エンジン制御装置

【目的】車両用触媒の診断時における排気ガス成分中のＮＯｘ量を低減すること。
【構成】燃料噴射量計算手段１１からの信号を、出力手段１２を通して燃料噴射弁に送り燃料を噴射し、触媒上流の酸素濃度センサ信号から空燃比フィードバック計算手段１３を通して、空燃比が常に理論空燃比付近で摂動するエンジンシステムにおいて、触媒の上流と下流に取り付けた酸素濃度センサの出力信号から触媒の劣化を判定する触媒診断手段１４を設け、少なくとも排気ガス成分中のＮＯｘ量を低減する効果をもたらす点火時期計算手段１５及びＥＧＲ量計算手段１６を設ける。
【効果】車両用触媒の診断時における排気ガス成分中のＮＯｘ量を低減できる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、車両用触媒の劣化診断時における排気ガス成分のＮＯｘを低減するエンジン制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】触媒の劣化診断をする方法として、触媒の上流と下流に取り付けた酸素濃度センサを使用する方法がある。これは触媒の上流と下流に取り付けた酸素濃度センサからの信号の類似性を診ることによって触媒の劣化診断をしようとするものである。しかし、単にこの方法では、触媒が劣化しても、触媒下流に取り付けた酸素濃度センサの信号がハイレベル（リッチ：空燃比が濃い状態）付近でしか摂動しないため、類似性が抽出できない。そのため、触媒下流に取り付けた酸素濃度センサの出力信号が触媒上流に取り付けた酸素濃度センサの出力信号と類似性がとれるレベルにシフトする最適な空燃比を燃料噴射量を制御して実現する。こうすることによって、触媒上流の酸素濃度センサ信号と触媒下流の酸素濃度センサ信号の類似性から触媒の劣化診断が可能になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、触媒診断時、空燃比をリーン側に移動させ、触媒診断を行う。しかし、空燃比をリーン側に移動させると、三元触媒の空燃比特性上、NOxの浄化率が低下する。そこで、本発明はこの触媒診断時のＮＯｘの発生を低減することを課題とした。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記触媒診断時のＮＯｘの発生を点火時期及びＥＧＲ量を制御することによって低減させ、浄化率が低下してもＮＯｘの排出量を少なくする。
【０００５】
【作用】点火時期制御で、ＮＯｘの生成を抑制するためには、点火時期を遅らせる必要がある。これは点火時期の遅延に従って、燃焼ガス温度が低下するためである。また、ＥＧＲ(排気ガス再循環：Exhaust Gas Recirculation）は混合気に空気中のＮ₂に比べて熱容量の大きいＣＯ₂ガスを含む排気ガスを適度に混入すると、同じ発熱量の燃焼を行っても、排出ガスを混入しない場合に比べて燃焼温度が下がりＮＯｘの生成を抑制できる。
【０００６】上記より、触媒診断時に点火時期制御及びＥＧＲ制御を行い、ＮＯｘの生成を低減する。
【０００７】
【実施例】図１に本発明の構成図を示す。まず、前提となる制御システムについて説明する。燃料噴射量計算手段１１はエンジンの負荷（例として吸入空気量Ｑａ）をセンサ１７で検出し、この値とセンサ１８で検出した回転数Ｎｅに基づいて下記の数１に従って基本噴射量Ｆ₀を求める。
【０００８】
【数１】

【０００９】空燃比フィードバック計算手段１３は触媒の上流に取り付けられた酸素濃度センサの出力を所定のタイミングでサンプリングし、その検出値に応じて補正信号αを発生する。
【００１０】上記燃料噴射量計算手段１１は基本噴射量Ｆ₀に補正信号αを加味し燃料噴射量Ｆを求める（数２）。そして、これを出力手段１２で電圧ディーティ信号に変換して燃料噴射弁に印加する。
【００１１】
【数２】

【００１２】このような制御法により、触媒の上流では常に空燃比が理論空燃比付近で摂動している。
【００１３】本実施例は上記制御システムにおいて、触媒前後に取り付けた酸素濃度センサ信号の類似度から触媒診断を行う方法を対象にしている。では、この触媒診断手段１４を図２を用いて簡単に説明する。
【００１４】この触媒診断手段１４は触媒前後に取り付けた酸素濃度センサ信号の相関をとり、その類似性から劣化判定を行う。一般に触媒が劣化してくると前酸素濃度センサの信号と後酸素濃度センサの信号が類似してくる。しかし、図２に示した様に触媒が劣化しても触媒下流の酸素濃度センサの信号はリッチ付近でしか摂動せず、このような状態で相関をとっても類似性が高くならない。そこで、空燃比を故意にリーンに移動（以下リーンシフトと呼ぶ）させ、触媒下流の酸素濃度センサの信号を理論空燃比付近で摂動させる。こうして相関をとることによって、触媒劣化時の触媒上流の酸素濃度センサの信号と下流の酸素濃度センサの信号の類似性を高くとることができる。以上が本触媒診断方法であるが、ここである問題が出てくる。
【００１５】それは空燃比を故意にリーンシフトするために、図３に示した三元触媒の空燃比特性上、ＮＯｘの浄化率が低下することである。そこで、本特許では上記触媒診断時のＮＯｘの発生をおさえるために、点火時期制御及びＥＧＲ制御を行う。以下、この点火時期制御及びＥＧＲ制御方法について説明する。
【００１６】まず点火時期制御であるが、点火時期とＮＯｘの発生との関係を示すと図４になる。これは点火時期を遅らせるに従って、直線的に燃焼ガス温度が低下するためであり、点火時期を遅らせることによって、ＮＯｘの排出量をおさえることができる。ただし、点火時期を遅らせると燃料消費量が極端に悪くなるため、実際の触媒診断時にはリーンシフト量に比例した程度に点火時期を遅らせる。
【００１７】次にＥＧＲ制御について説明する。これは混合気に空気中のＮ₂に比べて熱容量の大きいＣＯ₂ガスを含む排気ガスを適度に混入すると、同じ発熱量の燃焼を行っても、排出ガスを混入しない場合に比べて燃焼温度が下がりＮＯｘの生成を抑制できる。そのため、ＥＧＲをＮＯｘ低減方法として活用できる。よって、これを触媒診断時のリーンシフト量に比例してＥＧＲ量を制御することによって、ＮＯｘの生成を抑制する。
【００１８】以上の処理を図５のフローチャートに示す。まず、診断条件が成立したかをステップ５１で調べ、成立していれば、触媒下流の酸素濃度センサ信号が触媒上流の酸素濃度センサ信号と相関がとれるレベルになるまで、リーンシフトを行う。フローチャート中では、ステップ５３をステップ５２及びステップ５５が満たされるまで行うことになる。その間、点火時期制御（ステップ５４）も行われる。そして、ステップ５６で触媒診断を行う。但し、相関がとれるレベルを０.３Ｖ〜０.７Ｖとしたことと、点火時期をリーンシフトの増分に比例させて補正したことは、この限りではない。なお、テーブル等を用いて、点火時期を補正することも可能である。
【００１９】また、図６にＥＧＲ制御によってＮＯｘ量を低減する処理のフローチャートを示す。基本的には図５R>５と同じであるが、ステップ５４の点火時期制御の替わりにステップ６４のＥＧＲ制御が入る。なお、ここではリーンシフトの増分に比例させて補正したが、この限りではない。なお、テーブル等を用いて、ＥＧＲ量を補正することも可能である。
【００２０】図５と図６は個々に点火時期制御とＥＧＲ制御を行いＮＯｘ量を低減するが、これらを同時に行い、ＮＯｘ量を低減することも可能である。
【００２１】以上、述べたように触媒上流と下流に取り付けた酸素濃度センサの出力信号の類似性から、その触媒の劣化状態を診断する触媒診断方法において、触媒診断時に操作するリーンシフト量に比例して、点火時期及びＥＧＲ量を制御することにより、触媒診断時のＮＯｘ生成量を低減する。
【００２２】なお、これまで述べたことは触媒下流の酸素濃度センサの出力信号がリッチ付近でしか摂動しない場合であり、逆にリーン付近でしか摂動しない場合は、空燃比をリッチシフトすることになる。この時には、排気ガス成分中のＨＣとＣＯの浄化率が図３から減少することになるので、ＨＣ量を減少させるためには図４より点火時期を遅らせることになる。またＣＯについては、ＣＯの排出特性が空燃比によって一義的に決まってくる。
【００２３】以上より、触媒下流の酸素濃度センサの出力信号がリーン付近でしか摂動しない場合は、リッチシフトさせると共に点火時期補正をかけて、触媒診断時のＨＣ量を低減する。
【００２４】
【発明の効果】以上より、車両用触媒を走行中に診断する際に、排気ガス成分中のＮＯｘ量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御システムの概要図である。
【図２】リーンシフトの効果を示す図である。
【図３】三元触媒の空燃比特性図である。
【図４】点火時期によるＮＯ排出特性とＨＣ排出特性を示す図である。
【図５】点火時期補正時の触媒診断フローチャートである。
【図６】ＥＧＲ量補正時の触媒診断フローチャートである。
【符号の説明】
１１…燃料噴射量計算手段、１２…出力手段、１３…空燃比フィードバック計算手段、１４…触媒診断手段、１５…点火時期計算手段、１６…ＥＧＲ量計算手段、１７…吸入空気量検出センサ、１８…回転数検出センサ、２１…触媒上流酸素濃度センサ、２２…触媒下流酸素濃度センサ、２３…触媒上流酸素濃度センサの出力信号、２４…触媒下流酸素濃度センサの出力信号（リーンシフトなし）、２５…触媒下流酸素濃度センサの出力信号（リーンシフトあり）、２６…触媒、５１，６１…触媒診断条件の判定、５２，６２…触媒下流の酸素濃度センサの出力信号が０.７Ｖより大きいかどうかの判定、５３，６３…空燃比シフト（リーン側へのシフト）、５４…点火時期制御、５５，６５…触媒下流の酸素濃度センサの出力信号が０.３Ｖより小さいかどうかの判定、５６，６６…触媒診断、６４…ＥＧＲ制御。

【特許請求の範囲】
【請求項１】内燃機関の排気浄化手段が性能劣化を起こしているかどうかを判定する手段及び、最適な空燃比制御手段と、該空燃比制御手段に対応して、空燃比制御以外の内燃機関の制御要素を制御する手段とを有することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項２】排気浄化手段としての触媒の性能劣化を検出する手段として、触媒の上流および下流に設置した排気状態検出手段の出力を使用し、かつ空燃比制御手段として、触媒上流に設置された排気状態検出手段により検出された排気状態を、所定の状態となるように空燃比を制御し、かつ該空燃比制御に対応して、点火時期制御を行うことを特徴とする請求項１記載のエンジン制御装置。
【請求項３】排気浄化手段としての触媒の性能劣化を検出する手段として、触媒の上流および下流に設置した排気状態検出手段の出力を使用し、かつ空燃比制御手段として、触媒上流に設置された排気状態検出手段により検出された排気状態を、所定の状態となるように空燃比を制御し、かつ該空燃比制御に対応して、ＥＧＲ制御を行うことを特徴とする請求項１記載のエンジン制御装置。
【請求項４】排気浄化手段としての触媒の性能劣化を検出する手段において、性能劣化を検出する際に、排気ガス成分のＮＯｘが増大することを、点火時期制御によって抑制することを特徴とする請求項２記載のエンジン制御装置。
【請求項５】排気浄化手段としての触媒の性能劣化を検出する手段において、性能劣化を検出する際に、排気ガス成分のＮＯｘが増大することを、ＥＧＲ制御によって抑制することを特徴とする請求項３記載のエンジン制御装置。
【請求項６】排気浄化手段としての触媒の性能劣化を検出する手段において、性能劣化を検出する際に、排気ガス成分のＮＯｘが増大することを、点火時期制御及びＥＧＲ制御によって抑制することを特徴とする請求項４又は請求項５記載のエンジン制御装置。

【図２】