JP2020070724A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャタライザーの劣化判定中において、キャタライザーの劣化を判定するための操作によってキャタライザーを通過する排気ガス量が不安定と判定されることを防ぐことができる電子制御装置を提供する。【解決手段】エンジン２の電子制御装置１５は、エンジン回転数とインジェクタ２ａの開弁時間とより算出する第１の安定判断パラメータに基づいて、劣化判定処理の実行が可能であると判定した場合に劣化判定処理を実行させると共に、劣化判定処理の実行中においてエンジン回転数とエンジン２の吸気圧とより算出される第２の安定判断パラメータに基づいて劣化判定処理が正常に実行されているか否かを判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化するキャタライザーの劣化を判定する内燃機関の電子制御装置に関する。

従来、内燃機関を搭載する四輪自動車等の車両においては、内燃機関の排気ガスを浄化するキャタライザー（触媒装置）等のエミッション関連デバイスの異常を検出する技術の適用が法的に義務化されている。また、近年、自動二輪車等の車両においても、失火、触媒劣化及び酸素濃度センサの劣化に代表される異常を検出する技術の適用が義務化される流れになっている。

また、従来、車両には、内燃機関の排気管に排気ガスを浄化するためのキャタライザーが装着されると共に、そのキャタライザーの劣化を判定する内燃機関の電子制御装置が搭載されている。このようなキャタライザーの劣化は、キャタライザーの上流側の排気空燃比をリッチ側とリーン側との一方から他方に強制的に切り替える制御を行い、その際のキャタライザーの下流側の酸素濃度に基づいてリッチ側とリーン側との一方から他方に反転する期間を検出し、その検出した期間より判定することができる。

かかる状況下で、特許文献１は、吸排気系に可変動弁装置を備えた内燃機関にあって、その排気通路に配置された触媒の劣化を検出する装置に関し、触媒上流側の排気空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比との一方から他方に強制的に切り替えるアクティブ空燃比制御を実行する手段と、吸気弁及び排気弁の作動タイミングが所定のマスク領域内にあるか否かを判定する手段と、作動タイミングがマスク領域内にあると判定されたときアクティブ空燃比制御を禁止させる手段とを備える構成を開示している。

ここで、キャタライザーの劣化の誤判定を防ぐために、キャタライザーを通過する排気ガス量が安定した安定運転状態であることが求められる。従来、キャタライザーを通過する排気ガス量の安定化を判定するためのパラメータは、エンジン回転数と、エンジン回転数とスロットル開度とエンジンの吸気圧とによって算出される燃料噴射時間とを用いて算出される。

特開２００８−０４５４２７号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、キャタライザーを通過する排気ガスの安定化の判定をするために、運転状態が安定しているか否かの判定をキャタライザーの劣化判定中にも行う必要があるものの、キャタライザーの劣化判定中にキャタライザーの上流側の排気空燃比をリッチ側とリーン側との一方から他方に又は他方から一方に強制的に切り替えるために、電子制御装置によって燃料噴射時間が変更された際に、運転状態の安定化を判定するためのパラメータが変化することにより、キャタライザーを通過する排気ガス量が不安定であると判定される可能性がある。

本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、キャタライザーの劣化判定中において、キャタライザーの劣化を判定するための操作によってキャタライザーを通過する排気ガス量が不安定と判定されることを防ぐことができる電子制御装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するべく、本発明は、第１の局面において、内燃機関の排気ガスを浄化するキャタライザーと、前記キャタライザーの下流側に設けられて前記排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、を備える前記内燃機関の電子制御装置であって、前記酸素濃度センサの検出結果に基づいて、前記キャタライザーの劣化を判定する劣化判定処理を実行する劣化判定部と、前記内燃機関の回転数と前記内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁の開弁時間とより算出する第１の安定判断パラメータに基づいて、前記劣化判定処理の実行が可能であると判定した場合に前記劣化判定処理を実行させると共に、前記劣化判定処理の実行中において前記回転数と前記内燃機関の吸気圧とより算出される第２の安定判断パラメータに基づいて前記劣化判定処理が正常に実行されているか否かを判定する安定判定部と、を有する電子制御装置である。

本発明の第１の局面にかかる電子制御装置においては、内燃機関の排気ガスを浄化するキャタライザーと、キャタライザーの下流側に設けられて排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、を備える内燃機関の電子制御装置であって、酸素濃度センサの検出結果に基づいて、キャタライザーの劣化を判定する劣化判定処理を実行する劣化判定部と、内燃機関の回転数と内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁の開弁時間とより算出する第１の安定判断パラメータに基づいて、劣化判定処理の実行が可能であると判定した場合に劣化判定処理を実行させると共に、劣化判定処理の実行中において回転数と内燃機関の吸気圧とより算出される第２の安定判断パラメータに基づいて劣化判定処理が正常に実行されているか否かを判定する安定判定部と、を有するものであるため、キャタライザーの劣化判定中において、キャタライザーの劣化を判定するための操作によってキャタライザーを通過する排気ガス量が不安定と判定されることを防ぐことができる。

図１は、本発明の実施形態における電子制御装置の構成を示すブロック図である。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における電子制御装置につき、詳細に説明する。

＜電子制御装置の構成＞
まず、図１を参照して、本実施形態における電子制御装置の構成につき、詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態における電子制御装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態における内燃機関の電子制御装置１５は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）によって構成され、図示を省略する車両、典型的には自動二輪車に搭載されて、内燃機関としてのエンジン２から排出される排気ガスの浄化を行うキャタライザー３の劣化を判定するものである。エンジン２は、図示を省略する車両に搭載されたガソリンエンジン等の内燃機関である。インジェクタ２ａは、エンジン２の上流側（吸気管５の吸気ポート等）に備えられ、電子制御装置１５によりインジェクタ２ａの開弁時間を制御することで適切な量の燃料を噴射してエンジン２に供給する。また、キャタライザー３は、エンジン２と連通してエンジン２で生じた排気ガスを外部に排気する排気管４に連通してその排気管４の途中に設けられており、三元触媒等の触媒を備えている。

電子制御装置１５は、スロットル開度センサ１１、吸気圧力センサ１２、クランクセンサ１３、上流側Ｏ_２センサ１４ａ、下流側Ｏ_２センサ１４ｂ、及び故障表示装置１６に接続されている。

スロットル開度センサ１１は、吸気管５からエンジン２に流入する外気の量を調整するスロットルバルブ６の開度を検出し、このように検出したスロットルバルブ６の開度を示す電気信号を電子制御装置１５に出力する。

吸気圧力センサ１２は、吸気管５からエンジン２に流入する外気の圧力を吸気圧として検出し、このように検出した吸気圧を示す電気信号を電子制御装置１５に出力する。

クランクセンサ１３は、エンジン２のクランクの回転角度を検出し、このように検出したクランクの回転角度を示す電気信号を電子制御装置１５に出力する。

上流側Ｏ_２センサ１４ａは、キャタライザー３の上流側における排気管４に連通すると共にキャタライザー３の上流側に近接して配置され、キャタライザー３の上流側における排気ガス中の酸素濃度の高低を検出し、このように検出した酸素濃度の高低を示す電気信号を電子制御装置１５に出力する。かかる上流側Ｏ_２センサ１４ａが検出する排気ガス中の酸素濃度の高低は、エンジン２に供給される混合気の空燃比の燃料濃度の低高に対応しており、上流側Ｏ_２センサ１４ａが検出する排気ガス中の酸素濃度が低いということは、エンジン２に供給される混合気の空燃比の燃料濃度が高く（燃料が過多で酸素濃度が低いことを意味し、リッチと表現する）、上流側Ｏ_２センサ１４ａが検出する酸素濃度が高いということは、エンジン２に供給される混合気の空燃比の燃料濃度が低い（燃料が希薄で酸素濃度が高いことを意味し、リーンと表現する）ことを意味している。また、上流側Ｏ_２センサ１４ａは、排気ガス中の酸素濃度が所定濃度（所定閾値濃度）以下の低い状態であるときにはハイレベルの電圧（例えば数百ｍＶの電圧値）の電気信号を出力し、排気ガス中の酸素濃度が所定濃度（所定閾値濃度）を超える高い状態であるときにはローレベルの電圧（例えば実質０Ｖの電圧値）の電気信号を出力するものであり、かかる所定閾値濃度が、上流側Ｏ_２センサ１４ａが出力する電気信号の電圧を反転させる所定の反転閾値（所定の反転電圧値）に相当することになる。また、かかる上流側Ｏ_２センサ１４ａの所定閾値濃度は、一般的には、エンジン２に供給される混合気の理論空燃比に相当するように設定すればよい。

下流側Ｏ_２センサ１４ｂは、キャタライザー３の下流側における排気管４に連通すると共にキャタライザー３の下流側に近接して配置され、キャタライザー３の下流側における排気ガス中の酸素濃度の高低を検出し、このように検出した酸素濃度の高低を示す電気信号を電子制御装置１５に出力する。なお、下流側Ｏ_２センサ１４ｂの構成としては、上流側Ｏ_２センサ１４ａの構成と同一のものを用いるため、下流側Ｏ_２センサ１４ｂのその他の詳細な説明は省略する。

電子制御装置１５は、マイクロコンピュータ等を含む演算処理装置であり、車両に搭載されて図示を省略するバッテリから電力を供給されて動作する。電子制御装置１５は、図示を省略するメモリから必要な制御プログラム及び制御データを読み出して、制御プログラムを実行することによって、空燃比制御処理及び劣化判定処理を含むキャタライザー劣化検知制御処理を実行すると共に、安定判定処理を実行する。

また、電子制御装置１５は、空燃比制御部１５ａ、劣化判定部１５ｂ及び安定判定部１５ｃを機能ブロックとして備えている。空燃比制御部１５ａは、上流側Ｏ_２センサ１４ａ及び下流側Ｏ_２センサ１４ｂの一方から出力された電気信号に基づいて、エンジン２に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御処理を実行するもので、エンジン２へ供給する燃料噴射量を算出して、算出した燃料噴射量に応じてインジェクタ２ａを制御する。劣化判定部１５ｂは、空燃比制御部１５ａが空燃比制御処理を実行しているときに上流側Ｏ_２センサ１４ａ及び下流側Ｏ_２センサ１４ｂから出力された電気信号に基づいてキャタライザー３の劣化を判定する劣化判定処理を実行する。安定判定部１５ｃは、劣化判定部１５ｂが劣化判定処理を実行する前において空燃比制御部１５ａが空燃比制御処理を実行しているときにスロットル開度センサ１１、吸気圧力センサ１２及びクランクセンサ１３から出力された電気信号に基づいて、劣化判定処理の実行を開始するか否かを判定し、又は、劣化判定部１５ｂが劣化判定処理を実行していると共に空燃比制御部１５ａが空燃比制御処理を実行しているときに吸気圧力センサ１２及びクランクセンサ１３から出力された電気信号に基づいて、正常に劣化判定処理が実行されているか否かを判定する安定判定処理を実行する。

具体的には、キャタライザー３が劣化していない場合には、キャタライザー３の酸素貯蔵能力（ＯＳＣ）が高いために、キャタライザー３は多量の酸素を吸蔵することができる一方で、キャタライザー３が劣化している場合には、キャタライザー３は多量の酸素を吸蔵することができない。このため、劣化判定処理において、劣化判定部１５ｂは、下流側Ｏ_２センサ１４ｂの出力する電気信号の電圧の高低が、エンジン２に供給される混合気の空燃比がリーン側及びリッチ側の一方から他方に反転することに対応して反転する反転周期に関するパラメータの値（例えば、かかる反転周期の値や、かかる反転周期に比例した値等）が、所定値よりも小さいときに、キャタライザー３が劣化していると判定することが可能となる。かかる所定値は、エンジン２の回転数や吸気量から求められるエンジン２の運転状態に応じて設定されることが好ましい。また、かかる劣化判定処理については、キャタライザー３の温度が劣化判定に要求される温度を超える温度に達しているときに実行されることが前提となる。

また、劣化判定部１５ｂが劣化判定処理を実行する前の空燃比制御部１５ａが空燃比制御処理を実行しているときに、安定判定処理において、安定判定部１５ｃは、スロットル開度センサ１１から出力された電気信号に基づいてスロットル開度を算出し、吸気圧力センサ１２から出力された電気信号に基づいて吸気圧を算出すると共に、クランクセンサ１３から出力された電気信号に基づいてエンジン回転数を算出し、各々算出したスロットル開度、吸気圧及びエンジン回転数よりインジェクタ２ａの開弁時間（インジェクタ２ａがオンの時間）を算出し、更に算出したインジェクタ２ａの開弁時間とエンジン回転数とより第１の安定判断パラメータを算出する。安定判定部１５ｃは、例えばインジェクタ２ａの開弁時間の所定時間の変化量を一定時間積算した積算値と、エンジン回転数の所定時間の変化量を一定時間積算した積算値と、を乗算して第１の安定判断パラメータを算出する。そして、安定判定処理において、安定判定部１５ｃは、算出した第１の安定判断パラメータに基づいて劣化判定処理の実行を開始するか否かを判定する。

ここで、エンジン回転数は、排気ガスの排気流速に関するパラメータであり、インジェクタ２ａの開弁時間は、排気ガス容量に関するパラメータである。

また、劣化判定部１５ｂが劣化判定処理を実行し且つ空燃比制御部１５ａが空燃比制御処理を実行しているときに、安定判定処理において、安定判定部１５ｃは、吸気圧力センサ１２から出力された電気信号に基づいて吸気圧を算出すると共に、クランクセンサ１３から出力された電気信号に基づいてエンジン回転数を算出し、各々算出した吸気圧及びエンジン回転数より第２の安定判断パラメータを算出する。安定判定部１５ｃは、例えば吸気圧の所定時間の変化量を一定時間積算した積算値と、エンジン回転数の所定時間の変化量を一定時間積算した積算値と、を乗算して第２の安定判断パラメータを算出する。そして、安定判定処理において、安定判定部１５ｃは、算出した第２の安定判断パラメータに基づいて正常に劣化判定処理が実行されているか否かを判定する。このように、第２の安定判断パラメータは、インジェクタ２ａの開弁時間の影響を受けないエンジン回転数と吸気圧とを用いて算出される。

ここで、エンジン回転数は、排気ガスの排気流速に関するパラメータであり、吸気圧は、排気ガス容量に関するパラメータである。

故障表示装置１６は、液晶ディスプレイ装置等の表示装置によって構成され、電子制御装置１５からの制御信号に従ってキャタライザー３の劣化等の故障情報を表示する。

このような構成を有する内燃機関の電子制御装置１５は、キャタライザーの劣化判定中においてキャタライザーを通過する排気ガス量の安定化を判定する際に、キャタライザーの劣化を判定するための操作によってキャタライザーを通過する排気ガス量が不安定と判定されることを防ぐことができ、特に下流側Ｏ_２センサ１４ｂの出力する電気信号の電圧の高低に応じたフィードバック制御により、混合気の空燃比が比較的大きく変動し易い上流側Ｏ_２センサ１４ａ及び下流側Ｏ_２センサ１４ｂを備える構成において効果的である。

以上の本実施形態における電子制御装置１５では、エンジン回転数とインジェクタ２ａの開弁時間とより算出する第１の安定判断パラメータに基づいて、劣化判定処理の実行が可能であると判定した場合に劣化判定処理を実行させると共に、劣化判定処理の実行中においてエンジン回転数とエンジン２の吸気圧とより算出される第２の安定判断パラメータに基づいて劣化判定処理が正常に実行されているか否かを判定するものであるため、キャタライザー３の劣化判定中において、キャタライザー３の劣化を判定するための操作によってキャタライザー３を通過する排気ガス量が不安定と判定されることを防ぐことができる。

本発明は、部材の種類、形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

具体的には、上記実施形態において、劣化判定部１５ｂが劣化判定処理を実行する前に、インジェクタ２ａの開弁時間とエンジン回転数とより算出した第１の安定判断パラメータに基づいて、劣化判定処理の実行を開始するか否かを判定したが、吸気圧とエンジン回転数とより算出した第２の安定判断パラメータに基づいて、劣化判定処理の実行を開始するか否かを判定してもよい。

以上のように、本発明においては、キャタライザーの劣化判定中において、キャタライザーの劣化を判定するための操作によってキャタライザーを通過する排気ガス量が不安定と判定されることを防ぐことができる電子制御装置を提供することができ、その汎用普遍的な性格から自動二輪車等の車両の内燃機関の電子制御装置に広範に適用され得るものと期待される。

２…エンジン
３…キャタライザー
４…排気管
５…吸気管
６…スロットルバルブ
１１…スロットル開度センサ
１２…吸気圧力センサ
１３…クランクセンサ
１４ａ…上流側Ｏ_２センサ
１４ｂ…下流側Ｏ_２センサ
１５…電子制御装置
１５ａ…空燃比制御部
１５ｂ…劣化判定部
１５ｃ…安定判定部
１６…故障表示装置

Claims (1)

1. 内燃機関の排気ガスを浄化するキャタライザーと、前記キャタライザーの下流側に設けられて前記排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサと、を備える前記内燃機関の電子制御装置であって、
   前記酸素濃度センサの検出結果に基づいて、前記キャタライザーの劣化を判定する劣化判定処理を実行する劣化判定部と、
   前記内燃機関の回転数と前記内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁の開弁時間とより算出する第１の安定判断パラメータに基づいて、前記劣化判定処理の実行が可能であると判定した場合に前記劣化判定処理を実行させると共に、前記劣化判定処理の実行中において前記回転数と前記内燃機関の吸気圧とより算出される第２の安定判断パラメータに基づいて前記劣化判定処理が正常に実行されているか否かを判定する安定判定部と、
   を有することを特徴とする電子制御装置。

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