JP2010138836A - Air-fuel ratio control method for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気通路に設ける酸素センサの出力に基づいて空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御方法に関するものである。 The present invention relates to an air-fuel ratio control method for an internal combustion engine that controls an air-fuel ratio based on an output of an oxygen sensor provided in an exhaust passage.
従来、内燃機関、特には自動車に搭載されるエンジンでは、排気ガスを排出基準に合わせるために、排気通路に触媒を設けるとともに、排気ガスが含む酸素の量を酸素センサにより空燃比を制御して、排気ガスを浄化している。例えば、特許文献1には、酸素センサからの状態変化時点の検出値とディレイ期間経過後の検出値とが同値であるとき空燃比の変化を判定し、空燃比の変化の判定に基づきエンジンの運転状態に応じて予め設定された制御利得に応じてディレイ期間を変更して空燃比をフィードバック制御する空燃比制御装置が記載されている。
ところで、酸素センサは、それ自体の温度が所定の温度以上にならないと、検出すべき空燃比の変化に応じてその出力信号を正確に示さないことが知られている。また、酸素センサの温度が所定の温度以上になった直後、つまり酸素センサが活性化した直後の運転状態では、酸素センサの反応が鈍い。上述した構成のものでは、制御利得に小さい暖機運転中などではディレイ期間が長くなり、このような酸素センサの活性化直後においてその時の制御利得に基づいてディレイ時間を変更すると、制御周期が長くなって、空燃比が目標空燃比からはずれる場合が生じた。その結果、触媒における排気ガスの浄化率が低下することがあった。 By the way, it is known that the oxygen sensor does not accurately indicate the output signal in accordance with the change of the air-fuel ratio to be detected unless the temperature of the oxygen sensor exceeds a predetermined temperature. Further, in the operating state immediately after the temperature of the oxygen sensor becomes equal to or higher than the predetermined temperature, that is, immediately after the oxygen sensor is activated, the reaction of the oxygen sensor is slow. With the configuration described above, the delay period becomes longer during warm-up operation where the control gain is small, and if the delay time is changed based on the control gain at that time immediately after activation of such an oxygen sensor, the control cycle becomes longer. Thus, the air-fuel ratio may deviate from the target air-fuel ratio. As a result, the purification rate of exhaust gas in the catalyst may decrease.
そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。 Therefore, the present invention aims to eliminate such problems.
すなわち、本発明の内燃機関の空燃比制御方法は、排気通路に設けられる触媒と、触媒の上流側に設けられる酸素センサとを備える内燃機関において、酸素センサが活性化したことを検出した後の酸素センサの出力に基づいて設定した空燃比補正定数を用いて空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御方法であって、酸素センサが活性化したことを検出した直後から経過時間を計時し、酸素センサが十分に活性化されるまでの所定時間に計時した経過時間が達するまでは空燃比の判定後の空燃比制御の応答を早くする方向に空燃比補正定数を調整することを特徴とする。 That is, the air-fuel ratio control method for an internal combustion engine according to the present invention is a method for detecting the activation of an oxygen sensor in an internal combustion engine including a catalyst provided in an exhaust passage and an oxygen sensor provided upstream of the catalyst. An air-fuel ratio control method for an internal combustion engine that controls an air-fuel ratio using an air-fuel ratio correction constant set based on an output of an oxygen sensor, measuring an elapsed time immediately after detecting that the oxygen sensor is activated, The air-fuel ratio correction constant is adjusted in a direction to accelerate the response of the air-fuel ratio control after the determination of the air-fuel ratio until the elapsed time measured for a predetermined time until the oxygen sensor is sufficiently activated is reached. .
このような構成によれば、酸素センサが活性化した直後からの経過時間を検出して、所定時間に達するまでの期間は酸素センサが十分に活性化していないと判定している。そして、経過時間がその判定のための所定期間に達するまでは、空燃比の判定後の空燃比制御の応答を早くする方向に空燃比補正定数を調整する。したがって、空燃比の制御周期が長くなり空燃比が目標空燃比に制御しにくくなることを抑制することが可能になる。 According to such a configuration, an elapsed time from immediately after activation of the oxygen sensor is detected, and it is determined that the oxygen sensor is not sufficiently activated during a period until the predetermined time is reached. Then, until the elapsed time reaches a predetermined period for the determination, the air-fuel ratio correction constant is adjusted so as to speed up the response of the air-fuel ratio control after the determination of the air-fuel ratio. Therefore, it is possible to prevent the air-fuel ratio control cycle from becoming long and the air-fuel ratio from becoming difficult to control to the target air-fuel ratio.
本発明は、以上説明したような構成であり、酸素センサが活性化した直後から所定時間が経過するまでの、酸素センサが十分に活性化していない期間において、空燃比の判定後の空燃比制御の応答を早くする方向に空燃比補正係数を調整することで、空燃比の制御周期が長くなり空燃比が目標空燃比に制御しにくくなることを抑制することができる。 The present invention is configured as described above, and the air-fuel ratio control after the determination of the air-fuel ratio is performed in a period in which the oxygen sensor is not sufficiently activated until a predetermined time elapses after the oxygen sensor is activated. By adjusting the air-fuel ratio correction coefficient in a direction that speeds up the response of the air-fuel ratio, it is possible to prevent the control period of the air-fuel ratio from becoming long and the air-fuel ratio from becoming difficult to control to the target air-fuel ratio.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に概略的に示したエンジン100は、その1気筒の構成を代表して図示する、自動車用の火花点火式4サイクル4気筒のものである。エンジン100の吸気系1には図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ2が配設され、その下流側にはサージタンク3が設けられている。サージタンク3に連通する一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁5が設けてあり、その燃料噴射弁5を、電子制御装置6により制御するようにしている。燃焼室7を形成するシリンダヘッド8には、吸気弁9及び排気弁10が配設されるとともに、火花を発生するスパークプラグ11が取り付けてある。また排気系12には、図示しないマフラに至るまでの排気管路13に触媒である三元触媒14が配設され、排気ガス中の酸素濃度を測定して空燃比を制御するための信号を出力する酸素センサたる主O2センサ15が、その三元触媒14の上流の位置に配設されているとともに、同じく空燃比を検出する検出手段たる副O2センサ16が三元触媒14の下流に配設されている。主O2センサ15及び副O2センサ16は、排気ガス中の酸素濃度つまり空燃比に応じて2値の出力信号hを出力するものである。なお、この実施形態の主O2センサ15及び副O2センサ16はそれぞれ、活性化を促進するためにヒータを備えており、エンジン100の始動と同時にヒータに通電されるように構成してある。
The
電子制御装置6は、中央演算処理装置17と、記憶装置18と、入力インターフェース19と、出力インターフェース20とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。入力インターフェース19には、サージタンク3内の圧力すなわち吸気管圧力を検出するための吸気圧センサ21から出力される吸気圧信号a、エンジン100の回転状態を検出するためのカムポジションセンサ22から出力される気筒判別信号G1とクランク角度基準位置信号G2とエンジン回転数信号b、車速を検出するための車速センサ23から出力される車速信号c、スロットルバルブ2の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ24から出力されるIDL信号d、エンジン100の冷却水温を検出するための水温センサ25から出力される水温信号e、上記した主O2センサ15から出力される出力信号(電圧信号)h、副O2センサ16から出力される出力信号(電圧信号)k等が入力される。一方、出力インターフェース20からは、燃料噴射弁5に対して燃料噴射信号fが、またスパークプラグ11に対してイグニションパルスgが出力されるようになっている。
The electronic control device 6 is mainly configured by a microcomputer system including a
電子制御装置6には、吸気圧センサ21から出力される吸気圧信号aとカムポジションセンサ22から出力される回転数信号bとを主な情報とし、エンジン100の運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間(基本噴射量)を補正して燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間Tを決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁5を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を吸気系1に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。基本噴射量を補正する補正係数としては、吸気温度に応じた増量をするための吸気温度補正係数、空燃比をフィードバック制御する場合のフィードバック補正係数FAF、出力を要求された場合のパワー増量補正係数などがある。
The electronic control device 6 has various information determined according to the operating state of the
エンジン100が暖機完了の状態となり、しかも主O2センサ15及び副O2センサ16が完全に活性化している状態において空燃比のフィードバック制御を実行する際には、実際の空燃比がほぼ理論空燃比近傍となるようにフィードバック補正係数FAFを主O2センサ15からの出力信号hに応じて、例えば図2に示すように変化させるものである。
When the air-fuel ratio feedback control is executed in a state where the
すなわち、主O2センサ15の出力信号hが判定値を上回ってリッチ状態を検出している際には、フィードバック補正係数FAFを所定の積分定数KIMを用いて燃料を減量する方向に徐々に減少させていく。一方、主O2センサ15の出力信号hが判定電圧を下回ってリーン状態を検出している際には、出力信号hが判定電圧に達してから遅延時間TDLが経過した時点で、フィードバック補正係数FAFを一定のスキップ値RSPだけ燃料を増量する側にスキップし、その後にフィードバック補正係数FAFを所定の積分定数KIPを用いて燃料を増量する側に増加させていく。さらに、燃料を増量した結果、主O2センサ15がリッチ状態を検出した場合には、主O2センサ15の出力信号hが判定電圧を上回る時点から所定の遅延時間TDRが経過した後に、フィードバック補正係数FAFを一定のスキップ値RSMだけ燃料を減量する側にスキップし、その後にフィードバック補正係数FAFを所定の積分定数KIMを用いて燃料を減量する側に減量させていく。そして、フィードバック補正係数FAFに対して上述の操作を繰り返し実行することにより、実際の空燃比を理論空燃比に近づけるようにしている。 That is, when the output signal h of the main O 2 sensor 15 exceeds the determination value and a rich state is detected, the feedback correction coefficient FAF is gradually decreased in the direction of decreasing the fuel using a predetermined integration constant KIM. I will let you. On the other hand, when the output signal h of the main O 2 sensor 15 is below the determination voltage and the lean state is detected, the feedback correction coefficient is obtained when the delay time TDL elapses after the output signal h reaches the determination voltage. The FAF is skipped to the side where the fuel is increased by a fixed skip value RSP, and then the feedback correction coefficient FAF is increased to the side where the fuel is increased using a predetermined integral constant KIP. Furthermore, when the main O 2 sensor 15 detects a rich state as a result of increasing the fuel, the feedback is performed after a predetermined delay time TDR has elapsed from the time when the output signal h of the main O 2 sensor 15 exceeds the determination voltage. The correction coefficient FAF is skipped to the side where the fuel is reduced by a fixed skip value RSM, and then the feedback correction coefficient FAF is reduced to the side where the fuel is reduced using a predetermined integration constant KIM. The actual operation of the air-fuel ratio is made closer to the stoichiometric air-fuel ratio by repeatedly executing the above operation on the feedback correction coefficient FAF.
なお、この実施形態では、前述した各空燃比補正定数の内、積分定数KIM、KIPとスキップ値RSP、RSMとは一定値に設定しているが、主O2センサ15が完全に活性化した後は、遅延時間TDR,TDLは副O2センサ16の出力信号kに応じて変化させるようにしている。 In this embodiment, the integration constants KIM and KIP and the skip values RSP and RSM are set to constant values among the air-fuel ratio correction constants described above, but the main O 2 sensor 15 is completely activated. Thereafter, the delay times TDR and TDL are changed in accordance with the output signal k of the sub O 2 sensor 16.
そして、その空燃比制御プログラムにあっては、酸素センサである主O2センサ15が活性化したことを検出した後の主O2センサ15の出力に基づいて空燃比を制御するもので、主O2センサ15が活性化したことを検出した直後から経過時間を計時し、主O2センサ15が十分に活性化されるまでの所定時間に計時した経過時間が達するまでは空燃比の判定後の空燃比制御の応答を早くする方向に空燃比補正定数を調整するものである。 Then, in the the air-fuel ratio control program, it controls the air-fuel ratio based on the output of the main O 2 sensor 15 after an oxygen sensor main O 2 sensor 15 has detected that it has activated, the main O 2 sensor 15 measures the elapsed time from immediately after it is detected that the activated mainly O 2 sensor 15 is of the air-fuel ratio until a sufficiently reach the elapsed time measured in a predetermined time until activated determined after The air-fuel ratio correction constant is adjusted so as to speed up the response of the air-fuel ratio control.
この実施形態の空燃比制御プログラムを、図3を参照して説明する。なお、この空燃比制御プログラムは、エンジン100を始動する場合に所定時間だけ実行されるものである。
The air-fuel ratio control program of this embodiment will be described with reference to FIG. This air-fuel ratio control program is executed only for a predetermined time when the
まずステップS1では、主O2センサ15が活性化しているか否かを判定する。主O2センサ15の活性化は、その出力信号hの状態に基づいて判定する。主O2センサ15が活性化していない場合、その出力信号hは活性化している場合に比べて緩慢な反応を呈する。具体的には例えば、出力信号hの立ち上がり又は立ち下がりの傾き(速度)により主O2センサ15の活性化を判定する。主O2センサ15は、活性化判定直後から所定時間の間においても、完全に活性化した場合に比較して、出力信号hがやや緩慢な反応を示すものである。 First, in step S1, main O 2 sensor 15 determines whether or not activated. Activation of the main O 2 sensor 15 is determined based on the state of the output signal h. When the main O 2 sensor 15 is not activated, the output signal h exhibits a slower response than when it is activated. Specifically, for example, the activation of the main O 2 sensor 15 is determined based on the rising or falling slope (speed) of the output signal h. The main O 2 sensor 15 shows a slightly slower response to the output signal h as compared with the case where the main O 2 sensor 15 is completely activated even during a predetermined time immediately after the activation determination.
ステップS1において、主O2センサ15が活性化したと判定した場合、ステップS2において空燃比補正定数を調整する。この実施形態の場合、空燃比補正定数としての遅延時間TDR、TDLを制御可能な範囲で最小値に調整する。遅延時間TDR、TDLは、主O2センサ15が完全に活性化した後の最小値にほぼ等しいものであってよく、0には設定しない。このように、遅延時間TDR、TDLを最小値に調整することで、空燃比の制御、つまり燃料噴射量の増減制御のタイミングを早くすることにより、実際の空燃比が大きく制御範囲からはずれることを抑制する。 If it is determined in step S1 that the main O 2 sensor 15 has been activated, the air-fuel ratio correction constant is adjusted in step S2. In this embodiment, the delay times TDR and TDL as air-fuel ratio correction constants are adjusted to the minimum value within a controllable range. The delay times TDR and TDL may be approximately equal to the minimum value after the main O 2 sensor 15 is fully activated, and are not set to zero. In this way, by adjusting the delay times TDR and TDL to the minimum values, the air-fuel ratio control, that is, the fuel injection amount increase / decrease control timing is advanced, so that the actual air-fuel ratio greatly deviates from the control range. Suppress.
ステップS3では、主O2センサ15が活性化したと判定した後、所定時間が経過したかを判定する。この場合、所定時間は、主O2センサ15を十分に活性化させるのに要する時間に設定する。すなわち、主O2センサ15は、その温度が所定値以上になることで機能するので、ヒータによる加熱により温度が所定値以上になるまでに要する時間により設定する。 In step S3, after determining that the main O 2 sensor 15 is activated, it is determined whether a predetermined time has elapsed. In this case, the predetermined time is set to a time required to sufficiently activate the main O 2 sensor 15. That is, since the main O 2 sensor 15 functions when its temperature becomes a predetermined value or higher, the main O 2 sensor 15 is set according to the time required for the temperature to become higher than the predetermined value due to heating by the heater.
このような構成において、例えば冬季などエンジン100が冷えている場合に始動すると、主O2センサ15が活性化するまでは、ステップS1を繰り返し実行し、主O2センサ15が活性化した時点以降は、所定時間が経過するまでの間、ステップS2とステップS3とをこの順に繰り返し実行する。これにより、所定時間の間は遅延時間TDR、TDLを短く設定して、空燃比を制御するものである。すなわち、主O2センサ15の出力信号hが緩慢に変化して、空燃比がリッチである状態からリーンである状態に出力信号hが反転しても、遅延時間TDR、TDLを最小値に設定することによりフィードバック補正係数FAFが早く切り替わる。このことは、フィードバック補正係数FAFの増減の周期を短くするもので、主O2センサ15の出力信号hが緩慢であってもフィードバック補正係数FAFの周期が短くなることで、実際の空燃比の変化周期が短くなり、出力信号hの緩慢な変化を吸収するものである。
In such a configuration, for example, starting when the
したがって、活性化直後における主O2センサ15の出力信号の反応が緩慢である場合に、空燃比の判定後の空燃比制御の応答を早くする方向に遅延時間TDR、TDLひいてはフィードバック補正係数FAFを調整するので、空燃比の制御周期が長くなることを抑制することができる。 Accordingly, when the response of the output signal of the main O 2 sensor 15 immediately after activation is slow, the delay times TDR, TDL, and thus the feedback correction coefficient FAF are set so as to accelerate the response of the air-fuel ratio control after the determination of the air-fuel ratio. Since it adjusts, it can suppress that the control period of an air fuel ratio becomes long.
又、一旦エンジン100を運転し、暖機が完了した後に運転を停止し、その後、再度エンジン100を始動する場合にあっては、エンジン100の温度が暖機後の状態を保持していても主O2センサ15の温度は活性化の温度以下に低下している。このような場合にあっても、空燃比制御プログラムを実行して、出力信号が緩慢な反応を示す活性化直後の主O2センサ15により空燃比制御を行うものである。すなわち、エンジン100自体は、運転を休止している間に冷えるものの暖機後の状態であるが、主O2センサ15は運転の休止の間に活性化が必要な温度まで低下するので、主O2センサ15が活性化しているか否かを判定し(ステップS1)、活性化したと判定した直後から所定時間が経過するまでの間、空燃比補正定数を調整する(ステップS2、ステップS3)。
In addition, when the
以上に説明したように、冷間始動時及び暖機後において主O2センサ15が未活性化の状態まで冷えた後の再始動時において、主O2センサ15の活性化直後から十分に活性化するまでの期間、遅延時間TDR、TDLを短くすることで、適正に空燃比を制御して排気ガスの浄化率を向上させるものである。 As described above, at the time of restart after the main O 2 sensor 15 after the time of cold start and warm-up has cooled to a state of non-activation, fully active immediately after the activation of the main O 2 sensor 15 By shortening the delay times TDR and TDL until the time of conversion, the air-fuel ratio is appropriately controlled to improve the exhaust gas purification rate.
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment.
上述の実施形態においては、空燃比補正定数としての遅延時間TDR、TDLを説明したが、フィードバック補正係数FAFを制御するスキップ値RSP、RSM又は積分定数KIM、KIPであってもよい。この場合、スキップ値RSP、RSMはその値を小さくするように調整し、積分定数KIM、KIPはその変化の割合を小さくするように調整する。このように、フィードバック補正係数FAFのスキップ値RSP、RSM又は積分定数KIM、KIPを調整することにより、フィードバック補正係数FAFの可変範囲つまり振幅が小さくなり、上述の実施形態と同等の効果を奏するものである。 In the above-described embodiment, the delay times TDR and TDL as the air-fuel ratio correction constant have been described. However, skip values RSP and RSM for controlling the feedback correction coefficient FAF, or integration constants KIM and KIP may be used. In this case, the skip values RSP and RSM are adjusted so as to be reduced, and the integration constants KIM and KIP are adjusted so as to reduce the rate of change. As described above, by adjusting the skip values RSP, RSM or the integral constants KIM, KIP of the feedback correction coefficient FAF, the variable range, that is, the amplitude of the feedback correction coefficient FAF is reduced, and the same effect as that of the above-described embodiment is obtained. It is.
又、以上においては、触媒の前後にO2センサを配したエンジンを説明したが、上述の実施形態における主O2センサ15のみを有するエンジンに適用するものであってよい。 In the above description, the engine in which the O 2 sensors are arranged before and after the catalyst has been described. However, the engine may be applied to an engine having only the main O 2 sensor 15 in the above-described embodiment.
加えて、主O2センサ15の活性化判定は、エンジン100の始動からの経過時間により判定するものであってもよい。
In addition, the activation determination of the main O 2 sensor 15 may be determined based on the elapsed time from the start of the
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, the specific configuration of each part is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
6…電子制御装置
15…主O2センサ
16…副O2センサ
17…中央演算処理装置
18…記憶装置
19…入力インターフェース
20…出力インターフェース
6 ...
Claims (1)
酸素センサが活性化したことを検出した直後から経過時間を計時し、
酸素センサが十分に活性化されるまでの所定時間に計時した経過時間が達するまでは空燃比の判定後の空燃比制御の応答を早くする方向に空燃比補正定数を調整する内燃機関の空燃比制御方法。 In an internal combustion engine including a catalyst provided in the exhaust passage and an oxygen sensor provided upstream of the catalyst, an air-fuel ratio correction constant set based on the output of the oxygen sensor after detecting that the oxygen sensor is activated An air-fuel ratio control method for an internal combustion engine that uses an air-fuel ratio to control,
The elapsed time is counted immediately after detecting that the oxygen sensor is activated,
The air-fuel ratio of the internal combustion engine that adjusts the air-fuel ratio correction constant in a direction that accelerates the response of the air-fuel ratio control after the determination of the air-fuel ratio until the elapsed time measured for a predetermined time until the oxygen sensor is sufficiently activated Control method.
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