JP3554096B2

JP3554096B2 - 内燃機関用制御装置

Info

Publication number: JP3554096B2
Application number: JP00631796A
Authority: JP
Inventors: 敏雄間中; 隆白石
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1996-01-18
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2016-01-18
Also published as: DE19701482C2; JPH09195816A; KR100581642B1; KR970059479A; US5992143A; DE19701482A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関に供給する燃料，点火時期，有害排気ガスを低減するための２次空気量，ＥＧＲ量，電気加熱触媒，アシストエアー量，シリンダー内のガス流動強度，エンジンの吸排気バルブタイミングを制御する電子制御装置において、触媒下流、または触媒上流及び下流に設けた排気ガスセンサの信号に基づいたそれらの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術と言えば、特開平６−２５７４８８号記載のように、触媒温度センサにより活性化判定を行い、活性化していなければ１つの気筒への燃料噴射をカットする（２次空気効果）ことにより、触媒を早く昇温し、有害排気ガスを低減することができる。また、特開平６−２５７５４６号記載のように、触媒前後の排気温度差に応じて、点火時期を遅角することにより、排気ガス温度を高め、触媒を早く昇温し、有害排気ガスを低減することができる。触媒前後の排気ガスセンサ信号による触媒の劣化判定法は特開平５−９８９４５号，特開平５−９８９４７号，特開平５−９８９４８号，特開平５−９８９４９号，特開平５−１０６４９３号，特開平５−１０６４９４号，特開平５−
１６３９８９号，特開平５−１８００４３号に述べられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記の従来の方法や装置では今日課せられている厳しい排気ガス規制値を満足できないことが判明した。これは特にエンジンを常温において冷えた状態から始動した場合、始動直後から触媒が活性化するまでの間の有害排気ガスの排出量を減らす効果が不十分であった。
【０００４】
従って本発明の目的は、冷えたエンジンから排出される有害排気ガスを十分減らし、今日あるいは将来において予想される排気ガス規制を満足し、それを上まわるような有害排気ガス低減効果を有する制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
触媒下流、又は触媒上流及び下流に排気ガスセンサを設け、それらの排気ガスセンサ信号の処理手段、及び、その処理値に基づいて触媒の浄化率を算出し、その浄化率に応じて、内燃機関に供給する燃料，点火時期，ＮＯｘ，ＨＣ等の排気ガスを低減するための２次空気量，ＥＧＲ量，電気加熱触媒，アシストエアー量，シリンダー内のガス流動，内燃機関の吸排気バルブタイミングを制御するものである。
【０００６】
つまり、排気ガスを浄化する触媒と前記触媒の下流又は上流と下流に配置した排気ガスセンサとを備え、前記下流の排気ガスセンサ出力、又は前記上流と下流の排気ガスセンサ出力に基づいて、前記触媒の浄化率を算出する手段を有する内燃機関用制御装置において、内燃機関始動直後から触媒が活性化するまでの間、前記触媒の浄化率に応じて、前記触媒活性化を早める方向，前記触媒の浄化率を高める方向、又は前記内燃機関から排出されるＮＯｘ，ＨＣ等のガスが少なくなる方向に前記内燃機関の運転状態又は前記内燃機関の燃焼状態を変更する第１の機関状態変更手段を有し、前記第１の機関状態変更実施後も前記触媒の浄化率が予め定める所望の状態に達していない時は、前記触媒の浄化率に応じて前記触媒が所望の浄化率に到達又は近づくように、第１の機関状態変更手段と異なる第２の機関状態変更手段を含む変更手段を順次実施することにより達成される。
【０００７】
また、前記触媒の浄化率は、空燃比制御中の触媒の下流の排気ガスセンサ信号の応答性，変動振幅，ＮＯｘ，ＨＣ等の排気ガス検出値のいずれかに基づいて、又は上流及び下流の排気ガスセンサ信号の相関値，応答性，ＮＯｘ，ＨＣ等の排気ガスの減少率のいずれかに基づいて、算出されることが好ましく、内燃機関始動直後から触媒が活性化するまでの間、前記触媒の浄化率に応じて、前記触媒活性化を早める方向，前記触媒の浄化率を高める方向、又は前記内燃機関から排出されるＮＯｘ，ＨＣ等のガスが少なくなる方向に点火時期，空燃比，２次空気，電気加熱触媒，燃料噴射の霧化を促進するアシストエアー，ＥＧＲ，シリンダー内のガス流動，内燃機関の吸排気バルブタイミングのいずれかより順次制御を実施することによっても達成され、内燃機関の出力が変化する分を出力補正する手段を有することが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態について図を用いて説明する。
【０００９】
図１は、本発明の構成を示すブロック図である。触媒の上流に配置された触媒前の排気ガスセンサ信号Ｇｅｘｆと触媒下流に配置された触媒後の排気ガスセンサ信号Ｇｅｘｒがセンサ信号処理手段に入力され、触媒の活性度が算出される。触媒の活性度の代わりに触媒の活性度と関係のある前後の排気ガスセンサ信号の相関値，応答性，排気ガス減小率を直接用いてもよい。次にそれらの値に応じて空燃比補正量，点火時期遅角量，アシストエアー補正量，２次空気量，ＥＧＲ補正量，触媒電流値，ガス流動量，エンジンの吸排気バルブタイミング補正量を算出し、それぞれの制御を実施する。
【００１０】
図２は本発明のシステム図である。空気量センサ１，回転センサ１５，水温センサ１４，アクセルペダルセンサ１３により、エンジンに吸入される吸入空気量Ｑａ，エンジン回転数Ｎ，エンジン冷却水温ＴＷを検出する。排気ガスセンサ１１，排気ガスセンサ１２により触媒前後の排気ガスの空燃比を検出する。電子スロットルアクチュエータ１６はアクセルペダルセンサ信号１３に基づいて絞り弁２を開閉するものである。これによりエンジンに吸入される空気量を変えて、エンジン出力を調節することができる。燃料はインジェクタ６から噴射され、燃料の霧化をよくするための空気噴流がアシストエアー制御弁３からインジェクタ６の噴口に供給される。アシストエアー制御弁３の代わりにアシストエアー用空気ポンプを使用してもよい。エンジンのシリンダ内のガス流動制御はガス流動アクチュエータ１７で絞り弁５を開閉することにより、ガス流動生成通路４を通過する空気量を調節することにより行われる。ガス流動生成通路４から噴射される空気は勢いよくシリンダに流入し、シリンダ内に縦渦や横渦等を形成する。これによりシリンダ内の燃料付着が低減され、同時に燃焼も改善される結果、有害排気ガスを低減することができる。シリンダ内の点火は点火コイル９により行われる。点火するタイミングを遅らすと有害排気ガスを低減でき、また排気ガス温度が上がることから触媒を早く活性化することができる。２次空気ポンプ８から空気を排気管に導入することにより未燃ガスを燃やし、かつ触媒内の反応が促進され触媒の活性化を早めることができる。ＥＧＲ制御弁７は排気ガスをエンジンの吸気管側に導入することにより燃焼温度を下げてＮＯｘの排出量を減らすものである。バルブタイミングアクチュエータ１９により吸気バルブ２０と排気バルブ２１の開閉タイミングを調節し，これにより有害排気ガスの排出量の少ない開閉タイミングに制御できる。触媒１８は有害排気ガスを浄化するものであり、図３のような特性を持つ。コントロールユニット１０は前記のそれぞれセンサ信号に基づいて前記のそれぞれのアクチュエータを制御する。触媒１８の前後（上下流）には触媒前排気ガスセンサ１１と触媒後排気ガスセンサ１２が設けられ、排気ガスの空燃比，ガス濃度などを検出する。触媒が活性化し、浄化率が高まると触媒内部の酸化，還元，吸着作用などが活発になり、触媒前の排気ガスの空燃比や濃度の変動が触媒後では遅れて、ゆっくり表れる。理論空燃比付近で空燃比が変動している場合の触媒前後の排気ガスセンサ信号の様子を図４，図５，図６に示す。
【００１１】
図３は触媒の浄化率特性を示したもので、触媒温度の上昇に伴い、（ａ）→ （ｂ）→（ｃ）に浄化率が上がる。浄化率（ａ），（ｂ），（ｃ）のそれぞれについて、触媒前後の排気ガスセンサ信号がどのようになるかを図４，図５，図６に示す。図４は理論空燃比より濃い場合、０．８Ｖ，うすい場合、０Ｖを出力するＯ_２センサを用いた場合を示す。図５はリニアーに空燃比が検出できるＡ／Ｆセンサを用いた場合を示す。図６はＨＣ（ハイドロカーボン）濃度を検出できるＨＣセンサを用いた場合を示す。図４，図５からわかるように触媒の浄化率がよくなるにしたがい触媒後の排気ガスセンサ信号は振れが小さく、ゆっくり変動する。この違いにより触媒の浄化率や活性度を定量的に判断できる。図６から触媒の浄化率がよくなるほど触媒後のＨＣ濃度が少ないことがわかる。図７はその排気ガスセンサ信号と触媒浄化率（活性度）の関係の一例を示したものである。
【００１２】
図８は触媒浄化率Ｘ、加速要求値（ｄΘａｃ／ｄｔ）により決まる点火時期遅角量ΔＡＤＶ特性を示す。図９は触媒浄化率Ｘで決まる２次空気量特性と２次空気量で決まる燃料増量補正量特性を示す。図１０は触媒浄化率Ｘで決まる燃料補正量特性を示す。図１１は触媒に流す電流値特性、図１２はガス流動量特性、図１３はＥＧＲ量補正係数特性、図１４はアシストエアー量補正係数特性を示す。図１５はエンジンの空燃比Ａ／Ｆと点火時期遅角量ΔＡＤＶで決まるスロットル開度増量分ΔΘｔｈ特性を示す。図１６は吸排気バルブタイミング補正量特性を示す。触媒浄化率Ｘが小さいほど有害排気ガスの排出量が少なくなるようなタイミング補正を行う。
【００１３】
上述の図８から図１６に示した各特性の一例を示したものである。
【００１４】
例えば図９，図１１及び図１２において触媒浄化率Ｘが所定値の間、２次空気量，電流Ｉｃａｔ及びガス流動量Ｓｗａｒが、それぞれ一定流量及び一定電流値で示されているが、システムによっては触媒浄化率Ｘに応じて、所定の傾きを有する場合又は、階段状の特性等、各種システムに影響を受けるものがある。
【００１５】
図１７，図１８，図１９に示されたフローチャートは本発明による装置の制御の流れの一形態を示すものであり、以下にこれを説明する。
【００１６】
まず、ステップ３１において、エンジン状態信号Ｑａ，Ｎ，ＴＷ，Θａｃを取り込む。ステップ３２で触媒前後の排気ガスセンサ信号Ｇｅｘｆ，Ｇｅｘｒを取り込み、ステップ３３でセンサ信号Ｇｅｘｆ，Ｇｅｘｒの相関値，振幅比Ｗ，応答性Ｔｒ，ＨＣ減少率のいすれかを求める。ステップ３４で図７から触媒浄化率Ｘを求める。ステップ３５で図８、触媒浄化率Ｘ、アクセルペダル信号の加速要求値ｄΘａｃ／ｄｔから点火時期遅角量ΔＡＤＶを求める。ステップ３６でエンジン状態信号から決定される点火時期からΔＡＤＶ遅角した点火時期のタイミングで点火コイル９に点火信号を出力する。ステップ３７で２次空気制御有りかをみて、有りの場合はステップ３８で図９、触媒浄化率Ｘから求めた２次空気量に基づいて２次空気制御を行う。ステップ３９で図９から２次空気に適した燃料増量補正量Ｋａｉｒを求める。Ｋｃａｔ＝０とする。２次空気無しの場合の燃料補正量Ｋｃａｔはステップ４０で図１０から求める。Ｋａｉｒ＝０とする。次は図１８のステップ４２に進み、エンジン状態信号Ｑａ，Ｎ，ＴＷ，Θａｃから決定される燃料噴射量にＫｃａｔ，Ｋａｉｒの補正を加えて燃料噴射制御を行う。ステップ４３で図１１から電流値Ｉｃａｔをもとめ、Ｉｃａｔ（Ａ）を電気加熱触媒１８に流す。ステップ４５で図１２からガス流動量Ｓｗａｒを求め、Ｓｗａｒにガス流動アクチュエータ１７を制御する。ステップ４７で図１３からＥＧＲ量補正係数Ｋｅｇｒを求め、ステップ４８でエンジン状態信号Ｑａ，Ｎ，ＴＷ，Θａｃから決定されるＥＧＲ量にＫｅｇｒを乗算した量にＥＧＲ制御を行う。ステップ４９で図１４からアシストエアー量補正係数Ｋａｓを求め、エンジン状態信号Ｑａ，Ｎ，ＴＷ，Θａｃから決定されるアシストエアー量にＫａｓを乗算した量にアシストエアー量を制御する。ステップ５１，５２で図１５、点火時期遅角量ΔＡＤＶ，Ａ／Ｆから決定されるスロットル開度増量分ΔΘｔｈを求め、アクセルペダル信号Θａｃから決定されるスロットル開度に
ΔΘｔｈを加えた開度に電子スロットルアクチュエータ１６を制御する。次に図１９のステップ５３で図１６とＸから吸排気バルブタイミング補正量を求める。ステップ５４でエンジン状態信号Ｑａ，Ｎ，ＴＷ，Θａｃから決定される吸排気バルブタイミングにステップ５３の補正を加えたタイミングに吸排気バルブタイミング制御を行う。ステップ５５でステップ５４の吸排気バルブタイミングの変化に伴うエンジン出力変動分を補正するように電子スロットル制御を行う。
【００１７】
前記の２次空気制御，電気加熱触媒制御，ガス流動制御，ＥＧＲ制御，アシストエアー制御，吸排気バルブタイミング制御を触媒浄化率（活性度）が所定以下の場合、ＯＮするようなＯＮ−ＯＦＦ制御でもよい。
【００１８】
図８，図９，図１０，図１１，図１２，図１３，図１４，図１６の触媒浄化率Ｘ（活性度）の代わりに図７で述べたような相関係数Ｒ，ＨＣ減少率Ｙ，振幅比Ｗ、応答性Ｔｒのいずれかを直接、用いてもよい。
【００１９】
本発明では、触媒後、または触媒前後の排気ガスセンサ信号の処理値から触媒の浄化率（活性度）を精度よく検知し、その活性度に応じて有害排気ガス低減の制御を最適に行えるので、厳しい排気ガス規制を満足することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明に依れば、機関始動直後から触媒が活性化するまでの間触媒の浄化率または活性度に応じて、触媒活性化を早める方向またはエンジンから排出される有害排気ガスが少なくなる方向に点火時期，空燃比，２次空気，電気加熱触媒，燃料噴射の霧化を促進するアシストエアー，ＥＧＲ，シリンダー内のガス流動，エンジンの吸排気バルブタイミングのいずれかより順次制御を実施することにより有害排気ガスの排出量を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成ブロック図である。
【図２】本発明のシステム構成図である。
【図３】触媒浄化率特性。
【図４】触媒浄化率と排気ガスセンサ（Ｏ_２センサ）信号の関係。
【図５】触媒浄化率と排気ガスセンサ（Ａ／Ｆセンサ）信号の関係。
【図６】触媒浄化率と排気ガスセンサ（ＨＣセンサ）信号の関係。
【図７】触媒浄化率（活性度）と排気ガスセンサ信号相関値の関係。
【図８】本発明の点火時期遅角量特性図。
【図９】本発明の２次空気量特性図。
【図１０】本発明の触媒用燃料補正量特性図。
【図１１】本発明の触媒電流値特性図。
【図１２】本発明のガス流動量特性図。
【図１３】本発明のＥＧＲ量補正係数特性図。
【図１４】本発明のアシストエアー量補正係数特性図。
【図１５】本発明のスロットル開度増量分特性図。
【図１６】本発明の吸排気バルブタイミング補正量特性図。
【図１７】本発明のフローチャート。
【図１８】本発明のフローチャート。
【図１９】本発明のフローチャート。
【符号の説明】
１…空気量センサ、２，５…絞り弁、３…アシストエアー制御弁、４…ガス流動生成通路、６…インジェクタ、７…ＥＧＲ制御弁、８…２次空気ポンプ、９…点火コイル、１０…コントロールユニット、１１…触媒前排気ガスセンサ、１２…触媒後排気ガスセンサ、１３…アクセルペダルセンサ、１４…水温センサ、１５…回転センサ、１６…電子スロットルアクチュエータ、１７…ガス流動アクチュエータ、１８…電気加熱触媒，１９…バルブタイミングアクチュエータ、２０…吸気バルブ、２１…排気バルブ。

Claims

排気ガスを浄化する触媒と前記触媒の下流又は上流と下流に配置した排気ガスセンサとを備え、前記下流の排気ガスセンサ出力、又は前記上流と下流の排気ガスセンサ出力に基づいて、前記触媒の浄化率を算出する手段を有する内燃機関用制御装置において、
内燃機関始動直後から触媒が活性化するまでの間、前記触媒の浄化率に応じて、前記触媒活性化を早める方向、前記触媒の浄化率を高める方向、又は前記内燃機関から排出されるＮＯｘ，ＨＣ等のガスが少なくなる方向に前記内燃機関の運転状態又は前記内燃機関の燃焼状態を変更する第１の機関状態変更手段を有し、前記第１の機関状態変更実施後も前記触媒の浄化率が予め定める所望の状態に達していない時は、前記触媒の浄化率に応じて前記触媒が所望の浄化率に到達又は近づくように、第１の機関状態変更手段と異なる第２の機関状態変更手段を含む変更手段を順次実施することを特徴とする内燃機関用制御装置。
請求項１に記載の内燃機関用制御装置において、前記触媒の浄化率は、空燃比制御中の触媒の下流の排気ガスセンサ信号の応答性，変動振幅，ＮＯｘ，ＨＣ等の排気ガス検出値のいずれかに基づいて、又は上流及び下流の排気ガスセンサ信号の相関値，応答性，ＮＯｘ，ＨＣ等の排気ガスの減少率のいずれかに基づいて、算出されることを特徴とする内燃機関用制御装置。
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用制御装置において、触媒活性化を早める方向，触媒の浄化率を高める方向又は内燃機関から排出されるＮＯｘ，ＨＣ等の排気ガスが少なくなる方向に点火時期，空燃比，２次空気，電気加熱触媒，燃料噴射の霧化を促進するアシストエアー，ＥＧＲ，シリンダー内のガス流動，内燃機関の吸排気バルブタイミングのいずれか一つ以上を制御した場合、内燃機関の出力が変化する分を出力補正する手段を有することを特徴とする内燃機関用制御装置。