JP4296909B2 - 内燃機関の触媒制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気系に配置された空燃比センサの検出値に基づき、内燃機関の排気系に配置された排気浄化触媒に流入する排気に対して空燃比フィードバック制御することにより、排気浄化触媒に対する触媒制御を実行する内燃機関の触媒制御装置に関する。
排気浄化触媒が硫黄(以下「S」で表す)被毒された場合に、排気空燃比をリッチ化してS成分を排気浄化触媒から放出する技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。
このようなS被毒回復制御において調節対象の排気空燃比にずれを生じた場合、例えば排気空燃比のリッチ化が不足した場合には十分にS成分の放出がなされず、S被毒からの回復が十分にできなくなるおそれがある。又、排気空燃比のリッチ化が過剰となった場合には多量の炭化水素(以下「HC」で表す)により白煙及び硫化水素(H2S)の排出のおそれが生じる。
このような排気空燃比のずれを防止するために、上記従来技術では、センサを用いて排気浄化触媒に流入する排気中の酸素濃度を検出し、この酸素濃度に基づいて排気空燃比が適切な目標空燃比となるように空燃比フィードバック制御を実行している。
特開2000−274232号公報(第4−5頁、図2−3)
しかし前記空燃比フィードバック制御のために排気系に空燃比を検出する空燃比センサを設けて、この空燃比センサの検出値を用いる場合、故障以外の原因で空燃比センサの検出値が実際の排気空燃比からずれる場合がある。例えば排気浄化触媒の下流に空燃比センサを設けた場合、S被毒などが進んでいる排気浄化触媒と、進んでいない排気浄化触媒とでは、排気浄化触媒を通過してくる排気中のHCの分子量や分子構造などに差が生じており、同じ空燃比であってもHCの拡散速度は同一とは限らない。一般に空燃比センサの検出は測定対象物質の拡散速度に関連しているため、実際には同一の空燃比であるにもかかわらず、HCの拡散速度の違いにより検出値が異なる現象が生じる。
例えば排気浄化触媒のS被毒が進んでいる場合には、進みが少ない場合に比較して、同じ排気を測定しても空燃比が高くずれて検出される。このため排気浄化触媒の下流に設けられた空燃比センサを用いて排気浄化触媒に流入する排気空燃比をフィードバック制御する場合には、上記空燃比センサは実空燃比よりも空燃比が高いと検出するため、排気空燃比は必要とする空燃比よりも低い空燃比に制御される。したがって排気中の燃料濃度が過剰となって白煙及び硫化水素(H2S)の排出のおそれが生じる。
又、S被毒が進んでいない場合には、或る程度進んでいる場合に比較して、同じ排気を測定しても空燃比が低くずれて検出される。このため排気空燃比は必要とする空燃比よりも高い空燃比に制御される。したがってリッチ化が不足してS被毒からの回復が十分にできなくなるおそれが生じる。
このような空燃比センサの検出ずれは、排気中のHC濃度によっても変化し、排気浄化触媒の上流側に空燃比センサが存在しても、上述した現象により空燃比フィードバック制御が適切にできなくなるおそれがある。
本発明は、排気系に設けられた空燃比センサに上述した検出ずれが生じても適切に空燃比フィードバック制御を実行できるようにすることを目的とする。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
(1)請求項1に記載の発明は、機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、前記反映手段は、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記ずれ度合に基づいて前記空燃比フィードバック制御の目標値である目標空燃比を補正するものであり、前記学習手段は、前記床温検出手段の検出値である検出触媒床温が機関運転状態に基づいて設定される前記触媒床温の目標値である目標触媒床温を基準とした基準床温範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものであることを要旨としている。
(2)請求項2に記載の発明は、機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、前記反映手段は、実際の空燃比と前記検出空燃比とのずれ度合の指標として、機関運転状態に基づいて設定される前記触媒床温の目標値である目標触媒床温と前記床温検出手段の検出値である検出触媒床温との差である床温差を算出するとともに、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記床温差に基づいて前記空燃比フィードバック制御の目標値である目標空燃比を補正するものであり、前記学習手段は、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温を基準とした基準床温範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものであることを要旨としている。
(3)請求項3に記載の発明は、機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、前記反映手段は、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記ずれ度合に基づいて前記空燃比フィードバック制御の目標値である目標空燃比を補正するものであり、前記学習手段は、前記検出空燃比が前記反映手段による補正後の目標空燃比を基準とした基準空燃比範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものであることを要旨としている。
(4)請求項4に記載の発明は、機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、前記反映手段は、実際の空燃比と前記検出空燃比とのずれ度合の指標として、機関運転状態に基づいて設定される前記触媒床温の目標値である目標触媒床温と前記床温検出手段の検出値である検出触媒床温との差である床温差を算出するとともに、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記床温差に基づいて前記空燃比フィードバック制御の目標値である目標空燃比を補正するものであり、前記学習手段は、前記検出空燃比が前記反映手段による補正後の目標空燃比を基準とした基準空燃比範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものであることを要旨としている。
・請求項1〜4のいずれかに記載の発明について
排気中のHC等の酸化反応成分量により排気浄化触媒における反応熱が変化し触媒床温が変化する。この触媒床温へのHCの拡散速度による影響は、空燃比センサの検出への影響に比較して少ない。このため床温検出手段が検出する触媒床温の状態により予想される空燃比と空燃比センサの検出値とのずれ、あるいは床温検出手段が検出する触媒床温の状態と空燃比センサの検出値に対応するべき触媒床温の状態とのずれは、実空燃比に対する空燃比センサの検出ずれを反映しているものとなる。
したがって反映手段は、実空燃比に対する空燃比センサの検出ずれの程度を、床温検出手段にて検出される排気浄化触媒の触媒床温状態に基づいて求めることができ、空燃比フィードバック制御に反映させることができる。
このようにして排気系に配置された空燃比センサに検出ずれが生じても適切に空燃比フィードバック制御を実行することができる。
・請求項1または2に記載の発明について
学習手段により、触媒床温が目標触媒床温から基準床温範囲内に存在する時に空燃比フィードバック補正量を学習値として保持する。このことにより、空燃比センサに検出ずれが生じていても、本来の目標空燃比からずれた空燃比状態で学習することが防止され、本来の目標空燃比に収束した状態で学習がなされる。このため誤差の少ない適切な学習値が得られ、高精度な空燃比フィードバック制御を実行することができる。
・請求項1または3に記載の発明について
上記ずれの程度の反映は目標空燃比を補正することにより実現できる。目標空燃比を補正によりずらすことにより、実空燃比と空燃比センサの検出値とにずれが存在していても、補正によるずれと相殺して、実際の空燃比を、本来必要される空燃比に一致させることが可能となる。
このことにより排気系に配置された空燃比センサに検出ずれが生じても適切に空燃比フィードバック制御を実行することができる。
・請求項3または4に記載の発明について
学習手段により、空燃比センサの検出値が反映手段にて補正された目標空燃比から基準空燃比範囲内に存在する時に空燃比フィードバック補正量を学習値として保持する。このことにより、空燃比センサに検出ずれが生じていても、実際の空燃比が本来の目標空燃比に収束した状態で学習がなされるので、誤差の少ない適切な学習値が得られ、高精度な空燃比フィードバック制御を実行することができる。
・請求項2または4に記載の発明について
排気浄化触媒は、流入する排気温をベースとしてHC等による反応熱の上昇を生じている。したがって内燃機関の運転状態に対応して設定される目標触媒床温となるように排気空燃比を調節していても、実空燃比と空燃比センサの検出値とにずれが存在する場合には、実際の触媒床温は目標触媒床温に一致せず、上記ずれに対応した差が生じている。したがって反映手段は、目標触媒床温と実際の触媒床温との差を上記ずれの程度として求めることにより、空燃比フィードバック制御に反映させることができる。このことにより排気系に配置された空燃比センサに検出ずれが生じても適切に空燃比フィードバック制御を実行することができる。
(5)請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の触媒制御装置において、前記反映手段は、前記目標触媒床温と前記検出触媒床温との差である床温差に基づいて前記目標空燃比を補正するものであり、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも高いときには前記床温差の絶対値が大きくなるにつれて前記目標空燃比を増大側に補正し、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも低いときには前記床温差の絶対値が大きくなるにつれて前記目標空燃比を減少側に補正するものであることを要旨としている。
・目標触媒床温より実際の触媒床温が高い場合は、目標触媒床温を達成するように目標空燃比が設定されて、この目標空燃比に空燃比センサの検出値が一致するように空燃比フィードバック制御しているにもかかわらず、排気浄化触媒での反応熱量が過剰なことを示している。このことは実際には実空燃比が目標空燃比よりも低いことを示している。したがって目標触媒床温と床温検出手段にて検出される触媒床温との差の絶対値に応じて目標空燃比を高く補正することにより、空燃比フィードバック制御は空燃比を高くなる方へ調節する。このことにより実空燃比が目標空燃比よりも低い状態が解消されて、実空燃比が目標空燃比に収束するようになる。
逆に目標触媒床温より実際の触媒床温が低い場合は、目標触媒床温を達成するように目標空燃比が設定されて、この目標空燃比に空燃比センサの検出値が一致するように空燃比フィードバック制御しているにもかかわらず、排気浄化触媒での反応熱量が不足していることを示している。このことは実際には実空燃比が目標空燃比よりも高いことを示している。したがって目標触媒床温と床温検出手段にて検出される触媒床温との差の絶対値に応じて目標空燃比を低く補正することにより、空燃比フィードバック制御は空燃比を低くなる方へ調節する。このことにより実空燃比が目標空燃比よりも高い状態が解消されて、実空燃比が目標空燃比に収束するようになる。
(6)請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の内燃機関の触媒制御装置において、前記反映手段は、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも高いとき且つ前記床温差の絶対値が所定値よりも大きいとき、前記床温差の変化に対する前記目標空燃比の増大側への補正度合を一定に維持することを要旨としている。
(7)請求項7に記載の発明は、請求項5または6に記載の内燃機関の触媒制御装置において、前記反映手段は、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも低いとき且つ前記床温差の絶対値が所定値よりも大きいとき、前記床温差の変化に対する前記目標空燃比の減少側への補正度合を一定に維持することを要旨としている。
(8)請求項8に記載の発明は、機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、前記反映手段は、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記ずれ度合に基づいて前記検出空燃比を補正するものであり、前記学習手段は、前記床温検出手段の検出値である検出触媒床温が機関運転状態に基づいて設定される前記触媒床温の目標値である目標触媒床温を基準とした基準床温範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものであることを要旨としている。
(9)請求項9に記載の発明は、機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、前記反映手段は、実際の空燃比と前記検出空燃比とのずれ度合の指標として、機関運転状態に基づいて設定される前記触媒床温の目標値である目標触媒床温と前記床温検出手段の検出値である検出触媒床温との差である床温差を算出するとともに、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記床温差に基づいて前記検出空燃比を補正するものであり、前記学習手段は、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温を基準とした基準床温範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものであることを要旨としている。
(10)請求項10に記載の発明は、機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、前記反映手段は、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記ずれ度合に基づいて前記検出空燃比を補正するものであり、前記学習手段は、前記検出空燃比が前記反映手段による補正後の目標空燃比を基準とした基準空燃比範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものであることを要旨としている。
(11)請求項11に記載の発明は、機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、前記反映手段は、実際の空燃比と前記検出空燃比とのずれ度合の指標として、機関運転状態に基づいて設定される前記触媒床温の目標値である目標触媒床温と前記床温検出手段の検出値である検出触媒床温との差である床温差を算出するとともに、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記床温差に基づいて前記検出空燃比を補正するものであり、前記学習手段は、前記検出空燃比が前記反映手段による補正後の目標空燃比を基準とした基準空燃比範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものであることを要旨としている。
・請求項8〜11のいずれかに記載の発明について
排気中のHC等の酸化反応成分量により排気浄化触媒における反応熱が変化し触媒床温が変化する。この触媒床温へのHCの拡散速度による影響は、空燃比センサの検出への影響に比較して少ない。このため床温検出手段が検出する触媒床温の状態により予想される空燃比と空燃比センサの検出値とのずれ、あるいは床温検出手段が検出する触媒床温の状態と空燃比センサの検出値に対応するべき触媒床温の状態とのずれは、実空燃比に対する空燃比センサの検出ずれを反映しているものとなる。
したがって反映手段は、実空燃比に対する空燃比センサの検出ずれの程度を、床温検出手段にて検出される排気浄化触媒の触媒床温状態に基づいて求めることができ、空燃比フィードバック制御に反映させることができる。
このようにして排気系に配置された空燃比センサに検出ずれが生じても適切に空燃比フィードバック制御を実行することができる。
・請求項8または9に記載の発明について
学習手段により、触媒床温が目標触媒床温から基準床温範囲内に存在する時に空燃比フィードバック補正量を学習値として保持する。このことにより、空燃比センサに検出ずれが生じていても、空燃比センサの検出値は実空燃比に正確に補正されるので、目標空燃比からずれた空燃比で学習することが防止され、目標空燃比に実空燃比が正確に収束した状態で学習がなされる。このため誤差の少ない適切な学習値が得られ、高精度な空燃比フィードバック制御を実行することができる。
・請求項8または10に記載の発明について
上記ずれの程度の反映は空燃比センサの検出値を補正することにより実現できる。空燃比センサの検出値を補正によりずらすことにより、実空燃比と空燃比センサの検出値とにずれが存在していても、補正によりずれを無くすことができ、正確な実空燃比を検出することができる。このことにより排気系に配置された空燃比センサに検出ずれが生じても適切に空燃比フィードバック制御を実行することができる。
・請求項10または11に記載の発明について
学習手段により、反映手段にて補正された空燃比センサの検出値が、目標空燃比から基準空燃比範囲内に存在する時に空燃比フィードバック補正量を学習値として保持する。このことにより、空燃比センサに検出ずれが生じていても、実空燃比が目標空燃比に収束した状態で、学習がなされるので誤差の少ない適切な学習値が得られ、高精度な空燃比フィードバック制御を実行することができる。
・請求項9または11に記載の発明について
排気浄化触媒は、流入する排気温をベースとしてHC等による反応熱の上昇を生じている。したがって内燃機関の運転状態に対応して設定される目標触媒床温となるように排気空燃比を調節していても、実空燃比と空燃比センサの検出値とにずれが存在する場合には、実際の触媒床温は目標触媒床温に一致せず、上記ずれに対応した差が生じている。したがって反映手段は、目標触媒床温と実際の触媒床温との差を上記ずれの程度として求めることにより、空燃比フィードバック制御に反映させることができる。このことにより排気系に配置された空燃比センサに検出ずれが生じても適切に空燃比フィードバック制御を実行することができる。
(12)請求項12に記載の発明は、請求項8〜11のいずれか一項に記載の内燃機関の触媒制御装置において、前記反映手段は、前記目標触媒床温と前記検出触媒床温との差である床温差に基づいて前記検出空燃比を補正するものであり、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも高いときには前記床温差の絶対値が大きくなるにつれて前記検出空燃比を減少側に補正し、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも低いときには前記床温差の絶対値が大きくなるにつれて前記検出空燃比を増大側に補正するものであることを要旨としている。
・目標触媒床温より実際の触媒床温が高い場合は、目標触媒床温を達成するように目標空燃比が設定されて、この目標空燃比に空燃比センサの検出値が一致するように空燃比フィードバック制御しているにもかかわらず、排気浄化触媒での反応熱量が過剰なことを示している。このことは実際には実空燃比が目標空燃比よりも低いことを示している。したがって目標触媒床温と床温検出手段にて検出される触媒床温との差の絶対値に応じて空燃比センサの検出値を低く補正することにより、正確な実空燃比を検出することができるので、空燃比フィードバック制御は空燃比を正確に調節することができるようになる。このことにより実空燃比が目標空燃比に収束するようになる。
逆に目標触媒床温より実際の触媒床温が低い場合は、目標触媒床温を達成するように目標空燃比が設定されて、この目標空燃比に空燃比センサの検出値が一致するように空燃比フィードバック制御しているにもかかわらず、排気浄化触媒での反応熱量が不足していることを示している。このことは実際には実空燃比が目標空燃比よりも高いことを示している。したがって目標触媒床温と床温検出手段にて検出される触媒床温との差の絶対値に応じて空燃比センサの検出値を高く補正することにより、正確な実空燃比を検出することができるので、空燃比フィードバック制御は空燃比を正確に調節することができるようになる。このことにより実空燃比が目標空燃比に収束するようになる。このことにより排気系に配置された空燃比センサに検出ずれが生じても適切に空燃比フィードバック制御を実行することができる。
(13)請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の内燃機関の触媒制御装置において、前記反映手段は、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも高いとき且つ前記床温差の絶対値が所定値よりも大きいときには前記床温差の変化に対する前記検出空燃比の減少側への補正度合を一定に維持することを要旨としている。
(14)請求項14に記載の発明は、請求項12または13に記載の内燃機関の触媒制御装置において、前記反映手段は、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも低いとき且つ前記床温差の絶対値が所定値よりも大きいときには前記床温差の変化に対する前記検出空燃比の増大側への補正度合を一定に維持することを要旨としている。
(15)請求項15に記載の発明は、請求項1〜14のいずれか一項に記載の内燃機関の触媒制御装置において、前記空燃比フィードバック制御は、添加弁による排気系への燃料添加量により行われるもの、あるいは膨張行程及び排気行程の一方における燃焼室内への燃料噴射量の調節により行われるものであることを要旨としている。
(16)請求項16に記載の発明は、請求項1〜15のいずれか一項に記載の内燃機関の触媒制御装置において、前記排気浄化触媒はNOx吸蔵還元触媒であることを要旨としている。
(17)請求項17に記載の発明は、請求項1〜16のいずれか一項に記載の内燃機関の触媒制御装置において、前記内燃機関はディーゼルエンジンであることを要旨としている。
[実施の形態1]
図1は、上述した発明が適用された車両用ディーゼルエンジンと、触媒制御装置の機能を果たす制御システムとの概略構成を表すブロック図である。尚、本発明は希薄燃焼式ガソリンエンジンなどについて同様な触媒構成を採用した場合においても適用できる。
ディーゼルエンジン2は複数気筒、ここでは4気筒#1,#2,#3,#4からなる。各気筒#1〜#4の燃焼室4は吸気弁6にて開閉される吸気ポート8及び吸気マニホールド10を介してサージタンク12に連結されている。そしてサージタンク12は、吸気経路13を介して、インタークーラ14及び過給機、ここでは排気ターボチャージャ16のコンプレッサ16aの出口側に連結されている。コンプレッサ16aの入口側はエアクリーナ18に連結されている。サージタンク12には、排気再循環(以下、「EGR」と称する)経路20のEGRガス供給口20aが開口している。そしてサージタンク12とインタークーラ14との間の吸気経路13には、スロットル弁22が配置され、コンプレッサ16aとエアクリーナ18との間には吸入空気量センサ24及び吸気温センサ26が配置されている。
各気筒#1〜#4の燃焼室4は排気弁28にて開閉される排気ポート30及び排気マニホールド32を介して排気ターボチャージャ16の排気タービン16bの入口側に連結され、排気タービン16bの出口側は排気経路34に接続されている。尚、排気タービン16bは排気マニホールド32において第4気筒#4側から排気を導入している。
この排気経路34には、排気浄化触媒が収納されている3つの触媒コンバータ36,38,40が配置されている。最上流の第1触媒コンバータ36にはNOx吸蔵還元触媒36aが収納されている。ディーゼルエンジン2の通常の運転時において排気が酸化雰囲気(リーン)にある時には、NOxはこのNOx吸蔵還元触媒36aに吸蔵される。そして還元雰囲気(ストイキあるいはストイキよりも低い空燃比)ではNOx吸蔵還元触媒36aに吸蔵されたNOxがNOとして離脱しHCやCOにより還元される。このことによりNOxの浄化を行っている。
そして2番目に配置された第2触媒コンバータ38にはモノリス構造に形成された壁部を有するフィルタ38aが収納され、この壁部の微小孔を排気が通過するように構成されている。この基体としてのフィルタ38aの微小孔表面にコーティングにてNOx吸蔵還元触媒の層が形成されているので、排気浄化触媒として機能し前述したごとくにNOxの浄化が行われる。更にフィルタ壁部には排気中の粒子状物質(以下「PM」と称する)が捕捉されるので、高温の酸化雰囲気でNOx吸蔵時に発生する活性酸素によりPMの酸化が開始され、更に周囲の過剰酸素によりPM全体が酸化される。このことによりNOxの浄化と共にPMの浄化を実行している。尚、ここでは第1触媒コンバータ36と第2触媒コンバータ38とは一体に形成されている。
最下流の第3触媒コンバータ40は、酸化触媒40aが収納され、ここではHCやCOが酸化されて浄化される。
尚、NOx吸蔵還元触媒36aとフィルタ38aとの間には第1排気温センサ44が配置されている。又、フィルタ38aと酸化触媒40aとの間において、フィルタ38aの近くには第2排気温センサ46が、酸化触媒40aの近くには空燃比センサ48が配置されている。
上記空燃比センサ48は、ここでは固体電解質を利用したものであり、排気成分に基づいて排気の空燃比を検出し、空燃比に比例した電圧信号をリニアに出力するセンサである。又、第1排気温センサ44と第2排気温センサ46とはそれぞれの位置で排気温Texin,Texoutを検出するものである。尚、排気温Texoutはフィルタ38aから流出した直後の排気温であり、フィルタ38aの触媒床温に対応する。したがって第2排気温センサ46は床温検出手段に相当する。
フィルタ38aの上流側と下流側には差圧センサ50の配管がそれぞれ設けられ、差圧センサ50はフィルタ38aの目詰まりの程度、すなわちPMの堆積度合を検出するためにフィルタ38aの上下流での差圧ΔPを検出している。
尚、排気マニホールド32には、EGR経路20のEGRガス吸入口20bが開口している。このEGRガス吸入口20bは第1気筒#1側で開口しており、排気タービン16bが排気を導入している第4気筒#4側とは反対側である。
EGR経路20の途中にはEGRガス吸入口20b側から、EGRガスを改質するための鉄系EGR触媒52が配置され、更にEGRガスを冷却するためのEGRクーラ54が設けられている。尚、EGR触媒52はEGRクーラ54の詰まりを防止する機能も有している。そしてEGRガス供給口20a側にはEGR弁56が配置されている。このEGR弁56の開度調節によりEGRガス供給口20aから吸気系へのEGRガス供給量の調節が可能となる。
各気筒#1〜#4に配置されて、各燃焼室4内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁58は、燃料供給管58aを介してコモンレール60に連結されている。このコモンレール60内へは電気制御式の吐出量可変燃料ポンプ62から燃料が供給され、燃料ポンプ62からコモンレール60内に供給された高圧燃料は各燃料供給管58aを介して各燃料噴射弁58に分配供給される。尚、コモンレール60には燃料圧力を検出するための燃料圧センサ64が取り付けられている。
更に、燃料ポンプ62からは別途、低圧燃料が燃料供給管66を介して添加弁68に供給されている。この添加弁68は第4気筒#4の排気ポート30に設けられて、排気タービン16b側に向けて燃料を噴射することにより排気中に燃料添加するものである。この燃料添加により後述する触媒制御モードが実行される。
電子制御ユニット(以下「ECU」と称する)70はCPU、ROM、RAM等を備えたデジタルコンピュータと、各種装置を駆動するための駆動回路とを主体として構成されている。そしてECU70は前述した吸入空気量センサ24、吸気温センサ26、第1排気温センサ44、第2排気温センサ46、空燃比センサ48、差圧センサ50、EGR弁56内のEGR開度センサ、燃料圧センサ64及びスロットル開度センサ22aの信号を読み込んでいる。更にアクセルペダル72の踏み込み量(アクセル開度ACCP)を検出するアクセル開度センサ74、及びディーゼルエンジン2の冷却水温THWを検出する冷却水温センサ76から信号を読み込んでいる。更に、クランク軸78の回転数NEを検出するエンジン回転数センサ80、クランク軸78の回転位相あるいは吸気カムの回転位相を検出して気筒判別を行う気筒判別センサ82から信号を読み込んでいる。
そしてこれらの信号から得られるエンジン運転状態に基づいて、ECU70は燃料噴射弁58による燃料噴射量制御や燃料噴射時期制御を実行する。更にEGR弁56の開度制御、モータ22bによるスロットル開度制御、燃料ポンプ62の吐出量制御、及び添加弁68の開弁制御により後述するPM再生制御やS被毒回復制御等の各処理を実行する。
ECU70が実行する燃焼モード制御としては、通常燃焼モードと低温燃焼モードとの2種類から選択した燃焼モードを、運転状態に応じて実行する。ここで低温燃焼モードとは、低温燃焼モード用EGR弁開度マップを用いて大量の排気再循環量により燃焼温度の上昇を緩慢にしてNOxとスモークとを同時低減させる燃焼モードである。この低温燃焼モードは、低負荷低中回転領域にて実行し、空燃比センサ48が検出する空燃比AFに基づいてスロットル開度TAの調節による空燃比フィードバック制御がなされている。これ以外の燃焼モードが、通常燃焼モード用EGR弁開度マップを用いて通常のEGR制御(EGRしない場合も含める)を実行する通常燃焼モードである。
そして排気浄化触媒に対する触媒制御を実行する触媒制御モードとしては、PM再生制御モード、S被毒回復制御モード、NOx還元制御モード及び通常制御モードの4種類のモードが存在する。PM再生制御モードとは、特に第2触媒コンバータ38内のフィルタ38aに堆積しているPMを高温化により前述したごとく燃焼させてCO2とH2Oにして排出するモードである。このモードでは、ストイキ(理論空燃比)よりも高い空燃比状態で添加弁68からの燃料添加を繰り返して触媒床温を高温化(例えば600〜700℃)するが、更に燃料噴射弁58による膨張行程あるいは排気行程における燃焼室4内への燃料噴射であるアフター噴射を加える場合がある。
S被毒回復制御モードとは、NOx吸蔵還元触媒36a及びフィルタ38aがS被毒してNOx吸蔵能力が低下した場合にS成分を放出させてS被毒から回復させるモードである。このモードでは、添加弁68からの燃料添加を繰り返して触媒床温を高温化(例えば650℃)する昇温処理を実行し、更に後述するごとく添加弁68からの間欠的な燃料添加により空燃比をストイキ又はストイキよりもわずかに低い空燃比とする空燃比低下処理を行う。本実施の形態ではストイキよりもわずかに低い空燃比とするリッチ化を行っている。このモードも燃料噴射弁58によるアフター噴射を加える場合がある。
NOx還元制御モードとは、NOx吸蔵還元触媒36a及びフィルタ38aに吸蔵されたNOxを、N2、CO2及びH2Oに還元して放出するモードである。このモードでは、添加弁68からの比較的時間をおいた間欠的な燃料添加により、触媒床温は比較的低温(例えば250〜500℃)で空燃比をストイキ又はストイキよりも低下させる処理を行う。
尚、これら3つの触媒制御モード以外の状態が通常制御モードとなり、この通常制御モードでは添加弁68からの燃料添加や燃料噴射弁58によるアフター噴射はなされない。
次にECU70が実行する触媒制御処理の1つであるS被毒回復制御処理において発明を具現化している例について説明する。本処理のフローチャートを図2,3に示す。本処理は一定時間毎に割り込み実行される処理である。本処理が開始されると、まずS被毒回復制御条件が成立しているか否かが判定される(S102)。例えば、S被毒量がS放出制御判定量に到達しており、PM再生制御モード時でないことが判定条件である。更に、S被毒回復の前提としてなされる前述した昇温処理が完了しており、排気温Texin,Texoutから判断して、NOx吸蔵還元触媒36a及びフィルタ38aが共に低温状態及び過熱状態を除く温度範囲にあることも判定条件である。
ここで、S被毒回復制御条件が成立していなければ(S102で「NO」)、このまま一旦本処理を終了する。
S被毒回復制御条件が成立すると(S102で「YES」)、次にステップS102のS被毒回復制御条件成立時における最初の処理か否かが判定される(S104)。最初であれば(S104で「YES」)、次に式1のごとく燃料添加量A(mm3)が算出され、更に添加インターバルB(ms)、添加時間C(sec)、及び添加休止時間D(sec)が算出される(S106)。
[式1] A ← Ab × G
ここでベース添加量Ab(mm3)は、S被毒回復制御が実行される際に排気ポート30から排出される排気の空燃比に対して、S被毒回復のために必要な目標空燃比を実現するために添加弁68から添加することが要求される燃料添加量である。排気ポート30から排出される排気の空燃比は、燃料噴射弁58からの燃料噴射量(エンジン負荷に相当)と吸入空気量センサ24にて検出される吸入空気量GAとの関係から決定される。したがって、ここではベース添加量Ab(mm3)は、燃料噴射弁58からの燃料噴射量と吸入空気量GAとに基づいてマップから算出される。このマップは予め実験により標準状態のエンジンに基づいて前記目標空燃比を実現する燃料添加量が求められて、ECU70内のメモリに設定されている。又、学習値Gは、初期値は「1」であるが、空燃比フィードバック制御における補正量を、後述するごとく学習することで更新され、バックアップRAMやフラッシュメモリなどの不揮発性のメモリに記憶保持されている値である。
添加インターバルB、添加時間C及び添加休止時間Dは図4のタイミングチャートに示すごとくである。この例では添加時間C中に添加インターバルBの間隔をおいて添加弁68から開弁時間aによる燃料添加を連続4回実行し、添加休止時間D後に同じく連続4回の燃料添加を繰り返している例を示している。これらの値B,C,Dは、NOx吸蔵還元触媒36a及びフィルタ38aにおけるS被毒量、流入排気温(排気温Texin)及び触媒床温(代替値として排気温Texoutを用いる)等に基づいて、S被毒回復制御のために適宜設定される値である。尚、添加時間C中にて行われる添加弁68の開弁時間aは次に述べる実燃料添加量Arに対応している。
次に後述する仮学習値Gbに初期設定として学習値Gを設定する(S107)。
そして前記式1にて算出した燃料添加量Aの値が実燃料添加量Arとして設定される(S108)。
次に燃料添加判定条件が成立しているか否かが判定される(S110)。この判定は、前記添加時間C内であり、かつNOx吸蔵還元触媒36a及びフィルタ38aの触媒床温が過熱状態となっていない場合に成立する。燃料添加判定条件が成立していれば(S110で「YES」)、図4に示した燃料添加開始タイミング、すなわち添加弁68の開弁時間aの開始タイミングか否かが判定される(S111)。
S被毒回復制御の最初であれば燃料添加開始タイミングであるので(S111で「YES」)、S回復制御のための燃料添加(開弁時間a)が実行される(S112)。このことにより実際に添加弁68の開弁制御が実行されることにより、S被毒回復制御での最初の燃料添加では前記ステップS106,S108にて設定した実燃料添加量Arの燃料添加が行われる。図4のタイミングチャートでは時刻t0を燃料添加開始タイミングとして時刻t1まで添加弁68が開弁することにより燃料添加がなされる。
ステップS112の次には、図3に示す空燃比フィードバック制御計算処理(S114)が実行される。まず添加弁68の開弁時間aの終了タイミングか否かが判定される(S115)。ここでは、まだ開弁時間aの開始時であるので(S115で「NO」)、空燃比フィードバック制御計算処理(図3)は直ちに終了する。
次の制御周期では、S被毒回復制御条件が継続して成立しているとすると(S102で「YES」)、S被毒回復制御条件成立後の2番目の処理であり最初ではないので(S104で「NO」)、ステップS110の判定がなされる。ここで、添加時間Cが継続中であることにより燃料添加判定条件が成立している場合には(S110で「YES」)、次に燃料添加開始タイミングか否かが判定される(S111)。現在、添加弁68の開弁時間a(図4:t0〜t1)内で、既に燃料添加中であるので(S111で「NO」)、直ちに空燃比フィードバック制御計算処理(S114)を実行する。しかし開弁時間a中であるので(図3:S115で「NO」)、空燃比フィードバック制御計算処理(図3)は直ちに終了する。
このような処理が繰り返された後に、開弁時間aの終了タイミング(図4:t1)となると空燃比フィードバック制御計算処理(図3)のステップS115で「YES」と判定される。したがって次に目標空燃比AFtと空燃比センサ48の検出値である検出空燃比AFとの差の絶対値が、0を中心とする基準範囲を示す値ds以下か否かが判定される(S116)。尚、目標空燃比AFtの値は、NOx吸蔵還元触媒36a及びフィルタ38aのS被毒回復が可能な空燃比として初期設定されており、後述する補正処理(S118〜S122)により更新される値である。
検出空燃比AFが目標空燃比AFtに十分に近づいていない場合には|AFt−AF|>dsであるので(S116で「NO」)、ステップS124に移行する。
図4の例では、時刻t1で検出空燃比AFは目標空燃比AFtに十分に近づいている場合を示している。したがって|AFt−AF|≦dsであるので(S116で「YES」)、次に式2のごとくNOx吸蔵還元触媒36a及びフィルタ38aでの目標触媒床温THCtと実際の触媒床温THCとの差dTHCが算出される(S118)。
[式2] dTHC ← THCt − THC
ここで目標触媒床温THCtはS被毒回復のために必要とされる触媒床温であり、例えば600℃〜700℃の範囲に予め設定されている値である。実際の触媒床温THCは、本実施の形態では直接測定していないので、第2触媒コンバータ38のフィルタ38aから排出された直後の排気温を測定している第2排気温センサ46が出力する排気温Texoutを代替値として用いる。
次に上記差dTHC(℃)に基づいて目標空燃比補正量マップMapaftにより目標空燃比AFtの目標空燃比補正量daftが算出される(S120)。この目標空燃比補正量マップMapaftは図5に示すごとくである。図示するごとく差dTHC>0では、差dTHCの大きさに対応して、daft=−0.1を下限として目標空燃比補正量daft<0に設定される。差dTHC<0では、差dTHCの絶対値の大きさに対応して、daft=0.1を上限として目標空燃比補正量daft>0に設定される。差dTHC=0である場合には目標空燃比補正量daft=0である。
次に目標空燃比AFtが、式3に示すごとく目標空燃比補正量daftにより補正されて更新される(S122)。
[式3] AFt ← AFt + daft
尚、右辺の「AFt」は更新前の目標空燃比を示している。
したがって目標触媒床温THCt>実際の触媒床温THCである場合には、目標空燃比AFtは減少補正され、目標触媒床温THCt<実際の触媒床温THCである場合には、目標空燃比AFtは増加補正される。
このように開弁時間aの終了タイミングでは検出空燃比AFが目標空燃比AFtに十分に近づいている時には目標触媒床温THCtと実際の触媒床温THCとの差dTHCに基づいて、目標空燃比AFtが更新されることになる。図4の例では、時刻t1において、目標触媒床温THCt>実際の触媒床温THCであるので、図4の(4)に矢印にて示すごとく目標空燃比AFtは減少補正されている。
次に式4のごとく検出空燃比AFと目標空燃比AFtとの差Eが算出される(S124)。
[式4] E ← AF − AFt
図4の時刻t1においては、直前のステップS122にて減少補正された目標空燃比AFtを用いて前記差Eが求められる。
次に上記差Eに基づいて図6に示す係数マップMapfから空燃比フィードバック補正量に相当する係数Fが算出される(S126)。図示するごとく差E>0では、差Eの大きさに対応して、F=1.2を上限として係数F>1に設定される。差E<0では、差Eの絶対値の大きさに対応して、F=0.8を下限として係数F<1に設定される。差E=0ではF=1である。
次に式5のごとく仮学習値Gbが算出される(S127)。
[式5] Gb ← Gb × F
ここで仮学習値Gbは前述したごとく初期値として学習値Gが設定されている。
次に式6のごとくベース添加量Abと仮学習値Gbとの積から新たな実燃料添加量Arが算出される(S128)。ベース添加量Abは前記ステップS106にて説明したごとくマップから求められる。
[式6] Ar ← Ab × Gb
図4の時刻t1においては減少補正された目標空燃比AFtを用いているので、係数Fは1より大きい値が設定され、仮学習値Gbは増加されることから、実燃料添加量Arは以前(t0〜t1)よりも大きな値が設定される。
こうして空燃比フィードバック制御計算処理(S114)を終了する。
次の制御周期では、開弁時間aの終了タイミングでなく添加インターバルB(図4:t1〜t2)中となるので(S115で「NO」)、直ちに空燃比フィードバック制御計算処理(図3)は終了し、実質的に空燃比フィードバック制御計算はなされない。
以後の制御周期では同様な処理が続き、その後、添加インターバルBが終了して、再度、開弁時間aとなる。このタイミングは添加弁68の開弁時間aの2番目の開始タイミング(図4:t2)であるので(S111で「YES」)、直近のステップS128にて算出された実燃料添加量Arによる燃料添加が実行される(S112)。図4の例では、前述したごとく実燃料添加量Arは以前(t0〜t1)よりも大きな値が設定されていることから、添加弁68の開弁時間(t2〜t3)は長くなって、より多くの燃料が排気に添加されることになる。
そして空燃比フィードバック制御計算処理(S114:図3)では、開弁時間aの終了タイミングではないので(S115で「NO」)、実質的な処理は行われない。
その後、開弁時間aの終了タイミング(図4:t3)となると空燃比フィードバック制御計算処理(図3)のステップS115で「YES」と判定される。そして、|AFt−AF|≦dsであるので(S116で「YES」)、前述したステップS118〜S128の処理により目標空燃比AFtと実燃料添加量Arとの更新がなされる。ただし、この時には前記差dTHC≒0であることから、目標空燃比補正量daft≒0となる。更に前記差E≒0であることから、実燃料添加量Arは前回(t2〜t3)とはほとんど差はない。したがって次の3番目の燃料添加(S112:t4〜t5)についても2番目と大きな差はない。同様にして4番目の燃料添加(S112:t6〜t7)についても2,3番目と大きな差はない。
そして時刻t7でのステップS118〜S128の処理の後、添加時間Cが終了するので、次の制御周期では、ステップS110にて「NO」と判定される。このことにより、次に添加時間Cの終了直後の処理か否かが判定される(S130)。ここで最初は添加時間Cの終了直後であるので(S130で「YES」)、次に実際の触媒床温THCが目標触媒床温THCtから基準床温範囲内か否かが判定される(S132)。この基準床温範囲は、触媒床温THCが目標触媒床温THCtに十分に収束している状態を判定するために設定したものである。
ここで実際の触媒床温THCが目標触媒床温THCtから基準床温範囲内でなければ(S132で「NO」)、このまま処理を終了して、前述した処理を繰り返す。
一方、触媒床温THCが目標触媒床温THCtから基準床温範囲内であれば(S132で「YES」)、直近に計算された仮学習値Gbが学習値Gとして設定されて不揮発メモリ中に格納されることで、学習値Gの更新がなされる(S134)。
こうして一旦本処理を終了し、以後、添加休止時間Dの間は、ステップS130にて「NO」と判定される。
そして、再度、添加時間C(t8〜t9)となり、開弁時間aが開始されると、前述した処理を繰り返す。尚、次の添加時間C(t8〜t9)の最初の燃料添加は時刻t7にて設定された実燃料添加量Arでの燃料添加となる。
このような添加時間C及び添加休止時間Dを繰り返した後、S被毒回復制御が終了すると、ステップS102にて「NO」と判定されるようになり、S被毒回復制御処理(図2)での実質的な処理は終了する。そして、再度、S被毒回復制御条件が成立すれば(S102で「YES」)、上述した一連の処理が繰り返されることになる。この時のS被毒回復制御では、既に前回のS被毒回復制御で学習された学習値Gが最初に用いられる(S106)。そして仮学習値Gbの計算により更新されることになる。
尚、図7のタイミングチャートは、前記差dTHC<0であった例を示している。この場合については、目標空燃比AFtは増加補正されている(S118〜S122)。
上述した構成において、請求項との関係は、空燃比フィードバック制御計算処理(図3)のステップS118〜S122が反映手段としての処理に、S被毒回復制御処理(図2)のステップS132,S134が学習手段としての処理に相当する。
以上説明した本実施の形態1によれば、以下の効果が得られる。
(イ).排気中のHC等の酸化反応成分量によりNOx吸蔵還元触媒36a及びフィルタ38aにおける反応熱が変化し触媒床温THCが変化する。この触媒床温THCへのHCの拡散速度による影響は、空燃比センサ48による検出空燃比AFへの影響に比較して少ない。このため第2排気温センサ46が検出する触媒床温THC(排気温Texout)と検出空燃比AFに対応するべき触媒床温とのずれは、実空燃比に対する空燃比センサ48の検出ずれを反映しているものとなる。
したがって本実施の形態では、実空燃比に対する空燃比センサ48の検出ずれの程度を、空燃比センサ48を用いて空燃比フィードバック制御した際の、目標触媒床温THCtと、第2排気温センサ46にて検出される排気温Texoutとの差dTHCとして求めている。すなわち実空燃比に対する空燃比センサ48の検出ずれの程度を、空燃比フィードバック制御がなされた際に第2排気温センサ46にて検出される触媒床温(排気温Texout)の状態に基づいて求めている。
実際には、上記差dTHCを、目標空燃比補正量マップMapaftにより目標空燃比補正量daftに変換する。そしてこの目標空燃比補正量daftにて目標空燃比AFtを補正することで、空燃比センサ48の検出ずれの程度を空燃比フィードバック制御に反映させている。このことにより実空燃比と検出空燃比AFとの間にずれが存在していても、補正によるずれと相殺して、実際の空燃比を本来必要とされる空燃比に一致させることが可能となる。
このようにして排気系に配置された空燃比センサ48に検出ずれが生じても適切に空燃比フィードバック制御を実行することができ、触媒制御も適切に実行できる。したがって触媒制御においてS被毒からの回復が十分にできなくなったり白煙及び硫化水素(H2S)の排出を生じたりすることが防止できる。
(ロ).触媒床温THCが目標触媒床温THCtに収束している時に、空燃比フィードバック補正量に相当する仮学習値Gbを学習値Gとして保持している。このことにより、空燃比センサ48に検出ずれが生じていても、本来の目標空燃比からずれた空燃比で学習することが防止され、本来の目標空燃比に収束した状態で学習がなされる。このため誤差の少ない適切な学習値が得られ、高精度な空燃比フィードバック制御及び触媒制御を実行することができる。
[実施の形態2]
本実施の形態では、前記S被毒回復制御処理(図2)のステップS132の判定内容を、「検出空燃比AFは目標空燃比AFtから基準空燃比範囲内か?」に変更したものである。これ以外の構成は前記実施の形態1と同じである。
図4,7のタイミングチャートに示したごとく、既に空燃比センサ48の検出ずれに基づいて目標空燃比AFtを補正した後の空燃比フィードバック制御では、実際の触媒床温THCが目標触媒床温THCtに収束するばかりでなく、検出空燃比AFについても目標空燃比AFtに収束する。
したがって検出空燃比AFが目標空燃比AFtから基準空燃比範囲内となったことをもって、適切な値となった空燃比フィードバック補正量に相当する仮学習値Gbを、学習値Gとして保持することができる。
上述した構成において、請求項との関係は前記実施の形態1にて述べたごとくである。
以上説明した本実施の形態2によれば、以下の効果が得られる。
(イ).前記実施の形態1の(イ)の効果を生じる。又、学習値Gの更新条件が異なるが実質的に(ロ)の効果を生じる。
[実施の形態3]
本実施の形態では、目標触媒床温THCtと実際の触媒床温THCとの差dTHCにより検出空燃比AFを補正している。したがって前記図3の代わりに、空燃比フィードバック制御計算処理(図8)を実行する。他の構成については前記実施の形態1と同じである。したがって図1,2も参照して説明する。
空燃比フィードバック制御計算処理(図8)においては、図3のステップS116の代わりにステップS117の判定が行われる。すなわち|AFt−AFs|≦dsか否かが判定される。補正後検出空燃比AFsは後述するステップS123により設定されるが、初期値は検出空燃比AFが設定されている。又、図3のステップS122が削除され、代わりにステップS123がステップS120の後とステップS117にて「NO」と判定された場合とで実行される。更に、図3のステップS124の代わりにステップS125が実行される。これ以外は、同一の処理が実行される。したがって同一の処理については同一のステップ番号を付している。
ステップS123では、検出空燃比AFが式7のごとく補正されて、補正後検出空燃比AFsが算出される。
[式7] AFs ← AF − daft
尚、ここでは、目標空燃比補正量daftは実際には検出空燃比補正量として用いられている。このことにより検出空燃比AFが実空燃比からずれている場合には、目標空燃比補正量daftが減算されることにより、補正後検出空燃比AFsを実空燃比に近づけ、最終的に実空燃比に一致する補正後検出空燃比AFsが設定される。そしてステップS125では検出空燃比AFの代わりに補正後検出空燃比AFsを用いて式8のごとく差Eを算出している。
[式8] E ← AFs − AFt
このことにより図9,10のタイミングチャートに示すごとく、時刻t21又は時刻t31からは補正後検出空燃比AFsが実空燃比に近づき、実際には図9,10では補正後検出空燃比AFsが実空燃比に一致するようになり、実質的に実空燃比に基づいて空燃比フィードバック制御がなされることになる。
上述した構成において、請求項との関係は、空燃比フィードバック制御計算処理(図8)のステップS118〜S123が反映手段としての処理に、S被毒回復制御処理(図2)のステップS132,S134が学習手段としての処理に相当する。
以上説明した本実施の形態3によれば、以下の効果が得られる。
(イ).上記差dTHCを、目標空燃比補正量マップMapaftにより目標空燃比補正量daftに変換するが、この目標空燃比補正量daftにて検出空燃比AFを補正して補正後検出空燃比AFsを求めている。このことで空燃比センサ48の検出ずれの程度を空燃比フィードバック制御に反映させている。このことにより実空燃比と検出空燃比AFとにずれが存在していても、補正によりずれを無くすことができ、適切に空燃比フィードバック制御を実行することができ、触媒制御も適切に実行できる。したがって触媒制御においてS被毒からの回復が十分にできなくなったり白煙及び硫化水素(H2S)の排出を生じたりすることが防止できる。
(ロ).前記実施の形態1の(ロ)の効果を生じる。
[その他の実施の形態]
(a).前記実施の形態3において、前記実施の形態2と同様にして、補正後検出空燃比AFsが目標空燃比AFtから基準空燃比範囲内となってことをもって、空燃比フィードバック補正量に相当する仮学習値Gbを学習値Gとして保持するようにしても良い。
(b).前記各実施の形態では、S被毒回復のための排気空燃比のリッチ化は添加弁68からの燃料添加により実行していたが、膨張行程あるいは排気行程における燃料噴射弁58から燃焼室内への燃料噴射であるアフター噴射によって排気をリッチ化してS放出制御処理を実行しても良い。
又、添加弁68の開弁時間aの長さにより排気空燃比を調節していたが、これ以外に、添加インターバルBの長さにより排気空燃比を調節する空燃比フィードバック制御でも良い。更に、開弁時間aと添加インターバルBとの両方を調節する空燃比フィードバック制御でも良い。
(c).前記各実施の形態では、S被毒回復制御モード時の空燃比フィードバック制御の例であったが、PM再生制御モードやNOx還元制御モード等においてNOx吸蔵還元触媒36aやフィルタ38aに流入する排気空燃比をフィードバック制御する場合においても適用できる。
(d).前記各実施の形態では、空燃比センサ48はフィルタ38aの下流に設けられていたが、添加弁68からの燃料添加による空燃比調節状態が測定できれば良く、NOx吸蔵還元触媒36aとフィルタ38aとの間に配置しても、あるいはNOx吸蔵還元触媒36aの上流側に設けても良い。NOx吸蔵還元触媒36aの上流側に設けた場合には、排気中のHC濃度に起因して検出ずれが空燃比センサに生じても適切に空燃比フィードバック制御ができる。
(e).NOx吸蔵還元触媒36a及びフィルタ38aの触媒床温は、第2排気温センサ46が検出する排気温Texoutを用いていたが、NOx吸蔵還元触媒36aやフィルタ38a内に温度センサを設けて直接、触媒床温を検出して用いても良い。又、第1排気温センサ44による排気温Texinを用いてNOx吸蔵還元触媒36a及びフィルタ38aの触媒床温を推定しても良い。
実施の形態1における車両用ディーゼルエンジン及び触媒制御装置の機能を果たす制御システムの概略構成を表すブロック図。 実施の形態1のECUが実行するS被毒回復制御処理のフローチャート。 同じく空燃比フィードバック制御計算処理のフローチャート。 実施の形態1の制御の一例を示すタイミングチャート。 目標空燃比補正量マップMapaftの構成を示すグラフ。 係数マップMapfの構成を示すグラフ。 実施の形態1の制御の一例を示すタイミングチャート。 実施の形態3の空燃比フィードバック制御計算処理のフローチャート。 実施の形態3の制御の一例を示すタイミングチャート。 実施の形態3の制御の一例を示すタイミングチャート。
符号の説明
2…ディーゼルエンジン、4…燃焼室、6…吸気弁、8…吸気ポート、10…吸気マニホールド、12…サージタンク、13…吸気経路、14…インタークーラ、16…排気ターボチャージャ、16a…コンプレッサ、16b…排気タービン、18…エアクリーナ、20…EGR経路、20a…EGRガス供給口、20b…EGRガス吸入口、22…スロットル弁、22a…スロットル開度センサ、22b…モータ、24…吸入空気量センサ、26…吸気温センサ、28…排気弁、30…排気ポート、32…排気マニホールド、34…排気経路、36…第1触媒コンバータ、36a…NOx吸蔵還元触媒、38…第2触媒コンバータ、38a…フィルタ、40…第3触媒コンバータ、40a…酸化触媒、44…第1排気温センサ、46…第2排気温センサ、48…空燃比センサ、50…差圧センサ、52…EGR触媒、54…EGRクーラ、56…EGR弁、58…燃料噴射弁、58a…燃料供給管、60…コモンレール、62…燃料ポンプ、64…燃料圧センサ、66…燃料供給管、68…添加弁、70…ECU、72…アクセルペダル、74…アクセル開度センサ、76…冷却水温センサ、78…クランク軸、80…エンジン回転数センサ、82…気筒判別センサ。

Claims (17)

  1. 機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、
    当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、
    前記反映手段は、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記ずれ度合に基づいて前記空燃比フィードバック制御の目標値である目標空燃比を補正するものであり、
    前記学習手段は、前記床温検出手段の検出値である検出触媒床温が機関運転状態に基づいて設定される前記触媒床温の目標値である目標触媒床温を基準とした基準床温範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものである
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  2. 機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、
    当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、
    前記反映手段は、実際の空燃比と前記検出空燃比とのずれ度合の指標として、機関運転状態に基づいて設定される前記触媒床温の目標値である目標触媒床温と前記床温検出手段の検出値である検出触媒床温との差である床温差を算出するとともに、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記床温差に基づいて前記空燃比フィードバック制御の目標値である目標空燃比を補正するものであり、
    前記学習手段は、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温を基準とした基準床温範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものである
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  3. 機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、
    当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、
    前記反映手段は、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記ずれ度合に基づいて前記空燃比フィードバック制御の目標値である目標空燃比を補正するものであり、
    前記学習手段は、前記検出空燃比が前記反映手段による補正後の目標空燃比を基準とした基準空燃比範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものである
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  4. 機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、
    当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、
    前記反映手段は、実際の空燃比と前記検出空燃比とのずれ度合の指標として、機関運転状態に基づいて設定される前記触媒床温の目標値である目標触媒床温と前記床温検出手段の検出値である検出触媒床温との差である床温差を算出するとともに、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記床温差に基づいて前記空燃比フィードバック制御の目標値である目標空燃比を補正するものであり、
    前記学習手段は、前記検出空燃比が前記反映手段による補正後の目標空燃比を基準とした基準空燃比範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものである
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の触媒制御装置において、
    前記反映手段は、前記目標触媒床温と前記検出触媒床温との差である床温差に基づいて前記目標空燃比を補正するものであり、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも高いときには前記床温差の絶対値が大きくなるにつれて前記目標空燃比を増大側に補正し、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも低いときには前記床温差の絶対値が大きくなるにつれて前記目標空燃比を減少側に補正するものである
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  6. 請求項5に記載の内燃機関の触媒制御装置において、
    前記反映手段は、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも高いとき且つ前記床温差の絶対値が所定値よりも大きいとき、前記床温差の変化に対する前記目標空燃比の増大側への補正度合を一定に維持する
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  7. 請求項5または6に記載の内燃機関の触媒制御装置において、
    前記反映手段は、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも低いとき且つ前記床温差の絶対値が所定値よりも大きいとき、前記床温差の変化に対する前記目標空燃比の減少側への補正度合を一定に維持する
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  8. 機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、
    当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、
    前記反映手段は、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記ずれ度合に基づいて前記検出空燃比を補正するものであり、
    前記学習手段は、前記床温検出手段の検出値である検出触媒床温が機関運転状態に基づいて設定される前記触媒床温の目標値である目標触媒床温を基準とした基準床温範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものである
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  9. 機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、
    当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、
    前記反映手段は、実際の空燃比と前記検出空燃比とのずれ度合の指標として、機関運転状態に基づいて設定される前記触媒床温の目標値である目標触媒床温と前記床温検出手段の検出値である検出触媒床温との差である床温差を算出するとともに、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記床温差に基づいて前記検出空燃比を補正するものであり、
    前記学習手段は、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温を基準とした基準床温範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものである
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  10. 機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、
    当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、
    前記反映手段は、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記ずれ度合に基づいて前記検出空燃比を補正するものであり、
    前記学習手段は、前記検出空燃比が前記反映手段による補正後の目標空燃比を基準とした基準空燃比範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものである
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  11. 機関排気系の排気浄化触媒に流れ込む排気についての空燃比フィードバック制御を空燃比センサの検出値に基づいて行い、この制御により前記排気浄化触媒に対する触媒制御を行う内燃機関の触媒制御装置において、
    当該触媒制御装置は、前記排気浄化触媒の温度である触媒床温を検出する床温検出手段と、実際の空燃比と前記空燃比センサの検出値である検出空燃比とのずれ度合を前記触媒制御に反映する反映手段と、前記空燃比フィードバック制御における学習値を設定する学習手段とを備えるものであり、
    前記反映手段は、実際の空燃比と前記検出空燃比とのずれ度合の指標として、機関運転状態に基づいて設定される前記触媒床温の目標値である目標触媒床温と前記床温検出手段の検出値である検出触媒床温との差である床温差を算出するとともに、前記触媒制御に対するずれ度合の反映として、前記床温差に基づいて前記検出空燃比を補正するものであり、
    前記学習手段は、前記検出空燃比が前記反映手段による補正後の目標空燃比を基準とした基準空燃比範囲内にあるとき、前記空燃比フィードバック制御の空燃比フィードバック補正量を前記学習値として保持するものである
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  12. 請求項8〜11のいずれか一項に記載の内燃機関の触媒制御装置において、
    前記反映手段は、前記目標触媒床温と前記検出触媒床温との差である床温差に基づいて前記検出空燃比を補正するものであり、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも高いときには前記床温差の絶対値が大きくなるにつれて前記検出空燃比を減少側に補正し、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも低いときには前記床温差の絶対値が大きくなるにつれて前記検出空燃比を増大側に補正するものである
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  13. 請求項12に記載の内燃機関の触媒制御装置において、
    前記反映手段は、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも高いとき且つ前記床温差の絶対値が所定値よりも大きいときには前記床温差の変化に対する前記検出空燃比の減少側への補正度合を一定に維持する
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  14. 請求項12または13に記載の内燃機関の触媒制御装置において、
    前記反映手段は、前記検出触媒床温が前記目標触媒床温よりも低いとき且つ前記床温差の絶対値が所定値よりも大きいときには前記床温差の変化に対する前記検出空燃比の増大側への補正度合を一定に維持する
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  15. 請求項1〜14のいずれか一項に記載の内燃機関の触媒制御装置において、
    前記空燃比フィードバック制御は、添加弁による排気系への燃料添加量により行われるもの、あるいは膨張行程及び排気行程の一方における燃焼室内への燃料噴射量の調節により行われるものである
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  16. 請求項1〜15のいずれか一項に記載の内燃機関の触媒制御装置において、
    前記排気浄化触媒はNOx吸蔵還元触媒である
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
  17. 請求項1〜16のいずれか一項に記載の内燃機関の触媒制御装置において、
    前記内燃機関はディーゼルエンジンである
    ことを特徴とする内燃機関の触媒制御装置。
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