JP2009180145A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この制御装置は、サブフィードバック(サブFB)量Vafsfbの学習値Vafsfbgが適値になったと判定されるまで(学習完了判定前)、下流側空燃比センサの出力値Voxsに対する下流側目標値Voxsrefを理論空燃比相当値Vstに設定し且つサブFB量の積分項Ki・SDVoxsの積分ゲインKiを第1積分ゲインKiLargeに設定する。これにより、下流側空燃比センサの出力値の反転回数が短期間内にて増大する。従って、学習値の更新回数が短期間内に増大するから学習値を早期に収束させられる。制御装置は、学習完了判定後、下流側目標値を目標リッチ空燃比相当値Vrich等の目標非理論空燃比に設定し且つ積分ゲインKiを第1積分ゲインより小さい第2積分ゲインKiSmallに設定する。
【選択図】図4
Description
前記内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
前記排気通路であって前記触媒よりも上流側の部位に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する上流側空燃比センサと、
前記排気通路であって前記触媒よりも下流側の部位に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサと、
前記下流側空燃比センサの出力値を下流側目標値に一致させるためのサブフィードバック量を算出するサブフィードバック量算出手段と、
を備える。
前記下流側空燃比センサの出力値が前記下流側目標値を横切るように変化する毎に前記サブフィードバック量に含まれる定常成分に応じた値に基づいてサブフィードバック量の学習値を更新する学習を行うとともに同サブフィードバック量を同更新した学習値(学習値の変化分等)に応じて補正する学習手段と、
前記学習値の収束の程度を表す学習完了指標値を取得するとともに同学習完了指標値に基づいて前記学習が完了したか否かを判定する学習完了判定手段と、
前記上流側空燃比センサの出力値と前記補正されたサブフィードバック量と前記更新された学習値とに基づき前記機関に供給される混合気の空燃比を上流側目標空燃比に一致させる空燃比フィードバック制御を実行する空燃比制御手段と、
を備える。
前記学習完了判定手段によって前記学習が完了したと判定される前の期間において前記下流側目標値を理論空燃比に相当する値に設定するとともに、前記学習完了判定手段によって前記学習が完了したと判定された後の期間において前記下流側目標値を理論空燃比以外の空燃比である目標非理論空燃比に相当する値に設定する下流側目標値設定手段を備える。目標非理論空燃比は、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である目標リッチ空燃比、及び、理論空燃比よりもリーン側の空燃比である目標リーン空燃比の何れかである。
前記学習完了判定手段は、
前記下流側空燃比センサの出力値が理論空燃比に相当する値を横切るように変化する回数である反転回数を前記学習完了指標値として取得するとともに、同取得した反転回数が所定の閾値回数以上となったと判定したとき前記学習が完了したと判定するように構成されることが好適である。
前記学習完了判定手段によって前記学習が完了したと判定されたとき前記学習値を理論空燃比と前記目標非理論空燃比との差に応じた量だけ補正するように構成されることが好適である。
なお、この内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記学習が完了したと判定される前にはサブフィードバック制御条件として第1条件を設定し、前記学習が完了したと判定された後には前記第1条件に更に条件が付加された第2条件を前記サブフィードバック制御条件として設定するサブフィードバック制御条件設定手段を備えるとともに、
前記サブフィードバック量算出手段は、前記サブフィードバック制御条件が成立しているときにのみサブフィードバック量を算出するように構成され、
前記学習手段は、前記サブフィードバック制御条件が成立しているときにのみ「前記学習及び前記サブフィードバック量の前記学習値に応じた補正」を行うように構成されていることが好適である。
前記学習完了判定手段によって前記学習が完了したと判定される前の期間においては所定のフューエルカット条件が成立した場合であっても前記機関への燃料の供給を停止するフューエルカット制御を実行せず、前記学習完了判定手段によって前記学習が完了したと判定された後の期間においては同フューエルカット条件が成立した場合に同フューエルカット制御を実行するフューエルカット制御手段を備えることが好適である。
図1は、この制御装置を4サイクル火花点火式多気筒(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。なお、図1は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
スロットルポジションセンサ62は、スロットルバルブ43の開度(スロットルバルブ開度)を検出し、スロットルバルブ開度TAを表す信号を出力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、後述する電気制御装置70によって機関回転速度NEに変換される。
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。
次に、上記のように構成された制御装置の作動の概要について説明する。
この制御装置は、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに基づいて得られる上流側空燃比abyfsを上流側目標空燃比abyfrに一致させるメインフィードバック制御と、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsを下流側目標値Voxsrefに一致させるサブフィードバック制御と、を含む空燃比フィードバック制御を実行する。実際には、制御装置は「上流側空燃比abyfs」を「下流側空燃比センサ67の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの出力偏差量Dvoxsを小さくするように算出されたサブフィードバック量Vafsfb及びその学習値Vafsfbg」により補正し、それによって「フィードバック制御用空燃比(補正検出空燃比)abyfsc」を算出し、そのフィードバック制御用空燃比abyfscを上流側目標空燃比abyfrに一致させる空燃比フィードバック制御を行う。
より具体的に述べると、制御装置は、フィードバック制御用出力値Vabyfcを下記(1)式に従って算出する。(1)式において、Vabyfsは上流側空燃比センサ66の出力値、Vafsfbは下流側空燃比センサ67の出力値Voxsに基づいて算出されるサブフィードバック量、Vafsfbgはサブフィードバック量の学習値である。これらの値は、何れも現時点において得られている値である。サブフィードバック量Vafsfb及び学習値Vafsfbgの算出方法は後述される。
Vabyfc=Vabyfs+Vafsfb+Vafsfbg …(1)
abyfsc=Mapabyfs(Vabyfc) …(2)
Fbase=Mc(k)/abyfr(k) …(3)
Fi=Fbase+DFi …(4)
Fc(k−N)=Mc(k−N)/abyfsc …(5)
Fcr(k−N)=Mc(k−N)/abyfr(k−N) …(6)
DFc=Fcr(k−N)−Fc(k−N) …(7)
DFi=(Gp・DFc+Gi・SDFc)・KFB …(8)
制御装置は上述したサブフィードバック量Vafsfbを次のように算出する。
即ち、制御装置は、下記(9)式に示したように、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。
DVoxs=Voxsref−Voxs …(9)
Vafsfb=Kp・DVoxs+Ki・SDVoxs …(10)
制御装置は、学習完了判定前、下記(11)式に基づいてサブフィードバック量Vafsfbの学習値Vafsfbgを更新する。この学習値Vafsfbgの更新は、リッチ反転時及びリーン反転時に実行される。なお、(11)式の左辺Vafsfbgnewは更新後の学習値Vafsbfbgを表す。
Vafsfbgnew=α・Vafsfbg+(1−α)・Ki・SDVoxs …(11)
上記(1)式に示したように、制御装置は、サブフィードバック量Vafsfb及び学習値Vafsfbgを上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに加えることにより、フィードバック制御用出力値Vabyfcを得る。学習値Vafsfbgはサブフィードバック量Vafsfbの積分項Ki・SDVoxs(定常成分)の全部又は一部を取り込んだ値である。従って、学習値Vafsfbgを更新した場合、サブフィードバック量Vafsfbをその更新分に応じて補正しないと、更新後の学習値Vafsfbgとサブフィードバック量Vafsfbとにより二重の補正が行われる。従って、学習値Vafsfbgを更新した場合、サブフィードバック量Vafsfbをその学習値Vafsbfbgの更新分に応じて補正する必要がある。
ΔG=Vafsfbg−Vafsfbg0 …(12)
Vafsfb=Vafsfb−ΔG …(13)
上述したように、制御装置は、リッチ反転毎及びリーン反転毎に学習値Vafsfbgを更新する。従って、リッチ反転回数及びリーン反転回数の和(単に「反転回数C」とも称呼する。)は、学習値Vafsfbgが適正値にどの程度近づいているかを示す値、即ち、学習値Vafsfbgの収束の程度を表す学習完了指標値である。
<<下流側目標値の変更>>
図4に示したように、学習完了判定前(図4の時刻t1以前)において、制御装置は下流側目標値Voxsrefを理論空燃比に相当する値Vstに設定する。これにより、機関の空燃比の時間的平均値が略理論空燃比となるので、上流側触媒53から流出するガスの空燃比は理論空燃比を中心に振動する。従って、下流側目標値Voxsrefを目標リッチ空燃比に相当する値Vrichに設定した場合よりも「リーン反転及びリッチ反転が発生する頻度」が増大する。即ち、反転回数が早期に増加し、学習値Vafsfbgの更新が速やかに行われる。
更に、制御装置は、学習完了判定時(図4の時刻t1)、下記(14)式に示したように、学習値Vafsfbgを理論空燃比と目標リッチ空燃比(目標非理論空燃比)との差に応じた量βだけ補正(増大)する。
Vafsfb=Vafsfb+β …(14)
加えて、制御装置は、学習完了判定前(図4の時刻t1以前)において、サブフィードバック量Vafsfbの積分項Ki・SDVoxsを求める際の積分ゲインKiを比較的大きい値(第1積分ゲインKiLarge)に設定している。これにより、機関の空燃比が振動し易くなるので、リーン反転及びリッチ反転が発生する頻度が増大する。即ち、反転回数が早期に増加し、学習値Vafsfbgの更新が速やかに行われ、従って、学習の完了時期を早めることができる。
次に、上記のように構成された空燃比制御装置の実際の作動について説明する。
CPU71は、図5に示した最終燃料噴射量Fiの計算及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、所定の気筒のクランク角が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、その気筒(以下、「燃料噴射気筒」とも称呼する。)に対して繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ500から処理を開始し、ステップ510に進んでフューエルカット制御条件が成立しているか否かを判定する。フューエルカット制御条件が成立しているとは、以下に述べるフューエルカット開始条件が成立した後にフューエルカット復帰条件が未成立であることを言う。
(条件1)スロットルバルブ開度TAが「0(又は所定開度以下)」である。即ち、スロットルバルブ43が全閉である。なお、CPU71は、スロットルバルブ43の開度を、アクセルペダルの操作量Accpが大きくなるほど大きくなるように制御している。
(条件2)機関回転速度NEがフューエルカット回転速度NEFC以上である。
(条件3)スロットルバルブ開度TAが「0(前記所定開度)」より大きい。
(条件4)機関回転速度NEが、フューエルカット回転速度NEFCよりも所定回転数ΔNだけ小さいフューエルカット復帰回転速度NEFK(NEFK=NEFC−ΔN)より小さい。
ステップ530:CPU71は、上記(3)式に従って基本燃料噴射量Fbaseを求める。
ステップ540:CPU71は、上記(4)式に従って最終燃料噴射量Fiを求める。
ステップ550:CPU71は、最終燃料噴射量Fiの燃料を燃料噴射気筒に対応して設けられているインジェクタ39から噴射する。
CPU71は図6にフローチャートにより示したメインフィードバック量算出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600から処理を開始し、ステップ605に進んでメインフィードバック制御条件(上流側空燃比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。メインフィードバック制御条件は、例えば、フューエルカット中でなく、機関の冷却水温THWが第1所定温度以上であり、機関の一回転当りの吸入空気量(負荷)が所定値以下であり、且つ、上流側空燃比センサ66が活性化しているときに成立する。
ステップ615:CPU71は、上記(2)式に従ってフィードバック制御用空燃比abyfscを取得する。
ステップ620:CPU71は、上記(5)式に従って筒内燃料供給量Fc(k−N)を取得する。
ステップ625:CPU71は、上記(6)式に従って目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)を取得する。
ステップ635:CPU71は、上記(8)式に従ってメインフィードバック量DFiを取得する。なお、本例において、係数KFBは「1」に設定されている。筒内燃料供給量偏差DFcの積分値SDFcは次のステップ640にて求められる。
ステップ640:CPU71は、その時点における筒内燃料供給量偏差DFcの積分値SDFcに上記ステップ630にて求められた筒内燃料供給量偏差DFcを加えることにより、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値SDFcを取得する。
CPU71は、サブフィードバック量Vafsfb及びサブフィードバック量Vafsfbの学習値Vafsfbgを算出するために、図7に示したルーチンを所定時間の経過毎に実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ700から処理を開始し、ステップ705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605でのメインフィードバック制御条件が成立し、上流側目標空燃比abyfrが理論空燃比に設定され、機関の冷却水温THWが前記第1所定温度よりも高い第2所定温度以上であり、且つ、下流側空燃比センサ67が活性化しているときに成立する。従って、フューエルカット中及びフューエルカット復帰増量中において、サブフィードバック制御は成立しない。
ステップ710:CPU71は、上記(9)式に従って下流側目標値Voxsrefと下流側空燃比センサ67の出力値Voxsとの差である出力偏差量DVoxsを取得する。なお、この時点における下流側目標値Voxsrefは、後述する図8のステップ810の処理により理論空燃比相当値Vstに設定されている。
ステップ715:CPU71は、上記(10)式に従ってサブフィードバック量Vafsfbを取得する。なお、この時点における積分ゲインKiは、後述する図8のステップ815の処理により第1積分ゲインKiLargeに設定されている。
ステップ720:CPU71は、その時点における出力偏差量の積分値SDVoxsに上記ステップ715にて求めた出力偏差量DVoxsを加えて、新たな出力偏差量の積分値SDVoxsを取得する。
ステップ735:CPU71は、上記(11)式に従って学習値Vafsfbgを更新する。
ステップ740:CPU71は、上記(12)式に従って学習値Vafsfbgの変更量(更新量)ΔGを算出する。
ステップ745:CPU71は、上記(13)式に従ってサブフィードバック量Vafsfbを変更量ΔGにより補正する。
ステップ840:CPU71は、上記(14)式に従ってサブフィードバック量Vafsfbを上述した補正量βだけ補正(増大)する。
ステップ850:CPU71は、積分ゲインKiに第2積分ゲインKiSmallを格納・設定する。
ステップ750:CPU71はサブフィードバック量Vafsfbの値を「0」に設定する。
ステップ755:CPU71は出力偏差量の積分値SDVoxsの値を「0」に設定する。
内燃機関の排気通路に配設された触媒(53)と、
上流側空燃比センサ(66)と、
下流側空燃比センサ(67)と、
前記下流側空燃比センサの出力値を下流側目標値に一致させるためのサブフィードバック量を算出するサブフィードバック量算出手段(図7のステップ710乃至ステップ720)と、
前記下流側空燃比センサの出力値が前記下流側目標値を横切るように変化する毎に前記サブフィードバック量に含まれる定常成分に応じた値に基づいてサブフィードバック量の学習値を更新する学習を行う(図7のステップ725及びステップ735)とともに同サブフィードバック量を同更新した学習値に応じて補正する(図7のステップ730、ステップ740及びステップ745)学習手段と、
前記学習値の収束の程度を表す学習完了指標値を取得するとともに同学習完了指標値に基づいて前記学習が完了したか否かを判定する学習完了判定手段(図8のステップ820乃至ステップ835)と、
前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsと前記補正されたサブフィードバック量Vafsfbと前記更新された学習値Vafsfbgとに基づき前記機関に供給される混合気の空燃比を上流側目標空燃比abyfrに一致させる空燃比フィードバック制御を実行する空燃比制御手段と(図6のステップ610乃至ステップ640、図5のステップ520乃至ステップ550)、
を備えた空燃比制御装置である。
前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsと、前記補正されたサブフィードバック量Vafsfbと、前記更新された学習値Vafsfbgと、に基づいて機関の空燃比を上流側目標空燃比abyfrに一致させるためのメインフィードバック量DFiを算出し、そのメインフィードバック量DFiに基づいて前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する手段(図6のステップ610乃至ステップ640、図5のステップ520乃至ステップ550)であると表現することもできる。
前記上流側空燃比センサの出力値Vabyfsに基づいて得られるフィードバック制御用空燃比abyfscを上流側目標空燃比abyfrに一致させるためのメインフィードバック量DFiを算出するメインフィードバック量算出手段(図6のステップ610乃至ステップ640)と、
前記下流側空燃比センサの出力値を下流側目標値に一致させるためのサブフィードバック量を算出するサブフィードバック量算出手段(図7のステップ710乃至ステップ720)と、
上記学習手段(図7のステップ725乃至ステップ735、図7のステップ740及びステップ745)と、
上記学習完了判定手段(図8のステップ820乃至ステップ835)と、
前記算出されたメインフィードバック量と前記補正されたサブフィードバック量と前記更新された学習値とに基づき前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段(図6のステップ610、図5のステップ520乃至ステップ550)と、
前記学習完了判定手段によって前記学習が完了したと判定される前の期間において前記下流側目標値を理論空燃比に相当する値Vstに設定するとともに、前記学習完了判定手段によって前記学習が完了したと判定された後の期間において前記下流側目標値を理論空燃比とは相違する空燃比である目標非理論空燃比(例えば、目標リッチ空燃比Vrich)に相当する値に設定する下流側目標値設定手段(図8のステップ805、ステップ810及びステップ845)と、
を備えた空燃比制御装置であると言うこともできる。
前記下流側空燃比センサの出力値が理論空燃比に相当する値を横切るように変化する回数である反転回数Cを前記学習完了指標値として取得するとともに、同取得した反転回数Cが所定の閾値回数Cth以上となったと判定したとき前記学習が完了したと判定するように構成されている(図8のステップ820乃至ステップ835)。
前記学習完了判定手段によって前記学習が完了したと判定されたとき前記学習値を理論空燃比と前記目標非理論空燃比(本例において、目標リッチ空燃比)との差に応じた量βだけ補正するように構成されている(図8のステップ830及びステップ840)。
前記学習手段は、前記サブフィードバック制御条件が成立しているときにのみ「前記学習及び前記サブフィードバック量の前記学習値に応じた補正」を行うように構成されている(図7のステップ705を参照。)。
前記学習完了判定手段によって前記学習が完了したと判定される前の期間においては所定のフューエルカット条件が成立した場合であっても前記機関への燃料の供給を停止するフューエルカット制御を実行せず、前記学習完了判定手段によって前記学習が完了したと判定された後の期間においては同フューエルカット条件が成立した場合に同フューエルカット制御を実行するフューエルカット制御手段を備える(図5のステップ510及びステップ560を参照。)。
Fi=KFmain・Fbase+Fisub …(15)
Claims (3)
- 内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
前記排気通路であって前記触媒よりも上流側の部位に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する上流側空燃比センサと、
前記排気通路であって前記触媒よりも下流側の部位に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサと、
前記下流側空燃比センサの出力値を下流側目標値に一致させるためのサブフィードバック量を算出するサブフィードバック量算出手段と、
前記下流側空燃比センサの出力値が前記下流側目標値を横切るように変化する毎に前記サブフィードバック量に含まれる定常成分に応じた値に基づいてサブフィードバック量の学習値を更新する学習を行うとともに同サブフィードバック量を同更新した学習値に応じて補正する学習手段と、
前記学習値の収束の程度を表す学習完了指標値を取得するとともに同学習完了指標値に基づいて前記学習が完了したか否かを判定する学習完了判定手段と、
前記上流側空燃比センサの出力値と前記補正されたサブフィードバック量と前記更新された学習値とに基づき前記機関に供給される混合気の空燃比を上流側目標空燃比に一致させる空燃比フィードバック制御を実行する空燃比制御手段と、
を備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記学習完了判定手段によって前記学習が完了したと判定される前の期間において前記下流側目標値を理論空燃比に相当する値に設定するとともに、前記学習完了判定手段によって前記学習が完了したと判定された後の期間において前記下流側目標値を理論空燃比とは相違する空燃比である目標非理論空燃比に相当する値に設定する下流側目標値設定手段を備えた空燃比制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記学習完了判定手段は、
前記下流側空燃比センサの出力値が理論空燃比に相当する値を横切るように変化する回数である反転回数を前記学習完了指標値として取得するとともに、同取得した反転回数が所定の閾値回数以上となったと判定したとき前記学習が完了したと判定するように構成された空燃比制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記サブフィードバック量算出手段は、
前記学習完了判定手段によって前記学習が完了したと判定されたとき前記学習値を理論空燃比と前記目標非理論空燃比との差に応じた量だけ補正するように構成された空燃比制御装置。
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