JPH11271272A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
内燃機関の空燃比制御装置Info
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Abstract
せる空燃比制御装置において、コストダウンを図りつ
つ、適切なる時間でリーン燃焼とリッチ燃焼とを実施す
る。 【解決手段】エンジン排気管12には、NOx吸蔵還元
型触媒(NOx触媒)13が配設されている。NOx触
媒13の上流側には、A/FとNOx濃度とを同時に検
出して出力する複合型ガスセンサ26が配設されてい
る。ECU30内のエンジン制御用マイコン31は、空
燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わせると共に、リー
ン燃焼時に排出される排ガス中のNOxをNOx触媒1
3で吸蔵し、さらに空燃比を一時的にリッチに制御して
前記吸蔵したNOxをNOx触媒13から放出させる。
ガス濃度検出装置32内のCPU33は、複合型ガスセ
ンサ26によるA/F,NOx信号のいずれか一方を選
択し、該選択した信号を空燃比制御用の一パラメータと
してエンジン制御用マイコン31に出力する。
Description
でのリーン燃焼を行わせる内燃機関の空燃比制御装置で
あって、リーン燃焼時に発生する排ガス中の窒素酸化物
(NOx)を浄化するためのNOx吸蔵還元型触媒を有
する内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
では、燃費改善を図るべく理論空燃比よりもリーン側で
燃料を燃焼させる、いわゆるリーンバーン制御を実施す
る技術が多用化されつつある。こうしたリーン燃焼を行
わせる場合、内燃機関から排出される排ガスにはNOx
が多く含まれるが、環境保全の観点からNOx排出量を
削減する必要がある。そこで従来より、機関排気管に例
えばNOx吸蔵還元型触媒(リーンNOx触媒)を設け
て排出NOxを浄化したり、同じく機関排気管にNOx
濃度を検出するためのNOxセンサを設けて排ガス中の
NOx濃度を監視したりする技術があった。
をNOx触媒にて吸収するシステムでは、NOx触媒で
NOxが飽和状態になるとNOx浄化能力が限界に達す
る。そのため、NOx触媒の浄化能力を回復させてNO
xの排出を抑制すべく一時的にリッチ燃焼を行わせるよ
うにした技術が知られている。
94/17291号では、触媒の下流側に空燃比センサ
(A/Fセンサ)を設け、そのセンサにより検出された
空燃比がリーンからリッチに切り換わった時にNOx触
媒からのNOx放出が完了したと判断する。そしてこれ
により、リッチ時間が短すぎてNOx触媒でのNOx吸
蔵能力が低下したり、リッチ時間が長すぎて多量の未燃
HC,COが大気に放出されたりするなどの不具合が解
消されるものとしていた。
存の技術では、リーン燃焼が実施されている最中におい
てNOx吸蔵に伴い徐々に減少する触媒のNOx吸蔵能
力が把握できない、或いはリッチ燃焼が実施されている
最中において触媒のNOx吸蔵能力の回復の度合が把握
できない。そのため、最適時間でのリーン燃焼とリッチ
燃焼とが実施できず、例えばNOx排出量を低減を優先
する場合、過剰なリッチ燃焼に起因して燃費の悪化やト
ルク変動などの諸問題を招く。
センサと、NOxセンサ(例えば、特開平8−2714
76号公報の測定装置など)とを併設し、これら2つの
センサによりリーン燃焼時及びリッチ燃焼時のNOx吸
蔵能力を常時監視することも考えられるが、こうした構
成ではコストの高騰を招くおそれがあった。特に近年で
は、車両及び内燃機関の電子制御が多種多様化される傾
向にあるため、構成を簡素化し、また電子制御装置(マ
イクロコンピュータ)による演算負荷を軽減させる必要
があった。
のであって、その目的とするところは、リーン燃焼の途
中に一時的にリッチ燃焼を行わせる空燃比制御装置にお
いて、コストダウンを図りつつ、適切なる時間でリーン
燃焼とリッチ燃焼とを実施することができる内燃機関の
空燃比制御装置を提供することである。
に、本発明における内燃機関の空燃比制御装置ではその
前提として、空燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わせ
ると共に、リーン燃焼時に排出される排ガス中のNOx
をリーンNOx触媒で吸蔵し、さらに空燃比を一時的に
リッチに制御して前記吸蔵したNOxをリーンNOx触
媒から放出するようにしている。
徴として、排ガスのNOx濃度に応じた第1の信号と、
排ガスの空燃比に応じた第2の信号との2つの信号を出
力する排ガスセンサと、前記排ガスセンサによる第1,
第2の信号のいずれか一方を選択する信号選択手段と、
前記選択した信号を空燃比制御用の一パラメータとして
出力する信号出力手段と、前記出力した第1,第2の信
号のいずれかの信号を用いて空燃比を制御する空燃比制
御手段とを備える。
記排ガスセンサは、前記第1の信号として排ガス中のN
Ox濃度に応じた信号を出力し、前記第2の信号として
排ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する、複合型ガ
スセンサであるとよい。因みに、酸素濃度は空燃比に対
して比例関係にあるため、本明細書では、酸素濃度信号
と空燃比(A/F)信号とを同意に扱うこととしてい
る。
(NOx濃度信号),第2の信号(酸素濃度信号)を選
択的に用い、同信号を空燃比制御用の一パラメータとす
ることで、リーン燃焼時における触媒のNOx吸蔵能力
の減少の度合や、リッチ燃焼時における触媒のNOx吸
蔵能力の回復の度合が適宜把握できる。そのため、最適
時間でのリーン燃焼とリッチ燃焼とが実施でき、過剰な
リッチ燃焼に伴う燃費の悪化やトルク変動などの諸問題
が回避できる。またこの場合、第1の信号(NOx濃度
信号),第2の信号(酸素濃度信号)が1つの排ガスセ
ンサから得られるため、NOx濃度検出用のセンサと酸
素濃度(A/F)検出用のセンサとの2本のセンサを必
要とすることもない。その結果、リーン燃焼の途中に一
時的にリッチ燃焼を行わせる空燃比制御装置において、
コストダウンを図りつつ、適切なる時間でリーン燃焼と
リッチ燃焼とを実施することができる。
燃機関がリーン運転されていれば、前記第1の信号の出
力(NOx出力)を要求し、内燃機関がリッチ運転され
ていれば、前記第2の信号の出力(A/F出力)を要求
する(出力要求手段)。そして、その出力要求に従い、
排ガスセンサによる第1,第2の信号を選択的に切り換
える(信号選択手段)。
おいて、一方のCPU(マイコン)が出力要求を送信
し、他方のCPU(マイコン)が出力要求に応じて第
1,第2の信号を選択的に切り換える。この場合、多種
多様化が強まる傾向の電子制御装置において、各CPU
の機能を適宜割り当てることができる。その結果、第
1,第2の信号の切り換え、並びに当該信号を用いた空
燃比制御が効率良く実施できる。
手段は、リーン燃焼からリッチ燃焼への移行に伴って空
燃比がリッチ側に移行する際に、前記排ガスセンサによ
る検出信号に応じてその旨を判定し、該判定した結果、
空燃比がリッチ側に移行していれば前記第2の信号を選
択し、該判定した結果、空燃比がリーン側に戻れば前記
第1の信号を選択する。つまり、機関排気管を流れる排
ガスの実際の空燃比に応じて第1の信号(NOx濃度信
号),第2の信号(酸素濃度信号)を選択的に用いる。
これにより、択一的に用いられる第1,第2の信号の切
り換え動作が的確に実施できる。
比(ストイキ)を境にして空燃比が変動する場合、信号
切換の動作がハンチングするおそれがある。そのため、
請求項4に記載したように、排ガスセンサの検出信号が
リーンからリッチに移行する際の判定値と、同検出信号
がリッチからリーンに戻る際の判定値とにヒステリシス
を持たせ、これにより、ハンチング防止を図るようにし
てもよい。
のNOx濃度に応じた第1の信号と、排ガスの空燃比に
応じた第2の信号との2つの信号を出力する排ガスセン
サと、前記排ガスセンサによる第1,第2の信号を常に
監視して、第1の信号を基にリーン燃焼からリッチ燃焼
への移行の旨を判定し、第2の信号を基にリッチ燃焼か
らリーン燃焼への移行の旨を判定する判定手段と、前記
第1,第2の信号のいずれかの信号を用いて空燃比を制
御する空燃比制御手段とを備える。
1,第2の信号の切り換え動作が的確に実施できる。そ
の結果、請求項1に記載の発明と同様に、リーン燃焼の
途中に一時的にリッチ燃焼を行わせる空燃比制御装置に
おいて、コストダウンを図りつつ、適切なる時間でリー
ン燃焼とリッチ燃焼とを実施することができるようにな
る。
御手段は、リーン燃焼時には前記排ガスセンサによる第
1の信号から前記リーンNOx触媒のNOx吸蔵量を推
定し、その後リッチ燃焼に移行すると、前記推定したN
Ox吸蔵量に応じて設定されるリッチ空燃比で燃料噴射
量を制御する。
ッチ時間が過不足無く最適時間で設定できる。つまり、
リーンNOx触媒のNOx吸蔵量は、リーン燃焼時にお
けるNOx濃度により決まる。従って、第1の信号(N
Ox出力)によりリーンNOx触媒のNOx吸蔵量を推
定することで、その推定値を正確に求めることができ
る。また、NOx吸蔵量に応じたリッチ空燃比で燃料噴
射量を制御することで、実際に必要とされる量のリッチ
成分をリーンNOx触媒に供給することができる。
発明を具体化した第1の実施の形態を図面に従って説明
する。本実施の形態における空燃比制御システムでは、
空燃比リーン領域でリーン燃焼を行わせる、いわゆるリ
ーンバーン制御を実施する。同システムの主たる構成と
して、内燃機関の排気系通路の途中にはNOx吸蔵還元
型触媒(以下、NOx触媒という)が設けられ、そのN
Ox触媒の上流側には排ガス中の酸素濃度(A/F)と
NOx濃度とに応じた2つの信号を同時に出力可能な複
合型ガスセンサが配設されている。そして、マイクロコ
ンピュータを主体とする電子制御装置(以下、ECUと
いう)は、複合型ガスセンサによる検出結果を取り込
み、その検出結果に基づいて空燃比制御を実施する。以
下、図面を用いてその詳細な構成を説明する。
システムの概略構成図である。図1に示されるように、
内燃機関は4気筒4サイクルの火花点火式エンジン(以
下、エンジン1という)として構成されている。その吸
入空気は上流よりエアクリーナ2、吸気管3、スロット
ル弁4、サージタンク5及びインテークマニホールド6
を通過して、インテークマニホールド6内で各気筒毎の
燃料噴射弁7から噴射された燃料と混合される。そし
て、所定空燃比(A/F)の混合気として各気筒に供給
される。
グ8には、点火回路9から供給される高電圧がディスト
リビュータ10を介して分配供給され、点火プラグ8は
前記各気筒の混合気を所定タイミングで点火する。燃焼
後に各気筒から排出される排ガスは、エキゾーストマニ
ホールド11及び排気管12を経て、排気管12に設け
られたNOx触媒13を通過した後、大気に排出され
る。このNOx触媒13は、リーン空燃比での燃焼時に
NOxを吸蔵し、リッチ空燃比での燃焼時に前記吸蔵し
たNOxをリッチ成分(CO,HCなど)で還元し放出
する。
ンサが設けられている。吸気圧センサ22は吸気管3に
設けられ、スロットル弁下流の吸気管内負圧(吸気圧P
M)を検出する。スロットルセンサ23はスロットル弁
4に設けられ、同スロットル弁4の開度(スロットル開
度TH)を検出する。なお、スロットルセンサ23はア
イドルスイッチを内蔵しており、スロットル弁4が略全
閉である旨の検出信号を出力する。水温センサ24はエ
ンジン1のシリンダブロックに設けられ、エンジン冷却
水の温度(冷却水温Thw)を検出する。回転数センサ
25はディストリビュータ10に設けられ、エンジン1
の2回転、すなわち720°CA毎に等間隔で24個の
パルス信号(Neパルス)を出力する。
3の上流側には、エンジン1から排出される排ガス中の
酸素濃度及びNOx濃度に各々比例したA/F信号,N
Ox信号を出力するための複合型ガスセンサ26が設け
られている。つまり、複合型ガスセンサ26は空燃比
(A/F)とNOx濃度とを同時に検出し、その2つの
検出結果を随時ECU30に対して出力する。
いて図2を用いて説明する。図2は、複合型ガスセンサ
26の要部であるセンサ素子部を拡大して示す断面図で
ある。
ンサ素子部は、酸素イオン導電性の第1,第2固体電解
質基板41,42と、基板43,44,45と、ヒータ
46との積層構造により構成されている。ヒータ46に
は発熱体46aが埋設されている。第1,第2固体電解
質基板41,42の間にはサンプルガス室47が形成さ
れ、第2固体電解質基板42とヒータ46との間には基
準ガス室48が形成されている。サンプルガス室47
は、基板44により第1ガス室47aと第2ガス室47
bとに区画され、第1,第2ガス室47a,47bの間
は拡散通路49により連通されている。
体電解質基板41の図の上下両面に設けられた一対の電
極50,51を有し、サンプルガス室47内の酸素ガス
を排出するか、或いは同サンプルガス室47内へ酸素ガ
スを導入するためのポンプセル52と、・第2固体電解
質基板42の図の上下両面に設けられた一対の電極5
3,54を有し、サンプルガス室47内のNOx濃度を
検出するための検出セル55と、・第2固体電解質基板
42の図の上下両面に設けられた一対の電極56,57
を有し、サンプルガス室47内の酸素濃度を検出するた
めのセンサセル58と、を備える。
ガス導入路59が設けられている。上記ポンプセル52
を構成する電極50,51のうち、電極50はPt電
極、電極51はNOxに対して不活性なAu添加Pt電
極である。また、上記検出セル55を構成する電極5
3,54のうち、電極53はNOxを窒素イオンと酸素
イオンとに分解する活性電極でPt又はPt/Rh電
極、電極54はPt電極である。さらに、上記センサセ
ル58を構成する電極56,57のうち、電極56はN
Oxに対して不活性なAu添加Pt電極、電極57はP
t電極である。
電源61とを備えた検出回路62が接続されている。上
記ポンプセル52には、第2電流計63と可変電源64
とを備えたポンプ回路65が接続されている。上記セン
サセル58には、電圧計66を備えたセンサ回路67が
接続されている。
計66の検出値が一定値に保持されるよう制御器71を
操作して可変電源64を制御する。NOx濃度測定器7
2は、第1電流計60の検出値に基づいてサンプルガス
(排ガス)中のNOx濃度を測定する。A/F測定器7
3は第2電流計63の検出値に基づいてサンプルガス
(排ガス)中のA/Fを測定する。
て、サンプルガス(排ガス)はサンプルガス導入路59
を介して第1,第2ガス室47a,47bに導入され、
センサセル58によりその酸素濃度が常に監視される。
つまり、センサセル58は酸素濃淡起電力式の電池とし
て作用する。従って、第2ガス室47b内の酸素濃度に
対応した起電力がセンサセル58の電極56,57間に
生じ、その起電力が電圧計66により検出される。この
とき、上記起電力が常に一定値になるように、すなわち
第2ガス室47b内の酸素濃度が基準濃度となるように
フィードバック回路70を通じてポンプ回路65の可変
電源64が制御器71により制御される。
基準濃度よりも高い場合には、電圧計66の値が基準濃
度を示す起電力(0.4V)よりも低い値となる。この
場合、可変電源64の電源電圧が上げられ、ポンプセル
52における酸素の排出が促進される。一方、第2ガス
室47b内の酸素濃度が基準濃度よりも低い場合には、
電圧計66の値が基準濃度を示す起電力(0.4V)よ
りも高い値となる。この場合、可変電源64の電源電圧
が下げられ、ポンプセル52における酸素の排出が抑制
される。場合によっては、酸素の排出が停止され、酸素
の導入が行われる。
素濃度はほぼ基準濃度で保たれ、この状態にあるサンプ
ルガスが第2ガス室47bに流れ込むために第2ガス室
47b内の酸素濃度もほぼ基準濃度で保たれる。このと
き、第2ガス室47b内の酸素濃度を一定値に保持する
ようポンプセル電圧を制御することで、サンプルガス
(排ガス)中の酸素濃度、すなわち空燃比に応じたポン
プ電流が流れ、このポンプ電流が第2電流計63により
検出される。これにより、A/F測定器73において空
燃比の測定が可能となる。
47b内のNOxは電極53に接触して還元され、酸素
イオンとなる。また、第2ガス室47b内に残留してい
た酸素も同様に還元されて酸素イオンとなる。そして、
検出回路62では、電源61により常に一定の電圧
(0.45V)が電極53,54間に印加されること
で、酸素イオン量に応じた限界電流値が第1電流計60
により検出される。
ほぼ一定であることから、上記の酸素イオン量もほぼ一
定である。従って、第1電流計60に与える影響もほぼ
一定となり、第1電流計60により検出される限界電流
値からNOx濃度の変動量を測定することができる。つ
まり、NOx濃度測定器72においてNOx濃度の測定
が可能となる。
では、サンプルガス(排ガス)中の空燃比とNOx濃度
とが同時に検出できる。なお、複合型ガスセンサ26の
構成並びにその特性については、本願出願人による特願
平9−180446号に詳細に開示されている。
ジン1の各種制御を司るエンジン制御用マイコン31
と、前記複合型ガスセンサ26による検出信号(A/F
信号,NOx信号)を選択的にエンジン制御用マイコン
31に対して出力するガス濃度検出装置32とを備え
る。エンジン制御用マイコン31とガス濃度検出装置3
2とは、例えばSCI(Serial Communication Interfa
ce)通信などにより相互に通信可能に接続されている。
PUやメモリ等にて構成され、前記の各種センサによる
検出信号(吸気圧PM、スロットル開度TH、冷却水温
Thw、Neパルス)を入力する。そして、それらの各
値に基づいて燃料噴射量TAU、点火時期Ig等の制御
信号を算出し、それら制御信号を燃料噴射弁7及び点火
回路9等にそれぞれ出力する。また、同マイコン31
は、ガス濃度検出装置32に対してA/F信号及びNO
x信号のうち、何れかの出力を要求するための出力要求
信号を送信する。
バイアス制御回路34と、ヒータ制御回路35とを備え
る。CPU33は、バイアス制御回路34を操作して複
合型ガスセンサ26からA/F信号,NOx信号を取り
込み、エンジン制御用マイコン31からの出力要求に応
じて前記2つの信号のうち何れか一方をマイコン31に
対して送信する。バイアス制御回路34には、前記図2
の検出回路62、ポンプ回路65、センサ回路67、フ
ィードバック回路70、制御器71、NOx濃度測定器
72及びA/F測定器73が含まれる。また、ヒータ制
御回路35は、ヒータ46(発熱体46a)を通電して
センサ素子部を所定の活性温度(約700℃程度)で維
持する。
ステムの作用を説明する。図3は、ECU30内のエン
ジン制御用マイコン31により実行される燃料噴射制御
ルーチンを示すフローチャートであり、同ルーチンは各
気筒の燃料噴射毎(本実施の形態では180°CA毎)
に実行される。図3のルーチンでは、理論空燃比よりも
リーン側の空燃比域で燃料噴射量が制御され、特に、リ
ーン燃焼の実施途中において一時的にリッチ燃焼が実施
されるよう、燃料噴射量が適宜制御される。すなわち本
実施の形態では、燃料噴射毎に計数される周期カウンタ
の値を基に、所定の時間比となるようにリーン時間TL
とリッチ時間TRとが設定され、それら各時間TL,T
Rに応じてリーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に実施され
る。
マイコン31は、先ずステップ101でエンジン運転状
態を表す各種センサの検出結果(エンジン回転数Ne、
吸気圧PM、冷却水温Thw等)を読み込む。続いて、
マイコン31は、ステップ102でその時の周期カウン
タが「0」であるか否かを判別し、周期カウンタ=0で
あることを条件に(ステップ102がYES)、ステッ
プ103でリーン時間TL及びリッチ時間TRを設定す
る。ステップ102がNOであれば(周期カウンタ≠0
の場合)、マイコン31はステップ103の処理を読み
飛ばす。
とはそれぞれ、リーン空燃比での燃料噴射回数、リッチ
空燃比での燃料噴射回数に相当するものであり、各時間
TL,TRは、50:1程度の時間比になるように設定
される。但し、この時間比はNOx触媒13の劣化度合
やエンジン回転数Ne,吸気圧PMなどのエンジン運転
状態に応じて可変に設定してもよい。
で周期カウンタを「1」インクリメントし、続くステッ
プ105で周期カウンタの値が前記設定したリーン時間
TLに相当する値に達したか否かを判別する。周期カウ
ンタ<TLであってステップ105が否定判別される場
合、マイコン31はステップ106に進み、ガス濃度検
出装置32に対して「NOx出力要求」を送信すると共
に、当該出力要求に応じて返信されてきた最新のNOx
出力(検出セル出力)を取り込む。また、マイコン31
は、ステップ107で空燃比がリーン領域で制御される
ように燃料噴射量TAUを設定する。同ステップ107
によれば、例えばA/F=20〜23のリーン領域で空
燃比がオープン制御される。
でガス濃度検出装置32から送信されてきたNOx出力
を基に、リーン燃焼期間内におけるNOx濃度の積算値
を演算する。そしてその後、本ルーチンを一旦終了す
る。
5が肯定判別される場合、マイコン31はステップ10
9に進み、ガス濃度検出装置32に対して「A/F出力
要求」を送信すると共に、当該出力要求に応じて返信さ
れてきた最新のA/F出力(ポンプセル出力)を取り込
む。また、マイコン31は、ステップ110で空燃比が
リッチ領域で制御されるように燃料噴射量TAUを設定
する。このとき、前記演算したリーン燃焼時のNOx濃
度の積算値(ステップ108の値)に応じて燃料噴射量
のリッチ度合を設定する。つまり、NOx濃度の積算値
が大きいほど、NOx触媒13のNOx吸蔵量が多いと
みなして制御空燃比の目標値をリッチ側に設定する。同
ステップ110によれば、例えばA/F=12〜14の
リッチ領域で空燃比がフィードバック制御される。
で周期カウンタの値が前記設定したリーン時間TLとリ
ッチ時間TRとの合計値「TL+TR」に相当する値に
達したか否かを判別し、周期カウンタ<TL+TRであ
ってステップ111が否定判別されればそのまま本ルー
チンを終了する。
テップ111が肯定判別されると、マイコン31は、ス
テップ112で周期カウンタを「0」にクリアしてルー
チンを終了する。周期カウンタのクリアに伴い、次回の
処理時にはステップ102が肯定判別され、リーン時間
TL及びリッチ時間TRが新たに設定される。そして、
そのリーン時間TL及びリッチ時間TRに基づき再度、
空燃比のリーン制御とリッチ制御とが実施される。
33により実行される信号切換ルーチンを示すフローチ
ャートであり、同ルーチンはCPU33により例えば8
ms周期で実行される。
プ201でエンジン制御用マイコン31から送信されて
きた出力要求が「A/F出力」であるか否かを判別す
る。ステップ201が肯定判別される場合、CPU33
はステップ202に進み、複合型ガスセンサ26による
A/F出力とNOx出力とのうち、前者をセンサ出力と
して選択する。CPU33は、続くステップ204でエ
ンジン制御用マイコン31に対してA/F出力を送信す
る。
る場合、CPU33はステップ203に進み、複合型ガ
スセンサ26によるA/F出力とNOx出力とのうち、
後者をセンサ出力として選択する。CPU33は、続く
ステップ204でエンジン制御用マイコン31に対して
NOx出力を送信する。
明するためのタイムチャートである。図5において、例
えば時刻t12〜t13では、周期カウンタ=0〜TL
であるため空燃比がリーン制御され(図3のステップ1
07)、排ガス中のNOxがNOx触媒13に吸蔵され
る。このリーン制御時には、エンジン制御用マイコン3
1からガス濃度検出装置32に対してNOx出力要求が
送信され(図3のステップ106)、複合型ガスセンサ
26によるNOx出力がエンジン制御用マイコン31に
対して随時送信される(図4のステップ203,20
4)。また、この時刻t12〜t13では、NOx出力
の積算値が演算される(図3のステップ108)。
4では、周期カウンタ=TL〜TL+TRであるため空
燃比がリッチ制御され(図3のステップ110)、排ガ
ス中のリッチ成分(HC,CO)によりNOx触媒13
の吸蔵NOxが還元されて放出される。このリッチ制御
時には、エンジン制御用マイコン31からガス濃度検出
装置32に対してA/F出力要求が送信され(図3のス
テップ109)、複合型ガスセンサ26によるA/F出
力がエンジン制御用マイコン31に対して送信される
(図4のステップ202,204)。
のリッチ燃焼時においては、リーン燃焼時に演算された
NOx積算値に応じてリッチ側の目標値で空燃比がフィ
ードバック制御される。因みに、上記のリッチ制御時に
は、空燃比のリーン→リッチの切り換えにより燃焼温度
が上昇し、NOx濃度が一時的に増加する。
プ106,109が請求項記載の出力要求手段に相当
し、同ステップ108,110が空燃比制御手段に相当
する。また、前記図4のステップ201〜203が信号
選択手段に相当し、同ステップ204が信号出力手段に
相当する。
に示す効果が得られる。 (a)本実施の形態では、排ガス中のNOx濃度に応じ
たNOx信号(第1の信号)と、排ガス中の酸素濃度に
応じたA/F信号(第2の信号)との2つの信号を出力
する複合型ガスセンサ26をエンジン排気管12に設け
た。そして、複合型ガスセンサ26によるNOx,A/
F信号のいずれか一方を選択し、該選択した信号を空燃
比制御用の一パラメータとして出力して空燃比制御に用
いるようにした。
NOx触媒13のNOx吸蔵能力の減少の度合や、リッ
チ燃焼時におけるNOx触媒13のNOx吸蔵能力の回
復の度合が適宜把握できる。そのため、最適時間でのリ
ーン燃焼とリッチ燃焼とが実施でき、過剰なリッチ燃焼
に伴う燃費の悪化やトルク変動などの諸問題が回避でき
る。またこの場合、NOx信号,A/F信号が1つの複
合型ガスセンサ26から得られるため、NOx濃度検出
用のセンサとA/F検出用のセンサとの2本のセンサを
必要とすることもない。その結果、リーン燃焼の途中に
一時的にリッチ燃焼を行わせる空燃比制御装置におい
て、コストダウンを図りつつ、適切なる時間でリーン燃
焼とリッチ燃焼とを実施することができる。
31は、エンジン1がリーン運転されていればNOx信
号出力を要求し、エンジン1がリッチ運転されていれば
A/F信号出力を要求する。そして、ガス濃度検出装置
32内のCPU33は、エンジン制御用マイコン31か
らの出力要求に従い、複合型ガスセンサ26によるNO
x,A/F信号を選択的に切り換える。この場合、多種
多様化が強まる傾向のECU30において、各CPUの
機能を適宜割り当てることができる。その結果、NO
x,A/F信号の切り換え、並びに当該信号を用いた空
燃比制御が効率良く実施できる。
燃料噴射制御に際し、リーン燃焼時には複合型ガスセン
サ26によるNOx信号からNOx触媒13のNOx吸
蔵量を推定し、その後リッチ燃焼に移行すると、前記推
定したNOx吸蔵量に応じて設定されるリッチ空燃比で
燃料噴射量を制御するようにした。その結果、リッチ燃
焼のためのリッチ時間が過不足無く最適時間で設定でき
る。つまり、NOx信号によりNOx触媒13のNOx
吸蔵量を推定することで、その推定値を正確に求めるこ
とができる。また、NOx吸蔵量に応じたリッチ空燃比
で燃料噴射量を制御することで、実際に必要とされる量
のリッチ成分をNOx触媒に供給することができる。
形態を説明する。但し、下記の実施の形態の構成におい
て、上述した第1の実施の形態と同等であるものについ
ては図面に同一の記号を付すと共にその説明を簡略化す
る。そして、以下には第1の実施の形態との相違点を中
心に説明する。
図6〜図8を用いて説明する。上記第1の実施の形態で
は、エンジン制御用マイコン31からの出力要求に応じ
て複合型ガスセンサ26の出力を選択的に切り換えてエ
ンジン制御用マイコン31に送信していたのに対し、本
実施の形態では、複合型ガスセンサ26により検出され
る空燃比(A/F)がリーンか又はリッチかに応じてセ
ンサ出力を選択的に切り換えてエンジン制御用マイコン
31に送信する。かかる場合、上記第1の実施の形態と
は異なり、エンジン制御用マイコン31からガス濃度検
出装置32への出力要求が省略される。
システムの主要な構成を示す概略図である(但し、図示
以外の構成は、前記図1に準ずる)。図示されるよう
に、複合型ガスセンサ26はNOx触媒13の下流側に
配設される。つまり、複合型ガスセンサ26は、触媒通
過後の排ガスについてA/FとNOx濃度とを検出す
る。ガス濃度検出装置32は、A/F出力又はNOx出
力の何れか一方を選択し、該選択した信号をエンジン制
御用マイコン31に送信する。
33により実行される信号切換ルーチンを示すフローチ
ャートであり、同ルーチンは前記図4のルーチンに置き
換えて実行される。
でリーン出力フラグXLEANが「1」であるか否かを
判別する。リーン出力フラグXLEANは、複合型ガス
センサ26のA/F出力とNOx出力のうち、何れがエ
ンジン制御用マイコン31に対して送信されているかを
表すものであって、XLEAN=0はA/F出力が送信
されていることを、XLEAN=1はNOx出力が送信
されていることを、それぞれ示す。
テップ302に進み、複合型ガスセンサ26により検出
されたA/F(ポンプセル出力)が理論空燃比の「1
4.7」よりもリッチであるか否かを判別する。A/F
≧14.7の場合(ステップ302がNOの場合)、C
PU33はステップ303に進み、複合型ガスセンサ2
6のNOx出力をエンジン制御用マイコン31に送信し
た後、本ルーチンを一旦終了する。つまり、それまでの
NOx出力を継続して送信する。
がYESの場合)、CPU33はステップ304に進
み、複合型ガスセンサ26のA/F出力をエンジン制御
用マイコン31に送信する。さらに、CPU33は、続
くステップ305でリーン出力フラグXLEANを
「0」にクリアした後、本ルーチンを一旦終了する。つ
まり、それまでのNOx出力をA/F出力に切り換えて
送信する。
3はステップ306に進み、複合型ガスセンサ26によ
り検出されたA/F(ポンプセル出力)が理論空燃比よ
りもリーン側の所定の判定値(例えば、15.5)より
も大きいか否かを判別する。なおここで、複合型ガスセ
ンサ26の検出信号がリーンからリッチに移行する際の
判定値(ステップ302の判定値)と、同検出信号がリ
ッチからリーンに戻る際の判定値(ステップ306の判
定値)とにはヒステリシスが持たせてある。
がNOの場合)、CPU33はステップ307に進み、
複合型ガスセンサ26のA/F出力をエンジン制御用マ
イコン31に送信した後、本ルーチンを一旦終了する。
つまり、それまでのA/F出力を継続して送信する。
がYESの場合)、CPU33はステップ308に進
み、複合型ガスセンサ26のNOx出力をエンジン制御
用マイコン31に送信する。さらに、CPU33は、続
くステップ309でリーン出力フラグXLEANに
「1」をセットした後、本ルーチンを一旦終了する。つ
まり、それまでのA/F出力をNOx出力に戻して送信
する。
タイムチャートである。但し、図8において、前記図5
のタイムチャートと重複する事項は図示及びその説明を
省略する。
リーン燃焼制御が実施されており、リーン出力フラグX
LEANに「1」がセットされている。このとき、複合
型ガスセンサ26によるNOx出力がエンジン制御用マ
イコン31に対して送信される(図7のステップ30
3)。
ン制御値からリッチ制御値に切り換えられると、それに
より実A/Fがリッチ側に変化し始める。そして、時刻
t22でA/F<14.7になると、複合型ガスセンサ
26によるA/F出力がエンジン制御用マイコン31に
対して送信される(図7のステップ304)。また、こ
の時刻t22ではリーン出力フラグXLEANが「0」
にクリアされる(図7のステップ305)。実A/Fが
リッチ領域に達することで、NOx触媒13の吸蔵NO
xが還元されて放出され、それにより、触媒下流側のN
Ox濃度が低下し始める。
値に戻され、その後、時刻t24ではA/F>15.5
となる。この時刻t24以降、エンジン制御用マイコン
31に対してNOx出力が再び送信される(図7のステ
ップ308)。また、時刻t24ではリーン出力フラグ
XLEANに「1」がセットされる(図7のステップ3
09)。
プ302,306が信号選択手段に相当し、同ステップ
303,304,307,308が信号出力手段に相当
する。
の実施の形態と同様に、リーン燃焼の途中に一時的にリ
ッチ燃焼を行わせる空燃比制御装置において、コストダ
ウンを図りつつ、適切なる時間でリーン燃焼とリッチ燃
焼とを実施することができる。また特に、本実施の形態
では、リーン燃焼からリッチ燃焼への移行に伴って空燃
比がリッチ側に移行する際に、複合型ガスセンサ26に
よる検出信号に応じてその旨を判定し、該判定した結
果、空燃比がリッチ側に移行していればA/F信号を選
択し、該判定した結果、空燃比がリーン側に戻ればNO
x信号を選択するようにした。そのため、エンジン排気
管12を流れる排ガスの実際の空燃比に応じてNOx信
号,A/F信号が選択され、択一的に用いられるNO
x,A/F信号の切り換え動作が的確に実施できる。
がリーンからリッチに移行する際の判定値と、同検出信
号がリッチからリーンに戻る際の判定値とにヒステリシ
スを持たせた。これにより、例えば理論空燃比(ストイ
キ)を境にして空燃比が変動する際にも信号切換のハン
チング動作が防止できる。
形態を図9〜図11を用いて説明する。上記第1,第2
の各実施の形態では、複合型ガスセンサ26によるA/
F出力又はNOx出力の何れか一方をエンジン制御用マ
イコン31に送信していたが、本実施の形態では、複合
型ガスセンサ26によるA/F出力及びNOx出力の両
方をエンジン制御用マイコン31に送信する。そして、
エンジン制御用マイコン31は、前記の両出力の何れか
一方を選択して使用する。
システムの主要な構成を示す概略図である(但し、図示
以外の構成は、前記図1に準ずる)。図示されるよう
に、複合型ガスセンサ26はNOx触媒13の下流側に
配設される。ガス濃度検出装置32はA/F出力及びN
Ox出力の両方をエンジン制御用マイコン31に送信す
る。
マイコン31により実行される燃料噴射制御ルーチンの
一部を示すフローチャートであり、同ルーチンは前記図
3のルーチンに置き換えて実行される。
テップ401で今現在、リーン燃焼制御が実施されてい
るか否かを判別し、リーン燃焼制御が実施されていれば
ステップ402に進む。マイコン31は、ステップ40
2で複合型ガスセンサ26によるNOx出力(前記図2
の検出セル55の出力)に基づいて、NOx濃度が所定
値(例えば、20ppm)よりも大きいか否かを判別す
る。NOx濃度≦20ppmであれば、マイコン31は
ステップ403に進み、空燃比をリーン領域で制御す
る。また、NOx濃度>20ppmであれば、マイコン
31はステップ404に進み、空燃比をリッチ領域で制
御する。
コン31はステップ401を否定判別してステップ40
5に進む。マイコン31は、ステップ405でリッチ燃
焼の継続時間を計測するためのカウンタを「1」インク
リメントし、続くステップ406でカウンタの値が所定
値以下であるか否かを判別する。カウンタ≦所定値であ
ることを条件に、マイコン31はステップ407に進
み、複合型ガスセンサ26によるA/F出力(前記図2
のポンプセル52の出力)に基づいて、A/Fが所定値
(例えば、12)未満であるか否かを判別する。A/F
≧12であれば、マイコン31はステップ408に進
み、空燃比をリッチ領域で制御する。
1はステップ409に進み、空燃比をリーン領域で制御
する。さらに、マイコン31は、続くステップ410で
カウンタを「0」にクリアする。なお、前記ステップ4
06が否定判別された場合(カウンタ>所定値となる場
合)、マイコン31はそれ以上リッチ制御を継続する必
要がないとみなし、ステップ409に進み、強制的にリ
ッチ燃焼を終了させる。
のタイムチャートである。但し、図11において、前記
図5のタイムチャートと重複する事項は図示及びその説
明を省略する。
x濃度が20ppmを越えると、それまでのリーン燃焼
制御が中断され、リッチ燃焼制御に移行される(図10
のステップ404)。また、複合型ガスセンサ26の検
出信号もそれまでのNOx出力からA/F出力に切り換
えられる。これにより、実A/Fがリッチ方向に変化し
始める。そして、時刻t32で実A/Fがリッチ領域に
達すると、NOx触媒13の吸蔵NOxが還元されて放
出され、それにより、触媒下流側のNOx濃度が低下し
始める。
を下回ると、それまでのリッチ燃焼制御からリーン燃焼
制御に戻される(図10のステップ409)。また、複
合型ガスセンサ26の検出信号もそれまでのA/F出力
からNOx出力に戻される。なお本実施の形態では、前
記図10のステップ402,407が判定手段に相当す
る。
スセンサ26によるNOx,A/F信号をエンジン制御
用マイコン31により常に監視して、NOx信号を基に
リーン燃焼からリッチ燃焼への移行の旨を判定し、A/
F信号を基にリッチ燃焼からリーン燃焼への移行の旨を
判定するようにした。上記構成によれば、択一的に用い
られるNOx,A/F信号の切り換え動作が的確に実施
できる。その結果、上記各実施の形態と同様に、リーン
燃焼の途中に一時的にリッチ燃焼を行わせる空燃比制御
装置において、コストダウンを図りつつ、適切なる時間
でリーン燃焼とリッチ燃焼とを実施することができる。
次の形態にて具体化できる。上記第1の実施の形態で
は、複合型ガスセンサ26をNOx触媒13の下流側に
配設し、上記第2,第3の実施の形態では、複合型ガス
センサ26をNOx触媒13の下流側に配設したが、こ
れは一例であって、第1〜第3の実施の形態において、
それぞれの複合型ガスセンサ26をNOx触媒13を挟
んで反対側に配設し、当該センサ26の検出信号により
空燃比制御を実施する構成としてもよい。
ンサ26の検出信号がリーンからリッチに移行する際の
判定値と、同検出信号がリッチからリーンに戻る際の判
定値とにヒステリシスを持たせたが、この構成を変更し
てもよい。例えばリーン→リッチの時と、リッチ→リー
ンの時とについて判定値を同一とする。またその場合
に、リッチ→リーンの時に出力切換にディレイ時間を設
ける。
ように変更する。図12に示す複合型ガスセンサ80で
は、第1,第2固体電解質基板81,82と、拡散抵抗
層83と、ヒータ84とが各々積層されている。ヒータ
84には発熱体84aが埋設されている。第2固体電解
質基板82とヒータ84との間には大気室85が形成さ
れている。拡散抵抗層83は、第1,第2固体電解質基
板81,82に挟まれるように配置され、図の左側面か
ら排ガスが導入されるように構成されている。また、排
ガスの流通経路の上流側には、一対の電極86,87か
らなるポンプセル88が設けられ、同下流側には、一対
の電極89,90からなるセンサセル91が設けられて
いる。
抗層83に導入されると、ポンプセル88では排ガス中
の酸素濃度(A/F)に応じた電流値が検出され、セン
サセル91では酸素除去後における排ガス中のNOx濃
度に応じた電流値が検出される。なお、センサセル91
では、排ガス中のNOxが窒素イオンと酸素イオンとに
分解され、これにより流れる電流値が検出される。上記
図12の構成の複合型ガスセンサ80においても、排ガ
ス中のNOx濃度とA/Fとが同時に検出できる。そし
て、上述した第1〜第3の何れの実施の形態に対しても
適用できる。
御システムの概要を示す全体構成図。
図。
チンを示すフローチャート。
を示すフローチャート。
ためのタイムチャートタイムチャート。
ムの主要な構成を示す概略図。
を示すフローチャート。
ためのタイムチャート。
ムの主要な構成を示す概略図。
ーチンの一部を示すフローチャート。
のためのタイムチャート。
示す断面図。
x触媒(NOx吸蔵還元型触媒)、26…排ガスセンサ
としての複合型ガスセンサ、30…ECU(電子制御装
置)、31…出力要求手段,判定手段,空燃比制御手段
を構成するエンジン制御用マイコン、32…ガス濃度検
出装置、33…信号選択手段,信号出力手段を構成する
CPU、80…排ガスセンサとしての複合型ガスセン
サ。
Claims (7)
- 【請求項1】空燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わせ
ると共に、リーン燃焼時に排出される排ガス中のNOx
をリーンNOx触媒で吸蔵し、さらに空燃比を一時的に
リッチに制御して前記吸蔵したNOxをリーンNOx触
媒から放出するようにした内燃機関の空燃比制御装置に
おいて、 排ガスのNOx濃度に応じた第1の信号と、排ガスの空
燃比に応じた第2の信号との2つの信号を出力する排ガ
スセンサと、 前記排ガスセンサによる第1,第2の信号のいずれか一
方を選択する信号選択手段と、 前記選択した信号を空燃比制御用の一パラメータとして
出力する信号出力手段と、 前記出力した第1,第2の信号のいずれかの信号を用い
て空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えることを特
徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項2】内燃機関がリーン運転されていれば、前記
第1の信号の出力を要求し、内燃機関がリッチ運転され
ていれば、前記第2の信号の出力を要求する出力要求手
段を備え、 前記信号選択手段は、前記出力要求手段による出力要求
に従い、前記排ガスセンサによる第1,第2の信号を選
択的に切り換える請求項1に記載の内燃機関の空燃比制
御装置。 - 【請求項3】前記信号選択手段は、リーン燃焼からリッ
チ燃焼への移行に伴って空燃比がリッチ側に移行する際
に、前記排ガスセンサによる検出信号に応じてその旨を
判定し、該判定した結果、空燃比がリッチ側に移行して
いれば前記第2の信号を選択し、該判定した結果、空燃
比がリーン側に戻れば前記第1の信号を選択する請求項
1に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項4】請求項3に記載の空燃比制御装置におい
て、 前記排ガスセンサの検出信号がリーンからリッチに移行
する際の判定値と、同検出信号がリッチからリーンに戻
る際の判定値とにヒステリシスを持たせた内燃機関の空
燃比制御装置。 - 【請求項5】空燃比リーン領域でのリーン燃焼を行わせ
ると共に、リーン燃焼時に排出される排ガス中のNOx
をリーンNOx触媒で吸蔵し、さらに空燃比を一時的に
リッチに制御して前記吸蔵したNOxをリーンNOx触
媒から放出するようにした内燃機関の空燃比制御装置に
おいて、 排ガスのNOx濃度に応じた第1の信号と、排ガスの空
燃比に応じた第2の信号との2つの信号を出力する排ガ
スセンサと、 前記排ガスセンサによる第1,第2の信号を常に監視し
て、第1の信号を基にリーン燃焼からリッチ燃焼への移
行の旨を判定し、第2の信号を基にリッチ燃焼からリー
ン燃焼への移行の旨を判定する判定手段と、 前記第1,第2の信号のいずれかの信号を用いて空燃比
を制御する空燃比制御手段とを備えることを特徴とする
内燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項6】前記空燃比制御手段は、リーン燃焼時には
前記排ガスセンサによる第1の信号から前記リーンNO
x触媒のNOx吸蔵量を推定し、その後リッチ燃焼に移
行すると、前記推定したNOx吸蔵量に応じて設定され
るリッチ空燃比で燃料噴射量を制御する請求項1〜請求
項5のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項7】前記排ガスセンサは、前記第1の信号とし
て排ガス中のNOx濃度に応じた信号を出力し、前記第
2の信号として排ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力
する、複合型ガスセンサである請求項1〜請求項6のい
ずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
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