JP3626020B2 - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置に関し、特に排気系に窒素酸化物(NOx)の吸収剤を内蔵するNOx浄化装置を備え、さらに内燃機関の失火判定機能を有する排気ガス浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーン運転を実行すると、NOxの排出量が増加する傾向があるため、機関の排気系にNOxを吸収するNOx吸収剤を内蔵するNOx浄化装置を設け、排気ガスの浄化を行う技術が従来より知られている。このNOx吸収剤は、空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い(NOxが多い)状態(以下「排気ガスリーン状態」という)においては、NOxを吸収する一方、逆に空燃比が理論空燃比近傍または理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的低い状態(以下「排気ガスリッチ状態」という)においては、吸収したNOxを放出する特性を有する。このNOx吸収剤を内蔵するNOx浄化装置は、排気ガスリッチ状態においては、NOx吸収剤から放出されるNOxはHC、COにより還元されて、窒素ガスとして排出され、またHC、COは酸化されて水蒸気及び二酸化炭素として排出されるように構成されている。
【0003】
上記NOx吸収剤が、吸収できるNOx量には当然限界があるため、リーン運転のみを長時間継続することはできない。そのため、吸収されたNOxを放出させるために空燃比を一時的にリッチ化し、NOx吸収剤からNOxを放出させるとともに放出されたNOxを還元するようにした空燃比制御手法が従来より知られている(例えば特許第2586739号公報)。以下、この一時的なリッチ化を、「還元リッチ化」という。
【0004】
この公報に示された手法によれば、機関負荷、機関回転数等の機関運転状態に応じてNOx吸収剤に吸収されているNOx量が推定され、該推定されたNOx量が予め定めた許容量を越えたときに還元リッチ化が実行される。
【0005】
また、内燃機関において失火が発生すると、燃焼しなかった燃料がそのまま排出され、排気ガス特性を悪化させることから、失火の発生を判定してその発生頻度により内燃機関の燃焼状態を判定する手法が従来より知られている(例えば特開平7−54704号公報)。この公報に示された手法によれば、内燃機関の回転変動を検出し、該検出した回転変動が基準値を超えたとき、失火と判定される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、NOx浄化装置を備えた機関では、リーン運転中において間欠的に空燃比の還元リッチ化が実行されるが、これにより燃料供給量が比較的急激に変動するため、機関の回転変動を発生させる。そのため、特開平7−54704号公報に示されたような従来の失火判定手法をそのまま適用すると、還元リッチ化の開始時点または終了時点で失火が発生していないにも拘わらず失火発生と誤判定する場合があった。
【0007】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、リーン運転中のNOxの排出量を抑制し、しかも還元リッチ化に起因する誤判定の無い正確な失火判定機能を有する排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い排気ガスリーン状態のとき排気ガス中の窒素酸化物を吸収し、排気ガス中の酸素濃度が比較的低い排気ガスリッチ状態のとき吸収した窒素酸化物を還元する窒素酸化物浄化手段と、前記機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーン運転中に、前記排気ガスが前記排気ガスリッチ状態となるように前記空燃比を一時的にリッチ化する還元手段とを備える内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記機関の失火を判定する失火判定手段を有し、該失火判定手段は、前記機関の回転変動を示す回転変動パラメータを算出し、この回転変動パラメータが失火判定用閾値よりも大きくなったときに失火と判定し、前記還元手段により前記空燃比が変更された直後の過渡状態においては、前記失火判定用閾値を前記過渡状態以外のときより大きな値に変更して失火判定を行うことを特徴とする。
【0009】
この構成によれば、回転変動パラメータが失火判定用閾値よりも大きくなったときに失火と判定され、還元手段による空燃比の変更が実行された直後の過渡状態においては、失火判定用閾値を前記過渡状態以外のときより大きな値に変更して失火判定が行われるので、還元リッチ化に起因する誤判定の無い正確な失火判定を行うことができる。
【0010】
請求項2に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い排気ガスリーン状態のとき排気ガス中の窒素酸化物を吸収し、排気ガス中の酸素濃度が比較的低い排気ガスリッチ状態のとき吸収した窒素酸化物を還元する窒素酸化物浄化手段と、前記機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーン運転中に、前記排気ガスが前記排気ガスリッチ状態となるように前記空燃比を一時的にリッチ化する還元手段とを備える内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記機関の失火を判定する失火判定手段を有し、該失火判定手段は、検出した機関回転数に応じた値を有する回転数パラメータにフィルタ処理を施す演算式を用いて、前記機関の回転変動を示す回転変動パラメータを算出し、該回転変動パラメータが失火判定用閾値よりも大きくなったときに失火と判定し、前記還元手段により前記空燃比が変更された直後の過渡状態においては、該過渡状態で検出された前記回転数パラメータの寄与度が、前記過渡状態以外のときに検出された前記回転数パラメータの寄与度に比較して相対的に小さくなるように前記演算式を変更することを特徴とする。
【0011】
この構成によれば、検出した機関回転数に応じた値を有する回転数パラメータにフィルタ処理を施す演算式を用いて、機関の回転変動を示す回転変動パラメータが算出され、該回転変動パラメータが失火判定用閾値よりも大きくなったときに失火と判定される。そして、還元手段により空燃比が変更された直後の過渡状態においては、該過渡状態で検出された回転数パラメータの寄与度が、過渡状態以外のときに検出された回転数パラメータの寄与度に比較して相対的に小さくなるように前記演算式が変更されるので、還元リッチ化に起因する誤判定のない正確な失火判定を行うことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の実施の一形態に係る排気ガス浄化装置を含む、内燃機関(以下「エンジン」という)及びその制御装置の全体構成図であり、例えば4気筒のエンジン1の吸気管2の途中にはスロットル弁3が配されている。スロットル弁3にはスロットル弁開度(θTH)センサ4が連結されており、当該スロットル弁3の開度に応じた電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロールユニット(以下「ECU」という)5に供給する。
【0013】
燃料噴射弁6はエンジン1とスロットル弁3との間かつ吸気管2の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にECU5に電気的に接続されて当該ECU5からの信号により燃料噴射弁6の開弁時間が制御される。
【0014】
一方、スロットル弁3の直ぐ下流には吸気管内絶対圧(PBA)センサ7が設けられており、この絶対圧センサ7により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ECU5に供給される。また、その下流には吸気温(TA)センサ8が取付けられており、吸気温TAを検出して対応する電気信号を出力してECU5に供給する。
【0015】
エンジン1の本体に装着されたエンジン水温(TW)センサ9はサーミスタ等から成り、エンジン水温(冷却水温)TWを検出して対応する温度信号を出力してECU5に供給する。
【0016】
エンジン1の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲には、エンジン1の特定の気筒の所定クランク角度位置で信号パルス(以下「CYL信号パルス」という)を出力する気筒判別センサ(以下「CYLセンサ」という)12、各気筒の吸入行程開始時の上死点(TDC)に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で(4気筒エンジンではクランク角180゜毎に)TDC信号パルスを発生するTDCセンサ11、及び前記TDC信号パルスの周期より短い一定クランク角(例えば30゜)周期で1パルス(以下「CRK信号パルス」という)を発生するクランク角センサ(以下「CRKセンサ」と云う)10が取り付けられており、CYL信号パルスTDC信号パルス及びCRK信号(クランク角信号)パルスはECU5に供給される。
【0017】
エンジン1の各気筒の点火プラグ19は、ディストリビュータ18を介してECU5に接続されている。
【0018】
排気管12には窒素酸化物浄化手段としてのNOx浄化装置16が設けられている。NOx浄化装置16は、NOxを吸収するNOx吸収剤及び酸化、還元を促進するための触媒を内蔵する。NOx吸収剤としては、エンジン1に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い(NOxが多い)排気ガスリーン状態においては、NOxを吸蔵する一方、逆にエンジン1に供給される混合気の空燃比が理論空燃比近傍または理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気ガス中の酸素濃度が比較的低い排気ガスリッチ状態においては、吸蔵したNOxを放出する特性を有する吸蔵式のもの、あるいは排気ガスリーン状態においてはNOxを吸着し、排気ガスリッチ状態において還元する吸着式のものを使用する。NOx浄化装置16は、排気ガスリーン状態においては、NOx吸収剤にNOxを吸収させる一方、排気ガスリッチ状態においては、NOx吸収剤から放出されるNOxがHC、COにより還元されて、窒素ガスとして排出され、またHC、COは酸化されて水蒸気及び二酸化炭素として排出されるように構成されている。吸蔵式のNOx吸収剤としては、例えば酸化バリウム(Ba0)が使用され、吸着式のNOx吸収剤としては、例えばナトリウム(Na)とチタン(Ti)またはストロンチウム(Sr)とチタン(Ti)が使用され、触媒としては吸蔵式及び吸着式のいずれにおいても、例えば白金(Pt)が使用される。このNOx吸収剤は、一般にその温度が高くなるほど、吸収したNOxを放出しやすくなる特性を有する。
【0019】
NOx吸収剤のNOx吸収能力の限界、すなわち最大NOx吸収量まで、NOxを吸収すると、それ以上NOxを吸収できなくなるので、適時NOxを放出させて還元するために空燃比のリッチ化、すなわち還元リッチ化を実行する。
【0020】
NOx浄化装置16の上流位置には、比例型空燃比センサ14(以下「LAFセンサ14」という)が装着されており、このLAFセンサ14は排気ガス中の酸素濃度(空燃比)にほぼ比例した電気信号を出力し、ECU5に供給する。
【0021】
エンジン1は、吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを、エンジンの高速回転領域に適した高速バルブタイミングと、低速回転領域に適した低速バルブタイミングとの2段階に切換可能なバルブタイミング切換機構30を有する。このバルブタイミングの切換は、弁リフト量の切換も含み、さらに低速バルブタイミング選択時は2つに吸気弁のうちの一方を休止させて、空燃比を理論空燃比よりリーン化する場合においても安定した燃焼を確保するようにしている。
【0022】
バルブタイミング切換機構30は、バルブタイミングの切換を油圧を介して行うものであり、この油圧切換を行う電磁弁及び油圧センサがECU5接続されている。油圧センサの検出信号はECU5に供給され、ECU5は電磁弁を制御してエンジン1の運転状態に応じたバルブタイミングの切換制御を行う。
【0023】
ECU5は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路5a、中央演算処理回路(以下「CPU」という)5b、CPU5bで実行される各種演算プログラム、該演算プログラムで使用されるテーブルやマップ、演算結果等を記憶する記憶手段5c、前記燃料噴射弁6及び点火プラグ19に駆動信号を供給する出力回路5d等から構成される。
【0024】
CPU5bは、上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、空燃比フィードバック制御領域や空燃比フィードバック制御を行わない複数の特定運転領域の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、次式(1)に基づき、前記TDC信号パルスに同期する燃料噴射弁6の燃料噴射時間TOUTを演算する。
【0025】
TOUT=TI×KCMD×KLAF×K1+K2…(1)
ここに、TIは燃料噴射弁5の基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて設定されたTIマップを検索して決定される。TIマップは、マップ上のエンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに対応する運転状態において、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。
【0026】
KCMDは目標空燃比係数であり、エンジン回転数NE、吸気管内絶対圧PBA、エンジン水温TW等のエンジン運転パラメータに応じて設定される。目標空燃比係数KCMDは、空燃比A/Fの逆数、すなわち燃空比F/Aに比例し、理論空燃比のとき値1.0をとるので、目標当量比ともいう。
【0027】
KLAFは、LAFセンサ14の検出値から算出される検出当量比KACTが目標当量比KCMDに一致するようにPID制御により算出される空燃比補正係数である。
【0028】
K1及びK2は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決定される。
【0029】
CPU5bは上述のようにして求めた燃料噴射時間TOUTに基づいて燃料噴射弁6を開弁させる駆動信号を出力回路5dを介して燃料噴射弁6に供給するとともに、エンジン運転状態に応じて点火時期を演算し、点火プラグ19を駆動する信号をディストリビュータ18を介して点火プラグ19に供給する。
【0030】
図2は、エンジン1の燃料供給制御を行う処理のフローチャートである。本処理も一定時間毎にCPU5bで実行される。
【0031】
ステップS12では、リーン運転中か否か、すなわち還元リッチ化を実行しない通常制御時に後述するステップS17で記憶された、目標空燃比係数KCMDの記憶値KCMDBが「1.0」より小さいか否かを判別する。その結果、KCMDB≧1.0であってリーン運転中でないときは、直ちにステップS16に進み、エンジン運転状態に応じた目標空燃比係数KCMD等の設定を行い、上記式(1)を用いた通常の燃料供給制御を行う。次いで、目標空燃比係数KCMDを記憶値KCMDBとして記憶し(ステップS17)、本処理を終了する。
【0032】
ステップS12でKCMDB<1.0であってリーン運転中であるときは、エンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて、次のステップS14で使用する増分値ADDNOxを決定する(ステップS13)。増分値ADDNOxは、リーン運転中に単位時間当たりに排出されるNOx量に対応するパラメータであり、エンジン回転数NEが増加するほど、また吸気管内絶対圧PBAが増加するほど、増加するように設定されている。
【0033】
ステップS14では、下記式にステップS13で決定した増分値ADDNOxを適用し、NOx量カウンタCNOxをインクリメントする。これによりNOx排出量に相当するカウント値が得られる。
【0034】
CNOx=CNOx+ADDNOx
続くステップS15では、NOx量カウンタCNOxの値が、許容値CNOxREFを越えたか否かを判別する。この答が否定(NO)であるときは、前記ステップS16に進み、通常の燃料供給制御を行う。許容値CNOxは、NOx吸収剤の最大NOx吸収量より若干小さいNOx量に対応する値に設定される。
【0035】
ステップS15で、CNOx>CNOxREFとなると、リッチ化フラグFRICHを「1」に設定し(ステップS18)、目標空燃比係数KCMDを空燃比14.0相当程度の値に設定する還元リッチ化を実行する(ステップS19)。この還元リッチ化は、リッチ化時間TRICH(例えば1,2秒間程度)に亘って実行する。
【0036】
ステップS20では、還元リッチ化が終了したか否かを判別し、還元リッチ化が終了していないときは直ちに本処理を終了し、還元リッチ化が終了するとNOx量カウンタCNOxのカウント値を「0」にリセットするとともに、リッチ化フラグFRICHを「0」にリセットする(ステップS21)。
図2の処理によれば、リーン運転中は、NOx量カウンタCNOxの値が許容値CNOxREFに達するごとに、リッチ化フラグFRICHが「1」に設定され、還元リッチ化が実行され、NOx吸収剤に吸収されたNOxの還元が行われる。
【0037】
次に図3〜7を参照してエンジン1の失火判定処理を説明する。
図3は、エンジン1の失火判定処理(CPU5bで実行される)の全体構成を示す図である。同図(a)は、前記CRK信号パルスの発生毎にこれと同期して実行されるCRK処理を示し、本処理ではCRK信号パルスの発生時間間隔(エンジン回転速度の逆数に比例するパラメ−タ)の平均値(以下「第1の平均値」という)TAVEの算出を行う(ステップS31)。
同図(b)は、前記TDC信号パルスの発生毎にこれと同期して実行されるTDC処理を示し、本処理ではCRK処理で算出される第1の平均値TAVEの平均値(以下「第2の平均値」という)Mの変化量ΔMが算出され(ステップS41)、変化量ΔMに基づいてエンジン1における失火の発生の有無が判定される(ステップS42)。
【0038】
図4は、図3(a)のステップS31における第1の平均値TAVEを算出する処理のフロ−チャ−トである。
【0039】
ステップS51では、CRK信号パルスの発生時間間隔CRMe(n)を計測する。具体的には、図5に示すようにクランク軸が30度回転する毎に順次CRMe(n),CRMe(n+1),CRMe(n+2)…が計測される。
【0040】
ステップS52では、次式(2)により11回前の計測値CRMe(n−11)から最新の計測値CRMe(n)までの12個のCRMe値の平均値として、第1の平均値TAVE(n)を算出する。
【数1】
【0041】
本実施形態ではCRK信号パルスはクランク軸が30度回転する毎に発生するので、第1の平均値TAVE(n)はクランク軸1回転に対応する平均値である。このような平均化処理を行うことにより、クランク軸1回転で1周期のエンジン回転の1次振動成分、即ち、クランク角センサ11を構成するパルサ又はピックアップの機械的誤差(製造誤差、取付誤差等)によるノイズ成分を除去することができる。
なおTAVE(n)値に基づいてエンジン回転速度NEが算出される。
【0042】
図6は、図3(b)のステップS41におけるΔM算出処理のフロ−チャ−トである。
【0043】
ステップS61では、次式(3)により、第1の平均値TAVEの5回前の算出値TAVE(n−5)から最新の算出値TAVE(n)までの6個のTAVE値の平均値として、第2の平均値M(n)を算出する。
【数2】
【0044】
本実施形態では、エンジン1は4気筒4サイクルエンジンであり、クランク軸が180度回転する毎にいずれかの気筒で点火が行われる。従って、第2の平均値(n)は、第1の平均値TAVE(n)の点火周期毎の平均値である。このような平均化処理を行うことにより、燃焼によるエンジン回転のトルク変動分として表わされる2次振動成分、即ち、クランク軸半回転周期の振動成分を除去することができる。なお、平均化処理は、低周波数成分を減衰させるローパスフィルタ処理に相当する。
【0045】
続くステップS62では、次式(4)により、第2の平均値M(n)のハイパスフィルタ処理、すなわち高周波成分を減衰させる処理を行う。ハイパスフィルタ処理後の第2の平均値をFM(n)としている。
【0046】
FM(n)=b(1)×M(n)+b(2)×M(n−1)+b(3)×M(n−2)−a(2)FM(n−1)−a(3)FM(n−2) (4)
ここで、b(1)〜b(3),a(2),a(3)はフィルタ係数であり、それぞれ例えば0.2096,−0.4192,0.2096,0.3557,0.1940に設定される。またFM(0)及びFM(1)はいずれも値0として、値2以上のnについて式(4)が適用される。
【0047】
このハイパスフィルタ処理により、M(n)値に含まれる約10Hz以下の低周波成分が除かれ、駆動系からエンジンに伝わる振動(例えばクランクシャフトのねじりに起因する振動、タイヤから伝わる路面振動等)の影響を除去することができる。
【0048】
続くステップS63では、ハイパスフィルタ処理した第2の平均値FM(n)の変化量ΔM(n)を次式(5)により算出する。
ΔM(n)=FM(n)−FM(n−1) (5)
【0049】
なお、ハイパスフィルタ処理した後の第2の平均値FM(n)は、M(n)値と極性が反転するため、エンジン1で失火が発生した場合には、M(n)値は増加するのでFM(n)値はマイナス方向に増加し、ΔM(n)値もマイナス方向に増加する傾向を示す。すなわち、変化量ΔM(n)の絶対値|ΔM(n)|がエンジン1の回転変動パラメータに相当し、失火が発生したときは、絶対値|ΔM(n)|が増加する傾向を示す。
【0050】
図7は、上述のようにして算出した変化量ΔMに基づいて失火判定及び失火気筒判別を行う処理のフロ−チャ−トである。
【0051】
ステップS71では、モニタ実施条件、即ち失火判定が実行可能か否かの判別を行う。モニタ実施条件は、例えばエンジン水温TW、吸気温TA、エンジン回転速度NE等が所定範囲内にあるとき成立する。
【0052】
モニタ実施条件が不成立のときには、還元リッチ化の実行に伴う空燃比の変更直後の過渡状態の期間を定義するカウンタCTRの値を「0」に設定して(ステップS72)、本処理を終了する。一方モニタ実施条件が成立しているときには、還元リッチ化を実行中であることを「1」で示すリッチ化フラグFRICHが反転したか、すなわち0から1にまたは1から0に変化したか否かを判別する(ステップS73)。その答が否定(NO)であるときは、カウンタCTRの値を「1」だけデクリメントし(ステップS74)、該カウンタCTRの値が「0」であるか否かを判別する(ステップS75)。カウンタCTRの値は負の値はとらない構成としているので、カウント値「0」の状態でステップS74を実行したときは、値「0」が維持される。そしてその場合は、ステップS75からステップS76に進んで、変化量ΔMが第1の失火判定閾値MSLMT1(<0)より小さいか否か(|ΔM|が|MSLMT1|よい大きいか否か)を判別する。ここで、負の失火判定閾値MSLMT1は、エンジン回転数NE及びエンジン負荷(吸気管内絶対圧PBA)に応じて設定されたマップから読み出される。失火判定閾値MSLMT1の絶対値は、エンジン回転速度NEが増加するほど小さくなるように設定され、エンジン負荷が増加するほど大きくなるように設定される。
【0053】
ステップS76の答が否定(NO)、即ちΔM≧MSLMT1が成立するときには、直ちに本プログラム終了し、ステップS76の答が肯定(YES)、即ちΔM<MSLMT1が成立するときには、前回点火した気筒で失火が発生したと判定する(ステップS79)。前述したように、失火が発生したときには、ΔM(n)値がマイナス方向に増加するからである。また、前回点火気筒で失火発生と判定するのは、ハイパスフィルタ処理によって遅れ分が発生するからである。
【0054】
前記ステップS73の答が肯定(YES)、すなわちリッチ化フラグFRICHが反転した直後であるときは、カウンタCTRに過渡状態を期間を決める所定値NTR(例えば6)を設定し(ステップS77)、変化量ΔMが第2の失火判定閾値MSLMT2(<0)より小さいか否かを判別する(ステップS78)。第2の失火判定閾値MSLMT2は、過渡状態用の判定閾値であり、第1の失火判定閾値MSLMT1より小さいな値に、すなわち、MSLMT2<MSLMT1(|MSLMT2|>|MSLMT1|)なる関係を有するように設定されている。具体的には、エンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて第1の失火判定閾値MSLMT1を算出し、MSLMT2=MSLMT1−DLMTとして算出する。DLMTは、正の所定値である。これにより、第2の失火判定閾値MSLMT2は、第1の失火判定閾値MSLMT1と比較してより失火と判定し難い値、すなわちより大きな回転変動に対応する値に設定される。
【0055】
ステップS78でΔM≧MSLMT2であるときは、直ちに本処理を終了し、ΔM<MSLMT2が成立するときには、前回点火した気筒で失火が発生したと判定する(ステップS79)。
ステップS77でカウンタCTRが所定値NTRに設定されると、その後CTR=0となるまで(NTR=6であるときは、6TDC期間)は、空燃比変更直後の過渡状態であると判定され、ステップS73,S74,S76,S78が繰り返して実行され、CTR=0となった後は、ステップS75からS76に進む。
【0056】
図7の処理によれば、還元リッチ化に伴う空燃比変更直後の過渡状態においては、第1の失火判定閾値MSLMT1に代えて該第1の失火判定閾値MSLMT1より絶対値が大きい第2の失火判定閾値MSLMT2を使用して失火判定が行われるので、還元リッチ化に伴う空燃比変更に起因するエンジン1の回転変動によって失火でないのに失火発生と誤判定することを防止することができる。
【0057】
本実施形態では、図2のステップS13〜S15,S18〜S21が還元手段に相当し、図3の処理、より詳しくは図7の処理が失火判定手段に相当し、変化量ΔM(n)の絶対値及び失火判定閾値MSLMT1,MSLMT2の絶対値がが、それぞれ回転変動パラメータ及び失火判定用閾値に相当する。
【0058】
(第2の実施形態)
本実施形態は、還元リッチ化に伴う空燃比変更直後の過渡状態においては、失火判定閾値を変更することに代えて、変化量ΔMの算出過程のおける第2の平均値M(n)の演算式を変更するようにしたものである。
【0059】
図8は本実施形態におけるΔM算出処理のフローチャートであり、この図においてステップS61,S62,S63は、図6に示す第1の実施形態と同一処理のステップである。
【0060】
図8のステップS101では、リッチ化フラグFRICHが反転したか否かを判別し、反転していないときは、カウンタCTRの値を「1」だけデクリメントし(ステップS102)、該カウンタCTRの値が「0」であるか否かを判別する(ステップS103)。後述するステップS104を実行していない場合は、カウンタCTRの値は「0」であるので、ステップS61に進んで第1の実施形態と同様に式(3)により第2の平均値M(n)を算出する。
【0061】
一方ステップS101でリッチ化フラグFRICHが反転した直後であるときは、カウンタCTRに所定値NTRを設定し(ステップS104)、下記式(6)により第2の平均値M(n)を算出する(ステップS105)。
【数3】
【0062】
ここで、c(0),c(1),c(2),c(3),c(4),c(5)は、それぞれが1より小さく、かつc(0)+c(1)+c(2)+c(3)+c(4)+c(5)=1である重み係数である。より具体的には、リッチ化フラグFRICHが反転した直後の第1の平均値TAVE(n)を、TAVE(n0)とすると、ステップS105の演算式(式(6))における反転直後の値TAVE(n0)の寄与度が他の第1の平均値TAVE(n)の寄与度に比べて相対的に小さくなるように、重み係数c(0)〜c(5)を設定する。なお、ステップS61の演算で使用する演算式(式(3))は、式(6)において重み係数c(0)〜c(5)をすべて1/6に設定した場合に相当する。
【0063】
ステップS61またはS105実行後は、第1の実施形態と同様にステップS62,S63が実行し、ハイパスフィルタ処理及び変化量ΔMの算出を行う。
【0064】
ステップS104でカウンタCTRが所定値NTRに設定されると、CTR=0となるまで、ステップS105が実行され式(6)によって第2の平均値M(n)が算出される。重み係数c(0)〜c(5)の設定は、NTR=6の場合を例にとると、CTR=6のときは、c(0)を他の係数に比べて相対的に小さいな値に設定し、CTR=5のときは、c(1)を他の係数に比べて相対的に小さいな値に設定し、CTR=4のときは、c(2)を他の係数に比べて相対的に小さいな値に設定し、CTR=3のときは、c(3)を他の係数に比べて相対的に小さいな値に設定し、CTR=2のときは、c(4)を他の係数に比べて相対的に小さいな値に設定し、CTR=1のときは、c(5)を他の係数に比べて相対的に小さいな値に設定する。
【0065】
図9は本実施形態における失火判定及び失火気筒判別処理のフローチャートであり、図7のステップS72,S73〜S75,S77,及びS78を削除したものである。すなわち、モニタ実施条件が成立し、変化量ΔMが第1の失火判定閾値MSLMT1より小さいとき、前回の気筒を失火と判定する。
本実施形態は、上述した点以外は第1の実施形態と同一である。
【0066】
以上のように本実施形態では、還元リッチ化に伴う空燃比の変更直後の過渡状態においては、第2の平均値M(n)を算出する演算式を変更し、空燃比変更の影響が大きい第1の平均値TAVE(n0)の重みが小さくなるように第2の平均値M(n)が算出されるので、第2の平均値M((n)が、大きく変動することが防止され、還元リッチ化に伴う空燃比変更に起因するエンジン1の回転変動によって失火が発生していないにも拘わらず失火と誤判定することを防止することできる。
【0067】
本実施形態では、図2のステップS13〜S15,S18〜S21が還元手段に相当し、図8の処理が失火判定手段に相当し、CRK信号パルスの発生時間間隔CRMe(n)が回転数パラメータに相当し、変化量ΔM(n)の絶対値が回転変動パラメータに相当する。
【0068】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、ステップS62では、ハイパスフィルタ処理により低周波成分を除去するようにしたが、バンドパスフィルタ処理により低周波成分とともに高周波成分を除去するようにして、失火が発生していない通常状態のエンジン回転における変動成分を除くようにしてもよい。
またエンジン1は、燃料を吸気管内に噴射するものに限らず、各気筒の燃焼室内に直接噴射するものであってもよい。
【0069】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項1の発明によれば、還元手段による空燃比の変更が実行された直後の過渡状態においては、失火判定用閾値を過渡状態以外のときより大きな値に変更して失火判定が行われ、請求項2の発明によれば、機関回転の変動を示すパラメータを算出するための演算式を、過渡状態で検出された回転数パラメータの寄与度が、過渡状態以外のときに検出された回転数パラメータの寄与度に比較して相対的に小さくなるように変更して失火判定が行われるので、還元リッチ化に起因する誤判定の無い正確な失火判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる排気ガス浄化装置を含む、内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図2】内燃機関への燃料供給制御を行う処理のフローチャートである。
【図3】失火判定処理の全体構成を示すフローチャートである。
【図4】第1の平均値(TAVE)を算出する処理のフローチャートである。
【図5】エンジン回転速度に応じたパラメータ(CRMe)の計測とクランク軸回転角度との関係を説明するための図である。
【図6】エンジンの回転変動を示すパラメータ(ΔM)を算出する処理のフローチャートである。
【図7】失火判定及び失火気筒判別を行う処理のフローチャートである。
【図8】エンジンの回転変動を示すパラメータ(ΔM)を算出する処理のフローチャート(第2の実施形態)である。
【図9】失火判定及び失火気筒判別を行う処理のフローチャート(第2の実施形態)である。
【符号の説明】
1 内燃機関
5 電子コントロールユニット(還元手段、失火判定手段)
6 燃料噴射弁
10 クランク角センサ
12 排気管
16 NOx浄化装置
19 点火プラグ
Claims (2)
- 内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い排気ガスリーン状態のとき排気ガス中の窒素酸化物を吸収し、排気ガス中の酸素濃度が比較的低い排気ガスリッチ状態のとき吸収した窒素酸化物を還元する窒素酸化物浄化手段と、前記機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーン運転中に、前記排気ガスが前記排気ガスリッチ状態となるように前記空燃比を一時的にリッチ化する還元手段とを備える内燃機関の排気ガス浄化装置において、
前記機関の失火を判定する失火判定手段を有し、該失火判定手段は、前記機関の回転変動を示す回転変動パラメータを算出し、この回転変動パラメータが失火判定用閾値よりも大きくなったときに失火と判定し、前記還元手段により前記空燃比が変更された直後の過渡状態においては、前記失火判定用閾値を前記過渡状態以外のときより大きな値に変更して失火判定を行うことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。 - 内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中の酸素濃度が比較的高い排気ガスリーン状態のとき排気ガス中の窒素酸化物を吸収し、排気ガス中の酸素濃度が比較的低い排気ガスリッチ状態のとき吸収した窒素酸化物を還元する窒素酸化物浄化手段と、前記機関に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーン運転中に、前記排気ガスが前記排気ガスリッチ状態となるように前記空燃比を一時的にリッチ化する還元手段とを備える内燃機関の排気ガス浄化装置において、
前記機関の失火を判定する失火判定手段を有し、該失火判定手段は、検出した機関回転数に応じた値を有する回転数パラメータにフィルタ処理を施す演算式を用いて、前記機関の回転変動を示す回転変動パラメータを算出し、該回転変動パラメータが失火判定用閾値よりも大きくなったときに失火と判定し、前記還元手段により前記空燃比が変更された直後の過渡状態においては、該過渡状態で検出された前記回転数パラメータの寄与度が、前記過渡状態以外のときに検出された前記回転数パラメータの寄与度に比較して相対的に小さくなるように前記演算式を変更することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
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