(57)【要約】【課題】空燃比の高い制御精度を確保してＣＮＧエンジンの排気ガス性能を向上する。【解決手段】圧縮天然ガスを燃料とすると共に、排気系に触媒装置１２を備えるエンジンの空燃比制御装置において、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段１６，１７と、運転状態に応じて目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段１５と、排気系の触媒装置１２の上流側に設置された、広域空燃比センサ１３とＣＮＧ用酸素センサ１４と、広域空燃比センサ１３およびＣＮＧ用酸素センサ１４の出力に応じてエンジンに供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比制御手段１５とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮天然ガスを燃料とすると共に、排気系に触媒装置を備えるエンジンの空燃比制御装置において、
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
運転状態に応じて目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
排気系の触媒装置の上流側に設置され、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力を発生する広域空燃比センサと、
同じく排気系の触媒装置の上流側に設置され、排気ガス中の酸素濃度に対して出力の急変点を持つ、水素ならびにメタンの耐性を高めたＣＮＧ用酸素センサと、
広域空燃比センサおよびＣＮＧ用酸素センサの出力に応じてエンジンに供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比制御手段とを備えたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
【請求項２】
前記空燃比制御手段は、
広域空燃比センサの出力に応じてエンジンに供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
ＣＮＧ用酸素センサの出力に応じて目標空燃比を補正制御する目標空燃比補正制御手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項３】
前記目標空燃比補正制御手段は、ＣＮＧ用酸素センサの出力がリーン基準値よりも低い状態を所定時間継続した場合、エンジンに供給される混合気の空燃比が触媒装置のウィンドウ内にないリーンと判定して目標空燃比を漸減補正する一方、ＣＮＧ用酸素センサの出力がリッチ基準値よりも高い状態を所定時間継続した場合、エンジンに供給される混合気の空燃比が触媒装置のウィンドウ内にないリッチと判定して目標空燃比を漸増補正することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料とするエンジンの空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気系に配置した触媒装置（三元触媒）の上流側および下流側に空燃比センサを設け、これらの空燃比センサの出力に応じてエンジン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ことにより、排気ガス性能の向上を図るようにしたものがある（特許文献１）。
【０００３】
一方、ＣＮＧを燃料とするトラック車両等のエンジンにおいて、排気ガス中の酸素濃度を検出するセンサに、水素ならびにメタンを多く含有する排気ガスにあって酸素濃度の検出性能を高めるように水素ならびにメタンの耐性を高めたＣＮＧ用酸素センサがある（特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３３２８９６
【特許文献２】
特開平１１−１６０２７３号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の各センサは、目標空燃比（理論空燃比）を境界にオン、オフつまり出力が急変する酸素センサであり、そのため空燃比を触媒装置（三元触媒）の狭いウィンドウ内に収めるようにフィードバック制御する精度はそれほど高くはない。
【０００６】
酸素センサには、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力を発生する広域空燃比センサがあるが、水素ならびにメタンを多く含有する場合には検出にズレを生じる。
【０００７】
したがって、ＣＮＧエンジンにあって、精度の良い空燃比制御を得にくく、排気ガス性能をそれほど向上できなかった。
【０００８】
ＣＮＧ車両は、もともと排気ガス性能が良いが、排気ガス性能の一段の向上が望まれている。
【０００９】
この発明は、このような課題に注目してなされたものであり、ＣＮＧ用酸素センサと広域空燃比センサとを併用して、空燃比の高い制御精度を確保してＣＮＧエンジンの排気ガス性能の向上を図ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、圧縮天然ガスを燃料とすると共に、排気系に触媒装置を備えるエンジンの空燃比制御装置において、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態に応じて目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、排気系の触媒装置の上流側に設置され、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力を発生する広域空燃比センサと、同じく排気系の触媒装置の上流側に設置され、排気ガス中の酸素濃度に対して出力の急変点を持つ、水素ならびにメタンの耐性を高めたＣＮＧ用酸素センサと、広域空燃比センサおよびＣＮＧ用酸素センサの出力に応じてエンジンに供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比制御手段とを備える。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記空燃比制御手段は、広域空燃比センサの出力に応じてエンジンに供給される混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、ＣＮＧ用酸素センサの出力に応じて目標空燃比を補正制御する目標空燃比補正制御手段とを備える。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明において、前記目標空燃比補正制御手段は、ＣＮＧ用酸素センサの出力がリーン基準値よりも低い状態を所定時間継続した場合、エンジンに供給される混合気の空燃比が触媒装置のウィンドウ内にないリーンと判定して目標空燃比を漸減補正する一方、ＣＮＧ用酸素センサの出力がリッチ基準値よりも高い状態を所定時間継続した場合、エンジンに供給される混合気の空燃比が触媒装置のウィンドウ内にないリッチと判定して目標空燃比を漸増補正する。
【００１３】
【発明の効果】
第１〜第３の発明においては、精密な空燃比フィードバック制御が可能な広域空燃比センサの使用に対して、ＣＮＧエンジンに特有の空燃比のズレを抑えて、空燃比を制御でき、ＣＮＧ用酸素センサの出力によって目標空燃比を補正することで、空燃比制御の高い精度を確保して、触媒装置の狭いウィンドウ内に実空燃比を制御することができ、ＣＮＧエンジンの排気ガス性能を大幅に向上できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態のシステム構成図を示す。
【００１５】
図１において、１は圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料とするエンジンであり、エンジン１の吸気通路２には、図示しないアクセルペダルに連動して、供給混合気量、空気量を制御するスロットル弁３が設けられる。
【００１６】
スロットル弁３の上流には、ＣＮＧの噴射装置４の噴射ノズル５が配設される。噴射装置４には、図示しないガスボンベから所定圧のＣＮＧが導かれ、噴射装置４の開弁制御に対応した量のＣＮＧが噴射ノズル５から噴射される。
【００１７】
スロットル弁３をバイパスするバイパス通路６には、アイドル制御弁７が配置される。
【００１８】
エンジン１の燃焼室８には、混合気に点火する点火栓１０が設けられる。
【００１９】
エンジン１の排気通路１１には、触媒装置（三元触媒）１２が配設され、触媒装置１２の上流には、排気ガス中の酸素濃度に比例した出力を発生する広域空燃比センサ１３と、排気ガス中の酸素濃度に対して出力の急変点を持つ、水素ならびにメタンの耐性を高め、検出性能を高めたＣＮＧ用酸素センサ１４とが設置される。
【００２０】
噴射装置４等を制御するエンジンコントロールユニット１５が備えられ、エンジンコントロールユニット１５には、エンジン１の運転状態を検出する手段として、エンジン回転速度、クランク角度を検出するクランク角センサ１６、スロットル弁３下流の吸気管圧力（エンジン負荷）を検出する吸気管圧力センサ１７、および広域空燃比センサ１３、ＣＮＧ用酸素センサ１４等からの信号が入力される。
【００２１】
エンジンコントロールユニット１５は、クランク角センサ１６からのエンジン回転速度信号と吸気管圧力センサ１７からの吸気管圧力信号と広域空燃比センサ１３からの信号とＣＮＧ用酸素センサ１４からの信号とに基づいて、目標空燃比（目標λ）を設定、補正する目標空燃比補正制御手段３０と、噴射装置４の噴射ノズル５からのＣＮＧの基本噴射量を演算する基本燃料噴射量制御手段３１と、エンジン１に供給する混合気の空燃比が目標λになるように、基本噴射量をフィードバック補正つまり噴射装置４の噴射ノズル５からのＣＮＧの噴射量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段３２等から構成される。
【００２２】
次に、エンジンコントロールユニット１５による空燃比制御を説明する。
【００２３】
図２は目標空燃比（目標λ）の補正制御を表しており、Ｓ１においては、所定時間ＴＯＳＴＡＦＤ（秒）におけるエンジン１の回転変化量ΔＮが規定値ＮＯＦＳＴＡＦＤ内かを見る。
【００２４】
Ｓ２においては、同じく所定時間ＴＯＳＴＡＦＤ（秒）における吸気管圧力変化量ΔＰが規定値ＰＢＯＦＳＴＡＦＤ内かを見る。
【００２５】
Ｓ３においては、広域空燃比センサ１３の出力が規定範囲内（ＭＮＳＴＯＡＦＮＯＷ＜、＜ＭＸＳＴＯＡＦＮＯＷ）かを見る。
【００２６】
Ｓ４においては、広域空燃比センサ１３の出力に基づく目標λへの空燃比フィードバック制御に入って、所定時間ＴＳＴＯＲＭＤ（秒）が経過したかを見る。
【００２７】
エンジン１の回転、負荷の変化が規定内、広域空燃比センサ１３の出力が規定範囲内、かつ、広域空燃比センサ１３の出力に基づく空燃比フィードバック制御に入って所定時間ＴＳＴＯＲＭＤ（秒）が経過した場合、Ｓ５、Ｓ６に進み、ＣＮＧ用酸素センサ１４の出力を見る。
【００２８】
ＣＮＧ用酸素センサ１４の出力（電圧）が所定のリーン基準電圧Ｏ２ＴＨＬＮよりも低い状態を所定時間ＴＯ２ＴＨＬＮ継続した場合、Ｓ５からＳ７に進む。
【００２９】
ＣＮＧ用酸素センサ１４の出力（電圧）が所定のリッチ基準電圧Ｏ２ＴＨＲＣよりも高い状態を所定時間ＴＯ２ＴＨＲＣ継続した場合、Ｓ６からＳ８に進む。
【００３０】
Ｓ７においては、エンジン１への供給混合気の空燃比が触媒装置１２のウィンドウ（酸化、還元を行える範囲）内にないリーンと判定して、目標λを減少補正する。
【００３１】
この場合、目標λに対して、実行周期ＤＴＯＦＳＴＡＦＬ（秒）毎に、オフセット値ＯＦＳＥＴＡＦＬの所定分（例えば、１／１００）を減算補正していく。
【００３２】
Ｓ８においては、エンジン１への供給混合気の空燃比が触媒装置１２のウィンドウ（酸化、還元を行える範囲）内にないリッチと判定して、目標λを増加補正する。
【００３３】
この場合、目標λに対して、実行周期ＤＴＯＦＳＴＡＦＲ（秒）毎に、オフセット値ＯＦＳＥＴＡＦＲの所定分（例えば、１／１００）を加算補正していく。
【００３４】
これらの目標λの補正のタイミングチャートを図３に示す。
【００３５】
空燃比フィードバック制御は、目標λと広域空燃比センサ１３の出力との差異に応じて、噴射装置４の噴射ノズル５からのＣＮＧの噴射量を比例制御、積分制御する。空燃比の制御幅は、目標λを中心とした所定幅に設定している。
【００３６】
したがって、空燃比フィードバック制御領域に入って、広域空燃比センサ１３の出力に基づく目標λへの空燃比フィードバック制御中に、ＣＮＧ用酸素センサ１４の出力によってエンジン１への供給混合気の空燃比が触媒装置１２のウィンドウ内にないリーンと判定されると、目標λが減少つまりリッチ方向に補正され、このリッチ方向への補正によって、広域空燃比センサ１３の出力による空燃比フィードバック制御において、噴射装置４の噴射ノズル５からのＣＮＧの噴射量が増加補正され、エンジン１への供給混合気の空燃比がリッチ方向に補正される。
【００３７】
また、広域空燃比センサ１３の出力に基づく目標λへの空燃比フィードバック制御中に、ＣＮＧ用酸素センサ１４の出力によってエンジン１への供給混合気の空燃比が触媒装置１２のウィンドウ内にないリッチと判定されると、目標λが増加つまりリーン方向に補正され、このリーン方向への補正によって、広域空燃比センサ１３の出力による空燃比フィードバック制御において、噴射装置４の噴射ノズル５からのＣＮＧの噴射量が減少補正され、エンジン１への供給混合気の空燃比がリーン方向に補正される。
【００３８】
すなわち、精密な空燃比フィードバック制御が可能な広域空燃比センサ１３の使用に対して、ＣＮＧエンジンに特有の空燃比のズレを抑えることが可能となり、触媒装置１２の狭いウィンドウ内に実空燃比を制御することができ、特に、ＣＮＧ用酸素センサ１４の出力によって目標λを補正することで、空燃比制御の高い精度を確保することができ、この結果ＣＮＧエンジンの排気ガス性能を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を表すシステム構成図である。
【図２】目標空燃比の補正制御のフローチャートである。
【図３】目標空燃比の補正制御のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン
３  スロットル弁
４  噴射装置
１１  排気通路
１２  触媒装置
１３  広域空燃比センサ
１４  ＣＮＧ用酸素センサ
１５  エンジンコントロールユニット
１６  クランク角センサ
１７  吸気管圧力センサ
３０  目標空燃比補正制御手段
３１  基本燃料噴射量制御手段
３２  空燃比フィードバック制御手段
【図１】
2004340059.tif 000003
【図２】
2004340059.tif 000004
【図３】
2004340059.tif 000005