JP2007239491A - Air-fuel ratio control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に、空燃比センサの故障診断時に空燃比制御を行う装置として好適な内燃機関の空燃比制御装置に関する。 The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine suitable as an apparatus for performing air-fuel ratio control when diagnosing a failure of an air-fuel ratio sensor.
従来、例えば特開平8−327586号公報に開示されるように、内燃機関の排気通路に配置された排気ガスセンサ(以下、単に「センサ」とも称す)の異常を検出するためのシステムが知られている。排気ガスセンサは、排気ガスに晒されるように設けられた排気側電極と、センサ素子内部の大気層に晒されるように設けられた大気側電極とを備えている。 Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-327586, there is known a system for detecting an abnormality of an exhaust gas sensor (hereinafter also simply referred to as “sensor”) disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine. Yes. The exhaust gas sensor includes an exhaust-side electrode provided so as to be exposed to the exhaust gas, and an atmosphere-side electrode provided so as to be exposed to the atmosphere layer inside the sensor element.
大気層は、センサ素子により排気通路の内部空間から隔離され、かつ、大気に導通する空間である。上記従来のシステムにおいては、排気側電極を正極、大気側電極を負極として両者間に電圧(以下、「逆電圧」と称す)を印加すると、センサ素子には大気層内の酸素濃度に応じた電流が流れる。つまり、センサ素子が正常であれば、大気中の酸素濃度に対応する電流が流通する。一方、センサ素子に割れが生じており、大気層中に排気ガスが混入している場合は、大気層中の酸素濃度が下がるため、センサ素子を流れる電流は、正常電流に比して小さなものとなる。 The atmospheric layer is a space that is isolated from the internal space of the exhaust passage by the sensor element and that conducts to the atmosphere. In the above conventional system, when a voltage (hereinafter referred to as “reverse voltage”) is applied between the exhaust side electrode as a positive electrode and the atmosphere side electrode as a negative electrode, the sensor element corresponds to the oxygen concentration in the atmospheric layer. Current flows. That is, if the sensor element is normal, a current corresponding to the oxygen concentration in the atmosphere flows. On the other hand, if the sensor element is cracked and the exhaust gas is mixed in the atmospheric layer, the oxygen concentration in the atmospheric layer decreases, so the current flowing through the sensor element is small compared to the normal current. It becomes.
このように、逆電圧印加に伴い発生する電流の値は、センサ素子に割れが生じているか否かに応じて変化する。したがって、その電流の値に着目すれば、センサ素子に割れが生じているか否かを判断することが可能である。 As described above, the value of the current generated by applying the reverse voltage changes depending on whether or not the sensor element is cracked. Therefore, it is possible to determine whether or not the sensor element is cracked by paying attention to the value of the current.
ところで、内燃機関は排気浄化触媒を備えている。排気浄化触媒は酸素を内部に貯蔵する機能を有する。そして、排気ガスに含まれるCO、HCの酸化、NOXの還元を行い、それぞれCO2、H2O、O2、N2へと無害化する能力を持つ。このため、かかる酸化反応および還元反応がバランス良く実施されることで、触媒に貯蔵される酸素量の偏りを防止し、触媒の浄化能力を常に高く保つことができる。
Incidentally, the internal combustion engine includes an exhaust purification catalyst. The exhaust purification catalyst has a function of storing oxygen inside. Then, CO contained in the exhaust gas, oxidation of HC, perform reduction of NO X, respectively CO 2,
しかしながら、上記排気ガスセンサの故障診断中はセンサに逆電圧を印加するため、センサ出力に基づくフィードバック制御を実行することができず、排気ガスの空燃比が理論空燃比から燃料リーン側あるいは燃料リッチ側に外れる可能性がある。このため、かかる状況が継続されると、触媒において酸化あるいは還元反応のみが頻繁に行われ、酸素不足あるいは満貯蔵により排気ガスを十分に浄化することができず、エミッションが悪化する原因となる。 However, since a reverse voltage is applied to the sensor during failure diagnosis of the exhaust gas sensor, feedback control based on the sensor output cannot be performed, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is changed from the stoichiometric air-fuel ratio to the fuel lean side or the fuel rich side. May fall off. For this reason, if such a situation is continued, only the oxidation or reduction reaction is frequently performed in the catalyst, and exhaust gas cannot be sufficiently purified due to insufficient oxygen or full storage, resulting in deterioration of emissions.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、空燃比センサの故障診断中において、触媒に流入する排気ガスを確実に浄化し、エミッションの悪化を効果的に防止することのできる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can reliably purify exhaust gas flowing into a catalyst and effectively prevent emission deterioration during failure diagnosis of an air-fuel ratio sensor. An object of the present invention is to provide an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that can perform the above-described operation.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の空燃比制御装置であって、
内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記排気通路に配置された排気ガスセンサと、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比が制御目標空燃比と一致するように、前記排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックするフィードバック手段と、
前記排気ガスセンサの異常出力が検知される異常期間か否かを判別する異常期間判別手段と、
前記異常期間中は、前記異常期間以前の前記フィードバック手段に基づくフィードバック制御量を基準に、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を、燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine,
A catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An exhaust gas sensor disposed in the exhaust passage;
Feedback means for feeding back the output of the exhaust gas sensor to the fuel injection amount so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst matches the control target air-fuel ratio;
An abnormal period determining means for determining whether an abnormal period in which an abnormal output of the exhaust gas sensor is detected;
During the abnormal period, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine is changed alternately between the fuel rich side and the fuel lean side based on the feedback control amount based on the feedback means before the abnormal period. Air-fuel ratio control means;
It is characterized by providing.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記フィードバック制御量は、前記異常期間直前の前記排気ガスセンサの出力値に基づいて算出することを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The feedback control amount is calculated based on an output value of the exhaust gas sensor immediately before the abnormal period.
また、第3の発明は、第1または2の発明において、
前記異常期間は、前記排気ガスセンサの故障診断に使用される診断電圧が前記排気ガスセンサに印加されてから、前記排気ガスセンサの出力が安定するまでの期間であることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
The abnormal period is a period from when a diagnosis voltage used for failure diagnosis of the exhaust gas sensor is applied to the exhaust gas sensor until the output of the exhaust gas sensor is stabilized.
また、第4の発明は、第1乃至3の発明において、
前記空燃比制御手段は、所定時間毎に燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させることを特徴とする。
The fourth invention is the first to third inventions,
The air-fuel ratio control means alternately changes between a fuel rich side and a fuel lean side every predetermined time.
また、第5の発明は、第1乃至3の発明において、
前記空燃比制御手段は、所定燃料噴射回数毎に燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させることを特徴とする。
The fifth invention is the first to third inventions,
The air-fuel ratio control means is characterized in that it fluctuates alternately between a fuel rich side and a fuel lean side every predetermined number of fuel injections.
第1の発明によれば、排気ガスセンサの異常出力が検知される異常期間中の空燃比フィードバック制御に関し、異常期間以前のフィードバック制御に基づくフィードバック制御量を基準に、内燃機関に供給される混合気を燃料リッチ側と燃料リーン側に交互に変動させることができる。内燃機関は混合気の燃焼により生じた排気ガスを触媒に流入させる。このため、本発明によれば、燃料リッチあるいは燃料リーンな排気ガスを交互に触媒に流入させ、触媒の排気浄化能力を高めることができる。 According to the first invention, the air-fuel ratio feedback control during an abnormal period in which an abnormal output of the exhaust gas sensor is detected, the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine based on the feedback control amount based on the feedback control before the abnormal period Can be alternately changed between the fuel rich side and the fuel lean side. The internal combustion engine causes exhaust gas generated by combustion of the air-fuel mixture to flow into the catalyst. For this reason, according to the present invention, fuel-rich or fuel-lean exhaust gas can alternately flow into the catalyst, and the exhaust purification capacity of the catalyst can be enhanced.
第2の発明によれば、フィードバック制御量は、排気ガスセンサの異常出力が検知される直前の排気ガスセンサの出力値に基づいて算出することができる。異常期間直前は正しいセンサ出力値が検知されている。このため、本発明によれば、かかる出力値に基づいて、精度良くフィードバック制御量を算出することができる。 According to the second invention, the feedback control amount can be calculated based on the output value of the exhaust gas sensor immediately before the abnormal output of the exhaust gas sensor is detected. The correct sensor output value is detected immediately before the abnormal period. Therefore, according to the present invention, the feedback control amount can be calculated with high accuracy based on the output value.
第3の発明によれば、異常期間は、排気ガスセンサの故障診断において、故障診断に使用される診断電圧が前記排気ガスセンサに印加されてから、前記排気ガスセンサの出力が安定するまでの期間とすることができる。 According to the third invention, the abnormal period is a period from when a diagnosis voltage used for failure diagnosis is applied to the exhaust gas sensor to when the output of the exhaust gas sensor is stabilized in failure diagnosis of the exhaust gas sensor. be able to.
第4の発明によれば、フィードバック制御量を基準に、所定時間毎に混合気を燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させることができる。このため、本発明によれば、燃料リーンあるいは燃料リッチな混合気の燃焼を確実に同じ時間毎に切り替えることができる。 According to the fourth aspect of the invention, the air-fuel mixture can be alternately changed between the fuel rich side and the fuel lean side every predetermined time with reference to the feedback control amount. For this reason, according to the present invention, the combustion of the fuel lean or fuel rich mixture can be reliably switched at the same time.
第5の発明によれば、フィードバック制御量を基準に、所定燃料噴射回数毎に混合気を燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させることができる。このため、本発明によれば、所望量の燃料リーンあるいは燃料リッチな排気ガスを確実に交互に触媒に流入させることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the air-fuel mixture can be alternately changed between the fuel rich side and the fuel lean side every predetermined number of times of fuel injection based on the feedback control amount. Therefore, according to the present invention, a desired amount of fuel lean or fuel-rich exhaust gas can be surely and alternately flow into the catalyst.
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.
実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明の実施の形態1のハードウェア構成を説明するための図である。図1に示すとおり、本実施形態のシステムは内燃機関10を備えている。内燃機関10には、吸気通路12および排気通路14が連通している。吸気通路12には、吸入空気量を検出するエアフロメータ16が配置されている。エアフロメータ16の下流には、スロットルバルブ18が配置されている。スロットルバルブ18の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットルセンサ20が配置されている。
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining a hardware configuration according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of this embodiment includes an
内燃機関10の各気筒には、吸気ポート内に燃料を噴射するためのインジェクタ22、吸気弁24、点火プラグ26、および排気弁28が設けられている。
Each cylinder of the
内燃機関のクランク軸30の近傍には、クランク軸30の回転角を検出するためのクランク角センサ32が取り付けられている。クランク角センサの出力によれば、クランク軸30の回転位置や、機関回転数NEなどを検知することができる。
A
内燃機関10の排気通路14には、排気浄化触媒(以下、単に「触媒」とも称す)34が配置されている。触媒34は、流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のNOXを吸着、吸収またはその両方にて選択的に保持(貯蔵)し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になったときに、貯蔵しているNOXを排気中の還元成分(HC、CO)を用いて還元浄化するものである。換言すれば、触媒34は、排気通路14を流れるガス中に含まれる酸素を保持(貯蔵)することにより酸化され、排気中に還元成分が含まれる場合は、酸素を放出することで還元状態とされるものである。
An exhaust purification catalyst (hereinafter simply referred to as “catalyst”) 34 is disposed in the
排気通路14には、触媒34の上流に、空燃比センサ(A/Fセンサ)36が配置されている。空燃比センサ36は、排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出するセンサであって、触媒34に流入する排気ガス中の酸素濃度に基づいて内燃機関10で燃焼に付された混合気の空燃比を検出するものである。
An air-fuel ratio sensor (A / F sensor) 36 is disposed in the
本実施の形態の空燃比制御装置は、ECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50には、上述した各種センサ、およびインジェクタ22などが接続されている。ECU50は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関10の運転状態を制御することができる。
The air-fuel ratio control apparatus according to the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. The
[実施の形態1における空燃比制御]
空燃比フィードバック制御:
本実施の形態の装置は、空燃比センサ36の出力などに基づいて空燃比フィードバック制御を実行する。この空燃比フィードバック制御では、より具体的には、空燃比センサ出力に基づいて、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比(以下、「制御A/F」と称す)が制御目標A/F(通常は理論空燃比)に一致するように燃料噴射量を制御する処理(以下、「メインフィードバック制御」と称す)が行われる。
[Air-fuel ratio control in Embodiment 1]
Air-fuel ratio feedback control:
The apparatus of the present embodiment executes air-fuel ratio feedback control based on the output of the air-
メインフィードバック制御が実行された排気ガスは、排気通路14に配置された触媒34に流入する。上述したとおり、触媒34は酸素を内部に貯蔵する機能を有する。そして、排気ガスに含まれるCO、HCの酸化、NOXの還元を行い、それぞれCO2、H2O、O2、N2へと無害化する能力を持つ。このため、かかる酸化反応および還元反応がバランス良く実施されることで、触媒に貯蔵される酸素量の偏りを防止し、触媒の浄化能力を常に高く保つことができる。
The exhaust gas for which the main feedback control has been executed flows into the catalyst 34 disposed in the
空燃比センサの故障診断:
本実施の形態の装置は空燃比センサ36の故障診断判定が定期的に実行される。空燃比センサ36は、ジルコニア等で構成された電解質層と、排気ガスに晒されるように設けられた排気側電極と、大気層に晒されるように設けられた大気側電極とを備えている。そして、空燃比センサ36には、センサ出力を検出するための正電圧と、故障診断を実施するための逆電圧とが選択的に印加される。正電圧を印加すると、大気側電極と排気側電極との間には、排気ガス中の酸素過不足量に応じたセンサ電流、つまり、排気ガスの空燃比に応じたセンサ電流が流通する。このため、そのセンサ電流を検出すれば、排気空燃比を検知することができる。
Air-fuel ratio sensor failure diagnosis:
In the apparatus of the present embodiment, failure diagnosis determination of the air-
一方、逆電圧を印加すると、大気側電極の表面に接している酸素がイオン化されて排気側電極に向けてポンピングされる。その結果、排気側電極と大気側電極との間には、大気層中の酸素濃度と相関を有する負の電流(逆電流)が流通する。つまり、センサ素子が正常であれば、大気中の酸素濃度に対応する電流が流通し、センサ素子に割れが生じており、大気層中に排気ガスが混入している場合は、大気層中の酸素濃度が下がるため、センサ素子を流れる電流は、正常電流に比して小さなものとなる。 On the other hand, when a reverse voltage is applied, oxygen in contact with the surface of the atmosphere side electrode is ionized and pumped toward the exhaust side electrode. As a result, a negative current (reverse current) having a correlation with the oxygen concentration in the atmosphere layer flows between the exhaust side electrode and the atmosphere side electrode. That is, if the sensor element is normal, a current corresponding to the oxygen concentration in the atmosphere flows, the sensor element is cracked, and if the exhaust gas is mixed in the atmosphere layer, Since the oxygen concentration is lowered, the current flowing through the sensor element is smaller than the normal current.
このように、排気側電極と大気側電極との間に電圧を印加することで発生する電流の値は、センサ素子に割れが生じているか否かに応じて変化する。したがって、かかる電流値の変動に基づいて、センサ素子に割れが生じているか否かを判断することができる。 Thus, the value of the current generated by applying a voltage between the exhaust-side electrode and the atmosphere-side electrode varies depending on whether or not the sensor element is cracked. Therefore, it can be determined whether or not the sensor element is cracked based on the fluctuation of the current value.
故障診断中の空燃比制御:
上述したセンサの故障診断実行中はセンサに逆電圧を印加するため、正電圧印加に伴うセンサ出力を検知することができない。また、逆電圧印加直後においては、逆電圧印加中に排気側電極にポンピングされた酸素イオンの影響により、正確なセンサ出力を検知することができない。このため、逆電圧印加期間に加え、その後安定したセンサ出力信号が得られるまでの期間(以下、「故障診断期間」と称す)は、上記メインフィードバック制御を実施することができず、制御A/Fが理論空燃比から燃料リーン側あるいは燃料リッチ側に外れる可能性がある。
Air-fuel ratio control during failure diagnosis:
Since the reverse voltage is applied to the sensor during the above-described sensor failure diagnosis, the sensor output accompanying the positive voltage application cannot be detected. Moreover, immediately after application of the reverse voltage, an accurate sensor output cannot be detected due to the influence of oxygen ions pumped to the exhaust-side electrode during application of the reverse voltage. For this reason, in addition to the reverse voltage application period, a period until a stable sensor output signal is obtained (hereinafter referred to as “failure diagnosis period”), the main feedback control cannot be performed, and the control A / There is a possibility that F deviates from the stoichiometric air-fuel ratio to the fuel lean side or the fuel rich side.
制御A/Fが燃料リーン側に外れた場合、触媒には燃料リーンな排気ガスが流入する。燃料リーンな排気ガスには、多量のNOXが含まれている。このため、触媒内部においてはNOXの還元反応が頻繁に行われ、触媒内部に多量の酸素が貯蔵される。そして、このような状況が継続すると、触媒の酸素貯蔵量が限界に達し(満貯蔵)、還元反応をすることができないNOXがそのまま排出され、エミッションが悪化する原因となる。 When the control A / F deviates to the fuel lean side, fuel lean exhaust gas flows into the catalyst. The fuel lean exhaust gas contains a large amount of NO X. For this reason, NO X reduction reaction is frequently performed inside the catalyst, and a large amount of oxygen is stored inside the catalyst. If such a situation continues, the oxygen storage amount of the catalyst reaches a limit (full storage), NO X that cannot undergo a reduction reaction is discharged as it is, and the emission deteriorates.
一方、制御A/Fが燃料リッチ側に外れた場合、触媒には燃料リッチな排気ガスが流入する。燃料リッチな排気ガスには、多量のHCやCOが含まれている。このため、触媒内部においてはHCやCOの酸化反応が頻繁に行われ、触媒内部に貯蔵された酸素が排出される。そして、このような状況が継続すると、触媒に貯蔵された酸素が不足し、酸化反応をすることができないHCやCOがそのまま排出され、エミッションが悪化する原因となる。 On the other hand, when the control A / F deviates to the fuel rich side, the fuel rich exhaust gas flows into the catalyst. The fuel-rich exhaust gas contains a large amount of HC and CO. For this reason, oxidation reactions of HC and CO are frequently performed inside the catalyst, and oxygen stored in the catalyst is discharged. If such a situation continues, the oxygen stored in the catalyst will be insufficient, and HC and CO that cannot be oxidized will be discharged as they are, which will cause the emission to deteriorate.
そこで、本実施の形態においては、空燃比センサ36の故障診断期間は、内燃機関10に供給される燃料ガスの空燃比A/Fを、故障診断期間直前のメインフィードバック制御量を基準に、燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させることとする。燃料リッチな排気ガスと燃料リーンな排気ガスとが交互に触媒に流入すると、触媒での酸化反応および還元反応が交互に実行される。このため、触媒での酸素の貯蔵、排出がバランスよく繰り返し行われ、酸素貯蔵量の偏りを効果的に防止し、確実に排気ガスを浄化することができる。したがって、故障診断期間においても、エミッションの悪化を効果的に防止することができる。
Therefore, in the present embodiment, during the failure diagnosis period of the air-
[実施の形態1における具体的処理]
図2は、上述した故障診断期間のメインフィードバック制御を実現するために、ECU50が実行するルーチンのフローチャートであり、所定時間毎(例えば、16msec毎)に実行される。図2に示すルーチンによれば、先ず、空燃比センサ36の故障診断期間か否かが判別される(ステップ100)。故障診断期間は、センサの特性、逆電圧の印加電圧、および印加時間などに基づいて特定される期間である。ここでは、具体的には、その特定された故障診断期間に該当するか否かが判別される。
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 2 is a flowchart of a routine executed by the
上記ステップ100において、故障診断期間でないと判別された場合には、通常のメインフィードバック制御の処理が実行される(ステップ102)。ここでは、具体的には、例えば、PI制御によりメインフィードバック補正値を算出する場合には、先ず、空燃比センサ36のセンサ信号に基づいて、制御A/Fが特定される。ECU50は、センサ信号(電圧)と制御A/Fとの関係を定めたマップを記憶している。ここではそのマップに従って、センサ信号に対応する制御A/Fが特定される。そして、制御A/Fと制御目標A/Fとの偏差(ΔA/F)が算出され、ΔA/Fに基づく比例項、および積分項の和としてメインフィードバック補正量が算出される。
If it is determined in
一方、上記ステップ100において故障診断期間と判別された場合には、前回のルーチンにおいて、後述するステップ106に示すリッチ制御が実行されたか否かが判断される(ステップ104)。ここでは、具体的には、前回のルーチンにて選択された制御の履歴に基づいて、実行された制御が特定される。
On the other hand, if it is determined in
ステップ104において、前回リッチ制御が実行されなかったと判断された場合、すなわち、前回のルーチンにおいて、ステップ102に示す通常のメインフィードバック制御、あるいは後述するステップ108に示すリーン制御が実施された場合には、リッチ制御が実行される(ステップ106)。ここでは、具体的には、先ず、上述したステップ102にて実行される通常のメインフィードバック制御と同様の処理が実行される。ここで算出されるメインフィードバック補正量は、制御A/Fを制御目標A/F(理論空燃比)にするための燃料噴射補正量である。このため、リッチ制御を実現するために、次に、かかる補正量にリッチ補正係数β(β≧1.0)を掛け合わせる処理が実行される。リッチ補正係数βは1以上の値(例えば、β=1.1)であり、急激なトルク変動が生じない範囲内で設定される。このため、リッチ制御補正量は理論空燃比を実現するためのフィードバック補正量よりも大きな値となり、これにより、燃料リッチな排気ガスが触媒に流入することとなる。
If it is determined in
これに対し、ステップ104において、前回のルーチンにおいて、ステップ106に示すリッチ制御が実行されたと判断された場合には、リーン制御が実行される(ステップ108)。ここでは、具体的には、先ず、上述したステップ102にて実行される通常のメインフィードバック制御と同様の処理が実行される。ここで算出されるメインフィードバック補正量は、上述したとおり、制御A/Fを制御目標A/F(理論空燃比)にするための燃料噴射補正量である。このため、本ステップにおいては、次に、かかる補正量にリーン補正係数α(α≦1.0)を掛け合わせる処理が実行される。リーン補正係数αは1以下の値(例えば、α=0.9)であり、リッチ補正係数βと同様に、急激なトルク変動が生じない範囲内で設定される。このため、リーン制御補正量は理論空燃比を実現するためのフィードバック補正量よりも小さな値となり、これにより、燃料リーンな排気ガスが触媒に流入することとなる。
On the other hand, if it is determined in
上述したとおり、本ルーチンは所定時間毎(例えば16msec毎)に繰り返し実行される。このため、故障診断期間においては、ステップ106に示すリッチ制御と、ステップ108に示すリーン制御が交互に実行されることとなる。したがって、これらの燃料噴射補正量に対応する燃料ガスが順次内燃機関10に供給されることにより、燃料リッチな排気ガスと燃料リーンな排気ガスとを交互に触媒34に流入させることができる。これにより、触媒での酸化反応および還元反応がバランス良く実行され、触媒の酸素貯蔵量が偏ることなく、常に排気ガスを確実に浄化し、故障診断期間においてもエミッションの悪化を防止することができる。
As described above, this routine is repeatedly executed every predetermined time (for example, every 16 msec). For this reason, in the failure diagnosis period, the rich control shown in
ところで、上述した実施の形態1においては、排気通路14に空燃比センサ36を配置した内燃機関において本実施の形態を実行することとしているが、システム構成はこれに限定されない。すなわち、V型等に代表される排気通路を2つ備え、各排気通路に空燃比センサが配置された内燃機関において、それぞれのセンサ信号に基づいて空燃比制御を行うこととしてもよい。この点は、以下に説明する他の実施形態においても同様である。
In the first embodiment described above, the present embodiment is executed in an internal combustion engine in which the air-
また、上述した実施の形態1においては、P制御およびI制御に基づいて、メインフィードバック制御を行うこととしているが、制御手法はこれに限られない。すなわち、P制御あるいはI制御のみを行うこととしてもよいし、これらにさらにD制御(微分制御)を加えたメインフィードバック制御としてもよい。この点は、以下に説明する他の実施形態においても同様である。 In the first embodiment described above, the main feedback control is performed based on the P control and the I control, but the control method is not limited to this. That is, it is good also as performing only P control or I control, and good also as main feedback control which added D control (differential control) to these. This also applies to other embodiments described below.
また、上述した実施の形態1においては、排気通路14に配置された触媒34の上流に、空燃比センサ36を配置し、かかるセンサの出力信号に基づいてメインフィードバック制御を行うこととしているが、空燃比制御手法はこれに限られない。すなわち、触媒34の下流にサブ酸素センサを配置し、かかるセンサの出力信号に基づいて空燃比制御を行うサブフィードバック制御と組み合わせて、空燃比制御を実行することとしてもよい。この点は、以下に説明する他の実施形態においても同様である。
In the first embodiment described above, the air-
また、上述した実施の形態1においては、故障診断期間のフィードバック制御に関して、故障診断直前のフィードバック制御量を基準値として、排気空燃比が燃料リッチ側と燃料リーンとに交互に変動するように燃料噴射量を増減補正することとしているが、基準値はこれに限られない。すなわち、故障診断期間以前のフィードバック制御量の履歴に基づいて算出された学習値を基準値として、故障診断中の空燃比制御を実行することとしてもよい。この点は、以下に説明する他の実施形態においても同様である。 In the first embodiment described above, regarding the feedback control in the failure diagnosis period, the fuel is controlled so that the exhaust air-fuel ratio varies alternately between the fuel rich side and the fuel lean with the feedback control amount immediately before the failure diagnosis as a reference value. Although the injection amount is corrected to increase or decrease, the reference value is not limited to this. That is, the air-fuel ratio control during failure diagnosis may be executed using the learning value calculated based on the feedback control amount history before the failure diagnosis period as a reference value. This also applies to other embodiments described below.
また、上述した実施の形態1においては、故障診断期間のフィードバック制御に関して、各補正係数により算出された一定のリッチ制御量あるいはリーン制御量に基づいて、排気空燃比を交互に変化させることとしているが、空燃比制御手法はこれに限られない。すなわち、急激な空燃比の変化に伴うトルク変動を防止するために、リッチあるいはリーン制御中の制御量を段階的に変化させ、触媒に流入させる排気ガスの空燃比を段階的に変化させることとしてもよい。 In the first embodiment described above, the exhaust air-fuel ratio is alternately changed based on the constant rich control amount or the lean control amount calculated by each correction coefficient for the feedback control in the failure diagnosis period. However, the air-fuel ratio control method is not limited to this. In other words, in order to prevent torque fluctuation due to a sudden change in the air-fuel ratio, the control amount during rich or lean control is changed stepwise, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is changed stepwise. Also good.
尚、上述した実施の形態1においては、空燃比センサ36が前記第1の発明における「排気ガスセンサ」に、故障診断期間が前記第1の発明における「異常期間」にそれぞれ相当していると共に、ECU50が、上記ステップ100の処理を実行することにより前記第1の発明における「異常期間判別手段」が、上記ステップ102の処理を実行することにより前記第1の発明における「フィードバック手段」が、上記ステップ104の処理において、ステップ106とステップ108とを交互に選択、実行することにより前記第1の発明における「空燃比制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the air-
実施の形態2.
[実施の形態2の構成]
次に、図3および4を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態のシステムは、実施の形態1と同様のハードウェア構成を用いて、ECU50に後述する図4に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
[Configuration of Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The system of the present embodiment can be realized by causing the
上述した実施の形態1では、所定時間毎に図2に示すルーチンを実行することにより、故障診断期間のリッチ制御とリーン制御とを交互に実行することとしている。しかしながら、図2に示すルーチンは時間同期にて実行されるのに対し、内燃機関10の燃焼サイクルはクランク角に同期して実行されている。このため、インジェクタ22による燃料噴射タイミングに関しても、通常クランク軸30の回転角と同期して実行される。このため、燃料噴射タイミングによっては、上記リッチ制御およびリーン制御に基づく燃焼が確実に交互に実行されない場合も想定し得る。
In the first embodiment described above, the routine shown in FIG. 2 is executed every predetermined time, so that the rich control and the lean control in the failure diagnosis period are alternately executed. However, the routine shown in FIG. 2 is executed in time synchronization, whereas the combustion cycle of the
そこで、本実施の形態においては、クランク軸の回転角とメインフィードバック制御の補正を同期させる。これにより、燃料リッチな燃料ガスと燃料リーンな燃料ガスとを確実に交互に噴射することが可能となる。したがって、触媒の酸素貯蔵量の偏りを防止し、常に排気ガスを確実に浄化し、故障診断期間においてもエミッションの悪化を防止することができる。 Therefore, in the present embodiment, the rotation angle of the crankshaft and the correction of the main feedback control are synchronized. This makes it possible to reliably inject fuel-rich fuel gas and fuel-lean fuel gas alternately. Therefore, it is possible to prevent a bias in the oxygen storage amount of the catalyst, always reliably purify the exhaust gas, and prevent the emission from deteriorating even during the failure diagnosis period.
[実施の形態2における特徴的動作]
図3は、内燃機関10の各気筒の動作を示すタイミングチャートである。ここで、内燃機関10は4サイクル4気筒エンジンである。この図に示すとおり、本内燃機関10においては、気筒毎に燃料が噴射される。例えば、第1気筒(#1)においては、インジェクタ22から噴射された燃料と吸入空気の混合気が燃焼室に吸入され(吸入行程)、ピストンの上昇により圧縮される(圧縮行程)。そして、点火プラグ26による点火により、混合気が燃焼し(燃焼行程)、燃焼による排気ガスが排気弁28から排気通路14に排気される(排気行程)。この1サイクルの行程の間に、クランク軸30は720°回転する。各気筒の燃焼サイクルは、#1→#3→#4→#2の順に、クランク角に180°の位相差を設けることで、内燃機関10での燃焼行程が順次実行されることとしている。
[Characteristic Operation in Embodiment 2]
FIG. 3 is a timing chart showing the operation of each cylinder of the
ここで、図3に示すとおり、第1気筒(#1)および第4気筒(#4)の燃料噴射量を燃料リーンとし、第3気筒(#3)および第2気筒(#2)の燃料噴射量を燃料リッチとすると、燃料リーンな排気ガスと、燃料リッチな排気ガスとが交互に排出されることとなる。このため、故障診断期間において、かかる燃料噴射量補正を実行することで、触媒での酸化反応および還元反応をバランス良く実行することができ、触媒の酸素貯蔵量の偏りを防止することができる。したがって、故障診断期間においても常に排気ガスを確実に浄化し、エミッションの悪化を効果的に防止することができる。 Here, as shown in FIG. 3, the fuel injection amounts of the first cylinder (# 1) and the fourth cylinder (# 4) are defined as fuel lean, and the fuel of the third cylinder (# 3) and the second cylinder (# 2). If the injection amount is fuel-rich, the fuel-lean exhaust gas and the fuel-rich exhaust gas are alternately discharged. For this reason, by performing such fuel injection amount correction in the failure diagnosis period, the oxidation reaction and the reduction reaction in the catalyst can be executed in a well-balanced manner, and the uneven oxygen storage amount of the catalyst can be prevented. Therefore, exhaust gas can always be reliably purified even during a failure diagnosis period, and deterioration of emissions can be effectively prevented.
[実施の形態2における具体的処理]
図4は、上述した故障診断期間のメインフィードバック制御を実現するために、ECU50が実行するルーチンのフローチャートであり、所定クランク角毎(例えば、180°毎)に実行される。図4に示すルーチンによれば、先ず、空燃比センサ36の故障診断期間か否かが判別される(ステップ200)。ここでは、具体的には、図2に示すステップ100と同様の処理が実行される。
[Specific Processing in Embodiment 2]
FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the
上記ステップ200において、故障診断期間でないと判別された場合には、通常のメインフィードバック制御と同様の処理が実行される(ステップ202)。ここでは、具体的には、図2に示すステップ102と同様の処理が実行され、メインフィードバック補正量が算出される。
If it is determined in
一方、上記ステップ200において故障診断期間と判別された場合には、第1気筒あるいは第4気筒の燃料噴射のタイミングか否かが判断される(ステップ204)。ここでは、具体的には、先ず、クランク角センサ32の出力信号に基づいて、現在のクランク位置が特定される。燃料噴射タイミングはクランク角と同期している。このため、特定されたクランク角に基づいて、いずれの気筒の燃料噴射タイミングかを判断することができる。
On the other hand, when it is determined in
ステップ204において否定された場合、すなわち第3気筒あるいは第2気筒の燃料噴射タイミングと判断された場合には、リッチ制御が実行される(ステップ206)。ここでは、具体的には、図2に示すステップ106と同様の処理が実行される。これにより、リッチ制御補正量は、理論空燃比を実現するためのフィードバック補正量よりも大きな値となり、燃料リッチな排気ガスが触媒に流入することとなる。
If the result in
これに対し、ステップ204において、1気筒あるいは4気筒の燃料噴射タイミングと判断された場合には、リーン制御が実行される(ステップ208)。ここでは、具体的には、図2に示すステップ108と同様の処理が実行される。これにより、リーン制御補正量は、理論空燃比を実現するためのフィードバック補正量よりも小さな値となり、燃料リーンな排気ガスが触媒に流入することとなる。
On the other hand, if it is determined in
上述したとおり、本ルーチンはクランク角毎(例えば180°毎)に実行される。このため、故障診断期間においては、ステップ206に示すリッチ制御と、ステップ208に示すリーン制御が確実に交互に実行されることとなる。したがって、かかる燃料噴射量に基づいて燃焼が行われることにより、故障診断期間において、燃料リッチな排気ガスと燃料リーンな排気ガスとを交互に触媒34に流入させることができる。これにより、触媒での酸化反応および還元反応をバランス良く実行することができ、排気ガスを確実に浄化し、エミッションの悪化を効果的に防止することができる。
As described above, this routine is executed every crank angle (for example, every 180 °). For this reason, in the failure diagnosis period, the rich control shown in
ところで、上述した実施の形態2においては、1気筒および4気筒の燃料噴射について、排気空燃比が燃料リーンとなるよう空燃比制御を実行し、故障診断期間の排気ガスが燃料リッチ側と燃料リーン側と交互に排気されるようにしているが、空燃比制御手法はこれに限られない。すなわち、排気ガスが燃料リッチ側と燃料リーン側と交互に排気されるのであれば、第1気筒または第4気筒の燃料噴射について、排気空燃比が燃料リッチとなるよう空燃比制御を実行することとしてもよい。 By the way, in the second embodiment described above, the air-fuel ratio control is executed so that the exhaust air-fuel ratio becomes the fuel lean for the fuel injection of the one cylinder and the four cylinders. However, the air-fuel ratio control method is not limited to this. That is, if the exhaust gas is exhausted alternately on the fuel-rich side and the fuel-lean side, the air-fuel ratio control is executed so that the exhaust air-fuel ratio becomes fuel-rich for the fuel injection of the first cylinder or the fourth cylinder. It is good.
また、上述した実施の形態2においては、4気筒エンジンの内燃機関について、本実施の形態に示す空燃比制御を実行することとしているが、内燃機関の種類はこれに限定されない。すなわち、燃料リッチな排気ガスと燃料リーンな排気ガスとが交互に触媒に流入するのであれば、6気筒エンジンでも8気筒エンジンでもよい。また、V型エンジンに代表される排気通路を2つ備え、各排気通路に触媒が配置されている内燃機関においては、各触媒に燃料リッチな排気ガスと燃料リーンな排気ガスとが交互に流入するように空燃比制御を実行することとすれば、内燃機関の種類は限定されない。 In the second embodiment described above, the air-fuel ratio control shown in the present embodiment is executed for the internal combustion engine of the four-cylinder engine, but the type of the internal combustion engine is not limited to this. That is, a 6-cylinder engine or an 8-cylinder engine may be used as long as fuel-rich exhaust gas and fuel-lean exhaust gas alternately flow into the catalyst. Further, in an internal combustion engine having two exhaust passages typified by a V-type engine and a catalyst disposed in each exhaust passage, fuel-rich exhaust gas and fuel-lean exhaust gas alternately flow into each catalyst. If the air-fuel ratio control is executed as described above, the type of the internal combustion engine is not limited.
また、上述した実施の形態2においては、気筒毎に燃料噴射量の補正を行い、燃料リッチあるいは燃料リーンな排気ガスを交互に触媒に流入させることとしているが、空燃比制御手法はこれに限られない。すなわち、排気ガスが燃料リッチ側と燃料リーン側と交互に排気されるのであれば、複数回の燃焼毎、複数回の燃料噴射毎、あるいは複数気筒毎に燃料リッチあるいは燃料リーンとなるように、空燃比制御を実行することとしてもよい。
In
尚、上述した実施の形態2においては、空燃比センサ36が前記第1の発明における「排気ガスセンサ」に、故障診断期間が前記第1の発明における「異常期間」にそれぞれ相当していると共に、ECU50が、上記ステップ200の処理を実行することにより前記第1の発明における「異常期間判別手段」が、上記ステップ202の処理を実行することにより前記第1の発明における「フィードバック手段」が、上記ステップ204の処理において、ステップ206とステップ208とを交互に選択、実行することにより前記第1の発明における「空燃比制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the second embodiment described above, the air-
10 内燃機関
12 排気通路
14 排気通路
16 エアフロメータ
22 インジェクタ
24 吸気弁
26 点火プラグ
28 排気弁
30 クランク軸
32 クランク角センサ
34 排気浄化触媒
36 空燃比センサ(A/Fセンサ)
50 ECU(Electronic Control Unit)
DESCRIPTION OF
50 ECU (Electronic Control Unit)
Claims (5)
前記排気通路に配置された排気ガスセンサと、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比が制御目標空燃比と一致するように、前記排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックするフィードバック手段と、
前記排気ガスセンサの異常出力が検知される異常期間か否かを判別する異常期間判別手段と、
前記異常期間中は、前記異常期間以前の前記フィードバック手段に基づくフィードバック制御量を基準に、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を、燃料リッチ側と燃料リーン側とに交互に変動させる空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 A catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An exhaust gas sensor disposed in the exhaust passage;
Feedback means for feeding back the output of the exhaust gas sensor to the fuel injection amount so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst matches the control target air-fuel ratio;
An abnormal period determining means for determining whether an abnormal period in which an abnormal output of the exhaust gas sensor is detected;
During the abnormal period, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine is changed alternately between the fuel rich side and the fuel lean side based on the feedback control amount based on the feedback means before the abnormal period. Air-fuel ratio control means;
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, comprising:
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2006059629A JP2007239491A (en) | 2006-03-06 | 2006-03-06 | Air-fuel ratio control device for internal combustion engine |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN105587419A (en) * | 2014-11-11 | 2016-05-18 | 丰田自动车株式会社 | Abnormality diagnosis system of air-fuel ratio sensor |
-
2006
- 2006-03-06 JP JP2006059629A patent/JP2007239491A/en not_active Withdrawn
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CN105587419A (en) * | 2014-11-11 | 2016-05-18 | 丰田自动车株式会社 | Abnormality diagnosis system of air-fuel ratio sensor |
JP2016089799A (en) * | 2014-11-11 | 2016-05-23 | トヨタ自動車株式会社 | Abnormality diagnosis device |
US10180112B2 (en) | 2014-11-11 | 2019-01-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Abnormality diagnosis system of air-fuel ratio sensor |
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