WO2012056515A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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exhaust gas
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郁男 安藤
武志 元古
洋介 松本
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トヨタ自動車 株式会社
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine that performs exhaust gas recirculation and performs air-fuel ratio control in accordance with the detection result of exhaust gas oxygen concentration.
  • air-fuel ratio control for controlling the air-fuel ratio (ratio of air to fuel) of an air-fuel mixture combusted in a cylinder is known as control applied to an on-board internal combustion engine.
  • the air-fuel ratio control is performed by obtaining the air-fuel ratio of the burned air-fuel mixture from the detection result of the oxygen concentration of the exhaust gas, and feedback adjusting the fuel injection amount so that the obtained air-fuel ratio becomes a target value.
  • an apparatus described in Patent Document 1 is known as a control apparatus for an internal combustion engine that performs air-fuel ratio control.
  • the main air-fuel ratio sensor is arranged upstream of the catalyst provided in the exhaust pipe, and the sub oxygen sensor is arranged downstream thereof. Then, main feedback control is performed to feed back the output of the main air-fuel ratio sensor to the fuel injection amount so that the control air-fuel ratio upstream of the catalyst matches the target air-fuel ratio. Further, sub-feedback control for feeding back the output of the sub oxygen sensor to the fuel injection amount is performed so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the catalyst becomes the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the air-fuel ratio range in which the catalyst can appropriately purify the exhaust gas that is, the window
  • the air-fuel ratio optimum for exhaust purification changes closer to rich. This is due to the following reason. That is, during a high load operation, the oxygen inflow amount per unit time of the catalyst increases.
  • the oxygen occlusion of the catalyst is a physical phenomenon, and its speed is very fast.
  • the speed is slow. Therefore, when a large amount of oxygen flows into the catalyst, the oxygen concentration in the catalyst increases, and the window changes closer to rich.
  • exhaust gas recirculation EGR: Exhaust Gas Recirculation
  • EGR Exhaust Gas Recirculation
  • the inert exhaust gas is added during the intake air. Therefore, if the load is the same, the oxygen inflow amount of the catalyst per unit time is constant regardless of whether or not the EGR is introduced. Therefore, if there is no change in the engine load, the window should not change regardless of the introduction of EGR.
  • the window changes depending on the introduction status of EGR, contrary to the conventional common sense.
  • FIG. 5 shows the relationship between the engine speed and EKACAT in two cases, EGR introduction and non-introduction.
  • EKACAT is a parameter indicating the saturation value of the feedback integral term of the air-fuel ratio control when steady operation is performed with the rotational speed and load being constant, and the value increases as the window becomes richer.
  • the relationship between the stoichiometric air-fuel ratio and the control air-fuel ratio optimum for exhaust purification is expressed by the following equation (1) when this EKACAT is used.
  • Theoretical air-fuel ratio ⁇ 1 / (1 + EKACAT) control air-fuel ratio (1)
  • EKACAT the air-fuel ratio window in which exhaust purification can be performed appropriately varies greatly depending on whether or not EGR is introduced.
  • EKACAT value decreases as the EGR amount increases, and the window shifts to the lean side.
  • the presence or absence of the introduction of EGR should not affect the window, and the mechanism resulting from this has not been elucidated at present.
  • the present invention has been made in view of such newly discovered knowledge, and an object thereof is to provide a control device for an internal combustion engine that can perform more accurate air-fuel ratio control in accordance with the introduction status of EGR. There is to do.
  • an internal combustion engine control apparatus performs exhaust gas recirculation and also performs an air-fuel ratio control according to the detection result of exhaust gas oxygen concentration.
  • the engine control is executed so that the detected value of the air-fuel ratio upstream of the catalyst provided in the exhaust pipe becomes a value indicating that the air-fuel ratio is leaner than when the amount is small. ing.
  • the window that is, the range of the air-fuel ratio that can appropriately purify the exhaust gas
  • the window shifts to the lean side.
  • the detected value of the air-fuel ratio upstream of the catalyst provided in the exhaust pipe is a leaner air-fuel ratio than when it is small.
  • Engine control is performed so as to obtain a value indicating this. Therefore, the control air-fuel ratio follows the window transition according to the introduction of EGR. Therefore, according to the control apparatus for an internal combustion engine of the present invention, more accurate air-fuel ratio control can be performed according to the introduction status of EGR.
  • the engine control as described above can be executed by adjusting the target air-fuel ratio in accordance with the EGR introduction status. More specifically, when EGR is introduced, the target air-fuel ratio is set to a lean value as compared to when it is not introduced, or the target air-fuel ratio is changed to a lean value as the EGR amount increases.
  • the engine control as described above can be performed.
  • another internal combustion engine control apparatus is an internal combustion engine control apparatus that performs exhaust gas recirculation and performs air-fuel ratio control according to the detection result of the oxygen concentration of exhaust gas. Feedback according to the state of introduction of exhaust gas recirculation is performed with respect to the target air-fuel ratio in the air-fuel ratio control.
  • the window that is, the range of the air-fuel ratio that can appropriately purify the exhaust gas changes. Therefore, if the feedback according to the EGR introduction status is performed on the target air-fuel ratio in the air-fuel ratio control, the target air-fuel ratio can be made to follow the change in the window according to the EGR introduction status. . Therefore, according to the control apparatus for an internal combustion engine of the present invention, more accurate air-fuel ratio control according to the introduction status of EGR can be performed.
  • the feedback of the EGR introduction status with respect to the target air-fuel ratio in the air-fuel ratio control can be performed by setting the target air-fuel ratio to a leaner value when EGR is introduced than when it is not introduced. Such feedback can also be performed by changing the target air-fuel ratio to a leaner value as the EGR amount increases.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the configuration of an internal combustion engine to which a control device according to a first embodiment of the present invention is applied.
  • the graph which shows the relationship between the target air fuel ratio at the time of EGR introduction
  • the flowchart of the target air fuel ratio setting routine employ
  • the flowchart of the target air fuel ratio setting routine employ
  • the graph which shows the relationship between an engine speed and EKACAT in two cases, the time of introduction of EGR, and the time of non-introduction.
  • the graph which shows the relationship between EGR amount and EKACAT.
  • an internal combustion engine to which a control device of the present embodiment is applied an intake pipe 1 through which intake air passes, and a mixture of air and fuel sucked through the intake pipe 1 are burned.
  • a combustion chamber 2 and an exhaust pipe 3 through which exhaust gas generated by combustion passes are provided.
  • an air cleaner 4 for purifying intake air
  • an air flow meter 5 for detecting intake air amount
  • a throttle valve 6 for adjusting the flow rate of intake air
  • injector 7 is provided.
  • the intake pipe 1 is connected to the combustion chamber 2 via the intake port 8.
  • the intake port 8 and the combustion chamber 2 are communicated and blocked according to the opening / closing of the intake valve 9.
  • a spark plug 10 for igniting an air-fuel mixture introduced into the combustion chamber 2 is disposed in the combustion chamber 2 of the internal combustion engine.
  • the combustion chamber 2 is connected to the exhaust pipe 3 via the exhaust port 11.
  • the combustion chamber 2 and the exhaust port 11 are communicated and blocked according to the opening / closing of the exhaust valve 12.
  • the air-fuel ratio sensor 13 for detecting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned from the oxygen concentration in the exhaust
  • the front catalyst 14 for purifying the exhaust and the oxygen concentration in the exhaust, in that order from the upstream.
  • An oxygen sensor 15 for detecting whether the air-fuel ratio of the burned air-fuel mixture is richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and a rear catalyst 16 for purifying exhaust gas are provided.
  • this internal combustion engine is provided with an exhaust gas recirculation (EGR) passage 17 for recirculating a part of the exhaust gas into the intake air.
  • the EGR passage 17 is taken out from a portion of the exhaust pipe 3 between the front catalyst 14 and the rear catalyst 16, and the end thereof is connected to the downstream portion of the throttle valve 6 of the intake pipe 1.
  • the EGR passage 17 is provided with an EGR cooler 18 for cooling the recirculated exhaust gas and an EGR valve 19 for adjusting the EGR amount.
  • the electronic control unit 20 includes a central processing unit (CPU) that performs various arithmetic processes related to engine control, and a read-only memory (ROM) that stores control programs and data.
  • the electronic control unit 20 also includes a random access memory (RAM) that temporarily stores CPU calculation results, sensor detection results, and the like, and an input / output port (I / O) that functions as an interface that mediates external signal exchange. O).
  • CPU central processing unit
  • ROM read-only memory
  • RAM random access memory
  • I / O input / output port
  • the input port of the electronic control unit 20 includes the air flow meter 5, the air-fuel ratio sensor 13, the oxygen sensor 15, the NE sensor 21 that detects the engine speed, the accelerator sensor 22 that detects the accelerator operation amount, and the throttle valve 6.
  • a sensor such as a throttle sensor 23 is connected to detect the opening degree.
  • the electronic control unit 20 has an output port connected to a drive circuit for actuators for engine control including the throttle valve 6, the injector 7, the spark plug 10, and the EGR valve 19.
  • the electronic control unit 20 performs air-fuel ratio control based on the outputs of the air-fuel ratio sensor 13 and the oxygen sensor 15.
  • the air-fuel ratio control here is performed through two feedbacks, a main feedback based on the output of the air-fuel ratio sensor 13 and a sub-feedback based on the output of the oxygen sensor 15.
  • the output of the air-fuel ratio sensor 13 is fed back to the fuel injection amount (main feedback) so that the control air-fuel ratio upstream of the front catalyst 14 matches the target air-fuel ratio.
  • air-fuel ratio control is performed by feeding back (sub-feedback) the output of the oxygen sensor 15 to the fuel injection amount so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the front catalyst 14 becomes the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the range of the air-fuel ratio that can appropriately purify the exhaust gas that is, the window, changes depending on the state of introduction of EGR. Therefore, in the present embodiment, when the EGR is introduced, the detected value of the air-fuel ratio upstream of the front catalyst 14 provided in the exhaust pipe 3 is a leaner air-fuel ratio than when the EGR is not introduced.
  • the engine control is executed so as to be a value. More specifically, in the present embodiment, when the EGR is introduced, the engine control is executed by setting the target air-fuel ratio of the main feedback to a lean value as compared with the non-introduction. Yes.
  • FIG. 2 shows the relationship between the target air-fuel ratio when EGR is introduced at a certain engine load, and the target air-fuel ratio when the EGR is not introduced and the engine speed. As shown in the figure, if the engine load and the engine speed are the same, the target air-fuel ratio when EGR is introduced is set to a value on the lean side of the target air-fuel ratio when not introduced. .
  • FIG. 3 shows a flowchart of a target air-fuel ratio setting routine employed in this embodiment.
  • the processing of this routine is repeatedly executed by the electronic control unit 20 during engine operation as time interruption processing for each specified control cycle.
  • the electronic control unit 20 first checks in step S100 whether or not the EGR execution condition is satisfied. If the EGR execution condition is satisfied here (S100: YES), the electronic control unit 20 calculates the target air-fuel ratio in step S101 using the calculation map for EGR introduction based on the engine load and the engine speed. To do. On the other hand, if the EGR execution condition is not satisfied, the electronic control unit 20 calculates the target air-fuel ratio in step S102 using a calculation map for non-EGR introduction based on the engine load and the engine speed.
  • the calculation map for introducing EGR is set so that the target air-fuel ratio at the same engine load and engine speed becomes a leaner value than the calculation map for when EGR is not introduced. . Therefore, in the present embodiment, the target air-fuel ratio when EGR is introduced is set to a leaner value than the target air-fuel ratio when it is not introduced.
  • the electronic control unit 20 is more inductive when introducing the EGR amount than when not introducing it.
  • the engine control is executed so that the detected value of the air-fuel ratio upstream of the front catalyst 14 becomes a value indicating a leaner air-fuel ratio.
  • the window that is, the range of the air-fuel ratio that can appropriately purify the exhaust gas, shifts to the lean side.
  • the detected value of the air-fuel ratio upstream of the front catalyst 14 provided in the exhaust pipe 3 is a leaner air-fuel ratio than when it is not introduced.
  • Engine control is performed so that the value is obtained. Therefore, in the present embodiment, the control air-fuel ratio follows the window transition according to the introduction of EGR, and more accurate air-fuel ratio control according to the introduction state of EGR is performed.
  • the target air-fuel ratio is adjusted according to the introduction status of EGR. More specifically, when EGR is introduced, the target air-fuel ratio is set to a lean value as compared to when it is not introduced. For this reason, the control air-fuel ratio can be made to accurately follow the change in the window according to the introduction of EGR.
  • the electronic control unit 20 performs EGR with respect to the target air-fuel ratio in the air-fuel ratio control.
  • Feedback is made according to the introduction status of More specifically, when EGR is introduced, such a feedback is performed by setting the target air-fuel ratio to a lean value as compared to when it is not introduced.
  • the window that is, the range of the air-fuel ratio that can appropriately purify the exhaust gas changes.
  • the target air-fuel ratio can be made to follow the change in the window according to the EGR introduction status. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to perform more accurate air-fuel ratio control according to the introduction status of EGR.
  • the window that can properly purify the exhaust gas changes depending on the amount of EGR. Specifically, the window shifts to the lean side as the EGR amount increases. Therefore, in the present embodiment, the target air-fuel ratio is changed to a lean value as the EGR amount increases, so that more accurate air-fuel ratio control is performed according to the EGR introduction status.
  • FIG. 4 shows a flowchart of a target air-fuel ratio setting routine employed in this embodiment.
  • the processing of this routine is repeatedly executed by the electronic control unit 20 during engine operation as time interruption processing for each specified control cycle.
  • the electronic control unit 20 first calculates the target air-fuel ratio F (NE, KL) when the EGR is not introduced at the current engine speed NE and the engine load KL in step S200.
  • the electronic control unit 20 calculates the target air-fuel ratio G (NE, KL) when the EGR is fully introduced at the current engine speed NE and the engine load KL.
  • the full introduction of EGR refers to the state of introduction of EGR when the EGR valve 19 is fully opened and the current steady state operation of the engine speed and engine load is continued. Further, as described above, when EGR is introduced, the window transitions to the lean side as compared to when it is not introduced. Therefore, the target air-fuel ratio G (NE, KL) when the EGR is fully introduced is leaner than the target air-fuel ratio F (NE, KL) when the EGR is not introduced.
  • step S202 the electronic control unit 20 calculates a ratio ⁇ between the EGR amount when the EGR is fully introduced and the current EGR amount.
  • step S203 the electronic control unit 20 calculates a target air-fuel ratio EABYFREF based on the following equation (2).
  • EABYFREF ⁇ ⁇ G (NE, KL) + (1 ⁇ ) ⁇ F (NE, KL) (2)
  • the electronic control unit 20 has a larger EGR amount than a smaller EGR amount.
  • the engine control is executed so that the detected value of the air-fuel ratio upstream of the catalyst provided in the exhaust pipe becomes a value indicating a leaner air-fuel ratio.
  • the window that is, the range of the air-fuel ratio that can appropriately purify the exhaust gas, shifts to the lean side.
  • the detected value of the air-fuel ratio upstream of the front catalyst 14 provided in the exhaust pipe 3 is a leaner air-fuel ratio than when it is small.
  • Engine control is performed so as to obtain the indicated value.
  • the control air-fuel ratio follows the window transition according to the introduction of EGR, and more accurate air-fuel ratio control according to the introduction state of EGR is performed.
  • the target air-fuel ratio is adjusted according to the introduction status of EGR. More specifically, the target air-fuel ratio is changed to a leaner value as the EGR amount increases. For this reason, the control air-fuel ratio can be made to accurately follow the change in the window according to the introduction of EGR.
  • the electronic control unit 20 performs EGR with respect to the target air-fuel ratio in the air-fuel ratio control. Feedback is made according to the introduction status of Specifically, the feedback is performed by changing the target air-fuel ratio to a leaner value as the EGR amount increases.
  • the window that is, the range of the air-fuel ratio that can appropriately purify the exhaust gas changes.
  • the target air-fuel ratio can be made to follow the change in the window according to the EGR introduction status. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to perform more accurate air-fuel ratio control according to the introduction status of EGR.
  • the detected value of the air-fuel ratio upstream of the front catalyst 14 is leaner when the EGR amount is large through the operation of the target air-fuel ratio according to the EGR introduction status, compared to when the EGR amount is small.
  • the engine control is performed so that the air-fuel ratio becomes a value indicating the air-fuel ratio.
  • Such engine control is performed by the following A. ⁇ D. It is also possible to carry out according to the embodiment shown in FIG.
  • the detected value of the air-fuel ratio upstream of the front catalyst 14 can be adjusted by correcting the fuel injection amount in accordance with the EGR introduction status. Therefore, the engine control as described above can also be executed by correcting the fuel injection amount in accordance with the introduction status of EGR. Specifically, when the EGR is introduced, the fuel injection amount is reduced as compared with the non-introduction state, or the fuel injection amount is reduced according to the increase in the EGR amount. Can be done.
  • the determination value is set to a lean value as compared to when the EGR is not introduced, or the determination value is changed to a lean value as the EGR amount increases. It is possible to perform the engine control as described above.
  • the detected value of the air-fuel ratio upstream of the front catalyst 14 can also be adjusted by operating the feedback gain of the fuel injection amount in the air-fuel ratio control. For example, if the feedback gain when changing the air-fuel ratio to the lean side is increased, the detected value of the air-fuel ratio upstream of the front catalyst 14 will shift to the lean side. Therefore, the engine control as described above can also be executed by changing the feedback gain of the fuel injection amount in the air-fuel ratio control in accordance with the EGR introduction status. Specifically, when EGR is introduced, the feedback gain when changing the air-fuel ratio to the lean side is larger than when not introducing it, or the feedback gain when changing the air-fuel ratio to the lean side increases the EGR amount.
  • the engine control as described above can be performed by enlarging it according to the above.
  • the detected value of the air-fuel ratio upstream of the front catalyst 14 can also be adjusted by correcting the output of the air-fuel ratio sensor 13. For example, if the main feedback of the air-fuel ratio is performed based on the output of the air-fuel ratio sensor 13 corrected to the lean side, the detected value of the air-fuel ratio upstream of the front catalyst 14 shifts to the lean side. Therefore, the engine control as described above can also be executed by correcting the output of the air-fuel ratio sensor 13 in accordance with the EGR introduction status.
  • the output of the air-fuel ratio sensor 13 is corrected to the lean side, or the correction amount of the output of the air-fuel ratio sensor 13 to the lean side is increased in accordance with the increase in the EGR amount.
  • the correction amount of the output of the air-fuel ratio sensor 13 to the lean side is increased in accordance with the increase in the EGR amount.
  • control device of the present invention is an internal combustion engine that performs EGR and performs air-fuel ratio control in accordance with the detection result of the oxygen concentration of the exhaust gas, the same applies to an internal combustion engine having a configuration different from that shown in FIG. Can be applied to.
  • the control device of the present invention can be similarly applied to internal combustion engines other than the vehicle.

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Abstract

ＥＧＲを行うともに、排気の酸素濃度の検出結果に応じた空燃比制御を行う内燃機関において電子制御ユニット（２０）は、ＥＧＲの導入時には、非導入時に比して、排気管（３）に設けられたフロント触媒（１４）の上流における空燃比の検出値が、よりリーンな空燃比であることを示す値となるように機関制御を実行する。そのため、ＥＧＲ量の導入に応じたウィンドウのリーン側への遷移に制御空燃比が追従されるようになり、ＥＧＲの導入状況に応じたより的確な空燃比制御が行われるようになる。

Description

内燃機関の制御装置
　本発明は、排気再循環を行うともに、排気の酸素濃度の検出結果に応じた空燃比制御を行う内燃機関の制御装置に関するものである。
　周知のように、車載等の内燃機関に適用される制御として、シリンダー内で燃焼される混合気の空燃比（空気と燃料との比率）を制御する空燃比制御が知られている。空燃比制御は、燃焼された混合気の空燃比を排気の酸素濃度の検出結果から求めるとともに、その求められた空燃比が目標値となるように燃料噴射量をフィードバック調整することで行われる。
　そして従来、空燃比制御を行う内燃機関の制御装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。同文献に記載の装置では、排気管に設けられた触媒の上流にメイン空燃比センサーを、その下流にサブ酸素センサーをそれぞれ配置するようにしている。そして触媒上流の制御空燃比が目標空燃比と一致するように、メイン空燃比センサーの出力を燃料噴射量にフィードバックするメインフィードバック制御を行うようにしている。また、触媒から流出する排気の空燃比が理論空燃比となるようにサブ酸素センサーの出力を燃料噴射量にフィードバックするサブフィードバック制御を併せ行うようにしている。
　なお、同文献に記載されているように、触媒が排気を適切に浄化することの可能な空燃比の範囲、すなわちウィンドウは、内燃機関の運転状況によって変化する。例えば内燃機関の高負荷運転時には、排気浄化に最適な空燃比がリッチ寄りに変化することが知られている。これは次の理由による。すなわち、高負荷運転時には、触媒の単位時間当りの酸素流入量が増加する。ここで触媒の酸素吸蔵は、物理的な現象であるため、その速度は非常に速いものの、触媒からの酸素離脱は、化学反応によるものであるため、その速度は遅いものとなっている。そのため、触媒に多量の酸素が流入すると、触媒内の酸素濃度が高くなり、ウィンドウがリッチ寄りに変化することになる。
特開２００５－０４８７１１号公報
　ところで、車載等の内燃機関では、排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈｏｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を行うことがある。ＥＧＲによっては、吸気中に不活性な排気が追加されるだけであるため、同負荷であれば、ＥＧＲの導入の有無に依らず、単位時間当りの触媒の酸素流入量は一定となる。そのため、機関負荷に変わりがなければ、ＥＧＲ導入の如何に拘わらず、ウィンドウに変化はない筈である。ところが、発明者らの行った実験の結果によれば、そうした従来の常識に反し、ＥＧＲの導入状況によってウィンドウに変化が生じることが確認されている。
　図５には、ＥＧＲの導入時と非導入時との２つの場合における機関回転速度とＥＫＡＦＣＡＴとの関係が示されている。ここでＥＫＡＦＣＡＴは、回転速度及び負荷を一定とした状態で定常運転をしたときの空燃比制御のフィードバック積分項の飽和値を示すパラメーターであり、その値は、ウィンドウがリッチ側に依るほど大きくなる。例えば理論空燃比と排気の浄化に最適な制御空燃比との関係は、このＥＫＡＦＣＡＴを用いると、下式（１）で表されることになる。
　
　　　　理論空燃比×１／（１＋ＥＫＡＦＣＡＴ）＝制御空燃比　　　　…（１）
　
　同図に示すように、ＥＫＡＦＣＡＴの値は、すなわち排気浄化を適切に行える空燃比のウィンドウは、ＥＧＲ導入の有無によって大きく変化する。なお、こうした傾向は、構成の異なる複数種の内燃機関において確認されている。
また、図６に示すように、ＥＧＲ量が増大するほど、ＥＫＡＦＣＡＴの値が小さくなり、ウィンドウがリーン側に遷移することが確認されている。なお上述したように、理論的には、ＥＧＲ導入の有無は、ウィンドウに影響を与えない筈であり、こうした結果となるメカニズムについては、現在のところ未解明となっている。
　本発明は、このような新たに見い出された知見に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲの導入状況に応じたより的確な空燃比制御を行うことのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明に従う内燃機関の制御装置は、排気再循環を行うともに、排気の酸素濃度の検出結果に応じた空燃比制御を行う内燃機関の制御装置において、排気再循環量が多いときには、少ないときに比して、排気管に設けられた触媒の上流における空燃比の検出値が、よりリーンな空燃比であることを示す値となるように機関制御を実行するようにしている。
　上述したように、排気再循環（ＥＧＲ）量の増大につれて、ウィンドウ、すなわち排気を適切に浄化可能な空燃比の範囲がリーン側に遷移することが確認されている。その点、上記本発明の内燃機関の制御装置では、ＥＧＲ量が多いときには、少ないときに比して、排気管に設けられた触媒の上流における空燃比の検出値がよりリーンな空燃比であることを示す値となるように機関制御が行われる。そのため、ＥＧＲの導入に応じたウィンドウの遷移に制御空燃比が追従されるようになる。したがって、上記本発明の内燃機関の制御装置によれば、ＥＧＲの導入状況に応じたより的確な空燃比制御を行うことができるようになる。
　なお、上記のような機関制御は、ＥＧＲの導入状況に応じて目標空燃比を調整することで実行することができる。より具体的には、ＥＧＲの導入時には、非導入時に比して、目標空燃比をリーン側の値としたり、ＥＧＲ量が多いほど目標空燃比をリーン側の値に変更するようにしたりすれば、上記のような機関制御の実施が可能となる。
　また上記目的を達成するため、本発明に従うもう一つの内燃機関の制御装置は、排気再循環を行うともに、排気の酸素濃度の検出結果に応じた空燃比制御を行う内燃機関の制御装置において、空燃比制御における目標空燃比に対して排気再循環の導入状況に応じたフィードバックを行うようにしている。
　上述したようにＥＧＲの導入状況によっては、ウィンドウ、すなわち排気を適切に浄化可能な空燃比の範囲が変化する。そこで、空燃比制御における目標空燃比に対して、ＥＧＲの導入状況に応じたフィードバックを行うようにすれば、ＥＧＲの導入状況に応じたウィンドウの変化に目標空燃比を追従させることが可能となる。したがって上記本発明の内燃機関の制御装置によれば、ＥＧＲの導入状況に応じたより的確な空燃比制御を行うことができるようになる。
　なお、空燃比制御における目標空燃比に対するＥＧＲの導入状況のフィードバックは、ＥＧＲの導入時には、非導入時に比して目標空燃比をリーン側の値とすることで行うことが可能である。またそうしたフィードバックは、ＥＧＲ量が多いほど、目標空燃比をよりリーン側の値に変更することでも行うことが可能である。
本発明の第１の実施の形態の制御装置が適用される内燃機関の構成を模式的に示す略図。 ある機関負荷におけるＥＧＲ導入時の目標空燃比及びその非導入時の目標空燃比と機関回転速度との関係を示すグラフ。 第１の実施の形態の制御装置に採用される目標空燃比設定ルーチンのフローチャート。 本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の制御装置に採用される目標空燃比設定ルーチンのフローチャート。 ＥＧＲの導入時と非導入時との２つの場合における機関回転速度とＥＫＡＦＣＡＴとの関係を示すグラフ。 ＥＧＲ量とＥＫＡＦＣＡＴとの関係を示すグラフ。
　（第１の実施の形態）
　以下、本発明に係る内燃機関の制御装置を具体化した第１の実施の形態を、図１～図３を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態の制御装置は、車載用の内燃機関に適用されている。
　図１に示すように、本実施の形態の制御装置の適用される内燃機関は、吸気が通過する吸気管１と、その吸気管１を通じて吸入された空気と燃料との混合気が燃焼される燃焼室２と、燃焼によって生じた排気が通過する排気管３とを備えている。
　内燃機関の吸気管１には、その上流から順に、吸気を浄化するエアクリーナー４、吸入空気量を検出するエアフローメーター５、吸気の流量を調節するスロットルバルブ６、吸気中に燃料を噴射供給するインジェクター７が設けられている。そして吸気管１は、吸気ポート８を介して燃焼室２に接続されている。なお、吸気ポート８と燃焼室２とは、吸気バルブ９の開閉に応じて連通、遮断されるようになっている。
　また内燃機関の燃焼室２には、同燃焼室２に導入された空気と燃料との混合気を点火する点火プラグ１０が配設されている。そして燃焼室２は、排気ポート１１を介して排気管３に接続されている。なお、燃焼室２と排気ポート１１とは、排気バルブ１２の開閉に応じて連通、遮断されるようになっている。
　更に内燃機関の排気管３には、その上流から順に、排気中の酸素濃度より燃焼された混合気の空燃比を検出する空燃比センサー１３、排気を浄化するフロント触媒１４、排気中の酸素濃度より燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチであるかリーンであるかを検出する酸素センサー１５、排気を浄化するリア触媒１６が配設されている。
　またこの内燃機関には、排気の一部を吸気中に還流させるための排気再循環（ＥＧＲ）通路１７が設けられている。ＥＧＲ通路１７は、排気管３のフロント触媒１４とリア触媒１６との間の部分から取り出され、その末端は、吸気管１のスロットルバルブ６の下流部分に接続されている。なお、ＥＧＲ通路１７には、再循環される排気を冷却するＥＧＲクーラー１８と、ＥＧＲ量を調節するＥＧＲバルブ１９とが設けられている。
　こうした内燃機関は、電子制御ユニット２０により制御されている。電子制御ユニット２０は、機関制御に係る各種演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、制御用のプログラムやデータの記憶された読込専用メモリー（ＲＯＭ）を備えている。また電子制御ユニット２０は、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）と、外部との信号の授受を媒介するインターフェイスとして機能する入出力ポート（Ｉ／Ｏ）とを備えている。
　電子制御ユニット２０の入力ポートには、上記エアフローメーター５、空燃比センサー１３、酸素センサー１５を始め、機関回転速度を検出するＮＥセンサー２１やアクセル操作量を検出するアクセルセンサー２２、上記スロットルバルブ６の開度を検出するスロットルセンサー２３などのセンサーが接続されている。また電子制御ユニット２０の出力ポートには、上記スロットルバルブ６、インジェクター７、点火プラグ１０、ＥＧＲバルブ１９を始めとする機関制御用のアクチュエーターの駆動回路が接続されている。
　さて、以上のように構成された内燃機関にあって電子制御ユニット２０は、空燃比センサー１３及び酸素センサー１５の出力に基づく空燃比制御を行うようにしている。ここでの空燃比制御は、空燃比センサー１３の出力に基づくメインフィードバックと、酸素センサー１５の出力に基づくサブフィードバックとの２つのフィードバックを通じて行われる。具体的には、フロント触媒１４上流の制御空燃比が目標空燃比と一致するように、空燃比センサー１３の出力を燃料噴射量にフィードバック（メインフィードバック）を行うようにしている。またこれとともに、フロント触媒１４から流出する排気の空燃比が理論空燃比となるように酸素センサー１５の出力を燃料噴射量にフィードバック（サブフィードバック）を行うことで空燃比制御が行われている。
　さて、上述したように、ＥＧＲの導入状況によって、排気を適切に浄化可能な空燃比の範囲、すなわちウィンドウが変化することが確認されている。そこで、本実施の形態では、ＥＧＲの導入時には、非導入時に比して、排気管３に設けられたフロント触媒１４の上流における空燃比の検出値が、よりリーンな空燃比であることを示す値となるように機関制御を実行するようにしている。より具体的には、本実施の形態では、ＥＧＲの導入時には、非導入時に比して、上記メインフィードバックの目標空燃比をリーン側の値とすることで、そうした機関制御を実行するようにしている。
　図２は、ある機関負荷におけるＥＧＲ導入時の目標空燃比及びその非導入時の目標空燃比と機関回転速度との関係が示されている。同図に示すように、機関負荷、機関回転速度が同じであれば、ＥＧＲ導入時の目標空燃比は、非導入時の目標空燃比よりもリーン側の値に設定されるようになっている。
　図３は、こうした本実施の形態に採用される目標空燃比設定ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、電子制御ユニット２０により、規定制御周期毎の時間割込み処理として、機関運転中に繰り返し実行されるものとなっている。
　さて本ルーチンが開始されると、電子制御ユニット２０は、まずステップＳ１００において、ＥＧＲ実行条件が成立しているか否かを確認する。ここでＥＧＲ実行条件が成立していれば（Ｓ１００：ＹＥＳ）、電子制御ユニット２０は、ステップＳ１０１において、機関負荷及び機関回転速度に基づくＥＧＲ導入時用の演算マップを用いて目標空燃比を算出する。またＥＧＲ実行条件が成立していなければ、電子制御ユニット２０は、ステップＳ１０２において、機関負荷及び機関回転速度に基づくＥＧＲ非導入時用の演算マップを用いて目標空燃比を算出する。ここで、ＥＧＲ導入時用の演算マップは、ＥＧＲ非導入時用の演算マップに比して、同一機関負荷、機関回転速度における目標空燃比がよりリーン側の値となるように設定されている。そのため、本実施の形態では、ＥＧＲ導入時の目標空燃比は、非導入時の目標空燃比よりもリーン側の値に設定されるようになっている。
　以上説明した本実施の形態によれば、次の効果を奏することができる。
　（１）本実施の形態では、ＥＧＲを行うともに、排気の酸素濃度の検出結果に応じた空燃比制御を行う内燃機関において、電子制御ユニット２０は、ＥＧＲ量の導入時には、非導入時に比して、フロント触媒１４の上流における空燃比の検出値が、よりリーンな空燃比であることを示す値となるように機関制御を実行するようにしている。上述したように、ＥＧＲ量の増大につれて、ウィンドウ、すなわち排気を適切に浄化可能な空燃比の範囲がリーン側に遷移することが確認されている。その点、本実施の形態では、ＥＧＲの導入時には、非導入時に比して、排気管３に設けられたフロント触媒１４の上流における空燃比の検出値がよりリーンな空燃比であることを示す値となるように機関制御が行われる。そのため、本実施の形態では、ＥＧＲの導入に応じたウィンドウの遷移に制御空燃比が追従されるようになり、ＥＧＲの導入状況に応じたより的確な空燃比制御が行われるようになる。
　（２）本実施の形態では、ＥＧＲの導入状況に応じて目標空燃比を調整するようにしている。より具体的には、ＥＧＲの導入時には、非導入時に比して、目標空燃比をリーン側の値とするようにしている。そのため、ＥＧＲの導入に応じたウィンドウの変化に対して的確に制御空燃比を追従させることができるようになる。
　（３）本実施の形態では、ＥＧＲを行うともに、排気の酸素濃度の検出結果に応じた空燃比制御を行う内燃機関において、電子制御ユニット２０は、空燃比制御における目標空燃比に対してＥＧＲの導入状況に応じたフィードバックを行うようにしている。より具体的には、ＥＧＲの導入時には、非導入時に比して目標空燃比をリーン側の値とすることで、そうしたフィードバックを行うようにしている。上述したようにＥＧＲの導入状況によっては、ウィンドウ、すなわち排気を適切に浄化可能な空燃比の範囲が変化する。そこで、空燃比制御における目標空燃比に対するＥＧＲの導入状況のフィードバックを行うようにすれば、ＥＧＲの導入状況に応じたウィンドウの変化に目標空燃比を追従させることが可能となる。したがって本実施の形態によれば、ＥＧＲの導入状況に応じたより的確な空燃比制御を行うことができるようになる。
　（第２の実施の形態）
　続いて、本発明の内燃機関の制御装置を具体化した第２の実施の形態を、図４を併せ参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態は、目標空燃比設定ルーチンの内容が相違する以外は、第１の実施の形態のものと共通した構成となっている。よって、第１の実施の形態のものと、同一の機能を有する部材については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
　図６に示すように、ＥＧＲの導入時でもＥＧＲ量の多寡により、排気を適切に浄化可能なウィンドウは、変化するようになっている。具体的には、ＥＧＲ量が多いほど、ウィンドウは、リーン側に遷移する。そこで本実施の形態では、ＥＧＲ量の増大に応じて目標空燃比をリーン側の値に変更することで、ＥＧＲの導入状況に応じたより的確な空燃比制御を行うようにしている。
　図４は、こうした本実施の形態に採用される目標空燃比設定ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、電子制御ユニット２０により、規定制御周期毎の時間割込み処理として、機関運転中に繰り返し実行されるものとなっている。
　さて本ルーチンが開始されると、電子制御ユニット２０は、まずステップＳ２００において、現状の機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬにおけるＥＧＲ非導入時の目標空燃比Ｆ（ＮＥ，ＫＬ）を算出する。
　また続くステップＳ２０１において、電子制御ユニット２０は、現状の機関回転速度ＮＥ及び機関負荷ＫＬにおけるＥＧＲフル導入時の目標空燃比Ｇ（ＮＥ，ＫＬ）を算出する。なお、ＥＧＲのフル導入とは、ＥＧＲバルブ１９を全開とした状態で、現状の機関回転速度及び機関負荷の定常運転を継続したときのＥＧＲの導入状況を指している。また上述したように、ＥＧＲの導入時には、非導入時に比して、ウィンドウがリーン側に遷移する。そのため、ＥＧＲフル導入時の目標空燃比Ｇ（ＮＥ，ＫＬ）は、ＥＧＲ非導入時の目標空燃比Ｆ（ＮＥ，ＫＬ）よりもリーンとなるようになっている。
　続いて電子制御ユニット２０は、次のステップＳ２０２において、ＥＧＲフル導入時のＥＧＲ量と現状のＥＧＲ量との比γを算出する。そして電子制御ユニット２０は、続くステップＳ２０３において、下式（２）に基づいて、目標空燃比ＥＡＢＹＦＲＥＦを算出する。
　
　ＥＡＢＹＦＲＥＦ＝γ×Ｇ（ＮＥ，ＫＬ）＋（１－γ）×Ｆ（ＮＥ，ＫＬ）　…（２）
　
　以上説明した本実施の形態によれば、次の効果を奏することができる。
　（４）本実施の形態では、ＥＧＲを行うともに、排気の酸素濃度の検出結果に応じた空燃比制御を行う内燃機関において、電子制御ユニット２０は、ＥＧＲ量が多いときには、少ないときに比して、排気管に設けられた触媒の上流における空燃比の検出値が、よりリーンな空燃比であることを示す値となるように機関制御を実行するようにしている。上述したように、ＥＧＲ量の増大につれて、ウィンドウ、すなわち排気を適切に浄化可能な空燃比の範囲がリーン側に遷移することが確認されている。その点、本実施の形態では、ＥＧＲ量が多いときには、少ないときに比して、排気管３に設けられたフロント触媒１４の上流における空燃比の検出値がよりリーンな空燃比であることを示す値となるように機関制御が行われる。そのため、ＥＧＲの導入に応じたウィンドウの遷移に制御空燃比が追従されるようになり、ＥＧＲの導入状況に応じたより的確な空燃比制御が行われるようになる。
　（５）本実施の形態では、ＥＧＲの導入状況に応じて目標空燃比を調整するようにしている。より具体的には、ＥＧＲ量が多いほど目標空燃比をリーン側の値に変更するようにしている。そのため、ＥＧＲの導入に応じたウィンドウの変化に対して的確に制御空燃比を追従させることができるようになる。
　（６）本実施の形態では、ＥＧＲを行うともに、排気の酸素濃度の検出結果に応じた空燃比制御を行う内燃機関において、電子制御ユニット２０は、空燃比制御における目標空燃比に対してＥＧＲの導入状況に応じたフィードバックを行うようにしている。具体的には、ＥＧＲ量の増大が多いほど、目標空燃比をよりリーン側の値に変更することで、そうしたフィードバックを行うようにしている。上述したようにＥＧＲの導入状況によっては、ウィンドウ、すなわち排気を適切に浄化可能な空燃比の範囲が変化する。そこで、空燃比制御における目標空燃比に対するＥＧＲの導入状況のフィードバックを行うようにすれば、ＥＧＲの導入状況に応じたウィンドウの変化に目標空燃比を追従させることが可能となる。したがって本実施の形態によれば、ＥＧＲの導入状況に応じたより的確な空燃比制御を行うことができるようになる。
　以上説明した各実施の形態は、次のように変更して実施することもできる。
　・上記実施の形態では、ＥＧＲの導入状況に応じた目標空燃比の操作を通じて、ＥＧＲ量が多いときには、少ないときに比して、フロント触媒１４の上流における空燃比の検出値が、よりリーンな空燃比であることを示す値となるような機関制御を実行するようにしていた。こうした機関制御は、以下のＡ．～Ｄ．に示される態様によっても行うことが可能である。
　Ａ．燃料噴射量の操作
　空燃比フィードバック補正とは別に、ＥＧＲの導入状況に応じた燃料噴射量の補正を行うことによっても、フロント触媒１４の上流における空燃比の検出値を調整することができる。そこでＥＧＲの導入状況に応じて燃料噴射量を補正することでも、上記のような機関制御を実行することができる。具体的には、ＥＧＲの導入時には、非導入時に比して燃料噴射量を減量するようにしたり、ＥＧＲ量の増大に応じて燃料噴射量を減量したりすることで、上記のような機関制御を行うことが可能である。
　Ｂ．酸素センサー１５の出力のリッチ／リーンの判定値の操作
　排気管３に設けられた酸素センサー１５の出力のリッチ／リーンの判定値の操作によっても、フロント触媒１４の上流における空燃比の検出値を調整することができる。例えば上記判定値をリーン側に寄せると、フロント触媒１４の上流における空燃比の検出値をリーン側にずらすことができる。そこで、酸素センサー１５出力のリッチ／リーンの判定値をＥＧＲの導入状況に応じて変更することによっても、上記のような機関制御を実行することができる。具体的には、ＥＧＲの導入時には、非導入時に比して、上記判定値をリーン側の値としたり、ＥＧＲ量の増大に応じて上記判定値をリーン側の値に変更したりすることで、上記のような機関制御を行うことが可能である。
　Ｃ．燃料噴射量のフィードバックゲインの操作
　空燃比制御における燃料噴射量のフィードバックゲインの操作によっても、フロント触媒１４の上流における空燃比の検出値を調整することができる。例えば空燃比をリーン側に変化させるときのフィードバックゲインを大きくすれば、フロント触媒１４の上流における空燃比の検出値はリーン側に遷移するようになる。そこで、空燃比制御における燃料噴射量のフィードバックゲインをＥＧＲの導入状況に応じて変更することによっても、上記のような機関制御を実行することができる。具体的には、ＥＧＲの導入時には、非導入時に比して空燃比をリーン側に変化させるときのフィードバックゲインを大きくしたり、空燃比をリーン側に変化させるときのフィードバックゲインをＥＧＲ量の増大に応じて大きくしたりすることで、上記のような機関制御を行うことが可能である。
　Ｄ．空燃比センサー１３の出力の操作
　空燃比センサー１３の出力を補正することによっても、フロント触媒１４の上流における空燃比の検出値を調整することができる。例えば空燃比センサー１３の出力をリーン側に補正したものに基づいて空燃比のメインフィードバックを行えば、フロント触媒１４の上流における空燃比の検出値はリーン側に遷移するようになる。そこで、空燃比センサー１３の出力をＥＧＲの導入状況に応じて補正することでも、上記のような機関制御を実行することができる。具体的には、ＥＧＲの導入時には、空燃比センサー１３の出力をリーン側に補正したり、ＥＧＲ量の増大に応じて空燃比センサー１３の出力のリーン側への補正量を大きくしたりすることで、上記のような機関制御を行うことが可能である。
　・本発明の制御装置は、ＥＧＲを行うともに、排気の酸素濃度の検出結果に応じた空燃比制御を行う内燃機関であれば、図１に示したものとは異なる構成の内燃機関にも同様に適用することができる。また本発明の制御装置は、車載以外の内燃機関にも同様にその適用が可能である。
　１…吸気管、２…燃焼室、３…排気管、４…エアクリーナー、５…エアフローメーター、６…スロットルバルブ、７…インジェクター、８…吸気ポート、９…吸気バルブ、１０…点火プラグ、１１…排気ポート、１２…排気バルブ、１３…空燃比センサー、１４…フロント触媒、１５…酸素センサー、１６…リア触媒、１７…ＥＧＲ通路、１８…ＥＧＲクーラー、１９…ＥＧＲバルブ、２０…電子制御ユニット、２１…ＮＥセンサー、２２…アクセルセンサー、２３…スロットルセンサー。

Claims (6)

  1. 　排気再循環を行うともに、排気の酸素濃度の検出結果に応じた空燃比制御を行う内燃機関の制御装置であって、
    　排気再循環量が多いときには、少ないときに比して、排気管に設けられた触媒の上流における空燃比の検出値が、よりリーンな空燃比であることを示す値となるように機関制御を実行する
    　ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 　排気再循環の導入時には、非導入時に比して、目標空燃比をリーン側の値とする
    　請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 　排気再循環量が多いほど、前記目標空燃比をリーン側の値に変更する
    　請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 　排気再循環を行うともに、排気の酸素濃度の検出結果に応じた空燃比制御を行う内燃機関の制御装置であって、
    　前記空燃比制御における目標空燃比に対して排気再循環の導入状況に応じたフィードバックを行う
    　ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  5. 　排気再循環の導入時には、非導入時に比して目標空燃比をリーン側の値とする
    　請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 　排気再循環量が多いほど、目標空燃比をよりリーン側の値に変更する
    　請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
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