JP2014218946A - Air fuel ratio control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排出ガス浄化用の触媒の上流側の排出ガスのリッチ/リーンを検出する上流側センサの出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置に関する発明である。 The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that performs air-fuel ratio feedback control based on an output of an upstream sensor that detects rich / lean exhaust gas upstream of a catalyst for purifying exhaust gas of the internal combustion engine. is there.
近年、内燃機関を搭載した車両では、排気管に排出ガス浄化用の触媒を設置すると共に、この触媒の上流側や下流側に排出ガスの空燃比又はリッチ/リーンを検出する排出ガスセンサ(空燃比センサ又は酸素センサ)を設置し、排出ガスセンサの出力に基づいて空燃比をF/B(フィードバック)制御して触媒の排出ガス浄化率を高めるようにしたものがある。 In recent years, in vehicles equipped with an internal combustion engine, a catalyst for purifying exhaust gas is installed in an exhaust pipe, and an exhaust gas sensor (air-fuel ratio) that detects an air-fuel ratio or rich / lean of exhaust gas upstream or downstream of the catalyst. Some sensors or oxygen sensors are installed, and the exhaust gas purification rate of the catalyst is increased by F / B (feedback) control of the air-fuel ratio based on the output of the exhaust gas sensor.
このような空燃比制御システムにおいては、例えば、特許文献1(特許第3876642号公報)に記載されているように、触媒の上流側の酸素センサの出力に基づいた空燃比F/B制御のPID制御量を逐次算出することで、空燃比F/B制御の制御振幅の低振幅化と制御周波数の高周波数化を両立して、触媒の排出ガス浄化率を向上させるようにしたものがある。 In such an air-fuel ratio control system, for example, as described in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3876642), a PID for air-fuel ratio F / B control based on the output of an oxygen sensor upstream of the catalyst is used. There is one that improves the exhaust gas purification rate of the catalyst by simultaneously calculating the control amount so as to achieve both the reduction of the control amplitude of the air-fuel ratio F / B control and the increase of the control frequency.
近年の排出ガス浄化率の更なる向上の要求に伴う触媒性能(酸素吸蔵能力等)の向上により、触媒流出ガス(触媒の下流側の排出ガス)の目標空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に設定することもある。しかし、上流側の酸素センサの出力に基づいた空燃比F/B制御では、触媒流入ガス(触媒の上流側の排出ガス)の空燃比を、酸素センサの出力のリッチ/リーンが反転する空燃比(例えば理論空燃比付近)を中心に制御するため、空燃比F/B制御の制御振幅を低振幅化すると、触媒流入ガスの空燃比の制御変化幅が小さくなって、触媒流入ガスの空燃比の制御領域が狭くなる。触媒流入ガスの空燃比の制御領域が狭くなると、触媒流出ガスの空燃比の制御領域も狭くなり、触媒流出ガスの空燃比を目標空燃比に制御することが困難になる。 The target air-fuel ratio of the catalyst outflow gas (exhaust gas on the downstream side of the catalyst) is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio due to improvements in catalyst performance (oxygen storage capacity, etc.) in response to the demand for further improvement in exhaust gas purification rate in recent years. It may be set to. However, in the air-fuel ratio F / B control based on the output of the upstream oxygen sensor, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas (exhaust gas upstream of the catalyst) is reversed by the rich / lean output of the oxygen sensor. If the control amplitude of the air-fuel ratio F / B control is reduced to reduce the control amplitude mainly in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio (for example, the vicinity of the theoretical air-fuel ratio), the control change width of the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas becomes small, and The control area becomes narrower. If the control range of the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas is narrowed, the control range of the air-fuel ratio of the catalyst outflow gas is also narrowed, and it becomes difficult to control the air-fuel ratio of the catalyst outflow gas to the target air-fuel ratio.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、上流側センサの出力に基づいた空燃比フィードバック制御の制御振幅を低振幅化しながら触媒流入ガスの空燃比の制御領域を拡大することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。 Accordingly, the problem to be solved by the present invention is that of an internal combustion engine capable of expanding the control range of the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas while reducing the control amplitude of the air-fuel ratio feedback control based on the output of the upstream sensor. An object is to provide an air-fuel ratio control device.
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、内燃機関(11)の排出ガスを浄化する触媒(24)と、この触媒(24)の上流側の排出ガスの空燃比のリッチ/リーンを検出する上流側センサ(25)と、触媒(24)の下流側の排出ガスの空燃比を検出又は推定する下流側空燃比取得手段(26)とを備え、上流側センサ(25)の出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置において、上流側センサ(25)の出力特性を変更する出力特性変更手段(48)と、下流側空燃比取得手段(26)の出力に応じて上流側センサ(25)の出力特性を変更するように出力特性変更手段(48)を制御する出力特性変更制御手段(38)とを備えた構成としたものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
上流側センサの出力に基づいた空燃比F/B(フィードバック)制御の制御振幅を低振幅化すると、触媒流入ガス(触媒の上流側の排出ガス)の空燃比の制御変化幅が小さくなるが、本発明は、下流側空燃比取得手段の出力に応じて上流側センサの出力特性を変更することで、上流側センサの出力に基づいた空燃比F/B制御の制御中心(上流側センサの出力のリッチ/リーンが反転する空燃比)を変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域を拡大することができる。これにより、上流側センサの出力に基づいた空燃比F/B制御の制御振幅を低振幅化しながら触媒流入ガスの空燃比の制御領域を拡大することができる。その結果、触媒流出ガス(触媒の下流側の排出ガス)の空燃比の制御領域も拡大することができ、触媒流出ガスの空燃比を目標空燃比に制御することが可能となる。 When the control amplitude of the air-fuel ratio F / B (feedback) control based on the output of the upstream side sensor is lowered, the control change width of the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas (exhaust gas upstream of the catalyst) is reduced. The present invention changes the output characteristics of the upstream sensor in accordance with the output of the downstream air-fuel ratio acquisition means, thereby controlling the control center of the air-fuel ratio F / B control based on the output of the upstream sensor (the output of the upstream sensor). It is possible to expand the control range of the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas by changing the rich / lean air-fuel ratio. As a result, the control range of the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas can be expanded while reducing the control amplitude of the air-fuel ratio F / B control based on the output of the upstream sensor. As a result, the control range of the air / fuel ratio of the catalyst outflow gas (exhaust gas on the downstream side of the catalyst) can be expanded, and the air / fuel ratio of the catalyst outflow gas can be controlled to the target air / fuel ratio.
以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図1に基づいてエンジン制御システムの概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ14が設けられている。このエアフローメータ14の下流側には、モータ15によって開度調節されるスロットルバルブ16と、このスロットルバルブ16の開度(スロットル開度)を検出するスロットル開度センサ17とが設けられている。
Hereinafter, an embodiment embodying a mode for carrying out the present invention will be described.
First, a schematic configuration of the engine control system will be described with reference to FIG.
An
更に、スロットルバルブ16の下流側には、サージタンク18が設けられ、このサージタンク18に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ19が設けられている。また、サージタンク18には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド20が設けられ、各気筒の吸気マニホールド20に接続された吸気ポート又はその近傍に、それぞれ吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁21が取り付けられている。また、エンジン11のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ22が取り付けられ、各気筒の点火プラグ22の火花放電によって各気筒内の混合気に着火される。
Further, a
一方、エンジン11の排気管23には、排出ガス中のCO、HC、NOX 等を浄化する三元触媒等の触媒24が設けられている。この触媒24の上流側には、触媒流入ガス(触媒24の上流側の排出ガス)の空燃比のリッチ/リーンを検出する上流側酸素センサ25(上流側センサ)が設けられ、触媒24の下流側には、触媒流出ガス(触媒24の下流側の排出ガス)の空燃比のリッチ/リーンを検出する下流側酸素センサ26(下流側空燃比取得手段)が設けられている。
On the other hand, the
また、エンジン11には、吸気バルブ27のバルブタイミング(開閉タイミング)を変化させる吸気側可変バルブタイミング装置29と、排気バルブ28のバルブタイミングを変化させる排気側可変バルブタイミング装置30とが設けられている。
Further, the
更に、エンジン11には、排出ガスの一部をEGRガスとして吸気側へ還流させるEGR装置31が搭載されている。このEGR装置31は、排気管23のうちの触媒24の上流側と吸気管12のうちのスロットルバルブ16の下流側(又はサージタンク18)との間にEGR配管32が接続され、このEGR配管32にEGRガス流量(外部EGR量)を調整するEGR弁33が設けられている。
Further, the
また、エンジン11のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ34や、ノッキングを検出するノックセンサ35が取り付けられている。また、クランク軸36の外周側には、クランク軸36が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ37が取り付けられ、このクランク角センサ37の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
A cooling
これら各種センサの出力は、電子制御ユニット(以下「ECU」と表記する)38に入力される。このECU38は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたROM(記憶媒体)に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度(吸入空気量)等を制御する。 Outputs of these various sensors are input to an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 38. The ECU 38 is mainly composed of a microcomputer, and executes various engine control programs stored in a built-in ROM (storage medium), so that the fuel injection amount and the ignition timing are determined according to the engine operating state. The throttle opening (intake air amount) and the like are controlled.
その際、ECU38は、所定の空燃比F/B制御実行条件が成立したときに、上流側酸素センサ25の出力に基づいて触媒流入ガスの空燃比を上流側目標空燃比(例えば理論空燃比)付近に制御するようにPID制御等により燃料噴射量をF/B補正する空燃比F/B制御を実行する。ここで、「F/B」は「フィードバック」を意味する(以下、同様)。更に、所定のサブF/B制御実行条件が成立したときに、下流側酸素センサ26の出力に基づいて触媒流出ガスの空燃比を下流側目標空燃比付近に制御するように空燃比F/B制御を修正するサブF/B制御を実行する。このサブF/B制御では、例えば、空燃比F/B制御の制御中心(上流側目標空燃比)又はF/B補正量等を修正する。
At this time, the ECU 38 sets the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas to the upstream target air-fuel ratio (for example, the theoretical air-fuel ratio) based on the output of the
次に、図2に基づいて上流側酸素センサ25の構成を説明する。尚、下流側酸素センサ26の構成は上流側酸素センサ25の構成と実質的に同一である。
上流側酸素センサ25は、コップ型構造のセンサ素子41を有しており、実際には当該センサ素子41は素子全体が図示しないハウジングや素子カバー内に収容される構成となっており、エンジン11の排気管23内に配設されている。
Next, the configuration of the
The
センサ素子41において、固体電解質層42(固体電解質体)は、断面コップ状に形成されており、その外表面には排気側電極層43が設けられ、内表面には大気側電極層44が設けられている。固体電解質層42は、ZrO2 、HfO2 、ThO2 、Bi2 O3 等にCaO、MgO、Y2 O3 、Yb2 O3 等を安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼結体からなる。また、各電極層43,44は共に白金等の触媒活性の高い貴金属からなり、その表面には多孔質の化学メッキ等が施されている。これらの電極層43,44が一対の対向電極(センサ電極)となっている。固体電解質層42にて囲まれる内部空間は大気室45となっており、その大気室45内にはヒータ46が収容されている。このヒータ46は、センサ素子41を活性化するのに十分な発熱容量を有しており、その発熱エネルギによりセンサ素子41全体が加熱される。センサ素子41の活性温度は、例えば350〜400℃程度である。尚、大気室45は、大気が導入されることでその内部が所定酸素濃度に保持され、大気側電極層44が大気室45内の大気に晒されている。
In the
センサ素子41では、固体電解質層42の外側(電極層43側)が排気雰囲気、固体電解質層42の内側(電極層44側)が大気雰囲気となっており、これら双方の酸素濃度の差(酸素分圧の差)に応じて電極層43,44間で起電力が発生する。つまり、センサ素子41では、空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力が発生する。これにより、センサ素子41は、排出ガスの酸素濃度(すなわち空燃比)に応じた起電力信号を出力する。
In the
センサ素子41は、空燃比が理論空燃比(空気過剰率λ=1)に対してリッチかリーンかで異なる起電力を発生し、理論空燃比(空気過剰率λ=1)付近で起電力が急変する特性を有する(図3の実線参照)。具体的には、空燃比がリッチ時のセンサ起電力は約0.9Vであり、空燃比がリーン時のセンサ起電力は約0Vである。
The
図2に示すように、センサ素子41の排気側電極層43は接地され、大気側電極層44にはマイコン47が接続されている。排出ガスの空燃比(酸素濃度)に応じてセンサ素子41にて起電力が発生すると、その起電力に相当するセンサ検出信号がマイコン47に対して出力される。マイコン47は、例えばECU38内に設けられており、センサ検出信号に基づいて空燃比を算出する。
As shown in FIG. 2, the
また、本実施例では、上流側酸素センサ25の大気側電極層44に定電流回路48(出力特性変更手段)が接続され、この定電流回路48による定電流Icsの供給をECU38(マイコン47)により制御して、上流側酸素センサ25の一対のセンサ電極43,44間(排気側電極層43と大気側電極層44との間)に定電流を流すことで、上流側酸素センサ25の出力特性を変更するようにしている。
In this embodiment, a constant current circuit 48 (output characteristic changing means) is connected to the atmosphere
本実施例では、大気側電極層44→排気側電極層43の向きに流れる定電流Icsを正の定電流とし、排気側電極層43→大気側電極層44の向きに流れる定電流Icsを負の定電流としている。図3に示すように、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に正の定電流を流すと、上流側酸素センサ25の出力特性がリーン方向にシフトする(上流側酸素センサ25の出力のリッチ/リーンが反転する変曲点がリーン方向にシフトする)ようになっている。一方、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に負の定電流を流すと、上流側酸素センサ25の出力特性がリッチ方向にシフトする(上流側酸素センサ25の出力のリッチ/リーンが反転する変曲点がリッチ方向にシフトする)ようになっている。
In this embodiment, the constant current Ics flowing in the direction from the atmosphere
近年の排出ガス浄化率の更なる向上の要求に伴う触媒性能(酸素吸蔵能力等)の向上により、下流側目標空燃比(触媒流出ガスの目標空燃比)を理論空燃比よりもリッチ側に設定することもある。しかし、上流側酸素センサ25の出力に基づいた空燃比F/B制御では、触媒流入ガスの空燃比を、上流側酸素センサ25の出力のリッチ/リーンが反転する空燃比(例えば理論空燃比付近)を中心に制御するため、空燃比F/B制御の制御振幅を低振幅化すると、触媒流入ガスの空燃比の制御変化幅が小さくなって、触媒流入ガスの空燃比の制御領域が狭くなる。触媒流入ガスの空燃比の制御領域が狭くなると、触媒流出ガスの空燃比の制御領域も狭くなり、触媒流出ガスの空燃比を下流側目標空燃比に制御することが困難になる。
The downstream target air-fuel ratio (target air-fuel ratio of catalyst outflow gas) is set to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio by improving the catalyst performance (oxygen storage capacity, etc.) in response to the demand for further improvement in exhaust gas purification rate in recent years. Sometimes. However, in the air-fuel ratio F / B control based on the output of the
そこで、本実施例では、ECU38により後述する図7及び図8の出力特性変更制御用の各ルーチンを実行することで、下流側酸素センサ26の出力に応じて上流側酸素センサ25の出力特性を変更するように定電流回路48を制御する。これにより、下流側酸素センサ26の出力に応じて、上流側酸素センサ25の出力に基づいた空燃比F/B制御の制御中心(上流側酸素センサ25の出力のリッチ/リーンが反転する空燃比)を変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域を拡大する。
Therefore, in this embodiment, the
具体的には、図4に示すように、下流側酸素センサ26の出力が下流側目標空燃比に相当する目標電圧(例えば0.7V)よりもリッチ側のときに、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ25の出力特性をリーン方向にシフトさせる(上流側酸素センサ25の出力のリッチ/リーンが反転する変曲点をリーン方向にシフトさせる)ように定電流回路48を制御する。これにより、上流側酸素センサ25の出力に基づいた空燃比F/B制御の制御中心をリーン方向に変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域をリーン方向に拡大する。
Specifically, as shown in FIG. 4, when the output of the
一方、下流側酸素センサ26の出力が目標電圧よりもリーン側のときに、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に負の定電流を流して、上流側酸素センサ25の出力特性をリッチ方向にシフトさせる(上流側酸素センサ25の出力のリッチ/リーンが反転する変曲点をリッチ方向にシフトさせる)ように定電流回路48を制御する。これより、上流側酸素センサ25の出力に基づいた空燃比F/B制御の制御中心をリッチ方向に変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域をリッチ方向に拡大する。
On the other hand, when the output of the
ところで、EGR装置31を備えたシステムでは、外部EGR量(EGRガスの流量)に応じて排出ガス中の水素濃度が変化し、それに応じて上流側酸素センサ25の出力特性にずれが生じる。
By the way, in the system provided with the
そこで、本実施例では、外部EGR量に応じて上流側酸素センサ25の出力特性を変更するように定電流回路48を制御する。これにより、外部EGR量に応じて排出ガス中の水素濃度が変化し、それに応じて上流側酸素センサ25の出力特性にずれが生じるのに対応して上流側酸素センサ25の出力特性を変更して上流側酸素センサ25の出力特性を修正する。
Therefore, in this embodiment, the constant
具体的には、図5に示すように、外部EGR量が所定値よりも多いときに、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ25の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路48を制御する。これにより、外部EGR量の増加(排出ガス中の水素濃度の増加)による上流側酸素センサ25の出力特性のリッチ方向のずれを修正する。
Specifically, as shown in FIG. 5, when the external EGR amount is larger than a predetermined value, a positive constant current is passed between the
また、吸気側可変バルブタイミング装置29や排気側可変バルブタイミング装置30を備えたシステムでは、吸気バルブ27のバルブタイミング進角量や排気バルブ28のバルブタイミング遅角量に応じてバルブオーバーラップ量が変化して内部EGR量(筒内に残留する燃焼ガス量)が変化する。更に、内部EGR量に応じて排出ガス中の水素濃度が変化し、それに応じて上流側酸素センサ25の出力特性にずれが生じる。
In the system including the intake side variable
そこで、本実施例では、吸気バルブ27のバルブタイミング進角量と排気バルブ28のバルブタイミング遅角量との和をバルブタイミング制御量とし、このバルブタイミング制御量に応じて上流側酸素センサ25の出力特性を変更するように定電流回路48を制御する。これにより、バルブタイミング制御量に応じて変化する内部EGR量に応じて排出ガス中の水素濃度が変化し、それに応じて上流側酸素センサ25の出力特性にずれが生じるのに対応して上流側酸素センサ25の出力特性を変更して上流側酸素センサ25の出力特性を修正する。
Therefore, in this embodiment, the sum of the valve timing advance amount of the
具体的には、図6に示すように、バルブタイミング制御量が所定値よりも大きいときに、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ25の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路48を制御する。これにより、内部EGR量の増加(排出ガス中の水素濃度の増加)による上流側酸素センサ25の出力のリッチ方向のずれを修正する。
Specifically, as shown in FIG. 6, when the valve timing control amount is larger than a predetermined value, a positive constant current is caused to flow between the
尚、吸気側可変バルブタイミング装置29のみを備えたシステムの場合には、吸気バルブ27のバルブタイミング進角量をバルブタイミング制御量とする。また、排気側可変バルブタイミング装置30のみを備えたシステムの場合には、排気バルブ28のバルブタイミング進角量をバルブタイミング制御量とする。
In the case of a system including only the intake side variable
また、本実施例では、後述する図9の触媒暖機制御ルーチンを実行することで、触媒暖機要求が発生したときに、触媒24の暖機を促進する触媒暖機制御を実行する。この触媒暖機制御では、エンジン11に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンに制御するリーン燃焼制御を行うと共に、点火時期を遅角する点火時期遅角制御を行って、排出ガスの温度を上昇させる。更に、触媒暖機制御の実行中に、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ25の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路48を制御する。これにより、リーン燃焼制御を行う触媒暖機制御の実行中に、上流側酸素センサ25の出力に基づいた空燃比の制御領域をリーン方向にシフトさせて、リーン燃焼制御を精度良く行うことができるようにする。
以下、ECU38が実行する図7乃至図9の各ルーチンの処理内容を説明する。
In this embodiment, a catalyst warm-up control for promoting warm-up of the
The processing contents of the routines shown in FIGS. 7 to 9 executed by the
[出力特性変更制御メインルーチン]
図7に示す出力特性変更制御メインルーチンは、ECU38の電源オン期間中(イグニッションスイッチのオン期間中)に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう出力特性変更制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ101で、空燃比F/B制御が開始されたか否かを判定し、空燃比F/B制御がまだ開始されていなければ、そのまま本ルーチンを終了する。
[Output characteristics change control main routine]
The output characteristic change control main routine shown in FIG. 7 is repeatedly executed at a predetermined period during the power-on period of the ECU 38 (while the ignition switch is on), and serves as output characteristic change control means in the claims. . When this routine is started, first, at
その後、上記ステップ101で、空燃比F/B制御が開始されたと判定された場合には、ステップ102に進み、サブF/B制御が開始されたか否かを判定し、サブF/B制御がまだ開始されていなければ、そのまま本ルーチンを終了する。
Thereafter, if it is determined in
その後、上記ステップ102で、サブF/B制御が開始されたと判定された場合には、ステップ103に進み、後述する図8の出力特性変更制御ルーチンを実行することで、下流側酸素センサ26の出力、外部EGR量、バルブタイミング制御量に応じて、上流側酸素センサ25の出力特性を変更する。
Thereafter, if it is determined in
[出力特性変更制御ルーチン]
図8に示す出力特性変更制御ルーチンは、前記図7の出力特性変更制御メインルーチンのステップ103で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ201で、下流側酸素センサ26の出力が目標電圧(例えば0.7V)よりもリッチ側であるか否か(つまり触媒流出ガスの空燃比が下流側目標空燃比よりもリッチであるか否か)を判定する。
[Output characteristics change control routine]
The output characteristic change control routine shown in FIG. 8 is a subroutine executed in
このステップ201で、下流側酸素センサ26の出力が目標電圧よりもリッチ側であると判定された場合には、ステップ202に進み、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ25の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路48を制御する。この場合、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に流す正の定電流は、所定値に設定(固定)しても良いし、下流側酸素センサ26の出力又はサブF/B補正量に応じて変化させるようにしても良い。
If it is determined in
一方、上記ステップ201で、下流側酸素センサ26の出力が目標電圧よりもリッチ側ではないと判定された場合には、ステップ203に進み、下流側酸素センサ26の出力が目標電圧よりもリーン側であるか否か(つまり触媒流出ガスの空燃比が下流側目標空燃比よりもリーンであるか否か)を判定する。
On the other hand, if it is determined in
このステップ203で、下流側酸素センサ26の出力が目標電圧よりもリーン側であると判定された場合には、ステップ204に進み、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に負の定電流を流して、上流側酸素センサ25の出力特性をリッチ方向にシフトさせるように定電流回路48を制御する。この場合、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に流す負の定電流は、所定値に設定(固定)しても良いし、下流側酸素センサ26の出力又はサブF/B補正量に応じて変化させるようにしても良い。
If it is determined in
尚、上記ステップ201と上記ステップ203で両方とも「No」と判定された場合(下流側酸素センサ26の出力が目標電圧と一致する場合)には、上流側酸素センサ25の出力特性を現在の状態に維持するように定電流回路48を制御する。或は、上流側酸素センサ25の出力特性を変更していない通常状態に戻すように定電流回路48を制御する(定電流を0にする)ようにしても良い。
In addition, when both of the
この後、ステップ205に進み、外部EGR量が所定値よりも多いか否かを、例えば、EGR弁33の開度が所定開度よりも大きいか否かによって判定する。
このステップ205で、外部EGR量が所定値よりも多いと判定された場合には、ステップ206に進み、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ25の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路48を制御する。この場合、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に流す正の定電流は、所定値に設定(固定)しても良いし、外部EGR量(例えばEGR弁33の開度)に応じて変化させるようにしても良い。
Thereafter, the routine proceeds to step 205, where it is determined whether or not the external EGR amount is larger than a predetermined value, for example, based on whether or not the opening degree of the
If it is determined in
一方、上記ステップ205で、外部EGR量が所定値よりも多くはないと判定された場合には、ステップ207に進み、外部EGR量が所定値よりも少ないか否かを、例えば、EGR弁33の開度が所定開度よりも小さいか否かによって判定する。
On the other hand, if it is determined in
このステップ207で、外部EGR量が所定値よりも少ないと判定された場合には、ステップ208に進み、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に負の定電流を流して、上流側酸素センサ25の出力特性をリッチ方向にシフトさせるように定電流回路48を制御する。この場合、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に流す負の定電流は、所定値に設定(固定)しても良いし、外部EGR量(例えばEGR弁33の開度)に応じて変化させるようにしても良い。
If it is determined in
尚、上記ステップ205と上記ステップ207で両方とも「No」と判定された場合(外部EGR量が所定値と一致する場合)には、上流側酸素センサ25の出力特性を現在の状態に維持するように定電流回路48を制御する。或は、上流側酸素センサ25の出力特性を変更していない通常状態に戻すように定電流回路48を制御する(定電流を0にする)ようにしても良い。
In addition, when both of the
この後、ステップ209に進み、バルブタイミング制御量(例えば吸気バルブ27のバルブタイミング進角量と排気バルブ28のバルブタイミング遅角量との和)が所定値よりも大きいか否かを判定する。
Thereafter, the routine proceeds to step 209, where it is determined whether or not the valve timing control amount (for example, the sum of the valve timing advance amount of the
このステップ209で、バルブタイミング制御量が所定値よりも大きいと判定された場合には、ステップ210に進み、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ25の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路48を制御する。この場合、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に流す正の定電流は、所定値に設定(固定)しても良いし、バルブタイミング制御量に応じて変化させるようにしても良い。
If it is determined in
一方、上記ステップ209で、バルブタイミング制御量が所定値よりも大きくはないと判定された場合には、ステップ211に進み、バルブタイミング制御量が所定値よりも小さいか否かを判定する。
On the other hand, if it is determined in
このステップ211で、バルブタイミング制御量が所定値よりも小さいと判定された場合には、ステップ212に進み、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に負の定電流を流して、上流側酸素センサ25の出力特性をリッチ方向にシフトさせるように定電流回路48を制御する。この場合、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に流す負の定電流は、所定値に設定(固定)しても良いし、バルブタイミング制御量に応じて変化させるようにしても良い。
If it is determined in
尚、上記ステップ209と上記ステップ211で両方とも「No」と判定された場合(バルブタイミング制御量が所定値と一致する場合)には、上流側酸素センサ25の出力特性を現在の状態に維持するように定電流回路48を制御する。或は、上流側酸素センサ25の出力特性を変更していない通常状態に戻すように定電流回路48を制御する(定電流を0にする)ようにしても良い。
Note that if both of the
[触媒暖機制御ルーチン]
図9に示す触媒暖機制御ルーチンは、ECU38の電源オン期間中(イグニッションスイッチのオン期間中)に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう触媒暖機制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ301で、空燃比F/B制御が開始されたか否かを判定し、空燃比F/B制御がまだ開始されていなければ、そのまま本ルーチンを終了する。
[Catalyst warm-up control routine]
The catalyst warm-up control routine shown in FIG. 9 is repeatedly executed at a predetermined cycle during the power-on period of the ECU 38 (while the ignition switch is on), and serves as catalyst warm-up control means in the claims. When this routine is started, first, at
その後、上記ステップ301で、空燃比F/B制御が開始されたと判定された場合には、ステップ302に進み、触媒暖機要求が発生しているか否かを、例えば、触媒24の温度(検出値又は推定値)が活性温度よりも低いか否か等によって判定する。触媒暖機要求が発生していなければ、そのまま本ルーチンを終了する。
Thereafter, if it is determined in
一方、上記ステップ302で、触媒暖機要求が発生していると判定された場合には、ステップ303に進み、触媒24の暖機を促進する触媒暖機制御を実行する。この触媒暖機制御では、エンジン11に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンに制御するリーン燃焼制御を行うと共に、点火時期を遅角する点火時期遅角制御を行って、排出ガスの温度を上昇させる。
On the other hand, if it is determined in
この後、ステップ304に進み、触媒暖機制御の実行中に、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ25の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路48を制御する。この場合、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に流す正の定電流は、所定値に設定(固定)する。
Thereafter, the process proceeds to step 304, and during the execution of the catalyst warm-up control, a positive constant current is passed between the
この後、ステップ305に進み、触媒24の暖機が完了したか否かを、例えば、触媒24の温度(検出値又は推定値)が活性温度以上に上昇したか否か、或は、触媒暖機制御を開始してから所定時間以上が経過したか否か等によって判定する。
Thereafter, the process proceeds to step 305, where it is determined whether or not the warming-up of the
このステップ305で、触媒24の暖機がまだ完了していないと判定された場合には、ステップ306に進み、エンジン回転変動(例えばエンジン回転速度の今回値と前回値との差)が所定値以上であるか否かを判定する。
If it is determined in
このステップ306で、エンジン回転変動が所定値よりも小さいと判定された場合には、ステップ307に進み、排出ガスの温度(検出値又は推定値)が所定値以上であるか否かを判定する。
このステップ307で、排出ガスの温度が所定値よりも低いと判定された場合には、そのまま本ルーチンを終了する。
If it is determined in
If it is determined in
その後、上記ステップ305〜307のいずれかで「Yes」と判定された場合には、触媒暖機制御の終了条件が成立したと判断して、ステップ308に進み、触媒暖機制御(リーン燃焼制御及び点火時期遅角制御)を終了した後、ステップ309に進み、上流側酸素センサ25の出力特性を変更していない通常状態に戻すように定電流回路48を制御する(定電流を0にする)。
この図9のルーチンのステップ304及びステップ309の処理も特許請求の範囲でいう出力特性変更制御手段としての役割を果たす。
Thereafter, when it is determined “Yes” in any of the
The processing of
以上説明した本実施例では、下流側酸素センサ26の出力が目標電圧よりもリッチ側のときに、上流側酸素センサ25の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路48を制御する。これにより、上流側酸素センサ25の出力に基づいた空燃比F/B制御の制御中心をリーン方向に変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域をリーン方向に拡大することができる。一方、下流側酸素センサ26の出力が目標電圧よりもリーン側のときに、上流側酸素センサ25の出力特性をリッチ方向にシフトさせるように定電流回路48を制御する。これより、上流側酸素センサ25の出力に基づいた空燃比F/B制御の制御中心をリッチ方向に変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域をリッチ方向に拡大することができる。
In the present embodiment described above, the constant
このように、下流側酸素センサ26の出力に応じて上流側酸素センサ25の出力特性を変更することで、上流側酸素センサ25の出力に基づいた空燃比F/B制御の制御中心を変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域を拡大することができる。その結果、触媒流出ガスの空燃比の制御領域も拡大することができ、触媒流出ガスの空燃比を目標空燃比に制御することが可能となる。
Thus, by changing the output characteristics of the
また、本実施例では、上流側酸素センサ25のセンサ電極43,44間に定電流を流して上流側酸素センサ25の出力特性を変更する定電流回路48を設けるようにしたので、定電流回路48によりセンサ電極43,44間に定電流を流すという簡単な方法で上流側酸素センサ25の出力特性を変更することができる。しかも、上流側酸素センサ25の大幅な設計変更やコストアップを招くことなく、上流側酸素センサ25の出力特性を変更することができる。
In the present embodiment, the constant
また、本実施例では、外部EGR量が所定値よりも多いときに、上流側酸素センサ25の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路48を制御するようにしたので、外部EGR量の増加(排出ガス中の水素濃度の増加)による上流側酸素センサ25の出力特性のリッチ方向のずれを修正することができる。
In this embodiment, when the external EGR amount is larger than the predetermined value, the constant
更に、本実施例では、バルブタイミング制御量に応じて内部EGR量が変化することを考慮して、バルブタイミング制御量が所定値よりも大きいときに、上流側酸素センサ25の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路48を制御するようにしたので、内部EGR量の増加(排出ガス中の水素濃度の増加)による上流側酸素センサ25の出力のリッチ方向のずれを修正することができる。
Furthermore, in the present embodiment, considering that the internal EGR amount changes according to the valve timing control amount, when the valve timing control amount is larger than a predetermined value, the output characteristic of the
また、本実施例では、リーン燃焼制御を行う触媒暖機制御の実行中に、上流側酸素センサ25の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路48を制御するようにしたので、リーン燃焼制御を行う触媒暖機制御の実行中に、上流側酸素センサ25の出力に基づいた空燃比の制御領域をリーン方向にシフトさせることができ、リーン燃焼制御を精度良く行うことができる。
In this embodiment, the constant
尚、上記実施例では、上流側酸素センサ25(センサ素子41)の大気側電極層44に定電流回路48を接続する構成としたが、これに限定されず、例えば、上流側酸素センサ25(センサ素子41)の排気側電極層43に定電流回路48を接続する構成としたり、或は、排気側電極層43と大気側電極層44の両方に定電流回路48を接続する構成としても良い。
In the above embodiment, the constant
また、上記実施例では、コップ型構造のセンサ素子41を有する酸素センサ25を用いた構成としたが、これに限定されず、例えば、積層構造型のセンサ素子を有する酸素センサを用いた構成としても良い。
Moreover, in the said Example, although it was set as the structure using the
また、上記実施例では、上流側酸素センサ25の出力特性を変更するようにしたが、更に、下流側酸素センサ26のセンサ電極間に定電流を流す定電流回路を設けて、下流側酸素センサ26の出力特性を変更する構成としても良い。
In the above-described embodiment, the output characteristic of the
また、下流側酸素センサ26に代えて、触媒流出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ(空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力するセンサ)を設けた構成としても良い。或は、下流側酸素センサ26を省略して、例えば、触媒24の性能を模擬したモデルを用いて触媒流出ガスの空燃比を推定する構成としても良い。
Instead of the
その他、本発明は、図1に示すような吸気ポート噴射式エンジンに限定されず、筒内噴射式エンジンや、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたデュアル噴射式のエンジンにも適用して実施できる。 In addition, the present invention is not limited to the intake port injection type engine as shown in FIG. 1, but includes an in-cylinder injection type engine, and both an intake port injection fuel injection valve and an in-cylinder injection fuel injection valve. It can also be applied to dual-injection engines.
11…エンジン(内燃機関)、24…触媒、25…上流側酸素センサ(上流側センサ)、26…下流側酸素センサ(下流側空燃比取得手段)、38…ECU(出力特性変更制御手段,触媒暖機制御手段)、48…定電流回路(出力特性変更手段)
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記上流側センサ(25)の出力特性を変更する出力特性変更手段(48)と、
前記下流側空燃比取得手段(26)の出力に応じて前記上流側センサ(25)の出力特性を変更するように前記出力特性変更手段(48)を制御する出力特性変更制御手段(38)と
を備えていることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 A catalyst (24) for purifying exhaust gas of the internal combustion engine (11), an upstream sensor (25) for detecting rich / lean air-fuel ratio of exhaust gas upstream of the catalyst (24), and the catalyst (24 ) Downstream air-fuel ratio acquisition means (26) for detecting or estimating the air-fuel ratio of the exhaust gas on the downstream side of the internal combustion engine that performs air-fuel ratio feedback control based on the output of the upstream sensor (25). In the fuel ratio control device,
Output characteristic changing means (48) for changing the output characteristic of the upstream sensor (25);
An output characteristic change control means (38) for controlling the output characteristic change means (48) so as to change the output characteristic of the upstream sensor (25) in accordance with the output of the downstream air-fuel ratio acquisition means (26). An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, comprising:
前記出力特性変更手段(48)は、前記センサ電極(43,44)間に定電流を流して前記上流側センサ(25)の出力特性を変更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空燃比制御装置。 The upstream sensor (25) includes a sensor element (41) in which a solid electrolyte body (42) is disposed between a pair of sensor electrodes (43, 44),
The output characteristic changing means (48) changes the output characteristic of the upstream sensor (25) by causing a constant current to flow between the sensor electrodes (43, 44). An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine.
前記出力特性変更制御手段(38)は、前記EGRガスの流量に応じて前記上流側センサ(25)の出力特性を変更するように前記出力特性変更手段(48)を制御することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。 An EGR device (31) for recirculating a part of the exhaust gas of the internal combustion engine (11) to the intake side as EGR gas;
The output characteristic change control means (38) controls the output characteristic change means (48) so as to change the output characteristic of the upstream sensor (25) according to the flow rate of the EGR gas. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4.
前記出力特性変更制御手段(38)は、前記バルブタイミングの制御量に応じて前記上流側センサ(25)の出力特性を変更するように前記出力特性変更手段(48)を制御することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。 A variable valve timing device (29, 30) for changing the valve timing of at least one of the intake valve (27) and the exhaust valve (28) of the internal combustion engine (11);
The output characteristic change control means (38) controls the output characteristic change means (48) so as to change the output characteristic of the upstream sensor (25) in accordance with the control amount of the valve timing. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6.
前記出力特性変更制御手段(38)は、前記触媒暖機制御の実行中に前記上流側センサ(25)の出力のリッチ/リーンが反転する変曲点をリーン方向にシフトさせるように前記出力特性変更手段(48)を制御することを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。 Catalyst warm-up control means (38) for performing catalyst warm-up control for performing warm-up of the catalyst (24) by performing lean combustion control for leanly controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine (11) )
The output characteristic change control means (38) shifts the inflection point at which the rich / lean output of the upstream sensor (25) reverses in the lean direction during execution of the catalyst warm-up control. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 8, wherein the changing means (48) is controlled.
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