JP7575725B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
例えば特許文献1には、排気通路に設けられた排気浄化触媒の近傍に空燃比センサ(空燃比検出手段)とO2センサ(酸素濃度検出手段)を備え、空燃比センサの検出値に基づいて燃料噴射制御を行うとともに、O2センサの検出値に基づいて空燃比センサの検出値を補正して、空燃比センサの検出値の精度を向上させている。
出値に基づく空燃比のフィードバック制御の目標値の補正精度を向上させることができる
。
好ましくは、前記補正手段は、前記リッチ領域を複数に区分した領域のうち前記理論空燃比領域からのズレが最も小さい領域において、前記酸素濃度検出手段の温度が所定未満の場合は前記目標値の補正を行わず、補正量変更手段は、前記酸素濃度検出手段の温度が所定以上の場合は、前記リッチ領域を複数に区分した領域のうち前記理論空燃比領域からのズレが最も小さい領域においても前記目標値の補正を行うとよい。
好ましくは、内燃機関の点火時期を変更する点火時期変更手段を備え、前記補正手段は、前記酸素濃度検出手段の出力値が前記リッチ領域となった場合、前記目標値をリーン側に補正するとともに、点火時期が遅角されるほど、前記目標値をリッチ側に補正するとよい。
図1は、本発明の一実施形態に係る制御装置を適用したエンジン2(内燃機関)の給排気系の概略構成図である。
エンジン2は、走行駆動源として車両に搭載されている。
エンジン2は、多気筒のガソリンエンジンであって、図1では簡略して1つの気筒のみ記載している。エンジン2は、各気筒の吸気ポート4に設けられた燃料噴射弁3から、任意の噴射時期及び噴射量で各気筒の吸気ポート4内に燃料を噴射可能な構成となっている。
一方、エンジン2の排気通路10には、排気浄化装置として三元触媒12が備えられている。
三元触媒12は、理論空燃比において排気中のHC、COを酸化させるとともにNOxを還元し、これらの排気成分を排気中から除去する機能を有する。
エンジンコントロールユニット30は、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、タイマ及び中央演算処理装置(CPU)等を含んで構成され、LAFS22、O2センサ23等の各種センサの検出情報と、その他車両のアクセル操作量等の車両運転情報を入力し、当該各種情報に基づいて、燃料噴射弁3からの燃料噴射量、 スロットルバルブ6の開度を演算して、上記各種機器の作動制御を行うことで、エンジン2の運転制御を行う。
図2は、所定回転速度及び所定負荷でのエンジン2の運転時において、三元触媒12における排気空燃比に対する各排気成分の浄化性能とO2センサ23の出力値を示すグラフである。図2(A)において、実線がLAFS22の出力値を示す。また、破線が一酸化炭素CO及び炭化水素HC、一点鎖線が窒素酸化物NOxの三元触媒12からの排出量を示す。一酸化炭素CO、炭化水素HC、窒素酸化物NOxの三元触媒12からの排出量が少なくなる空燃比、すなわち理論空燃比付近の領域(理論空燃比領域)を目標空燃比として、LAFS22の検出値に基づき燃料噴射量をフィードバック制御する。図2(B)は、O2センサ23の出力値を示す。図2(B)において、破線はO2センサ23が高温状態であるときのO2センサ23の出力値、一点鎖線はO2センサ23が低温(常温)であるときのO2センサ23の出力値である。O2センサ23の出力値は、理論空燃比領域において大きく変化し、理論空燃比領域よりもリッチ側及びリーン側では小さく変化する。そのため、理論空燃比領域とリッチ領域との境界(リッチ境界)におけるO2センサ23の出力値と、理論空燃比領域とリーン領域との境界(リーン境界)におけるO2センサ23の出力値との差は大きくなる。O2センサ23は、例えばリッチ境界及びリーン境界における出力値にそれぞれリッチ閾値(リッチ判定値)、リーン閾値(リーン判定値)を設けることで、O2センサ23の出力値に基づいて三元触媒12の下流側の排気空燃比の状態、すなわち排気空燃比が理論空燃比領域にあるか、若しくはリッチ、リーン状態にあるかを判定することができる。
更に、本実施形態のエンジンコントロールユニット30は、上記フィードバック制御における目標空燃比を補正する目標空燃比補正部1を備えている。目標空燃比補正部1は、排気温度センサ24によって検出した排気温度に基づいてO2センサ23の温度を取得する温度取得部35(温度取得手段)と、目標空燃比を補正する補正部36(補正手段、補正量変更手段)と、を有する。なお、三元触媒12、LAFS22、O2センサ23、排気温度センサ24、及びエンジンコントロールユニット30における目標空燃比補正部1と空燃比のフィードバック制御機能と、が本発明の制御装置に該当する。
なお本実施形態では、補正部36によって図3に示すように、O2センサ23の出力値をリッチ領域及びリーン領域の夫々において大、中、小の第3段階に、排気温度を4段階に区分しており、LAFS補正量を大、中、小、0(補正なし)の4段階に設定する。O2センサ23の出力値がリッチ大あるいはリーン大(すなわち、理論空燃比領域からのズレが大きい領域)の場合には、排気温度に拘わらずLAFS補正量の絶対値が大に設定される。O2センサ23の出力値がリッチ中あるいはリーン中(理論空燃比領域からのズレがリッチ大あるいはリーン大より少ない領域)の場合には、上記のように排気温度が高くなるほどLAFS補正量(目標空燃比の補正量)の絶対値を小→中→大のように大きくする。O2センサ23の出力値がリッチ小あるいはリーン小(理論空燃比領域からのズレがリッチ中あるいはリーン中より少ない領域)の場合には、排気温度が4段階のうちの最も低い領域では補正を行わず(LAFS補正量=0)、その他の領域でLAFS補正量を小に設定する。なお、排気温度が4段階のうちの最も低い領域は、O2センサ23の活性温度以上の領域であり、活性温度近傍(活性温度を含む)から広がっていることが好ましい。
これにより、酸素濃度検出手段の温度が所定未満の低温時にLAFS補正量を補正しないO2センサ23の出力値であっても、O2センサ23の温度が所定以上の場合にはLAFS補正量を小としてフィードバック制御における目標空燃比を補正するので、O2センサ23付近の排気の空燃比が理論空燃比に近くてもフィードバック制御を精度良く行うことができる。すなわち、O2センサ23の温度が所定未満の場合であればリッチ閾値あるいはリーン閾値を超えるようなO2センサ23の出力値であっても、O2センサ23の温度が所定(排気温度が4段階のうちの下から2番目に低い領域)以上の場合は、O2センサ23の出力値の変動範囲が狭くなり、O2センサ23の出力値がリッチ閾値あるいはリーン閾値を超えなくなるため、本来であれば目標空燃比の補正を行いたい排気状態なのに補正が行われない場合がある。酸素濃度検出手段の温度が所定未満の低温時にLAFS補正量を補正しないO2センサ23の出力値であっても、O2センサ23の温度が所定以上の場合にはLAFS補正量を小としてフィードバック制御における目標空燃比を補正することで、このような事態を解消し、フィードバック制御を精度良く行うことができる。
これにより、排気の還流量が多くなることで排気中のNOxが低減することに対応して目標空燃比を補正することができる。具体的には、排気浄化装置が三元触媒12であり目標空燃比が理論空燃比である場合を例示すると、排気の還流量が多くなることで排気中のNOxが低減するが、排気中のCOはNOxほど大きく低減しない。そのため、COとNOxの三元触媒12からの排出量が少なくなる空燃比領域はリーン側に拡大することとなる。この拡大した空燃比領域の中央部で目標空燃比を設定することで、空燃比が変動したとしても排気を良好に保つことができる。したがって、空燃比が変動しても理論空燃比領域から逸脱し難くなり、三元触媒12における排気浄化性能を向上させることができる。なお、目標空燃比は拡大した空燃比領域の中央部に設定する必要はないが、このようにすることにより、空燃比が変動しても、変動した空燃比がCOとNOxの三元触媒12からの排出量が少なくなる空燃比領域内に納まりやすくなる。
これにより、点火時期が遅角することで排気中のCOが低下することに対応して目標空燃比を補正することができる。具体的には、排気浄化装置が三元触媒12であり目標空燃比が理論空燃比である場合を例示すると、点火時期を遅角することで排気中のCOが低減するが、排気中のNOxはCOほど大きく低減しない。そのため、COとNOxの三元触媒12からの排出量が少なくなる空燃比領域はリッチ側に拡大することとなる。この拡大した空燃比領域の中央部で目標空燃比を設定することで、空燃比が多少変動したとしても排気を良好に保つことができる。したがって、空燃比が変動しても理論空燃比領域から逸脱し難くなり、三元触媒12における排気浄化性能を向上させることができる。
例えば、上記の実施形態では、補正部36において、O2センサ23の出力値をリッチ及びリーンにおいて夫々大、中、小の第3段階、排気温度を4段階に区分して、LAFS補正量を大、中、小、0の4段階に設定しているが、その他の2以上の段階に適宜設定してもよいし、連続的に設定してもよい。また、O2センサ23の出力値がリッチ小あるいはリーン小の場合であって、かつ排気温度が最も低い領域において、LAFS補正量を0に設定しているが、小に設定してもよいし、小よりも少ない値に設定してもよい。
また、上記実施態では補正部36において、O2センサ23の出力値と排気温度からLAFS補正量(目標空燃比の補正量)を変更するように設定しているが、O2センサ23の出力値と排気温度からLAFS補正量を決定する閾値を変更することにより、結果的にLAFS補正量を変更してもよい。
なお、リーン領域においても、上記のリッチ領域と同様にLAFS補正量(絶対値)を設定してもよい。この場合には、排気温度が高温域では常温域の場合よりも、LAFS補正量を0から小に切り換えるO2センサ23の出力値であるリーン判定値を上げることになる。これにより、リーン領域においてもLAFS補正量を変更して目標空燃比を適切に設定することが可能になる。
2 エンジン(内燃機関)
10 排気通路
12 三元触媒(排気浄化装置)
22 LAFS(空燃比検出手段)
23 O2センサ(酸素濃度検出手段)
24 排気温度センサ(温度取得手段)
30 エンジンコントロールユニット
35 温度取得部(温度取得手段)
36 補正部(補正手段、補正量変更手段)
Claims (4)
- 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
前記排気浄化装置の上流に設けられた空燃比検出手段と、
前記排気浄化装置の下流に設けられた酸素濃度検出手段と、を備え、
前記空燃比検出手段の検出値が目標値となるように空燃比をフィードバック制御する内燃機関の制御装置であって、
前記酸素濃度検出手段の温度を取得する温度取得手段と、
前記酸素濃度検出手段の出力値に応じて前記目標値を補正する補正手段と、
前記温度取得手段によって取得した前記酸素濃度検出手段の温度に基づき、前記補正手段による前記目標値の補正量を変更する補正量変更手段と、を備え、
前記補正手段は、前記酸素濃度検出手段の出力値が理論空燃比領域よりリッチ側の領域であるリッチ領域となった場合、前記目標値をリーン側に補正し、
前記リッチ領域は、前記理論空燃比領域からのズレの大きさに応じて複数の領域に区分され、前記補正手段は、前記酸素濃度検出手段の出力値が、前記リッチ領域を複数に区分した領域のうち前記理論空燃比領域からのズレが大きい領域に位置するほど前記目標値を大きくリーン側に補正し、
前記補正量変更手段は、前記温度取得手段によって取得した前記酸素濃度検出手段の温度が高いほど、前記目標値がよりリーン側になるように前記補正手段による補正量を変更し、
前記補正量変更手段は、前記リッチ領域を複数に区分した領域のうち前記理論空燃比領域からのズレが最も大きい領域に関しては、前記酸素濃度検出手段の温度に基づいた前記補正手段による補正量の変更を行わず、前記理論空燃比領域からのズレが最も小さい領域に関しては、前記酸素濃度検出手段の温度に基づいた前記補正手段による補正量の所定以上の変更を行わない
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記補正手段は、前記リッチ領域を複数に区分した領域のうち前記理論空燃比領域からのズレが最も小さい領域において、前記酸素濃度検出手段の温度が所定未満の場合は前記目標値の補正を行わず、
補正量変更手段は、前記酸素濃度検出手段の温度が所定以上の場合は、前記リッチ領域を複数に区分した領域のうち前記理論空燃比領域からのズレが最も小さい領域においても前記目標値の補正を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - 排気を吸気に還流する排気還流手段を備え、
前記補正手段は、前記酸素濃度検出手段の出力値が前記リッチ領域となった場合、前記目標値をリーン側に補正するとともに、排気の還流量が多くなるほど、前記目標値をリーン側に補正すること
を特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関の点火時期を変更する点火時期変更手段を備え、
前記補正手段は、前記酸素濃度検出手段の出力値が前記リッチ領域となった場合、前記目標値をリーン側に補正するとともに、点火時期が遅角されるほど、前記目標値をリッチ側に補正する請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
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