JP2004011625A

JP2004011625A - Air-fuel ratio control device for internal combustion engine

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Publication number: JP2004011625A
Application number: JP2002170743A
Authority: JP
Inventors: Kensuke Nagamura; 長村　謙介; Takeshi Ishino; 石野　武
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-01-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such problem that engine torque accidentally fluctuates in switching transition to rich operating conditions due to deterioration with age of an EGR valve or a fuel injection valve. <P>SOLUTION: Actual excess air ratio is estimated by using a first correction factor reflected in dynamical delay of intake air. Under the predetermined rich operating conditions, the fuel injection amount is corrected to an increase side by using a second correction factor so as to compensate fall of the engine torque. An actual engine torque detection means 39 for detecting actual engine torque is provided. In the switching transition to the rich operating conditions, when the actual engine torque varies locally, the first correction factor is corrected by an actual excess air ratio changing means 45, and when the actual engine torque varies regularly, the second correction factor is corrected by a correction factor changing means 46. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の機関運転条件に応じて空燃比すなわち空気過剰率を制御可能な空燃比制御装置に関し、特に、リッチ運転条件への切替え過渡期におけるエンジントルクの変動を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の機関運転条件に応じて空燃比すなわち空気過剰率を積極的に制御する空燃比制御装置が公知である。例えば、特開平１１−２９４１４５号公報には、ＮＯｘトラップ触媒の再生時に一時的に空燃比をリッチ側へ切り替える装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように空燃比すなわち空気過剰率をリッチ側へ切り替える切替え過渡期に、様々な原因、例えばＥＧＲ弁の経時劣化（詰まり）により吸入空気量やその応答性が低下すること、あるいは燃料噴射弁の経時劣化（詰まり）により燃料噴射量やその応答性が低下することなどにより、エンジントルクが不用意に変動するおそれがある。このときのエンジントルク変化の態様は、その原因に応じて異なるものとなる。
【０００４】
本発明は、このように原因に応じて実際のエンジントルクの変化の態様が異なる点に着目してなされたものであり、その原因に応じた適切な補正制御を行うことにより、エンジントルクの不用意な変動を精度良く抑制でき、信頼性に優れた空燃比制御装置を提供することを主たる目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
実空気過剰率は、吸入空気の動的な遅れを反映した時定数補正係数である第１の補正係数を用いて推定される（実空気過剰率推定手段）。この実空気過剰率が所定値以下のリッチ運転条件のときには、エンジントルクの低下を補うように、第２の補正係数を用いて燃料噴射量を増加側へ補正する（燃料噴射量補正手段）。実エンジントルクを検出する実エンジントルク検出手段を備える。リーン運転条件から上記リッチ運転条件へ移行する切り替え過渡期には、実エンジントルクの変化を、局所的に大きく変化する第１の変化態様であるか、あるいは増加側又は低下側へなだらかに変化する第２の変化態様であるかを判定し、第１の変化態様のときには第１の補正係数を補正し（第１の補正手段）、第２の変化態様のときには第２の補正係数を補正する（第２の補正手段）。
【０００６】
なお、リッチ運転条件を規定する実空気過剰率の所定値は、典型的には１より小さい値であるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、リッチ運転条件へ移行する切り替え過渡期に、実エンジントルクの変化に基づいて、そのエンジントルクの変化を生じる原因を特定し、その原因に応じた適切な補正制御を行うことができるため、上記の切り替え過渡期における不用意なトルク変動を精度良く解消することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１７は、本発明が適用される内燃機関のシステム構成例を示している。過給機１は、エアクリーナ２でダストを除去されて吸気通路３に吸入された空気を吸気コンプレッサ１Ａにより圧縮過給し、インタクーラ４で冷却した後、下流側の吸気マニホールド５へ送り込む。一方、サプライポンプ６から圧送され、コモンレール７を経て高圧に貯留された燃料は、エンジン８の各気筒の燃焼室に装着された燃料噴射弁（インジェクタ）９から燃焼室へ向けて噴射される。この噴射された燃料は、燃焼室内で着火して燃焼される。
【００１０】
排気マニホールド１０と吸気マニホールド５のコレクタ部５Ａとを接続するＥＧＲ通路１２にはＥＧＲバルブ１１が介装される。吸気通路３の吸気コンプレッサ１Ａの上流側には電子制御式スロットル弁１３が介装される。後述するコントロールユニット２０は、主としてアイドル時や低負荷時に、排気改善、騒音対策のためにスロットル弁１３を絞ると同時にＥＧＲバルブ１１の開度を制御してＥＧＲ制御を行う。スロットル弁１３下流の各気筒に分岐する吸気ポートには、スワールコントロールバルブ１４が配設され、絞り量の制御によって、燃焼室内に運転状態に応じて適度のスワールを形成する。燃焼後の排気は、排気マニホールド１０より過給機１の排気タービン１Ｂを回転駆動させた後、ＮＯｘトラップ触媒１５により排気中のＮＯｘが捕集された後に大気中に放出される。排気タービン１Ｂは、可変ノズル式となって過給圧を可変制御できるようになっている。
【００１１】
機関運転状態を検出する各種センサ類として、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１６、エンジン水温を検出する水温センサ１７、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ１８、アクセル開度センサ１９等が設けられる。これらセンサ類からの検出信号は、コントロールユニット２０に入力される。このコントロールユニット２０は、各種検出信号に基づいて検出された機関運転条件に応じて、上述したＥＧＲ制御、燃料噴射制御（空燃比制御）、及びスワール制御などを行う。そして、特に空気過剰率に対するエンジン発生トルクが非線形である領域において、目標空気過剰率を維持しつつ、目標エンジントルクを確保するように空燃比制御を行う。
【００１２】
図１は、本実施例の空燃比制御装置を簡略的に示すブロック構成図で、図２は、図１の空気過剰率・補正係数変更手段（補正係数選択変更手段）４０の詳細を示すブロック構成図である。これら図１，２に示された各構成要素は、例えばプログラムのかたちでコントロールユニット２０内のＲＯＭに予め格納され、ＣＰＵにより実行される。図３〜図９は、目標エンジントルクのような値を演算・設定するために用いられるマップ・テーブル類であり、予めコントロールユニット２０内のＲＯＭ内に用意（記憶・格納）されている。これらのマップ・テーブル類に、各種センサ類に基づいて得られるエンジン回転数のような各種パラメータをマッピングすることにより、上記目標エンジントルクのような値が得られる。
【００１３】
図１を参照して、目標エンジントルク設定手段３１は、例えばアクセル開度（要求負荷）とエンジン回転数のような機関運転条件に基づいて目標エンジントルクｔＴｅを設定する。アクセル開度とエンジン回転数と目標エンジントルクの関係はあらかじめマップとして用意しておく。この目標エンジントルク設定マップ例を図３に示す。同図に示すように、アクセル開度が大きくなるほど目標エンジントルクを大きくし、エンジン回転数が大きくなるほど目標エンジントルクを小さくする。
【００１４】
目標空気過剰率手段３２は、例えば目標エンジントルク設定手段３１により得られた目標エンジントルクｔＴｅとエンジン回転数から目標空気過剰率ｔλを設定する。目標エンジントルクとエンジン回転数と目標空気過剰率の関係はあらかじめマップとして用意しておく。この目標空気過剰率設定マップ例を図４に示す。同図に示すように、目標エンジントルクが大きくなるほど目標空気過剰率ｔλを大きくし、典型的にはエンジン回転数が大きくなるほどｔλを大きくする。但し、ＮＯｘトラップ触媒１５の再生時などでは、このマップに関係なく、目標空気過剰率を所定値以下（リッチ運転条件）に強制的に切り替える。
【００１５】
目標ＥＧＲ率設定手段３３は、例えば目標エンジントルクｔＴｅとエンジン回転数から目標ＥＧＲ率ηｅｇｒを設定する。目標エンジントルクとエンジン回転数と目標ＥＧＲ率の関係はあらかじめマップとして用意しておく。この目標ＥＧＲ率設定マップ例を図５に示す。同図に示すように、目標エンジントルクが小さくなるほど、目標ＥＧＲ率ηｅｇｒを大きくする。エンジン回転数が所定のしきい値Ｎｅ＿ｔｈよりも小さい領域では、エンジン回転数の大きさにかかわらず目標ＥＧＲ率を一定（但し、上述したように目標エンジントルクに応じて増減）とし、エンジン回転数が所定のしきい値Ｎｅ＿ｔｈよりも大きい領域では、エンジン回転数が大きくなるほど目標ＥＧＲ率を小さくする。
【００１６】
基本目標吸入新気量設定手段３４は、例えば以下のような処理を行う。第１に、目標空気過剰率が１で、目標ＥＧＲ率が０％の場合の基準目標吸入新気量ｔＱａｃ＿ｂを、目標エンジントルクとエンジン回転数から設定する。目標エンジントルクとエンジン回転数と基準目標吸入新気量の関係はあらかじめマップとして用意しておく。この基準目標吸入新気量設定マップ例を図６に示す。同図に示すように、目標エンジントルクが大きくなるほど、基準目標吸入新気量ｔＱａｃ＿ｂを大きくする。また、エンジン回転数が大きくなるほどｔＱａｃ＿ｂを大きくする。
【００１７】
【数１】

【００１８】
第２に、得られた基準目標吸入新気量ｔＱａｃ＿ｂから、上記（１）式の演算を行って基本目標吸入新気量ｔＱａｃ０を演算する。（１）式は上記（２）式から求められる。（２）式の右辺第１項は、目標空気過剰率が１以外で目標ＥＧＲ率が０％の場合の目標吸入新気量である。右辺第２項は、目標ＥＧＲ率を実現した場合にＥＧＲに含まれる酸素量である。第１項から第２項を減算することによって、ＥＧＲ率が０％以外の場合での基本目標吸入新気量を求めることができる。すなわち、この基本目標吸入新気量設定手段３４は、目標空気過剰率ｔλと目標ＥＧＲ率ηｅｇｒと基準目標吸入新気量ｔＱａｃ＿ｂとに基づいて基本目標吸入新気量ｔＱａｃ０を演算する。
【００１９】
【数２】

【００２０】
実空気過剰率推定手段３５は、例えば目標空気過剰率から上記（３）式を用いて実空気過剰率ｙλを推定する。この（３）式では、目標空気過剰率に対して実際の空気過剰率が時定数τａの一次遅れで応答するものとしている。Ｚ−１は１演算遅れを表す演算子である。上記の時定数τａは、体積効率とエンジン回転数を用いて上記の（４）式から演算する。体積効率は、例えば、目標燃料噴射量とエンジン回転数から求める。目標燃料噴射量とエンジン回転数と体積効率の関係は、あらかじめマップとして用意しておく。この体積効率推定マップ例を図７に示す。同図に示すように、目標燃料噴射量が大きくなるほど体積効率を大きくし、エンジン回転数が大きくなるほど体積効率を大きくする。
【００２１】
ここで、（３）式の演算で使用するパラメータには、時定数τａそのものではなく、後述する実空気過剰率変更手段４５（図２参照）での処理によって、上記の（５）式に示すように、時定数τａに対し、コレクタ部５Ａを経由して燃焼室へ導入される吸入空気の動的な遅れを反映した時定数補正係数Ｋτ（第１の補正係数）を乗算した第２の時定数τａ２が用いられる。すなわち、実空気過剰率推定手段３５は、吸入空気の動的な遅れを反映した時定数補正係数Ｋτを用いて実目標空気過剰率ｙλを推定する。
【００２２】
目標吸入新気量補正係数設定手段３６は、実空気過剰率から目標吸入新気量補正係数（第２の補正係数）Ｋλを設定する。実空気過剰率と補正係数の関係はあらかじめテーブルとして用意しておく。この補正係数設定テーブル例を図８に示す。同図に示すように、実空気過剰率が所定のしきい値ｙλ＿ｔｈより小さい領域（リッチ運転条件）では、実空気過剰率が小さくなるほど目標吸入新気量補正係数Ｋλを大きくする。実空気過剰率がしきい値ｙλ＿ｔｈよりも大きい領域（リーン運転条件を含む）では、実空気過剰率の大きさにかかわらず目標吸入新気量補正係数Ｋλを所定の一定値Ｋλ０とする。この図８のマップデータは、後述する補正係数変更手段４６により変更される。なお、エンジン回転数の影響も考慮して、エンジン回転数と実空気過剰率との双方をパラメータとするマップを用いて目標吸入新気量補正係数Ｋλを設定してもよい。
【００２３】
ｔＱａｃ＝ｋλ×ｔＱａｃ０　…（６）
目標吸入新気量演算手段３７は、上記の（６）式に示すように、基本目標吸入新気量ｔＱａｃ０に対し、目標吸入新気量補正係数Ｋλを乗算することによって、目標吸入新気量ｔＱａｃを演算する。つまり、ｔＱａｃはｋλ及びｔＱａｃ０に比例して増減する。
【００２４】
【数３】

【００２５】
目標燃料噴射量演算手段３８は、上記の（７）式を演算することによって、目標燃料噴射量ｔＱｆを演算する。（７）式の右辺の分子は、シリンダに吸入させたい酸素量であり、吸入新気とＥＧＲガスとの総作動ガス中に含まれる酸素量である。この値を目標空気過剰率ｔλ（及び理論空燃比ｋ）で除算することによって目標燃料噴射量を求める。
【００２６】
従って、図８の一定値Ｋλ０を基準の値と考えれば、実空気過剰率が所定のしきい値ｙλ＿ｔｈより小さい領域（リッチ運転条件）でのみ、実空気過剰率が小さくなるほど目標吸入新気量、ひいては目標燃料噴射量が大きくなるように、補正係数（第２の補正係数）Ｋλに基づいて補正が行われることとなる（燃料噴射量補正手段）。
【００２７】
実エンジントルク検出手段３９は、実際のエンジントルクに相当する値を検出又は推定する。例えば、シリンダ筒内圧センサを用いてシリンダ内の圧力を検出し、この圧力から実エンジントルクを演算する。あるいは以下のような推定処理によって実エンジントルクを求めても良い。第１に、異なる２つの所定クランク角度でのエンジン回転数の変化を求める。例えば、クランク角度９０°ＣＡでのエンジン回転数とクランク角度０°ＣＡでのエンジン回転数との差を求める。第２に、上記エンジン回転数の差に基づいて実エンジントルクを求める。エンジン回転数差と実エンジントルクの関係は、あらかじめテーブルとして用意しておく。この実エンジントルク推定テーブル例を図９に示す。同図に示すように、エンジン回転数差が大きくなるほど実エンジントルクを比例して大きくする。
【００２８】
本実施例の要部をなす空気過剰率・補正係数変更手段４０は、目標空気過剰率（実空気過剰率）が比較的大きいリーン運転条件から目標空気過剰率が小さい所定のリッチ運転条件へ切り替える切替え過渡期に、実エンジントルクの変化の態様に基づいて、時定数補正係数Ｋτ又は目標吸入新気量補正係数ｋλを選択的に変更・補正する（補正係数選択補正手段）。
【００２９】
詳述すると、空気過剰率・補正係数変更手段４０は、図２に示すように、目標空気過剰率切替え検出手段４１と、目標エンジントルク変化幅判定手段４２と、実エンジントルク変化幅判定手段４３と、所定期間前後実エンジントルク変化判定手段４４と、実空気過剰率変更手段４５と、補正係数変更手段４６と、を有している。
【００３０】
目標空気過剰率切替え検出手段４１は、上述したリーン運転状態からリッチ運転状態への切替えを検出する。典型的には、目標空気過剰率を上述したしきい値ｙλ＿ｔｈ以上の領域からｙλ＿ｔｈ以下の領域へ変更する場合に、切替フラグＦｒｇ１を１にセットする。このＦｒｇ１は切替えが完了すると０に戻される。
【００３１】
目標エンジントルク変化幅判定手段４２は、Ｆｒｇ１＝１となってから所定期間内の切替え過渡期における目標エンジントルクの最大値と最小値を求め、これら最大値と最小値の差である目標エンジントルクの変化幅が、所定の第１しきい値以下であるかを判定する。図１０は、この判定処理の流れを示すフローチャートである。目標空気過剰率の切替えを検出すると（Ｓ１）、経過時間に従って増加するタイマーを起動させる（Ｓ２）。経過時間が所定期間内にある限り、Ｓ５〜Ｓ８において最大値と最小値の更新を行っていく。タイマーが所定値になると、所定期間が経過したものと判断してＳ３からＳ４へ進み、最終的な最大値と最小値の差から、目標エンジントルクの変化幅を演算し、この変化幅が第１しきい値を超えているかを判定する。超えていれば第２のフラグＦｒｇ２を１とし、超えていなければＦｒｇ２を０とする。
【００３２】
実エンジントルク変化幅判定手段４３は、Ｆｒｇ１＝１となってからの所定期間内の切替え過渡期における実エンジントルクの最大値ｒＴｅ＿ｍａｘと最小値ｒＴｅ＿ｍｉｎを求め、両者の差である実エンジントルクの変化幅が所定の第２しきい値以下であるかを判定する。図１１は、この判定処理の流れを示すフローチャートである。目標空気過剰率の切替えを検出すると（Ｓ１１）、経過時間に従って増加するタイマーを起動させる（Ｓ１２）。経過時間が所定期間内にある限り、Ｓ１５〜Ｓ１８において最大値と最小値の更新を行っていく。タイマーが所定値になると、所定期間が経過したものと判断してＳ１３からＳ１４へ進み、最終的な最大値と最小値の差から、実エンジントルクの変化幅を演算し、この変化幅が第２しきい値を超えているかを判定する。超えていれば第３のフラグＦｒｇ３を１とし、超えていなければＦｒｇ３を０とする。なお、第２しきい値は上記の第１しきい値よりも充分に大きな値である。
【００３３】
所定期間前後実エンジントルク変化判定手段４４は、Ｆｒｇ１＝１となった時点すなわち切替え開始時の実エンジントルクと、所定期間（切替え過渡期）経過後すなわち切替え終了時の実エンジントルクと、の差の絶対値が、所定の第３しきい値を超えているかを判定する。図１２は、この判定処理の流れを示すフローチャートである。Ｓ２１で目標空気過剰率の切替えを検出すると、Ｓ２２へ進み、経過時間に従って増加するタイマーを起動させる。同時に、その時の実エンジントルクを初期エンジントルクｒＴｅ０とする。タイマーが所定値になると、所定期間が経過したものと判断してＳ２３からＳ２４へ進み、その時のエンジントルクを所定期間経過後エンジントルクｒＴｅ１とする。所定期間経過後エンジントルクｒＴｅ１と初期エンジントルクｒＴｅ０の差の絶対値を求め、この値が所定値を超えているか否かの判定を行う。超えていれば第４のフラグＦｒｇ４を１とし、超えていなければＦｒｇ４を０とする。
【００３４】
実空気過剰率変更手段（第１の判定手段・第１の補正手段）４５は、目標エンジントルクの変化が第１しきい値（Ｆｒｇ２＝０）以下であり、実エンジントルクの変化幅が第２しきい値を超えている場合（Ｆｒｇ３＝１）に、下記の処理により、実空気過剰率推定手段３５での実空気過剰率の推定に用いられる時定数補正係数Ｋτを補正する。
【００３５】
【数４】

【００３６】
第１に、所定期間前後実エンジントルク変化判定手段４４で求めた初期エンジントルクｒＴｅ０と、実エンジントルク変化幅判定手段４３で求めた最大エンジントルクｒＴｅ＿ｍａｘ及び最小エンジントルクｒＴｅ＿ｍｉｎと、に基づいて、、エンジントルクの変化の方向を推定する。例えば、初期エンジントルクが最小エンジントルクに相対的に近い値である場合は、上に凸のエンジントルクの変化が生じたものと判断し、上記（８）式の演算を行い、時定数補正係数Ｋτを大きくなるように更新する。初期エンジントルクが相対的に最大エンジントルクに近い値である場合は、下に凸のエンジントルクの変化が生じたものと判断し、上記（９）式の演算を行い、時定数補正係数Ｋτを小さくなるように更新する。なお、時定数変更定数Δｋτは正の定数として与えられる。第２に、上述したように時定数補正係数Ｋτと時定数τａとを乗じて第２の時定数τａ２を演算する（（５）式参照）。なお、この（５）式の演算（τａ２＝Ｋτ×τａ）は、実際には実空気過剰率推定手段３５により行われる。
【００３７】
補正係数変更手段４６（第２の判定手段・第２の補正手段）は、目標エンジントルクの変化幅が第１しきい値以下（Ｆｒｇ２＝０）であり、かつ、所定期間前後のエンジントルクの変化幅が第３しきい値を超えている場合（Ｆｒｇ４＝１）には、切り替え過渡期に実エンジントルクが徐々に（定常的に）変化したものと判断し、実空気過剰率を入力とする図８の補正係数設定テーブルのテーブルデータを変更する。つまり、吸入新気量ひいては燃料噴射量を補正する目的で、目標吸入新気量補正係数Ｋλを補正する。具体的には、所定期間前後実エンジントルク変化判定手段４４で求めた初期エンジントルクｒＴｅ０に比して、所定期間経過後エンジントルクｒＴｅ１の方が小さい場合は、リッチ燃焼への切替え過渡期に実エンジントルクが徐々に低下したものと判断し、図８の補正係数設定テーブルのテーブルデータに対し、図１３に示すような変更を行う。つまり、補正係数Ｋλを増加側へ補正する。逆に、初期エンジントルクに比して、所定期間経過後エンジントルクｒＴｅ１の方が大きい場合には、切替え過渡期にエンジントルクが増加したものと判断し、補正係数設定テーブルのテーブルデータに対し、図１４に示すような変更を行う。すなわち、補正係数Ｋλを低下側へ補正する。
【００３８】
図１３〜１６を参照して、本実施例の作用効果について説明する。
【００３９】
本実施例では、空気過剰率の変更によりリーン運転条件からリッチ運転条件へ切り替える切替え過渡期にエンジントルクが不用意に変動してしまう原因として、ＥＧＲバルブ１１の詰まりなどによるコレクタ部５Ａを経由して燃焼室へ導入される吸入空気量やその応答性の低下を原因とする場合と、燃料噴射弁９の詰まりなどによる燃料噴射量やその応答性の低下を原因とする場合と、の２つ場合を想定し、実際にエンジントルクが変動した場合に、どちらの原因によるものかを判断し、その原因に応じて適切な対応を行う。これにより、リッチ燃焼へ切替えた場合のエンジントルクの不用意な変動を精度良く抑制することができる。
【００４０】
具体的には、図１５に示すように、実エンジントルクが一時的・局所的に大きく変化した場合、吸入空気量側に原因があると判断し、空気の動的な遅れを反映した時定数補正係数Ｋτを補正する。図１５に示すようにエンジントルクが下に凸の場合、実空気過剰率の推定値が実際の値よりも遅れて変化することにより、燃料噴射量を増加側に補正するタイミングが遅れていると判断し、実空気過剰率を推定する際に用いる時定数補正係数Ｋτを小さくすることによって、燃料噴射量の増加タイミングを早める補正を行う。
【００４１】
図１６に示すように、実エンジントルクが定常的・なだらかに変化した場合、燃料噴射弁９つまり燃料噴射側の性能変化に原因があると判断し、目標吸入新気量、ひいては燃料噴射量を補正するための補正係数Ｋλを補正する。図１６に示すように、実エンジントルクが徐々に低下している場合、インジェクタ９の経時劣化により実際の燃料噴射量が十分に増加されなかったものと判断し、燃料噴射量を増加側に補正するように、図１３に示すように、補正係数Ｋλを増加側へ補正する。逆に、実エンジントルクが徐々に増加している場合、実際の燃料噴射量が過度に増加されていると判断し、燃料噴射量を低減するように、図１４に示すように、補正係数Ｋλを低下側へ補正する。
【００４２】
以上のような処理によって、ＥＧＲ弁やインジェクタ９の経時劣化などに起因してリッチ燃焼への切替え過渡期に生じる実エンジントルクの不用意な変動を、その原因に応じて適切に抑制し、堅牢なシステムを構築することができる。
【００４３】
なお、上述したように、空気過剰率・補正係数変更手段４０による時定数補正係数Ｋτや目標吸入新気量補正係数ｋλの変更は、所定の条件を満たしたとき、すなわちリーン運転条件からリッチ運転条件への切り替え過渡期にのみ行われる。変更されたことによる効果は、次回のリッチ運転条件への切替え過渡期に表れる。
【００４４】
参考として、本出願人が先に出願した特願２００１−３６２９３５号（以下、先行技術と呼ぶ）では、リーン燃焼からリッチ燃焼へ切り替える切り替え過渡期に、エンジントルクが不用意に低下しないように、燃料噴射量を増加側に補正している。この補正は、推定によって求められた実空気過剰率から補正係数を設定し、この補正係数から燃料噴射量を補正することによって行っている。実空気過剰率から補正係数を演算しているため、本実施例と同様、目標空気過剰率に対する実空気過剰率の遅れによる偏差が生じている場合においても、エンジントルクを一定に保つことが可能になる。
【００４５】
しかしながら上記の先行技術では、ＥＧＲバルブの経時劣化等に起因して実空気過剰率の推定に誤差を生じたような場合に、一定のエンジントルクを実現できなくなるおそれがある。この実空気過剰率の推定誤差が生じる原因について考察する。吸入空気の動きはコレクタの容積に対してエンジンが消費する速度に支配される要素が大きいため、実際の空気過剰率は目標空気過剰率に対して遅れて追従する。先行技術では、本実施例と同様、コレクタで生じる遅れを表すパラメータをエンジン回転数と体積効率から推定し、実空気過剰率の推定演算に用いているが、このパラメータは、推定演算では考慮されていないエンジン構成要素の経時的な変化にも影響を受けると考えられる。例えばＥＧＲ弁が詰まってきた場合、実効的なＥＧＲ弁開口面積が減少することによって、コレクタへ入るＥＧＲ量が減少することにより、コレクタ内の圧力と温度が低下することが予想される。体積効率は、ピストン総行程容積に対して、吸気行程においてシリンダに吸入されたガスをコレクタでの温度・圧力の状態にした場合の体積の比である。従って、コレクタ内の圧力と温度が変化すると体積効率も変化する。その結果、コレクタで生じる空気の遅れを正確に推定できなくなり、実空気過剰率の推定誤差を生じてしまうことになる。
【００４６】
また、先行技術では、本実施例と同様に実空気過剰率が所定値以下のリッチ運転条件では目標燃料噴射量を増加側へ補正しているが、例えばインジェクタの詰まりに起因して実燃料噴射量が良好に増加されない場合には、リッチ燃焼時のエンジントルクの低下を完全に補償することができなくなり、やはりエンジントルクの不用意な変動を招くおそれがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の空燃比制御装置を簡略的に示すブロック構成図。
【図２】図１の実空気過剰率・補正係数変更手段のブロック構成図。
【図３】目標エンジントルク設定マップの一例。
【図４】目標空気過剰率設定マップの一例。
【図５】目標ＥＧＲ率設定マップの一例。
【図６】基準目標吸入新気量設定マップの一例。
【図７】体積効率推定マップの一例。
【図８】補正係数設定テーブルの一例。
【図９】実エンジントルク推定テーブルの一例。
【図１０】目標エンジントルク変化幅判定手段の判定処理の流れを示すフローチャート。
【図１１】実エンジントルク変化幅判定手段の判定処理の流れを示すフローチャート。
【図１２】所定期間前後実エンジントルク変化判定手段の判定処理の流れを示すフローチャート。
【図１３】実エンジントルクが低下した場合の補正係数設定テーブルの変更内容を示す説明図。
【図１４】実エンジントルクが増加した場合の補正係数設定テーブルの変更内容を示す説明図。
【図１５】一時的な実エンジントルクの変化に対する処理内容を示すタイムチャート。
【図１６】定常的な実エンジントルクの変化に対する処理内容を示すタイムチャート。
【図１７】上記実施例が適用される内燃機関のシステム構成図。
【符号の説明】
３１…目標エンジントルク設定手段
３２…目標空気過剰率手段
３３…目標ＥＧＲ率手段
３４…基本目標吸入新気量設定手段
３５…実空気過剰率推定手段
３６…目標吸入新気量補正係数設定手段
３７…目標吸入新気量演算手段
３８…目標燃料噴射量演算手段
３９…実エンジントルク検出手段
４０…空気過剰率・補正係数変更手段（補正係数選択変更手段）
４１…目標空気過剰率切替え検出手段
４２…目標エンジントルク変化幅判定手段
４３…実エンジントルク変化幅判定手段
４４…所定期間前後実エンジントルク変化判定手段
４５…実空気過剰率変更手段（第１の判定手段・第１の補正手段）
４６…補正係数変更手段（第２の判定手段・第２の補正手段）
Ｋτ…時定数補正係数（第１の補正係数）
ｋλ…目標吸入新気量補正係数（第２の補正係数）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an air-fuel ratio control device capable of controlling an air-fuel ratio, that is, an excess air ratio according to an engine operating condition of an internal combustion engine, and more particularly to a technique for suppressing a change in engine torque during a transition period of switching to a rich operating condition.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art There is known an air-fuel ratio control device that actively controls an air-fuel ratio, that is, an excess air ratio according to engine operating conditions of an internal combustion engine. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-294145 discloses a device that temporarily switches the air-fuel ratio to a rich side during regeneration of a NOx trap catalyst.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, during the transition period in which the air-fuel ratio, that is, the excess air ratio is switched to the rich side, the intake air amount and its responsiveness are reduced due to various causes, for example, the aging deterioration (clogging) of the EGR valve, or the fuel injection valve is The engine torque may be inadvertently fluctuated due to deterioration of the fuel injection amount or its response due to deterioration over time (blockage). The manner of the engine torque change at this time differs depending on the cause.
[0004]
The present invention has been made in view of the fact that the manner in which the actual engine torque changes varies depending on the cause as described above. By performing appropriate correction control according to the cause, the engine torque is not affected. It is a main object of the present invention to provide an air-fuel ratio control device which can suppress a prepared fluctuation with high accuracy and is excellent in reliability.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The actual excess air ratio is estimated using a first correction coefficient which is a time constant correction coefficient reflecting a dynamic delay of intake air (actual excess air ratio estimating means). When the actual excess air ratio is under the rich operation condition equal to or less than the predetermined value, the fuel injection amount is corrected to the increasing side using the second correction coefficient so as to compensate for the decrease in the engine torque (fuel injection amount correction means). An actual engine torque detecting means for detecting the actual engine torque is provided. In the transitional transition period from the lean operation condition to the rich operation condition, the change in the actual engine torque is the first change mode in which the change is locally large, or gradually changes to the increasing side or the decreasing side. It is determined whether it is the second variation mode, and the first correction factor is corrected in the first variation mode (first correction means), and the second correction factor is corrected in the second variation mode. (Second correction means).
[0006]
The predetermined value of the actual excess air ratio that defines the rich operation condition is typically a value smaller than 1, but is not necessarily limited to this.
[0007]
【The invention's effect】
According to the present invention, during a transition period in which a transition to rich operation conditions is made, based on a change in the actual engine torque, a cause of the change in the engine torque is specified, and appropriate correction control according to the cause is performed. Therefore, the inadvertent torque fluctuation during the switching transition period can be accurately resolved.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 17 shows an example of a system configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied. The supercharger 1 compresses and supercharges the air that has been dust-removed by the air cleaner 2 and is drawn into the intake passage 3 by the intake compressor 1A, cools the air by the intercooler 4, and sends it to the downstream intake manifold 5. On the other hand, the fuel pumped from the supply pump 6 and stored at a high pressure via the common rail 7 is injected toward the combustion chamber from a fuel injection valve (injector) 9 mounted on a combustion chamber of each cylinder of the engine 8. The injected fuel is ignited and burned in the combustion chamber.
[0010]
An EGR valve 11 is interposed in an EGR passage 12 connecting the exhaust manifold 10 and the collector 5A of the intake manifold 5. An electronically controlled throttle valve 13 is interposed in the intake passage 3 upstream of the intake compressor 1A. The control unit 20, which will be described later, performs the EGR control mainly by controlling the opening of the EGR valve 11 at the same time as the throttle valve 13 is throttled in order to improve exhaust and reduce noise at the time of idling or low load. A swirl control valve 14 is provided at an intake port branched to each cylinder downstream of the throttle valve 13, and by controlling the throttle amount, an appropriate swirl is formed in the combustion chamber according to the operation state. The exhaust gas after combustion drives the exhaust turbine 1B of the supercharger 1 from the exhaust manifold 10 and then is released to the atmosphere after NOx in the exhaust gas is collected by the NOx trap catalyst 15. The exhaust turbine 1B is of a variable nozzle type so that the supercharging pressure can be variably controlled.
[0011]
As various sensors for detecting the engine operating state, an air flow meter 16 for detecting an intake air flow rate, a water temperature sensor 17 for detecting an engine water temperature, a rotation speed sensor 18 for detecting an engine rotation speed, an accelerator opening sensor 19 and the like are provided. . Detection signals from these sensors are input to the control unit 20. The control unit 20 performs the above-described EGR control, fuel injection control (air-fuel ratio control), swirl control, and the like according to engine operating conditions detected based on various detection signals. The air-fuel ratio control is performed so as to secure the target engine torque while maintaining the target excess air ratio, particularly in a region where the engine generated torque with respect to the excess air ratio is nonlinear.
[0012]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an air-fuel ratio control apparatus according to the present embodiment. FIG. 2 is a block diagram showing details of an excess air ratio / correction coefficient changing means (correction coefficient selection changing means) 40 in FIG. It is a block diagram. These components shown in FIGS. 1 and 2 are stored in advance in the ROM of the control unit 20 in the form of a program, for example, and are executed by the CPU. 3 to 9 show map tables used for calculating and setting a value such as a target engine torque, which are prepared (stored and stored) in the ROM in the control unit 20 in advance. By mapping various parameters such as the engine speed obtained based on various sensors on these map tables, values such as the target engine torque can be obtained.
[0013]
Referring to FIG. 1, target engine torque setting means 31 sets a target engine torque tTe based on engine operating conditions such as an accelerator opening (required load) and an engine speed. The relationship between the accelerator opening, the engine speed, and the target engine torque is prepared in advance as a map. FIG. 3 shows an example of the target engine torque setting map. As shown in the figure, the target engine torque increases as the accelerator opening increases, and the target engine torque decreases as the engine speed increases.
[0014]
The target excess air ratio means 32 sets a target excess air rate tλ from the target engine torque tTe obtained by the target engine torque setting means 31 and the engine speed, for example. The relationship between the target engine torque, the engine speed, and the target excess air ratio is prepared in advance as a map. FIG. 4 shows an example of the target excess air ratio setting map. As shown in the figure, as the target engine torque increases, the target excess air ratio tλ increases, and typically, as the engine speed increases, tλ increases. However, at the time of regeneration of the NOx trap catalyst 15, etc., the target excess air ratio is forcibly switched to a predetermined value or less (rich operation condition) regardless of this map.
[0015]
The target EGR rate setting means 33 sets the target EGR rate ηegr based on, for example, the target engine torque tTe and the engine speed. The relationship between the target engine torque, the engine speed, and the target EGR rate is prepared in advance as a map. FIG. 5 shows an example of the target EGR rate setting map. As shown in the figure, as the target engine torque decreases, the target EGR rate ηegr increases. In a region where the engine speed is smaller than the predetermined threshold value Ne_th, the target EGR rate is kept constant (however, increases or decreases according to the target engine torque as described above) regardless of the magnitude of the engine speed. Is larger than the predetermined threshold value Ne_th, the target EGR rate is reduced as the engine speed increases.
[0016]
The basic target intake fresh air amount setting means 34 performs, for example, the following processing. First, the reference target fresh intake air amount tQac_b when the target excess air ratio is 1 and the target EGR ratio is 0% is set from the target engine torque and the engine speed. The relationship between the target engine torque, the engine speed, and the reference target intake fresh air amount is prepared in advance as a map. FIG. 6 shows an example of the reference target intake fresh air amount setting map. As shown in the figure, as the target engine torque increases, the reference target intake fresh air amount tQac_b increases. Also, tQac_b increases as the engine speed increases.
[0017]
(Equation 1)

[0018]
Secondly, the basic target intake fresh air amount tQac0 is calculated from the obtained reference target intake new air amount tQac_b by performing the calculation of the above equation (1). Equation (1) is obtained from equation (2). The first term on the right side of the equation (2) is the target intake fresh air amount when the target excess air ratio is other than 1 and the target EGR ratio is 0%. The second term on the right side is the amount of oxygen contained in the EGR when the target EGR rate is achieved. By subtracting the second term from the first term, the basic target intake fresh air amount when the EGR rate is other than 0% can be obtained. That is, the basic target intake new air amount setting means 34 calculates the basic target intake new air amount tQac0 based on the target excess air ratio tλ, the target EGR ratio ηegr, and the reference target intake new air amount tQac_b.
[0019]
(Equation 2)

[0020]
The actual excess air ratio estimating means 35 estimates the actual excess air ratio yλ from the target excess air ratio using the above equation (3), for example. In this equation (3), the actual excess air ratio responds to the target excess air ratio with a first-order delay of the time constant τa. Z-1 is an operator representing one operation delay. The time constant τa is calculated from the above equation (4) using the volumetric efficiency and the engine speed. The volumetric efficiency is obtained, for example, from the target fuel injection amount and the engine speed. The relationship between the target fuel injection amount, the engine speed and the volumetric efficiency is prepared in advance as a map. FIG. 7 shows an example of this volume efficiency estimation map. As shown in the figure, the volumetric efficiency increases as the target fuel injection amount increases, and the volumetric efficiency increases as the engine speed increases.
[0021]
Here, the parameters used in the calculation of the expression (3) are not the time constant τa itself, but are obtained by the processing by the actual excess air ratio changing means 45 (see FIG. 2) described later, and are expressed by the above expression (5). As described above, the time constant τa is multiplied by the time constant correction coefficient Kτ (first correction coefficient) that reflects the dynamic delay of the intake air introduced into the combustion chamber via the collector 5A. The time constant τa2 is used. That is, the actual excess air ratio estimating means 35 estimates the actual target excess air ratio yλ using the time constant correction coefficient Kτ that reflects the dynamic delay of the intake air.
[0022]
The target intake fresh air amount correction coefficient setting means 36 sets a target intake fresh air amount correction coefficient (second correction coefficient) Kλ from the actual excess air ratio. The relationship between the actual excess air ratio and the correction coefficient is prepared in advance as a table. FIG. 8 shows an example of the correction coefficient setting table. As shown in the figure, in a region where the actual excess air ratio is smaller than a predetermined threshold value yλ_th (rich operation condition), the target intake fresh air amount correction coefficient Kλ increases as the actual excess air ratio decreases. In a region where the actual excess air ratio is larger than the threshold value yλ_th (including the lean operation condition), the target intake fresh air amount correction coefficient Kλ is set to a predetermined constant value Kλ0 regardless of the magnitude of the actual excess air ratio. The map data in FIG. 8 is changed by a correction coefficient changing unit 46 described later. The target intake fresh air amount correction coefficient Kλ may be set using a map in which both the engine speed and the actual excess air ratio are used as parameters in consideration of the effect of the engine speed.
[0023]
tQac = kλ × tQac0 (6)
The target intake fresh air amount calculating means 37 multiplies the basic target intake fresh air amount tQac0 by the target intake fresh air amount correction coefficient Kλ, as shown in the above equation (6), thereby obtaining the target intake fresh air amount. Calculate tQac. That is, tQac increases and decreases in proportion to kλ and tQac0.
[0024]
[Equation 3]

[0025]
The target fuel injection amount calculating means 38 calculates the target fuel injection amount tQf by calculating the above equation (7). The numerator on the right side of the equation (7) is the amount of oxygen desired to be sucked into the cylinder, that is, the amount of oxygen contained in the total working gas of the fresh air and EGR gas. The target fuel injection amount is determined by dividing this value by the target excess air ratio tλ (and the stoichiometric air-fuel ratio k).
[0026]
Therefore, assuming that the constant value Kλ0 in FIG. 8 is a reference value, the target intake fresh air amount becomes smaller as the actual excess air ratio becomes smaller only in a region where the actual excess air ratio is smaller than the predetermined threshold value yλ_th (rich operation condition). Thus, the correction is performed based on the correction coefficient (second correction coefficient) Kλ so that the target fuel injection amount is increased (fuel injection amount correction means).
[0027]
The actual engine torque detecting means 39 detects or estimates a value corresponding to the actual engine torque. For example, the pressure in the cylinder is detected using a cylinder pressure sensor, and the actual engine torque is calculated from this pressure. Alternatively, the actual engine torque may be obtained by the following estimation processing. First, the change in the engine speed at two different predetermined crank angles is determined. For example, a difference between the engine speed at a crank angle of 90 ° CA and the engine speed at a crank angle of 0 ° CA is obtained. Second, an actual engine torque is obtained based on the difference between the engine speeds. The relationship between the engine speed difference and the actual engine torque is prepared in advance as a table. FIG. 9 shows an example of the actual engine torque estimation table. As shown in the figure, the actual engine torque is proportionally increased as the engine speed difference increases.
[0028]
The excess air ratio / correction coefficient changing means 40, which is a main part of the present embodiment, switches from a lean operation condition in which the target excess air ratio (actual excess air ratio) is relatively large to a predetermined rich operation condition in which the target excess air ratio is small. In the switching transition period, the time constant correction coefficient Kτ or the target intake fresh air amount correction coefficient kλ is selectively changed and corrected based on the mode of change of the actual engine torque (correction coefficient selection correction means).
[0029]
More specifically, as shown in FIG. 2, the excess air ratio / correction coefficient changing unit 40 includes a target excess air ratio switching detection unit 41, a target engine torque change width determination unit 42, and an actual engine torque change width determination unit 43. And an actual engine torque change determining unit 44 before and after a predetermined period, an actual excess air ratio changing unit 45, and a correction coefficient changing unit 46.
[0030]
The target excess air ratio switching detecting means 41 detects switching from the above-described lean operation state to the rich operation state. Typically, the switching flag Frg1 is set to 1 when the target excess air ratio is changed from the above range of the threshold value yλ_th or more to the range of yλ_th or less. This Frg1 is returned to 0 when the switching is completed.
[0031]
The target engine torque change width determination means 42 obtains the maximum value and the minimum value of the target engine torque in a switching transition period within a predetermined period after Frg1 = 1, and calculates the target engine torque which is a difference between the maximum value and the minimum value. Is smaller than or equal to a predetermined first threshold value. FIG. 10 is a flowchart showing the flow of this determination processing. When the switching of the target excess air ratio is detected (S1), a timer that increases according to the elapsed time is started (S2). As long as the elapsed time is within the predetermined period, the maximum value and the minimum value are updated in S5 to S8. When the timer reaches the predetermined value, it is determined that the predetermined period has elapsed, and the process proceeds from S3 to S4, where the change width of the target engine torque is calculated from the final difference between the maximum value and the minimum value. It is determined whether it exceeds one threshold. If it exceeds, the second flag Frg2 is set to 1, and if not, Frg2 is set to 0.
[0032]
The actual engine torque change width determining means 43 obtains the maximum value rTe_max and the minimum value rTe_min of the actual engine torque in the switching transition period within a predetermined period after Frg1 = 1, and determines the difference between the two values, that is, the change in the actual engine torque. It is determined whether the width is equal to or less than a second predetermined threshold. FIG. 11 is a flowchart showing the flow of this determination processing. When the switching of the target excess air ratio is detected (S11), a timer that increases according to the elapsed time is started (S12). As long as the elapsed time is within the predetermined period, the maximum value and the minimum value are updated in S15 to S18. When the timer reaches the predetermined value, it is determined that the predetermined period has elapsed, and the process proceeds from S13 to S14, where the change width of the actual engine torque is calculated from the final difference between the maximum value and the minimum value. It is determined whether the value exceeds two thresholds. If it has exceeded, the third flag Frg3 is set to 1, and if not, Frg3 is set to 0. The second threshold value is a value sufficiently larger than the first threshold value.
[0033]
The actual engine torque change determining means 44 before and after the predetermined period determines the difference between the actual engine torque at the time when Frg1 = 1, ie, the start of switching, and the actual engine torque after a predetermined period (switching transition period), ie, at the end of switching. Is determined to be greater than a predetermined third threshold value. FIG. 12 is a flowchart showing the flow of this determination processing. When the switching of the target excess air ratio is detected in S21, the process proceeds to S22, and a timer that increases according to the elapsed time is started. At the same time, the actual engine torque at that time is set as the initial engine torque rTe0. When the timer reaches the predetermined value, it is determined that the predetermined period has elapsed, and the process proceeds from S23 to S24, and the engine torque at that time is set to the engine torque rTe1 after the predetermined period has elapsed. After a predetermined period has elapsed, the absolute value of the difference between the engine torque rTe1 and the initial engine torque rTe0 is determined, and it is determined whether or not this value exceeds a predetermined value. If it exceeds, the fourth flag Frg4 is set to 1, and if not, Frg4 is set to 0.
[0034]
The actual excess air ratio changing means (first determining means / first correcting means) 45 determines that the change in the target engine torque is equal to or less than the first threshold value (Frg2 = 0) and the change width of the actual engine torque is the If it exceeds two threshold values (Frg3 = 1), the time constant correction coefficient Kτ used for estimating the actual excess air ratio by the actual excess air ratio estimation means 35 is corrected by the following process.
[0035]
(Equation 4)

[0036]
First, based on the initial engine torque rTe0 obtained by the actual engine torque change determining means 44 before and after the predetermined period and the maximum engine torque rTe_max and the minimum engine torque rTe_min obtained by the actual engine torque change width determining means 43, Estimate the direction of change in engine torque. For example, if the initial engine torque is a value relatively close to the minimum engine torque, it is determined that a change in the upwardly protruding engine torque has occurred, and the calculation of the above equation (8) is performed to obtain the time constant correction coefficient. Update Kτ to be larger. If the initial engine torque is relatively close to the maximum engine torque, it is determined that a downwardly protruding change in the engine torque has occurred, and the above equation (9) is operated to calculate the time constant correction coefficient Kτ. Update to be smaller. Note that the time constant change constant Δkτ is given as a positive constant. Second, as described above, the second time constant τa2 is calculated by multiplying the time constant correction coefficient Kτ by the time constant τa (see equation (5)). The calculation (τa2 = Kτ × τa) of the equation (5) is actually performed by the actual excess air ratio estimating means 35.
[0037]
The correction coefficient changing unit 46 (second determining unit / second correcting unit) determines that the variation range of the target engine torque is equal to or smaller than the first threshold value (Frg2 = 0), and If the change width exceeds the third threshold value (Frg4 = 1), it is determined that the actual engine torque has gradually (steadily) changed during the transition period of switching, and the actual excess air ratio is input. The table data of the correction coefficient setting table of FIG. That is, the target intake fresh air amount correction coefficient Kλ is corrected for the purpose of correcting the intake new air amount and thus the fuel injection amount. Specifically, if the engine torque rTe1 after the predetermined period is smaller than the initial engine torque rTe0 obtained by the actual engine torque change determination means 44 before and after the predetermined period, the actual engine torque rTe1 during the transition period to the rich combustion is changed. It is determined that the engine torque has gradually decreased, and the table data of the correction coefficient setting table of FIG. 8 is changed as shown in FIG. That is, the correction coefficient Kλ is corrected to the increasing side. Conversely, if the engine torque rTe1 is greater than the initial engine torque after the elapse of the predetermined period, it is determined that the engine torque has increased during the transition period, and the table data of the correction coefficient setting table is The changes are made as shown in FIG. That is, the correction coefficient Kλ is corrected to the lower side.
[0038]
The operation and effect of this embodiment will be described with reference to FIGS.
[0039]
In the present embodiment, as a cause of the engine torque inadvertently fluctuating in the transition period of switching from the lean operation condition to the rich operation condition due to the change of the excess air ratio, the engine torque is caused via the collector unit 5A due to clogging of the EGR valve 11 or the like. Two cases are caused by a decrease in the amount of intake air introduced into the combustion chamber and its responsiveness, and a case caused by a decrease in the fuel injection amount and its responsiveness due to clogging of the fuel injection valve 9. Assuming the case, when the engine torque actually fluctuates, it is determined which is the cause, and an appropriate measure is taken according to the cause. This makes it possible to accurately suppress inadvertent fluctuations in engine torque when switching to rich combustion.
[0040]
Specifically, as shown in FIG. 15, when the actual engine torque temporarily and locally largely changes, it is determined that there is a cause on the intake air amount side, and the time constant reflecting the dynamic air delay is determined. The correction coefficient Kτ is corrected. As shown in FIG. 15, when the engine torque is convex downward, the estimated value of the actual excess air ratio changes later than the actual value, so that the timing of correcting the fuel injection amount to the increasing side is delayed. Judgment is made and the time constant correction coefficient Kτ used for estimating the actual excess air ratio is reduced, so that the fuel injection amount is increased earlier.
[0041]
As shown in FIG. 16, when the actual engine torque changes steadily and gently, it is determined that there is a cause in the performance change of the fuel injection valve 9, that is, the fuel injection side, and the target intake fresh air amount, and thus the fuel injection amount, is reduced. The correction coefficient Kλ for correction is corrected. As shown in FIG. 16, when the actual engine torque gradually decreases, it is determined that the actual fuel injection amount has not been sufficiently increased due to the deterioration with time of the injector 9, and the fuel injection amount is corrected to the increasing side. As shown in FIG. 13, the correction coefficient Kλ is corrected to increase. Conversely, when the actual engine torque is gradually increasing, it is determined that the actual fuel injection amount is excessively increased, and the correction coefficient Kλ is reduced as shown in FIG. Is corrected to the lower side.
[0042]
With the above-described processing, the inadvertent fluctuation of the actual engine torque that occurs in the transition period to the switching to the rich combustion due to the aging deterioration of the EGR valve and the injector 9 is appropriately suppressed according to the cause, and the robustness is improved. System can be constructed.
[0043]
As described above, the change of the time constant correction coefficient Kτ and the target intake fresh air amount correction coefficient kλ by the excess air ratio / correction coefficient changing means 40 are performed when a predetermined condition is satisfied, that is, the rich operation is performed from the lean operation condition. This is done only during the transition period to the condition. The effect of the change appears in the transition period to the next switching to the rich operation condition.
[0044]
For reference, in Japanese Patent Application No. 2001-362935 filed by the present applicant (hereinafter referred to as prior art), the engine torque is prevented from being inadvertently reduced during a transition period of switching from lean combustion to rich combustion. The fuel injection amount is corrected to increase. This correction is performed by setting a correction coefficient based on the actual excess air ratio obtained by the estimation, and correcting the fuel injection amount based on the correction coefficient. Since the correction coefficient is calculated from the actual excess air ratio, the engine torque can be kept constant even when a deviation due to the delay of the actual excess air ratio from the target excess air ratio occurs, as in the present embodiment. become.
[0045]
However, in the above-mentioned prior art, when an error occurs in the estimation of the actual excess air ratio due to the deterioration of the EGR valve with the passage of time, a constant engine torque may not be realized. The cause of the estimation error of the actual excess air ratio will be considered. Since the movement of the intake air largely depends on the speed consumed by the engine with respect to the volume of the collector, the actual excess air ratio follows the target excess air ratio with a delay. In the prior art, as in the present embodiment, a parameter representing a delay occurring at the collector is estimated from the engine speed and the volumetric efficiency, and used in the calculation for estimating the actual excess air ratio, but this parameter is considered in the estimation calculation. It may be affected by changes in engine components over time. For example, when the EGR valve is clogged, it is expected that the effective EGR valve opening area decreases, the EGR amount entering the collector decreases, and the pressure and temperature in the collector decrease. The volumetric efficiency is the ratio of the volume when the gas sucked into the cylinder during the intake stroke is brought into the state of temperature and pressure at the collector with respect to the total stroke volume of the piston. Therefore, when the pressure and temperature in the collector change, the volume efficiency also changes. As a result, it is impossible to accurately estimate the delay of the air generated in the collector, and an estimation error of the actual excess air ratio occurs.
[0046]
Further, in the prior art, the target fuel injection amount is corrected to the increasing side under the rich operation condition in which the actual excess air ratio is equal to or less than the predetermined value, similarly to the present embodiment, but the actual fuel injection amount is increased due to clogging of the injector. If the amount is not satisfactorily increased, it is not possible to completely compensate for the decrease in engine torque during rich combustion, which may also cause inadvertent fluctuations in engine torque.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of an actual excess air ratio / correction coefficient changing unit of FIG. 1;
FIG. 3 is an example of a target engine torque setting map.
FIG. 4 is an example of a target excess air ratio setting map.
FIG. 5 is an example of a target EGR rate setting map.
FIG. 6 is an example of a reference target intake fresh air amount setting map.
FIG. 7 is an example of a volume efficiency estimation map.
FIG. 8 is an example of a correction coefficient setting table.
FIG. 9 is an example of an actual engine torque estimation table.
FIG. 10 is a flowchart illustrating a flow of a determination process of a target engine torque change width determination unit.
FIG. 11 is a flowchart illustrating a flow of a determination process of an actual engine torque change width determination unit.
FIG. 12 is a flowchart illustrating a flow of a determination process of an actual engine torque change determination unit before and after a predetermined period;
FIG. 13 is an explanatory diagram showing the contents of changes in a correction coefficient setting table when the actual engine torque is reduced.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing the contents of changes in a correction coefficient setting table when the actual engine torque increases.
FIG. 15 is a time chart showing processing contents for a temporary change in actual engine torque.
FIG. 16 is a time chart showing processing contents for a steady change in actual engine torque.
FIG. 17 is a system configuration diagram of an internal combustion engine to which the embodiment is applied.
[Explanation of symbols]
31 ... Target engine torque setting means
32 ... Target excess air ratio means
33 ... Target EGR rate means
34: Basic target intake fresh air setting means
35 ... means for estimating the actual excess air ratio
36 ... Target intake fresh air amount correction coefficient setting means
37 ... Target intake fresh air amount calculating means
38: Target fuel injection amount calculating means
39 Actual engine torque detecting means
40 ... Air excess ratio / correction coefficient changing means (correction coefficient selection changing means)
41 ... Target excess air ratio switching detection means
42 ... Target engine torque change width determination means
43 ... Actual engine torque change width determination means
44 ... Actual engine torque change determination means before and after a predetermined period
45 ... Actual excess air ratio changing means (first determining means / first correcting means)
46... Correction coefficient changing means (second determination means / second correction means)
Kτ: time constant correction coefficient (first correction coefficient)
kλ: target intake fresh air amount correction coefficient (second correction coefficient)

Claims

Actual excess air ratio estimating means for estimating the actual excess air ratio using a first correction coefficient reflecting a dynamic delay of the intake air;
Fuel injection amount correction means for correcting the fuel injection amount to an increasing side using the second correction coefficient when the actual excess air ratio is a rich operation condition equal to or less than a predetermined value;
An actual engine torque detecting means for detecting an actual engine torque,
First determining means for determining whether the change in the actual engine torque is in a first change mode during a transition period to shift to the rich operation condition;
A second determining unit that determines whether a change in the actual engine torque is a second change mode different from the first change mode during a transition period to shift to the rich operation condition;
First correction means for correcting the first correction coefficient at the time of the first change mode;
A second correction unit that corrects the second correction coefficient in the second change mode;
An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine having:

The first change mode is a mode in which the actual engine torque temporarily largely changes during the transition period.
2. The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the second variation mode is a mode in which the actual engine torque constantly changes to an increasing side or a decreasing side during the transition period.

Target engine torque setting means for setting a target engine torque based on the engine operating state;
Target excess air ratio setting means for setting a target excess air ratio based on the engine operating state;
Target EGR rate setting means for setting a target EGR rate based on an engine operating state;
Basic target intake new air amount setting means for setting a basic target intake new air amount based on the target engine torque, the target excess air ratio, and the target EGR ratio;
Actual excess air ratio estimating means for estimating the actual excess air ratio using a first correction coefficient reflecting a dynamic delay of the intake air;
Target intake fresh air amount correction coefficient setting means for setting a second correction coefficient for the basic target intake fresh air amount so as to compensate for a decrease in engine torque under rich operation conditions in which the actual excess air ratio is equal to or less than a predetermined value;
A target intake fresh air amount calculating means for correcting the basic target intake fresh air amount using the second correction coefficient and calculating a target intake fresh air amount;
Target fuel injection amount calculation means for calculating a target fuel injection amount based on the target intake fresh air amount, the target EGR rate, and the target excess air ratio;
An actual engine torque estimating means for detecting or estimating the actual engine torque;
Correction coefficient selection changing means for selectively changing the first correction coefficient or the second correction coefficient based on the actual engine torque, the target excess air ratio, and the target engine torque;
An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine having:

The correction coefficient selection changing means includes:
Target excess air ratio switching detection means for detecting switching of the target excess air ratio to the rich operation condition,
Target engine torque change width determining means for determining whether a change width between a maximum value and a minimum value of the target engine torque within a predetermined period after switching to the rich operation condition is equal to or less than a first threshold value,
Actual engine torque change width determining means for determining whether a change width between the maximum value and the minimum value of the actual engine torque within the predetermined period is equal to or less than a second threshold value;
An actual engine torque change determination means before and after a predetermined period of time for determining whether a change width of the actual engine torque between the start and end of the predetermined period is equal to or less than a third threshold value
When the change width of the target engine torque is equal to or smaller than a first threshold value and the change width of the actual engine torque exceeds a second threshold value, the first correction coefficient is changed. First correction means;
When the change width of the target engine torque is equal to or less than the first threshold value and the change width of the actual engine torque between the start and end of the predetermined period exceeds the third threshold value. A second correction means for changing the second correction coefficient,
The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 3, comprising:

The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the actual engine torque detecting means estimates the actual engine torque based on a change in the engine speed at two different crank angles.