JP3868693B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
排気ガス中のHC、CO、NOxを浄化するために、排気通路に三元触媒を配設し、三元触媒より上流の排気通路に配設した空燃比センサにより排気ガスの空燃比を検出し、排気ガスの空燃比の理論空燃比からの偏差に基づいて三元触媒に蓄積される酸素量を推定(演算)し、この酸素蓄積量の推定値(演算値)が目標値(例えば、三元触媒の酸素蓄積限界値の半分程度)となるように吸入空気の空燃比を制御する技術が知られている。
【0003】
この場合、排気ガスの空燃比がリーンのとき三元触媒に酸素が吸着して、リッチのときに三元触媒から酸素が脱離するが、三元触媒に酸素が吸着する速度よりも三元触媒から酸素が脱離する速度が小さいため、排気ガスの空燃比がリーンのときは酸素蓄積量の増量分を増加して、リッチのときは酸素蓄積量の減量分を減少して、酸素蓄積量を演算することが行われている(特開平9ー310635号、6ー249028号公報等参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このようなエンジンは、例えば減速時等にエンジンへの燃料の供給をカットするが、この燃料カット時は空燃比が超希薄となるため、三元触媒の酸素蓄積量は直ちに限界値に達するようになる。即ち、燃料カット時に空燃比センサの出力を基に酸素蓄積量の演算を続けていると、三元触媒の実際の酸素蓄積量が限界値に達するのにかかわらず、演算値のみが大きくなり、実際の酸素蓄積量と演算値にずれを生じてしまう。したがって、燃料カット後、元の運転に復帰したときに空燃比制御を適切に行えなくなる可能性がある。
【0005】
また、燃料カット時に限らず、空燃比の希薄な状態が続いたりすると、三元触媒の実際の酸素蓄積量が限界値に達して、やはり演算値との間でずれを生じることがある。したがって、このような場合誤った値を基に空燃比制御を行ってしまう可能性がある。
【0006】
この発明は、このような問題点を解決することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、排気通路に少なくとも一つの触媒を持ち、その上流の排気通路に排気ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサを持ち、この空燃比センサの検出空燃比の理論空燃比からの偏差に基づいて触媒に蓄積される酸素蓄積量を演算する酸素蓄積量演算手段と、この酸素蓄積量の演算値が予め定めた目標値となるように吸入空気の空燃比を制御する制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記触媒の下流の排気通路に排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも希薄側のリーン状態にあるかを検出する空燃比センサを設け、この空燃比センサの検出空燃比が理論空燃比よりも希薄側のリーン状態と判定し、さらに、前記酸素蓄積量演算手段による酸素蓄積量の演算値が触媒の酸素蓄積限界値を越えたときに、前記酸素蓄積量演算手段による酸素蓄積量の演算を中止すると共に、触媒の酸素蓄積限界値を演算リミッタとしてその酸素蓄積量の演算値に更新する演算値更新手段を設ける。
【0010】
第2の発明は、排気通路に少なくとも一つの触媒を持ち、その上流の排気通路に排気ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサを持ち、この空燃比センサの検出空燃比の理論空燃比からの偏差に基づいて触媒に蓄積される酸素蓄積量を演算する酸素蓄積量演算手段と、この酸素蓄積量の演算値が予め定めた目標値となるように吸入空気の空燃比を制御する制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、前記触媒の下流の排気通路に排気ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサを設け、この空燃比センサの検出空燃比が理論空燃比よりも希薄側に設定した判定値よりもリーンにあるとき、前記酸素蓄積量演算手段による酸素蓄積量の演算を中止すると共に、触媒の酸素蓄積限界値を演算リミッタとしてその酸素蓄積量の演算値に更新する演算値更新手段を設ける。
【0011】
【発明の効果】
第1の発明によれば、空燃比センサの出力に基づく触媒の酸素蓄積量の演算値と実際の酸素蓄積量とのずれを防止でき、燃料カット時に限らず、何らかの要因によって空燃比の希薄な状態が続いた場合に、触媒の酸素蓄積量の演算値に基づく空燃比制御に適切に復帰できる。
【0014】
第2の発明によれば、触媒の酸素蓄積量の演算値と実際の酸素蓄積量とのずれを速やかに補正して、適切に目標空燃比を設定できる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明するが、始めに前提となる技術等について説明する。
【0016】
図1において、1はエンジン本体、2は吸気通路、3は排気通路、4は燃料噴射弁を示す。吸気通路2にはスロットル弁5が介装され、排気通路3には三元触媒6が設置される。
【0017】
排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンのとき三元触媒6に酸素が吸着され、理論空燃比よりリッチのとき三元触媒6から酸素が脱離され、これらの反応によって排気ガス中のHC、CO、NOxが浄化される。
【0018】
三元触媒6の上流および下流の排気通路3にはそれぞれ排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ11,20が設置され、この信号はコントロールユニット10に入力される。空燃比センサ11は、排気ガスの空燃比をリニアに計測することができるタイプのものであり、また空燃比センサ20は、排気ガスの空燃比が理論空燃比を境に出力値が急増するタイプのものである。なお、空燃比センサ20も空燃比をリニアに計測することができるタイプのものでも良い。
【0019】
また、エンジンの運転条件を検出する手段として、エンジンの回転数、クランク角を検出する回転数センサ(クランク角センサ)12、エンジンの吸入空気量(負荷)を検出する吸気量センサ13、スロットル弁5の開度を検出するスロットル弁開度センサ14、エンジンの冷却水温を検出する水温センサ15、および車速を検出する車速センサ16等が設けられ、これらの信号もコントロールユニット10に入力される。
【0020】
これらのセンサ信号に基づき、コントロールユニット10によって、三元触媒6の酸素蓄積量が演算され、その酸素蓄積量が目標値となるように燃料噴射弁4の燃料噴射量制御つまり空燃比制御が行われる。また、その三元触媒6の酸素蓄積量の演算は、後述の条件において中止されると共に、その酸素蓄積量の演算値にリミッタが設けられる。
【0021】
次に、コントロールユニット10による制御内容を図2のフローチャートに基づいて説明する。なお、このフローは所定の制御周期で実行する。
【0022】
図2に示すように、ステップ1では、酸素蓄積量演算パラメータ、条件判定パラメータである空燃比センサ11の出力(検出空燃比AFSABF)、三元触媒6の酸素の蓄積速度(比率)ADSspeed、エンジンの回転数Ne、吸入空気量Qa、スロットル弁開度、エンジン冷却水温、車速等を読み込む。
【0023】
ステップ2では、三元触媒6の酸素蓄積量の演算開始条件を判定する。これは、三元触媒6が活性状態にあるときにOKとする。簡単には、触媒の推定温度が所定値以上のとき、OKとする。触媒の推定温度は、例えば冷却水温に基づいて求める。
【0024】
ステップ3では、エンジンの燃料カット時かどうかを見る。エンジン回転数Ne、スロットル弁開度、車速等に基づき、所定の減速運転に入ると燃料噴射弁4の燃料カットを行うようになっている。
【0025】
燃料カット時にないときは、ステップ4に進む。
【0026】
ステップ4では、三元触媒6の酸素蓄積量OSQHを演算する。これは、空燃比センサ11の検出空燃比AFSABFの理論空燃比AFSMからの偏差に基づき、次式(1)によって求めることができる。
【0027】
OSQH={(AFSABF−AFSM)/AFSM}
×Qa×ADSspeed+HSOSQ (1)
ただし、HSOSQは前回演算酸素蓄積量、またADSspeedは検出空燃比AFSABFがリーンのときは相対的に大きな値を取り、リッチのときは相対的に小さな値を取る。
【0028】
三元触媒6の酸素蓄積量OSQHは、検出空燃比AFSABFが理論空燃比AFSMよりリーンのとき(AFSABF−AFSM>0)は増加し、理論空燃比AFSMよりリッチのとき(AFSABF−AFSM<0)は減少する。
【0029】
ステップ5では、三元触媒6の演算酸素蓄積量OSQHの目標酸素蓄積量TGOSQHからの偏差を求める。この目標酸素蓄積量TGOSQHは、三元触媒6の酸素蓄積限界値の半分程度とする。
【0030】
ステップ6では、三元触媒6の演算酸素蓄積量OSQHの目標酸素蓄積量TGOSQHからの偏差に基づき、比例積分微分制御による次式(2)によって目標空燃比ALPHAを算出する。
【0031】
ALPHA=[AFSM/{1−(TGOSQH−OSQH)×PID
/Qa}−AFSABF]/AFSABF×PID (2)
ただし、PIDは比例積分微分のゲイン。
【0032】
三元触媒6の演算酸素蓄積量OSQHが目標酸素蓄積量TGOSQHより大きいとき(TGOSQH−OSQH<0)は目標空燃比ALPHAはリッチとなり、目標酸素蓄積量TGOSQHより小さいとき(TGOSQH−OSQH>0)は目標空燃比ALPHAはリッチとなる。
【0033】
ステップ7では、燃料噴射量を設定する。燃料噴射量は、エンジン回転数Neと吸入空気量Qa等から求まる基本燃料噴射量(定数K×Qa/Ne)に目標空燃比ALPHAを乗算して求める。
【0034】
一方、ステップ3にて燃料カット時の場合、ステップ8に進む。
【0035】
ステップ8では、三元触媒6の演算酸素蓄積量OSQH(この場合前回演算酸素蓄積量)を三元触媒6の酸素蓄積限界値と比較する。
【0036】
演算酸素蓄積量OSQHが三元触媒6の酸素蓄積限界値より小さい場合、ステップ9にて、三元触媒6の酸素蓄積量OSQHの演算を行う。
【0037】
そして、演算酸素蓄積量OSQHが三元触媒6の酸素蓄積限界値を越えると(同値を含む)、ステップ10にて、三元触媒6の酸素蓄積量OSQHの演算を中止すると共に、三元触媒6の酸素蓄積限界値を演算酸素蓄積量OSQHにリミッタとして更新設定する。
【0038】
なお、燃料カット時は、ステップ6,7にて目標空燃比ALPHA、燃料噴射量は0にする。
【0039】
このような構成により、例えば減速時等、燃料がカットされると、三元触媒6の実際の酸素蓄積量が限界値に達するのに対して、空燃比センサ11の出力を基に三元触媒6の酸素蓄積量の演算を続けていると、その酸素蓄積量の演算値のみが大きくなってしまうが、この際図3のタイミングチャートに示すように、酸素蓄積量の演算値が三元触媒6の酸素蓄積量の限界値を越えると、その酸素蓄積量の演算は中止される。そして、この際三元触媒6の酸素蓄積量の限界値がリミッタとして酸素蓄積量の演算値に更新設定されるのである。
【0040】
したがって、燃料カット時に三元触媒6の実際の酸素蓄積量と演算値との間にずれを生じることがなく、燃料カット後、元の運転に復帰した際に、三元触媒6の実際の酸素蓄積量(限界値)に一致した演算値を基に目標空燃比を設定することによって、空燃比制御を適切に行える。
【0041】
図4は、本発明の実施の形態(第1の実施の形態)を示す。これは、燃料カット時に限らず、三元触媒6の酸素蓄積量の演算値が三元触媒6の酸素蓄積量の限界値を越えた場合に、適切な空燃比制御に復帰できるようにしたものである。
【0042】
図4に示すように、ステップ21では、酸素蓄積量演算パラメータ、条件判定パラメータである三元触媒6の上流の空燃比センサ11の出力(検出空燃比AFSABF)、三元触媒6の下流の空燃比センサ20の出力、三元触媒6の酸素の蓄積速度(比率)ADSspeed、エンジンの回転数Ne、吸入空気量Qa、スロットル弁開度、エンジン冷却水温、車速等を読み込む。
【0043】
ステップ22では、三元触媒6の酸素蓄積量の演算開始条件(エンジン冷却水温が所定値以上等)を判定する。
【0044】
ステップ23では、空燃比センサ20の出力を基に三元触媒6の下流の排気ガスの空燃比がリーン状態かどうかを見る。
【0045】
三元触媒6の下流の排気ガスの空燃比がリーン状態にないときは、ステップ24に進む。
【0046】
ステップ24では、三元触媒6の酸素蓄積量OSQHを前式(1)によって演算する。
【0047】
ステップ25では、三元触媒6の演算酸素蓄積量OSQHの目標酸素蓄積量TGOSQHからの偏差を求める。
【0048】
ステップ26では、三元触媒6の演算酸素蓄積量OSQHの目標酸素蓄積量TGOSQHからの偏差に基づき、前式(2)によって目標空燃比ALPHAを算出する。
【0049】
ステップ27では、エンジン回転数Neと吸入空気量Qa等から求まる基本燃料噴射量(定数K×Qa/Ne)に目標空燃比ALPHAを乗算して燃料噴射量を設定する。
【0050】
一方、ステップ23にて三元触媒6の下流の排気ガスの空燃比がリーン状態の場合、ステップ28に進む。
【0051】
ステップ28では、三元触媒6の演算酸素蓄積量OSQH(この場合前回演算酸素蓄積量)を三元触媒6の酸素蓄積限界値と比較する。
【0052】
演算酸素蓄積量OSQHが三元触媒6の酸素蓄積限界値より小さい場合、ステップ24に入り三元触媒6の酸素蓄積量OSQHを演算して、ステップ25〜27に進む。
【0053】
また、演算酸素蓄積量OSQHが三元触媒6の酸素蓄積限界値を越えると(同値を含む)、ステップ29にて、三元触媒6の酸素蓄積量OSQHの演算を中止すると共に、三元触媒6の酸素蓄積限界値を演算酸素蓄積量OSQHにリミッタとして更新設定して、ステップ25〜27に進む。
【0054】
このようにすれば、図3のように三元触媒6の下流の排気ガスの空燃比がリーン状態となり、三元触媒6の酸素蓄積量の演算値が三元触媒6の酸素蓄積量の限界値を越えた場合に、演算値と三元触媒6の実際の酸素蓄積量(限界値)とのずれを補正して、常に正確な演算値を得ることができる。
【0055】
したがって、燃料カット時に限らず、何らかの要因によって空燃比の希薄な状態が続いた場合に、演算値を基に目標空燃比を的確に設定することができ、三元触媒6の酸素蓄積量に基づく空燃比制御に適切に復帰できる。
【0056】
図5は、本発明の別の実施の形態(第2の実施の形態)を示す。これは、前記第1の実施の形態が、三元触媒6の下流の排気ガスの空燃比がリーン状態の場合、三元触媒6の酸素蓄積量の演算値が三元触媒6の酸素蓄積量の限界値を越えたかどうかを見るのに対して、三元触媒6の下流の排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側に設定した判定値よりもリーンにあるとき、三元触媒6の酸素蓄積量の演算を中止すると共に、三元触媒6の酸素蓄積限界値を演算リミッタとしてその酸素蓄積量の演算値に更新するものである。
【0057】
図5に示すように、ステップ31では、酸素蓄積量演算パラメータ、条件判定パラメータである三元触媒6の上流の空燃比センサ11の出力(検出空燃比AFSABF)、三元触媒6の下流の空燃比センサ20(空燃比をリニアに計測することができるセンサ)の出力、三元触媒6の酸素の蓄積速度(比率)ADSspeed、エンジンの回転数Ne、吸入空気量Qa、スロットル弁開度、エンジン冷却水温、車速等を読み込む。
【0058】
ステップ32では、三元触媒6の酸素蓄積量の演算開始条件(エンジン冷却水温が所定値以上等)を判定する。
【0059】
ステップ33では、空燃比センサ20の出力を基に三元触媒6の下流の排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側に設定した判定値よりもリーン状態かどうかを見る。
【0060】
ステップ33にてNOのときは、ステップ34に進む。
【0061】
ステップ34では、三元触媒6の酸素蓄積量OSQHを前式(1)によって演算する。
【0062】
ステップ35では、三元触媒6の演算酸素蓄積量OSQHの目標酸素蓄積量TGOSQHからの偏差を求める。
【0063】
ステップ36では、三元触媒6の演算酸素蓄積量OSQHの目標酸素蓄積量TGOSQHからの偏差に基づき、前式(2)によって目標空燃比ALPHAを算出する。
【0064】
ステップ37では、エンジン回転数Neと吸入空気量Qa等から求まる基本燃料噴射量(定数K×Qa/Ne)に目標空燃比ALPHAを乗算して燃料噴射量を設定する。
【0065】
一方、ステップ33にてYESの場合、ステップ38に進む。
【0066】
ステップ38では、三元触媒6の酸素蓄積量OSQHの演算を中止すると共に、三元触媒6の酸素蓄積限界値を演算酸素蓄積量OSQHにリミッタとして更新設定して、ステップ35〜37に進む。
【0067】
このようにすれば、三元触媒6の酸素蓄積量の演算値の誤差等によって三元触媒6の下流の排気ガスの空燃比が希薄になった場合に、演算値と三元触媒6の実際の酸素蓄積量(限界値)とのずれを速やかに補正して、適切に目標空燃比を設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】装置の構成図である。
【図2】制御内容を示すフローチャートである。
【図3】タイミングチャートである。
【図4】実施の形態の制御内容を示すフローチャートである。
【図5】別の実施の形態の制御内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン本体
3 排気通路
4 燃料噴射弁
6 三元触媒
10 コントロールユニット
11 空燃比センサ
12 回転数センサ(クランク角センサ)
13 吸気量センサ
14 スロットル開度センサ
15 冷却水温センサ
16 車速センサ
20 空燃比センサ
Claims (2)
- 排気通路に少なくとも一つの触媒を持ち、その上流の排気通路に排気ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサを持ち、この空燃比センサの検出空燃比の理論空燃比からの偏差に基づいて触媒に蓄積される酸素蓄積量を演算する酸素蓄積量演算手段と、この酸素蓄積量の演算値が予め定めた目標値となるように吸入空気の空燃比を制御する制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、
前記触媒の下流の排気通路に排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも希薄側のリーン状態にあるかを検出する空燃比センサを設け、
この空燃比センサの検出空燃比が理論空燃比よりも希薄側のリーン状態と判定し、さらに、前記酸素蓄積量演算手段による酸素蓄積量の演算値が触媒の酸素蓄積限界値を越えたときに、前記酸素蓄積量演算手段による酸素蓄積量の演算を中止すると共に、触媒の酸素蓄積限界値を演算リミッタとしてその酸素蓄積量の演算値に更新する演算値更新手段を設けたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 排気通路に少なくとも一つの触媒を持ち、その上流の排気通路に排気ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサを持ち、この空燃比センサの検出空燃比の理論空燃比からの偏差に基づいて触媒に蓄積される酸素蓄積量を演算する酸素蓄積量演算手段と、この酸素蓄積量の演算値が予め定めた目標値となるように吸入空気の空燃比を制御する制御手段とを備える内燃機関の空燃比制御装置において、
前記触媒の下流の排気通路に排気ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサを設け、
この空燃比センサの検出空燃比が理論空燃比よりも希薄側に設定した判定値よりもリーンにあるとき、前記酸素蓄積量演算手段による酸素蓄積量の演算を中止すると共に、触媒の酸素蓄積限界値を演算リミッタとしてその酸素蓄積量の演算値に更新する演算値更新手段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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