JP4904999B2 - Air-fuel ratio control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素に発生段階で対処して、ロバスト性の高い空燃比フィードバック制御を実現する内燃機関の空燃比制御装置に関する。 The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that realizes highly robust air-fuel ratio feedback control by dealing with hydrogen that adversely affects an exhaust gas sensor at the generation stage.
従来、内燃機関の排気通路に配設された酸素センサやA/Fセンサなどの排気ガスセンサで排気ガス中の酸素濃度を検知し、この排気ガスセンサの出力に基づき、空燃比を目標空燃比(例えば理論空燃比)に制御する空燃比制御装置が知られている。ところで排気ガスには酸素のほかにも水素などが含まれている。そして水素は酸素よりもガス拡散し易いことから、酸素よりも速く排気ガスセンサの電極に到達する。さらに電極でこの水素と酸素が反応すると、電極近傍の酸素濃度は排気ガスセンサの周囲に存在する排気の平衡化した酸素濃度より低くなってしまう。ここで平衡化した酸素濃度とは、排気中の可燃成分(水素等)が排気中の酸素と完全に反応した後の酸素濃度であり、真の排気空燃比に対応する酸素濃度である。 Conventionally, an oxygen concentration in an exhaust gas is detected by an exhaust gas sensor such as an oxygen sensor or an A / F sensor disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, and an air-fuel ratio is set to a target air-fuel ratio (for example, based on the output of the exhaust gas sensor). 2. Description of the Related Art An air-fuel ratio control device that controls to a theoretical air-fuel ratio) is known. By the way, exhaust gas contains hydrogen in addition to oxygen. Since hydrogen diffuses more easily than oxygen, it reaches the exhaust gas sensor electrode faster than oxygen. Further, when this hydrogen and oxygen react at the electrode, the oxygen concentration in the vicinity of the electrode becomes lower than the balanced oxygen concentration of the exhaust existing around the exhaust gas sensor. The oxygen concentration balanced here is the oxygen concentration after the combustible component (hydrogen or the like) in the exhaust gas completely reacts with the oxygen in the exhaust gas, and corresponds to the true exhaust air-fuel ratio.
上記の状態は換言すれば、本来電極に到達すべき酸素が水素の影響で電極に到達していない状態であり、このときには排気ガスセンサの出力に基づき、排気空燃比が真の排気空燃比よりもリッチ寄りに検出されてしまう。すなわち、水素は排気空燃比が真の排気空燃比よりもリッチであると誤検出するように排気ガスセンサに作用してしまう。その結果、このとき排気ガスセンサの出力の大きさを基準として目標空燃比に制御した場合には、出力の大きさに対応する排気空燃比はリーン側にずれてしまうことになる。したがってこの状態で空燃比を理論空燃比に制御すべくフィードバック制御を実行すると、空燃比を理論空燃比よりもリーンにしてしまうことから三元触媒の排気浄化作用が低下し、その結果、NOxなどのエミッションが大幅に増大してしまう虞がある。このように排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素に対処すべく、例えば特許文献1では、水素濃度算出手段を備えて水素濃度が高いほど空燃比をリッチ側に制御し、水素による空燃比のリーン側へのシフトを補正する内燃機関の空燃比制御装置が提案されている。
In other words, the above state is a state where oxygen that should originally reach the electrode does not reach the electrode due to the influence of hydrogen. At this time, based on the output of the exhaust gas sensor, the exhaust air / fuel ratio is higher than the true exhaust air / fuel ratio. It will be detected close to rich. That is, hydrogen acts on the exhaust gas sensor so as to erroneously detect that the exhaust air / fuel ratio is richer than the true exhaust air / fuel ratio. As a result, when the target air-fuel ratio is controlled based on the output level of the exhaust gas sensor at this time, the exhaust air-fuel ratio corresponding to the output level is shifted to the lean side. Therefore, if feedback control is executed to control the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio in this state, the air-fuel ratio is made leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, so that the exhaust purification action of the three-way catalyst is reduced. There is a risk that the emission of this will increase significantly. In order to deal with hydrogen that adversely affects the exhaust gas sensor in this way, for example, in
ところで水素は濃い混合気が燃焼した際に生成され易いことから、混合気のミキシング性が悪いと水素の発生量も増加する。これに対して、燃焼室内にタンブル流やスワール流といった旋回気流を生成するための気流制御弁が吸気通路に配設されている場合、燃焼改善等を目的として強い旋回気流で混合気のミキシング性を向上させるために気流制御弁は一般に半開に制御される。図8は、気流制御弁の開閉挙動の一例を示す図である。気流制御弁は例えば図8のように燃焼改善を目的として全開から半開に適宜制御される。このように気流制御弁が半開に制御されると混合気のミキシング性が向上する一方で、逆に気流制御弁の開弁状態(例えば全開)によっては混合気のミキシング性が低下して相対的に水素の発生量が増大することになる。この場合には、その分水素が排気ガスセンサに大きく作用し易くなることから、空燃比の検出精度が低下してしまう虞がある。 By the way, since hydrogen is easily generated when a rich air-fuel mixture burns, the amount of hydrogen generated increases if the mixing property of the air-fuel mixture is poor. In contrast, when an airflow control valve for generating a swirling airflow such as a tumble flow or a swirl flow is provided in the intake passage in the combustion chamber, the mixing of the air-fuel mixture with a strong swirling airflow for the purpose of improving combustion, etc. In order to improve the air flow control valve, the air flow control valve is generally controlled to be half open. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the opening / closing behavior of the airflow control valve. For example, as shown in FIG. 8, the air flow control valve is appropriately controlled from full open to half open for the purpose of improving combustion. As described above, when the airflow control valve is controlled to be half open, the mixing property of the air-fuel mixture is improved. On the other hand, depending on the open state of the airflow control valve (for example, fully open), the mixing property of the air-fuel mixture is decreased and the relative mixing property In addition, the amount of hydrogen generated increases. In this case, since hydrogen easily acts on the exhaust gas sensor correspondingly, the air-fuel ratio detection accuracy may be reduced.
また三元触媒では水素が酸素と反応して燃焼するため、三元触媒の下流側では一般に水素が大幅に減少する。ところが内燃機関の気筒間で空燃比がばらついた場合には、各気筒のうち、空燃比がリッチとなった気筒から排出される排気ガスに含まれる水素が三元触媒の上流だけでなく、下流の排気ガスセンサに対しても同様に悪影響を及ぼしてしまう。図9は、内燃機関から排出される排気ガスの水素濃度と三元触媒から排出される排気ガスの水素濃度とを、気筒間で空燃比のばらつきがない場合と気筒間で空燃比のばらつきがある場合とについて示す図である。図9では直列4気筒の内燃機関で計測した場合の水素濃度を示しており、また各気筒の空燃比を順番にリッチ、リーン、リーン、リッチにすることで空燃比にばらつきがある場合を再現している。 In the three-way catalyst, hydrogen reacts with oxygen and burns, so that hydrogen is generally greatly reduced downstream of the three-way catalyst. However, when the air-fuel ratio varies between the cylinders of the internal combustion engine, hydrogen contained in the exhaust gas discharged from the cylinder in which the air-fuel ratio becomes rich is not only upstream of the three-way catalyst but also downstream of each cylinder. This also has an adverse effect on the exhaust gas sensor. FIG. 9 shows the hydrogen concentration of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine and the hydrogen concentration of the exhaust gas discharged from the three-way catalyst when the air-fuel ratio does not vary between cylinders and the air-fuel ratio varies between cylinders. It is a figure shown about a certain case. FIG. 9 shows the hydrogen concentration when measured with an in-line four-cylinder internal combustion engine, and reproduces the case where the air-fuel ratio varies by making the air-fuel ratio of each cylinder rich, lean, lean, and rich in order. is doing.
図9より、水素濃度は内燃機関から排出される場合(内燃機関後の場合)と三元触媒から排出される場合(三元触媒後の場合)とで、ともに気筒間で空燃比のばらつきがあるほうが高くなっていることがわかる。なお水素濃度を示す縦軸はログスケールとなっている。ここで、特に三元触媒から排出される場合にも水素濃度が高くなっているのは、三元触媒内の酸素量が不足し、空燃比がリッチとなった気筒から排出された水素が酸素と十分に反応できなくなった結果と考えられる。 FIG. 9 shows that the air-fuel ratio varies between cylinders when the hydrogen concentration is discharged from the internal combustion engine (after the internal combustion engine) and when discharged from the three-way catalyst (after the three-way catalyst). You can see that it is higher. The vertical axis indicating the hydrogen concentration is a log scale. Here, especially when exhausted from the three-way catalyst, the hydrogen concentration is high because the amount of oxygen in the three-way catalyst is insufficient and the hydrogen exhausted from the cylinder whose air-fuel ratio has become rich is oxygen. It is thought that this is the result of not being able to react sufficiently.
図9から気筒間で空燃比がばらつくと排気ガス中の水素濃度が高くなり排気ガスセンサに悪影響を及ぼす虞が増大することがわかるが、このように気筒間で空燃比がばらつくといった不確定な外乱的要素に対しては、上述の提案技術のように空燃比のフィードバック制御を補正するのとは別に、まず発生源対策といった観点で水素に対処して空燃比のフィードバック制御を実行することが有効であるといえる。 It can be seen from FIG. 9 that when the air-fuel ratio varies between cylinders, the hydrogen concentration in the exhaust gas increases and the risk of adverse effects on the exhaust gas sensor increases, but indefinite disturbance such as the air-fuel ratio varies between cylinders in this way. In addition to correcting the air-fuel ratio feedback control as in the proposed technique described above, it is effective to first implement the air-fuel ratio feedback control by dealing with hydrogen from the viewpoint of the generation source. You can say that.
そこで、本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素に発生段階で対処することで、ロバスト性の高い空燃比のフィードバック制御を実現できる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and by dealing with hydrogen that adversely affects the exhaust gas sensor at the generation stage, the air-fuel ratio of the internal combustion engine that can realize highly robust feedback control of the air-fuel ratio can be realized. An object is to provide a control device.
上記課題を解決するために、本発明は、燃焼室内に旋回気流を生成するための気流制御弁が吸気通路に配設された内燃機関の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、所定の空燃比のフィードバック制御の実行条件が成立し、かつ、前記気流制御弁の開弁状態が前記燃焼室内に強い旋回気流が生成して混合気のミキシング性が高くなる状態である半開状態のときに、空燃比のフィードバック制御を実行するとともに、前記気流制御弁の開弁状態が前記半開状態でないときには、前記空燃比のフィードバック制御の実行を停止するフィードバック制御実行手段を備えることを特徴とする。ここで前述したように混合気のミキシング性は気流制御弁の開弁状態によって変化し、気流制御弁が燃焼改善等を目的として混合気のミキシング性が高くなるような開弁状態に制御されていれば、燃焼室から排出される水素の量も少なくなる。さらに、係る状態であれば混合気のミキシング性が高くなっているため、仮に各気筒の空燃比がばらついた場合でも空燃比がリッチとなった気筒から排出される水素の量も低減できる。本発明は係る点に鑑みたものであり、本発明によれば発生段階で水素に対処して、ロバスト性の高い空燃比のフィードバック制御を実現できる。 In order to solve the above problems, the present invention is an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that controls an air-fuel ratio of an internal combustion engine in which an airflow control valve for generating a swirling airflow in a combustion chamber is disposed in an intake passage. Te, conditions for executing the feedback control of the predetermined air-fuel ratio is established, and open state of the airflow control valve is in a state mixing of increases of the air-fuel mixture to generate strong swirling airflow into the combustion chamber half open characterized in the state, and executes a feedback control of the air-fuel ratio, when the open valve state of the airflow control valve is not in the half open state, further comprising a feedback control execution means for stopping the execution of the feedback control of the air-fuel ratio And Here, as described above, the mixing property of the air-fuel mixture changes depending on the open state of the airflow control valve, and the airflow control valve is controlled to be in the valve opening state so that the mixing property of the air-fuel mixture becomes high for the purpose of improving combustion or the like. If so, the amount of hydrogen discharged from the combustion chamber is also reduced. Furthermore, since the mixing property of the air-fuel mixture is high in such a state, even if the air-fuel ratio of each cylinder varies, the amount of hydrogen discharged from the cylinder in which the air-fuel ratio becomes rich can be reduced. The present invention has been made in view of the above points, and according to the present invention, it is possible to cope with hydrogen at the generation stage and to realize highly robust air-fuel ratio feedback control.
また本発明は、さらに前記気流制御弁の開弁状態に基づき、空燃比のフィードバック制御を補正する空燃比のサブフィードバック制御を実行するサブフィードバック制御実行手段を備えてもよい。ここで空燃比をフィードバック制御するにあたっては、三元触媒の上流及び下流に備えられた排気ガスセンサを利用して空燃比のフィードバック制御を行うダブルセンサシステムが知られている。このダブルセンサシステムでは、三元触媒の下流に備えられた排気ガスセンサを利用して、三元触媒の上流に備えられた排気ガスセンサを利用した空燃比のF/B制御を補正するための空燃比サブフィードバック制御が行われる。係るダブルセンサシステムの場合でも、本発明によれば三元触媒下流の排気ガスセンサに及ぶ水素の悪影響が低減されるので、空燃比のサブフィードバック制御も含めてロバスト性の高い空燃比のフィードバック制御を実現できる。なお、フィードバック制御実行手段或いはサブフィードバック制御実行手段は、気流制御弁の開弁状態が半開のときに空燃比のフィードバック制御或いはサブフィードバック制御の実行を許可することが好ましい。これは一般に気流制御弁の開弁状態が半開のときに、燃焼室内に強い旋回気流が生成されて混合気のミキシング性が高くなることによる。
The present invention further based on the open state of the airflow control valve may comprise a sub-feedback control the actual Gyote stage that perform sub-feedback control of the air-fuel ratio to correct the air-fuel ratio feedback control. Here, in feedback control of the air-fuel ratio, there is known a double sensor system that performs feedback control of the air-fuel ratio using exhaust gas sensors provided upstream and downstream of the three-way catalyst. In this double sensor system, an air-fuel ratio for correcting F / B control of an air-fuel ratio using an exhaust gas sensor provided upstream of the three-way catalyst using an exhaust gas sensor provided downstream of the three-way catalyst is used. Sub feedback control is performed. Even in the case of such a double sensor system, according to the present invention, the adverse effect of hydrogen on the exhaust gas sensor downstream of the three-way catalyst is reduced. Therefore, highly robust air-fuel ratio feedback control including air-fuel ratio sub-feedback control is performed. realizable. Incidentally, the feedback control the actual Gyote stage or sub-feedback control the actual Gyote stage is preferably open state of the airflow control valve permits the execution of the feedback control or the sub feedback control of the air-fuel ratio when the half open position. This is due to the fact that when the airflow control valve is opened halfway, a strong swirling airflow is generated in the combustion chamber, and the mixing property of the air-fuel mixture becomes high.
本発明によれば、排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素に発生段階で対処することで、ロバスト性の高い空燃比のフィードバック制御を実現できる内燃機関の空燃比制御装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the air-fuel ratio control apparatus of the internal combustion engine which can implement | achieve highly robust air-fuel ratio feedback control can be provided by dealing with the hydrogen which has an adverse effect on the exhaust gas sensor at the generation stage.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、ECU(Electronic Control Unit:電子制御装置)1で実現されている本実施例に係る内燃機関の空燃比制御装置を、内燃機関システム100とともに模式的に示す図である。内燃機関システム100は、吸気系10と、排気系20と、燃料噴射系30と、内燃機関50とを有して構成されている。吸気系10は内燃機関50に空気を導入するための構成であり、吸気を濾過するためのエアクリーナ11や、空気量を計測するエアフロメータ12や、吸気の流量を調節するスロットル弁13や、吸気を一時的に貯蔵するサージタンク14や、吸気を内燃機関50の各気筒に分配するインテークマニホールド15や、これらの間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment realized by an ECU (Electronic Control Unit) 1 together with an internal
排気系20は、エキゾーストマニホールド21と、三元触媒22と、図示しない消音器と、これらの構成の間に適宜配設される吸気管などを有して構成されている。エキゾーストマニホールド21は各気筒からの排気を合流させるための構成であり、各気筒に対応させて分岐させた排気通路を、下流側で一つの排気通路に集合させている。三元触媒22は排気を浄化するための構成であり、炭化水素HC及び一酸化炭素COの酸化と窒素酸化物NOxの還元を行う。また三元触媒22は、流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の極めて狭い範囲にある場合にのみ上記三成分を同時に浄化可能であることから、三元触媒22に流入する排気空燃比を理論空燃比近傍に維持することがエミッションを低減する上で重要となる。このため排気系20には、排気中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するためのA/Fセンサ23が三元触媒22の上流に、排気中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出するための酸素センサ24が三元触媒22の下流に夫々配設されている。
The
なお、三元触媒22の上流及び下流に配設される排気ガスセンサの組み合わせはこれに限られず、例えば三元触媒22の上流及び下流にともにA/Fセンサ23或いは酸素センサ24を配設するなど、適宜の組み合わせであってよい。また、三元触媒22の上流及び下流に配設した排気ガスセンサを利用して空燃比のフィードバック(以下、単にF/Bとも称す)制御を行うダブルセンサシステムの代わりに、例えば三元触媒22の上流にだけ配設したA/Fセンサ23或いは酸素センサ24を利用して空燃比のF/B制御を行うようなシングルセンサシステムを適用してもよい。また、三元触媒22をメインキャタリストとして、さらに三元触媒22の上流にスタートキャタリストとして比較的小容量の三元触媒を備えている場合には、三元触媒22の上流にA/Fセンサ23を備える代わりに、スタートキャタリストの上流にA/Fセンサ23を備えてもよい。
The combination of the exhaust gas sensors disposed upstream and downstream of the three-
次にA/Fセンサ23について詳述する。図2はA/Fセンサ23の出力特性を示す図であり、横軸は排気ガス分析計による真の排気空燃比、縦軸はA/Fセンサ23の出力に基づき検出された排気空燃比を夫々示している。図2では三元触媒22の上流に排気ガスセンサを配設した場合と、下流に排気ガスセンサを配設した場合の出力特性の相違を比較するために、三元触媒22の上流だけでなく、下流にもA/Fセンサ23を配設した場合の出力特性を夫々示している。また図2では、同時に真の排気空燃比と水素濃度との関係を上記出力特性に対応させて示している。破線で示すラインL1は真の排気空燃比を示している。これに対してラインL2は上流側のA/Fセンサ23(以下、触媒前A/Fセンサと称す)の出力に基づき検出された排気空燃比を示しており、ラインL3は下流側のA/Fセンサ23(以下、触媒後A/Fセンサと称す)の出力に基づき検出された排気空燃比を示している。
Next, the A /
横軸の真の排気空燃比を基準にして、同一の真の排気空燃比でこれらのラインL1、L2及びL3を比較した場合、ラインL2及びL3はともに真の排気空燃比を示すラインL1よりもリッチ寄りになっていることがわかる。さらにラインL2はラインL3よりも相当リッチ寄りになっていることがわかる。これは三元触媒22で水素が酸素と反応して大幅に減少するため、触媒後A/Fセンサは比較的水素の影響を受け難くなっているのに対して、触媒前A/Fセンサは水素の影響を大きく受けてしまうことによる。このため、触媒後A/Fセンサは真の排気空燃比に比較的近い排気空燃比を検出しているのに対して、触媒前A/Fセンサは真の排気空燃比よりも相当リッチ寄りの排気空燃比を検出してしまうことになる。
When these lines L1, L2 and L3 are compared at the same true exhaust air-fuel ratio with reference to the true exhaust air-fuel ratio on the horizontal axis, the lines L2 and L3 are both from the line L1 indicating the true exhaust air-fuel ratio. It turns out that it is also richer. Further, it can be seen that the line L2 is considerably richer than the line L3. This is because the hydrogen reacts with oxygen in the three-
次に縦軸の検出された排気空燃比を基準にして、同一の検出された排気空燃比でこれらラインL1、L2及びL3を比較した場合、ラインL2及びL3はともに真の排気空燃比を示すラインL1よりもリーン側にずれていることがわかる。また、ずれの程度も水素の影響を大きく受ける触媒前A/Fセンサのほうが触媒後A/Fセンサよりも大きくなっていることがわかる。したがって、この状態で空燃比を理論空燃比にF/B制御しようとすると空燃比はリーンになってしまうことになる。なお、このように触媒前A/Fセンサのほうが水素の悪影響を大きく受けるという傾向は、触媒前または触媒後A/Fセンサが酸素センサ24である場合でも同様である。一方水素濃度に関しては、真の排気空燃比が小さくなるにしたがって増大していることがわかる。すなわち、混合気が濃い場合ほど水素の発生量が多くなることがわかる。これらの特性から同一空燃比(例えば理論空燃比)の場合でも混合気のミキシング性が高いほうが、濃い混合気の燃焼で水素が余計に発生することを回避できることから、排気ガスセンサにとってより好ましいことがわかる。
Next, when these lines L1, L2 and L3 are compared with the same detected exhaust air-fuel ratio on the basis of the detected exhaust air-fuel ratio on the vertical axis, the lines L2 and L3 both show the true exhaust air-fuel ratio. It turns out that it has shifted | deviated to the lean side rather than the line L1. It can also be seen that the degree of deviation is larger in the pre-catalyst A / F sensor that is greatly affected by hydrogen than in the post-catalyst A / F sensor. Therefore, if the F / B control is performed on the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio in this state, the air-fuel ratio becomes lean. The tendency that the pre-catalyst A / F sensor is more adversely affected by hydrogen is the same even when the pre-catalyst or post-catalyst A / F sensor is the
次に酸素センサ24について詳述する。図3は酸素センサ24の検出部を模式的に示す図である。酸素センサ24の検出部は、例えば酸化ジルコニウム(ZrO2 )等の固体電解質24aの両側に2つの白金電極からなる大気側電極24b及び排気側電極24cを配置した構成となっている。酸素センサ24が排気通路に配設された状態で、排気側電極24cは多孔質の保護層24d、触媒層24e及び捕捉層24fを介して排気ガスに接触し、大気側電極24bは大気に接触する。このように酸素濃度の異なる気体が固体電解質24aの両側の電極24b及び24cに接触すると、電極相互の酸素濃度差により高酸素濃度側となる大気側電極24bでは大気中の酸素分子がイオン化する。この酸素イオンは酸化ジルコニウム中を低酸素濃度側となる排気側電極24cに向けて移動し、排気側電極24cで酸素分子になる。これにより、大気側電極24bと排気側電極24cとの間には酸化ジルコニウム中を流れる酸素イオンの量に応じた起電力が生成される。また、単位時間当たりに流れる酸素イオンの量は大気と排気の酸素濃度差に応じて変化するため、上記起電力を出力電圧として取り出すことにより、排気中の酸素濃度に応じた出力を得ることができる。
Next, the
図4は酸素センサ24の出力特性を示す図である。酸素センサ24の出力は理論空燃比近傍で比較的急激に変化する、いわゆるZ特性を示す。ところが、排気ガス中に水素が含まれていると水素の拡散速度が速いこと等に起因して、排気側電極24c近傍では水素濃度が酸素センサ24の外部の排気ガスよりも高くなる。さらに排気側電極24c近傍では、この水素が酸素と反応して外部の排気ガスよりも排気側電極24c近傍の酸素濃度を低くするように作用してしまう。このため、酸素センサ24は外部の排気空燃比が相当リーンにならないとリーン出力を発生しなくなる。
FIG. 4 is a diagram showing the output characteristics of the
これに対して、酸素センサ24は保護層24dの外側にアルミナ等の触媒担体からなる多孔質な触媒層24eを備えている。この触媒層24eは白金(Pt)、ロジウム(Rh)等の触媒成分を担持している。これにより、排気中の水素等の可燃成分は触媒層24eで排気中の酸素と反応し、平衡化された後に保護層24dを通って排気側電極24cに到達するようになる。このため、触媒層24eを備えていない酸素センサでは出力特性が水素の影響でラインL4に示すようになるのに対して、酸素センサ24ではラインL5で示すような真の排気空燃比によりよく対応した出力特性を得ることができる。なお、酸素センサ24の代わりに触媒層24eを有しない酸素センサを備えることも可能である。
On the other hand, the
図1に示す燃料噴射系30は燃料を供給及び噴射するための構成であり、燃料噴射弁31や燃料噴射ポンプ32や燃料タンク33などを有して構成されている。燃料噴射弁31は燃料を噴射するための構成であり、ECU1の制御のもと、適宜の噴射時期に開弁されて燃料を噴射する。また燃料噴射量は、ECU1の制御のもと燃料噴射弁31が閉弁されるまでの間の開弁期間の長さで調節される。燃料噴射ポンプ32は燃料を加圧して噴射圧を発生させるための構成であり、ECU1の制御のもと噴射圧を適宜の噴射圧に調節する。
A
内燃機関50は、シリンダブロック51と、シリンダヘッド52と、ピストン53と、点火プラグ54と、吸気弁55と、排気弁56とを有して構成されている。本実施例に示す内燃機関50は直列4気筒のガソリンエンジンである。但し内燃機関50は本発明を実施可能な内燃機関であれば特に限定されず、例えば他の適宜の気筒配列構造及び気筒数を有していてもよい。また図1では内燃機関50に関し、各気筒の代表としてシリンダ51aについて要部を示しているが本実施例では他の気筒についても同様の構造となっている。シリンダブロック51には、略円筒状のシリンダ51aが形成されている。シリンダ51a内には、ピストン53が収容されている。シリンダブロック51の上面にはシリンダヘッド52が固定されている。燃焼室57は、シリンダブロック51、シリンダヘッド52及びピストン53に囲まれた空間として形成されている。
The
シリンダヘッド52には燃焼室57に吸気を導くための吸気ポート52aのほか、燃焼したガスを燃焼室57から排気するための排気ポート52bが形成され、さらにこれら吸排気ポート52a及び52bを開閉するための吸排気弁55及び56が配設されている。なお、内燃機関50は1気筒あたりに適宜の数量の吸排気弁55及び56を備えた吸排気弁構造であってよい。点火プラグ54は、燃焼室57の上方略中央に電極を突出させた状態でシリンダヘッド52に配設されている。燃料噴射弁31は所謂ポート噴射を行えるように、吸気ポート52a内に燃料噴射孔を突出させた状態でシリンダヘッド52に配設されている。但し、燃料噴射弁31の配置はこれに限られず、例えば筒内に直接燃料を噴射できる配置などであってもよい。
In addition to an
吸気ポート52aには、燃焼室57内にタンブル流を生成するための気流制御弁58が配設されている。気流制御弁58は、ECU1の制御のもと吸気ポート52a内で吸気を偏流させて燃焼室57内にタンブル流を生成するための構成である。気流制御弁58の先端側には所定の開口面積を持つ切り欠き部(図示省略)が形成されており、この切り欠き部により特に気流制御弁58全閉時に吸気の流速が高められる。なお、気流制御弁58はインテークマニホールド15が形成する吸気通路に配設されていてもよい。また、気流制御弁58はタンブル流を生成するものに限られず、所定の開弁状態で燃焼室57内に強い旋回気流を生成して混合気のミキシング性を向上できるものであれば、逆タンブル流やスワール流やタンブル流とスワール流とを合成して形成される斜めタンブル流を生成するものなどであってもよい。そのほか内燃機関50には、回転数Neに比例した出力パルスを発生するクランク角センサ71や、内燃機関50の水温を検出するための水温センサ72などの各種のセンサが配設されている。
An air
ECU1は、図示しないCPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、入出力回路などを有して構成されている。ECU1は主として内燃機関50を制御するための構成であり、本実施例では燃料噴射弁31や燃料噴射ポンプ32のほか、点火プラグ54(より具体的には図示しないイグナイタ)や、気流制御弁58(より具体的には図示しない気流制御弁58用のアクチュエータ)なども制御している。ECU1にはこれら燃料噴射弁31などのほか、各種の制御対象が駆動回路(図示省略)を介して接続されている。また、ECU1にはエアフロメータ12や、クランク角センサ71や、水温センサ72や、アクセルペダル(図示省略)の踏み込み量(アクセル開度)を検知するためのアクセルセンサ73などの各種のセンサが接続されている。
The
ROMはCPUが実行する種々の処理が記述されたプログラムを格納するための構成であり、本実施例では内燃機関50制御用プログラムのほか、燃料噴射弁31を制御するための燃料噴射弁制御用プログラムや、A/Fセンサ23を利用して空燃比をF/B制御するための空燃比F/B制御用プログラムや、さらに酸素センサ24を利用してA/Fセンサ23を利用した空燃比のF/B制御を補正するための空燃比サブF/B制御用プログラムや、空燃比のF/B制御またはサブF/B制御で算出される補正量夫々を学習する空燃比の学習制御用プログラムなども格納している。なお、これらのプログラムは内燃機関50制御用プログラムの一部として構成されていてもよい。
The ROM is configured to store a program in which various processes executed by the CPU are described. In this embodiment, in addition to the program for controlling the
本実施例では、空燃比F/B制御用プログラムは空燃比のF/B制御の実行を許可するためのF/B制御実行許可用プログラムを有して構成されている。F/B制御実行許可用プログラムは、具体的にはまず所定の空燃比F/B実行条件が成立したか否かを判定するように作成されている。さらに本実施例ではF/B制御実行許可用プログラムは、気流制御弁58の開弁状態に基づき所定の開度条件が成立したか否かを判定するように作成されている。所定の開度条件とは、気流制御弁58の開弁状態が強いタンブル流を生成して混合気のミキシング性を向上させることができる開弁状態になっていることであり、本実施例ではこの開度条件を満たす開弁状態が半開に設定されている。F/B制御実行許可用プログラムは上記所定の空燃比F/B実行条件が成立した、と判定するとともに、上記所定の開度条件が成立した、と判定した場合にF/B制御の実行を許可するように作成されている。
In this embodiment, the air-fuel ratio F / B control program includes an F / B control execution permission program for permitting execution of the air-fuel ratio F / B control. Specifically, the F / B control execution permission program is created so as to first determine whether or not a predetermined air-fuel ratio F / B execution condition is satisfied. Furthermore, in this embodiment, the F / B control execution permission program is created so as to determine whether or not a predetermined opening condition is satisfied based on the open state of the
同様に本実施例では、空燃比サブF/B制御用プログラムが空燃比のサブF/B制御を実行するためのサブF/B制御実行許可用プログラムを有して構成されている。サブF/B制御実行許可用プログラムは、具体的には所定の空燃比サブF/B実行条件が成立したか否かを判定するように作成されている。さらに本実施例ではサブF/B制御実行用プログラムは、F/B制御実行用プログラムと同様に気流制御弁58の開弁状態に基づき所定の開度条件が成立したか否かを判定するように作成されている。サブF/B制御実行用プログラムは上記所定の空燃比サブF/B実行条件が成立した、と判定するとともに、上記所定の開度条件が成立した、と判定した場合にサブF/B制御の実行を許可するように作成されている。なお、条件成立後に実行する空燃比のF/B制御及びサブF/B制御は適宜のものであってよい。本実施例では、CPUとROMとRAM(以下、単にCPU等と称す)と内燃機関50制御用のプログラムとで、各種の検出手段や判定手段や制御手段などが実現されており、特にCPU等とF/B制御実行許可用プログラムとでF/B制御実行手段が、CPU等とサブF/B制御実行許可用プログラムとでサブF/B制御実行手段が夫々実現されている。
Similarly, in the present embodiment, the air-fuel ratio sub-F / B control program has a sub-F / B control execution permission program for executing the air-fuel ratio sub-F / B control. Specifically, the sub F / B control execution permission program is created so as to determine whether or not a predetermined air-fuel ratio sub F / B execution condition is satisfied. Further, in the present embodiment, the sub F / B control execution program determines whether or not a predetermined opening degree condition is established based on the open state of the
次に、気流制御弁58の開弁状態に基づき空燃比のF/B制御を行うにあたって、ECU1で行われる処理を図5及び図6に示すフローチャートを用いて詳述する。ECU1は、CPUがROMに格納された上述の内燃機関50制御用プログラムや、F/B制御実行許可用プログラムや、サブF/B制御実行許可用プログラムなどの各種のプログラムに基づき、フローチャートに示す処理を実行することで空燃比をF/B制御する。CPUは内燃機関50が始動中であるか否かを判定する処理を実行する(ステップ11)。否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないため処理を終了する。一方肯定判定であれば、CPUは所定の空燃比F/B実行条件が成立したか否かを判定する処理を実行する(ステップ12)。所定の空燃比F/B実行条件とは、例えばA/Fセンサ23が活性化していること、内燃機関50の暖機が完了していること(水温センサ72で検出した水温THWが所定値以上になっていること)、フューエルカットから復帰した後、所定時間が経過していること等である。否定判定であれば、CPUは空燃比のF/B制御を停止する処理を実行し(ステップ14A)、その後処理を終了する。すなわち、空燃比のF/B制御を既に実行している場合には、ステップ12で否定判定されたときにステップ14AでF/B制御が停止されるようになっている。
Next, processing performed by the
一方肯定判定であれば、CPUは所定の開度条件が成立したか否かを判定する処理を実行する(ステップ13)。本ステップで気流制御弁58の開弁状態が半開になっているか否かが判定される。ステップ13で否定判定であれば、CPUはステップ14Aに示す処理を実行する。一方ステップ13で肯定判定であれば、CPUは空燃比のF/B制御を実行する(ステップ15A)。すなわちステップ13で肯定判定であればF/B制御の実行が許可される。図7は内燃機関50を定常運転した場合の排気ガスの特性を、気流制御弁58の開弁状態が全開の場合と半開の場合とについて示す図である。図7より、空燃比がリッチになるにしたがって一酸化炭素(CO)及び水素は増加する傾向になることがわかる。さらに気流制御弁58の開弁状態が半開の場合には全開の場合よりも一酸化炭素及び水素が低減していることがわかる。これは燃焼室57内に強いタンブル流が生成されて混合気のミキシング性が向上する結果、局部的に存在する濃い混合気が減少したためと考えられる。これにより、水素の発生量が低減された状態で空燃比のF/B制御を実行できるため、高いロバスト性を確保できる。
On the other hand, if the determination is affirmative, the CPU executes a process of determining whether or not a predetermined opening condition is satisfied (step 13). In this step, it is determined whether or not the
一方、図6は気流制御弁58の開弁状態に基づき空燃比サブF/B制御を行うにあたって、ECU1で行われる処理をフローチャートで示す図である。本フローチャートに示す処理は、ステップ12の肯定判定に続いてステップ12aが追加されている点と、ステップ14A及び15Aがステップ14B及び15Bに変更されている以外、図6に示すフローチャートと同一のものとなっている。このため、本フローチャートに関しては特にステップ12a、14B及び15Bについて詳述する。空燃比のサブF/B制御を行うにあたっては、CPUはステップ12の肯定判定に続いてさらに所定の空燃比サブF/B実行条件が成立したか否かを判定する処理を実行する(ステップ12a)。所定の空燃比サブF/B実行条件とは、例えば水温THWが所定値以上であること、始動後増量、暖機増量、パワー増量、触媒過熱防止のためのOTP増量などの燃料増量が実行中でなく、かつこのような増量が終了してから規定時間が経過していること、燃料カットが実行中でなく、かつ燃料カットが終了してから規定時間が経過していること、内燃機関50の始動後、酸素センサ24の出力が少なくとも一度反転(リーン出力からリッチ出力、またはその逆の変化をしたこと、すなわち酸素センサ24が活性化したと判断されたこと)していること等である。
On the other hand, FIG. 6 is a flowchart showing a process performed by the
ステップ12aで否定判定であれば、CPUは空燃比のサブF/B制御を停止する処理を実行する(ステップ14B)。すなわち、空燃比のサブF/B制御を既に実行している場合には、ステップ12aで否定判定された場合にステップ14Bで空燃比のサブF/B制御が停止されるようになっている。なお、図示の通りステップ12及び13で否定判定された場合にも同様にステップ14Bで空燃比のサブF/B制御が停止される。一方ステップ12aで肯定判定であればCPUはステップ13に示す処理を実行し、さらにステップ13で肯定判定であればCPUは空燃比のサブF/B制御を実行する(ステップ15B)。すなわち、ステップ13で肯定判定であればサブF/B制御の実行が許可される。これにより、水素の発生量が低減された状態で空燃比のF/B制御を補正するサブ空燃比F/B制御も実行することができる。なお、本実施例では同様に所定の開度条件が成立しているときに空燃比の学習制御が行われるように学習制御用プログラムも作成されており、これにより学習制御も意図通りに正しく行われる。以上により、排気ガスセンサに悪影響を及ぼす水素に発生段階で対処することで、ロバスト性の高い空燃比のF/B制御を実行することが可能なECU1を実現可能である。
If a negative determination is made in
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。 The embodiment described above is a preferred embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 ECU
10 吸気系
20 排気系
30 燃料噴射系
50 内燃機関
100 内燃機関システム
1 ECU
DESCRIPTION OF
Claims (2)
所定の空燃比のフィードバック制御の実行条件が成立し、かつ、前記気流制御弁の開弁状態が前記燃焼室内に強い旋回気流が生成して混合気のミキシング性が高くなる状態である半開状態のときに、空燃比のフィードバック制御を実行するとともに、前記気流制御弁の開弁状態が前記半開状態でないときには、前記空燃比のフィードバック制御の実行を停止するフィードバック制御実行手段を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that controls an air-fuel ratio of an internal combustion engine in which an airflow control valve for generating a swirling airflow in a combustion chamber is disposed in an intake passage,
A semi-open state in which a predetermined air-fuel ratio feedback control execution condition is satisfied and the airflow control valve is open is a state in which a strong swirling airflow is generated in the combustion chamber and mixing of the air-fuel mixture becomes high Sometimes, feedback control for air-fuel ratio is executed, and feedback control execution means for stopping execution of the air-fuel ratio feedback control when the open state of the airflow control valve is not the half-open state is provided. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine.
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