JP2003041990A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
内燃機関の空燃比制御装置Info
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】触媒上流側の空燃比センサの劣化に対する出力
変動を修正する。 【解決手段】エンジン排気通路に酸素ストレージ能力の
ある触媒３を設置し、触媒３の上流側の空燃比センサ４
の出力に基づいて酸素ストレージ量を推定し、この酸素
ストレージ量が目標値と一致するように空燃比を制御す
る。下流側の空燃比センサ５の出力が運転条件により変
化する判定時期を越えてリーン側またはリッチ側を継続
したときに、下流側空燃比センサ５の出力に基づいて上
流側空燃比センサ４の出力を補正する。
変動を修正する。 【解決手段】エンジン排気通路に酸素ストレージ能力の
ある触媒３を設置し、触媒３の上流側の空燃比センサ４
の出力に基づいて酸素ストレージ量を推定し、この酸素
ストレージ量が目標値と一致するように空燃比を制御す
る。下流側の空燃比センサ５の出力が運転条件により変
化する判定時期を越えてリーン側またはリッチ側を継続
したときに、下流側空燃比センサ５の出力に基づいて上
流側空燃比センサ４の出力を補正する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は内燃機関の空燃比
センサの特性変動検出装置に関するものである。
センサの特性変動検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ
を三元触媒によって同時に浄化するには、触媒雰囲気を
理論空燃比（以下ストイキという）に維持する必要があ
り、ストイキから少しでもずれたときの浄化効率が低下
することのないように、触媒に酸素ストレージ能力（酸
素保持能力）を持たせているものが知られている。
を三元触媒によって同時に浄化するには、触媒雰囲気を
理論空燃比（以下ストイキという）に維持する必要があ
り、ストイキから少しでもずれたときの浄化効率が低下
することのないように、触媒に酸素ストレージ能力（酸
素保持能力）を持たせているものが知られている。
【０００３】ストイキよりもリーンな排気を与えると、
触媒が排気中の酸素を取り込み、この酸素ストレージ量
が飽和するまでは、触媒雰囲気をストイキに維持でき
る。また、ストイキよりもリッチな排気を与えると、触
媒が保持している酸素が放出され、保持酸素のすべてを
放出するまでは、触媒雰囲気をストイキに維持する。こ
のようにして一時的な空燃比のずれから生じる酸素の過
不足分を触媒が補い、触媒雰囲気を実質的にストイキに
保つことが可能となる。
触媒が排気中の酸素を取り込み、この酸素ストレージ量
が飽和するまでは、触媒雰囲気をストイキに維持でき
る。また、ストイキよりもリッチな排気を与えると、触
媒が保持している酸素が放出され、保持酸素のすべてを
放出するまでは、触媒雰囲気をストイキに維持する。こ
のようにして一時的な空燃比のずれから生じる酸素の過
不足分を触媒が補い、触媒雰囲気を実質的にストイキに
保つことが可能となる。
【０００４】触媒の酸素ストレージ量が常に目標値、例
えば最大ストレージ量の半分程度となるように空燃比を
制御してやると、酸素の取り込みと放出の容量が均等化
し、空燃比のストイキからのリッチ、リーンのいずれ側
の変動に対しても吸収能力が高められ、排気の浄化効率
を最良に保てる。
えば最大ストレージ量の半分程度となるように空燃比を
制御してやると、酸素の取り込みと放出の容量が均等化
し、空燃比のストイキからのリッチ、リーンのいずれ側
の変動に対しても吸収能力が高められ、排気の浄化効率
を最良に保てる。
【０００５】そこで、触媒上流に設置した空燃比センサ
の出力に基づいて、触媒に流入する排気の酸素過不足量
（空燃比から換算する）を積算して触媒の酸素ストレー
ジ量を求め、この酸素ストレージ量が目標値と一致する
ように空燃比をフィードバック制御する提案が、特開平
５−１９５８４２号公報や特開平７−２５９６０２号公
報によってなされている。
の出力に基づいて、触媒に流入する排気の酸素過不足量
（空燃比から換算する）を積算して触媒の酸素ストレー
ジ量を求め、この酸素ストレージ量が目標値と一致する
ように空燃比をフィードバック制御する提案が、特開平
５−１９５８４２号公報や特開平７−２５９６０２号公
報によってなされている。
【０００６】
【発明が解決すべき課題】しかし、触媒の上流側に設置
される空燃比センサは、高い排気温度に晒されることな
どから経時的に劣化しやすく、またセンサ製造時の品質
のバラツキもあって空燃比の出力特性に変動、具体的に
は検出特性がリッチ側またはリーン側へのシフトを生じ
ることがある。検出される空燃比に誤差を生じると、空
燃比センサの出力に基づいて演算した触媒の酸素ストレ
ージ量が不正確になり、結果として触媒の酸素ストレー
ジ量を目標値に収束させられなくなる。
される空燃比センサは、高い排気温度に晒されることな
どから経時的に劣化しやすく、またセンサ製造時の品質
のバラツキもあって空燃比の出力特性に変動、具体的に
は検出特性がリッチ側またはリーン側へのシフトを生じ
ることがある。検出される空燃比に誤差を生じると、空
燃比センサの出力に基づいて演算した触媒の酸素ストレ
ージ量が不正確になり、結果として触媒の酸素ストレー
ジ量を目標値に収束させられなくなる。
【０００７】本出願人は特願２０００−４６１０４号に
より、触媒下流にも空燃比センサを設け、この空燃比セ
ンサの出力から上流側空燃比センサの出力特性の変動を
判断することを提案している。
より、触媒下流にも空燃比センサを設け、この空燃比セ
ンサの出力から上流側空燃比センサの出力特性の変動を
判断することを提案している。
【０００８】これは、上流側の空燃比センサの出力に基
づいて酸素ストレージ量が目標値となるように制御して
いるにもかかわらず、下流側の空燃比センサが一定時間
以上にわたり、空燃比のリーンまたはリッチを検出する
ことがあると、実際の酸素ストレージ量が目標値から大
きくずれていると判定し、そして、この誤差の原因は上
流側空燃比センサの出力特性が正規の状態から変動して
いるためであると認定するものである。この場合、上流
側空燃比センサの出力特性に変動を生じたときは、下流
側で検出された空燃比から、上流側空燃比センサがどち
らの方向に出力シフトしているか判断し、これに基づい
てセンサ出力を補正することにより、酸素ストレージ量
が正確に目標値に一致するようにしている。
づいて酸素ストレージ量が目標値となるように制御して
いるにもかかわらず、下流側の空燃比センサが一定時間
以上にわたり、空燃比のリーンまたはリッチを検出する
ことがあると、実際の酸素ストレージ量が目標値から大
きくずれていると判定し、そして、この誤差の原因は上
流側空燃比センサの出力特性が正規の状態から変動して
いるためであると認定するものである。この場合、上流
側空燃比センサの出力特性に変動を生じたときは、下流
側で検出された空燃比から、上流側空燃比センサがどち
らの方向に出力シフトしているか判断し、これに基づい
てセンサ出力を補正することにより、酸素ストレージ量
が正確に目標値に一致するようにしている。
【０００９】ところで、上流側空燃比センサの出力特性
の変動については、下流側の空燃比センサの出力がリー
ンまたはリッチに切り替わってから一定時間を経過した
きに判断を行っている。これはセンサ出力変動以外の原
因で空燃比が一時的に変化した場合などを除外するため
で、定性的に空燃比がずれているときに限り、上流側空
燃比センサに出力変動があると認定するためである。
の変動については、下流側の空燃比センサの出力がリー
ンまたはリッチに切り替わってから一定時間を経過した
きに判断を行っている。これはセンサ出力変動以外の原
因で空燃比が一時的に変化した場合などを除外するため
で、定性的に空燃比がずれているときに限り、上流側空
燃比センサに出力変動があると認定するためである。
【００１０】しかし、上流側の空燃比が変化して触媒の
酸素ストレージ状態が変わっても、これを下流側空燃比
の変化としてとらえるまでの時間は、触媒の劣化状態や
内燃機関の運転条件によって変化するので、下流側空燃
比がストイキからリーンまたはリッチに変化してからの
判定時間を常に一定の時間としていると、必ずしも的確
な判断ができないことがある。
酸素ストレージ状態が変わっても、これを下流側空燃比
の変化としてとらえるまでの時間は、触媒の劣化状態や
内燃機関の運転条件によって変化するので、下流側空燃
比がストイキからリーンまたはリッチに変化してからの
判定時間を常に一定の時間としていると、必ずしも的確
な判断ができないことがある。
【００１１】例えば触媒が劣化すると酸素のストレージ
能力が低下するので、仮に空燃比がリーン側にずれを生
じたとして、そのずれにより下流側がリーンに切り替わ
るまでの時間が短く、これに対して触媒が劣化していな
い新品時などは、酸素ストレージ能力が高いので、下流
側側がリーンに切り替わるまでの時間は長くかかり、し
たがって新品時を対象にして判定時期を設定すると、劣
化時にはタイミングが遅すぎ、あるいは劣化時を対象に
して判定時期を設定すると、新品時にはタイミングが早
すぎることになり、いずれも上流側の空燃比センサの出
力変動を適切に判断することができないことになる。
能力が低下するので、仮に空燃比がリーン側にずれを生
じたとして、そのずれにより下流側がリーンに切り替わ
るまでの時間が短く、これに対して触媒が劣化していな
い新品時などは、酸素ストレージ能力が高いので、下流
側側がリーンに切り替わるまでの時間は長くかかり、し
たがって新品時を対象にして判定時期を設定すると、劣
化時にはタイミングが遅すぎ、あるいは劣化時を対象に
して判定時期を設定すると、新品時にはタイミングが早
すぎることになり、いずれも上流側の空燃比センサの出
力変動を適切に判断することができないことになる。
【００１２】本発明はこのような問題を解決するため
に、空燃比センサの出力特性の変動を判定する判定時期
をそのときの条件によって可変とすることにより、常に
適正な出力変動の判定を行えるようにすることを目的と
する。
に、空燃比センサの出力特性の変動を判定する判定時期
をそのときの条件によって可変とすることにより、常に
適正な出力変動の判定を行えるようにすることを目的と
する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、排気空燃
比に応じて排気中の酸素を取り込み、あるいは放出する
酸素ストレージ能力のある触媒と、この酸素ストレージ
量が目標値になるように空燃比を制御する装置におい
て、前記触媒上流に設置した空燃比センサと、前記触媒
下流に設置した空燃比センサと、前記触媒の上流側の空
燃比センサの出力に基づいて酸素ストレージ量を推定
し、この酸素ストレージ量が目標値と一致するように空
燃比を制御する手段と、下流側の空燃比センサの出力が
そのときの運転条件により可変的に設定される判定時期
を越えてリーンまたはリッチを継続したときに上流側空
燃比センサの出力を補正する更正手段とを備える。
比に応じて排気中の酸素を取り込み、あるいは放出する
酸素ストレージ能力のある触媒と、この酸素ストレージ
量が目標値になるように空燃比を制御する装置におい
て、前記触媒上流に設置した空燃比センサと、前記触媒
下流に設置した空燃比センサと、前記触媒の上流側の空
燃比センサの出力に基づいて酸素ストレージ量を推定
し、この酸素ストレージ量が目標値と一致するように空
燃比を制御する手段と、下流側の空燃比センサの出力が
そのときの運転条件により可変的に設定される判定時期
を越えてリーンまたはリッチを継続したときに上流側空
燃比センサの出力を補正する更正手段とを備える。
【００１４】第２の発明は、第１の発明において、前記
判定時期は触媒の劣化度合いに応じて設定される。
判定時期は触媒の劣化度合いに応じて設定される。
【００１５】第３の発明は、第２の発明において、前記
判定時期は触媒の劣化度合いが進むほど早い時期に設定
される。
判定時期は触媒の劣化度合いが進むほど早い時期に設定
される。
【００１６】第４の発明は、第１から第３の発明におい
て、前記判定時期は機関の運転状態に応じて設定され
る。
て、前記判定時期は機関の運転状態に応じて設定され
る。
【００１７】第５の発明は、第４の発明において、前記
判定時期は吸入空気量の積算値に応じて設定される。
判定時期は吸入空気量の積算値に応じて設定される。
【００１８】第６の発明は、第５の発明において、前記
判定時期は吸入空気量が多いほど早い時期に設定され
る。
判定時期は吸入空気量が多いほど早い時期に設定され
る。
【００１９】第７の発明は、第１から第６の発明におい
て、前記補正量は前記判定時期における下流側の空燃比
センサの出力に応じて設定される。
て、前記補正量は前記判定時期における下流側の空燃比
センサの出力に応じて設定される。
【００２０】第８の発明は、第１から第７の発明におい
て、前記更正手段は、前記補正量の積算値であるシフト
量が所定値を超えた場合に上流側空燃比センサの異常を
判定する。
て、前記更正手段は、前記補正量の積算値であるシフト
量が所定値を超えた場合に上流側空燃比センサの異常を
判定する。
【００２１】
【作用、効果】第１の発明において、触媒の酸素ストレ
ージ量は常に目標値になるように制御されるため、触媒
上流側の空燃比に多少の変動があっても、触媒の酸素ス
トレージ能力により、触媒下流側の空燃比はストイキに
維持される。しかし、上流側の空燃比センサの出力変動
があると、触媒の酸素ストレージ量は目標値からずれて
くる。例えば、上流側の空燃比センサの出力が、正規の
状態よりも見かけ上はリッチ側にシフトしていると、酸
素ストレージ量が不足していると判断され、空燃比がリ
ーン側に制御される。この状態が継続していくうちに、
触媒の酸素ストレージ量が飽和し、下流側の空燃比がス
トイキからリーン側となる。このような状態が継続した
ときに、上流側空燃比センサの出力に変動（出力シフ
ト）があるものと見なされ、リッチ側またはリーン側に
対応して上流側空燃比センサの出力の補正が行われる。
ージ量は常に目標値になるように制御されるため、触媒
上流側の空燃比に多少の変動があっても、触媒の酸素ス
トレージ能力により、触媒下流側の空燃比はストイキに
維持される。しかし、上流側の空燃比センサの出力変動
があると、触媒の酸素ストレージ量は目標値からずれて
くる。例えば、上流側の空燃比センサの出力が、正規の
状態よりも見かけ上はリッチ側にシフトしていると、酸
素ストレージ量が不足していると判断され、空燃比がリ
ーン側に制御される。この状態が継続していくうちに、
触媒の酸素ストレージ量が飽和し、下流側の空燃比がス
トイキからリーン側となる。このような状態が継続した
ときに、上流側空燃比センサの出力に変動（出力シフ
ト）があるものと見なされ、リッチ側またはリーン側に
対応して上流側空燃比センサの出力の補正が行われる。
【００２２】この場合、下流側の空燃比がリーンまたは
リッチを継続したときの判定時期については、そのとき
の条件により可変的に設定されているため、より的確な
判断が行える。
リッチを継続したときの判定時期については、そのとき
の条件により可変的に設定されているため、より的確な
判断が行える。
【００２３】具体的には、第２、第３の発明では、触媒
の劣化の度合いによって酸素ストレージ能力が変化し、
触媒が劣化しているときは空燃比の変化により下流側の
空燃比が切り替わるまでの時間が短く、新品時には逆に
長くなるが、これらに応じて判定時期を設定することに
より、常に適切な判断を行うことができる。
の劣化の度合いによって酸素ストレージ能力が変化し、
触媒が劣化しているときは空燃比の変化により下流側の
空燃比が切り替わるまでの時間が短く、新品時には逆に
長くなるが、これらに応じて判定時期を設定することに
より、常に適切な判断を行うことができる。
【００２４】また、第４から第６の発明では、機関の運
転状態、例えば吸入空気量の大きさにより、下流側の空
燃比が変化するまでの時間が異なっても、これらに応じ
て、小吸入空気量時には判定時期が遅くなり、大吸入空
気量時には判定時期が早くなるので、同じく常に適正な
判断を行うことが可能となる。
転状態、例えば吸入空気量の大きさにより、下流側の空
燃比が変化するまでの時間が異なっても、これらに応じ
て、小吸入空気量時には判定時期が遅くなり、大吸入空
気量時には判定時期が早くなるので、同じく常に適正な
判断を行うことが可能となる。
【００２５】第７の発明では、補正量を下流側の空燃比
センサの出力に応じて設定することにより、応答性と収
束性にすぐれた補正が行える。
センサの出力に応じて設定することにより、応答性と収
束性にすぐれた補正が行える。
【００２６】第８の発明では、補正により対処できない
故障であると判定し、運転者に対する故障の警告と修
理、交換を促すことができる。
故障であると判定し、運転者に対する故障の警告と修
理、交換を促すことができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００２８】図１は本発明が適用される排気浄化装置の
概略構成を示し、エンジン１の排気管２には触媒３が設
けられ、その上流にはリニア特性な空燃比センサ４、下
流には空燃比センサ（酸素センサ）５が設置され、これ
らセンサ出力に基づいてエンジン１に供給する燃料の空
燃比を制御するコントローラ６が備えられる。
概略構成を示し、エンジン１の排気管２には触媒３が設
けられ、その上流にはリニア特性な空燃比センサ４、下
流には空燃比センサ（酸素センサ）５が設置され、これ
らセンサ出力に基づいてエンジン１に供給する燃料の空
燃比を制御するコントローラ６が備えられる。
【００２９】エンジン１の吸気管７にはスロットル弁８
と、スロットル弁８により調整された吸入空気量を測定
するエアフローメータ９が設けられる。
と、スロットル弁８により調整された吸入空気量を測定
するエアフローメータ９が設けられる。
【００３０】触媒３はいわゆる三元触媒であって、触媒
雰囲気が理論空燃比のときにＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを最大
効率で浄化する。触媒３は触媒担体がセリア等の酸素ス
トレージ材で被覆されており、流入する排気の空燃比に
応じて酸素を保持したり、放出する機能（酸素ストレー
ジ機能）を有している。
雰囲気が理論空燃比のときにＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを最大
効率で浄化する。触媒３は触媒担体がセリア等の酸素ス
トレージ材で被覆されており、流入する排気の空燃比に
応じて酸素を保持したり、放出する機能（酸素ストレー
ジ機能）を有している。
【００３１】触媒３の上流に設けた空燃比センサ４は排
気の空燃比に応じたリニアな出力特性をもち、下流側の
空燃比センサ５は排気の酸素濃度を検出する。
気の空燃比に応じたリニアな出力特性をもち、下流側の
空燃比センサ５は排気の酸素濃度を検出する。
【００３２】また、エンジン１には冷却水の温度を検出
する温度センサ１０が取付けられ、エンジン１の運転状
態と共に触媒３の活性化状態などを判定するため等に用
いられる。
する温度センサ１０が取付けられ、エンジン１の運転状
態と共に触媒３の活性化状態などを判定するため等に用
いられる。
【００３３】コントローラ６はマイクロプロセッサ、Ｒ
ＡＭ、ＡＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェイスなどで構成さ
れ、エアフローメータ９と、上流側空燃比センサ４の出
力に基づいて触媒３の酸素ストレージ量を演算し、この
ストレージ量が目標値にとなるように空燃比をフィード
バック制御する。
ＡＭ、ＡＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェイスなどで構成さ
れ、エアフローメータ９と、上流側空燃比センサ４の出
力に基づいて触媒３の酸素ストレージ量を演算し、この
ストレージ量が目標値にとなるように空燃比をフィード
バック制御する。
【００３４】酸素ストレージ量の演算は、触媒上流の排
気空燃比とそのときの吸入空気量から推定する。まず、
触媒上流の排気空燃比から換算して排気中の酸素の過剰
または不足する割合である酸素過剰率を求める。酸素過
剰率はストイキのときをゼロとして、リーン側で正、リ
ッチ側で負の値となる。
気空燃比とそのときの吸入空気量から推定する。まず、
触媒上流の排気空燃比から換算して排気中の酸素の過剰
または不足する割合である酸素過剰率を求める。酸素過
剰率はストイキのときをゼロとして、リーン側で正、リ
ッチ側で負の値となる。
【００３５】酸素過剰率とそのときの吸入空気量とから
触媒３に吸収される酸素量または放出される酸素量が分
かり、これを積算していくことで触媒３の酸素ストレー
ジ量を推定できる。予め触媒３の最大酸素ストレージ量
を実験等により確認しておき、例えばその半分の保持量
を目標値として設定し、酸素ストレージ量がこの目標値
と一致するように空燃比を制御するのである。
触媒３に吸収される酸素量または放出される酸素量が分
かり、これを積算していくことで触媒３の酸素ストレー
ジ量を推定できる。予め触媒３の最大酸素ストレージ量
を実験等により確認しておき、例えばその半分の保持量
を目標値として設定し、酸素ストレージ量がこの目標値
と一致するように空燃比を制御するのである。
【００３６】演算した酸素ストレージ量が目標値よりも
少ないときは、目標空燃比をリーン側にして保持量を増
やし、逆に目標値よりも多いときはリッチ側にして酸素
ストレージ量を減らし、これらにより目標値に一致させ
る。
少ないときは、目標空燃比をリーン側にして保持量を増
やし、逆に目標値よりも多いときはリッチ側にして酸素
ストレージ量を減らし、これらにより目標値に一致させ
る。
【００３７】ただし、空燃比の目標値としては、エンジ
ンの運転要求からも制御され、基本的には理論空燃比と
なるようにフィードバック制御されるので、目標ストレ
ージ量からのずれ分を修正するにしても、その修正量に
ついては運転性を悪化させない範囲に、理論空燃比に対
しての修正幅が制限される。
ンの運転要求からも制御され、基本的には理論空燃比と
なるようにフィードバック制御されるので、目標ストレ
ージ量からのずれ分を修正するにしても、その修正量に
ついては運転性を悪化させない範囲に、理論空燃比に対
しての修正幅が制限される。
【００３８】また、演算誤差により演算された酸素スト
レージ量と実際の酸素ストレージ量との間にずれを生じ
るが、下流側空燃比センサ５の検出する酸素濃度に基づ
いて、例えばエンジンの燃料カット時などに、燃料カッ
トに移行してから所定のタイミングで演算した酸素スト
レージ量のリセットを行い、ずれを修正する。
レージ量と実際の酸素ストレージ量との間にずれを生じ
るが、下流側空燃比センサ５の検出する酸素濃度に基づ
いて、例えばエンジンの燃料カット時などに、燃料カッ
トに移行してから所定のタイミングで演算した酸素スト
レージ量のリセットを行い、ずれを修正する。
【００３９】なお、触媒３の酸素ストレージ量の演算方
法については、本出願人よる特願平１０−２９５１１０
号等にも詳しく記載されている。
法については、本出願人よる特願平１０−２９５１１０
号等にも詳しく記載されている。
【００４０】さらに本発明では、コントローラ６は、酸
素ストレージ量を演算するための上流側の空燃比センサ
４の出力が正常かどうか判断し、もしもセンサ劣化など
により出力変動（出力シフト）を生じているときは、こ
れに応じて上流側空燃比センサ４の出力を補正し、酸素
ストレージ量を正しく目標値に収束させるようになって
いる。
素ストレージ量を演算するための上流側の空燃比センサ
４の出力が正常かどうか判断し、もしもセンサ劣化など
により出力変動（出力シフト）を生じているときは、こ
れに応じて上流側空燃比センサ４の出力を補正し、酸素
ストレージ量を正しく目標値に収束させるようになって
いる。
【００４１】触媒３の酸素ストレージ量は常に目標値に
なるように制御されるため、触媒上流側の空燃比に多少
の変動があっても、触媒の酸素ストレージ能力により、
触媒下流側の空燃比はストイキに維持される。しかし、
上流側の空燃比センサ４の出力に誤差があると、触媒の
酸素ストレージ量は目標値からずれてくる。例えば、上
流側の空燃比センサの出力が、正規の状態よりも見かけ
上はリッチ側にシフトしていると、酸素ストレージ量が
不足していると判断され、空燃比がリーン側に制御され
る。この状態が継続していくうちに、触媒の酸素ストレ
ージ量が飽和し、下流側の空燃比がストイキからリーン
側となる。
なるように制御されるため、触媒上流側の空燃比に多少
の変動があっても、触媒の酸素ストレージ能力により、
触媒下流側の空燃比はストイキに維持される。しかし、
上流側の空燃比センサ４の出力に誤差があると、触媒の
酸素ストレージ量は目標値からずれてくる。例えば、上
流側の空燃比センサの出力が、正規の状態よりも見かけ
上はリッチ側にシフトしていると、酸素ストレージ量が
不足していると判断され、空燃比がリーン側に制御され
る。この状態が継続していくうちに、触媒の酸素ストレ
ージ量が飽和し、下流側の空燃比がストイキからリーン
側となる。
【００４２】このような状態がそのときの条件に応じて
可変となる所定の判定時期（判定タイミング）を越えて
継続したときに、上流側空燃比センサ４の出力に変動
（出力シフト）があるものと見なして、下流側空燃比の
リッチまたはリーンに対応して上流側空燃比センサ４の
出力の補正を行うのである。
可変となる所定の判定時期（判定タイミング）を越えて
継続したときに、上流側空燃比センサ４の出力に変動
（出力シフト）があるものと見なして、下流側空燃比の
リッチまたはリーンに対応して上流側空燃比センサ４の
出力の補正を行うのである。
【００４３】この判定時期については、図２にも示すよ
うに、この実施形態では触媒３の劣化状態に応じて変化
し、酸素ストレージ能力の高く、空燃比変動に対する吸
収能力が高い、触媒３の新品時には判定時期が遅くな
り、劣化がすすむほど判定時期は早くなる。触媒３の劣
化度合いについては、例えば車両の走行距離の積算値な
どに応じて決められる。
うに、この実施形態では触媒３の劣化状態に応じて変化
し、酸素ストレージ能力の高く、空燃比変動に対する吸
収能力が高い、触媒３の新品時には判定時期が遅くな
り、劣化がすすむほど判定時期は早くなる。触媒３の劣
化度合いについては、例えば車両の走行距離の積算値な
どに応じて決められる。
【００４４】この制御内容を図３のフローチャートにし
たがって詳しく説明する。
たがって詳しく説明する。
【００４５】このフローは基本空燃比がストイキとなる
運転状態において、コントローラ６において一定の時間
毎に繰り返し実行される。
運転状態において、コントローラ６において一定の時間
毎に繰り返し実行される。
【００４６】ステップＳ１では、触媒上流側の空燃比セ
ンサ４の出力に基づいて触媒３の酸素ストレージ量が目
標値となるように空燃比の制御が行われる。目標空燃比
が酸素ストレージ量の演算値と目標値との比較に基づい
て決定され、この目標空燃比となるようにエンジン１へ
の燃料供給量が制御される。
ンサ４の出力に基づいて触媒３の酸素ストレージ量が目
標値となるように空燃比の制御が行われる。目標空燃比
が酸素ストレージ量の演算値と目標値との比較に基づい
て決定され、この目標空燃比となるようにエンジン１へ
の燃料供給量が制御される。
【００４７】次いで、ステップＳ２で下流側の空燃比セ
ンサ５の出力から空燃比がストイキかどうか判断され、
ストイキのときは制御動作を終了する。通常は触媒３の
酸素ストレージ能力により、触媒下流の排気空燃比はス
トイキになるが、触媒３の酸素ストレージ量が飽和状態
になったり、あるいは全部の酸素が放出されたときな
ど、下流側空燃比がストイキから変動する。
ンサ５の出力から空燃比がストイキかどうか判断され、
ストイキのときは制御動作を終了する。通常は触媒３の
酸素ストレージ能力により、触媒下流の排気空燃比はス
トイキになるが、触媒３の酸素ストレージ量が飽和状態
になったり、あるいは全部の酸素が放出されたときな
ど、下流側空燃比がストイキから変動する。
【００４８】ストイキでないと判断されたときは、ステ
ップＳ３に進み、リッチまたはリーンになってからの時
間を計測する。ステップＳ４でこの計測時間が触媒の劣
化状態に応じて設定される可変的な判定時期と対比さ
れ、この判定時期に達したかどうかの判断を行い、判定
時期を経過したときは上流側空燃比センサ４の出力にず
れが生じているものと判断し、ステップＳ５において上
流側空燃比センサ４の出力変動量、つまり出力のシフト
量を演算し、これを空燃比制御にフィードバックする。
ップＳ３に進み、リッチまたはリーンになってからの時
間を計測する。ステップＳ４でこの計測時間が触媒の劣
化状態に応じて設定される可変的な判定時期と対比さ
れ、この判定時期に達したかどうかの判断を行い、判定
時期を経過したときは上流側空燃比センサ４の出力にず
れが生じているものと判断し、ステップＳ５において上
流側空燃比センサ４の出力変動量、つまり出力のシフト
量を演算し、これを空燃比制御にフィードバックする。
【００４９】このシフト量の演算は次のようにして行
う。
う。
【００５０】上流側の空燃比センサ４の出力が実際の空
燃比よりも見かけ上、リッチ側にシフト（正規値からの
ずれ）していると、このセンサ出力に基づいて酸素スト
レージ量が目標値となるようにフィードバック制御する
と、実際の酸素ストレージ量は目標値よりも多くなる。
これを継続することにより、やがて触媒３の酸素ストレ
ージ量が飽和し、下流側の空燃比がストイキからリーン
側となってしまう。したがってこの場合には、上流側の
空燃比センサ４の出力に対して一定量だけリーン側への
補正を行い、これを空燃比の制御にフィードバックす
る。
燃比よりも見かけ上、リッチ側にシフト（正規値からの
ずれ）していると、このセンサ出力に基づいて酸素スト
レージ量が目標値となるようにフィードバック制御する
と、実際の酸素ストレージ量は目標値よりも多くなる。
これを継続することにより、やがて触媒３の酸素ストレ
ージ量が飽和し、下流側の空燃比がストイキからリーン
側となってしまう。したがってこの場合には、上流側の
空燃比センサ４の出力に対して一定量だけリーン側への
補正を行い、これを空燃比の制御にフィードバックす
る。
【００５１】逆に上流側の空燃比センサ４の出力が実際
の空燃比よりも見かけ上、リーン側にシフトしている
と、実際の酸素ストレージ量が目標値よりも少なくな
り、やがてゼロとなり、下流側の空燃比がストイキから
リッチ側になる。この場合には、図４にも示すように、
上流側空燃比センサ４の出力変動を補正するために上流
側空燃比センサ出力を一定量だけリッチ側へ補正する。
この補正結果は空燃比制御の学習値として記憶されてい
き、何度かの補正があるときは、順次加算されていく。
そしてこの補正により空燃比はリッチ側に所定量だけ修
正される。
の空燃比よりも見かけ上、リーン側にシフトしている
と、実際の酸素ストレージ量が目標値よりも少なくな
り、やがてゼロとなり、下流側の空燃比がストイキから
リッチ側になる。この場合には、図４にも示すように、
上流側空燃比センサ４の出力変動を補正するために上流
側空燃比センサ出力を一定量だけリッチ側へ補正する。
この補正結果は空燃比制御の学習値として記憶されてい
き、何度かの補正があるときは、順次加算されていく。
そしてこの補正により空燃比はリッチ側に所定量だけ修
正される。
【００５２】また、この補正量については、一定値とす
るのではなく、下流側空燃比センサ５の出力の絶対値の
大きさに応じて変化させることもできる。この場合には
酸素ストレージ量を補正後短時間のうちに目標値に収束
させられる。
るのではなく、下流側空燃比センサ５の出力の絶対値の
大きさに応じて変化させることもできる。この場合には
酸素ストレージ量を補正後短時間のうちに目標値に収束
させられる。
【００５３】一方、ステップＳ６では、このセンサ出力
に対するシフト量の積算値から上流側空燃比センサ４の
異常判定を行う。
に対するシフト量の積算値から上流側空燃比センサ４の
異常判定を行う。
【００５４】上流側の空燃比センサ４の補正量を積算し
ていき、その積算量の絶対値が所定の制限値に達したと
きに、空燃比センサ４の異常であると判断するもので、
空燃比センサ４の劣化が進んで、そのセンサ出力の積算
補正量がある限度に達したときは、安定した空燃比制御
が難しくなり、排気性能に悪影響を及ぼす可能性がある
ので、異常を判定し、報知することにより早期の修理、
交換を促すのである。
ていき、その積算量の絶対値が所定の制限値に達したと
きに、空燃比センサ４の異常であると判断するもので、
空燃比センサ４の劣化が進んで、そのセンサ出力の積算
補正量がある限度に達したときは、安定した空燃比制御
が難しくなり、排気性能に悪影響を及ぼす可能性がある
ので、異常を判定し、報知することにより早期の修理、
交換を促すのである。
【００５５】なお、出力のシフト量は下流側空燃比セン
サ５がリーン側を示しているときは正の固定値、リッチ
側を示しているときは負の固定値として算出され、これ
らを積算した補正量の絶対値が、予め設定した限界値に
達したときに異常であると判定する。異常がなければ、
最初の状態に戻り、上記した動作を繰り返し実行する。
サ５がリーン側を示しているときは正の固定値、リッチ
側を示しているときは負の固定値として算出され、これ
らを積算した補正量の絶対値が、予め設定した限界値に
達したときに異常であると判定する。異常がなければ、
最初の状態に戻り、上記した動作を繰り返し実行する。
【００５６】以上の制御動作において、前記下流側空燃
比がストイキからいずれかにずれているときの判定時期
については、触媒３の劣化状態に応じて変化し、劣化し
ていないときには新品時には、判定時期が遅くなり、劣
化するのに伴い判定時期は早くなる。これにより、図４
のようにして行われる、上流側空燃比センサ４のシフト
補正が誤って行われることのないようする。
比がストイキからいずれかにずれているときの判定時期
については、触媒３の劣化状態に応じて変化し、劣化し
ていないときには新品時には、判定時期が遅くなり、劣
化するのに伴い判定時期は早くなる。これにより、図４
のようにして行われる、上流側空燃比センサ４のシフト
補正が誤って行われることのないようする。
【００５７】触媒３の酸素ストレージ能力の高いとき
は、空燃比変動に対する吸収能力が高いために、上流側
空燃比を切り替えてから下流側空燃比が変化するまでの
時間が長くかかり、したがって触媒新品時には下流側空
燃比がストイキからずれていることを判定するための判
定時期を、触媒劣化時に比べて遅らせることで、不必要
に上流側空燃比センサ４の出力のシフト補正が行われな
いようにできる。
は、空燃比変動に対する吸収能力が高いために、上流側
空燃比を切り替えてから下流側空燃比が変化するまでの
時間が長くかかり、したがって触媒新品時には下流側空
燃比がストイキからずれていることを判定するための判
定時期を、触媒劣化時に比べて遅らせることで、不必要
に上流側空燃比センサ４の出力のシフト補正が行われな
いようにできる。
【００５８】上流側空燃比センサ４の出力が補正される
と、空燃比がセンサシフト方向と反対方向に所定量だけ
ステップ的に変化するが、この空燃比の変化が触媒下流
側に到達するのは触媒３の酸素ストレージ能力により異
なり、新品時ほど空燃比変化の吸収能力が高いために、
遅れが大きくなるのである。
と、空燃比がセンサシフト方向と反対方向に所定量だけ
ステップ的に変化するが、この空燃比の変化が触媒下流
側に到達するのは触媒３の酸素ストレージ能力により異
なり、新品時ほど空燃比変化の吸収能力が高いために、
遅れが大きくなるのである。
【００５９】また、逆に触媒劣化時には酸素ストレージ
能力が低く、空燃比の変動に対する吸収能力が低いの
で、上流側空燃比を切り替えてから下流側空燃比が変化
するまでの時間が短く、そこで上記判定時期を早くする
ことにより、上流側空燃比センサのシフト補正を的確に
行える。
能力が低く、空燃比の変動に対する吸収能力が低いの
で、上流側空燃比を切り替えてから下流側空燃比が変化
するまでの時間が短く、そこで上記判定時期を早くする
ことにより、上流側空燃比センサのシフト補正を的確に
行える。
【００６０】このようにして、上流側空燃比センサ４の
出力変動を適切に修正することができ、排気の悪化や燃
費の増大が確実に避けられる。
出力変動を適切に修正することができ、排気の悪化や燃
費の増大が確実に避けられる。
【００６１】次に図５に基づいて他の実施形態を説明す
る。
る。
【００６２】ここでは、そのときのエンジンの運転状
態、すなわち、吸入空気量に応じて下流側空燃比がスト
イキからずれている期間の判定時期を変化させている。
態、すなわち、吸入空気量に応じて下流側空燃比がスト
イキからずれている期間の判定時期を変化させている。
【００６３】図６にも示すように、上流側空燃比が切り
替わったときに下流側空燃比が切り替わるまでの時間遅
れは、エンジン吸入空気量に応じて変化し、吸入空気量
が少ないアイドル運転時などは、吸入空気量の大きなエ
ンジン高出力運転時などに比較して、時間遅れがそれだ
け大きくなる。
替わったときに下流側空燃比が切り替わるまでの時間遅
れは、エンジン吸入空気量に応じて変化し、吸入空気量
が少ないアイドル運転時などは、吸入空気量の大きなエ
ンジン高出力運転時などに比較して、時間遅れがそれだ
け大きくなる。
【００６４】そこで、吸入空気量の大小に応じて上記し
た判定時期を変化させ、低吸入空気量時ほど判定時期を
遅らせるようにしたのである。
た判定時期を変化させ、低吸入空気量時ほど判定時期を
遅らせるようにしたのである。
【００６５】以下、図５により制御内容を説明するが、
図３と重複する部分については原則的に省略する。
図３と重複する部分については原則的に省略する。
【００６６】ステップＳ１１ではステップＳ１と同じく
酸素ストレージ量が目標値となるように上流側空燃比セ
ンサ４の出力に基づいて空燃比制御が行われ、ステップ
Ｓ１２で下流側の空燃比センサ５の出力から空燃比がス
トイキかどうか判断され、ストイキでないと判断された
とき、つまりリーンまたはリッチのときは、ステップＳ
１３に進み、吸入空気量の積算値ΣＱａ×ｆ（ＨＯＳＣ
ＭＡＸ）を求め、これを所定の判定値ＲＳＴＬＩＭと比
較する。
酸素ストレージ量が目標値となるように上流側空燃比セ
ンサ４の出力に基づいて空燃比制御が行われ、ステップ
Ｓ１２で下流側の空燃比センサ５の出力から空燃比がス
トイキかどうか判断され、ストイキでないと判断された
とき、つまりリーンまたはリッチのときは、ステップＳ
１３に進み、吸入空気量の積算値ΣＱａ×ｆ（ＨＯＳＣ
ＭＡＸ）を求め、これを所定の判定値ＲＳＴＬＩＭと比
較する。
【００６７】図７にも示すように、下流側空燃比センサ
４の出力がストイキからリーンに変化したとして、この
リーンに変化してからの時間の積算値が、判定値を越え
たら、上流側空燃比センサ４の出力変動があったものと
見なして、出力補正を行うのである。この場合、吸入空
気量が相対的に少ないときには、判定値に到達するまで
に長い時間がかかり、吸入空気量が相対的に大きいとき
は、判定値に達するまでの時間は短くなり、この間に下
流側の空燃比が変化しない、つまりストイキからいずれ
かにずれたままのときは、ステップＳ１４で上流側空燃
比センサの出力シフト補正が実行されるのである。
４の出力がストイキからリーンに変化したとして、この
リーンに変化してからの時間の積算値が、判定値を越え
たら、上流側空燃比センサ４の出力変動があったものと
見なして、出力補正を行うのである。この場合、吸入空
気量が相対的に少ないときには、判定値に到達するまで
に長い時間がかかり、吸入空気量が相対的に大きいとき
は、判定値に達するまでの時間は短くなり、この間に下
流側の空燃比が変化しない、つまりストイキからいずれ
かにずれたままのときは、ステップＳ１４で上流側空燃
比センサの出力シフト補正が実行されるのである。
【００６８】このようにして判定値に達するまでの時間
が吸入空気量に応じて長くなったり、短くなったりする
ことで、結果的には判定時期を吸入空気量に応じて遅ら
せたり、早めたりすることと同義となり、上流側空燃比
センサのシフトを正確に判断できる。
が吸入空気量に応じて長くなったり、短くなったりする
ことで、結果的には判定時期を吸入空気量に応じて遅ら
せたり、早めたりすることと同義となり、上流側空燃比
センサのシフトを正確に判断できる。
【００６９】また、ステップＳ１５では前記ステップＳ
６と同じようにしてセンサの異常判定を行う。
６と同じようにしてセンサの異常判定を行う。
【００７０】上流側空燃比センサ４の更正が行われ、正
規な状態に戻ったとしても、これを下流側で確認するま
での時間はそのときの吸入空気量、すなわち排気流量に
応じて異なり、例えばアイドル時など空気量が少ないと
きにリーンからストイキに空燃比が切り替わっても、下
流側がストイキになるまでの時間が長くかかり、その間
に再びリーンであると判定してしまうと、再度上流側空
燃比センサの出力が補正されてしまい、実態とそぐわな
い結果となる。しかし、このように吸入空気量の積算値
を所定の判定値と比較することで、結果的には小吸入空
気量時には判定時期が遅くなり、大吸入空気量時には判
定時期が早くなるので、常に適正な判断を行うことが可
能となる。
規な状態に戻ったとしても、これを下流側で確認するま
での時間はそのときの吸入空気量、すなわち排気流量に
応じて異なり、例えばアイドル時など空気量が少ないと
きにリーンからストイキに空燃比が切り替わっても、下
流側がストイキになるまでの時間が長くかかり、その間
に再びリーンであると判定してしまうと、再度上流側空
燃比センサの出力が補正されてしまい、実態とそぐわな
い結果となる。しかし、このように吸入空気量の積算値
を所定の判定値と比較することで、結果的には小吸入空
気量時には判定時期が遅くなり、大吸入空気量時には判
定時期が早くなるので、常に適正な判断を行うことが可
能となる。
【００７１】なお、この第２の実施形態は第１の実施形
態と組み合わせることも可能であり、この場合には、例
えば、吸入空気量の積算値を比較する判定値の大きさ
を、触媒の劣化度合いに応じて変化させればよい。
態と組み合わせることも可能であり、この場合には、例
えば、吸入空気量の積算値を比較する判定値の大きさ
を、触媒の劣化度合いに応じて変化させればよい。
【００７２】本発明は上記の実施の形態に限定されず
に、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がな
しうることは明白である。
に、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がな
しうることは明白である。
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】触媒劣化時と新品時の酸素ストレージ能力と下
流側空燃比センサの出力特性を示す説明図である。
流側空燃比センサの出力特性を示す説明図である。
【図３】同じくその制御動作を示すフローチャートであ
る。
る。
【図４】触媒下流側の空燃比と上流側空燃比センサの補
正量との関係を示す説明図である。
正量との関係を示す説明図である。
【図５】第２の実施形態の制御動作を示すフローチャー
トである。
トである。
【図６】吸入空気量と下流側空燃比センサの出力特性を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図７】触媒下流側の空燃比と上流側空燃比センサの補
正量との関係を示す説明図である。
正量との関係を示す説明図である。
１ エンジン
３ 触媒
４ 上流側空燃比センサ
５ 下流側空燃比センサ
６ コントローラ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６６ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６６Ｚ
３６８ ３６８Ｇ
Ｆターム(参考） 3G084 BA09 DA11 DA12 DA25 DA27
DA30 EA05 EA06 EA07 EA11
EB11 FA07 FA30
3G301 JA04 JB01 JB09 MA01 NA04
NA08 NB02 NB03 ND01 ND17
ND21 NE14 NE23 PA01Z
PD04A PD04B PD09Z
Claims (8)
- 【請求項１】排気空燃比に応じて排気中の酸素を取り込
み、あるいは放出する酸素ストレージ能力のある触媒
と、この酸素ストレージ量が目標値になるように空燃比
を制御する装置において、 前記触媒上流に設置した空燃比センサと、 前記触媒下流に設置した空燃比センサと、 前記触媒の上流側の空燃比センサの出力に基づいて酸素
ストレージ量を推定し、この酸素ストレージ量が目標値
と一致するように空燃比を制御する手段と、 下流側の空燃比センサの出力がそのときの運転条件によ
り可変的に設定される判定時期を越えてリーンまたはリ
ッチを継続したときに上流側空燃比センサの出力を補正
する更正手段とを備えることを特徴とする内燃機関の空
燃比制御装置。 - 【請求項２】前記判定時期は触媒の劣化度合いに応じて
設定される請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装
置。 - 【請求項３】前記判定時期は触媒の劣化度合いが進むほ
ど早い時期に設定される請求項２に記載の内燃機関の空
燃比制御装置。 - 【請求項４】前記判定時期は機関の運転状態に応じて設
定される請求項１〜３のいずれか一つに記載の内燃機関
の空燃比制御装置。 - 【請求項５】前記判定時期は吸入空気量の積算値に応じ
て設定される請求項４に記載の内燃機関の空燃比制御装
置。 - 【請求項６】前記判定時期は吸入空気量が多いほど早い
時期に設定される請求項５に記載の内燃機関の空燃比制
御装置。 - 【請求項７】前記補正量は前記判定時期における下流側
の空燃比センサの出力に応じて設定される請求項１〜６
のいずれか一つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項８】前記更正手段は、前記補正量の積算値であ
るシフト量が所定値を超えた場合に上流側空燃比センサ
の異常を判定する請求項１〜７のいずれか一つに記載の
内燃機関の空燃比制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001227010A JP3664115B2 (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
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