JP3485194B2 - エンジンの排気処理装置 - Google Patents
エンジンの排気処理装置Info
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Description
を介装し、少なくとも最上流に介装した触媒の流入側と
吐出側および最下流側に介装した触媒の吐出側とに空燃
比センサを配設したエンジンの排気処理装置に関する。 【0002】 【従来の技術】従来から排気浄化システムにおいて空燃
比を理論空燃比に近い状態に制御して、触媒の浄化能力
を最大限引き出せるようにした技術が種々提案されてい
る。 【0003】そのひとつに、触媒の流入側に配設した空
燃比センサに加え、この触媒の吐出側にも他の空燃比セ
ンサを配設し、上流側空燃比センサの出力特性のばらつ
きを下流側空燃比センサで補償して空燃比制御性の向上
を図るようにした、いわゆるダブル空燃比センサシステ
ムがあり、例えば、特開昭61−192828号公報に
開示されている。 【0004】図10に、このいわゆるダブル空燃比セン
サシステムの概略を示す。 エンジン制御ユニット(E
CU)31では、エンジン本体32の排気通路33に介
装した触媒34の流入側に配設した上流空燃比センサ3
5で検出した空燃比に基づき、空燃比フィードバック補
正係数を設定し、この空燃比フィードバック補正係数を
上記触媒34の吐出側に配設した下流空燃比センサ36
で検出した空燃比に応じて補正して、この触媒34の吐
出側で検出する空燃比が理論空燃比を中心としたある範
囲(浄化ウインドウ幅)に収まるように、インジェクタ
37に対する燃料噴射量を設定するようにしている。 【0005】ところで、この種のシステムにおいては、
触媒の機能が劣化すると下流空燃比センサの出力波形が
上流空燃比センサの出力波形に近似してくることに着目
し、例えば、特開平2−33408号公報には、下流空
燃比センサで検出した空燃比のリーン/リッチの反転時
間を計測し、この反転時間が所定時間より短い場合、触
媒の劣化と判断する技術が開示されている。 【0006】一方、近年、図11に示すように、排気通
路33に複数の触媒34a〜34cを介装し、排気ガス
浄化能力を高めようとする傾向にあるが、このシステム
において空燃比制御性能と触媒劣化診断とを同時に満足
させようとすれば下流空燃比センサ36を最下流側に介
装した触媒34cの吐出側に臨ませる必要がある。 【0007】ダブル空燃比センサシステムでは、上流空
燃比センサ35の出力値に基づいて設定した空燃比フィ
ードバック補正係数に対し、例えば下流空燃比センサ3
6で検出した空燃比がリーン出力の場合にはリッチシフ
トを徐々に与えていき、また、下流空燃比センサ36で
検出した空燃比がリッチ出力に反転した場合にはリーン
シフトを徐々に与えていく制御を行う。その結果、正常
時の触媒34cの吐出側の空燃比は理論空燃比を中心と
した比較的長い波長でリーン/リッチが切換わる。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】複数の触媒の最上流と
最下流に空燃比センサを配設するダブル空燃比センサシ
ステムでは、個々の触媒に酸素ストレージ能力があるた
め、最下流に介装した触媒の吐出側に配設した空燃比セ
ンサで検出する空燃比のリッチ/リーンの反転を浄化ウ
インドウ内に収まるように制御するには、上流側空燃比
センサで検出した空燃比に基づいて設定する空燃比フィ
ードバック補正係数に与えるリッチシフト/リーンシフ
ト量を極端に増大しなければならない。 【0009】その結果、図7に二点鎖線で示すように、
最上流の触媒に流入する空燃比は触媒の浄化ウインドウ
から外れた大きな振幅および長い波長でリーン/リッチ
が繰り返されてしまい、この最上流側の触媒の排気ガス
浄化性能が損なわれ、相対的に空燃比制御性が不安定化
する。 【0010】一方、触媒の劣化診断を下流空燃比センサ
の出力波形との比較において行う場合、最上流の触媒に
流入する空燃比のリーン/リッチの反転がリッチシフト
/リーンシフトを極端に増大するためバラツキが大きく
なり、最下流の触媒から吐出する空燃比のリーン/リッ
チの反転周期との関係から判定する触媒劣化診断に誤判
定を生じ易くし、診断精度が低下してしまう。 【0011】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、排気通路に配設した複数の触媒の個々の排気浄化能
力を充分に発揮させることができて排気エミッションの
低減および空燃比制御性の安定化を図り、しかも、空燃
比の変動幅を少なくして高い触媒劣化診断精度を得るこ
とのできるエンジンの排気処理装置を提供することを目
的としている。 【0012】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明によるエンジンの排気処理装置は、排気通路に複
数の触媒を直列に介装し、最上流に介装した触媒の流入
側と吐出側および、最下流に介装した他の触媒の吐出側
に空燃比センサをそれぞれ配設し、また制御装置に、最
上流に介装した上記触媒の流入側と吐出側とに配設した
空燃比センサで検出した空燃比に基づき空燃比フィード
バック補正係数を設定する手順と、最下流に介装した上
記他の触媒の吐出側に配設した空燃比センサで検出した
空燃比と、最上流に介装した上記触媒の流入側に配設し
た上記空燃比センサで検出した空燃比とを比較して触媒
の劣化を診断する手順とを備えたものである。 【0013】 【作用】上記構成において、空燃比フィードバック補正
係数を、最上流に介装した触媒の流入側と吐出側とに配
設した空燃比センサで検出した空燃比に基づき設定し、
また、触媒の劣化診断は、最下流に介装した他の触媒の
吐出側に配設した空燃比センサで検出した空燃比と、最
上流に介装した触媒の流入側に配設した上記空燃比セン
サで検出した空燃比とを比較して行う。 【0014】空燃比フィードバック補正係数を一つの触
媒の酸素ストレージ能力に基づいて設定するため、最上
流に介装した触媒に流入する空燃比の変動幅が少なくな
り安定した空燃比制御性を得ることができる。 【0015】したがって、触媒の劣化診断を行う場合で
も最上流に介装した触媒の流入側に配設した上記空燃比
センサで検出した空燃比の変動を基準として最下流に介
装した他の触媒の吐出側に配設した空燃比センサで検出
した空燃比の変動を比較することで精度良く診断するこ
とができる。 【0016】 【実施例】以下、図面に基づいて本考案の実施例を説明
する。 【0017】図1〜図9は本発明の一実施例を示し、図
1はエンジン制御系の全体概略図、図2は燃料噴射量設
定手順を示すフローチャート、図3、図4は空燃比フィ
ードバック補正係数設定手順を示すフローチャート、図
5は触媒劣化診断手順を示すフローチャート、図6は第
1,第2O2 センサ出力、空燃比フィードバック補正係
数、リーン/リッチシフト量を示すタイムチャート、図
7は触媒を通過する空燃比の変動幅を示すタイムチャー
ト、図8は触媒が劣化していない状態の第1〜第3O2
センサ出力を示すタイムチャート、図9は触媒が劣化し
ている状態の第1〜第302 センサ出力を示すタイムチ
ャートである。 【0018】図1において、符号1はエンジン本体で、
図においては水平対向型エンジンを示す。このエンジン
本体1のシリンダヘッド2に、インテークマニホルド
3、エキゾーストマニホルド4が各々連設されている。 【0019】また、上記インテークマニホルド3の上流
側にスロットルチャンバ5が連通され、このスロットル
チャンバ5の上流側が吸入管6を介してエアクリーナ7
に連通されており、さらに、上記吸入管6の上記エアク
リーナ7の直下流に吸入空気量センサ(図においてはホ
ットフィルム式エアフローメータ)8が介装されてい
る。 【0020】また、上記スロットルチャンバ5に設けら
れたスロットルバルブ5aにスロットル開度センサ9a
とスロットルバルブ全閉を検出するアイドルスイッチ9
bとが連設され、上記インテークマニホルド3の各気筒
の燃焼室に連通する各吸入ポートの直上流に加圧燃料を
噴射するインジェクタ10が配設されている。さらに、
上記インテークマニホルド3に形成された冷却水通路
(図示せず)に冷却水温センサ11が臨まされている。 【0021】また、上記エンジン本体1のクランクシャ
フト1bにクランクロータ12が固設され、このクラン
クロータ12の外周に、基準クランク位置信号を出力す
るクランク角センサ13が対設されている。 【0022】また、上記エンジン本体1のエキゾースト
マニホルド4に連通する排気管14に排気ガス浄化のた
めの第1〜第3触媒15a,15b,15cが所定間隔
おきに介装され、最上流に介装した第1触媒15aの流
入側と吐出側、および、最下流に介装した第3触媒15
cの吐出側に排気ガス中の特定成分濃度を検出する空燃
比センサの一例である第1〜第3O2 センサ16a,1
6b,16cがそれぞれ臨まされている。 【0023】一方、符号20は、マイクロコンピュータ
からなる制御装置(ECU)で、CPU21、ROM2
2、RAM23、I/Oインターフェース24、及び、
A/D変換器(ADC)25がバスライン26を介して
互いに接続され、上記触媒15a,15b,15cの劣
化を検出する劣化検出機能が実現され、また、空燃比制
御などの他の制御機能が実現される。 【0024】上記ADC25には、スロットル開度セン
サ9a、吸入空気量センサ8、冷却水温センサ11、及
び各O2 センサ16a,16b,16c、バッテリ28
の端子電圧などが接続され、各センサからのアナログ信
号がデジタル信号へと変換される。 【0025】また、上記I/Oインターフェース24の
入力ポートには、クランク角センサ13などの他のセン
サ類が図示しない波形整形回路を介して接続されるとと
もに、アイドルスイッチ9bなどのスイッチ類が接続さ
れ、一方、上記I/Oインターフェース24の出力ポー
トには、インジェクタ10などのアクチュエータ類、お
よび、図示しないインストルメントパネルに配設したM
IL(Malfunction Indicator Lamp)29が駆動回路2
7を介して接続されている。 【0026】上記ROM22には制御プログラム及び各
種固定データが記憶されており、上記RAM23には、
各種フラグ類、上記CPU21による演算処理データな
どが格納される。 【0027】上記CPU21では、クランク角センサ1
3からのクランク角信号によりエンジン回転数NE を算
出し、このエンジン回転数NE と吸入空気量センサ8か
らの吸入空気量QA とに基づいて基本燃料噴射量TP を
マップ検索などにより直接あるいは補間計算にて求め、
上記第1,第2O2 センサ16a,16bからの出力に
基づいて、上記基本燃料噴射量TP を空燃比フィードバ
ック補正するとともに、各種運転状態パラメータにより
増量補正などを加えて最終的な燃料噴射量Tiを演算
し、また、点火時期θIGなどを演算する。 【0028】さらに、上記CPU21では、所定の時間
周期毎に上記第1,第3O2 センサ16a、16cから
の出力により触媒の劣化診断を実行し、診断の結果、触
媒劣化と判定されると、上記MIL29を点灯して触媒
15a,15b,15cの交換を警告する。 【0029】(動作)次に、ECU20による制御動作
を説明する。 【0030】:燃料噴射量設定手順:図2に示すように
燃料噴射量を設定するフローチャートは所定時間ごとに
実行されるもので、まず、ステップ(以下「S」と略
称)101で、吸入空気量センサ8で検出した吸入空気
量QA 、クランク角センサ13で検出したクランクパル
スに基づいて算出したエンジン回転数NE から基本燃料
噴射量TP を次式にて設定する。 【0031】 TP ←k×QA /NE k:定数 次いで、S102で各センサ類の検出結果からエンジン
運転状態を判断し、各種増量分補正係数COEFを設定
する。 【0032】その後、S103で、後述する空燃比フィ
ードバック補正係数設定手順で設定した空燃比フィード
バック補正係数αを読出し、S104でバッテリ28の
端子電圧から電圧補正係数TS を設定し、S105で上
記基本燃料噴射量TP 、各種増量分補正係数COEF、
空燃比フィードバック補正係数α、電圧補正係数TSに
基づき燃料噴射量Ti を次式から求める。 【0033】Ti ←TP ×COEF×α+TS その後、S106で上記燃料噴射量Ti をタイマセット
し、所定タイミングで噴射該当気筒のインジェクタ10
へ駆動信号を出力し、ルーチンを抜ける。 【0034】:空燃比フィードバック補正係数設定手
順:図3,図4に示す空燃比フィードバック補正係数を
設定するフローチャートは所定の演算周期ごとに割込み
実行されるもので、まず、S201で冷却水温度TW 、
エンジン回転数NE 、第1O2 センサ16aの出力電圧
などからクローズドループ制御条件が満足されているか
どうかを判別し、満足されている場合S202へ進み、
満足されていない場合S203へ進み空燃比フィードバ
ック補正係数αをα←1.0に設定した後ルーチンを抜
ける。 【0035】S202へ進むと第1触媒15aの流入側
に配設した第1O2 センサ16aの出力電圧に基づき空
燃比フィードバック補正係数αを設定し、その後、S2
04で第1触媒15aの吐出側に配設した第2O2 セン
サ16bが活性化しているかどうかを、この第2O2 セ
ンサ16bの出力電圧あるいは冷却水温度TW などに基
づいて判断し、活性化している場合S205へ進み、不
活性の場合第2O2 センサ16bの出力電圧に基づく補
正を行うことなくルーチンを抜ける。 【0036】そして、上記S205へ進むと上記第1O
2 センサ16aの出力電圧V01とリーン/リッチ判別用
スライスレベルSL1 とを比較し、V01≧SL1 の場合
S206へ進み、V01<SL1 の場合S207へ進む。 【0037】S206へ進むと第1O2 センサリーン/
リッチ判別フラグFLAGAF1 を参照し、FLAGAF1
=0の場合前回リーンであるため、空燃比フィードバッ
ク補正係数αの比例分をリーン/リッチシフトすべくS
208へ進み、また、FLAGAF1 =1の場合S211
へジャンプする。 【0038】S208へ進むと第1触媒15aの吐出側
に配設した第2O2 センサ16bの出力電圧と第2O2
センサリーン/リッチ判別用スライスレベルSL2 とを
比較し、V02≧SL2 の場合、上記空燃比フィードバッ
ク補正係数αをリーンシフトすべく、S209へ進みシ
フト量P0 で減算した値で更新し(α←α−P0 )、S
211へ進む。また、V02<SL2 の場合、上記空燃比
フィードバック補正係数αをリッチシフトすべくS21
0へ進み、上記シフト量P0 で加算した値で更新し(α
←α+P0 )、S211へ進む。 【0039】そして、S211で第1O2 センサリーン
/リッチ判別用フラグFLAGAF1をセットして(FL
AGAF1 ←1)、ルーチンを抜ける。 【0040】一方、上記S205からS207へ進むと
第1O2 センサリーン/リッチ判別フラグFLAGAF1
を参照し、FLAGAF1 =1の場合、前回リッチである
ため上記空燃比フィードバック補正係数αの比例分をリ
ッチ/リーンシフトすべくS212へ進み、また、FL
AGAF1 =0の場合S215へジャンプする。 【0041】S212へ進むと第2O2 センサ16bの
出力電圧V02と上記第2O2 センサリーン/リッチ判別
用スライスレベルSL2 とを比較し、V02≧SL2 の場
合、上記空燃比フィードバック補正係数αをリーンシフ
トすべくS213へ進み、シフト量P0 で減算した値で
更新し(α←α−P0 )、S215へ進む。また、V02
<SL2 の場合、上記空燃比フィードバック補正係数α
をリッチシフトすべくS214へ進み、シフト量P0 で
加算した値で更新し(α←α+P0 )、S215へ進
む。 【0042】そして、S215で第1O2 センサリッチ
/リーン判別用フラグFLAGAF1をクリアして(FL
AGAF1 ←0)、ルーチンを抜ける。 【0043】上記フローチャートによる空燃比フィード
バック制御の一例を図6に示す。 【0044】第2O2 センサ16bが空燃比のリッチを
検出するまで(経過時間t1 )は、空燃比フィードバッ
ク補正係数αの比例分(L1 〜L3 ,R1 〜R3 )がシ
フト量P0 ずつ徐々にリッチシフトされ、一方、上記第
2O2 センサ16bが空燃比のリッチを検出すると上記
空燃比フィードバック補正係数αの比例分(L4 ,L5
,R4 )がシフト量P0 ずつ徐々にリーンシフトされ
る。 【0045】その結果、図7に実線で示すように、第1
触媒15aに流入される排気ガスの空燃比A/Fが、こ
の第1触媒15aの浄化ウィンドウ内にストイキオを中
心として収めることができ、全ての触媒15a〜15c
の浄化能力を充分に引き出すことができる。 【0046】:触媒劣化診断手順:図5に示す触媒の劣
化を診断するフローチャートは所定時間ごとに実行され
るもので、まず、S301で冷却水温TW 、第1O2 セ
ンサ16aの出力電圧などに基づきクローズドループ条
件が満足されているかどうかを判断し、満足されている
場合S302へ進み、満足されていない場合ルーチンを
抜ける。 【0047】S302へ進むと、第3O2 センサ16c
が活性化しているかどうかを、この第3O2 センサ16
cの出力電圧などに基づいて判断し、活性化している場
合S303へ進み、不活性の場合ルーチンを抜ける。 【0048】S303へ進むと、劣化診断用運転条件か
どうかをエンジン回転数NE 、スロットル開度、冷却水
温度TW などに基づいて判断し、条件が満足されている
場合S304へ進み、満足されていない場合ルーチンを
抜ける。 【0049】S304へ進むと、第1O2 センサ16a
と第3O2 センサ16cとの出力電圧に基づき第1触媒
15aに流入する空燃比と第3触媒15cから吐出する
空燃比とのリーン/リッチの反転回数n1 ,n3 をそれ
ぞれ計測し、S305で経過時間Tと予め設定した計測
時間TSET (例えば、20sec)とを比較し、T<T
SET の場合S304のルーチンを繰返し、T≧TSET の
場合S306へ進む。S306では、上記第1,第3O
2 センサ16a,16cの反転回数n1 ,n3 の比n3
/n1 を算出し、S307でこの反転回転比n3 /n1
と触媒劣化判定値n0 とを比較し、(n3 /n1 )≧n
0 の場合S308へ進み、触媒劣化と判断しバックアッ
プRAM(図示せず)にトラブルコードを記憶するとと
もに、図示しないインストルメントパネルに配設したM
ILを点灯してルーチンを抜ける。一方、(n3 /n1
)<n0 の場合、触媒が正常と判断してルーチンを抜
ける。 【0050】図8、図9のタイムチャートに基づいて触
媒劣化診断手順の一例を示す。 【0051】劣化診断条件が満足されると設定時間TSE
T (経過時間t0 〜t2 )の間、第1O2 センサ16a
で検出した出力電圧と第3O2 センサ16cで検出した
出力電圧とに基づき、リーン/リッチの反転回数をそれ
ぞれ検出する。 【0052】上記空燃比フィードバック補正係数αが第
1触媒15aの流入側と吐出側に配設したO2 センサ1
6a,16bで検出した空燃比に基づいて設定されるの
で、第1触媒15aの酸素ストレージ能力のみが空燃比
フィードバック補正係数αを設定する際の要因となり、
図8(a)に示すように、第1O2 センサ16aで検出
する空燃比の変動幅は少なく、安定したリーン/リッチ
の反転状態を得ることができる。したがって、この第1
O2 センサ16aで検出した空燃比の反転回数n1 を基
準として第3O2 センサ16cで検出した空燃比の反転
回数n3 とを比較すれば、図9(a),(b)に示すよ
うに触媒15a〜15cの少なくとも1つが劣化すると
第1,第3O2 センサ16a,16cの出力波形が相対
的に近似するため劣化診断が容易になり高い診断精度を
得ることができる。 【0053】なお、本発明は上記実施例に限るものでは
なく、例えば、触媒は排気通路に2個、あるいは、4個
以上配設されていてもよく、また、空燃比センサはO2
センサに限らず広域型空燃比センサであってもよい。 【0054】 【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
空燃比フィードバック制御は1つの触媒の酸素ストレー
ジ能力に基づいて設定するため、最上流に介装した触媒
に流入する空燃比の変動幅が少なくなり安定した空燃比
フィードバック制御性を得ることができる。その結果、
各触媒の浄化能力を充分に引出すことができて排気エミ
ッションをより一層低減させることができる。 【0055】また、安定した空燃比フィードバック制御
性が得られるため、最上流の触媒の流入側に配設した空
燃比センサで検出した空燃比の変動を基準として最下流
に介装した空燃比センサで検出した空燃比の変動を比較
することで触媒の劣化を精度良く診断することができ
る。
エンジン制御系の全体概略図 【図2】図2は燃料噴射量設定手順を示すフローチャー
ト 【図3】図3、図4は空燃比フィードバック補正係数設
定手順を示すフローチャート 【図4】同上 【図5】触媒劣化診断手順を示すフローチャート 【図6】第1,第2O2 センサ出力、空燃比フィードバ
ック補正係数、リーン/リッチシフト量を示すタイムチ
ャート 【図7】触媒を通過する空燃比の変動幅を示すタイムチ
ャート 【図8】触媒が劣化していない状態の第1〜第3O2 セ
ンサ出力を示すタイムチャート 【図9】触媒が劣化している状態の第1〜第302 セン
サ出力を示すタイムチャート 【図10】従来の排気処理装置の概略図 【図11】従来の他の排気処理装置の概略図 【符号の説明】 14…排気通路 15a,15b,15c…触媒 16a,16b,16c…空燃比センサ 20…制御装置 α…空燃比フィードバック補正係数
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】排気通路に複数の触媒を直列に介装し、 最上流に介装した触媒の流入側と吐出側および、最下流
に介装した他の触媒の吐出側に空燃比センサをそれぞれ
配設し、 また制御装置に、最上流に介装した上記触媒の流入側と
吐出側とに配設した空燃比センサで検出した空燃比に基
づき空燃比フィードバック補正係数を設定する手順と、
最下流に介装した上記他の触媒の吐出側に配設した空燃
比センサで検出した空燃比と、最上流に介装した上記触
媒の流入側に配設した上記空燃比センサで検出した空燃
比とを比較して触媒の劣化を診断する手順とを備えたこ
とを特徴とするエンジンの排気処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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