JP4328968B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
これに対し、酸素センサは低コストであるため、一般に多用するには非常に有利である一方、空燃比に対して非線形の特性を示すために検出可能な空燃比検出領域が狭く、例えば排気浄化性能の向上を図るべく強制変調の振幅を大きくすると、排気空燃比が酸素センサの空燃比検出領域を超えてしまい、当該酸素センサの出力からでは排気空燃比を正確に検出できないという難点がある。
そして、前記所定期間は、前記所定の周期の整数倍である。
即ち、酸素センサの出力は変調周期単位で変動することから、所定期間が強制変調の所定の周期或いはその整数倍であれば、出力基準値よりも大きい或いは小さい期間の全体比率または該全体比率の相関値が良好に求まる。故に、酸素センサの出力波の出力軸方向でのずれ量、ひいては排気の平均空燃比のずれ量を正確に検出でき、排気の平均空燃比を目標平均空燃比に適正に調整することができる。
また、前記所定の周期は、前記酸素センサの出力により検出される空燃比が前記酸素センサの空燃比検出領域の上限値及び下限値に達しないような周期以下に設定されている。
即ち、酸素センサの出力は排気空燃比が空燃比検出領域を超えると頭打ちとなり空燃比を正確に検出できなくなるのであるが、強制変調を行っても酸素センサの出力は応答遅れ期間において実際値より小さな値を示す傾向にあるため、所定の周期を縮め、酸素センサの出力により検出される空燃比が酸素センサの空燃比検出領域の上限値及び下限値に達しないようにすることにより、酸素センサでも排気空燃比を確実に検出するようにでき、排気の平均空燃比を実際値に即した正確な値とすることが可能である。
請求項2に係る内燃機関の排気浄化装置では、前記空燃比強制変調要素は、前記酸素センサの出力が該酸素センサのスイッチング点を横切るように強制変調を行う。
即ち、酸素センサは、経時変化等により出力値にばらつきが生じる場合があるが、このような経時変化等によるばらつきの影響は酸素センサのスイッチング点(変曲点)近傍で最も小さく、故に出力基準値をスイッチング点近傍に設定することにより、所定期間における当該出力基準値よりも大きい或いは小さい期間の比率または該比率の相関値を常に良好に求めることができる。
請求項5に係る内燃機関の排気浄化装置では、前記空燃比調整要素は、前記期間比率算出要素により求められた比率または該比率の相関値と比率基準値との偏差に基づき、前記強制変調中における排気の空燃比を調整する。
即ち、期間比率または期間比率の相関値と比率基準値との偏差を検出することにより、酸素センサの出力波の出力軸方向でのずれ量、ひいては排気の平均空燃比のずれ量を容易に検出することができ、期間比率または期間比率の相関値と比率基準値との偏差に基づいて排気の平均空燃比を目標平均空燃比に良好に調整することができる。
請求項11に係る内燃機関の排気浄化装置では、前記出力基準値よりも大きい期間の比率または該比率の相関値の基準となる比率基準値が値0.5〜0.75である。また、請求項12に係る内燃機関の排気浄化装置では、前記出力基準値よりも小さい期間の比率または該比率の相関値の基準となる比率基準値が値0.25〜0.5である。
請求項13に係る内燃機関の排気浄化装置では、前記空燃比強制変調要素は、内燃機関の運転状態に応じて変更する変更要素を含み、前記期間比率算出要素は、過去の変更された変調周期を記憶し、今回の出力基準値よりも大きい或いは小さい期間(今回のリッチ出力期間またはリーン出力期間)と過去に変更された変調周期とから前記比率の相関値を求める。
図1を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下、当該排気浄化装置の構成を説明する。
同図に示すように、内燃機関であるエンジン本体(以下、単にエンジンという)1としては、吸気管噴射型(Multi Point Injection:MPI)ガソリンエンジンが採用される。
シリンダヘッド2には、各気筒毎に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド10の一端がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド10には、電磁式の燃料噴射弁6が取り付けられており、燃料噴射弁6には、燃料パイプ7を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置(図示せず)が接続されている。
なお、当該MPIエンジンは公知のものであるため、その構成の詳細については説明を省略する。
排気マニホールド12の他端には排気管20が接続されており、当該排気管20には、排気浄化触媒装置として三元触媒(触媒コンバータ)30が介装されている。
ECU(電子コントロールユニット)40は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えており、当該ECU40により、エンジン1を含めた排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
図4を参照すると、本発明の第1実施例に係る強制変調フィードバック(強制変調F/B)制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。
一般に、O2センサ22には応答遅れがあり、強制変調を行ってもO2センサ22の出力は急激に変化する酸素濃度に追従しきれず、実際値よりも小さな値を示す傾向にある。そして、この傾向は、強制変調の変調周期が小さいほど、即ちリーン時間とリッチ時間とが短くなるほど顕著である。
なお、このように変調周期を調整する場合の他、変調振幅や変調波形を調整するようにしてもO2センサ22の出力がO2センサ22のスイッチング点を横切るようにすることは可能である。具体的には、変調振幅を大きく、或いは変調波形を方形波に近づけるようにしてもよい。
このようにしてリーン時間及びリッチ時間が所定期間t1及び所定期間t2に設定され、即ち所定の周期T1が設定されると、図6に示すように、強制変調による実際の排気A/Fの振幅(破線で示す)はそのままでありながら、O2センサ22の出力により検出される排気A/Fは振幅(実線で示す)が小さく抑えられてA/F検出領域内に良好に納まることになる。
期間比率=(O2センサ出力が出力基準値Sbより大の期間tr)/所定の周期T1…(1)
即ち、図7を参照すると、強制変調制御における排気A/Fの制御波形(a)とともに遅れ時間tdだけ遅れて変動するO2センサ22の出力波形(b)が示されており、同図において平均A/Fが目標平均A/Fである場合のO2センサ22の基準出力波形が実線で示され、平均A/Fが目標平均A/FからリッチA/F側にずれた場合の現実の出力波形が破線で示されているが、ここでは所定の周期T1に対するO2センサ22の出力が出力基準値Sbより大となる期間trの比率を期間比率として算出する。
また、ここではO2センサ22の出力が出力基準値Sbより大となる期間tr、tr0を用いて期間比率を求めるようにしたが、O2センサ22の出力が出力基準値Sbより小となる期間tl、tl0を用いて期間比率を求めてもよい。
以上のように期間比率が求められたら、ステップS16では、当該期間比率から排気A/Fの平均A/Fを検出する。詳しくは、図8に示すように、予め期間比率と排気A/Fの平均A/Fとの関係が実験等により設定され、期間比率マップとしてECU40に記憶されており、ここでは、当該期間比率マップから排気A/Fの平均A/Fを読み出す。
ステップS18では、上記のように求めた排気A/Fの平均A/Fと目標平均A/Fとの差、即ちA/Fのずれ量に応じて、平均A/Fが目標平均A/FとなるようにA/Fを調整する(空燃比調整要素)。即ち、排気A/Fの平均A/Fが目標平均A/Fとなるようにフィードバック制御を行う。フィードバック制御はPID制御、現代制御理論に基づく制御のいずれであってもよい。
なお、ここでは期間比率を平均A/F、即ち空燃比(A/F)に変換するようにしているが、空燃比に相当する空燃比相関値(例えば、燃空比、当量比、燃料噴射量、燃料噴射期間、O2センサ出力等)に変換するようにし、平均A/F相関値が目標平均A/F相関値となるように空燃比相関値を調整するようにしてもよい。
次に、第2実施例を説明する。
ここに、排気浄化装置の基本構成については上記図1に示した通りであるため説明を省略し、ここでは、上記第1実施例と異なる強制変調F/B制御の制御内容についてのみ説明する。
ステップS20では、上記ステップS10と同様に、現在強制変調中であるか否かを判別する。判別結果が偽(No)で強制変調を実施していないと判定された場合には、何もせずに当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真(Yes)で強制変調中であると判定された場合には、ステップS22に進む。
このように、変調振幅、変調周期、変調波形をそれぞれ所定の振幅、所定の周期、所定の波形に設定するのは、期間比率と排気A/Fの平均A/Fとの関係(図8参照)は、実際には、エンジン1の運転状態、即ちエンジン回転速度Ne、排気流量等の運転条件や運転条件に基づく変調振幅、変調周期、変調波形の影響を受けることが判っており、変調振幅、変調周期、変調波形が適切なものでないと、平均A/Fに誤差が生じる場合があることに基づいている。また、変調比を所定の変調比に設定するのは、基本的に平均A/Fが目標平均A/Fとなるように強制変調するためである。
リッチ期間比率=リッチ継続時間tr/所定の周期T1 …(2)
一方、ステップS24の判別結果が偽(No)で、O2センサ22の出力が出力基準値Sb未満、即ち排気A/FがリーンA/F側にあると判定された場合には、ステップS34に進む。
リーン期間比率=リーン継続時間tl/所定の周期T1 …(3)
ステップS28では、上記式(2)から求めたリッチ期間比率が比率基準値Rb1より大か否かを判別する。ステップS24の判別により排気A/FがリッチA/F側と判定された直後には、リッチ期間比率は比率基準値Rb1よりも小さい。故に、この場合には判別結果は偽(No)となり、次にステップS30に進む。
リッチ期間比率が比率基準値Rb1より大、或いは、リーン期間比率が比率基準値Rb2より小であるとは、即ち排気A/Fの平均A/Fが目標平均A/FよりもリッチA/F側にシフトしていることを意味している。従って、ステップS32では、リッチ期間比率が比率基準値Rb1になるように、排気A/Fのリーン化補正を行う。具体的には、リッチ期間比率と比率基準値Rb1との偏差に基づいてA/Fをフィードバック制御する(空燃比調整要素)。
ステップS38では、逆にリッチ期間比率が比率基準値Rb1よりも小か否かを判別する。ここで使用されるリッチ期間比率はステップS24の判別により排気A/FがリーンA/F側と判定される直前のリッチ期間比率である。判別結果が偽(No)で、リッチ期間比率が比率基準値Rb1より小でない場合には、そのまま当該ルーチンを抜け、判別結果が真(Yes)で、リッチ期間比率が比率基準値Rb1より小と判定された場合には、ステップS40に進む。なお、当該ステップS38は、ステップS24の判別結果が偽(No)となり排気A/FがリーンA/F側と判定された直後にのみ或いは所定期間のみ実行される。
リーン期間比率が比率基準値Rb2より大、或いは、リッチ期間比率が比率基準値Rb1より小であるとは、即ち排気A/Fの平均A/Fが目標平均A/FよりもリーンA/F側にシフトしていることを意味している。従って、ステップS40では、リーン期間比率が比率基準値Rb2になるように、排気A/Fのリッチ化補正を行う。具体的には、リーン期間比率と比率基準値Rb2との偏差に基づいてA/Fをフィードバック制御する(空燃比調整要素)。
また、比率基準値Rb1に代えて(1−前回のリーン期間比率)を用いるようにしてもよく、比率基準値Rb2に代えて(1−前回のリッチ期間比率)を用いるようにしてもよい。この場合、ステップS32では、リッチ期間比率と(1−前回のリーン期間比率)との偏差に基づいてA/Fをフィードバック制御し、ステップS40では、リーン期間比率と(1−前回のリッチ期間比率)との偏差に基づいてA/Fをフィードバック制御する。
上記第2実施例においては、強制変調F/B制御の変調周期(燃料量を変更する周期)が一定の場合を前提としている。しかしながら、変調周期を運転条件等によって変更する場合には、排気系の遅れにより、現在設定されている変調周期と実際にO2センサ22に到達している或いはO2センサ22が検出する排気雰囲気の変動(変調)周期とが異なり、期間比率(リッチ期間比率またはリーン期間比率)に誤差が生じ、制御精度が悪化することがある。
第1の手法では、過去の変調周期を記憶しておき、期間比率として、例えばリッチ期間比率を次式(2')から算出する。
/排気系遅れ相当の過去の所定の周期T1’ …(2')
即ち、この手法では、今回のリッチ継続時間trに対応する周期を、排気系遅れ相当を考慮して、記憶された過去の変調周期T1’とし、当該過去の変調周期T1’からリッチ期間比率を求めるようにする。これにより、変更された変調周期に対応する排気系遅れを補正することができる。なお、リーン期間比率についても同様に算出することができる。
リッチ期間比率=今回のリッチ継続時間tr
/(前回のリーン継続時間tl’+今回のリッチ継続時間tr)…(2")
即ち、この手法では、今回のリッチ継続時間trに対応する周期を、O2センサ22により検出した今回のリッチ継続時間trと前回のリーン継続時間tl’との加算により求め、当該加算値からリッチ期間比率を求めるようにする。これにより、やはり変更された変調周期に対応する排気系遅れを補正することができる。なお、リーン期間比率についても同様に算出することができる。
上記第1及び第2実施例では、O2センサ22の出力がO2センサ22のスイッチング点を横切るように変調周期を所定の周期T1に設定するようにしているが、所定の周期T1が変化する場合も考えられ、当該第3実施例では、所定の周期T1が変化して変調周期に補正を加味する場合の例を示す。具体的には、ここでは、上記第2実施例に変調周期の補正を加味する場合の例を示す。
図10及び図11を参照すると、本発明の第3実施例に係る強制変調F/B制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。なお、上記図9と同一ステップについては同一符号を付して説明を省略する。
一方、ステップS42の判別結果が偽(No)でリッチ期間比率が値1以下と判定された場合には、ステップS46に進み、変調周期を減少側に補正する。即ち、所定の周期T1に対し、O2センサ22の出力がO2センサ22のスイッチング点を横切るように変調周期を減側に補正する。
これにより、O2センサ22の出力が確実にO2センサ22のスイッチング点を横切るように調整され、出力基準値Sbをスイッチング点に設定した場合において、出力基準値Sbより大或いは出力基準値Sbより小の期間比率を確実に求めることができ、当該期間比率に基づいて排気A/Fの平均A/Fを良好に目標平均A/Fに調整することができる。
上述したように、期間比率と排気A/Fの平均A/Fとの関係(図8参照)は、実際には、エンジン1の運転状態、即ちエンジン回転速度Ne、排気流量等の運転条件や運転条件に基づく変調振幅、変調周期、変調波形の影響を受け、平均A/Fに誤差が生じる場合がある。
図13を参照すると、本発明の第4実施例に係る強制変調F/B制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。なお、上記図4と同一ステップについては同一符号を付して説明を省略する。
ステップS150では、期間比率が比率基準値Rb以下の範囲において、実Neが基準Ne以下であるか否かを判別する。判別の結果、実Neと基準Neとが同等と判定された場合には、上記同様にそのままステップS16に進む。また、判別結果が真(Yes)で実Neが基準Neより小と判定された場合には、上記ステップS146に進み、期間比率を増大側に補正して期間比率の相関値を求める。一方、判別結果が偽(No)で実Neが基準Neより大と判定された場合には、ステップS148に進み、期間比率を減少側に補正して期間比率の相関値を求める。
また、ここでは、エンジン回転速度Neに応じて期間比率と平均A/Fとの関係に補正を加える場合を例に示したが、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形が変化するような場合には、期間比率が比率基準値Rbより大の範囲では、排気流量が多く、変調振幅が大きく、変調周期が長く、変調波形が方形波に近いほど期間比率を増大側に補正し、一方、排気流量が少なく、変調振幅が小さく、変調周期が短く、変調波形が方形波から遠いほど期間比率を減少側に補正する。また、期間比率が比率基準値Rb以下の範囲では、排気流量が多く、変調振幅が大きく、変調周期が長く、変調波形が方形波に近いほど期間比率を減少側に補正し、一方、排気流量が少なく、変調振幅が小さく、変調周期が短く、変調波形が方形波から遠いほど期間比率を増大側に補正する。
これにより、期間比率の相関値に基づいて排気A/Fの平均A/Fをより一層良好に目標平均A/Fに調整できることになり、低コストのO2センサ22を用いながら、排気A/Fの強制変調F/B制御の制御精度をさらに向上させて排気A/Fの強制変調を常に適正な状態に維持し、三元触媒30の排気浄化性能の向上を図ることができる。
ところで、図12によれば、比率基準値Rbが値0.5近傍、即ちストイキオ近傍にあるときには、期間比率と排気A/Fの平均A/Fとの関係においてエンジン回転速度Ne、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形等のエンジン1の運転状態の影響が小さいことが判る。従って、比率基準値Rbを値0.5近傍に設定し、目標平均A/Fを例えばストイキオ近傍に設定しておけば、平均A/Fが目標平均A/Fに調整されることで必然的に期間比率は比率基準値Rb(値0.5近傍)に調整されることになり、この状態において期間比率と排気A/Fの平均A/Fとの関係がエンジン回転速度Ne、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形等のエンジン1の運転状態の影響を受け難いようにできる。
当該第5実施例では、平均A/Fの誤差を防止すべく、期間比率を比率基準値Rbに調整する上記第2実施例に対し、エンジン回転速度Ne、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形等のエンジン1の運転状態に応じて期間比率と平均A/Fとの関係に補正を加える場合の例を示す。
図14を参照すると、本発明の第5実施例に係る強制変調F/B制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。なお、上記図9と同一ステップについては同一符号を付して説明を省略する。
具体的には、上記同様に、エンジン回転速度Ne、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形が変化するような場合には、リッチ期間比率が比率基準値Rb1より大の範囲では、エンジン回転速度Neが高く、排気流量が多く、変調振幅が大きく、変調周期が長く、変調波形が方形波に近いほどリッチ期間比率を増大側に補正し、一方、エンジン回転速度Neが低く、排気流量が少なく、変調振幅が小さく、変調周期が短く、変調波形が方形波から遠いほどリッチ期間比率を減少側に補正する。また、リッチ期間比率が比率基準値Rb1より小の範囲では、エンジン回転速度Neが高く、排気流量が多く、変調振幅が大きく、変調周期が長く、変調波形が方形波に近いほどリッチ期間比率を減少側に補正し、一方、エンジン回転速度Neが低く、排気流量が少なく、変調振幅が小さく、変調周期が短く、変調波形が方形波から遠いほどリッチ期間比率を増大側に補正する。そして、ステップS28以降に進む。
具体的には、上記同様に、エンジン回転速度Ne、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形が変化するような場合には、リーン期間比率が比率基準値Rb2より大の範囲では、エンジン回転速度Neが高く、排気流量が多く、変調振幅が大きく、変調周期が長く、変調波形が方形波に近いほどリーン期間比率を増大側に補正し、一方、エンジン回転速度Neが低く、排気流量が少なく、変調振幅が小さく、変調周期が短く、変調波形が方形波から遠いほどリーン期間比率を減少側に補正する。また、リーン期間比率が比率基準値Rb2より小の範囲では、エンジン回転速度Neが高く、排気流量が多く、変調振幅が大きく、変調周期が長く、変調波形が方形波に近いほどリーン期間比率を減少側に補正し、一方、エンジン回転速度Neが低く、排気流量が少なく、変調振幅が小さく、変調周期が短く、変調波形が方形波から遠いほどリーン期間比率を増大側に補正する。そして、ステップS36以降に進む。
ところで、この場合にも、比率基準値Rb1及び比率基準値Rb2がそれぞれ値0.5近傍となるように目標平均A/Fをストイキオ近傍に設定することにより(但し、Rb1+Rb2=1.0)、平均A/Fが目標平均A/Fからずれた場合であっても、上記リッチ期間比率及びリーン期間比率の補正の有無に拘わらず、エンジン回転速度Ne、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形等のエンジン1の運転状態の影響を最小限に抑えながら平均A/Fを目標平均A/Fに調整することが可能である。
当該第6実施例では、上記第1実施例から第5実施例において、O2センサ22に代えて触媒付きO2センサ220を用いるようにする。
触媒付きO2センサ220は、図16に示すように、ハウジング221内にコップ型の検出素子222が取り付けられ、当該検出素子222の周囲に素子カバー223が取り付けられて構成されている。検出素子222は、ジルコニア固体電解質224の内側に内側電極(大気側Pt電極)225が装着され、外側に外側電極(排気側電極)226が装着されるとともに、外側電極226の外側に電極保護層(セラミックコーティング等)227が設けられ、さらに電極保護層227の外側にNOx還元機能を有する触媒層228が設けられて構成されている。
従って、触媒層を有しないO2センサ22を用いた場合には、出力基準値Sbを例えばO2センサ22のスイッチング点の値(例えば、0.5V)に設定すると、実際のスイッチング点はリーンA/F側に偏っているため、計算値である上記期間比率(リッチ期間比率、リーン期間比率)と実際値との間にはずれが生じ、期間比率(リッチ期間比率、リーン期間比率)に基づいて平均A/Fを目標平均A/Fに調整したとしても、実際には平均A/FがリーンA/F寄りになる可能性があるのであるが、触媒付きO2センサ220を用いることで、期間比率(リッチ期間比率、リーン期間比率)を正確に求め、平均A/Fを偏りなく確実に目標平均A/Fに調整することができる。
また、ここでは、O2センサにNOx還元機能を有する触媒層228を設けるようにしたが、外側電極226自体をNOx還元電極(例えば、Rh、Pd電極)としてもよい。
例えば、上記実施形態では、出力基準値Sbを固定値として設定するようにしたが、O2センサ22、触媒付きO2センサ220の応答遅れ(排気流量小、エンジン回転速度Ne低、触媒温度低、排気温度低、体積効率小、正味平均有効圧小、吸気管圧力小、排気圧力小等)、排気輸送遅れ(O2センサ上流排気系容積大、排気流量小、エンジン回転速度Ne低、体積効率小等)、或いは、O2センサの活性状態(冷却水温度低、吸気温度低、潤滑油温度低、始動後経過時間短、O2センサヒータ通電時間短、走行距離長等)の各状況の少なくともいずれか一つに応じて出力基準値Sbを基準値マップとして設定しておき、当該基準値マップから出力基準値Sbを読み出すようにしてもよい。
また、ここでは所定の周期T1に対し出力基準値Sbより大の期間比率(リッチ期間比率)または当該期間比率の相関値或いは出力基準値Sbより小の期間比率(リーン期間比率)または当該期間比率の相関値を求めるようにしているが、期間比率の相関値は以下のものを包含する。
・上述した変調周期、変調振幅、変調波形、エンジン回転速度Ne、排気流量に基づく補正(周期等補正)後の期間比率
・出力基準値Sbよりも大きい或いは小さい期間(出力期間)
出力期間=期間比率×周期
・周期等補正後の出力期間
・出力基準値Sbより大の期間(リッチ出力期間)と出力基準値Sbより小の期間(リーン出力期間)との比率(R−L比率)
R−L比率=リッチ出力期間/リーン出力期間、または、リーン出力期間
/リッチ出力期間
・R−L比率の相関値
・周期等補正後のR−L比率
・周期等補正後のR−L比率の相関値
・期間比率或いは期間比率の相関値から求めた(相関のある)空燃比
・周期等補正後の期間比率或いは期間比率の相関値から求めた(相関のある)空燃比
・期間比率或いは期間比率の相関値から求めた(相関のある)空燃比の相関値(燃空比、当量比、空気過剰率)
・周期等補正後の期間比率或いは期間比率の相関値から求めた(相関のある)空燃比の相関値
なお、期間比率或いは期間比率の相関値から求めた空燃比を補正する場合には、「リッチ側に補正」或いは「リーン側に補正」とする。
また、空燃比を補正する手段として、供給燃料量を増減するようにしてもよいし、変調比を変更して補正するようにしてもよい。例えば、リッチA/F側へ補正する場合には、リッチ変調比を大きく或いはリーン変調比を小さくし、リーンA/F側へ補正する場合には、リッチ変調比を小さく或いはリーン変調比を大きくするようにする。
また、比率基準値Rb、比率基準値Rb1、比率基準値Rb2に代えて、互いに異なる所定値R1及び所定値R2、所定値R11及び所定値R12、所定値R21及び所定値R22をそれぞれ用いるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、エンジン1としてMPIエンジンを採用した例を示したが、これに限られず、エンジン1は強制変調制御が可能であれば如何なるエンジンであってもよく、筒内噴射型エンジンであってもよい。
6 燃料噴射弁
22 O 2 センサ(酸素センサ)
30 三元触媒(触媒コンバータ)
40 ECU(電子コントロールユニット)
Claims (14)
- 内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられた触媒コンバータと、
前記触媒コンバータに流入する排気の空燃比を目標平均空燃比を挟みリーン空燃比側とリッチ空燃比側とに所定の周期、所定の振幅、所定の変調比及び所定の波形で強制変調させる空燃比強制変調要素と、
前記排気通路に設けられ、排気中の酸素濃度を検出し出力する酸素センサと、
所定期間における前記酸素センサの出力が該酸素センサの出力の最大値及び最小値の間に設定された出力基準値よりも大きい或いは小さい期間の比率または該比率の相関値を求める期間比率算出要素と、
前記期間比率算出要素により求められた比率または該比率の相関値に基づき、前記強制変調中における排気の空燃比を調整する空燃比調整要素とを備え、
前記所定の周期は、前記酸素センサの出力により検出される空燃比が前記酸素センサの空燃比検出領域の上限値及び下限値に達しないような周期以下に設定され、
前記所定期間は、前記所定の周期の整数倍であることを特徴とする。 - 請求項1の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記空燃比強制変調要素は、前記酸素センサの出力が該酸素センサのスイッチング点を横切るように強制変調を行うことを特徴とする。 - 請求項2の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記出力基準値は、前記酸素センサのスイッチング点または該スイッチング点の近傍の値に設定されていることを特徴とする。 - 請求項1乃至3のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記酸素センサは触媒機能を有することを特徴とする。 - 請求項1乃至4のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記空燃比調整要素は、前記期間比率算出要素により求められた比率または該比率の相関値と比率基準値との偏差に基づき、前記強制変調中における排気の空燃比を調整することを特徴とする。 - 請求項1乃至5のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記所定の周期が長いほど前記比率を大側に補正するとともに前記所定の周期が短いほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記所定の周期が長いほど前記比率を小側に補正するとともに前記所定の周期が短いほど前記比率を大側に補正した値であることを特徴とする。 - 請求項1乃至5のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記所定の振幅が大きいほど前記比率を大側に補正するとともに前記所定の振幅が小さいほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記所定の振幅が大きいほど前記比率を小側に補正するとともに前記所定の振幅が小さいほど前記比率を大側に補正した値であることを特徴とする。 - 請求項1乃至5のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記所定の波形が方形波に近いほど前記比率を大側に補正するとともに前記所定の波形が方形波から遠いほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記所定の波形が方形波に近いほど前記比率を小側に補正するとともに前記所定の波形が方形波から遠いほど前記比率を大側に補正した値であることを特徴とする。 - 請求項1乃至5のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出要素をさらに有し、
前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記回転速度検出要素により検出される内燃機関の回転速度が高いほど前記比率を大側に補正するとともに前記回転速度が低いほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記回転速度が高いほど前記比率を小側に補正するとともに前記回転速度が低いほど前記比率を大側に補正した値であることを特徴とする。 - 請求項1乃至5のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
排気流量を検出する排気流量検出要素をさらに有し、
前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記排気流量検出要素により検出される排気流量が多いほど前記比率を大側に補正するとともに前記排気流量が少ないほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記排気流量が多いほど前記比率を小側に補正するとともに前記排気流量が少ないほど前記比率を大側に補正した値であることを特徴とする。 - 請求項1乃至10のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記出力基準値よりも大きい期間の比率または該比率の相関値の基準となる比率基準値が値0.5〜0.75であることを特徴とする。 - 請求項1乃至11のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記出力基準値よりも小さい期間の比率または該比率の相関値の基準となる比率基準値が値0.25〜0.5であることを特徴とする。 - 請求項1乃至12のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記空燃比強制変調要素は、内燃機関の運転状態に応じて変更する変更要素を含み、
前記期間比率算出要素は、過去の変更された変調周期を記憶し、今回の出力基準値よりも大きい或いは小さい期間と過去に変更された変調周期とから前記比率の相関値を求めることを特徴とする。 - 請求項1乃至12のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記空燃比強制変調要素は、内燃機関の運転状態に応じて変更する変更要素を含み、
前記期間比率算出要素は、前回の出力基準値よりも大きい或いは小さい期間を記憶し、今回の出力基準値よりも大きい期間と、該今回の出力基準値よりも大きい期間及び前回の出力基準値よりも小さい期間を加算した周期とから、或いは、今回の出力基準値よりも小さい期間と、該今回の出力基準値よりも小さい期間及び前回の出力基準値よりも大きい期間を加算した周期とから前記比率の相関値を求めることを特徴とする。
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