(57)【要約】  【課題】ＮＯx排出量を低く抑えることができる空燃比制御方法を提供する。  【解決手段】リーンな雰囲気にある場合には、理論空燃比に対応した値よりも低く低位飽和値よりも高い、出力の変化量が小さい下棚の範囲内にある値を目標値ＯＸ２ＡＤ*として制御すべく燃料噴射量を調節し、その後センサ出力ＯＸ２ＡＤがリッチ側に移行した際に、理論空燃比に対応した値よりも高く高位飽和値よりも低い、出力の変化量が小さい上棚の範囲内にある値へと目標値ＯＸ２ＡＤ*を変更して制御すべく燃料噴射量を調節する。一方リッチな雰囲気にある場合には、上棚の範囲内にある値を目標値ＯＸ２ＡＤ*として制御すべく燃料噴射量を調節し、その後センサ出力ＯＸ２ＡＤがリーン側に移行した際に、下棚の範囲内にある値へと目標値ＯＸ２ＡＤ*を変更して制御すべく燃料噴射量を調節する。  【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気管に装着された触媒における空燃比を制御するものであって、
触媒の下流に設けられたリアＯ2センサの出力が低位飽和値にある場合には、理論空燃比に対応した値よりも低く、低位飽和値よりも高い、出力の変化量が小さい下棚の範囲内にある値を目標値に制御すべく燃料噴射量を操作し、その後リアＯ2センサの出力がリッチ側に移行した際に、理論空燃比に対応した値よりも高く、高位飽和値よりも低い、出力の変化量が小さい上棚の範囲内にある値へと目標値を変更して制御すべく燃料噴射量を調節する一方、
リアＯ2センサの出力が高位飽和値にある場合には、前記上棚の範囲内にある値を目標として制御すべく燃料噴射量を調節し、その後リアＯ2センサの出力がリーン側に移行した際に、前記下棚の範囲内にある値へと目標値を変更して制御すべく燃料噴射量を調節することを特徴とする空燃比制御方法。
【請求項２】
前記リアＯ2センサの出力を前記下棚の範囲内で制御している時にリアＯ2センサの出力の変化量が増加した場合に、空燃比制御のリーンスキップを実行するものとしている請求項１記載の空燃比制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のエンジンにおける空燃比の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、触媒の上下流にＯ2センサを設けてなるものにおいて、触媒下流での空燃比がリッチ又はリーンにずれている場合には、そのずれを解消すべく触媒上流側空燃比の制御中心を補正する技術が開示されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。
【０００３】
Ｏ2センサの出力特性は、空燃比が理論空燃比に近い領域（約０．６Ｖの周辺）では空燃比に対する出力の変化量が大きく急峻な傾きを示し、それよりも空燃比が大きいリーンな雰囲気では低位飽和値（約０Ｖ）に漸近した電圧を出力し、空燃比が小さいリッチな雰囲気では高位飽和値（約１Ｖ）に漸近した電圧を出力する。
【０００４】
そして従来では、触媒下流側の空燃比を目標空燃比値に制御するための指標として、触媒下流側のリアＯ2センサ出力の目標値を、リッチ・リーンの境界における所定の値（例えば０．７Ｖ）としていた。
【特許文献１】特開平５−３９７４１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、図８に示すように、リッチな雰囲気すなわちセンサ出力が上限側飽和値にある状態から上述のような所定の値を目標値として制御をおこなった場合には、センサ出力が安定し、ＮＯx及びＨＣ排出量は低く抑えられた状態となるが、空燃比がリーンとなってリアＯ2センサの出力がリーン側に外れると、センサ出力が急変して一気に下限側飽和値に漸近した値となってしまい、そのときにＮＯx排出量が急増するという問題があった。すなわちこのような値のみを目標値とした場合では、ＮＯx排出量を安定して低く抑えることが難しいものとなっていた。
【０００６】
本発明は、このような不具合に着目したものであり、ＮＯx排出量を低く抑えることができる空燃比制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本発明に係る空燃比制御方法は、エンジンの排気管に装着された触媒における空燃比を制御するものであって、触媒の下流に設けられたリアＯ2センサの出力が低位飽和値にある場合には、理論空燃比に対応した値よりも低く、低位飽和値よりも高い、出力の変化量が小さい下棚の範囲内にある値を目標値に制御すべく燃料噴射量を操作し、その後リアＯ2センサの出力がリッチ側に移行した際に、理論空燃比に対応した値よりも高く、高位飽和値よりも低い、出力の変化量が小さい上棚の範囲内にある値へと目標値を変更して制御すべく燃料噴射量を調節する一方、リアＯ2センサの出力が高位飽和値にある場合には、前記上棚の範囲内にある値を目標として制御すべく燃料噴射量を調節し、その後リアＯ2センサの出力がリーン側に移行した際に、前記下棚の範囲内にある値へと目標値を変更して制御すべく燃料噴射量を調節することを特徴とする。
【０００８】
すなわち本願発明者らは、図１に示すように、リーンな雰囲気にある下限飽和値に漸近した状態と、理論空燃比に対応した出力の変化量が大きい領域との間に、センサ出力の変化量及び勾配が小さい下棚があることを発見した。
【０００９】
すなわち本発明によれば、リッチな雰囲気及びリーンな雰囲気のどちらから空燃比制御を行なっても、同図に示すように上棚及び下棚を目標値として制御することにより、ＮＯx及びＨＣの排出量が安定して低く抑えられたものとなっている。さらにセンサ出力が下棚から急変して上昇しても、同図に示すようにＮＯxの排出量が低く抑えられた状態を維持した状態で上棚へと切り替わるため、ＮＯx排出量を有効に抑えることが出来るものとなっている。結果として本発明によれば、有効に排ガス中のＮＯxを低減する空燃比制御を実現することができる。
【００１０】
そして、リアＯ2センサの出力を下棚の範囲内を目標値として制御すべく燃料噴射量を調節している時にリアＯ2センサの出力の変化量が増加した場合に、空燃比制御のリーンスキップを実行するものとすれば、高価なＡ／Ｆセンサを使用しなくともセンサ出力の値によるリッチ判定が出る前にリッチ化の判断を行うことができ、即座にリーンスキップを行なうことで、センサ出力が下棚からリッチ側に外れるのを未然に防ぎ得るものとなる。また斯かるリーンスキップ後にセンサ出力がリッチ側に外れてしまった場合でも、リーンスキップによってリッチな雰囲気となる状態を回避するか或いは短時間に抑えることができ、ＨＣの排出を抑えながら速やかに上棚での制御へと移行させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、Ｎｏxに対するロバスト性が高く、外乱に対する応答遅れが少なくすることができるので、ストイキへの追従性を向上させて、有効に排ガス中のＮＯxを低減する空燃比制御を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。本実施形態の空燃比制御装置１は、エンジン２で燃料を燃焼させることにより発生する有害物質ＮＯx、ＨＣを無害化する触媒３における空燃比を制御するものであって、図２に示すように、触媒３の上流側における空燃比または酸素濃度に応じた出力信号を出力するフロントＯ2センサ１１と、触媒３の下流側における空燃比または酸素濃度に応じた出力信号を出力するリアＯ2センサ１２と、両センサ１１、１２の出力信号を検出する検出部１３と、リアＯ2センサ１２の出力信号の実測値を取得する実測値取得部１５と、両センサ１１、１２の出力信号をその目標値に制御する制御部１４とを具備する。
【００１３】
ハードウェア構成の概要を、図３に示す。エンジン２は、例えば自動車用の多気筒の燃料噴射式エンジンである。エンジン２で生成された燃焼ガスは、排気ポートから排気マニホルド４１、排気管４２及び触媒３を通じて大気中に放出される。フロントＯ2センサ１１及びリアＯ2センサ１２は、排ガスに接触して反応することにより、排ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力する。
【００１４】
フロントＯ2センサ１１、リアＯ2センサ１２は、吸気圧センサ、回転数センサ、車速センサ、水温センサ、カムポジションセンサ、スロットルセンサ等の各種センサ（図示せず）とともに、電子制御装置５に電気的に接続している。電子制御装置５は、プロセッサ５１、ＲＡＭ５２、ＲＯＭ（または、フラッシュメモリ）５３、Ｉ／Ｏインタフェース５４等を包有する。Ｉ／Ｏインタフェース５４は、各種センサの出力信号の受信や制御信号の送信を担うもので、Ａ／Ｄ変換回路及び／またはＤ／Ａ変換回路を含む。プロセッサ５１が実行するべきプログラムはＲＯＭ５３に格納されており、その実行の際にＲＯＭ５３からＲＡＭ５２へ読み込まれ、プロセッサ５１によって解読される。しかして、電子制御装置５は、プログラムに従い、図２に示す検出部１３、制御部１４及び実測値取得部１５としての機能を発揮する。
【００１５】
検出部１３は、フロントＯ2センサ１１、リアＯ2センサ１２やその他のセンサから出力される信号をＩ／Ｏインタフェース５４を介して検出する。そして、制御部１４は、目標空燃比を実現するように燃料噴射量を算出し、その燃料噴射量に対応する制御信号をＩ／Ｏインタフェース５４を介して燃料噴射弁に入力、エンジン２の燃料噴射を制御する。燃料噴射量は、吸気管圧力やエンジン回転数等を参照して基本噴射量を求め、その基本噴射量にエンジン温度（冷却水温）や要求量、並びに排ガスの空燃比等に応じた補正を加えて最終的に決定する。本実施形態では、図４に示すように、触媒３の前後に設けたＯ2センサ１１、１２の出力信号を参照する二重のフィードバックループを構築し、触媒３の上流側の空燃比をフロントコントローラ１４１にて、下流側の空燃比をリアコントローラ１４２にて、それぞれ制御する。図４中、ＴＴＡＵＳは基本噴射量を表す。Ｆｒｏｎｔ  Ａ／Ｆ、Ｒｅａｒ  Ａ／Ｆはそれぞれ、触媒３の上流側、下流側における排ガスの空燃比である。フロントＯ2センサ１１は電圧ＯＸＡＤを出力し、リアＯ2センサ１２は電圧ＯＸ２ＡＤを出力する。フロントコントローラ１４１の出力ＦＡＦは燃料噴射補正量、即ち基本噴射量を何％補正するかを表す。リアコントローラ１４２の出力ＦＡＣＦは、フロントコントローラ１４１における制御誤差を補正する。ＯＸＡＤ*はＯＸＡＤの目標値、ＯＸ２ＡＤ*はＯＸ２ＡＤの目標値である。加えて本実施形態では、実測値取得部１５でリアＯ2センサ１２のセンサ出力ＯＸ２ＡＤをデシメーションしたデシメーション値ＯＸ２ＡＤＬＰＦを取得して、リアコントローラ１４２でこれらセンサ出力ＯＸ２ＡＤ及びデシメーション値ＯＸ２ＡＤＬＰＦを用いた制御を実施するようにしている。デシメーションとは、センサ出力ＯＸ２ＡＤをローパスフィルタに通した後、本実施形態では１００ミリ秒といったより長いサンプリング周期で再サンプリングする処理である。
【００１６】
本実施形態の空燃比制御は、リアコントローラ１４２に特徴がある。リアコントローラ１４２は、ＯＸ２ＡＤ*を目標としてセンサ出力ＯＸ２ＡＤを制御するべく、ＯＸＡＤ*に加算する補正量ＦＡＣＦを出力する。つまり、フロントコントローラ１４１は、（ＯＸＡＤ*＋ＦＡＣＦ）を目標としてセンサ出力ＯＸＡＤを制御することになる。
【００１７】
ここで、本実施形態の空燃比制御は、センサ出力ＯＸ２ＡＤが低位飽和値すなわちリーンな雰囲気にある場合には、理論空燃比に対応した値よりも低く、低位飽和値よりも高い、出力の変化量が小さい下棚の範囲内にある値を目標値ＯＸ２ＡＤ*として制御すべく燃料噴射量を調節し、その後センサ出力ＯＸ２ＡＤがリッチ側に移行した際に、理論空燃比に対応した値よりも高く、高位飽和値よりも低い、出力の変化量が小さい上棚の範囲内にある値へと目標値ＯＸ２ＡＤ*を変更して制御すべく燃料噴射量を調節する一方、センサ出力ＯＸ２ＡＤが高位飽和値すなわちリッチな雰囲気にある場合には、上棚の範囲内にある値を目標値ＯＸ２ＡＤ*として制御し、その後センサ出力ＯＸ２ＡＤがリーン側に移行した際に、下棚の範囲内にある値へと目標値ＯＸ２ＡＤ*を変更して制御するものとしている。
【００１８】
さらに本実施形態では、センサ出力ＯＸ２ＡＤとデシメーション値ＯＸ２ＡＤＬＰＦとの差分を変化量として算出するものとしている。
【００１９】
ここで図５に、センサ出力ＯＸ２ＡＤが下棚にある状態から例えば触媒３のＯＳＣ限界によってリッチ側へ移行するまでの、センサ出力ＯＸ２ＡＤとデシメーション値ＯＸ２ＡＤＬＰＦとを模式的に示している。同図に示すように、センサ出力ＯＸ２ＡＤが下棚にある状態では、デシメーション値ＯＸ２ＡＤＬＰＦとの差が殆ど無い状態が少なくとも数秒間維持されている。そしてこの変化量は、センサ出力ＯＸ２ＡＤがリッチ側へ移行する直前に急増するものとなっている。
【００２０】
そこで本実施形態では、センサ出力ＯＸ２ＡＤを下棚の範囲内で制御している時にセンサ出力ＯＸ２ＡＤの変化量が増加した場合、補正量ＦＡＣＦのリーンスキップを実行するものとしている。すなわち、一定時間、制御中心を所定量リーン側へ移行するものとしている。
【００２１】
以下、リーンな雰囲気にある場合又はセンサ出力ＯＸ２ＡＤがリーン側へ移行した際（ステップＳ２３）に行なう下棚制御ルーチンの手順を図６のフローチャートをもとに説明する。
【００２２】
まず、センサ出力ＯＸ２ＡＤの目標値ＯＸ２ＡＤ*を下棚に対応した値に設定する（ステップＳ１１）ことにより、下棚での制御を行なう。なお下棚へ設定するための目標値ＯＸ２ＡＤ*は例えば０．０８〜１．１６Ｖといった０．１Ｖ近傍の所定の絶対値とするか、触媒３の劣化や触媒３の温度等による変動に対応すべく随時検出する態様等が考えられるが、本実施形態では斯かる詳細な記載を省略するものとする。そして変化量を取得し（ステップＳ１２）、変化量が所定の値ｘよりも小さい状態であれば、そのまま下棚での制御を続行し、変化量が所定の値ｘ以上となった際には補正量ＦＡＣＦのリーンスキップを実行する（ステップＳ１４）。そしてセンサ出力ＯＸ２ＡＤがリッチ側へ移行しなければそのまま下棚での制御を続行し、そのまま上昇してリッチ側へ移行すれば（ステップＳ１５）、目標値ＯＸ２ＡＤ*を上棚へ変更すべく上棚制御ルーチンへ移行する（ステップＳ１６）。
【００２３】
続いてリッチな雰囲気にある場合又はセンサ出力ＯＸ２ＡＤがリッチ側へ移行した際（ステップＳ１６）に行なう上棚制御ルーチンの手順を図７のフローチャートをもとに説明する。
【００２４】
まずセンサ出力ＯＸ２ＡＤの目標値ＯＸ２ＡＤ*を例えば０．６５〜０．７５Ｖといった０．７Ｖ付近の値に設定し（ステップ２１）、上棚での制御を続ける。そしてセンサ出力ＯＸ２ＡＤがリーン側へ移行した場合には（ステップＳ２２）、目標値ＯＸ２ＡＤ*を下棚に対応した値へと変更すべく下棚制御ルーチンへと移行する（ステップＳ２３）。
【００２５】
以上のような構成とすることにより、本実施形態によれば、リッチな雰囲気にある場合とリーンな雰囲気にある場合とでそれぞれセンサ出力ＯＸ２ＡＤが線形を示し得る、異なった目標値ＯＸ２ＡＤ*を設定しているので、ＮＯxの排出を有効に低減することが可能となる。
【００２６】
特に本実施形態では、センサ出力ＯＸ２ＡＤの値によるリッチ判定が出る前に変化量の増加を検出することによって、高価なＡ／Ｆセンサを使用しなくとも、下棚からリッチ側への移行を検出することができるので、センサ出力ＯＸ２ＡＤが下棚からリッチ側に外れるのを未然に防ぎ得るものとなっている。またリーンスキップ後にセンサ出力ＯＸ２ＡＤがリッチ側に外れてしまった場合でも、リーンスキップによってセンサ出力ＯＸ２ＡＤが高位飽和値となるのを回避できるか、或いは短時間に抑えることができ、ＨＣの排出を抑えながら速やかに上棚での制御へと移行させることができる。
【００２７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００２８】
例えば、下棚又は上棚での制御を安定して維持するための格別な方法を用いたものとしてもよく、上棚及び下棚の検出のための方法をさらに適用したものとしてもよい。
【００２９】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係るグラフを示す図。
【図２】同実施形態に係る構成説明図。
【図３】同実施形態に係るハードウェア資源構成図。
【図４】同実施形態に係る空燃比フィードバック制御ループを示すブロック線図。
【図５】同実施形態に係る模式的な説明図。
【図６】同実施形態に係るフローチャート。
【図７】同実施形態に係る他のフローチャート。
【図８】従来例に係るグラフを示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１２…リアＯ2センサ
１３…検出部１３
１４２…リアコントローラ
１５…実測値取得部
【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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【図７】
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【図８】
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