２≦ＶＯ２Ｈ２であってかつ低負荷低回転運転状態（ＮＥ≦ＮＥＴＨかつＰＢＡ≦ＰＢＴＨ）であるときのみ、空燃比補正係数ＫＣＭＤの第２の補正係数ＫＣＭＤＲを、リッチ化所定値ＫＣＭＤＲ０に設定するようにしたが、ＶＯ２≦ＶＯ２Ｈ２であるときは、常にリッチ化所定値ＫＣＭＤＲ０に設定するようにしても良い。
【００４０】
また、エンジンの低負荷低回転運転状態（ＮＥ≦ＮＥＴＨかつＰＢＡ≦ＰＢＴＨ）であるときは常に第２の補正係数ＫＣＭＤＲ＝ＫＣＭＤＲ０とし、ＶＯ２＞ＶＯ２Ｈ２となったときの第１の補正係数ＫＣＭＤＬＳを、リッチ化所定値ＫＣＭＤＲ０に対応してより小さな値（＝ＫＣＭＤＬＳ／ＫＣＭＤＲ０）に設定するようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、最上流検出手段の出力を用いて空燃比が目標空燃比と一致するようにフィードバック制御が実行されるとともに、最下流検出手段の出力が所定値を越える場合のみ、最下流検出手段の出力に応じて目標空燃比が補正され、さらに少なくとも最下流検出手段の出力が前記所定値を越えるまでの間は、目標空燃比が理論空燃比より小さい値に補正される。最下流検出手段の出力が所定値を越える場合は、触媒手段における水性ガス反応によって、最下流の触媒手段の下流側で水素濃度が高くなっていることを示すので、この場合のみその最下流検出手段の出力に応じて目標空燃比を補正することにより、未燃成分の微少な増加に対応した目標空燃比の修正を行うことができ、最終的な排気中の未燃成分濃度を常に低レベルに維持することが可能となる。さらに少なくとも最下流検出手段の出力が前記所定値を越えるまでの間は、目標空燃比を理論空燃比より小さい値に補正することにより、排気中の酸素が過剰となってＮＯｘの排出量が増加する事態を回避し、良好な排気特性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。
【図２】目標空燃比係数（ＫＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。
【図３】水素濃度とセンサ出力（ＶＯ２）との関係を示す図である。
【図４】図２の処理で使用するテーブルを示す図である。
【図５】空燃比補正係数（ＫＬＡＦ）を算出する処理のフローチャートである。
【図６】図２に示す制御を適用した場合のＯ２センサ出力及び目標空燃比係数（ＫＣＭＤ）の推移を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１内燃機関
５電子コントロールユニット（目標空燃比設定手段、フィードバック制御手段、第１目標空燃比補正手段、第２目標空燃比補正手段）
６燃料噴射弁
１３排気管
１４，１５，１６，１７三元触媒（触媒手段）
１８酸素濃度センサ（最上流検出手段）
２０酸素濃度センサ（最下流検出手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus having a plurality of exhaust gas purification catalysts for purifying exhaust gas of an internal combustion engine, and more particularly to an apparatus capable of reducing the concentration of unburned components in exhaust gas to a level of several tens of ppm or less.
[0002]
[Prior art]
A plurality of three-way catalysts that oxidize and reduce components (HC, CO, NOx) discharged from the internal combustion engine are arranged in the exhaust system to further reduce unnecessary components in the exhaust, and upstream of these three-way catalysts In addition, oxygen concentration sensors are provided on the downstream side and main feedback control for controlling the air-fuel ratio based on the output of the upstream side sensor and sub feedback control for correcting the main feedback control based on the output of the downstream side sensor. It has been known for a long time.
[0003]
In the three-way catalyst, an unburned component (HC, CO) and water (H ₂ O) in the exhaust gas react to generate hydrogen (H ₂ ) and carbon dioxide (CO ₂ ). As a result, the hydrogen concentration tends to be higher on the downstream side of the three-way catalyst arranged on the most downstream side of the exhaust system. When the hydrogen concentration increases around the oxygen concentration sensor, the sensor output shifts to a lower concentration side than the actual oxygen concentration, resulting in a problem that the accuracy of the sub feedback control is lowered.
[0004]
In order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-319822 discloses a technique for changing the amount of cerium oxide (CeO ₂ ) having an oxygen storage capacity in accordance with the position of the three-way catalyst. That is, the amount of cerium oxide supported by the downstream three-way catalyst is less than the amount of cerium oxide supported by the upstream three-way catalyst, thereby suppressing water gas reaction and suppressing an increase in hydrogen concentration on the downstream side of the catalyst. ing.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the accuracy of air-fuel ratio control is improved and the exhaust purification performance is improved by increasing the number of three-way catalysts (if the final concentration of HC and CO components is about tens of ppm or less), the air-fuel ratio Even if there is a slight shift to the rich side, on the downstream side of the most downstream three-way catalyst, the concentration of HC and CO components (usually oxidizable components usually called unburned components) in the exhaust gas is extremely low. Since the concentration is extremely low, the output change of the oxygen concentration sensor becomes insufficient, and the conventional sub-feedback control cannot be executed. In other words, a so-called binary oxygen concentration sensor whose output voltage changes suddenly with the theoretical air-fuel ratio as a boundary is that the output voltage changes due to oxidation of unburned components in the exhaust on the surface of the platinum electrode. If the concentration of the unburned component is extremely reduced, it becomes impossible to obtain a sufficient change in the output voltage, and it becomes difficult to execute the sub feedback control .
[0006]
In addition, a method of arranging the oxygen concentration sensor not in the downstream side of the most downstream catalyst but in the middle of a plurality of three-way catalysts (for example, upstream of the most downstream three-way catalyst when three three-way catalysts are arranged). However, since the state of exhaust gas finally discharged cannot be confirmed, exhaust characteristics may deteriorate due to deterioration of the catalyst downstream of the oxygen concentration sensor.
Furthermore, when a binary oxygen concentration sensor is used, the oxygen storage capacity of the catalyst is saturated, and it is not detected that oxygen is excessive on the downstream side of the catalyst. .
[0007]
The present invention has been made paying attention to this point, and realizes low emission characteristics such that the final concentration of unburned components is tens of ppm or less, and is provided on the downstream side of the most downstream catalyst in the exhaust system. It is an object of the present invention to provide an exhaust emission control device capable of appropriately correcting air-fuel ratio control based on the output of a sensor arranged and suppressing an increase in emission amount of NOx as well as unburned components.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is provided in an exhaust system of an internal combustion engine, and in an exhaust purification device having a plurality of catalyst means for purifying exhaust, a catalyst disposed at the most upstream of the exhaust system. An upstream-most detection means for detecting a concentration of a specific component in the exhaust gas disposed upstream of the means, and a concentration of the specific component in the exhaust gas disposed on the downstream side of the catalyst means disposed on the most downstream side of the exhaust system. The most downstream detection means for detecting the target air-fuel ratio, the target air-fuel ratio setting means for setting the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be supplied to the engine, and the output of the most upstream flow-detecting means Feedback control means for feedback control so as to match the fuel ratio, and the target air-fuel ratio set by the target air-fuel ratio setting means only when the output of the most downstream detection means exceeds a predetermined value, the most downstream detection means First target air-fuel ratio correcting means for correcting according to the output, and second target for correcting the target air-fuel ratio to a value smaller than the theoretical air-fuel ratio until at least the output of the most downstream detecting means exceeds the predetermined value. And an air-fuel ratio correcting means.
[0009]
According to this configuration, feedback control is executed using the output of the most upstream detection means so that the air-fuel ratio matches the target air-fuel ratio, and only when the output of the most downstream detection means exceeds a predetermined value, the most downstream The target air-fuel ratio is corrected according to the output of the detection means, and further, the target air-fuel ratio is corrected to a value smaller than the theoretical air-fuel ratio at least until the output of the most downstream detection means exceeds the predetermined value. If the output of the most downstream detection means exceeds a predetermined value, it indicates that the hydrogen concentration is high on the downstream side of the most downstream catalyst means due to the water gas reaction in the catalyst means. By correcting the target air-fuel ratio according to the output of the means, it is possible to correct the target air-fuel ratio in response to a slight increase in unburned components, and to always reduce the unburned component concentration in the final exhaust gas to a low level. Can be maintained. Further, at least until the output of the most downstream detection means exceeds the predetermined value, the target air-fuel ratio is corrected to a value smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, so that the oxygen in the exhaust gas becomes excessive and the NOx emission amount increases. Can be avoided, and good exhaust characteristics can be maintained.
[0010]
The plurality of catalyst purifying means have a purifying performance such that an unburned component concentration on the downstream side of the most downstream catalyst means is several tens of ppm or less. The most downstream detection means is preferably an oxygen concentration sensor having a characteristic that its output changes suddenly in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio.
The second target air-fuel ratio correcting means preferably performs the correction in an engine operating state in which the oxygen storage capacity of the catalyst means is likely to be saturated.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) and an exhaust purification device thereof according to an embodiment of the present invention. For example, a throttle valve is provided in the middle of an intake pipe 2 of a 4-cylinder engine 1. 3 is arranged. A throttle valve opening (θTH) sensor 4 is connected to the throttle valve 3, and an electric signal corresponding to the opening of the throttle valve 3 is output to output an engine control electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 5. To supply.
[0012]
The fuel injection valve 6 is provided for each cylinder between the engine 1 and the throttle valve 3 and slightly upstream of the intake valve (not shown) of the intake pipe 2, and each injection valve is connected to a fuel pump (not shown). At the same time, it is electrically connected to the ECU 5 and the valve opening time of the fuel injection valve 6 is controlled by a signal from the ECU 5.
[0013]
On the other hand, an intake pipe absolute pressure (PBA) sensor 8 is provided immediately downstream of the throttle valve 3, and an absolute pressure signal converted into an electric signal by the absolute pressure sensor 8 is supplied to the ECU 5. Further, an intake air temperature (TA) sensor 9 is attached downstream thereof, detects the intake air temperature TA, outputs a corresponding electric signal, and supplies it to the ECU 5.
[0014]
An engine water temperature (TW) sensor 10 mounted on the main body of the engine 1 is composed of a thermistor or the like, detects the engine water temperature (cooling water temperature) TW, outputs a corresponding temperature signal, and supplies it to the ECU 5.
An engine speed (NE) sensor 11 and a cylinder discrimination (CYL) sensor 12 are attached around the camshaft or crankshaft (not shown) of the engine 1. The engine speed sensor 11 generates a TDC signal pulse at a crank angle position that is a predetermined crank angle before the top dead center (TDC) at the start of the intake stroke of each cylinder of the engine 1 (every crank angle 180 ° in a four-cylinder engine). The cylinder discrimination sensor 12 outputs a cylinder discrimination signal pulse at a predetermined crank angle position of a specific cylinder, and these signal pulses are supplied to the ECU 5.
[0015]
The exhaust pipe 13 includes a three-way catalyst 14 disposed immediately downstream of the exhaust manifold of the engine 1 and first to third under-floor three-way catalysts disposed slightly downstream from the three-way catalyst 14 directly below. 15, 16, and 17 are provided.
The direct three-way catalyst 14 has a volume of about 1.0 liter, for example, and ceria (CeO ₂ , cerium oxide) having an oxygen storage capacity is added at a rate of about 700 g / cft (gram / cubic foot). Yes. Since 1 cft≈28.317 liters, 700 g / cft≈25 g / liter. The first and second underfloor three-way catalysts 15, 16 each have a volume of, for example, about 0.7 liter, and no ceria is added to the first underfloor three-way catalyst 15, Ceria is added to the under-floor three-way catalyst 16 at a rate of about 1500 g / cft. By adding ceria, NOx can be reduced and purified by a water gas reaction using ceria as a catalyst. Therefore, the NOx purification window is widened, and the NOx purification rate can be improved even at a lean air-fuel ratio.
[0016]
A proportional air-fuel ratio sensor 18 (hereinafter referred to as “LAF sensor 18”) is mounted upstream of the three-way catalyst 14 directly below as a most upstream detection means, and this LAF sensor 18 has an oxygen concentration (empty) in the exhaust. An electric signal substantially proportional to the fuel ratio is output and supplied to the ECU 5.
[0017]
A binary oxygen concentration sensor (hereinafter referred to as “O2 sensor”) 20 as a most downstream detection unit is mounted downstream of the third underfloor three-way catalyst 17, and a detection signal of the O2 sensor 20 is sent to the ECU 5. Supplied. The O2 sensor 20 has a characteristic that its output changes abruptly before and after the stoichiometric air-fuel ratio, and its output becomes a high level on the rich side and a low level on the lean side.
[0018]
An atmospheric pressure sensor 22 for detecting the atmospheric pressure PA is provided, and a detection signal thereof is supplied to the ECU 5.
The ECU 5 shapes an input signal waveform from various sensors, corrects the voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and the like, and a central processing circuit (hereinafter referred to as “CPU”). 5b, storage means 5c for storing various calculation programs executed by the CPU 5b, calculation results, and the like, an output circuit 5d for supplying a drive signal to the fuel injection valve 6, and the like.
[0019]
The CPU 5b determines various engine operating states based on the various engine parameter signals described above, and synchronizes with the TDC signal pulse based on the following equation (1) according to the determined engine operating states. The fuel injection time TOUT of the driven fuel injection valve 6 is calculated.
TOUT = TiM × KCMD × KLAF × K1 + K2 (1)
Here, TiM is the basic fuel amount, specifically, the basic fuel injection time of the fuel injection valve 6, and is determined by searching a Ti map set according to the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA. . The Ti map is set so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is substantially the stoichiometric air-fuel ratio in the operating state corresponding to the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA.
[0020]
KCMD is a target air-fuel ratio coefficient, and is set according to engine operating parameters such as the engine speed NE, the throttle valve opening θTH, and the engine water temperature TW. The target air-fuel ratio coefficient KCMD is proportional to the reciprocal of the air-fuel ratio A / F, that is, the fuel-air ratio F / A, and takes a value of 1.0 when the stoichiometric air-fuel ratio is used.
[0021]
The target air-fuel ratio coefficient KCMD is corrected by the first correction coefficient KCMDLS set according to the output VO2 when the output VO2 of the O2 sensor 20 is higher than the predetermined voltage VO2H2, as will be described later. When the output VO2 is lower than the predetermined voltage VO2H2, the second correction coefficient KCMDR is corrected to a value slightly larger than 1.0. This is to suppress the variation of the engine exhaust system, the LAF sensor and the three-way catalyst, and the influence of secular change, and in particular to properly control the oxygen concentration at the most downstream of the exhaust pipe to maintain good exhaust characteristics. It is.
[0022]
KLAF is an air-fuel ratio correction coefficient calculated by PID control so that the detected equivalent ratio KACT calculated from the detected value of the LAF sensor 18 matches the target equivalent ratio KCMD when the execution condition of feedback control is satisfied. .
K1 and K2 are other correction coefficients and correction variables that are calculated according to various engine parameter signals, respectively, and are predetermined values that can optimize various characteristics such as fuel efficiency characteristics and engine acceleration characteristics according to engine operating conditions. To be determined.
The CPU 5b supplies a drive signal for opening the fuel injection valve 6 to the fuel injection valve 6 via the output circuit 5d based on the fuel injection time TOUT obtained as described above.
[0023]
FIG. 2 is a flowchart of a process for calculating the target air-fuel ratio coefficient KCMD applied to the equation (1). This process is executed by the CPU 5b in synchronization with the generation of the TDC signal pulse.
In step S11, a target air-fuel ratio coefficient KCMD is calculated according to the engine operating state. The target air-fuel ratio coefficient KCMD is basically set according to the engine speed NE and the intake pipe absolute pressure PBA. When the engine load temperature is low or the engine water temperature TW is low, the target air-fuel ratio coefficient KCMD depends on the engine load and the engine water temperature TW. Corrections are made.
[0024]
In subsequent steps S12 to S20, correction coefficients KCMDLS and KCMDR of the target air-fuel ratio coefficient KCMD are calculated according to the O2 sensor output VO2 and the engine operating state.
In a state where the three-way catalysts 14 to 17 arranged in the exhaust pipe 13 are functioning normally, the hydrogen (H ₂ ) concentration increases due to the water gas reaction when the air-fuel ratio shifts to the rich side from the stoichiometric air-fuel ratio. Tend. The water gas reaction is a reaction in which CO and water (H ₂ O) react to form H ₂ and CO ₂ (hereinafter referred to as “hydrogen generation reaction”) as shown in the following chemical formula (2). . Actually, the reaction in the opposite direction (hereinafter referred to as “reverse reaction”), that is, the reaction of H ₂ and CO ₂ to produce CO and H ₂ O, and the hydrogen production reaction It is in an equilibrium state, and the ratio between the hydrogen generation reaction and the reverse reaction varies depending on the temperature. For example, at 500 ° C., the ratio of the hydrogen generation reaction is high, and the hydrogen concentration is about four times the CO concentration.
CO + H ₂ O⇔CO ₂ + H ₂ (2)
[0025]
On the other hand, it has been experimentally confirmed that the O2 sensor 20 has output characteristics as shown in FIG. 3 with respect to an increase in hydrogen concentration. Therefore, in the present embodiment, when the O2 sensor output VO2 becomes higher than the predetermined voltage VO2H2, the first correction coefficient KCMDLS is calculated according to the sensor output VO2, thereby correcting the target air-fuel ratio coefficient KCMD. I have to.
[0026]
As described above, the oxygen shortage state (shift of the air-fuel ratio to the rich direction) can be detected by the O2 sensor output VO2 on the downstream side of the most downstream three-way catalyst 17, but the oxygen concentration increases. Even in an excessive state, the binary O2 sensor 20 cannot detect the state. Therefore, in this embodiment, when the O2 sensor output VO2 indicates that the hydrogen concentration is low, the second correction coefficient KCMDR is set to a value slightly larger than 1.0 and accumulated in the three-way catalyst. Oxygen is gradually decreased to prevent the occurrence of an oxygen excess state. As a result, it is possible to avoid an increase in NOx emission due to the oxygen excess state and maintain good exhaust characteristics.
[0027]
Specifically, it is determined whether or not the O2 sensor output VO2 is higher than a predetermined voltage VO2H2 (for example, 0.5 V) (step S12). If VO2 ≦ VO2H2, the engine speed NE is set to a predetermined speed NETH ( 3000 rpm) or less (step S16). If NE ≦ NETH, it is further determined whether or not the intake pipe absolute pressure PBA is equal to or less than a predetermined pressure PBTH (for example, 61.3 kPa (460 mmHg)) (step S16). Step S17).
[0028]
When NE> NETH or PBA> PBTH, the second correction coefficient KCMDR of the target air-fuel ratio coefficient KCMD is set to 1.0 (no correction value) (step S19), and the target air-fuel ratio coefficient KCMD is set. The first correction coefficient KCMDLS is set to “1.0” (no correction value) (step S20), and the process proceeds to step S21. Further, when NE ≦ NETH and PBA ≦ PBTH and the engine 1 is in a low load and low rotation state, the second correction coefficient KCMDR is set to a predetermined enriched value KCMDR0 (eg, 1.002) (step 102). S18), the process proceeds to step S20.
[0029]
On the other hand, if VO2> VO2H2 in step S12, the KCMDLSH table and KCMDLSL table shown in FIG. 4 are searched according to the O2 sensor output VO2, and the engine speed NE is equal to or higher than a predetermined high speed NEH (for example, 2500 rpm). The high-rotation correction coefficient KCMDLSH applied to 1 and the low-rotation correction coefficient KCMDLSL applied when the engine rotational speed NE is equal to or lower than a predetermined low rotational speed NEL (for example, 1500 rpm) are calculated (step S13). The KCMDLSH table and the KCMDLSL table are set so that the correction coefficients KCMDLSH and KCMDLSL decrease as the O2 sensor output VO2 increases, that is, the hydrogen concentration increases, and KCMDLSH ≧ KCMDLSL.
[0030]
In step S14, when the engine speed NE is equal to or lower than the predetermined low speed NEL, KCMDLS = KCMDLSL is set. When the engine speed NE is equal to or higher than the predetermined high speed NEH, KCMDLS = KCMDLSH is set to the predetermined low speed NEL and the predetermined low speed NEL. When it is between the high engine speed NEH (NEL <NE <NEH), the first correction coefficient KCMDLS is calculated by performing an interpolation operation according to the engine engine speed NE.
[0031]
Next, the second correction coefficient KCMDR is set to 1.0 (step S15), and the process proceeds to step S21.
In step S21, the target air-fuel ratio coefficient KCMD calculated in step S11 is corrected by multiplying by the first correction coefficient KCMDLS and the second correction coefficient KCMDR, and this process ends.
[0032]
As described above, in the present embodiment, when the hydrogen concentration has increased on the downstream side of the three-way catalyst 17, it is determined by the O2 sensor output VO2, and when it is determined that VO2> VO2H2 and the hydrogen concentration has increased. Since the target air-fuel ratio coefficient KCMD is corrected in the lean direction by the correction coefficient KCMDLS set in accordance with the O2 sensor output VO2, the low emission characteristic with the final unburned component concentration of several tens of ppm or less is achieved. Can always be maintained. Further, when VO2 ≦ VO2H2 and in the low load low rotation operation state, the second correction coefficient KCMDR is set to the enrichment predetermined value KCMDR0 slightly larger than 1.0. It can be avoided that the oxygen storage capacity of the exhaust pipe is saturated and an oxygen excess state is caused in the most downstream of the exhaust pipe. As a result, it is possible to prevent the NOx emission amount from increasing and maintain good exhaust characteristics.
[0033]
In the process of FIG. 2, the second correction coefficient KCMDR is set to the enrichment predetermined value KCMDR0 only in the low-load low-rotation operation state. This is because a saturated state of the oxygen storage capacity of the three-way catalyst is likely to occur during simple acceleration operation or deceleration operation.
[0034]
FIG. 5 is a flowchart of a process for calculating the air-fuel ratio correction coefficient KLAF. This process is executed by the CPU 5b every time a TDC signal pulse is generated.
In step S61, it is determined whether a LAF feedback control condition for executing feedback control according to the output of the LAF sensor 18 is satisfied. This LAF feedback control condition is satisfied on the condition that the LAF sensor 18 is activated and the fuel supply cutoff operation or the throttle fully open operation is not executed. If the answer to step S61 is negative (NO), the air-fuel ratio correction coefficient KLAF is set to “1.0” (step S66), and this process ends.
[0035]
When the LAF feedback control condition is satisfied, the deviation DKAF (k) (= KCMD (k) −KACT (k) between the detected equivalent ratio KACT obtained by converting the output of the LAF sensor 18 into the equivalent ratio and the target air-fuel ratio coefficient KCMD. ) Is calculated (step S62), and the deviation DKAF (k) and the respective control gains KP, KI, KD are applied to the following equations, and the proportional term KLAFP (k), the integral term KLAFI (k), and the differential term KLAFD (k) ) Is calculated (step S63). Here, (k) and (k−1) are attached to indicate the current value and the previous value, respectively.
KLAFP (k) = DKAF (k) × KP
KLAFI (k) = DKAF (k) × KI + KLAF (k−1)
KLAFD (k) = (DKAF (k) −DKAF (k−1)) × KD
[0036]
Then, the proportional term KLAFP, the integral term KLAFI, and the derivative term KLAFD are added to calculate the air-fuel ratio correction coefficient KLAF (= KLAFFP + KLAFFI + KLAFD) (step S64), and the calculated value of the air-fuel ratio correction coefficient KLAF is within a predetermined upper and lower limit value range. Limit processing is performed so as to fall within (step S65), and this processing is terminated.
By this processing, feedback control is executed so that the detected equivalent ratio KACT based on the LAF sensor output matches the target air-fuel ratio coefficient KCMD.
[0037]
FIG. 6 is a time chart showing an operation example when the control according to the present embodiment is executed. For example, since VO2> VO2H2 in the period from time t1 to t2, the target air-fuel ratio coefficient KCMD is controlled to the lean side according to the sensor output VO2, and in the period from time t2 to t3, VO2 <VO2H2. The target air-fuel ratio coefficient KCMD is set to a value slightly larger than 1.0.
[0038]
In the present embodiment, the direct three-way catalyst 14 and the underfloor three-way catalysts 15 to 17 correspond to catalyst means, step S11 in FIG. 2 corresponds to target air-fuel ratio setting means, and the processing in FIG. 6 serves as feedback control means. 2 correspond to the first target air-fuel ratio correcting means, and steps S12, S15, and S16 to S19 in FIG. 2 correspond to the second target air-fuel ratio correcting means. More specifically, the predetermined voltage VO2H2 corresponds to the “predetermined value” in claim 1, the correction by the first correction coefficient KCMDLS corresponds to the correction by the first target air-fuel ratio correction means, and the second correction coefficient The correction by KCMDR corresponds to the correction by the second target air-fuel ratio correction means.
[0039]
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made. For example, the underfloor three-way catalysts 15 and 16 may be combined into one catalyst, and the three-way catalyst 17 may be an HC adsorption catalyst that adsorbs HC.
In the above-described embodiment, the second correction coefficient KCMDR of the air-fuel ratio correction coefficient KCMD is rich only when VO2 ≦ VO2H2 and the low-load low-rotation operation state (NE ≦ NETH and PBA ≦ PBTH). However, when VO2 ≦ VO2H2, the enrichment predetermined value KCMDR0 may always be set.
[0040]
Further, when the engine is in a low-load low-speed operation state (NE ≦ NETH and PBA ≦ PBTH), the second correction coefficient KCMDR = KCMDR0 is always set, and the first correction coefficient KCMDLS when VO2> VO2H2 is satisfied, A smaller value (= KCMDLS / KCMDR0) may be set in correspondence with the enrichment predetermined value KCMDR0.
[0041]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, feedback control is executed using the output of the most upstream detection means so that the air-fuel ratio matches the target air-fuel ratio, and the output of the most downstream detection means has a predetermined value. Only when the value exceeds the target air-fuel ratio is corrected according to the output of the most downstream detection means, and the target air-fuel ratio becomes smaller than the stoichiometric air-fuel ratio at least until the output of the most downstream detection means exceeds the predetermined value. It is corrected. If the output of the most downstream detection means exceeds a predetermined value, it indicates that the hydrogen concentration is high on the downstream side of the most downstream catalyst means due to the water gas reaction in the catalyst means. By correcting the target air-fuel ratio according to the output of the means, it is possible to correct the target air-fuel ratio in response to a slight increase in unburned components, and to always reduce the unburned component concentration in the final exhaust gas to a low level. Can be maintained. Further, at least until the output of the most downstream detection means exceeds the predetermined value, the target air-fuel ratio is corrected to a value smaller than the stoichiometric air-fuel ratio, so that the oxygen in the exhaust gas becomes excessive and the NOx emission amount increases. Can be avoided, and good exhaust characteristics can be maintained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine and its exhaust purification device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of processing for calculating a target air-fuel ratio coefficient (KCMD).
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a hydrogen concentration and a sensor output (VO2).
4 is a diagram showing a table used in the processing of FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is a flowchart of processing for calculating an air-fuel ratio correction coefficient (KLAF).
6 is a time chart showing changes in O2 sensor output and target air-fuel ratio coefficient (KCMD) when the control shown in FIG. 2 is applied. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Internal combustion engine 5 Electronic control unit (target air-fuel ratio setting means, feedback control means, first target air-fuel ratio correction means, second target air-fuel ratio correction means)
6 Fuel injection valve 13 Exhaust pipes 14, 15, 16, 17 Three-way catalyst (catalyst means)
18 Oxygen concentration sensor (most upstream detection means)
20 Oxygen concentration sensor (most downstream detection means)

Claims

内燃機関の排気系に設けられ、排気を浄化する複数の触媒手段を有する排気浄化装置において、
前記排気系の最上流に配置された触媒手段の上流側に配置され、排気中の特定成分の濃度を検出する最上流検出手段と、
前記排気系の最下流に配置された触媒手段の下流側に配置され、排気中の特定成分の濃度を検出する最下流検出手段と、
前記機関に供給する混合気の目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
前記最上流検出手段の出力を用いて前記混合気の空燃比が前記目標空燃比と一致するようにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
前記最下流検出手段の出力が所定値を越える場合のみ、前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比を、前記最下流検出手段の出力に応じて補正する第１目標空燃比補正手段と、
少なくとも前記最下流検出手段の出力が前記所定値を越えるまでの間、前記目標空燃比を理論空燃比より小さくする第２目標空燃比補正手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。In an exhaust gas purification apparatus provided in an exhaust system of an internal combustion engine and having a plurality of catalyst means for purifying exhaust gas,
An uppermost stream detection means arranged upstream of the catalyst means arranged in the uppermost stream of the exhaust system, and detects the concentration of a specific component in the exhaust;
A most downstream detection means that is disposed on the downstream side of the catalyst means disposed on the most downstream side of the exhaust system and detects the concentration of a specific component in the exhaust;
Target air-fuel ratio setting means for setting a target air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine;
Feedback control means for performing feedback control so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture coincides with the target air-fuel ratio using the output of the most upstream detection means;
Only when the output of the most downstream detecting means exceeds a predetermined value, a first target air / fuel ratio correcting means for correcting the target air / fuel ratio set by the target air / fuel ratio setting means according to the output of the most downstream detecting means; ,
Exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: second target air-fuel ratio correction means for making the target air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio at least until the output of the most downstream detection means exceeds the predetermined value .