(57)【要約】【課題】触媒装置の詰まりを的確に判定できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０の制御装置である電子制御ユニット２６に、排気通路１３における触媒装置１９よりも上流側の部分から吸気通路１２に排気を再循環する排気再循環装置２２による排気の再循環量が既定の判定値以上となっており、且つ排気通路１３における触媒装置１９よりも上流側の部分に設けられた空燃比センサ２０の検出結果に基づく空燃比フィードバック制御のフィードバック補正量が既定の判定値以上となっていることを条件に触媒装置１９に詰まりが発生していると判定する詰まり判定部２９を設けるようにした。【選択図】図１
2019070352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設置された排気浄化用の触媒装置と、前記排気通路における前記触媒装置よりも上流側の部分から吸気通路に排気を再循環する排気再循環装置と、前記排気通路における前記触媒装置よりも上流側の部分に設けられた空燃比センサと、を備えた内燃機関に適用されて、前記空燃比センサの検出結果に基づく空燃比フィードバック制御を行う内燃機関の制御装置において、
前記排気再循環装置による排気の再循環量が既定の判定値以上となっており、且つ前記空燃比フィードバック制御のフィードバック補正量が既定の判定値以上となることを条件に前記触媒装置に詰まりが発生していると判定する詰まり判定部を備えている
内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に設置された排気浄化用の触媒装置と、排気通路における触媒装置よりも上流側の部分から吸気通路に排気を再循環する排気再循環装置と、を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような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。同文献の制御装置は、燃焼室で燃焼する混合気の空燃比を変更してからその空燃比の変更が排気通路に設置された空燃比センサの検出値に現れるまでの応答時間を計測している。触媒装置に詰まりが発生すれば、排気通路の排気の流れが滞って、燃焼室から空燃比センサの設置位置への排気の到達時間が長くなるため、上記応答時間が増加する。そこで、上記文献の制御装置では、上記応答時間の測定値が既定の判定値以上である場合、触媒装置に詰まりが発生していると判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６１２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記応答時間の増加は、触媒装置の詰まり以外の要因でも発生することがあり、同応答時間の計測結果に基づくだけでは誤判定の虞がある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、触媒装置の詰まりを的確に判定できる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、排気通路に設置された排気浄化用の触媒装置と、排気通路における触媒装置よりも上流側の部分から吸気通路に排気を再循環する排気再循環装置と、を備えた内燃機関に適用されて、排気通路における触媒装置よりも上流側の部分に設けられた空燃比センサの検出結果に基づく空燃比フィードバック制御を行う。そして、同内燃機関の制御装置は、排気再循環装置による排気の再循環量が既定の判定値以上となっており、且つ空燃比フィードバック制御のフィードバック補正量が既定の判定値以上となることを条件に触媒装置に詰まりが発生していると判定する詰まり判定部を備えている。
【０００６】
排気再循環装置は、排気通路側と吸気通路側との差圧により排気を再循環している。詰まりが発生して触媒装置を通過する排気の流れが滞ると、排気通路における触媒装置よりも上流側の部分の圧力が上昇するため、排気の再循環量が増加する。一方、触媒装置の詰まりは、排気通路における触媒装置よりも上流側の部分に設けられた空燃比センサの検出結果にも影響し、空燃比フィードバック制御の制御性が悪化して、フィードバック補正量の増大を招く。これら排気の再循環量の増加、及びフィードバック補正量の増大のそれぞれは、触媒装置の詰まり以外の要因によっても発生する場合がある。しかしながら、触媒装置の詰まり以外の要因によって、排気の再循環量の増加、及び空燃比フィードバック制御のフィードバック補正量の増大の両者が同時に発生することは殆ど無い。そのため、両者の同時発生を判定の条件とすれば、触媒装置の詰まりを高い確度で判定できる。したがって、上記内燃機関の制御装置によれば、触媒装置の詰まりを的確に判定できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】内燃機関の制御装置の一実施形態の構成を示す模式図。
【図２】同制御装置に設けられた詰まり判定部の制御構造のブロック図。
【図３】上記詰まり判定部が実行する詰まり判定処理ルーチンのフローチャート。
【図４】触媒装置の詰まりの発生前後の期間における空燃比フィードバック補正量の推移を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、内燃機関の制御装置の一実施形態を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態の制御装置は、車載用の内燃機関に適用されている。
図１に示すように、本実施形態の制御装置が適用される内燃機関１０は、混合気の燃焼を行う燃焼室１１を備える。また、内燃機関１０には、燃焼室１１に流入する吸気が流れる吸気通路１２と、燃焼室１１から排出された排気が流れる排気通路１３と、が設けられている。
【０００９】
吸気通路１２には、同吸気通路１２を流れる新気の流量（吸入空気量ＧＡ）を検出するエアフローメータ１４が設けられている。吸気通路１２におけるエアフローメータ１４よりも下流側の部分にはスロットルバルブ１５が設けられている。そして、吸気通路１２は、スロットルバルブ１５よりも下流の吸気ポート１６を介して燃焼室１１に連結されている。吸気ポート１６には、燃焼室１１に流入する吸気中に燃料を噴射する燃料噴射弁１７が設置されている。燃焼室１１には、吸気ポート１６を通じて流入した吸気と燃料との混合気を火花放電により着火する点火プラグ１８が設置されている。
【００１０】
排気通路１３には、排気浄化用の触媒装置１９が設けられている。触媒装置１９の内部には、排気中の有害成分の酸化反応や還元反応を促進する触媒が担持されており、この触媒の作用により、排気を浄化する。また、排気通路１３における触媒装置１９よりも上流側の部分には、燃焼室１１内で燃焼した混合気の空燃比ＡＦを検出するための空燃比センサ２０が設けられている。さらに、排気通路１３における触媒装置１９よりも上流側の部分には、空燃比ＡＦが理論空燃比よりもリッチな空燃比であるか、リーンな空燃比であるかを検出する酸素センサ２１が設けられている。
【００１１】
また、内燃機関１０は、排気通路１３における触媒装置１９よりも上流側の部分から吸気通路１２に排気を再循環する排気再循環装置２２を備えている。排気再循環装置２２は、排気通路１３における触媒装置１９よりも上流側の部分と吸気通路１２におけるスロットルバルブ１５よりも下流側の部分とを繋ぐＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路２３と、ＥＧＲ通路２３を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラ２４と、ＥＧＲ通路２３を開閉するＥＧＲバルブ２５と、を備えている。
【００１２】
こうした内燃機関１０は、同内燃機関１０の制御装置としての電子制御ユニット２６により制御されている。電子制御ユニット２６には、上述のエアフローメータ１４、空燃比センサ２０、及び酸素センサ２１の検出結果が入力されている。加えて、電子制御ユニット２６には、内燃機関１０の回転数（エンジン回転数ＮＥ）を検出するＮＥセンサ２７、アクセルペダルの踏込量（アクセル開度ＡＣＣ）を検出するアクセル開度センサ２８の検出結果も入力されている。そして、電子制御ユニット２６は、これらセンサの検出結果に基づき、スロットルバルブ１５の開度制御、燃料噴射弁１７の燃料噴射制御、点火プラグ１８の点火時期制御、ＥＧＲバルブ２５の開閉制御等の内燃機関１０の各種制御を行っている。
【００１３】
また、電子制御ユニット２６は、内燃機関１０の制御の一環として空燃比フィードバック制御を行っている。空燃比フィードバック制御では、空燃比センサ２０及び酸素センサ２１の検出結果から燃焼室１１内で燃焼した混合気の空燃比と同空燃比の目標値である目標空燃比との偏差が求められ、その偏差を縮小すべく燃料噴射弁１７の燃料噴射量のフィードバック補正が行われる。
【００１４】
ところで、内燃機関１０の燃料としてマンガン系の添加剤を含んだ燃料が使用される場合、マンガン由来の析出物が触媒装置１９内に堆積して同触媒装置１９を詰まらせることがある。そこで、電子制御ユニット２６は、内燃機関１０の運転中に、触媒装置１９の詰まりが発生しているか否かを判定する詰まり判定処理を行っている。そして、電子制御ユニット２６は、その詰まり判定処理において触媒装置１９の詰まりが発生していると判定された場合には、車室に設けられたインフォメーションディスプレイ等の表示装置３０に警告表示を行っている。電子制御ユニット２６には、こうした触媒装置１９の詰まり判定にかかる処理を行う詰まり判定部２９が設けられている。
【００１５】
図２に、詰まり判定部２９の構成を示す。同図に示すように詰まり判定部２９は、ＥＧＲ率ＲＥを計測するＥＧＲ率計測処理Ｐ１００と、ＥＧＲ率計測処理Ｐ１００によるＥＧＲ率ＲＥの計測結果と空燃比フィードバック制御のフィードバック補正量ＦＢとに基づいて触媒装置１９の詰まりが発生しているか否かを判定する詰まり判定処理Ｐ２００と、を実行する。
【００１６】
ＥＧＲ率計測処理Ｐ１００では、車両停止中のアイドリング運転時などの内燃機関１０の運転状態が安定しているときに、ＥＧＲバルブ２５を閉じた状態（ＥＧＲオフ）から開いた状態（ＥＧＲオン）に切り替える。そして、その切り替えの前後の吸入空気量ＧＡの測定結果からＥＧＲ率ＲＥを演算して求めている。なお、内燃機関１０が安定した運転状態にあるか否かは、エンジン回転数ＮＥやアクセル開度ＡＣＣなどに基づき判定されている。
【００１７】
ＥＧＲバルブ２５が閉じられたＥＧＲオフ時に燃焼室１１に流入するガスはすべて新気となっている。これに対してＥＧＲバルブ２５が開かれたＥＧＲオン時に燃焼室１１に流入するガスは、新気と、排気再循環装置２２により再循環された排気（ＥＧＲガス）との混合ガスとなる。燃焼室１１に流入するガスの量は、排気再循環装置２２により吸気通路１２に導入されたＥＧＲガスの流量とは関係なく、吸気通路１２におけるスロットルバルブ１５よりも下流側の部分の圧力（吸気管圧力）により定まる。よって、吸気管圧力が一定の状態においてＥＧＲバルブ２５を閉じた状態から開いた状態に切り替えた場合、ＥＧＲバルブ２５の開弁に応じて吸気通路１２に再循環する排気（ＥＧＲガス）の流量の分、エアフローメータ１４により検出される吸入空気量ＧＡは減少することになる。よって、内燃機関１０が安定した運転状態にあって、吸気管圧力が殆ど変化しない状態のもとで、ＥＧＲバルブ２５を閉じた状態から開いた状態に切り替えたときの吸入空気量ＧＡの減少量Δは、ＥＧＲバルブ２５の開弁に応じて吸気通路１２に流入したＥＧＲガスの流量と等しい量となる。
【００１８】
一方、ＥＧＲ率ＲＥは、燃焼室１１に流入するガスの総量に占めるＥＧＲガスの量の比率を表す。上記のようにＥＧＲバルブ２５を閉じた状態では、燃焼室１１に流入したガスはすべて新気であり、吸気管圧力が一定の状態ではＥＧＲオフからＥＧＲオンへの切替前後で燃焼室１１に流入するガスの総量には変化がない。ここで、ＥＧＲオフからＥＧＲオンへの切替前の吸入空気量ＧＡを切替前空気量Ｇ１とし、その切替後の吸入空気量ＧＡを切替後空気量Ｇ２とする。ＥＧＲ率計測処理Ｐ１００では、切替前空気量Ｇ１から切替後空気量Ｇ２を引いた差を切替前空気量Ｇ１で割った商（＝（Ｇ１−Ｇ２）／Ｇ１）をＥＧＲ率ＲＥの値として演算することで、同ＥＧＲ率ＲＥの計測を行っている。
【００１９】
ＥＧＲ率計測処理Ｐ１００において計測したＥＧＲ率ＲＥの値は、電子制御ユニット２６のメモリに記憶される。メモリに記憶されたＥＧＲ率ＲＥの値は、ＥＧＲ率計測処理Ｐ１００により再びＥＧＲ率ＲＥの計測が行われるまで保持される。
【００２０】
図３に、詰まり判定処理Ｐ２００が実行する詰まり判定処理ルーチンのフローチャートを示す。本ルーチンの処理は、内燃機関１０の運転中に既定の周期ごとに繰り返し実行される。
【００２１】
本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において判定実行条件が成立しているか否かが判定される。判定実行条件は、内燃機関１０が安定した運転状態にあるときに成立するように設定されており、エンジン回転数ＮＥやアクセル開度ＡＣＣに基づき判定される。そして、判定実行条件が成立の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１１０に処理が進められ、不成立の場合（ＮＯ）にはそのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００２２】
ステップＳ１１０に処理が進められると、そのステップＳ１１０において、上記ＥＧＲ率計測処理Ｐ１００により計測されたＥＧＲ率ＲＥの値と、空燃比フィードバック制御のフィードバック補正量ＦＢと、が読み込まれる。
【００２３】
続く、ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で読み込んだＥＧＲ率ＲＥの値が既定の判定値α以上であるか否かが判定される。そして、ＥＧＲ率ＲＥの値が判定値α以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１３０に処理が進められ、判定値α未満であれば（ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００２４】
ステップＳ１３０に処理が進められると、そのステップＳ１３０において、ステップＳ１１０で読み込んだ空燃比フィードバック制御のフィードバック補正量ＦＢの絶対値が既定の判定値β以上であるか否かが判定される。そして、フィードバック補正量の絶対値が判定値β以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１４０に処理が進められ、判定値β未満であれば（ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００２５】
本実施形態では、こうしてステップＳ１４０に処理が進められた場合を、触媒装置１９に詰まりが発生していると判定する場合としている。この場合、ステップＳ１４０において表示装置３０に警告表示を行う処理が行われた後、今回の本ルーチンの処理が終了される。
【００２６】
続いて、以上のように構成された本実施形態にかかる内燃機関１０の制御装置の作用効果を説明する。
排気再循環装置２２では、ＥＧＲ通路２３の排気通路１３側と吸気通路１２側との差圧により排気の再循環が行われる。一方、ＥＧＲ率計測処理Ｐ１００では、車両停止中のアイドル運転時のような内燃機関１０が安定した運転状態にあるときにＥＧＲ率ＲＥの計測を行っており、内燃機関１０が正常に動作していれば、計測中の上記差圧は概ね一定の値となる。そのため、内燃機関１０が正常に動作している場合のＥＧＲ率ＲＥの計測値は一定の範囲内の値となる。なお、詰まり判定処理ルーチンにおけるステップＳ１２０での判定処理に用いる判定値αは、内燃機関１０の正常動作時にＥＧＲ率ＲＥの計測値が取り得る値の範囲の上限値よりも若干大きい値が設定されている。
【００２７】
触媒装置１９に詰まりが発生すると、触媒装置１９を通過する排気の流れが滞って、排気通路１３における触媒装置１９よりも上流側の部分の圧力が上昇する。本実施形態の制御装置が適用された内燃機関１０では、排気通路１３における触媒装置１９よりも上流側の部分にＥＧＲ通路２３が接続されている。そのため、触媒装置１９に詰まりが発生したときには、ＥＧＲ通路２３の排気通路１３側と吸気通路１２側との差圧が拡大して、排気再循環装置２２による吸気通路１２への排気の再循環量が増加する。よって、触媒装置１９に詰まりが発生している場合には、ＥＧＲ率計測処理Ｐ１００でのＥＧＲ率ＲＥの計測値が判定値α以上の値となり得る。
【００２８】
一方、触媒装置１９の詰まりは、排気通路１３における触媒装置１９よりも上流側の部分に設けられた空燃比センサ２０の検出結果に影響を与え、その影響は空燃比フィードバック制御のフィードバック補正量ＦＢの値に表れる。図４は、触媒装置１９に詰まりが発生する前後のフィードバック補正量ＦＢの推移を示している。なお、実際には触媒装置１９の詰まりは徐々に進行するものであるが、同図では説明の都合上、時刻ｔ１において触媒装置１９の詰まりがない状態から詰まりがある状態へと瞬時に切り替わったものとしている。
【００２９】
本実施形態では、内燃機関１０が安定した運転状態にあることを触媒装置１９の詰まり判定の実行条件としている。内燃機関１０が正常に動作している場合、こうした判定実行条件の成立時に空燃比が大きく乱れることはなく、空燃比フィードバック制御のフィードバック補正量ＦＢの値はゼロ近傍の限られた範囲内に留まる。なお、詰まり判定処理ルーチンにおけるステップＳ１３０での判定処理に用いる判定値βの値には、こうした正常動作時のフィードバック補正量ＦＢの値の変動範囲の上限値（＝変動範囲の下限値の絶対値）よりも若干大きい値が設定されている。
【００３０】
触媒装置１９に詰まりが発生すると、同触媒装置１９を通過する排気の流れが滞り、燃焼室１１から空燃比センサ２０の設置位置までの排気の到達時間が長くなる。すなわち、燃焼室１１で燃焼した混合気の空燃比の変化が、空燃比センサ２０の検出結果に表れるまでの遅延が大きくなる。その結果、空燃比フィードバック制御の応答性の悪化による過補正が生じるため、フィードバック補正量ＦＢの値の変動範囲が大きくなる。よって、触媒装置１９に詰まりが発生しているときには、フィードバック補正量ＦＢの絶対値が判定値β以上となることがある。
【００３１】
なお、上記のような排気の再循環量の増加、及び空燃比フィードバック制御のフィードバック補正量ＦＢの増大のそれぞれは、触媒装置１９の詰まり以外の様々な要因によっても発生する場合がある。しかしながら、排気の再循環量の増加と、空燃比フィードバック制御のフィードバック補正量ＦＢの増大とが双方同時に発生する触媒装置１９の詰まり以外の要因は限られている。これに対して、本実施形態では、両者が同時に発生した場合に限り、触媒装置１９に詰まりが発生していると判定しているため、触媒装置１９の詰まりを高い確度で判定できる。したがって、本実施形態の内燃機関１０の制御装置によれば、触媒装置１９の詰まりを的確に判定できる。
【００３２】
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態の制御装置は、点火プラグ１８の火花放電により燃焼室１１内の混合気を着火する火花点火式の内燃機関１０に適用されていたが、同制御装置は、圧縮点火式の内燃機関にも同様に適用することができる。
【００３３】
・触媒装置１９として、触媒による排気の浄化機能に加えて、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタ機能を兼ね備えたものを採用してもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０…内燃機関、１１…燃焼室、１２…吸気通路、１３…排気通路、１４…エアフローメータ、１５…スロットルバルブ、１６…吸気ポート、１７…燃料噴射弁、１８…点火プラグ、１９…触媒装置、２０…空燃比センサ、２１…酸素センサ、２２…排気再循環装置、２３…ＥＧＲ通路、２４…ＥＧＲクーラ、２５…ＥＧＲバルブ、２６…電子制御ユニット、２７…ＮＥセンサ、２８…アクセル開度センサ、２９…詰まり判定部、３０…表示装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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