JP2004019584A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化用触媒への酸素蓄積量を正確に推定して触媒による排気浄化性能が良好に維持されるようにする。
【解決手段】触媒上流の第１空燃比センサで検出された空燃比に基づいて触媒の酸素蓄積量Ｏｓを算出し、この算出値Ｏｓが適正範囲内にあるときに、触媒下流の第２空燃比センサで検出された空燃比が理論空燃比近傍でなく、空燃比がリッチと判定されたときは、前記酸素蓄積量の算出に用いる酸素脱離速度を増大補正し、空燃比がリーンと判定されたときは、前記酸素蓄積量の算出に用いる酸素吸着速度を増大補正する。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は三元触媒等の排気浄化用の触媒を備えた内燃機関の空燃比制御装置に関し、詳しくは、前記触媒の酸素蓄積量を適正範囲に維持するように空燃比をフィードバック制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気通路に備えた三元触媒等の排気浄化用触媒への酸素蓄積量が多すぎると、排気中のＮＯｘに対して還元処理機能が低下し、酸素蓄積量が少なすぎると、排気中のＨＣ，ＣＯを酸化処理機能が低下する。このため、触媒上流の空燃比センサの出力に基づいて触媒の酸素蓄積量を推定しつつ、該酸素蓄積量を目標値に維持するように空燃比をフィードバック制御するようにした技術がある（特開２００１−３１４３４２号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空燃比センサの劣化やバラツキにより、該センサ出力値と実際の空燃比との間で誤差を生じた場合、空燃比センサ出力値に基づく酸素蓄積量の算出値が正確でなくなるため、目標値に収束させるフィードバック制御を行っても、触媒の最大転換効率となる空燃比に制御することができず、触媒下流の空燃比が悪化することがあった。
【０００４】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、実際の酸素蓄積量を正確に推定して触媒による排気浄化性能が良好に維持されるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明は、排気浄化用の触媒の上流側に配設した前記第１空燃比センサの出力と前記触媒の酸素吸着／脱離特性とに基づいて該触媒の酸素蓄積量を算出し、該酸素蓄積量を目標値とするように空燃比をフィードバック制御する一方、前記酸素蓄積量の算出値と、触媒の下流側に配設した前記第２空燃比センサの出力値とが適合した関係から外れる場合は、前記触媒の酸素吸着／脱離特性を補正する構成としたので、酸素蓄積量を正確に推定して触媒による排気浄化性能が良好に維持される。
【０００６】
また、前記触媒の酸素蓄積量が適正範囲内にあるときに前記第２空燃比センサの出力値が基準値よりリッチである場合は、酸素蓄積量の算出値が大きすぎると判断できるので、前記触媒の酸素脱離速度の増大補正、または酸素吸着速度の減少補正の少なくとも一方を行うことにより、酸素蓄積量を正しく算出できる。
また、前記触媒の酸素蓄積量が適正範囲内にあるときに前記第２空燃比センサの出力値が基準値よりリーンである場合は、酸素蓄積量の算出値が小さすぎると判断できるので、前記触媒の酸素吸着速度の増大補正、または酸素脱離速度の減少補正の少なくとも一方を行うことにより、酸素蓄積量を正しく算出できる。
【０００７】
また、前記酸素蓄積量の算出値が上限値を上回るときに前記第２空燃比センサの出力値が基準値よりリーンでない場合は、酸素蓄積量の算出値が大きすぎると判断できるので、前記触媒の酸素吸着速度の減少補正、または、酸素脱離速度の増大補正の少なくとも一方を行うことにより、酸素蓄積量を正しく算出できる。
また、前記酸素蓄積量の算出値が下限値を下回るときに前記第２空燃比センサの出力値が基準値よりリッチでない場合は、酸素蓄積量の算出値が小さすぎると判断できるので、前記触媒の酸素脱離速度の減少補正、または、酸素吸着速度の増大補正の少なくとも一方を行うことにより、酸素蓄積量の算出値を正しく算出できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関の空燃比制御装置のシステム構成を示す。
【０００９】
図１において、エンジン（内燃機関）１の吸気通路１１には燃料噴射弁２が設けられており、該燃料噴射弁２から噴射される燃料と空気とが予混合し、シリンダ内に吸気弁３を介して吸引される。シリンダ内の燃焼混合気は、点火栓４による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は、排気弁５を介して排気通路６に排出される。
【００１０】
排気通路６には、三元触媒７が介装されており、該三元触媒７は、排気空燃比が理論空燃比よりリーンのときに酸素を吸着し、理論空燃比よりリッチのときに酸素を脱離しつつ、ＨＣ，ＣＯを酸化処理、ＮＯｘを還元処理して浄化する。
前記三元触媒７の上流側と下流側には、排気空燃比を検出する第１空燃比センサ８、第２空燃比センサ９が装着されている。
【００１１】
また、吸気通路１１には、吸入空気量を制御するスロットル弁１２が介装されると共に、該スロットル弁１２の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１３が設けられ、更にその上流には吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ１４が設けられる。
この他、エンジン回転速度Ｎｅを検出するクランク角センサ１５、エンジン冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１６等が設けられる。
【００１２】
前記各センサの検出信号はコントロールユニット１０に入力され、該コントロールユニット１０は、上記センサ類からの信号に基づいて、前記三元触媒７に蓄積される酸素量（以下酸素蓄積量という）を算出し、該酸素蓄積量を目標値とするように、前記燃料噴射弁２からの燃料噴射量を制御して、空燃比をフィードバック制御する。
【００１３】
図２は、上記空燃比フィードバック制御のフローを示す。
ステップ１では、前記三元触媒７の酸素蓄積量Ｏｓを次式により算出する。
Ｏｓ＝｛（λｒ−λｔ）／λｔ｝×Ｑａ×ｏｓ＋Ｏｓ０
ただし、λｒ：第１空燃比センサ６で検出される実空燃比、λｔ：理論空燃比、Ｑａ：吸入空気量、ｏｓ：酸素吸着／脱離速度（λｒ＞λｔのときｏｓ＝ｏｓｓ＞０、λｒ＜λｔのときｏｓ＝ｏｐｓ＜０）、Ｏｓ０：酸素蓄積量の前回算出値
ステップ２では、上記酸素蓄積量の算出値Ｏｓと、目標値Ｏｓａとの偏差ΔＱｓ（＝Ｏｓａ−Ｏｓ）を算出する。ここで、前記酸素蓄積量の目標値Ｏｓａは、図４に示すように、排気中のＨＣ，ＣＯに対する酸化処理と、ＮＯｘに対する還元処理とをバランス良く行うように、三元触媒７で蓄積しうる最大酸素蓄積量の半分程度に設定する。
【００１４】
ステップ３では、前記偏差ΔＱｓに基づき、比例積分微分制御による次式に従って、目標空燃比λａを算出する。
λａ＝［λｔ／｛１−ΔＱｓ・ＰＩＤ／Ｑａ｝−λｒ］／λｒ・ＰＩＤ
ただし、ＰＩＤ：比例積分微分のゲイン
ここで、三元触媒７の酸素蓄積量の算出値Ｏｓが目標値Ｏｓａより大きいとき（ΔＯｓ＜０）は、目標空燃比λｔはリッチとなり、算出値Ｏｓが目標値Ｏｓａより小さいとき（ΔＯｓ＞０）は、目標空燃比λｔはリーンとなる。
【００１５】
ステップ４では、燃料噴射量Ｔｉを算出する。
燃料噴射量Ｔｉは、エアフローメータ１４で検出される吸入空気量Ｑａと、クランク角センサ１０により検出されるエンジン回転速度Ｎｅ等から理論空燃比λｔ（＝１）相当の基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ（Ｋは定数）を算出し、これに前記目標空燃比λａを乗算して次式のように算出する。
【００１６】
Ｔｉ＝Ｔｐ×λａ
このＴｉに対応するパルス幅の燃料噴射パルスを、エンジン回転に同期して、燃料噴射弁３に出力する。
そして、本発明に関わる制御として、上記図２のステップ１での酸素蓄積量Ｏｓの算出を第１空燃比センサ６のバラツキ、劣化等があっても正確に行うため、前記酸素吸着／脱離速度ｏｓを補正する制御を行う。以下に、該酸素吸着／脱離速度ｏｓの補正制御を、図３のフローチャートに従って説明する。
【００１７】
ステップ１１では、前記ステップ１での酸素蓄積量の算出値Ｏｓを読み込む。ステップ１２では、上記酸素蓄積量の算出値Ｏｓが、上限値以下で下限値以内の適正範囲内にあるかを判定する。
ステップ１２で適正範囲であると判定されたときは、ステップ１３へ進み、第２空燃比センサ８の出力が理論空燃比を示しているかを判定する。
【００１８】
ステップ１３で理論空燃比を示していると判定された場合は、酸素吸着／脱離速度ｏｓの補正が不要と判断してフローを終了するが、理論空燃比を示していないと判定されたときは、ステップ１４へ進み、第２空燃比センサの出力がリッチを示しているかを判定する。
ステップ１４で第２空燃比センサの出力がリッチを示していると判定されたときは、ステップ１５へ進んで前記三元触媒７の酸素脱離速度を増大補正する。すなわち、酸素蓄積量の算出値Ｏｓが適正であれば、第２空燃比センサ８の出力つまり三元触媒７下流の排気空燃比λｒｒは理論空燃比を示しているべきであるのに、リッチを示しているということは、実際の酸素蓄積量は適正範囲より小さく、酸素蓄積量の算出値Ｏｓが大きめに算出されているためと判断される。そこで、空燃比リッチ時に支配的な三元触媒７の酸素脱離速度を増大補正することにより、実際の酸素蓄積量に見合った算出値Ｏｓを得ることができる。また、上記酸素脱離速度の増大補正の代わりに若しくは並行して空燃比リーン時に支配的な酸素吸着速度を減少補正するようにしてもよい。
【００１９】
また、ステップ１４で第２空燃比センサの出力がリーンを示していると判定されたときは、ステップ１６へ進んで前記三元触媒７の酸素吸着速度を増大補正する。すなわち、三元触媒７下流の排気空燃比λｒｒがリーンと検出されているということは、実際の酸素蓄積量は適正範囲より大きく、酸素蓄積量の算出値Ｏｓが小さめに算出されているためと判断されるので、空燃比リーン時に支配的な三元触媒７の酸素吸着速度を増大補正することにより、実際の酸素蓄積量に見合った算出値Ｏｓを得ることができる。また、上記酸素吸着速度の増大補正の代わりに若しくは並行して酸素脱離速度を減少補正するようにしてもよい。
【００２０】
また、ステップ１２で、上記酸素蓄積量の算出値Ｏｓが適正範囲内に無いと判断されたときは、ステップ１７へ進んで算出値Ｏｓが上限値を上回っているかを判定し、上回っていると判定されたときはステップ１８へ進んで第２空燃比センサ８の出力がリーンであるかを判定する。
ステップ１８で第２空燃比センサ８の出力がリーンと判定されたときは、酸素蓄積量の過大な算出値Ｏｓに見合って、三元触媒７下流の排気空燃比がリーンになっているので、酸素吸着／脱離速度ｏｓの補正は不要と判断し、このフローを終了する。
【００２１】
一方、ステップ１８で第２空燃比センサ８の出力（排気空燃比λｒｒ）がリーンと判定されなかったときは、酸素蓄積量の算出値Ｏｓが実際値より大きめに算出されていると判断し、ステップ１９で三元触媒７の酸素吸着速度を減少補正することにより、実際の酸素蓄積量に見合った算出値Ｏｓに修正することができる。また、上記酸素吸着速度の減少補正の代わりに若しくは並行して酸素脱離速度を増大補正するようにしてもよい。
【００２２】
また、ステップ１７へ進んで算出値Ｏｓが上限値を上回っていない、つまり、下限値を下回っていると判定されたときはステップ２０へ進んで第２空燃比センサ８の出力がリッチであるかを判定し、リッチと判定されたときは、酸素蓄積量の過小な算出値Ｏｓに見合って、三元触媒７下流の排気空燃比λｒｒがリッチになっているので、酸素吸着／脱離速度ｏｓの補正は不要と判断し、このフローを終了する。
【００２３】
一方、ステップ２０で第２空燃比センサ８の出力がリッチと判定されなかったときは、酸素蓄積量の算出値Ｏｓが実際値より小さめに算出されていると判断し、ステップ２１で三元触媒７の酸素脱離速度を減少補正することにより、実際の酸素蓄積量に見合った算出値Ｏｓに修正することができる。また、上記酸素脱離速度の減少補正の代わりに若しくは並行して酸素吸着速度を増大補正するようにしてもよい。
【００２４】
図５に、酸素吸着速度が大きすぎる場合及び小さすぎる場合と、酸素脱離速度が大きすぎる場合及び小さすぎる場合の酸素蓄積量算出値と、補正方向を示す。
以上示したように、酸素蓄積量の算出値Ｏｓを、第２空燃比センサ８により検出される三元触媒７下流の排気空燃比と照合しつつ酸素吸着／脱離速度ｏｓを補正することにより、酸素蓄積量を正しく算出して、前記目標空燃比λａを正確に設定でき、高精度な空燃比フィードバック制御によって排気浄化性能を良好に維持することができる。
【００２５】
なお、触媒上流の第１空燃比センサは、基本的な空燃比フィードバック制御に供するので、広域型空燃比センサを用いることで高精度な制御を行え、触媒下流の第２空燃比センサも広域型空燃比センサを用いれば、精度を高められるが、簡易的にはリッチ・リーン反転型のいわゆる酸素センサを用いてコスト削減を図れる。ただし、上記図３のステップ１３において該酸素センサで理論空燃比近傍を判定する必要があるため、該理論空燃比近傍の出力特性をリニアライズするのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるエンジンのシステム構成を示す図。
【図２】実施形態の空燃比フィードバック制御を示すフローチャート。
【図３】実施形態における触媒の酸素蓄積量の算出パラメータを補正する制御を示すフローチャート。
【図４】実施形態における酸素蓄積量の目標値と上限値及び下限値を示す図。
【図５】実施形態における酸素吸着速度及び酸素脱離速度の補正の様子を示す図。
【符号の説明】
１…エンジン　　２…燃料噴射弁　　６…排気通路　　７…三元触媒　　８…第１空燃比センサ　　９…第２空燃比センサ　　１０…コントロールユニット
１４…エアフローメータ　　１５…クランク角センサ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に介装される排気浄化用の触媒の上流側に第１空燃比センサ、下流側に第２空燃比センサを配設し、前記第１空燃比センサの出力と前記触媒の酸素吸着／脱離特性とに基づいて該触媒の酸素蓄積量を算出し、該酸素蓄積量を目標値とするように空燃比をフィードバック制御する一方、前記酸素蓄積量の算出値と前記第２空燃比センサの出力値とが適合した関係から外れる場合、前記触媒の酸素吸着／脱離特性を補正することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記酸素蓄積量の算出値が適正範囲内にあるときに前記第２空燃比センサの出力値が基準値よりリッチである場合は、前記触媒の酸素脱離速度の増大補正、または酸素吸着速度の減少補正の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 前記酸素蓄積量の算出値が適正範囲内にあるときに前記第２空燃比センサの出力値が基準値よりリーンである場合は、前記触媒の酸素吸着速度の増大補正、または酸素脱離速度の減少補正の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 前記酸素蓄積量の算出値が上限値を上回るときに前記第２空燃比センサの出力値が基準値よりリーンでない場合は、前記触媒の酸素吸着速度の減少補正、または酸素脱離速度の増大補正の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. 前記酸素蓄積量の算出値が下限値を下回るときに前記第２空燃比センサの出力値が基準値よりリッチでない場合は、前記触媒の酸素脱離速度の減少補正、または酸素吸着速度の増大補正の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。

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