JP3846480B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態による空燃比制御装置を火花点火式多気筒(4気筒)内燃機関10に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関10は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部20と、シリンダブロック部20の上に固定されるシリンダヘッド部30と、シリンダブロック部20にガソリン混合気を供給するための吸気系統40と、シリンダブロック部20からの排気ガスを外部に放出するための排気系統50とを含んでいる。
次に、上記のように構成された排気浄化装置を含んだ空燃比制御装置が行う機関の空燃比のフィードバック制御の概要について説明する。
先ず、筒内吸入空気量算出手段A1は、エアフローメータ61が計測している吸入空気流量Gaと、クランクポジションセンサ64の出力に基づいて得られるエンジン回転速度NEと、ROM72が記憶しているテーブルMAPMcとに基づき今回の吸気行程を迎える気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Mc(k)を求める。ここで、添え字の(k)は、今回の吸気行程に対する値であることを示している(以下、他の物理量についても同様。)。筒内吸入空気量Mcは、各気筒の吸気行程に対応されながらRAM73に記憶されていく。
先ず、サブフィードバック制御用燃料噴射量算出手段A4は、基本燃料噴射量算出手段A3により求められた基本燃料噴射量Fbaseに後述するPIDコントローラA9により求められるサブフィードバック制御係数(サブフィードバック制御量)KFiを乗算することでサブフィードバック制御用燃料噴射量Fbasesbを求める。
先ず、下流側目標値設定手段A6は、上述した上流側目標空燃比設定手段A2と同様、内燃機関10の運転状態であるエンジン回転速度NE、及びスロットル弁開度TA等に基いて下流側目標空燃比に対応する下流側目標値(所定の下流側目標値)Voxsrefを決定する。この下流側目標値Voxsrefは、例えば、内燃機関10の暖機終了後においては、特殊な場合を除き理論空燃比に対応する値である0.5(V)に設定されている(図4を参照。)。また、本例では、下流側目標値Voxsrefは、同下流側目標値Voxsrefに対応する下流側目標空燃比が上述した上流側目標空燃比abyfr(k)と常時一致するように設定される。
以上の高周波数成分が通過することを実質的に禁止する。
先に説明したように、第1触媒53は上記酸素吸蔵機能を有している。従って、第1触媒53の上流の排ガスの空燃比の変動における比較的周波数の高い(例えば、前記カットオフ周波数ωcut以上の)高周波数成分、及び比較的周波数が低くて(例えば、前記カットオフ周波数ωcut以下であって)振幅(理論空燃比からの偏移量)が比較的小さい低周波数成分は第1触媒53が有する酸素吸蔵機能により完全に吸収されることにより第1触媒53の下流の排ガスの空燃比の変動として現れることはない。従って、例えば、内燃機関10が過渡運転状態にあって排ガスの空燃比が前記カットオフ周波数ωcut以上の高周波数で大きく変動するような場合、同空燃比の変動が下流側空燃比センサ67の出力値Voxsに現れないから、同カットオフ周波数ωcut以上の空燃比の変動に対する空燃比制御(即ち、過渡運転状態における空燃比の急変に対する補償)はサブフィードバック制御手段により実行することができない。従って、過渡運転状態における空燃比の急変に対する補償を確実に行うためには、上流側空燃比センサ66の出力値vabyfsに基づいた空燃比制御であるメインフィードバック制御を行う必要がある。
先ず、テーブル変換手段A10は、上流側空燃比センサ66の出力値vabyfsと、先に説明した図3に示した上流側空燃比センサ出力値vabyfsと空燃比A/Fとの関係を規定したテーブルとに基づいて、上流側空燃比センサ66が検出する現時点における検出空燃比abyfsを求める。
以下の低周波数成分が通過することを実質的に禁止する。
先に説明したように、前記PIDコントローラA9において積分処理が実行されることにより、サブフィードバック制御において前記インジェクタ39の誤差、エアフローメータ61の誤差等が補償され得る。しかしながら、上述した第1触媒53の酸素吸蔵機能の影響により機関の空燃比の変化は少し遅れて同第1触媒53の下流の排ガスの空燃比の変化として現れるから、前記インジェクタ39の誤差等が急に増大する場合等においては、サブフィードバック制御のみでは同インジェクタ39の誤差等を直ちに補償することができず、その結果、一時的にエミッションの排出量が増大する場合が発生するという問題がある。
次に、上記空燃比制御装置の実際の作動について説明する。
<空燃比フィードバック制御>
CPU71は、図7にフローチャートにより示した燃料噴射量Fiの計算、及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、各気筒のクランク角が各吸気上死点前の所定クランク角度(例えば、BTDC90°CA)となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角度が前記所定クランク角度になると、CPU71はステップ700から処理を開始してステップ705に進み、エアフローメータ61により計測された吸入空気流量Ga、エンジン回転速度NE、及び上流側目標空燃比abyfr(k)に基づいて、機関の空燃比を同上流側目標空燃比abyfr(k)とするための基本燃料噴射量Fbaseを求める。
次に、上記メインフィードバック制御において上記正規メインフィードバック制御量DFiを算出する際の作動について説明すると、CPU71は図8にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ800から処理を開始し、ステップ805に進んでメインフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。このメインフィードバック制御条件は、例えば、機関の冷却水温THWが第1所定温度以上であって、機関の一回転当りの吸入空気量(負荷)が所定値以下であるときに成立する。
次に、上記サブフィードバック制御において上記サブフィードバック制御係数KFiを算出する際の作動について説明すると、CPU71は図9にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ900から処理を開始し、ステップ905に進んでサブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。サブフィードバック制御条件は、例えば、前述したステップ805でのメインフィードバック制御条件に加え、機関の冷却水温THWが前記第1所定温度よりも高い第2所定温度以上のときに成立する。
次に、上記第1実施形態の変形例に係る排気浄化装置について説明する。この変形例は、機能ブロック図である図10に示すように、前記筒内燃料供給量偏差DFcの代わりに上流側空燃比センサ66の出力値vabyfsを直接ハイパスフィルタA15に入力する点においてのみ、上記第1実施形態と異なる。即ち、上流側空燃比センサ66の出力値vabyfsをそのままハイパスフィルタ処理した後の値に基づいて正規メインフィードバック制御量DFiが算出される。以下、係る相違点を中心として説明する。
次に、第2実施形態に係る排気浄化装置について説明する。この第2実施形態は、機能ブロック図である図12に示すように、ハイパスフィルタA15及びローパスフィルタA8を備えていない点、不感帯設定手段A18及びIコントローラA19を備えていない点(従って、正規メインフィードバック制御量算出手段A17が存在せず、PIコントローラA16の出力がそのまま正規メインフィードバック制御量DFiとなる点)、筒内燃料供給量偏差DFcを算出する際に目標筒内燃料供給量Fcrの代わりにサブフィードバック制御用燃料噴射量Fbasesbを使用する点においてのみ、上記第1実施形態と異なる。以下、係る相違点を中心として説明する。
Claims (9)
- 内燃機関の運転状態に応じた燃料噴射量の燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関に適用される排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
前記触媒よりも上流の前記排気通路に配設された上流側空燃比センサと、
前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設された下流側空燃比センサと、
前記上流側空燃比センサの出力値と所定の上流側目標値との偏差に基づく値をハイパスフィルタ処理した後の値に基づいてメインフィードバック制御量を算出し、同メインフィードバック制御量に基づいて前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記機関の空燃比をフィードバック制御するメインフィードバック制御手段と、
前記下流側空燃比センサの出力値と所定の下流側目標値とに基づいてサブフィードバック制御量を算出し、前記メインフィードバック制御手段による燃料噴射量の補正とは独立に同サブフィードバック制御量に基づいて前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記機関の空燃比をフィードバック制御するサブフィードバック制御手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置。 - 内燃機関の運転状態に応じた燃料噴射量の燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関に適用される排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
前記触媒よりも上流の前記排気通路に配設された上流側空燃比センサと、
前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設された下流側空燃比センサと、
前記上流側空燃比センサの出力値をハイパスフィルタ処理した後の値に基づいてメインフィードバック制御量を算出し、同メインフィードバック制御量に基づいて前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記機関の空燃比をフィードバック制御するメインフィードバック制御手段と、
前記下流側空燃比センサの出力値と所定の下流側目標値とに基づいてサブフィードバック制御量を算出し、前記メインフィードバック制御手段による燃料噴射量の補正とは独立に同サブフィードバック制御量に基づいて前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記機関の空燃比をフィードバック制御するサブフィードバック制御手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記サブフィードバック制御手段は、前記下流側空燃比センサの出力値と前記所定の下流側目標値との偏差に基づく値をローパスフィルタ処理した後の値、又は前記下流側空燃比センサの出力値をローパスフィルタ処理した後の値と前記所定の下流側目標値との偏差に基づく値、に基づいて前記サブフィードバック制御量を算出するように構成された内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気通路内を流れる排ガスの流量に影響を与える因子を取得する因子取得手段を更に備え、
前記メインフィードバック制御手段は、前記取得された因子の値に応じて前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を変更するように構成された内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項1、請求項2、及び請求項4の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記触媒の劣化の程度を示す劣化指標値を取得する劣化指標値取得手段を更に備え、
前記メインフィードバック制御手段は、前記取得された劣化指標値に応じて前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数を変更するように構成された内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気通路内を流れる排ガスの流量に影響を与える因子を取得する因子取得手段を更に備え、
前記メインフィードバック制御手段、及び前記サブフィードバック制御手段は、前記取得された因子の値に応じて、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数、及び前記ローパスフィルタのカットオフ周波数をそれぞれ変更するように構成された内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項3又は請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記触媒の劣化の程度を示す劣化指標値を取得する劣化指標値取得手段を更に備え、
前記メインフィードバック制御手段、及び前記サブフィードバック制御手段は、前記取得された劣化指標値に応じて、前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数、及び前記ローパスフィルタのカットオフ周波数をそれぞれ変更するように構成された内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記サブフィードバック制御手段は、少なくとも前記下流側空燃比センサの出力値と前記所定の下流側目標値との偏差に基づく値の時間積分値に基づいてサブフィードバック制御量を算出するように構成され、
前記メインフィードバック制御手段は、入力値がゼロを含む所定の範囲内であるとき出力値をゼロに設定するとともに同入力値が同所定の範囲外であるとき同出力値を同入力値に応じた値に設定する不感帯設定手段を備え、前記上流側空燃比センサの出力値と前記所定の上流側目標値との偏差に基づく値を前記不感帯設定手段の入力値としたときの同不感帯設定手段の出力値の時間積分値に基づいて積分処理メインフィードバック制御量を算出するとともに、同積分処理メインフィードバック制御量を前記メインフィードバック制御量に加えることにより得られる正規メインフィードバック制御量に基づいて前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記機関の空燃比をフィードバック制御するように構成された内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記メインフィードバック制御手段は、前記サブフィードバック制御手段により算出される前記サブフィードバック制御量に応じて前記所定の上流側目標値を変更するように構成された内燃機関の排気浄化装置。
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