JP2021139340A - Internal combustion engine control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両等に搭載される内燃機関を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for controlling an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
一般に、内燃機関の排気通路には、気筒から排出される排気ガス中に含まれる有害物質HC、CO、NOxを酸化/還元して無害化する三元触媒が装着されている。HC、CO、NOxの全てを効率よく浄化するには、混合気の空燃比をウィンドウと称する理論空燃比近傍の一定範囲に収める必要がある。 Generally, the exhaust passage of an internal combustion engine is equipped with a three-way catalyst that oxidizes / reduces harmful substances HC, CO, and NO x contained in the exhaust gas discharged from the cylinder to make them harmless. In order to efficiently purify all of HC, CO, and NO x , it is necessary to keep the air-fuel ratio of the air-fuel mixture within a certain range near the theoretical air-fuel ratio called a window.
そのために、従来より、排気通路における触媒の上流及び下流にそれぞれ空燃比センサを配し、それら空燃比センサの出力信号を参照する二重のフィードバックループを構築して、空燃比をフィードバック制御している。内燃機関の運転制御を司るECU(Electronic Control Unit)は、気筒に吸入される空気(新気)の量に比例する基本噴射量に、触媒に流入するガスの空燃比(触媒の上流に設置した空燃比センサが検出する空燃比)と目標空燃比との偏差に応じて変動するフィードバック補正係数を乗じることで、インジェクタからの燃料噴射量を決定する(例えば、下記特許文献を参照)。 For this purpose, conventionally, air-fuel ratio sensors are arranged upstream and downstream of the catalyst in the exhaust passage, and a double feedback loop that refers to the output signals of the air-fuel ratio sensors is constructed to feedback-control the air-fuel ratio. There is. The ECU (Electronic Control Unit), which controls the operation of the internal combustion engine, has an air-fuel ratio (installed upstream of the catalyst) of the gas flowing into the catalyst to a basic injection amount proportional to the amount of air (fresh air) taken into the cylinder. The fuel injection amount from the injector is determined by multiplying the feedback correction coefficient that fluctuates according to the deviation between the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor and the target air-fuel ratio (see, for example, the following patent documents).
触媒から排出されるガスの空燃比(触媒の下流に設置した空燃比センサが検出する空燃比)の変動は、触媒の最大酸素吸蔵能力近くまで酸素が吸蔵されて酸素が過剰となった事実、または触媒に吸蔵されていた酸素の大半が消費されて酸素が欠乏した事実を示す。触媒内に酸素が充満すると、NOxの還元が難しくなり、NOxが排出されやすくなる。翻って、触媒内で酸素が不足すると、HCやCOの酸化が困難となり、これらが排出されやすくなる。触媒から排出されるガスの空燃比に基づき、触媒に流入するガスの空燃比を補正することは、有害物質の排出抑制にとって非常に有効である。 Fluctuations in the air-fuel ratio of the gas discharged from the catalyst (the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor installed downstream of the catalyst) are due to the fact that oxygen was occluded near the maximum oxygen storage capacity of the catalyst and oxygen became excessive. Or it indicates the fact that most of the oxygen occluded in the catalyst is consumed and oxygen is deficient. If the oxygen in the catalyst is filled, the reduction of the NO x becomes difficult, NO x is easily discharged. On the other hand, when oxygen is insufficient in the catalyst, it becomes difficult to oxidize HC and CO, and these are easily discharged. Correcting the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst based on the air-fuel ratio of the gas discharged from the catalyst is very effective in suppressing the emission of harmful substances.
触媒の最大酸素吸蔵能力は、経年劣化に伴い徐々に減退してゆく。一方、現状の制御では、触媒に流入するガスの空燃比に対する目標空燃比の初期値を、内燃機関の運転領域により一律に決定している。 The maximum oxygen storage capacity of the catalyst gradually declines as it deteriorates over time. On the other hand, in the current control, the initial value of the target air-fuel ratio with respect to the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst is uniformly determined according to the operating region of the internal combustion engine.
従って、現在の触媒内の雰囲気、換言すれば酸素吸蔵量が、有害物質HC、CO、NOxの全てを酸化/還元処理するのに適した状態となっていない時期が生じることがあった。触媒内の雰囲気は、触媒の下流の空燃比センサの出力信号を参照したフィードバックループによって徐々に改善されてゆく。これにより、現在の触媒の劣化の度合い即ち酸素吸蔵能力を加味した修正が施されてゆくが、その修正が完了するまでの間、一時的に有害物質の排出量が増加する懸念がある。 Therefore, there may be a time when the current atmosphere in the catalyst, in other words, the amount of oxygen occlusion, is not in a state suitable for oxidizing / reducing all of the harmful substances HC, CO, and NO x. The atmosphere inside the catalyst is gradually improved by a feedback loop that refers to the output signal of the air-fuel ratio sensor downstream of the catalyst. As a result, corrections will be made in consideration of the degree of deterioration of the current catalyst, that is, the oxygen storage capacity, but there is a concern that the amount of harmful substances emitted will temporarily increase until the correction is completed.
本発明は、以上の問題に着目してなされたものであり、内燃機関の運転中に排出される有害物質の量をより一層削減することを所期の目的としている。 The present invention has been made by paying attention to the above problems, and an object of the present invention is to further reduce the amount of harmful substances emitted during the operation of an internal combustion engine.
本発明では、内燃機関の排気通路に装着した排気浄化用の触媒を流通するガスの空燃比を空燃比センサを介して検出し、その空燃比を目標空燃比に収束させるフィードバック制御を実施する制御装置であって、前記触媒の劣化の度合いに応じて前記目標空燃比に加味する補正量を変更する内燃機関の制御装置を構成した。 In the present invention, control is performed to detect the air-fuel ratio of the gas flowing through the exhaust gas purification catalyst mounted in the exhaust passage of the internal combustion engine via the air-fuel ratio sensor and perform feedback control to converge the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio. The device comprises a control device for an internal combustion engine that changes a correction amount to be added to the target air-fuel ratio according to the degree of deterioration of the catalyst.
本発明によれば、内燃機関の運転中に排出される有害物質の量をより一層削減できる。 According to the present invention, the amount of harmful substances emitted during the operation of the internal combustion engine can be further reduced.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の4ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒1(例えば、三気筒。図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1の吸気バルブよりも上流、各気筒1に連なる吸気ポートの近傍には、吸気ポートに向けて燃料を噴射するインジェクタ11を設けている。また、各気筒1の燃焼室の天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。点火プラグ12は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を起こすものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle according to the present embodiment. The internal combustion engine of the present embodiment is a spark-ignition 4-stroke gasoline engine, and includes a plurality of cylinders 1 (for example, three cylinders, one of which is illustrated in FIG. 1). An injector 11 for injecting fuel toward the intake port is provided upstream of the intake valve of each cylinder 1 and in the vicinity of the intake port connected to each cylinder 1. Further, a
吸気を気筒1に供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。
The intake passage 3 for supplying intake air to the cylinder 1 takes in air from the outside and guides it to the intake port of each cylinder 1. An
排気を気筒1から排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させたことで生じる排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42及び排気浄化用の三元触媒41を配置している。
The
排気通路4における触媒41の上流及び下流には、排気通路4を流通するガスの空燃比を検出するための空燃比センサ43、44を設置する。空燃比センサ43、44はそれぞれ、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアA/Fセンサであってもよく、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するO2センサであってもよい。本実施形態では、触媒41の上流の空燃比センサ43としてリニアA/Fセンサを、触媒41の下流の空燃比センサ44としてO2センサを想定している。
Air-
リニアA/Fセンサ43の出力電圧fは、触媒41に流入するガスの空燃比がリーンであるほど高くなる。
The output voltage f of the linear A /
他方、O2センサ44の出力電圧gは、触媒41から流出するガスの空燃比がリーンであるほど低くなる。特に、理論空燃比近傍の一定範囲では空燃比に対する出力の変化率が大きく急峻な傾きを示し、それよりも空燃比がリーンである領域では低位飽和値に漸近し、それよりも空燃比がリッチである領域では高位飽和値に漸近する、いわゆるZ特性曲線を描く。
On the other hand, the output voltage g of the O 2
因みに、排気通路4における触媒41及び空燃比センサ44の下流に、さらなる排気浄化用の触媒(図示せず)を付設することがある。
Incidentally, a catalyst for further exhaust gas purification (not shown) may be attached downstream of the
排気ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation)装置2は、排気通路4と吸気通路3とを連通する外部EGR通路21と、EGR通路21上に設けたEGRクーラ22と、EGR通路21を開閉し当該EGR通路21を流れるEGRガスの流量を制御するEGRバルブ23とを要素とする。EGR通路21の入口は、排気通路4における触媒41の下流の所定箇所に接続している。EGR通路21の出口は、吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流の所定箇所(特に、サージタンク33若しくは排気マニホルド34)に接続している。
The exhaust gas recirculation device 2 opens and closes the
本実施形態の内燃機関の制御装置たるECU0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ECU0は、複数基のECUまたはコントローラが、CAN(Controller Area Network)等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。
The
ECU0の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、内燃機関のクランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号b、運転者によるアクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度(いわば、要求されるエンジン負荷率またはエンジントルク)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号d、吸気通路3(特に、サージタンク33若しくは吸気マニホルド34)内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号e、触媒41の上流における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ43から出力される空燃比信号f、触媒41の下流における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ44から出力される空燃比信号g、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号h等が入力される。
The input interface of ECU0 has a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal b output from a crank angle sensor that detects the rotation angle of the crank shaft of an internal combustion engine and the engine rotation speed. , Accelerator opening signal c output from a sensor that detects the amount of depression of the accelerator pedal by the driver or the opening of the
ECU0の出力インタフェースからは、火花点火装置のイグナイタに対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k、EGRバルブ23に対して開度操作信号l等を出力する。
From the output interface of
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に吸入される空気(新気)量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸入空気量等に基づき、要求燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、要求EGR率(または、EGRガス量)、点火タイミング(一度の燃焼に対する火花点火の回数を含む)、要求EGR率(または、EGRガス量)等といった各種運転パラメータを決定する。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、lを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of
燃料噴射量を決定するに際して、ECU0は、まず、気筒1に吸入される空気の量を求め、その吸入空気量に比例する(吸入空気量に応じて理論空燃比またはその近傍の空燃比を実現できような)燃料噴射量の基本量TPを決定する。吸入空気量は、現在のエンジン回転数、現在のサージタンク33若しくは吸気マニホルド34内の吸気圧、並びに現在ECU0から吸気VVT(Variable Valve Timing)機構に与えている吸気バルブの開閉タイミングの目標位相角等を基に推算する。吸入空気量の推算値に、現在の吸気温や大気圧等に応じた補正を加えてもよい。この吸入空気量の推算の手法は、公知のものである。
When determining the fuel injection amount, the
次いで、この基本噴射量TPを、触媒41に流入するガスの空燃比とその目標値との偏差に応じたフィードバック補正係数FAFや、環境条件その他の状況に応じて定まる各種補正係数Kにより補正する。フィードバック補正係数FAF、Kはそれぞれ、1を中心に増減する正数である。さらに、インジェクタ11を開弁しても燃料が噴出しない無効噴射時間TAUVを加味して、最終的な燃料噴射時間T、即ちインジェクタ11を開弁する時間を算定する。燃料噴射時間Tは、
T=TP×FAF×K+TAUV
となる。ECU0は、燃料噴射時間Tだけインジェクタ11に対して信号jを入力し、インジェクタ11を開弁して燃料を噴射させる。
Next, this basic injection amount TP is corrected by a feedback correction coefficient FAF according to the deviation between the air-fuel ratio of the gas flowing into the
T = TP x FAF x K + TAUV
Will be. The
空燃比フィードバック制御は、気筒1に充填される混合気の空燃比、ひいては気筒1から排出され触媒41へと導かれる排気ガスの空燃比を所望の目標空燃比に収束させ、以て触媒41における有害物質の浄化能率を最大化するものである。空燃比フィードバック補正係数FAFは、触媒41の上流の空燃比センサ43の出力信号fに基づいて定める。図2に示すように、ECU0は、触媒41の上流のガスの空燃比を検出する空燃比センサ43の出力電圧fを、目標空燃比に相当する判定電圧値と比較して、その判定電圧値よりも高ければリーン、判定電圧値よりも低ければリッチと判定する。そして、ECU0は、触媒41の上流のガスの空燃比の判定結果に基づき、フィードバック補正係数FAFを増減調整する。
The air-fuel ratio feedback control converges the air-fuel ratio of the air-fuel mixture filled in the cylinder 1, and eventually the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the cylinder 1 and led to the
具体的には、触媒41の上流のガスの空燃比の判定結果がリーンからリッチに反転した(下記の遅延時間TDRが経過した)時点で、フィードバック補正係数FAFをスキップ値RSMだけ減少させる。加えて、空燃比がリッチであると判定している間、フィードバック補正係数FAFを演算サイクル(制御サイクル)あたりリーン積分値KIMだけ逓減させる。演算サイクルの周期は、内燃機関が備える個々の気筒1が新たなサイクル(吸気行程−圧縮行程−膨脹行程−排気行程の一連)を迎える周期に等しい。なお、リーン積分値KIMの絶対値を、判定電圧値と空燃比センサ43の出力電圧値fとの差分または比の絶対値が大きいほど大きくすることも考えられる。
Specifically, when the determination result of the air-fuel ratio of the gas upstream of the
他方、触媒41の上流のガスの空燃比の判定結果がリッチからリーンに反転した(下記の遅延時間TDLが経過した)時点で、フィードバック補正係数FAFをスキップ値RSPだけ増加させる。加えて、空燃比がリーンであると判定している間、フィードバック補正係数FAFを演算サイクルあたりリッチ積分値KIPだけ逓増させる。なお、リッチ積分値KIPの絶対値を、空燃比センサ43の出力電圧値fと判定電圧値との差分または比の絶対値が大きいほど大きくすることも考えられる。
On the other hand, when the determination result of the air-fuel ratio of the gas upstream of the
基本噴射量TPに乗ずるフィードバック補正係数FAFが減少すると、インジェクタ11による燃料噴射量が絞られて、混合気の空燃比がリーンへと向かう。フィードバック補正係数FAFが増加すると、インジェクタ11による燃料噴射量が上積みされて、混合気の空燃比がリッチへと向かう。 When the feedback correction coefficient FAF multiplied by the basic injection amount TP decreases, the fuel injection amount by the injector 11 is reduced, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture tends toward lean. When the feedback correction coefficient FAF increases, the fuel injection amount by the injector 11 is increased, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture becomes rich.
但し、空燃比センサ43の出力電圧fが判定電圧値を跨ぐように変動したときには、即時に触媒41の上流のガスの空燃比の判定結果を反転させるのではなく、遅延時間TDL、TDRの経過を待ってから判定結果を反転させる。即ち、空燃比センサ43の出力電圧fがリッチからリーンに切り替わった(判定電圧値を下回った)ときには、リーン判定遅延時間TDLの経過の後、空燃比がリッチからリーンに反転したと判断する。並びに、空燃比センサ43の出力電圧fがリーンからリッチに切り替わった(判定電圧値を上回った)ときには、リッチ判定遅延時間TDRの経過の後、空燃比がリーンからリッチに反転したと判断する。
However, when the output voltage f of the air-
リーン判定遅延時間TDL及びリッチ判定遅延時間TDRを設けているのは、空燃比センサ43の出力信号fにノイズが混入した場合に、空燃比のリーン/リッチの判定結果が短期間に複数回反転して燃料噴射量が振動するように増減するチャタリングを起こすことを予防する意図である。
The lean determination delay time TDL and the rich determination delay time TDR are provided so that when noise is mixed in the output signal f of the air-
遅延時間TDL、TDRは、補正量FACFに応じて増減する。図3に、補正量FACFと遅延時間TDL、TDRとの関係を例示する。図3中、リーン判定遅延時間TDLを破線で表し、リッチ判定遅延時間TDRを実線で表している。補正量FACFが大きくなるほど、リーン判定遅延時間TDLは短縮され、リッチ判定遅延時間TDRは延長される。さすれば、フィードバック補正係数FAFが増加から減少に転じる時期が遅れ、減少から増加に転じる時期が早まる。結果、燃料噴射量が平均的に増すこととなり、空燃比フィードバック制御により収束させるべき触媒41に流入するガスの空燃比の目標がリッチ側に変位する。
The delay times TDL and TDR increase or decrease according to the correction amount FACF. FIG. 3 illustrates the relationship between the correction amount FACF and the delay times TDL and TDR. In FIG. 3, the lean determination delay time TDL is represented by a broken line, and the rich determination delay time TDR is represented by a solid line. As the correction amount FACF becomes larger, the lean determination delay time TDL is shortened and the rich determination delay time TDR is extended. Then, the time when the feedback correction coefficient FAF changes from an increase to a decrease is delayed, and the time when the feedback correction coefficient FAF changes from a decrease to an increase is advanced. As a result, the fuel injection amount increases on average, and the target of the air-fuel ratio of the gas flowing into the
逆に、補正量FACFが小さくなるほど、リーン判定遅延時間TDLは延長され、リッチ判定遅延時間TDRは短縮される。さすれば、フィードバック補正係数FAFが増加から減少に転じる時期が早まり、減少から増加に転じる時期が遅れる。結果、燃料噴射量が平均的に減ることとなり、触媒41に流入するガスの空燃比の目標がリーン側に変位する。
On the contrary, as the correction amount FACF becomes smaller, the lean determination delay time TDL is extended and the rich determination delay time TDR is shortened. Then, the time when the feedback correction coefficient FAF changes from an increase to a decrease is advanced, and the time when the feedback correction coefficient FAF changes from a decrease to an increase is delayed. As a result, the fuel injection amount is reduced on average, and the target of the air-fuel ratio of the gas flowing into the
ECU0は、空燃比フィードバック制御中、上記の補正量FACFをも算出する。図4に示すように、ECU0は、補正量FACFを算定するにあたり、触媒41の下流のガスの空燃比を検出する空燃比センサ44の出力電圧gを、理論空燃比またはその近傍の目標空燃比に相当する判定電圧値と比較して、その判定電圧値よりも高ければリーン、判定電圧値よりも低ければリッチと判定する。この判定電圧値は、空燃比センサ43の出力信号fと比較される判定電圧値とは必ずしも一致しない。その上で、触媒41の下流のガスの空燃比の判定結果に基づき、補正量FACFを増減調整する。
The
具体的には、触媒41の下流のガスの空燃比がリッチであると判定している間、補正量FACFを演算サイクルあたりリーン積分値FACFKIMだけ逓減させる一方、空燃比がリーンであると判定している間は、補正量FACFを演算サイクルあたりリッチ積分値FACFKIPだけ逓増させる。なお、リーン積分値FACFKIMの絶対値を、判定電圧値と空燃比センサ44の出力電圧値gとの差分または比の絶対値が大きいほど大きくしてもよく、リッチ積分値FACFKIPの絶対値を、空燃比センサ44の出力電圧gと判定電圧値との差分または比の絶対値が大きいほど大きくしてもよい。既に述べた通り、補正量FACFが減少すると、触媒41に流入するガスの目標空燃比がリーンへと向かい、補正量FACFが増加すると、触媒41に流入するガスの目標空燃比がリッチへと向かう。
Specifically, while it is determined that the air-fuel ratio of the gas downstream of the
内燃機関の運転中、ECU0は、今触媒41に吸蔵している酸素の量を随時推算している。過去のある時点tにおける燃料噴射量をGf(t)、同時点tにおいて空燃比センサ43を介して検出した実測空燃比から理論空燃比を減算した差分をΔA/F(t)、空気中に占める酸素の重量割合(≒0.23)をαとおくと、触媒41の酸素吸蔵量OSを、
OS=α∫{ΔA/F(t)×Gf(t)}dt
のように時間積分の形で求めることができる。但し、触媒41の酸素吸蔵量OSは、同触媒41の最大酸素吸蔵能力を超えない。
During the operation of the internal combustion engine, the
OS = α∫ {ΔA / F (t) × G f (t)} dt
It can be obtained in the form of time integration as in. However, the oxygen storage capacity OS of the
ECU0は、ダイアグノーシス(自己診断)機能として、現在の触媒41の酸素吸蔵能力の推定を行う。例えば、内燃機関及び車両の運転に悪影響を及ぼさない時機に、気筒1に空燃比リーンの混合気を供給して触媒41の酸素吸蔵能力一杯まで酸素を吸蔵している状態から、気筒1に供給する混合気を意図的に空燃比リッチに操作するアクティブ制御を実行する。すると、触媒41の上流の空燃比センサ43の出力信号fは即座に空燃比リッチを示す一方、触媒41の下流の空燃比センサ44の出力信号gは上流の空燃比センサ43の出力信号fに遅れて空燃比リッチを示す。触媒41の上流の空燃比センサ43の出力信号fが空燃比リッチを示してから(または、混合気を空燃比リッチに操作してから)下流の空燃比センサ44の出力信号gが空燃比リッチを示すまでの間、触媒41に吸蔵していた酸素が放出されて酸素の不足が補われるためである。この期間における触媒41の吸蔵酸素量OS(触媒41からの酸素放出量であり、負値となる)を算出すれば、それが触媒41の最大酸素吸蔵能力となる。
ECU0 estimates the oxygen storage capacity of the
あるいは、内燃機関の気筒1に空燃比リッチの混合気を供給して触媒41に酸素を全く吸蔵していない状態から、気筒1に供給する混合気を意図的に空燃比リーンに操作するアクティブ制御を実行する。すると、触媒41の上流の空燃比センサ43の出力信号fは即座に空燃比リーンを示す一方、触媒41の下流の空燃比センサ44の出力信号gは上流の空燃比センサ43の出力信号fに遅れて空燃比リーンを示す。触媒41の上流の空燃比センサ43の出力信号fが空燃比リーンを示してから(または、混合気を空燃比リーンに操作してから)下流の空燃比センサ44の出力信号gが空燃比リーンを示すまでの間、過剰な酸素が触媒41に吸着するためである。この期間における触媒41の吸蔵酸素量OSを算出すれば、それが触媒41の最大酸素吸蔵能力となる。
Alternatively, active control in which the air-fuel ratio rich air-fuel mixture is supplied to the cylinder 1 of the internal combustion engine and oxygen is not occluded in the
触媒41の酸素吸蔵能力は、経年変化により徐々に低減してゆく。であるから、触媒41の酸素吸蔵能力を求めることが、触媒41の劣化の度合いを推定することになる。
The oxygen storage capacity of the
空燃比フィードバック制御において、触媒41から排出されるガスの目標空燃比は、原則として一定である。これに対し、触媒41に流入するガスの目標空燃比は、常時一定ではない。本実施形態のECU0は、触媒41に流入するガスの目標空燃比を、現在の触媒41の酸素吸蔵能力、換言すれば触媒41の経年劣化の度合いを加味して決定する。
In the air-fuel ratio feedback control, the target air-fuel ratio of the gas discharged from the
より詳しくは、触媒41に流入するガスの目標空燃比を、内燃機関の運転領域[エンジン回転数,アクセル開度(または、サージタンク33若しくは吸気マニホルド34内の吸気圧(空気の分圧)、吸入空気量、あるいは燃料噴射量)]に応じたベース値に、触媒41の劣化の度合いに応じた補正量である係数(劣化指数)を乗じて求める。
More specifically, the target air-fuel ratio of the gas flowing into the
ECU0のメモリには予め、内燃機関の運転領域を示すパラメータと、上記の目標空燃比のベース値との関係を規定したマップデータが格納されている。ECU0は、現在の内燃機関の運転領域をキーとして当該マップを検索し、目標空燃比のベース値を知得する。
In the memory of the
一例を挙げると、運転領域がより高回転及び/またはより高負荷の運転領域に遷移する際には、触媒41の上流でのガスの目標空燃比のベース値が、理論空燃比よりもリッチ側に偏倚する。空燃比センサ43がリニアA/Fセンサ43であるならば、その出力電圧fと比較するべき判定電圧値のベース値が、理論空燃比に対応した電圧値よりも低位となる。
As an example, when the operating region transitions to a higher rotation and / or higher load operating region, the base value of the target air-fuel ratio of the gas upstream of the
並びに、ECU0のメモリには予め、触媒41の劣化の度合いを示唆する酸素吸蔵能力と、上記の係数との関係を規定したマップデータが格納されている。ECU0は、現在の触媒41の酸素吸蔵能力をキーとして当該マップを検索し、目標空燃比のベース値に補正量として乗じる係数を知得する。
In addition, the memory of the
触媒41において有害物質HC、CO、NOxの全てを十分に酸化/還元処理するためには、触媒41に蓄えておく酸素の量を、現在の触媒41の最大酸素吸蔵能力の五割ないし六割程度に維持することが好ましい。触媒41内で酸素量が欠乏するとHC及びCOの酸化処理が難しくなり、触媒41内で酸素量が過剰であるとNOxの還元処理が難しくなるからである。従って、触媒41の劣化の度合いに応じた補正量は、触媒41にその最大酸素吸蔵能力の五割ないし六割程度酸素を吸蔵できるように定める。補正量の傾向としては、触媒41が新品または劣化しておらず酸素吸蔵能力が大きいときと、触媒41の劣化が進行し酸素吸蔵能力が小さくなっているときとでは、前者の場合の方が目標空燃比がよりリッチとなり、後者の場合の方が目標空燃比がよりリーンとなるように設定することになる。触媒41の上流の空燃比センサ43がリニアA/Fセンサであるならば、その出力電圧fと比較するべき判定電圧値を触媒41の劣化が進むほど低下させる必要があり、故に判定電圧値のベース値に補正量として乗じる係数の絶対値が触媒41の劣化が進むほど小さくなる。
In order to sufficiently oxidize / reduce all harmful substances HC, CO, and NO x in the
図5に、ECU0による空燃比フィードバック制御の模様を例示する。図5は、運転者によりアクセル開度が拡大操作されてエンジン回転数が加速する過渡期の状況を示している。また、現在の触媒41は劣化しておらず、その酸素吸蔵能力は大きい。図5中、実線は本実施形態のECU0による制御を表し、破線は従来の制御を表している。
FIG. 5 illustrates a pattern of air-fuel ratio feedback control by
従来の制御では、触媒41の上流におけるガスの目標空燃比の初期値を、そのときの内燃機関の運転領域のみにより決定していた。このため、現在の触媒41の酸素吸蔵能力が想定よりも大きいと、加速の過渡期において触媒41内で酸素が過剰となっている状態が続き、触媒41の下流に流出するガスの空燃比が一時的に目標空燃比よりもリーンとなり、また一時的であるにせよ還元されない有害物質NOxが触媒41の下流に排出される可能性があった。
In the conventional control, the initial value of the target air-fuel ratio of the gas upstream of the
本実施形態のECU0による制御では、現在の触媒41の酸素吸蔵能力が依然として大きいことに鑑み、触媒41の上流におけるガスの目標空燃比を従来の制御と比較してよりリッチに補正する。これにより、加速の過渡期において速やかに触媒41内の過剰な酸素をHC及びCOの酸化処理に用いてパージでき、触媒41の下流に流出するガスの空燃比を目標空燃比に維持し、かつ還元されない有害物質NOxが触媒41の下流に排出される量を従来の制御に比して減らすことができる。
In the control by the
本実施形態では、内燃機関の排気通路4に装着した排気浄化用の触媒41を流通するガスの空燃比を空燃比センサ(リニアA/Fセンサ)43を介して検出し、その空燃比(出力電圧f)を目標空燃比(判定電圧値)に収束させるフィードバック制御を実施する制御装置0であって、前記触媒41の劣化の度合いに応じて前記目標空燃比に加味する補正量を変更する内燃機関の制御装置を構成した。
In the present embodiment, the air-fuel ratio of the gas flowing through the exhaust
本実施形態によれば、内燃機関の運転領域毎の前記目標空燃比の初期値を、触媒41の劣化の度合いに応じて適切に設定することが可能となり、特に内燃機関の運転領域が遷移した際の有害物質の排出増を効果的に抑制することができる。
According to the present embodiment, it is possible to appropriately set the initial value of the target air-fuel ratio for each operating region of the internal combustion engine according to the degree of deterioration of the
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られない。特に、触媒41の劣化の度合いを推定する手法は、上記実施形態の如きものには限定されない。例えば、停止していた内燃機関を始動した後、触媒41に流入するガスの空燃比が増減している状態で、触媒41の下流の空燃比センサ44の出力信号gの振幅が所定以下に縮小するまでの経過時間を計測し、その経過時間が長いほど、触媒41の劣化が進んでいると推定することも可能である。
The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. In particular, the method for estimating the degree of deterioration of the
あるいは、より単純に、車両の走行距離や内燃機関の累積の回転回数が増大するほど、触媒41の劣化が進んでいると推定することも考えられる。
Alternatively, it can be more simply estimated that the deterioration of the
その他、各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, the specific configuration of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に利用することができる。 The present invention can be used for controlling an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
0…制御装置(ECU)
1…気筒
4…排気通路
41…触媒
43…触媒の上流の空燃比センサ
44…触媒の下流の空燃比センサ
f…触媒の上流の空燃比センサの出力信号
g…触媒の下流の空燃比センサの出力信号
0 ... Control unit (ECU)
1 ...
Claims (1)
前記触媒の劣化の度合いに応じて前記目標空燃比に加味する補正量を変更する内燃機関の制御装置。 It is a control device that detects the air-fuel ratio of the gas flowing through the exhaust gas purification catalyst installed in the exhaust passage of the internal combustion engine via the air-fuel ratio sensor and performs feedback control to converge the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio. ,
A control device for an internal combustion engine that changes a correction amount to be added to the target air-fuel ratio according to the degree of deterioration of the catalyst.
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JP2020038147A JP2021139340A (en) | 2020-03-05 | 2020-03-05 | Internal combustion engine control device |
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