JP3892061B2 - 希薄燃焼機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は希薄燃焼機関の空燃比制御装置に関し、詳しくは、理論空燃比よりも希薄な空燃比で燃焼させる所謂希薄燃焼機関におけるNOx浄化技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
前記希薄燃焼機関におけるNOxの浄化装置としては、従来、特開平6−66185号公報に開示されるようなものがあった。このものは、希薄燃焼領域においてNOxを吸蔵し、運転条件の変化によって理論空燃比燃焼領域に切り換わったときに、前記吸蔵しておいたNOxを還元処理するものであるが、希薄燃焼が長く続くとNOxを吸蔵しきれなくなるので、空燃比を一時的に濃くし、かかるリッチ運転下で前記NOxを還元処理して再び希薄燃焼に戻すようにしている。
【0003】
希薄燃焼領域でのNOx処理のために空燃比をリッチ化させるに当たっては、機関の吸入空気量と機関負荷とに基づいてNOx吸蔵量を推定し、NOx吸蔵量が所定値以上になると、そのときの吸蔵量に応じてリッチ化度合いを決定し、該決定に応じてNOx処理のための空燃比リッチ化制御を実行している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記NOx還元処理のためのリッチシフト制御において、従来では、NOx吸蔵量に基づいてNOxの還元処理に要求されるリッチシフト量が確保されるようにしているが、例えば低回転低負荷域等では、前記NOx処理に要求されるリッチシフト量では燃費に与える悪影響が大きくなって、NOx処理のために燃費性能が大きく悪化する惧れがあった。
【0005】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、吸蔵したNOxを還元処理するために空燃比を一時的にリッチシフトさせる構成において、燃費に対する影響を抑制しつつ、効果的にNOxを還元処理することができるようにすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項1の発明にかかる希薄燃焼機関の空燃比制御装置は、理論空燃比よりも希薄な空燃比での燃焼領域でNOxを一時的に吸蔵し、理論空燃比付近での燃焼領域で前記吸蔵したNOxを放出して還元処理するNOx吸蔵型触媒装置を排気系に備えた希薄燃焼機関の空燃比制御装置であって、機関吸入混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、該空燃比検出手段で検出される空燃比を目標空燃比に近づける方向に、機関への燃料供給量を補正するための空燃比フィードバック補正値を設定す る空燃比フィードバック補正手段と、希薄空燃比燃焼領域から理論空燃比付近での燃焼領域への移行初期に、前記NOx吸蔵型触媒装置におけるNOx吸蔵量に応じて前記空燃比フィードバック補正値のリッチ方向操作量を補正設定し、空燃比をリッチシフトさせるリッチ化手段と、機関の吸入空気量が少なくかつNOx吸蔵量が少ないときに、リッチシフト量を制限するように前記空燃比フィードバック補正値の許容上限値を設定し、前記NOx吸蔵量に応じて補正設定されたリッチ方向操作量に基づいて設定された空燃比フィードバック補正値を、前記許容上限値内に制限するリッチシフト制限手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。
【0007】
【作用】
請求項1の発明にかかる希薄燃焼機関の空燃比制御装置によると、希薄燃焼状態から理論空燃比付近での燃焼に移行したときに、空燃比フィードバック補正値のリッチ方向操作量をNOx吸蔵量に応じて補正設定することで、空燃比のリッチシフトを図るが、機関の吸入空気量が少なくかつNOx吸蔵量が少ないときには、リッチシフト量を制限するように空燃比フィードバック補正値の許容上限値を設定し、NOx吸蔵量に応じて補正設定された操作量を用いて設定される空燃比フィードバック補正値が前記許容上限値を越えることがないように制限し、燃費性能等が大きく悪化することを回避する。
【0008】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明する。図1は、実施例の希薄燃焼機関のシステム構成図であり、内燃機関1には、エアフローメータ2で計量された空気が吸引され、かかる空気と燃料噴射弁3から噴射される燃料とによって所定空燃比の混合気が形成される。
【0009】
機関1からの排気は、排気通路4途中に設けられた触媒装置5で浄化されて排出される。前記燃料噴射弁3による燃料噴射量は、コントロールユニット6から出力される噴射パルス信号のパルス幅に応じて制御される。前記コントロールユニット6には、前記エアフローメータ2からの吸入空気量信号Qa、クランク軸又はカム軸から回転信号を取り出す回転センサ7からの機関回転数信号N、触媒装置5の上流側の排気通路4に設けられて排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ8(空燃比検出手段)からの酸素濃度信号等が入力される。
【0010】
前記酸素センサ8は、例えば基準酸素濃度と排気中の酸素濃度との比に応じた起電力を発生する酸素濃淡電池であり、理論空燃比を境に酸素濃度が急変することに対応して、理論空燃比よりもリッチ側では出力が高くなり、リーン側では出力が低くなることで、理論空燃比を検出できるセンサである。そして、コントロールユニット6は、吸入空気量Qaと機関回転数Nとに基づいて基本噴射パルス幅Tp(基本燃料供給量)を演算する一方、理論空燃比燃焼域では、前記酸素センサ8の出力に基づいて実際の空燃比を理論空燃比に近づける方向に空燃比フィードバック補正係数α(空燃比フィードバック補正値)を比例積分制御し、前記基本噴射パルス幅Tpに前記空燃比フィードバック補正係数αを乗算して補正設定して、最終的な燃料噴射パルス幅Ti(Ti=Tp×α)を設定する。
【0011】
ここで、本実施例の機関1は、空燃比=22程度の希薄空燃比で燃焼を行わせる所謂希薄燃焼機関であり、前記希薄空燃比燃焼での運転と、理論空燃比付近での燃焼運転とを運転条件(例えば機関負荷,回転数)に応じて切り換えるようになっている。そして、前記希薄燃焼中における排気浄化、特に、NOx浄化のために、前記触媒装置5として、NOx吸蔵還元型三元触媒を用いている。前記NOx吸蔵還元型三元触媒は、理論空燃比付近での燃焼時にNOx,CO,HCの転換効率が最大となる通常の三元触媒としての浄化性能を有すると共に、NOx吸蔵物質を備えた触媒である。
【0012】
前記NOx吸蔵物質は、例えばバナジウム系の物質からなるものであり、希薄燃焼領域では、NOx吸蔵材中にNOxを一時吸蔵しておき、理論空燃比付近になると前記吸蔵していたNOxを放出し、前記放出されたNOxは三元触媒の機能によって排気中に含まれるHC,COと反応して還元される。尚、前記NOx吸蔵材と三元触媒とを個別に設ける構成とし、三元触媒の上流側においてNOxを吸蔵し、放出されたNOxを下流側の三元触媒で浄化する構成としても良い。
【0013】
また、希薄燃焼領域でNOxの浄化する触媒として公知であるゼオライト三元触媒を、前記NOx吸蔵還元型三元触媒の上流側に介装したり、前記ゼオライト三元触媒とNOx吸蔵還元型三元触媒とを一体的に備える構成であっても良い。前記ゼオライト三元触媒は、基材として用いられるゼオライトの微細な孔に捕らえられたHCを、ゼオライトに付着している活性貴金属に吸着されるNOxと反応させることで、希薄燃焼領域でもNOxを還元処理できるようにした触媒である。
【0014】
上記のように、本実施例の触媒装置においては、希薄燃焼中にNOxを吸蔵し、理論空燃比燃焼に移行したときに前記吸蔵されたNOxを還元処理するが、かかる理論空燃比燃焼への移行初期に、空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させて、NOxの還元処理に必要とされるHC,CO量を確保し、移行初期に放出されるNOxの還元処理が良好に行われるようにしてある。
【0015】
かかるリッチシフト制御の様子を、図2のフローチャートに示してある。尚、本実施例において、リッチシフト制限手段,リッチ化手段,空燃比フィードバック補正手段としての機能は、前記図2のフローチャートに示すように、コントロールユニット6がソフトウェア的に備えている。
【0016】
図2のフローチャートは、機関回転に同期して実行されるものであり、S1では、空燃比フィードバック制御(図中ではλコンと記してある。)の開始条件が成立しているか否かを判別する。そして、開始条件が成立しているときには、S2へ進み、酸素センサ8の出力を読み込む。
【0017】
S3では、予め理論空燃比に対するリーン状態を判別するために設定されているスライスレベルSL/LEAN(図3参照)と前記読み込んだ酸素センサ8の出力とを比較し、実際の空燃比が目標空燃比である理論空燃比よりもリーンであるか否かを判別する。ここで、スライスレベルSL/LEANよりも酸素センサ8の出力が小さく、空燃比が理論空燃比よりもリーンであると判別されたときには、S4へ進み、リーンフラグがオンになっているか否かを判別する。
【0018】
前記リーンフラグ及び後述するリッチフラグは、共に初期状態でオフであり、空燃比がリッチになればリッチフラグがオン、リーンフラグがオフされ、空燃比がリーンになればリーンフラグがオン、リッチフラグがオフされるようになっている。従って、空燃比がリッチからリーンへ反転した初回であれば、前記S4において前記リーンフラグはオフであると判別されることになり、この場合には、S5へ進む。
【0019】
S5では、空燃比フィードバック制御を開始してリーン判定されたのが初回であるか否かを判別する。そして、希薄燃焼領域から理論空燃比燃焼領域への移行時で、前記S5でリーン判定の初回であると判別されると、S6へ進み、吸入空気量Qaと機関回転数Nとを読み込み、前記触媒装置5のNOx吸蔵材に対するNOx吸蔵量Wを推定演算する。即ち、NOx量は、吸入空気量Q(排気量)が多くなるほど増大し、機関負荷Qa/Nが高くなるほど増大するので、希薄空燃比燃焼中における前記吸入空気量Qaと機関回転数Nとから予測されるNOx量を積算することで、NOx吸蔵量Wを推定できる。従って、図2のフローチャートは、説明上リーン判定の初回にS6,7の処理が行われる構成となっているが、実際上は、希薄燃焼領域において求めておいた吸蔵量Wを読み込むことになる。
【0020】
NOxの吸蔵量Wを推定演算すると、次のS8では、吸入空気量Qaと吸蔵量Wとに基づいて、空燃比フィードバック補正係数αの増大比例制御に用いる比例分PL(リッチ方向操作量:図3参照)を、通常よりも大きな値として補正設定する。このように、本実施例では、前記比例分PLを通常よりも増大設定することで、空燃比をリッチシフトさせるものであり、そのリッチシフト量は、吸入空気量QaとNOx吸蔵量Wとに基づいて、NOx還元処理に要求される値として設定される構成としてある。
【0021】
S9では、前記S8においてNOx還元処理に要求されるリッチシフト量に対応する値として設定された比例分PLを、前回までの空燃比フィードバック補正係数αに加算し、該加算結果を今回値とする。S 10 bでは、吸入空気量QaとNOx吸蔵量Wとを読み込み、次のS 11 bでは、吸入空気量QaとNOx吸蔵量Wとに基づいて上限値 Lmts hift を設定する(図4参照)。
【0022】
そして、S12では、前記S9で増大操作された補正係数αと前記上限値Lmtshiftとを比較し、上限値Lmtshiftを越えている場合には、S13へ進んで、前記上限値Lmtshiftを補正係数αとすることで、上限値Lmtshift内に補正係数αを制限する。上記S 10 b〜S 13の部分が、リッチシフト制限手段に相当する。上記構成によると、リッチシフト量を抑制したい吸入空気量Qaの少ないときに、そのときのNOx吸蔵量Wが少なければ、大幅にリッチシフト量を制限することができ、燃費性能を最大限に向上させることができる一方、吸入空気量Qaが少なくても吸蔵量Wが多いときには比較的大きなリッチシフトを許容して、NOx浄化率を維持させることができる。
【0023】
補正係数αを比例分PLに基づいて増大操作すると、S15でリーンフラグをオンし、また、S16では、リッチフラグをオフする。
【0024】
一方、S5でリッチ→リーン反転が初めてではないと判別されたときには、S14で、通常の目標空燃比付近に安定させるための比例分PLを用いて補正係数αを増大操作する。また、S4でリーンフラグがオンであると判別されたときには、S17へ進み、所定の積分分Iを前回までの補正係数αに加算して、該加算値を今回値とする。そして、空燃比が理論空燃比よりもリッチに反転するまで、積分制御による補正係数αの増大操作を繰り返す。
【0025】
S3で、酸素センサ8の出力がスライスレベルSL/LEAN以上であると判別されたときには、S18へ進む。S18では、予め理論空燃比に対するリッチ状態を判別するために設定されているスライスレベルSL/RICH(>SL/LEAN:図3参照)と酸素センサ8の出力とを比較し、実際の空燃比が目標空燃比である理論空燃比よりもリッチであるか否かを判別する。
【0026】
ここで、酸素センサ8の出力がスライスレベルSL/RICH以下である場合には、センサ出力が2つのスライスレベルSL/LEAN,SL/RICHで挟まれる領域内にあることを示す。この場合には、実際の空燃比が略理論空燃比になっているものと見做し、補正係数αを操作することなく本ルーチンを終了させる。
【0027】
一方、酸素センサ8の出力がスライスレベルSL/RICHを越えて空燃比がリッチになると、リッチフラグのオン・オフをS19で判別することで、空燃比反転時であるか否かを判別する。ここで、リッチフラグがオフであって空燃比反転時であるときには、通常の比例分PRに基づく減少制御をS20で実行し、S21,S22ではリッチフラグ,リーンフラグの更新を行う。
【0028】
空燃比のリッチ状態が継続している場合には、S19からS23へ進み、積分分Iに基づいて補正係数αを徐々に減少制御させる。このように、実際の空燃比が理論空燃比に近づく方向に空燃比フィードバック補正係数αを比例積分制御するものであるが、空燃比フィードバック制御の開始時、即ち、希薄燃焼領域から理論空燃比燃焼領域への移行初期には、補正係数αの増大制御に用いる比例分PLを、希薄燃焼中に吸蔵されたNOxの処理に要求される大きさを持つ、通常よりも大きな値とすることで、空燃比を強制的にリッチシフトさせ、理論空燃比燃焼領域の移行初期に放出されるNOxの還元処理に必要とされるHC,CO量を確保するものである。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1の発明にかかる希薄燃焼機関の空燃比制御装置によると、希薄燃焼状態から理論空燃比付近での燃焼に移行した初期に、リッチシフトを行うことで、理論空燃比付近の燃焼に移行したときに放出されるNOxの還元処理に必要とされるHC,COが前記リッチシフトによって確保でき、以って、理論空燃比付近での燃焼領域に移行したときにNOxを良好に還元処理できると共に、リッチシフト量を抑制したい吸入空気量の少ないときに、そのときのNOx吸蔵量が少なければ、大幅にリッチシフト量を制限することができ、燃費性能を最大限に向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の希薄燃焼機関におけるシステム構成図。
【図2】実施例の空燃比制御を示すフローチャート。
【図3】空燃比フィードバック制御及びリッチシフト制御を示すタイムチャート。
【図4】実施例における上限値特性を示す線図。
【符号の説明】
1…内燃機関
2…エアフローメータ
3…燃料噴射弁
4…排気通路
5…触媒装置
6…コントロールユニット
7…回転センサ
8…酸素センサ
Claims (1)
- 理論空燃比よりも希薄な空燃比での燃焼領域でNOxを一時的に吸蔵し、理論空燃比付近での燃焼領域で前記吸蔵したNOxを放出して還元処理するNOx吸蔵型触媒装置を排気系に備えた希薄燃焼機関の空燃比制御装置であって、
機関吸入混合気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
該空燃比検出手段で検出される空燃比を目標空燃比に近づける方向に、機関への燃料供給量を補正するための空燃比フィードバック補正値を設定する空燃比フィードバック補正手段と、
希薄空燃比燃焼領域から理論空燃比付近での燃焼領域への移行初期に、前記NOx吸蔵型触媒装置におけるNOx吸蔵量に応じて前記空燃比フィードバック補正値のリッチ方向操作量を補正設定し、空燃比をリッチシフトさせるリッチ化手段と、
機関の吸入空気量が少なくかつNOx吸蔵量が少ないときに、リッチシフト量を制限するように前記空燃比フィードバック補正値の許容上限値を設定し、前記NOx吸蔵量に応じて補正設定されたリッチ方向操作量に基づいて設定された空燃比フィードバック補正値を、前記許容上限値内に制限するリッチシフト制限手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする希薄燃焼機関の空燃比制御装置。
Priority Applications (1)
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JP05695295A JP3892061B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 希薄燃焼機関の空燃比制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP05695295A JP3892061B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 希薄燃焼機関の空燃比制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08254135A JPH08254135A (ja) | 1996-10-01 |
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Family
ID=13041891
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP05695295A Expired - Lifetime JP3892061B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 希薄燃焼機関の空燃比制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (2)
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JP4803026B2 (ja) * | 2006-12-28 | 2011-10-26 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気ガス浄化装置 |
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1995
- 1995-03-16 JP JP05695295A patent/JP3892061B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH08254135A (ja) | 1996-10-01 |
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