JP4016235B2 - 内燃機関の空燃比制御方法と内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の空燃比制御装置に関する従来技術として特開平５―１８２３２号公報がある。図７により、この従来技術を説明する。図７は従来技術の基本構成を示すブロック図である。
【０００３】
図７に示すように、従来技術の構成は、機関の排気通路に配設されて機関排気を浄化する触媒５１と、触媒５１の上流側の排気通路に供給する二次空気量を調整する二次空気量調整手段５６と、触媒５１の温度を検出する触媒温度検出手段５２と、機関吸入混合気の空燃比を検知する空燃比検知手段５５と、触媒温度検出手段５２で検出された触媒の温度に基づいて空燃比の最適値を設定する最適空燃比設定手段５３と、最適空燃比設定手段５３で設定された最適空燃比と空燃比検知手段５５で検知された空燃比との比較に基づいて二次空気調整手段５６を制御する最適空燃比に基づく制御手段５４とを含んで構成された内燃機関の二次空気制御装置である。
【０００４】
次に、従来技術の作用を説明する。触媒温度検出手段５２により検出された触媒５１の温度に基づいて、最適空燃比設定手段５３により最適空燃比が設定される。最適空燃比に基づく制御手段５４により、最適空燃比設定手段５３により設定された最適空燃比と空燃比検知手段５５により検知された実際の空燃比との比較に基づいて、二次空気量が調整される。
【０００５】
このように、触媒温度に基づいて、二次空気量を制御するようにしたので、始動時など触媒温度が低いときには二次空気の供給により酸化反応を積極的に促進させ、触媒の活性化を図るものである。また、触媒温度に基づいて設定した最適空燃比と実際の空燃比との比較に基づいて、二次空気を制御するので、必要量のみ供給させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記説明の通り、従来技術の内燃機関の空燃比制御装置は、触媒温度に基づいて設定した最適空燃比と実際の空燃比との比較に基づいて、二次空気を制御するものであり、機関運転状態、たとえば、機関負荷を考慮していない。ところが、内燃機関においては、機関負荷が高くなるほど吸気管圧力が高くなり、燃料の蒸発が遅くなり、燃焼が悪化しドライバビリティが悪化するという問題が発生する。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するために、触媒温度に基づいて目標空燃比を設定する内燃機関の空燃比制御方法において、目標空燃比を目標空燃比ガード値でガードするようにした内燃機関の空燃比制御方法を提供することを目的にしたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために、請求項１の発明は、触媒温度に基づいて目標空燃比を設定する内燃機関の空燃比制御方法において、理論空燃比よりリーン側に設定され、機関負荷が高いほど理論空燃比に近づくように設定される目標空燃比ガード値で前記目標空燃比をガードするようにしたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御方法である。前述の目的を達成するために、請求項２の発明は、触媒温度に基づいて前記目標空燃比を設定する内燃機関の空燃比制御方法において、前記目標空燃比を触媒の劣化度に基づいて設定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の空燃比制御方法である。前述の目的を達成するために、請求項３の発明は、触媒を活性化させるリーン化制御実行中に行われることを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御方法である。前述の目的を達成するために、請求項４の発明は、前記目標空燃比ガード値はコンプレッション不足により燃焼悪化が発生する極低負荷域では理論空燃比よりリーン側に設定され、機関負荷が低いほど理論空燃比に近づくように設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずか一項に記載の内燃機関の空燃比制御方法である。
【００１１】
前述の目的を達成するために、請求項５発明は、触媒温度に基づいて目標空燃比を設定する内燃機関の空燃比制御装置において、理論空燃比よりリーン側に設定され、機関負荷が高いほど理論空燃比に近づくように設定される目標空燃比ガード値で前記目標空燃比をガードする目標空燃比設定手段と、前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比に基づき内燃機関に対し空燃比制御を行う空燃比制御手段を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置である。前述の目的を達成するために、請求項６発明は、触媒温度に基づいて前記目標空燃比を設定する内燃機関の空燃比制御装置において、前記目標空燃比を触媒の劣化度に基づいて設定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置である。前述の目的を達成するために、請求項７発明は、触媒を活性化させるリーン化制御実行中に前記空燃比制御を行う空燃比制御手段を備えたことを特徴とする請求項５もしくは請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置である。前述の目的を達成するために、請求項８発明は、前記目標空燃比ガード値はコンプレッション不足により燃焼悪化が発生する極低負荷域では理論空燃比よりリーン側に設定され、機関負荷が低いほど理論空燃比に近づくように設定されることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置である。
【００１３】
【発明の実施形態】
本発明の実施形態を図に基づき説明する。図１は、本発明の１実施形態にかかる内燃機関の空燃比制御装置のシステム構成図である。図１は、内燃機関９として、４気筒４サイクル火花点火式内燃機関に適用した例であり、後述するマイクロコンピュータ１によって制御される。
【００１４】
エアフローメータ２の下流側には、スロットルバルブ３を介してサージタンク４が設けられている。エアフローメータ２の近傍には吸気温を検出する吸気温センサ５が取り付けられている。スロットルバルブ３には、スロットルバルブ３が全閉状態でオンとなるアイドルスイッチ６が取り付けられている。
【００１５】
サージタンク４は、吸気通路７および吸気弁８を介して内燃機関９の燃焼室１０に連通されている。吸気通路７内に一部が突出するよう各気筒毎に燃料噴射弁１１が配設されている。燃料噴射弁１１により、吸気通路７を通る空気内に燃料が噴射される。
【００１６】
燃焼室１０は、排気弁１２および排気通路１３を介して触媒装置１４に連通されている。点火プラグ１５は燃焼室１０に突出するよう設けられている。ピストン１６は図中、上下方向に往復運動する。
【００１７】
イグナイタ１７は高電圧を発生し、この高電圧をディストリビュータ１８により気筒の点火プラグ１５に分配供給する。回転角センサ１９はディストリビュータ１８のシャフトの回転を検出して例えば、３０°ＣＡ毎にエンジン（内燃機関）回転信号をマイクロコンピュータ１に出力する。
【００１８】
水温センサ２０は、エンジンブロック２１を貫通した一部がウォータジャケット内に突出するように設けられ、エンジン冷却水の水温を検出して水温センサ信号を出力する。酸素濃度検出センサ（Ｏ２センサ）２２はその一部が排気通路１３を貫通突出するように配置され、触媒装置１４に入る前の排気ガス中の酸素濃度を検出する。警告灯２３はマイクロコンピュータ１に接続され、燃料噴射系の異常時に点灯し、異常を運転者に知らせる。
【００１９】
このような構成の各部の動作を制御するマイクロコンピュータ１は図２に示すようなハードウエア構成を備えている。図２は、図１中のマイクロコンピュータのハードウエア構成を示す図である。図２において、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２０】
図２において、マイクロコンピュータ１は、ＣＰＵ（中央処理装置）３０、処理プログラムを格納したＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）３１、作業領域として使用されるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）３２、内燃機関停止後もデータを保持するバックアップＲＡＭ３３，Ａ／Ｄコンバータ３４および入出力インターフェース回路３５などから構成されており、それらはバス３６を介して互いに接続されている。
【００２１】
Ａ／Ｄコンバータ３４は、エアフローメータ２からの吸入空気量検出信号、吸気温センサ５からの吸気温検出信号、水温センサ２０からの水温検出信号、酸素濃度検出センサ（Ｏ２センサ）２２からの酸素濃度検出信号を順次切換えて取り込み、それをアナログ・ディジタル変換してバス３６に順次送出する。
【００２２】
入出力インターフェース回路３５はアイドルスイッチ６からの検出信号および回転角センサ１９からの回転数に応じた回転数信号がそれぞれ入力され、それをバス３６を介してＣＰＵ３０に入力する一方、バス３６から入力された各信号を燃料噴射弁１１、イグナイタ１７および警告灯２３へ送出してそれらを制御する。これにより、燃料噴射弁１１は、その燃料噴射時間が制御され、イグナイタ１７の点火信号が入力されてイグニッションコイルの一次電流を遮断し、点火プラグ１５に点火する。
【００２３】
上記構成のマイクロコンピュータ１は、図３に示す本発明の基本構成をソフトウエアで実現する電子制御装置であり、ＲＯＭ３１内に格納されたプログラムに従い、後述するフローチャートの処理を実行する。
【００２４】
図３により、本発明の基本構成を説明する。図３は、本発明の基本構成を示すブロック図である。図３に示すように、触媒温度を推定する触媒温度推定手段４１と触媒劣化度を推定する触媒劣化度推定手段４２からの情報に基づき目標空燃比設定手段４４にて目標空燃比ＡＦＲが算出される。
【００２５】
機関運転状態、たとえば機関負荷を検出する機関運転状態検出手段４３からの情報に基づき目標空燃比設定手段４４にて目標空燃比ガード値ＡＦＲＧＤが算出される。
【００２６】
目標空燃比設定手段４４にて目標空燃比ＡＦＲと目標空燃比ガード値ＡＦＲＧＤが比較され、目標空燃比ガード値ＡＦＲＧＤの方が目標空燃比ＡＦＲより大きい場合、目標空燃比ＡＦＲ＝目標空燃比ガード値ＡＦＲＧＤとされる。
【００２７】
空燃比制御手段４５は、目標空燃比設定手段４４にて算出された目標空燃比ＡＦＰに基づき内燃機関４６に対し空燃比制御を行う。
【００２８】
空燃比制御手段４５の制御方法としては、排気管に設置した図１および図２に示す酸素濃度検出センサ（Ｏ２センサ）２２からの情報に基づくフィードバック制御を実施してもよいし、酸素濃度検出センサ（Ｏ２センサ）２２の活性前で空燃比情報が得られない場合にはオープン制御を実施してもよい。
【００２９】
図４により、本発明の第１実施形態にかかる内燃機関の空燃比制御装置の目標空燃比設定ルーチンを示すフローチャートを説明する。図４は、本発明の第１実施形態にかかる内燃機関の空燃比制御装置の目標空燃比設定ルーチンを示すフローチャートである。
【００３０】
Ｓ１（ステップ１。以下同様）では、リーン化制御実行中か否かが判断される。内燃機関の始動後、触媒を早期活性化させるため、空燃比をリーンにさせているか否かを判断させるものである。ＹＥＳの場合、Ｓ２に進み、ＮＯの場合、Ｓ５に進む。
【００３１】
Ｓ５では、目標空燃比ＡＦＲ＝理論空燃比と設定されてＲＥＴＵＲＮに進む。
【００３２】
Ｓ２では、目標空燃比ＡＦＲのマップ検索が実行される。すなわち、触媒温度を推定する触媒温度推定手段４１と触媒劣化度を推定する触媒劣化度推定手段４２からの情報に基づき目標空燃比設定手段４４にて目標空燃比ＡＦＲが算出される。
【００３３】
図５により、目標空燃比ＡＦＲマップの例を説明する。図５は、図４における本発明の第１実施形態にかかる内燃機関の空燃比制御装置の目標空燃比ＡＦＲマップの例を示した図である。図５から明らかなように、目標空燃比は、触媒温度が低いほど、また触媒劣化度が大きいほどリーンに設定される。
【００３４】
Ｓ３では、目標空燃比ガード値ＡＦＲＧＤのテーブル検索が実行される。すなわち、機関運転状態検出手段４３からの情報、たとえば、機関負荷情報に基づき目標空燃比設定手段４４にて目標空燃比ガード値ＡＦＲＧＤが算出される。
【００３５】
図６により、目標空燃比ガード値ＡＦＲＧＤのテーブルを説明する。図６は、図４における本発明の第１実施形態にかかる内燃機関の空燃比制御装置の目標空燃比ガード値ＡＦＲＧＤのテーブルの例を示した図である。図６から明らかなように、目標空燃比ガード値ＡＦＲＧＤは、基本的に機関負荷が高いほど、リッチ側に設定される。これは、機関負荷が高いほど、吸気管圧力が高くなり、燃料の蒸発が遅くなることに起因する燃焼の悪化を回避させるためである。また、コンプレッション不足により燃焼悪化が発生する極軽負荷域の場合も目標空燃比ガード値ＡＦＲＧＤをリッチ側にシフトすることで燃焼悪化を回避させるようにしている。
【００３６】
Ｓ４では、目標空燃比ＡＦＲ＞目標空燃比ガード値ＡＦＲＧＤか否かが判断される。すなわち、目標空燃比設定手段４４にて目標空燃比ＡＦＲと目標空燃比ガード値ＡＦＲＧＤが比較され、目標空燃比ガード値ＡＦＲＧＤの方が目標空燃比ＡＦＲより大きい場合、Ｓ６に進み、小さい場合、ＲＥＴＵＲＮに進む。
【００３７】
Ｓ６では、目標空燃比ＡＦＲ＝目標空燃比ガード値ＡＦＲＧＤとされ、 ＲＥＴＵＲＮに進む。
【００３８】
以上説明した本発明の第１実施形態にかかる内燃機関の空燃比制御方法および装置によれば、触媒温度や触媒劣化度などの触媒状態に基づいて目標空燃比を設定したので、触媒の早期活性化を達成するのに最適な空燃比に設定することができ、排気エミッションの低減が可能になる。
【００３９】
また、機関負荷など機関運転状態に基づいて目標空燃比に目標空燃比ガードを設けることで、ドライバビリティを維持することができる。
【００４０】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明では、排気エミッションの低減が可能で、ドライバビリティを維持することができる内燃機関の空燃比制御方法を提供することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態にかかる内燃機関の空燃比制御装置のシステム構成図である。
【図２】図１中のマイクロコンピュータのハードウエア構成を示す図である。
【図３】本発明の基本構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる内燃機関の空燃比制御装置の目標空燃比設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図４における本発明の第１実施形態にかかる内燃機関の空燃比制御装置の目標空燃比ＡＦＲマップの例を示した図である。
【図６】図４における本発明の第１実施形態にかかる内燃機関の空燃比制御装置の目標空燃比ガード値ＡＦＲＧＤのテーブルの例を示した図である。
【図７】従来技術の基本構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１……マイクロコンピュータ
２……エアフローメータ
３……スロットルバルブ
４……サージタンク
５……吸気温センサ
６……アイドルスイッチ
７……吸気通路
８……吸気弁
９……内燃機関
１０……燃焼室
１１……燃料噴射弁
１２……排気弁
１３……排気通路
１４……触媒装置
１５……点火プラグ
１６……ピストン
１７……イグナイタ
１８……ディストリビュータ
１９……回転角センサ
２０……水温センサ
２１……エンジンブロック
２２……酸素濃度検出センサ（Ｏ２センサ）
２３……警告灯
３０……ＣＰＵ
３１……ＲＯＭ
３２……ＲＡＭ
３３……バックアップＲＡＭ
３４……Ａ／Ｄコンバータ
３５……入出力インターフェース回路
３６……バス
４１……触媒温度推定手段
４２……触媒劣化度推定手段
４３……機関運転状態検出手段
４４……目標空燃比設定手段
４５……空燃比制御手段
４６……内燃機関
５１……触媒
５２……触媒温度検出手段
５３……目標空燃比設定手段
５４……最適空燃比に基づく制御手段
５５……空燃比検知手段
４６……二次空気量調整手段

Claims (8)

1. 触媒温度に基づいて目標空燃比を設定する内燃機関の空燃比制御方法において、理論空燃比よりリーン側に設定され、機関負荷が高いほど理論空燃比に近づくように設定される目標空燃比ガード値で前記目標空燃比をガードするようにしたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。
2. 触媒温度に基づいて目標空燃比を設定する内燃機関の空燃比制御方法において、前記目標空燃比を触媒の劣化度に基づいて設定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の空燃比制御方法。
3. 触媒を活性化させるリーン化制御実行中に、前記目標空燃比を設定し、前記目標空燃比ガード値で前記目標空燃比をガードするようにしたことを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御方法。
4. 前記目標空燃比ガード値はコンプレッション不足により燃焼悪化が発生する極低負荷域では理論空燃比よりリーン側に設定され、機関負荷が低いほど理論空燃比に近づくように設定されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずか一項に記載の内燃機関の空燃比制御方法。
5. 触媒温度に基づいて目標空燃比を設定する内燃機関の空燃比制御装置において、理論空燃比よりリーン側に設定され、機関負荷が高いほど理論空燃比に近づくように設定される目標空燃比ガード値で前記目標空燃比をガードする目標空燃比設定手段と、前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比に基づき内燃機関に対し空燃比制御を行う空燃比制御手段を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
6. 触媒温度に基づいて目標空燃比を設定する内燃機関の空燃比制御装置において、前記目標空燃比を触媒の劣化度に基づいて設定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
7. 触媒を活性化させるリーン化制御実行中に、前記目標空燃比を設定し、前記目標空燃比ガード値で前記目標空燃比をガードするようにしたことを特徴とする請求項５もしくは請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
8. 前記目標空燃比ガード値はコンプレッション不足により燃焼悪化が発生する極低負荷域では理論空燃比よりリーン側に設定され、機関負荷が低いほど理論空燃比に近づくように設定されることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。

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