JP2006183511A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 上流側及び下流側のO2センサの反転周波数比に基づいて行われる三元触媒の故障判定に先行してO2センサの反転周波数比が増大し始めた時点で劣化判定を行って低NOx制御を実行する。低NOx制御が行なわれることにより、三元触媒のNOx浄化に対する劣化を補償し三元触媒からのNOx排出量を規制値内に収めることができる。【選択図】 図6
Description
更に、触媒の故障判定の手法自体についても、特にNOxに関する近年の規制強化に十分に対応できるとは言い難かった。図6は触媒劣化過程におけるNOx排出量に対するO2センサ反転周波数比を示す図であり、例えば反転周波数比と比較するための故障判定値を0.8に設定した場合、実線で示す出力特性のポイントaで故障判定が下されるため、現行OBD規制値には対応できるものの、次期OBD規制値に対しては規制値を越える以前に故障判定を下すことは不可能であった。
又、微小な排ガス悪化レベルでの故障判定を目的として、例えば反転周波数比と比較するための故障判定値を減少させる等の対策を実施する必要がないため、この対策により判定精度が低下して誤判定を生じる虞がない。更に、故障判定に先行して劣化判定を下した時点でNOx排出量を低減する制御が開始されるため、故障判定を下す以前においても触媒からのNOxの排出が抑制される。
従って、まず、上流側及び下流側の反転周波数比が劣化判定値を越えて劣化判定が下され、この時点で内燃機関がNOx排出量を低減した運転状態で制御され、その後に反転周波数比が故障判定値を越えて故障判定が下される。
三元触媒の下流側の空燃比は比較的大きな周期でリッチ側やリーン側にシフトする空燃比の揺らぎが発生するが、このように構成すれば、空燃比の揺らぎに追従して下流側の空燃比検出手段の出力平均値と共に反転基準値もシフトするため、揺らぎに影響されることなく正確な反転周波数の計測、ひいては正確な劣化判定や故障判定を実現できる。
従って、触媒の劣化度合に応じてNOx排出量を低減する制御が行なわれる。
請求項5の発明は、請求項1乃至4において、低NOx制御手段が、内燃機関の空燃比のリッチ化、EGR量の増加、点火時期のリタードの内の少なくとも1つを実行するものである。
図1は本実施例の内燃機関の制御装置を示す概略構成図である。内燃機関1の各気筒の燃焼室2は燃料噴射弁3を備えた吸気マニホールド4を介して共通の吸気通路5に接続され、吸気通路5には上流側からエアクリーナ6、エアフローセンサ7、スロットルバルブ8、ISCV(アイドルスピードコントロールバルブ)9が設けられている。又、各気筒の燃焼室2は排気マニホールド11を介して共通の排気通路12に接続され、排気通路12には三元触媒13及び図示しない消音器が接続されている。各気筒の燃焼室2の上部には点火プラグ14が配設され、各点火プラグ14には点火コイル15で発生した高電圧が供給される。
一方、排気通路12と吸気通路5とはEGR通路18により接続され、このEGR通路18にはEGR弁19が設けられている。燃焼室2から排気通路12に排出された排ガスの一部は、EGR弁19の開度に応じてEGR通路18を経て吸気通路5側に還流される。
Vrave=a×Vrave(n-1)+(1−a)×Vr……(1)
ここに、Vrave(n-1)は前回の平均値、Vrは下流側O2センサ17の今回の出力電圧、aはフィルタ定数を示す。
TaH=Vrave+α……(2)
TaL=Vrave−α……(3)
ここに、αはヒステリシス定数であり、後述する故障判定用のヒステリシス定数βに比較すると、より早期の劣化判定を目的として小さな値(例えば、0.078V)に設定されている。
図4のタイムチャート中に●印で示すように、出力電圧Vrが反転基準値TaH,TaLを横切る毎に下流側反転周波数frが計測されるが、触媒下流側の空燃比に揺らぎが生じたときには、それに追従して平均値Vraveと共に反転基準値TaH,TaLもリッチ側やリーン側にシフトするため、下流側反転周波数frは空燃比の揺らぎに影響されることなく正確に計測される。
ステップS32では、別ルーチンで行われる燃料噴射制御、EGR制御、点火時期制御の各制御を通常制御から低NOx制御に切換え、内燃機関からのNOx排出量を抑制し三元触媒のNOx浄化の劣化を補償する(低NOx制御手段)。具体的には、前回運転時に記憶された反転周波数比fr/ffに基づき、図5に示す変換マップから各制御毎に対応して補正係数Kcc(0〜1.0)をそれぞれ算出する。各制御では、通常時の制御量のベース値を算出するためのマップと共に低NOx制御用のベース値を決定するためのマップが予め設定されており、算出した補正係数Kccに基づいて両マップ間で補完処理を行って補正係数Kccに対応するベース値を算出し、このベース値に各種補正を行って最終的な制御量を決定して制御に適用する。
例えば燃料噴射制御では、空燃比フィードバックの積分ゲインを通常制御時のベース値から補正係数Kccに応じて増減したり、或いは上流側O2センサ16の反転レベルの基準値を通常制御時のベース値から補正係数Kccに応じてリッチ側に変更して(例えば、0.5V→0.6V)リーン判定し易くしたりし、これにより空燃比をリッチ化してNOx低減を図る。
又、上流側O2センサ16の劣化補償等を目的として、下流側O2センサ17の出力電圧Vrと目標値(例えば、理論空燃比に対応する出力電圧Vr)との差に基づいて上流側O2センサ16によるフィードバック制御の目標値を補正する制御を実施している場合には、下流側O2センサ17側の目標値を通常制御時のベース値から補正係数Kccに応じてリッチ側に変更することにより空燃比をリッチ化してもよい。
点火時期制御では、所定の点火時期マップから求められる点火時期を通常制御時のベース値から補正係数Kccに応じて遅角側に変更し、これにより点火時期リタードを行ってNOx低減を図る。
尚、三元触媒13の劣化判定の直後から低NOx制御を開始することなく次回始動時まで待機しているのは、機関運転中に低NOx制御への切換を行うと出力特性の変化により運転者に違和感を与える虞がある一方、触媒劣化の進行は比較的緩やかで特別に緊急な対処を要しないことを考慮した結果であり、次回の始動当初から低NOx制御を開始することで出力特性の変化による運転者の違和感が防止される。但し、低NOx制御の内容によっては出力特性がほとんど変化しないこともあるため、このような場合には劣化判定直後から低NOx制御を開始してもよい。
即ち、ステップS34で触媒劣化・故障判定の実行条件が成立すると、ステップS36で上流側反転周波数ffを算出し、続くステップS38で下流側O2センサ17の出力電圧Vrの平均値Vraveを算出する。重複する説明はしないが、これらの処理は上記したステップS8,10と同様の手法で行われる。
TbH=Vrave+β……(4)
TbL=Vrave−β……(5)
ここに、βはヒステリシス定数であり、上記のように劣化判定用のヒステリシス定数αより大きな値(例えば、0.156V)に設定されている。
従って、警告灯23の表示により運転者は三元触媒13の故障を認識して車両を修理工場に持ち込み、修理工場では三元触媒13の交換等の修理作業と共に、ECU20内の故障コードの消去により低NOx制御フラグF2のリセットや警告灯23の消灯等を行う。
図6は触媒劣化過程におけるNOx排出量に対するO2センサ16,17の反転周波数比fr/ffを示す図であり、図中には参考として北米のOBD規制値が示されている。図中の実線は低NOx制御非作動時におけるO2センサ16,17の反転周波数比fr/ffを示しており、NOx排出量の増加に対して比較的緩やかに反転周波数比fr/ffが増加することから、故障判定値Tbとして0.8を適用した場合、次期OBD規制値に対しては規制値を越える以前に故障判定できないことが判る。
以上のように、OBD規制値等に基づく故障判定は、三元触媒13の劣化進行により三元触媒からのNOx排出量、又はHC排出量が規制値に達した時点で行なう必要があるが、低NOx制御を実行しなければ故障判定に至る前に三元触媒13の劣化によりNOx排出量は次期OBD規制値を越えてしまう。本実施形態では故障判定に先行してNOx浄化に対する劣化判定が下された時点で内燃機関からのNOx排出量を抑制するための低NOx制御を開始するようにしているため、故障判定を下す以前においても内燃機関からのNOxの排出を抑制して三元触媒のNOx浄化の劣化を補償し、三元触媒からのNOx排出量を規制値内に収めることができ、より微小な排ガス悪化レベルにおいて精度良く触媒の故障判定を下すことが可能となる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、三元触媒の故障判定と同様の手法を用いて劣化判定を行ったが、必ずしも同様の手法を適用する必要はなく、例えば排ガス中の酸素濃度と触媒温度とに基づいて単位時間当たりの三元触媒の劣化度合を求め、この劣化度合の積算値に基づいて三元触媒の劣化を推定するようにしてもよい。
16 上流側O2センサ(空燃比検出手段)
17 下流側O2センサ(空燃比検出手段)
20 ECU(故障判定手段、劣化判定手段、低NOx制御手段)
Claims (5)
- 内燃機関の三元触媒の上流側及び下流側に設置した空燃比検出手段の出力に基づいて該触媒の故障判定を行う故障判定手段と、
上記故障判定手段による故障判定以前の段階で上記触媒の劣化を判定する劣化判定手段と、
上記劣化判定手段により触媒の劣化が判定されたときに、上記内燃機関をNOx排出量を低減した運転状態に制御する低NOx制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 上記故障判定手段は、上記空燃比検出手段の出力の反転周波数比が所定の故障判定値を越えたときに上記触媒の故障判定を行い、
上記劣化判定手段は、上記反転周波数比が上記故障判定値より小さい値に設定された劣化判定値を越えたときに上記触媒の劣化判定を行うことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。 - 上記故障判定手段は、所定の中立値を基準として正側及び負側に設定された故障判定用の反転基準値を上記下流側の空燃比検出手段の出力が横切った回数を反転周波数として求め、該反転周波数と上流側の反転周波数との比に基づいて故障判定を行い、
上記劣化判定手段は、上記故障判定用の反転基準値より中立値側に設定された劣化判定用の反転基準値を上記下流側の空燃比検出手段の出力が横切った回数を反転周波数として求め、該反転周波数と上流側の反転周波数との比に基づいて劣化判定を行うことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。 - 上記低NOx制御手段は、上記劣化判定手段により判定された上記触媒の劣化度合に応じて制御量を変更することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
- 上記低NOx制御手段は、上記内燃機関の空燃比のリッチ化、EGR量の増加、点火時期のリタードの内の少なくとも1つを実行することを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
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