JP2011252470A - 車載エンジン制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】上流排気ガスセンサ105fのヒータ53fにまず給電され、ヒータ電流が所定値以下に減衰したら上流排気ガスセンサ105fの活性化を待たないで下流排気ガスセンサ105rのヒータ53rの給電を開始する。上流排気ガスセンサ105fが不活性状態であるときは、燃料噴射制御手段706に入力される上流空燃比制御手段705aの出力信号は所定の燃料リッチ指令に規制され、下流排気ガスセンサ105rが不活性状態であるときは、上流空燃比制御手段705aに入力される下流空燃比制御手段703aの出力信号は所定の燃料リッチ指令に規制される。
【選択図】図4
Description
また、たとえばヒータ駆動用開閉素子を回路基板上で隣接配置した場合には、開閉素子が異常過熱する可能性があるという課題があった。
また、特許文献3による空燃比制御装置の場合は、空燃比制御手段の多段階構成を提示しているものの、排気ガスセンサを早期活性化するためのヒータの制御には論及されていないので、排気ガスセンサを早期活性化を十分に実現することができないという課題があった。
内燃機関の回転速度に応じたパルス信号を生成する回転センサと、
内燃機関の吸気流路に設けられたエアフローセンサまたは負圧センサと、
内燃機関の排気流路に設けられた触媒の上流および下流位置に設けられ、空燃比に対応した非線形または線形の検出信号電圧を生成する上流・下流排気ガスセンサと、
上流・下流排気ガスセンサを早期に活性化するために、所定要件が成立しているときに給電される上流・下流ヒータと
が接続された車載エンジン制御装置であって、
プログラムメモリと協働して、燃料噴射制御手段と上流・下流空燃比制御手段とを実行するマイクロプロセッサを備えるとともに、
マイクロプロセッサから駆動制御されて上流・下流ヒータに給電するための上流・下流開閉素子と、マイクロプロセッサに対してヒータ電流検出信号を供給するための電流検出抵抗とを含むヒータ制御回路を備えている。
下流空燃比制御手段は、下流排気ガスセンサから得られる検出信号電圧に対応した下流位置の空燃比が、下流位置の目標空燃比である第2の目標電圧と一致するように第1の目標電圧を補正する。
燃料噴射制御手段の自主目標空燃比の値は、上流排気ガスセンサの内部抵抗の抵抗値が減少して、上流側の検出信号電圧が生成されるまでは、燃料リッチとなる第1の初期値に設定され、
上流空燃比制御手段に対する第1の目標電圧は、下流排気ガスセンサの内部抵抗の抵抗値が減少して、下流側の検出信号電圧が生成されるまでは、燃料リッチとなる第2の初期値に設定されている。
これにより、車載バッテリの電圧が異常低下した寒冷始動時において、まずは上流排気ガスセンサの活性化を優先するとともに、上流排気ガスセンサがまだ未活性状態であっても、下流排気ガスセンサのヒータに対する給電も開始するので、全体として速やかに正常運転を開始することができる。
さらに、排気ガスセンサが活性化するまでは燃料リッチとなる運転が行われているので、検出信号電圧の変化を検出することにより確実に活性化の判定を行うことができる。
以下、図1〜図7を参照しながら、この発明の実施の形態1について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1に係る車載エンジン制御装置100Aの全体構成を示す回路ブロック図である。また、図2はこの発明で使用される非線形型の排気ガスセンサの特性曲線を示す説明図であり、図3はこの発明で使用される排気ガスセンサを加熱するためのヒータの特性曲線を示す説明図である。
入力センサ群106に含まれるアナログセンサの検出信号は、多チャンネルAD変換器114を介してマイクロプロセッサ110に入力される。
電気負荷群104は、燃料噴射用電磁弁に加えて、たとえば、点火コイルまたは変速機の変速段選択用電磁弁のパワートランジスタを主体としており、出力インタフェース回路124を介して、マイクロプロセッサ110の出力ポートに接続されている。
具体的には、上流・下流開閉素子50f、50rは、マイクロプロセッサ110から生成されるヒータ駆動指令Df、Drの論理レベルが「H(ハイ)」であるときに、駆動抵抗58f、58rを介して導通駆動されるようになっている。
なお、電流検出抵抗57f、57rには、上流・下流開閉素子50f、50rのドレーン端子からソース端子に流れる電流のたとえば1/100の電流が流れるようになっている。
引下抵抗54f、54rの両端電圧は、増幅器55f、55rを介して検出信号電圧AF1、AF2となり、マイクロプロセッサ110に入力される。
図2(A)のように非線形の出力特性を有する排気ガスセンサは、一般にラムダ形排気ガスセンサと呼称されている。
その後、Rs<<Rdとなれば、Vaf≒Vsとなり、もし燃料リッチの状態であれば、検出信号電圧AF1、AF2の電圧値Vafは所定の閾値を超過するので、上流・下流排気ガスセンサ105f、105rの活性化が完了したと判定することができるようになっている。
図3(A)から明らかなように、ヒータ抵抗Rhは、温度上昇にともなって増加する正の温度係数を有する。
図3(B)から明らかなように、ヒータ電流Ihの給電電流特性は、駆動電源電圧Vbの値(10[V]、12[V]、14[V])によって変化する。
ただし、劣化判定閾値Iminの値は、駆動電源電圧Vbの値に比例して増大設定するようになっている。
内燃機関10の吸気弁10aの直前または直後には、燃料噴射用のインジェクタ13が設けられるとともに、内燃機関10のクランクシャフト(図示せず)には、回動位置検出用のクランク角センサ14(回転センサ)が設けられている。
また、上流・下流排気管16f、16rには、個別の上流・下流排気ガスセンサ105f、105rが設けられ、上流・下流排気ガスセンサ105f、105rの近傍には、個別の上流・下流ヒータ53f、53rが設置されている。
内燃機関10に対する吸気量Qaは、アクセルペダル(図示せず)の踏込度合に応動するスロットルバタフライ11aの弁開度によって調整される。
具体的には、エアフローセンサ12で検出された気流速度[m/sec]に吸気管11の断面積を乗算して毎秒の吸気体積を算出し、さらに、空気の重さ1.3[gr/リットル]を乗算することにより、毎秒吸気量q[gr/sec]に換算することができる。
=Qa/(f×AF00)
=q/(2×f×N×AF00)
=K×q/N ・・・(4)
ただし、制御定数Kには、様々な変動要因が内在しているので、上流・下流排気ガスセンサ105f、105rを用いた負帰還制御が行われるようになっている。
車載エンジン制御装置100A内のプログラムメモリ112Aは、さらに空燃比制御プログラムを格納しており、空燃比の制御動作(図7とともに後述する)を行う。
また、上流空燃比制御手段705aに入力される第1の目標電圧AF01は、下流排気ガスセンサ105rの内部抵抗52rの抵抗値Rsが減少して、下流側の検出信号電圧AF2が生成されるまでは、燃料リッチとなる第2の初期値に設定される。
上流空燃比制御手段705aにおいて、第1のPID調節回路の出力電圧は、第1の上限制限値以上にリッチ指令出力とならないように上限が制限されており、第1の上限制限値は、上流排気ガスセンサ105fが未活性状態であるときの燃料噴射制御手段706に対する第1の初期値となっている。
下流空燃比制御手段703aにおいて、第2のPID調節回路の出力電圧は、第2の上限制限値以上にリッチ指令出力とならないように上限が制限されており、第2の上限制限値は、下流排気ガスセンサ105rが未活性状態であるときの上流空燃比制御手段705aに対する第2の初期値となっている。
不活性補正手段703cは、不活性異常検出手段701bが下流排気ガスセンサ105rの不活性異常状態を検出したことに応動して、下流空燃比制御手段703aが生成する第1の目標電圧AF01に代えて、所定の代替信号電圧を上流空燃比制御手段705aに入力する。
不活性補正手段705cは、不活性異常検出手段704bが上流排気ガスセンサ105fの不活性異常状態を検出したことに応動して、上流空燃比制御手段705aが生成する空燃比補正係数Kcに代えて、所定の代替信号電圧を燃料噴射制御手段706に入力する。
不活性補正手段703cは、さらに、制御異常検出手段703dが下流空燃比制御手段703aの異常状態を検出したことに応動して、下流空燃比制御手段703aが生成する第1の目標電圧AF01に代えて、所定の代替信号電圧を上流空燃比制御手段705aに入力する。
不活性補正手段705cは、制御異常検出手段705dが上流空燃比制御手段705aの異常状態を検出したことに応動して、上流空燃比制御手段705aが生成する空燃比補正係数Kcに代えて、所定の代替信号電圧を燃料噴射制御手段706に入力する。
図1において、まず、電源スイッチ(図示せず)を閉路すると、電源開閉素子102が閉路して、外部電源101からの駆動電源電圧Vbが車載エンジン制御装置100Aに印加され、定電圧電源回路120を介して安定化された制御電源電圧Vccがマイクロプロセッサ110に供給される。
図5は上流ヒータ53fの給電制御(前半動作)を示すフローチャートであり、図6は下流ヒータ制御53rの給電制御(後半動作)を示すフローチャートである。
続く工程510cは、閉路異常の有無を判定するステップであり、異常であれば「YES」と判定して工程506に移行し、異常でなければ「NO」と判定して工程504aに移行するようになっている。
上記工程510a、510b、510cからなる工程ブロック510は、論理異常判定手段を構成している。
一方、工程507においては、ヒータ電流検出信号Cfの値が、前述(図3(B))の劣化判定閾値Iminよりも小さい(電流過小)か否かを判定し、劣化判定閾値Imin未満であれば「YES」と判定して工程508に移行し、劣化判定閾値Imin以上であれば「NO」と判定し、中継端子Aを介して図6内の工程601に移行する。
続く工程509においては、不活性異常検出手段704b(図7とともに後述する)における不活性判定時間を延長してから、中継端子Aを介して図6内の工程601に移行する。
図6(下流ヒータ制御)において、工程601、603〜610、610a〜610cは、図5(上流ヒータ制御)内の工程501、503〜510、510a〜510cと同様なので詳述を省略する。
ただし、図6においては、工程601に続く工程602と、工程607に続く工程611、612とが追加されているので、この相違点を中心にして説明する。
工程607の判定結果が「NO」(電流が上下限値の範囲内)であって、引続き下流ヒータ53rへの給電が継続する場合には、工程611の判定処理が行われる。
これにより、工程500から工程620までの間の制御フローが繰返し実行されるようになっている。
工程505、605に相当する過電流異常検出手段は、電流検出抵抗57f、57rによって検出された上流・下流ヒータ53f、53rへの給電電流が所定の上限値を超過したことに応動して異常検出信号を生成し、工程506、606において上流・下流開閉素子50f、50rを開路(ヒータ駆動停止)する。
なお、劣化検出手段507、607における判定下限電流は、上流・下流ヒータ53f、53rに対する駆動電源電圧Vb(給電電圧)に比例して大きな値となるように補正されている。
なお、遅延給電時期判定手段602における設定閾値は、上流ヒータ53fに対する駆動電源電圧Vb(給電電圧)に比例して大きな値となるように補正されている。
図7において、工程700は、マイクロプロセッサ110が空燃比制御を開始する動作開始ステップである。
一方、目標空燃比設定手段となる工程702においては、第2の目標電圧AF02を設定し、続く工程703aにおいては、下流空燃比制御手段として第2のPID制御を開始する。
すなわち、工程703dにおいては、第2のPID制御出力の制限状態が所定時間以上にわたって持続している場合には、「YES」と判定して前述の工程701cに移行し、所定時間内に正常なPID制御動作が開始して、出力制限状態から脱出すれば「NO」と判定して工程704aに移行する。
すなわち、図4のように、不活性異常検出手段701bまたは制御異常検出手段703dの判定結果に応じて、上流空燃比制御手段705aに対する第1の目標電圧AF01としては、下流空燃比制御手段703aによる第2のPID制御出力、または不活性補正手段703cによる代替設定値が適用される。
続く工程706dにおいては、インジェクタ13の開弁時間ΔTを算出し、続く工程706eにおいては、クランク角センサ14に応動するタイミングで、インジェクタ13の燃料噴射用電磁弁を駆動するようになっている。
この場合、上流空燃比制御手段705aにおける第1のデジタルフィルタ回路に代えて、センサインタフェース回路(図示せず)を用いることにより、空燃比A/F(=吸気量Qaと給燃量Fとの比率Qa/F)に対応した線形検出値が得られる。
この場合、燃料噴射制御手段706において適用される自主目標空燃比AF00に対して、空燃比補正値ΔAF00を代数加算すればよい。
下流空燃比制御手段703aは、下流排気ガスセンサ105rから得られる検出信号電圧AF2に対応した下流位置の空燃比が、下流位置の目標空燃比である第2の目標電圧AF02と一致するように第1の目標電圧AF01を補正する。
燃料噴射制御手段706の自主目標空燃比AF00の値は、上流排気ガスセンサ105fの内部抵抗52fの抵抗値Rsが減少して、上流側の検出信号電圧AF1が生成されるまでは、燃料リッチとなる第1の初期値に設定される。
上流空燃比制御手段705aに対する第1の目標電圧AF01は、下流排気ガスセンサ105rの内部抵抗52rの抵抗値Rsが減少して、下流側の検出信号電圧AF2が生成されるまでは、燃料リッチとなる第2の初期値に設定されている。
下流空燃比制御手段703aは、第2の目標電圧AF02と非線形の検出信号電圧AF2との偏差電圧に関する第2のデジタルフィルタ回路と、第2のPID調節回路とにより構成され、第2のPID調節回路の出力電圧は、第2の上限制限値以上にリッチ指令出力とならないように制限されている。
第2の上限制限値は、下流排気ガスセンサ105rが未活性状態であるときの上流空燃比制御手段705aに対する第2の初期値となる。
また、PID調節回路の偏差積分信号電圧が制限されることになるので、上流・下流排気ガスセンサ105f、105rが活性化したときに、円滑に空燃比制御動作に移行することができる。
下流の不活性補正手段703cは、不活性異常検出手段701bが下流排気ガスセンサ105rの不活性異常状態を検出したことに応動して、下流空燃比制御手段703aが生成する第1の目標電圧AF01に代えて、所定の代替信号電圧を上流空燃比制御手段705aに入力する。
上流の不活性補正手段705cは、不活性異常検出手段704bが上流排気ガスセンサ105fの不活性異常状態を検出したことに応動して、上流空燃比制御手段705aが生成する給燃量Fの増減補正指令に代えて、所定の代替信号電圧を燃料噴射制御手段706に入力する。
上流の制御異常検出手段705dは、上流空燃比制御手段705aの発生出力が所定の上下限値の範囲外にある状態が所定時間以上にわたって継続していて、上流排気ガスセンサ105fの不活性異常検出手段704bが異常を検出していない場合に、上流空燃比制御手段705aの異常であると判定する。
上流の不活性補正手段705cは、上流の制御異常検出手段705dが上流空燃比制御手段705aの異常状態を検出したことに応動して、上流空燃比制御手段705aが生成する給燃量Fの増減補正指令に代えて、所定の代替信号電圧を燃料噴射制御手段706に入力する。
したがって、下流・上流空燃比制御手段703a、705aが異常状態である場合には、下流および上流の活性化検出手段701a、704aが下流・上流排気ガスセンサ105r、105fの未活性状態を検出しているときの初期設定値に代えて、初期設定値とは異なる代替設定値を使用して、燃料リッチ側に偏らない空燃比の制御を行うことができる。
下流または上流の不活性補正手段703c、705cにおいて適用される代替信号電圧は、下流・上流排気ガスセンサ105r、105fと、下流・上流空燃比制御手段703a、705aと、が正常動作していたときに学習記憶手段707によって学習記憶された、実測データの平均値が適用される。
劣化検出手段507、607は電流検出抵抗57f、57rによって検出された上流・下流ヒータ53f、53rへの給電電流が所定の下限値未満となったことに応動して異常検出信号を生成する。
不活性判定補正手段509、609は、過電流異常検出手段505、606または劣化検出手段507、607または論理異常判定手段510、610が異常を検出したことに応動して、不活性異常検出手段704b、701bおける不活性異常判定時間を延長させる。
遅延給電時期判定手段602における設定閾値は、上流ヒータ53fに対する給電電圧(駆動電源電圧Vb)に比例して、大きな値となるように補正されている。
ヒータ電圧制御手段612は、上流ヒータ53fの給電電流の減衰にともなって、下流ヒータ53rに対する給電が開始された時点で、上流・下流ヒータ53f、53rの合計電流が所定値を超過しないように、上流・下流開閉素子50f、50rの通電デューティを制御して、少なくとも下流ヒータ53rに対する平均給電電圧を抑制する。
なお、上記実施の形態1(図1)では、上流排気ガスセンサ105fとして、非線形出力特性(図2(A))を有する排気ガスセンサを用いたが、図8のように、上流排気ガスセンサ105fBとして、センサインタフェース回路115と協働する線形型の排気ガスセンサを用いてもよい。
図8はこの発明の実施の形態2に係る車載エンジン制御装置100Bの全体構成を示す回路ブロック図であり、図9は図1内の要部をエンジン構成とともに示す機能ブロック図である。
この場合も、上流・下流ヒータ53f、53rの特性図については、図3に示した通りである。
入力センサ群106に含まれるアナログセンサからの検出信号は、多チャンネルAD変換器114を介して、マイクロプロセッサ110に入力される。
プログラムメモリ112B内の各種制御プログラムの詳細は、前述の図5、図6および図12(後述する)に示されている。
酸素ポンプ素子70fを含む上流排気ガスセンサ105fBは、センサインタフェース回路115を介して、マイクロプロセッサ110と接続されている。
図9において、不活性異常検出手段901b、904b、目標空燃比設定手段902、上流・下流空燃比制御手段905a、903a、制御異常検出手段903d、905d、不活性補正手段905c、903c、燃料噴射制御手段906、学習記憶手段907は、それぞれ、前述(図4)と同様のものであり、各符号「70X」を「90X」に置き換えたのみである。
燃料噴射制御手段906には、吸気管11に設けられた負圧センサ17からの検出信号と、活性化検出手段904aを介した空燃比補正値ΔBF00とが入力される。
センサインタフェース回路115は、等価電圧源51fの発生電圧Vsが基準電圧450[mV]となるように、酸素ポンプ素子70fにポンプ電流Ipを供給する。
これにより、マイクロプロセッサ110には、ポンプ電流Ipのバイアス加算により、常に正の値となるように補正された検出信号電圧BF1が入力される。
図10(C)において、内部抵抗値Rsは、負の温度特性を有しており、寒冷時には数MΩ以上(図示せず)となっているが、温度上昇にともない、排気ガスセンサの活性開始温度600℃においては約220Ωまで減少し、適正温度800℃においては、約75Ω(目標抵抗値)まで減少する。
引上抵抗60f、60rの各一端には、制御電源電圧Vccが印加されている。
また、上流側の引上抵抗60fの他端は、増幅器55fおよびセンサインタフェース回路115を介してマイクロプロセッサ110に接続されている。
一方、下流側の引上抵抗60rの他端に接続された増幅器55rからは、検出信号電圧BF2がマイクロプロセッサ110に入力される。
これにより、上流空燃比制御手段905aにおいては、空燃比を判定するためのデジタルフィルタ回路が不要となっている。
=(Vs×Ru+Vcc×Rs)/(Rs+Ru)・・・(6)
したがって、内部抵抗の抵抗値Rsが減少して、Rs<<Ruになると、Vbf≒Vsとなり、燃料リッチの状態であれば、電圧値Vbfは0.5〜1.0[V]の範囲内となるので、上流・下流排気ガスセンサ105fB、105rの活性化が完了したと判定することができる。
一方、下流ヒータ53rは、上流ヒータ53fの給電電流が所定値以下に減衰した時点で給電開始され、遅延給電時間の判定は、ヒータ抵抗Rhの温度依存性により決定されるようになっている。
また、上流側の活性化完了を待たないで、下流ヒータ53rへの給電を開始することにより、全体としての活性化時間の短縮を行うことができる。
図9において、内燃機関10の周辺のインジェクタ13、クランク角センサ14、触媒15、上流・下流排気ガスセンサ105fB、105r、上流・下流ヒータ53f、53rは、前述(図4)と同様に配置されている。
=Qa/(f×BF00)
=q/(2×f×N×BF00)
=K×q/N ・・・(7)
上流空燃比制御手段905aに対する第1の目標電圧BF01は、下流排気ガスセンサ105rの内部抵抗52rの抵抗値Rsが減少して、下流側の検出信号電圧BF2が生成されるまでは、燃料リッチとなる第2の初期値に設定されている。
また、上流排気ガスセンサ105fBが未活性状態の場合には、上流空燃比制御手段905aに代えて、燃料噴射制御手段906に対して第1の初期値を供給する未活性補正手段905bが選択使用される。
また、下流排気ガスセンサ105rが未活性状態であるときには、下流空燃比制御手段903aに代えて、上流空燃比制御手段905aに対して第2の初期値を供給する未活性補正手段903bが選択使用される。
不活性異常検出手段901bは、下流ヒータ53rに給電されてから所定の判定時間を経過しても、下流排気ガスセンサ105rの検出信号電圧BF2がLレベルからHレベルに変化しないことを検出して、不活性異常であると判定する。
また、不活性異常検出手段904bは、上流ヒータ53fへの給電が行われてから所定の判定時間を経過しても、上流排気ガスセンサ105fBの検出信号電圧BF1がリーンからリッチレベルに変化しないことを検出して、不活性異常であると判定する。
異常検出手段905dは、上流空燃比制御手段905aの発生出力が所定の上下限値の範囲外にある状態が、所定時間以上にわたって継続している場合に、上流空燃比制御手段905aの異常であると判定する。
学習記憶手段907は、内燃機関10の回転速度Nと負圧センサ17の検出信号とから演算算出される吸気量Qaと、クランク角センサ14のパルス間隔(または、パルス発生密度)によって検出される内燃機関10の回転速度Nと、に対応して順次記憶された最新複数回の下流空燃比制御手段903aまたは上流空燃比制御手段905aの出力値の平均値を記憶する。
図8において、電源スイッチ(図示せず)を閉路すると、電源開閉素子102が閉路して、外部電源101から駆動電源電圧Vbが車載エンジン制御装置100Bに印加され、定電圧電源回路120を介して安定化された制御電源電圧Vccがマイクロプロセッサ110に供給される。
しかし、少なくとも下流ヒータ53rの給電開始の要件は、上流排気ガスセンサ105fBが活性化しているか否かとは無関係なので、単に、上流ヒータ53fの給電電流が所定の設定閾値以下に減少することに応じて、下流ヒータ53rへの給電が開始される。
このように、下流ヒータ53rは、上流排気ガスセンサ105fBの活性化完了を待たずに通電開始されることにより、下流排気ガスセンサ105rの活性化も早期に行われるようになっている。
空燃比補正値ΔBF00としては、上流排気ガスセンサ105fBの活性化時刻t3までは、未活性補正手段905bによる第1の初期値が適用され、上流排気ガスセンサ105fBの活性化(時刻t3)後は、上流空燃比制御手段905aによる負帰還制御出力が適用され、異常発生(時刻t5)後は、不活性補正手段905cによる補正学習値が適用されるようになっている。
第1の目標電圧BF01としては、下流排気ガスセンサ105rの活性化時刻t4までは、未活性補正手段903bによる第2の初期値が適用され、下流排気ガスセンサ105rの活性化(時刻t4)後は、下流空燃比制御手段903aによる負帰還制御出力が適用され、異常発生(時刻t5)後は制御停止されるようになっている。
この上流異常発生にともなって、図11(F)における空燃比補正値ΔBF00としては、不活性補正手段905cによる補正学習値が適用され、図11(G)における負帰還制御は停止するようになっている。
図12において、各工程900、901a〜901c、902、903a、903c、904a〜904c、905c、906、906a〜906e、907〜910は、前述(図7)の各工程700、701a〜701c、702、703a、703c、704a〜704c、705c、706、706a〜706e、707〜710と同様の処理機能であり、各符号「70X」を「90X」に置き換えたのみである。
工程901aにおいて、活性状態であれば「YES」と判定して工程902に移行し、未活性状態であれば「NO」と判定して工程901bに移行する。
工程902(目標空燃比設定手段)においては、第2の目標電圧BF02を設定し、続く工程903a(下流空燃比制御手段)においては、第2のPID制御を開始する。
具体的には、工程903aにおける第2のPID制御入力(検出信号電圧BF2)の論理レベルが、所定時間以上にわたってLレベルまたはHレベルの一方のレベルを持続している場合(過大継続発生時)には、「YES」と判定して工程901cに移行し、所定時間内に正常なPID制御動作が開始すれば、「NO」と判定して工程904aに移行する。
この代替設定値は、後述の工程907で記憶された学習記憶値に基づいて算出される。すなわち、現在の回転速度Nおよび吸気量Qaに対応した代替設定値が補間演算によって算出される。
このとき、工程905a(上流空燃比制御手段)に対する第1の目標電圧BF01としては、工程903a(下流空燃比制御手段)による第2のPID制御出力に代えて、未活性補正手段903bによる第2の初期値が適用される。
燃料噴射制御手段906に対する空燃比補正値ΔBF00としては、上流空燃比制御手段905aによる第3のPID制御出力、または未活性補正手段905bによる第1の初期値、または不活性補正手段905cによる代替設定値が適用される。
続く工程906bでは吸気量Qaを算出し、続く工程906cでは適正な給燃量Fを算出し、続く工程906dではインジェクタ13の開弁時間ΔTを算出し、続く工程906eではクランク角センサ14に応動するタイミングで燃料噴射用電磁弁を駆動する。
したがって、マイクロプロセッサ110は、データメモリ113への保存データの転送退避処理が終わってから、電源開閉素子102が開路して動作停止する。
この場合、以下の式(9)が成り立つ。
=F/Kc ・・・(11)
以上の相互関係から、空燃比補正係数Kcまたは空燃比補正値ΔBF00の値に関する指令は、給燃量Fの増減補正指令として総称される。
ヒータ制御回路150は、マイクロプロセッサ110から駆動制御されて上流・下流ヒータ53f、53rに給電するための上流・下流開閉素子50f、50rと、マイクロプロセッサ110に対してヒータ電流検出信号Cf、Crを供給するための電流検出抵抗57f、57rと、を備えている。
上流空燃比制御手段905aに対する第1の目標電圧BF01は、下流排気ガスセンサ105rの内部抵抗52rの抵抗値Rsが減少して、下流側の検出信号電圧BF2が生成されるまでは、燃料リッチとなる第2の初期値に設定されている。
また、上流空燃比制御手段905aは、センサインタフェース回路からの線形の検出信号電圧BF1と第1の目標電圧BF01との偏差電圧を入力として負帰還制御を行う第3のPID調節回路、または、第1の目標電圧BF01と非線形の検出信号電圧VS1との偏差電圧に関する第1のデジタルフィルタ回路と第1のPID調節回路を備えている。
下流空燃比制御手段903aは、第2の目標電圧BF02と非線形の検出信号電圧BF2との偏差電圧に関する第2のデジタルフィルタ回路と、第2のPID調節回路とにより構成されている。
下流排気ガスセンサ105rが未活性状態であるときには、下流空燃比制御手段903aに代えて、上流空燃比制御手段905aに対して第2の初期値を供給する未活性補正手段903bが選択使用される。
また、PID調節回路の積分信号電圧の応答遅れの影響を受けることがなく、速やかに初期値を設定することができる。
下流の不活性異常検出手段901bは、下流ヒータ53rに給電されてから所定の判定時間を経過しても、下流排気ガスセンサ105rの検出信号電圧BF2が、リーンからリッチレベル、またはリッチからリーンレベル、に変化しないことを検出して不活性異常であると判定する。
下流の不活性補正手段903cは、不活性異常検出手段901bが下流排気ガスセンサ105rの不活性異常状態を検出したことに応動して、下流空燃比制御手段903aが生成する第1の目標電圧BF01に代えて、所定の代替信号電圧を上流空燃比制御手段905aに入力する。
上流の不活性異常検出手段904bは、上流ヒータ53fに給電されてから所定の判定時間を経過しても、上流排気ガスセンサ105fBの検出信号電圧BF1が、リーンからリッチレベル、またはリッチからリーンレベル、に変化しないことを検出して不活性異常であると判定する。
上流の不活性補正手段905cは、不活性異常検出手段904bが上流排気ガスセンサ105fBの不活性異常状態を検出したことに応動して、上流空燃比制御手段905aが生成する給燃量Fの増減補正指令に代えて、所定の代替信号電圧を燃料噴射制御手段906に入力する。
上流の異常検出手段905dは、上流空燃比制御手段905aの発生出力が所定の上下限値の範囲外にある状態が所定時間以上にわたって継続していて、上流排気ガスセンサ105fBの不活性異常検出手段904bが異常を検出していない場合に、上流空燃比制御手段905aの異常であると判定する。
上流の不活性補正手段905cは、上流の異常検出手段905dが上流空燃比制御手段905aの異常状態を検出したことに応動して、上流空燃比制御手段905aが生成する給燃量Fの増減補正指令に代えて、所定の代替信号電圧を燃料噴射制御手段906に入力する。
学習記憶手段907は、内燃機関10の吸気量Qaまたは回転速度Nの少なくとも一方に対応して順次記憶された、最新複数回の下流空燃比制御手段903aまたは上流空燃比制御手段905aの出力値の平均値を記憶する。
下流または上流の不活性補正手段903c、905cにおいて適用される代替信号電圧は、下流・上流排気ガスセンサ105r、105fBと、下流・上流空燃比制御手段903a、905aと、が正常動作していたときに学習記憶手段907によって学習記憶された、実測データの平均値が適用される。
Claims (10)
- 内燃機関の排気流路に設けられた触媒の上流および下流位置に設けられ、空燃比に対応した非線形または線形の検出信号電圧を生成する上流・下流排気ガスセンサと、
前記上流・下流排気ガスセンサを早期に活性化するために、所定要件が成立しているときに給電される上流・下流ヒータとが接続された車載エンジン制御装置であって、
プログラムメモリと協働して、燃料噴射制御手段と上流・下流空燃比制御手段とを実行するマイクロプロセッサを備えるとともに、
前記マイクロプロセッサから駆動制御されて前記上流・下流ヒータに給電するための上流・下流開閉素子と、前記マイクロプロセッサに対してヒータ電流検出信号を供給するための電流検出抵抗とを含むヒータ制御回路を備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記内燃機関の吸気流路に設けられたエアフローセンサにより検出されるか、または前記内燃機関の回転速度に応じたパルス信号を生成する回転センサと前記内燃機関の吸気管に設けられた負圧センサの検出値とから演算算出される吸気量に比例して、燃料噴射用電磁弁の駆動用電磁コイルであるインジェクタの開弁時間を調整して燃料噴射量を制御し、所定の自主目標空燃比が得られるように給燃量を制御し、
前記上流空燃比制御手段は、前記上流排気ガスセンサから得られる検出信号電圧に対応した上流位置の空燃比が、上流位置の目標空燃比である第1の目標電圧と一致するように、前記燃料噴射制御手段に対して給燃量の増減補正指令を発生し、
前記下流空燃比制御手段は、前記下流排気ガスセンサから得られる検出信号電圧に対応した下流位置の空燃比が、下流位置の目標空燃比である第2の目標電圧と一致するように前記第1の目標電圧を補正し、
前記下流ヒータは、最初に給電された前記上流ヒータの温度上昇にともない前記上流ヒータに対する給電電流が所定値以下に減衰した時点で、前記上流排気ガスセンサがまだ未活性状態であっても給電開始され、
前記燃料噴射制御手段の自主目標空燃比の値は、前記上流排気ガスセンサの内部抵抗の抵抗値が減少して、上流側の検出信号電圧が生成されるまでは、燃料リッチとなる第1の初期値に設定され、
前記上流空燃比制御手段に対する第1の目標電圧は、前記下流排気ガスセンサの内部抵抗の抵抗値が減少して、下流側の検出信号電圧が生成されるまでは、燃料リッチとなる第2の初期値に設定されている
ことを特徴とする車載エンジン制御装置。 - 前記上流空燃比制御手段は、前記第1の目標電圧と前記非線形の検出信号電圧との偏差電圧に関する第1のデジタルフィルタ回路と、負帰還制御を行う第1のPID調節回路とにより構成されるか、または、空燃比に比例した線形信号電圧を得るセンサインタフェース回路と、前記線形信号電圧と前記第1の目標電圧との偏差電圧が入力される第3のPID調節回路とにより構成され、
前記第1または第3のPID調節回路の出力電圧は、第1の上限制限値以上にリッチ指令出力とならないように制限され、前記上流排気ガスセンサが未活性状態であるときの前記燃料噴射制御手段に対する前記第1の初期値は、前記第1の上限制限値により決定され、
前記下流空燃比制御手段は、前記第2の目標電圧と前記非線形の検出信号電圧との偏差電圧に関する第2のデジタルフィルタ回路と、第2のPID調節回路とにより構成され、
前記第2のPID調節回路の出力電圧は、第2の上限制限値以上にリッチ指令出力とならないように制限され、前記第2の上限制限値は、前記下流排気ガスセンサが未活性状態であるときの前記上流空燃比制御手段に対する前記第2の初期値となる
ことを特徴とする請求項1に記載の車載エンジン制御装置。 - 前記プログラムメモリは前記燃料噴射制御手段に対して前記第1の初期値を供給する第1の未活性補正手段となる制御プログラムと、前記上流空燃比制御手段に対して前記第2の初期値を供給する第2の未活性補正手段となる制御プログラムとを備え、
前記上流空燃比制御手段は、前記上流排気ガスセンサによる空燃比の非線形の検出信号電圧から、空燃比に比例した線形の検出信号電圧を生成するセンサインタフェース回路
と、前記センサインタフェース回路からの前記線形の検出信号電圧と前記第1の目標電圧との偏差電圧を入力として負帰還制御を行う第3のPID調節回路により構成されるか、または、前記第1の目標電圧と前記非線形の検出信号電圧との偏差電圧に関する第1のデジタルフィルタ回路と、第1のPID調節回路と、により構成され、
前記上流排気ガスセンサが未活性状態であるときには、前記上流空燃比制御手段に代えて、前記第1の未活性補正手段が選択使用され、
前記下流空燃比制御手段は、前記第2の目標電圧と非線形の検出信号電圧との偏差電圧に関する第2のデジタルフィルタ回路と、第2のPID調節回路とにより構成され、
前記下流排気ガスセンサが未活性状態であるときには、前記下流空燃比制御手段に代えて、前記第2の未活性補正手段が選択使用される
ことを特徴とする請求項1に記載の車載エンジン制御装置。 - 前記プログラムメモリは、前記下流・上流排気ガスセンサに関し、下流および上流の活性化検出手段となる制御プログラムと、下流および上流の不活性異常検出手段となる制御プログラムと、下流および上流の不活性補正手段となる制御プログラムと、を含み、
前記下流の活性化検出手段は、前記下流排気ガスセンサの検出信号電圧が、リーンからリッチ、またはリッチからリーンレベルに変化したことを検出して活性化したと判定し、
前記下流の不活性異常検出手段は、前記下流ヒータに給電されてから所定の判定時間を経過しても、前記下流排気ガスセンサの検出信号電圧が、リーンからリッチ、またはリッチからリーンレベルに変化しないことを検出して不活性異常であると判定し、
前記下流の不活性補正手段は、前記不活性異常検出手段が前記下流排気ガスセンサの不活性異常状態を検出したことに応動して、前記下流空燃比制御手段が生成する第1の目標電圧に代えて、所定の代替信号電圧を前記上流空燃比制御手段に入力し、
前記上流の活性化検出手段は、前記上流排気ガスセンサの検出信号電圧が、リーンからリッチ、またはリッチからリーンレベルに変化したことを検出して活性化したと判定し、
前記上流の不活性異常検出手段は、前記上流ヒータに給電されてから所定の判定時間を経過しても、前記上流排気ガスセンサの検出信号電圧が、リーンからリッチ、またはリッチからリーンレベルに変化しないことを検出して不活性異常であると判定し、
前記上流の不活性補正手段は、前記不活性異常検出手段が前記上流排気ガスセンサの不活性異常状態を検出したことに応動して、前記上流空燃比制御手段が生成する前記給燃量の増減補正指令に代えて、所定の代替信号電圧を前記燃料噴射制御手段に入力することを特徴とする請求項1に記載の車載エンジン制御装置。 - 前記プログラムメモリは、燃料カット運転状態ではないときに作用する前記下流・上流空燃比制御手段に対し、下流および上流の異常検出手段となる制御プログラムを含み、
前記下流の異常検出手段は、前記下流空燃比制御手段の発生出力が所定の上下限値の範囲外にある状態が所定時間以上にわたって継続していて、前記下流排気ガスセンサの不活性異常検出手段が異常を検出していない場合に、前記下流空燃比制御手段の異常であると判定し、
前記上流の異常検出手段は、前記上流空燃比制御手段の発生出力が所定の上下限値の範囲外にある状態が所定時間以上にわたって継続していて、前記上流排気ガスセンサの不活性異常検出手段が異常を検出していない場合に、前記上流空燃比制御手段の異常であると判定し、
前記下流の不活性補正手段は、前記下流の異常検出手段が前記下流空燃比制御手段の異常状態を検出したことに応動して、前記下流空燃比制御手段が生成する第1の目標電圧に代えて、所定の代替信号電圧を前記上流空燃比制御手段に入力し、
前記上流の不活性補正手段は、前記上流の異常検出手段が前記上流空燃比制御手段の異常状態を検出したことに応動して、前記上流空燃比制御手段が生成する前記給燃量の増減補正指令に代えて、所定の代替信号電圧を前記燃料噴射制御手段に入力することを特徴とする請求項4に記載の車載エンジン制御装置。 - 前記プログラムメモリは、学習記憶手段となる制御プログラムを含み、
前記学習記憶手段は、前記内燃機関の吸気量または回転速度の少なくとも一方に対応して順次記憶された、最新複数回の前記下流空燃比制御手段または上流空燃比制御手段の出力値の平均値を記憶し、
前記下流または上流の不活性補正手段において適用される代替信号電圧は、前記下流・上流排気ガスセンサおよび前記下流・上流空燃比制御手段が正常動作していたときに、学習記憶手段によって学習記憶された実測データの平均値が適用される
ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の車載エンジン制御装置。 - 前記プログラムメモリは、前記上流・下流ヒータに対する過電流異常検出手段または劣化検出手段または論理異常判定手段の少なくとも1つの手段、および不活性判定補正手段となる制御プログラムを含み、
前記過電流異常検出手段は、前記電流検出抵抗によって検出された上流・下流ヒータへの給電電流が、所定の上限値を超過したことに応動して、異常検出信号を生成して前記上流・下流開閉素子を開路し、
前記劣化検出手段は、前記電流検出抵抗によって検出された上流・下流ヒータへの給電電流が、所定の下限値未満となったことに応動して異常検出信号を生成し、
前記論理異常判定手段は、前記上流・下流開閉素子に対する駆動指令と、前記上流・下流開閉素子の導通状態に応動する論理監視信号との論理の整合性を監視して、前記上流・下流ヒータの断線または短絡異常の有無、または、前記上流・下流開閉素子の断線または短絡異常の有無を判定し、
前記不活性判定補正手段は、前記過電流異常検出手段または前記劣化検出手段または前記論理異常判定手段が異常を検出したことに応動して、前記不活性異常検出手段おける不活性異常判定時間を延長させる
ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の車載エンジン制御装置。 - 前記劣化検出手段における判定下限電流は、前記上流・下流ヒータに対する給電電圧となる駆動電源電圧に比例して、大きな値となるように補正されている
ことを特徴とする請求項7に記載の車載エンジン制御装置。 - 前記プログラムメモリは、遅延給電時期判定手段となる制御プログラムを含み、
前記遅延給電時期判定手段は、前記電流検出抵抗により検出された上流ヒータへの給電電流が所定の設定閾値以下となったことに応動して、前記下流ヒータへの給電を開始し、
前記遅延給電時期判定手段における前記設定閾値は、前記上流ヒータに対する給電電圧となる駆動電源電圧に比例して、大きな値となるように補正されている
ことを特徴とする請求項1に記載の車載エンジン制御装置。 - 前記プログラムメモリは、ヒータ電圧制御手段となる制御プログラムを含み、
前記ヒータ制御回路は、少なくとも前記上流・下流開閉素子を含むパワーモジュールとして構成されており、
前記ヒータ電圧制御手段は、前記上流ヒータの給電電流の減衰にともなって、前記下流ヒータに対する給電が開始された時点で、前記上流・下流ヒータの合計電流が所定値を超過しないように前記開閉素子の通電デューティを制御して、少なくとも前記下流ヒータに対する平均給電電圧を抑制する
ことを特徴とする請求項1または請求項9に記載の車載エンジン制御装置。
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