JP2015071959A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1を参照すると1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダブロック2内で往復動するピストン、4はシリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド、5はピストン3とシリンダヘッド4との間に形成された燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁6は吸気ポート7を開閉し、排気弁8は排気ポート9を開閉する。
上流側排気浄化触媒20及び下流側排気浄化触媒24は、いずれも同様な構成を有する。排気浄化触媒20、24は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒20、24は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属(例えば、白金(Pt))及び酸素吸蔵能力を有する物質(例えば、セリア(CeO2))を担持させたものである。排気浄化触媒20、24は、所定の活性温度に達すると、未燃ガス(HCやCO等)と窒素酸化物(NOx)とを同時に浄化する触媒作用に加えて、酸素吸蔵能力を発揮する。
次に、図3を参照して、本実施形態における空燃比センサ40、41の構成について説明する。図3は、空燃比センサ40、41の概略的な断面図である。図3から分かるように、本実施形態における空燃比センサ40、41は、固体電解質層及び一対の電極から成るセルが1つである1セル型の空燃比センサである。
次に、本発明の内燃機関の制御装置における空燃比制御の概要を説明する。本実施形態では、上流側空燃比センサ40の出力電流Irupに基づいて上流側空燃比センサ40の出力電流(すなわち、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比)Irupが目標空燃比に相当する値となるようにフィードバック制御が行われる。目標空燃比は、下流側空燃比センサ41の出力電流に基づいて設定される。特に、本実施形態では、目標空燃比の設定は、片側破綻制御と両側破綻制御との二種類の制御に基づいて行われる。以下では、これら片側破綻制御及び両側破綻制御について説明する。
まず、片側破綻制御について説明する。片側破綻制御では、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnがリッチ判定基準値Irrich以下となったときに、目標空燃比がリーン設定空燃比とされ、その後、その空燃比に維持される。ここで、リッチ判定基準値Irrichは、理論空燃比よりも僅かにリッチである予め定められたリッチ判定空燃比(例えば、14.55)に相当する値である。また、リーン設定空燃比は、理論空燃比よりも或る程度リーンである予め定められた空燃比であり、例えば、14.65〜20、好ましくは14.65〜18、より好ましくは14.5〜16程度とされる。
図6を参照して、上述したような操作について具体的に説明する。図6は、片側破綻制御を行った場合における、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSA、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwn、空燃比補正量AFC、上流側空燃比センサ40の出力電流Irup、及び上流側排気浄化触媒20から流出する排気ガス中のNOx濃度のタイムチャートである。
次に、両側破綻制御について説明する。両側破綻制御では、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwnがリッチ判定基準値Irrich以下となったときに、下流側空燃比センサ41によって検出された排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になったと判断される。この場合、目標空燃比が弱リッチ空燃比から弱リーン設定空燃比に切り替えられ、その空燃比に維持される。弱リーン設定空燃比は、理論空燃比よりも僅かにリーンである予め定められた空燃比であり、例えば、14.62〜15.7、好ましくは14.63〜15.2、より好ましくは14.65〜14.9程度とされる。弱リーン設定空燃比は、リーン設定空燃比よりも理論空燃比からの差が小さいリーン空燃比であるのが好ましいが、リーン設定空燃比と同一であってもよい。
図8を参照して、上述したような操作について具体的に説明する。図8は、両側破綻制御を行った場合における、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSA、下流側空燃比センサ41の出力電流Irdwn、空燃比補正量AFC、及び上流側空燃比センサ40の出力電流Irupのタイムチャートである。
ところで、排気浄化触媒20、24の最大吸蔵可能酸素量は様々な要因で変化する。例えば、排気浄化触媒20、24に担持された貴金属が凝集したり剥がれ落ちたりすることにより、排気浄化触媒20、24に劣化が生じた場合には、最大吸蔵可能酸素量が減少する。また、排気浄化触媒20、24の温度が低下した場合には、吸蔵している酸素を放出しにくくなり、結果的に、最大吸蔵可能酸素量が減少することになる。加えて、排気浄化触媒20、24に担持された貴金属等の周りに排気ガス中の硫黄成分や炭化水素が吸蔵されることにより、排気浄化触媒20、24が硫黄被毒やHC被毒された場合にも、最大吸蔵可能酸素量が減少する。
次に、図12及び図13を参照して、上記実施形態における制御装置について具体的に説明する。本実施形態における制御装置は、機能ブロック図である図12に示したように、A1〜A9の各機能ブロックを含んで構成されている。以下、図12を参照しながら各機能ブロックについて説明する。これら各機能ブロックA1〜A9における操作は、基本的にECU31において実行される。
まず、燃料噴射量の算出について説明する。燃料噴射量の算出に当たっては、筒内吸入空気量算出手段A1、基本燃料噴射量算出手段A2、及び燃料噴射量算出手段A3が用いられる。
次に、目標空燃比の算出について説明する。目標空燃比の算出に当たっては、酸素吸蔵量算出手段A4、目標空燃比補正量算出手段A5、及び目標空燃比設定手段A6が用いられる。
次に、上流側空燃比センサ40の出力電流Irupに基づいたF/B補正量の算出について説明する。F/B補正量の算出に当たっては、数値変換手段A7、空燃比偏差算出手段A8、F/B補正量算出手段A9が用いられる。
DFi=Kp・DAF+Ki・SDAF+Kd・DDAF …(1)
次に、図14及び図15を参照して、本発明の第二実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。第二実施形態の制御装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態の制御装置の構成及び制御と同様である。しかしながら、第一実施形態の制御装置では、上流側排気浄化触媒20の最大吸蔵可能酸素量に基づいて制御の切替を行っているのに対して、本実施形態の制御装置では、上流側排気浄化触媒20の触媒温度に基づいて制御の切替を行うようにしている。
次に、本発明の第三実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。第三実施形態の制御装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態及び第二実施形態の制御装置の構成及び制御と同様である。しかしながら、上述した実施形態の制御装置では、上流側排気浄化触媒20の最大吸蔵可能酸素量や温度等に基づいて制御の切替を行っている。これに対して、本実施形態の制御装置では、燃料カット制御後の経過時間や単位時間当たりの燃料カット制御の回数等に基づいて制御の切替を行うようにしている。
5 燃焼室
7 吸気ポート
9 排気ポート
19 排気マニホルド
20 上流側排気浄化触媒
24 下流側排気浄化触媒
31 ECU
40 上流側空燃比センサ
41 下流側空燃比センサ
Claims (12)
- 内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に前記排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出装置と、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する流入空燃比制御手段と、前記目標空燃比の設定を行う目標空燃比設定手段とを具備する、内燃機関の制御装置において、
前記目標空燃比設定手段は、片側破綻制御と、両側破綻制御とを実行可能であり、
前記片側破綻制御は、前記下流側空燃比検出装置よって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に切り替えると共に前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が所定の切替基準吸蔵量以上になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に切り替える制御であり、
前記両側破綻制御は、前記下流側空燃比検出装置よって検出された空燃比が前記リッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比をリーン空燃比に切り替えると共に前記下流側空燃比検出装置によって検出された空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上になったときに目標空燃比をリッチ空燃比に切り替える制御であり、
前記目標空燃比設定手段は、前記排気浄化触媒に吸蔵可能な最大吸蔵可能酸素量又は該最大吸蔵可能酸素量とは異なる運転パラメータであって該運転パラメータの値が変化すると前記最大吸蔵可能酸素量が変化する運転パラメータに基づいて、前記片側破綻制御と前記両側破綻制御との切替を行う、内燃機関の制御装置。 - 前記排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量を推定する最大吸蔵量推定手段をさらに具備し、
前記目標空燃比設定手段は、前記両側破綻制御中に前記最大吸蔵量推定手段によって推定された最大吸蔵可能酸素量が予め定められた下限吸蔵量以下になったときには、前記片側破綻制御から前記両側破綻制御への切替を行う、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記下限吸蔵量は、前記切替基準吸蔵量に等しい、請求項2に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量を推定する最大吸蔵量推定手段をさらに具備し、
前記目標空燃比設定手段は、前記片側破綻制御中に前記最大吸蔵量推定手段によって推定された最大吸蔵可能酸素量が予め定められた上限吸蔵量以上になったときには、前記両側破綻制御から前記片側破綻制御への切替を行う、請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記目標空燃比設定手段は、前記片側破綻制御中に、前記下流側空燃比検出装置よって検出された空燃比がリーン判定空燃比以上になった単位時間当たりの回数が予め定められた回数以上になったときには、前記片側破綻制御から前記両側破綻制御への切替を行う、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記排気浄化触媒の温度を検出又は推定する温度検出装置をさらに具備し、
前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして前記排気浄化触媒の温度を用いると共に、前記片側破綻制御中に前記温度検出装置によって検出又は推定された触媒温度が予め定められた下限温度以下になったときには、前記片側破綻制御から前記両側破綻制御への切替を行う、請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記排気浄化触媒の温度を検出又は推定する温度検出装置をさらに具備し、
前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして前記排気浄化触媒の温度を用いると共に、前記両側破綻制御中に前記温度検出装置によって検出又は推定された触媒温度が予め定められた上限温度以上になったときには、前記両側破綻制御から前記片側破綻制御への切替を行う、請求項1〜6のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして内燃機関のアイドル運転継続時間を用いると共に、前記片側破綻制御中に前記アイドル運転継続時間が所定の基準継続時間以上となったときには、前記片側破綻制御から前記両側破綻制御への切替を行う、請求項1〜7のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして内燃機関の冷間始動後の積算吸入空気量を用いると共に、前記両側破綻制御中に前記積算吸入空気量が所定の基準空気量以上となったときには、前記両側破綻制御から片側破綻制御への切替を行う、請求項1〜8のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記内燃機関は、当該内燃機関が作動している状態で燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行可能であり、
前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして前記燃料カット制御終了後の経過時間を用いると共に、前記片側破綻制御中に前記燃料カット制御終了後の経過時間が所定の基準経過時間以上となったときには、前記片側破綻制御から前記両側破綻制御への切替を行う、請求項1〜9のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関は、当該内燃機関が作動している状態で燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行可能であり、
前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして単位時間当たりの燃料カット制御の実行回数を用いると共に、前記両側破綻制御中に前記単位時間当たりの燃料カット制御の実行回数が予め定められた回数以上となったときには、前記両側破綻制御から片側破綻制御への切替を行う、請求項1〜10のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記排気浄化触媒の温度を検出又は推定する温度検出装置をさらに具備し、
前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして前記排気浄化触媒の温度を用いると共に、前記両側破綻制御中に前記温度検出装置によって検出又は推定された触媒温度が予め定められた離脱温度以上となったときには、前記両側破綻制御から前記片側破綻制御への切替を行う、請求項1〜11のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
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