JP2015222046A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の制御装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図1において、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基材に、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及び図4を参照して、本実施形態における空燃比センサ40、41の出力特性について説明する。図3は、本実施形態における空燃比センサ40、41の電圧−電流(V−I)特性を示す図であり、図4は、印加電圧を一定に維持したときの、空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスの空燃比(以下、「排気空燃比」という)と出力電流Iとの関係を示す図である。なお、本実施形態では、両空燃比センサ40、41として同一構成の空燃比センサが用いられる。
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の出力空燃比に基づいて上流側空燃比センサ40の出力空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁11からの燃料噴射量を制御するフィードバック制御が行われる。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力値に相当する空燃比を意味する。
図5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5は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置による基本的な空燃比制御を行った場合の、空燃比補正量AFC、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSA、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスにおける積算酸素過不足量ΣOED、及び下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnのタイムチャートである。
上述した基本的な空燃比制御によれば、時刻t2において目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に変更された直後、及び時刻t5において目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変更された直後には、理論空燃比からの差が大きなものとされる(すなわち、リッチ度合い又はリーン度合いが大きいものとされる)。このため、時刻t2において上流側排気浄化触媒20から流出していた未燃ガス及び時刻t5において上流側排気浄化触媒20から流出していたNOxを迅速に減少させることができる。したがって、上流側排気浄化触媒20からの未燃ガス及びNOxの流出を抑制することができる。
OED=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の出力空燃比をそれぞれ表している。
ところで、上述した空燃比制御においては、目標空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比との間で交互に切り替えられる。そして、リッチ設定空燃比及び弱リッチ設定空燃比のリッチ度合い(理論空燃比からの差)は、比較的小さく抑えられる。これは、内燃機関を搭載した車両の急加速等により上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が一時的に乱れた場合や、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAがほぼゼロになって上流側排気浄化触媒20からリッチ空燃比の排気ガスが流出した場合に、排気ガス中の未燃ガスの濃度をできるだけ低く抑えるためである。
そこで、本実施形態では、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態にあるときには、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、目標空燃比をリッチ空燃比としているときのリッチ度合い及び目標空燃比をリーン空燃比としているときのリーン度合いを大きくするようにしている。なお、本明細書における低負荷、中負荷及び高負荷については、全機関負荷を三等分したときに、最も低い負荷領域を低負荷、中程度の負荷領域を中負荷、最も高い負荷領域を高負荷と称している。
<具体的な制御の説明>
次に、図7〜図9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7に示したように、A1〜A7の各機能ブロックを含んで構成されている。以下、図7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〜A7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、空燃比補正量算出手段A4、及び目標空燃比設定手段A5が用いられる。
次に、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup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、空燃比偏差算出手段A6、F/B補正量算出手段A7が用いられる。
DFi=Kp・DAF+Ki・SDAF+Kd・DDAF …(2)
図8は、空燃比補正量の算出制御における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。
上記実施形態では、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態にあるときには、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、リーン設定補正量AFClean、弱リーン設定補正量AFCslean、リッチ設定補正量AFCrich及び弱リッチ設定補正量AFCsrich全ての絶対値が増大せしめられる。しかしながら、必ずしもこれら全ての絶対値を大きくする必要はなく、これらのうち少なくとも一つの設定補正量の絶対を増大させればよい。
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 (5)
- 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センサと、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該排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御装置とを具備する、内燃機関の制御装置において、
前記目標空燃比は、前記下流側空燃比センサによって検出された排気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理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に設定され、且つ、前記下流側空燃比センサによって検出された排気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理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に設定され、
機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態である場合には、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、前記目標空燃比がリーン空燃比に設定されている間の該目標空燃比の平均リーン度合い及び前記目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている間の該目標空燃比の平均リッチ度合いの少なくとも何れか一方が増大せしめられる、内燃機関の制御装置。 - 機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態である場合には、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、前記目標空燃比がリーン空燃比に設定されている間の該目標空燃比のリーン度合いの最大値及び前記目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている間の該目標空燃比のリッチ度合いの最大値の少なくとも何れか一方が増大せしめられる、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記下流側空燃比センサによって検出された排気空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに、前記目標空燃比は理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比に切り替えられ、
前記目標空燃比が前記リーン設定空燃比に設定された後であって前記下流側空燃比センサによって検出される排気空燃比がリーン判定空燃比以上になる前のリーン度合い変更時期から前記下流側空燃比センサによって検出された排気空燃比がリーン判定空燃比以上になるまで、前記目標空燃比は前記リーン設定空燃比よりもリーン度合いの小さいリーン空燃比に設定され、
前記下流側空燃比センサによって検出された排気空燃比がリーン判定空燃比以上になったときに、前記目標空燃比は理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比に切り替えられ、
前記目標空燃比が前記リッチ設定空燃比に設定された後であって前記下流側空燃比センサによって検出される排気空燃比がリッチ判定空燃比以下になる前のリッチ度合い変更時期から前記下流側空燃比センサよって検出された排気空燃比がリッチ判定空燃比以下になるまで、前記目標空燃比は前記リッチ設定空燃比よりもリッチ度合いの小さいリッチ空燃比に設定される、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。 - 機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態である場合には、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、前記リーン設定空燃比のリーン度合い及び前記リッチ設定空燃比のリッチ度合いの少なくとも何れか一方が増大せしめられ、
機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態である場合には、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、前記リッチ度合い変更時期後における前記目標空燃比の平均リッチ度合い及び前記リーン度合い変更時期後における前記目標空燃比の平均リーン度合いの少なくとも何れか一方が増大せしめられる、請求項3に記載の内燃機関の制御装置。 - 機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態である場合には、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、前記リーン設定空燃比のリーン度合い及び前記リッチ設定空燃比のリッチ度合いの少なくとも何れか一方が増大せしめられ、
前記リッチ度合い変更時期後における前記目標空燃比の平均リーン度合い及び前記リーン度合い変更時期後における前記目標空燃比の平均リッチ度合いは、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態である場合と機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合との間で変更されない、請求項3に記載の内燃機関の制御装置。
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