(57)【要約】【課題】理論空燃比から外れた条件でもエンジンの空燃比を精度よく制御することが可能なエンジン制御装置及エンジン制御方法を提供する。【解決手段】ガソリンエンジン２の排気系４に設けられる三元触媒又は酸化触媒からなる触媒装置６と、触媒装置の上流側の排気系に設けられる全領域空燃比センサ１０と、触媒装置の下流側の排気系に設けられるＮＯｘセンサ１２と、全領域空燃比センサが検出した酸素濃度値に応じて算出した算出空燃比が所定の目標空燃比になるよう、ガソリンエンジンに供給される混合気の空燃比を制御するエンジン制御手段２０と、を備えたエンジン制御装置１００であって、エンジン制御手段は、ＮＯｘセンサが検出したＮＯｘ濃度値が所定の目標ＮＯｘ濃度値を外れた場合に、ＮＯｘ濃度値が目標ＮＯｘ濃度値になるよう、算出空燃比又は前記目標空燃比を補正する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリンエンジンの排気系に設けられる三元触媒又は酸化触媒からなる触媒装置と、
前記触媒装置の上流側の前記排気系に設けられる全領域空燃比センサと、
前記触媒装置の下流側の前記排気系に設けられるＮＯｘセンサと、
前記全領域空燃比センサが検出した酸素濃度値に応じて算出した算出空燃比が所定の目標空燃比になるよう、前記ガソリンエンジンに供給される混合気の空燃比を制御するエンジン制御手段と、
を備えたエンジン制御装置であって、
前記エンジン制御手段は、前記ＮＯｘセンサが検出したＮＯｘ濃度値が所定の目標ＮＯｘ濃度値を外れた場合に、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値になるよう、前記算出空燃比又は前記目標空燃比を補正するエンジン制御装置。
【請求項２】
前記エンジン制御手段は、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値よりも減少した場合に、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値になるよう、前記算出空燃比をリーン側に、又は、前記目標空燃比を現在値よりもリッチ側に補正する請求項１に記載のエンジン制御装置。
【請求項３】
前記エンジン制御手段は、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値よりも増加した場合に、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値になるよう、前記算出空燃比をリッチ側に、又は、前記目標空燃比を現在値よりもリーン側に補正する請求項１に記載のエンジン制御装置。
【請求項４】
ガソリンエンジンの排気系に設けられる三元触媒又は酸化触媒からなる触媒装置と、
前記触媒装置の上流側の前記排気系に設けられる全領域空燃比センサと、
前記触媒装置の下流側の前記排気系に設けられるＮＯｘセンサと、
を備えたエンジンシステムの制御方法であって、
前記全領域空燃比センサが検出した酸素濃度値に応じて算出した算出空燃比が所定の目標空燃比になるよう、前記ガソリンエンジンに供給される混合気の空燃比を制御するエンジン制御過程を有し、
前記エンジン制御過程は、前記ＮＯｘセンサが検出したＮＯｘ濃度値が所定の目標ＮＯｘ濃度値を外れた場合に、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値になるよう、前記算出空燃比又は前記目標空燃比を補正するエンジン制御方法。
【請求項５】
前記エンジン制御過程は、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値よりも減少した場合に、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値になるよう、前記算出空燃比をリーン側に、又は、前記目標空燃比を現在値よりもリッチ側に補正する請求項４に記載のエンジン制御方法。
【請求項６】
前記エンジン制御過程は、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値よりも増加した場合に、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値になるよう、前記算出空燃比をリッチ側に、又は、前記目標空燃比を現在値よりもリーン側に補正する請求項４に記載のエンジン制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリンエンジンに供給される混合気の空燃比を制御するエンジン制御装置及エンジン制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気系に酸素センサ（λセンサ）を設置して排気ガス中の酸素濃度を検出し、この検出値が理論空燃比になるように、混合気の空燃比をフィードバック制御する技術が広く知られている。
又、酸素センサの経時劣化により空燃比制御の精度が低下する問題を改善するため、酸素センサの下流側に設置された三元触媒の下流に第２の酸素センサ（λセンサ）を設置し、下流側酸素センサの出力に応じて、劣化した上流側酸素センサの出力を補正し、空燃比を精度よく制御することも行われている。
さらに、三元触媒の上流及び下流にそれぞれＮＯｘセンサを設置し、各ＮＯｘセンサの出力から触媒の劣化度（浄化率）を算出し、この浄化率が所定範囲になるように、上流側酸素センサの出力を補正し、空燃比を理論空燃比に維持して触媒性能を確保する技術も開発されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許２５０３３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、酸素センサ（λセンサ）は理論空燃比付近で出力がステップ状に急激に変化するため、例えばリーンバーンエンジン等の理論空燃比から外れた条件で内燃機関を運転する場合、空燃比制御を精度よく行えないという問題がある。
これに対し、広い範囲の空燃比を検出できる全領域空燃比センサが知られており、λセンサに代えて全領域空燃比センサを触媒の上流側に設置して空燃比制御を行うことが想定される。
【０００５】
ここで、図５に示すように、全領域空燃比センサは、酸素濃度に対してセンサ出力が比例することを利用している。しかしながら、検出した酸素濃度を空燃比に換算すると、図６に示すように、リーン側で出力変化が小さくなり、分解能、ひいては検出精度が低下するという問題がある。このため、空燃比の測定が不正確になりやすい。
そして、例えばリーン側の所定の空燃比Ａ/Ｆで内燃機関を運転しようとした場合に、Ａ/Ｆからリーン側に外れると燃焼が不安定になり、Ａ/Ｆからリッチ側に外れると排気ガス中のＮＯｘが増大する。
【０００６】
従って、本発明は、理論空燃比から外れた条件でもエンジンの空燃比を精度よく制御することが可能なエンジン制御装置及エンジン制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のエンジン制御装置は、ガソリンエンジンの排気系に設けられる三元触媒又は酸化触媒からなる触媒装置と、前記触媒装置の上流側の前記排気系に設けられる全領域空燃比センサと、前記触媒装置の下流側の前記排気系に設けられるＮＯｘセンサと、前記全領域空燃比センサが検出した酸素濃度値に応じて算出した算出空燃比が所定の目標空燃比になるよう、前記ガソリンエンジンに供給される混合気の空燃比を制御するエンジン制御手段と、を備えたエンジン制御装置であって、前記エンジン制御手段は、前記ＮＯｘセンサが検出したＮＯｘ濃度値が所定の目標ＮＯｘ濃度値を外れた場合に、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値になるよう、前記算出空燃比又は前記目標空燃比を補正する。
【０００８】
ガソリンエンジンの排気系に酸素センサ（λセンサ）を取り付けて空燃比制御をする場合、理論空燃比から外れた条件ではλセンサの特性から空燃比制御を精度よく行えない。これに対し、広い範囲の空燃比を検出できる全領域空燃比センサにより空燃比制御を行うことが想定されるが、全領域空燃比センサが検出した酸素濃度を空燃比に換算するとリーン側で検出精度が低下し、空燃比の測定が不正確になる場合がある。
そこで、このエンジン制御装置によれば、空燃比に関わらず、ＮＯｘ濃度を精度よく検出できるＮＯｘセンサを用い、全領域空燃比センサの検出精度の低下を、ＮＯｘセンサの検出値で補正することで空燃比を正確に見積もることができ、理論空燃比から外れた条件でもエンジンの空燃比を精度よく制御することが可能となる。具体的には、ＮＯｘセンサが検出したＮＯｘ濃度値が所定の目標ＮＯｘ濃度値を外れた場合、ＮＯｘ濃度値が目標ＮＯｘ濃度値になるよう、目標空燃比を補正する。
又、ガソリンエンジンの触媒装置の下流でＮＯｘ濃度を監視するので、空燃比がリッチ側に変化してＮＯｘ濃度が増加したときに、直ちにＮＯｘ濃度を目標値まで減少させる制御を行うので、ＮＯｘの排出量を低減できる。
【０００９】
本発明のエンジン制御装置において、前記エンジン制御手段は、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値よりも減少した場合に、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値になるよう、前記算出空燃比をリーン側に、又は、前記目標空燃比を現在値よりもリッチ側に補正してもよい。
このエンジン制御装置によれば、ＮＯｘ濃度値に応じて算出空燃比又は目標空燃比を速やかに補正して、空燃比を精度よく制御できる。
【００１０】
本発明のエンジン制御装置において、前記エンジン制御手段は、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値よりも増加した場合に、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値になるよう、前記算出空燃比をリッチ側に、又は、前記目標空燃比を現在値よりもリーン側に補正してもよい。
このエンジン制御装置によれば、ＮＯｘ濃度値に応じて算出空燃比又は目標空燃比を速やかに補正して、空燃比を精度よく制御できる。
【００１１】
本発明のエンジン制御方法は、ガソリンエンジンの排気系に設けられる三元触媒又は酸化触媒からなる触媒装置と、前記触媒装置の上流側の前記排気系に設けられる全領域空燃比センサと、前記触媒装置の下流側の前記排気系に設けられるＮＯｘセンサと、
を備えたエンジンシステムの制御方法であって、前記全領域空燃比センサが検出した酸素濃度値に応じて算出した算出空燃比が所定の目標空燃比になるよう、前記ガソリンエンジンに供給される混合気の空燃比を制御するエンジン制御過程を有し、前記エンジン制御過程は、前記ＮＯｘセンサが検出したＮＯｘ濃度値が所定の目標ＮＯｘ濃度値を外れた場合に、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値になるよう、前記算出空燃比又は前記目標空燃比を補正する。
【００１２】
本発明のエンジン制御方法において、前記エンジン制御過程は、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値よりも減少した場合に、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値になるよう、前記算出空燃比をリーン側に、又は、前記目標空燃比を現在値よりもリッチ側に補正してもよい。
【００１３】
本発明のエンジン制御方法において、前記エンジン制御過程は、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値よりも増加した場合に、前記ＮＯｘ濃度値が前記目標ＮＯｘ濃度値になるよう、前記算出空燃比をリッチ側に、又は、前記目標空燃比を現在値よりもリーン側に補正してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、理論空燃比から外れた条件でもエンジンの空燃比を精度よく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジン制御装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】ＮＯｘセンサの出力とＮＯｘ濃度との関係を示す模式図である。
【図３】エンジン制御手段による処理フローを示す図である。
【図４】ＮＯｘ濃度と空燃比との関係を示す模式図である。
【図５】全領域空燃比センサの出力と酸素濃度との関係を示す模式図である。
【図６】全領域空燃比センサの出力と空燃比との関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るエンジン制御装置１００の一例を示す概略構成図、図２はＮＯｘセンサ１２の出力特性を示す模式図、図３はエンジン制御手段２０による処理フローを示す図である。
エンジン制御装置１００はガソリンエンジン２に適用され、ガソリンエンジン２の排気系（マフラー）４に設けられる三元触媒又は酸化触媒からなる触媒装置６と、全領域空燃比センサ１０と、ＮＯｘセンサ１２と、エンジン制御手段２０と、を備えている。
又、ガソリンエンジン２には燃料制御系８が設置され、燃料制御系８は、混合気の空燃比を調整してガソリンエンジン２に供給する。燃料制御系８は、エンジンの吸入空気量を調整するためのスロットルバルブや、燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）等から構成することができる。
触媒装置６は、少なくとも一酸化炭素（ＣＯ）と、未燃炭化水素（ＴＨＣ）を除去することができる。又、三元触媒の場合、ＮＯｘも除去してもよい。
【００１７】
エンジン制御手段２０は、例えばＥＣＵの一部として構成され、ＥＣＵはガソリンエンジン２の全体の制御も行う。エンジン制御手段２０を含むＥＣＵは、公知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭには、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶する。
そして、ＥＣＵは、上記した各種センサの検出信号に基づいて、ガソリンエンジン２の各種制御の他、後述する空燃比フィードバック制御を実行する。さらに、ＥＣＵは、後述する補正を行う。
【００１８】
全領域空燃比センサ１０は、触媒装置６の上流側の排気系４に設けられ、理論空燃比（λ＝１）付近だけでなく、理論空燃比から外れた広い範囲の空燃比を検出することができる。
ＮＯｘセンサ１２は、触媒装置６の下流側の排気系４に設けられ、ＮＯｘ濃度値を検出する。
なお、特許請求の範囲の「酸素濃度値、ＮＯｘ濃度値」は、酸素濃度やＮＯｘ濃度そのものに限らず、各センサ１０，１２が検出した出力（検出電流、検出電圧等）も含む。
【００１９】
そして、エンジン制御手段２０は、全領域空燃比センサ１０が検出した酸素濃度値（図５参照）に応じて算出空燃比（図６参照）を算出する。又、エンジン制御手段２０は、算出空燃比が所定の目標空燃比になるよう、燃料制御系８を制御してガソリンエンジン２に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する。
【００２０】
ここで、上述のように、全領域空燃比センサ１０は広い範囲の空燃比を検出できるものの、センサが出力した酸素濃度を空燃比に換算するため、特にリーン側で出力変化が小さくなって分解能、ひいては検出精度が低下する。
一方、図２に示すように、ＮＯｘセンサ１２はＮｏｘ濃度に対してセンサ出力が比例するので、空燃比（特にリーン側）に関わらず、Ｎｏｘ濃度を精度よく検出できる。
そこで、本発明においては、空燃比制御に用いる全領域空燃比センサ１０の検出精度の低下を、ＮＯｘセンサ１２の検出値で補正することで空燃比を正確に見積もることができ、理論空燃比から外れた条件でもエンジンの空燃比を精度よく制御することが可能となる。
【００２１】
具体的には、図１、図３に示すようにして、エンジン制御手段２０は空燃比を制御する。
ここで、ガソリンエンジン２をリーン側で運転する場合を考える。このとき、ガソリンエンジン２を運転するリーン側の所定の目標空燃比、及びこの目標空燃比でガソリンエンジン２を運転したときに排出されると想定される目標ＮＯｘ濃度値を予め定めておく。
今、図３（ｉ）に示すように、実際の空燃比がリッチ側に変化したとする。このとき、全領域空燃比センサ１０は上記したように、分解能が低くなって空燃比を正確に検出できない。
一方、図４に示すように、空燃比がリッチ側になるとＮＯｘ濃度は増加する傾向にある。従って、図３（ｉｉ）に示すように、実際の空燃比がリッチ側に変化するとＮＯｘ濃度が増加して目標ＮＯｘ濃度値を外れる。
【００２２】
この場合、空燃比がリーン側になるように燃料制御系８を制御すれば、ＮＯｘ濃度が低下して図３（ｉｖ）に示すように、ＮＯｘ濃度値が目標ＮＯｘ濃度値に収束することになる。
そこで、図３（ｉｉｉ）に示すように、エンジン制御手段２０は、目標空燃比をさらにリーン側に補正する。
これにより、全領域空燃比センサ１０による算出空燃比が目標空燃比になるような上述のフィードバック制御が、よりリーン側になるまで行われるので、結果として、図３（ｖ）に示すように、実際の空燃比が初期の目標空燃比に収束することになる。
【００２３】
以上のように、ＮＯｘセンサ１２が検出したＮＯｘ濃度値が所定の目標ＮＯｘ濃度値を外れた場合、エンジン制御手段２０はＮＯｘ濃度値が目標ＮＯｘ濃度値になるよう、目標空燃比を補正する。
これにより、理論空燃比から外れた条件でもエンジンの空燃比を精度よく制御することが可能となる。
又、ガソリンエンジン２の触媒装置６の下流でＮＯｘ濃度を監視するので、空燃比がリッチ側に変化してＮＯｘ濃度が増加したときに、直ちにＮＯｘ濃度を目標値まで減少させる制御を行うので、ＮＯｘの排出量を低減できる。
【００２４】
なお、実際の空燃比がリーン側に変化した場合は、図３（ｉ）〜（ｖ）の上下が逆になる。例えば、図３（ｉｉｉ）で目標空燃比をリッチ側に補正する。
【００２５】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
上記した補正として、目標空燃比を補正する他、全領域空燃比センサ１０が検出した酸素濃度値から算出する算出空燃比を補正してもよい。算出空燃比を補正する場合は、目標空燃比が初期のままでリーン側に補正するよう、算出空燃比をリッチ側に補正することになる。
【００２６】
又、ＮＯｘセンサ１２よりも排気系４の下流側に、ＮＯｘを除去する後処理触媒を設置してもよい。後処理触媒としては、ＬＮＴ（吸蔵型窒素酸化物還元触媒）、ＳＣＲ（選択（的）触媒還元装置）が挙げられる。ここで、本発明においては、上述のようにＮＯｘ濃度を監視するのでＮＯｘの排出量を低減できるため、これら後処理触媒の触媒量を低減したり、場合によっては後処理触媒を不要とできる利点がある。
又、触媒装置６とＮＯｘセンサ１２との間に粒子（パティキュレート）フィルタを設置してもよい。
【符号の説明】
【００２７】
２    ガソリンエンジン
４    排気系
６    触媒装置
１０    全領域空燃比センサ
１２    ＮＯｘセンサ
２０    エンジン制御手段
１００    エンジン制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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