JP3518115B2 - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents
エンジンの空燃比制御装置Info
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- JP3518115B2 JP3518115B2 JP32047995A JP32047995A JP3518115B2 JP 3518115 B2 JP3518115 B2 JP 3518115B2 JP 32047995 A JP32047995 A JP 32047995A JP 32047995 A JP32047995 A JP 32047995A JP 3518115 B2 JP3518115 B2 JP 3518115B2
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- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Description
とするエンジンの空燃比制御装置に関する。
比をストイキ(理論空燃比のこと)よりも薄いリーン空
燃比を主体に設定し、吸気系統や燃焼室形状、点火構造
等を改善することにより、リーン空燃比であっても効率
のよい燃焼を実現した、いわゆるリーンバーンエンジン
がある。
っては、NOx発生量はもともと少ないのであるが、排
気エミッションをさらに向上させるために、排気通路に
NOx吸着触媒を装着しているものがある(特開平6−
66185号公報等参照)。
度が高く、三元触媒によってNOxを還元することがで
きない。NOx吸着触媒はリーン雰囲気において吸着し
たNOxをリッチ雰囲気において放出する性質があり、
そこでこのNOx吸着触媒の下流に三元触媒を備え、運
転条件によって空燃比をリーンからストイキに切換える
ときに、一時的に空燃比をリッチとし、これによりNO
x吸着触媒に吸着されていたNOxを離脱し、下流の三
元触媒でもって還元処理する。このようにすると、リー
ン運転時のHC、COを三元触媒で酸化しつつ、NOx
吸着触媒に吸着したNOxはストイキ運転への切換時に
還元でき、リーンバーンエンジンの排気エミッションを
大幅に改善することができる。
放出させるのに必要な空燃比のリッチ化度合は、それま
でに吸着されているNOx量に基づいて定められるが、
従来は運転条件とNOx吸着量の推定値に基づいて、吸
着されたNOxを離脱、還元するのに必要な量よりも多
くの未燃成分(HC)が発生するように設定し、余剰の
HC等は三元触媒で酸化することにより、NOxについ
ては確実に還元処理が行えるようにしている。
吸着量に対応して過不足なく未燃HCを供給するのが困
難なのと、必要以下の未燃HCしか供給できないと、N
Oxの全量を確実に還元することができなくなるためで
ある。
運転域でNOxを吸着して溜め込むだけの従来例では、
NOx吸着量が一杯になるなるたびに、ストイキ運転に
戻す必要があるので、リーン運転を長く継続することが
できず、しかもそのときの運転状態に関係なくストイキ
運転に戻すため、運転性にも影響する。
燃比のリッチ化処理を行わなければならないので、燃費
を向上させるにしても限界があるばかりか、溜め込んだ
NOxを三元触媒によりすべて処理する必要があるた
め、三元触媒に対する負担も高くなる(三元触媒入口の
排気濃度が高くなり、処理すべき量が多くなる)。
元剤としたNOx還元反応を行うとともにストイキ運転
域ではHCを吸着する機能を有するNOx浄化触媒と、
このNOx浄化触媒の下流にあってストイキ運転域でH
C、CO、NOxを浄化する三元触媒とを排気通路に配
置することにより、燃費をさらに改善するとともに、三
元触媒に対する負担を軽くすると共に、リーン運転から
ストイキ運転への移行直後にはNOx浄化触媒にHCが
一時的に吸着され、三元触媒入口でのHCが若干不足す
ることになるので、ストイキ運転への移行時に空燃比を
一時的にリッチ化することにより、ストイキ運転への移
行直後に三元触媒へのHCの供給量が不足することがな
いようにすることを目的とする。
運転域で空燃比目標値をストイキよりもリーン側の値
に、またリーン運転域以外の運転域で主にストイキを空
燃比目標値として設定し、この空燃比目標値となるよう
に空燃比を制御する手段を備えるエンジンの空燃比制御
装置において、前記リーン運転域でHCを還元剤とした
NOx還元反応を行うとともに前記ストイキ運転域では
HCを吸着する機能を有するNOx浄化触媒と、このN
Ox浄化触媒の下流にあってストイキ運転域でHC、C
O、NOxを浄化する三元触媒とを排気通路に配置し、
前記リーン運転域にあるあいだHC吸着速度を単位時間
ごとに加算し、また前記リーン運転域以外にあるあいだ
前記HC減少速度を単位時間ごとに減算することにより
前記NOx浄化触媒のHC吸着量を算出し、前記ストイ
キ運転域では前記NOx浄化触媒の上流側に設けた空燃
比センサに基づいて空燃比フィードバック制御を行うと
共に、前記リーン運転域から前記ストイキ運転域への移
行時に、前記算出したHC吸着量に基づいてこのHC吸
着量が少ないほど大きくなる空燃比のリッチ化度合を繰
り返して算出し、この算出した空燃比リッチ化度合を用
いて空燃比フィードバック制御定数を更新しつつ空燃比
フィードバック制御の制御方向が反転するまでに限って
空燃比を一時的にリッチ化する。
記NOx浄化触媒が、銅をイオン交換したゼオライト粉
末を主成分とする第1の無機物を担体に層状に形成した
ものである。
記ゼオライト粉末がMFI型ゼオライトである。
おいて、前記第1の無機物の層の内側に活性アルミナま
たはゼオライトに白金、ロジウム、パラジウムのうち少
なくとも一種以上を担持したものを主成分とする第2の
無機物を層状に形成した。
記第1の無機物の層と前記第2の無機物の層の間に貴金
属を含まない活性アルミナを主成分とする第3の無機物
による層を形成した。
習領域毎の学習値で前記空燃比のリッチ化度合を修正す
るとともに、前記空燃比のリッチ化後に前記空燃比フィ
ードバック制御の制御方向が反転するまでの周期を計測
し、この周期が判定値よりも短いときには前記空燃比の
リッチ化度合が大きくなる側に、また前記周期が判定値
よりも長いときには前記空燃比のリッチ化度合が小さく
なる側に前記学習値を更新する。
おいて、加速時と減速時に対する2値の学習値で前記空
燃比のリッチ化度合を修正するとともに、前記空燃比の
リッチ化後に前記空燃比フィードバック制御の制御方向
が反転するまでの周期を計測し、この周期が判定値より
も短いときには前記空燃比のリッチ化度合が大きくなる
側に、また前記周期が判定値よりも長いときには前記空
燃比のリッチ化度合が小さくなる側に前記学習値を更新
する。
おいて、加速時と減速時にそれぞれ専用の値で前記空燃
比のリッチ化度合を修正する。
て溜め込むだけの従来例では、NOx吸着量が一杯にな
るなるたびに、ストイキ運転に戻す必要があるので、リ
ーン運転を長く継続することができず、しかもそのとき
の運転状態に関係なくストイキ運転に戻すため、運転性
にも影響する。さらに、ストイキ運転への移行のたびに
空燃比のリッチ化処理を行わなければならないので、燃
費を向上させるにしても限界があるばかりか、溜め込ん
だNOxを三元触媒によりすべて処理する必要があるた
め、三元触媒に対する負担も高くなる。このとき、第1
の発明では、NOx浄化触媒によりリーン運転域で排気
中のHCや自身に吸着しているHCを還元剤としたNO
x還元反応によりNOxを浄化してしまうので、リーン
運転が長引いても、途中でストイキ運転に移行させる必
要がなく、これによって運転性に影響がないばかりか燃
費を一段と改善できるとともに、三元触媒に対する負担
が軽くなる。一方、リーン運転からストイキ運転への移
行直後にはNOx浄化触媒にHCが一時的に吸着され、
三元触媒入口でのHCが若干不足することになるが、第
1の発明では、ストイキ運転域への移行時に、空燃比を
一時的にリッチ化することにより、排気中のHCを増加
させて三元触媒に供給するので、ストイキ運転への移行
直後に三元触媒へのHCの供給量が不足することがな
い。また、NOx浄化触媒のHC吸着量を算出し、この
HC吸着量に応じて空燃比のリッチ化の度合を決定する
ので、ストイキ運転に移行する直前のNOx浄化触媒の
HC吸着量を精度よく求めることができ、これによって
ストイキ運転に移行した直後のHC供給量を過不足なく
与えることができる。また、非常に短い時間内でNOx
浄化触媒に対してのHCの吸着が完了することに対応し
て、空燃比をリッチ化するのを、空燃比フィードバック
制御の制御方向が反転するまでに限っているので、リッ
チ化を長引かせることがなく燃費の悪化を防ぐことがで
きる。
ゼオライトに白金、ロジウム、パラジウムのうち少なく
とも一種以上を担持したものを主成分とする第2の無機
物も触媒であり、この第2の無機物からなる触媒層で
は、その触媒層により、ストイキ運転域でNOx、H
C、COを浄化し、またリーン運転時には酸化触媒反応
を起こしてHC、COを浄化し、その際に生じる反応熱
により第1の無機物からなる触媒層と第2の無機物から
なる触媒層の全体の温度を上昇させ触媒の活性化を促進
する。
性アルミナを主成分とする第3の無機物も触媒であり、
この第3の無機物からなる触媒層には、第2の無機物か
らなる触媒層で発生した酸化反応による反応熱を第1の
無機物からなる触媒層へ伝える際に緩和する働きがあ
り、エンジンからの排気温度が高くなった場合に、第1
の無機物からなる触媒層が高温になることを抑制(つま
り第1の無機物からなる触媒層の劣化防止)するととも
に、第1の無機物からなる触媒層に含まれる活性成分で
ある銅が高温の使用条件下でゼオライトの活性サイトか
ら移動し第2の無機物からなる触媒層に達して第2の無
機物からなる触媒層の酸化反応を低下させ触媒性能を劣
化させるという働きを抑制する。
燃比のリッチ化度合を最適に設定してあったとしても、
製作バラツキや経時劣化によりベース空燃比がストイキ
よりもリーンになったときには、必要とする度合までリ
ッチ化できなくなり(HC供給量が不足する)、また、
ベース空燃比がストイキよりもリッチになると、過度に
リッチ化してしまう(HC供給量が過剰となる)。この
場合にベース空燃比がリーンのとき、空燃比のリッチ化
後に空燃比フィードバック制御の制御方向が反転するま
での周期が短くなり、また、ベース空燃比がリッチのと
き、その周期が長くなることから、第2の発明では、前
記周期を計測し、この周期が判定値よりも短いときには
空燃比のリッチ化度合が大きくなる側に、また周期が判
定値よりも長いときには空燃比のリッチ化度合が小さく
なる側に学習領域毎の学習値を更新するので、製作時の
バラツキや経時劣化によりベース空燃比がリーン側やリ
ッチ側へとずれている場合にも、ストイキ運転への移行
直後に三元触媒に過不足なくHC供給量を与えることが
できる。
ぼ解消できるとすれば、ベース空燃比がリーン側あるい
はリッチ側へとずれるのは、過渡時(加速時と減速時)
が主であるので、第3の発明で学習値を加速時と減速時
に対する2値としても、空燃比学習制御と併用するので
あれば、過渡時にベース空燃比がリーン側あるいはリッ
チ側へとずれる場合にも、ストイキ運転への移行時にH
C供給量を過不足なく与えることができ、このように学
習値を加速時と減速時に対する2値とすることで、学習
値のマップが不要となり、記憶装置の負担が軽くなる。
着量が一定である場合に、空燃比学習制御と併用するこ
とで、過渡時にベース空燃比がリーン側あるいはリッチ
側へとずれる場合にも、ストイキ運転への移行時にHC
供給量を過不足なく与えることができるとともに、学習
値のマップとHC吸着量を求めるためのテーブルを必要
としないので、記憶装置の負担が軽くなる。
体、2は吸気通路、3は排気通路を示し、吸気通路2に
は吸入空気量を制御するスロットルバルブ4が設けら
れ、さらにその下流の各気筒の吸気ポート部には空燃比
のリーン運転時にシリンダ内に流入する吸気にスワール
を発生させるスワールコントロールバルブ5が設けられ
る。6は各吸気ポート部に燃料を供給する燃料インジェ
クタである。
の触媒装置7はNOx浄化触媒7Aと三元触媒(ストイ
キ運転域またはリッチ運転域でNOxを還元するともに
ストイキ運転域またはリーン運転域でHC,COを酸化
する)7Bとが直列に配置される。
転域で図2(A)に示したようにHCを還元剤としたN
Ox還元反応(NOx+HC→H2O+CO2+N2)に
よりNOxを浄化し、また、ストイキ運転域になると図
2(B)のようにHCを吸着する。
触媒7Aを、次のようにして調整した。
00gに対して硝酸パラジウム溶液を用いてパラジウム
が2.0重量%になるように加え、よく撹拌した後、オ
ーブン中150℃で3時間乾燥し、400℃で2時間空
気雰囲気中で焼成を行う。
00g、γ−アルミナを主成分とする活性アルミナ粉末
800g、10重量%硝酸460g、水1840gをボ
ールミルポットに投入し、8時間粉砕してスラリーを得
た。
基材(1.3L、400セル)に塗布し乾燥後、400
℃で2時間空気雰囲気中で焼成した。このときの塗布量
は、焼成後に52g/個になるように設定した。
00g、10重量%硝酸400g、水1600gをボー
ルミルポットに投入し、8時間粉砕して得たスラリーを
焼成した。
量が52g/個になるように塗布し乾燥後、400℃で
2時間空気雰囲気中で焼成した。
kgとゼオライト粉末2kgを混合して撹拌後、濾過を
行う。これを3回繰り返した後、乾燥、焼成を行い銅を
イオン交換したゼオライト粉末を調整する。
末1890g、シリカゾル(固形分20%)1150g
および水1100gを磁性ボールミルに投入し、粉砕し
てスラリーを得た。
た後に、塗布量が325g/個になるように塗布し乾燥
後、400℃で2時間空気雰囲気中で焼成し、NOx浄
化触媒7Aを調整した。
あり、次のようにして調整した。
ウムを3モル%、ジルコニウムを3モル%、ランタンを
2モル%含む、セリウム、ジルコニウム、ランタン担持
活性アルミナ粉末1000gに対して硝酸パラジウム溶
液を用いてパラジウム2.0重量%になるように加え撹
拌した後、オーブン中150℃で3時間乾燥し、400
℃で2時間空気雰囲気中で焼成し、パラジウム担持活性
アルミナを調整する。
硝酸パラジウム溶液を用いてパラジウム2.0重量%に
なるように加え撹拌した後、オーブン中150℃で3時
間乾燥し、400℃で2時間空気雰囲気中で焼成し、パ
ラジウム担持酸化セリウムを調整する。
0g、のパラジウム担持酸化セリウム433g、酸化
セリウム237g、γ−アルミナを主成分としセリウム
を3モル%、ジルコニウムを3モル%、ランタンを2モ
ル%含む、セリウム、ジルコニウム、ランタン担持活性
アルミナ320g、硝酸酸性ベーマイトゾル(ベーマイ
トアルミナ10重量%懸濁液に10重量%硝酸を添加す
ることによって得られるゾル)1750gをボールミル
ポットに投入し、8時間粉砕してスラリーを得た。
(0.7L、400セル)に塗布し乾燥後、400℃で
2時間空気雰囲気中で焼成した。このときの塗布量は、
140g/個とした。
に酢酸バリウムを用いてBaOとして10g/個となる
ようにバリウムを担持したのち乾燥後、400℃にて焼
成を行い、三元触媒7Bを調整した。
明する。
えばMFI型ゼオライト)を主成分とする三層目触媒層
はNOx浄化触媒の基本的性質を発揮する部分であり、
リーン運転域で高いNOxの浄化性能を有している。
る活性アルミナまたはゼオライトにパラジウムを担持し
たものを主成分とする一層目触媒層は、ストイキ運転域
でNOx、HC、COを浄化し、またリーン運転時には
酸化触媒反応を起こしてHC、COを浄化し、その際に
生じる反応熱により触媒コーティング層全体の温度を上
昇させ触媒の活性化を促進するとともに、上記の三層目
触媒層におけるリーン運転時でのNOxの浄化を低い温
度域から生じさせる。さらに、空燃比をリーンからスト
イキに切換える際に空燃比のリッチ化処理を行ったとき
(後述する)、リーン運転域で酸化されていた貴金属触
媒層の貴金属表面が還元され、これによってNOx浄化
性能を促進させる働きが生じるため、空燃比のリッチ化
度合を少なくすることができ、燃費の悪化が抑えられ
る。
する二層目触媒層は、一層目触媒層で発生した酸化反応
による反応熱を三層目触媒層へ伝える際に緩和する働き
があり、エンジンからの排気温度が高くなった場合に、
三層目触媒層が高温になることを抑制(つまり三層目触
媒層の劣化防止)するとともに、三層目触媒層に含まれ
る活性成分である銅が高温の使用条件下でゼオライトの
活性サイトから移動し一層目触媒層に達して一層目触媒
層の酸化反応を低下させ触媒性能を劣化させるという働
きを抑制する。
Aでは十分に浄化できないストイキ運転域でのNOx、
HC、COを浄化するとともに、ストイキ運転域、リー
ン運転域とも低い温度域から触媒反応を生じることによ
り発生する反応熱により、触媒装置全体を暖め、前方に
配置したNOx浄化触媒7Aをより低い温度域から活性
化する。
的性質により、リーン運転からストイキ運転への移行直
後にNOx浄化触媒7AにHCが一時的に吸着され、三
元触媒入口でのHCが若干不足することになるため、そ
の不足するHCを補う意味で、本発明では、リーン運転
からストイキ運転への移行時に、一時的に空燃比をリッ
チ化する。
運転からストイキ運転へ移行する際の、空燃比フィード
バック補正係数ALPHAの動きを表す。リーン運転中
にはO2センサが空燃比を検出することができず、この
間は空燃比をオープンループ制御するため、リーン運転
時にALPHAは1.0に固定されている。リーン運転
からストイキ運転へと移行するときに、ALPHAを通
常のフィードバック制御用の値とする前に、一周期分だ
け空燃比をリッチ化するため、リッチ化度合であるLR
PL(比例分)とLRI#(積分分)を与える。
HC吸着量に対応させて決定する。つまり、ストイキ運
転への移行直後にNOx浄化触媒の吸着するHC量の分
が三元触媒入口でのHC量の不足になるのであるから、
この不足分と同じ量だけ、空燃比のリッチ化により排気
中のHCを増加させて三元触媒に供給するわけである。
この場合、LRPLとLRI#に基づいて設定されたA
LPHAが1.0よりも大きくなっている面積(図中の
網掛け部分の面積)がHC供給量にほぼ比例する。な
お、空燃比のリッチ化を一周期分だけとしたのは、非常
に短い時間内でNOx浄化触媒に対してのHCの吸着が
完了する(つまりHCが吸着する期間だけ空燃比をリッ
チ化すればよい)からで、リッチ化を長引かせること
は、燃費の悪化につながる。
燃比)がストイキにある場合に、LRPLの値を最適に
設定してあったとしても、製作バラツキや経時劣化によ
りベース空燃比がストイキよりもリーンになったときに
は、必要とする度合までリッチ化できなくなり(HC供
給量が不足する)、また、ベース空燃比がストイキより
もリッチになると、過度にリッチ化してしまう(HC供
給量が過剰となる)ことになる。
(つまりALPHA=1.0としても実際の空燃比はス
トイキよりリーンである)は、空燃比フィードバック制
御時のALPHAの平均値が1.0より大きくなり、そ
のためリーン運転からストイキ運転へ移行する際の空燃
比のリッチ化後にALPHAの制御方向が反転するまで
の周期は、ベース空燃比がストイキにある場合より短く
なる(図13の破線参照)。また、ベース空燃比がリッ
チの場合には、反対にリーン運転からストイキ運転へ移
行する際の空燃比のリッチ化後にALPHAの制御方向
が反転するまでの周期が、ベース空燃比がストイキにあ
る場合より長くなる(図13の一点鎖線参照)。
に対する学習値を PL=LRPL×LRPLHS ただし、PL:比例分 LRPL:リッチ化度合 LRPLHS:学習値 の形で導入し、空燃比のリッチ化後にALPHAの制御
方向が反転するまでの周期を計測し、これを判定値と比
較することによりベース空燃比がリーンであるのかリッ
チであるのかを判定し、その判定結果よりベース空燃比
がリーンの場合には、HC供給量の不足を補うため増大
側に学習値を更新し、またベース空燃比がリッチの場合
には、HC供給量の過剰を抑制するため減少側に学習値
を更新する。
ーンあるいはストイキ、またはこのリーンからストイキ
に切換えるときに一時的にリッチ化するために、燃料イ
ンジェクタ6から噴射される燃料量を制御するコントロ
ールユニット10が備えられる。このコントロールユニ
ット10は同時にスワールコントロールバルブ5の開
度、点火栓11の点火タイミング、スロットルバルブ4
を迂回して補助空気を流すAACバルブ12の開度を制
御し、さらに燃料ポンプ13の作動、排気高温時におけ
る警告灯14の作動等を制御する。
め、コントロールユニット10には運転状態を検出する
各種信号が入力するのであり、このため、吸入空気量を
測定するエアフローメータ21、スロットルバルブ4の
開度を検出するスロットルセンサ(ただしアイドルスイ
ッチを兼用)22、エンジン回転数を検出する回転数セ
ンサ23、排気中の酸素濃度を検出する空燃比センサ
(O2センサ)24、触媒装置7の温度を検出する温度
センサ25、トランスミッションのニュートラル位置を
検出するニュートラルセンサ26、エンジン冷却水温を
検出する水温センサ27、エンジンのノッキングを検出
するノックセンサ28、車速を検出する車速センサ29
等の各出力回路が接続される。
ように、低中速、中負荷域等を中心とする所定の運転領
域において、空燃比がリーンとなるように燃料噴射量を
制御しつつ、吸気スワールを生起するようにスワールコ
ントロールバルブ5の開度を絞り、かつ点火時期を適切
に制御し、燃費のよいリーン運転を行い、またこれ以外
の領域においてO2センサ24の出力に基づいて空燃比
をストイキにフィードバック制御し、エンジンの安定性
や出力の要求に対応する。そして、リーン運転時にNO
x浄化触媒7AでHCを還元剤としたNOx還元反応に
よりNOxを浄化するとともに、リーン運転からストイ
キ運転への移行時に、一時的に空燃比をリッチにし、後
述するようにこのリッチ化の度合をNOx浄化触媒のH
C吸着量に応じて適正に制御することにより、ストイキ
へ移行した直後に三元触媒へのHC供給量が不足しない
ようにする。
しながら具体的に説明する。
運転するためのフローチャート(バックグランドジョブ
で実行)であり、アイドルスイッチの出力からアイドル
スイッチがONかどうかを判断し、もしアイドルスイッ
チがONならば、リーン運転は行わないので、ステップ
16に移行してリーン運転許可フラグをFLEAN=0
とする。
いときは、ステップ3以下において、各種の運転条件を
判定し、それぞれについて条件を満足するときに、ステ
ップ15でリーン運転の許可フラグFLEAN=1とし
て、リーン運転を許可するが、それ以外のときは、ステ
ップ16に移行してリーンは行わない。
Wを検出し、これが所定の温度範囲にあるか、つまりT
WL≦TW≦TWHにあるかどうか判断し、ステップ
5、6で燃料噴射パルス幅TP(エンジン負荷)を検出
し、これが所定の範囲、つまりTPL≦TP≦TPHに
あるかどうか判断し、ステップ7、8ではエンジン回転
数NEを検出し、これが所定の範囲、つまりNEL≦N
E≦NEHにあるかどうかを判断し、ステップ9、10
ではスロットル開度TVOを検出し、これが所定の開度
以下か、つまりTVO≦TVOHであるかどうかを判断
し、ステップ11、12では車速VSPを検出し、これ
が所定値以上か、つまりVSP≧VSPLかどうかを判
断し、さらにステップ13、14では車両の加速度ΔV
SPを車速を微分することにより求め、これが所定値以
下か、つまりΔVSP≦DVHかどうかを判断し、それ
ぞれの条件を満たすときに、ステップ15に移行し、リ
ーン運転とする。
条件についてリーン運転する領域に関し、図4〜図6に
その対応関係を示す。
ら、次に図7に示すフローチャート(4気筒の場合18
0°毎に実行)にしたがって、燃空比補正係数DMLを
算出する。
うかを判断し、リーン運転が許可されているときは、ス
テップ22で目標とする燃空比(ストイキを1として、
それよりも濃いときは1より大きくなる値)TDML
を、エンジン負荷と回転数で割り付けたリーン燃空比マ
ップから求める。また、リーン運転が許可されていない
ときは、ステップ27で目標燃空比TDMLを同じくス
トイキ燃空比マップから求める。ただし、この場合、運
転条件によって高負荷時などは、目標燃空比がストイキ
よりも濃い状態となることがある。
を確認したら、リーン燃空比マップから求めたTDML
に基づいて、燃空比補正係数DMLを DML=Max(DML−ΔDML,TDML) …(1) の式により算出する(ステップ24)。
量で、図8にも示すように、そのときのスロットル開度
の変化速度ΔTVOによって変化する。
いときは、ステップ28でストイキ燃空比マップから求
めたTDMLに基づいて、燃空比補正係数DMLを DML=Min(DML−ΔDML,TDML) …(2) の式により算出する。
に示したように、ストイキからリーンへの移行時あるい
はリーンからストイキへの移行時に階段状に変化する値
である。
あれば、空燃比がストイキとなるようにフィードバック
制御に移行するのであり、そうでないときは、空燃比フ
ィードバック補正係数ALPHAを、ALPHA=1.
0にクランプし、燃空比補正係数に基づいた空燃比とな
るようにオープンループ制御する。
制御する。次に、図9のフローチャートによって、スト
イキ運転への移行時にNOx浄化触媒に吸着されるHC
量と、ストイキ以外の運転で触媒から離脱されるHC量
とから、現在までのHC吸着量を算出する動作について
説明する。
空比補正係数DML<1.0かどうかにより判断する。
リーンでないならば、ステップ32で触媒に対するHC
の吸着速度(割合)DABSRを、 DABSR=DABSR0#×(Tp/Tp0#)×(Q/Q0#) ×(ABSFC#−ABSTC)/ABSFC# …(3) の式により算出する。
し、負荷TPが大きいほど、また吸入空気量Qが大きい
ほど吸着速度は大きくなる。
を、前回値に今回の吸着分(吸着速度)DABSRを加
算することにより次式のようにして求める。
ときは、触媒からのHCの減少量を算出するのであり、
まずステップ34で触媒からのHCの減少速度DPRG
Rを DPRGR=DPRGR0#×(Tp/Tp0#)×(Q/Q0#) ×(CT/CT0)×ABSTC/ABSFC# …(5) の式により算出する。
ど、また吸入空気量Qが大きいほど大きくなり、さらに
排気温度CTが高いほど大きくなる。そして、ステップ
35において、HC吸着量ABSTCを ABSTC=ABSTC(old)−DPRGR …(6) の式により算出する。
媒に吸着されているHC量を算出したら、リーン運転が
ストイキ運転に切換わったときに、三元触媒入口でのH
Cが不足することのないように、空燃比を一時的にリッ
チシフトするのであるが、このときの空燃比フィードバ
ック補正係数ALPHAを算出する動作について、図1
0のフローチャートにしたがって説明する。なお、この
フローは4気筒の場合エンジンの1回転毎(6気筒や8
気筒の場合でも同じ)に図3、図7、図9とは独立に実
行する。
1.0)かどうかを判断し、もしリーン運転中ならば、
ステップ50以降に移り、リッチシフト実行フラグFR
SFT(始動時に“0”に初期設定される)を“1”に
セットし、ステップ51でALPHAをクランプして処
理を終了する。
は、ステップ42に進み、ストイキ運転中であっても、
全開加速時や減速時等のALPHAをクランプする運転
条件にあるかを判断し、もしそうならば、前記したステ
ップ51以降へと進み、ALPHAをクランプする。
でリッチシフト実行フラグFRSFT=1かどうか判断
し、もしFRSFT=0ならば、通常の空燃比フィード
バック制御を行うために、ステップ52に移行して、フ
ィードバック制御定数の積分分i、比例分PL、PRを
マップから読み出す。
リッチ化処理を行うために、ステップ44ないし48へ
と進む。
TCからテーブルを検索してリッチ化度合LRPLを求
める。
が少ないほど移行直後にNOx浄化触媒にHCが多く奪
われるため、リッチ化度合を大きくする必要があるの
で、ABSTCが小さくなるほどリッチ化度合LRPL
が大きくなるが、余り大きくなり過ぎると、空燃比の急
激な変化によるトルク変動が大きくなるので、許容され
るトルク変動の範囲よりも大きな値には設定しない。ま
た、ABSTCが大きいときは、無用な空燃比変動を回
避するためLRPL=0として、リッチ化を行わない。
Pの属する学習領域に入っているリッチ化度合の学習値
(1.0を中心とする値)LRPLHSを求め、この学
習値LRPLHSとリッチ化度合LRPLとからステッ
プ46において、 PL=LRPL×LRPLHS …(7) の式より比例分PLを求め、さらに比例分PRには0
を、積分分iには所定値LRI#を入れる。
御を開始して1周期分が経過したかどうかを調べ、1周
期が経過していなければ、ステップ49に移行し、ステ
ップ46で求めた比例分PL、PRと積分分iを用いて
ALPHAを更新する。1周期が経過したら、ステップ
48でリッチシフト実行フラグFRSFTをクリアした
後、ステップ49に移行する。
の学習値LRPLHSの更新を行うためのもので、図1
0におけるリッチ化処理の終了時に行う。
LPHAのピーク〜ピーク間にエンジンが回転した回数
CO2INVを算出し、その他の運転条件をステップ6
2において検出する。
エンジン回転数NEからマップを検索して、CO2IN
Vに対する学習領域毎の所定のしきい値SO2INVを
求める。
幅の半分である所定値HYSINV#を加えた値と上記
の回数CO2INVとをステップ64において比較し、
CO2INV≧SO2INV+HYSINVであるとき
は、ベース空燃比がリッチ側にずれていると判断してス
テップ65、66、67に進み、学習値LRPLHSを LRPLH=LRPLH(old)−DPL# …(8) ただし、DPL#:所定値 の式により減量側に書き換える。ただし、学習値は、学
習領域毎に異なる値を格納しているので、そのときのN
EとTPの属する学習領域の学習値を読み出し、その学
習値から所定値DPL#だけ差し引いた値を改めて同じ
領域に格納することになる。学習値はバックアップして
おく。
SINVであるときにはステップ68に進んで、CO2
INVとSO2INV−HYSINVとを比較し、CO
2INV≦SO2INV−HYSINVのときには、ベ
ース空燃比がリーン側にずれていると判断してステップ
69、70、71に進み、ステップ65、66、67と
同様にして、そのときのNEとTPの属する学習領域の
学習値LRPLHSを LRPLH=LRPLH(old)+DPL# …(9) の式により増量側に書き換える。
だけの従来例では、NOx吸着量が一杯になるなるたび
に、ストイキ運転に戻す必要があるので、リーン運転を
長く継続することができず、しかもそのときの運転状態
に関係なくストイキ運転に戻すため、運転性にも影響す
る、さらに、ストイキ運転への移行のたびに空燃比のリ
ッチ化処理を行わなければならないので、燃費を向上さ
せるにしても限界があるばかりか、溜め込んだNOxを
三元触媒によりすべて処理する必要があるため、三元触
媒に対する負担も高くなる(三元触媒入口の排気濃度が
高くなり、処理すべき量が多くなる)。
7Aによりリーン運転域で排気中のHCや自身に吸着し
ているHCを還元剤としたNOx還元反応によりNOx
を浄化してしまうので、リーン運転が長引いても、途中
でストイキ運転に移行させる必要がなく、これによって
運転性に影響がないばかりか従来例より燃費を改善でき
るとともに、三元触媒に対する負担も軽くなる。
一時的にリッチ化することにより、排気中のHCを増加
させて三元触媒に供給するので、ストイキ運転への移行
直後に三元触媒へのHCの供給量が不足することがな
い。
出し、このHC吸着量に応じて空燃比のリッチ化度合を
決定するので、ストイキ運転に移行する直前のNOx浄
化触媒のHC吸着量を精度よく求めることができ、これ
によってストイキ運転に移行した直後のHC供給量を過
不足なく与えることができる。
LHSを導入して、リッチ化処理中のALPHAのピー
ク〜ピーク間にエンジンが回転した回数CO2INV
(空燃比のリッチ化後に空燃比フィードバック制御の制
御方向が反転するまでの周期に相当)を算出し、これを
判定値と比較することによりベース空燃比がリーンであ
るのかリッチであるのかを判定し、その判定結果よりベ
ース空燃比がリーンの場合には、HC供給量の不足を補
うため増大側にLRPLHSを更新し、またベース空燃
比がリッチの場合には、HC供給量の過剰を抑制するた
め減少側にLRPLHSを更新するので、製作時のバラ
ツキや経時劣化によりベース空燃比がリーン側やリッチ
側へとずれている場合にも、ストイキ運転域への移行時
に三元触媒入口に過不足なくHC供給量を与えることが
できる。
施形態で、それぞれ第1実施形態の図10、図11に対
応する。第1実施形態と相違するのは、図14のステッ
プ81、82、83、図15のステップ91、92、9
3、94、95、96で、図10、図11と同一のステ
ップには同じステップ番号をつけている。
PLHSを加速時と減速時に対する2値としたもので、
図14に示したように、リッチ化処理に際し、アイドル
スイッチをみてこれがOFF状態(加速時)であれば、
加速時用の値LRHSACを学習値LRPLHSに入
れ、また、ON状態(減速時)であるときには減速時用
の値LRHSDCを学習値LRPLHSに入れる(図1
4のステップ81、82、83)ことにより学習値を求
め、このようにして求めた学習値LRPLHSでリッチ
化度合LRPLを補正している(図14のステップ4
6)。また、図15のように、アイドルスイッチの状態
をみて、学習値を更新している(図15のステップ9
1、92、93、94、95、96)。この学習値につ
いても第1実施形態と同様にバックアップしておくこと
はいうまでもない。
解消できるとすれば、ベース空燃比がリーン側あるいは
リッチ側へとずれるのは、過渡時(加速時と減速時)が
主であるので、学習値を加速時と減速時に対する2値と
しても、空燃比学習制御と併用するのであれば、過渡時
にベース空燃比がリーン側あるいはリッチ側へとずれる
場合にも、ストイキ運転への移行時にHC供給量を過不
足なく与えることができ、このように学習値を加速時と
減速時に対する2値とすることで、第2実施形態では学
習値のマップが不要となり、記憶装置の負担が軽くな
る。
で、第2実施形態の図14に対応する。また図17の波
形図は第1実施形態の図12に対応させている。
量ABSTCが一定であることを前提とし、かつリッチ
化度合の学習値の導入をやめたもので、この場合には、
リッチ化処理に際し、アイドルスイッチのOFF時に所
定値LRPLOF#を比例分PLに、所定値LRIOF
#を積分分iに入れ(ステップ81、101)、また、
アイドルスイッチのON時に所定値LRPLON#をP
Lに、所定値LRION#をiに入れている(ステップ
81、102)。
吸着量ABSTCが一定である場合に、空燃比学習制御
と併用することで、過渡時にベース空燃比がリーン側あ
るいはリッチ側へとずれる場合にも、ストイキ運転への
移行時にHC供給量を過不足なく与えることができると
ともに、学習値のマップとHC吸着量を求めるためのテ
ーブルを必要としないので、記憶装置の負担が第2実施
形態よりも軽くなる。
リーン運転域で排気中のHCや自身に吸着しているHC
を還元剤としたNOx還元反応によりNOxを浄化して
しまうので、リーン運転が長引いても、途中でストイキ
運転に移行させる必要がなく、これによって運転性に影
響がないばかりか燃費を一段と改善できるとともに、三
元触媒に対する負担が軽くなる。また、第1の発明で
は、リーン運転からストイキ運転への移行時に空燃比を
一時的にストイキよりもリッチ化することにより、排気
中のHCを増加させて三元触媒に供給するので、ストイ
キ運転への移行直後に三元触媒へのHCの供給量が不足
することがない。また、第1の発明では、NOx浄化触
媒のHC吸着量を算出し、このHC吸着量に応じて空燃
比のリッチ化の度合を決定するので、ストイキ運転に移
行する直前のNOx浄化触媒のHC吸着量を精度よく求
めることができ、これによってストイキ運転に移行した
直後のHC供給量を過不足なく与えることができる。ま
た、第1の発明では、空燃比をリッチするのを、空燃比
フィードバック制御の制御方向が反転するまでに限って
いるので、リッチ化を長引かせることがなく燃費の悪化
を防ぐことができる。
媒層により、ストイキ運転域でNOx、HC、COを浄
化し、またリーン運転時には酸化触媒反応を起こしてH
C、COを浄化し、その際に生じる反応熱により第1の
無機物からなる触媒層と第2の無機物からなる触媒層の
全体の温度を上昇させ触媒の活性化を促進することがで
きる。
媒層に、第2の無機物からなる触媒層で発生した酸化反
応による反応熱を第1の無機物からなる触媒層へ伝える
際に緩和する働きがあることから、エンジンからの排気
温度が高くなった場合に、第1の無機物からなる触媒層
が高温になることを抑制するとともに、第1の無機物か
らなる触媒層に含まれる活性成分である銅が高温の使用
条件下でゼオライトの活性サイトから移動し第2の無機
物からなる触媒層に達して第2の無機物からなる触媒層
の酸化反応を低下させ触媒性能を劣化させるという働き
を抑制することができる。
ッチ化後に空燃比フィードバック制御の制御方向が反転
するまでの周期が短くなり、また、ベース空燃比がリッ
チのとき、その周期が長くなることから、第2の発明で
は、前記周期を計測し、この周期が判定値よりも短いと
きには空燃比のリッチ化度合が大きくなる側に、また周
期が判定値よりも長いときには空燃比のリッチ化度合が
小さくなる側に学習領域毎の学習値を更新するので、製
作時のバラツキや経時劣化によりベース空燃比がリーン
側やリッチ側へとずれている場合にも、ストイキ運転へ
の移行直後に三元触媒に過不足なくHC供給量を与える
ことができる。
ぼ解消できるとすれば、ベース空燃比がリーン側あるい
はリッチ側へとずれるのは、過渡時(加速時と減速時)
が主であるので、第3の発明で学習値を加速時と減速時
に対する2値としても、空燃比学習制御と併用するので
あれば、過渡時にベース空燃比がリーン側あるいはリッ
チ側へとずれる場合にも、ストイキ運転への移行時にH
C供給量を過不足なく与えることができ、このように学
習値を加速時と減速時に対する2値とすることで、学習
値のマップが不要となり、記憶装置の負担が軽くなる。
着量が一定である場合に、空燃比学習制御と併用するこ
とで、過渡時にベース空燃比がリーン側あるいはリッチ
側へとずれる場合にも、ストイキ運転への移行時にHC
供給量を過不足なく与えることができるとともに、学習
値のマップとHC吸着量を求めるためのテーブルを必要
としないので、記憶装置の負担が軽くなる。
図である。
ートである。
す説明図である。
て示す説明図である。
明図である。
フローチャートである。
図である。
フローチャートである。
説明するためのフローチャートである。
のフローチャートである。
説明するための波形図である。
説明するための波形図である。
リッチ化処理を説明するためのフローチャートである。
を説明するためのフローチャートである。
リッチ化処理を説明するためのフローチャートである。
リッチ化処理を説明するための波形図である。
Claims (8)
- 【請求項1】リーン運転域で空燃比目標値をストイキよ
りもリーン側の値に、またリーン運転域以外の運転域で
主にストイキを空燃比目標値として設定し、この空燃比
目標値となるように空燃比を制御する手段を備えるエン
ジンの空燃比制御装置において、前記リーン運転域でH
Cを還元剤としたNOx還元反応を行うとともに前記ス
トイキ運転域ではHCを吸着する機能を有するNOx浄
化触媒と、このNOx浄化触媒の下流にあってストイキ
運転域でHC、CO、NOxを浄化する三元触媒とを排
気通路に配置し、 前記リーン運転域にあるあいだHC吸着速度を単位時間
ごとに加算し、また前記リーン運転域以外にあるあいだ
前記HC減少速度を単位時間ごとに減算することにより
前記NOx浄化触媒のHC吸着量を算出し、 前記ストイキ運転域では前記NOx浄化触媒の上流側に
設けた空燃比センサに基づいて空燃比フィードバック制
御を行うと共に、 前記リーン運転域から前記ストイキ運転域への移行時
に、前記算出したHC吸着量に基づいてこのHC吸着量
が少ないほど大きくなる空燃比のリッチ化度合を繰り返
して算出し、この算出した空燃比リッチ化度合を用いて
空燃比フィードバック制御定数を更新しつつ空燃比フィ
ードバック制御の制御方向が反転するまでに限って空燃
比を一時的にリッチ化する ことを特徴とするエンジンの
空燃比制御装置。 - 【請求項2】学習領域毎の学習値で前記空燃比のリッチ
化度合を修正するとともに、前記空燃比のリッチ化後に
前記空燃比フィードバック制御の制御方向が反転するま
での周期を計測し、この周期が判定値よりも短いときに
は前記空燃比のリッチ化度合が大きくなる側に、また前
記周期が判定値よりも長いときには前記空燃比のリッチ
化度合が小さくなる側に前記学習値を更新することを特
徴とする請求項1に記載のエンジンの空燃比制御装置。 - 【請求項3】加速時と減速時に対する2値の学習値で前
記空燃比のリッチ化度合を修正するとともに、前記空燃
比のリッチ化後に前記空燃比フィードバック制御の制御
方向が反転するまでの周期を計測し、この周期が判定値
よりも短いときには前記空燃比のリッチ化度合が大きく
なる側に、また前記周期が判定値よりも長いときには前
記空燃比のリッチ化度合が小さくなる側に前記学習値を
更新することを特徴とする請求項1または2に記載のエ
ンジンの空燃比制御装置。 - 【請求項4】加速時と減速時にそれぞれ専用の値で前記
空燃比のリッチ化度合を修正することを特徴とする請求
項1または2に記載のエンジンの空燃比制御装置。 - 【請求項5】前記NOx浄化触媒は、銅をイオン交換し
たゼオライト粉末を主成分とする第1の無機物を担体に
層状に形成したものであることを特徴とする請求項1に
記載のエンジンの空燃比制御装置。 - 【請求項6】前記ゼオライト粉末はMFI型ゼオライト
であることを特徴とする請求項5に記載のエンジンの空
燃比制御装置。 - 【請求項7】前記第1の無機物の層の内側に活性アルミ
ナまたはゼオライトに白金、ロジウム、パラジウムのう
ち少なくとも一種以上を担持したものを主成分とする第
2の無機物を層状に形成したことを特徴とする請求項5
または6に記載のエンジンの空燃比制御装置。 - 【請求項8】前記第1の無機物の層と前記第2の無機物
の層の間に貴金属を含まない活性アルミナを主成分とす
る第3の無機物による層を形成したことを特徴とする請
求項7に記載のエンジンの空燃比制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32047995A JP3518115B2 (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | エンジンの空燃比制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32047995A JP3518115B2 (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | エンジンの空燃比制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09158721A JPH09158721A (ja) | 1997-06-17 |
JP3518115B2 true JP3518115B2 (ja) | 2004-04-12 |
Family
ID=18121910
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32047995A Expired - Lifetime JP3518115B2 (ja) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | エンジンの空燃比制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3518115B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
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---|---|---|---|---|
JP6255909B2 (ja) * | 2013-11-01 | 2018-01-10 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
JP6098735B2 (ja) * | 2014-01-10 | 2017-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
JP6107674B2 (ja) * | 2014-01-10 | 2017-04-05 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
-
1995
- 1995-12-08 JP JP32047995A patent/JP3518115B2/ja not_active Expired - Lifetime
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