JP3331025B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置

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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
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    • F01N2570/00Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/12Hydrocarbons

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の空燃比制御
装置に関し、特に排気通路の途中に燃焼ガスの未燃成分
を吸着する吸着装置を有する機関の空燃比制御装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】機関の始動直後のような機関の低温時に
は、排気ガスの浄化を行う触媒コンバータが活性化して
いないため、機関内で燃焼せずにそのまま排出される燃
料成分(未燃成分)により排気ガス特性が一時的に悪化
する傾向がある。
【0003】この問題を解決するため、機関の排気通路
に未燃成分を吸着する吸着装置を設けることが既に提案
されている(実開平4−105925号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、排気ガ
ス中にはHC成分(未燃成分)のほかにCOも含まれて
おり、COも上記吸着装置に吸着されるため以下のよう
な不具合が生じる。
【0005】即ち、図6に示すように、空燃比が理論空
燃比よりリッチ化するとCO濃度が急激に増加し、HC
成分の吸着を妨げることになる。従って、従来のように
機関始動直後は空燃比をリッチ化させるように制御する
と、HC成分の吸着が不十分となり、また十分な吸着量
を確保しようとすれば、大容量の吸着装置が必要とな
る。
【0006】本発明は、上述の点に着目してなされたも
のであり、空燃比を適切に制御することにより、吸着装
置を大容量化することなく、十分な吸着量を確保するこ
とができる空燃比制御装置を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、排気通路の途中に排気ガス中の未燃成分を吸
着する吸着手段を有する内燃機関の空燃比制御装置にお
いて、前記吸着手段が未燃成分を吸着できる吸着期間を
判定する吸着期間判定手段と、該吸着期間中は前記機関
に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に
制御し、該吸着期間終了後は前記リーン側空燃比よりリ
ッチ側に変更制御する空燃比制御手段とを設けるように
したものである。
【0008】
【作用】吸着手段が未燃成分を吸着できる吸着期間中
は、機関に供給する混合気の空燃比が理論空燃比よりリ
ーン側に制御され、吸着期間経過後は前記リーン側空燃
比よりリッチ側に変更制御される。
【0009】
【実施例】以下本発明の実施例を添付図面に基づいて詳
述する。
【0010】図1は本発明の一実施例に係る内燃機関
(以下「エンジン」という)及びその制御装置の全体の
構成図であり、エンジン1の吸気管2の途中にはスロッ
トル弁3が配されている。スロットル弁3にはスロット
ル弁開度(θTH)センサ4が連結されており、当該ス
ロットル弁3の開度に応じた電気信号を出力して電子コ
ントロールユニット(以下「ECU」という)5に供給
する。
【0011】燃料噴射弁6はエンジン1とスロットル弁
3との間且つ吸気管2の図示しない吸気弁の少し上流側
に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃
料ポンプに接続されていると共にECU5に電気的に接
続されて当該ECU5からの信号により燃料噴射の開弁
時間が制御される。
【0012】一方、スロットル弁3の直ぐ下流には管7
を介して吸気管内絶対圧(PBA)センサ8が設けられ
ており、この絶対圧センサ8により電気信号に変換され
た絶対圧信号は前記ECU5に供給される。また、その
下流には吸気温(TA)センサ9が取付けられており、
吸気温TAを検出して対応する電気信号を出力してEC
U5に供給する。
【0013】エンジン1の本体に装着されたエンジン水
温(TW)センサ10はサーミスタ等から成り、エンジ
ン水温(冷却水温)TWを検出して対応する温度信号を
出力してECU5に供給する。エンジン回転数(NE)
センサ11及び気筒判別(CYL)センサ12はエンジ
ン1の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲に取付
けられている。エンジン回転数センサ11はエンジン1
のクランク軸の180度回転毎に所定のクランク角度位置
でパルス(以下「TDC信号パルス」という)を出力
し、気筒判別センサ12は特定の気筒の所定のクランク
角度位置で信号パルスを出力するものであり、これらの
各信号パルスはECU5に供給される。
【0014】エンジン1の排気通路13にはその上流側
から順に空燃比センサとしての酸素濃度センサ14(以
下「O2センサ14」という)、排気ガス中の未燃成分
(HC)を吸着する吸着装置15、排気ガス中のHC,
CO,NOx等の成分の浄化を行う三元触媒16が装着
されている。O2センサ14は排気ガス中の酸素濃度を
検出し、その検出値に応じた電気信号をECU5に供給
する。
【0015】吸着装置15は例えばゼオライトやモルデ
ナイト、アルミノシリケート、活性炭等の吸着材から成
るものであり、その温度が約160℃以下では未燃成分
を吸着するが、それを越える温度では逆に吸着した成分
を脱離(パージ)する。この吸着装置15にはその吸着
材の温度TADSを検出する温度センサ17が設けられ
ており、その検出信号はECU5に供給される。
【0016】ECU5は各種センサからの入力信号波形
を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ
信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入
力回路5a、中央演算処理回路(以下「CPU」とい
う)5b、CPU5bで実行される各種演算プログラム
及び演算結果等を記憶する記憶手段5c、前記燃料噴射
弁6に駆動信号を供給する出力回路5d等から構成され
る。
【0017】CPU5bは上述の各種エンジンパラメー
タ信号に基づいて、排気ガス中の酸素濃度に応じたフィ
ードバック制御運転領域やオープンループ制御運転領域
等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、エン
ジン運転状態に応じ、次式(1)に基づき、前記TDC
信号パルスに同期する燃料噴射弁6の燃料噴射時間To
utを演算する。
【0018】 Tout=Ti×KO2×KLA×K1+K2 …(1) ここに、Tiは基本燃料量、具体的にはエンジン回転数
NEと吸気管内絶対圧PBAとに応じて決定される基本
燃料噴射時間であり、このTi値を決定するためのTi
マップが記憶手段5cに記憶されている。
【0019】KO2は、O2センサ14の出力に基づい
て算出される空燃比補正係数であり、空燃比フィードバ
ック制御中はO2センサ14によって検出された空燃比
(酸素濃度)が目標空燃比に一致するように設定され、
オープンループ制御中はエンジン運転状態に応じた所定
値に設定される。
【0020】KLAは、吸着装置15で吸着が行われる
期間中、1.0より小さい値に設定され、空燃比を理論
空燃比よりリーン側に制御するためのリーン化補正係数
である。
【0021】K1及びK2は夫々各種エンジンパラメータ
信号に応じて演算される他の補正係数及び補正変数であ
り、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速
特性等の諸特性の最適化が図られるような値に設定され
る。
【0022】CPU5bは上述のようにして算出した結
果に基づいて、燃料噴射弁6を駆動する信号を、出力回
路5dを介して出力する。
【0023】なお、ECU5は吸着期間判定手段及び空
燃比制御手段を構成する。
【0024】図2(a)は、前記補正係数KLAを算出
するプログラムのフローチャートであり、本プログラム
はTDC信号パルスの発生毎にこれと同期して実行され
る。同図のステップS1では、吸着期間中か否か、即ち
吸着装置15がHC成分を吸着できる状態にある期間中
か否かを判別し、吸着期間中でなければKLA=1.0
(無補正値)とする一方(ステップS3)、吸着期間中
であれば空燃比のリーン制御を行う(ステップS4)。
【0025】図2(b)は、上記ステップS1における
処理を詳細に示すフローチャートであり、同図のステッ
プS11ではTADS−ADCATテーブルの検索を行
う。このテーブルは、図3に示すように吸着装置15内
の吸着材温度TADSに対応して、吸着可能なHC成分
の量(以下「吸着量」という)ADCATが設定された
ものであり、本ステップでは検出したTADS値に応じ
て吸着量ADCATを検索する。
【0026】ステップS12では、エンジン始動時点か
ら現在までの基本燃料噴射時間Tiの積算値をHC成分
の量に換算したもの(以下「Ti積算値」という)Ti
SUMを算出する。
【0027】次いで、TiSUM値が吸着量ADCAT
以上か否かを判別し(ステップS13)、TiSUM<
ADCATであれば吸着装置15はまだ吸着可能な状態
にある、即ち吸着期間中であると判定する(ステップS
14)。一方、TiSUM≧ADCATが成立するとき
には、TiSUM値が吸着量ADCATを越えているの
で、吸着期間中でない、即ち、さらに吸着することがで
きない状態と判定する(ステップS15)。
【0028】次に、図2(a)のステップS2における
リーン制御の内容を図4を参照して説明する。
【0029】即ち、リーン制御は補正係数KLAを値
1.0より小さな値に設定することにより行い、KLA
値は例えば図4に示すように吸着材温度TADSに応じ
て設定する。
【0030】なお、KLA値はエンジン始動後の経過時
間tあるいは前記Ti積算値TiSUMに応じて設定し
てもよい。その場合は、図4の横軸を経過時間tあるい
はTi積算値TiSUMとしたテーブルを使用する。
【0031】本実施例によれば、エンジンに供給される
混合気の空燃比は、例えば図5に示すように変化し、吸
着期間中はA/F=14.7よりリーン側に制御され、
吸着期間終了後はA/F=14.7、即ち理論空燃比と
なるように制御される。
【0032】これにより、吸着期間中にCOの排出量が
増加して、吸着装置15のHC成分の吸着能力を低下さ
せることを防止することができる。その結果、吸着装置
15を大容量化することなく必要なHC成分の吸着量を
確保することができる。
【0033】なお、吸着期間終了後は、空燃比を理論空
燃比よりリッチ側となるように制御してもよい。
【0034】また、吸着期間の判定手法は、図2(b)
のものに限るものではなく、例えばエンジン始動後、吸
着材温度TADSが所定温度に達するまでを吸着期間と
判定したり、あるいはエンジン始動時点からエンジン水
温TWに応じて設定される所定時間経過するまでを吸着
期間と判定するようにしてもよい。
【0035】また、リーン制御の手法は、上述のものに
限るものではなく、例えばO2センサとして空燃比をリ
ニアに検出可能なリニア型のものを使用し、目標空燃比
を図5のように変化させ、検出空燃比と目標空燃比が一
致するようにフィードバック制御するようにしてもよ
い。
【0036】また、吸着装置15は、さらに触媒貴金属
を担持し、所定温度以上で排気ガス浄化機能を備えるよ
うにしてもよい。その場合、吸着装置15を、各気筒か
らの排気管が集合する集合部の直ぐ下流側に配置するよ
うにしてもよい。
【0037】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、吸
着手段が未燃成分を吸着できる吸着期間中は、機関に供
給する混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に制御
され、吸着期間経過後は理論空燃比又は理論空燃比より
リッチ側に制御されるので、吸着期間中にCOの排出量
が増加して、吸着手段のHC成分の吸着能力を低下させ
ることを防止することができる。その結果、吸着手段を
大容量化することなく必要なHC成分の吸着量を確保す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る内燃機関及びその制御
装置の全体構成を示す図である。
【図2】燃料噴射時間の補正係数(KLA)を算出する
プログラムのフローチャートである。
【図3】吸着材温度(TADS)と吸着量(ADCA
T)の関係を示す図である。
【図4】吸着材温度(TADS)と補正係数(KLA)
の関係を示す図である。
【図5】空燃比の推移を示す図である。
【図6】空燃比と排出ガス濃度の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 内燃エンジン 5 電子コントロールユニット(ECU) 6 燃料噴射弁 14 O2センサ 15 吸着装置 16 三元触媒 17 吸着材温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 41/14 310 F01N 3/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排気通路の途中に排気ガス中の未燃成分
    を吸着する吸着手段を有する内燃機関の空燃比制御装置
    において、前記吸着手段が未燃成分を吸着できる吸着期
    間を判定する吸着期間判定手段と、該吸着期間中は前記
    機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン
    側に制御し、該吸着期間終了後は前記リーン側空燃比よ
    りリッチ側に変更制御する空燃比制御手段とを設けたこ
    とを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
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