JP2010203413A - Air-fuel ratio control device for each of cylinders of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気集合部に設置した空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比を推定し、その推定結果に基づいて各気筒の空燃比を気筒別に制御する内燃機関の気筒別空燃比制御装置に関する発明である。 The present invention relates to a cylinder of an internal combustion engine that estimates the air-fuel ratio of each cylinder based on the output of an air-fuel ratio sensor installed in an exhaust collecting portion of the internal combustion engine and controls the air-fuel ratio of each cylinder for each cylinder based on the estimation result. It is an invention related to another air-fuel ratio control device.
近年、内燃機関の空燃比制御精度を向上させるために、例えば、特許文献1(特開2008−14178号公報)に記載されているように、内燃機関の複数の気筒の排出ガスが集合して流れる排気集合部に設置した1つの空燃比センサの検出値(排気集合部の空燃比)と各気筒の空燃比とを関連付けたモデルを用いて各気筒の空燃比を推定し、その推定結果に基づいて各気筒の空燃比の気筒間ばらつきが小さくなるように各気筒の空燃比(例えば燃料噴射量)を気筒別に制御する気筒別空燃比制御を実行するようにしたものがある。 In recent years, in order to improve the air-fuel ratio control accuracy of an internal combustion engine, as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-14178, exhaust gases from a plurality of cylinders of an internal combustion engine are gathered. Estimate the air-fuel ratio of each cylinder using a model that associates the detection value of the air-fuel ratio sensor installed in the flowing exhaust gas collection part (the air-fuel ratio of the exhaust gas collection part) with the air-fuel ratio of each cylinder. On the basis of this, there is a type in which cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control is performed in which the air-fuel ratio (for example, fuel injection amount) of each cylinder is controlled on a cylinder-by-cylinder basis so that the variation in the air-fuel ratio of each cylinder is reduced.
ところで、内燃機関の排気通路に設けた排気タービンによってコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する排気タービン式過給機を備えたシステムで、気筒別空燃比制御を行う場合には、排気タービンの下流側よりも排気タービンの上流側に空燃比センサを設置した方が、空燃比センサの出力に各気筒の空燃比に応じた変化が現れ易いため、排気タービンの上流側に空燃比センサを設置するのが好ましい。 By the way, in a system including an exhaust turbine supercharger that drives a compressor by an exhaust turbine provided in an exhaust passage of an internal combustion engine to supercharge intake air, when performing air-fuel ratio control by cylinder, When the air-fuel ratio sensor is installed upstream of the exhaust turbine rather than downstream, the air-fuel ratio sensor is more likely to change in the output of the air-fuel ratio sensor depending on the air-fuel ratio of each cylinder. It is preferable to do this.
しかし、排気タービンの上流側は排気圧が大きく脈動(変動)する傾向があり、空燃比センサは排気圧によって出力が変化するという特性があるため、排気タービンの上流側に空燃比センサを設置すると、排気圧脈動の影響を受けて空燃比センサの出力の誤差が大きくなる可能性がある。このように排気圧脈動の影響によって空燃比センサの出力の誤差が大きくなると、空燃比センサの出力に基づく各気筒の空燃比の推定精度が低下して、気筒別空燃比制御の精度が低下してしまい、気筒別空燃比制御によるエミッション低減効果が減殺されてしまう。このような排気圧脈動の影響による課題は、過給機付きの内燃機関に限定されず、過給機の無い内燃機関についても、程度の差こそあれ、同様に生じる課題である。 However, since the exhaust pressure tends to pulsate (fluctuate) greatly on the upstream side of the exhaust turbine, and the air-fuel ratio sensor has a characteristic that the output changes depending on the exhaust pressure, if the air-fuel ratio sensor is installed upstream of the exhaust turbine, There is a possibility that the error of the output of the air-fuel ratio sensor becomes large due to the influence of the exhaust pressure pulsation. When the error in the output of the air-fuel ratio sensor becomes large due to the influence of exhaust pressure pulsation in this way, the estimation accuracy of the air-fuel ratio of each cylinder based on the output of the air-fuel ratio sensor is lowered, and the accuracy of cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control is lowered. Therefore, the emission reduction effect by the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control is diminished. The problem due to the influence of the exhaust pressure pulsation is not limited to an internal combustion engine with a supercharger, and is also a problem that similarly occurs to some extent even with an internal combustion engine without a supercharger.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、排気圧脈動の影響による気筒別空燃比制御の精度の低下を防止することができる内燃機関の気筒別空燃比制御装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that can prevent a decrease in accuracy of cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control due to the influence of exhaust pressure pulsation.
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、内燃機関の複数の気筒の排出ガスが合流して流れる排気集合部に空燃比センサを設置して、各気筒の空燃比検出タイミング毎に空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比を推定し、その推定結果に基づいて各気筒の空燃比を気筒別に制御する内燃機関の気筒別空燃比制御装置において、各気筒の空燃比検出タイミング毎に空燃比センサの出力に及ぼす内燃機関の排気圧の影響度合を判定する排気圧影響度合判定手段と、各気筒の空燃比検出タイミング毎に排気圧影響度合判定手段で判定した排気圧の影響度合に基づいて空燃比センサの出力を補正するセンサ出力補正手段と、各気筒の空燃比検出タイミング毎にセンサ出力補正手段で補正した空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比を推定する気筒別空燃比推定手段とを備えた構成としたものである。 In order to solve the above-mentioned problems, an invention according to claim 1 is provided such that an air-fuel ratio sensor is installed in an exhaust gas collecting portion where exhaust gases of a plurality of cylinders of an internal combustion engine flow to flow, and each air-fuel ratio detection timing of each cylinder is detected. In the air-fuel ratio control apparatus for each cylinder of an internal combustion engine that estimates the air-fuel ratio of each cylinder based on the output of the air-fuel ratio sensor and controls the air-fuel ratio of each cylinder based on the estimation result, the air-fuel ratio of each cylinder Exhaust pressure influence degree determining means for determining the degree of influence of the exhaust pressure of the internal combustion engine on the output of the air fuel ratio sensor at each detection timing, and the exhaust pressure determined by the exhaust pressure influence degree determining means at each air fuel ratio detection timing of each cylinder Sensor output correction means for correcting the output of the air-fuel ratio sensor based on the degree of influence of the air-fuel ratio, and the air-fuel ratio sensor output corrected by the sensor output correction means at each air-fuel ratio detection timing of each cylinder based on the output of the air-fuel ratio sensor. It is obtained by a structure in which a cylinder air-fuel ratio estimating means for estimating a ratio.
この構成では、各気筒の空燃比検出タイミング毎に空燃比センサの出力に及ぼす排気圧の影響度合に基づいて空燃比センサの出力を補正することで、空燃比センサの出力から排気圧脈動の影響分を排除することができ、その補正後の空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比を推定することで、排気圧脈動の影響を受けずに各気筒の空燃比を精度良く推定することができる。これにより、排気圧脈動の影響による気筒別空燃比制御の精度の低下を防止することができて、気筒別空燃比制御によるエミッション低減効果の低下を回避することができる。 In this configuration, the influence of the exhaust pressure pulsation from the output of the air-fuel ratio sensor is corrected by correcting the output of the air-fuel ratio sensor based on the degree of influence of the exhaust pressure on the output of the air-fuel ratio sensor at each air-fuel ratio detection timing of each cylinder. By estimating the air-fuel ratio of each cylinder based on the corrected output of the air-fuel ratio sensor, the air-fuel ratio of each cylinder can be accurately estimated without being affected by the exhaust pressure pulsation. be able to. Thereby, it is possible to prevent the accuracy of the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control from being lowered due to the influence of the exhaust pressure pulsation, and it is possible to avoid the reduction in the emission reduction effect by the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control.
この場合、空燃比センサの出力に及ぼす排気圧の影響度合を判定する具体的な方法は、例えば、請求項2のように、排気集合部に排気圧を検出する排気圧センサを設け、この排気圧センサの出力に基づいて排気圧の影響度合を判定するようにしても良い。このようにすれば、排気圧センサで検出した排気集合部の排気圧に基づいて、排気集合部に設置された空燃比センサの出力に及ぼす排気圧の影響度合を精度良く判定することができる。 In this case, as a specific method for determining the degree of influence of the exhaust pressure on the output of the air-fuel ratio sensor, for example, an exhaust pressure sensor for detecting the exhaust pressure is provided at the exhaust collecting portion as in claim 2, and this exhaust The influence degree of the exhaust pressure may be determined based on the output of the atmospheric pressure sensor. In this way, it is possible to accurately determine the degree of influence of the exhaust pressure on the output of the air-fuel ratio sensor installed in the exhaust collection portion based on the exhaust pressure of the exhaust collection portion detected by the exhaust pressure sensor.
或は、請求項3のように、各気筒の排気マニホールド毎にそれぞれ排気圧を検出する排気圧センサを設け、各気筒の排気圧センサの出力に基づいて排気圧の影響度合を判定するようにしても良い。各気筒の排気圧によって排気集合部の排気圧が変化するため、各気筒の排気圧センサで検出した各気筒の排気圧を用いれば、排気集合部に設置された空燃比センサの出力に及ぼす排気圧の影響度合を精度良く判定することができる。 Alternatively, as in claim 3, an exhaust pressure sensor for detecting the exhaust pressure is provided for each exhaust manifold of each cylinder, and the degree of influence of the exhaust pressure is determined based on the output of the exhaust pressure sensor of each cylinder. May be. Since the exhaust pressure of the exhaust collecting portion changes depending on the exhaust pressure of each cylinder, if the exhaust pressure of each cylinder detected by the exhaust pressure sensor of each cylinder is used, the exhaust effect on the output of the air-fuel ratio sensor installed in the exhaust collecting portion is affected. The degree of influence of atmospheric pressure can be accurately determined.
また、請求項4のように、各気筒の筒内圧を検出又は推定する筒内圧取得手段を設け、この筒内圧取得手段で検出又は推定した各気筒の筒内圧と各気筒の排気マニホールドの長さ又は容積(=流路断面積×長さ)とに基づいて排気圧の影響度合を判定するようにしても良い。各気筒の筒内圧(例えば燃焼時の筒内圧や排気バルブ開弁時の筒内圧等)や各気筒の排気マニホールドの長さ又は容積によって各気筒の排気圧が変化して、排気集合部の排気圧が変化するため、各気筒の筒内圧と各気筒の排気マニホールドの長さ又は容積とを用いれば、排気集合部に設置された空燃比センサの出力に及ぼす排気圧の影響度合を精度良く判定することができる。 Further, as in claim 4, there is provided in-cylinder pressure acquisition means for detecting or estimating the in-cylinder pressure of each cylinder, and the in-cylinder pressure of each cylinder detected or estimated by this in-cylinder pressure acquisition means and the length of the exhaust manifold of each cylinder. Alternatively, the influence degree of the exhaust pressure may be determined based on the volume (= channel cross-sectional area × length). The exhaust pressure of each cylinder varies depending on the in-cylinder pressure of each cylinder (for example, the in-cylinder pressure at the time of combustion or the in-cylinder pressure when the exhaust valve is opened) and the length or volume of the exhaust manifold of each cylinder. Because the air pressure changes, using the in-cylinder pressure of each cylinder and the length or volume of the exhaust manifold of each cylinder accurately determines the degree of influence of the exhaust pressure on the output of the air-fuel ratio sensor installed in the exhaust collection section can do.
更に、請求項5のように、内燃機関の運転状態と各気筒の排気マニホールドの長さ又は容積とに基づいて排気圧の影響度合を判定するようにしても良い。内燃機関の運転状態(例えば回転速度や負荷等)に応じて各気筒の燃焼状態が変化して各気筒の筒内圧(例えば燃焼時の筒内圧や排気バルブ開弁時の筒内圧等)が変化し、各気筒の筒内圧や各気筒の排気マニホールドの長さや容積によって各気筒の排気圧が変化して、排気集合部の排気圧が変化するため、内燃機関の運転状態と各気筒の排気マニホールドの長さ又は容積とを用いれば、排気集合部に設置された空燃比センサの出力に及ぼす排気圧の影響度合を精度良く判定することができる。 Further, as in claim 5, the degree of influence of the exhaust pressure may be determined based on the operating state of the internal combustion engine and the length or volume of the exhaust manifold of each cylinder. The combustion state of each cylinder changes according to the operating state of the internal combustion engine (for example, rotation speed, load, etc.), and the in-cylinder pressure of each cylinder (for example, the in-cylinder pressure during combustion or the in-cylinder pressure when the exhaust valve opens) changes. Since the exhaust pressure of each cylinder changes due to the in-cylinder pressure of each cylinder and the length and volume of the exhaust manifold of each cylinder, and the exhaust pressure of the exhaust collecting portion changes, the operating state of the internal combustion engine and the exhaust manifold of each cylinder If the length or the volume is used, it is possible to accurately determine the degree of influence of the exhaust pressure on the output of the air-fuel ratio sensor installed in the exhaust collecting portion.
また、請求項6のように、内燃機関の複数の気筒の排出ガスが合流して流れる排気集合部に空燃比センサを設置して、該空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比を推定し、その推定結果に基づいて各気筒の空燃比を気筒別に制御する気筒別空燃比制御を実行する内燃機関の気筒別空燃比制御装置において、空燃比センサの出力に及ぼす内燃機関の排気圧の影響度合が許容レベルを越えたか否かを判定する排気圧影響度合判定手段と、この排気圧影響度合判定手段により排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定された場合に気筒別空燃比制御を中止又は禁止する中止手段とを備えた構成としても良い。 According to another aspect of the present invention, an air-fuel ratio sensor is installed in an exhaust gas collecting portion where exhaust gases from a plurality of cylinders of an internal combustion engine flow, and the air-fuel ratio of each cylinder is determined based on the output of the air-fuel ratio sensor. In the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control apparatus for executing the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control for controlling the air-fuel ratio of each cylinder based on the estimation result, the exhaust pressure of the internal combustion engine that affects the output of the air-fuel ratio sensor Exhaust pressure influence degree determining means for determining whether or not the influence degree of the exhaust gas has exceeded the allowable level, and if the exhaust pressure influence degree determining means determines that the influence degree of the exhaust pressure has exceeded the allowable level, the air-fuel ratio for each cylinder It is good also as a structure provided with the cancellation means to cancel or prohibit control.
この構成では、空燃比センサの出力に及ぼす内燃機関の排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定された場合には、排気圧脈動の影響を受けて空燃比センサの出力の誤差が大きくなるため、空燃比センサの出力に基づく各気筒の空燃比の推定精度が低下して、気筒別空燃比制御を精度良く行うことができないと判断して、気筒別空燃比制御を中止又は禁止することができる。これにより、排気圧脈動の影響による気筒別空燃比制御の精度の低下を未然に防止することができる。 In this configuration, when it is determined that the degree of influence of the exhaust pressure of the internal combustion engine on the output of the air-fuel ratio sensor has exceeded the allowable level, the error in the output of the air-fuel ratio sensor increases due to the influence of exhaust pressure pulsation. Therefore, the estimation accuracy of the air-fuel ratio of each cylinder based on the output of the air-fuel ratio sensor is lowered, and it is determined that the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control cannot be performed accurately, and the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control is stopped or prohibited. Can do. As a result, it is possible to prevent a decrease in the accuracy of cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control due to the influence of exhaust pressure pulsation.
この場合、空燃比センサの出力に及ぼす排気圧の影響度合が許容レベルを越えたか否かを判定する具体的な方法は、例えば、請求項7のように、排気集合部又は各気筒の排気マニホールド毎に排気圧を検出する排気圧センサを設け、所定期間(例えば1サイクルである720CA間)における排気圧センサの出力の変動量が所定値以上のときに、排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定するようにしても良い。このようにすれば、排気集合部の排気圧の変動量や各気筒の排気圧の変動量が所定値以上になったときに、排気集合部に設置された空燃比センサの出力に及ぼす排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定することができる。 In this case, a specific method for determining whether or not the degree of influence of the exhaust pressure on the output of the air-fuel ratio sensor has exceeded an allowable level is, for example, as in claim 7, an exhaust manifold or an exhaust manifold of each cylinder. An exhaust pressure sensor that detects the exhaust pressure is provided every time, and when the fluctuation amount of the output of the exhaust pressure sensor in a predetermined period (for example, between 720 CAs in one cycle) is a predetermined value or more, the influence level of the exhaust pressure reaches an allowable level. You may make it determine with having exceeded. In this way, when the amount of fluctuation of the exhaust pressure in the exhaust collecting portion or the amount of fluctuation in the exhaust pressure of each cylinder exceeds a predetermined value, the exhaust pressure exerted on the output of the air-fuel ratio sensor installed in the exhaust collecting portion. It can be determined that the degree of influence exceeds the allowable level.
或は、請求項8のように、所定期間(例えば1サイクルである720CA間)における空燃比センサの出力を周波数解析して該空燃比センサの出力のうちの燃焼間隔に関連する周波数成分(例えば4気筒の場合は180CA間隔の周期に相当する周波数の成分)の振幅が所定値以上のときに、排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定するようにしても良い。このようにすれば、燃焼間隔毎に脈動する排気圧の影響によって空燃比センサの出力のうちの燃焼間隔に関連する周波数成分の振幅が所定値以上になったときに、空燃比センサの出力に及ぼす排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定することができる。 Alternatively, the frequency component (for example, the frequency component related to the combustion interval in the output of the air-fuel ratio sensor is analyzed by frequency analysis of the output of the air-fuel ratio sensor in a predetermined period (for example, between 720 CA which is one cycle). In the case of four cylinders, it may be determined that the degree of influence of the exhaust pressure exceeds the allowable level when the amplitude of the frequency component corresponding to the period of 180 CA intervals is equal to or greater than a predetermined value. In this way, when the amplitude of the frequency component related to the combustion interval out of the output of the air-fuel ratio sensor exceeds a predetermined value due to the influence of the exhaust pressure pulsating at each combustion interval, the output of the air-fuel ratio sensor is increased. It can be determined that the degree of influence of the exhaust pressure exerted exceeds an allowable level.
また、請求項9のように、所定期間(例えば1サイクルである720CA間)における空燃比センサの出力のピーク値とボトム値との差が所定値以上のときに、排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定するようにしても良い。このようにすれば、排気圧の脈動によって空燃比センサの出力のピーク値とボトム値との差が所定値以上になったときに、空燃比センサの出力に及ぼす排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定することができる。 Further, as in claim 9, when the difference between the peak value and the bottom value of the output of the air-fuel ratio sensor in a predetermined period (for example, between 720 CA which is one cycle) is a predetermined value or more, the influence degree of the exhaust pressure is allowed. It may be determined that the level has been exceeded. In this way, when the difference between the peak value and the bottom value of the output of the air-fuel ratio sensor exceeds a predetermined value due to the pulsation of the exhaust pressure, the degree of influence of the exhaust pressure on the output of the air-fuel ratio sensor is at an allowable level. Can be determined to have exceeded
また、本発明は、請求項10のように、内燃機関の排気通路に設けた排気タービンによってコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する排気タービン式過給機を備え、排気タービンの上流側に空燃比センサが設置されたシステムに適用しても良い。排気タービン式過給機を備えたシステムで、気筒別空燃比制御を行う場合には、排気タービンの下流側よりも排気タービンの上流側に空燃比センサを設置した方が、空燃比センサの出力に各気筒の空燃比に応じた変化が現れ易いため、排気タービンの上流側に空燃比センサを設置するのが好ましい。しかし、排気タービンの上流側に空燃比センサを設置すると、排気圧脈動の影響により空燃比センサの出力の誤差が大きくなって、気筒別空燃比制御の精度が低下する可能性がある。そこで、本発明を適用すれば、空燃比センサの出力に各気筒の空燃比に応じた変化が現れ易い排気タービンの上流側に空燃比センサを設置しながら、排気圧脈動の影響による気筒別空燃比制御の精度の低下を防止することができる。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an exhaust turbine type supercharger that drives a compressor by an exhaust turbine provided in an exhaust passage of an internal combustion engine to supercharge intake air, and is provided upstream of the exhaust turbine. You may apply to the system in which the air fuel ratio sensor was installed. When performing cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control in a system equipped with an exhaust turbine supercharger, it is more effective to install an air-fuel ratio sensor upstream of the exhaust turbine than downstream of the exhaust turbine. Therefore, it is preferable to install an air-fuel ratio sensor upstream of the exhaust turbine. However, if an air-fuel ratio sensor is installed upstream of the exhaust turbine, an error in the output of the air-fuel ratio sensor increases due to the influence of exhaust pressure pulsation, and the accuracy of air-fuel ratio control for each cylinder may be reduced. Therefore, if the present invention is applied, an air-fuel ratio sensor is installed on the upstream side of the exhaust turbine in which the output corresponding to the air-fuel ratio of each cylinder easily appears in the output of the air-fuel ratio sensor, and the cylinder-by-cylinder air due to the effect of exhaust pressure pulsation is installed. A decrease in the accuracy of the fuel ratio control can be prevented.
以下、本発明を実施するための形態を排気タービン式過給機付きの内燃機関に適用して具体化した幾つかの実施例を説明する。 Hereinafter, some embodiments in which the mode for carrying out the present invention is applied to an internal combustion engine with an exhaust turbine supercharger will be described.
本発明の実施例1を図1乃至図6に基づいて説明する。
まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ14が設けられている。このエアフローメータ14の下流側には、後述する排気タービン式過給機25のコンプレッサ27と、このコンプレッサ27で加圧された吸入空気を冷却するインタークーラー31が設けられている。このインタークーラー31の下流側には、モータ等によって開度調節されるスロットルバルブ15と、このスロットルバルブ15の開度(スロットル開度)を検出するスロットル開度センサ16とが設けられている。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, a schematic configuration of the entire engine control system will be described with reference to FIG.
An
更に、スロットルバルブ15の下流側には、サージタンク17が設けられ、このサージタンク17には、スロットルバルブ15の下流側圧力(吸気圧)を検出する吸気圧センサ18が設けられている。また、サージタンク17には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド19が設けられ、各気筒の吸気マニホールド19の吸気ポート近傍に、それぞれ吸気ポートに向けて燃料を噴射する燃料噴射弁20が取り付けられている。また、エンジン11のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ21が取り付けられ、各点火プラグ21の火花放電によって各気筒の混合気に着火される。
Further, a
一方、エンジン11の排気管22(排気通路)のうちの各気筒の排気マニホールド39が集合する排気集合部40(各気筒の排出ガスが合流して流れる部分)には、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ24が設けられ、この空燃比センサ24の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒23が設けられている。
On the other hand, in the exhaust pipe 22 (exhaust passage) of the
このエンジン11には、排気タービン式過給機25が搭載されている。この排気タービン式過給機25は、排気管22のうちの空燃比センサ24と触媒23との間に排気タービン26が配置され、吸気管12のうちのエアフローメータ14とスロットルバルブ15との間にコンプレッサ27が配置されている。過給機25は、排気タービン26とコンプレッサ27とが連結され、排出ガスの運動エネルギーで排気タービン26を回転駆動することでコンプレッサ27を回転駆動して吸入空気を過給するようになっている。
An
更に、吸気管12には、スロットルバルブ15の上流側においてコンプレッサ27の上流側と下流側とをバイパスさせる吸気バイパス通路28が設けられ、この吸気バイパス通路28の途中に、吸気バイパス通路28を開閉するエアバイパスバルブ(以下「ABV」と表記する)29が設けられている。このABV29は、ABV用バキュームスイッチングバルブ30を制御することでABV29の開閉動作が制御されるようになっている。
Further, the
一方、排気管22には、排気タービン26の上流側と下流側とをバイパスさせる排気バイパス通路32が設けられ、この排気バイパス通路32の途中に、排気バイパス通路32を開閉するウェイストゲートバルブ(以下「WGV」と表記する)33が設けられている。このWGV33は、WGV用バキュームスイッチングバルブ34を制御してダイヤフラム式のアクチュエータ35を制御することでWGV33の開度が制御されるようになっている。
On the other hand, the
また、エンジン11のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ36や、エンジン11のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ37が取り付けられている。このクランク角センサ37の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
A cooling
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路(以下「ECU」と表記する)38に入力される。このECU38は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたROM(記憶媒体)に記憶された各種のエンジン制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁20の燃料噴射量や点火プラグ21の点火時期を制御すると共に、WGV33の開度を制御して排気タービン26に供給する排出ガス量を制御することで、排気タービン26とコンプレッサ27の回転を制御して過給圧を制御する。
Outputs of these various sensors are input to an engine control circuit (hereinafter referred to as “ECU”) 38. The
また、ECU38は、後述する図5及び図6の気筒別空燃比制御用の各ルーチンを実行することで、後述する気筒別空燃比推定モデルを用いて空燃比センサ24の検出値(排気集合部40を流れる排出ガスの実空燃比)に基づいて各気筒の空燃比を推定し、各気筒の推定空燃比と基準空燃比(全気筒の推定空燃比の平均値又は制御目標値)との偏差を各気筒毎に算出して、その偏差が小さくなるように各気筒の空燃比補正量(各気筒の燃料噴射量の補正量)を算出し、その算出結果に基づいて各気筒の燃料噴射量を補正することで、各気筒に供給する混合気の空燃比を各気筒毎に補正して気筒間の空燃比のばらつきを小さくするように制御する気筒別空燃比制御を実行する。
Further, the
ここで、空燃比センサ24の検出値(排気集合部40を流れる排出ガスの実空燃比)に基づいて各気筒の空燃比を推定するモデル(以下「気筒別空燃比推定モデル」という)の具体例を説明する。 Here, a specific example of a model for estimating the air-fuel ratio of each cylinder based on the detected value of the air-fuel ratio sensor 24 (actual air-fuel ratio of exhaust gas flowing through the exhaust collecting portion 40) (hereinafter referred to as "cylinder-specific air-fuel ratio estimation model"). An example will be described.
排気集合部40におけるガス交換に着目して、空燃比センサ24の検出値を、排気集合部40における各気筒の推定空燃比の履歴と空燃比センサ24の検出値の履歴とにそれぞれ所定の重みを乗じて加算したものとしてモデル化し、このモデルを用いて各気筒の空燃比を推定するようにしている。この際、オブザーバとしてはカルマンフィルタを用いる。
Paying attention to the gas exchange in the
より具体的には、排気集合部40におけるガス交換のモデルを次の(1)式にて近似する。
ys(t)=k1 ×u(t-1) +k2 ×u(t-2) −k3 ×ys(t-1)−k4 ×ys(t-2)
……(1)
ここで、ys は空燃比センサ24の検出値、uは排気集合部40に流入するガスの空燃比、k1 〜k4 は定数である。
More specifically, a gas exchange model in the
ys (t) = k1 * u (t-1) + k2 * u (t-2) -k3 * ys (t-1) -k4 * ys (t-2)
...... (1)
Here, ys is a detected value of the air-
排気系では、排気集合部40におけるガス流入及び混合の一次遅れ要素と、空燃比センサ24の応答遅れによる一次遅れ要素とが存在する。そこで、上記(1)式では、これらの一次遅れ要素を考慮して過去2回分の履歴を参照することとしている。
In the exhaust system, there are a primary delay element of gas inflow and mixing in the
上記(1)式を状態空間モデルに変換すると、次の(2a)、(2b)式が導き出される。
X(t+1) =A・X(t) +B・u(t) +W(t) ……(2a)
Y(t) =C・X(t) +D・u(t) ……(2b)
ここで、A,B,C,Dはモデルのパラメータ、Yは空燃比センサ24の検出値、Xは状態変数としての各気筒の推定空燃比、Wはノイズである。
When the above equation (1) is converted into a state space model, the following equations (2a) and (2b) are derived.
X (t + 1) = A.X (t) + B.u (t) + W (t) (2a)
Y (t) = C · X (t) + D · u (t) (2b)
Here, A, B, C, and D are model parameters, Y is a detected value of the air-
更に、上記(2a)、(2b)式によりカルマンフィルタを設計すると、次の(3)式が得られる。
X^(k+1|k)=A・X^(k|k-1)+K{Y(k) −C・A・X^(k|k-1)} ……(3) ここで、X^(エックスハット)は各気筒の推定空燃比、Kはカルマンゲインである。X^(k+1|k)の意味は、時間(k) の推定値により次の時間(k+1) の推定値を求めることを表す。
Further, when the Kalman filter is designed by the above equations (2a) and (2b), the following equation (3) is obtained.
X ^ (k + 1 | k) = A.X ^ (k | k-1) + K {Y (k) -C.A.X ^ (k | k-1)} (3) where X ^ (X hat) is the estimated air-fuel ratio of each cylinder, and K is the Kalman gain. The meaning of X ^ (k + 1 | k) represents that the estimated value of the next time (k + 1) is obtained from the estimated value of time (k).
以上のようにして、気筒別空燃比推定モデルをカルマンフィルタ型オブザーバにて構成することにより、燃焼サイクルの進行に伴って各気筒の空燃比を順次推定することができる。 As described above, the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio estimation model is configured by the Kalman filter type observer, whereby the air-fuel ratio of each cylinder can be sequentially estimated as the combustion cycle proceeds.
次に、各気筒の空燃比検出タイミング(空燃比センサ24の出力のサンプルタイミング)の設定方法について説明する。本実施例1では、各気筒から排出される排出ガスが空燃比センサ24付近に到達してその空燃比が検出されるまでの遅れ(以下「排気系の応答遅れ」という)がエンジン運転状態によって変化することを考慮して、エンジン運転状態(例えばエンジン負荷、エンジン回転速度等)に応じてマップ等により各気筒の空燃比検出タイミングを設定する。一般に、エンジン負荷やエンジン回転速度が低下するほど、排気系の応答遅れが大きくなるため、各気筒の空燃比検出タイミングは、エンジン負荷やエンジン回転速度が低下するほど、遅角側にシフトされるように設定されている。
Next, a method for setting the air-fuel ratio detection timing of each cylinder (sample timing of the output of the air-fuel ratio sensor 24) will be described. In the first embodiment, the delay until the exhaust gas discharged from each cylinder reaches the vicinity of the air-
ところで、排気タービン式過給機25を備えたシステムで、気筒別空燃比制御を行う場合には、排気タービン26の下流側よりも排気タービン26の上流側に空燃比センサ24を設置した方が、空燃比センサ24の出力に各気筒の空燃比に応じた変化が現れ易いため、排気タービン26の上流側に空燃比センサ24を設置するのが好ましい。
By the way, in the case of performing the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control in the system including the
しかし、図2(a)に示すように、排気タービン26の上流側は排気圧が大きく脈動(変動)する傾向があり、空燃比センサ24は排気圧によって出力が変化するという特性があるため、図2(b)に示すように、排気タービン26の上流側に空燃比センサ24を設置した場合には、排気圧脈動の影響を受けて空燃比センサ24の出力の誤差が大きくなる可能性がある。このように、排気圧脈動の影響による空燃比センサ24の出力の誤差が大きくなると、空燃比センサ24の出力に基づく各気筒の空燃比の推定精度が低下して、気筒別空燃比制御を精度良く行うことができなくなり、エミッションが悪化する可能性がある。
However, as shown in FIG. 2A, the upstream side of the
この対策として、本実施例1では、各気筒の空燃比検出タイミング毎(空燃比センサ24の出力のサンプルタイミング毎)に、空燃比センサ24の出力に及ぼす排気圧の影響度合を判定して、この排気圧の影響度合に基づいて空燃比センサ24の出力を補正し、補正後の空燃比センサ24の出力に基づいて各気筒の空燃比を推定する。
As a countermeasure, in the first embodiment, the degree of influence of the exhaust pressure on the output of the air-
ここで、空燃比センサ24の出力に及ぼす排気圧の影響度合を判定する方法及びその排気圧の影響度合に基づいて空燃比センサ24の出力を補正する方法について説明する。尚、以下の説明では、理論空燃比に対する実空燃比の比率である空気過剰率λを「空燃比」の情報として用いる。
空気過剰率λ=実空燃比/理論空燃比
Here, a method for determining the degree of influence of the exhaust pressure on the output of the air-
Excess air ratio λ = actual air-fuel ratio / stoichiometric air-fuel ratio
図3に示すように、各気筒の空燃比検出タイミング毎に、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度とエンジン負荷等)と各気筒の排気マニホールド39の長さ又は容積(=流路断面積×長さ)とに基づいて排気集合部40の排気圧をマップ等により算出(推定)し、この排気集合部40の排気圧に基づいて排気圧影響係数ベース値(排気集合部40に設置された空燃比センサ24の出力に及ぼす排気圧の影響度合の情報)をマップ等により算出する。排気圧影響係数ベース値のマップは、排気集合部40の排気圧が高くなるほど排気圧影響係数ベース値が大きくなるように設定されている。
As shown in FIG. 3, at each air-fuel ratio detection timing of each cylinder, the engine operating state (for example, engine speed and engine load) and the length or volume of the
尚、エンジン運転状態と各気筒の排気マニホールド39の長さ(又は容積)とに基づいて各気筒の排気圧を算出(推定)し、各気筒の排気圧に基づいて排気圧影響係数ベース値を算出するようにしても良い。
The exhaust pressure of each cylinder is calculated (estimated) based on the engine operating state and the length (or volume) of the
エンジン運転状態に応じて各気筒の燃焼状態が変化して各気筒の筒内圧(例えば燃焼時の筒内圧や排気バルブ開弁時の筒内圧等)が変化し、各気筒の筒内圧や各気筒の排気マニホールド39の長さや容積によって各気筒の排気圧が変化して排気集合部40の排気圧が変化するため、エンジン運転状態と各気筒の排気マニホールド39の長さ(又は容積)とを用いれば、排気圧影響係数ベース値を精度良く算出することができる。
The combustion state of each cylinder changes according to the engine operating state, and the in-cylinder pressure of each cylinder (for example, the in-cylinder pressure at the time of combustion or the in-cylinder pressure at the time of opening of the exhaust valve) changes. Because the exhaust pressure of each cylinder changes depending on the length and volume of the
更に、空燃比センサ24の出力(検出空燃比)の平均値である平均空燃比が理論空燃比(空気過剰率λ=1.0)から離れるほど排気圧の脈動の影響を受け易くなって、排気圧の脈動による空燃比センサ24の出力の誤差が大きくなるという特性(図4参照)を考慮して、空燃比センサ24の出力(検出空燃比)に基づいて1サイクル(720CA)間の平均空燃比を算出し、この平均空燃比と理論空燃比(空気過剰率λ=1.0)との差を算出することで、理論空燃比に対する平均空燃比のずれを求め、この平均空燃比のずれを排気圧影響係数ベース値に乗算して最終的な排気圧影響係数を求める。
Furthermore, as the average air-fuel ratio, which is the average value of the output (detected air-fuel ratio) of the air-
そして、空燃比センサ24の出力(検出空燃比)と理論空燃比との差を算出することで、理論空燃比に対する空燃比センサ24の出力(検出空燃比)のずれを求め、この空燃比センサ24の出力(検出空燃比)のずれを排気圧影響係数で除算した値を理論空燃比に加算することで、空燃比センサ24の出力を補正して、空燃比センサ24の出力から排気圧脈動の影響分を排除する。
Then, by calculating the difference between the output of the air-fuel ratio sensor 24 (detected air-fuel ratio) and the stoichiometric air-fuel ratio, the deviation of the output of the air-fuel ratio sensor 24 (detected air-fuel ratio) from the stoichiometric air-fuel ratio is obtained. The output of the air-
以上説明した本実施例1の気筒別空燃比制御は、ECU38によって図5及び図6の気筒別空燃比制御用の各ルーチンに従って実行される。以下、これらの各ルーチンの処理内容を説明する。
The above-described cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control according to the first embodiment is executed by the
[気筒別空燃比制御メインルーチン]
図5に示す気筒別空燃比制御メインルーチンは、クランク角センサ37の出力パルスに同期して所定クランク角毎(例えば30℃A毎)に起動される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ101で、後述する図6の排気圧影響度合判定及びセンサ出力補正ルーチンを実行することで、各気筒の空燃比検出タイミング毎(空燃比センサ24の出力のサンプルタイミング毎)に、空燃比センサ24の出力に及ぼす排気圧の影響度合の情報として排気圧影響係数を算出し、この排気圧影響係数を用いて空燃比センサ24の出力を補正する。
[Air-fuel ratio control routine for each cylinder]
The cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control main routine shown in FIG. 5 is started at every predetermined crank angle (for example, every 30 ° C. A) in synchronization with the output pulse of the
この後、ステップ102に進み、各気筒の空燃比検出タイミング毎に前記気筒別空燃比推定モデルを用いて各気筒の空燃比を補正後の空燃比センサ37の出力に基づいて推定する。このステップ102の処理が特許請求の範囲でいう気筒別空燃比推定手段としての役割を果たす。
Thereafter, the routine proceeds to step 102 where the air-fuel ratio of each cylinder is estimated based on the corrected output of the air-
この後、ステップ103に進み、全気筒の推定空燃比の平均値を算出して、その平均値を基準空燃比(全気筒の目標空燃比)に設定した後、ステップ104に進み、各気筒の推定空燃比と基準空燃比との偏差を算出して、その偏差が小さくなるように各気筒の空燃比補正量(各気筒の燃料噴射量の補正量)を算出した後、各気筒の空燃比補正量に基づいて各気筒の燃料噴射量を補正することで、各気筒に供給する混合気の空燃比を各気筒毎に補正して気筒間の空燃比ばらつきを小さくするように制御する。 Thereafter, the process proceeds to step 103, the average value of the estimated air-fuel ratios of all cylinders is calculated, the average value is set to the reference air-fuel ratio (target air-fuel ratio of all cylinders), and then the process proceeds to step 104, where After calculating the deviation between the estimated air-fuel ratio and the reference air-fuel ratio, and calculating the air-fuel ratio correction amount (correction amount of the fuel injection amount of each cylinder) so that the deviation becomes small, the air-fuel ratio of each cylinder By correcting the fuel injection amount of each cylinder based on the correction amount, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to each cylinder is corrected for each cylinder so as to reduce the air-fuel ratio variation among the cylinders.
[排気圧影響度合判定及びセンサ出力補正ルーチン]
図6に示す排気圧影響度合判定及びセンサ出力補正ルーチンは、前記図5の気筒別空燃比制御メインルーチンのステップ101で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいう排気圧影響度合判定手段及びセンサ出力補正手段としての役割を果たす。
[Exhaust pressure influence degree judgment and sensor output correction routine]
The exhaust pressure influence degree determination and sensor output correction routine shown in FIG. 6 is a subroutine executed in
本ルーチンが起動されると、まず、ステップ201で、現在のクランク角が各気筒の空燃比検出タイミング(空燃比センサ24の出力のサンプルタイミング)であるか否かを判定し、空燃比検出タイミングでなければ、ステップ202以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
When this routine is started, first, at
一方、上記ステップ201で、現在のクランク角が各気筒の空燃比検出タイミングであると判定されれば、ステップ202に進み、空燃比センサ24の出力を読み込んだ後、ステップ203に進み、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度とエンジン負荷等)を読み込む。
On the other hand, if it is determined in
この後、ステップ204に進み、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度とエンジン負荷等)と各気筒の排気マニホールド39の長さ(又は容積)とに基づいて排気集合部40の排気圧をマップ等算出(推定)し、この排気集合部40の排気圧に基づいて排気圧影響係数ベース値をマップ等により算出する。尚、エンジン運転状態と各気筒の排気マニホールド39の長さ(又は容積)とに基づいて各気筒の排気圧を算出(推定)し、各気筒の排気圧に基づいて排気圧影響係数ベース値を算出しても良い。
Thereafter, the routine proceeds to step 204, where the exhaust pressure of the
この後、ステップ205に進み、空燃比センサ24の出力(検出空燃比)に基づいて1サイクル(720CA)間の平均空燃比を算出し、この平均空燃比と理論空燃比(空気過剰率λ=1.0)との差を算出することで、理論空燃比に対する平均空燃比のずれを求め、この平均空燃比のずれを排気圧影響係数ベース値に乗算して最終的な排気圧影響係数を求める。
Thereafter, the routine proceeds to step 205, where the average air-fuel ratio for one cycle (720CA) is calculated based on the output (detected air-fuel ratio) of the air-
この後、ステップ206に進み、空燃比センサ24の出力(検出空燃比)と理論空燃比)(空気過剰率λ=1.0)との差を算出することで、理論空燃比に対する空燃比センサ24の出力(検出空燃比)のずれを求め、この空燃比センサ24の出力(検出空燃比)のずれを排気圧影響係数で除算した値を理論空燃比に加算することで、空燃比センサ24の出力を補正して、空燃比センサ24の出力から排気圧脈動の影響分を排除する。
Thereafter, the process proceeds to step 206, and the difference between the output (detected air-fuel ratio) of the air-
以上説明した本実施例1では、空燃比センサ24の出力に及ぼす排気圧の影響度合として排気圧影響係数を算出し、この排気圧影響係数を用いて空燃比センサ24の出力を補正するようにしたので、空燃比センサ24の出力から排気圧脈動の影響分を排除することができ、その補正後の空燃比センサ24の出力に基づいて各気筒の空燃比を推定することで、排気圧脈動の影響を受けずに各気筒の空燃比を精度良く推定することができる。これにより、空燃比センサ24の出力に各気筒の空燃比に応じた変化が現れ易い排気タービン26の上流側に空燃比センサ24を設置しながら、排気圧脈動の影響による気筒別空燃比制御の精度の低下を防止することができて、気筒別空燃比制御によるエミッション低減効果の低下を回避することができる。
In the first embodiment described above, the exhaust pressure influence coefficient is calculated as the degree of influence of the exhaust pressure on the output of the air-
尚、上記実施例1では、エンジン運転状態と各気筒の排気マニホールド39の長さ(又は容積)とに基づいて排気圧影響係数(空燃比センサ24の出力に及ぼす排気圧の影響度合)を算出するようにしたが、排気圧影響係数の算出方法は、適宜変更しても良い。
In the first embodiment, the exhaust pressure influence coefficient (the degree of influence of the exhaust pressure on the output of the air-fuel ratio sensor 24) is calculated based on the engine operating state and the length (or volume) of the
例えば、各気筒毎に筒内圧を検出する筒内圧センサ(筒内圧取得手段)を設け、各気筒の筒内圧センサで検出した各気筒の筒内圧(例えば燃焼時の筒内圧や排気バルブ開弁時の筒内圧等)と各気筒の排気マニホールド39の長さ(又は容積)とに基づいて排気圧影響係数を求めるようにしても良い。或は、エンジン運転状態に基づいて各気筒の筒内圧を推定し、推定した各気筒の筒内圧と各気筒の排気マニホールド39の長さ(又は容積)とに基づいて排気圧影響係数を求めるようにしても良い。各気筒の筒内圧や各気筒の排気マニホールド39の長さや容積によって各気筒の排気圧が変化して、排気集合部40の排気圧が変化するため、各気筒の筒内圧と各気筒の排気マニホールド39の長さ(又は容積)とを用いれば、排気圧影響係数を精度良く求めることができる。
For example, an in-cylinder pressure sensor (in-cylinder pressure acquisition means) for detecting the in-cylinder pressure is provided for each cylinder, and the in-cylinder pressure of each cylinder detected by the in-cylinder pressure sensor of each cylinder (for example, in-cylinder pressure during combustion or when the exhaust valve is opened) Or the like) and the length (or volume) of the
また、排気集合部40に排気圧を検出する排気圧センサを設け、この排気圧センサの出力に基づいて排気圧影響係数を求めるようにしても良い。このようにすれば、排気圧センサで検出した排気集合部40の排気圧に基づいて排気圧影響係数を精度良く求めることができる。
Further, an exhaust pressure sensor for detecting the exhaust pressure may be provided in the
或は、各気筒の排気マニホールド39毎にそれぞれ排気圧を検出する排気圧センサを設け、各気筒の排気圧センサの出力に基づいて排気圧影響係数を求めるようにしても良い。各気筒の排気圧によって排気集合部40の排気圧が変化するため、各気筒の排気圧センサで検出した各気筒の排気圧を用いれば、排気圧影響係数を精度良く求めることができる。
Alternatively, an exhaust pressure sensor for detecting the exhaust pressure may be provided for each
次に、図7を用いて本発明の実施例2を説明する。但し、前記実施例1と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例1と異なる部分について説明する。 Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. However, description of substantially the same parts as those in the first embodiment will be omitted or simplified, and different parts from the first embodiment will be mainly described.
本実施例2では、ECU38により後述する図7の排気圧影響度合判定ルーチンを実行することで、空燃比センサ24の出力に及ぼす排気圧の影響度合が許容レベルを越えたか否かを判定し、排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定された場合に気筒別空燃比制御を中止するようにしている。
In the second embodiment, the
図7に示す排気圧影響度合判定ルーチンは、特許請求の範囲でいう排気圧影響度合判定手段及び中止手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ301で、現在のクランク角が各気筒の空燃比検出タイミング(空燃比センサ24の出力のサンプルタイミング)であるか否かを判定し、空燃比検出タイミングでなければ、ステップ302以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
The exhaust pressure influence degree determination routine shown in FIG. 7 serves as exhaust pressure influence degree determination means and stop means in the claims. When this routine is started, first, at
一方、上記ステップ301で、現在のクランク角が各気筒の空燃比検出タイミングであると判定されれば、ステップ302に進み、空燃比センサ24の出力を読み込んだ後、ステップ303に進み、所定期間(例えば1サイクルである720CA間)における空燃比センサ24の出力をFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)等により周波数解析して、空燃比センサ24の出力の周波数成分毎の振幅を求める。
On the other hand, if it is determined in
この後、ステップ304に進み、周波数解析結果に基づいて空燃比センサ24の出力のうちの燃焼間隔に関連する周波数成分(例えば4気筒の場合は180CA間隔の周期に相当する周波数の成分)の振幅を抽出する。
Thereafter, the process proceeds to step 304, and the amplitude of the frequency component related to the combustion interval in the output of the air-
この後、ステップ305に進み、空燃比センサ24の出力のうちの燃焼間隔に関連する周波数成分の振幅が所定値以上であるか否かを判定する。その結果、燃焼間隔毎に脈動する排気圧脈動の影響によって空燃比センサ24の出力のうちの燃焼間隔に関連する周波数成分の振幅が所定値以上になったと判定された場合には、空燃比センサ24の出力に及ぼす排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定する。この場合、排気圧脈動の影響を受けて空燃比センサ24の出力の誤差が大きくなるため、空燃比センサ24の出力に基づく各気筒の空燃比の推定精度が低下して、気筒別空燃比制御を精度良く行うことができないと判断して、ステップ306に進み、気筒別空燃比制御実行フラグを、気筒別空燃比制御の中止を意味する「OFF」にリセットして、気筒別空燃比制御を中止又は禁止する。
Thereafter, the process proceeds to step 305, in which it is determined whether or not the amplitude of the frequency component related to the combustion interval in the output of the air-
一方、上記ステップ305で、空燃比センサ24の出力のうちの燃焼間隔に関連する周波数成分の振幅が所定値よりも小さいと判定された場合には、空燃比センサ24の出力に及ぼす排気圧の影響度合が許容レベルを越えていないと判定して、ステップ307に進み、気筒別空燃比制御実行フラグを、気筒別空燃比制御の実行を意味する「ON」にセットして、気筒別空燃比制御を実行(継続)する。
On the other hand, if it is determined in
以上説明した本実施例2では、空燃比センサ24の出力に及ぼす排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定された場合には、排気圧脈動の影響を受けて空燃比センサ24の出力の誤差が大きくなるため、空燃比センサ24の出力に基づく各気筒の空燃比の推定精度が低下して、気筒別空燃比制御を精度良く行うことができないと判断して、気筒別空燃比制御を中止又は禁止するようにしたので、空燃比センサ24の出力に各気筒の空燃比に応じた変化が現れ易い排気タービン26の上流側に空燃比センサ24を設置しながら、排気圧脈動の影響による気筒別空燃比制御の精度の低下を未然に防止することができて、気筒別空燃比制御によるエミッション低減効果の低下を回避することができる。
In the second embodiment described above, when it is determined that the degree of influence of the exhaust pressure on the output of the air-
尚、上記実施例2では、空燃比センサ24の出力のうちの燃焼間隔に関連する周波数成分の振幅が所定値以上のときに、空燃比センサ24の出力に及ぼす排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定するようにしたが、空燃比センサ24の出力に及ぼす排気圧の影響度合が許容レベルを越えたか否かを判定する具体的な方法は、適宜変更しても良い。
In the second embodiment, when the amplitude of the frequency component related to the combustion interval in the output of the air-
例えば、排気集合部40又は各気筒の排気マニホールド39毎に排気圧を検出する排気圧センサを設け、所定期間(例えば1サイクルである720CA間)における排気圧センサの出力の変動量(例えば所定時間当りの変化量、最大値と最小値との差等)が所定値以上のときに、排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定するようにしても良い。このようにすれば、排気集合部40の排気圧の変動量や各気筒の排気圧の変動量が所定値以上になったときに、排気集合部40に設置された空燃比センサ24の出力に及ぼす排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定することができる。
For example, an exhaust pressure sensor that detects the exhaust pressure is provided for each
また、所定期間(例えば1サイクルである720CA間)における空燃比センサ24の出力のピーク値とボトム値との差が所定値以上のときに、排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定するようにしても良い。このようにすれば、排気圧の脈動によって空燃比センサ24の出力のピーク値とボトム値との差が所定値以上になったときに、空燃比センサ24の出力に及ぼす排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定することができる。
Further, when the difference between the peak value and the bottom value of the output of the air-
また、本発明は、排気タービン式過給機を備えたシステムに限定されず、空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比を推定し、その推定結果に基づいて各気筒の空燃比を気筒別に制御するシステムに広く適用して実施できる。 The present invention is not limited to a system having an exhaust turbine supercharger. The air-fuel ratio of each cylinder is estimated based on the output of the air-fuel ratio sensor, and the air-fuel ratio of each cylinder is calculated based on the estimation result. It can be widely applied to a system that controls by cylinder.
その他、本発明は、図1に示すような吸気ポート噴射式エンジンに限定されず、筒内噴射式エンジンや、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたデュアル噴射式のエンジンにも適用して実施できる。 In addition, the present invention is not limited to the intake port injection type engine as shown in FIG. 1, but includes an in-cylinder injection type engine, and both an intake port injection fuel injection valve and an in-cylinder injection fuel injection valve. It can also be applied to dual-injection engines.
11…エンジン(内燃機関)、12…吸気管、15…スロットルバルブ、20…燃料噴射弁、21…点火プラグ、22…排気管、24…空燃比センサ、25…排気タービン式過給機、26…排気タービン、27…コンプレッサ、38…ECU(排気圧影響度合判定手段,センサ出力補正手段,気筒別空燃比推定手段,中止手段)、39…排気マニホールド、40…排気集合部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記各気筒の空燃比検出タイミング毎に前記空燃比センサの出力に及ぼす内燃機関の排気圧の影響度合を判定する排気圧影響度合判定手段と、
前記各気筒の空燃比検出タイミング毎に前記排気圧影響度合判定手段で判定した排気圧の影響度合に基づいて前記空燃比センサの出力を補正するセンサ出力補正手段と、
前記各気筒の空燃比検出タイミング毎に前記センサ出力補正手段で補正した前記空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比を推定する気筒別空燃比推定手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の気筒別空燃比制御装置。 An air-fuel ratio sensor is installed at an exhaust gas collecting portion where exhaust gases from a plurality of cylinders of an internal combustion engine flow and the air-fuel ratio of each cylinder is determined based on the output of the air-fuel ratio sensor at each air-fuel ratio detection timing of each cylinder. In a cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that estimates and controls the air-fuel ratio of each cylinder for each cylinder based on the estimation result,
Exhaust pressure influence degree determining means for determining the influence degree of the exhaust pressure of the internal combustion engine on the output of the air / fuel ratio sensor at each air / fuel ratio detection timing of each cylinder;
Sensor output correction means for correcting the output of the air-fuel ratio sensor based on the exhaust pressure influence degree determined by the exhaust pressure influence degree determination means at each air-fuel ratio detection timing of each cylinder;
A cylinder-specific air-fuel ratio estimating means for estimating the air-fuel ratio of each cylinder based on the output of the air-fuel ratio sensor corrected by the sensor output correcting means at each air-fuel ratio detection timing of each cylinder. A cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine.
前記排気圧影響度合判定手段は、前記排気圧センサの出力に基づいて前記排気圧の影響度合を判定する手段を有することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の気筒別空燃比制御装置。 An exhaust pressure sensor for detecting an exhaust pressure in the exhaust collecting portion;
2. The cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust pressure influence degree determining means includes means for determining the influence degree of the exhaust pressure based on an output of the exhaust pressure sensor. .
前記排気圧影響度合判定手段は、前記各気筒の排気圧センサの出力に基づいて前記排気圧の影響度合を判定する手段を有することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の気筒別空燃比制御装置。 An exhaust pressure sensor for detecting the exhaust pressure is provided for each exhaust manifold of each cylinder,
2. The cylinder-by-cylinder sky of the internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust pressure influence degree determining means includes means for determining an influence degree of the exhaust pressure based on an output of an exhaust pressure sensor of each cylinder. Fuel ratio control device.
前記排気圧影響度合判定手段は、前記筒内圧取得手段で検出又は推定した各気筒の筒内圧と各気筒の排気マニホールドの長さ又は容積とに基づいて前記排気圧の影響度合を判定する手段を有することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の気筒別空燃比制御装置。 In-cylinder pressure acquisition means for detecting or estimating the in-cylinder pressure of each cylinder,
The exhaust pressure influence degree determining means is means for determining the influence degree of the exhaust pressure based on the in-cylinder pressure of each cylinder detected or estimated by the in-cylinder pressure acquisition means and the length or volume of the exhaust manifold of each cylinder. The cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, comprising:
前記空燃比センサの出力に及ぼす内燃機関の排気圧の影響度合が許容レベルを越えたか否かを判定する排気圧影響度合判定手段と、
前記排気圧影響度合判定手段により前記排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定された場合に前記気筒別空燃比制御を中止又は禁止する中止手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の気筒別空燃比制御装置。 An air-fuel ratio sensor is installed at an exhaust gas collecting portion where exhaust gases from a plurality of cylinders of an internal combustion engine flow, and the air-fuel ratio of each cylinder is estimated based on the output of the air-fuel ratio sensor. In a cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that executes cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control for controlling the air-fuel ratio of each cylinder by cylinder,
An exhaust pressure influence degree determining means for determining whether or not the influence degree of the exhaust pressure of the internal combustion engine on the output of the air-fuel ratio sensor exceeds an allowable level;
An internal combustion engine comprising: a stop unit that stops or prohibits the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control when the exhaust pressure influence level determination unit determines that the exhaust pressure level of influence exceeds a permissible level. Air-fuel ratio control device for each cylinder.
前記排気圧影響度合判定手段は、所定期間における前記排気圧センサの出力の変動量が所定値以上のときに、前記排気圧の影響度合が許容レベルを越えたと判定する手段を有することを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の気筒別空燃比制御装置。 An exhaust pressure sensor for detecting an exhaust pressure for each exhaust manifold or each exhaust manifold of each cylinder;
The exhaust pressure influence degree determining means includes means for determining that the influence degree of the exhaust pressure has exceeded an allowable level when the fluctuation amount of the output of the exhaust pressure sensor in a predetermined period is a predetermined value or more. The cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 6.
前記排気タービンの上流側に前記空燃比センサが設置されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の内燃機関の気筒別空燃比制御装置。 An exhaust turbine supercharger that supercharges intake air by driving a compressor by an exhaust turbine provided in an exhaust passage of the internal combustion engine;
10. The cylinder-by-cylinder air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the air-fuel ratio sensor is installed upstream of the exhaust turbine.
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