JP2004060613A - Air-fuel ratio control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に供給される可燃混合気の空燃比を最適化すべくフィードバック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、自動車用エンジンにおいては、排気ガス浄化対策として、排気ガス中の未燃成分(HC,CO)の酸化と窒素酸化物(NOx)の還元とを同時に促進する三元触媒が利用されている。そのような三元触媒による酸化・還元能力を高めるためには、エンジンの燃焼状態を示す空燃比(A/F)を理論空燃比近傍(ウィンドウ)に制御する必要がある。そのため、エンジンにおける燃料噴射制御においては、排気ガス中に残留する酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出する酸素センサを排気通路に設け、そのセンサ出力に基づいて燃料量を補正する空燃比フィードバック制御が行われている。
【0003】
近年においては、三元触媒が常に一定の安定した浄化性能を発揮しうるように空燃比を制御する内燃機関も開発されている。すなわち、三元触媒は酸素貯蔵能力を有し、この酸素貯蔵能力は、排気ガスがリーンであるときに過剰分の酸素を吸着し、排気ガスがリッチであるときに不足分の酸素を放出することにより、排気ガスを浄化するものである。このような能力は有限なものである。従って、酸素貯蔵能力を効果的に利用するためには、排気ガスの空燃比が次にリッチ又はリーンのいずれとなってもよいように、三元触媒中に貯蔵されている酸素の量を所定量(例えば、最大酸素貯蔵量の半分)に維持することが必要である。そのように三元触媒中に貯蔵されている酸素の量が維持されていれば、常に一定の酸素吸着・放出作用が可能となり、結果として三元触媒による一定の酸化・還元能力が常に得られる。
【0004】
このように三元触媒の浄化性能を維持するために酸素貯蔵量を一定に制御する内燃機関においては、空燃比をリニアに検出可能な空燃比センサが用いられており、その空燃比の検出結果に基づいて比例及び積分動作(PI動作)による空燃比フィードバック制御が行われる。すなわち、次回燃料補正量=燃料偏差×GnFBP+Σ(燃料偏差)×GnFBI
ただし、燃料偏差=(実際に筒内で燃焼された燃料量)−(吸入空気量を理論空燃比とする目標燃料量)
実際に燃焼された燃料量=吸入空気量/空燃比検出値
GnFBP=比例ゲイン
GnFBI=積分ゲイン
なる演算により、フィードバック燃料補正量が算出される。
【0005】
上記した燃料補正量の演算式からわかるように、その比例項は空燃比を理論空燃比に維持すべく作用する成分であり、積分項は定常偏差(オフセット)を消去するように作用する成分である。すなわち、この積分項の作用により、三元触媒における酸素貯蔵量が一定に維持されることとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述した酸素貯蔵量一定制御システムにおいては、外乱の影響によって空燃比が荒れるのを抑制するため、フィードバック燃料補正量の絶対値は、前記目標燃料量に対する所定割合の範囲内にガードされるようになっている。図7は、このような酸素貯蔵量一定制御システムにおける空燃比制御の一例を示すタイムチャートである。
【0007】
図7に示されるように、例えば、目標燃料量に対するフィードバック燃料補正量の割合であるフィードバック補正率edfirtは±20%の範囲内にガードされるようになっている。今、時刻t11において、スロットル開度etaが低下し、吸入空気量egaが急激に低下すると車両が減速状態となる。そのため、空燃比A/Fはリッチ側の値となる。このとき、燃料偏差は正側の値となって比例項は減量側の値をとる。又、燃料偏差積算値esdfcは加算されて増加し、積分項は減量側の値をとる。吸入空気量egaの減少中においては空燃比A/Fはリッチ側の大きな値となるため、比例項は減量側の値をとり続け、燃料偏差積算値esdfcは加算され続けて増加し、積分項は減量側の値をとる。
【0008】
吸入空気量egaの減少がほぼ停止した時刻t12以降の期間T11においては、フィードバック補正率edfirtは±2%の範囲内にガードされる。空燃比A/Fがリッチ側で安定した値になると、燃料偏差は徐々に小さな値にされ、比例項の減量側の値は徐々に大きくなり、空燃比A/Fは理論空燃比付近の値となる。ところが、燃料偏差積算値esdfcは加算されて増加し続け、積分項は減量側の大きな値をとる。
【0009】
期間T11に続く期間T12においてフィードバック補正率edfirtのガードは±20%の範囲まで徐変される。
期間T12に続く期間T13では空燃比A/Fは理論空燃比よりもリーン側の値をとるため、燃料偏差は負側の値となって比例項は増量側の値をとる。このときの燃料偏差は負側の値であるもののその大きさは小さいため、燃料偏差積算値esdfcは減少しきれず、積分項は減量側の最大の値をとる。従って、フィードバック補正率edfirtは−20%の下限ガードに貼り付き、減量が過大となる。この期間T13において、空燃比A/Fはリーン側の大きな値をとるようになる。
【0010】
さらに、期間T13に続く期間T14において、空燃比A/Fがリーン側で安定した値になると、燃料偏差は負側の値に維持され比例項は増量側の値をとる。燃料偏差積算値esdfcは徐々に減少し、積分項は減量側の値であるもののその大きさは小さいものとなる。この積分項の値の変化に伴ってフィードバック補正率edfirtも同様に変化する。この期間T14においては空燃比A/Fはオーバーリーンが継続されることとなる。
【0011】
このように酸素貯蔵量一定制御システムにおける空燃比制御においては、車両が減速状態となって吸入空気量egaが低下するような場合、フィードバック燃料補正量における積分項が過大となり、減速終了後にはオーバーリーンが継続して空燃比制御を良好に行えなくなるという問題がある。
【0012】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸入空気量の低下時においても空燃比制御を好適に行うことができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた酸素貯蔵能力を有する三元触媒と、前記三元触媒の上流側に設けられかつ空燃比をリニアに検出する空燃比センサと、前記内燃機関の吸入空気量に応じて混合気の空燃比を理論空燃比とする目標燃料量を算出する目標燃料量算出手段と、前記空燃比センサの出力に基づいて、空燃比を理論空燃比に収束させるための燃料偏差よりなる比例項及び燃料偏差の積分項からなるフィードバック補正量を算出する空燃比フィードバック制御手段と、を備えた内燃機関の空燃比制御装置において、車両の減速時において前記フィードバック補正量における積分項を予め定められた所定値に制限する制限手段を備えることを特徴とする。
【0014】
車両の減速時には吸入空気量が急激に低下して空燃比がリッチとなり、このリッチ空燃比は吸入空気量が安定化するまで維持されることとなる。そのため、燃料偏差は正の値に維持され、フィードバック補正量における積分項が増大することになる。従って、吸入空気量が安定化した状態において空燃比はオーバーリーンとなる。しかも吸入空気量が小さいことにより、空燃比を理論空燃比にするための燃料偏差も小さな値であるため、積分項を減少させるためには長時間が必要となり、減速終了後にはオーバーリーンが継続することとなり、空燃比が荒れることになる。
【0015】
この点に関して、上記の構成によれば、車両の減速時において前記フィードバック補正量における積分項が予め定められた所定値に制限される。そのため、空燃比を理論空燃比にするための燃料偏差が小さな値となるが、所定値に制限された積分項を短時間に減少させることができ、減速終了後に空燃比を早期に理論空燃比にすることができ、空燃比制御を好適に行うことができるようになる。
【0016】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記制限手段は、車両の減速時において前記フィードバック補正量における積分項を零にすることを特徴とする。
【0017】
上記の構成によれば、車両の減速時において前記フィードバック補正量における積分項が零にされる。そのため、吸入空気量が安定化した状態において空燃比を理論空燃比にするためにはフィードバック補正量における比例項のみを設定すればよく、減速終了後に空燃比を早期に理論空燃比にすることができ、空燃比制御を好適に行うことができるようになる。
【0018】
請求項3に記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた酸素貯蔵能力を有する三元触媒と、前記三元触媒の上流側に設けられかつ空燃比をリニアに検出する空燃比センサと、前記内燃機関の吸入空気量に応じて混合気の空燃比を理論空燃比とする目標燃料量を算出する目標燃料量算出手段と、前記空燃比センサの出力に基づいて、空燃比を理論空燃比に収束させるための燃料偏差よりなる比例項及び燃料偏差の積分項からなるフィードバック補正量を算出する空燃比フィードバック制御手段と、を備えた内燃機関の空燃比制御装置において、前記フィードバック補正量における積分項の絶対値を、前記目標燃料量に対する所定割合の範囲内にガードするガード手段を備えることを特徴とする。
【0019】
吸入空気量が低下すると空燃比がリッチとなり、このリッチ空燃比は吸入空気量が安定化するまで維持されることとなる。そのため、燃料偏差は正の値に維持され、フィードバック補正量における積分項が増大することになる。従って、吸入空気量が安定化した状態において空燃比はリーンとなる。しかも吸入空気量が小さいことにより、空燃比を理論空燃比にするための燃料偏差も小さな値であるため、積分項を減少させるためには長時間が必要となり、減速終了後にはリーンが継続することとなり、空燃比が荒れることになる。
【0020】
この点に関して、上記の構成によれば、前記フィードバック補正量における積分項の絶対値が目標燃料量に対する所定割合の範囲内にガードされる。そのため、空燃比を理論空燃比にするための燃料偏差が小さな値となるが、積分項を短時間に減少させることができ、吸入空気量の低下後に空燃比を早期に理論空燃比にすることができ、空燃比制御を好適に行うことができるようになる。
【0021】
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、さらに、車両の減速時において前記フィードバック補正量における積分項を予め定められた所定値に制限する制限手段を備えることを特徴とする。
【0022】
上記の構成によれば、請求項3の発明と同様の作用及び効果があるとともに、減速終了後においても空燃比を早期に理論空燃比にすることができ、空燃比制御を好適に行うことができるようになる。
【0023】
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記制限手段は、車両の減速時において前記フィードバック補正量における積分項を零にすることを特徴とする。
【0024】
上記の構成によれば、請求項3の発明と同様の作用及び効果があるとともに、減速終了後においても空燃比を早期に理論空燃比にすることができ、空燃比制御を好適に行うことができるようになる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置を具体化した実施の形態について、図1〜図6を参照して説明する。
【0026】
図1は、本実施の形態に係る空燃比制御装置を備えた自動車のエンジンシステムを示す概略構成図である。
内燃機関としてのエンジン1の吸気通路2はエアクリーナ(図示せず)に接続され、吸気通路2にはサージタンク6の上流にスロットルバルブ5が設けられている。吸気通路2は吸気量センサ7、スロットルポジションセンサ8、及び吸気温センサ9等を備える。
【0027】
これらセンサのうち、吸気量センサ7はスロットルバルブ5の上流側に配され、吸気量センサ7はエンジン1に吸入される吸入空気量egaを検出する。スロットルポジションセンサ8は、図示しないアクセルペダルの踏み込み操作に基づき開閉されるスロットルバルブ5の開度情報を出力する開度センサと、スロットルバルブ5の全閉時にオン状態となるアイドルスイッチとを内蔵する。また、吸気温センサ9は、エンジン1に吸入される空気の温度(吸気温)THAを検出する。
【0028】
また、この吸気通路2には、燃料噴射弁10が設けられている。図示しない燃料タンクから圧送される燃料は、該燃料噴射弁10の操作に応じて噴射され、同吸気通路2を通じて吸入される空気と混合されてエンジン1の燃焼室3内に供給される。
【0029】
エンジン1の排気通路4は、三元触媒20、同三元触媒20の上流に設けられた空燃比(A/F)センサ11、及び三元触媒20の下流に設けられた酸素センサ12を備えている。三元触媒20は酸素貯蔵能力を有し、排気ガスがリーンであるときに過剰分の酸素を吸着し、排気ガスがリッチであるときに不足分の酸素を放出することにより、燃焼室3から排出される排気中に含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、及び窒素酸化物(NOx)を浄化する。A/Fセンサ11は図2に示すように、排気ガス中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出する。酸素センサ12は図3に示すように三元触媒20通過後における排気ガス中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出する。
【0030】
その他、同エンジン1には、図示しないイグナイタ、点火コイル等が設けられ、その点火電圧が、各気筒の燃焼室3に設けられた点火プラグ14に印加されるようになっている。
【0031】
また、同エンジン1は、そのシリンダブロック1a内を循環する冷却水によって冷却されるようになっており、その冷却水の水温が、同シリンダブロック1aに設けられた水温センサ17によって検出される。
【0032】
こうしたエンジンシステムにおいて、上述した各センサの出力は、エンジン1の制御系としての役割を司どる電子制御装置(以下、ECUという)30に対し入力される。
【0033】
ECU30は、CPU、ROM、RAM、及びバックアップRAM等を内蔵したマイクロコンピュータを中心に構成される。ECU30には、スロットルポジションセンサ8、吸気量センサ7、吸気温センサ9、水温センサ17、及びA/Fセンサ11及び酸素センサ12等のセンサが接続されている。また、ECU30には、燃料噴射弁10やイグナイタ等が接続されている。
【0034】
ECU30は、取り込まれる各センサの出力に基づいて、エンジン1の燃料噴射制御や空燃比制御等の各種制御を実行する。三元触媒20の酸素貯蔵能力を効果的に利用するためには、排気ガスの空燃比が次にリッチ又はリーンのいずれとなってもよいように、三元触媒20中に貯蔵されている酸素の量を所定量(例えば、最大酸素貯蔵量の半分)に維持することが必要である。そのように三元触媒20中に貯蔵されている酸素の量が維持されていれば、常に一定の酸素吸着・放出作用が可能となり、結果として三元触媒20による一定の酸化・還元能力が常に得られる。そのため、本実施形態において、空燃比制御は、三元触媒20の三元触媒の浄化性能を維持するために酸素貯蔵量を一定にするように制御される。
【0035】
次に、本実施形態において実行される空燃比フィードバック制御について図4のフローチャートを参照して説明する。本ルーチンは、所定のクランク角ごとに実行される。
【0036】
本処理に先立ち、吸気量センサ7からの出力に基づいて気筒内に吸入される吸入空気量が算出され、この吸入空気量及び理論空燃比に基づき、混合気の空燃比を理論空燃比とするために筒内に供給されるべき目標燃料量etaubsが算出される。また、本実施形態では、A/Fセンサ11による空燃比の検出結果に基づいて比例及び積分動作(PI動作)による空燃比フィードバック制御が行われる。すなわち、etdfi=edfckm×GnFBP+esdfc×GnFBI
なる演算により、フィードバック燃料補正量が算出される。
【0037】
ただし、etdfi:燃料補正量
edfckm:燃料偏差=(実際に筒内で燃焼された燃料量)−(吸入空気量を理論空燃比とする目標燃料量)
esdfc:燃料偏差積算値=Σedfckm
GnFBP=比例ゲイン
GnFBI=積分ゲイン
図4に示すように、本処理が開始されると、まず、ステップ110において、車両が減速中かどうかが判定される。ここで、車両が減速中であると判定されると(ステップ110:YES)、フィードバック燃料補正量における積分項の燃料偏差積算値esdfcが0に設定され、次に処理はステップ150に移行する。
【0038】
一方、ステップ110において車両が減速中でないと判定されると(ステップ110:NO)、処理はステップ130に進む。ステップ130では、フィードバック燃料補正量における積分項の燃料偏差積算値esdfcに対する積算値ガードt_sdfcgdが以下の式に基づいて設定される。
【0039】
t_sdfcgd←etaubs×egddfi/(−GnFBI)
ただし、egddfiはフィードバック補正ガード率(絶対値)である。このフィードバック補正ガード率egddfiは本実施形態のエンジンシステムでは外乱の影響によって空燃比が荒れるのを抑制するため、フィードバック燃料補正量etdfiを、目標燃料量etaubsに対して所定割合の範囲内にガードするためのものである。
【0040】
次に、ステップ140において、前回までの燃料偏差積算値esdfcに対して今回の燃料偏差edfckmを加算することにより今回までの燃料偏差積算値esdfcが算出され、−t_sdfcgd≦今回までの燃料偏差積算値esdfcが≦t_sdfcgdとなるように設定される。
【0041】
そして、ステップ150では、フィードバック燃料補正量etdfiが、etdfi=edfckm×GnFBP+esdfc×GnFBIにて算出される。このフィードバック燃料補正量etdfiにおいて、積分項における燃料偏差積算値esdfcにはフィードバック補正ガード率egddfiによるガードが設定されている。
【0042】
次に、本実施形態における空燃比制御の一例を図5及び図6に従って説明する。図5は車両の減速中における空燃比制御の一例を示すタイムチャートであり、図6は車両の減速中でない状態における空燃比制御の一例を示すタイムチャートである。
【0043】
まず、図5について説明する。例えば、目標燃料量etaubsに対するフィードバック燃料補正量etdfiの割合であるフィードバック補正率edfirtは±20%の範囲内にガードされるようになっている。
【0044】
今、時刻t1において、スロットル開度etaが低下し、吸入空気量egaが急激に低下すると車両が減速状態となる。そのため、空燃比A/Fはリッチ側の値となる。このとき、比例項は減量側の値をとるが、燃料偏差積算値esdfcは零にされるため、積分項は0となる。吸入空気量egaが安定化する時刻t1以降の期間T1において、比例項によって空燃比A/Fはリッチから理論空燃比に変化するようになる。
【0045】
次に図6について説明する。この例においても、目標燃料量etaubsに対するフィードバック燃料補正量etdfiの割合であるフィードバック補正率edfirtは±20%の範囲内にガードされるようになっている。
【0046】
今、時刻t3において、スロットル開度etaが低下し、吸入空気量egaが急激に低下したとき空燃比A/Fがリッチ側の値であったとする。この空燃比A/Fに基づいて比例項が破線で示すように変化したとしても、燃料偏差積算値esdfcはフィードバック補正ガード率egddfi(±20%)によって鎖線で示すようにその増加及び減少がガードされている。従って、時刻t3以降の期間T3において、吸入空気量egaの減少後において比例項が増量側の値をとるとき、燃料偏差積算値esdfcは減少するようになる。従って、フィードバック補正率edfirtがフィードバック補正ガード率egddfi(±20%)に貼り付くようなことはなく、空燃比A/Fは吸入空気量の減少後において早期に理論空燃比に変化するようになる。
【0047】
以上説明したように、本実施形態の空燃比制御装置によれば、以下のような効果が奏せられることとなる。
・ 本実施形態では、空燃比を理論空燃比に収束させるための燃料偏差よりなる比例項及び燃料偏差の積分項からなるフィードバック補正量によって空燃比フィードバック制御を行うようにしている。そして、車両の減速時にはフィードバック補正量における積分項の燃料偏差積算値esdfcが予め定められた所定値(零)に制限される。そのため、車両の減速後に吸入空気量が小さくなって空燃比を理論空燃比にするための燃料偏差が小さな値となったとしても、積分項を短時間に減少させることができ、減速終了後に空燃比を早期に理論空燃比にすることができ、空燃比制御を好適に行うことができるようになる。
【0048】
・ また、本実施形態では、空燃比を理論空燃比に収束させるための燃料偏差よりなる比例項及び燃料偏差の積分項からなるフィードバック補正量によって空燃比フィードバック制御を行うようにしている。そして、車両の減速状態でないときにはフィードバック補正量における積分項の絶対値を目標燃料量に対する所定割合の範囲内にガードするようにしている。そのため、吸入空気量の減少後において、空燃比を理論空燃比にするための燃料偏差が小さな値となったとしても、積分項を短時間に減少させることができ、吸入空気量の低下後に空燃比を早期に理論空燃比にすることができ、空燃比制御を好適に行うことができるようになる。
【0049】
なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
・ 上記実施形態では、吸気通路2において燃料噴射弁10により燃料を噴射するエンジン1に具体化したが、燃焼室3内に直接燃料を噴射するタイプのエンジンに具体化してもよい。
【0050】
・ 上記実施形態において、車両の減速時にはフィードバック燃料補正量における燃料偏差積算値esdfcを零に設定するようにしたが、零近傍の任意の値に設定するようにしてもよい。
【0051】
・ 上記実施形態において、車両の減速時でないときに、フィードバック燃料補正量における燃料偏差積算値esdfcをフィードバック補正ガード率egddfiでガードするようにしたが、これ以外の値によってガードするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る空燃比制御装置の実施形態を示す概略構成図。
【図2】空燃比とA/Fセンサ出力電圧との関係を示す特性図。
【図3】空燃比と酸素センサ出力電圧との関係を示す特性図。
【図4】実施形態の空燃比フィードバック制御手順を示すフローチャート。
【図5】実施形態による空燃比制御態様を示すタイムチャート。
【図6】実施形態による空燃比制御態様を示すタイムチャート。
【図7】従来の装置の空燃比制御態様を示すタイムチャート。
【符号の説明】
1…エンジン、2…吸気通路、3…燃焼室、4…排気通路、5…スロットルバルブ、6…サージタンク、7…吸気量センサ、8…スロットルポジションセンサ(開度センサ)、9…吸気温センサ、10…燃料噴射弁、11…空燃比(A/F)センサ、12…酸素センサ、14…点火プラグ、17…水温センサ、20…三元触媒、30…目標燃料量算出手段、空燃比フィードバック制御手段、制限手段、及びガード手段としてのECU(電子制御装置)。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that performs feedback control to optimize the air-fuel ratio of a combustible air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a three-way catalyst that simultaneously promotes oxidation of unburned components (HC, CO) and reduction of nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas has been used as an exhaust gas purification measure in an automobile engine. I have. In order to increase the oxidation / reduction ability by such a three-way catalyst, it is necessary to control the air-fuel ratio (A / F) indicating the combustion state of the engine to be close to the stoichiometric air-fuel ratio (window). Therefore, in the fuel injection control in the engine, an oxygen sensor is provided in the exhaust passage to detect whether the air-fuel ratio is richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio based on the oxygen concentration remaining in the exhaust gas, and the fuel is detected based on the sensor output. The air-fuel ratio feedback control for correcting the amount is performed.
[0003]
In recent years, an internal combustion engine that controls the air-fuel ratio so that the three-way catalyst can always exhibit a constant and stable purification performance has been developed. That is, the three-way catalyst has an oxygen storage capacity, which adsorbs excess oxygen when the exhaust gas is lean and releases insufficient oxygen when the exhaust gas is rich. This purifies the exhaust gas. Such capabilities are finite. Therefore, in order to make effective use of the oxygen storage capacity, the amount of oxygen stored in the three-way catalyst must be determined so that the air-fuel ratio of the exhaust gas may be next rich or lean. It is necessary to maintain a fixed amount (eg half the maximum oxygen storage). If the amount of oxygen stored in the three-way catalyst is maintained in such a manner, a constant oxygen adsorption / desorption action can be always achieved, and as a result, a constant oxidation / reduction ability by the three-way catalyst can always be obtained. .
[0004]
As described above, in the internal combustion engine which controls the oxygen storage amount to maintain the purification performance of the three-way catalyst, an air-fuel ratio sensor capable of linearly detecting the air-fuel ratio is used, and the detection result of the air-fuel ratio is used. , The air-fuel ratio feedback control by the proportional and integral operation (PI operation) is performed. That is, the next fuel correction amount = fuel deviation × GnFBP + Σ (fuel deviation) × GnFBI
However, the fuel deviation = (the amount of fuel actually burned in the cylinder) − (the target amount of fuel with the intake air amount as the stoichiometric air-fuel ratio)
The amount of actually burned fuel = the amount of intake air / the detected air-fuel ratio GnFBP = proportional gain GnFBI = integral gain, the feedback fuel correction amount is calculated.
[0005]
As can be seen from the above equation for calculating the fuel correction amount, the proportional term is a component that acts to maintain the air-fuel ratio at the stoichiometric air-fuel ratio, and the integral term is a component that acts to eliminate the steady-state deviation (offset). is there. That is, by the action of the integral term, the oxygen storage amount in the three-way catalyst is kept constant.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described constant oxygen storage amount control system, the absolute value of the feedback fuel correction amount is guarded within a range of a predetermined ratio with respect to the target fuel amount in order to suppress the air-fuel ratio from becoming rough due to the influence of disturbance. Has become. FIG. 7 is a time chart showing an example of the air-fuel ratio control in such an oxygen storage amount constant control system.
[0007]
As shown in FIG. 7, for example, the feedback correction rate edfirst which is the ratio of the feedback fuel correction amount to the target fuel amount is guarded within a range of ± 20%. Now, at time t11, when the throttle opening eta decreases and the intake air amount ega sharply decreases, the vehicle is decelerated. Therefore, the air-fuel ratio A / F takes a value on the rich side. At this time, the fuel deviation takes a positive value and the proportional term takes a decreasing value. Further, the fuel deviation integrated value esdfc is added and increased, and the integral term takes a value on the decreasing side. While the intake air amount ega is decreasing, the air-fuel ratio A / F has a large value on the rich side, so the proportional term continues to take a value on the decreasing side, the fuel deviation integrated value esdfc continues to be added and increases, and the integral term Takes a value on the weight loss side.
[0008]
In a period T11 after the time t12 when the decrease in the intake air amount ega has almost stopped, the feedback correction rate edfirst is guarded within a range of ± 2%. When the air-fuel ratio A / F becomes a stable value on the rich side, the fuel deviation gradually decreases, the value on the decreasing side of the proportional term gradually increases, and the air-fuel ratio A / F becomes a value near the stoichiometric air-fuel ratio. It becomes. However, the fuel deviation integrated value esdfc is added and continues to increase, and the integral term takes a large value on the decreasing side.
[0009]
In a period T12 following the period T11, the guard of the feedback correction rate edfirst is gradually changed to a range of ± 20%.
In a period T13 following the period T12, the air-fuel ratio A / F takes a value leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, so the fuel deviation takes a negative value and the proportional term takes a value on the increasing side. Although the fuel deviation at this time is a negative value but its magnitude is small, the fuel deviation integrated value esdfc cannot be completely reduced, and the integral term takes the maximum value on the decreasing side. Therefore, the feedback correction rate edfirst is attached to the lower limit guard of -20%, and the weight loss becomes excessive. In this period T13, the air-fuel ratio A / F takes a large value on the lean side.
[0010]
Further, in a period T14 subsequent to the period T13, when the air-fuel ratio A / F becomes a stable value on the lean side, the fuel deviation is maintained at a negative value, and the proportional term takes a value on the increasing side. The fuel deviation integrated value esdfc gradually decreases, and although the integral term is a value on the decreasing side, its magnitude is small. Along with the change in the value of the integral term, the feedback correction rate edfirst also changes. In this period T14, the air-fuel ratio A / F continues to be over-lean.
[0011]
As described above, in the air-fuel ratio control in the constant oxygen storage amount control system, when the vehicle is in a deceleration state and the intake air amount ega decreases, the integral term in the feedback fuel correction amount becomes excessively large, and after the deceleration is over, the integral term becomes excessive. There is a problem that the air-fuel ratio control cannot be performed satisfactorily continuously with the lean operation.
[0012]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that can appropriately perform air-fuel ratio control even when the intake air amount decreases. .
[0013]
[Means for Solving the Problems]
Hereinafter, the means for achieving the above object and the effects thereof will be described.
An invention according to claim 1 includes a three-way catalyst having an oxygen storage capacity provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, an air-fuel ratio sensor provided upstream of the three-way catalyst and linearly detecting an air-fuel ratio. Target fuel amount calculating means for calculating a target fuel amount that sets the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to a stoichiometric air-fuel ratio in accordance with the intake air amount of the internal combustion engine; and, based on an output of the air-fuel ratio sensor, An air-fuel ratio feedback control means for calculating a feedback correction amount consisting of a proportional term consisting of a fuel deviation for converging to a fuel ratio and an integral term of the fuel deviation. And a limiter for limiting an integral term in the feedback correction amount to a predetermined value.
[0014]
When the vehicle decelerates, the intake air amount sharply decreases and the air-fuel ratio becomes rich, and this rich air-fuel ratio is maintained until the intake air amount is stabilized. Therefore, the fuel deviation is maintained at a positive value, and the integral term in the feedback correction amount increases. Therefore, the air-fuel ratio becomes over lean when the intake air amount is stabilized. In addition, since the intake air amount is small, the fuel deviation for setting the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio is also a small value, so it takes a long time to reduce the integral term, and the overlean continues after deceleration ends. And the air-fuel ratio becomes rough.
[0015]
In this regard, according to the above configuration, the integral term in the feedback correction amount is limited to a predetermined value when the vehicle is decelerated. Therefore, the fuel deviation for setting the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio has a small value, but the integral term limited to a predetermined value can be reduced in a short time, and the air-fuel ratio is quickly changed to the stoichiometric air-fuel ratio after the end of the deceleration. And the air-fuel ratio control can be suitably performed.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, in the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, the limiting means sets an integral term in the feedback correction amount to zero when the vehicle is decelerated. .
[0017]
According to the above configuration, the integral term in the feedback correction amount is set to zero during deceleration of the vehicle. Therefore, in order to set the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio in a state where the intake air amount is stabilized, only the proportional term in the feedback correction amount needs to be set. As a result, the air-fuel ratio control can be suitably performed.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a three-way catalyst having an oxygen storage capacity provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and an air-fuel ratio sensor provided upstream of the three-way catalyst and linearly detecting an air-fuel ratio. Target fuel amount calculating means for calculating a target fuel amount that sets the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to a stoichiometric air-fuel ratio in accordance with the intake air amount of the internal combustion engine; and, based on an output of the air-fuel ratio sensor, An air-fuel ratio feedback control means for calculating a feedback correction amount comprising a proportional term consisting of a fuel deviation and an integral term of the fuel deviation for converging on the fuel ratio. A guard means for guarding the absolute value of the integral term within a range of a predetermined ratio with respect to the target fuel amount is provided.
[0019]
When the intake air amount decreases, the air-fuel ratio becomes rich, and this rich air-fuel ratio is maintained until the intake air amount is stabilized. Therefore, the fuel deviation is maintained at a positive value, and the integral term in the feedback correction amount increases. Therefore, the air-fuel ratio becomes lean when the intake air amount is stabilized. In addition, since the intake air amount is small, the fuel deviation for setting the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio is also a small value. Therefore, a long time is required to reduce the integral term, and the lean continues after the end of the deceleration. As a result, the air-fuel ratio becomes rough.
[0020]
In this regard, according to the above configuration, the absolute value of the integral term in the feedback correction amount is guarded within a range of a predetermined ratio to the target fuel amount. Therefore, the fuel deviation for making the air-fuel ratio the stoichiometric air-fuel ratio is a small value, but the integral term can be reduced in a short time, and the air-fuel ratio is brought to the stoichiometric air-fuel ratio early after the intake air amount decreases. Thus, the air-fuel ratio control can be suitably performed.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, in the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to the third aspect, further, a limiting means for limiting an integral term in the feedback correction amount to a predetermined value when the vehicle is decelerated. It is characterized by having.
[0022]
According to the above configuration, the same operation and effect as those of the third aspect of the invention can be obtained, and the stoichiometric air-fuel ratio can be set to the stoichiometric air-fuel ratio even after the end of the deceleration, so that the air-fuel ratio control can be suitably performed. become able to.
[0023]
According to a fifth aspect of the present invention, in the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to the fourth aspect, the limiting means sets an integral term in the feedback correction amount to zero when the vehicle is decelerated. .
[0024]
According to the above configuration, the same operation and effect as those of the third aspect of the invention can be obtained, and the stoichiometric air-fuel ratio can be set to the stoichiometric air-fuel ratio even after the end of the deceleration, so that the air-fuel ratio control can be suitably performed. become able to.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0026]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an engine system of an automobile provided with an air-fuel ratio control device according to the present embodiment.
An intake passage 2 of an engine 1 as an internal combustion engine is connected to an air cleaner (not shown), and the intake passage 2 is provided with a throttle valve 5 upstream of a surge tank 6. The intake passage 2 includes an intake
[0027]
Among these sensors, the intake
[0028]
A
[0029]
The exhaust passage 4 of the engine 1 includes a three-
[0030]
In addition, the engine 1 is provided with an igniter, an ignition coil, and the like (not shown), and the ignition voltage is applied to an
[0031]
The engine 1 is cooled by cooling water circulating in the
[0032]
In such an engine system, the output of each sensor described above is input to an electronic control unit (hereinafter, referred to as an ECU) 30 that plays a role of a control system of the engine 1.
[0033]
The
[0034]
The
[0035]
Next, the air-fuel ratio feedback control executed in the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. This routine is executed every predetermined crank angle.
[0036]
Prior to this processing, the amount of intake air taken into the cylinder is calculated based on the output from the
By the above calculation, the feedback fuel correction amount is calculated.
[0037]
Here, etdfi: fuel correction amount edfckm: fuel deviation = (fuel amount actually burned in the cylinder) − (target fuel amount with the intake air amount as the stoichiometric air-fuel ratio)
esdfc: integrated value of fuel deviation = Σedfckm
GnFBP = proportional gain GnFBI = integral gain As shown in FIG. 4, when this processing is started, first, in
[0038]
On the other hand, if it is determined in
[0039]
t_sdfcgd ← etaubs × egddfi / (− GnFBI)
Here, egddfi is a feedback correction guard ratio (absolute value). The feedback correction guard ratio egddfi guards the feedback fuel correction amount etdfi within a predetermined ratio range with respect to the target fuel amount etaubs in order to suppress the air-fuel ratio from becoming rough due to disturbance in the engine system of the present embodiment. It is for.
[0040]
Next, in
[0041]
Then, in
[0042]
Next, an example of the air-fuel ratio control in the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a time chart showing an example of the air-fuel ratio control during deceleration of the vehicle, and FIG. 6 is a time chart showing an example of the air-fuel ratio control when the vehicle is not decelerating.
[0043]
First, FIG. 5 will be described. For example, the feedback correction rate edfirst, which is the ratio of the feedback fuel correction amount etdfi to the target fuel amount etaubs, is guarded within a range of ± 20%.
[0044]
Now, at time t1, when the throttle opening eta decreases and the intake air amount ega sharply decreases, the vehicle is decelerated. Therefore, the air-fuel ratio A / F takes a value on the rich side. At this time, the proportional term takes a value on the decreasing side, but since the fuel deviation integrated value esdfc is made zero, the integral term becomes zero. In the period T1 after the time t1 at which the intake air amount ega stabilizes, the air-fuel ratio A / F changes from rich to stoichiometric by the proportional term.
[0045]
Next, FIG. 6 will be described. Also in this example, the feedback correction rate edfirst, which is the ratio of the feedback fuel correction amount etdfi to the target fuel amount etaubs, is guarded within a range of ± 20%.
[0046]
It is now assumed that, at time t3, when the throttle opening eta decreases and the intake air amount ega sharply decreases, the air-fuel ratio A / F is a value on the rich side. Even if the proportional term changes as shown by the broken line based on this air-fuel ratio A / F, the increase and decrease of the fuel deviation integrated value esdfc are guarded by the feedback correction guard rate egddfi (± 20%) as shown by the chain line. Have been. Therefore, in the period T3 after the time t3, when the proportional term takes a value on the increasing side after the decrease of the intake air amount ega, the fuel deviation integrated value esdfc decreases. Therefore, the feedback correction rate edfirst does not stick to the feedback correction guard rate egddfi (± 20%), and the air-fuel ratio A / F changes to the stoichiometric air-fuel ratio early after the intake air amount decreases. .
[0047]
As described above, according to the air-fuel ratio control device of the present embodiment, the following effects can be obtained.
In the present embodiment, the air-fuel ratio feedback control is performed by the feedback correction amount including the proportional term including the fuel deviation and the integral term of the fuel deviation for converging the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio. When the vehicle decelerates, the fuel deviation integrated value esdfc of the integral term in the feedback correction amount is limited to a predetermined value (zero). Therefore, even if the intake air amount becomes small after the vehicle decelerates and the fuel deviation for bringing the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio becomes a small value, the integral term can be reduced in a short time, and The fuel ratio can be brought to the stoichiometric air-fuel ratio at an early stage, and the air-fuel ratio control can be suitably performed.
[0048]
In the present embodiment, the air-fuel ratio feedback control is performed by the feedback correction amount including the proportional term including the fuel deviation and the integral term of the fuel deviation for converging the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio. When the vehicle is not decelerating, the absolute value of the integral term in the feedback correction amount is guarded within a range of a predetermined ratio to the target fuel amount. Therefore, even if the fuel deviation for bringing the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio becomes small after the intake air amount decreases, the integral term can be reduced in a short time, and the air-fuel ratio becomes low after the intake air amount decreases. The fuel ratio can be brought to the stoichiometric air-fuel ratio at an early stage, and the air-fuel ratio control can be suitably performed.
[0049]
The embodiment is not limited to the above, but may be modified as follows.
In the above-described embodiment, the engine 1 in which fuel is injected by the
[0050]
In the above-described embodiment, the fuel deviation integrated value esdfc in the feedback fuel correction amount is set to zero when the vehicle decelerates, but may be set to any value near zero.
[0051]
In the above embodiment, the fuel deviation integrated value esdfc in the feedback fuel correction amount is guarded by the feedback correction guard rate egddfi when the vehicle is not decelerating. However, the guard may be performed by other values. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an air-fuel ratio control device according to the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between an air-fuel ratio and an A / F sensor output voltage.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between an air-fuel ratio and an oxygen sensor output voltage.
FIG. 4 is a flowchart illustrating an air-fuel ratio feedback control procedure according to the embodiment;
FIG. 5 is a time chart showing an air-fuel ratio control mode according to the embodiment.
FIG. 6 is a time chart showing an air-fuel ratio control mode according to the embodiment.
FIG. 7 is a time chart showing an air-fuel ratio control mode of a conventional device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 2 ... Intake passage, 3 ... Combustion chamber, 4 ... Exhaust passage, 5 ... Throttle valve, 6 ... Surge tank, 7 ... Intake amount sensor, 8 ... Throttle position sensor (opening sensor), 9 ... Intake temperature Sensor: 10: fuel injection valve, 11: air-fuel ratio (A / F) sensor, 12: oxygen sensor, 14: spark plug, 17: water temperature sensor, 20: three-way catalyst, 30: target fuel amount calculation means, air-fuel ratio ECU (electronic control device) as feedback control means, restriction means, and guard means.
Claims (5)
前記三元触媒の上流側に設けられかつ空燃比をリニアに検出する空燃比センサと、
前記内燃機関の吸入空気量に応じて混合気の空燃比を理論空燃比とする目標燃料量を算出する目標燃料量算出手段と、
前記空燃比センサの出力に基づいて、空燃比を理論空燃比に収束させるための燃料偏差よりなる比例項及び燃料偏差の積分項からなるフィードバック補正量を算出する空燃比フィードバック制御手段と、
を備えた内燃機関の空燃比制御装置において、
車両の減速時において前記フィードバック補正量における積分項を予め定められた所定値に制限する制限手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。A three-way catalyst having an oxygen storage capacity provided in an exhaust passage of an internal combustion engine,
An air-fuel ratio sensor provided upstream of the three-way catalyst and linearly detecting an air-fuel ratio,
Target fuel amount calculation means for calculating a target fuel amount that sets the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to a stoichiometric air-fuel ratio according to the intake air amount of the internal combustion engine,
Air-fuel ratio feedback control means for calculating a feedback correction amount consisting of a proportional term consisting of a fuel deviation and an integral term of the fuel deviation for converging the air-fuel ratio to a stoichiometric air-fuel ratio based on the output of the air-fuel ratio sensor;
In an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine having
An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, comprising: limiting means for limiting an integral term in the feedback correction amount to a predetermined value when the vehicle is decelerated.
前記制限手段は、車両の減速時において前記フィードバック補正量における積分項を零にする
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 1,
The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, wherein the limiting unit sets an integral term in the feedback correction amount to zero when the vehicle decelerates.
前記三元触媒の上流側に設けられかつ空燃比をリニアに検出する空燃比センサと、
前記内燃機関の吸入空気量に応じて混合気の空燃比を理論空燃比とする目標燃料量を算出する目標燃料量算出手段と、
前記空燃比センサの出力に基づいて、空燃比を理論空燃比に収束させるための燃料偏差よりなる比例項及び燃料偏差の積分項からなるフィードバック補正量を算出する空燃比フィードバック制御手段と、
を備えた内燃機関の空燃比制御装置において、
前記フィードバック補正量における積分項の絶対値を、前記目標燃料量に対する所定割合の範囲内にガードするガード手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。A three-way catalyst having an oxygen storage capacity provided in an exhaust passage of an internal combustion engine,
An air-fuel ratio sensor provided upstream of the three-way catalyst and linearly detecting an air-fuel ratio,
Target fuel amount calculation means for calculating a target fuel amount that sets the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to a stoichiometric air-fuel ratio according to the intake air amount of the internal combustion engine,
Air-fuel ratio feedback control means for calculating a feedback correction amount consisting of a proportional term consisting of a fuel deviation and an integral term of the fuel deviation for converging the air-fuel ratio to a stoichiometric air-fuel ratio based on the output of the air-fuel ratio sensor;
In an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine having
An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, comprising a guard means for guarding an absolute value of an integral term in the feedback correction amount within a range of a predetermined ratio with respect to the target fuel amount.
さらに、車両の減速時において前記フィードバック補正量における積分項を予め定められた所定値に制限する制限手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 3,
An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, further comprising limiting means for limiting an integral term in the feedback correction amount to a predetermined value when the vehicle decelerates.
前記制限手段は、車両の減速時において前記フィードバック補正量における積分項を零にする
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to claim 4,
The air-fuel ratio control device for an internal combustion engine, wherein the limiting unit sets an integral term in the feedback correction amount to zero when the vehicle decelerates.
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