JP2004044517A - 内燃機関の空燃比フィードバック制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フィードバック補正係数の補助制御定数がその下限値に等しくなっていると、加速を行った場合に、補助制御定数の制御遅れにより空燃比がリーンになり、窒素酸化物が一時的に増加することがある。
【解決手段】排気系の触媒上流側に主酸素センサを設けるとともに、触媒下流側に副酸素センサを設けておき、前記主酸素センサからの信号によりフィードバック補正係数を増減させて混合気の空燃比をフィードバック制御するとともに、前記副酸素センサからの出力信号により、前記フィードバック補正係数を増減させる際に用いる制御定数を制御する内燃機関の空燃比フィードバック制御方法であって、定常運転状態の負荷の増加を検出した場合であって、制御定数を補正する補助制御定数がその最小値を規定する下限値と等しい場合に燃料を増量補正する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として自動車等に適用される内燃機関の空燃比フィードバック制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等に搭載される内燃機関すなわちエンジンでは、例えば特開平５３３７０９号公報のもののように、排気ガス中の有害物質を無害化するために、三元触媒を排気系に設けるとともに、その三元触媒の上流側に主酸素センサを、またその下流側に副酸素センサをそれぞれ設けたものが知られている。このようなエンジンでは、主酸素センサからの信号に基づいて、空燃比フィードバック制御の際の燃料の補正量を決定するフィードバック補正係数を増減して、混合気の空燃比を制御するとともに、副酸素センサからの信号に基づいて、空燃比フィードバック補正係数を制御する制御定数、例えばフィードバック補正係数により空燃比フィードバック制御の制御中心を補正するものである。
【０００３】
通常、制御定数が過度に制御されないように、制御定数を補正するための補助制御定数に上下限値を設定し、その範囲内で変化する補助制御定数により制御定数を制御するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の構成のものにおいて、例えば運転状態の変化しない定常運転状態で、空燃比がリッチであることを副酸素センサが検出し、空燃比を目標空燃比に収束させるために補助制御定数が小さくし、その結果、補助制御定数の下限値と等しくなり、空燃比がリッチである状態が継続することにより、補助制御定数が下限値に等しくなった状態を継続することがある。このように、補助制御定数が下限値をとることにより、フィードバック補正係数により補正される燃料量が減少され、その結果、触媒内の排気ガスの空燃比がリーンな状態つまりリーン雰囲気となることがある。
【０００５】
このような運転状態からアクセルペダルを踏み込んで加速すると、スロットルバルブが急激に開かれて大量の吸入空気量となるが、補助制御定数が最小値となっているために、空燃比がリーンとなる。そして、図６に示すように、副酸素センサがこのリーンの空燃比を検出し、補助制御定数を大きくするように制御が進行するが、補助制御定数が最小値になっているために、この時点で要求される補助制御定数とはならない。これは、補助制御定数の増加をその下限値から開始させるためで、これによりフィードバック制御における応答が遅れるためである。この結果、空燃比がリーンの状態で、フィードバック補正係数による燃料の増量補正が十分に制御できないため、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が増加した。
【０００６】
本発明は、以上のような課題を解決することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本願の請求項１に係る発明の内燃機関の空燃比フィードバック制御方法は、排気系の触媒上流側に主酸素センサを設けるとともに、触媒下流側に副酸素センサを設けておき、前記主酸素センサからの信号によりフィードバック補正係数を増減させて混合気の空燃比をフィードバック制御するとともに、前記副酸素センサからの出力信号により、前記フィードバック補正係数を増減させる際に用いる制御定数を制御する内燃機関の空燃比フィードバック制御方法であって、定常運転状態の負荷の増加を検出した場合であって、制御定数を補正する補助制御定数がその下限値と等しい場合に燃料を増量補正することを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、負荷の増加を検出して燃料を増量補正するので、制御定数の補助制御定数がその下限値に等しい値にまで低下している状態で、その場合の運転状態に対応して補助制御定数を要求値となるまで制御するのに必要な時間、つまり空燃比のフィードバック制御の応答遅れを少なくすることが可能になる。
【０００９】
また、補助制御定数がその下限値に等しくなっている状態でのみ、この制御を実施するので、補助制御定数がその下限値に達していない運転状態では過度の燃料の増量補正制御による空燃比制御の乱れを防止することが可能になる。
【００１０】
また、本願の請求項２に係る発明の内燃機関の空燃比フィードバック制御方法は、排気系の触媒上流側に主酸素センサを設けるとともに、触媒下流側に副酸素センサを設けておき、前記主酸素センサからの信号によりフィードバック補正係数を増減させて混合気の空燃比をフィードバック制御するとともに、前記副酸素センサからの出力信号により、前記フィードバック補正係数を増減させる際に用いる制御定数を制御する内燃機関の空燃比フィードバック制御方法であって、定常運転状態の負荷の増加を検出した場合は、制御定数を補正する補助制御定数の最小値を規定する下限値を大きくすることを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、負荷の増加を検出して補助制御定数の最小値を大きくするので、仮に制御定数の補助制御定数がその下限値に等しい値にまで低下しても、補助補正定数が大きくなっていることにより、その場合の運転状態に対応する補助制御定数の要求値となるまで制御するのに必要な時間、つまり空燃比のフィードバック制御の応答遅れを少なくすることが可能になる。
【００１２】
また、補助制御定数の大きさにかかわらず、つまり補助制御定数がその下限値に達しているか否かを判定することなく、負荷の増加を検出した場合に補助制御定数の最小値を大きくするので、制御を簡素化することが可能なる。
【００１３】
前記下限値は、検出した負荷の増加量に応じて所定量大きくすることが好ましい。このように構成することにより、補助制御定数の最小値を運転状態に応じた適正な値に設定することが可能になる。
【００１４】
本願において、定常運転状態とは、エンジン回転数のほとんど変化しない運転状態を指すものであり、アイドル運転状態や、スロットルバルブの開度にほとんど変化のない運転状態等を含むものであってよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜５を参照して説明する。
【００１６】
図１に示す内燃機関すなわちエンジン１００は、自動車用のもので、吸気系１に燃料噴射弁２を設けるとともに、排気系３に三元触媒４を設けている。また、排気系３には、三元触媒４の上流側に主酸素センサ５を設けるとともにその下流側に副酸素センサ６を設けている。
【００１７】
燃料噴射弁２から噴射する燃料の量を電子制御装置７から出力する燃料噴射指令信号ａにより制御するようにしている。電子制御装置７は、中央演算処理装置８と、記憶装置９と、入力インターフェース１０と、出力インターフェース１１とを備えたマイクロコンピュータシステムを主体に構成している。入力インターフェース１０には、主酸素センサ５から出力される主センサ出力信号ｂ、副酸素センサ６から出力される副センサ出力信号ｃ、スロットルバルブ２０を介して吸入空気が流入するサージタンク１３内の吸気管圧力を検出する吸気圧センサ１４から出力される圧力信号ｄ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ１５から出力される回転数信号ｅ、及び車両の速度を検出するための車速センサ１６から出力される車速信号ｆなどが入力される。
【００１８】
燃料噴射弁２からは、所定のクランクアングル毎に所要の噴射時間だけ燃料を噴射させるようにしているが、その噴射時間を演算するためのプログラムを電子制御装置７に内蔵させてある。このプログラムは、次のような手順で噴射時間Ｔを算出するようにしたものである。まず、吸気圧センサ１４からの圧力信号ｄと回転数センサ１５からの回転数信号ｅに基づいて基本噴射時間ＴＰを決定する。そして、この基本噴射時間ＴＰを、空燃比制御用のフィードバック補正係数ＦＡＦや、他の種々の補正係数（本発明にないため、説明を省略する）により補正して、有効噴射時間ＴＡＵを算出するしかる後に、この有効噴射時間ＴＡＵに所定の無効噴射時間ＴＡＵＶを加えて最終的な噴射時間Ｔを算出する。
【００１９】
フィードバック補正係数ＦＡＦは、燃料噴射量Ｔを変化させて混合気の空燃比を原則として理論空燃比近傍にフィードバック制御するためのものであり、図２に示すようにして変化させるようにしている。
【００２０】
まず、主酸素センサ５からの主センサ出力信号ｂの電圧（以下、主センサ出力電圧と称する）が、判定電圧Ｖｔｇｔを上回ってリッチ状態を検出している際には、フィードバック補正係数ＦＡＦを所定の積分定数ＫＩＭを用いて燃料減量方向に漸減させていく。そして、主センサ出力電圧が判定電圧Ｖｔｇｔに達してからディレイ時間ＴＤＬが経過した時点で、フィードバック補正係数ＦＡＦを一定のスキップ値ＲＳＰだけ燃料増加側にスキップさせ、しかる後に、フィードバック補正係数ＦＡＦを、所定の積分定数ＫＩＰを用いて燃料増量方向に漸増させていく。その結果、主センサ出力電圧が判定電圧Ｖｔｇｔを上回ってリッチ検出状態に切り替わると、その切替時点から所定のディレイ時間ＴＤＲが経過した段階で、フィードバック補正係数ＦＡＦを一定のスキップ値ＲＳＭだけ燃料減量側にスキップさせ、しかる後に、フィードバック補正係数ＦＡＦを所定の積分定数ＫＩＭを用いて燃料減量方向に漸減させていく。以上の操作を繰り返し実行することによって、混合気の空燃比を理論空燃比に近づけるようにしている。上記した積分定数ＫＩＭ，ＫＩＰ、及びスキップ値ＲＳＰ，ＲＳＭは一定値に設定してあり、ディレイ時間ＴＤＬ，ＴＤＲは、副酸素センサ６からの副センサ出力信号ｃに基づいて変更し得るようにしてある。
【００２１】
具体的には、ディレイ時間ＴＤＬ，ＴＤＲは、以下に説明する補助制御定数ＦＡＣＦを変更することにより、運転状態に応じて変更するものであり、この空燃比フィードバック制御における補助制御定数ＦＡＣＦの下限値の制御手順の概略を、図３及び図４を参照して説明する。なお、補助制御定数ＦＡＣＦの増減制御にあっては、この分野で広く知られているものを利用することができるもので、例えば副センサ出力信号ｃがリッチを示している時間及びリーンを示している時間に応じて増減するものであってよい。
【００２２】
まず、補助制御定数ＦＡＣＦの下限値を設定するルーチンについて説明する。
【００２３】
ステップＳ１では、アイドル運転状態及び定速走行状態を含む定常運転状態から加速、特には急激な加速が実施されたか否かを判定する。この判定は、例えば少なくとも車速の変化を確認して行うもので、単位時間当たりに所定の車速の変化があった場合に急激な加速が実施されたものと判定し、その車速の変化率が設定された変化率以上であることにより負荷の増加を検出して、ステップＳ２に進む。この実施の形態では、車速が速くなる方向に変化することにより、エンジンの負荷の増加を検出するものである。したがって、例えば駐車中のアイドル運転状態から方向を転換する際にアクセルペダルを踏み込んでエンジン回転数を上げ、低速で車両を移動する場合など、単にアクセルペダルが大きく踏み込まれた場合は急激な加速とは判定しない。加速と判定しなかった場合はステップＳ３に進む。
【００２４】
ステップＳ２では、補助制御定数ＦＡＣＦの下限値を所定量増加する。増加する所定量は、仮に増加された下限値まで補助制御定数ＦＡＣＦが低下しても、副酸素センサにより検出される空燃比が一時的にリーンにならない量に適合するものである。所定量は、ステップＳ１において検出した加速の程度つまり負荷の増加量に応じて設定されるもので、加速が急激なほど大きく設定するものである。また、補助制御定数ＦＡＣＦの下限値を増加する時間は、例えば加速がほぼ完了した時点までとしている。ステップＳ３では、補助制御定数ＦＡＣＦの下限値を本来の下限値で設定する。補助制御定数ＦＡＣＦの本来の下限値は、基本的には一定である。ステップＳ４では、設定された補助制御定数ＦＡＣＦの下限値を記憶する。
【００２５】
次に、補助制御定数ＦＡＣＦの増減に関するルーチンを説明する。
【００２６】
まず、ステップＳ１１において、副酸素センサ６の副センサ出力信号ｃの出力電圧（以下、副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔと称する）が判定電圧Ｖｔｇｔを下回っているか否かを判定し、下回っている場合は、ステップＳ１２に進み、以上である場合は、ステップＳ１３に移行する。このステップＳ１１は、副酸素センサ６により空燃比がリッチであるか否かを判定するもので、副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔが判定電圧Ｖｔｇｔを下回っている場合はリーンと、また以上である場合はリッチと、それぞれ判定する。ステップＳ１２では、設定された所定値だけ補助制御定数ＦＡＣＦを増加させる。ステップＳ１３では、設定された所定値だけ補助制御定数ＦＡＣＦを減少させる。ステップＳ１４では、増減された補助制御定数ＦＡＣＦを下限値と上限値との間で設定する。補助制御定数ＦＡＣＦが下限値あるいは上限値と等しい場合には、補助制御定数ＦＡＣＦを下限値あるいは上限値で設定する。定常運転状態では、副酸素センサ６の副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔが上回る状態が継続するので、補助制御定数ＦＡＣＦは本来の下限値に等しくなっている。
【００２７】
このような構成において、例えば定速走行をしている定常運転状態では、加速状態が検出されないので、前回の補助制御定数ＦＡＣＦの下限値を維持する（ステップＳ１、ステップＳ３、ステップＳ４）。一方、補助制御定数ＦＡＣＦは、副酸素センサ６の副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔが判定電圧Ｖｔｇｔを上回っている場合は、空燃比がリッチであるので、補助制御定数ＦＡＣＦを減少し、減少した値により設定する。この場合に、減少した補助制御定数ＦＡＣＦが下限値に達している場合には、補助制御定数ＦＡＦＣとして、その下限値を設定する（ステップＳ１１、ステップＳ１３、ステップＳ１４）。これによって、設定された補助制御定数ＦＡＣＦによりディレイ時間ＴＤＬが制御され、目標空燃比となるように空燃比がフィードバック制御される。
【００２８】
これに対して、図５に示すように、例えばアイドル運転状態あるいは定速走行をしている定常運転状態から加速が開始されると、車速センサ１６から出力される車速信号ｆにより、加速の程度つまり負荷の増加を検出する（ステップＳ１）。そして、負荷が増加することを検出した場合は、補助補正定数ＦＡＣＦの下限値を増加し、その下限値を保存する（ステップＳ２、ステップＳ４）。このようにして下限値を増加した状態で、保存された下限値と上限値との間で空燃比がリッチである場合の補助制御定数ＦＡＣＦを設定する（ステップＳ１１、ステップＳ１３、ステップＳ１４）ので、副酸素センサ６の副センサ出力電圧ＳＶｏｕｔが判定電圧Ｖｔｇｔより高い場合に補助制御定数ＦＡＣＦを減少させても、上昇させた下限値より低くならないために、リーン判定におけるディレイ時間ＴＤＬが短くなる。
【００２９】
したがって、空燃比がリーンであることを検出すると、短時間でフィードバック補正係数ＦＡＦが切り替わる。この結果、燃料が増量されて、補助制御定数ＦＡＣＦによる制御遅れを短縮することができ、加速時の窒素酸化物の増加を確実に防止することができ、エミッションの低下を改善することができる。また、以上のようにして増加された補助制御定数ＦＡＣＦの下限値は、窒素酸化物が排出されやすい運転状態に対応する所定の時間が経過した後は、本来の下限値に再設定されるので、加速が終了した後に補助制御定数ＦＡＣＦが高くなりすぎることを防止することができる。
【００３０】
この後、加速でないと判定した場合は、この時点で記憶されている補助制御定数ＦＡＣＦの下限値とする（ステップ１、ステップＳ３、ステップＳ４）。そして、記憶されている補助制御定数ＦＡＣＦの上限値と下限値との範囲内で補助制御定数ＦＡＣＦを設定する（ステップＳ１１、ステップＳ１３、ステップＳ１４）。したがって、空燃比がリッチな運転状態において、補助制御定数ＦＡＣＦを減少させて、迅速に空燃比を目標空燃比となるように制御できる。
【００３１】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【００３２】
上記実施の形態にあっては、車速により負荷の増加を検出したが、エンジン回転数及びスロットルバルブの開度のそれぞれの変化に基づいて、負荷の増加を検出するものであってもよい。この場合、エンジン回転数が所定時間の間に所定回転数だけ上昇し、かつスロットルバルブの開度が所定時間の間に所定開度以上開成した場合に負荷が増加したと判断し、それぞれの変化量に基づいて補助制御定数ＦＡＣＦの下限値の増量分を設定するものである。このように、エンジン回転数及びスロットルバルブの開度の変化を検出して負荷の増加を検出することにより、発進や減速時などアイドル運転状態から負荷が増加する場合に、その負荷の増加量に基づいて補助制御定数ＦＡＣＦの下限値を制御することができるものである。
【００３３】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本願の請求項１に係る発明によれば、負荷の増加を検出して燃料を増量補正するので、制御定数の補助制御定数がその下限値に等しい値にまで低下している状態で、その場合の運転状態に対応して補助制御定数を要求値となるまで制御するのに必要な時間、つまり空燃比のフィードバック制御の応答遅れを少なくすることができる。
【００３５】
また、補助制御定数がその下限値に等しくなっている状態でのみ、この制御を実施するので、補助制御定数がその下限値に達していない運転状態では過度の燃料の増量補正制御による空燃比制御の乱れを防止することができる。
【００３６】
本願の請求項２に係る発明によれば、負荷の増加を検出して補助制御定数の最小値を所定量大きくするので、仮に制御定数の補助制御定数がその下限値に等しい値にまで低下しても、補助補正定数が大きくなっていることにより、その場合の運転状態に対応する補助制御定数の要求値となるまで制御するのに必要な時間、つまり空燃比のフィードバック制御の応答遅れを少なくすることができる。
【００３７】
また、補助制御定数の大きさにかかわらず、つまり補助制御定数がその下限値に達しているか否かを判定することなく、加速時に検出した負荷に応じて補助制御定数の最小値を大きくするので、制御を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す概略構成説明図。
【図２】同実施の形態におけるフィードバック補正係数の推移を示す図。
【図３】同実施の形態の制御手順を示すフローチャート。
【図４】同実施の形態の制御手順を示すフローチャート。
【図５】同実施の形態の作用説明図。
【図６】従来例を説明するための作用説明図。
【符号の説明】
３…排気系
４…三元触媒
５…主酸素センサ
６…副酸素センサ
ＦＡＦ…フィードバック補正係数
ＦＡＣＦ…補助制御定数
Ｖｔｇｔ…判定電圧
ＳＶｏｕｔ…副センサ出力電圧

Claims (3)

1. 排気系の触媒上流側に主酸素センサを設けるとともに、触媒下流側に副酸素センサを設けておき、前記主酸素センサからの信号によりフィードバック補正係数を増減させて混合気の空燃比をフィードバック制御するとともに、前記副酸素センサからの出力信号により、前記フィードバック補正係数を増減させる際に用いる制御定数を制御する内燃機関の空燃比フィードバック制御方法であって、
   定常運転状態の負荷の増加を検出した場合であって、制御定数を補正する補助制御定数がその最小値を規定する下限値と等しい場合に燃料を増量補正することを特徴とする内燃機関の空燃比フィードバック制御方法。
2. 排気系の触媒上流側に主酸素センサを設けるとともに、触媒下流側に副酸素センサを設けておき、前記主酸素センサからの信号によりフィードバック補正係数を増減させて混合気の空燃比をフィードバック制御するとともに、前記副酸素センサからの出力信号により、前記フィードバック補正係数を増減させる際に用いる制御定数を制御する内燃機関の空燃比フィードバック制御方法であって、
   定常運転状態の負荷の増加を検出した場合は、制御定数を補正する補助制御定数の最小値を規定する下限値を大きくすることを特徴とする内燃機関の空燃比フィードバック制御方法。
3. 前記下限値は、検出した負荷の増加量に応じて所定量大きくすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の空燃比フィードバック制御方法。

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