JP6296019B2 - 内燃機関 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態における内燃機関を概略的に示す図である。本実施形態における内燃機関は、例えば車両に搭載される。図1を参照すると1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダブロック2内で往復動するピストン、4はシリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド、5はピストン3とシリンダヘッド4との間に形成された燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁6は吸気ポート7を開閉し、排気弁8は排気ポート9を開閉する。
上流側排気浄化触媒20及び下流側排気浄化触媒24は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒20、24は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属(例えば、白金(Pt))及び酸素吸蔵能力を有する物質(例えば、セリア(CeO2))を担持させた三元触媒である。三元触媒は、三元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されていると、未燃HC、CO等(以下、「未燃ガス」という)及びNOxを同時に浄化する機能を有する。加えて、排気浄化触媒20、24に或る程度の酸素が吸蔵されている場合には、排気浄化触媒20、24に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチ側或いはリーン側に若干ずれたとしても未燃ガス及びNOxが同時に浄化される。
次に、図3及び図4を参照して、本実施形態における空燃比センサ40、41の出力特性について説明する。図3は、本実施形態における空燃比センサ40、41の電圧−電流(V−I)特性を示す図であり、図4は、印加電圧を一定に維持したときの、空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスの空燃比(以下、「排気空燃比」という)と出力電流Iとの関係を示す図である。なお、本実施形態では、両空燃比センサ40、41として同一構成の空燃比センサが用いられる。
次に、本実施形態の内燃機関における基本的な空燃比制御について説明する。本実施形態の内燃機関は、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガス(以下、単に「流入排気ガス」という)の空燃比を制御する空燃比制御装置を備える。なお、本実施形態では、ECU31が空燃比制御装置として機能する。
OED=0.23×(AFup−AFR)×Qi …(1)
ここで、0.23は空気中の酸素濃度、Qiは燃料噴射量、AFupは上流側空燃比センサ40の出力空燃比、AFRは制御中心となる空燃比(本実施形態では、理論空燃比(14.6))をそれぞれ表している。
OED=0.23×(TAF−AFR)×Qi …(2)
図5を参照して、上述したような操作について具体的に説明する。図5は、基本的な空燃比制御を行う際の、空燃比補正量AFC、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSA、積算酸素過不足量ΣOED及び下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnのタイムチャートである。
また、本実施形態の内燃機関では、内燃機関を搭載した車両の減速時等に、内燃機関の動作中に燃料噴射弁11からの燃料噴射を停止して燃焼室5内への燃料供給を停止する燃料カット制御が実施される。斯かる燃料カット制御は、所定の燃料カット開始条件が成立したときに開始される。例えば、燃料カット制御は、アクセルペダル42の踏込み量がゼロ又はほぼゼロ(すなわち、機関負荷がゼロ又はほぼゼロ)であり且つ機関回転数がアイドリング時の回転数よりも高い所定の回転数以上であるときに実施される。
ところで、燃焼室5に供給される混合気の空燃比がリッチであるほど、排気ガス中の一酸化炭素が多くなる。一酸化炭素を含む排気ガスが上流側排気浄化触媒20に到達すると、上流側排気浄化触媒20において排気ガス中の水分と一酸化炭素とが反応し、水素及び二酸化炭素が発生する。したがって、燃焼室5に供給される混合気の空燃比がリッチであるほど、流出排気ガス中の水素濃度が高くなる。
そこで、本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ側にずれることによる排気エミッションの悪化を抑制すべく、基本的な空燃比制御の一部が以下のように変更される。本実施形態では、空燃比制御装置は、目標空燃比をリーン設定空燃比に設定した後、流出排気ガスの空燃比が理論空燃比になったと判定する前に上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量の推定値が切替基準吸蔵量以上になった場合には、酸素吸蔵量の推定値が切替基準吸蔵量以上になったときから流出排気ガスの空燃比が理論空燃比になったと判定するときまで、目標空燃比の平均値が理論空燃比以上であってリーン設定空燃比未満となるように目標空燃比を制御する。
次に、図8のフローチャートを参照して、本実施形態における空燃比制御を実施するための制御ルーチンについて説明する。図8は、空燃比補正量算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンでは、空燃比補正量AFCの算出、すなわち流入排気ガスの目標空燃比の設定が行われる。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔の割り込みによって実行される。
5 燃焼室
7 吸気ポート
9 排気ポート
13 吸気枝管
14 サージタンク
18 スロットル弁
19 排気マニホルド
20 上流側排気浄化触媒
24 下流側排気浄化触媒
31 ECU
40 上流側空燃比センサ
41 下流側空燃比センサ
Claims (3)
- 排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に、前記排気浄化触媒から流出する流出排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサと、
前記排気浄化触媒に流入する流入排気ガスの目標空燃比を設定すると共に、該流入排気ガスの空燃比が該目標空燃比に一致するように燃焼室に供給する燃料量を制御する空燃比制御装置とを備え、
前記空燃比制御装置は、前記目標空燃比をリッチ設定空燃比に設定した後、前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比がリッチ判定空燃比に達したときに前記目標空燃比をリーン設定空燃比に切り替え、前記目標空燃比を前記リーン設定空燃比に設定した後、前記流出排気ガスの空燃比が理論空燃比になったと判定し且つ前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量の推定値が最大吸蔵可能酸素量よりも少ない切替基準吸蔵量以上になったときに前記目標空燃比を前記リッチ設定空燃比に切り替え、
前記リッチ設定空燃比は理論空燃比よりもリッチな空燃比であり、前記リッチ判定空燃比は理論空燃比よりもリッチであり且つ前記リッチ設定空燃比よりもリーンな空燃比であり、前記リーン設定空燃比は理論空燃比よりもリーンな空燃比である、内燃機関において、
前記空燃比制御装置は、前記目標空燃比を前記リーン設定空燃比に設定した後、前記流出排気ガスの空燃比が理論空燃比になったと判定する前に前記酸素吸蔵量の推定値が前記切替基準吸蔵量以上になった場合には、前記酸素吸蔵量の推定値が前記切替基準吸蔵量以上になったときから前記流出排気ガスの空燃比が理論空燃比になったと判定するときまで、前記目標空燃比の平均値が理論空燃比以上であって前記リーン設定空燃比未満となるように前記目標空燃比を制御することを特徴とする、内燃機関。 - 前記空燃比制御装置は、前記目標空燃比を前記リーン設定空燃比に設定した後、前記流出排気ガスの空燃比が理論空燃比になったと判定する前に前記酸素吸蔵量の推定値が前記切替基準吸蔵量以上になった場合には、前記酸素吸蔵量の推定値が前記切替基準吸蔵量以上になったときから前記流出排気ガスの空燃比が理論空燃比になったと判定するときまで、前記目標空燃比を理論空燃比に設定する、請求項1に記載の内燃機関。
- 前記排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置されると共に、前記流入排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサを更に備え、前記空燃比制御装置は、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比が前記目標空燃比に一致するように燃焼室に供給する燃料量をフィードバック制御し、前記酸素吸蔵量の推定値は、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて算出される、請求項1又は2に記載の内燃機関。
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