JP2018003603A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フィードバック処理部M14は、空燃比センサの出力値Iafを目標値Iaf*にフィードバック制御するためのフィードバック操作量KAFを算出する。指令噴射量算出処理部M16は、内燃機関の低温駆動時において、ベース噴射量Qbを、フィードバック操作量KAFおよび低温学習値LafL、および低温増量処理のための増量係数にて補正することによって、指令噴射量Q*を算出する。更新処理部M18は、フィードバック操作量KAFに基づき、低温学習値LafLを更新する。詳しくは、更新処理部M18は、学習用補正処理部M18aにおいて内燃機関のシリンダ壁面の温度に応じてフィードバック操作量KAFを補正し、補正された値に応じて低温学習値LafLを更新する。
【選択図】図2
Description
1.内燃機関の空燃比制御装置は、空燃比を目標値に開ループ制御するためのベース噴射量を設定する開ループ処理部と、内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサによる前記空燃比の検出値を前記目標値にフィードバック制御するためのフィードバック操作量を算出するフィードバック処理部と、前記内燃機関の温度が規定温度以下である場合、前記ベース噴射量を増量補正する増量処理部と、前記フィードバック操作量および学習値によって補正されて且つ前記増量処理部によって増量補正された前記ベース噴射量に基づき、燃料噴射弁を操作する操作処理部と、前記フィードバック操作量に基づき、前記学習値を更新する更新処理部と、を備え、前記更新処理部は、前記増量処理部による増量補正がなされているとき、前記フィードバック操作量による前記ベース噴射量の補正率を同一として且つ前記増量処理部による前記ベース噴射量の増量補正率を同一とする場合、前記学習値を、前記内燃機関のシリンダ壁面の温度が高い場合に低い場合よりも前記ベース噴射量の増量補正率が大きくなるように更新する。
以下、内燃機関の空燃比制御装置にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
制御装置40は、内燃機関10を制御対象とし、制御量(トルク、排気成分)を制御するために、ポート噴射弁16や、点火装置30等のアクチュエータを操作する。上記制御に際し、制御装置40は、クランク軸32の回転角度を検出するクランク角センサ50や、空燃比を検出する空燃比センサ52、冷却水温(水温THW)を検出する水温センサ54、吸入空気量Gaを検出するエアフローメータ56等の各種センサ類の出力値を取り込む。
開ループ処理部M12は、目標値AF*に基づき、燃焼室24内の空燃比を目標値AF*とするための開ループ操作量として、ベース噴射量Qbを算出する。詳しくは、開ループ処理部M12は、吸入空気量Gaおよび回転速度NEに応じて定まる燃焼室24に吸入される空気量と、目標値AF*とに基づき、ベース噴射量Qbを算出する。なお、回転速度NEは、クランク角センサ50の出力信号Scrに基づき算出される。
図2に戻り、操作処理部M20は、指令噴射量Q*に基づき、ポート噴射弁16を操作するための操作信号MS2を生成して、ポート噴射弁16に出力する。
学習用補正処理部M18aは、フィードバック操作量KAFを入力とし、低温増量処理時には、これを補正したものを、低温増量処理がなされていないときには、その値をそのまま平均操作量算出処理部M18bに出力する。
図4に、選択学習処理部M18cの処理の手順を示す。図4に示す処理は、たとえば所定周期で繰り返し実行される。なお、以下では、処理の主体をCPU42として記載する。
図5に、上記学習用補正処理部M18aの処理の手順を示す。図5に示す処理は、たとえば所定周期で繰り返し実行される。なお、以下では、処理の主体をCPU42として記載する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
(1)燃焼速度を高く維持すべく、低温増量処理がなされている場合、なされていない場合と比較して目標値AF*をリッチ側の値とした。この場合、ベース噴射量Qbが、空燃比をリッチ化された目標値AF*とするうえでの噴射量とされるため、燃焼室24内において燃焼に供される混合気の空燃比をリッチとするための燃料増量がフィードバック操作量KAFに影響を及ぼすことを抑制することができる。
以下、内燃機関の空燃比制御装置にかかる第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
以下、内燃機関の空燃比制御装置にかかる第3の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図9に、本実施形態にかかる学習用補正処理部M18aの処理を示す。図9に示す処理は、たとえば所定周期で繰り返し実行される。なお、図9において、図5に示した処理に対応するものについては、便宜上同一のステップ番号を付してその説明を省略する。
以下、内燃機関の空燃比制御装置にかかる第4の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
ここで、容積Vは、クランク角θによって変化するものであり、クランク角θに応じて算出される。なお、本実施形態では、上記比熱κを、定数とする。
上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と、実施形態における事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。なお、以下において、「メモリ44に記憶されたプログラムに従って所定の処理を実行するCPU42」のことを、記載を簡素化するために、「所定の処理を実行するCPU42」と記載する。
2.リッチ処理部は、水温THWが低い場合に目標値AF*を理論空燃比よりもリッチとする目標値設定処理部M10に対応する。
4.噴射量積算処理部は、ステップS64aの処理を実行するCPU42に対応する。
5.熱量算出処理部は、ステップS64bの処理を実行するCPU42に対応する。
7.増量補正がなされているときの更新対象が低温学習値であることは、図4のステップS46において肯定判定されることを条件にステップS50の処理に移行することに対応し、所定温度は、規定温度Tthに対応する。
<その他の実施形態>
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。
積算空気量としては、エアフローメータ56によって検出される吸入空気量Gaの積算値を算出するものに限らず、たとえば、ベース噴射量Qbに、目標値AF*を乗算した値の積算値としてもよい。また、たとえば、吸入空気量Gaに代えて、燃焼室24に充填される空気量の積算値としてもよい。
図5に例示した処理では、内燃機関10の始動からの積算空気量InGおよび都度の水温THWの2次元マップに基づき、未寄与分補正率Rncを逐次算出したが、これに限らない。たとえば、未寄与分補正率Rncを逐次算出するための入力パラメータとしての水温THWについては、内燃機関10の始動直後における水温THWを常時用いることとしてもよい。
また、積算空気量InGおよび水温THWに加えて、燃焼室24に吸入される空気の温度(吸気温)に基づき未寄与分補正率Rncを算出してもよい。この場合、吸気温が高い場合に低い場合よりもシリンダ壁面21の温度が高いとして未寄与分補正率Rncを小さい値に算出する。なお、吸気温は、外気温センサを備えてその検出値を用いればよい。
図9に例示した処理では、内燃機関10の始動からの積算噴射量InQbおよび都度の水温THWの2次元マップに基づき、未寄与分補正率Rncを逐次算出したが、これに限らない。たとえば、未寄与分補正率Rncを逐次算出するための入力パラメータとしての水温THWについては、内燃機関10の始動直後における水温THWを常時用いることとしてもよい。
また、積算噴射量InQbおよび水温THWに加えて、燃焼室24に吸入される空気の温度(吸気温)に基づき未寄与分補正率Rncを算出してもよい。この場合、吸気温が高い場合に低い場合よりもシリンダ壁面21の温度が高いとして未寄与分補正率Rncを小さい値に算出する。
熱量Qの算出に用いる上記の式(c1)において、比熱κを、目標値AF*に応じて可変設定してもよい。
また、たとえば、上記の式(c1)の1燃焼サイクルに渡る積分によって算出される熱量Qと、吸入空気量Ga、および水温THWに基づき、1燃焼サイクル経過後のシリンダ壁面21の温度を推定する処理を周期的に実行してもよい。燃焼室24内に吸入される空気の温度(吸気温)を加味してシリンダ壁面21の温度を推定してもよい。
積算空気量InGや、積算噴射量InQb、積算熱量InQ等に基づき、間接的にシリンダ壁面21の温度を把握する処理に限らず、たとえば、シリンダ壁面21の温度を検出するセンサを備えて、その検出値を利用してもよい。
上記実施形態では、許容下限値TthL以上であることを条件に低温学習値LafLの更新を許可したが、これに限らない。たとえば、許容下限値TthLを設けることなく、低温学習値LafLを、規定温度Tth以下である場合に更新するものとしてもよい。
低温学習値LafLおよび高温学習値LafHを各別に学習することは必須ではない。また、低温学習値LafLおよび高温学習値LafHを、吸入空気量Gaによって区分された複数の学習領域毎に各別に学習することも必須ではない。
上記第1,3,4の実施形態において、フィードバック処理部M14を、比例要素、積分要素、および微分要素を備えて構成するものに代えて、たとえば、比例要素および積分要素を備えるものとしてもよく、またたとえば、比例要素のみを備えるものとしてもよい。
平均操作量算出処理部M18bとしては、フィードバック操作量KAFの加重移動平均処理を実行するものに限らず、たとえば、所定の複数個の単純移動平均値を算出する処理であってもよい。ここで、所定の複数個は、10個以上であることが望ましい。
選択学習処理部M18cとしては、平均操作量KAFaと「1」との乖離が大きいほど、学習値の更新量ΔLの絶対値を大きくするものに限らない。たとえば、更新量ΔLを、「KAFa−1」に所定のゼロ以上1以下の定数を乗算した値としてもよい。
更新処理部が、平均操作量KAFaを算出する処理を実行することは必須ではない。たとえば、フィードバック処理部M14の積分要素の出力値に応じて更新量ΔLを算出したり、「(積分要素の出力値)−1」に所定の定数(<1)を乗算した値を更新量ΔLとしたりしてもよい。なお、この場合、積分要素の出力値の変動量が所定量以下となることを条件に、学習値の更新を許可してもよい。ちなみに、この場合、リッチ化寄与分補正量Acによる補正対象は、更新量ΔLの算出処理の入力となる積分要素の出力値とすればよい。
上記第2の実施形態では、特定の学習領域にある低温学習値LafLから同学習領域にある高温学習値LafHを減算した値を差分値ΔIとして、積分要素が保持する値Iに加算したがこれに限らない。たとえば、CPU42が、燃料噴射制御に利用する学習値を、複数の学習領域のそれぞれの学習値の補間演算によって算出する場合、複数の学習領域のそれぞれの低温学習値LafLの補間演算によって算出された値から、複数の学習領域のそれぞれの高温学習値LafHの補間演算によって算出された値を減算した値を差分値ΔIとしてもよい。なお、補間演算によって燃料噴射制御のための学習値を算出する処理は、たとえば、学習領域の代表点を設定して各学習領域の学習値を代表点における値とし、現在の吸入空気量Gaが代表点のいずれにも一致しない場合に、隣接する一対の代表点における学習値の加重移動平均処理として実行することができる。ここで、加重移動平均処理の重み係数は、現在の吸入空気量Gaと代表点との距離が近いほど大きい値とすればよい。
上記実施形態では、低温増量がなされているときに空燃比の目標値AF*を理論空燃比よりもリッチとし、低温増量がなされていないときの目標値AF*を理論空燃比としたが、これに限らない。
制御装置40が、CPU42およびメモリ44を備えて、上述した各種処理を全てソフトウェア処理するものに限らない。たとえば、平均操作量算出処理部M18bの処理を、専用のハードウェア(特定用途向け集積回路:ASIC)にて処理するなど、少なくとも一部の処理を実行するASICを備えたものであってもよい。
上記実施形態では、燃料噴射弁として、吸気通路12に燃料を噴射するポート噴射弁を例示したが、これに限らない。たとえば、燃焼室24内に燃料を噴射する筒内噴射弁であってもよい。またたとえば、筒内噴射弁とポート噴射弁との双方を備える内燃機関10を採用してもよい。この場合、筒内噴射弁とポート噴射弁とのそれぞれに、各別に学習値を割り当てることが望ましい。この場合には、「Qb・KAF・KWLB」のうち「KPFI・100%」をポート噴射弁から噴射するとする場合、水温THWが規定温度Tth以下である場合には次のようにすることが望ましい。すなわち、ポート噴射弁の指令噴射量を、ポート噴射弁用の学習値Lpを用いて、「Qb・KAF・KWLB・KPFI・Lp」とし、筒内噴射弁用の指令噴射量を、筒内噴射弁用の学習値Ldを用いて、「Qb・KAF・KWLB・(1−KPFI)・Ld」とする。
たとえば、ベース噴射量Qbの算出に吸入空気量Gaを直接用いることなく、定常時においてエアモデルを補正するためにのみ吸入空気量Gaを利用することとし、エアモデルから推定された筒内吸入空気量に基づきベース噴射量Qbを算出してもよい。
Claims (8)
- 空燃比を目標値に開ループ制御するためのベース噴射量を設定する開ループ処理部と、
内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサによる前記空燃比の検出値を前記目標値にフィードバック制御するためのフィードバック操作量を算出するフィードバック処理部と、
前記内燃機関の温度が規定温度以下である場合、前記ベース噴射量を増量補正する増量処理部と、
前記フィードバック操作量および学習値によって補正されて且つ前記増量処理部によって増量補正された前記ベース噴射量に基づき、燃料噴射弁を操作する操作処理部と、
前記フィードバック操作量に基づき、前記学習値を更新する更新処理部と、を備え、
前記更新処理部は、前記増量処理部による増量補正がなされているとき、前記フィードバック操作量による前記ベース噴射量の補正率を同一として且つ前記増量処理部による前記ベース噴射量の増量補正率を同一とする場合、前記学習値を、前記内燃機関のシリンダ壁面の温度が高い場合に低い場合よりも前記ベース噴射量の増量補正率が大きくなるように更新する内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記内燃機関の回転速度および負荷によって定まる動作点が同一である場合、前記増量処理部による増量補正がなされているときになされていないときと比較して前記目標値をリッチとするリッチ処理部を備える請求項1記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記更新処理部は、
前記内燃機関の吸入空気量の積算量である積算空気量を算出する空気量積算処理部を備え、
前記フィードバック操作量による前記ベース噴射量の補正率を同一として且つ前記増量処理部による前記ベース噴射量の増量補正率を同一とする場合、前記空気量積算処理部が算出した積算空気量が多い場合に少ない場合よりも前記シリンダ壁面の温度が高いとして、前記学習値を、前記ベース噴射量の増量補正率が大きくなるように更新する請求項1または2記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記更新処理部は、
前記ベース噴射量の積算量である積算噴射量を算出する噴射量積算処理部を備え、
前記フィードバック操作量による前記ベース噴射量の補正率を同一として且つ前記増量処理部による前記ベース噴射量の増量補正率を同一とする場合、前記噴射量積算処理部が算出した積算噴射量が多い場合に少ない場合よりも前記シリンダ壁面の温度が高いとして、前記学習値を、前記ベース噴射量の増量補正率が大きくなるように更新する請求項1または2記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記更新処理部は、
前記内燃機関の燃焼室内の圧力の検出値の時系列データに基づき、前記内燃機関の燃焼室内において発生する熱量を算出する熱量算出処理部を備え、
前記増量処理部による増量補正がなされているとき、前記熱量算出処理部によって算出される熱量に基づき前記シリンダ壁面の温度を把握しつつ、前記学習値を更新する請求項1または2記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記更新処理部は、前記増量処理部による増量がなされているとき、前記内燃機関の冷却水の温度が高い場合に低い場合よりも前記シリンダ壁面の温度が高いとし、前記冷却水の温度を加味して前記学習値を更新する請求項3〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記学習値は、前記内燃機関の温度が所定温度よりも高い場合の高温学習値と、前記所定温度以下である場合の低温学習値と、を含み、
前記操作処理部は、前記内燃機関の温度が前記規定温度よりも高い場合、前記フィードバック操作量および学習値によって補正された前記ベース噴射量に基づき、前記燃料噴射弁を操作するものであり、
前記所定温度が、前記規定温度以上であって、前記増量処理部による増量補正がなされているときの前記更新処理部による更新対象が、前記低温学習値である請求項1〜6のいずれか1項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記フィードバック処理部は、前記検出値と前記目標値との差を入力とする積分要素を備え、
前記フィードバック操作量は、前記積分要素の出力値に基づく値であり、
前記ベース噴射量の補正に用いられる前記学習値が前記低温学習値から前記高温学習値に切り替えられる際、前記低温学習値から前記高温学習値を減算した値である差分値を前記積分要素が保持している値に加算する加算処理部を備える請求項7記載の内燃機関の空燃比制御装置。
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