JP2006083724A - Air-fuel ratio control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気通路に配設された三元触媒(以下、単に「触媒」と云うこともある。)の上流側及び下流側の排気通路にそれぞれ配設された上流側空燃比センサ、及び下流側空燃比センサの各出力値に基づいて機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。 The present invention relates to an upstream air-fuel ratio disposed in the upstream and downstream exhaust passages of a three-way catalyst (hereinafter also referred to simply as “catalyst”) disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine. The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that feedback-controls an air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to the engine based on output values of the sensor and a downstream air-fuel ratio sensor.
従来より、この種の空燃比制御装置が広く知られている(例えば、特許文献1を参照。)。この空燃比制御装置(排気浄化装置)は、下流側空燃比センサの出力値と所定の下流側目標値との差をサブフィードバック入力値としてサブフィードバックコントローラに入力し、同サブフィードバックコントローラで同サブフィードバック入力値を比例・積分・微分処理(PID処理)してサブフィードバック補正量を算出する。 Conventionally, this type of air-fuel ratio control apparatus is widely known (see, for example, Patent Document 1). This air-fuel ratio control device (exhaust gas purification device) inputs the difference between the output value of the downstream air-fuel ratio sensor and a predetermined downstream target value to the sub-feedback controller as a sub-feedback input value, and the sub-feedback controller The feedback input value is subjected to proportional / integral / derivative processing (PID processing) to calculate a sub feedback correction amount.
また、この装置は、上流側空燃比センサの出力値を上記算出したサブフィードバック補正量で補正した値と所定の上流側目標値との差をメインフィードバック入力値としてメインフィードバックコントローラに入力し、同メインフィードバックコントローラで同メインフィードバック入力値を比例・積分処理(PI処理)してメインフィードバック補正量を算出する。そして、この装置は、上記算出したメインフィードバック補正量により燃料噴射量を補正することで機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するようになっている。
上記開示された装置は、サブフィードバックコントローラの出力値であるサブフィードバック補正量の値に応じてメインフィードバック入力値が直接変更されるように構成されている。換言すれば、メインフィードバックコントローラとサブフィードバックコントローラとが直列に配置されている。 The disclosed apparatus is configured such that the main feedback input value is directly changed according to the value of the sub feedback correction amount that is the output value of the sub feedback controller. In other words, the main feedback controller and the sub feedback controller are arranged in series.
従って、メインフィードバックコントローラに使用されるメインフィードバック制御定数(比例ゲイン、及び積分ゲイン)とサブフィードバックコントローラに使用されるサブフィードバック制御定数(比例ゲイン、積分ゲイン、及び微分ゲイン)のいずれか一方側の適合を行う際には他方側の値が強く影響する。 Therefore, one of the main feedback control constant (proportional gain and integral gain) used for the main feedback controller and the sub feedback control constant (proportional gain, integral gain and derivative gain) used for the sub-feedback controller. The value on the other side has a strong influence on the adaptation.
換言すれば、フィードバック制御ループ(閉ループ)毎にそれぞれのフィードバック制御定数の適合を互いに独立して実行することができない。従って、各フィードバック制御定数の適合が困難であって同適合を行う際の労力が多大であるという問題があった。 In other words, the respective feedback control constants cannot be matched independently for each feedback control loop (closed loop). Therefore, it is difficult to adapt the feedback control constants, and there is a problem that much labor is required when performing the adaptation.
係る問題に対処するためには、メインフィードバックコントローラとサブフィードバックコントローラとを燃料噴射量の補正に関して並列に配置することが好ましいと考えられる。この場合、具体的には、サブフィードバックコントローラで下流側空燃比センサ出力値と所定の下流側目標値との差を例えばPID処理してサブフィードバック補正量が算出されるとともに、メインフィードバックコントローラで上流側空燃比センサ出力値と所定の上流側目標値との差を例えばPI処理してメインフィードバック補正量が算出される。そして、上記算出されたメインフィードバック補正量と上記サブフィードバック補正量とによりそれぞれ独立に燃料噴射量が直接補正されることで機関に供給される混合気の空燃比がフィードバック制御される。 In order to cope with such a problem, it is considered preferable to arrange the main feedback controller and the sub feedback controller in parallel with respect to correction of the fuel injection amount. In this case, specifically, the sub-feedback controller calculates the sub-feedback correction amount by, for example, PID processing the difference between the downstream air-fuel ratio sensor output value and the predetermined downstream target value, and the main feedback controller The main feedback correction amount is calculated by, for example, PI processing the difference between the side air-fuel ratio sensor output value and the predetermined upstream target value. Then, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is feedback controlled by directly correcting the fuel injection amount independently by the calculated main feedback correction amount and the sub feedback correction amount.
これにより、フィードバック制御ループ毎にそれぞれのフィードバック制御定数の適合を互いに独立して実行することができるようになり、各フィードバック制御定数の適合を行う際の労力が低減され得る。 As a result, the feedback control constants can be matched independently of each other for each feedback control loop, and the labor for matching the feedback control constants can be reduced.
ところで、触媒は、通常、流入する排ガスの空燃比がリーン空燃比のとき同排ガス中の窒素酸化物(NOx)を還元して同窒素酸化物から奪った酸素を内部に貯蔵するとともに同流入する排ガスの空燃比がリッチ空燃比のとき同貯蔵している酸素により同排ガス中のHC,CO等の未燃成分を酸化する所謂酸素吸蔵機能を有している。係る酸素吸蔵機能により、触媒上流の排ガスの空燃比変動における比較的周波数の高い高周波数成分、及び同空燃比変動における比較的周波数が低くて振幅(理論空燃比からの偏移量)が比較的小さい低周波数成分は完全に吸収されて触媒下流の排ガスの空燃比変動として現れ難い傾向がある。 By the way, normally, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is a lean air-fuel ratio, the catalyst stores the oxygen depleted from the nitrogen oxide by reducing nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas and flows in the same. When the air-fuel ratio of the exhaust gas is a rich air-fuel ratio, it has a so-called oxygen storage function that oxidizes unburned components such as HC and CO in the exhaust gas with the stored oxygen. With such an oxygen storage function, a relatively high frequency component in the air-fuel ratio fluctuation of the exhaust gas upstream of the catalyst, and a relatively low frequency in the air-fuel ratio fluctuation have a relatively small amplitude (deviation from the theoretical air-fuel ratio). Small low-frequency components tend to be completely absorbed and hardly appear as air-fuel ratio fluctuations in the exhaust gas downstream of the catalyst.
一方、触媒上流の排ガスの空燃比変動における比較的周波数が低くて振幅が比較的大きい低周波数成分は上記触媒の酸素吸蔵機能では完全には吸収されず、少し遅れて触媒下流の排ガスの空燃比変動として現れ易い傾向がある。この結果、上流側空燃比センサの出力値と下流側空燃比センサの出力値とが理論空燃比に対して互いに逆方向に偏移した空燃比を示す値となる場合が存在する。この場合、上記メインフィードバック補正量に基づく機関の空燃比制御(メインフィードバック制御)とサブフィードバック補正量に基づく機関の空燃比制御と(サブフィードバック制御)が互いに干渉することになるので良好な機関の空燃比制御を行うことができない。 On the other hand, the low-frequency component having a relatively low frequency and a relatively large amplitude in the air-fuel ratio fluctuation of the exhaust gas upstream of the catalyst is not completely absorbed by the oxygen storage function of the catalyst, and after a while, the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the catalyst It tends to appear as a fluctuation. As a result, there are cases where the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and the output value of the downstream air-fuel ratio sensor become values indicating the air-fuel ratio shifted in opposite directions with respect to the theoretical air-fuel ratio. In this case, the engine air-fuel ratio control (main feedback control) based on the main feedback correction amount and the engine air-fuel ratio control (sub feedback control) based on the sub feedback correction amount interfere with each other. Air-fuel ratio control cannot be performed.
係るメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉は、排ガスの空燃比変動に関するメインフィードバック制御の制御周波数帯域とサブフィードバック制御の制御周波数帯域とを互いに重複しないように設定することで回避され得る。このため、上流側空燃比センサ出力値と所定の上流側目標値との差の値をハイパスフィルタ処理した後の値をメインフィードバック入力値として使用するとともに、下流側空燃比センサ出力値と所定の下流側目標値との差の値をローパスフィルタ処理した後の値をサブフィードバック入力値として使用することが考えられる。 Such interference between the main feedback control and the sub feedback control can be avoided by setting the control frequency band of the main feedback control and the control frequency band of the sub feedback control regarding the air-fuel ratio fluctuation of the exhaust gas so as not to overlap each other. For this reason, a value after high-pass filtering the difference between the upstream air-fuel ratio sensor output value and the predetermined upstream target value is used as the main feedback input value, and the downstream air-fuel ratio sensor output value It is conceivable to use the value after the low-pass filter processing of the difference value from the downstream target value as the sub-feedback input value.
以上のことから、本出願人は、特願2004−13225において、以下のような空燃比制御装置(排気浄化装置)を既に提案している。この装置は、図15にそれらの周波数−ゲイン特性を示した共通のカットオフ周波数ω1を有するハイパスフィルタ(HPF)とローパスフィルタ(LPF)とを使用する。
From the above, the present applicant has already proposed the following air-fuel ratio control device (exhaust gas purification device) in Japanese Patent Application No. 2004-13225. This apparatus uses a high-pass filter (HPF) and a low-pass filter (LPF) having a common
この装置は、下流側空燃比センサ出力値と所定の下流側目標値との差の値をローパスフィルタ処理した後の値をサブフィードバック入力値としてサブフィードバックコントローラに入力し、同サブフィードバックコントローラで同サブフィードバック入力値をPID処理してサブフィードバック補正量を算出する。これにより、サブフィードバック入力値の変動におけるカットオフ周波数ω1以上の高周波数成分が減衰されるから、サブフィードバック制御の制御周波数帯域は同カットオフ周波数ω1以下の帯域となり得る。 In this apparatus, a value after low-pass filtering the difference between the downstream air-fuel ratio sensor output value and a predetermined downstream target value is input to the sub-feedback controller as a sub-feedback input value, and the same sub-feedback controller uses the same value. The sub feedback input value is subjected to PID processing to calculate a sub feedback correction amount. As a result, a high frequency component equal to or higher than the cut-off frequency ω1 in the variation of the sub-feedback input value is attenuated, so that the control frequency band of the sub-feedback control can be a band equal to or lower than the cut-off frequency ω1.
また、この装置は、上流側空燃比センサ出力値と所定の上流側目標値との差の値をハイパスフィルタ処理した後の値をメインフィードバック入力値としてメインフィードバックコントローラに入力し、同メインフィードバックコントローラで同メインフィードバック入力値をPI処理してメインフィードバック補正量を算出する。これにより、メインフィードバック入力値の変動におけるカットオフ周波数ω1以下の低周波数成分が減衰されるから、メインフィードバック制御の制御周波数帯域は同カットオフ周波数ω1以上の帯域となり得る。 In addition, this device inputs a value after high-pass filtering the difference between the upstream air-fuel ratio sensor output value and a predetermined upstream target value as a main feedback input value to the main feedback controller. Then, the main feedback input value is PI processed to calculate the main feedback correction amount. As a result, the low frequency component below the cutoff frequency ω1 in the fluctuation of the main feedback input value is attenuated, so that the control frequency band of the main feedback control can be a band above the cutoff frequency ω1.
そして、この装置は、上記算出されたメインフィードバック補正量と上記サブフィードバック補正量とによりそれぞれ独立に燃料噴射量を直接補正することで機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する。 This device feedback-controls the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine by directly directly correcting the fuel injection amount independently of the calculated main feedback correction amount and the sub feedback correction amount.
これにより、メインフィードバックコントローラとサブフィードバックコントローラとが燃料噴射量の補正に関して並列に配置されることで各フィードバック制御定数の適合を行う際の労力が低減され得る。また、メインフィードバック制御の制御周波数帯域とサブフィードバック制御の制御周波数帯域とが互いに重複しないように設定され得るから、上述したメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が回避できると考えられる。 As a result, the main feedback controller and the sub-feedback controller are arranged in parallel with respect to the correction of the fuel injection amount, so that it is possible to reduce the labor when adapting each feedback control constant. Further, since the control frequency band of the main feedback control and the control frequency band of the sub feedback control can be set so as not to overlap each other, it is considered that the interference between the main feedback control and the sub feedback control described above can be avoided.
しかしながら、本出願人によるその後の更なる研究により、上記既に提案された空燃比制御装置では、フィードバックコントローラの出力値であるフィードバック補正量の算出に使用される補正項(具体的には、比例項(P項)、積分項(I項)、及び微分項(D項))のそれぞれの値に着目すると、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が完全に回避されていないことが判明した。 However, as a result of further research by the present applicant, in the already proposed air-fuel ratio control apparatus, a correction term (specifically, a proportional term) used to calculate a feedback correction amount that is an output value of the feedback controller. Paying attention to the values of (P term), integral term (I term), and differential term (D term), it has been found that interference between the main feedback control and the sub feedback control is not completely avoided.
より具体的に述べると、図16は、PID処理を行うフィードバックコントローラの入力値の変動における周波数(以下、「入力周波数」と云うこともある。)に対する補正項のそれぞれのゲイン特性の一例を概略的に示したボード線図である。図16に示した例では、基準周波数ωrefにおいてP項、I項、及びD項のゲインが総て0dBとなる場合が示されている。 More specifically, FIG. 16 schematically shows an example of each gain characteristic of the correction term with respect to the frequency (hereinafter, also referred to as “input frequency”) in the fluctuation of the input value of the feedback controller that performs the PID processing. FIG. In the example shown in FIG. 16, the case where the gains of the P term, the I term, and the D term are all 0 dB at the reference frequency ωref is shown.
図16に示したように、P項のゲインは、周波数にかかわらず一定(0dB)となる。即ち、P項の値は入力周波数にかかわらず増幅も減衰もされない。一方、I項のゲインは、入力周波数が小さいほど大きくなる。即ち、I項の値は入力周波数が小さいほどより増幅されるとともに入力周波数が大きいほどより減衰される傾向がある。また、D項のゲインは、入力周波数が大きいほど大きくなる。即ち、D項の値は入力周波数が大きいほどより増幅されるとともに入力周波数が小さいほどより減衰される傾向がある。 As shown in FIG. 16, the gain of the P term is constant (0 dB) regardless of the frequency. That is, the value of the P term is not amplified or attenuated regardless of the input frequency. On the other hand, the gain of the I term increases as the input frequency decreases. That is, the value of the I term tends to be amplified as the input frequency is small and attenuated as the input frequency is large. The gain of the D term increases as the input frequency increases. That is, the value of the D term tends to be amplified as the input frequency is increased and attenuated as the input frequency is decreased.
以上のことから、図15に示したように、メインフィードバックコントローラで上記ハイパスフィルタ(HPF)処理した後のメインフィードバック入力値をPI処理する場合において、P項(HPF+P項)のゲイン特性は、ハイパスフィルタのゲイン特性と一致し得る一方、I項(HPF+I項)のゲイン特性は、ローパスフィルタのゲイン特性と略一致し得る。 From the above, as shown in FIG. 15, when the main feedback input value after the high-pass filter (HPF) processing is performed by the main feedback controller is PI-processed, the gain characteristic of the P term (HPF + P term) is high-pass. While the gain characteristic of the filter can coincide with the gain characteristic of the I term (HPF + I term), the gain characteristic of the low pass filter can substantially coincide.
また、サブフィードバックコントローラで上記ローパスフィルタ(LPF)処理した後のサブフィードバック入力値をPID処理する場合において、P項(LPF+P項)のゲイン特性は、ローパスフィルタのゲイン特性と一致し得る一方、D項(LPF+D項)のゲイン特性は、ハイパスフィルタのゲイン特性と略一致し得る。 Further, when the sub feedback input value after the low pass filter (LPF) process is performed by the sub feedback controller, the gain characteristic of the P term (LPF + P term) can coincide with the gain characteristic of the low pass filter, while D The gain characteristic of the term (LPF + D term) can substantially match the gain characteristic of the high-pass filter.
即ち、PI制御を行うメインフィードバック制御におけるI項の制御周波数帯域が、PID制御を行うサブフィードバック制御(におけるP項、及びI項)の制御周波数帯域(即ち、カットオフ周波数ω1以下の帯域)と一致(重複)し得る。加えて、PID制御を行うサブフィードバック制御におけるD項の制御周波数帯域が、PI制御を行うメインフィードバック制御(におけるP項)の制御周波数帯域(即ち、カットオフ周波数ω1以上の帯域)と一致(重複)し得る。 That is, the control frequency band of the I term in the main feedback control that performs the PI control is the control frequency band of the sub feedback control (the P term and the I term) in which the PID control is performed (that is, the band of the cut-off frequency ω1 or less). Can match (overlap). In addition, the control frequency band of the D term in the sub-feedback control for performing PID control matches the control frequency band (that is, the band of the cut-off frequency ω1 or higher) of the main feedback control (in which the P term is performed) for PI control (overlapping). )
換言すれば、カットオフ周波数ω1以上の高周波数成分を増幅し得るD項がサブフィードバックコントローラの演算において使用されていること、並びにカットオフ周波数ω1以下の低周波数成分を増幅し得るI項がメインフィードバックコントローラの演算において使用されていることに起因して、カットオフ周波数ω1以上の周波数帯域、並びにカットオフ周波数ω1以下の周波数帯域の何れにおいてもメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が残存する。このことは、良好な機関の空燃比制御を阻害することに繋がる。従って、上記提案された空燃比制御装置においては、なお、改良の余地が残されていた。 In other words, the D term that can amplify the high frequency component above the cutoff frequency ω1 is used in the operation of the sub-feedback controller, and the I term that can amplify the low frequency component below the cutoff frequency ω1 is the main. Interference between the main feedback control and the sub-feedback control remains in both the frequency band above the cut-off frequency ω1 and the frequency band below the cut-off frequency ω1 due to being used in the calculation of the feedback controller. . This leads to hindering good engine air-fuel ratio control. Therefore, there is still room for improvement in the proposed air-fuel ratio control apparatus.
従って、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、触媒上流に配設された上流側空燃比センサの出力値に基づくフィードバック制御による空燃比制御と触媒下流に配設された下流側空燃比センサの出力値に基づくフィードバック制御による空燃比制御との干渉を確実に回避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。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to control the air-fuel ratio by feedback control based on the output value of the upstream air-fuel ratio sensor disposed upstream of the catalyst and the downstream of the catalyst. Another object of the present invention is to provide an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that can reliably avoid interference with air-fuel ratio control by feedback control based on an output value of a downstream air-fuel ratio sensor disposed in the engine.
本発明に係る空燃比制御装置は、上記提案された空燃比制御装置と同様、上流側空燃比センサの出力値、又は上流側空燃比センサの出力値と上流側目標値との相違の程度に応じた値、をハイパスフィルタ処理した後の値を第1メインフィードバック入力値として入力して第1メインフィードバック補正量を算出する第1メインフィードバックコントローラを備えるとともに、前記算出された第1メインフィードバック補正量により燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するメインフィードバック制御手段と、下流側空燃比センサの出力値と下流側目標値との相違の程度に応じた値をローパスフィルタ処理した後の値、又は下流側空燃比センサの出力値をローパスフィルタ処理した後の値と下流側目標値との相違の程度に応じた値、をサブフィードバック入力値として入力してサブフィードバック補正量を算出するサブフィードバックコントローラを備えるとともに、前記メインフィードバック制御手段による燃料噴射量の補正とは独立に前記算出されたサブフィードバック補正量により前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するサブフィードバック制御手段とを備える。 The air-fuel ratio control apparatus according to the present invention is similar to the proposed air-fuel ratio control apparatus in that the output value of the upstream air-fuel ratio sensor, or the difference between the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and the upstream target value. A first main feedback controller that calculates a first main feedback correction amount by inputting a value after high-pass filtering of the corresponding value as a first main feedback input value, and the calculated first main feedback correction Main feedback control means for feedback control of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine by correcting the fuel injection amount injected by the fuel injection means by the amount, the output value of the downstream air-fuel ratio sensor, and the downstream target The low-pass filter value or the output value of the downstream air-fuel ratio sensor is low-pass filtered according to the degree of difference from the value. A sub-feedback controller that calculates a sub-feedback correction amount by inputting a value corresponding to the degree of difference between the filtered value and the downstream target value as a sub-feedback input value; Independently of the correction of the fuel injection amount, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine is feedback controlled by correcting the fuel injection amount injected by the fuel injection means by the calculated sub-feedback correction amount. Sub-feedback control means.
ここにおいて、「上流側目標値」と「下流側目標値」は理論空燃比に相当する値に設定されることが好適であり、また、これらの値は対応する空燃比が互いに等しくなるように設定されることが好適である。 Here, the “upstream target value” and the “downstream target value” are preferably set to values corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio, and these values are set so that the corresponding air-fuel ratios are equal to each other. It is preferable to set.
また、「センサの出力値と目標値との相違の程度に応じた値」は、例えば、センサの出力値と目標値との偏差、センサの出力値に対応する検出空燃比(実空燃比)と目標値に対応する目標空燃比との偏差、筒内吸入空気量をセンサの出力値に対応する検出空燃比で除した値である実際の筒内燃料供給量と同筒内吸入空気量を目標値に対応する目標空燃比で除した値である目標筒内燃料供給量との偏差であって、これらに限定されない。 The “value according to the degree of difference between the sensor output value and the target value” is, for example, a deviation between the sensor output value and the target value, or a detected air-fuel ratio (actual air-fuel ratio) corresponding to the sensor output value. And the target air-fuel ratio corresponding to the target value, the cylinder intake air amount divided by the detected air-fuel ratio corresponding to the sensor output value, the actual cylinder fuel supply amount and the cylinder intake air amount It is a deviation from the target in-cylinder fuel supply amount that is a value divided by the target air-fuel ratio corresponding to the target value, and is not limited to these.
また、上記ハイパスフィルタ処理される対象となる上記2つの値(即ち、上流側空燃比センサの出力値と、上流側空燃比センサの出力値と上流側目標値との相違の程度に応じた値)と、サブフィードバック入力値として使用される上記2つの値(即ち、下流側空燃比センサの出力値と下流側目標値との相違の程度に応じた値をローパスフィルタ処理した後の値と、下流側空燃比センサの出力値をローパスフィルタ処理した後の値と下流側目標値との相違の程度に応じた値)との組み合わせは何れの組み合わせであってもよい。 Further, the two values to be subjected to the high-pass filter process (that is, a value corresponding to the degree of difference between the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and the upstream target value). ), And the above two values used as sub-feedback input values (i.e., values obtained by low-pass filtering a value corresponding to the degree of difference between the output value of the downstream air-fuel ratio sensor and the downstream target value), The combination of the value after the low-pass filter processing of the output value of the downstream air-fuel ratio sensor and the value corresponding to the degree of difference between the downstream target value may be any combination.
更には、前記メインフィードバック制御手段による前記ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数と前記サブフィードバック制御手段による前記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数とは同一であることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the cut-off frequency of the high-pass filter process by the main feedback control unit and the cut-off frequency of the low-pass filter process by the sub-feedback control unit are the same.
これによれば、内燃機関の運転状態(例えば、内燃機関の回転速度、スロットル弁開度等)に応じて決定される(基本)燃料噴射量がメインフィードバック補正量、及びサブフィードバック補正量によりそれぞれ独立に補正された後の(最終)燃料噴射量の燃料が燃料噴射手段により噴射され、この結果、機関に供給される混合気の空燃比がフィードバック制御(メインフィードバック制御、及びサブフィードバック制御)される。従って、上記提案された空燃比制御装置と同様、メインフィードバックコントローラとサブフィードバックコントローラとの内燃機関に対する並列配置により各フィードバック制御定数の適合を行う際の労力が低減され得る。 According to this, the (basic) fuel injection amount determined according to the operating state of the internal combustion engine (for example, the rotational speed of the internal combustion engine, the throttle valve opening, etc.) is determined by the main feedback correction amount and the sub feedback correction amount, respectively. Fuel of the (final) fuel injection amount after being independently corrected is injected by the fuel injection means, and as a result, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is feedback controlled (main feedback control and sub feedback control). The Therefore, as in the proposed air-fuel ratio control device, the effort for adapting the feedback control constants can be reduced by arranging the main feedback controller and the sub feedback controller in parallel with the internal combustion engine.
また、第1メインフィードバックコントローラに入力される第1メインフィードバック入力値は、上記ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数以下の低周波数成分が減衰された値となる一方で、サブフィードバックコントローラに入力されるサブフィードバック入力値は、上記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数以上の高周波数成分が減衰された値となる。従って、上記提案された空燃比制御装置と同様、メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域とサブフィードバック制御全体としての制御周波数帯域とが互いに重複しないように設定され得る。 The first main feedback input value input to the first main feedback controller is a value obtained by attenuating a low frequency component equal to or lower than the cut-off frequency of the high-pass filter processing, while being input to the sub feedback controller. The feedback input value is a value obtained by attenuating a high frequency component equal to or higher than the cutoff frequency of the low pass filter process. Therefore, like the proposed air-fuel ratio control apparatus, the control frequency band as the entire main feedback control and the control frequency band as the entire sub feedback control can be set so as not to overlap each other.
加えて、本発明による空燃比制御装置においては、第1メインフィードバックコントローラは、前記第1メインフィードバック入力値に対して、比例処理のみ、微分処理のみ、及び比例・微分処理のみ、の何れかを行うことで前記第1メインフィードバック補正量を算出するように構成される。換言すれば、第1メインフィードバックコントローラでは、第1メインフィードバック入力値に対する積分処理が実行されない。 In addition, in the air-fuel ratio control apparatus according to the present invention, the first main feedback controller performs any one of proportional processing, differential processing, and proportional / differential processing only with respect to the first main feedback input value. By doing so, the first main feedback correction amount is calculated. In other words, the integration process for the first main feedback input value is not executed in the first main feedback controller.
従って、第1メインフィードバック入力値の変動における既に減衰されている上記低周波数成分を増幅し得る積分項(I項)が第1メインフィードバックコントローラの出力値である第1メインフィードバック補正量の算出に使用されない。この結果、上記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数以下の周波数帯域(従って、上記サブフィードバック制御全体としての制御周波数帯域)においてメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が完全に回避され得る。 Therefore, the integral term (I term) that can amplify the low frequency component already attenuated in the fluctuation of the first main feedback input value is used to calculate the first main feedback correction amount that is the output value of the first main feedback controller. Not used. As a result, interference between the main feedback control and the sub-feedback control can be completely avoided in a frequency band equal to or lower than the cutoff frequency of the low-pass filter processing (thus, the control frequency band as the entire sub-feedback control).
同様に、本発明による空燃比制御装置においては、サブフィードバックコントローラは、前記サブフィードバック入力値に対して、比例処理のみ、積分処理のみ、及び比例・積分処理のみ、の何れかを行うことで前記サブフィードバック補正量を算出するように構成される。換言すれば、サブフィードバックコントローラでは、サブフィードバック入力値に対する微分処理が実行されない。 Similarly, in the air-fuel ratio control apparatus according to the present invention, the sub-feedback controller performs any one of the proportional processing, only the integration processing, and only the proportional / integration processing on the sub-feedback input value. A sub feedback correction amount is calculated. In other words, the sub-feedback controller does not execute differentiation processing on the sub-feedback input value.
従って、サブフィードバック入力値の変動における既に減衰されている上記高周波数成分を増幅し得る微分項(D項)がサブフィードバックコントローラの出力値であるサブフィードバック補正量の算出に使用されない。この結果、上記ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数以上の周波数帯域(従って、上記メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域)においてもメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が完全に回避され得る。このように、本発明に係る空燃比制御装置によれば、総ての周波数帯域に亘ってメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が完全に回避され得、この結果、更に良好な機関の空燃比制御が達成され得る。 Therefore, the differential term (D term) that can amplify the already attenuated high frequency component in the fluctuation of the sub feedback input value is not used for calculating the sub feedback correction amount that is the output value of the sub feedback controller. As a result, interference between the main feedback control and the sub-feedback control can be completely avoided even in a frequency band equal to or higher than the cut-off frequency of the high-pass filter processing (accordingly, the control frequency band as the entire main feedback control). As described above, according to the air-fuel ratio control apparatus of the present invention, the interference between the main feedback control and the sub feedback control can be completely avoided over the entire frequency band. Fuel ratio control can be achieved.
上記本発明に係る空燃比制御装置においては、前記メインフィードバック制御手段は、前記上流側空燃比センサの出力値、又は前記上流側空燃比センサの出力値と上流側目標値との相違の程度に応じた値、をバンドパスフィルタ処理した後の値を第2メインフィードバック入力値として入力して第2メインフィードバック補正量を算出する第2メインフィードバックコントローラを更に備え、前記算出された第1メインフィードバック補正量と前記算出された第2メインフィードバック補正量とにより前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するように構成され、前記第2メインフィードバックコントローラは、前記第2メインフィードバック入力値に対して、比例処理のみ、微分処理のみ、及び比例・微分処理のみ、の何れかを行うことで前記第2メインフィードバック補正量を算出するように構成されることが好適である。 In the air-fuel ratio control apparatus according to the present invention, the main feedback control means is configured to adjust the output value of the upstream air-fuel ratio sensor or the difference between the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and the upstream target value. A second main feedback controller for calculating a second main feedback correction amount by inputting a value after bandpass filtering of the corresponding value as a second main feedback input value, and calculating the calculated first main feedback The air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine is feedback-controlled by correcting the fuel injection amount injected by the fuel injection means based on the correction amount and the calculated second main feedback correction amount. And the second main feedback controller sets the second main feedback input value to To proportional processing only, the differential processing only, and proportional-derivative processing only, it is preferably configured to calculate the second main feedback correction amount by performing either.
この場合、前記メインフィードバック制御手段による前記ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数と同メインフィードバック制御手段による前記バンドパスフィルタ処理の高周波数側のカットオフ周波数とが同一であるとともに、前記メインフィードバック制御手段による前記バンドパスフィルタ処理の低周波数側のカットオフ周波数と前記サブフィードバック制御手段による前記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数とが同一であることが更に好ましい。 In this case, the cut-off frequency of the high-pass filter processing by the main feedback control means is the same as the cut-off frequency on the high frequency side of the band-pass filter processing by the main feedback control means, and the main feedback control means More preferably, the cut-off frequency on the low frequency side of the band-pass filter processing is the same as the cut-off frequency of the low-pass filter processing by the sub-feedback control means.
これによれば、例えば、上記のように、バンドパスフィルタ処理の低周波数側のカットオフ周波数がローパスフィルタ処理のカットオフ周波数と一致するとともに同バンドパスフィルタ処理の高周波数側のカットオフ周波数がハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数と一致するように各フィルタのゲイン特性をそれぞれ設定した場合、上記と同様、総ての周波数帯域に亘ってメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が完全に回避され得る。 According to this, for example, as described above, the cut-off frequency on the low frequency side of the bandpass filter process matches the cut-off frequency of the low-pass filter process, and the cut-off frequency on the high frequency side of the bandpass filter process is When the gain characteristics of each filter are set so as to match the cutoff frequency of the high-pass filter processing, the interference between the main feedback control and the sub feedback control is completely avoided over the entire frequency band as described above. obtain.
加えて、この場合、上記メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域をバンドパスフィルタが分担する帯域(従って、第2メインフィードバックコントローラが分担する帯域)とハイパスフィルタが分担する帯域(従って、第1メインフィードバックコントローラが分担する帯域)とに更に分けることができる。 In addition, in this case, the control frequency band of the main feedback control as a whole is assigned to the band shared by the bandpass filter (accordingly, the band shared by the second main feedback controller) and the band shared by the highpass filter (accordingly, the first main feedback control It can be further divided into (bands shared by the feedback controller).
この結果、上記メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域において、フィルタのゲイン特性に関する設計上の自由度を向上させることができ、これにより、排ガスの空燃比変動におけるローパスフィルタのカットオフ周波数以上の高周波数成分に対するメインフィードバック制御系の設計の自由度が向上する。 As a result, in the control frequency band of the main feedback control as a whole, it is possible to improve the degree of design freedom regarding the gain characteristics of the filter, thereby increasing the frequency higher than the cut-off frequency of the low-pass filter in the air-fuel ratio fluctuation of exhaust gas. The degree of freedom in designing the main feedback control system with respect to frequency components is improved.
以下、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態による空燃比制御装置を火花点火式多気筒(4気筒)内燃機関10に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関10は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部20と、シリンダブロック部20の上に固定されるシリンダヘッド部30と、シリンダブロック部20にガソリン混合気を供給するための吸気系統40と、シリンダブロック部20からの排気ガスを外部に放出するための排気系統50とを含んでいる。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a system in which the air-fuel ratio control apparatus according to the first embodiment is applied to a spark ignition type multi-cylinder (four-cylinder)
シリンダブロック部20は、シリンダ21、ピストン22、コンロッド23、及びクランク軸24を含んでいる。ピストン22はシリンダ21内を往復動し、ピストン22の往復動がコンロッド23を介してクランク軸24に伝達され、これにより同クランク軸24が回転するようになっている。シリンダ21とピストン22のヘッドは、シリンダヘッド部30とともに燃焼室25を形成している。
The
シリンダヘッド部30は、燃焼室25に連通した吸気ポート31、吸気ポート31を開閉する吸気弁32、吸気弁32を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング装置33、可変吸気タイミング装置33のアクチュエータ33a、燃焼室25に連通した排気ポート34、排気ポート34を開閉する排気弁35、排気弁35を駆動するエキゾーストカムシャフト36、点火プラグ37、点火プラグ37に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ38、及び燃料を吸気ポート31内に噴射するインジェクタ(燃料噴射手段)39を備えている。
The
吸気系統40は、吸気ポート31に連通し同吸気ポート31とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管41、吸気管41の端部に設けられたエアフィルタ42、吸気管41内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁43、スロットル弁駆動手段を構成するDCモータからなるスロットル弁アクチュエータ43a、スワールコントロールバルブ(以下、「SCV」と称呼する。)44、及びDCモータからなるSCVアクチュエータ44aを備えている。
The
排気系統50は、排気ポート34に連通したエキゾーストマニホールド51、エキゾーストマニホールド51(実際には、各排気ポート34に連通したそれぞれのエキゾーストマニホールド51が集合した集合部)に接続されたエキゾーストパイプ(排気管)52、エキゾーストパイプ52に配設(介装)された上流側の三元触媒53(上流側触媒コンバータ、又はスタート・キャタリティック・コンバータとも云うが、以下「第1触媒53」と称呼する。)、及びこの第1触媒53の下流のエキゾーストパイプ52に配設(介装)された下流側の三元触媒54(車両のフロア下方に配設されるため、アンダ・フロア・キャタリティック・コンバータとも云うが、以下「第2触媒54」と称呼する。)を備えている。排気ポート34、エキゾーストマニホールド51、及びエキゾーストパイプ52は、排気通路を構成している。
The
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ61、スロットルポジションセンサ62、カムポジションセンサ63、クランクポジションセンサ64、水温センサ65、第1触媒53の上流の排気通路(本例では、上記各々のエキゾーストマニホールド51が集合した集合部)に配設された空燃比センサ66(以下、「上流側空燃比センサ66」と称呼する。)、第1触媒53の下流であって第2触媒54の上流の排気通路に配設された空燃比センサ67(以下、「下流側空燃比センサ67」と称呼する。)、及びアクセル開度センサ68を備えている。
On the other hand, this system includes a hot-wire
熱線式エアフローメータ61は、吸気管41内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量に応じた電圧Vgを出力するようになっている。かかるエアフローメータ61の出力Vgと、計測された吸入空気量(流量)Gaとの関係は、図2に示したとおりである。スロットルポジションセンサ62は、スロットル弁43の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ63は、インテークカムシャフトが90°回転する毎に(即ち、クランク軸24が180°回転する毎に)一つのパルスを有する信号(G2信号)を発生するようになっている。クランクポジションセンサ64は、クランク軸24が10°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸24が360°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度NEを表す。水温センサ65は、内燃機関10の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
The hot-wire
上流側空燃比センサ66は、限界電流式の酸素濃度センサであり、図3に示したように、空燃比A/Fに応じた電流を出力し、この電流に応じた電圧である出力値vabyfsを出力するようになっていて、特に、空燃比が理論空燃比であるときには出力値vabyfsは値vstoichになる。図3から明らかなように、上流側空燃比センサ66によれば、広範囲にわたる空燃比A/Fを精度良く検出することができる。
The upstream air-
下流側空燃比センサ67は、起電力式(濃淡電池式)の酸素濃度センサであり、図4に示したように、理論空燃比近傍において急変する電圧である出力値Voxsを出力するようになっている。より具体的に述べると、下流側空燃比センサ67は、空燃比が理論空燃比よりもリーンのときは略0.1(V)、空燃比が理論空燃比よりもリッチのときは略0.9(V)、及び空燃比が理論空燃比のときは0.5(V)の電圧を出力するようになっている。アクセル開度センサ68は、運転者によって操作されるアクセルペダル81の操作量を検出し、同アクセルペダル81の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
The downstream air-
電気制御装置70は、互いにバスで接続されたCPU71、CPU71が実行するルーチン(プログラム)、テーブル(ルックアップテーブル、マップ)、及び定数等を予め記憶したROM72、CPU71が必要に応じてデータを一時的に格納するRAM73、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップRAM74、並びにADコンバータを含むインターフェース75等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース75は、前記センサ61〜68と接続され、CPU71にセンサ61〜68からの信号を供給するとともに、同CPU71の指示に応じて可変吸気タイミング装置33のアクチュエータ33a、イグナイタ38、インジェクタ39、スロットル弁アクチュエータ43a、及びSCVアクチュエータ44aに駆動信号を送出するようになっている。
The
(空燃比フィードバック制御の概要)
次に、上記のように構成された空燃比制御装置が行う機関に供給される混合気の空燃比(以下、単に「機関の空燃比」と云うこともある。)のフィードバック制御の概要について説明する。
(Outline of air-fuel ratio feedback control)
Next, an outline of feedback control of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine (hereinafter sometimes simply referred to as “engine air-fuel ratio”) performed by the air-fuel ratio control apparatus configured as described above will be described. To do.
第1触媒53(第2触媒54も同様である。)は、同第1触媒53に流入するガスの空燃比が理論空燃比であるときに、HC,COを酸化するとともにNOxを還元し、これらの有害成分を高い効率で浄化する。また、第1触媒53は、酸素を吸蔵・放出する機能(酸素吸蔵機能、酸素吸蔵・放出機能)を有し、この酸素吸蔵・放出機能により、空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、HC,CO、及びNOxを浄化することができる。即ち、機関の空燃比がリーンとなって第1触媒53に流入するガスにNOxが多量に含まれると、第1触媒53はNOxから酸素分子を奪って同酸素分子を吸蔵するとともに同NOxを還元し、これによりNOxを浄化する。また、機関の空燃比がリッチになって第1触媒53に流入するガスにHC,COが多量に含まれると、三元触媒はこれらに吸蔵している酸素分子を与えて(放出して)酸化し、これによりHC,COを浄化する。
The first catalyst 53 (the same applies to the second catalyst 54) oxidizes HC and CO and reduces NOx when the air-fuel ratio of the gas flowing into the
従って、第1触媒53が連続的に流入する多量のHC,COを効率的に浄化するためには、同第1触媒53が酸素を多量に貯蔵していなければならず、逆に連続的に流入する多量のNOxを効率的に浄化するためには、同第1触媒53が酸素を十分に貯蔵し得る状態になければならないことになる。以上のことから、第1触媒53の浄化能力は、同第1触媒53が貯蔵し得る最大の酸素量(最大酸素吸蔵量)に依存する。
Therefore, in order to efficiently purify a large amount of HC and CO into which the
一方、第1触媒53のような三元触媒は燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、或いは触媒に加わる熱により劣化し、これに伴い最大酸素吸蔵量が次第に低下してくる。このように最大酸素吸蔵量が低下した場合であっても、エミッションの排出量を継続的に抑制するには、第1触媒53から排出されるガスの空燃比(従って、第1触媒53に流入するガスの平均空燃比)が、理論空燃比に極めて近い状態となるように制御する必要がある。
On the other hand, a three-way catalyst such as the
そこで、本実施形態の空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ67の出力値が原則的に理論空燃比に対応する値(0.5(V))と一致するように、上流側空燃比センサ66の出力値vabyfs(即ち、第1触媒上流の空燃比)、及び下流側空燃比センサ67の出力値Voxs(即ち、第1触媒下流の空燃比)に応じて機関の空燃比をフィードバック制御する。
Therefore, the air-fuel ratio control apparatus according to the present embodiment is configured so that the output value of the downstream air-
より具体的に述べると、この空燃比制御装置(以下、「本装置」と云うこともある。)は、その機能ブロック図である図5に示したように、A1〜A16の各手段等を含んで構成されている。以下、図5を参照しながら各手段について説明していく。 More specifically, this air-fuel ratio control device (hereinafter also referred to as “this device”) includes each means of A1 to A16 as shown in FIG. 5 which is a functional block diagram thereof. It is configured to include. Hereinafter, each means will be described with reference to FIG.
<基本燃料噴射量の算出>
先ず、筒内吸入空気量算出手段A1は、エアフローメータ61が計測している吸入空気流量Gaと、クランクポジションセンサ64の出力に基づいて得られるエンジン回転速度NEと、ROM72が記憶しているテーブルMapMcとに基づいて今回の吸気行程を迎える気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Mcを求める。
<Calculation of basic fuel injection amount>
First, the in-cylinder intake air amount calculation means A1 is a table in which the intake air flow rate Ga measured by the
上流側目標空燃比設定手段A2は、内燃機関10の運転状態であるエンジン回転速度NE、及びスロットル弁開度TA等に基づいて上流側空燃比センサ出力の目標値(上流側目標値)に対応する上流側目標空燃比abyfr(k)を決定する。ここで、添え字の(k)は、今回の吸気行程に対する値であることを示している(以下、他の物理量についても同様。)。この上流側目標空燃比abyfr(k)は、例えば、内燃機関10の暖機終了後においては、特殊な場合を除き理論空燃比に設定されている。また、上流側目標空燃比abyfrは、各気筒の吸気行程に対応されながらRAM73に記憶されていく。
The upstream target air-fuel ratio setting means A2 corresponds to the target value (upstream target value) of the upstream air-fuel ratio sensor output based on the engine speed NE that is the operating state of the
基本燃料噴射量算出手段A3は、筒内吸入空気量算出手段A1により求められた筒内吸入空気量Mc(k)を上流側目標空燃比設定手段A2により設定された上流側目標空燃比abyfr(k)で除することにより、機関の空燃比を同上流側目標空燃比abyfr(k)とするための今回の吸気行程に対する基本燃料噴射量Fbaseを求める。 The basic fuel injection amount calculation means A3 uses the in-cylinder intake air amount Mc (k) obtained by the in-cylinder intake air amount calculation means A1 as the upstream target air-fuel ratio abyfr () set by the upstream target air-fuel ratio setting means A2. By dividing by k), the basic fuel injection amount Fbase with respect to the current intake stroke for setting the air-fuel ratio of the engine to the upstream target air-fuel ratio abyfr (k) is obtained.
このように、本装置は、筒内吸入空気量算出手段A1、上流側目標空燃比設定手段A2、及び基本燃料噴射量算出手段A3を利用して、基本燃料噴射量Fbaseを求める。 As described above, the present apparatus obtains the basic fuel injection amount Fbase using the cylinder intake air amount calculation means A1, the upstream target air-fuel ratio setting means A2, and the basic fuel injection amount calculation means A3.
<燃料噴射量の算出>
燃料噴射量算出手段A4は、基本燃料噴射量算出手段A3により求められた基本燃料噴射量Fbaseに、後述するサブフィードバック補正係数KFisub(サブフィードバック補正量)と後述するメインフィードバック補正係数KFimain(メインフィードバック補正量)とを乗算することで、下記(1)式に基づいて、(最終)燃料噴射量Fiを求める。
<Calculation of fuel injection amount>
The fuel injection amount calculating means A4 adds a sub feedback correction coefficient KFisub (sub feedback correction amount) described later and a main feedback correction coefficient KFimain (main feedback) described later to the basic fuel injection amount Fbase obtained by the basic fuel injection amount calculating means A3. The (final) fuel injection amount Fi is obtained based on the following equation (1).
Fi=Fbase・KFisub・KFimain ・・・(1) Fi = Fbase, KFisub, KFimain (1)
本装置は、このようにして、燃料噴射量算出手段A4により基本燃料噴射量Fbaseをメインフィードバック補正係数KFimainとサブフィードバック補正係数KFisubとによりそれぞれ独立に補正することにより得られる燃料噴射量Fiの燃料を今回の吸気行程を迎える気筒に対してインジェクタ39により噴射する。
In this way, the fuel injection amount Fi obtained by correcting the basic fuel injection amount Fbase by the main feedback correction coefficient KFimain and the sub feedback correction coefficient KFisub by the fuel injection amount calculation means A4 in this way. Is injected by the
<サブフィードバック制御>
下流側目標値設定手段A5は、上述した上流側目標空燃比設定手段A2と同様、内燃機関10の運転状態であるエンジン回転速度NE、及びスロットル弁開度TA等に基づいて下流側空燃比センサ出力の目標値である下流側目標値Voxsrefを決定する。この下流側目標値Voxsrefは、例えば、内燃機関10の暖機終了後においては、特殊な場合を除き理論空燃比に対応する値である0.5(V)に設定されている(図4を参照。)。また、本例では、下流側目標値Voxsrefは、同下流側目標値Voxsrefに対応する下流側目標空燃比が上述した上流側目標空燃比abyfr(k)と常時一致するように設定される。
<Sub feedback control>
The downstream target value setting means A5 is similar to the upstream target air-fuel ratio setting means A2 described above, and is based on the engine speed NE, which is the operating state of the
出力偏差量算出手段A6は、下記(2)式に基づいて、下流側目標値設定手段A5により設定されている現時点での下流側目標値Voxsrefから現時点での下流側空燃比センサ67の出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。この出力偏差量DVoxsは、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの相違の程度に応じた値に相当する。
Based on the following equation (2), the output deviation amount calculating means A6 calculates the current output value of the downstream air-
DVoxs=Voxsref-Voxs ・・・(2) DVoxs = Voxsref-Voxs (2)
ローパスフィルタA7は、その特性をラプラス演算子sを用いて表した下記(3)式に示すように、一次のフィルタである。下記(3)式において、τlowはローパスフィルタA7の時定数である。このローパスフィルタA7の周波数−ゲイン特性は図6に示したとおりである。図6に示したように、ローパスフィルタA7は、入力値(入力信号)の変動におけるカットオフ周波数ω1(=1/τlow)以上の高周波数成分を減衰することで同高周波数成分が通過することを実質的に禁止する。 The low-pass filter A7 is a first-order filter as shown in the following formula (3) in which the characteristics are expressed using the Laplace operator s. In the following formula (3), τlow is a time constant of the low-pass filter A7. The frequency-gain characteristic of the low-pass filter A7 is as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the low-pass filter A7 passes the high-frequency component by attenuating the high-frequency component equal to or higher than the cutoff frequency ω1 (= 1 / τlow) in the fluctuation of the input value (input signal). Is substantially prohibited.
1/(1+τlow・s) ・・・(3) 1 / (1 + τlow · s) (3)
ローパスフィルタA7は、出力偏差量算出手段A6により求められた前記出力偏差量DVoxsの値を入力するとともに、上記(3)式に従って同出力偏差量DVoxsの値をローパスフィルタ処理した後の値であるローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを出力する。従って、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowは、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの相違の程度に応じた値をローパスフィルタ処理した後の値である。
The low-pass filter A7 is a value after the value of the output deviation amount DVoxs obtained by the output deviation amount calculating means A6 is input and the value of the output deviation amount DVoxs is subjected to low-pass filter processing according to the above equation (3). Output the output deviation DVoxslow after passing the low-pass filter. Therefore, the output deviation amount DVoxslow after passing through the low-pass filter is a value after low-pass filter processing is performed according to the degree of difference between the output value Voxs of the downstream air-
PIコントローラA8(サブフィードバックコントローラ)は、ローパスフィルタA7の出力値であるローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを比例・積分処理(PI処理)することで、下記(4)式に基づいてサブフィードバック補正量としてのサブフィードバック補正係数KFisub(>0)を求める。 The PI controller A8 (sub-feedback controller) performs sub-feedback correction based on the following equation (4) by performing proportional / integral processing (PI processing) on the output deviation amount DVoxslow after passing the low-pass filter, which is the output value of the low-pass filter A7. A sub feedback correction coefficient KFisub (> 0) is obtained as a quantity.
KFisub=(Kp・DVoxslow+Ki・SDVoxslow)+1 ・・・(4) KFisub = (Kp / DVoxslow + Ki / SDVoxslow) +1 (4)
上記(4)式において、Kpは予め設定された比例ゲイン(比例定数)、Kiは予め設定された積分ゲイン(積分定数)である。また、SDVoxslowはローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの時間積分値である。 In the above equation (4), Kp is a preset proportional gain (proportional constant), and Ki is a preset integral gain (integral constant). SDVoxslow is a time integral value of the output deviation amount DVoxslow after passing through the low-pass filter.
このようにして、本装置は、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの相違の程度に応じた値をローパスフィルタ処理した後の値であるローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslow(サブフィードバック入力値)をPIコントローラA8に入力することでサブフィードバック補正係数KFisubを求め、前記基本燃料噴射量Fbaseに同サブフィードバック補正係数KFisubを乗算することで、後述するメインフィードバック制御による(前記メインフィードバック補正係数KFimainによる)基本燃料噴射量Fbaseの補正とは独立に同基本燃料噴射量Fbaseを補正してサブフィードバック制御を実行する。
In this way, the present apparatus outputs the output deviation after passing through the low-pass filter, which is a value after low-pass filtering the value corresponding to the degree of difference between the output value Voxs of the downstream air-
例えば、機関の平均的な空燃比がリーンであるために下流側空燃比センサ67の出力値Voxsが理論空燃比よりもリーンである空燃比に対応した値を示すと、出力偏差量算出手段A6により求められる出力偏差量DVoxs(従って、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslow)が正の値となるので(図4を参照。)、PIコントローラA8にて求められるサブフィードバック補正係数KFisubは「1」より大きい値となる。これにより、燃料噴射量算出手段A4にて求められる(最終)燃料噴射量Fiは基本燃料噴射量Fbaseよりも大きくなって、機関の空燃比がリッチとなるように制御される。
For example, if the average air-fuel ratio of the engine is lean and the output value Voxs of the downstream air-
反対に、機関の平均的な空燃比がリッチであるために下流側空燃比センサ出力値Voxsが理論空燃比よりもリッチである空燃比に対応した値を示すと、出力偏差量DVoxs(従って、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslow)が負の値となるので、サブフィードバック補正係数KFisubは「1」より小さい値(、且つ「0」より大きい値)となる。これにより、燃料噴射量Fiは基本燃料噴射量Fbaseよりも小さくなって、機関の空燃比がリーンとなるように制御される。 Conversely, when the average air-fuel ratio of the engine is rich, the downstream air-fuel ratio sensor output value Voxs shows a value corresponding to the air-fuel ratio that is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Since the output deviation amount DVoxslow after passing through the low-pass filter becomes a negative value, the sub feedback correction coefficient KFisub becomes a value smaller than “1” (and a value larger than “0”). Thus, the fuel injection amount Fi is controlled to be smaller than the basic fuel injection amount Fbase so that the air-fuel ratio of the engine becomes lean.
また、PIコントローラA8は積分処理を実行する(即ち、積分(I)項「Ki・SDVoxslow」が使用されている)ので、機関が定常状態にある場合、出力偏差量DVoxsがゼロになることが保証される。換言すれば、下流側目標値Voxsrefと下流側空燃比センサ67の出力値Voxsとの定常偏差がゼロになる。そして、定常状態では、出力偏差量DVoxsがゼロになることで比例項Kp・DVoxslowが「0」となるから、サブフィードバック補正係数KFisubは積分項Ki・SDVoxslowの値に「1」を加えた値となる。この値が基本燃焼噴射量Fbaseに乗算されることにより、インジェクタ39の誤差(指令される燃料噴射量である燃料噴射量Fiと実際の燃料噴射量の差)、エアフローメータ61の誤差(吸入空気流量計測値Gaと実際の吸入空気流量の差)が補償されつつ、定常状態において第1触媒53の下流の空燃比(従って、機関の空燃比)が前記下流側目標値Voxsrefに対応する下流側目標空燃比(即ち、理論空燃比)に収束する。以上、燃料噴射量算出手段A4、下流側目標値設定手段A5、出力偏差量算出手段A6、ローパスフィルタA7、及びPIコントローラA8がサブフィードバック制御手段に相当する。
Further, since the PI controller A8 executes integration processing (that is, the integral (I) term “Ki · SDVoxslow” is used), the output deviation amount DVoxs may become zero when the engine is in a steady state. Guaranteed. In other words, the steady deviation between the downstream target value Voxsref and the output value Voxs of the downstream air-
<メインフィードバック制御>
先に説明したように、第1触媒53は上記酸素吸蔵機能を有している。従って、第1触媒53の上流の排ガスの空燃比変動における比較的周波数の高い(例えば、前記ローパスフィルタA7のカットオフ周波数ω1以上の)高周波数成分、及び比較的周波数が低くて(例えば、同カットオフ周波数ω1以下であって)振幅(理論空燃比からの偏移量)が比較的小さい低周波数成分は第1触媒53が有する酸素吸蔵機能により完全に吸収されることにより第1触媒53の下流の排ガスの空燃比変動として現れ難い傾向がある。従って、例えば、内燃機関10が過渡運転状態にあって排ガスの空燃比が前記カットオフ周波数ω1以上の高周波数で大きく変動するような場合、係る空燃比変動が下流側空燃比センサ67の出力値Voxsとして現れないから、同カットオフ周波数ω1以上の空燃比変動に対する空燃比制御(即ち、過渡運転状態における空燃比の急変に対する補償)はサブフィードバック制御により達成することができない。従って、過渡運転状態における空燃比の急変に対する補償を確実に行うためには、上流側空燃比センサ66の出力値vabyfsに基づいた空燃比制御であるメインフィードバック制御を行う必要がある。
<Main feedback control>
As described above, the
一方、第1触媒53の上流の排ガスの空燃比変動における比較的周波数が低くて(例えば、前記カットオフ周波数ω1以下であって)振幅が比較的大きい低周波数成分は第1触媒53の酸素吸蔵機能では完全には吸収されず、少し遅れて第1触媒53の下流の排ガスの空燃比変動として現れ易い傾向がある。この結果、上流側空燃比センサ66の出力値vabyfsと下流側空燃比センサ67の出力値Voxsとが理論空燃比に対して互いに逆方向に偏移した空燃比を示す値となる場合が発生する。従って、この場合、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御とを同時に行うと、2つの空燃比制御が互いに干渉することになるので良好な機関の空燃比制御を行うことができない。
On the other hand, a low frequency component having a relatively low frequency (for example, the cut-off frequency ω1 or less) and a relatively large amplitude in the air-fuel ratio fluctuation of the exhaust gas upstream of the
以上のことから、上流側空燃比センサ66の出力値vabyfsの変動における第1触媒53の下流の空燃比の変動として現れ得る程度の周波数成分(本例では、前記カットオフ周波数ω1以下の低周波数成分)をカットした後の同上流側空燃比センサ出力値vabyfsを使用してメインフィードバック制御を行えば、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が発生することを回避することができると考えられるとともに、過渡運転状態における空燃比の急変に対する補償を確実に達成ことができる。
From the above, a frequency component that can appear as a variation in the air-fuel ratio downstream of the
そこで、本装置は、前述の図5に示したように、A9〜A16の各手段等を利用してメインフィードバック制御を実行する。以下、図5を参照しながら各手段について説明していく。 Therefore, as shown in FIG. 5 described above, the present apparatus executes main feedback control using each means A9 to A16. Hereinafter, each means will be described with reference to FIG.
先ず、テーブル変換手段A9は、上流側空燃比センサ66の出力値vabyfsと、先に説明した図3に示した上流側空燃比センサ出力値vabyfsと空燃比A/Fとの関係を規定したテーブルとに基づいて、上流側空燃比センサ66による現時点における検出空燃比abyfsを求める。
First, the table conversion means A9 is a table that defines the output value vabyfs of the upstream air-
目標空燃比遅延手段A10は、上流側目標空燃比設定手段A2により吸気行程毎に求められRAM73に記憶されている上流側目標空燃比abyfrのうち、現時点からNストローク(N回の吸気行程)前に吸気行程を迎えた気筒についての上流側目標空燃比abyfrをRAM73から読み出し、これを上流側目標空燃比abyfr(k-N)として設定する。ここで、前記値Nは、内燃機関10の排気量、及び燃焼室25から上流側空燃比センサ66までの距離等により異なる値である。
The target air-fuel ratio delay means A10 is N strokes (N intake strokes) before the present time out of the upstream target air-fuel ratio abyfr obtained for each intake stroke by the upstream target air-fuel ratio setting means A2 and stored in the
このように、現時点からNストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)が使用されるのは、燃焼室25内で燃焼された混合気が上流側空燃比センサ66に到達するまでには、Nストロークに相当する時間Lを要しているからである。
As described above, the upstream target air-fuel ratio abyfr (kN) N strokes before the current stroke is used until the air-fuel mixture burned in the
上流側空燃比偏差算出手段A11は、下記(5)式に基づいて、テーブル変換手段A9により求められた上流側空燃比センサ66による現時点における検出空燃比abyfsから、目標空燃比遅延手段A10により設定された現時点からNストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)を減じることにより、上流側空燃比偏差Dabyfを求める。この上流側空燃比偏差Dabyfは、Nストローク前の時点での実際の空燃比と目標空燃比との差を表す量であって、上流側空燃比センサ66の出力値vabyfsと上流側目標値との相違の程度に応じた値に相当する。
The upstream air-fuel ratio deviation calculating means A11 is set by the target air-fuel ratio delay means A10 from the currently detected air-fuel ratio abyfs by the upstream air-
Dabyf=abyfs−abyfr(k-N) ・・・(5) Dabyf = abyfs−abyfr (k-N) (5)
ハイパスフィルタA12は、その特性をラプラス演算子sを用いて表した下記(6)式に示すように、一次のフィルタである。下記(6)式において、τhiはハイパスフィルタA12の時定数である。このハイパスフィルタA12の周波数−ゲイン特性は図6に示したとおりである。図6に示したように、ハイパスフィルタA12は、カットオフ周波数ω2(=1/τhi)以下の低周波数成分を減衰することで同低周波数成分が通過することを実質的に禁止する。 The high-pass filter A12 is a first-order filter as shown in the following formula (6) in which the characteristics are expressed using the Laplace operator s. In the following formula (6), τhi is a time constant of the high-pass filter A12. The frequency-gain characteristic of the high-pass filter A12 is as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the high-pass filter A12 substantially inhibits the passage of the low frequency component by attenuating the low frequency component below the cutoff frequency ω2 (= 1 / τhi).
1−1/(1+τhi・s) ・・・(6) 1-1 / (1 + τhi · s) (6)
ハイパスフィルタA12は、前記上流側空燃比偏差算出手段A11により求められた前記上流側空燃比偏差Dabyfの値を入力するとともに、上記(6)式に従って同上流側空燃比偏差Dabyfの値をハイパスフィルタ処理した後の値であるハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiを出力する。従って、ハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiは、上流側空燃比センサ66の出力値vabyfsと上流側目標値との相違の程度に応じた値をハイパスフィルタ処理した後の値である。
The high-pass filter A12 receives the value of the upstream air-fuel ratio deviation Dabyf obtained by the upstream air-fuel ratio deviation calculating means A11, and calculates the value of the upstream air-fuel ratio deviation Dabyf according to the above equation (6). An upstream air-fuel ratio deviation Dabyfhi after passing the high-pass filter, which is a value after processing, is output. Therefore, the upstream air-fuel ratio deviation Dabyfhi after passing through the high-pass filter is a value after high-pass filter processing is performed according to the degree of difference between the output value vabyfs of the upstream air-
PコントローラA13(第1メインフィードバックコントローラ)は、ハイパスフィルタA12の出力値であるハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiを比例処理(P処理)することで、下記(7)式に基づいて第1メインフィードバック補正量DFihiを求める。下記(7)式において、Khiは予め設定された比例ゲイン(比例定数)である。 The P controller A13 (first main feedback controller) performs proportional processing (P processing) on the upstream side air-fuel ratio deviation Dabyfhi after passing through the high-pass filter, which is the output value of the high-pass filter A12, based on the following equation (7). 1 Determine the main feedback correction amount DFihi. In the following equation (7), Khi is a preset proportional gain (proportional constant).
DFihi=Khi・Dabyfhi ・・・(7) DFihi = Khi ・ Dabyfhi ・ ・ ・ (7)
バンドパスフィルタA14は、その特性をラプラス演算子sを用いて表した下記(8)式に示すように、一次のフィルタである。このバンドパスフィルタA14の周波数−ゲイン特性は図6に示したとおりである。図6に示したように、バンドパスフィルタA14は、前記ローパスフィルタA7のカットオフ周波数と等しい低周波数側のカットオフ周波数ω1(=1/τlow)以下の低周波数成分を減衰するとともに前記ハイパスフィルタA12のカットオフ周波数と等しい高周波数側のカットオフ周波数ω2(=1/τhi)以上の高周波数成分を減衰する。これにより、バンドパスフィルタA14は、上記低周波数成分が通過することを実質的に禁止するとともに上記高周波数成分が通過することを実質的に禁止する。換言すれば、バンドパスフィルタA14は、上記低周波数側のカットオフ周波数ω1以上、上記高周波数側のカットオフ周波数ω2以下の周波数成分のみが通過することを実質的に許容する。 The bandpass filter A14 is a first-order filter as shown in the following formula (8) in which the characteristics are expressed using the Laplace operator s. The frequency-gain characteristic of the bandpass filter A14 is as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the bandpass filter A14 attenuates a low frequency component equal to or lower than the cutoff frequency ω1 (= 1 / τlow) on the low frequency side, which is equal to the cutoff frequency of the lowpass filter A7, and the highpass filter. A high frequency component equal to or higher than the cutoff frequency ω2 (= 1 / τhi) on the high frequency side equal to the cutoff frequency of A12 is attenuated. Thereby, the bandpass filter A14 substantially prohibits the passage of the low frequency component and substantially prohibits the passage of the high frequency component. In other words, the bandpass filter A14 substantially allows only a frequency component having a frequency not lower than the cut-off frequency ω1 on the low frequency side and not higher than the cut-off frequency ω2 on the high frequency side to pass.
1/(1+τhi・s)+(1−1/(1+τlow・s)) ・・・(8) 1 / (1 + τhi · s) + (1-1 / (1 + τlow · s)) (8)
バンドパスフィルタA14は、前記上流側空燃比偏差算出手段A11により求められた前記上流側空燃比偏差Dabyfの値を入力するとともに、上記(8)式に従って同上流側空燃比偏差Dabyfの値をバンドパスフィルタ処理した後の値であるバンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfbaを出力する。従って、バンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfbaは、上流側空燃比センサ66の出力値vabyfsと上流側目標値との相違の程度に応じた値をバンドパスフィルタ処理した後の値である。
The bandpass filter A14 inputs the value of the upstream air-fuel ratio deviation Dabyf obtained by the upstream air-fuel ratio deviation calculating means A11, and band the value of the upstream air-fuel ratio deviation Dabyf according to the above equation (8). An upstream air-fuel ratio deviation Dabyfba after passing the bandpass filter, which is a value after the pass filter processing, is output. Therefore, the upstream air-fuel ratio deviation Dabyfba after passing the band-pass filter is a value after band-pass filtering is performed on a value corresponding to the degree of difference between the output value vabyfs of the upstream air-
PコントローラA15(第2メインフィードバックコントローラ)は、バンドパスフィルタA14の出力値であるバンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfbaを比例処理(P処理)することで、下記(9)式に基づいて第2メインフィードバック補正量DFibaを求める。下記(9)式において、Kbaは予め設定された比例ゲイン(比例定数)である。 The P controller A15 (second main feedback controller) performs proportional processing (P processing) on the upstream side air-fuel ratio deviation Dabyfba after passing through the bandpass filter, which is an output value of the bandpass filter A14, based on the following equation (9). To obtain the second main feedback correction amount DFiba. In the following equation (9), Kba is a preset proportional gain (proportional constant).
DFiba=Kba・Dabyfba ・・・(9) DFiba = Kba ・ Dabyfba ・ ・ ・ (9)
メインフィードバック補正係数算出手段A16は、前記第1メインフィードバック補正量DFihiと前記第2メインフィードバック補正量DFibaとを使用して、下記(10)式に基づいてメインフィードバック補正係数KFimain(>0)を求める。このメインフィードバック補正係数KFimainは、先に述べたように燃料噴射量算出手段A4により燃料噴射量Fiを求める際に使用される。 The main feedback correction coefficient calculation means A16 uses the first main feedback correction amount DFihi and the second main feedback correction amount DFiba to calculate the main feedback correction coefficient KFimain (> 0) based on the following equation (10). Ask. The main feedback correction coefficient KFimain is used when the fuel injection amount Fi is obtained by the fuel injection amount calculation means A4 as described above.
KFimain=DFihi+DFiba+1 ・・・(10) KFimain = DFihi + DFiba + 1 (10)
このようにして、本装置は、メインフィードバック制御回路とサブフィードバック制御回路とを基本燃料噴射量Fbaseの補正に関して並列に接続している。また、本装置は、上流側空燃比センサ66の出力値vabyfsと上流側目標空燃比abyfrに対応する上流側目標値との相違の程度に応じた値をハイパスフィルタ処理した後の値であるハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhi(第1メインフィードバック入力値)をPコントローラA13に入力することで第1メインフィードバック補正量DFihiを求めるとともに、上記相違の程度に応じた値をバンドパスフィルタ処理した後の値であるバンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfba(第2メインフィードバック入力値)をPコントローラA15に入力することで第2メインフィードバック補正量DFibaを求める。
In this way, the present apparatus connects the main feedback control circuit and the sub feedback control circuit in parallel for correcting the basic fuel injection amount Fbase. In addition, the present apparatus is a high-pass filter that is a value obtained by performing high-pass filtering on a value corresponding to the degree of difference between the output value vabyfs of the upstream air-
そして、本装置は、第1メインフィードバック補正量DFihiと第2メインフィードバック補正量DFibaとを使用してメインフィードバック補正係数KFimainを求め、前記基本燃料噴射量Fbaseに同メインフィードバック補正係数KFimainを乗算することで、前記サブフィードバック制御による基本燃料噴射量Fbaseの補正とは独立に同基本燃料噴射量Fbaseを補正してメインフィードバック制御を実行する。 Then, the present apparatus obtains a main feedback correction coefficient KFimain using the first main feedback correction amount DFihi and the second main feedback correction amount DFiba, and multiplies the basic fuel injection amount Fbase by the main feedback correction coefficient KFimain. Thus, the main fuel injection amount Fbase is corrected independently of the correction of the basic fuel injection amount Fbase by the sub feedback control, and the main feedback control is executed.
例えば、機関の空燃比が急変してリーンとなると、テーブル変換手段A9にて求められる検出空燃比abyfsは上流側目標空燃比設定手段A2により設定されている上流側目標空燃比abyfrよりもリーンな値(より大きな値)として求められる。このため、上流側空燃比偏差算出手段A11にて求められる上流側空燃比偏差Dabyfは正の値となる。ここで、機関の空燃比の急変によりこの上流側空燃比偏差Dabyfを示す信号には前記カットオフ周波数ω1以上の高周波数成分が含まれている。係る高周波数成分は、ハイパスフィルタA12、又はバンドパスフィルタA14を通過し得る。従って、ハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhi(従って、第1メインフィードバック補正量DFihi)、又はバンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfba(従って、第2メインフィードバック補正量DFiba)も正の値となる。この結果、メインフィードバック補正係数算出手段A16により算出されるメインフィードバック補正係数KFimainが「1」より大きい値となる。これにより、燃料噴射量算出手段A4にて求められる燃料噴射量Fiは、基本燃料噴射量Fbaseよりも大きくなって、機関の空燃比がリッチとなるように制御される。 For example, when the air-fuel ratio of the engine suddenly changes and becomes lean, the detected air-fuel ratio abyfs obtained by the table conversion means A9 is leaner than the upstream target air-fuel ratio abyfr set by the upstream target air-fuel ratio setting means A2. Calculated as a value (larger value). For this reason, the upstream air-fuel ratio deviation Dabyf obtained by the upstream air-fuel ratio deviation calculating means A11 has a positive value. Here, the signal indicating the upstream air-fuel ratio deviation Dabyf due to a sudden change in the air-fuel ratio of the engine includes a high frequency component equal to or higher than the cut-off frequency ω1. Such high-frequency components can pass through the high-pass filter A12 or the band-pass filter A14. Accordingly, the upstream air-fuel ratio deviation Dabyfhi after passing the high-pass filter (accordingly, the first main feedback correction amount DFihi) or the upstream air-fuel ratio deviation Dabyfba after passing the band-pass filter (accordingly, the second main feedback correction amount DFiba) is also positive. Value. As a result, the main feedback correction coefficient KFimain calculated by the main feedback correction coefficient calculation means A16 becomes a value larger than “1”. As a result, the fuel injection amount Fi obtained by the fuel injection amount calculation means A4 is controlled to be larger than the basic fuel injection amount Fbase so that the air-fuel ratio of the engine becomes rich.
反対に、機関の空燃比が急変してリッチとなると、検出空燃比abyfsは上流側目標空燃比abyfrよりもリッチな値(より小さい値)として求められる。このため、上流側空燃比偏差Dabyfは負の値となる。この場合も、上流側空燃比偏差Dabyfを示す信号にはハイパスフィルタA12、又はバンドパスフィルタA14を通過し得る前記カットオフ周波数ω1以上の高周波数成分が含まれている。従って、ハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhi(従って、第1メインフィードバック補正量DFihi)、又はバンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfba(従って、第2メインフィードバック補正量DFiba)も負の値となる。この結果、メインフィードバック補正係数KFimainが「1」より小さい値(、且つ「0」より大きい値)となる。これにより、燃料噴射量Fiは基本燃料噴射量Fbaseよりも小さくなって、機関の空燃比がリーンとなるように制御される。 On the contrary, when the air-fuel ratio of the engine suddenly changes and becomes rich, the detected air-fuel ratio abyfs is obtained as a richer value (a smaller value) than the upstream target air-fuel ratio abyfr. For this reason, the upstream air-fuel ratio deviation Dabyf is a negative value. Also in this case, the signal indicating the upstream side air-fuel ratio deviation Dabyf includes a high frequency component equal to or higher than the cutoff frequency ω1 that can pass through the high pass filter A12 or the band pass filter A14. Therefore, the upstream air-fuel ratio deviation Dabyfhi after passing the high-pass filter (accordingly, the first main feedback correction amount DFihi) or the upstream air-fuel ratio deviation Dabyfba after passing the band-pass filter (accordingly, the second main feedback correction amount DFiba) is also negative. Value. As a result, the main feedback correction coefficient KFimain becomes a value smaller than “1” (and a value larger than “0”). Thus, the fuel injection amount Fi is controlled to be smaller than the basic fuel injection amount Fbase so that the air-fuel ratio of the engine becomes lean.
以上、燃料噴射量算出手段A4、テーブル変換手段A9、目標空燃比遅延手段A10、上流側空燃比偏差算出手段A11、ハイパスフィルタA12、PコントローラA13、バンドパスフィルタA14、PコントローラA15、及びメインフィードバック補正係数算出手段A16はメインフィードバック制御手段に相当する。 The fuel injection amount calculating means A4, the table converting means A9, the target air-fuel ratio delaying means A10, the upstream air-fuel ratio deviation calculating means A11, the high-pass filter A12, the P controller A13, the bandpass filter A14, the P controller A15, and the main feedback. The correction coefficient calculation means A16 corresponds to the main feedback control means.
このようにして、第1触媒53の下流の空燃比変動として現れ得るカットオフ周波数ω1以下の空燃比変動に対する実質的な(定常的な)空燃比制御はサブフィードバック制御により確実に行われ得る。換言すれば、サブフィードバック制御全体としての制御周波数帯域はカットオフ周波数ω1以下の帯域となる。
In this way, the substantial (steady) air-fuel ratio control for the air-fuel ratio fluctuation below the cut-off frequency ω1 that can appear as the air-fuel ratio fluctuation downstream of the
また、係るカットオフ周波数ω1以下の低周波数成分はハイパスフィルタA12、及びバンドパスフィルタA14を通過し得ず、従って、カットオフ周波数ω1以下の空燃比変動がメインフィードバック補正係数KFimainの値として現れない。換言すれば、メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域はカットオフ周波数ω1以上の帯域となる。従って、メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域とサブフィードバック制御全体としての制御周波数帯域とは重複しないから、前述したメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が発生することが回避できると考えられる。 Further, the low frequency component having the cut-off frequency ω1 or lower cannot pass through the high-pass filter A12 and the bandpass filter A14. Therefore, the air-fuel ratio fluctuation having the cut-off frequency ω1 or lower does not appear as the value of the main feedback correction coefficient KFimain. . In other words, the control frequency band of the main feedback control as a whole is a band equal to or higher than the cutoff frequency ω1. Therefore, since the control frequency band as the whole main feedback control and the control frequency band as the whole sub feedback control do not overlap, it is considered that the occurrence of the interference between the main feedback control and the sub feedback control described above can be avoided.
更に、空燃比変動(従って、上流側空燃比センサ66の出力値vabyfsの変動)におけるカットオフ周波数ω1以上の高周波数成分はハイパスフィルタA12、又はバンドパスフィルタA14を通過するから、過渡運転状態における空燃比の急変に対する補償はメインフィードバック制御により迅速、且つ確実に行われ得る。 Further, since the high frequency component equal to or higher than the cut-off frequency ω1 in the air-fuel ratio fluctuation (and therefore the fluctuation in the output value vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66) passes through the high-pass filter A12 or the band-pass filter A14, Compensation for a sudden change in the air-fuel ratio can be performed quickly and reliably by the main feedback control.
<メインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉の確実な回避>
先に述べたように、フィードバックコントローラの出力値であるフィードバック補正量(本例では、第1,第2メインフィードバック補正量DFihi,DFiba、及びサブフィードバック補正係数KFisub)の算出に使用される補正項のうち、P項の値はフィードバックコントローラへの入力信号の周波数にかかわらず増幅も減衰もされない。一方、I項の値は入力信号の周波数が小さいほどより増幅されるとともに入力信号の周波数が大きいほどより減衰される傾向がある。また、D項の値は入力信号の周波数が大きいほどより増幅されるとともに入力信号の周波数が小さいほどより減衰される傾向がある。
<Reliable avoidance of interference between main feedback control and sub feedback control>
As described above, the correction term used to calculate the feedback correction amount (in this example, the first and second main feedback correction amounts DFihi and DFiba, and the sub feedback correction coefficient KFisub), which is the output value of the feedback controller. Of these, the value of the P term is not amplified or attenuated regardless of the frequency of the input signal to the feedback controller. On the other hand, the value of the I term tends to be more amplified as the frequency of the input signal is smaller and more attenuated as the frequency of the input signal is larger. Further, the value of the D term tends to be more amplified as the frequency of the input signal is larger and attenuated as the frequency of the input signal is smaller.
よって、図6に示すように、PコントローラA13(第1メインフィードバックコントローラ)でハイパスフィルタA12(HPF)によりハイパスフィルタ処理した後の値(ハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhi)をP処理する場合において、P項(HPF+P項)のゲイン特性は、ハイパスフィルタA12のゲイン特性と一致し得る。換言すれば、PコントローラA13のP項の制御周波数帯域はカットオフ周波数ω2以上の帯域となる。 Therefore, as shown in FIG. 6, the value (the upstream air-fuel ratio deviation Dabyfhi after passing through the high-pass filter) after the high-pass filter processing by the high-pass filter A12 (HPF) in the P controller A13 (first main feedback controller) is P-processed. In some cases, the gain characteristic of the P term (HPF + P term) may coincide with the gain characteristic of the high-pass filter A12. In other words, the control frequency band of the P term of the P controller A13 is a band equal to or higher than the cutoff frequency ω2.
同様に、PコントローラA15(第2メインフィードバックコントローラ)でバンドパスフィルタA14(BPF)によりバンドパスフィルタ処理した後の値(バンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfba)をP処理する場合において、P項(BPF+P項)のゲイン特性は、バンドパスフィルタA14のゲイン特性と一致し得る。換言すれば、PコントローラA15のP項の制御周波数帯域はカットオフ周波数ω1以上カットオフ周波数ω2以下の帯域となる。 Similarly, when the P controller A15 (second main feedback controller) performs P processing on the value after the band pass filter processing by the band pass filter A14 (BPF) (the upstream air-fuel ratio deviation Dabyfba after passing through the band pass filter), The gain characteristic of the P term (BPF + P term) can coincide with the gain characteristic of the bandpass filter A14. In other words, the control frequency band of the P term of the P controller A15 is a band not less than the cutoff frequency ω1 and not more than the cutoff frequency ω2.
即ち、メインフィードバック制御に係わる総ての補正項(HPF+P項、及びBPF+P項)の制御周波数帯域は、カットオフ周波数ω1以下の帯域(従って、上記サブフィードバック制御全体としての制御周波数帯域)と重複しない。このことは、ハイパスフィルタA12、及びバンドパスフィルタA14により既に減衰されているカットオフ周波数ω1以下の低周波数成分を増幅し得るI項が、PコントローラA13,A15の出力値である第1,第2メインフィードバック補正量DFihi,DFibaの算出に使用されていないことに基づく。このように、本装置においては、サブフィードバック制御全体としての制御周波数帯域においてメインフィードバック制御とサブフィードバック制御と干渉が完全に回避されている。 That is, the control frequency band of all the correction terms (HPF + P term and BPF + P term) related to the main feedback control does not overlap with the band below the cut-off frequency ω1 (therefore, the control frequency band as the entire sub feedback control). . This is because the I term that can amplify the low frequency component below the cut-off frequency ω1 already attenuated by the high pass filter A12 and the band pass filter A14 is the output value of the P controllers A13 and A15. 2 Based on the fact that the main feedback correction amounts DFihi and DFiba are not used for calculation. Thus, in this apparatus, main feedback control, sub-feedback control, and interference are completely avoided in the control frequency band of the entire sub-feedback control.
加えて、図6に示すように、PIコントローラA8(サブフィードバックコントローラ)でローパスフィルタA7(LPF)によりローパスフィルタ処理した後の値(ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslow)をPI処理する場合において、P項(LPF+P項)のゲイン特性は、ローパスフィルタA7のゲイン特性と一致し得る。また、I項(LPF+I項)のゲイン特性は、カットオフ周波数ω1未満の周波数ではローパスフィルタA7のゲインよりも大きいゲインを有するとともにカットオフ周波数ω1より大きい周波数ではローパスフィルタA7のゲインよりも小さいゲインを有する特性となる。換言すれば、PIコントローラA8のP項、及びI項の制御周波数帯域は共にカットオフ周波数ω1以下の帯域となる。 In addition, as shown in FIG. 6, when PI processing is performed on the value after the low pass filter processing by the low pass filter A7 (LPF) in the PI controller A8 (sub feedback controller) (output deviation amount DVoxslow after passing through the low pass filter), The gain characteristic of the P term (LPF + P term) can coincide with the gain characteristic of the low-pass filter A7. Further, the gain characteristic of the I term (LPF + I term) has a gain larger than the gain of the low-pass filter A7 at a frequency lower than the cutoff frequency ω1, and a gain smaller than the gain of the low-pass filter A7 at a frequency higher than the cutoff frequency ω1. It becomes the characteristic which has. In other words, both the control frequency bands of the P term and the I term of the PI controller A8 are bands below the cut-off frequency ω1.
即ち、サブフィードバック制御に係わる総ての補正項(LPF+P項、及びLPF+I項)の制御周波数帯域は、カットオフ周波数ω1以上の帯域(従って、上記メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域)と重複しない。このことは、ローパスフィルタA7により既に減衰されているカットオフ周波数ω1以上の高周波数成分を増幅し得るD項が、PIコントローラA8の出力値であるサブフィードバック補正係数KFsubの算出に使用されていないことに基づく。このように、本装置においては、メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域においてもメインフィードバック制御とサブフィードバック制御と干渉が完全に回避されている。 That is, the control frequency band of all correction terms (LPF + P term and LPF + I term) related to the sub-feedback control does not overlap with the band of the cut-off frequency ω1 or higher (therefore, the control frequency band of the main feedback control as a whole). . This is because the D term that can amplify the high frequency component of the cutoff frequency ω1 or higher already attenuated by the low-pass filter A7 is not used for the calculation of the sub feedback correction coefficient KFsub that is the output value of the PI controller A8. Based on that. As described above, in this apparatus, the main feedback control, the sub feedback control, and the interference are completely avoided even in the control frequency band of the entire main feedback control.
以上のように、本装置においては、総ての周波数帯域に亘ってメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が完全に回避されている。以上が、本装置が行う機関の空燃比のフィードバック制御の概要である。 As described above, in the present apparatus, interference between the main feedback control and the sub feedback control is completely avoided over the entire frequency band. The above is the outline of the feedback control of the air-fuel ratio of the engine performed by this apparatus.
(実際の作動)
次に、上記第1実施形態に係る空燃比制御装置の実際の作動について説明する。
<空燃比フィードバック制御>
CPU71は、図7にフローチャートにより示した燃料噴射量Fiの計算、及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、各気筒のクランク角が各吸気上死点前の所定クランク角度(例えば、BTDC90°CA)となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角度が前記所定クランク角度になると、CPU71はステップ700から処理を開始してステップ705に進み、エアフローメータ61により計測された吸入空気流量Ga、及びエンジン回転速度NEと、前記テーブルMapMcとに基づいて今回の吸気行程を迎える気筒の筒内吸入空気量Mcを求める。
(Actual operation)
Next, the actual operation of the air / fuel ratio control apparatus according to the first embodiment will be described.
<Air-fuel ratio feedback control>
The
次に、CPU71はステップ710に進み、上記求めた筒内吸入空気流量Mcを現時点での上流側目標空燃比abyfr(k)で除することで、機関の空燃比を同上流側目標空燃比abyfr(k)とするための基本燃料噴射量Fbaseを求める。
Next, the
次いで、CPU71はステップ715に進み、上記求めた基本燃料噴射量Fbaseに後述するルーチンで計算されているサブフィードバック補正係数KFisubとメインフィードバック補正係数KFimainとを乗じることで上記(1)式に従って燃料噴射量Fiを算出する。
Next, the
そして、CPU71はステップ720に進み、燃料噴射量Fiの燃料を噴射するための指示を今回の吸気行程を迎える気筒のインジェクタ39に対して行った後、ステップ795に進み、本ルーチンを一旦終了する。以上により、メインフィードバック制御、及びサブフィードバック制御により補正された後の燃料噴射量Fiの燃料が吸気行程を迎える気筒に対して噴射される。
Then, the
(メインフィードバック補正係数の計算)
次に、メインフィードバック制御においてメインフィードバック補正係数KFimainを算出する際の作動について説明すると、CPU71は図8にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ800から処理を開始し、ステップ805に進んでメインフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。このメインフィードバック制御条件は、例えば、機関の冷却水温THWが第1所定温度以上であって、機関の一回転当りの吸入空気量(負荷)が所定値以下であるときに成立する。
(Calculation of main feedback correction factor)
Next, the operation for calculating the main feedback correction coefficient KFimain in the main feedback control will be described. The
いま、メインフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、CPU71はステップ805にて「Yes」と判定してステップ810に進み、現時点の上流側空燃比センサ66の出力値vabyfsを図3に示したテーブルに基づいて変換することにより、現時点における検出空燃比abyfsを求める。
Now, assuming that the main feedback control condition is satisfied, the
次に、CPU71はステップ815に進み、上記求めた検出空燃比abyfsから、現時点からNストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)を減じることで上記(5)式に従って、現時点からNストローク前の実際の空燃比と目標空燃比との差を表す上流側空燃比偏差Dabyfを求める。
Next, the
次いで、CPU71はステップ820に進み、前記上流側空燃比偏差DabyfをハイパスフィルタA12によりハイパスフィルタ処理してハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiを取得し、続くステップ825にて上記(7)式に従って第1メインフィードバック補正量DFihiを求める。
Next, the
続いて、CPU71はステップ830に進み、前記上流側空燃比偏差DabyfをバンドパスフィルタA14によりバンドパスフィルタ処理してバンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfbaを取得し、続くステップ835にて上記(9)式に従って第2メインフィードバック補正量DFibaを求める。
Subsequently, the
そして、CPU71はステップ840に進んで、上記求めた第1メインフィードバック補正量DFihiと、第2メインフィードバック補正量DFibaと、上記(10)式とに基づいてメインフィードバック補正係数KFimainを求め、続くステップ895に進んで本ルーチンを一旦終了する。
Then, the
以上により、メインフィードバック補正係数KFimainが求められ、このメインフィードバック補正係数KFimainが前述した図7のステップ715により燃料噴射量Fiに反映されることで上述したメインフィードバック制御に基づく機関の空燃比制御が実行される。
Thus, the main feedback correction coefficient KFimain is obtained, and this main feedback correction coefficient KFimain is reflected in the fuel injection amount Fi in
一方、ステップ805の判定時において、メインフィードバック制御条件が不成立であると、CPU71は同ステップ805にて「No」と判定してステップ845に進んでメインフィードバック補正係数KFimainの値を「1」に設定し、その後、ステップ895に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、メインフィードバック制御条件が不成立であるときは、メインフィードバック補正係数KFimainの値を「1」としてメインフィードバック制御に基づく機関の空燃比の補正を行わない。
On the other hand, if the main feedback control condition is not satisfied at the time of determination in
(サブフィードバック補正係数の計算)
次に、サブフィードバック制御においてサブフィードバック補正係数KFisubを算出する際の作動について説明すると、CPU71は図9にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ900から処理を開始し、ステップ905に進んでサブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。サブフィードバック制御条件は、例えば、前述したステップ805でのメインフィードバック制御条件に加え、機関の冷却水温THWが前記第1所定温度よりも高い第2所定温度以上のときに成立する。
(Calculation of sub feedback correction coefficient)
Next, the operation for calculating the sub feedback correction coefficient KFisub in the sub feedback control will be described. The
いま、サブフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、CPU71はステップ905にて「Yes」と判定してステップ910に進み、上記(2)式に従って、現時点での下流側目標値Voxsrefから現時点の下流側空燃比センサ67の出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。
Now, assuming that the sub-feedback control condition is satisfied, the
次に、CPU71はステップ915に進んで、前記出力偏差量DVoxsをローパスフィルタA7によりローパスフィルタ処理してローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを取得する。
Next, the
次いで、CPU71はステップ920に進み、上記(4)式に従って、サブフィードバック補正係数KFisubを求め、続くステップ925にて、その時点におけるローパスフィルタ通過後出力偏差量の積分値SDVoxslowに上記ステップ915にて求めたローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを加えて、新たなローパスフィルタ通過後出力偏差量の積分値SDVoxslowを求める。そして、CPU71はステップ995に進んで本ルーチンを一旦終了する。
Next, the
以上により、サブフィードバック制御係数KFisubが求められ、このサブフィードバック補正係数KFisubが前述した図7のステップ715により燃料噴射量Fiに反映されることで上述したサブフィードバック制御に基づく機関の空燃比制御が実行される。
Thus, the sub feedback control coefficient KFisub is obtained, and the sub feedback correction coefficient KFisub is reflected in the fuel injection amount Fi in
一方、ステップ905の判定時において、サブフィードバック制御条件が不成立であると、CPU71は同ステップ905にて「No」と判定してステップ930に進んでサブフィードバック補正係数KFisubの値を「1」に設定し、続くステップ935にてローパスフィルタ通過後出力偏差量の積分値SDVoxslowを「0」に初期化した後、ステップ995に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、サブフィードバック制御条件が不成立であるときは、サブフィードバック補正係数KFisubを「1」としてサブフィードバック制御に基づく機関の空燃比の補正を行わない。
On the other hand, if the sub feedback control condition is not satisfied at the time of determination in
以上、説明したように、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の第1実施形態によれば、第1触媒53の上流に配設された上流側空燃比センサ66の出力値vabyfsに基づく空燃比制御であるメインフィードバック制御において、上流側空燃比センサ出力値vabyfsに基づく値(上流側空燃比偏差Dabyf)をバンドパスフィルタA14(BPF、通過許可周波数:ω1〜ω2)によりバンドパスフィルタ処理した後の値、及び同上流側空燃比偏差DabyfをハイパスフィルタA12(HPF、通過許可周波数:ω2以上)によりハイパスフィルタ処理した後の値、を第1、第2メインフィードバックコントローラ(PコントローラA13,A15)でそれぞれ比例処理(P処理)することでメインフィードバック補正係数KFimainが求められる。
As described above, according to the first embodiment of the air-fuel ratio control device for an internal combustion engine according to the present invention, the air-fuel ratio based on the output value vabyfs of the upstream-side air-
一方、第1触媒53の下流に配設された下流側空燃比センサ67の出力値Voxsに基づく空燃比制御であるサブフィードバック制御において、下流側空燃比センサ出力値Voxsに基づく値(出力偏差量Dvoxs)をローパスフィルタA7(LPF、通過許可周波数:ω1以下)によりローパスフィルタ処理した後の値をサブフィードバックコントローラ(PIコントローラA8)で比例・積分処理(PI処理)することでサブフィードバック補正係数KFisubが求められる。
On the other hand, in sub-feedback control, which is air-fuel ratio control based on the output value Voxs of the downstream air-
そして、メインフィードバック補正係数KFimainとサブフィードバック補正係数KFisubとで互いに独立に燃料噴射量Fiを補正することにより、メインフィードバック制御、及びサブフィードバック制御が実行される。 Then, the main feedback control and the sub feedback control are executed by correcting the fuel injection amount Fi independently of each other by the main feedback correction coefficient KFimain and the sub feedback correction coefficient KFisub.
これにより、第1、第2メインフィードバックコントローラにおいてカットオフ周波数ω1以下の低周波数成分を増幅し得る積分処理(I処理)が実行されないから、メインフィードバック制御に係わる総ての補正項(HPF+P項、及びBPF+P項)の制御周波数帯域が、カットオフ周波数ω1以下の帯域と重複しない。また、サブフィードバックコントローラにおいてカットオフ周波数ω1以上の高周波数成分を増幅し得る微分処理(D処理)が実行されないから、サブフィードバック制御に係わる総ての補正項(LPF+P項、及びLPF+I項)の制御周波数帯域が、カットオフ周波数ω1以上の帯域と重複しない。従って、総ての周波数帯域に亘ってメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が完全に回避される。 As a result, the integration process (I process) that can amplify the low frequency component below the cutoff frequency ω1 is not executed in the first and second main feedback controllers, so that all correction terms (HPF + P term, And the BPF + P term) does not overlap with the band below the cut-off frequency ω1. Further, since the sub-feedback controller does not execute differential processing (D processing) that can amplify a high frequency component higher than the cutoff frequency ω1, control of all correction terms (LPF + P term and LPF + I term) related to the sub-feedback control. The frequency band does not overlap with the band above the cutoff frequency ω1. Therefore, interference between the main feedback control and the sub feedback control is completely avoided over the entire frequency band.
また、メインフィードバック制御回路(従って、第1、第2メインフィードバックコントローラ(PコントローラA13,A15))と、サブフィードバック制御回路(従って、サブフィードバックコントローラ(PIコントローラA8))とが燃料噴射量Fiの補正に関して並列に接続されている。従って、メインフィードバック制御側のフィードバック制御定数(即ち、PコントローラA13の比例ゲインKhi、及びPコントローラA15の比例ゲインKba)と、サブフィードバック制御側のフィードバック制御定数(即ち、PIントローラA8の比例ゲインKp、及び積分ゲインKi)と、のいずれか一方側の適合を行うとき他方側の値が同いずれか一方の適合に与える影響の程度は少ない。この結果、各フィードバック制御定数の適合を行う際の労力を少なくすることができる。 The main feedback control circuit (accordingly, the first and second main feedback controllers (P controllers A13, A15)) and the sub feedback control circuit (accordingly, the sub feedback controller (PI controller A8)) of the fuel injection amount Fi The correction is connected in parallel. Therefore, the feedback control constant on the main feedback control side (that is, the proportional gain Khi of the P controller A13 and the proportional gain Kba on the P controller A15) and the feedback control constant on the sub feedback control side (that is, the proportional gain Kp of the PI controller A8). , And the integral gain Ki), the degree of the influence of the value on the other side on the matching of the other side is small. As a result, it is possible to reduce the labor when adapting each feedback control constant.
また、メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域(即ち、カットオフ周波数ω1以上の帯域)が、バンドパスフィルタA14が分担する帯域(従って、PコントローラA15が分担する帯域)とハイパスフィルタA12が分担する帯域(従って、PコントローラA13が分担する帯域)とに更に分けられている。この結果、メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域において、フィルタのゲイン特性に関する設計上の自由度を向上させることができ、これにより、排ガスの空燃比変動におけるカットオフ周波数ω1以上の高周波数成分に対するメインフィードバック制御系の設計の自由度が向上する。 Further, the control frequency band as a whole of the main feedback control (that is, the band of the cut-off frequency ω1 or higher) is shared by the band that the bandpass filter A14 shares (accordingly, the band that the P controller A15 shares) and the highpass filter A12. It is further divided into bands (thus, bands shared by the P controller A13). As a result, in the control frequency band of the entire main feedback control, the degree of freedom in design regarding the gain characteristics of the filter can be improved, and thereby, with respect to a high frequency component higher than the cutoff frequency ω1 in the air-fuel ratio fluctuation of the exhaust gas. The degree of freedom in designing the main feedback control system is improved.
(第1実施形態の変形例)
次に、上記第1実施形態の変形例に係る空燃比制御装置について説明する。この変形例は、機能ブロック図である図10に示すように、前記上流側空燃比偏差Dabyfの代わりに上流側空燃比センサ66の検出空燃比abyfsを直接ハイパスフィルタA12、及びバンドパスフィルタA14に入力する点においてのみ、上記第1実施形態と異なる。即ち、検出空燃比abyfsの値そのものをハイパスフィルタ処理、及びバンドパスフィルタ処理した後の値に基づいてメインフィードバック補正係数KFimainが算出される。以下、係る相違点を中心として説明する。
(Modification of the first embodiment)
Next, an air-fuel ratio control apparatus according to a modification of the first embodiment will be described. In this modification, as shown in FIG. 10 which is a functional block diagram, instead of the upstream air-fuel ratio deviation Dabyf, the detected air-fuel ratio abyfs of the upstream air-
この相違点に基づき、この変形例のCPU71は図8に示したルーチンに代えてメインフィードバック補正係数KFimainを算出するための図11にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に実行する。図11において、図8に示したステップと同一のステップには同一の符号を付している。
Based on this difference, the
即ち、図11のルーチンは、上流側空燃比偏差Dabyfを求めるためのステップ815が存在しない点、ステップ820〜835にそれぞれ対応するステップ1105〜1120において、検出空燃比abyfsの値そのものをハイパスフィルタ処理して得られるハイパスフィルタ通過後検出空燃比abyfhiに比例ゲインKhiを乗じることで第1メインフィードバック補正量DFihiを算出するとともに、検出空燃比abyfsの値そのものをバンドパスフィルタ処理して得られるバンドパスフィルタ通過後検出空燃比abyfbaに比例ゲインKbaを乗じることで第2メインフィードバック補正量DFibaを算出する点、においてのみ、図8のルーチンと異なる。従って、図11のルーチンのその他のステップについての詳細な説明は省略する。
That is, the routine of FIG. 11 does not include
上記第1実施形態においてハイパスフィルタA12、及びバンドパスフィルタA14に入力される上流側空燃比偏差Dabyfは、検出空燃比abyfsから上流側目標空燃比abyfr(k-N)(原則的に理論空燃比で一定)を減じた値である。従って、上流側空燃比偏差Dabyfを示す信号は、検出空燃比abyfsを示す信号と、変動の中心値が異なる一方で同じタイミング、同じ振幅で増減する波形を有する信号となる。 In the first embodiment, the upstream air-fuel ratio deviation Dabyf inputted to the high-pass filter A12 and the band-pass filter A14 is detected from the detected air-fuel ratio abyfs to the upstream target air-fuel ratio abyfr (kN) (in principle, constant at the stoichiometric air-fuel ratio. ) Is subtracted. Therefore, the signal indicating the upstream air-fuel ratio deviation Dabyf is a signal having a waveform that increases or decreases at the same timing and the same amplitude while the central value of the fluctuation is different from the signal indicating the detected air-fuel ratio abyfs.
よって、ハイパスフィルタA12、及びバンドパスフィルタA14をそれぞれ通過した後のカットオフ周波数ω1以上の高周波数成分からなる上記ハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiを示す信号、及びバンドパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfbaを示す信号は、ハイパスフィルタA12、及びバンドパスフィルタA14をそれぞれ通過した後の同カットオフ周波数ω1以上の高周波数成分からなる上記ハイパスフィルタ通過後検出空燃比abyfhiを示す信号、及びバンドパスフィルタ通過後検出空燃比abyfbaを示す信号と、全く同一の値をとる信号となる。この結果、係る第1実施形態の変形例においても、上記第1実施形態と全く同一の作用・効果が得られる。 Therefore, the signal indicating the upstream air-fuel ratio deviation Dabyfhi after passing through the high-pass filter and the upstream after passing through the band-pass filter, which is composed of high-frequency components having a cutoff frequency ω1 or higher after passing through the high-pass filter A12 and the band-pass filter A14, respectively. The signal indicating the side air-fuel ratio deviation Dabyfba is a signal indicating the detected air-fuel ratio abyfhi after passing through the high-pass filter, which is composed of high-frequency components having the cutoff frequency ω1 or higher after passing through the high-pass filter A12 and the band-pass filter A14, respectively. And a signal indicating exactly the same value as the signal indicating the detected air-fuel ratio abyfba after passing through the band-pass filter. As a result, even in the modified example of the first embodiment, the same operation and effect as the first embodiment can be obtained.
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る空燃比制御装置について説明する。この第2実施形態は、機能ブロック図である図12に示すように、バンドパスフィルタA14及びPコントローラA15を備えていない点(従って、メインフィードバック補正係数算出手段A16において第1メインフィードバック補正量DFihiに「1」を加えた値がメインフィードバック補正係数KFimainとなる点)において、上記第1実施形態と異なる。
(Second Embodiment)
Next, an air-fuel ratio control apparatus according to the second embodiment will be described. As shown in FIG. 12, which is a functional block diagram, this second embodiment is not provided with a bandpass filter A14 and a P controller A15 (thus, the main feedback correction coefficient calculation means A16 has a first main feedback correction amount DFihi. In that the value obtained by adding “1” to the main feedback correction coefficient KFimain) is different from the first embodiment.
更に、この第2実施形態は、バンドパスフィルタA14の不存在に伴い、同バンドパスフィルタA14が分担していた制御周波数帯域(ω1〜ω2)をもハイパスフィルタA12が分担する制御周波数帯域に含めるため、図13に示すように、ハイパスフィルタA12のカットオフ周波数をω2からω1に変更した点においても、上記第1実施形態と異なる。これにより、ハイパスフィルタA12のカットオフ周波数とローパスフィルタA7のカットオフ周波数とは等しくなる。以下、係る相違点を中心として説明する。 Further, in the second embodiment, the control frequency band (ω1 to ω2) shared by the bandpass filter A14 is also included in the control frequency band shared by the highpass filter A12 due to the absence of the bandpass filter A14. Therefore, as shown in FIG. 13, the point that the cutoff frequency of the high-pass filter A12 is changed from ω2 to ω1 is also different from the first embodiment. Thereby, the cut-off frequency of the high-pass filter A12 is equal to the cut-off frequency of the low-pass filter A7. Hereinafter, the description will be focused on the difference.
この相違点に基づき、この第2実施形態のCPU71は図8に示したルーチンに代えて、メインフィードバック補正係数KFimainを算出するための図14にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎にそれぞれ実行する。図14において、図8に示したステップと同一のステップには同一の符号を付している。
Based on this difference, the
即ち、図14のルーチンは、第2メインフィードバック補正量DFibaを求めるためのステップ830、835が存在しない点、ステップ840に対応するステップ1405において、第1メインフィードバック補正量DFihiに「1」を加えることでメインフィードバック補正係数KFimainを算出する点、においてのみ、図8のルーチンと異なる。従って、図14のルーチンのその他のステップについての詳細な説明は省略する。
That is, the routine of FIG. 14 adds “1” to the first main feedback correction amount DFihi in
以上、説明した第2実施形態においては、メインフィードバック制御全体としての制御周波数帯域であるカットオフ周波数ω1以上の帯域全域が一つのフィルタ(ハイパスフィルタA12)により分担されている。従って、第1実施形態に比して簡易な構成で、総ての周波数帯域に亘ってメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉を完全に回避することができる。 As described above, in the second embodiment described above, the entire band above the cut-off frequency ω1, which is the control frequency band of the entire main feedback control, is shared by one filter (high-pass filter A12). Therefore, interference between the main feedback control and the sub feedback control can be completely avoided with a simple configuration compared to the first embodiment over the entire frequency band.
本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第1、第2実施形態においては、「上流側空燃比センサの出力値と上流側目標値との相違の程度に応じた値」として、上流側空燃比センサ66の検出空燃比abyfsと上流側目標空燃比abyfrとの差が使用されているが、上流側空燃比センサ出力値vabyfsそのものと上流側目標空燃比abyfrに相当するセンサ出力値(上流側目標値)との差、或いは、筒内吸入空気量Mcを検出空燃比abyfsで除した値である実際の筒内燃料供給量と同筒内吸入空気量Mcを目標空燃比abyfrで除した値である目標筒内燃料供給量との差を使用してもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be adopted within the scope of the present invention. For example, in the first and second embodiments, the detected air-fuel ratio abyfs of the upstream air-
また、上記各実施形態、及び変形例においては、「下流側空燃比センサの出力値と下流側目標値との相違の程度に応じた値」として、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの差が使用されているが、下流側空燃比センサ67の検出空燃比と下流側目標値Voxsrefに相当する下流側目標空燃比との差を使用してもよい。
In each of the above-described embodiments and modifications, the output value Voxs of the downstream air-
また、上記各実施形態、及び変形例においては、メインフィードバック補正係数KFimain(>0)を基本燃料噴射量Fbaseに乗じることでメインフィードバック制御を実行しているが、同メインフィードバック補正係数KFimainに相当する正負の値を採りえるメインフィードバック補正量を基本燃料噴射量Fbaseに加算することによりメインフィードバック制御を実行してもよい。 In each of the above-described embodiments and modifications, the main feedback control is executed by multiplying the basic fuel injection amount Fbase by the main feedback correction coefficient KFimain (> 0), which corresponds to the main feedback correction coefficient KFimain. The main feedback control may be executed by adding a main feedback correction amount that can take positive and negative values to the basic fuel injection amount Fbase.
同様に、上記各実施形態、及び変形例においては、サブフィードバック補正係数KFisub(>0)を基本燃料噴射量Fbaseに乗じることでサブフィードバック制御を実行しているが、同サブフィードバック補正係数KFisubに相当する正負の値を採りえるサブフィードバック補正量を基本燃料噴射量Fbaseに加算することによりサブフィードバック制御を実行してもよい。 Similarly, in each of the above-described embodiments and modifications, the sub feedback control is executed by multiplying the basic fuel injection amount Fbase by the sub feedback correction coefficient KFisub (> 0), but the sub feedback correction coefficient KFisub is added to the sub feedback correction coefficient KFisub. The sub-feedback control may be executed by adding a sub-feedback correction amount that can take a corresponding positive / negative value to the basic fuel injection amount Fbase.
また、上記各実施形態、及び変形例においては、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの差DVoxsをローパスフィルタ処理した後の値DVoxslowに基づいてサブフィードバック補正係数KFisubを算出しているが、同下流側空燃比センサ67の出力値Voxsをローパスフィルタ処理した後の値と同下流側目標値Voxsrefとの差に基づいて同サブフィードバック補正係数KFisubを算出するように構成してもよい。
In each of the above-described embodiments and modifications, the sub feedback correction coefficient KFisub is based on the value DVoxslow after low-pass filtering the difference DVoxs between the output value Voxs of the downstream air-
また、上記各実施形態、及び変形例においては、フィルタ(ハイパスフィルタA12、バンドパスフィルタA14、ローパスフィルタA7)として、1次フィルタを使用しているが、各フィルタが分担するそれぞれの帯域をさらに明白に分ける必要がある場合、これらのフィルタとして2次以上のフィルタを使用してもよい。 Further, in each of the above-described embodiments and modifications, a primary filter is used as a filter (high-pass filter A12, band-pass filter A14, low-pass filter A7), but each band shared by each filter is further increased. If it is necessary to clearly separate them, second-order or higher-order filters may be used as these filters.
また、上記各実施形態、及び変形例においては、第1メインフィードバックコントローラとして比例処理(P処理)のみを行うPコントローラA13が採用されているが、微分処理(D処理)のみを行うDコントローラ、或いは、比例・微分処理(PD処理)のみを行うPDコントローラを採用してもよい。 In each of the above-described embodiments and modifications, the P controller A13 that performs only proportional processing (P processing) is employed as the first main feedback controller, but the D controller that performs only differentiation processing (D processing), Alternatively, a PD controller that performs only proportional / differential processing (PD processing) may be employed.
同様に、上記各実施形態、及び変形例においては、サブフィードバックコントローラとして比例・積分処理(PI処理)のみを行うPIコントローラA8が採用されているが、比例処理(P処理)のみを行うPコントローラ、或いは、積分処理(I処理)のみを行うIコントローラを採用してもよい。 Similarly, in each of the above-described embodiments and modifications, the PI controller A8 that performs only proportional / integral processing (PI processing) is employed as the sub-feedback controller, but the P controller that performs only proportional processing (P processing). Alternatively, an I controller that performs only integration processing (I processing) may be employed.
また、上記第1実施形態、及び変形例においては、第2メインフィードバックコントローラとして比例処理(P処理)のみを行うPコントローラA15が採用されているが、微分処理(D処理)のみを行うDコントローラ、或いは、比例・微分処理(PD処理)のみを行うPDコントローラを採用してもよい。 Moreover, in the said 1st Embodiment and the modification, P controller A15 which performs only a proportional process (P process) is employ | adopted as a 2nd main feedback controller, D controller which performs only a differential process (D process) Alternatively, a PD controller that performs only proportional / differential processing (PD processing) may be employed.
10…内燃機関、25…燃焼室、39…インジェクタ、52…エキゾーストパイプ(排気管)、53…三元触媒(第1触媒)、66…上流側空燃比センサ、67…下流側空燃比センサ、70…電気制御装置、71…CPU
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記触媒よりも上流の前記排気通路に配設された上流側空燃比センサと、
前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設された下流側空燃比センサと、
前記内燃機関の運転状態に応じた量の燃料を噴射する燃料噴射手段と、
を備えた内燃機関に適用される内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記上流側空燃比センサの出力値、又は前記上流側空燃比センサの出力値と上流側目標値との相違の程度に応じた値、をハイパスフィルタ処理した後の値を第1メインフィードバック入力値として入力して第1メインフィードバック補正量を算出する第1メインフィードバックコントローラを備えるとともに、前記算出された第1メインフィードバック補正量により前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するメインフィードバック制御手段と、
前記下流側空燃比センサの出力値と下流側目標値との相違の程度に応じた値をローパスフィルタ処理した後の値、又は前記下流側空燃比センサの出力値をローパスフィルタ処理した後の値と下流側目標値との相違の程度に応じた値、をサブフィードバック入力値として入力してサブフィードバック補正量を算出するサブフィードバックコントローラを備えるとともに、前記メインフィードバック制御手段による燃料噴射量の補正とは独立に前記算出されたサブフィードバック補正量により前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するサブフィードバック制御手段と、
を備え、
前記第1メインフィードバックコントローラは、前記第1メインフィードバック入力値に対して、比例処理のみ、微分処理のみ、及び比例・微分処理のみ、の何れかを行うことで前記第1メインフィードバック補正量を算出するように構成されるとともに、
前記サブフィードバックコントローラは、前記サブフィードバック入力値に対して、比例処理のみ、積分処理のみ、及び比例・積分処理のみ、の何れかを行うことで前記サブフィードバック補正量を算出するように構成された内燃機関の空燃比制御装置。 A catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine;
An upstream air-fuel ratio sensor disposed in the exhaust passage upstream of the catalyst;
A downstream air-fuel ratio sensor disposed in the exhaust passage downstream of the catalyst;
Fuel injection means for injecting an amount of fuel according to the operating state of the internal combustion engine;
An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine applied to an internal combustion engine comprising:
The output value of the upstream air-fuel ratio sensor or the value after high-pass filtering the value corresponding to the degree of difference between the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and the upstream target value is the first main feedback input value. And a first main feedback controller that calculates the first main feedback correction amount by inputting as the above, and correcting the fuel injection amount that is injected by the fuel injection means by the calculated first main feedback correction amount. Main feedback control means for feedback control of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine;
A value after low-pass filtering a value corresponding to the degree of difference between the output value of the downstream air-fuel ratio sensor and the downstream target value, or a value after low-pass filtering the output value of the downstream air-fuel ratio sensor And a sub-feedback controller that calculates a sub-feedback correction amount by inputting a value corresponding to the degree of difference between the target value and the downstream target value as a sub-feedback input value, and correction of the fuel injection amount by the main feedback control means; Sub feedback control means for performing feedback control of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine by correcting the fuel injection amount injected by the fuel injection means independently of the calculated sub feedback correction amount;
With
The first main feedback controller calculates the first main feedback correction amount by performing only proportional processing, only differentiation processing, and only proportional / differentiation processing on the first main feedback input value. And is configured to
The sub feedback controller is configured to calculate the sub feedback correction amount by performing only one of proportional processing, only integration processing, and only proportional / integration processing on the sub feedback input value. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine.
前記メインフィードバック制御手段は、
前記上流側空燃比センサの出力値、又は前記上流側空燃比センサの出力値と上流側目標値との相違の程度に応じた値、をバンドパスフィルタ処理した後の値を第2メインフィードバック入力値として入力して第2メインフィードバック補正量を算出する第2メインフィードバックコントローラを更に備え、前記算出された第1メインフィードバック補正量と前記算出された第2メインフィードバック補正量とにより前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するように構成され、
前記第2メインフィードバックコントローラは、前記第2メインフィードバック入力値に対して、比例処理のみ、微分処理のみ、及び比例・微分処理のみ、の何れかを行うことで前記第2メインフィードバック補正量を算出するように構成された内燃機関の空燃比制御装置。 The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The main feedback control means includes
The second main feedback input is a value after band-pass filtering the output value of the upstream air-fuel ratio sensor or the value corresponding to the degree of difference between the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and the upstream target value. A second main feedback controller for inputting a value and calculating a second main feedback correction amount; and the fuel injection means based on the calculated first main feedback correction amount and the calculated second main feedback correction amount. Is configured to feedback control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine by correcting the fuel injection amount injected by
The second main feedback controller calculates the second main feedback correction amount by performing only proportional processing, only differentiation processing, and only proportional / differentiation processing on the second main feedback input value. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine configured to do so.
前記メインフィードバック制御手段による前記ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数と前記サブフィードバック制御手段による前記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数とは同一である内燃機関の空燃比制御装置。 The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, wherein a cutoff frequency of the high-pass filter processing by the main feedback control means and a cutoff frequency of the low-pass filter processing by the sub-feedback control means are the same.
前記メインフィードバック制御手段による前記ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数と同メインフィードバック制御手段による前記バンドパスフィルタ処理の高周波数側のカットオフ周波数とが同一であるとともに、
前記メインフィードバック制御手段による前記バンドパスフィルタ処理の低周波数側のカットオフ周波数と前記サブフィードバック制御手段による前記ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数とが同一である内燃機関の空燃比制御装置。
The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 2,
The cut-off frequency of the high-pass filter processing by the main feedback control means and the cut-off frequency on the high frequency side of the band-pass filter processing by the main feedback control means are the same,
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, wherein a cut-off frequency on a low frequency side of the band-pass filter processing by the main feedback control means and a cut-off frequency of the low-pass filter processing by the sub-feedback control means are the same.
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