JP2021085380A

JP2021085380A - 内燃機関の電子制御装置

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Publication number: JP2021085380A
Application number: JP2019215383A
Authority: JP
Inventors: 康太高津; Kota Takatsu
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2021-06-03

Abstract

【課題】内燃機関の燃焼状態に応じて触媒の劣化を判定することにより、触媒の劣化を正しく判定することができる内燃機関の電子制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の電子制御装置１は、下流側Ｏ２センサ１４ｂが出力する電気信号の電圧の高低に基づいて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周期に関する判定パラメータを算出し、判定パラメータと燃焼不安定判断閾値との比較結果に基づいて、劣化判定処理における判定結果を無効とし又は劣化判定処理を停止する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の電子制御装置に関し、特に、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒の劣化を判定する内燃機関の電子制御装置に関する。

近年、自動車等の車両においては、内燃機関の排気管に三元触媒等の触媒を有する触媒コンバータが装着されると共に、その触媒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。

このような状況において、特許文献１は、触媒の劣化判定装置に関し、内燃機関の排気系に配した触媒の上流側及び下流側に各々Ｏ_２センサを設け、内燃機関がフィードバック制御領域にあるときに上流側Ｏ_２センサ及び下流側Ｏ_２センサの出力に基づいて内燃機関の空燃比をフィードバック制御し、その際に下流側Ｏ_２センサの出力が基準電圧に対してリーン側及びリッチ側の一方から他方への反転を検出するまでの時間が所定値よりも短くなったときに、触媒の劣化を判定する構成を開示する。

特開平１０−１２１９４３号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１においては内燃機関の燃焼状態が安定していない場合には、触媒の劣化を正しく判定することができない可能性がある。

本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、内燃機関の燃焼状態に応じて触媒の劣化を判定することにより、触媒の劣化を正しく判定することができる内燃機関の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、車両に搭載された内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器から出力される電気信号に基づいて、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御処理を実行する空燃比制御部と、前記空燃比制御部が前記空燃比制御処理を実行しているときにおける前記酸素濃度検出器の電気信号に基づいて、前記内燃機関の排気系に設けられて前記内燃機関の排気ガスの浄化をする触媒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、を備える内燃機関の電子制御装置であって、前記劣化判定部は、前記酸素濃度検出器が出力する電気信号の電圧の高低に基づいて前記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周期に関する判定パラメータを算出し、前記判定パラメータと燃焼不安定判断閾値との比較結果に基づいて、前記劣化判定処理における判定結果を無効とし又は前記劣化判定処理を停止することを第１の局面とする。

本発明の第１の局面にかかる内燃機関の電子制御装置によれば、車両に搭載された内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器から出力される電気信号に基づいて、内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御処理を実行する空燃比制御部と、空燃比制御部が空燃比制御処理を実行しているときにおける酸素濃度検出器の電気信号に基づいて、内燃機関の排気系に設けられて内燃機関の排気ガスの浄化をする触媒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、を備える内燃機関の電子制御装置であって、劣化判定部は、酸素濃度検出器が出力する電気信号の電圧の高低に基づいて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周期に関する判定パラメータを算出し、判定パラメータと燃焼不安定判断閾値との比較結果に基づいて、劣化判定処理における判定結果を無効とし又は劣化判定処理を停止するものであるため、内燃機関の燃焼状態に応じて触媒の劣化を判定することにより、触媒の劣化を正しく判定することができる。

図１は、本発明の実施形態における内燃機関の電子制御装置の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施形態における劣化判定処理の流れの一例を示すフロー図である。図３は、本発明の実施形態における周期バラツキ判定処理の流れの一例を示すフロー図である。

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

＜内燃機関の電子制御装置の構成＞
図１を参照して、本実施形態における内燃機関の電子制御装置の構成について、詳細に説明する。

図１は、本実施形態における内燃機関の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１は、図示を省略する車両、典型的には自動二輪車に搭載され、エンジン２から排出される排気ガスの浄化を行う触媒３の劣化を判定するものである。エンジン２は、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、後述するＥＣＵ１５により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、触媒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、典型的には三元触媒である。

具体的には、内燃機関の電子制御装置１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、上流側酸素濃度検出器である上流側Ｏ_２センサ１４ａ、下流側酸素濃度検出器である下流側Ｏ_２センサ１４ｂ、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１５、及び故障表示装置１６を備えている。

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ＥＣＵ１５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力として検出し、このように検出した吸気圧力を示す電気信号をＥＣＵ１５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ＥＣＵ１５に出力する。

上流側Ｏ_２センサ１４ａは、触媒３の上流側における排気管４に連通すると共に触媒３に近接して配置され、触媒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、検出した酸素濃度の高低を示す電気信号をＥＣＵ１５に出力する。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、リッチと表現することがある）、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がある）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、上記の所定閾値濃度は、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、触媒３の下流側における排気管４に連通すると共に触媒３に近接して配置され、触媒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、検出した酸素濃度の高低を示す電気信号をＥＣＵ１５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、便宜上、下流側Ｏ_２センサ１４ｂのその他の詳細な説明は省略する。

ＥＣＵ１５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。ＥＣＵ１５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、内燃機関の電子制御装置１全体の動作を制御する。

また、ＥＣＵ１５は、空燃比制御部１５ａ及び劣化判定部１５ｂ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し、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触媒３の劣化を判定する後述の劣化判定処理を実行する。

具体的には、触媒３が劣化していない場合には、触媒３の酸素貯蔵能力（ＯＳＣ）が高いために、触媒３は多量の酸素を吸蔵することができる一方で、触媒３が劣化している場合には、触媒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反転周期に関するパラメータ（例えば、反転周期の値又は反転周期に比例した値等）が、所定値よりも小さいときに、触媒が劣化していると判定することが可能となる。この所定値は、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、劣化判定処理については、触媒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、及びエンジン２の負荷の変動量が劣化判定に要求される範囲内であるときに実行されることが前提となる。更に、劣化判定部１５ｂは、劣化判定処理によってエンジンの燃焼状態が安定していないと判定（燃焼不安定有りと判定）した場合には、劣化判定処理における触媒３の劣化の有無の判定結果を無効にする。

また、空燃比制御部１５ａは、劣化判定部１５ｂが劣化判定処理を実行しているときにおいて、下流側Ｏ_２センサ１４ｂがエンジン２の排気ガス中の酸素濃度の高低を検出することにより、下流側Ｏ_２センサ１４ｂが出力する電気信号の電圧が、エンジン２に供給される混合気の空燃比が理論空燃比を挟んでリッチ側からリーン側に反転したことを示す第１の反転状態になったときには、エンジン２に供給される混合気の空燃比がリッチ側になるように燃料補正値（具体的には、エンジン回転数等に基づいて算出される基本燃料値に対し、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いずれかになるように乗算等されて適用される補正係数）を算出し、このように算出した燃料補正値を用いて空燃比のフィードバック制御を実行すると共に、上流側Ｏ_２センサ１４ａがエンジン２の排気ガス中の酸素濃度の高低を検出することにより、上流側Ｏ_２センサ１４ａが出力する電気信号の電圧が混合気の空燃比が理論空燃比を挟んでリーン側からリッチ側に反転したことを示す時点から第１の所定時間が経過した時点での燃料補正値である第１の燃料補正値（第１の所定時間が経過した時点での算出値）を下流側Ｏ_２センサ１４ｂの出力する電気信号の電圧がリーン側からリッチ側に反転するまで、エンジンに供給される混合気がよりリッチとなるように変化させ続ける。

更に、空燃比制御部１５ａは、劣化判定部１５ｂが劣化判定処理を実行しているときにおいて、下流側Ｏ_２センサ１４ｂがエンジン２の排気ガス中の酸素濃度の高低を検出することにより、下流側Ｏ_２センサ１４ｂが出力する電気信号の電圧が、エンジン２に供給される混合気の空燃比が理論空燃比を挟んでリーン側からリッチ側に反転したことを示す第２の反転状態になったときには、エンジン２に供給される混合気の空燃比がリーン側になるように燃料補正値を算出し、このように算出した燃料補正値を用いて空燃比のフィードバック制御を実行すると共に、上流側Ｏ_２センサ１４ａがエンジン２の排気ガス中の酸素濃度の高低を検出することにより、上流側Ｏ_２センサ１４ａが出力する電気信号の電圧が混合気の空燃比が理論空燃比を挟んでリッチ側からリーン側に反転したことを示す時点から第２の所定時間が経過した時点での燃料補正値である第２の燃料補正値（第２の所定時間が経過した時点での算出値）を下流側Ｏ_２センサ１４ｂの出力する電気信号の電圧がリッチ側からリーン側に反転するまで、エンジンに供給される混合気がよりリーンとなるよう変化させ続ける。

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、ＥＣＵ１５からの制御信号に従って触媒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１は、以下に示すように、触媒３の劣化を判定する劣化判定処理を実行することにより、エンジン２の燃焼状態に応じて触媒３の劣化を判定することにより、触媒３の劣化を正しく判定する。以下、図２及び図３をも参照して、劣化判定処理を実行する際の内燃機関の電子制御装置１の動作について説明する。

＜劣化判定処理＞
図２は、本発明の実施形態における劣化判定処理の流れの一例を示すフロー図である。また、図３は、本発明の実施形態における周期バラツキ判定処理の流れの一例を示すフロー図である。

図２に示す劣化判定処理は、内燃機関の電子制御装置１が稼働して空燃比制御部１５ａが空燃比制御処理を開始したタイミングで開始となり、劣化判定処理はステップＳ１の処理に進む。図２に示す劣化判定処理は、空燃比制御部１５ａが空燃比制御処理を実行している間、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１の処理では、劣化判定部１５ｂが、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反転周期に関する判定パラメータを算出する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、劣化判定処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、劣化判定部１５ｂが、算出した判定パラメータを図示しないメモリにストア（格納）する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、劣化判定処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、劣化判定部１５ｂが、判定パラメータを規定回数算出したか否かを判定する。規定回数は、例えば３回である。判定の結果、判定パラメータを規定回数算出していない場合には、劣化判定部１５ｂは、劣化判定処理をステップＳ１の処理に戻す。一方、判定パラメータを規定回数算出した場合には、劣化判定部１５ｂは、劣化判定処理をステップＳ４の処理に進める。

ステップＳ４の処理では、劣化判定部１５ｂが、図３に詳細を示す周期バラツキ判定処理を実行する。図３に示す周期バラツキ判定処理は、劣化判定処理におけるステップＳ３の処理において判定パラメータを規定回数算出したタイミングで開始となり、周期バラツキ判定処理はステップＳ２１の処理に進む。

ステップＳ２１の処理では、劣化判定部１５ｂが、規定回数において算出した判定パラメータの標準偏差をバラツキ偏差として算出する。判定パラメータの標準偏差をバラツキ偏差とすることにより、判定パラメータのバラツキを精度よく検出することができる。これにより、ステップＳ２１の処理は完了し、周期バラツキ判定処理はステップＳ２２の処理に進む。

ステップＳ２２の処理では、劣化判定部１５ｂが、クランクセンサ１３から入力された電気信号に基づいてエンジン２の回転数を算出し、図示しないメモリに予め格納されているエンジン２の回転数と燃焼不安定判断閾値とを対応付けたテーブルにおいて、算出したエンジン２の回転数に対応付けられている燃焼不安定判断閾値を求めることにより、エンジン２の回転数に応じた燃焼不安定判断閾値を設定する。これにより、ステップＳ２２の処理は完了し、周期バラツキ判定処理はステップＳ２３の処理に進む。

ステップＳ２３の処理では、劣化判定部１５ｂが、ステップＳ２１の処理で算出したバラツキ偏差がステップＳ２２の処理で設定した燃焼不安定判断閾値未満であるか否かを判定する。判定の結果、バラツキ偏差が燃焼不安定判断閾値未満の場合には、劣化判定部１５ｂは、周期バラツキ判定処理をステップＳ２４の処理に進める。一方、バラツキ偏差が燃焼不安定判断閾値以上の場合には、劣化判定部１５ｂは、周期バラツキ判定処理をステップＳ２５の処理に進める。

ステップＳ２４の処理では、劣化判定部１５ｂが、燃焼不安定無しと判断する。これにより、ステップＳ２４の処理は完了し、周期バラツキ判定処理は終了して、図２に示す劣化判定処理に戻って劣化判定処理をステップＳ５の処理に進める。

ステップＳ２５の処理では、劣化判定部１５ｂが、燃焼不安定有りと判断する。これにより、ステップＳ２５の処理は完了し、周期バラツキ判定処理は終了して、図２に示す劣化判定処理に戻って劣化判定処理をステップＳ５の処理に進める。

なお、上記の周期バラツキ判定処理において、判定パラメータの標準偏差を用いて燃焼不安定の有無を判定したが、これに限らず、判定パラメータの今回値から前回値を減算して差分値を求めると共に、求めた差分値が燃焼不安定判断閾値以上の場合に燃焼不安定有りと判定してもよい。

図２に戻って、ステップＳ５の処理では、劣化判定部１５ｂが、ステップＳ２の処理でストアした判定パラメータのうちの最新の判定パラメータが劣化判定閾値より大きいか否かを判定する。判定の結果、最新の判定パラメータが劣化判定閾値より大きい場合には、劣化判定部１５ｂは、劣化判定処理をステップＳ６の処理に進める。一方、最新の判定パラメータが劣化判定閾値以下の場合には、劣化判定部１５ｂは、劣化判定処理をステップＳ７の処理に進める。

ステップＳ６の処理では、劣化判定部１５ｂが、触媒３が劣化していない正常状態であると判定する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、劣化判定処理はステップＳ８の処理に進む。

ステップＳ７の処理では、劣化判定部１５ｂが、触媒３が劣化している異常劣化状態であると判定する。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、劣化判定処理はステップＳ８の処理に進む。

ステップＳ８の処理では、劣化判定部１５ｂが、図３に示す周期バラツキ判定処理において燃焼不安定無しと判定したか否かを判定する。判定の結果、燃焼不安定無しと判定した場合には、劣化判定部１５ｂは、劣化判定処理をステップＳ９の処理に進める。一方、燃焼不安定有りと判定した場合には、劣化判定部１５ｂは、劣化判定処理をステップＳ１０の処理に進める。

ステップＳ９の処理では、劣化判定部１５ｂが、ステップＳ６の処理又はステップＳ７の処理における判定結果を有効とする。これにより、ステップＳ９の処理は完了し、劣化判定処理は終了する。

ステップＳ１０の処理では、劣化判定部１５ｂが、ステップＳ６の処理又はステップＳ７の処理における判定結果を無効とする。これにより、ステップＳ１０の処理は完了し、劣化判定処理は終了する。

ここで、上記の劣化判定処理において、ステップＳ８の処理で燃焼不安定有りの場合に判定結果を無効としたが、これに限らず、ステップＳ６の処理又はステップＳ７の処理の前にステップＳ８の処理と同様の処理を実行し、この処理において燃焼不安定有りの場合には劣化判定処理を停止するようにしてもよい。

因みに、高回転型エンジンを搭載することが多い自動二輪車においては、低負荷領域等においてエンジン２の燃焼状態が不安定となり易いため、従来の劣化判定処理により触媒３の劣化を判定する場合に、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反転周期がばらついて、触媒３の劣化の誤判定又は判定漏れを生じる可能性がある。本実施形態では、このような触媒３の劣化の誤判定又は判定漏れを防ぐことができる。

以上の本実施形態における内燃機関の電子制御装置１では、下流側Ｏ_２センサ１４ｂが出力する電気信号の電圧の高低に基づいて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周期に関する判定パラメータを算出し、判定パラメータと燃焼不安定判断閾値との比較結果に基づいて、劣化判定処理における判定結果を無効とし又は劣化判定処理を停止するものであるため、エンジン２の燃焼状態に応じて触媒３の劣化を判定することにより、触媒３の劣化を正しく判定することができる。

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、反転周期の値又は反転周期に比例した値等の判定パラメータを用いて燃焼不安定の有無を判定したが、触媒３の酸素吸蔵能力（ＯＳＣ）を判定パラメータとして用いてもよい。

また、上記実施形態において、上流側Ｏ_２センサ１４ａの出力及び下流側Ｏ_２センサ１４ｂの出力に基づいて空燃比制御処理を実行したが、上流側Ｏ_２センサ１４ａを設けずに、下流側Ｏ_２センサ１４ｂの出力のみに基づいて空燃比制御処理を実行してもよい。

以上のように、本発明においては、内燃機関の燃焼状態に応じて触媒の劣化を判定することにより、触媒の劣化を正しく判定することができる内燃機関の電子制御装置を提供することができるものであり、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。

１…内燃機関の電子制御装置
２…エンジン
２ａ…インジェクタ
３…触媒
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…ＥＣＵ
１５ａ…空燃比制御部
１５ｂ…劣化判定部
１６…故障表示装置

Claims

車両に搭載された内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出器から出力される電気信号に基づいて、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御処理を実行する空燃比制御部と、前記空燃比制御部が前記空燃比制御処理を実行しているときにおける前記酸素濃度検出器の電気信号に基づいて、前記内燃機関の排気系に設けられて前記内燃機関の排気ガスの浄化をする触媒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、を備える内燃機関の電子制御装置であって、
前記劣化判定部は、
前記酸素濃度検出器が出力する電気信号の電圧の高低に基づいて前記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周期に関する判定パラメータを算出し、前記判定パラメータと燃焼不安定判断閾値との比較結果に基づいて、前記劣化判定処理における判定結果を無効とし又は前記劣化判定処理を停止する、
ことを特徴とする内燃機関の電子制御装置。