JP5031789B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの制御装置に関し、特に、燃費改善、CO2排出量低減を目的としてアイドリング時にエンジンを停止するアイドルストップシステムにおいて、アイドルストップ後の再始動時の排気悪化を効果的に抑制することのできるエンジンの制御装置に関するものである。
地球温暖化問題の深刻化、エネルギー問題を背景に、自動車に対して、燃費改善、CO2排出量低減の要求が、これまでになく高まってきている。アイドルストップは、燃費改善、CO2排出量低減に有効である。しかし、アイドルストップ後の再始動時に排気(主にNOx)が悪化する問題がある。これは、触媒に一般に備わるOSC(O2 Storage Capacity)と呼ばれる酸素貯蔵、放出機能によるものである。OSC機能は、ストイキよりリーン雰囲気(酸化雰囲気)では、酸素を貯蔵する機能を持ち、逆に、ストイキよりリッチ雰囲気(還元雰囲気)では、酸素を放出する機能を持つ。このため、アイドルストップ時に燃料噴射を停止すると、空気(酸素濃度が高い)が排気管に流出するため、触媒内がOSC機能により酸素飽和状態(強酸化雰囲気)になる。この状態で、エンジンを再始動すると、エンジンから排出されるガスは、ストイキあるいはリッチであるため、OSC機能により酸素が放出され、触媒内の雰囲気は、強酸化雰囲気からストイキ雰囲気となるものの、その移行期間となる一定期間は、酸化雰囲気であるため、HC、COは、浄化(酸化)されるが、NOxは、浄化(還元)できなくなる。
例えば、下記特許文献１においては、アイドルストップ後の再始動時に、触媒下流の酸素センサがリーンのときは、触媒内の雰囲気がリーンであるとして、リッチ制御を行う方式が開示されている。
特開２００６−３７９６４号公報
前述したように、アイドルストップ後の再始動時は、触媒内が強酸化雰囲気であるため、HC、COは、浄化(酸化)されるものの、NOxが浄化(還元)できなくなるので、触媒内を急速に強酸化雰囲気から最適雰囲気に移行させる必要がある。排気空燃比をリッチにして、還元剤を触媒に送ることで、触媒内の酸化雰囲気を弱めることができる。しかし、還元剤を過剰に送り込むと、触媒内は、逆に、還元雰囲気となり、NOxは、高効率に浄化出来るようになるものの、HC、COの浄化効率が著しく低下する。再始動時に、触媒でHC、CO、NOxの全てを高効率に浄化するには、触媒内の雰囲気をストイキ近傍(触媒内のOSCを最適状態)に、できるだけ近づける必要がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アイドルストップ後の再始動時に、触媒においてHC、CO、NOxの全てを高効率で浄化し得て排気悪化を効果的に抑制することのできるエンジンの制御装置を提供することにある。
上記目的を達成すべく、本発明に係るエンジンの制御装置は、主としてアイドルストップ後の再始動時の制御を行うもので、その第１態様は、基本的には、図１に示されるように、触媒上流に設けられた第１の酸素濃度検出手段と、触媒下流に設けられた第２の酸素濃度検出手段と、前記再始動時の空燃比をリッチに制御する手段(リッチ制御手段)と、前記再始動時に、前記第１の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_１)が所定値A１を超えたときから、前記第２の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_２)が所定値A２を超えるまでの所要時間ΔTを検出する手段(所要時間検出手段)と、前記所要時間ΔTに基づいて、次回以降の再始動時の空燃比を補正する手段(空燃比補正手段)と、を備えていることを特徴としている。
この第１態様を以下に詳細に説明する。前述したように、再始動時の排気悪化を抑制するには、触媒内の雰囲気をストイキ近傍(触媒内のOSCを最適状態)に、できるだけ近づける必要があるが、再始動時に空燃比をリッチに制御をした場合、(リッチ側から)触媒内の雰囲気が最適状態に近づくほど、前記所要時間ΔTが長くなる。これは、
１.空燃比に対する排気中の酸素濃度の関係
２.触媒内の酸素貯蔵・放出機能
の２つが影響して起きる。
「１.空燃比に対する排気中の酸素濃度の関係」について、まず説明する。空燃比に対する酸素濃度は、ストイキよりリーン側では、空燃比がリーンになるにつれて、ほぼ線形に急激に増加する。具体的には、ストイキ近傍で約０.５%、空燃比１８で約４%となる。一方、ストイキよりリッチ側では、酸素濃度は、空燃比がリッチになるにつれ、減ってはいくものの、その感度は小さくなる。具体的には、ストイキで０.５%、空燃比１３で約０.１%となる。再始動時において、空燃比を大気の状態からリッチ領域に変化させる場合、排気中の酸素濃度は、大気からストイキになるまでは、２０%→０.５%に、ほぼ線形に急激に低下する。しかし、ストイキを越えてリッチ領域に入ると、空燃比が多少リッチになっても、酸素濃度はほとんど低下しなくなる。これが、「１.空燃比に対する排気中の酸素濃度の関係」である。
次に「２.触媒内の酸素貯蔵・放出機能」について説明する。触媒内には、一般に助触媒(セリアなど)と言われる成分が担持されている。この助触媒は、前述したようにOSC機能(酸素を貯蔵・放出する機能)があり、貯蔵されている酸素濃度と触媒に流入してくる排気中の酸素濃度とのバランスで、酸素を貯蔵もしくは放出する。すなわち、
I.(貯蔵されている酸素濃度)>(排気中酸素濃度)のときは、
(貯蔵されている酸素濃度)=(排気中酸素濃度)
となるまで酸素を放出する。
一方、
II.(貯蔵されている酸素濃度)<(排気中酸素濃度)のときは、
(貯蔵されている酸素濃度)=(排気中酸素濃度)
となるまで酸素を貯蔵する。
このことから、空燃比がストイキの状態から、何らかの外乱により、触媒入口の空燃比がリッチになったときは、Iの現象により、触媒内の空燃比がリッチ化するのを防ぎ、もって、HC、COの浄化効率が低下しないようにする。一方、触媒入口の空燃比がリーンになったときは、IIの現象が発生し、触媒内の空燃比がリーン化するのを防ぎ、もって、NOxの浄化効率が低下しないようにする。これが「２.触媒内の酸素貯蔵・放出機能」である。「１.空燃比に対する排気中の酸素濃度の関係」と「２.触媒内の酸素貯蔵・放出機能」により、アイドルストップ後の再始動時、空燃比をストイキよりリッチにすると、触媒前後O2センサ出力は下記のようなプロフィールをとる。再始動前、アイドルストップにより、触媒内のOSCは飽和状態にある(触媒内は大気相当の酸素濃度)。空燃比をストイキよりリッチにした状態で再始動すると、触媒に流入してくる排気中の酸素濃度は、大気相当の２０%から０.５%以下にまで低下していく。酸素濃度が低下していくので、上述の「２.触媒内の酸素貯蔵・放出機能」のIの現象により、触媒内の酸素は放出される。このとき、「１.空燃比に対する排気中の酸素濃度の関係」から、ストイキまでは、急激に酸素濃度が低下していくので、OSCに貯蔵されている酸素は急速に放出される。
一方、ストイキを越えてリッチ側になると、酸素濃度は空燃比のリッチ変化に対して、あまり低下していかないので、酸素放出速度も鈍る。リッチ度がストイキ(最適状態)に近いほど、酸素放出速度が遅くなり、「触媒内空燃比」と「流入してくる排気の空燃比」が一致するまで(平衡状態になるまで)の時間は長くなる。流入してくる排気の空燃比は、触媒上流の第１の酸素濃度検出手段(O2センサもしくはA/Fセンサ)で検出可能である。「触媒内空燃比」は、触媒下流の第２の酸素濃度検出手段(O2センサもしくはA/Fセンサ)で検出可能である。したがって、「触媒内空燃比」と「流入してくる排気の空燃比」が一致するまで(平衡状態になるまで)に要する時間ΔTは、例えば、触媒上下流の酸素濃度検出手段がO2センサの場合、触媒上流のO2センサの出力が所定値A１を超えたときから、触媒下流のO2センサの出力が所定値A２を越えるまでに要する時間に相当する。
以上より、前記所要時間ΔTに基づいて、触媒内の雰囲気が最適(ストイキ近傍)となるように再始動時の空燃比が制御されているかどうかを検出することができ、最適でない場合は、次回以降の再始動時の空燃比を補正する。なお、本原理は、触媒上下流の酸素濃度検出手段がいわゆるO2センサであってもA/Fセンサであっても実現可能であるが、第１態様は、触媒上流の酸素濃度検出手段(第１の酸素濃度検出手段)としていわゆるO2センサを用い(この点が次の第２態様と異なる)、触媒下流の酸素濃度検出手段(第２の酸素濃度検出手段)もO2センサを用いた場合に相当する。
本発明に係るエンジンの制御装置の第２態様は、触媒上流の酸素濃度検出手段(第１の酸素濃度検出手段)として、第１態様とは異なるものを用いた場合で、図２に示されるように、触媒上流に設けられた第１の酸素濃度検出手段と、触媒下流に設けられた第２の酸素濃度検出手段と、再始動時の空燃比をリッチに制御する手段と、前記再始動時に、前記第１の酸素濃度検出手段の出力値(AF_１)が所定値A１afを下回ったときから、前記第２の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_２)が所定値A２を超えるまでの所要時間ΔTを検出する手段と、前記所要時間ΔTに基づいて、次回以降の再始動時の空燃比を補正する手段とを備えていることを特徴としている。
すなわち、この第２態様は、触媒上流の酸素濃度検出手段(第１の酸素濃度検出手段)としていわゆるA/Fセンサを用い、触媒下流の酸素濃度検出手段(第２の酸素濃度検出手段)としてO2センサを用いた場合に相当する。
第３態様では、図３に示されるように、第１態様における前記所定値A１および前記所定値A２を０.５V以上の値に設定するようにされる。
すなわち、この第３態様では、触媒上下流センサが共にO2センサである場合において、上述したように、再始動時の空燃比をストイキよりリッチに設定し、触媒上流O2センサの出力値が所定値A１を超えたときから、触媒下流O2センサの出力値が所定値A２を超えるまでの所要時間ΔTを検出するが、このとき、リッチと判定するしきい値として、A１およびA２を、０.５V以上に設定することを規定するものである。
第４態様では、図４に示されるように、前記空燃比補正手段は、第１、２、３態様における前記所要時間ΔTが所定時間T１以上となるように、前記空燃比補正手段は、次回以降の再始動時の空燃比を補正するようにされる。
すなわち、前述したように、リッチ度をストイキ(最適状態)に近づけていくと、「触媒内空燃比」と「流入してくる排気の空燃比」が一致するまで(平衡状態になるまで)の所要時間ΔTは長くなることから、ΔTが所定時間T１以上となったとき、ストイキ(最適状態)近傍に達したと判断するものである。ΔTが所定時間T１以上となるようにするには、空燃比のリッチ度を小さくする(例えば燃料量を少なくする)。
第５態様では、図５に示されるように、第４態様における前記所定時間T１を、前記触媒の最大酸素貯蔵可能量及び吸入空気量うちの少なくとも一方に応じて変える手段を備える。
すなわち、「触媒内空燃比」と「流入してくる排気の空燃比」が一致するまで(平衡状態になるまで)の所要時間ΔTは、リッチ度がストイキに近づくほど長くなるが、それ以外にも、ΔTは、OSC性能(=最大酸素貯蔵可能量)と吸入空気量に感度を持つ。ΔTから、ストイキ(最適状態)近傍にあるか否かを正確に検出するため、それ以外の感度因子である最大酸素貯蔵可能量もしくは吸入空気量に応じて所定時間T１を変えるものである。なお、最大酸素貯蔵可能量(OSC性能)を検出する方式は、従来技術として多数あるので、ここでは詳述しない。
第６態様では、図６に示されるように、上記各態様の構成に加えて、前記所要時間ΔTに基づいて、再始動時の実空燃比と目標空燃比との差を検出する手段を備え、前記空燃比補正手段は、前記差に基づいて、次回以降の再始動時の空燃比を補正するようにされる。
すなわち、前述したように、「触媒内空燃比」と、「流入してくる排気の空燃比」が一致するまで(平衡状態になるまで)の所要時間ΔTは、リッチ度がストイキに近づくほど長くなる。したがって、所要時間ΔTに基づいて、再始動時の実空燃比と目標空燃比との差を検出することも可能である。その差に基づいて、次回以降の再始動時の空燃比が目標空燃比となるように補正するものである。
第７態様では、図７に示されるように、第１、３、４、５、６の各態様において、前記所要時間検出手段として、前記第１の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_１)が所定値A１を超えたときから、前記第２の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_２)が所定値A２を超えるまでの所要時間ΔTaを検出する手段、及び、前記第１の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_１)が所定値B１を越えたときから、前記第２の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_２)が所定値B２を越えるまでの所要時間ΔTbを検出する手段を備え、前記空燃比補正手段は、前記ΔTa及び前記ΔTbの少なくとも一方に基づいて、次回以降の再始動時の空燃比を補正するようにされる。
すなわち、前述したように、「触媒内空燃比」と、「流入してくる排気の空燃比」が一致するまで(平衡状態になるまで)の所要時間ΔTは、リッチ度がストイキに近づくほど長くなる。したがって、第３態様の説明でも述べたように、所要時間ΔTを検出する場合、そのしきい値は、ストイキよりリッチ側に設定するのが望ましい。一方、しきい値をリーン側に設定した場合、「流入してくる排気の空燃比」および「触媒内空燃比」がリーン領域にあるときにΔTを検出することを意味する。第１態様の説明で述べたように、リーン領域においては、触媒に流入してくる排気中の酸素濃度が、大気相当の２０%から０.５%以下にまで急激に低下していく状態にある。酸素濃度が急激に低下していくので、触媒内(OSC)に貯蔵されている酸素も急激に放出される。すなわち、しきい値をリーン領域に設定すると、ΔTは、OSC(最大酸素貯蔵可能量)と吸入空気量により支配的に決まる。以上から、例えば、所定値A１と所定値A２をリッチ側のしきい値とし、所定値B１と所定値B２をリーン側のしきい値とした場合、リッチ側のしきい値越えの所要時間ΔTaは、前述のように、実空燃比(リッチ度)、最大酸素貯蔵可能量、及び吸入空気量の三つに感度を持ち、リーン側しきい値越えの所要時間ΔTbは、前記実空燃比を除く最大酸素貯蔵可能量と吸入空気量の二つに支配的に感度を持つ。したがって、例えば、ΔTaとΔTbを比較することで、最大酸素貯蔵可能量と吸入空気量の感度をなくし、実空燃比の感度のみを残すことができるため、より精度良く、ストイキ近傍(触媒内のOSCを最適状態)までの誤差を検出することができる。
第８態様では、図８に示されるように、前記所定値A１が前記所定値B１以上の値に設定されるとともに、前記所定値A２が前記所定値B２以上の値に設定され、前記空燃比補正手段は、前記ΔTaが所定値T２以上、かつ、前記ΔTbが所定値T３以下となるように、次回以降の再始動時の空燃比を補正するようにされる。
すなわち、第７態様の説明で述べたように、リッチ側しきい値越えの所要時間ΔTaは、実空燃比(リッチ度)と最大酸素貯蔵可能量と吸入空気量の三つに感度を持ち、リーン側しきい値越えの所要時間ΔTbは、最大酸素貯蔵可能量と吸入空気量の二つに支配的に感度を持つ。したがって、ΔTbが、可能な限り、最大酸素貯蔵可能量と吸入空気量のみに感度を持つようにするため(空燃比の感度を持たないようにするため)、ΔTbはできるだけ短くなるようにする。一方、ΔTaは、可能な限り、実空燃比(リッチ度)に感度を持つようにするため、ΔTaはできるだけ長くなるようにする(∞でもよい)。これを明記するものである。なお、ΔTbが所定値T３以下のとき(最大酸素貯蔵可能量と吸入空気量のみに支配的に感度を持ち、空燃比(リッチ度)にほとんど感度を持たないとき)、ΔTaは、空燃比(リッチ度)の情報を持っているとし、所定値T２以上となるように、次回再始動時の空燃比を補正する(リッチ度を小さくする)のもよい。
第９態様では、図９に示されるように、第７態様の構成に加えて、前記ΔTaと前記ΔTbの比R_ΔTを演算する手段(比演算手段)を備え、前記空燃比補正手段は、前記比R_ΔTに基づいて、次回以降の再始動時の空燃比を補正するようにされる。
すなわち、第７態様の説明で述べたように、リッチ側しきい値越えの所要時間ΔTaは、実空燃比(リッチ度)と最大酸素貯蔵可能量と吸入空気量の三つに感度を持ち、リーン側しきい値越えの所要時間ΔTbは、最大酸素貯蔵可能量と吸入空気量の二つに支配的に感度を持つ。したがって、ΔTaとΔTbの比R_ΔTは、実空燃比(リッチ度)の情報を、より強く持つことになる。具体的には、R_ΔTが大きくなるほど、空燃比はストイキ(最適状態)に近づく。最大酸素貯蔵可能量は、触媒の温度や劣化状態(劣化度)にも依存するので、比R_ΔTを用いることで、これらの感度を少なくすることができる。そのため、より高精度に始動時の空燃比(リッチ度)を検出でき、これにより、一層最適な制御を行えるようになる。これを明記するものである。
第１０態様では、図１０に示されるように、前記空燃比補正手段は、前記比演算手段により演算された比R_ΔTと所定値R１との差に基づいて、次回以降の再始動時の空燃比を補正するようにされる。
すなわち、第９態様の説明で述べたように、比R_ΔTが大きくなるほど、空燃比はストイキ(最適状態)に近づく。例えば、実空燃比がストイキもしくはその近傍にあるときの比R_ΔTの値を、R１として、これを目標に、次回以降の再始動時の空燃比を補正することを明記するものである。
第１１態様では、図１１に示されるように、第６〜１０の各態様における前記所定値A１および前記所定値A２を、０.５V以上の値とし、前記所定値B１および前記所定値B２は、０.５V以下の値に設定するようにされる。
すなわち、第７態様の説明でも述べたように、リッチ側しきい値越えの所要時間ΔTaは、実空燃比(リッチ度)と最大酸素貯蔵可能量と吸入空気量に感度を持ち、リーン側しきい値越えの所要時間ΔTbは、最大酸素貯蔵可能量と吸入空気量に支配的に感度を持つ。触媒上下流酸素濃度検出手段が共にO2センサであるとき、リッチ側しきい値を０.５V以上の値に設定し、リーン側しきい値を０.５以下の値に設定することを規定するものである。
第１２態様では、図１２に示されるように、前記第２の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_２)が所定値A３を越えたとき、前記リッチ制御手段による前記再始動時のリッチ制御を終了させる手段を備える。
すなわち、第１〜１１の各態様において、リッチ制御を終了する時期として、触媒下流の酸素濃度検出手段(O2センサ)の出力が所定値A３を越えたときと規定するものである。触媒内の雰囲気が、ストイキもしくはリッチな状態になると、触媒下流のO2センサでそれが検出される。それを、所定値A３を越えたときとする。触媒内の雰囲気がストイキもしくはリッチな状態になれば、それ以上リッチなガスを触媒に送る必要はないので、リッチ制御を強制的に終了させる。なお、必ずしもA３≧A２である必要はないことを付記しておく。これは、エンジンの構造上と排気の伝達特性を原因として、燃料噴射により空燃比をリッチにしてから、触媒下流O2センサでリッチであることが検出されるまでには、一定の遅れ時間が存在するためであり、例えば、A３をA３<A２なる値として設定したとしても、前述の遅れ時間により、触媒下流O2センサの出力は、A２にまで達する。
第１３態様では、図１３に示されるように、第１〜１２の各態様の構成に加えて、前記第２の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_２)が所定値A２を越えた後、前記第１の酸素濃度検出手段及び/又は第２の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_１、VO2_２)に基づく燃料噴射量を補正するためのフィードバック制御を許可する手段を備える。
すなわち、第１２態様の説明でも述べたように、触媒内の雰囲気がストイキもしくはリッチな状態になれば、それ以上リッチなガスを触媒に送る必要はないので、リッチ制御を終了する。さらに、触媒内を最適状態に保つため、触媒上下流酸素濃度検出手段の出力に基づいた燃料補正を行うべく燃料噴射量についてのフィードバック制御(よく知られている技術)を開始するものである。逆を言えば、リッチ制御中は、触媒上下流酸素濃度検出手段の出力に基づく燃料噴射量についてのフィードバック制御は行わない(禁止する)。
第１４態様では、図１４に示されるように、第１、第３〜１３の各態様の構成に加えて、エンジン始動後もしくは最初の燃料噴射後から所定時間TLa１が経過しても、前記第１の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_１)が所定値A１を越えていないとき、空燃比をさらにリッチにする手段を備える。
すなわち、始動時の空燃比をリッチにするべく、例えば燃料噴射量を増量補正するが、制御系の誤差等により、実際の空燃比が想定したほど、リッチにならないことがある。このとき、触媒上流O2センサは、所定時間経過しても、リッチ側の信号を出力しない(所定値A１を越えない)。これを検出したときは、触媒内を速やかに最適状態にするため、実空燃比をさらにリッチに補正するものである。
第１５態様では、図１５に示されるように、第１、第３〜１３の各態様の構成に加えて、エンジン始動後もしくは最初の燃料噴射後から所定時間TLa１を経過しても、前記第１の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_１)が所定値A１を越えていないとき、前記第１の酸素濃度検出手段もしくは第２の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_１、VO2_２)に基づく燃料噴射量を補正するためのフィードバック制御を許可する手段を備える。
すなわち、第１４態様の説明で述べたように、始動時の空燃比をリッチにするべく、例えば燃料噴射量を増量補正するが、制御系の誤差等により、実際の空燃比が想定したほど、リッチにならないことがある。このとき、触媒上流O2センサは、所定時間経過しても、リッチ側の信号を出力しない(所定値A１を越えない)。これを検出したときは、触媒内を速やかに最適状態にするため、前記燃料噴射量についてのフィードバック制御を開始するものである。
第１６態様では、図１６に示されるように、第１、第３〜１３の各態様の構成に加えて、エンジン始動後もしくは最初の燃料噴射後から所定時間TLa２を経過しても、前記第２の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_２)が所定値A２を越えていないとき、空燃比をさらにリッチにする手段を備える。
すなわち、始動時の空燃比をリッチにするべく、例えば燃料噴射量を増量補正する。このとき、触媒上流O2センサがリッチ側の信号を(一時的に)出力する程度に、触媒上流の空燃比はリッチになるものの、触媒内の雰囲気を所定時間内にストイキ〜リッチの状態にするほど、リッチにならないことがある(触媒下流O2センサ出力が所定値A２を越えない)。これを検出したときは、触媒内を速やかに最適状態にするため、実空燃比をさらにリッチにするものである。
第態様１７では、図１７に示されるように、第１、第３〜１３の各態様の構成に加えて、エンジン始動後もしくは最初の燃料噴射後から所定時間TLa２を経過しても、前記第２の酸素濃度検出手段の値が所定値A２を越えていないとき、前記第１の酸素濃度検出手段もしくは第２の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_１、VO2_２)に基づく燃料噴射量を補正するためのフィードバック制御を許可する手段を備える。
すなわち、第１６態様の説明でも述べたように、始動時の空燃比をリッチにするべく、例えば燃料噴射量を増量補正する。このとき、触媒上流O2センサがリッチ側の信号を(一時的に)出力する程度に、触媒上流の空燃比はリッチになるものの、触媒内の雰囲気を所定時間内にストイキ〜リッチの状態にするほど、リッチにならないことがある(触媒下流O2センサ出力が所定値A２を越えない)。これを検出したときは、触媒内を速やかに最適状態にするため、触媒上下流酸素濃度センサ出力に基づいた燃料補正を行うべくフィードバック制御を開始するものである。
本発明に係るエンジンの制御装置の第１８態様では、図１８に示されるように、触媒下流に設けられた第２の酸素濃度検出手段と、前記再始動時の空燃比をリッチに制御する手段(リッチ制御手段)と、再始動後所定時間内は、前記第２の酸素濃度検出手段の出力値(VO2_２)が所定値A４以上、かつ所定値A５以下となるように、次回以降の再始動時の空燃比を補正する手段(空燃比補正手段)と、を備えていることを特徴としている。
すなわち、始動時の触媒内の雰囲気をストイキ近傍(触媒内のOSCを最適状態)にするために、触媒下流O2センサの出力が所定範囲となるように、次回以降の再始動時の空燃比を補正するものである。触媒内の雰囲気が、ほぼ平衡状態に達しているとき、触媒下流O2センサ出力は、触媒内の雰囲気を示す。したがって、触媒下流O2センサの出力が、ストイキ相当の値(範囲)となるように始動時の空燃比を制御すればよい。
第１９態様では、図１９に示されるように、第１８態様における前記所定値A４を０.５V以上の値に設定し、前記所定値A５を０.９V以下の値に設定するようにされる。
すなわち、第１８態様の説明で述べたストイキ相当の値(範囲)を０.５V〜０.９Vの範囲と規定するものである。
第２０態様では、第１〜１９の各態様において、アイドルストップ後の再始動時において、前記リッチ制御中の空燃比プロフィールもしくは空燃比の最小値が再始動毎に変化するようにされる。
すなわち、第１〜１９の各態様においては、再始動する毎に、触媒内の雰囲気が速やかに最適状態となるよう空燃比を補正する。したがって、リッチ制御中の空燃比プロフィールもしくはリッチ制御中の空燃比の最小値(リッチ度)が変化していく。これを明記するものである。
本発明に係るエンジンの制御装置の好ましい態様では、アイドルストップ後の再始動時には、空燃比をリッチに制御し、さらに、そのときの触媒上流酸素濃度検出手段の出力値が所定値A１を超えたときから、触媒下流酸素濃度検出手段の出力値が所定値A２を超えるまでの所要時間ΔTに基づいて、触媒内の雰囲気を推定する。そして、その結果に基づいて、次回以降の再始動時において触媒内の雰囲気が最適となるように、次回以降の再始動時の空燃比(燃料量、空気量)を補正するので、アイドルストップ後の再始動を繰り返す毎に、再始動時の触媒内雰囲気が最適化されるため、再始動時において、HCとCOの浄化効率を悪化させることなく、NOxを高効率に浄化することが可能となり、再始動時の排気悪化を効果的に抑制することができる。
本発明に係る制御装置の第１態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第２態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第３態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第４態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第５態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第６態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第７態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第８態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第９態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１０態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１１態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１２態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１３態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１４態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１５態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１６態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１７態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１８態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の第１９態様の説明に供される図。 本発明に係る制御装置の一実施形態(第１〜第４実施例)を、それが適用されたエンジンと共に示す概略構成図。 実施形態(第１〜第４実施例)におけるコントロールユニットの内部構成図。 第１〜第４実施例の制御システム図。 第１〜第４実施例における基本燃料噴射量演算手段の説明に供される図。 第１〜第３実施例における始動時燃料噴射量補正値演算手段の説明に供される図。 第１〜第４実施例におけるリッチ制御許可フラグ演算手段の説明に供される図。 第１〜第２実施例におけるリッチ補正値演算手段の説明に供される図。 第１実施例におけるリッチ補正値更新方向フラグ演算手段の説明に供される図。 第１〜第４実施例における通常時空燃比フィードバック制御手段の説明に供される図。 第２実施例におけるリッチ補正値更新方向フラグ演算手段の説明に供される図。 第３実施例におけるリッチ補正値演算手段の説明に供される図。 第３実施例におけるリッチ補正値更新方向フラグ演算手段の説明に供される図。 第４実施例における始動時燃料噴射量補正値演算手段の説明に供される図。 第４実施例におけるリッチ補正値演算手段の説明に供される図。 第４実施例におけるリッチ補正値更新方向フラグ演算手段の説明に供される図。
以下、本発明のエンジンの制御装置の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図２０は、本発明に係るエンジンの制御装置の実施形態(第１〜第４実施例で共通)を、それが適用された車載用エンジンの一例と共に示す概略構成図である。
図２０において、多気筒で構成されるエンジン９では、外部からの空気はエアクリーナ１を通過し、吸気マニホールド４、コレクタ５を経てシリンダー内に流入する。流入空気量は電制スロットル３により調節される。エアフロセンサ２では流入空気量が検出される。また、吸気温センサ２９で、吸気温が検出される。クランク角センサ１５では、クランク軸の回転角１０゜毎の信号と燃焼周期毎の信号が出力される。水温センサ１４はエンジンの冷却水温度を検出する。またアクセル開度センサ１３は、アクセル６の踏み込み量を検出し、それによって運転者の要求トルクを検出する。車速センサ３０で車速を検出する。
アクセル開度センサ１３、エアフロセンサ２、吸気温センサ２９、電制スロットル３に取り付けられたスロットル開度センサ１７、クランク角センサ１５、水温センサ１４、車速センサ３０のそれぞれの信号(出力)は、後述のコントロールユニット１００に送られ、これらセンサ出力からエンジンの運転状態を得て、空気量、燃料噴射量、点火時期のエンジンの主要な操作量が最適に演算される。
コントロールユニット１００内で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、燃料噴射弁(インジェクタ)７に送られる。またコントロールユニット１００で演算された点火時期で点火されるよう駆動信号が点火プラグ８に送られる。
噴射された燃料は吸気マニホールドからの空気と混合されエンジン９のシリンダー内に流入し混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ８から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストンを押し下げてエンジンの動力となる。爆発後の排気は排気マニホールド１０を経て三元触媒１１に送り込まれる。排気還流管１８を通って排気の一部は吸気側に還流される。還流量はバルブ１９によって制御される。
エンジン(本体)９と三元触媒１１の間には、触媒上流O2センサ１２が取り付けられている。三元触媒１１の下流には、触媒下流O2センサ２０が取り付けられている。コントロールユニット１００では、通常は、両センサ１２、２０の出力信号を用いて、三元触媒１１の浄化効率が最適となるよう燃料噴射量もしくは空気量を逐次補正する空燃比フィードバック制御を行うが、アイドルストップ後の再始動ときは、本発明に基づく制御を実行する(後で詳述)。
図２１は、コントロールユニット１００の内部構成を示したものである。コントロールユニット１００にはエアフロセンサ２、触媒上流O2センサ１２、アクセル開度センサ１３、水温センサ１４、エンジン回転数センサ１５、スロットル弁開度センサ１７、触媒下流O2センサ２０、吸気温センサ２９、車速センサ３０の各センサ出力値が入力され、入力回路２４にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート２５に送られる。入力ポートの値はRAM２３に保管され、CPU２１内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはROM２２に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値はRAM２３に保管された後、入出力ポート２５に送られる。点火プラグの作動信号は点火出力回路内の一次側コイルの通流ときはONとなり、非通流ときはOFFとなるON・OFF信号がセットされる。点火時期はONからOFFになる時である。出力ポートにセットされた点火プラグ用の信号は点火出力回路２６で燃焼に必要な十分なエネルギーに増幅され点火プラグに供給される。また燃料噴射弁の駆動信号は開弁時ON、閉弁時OFFとなるON・OFF信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路２７で燃料噴射弁を開くに十分なエネルギーに増幅され燃料噴射弁７に送られる。電制スロットル３の目標開度を実現する駆動信号は、電制スロットル駆動回路２８を経て、電制スロットル３に送られる。
次に、コントロールユニット１００が実行する処理内容を実施例毎に具体的に説明する。
[第１実施例]
図２２は、第１実施例(第２〜第４実施例と共通)の制御システム図である。各実施例の制御装置は、下記の演算手段、制御手段を備えている。
・基本燃料噴射量演算手段１２０(図２３)
・始動時燃料噴射量補正値演算手段１３０(図２４〜図２７)
・通常時空燃比フィードバック制御手段１４０(図２８)
本実施例においては、基本燃料噴射量演算手段１２０で、基本燃料噴射量(Tp)を演算する。始動時燃料噴射量補正値演算手段１３０では、触媒１１前後のO2センサ１２、２０の出力値(VO2_１とVO2_２)を用いて、エンジン再始動時の空燃比が最適となるように、燃料噴射量を補正する値(F_Hos)を演算する。F_Hosは、再始動毎に最適空燃比に近づくよう補正される。始動時燃料噴射量補正値演算手段１３０による再始動時の空燃比補正制御が終了した後は、通常時空燃比フィードバック制御手段１４０で演算される補正値(Alpha)により、基本燃料噴射量を補正する。
以下に、各演算手段(制御手段)の詳細を述べる。
<基本燃料噴射量演算手段１２０(図２３)>
本演算手段１２０では、基本燃料噴射量(Tp)を演算する。具体的には、図２３に示される式で演算する。ここに、Cylは気筒数を表す。K０は、インジェクタの仕様(燃料噴射パルス幅と燃料噴射量の関係)に基づき決める。
<始動時燃料噴射量補正値演算手段１３０(図２４)>
本演算手段１３０では、始動時燃料噴射量補正値(F_Hos)を演算する。具体的には、図２４に示される。
リッチ制御許可フラグ演算手段１３１(後述)で、エンジン回転速度(Ne)と触媒上流O2センサ出力値(VO2_１)と触媒下流O2センサ出力値(VO2_２)から、始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)およびfp_Rich０、f_Lean１、f_Lean２の各フラグを演算する。
リッチ補正値演算手段１３２(後述)では、触媒上流O2センサ出力値(VO2_１)、触媒下流O2センサ出力値(VO2_２)、空気量(Qa)、始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)およびfp_Rich０、f_Lean１、f_Lean２の各フラグから、リッチ補正値(F_Hos_Rich)を演算する。
始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)が１のとき、始動時燃料噴射量補正値(F_Hos)は、リッチ補正値(F_Hos_Rich)の値を用いる。始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)が０のとき、始動時燃料噴射量補正値(F_Hos)は、１.０とする(基本燃料噴射量に対して補正をしない)。
<リッチ制御許可フラグ演算手段１３１(図２５)>
本演算手段１３１では、始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)およびfp_Rich０、f_Lean１、f_Lean２の各フラグを演算する。具体的には、図２５に示される。
エンジン回転速度(Ne)が、K_NE以上のとき、エンジンは運転状態にある(エンジンは停止していない)として、エンジン運転中フラグ(f_Operated)を１とする。
エンジン停止時(f_Operated=０のとき)は、fp_Rich０=１とする。エンジン始動後(f_Operated=０→１となってから)、VO2_２が、A３以上となったとき、fp_Rich０=１→０とする。それ以外は、前回値を維持する。A３は、例えば、０.７[V]に設定する。
エンジン停止時(f_Operated=０のとき)は、f_Lean１=１とする。エンジン始動後、TLa１[s]経過時、VO2_１がA１以上となっていないとき、f_Lean１=１→０とする。それ以外は、前回値を維持する。TLa１は、最初の燃料噴射から、触媒上流O2センサが最初の燃焼による排気を検出するまでの時間を目安に設定する。A１は、例えば、０.９[V]とする。
エンジン停止時(f_Operated=０のとき)は、f_Lean２=１とする。エンジン始動後、TLa２[s]経過時、VO2_２がA２以上となっていないとき、f_Lean２=１→０とする。それ以外は、前回値を維持する。TLa２は、最初の燃料噴射から、触媒下流O2センサが最初の燃焼による排気を検出するまでの時間を目安に設定する。A２は、例えば、０.９[V]とする。
fp_Rich０=１かつf_Lean１=１かつf_Lean２=１のとき、始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)を１にする。それ以外のときは、始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)を０にする。
<リッチ補正値演算手段１３２(図２６)>
本演算手段１３２では、リッチ補正値(F_Hos_Rich)を演算する。始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)が１→０となったときに、図２６に示されるように、本演算手段１３２を実行し、リッチ補正値(F_Hos_Rich)を更新する。それ以外のときは、リッチ補正値(F_Hos_Rich)は、前回値を維持する。
リッチ補正値更新方向フラグ演算手段１３５(後述)で、触媒上流O2センサ出力値(VO2_１)と触媒下流O2センサ出力値(VO2_２)と空気量(Qa)およびfp_Rich０、f_Lean１、f_Lean２の各フラグからリッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)を演算する。
リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)が１のとき、F_Hos_Rich０の前回値に対して、d_F_Hos_Leanだけ減じた値を最新のF_Hos_Rich０とする。リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)が０のとき、F_Hos_Rich０の前回値に対して、d_F_Hos_Richだけ加えた値を最新のF_Hos_Rich０とする。
リッチ補正値(F_Hos_Rich)は、F_Hos_Rich_iniにF_Hos_Rich０を加えた値とする。F_Hos_Rich_iniは、リッチ補正値(F_Hos_Rich)の初期値である。始動時における空燃比制御系の制御誤差などを考慮して、対象エンジンの特性に応じて、適度なリッチ度となるような値に設定する。再始動毎に更新されるリッチ補正値(d_F_Hos_Lean,d_F_Hos_Rich)は、補正速度と安定性(発振性)を考慮して対象エンジンおよび対象触媒の特性に応じて設定する。
<リッチ補正値更新方向フラグ演算手段１３５(図２７)>
本演算手段１３５では、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)を演算する。具体的には、図２７に示される。
触媒上流O2センサ出力値(VO2_１)がA１を越えたときから、触媒下流O2センサ出力値(VO2_２)がA２を越えるまでの所要時間をΔTaとする。
ΔTa≦T１のとき、f_F_hos_RL０を１とする。ΔTa≧T１のとき、f_F_hos_RL０を０とする。
T１は、空気量(Qa)および最大酸素貯蔵量(Max_OSC)からテーブル(Tbl_T１)を参照して求める。
f_Lean１=１かつf_Lean２=１で、かつ、fp_Rich０が１→０になったとき、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、f_F_hod_RL０の値を用いる。それ以外のときは、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、０とする。
前述したように、リッチ補正値演算手段１３２(図２６)は、始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)が１→０となったときに本演算手段１３５を実行し、リッチ補正値(F_Hos_Rich)を更新する。それ以外のときは、リッチ補正値(F_Hos_Rich)は、前回値を維持する。始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)は、リッチ制御許可フラグ演算手段１３１(図２５)で演算されるが、fp_Rich０が１→０になったとき、もしくは、f_Lean１が１→０になったとき、もしくは、f_Lean２が１→０になったときのいずれかで、始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)は、１→０になる。fp_Rich０が１→０となったとき、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、f_F_hod_RL０の値を用いる(ΔTaの値に基づいてリッチ補正するかリーン補正するかを決める)。f_Lean１が１→０あるいはf_Lean２が１→０となったとき、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、０としリッチ補正する。
前述したように、A１,A２は、例えば、０.９[V]とする。
所要時間ΔTaは、実空燃比(リッチ度)以外にも、OSC性能(=最大酸素貯蔵可能量)と吸入空気量に感度を持つため、テーブル(Tbl_T１)は、それを補正するものである。最大酸素貯蔵量(Max_OSC)を求める方法については、公知の技術が多数あるため、ここでは詳述しない。
<通常時空燃比フィードバック制御手段１４０(図２８)>
本制御手段１４０では、通常時空燃比フィードバック制御補正値(Alpha)を演算する。始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)が０のとき(始動時燃料噴射量補正を行っていないとき)、本制御手段１４０により燃料噴射量についてのフィードバック制御を実行する。具体的には、図２８に示されるが、「触媒下流空燃比フィードバック制御」および「触媒上流空燃比フィードバック制御」については、公知の技術が多数あるため、ここでは詳述しない。
[第２実施例]
上記第１実施例では、触媒上流O2センサ１２の出力値が所定値A１を超えたときから、触媒下流O2センサの出力値が所定値A２を超えるまでの所要時間ΔTaのみに基づいて、次回以降の再始動時の空燃比を補正するようにした。本第２実施例では、所要時間ΔTaに加えて、触媒上流O2センサの出力値が所定値B１を超えたときから、触媒下流O2センサの出力値が所定値B２を超えるまでの所要時間ΔTbも用いて、次回以降の再始動時の空燃比を補正するようにされる。なお、ここでは、A１>B１かつA２>B２とする。
本第２実施例においては、第１実施例で説明した基本燃料噴射量演算手段１２０(図２３)、始動時燃料噴射量補正値演算手段１３０(図２４)、リッチ制御許可フラグ演算手段１３１(図２５)、リッチ補正値演算手段１３２(図２６)、及び、通常時空燃比フィードバック制御手段１４０(図２８)は、基本的には第１実施例と同じであるので、詳述しない。
以下、第１実施例のものとは異なるリッチ補正値更新方向フラグ演算手段２３５を説明する。
<リッチ補正値更新方向フラグ演算手段２３５(図２９)>
本演算手段２３５では、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)を演算する。具体的には、図２９に示される。
触媒上流O2センサ出力値(VO2_１)がA１を越えたときから、触媒下流O2センサ出力値(VO2_２)がA２を越えるまでの所要時間をΔTaとする。
触媒上流O2センサ出力値(VO2_１)がB１を越えたときから、触媒下流O2センサ出力値(VO2_２)がB２を越えるまでの所要時間をΔTbとする。
ΔTa≧T２かつΔTb≦T３のとき、f_F_hos_RL０を０とする。それ以外のときは、f_F_hos_RL０を１とする。
T２およびT３は、空気量(Qa)および最大酸素貯蔵量(Max_OSC)からテーブル(Tbl_T２)およびテーブル(Tbl_T３)を参照して求める。
f_Lean１=１かつf_Lean２=１で、かつ、fp_Rich０が１→０になったとき、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、f_F_hod_RL０の値を用いる。それ以外のときは、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、０とする。
前述したように、リッチ補正値演算手段１３２(図２６)は、始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)が１→０となったときに本演算手段２３５を実行し、リッチ補正値(F_Hos_Rich)を更新する。それ以外のときは、リッチ補正値(F_Hos_Rich)は、前回値を維持する。始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)は、「リッチ制御許可フラグ演算手段(図２５)」で演算されるが、fp_Rich０が１→０になったとき、もしくは、f_Lean１が１→０になったとき、もしくは、f_Lean２が１→０になったときのいずれかで、始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)は、１→０になる。fp_Rich０が１→０となったとき、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、f_F_hod_RL０の値を用いる(ΔTaの値に基づいてリッチ補正するかリーン補正するかを決める)。f_Lean１が１→０あるいはf_Lean２が１→０となったとき、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、０としリッチ補正する。
前述したように、A１,A２は、例えば、０.９[V]とする。また、B１,B２は、例えば、０.２[V]とする。
ΔTaおよびΔTbは、実空燃比(リッチ度)以外にも、OSC性能(=最大酸素貯蔵可能量)と吸入空気量に感度を持つため、テーブル(Tbl_T２)およびテーブル(Tbl_T３)は、それを補正するものである。最大酸素貯蔵量(Max_OSC)を求める方法については、公知の技術が多数あるため、ここでは詳述しない。
[第３実施例]
上記第２実施例では、所要時間ΔTaとΔTbを用いて、ΔTaが所定値T２以上、かつ、ΔTbが所定値T３以下となるように、次回以降の再始動時の空燃比を補正するようにした。本第３実施例では、ΔTaとΔTbの比R_ΔTが所定値R１以上となるように、次回以降の再始動時の空燃比を補正するようにされる。
本第３実施例においては、前述した基本燃料噴射量演算手段１２０(図２３)、始動時燃料噴射量補正値演算手段１３０(図２４)、リッチ制御許可フラグ演算手段１３１(図２５)、及び、通常時空燃比フィードバック制御手段１４０(図２８)は、基本的には第１、第２実施例と同じであるので、詳述しない。
以下、第１、第２実施例のものとは異なるリッチ補正値演算手段３３２、リッチ補正値更新方向フラグ演算手段３３５を説明する。
<リッチ補正値演算手段３３２(図３０)>
本演算手段３３２では、リッチ補正値(F_Hos_Rich)を演算する。始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)が１→０となったときに、図３０に示されるように、本演算手段３３２を実行し、リッチ補正値(F_Hos_Rich)を更新する。それ以外のときは、リッチ補正値(F_Hos_Rich)は、前回値を維持する。本演算手段３３２は、第１実施例のリッチ補正値演算手段１３２(図２６)に対して、リッチ補正値更新方向フラグ演算手段３３５(後述)の入力値に空気量(Qa)が無いだけで、それ以外は、同じである。したがって、詳述は省略する。
<リッチ補正値更新方向フラグ演算手段３３５(図３１)>
本演算手段３３５では、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)を演算する。具体的には、図３１に示される。
触媒上流O2センサ出力値(VO2_１)がA１を越えたときから、触媒下流O2センサ出力値(VO2_２)がA２を越えるまでの所要時間をΔTaとする。
触媒上流O2センサ出力値(VO2_１)がB１を越えたときから、触媒下流O2センサ出力値(VO2_２)がB２を越えるまでの所要時間をΔTbとする。
ΔTaとΔTbの比をR_ΔTとする。
R_ΔT≦R１のとき、f_F_hos_RL０を１とする。それ以外のときは、f_F_hos_RL０を０とする。
しきいR１は、一定値とする(空気量、最大酸素貯蔵量に感度を持たない)。
f_Lean１=１かつf_Lean２=１で、かつ、fp_Rich０が１→０になったとき、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、f_F_hod_RL０の値を用いる。それ以外のときは、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、０とする。
前述したように、リッチ補正値演算手段３３２(図３０)は、始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)が１→０となったときに本演算手段３３５を実行し、リッチ補正値(F_Hos_Rich)を更新する。それ以外のときは、リッチ補正値(F_Hos_Rich)は、前回値を維持する。
始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)は、「リッチ制御許可フラグ演算手段(図２５)」で演算されるが、fp_Rich０が１→０になったとき、もしくは、f_Lean１が１→０になったとき、もしくは、f_Lean２が１→０になったときのいずれかで、始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)は、１→０になる。fp_Rich０が１→０となったとき、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、f_F_hod_RL０の値を用いる(ΔTaの値に基づいてリッチ補正するかリーン補正するかを決める)。f_Lean１が１→０あるいはf_Lean２が１→０となったとき、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、０としリッチ補正する。
前述したように、A１,A２は、例えば、０.９[V]とする。また、B１,B２は、例えば、０.２[V]とする。
[第４実施例]
上記第１実施例では、触媒上流O2センサ１２の出力値が所定値A１を超えたときから、触媒下流O2センサの出力値が所定値A２を超えるまでの所要時間ΔTaに基づいて、次回以降の再始動時の空燃比を補正するようにした。本第４実施例では、触媒下流O2センサ２０の出力値が所定範囲に入るように、次回以降の再始動時の空燃比を補正するようにされる。
本第４実施例においては、前述した基本燃料噴射量演算手段１２０(図２３)、リッチ制御許可フラグ演算手段１３１(図２５)、及び、通常時空燃比フィードバック制御手段１４０(図２８)は、基本的には第１〜第３実施例と同じであるので、詳述しない。
以下、第１〜第３実施例のものとは異なる始動時燃料噴射量補正値演算手段４３０、リッチ補正値演算手段４３２、リッチ補正値更新方向フラグ演算手段４３５を説明する。
<始動時燃料噴射量補正値演算手段４３０(図３２)>
本演算手段４３０では、始動時燃料噴射量補正値(F_Hos)を演算する。具体的には、図３２に示される。第１実施例の始動時燃料噴射量補正値演算手段１３０(図２４)に対して、リッチ補正値演算手段の入力に触媒上流O2センサ出力値(VO2_１)が無いだけで、それ以外は同じである。したがって、ここでは、詳述しない。
<リッチ補正値演算手段４３２(図３３)>
本演算手段４３２では、リッチ補正値(F_Hos_Rich)を演算する。始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)が１→０となったときに、図３３に示されるように、本演算手段４３２を実行し、リッチ補正値(F_Hos_Rich)を更新する。それ以外のときは、リッチ補正値(F_Hos_Rich)は、前回値を維持する。
リッチ補正値更新方向フラグ演算手段４３５(後述)で、触媒下流O2センサ出力値(VO2_２)およびfp_Rich０、f_Lean１、f_Lean２の各フラグからリッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)を演算する。
リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)が２のとき、F_Hos_Rich０の前回値を維持する。リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)が１のとき、F_Hos_Rich０の前回値に対して、d_F_Hos_Leanだけ減じた値を最新のF_Hos_Rich０とする。リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)が０のとき、F_Hos_Rich０の前回値に対して、d_F_Hos_Richだけ加えた値を最新のF_Hos_Rich０とする。
リッチ補正値(F_Hos_Rich)は、F_Hos_Rich_iniにF_Hos_Rich０を加えた値とする。F_Hos_Rich_iniは、リッチ補正値(F_Hos_Rich)の初期値である。始動時における空燃比制御系の制御誤差などを考慮して、対象エンジンの特性に応じて、適度なリッチ度となるような値に設定する。再始動毎に更新されるリッチ補正値(d_F_Hos_Lean,d_F_Hos_Rich)は、補正速度と安定性(発振性)を考慮して対象エンジンおよび対象触媒の特性に応じて設定する。
<リッチ補正値更新方向フラグ演算手段４３５(図３４)>
本演算手段４３５では、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)を演算する。具体的には、図３４に示される。
エンジン始動後所定時間内は、触媒上流O2センサ出力値(VO2_２)がA４より小さいとき、f_F_hos_RL０を０とする。触媒上流O2センサ出力値(VO2_２)がA５より大きいとき、f_F_hos_RL０を１とする。触媒上流O2センサ出力値(VO2_２)がA４以上、かつA５以下のとき、f_F_hos_RL０を２とする。
f_Lean１=１かつf_Lean２=１で、かつ、fp_Rich０が１→０になったとき、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、f_F_hod_RL０の値を用いる。それ以外のときは、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、０とする。
前述したように、リッチ補正値演算手段４３２(図３３)は、始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)が１→０となったときに本演算手段４３５を実行し、リッチ補正値(F_Hos_Rich)を更新する。それ以外のときは、リッチ補正値(F_Hos_Rich)は、前回値を維持する。始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)は、リッチ制御許可フラグ演算手段(図２５)で演算されるが、fp_Rich０が１→０になったとき、もしくは、f_Lean１が１→０になったとき、もしくは、f_Lean２が１→０になったときのいずれかで、始動時リッチ制御許可フラグ(fp_Rich)は、１→０になる。
fp_Rich０が１→０となったとき、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、f_F_hod_RL０の値を用いる(ΔTaの値に基づいてリッチ補正するかリーン補正するかを決める)。
f_Lean１が１→０あるいはf_Lean２が１→０となったとき、リッチ補正値更新方向フラグ(f_F_Hos_RL)は、０としリッチ補正する。
A４は、例えば、０.５[V]とする。また、A５は、例えば、０.９[V]とする。これに合わせて、リッチ制御許可フラグ演算手段１３１(図２５)におけるA３は、例えば、０.５[V]に設定する。
[実施形態の作用効果]
以上の説明から理解されるように、本発明実施形態の制御装置では、アイドルストップ後の再始動時には、空燃比をリッチに制御し、さらに、そのときの触媒上下流O2センサ１２、２０の出力値に基づいて、触媒内の雰囲気を推定し、その推定結果に基づいて、次回以降の再始動時において触媒内の雰囲気が最適となるように、次回以降の再始動時の空燃比(燃料量、空気量)を補正するようにされるので、アイドルストップ後の再始動を繰り返す毎に、再始動時の触媒内雰囲気が最適化され、再始動時において、HCとCOの浄化効率を悪化させることなく、NOxを高効率に浄化することが可能となり、再始動時の排気悪化を効果的に抑制することができる。
２ エアフロセンサ
３ 電制スロットル
７ 燃料噴射弁
８ 点火プラグ
９ エンジン(本体)
１１ 三元触媒
１２ 触媒上流O2センサ
１５ エンジン回転数センサ
１７ スロットル開度センサ
２０ 触媒下流O2センサ
１００ コントロールユニット
１２０ 基本燃料噴射量演算手段
１３０ 始動時燃料噴射量補正値演算手段
１３１ リッチ制御許可フラグ演算手段
１３２ リッチ補正値演算手段
１３５ リッチ補正値更新方向フラグ演算手段
１４０ 通常時空燃比フィードバック制御手段
２３５ リッチ補正値更新方向フラグ演算手段
３３２ リッチ補正値演算手段
３３５ リッチ補正値更新方向フラグ演算手段
４３０ 始動時燃料噴射量補正値演算手段
４３２ リッチ補正値演算手段
４３５ リッチ補正値更新方向フラグ演算手段

Claims (20)

  1. アイドルストップ後の再始動時の制御を行うエンジンの制御装置であって、
    触媒上流に設けられた第１の酸素濃度検出手段と、触媒下流に設けられた第２の酸素濃度検出手段と、前記再始動時の空燃比をリッチに制御するリッチ制御手段と、前記再始動時に、前記第１の酸素濃度検出手段の出力値が所定値A１を超えたときから、前記第２の酸素濃度検出手段の出力値が所定値A２を超えるまでの所要時間ΔTを検出する所要時間検出手段と、前記所要時間ΔTに基づいて、次回以降の再始動時の空燃比を補正する空燃比補正手段と、を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。
  2. アイドルストップ後の再始動時の制御を行うエンジンの制御装置であって、
    触媒上流に設けられた第１の酸素濃度検出手段と、触媒下流に設けられた第２の酸素濃度検出手段と、再始動時の空燃比をリッチに制御する手段と、前記再始動時に、前記第１の酸素濃度検出手段の出力値が所定値A１afを下回ったときから、前記第２の酸素濃度検出手段の出力値が所定値A２を超えるまでの所要時間ΔTを検出する手段と、前記所要時間ΔTに基づいて、次回以降の再始動時の空燃比を補正する手段と、を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。
  3. 前記所定値A１および前記所定値A２が０.５V以上の値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
  4. 前記空燃比補正手段は、前記所要時間ΔTが所定時間T１以上となるように、次回以降の再始動時の空燃比を補正することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
  5. 前記所定時間T１を、前記触媒の最大酸素貯蔵可能量及び吸入空気量のうちの少なくとも一方に応じて変える手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載のエンジンの制御装置。
  6. 前記所要時間ΔTに基づいて、再始動時の実空燃比と目標空燃比との差を検出する手段を備え、前記空燃比補正手段は、前記差に基づいて、次回以降の再始動時の空燃比を補正するようにされていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
  7. 前記所要時間検出手段として、前記第１の酸素濃度検出手段の出力値が所定値A１を超えたときから、前記第２の酸素濃度検出手段の出力値が所定値A２を超えるまでの所要時間ΔTaを検出する手段、及び、前記第１の酸素濃度検出手段の出力値が所定値B１を越えたときから、前記第２の酸素濃度検出手段の出力値が所定値B２を越えるまでの所要時間ΔTbを検出する手段を備え、前記空燃比補正手段は、前記所要時間ΔTa及び前記所要時間ΔTbのうちの少なくとも一方に基づいて、次回以降の再始動時の空燃比を補正することを特徴とする請求項１又は３から６のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
  8. 前記所定値A１が前記所定値B１以上の値に設定されるとともに、前記所定値A２が前記所定値B２以上の値に設定され、前記空燃比補正手段は、前記所要時間ΔTaが所定値T２以上、かつ、前記所要時間ΔTbが所定値T３以下となるように、次回以降の再始動時の空燃比を補正するようにされていることを特徴とする請求項７に記載のエンジンの制御装置。
  9. 前記所要時間ΔTaと前記所要時間ΔTbの比R_ΔTを演算する比演算手段を備え、前記空燃比補正手段は、前記比R_ΔTに基づいて、次回以降の再始動時の空燃比を補正することを特徴とする請求項７に記載のエンジンの制御装置。
  10. 前記空燃比補正手段は、前記比演算手段により演算された比R_ΔTと所定値R１との差に基づいて、次回以降の再始動時の空燃比を補正することを特徴とする請求項９に記載のエンジンの制御装置。
  11. 前記所定値A１および前記所定値A２が０.５V以上の値に設定され、前記所定値B１および前記所定値B２が０.５V以下の値に設定されていることを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
  12. 前記第２の酸素濃度検出手段の出力値が所定値A３を越えたとき、前記リッチ制御手段による前記再始動時のリッチ制御を終了させる手段を備えていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
  13. 前記第２の酸素濃度検出手段の出力値が所定値A２を越えた後、前記第１の酸素濃度検出手段及び/又は第２の酸素濃度検出手段の出力値に基づく燃料噴射量を補正するためのフィードバック制御を許可する手段を備えていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
  14. エンジン始動後もしくは最初の燃料噴射後から所定時間TLa１が経過しても、前記第１の酸素濃度検出手段の出力値が所定値A１を越えていないとき、空燃比をさらにリッチにする手段を備えていることを特徴とする請求項１又は３から１３のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
  15. エンジン始動後もしくは最初の燃料噴射後から所定時間TLa１を経過しても、前記第１の酸素濃度検出手段の出力値が所定値A１を越えていないとき、前記第１の酸素濃度検出手段もしくは第２の酸素濃度検出手段の出力値に基づく燃料噴射量を補正するためのフィードバック制御を許可する手段を備えていることを特徴とする請求項１又は３から１３のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
  16. エンジン始動後もしくは最初の燃料噴射後から所定時間TLa２を経過しても、前記第２の酸素濃度検出手段の出力値が所定値A２を越えていないとき、空燃比をさらにリッチにする手段を備えていることを特徴とする請求項１又は３から１３のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
  17. エンジン始動後もしくは最初の燃料噴射後から所定時間TLa２を経過しても、前記第２の酸素濃度検出手段の出力値が所定値A２を越えていないとき、前記第１の酸素濃度検出手段もしくは第２の酸素濃度検出手段の出力値に基づく燃料噴射量を補正するためのフィードバック制御を許可する手段を備えていることを特徴とする請求項１又は３から１３のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
  18. アイドルストップ後の再始動時の制御を行うエンジンの制御装置であって、
    触媒下流に設けられた第２の酸素濃度検出手段と、前記再始動時の空燃比をリッチに制御するリッチ制御手段と、再始動後所定時間内は、前記第２の酸素濃度検出手段の出力値が所定値A４以上、かつ所定値A５以下となるように、次回以降の再始動時の空燃比を補正する空燃比補正手段と、を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。
  19. 前記所定値A４が０.５V以上の値に設定され、前記所定値A５が０.９V以下の値に設定されていることを特徴とする請求項１８に記載のエンジンの制御装置。
  20. アイドルストップ後の再始動時において、前記リッチ制御中の空燃比プロフィールもしくは空燃比の最小値が再始動毎に変化するようにされていることを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載のエンジンの制御装置。
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