図面 (/)

技術 内燃機関の排気浄化装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 林下剛井下憲二
出願日 2019年3月22日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-054443
公開日 2020年9月24日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-153333
状態 未査定
技術分野 排気の後処理 内燃機関の複合的制御 内燃機関に供給する空気・燃料の電気的制御
主要キーワード 初期ばらつき 出力ずれ 算出条件 振動中心 センサ活性 下流側ケーシング 上流側ケーシング 本制御ルーチン
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年9月24日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (14)

課題

触媒酸素吸蔵量をゼロと最大酸素吸蔵量との間で変化させる場合に、排気エミッションが悪化することを抑制する。

解決手段

内燃機関排気浄化装置は、排気通路に配置されると共に酸素吸蔵可能な触媒20と、触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に、触媒から流出する排気ガス空燃比を検出する空燃比検出装置41と、触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御装置31とを備える。空燃比制御装置は、理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で目標空燃比を所定の周期振動させる加振制御を実行し、加振制御において、空燃比検出装置の出力に基づいて目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で交互に切り替える。

概要

背景

従来、酸素吸蔵可能な触媒内燃機関排気通路に配置し、排気ガス中の未燃ガス(HC、CO等)及びNOxを触媒において浄化することが知られている。触媒の酸素吸蔵能力が高いほど触媒に吸蔵可能な酸素の量が多くなり、触媒の排気浄化性能が向上する。

触媒の酸素吸蔵能力を維持するためには、触媒の酸素吸蔵量が一定に維持されないように触媒の酸素吸蔵量を変動させることが望ましい。特許文献1に記載の内燃機関では、触媒の酸素吸蔵量を変動させるために、触媒の排気流れ方向下流側に配置された空燃比センサ下流側空燃比センサ)の出力に基づいて、触媒に流入する排気ガスの目標空燃比理論空燃比よりもリーンリーン空燃比と理論空燃比よりもリッチリッチ空燃比との間で交互に切り替えられる。

具体的には、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられ、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上になったときに目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。したがって、斯かる空燃比制御では、触媒の酸素吸蔵量がゼロと最大酸素吸蔵量との間で変動し、触媒から少量の未燃ガス及びNOxが定期的に排出される。

概要

触媒の酸素吸蔵量をゼロと最大酸素吸蔵量との間で変化させる場合に、排気エミッションが悪化することを抑制する。内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な触媒20と、触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に、触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置41と、触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御装置31とを備える。空燃比制御装置は、理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で目標空燃比を所定の周期振動させる加振制御を実行し、加振制御において、空燃比検出装置の出力に基づいて目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で交互に切り替える。

目的

本発明の目的は、触媒の酸素吸蔵量をゼロと最大酸素吸蔵量との間で変動させる場合に、排気エミッションが悪化することを抑制することにある

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

排気通路に配置されると共に酸素吸蔵可能な触媒と、前記触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に、該触媒から流出する排気ガス空燃比を検出する空燃比検出装置と、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御装置とを備え、前記空燃比制御装置は、理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で前記目標空燃比を所定の周期振動させる加振制御を実行し、該加振制御において、前記空燃比検出装置の出力に基づいて前記目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で交互に切り替える、内燃機関排気浄化装置

技術分野

0001

本発明は内燃機関排気浄化装置に関する。

背景技術

0002

従来、酸素吸蔵可能な触媒を内燃機関の排気通路に配置し、排気ガス中の未燃ガス(HC、CO等)及びNOxを触媒において浄化することが知られている。触媒の酸素吸蔵能力が高いほど触媒に吸蔵可能な酸素の量が多くなり、触媒の排気浄化性能が向上する。

0003

触媒の酸素吸蔵能力を維持するためには、触媒の酸素吸蔵量が一定に維持されないように触媒の酸素吸蔵量を変動させることが望ましい。特許文献1に記載の内燃機関では、触媒の酸素吸蔵量を変動させるために、触媒の排気流れ方向下流側に配置された空燃比センサ下流側空燃比センサ)の出力に基づいて、触媒に流入する排気ガスの目標空燃比理論空燃比よりもリーンリーン空燃比と理論空燃比よりもリッチリッチ空燃比との間で交互に切り替えられる。

0004

具体的には、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられ、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上になったときに目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。したがって、斯かる空燃比制御では、触媒の酸素吸蔵量がゼロと最大酸素吸蔵量との間で変動し、触媒から少量の未燃ガス及びNOxが定期的に排出される。

先行技術

0005

国際公開第2014/118889号

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、初期ばらつき経時劣化等によって、下流側空燃比センサの出力にずれが生じる場合がある。例えば、下流側空燃比センサの出力がリッチ側にずれている場合、下流側空燃比センサによって検出された空燃比がリーン判定空燃比に達するタイミングが遅くなる。この結果、触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に維持される時間が長くなり、触媒から排出されるNOxの量が多くなる。

0007

一方、下流側空燃比センサの出力がリーン側にずれている場合、下流側空燃比センサによって検出された空燃比がリッチ判定空燃比に達するタイミングが遅くなる。この結果、触媒の酸素吸蔵量がゼロに維持される時間が長くなり、触媒から排出される未燃ガスの量が多くなる。

0008

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、触媒の酸素吸蔵量をゼロと最大酸素吸蔵量との間で変動させる場合に、排気エミッションが悪化することを抑制することにある。

課題を解決するための手段

0009

上記課題を解決するために、本発明では、排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な触媒と、前記触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に、該触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置と、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御装置とを備え、前記空燃比制御装置は、理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で前記目標空燃比を所定の周期振動させる加振制御を実行し、該加振制御において、前記空燃比検出装置の出力に基づいて前記目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で交互に切り替える、内燃機関の排気浄化装置が提供される。

発明の効果

0010

本発明によれば、触媒の酸素吸蔵量をゼロと最大酸素吸蔵量との間で変化させる場合に、排気エミッションが悪化することを抑制することができる。

図面の簡単な説明

0011

図1は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。
図2は、三元触媒浄化特性を示す。
図3は、各排気空燃比における印加電圧出力電流との関係を示す図である。
図4は、印加電圧を一定にしたときの排気空燃比と出力電流との関係を示す図である。
図5は、第一実施形態における加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサの出力等のタイムチャートである。
図6は、第一実施形態における加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサの出力等のタイムチャートである。
図7は、第一実施形態における振動中心切替処理制御ルーチンを示すフローチャートである。
図8は、第二実施形態における加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサの出力等のタイムチャートである。
図9は、第二実施形態における振動中心切替処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
図10は、第三実施形態における加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサの出力等のタイムチャートである。
図11は、第三実施形態における振動中心切替処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
図12は、燃料カット制御が実行されるときの下流側空燃比センサの出力のタイムチャートである。
図13は、第四実施形態における応答性算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。

実施例

0012

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

0013

<第一実施形態>
最初に図1図7を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。

0014

<内燃機関全体の説明>
図1は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。図1に示される内燃機関は火花点火式内燃機関である。内燃機関は車両に搭載される。

0015

図1を参照すると、1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダブロック2内で往復動するピストン、4はシリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド、5はピストン3とシリンダヘッド4との間に形成された燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁6は吸気ポート7を開閉し、排気弁8は排気ポート9を開閉する。

0016

図1に示したように、シリンダヘッド4の内壁面の中央部には点火プラグ10が配置され、シリンダヘッド4の内壁面周辺部には燃料噴射弁11が配置される。点火プラグ10は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁11は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室5内に噴射する。本実施形態では、燃料として理論空燃比が14.6であるガソリンが用いられる。

0017

気筒の吸気ポート7はそれぞれ対応する吸気枝管13を介してサージタンク14に連結され、サージタンク14は吸気管15を介してエアクリーナ16に連結される。吸気ポート7、吸気枝管13、サージタンク14、吸気管15等は、空気を燃焼室5に導く吸気通路を形成する。また、吸気管15内には、スロットル弁駆動アクチュエータ17によって駆動されるスロットル弁18が配置される。スロットル弁18は、スロットル弁駆動アクチュエータ17によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。

0018

一方、各気筒の排気ポート9は排気マニホルド19に連結される。排気マニホルド19は、各排気ポート9に連結される複数の枝部と、これら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド19の集合部は、上流側触媒20を内蔵した上流側ケーシング21に連結される。上流側ケーシング21は、排気管22を介して、下流側触媒23を内蔵した下流側ケーシング24に連結される。排気ポート9、排気マニホルド19、上流側ケーシング21、排気管22、下流側ケーシング24等は、燃焼室5における混合気燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路を形成する。

0019

内燃機関の各種制御は電子制御ユニット(ECU)31によって実行される。電子制御ユニット(ECU)31は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バス32を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)33、ROM(リードオンリメモリ)34、CPU(マイクロプロセッサ)35、入力ポート36及び出力ポート37を備える。吸気管15には、吸気管15内を流れる空気の流量を検出するエアフロメータ39が配置され、エアフロメータ39の出力は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。

0020

また、排気マニホルド19の集合部、すなわち上流側触媒20の排気流れ方向上流側には、排気マニホルド19内を流れる排気ガス(すなわち、上流側触媒20に流入する排気ガス)の空燃比を検出する上流側空燃比センサ40が配置される。上流側空燃比センサ40の出力は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。上流側空燃比センサ40は上流側空燃比検出装置の一例である。

0021

また、排気管22内、すなわち上流側触媒20の排気流れ方向下流側には、排気管22内を流れる排気ガス(すなわち、上流側触媒20から流出する排気ガス)の空燃比を検出する下流側空燃比センサ41が配置される。下流側空燃比センサ41の出力は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。下流側空燃比センサ41は下流側空燃比検出装置の一例である。

0022

また、アクセルペダル42には、アクセルペダル42の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ43が接続され、負荷センサ43の出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。クランク角センサ44は例えばクランクシャフトが15度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート36に入力される。CPU35ではクランク角センサ44の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート37は対応する駆動回路45を介して点火プラグ10、燃料噴射弁11及びスロットル弁駆動アクチュエータ17に接続される。

0023

なお、上述した内燃機関は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、内燃機関の構成は、上記構成に限定されるものではない。したがって、気筒配列、燃料の噴射態様吸排気系の構成、動弁機構の構成、過給器の有無のような内燃機関の具体的な構成は、図1に示した構成と異なっていてもよい。例えば、燃料噴射弁11は、吸気ポート7内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、吸気ポート7内に燃料を噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室5内に噴射する筒内噴射弁との二つの燃料噴射弁が内燃機関に設けられていてもよい。

0024

<触媒の説明>
排気通路に配置された上流側触媒20及び下流側触媒23は同様な構成を有する。触媒20、23は、酸素吸蔵可能な触媒であり、例えば三元触媒である。具体的には、触媒20、23は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属(例えば、白金(Pt))及び酸素吸蔵能力を有する助触媒(例えば、セリア(CeO2))を担持させたものである。

0025

図2は、三元触媒の浄化特性を示す。図2に示されるように、触媒20、23による未燃ガス(HC、CO)及び窒素酸化物(NOx)の浄化率は、触媒20、23に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍領域(図2における浄化ウィンドウA)にあるときに非常に高くなる。したがって、触媒20、23は、排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されていると、未燃ガス及びNOxを効果的に浄化することができる。

0026

また、触媒20、23は助触媒によって排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸蔵又は放出する。具体的には、触媒20、23は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには、排気ガス中の過剰な酸素を吸蔵する。一方、触媒20、23は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときには、未燃ガスを酸化させるのに不足している酸素を放出する。この結果、排気ガスの空燃比が理論空燃比から若干ずれた場合であっても、触媒20、23の表面上における空燃比が理論空燃比近傍に維持され、触媒20、23において未燃ガス及びNOxが効果的に浄化される。

0027

なお、触媒20、23は、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有していれば、三元触媒以外の触媒であってもよい。

0028

<空燃比センサの出力特性
次に、図3及び図4を参照して、本実施形態における空燃比センサ40、41の出力特性について説明する。図3は、本実施形態における空燃比センサ40、41の電圧電流(V−I)特性を示す図であり、図4は、印加電圧を一定に維持したときの、空燃比センサ40、41周り流通する排気ガスの空燃比(以下、「排気空燃比」という)と出力電流Iとの関係を示す図である。なお、本実施形態では、両空燃比センサ40、41として同一構成の空燃比センサが用いられる。

0029

図3からわかるように、本実施形態の空燃比センサ40、41では、出力電流Iは、排気空燃比が高くなるほど(リーンになるほど)、大きくなる。また、各排気空燃比におけるV−I線には、V軸にほぼ平行な領域、すなわちセンサ印加電圧が変化しても出力電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図3では、排気空燃比が18であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれW18、I18で示している。したがって、空燃比センサ40、41は限界電流式の空燃比センサである。

0030

図4は、印加電圧を0.45V程度で一定にしたときの、排気空燃比と出力電流Iとの関係を示す図である。図4からわかるように、空燃比センサ40、41では、排気空燃比が高くなるほど(すなわち、リーンになるほど)、空燃比センサ40、41からの出力電流Iが大きくなる。加えて、空燃比センサ40、41は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Iがゼロになるように構成される。したがって、空燃比センサ40、41は排気空燃比を連続的に(リニアに)検出することができる。

0031

なお、上記の例では、空燃比センサ40、41として限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、排気空燃比に対して出力電流がリニアに変化するものであれば、空燃比センサ40、41として、限界電流式ではない空燃比センサ等、如何なる空燃比センサを用いてもよい。また、両空燃比センサ40、41は互いに異なる構造の空燃比センサであってもよい。

0032

<内燃機関の排気浄化装置>
以下、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置(以下、単に「排気浄化装置」という)について説明する。排気浄化装置は、上流側触媒20、下流側触媒23、上流側空燃比センサ40、下流側空燃比センサ41及び空燃比制御装置を備える。本実施形態では、ECU31が空燃比制御装置として機能する。

0033

空燃比制御装置は、上流側触媒20に流入する排気ガス(以下、「流入排気ガス」という)の空燃比を目標空燃比に制御する。具体的には、空燃比制御装置は、目標空燃比を設定すると共に、流入排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように燃焼室5に供給する燃料量を制御する。本実施形態では、空燃比制御装置は、上流側空燃比センサ40の出力空燃比が目標空燃比に一致するように燃焼室5に供給する燃料量をフィードバック制御する。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力に相当する空燃比、すなわち空燃比センサによって検出される空燃比を意味する。

0034

上流側触媒20の酸素吸蔵能力を維持するためには、上流側触媒20の酸素吸蔵量が一定に維持されないように上流側触媒20の酸素吸蔵量を変動させることが望ましい。このため、空燃比制御装置は、上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロと最大酸素吸蔵量との間で変動するように流入排気ガスの目標空燃比を設定する。

0035

具体的には、空燃比制御装置は、理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で目標空燃比を所定の周期で振動させる加振制御を実行する。所定の周期は例えば数百msである。

0036

加振制御における目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリッチな空燃比であるときには、上流側触媒20の酸素吸蔵量に吸蔵される酸素の量よりも上流側触媒20から放出される酸素の量が多くなるため、上流側触媒20の酸素吸蔵量は徐々に減少する。一方、加振制御における目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリーンな空燃比であるときには、上流側触媒20の酸素吸蔵量から放出される酸素の量よりも上流側触媒20に吸蔵される酸素の量が多くなるため、上流側触媒20の酸素吸蔵量は徐々に増加する。

0037

このため、空燃比制御装置は、加振制御における目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリッチな空燃比にするリッチ側加振制御を実行することによって、上流側触媒20の酸素吸蔵量を徐々に減少させてゼロにすることができる。一方、空燃比制御装置は、加振制御における目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリーンな空燃比にするリーン側加振制御を実行することによって、上流側触媒20の酸素吸蔵量を徐々に増加させて最大酸素吸蔵量にすることができる。

0038

上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロであるときに理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが上流側触媒20に流入すると、上流側触媒20から未燃ガスが流出する。一方、上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量であるときに理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが上流側触媒20に流入すると、上流側触媒20からNOxが流出する。

0039

加振制御では、目標空燃比が理論空燃比を跨いで変動するため、上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロ又は最大酸素吸蔵量に達するときに、未燃ガス又はNOxが上流側触媒20から瞬間的に流出する。このため、目標空燃比が理論空燃比よりもリーン又はリッチな空燃比に維持される場合と比べて、上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロ又は最大酸素吸蔵量に達するときの排気エミッションの悪化を抑制することができる。

0040

しかしながら、リッチ側加振制御が実行され続けると、上流側触媒20から流出する未燃ガスの量が徐々に増加する。一方、リーン側加振制御が実行され続けると、上流側触媒20から流出するNOxの量が徐々に増加する。このため、上流側触媒20の酸素吸蔵能力の低下を抑制しつつ、排気エミッションの悪化を抑制するためには、適切なタイミングで目標空燃比の振動中心を切り替える必要がある。

0041

上流側触媒20の酸素吸蔵状態を把握して適切なタイミングで目標空燃比の振動中心を切り替えるために、下流側空燃比センサ41を用いることが考えられる。リッチ側加振制御において上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロに達すると、下流側空燃比センサ41の出力(出力電流)が負となる。すなわち、下流側空燃比センサ41によって理論空燃比よりもリッチな空燃比が検出される。一方、リーン側加振制御において上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達すると、下流側空燃比センサ41の出力が正となる。すなわち、下流側空燃比センサ41によって理論空燃比よりもリーンな空燃比が検出される。

0042

しかしながら、初期ばらつきや経時劣化等によって、下流側空燃比センサ41の出力にずれが生じる場合がある。この場合、下流側空燃比センサ41の出力に対応する空燃比に誤差が生じる。

0043

これに対して、加振制御では、目標空燃比が理論空燃比を跨いで変動するため、上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロ又は最大酸素吸蔵量に達するとき、下流側空燃比センサ41の出力が増減しながら変化する。このときの出力波形は、下流側空燃比センサ41の出力ずれの影響を受けにくい。

0044

このため、空燃比制御装置は、加振制御を実行し、加振制御において、下流側空燃比センサ41の出力に基づいて目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリーンな空燃比と理論空燃比よりもリッチな空燃比との間で交互に切り替える。このことによって、上流側触媒20の酸素吸蔵量をゼロと最大酸素吸蔵量との間で変動させる場合に、排気エミッションが悪化することを抑制することができる。

0045

図5は、第一実施形態における加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサ40の出力、下流側空燃比センサ41の出力、上流側触媒20の酸素吸蔵量及び排気エミッションのタイムチャートである。上流側空燃比センサ40の出力は、上流側触媒20において浄化される前の排気ガスの空燃比を示すので、流入排気ガスの目標空燃比と同様に変化する。

0046

この例では、最初に、上流側空燃比センサ40の出力(出力電流)の振動中心が正の値になっている。すなわち、目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリーンになっており、リーン側加振制御が実行されている。リーン側加振制御では、上流側触媒20の酸素吸蔵量が変動しながら徐々に増加する。

0047

リーン側加振制御において上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するとき、下流側空燃比センサ41の出力は、ゼロと正の値との間で変動し、上に凸の山型になる。この例では、下流側空燃比センサ41の出力において3つの山が発生したときに、目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリーン側加振制御からリッチ側加振制御に切り替えられる。

0048

リッチ側加振制御では、上流側空燃比センサ40の出力の振動中心が負の値となり、上流側触媒20の酸素吸蔵量が変動しながら徐々に減少する。本実施形態では、リーン側加振制御及びリッチ側加振制御において、目標空燃比の振幅及び振動周期は等しい。また、リーン側加振制御における目標空燃比の振幅の最大値リーン度合(理論空燃比との差)は、リッチ側加振制御における目標空燃比の振幅の最大値のリーン度合よりも大きい。一方、リーン側加振制御における目標空燃比の振幅の最小値リッチ度合(理論空燃比との差)は、リッチ側加振制御における目標空燃比の振幅の最小値のリッチ度合よりも小さい。

0049

リッチ側加振制御において上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロに達するとき、下流側空燃比センサ41の出力は、ゼロと負の値との間で変動し、下に凸の山型になる。この例では、下流側空燃比センサ41の出力において3つの山が発生したときに、目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリッチ側加振制御からリーン側加振制御に切り替えられる。以下、同様に、空燃比制御がリーン側加振制御とリッチ側加振制御との間で交互に切り替えられる。

0050

なお、図5に示された上流側触媒20の酸素吸蔵量は、上流側空燃比センサ40の出力に基づいて算出された値である。このため、リーン側加振制御において、上流側触媒20の酸素吸蔵量の値が一時的に最大酸素吸蔵量よりも多くなっているが、このときの実際の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量となる。また、リッチ側加振制御において、上流側触媒20の酸素吸蔵量の値が一時的にゼロよりも少なくなっているが、このときの実際の酸素吸蔵量はゼロとなる。

0051

本実施形態では、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ41の出力における山の数が所定数図5の例では3)に達したときに、目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で切り替える。下流側空燃比センサ41の出力における山の数は、下流側空燃比センサ41の出力の微分値に基づいて判別可能である。

0052

このため、本実施形態において、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ41の出力の微分値に基づいて、目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で交互に切り替える。具体的には、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が連続的に反転した回数が第1閾値に達したときに目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で切り替える。第1閾値は、目標空燃比の振動中心を切り替えるための判定に用いられる下流側空燃比センサ41の出力における山の数に設定される。図5の例では、山の数が3であるため、第1閾値は3になる。

0053

以下、図6を参照して、目標空燃比の振動中心を切り替えるタイミングを詳細に説明する。図6は、第一実施形態における加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサ40の出力、下流側空燃比センサ41の出力、下流側空燃比センサ41の出力の微分値及び第1カウント値のタイムチャートである。下流側空燃比センサ41の出力の微分値は、下流側空燃比センサ41の出力を時間微分した値である。すなわち、下流側空燃比センサ41の出力の微分値は、下流側空燃比センサ41の出力の時間変化率である。第1カウント値は、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が連続的に反転した回数を示す。

0054

図6の例では、時刻t0において、リーン側加振制御が実行されている。時刻t0の後、上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達し、下流側空燃比センサ41の出力が上に凸の山型となる。一つ目の山の頂点に相当する時刻t1において、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が正から負となる。すなわち、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が反転する。この結果、時刻t1において、第1カウント値に1が加算され、第1カウント値が1となる。

0055

時刻t1の後、下流側空燃比センサ41の出力において二つ目の山が発生したことに伴い、二つ目の山の頂点に相当する時刻t2において、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が正から負となる。すなわち、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が反転する。この結果、時刻t2において、第1カウント値に1が加算され、第1カウント値が2となる。

0056

時刻t2の後、下流側空燃比センサ41の出力において三つ目の山が発生したことに伴い、三つ目の山の頂点に相当する時刻t3において、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が正から負となる。すなわち、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が反転する。この結果、時刻t3において、第1カウント値に1が加算され、第1カウント値が3となる。

0057

時刻t3において、第1カウント値が第1閾値(図6の例では3)に達したため、目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリーン側加振制御からリッチ側加振制御に切り替えられる。その後、第1カウント値はゼロにリセットされる。

0058

時刻t3の後、外乱によるノイズが発生した結果、時刻t4において、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が負から正となっている。すなわち、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が反転している。この結果、時刻t4において、第1カウント値に1が加算され、第1カウント値が1となる。しかしながら、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が連続的に反転しなかったため、時刻t5において第1カウント値がゼロにリセットされる。

0059

時刻t5の後、上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロに達し、下流側空燃比センサ41の出力が下に凸の山型となる。一つ目の山の頂点に相当する時刻t6において、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が負から正となる。すなわち、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が反転する。この結果、時刻t6において、第1カウント値に1が加算され、第1カウント値が1となる。

0060

時刻t6の後、下流側空燃比センサ41の出力において二つ目の山が発生したことに伴い、二つ目の山の頂点に相当する時刻t7において、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が負から正となる。すなわち、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が反転する。この結果、時刻t2において、第1カウント値に1が加算され、第1カウント値が2となる。

0061

時刻t7の後、下流側空燃比センサ41の出力において三つ目の山が発生したことに伴い、三つ目の山の頂点に相当する時刻t8において、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が負から正となる。すなわち、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が反転する。この結果、時刻t8において、第1カウント値に1が加算され、第1カウント値が3となる。

0062

時刻t8において、第1カウント値が第1閾値(図6の例では3)に達したため、目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリッチ側加振制御からリーン側加振制御に切り替えられる。その後、第1カウント値はゼロにリセットされる。

0063

<振動中心切替処理>
図7は、第一実施形態における振動中心切替処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関の始動後、空燃比制御装置(本実施形態ではECU31)によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。

0064

最初に、ステップS101において加振制御中であるか否かが実行される。加振制御は、例えば、内燃機関の始動後、所定の実行条件が満たされているときに実行される。例えば、所定の条件は、上流側触媒20及び下流側触媒23の温度が所定の触媒活性温度以上であること、上流側空燃比センサ40及び下流側空燃比センサ41の温度が所定のセンサ活性温度以上であること等である。

0065

ステップS101において加振制御中ではないと判定された場合、本制御ルーチンはステップS108に進む。ステップS108では、第1カウント値C1がゼロにリセットされる。ステップS108の後、本制御ルーチンは終了する。

0066

一方、ステップS101において加振制御中であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS102に進む。ステップS102では、第1カウント値C1が1以上であるか否かが判定される。第1カウント値C1が1以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS103に進む。

0067

ステップS103では、第1カウント値C1が現在値に設定されてから所定時間が経過したか否かが判定される。例えば、第1カウント値C1が1である場合、第1カウント値C1が1に設定されてから所定時間が経過したか否かが判定される。所定時間は、予め定められ、下流側空燃比センサ41の出力における山の発生間隔よりも僅かに長い時間に設定される。

0068

第1カウント値C1が現在値に設定されてから所定時間が経過したと判定された場合、本制御ルーチンはステップS108に進む。この場合、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が連続的に反転しなかったため、ステップS108において第1カウント値C1がゼロにリセットされる。ステップS108の後、本制御ルーチンは終了する。

0069

一方、第1カウント値C1が現在値に設定されてから所定時間が経過していないと判定された場合、本制御ルーチンはステップS104に進む。また、ステップS102において第1カウント値C1がゼロであると判定された場合には、本制御ルーチンはステップS103をスキップしてステップS104に進む。

0070

ステップS104では、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が反転したか否かが判定される。出力の微分値の正負が反転しなかったと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、出力の微分値の正負が反転したと判定された場合、本制御ルーチンはステップS105に進む。

0071

ステップS105では、第1カウント値C1に1が加算される。次いで、ステップS106において、第1カウント値C1が第1閾値TH1以上であるか否かが判定される。第1閾値TH1は、目標空燃比の振動中心を切り替えるための判定に用いられる下流側空燃比センサ41の出力における山の数に設定され、具体的には1以上の整数に設定される。

0072

ステップS106において第1カウント値C1が第1閾値TH1未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップS106において第1カウント値C1が第1閾値TH1以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS107に進む。

0073

ステップS107では、目標空燃比の振動中心が切り替えられる。具体的には、現在の目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリッチな空燃比である場合には、この空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に目標空燃比の振動中心が切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリッチ側加振制御からリーン側加振制御に切り替えられる。一方、現在の振動中心が理論空燃比よりもリーンな空燃比である場合には、この空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に振動中心が切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリーン側加振制御からリッチ側加振制御に切り替えられる。

0074

次いで、ステップS108において、第1カウント値C1がゼロにリセットされる。ステップS108の後、本制御ルーチンは終了する。

0075

<第二実施形態>
第二実施形態における内燃機関の排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における内燃機関の排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。

0076

第二実施形態においても、第一実施形態と同様に、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ41の出力の微分値に基づいて、目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で交互に切り替える。具体的には、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が正の所定値まで上昇した回数と、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が負の所定値まで低下した回数との合計が第2閾値に達したときに目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で切り替える。第2閾値は、目標空燃比の振動中心を切り替えるための判定に用いられる下流側空燃比センサ41の出力における山の数の二倍に設定される。図5の例では、山の数が3であるため、第2閾値は6になる。

0077

以下、図8を参照して、目標空燃比の振動中心を切り替えるタイミングを詳細に説明する。図8は、第二実施形態における加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサ40の出力、下流側空燃比センサ41の出力、下流側空燃比センサ41の出力の微分値及び第2カウント値のタイムチャートである。下流側空燃比センサ41の出力の微分値は、下流側空燃比センサ41の出力を時間微分した値である。すなわち、下流側空燃比センサ41の出力の微分値は、下流側空燃比センサ41の出力の時間変化率である。第2カウント値は、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が正の所定値まで上昇した回数と、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が負の所定値まで低下した回数との合計を示す。

0078

図8の例では、時刻t0において、リーン側加振制御が実行されている。時刻t0の後、上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達し、下流側空燃比センサ41の出力が上に凸の山型となる。

0079

下流側空燃比センサ41の出力において一つ目の山が発生したことに伴い、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が、時刻t1において正の所定値PVに達し、時刻t2において負の所定値NVに達する。この結果、時刻t1において、第2カウント値に1が加算され、第2カウント値が1となり、時刻t2において、第2カウント値に1が加算され、第2カウント値が2となる。

0080

時刻t2の後、下流側空燃比センサ41の出力において二つ目の山が発生したことに伴い、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が、時刻t3において正の所定値PVに達し、時刻t4において負の所定値NVに達する。この結果、時刻t3において、第2カウント値に1が加算され、第2カウント値が3となり、時刻t4において、第2カウント値に1が加算され、第2カウント値が4となる。

0081

時刻t4の後、下流側空燃比センサ41の出力において三つ目の山が発生したことに伴い、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が、時刻t5において正の所定値PVに達し、時刻t6において負の所定値NVに達する。この結果、時刻t5において、第2カウント値に1が加算され、第2カウント値が5となり、時刻t6において、第2カウント値に1が加算され、第2カウント値が6となる。

0082

時刻t6において、第2カウント値が第2閾値(図6の例では6)に達したため、目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリーン側加振制御からリッチ側加振制御に切り替えられる。その後、第2カウント値はゼロにリセットされる。

0083

時刻t6の後、時刻t7から時刻t8までの間、下流側空燃比センサ41の出力の微分値に外乱によるノイズが発生している。しかしながら、このとき、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が正の所定値PV及び負の所定値NVに達していないため、第2カウント値はゼロに維持される。

0084

時刻t8の後、上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロに達し、下流側空燃比センサ41の出力が下に凸の山型となる。下流側空燃比センサ41の出力において一つ目の山が発生したことに伴い、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が、時刻t9において負の所定値NVに達し、時刻t10において正の所定値PVに達する。この結果、時刻t9において、第2カウント値に1が加算され、第2カウント値が1となり、時刻t10において、第2カウント値に1が加算され、第2カウント値が2となる。

0085

時刻t10の後、下流側空燃比センサ41の出力において二つ目の山が発生したことに伴い、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が、時刻t11において負の所定値NVに達し、時刻t12において正の所定値PVに達する。この結果、時刻t11において、第2カウント値に1が加算され、第2カウント値が3となり、時刻t12において、第2カウント値に1が加算され、第2カウント値が4となる。

0086

時刻t12の後、下流側空燃比センサ41の出力において三つ目の山が発生したことに伴い、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が、時刻t13において負の所定値NVに達し、時刻t14において正の所定値PVに達する。この結果、時刻t13において、第2カウント値に1が加算され、第2カウント値が5となり、時刻t14において、第2カウント値に1が加算され、第2カウント値が6となる。

0087

時刻t14において、第2カウント値が第2閾値(図6の例では6)に達したため、目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリッチ側加振制御からリーン側加振制御に切り替えられる。その後、第2カウント値はゼロにリセットされる。

0088

<振動中心切替処理>
図9は、第二実施形態における振動中心切替処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関の始動後、空燃比制御装置(本実施形態ではECU31)によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。

0089

最初に、ステップS201において、図7のステップS101と同様に、加振制御中であるか否かが判定される。加振制御中ではないと判定された場合、本制御ルーチンはステップS207に進む。ステップS207では、第2カウント値C2がゼロにリセットされる。ステップS207の後、本制御ルーチンは終了する。

0090

一方、ステップS201において加振制御中であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS202に進む。ステップS202では、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が正の所定値まで上昇したか否かが判定される。正の所定値は、予め定められ、上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロ又は最大酸素吸蔵量に達するときに下流側空燃比センサ41の出力の微分値が達するような値に設定される。

0091

ステップS202において下流側空燃比センサ41の出力の微分値が正の所定値まで上昇しなかったと判定された場合、本制御ルーチンはステップS203に進む。ステップS203では、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が負の所定値まで低下したか否かが判定される。負の所定値は、予め定められ、上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロ又は最大酸素吸蔵量に達するときに下流側空燃比センサ41の出力の微分値が達するような値に設定される。本実施形態では、負の所定値の絶対値は正の所定値の絶対値に等しい。

0092

ステップS203において下流側空燃比センサ41の出力の微分値が負の所定値まで低下しなかったと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップS203において下流側空燃比センサ41の出力の微分値が負の所定値まで低下したと判定された場合、本制御ルーチンはステップS204に進む。また、ステップS202において下流側空燃比センサ41の出力の微分値が正の所定値まで上昇したと判定された場合、本制御ルーチンはステップS203をスキップしてステップS204に進む。

0093

ステップS204では、第2カウント値C2に1が加算される。次いで、ステップS205において、第2カウント値C2が第2閾値TH2以上であるか否かが判定される。第2閾値TH2は、目標空燃比の振動中心を切り替えるための判定に用いられる下流側空燃比センサ41の出力における山の数の二倍に設定され、具体的には2以上の偶数に設定される。

0094

ステップS205において第2カウント値C2が第2閾値TH2未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップS205において第2カウント値C2が第2閾値TH2以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS206に進む。

0095

ステップS206では、目標空燃比の振動中心が切り替えられる。具体的には、現在の目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリッチな空燃比である場合には、この空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に目標空燃比の振動中心が切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリッチ側加振制御からリーン側加振制御に切り替えられる。一方、現在の振動中心が理論空燃比よりもリーンな空燃比である場合には、この空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に振動中心が切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリーン側加振制御からリッチ側加振制御に切り替えられる。

0096

次いで、ステップS207において、第2カウント値C2がゼロにリセットされる。ステップS207の後、本制御ルーチンは終了する。

0097

なお、ステップS203が省略され、ステップS202の判定が否定された場合に本制御ルーチンは終了してもよい。すなわち、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が正の所定値まで上昇した回数が第2閾値に達したときに目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で切り替えてもよい。この場合、第2閾値は、目標空燃比の振動中心を切り替えるための判定に用いられる下流側空燃比センサ41の出力における山の数に設定される。

0098

また、ステップS202が省略されてもよい。すなわち、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が負の所定値まで低下した回数が第2閾値に達したときに目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で切り替えてもよい。この場合、第2閾値は、目標空燃比の振動中心を切り替えるための判定に用いられる下流側空燃比センサ41の出力における山の数に設定される。

0099

<第三実施形態>
第三実施形態における内燃機関の排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における内燃機関の排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第三実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。

0100

図5から分かるように、上流側触媒20から流出するNOxの量は、リーン側加振制御において上流側触媒20の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達する回数が増えるにつれて多くなる。言い換えれば、上流側触媒20から流出するNOxの量は、リーン側加振制御において、下流側空燃比センサ41の出力における山が発生する回数が増えるにつれて多くなる。

0101

同様に、上流側触媒20から流出する未燃ガスの量は、リッチ側加振制御において上流側触媒20の酸素吸蔵量がゼロに達する回数が増えるにつれて多くなる。言い換えれば、上流側触媒20から流出する未燃ガスの量は、リッチ側加振制御において、下流側空燃比センサ41の出力における山が発生する回数が増えるにつれて多くなる。

0102

そこで、第三実施形態では、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ41の出力において山が検出されたときに、目標空燃比の振動中心を理論空燃比に近付ける。言い換えれば、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が反転したときに、目標空燃比の振動中心を理論空燃比に近付ける。このことによって、上流側触媒20の酸素吸蔵量をゼロと最大酸素吸蔵量との間で変動させる場合に、排気エミッションが悪化することをより一層抑制することができる。

0103

図10は、第三実施形態における加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサ40の出力、下流側空燃比センサ41の出力、下流側空燃比センサ41の出力の微分値及び第1カウント値のタイムチャートである。下流側空燃比センサ41の出力の微分値は、下流側空燃比センサ41の出力を時間微分した値である。すなわち、下流側空燃比センサ41の出力の微分値は、下流側空燃比センサ41の出力の時間変化率である。第1カウント値は、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が連続的に反転した回数を示す。

0104

図10の例では、リーン側加振制御中の時刻t1において、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が反転し、下流側空燃比センサ41の出力において山が検出されている。このため、時刻t1において、第1カウント値が1となり、目標空燃比の振動中心が理論空燃比に近付けられる。すなわち、リーン側加振制御において、目標空燃比の振動中心のリーン度合が小さくされる。

0105

時刻t1の後、時刻t2において、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が反転し、下流側空燃比センサ41の出力において山が検出されている。このため、時刻t2において、第1カウント値が2となり、目標空燃比の振動中心が理論空燃比に近付けられる。すなわち、リーン側加振制御において、目標空燃比の振動中心のリーン度合が小さくされる。

0106

時刻t2の後、時刻t3において、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が反転し、第1カウント値が第1閾値(図10の例では3)に達する。この結果、目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリーン側加振制御からリッチ側加振制御に切り替えられる。その後、第1カウント値はゼロにリセットされる。

0107

時刻t3の後、リッチ側加振制御中の時刻t4において、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が反転し、下流側空燃比センサ41の出力において山が検出されている。このため、時刻t4において、第1カウント値が1となり、目標空燃比の振動中心が理論空燃比に近付けられる。すなわち、リッチ側加振制御において、目標空燃比の振動中心のリッチ度合が小さくされる。

0108

時刻t4の後、時刻t5において、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が反転し、下流側空燃比センサ41の出力において山が検出されている。このため、時刻t5において、第1カウント値が2となり、目標空燃比の振動中心が理論空燃比に近付けられる。すなわち、リッチ側加振制御において、目標空燃比の振動中心のリッチ度合が小さくされる。

0109

時刻t5の後、時刻t6において、下流側空燃比センサ41の出力の微分値の正負が反転し、第1カウント値が第1閾値(図10の例では3)に達する。この結果、目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリッチ側加振制御からリーン側加振制御に切り替えられる。その後、第1カウント値はゼロにリセットされる。

0110

<振動中心切替処理>
図11は、第三実施形態における振動中心切替処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関の始動後、空燃比制御装置(本実施形態ではECU31)によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。

0111

ステップS301〜ステップS308は、図7のステップS101〜ステップS108と同様であることから説明を省略する。

0112

本制御ルーチンでは、ステップS306において第1カウント値C1が第1閾値TH1未満であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS309に進む。ステップS309では、目標空燃比の振動中心が理論空燃比に近付けられる。具体的には、現在の振動中心が理論空燃比よりもリーンな空燃比である場合には、すなわちリーン側加振制御が実行されている場合には、振動中心のリーン度合が小さくされる。一方、現在の振動中心が理論空燃比よりもリッチな空燃比である場合には、すなわちリッチ側加振制御が実行されている場合には、振動中心のリッチ度合が小さくされる。ステップS309の後、本制御ルーチンは終了する。

0113

<第四実施形態>
第四実施形態における内燃機関の排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における内燃機関の排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第四実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。

0114

下流側空燃比センサ41は、経年劣化被毒等によってその応答性が変化する。上述したような方法で目標空燃比の振動中心を切り替える場合、下流側空燃比センサ41の応答性が遅くなると、振動中心の切り替えタイミングが遅くなる。リーン側加振制御からリッチ側加振制御に切り替えるタイミングが遅れると、上流側触媒20から流出するNOxの量が多くなる。一方、リッチ側加振制御からリーン側加振制御に切り替えるタイミングが遅れると、上流側触媒20から流出する未燃ガスの量が多くなる。

0115

そこで、第四実施形態では、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ41の応答性を算出し、下流側空燃比センサ41の応答性が相対的に遅い場合には、下流側空燃比センサ41の応答性が相対的に速い場合に比べて、第1閾値を小さくする。このことによって、下流側空燃比センサ41の応答性が遅くなったときに排気エミッションが悪化することを抑制することができる。

0116

空燃比制御装置は公知の方法によって下流側空燃比センサ41の応答性を算出する。例えば、空燃比制御装置は、燃料室5への燃料供給を停止する燃料カット制御中の下流側空燃比センサ41の出力に基づいて下流側空燃比センサ41の応答性を算出する。

0117

図12は、燃料カット制御が実行されるときの下流側空燃比センサ41の出力のタイムチャートである。この例では、時刻t1において燃料カット制御が開始されている。燃料カット制御が開始されると、下流側空燃比センサ41に大量の酸素が供給される。このため、下流側空燃比センサ41の出力が上昇し、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーンとなる。

0118

燃料カット制御中に下流側空燃比センサ41の出力が上昇するとき、下流側空燃比センサ41の応答性が速いほど、下流側空燃比センサ41の出力の時間変化率が大きくなる。このため、燃料カット制御中の下流側空燃比センサ41の出力の時間変化率に基づいて下流側空燃比センサ41の応答性を算出することができる。

0119

<応答性算出処理>
図13は、第四実施形態における応答性算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関の始動後、空燃比制御装置(本実施形態ではECU31)によって実行される。

0120

最初に、ステップS401において、応答性算出条件成立しているか否かが判定される。例えば、燃料カット制御が実行されている場合に応答性算出条件が成立していると判定され、燃料カット制御が実行されていない場合に応答性算出条件が成立していないと判定される。ステップS401において応答性算出条件が成立していないと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。

0121

一方、応答性算出条件が成立していると判定された場合、本制御ルーチンはステップS402に進む。ステップS402では公知の方法によって下流側空燃比センサ41の応答性が算出される。例えば、燃料カット制御中の下流側空燃比センサ41の出力に基づいて下流側空燃比センサ41の応答性が算出される。

0122

次いで、ステップSS403において、ステップS402において算出された下流側空燃比センサ41の応答性に基づいて第1閾値TH1が算出される。例えば、下流側空燃比センサ41の応答性と第1閾値TH1との対応関係を示すマップを用いて第1閾値TH1が算出される。マップは、下流側空燃比センサ41の応答性が遅くなるにつれて第1閾値TH1が小さくなるように作成される。ステップS403の後、本制御ルーチンは終了する。

0123

また、第一実施形態と同様に、図7の振動中心切替処理の制御ルーチンが実行される。このとき、図7のステップS106では、図13のステップS403において算出された第1閾値TH1が用いられる。

0124

<その他の実施形態>
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。

0125

例えば、排気浄化装置は、上流側空燃比検出装置として、上流側空燃比センサ40の代わりに、流入排気ガスの空燃比がリッチ又はリーンであることを検出する酸素センサを備えていてもよい。また、排気浄化装置は、下流側空燃比検出装置として、下流側空燃比センサ41の代わりに、流入排気ガスの空燃比がリッチ又はリーンであることを検出する酸素センサを備えていてもよい。

0126

また、上流側空燃比センサ40が排気浄化装置から省略され、下流側空燃比センサ41の出力のみに基づいて加振制御が行われてもよい。この場合、上流側空燃比センサ40の出力に基づいて燃焼室5に供給する燃料量をフィードバック制御する代わりに、燃焼室5に供給される燃料と空気との比率が目標空燃比に一致するように、燃焼室5に供給する燃料量が制御される。具体的には、吸入空気量と目標空燃比とから算出された燃料量が燃焼室5に供給される。

0127

また、下流側触媒23は排気浄化装置から省略されてもよい。また、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ41の出力における変曲点又は谷の数が所定数に達したときに、目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で切り替えてもよい。

0128

また、上述した実施形態は、任意に組み合わせて実施可能である。例えば、第二実施形態は第三実施形態又は第四実施形態と組合せ可能である。

0129

第二実施形態が第三実施形態と組み合わされる場合、図9の制御ルーチンにおいて、第2カウント値が偶数であり且つステップS205の判定が否定された場合に、図11のステップS309が実行される。すなわち、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が正の所定値まで上昇し且つ下流側空燃比センサ41の出力の微分値が負の所定値まで低下したときに、目標空燃比の振動中心を理論空燃比に近付ける。また、図9のステップS203が省略され、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が正の所定値まで上昇したときに、目標空燃比の振動中心を理論空燃比に近付けてもよい。また、図9のステップS202が省略され、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ41の出力の微分値が負の所定値まで低下したときに、目標空燃比の振動中心を理論空燃比に近付けてもよい。

0130

また、第二実施形態が第四実施形態と組み合わされる場合、図13のステップS403において下流側空燃比センサ41の応答性に基づいて第2閾値TH2が第1閾値TH1と同様に算出され、算出された第2閾値TH2が図9のステップS205において用いられる。

0131

また、第三実施形態が第四実施形態と組み合わされる場合、図13のステップS403において算出された第1閾値TH1が図11のステップS306において用いられる。

0132

20上流側触媒
22排気管
31 ECU
41 下流側空燃比センサ

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ