JP3902399B2 - 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】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、詳しくは、触媒の貯蔵酸素量に基づいて燃焼混合気の空燃比を制御する構成の空燃比制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、触媒の上流側に設けられる酸素センサで検出される空燃比(酸素濃度)と排気ガス量とから、前記触媒における貯蔵酸素量を推定し、該貯蔵酸素量が目標値になるように、燃焼混合気の空燃比(燃料噴射量)を補正する構成の空燃比制御装置が知られている(特開平6−249028号公報,特開平10−184425号公報等参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、機関で失火が発生すると、大気がそのまま排気系に流れることから、酸素センサは酸素過剰状態(リーン状態)を検出し、貯蔵酸素量の増大変化が検出されることになる。
しかし、失火時には、機関に噴射された燃料が燃えないまま排気系に流れ、これが触媒で酸化反応して酸素を消費する。
【0004】
従って、実際には貯蔵酸素量が大きく増大変化することはないが、酸素センサの検出結果から貯蔵酸素量の推定値が増大変化するために、貯蔵酸素量を減らす方向の制御(リッチ化制御)が行われることになり、貯蔵酸素量が目標よりも少ない値に制御されてしまうという問題があった。
また、失火時には、触媒で多量の燃料が酸化反応し、貯蔵酸素が急激に消費されるため、実際の貯蔵酸素量としてはむしろ減る傾向を示す。
【0005】
このため、酸素センサの検出結果に基づく貯蔵酸素量の推定値が増大変化することから空燃比をリッチ化させると、貯蔵酸素量の減少を更に助長させることになる。
また、リッチ方向への誤制御を回避できたとしても、実際の貯蔵酸素量の減少変化は、排気ガス量・酸素濃度からは推定されないので、そのままでは実際の貯蔵酸素量が目標よりも少ない状態に放置されることになり、また、推定誤差を生じさせることにもなるという問題があった。
【0006】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、失火時に触媒での燃料の酸化反応によって実際の貯蔵酸素量が減少したとしても、実際の貯蔵酸素量を目標値に速やかに戻し、また、貯蔵酸素量の推定精度を維持できるようにすることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項1記載の発明では、機関の排気ガス量と排気中の酸素濃度とに基づき、排気管に介装される触媒の貯蔵酸素量を推定し、該推定した貯蔵酸素量と該貯蔵酸素量の目標値とに基づいて燃焼混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、機関の失火の発生時に前記貯蔵酸素量の推定値の更新を停止させ、かつ、前記失火に伴う貯蔵酸素量の減少分を補うべく失火終了時に空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させ、該リーン化終了時に前記貯蔵酸素量の推定値を前記目標値或いは前記目標値付近の値にリセットしてから更新を再開させる構成とした。
【0009】
かかる構成によると、失火が発生すると、貯蔵酸素量の推定値の更新を停止させることで、排気中の酸素濃度が増大しても貯蔵酸素量の推定値が増大方向に更新されることを阻止し、かつ、失火が終了すると、空燃比をリーン化させて失火中に触媒での燃料の酸化反応で減った分の貯蔵酸素量を補い、該貯蔵酸素量の補給が終わると、貯蔵酸素量の推定値を目標値或いは目標値付近の値にリセットしてから更新を再開させる。
【0013】
請求項2記載の発明では、機関の排気ガス量と排気中の酸素濃度とに基づき、排気管に介装される触媒の貯蔵酸素量を推定し、該推定した貯蔵酸素量と該貯蔵酸素量の目標値とに基づいて燃焼混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、機関の失火時に前記貯蔵酸素量の推定値に基づく空燃比制御を停止させると共に、前記失火に伴う貯蔵酸素量の減少分を補うべく失火終了時に空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させ、該リーン化終了時に前記貯蔵酸素量の推定値を前記目標値或いは前記目標値付近の値にリセットしてから前記推定値に基づく空燃比制御を再開させる構成とした。
【0014】
かかる構成によると、失火の発生中は貯蔵酸素量の推定値に基づく空燃比制御が停止され、失火が終了すると、空燃比をリーン化させて失火中に触媒での燃料の酸化反応で減った分の貯蔵酸素量を補い、該貯蔵酸素量の補給が終わると、貯蔵酸素量の推定値を目標値或いは目標値付近の値にリセットした上で、貯蔵酸素量の推定値に基づく空燃比制御を再開させる。
請求項3記載の発明では、前記空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させる時間を、失火の回数及び/又は継続時間に基づいて変更し、請求項4記載の発明では、失火中に噴射された燃料の総量に基づいて変更し、請求項5記載の発明では、機関運転条件に基づいて変更する。
【0015】
【発明の効果】
請求項1,3〜5記載の発明によると、失火中に貯蔵酸素量が増大更新されることが回避され、空燃比が誤ってリッチ化されることを防止できると共に、失火中に触媒での燃料の酸化反応で減った貯蔵酸素量を目標値付近に回復させ、これに伴って推定値を目標値或いは目標値付近の値にリセットするので、貯蔵酸素量の推定精度を維持することができるという効果がある。
【0017】
請求項2,3〜5記載の発明によると、失火中に誤った貯蔵酸素量の推定値に基づき空燃比が制御されることが回避されると共に、失火中に触媒での燃料の酸化反応で減った貯蔵酸素量を確実に回復させることができ、更に、貯蔵酸素量の推定値を実際量に近似させてから空燃比制御を再開させて、再開後の貯蔵酸素量の推定値に基づく空燃比制御精度を確保することができるという効果がある。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は実施の形態における内燃機関のシステム構成図である。
この図1において、車両に搭載される内燃機関1の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ2,吸気通路3,モータで開閉駆動される電子制御式スロットル弁4を介して空気が吸入される。
【0019】
各気筒の燃焼室内に燃料(ガソリン)を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁5が設けられており、該燃料噴射弁5から噴射される燃料と前記吸入される空気とによって燃焼室内に混合気が形成される。
燃料噴射弁5は、コントロールユニット20から出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射する。
【0020】
燃焼室内に形成される混合気は、点火栓6により着火燃焼する。
尚、内燃機関1を上記の直接筒内噴射式ガソリン機関に限定するものではなく、吸気ポートに燃料を噴射する構成の内燃機関であっても良い。
機関1からの排気は排気通路7より排出され、該排気通路7には排気浄化用の触媒8が介装されている。
【0021】
前記触媒8は、酸素貯蔵能力を有する三元触媒であって、排気中の有害3成分である一酸化炭素CO及び炭化水素HCを酸化すると共に、酸化窒素NOxを還元して、無害な二酸化炭素、水蒸気及び窒素に変換させるものである。
そして、該三元触媒8による浄化性能は、排気空燃比が理論空燃比であるときに最も高く、排気空燃比がリーンで酸素量が過剰であると、酸化作用は活発になるが還元作用が不活発となり、逆に、排気空燃比がリッチで酸素量が少ないと、酸化作用は不活発になるが還元作用が活発となる。
【0022】
但し、前記三元触媒8は酸素を貯蔵する能力(酸素ストレージ効果)を有するため、排気空燃比が一時的にリッチになったときには、それまでに貯蔵されていた酸素を使用し、逆に、排気空燃比が一時的にリーンになったときには、余分な酸素を貯蔵することで、排気浄化性能を維持できるようになっている。
従って、空燃比が理論空燃比からリーン側にずれたときに酸化窒素NOxを還元でき、かつ、空燃比が理論空燃比からリッチ側にずれたときに一酸化炭素CO及び炭化水素HCを酸化できるようにするためには、三元触媒8に貯蔵される酸素の量(貯蔵酸素量)を、貯蔵できる最大量の半分程度に維持し、余分な酸素を貯蔵し、かつ、酸化処理に必要な酸素を脱離して供給できる状態にしておくことが要求される。
【0023】
そこで、前記コントロールユニット20は、所定運転領域において、三元触媒8における貯蔵酸素量を推定し、該推定される貯蔵酸素量が目標量(最大貯蔵酸素量の半分程度)よりも少ないときには、空燃比をリーン化させて貯蔵酸素量を増大させ、逆に、推定される貯蔵酸素量が目標量よりも多いときには、空燃比をリッチ化させて余分な酸素を脱離させ貯蔵酸素量を減少させるように、前記燃料噴射弁5による燃料噴射量をフィードバック制御するようになっている。
【0024】
前記コントロールユニット20は、CPU,ROM,RAM,A/D変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイコンを備え、各種センサからの入力信号を受け、これらに基づいて演算処理して、電子制御式スロットル弁4の開度,燃料噴射弁5による噴射量・噴射時期,点火栓6による点火時期を制御する。
【0025】
前記各種センサとして、機関1のクランク角を検出するクランク角センサ21、カム軸から気筒判別信号を取り出すカムセンサ22が設けられており、前記クランク角センサ21からの信号に基づき機関の回転速度Neが算出される。
この他、吸気通路3のスロットル弁4上流側で吸入空気量Qを検出するエアフローメータ23、アクセルペダルの踏込み量(アクセル開度)APSを検出するアクセルセンサ24、スロットル弁4の開度TVOを検出するスロットルセンサ25、機関1の冷却水温Twを検出する水温センサ26、排気中の酸素濃度を広域に検出する酸素センサ27、車速VSPを検出する車速センサ28などが設けられている。
【0026】
ここで、前記コントロールユニット20による貯蔵酸素量に基づく空燃比制御の様子を、図2のブロック図に従って説明する。
図2のブロック図において、エアフローメータ23で検出される吸入空気量Qのデータに、理論空燃比(空気過剰率λ=1)と酸素センサ27で検出される空燃比との偏差Δλを乗算する。
【0027】
前記空燃比偏差Δλは、燃焼混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであれば正の値となり、リッチであれば負の値になり、燃焼混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンであれば、触媒8における貯蔵酸素量が増大変化し、燃焼混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチであれば、触媒8における貯蔵酸素量が減少変化することに対応する。
【0028】
尚、前記エアフローメータ23で検出される吸入空気量Qは、排気ガス量に近似する値として用いるものであり、直接排気ガス量を計測させても良い。また、吸入空気量Qに対して排気還流による補正や過渡時補正を施して、より排気ガス量に近似させることが好ましい。
前記吸入空気量Qと空燃比偏差Δλとの乗算結果には定数Kが乗算され、その結果が、積分器101で逐次積分され、触媒8における貯蔵酸素量が求められる。
【0029】
次いで、前記積分器101から出力される貯蔵酸素量の推定値と最大貯蔵酸素量の半分程度の値である目標値との偏差が演算される。
そして、前記貯蔵酸素量の偏差のデータが入力されるフィードバック係数演算部102では、貯蔵酸素量の推定値を目標値に一致させるべく、空燃比のフィードバック補正係数を演算する。
【0030】
即ち、貯蔵酸素量が目標量よりも少ないときには、空燃比をリーン化させて貯蔵酸素量を増大させ、逆に、貯蔵酸素量が目標量よりも多いときには、空燃比をリッチ化させて余分な酸素を脱離させ貯蔵酸素量を減少させるように、フィードバック補正係数を設定する。
噴射量演算部103では、前記フィードバック補正係数を用いて基本燃料噴射量を補正して最終的な燃料噴射量を演算し、該燃料噴射量に相当する噴射パルス信号を燃料噴射弁5に出力する。
【0031】
また、失火検出部104では、機関回転速度Neの変動に基づいて失火の有無を検出する。
但し、回転変動に基づき失火を検出する方法に限定するものではなく、筒内圧に基づいて失火を検出する構成や、燃焼光から失火を検出する構成など、公知の種々の失火検出方法を用いることができる。
【0032】
貯蔵酸素量クランプ制御部105では、前記失火検出部104で失火の発生が検出されたときに、前記貯蔵酸素量の更新を停止させる。
また、リーン化制御部106では、前記失火検出部104で失火が終了したことが検出された時点から所定時間だけ空燃比を強制的にリーン化させるべく、前記噴射量演算部103にリーン補正信号を出力する。
【0033】
前記リーン化制御部106は、強制的なリーン化の終了信号を前記貯蔵酸素量クランプ制御部105に出力し、リーン化終了信号を受けたクランプ制御部105では、貯蔵酸素量の推定値を所定値にリセットしてから、更新処理を再開させる。
上記失火検出部104,貯蔵酸素量クランプ制御部105及びリーン化制御部106における処理を、図3のフローチャートに従って詳細に説明する。
【0034】
図3のフローチャートにおいて、ステップS1では、失火が発生しているか否かを判別する。
そして、失火が発生していない状態では、ステップS6へジャンプして進むことで、通常に貯蔵酸素量の推定値を更新させ、次のステップS7では、貯蔵酸素量の推定値に基づくフィードバック制御を実行させる。
【0035】
一方、ステップS1で失火の発生が検出されると、ステップS2へ進んで、吸入空気量(排気ガス量)及び空燃比偏差Δλに基づく貯蔵酸素量の推定値の更新を停止する。
ステップS3では、失火が終了したか否かを判別し、失火が終了すると、ステップS4へ進む。
【0036】
ステップS4では、燃焼混合気の空燃比を強制的に所定時間リーン化させるべく、燃料噴射量を補正する。
前記所定時間は固定値であっても良いが、失火の回数・継続時間、失火中に噴射された燃料の総量、更には、吸入空気量・回転速度などの運転条件に基づいて変更する構成とすることがより好ましい。
【0037】
尚、前記所定時間を、失火の回数,継続時間,失火中の燃料の総量などに基づいて設定する場合には、僅かの失火で終了してリーン補正の必要がない場合に、前記所定時間として0が設定され、実質的にリーン補正が行われない場合もあり得る。
そして、前記所定時間として0が設定される場合には、失火終了と同時にステップS5以降へ進むことになる。
【0038】
ステップS4における所定時間のリーン化補正が完了すると、ステップS5へ進み、貯蔵酸素量の推定値を所定値にリセットする。
尚、前記所定値は、フィードバック制御における目標値或いは目標付近の値とする。
これにより、所定時間のリーン化補正が完了した後は、前記所定値を初期値として貯蔵酸素量の推定値の更新が再開されることになる。
【0039】
失火が発生すると、酸素センサ27はリーン状態を検出し、通常に貯蔵酸素量の推定値の更新を継続させると、貯蔵酸素量の推定値が増大方向に更新され、該増大変化を抑制すべく、空燃比がリッチ化されることになるが、燃料カット時とは異なり、燃料が噴射されているので、燃料の触媒8での酸化反応により実際の貯蔵酸素量は増大変化しない。
【0040】
そこで、失火発生に伴って貯蔵酸素量の推定値の更新を停止させることで、たとえ酸素センサ27がリーン状態を検出しても、貯蔵酸素量の推定値が増大更新されることを阻止し、以って、酸素センサ27のリーン状態検出に基づき無用なリッチ化制御が行われることを回避する。
更に、失火中の実際の貯蔵酸素量は、失火により燃焼室から流れ出す燃料の触媒での酸化反応によって急激に消費されることから、失火前よりも減少する傾向を示すため、該減少分を補うべく失火終了後に空燃比を所定時間だけリーン化させ、該リーン化完了後は実際の貯蔵酸素量が所定値(目標値)付近になっているものと推定し、貯蔵酸素量の推定値をリセットする。
【0041】
これにより、実際の貯蔵酸素量を速やかに目標値付近に復帰させることができ、かつ、更新を再開させた後の貯蔵酸素量の推定精度を維持することができる。ところで、上記実施の形態では、失火時に貯蔵酸素量の推定値の更新を停止させることで、誤った推定値に基づき空燃比制御が行われることを回避するようにしたが、貯蔵酸素量に基づく空燃比制御を停止させることで、たとえ貯蔵酸素量の推定値に誤りが生じても誤制御を回避できる構成としても良い。
【0042】
図4のブロック図は、失火時に貯蔵酸素量の推定値に基づく空燃比制御を停止させる構成とした第2の実施形態を示すものである。
尚、図4のブロック図において、図2のブロック図と同一要素には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
この図4のブロック図において、失火検出部104で失火の発生が検出されると、フィードバック停止部107が、フィードバック係数演算部102におけるフィードバック制御を停止させる(フィードバック補正係数をクランプさせる)。
【0043】
そして、前記失火検出部104で失火の終了が検出されると、リーン化制御部106が空燃比を強制的に所定時間だけリーン化させる。
前記リーン化制御部106におけるリーン化処理が完了すると、前記フィードバック停止部107がフィードバック制御を再開させるが、同時に、推定値リセット部108が貯蔵酸素量の推定値を所定値(例えば目標値)にリセットし、前記所定値を初期値として推定値が更新され、このときの推定値を用いてフィードバック制御が行われるようにする。
【0044】
図5のフローチャートは、上記第2の実施形態における失火時の制御を詳細に示すものであり、前記図3のフローチャートに対してステップS2aの部分のみが異なる。
即ち、第2の実施形態では、失火が発生すると(S1)、ステップS2aでフィードバック制御を停止させる(フィードバック補正係数をクランプさせる)。
【0045】
これにより、たとえ失火により貯蔵酸素量が実際より多く推定されても、これに基づいて空燃比がリッチ方向に補正されることがなく、実際の貯蔵酸素量が目標よりも少ない値に制御されてしまうことを回避できる。
そして、失火が終了すると(S3)、第1の実施形態と同様に、所定時間だけ強制的に空燃比をリーン化し(S4)、失火中に噴射された燃料の酸化反応で減少した貯蔵酸素量を回復させる。
【0046】
更に、リーン化処理が終了すると、貯蔵酸素量の推定値を所定値にリセットすることで、推定値を実際値に近似する値に切り換え(S5)、推定値に基づくフィードバック制御を再開させる(S6,7)。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図2】第1の実施の形態における空燃比制御を示すブロック図。
【図3】第1の実施の形態における失火時の空燃比制御の詳細を示すフローチャート。
【図4】第2の実施の形態における空燃比制御を示すブロック図。
【図5】第2の実施の形態における失火時の空燃比制御の詳細を示すフローチャート。
【符号の説明】
1…内燃機関
4…スロットル弁
5…燃料噴射弁
6…点火栓
8…触媒
20…コントロールユニット
21…クランク角センサ
23…エアフローメータ
27…酸素センサ
101…積分器
102…フィードバック係数演算部
103…噴射量演算部
104…失火検出部
105…貯蔵酸素量クランプ制御部
106…リーン化制御部
107…フィードバック停止部
108…推定値リセット部
Claims (5)
- 機関の排気ガス量と排気中の酸素濃度とに基づき、排気管に介装される触媒の貯蔵酸素量を推定し、該推定した貯蔵酸素量と該貯蔵酸素量の目標値とに基づいて燃焼混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
機関の失火の発生時に前記貯蔵酸素量の推定値の更新を停止させ、かつ、前記失火に伴う貯蔵酸素量の減少分を補うべく失火終了時に空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させ、該リーン化終了時に前記貯蔵酸素量の推定値を前記目標値或いは前記目標値付近の値にリセットしてから更新を再開させることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 機関の排気ガス量と排気中の酸素濃度とに基づき、排気管に介装される触媒の貯蔵酸素量を推定し、該推定した貯蔵酸素量と該貯蔵酸素量の目標値とに基づいて燃焼混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
機関の失火時に前記貯蔵酸素量の推定値に基づく空燃比制御を停止させると共に、前記失火に伴う貯蔵酸素量の減少分を補うべく失火終了時に空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させ、該リーン化終了時に前記貯蔵酸素量の推定値を前記目標値或いは前記目標値付近の値にリセットしてから前記推定値に基づく空燃比制御を再開させることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させる時間を、失火の回数及び/又は継続時間に基づいて変更することを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させる時間を、失火中に噴射された燃料の総量に基づいて変更することを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記空燃比を強制的に理論空燃比よりもリーン化させる時間を、機関運転条件に基づいて変更することを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の空燃比制御装置。
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