JP2001182595A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
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- JP2001182595A JP2001182595A JP37254399A JP37254399A JP2001182595A JP 2001182595 A JP2001182595 A JP 2001182595A JP 37254399 A JP37254399 A JP 37254399A JP 37254399 A JP37254399 A JP 37254399A JP 2001182595 A JP2001182595 A JP 2001182595A
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 最終的なHC、CO成分の濃度が数十ppm
以下となるような低エミッションを実現した排気浄化装
置において、排気系最下流の触媒の下流側に配置したセ
ンサの出力に基づいて、空燃比制御の補正を適切に行
い、良好な排気特性を維持する。 【解決手段】 排気系最上流の三元触媒14の上流側及
び最下流の三元触媒17の下流側に、それぞれ酸素濃度
センサ18及び20が設けられている。酸素濃度センサ
20の出力VO2が所定電圧VO2H2を越えるとき
は、その出力VO2に応じて、補正係数KCMDLSを
算出し(S12,S13)、この補正係数KCMDLS
により、目標空燃比係数KCMDを補正する(S1
6)。酸素濃度センサ20が、未燃成分濃度が非常に低
い状態で、水性ガス反応により生成される水素の濃度の
増加を検出できる点を利用する。
以下となるような低エミッションを実現した排気浄化装
置において、排気系最下流の触媒の下流側に配置したセ
ンサの出力に基づいて、空燃比制御の補正を適切に行
い、良好な排気特性を維持する。 【解決手段】 排気系最上流の三元触媒14の上流側及
び最下流の三元触媒17の下流側に、それぞれ酸素濃度
センサ18及び20が設けられている。酸素濃度センサ
20の出力VO2が所定電圧VO2H2を越えるとき
は、その出力VO2に応じて、補正係数KCMDLSを
算出し(S12,S13)、この補正係数KCMDLS
により、目標空燃比係数KCMDを補正する(S1
6)。酸素濃度センサ20が、未燃成分濃度が非常に低
い状態で、水性ガス反応により生成される水素の濃度の
増加を検出できる点を利用する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気を
浄化する複数の排気浄化触媒を有する排気浄化装置に関
し、特に排気中の未燃成分濃度を数十ppm以下のレベ
ルまで低減することができるものに関する。
浄化する複数の排気浄化触媒を有する排気浄化装置に関
し、特に排気中の未燃成分濃度を数十ppm以下のレベ
ルまで低減することができるものに関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関から排出される成分(HC,C
O,NOx)を酸化還元する三元触媒を排気系に複数配
置して、排気中の不要成分をより低減すること、及びこ
れらの三元触媒の上流側と下流側とに酸素濃度センサを
設け、上流側センサの出力に基づいて空燃比を制御する
メインフィードバック制御を実行するとともに、下流側
センサ出力に基づいてメインフィードバック制御を補正
するサブフィードバック制御を実行することは従来より
知られている。
O,NOx)を酸化還元する三元触媒を排気系に複数配
置して、排気中の不要成分をより低減すること、及びこ
れらの三元触媒の上流側と下流側とに酸素濃度センサを
設け、上流側センサの出力に基づいて空燃比を制御する
メインフィードバック制御を実行するとともに、下流側
センサ出力に基づいてメインフィードバック制御を補正
するサブフィードバック制御を実行することは従来より
知られている。
【0003】また三元触媒では、排気中の未燃成分(H
C、CO)と水(H2O)とが反応して、水素(H2)と
二酸化炭素(CO2)とを生成する水性ガス反応が起き
るため、排気系の最下流に配置された三元触媒の下流側
では、水素濃度が高くなる傾向がある。そして酸素濃度
センサの周辺で水素濃度が高くなると、センサ出力は、
実際の酸素濃度より低濃度側にシフトし、その結果、上
記サブフィードバック制御の精度が低下するという問題
が発生する。
C、CO)と水(H2O)とが反応して、水素(H2)と
二酸化炭素(CO2)とを生成する水性ガス反応が起き
るため、排気系の最下流に配置された三元触媒の下流側
では、水素濃度が高くなる傾向がある。そして酸素濃度
センサの周辺で水素濃度が高くなると、センサ出力は、
実際の酸素濃度より低濃度側にシフトし、その結果、上
記サブフィードバック制御の精度が低下するという問題
が発生する。
【0004】この問題を解決するため、特開平8−31
9822号公報には、酸素蓄積能力を有する酸化セリウ
ム(CeO2)の担持量を、三元触媒の位置に応じて変
更する技術が示されている。すなわち、下流側の三元触
媒の酸化セリウム担持量を、上流側三元触媒の酸化セリ
ウム担持量より少なくすることにより、水性ガス反応を
抑制し、触媒下流側における水素濃度の増加を抑えるよ
うにしている。
9822号公報には、酸素蓄積能力を有する酸化セリウ
ム(CeO2)の担持量を、三元触媒の位置に応じて変
更する技術が示されている。すなわち、下流側の三元触
媒の酸化セリウム担持量を、上流側三元触媒の酸化セリ
ウム担持量より少なくすることにより、水性ガス反応を
抑制し、触媒下流側における水素濃度の増加を抑えるよ
うにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空燃比
制御の精度を向上させるとともに、三元触媒の数を増や
すことにより排気浄化性能を向上させると(最終的なH
C,CO成分の濃度を数十ppm以下程度ととする
と)、空燃比がリッチ側に多少ずれたとしても最下流の
三元触媒の下流側では、排気中のHC、CO成分(通常
未燃成分と呼ばれる酸化可能な成分)の濃度が極端に低
いため、また酸素の濃度も極端に低いため、酸素濃度セ
ンサの出力変化が不十分なものとなり、従来のサブフィ
ードバック制御を実行することができなくなる。すなわ
ち、理論空燃比を境として出力電圧が急変するいわゆる
二値型の酸素濃度センサは、白金電極の表面で排気中の
未燃成分が酸化されることにより、出力電圧が変化する
ものであるため、未燃成分の濃度が極端に低下すると、
十分な出力電圧の変化が得られなくなり、前記サブフィ
ードバック制御を実行することが困難となる。この場
合、上記特開平8−319822号に示されるような手
法で水性ガス反応を抑制することにより、多少は改善で
きるが十分な効果を得ることは困難である。
制御の精度を向上させるとともに、三元触媒の数を増や
すことにより排気浄化性能を向上させると(最終的なH
C,CO成分の濃度を数十ppm以下程度ととする
と)、空燃比がリッチ側に多少ずれたとしても最下流の
三元触媒の下流側では、排気中のHC、CO成分(通常
未燃成分と呼ばれる酸化可能な成分)の濃度が極端に低
いため、また酸素の濃度も極端に低いため、酸素濃度セ
ンサの出力変化が不十分なものとなり、従来のサブフィ
ードバック制御を実行することができなくなる。すなわ
ち、理論空燃比を境として出力電圧が急変するいわゆる
二値型の酸素濃度センサは、白金電極の表面で排気中の
未燃成分が酸化されることにより、出力電圧が変化する
ものであるため、未燃成分の濃度が極端に低下すると、
十分な出力電圧の変化が得られなくなり、前記サブフィ
ードバック制御を実行することが困難となる。この場
合、上記特開平8−319822号に示されるような手
法で水性ガス反応を抑制することにより、多少は改善で
きるが十分な効果を得ることは困難である。
【0006】また、酸素濃度センサを最下流の触媒の下
流側ではなく、複数の三元触媒の中間(例えば3つの三
元触媒を配置する場合に、最下流の三元触媒の上流側)
に配置する手法も知られているが、これでは最終的に排
出される排気の状態を確認できないため、酸素濃度セン
サより下流側の触媒の劣化により、排気特性が悪化する
可能性がある。
流側ではなく、複数の三元触媒の中間(例えば3つの三
元触媒を配置する場合に、最下流の三元触媒の上流側)
に配置する手法も知られているが、これでは最終的に排
出される排気の状態を確認できないため、酸素濃度セン
サより下流側の触媒の劣化により、排気特性が悪化する
可能性がある。
【0007】本発明はこの点に着目してなされたもので
あり、最終的な未燃成分の濃度が数十ppm以下となる
ような低エミッション特性を実現するとともに、排気系
最下流の触媒の下流側に配置したセンサの出力に基づい
て、空燃比制御の補正を適切に行い、低エミッション特
性を常に維持することができる排気浄化装置を提供する
ことを目的とする。
あり、最終的な未燃成分の濃度が数十ppm以下となる
ような低エミッション特性を実現するとともに、排気系
最下流の触媒の下流側に配置したセンサの出力に基づい
て、空燃比制御の補正を適切に行い、低エミッション特
性を常に維持することができる排気浄化装置を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項1に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けら
れ、排気を浄化する複数の触媒手段を有する排気浄化装
置において、前記排気系の最上流に配置された触媒手段
の上流側に配置され、排気中の特定成分の濃度を検出す
る最上流検出手段と、前記排気系の最下流に配置された
触媒手段の下流側に配置され、排気中の特定成分の濃度
を検出する最下流検出手段と、前記機関に供給する混合
気の目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、前記
最上流検出手段の出力を用いて前記混合気の空燃比が前
記目標空燃比と一致するようにフィードバック制御する
フィードバック制御手段と、前記最下流検出手段の出力
が所定値を越える場合のみ、前記目標空燃比設定手段に
より設定された目標空燃比を、前記最下流検出手段の出
力に応じて補正する目標空燃比補正手段とを備えること
を特徴とする。
請求項1に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けら
れ、排気を浄化する複数の触媒手段を有する排気浄化装
置において、前記排気系の最上流に配置された触媒手段
の上流側に配置され、排気中の特定成分の濃度を検出す
る最上流検出手段と、前記排気系の最下流に配置された
触媒手段の下流側に配置され、排気中の特定成分の濃度
を検出する最下流検出手段と、前記機関に供給する混合
気の目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、前記
最上流検出手段の出力を用いて前記混合気の空燃比が前
記目標空燃比と一致するようにフィードバック制御する
フィードバック制御手段と、前記最下流検出手段の出力
が所定値を越える場合のみ、前記目標空燃比設定手段に
より設定された目標空燃比を、前記最下流検出手段の出
力に応じて補正する目標空燃比補正手段とを備えること
を特徴とする。
【0009】この構成によれば、最上流検出手段の出力
を用いて空燃比が目標空燃比と一致するようにフィード
バック制御が実行されるとともに、最下流検出手段の出
力が所定値を越える場合のみ、最下流検出手段の出力に
応じて目標空燃比が補正される。最下流検出手段の出力
が所定値を越える場合は、触媒手段における水性ガス反
応によって、最下流の触媒手段の下流側で水素濃度が高
くなっていることを示すので、この場合のみその最下流
検出手段の出力に応じて目標空燃比を補正することによ
り、未燃成分の微少な増加に対応した目標空燃比の修正
を行うことができ、最終的な排気中の未燃成分濃度を常
に低レベルに維持することが可能となる。
を用いて空燃比が目標空燃比と一致するようにフィード
バック制御が実行されるとともに、最下流検出手段の出
力が所定値を越える場合のみ、最下流検出手段の出力に
応じて目標空燃比が補正される。最下流検出手段の出力
が所定値を越える場合は、触媒手段における水性ガス反
応によって、最下流の触媒手段の下流側で水素濃度が高
くなっていることを示すので、この場合のみその最下流
検出手段の出力に応じて目標空燃比を補正することによ
り、未燃成分の微少な増加に対応した目標空燃比の修正
を行うことができ、最終的な排気中の未燃成分濃度を常
に低レベルに維持することが可能となる。
【0010】前記複数の触媒浄化手段は、前記最下流の
触媒手段の下流側における未燃成分濃度を数十ppm以
下とする浄化性能を有するものである。また、前記最下
流検出手段は、その出力が理論空燃比近傍で急変する特
性を有する酸素濃度センサとすることが望ましい。
触媒手段の下流側における未燃成分濃度を数十ppm以
下とする浄化性能を有するものである。また、前記最下
流検出手段は、その出力が理論空燃比近傍で急変する特
性を有する酸素濃度センサとすることが望ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図1は、本発明の実施の一形態にか
かる内燃機関(以下「エンジン」という)及びその排気
浄化装置の全体構成図であり、例えば4気筒のエンジン
1の吸気管2の途中にはスロットル弁3が配されてい
る。スロットル弁3にはスロットル弁開度(θTH)セ
ンサ4が連結されており、当該スロットル弁3の開度に
応じた電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロ
ールユニット(以下「ECU」という)5に供給する。
参照して説明する。図1は、本発明の実施の一形態にか
かる内燃機関(以下「エンジン」という)及びその排気
浄化装置の全体構成図であり、例えば4気筒のエンジン
1の吸気管2の途中にはスロットル弁3が配されてい
る。スロットル弁3にはスロットル弁開度(θTH)セ
ンサ4が連結されており、当該スロットル弁3の開度に
応じた電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロ
ールユニット(以下「ECU」という)5に供給する。
【0012】燃料噴射弁6はエンジン1とスロットル弁
3との間かつ吸気管2の図示しない吸気弁の少し上流側
に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃
料ポンプに接続されていると共にECU5に電気的に接
続されて当該ECU5からの信号により燃料噴射弁6の
開弁時間が制御される。
3との間かつ吸気管2の図示しない吸気弁の少し上流側
に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃
料ポンプに接続されていると共にECU5に電気的に接
続されて当該ECU5からの信号により燃料噴射弁6の
開弁時間が制御される。
【0013】一方、スロットル弁3の直ぐ下流には吸気
管内絶対圧(PBA)センサ8が設けられており、この
絶対圧センサ8により電気信号に変換された絶対圧信号
は前記ECU5に供給される。また、その下流には吸気
温(TA)センサ9が取付けられており、吸気温TAを
検出して対応する電気信号を出力してECU5に供給す
る。
管内絶対圧(PBA)センサ8が設けられており、この
絶対圧センサ8により電気信号に変換された絶対圧信号
は前記ECU5に供給される。また、その下流には吸気
温(TA)センサ9が取付けられており、吸気温TAを
検出して対応する電気信号を出力してECU5に供給す
る。
【0014】エンジン1の本体に装着されたエンジン水
温(TW)センサ10はサーミスタ等から成り、エンジ
ン水温(冷却水温)TWを検出して対応する温度信号を
出力してECU5に供給する。エンジン1の図示しない
カム軸周囲又はクランク軸周囲には、エンジン回転数
(NE)センサ11及び気筒判別(CYL)センサ12
が取り付けられている。エンジン回転数センサ11は、
エンジン1の各気筒の吸入行程開始時の上死点(TD
C)に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で
(4気筒エンジンではクランク角180゜毎に)TDC
信号パルスを出力し、気筒判別センサ12は、特定の気
筒の所定クランク角度位置で気筒判別信号パルスを出力
するものであり、これらの各信号パルスはECU5に供
給される。
温(TW)センサ10はサーミスタ等から成り、エンジ
ン水温(冷却水温)TWを検出して対応する温度信号を
出力してECU5に供給する。エンジン1の図示しない
カム軸周囲又はクランク軸周囲には、エンジン回転数
(NE)センサ11及び気筒判別(CYL)センサ12
が取り付けられている。エンジン回転数センサ11は、
エンジン1の各気筒の吸入行程開始時の上死点(TD
C)に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で
(4気筒エンジンではクランク角180゜毎に)TDC
信号パルスを出力し、気筒判別センサ12は、特定の気
筒の所定クランク角度位置で気筒判別信号パルスを出力
するものであり、これらの各信号パルスはECU5に供
給される。
【0015】排気管13にはエンジン1の排気マニホー
ルドの直ぐ下流に配置される直下三元触媒14と、該直
下三元触媒14より下流側に若干離れて配置される第1
〜第3の床下三元触媒15,16,17とが設けられて
いる。直下三元触媒14は、例えば1.0リットル程度
の容積を有し、酸素貯蔵能力を有するセリア(Ce
O2、酸化セリウム)が、700g/cft(グラム/
立方フィート)程度の割合で添加されている。1cft
≒28.317リットルであるので、700g/cft
≒25g/リットルである。また、第1及び第2の床下
三元触媒15、16は、例えばそれぞれ0.7リットル
程度の容積を有し、第1の床下三元触媒15にはセリア
が添加されておらず、第2の床下三元触媒16には、1
500g/cft程度の割合でセリア添加されている。
セリアを添加することにより、セリアを触媒とする水性
ガス反応によりNOxを還元して浄化しうるので、NO
x浄化ウインドウが広がり、リーン空燃比においてもN
Oxの浄化率も向上させることができる。
ルドの直ぐ下流に配置される直下三元触媒14と、該直
下三元触媒14より下流側に若干離れて配置される第1
〜第3の床下三元触媒15,16,17とが設けられて
いる。直下三元触媒14は、例えば1.0リットル程度
の容積を有し、酸素貯蔵能力を有するセリア(Ce
O2、酸化セリウム)が、700g/cft(グラム/
立方フィート)程度の割合で添加されている。1cft
≒28.317リットルであるので、700g/cft
≒25g/リットルである。また、第1及び第2の床下
三元触媒15、16は、例えばそれぞれ0.7リットル
程度の容積を有し、第1の床下三元触媒15にはセリア
が添加されておらず、第2の床下三元触媒16には、1
500g/cft程度の割合でセリア添加されている。
セリアを添加することにより、セリアを触媒とする水性
ガス反応によりNOxを還元して浄化しうるので、NO
x浄化ウインドウが広がり、リーン空燃比においてもN
Oxの浄化率も向上させることができる。
【0016】直下三元触媒14の上流位置には、最上流
検出手段としての比例型空燃比センサ18(以下「LA
Fセンサ18」という)が装着されており、このLAF
センサ18は排気中の酸素濃度(空燃比)にほぼ比例し
た電気信号を出力し、ECU5に供給する。
検出手段としての比例型空燃比センサ18(以下「LA
Fセンサ18」という)が装着されており、このLAF
センサ18は排気中の酸素濃度(空燃比)にほぼ比例し
た電気信号を出力し、ECU5に供給する。
【0017】第3の床下三元触媒17の下流位置には、
最下流検出手段としての二値型酸素濃度センサ(以下
「O2センサ」という)20が装着されており、O2セ
ンサ20の検出信号はECU5に供給される。このO2
センサ20は、その出力が理論空燃比の前後において急
激に変化する特性を有し、その出力は理論空燃比よりリ
ッチ側で高レベルとなり、リーン側で低レベルとなる。
最下流検出手段としての二値型酸素濃度センサ(以下
「O2センサ」という)20が装着されており、O2セ
ンサ20の検出信号はECU5に供給される。このO2
センサ20は、その出力が理論空燃比の前後において急
激に変化する特性を有し、その出力は理論空燃比よりリ
ッチ側で高レベルとなり、リーン側で低レベルとなる。
【0018】また大気圧PAを検出する大気圧センサ2
2が設けられており、その検出信号がECU5に供給さ
れる。ECU5は、各種センサからの入力信号波形を整
形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号
値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回
路5a、中央演算処理回路(以下「CPU」という)5
b、CPU5bで実行される各種演算プログラム及び演
算結果等を記憶する記憶手段5c、前記燃料噴射弁6に
駆動信号を供給する出力回路5d等から構成される。
2が設けられており、その検出信号がECU5に供給さ
れる。ECU5は、各種センサからの入力信号波形を整
形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号
値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回
路5a、中央演算処理回路(以下「CPU」という)5
b、CPU5bで実行される各種演算プログラム及び演
算結果等を記憶する記憶手段5c、前記燃料噴射弁6に
駆動信号を供給する出力回路5d等から構成される。
【0019】CPU5bは、上述の各種エンジンパラメ
ータ信号に基づいて、種々のエンジン運転状態を判別す
るとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、
次式(1)に基づき、前記TDC信号パルスに同期して
駆動される燃料噴射弁6の燃料噴射時間TOUTを演算
する。 TOUT=TiM×KCMD×KLAF×K1+K2…(1) ここに、TiMは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁6
の基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数NE及び吸
気管内絶対圧PBAに応じて設定されたTiマップを検
索して決定される。Tiマップは、エンジン回転数NE
及び吸気管内絶対圧PBAに対応する運転状態におい
て、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃
比になるように設定されている。
ータ信号に基づいて、種々のエンジン運転状態を判別す
るとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、
次式(1)に基づき、前記TDC信号パルスに同期して
駆動される燃料噴射弁6の燃料噴射時間TOUTを演算
する。 TOUT=TiM×KCMD×KLAF×K1+K2…(1) ここに、TiMは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁6
の基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数NE及び吸
気管内絶対圧PBAに応じて設定されたTiマップを検
索して決定される。Tiマップは、エンジン回転数NE
及び吸気管内絶対圧PBAに対応する運転状態におい
て、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃
比になるように設定されている。
【0020】KCMDは目標空燃比係数であり、エンジ
ン回転数NE、スロットル弁開度θTH、エンジン水温
TW等のエンジン運転パラメータに応じて設定される。
目標空燃比係数KCMDは、空燃比A/Fの逆数、すな
わち燃空比F/Aに比例し、理論空燃比のとき値1.0
をとるので、目標当量比ともいう。
ン回転数NE、スロットル弁開度θTH、エンジン水温
TW等のエンジン運転パラメータに応じて設定される。
目標空燃比係数KCMDは、空燃比A/Fの逆数、すな
わち燃空比F/Aに比例し、理論空燃比のとき値1.0
をとるので、目標当量比ともいう。
【0021】目標空燃比係数KCMDは、後述するよう
にO2センサ20の出力VO2が所定電圧VO2H2よ
り高いときは、その出力VO2に応じて設定される補正
係数KCMDLSにより補正される。これは、エンジン
の排気系やLAFセンサ及び三元触媒の特性のばらつき
や経年変化の影響を抑制するためである。
にO2センサ20の出力VO2が所定電圧VO2H2よ
り高いときは、その出力VO2に応じて設定される補正
係数KCMDLSにより補正される。これは、エンジン
の排気系やLAFセンサ及び三元触媒の特性のばらつき
や経年変化の影響を抑制するためである。
【0022】KLAFは、フィードバック制御の実行条
件が成立するときは、LAFセンサ18の検出値から算
出される検出当量比KACTが目標当量比KCMDに一
致するようにPID制御により算出される空燃比補正係
数である。K1及びK2は夫々各種エンジンパラメータ
信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数で
あり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加
速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決定
される。CPU5bは上述のようにして求めた燃料噴射
時間TOUTに基づいて燃料噴射弁6を開弁させる駆動
信号を出力回路5dを介して燃料噴射弁6に供給する。
件が成立するときは、LAFセンサ18の検出値から算
出される検出当量比KACTが目標当量比KCMDに一
致するようにPID制御により算出される空燃比補正係
数である。K1及びK2は夫々各種エンジンパラメータ
信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数で
あり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加
速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決定
される。CPU5bは上述のようにして求めた燃料噴射
時間TOUTに基づいて燃料噴射弁6を開弁させる駆動
信号を出力回路5dを介して燃料噴射弁6に供給する。
【0023】図2は前記式(1)に適用される目標空燃
比係数KCMDを算出する処理のフローチャートであ
り、本処理はTDC信号パルスの発生に同期してCPU
5bで実行される。ステップS11では、エンジン運転
状態に応じて目標空燃比係数KCMDを算出する。目標
空燃比係数KCMDは、基本的には、エンジン回転数N
E及び吸気管内絶対圧PBAに応じて設定され、高負荷
運転時やエンジン水温TWが低いときは、エンジン負荷
やエンジン水温TWに応じた修正が行われる。
比係数KCMDを算出する処理のフローチャートであ
り、本処理はTDC信号パルスの発生に同期してCPU
5bで実行される。ステップS11では、エンジン運転
状態に応じて目標空燃比係数KCMDを算出する。目標
空燃比係数KCMDは、基本的には、エンジン回転数N
E及び吸気管内絶対圧PBAに応じて設定され、高負荷
運転時やエンジン水温TWが低いときは、エンジン負荷
やエンジン水温TWに応じた修正が行われる。
【0024】続くステップS12〜S15では、O2セ
ンサ出力VO2に基づいて目標空燃比係数KCMDの補
正係数KCMDLSを算出する。排気管13に配置した
三元触媒14〜17が正常に機能している状態では、空
燃比が理論空燃比よりリッチ側にずれた場合に水性ガス
反応により、水素(H2)濃度が増加する傾向がある。
水性ガス反応は、下記化学式(2)のようにCOと、水
(H2O)とが反応して、H2と、CO2とを生成する反
応(以下「水素生成反応」という)である。なお、実際
には逆向きの反応(以下「逆反応」という)、すなわ
ち、H2と、CO2とが反応して、COと、H2Oとを生
成する反応と、水素生成反応とが平衡状態となってお
り、水素生成反応と、逆反応との比率は、温度によって
変化する。例えば500℃では、水素生成反応の比率が
高く、水素濃度はCO濃度の4倍程度となる。 CO+H2O⇔CO2+H2 (2)
ンサ出力VO2に基づいて目標空燃比係数KCMDの補
正係数KCMDLSを算出する。排気管13に配置した
三元触媒14〜17が正常に機能している状態では、空
燃比が理論空燃比よりリッチ側にずれた場合に水性ガス
反応により、水素(H2)濃度が増加する傾向がある。
水性ガス反応は、下記化学式(2)のようにCOと、水
(H2O)とが反応して、H2と、CO2とを生成する反
応(以下「水素生成反応」という)である。なお、実際
には逆向きの反応(以下「逆反応」という)、すなわ
ち、H2と、CO2とが反応して、COと、H2Oとを生
成する反応と、水素生成反応とが平衡状態となってお
り、水素生成反応と、逆反応との比率は、温度によって
変化する。例えば500℃では、水素生成反応の比率が
高く、水素濃度はCO濃度の4倍程度となる。 CO+H2O⇔CO2+H2 (2)
【0025】一方O2センサ20は、水素濃度の増加に
対して図3に示すような出力特性を有することが実験に
より確かめられている。そこで、本実施形態では、O2
センサ出力VO2が、所定電圧VO2H2より高くなっ
たときは、センサ出力VO2に応じて補正係数KCMD
LSを算出し、これにより目標空燃比係数KCMDを補
正するようにしている。
対して図3に示すような出力特性を有することが実験に
より確かめられている。そこで、本実施形態では、O2
センサ出力VO2が、所定電圧VO2H2より高くなっ
たときは、センサ出力VO2に応じて補正係数KCMD
LSを算出し、これにより目標空燃比係数KCMDを補
正するようにしている。
【0026】具体的には、O2センサ出力VO2が所定
電圧VO2H2(例えば0.5V)より高いか否かを判
別し(ステップS12)、VO2<VO2H2であると
きは、目標空燃比係数KCMDの補正係数KCMDLS
を「1.0」(無補正値)に設定して(ステップS1
5)、ステップS16に進む一方、VO2≧VO2H2
であるときは、O2センサ出力VO2に応じて図4に示
すKCMDLSHテーブル及びKCMDLSLテーブル
を検索し、エンジン回転数NEが所定高回転数NEH
(例えば2500rpm)以上の場合に適用される高回
転用補正係数KCMDLSH、及びエンジン回転数NE
が所定低回転数NEL(例えば1500rpm)以下の
場合に適用される低回転用補正係数KCMDLSLを算
出する(ステップS13)。KCMDLSHテーブル及
びKCMDLSLテーブルは、O2センサ出力VO2が
高くなるほど、すなわち水素濃度が高くなるほど、補正
係数KCMDLSH、KCMDLSLが減少するように
設定され、かつKCMDLSH≧KCMDLSLとなる
ように設定されている。
電圧VO2H2(例えば0.5V)より高いか否かを判
別し(ステップS12)、VO2<VO2H2であると
きは、目標空燃比係数KCMDの補正係数KCMDLS
を「1.0」(無補正値)に設定して(ステップS1
5)、ステップS16に進む一方、VO2≧VO2H2
であるときは、O2センサ出力VO2に応じて図4に示
すKCMDLSHテーブル及びKCMDLSLテーブル
を検索し、エンジン回転数NEが所定高回転数NEH
(例えば2500rpm)以上の場合に適用される高回
転用補正係数KCMDLSH、及びエンジン回転数NE
が所定低回転数NEL(例えば1500rpm)以下の
場合に適用される低回転用補正係数KCMDLSLを算
出する(ステップS13)。KCMDLSHテーブル及
びKCMDLSLテーブルは、O2センサ出力VO2が
高くなるほど、すなわち水素濃度が高くなるほど、補正
係数KCMDLSH、KCMDLSLが減少するように
設定され、かつKCMDLSH≧KCMDLSLとなる
ように設定されている。
【0027】続くステップS14では、エンジン回転数
NEが、所定低回転数NEL以下であるときは、KCM
DLS=KCMDLSLとし、所定高回転数NEH以上
であるときは、KCMDLS=KCMDLSHとし、所
定低回転数NELと所定高回転数NEHと間にある(N
EL<NE<NEH)ときは、エンジン回転数NEに応
じた補間演算を行って補正係数KCMDLSを算出し、
ステップS16に進む。
NEが、所定低回転数NEL以下であるときは、KCM
DLS=KCMDLSLとし、所定高回転数NEH以上
であるときは、KCMDLS=KCMDLSHとし、所
定低回転数NELと所定高回転数NEHと間にある(N
EL<NE<NEH)ときは、エンジン回転数NEに応
じた補間演算を行って補正係数KCMDLSを算出し、
ステップS16に進む。
【0028】ステップS16では、ステップS11で算
出した目標空燃比係数KCMDを、補正係数KCMDL
Sを乗算することにより補正し、本処理を終了する。以
上のように本実施形態では、三元触媒17の下流側で水
素濃度が高くなったことを、O2センサ出力VO2によ
り判定し、VO2>VO2H2となって水素濃度が高く
なったと判定したときは、O2センサ出力VO2に応じ
て設定される補正係数KCMDLSにより、目標空燃比
係数KCMDをリーン方向へ補正するようにしたので、
最終的な未燃成分濃度を数十ppm以下とする低エミッ
ション特性を常に維持することができる。
出した目標空燃比係数KCMDを、補正係数KCMDL
Sを乗算することにより補正し、本処理を終了する。以
上のように本実施形態では、三元触媒17の下流側で水
素濃度が高くなったことを、O2センサ出力VO2によ
り判定し、VO2>VO2H2となって水素濃度が高く
なったと判定したときは、O2センサ出力VO2に応じ
て設定される補正係数KCMDLSにより、目標空燃比
係数KCMDをリーン方向へ補正するようにしたので、
最終的な未燃成分濃度を数十ppm以下とする低エミッ
ション特性を常に維持することができる。
【0029】図5は空燃比補正係数KLAFを算出する
処理のフローチャートであり、本処理はTDC信号パル
スの発生毎にCPU5bで実行される。ステップS61
でLAFセンサ18の出力に応じたフィードバック制御
を実行するLAFフィードバック制御条件が成立してい
るか否かを判別する。このLAFフィードバック制御条
件は、LAFセンサ18が活性化しており、燃料供給遮
断運転あるいはスロットル全開運転を実行していないこ
と等を条件として成立する。ステップS61の答が否定
(NO)のときは、空燃比補正係数KLAFを「1.
0」に設定して(ステップS66)、本処理を終了す
る。
処理のフローチャートであり、本処理はTDC信号パル
スの発生毎にCPU5bで実行される。ステップS61
でLAFセンサ18の出力に応じたフィードバック制御
を実行するLAFフィードバック制御条件が成立してい
るか否かを判別する。このLAFフィードバック制御条
件は、LAFセンサ18が活性化しており、燃料供給遮
断運転あるいはスロットル全開運転を実行していないこ
と等を条件として成立する。ステップS61の答が否定
(NO)のときは、空燃比補正係数KLAFを「1.
0」に設定して(ステップS66)、本処理を終了す
る。
【0030】LAFフィードバック制御条件が成立する
ときは、LAFセンサ18の出力を当量比に変換した検
出当量比KACTと、目標空燃比係数KCMDとの偏差
DKAF(k)(=KCMD(k)−KACT(k))
を算出し(ステップS62)、偏差DKAF(k)及び
各制御ゲインKP,KI,KDを下記式に適用して、比
例項KLAFP(k)、積分項KLAFI(k)及び微
分項KLAFD(k)を算出する(ステップS63)。
ここで、(k),(k−1)は、それぞれ今回値,前回
値であることを示すために付されている。 KLAFP(k)=DKAF(k)×KP KLAFI(k)=DKAF(k)×KI+KLAF
(k−1) KLAFD(k)=(DKAF(k)−DKAF(k−
1))×KD
ときは、LAFセンサ18の出力を当量比に変換した検
出当量比KACTと、目標空燃比係数KCMDとの偏差
DKAF(k)(=KCMD(k)−KACT(k))
を算出し(ステップS62)、偏差DKAF(k)及び
各制御ゲインKP,KI,KDを下記式に適用して、比
例項KLAFP(k)、積分項KLAFI(k)及び微
分項KLAFD(k)を算出する(ステップS63)。
ここで、(k),(k−1)は、それぞれ今回値,前回
値であることを示すために付されている。 KLAFP(k)=DKAF(k)×KP KLAFI(k)=DKAF(k)×KI+KLAF
(k−1) KLAFD(k)=(DKAF(k)−DKAF(k−
1))×KD
【0031】そして、比例項KLAFP、積分項KLA
FI及び微分項KLAFDを加算して空燃比補正係数K
LAF(=KLAFP+KLAFI+KLAFD)を算
出し(ステップS64)、算出した空燃比補正係数KL
AFの値が所定上下限値の範囲内に入るようにリミット
処理を行って(ステップS65)、本処理を終了する。
FI及び微分項KLAFDを加算して空燃比補正係数K
LAF(=KLAFP+KLAFI+KLAFD)を算
出し(ステップS64)、算出した空燃比補正係数KL
AFの値が所定上下限値の範囲内に入るようにリミット
処理を行って(ステップS65)、本処理を終了する。
【0032】本処理により、LAFセンサ出力に基づく
検出当量比KACTが、目標空燃比係数KCMDに一致
するようにフィードバック制御が実行される。本実施形
態では、直下三元触媒14及び床下三元触媒15〜17
が、触媒手段に相当し、図2のステップS11が目標空
燃比設定手段に相当し、図6の処理がフィードバック制
御手段に相当し、図2のステップS12〜S15及びS
17が目標空燃比補正手段に相当する。より具体的に
は、所定電圧VO2H2が請求項1の「所定値」に相当
し、補正係数KCMDLSによる補正が、目標空燃比補
正手段による補正に相当する。
検出当量比KACTが、目標空燃比係数KCMDに一致
するようにフィードバック制御が実行される。本実施形
態では、直下三元触媒14及び床下三元触媒15〜17
が、触媒手段に相当し、図2のステップS11が目標空
燃比設定手段に相当し、図6の処理がフィードバック制
御手段に相当し、図2のステップS12〜S15及びS
17が目標空燃比補正手段に相当する。より具体的に
は、所定電圧VO2H2が請求項1の「所定値」に相当
し、補正係数KCMDLSによる補正が、目標空燃比補
正手段による補正に相当する。
【0033】なお本発明は上述した実施形態に限るもの
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、床下三元
触媒15,16は、まとめて1つの触媒としてもよく、
また三元触媒17は、HCを吸着するHC吸着触媒とし
てもよい。また、O2センサ20に代えて、LAFセン
サ18と同様の比例型酸素濃度センサを使用するように
してもよい。
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、床下三元
触媒15,16は、まとめて1つの触媒としてもよく、
また三元触媒17は、HCを吸着するHC吸着触媒とし
てもよい。また、O2センサ20に代えて、LAFセン
サ18と同様の比例型酸素濃度センサを使用するように
してもよい。
【0034】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、排
気系の最上流の触媒手段の上流側に配置された最上流検
出手段の出力を用いて空燃比が目標空燃比と一致するよ
うにフィードバック制御が実行されるとともに、排気系
の最下流の触媒手段の下流側に配置された最下流検出手
段の出力が所定値を越える場合のみ、最下流検出手段の
出力に応じて目標空燃比が補正される。最下流検出手段
の出力が所定値を越える場合は、触媒手段における水性
ガス反応によって、最下流の触媒手段の下流側で水素濃
度が高くなっていることを示すので、この場合のみその
最下流検出手段の出力に応じて目標空燃比を補正するこ
とにより、未燃成分の微少な増加に対応した目標空燃比
の修正を行うことができ、最終的な排気中の未燃成分濃
度を常に低レベルに維持することが可能となる。
気系の最上流の触媒手段の上流側に配置された最上流検
出手段の出力を用いて空燃比が目標空燃比と一致するよ
うにフィードバック制御が実行されるとともに、排気系
の最下流の触媒手段の下流側に配置された最下流検出手
段の出力が所定値を越える場合のみ、最下流検出手段の
出力に応じて目標空燃比が補正される。最下流検出手段
の出力が所定値を越える場合は、触媒手段における水性
ガス反応によって、最下流の触媒手段の下流側で水素濃
度が高くなっていることを示すので、この場合のみその
最下流検出手段の出力に応じて目標空燃比を補正するこ
とにより、未燃成分の微少な増加に対応した目標空燃比
の修正を行うことができ、最終的な排気中の未燃成分濃
度を常に低レベルに維持することが可能となる。
【図1】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその
排気浄化装置の構成を示す図である。
排気浄化装置の構成を示す図である。
【図2】目標空燃比係数(KCMD)を算出する処理の
フローチャートである。
フローチャートである。
【図3】水素濃度とセンサ出力(VO2)との関係を示
す図である。
す図である。
【図4】図2の処理で使用するテーブルを示す図であ
る。
る。
【図5】空燃比補正係数(KLAF)を算出する処理の
フローチャートである。
フローチャートである。
1 内燃機関 5 電子コントロールユニット(目標空燃比設定手段、
フィードバック制御手段、目標空燃比補正手段) 6 燃料噴射弁 13 排気管 14,15,16,17 三元触媒(触媒手段) 18 酸素濃度センサ(最上流検出手段) 20 酸素濃度センサ(最下流検出手段)
フィードバック制御手段、目標空燃比補正手段) 6 燃料噴射弁 13 排気管 14,15,16,17 三元触媒(触媒手段) 18 酸素濃度センサ(最上流検出手段) 20 酸素濃度センサ(最下流検出手段)
フロントページの続き Fターム(参考) 3G301 HA01 JA13 JA26 KA11 LA03 LB01 LC01 MA01 MA13 NA03 NA04 NA05 NB05 ND02 NE03 NE08 PA07Z PA10Z PA11Z PD03A PD03Z PD04A PD04Z PD09A PD09Z PE01Z PE05Z PE08Z
Claims (1)
- 【請求項1】 内燃機関の排気系に設けられ、排気を浄
化する複数の触媒手段を有する排気浄化装置において、 前記排気系の最上流に配置された触媒手段の上流側に配
置され、排気中の特定成分の濃度を検出する最上流検出
手段と、 前記排気系の最下流に配置された触媒手段の下流側に配
置され、排気中の特定成分の濃度を検出する最下流検出
手段と、 前記機関に供給する混合気の目標空燃比を設定する目標
空燃比設定手段と、 前記最上流検出手段の出力を用いて前記混合気の空燃比
が前記目標空燃比と一致するようにフィードバック制御
するフィードバック制御手段と、 前記最下流検出手段の出力が所定値を越える場合のみ、
前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比
を、前記最下流検出手段の出力に応じて補正する目標空
燃比補正手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排
気浄化装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP37254399A JP2001182595A (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 内燃機関の排気浄化装置 |
US09/733,911 US6513321B2 (en) | 1999-12-28 | 2000-12-12 | Exhaust gas purifying apparatus for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP37254399A JP2001182595A (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001182595A true JP2001182595A (ja) | 2001-07-06 |
Family
ID=18500623
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP37254399A Withdrawn JP2001182595A (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001182595A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007231864A (ja) * | 2006-03-02 | 2007-09-13 | Toyota Motor Corp | 内燃機関制御装置 |
WO2012066645A1 (ja) * | 2010-11-17 | 2012-05-24 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
-
1999
- 1999-12-28 JP JP37254399A patent/JP2001182595A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007231864A (ja) * | 2006-03-02 | 2007-09-13 | Toyota Motor Corp | 内燃機関制御装置 |
JP4661633B2 (ja) * | 2006-03-02 | 2011-03-30 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関制御装置 |
WO2012066645A1 (ja) * | 2010-11-17 | 2012-05-24 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
JP5110205B2 (ja) * | 2010-11-17 | 2012-12-26 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
CN103189625A (zh) * | 2010-11-17 | 2013-07-03 | 丰田自动车株式会社 | 内燃机控制装置 |
US8903627B2 (en) | 2010-11-17 | 2014-12-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device of internal combustion engine |
CN103189625B (zh) * | 2010-11-17 | 2015-09-09 | 丰田自动车株式会社 | 内燃机控制装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070306 |