JP6288011B2 - 内燃機関 - Google Patents
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Description
最初に、図1〜図12を参照して本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態における内燃機関の概略図である。本実施形態における内燃機関は、例えば車両に搭載される。図1を参照すると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。
排気通路に配置された排気浄化触媒20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は、セラミックから成る担体に、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。
ところで、排気浄化触媒20は被毒劣化や熱劣化等によって経年劣化する場合がある。排気浄化触媒20が劣化すると、排気浄化触媒20の浄化効率が低下する。このため、排気浄化触媒20が劣化し、排気浄化触媒に異常が生じていることを迅速に検出できることが望ましい。
OED=0.23×(AFup−14.6)×Qi …(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、14.6は理論空燃比をそれぞれ表している。
OED=0.23×(TAF−14.6)×Qi …(2)
最初に、本発明の比較例として、第1積算酸素過不足量ΣOED1の絶対値を排気浄化触媒20の最大酸素吸蔵量として算出して排気浄化触媒20の異常診断を行う第1異常診断方法について説明する。
図7は、異常な排気浄化触媒20の異常診断を行う際の目標空燃比TAF、上流側出力空燃比AFup、下流側出力空燃比AFdwn、排気浄化触媒20の実際の酸素吸蔵量OSAtrue、第1積算酸素過不足量ΣOED1、下流側空燃比センサ41の出力傾きSL及び第2積算酸素過不足量ΣOED2のタイムチャートである。図7では、図6と同様の空燃比制御が実施されている。図7の例では、排気浄化触媒20が劣化しており、排気浄化触媒20の酸素吸蔵能力が低下している。このため、リーン制御において、上流側出力空燃比AFupが理論空燃比以上になってから下流側出力空燃比AFdwnがリーン側基準空燃比AFlref以上になるまでの時間(図7における時刻t3〜時刻t4)が図6の例よりも短くなっている。この結果、図7における第1最大酸素吸蔵量OSAmax1は図6における第1最大酸素吸蔵量OSAmax1よりも少ない。図7の例では、第1最大酸素吸蔵量OSAmax1が基準酸素吸蔵量OSArefよりも少ないため、排気浄化触媒20に異常が生じていると判定される。
そこで、本実施形態の内燃機関では、下流側空燃比センサ41の応答特性に異常が生じている場合にも排気浄化触媒20の異常診断を精度良く実施することができるように、第2異常診断方法によって排気浄化触媒20の異常診断が実施される。第2異常診断方法では、第2積算酸素過不足量ΣOED2の絶対値を排気浄化触媒20の最大酸素吸蔵量として算出して排気浄化触媒20の異常診断を行う。
以下、図9のフローチャートを参照して、本実施形態における排気浄化触媒20の異常診断方法、すなわち上述した第2異常診断方法について詳細に説明する。図9は、排気浄化触媒20の異常診断処理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では、リーン制御又はリッチ制御中に酸素過不足量OEDを積算することで最大酸素吸蔵量OSAmaxが算出され、算出された最大酸素吸蔵量OSAmaxに基づいて、排気浄化触媒20に異常が生じているか否かが判定される。
以下、図10のフローチャートを参照して、図9のステップS105における酸素過不足量算出処理について説明する。図10は、酸素過不足量算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。酸素過不足量算出処理の制御ルーチンでは、アクティブ制御におけるリーン制御又はリッチ制御において酸素過不足量OED等が算出される。
以下、図11のフローチャートを参照して、図9のステップS107における最大酸素吸蔵量算出処理について説明する。図11は、最大酸素吸蔵量算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。最大酸素吸蔵量算出処理の制御ルーチンでは、酸素過不足量算出処理においてバッファリングされた値を用いて、最大酸素吸蔵量OSAmaxが算出される。
以下、図12のフローチャートを参照して、図9のステップS108における異常判定処理について説明する。図12は、異常判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。異常判定処理の制御ルーチンでは、酸素過不足量算出処理において算出された最大酸素吸蔵量OSAmaxを用いて、排気浄化触媒20に異常が生じているか否かが判定される。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、第2実施形態の内燃機関の構成及び制御は基本的に第1実施形態の内燃機関と同様であるため、以下の説明では、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
第2実施形態では、図9に示した排気浄化触媒20の異常診断処理の制御ルーチンが実行される。第2実施形態では、第1実施形態と異なり、図9におけるステップS105において、図14に示した酸素過不足量算出処理が実行される。また、図9におけるステップS107において、図15に示した最大酸素吸蔵量算出処理が実行される。さらに、図9におけるステップS109において、後述するリッチ判定フラグFrもリセットされてゼロにされる。
以下、図14のフローチャートを参照して、第2実施形態における酸素過不足量算出処理について説明する。図14は、酸素過不足量算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。酸素過不足量算出処理の制御ルーチンでは、アクティブ制御におけるリーン制御又はリッチ制御において酸素過不足量OED等が算出される。図14におけるステップS801〜ステップS809及びステップS812は、図10におけるステップS201〜ステップS209及びステップS210と同様であることから説明を省略する。
以下、図15のフローチャートを参照して、第2実施形態における最大酸素吸蔵量算出処理について説明する。図15は、最大酸素吸蔵量算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。最大酸素吸蔵量算出処理の制御ルーチンでは、酸素過不足量算出処理においてバッファリングされた値を用いて、最大酸素吸蔵量OSAmaxが算出される。図15におけるステップS901及びステップS905〜ステップS909は、図11におけるステップS301及びステップS302〜ステップS306と同様であることから説明を省略する。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。なお、第3実施形態の内燃機関の構成及び制御は基本的に第1実施形態及び第2実施形態の内燃機関と同様であるため、以下の説明では、第1実施形態及び第2実施形態と異なる部分を中心に説明する。第3実施形態では、排気浄化触媒20の異常診断に加えて、下流側空燃比センサ41の異常診断が実施される。
以下、図16〜図18のフローチャートを参照して、第3実施形態における排気浄化触媒20及び下流側空燃比センサ41の異常診断について詳細に説明する。図16は、排気浄化触媒20及び下流側空燃比センサ41の異常診断処理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実行される。図16におけるステップS501〜ステップS505、ステップS507、ステップS508及びステップS511は、図9におけるステップS101〜ステップS105、ステップS106、ステップS107及びステップS110と同様であることから説明を省略する。
以下、図17のフローチャートを参照して、図16のステップS506における比較酸素吸蔵量算出処理について説明する。図17は、比較酸素吸蔵量算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。比較酸素吸蔵量算出処理の制御ルーチンでは、アクティブ制御におけるリーン制御又はリッチ制御において比較酸素吸蔵量OSAcmpが算出される。
図16のステップS509における異常判定処理では、図18に示した制御ルーチンが実行される。図18は、異常判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。異常判定処理の制御ルーチンでは、排気浄化触媒20に加えて、下流側空燃比センサ41に異常が生じているか否かが判定される。図18におけるステップS701〜ステップS703は、図12におけるステップS401〜ステップS403と同様であることから説明を省略する。
5 燃焼室
6 吸気弁
7 吸気ポート
8 排気弁
9 排気ポート
11 燃料噴射弁
19 排気マニホルド
20 排気浄化触媒
31 ECU
39 エアフロメータ
40 上流側空燃比センサ
41 下流側空燃比センサ
Claims (11)
- 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、
前記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、前記排気浄化触媒から流出する流出排気ガスの空燃比を検出する下流側センサと、
前記下流側センサの出力に基づいて、前記排気浄化触媒に流入する流入排気ガスの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切り替える空燃比制御手段と、
前記目標空燃比が前記リッチ設定空燃比及び前記リーン設定空燃比のいずれか一方の空燃比に維持されている空燃比維持期間中の少なくとも一部の期間中に前記流入排気ガスの理論空燃比に対する酸素過不足量を算出し、算出された酸素過不足量を積算することで前記排気浄化触媒の最大酸素吸蔵量を算出する酸素吸蔵量算出手段と
を備えた内燃機関において、
前記酸素吸蔵量算出手段は、前記下流側センサの出力傾きの絶対値が前記空燃比維持期間において最後に閾値未満となった時点を前記酸素過不足量の積算の終点とし、
前記閾値は、前記空燃比維持期間における前記出力傾きの絶対値の最大値が相対的に大きい場合に該最大値が相対的に小さい場合に比べて大きくされることを特徴とする、内燃機関。 - 前記下流側センサは、前記流出排気ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサである、請求項1に記載の内燃機関。
- 前記排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定手段を更に備え、
前記酸素吸蔵量算出手段は、前記目標空燃比が前記リーン設定空燃比に維持されている空燃比維持期間中の少なくとも一部の期間中に前記流入排気ガスの理論空燃比に対する酸素過不足量を算出し、算出された酸素過不足量を積算することで前記排気浄化触媒の最大酸素吸蔵量を算出し、
前記閾値は、前記空燃比維持期間における前記排気浄化触媒の温度に基づいて補正される、請求項2に記載の内燃機関。 - 前記排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置されると共に、前記流入排気ガスの空燃比をリニアに検出する上流側空燃比センサを更に備え、
前記酸素吸蔵量算出手段は前記上流側空燃比センサの出力に基づいて前記酸素過不足量を算出する、請求項1から3のいずれか1項に記載の内燃機関。 - 前記酸素吸蔵量算出手段は、前記空燃比維持期間において前記上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に達したときを前記酸素過不足量の積算の始点とする、請求項4に記載の内燃機関。
- 前記酸素吸蔵量算出手段は、前記空燃比維持期間において前記目標空燃比が前記いずれか一方の空燃比に切り替えられたときを前記酸素過不足量の積算の始点とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の内燃機関。
- 前記排気浄化触媒に異常が生じているか否かを判定する触媒異常判定手段を更に備え、
前記触媒異常判定手段は、前記最大酸素吸蔵量が予め定められた基準酸素吸蔵量よりも少ない場合に、前記排気浄化触媒に異常が生じていると判定する、請求項1から6のいずれか1項に記載の内燃機関。 - 前記下流側センサに異常が生じているか否かを判定するセンサ異常判定手段を更に備え、
前記酸素吸蔵量算出手段は、前記目標空燃比が前記リーン設定空燃比に切り替えられた後、前記上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以上になってから前記下流側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ーンな所定の空燃比以上になるまでの間に前記排気浄化触媒に吸蔵される酸素吸蔵量を算出し、
前記センサ異常判定手段は、前記酸素吸蔵量と前記最大酸素吸蔵量との差が予め定められた第1基準量よりも大きい場合に、前記下流側センサに異常が生じていると判定する、請求項5に記載の内燃機関。 - 前記下流側センサに異常が生じているか否かを判定するセンサ異常判定手段を更に備え、
前記酸素吸蔵量算出手段は、前記目標空燃比が前記リッチ設定空燃比に切り替えられた後、前記上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以下になってから前記下流側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所定の空燃比以下になるまでの間に前記排気浄化触媒から放出される酸素放出量を算出し、
前記センサ異常判定手段は、前記酸素放出量と前記最大酸素吸蔵量との差が予め定められた第1基準量よりも大きい場合に、前記下流側センサに異常が生じていると判定する、請求項5に記載の内燃機関。 - 前記下流側センサに異常が生じているか否かを判定するセンサ異常判定手段を更に備え、
前記酸素吸蔵量算出手段は、前記目標空燃比が前記リーン設定空燃比に切り替えられてから前記下流側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ーンな所定値以上になるまでの間に前記排気浄化触媒に吸蔵される酸素吸蔵量を算出し、
前記センサ異常判定手段は、前記酸素吸蔵量と前記最大酸素吸蔵量との差が予め定められた第2基準量よりも大きい場合に、前記下流側センサに異常が生じていると判定する、請求項6に記載の内燃機関。 - 前記下流側センサに異常が生じているか否かを判定するセンサ異常判定手段を更に備え、
前記酸素吸蔵量算出手段は、前記目標空燃比が前記リッチ設定空燃比に切り替えられてから前記下流側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所定値以下になるまでの間に前記排気浄化触媒から放出される酸素放出量を算出し、
前記センサ異常判定手段は、前記酸素放出量と前記最大酸素吸蔵量との差が予め定められた第2基準量よりも大きい場合に、前記下流側センサに異常が生じていると判定する、請求項6に記載の内燃機関。
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