JP2006097514A - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 空燃比センサの活性を検出した後に、目標空燃比補正係数TFBYA中の安定性増量値KSTBの減少速度を、活性検出前に比べて大きくし、その間、空燃比フィードバック補正係数ALPHAを基準値1に保持する。その後、空燃比がストイキに達して、空燃比フィードバック制御を開始する時点、又は、リッチ空燃比で運転する高回転高負荷領域(TFBYA0>1)に移行した時点のうち、いずれか早い方の時点で、その時点の安定性増量値KSTBに基づいて未燃分補正値KUBを設定して、目標空燃比補正係数TFBYAに付加すると同時に、安定性増量値KSTBを0にする。
【選択図】 図6
Description
本発明は、このような実状に鑑み、始動後、空燃比を速やかにストイキ点に収束させることができる一方、高回転高負荷領域に移行した場合には確実にリッチ空燃比で運転することができるエンジンの空燃比制御装置を提供することを目的とする。
また、空燃比がストイキに達したときに空燃比フィードバック制御を開始するが、燃料性状に応じて、空燃比がストイキに達したときの安定性増量値KSTBが変化するので、これを学習して未燃分補正値KUBを設定することにより、燃料性状に応じた最適な未燃分補正値KUBを設定でき、軽質燃料の使用時でも排気を悪化させることがない。
図1は本発明の一実施形態を示すエンジン(内燃機関)のシステム図である。
エンジン1の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ2から吸気ダクト3、スロットル弁4、吸気マニホールド5を経て空気が吸入される。吸気マニホールド5の各ブランチ部には各気筒毎に燃料噴射弁6が設けられている。但し、燃料噴射弁6は燃焼室内に直接臨ませる配置としてもよい。
エンジン1の各燃焼室からの排気は、排気マニホールド8を介して排出される。また、排気マニホールド8からEGR通路9が導出され、これによりEGR弁10を介して排気の一部を吸気マニホールド5に還流している。
ECU12は、CPU、ROM、RAM、A/D変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、後述のごとく演算処理して、燃料噴射弁6の作動を制御する。
エアフローメータ14により検出される吸入空気量Qaと、クランク角センサ13により検出されるエンジン回転数Neとを読込み、吸入空気量Qaとエンジン回転数Neとから、次式により、ストイキ相当の基本燃料噴射量(基本噴射パルス幅)Tpを演算する。
Tp=K×Qa/Ne 但し、Kは定数。
Ti=Tp×TFBYA×ALPHA
目標空燃比補正係数TFBYA、空燃比フィードバック補正係数ALPHAは、共に、基準値(ストイキ相当値)を1とする。
燃料噴射量Tiが演算されると、このTiに相当するパルス幅の駆動パルス信号がエンジン回転に同期して各気筒毎に所定のタイミングで燃料噴射弁6に出力されて、燃料噴射が行われる。
目標空燃比補正係数TFBYAは、次式のように、基本目標空燃比補正係数TFBYA0に、補正係数THOSを乗じて、算出される。
TFBYA=TFBYA0×THOS
基本目標空燃比補正係数TFBYA0は、高回転高負荷領域(KMR領域)にてリッチ空燃比で運転するため、エンジン回転数と負荷(例えば目標トルク)とをパラメータとするマップにより、エンジン回転数と負荷とから定まる運転領域毎に目標空燃比を定めたもので、高回転高負荷以外の通常領域では、ストイキ運転のため、TFBYA0=1、高回転高負荷領域(KMR領域)では、リッチ運転のため、TFBYA0>1に設定される。
THOS=1+KSTB+KUB+…
安定性増量値KSTBは、始動直後に低水温時ほど空燃比をリッチ化し、その後時間経過と共に空燃比を徐々にストイキに収束させるように漸減設定されると共に、アイドル以外のときにエンジン回転数及び負荷(例えば目標トルク)により補正されるものである。
次に空燃比フィードバック補正係数ALPHAの設定について説明する。
空燃比フィードバック補正係数ALPHAは、次のように増減設定される。空燃比フィードバック制御条件(少なくとも空燃比センサが活性状態であることを前提とする)において、空燃比センサ出力に基づいてリーン/リッチを判定し、リッチ→リーンへの反転時(前回リッチで今回リーンの時)に、空燃比フィードバック補正係数ALPHAを比較的大きく設定した比例分(比例ゲイン)P増加させて更新し(ALPHA=ALPHA+P)、リーン状態継続中の時は、空燃比フィードバック補正係数ALPHAを微小の積分分(積分ゲイン)I増加させて更新する(ALPHA=ALPHA+I)。
空燃比フィードバック制御条件でない場合、空燃比フィードバック補正係数ALPHAは基準値1(又は空燃比フィードバック制御終了時の最後の値)に保持される。
S1では、安定性増量値KSTBの算出のため、その基本値(始動直後に低水温時ほど空燃比をリッチ化し、その後空燃比を徐々にストイキに収束させるように漸減設定されると共に、アイドル以外のときにエンジン回転数及び負荷により補正される値)kstbを、次式により、算出する。
KSTBCは、始動直後に空燃比をリッチ化し、その後空燃比を徐々にストイキに収束させるように漸減設定される。
KASは、始動直後において、KSTBの値を始動時の増量値からKSTBCへ収束させるように漸減設定される。
S3では、次式のように、安定性増量値の基本値(始動直後に低水温時ほど空燃比をリッチ化し、その後空燃比を徐々にストイキに収束させるように漸減設定されると共に、アイドル以外のときにエンジン回転数及び負荷により補正される値)kstbに対し、減量補正係数DRTKSTB(ここでは、DRTKSTB=1)を乗じて、安定性増量値KSTBを算出する。
ここでは、DRTKSTB=1であるので、KSTB=kstbとなる。
S4では、空燃比センサの活性判定を行う。
活性判定は、図3のフローチャートに従って行われる。S101では、空燃比センサの出力VO2が予め定めたリッチ側活性判定レベルSR#以上になったか否かを判定する。S101での判定でYESの場合は、S102へ進み、上記S101のVO2≧SR#の条件で、所定時間T1#経過したか否かを判定する。S102での判定でYESの場合は、S103へ進み、スタートスイッチ(ST/SW)のOFF後、所定時間T2#経過したか否かを判定する。S103での判定でYESの場合、すなわち、S101〜S103での判定で全てYESの場合は、S104へ進み、空燃比センサが活性したものとみなして、活性検出フラグF1を1にセットする。
S4での判定でNOの場合、すなわち、活性検出フラグF1=0の場合は、S1へ戻り、S1〜S3での安定性増量値KSTBの演算を繰り返す。
従って、始動後、空燃比センサの活性が検出されるまでの間、安定性増量値KSTBは、始動直後に低水温時ほど空燃比をリッチ化し、その後時間経過と共に空燃比を徐々にストイキに収束させるように漸減設定されると共にエンジン回転数及び負荷により補正される。そして、TFBYA=TFBYA0×(1+KSTB+KUB+…)であり、通常領域ではTFBYA0=1、最初はKUB=0であることから、目標空燃比補正係数TFBYAは安定性増量値KSTBによって定まる(TFBYA≒1+KSTB)ので、目標空燃比補正係数TFBYAも安定性増量値KSTBと同様に設定される。この間、空燃比フィードバック補正係数ALPHAは基準値1に保持される。
S5では、S1と同様に、安定性増量値KSTBの算出のため、その基本値kstbを、次式により、算出する。
kstb=(KSTBC+KAS)×KNE
S6では、単位時間毎に、減量補正係数DRTKSTBの前回値から所定値DKSTB#を減算して、減量補正係数DRTKSTBを減少側に更新することにより(次式参照)、減量補正係数DRTKSTBを1から0へ漸減する。
S7では、S3と同様に、次式のように、安定性増量値の基本値kstbに対し、減量補正係数DRTKSTB(ここでは、1から0へ漸減する値)を乗じて、安定性増量値KSTBを算出する。
KSTB=kstb×DRTKSTB
ここで、活性検出後は、活性検出前(DRTKSTB=1)に対し、DRTKSTBが1から0へ漸減するので、安定性増量値KSTBの減少速度は、活性検出前に比べて大きくなる。
S9では、空燃比フィードバック制御(λコン)開始条件か否かを判定する。
S202での判定でYESの場合は、空燃比フィードバック制御(λコン)の開始条件であると判定して、S204へ進み、λコン開始フラグF2を1にセットする。
従って、S9では、このλコン開始フラグF2が1になっているか否かを判定する。
従って、空燃比センサの活性検出後、空燃比フィードバック制御を開始するまでの間、安定性増量値KSTBは、活性前の減少速度に比べて、大きな減少速度で、0となるまで、減少せしめられる。そして、TFBYA=TFBYA0×(1+KSTB+KUB+…)であり、通常領域(KMR要求無し)ではTFBYA0=1、最初はKUB=0であることから、目標空燃比補正係数TFBYAは安定性増量値KSTBによって定まる(TFBYA≒1+KSTB)ので、目標空燃比補正係数TFBYAも安定性増量値KSTBと同様に減少せしめられる。この間も、空燃比フィードバック補正係数ALPHAは基準値1に保持される。
S10では、現時点の安定性増量値KSTBを回転負荷補正係数KNEで除算することで、現時点の安定性増量値KSTBからエンジン回転数及び負荷による補正分を除去した値(KSTB/KNE)を学習し、これを学習値KSTBLMDとして記憶する(KSTBLMD=KSTB/KNE)。未燃分補正値KUBの基本値とするためである。尚、アイドル状態ではKNE=1であるので、KSTBLMD=KSTBとなる。
S12では、未燃分補正値KUBを次式に従って演算する。
KUB=KSTBLMD×KUBDTW×KUBICN
すなわち、安定性増量値の学習値KSTBLMDに対し、補正係数KUBDTW、KUBICNによる補正を行って、未燃分補正値KUBを設定する。
KUBDTW=(KUBZTW#−TW)/(KUBZTW#−TW0)
KUBZTW#は、未燃分補正水温上限値である。
従って、KUBDTWは、λコン開始時は、TW=TW0であるので、1となり、λコン開始後は、水温TW上昇に伴って、減少し、水温TWが上限値KUBZTW#に達すると、0となる。
S13では、安定性増量値KSTBを強制的に0にする(KSTB=0)。
従って、目標空燃比補正係数TFBYAは、TFBYA=TFBYA0×(1+KSTB+KUB+…)であるので、TFBYA0=1である限り、TFBYA≒1+KUBとなる。
一方、S8での判定でYESとなった場合、すなわち、空燃比センサの活性検出後、空燃比フィードバック制御開始条件(F2=1)となる前に、KMR要求有りとなった場合(TFBYA0>1の高回転高負荷領域に移行した場合)は、S15〜S19へ進む。
S16では、S11と同様に、現時点の水温TWを検出し、これをλコン開始時水温TW0として記憶する(TW0=TW)。
KUB=KSTBLMD×KUBDTW×KUBICN
すなわち、安定性増量値の学習値KSTBLMDに対し、補正係数KUBDTW、KUBICNによる補正を行って、未燃分補正値KUBを設定する。
S18では、S13と同様に、安定性増量値KSTBを強制的に0にする(KSTB=0)。
S19では、KMR要求無しとなり、かつ空燃比フィードバック制御開始条件(F2=1)となるのを待つ。この間、空燃比フィードバック補正係数ALPHAは基準値1に保持される。そして、KMR要求無し、F2=1の条件で、空燃比フィードバック制御(λコン)を開始し、空燃比センサ信号に従って、比例・積分制御により、空燃比フィードバック補正係数ALPHAを増減設定するようにする。
従来の始動後の空燃比制御(図7)では、空燃比センサの活性検出後、目標空燃比補正係数TFBYA中の安定性増量値KSTBを0にすると共に、その減量分(KSTB)を空燃比フィードバック補正係数ALPHAに増量分として上乗せしてから、空燃比フィードバック制御(λコン)を開始し、目標空燃比補正係数TFBYAには新たに未燃分補正値KUBを付加している。
また、未燃分補正値KUBは、運転性の観点から重質燃料で適合されているため、軽質燃料の使用時には、フィードバック制御が収束するまでの間、リッチ化してしまい、エミッション低下代が十分でない場合がある。
一方、図8に示す参考例のように、空燃比センサの活性検出後の、安定性増量値KSTBの減少中に、高回転高負荷領域(KMR領域)に移行した場合には、KMR要求(基本目標空燃比補正係数TFBYA0>1)により、空燃比がストイキにならないため、安定性増量値KSTBが0まで減少し、未燃分補正値KUBが設定されない(KUB=0のままとなる)。このため、未燃分補正値KUBの不足分、空燃比がリーン化し、KMR領域での要求空燃比(リッチ空燃比)を達成できず、要求空燃比よりリーン側の状態となる。また、KMR要求がなくなって、アイドルに戻ったときには、基本目標空燃比補正係数TFBYA0が1になることで、ストイキよりもリーン化してしまい、空燃比フィードバック制御が開始されても空燃比がストイキに収束するのが遅くなってしまう。
空燃比センサの活性を検出した後に、安定性増量値KSTBの減少速度を、活性検出前に比べて大きくし、この安定性増量値KSTBの減少中に、高回転高負荷領域(KMR領域)に移行した場合には、直ちに、その時点(移行直前)の安定性増量値KSTBに基づいて未燃分補正値KUBを設定して、目標空燃比補正係数TFBYAに付加すると同時に、安定性増量値KSTBを0にする。
また、本実施形態によれば、空燃比センサの活性を検出した後に、安定性増量値KSTBの減少速度を、活性検出前に比べて大きくする際に、安定性増量値KSTBに対し、時間経過と共に減少する減量補正係数DRTKSTBを乗じて、安定性増量値KSTBを補正することで、安定性増量値KSTBの減量中に回転負荷変動があった場合にも、回転負荷補正を含む安定性増量値KSTBを減量でき、回転負荷補正と減量とを両立させることができる。
また、本実施形態によれば、空燃比フィードバック制御は、空燃比センサの出力がストイキ相当値(SST#)に達しない場合でも、空燃比センサの活性検出後、所定時間(T3#)経過したときに開始することにより、何らかの原因でリッチ状態が続く場合であってもフィードバック制御によりストイキ相当にでき、確実にフィードバック制御を開始できる。
6 燃料噴射弁
12 ECU
17 空燃比センサ
Claims (7)
- 高回転高負荷領域にて空燃比をリッチ化するための基本目標空燃比補正係数、及び、始動直後に空燃比をリッチ化し、その後空燃比を徐々にストイキに収束させるように漸減設定される安定性増量値を含む目標空燃比補正係数と、
空燃比フィードバック制御条件にて空燃比センサからの信号に基づいて空燃比をストイキに収束させるように設定される空燃比フィードバック補正係数とを用いて、燃料噴射量を演算・制御するエンジンの空燃比制御装置において、
空燃比センサの活性を検出した後に、前記安定性増量値の減少速度を、活性検出前に比べて大きくし、
その後、空燃比がストイキに達して、空燃比フィードバック制御を開始する時点、又は、高回転高負荷領域に移行した時点のうち、いずれか早い方の時点で、その時点の前記安定性増量値に基づいて未燃分補正値を設定して、前記目標空燃比補正係数に付加すると同時に、前記安定性増量値を0にすることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。 - 前記安定性増量値が、始動直後に空燃比をリッチ化し、その後空燃比を徐々にストイキに収束させるように漸減設定されると共に、エンジン回転数及び負荷により補正される場合に、
前記未燃分補正値は、前記安定性増量値からエンジン回転数及び負荷による補正分を除去した値とすることを特徴とする請求項1記載のエンジンの空燃比制御装置。 - 前記未燃分補正値は、前記安定性増量値からエンジン回転数及び負荷による補正分を除去した値を初期値とし、これに冷却水温の上昇に伴って減少するような補正を施して設定することを特徴とする請求項2記載のエンジンの空燃比制御装置。
- 空燃比センサの活性を検出した後に、前記安定性増量値に対し、時間経過と共に減少する減量補正係数を乗じて、前記安定性増量値を補正することで、前記安定性増量値の減少速度を、活性検出前に比べて大きくすることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載のエンジンの空燃比制御装置。
- 前記安定性増量値は、始動直後に空燃比をリッチ化し、その後空燃比を徐々にストイキに収束させるように漸減設定されると共に、エンジン回転数及び負荷により補正される値に対し、減量補正係数を乗じて算出するようにし、
空燃比センサの活性前は、前記減量補正係数を1とし、空燃比センサの活性後は、前記減量補正係数を1から0まで時間経過と共に一定速度で減少させることを特徴とする請求項4記載のエンジンの空燃比制御装置。 - 空燃比センサの活性は、空燃比センサの出力と始動後経過時間とに基づいて検出することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1つに記載のエンジンの空燃比制御装置。
- 空燃比フィードバック制御は、空燃比センサの出力がストイキ相当値に達しない場合でも、空燃比センサの活性検出後、所定時間経過したときに開始することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1つに記載のエンジンの空燃比制御装置。
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