JP6206314B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明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及び図4を参照して、本実施形態における空燃比センサ40、41の出力特性について説明する。図3は、本実施形態における空燃比センサ40、41の電圧−電流(V−I)特性を示す図であり、図4は、印加電圧を一定に維持したときの、空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスの空燃比(以下、「排気空燃比」という)と出力電流Iとの関係を示す図である。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、本実施形態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となるように燃料噴射弁11からの燃料噴射量を制御する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−AFR) …(1)
ここで、0.23は空気中の酸素濃度、Qiは燃料噴射量、AFupは上流側空燃比センサ40の出力空燃比、AFRは制御中心となる空燃比(本実施形態では、理論空燃比)をそれぞれ表している。
図5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5は、本実施形態の空燃比制御を行った場合における、空燃比補正量AFC、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OSAsc、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。
また、本実施形態では、上述したように、上流側排気浄化触媒20に加えて下流側排気浄化触媒24も設けられている。下流側排気浄化触媒24の酸素吸蔵量OSAufcは或る程度の期間毎に行われる燃料カット制御によって最大吸蔵可能酸素量Cmax近傍の値とされる。このため、たとえ上流側排気浄化触媒20から未燃ガスを含んだ排気ガスが流出したとしても、これら未燃ガスは下流側排気浄化触媒24において酸化浄化される。
ところで、上述した燃料カット制御は、内燃機関を搭載した車両の減速時等に行われ、具体的には所定の実行条件を満たすときに実行される。斯かる実行条件としては、例えば、以下の二つがあげられる。一つは、アクセルペダル42の踏込み量がゼロであること、すなわち負荷センサ43によって検出される機関負荷Lがゼロであることである。もう一つは、クランク角センサ44の出力に基づいて算出される機関回転数が所定の最低基準回転数(例えば、2000rpm)以上であることである。
そこで、本発明の実施形態では、下流側排気浄化触媒24の酸素吸蔵量OSAufcに基づいて、燃料カット制御の実行条件を緩和するようにしている。具体的には、まず、下流側排気浄化触媒24の酸素吸蔵量OSAufcが算出される。
ODEufc=0.23・Qi/(AFdwn−AFR) …(2)
ODEufc=0.23・Gn …(3)
ΣODEufc(i)=ΣODEufc(i−1)+0.23・Qi/(AFdwn−AFR) …(4)
ΣODEufc(i)=ΣODEufc(i−1)+0.23・Gn …(5)
以下、図8のタイムチャートを参照して、燃料カット制御の実行条件の変更について説明する。図8は、下流側排気浄化触媒24の酸素吸蔵量OSAufcに基づいて燃料カット制御の実行条件を変更した場合における、空燃比補正量AFC、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwn、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAsc、下流側排気浄化触媒24の酸素吸蔵量OSAufc、機関回転数NE及び機関負荷Lのタイムチャートである。なお、図中のNElowは、燃料カット制御の実行条件の一つである最低基準回転数を示している。機関回転数NEがこの回転数よりも低い場合には、他の実行条件が満たされていても燃料カット制御は実行されない。また、図中のNEreは、燃料カット制御からの復帰回転数である。したがって、燃料カット制御の実行中に機関回転数がこの復帰回転数NEreにまで低下したときには、機関回転数以外の燃料カット制御実行条件が成立している場合であっても、燃料カット制御が中止せしめられ、燃料噴射弁11からの燃料噴射が再開せしめられる。
図9は、本実施形態における最低基準回転数NElowの設定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10を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成及び制御は、基本的に第一実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成及び制御と同様である。しかしながら、第一実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnに基づいて下流側排気浄化触媒24の酸素吸蔵量OSAufcを推定しているのに対して、本実施形態では、内燃機関の燃焼室5内に吸入される空気量の積算値(積算吸入空気量)に基づいて下流側排気浄化触媒24の酸素吸蔵量OSAufcを推定している。
図11は、本実施形態における最低基準回転数NElowの設定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。
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 (6)
- 内燃機関の排気通路に設けられた上流側排気浄化触媒と、該上流側排気浄化触媒よりも排気流れ方向下流側において前記排気通路に設けられた下流側排気浄化触媒とを具備する、内燃機関の制御装置において、
前記下流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段を具備し、
機関回転数が最低基準回転数以上であることを含む燃料カット実行条件が成立したときに、内燃機関の作動中に燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行可能であり、
前記吸蔵量推定手段によって推定された吸蔵量が、前記下流側排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量よりも少ない所定の限界吸蔵量以下になったときには、該限界吸蔵量よりも多いときに比べて、前記燃料カット実行条件における最低基準回転数を低下させる、内燃機関の制御装置。 - 前記上流側排気浄化触媒よりも排気流れ方向下流側であって前記下流側排気浄化触媒よりも排気流れ方向上流側に設けられた下流側空燃比センサを具備し、
前記吸蔵量推定手段は、前記下流側空燃比センサの出力に基づいて前記下流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量を推定する、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記吸蔵量推定手段は、前回燃料カット制御終了時以降の積算吸入空気量が限界空気量以上になったときに前記下流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量が前記限界吸蔵量以下になったと推定する、請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記上流側排気浄化触媒よりも排気流れ方向下流側であって前記下流側排気浄化触媒よりも排気流れ方向上流側に設けられた下流側空燃比センサを具備し、
当該制御装置は、前記上流側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になるようにフィードバック制御を行うと共に、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と理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比とに交互に設定する目標空燃比の設定制御を行い、
前記目標空燃比の設定制御では、前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比がリーン設定空燃比に切り替えられる、請求項1又は3に記載の内燃機関の制御装置。 - 当該制御装置は、前記上流側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になるようにフィードバック制御を行うと共に、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と理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比とに交互に設定する目標空燃比の設定制御を行い、
前記目標空燃比の設定制御では、前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比がリーン設定空燃比に切り替えられる、請求項2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記目標空燃比の設定制御では、前記上流側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がリッチ設定空燃比に切り替えられる、請求項4又は5に記載の内燃機関の制御装置。
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