JP2010265751A

JP2010265751A - エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2010265751A
Application number: JP2009115167A
Authority: JP
Inventors: Junji Shinojima; 順司篠島
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-11-25

Abstract

【課題】この発明は、触媒通過後の排気ガス成分中の酸素を検出する下流側排気ガス検出手段の検出精度を高く確保すること、それによって空燃比制御の制御精度を高く確保することを目的とする。
【解決手段】この発明は、エンジンの空然比制御装置において、エンジンの運転域に応じたテーブルマップを下流側排気ガス検出手段の温度に応じた特性に基づいて複数に展開させて設ける一方、下流側排気ガス検出手段の出力における所定の空気過剰率近傍の出力変化を検知し、それらの出力変化から変曲点の出力電圧を算出し、この算出した出力電圧に基づき温度に応じた特性に基づく複数のテーブルマップから一つのテーブルマップを選択し、この選択したテーブルマップによってエンジンに供給する燃料噴射量を補正制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明はエンジンの空燃比制御装置に係り、特に、触媒通過後の酸素を検出する下流側排気ガス検出手段の出力に基づいて、エンジンに供給する燃料噴射量を補正制御するエンジンの空燃比制御装置に関する。

エンジンには、触媒通過前の排気ガス成分中の酸素を検出する上流側排気ガス検出手段の出力に基づきエンジンに供給する燃料噴射量をフィードバック制御し、触媒通過後の排気ガス成分中の酸素を検出する下流側排気ガス検出手段の目標出力電圧値を設定し、下流側排気ガス検出手段の出力電圧を目標出力電圧値に収束させるように、前記上流側排気ガス検出手段による燃料噴射量のフィードバック制御に対して補正制御を行なう空燃比制御装置を搭載しているものがある。
触媒通過後の下流側排気ガス検出手段は、センサ素子を暖めるヒータを内蔵し、排気ガス成分中の酸素を正しく検出して出力できるように、センサ素子の温度を制御している。センサ素子の温度制御においては、予め、センサ素子の温度が目標温度となるように、ヒータ制御の内容を決定しており、フィードバック制御はしていない。

従来のエンジンの空燃比制御装置には、触媒通過後の排気ガス成分中の酸素を検出する下流側排気ガス検出手段の出力特性の切替り部（変曲点）における出力電圧が排気ガス制御の目標値と略同一になるような出力特性をもたせ、略同一とするためにセンサ素子温度を変更する技術がある。これにより、このエンジンの空燃比制御装置は、下流側排気ガス検出手段のセンサ素子温度が安定し、出力電圧が安定した結果、正確な排気ガス制御が可能とできる効果を有している。

特開２００３−２４０７４９号公報

しかし、前記特許文献１の空燃比制御装置は、下流側排気ガス検出手段のセンサ素子温度を変更するために、ヒータを装備した上で細かくヒータ制御する必要があり、正確な排気ガス制御を直接行わないヒータ制御のために、制御演算上の負荷を増大させ、コストも増大する不都合がある。
また、下流側排気ガス検出手段のセンサ素子温度は、エンジン機差や運転状態の変化に追従させることが困難であり、さらに、酸素を検出する下流側排気ガス検出手段（酸素センサ）はジルコニア製であることから、その特性上、センサ素子温度によって出力電圧の特性が変化してしまう問題がある。（図５参照）
触媒下流側に設けた下流側排気ガス検出手段の目標出力電圧値の設定は、基本的に排気ガスの空燃比がリッチと判定している０．４５Ｖ以上の領域となるが、０．４５Ｖ以上の領域では、センサ素子温度の影響が大きい傾向にある。
さらに、下流側排気ガス検出手段の目標出力電圧値がひとつ（テーブル含む。）であると、センサ素子温度の変化に対応できず、精度のよい燃料噴射量の補正制御が困難になる問題がある。標準状態の出力を想定し、収束させるための目標出力電圧値を設定してしまうと、センサ素子温度が高くなってしまった場合、図５に示すように出力電圧が下がってしまうことから、燃料噴射量の補正が増量してしまうことになる。

この発明は、触媒通過後の排気ガス成分中の酸素を検出する下流側排気ガス検出手段の検出精度を高く確保すること、それによって空燃比制御の制御精度を高く確保することを目的とする。

この発明は、触媒通過後の排気ガス成分中の酸素を検知する下流側排気ガス検出手段を備え、この下流側排気ガス検出手段の出力に基づいてエンジンの運転域に応じたテーブルマップを参照し、エンジンに供給する燃料噴射量を補正制御するエンジンの空然比制御装置において、前記エンジンの運転域に応じたテーブルマップを前記下流側排気ガス検出手段の温度に応じた特性に基づいて複数に展開させて設ける一方、前記下流側排気ガス検出手段の出力における所定の空気過剰率近傍の出力変化を検知し、それらの出力変化から変曲点の出力電圧を算出し、この算出した出力電圧に基づき温度に応じた特性に基づく複数のテーブルマップから一つのテーブルマップを選択し、この選択したテーブルマップによってエンジンに供給する燃料噴射量を補正制御する制御手段を設けたことを特徴とする。

この発明のエンジンの空燃比制御装置は、温度によって変化する下流側排気ガス検出手段の特性に合わせて、燃料噴射量を補正制御するための下流側排気ガス検出手段の出力についての最適な判断基準をテーブルマップで提供できるので、下流側排気ガス検出手段の検出精度を高く確保できる。それによって、空燃比制御を最適に行うことができ、排気ガス浄化性能を高く確保できる。

空燃比制御装置による燃料噴射量の補正制御のフローチャートである。（実施例）下流側排気ガス検出手段の出力電圧特性の変化と出力電圧の変曲点及び傾きとを示す図である。（実施例）推定センサ素子温度と運転域とによる目標出力電圧設定のテーブルマップを示す図である。（実施例）空燃比制御装置のシステム構成図ある。（実施例）下流側排気ガス検出手段の出力電圧特性とセンサ素子温度との関係を示す図である。（従来例）

この発明のエンジンの空燃比制御装置は、温度によって変化する特性に合わせて、下流側排気ガス検出手段の出力についての最適な判断基準をテーブルマップで提供し、下流側排気ガス検出手段の検出精度を高く確保を図るものである。
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。図４において、１はエンジン、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はシリンダヘッドカバー、５はピストン、６は燃焼室、７は吸気ポート、８は排気ポートである。車両等に搭載されるエンジン１は、シリンダヘッド３に吸気カム軸９及び排気カム軸１０を軸支し、これら吸気カム軸９及び排気カム軸１０で夫々駆動される吸気バルブ１１及び排気バルブ１２を設けている。吸気バルブ１１及び排気バルブ１２は、各気筒の燃焼室６に連通する吸気ポート７及び排気ポート８を夫々開閉する。
エンジン１は、吸気系として、エアクリーナ１３と吸気管１４とスロットルボディ１５とサージタンク１６と吸気マニホルド１７とを順次に接続し、吸気ポート７に連通する吸気通路１８を設けている。スロットルボディ１５の吸気通路１８には、スロットルバルブ１９を設けている。また、エンジン１は、排気系として、排気マニホルド２０と排気管２１と触媒コンバータ２２とを順次に接続し、排気ポート８に連通する排気通路２３を設けている。触媒コンバータ２２は、排気ガスを浄化する触媒２４を内蔵している。
このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）２５を設けている。過給機２５は、吸気管１４の途中と排気マニホルド２０及び排気管２１間とに過給機ケース２６を配設し、過給機ケース２６内の吸気通路１８にコンプレッサ２７を設け、過給機ケース２６内の排気通路２３にコンプレッサ２７を駆動するタービン２８を設けている。
過給機ケース２６には、タービン２８を迂回して排気通路２３を連通するバイパス通路２９を設け、バイパス通路２９を開閉するウエイストゲートバルブ３０を設け、ウエイストゲートバルブ３０を開閉動作するウエイストゲートアクチュエータ３１を設け、ウエイストゲートアクチュエータ３１を動作制御するウエイストゲート制御バルブ３２を設けている。ウエイストゲート制御バルブ３２は、コンプレッサ２７下流側の吸気通路１８からウエイストゲートアクチュエータ３１に導入される作動圧の一部をコンプレッサ２７上流側に逃がして調整することによりウエイストゲートアクチュエータ３１の動作を制御し、ウエイストゲートバルブ３０を開閉動作して過給圧を設定過給圧に制御する。
また、エンジン１は、コンプレッサ２７の上流側及び下流側の吸気通路１８を連通するエアバイパス通路３３を設け、エアパイパス通路３３を開閉するエアバイパスバルブ３４を設け、エアバイパスバルブ３４を開閉動作するエアバイパスアクチュエータ３５を設け、エアバイパスアクチュエータ３５を動作制御するエアバイパス制御バルブ３６を設けている。エアバイパス制御バルブ３６は、コンプレッサ２７下流側の吸気通路１８からエアバイパスアクチュエータ３５に導入される作動圧を調整することによりエアバイパスアクチュエータ３５の動作を制御し、スロットルバルブ１９の急閉時にエアバイパスバルブ３４を開放動作してコンプレッサ２７のサージングを防止する。なお、このエンジン１は、コンプレッサ２７とスロットルボディ１５との間の吸気管１４に、過給機２５で過給された吸入空気を冷却するインタクーラ３７を設けている。

このエンジン１は、燃料系として、燃料タンク３８内に燃料をエンジン１側に圧送する燃料ポンプ３９を設け、この燃料ポンプ３９の吐出側にフィルタ４０を介して燃料供給通路４１の一端側を接続している。燃料供給通路４１の他端側は、デリバリパイプ４２に接続している。デリバリパイプ４２には、吸気マニホルド１７に取り付けられた各気筒毎の燃料噴射弁４３を接続している。燃料噴射弁４３は、デリバリパイプ４２により燃料供給通路４１の燃料を分配供され、吸気ポート７内に燃料を噴射する。燃料供給通路４１の途中には、圧力レギュレータ４４を設けている。圧力レギュレータ４４は、圧力導入通路４５によりサージタンク１６の圧力を導入して動作し、燃料の一部を燃料戻り通路４６により燃料タンク３８に戻すことで燃料供給通路４１の燃料圧力を設定値に調整する。
前記燃料タンク３８には、２ウェイチェックバルブ４７を介してエバポ通路４８の一端側を接続している。エバポ通路４８は、他端側をキャニスタ４９に接続している。キャニスタ４９には、パージ通路５０の一端側を接続している。パージ通路５０は、他端側をサージタンク１６に連通している。パージ通路５０の途中には、パージ制御バルブ５１を設けている。パージ制御バルブ５１は、キャニスタ４９に吸着した燃料蒸発ガスのエンジン１への導入量（パージ量）を制御する。

このエンジン１は、点火系として、シリンダヘッドカバー４に各気筒毎のイグニションコイル５２を取り付けている。イグニションコイル５２は、各気筒の燃焼室６に臨ませた点火プラグに高電圧を供給し、飛び火させる。
また、このエンジン１は、シリンダヘッドカバー４内にＰＣＶバルブ５３を介してタンク側ブローバイガス通路５４の一端側を連通している。タンク側ブローバイガス通路５４は、他端側をサージタンク１６に連通している。このエンジン１は、シリンダヘッドカバー４内にクリーナ側ブローバイガス通路５５の一端側を連通している。クリーナ側ブローバイガス通路５５は、他端側をエアクリーナ１３に連通している。
さらに、このエンジン１は、スロットルバルブ１９を迂回して吸気通路１８を連通するアイドル空気通路５６を設けている。このアイドル空気通路５６の途中には、吸気通路１８をバイパスしてアイドル空気通路５６を通るアイドル空気量を調整するアイドル空気量制御バルブ５７を設けている。

このエンジン１には、スロットルバルブ１９のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ５８を設け、スロットルバルブ１９下流側の吸気管圧力を検出する吸気圧センサ５９を設け、吸気温度を検出する吸気温センサ６０を設け、エンジン１のエンジン回転数を検出し且つクランク位置を判別するためのクランク角を検出するクランク角センサ６１を設け、ノッキングを検出するノッキングセンサ６２を設け、エンジン１の冷却水温度を検出する水温センサ６３を設け、触媒２４を通過前の排気ガス成分中の酸素を検知する上流側排気ガス検出手段である空燃比センサ６４を設け、触媒２４を通過後の排気ガス成分中の酸素を検知する下流側排気ガス検出手段（酸素センサ）であるＯ２センサ６５を設けている。
前記ウエイストゲート制御バルブ３２とエアバイパス制御バルブ３６と燃料ポンプ３９と燃料噴射弁４３とパージ制御バルブ５１とイグニションコイル５２とアイドル空気量制御バルブ５７とスロットル開度センサ５８と吸気圧センサ５９と吸気温センサ６０とクランク角センサ６１とノッキングセンサ６２と水温センサ６３と空燃比センサ６４とＯ２センサ６５とは、エンジン１の空燃比制御装置６６を構成する制御手段６７に接続している。制御手段６７には、メインスイッチ６８及びフューズ６９を介してバッテリ７０を接続している。
エンジン１の空燃比制御装置６６は、各種センサ５８〜６５の検出する信号を入力する制御手段６７によって、触媒２４を通過前の排気ガス成分中の酸素を検出する空燃比センサ６４の出力に基づき運転域に応じて目標空燃比を設定し、混合気の空燃比を目標空燃比に収束させるように、エンジン１に供給する燃料噴射弁４３の燃料噴射量をフィードバック制御することで、エンジン１に要求される出力を発生する。
また、エンジン１の空燃比制御装置６６は、各種センサ５８〜６５の検出する信号を入力する制御手段６７によって、触媒２４を通過後の排気ガス成分中の酸素を検出するＯ２センサ６５の目標出力電圧値を設定し、Ｏ２センサ６５の出力電圧を目標出力電圧値に収束させるように、空燃比センサ６４による燃料噴射弁４３の燃料噴射量のフィードバック制御に対して補正制御を行なうことで、触媒２４の浄化率を良好な状態に維持する。

このエンジン１の空然比制御装置６６は、制御手段６７に、図３に示すように、Ｏ２センサ６５のセンサ素子の推定センサ素子温度毎に、エンジン１の運転域に応じて、Ｏ２センサ６５の目標出力電圧値のテーブルマップを設定している。エンジン１の空然比制御装置６６は、制御手段６７によって、図２に示すように、所定の空気過剰率（１．０）近傍のリッチ側におけるＯ２センサ６５の出力電圧の変化を監視し、出力電圧に変曲点が発生したことを検出した場合に、その変曲点が発生した時点における出力電圧をＯ２センサ６５のセンサ素子温度を推定するための出力電圧に決定し、決定した出力電圧からＯ２センサ６５のセンサ素子温度を推定（図５参照）し、推定センサ素子温度に従い運転域に応じた目標出力電圧をテーブルマップから選択し（図３参照）、この目標出力電圧値にＯ２センサ６６の出力電圧を収束させるように、燃料噴射弁４３の燃料噴射量を補正制御する。

次に作用を説明する。
エンジン１の空燃比制御装置６６は、図１に示すように、エンジン１の運転中にプログラムがスタートすると（Ｓ０１）、空燃比センサ６４による燃料噴射量のフィードバック制御を行う運転域かを判断する（Ｓ０２）。この判断（Ｓ０２）がＮＯの場合は、この判断（Ｓ０２）を繰り返す。この判断（Ｓ０２）がＹＥＳの場合は、Ｏ２センサ６５による燃料噴射量のフィードバック制御に対して補正制御を行う運転域かを判断する（Ｓ０３）。
この判断（Ｓ０３）がＮＯの場合は、判断（Ｓ０２）に戻る。この判断（Ｓ０３）がＹＥＳの場合は、Ｏ２センサ６５の出力電圧がリーン側からリッチ側への変化過程にあるかを判断する（Ｓ０４）。
この判断（Ｓ０４）がＹＥＳの場合は、出力電圧がリーン側からリッチ側へ変化して変曲点が発生しているので、その変曲点が発生した時点における出力電圧をセンサ素子温度を推定するための出力電圧に決定し（Ｓ０５）、決定した出力電圧からＯ２センサ６５のセンサ素子温度を推定し（Ｓ０６）、推定センサ素子温度に従い運転域に応じた目標出力電圧をテーブルマップから選択し（Ｓ０７）、この目標出力電圧値にＯ２センサ６５が検出している出力電圧を収束させるように、空燃比センサ６４による燃料噴射弁４３の燃料噴射量のフィードバック制御に対して補正制御し（Ｓ０８）、判断（Ｓ０２）に戻る。
一方、前記判断（Ｓ０４）がＮＯの場合は、出力電圧がリーン側からリッチ側へ変化していず変曲点が発生していないので、Ｏ２センサ６５が検出している出力電圧を予め設定した目標出力電圧値（一定値）に収束させるように、空燃比センサ６４による燃料噴射弁４３の燃料噴射量のフィードバック制御に対して補正制御し（Ｓ０８）、判断（Ｓ０２）に戻る。
なお、このプログラムは、エンジン１の運転を停止すると、エンドになる。また、Ｏ２センサ６５のセンサ素子温度を推定するための変曲点が発生した時点における出力電圧は、変曲点の傾きにより決定することもできる。

このように、エンジン１の空燃比制御装置６６は、エンジン１の運転域に応じたテーブルマップをＯ２センサ６５の温度に応じた特性に基づいて複数に展開させて設ける一方、Ｏ２センサ６５の出力における所定の空気過剰率近傍（１．０）の出力変化を検知し、それらの出力変化から変曲点の出力電圧を算出し、この算出した出力電圧に基づき温度に応じた特性に基づく複数のテーブルマップから一つのテーブルマップを選択し、この選択したテーブルマップによってエンジン１に供給する燃料噴射量を補正制御する制御手段６７を設けている。
これにより、このエンジン１の空燃比制御装置６６は、温度によって変化するＯ２センサ６５の特性に合わせて、燃料噴射量を補正制御するためのＯ２センサ６５の出力についての最適な判断基準をテーブルマップで提供できるので、Ｏ２センサ６５の検出精度を高く確保できる。それによって、このエンジン１の空燃比制御装置６６は、触媒２４を流れる排気ガスの空燃比制御を最適に行うことができ、排気ガス浄化性能を高く確保できる。
また、制御手段６７は、Ｏ２センサ６４の出力変化から算出する出力電圧を、変曲点の傾きを算出して決定することができる。
このため、このエンジン１の空燃比制御装置６６は、変曲点近傍での判断のばらつきをより低減することができ、Ｏ２センサ６５の出力による燃料噴射量補正の制御精度を高く確保できる。

この発明は、触媒通過後の排気ガス成分中の酸素を検出する下流側排気ガス検出手段のセンサ素子温度を推定して検出精度を高く確保するものであり、推定センサ素子温度と運転域とから設定した目標とするセンサ素子温度に収束させるように、下流側排気ガス検出手段のセンサヒータ補正を学習することで、ヒータ制御の性でを向上することが可能である。

１エンジン
６燃焼室
７吸気ポート
８排気ポート
１８吸気通路
２３排気通路
２４触媒
４３燃料噴射弁
６４空燃比センサ
６５Ｏ２センサ
６６空燃比制御装置
６７制御手段

Claims

触媒通過後の排気ガス成分中の酸素を検知する下流側排気ガス検出手段を備え、
この下流側排気ガス検出手段の出力に基づいてエンジンの運転域に応じたテーブルマップを参照し、エンジンに供給する燃料噴射量を補正制御するエンジンの空然比制御装置において、
前記エンジンの運転域に応じたテーブルマップを前記下流側排気ガス検出手段の温度に応じた特性に基づいて複数に展開させて設ける一方、
前記下流側排気ガス検出手段の出力における所定の空気過剰率近傍の出力変化を検知し、それらの出力変化から変曲点の出力電圧を算出し、
この算出した出力電圧に基づき温度に応じた特性に基づく複数のテーブルマップから一つのテーブルマップを選択し、
この選択したテーブルマップによってエンジンに供給する燃料噴射量を補正制御する制御手段を設けたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
前記制御手段は、前記下流側排気ガス検出手段の出力変化から算出する出力電圧を変曲点の傾きを算出して決定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの空燃比制御装置。