JP2015071963A - 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基本的な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(排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比に相当)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。
ODE=0.23・Qi/(AFup−14.6) …(1)
ここで、0.23は空気中の酸素濃度、Qiは燃料噴射量、AFupは上流側空燃比センサ40の出力電流Irupに対応する空燃比をそれぞれ表している。
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、本実施形態の空燃比制御を行った場合における、空燃比補正量AFC、上流側空燃比センサ40の出力電流Irup、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、積算酸素過不足量ΣOED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。
ところで、機関本体1が複数の気筒を有する場合、各気筒から排出される排気ガスの空燃比には気筒間でずれが生じる場合がある。一方、上流側空燃比センサ40は排気マニホルド19の集合部に配置されるが、その配置位置に応じて各気筒から排出された排気ガスが上流側空燃比センサ40に曝される程度が気筒間で異なる。この結果、上流側空燃比センサ40によって検出される空燃比は、或る特定の気筒から排出された排気ガスの空燃比の影響を強く受けることになる。このため、この或る特定の気筒から排出された排気ガスの空燃比が全気筒から排出される排気ガスの平均空燃比とは異なる空燃比となっている場合、平均空燃比と上流側空燃比センサ40によって検出された空燃比との間にはずれが生じる。すなわち、上流側空燃比センサ40によって検出される空燃比は実際の排気ガスの平均空燃比よりもリッチ側又はリーン側にずれることになる。
そこで、本発明の実施形態では、上流側空燃比センサ40の出力電流におけるずれを補償すべく、通常運転中(すなわち、上述したような目標空燃比に基づいてフィードバック制御を行っているとき)に学習制御が行われる。ここで、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えてから積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDref以上になるまでの期間を酸素増大期間(第1期間)とする。同様に、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてから下流側空燃比センサ41によって検出された空燃比がリッチ判定空燃比以下になるまでの期間を酸素減少期間(第2期間)とする。本実施形態の学習制御では、酸素増大期間における積算酸素過不足量ΣODEの絶対値としてリーン酸素量積算値(第1酸素量積算値)を算出する。加えて、酸素減少期間における積算酸素過不足量の絶対値としてリッチ酸素量積算値(第2酸素量積算値)を算出する。そして、これらリーン酸素量積算値とリッチ酸素量積算値との差が小さくなるように空燃比補正量AFCが補正される。以下、図10を参照してこの様子を説明する。
sfbg(n)=sfbg(n−1)+k・ΔOED …(2)
AFC=AFCbase+sfbg(n) …(3)
なお、上記式(2)において、nは計算回数又は時間を表している。したがって、sfbg(n)は今回の計算又は現在の学習値である。加えて、上記式(2)におけるkは、過不足量誤差ΔOEDを空燃比補正量AFCに反映させる程度を表すゲインである。ゲインkの値が大きいほど空燃比補正量AFCの補正量が大きくなる。加えて、上記式(3)において、基本空燃比補正量AFCbaseは、上述した目標空燃比の設定制御に基づいて決定される補正量である。なお、図10における空燃比補正量AFCは、実際には、基本空燃比補正量AFCbaseを表している。
次に、図11〜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11に示したように、A1〜A11の各機能ブロックを含んで構成されている。以下、図11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〜A11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、酸素過不足量算出手段A4、基本空燃比補正量算出手段A5、学習値算出手段A6、空燃比補正量算出手段A7、目標空燃比設定手段A8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A9、空燃比偏差算出手段A10、F/B補正量算出手段A11が用いられる。
DFi=Kp・DAF+Ki・SDAF+Kd・DDAF …(4)
図12は、基本空燃比補正量AFCbaseの算出制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
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、第二実施形態では、酸素減少期間の途中で、通常制御が終了せしめられた場合であっても、学習値の更新が行われる。
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を具備する内燃機関の制御装置において、
前記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該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、内燃機関の燃焼室に供給される燃料供給量を制御する供給量制御手段と、前記排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素過不足量を推定する過不足量推定手段とを具備し、
前記供給量制御手段は、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように内燃機関の燃焼室に供給される燃料供給量をフィードバック制御し、前記目標空燃比は、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側又はリーン側のいずれか一方側にずれた判定空燃比に達したときに理論空燃比よりも前記一方側とは反対側の他方側にずれた空燃比に切り替えられると共に、当該目標空燃比が切り替えられた後の前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量の変化量が所定の切替基準量以上になったときに理論空燃比よりも一方側にずれた空燃比に切り替えられ、
前記目標空燃比を理論空燃比よりも他方側にずれた空燃比に切り替えてから前記酸素吸蔵量の変化量が前記切替基準量以上になるまでの第1期間における積算酸素過不足量の絶対値である第1酸素量積算値と、前記目標空燃比を理論空燃比よりも一方側にずれた空燃比に切り替えてから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前記判定空燃比以下になるまでの第2期間における積算酸素過不足量の絶対値である第2酸素量積算値とに基づいて、これら第1酸素量積算値と第2酸素量積算値との差が小さくなるように空燃比に関するパラメータが補正される、内燃機関の制御装置。 - 前記空燃比に関するパラメータの補正は、前記第1期間における第1酸素量積算値と、該第1期間の直後に続く第2期間における第2酸素量積算値とに基づいて行われる、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記第1酸素量積算値と前記第2酸素量積算値との差に基づいて学習値が算出されると共に該学習値に基づいて前記空燃比に関するパラメータが補正され、
前記学習値は、前記内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーがオフにされても消去されない記憶媒体に保存される、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記一方側はリッチ側であり、前記他方側はリーン側である、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。
- 前記排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置されると共に該排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出装置を更に具備し、
前記過不足量推定手段は、前記上流側空燃比検出装置によって検出された空燃比と、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの流量又は燃料噴射量とに基づいて前記酸素過不足量を推定する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記供給量制御手段は、フィードバック制御中止条件が成立すると前記フィードバック制御を中止し、
前記フィードバック制御の中止が前記第2期間中に行われ且つ該第2期間の直前の前記第1期間中における第1酸素量積算値よりも、前記目標空燃比を理論空燃比よりも前記一方側の空燃比に切り替えてから前記フィードバック制御が中止されるまでの部分第2期間中における積算酸素過不足量の絶対値である部分第2酸素量積算値の方が大きい場合には、前記第1酸素量積算値と前記部分第2酸素量積算値との差が小さくなるように空燃比に関するパラメータが補正される、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。 - 前記フィードバック制御の中止が前記第2期間中に行われた場合であっても、前記部分第2期間の直前の前記第1期間中における第1酸素量積算値よりも、前記部分第2酸素量積算値の方が少ない場合には、前記空燃比に関するパラメータの補正が行われない、請求項6に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記フィードバック制御中止条件は、前記内燃機関の作動中に燃焼室内への燃料供給を停止する燃料カット制御の実行、燃焼室内への燃料供給を一時的に増量する供給量増量制御の実行及び機関自動停止・始動装置による内燃機関の停止のうちの少なくともいずれか一つである、請求項6又は7に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記空燃比に関するパラメータは、前記目標空燃比又は燃料供給量である、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。
- 前記空燃比に関するパラメータは、制御中心となる空燃比である、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。
- 前記制御中心となる空燃比は、理論空燃比である、請求項10に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置されると共に該排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出装置を更に具備し、
前記供給量制御手段は、前記上流側空燃比検出装置によって検出される空燃比が目標空燃比となるように内燃機関の燃焼室に供給される燃料供給量をフィードバック制御し、
前記空燃比に関するパラメータは、前記上流側空燃比検出装置の出力値である、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。
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