JP2017002843A - 内燃機関 - Google Patents
内燃機関 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017002843A JP2017002843A JP2015118549A JP2015118549A JP2017002843A JP 2017002843 A JP2017002843 A JP 2017002843A JP 2015118549 A JP2015118549 A JP 2015118549A JP 2015118549 A JP2015118549 A JP 2015118549A JP 2017002843 A JP2017002843 A JP 2017002843A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel ratio
- air
- sensor
- downstream
- exhaust gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 1360
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 184
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 133
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 126
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims abstract description 77
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 69
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims abstract description 56
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 168
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 139
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 139
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 139
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 126
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 50
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 36
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 230000008859 change Effects 0.000 description 15
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 12
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 206010021143 Hypoxia Diseases 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
- F01N11/007—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring oxygen or air concentration downstream of the exhaust apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
- F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
- F01N3/0835—Hydrocarbons
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
- F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
- F01N3/0842—Nitrogen oxides
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
- F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
- F01N3/0864—Oxygen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/101—Three-way catalysts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
- F02B77/08—Safety, indicating, or supervising devices
- F02B77/085—Safety, indicating, or supervising devices with sensors measuring combustion processes, e.g. knocking, pressure, ionization, combustion flame
- F02B77/086—Sensor arrangements in the exhaust, e.g. for temperature, misfire, air/fuel ratio, oxygen sensors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
- F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
- F02D41/0295—Control according to the amount of oxygen that is stored on the exhaust gas treating apparatus
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
- F02D41/1441—Plural sensors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
- F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1473—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
- F02D41/1474—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method by detecting the commutation time of the sensor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1493—Details
- F02D41/1495—Detection of abnormalities in the air/fuel ratio feedback system
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
- F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
- F02D41/2425—Particular ways of programming the data
- F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
- F02D41/2451—Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
- F02D41/2454—Learning of the air-fuel ratio control
- F02D41/2461—Learning of the air-fuel ratio control by learning a value and then controlling another value
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
- F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
- F02D41/2425—Particular ways of programming the data
- F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
- F02D41/2451—Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
- F02D41/2474—Characteristics of sensors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2430/00—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics
- F01N2430/06—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by varying fuel-air ratio, e.g. by enriching fuel-air mixture
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
- F01N2550/02—Catalytic activity of catalytic converters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
- F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
- F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
- F01N2560/025—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting O2, e.g. lambda sensors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
- F01N2560/14—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics having more than one sensor of one kind
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
- F01N2570/14—Nitrogen oxides
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
- F01N2570/16—Oxygen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
- F01N2900/04—Methods of control or diagnosing
- F01N2900/0402—Methods of control or diagnosing using adaptive learning
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
- F01N2900/04—Methods of control or diagnosing
- F01N2900/0408—Methods of control or diagnosing using a feed-back loop
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
- F02D2041/1413—Controller structures or design
- F02D2041/1422—Variable gain or coefficients
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
- F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Abstract
【課題】下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じているときにも排気エミッションの悪化を抑制することができる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関は、排気浄化触媒20、上流側空燃比センサ40、下流側空燃比センサ41、空燃比制御手段、学習手段及び異常判定手段を備え、学習手段は、空燃比制御手段によって目標空燃比がリッチ側又はリーン側である第1の側に設定されているときに、流出排気ガスの空燃比が所定の空燃比維持判定時間以上に亘って第1の側とは反対側の第2の側に維持されていると判定された場合には、流入排気ガスの空燃比が第1の側に変化するようにフィードバック制御に関するパラメータを補正する張付き学習を行い、下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じていると判定されている場合の張付き学習におけるパラメータの補正量が下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じていないと判定されている場合よりも小さい。【選択図】図13
Description
本発明は内燃機関に関する。
従来から、排気通路に空燃比センサが設けられ、この空燃比センサの出力に基づいて、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(例えば理論空燃比(14.6))となるように内燃機関の燃焼室に供給する燃料量をフィードバック制御するように構成された内燃機関が知られている。
特許文献1に記載の内燃機関では、排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に上流側空燃比センサが配置され、排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に下流側空燃比センサが配置されている。斯かる内燃機関では、排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比が、理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比と、理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比との間で交互に切り替えられる。具体的には、目標空燃比は、下流側空燃比センサ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リッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り替えられ、その後、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、リーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り替えられる。
ところで、空燃比センサは、使用に伴って徐々に劣化し、そのゲイン特性が変化することがある。例えば、上流側空燃比センサ40のゲイン特性が変化すると、上流側空燃比センサ40の出力空燃比と排気ガスの実際の空燃比との間にずれが生じる場合がある。この場合、上流側空燃比センサ40の出力空燃比は排気ガスの実際の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。
また、未燃ガスのうち水素は空燃比センサの拡散律速層の通過速度が速い。このため、排気ガス中の水素濃度が高いと、上流側空燃比センサ40の出力空燃比が排気ガスの実際の空燃比よりも低い側(すなわち、リッチ側)にずれてしまう。
上流側空燃比センサ40の出力空燃比がリーン側に大きくずれていると、ずれた出力空燃比に基づくフィードバック制御によって、目標空燃比がリーン設定空燃比に設定されていても、実際の排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな値となる場合がある。一方、上流側空燃比センサ40の出力空燃比がリッチ側に大きくずれていると、ずれた出力空燃比に基づくフィードバック制御によって、目標空燃比がリッチ設定空燃比に設定されていても、実際の排気空燃比が理論空燃比よりもリーンな値となる場合がある。これらの場合、目標空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比との間で切替えられず、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ又はリーンな値に維持され、排気エミッションが悪化する。
そこで、本願の発明者らは、以下の張付き学習制御を提案している。斯かる制御では、目標空燃比がリーン設定空燃比に設定されているときに、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が所定時間以上に亘ってリッチ判定空燃比よりもリッチな空燃比に維持されている場合には、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン側に変化するようにフィードバック制御に関するパラメータを補正するリッチ張付き学習が行われる。また、目標空燃比がリッチ設定空燃比に設定されているときに、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が所定時間以上に亘ってリーン判定空燃比よりもリーンな空燃比に維持されている場合には、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するようにフィードバック制御に関するパラメータを補正するリーン張付き学習が行われる。このことによって、上流側空燃比センサの出力空燃比にずれが生じた場合にも、目標空燃比をリッチ設定空燃比とリーン設定空燃比との間で交互に切り替えることができる。なお、リッチ判定空燃比とは理論空燃比よりも僅かにリッチな空燃比であり、リーン判定空燃比とは理論空燃比よりも僅かにリーンな空燃比である。
しかしながら、上流側空燃比センサの出力空燃比にずれが生じていない場合でも、下流側空燃比センサの応答遅れの異常によって張付き学習が誤って実行されることがある。すなわち、目標空燃比がリーン設定空燃比に設定されているときに、下流側空燃比センサの応答遅れの異常によって、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が所定時間以上に亘ってリッチ判定空燃比よりもリッチな空燃比に維持される場合がある。この場合には、張付き学習が誤って実行されることになる。同様に、目標空燃比がリッチ設定空燃比に設定されているときに、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が所定時間以上に亘ってリーン判定空燃比よりもリーンな空燃比に維持される場合がある。この場合にも、同様に、張付き学習が誤って実行されることになる。張付き学習が誤って実行されると、排気空燃比が目標空燃比からずれるため、排気エミッションが悪化するおそれがある。
このような張付き学習の誤った実行を抑制するためには、下流側空燃比センサの応答遅れが異常であると判定された場合に、張付き学習を禁止することが考えられる。しかしながら、張付き学習を禁止すると、上流側空燃比センサの出力空燃比にずれが生じている場合に、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ又はリーンな値に維持され、排気エミッションが悪化する。
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じているときにも排気エミッションの悪化を抑制することができる内燃機関を提供することにある。
上記課題を解決するために、第1の発明では、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、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、前記排気浄化触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサと、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、前記排気浄化触媒から流出する流出排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサと、前記流入排気ガスの目標空燃比を設定すると共に、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比が前記目標空燃比に一致するように燃焼室に供給される燃料供給量をフィードバック制御する空燃比制御手段と、前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて、前記フィードバック制御中における前記目標空燃比と前記流入排気ガスの実際の空燃比とのずれが小さくなるように前記フィードバック制御に関するパラメータを補正する学習手段と、前記下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じているか否かを判定する異常判定手段とを備え、前記学習手段は、前記空燃比制御手段によって前記目標空燃比が理論空燃比よりもリッチ側及びリーン側のうちいずれか一方である第1の側に設定されているときに、前記流出排気ガスの空燃比が所定の空燃比維持判定時間以上に亘って理論空燃比に対して前記第1の側とは反対側の第2の側に維持されていると判定された場合には、前記流入排気ガスの実際の空燃比が前記第1の側に変化するように前記パラメータを補正する張付き学習を行い、前記異常判定手段によって前記下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じていると判定されている場合の前記張付き学習における前記パラメータの補正量が前記下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じていないと判定されている場合の前記張付き学習における前記パラメータの補正量よりも小さい、内燃機関が提供される。
第2の発明では、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、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、前記排気浄化触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサと、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、前記排気浄化触媒から流出する流出排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサと、前記流入排気ガスの目標空燃比を設定すると共に、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比が前記目標空燃比に一致するように燃焼室に供給される燃料供給量をフィードバック制御する空燃比制御手段と、前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて、前記フィードバック制御中における前記目標空燃比と前記流入排気ガスの実際の空燃比とのずれが小さくなるように前記フィードバック制御に関するパラメータを補正する学習手段と、前記下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じているか否かを判定する異常判定手段とを備え、前記学習手段は、前記空燃比制御手段によって前記目標空燃比が理論空燃比よりもリッチ側及びリーン側のうちのいずれか一方である第1の側に設定されているときに、前記流出排気ガスの空燃比が所定の空燃比維持判定時間以上に亘って理論空燃比に対して前記第1の側とは反対側の第2の側に維持されていると判定された場合には、前記流入排気ガスの実際の空燃比が前記第1の側に変化するように前記パラメータを補正する張付き学習を行い、前記異常判定手段によって前記下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じていると判定されている場合の前記空燃比維持判定時間が前記下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じていないと判定されている場合の前記空燃比維持判定時間よりも長い、内燃機関が提供される。
第3の発明では、第1の発明又は第2の発明において、前記空燃比制御手段は、燃焼室への燃料供給が停止される燃料カット制御の終了時に前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に設定し、前記異常判定手段は、前記目標空燃比が前記リッチな空燃比に設定されてから前記流出排気ガスの空燃比が理論空燃比になったと判定されるまでの時間が予め定められた基準時間以上である場合に、前記下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じていると判定する。
本発明によれば、下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じているときにも排気エミッションの悪化を抑制することができる内燃機関が提供される。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
<第1実施形態>
最初に、図1〜図13を参照して本発明の第1実施形態について説明する。
最初に、図1〜図13を参照して本発明の第1実施形態について説明する。
<内燃機関全体の説明>
図1は、本発明の第1実施形態における内燃機関を概略的に示す図である。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。
図1は、本発明の第1実施形態における内燃機関を概略的に示す図である。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。
図1に示したようにシリンダヘッド4の内壁面の中央部には点火プラグ10が配置され、シリンダヘッド4の内壁面周辺部には燃料噴射弁11が配置される。点火プラグ10は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁11は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室5内に噴射する。なお、燃料噴射弁11は、吸気ポート7内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、本実施形態では、燃料として理論空燃比が14.6であるガソリンが用いられる。しかしながら、本発明の内燃機関は他の燃料を用いても良い。
各気筒の吸気ポート7はそれぞれ対応する吸気枝管13を介してサージタンク14に連結され、サージタンク14は吸気管15を介してエアクリーナ16に連結される。吸気ポート7、吸気枝管13、サージタンク14、吸気管15は吸気通路を形成する。また、吸気管15内にはスロットル弁駆動アクチュエータ17によって駆動されるスロットル弁18が配置される。スロットル弁18は、スロットル弁駆動アクチュエータ17によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。
一方、各気筒の排気ポート9は排気マニホルド19に連結される。排気マニホルド19は、各排気ポート9に連結される複数の枝部とこれら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド19の集合部は上流側排気浄化触媒20を内蔵した上流側ケーシング21に連結される。上流側ケーシング21は、排気管22を介して下流側排気浄化触媒24を内蔵した下流側ケーシング23に連結される。排気ポート9、排気マニホルド19、上流側ケーシング21、排気管22及び下流側ケーシング23は、排気通路を形成する。
電子制御ユニット(ECU)31はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス32を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)33、ROM(リードオンリメモリ)34、CPU(マイクロプロセッサ)35、入力ポート36および出力ポート37を具備する。吸気管15には、吸気管15内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ39が配置され、このエアフロメータ39の出力は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。また、排気マニホルド19の集合部、すなわち上流側排気浄化触媒20の排気流れ方向上流側には排気マニホルド19内を流れる排気ガス(すなわち、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガス)の空燃比を検出する上流側空燃比センサ40が配置される。加えて、排気管22内、すなわち上流側排気浄化触媒20の排気流れ方向下流側には排気管22内を流れる排気ガス(すなわち、上流側排気浄化触媒20から流出して下流側排気浄化触媒24に流入する排気ガス)の空燃比を検出する下流側空燃比センサ41が配置される。これら空燃比センサ40、41の出力も対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。
また、アクセルペダル42にはアクセルペダル42の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ43が接続され、負荷センサ43の出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。クランク角センサ44は例えばクランクシャフトが15度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート36に入力される。CPU35ではこのクランク角センサ44の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート37は対応する駆動回路45を介して点火プラグ10、燃料噴射弁11及びスロットル弁駆動アクチュエータ17に接続される。なお、ECU31は、内燃機関の制御を行う制御装置として機能する。
なお、本実施形態に係る内燃機関は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、本発明に係る内燃機関の構成は、上記構成に限定されるものではない。例えば、本発明に係る内燃機関は、気筒配列、燃料の噴射態様、吸排気系の構成、動弁機構の構成、過給器の有無、及び過給態様等が、上記内燃機関と異なるものであってもよい。
<排気浄化触媒の説明>
排気通路に配置された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。
排気通路に配置された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。
排気浄化触媒20、24の酸素吸蔵能力によれば、排気浄化触媒20、24は、排気浄化触媒20、24に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン(リーン空燃比)であるときには排気ガス中の酸素を吸蔵する。一方、排気浄化触媒20、24は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ(リッチ空燃比)であるときには、排気浄化触媒20、24に吸蔵されている酸素を放出する。
排気浄化触媒20、24は、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有することにより、酸素吸蔵量に応じてNOx及び未燃ガスの浄化作用を有する。すなわち、排気浄化触媒20、24に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比である場合、図2(A)に示したように、酸素吸蔵量が少ないときには排気浄化触媒20、24により排気ガス中の酸素が吸蔵される。また、これに伴って、排気ガス中のNOxが還元浄化される。また、酸素吸蔵量が多くなると、最大吸蔵可能酸素量Cmax近傍の或る吸蔵量(図中のCuplim)を境に排気浄化触媒20、24から流出する排気ガス中の酸素及びNOxの濃度が急激に上昇する。
一方、排気浄化触媒20、24に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比である場合、図2(B)に示したように、酸素吸蔵量が多いときには排気浄化触媒20、24に吸蔵されている酸素が放出され、排気ガス中の未燃ガスは酸化浄化される。また、酸素吸蔵量が少なくなると、ゼロ近傍の或る吸蔵量(図中のClowlim)を境に排気浄化触媒20、24から流出する排気ガス中の未燃ガスの濃度が急激に上昇する。
以上のように、本実施形態において用いられる排気浄化触媒20、24によれば、排気浄化触媒20、24に流入する排気ガスの空燃比及び酸素吸蔵量に応じて排気ガス中のNOx及び未燃ガスの浄化特性が変化する。なお、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有していれば、排気浄化触媒20、24は三元触媒とは異なる触媒であってもよい。
<空燃比センサの出力特性>
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、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。
図3からわかるように、本実施形態の空燃比センサ40、41では、出力電流Iは、排気空燃比が高くなるほど(リーンになるほど)、大きくなる。また、各排気空燃比におけるV−I線には、V軸にほぼ平行な領域、すなわちセンサ印加電圧が変化しても出力電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域は限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図3では、排気空燃比が18であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれW18、I18で示している。したがって、空燃比センサ40、41は限界電流式の空燃比センサであるということができる。
図4は、印加電圧を0.45V程度で一定にしたときの、排気空燃比と出力電流Iとの関係を示す図である。図4からわかるように、空燃比センサ40、41では、排気空燃比が高くなるほど(すなわち、リーンになるほど)、空燃比センサ40、41からの出力電流Iが大きくなるように、排気空燃比に対して出力電流がリニアに(比例するように)変化する。加えて、空燃比センサ40、41は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Iが零になるように構成される。また、排気空燃比が一定以上に大きくなったとき、或いは一定以下に小さくなったときには、排気空燃比の変化に対する出力電流の変化の割合が小さくなる。
なお、上記例では、空燃比センサ40、41として限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、排気空燃比に対して出力電流がリニアに変化するものであれば、空燃比センサ40、41として、限界電流式ではない空燃比センサ等、如何なる空燃比センサを用いてもよい。また、両空燃比センサ40、41は互いに異なる構造の空燃比センサであってもよい。
<基本的な空燃比制御>
次に、本実施形態の内燃機関における基本的な空燃比制御の概要を説明する。本実施形態の内燃機関は空燃比制御手段を備える。空燃比制御手段は、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に一致するように燃料噴射弁11から燃焼室5に供給される燃料供給量をフィードバック制御する。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。
次に、本実施形態の内燃機関における基本的な空燃比制御の概要を説明する。本実施形態の内燃機関は空燃比制御手段を備える。空燃比制御手段は、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に一致するように燃料噴射弁11から燃焼室5に供給される燃料供給量をフィードバック制御する。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。
また、空燃比制御手段は、下流側空燃比センサ41の出力空燃比等に基づいて、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガス(以下、単に「流入排気ガス」と称する。)の目標空燃比を設定する。目標空燃比の設定制御では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ空燃比となったときに、目標空燃比は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。また、リーン設定空燃比は、理論空燃比(制御中心となる空燃比)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14.65〜16程度とされる。また、リーン設定空燃比は、制御中心となる空燃比(本実施形態では、理論空燃比)にリーン補正量を加算した空燃比として表すこともできる。また、本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチであるリッチ判定空燃比(例えば、14.55)以下になったときに、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ空燃比になったと判断される。換言すると、本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ判定空燃比よりも大きいときには、下流側空燃比センサ41の出力空燃比はほぼ理論空燃比であると判断される。
目標空燃比がリーン設定空燃比に変更されると、流入排気ガスの酸素過不足量が積算される。酸素過不足量は、流入排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素の量又は不足する酸素の量(過剰な未燃ガス等の量)を意味する。特に、目標空燃比がリーン設定空燃比となっているときには流入排気ガス中の酸素は過剰となり、この過剰な酸素は上流側排気浄化触媒20に吸蔵される。したがって、酸素過不足量の積算値(以下、「積算酸素過不足量」という)は、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量の推定値を表しているといえる。
酸素過不足量OEDは、例えば、下記式(1)により算出される。
OED=0.23×(AFup−AFR)×Qi …(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、AFRは制御中心となる空燃比(本実施形態では、理論空燃比(14.6))をそれぞれ表している。
OED=0.23×(AFup−AFR)×Qi …(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、AFRは制御中心となる空燃比(本実施形態では、理論空燃比(14.6))をそれぞれ表している。
このようにして算出された酸素過不足量を積算した積算酸素過不足量が、予め定められた切替基準値(予め定められた切替基準吸蔵量Crefに相当)以上になると、それまでリーン設定空燃比だった目標空燃比が、リッチ設定空燃比とされ、その後、その空燃比に維持される。リッチ設定空燃比は、理論空燃比(制御中心となる空燃比)よりも或る程度リッチである予め定められた空燃比であり、例えば、12〜14.58、好ましくは13〜14.57、より好ましくは14〜14.55程度とされる。また、リッチ設定空燃比は、制御中心となる空燃比(本実施形態では、理論空燃比)からリッチ補正量を減算した空燃比として表すこともできる。なお、本実施形態では、リッチ設定空燃比の理論空燃比からの差(リッチ度合い)は、リーン設定空燃比の理論空燃比からの差(リーン度合い)以下とされる。
その後、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が再びリッチ判定空燃比以下となったときに、目標空燃比が再びリーン設定空燃比とされ、その後、同様な操作が繰り返される。このように本実施形態では、流入排気ガスの目標空燃比がリーン設定空燃比とリッチ設定空燃比とに交互に設定される。
ただし、上述したような制御を行った場合であっても、積算酸素過不足量が切替基準値に到達する前に上流側排気浄化触媒20の実際の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に到達する場合がある。その原因としては、例えば、上流側排気浄化触媒20の最大吸蔵可能酸素量が低下したり、一時的に流入排気ガスの空燃比が急激に変化したりすることが挙げられる。このように酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に到達すると、上流側排気浄化触媒20からはリーン空燃比の排気ガスが流出することになる。そこで、本実施形態では、積算酸素過不足量が切替基準値に到達する前に下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン空燃比となったときには、目標空燃比は、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン空燃比となったときにリッチ設定空燃比に切り替えられる。特に、本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリーンであるリーン判定空燃比(例えば、14.65)以上になったときに、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン空燃比になったと判断される。換言すると、本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン判定空燃比よりも小さいときには、下流側空燃比センサ41の出力空燃比はほぼ理論空燃比であると判断される。したがって、本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン判定空燃比よりも小さく且つリッチ判定空燃比よりも大きいときには、流出排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比であると判断される。
また、上述したような制御を行った場合であっても、積算酸素過不足量が切替基準値に到達したときに、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ判定空燃比に到達していない場合がある。その原因としては、例えば、上流側空燃比センサ40の出力がリーン側にずれていることが挙げられる。この場合、上流側排気浄化触媒20から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであると考えられる。このため、本実施形態では、積算酸素過不足量が切替基準値に到達したときに下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下に維持されている場合には、目標空燃比をリッチ設定空燃比に切り替えることなくリーン設定空燃比に維持するようにしている。すなわち、本実施形態では、積算酸素過不足量が切替基準値に到達した後に下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ判定空燃比よりも大きくなったときには、目標空燃比は、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ判定空燃比よりも大きくなったときにリッチ設定空燃比に切り替えられる。
<タイムチャートを用いた空燃比制御の説明>
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、基本的な空燃比制御を行う際の、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、積算酸素過不足量ΣOED、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn及び上流側排気浄化触媒20から流出する排気ガス(以下、単に「流出排気ガス」と称する。)中のNOx濃度のタイムチャートである。
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、基本的な空燃比制御を行う際の、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、積算酸素過不足量ΣOED、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn及び上流側排気浄化触媒20から流出する排気ガス(以下、単に「流出排気ガス」と称する。)中のNOx濃度のタイムチャートである。
図5に示された積算酸素過不足量ΣOEDは、上記式(1)によって算出される酸素過不足量OEDの積算値を示す。積算酸素過不足量ΣOEDは、目標空燃比がリッチ設定空燃比TAFrichとリーン設定空燃比TAFleanとの間で切り替えられるときにリセットされてゼロにされる。
なお、空燃比補正量AFCは、流入排気ガスの目標空燃比に関する補正量である。空燃比補正量AFCがゼロのときには目標空燃比は制御中心となる空燃比(以下、「制御中心空燃比」という)に等しい空燃比(本実施形態では、理論空燃比)とされ、空燃比補正量AFCが正の値であるときには目標空燃比は制御中心空燃比よりもリーンな空燃比(本実施形態では、リーン空燃比)となり、空燃比補正量AFCが負の値であるときには目標空燃比は制御中心空燃比よりもリッチな空燃比(本実施形態では、リッチ空燃比)となる。また、「制御中心空燃比」は、機関運転状態に応じて空燃比補正量AFCを加算する対象となる空燃比、すなわち空燃比補正量AFCに応じて目標空燃比を変動させる際に基準となる空燃比を意味する。
図示した例では、時刻t1以前の状態では、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrich(リッチ設定空燃比に相当)とされている。すなわち、目標空燃比はリッチ空燃比とされており、これに伴って上流側空燃比センサ40の出力空燃比がリッチ空燃比となる。流入排気ガス中に含まれている未燃ガスは、上流側排気浄化触媒20で浄化され、これに伴って、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは徐々に減少していく。したがって、積算酸素過不足量ΣOEDも徐々に減少していく。上流側排気浄化触媒20における浄化により流出排気ガス中には未燃ガスは含まれていないため、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnはほぼ理論空燃比となる。流入排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となっているため、上流側排気浄化触媒20からのNOx排出量はほぼゼロとなる。
上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAが徐々に減少すると、酸素吸蔵量OSAは時刻t1においてゼロに近づき、これに伴って、上流側排気浄化触媒20に流入した未燃ガスの一部は上流側排気浄化触媒20で浄化されずに流出し始める。これにより、時刻t1以降、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが徐々に低下する。その結果、時刻t2において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達する。
本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrich以下になると、酸素吸蔵量OSAを増大させるべく、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFClean(リーン設定空燃比に相当)に切り替えられる。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比へと切り替えられる。また、このとき、積算酸素過不足量ΣOEDはゼロにリセットされる。
なお、本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達してから、空燃比補正量AFCの切替を行っている。これは、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量が十分であっても、流出排気ガスの空燃比が理論空燃比から極わずかにずれてしまう場合があるためである。逆に言うと、リッチ判定空燃比は、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量が十分であるときには流出排気ガスの空燃比が到達することのないような空燃比とされる。
時刻t2において、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えると、流入排気ガスの空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比に変化する。また、これに伴って、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupがリーン空燃比となる(実際には、目標空燃比を切り替えてから流入排気ガスの空燃比が変化するまでには遅れが生じるが、図示した例では便宜上同時に変化するものとしている)。時刻t2において流入排気ガスの空燃比がリーン空燃比に変化すると、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは増大する。また、これに伴って、積算酸素過不足量ΣOEDも徐々に増大していく。
これにより、流出排気ガスの空燃比が理論空燃比へと変化し、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnも理論空燃比に収束する。このとき、流入排気ガスの空燃比はリーン空燃比となっているが、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵能力には十分な余裕があるため、流入排気ガス中の酸素は上流側排気浄化触媒20に吸蔵され、NOxは還元浄化される。このため、上流側排気浄化触媒20からのNOxの排出はほぼゼロとなる。
その後、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAが増大すると、時刻t3において、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAが切替基準吸蔵量Crefに到達する。このため、積算酸素過不足量ΣOEDが、切替基準吸蔵量Crefに相当する切替基準値OEDrefに到達する。本実施形態では、積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDref以上になると、上流側排気浄化触媒20への酸素の吸蔵を中止すべく、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに切り替えられる。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比とされる。また、このとき、積算酸素過不足量ΣOEDがゼロにリセットされる。
ここで、図5に示した例では、時刻t3において目標空燃比を切り替えると同時に酸素吸蔵量OSAが低下しているが、実際には目標空燃比を切り替えてから酸素吸蔵量OSAが低下するまでには遅れが発生する。また、内燃機関を搭載した車両の加速により機関負荷が高くなって吸入空気量が瞬間的に大きくずれた場合等、流入排気ガスの空燃比が意図せずに瞬間的に目標空燃比から大きくずれる場合がある。
これに対して、切替基準吸蔵量Crefは上流側排気浄化触媒20が新品であるときの最大吸蔵可能酸素量Cmaxよりも十分に低く設定される。このため、上述したような遅れが生じたり、実際の流入排気ガスの空燃比が意図せずに目標空燃比から瞬間的に大きくずれたりしたときであっても、酸素吸蔵量OSAは最大吸蔵可能酸素量Cmaxには到達しない。逆に言うと、切替基準吸蔵量Crefは、上述したような遅れや意図しない空燃比のずれが生じても、酸素吸蔵量OSAが最大吸蔵可能酸素量Cmaxには到達しないように十分少ない量とされる。例えば、切替基準吸蔵量Crefは、上流側排気浄化触媒20が新品であるときの最大吸蔵可能酸素量Cmaxの3/4以下、好ましくは1/2以下、より好ましくは1/5以下とされる。
時刻t3において目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えると、流入排気ガスの空燃比はリーン空燃比からリッチ空燃比に変化する。これに伴って、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupがリッチ空燃比となる(実際には、目標空燃比を切り替えてから流入排気ガスの空燃比が変化するまでには遅れが生じるが、図示した例では便宜上同時に変化するものとしている)。流入排気ガス中には未燃ガスが含まれることになるため、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは徐々に減少していき、時刻t4において、時刻t1と同様に、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが低下し始める。このときも、流入排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となっているため、上流側排気浄化触媒20からのNOxの排出はほぼゼロとなる。
次いで、時刻t5において、時刻t2と同様に、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達する。これにより、空燃比補正量AFCがリーン設定空燃比に相当する値AFCleanに切り替えられる。その後、上述した時刻t1〜t5のサイクルが繰り返される。
また、本実施形態では、上述した時刻t1〜t5のサイクルが繰り返される間、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupが目標空燃比となるように燃焼室5に供給する燃料量がフィードバック制御される。例えば、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupが目標空燃比よりも低い(リッチである)場合、燃焼室5に供給する燃料量が少なくされる。一方、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupが目標空燃比に相当する値よりも高い(リーンである)場合、燃焼室5に供給する燃料量が多くされる。
以上の説明から分かるように、本実施形態によれば、上流側排気浄化触媒20からのNOx排出量を常に抑制することができる。すなわち、上述した制御を行っている限り、基本的には上流側排気浄化触媒20からのNOx排出量をほぼゼロとすることができる。また、積算酸素過不足量ΣOEDを算出する際の積算期間が短いため、長期間に亘って積算する場合に比べて算出誤差が生じにくい。このため、積算酸素過不足量ΣOEDの算出誤差によりNOxが排出されてしまうことが抑制される。
また、一般に、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が一定に維持されると、その排気浄化触媒の酸素吸蔵能力が低下する。すなわち、排気浄化触媒の酸素吸蔵能力を高く維持するためには、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が変動することが必要になる。これに対して、本実施形態によれば、図5に示したように、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは常に上下に変動しているため、酸素吸蔵能力が低下することが抑制される。
なお、上記実施形態では、時刻t2〜t3において、空燃比補正量AFCはリーン設定補正量AFCleanに維持される。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量AFCは必ずしも一定に維持されている必要はなく、徐々に減少させる等、変動するように設定されてもよい。或いは、時刻t2〜t3の期間中において、一時的に空燃比補正量AFCをゼロよりも小さな値(例えば、リッチ設定補正量等)としてもよい。すなわち、時刻t2〜t3の期間中において、一時的に目標空燃比をリッチ空燃比としてもよい。
同様に、上記実施形態では、時刻t3〜t5において、空燃比補正量AFCはリッチ設定補正量AFCrichに維持される。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量AFCは必ずしも一定に維持されている必要はなく、徐々に増大させる等、変動するように設定されてもよい。或いは、時刻t3〜t5の期間中において、一時的に空燃比補正量AFCをゼロよりも大きな値(例えば、リーン設定補正量等)としてもよい。すなわち、時刻t3〜t5の期間中において、一時的に目標空燃比をリーン空燃比としてもよい。
ただし、この場合であっても、時刻t2〜t3における空燃比補正量AFCは、当該期間における目標空燃比の平均値と理論空燃比との差が、時刻t3〜t5における目標空燃比の平均値と理論空燃比との差よりも大きくなるように設定される。
また、上記実施形態では、積算酸素過不足量ΣOEDは、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup等に基づいて算出されている。しかしながら、酸素吸蔵量OSAはこれらパラメータに加えて他のパラメータに基づいて算出されてもよいし、これらパラメータとは異なるパラメータに基づいて推定されてもよい。また、上記実施形態では、積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDref以上になると、目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比へと切り替えられる。しかしながら、目標空燃比をリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比へと切り替えるタイミングは、例えば目標空燃比をリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比へ切り替えてからの機関運転時間や積算吸入空気量等、他のパラメータを基準としてもよい。ただし、この場合であっても、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAが最大吸蔵可能酸素量よりも少ないと推定される間に、目標空燃比をリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比へと切り替えることが必要となる。
<上流側空燃比センサにおけるずれ>
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の出力空燃比は、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の出力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の出力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。
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の出力空燃比は、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の出力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の出力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。
また、空燃比センサは、使用に伴って徐々に劣化し、そのゲイン特性が変化することがある。例えば、上流側空燃比センサ40のゲイン特性が変化すると、上流側空燃比センサ40の出力空燃比と排気ガスの実際の空燃比との間にずれが生じる場合がある。この場合、上流側空燃比センサ40の出力空燃比は排気ガスの実際の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。
また、未燃ガスのうち水素は空燃比センサの拡散律速層の通過速度が速い。このため、排気ガス中の水素濃度が高いと、上流側空燃比センサ40の出力空燃比が排気ガスの実際の空燃比よりも低い側(すなわち、リッチ側)にずれてしまう。
上流側空燃比センサ40の出力空燃比のずれが大きくなると、目標空燃比がリッチ設定空燃比に設定されていても、実際の排気ガスの空燃比が理論空燃比になってしまう場合がある。この様子を、図6に示す。図6は、上流側空燃比センサの出力値に大きなずれが生じている際の空燃比補正量等のタイムチャートである。図中、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにおける実線は、上流側空燃比センサ40によって検出された出力に相当する空燃比を示している。また、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにおける破線は、上流側空燃比センサ40周りを流通する排気ガスの実際の空燃比、すなわち流入排気ガスの実際の空燃比を示している。
図6では、時刻t1以前において、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanとされている。これに伴い、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupはリーン設定空燃比となる。ただし、上流側空燃比センサ40の出力空燃比は大きくリッチ側にずれているため、流入排気ガスの実際の空燃比(図中の破線)はリーン設定空燃比よりもリーンな空燃比となっている。
その後、時刻t1において上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupに基づいて算出された積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDrefに到達すると、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに切り替えられる。これに伴い、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupはリッチ設定空燃比となる。しかしながら、上流側空燃比センサ40の出力空燃比は大きくリッチ側にずれているため、流入排気ガスの実際の空燃比(図中の破線)は理論空燃比となっている。
この結果、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは変化せずに一定の値に維持される。このため、空燃比補正量AFCをリッチ設定補正量AFCrichに切り替えてから長時間が経過しても、上流側排気浄化触媒20から未燃ガスが排出されることはなく、したがって、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnはほぼ理論空燃比のまま維持される。上述したように、空燃比補正量AFCのリッチ設定補正量AFCrichからリーン設定補正量AFCleanへの切替は、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達した時に行われる。しかしながら、図6に示した例では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが理論空燃比のまま維持されることから、空燃比補正量AFCは長時間に亘ってリッチ設定補正量AFCrichに維持されることになる。したがって、上流側空燃比センサ40の出力空燃比が大きくずれている場合には、空燃比補正量AFCの切替が行われない。
図7は、上流側空燃比センサ40の出力空燃比が極めて大きくリッチ側にずれている場合を示す図6と同様な図である。図7に示した例では、図6に示した例と同様に、時刻t1において、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに切り替えられる。すなわち、時刻t1において目標空燃比がリッチ設定空燃比に設定される。しかしながら、上流側空燃比センサ40の出力空燃比のずれにより、実際の流入排気ガスの空燃比(図中の破線)がリーン空燃比になっている。
この結果、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに設定されているにもかかわらず、上流側排気浄化触媒20にはリーン空燃比の排気ガスが流入する。このため、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは徐々に増大していき、ついには時刻t2において最大吸蔵可能酸素量Cmaxに到達する。このように、酸素吸蔵量OSAが最大吸蔵可能酸素量Cmaxに到達すると、上流側排気浄化触媒20はもはやこれ以上排気ガス中の酸素を吸蔵することができない。このため、流入排気ガス中に含まれていた酸素及びNOxが上流側排気浄化触媒20からそのまま流出し、結果的に、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが上昇する。しかしながら、空燃比補正量AFCのリッチ設定補正量AFCrichからリーン設定補正量AFCleanへの切替は、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達した時に行われる。このため、上流側空燃比センサ40の出力空燃比が極めて大きくずれている場合にも、空燃比補正量AFCの切替が行われない。
<張付き学習制御>
そこで、本実施形態の内燃機関は、上流側空燃比センサ40の出力空燃比に基づくフィードバック制御中における流入排気ガスの目標空燃比と流入排気ガスの実際の空燃比とのずれが小さくなるように、フィードバック制御に関するパラメータを補正する学習手段を備える。学習手段は、上流側空燃比センサ40の出力空燃比におけるずれが大きな場合であってもそのずれを補償すべく、下流側空燃比センサ41によって検出された空燃比に基づいて、理論空燃比張付き学習制御、リーン張付き学習制御及びリッチ張付き学習制御を行う。
そこで、本実施形態の内燃機関は、上流側空燃比センサ40の出力空燃比に基づくフィードバック制御中における流入排気ガスの目標空燃比と流入排気ガスの実際の空燃比とのずれが小さくなるように、フィードバック制御に関するパラメータを補正する学習手段を備える。学習手段は、上流側空燃比センサ40の出力空燃比におけるずれが大きな場合であってもそのずれを補償すべく、下流側空燃比センサ41によって検出された空燃比に基づいて、理論空燃比張付き学習制御、リーン張付き学習制御及びリッチ張付き学習制御を行う。
<理論空燃比張付き学習>
まず、理論空燃比張付き学習制御について説明する。理論空燃比張付き学習制御は、図6に示した例のように、下流側空燃比センサ41によって検出される空燃比が理論空燃比に張り付いてしまっている場合に行われる学習制御である。
まず、理論空燃比張付き学習制御について説明する。理論空燃比張付き学習制御は、図6に示した例のように、下流側空燃比センサ41によって検出される空燃比が理論空燃比に張り付いてしまっている場合に行われる学習制御である。
ここで、リッチ判定空燃比AFrichとリーン判定空燃比AFleanとの間の領域を中間領域Mと称する。この中間領域Mは、リッチ判定空燃比とリーン判定空燃比との間の理論空燃比近傍空燃比領域に相当する。理論空燃比張付き学習制御では、空燃比補正量AFCをリッチ設定補正量AFCrichに切り替えてから、すなわち目標空燃比をリッチ設定空燃比に切り替えてから、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが予め定められた理論空燃比維持判定時間以上に亘って中間領域M内に維持されているか否かを判断する。そして、理論空燃比維持判定時間以上に亘って中間領域M内に維持されている場合には、流入排気ガスの実際の空燃比がリッチ側に変化するように学習値sfbgが減少せしめられる。学習値sfbgは、上流側空燃比センサ40の出力空燃比(出力電流)のずれに応じて変化する値であり、本実施形態では制御中心空燃比AFRを補正するのに用いられる。
図8を参照して、上述したような制御について具体的に説明する。図8は、理論空燃比張付き学習を行う際の制御中心空燃比AFR、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、積算酸素過不足量ΣOED、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn及び学習値sfbgのタイムチャートである。図8は、図6と同様に、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupが低い側(リッチ側)に大きくずれている場合を示している。なお、図中、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにおける実線は、上流側空燃比センサ40によって検出された出力に相当する空燃比を示している。また、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにおける破線は、上流側空燃比センサ40周りを流通する排気ガスの実際の空燃比、すなわち流入排気ガスの実際の空燃比を示している。加えて、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにおける一点鎖線は、目標空燃比、すなわち空燃比補正量AFCに相当する空燃比を示している。
図示した例では、図6と同様に、時刻t1以前において、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanとされている。その後、時刻t1において、積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準値OEDrefに到達し、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに切り替えられる。しかしながら、上流側空燃比センサ40の出力空燃比は大きくリッチ側にずれているため、図6に示した例と同様に、流入排気ガスの実際の空燃比はほぼ理論空燃比となっている。このため、時刻t1以降、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAは一定の値に維持される。この結果、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnは長期間に亘って理論空燃比近傍に維持され、よって中間領域M内に維持される。
そこで、本実施形態では、空燃比補正量AFCをリッチ設定補正量AFCrichに切り替えてから予め定められた理論空燃比維持判定時間Tsto以上に亘って下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが中間領域M内に維持されている場合には、制御中心空燃比AFRを補正するようにしている。特に、本実施形態では、流入排気ガスの実際の空燃比がリッチ側に変化するように学習値sfbgが更新される。
具体的には、本実施形態では、下記式(2)により学習値sfbgを算出すると共に、下記式(3)により制御中心空燃比AFRが補正される。
sfbg(n)=sfbg(n−1)+k1×AFCrich …(2)
AFR=AFRbase+sfbg(n) …(3)
なお、上記式(2)において、k1は、制御中心空燃比AFRを補正する程度を表すゲインである(0<k1≦1)。ゲインk1の値が大きいほど、制御中心空燃比AFRの補正量が大きくなる。また、上記式(3)において、基本制御中心空燃比AFRbaseは、基本となる制御中心空燃比であり、本実施形態では理論空燃比である。
sfbg(n)=sfbg(n−1)+k1×AFCrich …(2)
AFR=AFRbase+sfbg(n) …(3)
なお、上記式(2)において、k1は、制御中心空燃比AFRを補正する程度を表すゲインである(0<k1≦1)。ゲインk1の値が大きいほど、制御中心空燃比AFRの補正量が大きくなる。また、上記式(3)において、基本制御中心空燃比AFRbaseは、基本となる制御中心空燃比であり、本実施形態では理論空燃比である。
ここで、上述したように、空燃比補正量AFCの切替後に長期間に亘って下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが中間領域M内に維持されている場合には、流入排気ガスの実際の空燃比はほぼ理論空燃比近傍の値となっている。このため、上流側空燃比センサ40におけるずれは、制御中心空燃比(理論空燃比)と目標空燃比(この場合は、リッチ設定空燃比)との差と同程度になっている。本実施形態では、上記式(2)に示したように制御中心空燃比と目標空燃比との差に相当する空燃比補正量AFCに基づいて学習値sfbgを更新しており、これにより、より適切に上流側空燃比センサ40の出力空燃比におけるずれを補償することができる。
図8に示した例では、時刻t1から理論空燃比維持判定時間Tstoが経過した時刻t2まで、空燃比補正量AFCはリッチ設定補正量AFCrichとされる。このため、式(2)を用いると、時刻t2において学習値sfbgは減少せしめられる。この結果、流入排気ガスの実際の空燃比はリッチ側に変化することになる。これにより、時刻t2以降、流入排気ガスの実際の空燃比の目標空燃比に対するずれは時刻t2以前と比べて小さなものとなる。したがって、時刻t2以降、実際の空燃比を表す破線と目標空燃比を表す一点鎖線との間の差は、時刻t2以前における差よりも小さくなっている。
図8に示した例では、ゲインk1を比較的小さい値にした例を示している。このため、時刻t2において学習値sfbgの更新が行われてもなお、流入排気ガスの実際の空燃比の目標空燃比に対するずれが残っている。このため、流入排気ガスの実際の空燃比は、リッチ設定空燃比よりもリーンな空燃比、すなわちリッチ度合いの小さい空燃比となる(図8の破線参照)。このため、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAの減少速度は遅い。
この結果、時刻t2から理論空燃比維持判定時間Tstoが経過した時刻t3まで、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが理論空燃比近傍に維持され、よって中間領域M内に維持される。このため、図8に示した例では、時刻t3においても、式(2)を用いて、学習値sfbgの更新が行われる。
図8に示した例では、その後、時刻t4において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrich以下となる。このように、出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrich以下になった後には、上述したように空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanとリッチ設定補正量AFCrichとに交互に設定される。
理論空燃比張付き学習制御によりこのように学習値sfbgの更新を行うことにより、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupのずれが大きい場合であっても、上流側空燃比センサ40の出力空燃比におけるずれを補償することができる。この結果、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupのずれが大きい場合であっても、目標空燃比の切替が可能となる
なお、上記実施形態では、理論空燃比維持判定時間Tstoは予め定められた時間とされている。この場合、理論空燃比維持判定時間は、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてからの積算酸素過不足量ΣOEDの絶対値が新品時の上流側排気浄化触媒20の最大吸蔵可能酸素量に到達するまでに通常かかる時間以上とされる。具体的には、その2倍〜4倍程度の時間とするのが好ましい。
或いは、理論空燃比維持判定時間Tstoは、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてからの積算酸素過不足量ΣOED等、他のパラメータに応じて変化させてもよい。具体的には、例えば、積算酸素過不足量ΣOEDが多くなるほど、理論空燃比維持判定時間Tstoが短くされる。これにより、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてからの積算酸素過不足量ΣOEDが所定の量(例えば、図8のOEDsw)になったときに上述したような学習値sfbgの更新を行うようにすることもできる。また、この場合、積算酸素過不足量ΣOEDにおける上記所定の量を新品時の上流側排気浄化触媒20の最大吸蔵可能酸素量以上とすることが必要である。具体的には、最大吸蔵可能酸素量の2倍〜4倍程度の量とするのが好ましい。
なお、理論空燃比張付き学習制御は、上述した基本的な空燃比制御とは異なる別の空燃比制御にも適用することができる。別の空燃比制御とは、例えば、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が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、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が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制御である。この場合、目標空燃比をリーン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理論空燃比維持判定時間Tsto以上に亘って理論空燃比近傍空燃比領域内に維持されている場合には、流入排気ガスの実際の空燃比がリーン側に変化するように学習値sfbgが増大せしめられる。また、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理論空燃比維持判定時間Tsto以上に亘って理論空燃比近傍空燃比領域内に維持されている場合には、流入排気ガスの実際の空燃比がリッチ側に変化するように学習値sfbgが減少せしめられる。
また、上記実施形態では、学習値sfbgに基づいて、制御中心空燃比AFRを補正することとしている。しかしながら、学習値sfbgに基づいて補正するのは、上流側空燃比センサ40の出力空燃比に基づくフィードバック制御に関する他のパラメータであってもよい。他のパラメータとしては、例えば、燃焼室5内への燃料供給量や、上流側空燃比センサ40の出力空燃比、空燃比補正量AFC等が挙げられる。
したがって、これらをまとめて表現すると、本実施形態では、学習手段は、空燃比制御手段によって目標空燃比が理論空燃比よりもリッチ側及びリーン側のうちいずれか一方である第1の側に設定されているときに、流出排気ガスの空燃比が所定の空燃比維持判定時間以上に亘って理論空燃比に維持されていると判定された場合には、流入排気ガスの実際の空燃比が第1の側に変化するように、上流側空燃比センサ40の出力空燃比に基づくフィードバック制御に関するパラメータを補正する理論空燃比張付き学習を行う。
<リッチ・リーン張付き学習>
次に、リーン張付き学習制御について説明する。リーン張付き学習制御は、図7に示した例のように、目標空燃比をリッチ空燃比にしているにもかかわらず、下流側空燃比センサ41によって検出される空燃比がリーン空燃比に張り付いてしまっている場合に行われる学習制御である。リーン張付き学習制御では、空燃比補正量AFCをリッチ設定補正量AFCrichに切り替えてから、すなわち目標空燃比をリッチ設定空燃比に切り替えてから、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが予め定められたリーン空燃比維持判定時間以上に亘ってリーン空燃比に維持されているかを判断する。そして、リーン空燃比維持判定時間以上に亘ってリーン空燃比に維持されている場合には、流入排気ガスの実際の空燃比がリッチ側に変化するように学習値sfbgが減少せしめられる。
次に、リーン張付き学習制御について説明する。リーン張付き学習制御は、図7に示した例のように、目標空燃比をリッチ空燃比にしているにもかかわらず、下流側空燃比センサ41によって検出される空燃比がリーン空燃比に張り付いてしまっている場合に行われる学習制御である。リーン張付き学習制御では、空燃比補正量AFCをリッチ設定補正量AFCrichに切り替えてから、すなわち目標空燃比をリッチ設定空燃比に切り替えてから、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが予め定められたリーン空燃比維持判定時間以上に亘ってリーン空燃比に維持されているかを判断する。そして、リーン空燃比維持判定時間以上に亘ってリーン空燃比に維持されている場合には、流入排気ガスの実際の空燃比がリッチ側に変化するように学習値sfbgが減少せしめられる。
図9を参照して、上述したような制御について具体的に説明する。図9は、リーン張付き学習等を行う際の制御中心空燃比AFR、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、積算酸素過不足量ΣOED、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn及び学習値sfbgのタイムチャートである。図9は、図7と同様に、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupが低い側(リッチ側)に極めて大きくずれている場合を示している。なお、図中、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにおける実線は、上流側空燃比センサ40によって検出された出力に相当する空燃比を示している。また、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにおける破線は、上流側空燃比センサ40周りを流通する排気ガスの実際の空燃比、すなわち流入排気ガスの実際の空燃比を示している。加えて、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupにおける一点鎖線は、目標空燃比、すなわち空燃比補正量AFCに相当する空燃比を示している。
図示した例では、時刻t0において、空燃比補正量AFCがリーン設定補正量AFCleanからリッチ設定補正量AFCrichに切り替えられる。しかしながら、上流側空燃比センサ40の出力空燃比は極めて大きくリッチ側にずれているため、図7に示した例と同様に、流入排気ガスの実際の空燃比はリーン空燃比となっている。このため、時刻t0以降、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnはリーン空燃比に維持される。
そこで、本実施形態では、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに設定されてから、予め定められたリーン空燃比維持判定時間Tlean以上に亘って下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン空燃比に維持されている場合には、制御中心空燃比AFRを補正するようにしている。特に、本実施形態では、流入排気ガスの実際の空燃比がリッチ側に変化するように学習値sfbgが補正される。
具体的には、本実施形態では、下記式(4)により学習値sfbgを算出すると共に、上記式(3)により学習値sfbgに基づいて制御中心空燃比AFRが補正される。
sfbg(n)=sfbg(n−1)+k2×(AFCrich−(AFdwn−14.6)) …(4)
なお、上記式(4)において、k2は、制御中心空燃比AFRを補正する程度を表すゲインである(0<k2≦1)。ゲインk2の値が大きいほど、制御中心空燃比AFRの補正量が大きくなる。
sfbg(n)=sfbg(n−1)+k2×(AFCrich−(AFdwn−14.6)) …(4)
なお、上記式(4)において、k2は、制御中心空燃比AFRを補正する程度を表すゲインである(0<k2≦1)。ゲインk2の値が大きいほど、制御中心空燃比AFRの補正量が大きくなる。
ここで、図9に示した例では、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichに設定されているときに、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン空燃比に維持されている。この場合、上流側空燃比センサ40におけるずれは、目標空燃比と下流側空燃比センサ41の出力空燃比との差に相当する。これを分解すると、上流側空燃比センサ40におけるずれは、目標空燃比と理論空燃比との差(リッチ設定補正量AFCrichに相当)と、理論空燃比と下流側空燃比センサ41の出力空燃比との差とを加算した量と同程度となっているといえる。そこで、本実施形態では、上記式(4)に示したように、リッチ設定補正量AFCrichに下流側空燃比センサ41の出力空燃比と理論空燃比との差を加算した値に基づいて学習値sfbgを更新している。特に、上述した理論空燃比張付き学習では、リッチ設定補正量AFCrich相当分だけ学習値を補正しているのに対して、リーン張付き学習ではこれに加えて下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn相当分だけ学習値を補正している。また、ゲインk2はゲインk1と同程度とされる。このため、リーン張付き学習における補正量は、理論空燃比張付き学習における補正量よりも大きい。なお、リーン張付き学習における補正量は、リーン空燃比に維持されたときの下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnに関わらず一定とされてもよい。
図9に示した例では、式(4)を用いると、時刻t1において、学習値sfbgは減少せしめられる。この結果、流入排気ガスの実際の空燃比はリッチ側に変化することになる。これにより、時刻t1以降、流入排気ガスの実際の空燃比の目標空燃比に対するずれは時刻t1以前と比べて小さなものとなる。したがって、時刻t1以降、実際の空燃比を表す破線と目標空燃比を表す一点鎖線との間の差は、時刻t1以前における差よりも小さくなっている。
図9では、ゲインk2を比較的小さい値にした例を示している。このため、時刻t1において学習値sfbgの更新が行われてもなお、上流側空燃比センサ40の出力空燃比におけるずれが残っている。特に、図示した例では、時刻t1以降も、流入排気ガスの実際の空燃比はリーン空燃比のままとなっている。この結果、時刻t1からリーン空燃比維持判定時間Tleanに亘って下流側空燃比センサの出力空燃比AFdwnがリーン空燃比に維持される。このため、図示した例では、時刻t2においても、リーン張付き学習により、上記式(4)を用いて学習値sfbgの補正が行われる。
時刻t2において学習値sfbgの補正が行われると、流入排気ガスの実際の空燃比の目標空燃比に対するずれが小さくなる。これにより、図示した例では、時刻t2以降には、流入排気ガスの実際の空燃比は理論空燃比よりも僅かにリッチとなり、これに伴って下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnはリーン空燃比からほぼ理論空燃比に変化する。特に、図9に示した例では、時刻t2から時刻t3まで理論空燃比維持判定時間Tstoに亘って下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがほぼ理論空燃比、すなわち中間領域M内に維持される。このため、時刻t3において、理論空燃比張付き学習により、上記式(2)を用いて学習値sfbgの補正が行われる。
リーン張付き学習制御及び理論空燃比張付き学習制御によってこのように学習値sfbgの更新を行うことにより、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupのずれが極めて大きい場合であっても、目標空燃比の切替を行うことができる。
なお、上記実施形態では、リーン空燃比維持判定時間Tleanは予め定められた時間とされている。この場合、リーン空燃比維持判定時間Tleanは、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてからそれに応じて下流側空燃比センサ41の出力空燃比が変化するまでに通常かかる下流側空燃比センサの応答遅れ時間以上とされる。具体的には、その2倍〜4倍程度の時間とするのが好ましい。また、リーン空燃比維持判定時間Tleanは、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてからの積算酸素過不足量ΣOEDの絶対値が新品時の上流側排気浄化触媒20の最大吸蔵可能酸素量に到達するまでに通常かかる時間よりも短い。したがって、リーン空燃比維持判定時間Tleanは、上述した理論空燃比維持判定時間Tstoよりも短いものとされる。
或いは、リーン空燃比維持判定時間Tleanは、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてから積算された排気ガス流量等、他のパラメータに応じて変化させてもよい。具体的には、例えば、積算排気ガス流量ΣGeが多くなるほど、リーン空燃比維持判定時間Tleanが短くされる。これにより、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてからの積算排気ガス流量が所定の量(例えば、図9のΣGesw)になったときに、上述したような学習値sfbgの更新を行うようにすることもできる。また、この場合、所定の量は、目標空燃比を切り替えてからそれに応じて下流側空燃比センサ41の出力空燃比が変化するまでに必要な排気ガスの総流量以上とすることが必要である。具体的には、斯かる総流量の2倍〜4倍程度の量とすることが好ましい。
次に、リッチ張付き学習制御について説明する。リッチ張付き学習制御は、リーン張付き学習制御と同様な制御であり、目標空燃比をリーン空燃比にしているにもかかわらず、下流側空燃比センサ41によって検出される空燃比がリッチ空燃比に張り付いてしまっている場合に行われる学習制御である。リッチ張付き学習制御では、空燃比補正量AFCをリーン設定補正量AFCleanに切り替えてから、すなわち目標空燃比をリーン設定空燃比に切り替えてから、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが予め定められたリッチ空燃比維持判定時間(リーン空燃比維持判定時間と同様)以上に亘ってリッチ空燃比に維持されているかを判断する。そして、リッチ空燃比維持判定時間以上に亘ってリッチ空燃比に維持されている場合には、流入排気ガスの実際の空燃比がリーン側に変化するように学習値sfbgが増大せしめられる。すなわち、リッチ張付き学習制御では、上述したリーン張付き学習制御とはリッチ及びリーンが逆にした制御が行われる。
なお、リッチ張付き学習制御では、下記式(5)により学習値sfbgを算出すると共に、上記式(3)により学習値sfbgに基づいて制御中心空燃比AFRが補正される。
sfbg(n)=sfbg(n−1)+k3×(AFClean−(AFdwn−14.6)) …(5)
なお、上記式(5)において、k3は、制御中心空燃比AFRを補正する程度を表すゲインである(0<k3≦1)。ゲインk3の値が大きいほど、制御中心空燃比AFRの補正量が大きくなる。なお、リッチ張付き学習における補正量は、リッチ空燃比に維持されたときの下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnに関わらず一定とされてもよい。
sfbg(n)=sfbg(n−1)+k3×(AFClean−(AFdwn−14.6)) …(5)
なお、上記式(5)において、k3は、制御中心空燃比AFRを補正する程度を表すゲインである(0<k3≦1)。ゲインk3の値が大きいほど、制御中心空燃比AFRの補正量が大きくなる。なお、リッチ張付き学習における補正量は、リッチ空燃比に維持されたときの下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnに関わらず一定とされてもよい。
また、リーン張付き学習制御及びリッチ張付き学習制御は、上述した基本的な空燃比制御とは異なる別の空燃比制御にも適用することができる。別の空燃比制御とは、例えば、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が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、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が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制御である。
また、上記実施形態では、学習値sfbgに基づいて、制御中心空燃比AFRを補正することとしている。しかしながら、学習値sfbgに基づいて補正するのは、上流側空燃比センサ40の出力空燃比に基づくフィードバック制御に関する他のパラメータであってもよい。他のパラメータとしては、例えば、燃焼室5内への燃料供給量や、上流側空燃比センサ40の出力空燃比、空燃比補正量AFC等が挙げられる。
したがって、これらをまとめて表現すると、本実施形態では、学習手段は、空燃比制御手段によって目標空燃比が理論空燃比よりもリッチ側及びリーン側のうちいずれか一方である第1の側に設定されているときに、流出排気ガスの空燃比が所定の空燃比維持判定時間以上に亘って理論空燃比に対して第1の側とは反対側の第2の側に維持されていると判定された場合には、流入排気ガスの実際の空燃比が第1の側に変化するように、上流側空燃比センサ40の出力空燃比に基づくフィードバック制御に関するパラメータを補正する張付き学習を行う。
<燃料カット制御>
また、本実施形態の内燃機関では、内燃機関を搭載した車両の減速時等に、内燃機関の動作中に燃料噴射弁11からの燃料噴射を停止して燃焼室5内への燃料供給を停止する燃料カット制御が実施される。斯かる燃料カット制御は、所定の燃料カット開始条件が成立したときに開始される。例えば、燃料カット制御は、アクセルペダル42の踏込み量がゼロ又はほぼゼロ(すなわち、機関負荷がゼロ又はほぼゼロ)であり且つ機関回転数がアイドリング時の回転数よりも高い所定の回転数以上であるときに実施される。
また、本実施形態の内燃機関では、内燃機関を搭載した車両の減速時等に、内燃機関の動作中に燃料噴射弁11からの燃料噴射を停止して燃焼室5内への燃料供給を停止する燃料カット制御が実施される。斯かる燃料カット制御は、所定の燃料カット開始条件が成立したときに開始される。例えば、燃料カット制御は、アクセルペダル42の踏込み量がゼロ又はほぼゼロ(すなわち、機関負荷がゼロ又はほぼゼロ)であり且つ機関回転数がアイドリング時の回転数よりも高い所定の回転数以上であるときに実施される。
燃料カット制御が行われたときは、内燃機関から空気又は空気と同様な排気ガスが排出されることになるため、上流側排気浄化触媒20には空燃比の極めて高い(すなわち、リーン度合いの極めて高い)ガスが流入することになる。この結果、燃料カット制御中には、上流側排気浄化触媒20に多量の酸素が流入し、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量は最大吸蔵可能酸素量に達する。
また、燃料カット制御は、所定の燃料カット終了条件が成立すると終了せしめられる。燃料カット終了条件としては、例えば、アクセルペダル42の踏込み量が所定値以上になること(すなわち、機関負荷が或る程度の値になること)、或いは機関回転数がアイドリング時の回転数よりも高い所定の回転数以下になること等が挙げられる。また、本実施形態の内燃機関では、燃料カット制御の終了直後には、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比をリッチ設定空燃比よりもリッチな復帰後リッチ空燃比にする復帰後リッチ制御が行われる。これにより、燃料カット制御中に上流側排気浄化触媒20に吸蔵された酸素を迅速に放出させることができる。
図10は、燃料カット制御を行う際の空燃比補正量AFC、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn及び積算酸素過不足量ΣOEDのタイムチャートである。
図示した例では、時刻t1以前に燃料カット制御が実施されている。燃料カット制御によって上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量は最大となり、流入排気ガス及び流出排気ガスはほぼ空気となっている。このため、時刻t1以前には、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup及び下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnは非常に大きな値を示している。
その後、時刻t1において、燃料カット制御が終了されると、燃料カット制御中に上流側排気浄化触媒20に吸蔵された多量の酸素を放出するために、復帰後リッチ制御が行われる。復帰後リッチ制御では、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrichよりもリッチな強リッチ設定補正量AFCsrichに設定される。すなわち、目標空燃比はリッチ設定空燃比よりもリッチな強リッチ設定空燃比に設定される。これに伴って、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupはリーン空燃比となる(実際には、目標空燃比を切り替えてから流入排気ガスの空燃比が変化するまでには遅れが生じるが、図示した例では便宜上同時に変化するものとしている)。また、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnは理論空燃比に向かってリッチ側に変化する。
下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnは復帰後リッチ制御中の時刻t2においてリーン判定空燃比AFleanよりも小さくなる。上述したように、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFleanよりも小さく且つリッチ判定空燃比AFrichよりも大きいときには、流出排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比であると判定される。したがって、時刻t2では、流出排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比になったと判定される。なお、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが実際に理論空燃比になったときに、流出排気ガスの空燃比が理論空燃比になったと判定してもよい。
時刻t1において復帰後リッチ制御が開始されると、積算酸素過不足量ΣOEDの計算が開始される。復帰後リッチ制御では、積算酸素過不足量ΣOEDは徐々に減少していく。時刻t3において、積算酸素過不足量ΣOEDが制御終了基準値OEDendに到達すると、復帰後リッチ制御が終了せしめられる。また、このとき、積算酸素過不足量ΣOEDはゼロにリセットされる。
制御終了基準値OEDendの絶対値は上流側排気浄化触媒20が新品であるときの最大吸蔵可能酸素量Cmaxよりも十分に低く設定される。このため、通常、復帰後リッチ制御の終了時には、上流側排気浄化触媒20に酸素が残っているため、流入排気ガス中に含まれている未燃ガスは上流側排気浄化触媒20で浄化され、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnは理論空燃比となる。
時刻t3において、図5に示したような通常制御が再開される。このとき、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達していないため、空燃比補正量AFCはリッチ設定補正量AFCrichとされる。したがって、目標空燃比がリッチ設定空燃比に設定される。時刻t3以降の通常制御では、図5に示した制御と同様に、目標空燃比がリッチ設定空燃比とリーン設定空燃比との間で交互に切り替えられる。
なお、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFupのずれ、上流側排気浄化触媒20の劣化等によって、積算酸素過不足量ΣOEDが制御終了基準値OEDendに到達する前に、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達する場合がある。この場合、復帰後リッチ制御は、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達したときに終了せしめられる。復帰後リッチ制御が終了すると、通常制御が再開され、再開時には目標空燃比がリーン設定空燃比に設定される。その後、目標空燃比はリーン設定空燃比とリッチ設定空燃比との間で交互に切り替えられる。
<下流側空燃比センサの応答遅れの異常>
ところで、空燃比センサ40、41は、使用に伴って徐々に劣化し、その応答特性が変化することがある。以下、図11を参照して、下流側空燃比センサ41の応答遅れに異常が生じた場合について説明する。図11は、下流側空燃比センサ41の応答遅れに異常が生じている場合に燃料カット制御を行う際の空燃比補正量AFC、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn及び積算酸素過不足量ΣOEDのタイムチャートである。
ところで、空燃比センサ40、41は、使用に伴って徐々に劣化し、その応答特性が変化することがある。以下、図11を参照して、下流側空燃比センサ41の応答遅れに異常が生じた場合について説明する。図11は、下流側空燃比センサ41の応答遅れに異常が生じている場合に燃料カット制御を行う際の空燃比補正量AFC、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn及び積算酸素過不足量ΣOEDのタイムチャートである。
図11は図10と同様な図であり、図示した例では、空燃比補正量AFC、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup及び積算酸素過不足量ΣOEDは時刻t2まで図10の例と同様に推移する。一方、図11の例では、図10の例と異なり、復帰後リッチ制御が終了するまでに、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリーン判定空燃比AFleanに到達していない。
図11の例では、時刻t3において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達すると、目標空燃比がリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り替えられる。その後、時刻t4において、積算酸素過不足量ΣOEDが切換基準値OEDrefに到達する。しかしながら、このとき、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnはリッチ判定空燃比AFrichよりもリッチな値を示している。したがって、時刻t4では、流出排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであると考えられるため、目標空燃比はリッチ設定空燃比に切り替えられることなくリーン設定空燃比に維持される。
その後、時刻t5において下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichよりも大きくなる。したがって、時刻t5において、流出排気ガスの空燃比が理論空燃比になったと判定され、目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り替えられる。
<異常判定手段>
本実施形態の内燃機関は、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じているか否かを判定する異常判定手段を備える。異常判定手段は、燃料カット制御の終了時に目標空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に設定されてから、流出排気ガスの空燃比が理論空燃比になったと判定されるまでの時間が予め定められた基準時間Tref以上である場合に、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていると判定する。
本実施形態の内燃機関は、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じているか否かを判定する異常判定手段を備える。異常判定手段は、燃料カット制御の終了時に目標空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に設定されてから、流出排気ガスの空燃比が理論空燃比になったと判定されるまでの時間が予め定められた基準時間Tref以上である場合に、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていると判定する。
基準時間Trefは、例えば復帰後リッチ制御の実行時間、すなわち目標空燃比が強リッチ設定空燃比に設定されてから積算酸素過不足量ΣOEDが制御終了基準値OEDendに到達するまでに通常かかる時間とされる。したがって、図10の例では、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていないと判定され、図11の例では、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていると判定される。
<下流側空燃比センサの応答遅れの異常による問題点>
上述したように、目標空燃比をリッチ設定空燃比に切り替えてから、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが予め定められたリーン空燃比維持判定時間以上に亘ってリーン空燃比に維持されている場合には、フィードバック制御に関するパラメータを補正するリーン張付き学習が実施される。また、目標空燃比をリーン設定空燃比に切り替えてから、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが予め定められたリッチ空燃比維持判定時間以上に亘ってリッチ空燃比に維持されている場合には、フィードバック制御に関するパラメータを補正するリッチ張付き学習が実施される。しかしながら、上流側空燃比センサ40の出力空燃比にずれが生じていない場合でも、下流側空燃比センサ41の応答遅れの異常によってリーン張付き学習又はリッチ張付き学習が誤って実行されることがある。
上述したように、目標空燃比をリッチ設定空燃比に切り替えてから、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが予め定められたリーン空燃比維持判定時間以上に亘ってリーン空燃比に維持されている場合には、フィードバック制御に関するパラメータを補正するリーン張付き学習が実施される。また、目標空燃比をリーン設定空燃比に切り替えてから、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが予め定められたリッチ空燃比維持判定時間以上に亘ってリッチ空燃比に維持されている場合には、フィードバック制御に関するパラメータを補正するリッチ張付き学習が実施される。しかしながら、上流側空燃比センサ40の出力空燃比にずれが生じていない場合でも、下流側空燃比センサ41の応答遅れの異常によってリーン張付き学習又はリッチ張付き学習が誤って実行されることがある。
以下、図12を参照して、斯かる現象について具体的に説明する。図12は、下流側空燃比センサの応答遅れに異常が生じている場合に基本的な空燃比制御を行う際の制御中心空燃比AFR、空燃比補正量AFC、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn、積算酸素過不足量ΣOED及び学習値sfbgのタイムチャートである。
図示した例では、時刻t0〜時刻t1の間には、空燃比補正量AFCがリッチ設定補正量AFCrich(リッチ設定空燃比に相当)とされている。したがって、目標空燃比はリッチ設定空燃比とされている。時刻t1において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに到達すると、目標空燃比がリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り替えられる。
図12の例では、時刻t1の後、積算酸素過不足量ΣOEDが切換基準値OEDrefに到達する。しかしながら、このとき、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに達していないため、目標空燃比がリッチ設定空燃比に切り替えられることなくリーン設定空燃比に維持される。
その後、時刻t2において、目標空燃比をリーン設定空燃比に切り替えてからの経過時間がリッチ空燃比維持判定時間Trichとなる。このとき、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに達していない。このため、時刻t2において、流出排気ガスの空燃比がリッチ空燃比維持判定時間Trich以上に亘って理論空燃比よりもリッチ側に維持されていると判定され、リッチ張付き学習が行われる。リッチ張付き学習では、流入排気ガスの空燃比がリーン側に変化するように学習値sfbgが補正される。具体的には、上記式(4)により学習値sfbgを算出すると共に、上記式(3)により学習値sfbgに基づいて制御中心空燃比AFRが補正される。なお、積算酸素過不足量ΣOEDは時刻t2においてゼロにリセットされる。
図12の例では、時刻t2において、学習値sfbgは増加せしめられる。この結果、流入排気ガスの空燃比は目標空燃比よりもリーン側にずれる。したがって、下流側空燃比センサ41の応答遅れの異常によって、学習値sfbgが誤った値に更新される。
図12の例では、時刻t2の後、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichよりも大きくなる。その後、時刻t3において積算酸素過不足量ΣOEDが切換基準値OEDrefに到達すると、目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り替えられる。
<下流側空燃比センサの応答遅れに異常が生じた際の張付き学習>
本実施形態では、誤った張付き学習による排気エミッションの悪化を抑制すべく、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていると判定されている場合の張付き学習におけるパラメータの補正量が下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていないと判定されている場合の張付き学習におけるパラメータの補正量よりも小さくされる。
本実施形態では、誤った張付き学習による排気エミッションの悪化を抑制すべく、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていると判定されている場合の張付き学習におけるパラメータの補正量が下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていないと判定されている場合の張付き学習におけるパラメータの補正量よりも小さくされる。
例えば、上記式(4)におけるゲインk2及び上記式(5)におけるゲインk3が、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていると判定されている場合には、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていないと判定されている場合に比べて小さくされる。例えば、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていると判定されている場合には、ゲインk2及びゲインk3が0.01とされ、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていないと判定されている場合には、ゲインk2及びゲインk3が0.1とされる。この結果、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていると判定されている場合には、学習値sfbgの更新量が相対的に小さくされ、ひいては制御中心空燃比AFRの補正量が相対的に小さくされる。
この結果、上流側空燃比センサ40の出力空燃比にずれが生じていない場合に下流側空燃比センサ41の応答遅れの異常によって学習値sfbgが誤った値に更新されたとしても、目標空燃比に対する流入排気ガスの実際の空燃比のずれを小さくすることができる。一方、上流側空燃比センサ40の出力空燃比のずれによって、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnが理論空燃比よりもリッチ側又はリーン側に維持されている場合には、上流側空燃比センサ40の出力空燃比のずれを少しずつ補償することができる。したがって、本実施形態の内燃機関によれば、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じているときにも排気エミッションの悪化を抑制することができる。
<学習更新量補正処理の制御ルーチン>
次に、図13のフローチャートを参照して、斯かる制御を実施するための制御ルーチンについて説明する。図13は、学習更新量補正処理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実行される。
次に、図13のフローチャートを参照して、斯かる制御を実施するための制御ルーチンについて説明する。図13は、学習更新量補正処理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実行される。
最初にステップS101において、応答遅れ異常判定フラグFdが1であるか否かが判定される。応答遅れ異常判定フラグFdは、異常判定手段によって下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていると判定された場合に1とされるフラグである。
下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じているか否かの判定は、例えば上述したような方法で燃料カット制御後に行われる。なお、この判定は他の方法で行われてもよい。例えば、目標空燃比をリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り替えた後、理論空燃比よりもリッチ側から理論空燃比に向かって変化する下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnの傾きの最大値が所定値以下である場合に、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていると判定してもよい。また、応答遅れ異常判定フラグFdが1にされるとき、異常をユーザに知らせるために警告灯を点灯させてもよい。
ステップS101において、応答遅れ異常判定フラグFdがゼロであると判定された場合、ステップS102へと進む。ステップS102では、上記式(4)におけるゲインk2が所定値Glbとされ、上記式(5)におけるゲインk3が所定値Grbとされる。所定値Glb及び所定値Grbは例えば0.1である。なお、所定値Glbと所定値Grbとは異なる値とされてもよい。ステップS102の後、本制御ルーチンは終了する。
一方、ステップS101において、応答遅れ異常判定フラグFdが1であると判定された場合、ステップS103へと進む。ステップS103では、上記式(4)におけるゲインk2が所定値Glsとされ、上記式(5)におけるゲインk3が所定値Grsとされる。所定値Gls及び所定値Grsは、所定値Glb及び所定値Grbよりも小さい値であり、例えば0.01である。なお、所定値Glsと所定値Grsとは異なる値とされてもよい。ステップS103の後、本制御ルーチンは終了する。
<第2実施形態>
次に、図14及び図15を参照して本発明の第2実施形態について説明する。なお、第2実施形態の内燃機関の構成及び制御は基本的に第1実施形態の内燃機関と同様であるため、以下の説明では、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
次に、図14及び図15を参照して本発明の第2実施形態について説明する。なお、第2実施形態の内燃機関の構成及び制御は基本的に第1実施形態の内燃機関と同様であるため、以下の説明では、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
第2実施形態では、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていると判定されている場合の空燃比維持判定時間が下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていないと判定されている場合の空燃比維持判定時間よりも長くされる。このことによって、上流側空燃比センサ40の出力空燃比にずれが生じていない場合に下流側空燃比センサ41の応答遅れの異常によって学習値sfbgが誤った値に更新されることを抑制することができる。
以下、図14のタイムチャートを参照して、斯かる制御について具体的に説明する。図14は、制御中心空燃比AFR等のタイムチャートを示す図12と同様な図である。
図示した例では、制御中心空燃比AFR等は時刻t1まで図12の例と同様に推移する。一方、図14の例では、リッチ空燃比維持判定時間Trichが図12の例よりも長くされている。図14におけるリッチ空燃比維持判定時間Trichは、目標空燃比をリーン設定空燃比に切り替えてから、応答遅れに異常が生じている下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに達するまでにかかる時間以上とされる。
図14の例では、時刻t1の後、積算酸素過不足量ΣOEDが切換基準値OEDrefに到達する。しかしながら、このとき、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichに達していないため、目標空燃比がリッチ設定空燃比に切り替えられることなくリーン設定空燃比に維持される。
その後、時刻t2において、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ判定空燃比AFrichよりも大きくなると、目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り替えられる。したがって、目標空燃比は、目標空燃比をリーン設定空燃比に切り替えてからの経過時間がリッチ空燃比維持判定時間Trichに達する前に、リーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り替えられる。この結果、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていても、上流側空燃比センサ40の出力空燃比にずれが生じていない場合には、学習値sfbgの更新が行われない。
一方、上流側空燃比センサ40の出力空燃比のずれによって、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnがリッチ空燃比維持判定時間Trich以上に亘って理論空燃比よりもリッチ側に維持されている場合には、学習値sfbgが更新され、上流側空燃比センサ40の出力空燃比のずれを補償することができる。したがって、第2実施形態の内燃機関によれば、下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じているときにも排気エミッションの悪化を抑制することができる。
<空燃比維持判定時間補正処理の制御ルーチン>
次に、図15のフローチャートを参照して、斯かる制御を実施するための制御ルーチンについて説明する。図15は、空燃比維持判定時間補正処理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実行される。
次に、図15のフローチャートを参照して、斯かる制御を実施するための制御ルーチンについて説明する。図15は、空燃比維持判定時間補正処理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実行される。
最初にステップS201において、応答遅れ異常判定フラグFdが1であるか否かが判定される。ステップS201は、図13におけるステップS101と同様であることから説明を省略する。
ステップS201において、応答遅れ異常判定フラグFdがゼロであると判定された場合、ステップS202へと進む。ステップS202では、リーン空燃比維持判定時間Tleanが所定値Tlsとされ、リッチ空燃比維持判定時間Trichが所定値Trsとされる。所定値Tls及び所定値Trsは例えば10秒である。なお、所定値Tlsと所定値Trsとは異なる値とされてもよい。ステップS202の後、本制御ルーチンは終了する。
一方、ステップS201において、応答遅れ異常判定フラグFdが1であると判定された場合、ステップS203へと進む。ステップS203では、リーン空燃比維持判定時間Tleanが所定値Tllとされ、リッチ空燃比維持判定時間Trichが所定値Trlとされる。所定値Tll及び所定値Trlは、所定値Tls及び所定値Trsよりも長く、例えば100秒である。なお、所定値Tllと所定値Trlとは異なる値とされてもよい。ステップS203の後、本制御ルーチンは終了する。
なお、上述した全ての制御は内燃機関100のECU31によって制御される。
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、本発明の第1実施形態及び第2実施形態は組み合わせて実施可能である。具体的には、異常判定手段によって下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていると判定されている場合の張付き学習におけるパラメータの補正量が下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていないと判定されている場合の張付き学習におけるパラメータの補正量よりも小さくされると共に、異常判定手段によって下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていると判定されている場合の空燃比維持判定時間が下流側空燃比センサ41に応答遅れの異常が生じていないと判定されている場合の空燃比維持判定時間よりも長くされてもよい。
1 機関本体
5 燃焼室
7 吸気ポート
9 排気ポート
13 吸気枝管
14 サージタンク
18 スロットル弁
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
5 燃焼室
7 吸気ポート
9 排気ポート
13 吸気枝管
14 サージタンク
18 スロットル弁
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 (3)
- 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、
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、前記排気浄化触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサと、
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、前記排気浄化触媒から流出する流出排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサと、
前記流入排気ガスの目標空燃比を設定すると共に、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比が前記目標空燃比に一致するように燃焼室に供給される燃料供給量をフィードバック制御する空燃比制御手段と、
前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて、前記フィードバック制御中における前記目標空燃比と前記流入排気ガスの実際の空燃比とのずれが小さくなるように前記フィードバック制御に関するパラメータを補正する学習手段と、
前記下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じているか否かを判定する異常判定手段と
を備え、
前記学習手段は、前記空燃比制御手段によって前記目標空燃比が理論空燃比よりもリッチ側及びリーン側のうちいずれか一方である第1の側に設定されているときに、前記流出排気ガスの空燃比が所定の空燃比維持判定時間以上に亘って理論空燃比に対して前記第1の側とは反対側の第2の側に維持されていると判定された場合には、前記流入排気ガスの実際の空燃比が前記第1の側に変化するように前記パラメータを補正する張付き学習を行い、
前記異常判定手段によって前記下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じていると判定されている場合の前記張付き学習における前記パラメータの補正量が前記下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じていないと判定されている場合の前記張付き学習における前記パラメータの補正量よりも小さい、内燃機関。 - 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、
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、前記排気浄化触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサと、
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、前記排気浄化触媒から流出する流出排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサと、
前記流入排気ガスの目標空燃比を設定すると共に、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比が前記目標空燃比に一致するように燃焼室に供給される燃料供給量をフィードバック制御する空燃比制御手段と、
前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて、前記フィードバック制御中における前記目標空燃比と前記流入排気ガスの実際の空燃比とのずれが小さくなるように前記フィードバック制御に関するパラメータを補正する学習手段と、
前記下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じているか否かを判定する異常判定手段と
を備え、
前記学習手段は、前記空燃比制御手段によって前記目標空燃比が理論空燃比よりもリッチ側及びリーン側のうちのいずれか一方である第1の側に設定されているときに、前記流出排気ガスの空燃比が所定の空燃比維持判定時間以上に亘って理論空燃比に対して前記第1の側とは反対側の第2の側に維持されていると判定された場合には、前記流入排気ガスの実際の空燃比が前記第1の側に変化するように前記パラメータを補正する張付き学習を行い、
前記異常判定手段によって前記下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じていると判定されている場合の前記空燃比維持判定時間が前記下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じていないと判定されている場合の前記空燃比維持判定時間よりも長い、内燃機関。 - 前記空燃比制御手段は、燃焼室への燃料供給が停止される燃料カット制御の終了時に前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に設定し、
前記異常判定手段は、前記目標空燃比が前記リッチな空燃比に設定されてから前記流出排気ガスの空燃比が理論空燃比になったと判定されるまでの時間が予め定められた基準時間以上である場合に、前記下流側空燃比センサに応答遅れの異常が生じていると判定する、請求項1又は2に記載の内燃機関。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015118549A JP2017002843A (ja) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | 内燃機関 |
CN201610405776.0A CN106246369A (zh) | 2015-06-11 | 2016-06-08 | 内燃机 |
EP16173622.8A EP3103994A3 (en) | 2015-06-11 | 2016-06-09 | Internal combustion engine |
US15/177,554 US20160363029A1 (en) | 2015-06-11 | 2016-06-09 | Internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015118549A JP2017002843A (ja) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | 内燃機関 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017002843A true JP2017002843A (ja) | 2017-01-05 |
Family
ID=56116345
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015118549A Withdrawn JP2017002843A (ja) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | 内燃機関 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20160363029A1 (ja) |
EP (1) | EP3103994A3 (ja) |
JP (1) | JP2017002843A (ja) |
CN (1) | CN106246369A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113803136A (zh) * | 2020-06-12 | 2021-12-17 | 丰田自动车株式会社 | 内燃机的排气净化装置及催化剂 |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018107664A1 (de) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors |
CN107023413B (zh) * | 2017-04-13 | 2023-02-28 | 东风商用车有限公司 | 一种天然气发动机气质自学习装置及其使用方法 |
JP6834916B2 (ja) * | 2017-11-08 | 2021-02-24 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
US11649779B2 (en) * | 2018-07-03 | 2023-05-16 | Hitachi Astemo, Ltd. | Control device |
CN115539233B (zh) * | 2018-10-26 | 2024-05-31 | 丰田自动车株式会社 | 内燃机的控制装置 |
KR20200133980A (ko) * | 2019-05-21 | 2020-12-01 | 현대자동차주식회사 | 삼원 촉매의 산소 퍼지 제어 방법 및 시스템 |
CN110259553B (zh) * | 2019-06-28 | 2020-11-03 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种三元催化器储氧量的计算方法、装置及电子设备 |
CN113847155B (zh) * | 2021-10-15 | 2023-12-29 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种发动机短期燃油修正控制方法及控制系统 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0730728B2 (ja) | 1987-05-30 | 1995-04-10 | マツダ株式会社 | エンジンのアイドル回転数制御装置 |
JPS63306248A (ja) | 1987-06-03 | 1988-12-14 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の空燃比制御装置 |
JPH0417747A (ja) * | 1990-05-07 | 1992-01-22 | Japan Electron Control Syst Co Ltd | 内燃機関の空燃比制御装置 |
US5337557A (en) * | 1992-02-29 | 1994-08-16 | Suzuki Motor Corporation | Air-fuel ratio control device for internal combustion engine |
JP3324215B2 (ja) * | 1992-11-02 | 2002-09-17 | 株式会社デンソー | 内燃機関の空燃比センサ異常検出装置 |
JP2004285859A (ja) * | 2003-03-19 | 2004-10-14 | Toyota Motor Corp | 酸素センサの劣化判定装置 |
JP4182833B2 (ja) * | 2003-07-16 | 2008-11-19 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
JP4470661B2 (ja) * | 2004-09-09 | 2010-06-02 | 株式会社デンソー | 排出ガスセンサの異常診断装置 |
JP2009115012A (ja) * | 2007-11-08 | 2009-05-28 | Denso Corp | 内燃機関の空燃比制御装置 |
JP5332708B2 (ja) * | 2009-02-23 | 2013-11-06 | 日産自動車株式会社 | 内燃機関用排気センサの診断装置 |
US9599006B2 (en) * | 2011-08-30 | 2017-03-21 | GM Global Technology Operations LLC | Catalyst oxygen storage capacity adjustment systems and methods |
JP2014118892A (ja) | 2012-12-17 | 2014-06-30 | Toyota Motor Corp | 車両用マフラ構造 |
JP6107586B2 (ja) * | 2013-10-02 | 2017-04-05 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
-
2015
- 2015-06-11 JP JP2015118549A patent/JP2017002843A/ja not_active Withdrawn
-
2016
- 2016-06-08 CN CN201610405776.0A patent/CN106246369A/zh active Pending
- 2016-06-09 EP EP16173622.8A patent/EP3103994A3/en not_active Withdrawn
- 2016-06-09 US US15/177,554 patent/US20160363029A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113803136A (zh) * | 2020-06-12 | 2021-12-17 | 丰田自动车株式会社 | 内燃机的排气净化装置及催化剂 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106246369A (zh) | 2016-12-21 |
EP3103994A3 (en) | 2016-12-21 |
EP3103994A2 (en) | 2016-12-14 |
US20160363029A1 (en) | 2016-12-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6256240B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP2017002843A (ja) | 内燃機関 | |
KR101822562B1 (ko) | 내연 기관의 배기 정화 장치 | |
JP6098735B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP6107586B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP6323403B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP6296019B2 (ja) | 内燃機関 | |
JP6213540B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP6314727B2 (ja) | 内燃機関 | |
JP6358148B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP6252357B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP6269367B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP2019085961A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP6344080B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP6269371B2 (ja) | 内燃機関 | |
JP6287939B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP6260452B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP6079608B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP6579179B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP6201765B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP2015229995A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP2015209818A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP6156278B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP2017172331A (ja) | 内燃機関 | |
JP2015172356A (ja) | 内燃機関の制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170223 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20170317 |