JP2001082221A - 多気筒エンジンの排気浄化装置 - Google Patents
多気筒エンジンの排気浄化装置Info
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- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
酸素センサからの信号に基づいて各気筒の排気ガス中の
酸素濃度を検出して、気筒別に燃料噴射量をフィードバ
ック制御する。 【解決手段】 各気筒の排気バルブ開時期EVO#1,
EVO#2,EVO#3から、遅れ角度SLAG後、遅
れ角度ELAGまでの特定クランク期間において、各気
筒の排気ガスが酸素センサ位置において支配的となる。
従って、酸素センサが常時出力している信号のうち、気
筒別に前記特定クランク角期間の信号のみを抽出し、気
筒別に抽出された信号のみを用いて、気筒別に燃料噴射
量を制御する。
Description
(内燃機関)の排気浄化装置に関し、特に酸素センサに
よる空燃比フィードバック制御を行って、排気低減を図
る排気浄化装置に関する。
への対応から、エンジンのエミッション低減を図るため
の排気浄化システムが構築されている。
配置し、更に触媒を有効活用するために、空燃比を理論
空燃比(ストイキ)付近に制御すべく、触媒上流に配置
した酸素センサを用い、その信号に基づいて燃料噴射量
を制御して、空燃比フィードバック制御を行っている。
気筒の吸気マニホールドの形状差や吸気バルブの動作バ
ラツキ等により吸気効率がばらつく。また、通常用いら
れているMPI方式(吸気系に各気筒毎にインジェクタ
を設ける方式)あるいは筒内直接噴射方式では、インジ
ェクタの個体差が生じる。従って、各気筒で空燃比がば
らつく。このため、酸素センサに対する排気ガスの当た
りが一様でなく、特定気筒の排気ガスに偏って酸素濃度
を検出すると、エンジン全体として見た時の酸素濃度と
大きく異なり、結果としてエンジントータルの空燃比が
理論空燃比からずれるおそれがある。
(従来例1)では、酸素センサを取付ける位置にボリュ
ーム(排気チャンバー)を設け、排気ガスを拡散させる
ことによって、各気筒の排気ガスが均等に当たるように
工夫している。
前記ボリュームに対する各気筒の排気導入口から酸素セ
ンサまでの距離を等しくすることが困難であるため、各
気筒の排気ガスが均等に当たる位置に酸素センサを設置
することは困難であった。
ガスを検出して、気筒毎に空燃比を制御することが試み
られている。
2)においては、各気筒の排気ガスを検出するために、
排気ガスが排気ポートから排出されてから酸素センサに
到達するまでの遅れを考慮して12ストローク後に各気
筒の排気ガスが検出できるような位置に酸素センサを設
置するようにしている。
運転条件によって排気ガスの流速が変化した場合には、
各気筒の排気ガスを検出することは困難であり、常に各
気筒の排気ガスを検出することは困難である。
来例3)においては、オブザーバ制御理論を用いて、各
気筒の排気ガスが酸素センサに存在する割合を実験的に
把握しておき、その割合から各気筒の空燃比をストイキ
に制御する手法が開示されている。
排気マニホールドのブランチ長さが等しい等長排気マニ
ホールドを基本に考えており、各気筒の排気ガスが酸素
センサに存在する割合が運転条件に応じて変化する非等
長排気マニホールドでは、精度良く各気筒の排気ガスを
検出することは困難であった。
例4)においては、非等長排気マニホールドにおいて各
気筒の排気ガスが酸素センサに存在する割合が運転条件
に応じて変化することを考慮して、制御に用いる酸素セ
ンサ出力のサンプリング値を運転条件に応じて変えてか
ら、オブザーバ制御理論を適用する手法が開示されてい
る。
オブザーバ制御理論を使って、各気筒の排気ガスが酸素
センサに存在する割合に基づいて各気筒の空燃比を算出
しているため、運転条件に応じて排気ガスが酸素センサ
に存在する割合が大きく変化する場合においては、精度
良く各気筒の空燃比をストイキに制御することは困難で
あった。
なされたもので、各気筒の排気ガスが酸素センサ位置に
存在する期間に着目して、酸素センサ出力信号から特定
クランク角期間の出力を取出して燃料噴射量の制御に用
いることにより、上記課題を解決した多気筒エンジンの
排気浄化装置を提供することを目的とする。
る発明では、排気系に配置される排気浄化用触媒の上流
に、排気空燃比を検出する酸素センサを有し、この酸素
センサからの信号に基づいてエンジンへの燃料噴射量を
制御して空燃比フィードバック制御を行う多気筒エンジ
ンの排気浄化装置において、図1に示すように、前記酸
素センサが常時出力している信号のうち、気筒別に特定
クランク角期間の信号のみを抽出する気筒別信号抽出手
段を設け、気筒別に抽出された信号のみを用いて、気筒
別に燃料噴射量を制御することを特徴とする。
ク角期間のクランク角度に対する相対位置を運転条件に
応じて変更することを特徴とする。請求項3に係る発明
では、前記特定クランク角期間の長さを運転条件に応じ
て変更することを特徴とする。
に各気筒の排気ガスが到達する時期を予測する排気ガス
到達時期予測手段を有し、前記排気ガス到達時期に基づ
いて、前記特定クランク角期間を算出することを特徴と
する。
達時期予測手段は、前記酸素センサに各気筒の排気ガス
が到達する時期を、エンジン回転数、負荷、排気バルブ
開時期及び排気ポート入口から酸素センサまでの距離か
ら算出することを特徴とする。
量のフィードバック制御は、酸素センサが常時出力して
いる信号のうちで、特定クランク角期間の信号のみを用
いている。この結果、各気筒の排気ガスの酸素濃度をそ
れぞれ別々に検出することができる。
に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御することに
より、各気筒の空燃比をストイキに制御することができ
る。その結果、排気系に設置した排気浄化用触媒を有効
活用することによって、エミッションを低減することが
できる。
のフィードバック制御に用いる酸素センサ出力信号の特
定クランク角期間のクランク角度に対する相対位置を運
転条件に応じて変えることとしている。これにより、エ
ンジン回転などが変化し、各気筒の排気ガスが酸素セン
サ位置に到達する時期が変化した場合においても、精度
良く各気筒の排気ガスの酸素濃度を検出することができ
る。
のフィードバック制御に用いる酸素センサ出力信号の特
定クランク角期間の長さを運転条件に応じて変えること
としている。これにより、エンジン負荷などが変化し、
各気筒の排気ガス流速が変化して、各気筒の排気ガスが
酸素センサに存在する期間が変化した場合においても、
精度良く各気筒の排気ガスの酸素濃度を検出することが
できる。
に各気筒の排気ガスが到達する時期を予測し、これに基
づいて、燃料噴射量のフィードバック制御に用いる酸素
センサ出力信号の特定クランク角期間を算出することと
している。これにより、各気筒の排気ガスが酸素センサ
に存在する期間を精度良く予測することができる。その
結果、各気筒の排気ガスが酸素センサに存在する期間が
変化するような場合においても、精度良く各気筒の排気
ガスの酸素濃度を検出することができる。
に各気筒の排気ガスが到達する時期を、エンジン回転
数、負荷、排気バルブ開時期及び排気ポート入口から酸
素センサまでの距離から算出することとしている。これ
により、非等長排気マニホールドの場合あるいは点火タ
イミングが不規則なエンジンにおいても、各気筒の排気
ガスが酸素センサに存在する期間を精度良く予測するこ
とができ、精度良く各気筒の排気ガスの酸素濃度を検出
することができる。
て説明する。尚、以下の実施形態では、エンジンを主に
3気筒として示しているが、これは多気筒エンジンを簡
便に示すために3気筒(あるいはV型6気筒エンジンの
片バンク)としたものであり、多気筒エンジンとして一
般的な4気筒、6気筒エンジンなどに適用できるもので
あることは言うまでもない。
る。エンジン(内燃機関)1は、吸気マニホールド2に
各気筒毎にインジェクタ(燃料噴射弁)3を有する。
尚、本実施形態ではMPI方式としたが、インジェクタ
3を各燃焼室内に臨ませて配置して筒内直接噴射式とし
てもよい。
気ガスの合流部より下流に排気空燃比(排気ガス中の酸
素濃度)を検出する酸素センサ5を有し、更に酸素セン
サ5の下流に排気浄化用触媒6を有する。尚、酸素セン
サ5は排気空燃比のリッチ・リーンに応じて出力がオン
オフ的に変化するものでもよいし、排気空燃比に応じて
出力が広範囲に変化する広域型のものでもよい。
センサ5からの信号に基づいて、エンジン1の各気筒の
空燃比がストイキになるように、各インジェクタ3の燃
料噴射量を制御する。
図により示す。ここで、各気筒(#1〜#3)の排気ポ
ート入口から酸素センサ5までの距離は互いに略等しく
なっている。また、酸素センサ5は各気筒の排気ガスが
均等に当る位置に設置されている。
速とセンサ部のガス濃度を模式的に示す。センサ部のガ
ス濃度はガスの主流が通過した後にはその気筒の排気ガ
ス濃度が支配的となる。従って、各気筒の排気ガス濃度
が支配的となっているクランク角期間のセンサ出力を取
出すことによって、各気筒の排気ガス中の酸素濃度を検
出することができる。そして、前記各気筒の排気ガス中
の酸素濃度に基づいた燃料噴射量の制御を行うことによ
って、各気筒の空燃比をストイキにフィードバック制御
することができる。
り示す。本フローが気筒別信号抽出手段に相当する。ス
テップ1(図にはS1と記す。以下同様)では、酸素セ
ンサ出力信号VO2を検出する。
を検出する。ステップ3では、各気筒の排気バルブ開時
期EVO#1,EVO#2,EVO#3を読込む。
期からの遅れ角度SLAG,ELAGを読込む。ここ
で、SLAGは各気筒の排気バルブ開時期から当該気筒
の排気ガスの支配が開始するまでの遅れ角度、ELAG
は各気筒の排気バルブ開時期から当該気筒の排気ガスの
支配が終了するまでの遅れ角度であり(図4参照)、予
め実験あるいは計算により求めておく。
を判断する。すなわち、ステップ5〜7のそれぞれにお
いて、現在のクランク角度CRANKが、各気筒につい
ての特定クランク角期間(酸素濃度検出期間)である、 EVO#1+SLAG<CRANK<EVO#1+ELAG EVO#2+SLAG<CRANK<EVO#2+ELAG EVO#3+SLAG<CRANK<EVO#3+ELAG のいずれかであるか否かを判定する。
O#1+ELAG(#1気筒の排気バルブ開時期EVO
#1より、遅れ角度SLAG後、遅れ角度ELAGま
で)の場合には、酸素センサにて#1気筒の排気ガスを
検出していることになるので、ステップ8へ進み、酸素
センサ出力信号VO2を#1気筒フィードバック制御用
信号VO2#1に入力することにより、#1気筒の燃料
噴射量の制御を行う。
O#2+ELAG(#2気筒の排気バルブ開時期EVO
#2より、遅れ角度SLAG後、遅れ角度ELAGま
で)の場合には、酸素センサにて#2気筒の排気ガスを
検出していることになるので、ステップ9へ進み、酸素
センサ出力信号VO2を#2気筒フィードバック制御用
信号VO2#2に入力することにより、#2気筒の燃料
噴射量の制御を行う。
O#3+ELAG(#3気筒の排気バルブ開時期EVO
#3より、遅れ角度SLAG後、遅れ角度ELAGま
で)の場合には、酸素センサにて#3気筒の排気ガスを
検出していることになるので、ステップ10へ進み、酸
素センサ出力信号VO2を#3気筒フィードバック制御
用信号VO2#3に入力することにより、#3気筒の燃
料噴射量の制御を行う。
の排気ガス中の酸素濃度を的確に検出することができ、
各気筒の空燃比をストイキにフィードバック制御するこ
とができる。
び図7により説明する。第2実施形態の構成は第1実施
形態(図2)と同じである。第2実施形態ではエンジン
回転の影響を考慮している。
転になった場合のセンサ部(酸素センサ位置)の流速と
センサ部のガス濃度を模式的に示している。エンジン回
転が高回転になっているため、単位クランク角当たりの
時間が短くなる。従って、図からわかるように、各気筒
の排気ガスがセンサ部に到達するまでに、より長いクラ
ンク角度を必要とする。そこで、各気筒の排気ガスが存
在している期間を算出するための遅れ角度SLAG,E
LAGをエンジン回転数で補正する。
ELAGの特性を示す。このようにエンジン回転数によ
ってSLAG,ELAGを補正することによって、各気
筒の排気ガス中の酸素濃度を精度良く検出できる。
5を用い、ステップ4での遅れ角度SLAG,ELAG
の読込みに際し、エンジン回転数から図7のテーブルを
参照する。
び図9により説明する。第3実施形態の構成は第1実施
形態(図2)と同じである。第3実施形態ではエンジン
負荷の影響を考慮している。
になった場合のセンサ部(酸素センサ位置)の流速とセ
ンサ部のガス濃度を模式的に示している。エンジン負荷
が低いため、排気ガスの流速が低くなっている。このた
め、図からわかるように、センサ部にガスが到達して、
センサ部の排気ガスが入れ替わるまでに、より長いクラ
ンク角度を必要とする。そこで、各気筒の排気ガスが存
在している期間を算出するための遅れ角度SLAG,E
LAGをエンジン負荷で補正する。
LAGの特性を示す。図4と図8の比較からわかるよう
にエンジン負荷が低くなる程、各気筒の排気ガスを検出
できるクランク角期間(ELAG−SLAG)が短くな
る。
G,ELAGを補正することによって、各気筒の排気ガ
ス中の酸素濃度を精度良く検出できる。制御のフローは
第1実施形態と同じく、図5を用い、ステップ4での遅
れ角度SLAG,ELAGの読込みに際し、エンジン負
荷から図9のテーブルを参照する。
合わせて、各気筒の排気ガスが存在している期間を算出
するための遅れ角度SLAG,ELAGをエンジン回転
数及び負荷で補正するようにすると更に良い。
〜図12により説明する。第4実施形態の排気マニホー
ルド4の構成を図10に示す。第4実施形態は排気ポー
ト入口から酸素センサ5までの距離L1,L2,L3
が、各気筒で異なる場合の例である。ここで、排気ポー
ト入口から酸素センサ5までの距離L1,L2,L3
は、#1>#2>#3(L1>L2>L3)の順で長く
なっている。
位置)の流速とセンサ部のガス濃度を模式的に示す。排
気ポート入口から酸素センサまでの距離の違いから予想
されるように、各気筒の排気バルブ開時期から当該気筒
の排気ガスが到達するまでの遅れ角度SLAGは、#1
>#2>#3の順で長くなっている。このため、酸素セ
ンサに排気ガスが存在する期間は気筒毎に異なる。そこ
で、図11に示すように遅れ角度SLAG,ELAGを
気筒毎に変える。
性を示す。排気ポート入口から酸素センサまでの距離が
異なるため、酸素センサに排気ガスが存在する期間(E
LAG−SLAG)は気筒毎に異なる。このように各気
筒の排気ポート入口から酸素センサまでの距離の差を考
慮することによって、各気筒の排気ガス中の酸素濃度を
精度良く検出できる。
5を用いるが、遅れ角度SLAG,ELAGは各気筒そ
れぞれ別の値(SLAG1〜SLAG3,ELAG1〜
ELAG3)を用いる。尚、これらの値をエンジン回転
数及び/又は負荷で補正するようにすると更に良い。
及び図14により説明する。第5実施形態の構成は第1
実施形態(図2)と同じである。第5実施形態は各気筒
の排気ガスの酸素センサに対する当たり方が異なる場合
の例である。排気マニホールドの形状が複雑化した場合
あるいはレイアウトの制約等から酸素センサを各気筒の
排気ガスが均等に当る位置に設置できない場合があるか
らである。
位置)の流速とセンサ部のガス濃度を模式的に示す。セ
ンサ部の流速からわかるようにセンサ部への排気ガスの
当たり方は、#1>#2>#3の順で強くなっている。
が到達するまでの遅れ角度SLAGが小さくなり、排気
ガスが酸素センサに存在する期間(ELAG−SLA
G)も長い。これに対して、排気ガスの当たりが弱い気
筒は、遅れ角度SLAGが長くなり、排気ガスが酸素セ
ンサに存在する期間(ELAG−SLAG)も短い。従
って、酸素濃度を検出する期間(ELAG−SLAG)
を気筒毎に最適化する必要がある。
性を示す。このように各気筒の酸素センサに対する排気
ガスの当たりの差を考慮し、酸素濃度検出期間及び位置
を変えることによって、各気筒の排気ガス中の酸素濃度
を精度良く検出できる。
5を用いるが、遅れ角度SLAG,ELAGは各気筒そ
れぞれ別の値(SLAG1〜SLAG3,ELAG1〜
ELAG3)を用いる。尚、これらの値をエンジン回転
数及び/又は負荷で補正するようにすると更に良い。
及び図16により説明する。第6実施形態の構成を図1
5に示す。図15はV型8気筒エンジンの排気マニホー
ルドを模式的に示したものである。空燃比制御はバンク
別に行っており、酸素センサ5は各バンク毎に設置して
いる。
タイミングが不規則な場合の例である。図15には括弧
付き数字で各気筒の点火順序を示してある。V型8気筒
エンジンでは点火タイミングが不規則なため、バンク毎
に考えた場合には、点火と点火の間の期間が各気筒で異
なる。
(酸素センサ位置)の流速とセンサ部のガス濃度を模式
的に示す。例えば#8気筒は次の点火気筒である#6気
筒までの間が長いため、酸素センサ位置に排気ガスが存
在するクランク角期間が長い。一方、#2気筒は排気ポ
ート入口から酸素センサまでの距離が長いこともあっ
て、排気ガスが酸素センサ位置に存在する期間が短い。
濃度検出期間及び位置を気筒毎に変える必要がある。具
体的には、排気バルブ開時期からの遅れ角度SLAG,
ELAGを気筒毎に設定すればよい。
様であるが、遅れ角度SLAG,ELAGは各気筒それ
ぞれ別の値を用いる。このようにバンク別に見た点火と
点火の間の気筒間差を考慮し、酸素濃度検出期間及び位
置を変えることによって、各気筒の排気ガス中の酸素濃
度を精度良く検出できる。
及び図18により説明する。第7実施形態の構成は第1
実施形態(図2)あるいは第4実施形態(図10)と同
じある。
排気ガスが到達する時期を予測して、特定クランク角期
間(酸素濃度検出期間)を設定するための遅れ角度SL
AG,ELAGを算出する。
5を用いるが、遅れ角度SLAG,ELAGの算出を図
17のフローで行う。本フローが排気ガス到達時期予測
手段に相当する。
荷Tを検出する。ステップ32では、エンジン回転数N
[rpm] より、1°CA当たりの時間CATIME[sec]
=(60/N)×(1/360)を計算する。
口から酸素センサまでの距離L1,L2,L3を読込
む。ステップ34では、エンジン回転数N及び負荷Tか
ら、図18のマップを参照して、排気ガス流速Vを読込
む。ここで、図18のマップを気筒別に設けることによ
り、各気筒の排気ガス流速V1,V2,V3を読込む。
排気バルブ開時期から各気筒の排気ガスが酸素センサに
到達するまでの遅れ角度LAG1,LAG2,LAG3
を算出する。
/V1は、排気ガスが排気ポート入口から酸素センサに
到達するまでの遅れ時間であり、これを1°CA当たり
の時間CATIMEで割ることにより、遅れ角度LAG
1を求めることができる。
時期EVO#1,EVO#2,EVO#3を読込む。ス
テップ37では、前記遅れ角度LAG1,LAG2,L
AG3を、そのまま、制御上の各気筒の酸素濃度検出期
間の開始時期を設定するための各気筒の遅れ角度SLA
G1=LAG1,SLAG2=LAG2,SLAG3=
LAG3とする。
各気筒の酸素濃度検出期間の終了時期を設定するための
各気筒の遅れ角度ELAG1,ELAG2,ELAG3
を算出する。
尚、αをエンジン回転数及び負荷に応じて変えてもよ
い。
が到達する時期を予測し、その結果から、酸素濃度検出
期間及び位置を算出することによって、各気筒の排気ガ
ス中の酸素濃度を精度良く検出できる。
性図
ート
性図
性図
特性図
図
特性図
図
特性図
ャート
Claims (5)
- 【請求項1】排気系に配置される排気浄化用触媒の上流
に、排気空燃比を検出する酸素センサを有し、この酸素
センサからの信号に基づいてエンジンへの燃料噴射量を
制御して空燃比フィードバック制御を行う多気筒エンジ
ンの排気浄化装置において、 前記酸素センサが常時出力している信号のうち、気筒別
に特定クランク角期間の信号のみを抽出する気筒別信号
抽出手段を設け、気筒別に抽出された信号のみを用い
て、気筒別に燃料噴射量を制御することを特徴とする多
気筒エンジンの排気浄化装置。 - 【請求項2】前記特定クランク角期間のクランク角度に
対する相対位置を運転条件に応じて変更することを特徴
とする請求項1記載の多気筒エンジンの排気浄化装置。 - 【請求項3】前記特定クランク角期間の長さを運転条件
に応じて変更することを特徴とする請求項1記載の多気
筒エンジンの排気浄化装置。 - 【請求項4】前記酸素センサに各気筒の排気ガスが到達
する時期を予測する排気ガス到達時期予測手段を有し、
前記排気ガス到達時期に基づいて、前記特定クランク角
期間を算出することを特徴とする請求項1〜請求項3の
いずれか1つに記載の多気筒エンジンの排気浄化装置。 - 【請求項5】前記排気ガス到達時期予測手段は、前記酸
素センサに各気筒の排気ガスが到達する時期を、エンジ
ン回転数、負荷、排気バルブ開時期及び排気ポート入口
から酸素センサまでの距離から算出することを特徴とす
る請求項4記載の多気筒エンジンの排気浄化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25971699A JP3972532B2 (ja) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | 多気筒エンジンの排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25971699A JP3972532B2 (ja) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | 多気筒エンジンの排気浄化装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2001082221A true JP2001082221A (ja) | 2001-03-27 |
JP3972532B2 JP3972532B2 (ja) | 2007-09-05 |
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ID=17337958
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25971699A Expired - Fee Related JP3972532B2 (ja) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | 多気筒エンジンの排気浄化装置 |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP3972532B2 (ja) |
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