JP2006183637A - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】成層乃至弱成層燃焼によって気筒内空燃比のリーンな状態でエンジン1を始動させる。各気筒2を、その点火順に交互にリッチ、リーンに振り分けて、それぞれが排出するリッチ排気中のHCやCOとリーン排気中のNOxや酸素とを排気集合部以降で反応させることで、プレ触媒24が未活性な状態であっても有害成分を減らすことができ、且つ排気温度を高めて触媒24の昇温を促進できる。空燃比の振れ幅を最初のうちは小さくし、その後、触媒24の活性容量の増大に応じて大きくすることで、排気中のHC,CO,NOxがプレ触媒24を吹き抜けることなく反応し、その反応熱によって触媒24の温度を効率良く上昇させることができる。
【選択図】 図8
Description
前記排気集合部近傍の排気の空燃比を検出するためのセンサと、
エンジン始動後の所定期間、排気の空燃比A/Fが14〜15の間の目標値を中心として10Hz以上の周波数で周期的にリッチ側及びリーン側に変化するように、少なくとも1つの気筒をリッチ側にまた別の少なくとも1つの気筒をリーン側に設定して、それぞれ前記センサからの信号に基づいて気筒内の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記触媒の活性化の進行に応じて前記排気空燃比の振れ幅が大きくなるように、前記空燃比フィードバック制御手段によって制御される気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更する空燃比振幅変更手段と、を備える構成とする。
クランキングからエンジン回転速度が所定値に達するまでのエンジン始動期間において前記燃料噴射弁により各気筒の少なくとも圧縮行程で燃料を噴射させて、当該各気筒内の空燃比を理論空燃比よりもリーンになるように制御する始動時空燃比制御手段と、
前記エンジン始動期間の後、排気の空燃比A/Fが14〜15の間の目標値を中心として10Hz以上の周波数で周期的にリッチ側及びリーン側に変化するように、少なくとも1つの気筒をリッチ側にまた別の少なくとも1つの気筒をリーン側に設定して、それぞれ前記センサからの信号に基づいて気筒内の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、を備える構成とする。
リーン側の気筒においては、前記排気空燃比の目標値に対応する全気筒平均の基準燃料噴射量と、これに対する前記リッチ側目標燃料噴射量の増分とをそれぞれ計算し、その基準燃料噴射量からリッチ側目標燃料噴射量の増分を減算して、リーン側の目標燃料噴射量を決定した上で、このリーン側目標燃料噴射量を前記センサからの信号によって補正するものとすることである(請求項5の発明)。
前記空燃比振幅変更手段を、前記上流側の触媒が全活性状態になれば、排気空燃比の振れ幅が相対的に小さくなるように、空燃比フィードバック制御手段によって制御される気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更するものとし、
これに加えて、前記上流側触媒が全活性状態になれば、前記排気空燃比の変化の周期が相対的に長くなるように、前記空燃比フィードバック制御手段におけるリッチ側及びリーン側気筒の設定を変更する気筒設定変更手段を備えることである(請求項7の発明)。
前記排気マニホルドの集合部近傍の排気の空燃比を検出するためのセンサと、
エンジン始動後の所定期間、排気の空燃比A/Fが14〜15の間の目標値を中心として周期的にリッチ側及びリーン側に変化するように、少なくとも1つの気筒をリッチ側にまた別の少なくとも1つの気筒をリーン側に設定して、それぞれ前記センサからの信号に基づいて気筒内の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記上流側の触媒が全活性状態になれば、前記排気空燃比の変化の周期が相対的に長くなるように、前記空燃比フィードバック制御手段におけるリッチ側及びリーン側気筒の設定を変更する気筒設定変更手段と、を備える構成とする。
図1は、本発明の実施形態に係る空燃比制御装置Aを備えた筒内噴射式のガソリンエンジン1を模式的に示し、この実施形態のエンジン1は、図には1つのみ示すが、4つのシリンダ(気筒)2,2,…が直列に配置されたものである。図示の如く、気筒2の上端はシリンダブロック3の上端面に開口していて、そこに載置されたシリンダヘッド4の下面により閉塞されている。該気筒2内にはピストン5が往復動可能に嵌挿されていて、このピストン5の上面と前記シリンダヘッド4の下面との間に燃焼室6が区画されている。
ところで、一般に、ガソリンエンジンを搭載した自動車においては、排気中の有害成分の大部分が触媒の活性化していないエンジン始動直後に排出されることが知られている。この点、この実施形態では、エンジン始動後にできるだけ早く触媒を活性化させるために、上述の如く排気マニホルド23の直下に比較的熱容量が小さくて暖まりやすいプレ触媒24を配設するとともに、本発明の特徴部分として、エンジン1の始動後に排気の空燃比を理論空燃比近傍でリッチ側とリーン側とに周期的に変化させ、これにより排気温度を高めるようにしている。
以下に、前記気筒別リッチ・リーン制御の具体的な手法について図3及び図4を参照して説明する。まず、エンジン1の始動後に所定の条件が成立すると、図3に示すように、ECU30において、排気空燃比のリッチ、リーンの中心の目標値(中心値)に対応する気筒内空燃比の平均的な目標値(基準空燃比)を理論空燃比(A/F=14.7)よりもややリッチな値(例えばA/F=14.5)に設定するとともに、リッチ気筒における気筒内空燃比の目標値を、排気空燃比のリッチ、リーンの振れ幅が所定以下になるように設定する(この例では振れ幅がA/Fで1になるように、リッチ側の目標空燃比をA/F=14.0としている)。
ところで、前記気筒別リッチ・リーン制御においては、上述したように、エンジン1の始動直後でプレ触媒24が未活性状態のときに排気空燃比の振れ幅が所定以下(前記の例ではA/Fで1)になるようにしている。これは、排気空燃比の振れ幅が小さいほど、排気中のHC,CO,NOxの濃度が低くなることから、排気マニホルド23の集合部からプレ触媒24の入口までの間で排気中の殆どのHC,CO,NOxが反応することになり、プレ触媒24が未活性であっても有害成分の排出量を大幅に低減できるからである。
本発明の構成は、前記の実施形態に限定されることはなく、その他の種々の構成をも包含するものである。すなわち、例えば、前記実施形態においては、エンジン1を気筒内空燃比のリーンな状態で始動するようにしているが、これに限るものではない。また、始動後、排気マニホルド23の温度が設定値T1になった後に気筒別リッチ・リーン制御を開始するようにしているが、始動後は直ちに気筒別リッチ・リーン制御を開始するようにしてもよい。
1 エンジン
2 気筒
12 燃料噴射弁
24 プレ触媒(上流側触媒)
25 排気温度センサ(温度状態判定手段)
26 メイン触媒(下流側触媒)
27 酸素濃度センサ
30 エンジンコントロールユニット(ECU)
30a 空燃比フィードバック制御手段
30b 始動時空燃比制御手段
30c 温度状態判定手段
30d 空燃比振幅変更手段
30e 気筒設定変更手段
Claims (10)
- 排気系の集合部よりも下流に少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を有する触媒が配設された多気筒エンジンに備えられ、このエンジンの始動後に前記触媒の活性化を促進すべく、排気の空燃比を理論空燃比近傍でリッチ側及びリーン側に周期的に変化させるようにしたエンジンの空燃比制御装置であって、
前記排気集合部近傍の排気の空燃比を検出するためのセンサと、
エンジン始動後の所定期間、排気の空燃比A/Fが14〜15の間の目標値を中心として10Hz以上の周波数で周期的にリッチ側及びリーン側に変化するように、少なくとも1つの気筒をリッチ側にまた別の少なくとも1つの気筒をリーン側に設定して、それぞれ前記センサからの信号に基づいて気筒内の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記触媒の活性化の進行に応じて前記排気空燃比の振れ幅が大きくなるように、前記空燃比フィードバック制御手段によって制御される気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更する空燃比振幅変更手段と、を備える
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。 - 請求項1に記載の空燃比制御装置において、
触媒乃至その上流側排気通路の温度状態を判定する温度状態判定手段を備え、
空燃比振幅変更手段は、少なくとも前記温度状態判定手段による温度状態の判定結果に基づいて、気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更するように構成されている
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。 - 排気系の集合部よりも下流に少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を有する触媒が配設された多気筒エンジンに備えられ、このエンジンの始動後に前記触媒の活性化を促進すべく、排気の空燃比を理論空燃比近傍でリッチ側及びリーン側に周期的に変化させるようにしたエンジンの空燃比制御装置であって、
前記排気集合部近傍の排気の空燃比を検出するためのセンサと、
前記各気筒内にそれぞれ燃料を直接、噴射するように配設された燃料噴射弁と、
クランキングからエンジン回転速度が所定値に達するまでのエンジン始動期間において前記燃料噴射弁により各気筒の少なくとも圧縮行程で燃料を噴射させて、当該各気筒内の空燃比を理論空燃比よりもリーンになるように制御する始動時空燃比制御手段と、
前記エンジン始動期間の後、排気の空燃比A/Fが14〜15の間の目標値を中心として10Hz以上の周波数で周期的にリッチ側及びリーン側に変化するように、少なくとも1つの気筒をリッチ側にまた別の少なくとも1つの気筒をリーン側に設定して、それぞれ前記センサからの信号に基づいて気筒内の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、を備えている
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の空燃比制御装置において、
排気空燃比A/Fの目標値が14.6以下であることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。 - 請求項4に記載の空燃比制御装置において、
空燃比フィードバック制御手段は、
リッチ側の気筒において、排気空燃比の目標値とその振れ幅とに基づいて気筒内空燃比のリッチ側目標値を決定し、このリッチ側目標値に基づいて決定したリッチ側目標燃料噴射量をセンサからの信号によって補正する一方、
リーン側の気筒においては、前記排気空燃比の目標値に対応する全気筒平均の基準燃料噴射量と、これに対する前記リッチ側目標燃料噴射量の増分とをそれぞれ計算し、その基準燃料噴射量からリッチ側目標燃料噴射量の増分を減算して、リーン側の目標燃料噴射量を決定した上で、このリーン側目標燃料噴射量を前記センサからの信号によって補正するように構成されている
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。 - 請求項1〜5のいずれか1つに記載の空燃比制御装置において、
空燃比フィードバック制御手段は、各気筒をその点火順に交互にリッチ側、リーン側に設定することを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。 - 請求項1〜6のいずれか1つに記載の空燃比制御装置において、
触媒はエンジンの排気マニホルドの下流に接続されたものであり、この触媒よりも下流の排気通路にも、少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を有する別の触媒が配設されており、
空燃比振幅変更手段は、前記上流側の触媒が全活性状態になれば、排気空燃比の振れ幅が相対的に小さくなるように、空燃比フィードバック制御手段によって制御される気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更するものであり、
前記上流側触媒が全活性状態になれば、前記排気空燃比の変化の周期が相対的に長くなるように、前記空燃比フィードバック制御手段におけるリッチ側及びリーン側気筒の設定を変更する気筒設定変更手段をさらに備える
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。 - 排気マニホルドの集合部下流に少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を有する触媒が接続された多気筒エンジンに備えられ、このエンジンの始動後に前記触媒の活性化を促進すべく、排気の空燃比を理論空燃比近傍でリッチ側及びリーン側に周期的に変化させるようにしたエンジンの空燃比制御装置であって、
前記触媒よりも下流の排気通路にも、少なくとも理論空燃比近傍で三元浄化機能を有する別の触媒が配設されており、
前記排気マニホルドの集合部近傍の排気の空燃比を検出するためのセンサと、
エンジン始動後の所定期間、排気の空燃比A/Fが14〜15の間の目標値を中心として周期的にリッチ側及びリーン側に変化するように、少なくとも1つの気筒をリッチ側にまた別の少なくとも1つの気筒をリーン側に設定して、それぞれ前記センサからの信号に基づいて気筒内の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記上流側の触媒が全活性状態になれば、前記排気空燃比の変化の周期が相対的に長くなるように、前記空燃比フィードバック制御手段におけるリッチ側及びリーン側気筒の設定を変更する気筒設定変更手段と、を備える
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。 - 請求項8に記載の空燃比制御装置において、
上流側の触媒が全活性状態になれば、排気空燃比A/Fの振れ幅が相対的に小さくなるように、空燃比フィードバック制御手段によって制御される気筒内空燃比のリッチ及びリーンの度合いを変更する空燃比振幅変更手段を備えることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。 - 請求項8又は9のいずれかに記載の空燃比制御装置において、
空燃比フィードバック制御手段は、少なくとも上流側の触媒が所定の部分活性状態になるまでの間、排気空燃比が10Hz以上の周波数で周期的に変化するように、リッチ側及びリーン側気筒を各気筒の点火順に交互に設定するものであることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
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