JP2010037976A

JP2010037976A - 空燃比センサの切替制御装置

Info

Publication number: JP2010037976A
Application number: JP2008199417A
Authority: JP
Inventors: Hajime Yasuda; 肇安田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2028-08-01
Also published as: JP5056656B2

Abstract

【課題】吸入空気量のバラツキなどに影響を受けることなく、早遅なく良いタイミングで空燃比センサを切り替えることができる空燃比センサの切替制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンから排出される排ガスが流れるメイン排気通路１０を開閉可能な排気シャットバルブ５０と、床下触媒２０に流入する排ガスの空燃比を検出するリア空燃比センサ２１と、メイン排気通路から一旦分岐し再び合流するサブ排気通路３０に設けられるマニホールド触媒４０に流入する排ガスの空燃比を検出するフロント空燃比センサ４１と、排気シャットバルブが閉弁しているときはフロント空燃比センサ４１の出力信号に基づいて空燃比フィードバック制御し、排気シャットバルブ５０が開弁しリア空燃比センサ２１の出力信号がスライスレベル範囲を超えて振れたらリア空燃比センサの出力信号に基づく制御に切り替える空燃比センサ切替手段(ステップＳ１〜Ｓ７)と、を有する。
【選択図】図３

Description

この発明は、空燃比センサの切替制御装置に関する。

排ガス浄化触媒は、所定温度よりも高温の状態で排ガス浄化性能を発揮する。そのため冷間始動直後は十分な排気浄化性能を得ることが難しい。

そこでエンジンルーム内に小形のマニホールド触媒を設けて、冷間始動直後で床下触媒が不活性状態のときには排気シャットバルブを閉じて排ガスをマニホールド触媒に流して浄化し、床下触媒が活性状態になったら排気シャットバルブを開いて排ガスを床下触媒に流して浄化する技術が研究されている。

ところでこのような技術では、空燃比フィードバック制御するためのマニホールド触媒の入口に設けた空燃比センサと床下触媒の入口に設けた空燃比センサとをどのようなタイミングで切り替えるかが重要である。特許文献１では排気シャットバルブを開弁したタイミングから経過した時間に基づいて空燃比センサを切り替えるようにしていた。
特開２００８−５７４８１号公報

しかしながら、このような制御では吸入空気量のバラツキなどに影響を受けて、所望のタイミングから外れて空燃比センサが早めに切り替わってしまうことが本件発明者らによって知見された。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、吸入空気量のバラツキなどに影響を受けることなく、早遅なく良いタイミングで空燃比センサを切り替えることができる空燃比センサの切替制御装置を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、エンジンから排出される排ガスが流れるメイン排気通路(１０)と、前記メイン排気通路(１０)を開閉可能な排気シャットバルブ(５０)と、前記排気シャットバルブ(５０)よりも下流側のメイン排気通路(１０)に設けられる床下触媒(２０)と、前記床下触媒(２０)の入口に設けられ、床下触媒(２０)に流入する排ガスの空燃比を検出するリア空燃比センサ(２１)と、前記排気シャットバルブ(５０)よりも上流側のメイン排気通路(１０)から一旦分岐し、排気シャットバルブ(５０)よりも下流側であって前記床下触媒(２０)よりも上流側のメイン排気通路(１０)に再び合流するサブ排気通路(３０)と、前記サブ排気通路(３０)に設けられるマニホールド触媒(４０)と、前記マニホールド触媒(４０)の入口に設けられ、マニホールド触媒(４０)に流入する排ガスの空燃比を検出するフロント空燃比センサ(４１)と、前記排気シャットバルブ(５０)が閉弁しているときは、前記フロント空燃比センサ(４１)の出力信号に基づいて空燃比フィードバック制御し、前記排気シャットバルブ(５０)が開弁し前記リア空燃比センサ(２１)の出力信号がスライスレベル範囲を超えて振れたらリア空燃比センサ(２１)の出力信号に基づく空燃比フィードバック制御に切り替える空燃比センサ切替手段(ステップＳ１〜Ｓ７)と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、リア空燃比センサの出力信号が実際にスライスレベル範囲を超えたら、フロント空燃比センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック制御からリア空燃比センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック制御に切り替えるようにしたので、早遅なく良いタイミングで空燃比センサを切り替えることができる。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明による空燃比センサの切替制御装置を用いる排ガス浄化システムの基本構成を示す図である。

エンジンＥに設けられたメイン排気通路１０と、床下触媒２０と、サブ排気通路３０と、マニホールド触媒４０と、を含む。

メイン排気通路１０は、エンジンＥから排出される排ガスが流れる。メイン排気通路１０の途中に排気シャットバルブ５０が設けられる。排気シャットバルブ５０が閉弁すると、排ガスはメイン排気通路１０を流れず、サブ排気通路３０を流れる。排気シャットバルブ５０が開弁すると、エンジンＥから排出される排ガスのほとんどがメイン排気通路１０を流れるようになる。上述のように排ガス浄化触媒は、所定温度よりも高温の状態で排ガス浄化性能を発揮する。そのため冷間始動直後は十分な排気浄化性能を得ることが難しい。そこで冷間始動時には排気シャットバルブ５０を閉弁して排ガスをサブ排気通路３０に流してマニホールド触媒４０で浄化する。通常運転時には排気シャットバルブ５０を開弁して排ガスをメイン排気通路１０に流して床下触媒２０で浄化する。

床下触媒２０は、排気シャットバルブ５０よりも下流側のメイン排気通路１０に配置される。床下触媒２０は、大容量であり排ガス浄化可能量が大きい。床下触媒２０の入口にはリア空燃比センサ２１が設けられる。床下触媒２０の出口にはリアＯ２センサ２２が設けられる。エンジンＥはこれらのセンサ出力に基づいて排気シャットバルブ５０が開弁中に空燃比フィードバック制御を実行する。

サブ排気通路３０は、排気シャットバルブ５０よりも上流側のメイン排気通路１０から一旦分岐し、排気シャットバルブ５０よりも下流側であって床下触媒２０よりも上流側のメイン排気通路１０に再び合流する。

マニホールド触媒４０は、サブ排気通路３０に配置される。マニホールド触媒４０は、床下触媒２０よりも小容量であり排ガス浄化可能量が小さいが、高温の排ガスが流れると迅速に活性可能である。マニホールド触媒４０の入口にはフロント空燃比センサ４１が設けられる。マニホールド触媒４０の出口にはフロントＯ２センサ４２が設けられる。エンジンＥはこれらのセンサ出力に基づいて排気シャットバルブ５０が閉弁中に空燃比フィードバック制御を実行する。

図２は、排気シャットバルブの近辺を拡大した斜視図である。

本実施形態で使用される排気シャットバルブの基本構造は、たとえば特開２００８−８２８４号公報に開示されているので、ここでは簡単に説明する。

排気シャットバルブ５０は、弁体５１と、シャフト５２と、プレート５３と、を含む。本実施形態の排気シャットバルブ５０は、２枚の弁体５１が２枚のプレート５３を介して１本のシャフト５２に取り付けられた１軸２弁構造である。

シャフト５２の先端には、アーム５４が固設されている。不図示のアクチュエータでアーム５４を上下動させることでシャフト５２が回動する。

プレート５３は、シャフト５２に固設される。本実施形態では、２枚のプレート５３が、１本のシャフト５２に固設される。そしてそれぞれのプレート５３には大きめの孔(不図示)が形成されている。

弁体５１には、細めのピン１１ａが固設される。このピン１１ａがプレート５３の孔に挿通される。ピン１１ａの先端は、保持リング１１ｂで固定される。このような構造であるので、弁体５１はプレート５３に遊び(ガタツキ)がある状態で取り付けられる。

弁体５１がプレート５３に遊び(ガタツキ)がある状態で取り付けられるので、弁体５１がシャフト５２を中心として回動したときにメイン排気通路１０を着実に閉じてエンジンＥから排出される排ガスを確実に流さないのである(詳細は特開２００８−８２８４号公報)。

図３は本発明による空燃比センサの切替制御装置の制御ロジックのメインルーチンを示すフローチャートである。なおコントローラはエンジン運転中に以下の処理を微小時間(たとえば１０ミリ秒)ごとに繰り返し実行する。

ステップＳ１においてコントローラは、排気シャットバルブ５０を開弁する指令があるか否かを判定する。開指令があるまではステップＳ２へ処理を移行し、開指令があったらステップＳ３へ処理を移行する。

ステップＳ２においてコントローラは、フロント空燃比センサ４１の出力信号AFSAF1に基づいて空燃比フィードバック制御を実行する。

ステップＳ３においてコントローラは、センサ出力大振れ処理を開始したか否かを判定する。未だ開始していなければステップＳ４へ処理を移行し、開始していればステップＳ７へ処理を移行する。

ステップＳ４においてコントローラは、リア空燃比センサ２１の出力信号AFSAF2がスライスレベル範囲を超えて振れているか否かを判定する。ここでスライスレベル範囲とは、排気シャットバルブ５０が開弁した後にリア空燃比センサ２１が通常出力する信号AFSAF2の振幅よりも小さい所定値であり、リッチ側スライスレベルからリーン側スライスレベルまでの範囲である。スライスレベル範囲を超えて振れるまではステップＳ５へ処理を移行し、スライスレベル範囲を超えて振れたらステップＳ６へ処理を移行する。

ステップＳ５においてコントローラは、センサ出力小振れ処理を実行する。具体的な内容は後述する。

ステップＳ６においてコントローラは、センサ出力大振れ処理を開始する。

ステップＳ７においてコントローラは、センサ出力大振れ処理を実行する。具体的な内容は後述する。

図４はセンサ出力小振れ処理のサブルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ５１においてコントローラは、タイマをインクリメントする。

ステップＳ５２においてコントローラは、タイマに基づいて所定時間が経過したか否かを判定する。経過するまでは一旦処理をぬけ、経過したらステップＳ５３へ処理を移行する。

ステップＳ５３においてコントローラは、リア空燃比センサ２１の出力信号AFSAF2に基づいて空燃比フィードバック制御を実行する。

図５はセンサ出力大振れ処理のサブルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ７１においてコントローラは、前回サイクルにおいてリア空燃比センサ２１の出力信号AFSAF2がフロント空燃比センサ４１の出力信号AFSAF1を上回っていたか否かを判定する。上回っていたらステップＳ７２へ処理を移行し、上回っていなければステップＳ７３へ処理を移行する。

ステップＳ７２においてコントローラは、今回サイクルにおいてリア空燃比センサ２１の出力信号AFSAF2がフロント空燃比センサ４１の出力信号AFSAF1を上回っているか否かを判定する。上回っているうちは一旦処理を抜け、下回ったらステップＳ７４へ処理を移行する。

ステップＳ７３においてコントローラは、今回サイクルにおいてリア空燃比センサ２１の出力信号AFSAF2がフロント空燃比センサ４１の出力信号AFSAF1を上回ったか否かを判定する。上回るまでは一旦処理を抜け、上回ったらステップＳ７４へ処理を移行する。

ステップＳ７４においてコントローラは、リア空燃比センサ２１の出力信号AFSAF2に基づいて空燃比フィードバック制御を実行する。

図６は本発明による空燃比センサの切替制御装置を実行したときのタイムチャートである。図６(Ａ)は排気シャットバルブの開閉を示す。図６(Ｂ)は空燃比センサの出力を示す。なお実線は空燃比フィードバック制御に使用される信号であり、破線は空燃比フィードバック制御に使用されない信号である。また細線はフロント空燃比センサの出力信号AFSAF1であり、太線はリア空燃比センサの出力信号AFSAF2である。図６(Ｃ)は空燃比センサの切替指令を示す。

なお以下ではフローチャートとの対応が分かりやすくするために、フローチャートのステップ番号にＳを付して記載する。

排気シャットバルブを開弁する指令があるまでは、ステップＳ１→Ｓ２の処理を繰り返し、フロント空燃比センサ４１の出力信号AFSAF1に基づいて空燃比フィードバック制御を実行する。

時刻ｔ１で排気シャットバルブを開弁する指令があったら(図６(Ａ)；ステップＳ１でＹｅｓ)、リア空燃比センサ２１の出力信号AFSAF2がスライスレベル範囲を超えて振れているか否かを判定する(ステップＳ４)。越えるまではステップＳ１→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ５１→Ｓ５２の処理を繰り返す。

時刻ｔ２でリア空燃比センサ２１の出力信号AFSAF2がスライスレベル範囲を超えたらステップＳ１→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ６と処理を進め、センサ出力大振れ処理を開始し、次サイクルからはステップＳ１→Ｓ３→Ｓ７と処理を進める。

時刻ｔ３まではリア空燃比センサ２１の出力信号AFSAF2がフロント空燃比センサ４１の出力信号AFSAF1を上回っているので、ステップＳ１→Ｓ３→Ｓ７→Ｓ７１→Ｓ７２の処理を繰り返す。

時刻ｔ３でリア空燃比センサ２１の出力信号AFSAF2がフロント空燃比センサ４１の出力信号AFSAF1を下回ったら、ステップＳ１→Ｓ３→Ｓ７→Ｓ７１→Ｓ７２→Ｓ７４と処理を進めてリア空燃比センサ２１の出力信号AFSAF2に基づく空燃比フィードバック制御に切り替える(図６(Ｃ))。

排気シャットバルブが閉弁していると直下流に空気が滞留する。そのため排気シャットバルブを開弁した直後からリア空燃比センサの出力信号AFSAF2に基づいて空燃比フィードバック制御しても正確な制御はできない。

本実施形態によれば、リア空燃比センサの出力信号AFSAF2が実際にスライスレベル範囲を超えたら、フロント空燃比センサの出力信号AFSAF1に基づく空燃比フィードバック制御からリア空燃比センサの出力信号AFSAF2に基づく空燃比フィードバック制御に切り替えるようにしたので、早遅なく良いタイミングで空燃比センサを切り替えることができる。

特に本実施形態では、フロント空燃比センサの出力信号AFSAF1とリア空燃比センサの出力信号AFSAF2との大小関係が逆転するタイミング(すなわちフロント空燃比センサの出力信号AFSAF1とリア空燃比センサの出力信号AFSAF2とが一致するタイミング)で、空燃比フィードバック制御に使用する空燃比センサを切り替えるようにしたので、切替前後で運転性が急変することがない。

またリア空燃比センサの出力信号AFSAF2が小振れのまま所定時間が経過したときは、空燃比が安定した状態であると推定できる。なおこのような状態は定常走行時などで見られる。そこでこのようなときは、ステップＳ５２→Ｓ５３と処理を進めることで空燃比フィードバック制御に使用する空燃比センサを切り替えるようにしてある。ただし万一リア空燃比センサに異常があることが検出されたら、前記所定時間が経過しても空燃比センサを切り替えず、リア空燃比センサの出力信号AFSAF2が実際にスライスレベル範囲を超えたら空燃比センサを切り替えるようにすればよい。このようにすることで誤制御を防止できる。また同様に万一排気シャットバルブが固着するなどして開弁しない場合にも、前記所定時間が経過しても空燃比センサを切り替えず、リア空燃比センサの出力信号AFSAF2が実際にスライスレベル範囲を超えたら空燃比センサを切り替えるようにすればよい。このようにすることでも誤制御を防止できる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

たとえば、上記実施形態においては、フロント空燃比センサの出力信号AFSAF1とリア空燃比センサの出力信号AFSAF2との大小関係が逆転するタイミングで、空燃比フィードバック制御に使用する空燃比センサを切り替えた。これに限らず、リア空燃比センサの出力信号AFSAF2が実際にスライスレベル範囲を超えたら、フロント空燃比センサの出力信号AFSAF1とリア空燃比センサの出力信号AFSAF2との大小関係が逆転する前に(すなわち図６の時刻ｔ２〜ｔ３)、空燃比センサを切り替えてもよい。このような場合において、一気に切り替えては切替前後で運転性が急変してしまうおそれがある。そこでこのような場合は、切替前のフロント空燃比センサの出力信号AFSAF1と切替後のリア空燃比センサの出力信号AFSAF2との差分を見て微小時間ごとに段階的に徐々に切り替えるようにすればよい。

本発明による空燃比センサの切替制御装置を用いる排ガス浄化システムの基本構成を示す図である。排気シャットバルブの近辺を拡大した斜視図である。本発明による空燃比センサの切替制御装置の制御ロジックのメインルーチンを示すフローチャートである。センサ出力小振れ処理のサブルーチンを示すフローチャートである。センサ出力大振れ処理のサブルーチンを示すフローチャートである。本発明による空燃比センサの切替制御装置を実行したときのタイムチャートである。

符号の説明

１０メイン排気通路
２０床下触媒
２１リア空燃比センサ
２２リアＯ２センサ
３０サブ排気通路
４０マニホールド触媒
４１フロント空燃比センサ
４２フロントＯ２センサ
５０排気シャットバルブ
ステップＳ１〜Ｓ７空燃比センサ切替手段

Claims

エンジンから排出される排ガスが流れるメイン排気通路と、
前記メイン排気通路を開閉可能な排気シャットバルブと、
前記排気シャットバルブよりも下流側のメイン排気通路に設けられる床下触媒と、
前記床下触媒の入口に設けられ、床下触媒に流入する排ガスの空燃比を検出するリア空燃比センサと、
前記排気シャットバルブよりも上流側のメイン排気通路から一旦分岐し、排気シャットバルブよりも下流側であって前記床下触媒よりも上流側のメイン排気通路に再び合流するサブ排気通路と、
前記サブ排気通路に設けられるマニホールド触媒と、
前記マニホールド触媒の入口に設けられ、マニホールド触媒に流入する排ガスの空燃比を検出するフロント空燃比センサと、
前記排気シャットバルブが閉弁しているときは、前記フロント空燃比センサの出力信号に基づいて空燃比フィードバック制御し、前記排気シャットバルブが開弁し前記リア空燃比センサの出力信号がスライスレベル範囲を超えて振れたらリア空燃比センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック制御に切り替える空燃比センサ切替手段と、
を有する空燃比センサの切替制御装置。
前記空燃比センサ切替手段は、前記フロント空燃比センサの出力信号と前記リア空燃比センサの出力信号との大小関係が逆転するタイミングで、フロント空燃比センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック制御からリア空燃比センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック制御に切り替える、
ことを特徴とする請求項１に記載の空燃比センサの切替制御装置。
前記空燃比センサ切替手段は、前記排気シャットバルブが開弁しても、前記リア空燃比センサの出力信号がスライスレベル範囲を超えて振れる状態にならないときは、所定時間の経過を待ってリア空燃比センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック制御に切り替える、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空燃比センサの切替制御装置。
前記空燃比センサ切替手段は、前記リア空燃比センサに異常がある場合には、前記所定時間が経過してもリア空燃比センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック制御に切り替えない、
ことを特徴とする請求項３に記載の空燃比センサの切替制御装置。
前記空燃比センサ切替手段は、前記排気シャットバルブが開弁しない場合には、前記所定時間が経過してもリア空燃比センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック制御に切り替えない、
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の空燃比センサの切替制御装置。