JP6107674B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第一実施形態に係る制御装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図1において、1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダブロック2内で往復動するピストン、4はシリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド、5はピストン3とシリンダヘッド4との間に形成された燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁6は吸気ポート7を開閉し、排気弁8は排気ポート9を開閉する。
上流側排気浄化触媒20及び下流側排気浄化触媒24は、いずれも同様な構成を有する。排気浄化触媒20、24は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒20、24は、セラミックから成る基材に、触媒作用を有する貴金属(例えば、白金(Pt))及び酸素吸蔵能力を有する物質(例えば、セリア(CeO2))を担持させたものである。排気浄化触媒20、24は、所定の活性温度に達すると、未燃ガス(HCやCO等)と窒素酸化物(NOx)とを同時に浄化する触媒作用に加えて、酸素吸蔵能力を発揮する。
次に、図3を参照して、本実施形態における空燃比センサ40、41の構成について説明する。図3は、空燃比センサ40、41の概略的な断面図である。図3から分かるように、本実施形態における空燃比センサ40、41は、固体電解質層及び一対の電極から成るセルが1つである1セル型の空燃比センサである。なお、本実施形態では、両空燃比センサ40、41として同一構成の空燃比センサが用いられる。
次に、本発明の内燃機関の制御装置における基本的な空燃比制御の概要を説明する。本実施形態の空燃比制御では、上流側空燃比センサ40の出力空燃比(上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比に相当)に基づいて上流側空燃比センサ40の出力空燃比が目標空燃比に相当する値となるようにフィードバック制御が行われる。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力値に相当する空燃比を意味する。
ODE=0.23・Qi/(AFup−14.6) …(1)
ここで、0.23は空気中の酸素濃度、Qiは燃料噴射量、AFupは上流側排気浄化触媒20の出力空燃比をそれぞれ表している。
図6を参照して、上述したような操作について具体的に説明する。図6は、本実施形態の空燃比制御を行った場合における、目標空燃比AFT、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSA、積算酸素過不足量ΣOED、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn及び上流側排気浄化触媒20から流出する排気ガス中のNOx濃度のタイムチャートである。
ところで、上述した空燃比制御においては、目標空燃比がリッチ設定空燃比とリーン設定空燃比との間で交互に切り替えられる。そして、リッチ設定空燃比のリッチ度合い(理論空燃比からの差)は、比較的小さく抑えられる。これは、内燃機関を搭載した車両の急加速等により上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が一時的に乱れた場合や、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAがほぼゼロになって上流側排気浄化触媒20からリッチ空燃比の排気ガスが流出した場合に、排気ガス中の未燃ガスの濃度をできるだけ低く抑えるためである。
そこで、本実施形態では、機関運転状態が定常運転状態にあるときには、機関運転状態が定常運転状態にないときに比べて、目標空燃比をリッチ空燃比としているときのリッチ度合い及び目標空燃比をリーン空燃比としているときのリーン度合いを大きくするようにしている。
図8は、目標空燃比の設定制御における制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
次に、図10〜図14を参照して、本発明の第二実施形態に係る制御装置について説明する。第二実施形態の制御装置における構成及び制御は、基本的に第一実施形態の制御装置における構成及び制御と同様である。ただし、第二実施形態では、リッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比ではなく、切替基準吸蔵量が変更せしめられる。
<空燃比制御における問題点2>
ところで、上述した空燃比制御においては、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAが切替基準吸蔵量Crefに到達したときに目標空燃比AFTがリーン設定空燃比AFTlからリッチ設定空燃比AFTrに切り替えられる。このため、上流側排気浄化触媒20の上流側の部分については酸素の吸放出が繰り返されることになるが、下流側の部分については酸素の吸放出がほとんど行われないことになる。このとについて、図10を参照して説明する。
そこで、本実施形態では、上述した空燃比制御の実行中に、上流側排気浄化触媒20における浄化性能を維持させるために、切替基準吸蔵量Crefをそれまでの量よりも増大させることとしている。ただし、増大せしめられた切替基準吸蔵量も新触時における最大吸蔵可能酸素量Cmaxよりも少ない量とされる。
図14は、切替基準値の変更制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
次に、図15及び図16を参照して、本発明の第三実施形態に係る制御装置について説明する。第三実施形態の制御装置における構成及び制御は、基本的に第二実施形態の制御装置における構成及び制御と同様である。ただし、第三実施形態では、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの流量に基づいて、切替基準吸蔵量が変更せしめられる。
5 燃焼室
7 吸気ポート
9 排気ポート
19 排気マニホルド
20 上流側排気浄化触媒
24 下流側排気浄化触媒
31 ECU
40 上流側空燃比センサ
41 下流側空燃比センサ
Claims (7)
- 内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に該排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサとを具備する内燃機関の制御装置において、
前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御を行うと共に、前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比に切り替えると共に、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量よりも少ない所定の切替基準吸蔵量以上になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比に切り替える目標空燃比の設定制御を行う内燃機関の制御装置において、
機関運転状態が定常運転状態であるときには、定常運転状態でないときに比べて、前記リッチ設定空燃比のリッチ度合い又は前記リーン設定空燃比のリーン度合いのうちの少なくともいずれか一方が増大せしめられ、
前記フィードバック制御及び前記目標空燃比の設定制御の実行中に、基準吸蔵量の増大条件が成立したときには、前記切替基準吸蔵量をそれまでの量よりも増大させる、内燃機関の制御装置。 - 内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に該排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサとを具備する内燃機関の制御装置において、
前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御を行うと共に、前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比に切り替えると共に、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量よりも少ない所定の切替基準吸蔵量以上になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比に切り替える目標空燃比の設定制御を行う内燃機関の制御装置において、
前記フィードバック制御及び前記目標空燃比の設定制御の実行中に、基準吸蔵量の増大条件が成立したときには、前記切替基準吸蔵量をそれまでの量よりも増大させる、内燃機関の制御装置。 - 前記基準吸蔵量の増大条件が成立したときとは、最後に行われた燃料カット制御が終了してから前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比に到達するまでの間の一時点から積算された積算排気ガス量が予め定められた基準積算排気ガス量以上になったときである、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記基準吸蔵量の増大条件が成立したときとは、最後に行われた燃料カット制御が終了してから前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比に到達するまでの間の一時点からの経過時間が予め定められた経過時間以上になったときである、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記基準吸蔵量の増大条件が成立したときとは、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が最後に理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上に達した後に該リーン判定空燃比よりも小さくなった時から積算された積算排気ガス量が予め定められた基準積算排気ガス量以上になったときである、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記基準吸蔵量の増大条件が成立したときとは、最後に行われた燃料カット制御が終了してから前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比に到達するまでの間の一時点から積算された積算排気ガス量が予め定められた基準積算排気ガス量以上であって、且つ前記排気浄化触媒に流入する排気ガス流量が上限流量以下であるときである、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記基準吸蔵量の増大条件が成立したときとは、最後に行われた燃料カット制御が終了してから前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比に到達するまでの間の一時点からの経過時間が予め定められた経過時間以上であって、且つ前記排気浄化触媒に流入する排気ガス流量が上限流量以下であるときである、請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
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