JP2007247412A - Air-fuel ratio control device of 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係り、特に、車載用内燃機関の空燃比を制御する装置として好適な内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, and more particularly to a control device for an internal combustion engine suitable as a device for controlling the air-fuel ratio of an in-vehicle internal combustion engine.
従来、例えば特許文献1には、限界電流式酸素センサの異常診断装置が開示されている。この従来の装置では、酸素センサの異常を検出するために、所定時間毎に逆電圧を酸素センサに印加することとしている。そして、その逆電圧印加時のセンサ電流値に基づいて、素子割れ等の故障が酸素センサに生じているか否かを判断することとしている。そして、素子割れが検出されると、当該酸素センサに基づく空燃比のフィードバック制御を中断させることとしている。 Conventionally, for example, Patent Document 1 discloses an abnormality diagnosis device for a limiting current oxygen sensor. In this conventional apparatus, a reverse voltage is applied to the oxygen sensor every predetermined time in order to detect an abnormality of the oxygen sensor. Based on the sensor current value when the reverse voltage is applied, it is determined whether or not a failure such as an element crack has occurred in the oxygen sensor. When element cracking is detected, the air-fuel ratio feedback control based on the oxygen sensor is interrupted.
上記酸素センサ等の排気ガスセンサは、上記のような逆電圧の印加による故障診断の実行中には、正電圧の印加に伴うセンサ出力を検知することができない。また、逆電圧の印加終了後の所定期間は、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、故障診断の実行中は、当該排気ガスセンサの出力を空燃比のフィードバック制御に用いるのを中断することが考えられる。しかしながら、その中断期間が不用意に長くなると、排気ガスのエミッション特性を適正値に維持することができなくなる。 The exhaust gas sensor such as the oxygen sensor cannot detect the sensor output accompanying the application of the positive voltage during the execution of the fault diagnosis by the application of the reverse voltage as described above. In addition, during a predetermined period after the 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 the application of the reverse voltage. For this reason, during execution of failure diagnosis, it is conceivable to stop using the output of the exhaust gas sensor for air-fuel ratio feedback control. However, if the interruption period becomes inadvertently long, the exhaust gas emission characteristic cannot be maintained at an appropriate value.
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、排気ガスセンサが正常なセンサ出力を発しない期間中であっても、排気ガスのエミッション特性が悪化するのを良好に抑制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 satisfactorily suppresses deterioration of the exhaust gas emission characteristics even during a period in which the exhaust gas sensor does not emit a normal sensor output. An object of the present invention is to provide an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine.
第1の発明は、内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流に配置された第1の排気ガスセンサと、
前記触媒の下流に配置された第2の排気ガスセンサと、
前記第1の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒上流の空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する第1のフィードバック手段と、
前記第2の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒下流の空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する第2のフィードバック手段と
前記第1の排気ガスセンサが正常な出力を発しているか否かを判別するセンサ出力判別手段とを備え、
前記第1の排気ガスセンサの出力が正常でないと判別される期間中は、前記第2のフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を行うことを特徴とする。
A first invention is a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine;
A first exhaust gas sensor disposed upstream of the catalyst;
A second exhaust gas sensor disposed downstream of the catalyst;
First feedback means for correcting the fuel injection amount based on the output of the first exhaust gas sensor so that the air-fuel ratio upstream of the catalyst becomes the control target air-fuel ratio;
Based on the output of the second exhaust gas sensor, the second feedback means for correcting the fuel injection amount so that the air-fuel ratio downstream of the catalyst becomes the control target air-fuel ratio, and the first exhaust gas sensor produces a normal output. Sensor output determining means for determining whether or not it is emitting,
During the period when it is determined that the output of the first exhaust gas sensor is not normal, air-fuel ratio feedback control using the second feedback means is performed.
また、第2の発明は、内燃機関の排気通路に備えられた触媒の上流に配置された第1の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒上流の空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する第1のフィードバック手段と、
前記触媒の下流に配置された第2の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒下流の空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する第2のフィードバック手段と、
前記第1の排気ガスセンサが正常な出力を発しているか否かを判別するセンサ出力判別手段とを備え、
前記第1の排気ガスセンサの出力が正常でないと判別される期間中は、前記第2のフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を行うことを特徴とする。
The second aspect of the invention is based on the output of the first exhaust gas sensor disposed upstream of the catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine so that the air-fuel ratio upstream of the catalyst becomes the control target air-fuel ratio. First feedback means for correcting the fuel injection amount;
Second feedback means for correcting the fuel injection amount so that the air-fuel ratio downstream of the catalyst becomes the control target air-fuel ratio based on the output of a second exhaust gas sensor disposed downstream of the catalyst;
Sensor output discriminating means for discriminating whether or not the first exhaust gas sensor emits a normal output;
During the period when it is determined that the output of the first exhaust gas sensor is not normal, air-fuel ratio feedback control using the second feedback means is performed.
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、前記第1の排気ガスセンサの前記出力を検知するために印加する電圧と逆方向の電圧を印加した時の出力電流に基づき当該排気ガスセンサの故障診断を行う内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記センサ出力判別手段は、当該逆電圧の印加期間中およびその印加終了後の所定期間を合わせた故障診断期間を、前記第1の排気ガスセンサの出力が正常でない期間と判別するものであって、
前記第2の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒下流の空燃比が理論空燃比となるように、前記第1のフィードバック手段による前記補正に修正を施すサブフィードバック手段を更に備え、
前記故障診断期間以外の期間では、前記第1のフィードバック手段および前記サブフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を実行し、
前記故障診断期間中は、前記第2のフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を実行することを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the exhaust gas is based on an output current when a voltage in a direction opposite to a voltage applied to detect the output of the first exhaust gas sensor is applied. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that performs failure diagnosis of a gas sensor,
The sensor output determining means determines a failure diagnosis period including a predetermined period after the application of the reverse voltage and a period after the application is ended as a period in which the output of the first exhaust gas sensor is not normal,
Sub feedback means for correcting the correction by the first feedback means so that the air-fuel ratio downstream of the catalyst becomes the stoichiometric air-fuel ratio based on the output of the second exhaust gas sensor;
In a period other than the failure diagnosis period, air-fuel ratio feedback control using the first feedback means and the sub-feedback means is executed,
During the failure diagnosis period, air-fuel ratio feedback control using the second feedback means is executed.
また、第4の発明は、第1乃至第3の発明の何れかにおいて、前記第2のフィードバック手段によって用いられるフィードバックゲインが、前記第1のフィードバック手段によって用いられるフィードバックゲインに比して小さな値に設定されていることを特徴とする。 According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the feedback gain used by the second feedback means is smaller than the feedback gain used by the first feedback means. It is characterized by being set to.
第1または第2の発明によれば、第1の排気ガスセンサが正常でないと判別される期間中は、第2の排気ガスセンサの出力を利用するフィードバック制御によって、空燃比のフィードバック制御が継続して実行される。このため、本発明によれば、第1の排気ガスセンサが正常なセンサ出力を発しない期間中であっても、排気ガスのエミッション特性が悪化するのを良好に抑制することができる。 According to the first or second aspect of the invention, during the period when it is determined that the first exhaust gas sensor is not normal, the feedback control of the air-fuel ratio is continued by the feedback control using the output of the second exhaust gas sensor. Executed. For this reason, according to the present invention, it is possible to satisfactorily suppress the deterioration of the exhaust gas emission characteristics even during a period in which the first exhaust gas sensor does not emit a normal sensor output.
第3の発明によれば、故障診断期間中であるか否かによって、空燃比のフィードバック制御が、サブフィードバック制御を伴う第1のフィードバック制御と、第2の排気ガスセンサの出力を利用するフィードバック制御との間で切り換えられる。このため、本発明によれば、故障診断期間以外の期間では、サブフィードバック制御を伴う第1のフィードバック制御によって優れた排気浄化性能を得ることができ、故障診断期間中は、第2の排気ガスセンサの出力を利用するフィードバック制御によって排気浄化性能が悪化するのを効果的に抑制することができる。 According to the third aspect of the invention, the feedback control of the air-fuel ratio uses the first feedback control with the sub feedback control and the feedback control using the output of the second exhaust gas sensor depending on whether or not it is during the failure diagnosis period. Can be switched between. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain excellent exhaust purification performance by the first feedback control accompanied by the sub-feedback control in the period other than the failure diagnosis period, and the second exhaust gas sensor during the failure diagnosis period. It is possible to effectively suppress the exhaust purification performance from being deteriorated by feedback control using the output of.
第4の発明によれば、センサの配置場所の相違に伴う排気ガスの到達タイミングの相違を考慮して、空燃比のフィードバック制御に用いるゲインを適切に設定することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the gain used for air-fuel ratio feedback control can be appropriately set in consideration of the difference in the exhaust gas arrival timing due to the difference in the location of the sensor.
実施の形態1.
[実施の形態1の装置の構成]
図1は、本発明の実施の形態1における空燃比制御装置の構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態の装置は、内燃機関の排気通路10に配置された上流触媒(S/C)12および下流触媒(U/F)14を備えている。上流触媒12および下流触媒14は、何れも、CO、HCおよびNOxを同時に浄化することのできる三元触媒である。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Device of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of an air-fuel ratio control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the apparatus of this embodiment includes an upstream catalyst (S / C) 12 and a downstream catalyst (U / F) 14 disposed in an
上流触媒12の上流および下流には、それぞれメイン空燃比センサ16、およびサブO2センサ(酸素センサ)18が配置されている。メイン空燃比センサ16は、上流触媒12に流入する排気ガスの空燃比A/Fに対してほぼリニアな出力を発するセンサである。一方、サブO2センサ18は、上流触媒12から流出してくる排気ガスが理論空燃比に対してリッチである場合にリッチ出力(例えば0.8V)を発生し、また、その排気ガスがリーンである場合にリーン出力(例えば0.2V)を発生するセンサである。
A main air-
メイン空燃比センサ16の出力、およびサブO2センサ18の出力は、それぞれECU(Electronic Control Unit)(内燃機関の空燃比制御装置)20に供給されている。ECU20には、更に、エアフロメータ22、およびクランク角センサ24等の内燃機関の運転状態を検出するための各種センサと、燃料噴射弁26などが接続されている。エアフロメータ22は、内燃機関の吸入空気量Gaを検出するセンサである。クランク角センサ24は機関回転数Neに応じた出力を発するセンサである。また、燃料噴射弁26は、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射するための電磁弁である。
The output of the main air-
[実施の形態1における空燃比制御]
図2は、本実施形態の空燃比制御装置において実行される空燃比制御の内容を説明するための制御ブロック図である。尚、図2において、Cat12は、図1に示す上流触媒12に対応している。また、図2におけるA/Fs16、およびVox18は、それぞれ図1に示すメイン空燃比センサ16、およびサブO2センサ18に対応している。また、図2におけるEng30は、図1に示すシステムが組み込まれる内燃機関の本体を意味するものとする。
[Air-fuel ratio control in Embodiment 1]
FIG. 2 is a control block diagram for explaining the contents of the air-fuel ratio control executed in the air-fuel ratio control apparatus of this embodiment. In FIG. 2, Cat12 corresponds to the
本実施形態のシステムにおいて、メイン空燃比センサ16は、内燃機関30から流出し、上流触媒12へ流入する排気ガスの空燃比に対応する出力A/Fs[v]を発生する。この出力A/Fsは、具体的には、上流触媒12に流入する排気ガスの空燃比が大きいほど、つまり、その空燃比がリーンであるほど大きな値となる。
In the system of the present embodiment, the main air /
サブO2センサ18は、上流触媒12から下流触媒14へ向かって流通する排気ガス中の酸素濃度に応じた出力Vox[v]を発生する。サブO2センサ18の出力Vox[v]は、差分器32に供給される。差分器32では、その出力Voxとサブフィードバックの目標電圧Voxrefとの出力偏差Dvox=Voxref−Voxが算出される。そして、サブフィードバックコントローラ34は、上記の出力偏差Dvoxに対する「比例項Dvox・GainP」を算出する。また、サブフィードバックコントローラ34は、上記の出力偏差Dvoxに対する「積分項Sumvox・GainI」を算出する。より具体的には、積分項Sumvox・GainIにおける出力偏差積算値Sumvoxは、今回の出力偏差Dvoxに所定の積算ゲインKgainを乗じた値に、前回の出力偏差積算値Sumvox(i−1)を加えることにより、Sumvox(i)=Sumvox(i−1)+(Dvox・Kgain)として算出される。
The sub O 2 sensor 18 generates an output Vox [v] corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas flowing from the
サブフィードバックコントローラ34は、上記各項の和「Dvox・GainP+Dlvox・GainD+Sumvox・GainI」を、サブフィードバック補正量Vsfb[v]として算出する。このサブフィードバック補正量Vsfbは、加算器36において、メイン空燃比センサ16の出力A/Fsに加算され、その結果として、補正電圧値Vfbが算出される。
The
補正電圧値Vfbは、電圧−空燃比変換器38に供給される。電圧−空燃比変換器38は、電圧−空燃比変換マップを記憶しており、そのマップに従って、補正電圧値Vfbに対応する補正空燃比eabyfを決定する。電圧−空燃比変換器38の処理によれば、より具体的には、補正電圧値Vfbが大きな値であるほど、補正空燃比eabyfは大きな値、つまり、リーンな値に決定される。
The corrected voltage value Vfb is supplied to the voltage-air
ECU20は、後述するメイン空燃比センサ16の異常検出時以外の状況下において、上記の如く決定された補正空燃比eabyfを基礎として「メイン(第1の)フィードバック制御」を実行する。メインフィードバック制御によれば、具体的には、上述した補正空燃比eabyfと目標空燃比(理論空燃比)との偏差を消滅させる目的で、メイン(第1の)フィードバックコントローラ40が実行するPI制御によって、ベースの燃料噴射量に増減補正を施すための補正噴射量KAが算出される。その結果、これらのベースの燃料噴射量と補正噴射量KAの和となる最終的な燃料噴射量は、補正空燃比eabyfが理論空燃比に変化するように決定されることになる。
The
尚、この場合には、後述する第2のフィードバック補正量KPIに基づく補正噴射量KBはゼロとされ(図2参照)、最終的な燃料噴射量には反映されない。また、メインフィードバック制御の内容は、本発明の主要部ではなく、また、既に公知の事項であるため、ここでは、これ以上の説明は省略することとする。以下、出力A/Fsにサブフィードバック補正量Vsfbを反映させることによって、メインフィードバック制御の内容を修正することを「サブフィードバック制御」と称することとする。 In this case, the correction injection amount K B based on the second feedback correction amount K PI to be described later is zero (see FIG. 2), not reflected in the final fuel injection amount. Further, since the content of the main feedback control is not a main part of the present invention and is already a known matter, further explanation is omitted here. Hereinafter, correcting the content of the main feedback control by reflecting the sub feedback correction amount Vsfb in the output A / Fs is referred to as “sub feedback control”.
一方、第2のフィードバックコントローラ42は、上記の出力偏差Dvoxに対する「比例項Dvox・GainP’」と、「積分項Sumvox・GainI’」とを算出する。そして、第2のフィードバックコントローラ42は、上記各項の和「Dvox・GainP’+Sumvox・GainI’」を、第2のフィードバック補正量KPI[v]として算出する。この第2のフィードバック補正量KPIは、後述するメイン空燃比センサ16の異常検出時において、補正噴射量KB[mg]に換算された後にベースの燃料噴射量[mg]に加算される。尚、この場合には、メインフィードバックコントローラ40によって算出される補正噴射量KAはゼロとされ(図2参照)、最終的な燃料噴射量には反映されない。
On the other hand, the
また、第2のフィードバックコントローラ42で用いられる比例項ゲインGainP’および積分項ゲインGainI’は、メインフィードバックコントローラ40で用いられる比例項ゲインGpmfbおよび積分項ゲインGimfbに比して小さな値に設定される。
Further, the proportional term gain GainP ′ and the integral term gain GainI ′ used in the
[逆電圧印加によるセンサの故障診断]
本実施形態のシステムでは、メイン空燃比センサ16の故障診断が定期的に実行される。メイン空燃比センサ16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、メイン空燃比センサ16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。
[Sensor fault diagnosis by applying reverse voltage]
In the system of the present embodiment, failure diagnosis of the main 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。従って、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。尚、素子割れの発生時には、排気通路を流通する空気量が多いほど、大気層に空気が流入し易い。このため、逆電圧の印加の時期、すなわち、故障診断の実行時期は、内燃機関が安定した高負荷状態にあるときとされている。 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. When an element crack occurs, the more air flowing through the exhaust passage, the easier the air flows into the atmospheric layer. Therefore, the application time of the reverse voltage, that is, the execution time of the failure diagnosis is set when the internal combustion engine is in a stable high load state.
図3は、逆電圧を印加した場合におけるメイン空燃比センサ16の出力電流の変化を説明するための図である。より具体的には、図3(A)は、逆電圧印加の成否を表すフラグを、図3(B)は、メイン空燃比センサ16の出力電流の変化を表す波形を、それぞれ示している。尚、ここでは、図3(A)に示す逆電圧印加期間Aおよびその印加終了後に正常なセンサ出力が安定して得られるまでに要する所定期間Bは、それぞれ固定期間であるものとする。また、これらの期間(A+B)のことを、本明細書中においては「故障診断期間」と称することがある。
FIG. 3 is a diagram for explaining a change in the output current of the main air-
メイン空燃比センサ16の故障診断の実行中、すなわち、逆電圧の印加中は、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、逆電圧印加終了直後においては、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、その故障診断期間については、メイン空燃比センサ16の出力を基礎とするメインフィードバック制御を中断することが考えられる。
While the failure diagnosis of the main air-
しかしながら、その故障診断によってメインフィードバック制御の中断期間が不用意に長くなると、排気ガスのエミッション特性を適正値に維持することができなくなる。そこで、本実施形態のシステムでは、そのような故障診断期間においては、サブフィードバック制御を伴うメイン空燃比フィードバック制御の実行を禁止するとともに、当該故障診断期間においても良好な排気ガスのエミッション特性を維持させるべく、サブO2センサ18の出力Voxを基礎とする第2のフィードバック制御を実行することとした。 However, if the interruption period of the main feedback control becomes inadvertently long due to the failure diagnosis, the emission characteristic of the exhaust gas cannot be maintained at an appropriate value. Therefore, in the system according to this embodiment, execution of the main air-fuel ratio feedback control with sub feedback control is prohibited during such a failure diagnosis period, and good exhaust gas emission characteristics are maintained even during the failure diagnosis period. Therefore, the second feedback control based on the output Vox of the sub O 2 sensor 18 is executed.
[実施の形態1における具体的処理]
図4は、上記の機能を実現するために、本実施形態においてECU20が実行するルーチンのフローチャートである。図4に示すルーチンでは、先ず、排気ガスセンサ(メイン空燃比センサ16)が異常出力中であるか否かが判別される(ステップ100)。ここでは、上述した故障診断期間中であるときに、排気ガスセンサの異常出力中であると判定するようにしている。
[Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the
上記ステップ100において、センサ異常出力中でないと判定された場合、すなわち、故障診断期間中でない場合には、メイン空燃比センサ16の出力を基礎とするメインフィードバック制御が実行される(ステップ102)とともに、メインフィードバック制御の内容を修正すべく、サブO2センサ18の出力Voxを基礎とするサブフィードバック制御が実行される(ステップ104)。
If it is determined in
(サブフィードバック制御を伴うメインフィードバック制御)
図5は、上記ステップ102および104の処理に対応して、ECU20が実行するルーチンのフローチャートである。図5に示すルーチンでは、先ず、メインA/Fセンサ16の出力A/Fsが検出される(ステップ200)。次いで、サブO2センサ18の出力Voxが検出され(ステップ202)、その出力Voxに基づいて、サブフィードバック補正量Vsfbが算出される(ステップ204)。
(Main feedback control with sub feedback control)
FIG. 5 is a flowchart of a routine executed by the
本ステップ204では、具体的には、先ず、サブO2センサ18の出力Voxとサブフィードバックの目標電圧Voxrefとの出力偏差Dvox=Voxref−Voxが算出される。そして、その出力偏差Dvoxに比例ゲインGainPを掛け合わせた比例項Dvox・GainPと、その出力偏差Dvoxの積分値に積分ゲインGainIを掛け合わせた積分項Sumvox・GainIが算出される。そして、それらが足し合わされることにより、サブフィードバック補正量Vsfb=Dvox・GainP+Sumvox・GainIが算出される。
Specifically, in
次に、メインA/Fセンサ16の出力A/Fsとサブフィードバック補正量Vsfbとを加算することにより、補正電圧値Vfbが算出される(ステップ206)。次いで、その補正電圧値Vfbに対応する補正空燃比eabyfが算出される(ステップ208)。ECU20は、補正電圧値Vfbと補正空燃比eabyfとの関係を定めたマップを記憶しており、ここでは、そのマップに従って補正空燃比eabyfが算出される。
Next, the correction voltage value Vfb is calculated by adding the output A / Fs of the main A /
次に、補正空燃比eabyfを目標空燃比(理論空燃比)とすべく、メインフィードバックコントローラ40によって補正噴射量KAが算出される(ステップ210)。次いで、ベース噴射量が算出され(ステップ212)、そのベース噴射量を補正噴射量KAで補正することにより、最終的な燃料噴射量が算出される(ステップ214)。
Next, the corrected injection amount K A is calculated by the
以上説明したメインフィードバック制御によれば、上流触媒12に流入する排気ガスの空燃比が、理論空燃比(ストイキ)を制御中心とする目標空燃比と一致するように燃料噴射量の制御が行われる。また、上記のサブフィードバック制御によれば、上流触媒12の下流に流出してくる排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、より具体的には、上流触媒12の下流に配置されたサブO2センサ18の出力がストイキ出力となるように、メインフィードバック制御の内容が修正される。これらの制御によれば、燃料噴射量を適切に随時補正し、上流触媒12の下流における空燃比を精度良くストイキの近傍値に維持することができ、優れた排気浄化性能を得ることができる。
According to the main feedback control described above, the fuel injection amount is controlled so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the
一方、図4に示すルーチンでは、上記ステップ100において、センサ異常出力中であると判定された場合、すなわち、故障診断期間中である場合には、サブフィードバック制御を伴うメインフィードバック制御が禁止される(ステップ106)とともに、サブO2センサ18の出力を基礎とする第2のフィードバック制御が実行される(ステップ108)。第2のフィードバック制御によれば、上流触媒12の下流に流出してくる排気ガスの空燃比が、理論空燃比を制御中心とする目標空燃比と一致するように燃料噴射量の制御が行われる。
On the other hand, in the routine shown in FIG. 4, when it is determined in
(サブO2センサを利用した第2のフィードバック制御)
図6は、上記ステップ106および108の処理に対応して、ECU20が実行するルーチンのフローチャートである。図6に示すルーチンでは、先ず、サブO2センサ18の出力Voxが検出される(ステップ300)。次いで、その出力Voxに基づいて、第2のフィードバック補正量KPIが算出される(ステップ302)。
(Second feedback control using sub O 2 sensor)
FIG. 6 is a flowchart of a routine executed by the
本ステップ302では、具体的には、先ず、サブO2センサ18の出力Voxとサブフィードバックの目標電圧Voxrefとの出力偏差Dvox=Voxref−Voxが算出される。そして、その出力偏差Dvoxに比例ゲインGainP’を掛け合わせた比例項Dvox・GainP’と、その出力偏差Dvoxの積分値に積分ゲインGainI’を掛け合わせた積分項Sumvox・GainI’が算出される。そして、それらが足し合わされることにより、第2のサブフィードバック補正量KPI=Dvox・GainP’+Sumvox・GainI’が算出される。
Specifically, in
次に、第2のサブフィードバック補正量KPIが補正噴射量KBに換算され(ステップ304)、次いで、ベース噴射量が算出される(ステップ306)。そして、そのベース噴射量を補正噴射量KBで補正することにより、最終的な燃料噴射量が算出される(ステップ308)。 Next, the second sub-feedback correction amount K PI is converted into the correction injection amount K B (step 304), then the base injection amount is calculated (step 306). Then, by correcting the base injection amount is corrected injection amount K B, the final fuel injection amount is calculated (step 308).
図7は、第2のフィードバック制御による動作の概要を説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図7(A)はサブO2センサ18の出力Voxの波形、図7(B)は第2のフィードバック補正量KPIの波形である。第2のフィードバック制御では、図7に示すように、サブO2センサ18の出力Voxと目標電圧(ストイキ出力)Voxrefとを比較して、現在の出力Voxがストイキに対してリッチ側であるときは、燃料噴射量を減量させるべく、第2のフィードバック補正量KPIはゼロより小さな値とされる。一方、現在の出力Voxがストイキに対してリーン側であるときは、燃料噴射量を増量させるべく、第2のフィードバック補正量KPIはゼロより大きな値とされる。 FIG. 7 is a timing chart for explaining the outline of the operation by the second feedback control. More specifically, FIG. 7A shows the waveform of the output Vox of the sub O 2 sensor 18, and FIG. 7B shows the waveform of the second feedback correction amount KPI . In the second feedback control, as shown in FIG. 7, when the output Vox of the sub O 2 sensor 18 is compared with the target voltage (stoichiometric output) Voxref, the current output Vox is on the rich side with respect to stoichiometry. In order to reduce the fuel injection amount, the second feedback correction amount KPI is set to a value smaller than zero. On the other hand, when the current output Vox is leaner than the stoichiometry, the second feedback correction amount KPI is set to a value larger than zero in order to increase the fuel injection amount.
サブO2センサ18は、上流触媒12から流出してくる排気ガスの空燃比が理論空燃比の近傍で変化する場合に、0.8[v]程度のリッチ側上限値と、0.2[v]程度のリーン側下限値との間で、その出力Voxを敏感に変化させる。このため、上流触媒12に流れ込む排気ガスの空燃比がリッチ側或いはリーン側にずれていれば、サブO2センサ18の出力Voxは、そのずれの影響を検知した時点で、リッチ側上限値(0.8[v])或いはリーン側下限値(0.2[v])に向かって急変する。
When the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the
上記の比例項Dvox・GainP’は、出力偏差Dvoxに応じた値であるため、出力Voxの反転時には、図7(B)に示すように、フィードバック補正量KPIは、比例項Dvox・GainPによって増量側或いは減量側の値にスキップされることになる。このように、比例項Dvox・GainP’によれば、出力偏差Dvoxの大小を直接的にフィードバック補正量KPIの修正に反映させることができる。 Since the above proportional term Test Forum 1 · GaInP 'is a value corresponding to the output deviation Test Forum 1, at the time of reversal of the output Vox, as shown in FIG. 7 (B), the feedback correction amount K PI is the proportional term Test Forum 1 · GaInP The value is skipped to the value on the increase side or the decrease side. Thus, according to the proportional term Test Forum 1 · GaInP ', it can be reflected directly to the feedback correction amount K PI of modifying the magnitude of the output deviation Test Forum 1.
また、上記積分項Sumvox・GainI’は、出力偏差積算値Sumvoxに応じた値であり、出力Voxが瞬間値としてどのような値を示しているかによらず、上流触媒12の下流における排気空燃比が、理論空燃比に対してどのような偏りを有しているかを表している。このため、フィードバック補正量KPIは、図7(B)に示すように、出力Voxが次の反転時点に達するまでの間は、上記積分項Sumvox・GainI’の作用によって、現時点の出力偏差Dvoxを打ち消す方向に、徐々に増加または減少させられる。このように、積分項Sumvox・GainI’によれば、瞬間的な空燃比に影響されることなく、その空燃比の変動中心を理論空燃比に収束させるための補正を実現することができる。
The integral term Sumvox · GainI ′ is a value corresponding to the output deviation integrated value Sumvox, and the exhaust air / fuel ratio downstream of the
このため、以上の第2のフィードバック制御によれば、メイン空燃比センサ16の出力を空燃比のフィードバック制御の基礎として用いることができない状況下においても、サブO2センサ18を利用した空燃比のフィードバック制御を継続することで、燃料噴射量を適切に随時補正し、上流触媒12の下流における空燃比を精度良くストイキの近傍値に維持することが可能となる。
For this reason, according to the second feedback control described above, the air-fuel ratio of the air-fuel ratio using the sub O 2 sensor 18 can be reduced even in a situation where the output of the main air-
以上説明した図4に示すルーチンによれば、メイン空燃比センサ16の故障診断中は、サブフィードバック制御を伴うメインフィードバック制御から、サブO2センサ18を利用した第2のフィードバック制御に切り換えられる。これにより、故障診断中も空燃比のフィードバック制御が継続して実行されることになる。このため、本実施形態のシステムによれば、排気ガスのエミッション特性が排気ガスセンサの故障診断の実行によって悪化するのを良好に軽減させることができる。
According to the routine shown in FIG. 4 described above, during the failure diagnosis of the main air-
メイン空燃比センサ16の下流に配置されたサブO2センサ18は、メイン空燃比センサ16に比して遅れたタイミングで排気ガスの空燃比を検出する。第2のフィードバック制御において第2のフィードバック補正量KPIの算出に用いられる比例項ゲインP’および積分項ゲインGainI’は、既述したように、メインフィードバック制御においてメインフィードバックコントローラ40で用いられる比例項ゲインGpmfbおよび積分項ゲインGimfbに比して小さな値に設定されている。このため、そのようなゲインの設定によれば、センサの配置場所の相違に伴う排気ガスの到達タイミングの相違を考慮して、空燃比のフィードバック制御に用いるゲインを適切に設定することができる。
The sub O 2 sensor 18 disposed downstream of the main air-
ところで、上述した実施の形態1においては、上流触媒12の上流に配置されるセンサがA/Fセンサとされ、また、その下流に配置されるセンサが酸素センサとされているが、本発明において用い得るセンサは、これらの組み合わせに限定されるものではない。すなわち、それらのセンサは、何れも、A/Fセンサ、酸素センサ、NOxセンサ、HCセンサなど、フィードバック制御の基礎として排気ガスの特性を検出するセンサであれば、如何なるセンサであってもよい。
By the way, in the first embodiment described above, the sensor arranged upstream of the
尚、上述した実施の形態1においては、上流触媒12が前記第1または第2の発明における「触媒」に、メイン空燃比センサ16が前記第1または第2の発明における「第1の排気ガスセンサ」に、サブO2センサ18が前記第1または第2の発明における「第2の排気ガスセンサ」に、それぞれ相当している。また、ECU20が、上記ステップ200および210〜214の処理を実行することにより前記第1または第2の発明における「第1のフィードバック手段」が、上記ステップ300〜308の処理を実行することにより前記第1または第2の発明における「第2のフィードバック手段」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または第2の発明における「センサ出力判別手段」が、それぞれ実現されている。
また、ECU20が上記ステップ202〜208の処理を実行することにより前記第3の発明における「サブフィードバック手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the
Further, the “sub-feedback means” according to the third aspect of the present invention is realized by the
10 排気通路
12 上流触媒
14 下流触媒
16 メイン空燃比センサ
18 サブO2センサ
20 ECU(Electronic Control Unit)
26 燃料噴射弁
30 内燃機関
34 サブフィードバックコントローラ
40 メイン(第1の)フィードバックコントローラ
42 第2のフィードバックコントローラ
10
26
Claims (4)
前記触媒の上流に配置された第1の排気ガスセンサと、
前記触媒の下流に配置された第2の排気ガスセンサと、
前記第1の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒上流の空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する第1のフィードバック手段と、
前記第2の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒下流の空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する第2のフィードバック手段と
前記第1の排気ガスセンサが正常な出力を発しているか否かを判別するセンサ出力判別手段とを備え、
前記第1の排気ガスセンサの出力が正常でないと判別される期間中は、前記第2のフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を行う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;
A first exhaust gas sensor disposed upstream of the catalyst;
A second exhaust gas sensor disposed downstream of the catalyst;
First feedback means for correcting the fuel injection amount based on the output of the first exhaust gas sensor so that the air-fuel ratio upstream of the catalyst becomes the control target air-fuel ratio;
Based on the output of the second exhaust gas sensor, the second feedback means for correcting the fuel injection amount so that the air-fuel ratio downstream of the catalyst becomes the control target air-fuel ratio, and the first exhaust gas sensor produces a normal output. Sensor output determining means for determining whether or not it is emitting,
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, which performs air-fuel ratio feedback control using the second feedback means during a period in which it is determined that the output of the first exhaust gas sensor is not normal.
前記触媒の下流に配置された第2の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒下流の空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する第2のフィードバック手段と、
前記第1の排気ガスセンサが正常な出力を発しているか否かを判別するセンサ出力判別手段とを備え、
前記第1の排気ガスセンサの出力が正常でないと判別される期間中は、前記第2のフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を行うことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 Based on the output of the first exhaust gas sensor disposed upstream of the catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, the first fuel injection amount is corrected so that the air-fuel ratio upstream of the catalyst becomes the control target air-fuel ratio. Feedback means,
Second feedback means for correcting the fuel injection amount so that the air-fuel ratio downstream of the catalyst becomes the control target air-fuel ratio based on the output of a second exhaust gas sensor disposed downstream of the catalyst;
Sensor output discriminating means for discriminating whether or not the first exhaust gas sensor emits a normal output;
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, which performs air-fuel ratio feedback control using the second feedback means during a period in which it is determined that the output of the first exhaust gas sensor is not normal.
前記センサ出力判別手段は、当該逆電圧の印加期間中およびその印加終了後の所定期間を合わせた故障診断期間を、前記第1の排気ガスセンサの出力が正常でない期間と判別するものであって、
前記第2の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒下流の空燃比が理論空燃比となるように、前記第1のフィードバック手段による前記補正に修正を施すサブフィードバック手段を更に備え、
前記故障診断期間以外の期間では、前記第1のフィードバック手段および前記サブフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を実行し、
前記故障診断期間中は、前記第2のフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を実行することを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の空燃比制御装置。 An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that diagnoses a failure of the exhaust gas sensor based on an output current when a voltage in a direction opposite to a voltage applied to detect the output of the first exhaust gas sensor is applied,
The sensor output determining means determines a failure diagnosis period including a predetermined period after the application of the reverse voltage and a period after the application is ended as a period in which the output of the first exhaust gas sensor is not normal,
Sub feedback means for correcting the correction by the first feedback means so that the air-fuel ratio downstream of the catalyst becomes the stoichiometric air-fuel ratio based on the output of the second exhaust gas sensor;
In a period other than the failure diagnosis period, air-fuel ratio feedback control using the first feedback means and the sub-feedback means is executed,
The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein during the failure diagnosis period, air-fuel ratio feedback control using the second feedback means is executed.
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