JP2002047995A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
内燃機関の空燃比制御装置Info
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Abstract
した制御を維持することができる内燃機関の空燃比制御
装置を提供する。 【解決手段】 排気成分センサの周期的な変動である周
期成分を抽出することにより各気筒間の空燃比ばらつき
を検出する手段を備え、全気筒を二つの気筒群にわけ、
第一の気筒群では検出された各気筒間の空燃比ばらつき
に基づいた空燃比制御を行わず、全気筒に対する空燃比
制御のみを実行する手段、第二の気筒群では全気筒に対
する空燃比制御および検出された各気筒間の空燃比ばら
つきに基づき該当気筒の空燃比を制御する手段を備え
る。
Description
制御装置に関わり、特に内燃機関の排気系に設置された
排気成分センサ出力に基づいて、各気筒の空燃比を目標
空燃比に制御する気筒別空燃比制御装置に関するもので
ある。
開平11−303664号公報に記載された「多気筒内
燃機関の空燃比制御装置」がある。この技術は、ガス当
たりの良い気筒の空燃比フィードバック制御を禁止し、
ガス当たりの悪い気筒の空燃比フィードバック制御を実
施することにより、ガス当たりの状態に拘わらず空燃比
を目標空燃比に制御するものである。
ス当たりの良い気筒群とガス当たりの悪い気筒群とにグ
ループ化し、空燃比フィードバック制御の実行中、ガス
当たりの強い気筒群への燃料噴射に係る空燃比フィード
バック制御を中止するとともに、ガス当たりの悪い気筒
群への燃料噴射量に係る空燃比フィードバック制御を実
行するものである。
報に記載の技術では、ガス当たりの良い気筒の空燃比フ
ィードバック制御を禁止している最中にエンジン状態の
変化などにより、ガス当たりの良い気筒の平均空燃比が
目標空燃比からずれた場合には、そのずれ分がガス当た
りの悪い気筒の空燃比補正量として誤って補正されてし
まうという問題点があり、さらにこのずれ分が、全気筒
制御を行った場合の空燃比補正値に反映され、学習制御
を実施している場合には学習値にまで影響を与える可能
性がある。
たものであって、その目的とするところは、全気筒の平
均空燃比制御と気筒別の空燃比制御を同時に行い、空燃
比の制御性を向上することができる空燃比制御装置を提
供することにある。また、気筒別空燃比制御の制御定数
設定が容易であり、安定した制御性能を維持することが
できる空燃比制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係る空燃比制御装置は、複数の気筒を有する内
燃機関の排気系に設置された排気成分センサの出力によ
り、該内燃機関の空燃比を制御する制御装置であり、前
記排気成分センサの周期的な変動である周期成分を抽出
することにより、複数の気筒間の空燃比ばらつきを検出
する手段を有することを特徴とし、前記排気成分センサ
は酸素濃度を検出するセンサであることが好ましい。
体的な態様としては、前記周期成分は、内燃機関のクラ
ンク軸の回転に同期した前記排気成分センサの出力であ
り、前記周期成分は、内燃機関のクランク軸の一回転周
期あるいは二回転周期のうち少なくとも一つに基づいて
抽出されるものである。また、前記制御装置において、
該制御装置は内燃機関のクランク軸の基準回転角度を設
定する手段を備え、前記排気成分センサは該基準回転角
度を基準として、前記周期成分の位相角および信号強度
のうち少なくとも一つを検出することを特徴としてい
る。
の気筒を有する内燃機関の排気系に設置された排気成分
センサの出力により、該内燃機関の空燃比を制御する制
御装置であって、前記排気成分センサ出力により全気筒
の平均的な空燃比を制御する手段、前記複数の気筒間の
空燃比ばらつきを検出する手段、全気筒を二つの気筒群
にわけ、第一の気筒群では検出された各気筒間の空燃比
ばらつきに基づいた空燃比制御を行わず、前記全気筒に
対する空燃比制御のみを実行する手段、第二の気筒群で
は全気筒に対する空燃比制御および検出された各気筒間
の空燃比ばらつきに基づき該当気筒の空燃比を制御する
手段を有することを特徴とする。
の気筒群として所定の一気筒を選択することができる。
また、前記排気成分センサは、周期的な変動の周期成分
を抽出することにより前記複数の気筒間の空燃比ばらつ
きを検出することが好ましい。前記排気成分センサは、
酸素濃度を検出するセンサであり、内燃機関のクランク
軸の回転に同期した周期成分を抽出することにより、前
記複数の気筒間の空燃比ばらつきを検出することを特徴
とする。
成分は内燃機関のクランク軸の一回転周期あるいは二回
転周期のうち少なくとも一つにほぼ等しいものであると
好適である。また、制御装置は内燃機関のクランク軸の
基準回転角度を設定する手段を備え、前記排気成分セン
サは該基準回転角度を基準として、前記周期成分の位相
角および信号強度のうち少なくとも一つを検出すること
が好ましい。
装置は、排気成分センサからの出力を空燃比を制御する
手段に入力し、各気筒間の空燃比のばらつきを検出し、
リッチ気筒、リーン気筒を特定し、複数の気筒毎の燃料
供給量補正係数を演算するので、全気筒の空燃比の気筒
間ばらつきを少なくでき、空燃比の制御性を向上するこ
とができる。
の気筒群では検出された各気筒間の空燃比ばらつきに基
づいた空燃比制御を行わず、前記全気筒に対する空燃比
制御のみを実行し、第二の気筒群では全気筒に対する空
燃比制御および検出された各気筒間の空燃比ばらつきに
基づき該当気筒の空燃比を制御することにより、気筒別
空燃比補正が過剰に行われず、安定した制御が可能とな
る。
置の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図1
は、本実施形態に係る空燃比制御装置が実施されるエン
ジン制御システムの全体図、図2は、図1に示すコント
ロールユニットの回りの構成図、図3は、図2における
空燃比制御系の構成図、図4は、図3の全気筒の平均的
な空燃比制御を行う空燃比フィードバック補正係数算出
部の構成図である。
は、吸入する空気の質量流量を計測する空気流量計15
1と、エンジン160が吸入する空気量を調整するスロ
ットル弁165と、このスロットル弁165の弁開度を
検出するスロットル開度センサ156と、エンジン16
0の回転数を検出するクランク角度センサ152と、エ
ンジン160の冷却水の温度を測定する水温センサ15
4と、吸気管内の圧力を測定する圧力センサ153と、
アイドリング時の回転数を制御するアイドリングコント
ロール弁163と、エンジン160に燃料を供給する燃
料噴射弁162と、排気ガスを浄化する触媒164と、
触媒164の上流に設置され排気ガス中の空燃比を検知
する空燃比センサ155と、空気流量計151および各
センサ152〜156からの信号でエンジン160の運
転状態等を把握し、これらの情報により予め定められた
手順でエンジン160が要求する燃料量を計算して燃料
噴射弁162等のアクチュエータを駆動するコントロー
ルユニット100とが設けられている。
100は、ハードウェアー的には、空気流量計151お
よび各センサ152〜156等からの信号が入力し、こ
れを増幅、または燃料噴射弁162等のアクチュエータ
への駆動信号を増幅する増幅回路101と、入出力信号
をデジタル演算処理を行えるようデジタル信号に変換す
るA/D変換回路102と、デジタル演算処理を行うマ
イクロコンピュータ、若しくはそれに準ずる演算回路1
03と、演算回路103の演算処理にも用いる定数、変
数、及び演算手順等を格納するROM104及びRAM
105と、揮発性のRAM105の内容を保持するため
のバックアップ回路106とを有している。なお、本実
施形態のコントロールユニット100には、空気流量計
151、クランク角センサ152、圧力センサ153、
水温センサ154、空燃比センサ155、スロットル開
度センサ156及びO2センサ157からの信号が入力
し、燃料燃料噴射弁162への噴射弁駆動信号、点火プ
ラグ166への点火時期信号、アイドリングコントロー
ル弁163へのアイドリングコントロール信号が出力さ
れるようになっている。
を制御する場合の例を示している。空燃比センサ151
の出力から検出した吸入空気量301と、クランク角度
センサ152からの出力であるエンジン回転数302か
ら、目標空燃比を実現するための基本燃料供給量を基本
燃料供給量演算部310で演算する。空燃比センサ出力
303は空燃比情報360に変換され、目標空燃比37
0との比較を行うことにより、空燃比フィードバック補
正係数演算380で空燃比補正係数を演算する。この空
燃比補正係数は、空燃比センサ155により空燃比を検
出される全ての気筒に対する燃料供給量を補正する係数
として、補正演算部II330で使用される。
に気筒別空燃比補正係数演算部350にて分析され、各
気筒の空燃比ばらつきを検出すると共に、各気筒への個
別の燃料補正量を演算し補正演算部I320へ供給す
る。基本燃料供給量は、補正演算部I320で気筒別空
燃比補正係数による補正を受け、補正演算部II330で
全気筒共通の空燃比補正を受け、気筒別の燃料噴射量3
40が決定される。
バック補正係数算出部420(図3のフロック380に
相当)を示している。空燃比センサ155からの出力信
号からノイズを除去する1次遅れフィルタ421と、空
燃比センサ出力値から排気空燃比を演算する排気空燃比
演算部423と、目標空燃比が記憶されている目標空燃
比記憶部422と、排気空燃比演算部423からの出力
と、目標空燃比記憶部422からの出力との差分を求め
る減算器424と、減算器424の出力から比例分利得
KPを求める比例分利得計算器425と、減算器424
で求められた差分の積分利得KIを求める積分利得計算
器426と、積分利得を積分演算する積分分演算器42
7と、空燃比補正係数αの基本値dBを記憶しておく基
本値記憶部428と、比例分利得KPと積分分演算器4
27の出力である積分値Iと基本値dBとを加算して空
燃比補正係数αを求める加算器429とを有して構成さ
れている。また、酸素濃度センサ(O2センサ)からの
出力がPID制御430により、比例分P、積分分I、
微分分Dが計算され空燃比帰還係数として、前記算出部
420に入力される。
均空燃比フィードバック動作について説明する。まず、
空燃比フィードバック補正係数算出部420における空
燃比補正係数αの算出について、図4の空燃比フィード
バック補正係数算出部の構成図、及び図5に示すジェネ
ラルフローチャートにしたがって説明する。
む(ステップ501)。この信号は、1次遅れフィルタ
421を通って、ノイズが除去される。フィルタリング
された値は、排気空燃比演算部423の変換テーブルに
おいて空燃比に変換される。減算器424で変換テーブ
ルの出力である実空燃比(A/F)fと目標値空燃比
(A/F)ftとの差分が求められる(ステップ50
2)。この差分と比例分利得KPに基づいて比例分計算
器425で比例分Pが求められる(ステップ503)。
さらに、差分と積分利得KIに基づいて積分値計算器4
26で積分分Iが求められる(ステップ504)。そし
て、比例分Pと積分分Iの積分値と基本値dBとが加算
器429で加算され、これが空燃比補正係数αとして出
力される(ステップ505)。
350の内容を示している。空燃比センサ155の出力
600は、エンジン回転に同期した周波数成分分析を行
う(610)。空燃比がリッチ、あるいはリーンに傾い
ている気筒は、抽出された周波数成分の位相として、図
7に示すように現れる。また、リッチあるいはリーンの
度合いは抽出された周波数成分の信号の強度として現れ
る(620)。抽出された周波数成分の信号強度に基づ
いて、そのリッチ度あるいはリーン度を打ち消す補正量
を該当気筒に加えることで、各気筒の空燃比を均一にす
ることが可能である(630)。また、別法として、抽
出された周波数成分の位相情報に基づいて、リッチある
いはリーンとなっている気筒の情報を抽出し、周波数成
分の信号強度に基づかない所定の補正量を、逐次該当気
筒に加えて行く方法でも同様の効果が得られる。
ている。図7は4気筒エンジンの例を示しており、▽印
は位相を検出するための基準回転角度位置を示してい
る。図7の横軸は点火される順序を示しており、
(a)、(b)、(c)、(d)はそれぞれ、気筒の空
燃比にばらつきがある場合の空燃比センサ出力を示して
いる。点火位置1の気筒がリッチの時には、図7(d)
のように空燃比センサ出力は遅れを持ってリッチ方向に
変化し、その後、他の気筒の排気の影響を受け、比較的
リーン出力を示す。この傾向は点火位置1のリッチな排
気ガスが流れて来る度に繰り返されるため、ほぼエンジ
ンのクランク軸の2回転に等しい周期で繰り返される。
(a)のような変化が現れ、点火位置3の気筒がリッチ
の時は、図7(b)のような変化が現れ、点火位置4の
気筒がリッチの時は、図7(c)のような変化が現れ
る。また、それぞれの気筒がリーンの場合には、上記信
号を上下反転した信号の傾向を持った変化が現れる。従
って、▽位置を基準とした場合の各信号の位相を検出す
ることで、空燃比がリッチあるいはリーンになっている
気筒を特定することが可能である。
度あるいはリーン度が大きければその振幅が大きくなる
傾向があるため、各信号の強度を検出することで、空燃
比のリッチ度あるいはリーン度を検出することができ
る。なお、本実施形態ではエンジンのクランク軸の2回
転成分に同期した信号成分についてのみ言及したが、各
気筒のリッチ傾向、リーン傾向のパターンによっては1
回転成分、あるいはその他のエンジン回転にほぼ同期し
た周波数成分を解析することが必要である。
らつきを補正することが可能であるが、補正が収束した
かどうかを判定する判定レベルの設定が必須となる。す
なわち、本実施形態であれば、空燃比センサ出力の周波
数成分強度が所定値以下になったことにより収束と判定
するが、この時、気筒全体の平均空燃比が目標空燃比と
完全に一致するとは限らず、ある程度のオフセットを持
った値に収束する可能性がある。あるいは、補正係数を
求める制御定数の設定によっては、気筒間空燃比ばらつ
きがハンチングする可能性がある。
ン化していく結果として、他の気筒が相対的にリッチに
なってしまい、今度はその気筒をリーン化していくとい
うように、全気筒がリーン化してしまう可能性がある。
本実施形態では、図6の気筒別の空燃比制御と、図4の
全気筒の平均空燃比フィードバック制御を同時に行うの
で、上記のような場合でも全気筒の平均空燃比は目標空
燃比となるように制御されるが、気筒毎の補正は全気筒
リーンとなり、平均値の補正がリッチになっているとい
う状況は好ましくない。このような状況を避けるため
に、気筒毎の補正量および平均補正量それぞれにリミッ
タを設け、上記のような相反する補正が無限に繰り返さ
れることを防ぐことができるが、気筒別の補正量がこの
リミッタに到達してしまうということは、つまり、気筒
別補正が効いていないという状況になってしまうため、
好ましくない。
わけ、第一の気筒群では気筒別補正を行わないことで、
上記問題点を回避している。すなわち、図7において、
例えば点火位置1の気筒が、リッチあるいはリーンと判
定されたときには、該当気筒の空燃比を補正するのでは
なく、他の気筒の空燃比を補正することで全気筒の空燃
比を一定に保つ。すなわち、点火位置1の気筒がリッチ
と判定された場合には、点火位置2〜4の気筒の空燃比
をリッチ化し、また、点火位置1の気筒がリーンと判定
された場合には、点火位置2〜4の気筒の空燃比をリー
ン化することで、点火位置1の気筒の空燃比補正係数を
変化させることなく、気筒別の空燃比を一定にする。
置1の気筒の空燃比を中心として実行されるので、各気
筒がどんどんリーン化あるいはリッチ化してしまうとい
う問題を防止することができる。この時、気筒別の空燃
比補正を行わない気筒として、全気筒中最も排気成分セ
ンサによる空燃検出感度の低い気筒を選択することで、
気筒別空燃比補正全体の検出感度を高く維持することが
できる。
群として点火位置1の気筒を採用し、第二の気筒群とし
て点火位置2〜4の気筒を採用したが、これに限られる
ものでない。また、本実施形態では排気成分センサとし
て空燃比センサを用いているが、HCセンサやNOxセ
ンサ等、他の排気成分センサを用いた制御系において
も、本発明を適用することが可能である。
明によれば、全気筒の平均空燃比制御と気筒別の空燃比
制御を同時に実行できるため、空燃比の制御性を向上す
ることが可能である。また、気筒別空燃比制御の補正係
数が、リーン側やリッチ側に過剰に補正されることが防
止されるため、気筒別空燃比制御の制御定数設定が容易
であると共に、エンジンの耐久変化による気筒別空燃比
制御定数のミスマッチが発生した場合にも、安定した制
御を維持することができる。
ジン制御システムの全体図。
図。
比フィードバック補正係数算出部の構成図。
制御フローを示すジェネラルフローチャート。
説明図。
152…クランク角度センサ、155…空燃比センサ、
157…O2センサ、160…エンジン、162…燃料
噴射弁、310…基本燃料供給量演算部、320、33
0…補正演算部、340…気筒別燃料噴射量、350…
気筒別空燃比比例係数演算部(空燃比ばらつき検出手
段)、380…空燃比フィードバック補正係数演算部
Claims (12)
- 【請求項1】 複数の気筒を有する内燃機関の排気系に
設置された排気成分センサの出力により、該内燃機関の
空燃比を制御する制御装置であって、 該制御装置は、前記排気成分センサの周期的な変動であ
る周期成分を抽出することにより、前記複数の気筒間の
空燃比ばらつきを検出する手段を有することを特徴とす
る内燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項2】 前記排気成分センサは、酸素濃度を検出
するセンサであることを特徴とする請求項1に記載の内
燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項3】 前記周期成分は、内燃機関のクランク軸
の回転に同期した前記排気成分センサの出力であること
を特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の空燃
比制御装置。 - 【請求項4】 前記周期成分は、内燃機関のクランク軸
の一回転周期あるいは二回転周期のうち少なくとも一つ
に基づくものであることを特徴とする請求項3に記載の
内燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項5】 前記制御装置は、内燃機関のクランク軸
の基準回転角度を設定する手段を備え、前記排気成分セ
ンサは該基準回転角度を基準として、前記周期成分の位
相角および信号強度のうち少なくとも一つを検出するこ
とを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の
内燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項6】 複数の気筒を有する内燃機関の排気系に
設置された排気成分センサの出力により、該内燃機関の
空燃比を制御する制御装置であって、 該制御装置は、前記排気成分センサ出力により全気筒の
平均的な空燃比を制御する手段、前記複数の気筒間の空
燃比ばらつきを検出する手段、全気筒を二つの気筒群に
わけ、第一の気筒群では検出された各気筒間の空燃比ば
らつきに基づいた空燃比制御を行わず、前記全気筒に対
する空燃比制御のみを実行する手段、第二の気筒群では
全気筒に対する空燃比制御および検出された各気筒間の
空燃比ばらつきに基づき該当気筒の空燃比を制御する手
段を有することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装
置。 - 【請求項7】 前記第一の気筒群は、所定の一気筒であ
ることを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の空燃比
制御装置。 - 【請求項8】 前記排気成分センサは、周期的な変動の
周期成分を抽出することにより前記複数の気筒間の空燃
比ばらつきを検出することを特徴とする請求項6または
7に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項9】 前記排気成分センサは、酸素濃度を検出
するセンサであることを特徴とする請求項6乃至8のい
ずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項10】 前記排気成分センサは、内燃機関のク
ランク軸の回転に同期した前記周期成分を抽出すること
により、前記複数の気筒間の空燃比ばらつきを検出する
ことを特徴とする請求項6乃至9のいずれか一項に記載
の内燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項11】 前記周期成分は、内燃機関のクランク
軸の一回転周期あるいは二回転周期のうち少なくとも一
つにほぼ等しいものであることを特徴とする請求項10
に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 【請求項12】 前記制御装置は、内燃機関のクランク
軸の基準回転角度を設定する手段を備え、前記排気成分
センサは該基準回転角度を基準として、前記周期成分の
位相角および信号強度のうち少なくとも一つを検出する
ことを特徴とする請求項6乃至11のいずれか一項に記
載の内燃機関の空燃比制御装置。
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