JP4031887B2 - エンジンの空燃比制御装置および方法 - Google Patents
エンジンの空燃比制御装置および方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの制御装置に関し、特にエンジンの排気管に取り付けられた触媒下流の排気が悪化した場合に、速やかに補正する空燃比制御装置および空燃比制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気管にはエンジンから排出されるＨＣ，ＣＯを酸化し、ＮＯｘを還元するための三元触媒が設けられているのが一般的である。触媒にはＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈ等の貴金属が用いられており、図２に示すように理論空燃比近傍のごく狭い範囲でのみ、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘをそれぞれ効率よく浄化し得る。これは還元性の成分と酸化性の成分がバランスよく存在する必要があるためだが、理論空燃比近傍における各排気成分の高効率浄化範囲を広める成分として最近の三元触媒にはセリアに代表される助触媒が添加されている。セリア酸素を吸着、吸収又は貯蔵する酸素捕捉物質であり、還元雰囲気すなわち理論空燃比よりリッチの領域で酸素を放出し、酸化雰囲気すなわち理論空燃比よりリーンの領域で酸素を捕捉することで、酸化成分，還元成分がバランスよく存在する領域を広める効果を持つ（図３）。さらに様々な運転条件において、エンジンから排出される排気成分を触媒の高効率浄化範囲に収めるため、排気管に排気中の空燃比を理論空燃比に対して濃淡のみを検出するＯ2 センサを取り付け、センサ出力に基づいて燃焼室内の空燃比が理論空燃比となるよう燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御（以下、空燃比Ｆ／Ｂ制御と略記する。）を行っている。また最近では排気中の空燃比に対してリニアな出力が得られるリニアＡ／Ｆセンサを用いた空燃比Ｆ／Ｂ制御方法も実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の空燃比Ｆ／Ｂ制御は、触媒上流の空燃比を理論空燃比に制御することを目的としているが、ＣｅＯ2 （セリア）に捕捉されているＯ2 量に着目した触媒内雰囲気制御を行うことで、触媒の三元性能をより高められることが知られている。セリアは酸化雰囲気下で（１)〜(２）式で示されるようにＮＯｘを還元あるいはＯ2 を捕捉し、還元雰囲気下で（３)〜(４）式で示されるようにＣＯを酸化、あるいはＯ2 を放出する性質を持つことでＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを同時に浄化しうる範囲を広げる効果を持つ。
【０００４】
Ｃｅ2Ｏ3＋１／２Ｏ2 → ２ＣｅＯ2 …（１）
Ｃｅ2Ｏ3＋ＮＯ → ２ＣｅＯ2 ＋Ｎ2 …（２）
２ＣｅＯ2 → Ｃｅ2Ｏ3＋１／２Ｏ2 …（３）
２ＣｅＯ2 ＋ＣＯ → Ｃｅ2Ｏ3＋ＣＯ2 …（４）
したがって、触媒上流の空燃比だけでなく、触媒内のＣｅＯ2 とＣｅ2Ｏ3の量的バランスを最適に保つことも、浄化性能を高める上では重要である。特開平9−72235 号あるいは特開平10−184426号では触媒内雰囲気に着目して触媒内のセリアの量を制御する方式が提案されている。しかしながら、触媒上流の空燃比をあらゆる運転条件で理論空燃比近傍の高効率浄化範囲に収めることは困難であり、実際には触媒上流空燃比がリーン側あるいはリッチ側に大きくはずれることがあり、セリアの量的バランスも大きく崩れることが頻繁に起こりうる。この場合、速やかに触媒上流空燃比を理論空燃比に戻すことも必要であるが、それと同様に触媒内のセリアの量を目標量に速やかに戻すことも重要となる。触媒の入り口空燃比を理論空燃比に速やかに戻すことは、エンジンアウトの空燃比制御の応答性を高めることで実現される。しかし触媒内のセリアは上述のように触媒内空燃比の応答性を悪化させることがある。すなわち、触媒上流の空燃比がリッチからストイキに変化したとき、触媒内では還元雰囲気が強まるにつれてセリアからＯ2 が放出され、還元雰囲気が強まるのを妨げる。逆にリーンからストイキに変化したときは、触媒内では酸化雰囲気が強まるにつれてセリアがＯ2 を吸着又は貯蔵し、酸化雰囲気が強まるのを妨げる。このことは触媒上流の空燃比を変化させた場合、触媒前後の空燃比の変化に位相差があらわれる現象で確認できる。このように触媒上流空燃比をストイキに戻す制御では過渡時におけるセリアの反応を考慮していないため、触媒内空燃比の意味で最適な応答性を実現しているとは必ずしもいえず、排気悪化を速やかに補正することにはならない。
【０００５】
本発明では、触媒下流の空燃比が触媒の高効率浄化範囲を逸脱した場合は助触媒であるセリアの効果を考慮して、触媒下流の空燃比の応答性が最速となるよう触媒上流の空燃比を補正することで速やかに排気低減することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
エンジンの排気成分を浄化する三元触媒と、少なくとも触媒下流の空燃比を検出する空燃比検出手段を備え、触媒の上流，下流又は触媒内の空燃比の少なくともいずれか１つに基づくフィードバック制御によりエンジンに供給すべき燃料量あるいは空気量の少なくともいずれかを制御する手段を備え、触媒下流の空燃比検出手段の出力が、ＨＣ，ＣＯ， ＮＯｘのうち少なくともいずれか１つの触媒による浄化率が５０％以上となる第１の所定範囲を逸脱した場合であって、触媒下流の空燃比がリッチの場合は、触媒上流の空燃比をＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘのうち少なくともいずれか１つの触媒による浄化率が５０％以上となる第２の所定範囲に対し、よりリーンに過補正した後に、触媒上流の空燃比を前記第２の所定範囲に制御することを特徴とする空燃比制御装置である。
【０００９】
また、エンジンの排気成分を浄化する三元触媒と、少なくとも触媒下流の空燃比を検出し、触媒の上流，下流又は触媒内の空燃比の少なくともいずれか１つに基づくフィードバック制御によりエンジンに供給すべき燃料量あるいは空気量の少なくともいずれかを制御し、検出した触媒下流の空燃比が、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘのうち少なくともいずれか１つの浄化率が５０％以上である所定範囲を逸脱した場合であって、触媒下流の空燃比がリッチの場合は、触媒上流の空燃比を触媒の予め定める所定の高効率浄化範囲に対し、よりリーンに過補正した後に、触媒上流の空燃比を前記第２の所定範囲に制御することを特徴とする空燃比制御方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず本願発明の概要につき以下に説明する。例えば、燃料噴射カットあるいはエンジンの運転状態が過渡の時、あるいは燃焼変動等によって触媒上流および触媒下流の空燃比がリーンになった場合について考える。図６は本発明に基づく触媒上流空燃比の補正をリーンからリッチに行った場合の触媒上流空燃比，触媒下流空燃比，触媒下流Ｏ2 センサ出力，触媒下流の排気（ＮＯｘ）それぞれのタイムチャートである。触媒下流の空燃比が触媒の予め定める所定効率浄化範囲，例えば高効率浄化範囲（図６中 濃色部）よりリーンとなったとき、セリアによって放出されるＯ2 分を考慮して触媒内の反応速度を最大にする空燃比を触媒内に供給する。具体的には理論空燃比よりリッチなガスを触媒内に送り込み触媒内のセリアに捕捉されているＯ2 をパージし、還元雰囲気を急速に強める。この結果、触媒下流の空燃比の応答速度が向上することになり、リーン時に悪化したＮＯｘを速やかに補正することができる。図７は触媒上流空燃比の補正をリッチからリーンに行った場合の触媒上流空燃比，触媒下流空燃比，触媒下流Ｏ2 センサ出力、触媒下流の排気（ＨＣ，ＣＯ）それぞれのタイムチャートである。リーンからリッチに補正するときと同様に、触媒下流の空燃比が触媒の高効率浄化範囲 （図７中 濃色部）よりリッチとなったとき、理論空燃比よりリーンなガスを触媒内に送り込みセリアにＯ2 を捕捉させ、触媒内の還元雰囲気を急速に強める。この結果、リッチ時に悪化したＨＣ，ＣＯを速やかに補正することができる。過補正の量は触媒内のセリアを十分に反応させるように決める必要がある。セリアの結晶格子径は、耐久温度により増大し、これに伴いＯ2 の捕捉性能が劣化することが知られている。したがって、過補正の量はセリアの劣化度に応じて決める必要がある。劣化度を推定する方法は特開平5−171924 号他いくつか公知のものがあり、実用レベルである。補正量は触媒劣化度に応じて決めるのがよいが、エンジンの運転条件，触媒温度にも考慮し決めることで制御精度が向上するものである。
【００１１】
従来の空燃比Ｆ／Ｂ制御は高効率浄化範囲内で行うことが望ましいため、その制御量のふれ幅はΔＡ／Ｆ０.２ 程度であるのに対して、本制御による補正はむしろ高効率浄化範囲を逸脱するようなダイナミクスで行う方が触媒下流空燃比の応答性の意味では望ましい。また従来方式は触媒上流すなわちエンジンアウトの空燃比を制御することを目的としていたため、制御周期も燃料噴射弁あるいはスロットル弁からセンサまでの伝達特性によってほぼ決まり０.１ 〜１［ｓ］程度である。それに対して、本発明による制御周期は触媒前後の空燃比の伝達特性によってほぼ決まりその値は従来方式の制御周期より長くなる。さらに本制御はセリアによる応答性悪化をうち消すように行うので、触媒下流Ｏ2 センサの出力が所定範囲に収まらなくとも補正を所定の回数を行った場合はセリアの反応速度を最大にするに十分な酸化性物質あるいは還元性物質を供給したとして以降補正を行わないとする場合もある。以上の点が、従来行われてきた空燃比Ｆ／Ｂ制御と異なるところでもある。
【００１２】
以上のように本発明は触媒下流空燃比が最適領域から逸脱したとき、触媒下流空燃比の応答性が最良となるよう燃料噴射量あるいは空気量を制御することで排気悪化を速やかに補正する方法を提供するものである。応答性を最良とするため触媒内に酸化性物質あるいは還元性物質を理論空燃比相当あるいはセリアの量的バランスが最適となる量より過剰に供給することもあるので収束後はセリアの量的バランスは必ずしも最適になっているとはいえない。したがって触媒下流空燃比が最適領域に収まった後はセリアの量的バランスを最適に保つことが排気浄化上有用であるが、この方法については上述のようにいくつかの方式が提案されている。
【００１３】
図９は本発明の一実施例を示すシステム図である。多気筒で構成されるエンジン９において、外部からの空気はエアクリーナ１を通過し、吸気マニホールド６を経て燃焼室内に流入する。流入空気量はスロットル３により主に調節されるが、アイドル時はバイパス用空気通路４に設けられたＩＳＣバルブ５によって空気量を調節し、エンジン回転数を制御する。エアフロセンサ２では流入空気量が検出される。クランク角センサ１４では、クランク軸の回転角１度毎に信号が出力される。水温センサ１３はエンジンの冷却水温度を検出する。エアフロセンサ２，スロットル３に取り付けられた開度センサ１６，クランク角センサ１４，水温センサ１３のそれぞれの信号はコントロールユニット１５に送られ、これらセンサ出力からエンジンの運転状態を得て、燃料の基本噴射量，点火時期の主要な操作量が演算される。コントロールユニット１５内で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、燃料噴射弁７に送られる。またコントロールユニット１５で演算された点火時期で点火されるよう駆動信号が点火プラグ８に送られる。噴射された燃料は吸気マニホールドからの空気と混合されエンジン９の燃焼室内に流入し混合気を形成する。混合気は点火プラグ８で発生される火花により爆発し、その際発生するエネルギーがエンジンの動力源となる。爆発後の排気は排気マニホールド１０を経て触媒１１に送り込まれ、ここで排気は浄化され、再び外部へと排出される。Ａ／Ｆセンサ１２はエンジンと触媒の間に取り付けられており、排気中に含まれる酸素濃度に対して線形の出力特性を持っている。排気中の酸素濃度と空燃比の関係はほぼ線形になっており、したがって酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ１２により空燃比を求めることが可能となる。また触媒下流にはＯ2 センサ１３が取り付けられており、触媒下流の空燃比を検出可能にしている。コントロールユニット１６ではＡ／Ｆセンサ１２の信号から触媒上流の空燃比を算出し、空燃比に従いエンジン燃焼室内混合気の空燃比が目標空燃比となるよう前述の基本噴射量に逐次補正するＦ／Ｂ制御を行うが、後述するように触媒下流Ｏ2 センサ１３の出力が所定範囲から逸脱した場合は、同センサの出力が所定範囲内に収まるよう触媒上流空燃比に過補正をかける制御を行う。また、上記Ａ／Ｆセンサに代えてＯ2 センサ出力に基づき算出，推定される空燃比を用いることも可能である。
【００１４】
図１０はコントロールユニット１６の内部を示したものである。ＥＣＵ１６内にはＡ／Ｆセンサ，Ｏ2 センサ，スロットル弁開度センサ，エアフロセンサ，エンジン回転数センサ，水温センサの各センサ出力値が入力され、入力回路２１にて雑音除去等の信号処理を行った後、入出力ポート２２に送られる。入力ポートの値はＲＡＭに保管され、ＣＰＵ１８内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ１９に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値はＲＡＭに保管された後、出力ポートに送られる。点火プラグの作動信号は点火出力回路内の一次側コイルの通流時はＯＮとなり、非通流時はＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされる。点火時期はＯＮからＯＦＦになる時となる。出力ポートにセットされた点火プラグ用の信号は点火出力回路２３で燃焼に必要な十分なエネルギーに増幅され点火プラグに供給される。また燃料噴射弁の駆動信号は開弁時ＯＮ，閉弁時ＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路２４で燃料噴射弁を開くに十分なエネルギーに増幅され燃料噴射弁に送られる。
【００１５】
次にＲＯＭ１９に書き込まれる本発明の制御方法の内容について示す。図１１は制御方法を示したブロック図である。エアフロセンサ２により検出される空気量およびエンジン回転数センサ１５により検出される回転数等の各出力値から例えば（５）式で示されるれるような１気筒あたりの基本燃料噴射量を演算する。
ＴＩ＝Ｋ・(ＱＡ／(Ｎ・ＣＹＬ)) …（５）
ここに
ＴＩ：基本燃料噴射量
Ｋ：燃料噴射弁特性係数
ＱＡ：空気量
Ｎ：回転数
ＣＹＬ：気筒数
である。
【００１６】
次に触媒上流空燃比制御の処理内容について図１２を用いて説明する。本制御の目的は触媒１１の上流に設けられたＡ／Ｆセンサ１２の出力に基づいて触媒上流空燃比を目標空燃比となるようＦ／Ｂ制御するものである。まず１２１においてＦ／Ｂ制御の許可条件が成立しているかの判定を行う。許可条件は例えば、水温が一定値以上になっているか、加速時でないか、センサは活性化しているか、等が考えられる。Ｆ／Ｂ制御許可条件が成立していない場合はＦ／Ｂ制御補正項をＡＬＰＨＡ＝１として補正をおこなわないものとする（１２７）。Ｆ／Ｂ制御許可条件が成立している場合はＡ／Ｆセンサ１２の出力から演算された触媒上流空燃比ＲＡＢＦと目標空燃比（ＴＡＢＦ＋REARHOS ）の差ＤＬＴＡＢＦに基づいてＰＩ制御により補正項ＡＬＰＨＡを演算する。ここに
ＴＡＢＦ：目標基本空燃比
REARHOS ：触媒下流空燃比制御補正項
である。
【００１７】
１２２でまずDLTABFを演算し、１２３でDLTABFに比例ゲインＫＰを乗じた比例補正項ＬＡＭＰを演算する。次に１２４でDLTABFに積分ゲインを乗じた値と ＬＡＭＩｚの和を積分補正項ＬＡＭＩとする。ここにＬＡＭＩｚは１０ｍｓ前に演算されたＬＡＭＩを指す。次に１２６で比例分ＬＡＭＰと積分ＬＡＭＩに中心値である１を足した値をＦ／Ｂ制御補正項ＡＬＰＨＡとする。以上が触媒上流空燃比補正の処理内容についての説明である。
【００１８】
次に触媒下流空燃比補正のブロック図を図１３に示す。触媒下流空燃比補正はフィードバック分であるＦ／Ｂ分補正項演算部とフィードフォアート分であるＦ／Ｆ分補正項演算部に分けられる。
【００１９】
Ｆ／Ｂ分補正項演算部の処理内容について図１４を用いて説明する。Ｆ／Ｂ分補正項REARHOS は触媒下流Ｏ2 センサ１３の値が所定範囲に収まるよう触媒上流空燃比に補正をかける。まず、１４１で触媒下流Ｆ／Ｂ制御許可条件が成立しているかの判定を行う。許可条件の具体的内容としては、触媒上流空燃比Ｆ／Ｂ制御中であるか、Ｏ2 センサは活性化しているか等である。触媒下流Ｆ／Ｂ制御許可条件が成立していなければ触媒下流空燃比Ｆ／Ｂ分補正項RHOSFB＝０とし補正を行わないものとする（１４７）。触媒下流Ｆ／Ｂ制御許可条件が成立していれば１４２で ＶＯ２Ｒ≧VO2RMAX …（６）が成立しているかどうかを判定する。ここに
ＶＯ２Ｒ：触媒下流Ｏ2 センサ出力値
VO2RMAX ：触媒下流Ｏ2 センサ出力目標制御範囲最大値
である。もし１４２の条件が成立していれば触媒下流空燃比がリッチであると判断して、目標触媒上流空燃比をリーンとするためRHOSFB＝RHOSFBz＋ＤＬＬ とする（１４３）。ここにＤＬＬはRHOSFBの変化率を表す。１４２の条件が成立していないときは１４４で
ＶＯ２Ｒ≦VO2RMIN …（７）
が成立しているかどうかを判定する。ここに
VO2RMIN：触媒下流Ｏ2 センサ出力目標制御範囲最小値
である。１４４の条件が成立していれば触媒下流空燃比がリーンであると判断して、目標触媒上流空燃比をリッチとするためRHOSFB＝RHOSFBz −ＤＬＲとする （１４５）。ここにＤＬＲはRHOSFBの変化率を表す。１４４の条件が成立していなければ触媒下流空燃比が所定範囲内にあると判断してRHOSFB＝RHOSFBz として更新を行わない（１４６）。なお、RHOSFBの初期値は０とする。
【００２０】
次にＦ／Ｆ分補正項演算部の処理内容について図１５を用いて説明する。151でＦ／Ｆ制御の許可条件が成立しているかどうかを判定する。許可条件は例えば触媒下流空燃比Ｆ／Ｂ制御許可条件が成立しているか等である。Ｆ／Ｆ制御許可条件が成立していなければ本補正は行わないとしＲＨＯＳＦＦ＝０とする(156)。Ｆ／Ｆ制御許可条件が成立していれば１５２で下式の成立判定を行う。
【００２１】
ＶＯ２Ｒ≧PFFMIN …（８）
ここに
PFFMIN：リッチ側Ｆ／Ｆ制御開始許可最小値
である。１５２の条件が成立の場合は触媒下流空燃比を所定範囲に速やかに戻すため、図１６に示すダイナミクスで触媒上流の目標空燃比を変更する。図１６の処理内容の詳細は後述する。１５２の条件が不成立の場合は１５４で下式の成立判定を行う。
【００２２】
ＶＯ２Ｒ≦PFFMAX …（９）
ここに
PFFMAX：リーン側Ｆ／Ｆ制御開始許可最大値
である。１５４の条件が成立の場合は触媒上流空燃比を所定範囲に速やかに戻すため、図１７に示すダイナミクスで触媒上流の目標空燃比を変更する。図１７の処理内容の詳細は後述する。１５４の条件が不成立の場合はＦ／Ｆ制御を行う状態でないと判断しRHOSFF＝０とする（１５６）。
【００２３】
次に図１６を用いてリッチ側Ｆ／Ｆ制御補正項の演算方法を説明する。図１５の１５２の条件が成立した場合、１６１においてＦＲＯＫＲｚ＝０であるかを判定する。これはリッチ側Ｆ／Ｆ制御の許可条件が今回初めて成立したかどうかを判定する処理であり、FROKRz＝０のときは１６２でＦ／Ｆ制御補正量初期値であるRFINITRを(１０）式に基づいて、リッチ側Ｆ／Ｆ制御補正量減衰係数ＧＲＦＦを（１１）式に基づいて演算する。
【００２４】
RFINITR ＝Ｆ１(age） …（１０）
ＧＲＦＦ＝Ｆ２(age） …（１１）
ここに、age は触媒劣化度推定値を表しており、Ｆ１はage から一義的に RFINITR が得られる関数を表し、Ｆ２はage から一義的にＧＲＦＦが得られる関数を表している。Ｆ１，Ｆ２は触媒劣化度とＦ／Ｆ制御量の初期値および減衰係数の関係を表したテーブルを用いるのもよい。あるいはセリアの反応モデルに基づいたものでもよい。一般に触媒が劣化するとセリアの結晶格子径は大きくなるため、酸素貯蔵能力が減少する。したがって図１８に示すようにage が大きくなるとRFINITRの値は小さくなる傾向にある。またＧＲＦＦはageが大きくなると小さくなる傾向にある。なお触媒劣化度推定値age の演算方法については特開平5−171924号等いくつかの公知例にて示されているのでここでは省略する。
【００２５】
１６２に求めたリッチ側Ｆ／Ｆ制御補正量初期値RFINITR をRHOSFFの初期値とする（１６３）。１６１においてFROKRz＝０でなければ、RHOSFFz に減衰係数GRFFを乗じた値をRHOSFFとする処理を行う（１６４）。
【００２６】
次に図１７を用いてリーン側Ｆ／Ｆ制御補正項の演算方法を説明する。図１５の１５４の条件が成立した場合、１７１においてFROKLz＝０であるかを判定する。これはリーン側Ｆ／Ｆ制御の許可条件が今回初めて成立したかどうかを判定する処理であり、FROKLz＝０のときは１７２でリーン側Ｆ／Ｆ制御補正量初期値であるRFINITL を（１２）式に基づいて、リーン側Ｆ／Ｆ制御補正量減衰係数GLFFを（１３）式に基づいて演算する。
【００２７】
RFINITL＝Ｆ３(age） …（１２）
ＧＬＦＦ＝Ｆ４(age） …（１３）
age とRFINITLの関係を表すＦ３およびageとＧＬＦＦの関係を表すＦ４はそれぞれ、図２０，図２１に示している。１７２に求めたＦ／Ｆ制御補正量初期値RFINITL をRHOSFFの初期値とする（１６３）。１７１においてFROKLz＝０でなければ、RHOSFFz にリーン側減衰係数ＧＬＦＦを乗じた値をRHOSFFとする処理を行う（１６４）。
【００２８】
また、Ｆ／Ｆ制御領域を決めるPFFMIN，PFFMAXは触媒下流Ｏ2 センサ出力と排気の関係から、排気が急激に悪化する領域に経験的に決めるのがよい(図２２)。
従来方式による空燃比制御による目標空燃比と触媒下流Ｏ2 センサ出力を図２３，本実施例に基づく空燃比制御を行った場合の目標空燃比と触媒下流Ｏ2 センサ出力を図２４に示す。触媒下流Ｏ2 センサ出力の目標制御領域までの応答速度が図２３に比較して図２４の方が向上していることがわかる。
【００２９】
上述のＦ１〜Ｆ４は触媒劣化度推定値age から一義的に決めるものとしたが、エンジンの運転条件，触媒温度あるいは触媒温度推定値から決めることで、より精度の高い制御が可能であることも付言しておく。また過補正を行うＦ／Ｆ制御はセリアＯ2 センサの出力が所定範囲に収まらなくとも補正を所定の回数を行った場合は以降補正を行わないとするのもよい。これは従来、行われてきたＯ２Ｆ／Ｂ制御と異なるところでもある。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、自動車の走行中に頻繁に発生する触媒前後の空燃比のずれを速やかに補正するので、その際に発生するＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの悪化を最小限にとどめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的な構成を表した図である。
【図２】貴金属のみで構成される場合の触媒の高効率浄化範囲を表した図である。
【図３】助触媒であるセリアが添加された触媒の高効率浄化範囲を表した図である。
【図４】Ｏ2 センサの出力特性を表した図である。
【図５】Ａ／Ｆセンサの出力特性を表した図である。
【図６】本発明に基づく触媒上流空燃比の補正をリーンからリッチに行った場合の触媒上流空燃比，触媒下流空燃比，触媒下流Ｏ2センサ出力，触媒下流の排気(ＮＯx)のタイムチャートである。
【図７】本発明に基づく触媒上流空燃比の補正をリッチからリーンに行った場合の触媒上流空燃比，触媒下流空燃比，触媒下流Ｏ2 センサ出力，触媒下流の排気（ＨＣ，ＣＯ）のタイムチャートである。
【図８】触媒の劣化度に応じて触媒入り口空燃比の補正量を変更することを示した図である。
【図９】実施例における適用システム図を示した図である。
【図１０】図９におけるコントロールユニットの内部を説明した図である。
【図１１】本発明の制御方法を示したブロック図である。
【図１２】図１１中の触媒上流空燃比制御のフローチャート図である。
【図１３】図１１中の触媒下流空燃比制御のブロック図である。
【図１４】図１３中の触媒下流空燃比制御Ｆ／Ｂ分のフローチャート図である。
【図１５】図１３中の触媒下流空燃比制御Ｆ／Ｆ分のフローチャート図である。
【図１６】図１５中のリッチ時の補正フローチャートである。
【図１７】図１５中のリーン時の補正フローチャートである。
【図１８】触媒劣化度推定値age とＦ／Ｆ制御補正項初期値RFINITR の関係を表した図である。
【図１９】触媒劣化度推定値age とＦ／Ｆ制御補正項減衰係数ＧＲＦＦの関係を表した図である。
【図２０】触媒劣化度推定値age とＦ／Ｆ制御補正項初期値RFINITL の関係を表した図である。
【図２１】触媒劣化度推定値age とＦ／Ｆ制御補正項減衰係数ＧＬＦＦの関係を表した図である。
【図２２】 RFFMAXとRFFMINの設定値を示した図である。
【図２３】本制御の制御なしのときの触媒下流Ｏ2 センサ出力を示した図である。
【図２４】本発明の制御ありのときの触媒下流Ｏ2 センサ出力を示した図である。
【符号の説明】
１…エアクリーナ、２…エアフロセンサ、３…スロットル、４…ＩＳＣ用バイパスバルブ、５…ＩＳＣバルブ、６…吸気マニホールド、７…燃料噴射弁、８…点火プラグ、９…エンジン、１０…吸気バルブ、１１…触媒、１２…Ａ／Ｆセンサ、１３…Ｏ2 センサ、１４…水温センサ、１５…エンジン回転数センサ、１６…コントロールユニット、１７…スロットル開度センサ、１８…コントロールユニット内に実装されるＣＰＵ、１９…コントロールユニット内に実装されるROM 、２０…コントロールユニット内に実装されるＲＡＭ、２１…コントロールユニット内に実装される各種センサの入力回路、２２…各種センサ信号の入力、アクチュエータ動作信号を出力するポート、２３…点火プラグに適切なタイミングで駆動信号を出力する点火出力回路、２４…燃料噴射弁に適切なパルスを出力する燃料噴射弁駆動回路。
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの制御装置に関し、特にエンジンの排気管に取り付けられた触媒下流の排気が悪化した場合に、速やかに補正する空燃比制御装置および空燃比制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気管にはエンジンから排出されるＨＣ，ＣＯを酸化し、ＮＯｘを還元するための三元触媒が設けられているのが一般的である。触媒にはＰｔ，Ｐｄ，Ｒｈ等の貴金属が用いられており、図２に示すように理論空燃比近傍のごく狭い範囲でのみ、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘをそれぞれ効率よく浄化し得る。これは還元性の成分と酸化性の成分がバランスよく存在する必要があるためだが、理論空燃比近傍における各排気成分の高効率浄化範囲を広める成分として最近の三元触媒にはセリアに代表される助触媒が添加されている。セリア酸素を吸着、吸収又は貯蔵する酸素捕捉物質であり、還元雰囲気すなわち理論空燃比よりリッチの領域で酸素を放出し、酸化雰囲気すなわち理論空燃比よりリーンの領域で酸素を捕捉することで、酸化成分，還元成分がバランスよく存在する領域を広める効果を持つ（図３）。さらに様々な運転条件において、エンジンから排出される排気成分を触媒の高効率浄化範囲に収めるため、排気管に排気中の空燃比を理論空燃比に対して濃淡のみを検出するＯ2 センサを取り付け、センサ出力に基づいて燃焼室内の空燃比が理論空燃比となるよう燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御（以下、空燃比Ｆ／Ｂ制御と略記する。）を行っている。また最近では排気中の空燃比に対してリニアな出力が得られるリニアＡ／Ｆセンサを用いた空燃比Ｆ／Ｂ制御方法も実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の空燃比Ｆ／Ｂ制御は、触媒上流の空燃比を理論空燃比に制御することを目的としているが、ＣｅＯ2 （セリア）に捕捉されているＯ2 量に着目した触媒内雰囲気制御を行うことで、触媒の三元性能をより高められることが知られている。セリアは酸化雰囲気下で（１)〜(２）式で示されるようにＮＯｘを還元あるいはＯ2 を捕捉し、還元雰囲気下で（３)〜(４）式で示されるようにＣＯを酸化、あるいはＯ2 を放出する性質を持つことでＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを同時に浄化しうる範囲を広げる効果を持つ。
【０００４】
Ｃｅ2Ｏ3＋１／２Ｏ2 → ２ＣｅＯ2 …（１）
Ｃｅ2Ｏ3＋ＮＯ → ２ＣｅＯ2 ＋Ｎ2 …（２）
２ＣｅＯ2 → Ｃｅ2Ｏ3＋１／２Ｏ2 …（３）
２ＣｅＯ2 ＋ＣＯ → Ｃｅ2Ｏ3＋ＣＯ2 …（４）
したがって、触媒上流の空燃比だけでなく、触媒内のＣｅＯ2 とＣｅ2Ｏ3の量的バランスを最適に保つことも、浄化性能を高める上では重要である。特開平9−72235 号あるいは特開平10−184426号では触媒内雰囲気に着目して触媒内のセリアの量を制御する方式が提案されている。しかしながら、触媒上流の空燃比をあらゆる運転条件で理論空燃比近傍の高効率浄化範囲に収めることは困難であり、実際には触媒上流空燃比がリーン側あるいはリッチ側に大きくはずれることがあり、セリアの量的バランスも大きく崩れることが頻繁に起こりうる。この場合、速やかに触媒上流空燃比を理論空燃比に戻すことも必要であるが、それと同様に触媒内のセリアの量を目標量に速やかに戻すことも重要となる。触媒の入り口空燃比を理論空燃比に速やかに戻すことは、エンジンアウトの空燃比制御の応答性を高めることで実現される。しかし触媒内のセリアは上述のように触媒内空燃比の応答性を悪化させることがある。すなわち、触媒上流の空燃比がリッチからストイキに変化したとき、触媒内では還元雰囲気が強まるにつれてセリアからＯ2 が放出され、還元雰囲気が強まるのを妨げる。逆にリーンからストイキに変化したときは、触媒内では酸化雰囲気が強まるにつれてセリアがＯ2 を吸着又は貯蔵し、酸化雰囲気が強まるのを妨げる。このことは触媒上流の空燃比を変化させた場合、触媒前後の空燃比の変化に位相差があらわれる現象で確認できる。このように触媒上流空燃比をストイキに戻す制御では過渡時におけるセリアの反応を考慮していないため、触媒内空燃比の意味で最適な応答性を実現しているとは必ずしもいえず、排気悪化を速やかに補正することにはならない。
【０００５】
本発明では、触媒下流の空燃比が触媒の高効率浄化範囲を逸脱した場合は助触媒であるセリアの効果を考慮して、触媒下流の空燃比の応答性が最速となるよう触媒上流の空燃比を補正することで速やかに排気低減することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
エンジンの排気成分を浄化する三元触媒と、少なくとも触媒下流の空燃比を検出する空燃比検出手段を備え、触媒の上流，下流又は触媒内の空燃比の少なくともいずれか１つに基づくフィードバック制御によりエンジンに供給すべき燃料量あるいは空気量の少なくともいずれかを制御する手段を備え、触媒下流の空燃比検出手段の出力が、ＨＣ，ＣＯ， ＮＯｘのうち少なくともいずれか１つの触媒による浄化率が５０％以上となる第１の所定範囲を逸脱した場合であって、触媒下流の空燃比がリッチの場合は、触媒上流の空燃比をＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘのうち少なくともいずれか１つの触媒による浄化率が５０％以上となる第２の所定範囲に対し、よりリーンに過補正した後に、触媒上流の空燃比を前記第２の所定範囲に制御することを特徴とする空燃比制御装置である。
【０００９】
また、エンジンの排気成分を浄化する三元触媒と、少なくとも触媒下流の空燃比を検出し、触媒の上流，下流又は触媒内の空燃比の少なくともいずれか１つに基づくフィードバック制御によりエンジンに供給すべき燃料量あるいは空気量の少なくともいずれかを制御し、検出した触媒下流の空燃比が、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘのうち少なくともいずれか１つの浄化率が５０％以上である所定範囲を逸脱した場合であって、触媒下流の空燃比がリッチの場合は、触媒上流の空燃比を触媒の予め定める所定の高効率浄化範囲に対し、よりリーンに過補正した後に、触媒上流の空燃比を前記第２の所定範囲に制御することを特徴とする空燃比制御方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず本願発明の概要につき以下に説明する。例えば、燃料噴射カットあるいはエンジンの運転状態が過渡の時、あるいは燃焼変動等によって触媒上流および触媒下流の空燃比がリーンになった場合について考える。図６は本発明に基づく触媒上流空燃比の補正をリーンからリッチに行った場合の触媒上流空燃比，触媒下流空燃比，触媒下流Ｏ2 センサ出力，触媒下流の排気（ＮＯｘ）それぞれのタイムチャートである。触媒下流の空燃比が触媒の予め定める所定効率浄化範囲，例えば高効率浄化範囲（図６中 濃色部）よりリーンとなったとき、セリアによって放出されるＯ2 分を考慮して触媒内の反応速度を最大にする空燃比を触媒内に供給する。具体的には理論空燃比よりリッチなガスを触媒内に送り込み触媒内のセリアに捕捉されているＯ2 をパージし、還元雰囲気を急速に強める。この結果、触媒下流の空燃比の応答速度が向上することになり、リーン時に悪化したＮＯｘを速やかに補正することができる。図７は触媒上流空燃比の補正をリッチからリーンに行った場合の触媒上流空燃比，触媒下流空燃比，触媒下流Ｏ2 センサ出力、触媒下流の排気（ＨＣ，ＣＯ）それぞれのタイムチャートである。リーンからリッチに補正するときと同様に、触媒下流の空燃比が触媒の高効率浄化範囲 （図７中 濃色部）よりリッチとなったとき、理論空燃比よりリーンなガスを触媒内に送り込みセリアにＯ2 を捕捉させ、触媒内の還元雰囲気を急速に強める。この結果、リッチ時に悪化したＨＣ，ＣＯを速やかに補正することができる。過補正の量は触媒内のセリアを十分に反応させるように決める必要がある。セリアの結晶格子径は、耐久温度により増大し、これに伴いＯ2 の捕捉性能が劣化することが知られている。したがって、過補正の量はセリアの劣化度に応じて決める必要がある。劣化度を推定する方法は特開平5−171924 号他いくつか公知のものがあり、実用レベルである。補正量は触媒劣化度に応じて決めるのがよいが、エンジンの運転条件，触媒温度にも考慮し決めることで制御精度が向上するものである。
【００１１】
従来の空燃比Ｆ／Ｂ制御は高効率浄化範囲内で行うことが望ましいため、その制御量のふれ幅はΔＡ／Ｆ０.２ 程度であるのに対して、本制御による補正はむしろ高効率浄化範囲を逸脱するようなダイナミクスで行う方が触媒下流空燃比の応答性の意味では望ましい。また従来方式は触媒上流すなわちエンジンアウトの空燃比を制御することを目的としていたため、制御周期も燃料噴射弁あるいはスロットル弁からセンサまでの伝達特性によってほぼ決まり０.１ 〜１［ｓ］程度である。それに対して、本発明による制御周期は触媒前後の空燃比の伝達特性によってほぼ決まりその値は従来方式の制御周期より長くなる。さらに本制御はセリアによる応答性悪化をうち消すように行うので、触媒下流Ｏ2 センサの出力が所定範囲に収まらなくとも補正を所定の回数を行った場合はセリアの反応速度を最大にするに十分な酸化性物質あるいは還元性物質を供給したとして以降補正を行わないとする場合もある。以上の点が、従来行われてきた空燃比Ｆ／Ｂ制御と異なるところでもある。
【００１２】
以上のように本発明は触媒下流空燃比が最適領域から逸脱したとき、触媒下流空燃比の応答性が最良となるよう燃料噴射量あるいは空気量を制御することで排気悪化を速やかに補正する方法を提供するものである。応答性を最良とするため触媒内に酸化性物質あるいは還元性物質を理論空燃比相当あるいはセリアの量的バランスが最適となる量より過剰に供給することもあるので収束後はセリアの量的バランスは必ずしも最適になっているとはいえない。したがって触媒下流空燃比が最適領域に収まった後はセリアの量的バランスを最適に保つことが排気浄化上有用であるが、この方法については上述のようにいくつかの方式が提案されている。
【００１３】
図９は本発明の一実施例を示すシステム図である。多気筒で構成されるエンジン９において、外部からの空気はエアクリーナ１を通過し、吸気マニホールド６を経て燃焼室内に流入する。流入空気量はスロットル３により主に調節されるが、アイドル時はバイパス用空気通路４に設けられたＩＳＣバルブ５によって空気量を調節し、エンジン回転数を制御する。エアフロセンサ２では流入空気量が検出される。クランク角センサ１４では、クランク軸の回転角１度毎に信号が出力される。水温センサ１３はエンジンの冷却水温度を検出する。エアフロセンサ２，スロットル３に取り付けられた開度センサ１６，クランク角センサ１４，水温センサ１３のそれぞれの信号はコントロールユニット１５に送られ、これらセンサ出力からエンジンの運転状態を得て、燃料の基本噴射量，点火時期の主要な操作量が演算される。コントロールユニット１５内で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、燃料噴射弁７に送られる。またコントロールユニット１５で演算された点火時期で点火されるよう駆動信号が点火プラグ８に送られる。噴射された燃料は吸気マニホールドからの空気と混合されエンジン９の燃焼室内に流入し混合気を形成する。混合気は点火プラグ８で発生される火花により爆発し、その際発生するエネルギーがエンジンの動力源となる。爆発後の排気は排気マニホールド１０を経て触媒１１に送り込まれ、ここで排気は浄化され、再び外部へと排出される。Ａ／Ｆセンサ１２はエンジンと触媒の間に取り付けられており、排気中に含まれる酸素濃度に対して線形の出力特性を持っている。排気中の酸素濃度と空燃比の関係はほぼ線形になっており、したがって酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ１２により空燃比を求めることが可能となる。また触媒下流にはＯ2 センサ１３が取り付けられており、触媒下流の空燃比を検出可能にしている。コントロールユニット１６ではＡ／Ｆセンサ１２の信号から触媒上流の空燃比を算出し、空燃比に従いエンジン燃焼室内混合気の空燃比が目標空燃比となるよう前述の基本噴射量に逐次補正するＦ／Ｂ制御を行うが、後述するように触媒下流Ｏ2 センサ１３の出力が所定範囲から逸脱した場合は、同センサの出力が所定範囲内に収まるよう触媒上流空燃比に過補正をかける制御を行う。また、上記Ａ／Ｆセンサに代えてＯ2 センサ出力に基づき算出，推定される空燃比を用いることも可能である。
【００１４】
図１０はコントロールユニット１６の内部を示したものである。ＥＣＵ１６内にはＡ／Ｆセンサ，Ｏ2 センサ，スロットル弁開度センサ，エアフロセンサ，エンジン回転数センサ，水温センサの各センサ出力値が入力され、入力回路２１にて雑音除去等の信号処理を行った後、入出力ポート２２に送られる。入力ポートの値はＲＡＭに保管され、ＣＰＵ１８内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ１９に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値はＲＡＭに保管された後、出力ポートに送られる。点火プラグの作動信号は点火出力回路内の一次側コイルの通流時はＯＮとなり、非通流時はＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされる。点火時期はＯＮからＯＦＦになる時となる。出力ポートにセットされた点火プラグ用の信号は点火出力回路２３で燃焼に必要な十分なエネルギーに増幅され点火プラグに供給される。また燃料噴射弁の駆動信号は開弁時ＯＮ，閉弁時ＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路２４で燃料噴射弁を開くに十分なエネルギーに増幅され燃料噴射弁に送られる。
【００１５】
次にＲＯＭ１９に書き込まれる本発明の制御方法の内容について示す。図１１は制御方法を示したブロック図である。エアフロセンサ２により検出される空気量およびエンジン回転数センサ１５により検出される回転数等の各出力値から例えば（５）式で示されるれるような１気筒あたりの基本燃料噴射量を演算する。
ＴＩ＝Ｋ・(ＱＡ／(Ｎ・ＣＹＬ)) …（５）
ここに
ＴＩ：基本燃料噴射量
Ｋ：燃料噴射弁特性係数
ＱＡ：空気量
Ｎ：回転数
ＣＹＬ：気筒数
である。
【００１６】
次に触媒上流空燃比制御の処理内容について図１２を用いて説明する。本制御の目的は触媒１１の上流に設けられたＡ／Ｆセンサ１２の出力に基づいて触媒上流空燃比を目標空燃比となるようＦ／Ｂ制御するものである。まず１２１においてＦ／Ｂ制御の許可条件が成立しているかの判定を行う。許可条件は例えば、水温が一定値以上になっているか、加速時でないか、センサは活性化しているか、等が考えられる。Ｆ／Ｂ制御許可条件が成立していない場合はＦ／Ｂ制御補正項をＡＬＰＨＡ＝１として補正をおこなわないものとする（１２７）。Ｆ／Ｂ制御許可条件が成立している場合はＡ／Ｆセンサ１２の出力から演算された触媒上流空燃比ＲＡＢＦと目標空燃比（ＴＡＢＦ＋REARHOS ）の差ＤＬＴＡＢＦに基づいてＰＩ制御により補正項ＡＬＰＨＡを演算する。ここに
ＴＡＢＦ：目標基本空燃比
REARHOS ：触媒下流空燃比制御補正項
である。
【００１７】
１２２でまずDLTABFを演算し、１２３でDLTABFに比例ゲインＫＰを乗じた比例補正項ＬＡＭＰを演算する。次に１２４でDLTABFに積分ゲインを乗じた値と ＬＡＭＩｚの和を積分補正項ＬＡＭＩとする。ここにＬＡＭＩｚは１０ｍｓ前に演算されたＬＡＭＩを指す。次に１２６で比例分ＬＡＭＰと積分ＬＡＭＩに中心値である１を足した値をＦ／Ｂ制御補正項ＡＬＰＨＡとする。以上が触媒上流空燃比補正の処理内容についての説明である。
【００１８】
次に触媒下流空燃比補正のブロック図を図１３に示す。触媒下流空燃比補正はフィードバック分であるＦ／Ｂ分補正項演算部とフィードフォアート分であるＦ／Ｆ分補正項演算部に分けられる。
【００１９】
Ｆ／Ｂ分補正項演算部の処理内容について図１４を用いて説明する。Ｆ／Ｂ分補正項REARHOS は触媒下流Ｏ2 センサ１３の値が所定範囲に収まるよう触媒上流空燃比に補正をかける。まず、１４１で触媒下流Ｆ／Ｂ制御許可条件が成立しているかの判定を行う。許可条件の具体的内容としては、触媒上流空燃比Ｆ／Ｂ制御中であるか、Ｏ2 センサは活性化しているか等である。触媒下流Ｆ／Ｂ制御許可条件が成立していなければ触媒下流空燃比Ｆ／Ｂ分補正項RHOSFB＝０とし補正を行わないものとする（１４７）。触媒下流Ｆ／Ｂ制御許可条件が成立していれば１４２で ＶＯ２Ｒ≧VO2RMAX …（６）が成立しているかどうかを判定する。ここに
ＶＯ２Ｒ：触媒下流Ｏ2 センサ出力値
VO2RMAX ：触媒下流Ｏ2 センサ出力目標制御範囲最大値
である。もし１４２の条件が成立していれば触媒下流空燃比がリッチであると判断して、目標触媒上流空燃比をリーンとするためRHOSFB＝RHOSFBz＋ＤＬＬ とする（１４３）。ここにＤＬＬはRHOSFBの変化率を表す。１４２の条件が成立していないときは１４４で
ＶＯ２Ｒ≦VO2RMIN …（７）
が成立しているかどうかを判定する。ここに
VO2RMIN：触媒下流Ｏ2 センサ出力目標制御範囲最小値
である。１４４の条件が成立していれば触媒下流空燃比がリーンであると判断して、目標触媒上流空燃比をリッチとするためRHOSFB＝RHOSFBz −ＤＬＲとする （１４５）。ここにＤＬＲはRHOSFBの変化率を表す。１４４の条件が成立していなければ触媒下流空燃比が所定範囲内にあると判断してRHOSFB＝RHOSFBz として更新を行わない（１４６）。なお、RHOSFBの初期値は０とする。
【００２０】
次にＦ／Ｆ分補正項演算部の処理内容について図１５を用いて説明する。151でＦ／Ｆ制御の許可条件が成立しているかどうかを判定する。許可条件は例えば触媒下流空燃比Ｆ／Ｂ制御許可条件が成立しているか等である。Ｆ／Ｆ制御許可条件が成立していなければ本補正は行わないとしＲＨＯＳＦＦ＝０とする(156)。Ｆ／Ｆ制御許可条件が成立していれば１５２で下式の成立判定を行う。
【００２１】
ＶＯ２Ｒ≧PFFMIN …（８）
ここに
PFFMIN：リッチ側Ｆ／Ｆ制御開始許可最小値
である。１５２の条件が成立の場合は触媒下流空燃比を所定範囲に速やかに戻すため、図１６に示すダイナミクスで触媒上流の目標空燃比を変更する。図１６の処理内容の詳細は後述する。１５２の条件が不成立の場合は１５４で下式の成立判定を行う。
【００２２】
ＶＯ２Ｒ≦PFFMAX …（９）
ここに
PFFMAX：リーン側Ｆ／Ｆ制御開始許可最大値
である。１５４の条件が成立の場合は触媒上流空燃比を所定範囲に速やかに戻すため、図１７に示すダイナミクスで触媒上流の目標空燃比を変更する。図１７の処理内容の詳細は後述する。１５４の条件が不成立の場合はＦ／Ｆ制御を行う状態でないと判断しRHOSFF＝０とする（１５６）。
【００２３】
次に図１６を用いてリッチ側Ｆ／Ｆ制御補正項の演算方法を説明する。図１５の１５２の条件が成立した場合、１６１においてＦＲＯＫＲｚ＝０であるかを判定する。これはリッチ側Ｆ／Ｆ制御の許可条件が今回初めて成立したかどうかを判定する処理であり、FROKRz＝０のときは１６２でＦ／Ｆ制御補正量初期値であるRFINITRを(１０）式に基づいて、リッチ側Ｆ／Ｆ制御補正量減衰係数ＧＲＦＦを（１１）式に基づいて演算する。
【００２４】
RFINITR ＝Ｆ１(age） …（１０）
ＧＲＦＦ＝Ｆ２(age） …（１１）
ここに、age は触媒劣化度推定値を表しており、Ｆ１はage から一義的に RFINITR が得られる関数を表し、Ｆ２はage から一義的にＧＲＦＦが得られる関数を表している。Ｆ１，Ｆ２は触媒劣化度とＦ／Ｆ制御量の初期値および減衰係数の関係を表したテーブルを用いるのもよい。あるいはセリアの反応モデルに基づいたものでもよい。一般に触媒が劣化するとセリアの結晶格子径は大きくなるため、酸素貯蔵能力が減少する。したがって図１８に示すようにage が大きくなるとRFINITRの値は小さくなる傾向にある。またＧＲＦＦはageが大きくなると小さくなる傾向にある。なお触媒劣化度推定値age の演算方法については特開平5−171924号等いくつかの公知例にて示されているのでここでは省略する。
【００２５】
１６２に求めたリッチ側Ｆ／Ｆ制御補正量初期値RFINITR をRHOSFFの初期値とする（１６３）。１６１においてFROKRz＝０でなければ、RHOSFFz に減衰係数GRFFを乗じた値をRHOSFFとする処理を行う（１６４）。
【００２６】
次に図１７を用いてリーン側Ｆ／Ｆ制御補正項の演算方法を説明する。図１５の１５４の条件が成立した場合、１７１においてFROKLz＝０であるかを判定する。これはリーン側Ｆ／Ｆ制御の許可条件が今回初めて成立したかどうかを判定する処理であり、FROKLz＝０のときは１７２でリーン側Ｆ／Ｆ制御補正量初期値であるRFINITL を（１２）式に基づいて、リーン側Ｆ／Ｆ制御補正量減衰係数GLFFを（１３）式に基づいて演算する。
【００２７】
RFINITL＝Ｆ３(age） …（１２）
ＧＬＦＦ＝Ｆ４(age） …（１３）
age とRFINITLの関係を表すＦ３およびageとＧＬＦＦの関係を表すＦ４はそれぞれ、図２０，図２１に示している。１７２に求めたＦ／Ｆ制御補正量初期値RFINITL をRHOSFFの初期値とする（１６３）。１７１においてFROKLz＝０でなければ、RHOSFFz にリーン側減衰係数ＧＬＦＦを乗じた値をRHOSFFとする処理を行う（１６４）。
【００２８】
また、Ｆ／Ｆ制御領域を決めるPFFMIN，PFFMAXは触媒下流Ｏ2 センサ出力と排気の関係から、排気が急激に悪化する領域に経験的に決めるのがよい(図２２)。
従来方式による空燃比制御による目標空燃比と触媒下流Ｏ2 センサ出力を図２３，本実施例に基づく空燃比制御を行った場合の目標空燃比と触媒下流Ｏ2 センサ出力を図２４に示す。触媒下流Ｏ2 センサ出力の目標制御領域までの応答速度が図２３に比較して図２４の方が向上していることがわかる。
【００２９】
上述のＦ１〜Ｆ４は触媒劣化度推定値age から一義的に決めるものとしたが、エンジンの運転条件，触媒温度あるいは触媒温度推定値から決めることで、より精度の高い制御が可能であることも付言しておく。また過補正を行うＦ／Ｆ制御はセリアＯ2 センサの出力が所定範囲に収まらなくとも補正を所定の回数を行った場合は以降補正を行わないとするのもよい。これは従来、行われてきたＯ２Ｆ／Ｂ制御と異なるところでもある。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、自動車の走行中に頻繁に発生する触媒前後の空燃比のずれを速やかに補正するので、その際に発生するＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの悪化を最小限にとどめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的な構成を表した図である。
【図２】貴金属のみで構成される場合の触媒の高効率浄化範囲を表した図である。
【図３】助触媒であるセリアが添加された触媒の高効率浄化範囲を表した図である。
【図４】Ｏ2 センサの出力特性を表した図である。
【図５】Ａ／Ｆセンサの出力特性を表した図である。
【図６】本発明に基づく触媒上流空燃比の補正をリーンからリッチに行った場合の触媒上流空燃比，触媒下流空燃比，触媒下流Ｏ2センサ出力，触媒下流の排気(ＮＯx)のタイムチャートである。
【図７】本発明に基づく触媒上流空燃比の補正をリッチからリーンに行った場合の触媒上流空燃比，触媒下流空燃比，触媒下流Ｏ2 センサ出力，触媒下流の排気（ＨＣ，ＣＯ）のタイムチャートである。
【図８】触媒の劣化度に応じて触媒入り口空燃比の補正量を変更することを示した図である。
【図９】実施例における適用システム図を示した図である。
【図１０】図９におけるコントロールユニットの内部を説明した図である。
【図１１】本発明の制御方法を示したブロック図である。
【図１２】図１１中の触媒上流空燃比制御のフローチャート図である。
【図１３】図１１中の触媒下流空燃比制御のブロック図である。
【図１４】図１３中の触媒下流空燃比制御Ｆ／Ｂ分のフローチャート図である。
【図１５】図１３中の触媒下流空燃比制御Ｆ／Ｆ分のフローチャート図である。
【図１６】図１５中のリッチ時の補正フローチャートである。
【図１７】図１５中のリーン時の補正フローチャートである。
【図１８】触媒劣化度推定値age とＦ／Ｆ制御補正項初期値RFINITR の関係を表した図である。
【図１９】触媒劣化度推定値age とＦ／Ｆ制御補正項減衰係数ＧＲＦＦの関係を表した図である。
【図２０】触媒劣化度推定値age とＦ／Ｆ制御補正項初期値RFINITL の関係を表した図である。
【図２１】触媒劣化度推定値age とＦ／Ｆ制御補正項減衰係数ＧＬＦＦの関係を表した図である。
【図２２】 RFFMAXとRFFMINの設定値を示した図である。
【図２３】本制御の制御なしのときの触媒下流Ｏ2 センサ出力を示した図である。
【図２４】本発明の制御ありのときの触媒下流Ｏ2 センサ出力を示した図である。
【符号の説明】
１…エアクリーナ、２…エアフロセンサ、３…スロットル、４…ＩＳＣ用バイパスバルブ、５…ＩＳＣバルブ、６…吸気マニホールド、７…燃料噴射弁、８…点火プラグ、９…エンジン、１０…吸気バルブ、１１…触媒、１２…Ａ／Ｆセンサ、１３…Ｏ2 センサ、１４…水温センサ、１５…エンジン回転数センサ、１６…コントロールユニット、１７…スロットル開度センサ、１８…コントロールユニット内に実装されるＣＰＵ、１９…コントロールユニット内に実装されるROM 、２０…コントロールユニット内に実装されるＲＡＭ、２１…コントロールユニット内に実装される各種センサの入力回路、２２…各種センサ信号の入力、アクチュエータ動作信号を出力するポート、２３…点火プラグに適切なタイミングで駆動信号を出力する点火出力回路、２４…燃料噴射弁に適切なパルスを出力する燃料噴射弁駆動回路。
Claims (11)
- エンジンの排気成分を浄化する三元触媒と、少なくとも前記三元触媒下流の空燃比を検出する空燃比検出手段を備え、前記三元触媒の上流，下流又は前記三元触媒内の空燃比の少なくともいずれか１つに基づくフィードバック制御によりエンジンに供給すべき燃料量あるいは空気量の少なくともいずれかを制御する手段を備え、
前記三元触媒下流の空燃比検出手段の出力が、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘのうち少なくともいずれか１つの前記三元触媒による浄化率が５０％以上となる第１の所定範囲を逸脱した場合であって、
前記三元触媒下流の空燃比がリッチの場合は、前記三元触媒上流の空燃比をＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘのうち少なくともいずれか１つの前記三元触媒による浄化率が５０％以上となる第２の所定範囲に対し、よりリーンに過補正した後に、前記三元触媒上流の空燃比を前記第２の所定範囲に制御することを特徴とする空燃比制御装置。 - 請求項１記載の空燃比制御装置において、
前記三元触媒下流の空燃比検出手段の出力が、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘのうち少なくともいずれか１つの前記三元触媒による浄化率が５０％以上となる第１の所定範囲を逸脱した場合であって、
前記三元触媒下流の空燃比がリーンの場合は、前記三元触媒上流の空燃比をＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘのうち少なくともいずれか１つの前記三元触媒による浄化率が５０％以上となる第２の所定範囲に対し、よりリッチに過補正した後に、前記三元触媒上流の空燃比を前記第２の所定範囲に制御することを特徴とする空燃比制御装置。 - 請求項１あるいは請求項２のいずれかに記載の空燃比制御装置において前記三元触媒上流の空燃比の制御操作量を前記三元触媒の劣化度に基づいて演算することを特徴とする空燃比制御装置。
- 請求項１あるいは請求項２のいずれかに記載の空燃比制御装置において前記三元触媒上流の空燃比の制御操作量を前記三元触媒の温度あるいは前記三元触媒の温度推定値に基づいて演算することを特徴とする空燃比制御装置。
- 請求項１あるいは請求項２に記載の空燃比制御装置において前記三元触媒上流の空燃比の操作量を例えばエンジン冷却水温，回転数，空気量等のエンジンの状態量に基づいて演算することを特徴とする空燃比制御装置。
- 請求項３に記載の空燃比制御装置において、前記劣化度は、前記三元触媒の前後あるいは前記三元触媒内に取り付けた空燃比検出手段により検出された信号出力値に基づいて演算することを特徴とする空燃比制御装置。
- 請求項１あるいは２に記載の空燃比制御装置において、前記三元触媒下流又は上流の空燃比を制御する手段として燃料量又は燃料噴射弁に供給する燃料噴射パルスを制御することを特徴とする空燃比制御装置。
- 請求項１あるいは２に記載の空燃比制御装置において、前記三元触媒下流又は上流の空燃比を制御する手段としてエンジンに流入する空気量を制御することを特徴とする空燃比制御装置。
- 請求項８に記載の空燃比制御装置において前記空気量の制御は、電子制御式スロットル弁又は電子制御式スロットル弁を制御する信号の制御を行うことを特徴とする空燃比制御装置。
- エンジンの排気成分を浄化する三元触媒と、少なくとも前記三元触媒下流の空燃比を検出し、前記三元触媒の上流，下流又は前記三元触媒内の空燃比の少なくともいずれか１つに基づくフィードバック制御によりエンジンに供給すべき燃料量あるいは空気量の少なくともいずれかを制御し、前記検出した前記三元触媒下流の空燃比が、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘのうち少なくともいずれか１つの前記三元触媒による浄化率が５０％以上である第一の所定範囲を逸脱した場合であって、前記三元触媒下流の空燃比がリッチの場合は、前記三元触媒上流の空燃比をＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘのうち少なくともいずれか１つの前記三元触媒による浄化率が５０％以上である第２の所定範囲に対し、よりリーンに過補正した後に、前記三元触媒上流の空燃比を前記第２の所定範囲に制御することを特徴とする空燃比制御方法。
- 請求項１０記載の空燃比制御方法において、
前記検出した前記三元触媒下流の空燃比が、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘのうち少なくともいずれか１つの前記三元触媒による浄化率が５０％以上である第１の所定範囲を逸脱した場合であって、前記三元触媒下流の空燃比がリーンの場合は、前記三元触媒上流の空燃比をＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘのうち少なくともいずれか１つの前記三元触媒による浄化率が５０％以上である第２の所定範囲に対し、よりリッチに過補正した後に、前記三元触媒上流の空燃比を前記第２の所定範囲に制御することを特徴とする空燃比制御方法。
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