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JP2020153254A - Exhaust purification device for internal combustion engine - Google Patents

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JP2020153254A
JP2020153254A JP2019050122A JP2019050122A JP2020153254A JP 2020153254 A JP2020153254 A JP 2020153254A JP 2019050122 A JP2019050122 A JP 2019050122A JP 2019050122 A JP2019050122 A JP 2019050122A JP 2020153254 A JP2020153254 A JP 2020153254A
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JP
Japan
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fuel ratio
air
oxygen
exhaust gas
amount
Prior art date
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Pending
Application number
JP2019050122A
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Japanese (ja)
Inventor
依田 公一
Koichi Yoda
公一 依田
和弘 若尾
Kazuhiro Wakao
和弘 若尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Abstract

【課題】下流側触媒にて排気ガス中のNOxを適切に浄化することができる排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置は、上流側触媒と、下流側触媒と、機関本体から排出される排気ガスの空燃比を制御する制御装置とを備える。制御装置は、下流側触媒に流入する排気ガスの時間平均空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比になるように制御する通常空燃比制御と、機関本体から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御するリーンスパイク制御とを実行可能である。リーンスパイク制御の実行条件が成立した時にS22、上流側触媒が現在吸蔵可能な酸素量である上流側吸蔵可能酸素量の推定値に基づいてリーンスパイク制御の実行期間を算出しS25、その後、算出された実行期間に亘ってS28前記リーンスパイク制御を実行する。【選択図】図8PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust purification device capable of appropriately purifying NOx in an exhaust gas with a downstream catalyst. An exhaust purification device includes an upstream catalyst, a downstream catalyst, and a control device for controlling the air-fuel ratio of exhaust gas discharged from an engine body. The control device has a normal air-fuel ratio control that controls the time-average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the downstream catalyst so that it becomes a rich air-fuel ratio richer than the theoretical air-fuel ratio, and an empty exhaust gas discharged from the engine body. It is possible to execute lean spike control that controls the fuel ratio to a lean air-fuel ratio that is leaner than the theoretical air-fuel ratio. When the execution condition of lean spike control is satisfied, S22, the execution period of lean spike control is calculated based on the estimated value of the amount of oxygen that can be occluded on the upstream side, which is the amount of oxygen that can be occluded by the upstream catalyst, and S25, and then calculated. S28 The lean spike control is executed over the executed execution period. [Selection diagram] FIG. 8

Description

本開示は、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present disclosure relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.

従来から、内燃機関の排気通路に上流側触媒と下流側触媒との二つの排気浄化触媒を設け、下流側触媒の酸素吸蔵量が少なくなったときには、下流側触媒に酸素を供給する内燃機関の排気浄化装置が知られている(例えば、特許文献1、2)。 Conventionally, two exhaust purification catalysts, an upstream catalyst and a downstream catalyst, are provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, and when the oxygen storage amount of the downstream catalyst becomes low, the internal combustion engine supplies oxygen to the downstream catalyst. Exhaust gas purification devices are known (for example, Patent Documents 1 and 2).

特に、特許文献1に記載された制御装置では、上流側触媒と下流側触媒との間に上流側触媒から流出して下流側触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサが設けられる。この下流側空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて下流側触媒の酸素吸蔵量が推定され、推定された酸素吸蔵量が一定量以下になると下流側触媒に酸素を供給する吸蔵量回復制御が行われる。 In particular, in the control device described in Patent Document 1, a downstream air-fuel ratio sensor that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream catalyst and flowing into the downstream catalyst between the upstream catalyst and the downstream catalyst. Is provided. The oxygen storage amount of the downstream catalyst is estimated based on the air-fuel ratio detected by this downstream air-fuel ratio sensor, and when the estimated oxygen storage amount falls below a certain amount, the storage amount recovery control that supplies oxygen to the downstream catalyst Is done.

この吸蔵量回復制御では、下流側空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて下流側触媒の酸素吸蔵量が推定され、推定された酸素吸蔵量が予め定められた基準量に達すると、吸蔵量回復制御が終了される。 In this occlusion recovery control, the oxygen storage amount of the downstream catalyst is estimated based on the air-fuel ratio detected by the downstream air-fuel ratio sensor, and when the estimated oxygen storage amount reaches a predetermined reference amount, the occlusion is stored. The amount recovery control is terminated.

国際公開第2014/118890号International Publication No. 2014/118890 特開2013−217266号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-217266

ところで、機関本体から下流側触媒までには或る程度の距離があるため、機関本体から排出される排気ガスの空燃比を変化させた場合に、下流側触媒に流入する排気ガスの空燃比がそれに伴って変化するまでには或る程度の時間がかかる。したがって、特許文献1に記載されたように下流側空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて吸蔵量回復制御の終了時期を決定しても、吸蔵量回復制御の終了後に下流側触媒に多量の酸素(及びNOx)が流入することになる。この結果、下流側触媒には、酸素吸蔵量がその最大吸蔵可能酸素量(下流側触媒が吸蔵可能な酸素量の最大値)を超えるような酸素が流入し、酸素と共に流入するNOxを下流側触媒で十分に浄化することができなくなってしまう。 By the way, since there is a certain distance from the engine body to the downstream catalyst, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the downstream catalyst changes when the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body is changed. It takes some time to change accordingly. Therefore, even if the end time of the occlusion amount recovery control is determined based on the air-fuel ratio detected by the downstream air-fuel ratio sensor as described in Patent Document 1, a large amount is applied to the downstream catalyst after the end of the occlusion amount recovery control. Oxygen (and NOx) will flow in. As a result, oxygen that has an oxygen occlusal amount exceeding the maximum occlusable oxygen amount (the maximum value of the oxygen occlusal amount that the downstream side catalyst can occlude) flows into the downstream side catalyst, and NOx that flows in together with the oxygen flows to the downstream side. It will not be possible to sufficiently purify with a catalyst.

したがって、吸蔵量回復制御の終了時期近傍において下流側触媒にて排気ガス中のNOxを十分に浄化するためには、特許文献1に記載された制御装置とは異なる制御思想にて制御される制御装置が必要になる。 Therefore, in order to sufficiently purify NOx in the exhaust gas with the downstream catalyst near the end time of the occlusion recovery control, the control is controlled by a control concept different from the control device described in Patent Document 1. Equipment is required.

上記課題に鑑みて、本開示の目的は、下流側触媒にて排気ガス中のNOxを適切に浄化することができるような、従来とは異なる態様の内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present disclosure is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine having a mode different from the conventional one, which can appropriately purify NOx in the exhaust gas with a downstream catalyst. is there.

本開示の要旨は以下のとおりである。 The gist of this disclosure is as follows.

(1)内燃機関の排気通路に設けられた上流側触媒と、該上流側触媒よりも排気流れ方向下流側において前記排気通路に設けられた下流側触媒と、機関本体から排出される排気ガスの空燃比を制御する制御装置とを備える、内燃機関の排気浄化装置であって、前記制御装置は、前記下流側触媒に流入する排気ガスの時間平均空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比になるように制御する通常空燃比制御と、前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御するリーンスパイク制御とを実行可能であり、前記リーンスパイク制御の実行条件が成立した時に前記上流側触媒が現在吸蔵可能な酸素量である上流側吸蔵可能酸素量の推定値に基づいて前記リーンスパイク制御の実行期間を算出し、その後、算出された実行期間に亘って前記リーンスパイク制御を実行する、内燃機関の排気浄化装置。 (1) The upstream side catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, the downstream side catalyst provided in the exhaust passage on the downstream side in the exhaust flow direction from the upstream side catalyst, and the exhaust gas discharged from the engine body. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine including a control device for controlling the air-fuel ratio. The control device is a rich air in which the time average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the downstream catalyst is richer than the theoretical air-fuel ratio. It is possible to execute normal air-fuel ratio control that controls the fuel ratio and lean spike control that controls the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body to a lean air-fuel ratio that is leaner than the theoretical air-fuel ratio. When the execution condition of the lean spike control is satisfied, the execution period of the lean spike control is calculated based on the estimated value of the amount of oxygen that can be stored on the upstream side, which is the amount of oxygen that the upstream catalyst can currently store, and then calculated. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine that executes the lean spike control over an execution period.

(2)前記上流側触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサを更に備え、前記制御装置は、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて前記上流側吸蔵可能酸素量を推定する、上記(1)に記載の内燃機関の排気浄化装置。 (2) An upstream air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream catalyst is further provided, and the control device is based on the air-fuel ratio detected by the upstream air-fuel ratio sensor. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to (1) above, which estimates the amount of oxygen that can be stored.

(3)前記制御装置は、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて推定された上流側触媒の現在の酸素吸蔵量の推定値と、前記上流側触媒が吸蔵可能な酸素量の最大値である最大吸蔵可能酸素量との差として、前記上流側吸蔵可能酸素量を算出する、上記(2)に記載の内燃機関の排気浄化装置。 (3) The control device has an estimated value of the current oxygen occlusion amount of the upstream side catalyst estimated based on the air fuel ratio detected by the upstream side air fuel ratio sensor and the amount of oxygen that the upstream side catalyst can occlude. The exhaust purification device for an internal combustion engine according to (2) above, which calculates the amount of oxygen that can be occluded on the upstream side as a difference from the maximum amount of oxygen that can be occluded, which is the maximum value of.

(4)前記制御装置は、前記下流側触媒が吸蔵可能な酸素量の最大値である前記下流側触媒の最大吸蔵可能酸素量を前記上流側触媒の最大吸蔵可能酸素量に基づいて算出する、上記(3)に記載の内燃機関の排気浄化装置。 (4) The control device calculates the maximum occlusable oxygen amount of the downstream catalyst, which is the maximum value of the occlusable oxygen amount of the downstream catalyst, based on the maximum occlusable oxygen amount of the upstream catalyst. The exhaust purification device for an internal combustion engine according to (3) above.

(5)前記制御装置は、前記上流側吸蔵可能酸素量と、前記下流側触媒が吸蔵可能な酸素量の最大値である前記下流側触媒の最大吸蔵可能酸素量に基づいて算出された前記リーンスパイク制御の開始時における下流側吸蔵可能酸素量とを合計した合計値に相当する酸素が前記リーンスパイク制御の実行中に前記上流側触媒に流入するように前記実行期間を算出する、上記(2)〜(4)のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。 (5) The control device has the lean calculated based on the amount of oxygen that can be occluded on the upstream side and the maximum amount of oxygen that can be occluded by the downstream catalyst, which is the maximum value of the amount of oxygen that can be occluded by the downstream catalyst. The execution period is calculated so that oxygen corresponding to the total value of the sum of the amount of oxygen that can be occluded on the downstream side at the start of the spike control flows into the upstream catalyst during the execution of the lean spike control (2). ) To the exhaust purification device for the internal combustion engine according to any one of (4).

(6)前記制御装置は、前記リーンスパイク制御の実行中には、前記上流側触媒に流入する排気ガスの空燃比が、少なくとも一時的に、前記通常空燃比制御の実行中に前記上流側触媒に流入する排気ガスが到達する最もリーンな空燃比よりもリーンになるように前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比を制御する、上記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。 (6) In the control device, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream catalyst during the execution of the lean spike control is at least temporarily, the upstream catalyst during the execution of the normal air-fuel ratio control. One of (1) to (5) above, which controls the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body so that the exhaust gas flowing into the engine is leaner than the leanest air-fuel ratio reached. The exhaust purification device for an internal combustion engine described.

(7)前記内燃機関は複数の気筒を有し、
前記リーンスパイク制御の実行中には、前記複数の気筒のうち少なくとも一部の気筒に対して前記内燃機関の作動中に燃料の供給が停止される燃料カット制御が行われる、上記(1)〜(6)のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
(7) The internal combustion engine has a plurality of cylinders and has a plurality of cylinders.
During the execution of the lean spike control, fuel cut control is performed for at least a part of the plurality of cylinders to stop the supply of fuel during the operation of the internal combustion engine. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to any one of (6).

(8)前記リーンスパイク制御は、前記上流側触媒の酸素吸蔵量の推定値が予め定められた吸蔵量に到達してから実行される、上記(7)に記載の内燃機関の排気浄化装置。 (8) The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to (7) above, wherein the lean spike control is executed after the estimated value of the oxygen storage amount of the upstream catalyst reaches a predetermined storage amount.

(9)前記制御装置は、前記リーンスパイク制御の開始時における前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合いが前記リーンスパイク制御の終了時における前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合いよりも小さくなるように、前記リーンスパイク制御の実行中に前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比を変更する、上記(1)〜(8)のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。 (9) In the control device, the degree of leanness of the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body at the start of the lean spike control is the degree of leanness of the exhaust gas discharged from the engine body at the end of the lean spike control. To one of the above (1) to (8), the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body is changed during the execution of the lean spike control so as to be smaller than the lean degree of the air-fuel ratio. The exhaust purification device for an internal combustion engine described.

(10)前記制御装置は、前記リーンスパイク制御の開始から前記上流側吸蔵可能酸素量に相当する量の酸素が前記上流側触媒に流入するまでにおける前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合いが、前記上流側吸蔵可能酸素量に相当する量の酸素が前記上流側触媒に流入してから前記リーンスパイク制御の終了までにおける前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合いよりも小さくなるように、前記リーンスパイク制御の実行中に前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比を変更する、上記(5)に記載の内燃機関の排気浄化装置。 (10) The control device has an air-fuel ratio of exhaust gas discharged from the engine body from the start of the lean spike control until an amount of oxygen corresponding to the amount of occlusable oxygen on the upstream side flows into the upstream catalyst. The degree of leanness is the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body from the time when the amount of oxygen corresponding to the amount of occlusable oxygen on the upstream side flows into the upstream side catalyst to the end of the lean spike control. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to (5) above, wherein the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body is changed during the execution of the lean spike control so as to be smaller than the degree.

(11)前記上流側触媒から流出して前記下流側触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサを更に備える、上記(1)〜(10)のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。 (11) The method according to any one of (1) to (10) above, further comprising a downstream air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out of the upstream catalyst and flowing into the downstream catalyst. Exhaust purification device for internal combustion engine.

(12)前記制御装置は、前記リーンスパイク制御の実行期間を算出する際に、前記リーンスパイク制御の実行期間中における前記下流側空燃比センサの出力を利用しない、上記(11)に記載の内燃機関の排気浄化装置。 (12) The internal combustion engine according to (11) above, wherein the control device does not utilize the output of the downstream air-fuel ratio sensor during the execution period of the lean spike control when calculating the execution period of the lean spike control. Engine exhaust purification device.

(13)前記制御装置は、前記下流側空燃比センサによって排気ガスの空燃比がリーン空燃比になったことが検出される前に前記リーンスパイク制御が終了せしめられるように、前記リーンスパイク制御の実行中に前記機関本体から排出される排気ガスの目標空燃比が設定される、上記(12)に記載の内燃機関の排気浄化装置。 (13) The control device controls the lean spike so that the lean spike control is terminated before the downstream air-fuel ratio sensor detects that the air-fuel ratio of the exhaust gas has reached the lean air-fuel ratio. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to (12) above, wherein a target air-fuel ratio of exhaust gas discharged from the engine body is set during execution.

本開示によれば、下流側触媒にて排気ガス中のNOxを適切に浄化することができるような、従来とは異なる態様の内燃機関の排気浄化装置が提供される。 According to the present disclosure, there is provided an exhaust gas purification device for an internal combustion engine having a mode different from the conventional one, in which NOx in the exhaust gas can be appropriately purified by a downstream catalyst.

図1は、一つの実施形態に係る排気浄化装置が用いられている内燃機関を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine in which the exhaust gas purification device according to one embodiment is used. 図2は、空燃比センサ周りの排気ガスの空燃比と空燃比センサの出力電流との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the air-fuel ratio of the exhaust gas around the air-fuel ratio sensor and the output current of the air-fuel ratio sensor. 図3は、通常空燃比制御を行った場合における、目標空燃比等のタイムチャートである。FIG. 3 is a time chart of the target air-fuel ratio and the like when the normal air-fuel ratio control is performed. 図4は、通常空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a control routine for normal air-fuel ratio control. 図5は、一つの変形例に係る通常空燃比制御における、目標空燃比等のタイムチャートである。FIG. 5 is a time chart of the target air-fuel ratio and the like in the normal air-fuel ratio control according to one modification. 図6は、上流側触媒の最大吸蔵可能酸素量と下流側触媒の最大吸蔵可能酸素量との関係を表す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the maximum occlusable oxygen amount of the upstream catalyst and the maximum occlusable oxygen amount of the downstream catalyst. 図7は、リーンスパイク制御を行った場合における、目標空燃比等のタイムチャートである。FIG. 7 is a time chart of the target air-fuel ratio and the like when lean spike control is performed. 図8は、リーンスパイク制御に関する制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing a control routine related to lean spike control. 図9は、リーンスパイク制御に関する制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing a control routine related to lean spike control. 図10は、第三実施形態に係るリーンスパイク制御を行った場合における目標空燃比等の、図7と同様なタイムチャートである。FIG. 10 is a time chart similar to that of FIG. 7, showing the target air-fuel ratio and the like when the lean spike control according to the third embodiment is performed.

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

<第一実施形態>
≪内燃機関全体の説明≫
図1は、第一実施形態に係る排気浄化装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図1を参照すると1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダブロック2内で往復動するピストン、4はシリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド、5はピストン3とシリンダヘッド4との間に形成された燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁6は吸気ポート7を開閉し、排気弁8は排気ポート9を開閉する。本実施形態では、シリンダブロック2には複数の気筒が形成され、各気筒内で一つのピストン3が往復動する。
<First Embodiment>
≪Explanation of the entire internal combustion engine≫
FIG. 1 is a diagram schematically showing an internal combustion engine in which the exhaust gas purification device according to the first embodiment is used. Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a piston that reciprocates in the cylinder block 2, 4 is a cylinder head fixed on the cylinder block 2, and 5 is a piston 3 and a cylinder head 4. Combustion chambers formed between them, 6 is an intake valve, 7 is an intake port, 8 is an exhaust valve, and 9 is an exhaust port. The intake valve 6 opens and closes the intake port 7, and the exhaust valve 8 opens and closes the exhaust port 9. In the present embodiment, a plurality of cylinders are formed in the cylinder block 2, and one piston 3 reciprocates in each cylinder.

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

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

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

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

本実施形態では、空燃比センサ40、41として、限界電流式の空燃比センサが用いられる。したがって、空燃比センサ40、41は、図2に示したように、空燃比センサ40、41周りの排気ガスの空燃比が高くなるほど(すなわちリーンになるほど)、空燃比センサ40、41からの出力電流が大きくなるように構成される。特に、本実施形態の空燃比センサ40、41は、空燃比センサ40、41周りの排気ガスの空燃比に対して出力電流がリニアに(比例して)変化するように構成される。なお、本実施形態では、空燃比センサ40、41として限界電流式の空燃比センサを用いているが、排気ガスの空燃比に応じて出力が変化するセンサであれば限界電流式の空燃比センサ以外の空燃比センサを用いてもよい。斯かる空燃比センサとしては、例えば、センサを構成する電極間に電圧が印加されずに理論空燃比近傍で急激に出力が変化する酸素センサ等が挙げられる。 In the present embodiment, the limit current type air-fuel ratio sensor is used as the air-fuel ratio sensors 40 and 41. Therefore, as shown in FIG. 2, the air-fuel ratio sensors 40 and 41 output from the air-fuel ratio sensors 40 and 41 as the air-fuel ratio of the exhaust gas around the air-fuel ratio sensors 40 and 41 becomes higher (that is, leaner). It is configured to increase the current. In particular, the air-fuel ratio sensors 40 and 41 of the present embodiment are configured so that the output current changes linearly (proportionally) with respect to the air-fuel ratio of the exhaust gas around the air-fuel ratio sensors 40 and 41. In the present embodiment, the limit current type air-fuel ratio sensor is used as the air-fuel ratio sensors 40 and 41, but if the sensor has an output that changes according to the air-fuel ratio of the exhaust gas, the limit current type air-fuel ratio sensor An air-fuel ratio sensor other than the above may be used. Examples of such an air-fuel ratio sensor include an oxygen sensor whose output suddenly changes in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio without applying a voltage between the electrodes constituting the sensor.

また、アクセルペダル42にはアクセルペダル42の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ43が接続され、負荷センサ43の出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。クランク角センサ44は例えばクランクシャフトが15度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート36に入力される。CPU35ではこのクランク角センサ44の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート37は対応する駆動回路45を介して点火プラグ10、燃料噴射弁11及びスロットル弁駆動アクチュエータ17に接続される。なお、ECU31は、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比を制御する制御装置として機能する。 Further, a load sensor 43 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 42 is connected to the accelerator pedal 42, and the output voltage of the load sensor 43 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. To. For example, the crank angle sensor 44 generates an output pulse every time the crankshaft rotates 15 degrees, and this output pulse is input to the input port 36. The CPU 35 calculates the engine speed from the output pulse of the crank angle sensor 44. On the other hand, the output port 37 is connected to the spark plug 10, the fuel injection valve 11, and the throttle valve drive actuator 17 via the corresponding drive circuit 45. The ECU 31 functions as a control device for controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1.

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

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

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

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

≪通常空燃比制御≫
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置において通常行われる通常空燃比制御の概要を説明する。本実施形態の通常空燃比制御では、上流側空燃比センサ40の出力空燃比に基づいて上流側空燃比センサ40の出力空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁11からの燃料噴射量を制御するフィードバック制御が行われる。すなわち、本実施形態の通常空燃比制御では、上流側空燃比センサ40の出力空燃比に基づいて機関本体1から排出される排気ガスの空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御が行われる。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力値に相当する空燃比を意味する。
≪Normal air-fuel ratio control≫
Next, an outline of the normal air-fuel ratio control usually performed in the control device of the internal combustion engine according to the present embodiment will be described. In the normal air-fuel ratio control of the present embodiment, the fuel injection amount from the fuel injection valve 11 is set so that the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40 becomes the target air-fuel ratio based on the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40. Feedback control is performed to control. That is, in the normal air-fuel ratio control of the present embodiment, feedback control is performed so that the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 becomes the target air-fuel ratio based on the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40. .. The "output air-fuel ratio" means an air-fuel ratio corresponding to the output value of the air-fuel ratio sensor.

また、本実施形態の通常空燃比制御では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比等に基づいて目標空燃比が設定される。具体的には、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比(以下、「リッチ空燃比」という)となったときに、目標空燃比がリーン設定空燃比に設定される。この結果、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比もリーン設定空燃比になる。ここで、リーン設定空燃比は、理論空燃比(制御中心となる空燃比)よりも或る程度リーンである予め定められた一定値の空燃比であり、例えば、14.65〜16程度とされる。加えて、本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチであるリッチ判定空燃比(例えば、14.55)以下になったときに、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ空燃比になったと判断される。 Further, in the normal air-fuel ratio control of the present embodiment, the target air-fuel ratio is set based on the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 and the like. Specifically, when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes a richer air-fuel ratio than the theoretical air-fuel ratio (hereinafter referred to as "rich air-fuel ratio"), the target air-fuel ratio becomes the lean set air-fuel ratio. Set. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 also becomes the lean set air-fuel ratio. Here, the lean set air-fuel ratio is a predetermined constant value air-fuel ratio that is lean to some extent from the theoretical air-fuel ratio (air-fuel ratio that is the control center), and is, for example, about 14.65 to 16. To. In addition, in the present embodiment, when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes a rich determination air-fuel ratio (for example, 14.55) or less, which is slightly richer than the theoretical air-fuel ratio, the downstream air-fuel ratio is empty. It is determined that the output air-fuel ratio of the fuel ratio sensor 41 has reached the rich air-fuel ratio.

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

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

このようにして算出された酸素過不足量を積算した積算酸素過不足量が、予め定められた切替基準値(予め定められた切替基準吸蔵量Crefに相当)以上になると、それまでリーン設定空燃比だった目標空燃比が、リッチ設定空燃比に設定される。リッチ設定空燃比は、理論空燃比(制御中心となる空燃比)よりも或る程度リッチである予め定められた空燃比であり、例えば、14〜14.55程度とされる。 When the integrated oxygen excess / deficiency amount, which is the sum of the oxygen excess / deficiency amounts calculated in this way, exceeds the predetermined switching reference value (corresponding to the predetermined switching standard storage amount Cref), the lean setting is empty until then. The target air-fuel ratio, which was the fuel ratio, is set to the rich set air-fuel ratio. The rich set air-fuel ratio is a predetermined air-fuel ratio that is somewhat richer than the theoretical air-fuel ratio (air-fuel ratio that is the control center), and is, for example, about 14 to 14.55.

その後、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が再びリッチ判定空燃比以下となったときに、目標空燃比が再びリーン設定空燃比とされ、その後、同様な操作が繰り返される。このように本実施形態では、機関本体1から排出される排気ガスの目標空燃比がリーン設定空燃比とリッチ設定空燃比とに交互に繰り返し設定される。換言すると、本実施形態における通常空燃比制御では、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比がリッチ空燃比と、理論空燃比よりもリーンな空燃比(以下、「リーン空燃比」という)とに交互に切り替えられるといえる。 After that, when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes equal to or less than the rich determination air-fuel ratio again, the target air-fuel ratio is set to the lean set air-fuel ratio again, and then the same operation is repeated. As described above, in the present embodiment, the target air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine main body 1 is alternately and repeatedly set to the lean set air-fuel ratio and the rich set air-fuel ratio. In other words, in the normal air-fuel ratio control in the present embodiment, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is a rich air-fuel ratio and an air-fuel ratio leaner than the theoretical air-fuel ratio (hereinafter referred to as "lean air-fuel ratio"). It can be said that it can be switched alternately with.

また、本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ空燃比となったときに目標空燃比がリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り替えられる。したがって、この目標空燃比の切替の際には、上流側触媒20からは一時的にリッチ空燃比の排気ガスが流出する。一方、本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン空燃比になる前に目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り替えられる。したがって、この目標空燃比の切替の際には、上流側触媒20からはリーン空燃比の排気ガスは流出しない。したがって、上流側触媒20からは定期的にリッチ空燃比の排気ガスは流出するが、リーン空燃比の排気ガスは流出しない。このため、本実施形態では、上流側触媒20から流出して下流側触媒24に流入する排気ガスの時間平均空燃比はリッチ空燃比となる。 Further, in the present embodiment, when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes the rich air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is switched from the rich set air-fuel ratio to the lean set air-fuel ratio. Therefore, when the target air-fuel ratio is switched, the exhaust gas having a rich air-fuel ratio temporarily flows out from the upstream catalyst 20. On the other hand, in the present embodiment, the target air-fuel ratio is switched from the lean set air-fuel ratio to the rich set air-fuel ratio before the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes the lean air-fuel ratio. Therefore, when the target air-fuel ratio is switched, the exhaust gas having the lean air-fuel ratio does not flow out from the upstream catalyst 20. Therefore, the exhaust gas having a rich air-fuel ratio flows out from the upstream catalyst 20 on a regular basis, but the exhaust gas having a lean air-fuel ratio does not flow out. Therefore, in the present embodiment, the time average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out of the upstream catalyst 20 and flowing into the downstream catalyst 24 is a rich air-fuel ratio.

≪タイムチャートを用いた通常空燃比制御の説明≫
図3を参照して、上述したような操作について具体的に説明する。図3は、本実施形態に係る通常空燃比制御を行った場合における、目標空燃比AFT、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup、上流側触媒20の酸素吸蔵量OSAup、上流側触媒20の積算酸素過不足量ΣOED、及び下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn及び下流側触媒24の酸素吸蔵量OSAdwnのタイムチャートである。
≪Explanation of normal air-fuel ratio control using time chart≫
The above-mentioned operation will be specifically described with reference to FIG. FIG. 3 shows the target air-fuel ratio AFT, the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40, the oxygen occlusion amount OSUp of the upstream catalyst 20, and the upstream catalyst 20 when the normal air-fuel ratio control according to the present embodiment is performed. It is a time chart of the integrated oxygen excess / deficiency amount ΣOED, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41, and the oxygen storage amount OSAdwn of the downstream side catalyst 24.

図示した例では、時刻t1以前の状態では、目標空燃比AFTがリッチ設定空燃比AFTrichに設定されている。上流側触媒20に流入する排気ガス中に含まれている未燃ガス等は、上流側触媒20に吸蔵されている酸素と反応して上流側触媒20で浄化され、これに伴って、上流側触媒20の酸素吸蔵量OSAupは徐々に減少していく。上流側触媒20における未燃ガス等の浄化により、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnはほぼ理論空燃比となる。 In the illustrated example, in the state before the time t 1 , the target air-fuel ratio AFT is set to the rich set air-fuel ratio AFTrich. The unburned gas and the like contained in the exhaust gas flowing into the upstream catalyst 20 react with the oxygen occluded in the upstream catalyst 20 and are purified by the upstream catalyst 20, and accordingly, the upstream side is purified. The oxygen occlusion amount OSUp of the catalyst 20 gradually decreases. By purifying the unburned gas and the like in the upstream catalyst 20, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes substantially the theoretical air-fuel ratio.

上流側触媒20の酸素吸蔵量OSAupが徐々に減少してゼロに近づくと、上流側触媒20に流入した未燃ガス等の一部は上流側触媒20で浄化されずに流出し始める。この結果、下流側触媒24には未燃ガスを含んだリッチ空燃比の排気ガスが流入し、この未燃ガスは下流側触媒24に吸蔵されている酸素と反応して浄化される。これに伴って、下流側触媒24の酸素吸蔵量OSAdwnが減少する。 When the oxygen storage amount OSUp of the upstream catalyst 20 gradually decreases and approaches zero, a part of the unburned gas or the like that has flowed into the upstream catalyst 20 begins to flow out without being purified by the upstream catalyst 20. As a result, the exhaust gas having a rich air-fuel ratio containing the unburned gas flows into the downstream side catalyst 24, and the unburned gas reacts with the oxygen occluded in the downstream side catalyst 24 to be purified. Along with this, the oxygen occlusion amount OSAdwn of the downstream side catalyst 24 decreases.

下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが徐々に低下して時刻t1においてリッチ判定空燃比AFrichに到達すると、本実施形態では、上流側触媒20の酸素吸蔵量OSAupを増大させるべく、目標空燃比AFTがリーン設定空燃比AFTleanに切り替えられる。また、このとき、積算酸素過不足量ΣOEDは0にリセットされる。 Upon reaching the rich determination air-fuel ratio AFrich at time t 1 the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is gradually decreased, in the present embodiment, in order to increase the oxygen storage amount OSAup of the upstream catalyst 20, the target The air-fuel ratio AFT is switched to the lean set air-fuel ratio AFTlean. At this time, the accumulated oxygen excess / deficiency amount ΣOED is reset to 0.

時刻t1において、目標空燃比がリーン空燃比に切り替えられると、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比に変化する。この結果、時刻t1以降、上流側触媒20の酸素吸蔵量OSAupは増大する。同様に、積算酸素過不足量ΣOEDも徐々に増大していく。 When the target air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio at time t 1 , the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 changes from the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio. As a result, after time t 1 , the oxygen occluded amount OSUp of the upstream catalyst 20 increases. Similarly, the cumulative oxygen excess / deficiency amount ΣOED also gradually increases.

このとき、上流側触媒20に流入する排気ガスの空燃比はリーン空燃比となっているが、上流側触媒20の酸素吸蔵能力には十分な余裕があるため、流入する排気ガス中の酸素は上流側触媒20に吸蔵され、NOxは還元浄化される。この結果、上流側触媒20から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比へと変化する。 At this time, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream catalyst 20 is the lean air-fuel ratio, but since the upstream catalyst 20 has a sufficient oxygen storage capacity, the oxygen in the inflowing exhaust gas is It is occluded in the upstream catalyst 20 and NOx is reduced and purified. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the upstream catalyst 20 changes to the stoichiometric air-fuel ratio.

その後、上流側触媒20の酸素吸蔵量OSAupは、増大し、やがて時刻t2において切替基準吸蔵量Crefに到達する。このとき、積算酸素過不足量ΣOEDは、切替基準吸蔵量Crefに相当する切替基準値OEDrefに到達する。本実施形態では、積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDref以上になると、上流側触媒20への酸素の吸蔵を中止すべく、目標空燃比AFTがリッチ設定空燃比AFTrichに切り替えられる。また、このとき、積算酸素過不足量ΣOEDが0にリセットされる。 Thereafter, the oxygen storage amount OSAup of the upstream catalyst 20 is increased and reaches the switching reference occlusion amount Cref at eventually time t 2. At this time, the accumulated oxygen excess / deficiency amount ΣOED reaches the switching reference value OEDref corresponding to the switching reference storage amount Clef. In the present embodiment, when the integrated oxygen excess / deficiency amount ΣOED becomes equal to or higher than the switching reference value OEDref, the target air-fuel ratio AFT is switched to the rich set air-fuel ratio AFTrich in order to stop the occlusion of oxygen in the upstream catalyst 20. At this time, the accumulated oxygen excess / deficiency amount ΣOED is reset to 0.

時刻t2において目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えると、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比はリーン空燃比からリッチ空燃比に変化する。機関本体1から排出される排気ガス中には未燃ガス等が含まれることになるため、上流側触媒20の酸素吸蔵量OSAは徐々に減少していく。 Switching the target air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio at time t 2, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is changed from a lean air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio. Since the exhaust gas discharged from the engine body 1 contains unburned gas and the like, the oxygen storage amount OSA of the upstream catalyst 20 gradually decreases.

その後、時刻t3において、時刻t1と同様に、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達する。これにより、目標空燃比AFTがリーン設定空燃比AFTleanに切り替えられる。その後、上述した時刻t1〜t3のサイクルが繰り返される。 Then, at time t 3, as with time t 1, the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the rich determination air-fuel ratio AFrich. As a result, the target air-fuel ratio AFT is switched to the lean set air-fuel ratio AFTlean. After that, the cycle from time t 1 to t 3 described above is repeated.

≪通常空燃比制御のフローチャート≫
図4は、通常空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは制御装置にて一定時間間隔(例えば、数msec)で実行される。
≪Flow chart of normal air-fuel ratio control≫
FIG. 4 is a flowchart showing a control routine for normal air-fuel ratio control. The illustrated control routine is executed by the control device at regular time intervals (for example, several msec).

図4に示したように、まず、ステップS11において通常空燃比制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。通常空燃比制御の実行条件は、例えば、燃料カット制御等、特殊な制御の実行中でないこと等が挙げられる。ステップS11において通常空燃比制御の実行条件が成立していると判定された場合には、制御ルーチンはステップS12へと進む。 As shown in FIG. 4, first, in step S11, it is determined whether or not the execution condition of the normal air-fuel ratio control is satisfied. The execution condition of the normal air-fuel ratio control is, for example, that special control such as fuel cut control is not being executed. If it is determined in step S11 that the execution condition for the normal air-fuel ratio control is satisfied, the control routine proceeds to step S12.

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

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

リーン設定フラグFlがONに設定されると、次の制御ルーチンは、ステップS12からステップS17へと進む。ステップS17では、目標空燃比AFTがリーン設定空燃比AFTleanに切り替えられてからの積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDref以上であるか否かが判定される。積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDrefよりも少ないと判定された場合には制御ルーチンはステップS18へと進む。ステップS18では目標空燃比AFTが引き続きリーン設定空燃比AFTleanに設定されたまま維持され、その後制御ルーチンが終了せしめられる。一方、上流側触媒20の酸素吸蔵量が増大すると、やがてステップS17において積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDref以上であると判定され、制御ルーチンはステップS19へと進む。ステップS19では、目標空燃比AFTがリッチ設定空燃比AFTrichに切り替えられる。ステップS20ではリーン設定フラグFlがOFFにリセットされ、その後制御ルーチンが終了せしめられる。 When the lean setting flag Fl is set to ON, the next control routine proceeds from step S12 to step S17. In step S17, it is determined whether or not the cumulative oxygen excess / deficiency amount ΣOED after the target air-fuel ratio AFT is switched to the lean set air-fuel ratio AFTlean is equal to or greater than the switching reference value OEDref. If it is determined that the accumulated oxygen excess / deficiency amount ΣOED is less than the switching reference value OEDref, the control routine proceeds to step S18. In step S18, the target air-fuel ratio AFT is continuously maintained at the lean set air-fuel ratio AFTlean, after which the control routine is terminated. On the other hand, when the oxygen storage amount of the upstream catalyst 20 increases, it is determined in step S17 that the integrated oxygen excess / deficiency amount ΣOED is equal to or greater than the switching reference value OEDref, and the control routine proceeds to step S19. In step S19, the target air-fuel ratio AFT is switched to the rich set air-fuel ratio AFTrich. In step S20, the lean setting flag Fl is reset to OFF, and then the control routine is terminated.

≪通常空燃比制御の変形例≫
なお、燃料カット制御や、一時的に燃料供給量を増量する燃料増量制御等が行われていないときに行われる通常空燃比制御として、必ずしも上述したような制御を行う必要はない。下流側触媒24に流入する排気ガスの時間平均空燃比がリッチ空燃比になるように制御されていれば、通常空燃比制御として様々な制御を行うことができる。
≪Modified example of normal air-fuel ratio control≫
It should be noted that it is not always necessary to perform the above-mentioned control as the normal air-fuel ratio control performed when the fuel cut control or the fuel increase control for temporarily increasing the fuel supply amount is not performed. If the time average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the downstream catalyst 24 is controlled to be a rich air-fuel ratio, various controls can be performed as normal air-fuel ratio control.

上記実施形態に係る通常空燃比制御では、積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準量OEDrefに到達したときに、目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り換えられていた。これに対して、本変形例では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン空燃比になったとき(具体的には、リーン判定空燃比以上になったとき)に目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り換えられる。 In the normal air-fuel ratio control according to the above embodiment, when the integrated oxygen excess / deficiency amount ΣOED reaches the switching reference amount OEDref, the target air-fuel ratio is switched from the lean set air-fuel ratio to the rich set air-fuel ratio. On the other hand, in this modification, when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes the lean air-fuel ratio (specifically, when it becomes equal to or higher than the lean determination air-fuel ratio), the target air-fuel ratio becomes lean. The set air-fuel ratio can be switched to the rich set air-fuel ratio.

図5を参照して、上述した操作について具体的に説明する。図5は、一つの変形例に係る通常空燃比制御における、目標空燃比AFT等の図3と同様なタイムチャートである。図示した例では、時刻t1において目標空燃比AFTがリーン設定空燃比AFTleanに切り換えられる。時刻t1以降、上流側触媒20の酸素吸蔵量OSAupは徐々に増大していき、ついには時刻t2において下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFleanに到達する。 The above-mentioned operation will be specifically described with reference to FIG. FIG. 5 is a time chart similar to that of FIG. 3 such as a target air-fuel ratio AFT in the normal air-fuel ratio control according to one modification. In the illustrated example, the target air-fuel ratio AFT is switched to a lean set air-fuel ratio AFTlean at time t 1. After time t 1 , the oxygen occlusal amount OSUp of the upstream catalyst 20 gradually increases, and finally at time t 2 , the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the lean determined air-fuel ratio AFlean.

本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFleanに到達すると、酸素吸蔵量OSAfrを減少させるべく、目標空燃比AFTがリッチ設定空燃比AFTrrichに切り換えられる。このとき、上流側触媒20からは一時的にリーン空燃比の排気ガスが流出し、このリーン空燃比の排気ガスは下流側触媒24に流入する。この結果、時刻t2近傍においては、下流側触媒24の酸素吸蔵量OSAdwnが増大せしめられる。その後、上述したt1〜t2のサイクルが繰り返される。 In the present embodiment, when the output air-fuel ratio AFdwn of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the lean determination air-fuel ratio AFlean, the target air-fuel ratio AFT is switched to the rich set air-fuel ratio AFTrich in order to reduce the oxygen storage amount OSAfr. At this time, the exhaust gas having a lean air-fuel ratio temporarily flows out from the upstream catalyst 20, and the exhaust gas having this lean air-fuel ratio flows into the downstream catalyst 24. As a result, in the vicinity of time t 2 , the oxygen occluded amount OSAdwn of the downstream catalyst 24 is increased. After that, the cycle of t 1 to t 2 described above is repeated.

なお、本変形例では、目標空燃比AFTは、時刻t1近傍において下流側触媒24に流入する未燃ガスの総量(酸素の総不足量)が、時刻t近傍において下流側触媒24に流入する酸素の総量(酸素の総過剰量)よりも多くなるように制御される。具体的には、例えば、リーン判定空燃比AFleanと理論空燃比との差がリッチ判定空燃比AFrichと理論空燃比との差よりも大きくなるように、リーン判定空燃比AFlean及びリッチ判定空燃比AFrichが設定される。或いは、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ判定空燃比に達してから目標空燃比をリーン空燃比に切り替えるまでの時間が、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン判定空燃比に達してから目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えるまでの時間よりも長くなるように設定されてもよい。いずれにせよ、本変形例においても、下流側触媒24に流入する排気ガスの空燃比は、その時間平均空燃比がリッチ空燃比になるように制御される。この結果、通常空燃比制御の実行中には、下流側触媒24にNOxを含んだリーン空燃比の排気ガスが流入することが抑制され、よって下流側触媒24からNOxが流出することが抑制される。 In this modification, in the target air-fuel ratio AFT, the total amount of unburned gas (total oxygen deficiency) flowing into the downstream catalyst 24 near time t 1 flows into the downstream catalyst 24 near time t 2. It is controlled to be larger than the total amount of oxygen (total excess amount of oxygen). Specifically, for example, the lean-determined air-fuel ratio AFlean and the rich-determined air-fuel ratio AFrich so that the difference between the lean-determined air-fuel ratio AFlean and the theoretical air-fuel ratio becomes larger than the difference between the rich-determined air-fuel ratio AFrich and the theoretical air-fuel ratio. Is set. Alternatively, the time from when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the rich judgment air-fuel ratio until the target air-fuel ratio is switched to the lean air-fuel ratio is the time from when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 reaches the lean judgment air-fuel ratio. It may be set to be longer than the time from reaching to to switching the target air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio. In any case, also in this modification, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the downstream catalyst 24 is controlled so that the time average air-fuel ratio becomes the rich air-fuel ratio. As a result, during normal air-fuel ratio control, the inflow of exhaust gas having a lean air-fuel ratio containing NOx into the downstream catalyst 24 is suppressed, and thus the outflow of NOx from the downstream catalyst 24 is suppressed. To.

≪リーンスパイク制御≫
ところで、本実施形態に係る内燃機関では、内燃機関を搭載した車両の減速中等に燃料カット制御が行われる。燃料カット制御は、クランクシャフトやピストン3が運動している状態であっても燃料噴射弁11からの燃料の噴射を停止する制御である。斯かる燃料カット制御が行われると、機関本体1からは空気が排出されるため、両排気浄化触媒20、24には多量の空気が流入する。この結果、両排気浄化触媒20、24の酸素吸蔵量は共に最大吸蔵可能酸素量Cmaxになる。
≪Lean spike control≫
By the way, in the internal combustion engine according to the present embodiment, fuel cut control is performed during deceleration of a vehicle equipped with the internal combustion engine. The fuel cut control is a control for stopping the injection of fuel from the fuel injection valve 11 even when the crankshaft and the piston 3 are in motion. When such fuel cut control is performed, air is discharged from the engine body 1, so that a large amount of air flows into both the exhaust purification catalysts 20 and 24. As a result, the oxygen storage amounts of both the exhaust gas purification catalysts 20 and 24 become the maximum oxygen storage amount Cmax.

したがって、下流側触媒24に流入する排気ガスの空燃比の時間平均空燃比がリッチ空燃比になるように空燃比制御が行われていても、燃料カット制御が定期的に行われていれば、下流側触媒24の酸素吸蔵量がゼロ近傍になってしまうことはない。ところが、燃料カット制御は車両の減速中等に行われるため、必ずしも一定時間間隔で行われるわけではない。このため、場合によっては、下流側触媒24の酸素吸蔵量がゼロ近傍に到達してしまうこともある。 Therefore, even if the air-fuel ratio control is performed so that the time-average air-fuel ratio of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the downstream catalyst 24 becomes the rich air-fuel ratio, if the fuel cut control is performed regularly, The oxygen storage amount of the downstream catalyst 24 does not become close to zero. However, since the fuel cut control is performed during deceleration of the vehicle or the like, it is not always performed at regular time intervals. Therefore, in some cases, the oxygen storage amount of the downstream catalyst 24 may reach near zero.

そこで、本実施形態では、下流側触媒24の酸素吸蔵量が少なくなると、機関本体1から排出される排気ガスの空燃比をリーン空燃比に制御するリーンスパイク制御が実行される。 Therefore, in the present embodiment, when the oxygen storage amount of the downstream side catalyst 24 becomes small, lean spike control for controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 to the lean air-fuel ratio is executed.

特に、本実施形態に係るリーンスパイク制御では、リーンスパイク制御の開始時点において、リーンスパイク制御によって両排気浄化触媒20、24に供給すべき酸素の量が算出される。そして、算出された酸素の量がこれら排気浄化触媒20、24に供給されるように、リーンスパイク制御の開始時点で、リーンスパイク制御の実行期間が算出される。リーンスパイク制御は、このとき算出された実行期間に亘って実行された後に終了せしめられる。したがって、本実施形態に係るリーンスパイク制御は、フィードフォワード制御として行われる。以下では、このリーンスパイク制御について具体的に説明する。 In particular, in the lean spike control according to the present embodiment, the amount of oxygen to be supplied to both the exhaust gas purification catalysts 20 and 24 is calculated by the lean spike control at the start time of the lean spike control. Then, the execution period of the lean spike control is calculated at the start time of the lean spike control so that the calculated amount of oxygen is supplied to the exhaust gas purification catalysts 20 and 24. The lean spike control is executed after being executed for the execution period calculated at this time, and then terminated. Therefore, the lean spike control according to the present embodiment is performed as a feed forward control. Hereinafter, this lean spike control will be specifically described.

(1)リーンスパイク制御の実行条件
まず、リーンスパイク制御は、所定の実行条件が成立すると実行される。リーンスパイク制御の実行条件は、下流側触媒24の酸素吸蔵量がゼロ近傍まで少なくなったとき或いはほぼゼロになったときに成立するような条件とされる。
(1) Execution conditions for lean spike control First, lean spike control is executed when a predetermined execution condition is satisfied. The execution condition of the lean spike control is a condition that is satisfied when the oxygen storage amount of the downstream side catalyst 24 decreases to near zero or becomes almost zero.

具体的には、1番目の例では、上述した上流側触媒20の積算酸素過不足量ΣOEDと同様に、下流側空燃比センサ41の出力空燃比等に基づいて下流側触媒24の酸素過不足量が算出される。このようにして算出された下流側触媒24の酸素過不足量に基づいて下流側触媒24の酸素吸蔵量が推定される。リーンスパイク制御の実行条件は、推定された酸素吸蔵量が予め定められた下限量よりも少なくなったときに成立する。 Specifically, in the first example, the oxygen excess / deficiency of the downstream catalyst 24 is based on the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 and the like, similar to the integrated oxygen excess / deficiency amount ΣOED of the upstream catalyst 20 described above. The amount is calculated. The oxygen occlusion amount of the downstream side catalyst 24 is estimated based on the oxygen excess / deficiency amount of the downstream side catalyst 24 calculated in this way. The execution condition of the lean spike control is satisfied when the estimated oxygen storage amount becomes less than the predetermined lower limit amount.

2番目の例では、リーンスパイク制御の実行条件は、リーンスパイク制御又は燃料カット制御が前回行われてから下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ空燃比になっている時間が予め定められた時間以上になったときに成立する。 In the second example, the execution condition of the lean spike control is the time when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 has become the rich air-fuel ratio since the last time the lean spike control or the fuel cut control was performed. It is established when it exceeds the time.

3番目の例では、リーンスパイク制御の実行条件は、リーンスパイク制御又は燃料カット制御が前回行われてからの通常空燃比制御の総実行時間又は内燃機関の総運転時間が予め定められた時間以上になったときに成立する。 In the third example, the execution condition of the lean spike control is equal to or more than the total execution time of the normal air-fuel ratio control or the total operating time of the internal combustion engine since the last time the lean spike control or the fuel cut control was performed. It is established when it becomes.

(2)目標酸素供給量の算出
リーンスパイク制御の実行条件が成立すると、リーンスパイク制御によって両排気浄化触媒20、24に供給すべき酸素の量(以下、「目標酸素供給量」ともいう)が算出される。本実施形態では、目標酸素供給量O2spは下記式(2)によって算出される。
O2sp=(Cmaxupes-OSAupes)+(Cmaxdwnes・K) …(2)
ここで、式(2)において、Cmaxupesは上流側触媒20の最大吸蔵可能酸素量の推定値、OSAupesは上流側触媒20の現在の酸素吸蔵量の推定値、Cmaxdwnは下流側触媒24の最大吸蔵可能酸素量の推定値、Kは0以上1以下の係数(例えば、0.7)をそれぞれ表す。
(2) Calculation of target oxygen supply amount When the execution conditions for lean spike control are satisfied, the amount of oxygen to be supplied to both exhaust gas purification catalysts 20 and 24 by lean spike control (hereinafter, also referred to as "target oxygen supply amount") is determined. It is calculated. In the present embodiment, the target oxygen supply amount O2sp is calculated by the following formula (2).
O2sp = (Cmaxupes-OSAupes) + (Cmaxdwnes ・ K)… (2)
Here, in the formula (2), Cmaxupes is an estimated value of the maximum occlusion amount of the upstream catalyst 20, OSAppes is an estimated value of the current oxygen occlusion of the upstream catalyst 20, and Cmaxdwn is the maximum occlusion of the downstream catalyst 24. The estimated value of the amount of possible oxygen, K represents a coefficient of 0 or more and 1 or less (for example, 0.7).

式(2)において、第1項は上流側触媒20の最大吸蔵可能酸素量と上流側触媒20の酸素吸蔵量の推定値との差、すなわち上流側触媒20の現在吸蔵可能な酸素量(以下、「上流側吸蔵可能酸素量」ともいう)の推定値を表している。 In the formula (2), the first term is the difference between the maximum occluded oxygen amount of the upstream catalyst 20 and the estimated value of the oxygen occluded amount of the upstream catalyst 20, that is, the currently occluded oxygen amount of the upstream catalyst 20 (hereinafter). , Also referred to as "upstream occlusal oxygen content").

一方、式(2)において、第2項は下流側触媒24の最大可能酸素吸蔵量に所定の係数を乗算した値となっている。ここで、上述したように、リーンスパイク制御は、下流側触媒24の酸素吸蔵量がゼロ近傍の所定の量まで少なくなったときに実行される。したがって、リーンスパイク制御の開始時には、上流側触媒20に常に同程度の酸素が吸蔵されている。すなわち、リーンスパイク制御の開始時には、毎回、下流側触媒24の吸蔵可能な酸素量(以下、「下流側吸蔵可能酸素量」ともいう)は、最大吸蔵可能酸素量に対して同程度の割合となっている。このため、式(2)の第2項は、リーンスパイク制御の開始時における下流側吸蔵可能酸素量の推定値を表している。 On the other hand, in the formula (2), the second term is a value obtained by multiplying the maximum possible oxygen storage amount of the downstream catalyst 24 by a predetermined coefficient. Here, as described above, the lean spike control is executed when the oxygen storage amount of the downstream catalyst 24 is reduced to a predetermined amount near zero. Therefore, at the start of lean spike control, the upstream catalyst 20 always occludes the same amount of oxygen. That is, each time the lean spike control is started, the amount of oxygen that can be occluded by the downstream catalyst 24 (hereinafter, also referred to as "the amount of oxygen that can be occluded on the downstream side") is about the same as the maximum amount of occluded oxygen. It has become. Therefore, the second term of the equation (2) represents an estimated value of the amount of oxygen that can be occluded on the downstream side at the start of lean spike control.

したがって、本実施形態では、リーンスパイク制御における目標酸素供給量は、リーンスパイク制御の開始時における上流側吸蔵可能酸素量の推定値と下流側吸蔵可能酸素量の推定値とを合計した合計値として、これらパラメータに基づいて算出される。そして、本実施形態では、上流側吸蔵可能酸素量は、上流側触媒20の最大吸蔵可能酸素量と、上流側空燃比センサ40によって検出された空燃比に基づいて推定された上流側触媒20の酸素吸蔵量の推定値との差として算出される。換言すると、上流側吸蔵可能酸素量は、上流側空燃比センサ40によって検出された空燃比に基づいて推定される。 Therefore, in the present embodiment, the target oxygen supply amount in the lean spike control is the total value of the estimated value of the upstream side occluded oxygen amount and the estimated value of the downstream side occluded oxygen amount at the start of the lean spike control. , Calculated based on these parameters. In the present embodiment, the amount of oxygen that can be occluded on the upstream side is that of the upstream catalyst 20 that is estimated based on the maximum amount of oxygen that can be occluded by the upstream catalyst 20 and the air-fuel ratio detected by the upstream air-fuel ratio sensor 40. It is calculated as the difference from the estimated value of oxygen storage. In other words, the amount of oxygen that can be occluded on the upstream side is estimated based on the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 40 on the upstream side.

ここで、式(2)における上流側触媒20の現在の酸素吸蔵量の推定値OSAupesは、上述した積算酸素過不足量ΣOEDに基づいて推定される。なお、上流側触媒20の酸素吸蔵量は任意の公知な他の方法によって推定されてもよい。 Here, the estimated value OSAppes of the current oxygen occlusion amount of the upstream catalyst 20 in the formula (2) is estimated based on the above-mentioned integrated oxygen excess / deficiency amount ΣOED. The oxygen occlusion amount of the upstream catalyst 20 may be estimated by any other known method.

また、式(2)における上流側触媒20の最大吸蔵可能酸素量の推定値Cmaxupesは、例えば、図5に示したような空燃比制御を少なくとも一時的に行うことによって推定される。ここで、図5に示した空燃比制御では、時刻t1において上流側触媒20の酸素吸蔵量OSAupがゼロとなっており、時刻t2において上流側触媒20の酸素吸蔵量OSAupが最大吸蔵可能酸素量Cmaxに到達している。したがって、時刻t1から時刻t2までの間に上流側触媒20に流入した酸素の総量、すなわち時刻t2における積算酸素過不足量ΣOED(図5中のQ1)は、上流側触媒20の最大吸蔵可能酸素量Cmaxを表している。同様に、時刻t3における積算酸素過不足量ΣOED(図5中のQ2)も上流側触媒20の最大吸蔵可能酸素量Cmaxを表している。したがって、図5に示したような空燃比制御を行ったときの時刻t2及び時刻t3における積算酸素過不足量ΣOEDに基づいて、上流側触媒20の最大吸蔵可能酸素量が推定される。なお、上流側触媒20の最大吸蔵可能酸素量は任意の公知な他の方法によって推定されてもよい。 Further, the estimated value Cmaxupes of the maximum occluded oxygen amount of the upstream catalyst 20 in the formula (2) is estimated, for example, by performing the air-fuel ratio control as shown in FIG. 5 at least temporarily. Here, in the air-fuel ratio control shown in FIG. 5, at time t 1 and the oxygen storage amount OSAup of the upstream catalyst 20 becomes zero at time t 2 oxygen storage amount OSAup of the upstream catalyst 20 is the maximum possible storage The amount of oxygen Cmax has been reached. Therefore, the total amount of oxygen flowing into the upstream catalyst 20 between time t 1 and time t 2 , that is, the cumulative oxygen excess / deficiency amount ΣOED (Q1 in FIG. 5) at time t 2 is the maximum of the upstream catalyst 20. It represents the amount of oxygen that can be stored Cmax. Similarly, the cumulative oxygen excess / deficiency amount ΣOED (Q2 in FIG. 5) at time t 3 also represents the maximum occlusable oxygen amount Cmax of the upstream catalyst 20. Therefore, the maximum amount of oxygen that can be stored in the upstream catalyst 20 is estimated based on the accumulated oxygen excess / deficiency amount ΣOED at time t 2 and time t 3 when the air-fuel ratio control as shown in FIG. 5 is performed. The maximum amount of oxygen that can be occluded by the upstream catalyst 20 may be estimated by any other known method.

加えて、式(2)における下流側触媒24の最大吸蔵可能酸素量の推定値Cmaxdwnは、例えば、上流側触媒20の最大吸蔵可能酸素量の推定値に基づいて推定される。ここで、上流側触媒20及び下流側触媒24の酸素吸蔵量は、これら触媒20、24の経年劣化に伴って減少する。そして、下流側触媒24の劣化度合いは、上流側触媒20の劣化度合いに比例して変化する。そこで、本実施形態では、例えば、図6に示したようなマップを用いて、下流側触媒24の最大吸蔵可能酸素量は上流側触媒20の最大吸蔵可能酸素量の推定値に基づいて推定される。なお、下流側触媒24の最大吸蔵可能酸素量は任意の公知な他の方法によって推定されてもよい。 In addition, the estimated value Cmaxdwn of the maximum occluded oxygen amount of the downstream side catalyst 24 in the formula (2) is estimated based on, for example, the estimated value of the maximum occluded oxygen amount of the upstream side catalyst 20. Here, the oxygen occlusion amounts of the upstream catalyst 20 and the downstream catalyst 24 decrease as the catalysts 20 and 24 deteriorate over time. The degree of deterioration of the downstream catalyst 24 changes in proportion to the degree of deterioration of the upstream catalyst 20. Therefore, in the present embodiment, for example, the maximum occlusable oxygen amount of the downstream side catalyst 24 is estimated based on the estimated value of the maximum occlusable oxygen amount of the upstream side catalyst 20 by using the map as shown in FIG. To. The maximum amount of oxygen that can be occluded by the downstream catalyst 24 may be estimated by any other known method.

なお、上記式(2)の第1項が表す上流側吸蔵可能酸素量は、上流側触媒20の最大吸蔵可能酸素量の推定値Cmaxupes及び上流側触媒20の酸素吸蔵量の推定値OSAupesを用いずに、積算酸素過不足量ΣOEDから直接推定されてもよい。また、上記式(2)の第2項が表す下流側吸蔵可能酸素量は、下流側空燃比センサ41に基づいて下流側触媒24における積算酸素過不足量ΣOEDを算出すると共に、算出された積算酸素過不足量ΣOEDを用いて上流側吸蔵可能酸素量と同様にして算出されてもよい。 For the amount of oxygen that can be occluded on the upstream side represented by the first term of the above formula (2), the estimated value of the maximum amount of oxygen that can be occluded on the upstream side catalyst 20 is Cmaxupes and the estimated value of the amount of oxygen occluded on the upstream side catalyst 20 is OSAppes. Instead, it may be estimated directly from the accumulated oxygen excess / deficiency amount ΣOED. Further, the amount of oxygen that can be occluded on the downstream side represented by the second term of the above formula (2) is calculated by calculating the accumulated oxygen excess / deficiency amount ΣOED in the downstream side catalyst 24 based on the downstream side air fuel ratio sensor 41 and the calculated integrated amount. It may be calculated in the same manner as the amount of oxygen that can be occluded on the upstream side using the oxygen excess / deficiency amount ΣOED.

(3)実行時間の算出
リーンスパイク制御における目標酸素供給量が算出されると、リーンスパイク制御の実行時間が算出される。リーンスパイク制御の実行時間Tspは下記式(3)によって算出される。
Tsp=O2sp・AFTslean/(AFTslean-AFST)/(Ga・0.23) …(3)
式(3)において、O2spは上記式(2)において算出された目標酸素供給量、AFTsleanはリーンスパイク制御の実行中に目標空燃比として設定される強リーン設定空燃比、AFSTは理論空燃比、Gaは吸入空気流量(g/sec)をそれぞれ表す。本実施形態では、強リーン設定空燃比AFTsleanは、リーン設定空燃比AFTleanよりもリーンとされる。また、吸入空気流量は、例えば、エアフロメータ39によって検出される。
(3) Calculation of execution time When the target oxygen supply amount in the lean spike control is calculated, the execution time of the lean spike control is calculated. The execution time Tsp of the lean spike control is calculated by the following equation (3).
Tsp = O2sp ・ AFTslean / (AFTslean-AFST) / (Ga ・ 0.23)… (3)
In the formula (3), O2sp is the target oxygen supply amount calculated in the above formula (2), AFTslean is the strong lean set air-fuel ratio set as the target air-fuel ratio during execution of the lean spike control, and AFST is the theoretical air-fuel ratio. Ga represents the intake air flow rate (g / sec), respectively. In the present embodiment, the strong lean set air-fuel ratio AFTslean is leaner than the lean set air-fuel ratio AFTlean. Further, the intake air flow rate is detected by, for example, an air flow meter 39.

すなわち、本実施形態では、リーンスパイク制御の実行時間は、リーンスパイク制御における目標酸素供給量、強リーン設定空燃比AFTslean、吸入空気流量に基づいて算出される。リーンスパイク制御における目標酸素供給量が上流側吸蔵可能酸素量の推定値及び下流側吸蔵可能酸素量の推定値に基づいて算出されることを考慮すると、本実施形態ではリーンスパイク制御の実行時間は、上流側吸蔵可能酸素量の推定値及び下流側吸蔵可能酸素量の推定値に基づいて算出されるということもできる。特に、本実施形態では、リーンスパイク制御の実行時間は、上流側吸蔵可能酸素量の推定値と下流側吸蔵可能酸素量の推定値とを合計した合計値に相当する酸素がリーンスパイク制御の実行中に上流側触媒20に流入するように算出される。また、本実施形態では、以上からわかるように、リーンスパイク制御の実行期間は、リーンスパイク制御の実行期間中における下流側空燃比センサ41の出力を利用せずに、算出される。 That is, in the present embodiment, the execution time of the lean spike control is calculated based on the target oxygen supply amount in the lean spike control, the strong lean set air-fuel ratio AFTslean, and the intake air flow rate. Considering that the target oxygen supply amount in the lean spike control is calculated based on the estimated value of the upstream side occluded oxygen amount and the estimated value of the downstream side occluded oxygen amount, the execution time of the lean spike control is set in this embodiment. It can also be said that it is calculated based on the estimated value of the amount of oxygen that can be occluded on the upstream side and the estimated value of the amount of oxygen that can be occluded on the downstream side. In particular, in the present embodiment, the execution time of the lean spike control is the execution of the lean spike control by oxygen corresponding to the total value of the estimated value of the upstream side occluded oxygen amount and the estimated value of the downstream side occluded oxygen amount. It is calculated so that it flows into the upstream catalyst 20. Further, in the present embodiment, as can be seen from the above, the execution period of the lean spike control is calculated without using the output of the downstream air-fuel ratio sensor 41 during the execution period of the lean spike control.

リーンスパイク制御の実行時間が算出されると、通常空燃比制御が停止されて、リーンスパイク制御が開始される。リーンスパイク制御が開始されると、目標空燃比が強リーン設定空燃比AFTsleanに設定され、よって機関本体1から強リーン設定空燃比AFTsleanの排気ガスが排出されることになる。 When the execution time of the lean spike control is calculated, the normal air-fuel ratio control is stopped and the lean spike control is started. When the lean spike control is started, the target air-fuel ratio is set to the strong lean set air-fuel ratio AFTslean, and therefore the exhaust gas of the strong lean set air-fuel ratio AFTslean is discharged from the engine main body 1.

リーンスパイク制御は上述したように算出された実行時間に亘って実行され、その後、終了せしめられる。リーンスパイク制御が終了されると通常空燃比制御が再開される。このとき、目標空燃比は、強リーン設定空燃比AFTsleanからリッチ設定空燃比AFTrichに切り替えられることになる。 Lean spike control is executed for the execution time calculated as described above, and then terminated. When the lean spike control is completed, the normal air-fuel ratio control is restarted. At this time, the target air-fuel ratio is switched from the strong lean set air-fuel ratio AFTslean to the rich set air-fuel ratio AFTrich.

≪タイムチャートを用いたリーンスパイク制御の説明≫
図7は、リーンスパイク制御を行った場合における目標空燃比AFT等のタイムチャートである。図7中の積算酸素供給量は、リーンスパイク制御の実行中に上流側触媒20に供給された酸素の積算値を示している。
≪Explanation of lean spike control using time chart≫
FIG. 7 is a time chart of the target air-fuel ratio AFT and the like when lean spike control is performed. The integrated oxygen supply amount in FIG. 7 indicates an integrated value of oxygen supplied to the upstream catalyst 20 during execution of the lean spike control.

図7に示した例では、上流側触媒20から流出した排気ガスが下流側触媒24に流入するまでも或る程度の遅れが生じることが考慮されている。一方、説明を分かりやすくするために、目標空燃比AFTを切り替えてから、切り替え後の空燃比の排気ガスが上流側触媒20に到達するまでに生じる遅れは考慮されていない。 In the example shown in FIG. 7, it is considered that a certain delay occurs even before the exhaust gas flowing out from the upstream catalyst 20 flows into the downstream catalyst 24. On the other hand, in order to make the explanation easy to understand, the delay that occurs from the switching of the target air-fuel ratio AFT to the arrival of the exhaust gas of the air-fuel ratio after switching reaches the upstream catalyst 20 is not taken into consideration.

図示した例では、時刻t1以前には、図3に示した通常空燃比制御が行われており、また、時刻t1以前から下流側触媒24の酸素吸蔵量OSAdwnが比較的減少している。 In the illustrated example, the time t 1 has previously been conducted is normally air-fuel ratio control shown in FIG. 3, also, the oxygen storage amount OSAdwn of the downstream catalyst 24 is relatively decreased from time t 1 earlier ..

図7に示した例では、時刻t1において、リーンスパイク制御の実行条件が成立する。したがって、時刻t1において、リーンスパイク制御の実行時間Tspが算出されると共に、目標空燃比AFTがリッチ設定空燃比AFTrichから強リーン設定空燃比AFTsleanに切り替えられる。 In the example shown in FIG. 7, at time t 1, the execution condition of the lean spike control are satisfied. Thus, at time t 1, with the execution time Tsp of the lean spike control is calculated, the target air-fuel ratio AFT is switched to the strong lean set air-fuel ratio AFTslean from a rich set air-fuel ratio AFTrich.

時刻t1において目標空燃比が強リーン設定空燃比AFTsleanに切り替えられると、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupがリーン空燃比に変化し、上流側触媒20への積算酸素供給量が増大していく。この結果、上流側触媒20の酸素吸蔵量OSAupが徐々に増大し、時刻t2において最大吸蔵可能酸素量Cmaxに到達する。したがって、時刻t2以降は、上流側触媒20からは酸素を含んだリーン空燃比の排気ガスが流出する。しかしながら、上流側触媒20と下流側触媒24との間には距離があるため、時刻t2以降直ぐには下流側触媒24にはリーン空燃比の排気ガスが到達しない。このため、時刻t2以降も下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnはほぼ理論空燃比のまま維持される。 When the target air-fuel ratio is switched to the strong lean set air-fuel ratio AFTslean at time t 1 , the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 changes to the lean air-fuel ratio, and the integrated oxygen supply amount to the upstream catalyst 20 increases. I will do it. As a result, it increases the oxygen storage amount OSAup of the upstream catalyst 20 gradually reaches the maximum storable oxygen amount Cmax at time t 2. Therefore, after time t 2 , the exhaust gas having a lean air-fuel ratio containing oxygen flows out from the upstream catalyst 20. However, because of the distance between the upstream catalyst 20 and the downstream catalyst 24, immediately a time t 2 later it does not reach the exhaust gas of a lean air-fuel ratio on the downstream side catalyst 24. Therefore, the output air-fuel ratio AFdwn time t 2 later also the downstream air-fuel ratio sensor 41 is maintained substantially remain stoichiometric air-fuel ratio.

その後、時刻t3になると、時刻t1からの経過時間が実行時間Tspに到達する。このとき、リーンスパイク制御の実行中における上流側触媒20への積算酸素供給量は目標酸素供給量O2spに相当する量となっている。経過時間が実行時間Tspに到達した時刻t3ではリーンスパイク制御が終了され、通常空燃比制御が再開される。このため、時刻t3では目標空燃比が強リーン設定空燃比AFTsleanからリッチ設定空燃比AFTrichに切り替えられる。したがって、時刻t3においては、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupがリッチ空燃比に変化し、上流側触媒20の酸素吸蔵量OSAが徐々に減少してく。 After that, at time t 3 , the elapsed time from time t 1 reaches the execution time Tsp. At this time, the integrated oxygen supply amount to the upstream catalyst 20 during the execution of the lean spike control is an amount corresponding to the target oxygen supply amount O2sp. Elapsed time lean spike control at time t 3 has reached the execution time Tsp is terminated, usually the air-fuel ratio control is resumed. For this reason, the target air-fuel ratio at time t 3 is switched from the strong lean set air-fuel ratio AFTslean to a rich set air-fuel ratio AFTrich. Thus, at time t 3, the output air-fuel ratio AFup of the upstream air-fuel ratio sensor 40 changes to a rich air-fuel ratio, the oxygen storage amount OSA of the upstream catalyst 20 gradually decreases.

図7に示した例では、その後、時刻t4において、時刻t2以降に上流側触媒20から流出したリーン空燃比の排気ガスが下流側触媒24に到達する。したがって、時刻t4以降においては、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン空燃比になると共に、下流側触媒24の酸素吸蔵量OSAdwnが徐々に増加していく。その後、時刻t5において、時刻t3にて目標空燃比AFTをリッチ設定空燃比に切り替えたことに伴って、下流側触媒24に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比に戻る。本実施形態では、時刻t5において、下流側触媒24の酸素吸蔵量OSAdwnがその最大吸蔵可能酸素量Cmaxの近傍の量になっており、よって下流側触媒24の酸素吸蔵量OSAdwnが回復せしめられる。 In the example shown in FIG. 7, then, at time t 4, the exhaust gas of a lean air-fuel ratio flowing out of the upstream catalyst 20 at time t 2 later reaches the downstream catalyst 24. Thus, at time t 4 later, the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 is lean, the oxygen storage amount OSAdwn of the downstream catalyst 24 gradually increases. Then, at time t 5, the target air-fuel ratio AFT at time t 3 in association with the switching to the rich set air-fuel ratio, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the downstream catalyst 24 returns substantially to the stoichiometric air-fuel ratio. In the present embodiment, at time t 5, the oxygen storage amount OSAdwn of the downstream catalyst 24 has become the amount of the vicinity of the maximum storable amount of oxygen Cmax, therefore the oxygen storage amount OSAdwn of the downstream catalyst 24 is caused to recover ..

≪フローチャート≫
図8は、リーンスパイク制御に関する制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは制御装置にて一定時間間隔で実行される。
≪Flowchart≫
FIG. 8 is a flowchart showing a control routine related to lean spike control. The illustrated control routine is executed by the control device at regular time intervals.

まず、ステップS21において、リーンスパイク制御の実行フラグがOFFになっているか否かが判定される。実行フラグは、リーンスパイク制御の実行中にはONにされ、それ以外のときにはOFFにされるフラグである。ステップS21において、実行フラグがOFFであると判定された場合には、制御ルーチンはステップS22へと進む。 First, in step S21, it is determined whether or not the execution flag of the lean spike control is OFF. The execution flag is a flag that is turned ON during the execution of lean spike control and turned OFF at other times. If it is determined in step S21 that the execution flag is OFF, the control routine proceeds to step S22.

ステップS22では、リーンスパイク制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。実行条件は、例えば、上述したしたように下流側触媒24の酸素吸蔵量OSAdwnの推定値が下限量よりも少なくなったときに成立する。実行条件が成立していないと判定された場合には、制御ルーチンはステップS23へと進む。ステップS23では、通常空燃比制御が実行され、制御ルーチンが終了せしめられる。 In step S22, it is determined whether or not the execution condition of the lean spike control is satisfied. The execution condition is satisfied, for example, when the estimated value of the oxygen occlusion amount OSAdwn of the downstream side catalyst 24 becomes less than the lower limit amount as described above. If it is determined that the execution condition is not satisfied, the control routine proceeds to step S23. In step S23, the air-fuel ratio control is normally executed, and the control routine is terminated.

一方、ステップS22において、リーンスパイク制御の実行条件が成立していると判定された場合には、制御ルーチンはステップS24へと進む。ステップS24では、上記式(2)に基づいて目標酸素供給量O2spが算出される。次いで、ステップS25では、ステップS24で算出された目標酸素供給量O2spに基づいて上記式(3)を用いて実行時間Tspが算出される。次いで、ステップS26では、リーンスパイク制御が開始され、よって目標空燃比が強リーン設定空燃比AFTsleanに設定される。次いで、ステップS27では、リーンスパイク制御の実行フラグがONにセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。 On the other hand, if it is determined in step S22 that the execution condition for lean spike control is satisfied, the control routine proceeds to step S24. In step S24, the target oxygen supply amount O2sp is calculated based on the above formula (2). Next, in step S25, the execution time Tsp is calculated using the above formula (3) based on the target oxygen supply amount O2sp calculated in step S24. Next, in step S26, lean spike control is started, so that the target air-fuel ratio is set to the strong lean set air-fuel ratio AFTslean. Next, in step S27, the execution flag of the lean spike control is set to ON, and the control routine is terminated.

リーンスパイク制御の実行フラグがONに設定されると、次の制御ルーチンは、ステップS21からステップS28へと進む。ステップS28では、リーンスパイク制御を開始してからの経過時間Tが、リーンスパイク制御の開始前にステップS25で算出された実行時間Tsp以上になったか否かが判定される。ステップS28において、経過時間Tが実行時間Tsp未満であると判定された場合には、リーンスパイク制御が継続され、制御ルーチンが終了せしめられる。 When the execution flag of the lean spike control is set to ON, the next control routine proceeds from step S21 to step S28. In step S28, it is determined whether or not the elapsed time T from the start of the lean spike control becomes equal to or greater than the execution time Tsp calculated in step S25 before the start of the lean spike control. If it is determined in step S28 that the elapsed time T is less than the execution time Tsp, the lean spike control is continued and the control routine is terminated.

一方、ステップS28において、経過時間Tが実行時間Tsp以上になったと判定された場合には、制御ルーチンはステップS29へと進む。ステップS29では、リーンスパイク制御が終了される。次いで、ステップS30においてリーンスパイク制御の実行フラグがOFFにリセットされる。次いで、ステップS23において通常空燃比制御が実行され、よって目標空燃比がリッチ設定空燃比AFTrichに設定される。 On the other hand, if it is determined in step S28 that the elapsed time T is equal to or greater than the execution time Tsp, the control routine proceeds to step S29. In step S29, lean spike control is terminated. Next, in step S30, the execution flag of the lean spike control is reset to OFF. Next, in step S23, the normal air-fuel ratio control is executed, so that the target air-fuel ratio is set to the rich set air-fuel ratio AFTrich.

≪作用・効果≫
ところで、リーンスパイク制御の実行中における目標空燃比のリーン度合いが小さいと、下流側触媒24に流入する排気ガス中のNOx濃度に対する酸素濃度が低い。このためリーン空燃比の排気ガスが流入しても下流側触媒24の酸素吸蔵量が増大しにくい。これに対して、本実施形態ではリーンスパイク制御の実行中には目標空燃比が比較的リーン度合いの大きいリーン空燃比に設定される。したがって、下流側触媒24に流入する排気ガス中のNOx濃度に対する酸素濃度は高く、よってリーンスパイク制御の実行中には下流側触媒24の酸素吸蔵量が増大し易い。
≪Action / effect≫
By the way, when the lean degree of the target air-fuel ratio during execution of the lean spike control is small, the oxygen concentration with respect to the NOx concentration in the exhaust gas flowing into the downstream catalyst 24 is low. Therefore, even if the exhaust gas having a lean air-fuel ratio flows in, the oxygen storage amount of the downstream catalyst 24 is unlikely to increase. On the other hand, in the present embodiment, the target air-fuel ratio is set to the lean air-fuel ratio having a relatively large degree of lean during the execution of the lean spike control. Therefore, the oxygen concentration with respect to the NOx concentration in the exhaust gas flowing into the downstream side catalyst 24 is high, and therefore the oxygen storage amount of the downstream side catalyst 24 tends to increase during the execution of the lean spike control.

一方、上述したように、目標空燃比を切り替えてから、切り替え後の空燃比の排気ガスが下流側触媒24に流入するまでには遅れが発生する。特に、リーンスパイク制御の実行中の目標空燃比をリーン度合いの大きいリーン空燃比に設定すると、図7に示したように、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン空燃比になった時点で既に下流側触媒24の酸素吸蔵量を回復させるには十分な量の酸素が機関本体1からは排出されていることがある。 On the other hand, as described above, after switching the target air-fuel ratio, there is a delay between the time when the exhaust gas having the changed air-fuel ratio flows into the downstream catalyst 24. In particular, when the target air-fuel ratio during execution of lean spike control is set to the lean air-fuel ratio with a large degree of lean, as shown in FIG. 7, when the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 becomes the lean air-fuel ratio. In some cases, a sufficient amount of oxygen has already been discharged from the engine body 1 to restore the oxygen storage amount of the downstream catalyst 24.

このように下流側触媒24に流入するまでに遅れが生じるため、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン空燃比に変化してからリーンスパイク制御を終了すると、下流側触媒24には必要以上に酸素が流入する。そして、場合によっては下流側触媒24の酸素吸蔵量OSAdwnがその最大吸蔵可能酸素量に到達して下流側触媒24から酸素及びNOxが流出する虞がある。 Since there is a delay before flowing into the downstream catalyst 24 in this way, if the lean spike control is terminated after the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 changes to the lean air-fuel ratio, the downstream catalyst 24 is required. Oxygen flows in above. Then, in some cases, the oxygen storage amount OSAdwn of the downstream side catalyst 24 may reach the maximum amount of oxygen that can be stored, and oxygen and NOx may flow out from the downstream side catalyst 24.

これに対して、本実施形態では、リーンスパイク制御の開始時に、リーンスパイク制御の実行時間が設定され、その実行時間の経過後にリーンスパイク制御が終了される。すなわち、本実施形態では、リーンスパイク制御の実行中における下流側空燃比センサ41の出力空燃比とは無関係にリーンスパイク制御の終了タイミングが設定される。このため、下流側触媒24に必要以上に酸素が流入して、下流側触媒24からNOxが流出するのを抑制することができる。 On the other hand, in the present embodiment, the execution time of the lean spike control is set at the start of the lean spike control, and the lean spike control is terminated after the execution time has elapsed. That is, in the present embodiment, the end timing of the lean spike control is set regardless of the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 during the execution of the lean spike control. Therefore, it is possible to prevent oxygen from flowing into the downstream catalyst 24 more than necessary and NOx from flowing out from the downstream catalyst 24.

特に、本実施形態では、図7に示したように、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン空燃比に変化する前にリーンスパイク制御が終了せしめられる。したがって、本実施形態では、下流側空燃比センサ41によって排気ガスの空燃比がリーン空燃比になったことが検出される前にリーンスパイク制御が終了せしめられるように、リーンスパイク制御の実行中に機関本体1から排出される排気ガスの目標空燃比が設定されているといえる。 In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the lean spike control is terminated before the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 changes to the lean air-fuel ratio. Therefore, in the present embodiment, during the execution of the lean spike control so that the lean spike control is terminated before the downstream air-fuel ratio sensor 41 detects that the air-fuel ratio of the exhaust gas has reached the lean air-fuel ratio. It can be said that the target air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is set.

≪変形例≫
なお、本実施形態では、リーンスパイク制御の実行中の目標空燃比は、リーン設定空燃比AFTleanよりもリーンな強リーン設定空燃比AFTsleanに設定される。しかしながら、リーンスパイク制御の実行中の目標空燃比は、必ずしもリーンスパイク制御の実行期間全体に亘ってリーン設定空燃比AFTleanよりもリーンでなくてもよい。すなわち、リーンスパイク制御の実行中の目標空燃比は、少なくとも一時的に通常空燃比制御の実行中における最もリーンな空燃比よりもリーンであることが好ましい。換言すると、リーンスパイク制御の実行中には機関本体1から排出される排気ガスの空燃比が、少なくとも一時的に、通常空燃比制御の実行中に機関本体1から排出される排気ガスが到達する最もリーンな空燃比よりもリーンになるように排気ガスの空燃比が制御されるのが好ましい。
≪Modification example≫
In the present embodiment, the target air-fuel ratio during execution of the lean spike control is set to a strong lean set air-fuel ratio AFTslean that is leaner than the lean set air-fuel ratio AFTlean. However, the target air-fuel ratio during execution of lean spike control does not necessarily have to be leaner than the lean set air-fuel ratio AFTlean over the entire execution period of lean spike control. That is, the target air-fuel ratio during execution of lean spike control is preferably lean, at least temporarily, rather than the most lean air-fuel ratio during execution of normal air-fuel ratio control. In other words, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 reaches at least temporarily during the execution of the lean spike control, and the exhaust gas discharged from the engine body 1 reaches at least temporarily during the execution of the normal air-fuel ratio control. It is preferable that the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled so as to be lean rather than the leanest air-fuel ratio.

また、上記実施形態では、上流側触媒20の酸素吸蔵量は上流側空燃比センサ40の出力空燃比に基づいて推定される。しかしながら、上流側触媒20の酸素吸蔵量は、上流側空燃比センサ40の出力空燃比に基づかずに、エアフロメータ39によって検出された吸入空気流量や燃料噴射弁11からの燃料供給量に基づいて推定されてもよい。 Further, in the above embodiment, the oxygen occlusion amount of the upstream catalyst 20 is estimated based on the output air-fuel ratio of the upstream air-fuel ratio sensor 40. However, the oxygen storage amount of the upstream side catalyst 20 is not based on the output air-fuel ratio of the upstream side air-fuel ratio sensor 40, but based on the intake air flow rate detected by the air flow meter 39 and the fuel supply amount from the fuel injection valve 11. It may be estimated.

加えて、上記実施形態では、下流側吸蔵可能酸素量を下流側触媒24の最大吸蔵可能酸素量に基づいて推定している(上記式(2)の第2項)。しかしながら、下流側吸蔵可能酸素量は、上流側吸蔵可能酸素量と同様に、下流側触媒24の最大吸蔵可能酸素量と下流側触媒24の酸素吸蔵量の推定値とに基づいて算出されてもよい。この場合、下流側触媒24の酸素吸蔵量は、下流側空燃比センサ41の出力空燃比に基づいて推定される。 In addition, in the above embodiment, the amount of oxygen that can be occluded on the downstream side is estimated based on the maximum amount of oxygen that can be occluded on the downstream side catalyst 24 (paragraph 2 of the above formula (2)). However, the amount of oxygen that can be occluded on the downstream side can be calculated based on the maximum amount of oxygen that can be occluded on the downstream side catalyst 24 and the estimated value of the amount of oxygen that can be occluded on the downstream side catalyst 24, similarly to the amount of oxygen that can be occluded on the upstream side. Good. In this case, the oxygen occlusion amount of the downstream side catalyst 24 is estimated based on the output air-fuel ratio of the downstream side air-fuel ratio sensor 41.

さらに、上記実施形態では、リーンスパイク制御の実行時間が最初に算出され、この実行時間に亘ってリーンスパイク制御が実行される。しかしながら、実行時間の代わりに、実行時間に応じて変化する他のパラメータが用いられてもよい。したがって、例えば、リーンスパイク制御の実行時間の代わりに、リーンスパイク制御が実行されるサイクル数が最初に算出され、このサイクル数に亘ってリーンスパイク制御が実行されてもよい。以上を考慮すると、制御装置は、リーンスパイク制御の実行期間を最初に算出し、この実行期間に亘ってリーンスパイク制御を実行しているといえる。 Further, in the above embodiment, the execution time of the lean spike control is calculated first, and the lean spike control is executed over this execution time. However, instead of the execution time, other parameters that change depending on the execution time may be used. Therefore, for example, instead of the execution time of the lean spike control, the number of cycles in which the lean spike control is executed may be calculated first, and the lean spike control may be executed over this number of cycles. Considering the above, it can be said that the control device first calculates the execution period of the lean spike control and executes the lean spike control over this execution period.

<第二実施形態>
次に、第二実施形態に係る排気浄化装置について説明する。第二実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様である。したがって、以下では、第一実施形態に係る排気浄化装置とは異なる部分を中心に説明する。
<Second embodiment>
Next, the exhaust gas purification device according to the second embodiment will be described. The configuration and control of the exhaust gas purification device according to the second embodiment are basically the same as the configuration and control of the exhaust gas purification device according to the first embodiment. Therefore, in the following, the parts different from the exhaust gas purification device according to the first embodiment will be mainly described.

上記第一実施形態では、リーンスパイク制御において、目標空燃比が通常空燃比制御におけるリーン設定空燃比よりもリーンになるように制御されていた。これに対して、本実施形態では、リーンスパイク制御において、内燃機関の複数の気筒のうち少なくとも一部の気筒において内燃機関の作動中に燃料噴射弁11からの燃料の噴射を停止する燃料カット制御が行われる。 In the first embodiment, in the lean spike control, the target air-fuel ratio is controlled to be leaner than the lean set air-fuel ratio in the normal air-fuel ratio control. On the other hand, in the present embodiment, in lean spike control, fuel cut control for stopping fuel injection from the fuel injection valve 11 during operation of the internal combustion engine in at least a part of the plurality of cylinders of the internal combustion engine. Is done.

本実施形態では、上記第一実施形態と同様にリーンスパイク制御における目標酸素供給量が算出され、その後、リーンスパイク制御の実行時間が算出される。このとき、リーンスパイク制御の実行中に機関本体1から排出される排気ガスの平均空燃比AFTavは下記式(4)によって算出される。そして、リーンスパイク制御の実行時間Tspは、下記式(5)によって算出される。
AFTav=AFTco・Nall/(Nall-Nfc) …(4)
Tsp=O2sp・AFTav/(AFTav-AFST)/(Ga・0.23) …(5)
式(4)において、AFTavはリーンスパイク制御中に燃焼が行われている気筒から排出される排気ガスの目標空燃比(例えば、理論空燃比)、Nallは内燃機関の全ての気筒の数、Nfcは燃料カット制御が行われている気筒の数をそれぞれ表している。
In the present embodiment, the target oxygen supply amount in the lean spike control is calculated as in the first embodiment, and then the execution time of the lean spike control is calculated. At this time, the average air-fuel ratio AFTav of the exhaust gas discharged from the engine body 1 during the execution of the lean spike control is calculated by the following equation (4). Then, the execution time Tsp of the lean spike control is calculated by the following equation (5).
AFTav = AFTco ・ Nall / (Nall-Nfc)… (4)
Tsp = O2sp ・ AFTav / (AFTav-AFST) / (Ga ・ 0.23)… (5)
In equation (4), AFTav is the target air-fuel ratio (for example, the theoretical air-fuel ratio) of the exhaust gas emitted from the cylinders being burned during lean spike control, and All is the number of all cylinders of the internal combustion engine, Nfc. Represents the number of cylinders for which fuel cut control is performed.

すなわち、本実施形態では、リーンスパイク制御の実行時間は、リーンスパイク制御における目標酸素供給量、燃焼が行われている気筒から排出される排気ガスの目標空燃比AFTco、燃料カット制御が行われる気筒の数Nfc、吸入空気流量に基づいて算出される。リーンスパイク制御の実行時間の算出にもリーンスパイク制御における目標酸素供給量が用いられていることから、本実施形態でもリーンスパイク制御の実行時間は、上流側吸蔵可能酸素量の推定値及び下流側吸蔵可能酸素量の推定値に基づいて算出されるということができる。 That is, in the present embodiment, the execution time of the lean spike control is the target oxygen supply amount in the lean spike control, the target air-fuel ratio AFTco of the exhaust gas discharged from the cylinder in which combustion is performed, and the cylinder in which fuel cut control is performed. It is calculated based on the number Nfc of the intake air flow rate. Since the target oxygen supply amount in the lean spike control is also used for calculating the execution time of the lean spike control, the execution time of the lean spike control is the estimated value of the amount of oxygen that can be occluded on the upstream side and the downstream side in the present embodiment as well. It can be said that it is calculated based on the estimated value of the amount of oxygen that can be stored.

本実施形態によれば、リーンスパイク制御において燃料カット制御が行われる。燃料カット制御が行われている気筒からは空気が排出されることから、この気筒からの排気ガス中にはNOxが含まれない。したがって、リーンスパイク制御の実行中には下流側触媒24にはNOx濃度の低い排気ガスが流入することになり、下流側触媒24からNOxが流出することが抑制される。 According to this embodiment, fuel cut control is performed in lean spike control. Since air is discharged from the cylinder in which the fuel cut control is performed, NOx is not contained in the exhaust gas from this cylinder. Therefore, during the execution of the lean spike control, the exhaust gas having a low NOx concentration flows into the downstream catalyst 24, and the outflow of NOx from the downstream catalyst 24 is suppressed.

なお、一部の気筒において燃料カット制御が行われる場合には、例えば燃料カット制御が行われない気筒において一時的に燃焼室5に供給される空気及び燃料を増量し、燃料カット制御の開始や終了に伴う内燃機関の出力変動を抑制するようにしてもよい。 When fuel cut control is performed in some cylinders, for example, in cylinders where fuel cut control is not performed, the amount of air and fuel supplied to the combustion chamber 5 is temporarily increased to start fuel cut control. The output fluctuation of the internal combustion engine may be suppressed with the termination.

≪変形例≫
次に、図9を参照して、第二実施形態の変形例に係る排気浄化装置について説明する。ところで、一つの気筒で燃料カット制御を一回(1サイクル)行うと、比較的多くの酸素が機関本体1から流出することになる。このため、燃料カット制御のみでは、リーンスパイク制御中に機関本体1からの酸素の排気系への供給量を微調整することができない。そこで、本変形例では、リーンスパイク制御の実行条件が成立しても、直ぐにはリーンスパイク制御を開始せず、上流側触媒20の酸素吸蔵量が適切な量になってからリーンスパイク制御を開始するようにしている。
≪Modification example≫
Next, the exhaust gas purification device according to the modified example of the second embodiment will be described with reference to FIG. By the way, if the fuel cut control is performed once (one cycle) in one cylinder, a relatively large amount of oxygen will flow out from the engine body 1. Therefore, the amount of oxygen supplied from the engine body 1 to the exhaust system cannot be finely adjusted during the lean spike control only by the fuel cut control. Therefore, in this modification, even if the execution condition of the lean spike control is satisfied, the lean spike control is not started immediately, and the lean spike control is started after the oxygen storage amount of the upstream catalyst 20 becomes an appropriate amount. I try to do it.

具体的には、本実施形態では、上記第一実施形態と同様にリーンスパイク制御における目標酸素供給量O2spが算出される。その後、燃料カット制御が一つの気筒で一回行われることによって機関本体1から流出する酸素量O2oneが、例えば下記式(6)によって算出される。
O2one=Ga・0.23/(Nall/Nfc・RE/60) …(6)
式(6)において、REは機関回転速度(rpm)を表している。
Specifically, in the present embodiment, the target oxygen supply amount O2sp in the lean spike control is calculated as in the first embodiment. After that, the amount of oxygen O2one flowing out from the engine body 1 due to the fuel cut control being performed once in one cylinder is calculated by, for example, the following equation (6).
O2one = Ga ・ 0.23 / (Nall / Nfc ・ RE / 60)… (6)
In formula (6), RE represents the engine speed (rpm).

その後、リーンスパイク制御における目標酸素供給量O2spを一回の燃料カット制御で流出する酸素量O2oneで除算し、この結果得られた整商をQ、剰余をRとする。ここで、剰余Rは燃料カット制御をQ回行った際に、リーンスパイク制御における目標酸素供給量O2spに対して足りない酸素量を示している。 After that, the target oxygen supply amount O2sp in the lean spike control is divided by the oxygen amount O2one flowing out in one fuel cut control, and the quotient obtained as a result is defined as Q and the remainder is defined as R. Here, the surplus R indicates an amount of oxygen that is insufficient with respect to the target oxygen supply amount O2sp in the lean spike control when the fuel cut control is performed Q times.

そこで、本実施形態では、リーンスパイク制御の実行条件が成立したときには、目標空燃比がリーン設定空燃比(通常空燃比制御において設定される空燃比)に設定される。そして、リーンスパイク制御の実行条件が成立したときから剰余Rに相当する酸素量が上流側触媒20に流入するまで目標空燃比がリーン設定空燃比のまま維持される。換言すると、本実施形態では、上流側触媒20の酸素吸蔵量の推定値がリーンスパイク制御の実行条件が成立したときの値から剰余R分だけ増えた量に到達してからリーンスパイク制御が開始される。 Therefore, in the present embodiment, when the execution condition of the lean spike control is satisfied, the target air-fuel ratio is set to the lean set air-fuel ratio (the air-fuel ratio set in the normal air-fuel ratio control). Then, the target air-fuel ratio is maintained at the lean set air-fuel ratio from the time when the execution condition of the lean spike control is satisfied until the amount of oxygen corresponding to the surplus R flows into the upstream catalyst 20. In other words, in the present embodiment, the lean spike control is started after the estimated value of the oxygen storage amount of the upstream catalyst 20 reaches an amount increased by the residual R from the value when the execution condition of the lean spike control is satisfied. Will be done.

図9は、本変形例に係るリーンスパイク制御に関する制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは制御装置にて一定時間間隔で実行される。なお、ステップS41〜S44及びS52〜S53はそれぞれ図8のステップS21〜S24及びS29〜S30と同様であるため、説明を省略する。 FIG. 9 is a flowchart showing a control routine related to lean spike control according to this modification. The illustrated control routine is executed by the control device at regular time intervals. Since steps S41 to S44 and S52 to S53 are the same as steps S21 to S24 and S29 to S30 in FIG. 8, the description thereof will be omitted.

ステップS45では、ステップS44で算出された目標酸素供給量O2spに基づいてリーンスパイク制御の実行時間Tspが算出される。具体的には、上記式(6)を用いて燃料カット制御が一つの気筒で一回行われることによって機関本体1から流出する酸素量O2oneが算出され、目標酸素供給量O2spをこの酸素量O2oneで除算して、整商Q及び剰余Rが算出される。このようにして算出された整商Qに、燃料カット制御が行われる時間間隔を乗算した値が実行時間Tspとして算出される。 In step S45, the execution time Tsp of the lean spike control is calculated based on the target oxygen supply amount O2sp calculated in step S44. Specifically, the amount of oxygen O2one flowing out from the engine body 1 is calculated by performing the fuel cut control once in one cylinder using the above equation (6), and the target oxygen supply amount O2sp is set to this oxygen amount O2one. Divide by with to calculate the quotient Q and the surplus R. The value obtained by multiplying the quotient Q calculated in this way by the time interval at which the fuel cut control is performed is calculated as the execution time Tsp.

次いで、ステップS46では、剰余Rに基づいて遅延時間Tdが算出される。具体的には、目標空燃比をリーン設定空燃比にしたときに単位時間に上流側触媒20に流入する酸素量で剰余Rを除算することによって算出される。次いで、ステップS48では、リーンスパイク制御の実行フラグがONにセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。 Next, in step S46, the delay time Td is calculated based on the remainder R. Specifically, it is calculated by dividing the surplus R by the amount of oxygen flowing into the upstream catalyst 20 in a unit time when the target air-fuel ratio is set to the lean set air-fuel ratio. Next, in step S48, the execution flag of the lean spike control is set to ON, and the control routine is terminated.

リーンスパイク制御の実行フラグがONに設定されると、次の制御ルーチンは、ステップS41からステップS49へと進む。ステップS41では、リーンスパイク制御の実行条件が成立してからの経過時間Tが、ステップS46で算出された遅延時間Td以上になったか否かが判定される。ステップS49において、経過時間Tが遅延時間Td未満であると判定された場合には、リーンスパイク制御が開始されることなく制御ルーチンが終了せしめられる。 When the execution flag of the lean spike control is set to ON, the next control routine proceeds from step S41 to step S49. In step S41, it is determined whether or not the elapsed time T after the execution condition of the lean spike control is satisfied is equal to or greater than the delay time Td calculated in step S46. If it is determined in step S49 that the elapsed time T is less than the delay time Td, the control routine is terminated without starting the lean spike control.

一方、ステップS49において、経過時間Tが遅延時間Td以上になったと判定された場合には、制御ルーチンはステップS50へと進む。ステップS50ではリーンスパイク制御が実行される。次いでステップS51では、経過時間Tが遅延時間Tdと実行時間Tspとの和以上であるか否かが判定される。経過時間Tが遅延時間Tdと実行時間Tspとの和未満であると判定された場合には、リーンスパイク制御が継続され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップS51において、経過時間Tが遅延時間Tdと実行時間Tspとの和以上であると判定された場合にはステップS52へと進む。 On the other hand, if it is determined in step S49 that the elapsed time T is equal to or greater than the delay time Td, the control routine proceeds to step S50. Lean spike control is executed in step S50. Next, in step S51, it is determined whether or not the elapsed time T is equal to or greater than the sum of the delay time Td and the execution time Tsp. When it is determined that the elapsed time T is less than the sum of the delay time Td and the execution time Tsp, the lean spike control is continued and the control routine is terminated. On the other hand, if it is determined in step S51 that the elapsed time T is equal to or greater than the sum of the delay time Td and the execution time Tsp, the process proceeds to step S52.

本実施形態によれば、比較的リーン度合いの小さいリーン設定空燃比や、比較的リッチ度合いの小さいリッチ設定空燃比に目標空燃比を設定して、上流側触媒20の酸素吸蔵量OSAupを適切に調整してからリーンスパイク制御が開始される。このため、下流側触媒24に流入する酸素量を適切に調整することができる。 According to the present embodiment, the target air-fuel ratio is set to the lean set air-fuel ratio having a relatively small lean degree or the rich set air-fuel ratio having a relatively small rich degree, and the oxygen occlusion amount OSUp of the upstream catalyst 20 is appropriately set. After adjustment, lean spike control is started. Therefore, the amount of oxygen flowing into the downstream catalyst 24 can be appropriately adjusted.

なお、本変形例では、リーンスパイク制御の実行条件が成立したときに目標空燃比がリーン設定空燃比に設定される。しかしながら、リーンスパイク制御の実行条件が成立したときの目標空燃比がリッチ空燃比である場合には、目標空燃比をリッチ空燃比に維持したままリーンスパイク制御の開始を遅延させてもよい。その場合、一回の燃料カット制御で流出する酸素量O2oneから剰余Rを減算した量をR’とすると、リーンスパイク制御の実行条件が成立したときから上記R’に相当する量の酸素を還元できる未燃ガスが流入するまでリーンスパイク制御の実行が遅延せしめられる。換言すると、上流側触媒20の酸素吸蔵量の推定値が、リーンスパイク制御の実行条件が成立したときの値からR’分だけ減った量に到達してからリーンスパイク制御が開始される。 In this modification, the target air-fuel ratio is set to the lean set air-fuel ratio when the execution condition of the lean spike control is satisfied. However, when the target air-fuel ratio when the execution condition of the lean spike control is satisfied is the rich air-fuel ratio, the start of the lean spike control may be delayed while maintaining the target air-fuel ratio at the rich air-fuel ratio. In that case, assuming that the amount obtained by subtracting the remainder R from the amount of oxygen O2one that flows out in one fuel cut control is R', the amount of oxygen corresponding to the above R'is reduced from the time when the execution condition of the lean spike control is satisfied. The execution of lean spike control is delayed until the resulting unburned gas flows in. In other words, the lean spike control is started after the estimated value of the oxygen storage amount of the upstream catalyst 20 reaches an amount reduced by R'from the value when the execution condition of the lean spike control is satisfied.

<第三実施形態>
次に、図10を参照して、第三実施形態に係る排気浄化装置について説明する。第三実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態及び第二実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様である。したがって、以下では、第一実施形態及び第二実施形態に係る排気浄化装置とは異なる部分を中心に説明する。
<Third Embodiment>
Next, the exhaust gas purification device according to the third embodiment will be described with reference to FIG. The configuration and control of the exhaust gas purification device according to the third embodiment are basically the same as the configuration and control of the exhaust gas purification device according to the first embodiment and the second embodiment. Therefore, in the following, the parts different from the exhaust gas purification device according to the first embodiment and the second embodiment will be mainly described.

上記第一実施形態及び第二実施形態では、リーンスパイク制御の実行中にはサイクル当たりの平均空燃比は一定に維持されている。例えば、第一実施形態では、リーンスパイク制御の実行中には目標空燃比は強リーン設定空燃比AFTsleanに維持されている。これに対して本実施形態では、リーンスパイク制御の開始時における機関本体1から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合いが、リーンスパイク制御の終了時における機関本体1から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合いよりも小さくなるように、リーンスパイク制御の実行中に機関本体1から排出される排気ガスの空燃比が変更される。特に、本実施形態では、リーンスパイク制御の開始時における目標空燃比がリッチ設定空燃比AFTleanに設定されると共に、リーンスパイク制御の終了時における目標空燃比が強リーン設定空燃比AFTsleanに設定される。 In the first and second embodiments, the average air-fuel ratio per cycle is maintained constant during the execution of lean spike control. For example, in the first embodiment, the target air-fuel ratio is maintained at the strong lean set air-fuel ratio AFTslean during the execution of lean spike control. On the other hand, in the present embodiment, the degree of leanness of the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 at the start of the lean spike control is the lean degree of the exhaust gas discharged from the engine body 1 at the end of the lean spike control. The air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is changed during the execution of the lean spike control so that the air-fuel ratio becomes smaller than the lean degree. In particular, in the present embodiment, the target air-fuel ratio at the start of lean spike control is set to the rich set air-fuel ratio AFTlean, and the target air-fuel ratio at the end of lean spike control is set to the strong lean set air-fuel ratio AFTslean. ..

具体的には、本実施形態では、リーンスパイク制御の実行条件が成立すると、上述したような方法で上流側吸蔵可能酸素量の推定値O2sp1es及び下流側吸蔵可能酸素量の推定値O2sp2esが算出される。そして、目標空燃比をリーン設定空燃比に設定している第1実行時間Tsp1が下記式(7)によって算出され、目標空燃比を強リーン設定空燃比に設定している第2実行時間Tsp2が下記式(8)によって算出される。
Tsp1= O2sp1es・AFTlean/(AFTlean-AFST)/(Ga・0.23) …(7)
Tsp2= O2sp2es・AFTslean/(AFTslean-AFST)/(Ga・0.23) …(8)
Specifically, in the present embodiment, when the execution condition of the lean spike control is satisfied, the estimated value O2sp1es of the upstream side occluded oxygen amount and the estimated value O2sp2es of the downstream side occluded oxygen amount are calculated by the above-mentioned method. To. Then, the first execution time Tsp1 in which the target air-fuel ratio is set to the lean set air-fuel ratio is calculated by the following equation (7), and the second execution time Tsp2 in which the target air-fuel ratio is set to the strong lean set air-fuel ratio is calculated. It is calculated by the following formula (8).
Tsp1 = O2sp1es ・ AFTlean / (AFTlean-AFST) / (Ga ・ 0.23)… (7)
Tsp2 = O2sp2es ・ AFTslean / (AFTslean-AFST) / (Ga ・ 0.23)… (8)

すなわち、本実施形態では、第1実行時間Tsp1が上流側吸蔵可能酸素量の推定値O2sp1esに基づいて算出される。加えて、第2実行時間Tsp2が下流側吸蔵可能酸素量の推定値O2sp2esに基づいて算出される。そして、これら実行時間Tsp1及びTsp2は、リーンスパイク制御の実行期間中における下流側空燃比センサ41の出力を利用せずに、算出される。 That is, in the present embodiment, the first execution time Tsp1 is calculated based on the estimated value O2sp1es of the amount of oxygen that can be occluded on the upstream side. In addition, the second execution time Tsp2 is calculated based on the estimated value O2sp2es of the amount of oxygen that can be occluded on the downstream side. Then, these execution times Tsp1 and Tsp2 are calculated without using the output of the downstream air-fuel ratio sensor 41 during the execution period of the lean spike control.

第1実行時間及び第2実行時間が算出されると、通常空燃比制御が停止されて、リーンスパイク制御が開始される。リーンスパイク制御が開始されると、まず目標空燃比がリーン設定空燃比AFTleanに設定され、よって上流側触媒20にリーン設定空燃比AFTleanの排気ガスが流入することになる。目標空燃比がリーン設定空燃比AFTleanに設定された状態は、第1実行時間Tsp1に亘って維持される。 When the first execution time and the second execution time are calculated, the normal air-fuel ratio control is stopped and the lean spike control is started. When the lean spike control is started, the target air-fuel ratio is first set to the lean set air-fuel ratio AFTlean, so that the exhaust gas of the lean set air-fuel ratio AFTrene flows into the upstream catalyst 20. The state in which the target air-fuel ratio is set to the lean set air-fuel ratio AFTlean is maintained for the first execution time Tsp1.

その後、リーンスパイク制御が開始されてから第1実行時間が経過すると、目標空燃比が強リーン設定空燃比AFTsleanに変更され、よって上流側触媒20に強リーン設定空燃比AFTsleanの排気ガスが流入することになる。目標空燃比が強リーン設定空燃比AFTsleanに設定された状態は、第2実行時間Tsp2に亘って維持される。 After that, when the first execution time elapses after the lean spike control is started, the target air-fuel ratio is changed to the strong lean set air-fuel ratio AFTslean, so that the exhaust gas of the strong lean set air-fuel ratio AFTslean flows into the upstream catalyst 20. It will be. The state in which the target air-fuel ratio is set to the strong lean set air-fuel ratio AFTslean is maintained for the second execution time Tsp2.

したがって、本実施形態では、リーンスパイク制御の開始から上流側吸蔵可能酸素量に相当する量の酸素が上流側触媒20に流入するまでにおける機関本体1から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合いが、上流側吸蔵可能酸素量に相当する量の酸素が上流側触媒20に流入してからリーンスパイク制御の終了までにおける機関本体1から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合いよりも小さくなるように、リーンスパイク制御の実行中に機関本体1から排出される排気ガスの空燃比が変更される。 Therefore, in the present embodiment, the degree of leanness of the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 from the start of the lean spike control to the inflow of the amount of oxygen corresponding to the amount of occlusable oxygen on the upstream side into the upstream catalyst 20. However, it is smaller than the lean degree of the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 from the time when the amount of oxygen corresponding to the amount of occlusable oxygen on the upstream side flows into the upstream catalyst 20 until the end of the lean spike control. As described above, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is changed during the execution of the lean spike control.

図10は、本実施形態に係るリーンスパイク制御を行った場合における目標空燃比AFT等の、図7と同様なタイムチャートである。図10においても、図7と同様に、上流側触媒20から流出した排気ガスが下流側触媒24に流入するまでも或る程度の遅れが生じることが考慮されている。 FIG. 10 is a time chart similar to that of FIG. 7, such as a target air-fuel ratio AFT when lean spike control according to the present embodiment is performed. In FIG. 10, as in FIG. 7, it is considered that a certain delay occurs even before the exhaust gas flowing out from the upstream catalyst 20 flows into the downstream catalyst 24.

図示した例では、時刻t1において、リーンスパイク制御の実行条件が成立し、リーンスパイク制御が開始される。本実施形態では、リーンスパイク制御の開始直後は、目標空燃比AFTが通常空燃比制御と同様なリーン設定空燃比AFTleanに設定される。この結果、上流側触媒20の酸素吸蔵量OSAupが徐々に増大し、時刻t1から第1実行時間Tsp1が経過した時刻t2において最大吸蔵可能酸素量Cmaxに到達する。 In the illustrated example, at time t 1, the execution condition of the lean spike control is satisfied, the lean spike control is started. In the present embodiment, immediately after the start of the lean spike control, the target air-fuel ratio AFT is set to the lean set air-fuel ratio AFTlean similar to the normal air-fuel ratio control. As a result, it increases the oxygen storage amount OSAup of the upstream catalyst 20 gradually reaches from time t 1 to the maximum storable oxygen amount Cmax at time t 2 the first execution time Tsp1 has elapsed.

時刻t2では、目標空燃比AFTが強リーン設定空燃比AFTsleanに変更される。また、時刻t2以降は上流側触媒20からリーン空燃比の排気ガスが流出するが、直ぐには下流側触媒24に到達しない。 At time t 2 , the target air-fuel ratio AFT is changed to the strong lean set air-fuel ratio AFTslean. Further, the time t 2 or later exhaust gas of a lean air-fuel ratio from the upstream side catalyst 20 flows out, immediately not reach the downstream catalyst 24.

その後、時刻t3になると、時刻t2からの経過時間が第2実行時間Tsp2に到達する。したがって、時刻t3において、リーンスパイク制御が終了され、通常空燃比制御が再開され、目標空燃比がリッチ設定空燃比AFTrichに切り替えられる。 After that, at time t 3 , the elapsed time from time t 2 reaches the second execution time Tsp 2. Thus, at time t 3, the lean spike control is ended, usually is air-fuel ratio control resumes, the target air-fuel ratio is switched to a rich set air-fuel ratio AFTrich.

その後、時刻t4において、時刻t2以降に上流側触媒20から流出したリーン空燃比の排気ガスが下流側触媒24に到達し、下流側触媒24の酸素吸蔵量OSAdwnが徐々に増加していく。そして、時刻t5において、時刻t3にて目標空燃比AFTをリッチ設定空燃比に切り替えたことに伴って下流側触媒24に流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比に戻る。本実施形態では、時刻t5において、下流側触媒24の酸素吸蔵量OSAdwnがその最大吸蔵可能酸素量Cmaxの近傍の量になっている。 After that, at time t 4 , the exhaust gas having a lean air-fuel ratio that flows out from the upstream catalyst 20 after time t 2 reaches the downstream catalyst 24, and the oxygen occlusion OSAdwn of the downstream catalyst 24 gradually increases. .. Then, at time t 5, the air-fuel ratio of the exhaust gas to the target air-fuel ratio AFT at time t 3 in association with the switching to the rich set air-fuel ratio flowing into the downstream catalyst 24 is returned substantially to the stoichiometric air-fuel ratio. In the present embodiment, at time t 5, the oxygen storage amount OSAdwn of the downstream catalyst 24 is in an amount in the vicinity of its maximum storable oxygen amount Cmax.

≪作用・効果≫
ところで、上流側触媒20の酸素吸蔵量の推定値に誤差が生じていた場合、上流側触媒の20の実際の酸素吸蔵量は最大吸蔵可能酸素量Cmaxに到達しているのに、その推定値は最大吸蔵可能酸素量Cmaxに到達しないことがある。リーンスパイク制御の開始時から目標空燃比をリーン度合いの大きいリーン空燃比に設定していると、このような誤差が生じていることに気付かずにリーンスパイク制御が最後まで実行されることになるため、両排気浄化触媒20、24への目標酸素供給量が過剰になる可能性がある。
≪Action / effect≫
By the way, when there is an error in the estimated value of the oxygen storage amount of the upstream catalyst 20, the actual oxygen storage amount of the upstream catalyst 20 has reached the maximum occluded oxygen amount Cmax, but the estimated value. May not reach the maximum occluded oxygen amount Cmax. If the target air-fuel ratio is set to the lean air-fuel ratio with a large degree of lean from the start of the lean spike control, the lean spike control will be executed to the end without noticing that such an error has occurred. Therefore, the target oxygen supply amount to both the exhaust gas purification catalysts 20 and 24 may become excessive.

これに対して、本実施形態によれば、リーンスパイク制御の開始後、上流側触媒20の酸素吸蔵量OSAupが最大吸蔵可能酸素量Cmaxに到達するまでは、目標空燃比がリーン度合いの低いリーン空燃比に設定される。このため、上流側触媒20の酸素吸蔵量の推定値に上述したような誤差が生じていた場合、上流側触媒の20の実際の酸素吸蔵量は最大吸蔵可能酸素量Cmaxに到達した後にリーン空燃比の排気ガスが下流側空燃比センサ41に到達する。この結果、下流側触媒24の酸素吸蔵量を回復させるべく、目標空燃比を強リーン設定空燃比AFTsleanに切り替える前に下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン空燃比に変化する。 On the other hand, according to the present embodiment, after the start of lean spike control, the target air-fuel ratio is lean with a low degree of lean until the oxygen occluded amount OSUp of the upstream catalyst 20 reaches the maximum occluded oxygen amount Cmax. Set to air-fuel ratio. Therefore, if the estimated value of the oxygen storage amount of the upstream catalyst 20 has an error as described above, the actual oxygen storage amount of the upstream catalyst 20 is lean after reaching the maximum occlusable oxygen amount Cmax. The exhaust gas of the fuel ratio reaches the air-fuel ratio sensor 41 on the downstream side. As a result, the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 changes to the lean air-fuel ratio before switching the target air-fuel ratio to the strong lean set air-fuel ratio AFTslean in order to recover the oxygen storage amount of the downstream catalyst 24.

したがって、本実施形態によれば、リーンスパイク制御を最後まで実行する前に上流側触媒20の酸素吸蔵量の推定値に誤差が生じていることを検出することができる。リーンスパイク制御の実行中に下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン空燃比に変化したことが検出された時点でリーンスパイク制御を中止したりリーンスパイク制御の実行時間を修正したりすることで、両排気浄化触媒20、24への酸素供給量が過剰になることを抑制することができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to detect that an error has occurred in the estimated value of the oxygen occlusion amount of the upstream catalyst 20 before the lean spike control is executed to the end. When it is detected that the output air-fuel ratio of the downstream air-fuel ratio sensor 41 has changed to the lean air-fuel ratio during the execution of the lean spike control, the lean spike control is stopped or the execution time of the lean spike control is corrected. Therefore, it is possible to prevent the oxygen supply amount to both the exhaust gas purification catalysts 20 and 24 from becoming excessive.

なお、本実施形態では、上流側吸蔵可能酸素量に相当する量の酸素が上流側触媒20に流入したタイミングで、目標空燃比が切り替えられている。しかしながら、上流側触媒20の酸素吸蔵量の推定値に誤差が生じていた場合にリーンスパイク制御を最後まで実行する前にその誤差を検知することができれば、目標空燃比を切り替えるタイミングは斯かるタイミングとは異なるタイミングであってもよい。 In the present embodiment, the target air-fuel ratio is switched at the timing when an amount of oxygen corresponding to the amount of oxygen that can be occluded on the upstream side flows into the upstream catalyst 20. However, if there is an error in the estimated value of the oxygen storage amount of the upstream catalyst 20, and if the error can be detected before the lean spike control is executed to the end, the timing of switching the target air-fuel ratio is such a timing. The timing may be different from.

以上、本開示に係る好適な実施形態を説明したが、本開示はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。 Although the preferred embodiments according to the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.

1 機関本体
11 燃料噴射弁
20 上流側触媒
24 下流側触媒
31 ECU
40 上流側空燃比センサ
41 下流側空燃比センサ
1 Engine body 11 Fuel injection valve 20 Upstream catalyst 24 Downstream catalyst 31 ECU
40 Upstream air-fuel ratio sensor 41 Downstream air-fuel ratio sensor

Claims (13)

内燃機関の排気通路に設けられた上流側触媒と、該上流側触媒よりも排気流れ方向下流側において前記排気通路に設けられた下流側触媒と、機関本体から排出される排気ガスの空燃比を制御する制御装置とを備える、内燃機関の排気浄化装置であって、
前記制御装置は、前記下流側触媒に流入する排気ガスの時間平均空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比になるように制御する通常空燃比制御と、前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御するリーンスパイク制御とを実行可能であり、
前記リーンスパイク制御の実行条件が成立した時に前記上流側触媒が現在吸蔵可能な酸素量である上流側吸蔵可能酸素量の推定値に基づいて前記リーンスパイク制御の実行期間を算出し、その後、算出された実行期間に亘って前記リーンスパイク制御を実行する、内燃機関の排気浄化装置。
The air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body is determined by the upstream catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, the downstream catalyst provided in the exhaust passage on the downstream side in the exhaust flow direction from the upstream catalyst, and the exhaust gas discharged from the engine body. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine provided with a control device for controlling.
The control device includes normal air-fuel ratio control for controlling the time-average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the downstream catalyst so as to have a rich air-fuel ratio richer than the theoretical air-fuel ratio, and exhaust gas discharged from the engine body. It is possible to execute lean spike control that controls the air-fuel ratio of gas to a lean air-fuel ratio that is leaner than the theoretical air-fuel ratio.
When the execution condition of the lean spike control is satisfied, the execution period of the lean spike control is calculated based on the estimated value of the amount of oxygen that can be occluded on the upstream side, which is the amount of oxygen that the upstream catalyst can currently occlude, and then calculated. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine that executes the lean spike control over a period of execution.
前記上流側触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサを更に備え、
前記制御装置は、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて前記上流側吸蔵可能酸素量を推定する、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
An upstream air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream catalyst is further provided.
The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control device estimates the amount of oxygen that can be occluded on the upstream side based on the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor on the upstream side.
前記制御装置は、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて推定された上流側触媒の現在の酸素吸蔵量の推定値と、前記上流側触媒が吸蔵可能な酸素量の最大値である最大吸蔵可能酸素量との差として、前記上流側吸蔵可能酸素量を算出する、請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The control device has an estimated value of the current oxygen occlusion amount of the upstream side catalyst estimated based on the air fuel ratio detected by the upstream side air fuel ratio sensor and a maximum value of the oxygen amount that can be stored by the upstream side catalyst. The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the amount of oxygen that can be stored on the upstream side is calculated as a difference from the maximum amount of oxygen that can be stored. 前記制御装置は、前記下流側触媒が吸蔵可能な酸素量の最大値である前記下流側触媒の最大吸蔵可能酸素量を前記上流側触媒の最大吸蔵可能酸素量に基づいて算出する、請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置。 3. The control device calculates the maximum occlusable oxygen amount of the downstream catalyst, which is the maximum value of the oxygen occlusable by the downstream catalyst, based on the maximum occlusable oxygen amount of the upstream catalyst. The exhaust purification device for an internal combustion engine described in. 前記制御装置は、前記上流側吸蔵可能酸素量と、前記下流側触媒が吸蔵可能な酸素量の最大値である前記下流側触媒の最大吸蔵可能酸素量に基づいて算出された前記リーンスパイク制御の開始時における下流側吸蔵可能酸素量とを合計した合計値に相当する酸素が前記リーンスパイク制御の実行中に前記上流側触媒に流入するように前記実行期間を算出する、請求項2〜4のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The control device has a lean spike control calculated based on the amount of oxygen that can be occluded on the upstream side and the maximum amount of oxygen that can be occluded by the downstream catalyst, which is the maximum value of the amount of oxygen that can be occluded by the downstream catalyst. 2. 4. The execution period is calculated so that oxygen corresponding to the total value of the sum of the amount of oxygen that can be occluded on the downstream side at the start time flows into the upstream catalyst during the execution of the lean spike control. The exhaust purification device for an internal combustion engine according to any one item. 前記制御装置は、前記リーンスパイク制御の実行中には、前記上流側触媒に流入する排気ガスの空燃比が、少なくとも一時的に、前記通常空燃比制御の実行中に前記上流側触媒に流入する排気ガスが到達する最もリーンな空燃比よりもリーンになるように前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比を制御する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 In the control device, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream catalyst flows into the upstream catalyst at least temporarily during the execution of the normal air-fuel ratio control. The exhaust gas of an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, which controls the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body so as to be leaner than the most lean air-fuel ratio reached by the exhaust gas. Purification device. 前記内燃機関は複数の気筒を有し、
前記リーンスパイク制御の実行中には、前記複数の気筒のうち少なくとも一部の気筒に対して前記内燃機関の作動中に燃料の供給が停止される燃料カット制御が行われる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
The internal combustion engine has a plurality of cylinders and has a plurality of cylinders.
While the lean spike control is being executed, fuel cut control is performed for at least a part of the plurality of cylinders so that the supply of fuel is stopped during the operation of the internal combustion engine. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to any one of the above items.
前記リーンスパイク制御は、前記上流側触媒の酸素吸蔵量の推定値が予め定められた吸蔵量に到達してから実行される、請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 7, wherein the lean spike control is executed after the estimated value of the oxygen storage amount of the upstream catalyst reaches a predetermined storage amount. 前記制御装置は、前記リーンスパイク制御の開始時における前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合いが前記リーンスパイク制御の終了時における前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合いよりも小さくなるように、前記リーンスパイク制御の実行中に前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比を変更する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 In the control device, the degree of leanness of the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body at the start of the lean spike control is the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body at the end of the lean spike control. The exhaust of an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8, wherein the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body is changed during the execution of the lean spike control so as to be smaller than the degree of lean. Purification device. 前記制御装置は、前記リーンスパイク制御の開始から前記上流側吸蔵可能酸素量に相当する量の酸素が前記上流側触媒に流入するまでにおける前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合いが、前記上流側吸蔵可能酸素量に相当する量の酸素が前記上流側触媒に流入してから前記リーンスパイク制御の終了までにおける前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比のリーン度合いよりも小さくなるように、前記リーンスパイク制御の実行中に前記機関本体から排出される排気ガスの空燃比を変更する、請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The control device has a lean degree of the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body from the start of the lean spike control until the amount of oxygen corresponding to the amount of oxygen that can be stored on the upstream side flows into the upstream catalyst. However, the degree of leanness of the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body from the time when the amount of oxygen corresponding to the amount of oxygen that can be stored on the upstream side flows into the upstream catalyst to the end of the lean spike control The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the engine body is changed during the execution of the lean spike control so as to be smaller. 前記上流側触媒から流出して前記下流側触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサを更に備える、請求項1〜10のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust purification of an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 10, further comprising a downstream air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out of the upstream catalyst and flowing into the downstream catalyst. apparatus. 前記制御装置は、前記リーンスパイク制御の実行期間を算出する際に、前記リーンスパイク制御の実行期間中における前記下流側空燃比センサの出力を利用しない、請求項11に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust gas purification of an internal combustion engine according to claim 11, wherein the control device does not utilize the output of the downstream air-fuel ratio sensor during the execution period of the lean spike control when calculating the execution period of the lean spike control. apparatus. 前記制御装置は、前記下流側空燃比センサによって排気ガスの空燃比がリーン空燃比になったことが検出される前に前記リーンスパイク制御が終了せしめられるように、前記リーンスパイク制御の実行中に前記機関本体から排出される排気ガスの目標空燃比が設定される、請求項12に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The control device is performing the lean spike control so that the lean spike control is terminated before the downstream air-fuel ratio sensor detects that the air-fuel ratio of the exhaust gas has reached the lean air-fuel ratio. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 12, wherein a target air-fuel ratio of exhaust gas discharged from the engine body is set.
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