CN103180586A - 内燃机的控制装置 - Google Patents
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Abstract
在进行EGR并进行与排气的氧浓度的检测结果相应的空燃比控制的内燃机中，在EGR的导入时，与非导入时相比，电子控制单元（20）进行内燃机控制，以使设置于排气管（3）中的前催化剂（14）上游的空燃比的检测值成为表示是更稀的空燃比的值。因此，控制空燃比跟随与EGR量的导入相应的窗口向稀侧的转移，并进行与EGR的导入状况相应的更准确的空燃比控制。
Description
技术领域
本发明涉及进行排气再循环并进行与排气的氧浓度的检测结果相应的空燃比控制的内燃机的控制装置。
背景技术
众所周知，作为适用于车载等的内燃机的控制，公知有对在气缸内燃烧的混合气体的空燃比（空气和燃料的比率）进行控制的空燃比控制。空燃比控制如下进行：从排气的氧浓度的检测结果求出燃烧后的混合气体的空燃比，并且对燃料喷射量反馈调整以使所求出的空燃比成为目标值。
而且，以往，作为进行空燃比控制的内燃机的控制装置，公知有专利文献1记载的装置。在该文献记载的装置中，在设置于排气管中的催化剂的上游设置有主空燃比传感器，在其下游设置有副氧传感器。而且，进行将主空燃比传感器的输出反馈给燃料喷射量的主反馈控制，以使催化剂上游的控制空燃比与目标空燃比一致。另外，一并进行将副氧传感器的输出反馈给燃料喷射量的副反馈控制，以使从催化剂流出的排气的空燃比成为理论空燃比。
此外，如该文献所记载的那样，催化剂能够适当地净化排气的空燃比的范围即窗口根据内燃机的运转状况而变化。公知有例如在内燃机的高负载运转时，最适合于排气净化的空燃比向偏浓侧变化。其理由如下。即，在高负载运转时，催化剂的每单位时间的氧流入量增加。在此，由于催化剂的氧吸留是物理现象，所以其速度非常快，但从催化剂的氧解吸是由化学反应引起的，所以其速度慢。因此，若大量的氧流入催化剂，则催化剂内的氧浓度变高，导致窗口向偏浓侧变化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-048711号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在车载等的内燃机中，有时进行使排气的一部分向进气中再循环的排气再循环（EGR：Exhaust Gas Recirculation）。根据EGR，由于仅向进气中追加惰性的排气，所以若是相同的负载，则无论EGR是否导入，每单位时间的催化剂的氧流入量都是恒定的。因此，若发动机负载不变，则无论EGR导入的情况如何，窗口都应该不变化。但是，根据发明人等进行的实验结果，下述情况被确认：与如上所述的以往的常识相反，根据EGR的导入状况，窗口产生变化。
图5示出了EGR的导入时和非导入时这两种情况下的发动机转速和EKAFCAT之间的关系。在此，EKAFCAT是表示在转速及负载恒定的状态下进行稳定运转时的空燃比控制的反馈积分项的饱和值的参数，窗口越偏向浓侧，EKAFCAT的值越大。例如理论空燃比和最适合于排气的净化的控制空燃比之间的关系使用该EKAFCAT时，由下式（1）表示。
理论空燃比×1/（1+EKAFCAT）=控制空燃比 …（1）
如该图所示，EKAFCAT的值即能够适当地进行排气净化的空燃比的窗口，根据EGR是否导入而大幅变化。此外，如上所述的倾向在结构不同的多种内燃机中已被确认。
另外，如图6所示，下述情况被确认：EGR量越增大，则EKAFCAT的值越小，窗口越向稀侧转移。此外，如上所述，理论上，EGR是否导入应该不会对窗口带来影响，关于成为如上所述的结果的机理，当前并不明确。
本发明是鉴于如上所述新发现的见解而研发的，其目的是提供能够进行与EGR的导入状况相应的更准确的空燃比控制的内燃机的控制装置。
用于解决课题的方案
为实现上述目的，本发明的内燃机的控制装置是进行排气再循环并进行与排气的氧浓度的检测结果相应的空燃比控制的内燃机的控制装置，其特征在于，在排气再循环量多时，与排气再循环量少时相比，所述内燃机的控制装置进行内燃机控制，以使设置于排气管中的催化剂的上游的空燃比的检测值成为表示是更稀的空燃比的值。
如上所述，下述情况被确认：随着排气再循环（EGR）量的增大，窗口即能够适当地净化排气的空燃比的范围向稀侧转移。关于这一点，在上述本发明的内燃机的控制装置中，在EGR量多时，与EGR量少时相比，进行内燃机控制，以使设置于排气管中的催化剂的上游的空燃比的检测值成为表示是更稀的空燃比的值。因此，控制空燃比跟随与EGR的导入相应的窗口的转移。因此，根据上述本发明的内燃机的控制装置，能够进行与EGR的导入状况相应的更准确的空燃比控制。
此外，上述那样的发动机控制能够通过与EGR的导入状况相应地调整目标空燃比来执行。更具体来说，在EGR的导入时，与非导入时相比，使目标空燃比为稀侧的值，或者EGR量越多，使目标空燃比越向稀侧的值变更，从而能够实施上述那样的发动机控制。
另外，为实现上述目的，本发明的另一个内燃机的控制装置是进行排气再循环并进行与排气的氧浓度的检测结果相应的空燃比控制的内燃机的控制装置，其特征在于，对空燃比控制中的目标空燃比进行与排气再循环的导入状况相应的反馈。
如上所述，根据EGR的导入状况，窗口即能够适当地净化排气的空燃比的范围产生变化。因此，若对空燃比控制中的目标空燃比，进行与EGR的导入状况相应的反馈，则能够使目标空燃比跟随与EGR的导入状况相应的窗口的变化。因此，根据上述本发明的内燃机的控制装置，能够进行与EGR的导入状况相应的更准确的空燃比控制。
此外，对空燃比控制中的目标空燃比进行的与EGR的导入状况相应的反馈能够如下进行：在EGR的导入时，与非导入时相比，使目标空燃比为稀侧的值。另外，如上所述的反馈还能够如下进行：EGR量越多，使目标空燃比越向更稀侧的值变更。
附图说明
图1是示意地表示本发明第一实施方式的控制装置所适用的内燃机的结构的简图。
图2是表示某发动机负载下的EGR导入时的目标空燃比及其非导入时的目标空燃比与发动机转速之间的关系的图表。
图3是第一实施方式的控制装置所采用的目标空燃比设定过程的流程图。
图4是本发明第二实施方式的内燃机的控制装置所采用的目标空燃比设定过程的流程图。
图5是表示EGR的导入时和非导入时这两种情况下的发动机转速和EKAFCAT之间的关系的图表。
图6是表示EGR量和EKAFCAT之间的关系的图表。
具体实施方式
（第一实施方式）
以下，参照图1～图3进行详细说明使本发明的内燃机的控制装置具体化的第一实施方式。此外，本实施方式的控制装置被适用于车载用的内燃机。
如图1所示，本实施方式的控制装置所适用的内燃机具有：进气管1，其供进气通过；燃烧室2，其供通过该进气管1被吸入的空气和燃料的混合气体燃烧；排气管3，其供通过燃烧产生的排气通过。
在内燃机的进气管1中，从其上游开始依次设置有净化进气的空气滤清器4、检测吸入空气量的空气流量计5、调节进气流量的节气门6、向进气中喷射供给燃料的喷油器7。而且，进气管1经由进气端口8与燃烧室2连接。此外，进气端口8和燃烧室2与进气门9的开闭相应地被连通、切断。
另外，在内燃机的燃烧室2，配置有对被导入到了该燃烧室2中的空气和燃料的混合气体进行点火的火花塞10。而且，燃烧室2经由排气端口11与排气管3连接。此外，燃烧室2和排气端口11与排气门12的开闭相应地被连通、切断。
而且，在内燃机的排气管3中，从其上游开始依次设置有：根据排气中的氧浓度来检测燃烧后的混合气体的空燃比的空燃比传感器13、净化排气的前催化剂14、根据排气中的氧浓度来检测燃烧后的混合气体的空燃比与理论空燃比相比是浓还是稀的氧传感器15、以及净化排气的后催化剂16。
另外，在该内燃机中，设置有用于使排气的一部分向进气中回流的排气再循环（EGR）通路17。EGR通路17从排气管3的前催化剂14和后催化剂16之间的部分被取出，其末端与进气管1的节气门6的下游部分连接。此外，在EGR通路17中，设置有：对再循环的排气进行冷却的EGR冷却器18和调节EGR量的EGR阀19。
如上所述的内燃机由电子控制单元20控制。电子控制单元20具有：实施与发动机控制相关的各种运算处理的中央运算处理装置（CPU）和存储控制用程序、数据的只读存储器（ROM）。另外，电子控制单元20具有：临时存储CPU的运算结果、传感器的检测结果等的随机存取存储器（RAM）、和作为与外部之间的信号交接的接口起作用的输入输出端口（I/O）。
在电子控制单元20的输入端口上，连接有上述空气流量计5、空燃比传感器13、氧传感器15、以及检测发动机转速的NE传感器21、检测加速踏板操作量的加速踏板传感器22和检测上述节气门6的开度的节气门传感器23等传感器。另外，在电子控制单元20的输出端口上，连接有以上述节气门6、喷油器7、火花塞10、EGR阀19为首的发动机控制用的促动器的驱动电路。
在如上所述构成的内燃机中，电子控制单元20基于空燃比传感器13及氧传感器15的输出进行空燃比控制。在此的空燃比控制是通过基于空燃比传感器13的输出的主反馈和基于氧传感器15的输出的副反馈这两个反馈实施的。具体来说，将空燃比传感器13的输出反馈给燃料喷射量（主反馈），以使前催化剂14上游的控制空燃比与目标空燃比一致。另外，与上述处理一并进行如下处理：将氧传感器15的输出反馈给燃料喷射量（副反馈），以使从前催化剂14流出的排气的空燃比成为理论空燃比，从而进行空燃比控制。
如上所述，下述情况被确认：根据EGR的导入状况，能够适当地净化排气的空燃比的范围即窗口产生变化。因此，在本实施方式中，在EGR的导入时，与非导入时相比，进行内燃机控制，以使设置在排气管3中的前催化剂14上游的空燃比的检测值成为表示是更稀的空燃比的值。更具体来说，在本实施方式中，在EGR的导入时，与非导入时相比，使上述主反馈的目标空燃比为稀侧的值，来执行上述那样的发动机控制。
图2示出了某发动机负载下的EGR导入时的目标空燃比及其非导入时的目标空燃比与发动机转速之间的关系。如该图所示，若发动机负载、发动机转速相同，则EGR导入时的目标空燃比被设定成与非导入时的目标空燃比相比更靠稀侧的值。
图3示出了上述那样的本实施方式所采用的目标空燃比设定过程的流程图。本过程的处理作为每规定控制周期的时间中断处理，在发动机运转过程中由电子控制单元20反复执行。
在本过程开始时，电子控制单元20首先在步骤S100中，确认EGR执行条件是否成立。在此，若EGR执行条件成立（S100：是），则电子控制单元20在步骤S101中，使用基于发动机负载及发动机转速的EGR导入时用的运算映射图算出目标空燃比。另外，若EGR执行条件不成立，则电子控制单元20在步骤S102中，使用基于发动机负载及发动机转速的EGR非导入时用的运算映射图算出目标空燃比。在此，EGR导入时用的运算映射图与EGR非导入时用的运算映射图相比，相同发动机负载、发动机转速下的目标空燃比被设定成更靠稀侧的值。因此，在本实施方式中，EGR导入时的目标空燃比被设定成与非导入时的目标空燃比相比更靠稀侧的值。
根据以上说明的本实施方式，能够发挥如下效果。
（1）在本实施方式中，在进行EGR并进行与排气的氧浓度的检测结果相应的空燃比控制的内燃机中，在EGR量的导入时，与非导入时相比，电子控制单元20进行内燃机控制，以使前催化剂14上游的空燃比的检测值成为表示是更稀的空燃比的值。如上所述，下述情况被确认：随着EGR量的增大，窗口即能够适当地净化排气的空燃比的范围向稀侧转移。关于这一点，在本实施方式中，在EGR的导入时，与非导入时相比，进行内燃机控制，以使设置在排气管3中的前催化剂14上游的空燃比的检测值成为表示是更稀的空燃比的值。因此，在本实施方式中，控制空燃比跟随与EGR的导入相应的窗口的转移，进行与EGR的导入状况相应的更准确的空燃比控制。
（2）在本实施方式中，与EGR的导入状况相应地调整目标空燃比。更具体来说，在EGR的导入时，与非导入时相比，使目标空燃比为稀侧的值。因此，能够准确地使控制空燃比跟随与EGR的导入相应的窗口的变化。
（3）在本实施方式中，在进行EGR并进行与排气的氧浓度的检测结果相应的空燃比控制的内燃机中，电子控制单元20对空燃比控制中的目标空燃比，进行与EGR的导入状况相应的反馈。更具体来说，在EGR的导入时，与非导入时相比，使目标空燃比为稀侧的值，由此，进行上述那样的反馈。如上所述，根据EGR的导入状况，窗口即能够适当地净化排气的空燃比的范围产生变化。因此，若对空燃比控制中的目标空燃比进行与EGR的导入状况相应的反馈，则能够使目标空燃比跟随与EGR的导入状况相应的窗口的变化。因此，根据本实施方式，能够进行与EGR的导入状况相应的更准确的空燃比控制。
（第二实施方式）
接着，一并参照图4详细说明使本发明的内燃机的控制装置具体化的第二实施方式。此外，本实施方式除了目标空燃比设定过程的内容不同以外，其他都是与第一实施方式通用的结构。因此，关于具有与第一实施方式相同的功能的部件，标注相同的附图标记并省略其详细说明。
如图6所示，即便在EGR的导入时，根据EGR量的多少，能够适当地净化排气的窗口也产生变化。具体来说，EGR量越多，窗口越向稀侧转移。因此，在本实施方式中，通过与EGR量的增大相应地将目标空燃比向稀侧的值变更，能够进行与EGR的导入状况相应的更准确的空燃比控制。
图4示出了如上所述的本实施方式所采用的目标空燃比设定过程的流程图。本过程的处理作为每规定控制周期的时间中断处理，在发动机运转过程中由电子控制单元20反复执行。
在本过程开始时，电子控制单元20首先在步骤S200中，算出现状的发动机转速NE及发动机负载KL下的EGR非导入时的目标空燃比F（NE，KL）。
另外，在接下来的步骤S201中，电子控制单元20算出现状的发动机转速NE及发动机负载KL下的EGR全导入时的目标空燃比G（NE，KL）。需要说明的是，EGR的全导入是指在EGR阀19完全打开的状态下，使现状的发动机转速及发动机负载的稳定运转持续时的EGR的导入状况。另外，如上所述，在EGR的导入时，与非导入时相比，窗口向稀侧转移。因此，EGR全导入时的目标空燃比G（NE，KL）比EGR非导入时的目标空燃比F（NE，KL）稀。
接着，电子控制单元20在之后的步骤S202中，算出EGR全导入时的EGR量与现状的EGR量之比γ。接着，电子控制单元20在接下来的步骤S203中，基于下式（2）算出目标空燃比EABYFREF。
EABYFREF=γ×G（NE，KL）+（1-γ）×F（NE，KL） …（2）
根据以上说明的本实施方式，能够发挥如下效果。
（4）在本实施方式中，在进行EGR并进行与排气的氧浓度的检测结果相应的空燃比控制的内燃机中，在EGR量多时，与EGR量少时相比，电子控制单元20进行内燃机控制，以使设置于排气管中的催化剂上游的空燃比的检测值成为表示是更稀的空燃比的值。如上所述，下述情况被确认：随着EGR量的增大，窗口即能够适当地净化排气的空燃比的范围向稀侧转移。关于这一点，在本实施方式中，EGR量多时，与EGR量少时相比，进行内燃机控制，以使设置在排气管3中的前催化剂14上游的空燃比的检测值成为表示是更稀的空燃比的值。因此，控制空燃比能够跟随与EGR的导入相应的窗口的转移，能够进行与EGR的导入状况相应的更准确的空燃比控制。
（5）在本实施方式中，与EGR的导入状况相应地调整目标空燃比。更具体来说，EGR量越多，使目标空燃比越向稀侧的值变更。因此，能够准确地使控制空燃比跟随与EGR的导入相应的窗口的变化。
（6）在本实施方式中，在进行EGR并进行与排气的氧浓度的检测结果相应的空燃比控制的内燃机中，电子控制单元20对空燃比控制中的目标空燃比，进行与EGR的导入状况相应的反馈。具体来说，EGR量的增大越多，使目标空燃比越向更稀侧的值变更，从而进行如上所述的反馈。如上所述，根据EGR的导入状况，窗口即能够适当地净化排气的空燃比的范围产生变化。因此，若对空燃比控制中的目标空燃比进行与EGR的导入状况相应的反馈，则能够使目标空燃比跟随与EGR的导入状况相应的窗口的变化。因此，根据本实施方式，能够进行与EGR的导入状况相应的更准确的空燃比控制。
以上说明的各实施方式还能够如下地变更实施。
在上述实施方式中，通过与EGR的导入状况相应的目标空燃比的操作，在EGR量多时，与EGR量少时相比，执行了使前催化剂14上游的空燃比的检测值成为表示是更稀的空燃比的值这样的发动机控制。如上所述的发动机控制还能够通过以下的A～D所示的方式进行。
A.燃料喷射量的操作
与空燃比反馈修正不同，通过进行与EGR的导入状况相应的燃料喷射量的修正，也能够调整前催化剂14上游的空燃比的检测值。因此，通过与EGR的导入状况相应地修正燃料喷射量，也能够执行上述那样的发动机控制。具体来说，在EGR的导入时，与非导入时相比，减小燃料喷射量，或者与EGR量的增大相应地减小燃料喷射量，从而能够进行上述那样的发动机控制。
B.氧传感器15的输出的浓/稀的判定值的操作
根据设置在排气管3中的氧传感器15的输出的浓/稀的判定值的操作，也能够调整前催化剂14上游的空燃比的检测值。例如使上述判定值偏向稀侧时，能够使前催化剂14上游的空燃比的检测值向稀侧偏移。因此，与EGR的导入状况相应地变更氧传感器15输出的浓/稀的判定值，从而也能够执行上述那样的发动机控制。具体来说，在EGR的导入时，与非导入时相比，使上述判定值为稀侧的值，或者与EGR量的增大相应地使上述判定值向稀侧的值变更，从而能够进行上述那样的发动机控制。
C.燃料喷射量的反馈增益的操作
根据空燃比控制中的燃料喷射量的反馈增益的操作，也能够调整前催化剂14上游的空燃比的检测值。例如若增大使空燃比向稀侧变化时的反馈增益，则前催化剂14上游的空燃比的检测值向稀侧转移。因此，与EGR的导入状况相应地变更空燃比控制中的燃料喷射量的反馈增益，也能够执行上述那样的发动机控制。具体来说，在EGR的导入时，与非导入时相比，增大使空燃比向稀侧变化时的反馈增益，或者与EGR量的增大相应地增大使空燃比向稀侧变化时的反馈增益，从而能够进行上述那样的发动机控制。
D.空燃比传感器13的输出的操作
通过修正空燃比传感器13的输出，也能够调整前催化剂14上游的空燃比的检测值。例如若基于使空燃比传感器13的输出向稀侧修正的情况来进行空燃比的主反馈，则前催化剂14上游的空燃比的检测值向稀侧转移。因此，即便与EGR的导入状况相应地修正空燃比传感器13的输出，也能够执行上述那样的发动机控制。具体来说，在EGR的导入时，使空燃比传感器13的输出向稀侧修正，或者与EGR量的增大相应地增大空燃比传感器13的输出向稀侧的修正量，从而能够进行上述那样的发动机控制。
只要是进行EGR并进行与排气的氧浓度的检测结果相应的空燃比控制的内燃机，本发明的控制装置也能够同样地适用于与图1所示的结构不同的结构的内燃机。另外，本发明的控制装置也能够同样地适用于车载以外的内燃机。
附图标记说明
1 进气管，2 燃烧室，3 排气管，4 空气滤清器，5 空气流量计，6 节气门，7 喷油器，8 进气端口，9 进气门，10 火花塞，11 排气端口，12 排气门，13 空燃比传感器，14 前催化剂，15 氧传感器，16 后催化剂，17 EGR通路，18 EGR冷却器，19 EGR阀，20 电子控制单元，21 NE传感器，22 加速踏板传感器，23 节气门传感器。
Claims (6)
1.一种内燃机的控制装置，进行排气再循环并进行与排气的氧浓度的检测结果相应的空燃比控制，其特征在于，
在排气再循环量多时，与排气再循环量少时相比，所述内燃机的控制装置进行内燃机控制，以使设置于排气管中的催化剂的上游的空燃比的检测值成为表示是更稀的空燃比的值。
2.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，在排气再循环的导入时，与非导入时相比，使目标空燃比为稀侧的值。
3.如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，排气再循环量越多，使所述目标空燃比越向稀侧的值变更。
4.一种内燃机的控制装置，进行排气再循环并进行与排气的氧浓度的检测结果相应的空燃比控制，其特征在于，
所述内燃机的控制装置对所述空燃比控制中的目标空燃比进行与排气再循环的导入状况相应的反馈。
5.如权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，在排气再循环的导入时，与非导入时相比，使目标空燃比为稀侧的值。
6.如权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，排气再循环量越多，使目标空燃比越向更稀侧的值变更。
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