JP2016169710A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、燃料カット期間に排気浄化触媒(以下、単に「触媒」と言う。)に吸蔵された酸素を消費するべく燃料カット期間の経過後に燃料のリッチ噴射を行う内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly to rich injection of fuel after the elapse of the fuel cut period so as to consume oxygen stored in an exhaust purification catalyst (hereinafter simply referred to as “catalyst”) during the fuel cut period. The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
燃料カット機能を有する車両では、燃料噴射は、下り坂などでアクセルペダルから足が離されたときに停止され、アクセルペダルが再度踏み込まれたときに再開される。ただし、燃料噴射が停止されると、酸素が触媒に吸蔵され、窒素酸化物の還元能力つまり浄化能力が低下する。そこで、通常は、燃料噴射の再開時にリッチ噴射を実行し、触媒の浄化能力を回復させるようにしている。 In a vehicle having a fuel cut function, fuel injection is stopped when the foot is released from the accelerator pedal on a downhill or the like, and is restarted when the accelerator pedal is depressed again. However, when the fuel injection is stopped, oxygen is occluded in the catalyst, and the reduction ability, that is, the purification ability of nitrogen oxides is reduced. Therefore, normally, rich injection is executed when fuel injection is resumed to recover the purification ability of the catalyst.
これに関連して、特許文献1では、コーストストップ条件が成立した場合に内燃機関の燃焼が停止され、内燃機関の回転が停止する直前に燃料が噴射される。燃料噴射量は触媒に吸着した酸素の量に基づいて調整され、これによって燃料カットによる触媒の過酸素状態を適切に解消することができる。 In relation to this, in Patent Document 1, combustion of the internal combustion engine is stopped when the coast stop condition is satisfied, and fuel is injected immediately before the rotation of the internal combustion engine is stopped. The fuel injection amount is adjusted based on the amount of oxygen adsorbed on the catalyst, whereby the overoxygen state of the catalyst due to fuel cut can be appropriately eliminated.
しかし、特許文献1では、触媒に吸着した酸素の量の検出方法が詳しく開示されておらず、燃料のリッチ噴射量を高精度で調整することができない。 However, Patent Document 1 does not disclose a method for detecting the amount of oxygen adsorbed on the catalyst in detail, and the rich injection amount of fuel cannot be adjusted with high accuracy.
それゆえに、この発明の主たる目的は、燃料カット期間の経過後のリッチ噴射量を高精度に制御することができる、内燃機関の制御装置を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can control the rich injection amount after the fuel cut period has passed with high accuracy.
この発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料カット期間に触媒に吸蔵された酸素を消費するべく燃料カット期間の経過後に燃料のリッチ噴射を行う内燃機関の制御装置において、ジルコニア素子を有し、空燃比制御のために排気系の酸素濃度を検知する酸素濃度センサ、ジルコニア素子の抵抗値を測定して燃料カット期間におけるジルコニア素子の温度低下量を検出する検出手段、および検出手段によって検出された温度低下量に基づいて燃料のリッチ噴射量を調整する調整手段を備える。 The control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a zirconia element in a control apparatus for an internal combustion engine that performs rich injection of fuel after the elapse of the fuel cut period so as to consume oxygen stored in the catalyst during the fuel cut period. Detected by an oxygen concentration sensor that detects the oxygen concentration of the exhaust system for air-fuel ratio control, a detecting means that measures the resistance value of the zirconia element and detects the temperature drop of the zirconia element during the fuel cut period, and a detecting means Adjusting means for adjusting the fuel rich injection amount based on the temperature decrease amount is provided.
燃料カット期間におけるジルコニア素子の温度低下量を検出することで、触媒の温度が正確に判明する。これによって、燃料カット期間の経過後のリッチ噴射量を高精度に制御することができる。また、酸素濃度センサという既存のデバイスで対応できるため、精度を高めるためのコストを抑制することができる。 By detecting the amount of temperature decrease of the zirconia element during the fuel cut period, the temperature of the catalyst can be accurately determined. Thus, the rich injection amount after the fuel cut period has elapsed can be controlled with high accuracy. Moreover, since it can respond with the existing device called an oxygen concentration sensor, the cost for improving a precision can be suppressed.
この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。 The above object, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.
図1および図2を参照して、この実施例の車両10は、予混合燃焼方式を採用する4ストローク型のエンジン(内燃機関)12を動力源として備える。気筒14に設けられた燃焼室16には、吸気弁18を介して吸気通路(吸気系)32が接続され、排気弁20を介して排気通路(排気系)34が接続される。なお、図1では単一の気筒14しか示していないが、エンジン12は複数の気筒14,14,…を有する。吸気通路32は、吸気弁18の上流の位置で各気筒14に分岐する。
Referring to FIGS. 1 and 2, a
吸気通路32には、バルブモータ40によって開度が調整される単一のスロットルバルブ36と、吸気通路32に燃料を噴射するべく各気筒14に割り当てられた燃料噴射装置38とが設けられる。スロットルバルブ36よりも下流でかつ燃料噴射装置38よりも上流の位置(吸気通路32の分岐位置)には、空気流量を平準化するためのサージタンク42が設けられる。
The
イグニッションキー(図示せず)によってIGオン操作が行われると、ECU(制御装置)64は、エンジン12を始動するべく図2に示すリレー76をオンする。バッテリ78の電力はオン状態のリレー76を介してスタータ70に供給され、スタータ70はバッテリ78の電力によってクランキングを実行する。これによって、エンジン12が始動する。
When an IG ON operation is performed by an ignition key (not shown), the ECU (control device) 64 turns on the
アイドル状態では、スロットルバルブ36は、アイドル状態を維持できる開度を示すように、バルブモータ40によって調整される。吸入空気量および燃料噴射装置38の燃料噴射量は、スロットルバルブ36の開度によって規定される。空気と燃料とを混合した混合気は、後述するリッチ噴射時を除いて、理論空燃比を示す。この状態からアクセルペダル44が踏み込まれると、バルブモータ40によってスロットルバルブ36が開かれる。これによって、理論空燃比を保ちつつ吸入空気量および燃料噴射装置38の燃料噴射量が増大する。
In the idle state, the
なお、予混合燃料方式では、燃料噴射装置38から噴射された燃料は、吸気通路32の壁面に吹き付けられる。壁面に付着した燃料は吸気通路32の熱や吸入空気の熱によって気化し、これによって混合気が生成される。
In the premixed fuel system, the fuel injected from the
混合気は、吸気弁18が開かれたときに燃焼室16に供給される。供給された混合気は、コンロッド24を介してクランクシャフト26と結合されたピストン22が上死点に達する直前に、図示しない点火プラグによって点火される。ピストン22は、混合気の爆発によって上下動し、これによってクランクシャフト26が回転する。
The air-fuel mixture is supplied to the
クランクシャフト26にはフライホイール28が装着され、クランクシャフト26の回転数つまりエンジン12の回転数のぶれはフライホイール28によって抑制される。なお、エンジン12の回転数は、フライホイール28の近傍に設けられたロータリエンコーダ46によって測定される。
A
クランクシャフト26の回転力は、図2に示すトルクコンバータ66および無段変速機68を介して、ドライブシャフト(図示せず)に伝達される。これによって、車両10が前進または後進する。クランクシャフト26の回転力はまた、ベルト72を介してオルタネータ74の回転軸74sに伝達される。回転軸74sの回転力は電力に変換され、変換された電力はバッテリ78に蓄えられる。
The rotational force of the
図1に戻って、混合気を燃焼した後の空気つまり燃焼ガスは、排気弁20が開かれたときに燃焼室16から排出され、排気通路34を介してマフラー48に供給される。マフラー48に設けられた触媒50は、燃焼ガスに含まれる一酸化炭素,炭化水素および窒素酸化物を酸化・還元し、水,二酸化炭素および窒素を生成する。車両10からは、こうして浄化されたガスが排出される。
Returning to FIG. 1, the air after burning the air-fuel mixture, that is, the combustion gas, is discharged from the
排気通路34のうち触媒50の上流側の位置には酸素濃度センサ52が設けられ、排気通路34のうち触媒50の下流側の位置には酸素濃度センサ54が設けられる。ECU64は、酸素濃度センサ52および54の検知結果に基づいて、燃料噴射量を理論空燃比に対応する量に調整する。
An
図3(A)〜図3(B)を参照して、酸素濃度センサ52および54の各々は、ジルコニア素子ZE1と、図示しないヒータとを有する。図3(A)はヒータがオン状態のときの動作を示し、図3(B)はヒータがオフ状態のときの動作を示す。
Referring to FIGS. 3A to 3B, each of
図3(A)では、ジルコニア素子ZE1は高温に保たれ、イオン伝導性を示す。これによって、酸素濃度の高い大気側から酸素濃度の低い排気ガス側に向かう酸素イオン流が発生する。 酸素イオンは負の電荷となるため、ジルコニア素子ZE1の両端電極間に起電力が発生する。こうして発生した起電力の値によって、酸素濃度が判明する。 In FIG. 3A, the zirconia element ZE1 is kept at a high temperature and exhibits ionic conductivity. As a result, an oxygen ion flow is generated from the atmosphere with a high oxygen concentration toward the exhaust gas with a low oxygen concentration. Since oxygen ions are negatively charged, an electromotive force is generated between both end electrodes of the zirconia element ZE1. The oxygen concentration is determined by the value of the electromotive force generated in this way.
図3(B)では、低温のジルコニア素子ZE1に電流が供給される。ジルコニア素子ZE1の両端電極間の電圧値Vを供給電流値Iで割り算すると、ジルコニア素子ZE1の抵抗値が求められる。ジルコニア素子ZE1の抵抗値は温度依存性を示すため、ジルコニア素子ZE1の抵抗値が求められると、ジルコニア素子ZE1の温度が判明する。 In FIG. 3B, a current is supplied to the low-temperature zirconia element ZE1. When the voltage value V between the both end electrodes of the zirconia element ZE1 is divided by the supply current value I, the resistance value of the zirconia element ZE1 is obtained. Since the resistance value of the zirconia element ZE1 shows temperature dependence, when the resistance value of the zirconia element ZE1 is obtained, the temperature of the zirconia element ZE1 is determined.
図1に戻って、車両10が坂を下り始めたときや交差点で減速するときにアクセルペダル56から足が離されると、ECU64は、燃料カット条件が満足されたとみなし、燃料カットを実行する。これによって、燃料噴射装置38からの燃料の噴射が停止される。車両10が停止する前にアクセルペダル56が再度踏み込まれると、ECU64は、燃料噴射条件が満足されたとみなし、燃料噴射を再開する。燃料噴射装置38は燃料を噴射し、これによって車両10が加速する。
Returning to FIG. 1, when the
また、ブレーキペダル58の踏み込みによって車両10が停止すると、ECU64は、アイドルストップ条件が満足されたとみなし、アイドリングを停止する。この状態でブレーキペダル58から足が離されると、ECU64は、アイドルスタート条件が満足されたとみなし、リレー76をオンする。この結果、クランキングが実行され、アイドリングが再開される。
Further, when the
このように、車両10は、燃料カット条件が満足されたときにエンジン12への燃料の噴射を中断する燃料カット機能を有し、さらにアイドルストップ条件が満足されたときにアイドリングを停止するアイドルストップ機能を有する。
Thus, the
ただし、燃料カットが実行されると、吸気通路32の壁面に付着した燃料が気化して減少ないし消失する。また、燃料成分を含まない空気が触媒50に供給され、触媒50の温度に依存する量の酸素が触媒50に吸蔵される。触媒50による窒素酸化物の還元能力つまり浄化能力は、触媒50に酸素が吸蔵されることで低下する。
However, when the fuel cut is executed, the fuel adhering to the wall surface of the
ここで、吸気通路32の壁面に付着する燃料量ならびに触媒50の浄化能力は、燃料噴射の再開時にリッチ噴射を実行することで回復する。しかし、リッチ噴射のために上乗せすべき燃料量を適正化するには、吸気通路32の壁面への燃料の付着状態および触媒50への酸素の吸蔵状態を正確に検出する必要がある。
Here, the amount of fuel adhering to the wall surface of the
そこで、この実施例では、図4〜図6に示すグラフを参照した図8〜図10のフロー図に従う処理をECU64に実行させるようにしている。
Therefore, in this embodiment, the
なお、図4のグラフは、燃料カット時の吸入空気量と外気温と触媒50の温度低下量との関係を示す。図5のグラフは、アイドルストップ時間と触媒50の温度低下量との関係を示す。図6のグラフは、触媒50の温度と触媒50に吸蔵された酸素の量との関係を示す。また、図8〜図10に示すフロー図に対応する制御プログラムは、ECU64に設けられた不揮発性のメモリ64mに記憶される。
The graph of FIG. 4 shows the relationship between the intake air amount, the outside air temperature, and the temperature decrease amount of the
図8を参照して、ステップS1では燃料カット条件が満足されたか否かを繰り返し判別する。判別結果がNOからYESに更新されるとステップS3に進み、燃料カットを実行する。これによって、燃料噴射装置38からの燃料の噴射が停止される。ステップS5では、スロットルバルブ36の開度に基づいて単位時間当たりの吸入空気量を算出し、ロータリエンコーダ46の出力に基づいてエンジン12の回転数を算出し、こうして得られた吸入空気量および回転数に基づいて現時点の触媒50の温度を算出する。
Referring to FIG. 8, in step S1, it is repeatedly determined whether or not the fuel cut condition is satisfied. If a determination result is updated from NO to YES, it will progress to step S3 and will perform a fuel cut. As a result, fuel injection from the
ステップS7では、酸素濃度センサ54を図3(B)に示す状態に設定して、ジルコニア素子ZE1の現時点の抵抗値を測定する。なお、酸素濃度センサ54に設けられたヒータがオン状態であれば、ステップS7の処理に先立ってこのヒータをオフする。
In step S7, the
ステップS9では燃料噴射条件が満足されたか否かを判別し、ステップS11ではアイドルストップ条件が満足されたか否かを判別する。ステップS11の判別結果がYESであれば、ステップS13でアイドルストップを実行し、ステップS15でアイドルスタート条件が満足されたか否かを繰り返し判別する。 In step S9, it is determined whether or not a fuel injection condition is satisfied. In step S11, it is determined whether or not an idle stop condition is satisfied. If the decision result in the step S11 is YES, an idle stop is executed in a step S13, and it is repeatedly discriminated whether or not an idle start condition is satisfied in a step S15.
ステップS9の判別結果がYESであるか、或いはステップS15の判別結果がYESであれば、ステップS17に進み、燃料カット中に吸入した空気量をエンジン12の回転数と燃料カットが実行された時間とに基づいて算出する。ステップS19では、温度センサ60を通して外気温を測定する。
If the determination result in step S9 is YES or if the determination result in step S15 is YES, the process proceeds to step S17, and the amount of air sucked during the fuel cut is determined based on the rotational speed of the
ステップS21では、ステップS17で算出された空気量とステップS19で測定された外気温とを図4に示すグラフに相当する関数に適用して、燃料カットに起因する触媒50の温度の低下量を算出する。 In step S21, the amount of air temperature calculated in step S17 and the outside air temperature measured in step S19 are applied to a function corresponding to the graph shown in FIG. calculate.
ステップS23ではエンジン12がアイドルストップ状態であるか否かを判別し、判別結果がNOであればそのままステップS29に進む一方、判別結果がYESであればステップS25およびS27で以下の処理を実行してからステップS29に進む。ステップS25では、アイドルストップ時間を時計回路62の出力に基づいて測定する。ステップS27では、測定されたアイドルストップ時間を図5に示すグラフに相当する関数に適用して、アイドルストップに起因する触媒50の温度の低下量を算出する。
In step S23, it is determined whether or not the
ステップS29では、上述したステップS7と同様の処理を実行して、酸素濃度センサ54に設けられたジルコニア素子ZE1の現時点の抵抗値を測定する。ステップS31では、燃料カットと必要に応じて実行されたアイドルストップとに起因するジルコニア素子ZE1の温度の低下量を、ステップS7およびS29の各々で測定された抵抗値に基づいて算出する。
In step S29, the same processing as in step S7 described above is executed, and the current resistance value of the zirconia element ZE1 provided in the
ステップS33では、ステップS21で算出された低下量と必要に応じてステップS27で算出された低下量とステップS5で算出された温度から減算し、かつステップS31で算出された低下量を参照した補正演算を実行して、現時点の触媒50の温度を算出する。ステップS35では、ステップS33で算出された温度を図6に示すグラフに相当する関数に適用して、触媒50の酸素吸蔵量を取得する。ステップS37では、触媒50に吸蔵された酸素の消化に要する燃料の量をステップS35で取得した酸素吸蔵量に基づいて算出する。
In step S33, the amount of decrease calculated in step S21 and the amount of decrease calculated in step S27 and the temperature calculated in step S5 are subtracted as necessary, and the correction is made with reference to the amount of decrease calculated in step S31. The calculation is executed to calculate the current temperature of the
ステップS39では、燃料カット期間およびアイドルストップ期間における吸入空気量をスロットルバルブ36の開度に基づいて算出し、外気温を温度センサ60を通して測定し、そして算出された吸入空気量と測定された外気温とに基づいて吸気通路32の壁面に付着させるべき燃料の量を算出する。したがって、ステップS39で算出される燃料量は、車速が速いほど或いは外気温が高いほど増量され、車速が遅いほど或いは外気温が低いほど減量される。
In step S39, the intake air amount during the fuel cut period and the idle stop period is calculated based on the opening of the
ステップS41では、エンジン12がアイドルストップ状態であるか否かを再度判別し、判別結果がNOであればそのままステップS45に進む一方、判別結果がYESであればステップS43でアイドルスタート(リレー76のオン)を行ってからステップS45に進む。ステップS43の処理の結果、クランキングが実行され、アイドリングが再開される。
In step S41, it is determined again whether or not the
ステップS45では、ステップS37およびS39で算出された量の燃料を上乗せしたリッチ噴射を実行する。このとき、酸素濃度センサ52および54は図3(A)に示す状態に設定され(必要であればヒータをオン)、理論空燃比が得られる燃料量が算出される。算出された燃料量には、ステップS37で算出された燃料量とS39で算出された燃料量との合計量に所定の上限値および下限値でガードした燃料量が加算される。燃料噴射装置38からは、こうして求められた量の燃料が噴射される。
In step S45, rich injection in which the amount of fuel calculated in steps S37 and S39 is added is executed. At this time, the
この結果、噴射された燃料の一部は吸気通路32の壁面に付着し、噴射された燃料の他の一部は不燃ガスとして触媒50に供給される。図7(A)〜図7(C)を参照して、壁面に付着する燃料の量は、燃料カット期間における積算吸入空気量の増大に応じて増大する。また、触媒50に吸蔵された酸素は、供給された不燃ガスによって消費される。
As a result, a part of the injected fuel adheres to the wall surface of the
なお、上述のように所定の上限値および下限値でガードをかけるようにしたのは、増量の過少または過多に起因する燃料噴射量の不安定化を回避するためである。 The reason why the guard is applied at the predetermined upper limit value and the lower limit value as described above is to avoid the instability of the fuel injection amount due to the excessive increase or the excessive increase.
リッチ噴射が完了すると、ステップS47で通常噴射を実行する。燃料噴射装置38からは、理論空燃比が得られる量の燃料が噴射される。これによって、エンジン12が通常状態で稼働する。ステップS47の処理が完了すると、ステップS1に戻る。
When the rich injection is completed, normal injection is executed in step S47. The
以上の説明から分かるように、酸素濃度センサ52および54の各々は、ジルコニア素子ZE1を有し、空燃比制御のために排気通路34の酸素濃度を検知する。ECU64は、ジルコニア素子ZE1の抵抗値を測定して燃料カット期間におけるジルコニア素子ZE1の温度低下量を検出し(S31)、温度低下量に基づいて燃料のリッチ噴射量を調整する(S35, S37)。リッチ噴射は燃料カット期間の経過後に実行され(S45)、これによって燃料カット期間に触媒50に吸蔵された酸素が消費される。
As can be seen from the above description, each of the
燃料カット期間におけるジルコニア素子ZE1の温度低下量を検出することで、触媒50の温度が正確に判明する。これによって、燃料カット期間の経過後のリッチ噴射量を高精度に制御することができる。また、酸素濃度センサという既存のデバイスで対応できるため、精度を高めるためのコストを抑制することができる。
By detecting the temperature decrease amount of the zirconia element ZE1 during the fuel cut period, the temperature of the
10 …車両
12 …エンジン
16 …燃焼室
32 …吸気通路
34 …排気通路
50 …触媒
52,54 …酸素濃度センサ
60 …温度センサ
62 …時計回路
64 …ECU
ZE1 …ジルコニア素子
DESCRIPTION OF
ZE1 ... Zirconia element
Claims (1)
ジルコニア素子を有し、空燃比制御のために排気系の酸素濃度を検知する酸素濃度センサ、
前記ジルコニア素子の抵抗値を測定して前記燃料カット期間における前記ジルコニア素子の温度低下量を検出する検出手段、および
前記検出手段によって検出された温度低下量に基づいて前記燃料のリッチ噴射量を調整する調整手段を備える、内燃機関の制御装置。 In a control device for an internal combustion engine that performs rich injection of fuel after the elapse of the fuel cut period in order to consume oxygen stored in the exhaust purification catalyst during the fuel cut period,
An oxygen concentration sensor having a zirconia element and detecting the oxygen concentration of the exhaust system for air-fuel ratio control,
Detecting means for detecting a temperature drop amount of the zirconia element during the fuel cut period by measuring a resistance value of the zirconia element; and adjusting a rich injection amount of the fuel based on the temperature drop amount detected by the detecting means A control device for an internal combustion engine, comprising adjusting means for
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