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技術 内燃機関の排気浄化装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 井下憲二高間康之林下剛
出願日 2019年3月22日 (2年9ヶ月経過) 出願番号 2019-054455
公開日 2020年9月24日 (1年3ヶ月経過) 公開番号 2020-153334
状態 未査定
技術分野 内燃機関に供給する空気・燃料の電気的制御
主要キーワード 切替基準 出力ずれ 個体バラツキ 振動中心 下流側ケーシング 上流側ケーシング 本制御ルーチン 増加速度
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

触媒酸素吸蔵量を変動させる場合に、排気エミッションが悪化することを抑制する。

解決手段

内燃機関排気浄化装置は、排気通路に配置されると共に酸素吸蔵可能な触媒20と、触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に、触媒から流出する排気ガス空燃比を検出する空燃比検出装置41と、触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御装置31とを備える。空燃比制御装置は、理論空燃比に対して第1の側にずれた空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させる第1加振制御を実行し、第1加振制御において空燃比検出装置によって検出された空燃比が理論空燃比に対して第1の側にずれた判定空燃比に達したときに、理論空燃比に対して第1の側とは反対側の第2の側にずれた空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させる第2加振制御を開始し、又は目標空燃比を理論空燃比に対して第2の側にずれた空燃比に設定する。

概要

背景

従来、酸素吸蔵可能な触媒内燃機関排気通路に配置し、排気ガス中の未燃ガス(HC、CO等)及びNOxを触媒において浄化することが知られている。触媒の酸素吸蔵能力が高いほど触媒に吸蔵可能な酸素の量が多くなり、触媒の排気浄化性能が向上する。

触媒の酸素吸蔵能力を維持するためには、触媒の酸素吸蔵量が一定に維持されないように触媒の酸素吸蔵量を変動させることが望ましい。特許文献1に記載の内燃機関では、触媒の酸素吸蔵量を変動させるために、触媒の排気流れ方向下流側に配置された空燃比センサ下流側空燃比センサ)の出力に基づいて、触媒に流入する排気ガスの目標空燃比理論空燃比よりもリーンリーン空燃比と理論空燃比よりもリッチリッチ空燃比との間で交互に切り替えられる。

具体的には、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられ、触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量未満の所定の切替基準吸蔵量以上になったときに目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。斯かる空燃比制御では、目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられるときに触媒の酸素吸蔵量がゼロに達するため、触媒から少量の未燃ガスが排出される。

概要

触媒の酸素吸蔵量を変動させる場合に、排気エミッションが悪化することを抑制する。内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な触媒20と、触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に、触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置41と、触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御装置31とを備える。空燃比制御装置は、理論空燃比に対して第1の側にずれた空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させる第1加振制御を実行し、第1加振制御において空燃比検出装置によって検出された空燃比が理論空燃比に対して第1の側にずれた判定空燃比に達したときに、理論空燃比に対して第1の側とは反対側の第2の側にずれた空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させる第2加振制御を開始し、又は目標空燃比を理論空燃比に対して第2の側にずれた空燃比に設定する。

目的

本発明の目的は、触媒の酸素吸蔵量を変動させる場合に、排気エミッションが悪化することを抑制することにある

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

排気通路に配置されると共に酸素吸蔵可能な触媒と、前記触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に、該触媒から流出する排気ガス空燃比を検出する空燃比検出装置と、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御装置とを備え、前記空燃比制御装置は、理論空燃比に対して第1の側にずれた空燃比を振動中心に前記目標空燃比を振動させる第1加振制御を実行し、該第1加振制御において空燃比検出装置によって検出された空燃比が理論空燃比に対して前記第1の側にずれた判定空燃比に達したときに、理論空燃比に対して前記第1の側とは反対側の第2の側にずれた空燃比を振動中心に前記目標空燃比を振動させる第2加振制御を開始し、又は前記目標空燃比を理論空燃比に対して前記第2の側にずれた空燃比に設定する、内燃機関排気浄化装置

技術分野

0001

本発明は内燃機関排気浄化装置に関する。

背景技術

0002

従来、酸素吸蔵可能な触媒を内燃機関の排気通路に配置し、排気ガス中の未燃ガス(HC、CO等)及びNOxを触媒において浄化することが知られている。触媒の酸素吸蔵能力が高いほど触媒に吸蔵可能な酸素の量が多くなり、触媒の排気浄化性能が向上する。

0003

触媒の酸素吸蔵能力を維持するためには、触媒の酸素吸蔵量が一定に維持されないように触媒の酸素吸蔵量を変動させることが望ましい。特許文献1に記載の内燃機関では、触媒の酸素吸蔵量を変動させるために、触媒の排気流れ方向下流側に配置された空燃比センサ下流側空燃比センサ)の出力に基づいて、触媒に流入する排気ガスの目標空燃比理論空燃比よりもリーンリーン空燃比と理論空燃比よりもリッチリッチ空燃比との間で交互に切り替えられる。

0004

具体的には、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられ、触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量未満の所定の切替基準吸蔵量以上になったときに目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。斯かる空燃比制御では、目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられるときに触媒の酸素吸蔵量がゼロに達するため、触媒から少量の未燃ガスが排出される。

先行技術

0005

国際公開第2014/118892号

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、下流側空燃比センサによって検出される空燃比は常に実際の空燃比を示すとは限らない。例えば、下流側空燃比センサは、その位置に応じて、特定の気筒から排出される排気ガスの影響を強く受ける。このため、各気筒に供給される燃料や空気の量にバラツキが生じることにより特定の気筒から排出される排気ガスの空燃比がずれた結果、下流側空燃比センサによって検出される空燃比が排気ガス全体の平均空燃比よりもリーン側にずれる場合がある。また、下流側空燃比センサの個体バラツキによって、下流側空燃比センサによって検出される空燃比が実際の空燃比よりもリーン側にずれる場合がある。

0007

これらの場合、下流側空燃比センサによって検出された空燃比がリッチ判定空燃比に達するタイミング、すなわち目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられるタイミングが遅くなる。この結果、触媒の酸素吸蔵量がゼロに維持される時間が長くなり、触媒から排出される未燃ガスの量が多くなる。したがって、下流側空燃比センサの出力ずれによって排気エミッションが悪化するおそれがある。

0008

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、触媒の酸素吸蔵量を変動させる場合に、排気エミッションが悪化することを抑制することにある。

課題を解決するための手段

0009

上記課題を解決するために、本発明では、排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な触媒と、前記触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に、該触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置と、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御装置とを備え、前記空燃比制御装置は、理論空燃比に対して第1の側にずれた空燃比を振動中心に前記目標空燃比を振動させる第1加振制御を実行し、該第1加振制御において前記空燃比検出装置によって検出された空燃比が理論空燃比に対して前記第1の側にずれた判定空燃比に達したときに、理論空燃比に対して前記第1の側とは反対側の第2の側にずれた空燃比を振動中心に前記目標空燃比を振動させる第2加振制御を開始し、又は前記目標空燃比を理論空燃比に対して前記第2の側にずれた空燃比に設定する、内燃機関の排気浄化装置が提供される。

発明の効果

0010

本発明によれば、触媒の酸素吸蔵量を変動させる場合に、排気エミッションが悪化することを抑制することができる。

図面の簡単な説明

0011

図1は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。
図2は、三元触媒浄化特性を示す。
図3は、各排気空燃比における印加電圧出力電流との関係を示す図である。
図4は、印加電圧を一定にしたときの排気空燃比と出力電流との関係を示す図である。
図5は、第一実施形態における空燃比制御が実行されるときの上流側空燃比センサ出力空燃比等のタイムチャートである。
図6は、第一実施形態における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7は、第二実施形態における空燃比制御が実行されるときの上流側空燃比センサの出力空燃比等のタイムチャートである。
図8は、第二実施形態における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9は、第三実施形態における空燃比制御が実行されるときの上流側空燃比センサの出力空燃比等のタイムチャートである。
図10は、第三実施形態における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。

実施例

0012

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

0013

<第一実施形態>
最初に図1図6を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。

0014

<内燃機関全体の説明>
図1は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。図1に示される内燃機関は火花点火式内燃機関である。内燃機関は車両に搭載される。

0015

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。

0016

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。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。

0017

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等は、空気を燃焼室5に導く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。

0018

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、上流側触媒20を内蔵した上流側ケーシング21に連結される。上流側ケーシング21は、排気管22を介して、下流側触媒23を内蔵した下流側ケーシング24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、下流側ケーシング24等は、燃焼室5における混合気燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路を形成する。

0019

内燃機関の各種制御は電子制御ユニット(ECU)31によって実行される。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を備える。吸気管15には、吸気管15内を流れる空気の流量を検出するエアフロメータ39が配置され、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。

0020

また、排気マニホルド19の集合部、すなわち上流側触媒20の排気流れ方向上流側には、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。上流側空燃比センサ40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。上流側空燃比センサ40は上流側空燃比検出装置の一例である。

0021

また、排気管22内、すなわち上流側触媒20の排気流れ方向下流側には、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。下流側空燃比センサ41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。下流側空燃比センサ41は下流側空燃比検出装置の一例である。

0022

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。

0023

なお、上述した内燃機関は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、内燃機関の構成は、上記構成に限定されるものではない。したがって、気筒配列、燃料の噴射態様吸排気系の構成、動弁機構の構成、過給器の有無のような内燃機関の具体的な構成は、図1に示した構成と異なっていてもよい。例えば、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、吸気ポート7内に燃料を噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室5内に噴射する筒内噴射弁との二つの燃料噴射弁が内燃機関に設けられていてもよい。

0024

<触媒の説明>
排気通路に配置された上流側触媒20及び下流側触媒23は同様な構成を有する。触媒20、23は、酸素吸蔵可能な触媒であり、例えば三元触媒である。具体的には、触媒20、23は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属(例えば、白金(Pt))及び酸素吸蔵能力を有する助触媒(例えば、セリア(CeO2))を担持させたものである。

0025

図2は、三元触媒の浄化特性を示す。図2に示されるように、触媒20、23による未燃ガス(HC、CO)及び窒素酸化物(NOx)の浄化率は、触媒20、23に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍領域(図2における浄化ウィンドウA)にあるときに非常に高くなる。したがって、触媒20、23は、排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されていると、未燃ガス及びNOxを効果的に浄化することができる。

0026

また、触媒20、23は助触媒によって排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸蔵又は放出する。具体的には、触媒20、23は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには、排気ガス中の過剰な酸素を吸蔵する。一方、触媒20、23は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときには、未燃ガスを酸化させるのに不足している酸素を放出する。この結果、排気ガスの空燃比が理論空燃比から若干ずれた場合であっても、触媒20、23の表面上における空燃比が理論空燃比近傍に維持され、触媒20、23において未燃ガス及びNOxが効果的に浄化される。

0027

なお、触媒20、23は、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有していれば、三元触媒以外の触媒であってもよい。

0028

<空燃比センサの出力特性
次に、図3及び図4を参照して、本実施形態における空燃比センサ40、41の出力特性について説明する。図3は、本実施形態における空燃比センサ40、41の電圧電流(V−I)特性を示す図であり、図4は、印加電圧を一定に維持したときの、空燃比センサ40、41周り流通する排気ガスの空燃比(以下、「排気空燃比」という)と出力電流Iとの関係を示す図である。なお、本実施形態では、両空燃比センサ40、41として同一構成の空燃比センサが用いられる。

0029

図3からわかるように、本実施形態の空燃比センサ40、41では、出力電流Iは、排気空燃比が高くなるほど(リーンになるほど)、大きくなる。また、各排気空燃比におけるV−I線には、V軸にほぼ平行な領域、すなわちセンサ印加電圧が変化しても出力電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図3では、排気空燃比が18であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれW18、I18で示している。したがって、空燃比センサ40、41は限界電流式の空燃比センサである。

0030

図4は、印加電圧を0.45V程度で一定にしたときの、排気空燃比と出力電流Iとの関係を示す図である。図4からわかるように、空燃比センサ40、41では、排気空燃比が高くなるほど(すなわち、リーンになるほど)、空燃比センサ40、41からの出力電流Iが大きくなる。加えて、空燃比センサ40、41は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Iがゼロになるように構成される。したがって、空燃比センサ40、41は排気空燃比を連続的に(リニアに)検出することができる。

0031

なお、上記の例では、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。しかしながら、排気空燃比に対して出力電流がリニアに変化するものであれば、空燃比センサ40、41として、限界電流式ではない空燃比センサ等、如何なる空燃比センサを用いてもよい。また、両空燃比センサ40、41は互いに異なる構造の空燃比センサであってもよい。

0032

<内燃機関の排気浄化装置>
以下、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置(以下、単に「排気浄化装置」という)について説明する。排気浄化装置は、上流側触媒20、下流側触媒23、上流側空燃比センサ40、下流側空燃比センサ41及び空燃比制御装置を備える。本実施形態では、ECU31が空燃比制御装置として機能する。

0033

空燃比制御装置は、上流側触媒20に流入する排気ガス(以下、「流入排気ガス」という)の空燃比を目標空燃比に制御する。具体的には、空燃比制御装置は、目標空燃比を設定すると共に、流入排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように燃焼室5に供給する燃料量を制御する。本実施形態では、空燃比制御装置は、上流側空燃比センサ40の出力空燃比が目標空燃比に一致するように燃焼室5に供給する燃料量をフィードバック制御する。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力に相当する空燃比、すなわち空燃比センサによって検出される空燃比を意味する。

0034

上流側触媒20の酸素吸蔵能力を維持するためには、上流側触媒20の酸素吸蔵量が一定に維持されないように上流側触媒20の酸素吸蔵量を変動させることが望ましい。このため、空燃比制御装置は、上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロと最大酸素吸蔵量との間で変動するように流入排気ガスの目標空燃比を設定する。

0035

しかしながら、上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロである時間が長いほど、上流側触媒20から流出する未燃ガスの量が多くなる。また、上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量である時間が長いほど、上流側触媒20から流出するNOxの量が多くなる。このため、上流側触媒20の酸素吸蔵能力の低下を抑制しつつ、排気エミッションの悪化を抑制するためには、適切なタイミングで目標空燃比を切り替える必要がある。

0036

上流側触媒20の酸素吸蔵状態を把握して適切なタイミングで目標空燃比を切り替えるために、下流側空燃比センサ41を用いることが考えられる。理論空燃比よりもリッチな空燃比に目標空燃比が設定されているときに上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロに達すると、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となる。一方、理論空燃比よりもリーンな空燃比に目標空燃比が設定されているときに上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達すると、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ーンとなる。

0037

このため、本実施形態において、空燃比制御装置は、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リッチ判定空燃比に達したときに、目標空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に切り替える。また、空燃比制御装置は、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ーンなリーン判定空燃比に達したときに、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に切り替える。

0038

しかしながら、気筒間の空燃比のバラツキ、下流側空燃比センサ41の個体バラツキ等によって、下流側空燃比センサ41の出力空燃比にずれが生じる場合がある。下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン側にずれた場合には、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するタイミング、すなわち目標空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に切り替えられるタイミングが遅くなる。この結果、上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロに維持される時間が長くなり、上流側触媒20から排出される未燃ガスの量が多くなる。

0039

そこで、下流側空燃比センサ41の出力ずれの影響を低減する手法として、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスに対する下流側空燃比センサ41の反応性を高めることが考えられる。例えば、還元性ガスの一つである水素(H2)は、HC、CO等よりも速い拡散速度を有する。このため、排気ガス中の水素濃度が高い場合には、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスに対する下流側空燃比センサ41の反応性が高くなる。

0040

水素は、上流側触媒20において下記の水性ガスシフト反応(1)又は水蒸気改質反応(2)が起こることによって生成される。
CO+H2O→CO2+H2…(1)
HC+H2O→CO+H2…(2)

0041

上記式(1)及び(2)から分かるように、水素の生成にはCO及びHCが用いられる。このため、基本的に、流入排気ガスの空燃比がリッチであるほど、上流側触媒20から流出する排気ガス中の水素濃度が高くなる。このため、下流側空燃比センサ41の出力ずれの影響を低減するために、上流側触媒20の酸素吸蔵量をゼロにするときの目標空燃比のリッチ度合(理論空燃比との差)を大きくすることが望ましい。

0042

しかしながら、目標空燃比のリッチ度合を大きくすると、下流側空燃比センサ41の出力がリッチ判定空燃比に達するときに上流側触媒20から排出される未燃ガスが多くなる。このため、下流側空燃比センサ41の出力ずれの影響を低減できたとしても、排気エミッションの改善効果は小さい。

0043

また、目標空燃比のリッチ度合を大きくすると、上流側触媒20の酸素吸蔵量の減少速度が速くなり、下流側空燃比センサ41の出力がリッチ判定空燃比に達するまでの時間が短くなる。この結果、理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で目標空燃比が頻繁に切り替えられ、機関出力トルク変動が大きくなる。

0044

これに対して、本実施形態では、空燃比制御装置は、上流側触媒20の酸素吸蔵量をゼロにするときに、理論空燃比よりもリッチな空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させるリッチ側加振制御を実行する。目標空燃比の振動周期は例えば数百msである。

0045

リッチ側加振制御では、上流側触媒20の酸素吸蔵量に吸蔵される酸素の量よりも上流側触媒20から放出される酸素の量が多くなるため、上流側触媒20の酸素吸蔵量は徐々に減少する。このため、空燃比制御装置はリッチ側加振制御を実行することによって上流側触媒20の酸素吸蔵量を徐々に減少させてゼロにすることができる。

0046

空燃比制御装置は、リッチ側加振制御において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たときに、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に設定する。リッチ側加振制御では、目標空燃比が振動せしめられるため、上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロに達するとき、目標空燃比のリッチ度合が瞬間的に大きくなる。このため、リッチ度合が大きい空燃比に目標空燃比が維持される場合と比べて、上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロに達するときの排気エミッションの悪化を抑制することができる。

0047

また、リッチ側加振制御では、目標空燃比が振動せしめられるため、目標空燃比が維持される場合と比べて、上流側触媒20の酸素吸蔵量の減少速度が遅くなる。このため、リッチ側加振制御の実行時間が減少することを抑制することができ、ひいては機関出力のトルク変動を抑制することができる。なお、リッチ側加振制御では目標空燃比が短周期で振動するため、目標空燃比を振動させることによる機関出力のトルク変動はほとんど生じない。

0048

また、本実施形態では、リッチ側加振制御における目標空燃比の振幅最大値が理論空燃比よりもリーンな空燃比に設定される。すなわち、空燃比制御装置は、リッチ側加振制御において、理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で目標空燃比を振動させる。このことによって、上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロに達するときに未燃ガスが瞬間的に排出されるため、上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロに達するときの排気エミッションの悪化をより一層抑制することができる。また、このことによって、上流側触媒20の酸素吸蔵量の減少速度がより一層遅くなるため、機関出力のトルク変動をより一層抑制することができる。

0049

また、空燃比制御装置は、リッチ側加振制御の実行後、上流側触媒20の酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量にすべく、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比に維持するリーン制御を実行する。空燃比制御装置は、リーン制御において、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たときに、リッチ側加振制御を開始する。

0050

以下、図5を参照して、第一実施形態における空燃比制御について具体的に説明する。図5は、第一実施形態における空燃比制御が実行されるときの上流側空燃比センサ40の出力空燃比、下流側空燃比センサ41の出力空燃比及び排気エミッションのタイムチャートである。なお、上流側空燃比センサ40の出力空燃比は、上流側触媒20において浄化される前の排気ガスの空燃比を示すので、流入排気ガスの目標空燃比と同様に変化する。

0051

図5の例では、時刻t0において、目標空燃比がリーン設定空燃比TAFleanに設定され、リーン制御が実行されている。時刻t0の後、リーン制御によって上流側触媒20の酸素吸蔵量が徐々に増加して最大酸素吸蔵量に達する。これに伴い、時刻t1において、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AFleanに達する。また、時刻t1の前後において上流側触媒20からNOxが流出する。

0052

時刻t1では、上流側触媒20の酸素吸蔵量を減少させるべく、リーン制御が終了し、リッチ側加振制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリッチな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。この例では、目標空燃比の振動中心のリッチ度合(理論空燃比との差)はリーン設定空燃比TAFleanのリーン度合(理論空燃比との差)と等しい。

0053

時刻t1の後、リッチ側加振制御によって上流側触媒20の酸素吸蔵量が徐々に減少してゼロに達する。これに伴い、時刻t2において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に変化する。また、時刻t2の後、上流側触媒20から未燃ガスが流出する。しかしながら、リッチ側加振制御において目標空燃比が理論空燃比を跨いで変動するため、下流側空燃比センサ41の出力空燃比は理論空燃比に再び戻り、上流側触媒20から未燃ガスが一時的に流出する。

0054

時刻t2後の下流側空燃比センサ41の出力空燃比の変化では、出力空燃比がリッチ判定空燃比AFrichに達していない。このため、リッチ側加振制御が継続される。この結果、上流側触媒20の酸素吸蔵量が再びゼロに達し、時刻t3において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に変化する。

0055

上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロに達する回数が増えるにつれて、下流側空燃比センサ41の出力空燃比のリッチ度合は大きくなる。しかしながら、時刻t3後の下流側空燃比センサ41の出力空燃比の変化においても出力空燃比がリッチ判定空燃比AFrichに達しなかったため、リッチ側加振制御が継続される。

0056

この結果、時刻t4において、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AFrichに達する。このため、時刻t4において、リッチ側加振制御が終了し、リーン制御が再び開始される。具体的には、目標空燃比がリーン設定空燃比TAFleanに設定される。

0057

<空燃比制御>
以下、図6を参照して、第一実施形態における空燃比制御について詳細に説明する。図6は、第一実施形態における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。本制御ルーチンは、空燃比制御装置(本実施形態ではECU31)によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。

0058

最初に、ステップS101においてリッチ側加振制御中であるか否かが判定される。リッチ側加振制御中であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS102に進む。

0059

ステップS102では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比AFrich以下であるか否かが判定される。リッチ判定空燃比AFrichは、予め定められ、リッチ側加振制御における目標空燃比の振幅の最小値よりもリーンな値に設定される。

0060

ステップS102において下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichよりもリーンであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、リッチ側加振制御が継続される。

0061

一方、ステップS102において下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrich以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS103に進む。ステップS103では、リーン制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比TAFleanに目標空燃比が設定される。リーン設定空燃比TAFleanは予め定められる。ステップS103の後、本制御ルーチンは終了する。

0062

また、ステップS101においてリッチ側加振制御中ではないと判定された場合、すなわちリーン制御中であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS104に進む。ステップS104では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比AFlean以上であるか否かが判定される。リーン判定空燃比AFleanは、予め定められ、リーン設定空燃比TAFleanよりもリッチな値に設定される。

0063

ステップS104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よりもリッチであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、リーン制御が継続される。

0064

一方、ステップS104において下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFlean以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS105に進む。ステップS105では、リッチ側加振制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリッチな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。目標空燃比の振動中心、振幅及び振動周期は予め定められる。ステップS105の後、本制御ルーチンは終了する。

0065

なお、ステップS104において、上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量未満の所定の切替基準吸蔵量以上であるか否かが判定されてもよい。すなわち、空燃比制御装置は、リーン制御において、上流側触媒20の酸素吸蔵量が切替基準吸蔵量に達したときに、リッチ側加振制御を開始してもよい。この場合、上流側触媒20の酸素吸蔵量は例えば上流側空燃比センサ40の出力に基づいて算出される。

0066

<第二実施形態>
第二実施形態における内燃機関の排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における内燃機関の排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。

0067

下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ側にずれた場合には、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するタイミング、すなわち目標空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に切り替えられるタイミングが遅くなる。この結果、上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に維持される時間が長くなり、上流側触媒20から排出されるNOxの量が多くなる。

0068

そこで、下流側空燃比センサ41の出力ずれの影響を低減する手法として、理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスに対する下流側空燃比センサ41の反応性を高めることが考えられる。下流側空燃比センサ41の出力ずれが生じていない場合には、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnのリーン度合は上流側触媒20から流出する排気ガスの空燃比がリーンであるほど大きくなる。このため、目標空燃比のリーン度合を大きくすることによって、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ側に若干ずれたとしても、下流側空燃比センサ41の出力空燃比はリーン判定空燃比に迅速に達する。

0069

また、本願の発明者は、鋭意検討の結果、目標空燃比がリーンであるほど、流入排気ガス中の酸素に対するNOxの比率が低下することを見出した。このため、目標空燃比のリーン度合を大きくしたとしても、上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するときに上流側触媒20から排出されるNOxの量が抑制される。また、目標空燃比のリーン度合を大きくすることによって、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するタイミングが遅れたとしても、上流側触媒20から排出されるNOxの量を抑制することができる。

0070

しかしながら、目標空燃比のリーン度合を大きくすると、上流側触媒20の酸素吸蔵量の増加速度が速くなり、下流側空燃比センサ41の出力がリーン判定空燃比に達するまでの時間が短くなる。この結果、理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で目標空燃比が頻繁に切り替えられ、機関出力のトルク変動が大きくなる。

0071

これに対して、本実施形態では、空燃比制御装置は、上流側触媒20の酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量にするときに、理論空燃比よりもリーンな空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させるリーン側加振制御を実行する。目標空燃比の振動周期は例えば数百msである。

0072

リーン側加振制御では、上流側触媒20の酸素吸蔵量から放出される酸素の量よりも上流側触媒20に吸蔵される酸素の量が多くなるため、上流側触媒20の酸素吸蔵量は徐々に増加する。このため、空燃比制御装置はリーン側加振制御を実行することによって上流側触媒20の酸素吸蔵量を徐々に増加させて最大酸素吸蔵量にすることができる。

0073

空燃比制御装置は、リーン側加振制御において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たときに、目標空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に設定する。リーン側加振制御では、目標空燃比が振動せしめられるため、上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するとき、目標空燃比のリーン度合が瞬間的に大きくなる。このため、リーン度合が大きい空燃比に目標空燃比が維持される場合と比べて、上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するときの排気エミッションの悪化を抑制することができる。

0074

また、リーン側加振制御では、目標空燃比が振動せしめられるため、目標空燃比が維持される場合と比べて、上流側触媒20の酸素吸蔵量の増加速度が遅くなる。このため、リーン側加振制御の実行時間が減少することを抑制することができ、ひいては機関出力のトルク変動を抑制することができる。なお、リーン側加振制御では目標空燃比が短周期で振動するため、目標空燃比を振動させることによる機関出力のトルク変動はほとんど生じない。

0075

また、本実施形態では、リーン側加振制御における目標空燃比の振幅の最小値が理論空燃比よりもリッチな空燃比に設定される。すなわち、空燃比制御装置は、リーン側加振制御において、理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で目標空燃比を振動させる。このことによって、上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するときにNOxが瞬間的に排出されるため、上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するときの排気エミッションの悪化をより一層抑制することができる。また、このことによって、上流側触媒20の酸素吸蔵量の増加速度がより一層遅くなるため、機関出力のトルク変動をより一層抑制することができる。

0076

また、空燃比制御装置は、リーン側加振制御の実行後、上流側触媒20の酸素吸蔵量をゼロにすべく、目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比に維持するリッチ制御を実行する。空燃比制御装置は、リッチ制御において、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たときに、リーン側加振制御を開始する。

0077

以下、図7を参照して、第二実施形態における空燃比制御について具体的に説明する。図7は、第二実施形態における空燃比制御が実行されるときの上流側空燃比センサ40の出力空燃比、下流側空燃比センサ41の出力空燃比及び排気エミッションのタイムチャートである。

0078

図7の例では、時刻t0において、リーン側加振制御が実行されている。時刻t0の後、リーン側加振制御によって上流側触媒20の酸素吸蔵量が徐々に増加して最大酸素吸蔵量に達する。これに伴い、時刻t1において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化する。また、時刻t1の後、上流側触媒20からNOxが流出する。しかしながら、リーン側加振制御において目標空燃比が理論空燃比を跨いで変動するため、下流側空燃比センサ41の出力空燃比は理論空燃比に再び戻り、上流側触媒20からNOxが一時的に流出する。

0079

時刻t1後の下流側空燃比センサ41の出力空燃比の変化では、出力空燃比がリーン判定空燃比AFleanに達していない。このため、リーン側加振制御が継続される。この結果、上流側触媒20の酸素吸蔵量が再び最大酸素吸蔵量に達し、時刻t2において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化する。

0080

上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達する回数が増えるにつれて、下流側空燃比センサ41の出力空燃比のリーン度合は大きくなる。しかしながら、時刻t2後の下流側空燃比センサ41の出力空燃比の変化においても出力空燃比がリーン判定空燃比AFleanに達しなかったため、リーン側加振制御が継続される。

0081

この結果、時刻t3において、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AFleanに達する。このため、時刻t3において、リーン側加振制御が終了し、リッチ制御が開始される。具体的には、目標空燃比がリッチ設定空燃比TAFrichに設定される。

0082

時刻t2の後、リッチ制御によって上流側触媒20の酸素吸蔵量が徐々に減少してゼロに達する。これに伴い、時刻t4おいて、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AFrichに達する。また、時刻t4の前後において上流側触媒20から未燃ガスが流出する。

0083

時刻t4では、上流側触媒20の酸素吸蔵量を増加させるべく、リッチ制御が終了し、リーン側加振制御が再び開始される。具体的には、理論空燃比よりもリーンな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。この例では、目標空燃比の振動中心のリーン度合はリッチ設定空燃比TAFrichのリッチ度合と等しい。

0084

<空燃比制御>
以下、図8を参照して、第二実施形態における空燃比制御について詳細に説明する。図8は、第二実施形態における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。本制御ルーチンは、空燃比制御装置(本実施形態ではECU31)によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。

0085

最初に、ステップS201においてリッチ制御中であるか否かが判定される。リッチ側制御中であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS202に進む。

0086

ステップS202では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比AFrich以下であるか否かが判定される。リッチ判定空燃比AFrichは、予め定められ、リッチ設定空燃比TAFrichよりもリーンな値に設定される。

0087

ステップS202において下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichよりもリーンであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、リッチ制御が継続される。

0088

一方、ステップS202において下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrich以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS203に進む。ステップS203では、リーン側加振制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリーンな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。目標空燃比の振動中心、振幅及び振動周期は予め定められる。ステップS203の後、本制御ルーチンは終了する。

0089

また、ステップS201においてリッチ制御中ではないと判定された場合、すなわちリーン側加振制御中であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS204に進む。ステップS204では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比AFlean以上であるか否かが判定される。リーン判定空燃比AFleanは、予め定められ、リーン側加振制御における目標空燃比の振幅の最大値よりもリッチな値に設定される。

0090

ステップS204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よりもリッチであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、リーン側加振制御が継続される。

0091

一方、ステップS204において下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFlean以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS205に進む。ステップS205では、リッチ制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比TAFrichに目標空燃比が設定される。リッチ設定空燃比TAFrichは予め定められる。ステップS205の後、本制御ルーチンは終了する。

0092

なお、ステップS202において、上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量未満の所定の切替基準吸蔵量以下であるか否かが判定されてもよい。すなわち、空燃比制御装置は、リッチ制御において、上流側触媒20の酸素吸蔵量が切替基準吸蔵量に達したときに、リッチ制御を終了してリーン側加振制御を開始してもよい。この場合、上流側触媒20の酸素吸蔵量は例えば上流側空燃比センサ40の出力に基づいて算出される。

0093

上述した第一実施形態及び第二実施形態における空燃比制御はまとめて以下のように表現される。空燃比制御装置は、理論空燃比に対して第1の側にずれた空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させる第1加振制御を実行し、第1加振制御において下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比に対して第1の側にずれた判定空燃比に達したときに、目標空燃比を理論空燃比に対して第2の側にずれた空燃比に設定する。第一実施形態において、第1の側はリッチ側であり、第2の側はリーン側である。一方、第二実施形態において、第1の側はリーン側であり、第2の側はリッチ側である。

0094

<第三実施形態>
第三実施形態における内燃機関の排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における内燃機関の排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第三実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。

0095

第三実施形態では、空燃比制御装置は下流側空燃比センサ41の出力空燃比に基づいてリッチ側加振制御とリーン側加振制御とを交互に実行する。具体的には、空燃比制御装置は、リッチ側加振制御において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たときにリーン側加振制御を開始し、リーン側加振制御において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たときにリッチ側加振制御を開始する。第三実施形態における空燃比制御によって、上流側触媒20の酸素吸蔵量をゼロと最大酸素吸蔵量との間で変動させるときの排気エミッションの悪化をより一層抑制することができる。

0096

以下、図9を参照して、第三実施形態における空燃比制御について具体的に説明する。図9は、第三実施形態における空燃比制御が実行されるときの上流側空燃比センサ40の出力空燃比、下流側空燃比センサ41の出力空燃比及び排気エミッションのタイムチャートである。

0097

図9の例では、時刻t0において、リーン側加振制御が実行されている。時刻t0の後、リーン側加振制御によって上流側触媒20の酸素吸蔵量が徐々に増加して最大酸素吸蔵量に達する。これに伴い、時刻t1において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化する。また、時刻t1の後、上流側触媒20からNOxが流出する。しかしながら、リーン側加振制御において目標空燃比が理論空燃比を跨いで変動するため、下流側空燃比センサ41の出力空燃比は理論空燃比に再び戻り、上流側触媒20からNOxが一時的に流出する。

0098

時刻t1後の下流側空燃比センサ41の出力空燃比の変化では、出力空燃比がリーン判定空燃比AFleanに達していない。このため、リーン側加振制御が継続される。この結果、上流側触媒20の酸素吸蔵量が再び最大酸素吸蔵量に達し、時刻t2において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化する。

0099

上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達する回数が増えるにつれて、下流側空燃比センサ41の出力空燃比のリーン度合は大きくなる。しかしながら、時刻t2後の下流側空燃比センサ41の出力空燃比の変化においても出力空燃比がリーン判定空燃比AFleanに達しなかったため、リーン側加振制御が継続される。

0100

この結果、時刻t3において、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AFleanに達する。このため、時刻t3において、リーン側加振制御が終了し、リッチ側加振制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリッチな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。この例では、リッチ側加振制御における目標空燃比の振動中心のリッチ度合は、リーン側加振制御における目標空燃比の振動中心のリーン度合と等しい。また、この例では、リーン側加振制御及びリッチ側加振制御において、目標空燃比の振幅及び振動周期は等しい。

0101

時刻t3の後、リッチ側加振制御によって上流側触媒20の酸素吸蔵量が徐々に減少してゼロに達する。これに伴い、時刻t4において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に変化する。また、時刻t4の後、上流側触媒20から未燃ガスが流出する。しかしながら、リッチ側加振制御において目標空燃比が理論空燃比を跨いで変動するため、下流側空燃比センサ41の出力空燃比は理論空燃比に再び戻り、上流側触媒20から未燃ガスが一時的に流出する。

0102

時刻t4後の下流側空燃比センサ41の出力空燃比の変化では、出力空燃比がリッチ判定空燃比AFrichに達していない。このため、リッチ側加振制御が継続される。この結果、上流側触媒20の酸素吸蔵量が再びゼロに達し、時刻t5において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に変化する。

0103

上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロに達する回数が増えるにつれて、下流側空燃比センサ41の出力空燃比のリッチ度合は大きくなる。しかしながら、時刻t5後の下流側空燃比センサ41の出力空燃比の変化においても出力空燃比がリッチ判定空燃比AFrichに達しなかったため、リッチ側加振制御が継続される。

0104

この結果、時刻t6において、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AFrichに達する。このため、時刻t6において、リッチ側加振制御が終了し、リーン側加振制御が再び開始される。具体的には、理論空燃比よりもリーンな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。

0105

<空燃比制御>
以下、図10を参照して、第三実施形態における空燃比制御について詳細に説明する。図10は、第三実施形態における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。本制御ルーチンは、空燃比制御装置(本実施形態ではECU31)によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。

0106

最初に、ステップS301においてリッチ側加振制御中であるか否かが判定される。リッチ側加振制御中であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS302に進む。

0107

ステップS302では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比AFrich以下であるか否かが判定される。リッチ判定空燃比AFrichは、予め定められ、リッチ側加振制御における目標空燃比の振幅の最小値よりもリーンな値に設定される。

0108

ステップS302において下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichよりもリーンであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、リッチ側加振制御が継続される。

0109

一方、ステップS302において下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrich以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS103に進む。ステップS103では、リーン側加振制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリーンな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。目標空燃比の振動中心、振幅及び振動周期は予め定められる。ステップS303の後、本制御ルーチンは終了する。

0110

また、ステップS301においてリッチ側加振制御中ではないと判定された場合、すなわちリーン加振制御中であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS304に進む。ステップS304では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比AFlean以上であるか否かが判定される。リーン判定空燃比AFleanは、予め定められ、リーン側加振制御における目標空燃比の振幅の最大値よりもリッチな値に設定される。

0111

ステップS304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よりもリッチであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、リーン制御が継続される。

0112

一方、ステップS304において下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFlean以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS305に進む。ステップS305では、リッチ側加振制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリッチな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。目標空燃比の振動中心、振幅及び振動周期は予め定められる。ステップS305の後、本制御ルーチンは終了する。

0113

上述した第三実施形態における空燃比制御は以下のように表現される。空燃比制御装置は、理論空燃比に対して第1の側にずれた空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させる第1加振制御を実行し、第1加振制御において下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比に対して第1の側にずれた判定空燃比に達したときに、理論空燃比に対して第1の側とは反対側の第2の側にずれた空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させる第2加振制御を開始する。

0114

<その他の実施形態>
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明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。

0115

例えば、排気浄化装置は、上流側空燃比検出装置として、上流側空燃比センサ40の代わりに、流入排気ガスの空燃比がリッチ又はリーンであることを検出する酸素センサを備えていてもよい。また、排気浄化装置は、下流側空燃比検出装置として、下流側空燃比センサ41の代わりに、流入排気ガスの空燃比がリッチ又はリーンであることを検出する酸素センサを備えていてもよい。

0116

また、上流側空燃比センサ40が排気浄化装置から省略され、下流側空燃比センサ41の出力のみに基づいて空燃比制御が行われてもよい。この場合、上流側空燃比センサ40の出力に基づいて燃焼室5に供給する燃料量をフィードバック制御する代わりに、燃焼室5に供給される燃料と空気との比率が目標空燃比に一致するように、燃焼室5に供給する燃料量が制御される。具体的には、吸入空気量と目標空燃比とから算出された燃料量が燃焼室5に供給される。

0117

また、下流側触媒23は排気浄化装置から省略されてもよい。

0118

20上流側触媒
22排気管
31 ECU
41 下流側空燃比センサ

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