JP2004346778A

JP2004346778A - エンジンの燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2004346778A
Application number: JP2003142498A
Authority: JP
Inventors: Yuji Taguchi; 裕二田口
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】燃料カット復帰後の空燃比フィードバック制御停止中に発生する付着燃料分の不足を補うと共に触媒内部を早期に適正浄化ウィンドウに戻し、排気エミッションを改善する。
【解決手段】燃料カットから復帰して空燃比フィードバック制御が開始される間での期間に、燃料カット後付着補正量により噴射燃料を増量し、フロント空燃比センサの出力から実空燃比が略リッチ状態になったと判定されたとき、或いはリヤ空燃比センサの出力から触媒内が略リッチ状態になったと判定されたとき、燃料付着補正を終了する。これにより、燃料カットにより失われた付着燃料分を補うと共に、酸素過剰状態にある触媒内を早期に適正浄化ウィンドウに戻すことができ、空燃比を早期に正常化して触媒の浄化率を早期に向上することができる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料カット復帰後の空燃比フィードバック制御停止中に発生する付着燃料分の不足を補うと共に触媒内部を早期に適正浄化ウィンドウに戻すエンジンの燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンジンの空燃比制御システムにおいては、触媒上流側に設けた空燃比センサからの出力によって燃料噴射量をフィードバック制御するシステムに対し、例えば、特開平１１−１４８４０３号公報に開示されているように、触媒の上流側と下流側とにそれぞれ空燃比センサを設けるシステムがある。
【０００３】
このシステムでは、触媒上流側の空燃比センサの出力に基づいて目標空燃比に収束するよう燃料噴射量をフィードバック制御するメインフィードバック制御と、触媒下流側の空燃比センサの出力に基づいて触媒を適正浄化ウィンドウ（触媒で排気ガスを有効に浄化可能な適正空燃比の範囲）内に制御するサブフィードバック制御とを行うことで、排気ガス浄化性能を向上することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１４８４０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に、エンジンの空燃比制御においては、減速時等の運転状態で、燃費向上、排気ガス浄化を目的として燃料カットを実施しており、また、この燃料カットから復帰したときには、排気ガスの輸送遅れと反応遅れとを考慮し、所定のディレイ時間をもって空燃比フィードバック制御（燃料噴射量のフィードバック制御）を開始している。
【０００６】
このため、燃料カット復帰直後から燃料フィードバック制御が開始されるまでのオープン制御による燃料噴射では、燃料カット中に失われた吸気管内の壁面付着燃料分や筒内付着燃料分が噴射燃料の一部で補償されることになり、燃焼に寄与する燃料量が減ってリーン雰囲気となるばかりでなく、触媒内も酸素過剰状態となって適正浄化ウィンドウから外れ、燃焼状態や排気ガスエミッションが悪化する虞がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、燃料カット復帰後の空燃比フィードバック制御停止中に発生する付着燃料分の不足を補うと共に触媒内部を早期に適正浄化ウィンドウに戻し、排気エミッションを改善することのできるエンジンの燃料噴射制御装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、排気系に介装した触媒の上流側と下流側とに、それぞれ空燃比センサを配設したエンジンの空燃比制御装置であって、燃料カット中に失われる付着燃料分を補償するための燃料カット後付着補正量を設定する手段と、燃料カットから復帰して空燃比フィードバック制御が開始されるまでの期間に、上記燃料カット後付着補正量により燃料噴射量を増量する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
その際、燃料カット後付着補正量による燃料増量を、燃料カットから復帰して所定のディレイ時間を経過した後に実施することが望ましく、また、触媒の下流側に配設した空燃比センサの出力が第１の判定閾値以下のリーン状態でなくなったとき、或いは触媒の上流側に配設した空燃比センサの出力が第２の判定閾値以下のリーン状態でなくなったとき、燃料カット後付着補正量による燃料増量を終了することが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図４は本発明の実施の一形態に係わり、図１はエンジン制御系の概略構成図、図２は燃料カット後付着補正量設定ルーチンのフローチャート、図３は第１の判定閾値の説明図、図４は燃料カット後の制御状態を示すタイムチャートである。
【００１１】
図１において、符号１はエンジンであり、このエンジン１の吸気通路２にスロットル弁３が介装され、このスロットル弁３に、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ４が連設されている。スロットル弁３の下流側には、吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタ５、スロットル弁３下流側の吸気管圧力を検出する圧力センサ６が介装され、スロットル弁３の上流側には、吸入空気量を計測する吸入空気量センサ７が介装されている。尚、吸入空気量センサ７を備えない場合には、圧力センサ６によって計測した吸気管圧力とエンジン回転数とから吸入空気量を算出する。
【００１２】
また、エンジン１の排気通路８には、排気ガスを浄化する触媒９が介装され、この触媒９の上下流に、それぞれ空燃比センサ１０，１１が配設されている。本形態においては、触媒９は三元触媒であり、触媒９の上流側に配設される空燃比センサ１０（以下、フロント空燃比センサ１０と称する）は、理論空燃比を含むリッチからリーンにかけての空燃比を連続的に検出可能な広域空燃比センサ、触媒９の下流側に配設される空燃比センサ１１（以下、リヤ空燃比センサ１１と称する）は、排気ガス中の酸素濃度から空燃比を検出するＯ２センサである。
【００１３】
一方、符号２０は、マイクロコンピュータ等からなる電子制御ユニット（ＥＣＵ）であり、前述の各センサ４，６，７，１０，１１からの信号が入力されると共に、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ１２からの信号が入力される。ＥＣＵ２０では、これらの信号に基づいてインジェクタ５の燃料噴射量や図示しない点火プラグに対する点火時期を演算し、燃料噴射制御や点火時期制御等のエンジン制御を行う。
【００１４】
ここで、ＥＣＵ２０による燃料噴射制御においては、減速時等に燃料カットを実施してエンジンへの燃料供給を停止し、燃費向上、排気ガス浄化を図るようにしているが、燃料カットから復帰したときには、フロント空燃比センサ１０に排気ガスが到達するまでの輸送遅れと反応遅れとを考慮し、復帰直後から所定のディレイ時間をもって燃料フィードバック制御を開始する。
【００１５】
従って、燃料カット復帰直後から燃料フィードバック制御が開始されるまでのオープン制御による燃料噴射では、燃料カット中に失われた吸気管内の壁面付着燃料分や筒内付着燃料分が噴射燃料の一部で補償されることになり、燃焼に寄与する燃料量が減ってリーン雰囲気となるばかりでなく、触媒９内も燃料カットにより過剰酸素状態となって適正浄化ウィンドウから外れ、浄化能力が低下している。このため、燃料カット復帰直後から燃料フィードバック制御が開始されるまでの間、燃焼状態や排気ガスエミッションが悪化する虞がある。
【００１６】
この場合、燃料カット復帰直後の燃料フィードバック制御を早期化すると、過剰リッチとなる虞があるため、ＥＣＵ２０では、燃料カット復帰を検出してから燃料フィードバック制御が開始されるまでの間に、燃料付着補正による燃料増量を行うことにより、付着燃料分の不足を補うと共に触媒内部を早期に適正浄化ウィンドウに戻し、排気ガスエミッションを改善する。
【００１７】
具体的には、燃料カット復帰直後から燃料フィードバックが開始されるまでの間、図２に示す燃料カット後付着補正量設定ルーチンにより燃料カット後付着補正量を設定し、この燃料カット後付着補正量でインジェクタ５からの燃料噴射量を増量補正することで、付着燃料分の不足を補うと共に触媒内部を早期に適正浄化ウィンドウに戻す。
【００１８】
次に、燃料カット後の燃料付着補正処理について、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００１９】
この燃料カット後付着補正量設定ルーチンにおいては、燃料カット復帰直後から燃料フィードバック制御が開始される前であって基本的に以下に述べる第１〜第３の条件を満足する場合に、燃料カット後付着補正量ＦＷＥＴを設定し、それ以外の場合には、燃料カット後付着補正量ＦＷＥＴを０、すなわち燃料付着補正無しとする。
【００２０】
詳細には、先ず、ステップＳ１で、フロント空燃比センサ１０の出力に基づいて、現在、燃料カット中であるか否かを判定する。そして、燃料カット中と判定した場合には、ステップＳ１からステップＳ２へ進んで補正ディレイカウンタに初期値を設定してステップＳ４へ進み、燃料カット終了と判定した場合、ステップＳ１からステップＳ３へ進んで補正ディレイカウンタをディクリメントし、ステップＳ４へ進む。補正ディレイカウンタは、燃料カット復帰直後の燃焼の不安定な時期での失火を回避するため、燃料カット復帰から燃料付着補正を実施するまでのディレイ時間を計時する減算カウンタであり、ディレイ時間を与える初期値として、例えば、４噴射相当の値を設定する。
【００２１】
ステップＳ４では、補正ディレイカウンタのカウンタ値Ｃが０であるか否かを調べる。そして、Ｃ≠０であり、燃料カットからの復帰後、カウンタの初期値によって定まるディレイ時間が経過していない場合には、ステップＳ１からステップＳ９へジャンプして燃料カット後付着補正量ＦＷＥＴを０に設定してルーチンを終了する。
【００２２】
一方、ステップＳ４において、Ｃ＝０の場合、すなわち燃料カットから復帰して設定されたディレイ時間が経過した場合には、ステップＳ４からステップＳ５へ進み、燃料カットからの復帰直後から燃料フィードバックを開始するまでの復帰ディレイ中か否かを調べる。そして、既に燃料フィードバックが開始されている場合には、前述のステップＳ９で燃料カット後付着補正量ＦＷＥＴを０に設定し、未だ燃料フィードバックが開始されていない場合（復帰ディレイ中）、ステップＳ６へ進む。
【００２３】
ステップＳ６では、リヤ空燃比センサ１１の出力ＶＲが第１の判定閾値ＡＦＲ１以下の触媒状態がリーンである条件（第１の条件）を満足するか否かを判断し、ＶＲ＞ＡＦＲ１の場合、ステップＳ９で燃料カット後付着補正量ＦＷＥＴを０に設定し、ＶＲ≦ＡＦＲ１の場合、ステップＳ７へ進む。この触媒状態の条件は、触媒９内がリーン状態で適正浄化ウィンドウを外れているときにのみ、燃料付着補正を実施するための条件である。
【００２４】
すなわち、燃料カットが短期間の場合には、燃料付着分もゼロにはならず、触媒内部が適正状態に保持される場合があるため、触媒９内がリーン状態でないときには、燃料付着補正を終了することで、過剰な燃料増量による排気ガスエミッションの悪化を防止する。第１の判定閾値ＡＦＲ１は、必要最小限の燃料増量とするため、図３に示すように、リヤ空燃比センサ１１の出力が反転するストイキオよりも若干リーン側の値を用いる。
【００２５】
続くステップＳ７では、フロント空燃比センサ１０の出力ＶＦが第２の判定閾値ＡＦＲ２以下の実空燃比がリーンである条件（第２の条件）を満足するか否かを判断する。この実空燃比がリーンの条件は、燃料カットから復帰したとき、噴射燃料の一部が付着燃料となって実空燃比がリーン状態になったことを検知し、燃料付着による不足分を回復させる燃料増量を実施するための条件であり、第２の判定閾値ＡＦＲ２は、第１の判定閾値ＡＦＲ１と同様、ストイキオよりも若干リーン側の値を用いる。
【００２６】
そして、ステップＳ７において、ＶＦ＞ＡＦＲ１の場合、ステップＳ９で燃料カット後付着補正量ＦＷＥＴを０に設定し、ＶＲ≦ＡＦＲ１の場合、ステップＳ８へ進んで、本燃料付着補正以外の他の燃料増量補正、例えば、低水温時に対応するための水温増量補正や、高負荷高回転時等の燃料冷却による排気ガス温度の上昇を抑えるための燃料増量補正等が付加されていない条件（第３の条件）を満足するか否かを調べる。
【００２７】
その結果、他の燃料増量補正が付加されている場合には、本燃料付着補正が過剰補正となって失火を招く虞があるため、ステップＳ９で燃料カット後付着補正量ＦＷＥＴを０に設定し、他の燃料増量補正が付加されていない場合、ステップＳ１０で燃料カット後付着補正量ＦＷＥＴを設定し、ルーチンを終了する。燃料カット後付着補正量ＦＷＥＴは、エンジン型式、吸気系や排気系の構成、触媒容量等を考慮し、予めシミュレーション或いは実験等により燃料カットで失われる付着燃料分と触媒９内部の浄化ウィンドウへの早期回復分とを見込んだ適正値を求めておく。
【００２８】
以上の処理を図４のタイムチャートを用いて説明すると、燃料カットが終了し、補正ディレイカウンタにセットした初期値に対応するディレイ時間が経過したとき、燃料カット後付着補正量ＦＷＥＴにより噴射燃料を増量し、燃料カットにより失われた付着燃料分を補うと共に、酸素過剰状態にある触媒９内を早期に適正浄化ウィンドウに戻すよう制御する。この燃料増量は、例えば、以下の（１）式に示すように、吸入空気量Ｑａ及びエンジン回転数Ｎｅに基づく１行程当たりの筒内空気量（Ｑａ／Ｎｅ）と目標空燃比λとによる要求燃料噴射量Ｇｆを、燃料カット後付着補正量ＦＷＥＴで増量補正し、インジェクタ５からの燃料噴射量Ｇｉを設定することで実施される。
Ｇｉ＝（Ｑａ／Ｎｅ）／λ×ＦＷＥＴ …（１）
【００２９】
そして、この燃料カット後付着補正量ＦＷＥＴによる燃料増量により、空燃比がリッチ方向にシフトし、フロント空燃比センサ１０の出力から実空燃比が略リッチ状態になったと判定されたとき、或いは、リヤ空燃比センサ１１の出力から触媒９内が略リッチ状態になったと判定されたとき、燃料カット後付着補正量ＦＷＥＴを０として燃料付着補正を終了する。その後、燃料カット復帰後の燃料フィードバックのディレイ時間が経過すると、フロント空燃比センサ１０の出力に基づくベース空燃比へのフィードバック制御（本形態においては、λ＝１のストイキオへの制御）が開始される。
【００３０】
このように、本実施の形態においては、燃料カットから復帰して燃料フィードバックが開始されるまでの期間に、燃料付着分を見込んで燃料増量を行うことにより、復帰直後の燃料不足分を急速に補うと共に、酸素過剰状態となった触媒９を早期に適正浄化ウィンドウに戻すことができ、空燃比を早期に正常化して触媒の浄化率を早期に向上することができる。
【００３１】
しかも、触媒９上流側のフロント空燃比センサ１０の出力に基づいて実空燃比を監視しているので、過剰な燃料増量となることが無く、燃費悪化を防止することができる。また、この燃料付着補正を、触媒９の下流側に配設したリヤ空燃比センサ１１により触媒９がリーンでなくなったときを判定して終了するよようにしているため、必要以上に燃料が増量されることなく、ＣＯやＨＣの増加を抑制することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、燃料カット復帰後の空燃比フィードバック制御停止中に発生する付着燃料分の不足を補うと共に触媒内部を早期に適正浄化ウィンドウに戻すことができ、排気エミッションを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン制御系の概略構成図
【図２】燃料カット後付着補正量設定ルーチンのフローチャート
【図３】第１の判定閾値の説明図
【図４】燃料カット後の制御状態を示すタイムチャート
【符号の説明】
１エンジン
５インジェクタ
８排気通路
９触媒
１０フロント空燃比センサ
１１リヤ空燃比センサ
２０電子制御ユニット
ＡＦＲ１第１の判定閾値
ＡＦＲ２第２の判定閾値
ＦＷＥＴ燃料カット後付着補正量
Ｇｉ燃料噴射量

Claims

排気系に介装した触媒の上流側と下流側とに、それぞれ空燃比センサを配設したエンジンの空燃比制御装置であって、
燃料カット中に失われる付着燃料分を補償するための燃料カット後付着補正量を設定する手段と、
燃料カットから復帰して空燃比フィードバック制御が開始されるまでの期間に、上記燃料カット後付着補正量により燃料噴射量を増量する手段とを備えたことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。
上記燃料カット後付着補正量による燃料増量を、燃料カットから復帰して所定のディレイ時間を経過した後に実施することを特徴とする請求項１記載のエンジンの燃料噴射制御装置。
上記触媒の下流側に配設した空燃比センサの出力が第１の判定閾値以下のリーン状態でなくなったとき、或いは上記触媒の上流側に配設した空燃比センサの出力が第２の判定閾値以下のリーン状態でなくなったとき、上記燃料カット後付着補正量による燃料増量を終了することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン燃料噴射制御装置。