JP2005344598A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 下流側空燃比のフィードバック性能を向上させ、触媒性能を最大限に引き出すことのできる内燃機関の空燃比制御装置を得る。
【解決手段】 この発明の空燃比制御装置は、三元触媒8の上流側の通路に設けられ、機関の空燃比を検出する上流側空燃比センサ10と、三元触媒の下流側の通路に設けられ、三元触媒後の空燃比を検出する下流側空燃比センサ11と、ECU21を備え、ECU21には、下流側空燃比センサ出力を位相進み演算する下流空燃比センサ出力位相進み演算手段と、下流空燃比センサ出力位相進み演算手段の出力が目標下流空燃比に一致するように、目標上流空燃比を演算する目標上流空燃比演算手段と、上流空燃比が目標上流空燃比に一致するように空燃比補正量を演算する空燃比補正量演算手段と、前記空燃比補正量に応じて燃料噴射量を調整する燃料噴射量調整手段とを備えている。
【選択図】図1
【解決手段】 この発明の空燃比制御装置は、三元触媒8の上流側の通路に設けられ、機関の空燃比を検出する上流側空燃比センサ10と、三元触媒の下流側の通路に設けられ、三元触媒後の空燃比を検出する下流側空燃比センサ11と、ECU21を備え、ECU21には、下流側空燃比センサ出力を位相進み演算する下流空燃比センサ出力位相進み演算手段と、下流空燃比センサ出力位相進み演算手段の出力が目標下流空燃比に一致するように、目標上流空燃比を演算する目標上流空燃比演算手段と、上流空燃比が目標上流空燃比に一致するように空燃比補正量を演算する空燃比補正量演算手段と、前記空燃比補正量に応じて燃料噴射量を調整する燃料噴射量調整手段とを備えている。
【選択図】図1
Description
この発明は三元触媒の上流と下流に空燃比センサを設け、上流の空燃比フィードバックと下流の空燃比フィードバックを組合わせて、燃料噴射量を調整する内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
現在のガソリン自動車には排ガス浄化システムとして、三元触媒が取り付けられている。
三元触媒には、貴金属、すなわちPt(白金)、Pd(パラジウム)、Rh(ロジウム)が担持されており、自動車の有害ガス成分(HC、NOx、CO)を触媒作用によって無害なガスに転換させる働きをもつ。触媒作用を引き出すには、排気ガスを理論空燃比に保つことが重要であり、助触媒であるセリアは、周囲環境に応じて酸素を吸収・放出し、酸素濃度を一定に保つ(これを酸素吸蔵能力とよぶ)ので、空燃比の変動を吸収し触媒内を理論空燃比(ストイキ)に保つ役割を果たしている。
三元触媒には、貴金属、すなわちPt(白金)、Pd(パラジウム)、Rh(ロジウム)が担持されており、自動車の有害ガス成分(HC、NOx、CO)を触媒作用によって無害なガスに転換させる働きをもつ。触媒作用を引き出すには、排気ガスを理論空燃比に保つことが重要であり、助触媒であるセリアは、周囲環境に応じて酸素を吸収・放出し、酸素濃度を一定に保つ(これを酸素吸蔵能力とよぶ)ので、空燃比の変動を吸収し触媒内を理論空燃比(ストイキ)に保つ役割を果たしている。
よく知られるように、上流空燃比と触媒浄化率の間には図9に示すような関係があり、上流空燃比を常に理論空燃比近傍に保つために、空燃比フィードバックを行っている。
一般的な空燃比フィーバックシステムでは、できるだけ燃焼室に近い排気系の個所、すなわち三元触媒の上流側に空燃比センサ(酸素濃度センサ)を取り付けて、燃焼ガスが理論空燃比となるようにエンジンの燃料噴射量をフィードバック制御している。
さらに、三元触媒の下流側にも空燃比センサを取り付け、上流側の空燃比センサのばらつきや、経時劣化変化を補償するダブル空燃比センサシステムが、例えば、特開昭58−48756号公報(以下特許文献1と称す。)によってすでに提案されている。
一般的な空燃比フィーバックシステムでは、できるだけ燃焼室に近い排気系の個所、すなわち三元触媒の上流側に空燃比センサ(酸素濃度センサ)を取り付けて、燃焼ガスが理論空燃比となるようにエンジンの燃料噴射量をフィードバック制御している。
さらに、三元触媒の下流側にも空燃比センサを取り付け、上流側の空燃比センサのばらつきや、経時劣化変化を補償するダブル空燃比センサシステムが、例えば、特開昭58−48756号公報(以下特許文献1と称す。)によってすでに提案されている。
また、燃料カットでは、通常の空燃比フィードバック時と異なり、酸素を含んだ排気ガスが大量に触媒へ流入するので、三元触媒がもつ酸素吸蔵能力が飽和してNOx浄化率が大きく低下してしまう。そこで、燃料カット復帰時に、下流側空燃比センサの信号がリツチ検出状態に切替わるまでの間のλフイ−ドバツク制御の制御定数をリッチ側にオフセットするように設定し、酸素吸蔵量を適正化しようとすることが、例えば、特開平5−26076号公報(以下、特許文献2と称す。)によって提案されている。
しかしながら、特許文献1のような方法では、下流空燃比センサは、上流空燃比センサの劣化補正のために使用されるため、下流空燃比センサのフィードバックが遅い。
そのため、図12のように、リアλセンサ出力がリーン側に反転しても、噴射量補正が遅いため触媒上流側A/Fの変化も遅く、その結果、NOxに対する触媒浄化率が悪化してしまう。従って、触媒の浄化率を常に最大に保つことは難しかった。
そのため、図12のように、リアλセンサ出力がリーン側に反転しても、噴射量補正が遅いため触媒上流側A/Fの変化も遅く、その結果、NOxに対する触媒浄化率が悪化してしまう。従って、触媒の浄化率を常に最大に保つことは難しかった。
また、
では、図13に示すように、リアλセンサがリッチ出力に反転してから燃料増量補正を解除するのでは、排気系および触媒に大きな位相遅れが存在するため触媒内の空燃比がリッチとなってしまい、CO浄化率が悪化するおそれがあった。
この発明は、上述したような従来装置の問題点を解決するためになされたもので、下流側空燃比のフィードバック性能を向上させることにより、触媒性能を最大限に引き出すことのできる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
(1) この発明に係る内燃機関の空燃比制御装置は、内燃機関の排気通路に設けられた三元触媒と、前記三元触媒の上流側の通路に設けられ、前記機関の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、前記三元触媒の下流側の通路に設けられ、前記三元触媒後の空燃比を検出する下流側空燃比センサと、下流側空燃比センサ出力を位相進み演算する下流空燃比センサ出力位相進み演算手段と、下流空燃比センサ出力位相進み演算手段の出力が目標下流空燃比に一致するように、目標上流空燃比を演算する目標上流空燃比演算手段と、上流空燃比が目標上流空燃比に一致するように空燃比補正量を演算する空燃比補正量演算手段と、前記空燃比補正量に応じて燃料噴射量を調整する燃料噴射量調整手段とを備えたものである。
(2) また、前記(1)の空燃比制御装置において、前記下流空燃比センサ出力位相進み演算手段は、位相進み演算の中に、前記下流側空燃比センサに応じた最大値・最小値を設けたものである。
(3)また、前記(1)の空燃比制御装置において、前記目標上流空燃比演算手段は、下流空燃比センサ出力位相進み演算手段の出力が目標下流空燃比に比して所定値以上にリーンとなった場合、目標上流空燃比補正量を通常より大きくリッチ設定するようにしたものである。
(4) さらにまた、前記(1)の空燃比制御装置において、減速時に燃料噴射量を停止する燃料噴射量停止手段と、燃料噴射量停止を解除した直後に燃料噴射量を増量する燃料噴射復帰後増量手段と、前記下流空燃比位相進み出力が目標下流空燃比の所定偏差以内となったときに、燃料噴射増量を停止する手段を設けたものである。
この発明によれば、下流空燃比センサ出力を位相進み処理することで、リアλフィードバック系における位相遅れを改善し、動的にも常に触媒浄化率を最高に保つことができる内燃機関の空燃比制御装置を得ることができる。
また、位相進み処理に最小値/最大値クリップを設けたことで、下流空燃比センサにλセンサを用いて位相進み処理を施した場合でも補正が大きくなりすぎて制御性を悪化させることはない。
また、下流空燃比センサ出力が目標下流空燃比出力よりも大きくリーンにずれた場合には、目標A/Fを急激にリッチ化するようにリアλフィードバックのP項ゲインを設定したことにより、触媒内の酸素吸蔵量が飽和したときでも速やかに酸素吸蔵量を適正化させることができ、NOxの悪化を防ぐことができる。
また、燃料カット時に触媒内の酸素吸蔵量が飽和した場合でも、燃料カット復帰時に燃料量を増量して上流空燃比をリッチ化し、触媒内に吸蔵された酸素を消費する。そして、
位相進み処理後の下流空燃比センサ出力に基づいて燃料カット復帰増量を解除するので、速やかに酸素吸蔵量を適正値に戻すことができる。そのため、燃料カット復帰後の加速においてもNOxが排出されることはない。
位相進み処理後の下流空燃比センサ出力に基づいて燃料カット復帰増量を解除するので、速やかに酸素吸蔵量を適正値に戻すことができる。そのため、燃料カット復帰後の加速においてもNOxが排出されることはない。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1である空燃比制御装置を自動車用内燃機関に適用した場合の全体概略図である。
図1において、1はエアクリーナで、吸気通路に吸入される空気に含まれるダストを取り除くフィルターを有している。2は、例えば熱線式エアフローセンサなどのエアフローセンサで、吸入空気流量に応じた電圧信号を発生する。3はスロットルバルブで、図示しないアクセルペダルに連動し、吸入空気量を調整するものである。4はサージタンク、5は、エンジン本体6の吸気ポートに接続された吸気管で、サージタンク4を介して吸気通路に接続されている。9はエンジン本体6の排気ポートに接続された排気管である。
さらにスロットルバルブ3の近くには、例えばポテンショメータを内蔵し、スロットルバルブ開度を検出するスロットルバルブ開度センサ13が設けられている。14はアイドルスイッチであり、スロットルバルブ3が全閉であることを検出する。
図1はこの発明の実施の形態1である空燃比制御装置を自動車用内燃機関に適用した場合の全体概略図である。
図1において、1はエアクリーナで、吸気通路に吸入される空気に含まれるダストを取り除くフィルターを有している。2は、例えば熱線式エアフローセンサなどのエアフローセンサで、吸入空気流量に応じた電圧信号を発生する。3はスロットルバルブで、図示しないアクセルペダルに連動し、吸入空気量を調整するものである。4はサージタンク、5は、エンジン本体6の吸気ポートに接続された吸気管で、サージタンク4を介して吸気通路に接続されている。9はエンジン本体6の排気ポートに接続された排気管である。
さらにスロットルバルブ3の近くには、例えばポテンショメータを内蔵し、スロットルバルブ開度を検出するスロットルバルブ開度センサ13が設けられている。14はアイドルスイッチであり、スロットルバルブ3が全閉であることを検出する。
燃料噴射弁7は、吸気管5の各気筒ごとに設けられ、ECU(エンジンコントロールユニット)21の信号に応じて開弁し、各気筒の吸気ポートへ加圧燃料を噴射する。なお、燃料噴射弁7に関する噴射量制御に関しては後で説明を行う。
排気管9には、フロント触媒コンバータ8と、その下流にはリア触媒コンバータ12が取り付けられ、それぞれの触媒コンバータは三元触媒を内蔵し、排気ガス中のHC、NOx、COの3成分を同時に浄化することができる。また、フロント触媒コンバータ8の上流には、上流側空燃比センサ(以下、リニアA/Fセンサともいう。)10が設けられ、排気ガス中に含まれる酸素濃度から上流空燃比をリニアに検出することができる。フロント触媒コンバータ8の下流には、下流側空燃比センサ(以下、リアλセンサともいう。)11が設けられており、酸素濃度に応じてリッチ/リーン電圧を発生する。
排気管9には、フロント触媒コンバータ8と、その下流にはリア触媒コンバータ12が取り付けられ、それぞれの触媒コンバータは三元触媒を内蔵し、排気ガス中のHC、NOx、COの3成分を同時に浄化することができる。また、フロント触媒コンバータ8の上流には、上流側空燃比センサ(以下、リニアA/Fセンサともいう。)10が設けられ、排気ガス中に含まれる酸素濃度から上流空燃比をリニアに検出することができる。フロント触媒コンバータ8の下流には、下流側空燃比センサ(以下、リアλセンサともいう。)11が設けられており、酸素濃度に応じてリッチ/リーン電圧を発生する。
クランク角センサ22は、エンジン6のクランク軸が一定回転するごとにパルス信号を出力する。カム角センサ23は、エンジン6のカムシャフトが一定回転するごとにパルス信号を出力する。例えば、クランク角センサ22は、クランク回転角10°ごとに回転角検出用のパルスを出力する。
カム角センサ23は各気筒ごとに異なる信号を出力するので、クランク角センサ22の信号と組合わせて気筒を特定することができる。また、エンジン6のシリンダブロックのウォータージャケットには、エンジン冷却水温に応じた電圧信号を出力する水温センサ15が設けられている。
カム角センサ23は各気筒ごとに異なる信号を出力するので、クランク角センサ22の信号と組合わせて気筒を特定することができる。また、エンジン6のシリンダブロックのウォータージャケットには、エンジン冷却水温に応じた電圧信号を出力する水温センサ15が設けられている。
一方、車室内にはECU21が設けられており、ECU21は、中央演算処理装置16、ROM17、RAM18、入出力インターフェース19、駆動回路20から構成されている。ECU21の入力側には、上述以外にも各種センサやスイッチ類が接続されている。各種センサ出力は、インターフェースを介しA/D変換してECUへ取り込まれる。
また、ECU21の出力側には、噴射弁7以外にも、図示しない点火コイルやISCバルブなどの各種アクチュエータが接続されており、各種センサやスイッチ類の検出情報に基づいて演算された結果を出力して、アクチュエータを制御することができる。
また、ECU21の出力側には、噴射弁7以外にも、図示しない点火コイルやISCバルブなどの各種アクチュエータが接続されており、各種センサやスイッチ類の検出情報に基づいて演算された結果を出力して、アクチュエータを制御することができる。
次に、この実施の形態1における燃料噴射制御について、図3を用いて説明する。
ECU21は、エアフローセンサ2の出力をA/D変換して読み込み、クランク角センサ22の信号区間における吸気量を積算して、一吸気行程あたりの吸入空気量A/N0を算出する。サージタンク4内における応答遅れを模擬するため、吸入空気量A/N0に1次フィルターをかけてシリンダへ入る吸入空気量A/Nを演算する。
こうして得られたA/Nに対して、理論空燃比となるように基本燃料噴射時間TBを算出する。また、水温センサ15に基づく暖機補正量cwや、スロットルバルブ開度センサ13に基づく加減速補正量cadや、その他各種の燃料補正量cetcを演算する。
ECU21は、エアフローセンサ2の出力をA/D変換して読み込み、クランク角センサ22の信号区間における吸気量を積算して、一吸気行程あたりの吸入空気量A/N0を算出する。サージタンク4内における応答遅れを模擬するため、吸入空気量A/N0に1次フィルターをかけてシリンダへ入る吸入空気量A/Nを演算する。
こうして得られたA/Nに対して、理論空燃比となるように基本燃料噴射時間TBを算出する。また、水温センサ15に基づく暖機補正量cwや、スロットルバルブ開度センサ13に基づく加減速補正量cadや、その他各種の燃料補正量cetcを演算する。
次に空燃比フィードバック部分について説明を行う。
ECU21は、所定周期(例えば5ms)毎にリニアA/Fセンサ10とリアλセンサ11の信号をA/D変換して読み込む。リニアA/Fセンサ出力:vlafは、予めROM17内に格納されたリニアA/Fセンサ出力変換マップによって実空燃比:lafに変換される。それから後述する目標A/F:Aftgtとの偏差を算出し、PI演算を行って補正量:cfb2を算出する。
ECU21は、所定周期(例えば5ms)毎にリニアA/Fセンサ10とリアλセンサ11の信号をA/D変換して読み込む。リニアA/Fセンサ出力:vlafは、予めROM17内に格納されたリニアA/Fセンサ出力変換マップによって実空燃比:lafに変換される。それから後述する目標A/F:Aftgtとの偏差を算出し、PI演算を行って補正量:cfb2を算出する。
一方、リアλセンサ出力:vroxは位相進み演算を行い、位相進み処理後リアλセンサ出力:rox0を得た後、目標リアλ電圧ROXTGTとの偏差roxerrを演算する。偏差:roxerrからPI演算を行い、予め設定された基本目標A/F:AFBSEを補正して、目標A/F:Aftgtを演算する。目標A/F:Aftgtから燃料補正量:cfb1を算出する。
A/Fに外乱がない場合は、cfb1によって実A/Fは目標A/Fに一致するが、外乱がある場合、cfb2によって実A/Fを目標A/Fに補正することができる。
A/Fに外乱がない場合は、cfb1によって実A/Fは目標A/Fに一致するが、外乱がある場合、cfb2によって実A/Fを目標A/Fに補正することができる。
燃料カットでは燃焼が行われないため、大量の酸素を含んだ空気が触媒に流れ込み、触媒がもつ酸素吸蔵能力のため、燃料カット復帰後もしばらく触媒内の空燃比はリーン状態となってしまう。この状態を空燃比フィードバックだけで補うのは難しい。そこで、位相進み処理後リアλセンサ出力がリッチ側へ反転するまで、燃料カット後には燃料増量補正:cfcを行う。
このようにして得られた補正量を用いて、基本燃料噴射時間TBを補正する。さらに、燃料噴射弁7の開弁遅れ時間を補正する無効噴射時間TDを加算し、実燃料噴射パルス時間TIを算出した後、駆動回路20を介して燃料噴射弁7を駆動する。
以上のように構成すれば、リアλセンサ出力を位相進み処理するため、排気系および触媒における応答遅れを補償することができ、また燃料カット後の燃料増量補正も適切に行うことができ、常に触媒浄化率を最大に保つことができる。
以下、空燃比フィードバック補正について、フローチャートを用いて詳細に説明する。図4にリアλフィードバック演算ルーチンを示す。
まず、ステップS101において、空燃比フィードバック実行フラグがセット(xfb=1)されていれば、リアλフィードバック演算を行い、セットされていなければ(xfb≠1)、演算を実行せずメインルーチンへリターンする。空燃比フィードバック実行フラグは、エンジン水温や回転数・負荷条件から判断されてセットされる。もちろん、燃料カット時には空燃比フィードバック実行フラグはセットされない。
次にステップS102でリアλセンサ出力を読み込み、ステップS103にてローパスフィルタ演算を実行する。KLはローパスフィルタゲインで0≦KL≦1である。(i-1)は前回値であることを示している。ステップS104では位相進み演算を行う。KPは位相進みゲインで0≦KP≦1である。KLとKPはリアλセンサ出力のノイズ成分を除去しつつ、信号の位相をなるべく進めるゲインを設定する。ステップS105では、ステップS104で得られた結果に、最小値KROX0MNと最大値KROX0MXを設け、位相進み演算値が実際のリアλ出力が取り得る値を超えないようにしている。例えば、触媒後ガスとリアλセンサの関係を示した図2から明らかなように、リアλフィードバックが働いているときには触媒後ガス濃度が低くなるため、実際のリアλセンサ出力は0.1〜0.9Vの値しか取らない。従って、最小値KROX0MNと最大値KROX0MXを例えば、KROX0MN=0.1、KROX0MX=0.9に設定している。
まず、ステップS101において、空燃比フィードバック実行フラグがセット(xfb=1)されていれば、リアλフィードバック演算を行い、セットされていなければ(xfb≠1)、演算を実行せずメインルーチンへリターンする。空燃比フィードバック実行フラグは、エンジン水温や回転数・負荷条件から判断されてセットされる。もちろん、燃料カット時には空燃比フィードバック実行フラグはセットされない。
次にステップS102でリアλセンサ出力を読み込み、ステップS103にてローパスフィルタ演算を実行する。KLはローパスフィルタゲインで0≦KL≦1である。(i-1)は前回値であることを示している。ステップS104では位相進み演算を行う。KPは位相進みゲインで0≦KP≦1である。KLとKPはリアλセンサ出力のノイズ成分を除去しつつ、信号の位相をなるべく進めるゲインを設定する。ステップS105では、ステップS104で得られた結果に、最小値KROX0MNと最大値KROX0MXを設け、位相進み演算値が実際のリアλ出力が取り得る値を超えないようにしている。例えば、触媒後ガスとリアλセンサの関係を示した図2から明らかなように、リアλフィードバックが働いているときには触媒後ガス濃度が低くなるため、実際のリアλセンサ出力は0.1〜0.9Vの値しか取らない。従って、最小値KROX0MNと最大値KROX0MXを例えば、KROX0MN=0.1、KROX0MX=0.9に設定している。
ステップS106では、目標リアλ電圧ROXTGTと位相進み処理後のリアλ出力rox0との偏差roxerrを演算し、ステップS107においてPI演算を行う。
ここで、P項演算では、図7に示すP項補正量テーブルTROXPのように、偏差roxerrが所定値より大きくなると、大きく補正するように設定している。
従って、図10に示すように、リアλセンサ出力:roxが下がり始めると、実値よりも早く位相進み処理後リアλ出力:rox0が下がり始める。位相進み処理後リアλ出力rox0と目標リアλ電圧:ROXTGTから偏差roxerrが算出されるので、実リアλセンサ出力roxよりも早く補正することができる。さらに、偏差が小さいときはPI演算ともに補正量が小さいが、偏差が所定値を越えるとP項演算補正量が大きくなるので、図10のように、目標リアλ電圧:ROXTGTに比較して位相進み処理後リアλ出力:rox0が所定値よりリーン側に外れると、目標A/F:Aftgtは大きくリッチに補正される。
I項演算では、図8に示すI項補正量テーブルTROXIのように、偏差roxerrと補正量の関係は、リニアに比較的小さなゲインに設定される。というのも、触媒酸素吸蔵能力は積分器のような働きをするので、I項補正量まで大きく設定してしまうとかえってハンチングを引き起こす原因になってしまうからである。
以上のように設定すれば、触媒内で飽和した酸素吸蔵量が適正化されて触媒浄化率を最大に維持することができる。
ステップS108ではリアλフィードバックのPI演算で得られた目標A/F補正量roxpiによって、基本目標A/F:AFBSEを補正し、目標A/F:AFtgtを得る。
最後にステップS109において、基本燃料噴射時間TBに対する燃料補正量を演算して、メインルーチンへリターンする。ここでAF0は理論空燃比、例えばAF0=14.7を設定している。
ここで、P項演算では、図7に示すP項補正量テーブルTROXPのように、偏差roxerrが所定値より大きくなると、大きく補正するように設定している。
従って、図10に示すように、リアλセンサ出力:roxが下がり始めると、実値よりも早く位相進み処理後リアλ出力:rox0が下がり始める。位相進み処理後リアλ出力rox0と目標リアλ電圧:ROXTGTから偏差roxerrが算出されるので、実リアλセンサ出力roxよりも早く補正することができる。さらに、偏差が小さいときはPI演算ともに補正量が小さいが、偏差が所定値を越えるとP項演算補正量が大きくなるので、図10のように、目標リアλ電圧:ROXTGTに比較して位相進み処理後リアλ出力:rox0が所定値よりリーン側に外れると、目標A/F:Aftgtは大きくリッチに補正される。
I項演算では、図8に示すI項補正量テーブルTROXIのように、偏差roxerrと補正量の関係は、リニアに比較的小さなゲインに設定される。というのも、触媒酸素吸蔵能力は積分器のような働きをするので、I項補正量まで大きく設定してしまうとかえってハンチングを引き起こす原因になってしまうからである。
以上のように設定すれば、触媒内で飽和した酸素吸蔵量が適正化されて触媒浄化率を最大に維持することができる。
ステップS108ではリアλフィードバックのPI演算で得られた目標A/F補正量roxpiによって、基本目標A/F:AFBSEを補正し、目標A/F:AFtgtを得る。
最後にステップS109において、基本燃料噴射時間TBに対する燃料補正量を演算して、メインルーチンへリターンする。ここでAF0は理論空燃比、例えばAF0=14.7を設定している。
次にフロントA/Fフィードバック演算ルーチンでは、図5に示すように、まずステップS201において、空燃比フィードバックが実行かどうかを見る。
空燃比フィードバック実行であれば、ステップS202へ進み、リニアA/Fセンサ出力vlafを読み込んで、ステップS203において実A/F:lafへマップ変換する。
次にステップS204で、目標A/F:AFtgtと、実A/F:lafの偏差laferrを演算し、ステップS205でPI演算を行う。ステップS205では偏差laferrに基づいて、図示しないテーブルによって燃料補正量へ変換されて、P項・I項がそれぞれ演算される。
ステップS206において、得られたPI演算結果lafpiをcfb2へ格納してメインルーチンへリターンする。
空燃比フィードバック実行であれば、ステップS202へ進み、リニアA/Fセンサ出力vlafを読み込んで、ステップS203において実A/F:lafへマップ変換する。
次にステップS204で、目標A/F:AFtgtと、実A/F:lafの偏差laferrを演算し、ステップS205でPI演算を行う。ステップS205では偏差laferrに基づいて、図示しないテーブルによって燃料補正量へ変換されて、P項・I項がそれぞれ演算される。
ステップS206において、得られたPI演算結果lafpiをcfb2へ格納してメインルーチンへリターンする。
図4、図5のフローチャートを実施した結果を図10を用いて説明する。
従来の制御では、リアλ出力roxがリーンになり出しても、フロントA/Fの補正が間に合わず、NOx浄化率が激減してほとんど触媒に入ったNOxがそのまま触媒後に排出されてしまう。しかし、位相進み処理を行ったリアλ出力rox0を用いてフィードバックを行うと、早い段階でフロントA/F:lafをリッチ化し始め、さらにP項補正が急増するため、NOx浄化率が悪化する前に目標リアλ電圧ROXTGTに戻すことができる。
従来の制御では、リアλ出力roxがリーンになり出しても、フロントA/Fの補正が間に合わず、NOx浄化率が激減してほとんど触媒に入ったNOxがそのまま触媒後に排出されてしまう。しかし、位相進み処理を行ったリアλ出力rox0を用いてフィードバックを行うと、早い段階でフロントA/F:lafをリッチ化し始め、さらにP項補正が急増するため、NOx浄化率が悪化する前に目標リアλ電圧ROXTGTに戻すことができる。
次に燃料カットから復帰する際の空燃比制御について説明する。
よく知られるように、燃料カットは減速中に実施され、燃料噴射が停止される制御である。出力に寄与しないむだな燃料をカットすることができるため、ドライバビリティーを損なわず燃費を改善することができる。しかし、触媒から見ると、酸素を大量に含んだガスが流入する非常に特殊な条件であるといえる。燃料カットが実施されて触媒内の酸素吸蔵量が飽和すると、NOx浄化率が激減した状態となってしまう。そこで燃料カット復帰時にはこの状況に対応する特殊な制御を行う必要がある。
よく知られるように、燃料カットは減速中に実施され、燃料噴射が停止される制御である。出力に寄与しないむだな燃料をカットすることができるため、ドライバビリティーを損なわず燃費を改善することができる。しかし、触媒から見ると、酸素を大量に含んだガスが流入する非常に特殊な条件であるといえる。燃料カットが実施されて触媒内の酸素吸蔵量が飽和すると、NOx浄化率が激減した状態となってしまう。そこで燃料カット復帰時にはこの状況に対応する特殊な制御を行う必要がある。
燃料カット復帰増量演算ルーチンについて、図6、図11を用いて説明する。
まずステップS301で燃料カット復帰の時点、つまり燃料カットフラグが実行(xfc=1)から実行しない(xfc=0)に切り替わった時点を検出する。燃料カット復帰を検出したら、ステップS302へ進み、燃料カット復帰増量フラグをセット(xfcinc=1)する。
ステップS303、S304において、xfcinc=1の間は、燃料カット復帰増量補正cfcを予め決められたKFCINCに設定し続ける。
ステップS305、S306において、roxerrの絶対値が所定値KFCERR以下となったとき、燃料カット復帰増量フラグをリセット(xfcinc=0)とする。
ステップS307、S308において、燃料カット復帰増量フラグがリセットされていれば、燃料カット復帰増量補正cfcを所定値KFCTGずつ減量していく。
このようにすれば、位相進み処理後リアλセンサ出力:rox0を用いて補正実行期間を判定できるため、排気系および触媒の応答遅れを補償し、図11に示すように触媒内の空燃比が適正化されるまでの間、噴射量を所定量増量させることができる。
まずステップS301で燃料カット復帰の時点、つまり燃料カットフラグが実行(xfc=1)から実行しない(xfc=0)に切り替わった時点を検出する。燃料カット復帰を検出したら、ステップS302へ進み、燃料カット復帰増量フラグをセット(xfcinc=1)する。
ステップS303、S304において、xfcinc=1の間は、燃料カット復帰増量補正cfcを予め決められたKFCINCに設定し続ける。
ステップS305、S306において、roxerrの絶対値が所定値KFCERR以下となったとき、燃料カット復帰増量フラグをリセット(xfcinc=0)とする。
ステップS307、S308において、燃料カット復帰増量フラグがリセットされていれば、燃料カット復帰増量補正cfcを所定値KFCTGずつ減量していく。
このようにすれば、位相進み処理後リアλセンサ出力:rox0を用いて補正実行期間を判定できるため、排気系および触媒の応答遅れを補償し、図11に示すように触媒内の空燃比が適正化されるまでの間、噴射量を所定量増量させることができる。
以上詳述したように、この発明の実施の形態1の内燃機関の空燃比制御装置によれば、下流空燃比センサ出力を位相進み処理することで、リアλフィードバック系における位相遅れを改善し、動的にも常に触媒浄化率を最高に保つことができる。
また、位相進み処理に最小値/最大値クリップを設けたことで、下流空燃比センサにλセンサを用いて位相進み処理を施した場合でも、補正が大きくなりすぎて制御性を悪化させることはない。
また、下流空燃比センサ出力が目標下流空燃比出力よりも大きくリーンにずれた場合には、目標A/Fを急激にリッチ化するようにリアλフィードバックのP項ゲインを設定したことにより、触媒内の酸素吸蔵量が飽和したときでも速やかに酸素吸蔵量を適正化させることができ、NOxの悪化を防ぐことができる。
また、燃料カット時に触媒内の酸素吸蔵量が飽和した場合でも、燃料カット復帰時に燃料量を増量して上流空燃比をリッチ化し、触媒内に吸蔵された酸素を消費する。
そして、位相進み処理後の下流空燃比センサ出力に基づいて燃料カット復帰増量を解除するので、速やかに酸素吸蔵量を適正値に戻すことができる。そのため、燃料カット復帰後の加速においてもNOxが排出されることはない。
そして、位相進み処理後の下流空燃比センサ出力に基づいて燃料カット復帰増量を解除するので、速やかに酸素吸蔵量を適正値に戻すことができる。そのため、燃料カット復帰後の加速においてもNOxが排出されることはない。
1 エアクリーナ、2 エアフローセンサ、3 スロットルバルブ、4 サージタンク、5 吸気管、6 エンジン、7 燃料噴射弁、8 フロント触媒コンバータ、9 排気管、10 上流側空燃比センサ、11 下流側空燃比センサ、
12 リア触媒コンバータ、13 スロットルセンサ、14 アイドルスイッチ、
15 水温センサ、16 CPU、17 ROM、18 RAM、
19 入出力インターフェース、20 駆動回路、21 エンジン制御ユニット、
22 クランク角センサ、23 カム角センサ。
12 リア触媒コンバータ、13 スロットルセンサ、14 アイドルスイッチ、
15 水温センサ、16 CPU、17 ROM、18 RAM、
19 入出力インターフェース、20 駆動回路、21 エンジン制御ユニット、
22 クランク角センサ、23 カム角センサ。
Claims (4)
- 内燃機関の排気通路に設けられた三元触媒と、前記三元触媒の上流側の通路に設けられ、前記機関の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、前記三元触媒の下流側の通路に設けられ、前記三元触媒後の空燃比を検出する下流側空燃比センサと、下流側空燃比センサ出力を位相進み演算する下流空燃比センサ出力位相進み演算手段と、下流空燃比センサ出力位相進み演算手段の出力が目標下流空燃比に一致するように目標上流空燃比を演算する目標上流空燃比演算手段と、上流空燃比が目標上流空燃比に一致するように空燃比補正量を演算する空燃比補正量演算手段と、前記空燃比補正量に応じて燃料噴射量を調整する燃料噴射量調整手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記下流空燃比センサ出力位相進み演算手段は、位相進み演算の中に前記下流側空燃比センサに応じた最大値・最小値を設けたことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記目標上流空燃比演算手段は、下流空燃比センサ出力位相進み演算手段の出力が目標下流空燃比に比して所定値以上にリーンとなった場合、目標上流空燃比補正量を通常より大きくリッチ設定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 減速時に燃料噴射量を停止する燃料噴射量停止手段と、燃料噴射量停止を解除した直後に燃料噴射量を増量する燃料噴射復帰後増量手段と、前記下流空燃比位相進み出力が目標下流空燃比の所定偏差以内となったときに、燃料噴射増量を停止する手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の空燃比制御装置。
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Legal Events
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