(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排ガスが流れるメイン通路に設けられた床下触媒と、
前記床下触媒の上流から一旦分岐し、床下触媒の上流に再度合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられたマイクロ触媒と、
前記メイン通路であって前記バイパス通路が分岐する部分よりも下流かつバイパス通路が合流する部分よりも上流に設けられ、メイン通路を通流する排ガス量を調整可能な排ガス流量制御弁と、
を備え、
前記排ガス流量制御弁が閉じているときは、前記マイクロ触媒の入口近傍に設けられたバイパス通路空燃比センサの信号に応じて空燃比フィードバック補正量を設定し、前記排ガス流量制御弁が閉じた状態から開かれたときは、前記床下触媒の入口近傍に設けられた床下空燃比センサの信号に、前記排ガス流量制御弁を流れる空気量に応じて設定された補正量ゲインを乗じて空燃比フィードバック補正量を設定する空燃比フィードバック補正量設定手段を有する、
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
【請求項２】
前記補正量ゲインは、前記排ガス流量制御弁の開度に応じて設定される、
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】
前記補正量ゲインは、空燃比センサの切替後に初めて設定される初回には、前記マイクロ触媒の酸素貯蔵能ＯＳＣに応じて設定される、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項４】
前記補正量ゲインは、エンジンの回転速度及び燃料噴射量から求められる、空燃比フィードバック補正量の偏差学習量に応じて設定される、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項５】
エンジンの排ガスが流れるメイン通路に設けられた床下触媒と、
前記床下触媒の上流のメイン通路から一旦分岐し、床下触媒の上流のメイン通路に再度合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられたマイクロ触媒と、
前記メイン通路であって前記バイパス通路が分岐する部分よりも下流かつバイパス通路が合流する部分よりも上流に設けられ、メイン通路を通流する排ガス量を調整可能な排ガス流量制御弁と、
を備える排ガス浄化システムで排ガスを浄化するエンジンの空燃比を制御する方法であって、
前記排ガス流量制御弁が閉じているときは、前記マイクロ触媒の入口近傍に設けられたバイパス通路空燃比センサの信号に応じて空燃比フィードバック補正量を設定し、前記排ガス流量制御弁が閉じた状態から開かれたときは、前記床下触媒の入口近傍に設けられた床下空燃比センサの信号に、前記排ガス流量制御弁を流れる空気量に応じて設定された補正量ゲインを乗じて空燃比フィードバック補正量を設定する空燃比フィードバック補正量設定工程を有する、
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの空燃比を制御する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１のように、メイン通路及びバイパス通路に触媒を配置し、排ガス流量制御弁を開閉することで、冷機時は排ガスをマイクロ触媒に流し、暖機後は排ガスを床下触媒に流して、排ガス浄化性能を向上する排ガス浄化システムが知られている。
【０００３】
ところで、排ガス浄化触媒は、空燃比が、理論空燃比を中心としたいわゆるウインドウと呼ばれる狭い領域にあるときに、窒素酸化物(ＮＯｘ)、炭化水素(ＨＣ)、一酸化炭素(ＣＯ)のエミッション成分の浄化性能が最良になる。したがって排ガス空燃比を理論空燃比付近に設定することが重要である。そこで従来から、触媒入口に空燃比センサ(酸素センサ)を設け、そのセンサ信号をフィードバックすることで、排ガスの空燃比を理論空燃比付近に制御している。
【０００４】
エンジンの運転状態に応じて排ガス流量制御弁を開閉制御し、それと同時に使用する空燃比センサも切り替えては、正確な制御ができないおそれがある。そこで特許文献１では排ガス流量制御弁を開閉制御してから所定のディレイ時間の経過を待って空燃比センサを切り替える。
【特許文献１】特開平１０−１２２６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような制御では、空燃比フィードバック補正量αを一定時間クランプすることになってしまうので、排ガス流量制御弁を開閉制御の直後は排ガス浄化性能が悪化してしまう。また空燃比変化量が大きいときは、空燃比フィードバック補正量αが所定ゲインで目標に向かって追従するので、空燃比フィードバック制御範囲を外れてしまってエミッションが悪化するとともに、トルク段差による運転性悪化を引き起こす可能性がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、排ガス流量制御弁を開閉制御の直後から良好な排ガス浄化性能を得ることができるエンジンの空燃比制御装置及び空燃比制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００８】
本発明は、エンジンの排ガスが流れるメイン通路(２０)に設けられた床下触媒(２１)と、前記床下触媒(２１)の上流から一旦分岐し、床下触媒(２１)の上流に再度合流するバイパス通路(３０)と、前記バイパス通路(３０)に設けられたマイクロ触媒(３１)と、前記メイン通路(２０)であって前記バイパス通路(３０)が分岐する部分よりも下流かつバイパス通路(３０)が合流する部分よりも上流に設けられ、メイン通路(２０)を通流する排ガス量を調整可能な排ガス流量制御弁(４０)と、を備え、前記排ガス流量制御弁(４０)が閉じているときは、前記マイクロ触媒(３１)の入口近傍に設けられたバイパス通路空燃比センサ(３２)の信号に応じて空燃比フィードバック補正量を設定し、前記排ガス流量制御弁(４０)が閉じた状態から開かれたときは、前記床下触媒(２１)の入口近傍に設けられた床下空燃比センサ(２２)の信号に、前記排ガス流量制御弁を流れる空気量に応じて設定された補正量ゲインを乗じて空燃比フィードバック補正量を設定する空燃比フィードバック補正量設定手段(Ｂ４)を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、排ガス流量制御弁が閉じているときは、マイクロ触媒の入口近傍に設けられた空燃比センサの信号に応じて空燃比フィードバック補正量を設定し、排ガス流量制御弁が開いているときは、床下触媒の入口近傍に設けられた空燃比センサの信号に所定の補正量ゲインを乗じて空燃比フィードバック補正量を設定するようにした。このように構成したので、空燃比センサ切替による空燃比フィードバック補正量αの段差が縮小した。そのため、床下触媒の転換率が向上し、また運転性も向上したのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明によるエンジンの空燃比制御装置を使用する排ガス浄化システムの一例を示す図である。
【００１１】
排ガス浄化システム１は、排ガスメイン通路２０と、床下触媒２１と、バイパス通路３０と、マイクロ触媒３１と、排ガス流量制御弁４０と、を有する。
【００１２】
床下触媒２１は、排ガスメイン通路２０に設けられる。床下触媒２１は、エンジン１０から離れて車両の床下に配置される。車両の床下に配置されるので、周辺部品との干渉がなく、大容量化できる。
【００１３】
バイパス通路３０は、床下触媒２１の上流の排ガスメイン通路２０から一旦分岐し、床下触媒２１の上流の排ガスメイン通路２０に再度合流する。
【００１４】
マイクロ触媒３１は、バイパス通路３０に設けられる。マイクロ触媒３１は、エンジンルーム内に配置される。エンジンルーム内に配置されるので、周辺部品と接近しており小形である。
【００１５】
排ガス流量制御弁４０は、排ガスメイン通路２０であってバイパス通路３０が分岐する部分よりも下流かつバイパス通路３０が合流する部分よりも上流に設けられる。排ガス流量制御弁４０はたとえばバタフライ弁である。排ガス流量制御弁４０は、開度を変更して排ガスメイン通路２０を通流する排ガス量を調整可能である。排ガス流量制御弁４０が開弁していると、排ガスは排ガスメイン通路２０を通流し、バイパス通路３０にはほとんど流れない。排ガス流量制御弁４０が閉弁していると、排ガスは排ガスメイン通路２０を通流できずバイパス通路３０に流れる。
【００１６】
床下触媒２１の入口近傍(さらに詳しくは、排ガスメイン通路２０であって合流部よりも下流かつ床下触媒２１よりも上流)には、床下空燃比センサ２２が設けられる。マイクロ触媒３１の入口近傍(さらに詳しくは、バイパス通路３０であって分岐部よりも下流かつマイクロ触媒３１よりも上流)には、バイパス通路空燃比センサ３２が設けられる。排ガス流量制御弁４０が閉弁中は、バイパス通路空燃比センサ３２の信号ALPHA1に基づき空燃比フィードバック補正量αを設定し空燃比フィードバック制御する。排ガス流量制御弁４０が開弁中は、床下空燃比センサ２２の信号ALPHA2に基づき空燃比フィードバック補正量αを設定し空燃比フィードバック制御する。
【００１７】
また床下触媒２１の入口近傍(さらに詳しくは、排ガスメイン通路２０であって合流部よりも下流かつ床下触媒２１よりも上流)には、床下フロント酸素センサ２３が設けられる。床下触媒２１の出口近傍(さらに詳しくは、排ガスメイン通路２０であって床下触媒２１よりも下流)には、床下リア酸素センサ２４が設けられる。マイクロ触媒３１の出口近傍(さらに詳しくは、バイパス通路３０であってマイクロ触媒３１よりも下流かつ合流部よりも上流)には、バイパス通路リア酸素センサ３３が設けられる。
【００１８】
燃料噴射量の制御は、エンジンの吸入空気量Ｑａと回転速度Ｎｅとに基づいて演算した基本燃料噴射量Ｔｐを、空燃比フィードバック補正量αで補正して最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算する。そしてこの燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の噴射パルス信号を、所定の噴射タイミングにおいてインジェクタに出力する。空燃比フィードバック補正量αは、排ガス中の酸素濃度を介して検出される空燃比が目標空燃比に近づくように制御されるものである。空燃比フィードバック補正量αは、排ガスがマイクロ触媒３１に流れるときには、バイパス通路空燃比センサ３２で検出された空燃比に基づいて設定される。排ガスがマイクロ触媒３１に流れることなく床下触媒２１に流れるときには、床下空燃比センサ２２で検出された空燃比に基づいて設定される。
【００１９】
ところで従来は、排ガス流量制御弁を開閉制御したら所定のディレイ時間の経過を待ってから空燃比センサを切り替えていた。しかしながらこのようにしては排ガス流量制御弁を開閉制御の直後は排ガス浄化性能が悪化してしまう。また触媒通過前後により、触媒内発生水素Ｈ2の影響によりセンサ検出空燃比がズレる。切替時にセンサ検出空燃比の偏差が大きいシーンが発生するため、空燃比フィードバック補正量αの追いかけが発生する。この追いかけている間に、トルク段差発生による運転性悪化や、エミッション悪化の懸念がある。
【００２０】
そこで本発明では、切替後の空燃比センサについては所定の補正量ゲインを乗じて空燃比フィードバック補正量αを設定し空燃比フィードバック制御するようにしたのである。以下では、このような発明者の技術思想を実現する具体的な発明について説明する。
【００２１】
図２は、本発明による空燃比制御装置のコントローラの制御ロジックを示すブロック図である。
【００２２】
ブロックＢ１においてコントローラは、補正量ゲインＧを演算して出力する。具体的な内容は後述する。
【００２３】
ブロックＢ２においてコントローラは、排ガス流量制御弁が閉じているか開いているかによってスイッチを切り替える。排ガス流量制御弁が閉じていれば、１．０を出力する。排ガス流量制御弁が開いていれば、ブロックＢ１で求めた補正量ゲインＧを出力する。
【００２４】
ブロックＢ３においてコントローラは、床下空燃比センサ２２の信号ALPHA2にブロックＢ２の信号を乗じて出力する。
【００２５】
ブロックＢ４においてコントローラは、排ガス流量制御弁が閉じているか開いているかによってスイッチを切り替える。排ガス流量制御弁が閉じていれば、バイパス通路空燃比センサ３２の信号ALPHA1を出力する。排ガス流量制御弁が開いていれば、ブロックＢ３の信号を出力する。
【００２６】
図３は、本発明によるエンジンの空燃比制御装置の第１実施形態の補正量ゲイン演算ロジックを示すブロック図である。
【００２７】
ブロックＢ１１においてコントローラは、あらかじめＲＯＭに格納された特性マップに、空気量を適用して補正量ゲインＧを演算し出力する。このマップはあらかじめ実験を通じて設定される。
【００２８】
図４は、本実施形態の作用効果を説明する図である。
【００２９】
図４(Ａ−２)に破線で示すように、排ガス流量制御弁４０が全閉時においては、エンジンからの排気は、バイパス通路側のマイクロ触媒３１を通過し、浄化される。このとき触媒前後で触媒内発生水素の影響により、検出空燃比がリーン側にシフトする。そして床下触媒上流側の床下空燃比センサ２２は、マイクロ触媒を通過後の排気の空燃比からエンジンアウトの排気空燃比を直接検出するように切り替わり、上流側に流れてくる空燃比自体が切り替わるので、空燃比センサ切替による空燃比フィードバック補正量αの段差が発生していた。
【００３０】
このように、排ガス流量制御弁４０の全閉から開への切替時に伴い、空燃比フィードバックのための検出空燃比センサを切替時において、当該空燃比センサによって検出される空燃比自体に大きな段差があると、空燃比フィードバック補正量αの段差が大きくなってしまうので、目標空燃比への追従性が高くなるが、目標とする空燃比のウインドウを外れてしまい、却ってエミッションの悪化を引き起こすおそれがある。
【００３１】
したがって本実施形態では、バルブ開口面積比(≒流量比)に応じて補正量ゲインＧを変更するようにした。このため空燃比センサ切替によって、検出される空燃比検出値がステップ的に大きく変化するような場合であっても、空燃比フィードバック補正量αの段差が大きくなるのを回避し、通常空燃比フィードバックを行っているときに同様の空燃比検出値の変化(段差)が生じた場合に比較して、空燃比フィードバック補正量αの変化量を縮小するようにした。そのため、目標空燃比のウインドウを外れることを防止できることとなったので、排ガス流量制御弁切替直後における床下触媒の転換率が向上し、また運転性も向上した(図４(Ａ−２)の実線、図４(Ｂ)参照)。
【００３２】
（第２実施形態）
図５は、本発明によるエンジンの空燃比制御装置の第２実施形態の補正量ゲイン演算ロジックを示すブロック図である。
【００３３】
ブロックＢ１１においてコントローラは、あらかじめＲＯＭに格納された特性マップに、空気量を適用して補正量ゲインＧを演算し出力する。なおマップはあらかじめ実験を通じて設定される。
【００３４】
ブロックＢ１２においてコントローラは、あらかじめＲＯＭに格納された特性マップに、マイクロ触媒の酸素貯蔵能ＯＳＣ(Oxygen Storage Capacity)を適用して補正量ゲイン初期値Ｇを求め出力する。なおマップはあらかじめ実験を通じて設定される。
【００３５】
ブロックＢ１３においてコントローラは、空燃比センサ切替後の初回であるか否かによってスイッチを切り替える。空燃比センサ切替後の初回であれば、ブロックＢ１２の信号を補正量ゲインＧとして出力する。それ以外であれば、ブロックＢ１１の信号を補正量ゲインＧとして出力する。
【００３６】
図６は、本実施形態の作用効果を説明する図である。
【００３７】
図６(Ａ−２)に破線で示すように、排ガス流量制御弁４０が全閉時においては、エンジンからの排気は、バイパス通路側のマイクロ触媒３１を通過し、浄化される。このとき触媒前後で触媒内発生水素の影響により、検出空燃比がリーン側にシフトするので、切替時、マイクロ触媒を通過後の排気の空燃比からエンジンアウトの排気空燃比検出に切り替わるので、空燃比センサ切替による空燃比フィードバック補正量αの段差が発生していた。
【００３８】
このように、排ガス流量制御弁４０の全閉から開への切替時における空燃比センサ切替時において検出される空燃比自体に大きな段差があると、空燃比フィードバック補正量αの段差が大きくなってしまうので、目標空燃比への追従性が高くなるが、目標とする空燃比のウインドウを外れてしまい、かえってエミッションの悪化を引き起こすおそれがある。
【００３９】
また、この排ガス流量制御弁４０の全閉から開への切替前後における、床下触媒上流に設けられた床下空燃比センサ２２へあたる、排気の空燃比検出値は、排ガス流量制御弁４０の状態が全閉状態の場合には、バイパス通路側に設けられたマイクロ触媒のＯＳＣ(Oxygen Storage Capability；酸素貯蔵能)量に応じて、変化する。
【００４０】
すなわち、排ガス流量制御弁の切替に伴う、空燃比フィードバックのための検出空燃比センサ切替時において、排ガス流量制御弁の切替前に、バイパス通路空燃比センサ３２が検出していた空燃比検出値と、排ガス流量制御弁の切替後、床下空燃比センサ２２が検出する空燃比検出値との差が、マイクロ触媒のＯＳＣ(Oxygen Storage Capability；酸素貯蔵能)量に応じて、変化する。
【００４１】
したがって本実施形態では、排ガス流量制御弁４０が全閉時からバルブを開く際の空燃比検出センサ切替時にマイクロ触媒の推定ＯＳＣ(Oxygen Storage Capability；酸素貯蔵能)演算量に応じて、空燃比フィードバック補正量αを予め誤差分を飛ばして、λコン制御性(空燃比フィードバック制御性)を向上するようにした。このようにするので、空燃比フィードバックのための空燃比を検出するための空燃比センサ切替により検出される空燃比検出値がステップ的に大きく変化するような場合であっても、目標空燃比を適切に追従することができるので、排ガス流量制御弁切替直後から床下触媒の転換率を向上させることができ、また運転性も向上したのである(図６(Ａ−２)の実線、図６(Ｂ)参照)。
【００４２】
（第３実施形態）
図７は、本発明によるエンジンの空燃比制御装置の第３実施形態の補正量ゲイン演算ロジックを示すブロック図である。
【００４３】
ブロックＢ１４においてコントローラは、あらかじめＲＯＭに格納された特性マップに、回転速度Ｎｅ及び基本燃料噴射量Ｔｐを適用して偏差学習値を求めて補正量ゲインＧを演算し出力する。なおマップはあらかじめ実験を通じて設定される。
【００４４】
このように、本実施形態では、切替時の空燃比フィードバック補正量を運転状態に応じて予め偏差を学習し、その学習量分を予め飛ばして、λコン制御性(空燃比フィードバック制御性)を向上するのである。このようにしても、第２実施形態と同様に、床下触媒の転換率が向上し、また運転性も向上するのである(図６(Ａ−２)の実線、図６(Ｂ)参照)。
【００４５】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明によるエンジンの空燃比制御装置を使用する排ガス浄化システムの一例を示す図である。
【図２】本発明による空燃比制御装置のコントローラの制御ロジックを示すブロック図である。
【図３】本発明によるエンジンの空燃比制御装置の第１実施形態の補正量ゲイン演算ロジックを示すブロック図である。
【図４】第１実施形態の作用効果を説明する図である。
【図５】本発明によるエンジンの空燃比制御装置の第２実施形態の補正量ゲイン演算ロジックを示すブロック図である。
【図６】第２実施形態の作用効果を説明する図である。
【図７】本発明によるエンジンの空燃比制御装置の第３実施形態の補正量ゲイン演算ロジックを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４７】
２０  メイン通路
２１  床下触媒
３０  バイパス通路
３１  マイクロ触媒
３２  バイパス通路空燃比センサ
４０  排ガス流量制御弁
Ｂ４  空燃比フィードバック補正量設定手段／空燃比フィードバック補正量設定工程
【図１】
0005104556.tif 000002
【図２】
0005104556.tif 000003
【図３】
0005104556.tif 000004
【図４】
0005104556.tif 000005
【図５】
0005104556.tif 000006
【図６】
0005104556.tif 000007
【図７】
0005104556.tif 000008