(57)【要約】  【課題】ＮＯx排出量を安定して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】センサ出力ＯＸ２ＡＤを理論空燃比に近く且つ出力の変化量が大きい状態となる領域よりも高く、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、リーン側へ移行する直前の状態の値へと目標値ＯＸ２ＡＤ*を変更して制御することを特徴とする。  【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センサの出力のリッチ化に伴いセンサ出力特性が大傾斜から小傾斜となった直後の領域である上棚の範囲内にある値を目標として制御し、その後リアＯ2センサの出力がリーン側に移行した際に、リーン側へ移行する直前の状態の値へと目標値を更新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】
リアＯ2センサの出力が上棚にある状態において、センサ出力の変化量を算出し、
前記変化量が０となるように、空燃比補正量を積分により制御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、触媒の下流側に設けられたリアＯ2センサのセンサ出力を所定の目標値を設定し、センサ出力がその目標値となるべく、空燃比制御を実施している。
【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雰囲気では高位飽和値（約１Ｖ）に漸近した電圧を出力する。そして空燃比制御の目標値は、リアＯ2センサの出力を理論空燃比に近く且つ出力の変化量が大きい状態となる領域よりも高く、高位飽和値よりも低い、出力の変化量が小さい領域、すなわち空燃比のリッチ化に伴い出力特性の傾斜が大きい状態から、小さい傾斜となる値である、センサ出力の変曲点となるように設定している。そしてセンサ出力が斯かる値にある場合には、ＮＯx及びＨＣの排出が好適に抑制された、良好な触媒浄化性能が得られるものとなっている。また、Ｏ2センサの出力特性を一定に維持するために、Ｏ2センサの素子部の温度を制御するものものなど、空燃比制御を確実に行なうための種々の技術が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２４０７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、リアＯ2センサのセンサ出力は、運転状態毎に変動するものであるため、センサ出力の目標値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。そして上述の目標値が上述したセンサ出力の変曲点から例えばリーン側にずれる場合には、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、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。
【０００５】
本発明は、このような不具合に着目したものであり、ＮＯx排出量を安定して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】
【０００６】
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センサの出力のリッチ化に伴いセンサ出力特性が大傾斜から小傾斜となった直後の領域である上棚の範囲内にある値を目標として制御し、その後リアＯ2センサの出力がリーン側に移行した際に、リーン側へ移行する直前の状態の値へと目標値を更新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。
【０００７】
このようなものであれば、触媒の劣化や触媒の温度、さらにはエンジンの回転数と排ガス流量といった運転状態により上棚に対応するセンサ出力値が変化しても、常に望ましい出力値を目標とした制御が可能となる。その結果、ＮＯx排出量を安定して低く抑えることが可能となる。
【０００８】
また、リアＯ2センサの出力が上棚にある状態において、センサ出力の変化量を算出し、前記変化量が０となるように、空燃比制御の目標値を積分により制御するものとすれば、センサ出力が実際にリーン側へ落ち込んだり、リッチ側にずれたりといった変動が起こる前に、目標値を補正することができる。また積分によりセンサ出力を漸増或いは漸減させるため、センサ出力のリッチ側への急なずれやリーン側への急な落ち込みを有効に回避することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、上棚に対するリアＯ2センサの出力値が変化しても、常にストイキ点を目標とした空燃比の制御が可能となるため、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】
【００１０】
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１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。
【００１１】
ハードウェア構成の概要を、図２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。
【００１２】
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。
【００１３】
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３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。
【００１４】
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。
【００１５】
ここで本実施形態に係る空燃比制御方法は、センサ出力ＯＸ２ＡＤのリッチ化に伴いセンサ出力特性が大傾斜から小傾斜となった直後の領域である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、リーン側へ移行する直前の状態の値へと目標値ＯＸ２ＡＤ*を更新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。
【００１６】
具体的には図４に示すように、センサ出力ＯＸ２ＡＤが上棚にある状態からリーン側に移行した際に、リーン側へ移行するセンサ出力ＯＸ２ＡＤの値を学習するとともに、直前の状態の値へと補正量ＦＡＣＦをリッチ側へスキップする通常skip補正及び学習skip補正を行なうものとしている。
【００１７】
また本実施形態では、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。そしてセンサ出力ＯＸ２ＡＤのリーン側への落ち込みを、変化量が所定の値ｘ以上となる時を検出することにより判断している。
【００１８】
以下、通常skip補正及び学習skip補正を行なう手順を図４の模式図並びに図５並びに図６のフローチャートをもとに説明する。
【００１９】
まず目標値ＯＸ２ＡＤ*よりも空燃比がリッチである状態から、例えば所定のリーン積分定数によるリーン補正を行なうことにより目標値ＯＸ２ＡＤ*へ向けてセンサ出力ＯＸ２ＡＤを漸近するよう燃料噴射量を調節してゆき（ステップ１）、変化量が所定値ｘ以上となることによりセンサ出力ＯＸ２ＡＤがリーン側へ落ち込むと判断すると（ステップＳ２）、例えば０．７Ｖといった落ち込み時のセンサ出力ＯＸ２ＡＤを、エンジン２の運転状況毎に設けられた学習ゾーン毎に学習する（ステップＳ３）。そして、補正量ＦＡＣＦを増加させる通常skip補正を行なう（ステップＳ４）。この通常skip補正は例えば、落ち込み時の補正量ＦＡＣＦを＋１０といった所定の値だけ増加させるものである。そして目標値ＯＸ２ＡＤ*を、学習したセンサ出力ＯＸ２ＡＤよりも例えば０．０２Ｖ高い０．７２Ｖへと更新し、（ステップＳ５）、後述する学習skip補正ルーチンへと移行する（ステップＳ６）。
【００２０】
そして更新された目標値ＯＸ２ＡＤ*に対する空燃比制御は、図６に記す学習skip補正ルーチンの手順によって行なわれる。すなわち通常skip補正によって目標値ＯＸ２ＡＤ*よりもリッチとなった状態から、今度は０．７２Ｖといった更新された目標値ＯＸ２ＡＤ*へ向けて上述同様のリーン補正を行なうことにより目標値ＯＸ２ＡＤ*へ向けてセンサ出力ＯＸ２ＡＤを漸近するよう燃料噴射量を調節してゆき（ステップ１１）、そして変化量が所定値ｘ以上となることによりセンサ出力ＯＸ２ＡＤがリーン側へ落ち込むと判断すると（ステップＳ１２）、この時のセンサ出力ＯＸ２ＡＤ（例えば０．７３Ｖ）を、エンジン２の運転状況毎に設けられた学習ゾーン毎にさらに学習する（ステップＳ１３）。そして今度は補正量ＦＡＣＦを増加させる学習skip補正を行なう（ステップＳ１４）。この学習skip補正は例えば、落ち込み時の補正量ＦＡＣＦを＋５といった通常スキップ補正よりも少ない量だけ増加させるものである。そして目標値ＯＸ２ＡＤ*を、ステップＳ１３において学習したセンサ出力ＯＸ２ＡＤよりも例えば０．０２Ｖ高い０．７５Ｖへと更新する（ステップＳ１５）。本実施形態では、このような通常skip補正よりも補正量ＦＡＣＦが小さい学習skip補正を行なうことにより、過補正の影響を少なくしている。また、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*を定めるものとしている。
【００２１】
以上のように本実施形態によれば、通常skip補正及び学習skip補正により、センサ出力ＯＸ２ＡＤの落ち込みによるＮＯxの排出を安定して抑制し得るものとなっている。さらに本実施形態では、落ち込み時のセンサ出力ＯＸ２ＡＤをエンジン２の運転状況毎に設けられた学習ゾーン毎に学習することにより、触媒３の劣化や触媒３の温度、さらにはエンジン２の運転状況により上棚に対応するセンサ出力ＯＸ２ＡＤの値が変化しても、常に望ましい目標値ＯＸ２ＡＤ*を設定し得る空燃比制御を実現している。
【００２２】
＜変形例＞
上記実施形態では通常skip補正及び学習skip補正によって目標値ＯＸ２ＡＤ*の落ち込みを回避するものとしていたが、上記実施形態の変形例として、センサ出力ＯＸ２ＡＤが上棚にある状態において、センサ出力ＯＸ２ＡＤの変化量を上述のように算出し、変化量が０となるように補正量ＦＡＣＦを積分により制御するもについて、図７の模式図及び図８のフローチャートをもとに説明する。
【００２３】
まず、センサ出力ＯＸ２ＡＤとデシメーション値ＯＸ２ＡＤＬＰＦとの差が０を超えている、すなわちプラスである場合には（ステップＳ２１）、補正量ＦＡＣＦを所定のリーン積分定数を用いてリーン積分し（ステップＳ２２）、センサ出力をリーン側に漸減させる。そして、センサ出力ＯＸ２ＡＤとデシメーション値ＯＸ２ＡＤＬＰＦとの差が０を下回る、すなわちマイナスであれば（ステップＳ２３）補正量ＦＡＣＦを所定のリッチ積分定数を用いてリッチ積分することにより（ステップＳ２４）、センサ出力ＯＸ２ＡＤをリッチ側に漸増させる。
【００２４】
以上のように本変形例によれば、センサ出力ＯＸ２ＡＤが実際に落ち込む前に補正を開始できるので、センサ出力ＯＸ２ＡＤの落ち込みに加え、センサ出力ＯＸ２ＡＤが過リッチへとずれることをも有効に抑制することができる。すなわち安定して上棚に維持することにより、センサ出力ＯＸ２ＡＤの落ち込みによるＮＯxの排出を安定して抑制し得るものとなっている。
【００２５】
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。
【００２６】
例えば、上記実施形態ではセンサ出力の変化量をもとにセンサ出力の落ち込みを検出するものとしたが、他の方法によってセンサ出力の落ち込みを検出するものであってもよい。
【００２７】
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】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る構成説明図。
【図２】同実施形態に係るハードウェア資源構成図。
【図３】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４】同実施形態に係る模式的な説明図。
【図５】同実施形態に係るフローチャート。
【図６】同実施形態に係る他のフローチャート。
【図７】同実施形態の変形例に係る模式的な説明図。
【図８】同変形例に係るフローチャート。
【符号の説明】
【００２９】
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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