(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】リアＯ2センサの出力ＯＸ２ＡＤを、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する。そして、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とともに、デシメーション値ＯＸ２ＡＤＬＰＦの直近１秒間の移動平均値と１秒前に得られた１秒間の移動平均値との差分を、センサ出力ＯＸ２ＡＤの勾配として算出するものとしている。そして上述の変化量並びに勾配がともにゼロかそれに近い値を示した状態を、下棚として検出するものとしている。  【選択図】図６
2009235996.tif 000002
【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センサの出力を、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目標値に制御すべく燃料噴射量を操作することを特徴とする空燃比制御方法。
【請求項２】
センサ出力が前記下棚の範囲内にあるときから、空燃比制御量の変化に対するセンサ出力の変化量が急変する状態を検出して、検出した状態のセンサ出力から下棚の上限値又は下限値を設定し、その上限値又は下限値を用いて前記目標値を定める請求項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リアＯ２センサの出力を利用して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、触媒内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
【特許文献２】実開平５−７３２４５号公報
【特許文献３】特開２００７−１００６３４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、上述のように所定の値を目標値とした場合には、図７に示すように、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棚状領域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センサの出力を、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目標値に制御すべく燃料噴射量を操作することを特徴と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】
Ｏ2センサの出力が斯かる下棚にある場合には、同図に示すように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のみならず、センサ出力がこの下棚を外れて急上昇してもＮＯxの排出量は低く抑えられた状態を維持しているのみならず、ＨＣの排出も微増程度に抑えられたものとなっている。結果として本発明によれば、有効に排ガス中のＮＯx及びＨＣを低減することができる。
【００１０】
一方、上述した下棚は常に一定とは限らず、触媒の劣化や触媒温度などにより変動するものとなっている。そこで、センサ出力が前記下棚の範囲内にあるときから、空燃比制御量の変化に対するセンサ出力の変化量が急変する状態を検出して、検出した状態のセンサ出力から下棚の上限値又は下限値を設定し、その上限値又は下限値を用いて前記目標値を定めるものとすれば、触媒の経年変化や触媒温度により下棚の値が変化しても確実に下棚を検出することができる。
【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、ＮＯxの排出を安定して抑制することができる。
【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】
しかして本実施形態では、リアＯ2センサ１２の出力ＯＸ２ＡＤを、図１に示すように、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目標値ＯＸ２ＡＤ*に制御すべく燃料噴射量を操作することを特徴とすることを特徴とするものである。
【００１８】
ここで図５に模式的に示すように、センサ出力ＯＸ２ＡＤが下棚にある状態では、センサ出力ＯＸ２ＡＤと実測値取得部１５によってデシメーションしたデシメーション値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。しかしながら下棚に対応するセンサ出力ＯＸ２ＡＤは、触媒３の劣化や触媒３の温度等により変動するため、この下棚の目標値ＯＸ２ＡＤ*は所定の絶対値に設定することができないものとなっている。そこで本実施形態では下棚の検出を以下の手順で行なうようにしている。
【００１９】
まず本実施形態では、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。また、この１００ミリ秒毎に得られたデシメーション値ＯＸ２ＡＤＬＰＦの１秒間の移動平均を順次算出し、直近１秒間の移動平均値と１秒前に得られた１秒間の移動平均値との差分を、センサ出力ＯＸ２ＡＤの勾配として算出するものとしている。そして上述の変化量並びに勾配がともにゼロかそれに近い値を示した状態を下棚として検出し、この時の値を目標値ＯＸ２ＡＤ*とするものとしている。
【００２０】
さらに本実施形態では、検出した下棚の上限値ｂ及び下限値aを決定し、それら上限値ｂ及び下限値aをエンジン２の運転状況に応じて設定した学習ゾーン毎に学習する。具体的には図５に示すように、下棚に至るまでに変化量が急減した時の電圧を下棚の下限値ａ、下棚にある状態から変化量が急増する直前の電圧を上限値ｂとしている。
【００２１】
ここで、下棚の検出にともなって下棚に係る学習値を学習する手順を図６のフローチャートをもとに説明する。まずセンサ出力ＯＸ２ＡＤ並びにデシメーション値ＯＸ２ＡＤＬＰＦを取得し（ステップＳ１）、これらセンサ出力ＯＸ２ＡＤ並びにデシメーション値ＯＸ２ＡＤＬＰＦから上述の通り変化量（ステップＳ２）及び勾配（ステップ３）を算出する。そして変化量及び勾配がともにゼロであるかそれに近い値であると判断すると（ステップＳ４）、その状態を下棚であると判断してこの時のセンサ出力ＯＸ２ＡＤを目標値ＯＸ２ＡＤ*に設定する（ステップＳ５）。そして併せて、当該下棚に至るまでに変化量が急減した時の電圧を下限値ａとして、例えばエンジン運転状況毎に設けられた学習ゾーン毎に学習する。そして下棚にある状態から変化量が所定の値ｘを超えることによって変化量が急増したと判断すると（ステップＳ６）、変化量が急増する直前の電圧を下棚の上限値ｂとし、この上限値ｂと下限値ａとの平均値ｃとともに学習ゾーン毎に学習する。
【００２２】
そしてこれらの学習値を用いて各運転状況に対応した目標値ＯＸ２ＡＤ*を定める。
【００２３】
以上のように本実施形態によれば、リアＯ2センサ１２の出力ＯＸ２ＡＤを下棚で制御することにより、よりＮＯx排出量を低減し得る制御を実現したものとなっている。また、下棚を検出して制御するものとしているので、触媒の劣化や温度等の状態によって下棚に対応するセンサ出力ＯＸ２ＡＤが変化しても精度の高い制御を可能なものとしている。さらに下棚の下限値ａ及び上限値ｂを設定して学習することにより、学習ゾーン毎に安定した制御が可能なものとなっている。
【００２４】
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。
【００２５】
例えば、センサ出力の勾配を算出する方法や学習値を学習する手順は上記実施形態のものに限られず、種々の方法を適用することができる。
【００２６】
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】
【００２７】
【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】従来例に係るグラフを示す図。
【符号の説明】
【００２８】
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】
2009235996.tif 000003
【図２】
2009235996.tif 000004
【図３】
2009235996.tif 000005
【図４】
2009235996.tif 000006
【図５】
2009235996.tif 000007
【図６】
2009235996.tif 000008
【図７】
2009235996.tif 000009