JP2645550B2 - リーンバーンエンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

リーンバーンエンジンの空燃比制御装置

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JP2645550B2
JP2645550B2 JP61096522A JP9652286A JP2645550B2 JP 2645550 B2 JP2645550 B2 JP 2645550B2 JP 61096522 A JP61096522 A JP 61096522A JP 9652286 A JP9652286 A JP 9652286A JP 2645550 B2 JP2645550 B2 JP 2645550B2
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、希薄な混合気を完全燃焼させるためのリー
ンバーンエンジンに関し、その空燃比をフィードバック
制御するリーンバーンエンジンの空燃比制御装置に関す
る。
【従来技術】
従来、リーンバーンエンジンは、燃費と出力の両立と
いう点から、常用運転域では空燃比をリーンに高負荷時
には空燃比を理論空燃比より若干リッチ側に、例えばA/
F13程度にすることが望まれている。このため、例え
ば、特開昭58−48749号公報で示されている空燃比制御
装置によれば、理論空燃比近傍及びリーン空燃比域にお
ける混合気の空燃比を感知するリーンセンサを用いて空
燃比のフィードバック制御を行うことにより、空燃比を
理論空燃比又はリーン空燃比に精度良く制御するように
している。 ここで空燃比の目標値は、例えば、予め運転状態に応
じたマップとして格納されて運転状態に応じてマップ検
索されるのであり、空気流量Q,エンジン回転数N,及びイ
ンジェクタ容量によって決まる係数K,空燃比を所望の値
に補正するための換算係数KAFにより基本燃料噴射量を
求め、さらにこの基本燃料噴射量に暖機増量及び吸気温
補正等の補正係数COEFを乗じて補正燃料噴射量を計算
する。 これによる空燃比を目標値に制度よく制御するには、
リーンセンサによるフィードバック制御が必要であり、
リーンセンサからの空燃比信号と目標値空燃比との偏差
によりフィードバック係数KFB(偏差がゼロの場合はK
FB=1)を変化させ、下記の式によって燃料噴射量、す
なわち燃料噴射時間Tiを求める。 Ti=K・KAF・Q/N・COEF このようにして、空燃比のフィードバック制御が行わ
れるが、エンジン、排気管及びリーンセンサを含むフィ
ードバック系には応答遅れがあるので、例えば、特開昭
58−59330号公報に示されている空燃比制御方法におい
ては、酸素濃度に比例した出力信号を発生するリーンセ
ンサの検出値に基づき、空燃比を目標値に制御する際、
目標空燃比が変化したときは、リーンセンサの出力値が
所定値を越えるまで、通常より高く補正係数を加減補正
し、リーンセンサを含むフィードバック系の応答遅れを
補償するようにしている。
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成された従来の空燃比制御方法におい
ては、空燃比の目標値が運転状態に応じて変化すると、
空燃比を所望の値に補正するための換算係数KAFが直ち
に変化すると共に、第6図に示すように、変更された目
標空燃比になるようにフィードバック係数KFBも直ちに
変化する。これにより燃料噴射量が増減補正される。し
かしながら、エンジンの下流側に配置されたリーンセン
サに、上記換算指数KAFやフィードバック係数KFBによ
り増減補正された燃料がエンジンで燃焼され排気ガスと
なって到達するまでには時間がかかるため、リーンセン
サからの出力値は遅れて変化を開始し、また、リーンセ
ンサを通過する排気ガスの空燃比も瞬時に変化するもの
ではなく、一次遅れを持って変化する。こうしたフィー
ドバック系の応答遅れによって、フィードバック制御系
にハンチングが生じるという問題がある。 このため、補正係数を加減してフィードバック系にお
いて応答遅れを補償するようにしたものもあったが、フ
ィードバック系の応答遅れ時間に基づく補償ではなかっ
たので、制御系のハンチングの要因を確実に除去するこ
とができなかった。 そこで本願発明は、目標空燃比が運転状態に応じて変
化しても、フィードバック制御系におけるハンチングの
発生を防止できるようにしたリーンバーンエンジンの空
燃比制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決する手段】 この目的を達成する手段として、本発明は、リーンセ
ンサを用いて空燃比を運転状態に応じて目標空燃比にフ
ィードバック制御する空燃比制御装置において、上記リ
ーンセンサを含む空燃比フィードバック系の応答遅れに
近似した一次遅れ時定数を設定する応答遅れ時定数算出
手段と、上記目標空燃比を上記一次遅れ時定数で加重平
均化処理した値を補正目標値として新たに設定する一次
遅れ処理手段とを備えたことを特徴とする。
【作用】
このような手段を採用した本発明では、目標空燃比が
運転状態に応じて変化すると、リーンセンサを含む空燃
比フィードバック系の応答遅れに近似した一次遅れ時定
数で目標空燃比を補正し、この新たに設定された補正目
標値をリーンセンサの出力と比較してフィードバック量
を決定して、最終的に当初設定された目標空燃比となる
ようにフィードバック制御が行われる。 ここで、応答遅れ時定数算出手段では、予め実験等で
求められるリーンセンサを含む空燃比フィードバック系
の応答遅れを一次遅れ要素で近似して一次遅れ時定数を
求めておき、その値を運転状態に対応してマップ化等の
手段で備えて目標空燃比の補正時に算出し出力する。そ
して、一次遅れ処理手段では、応答遅れ時定数算出手段
から出力された一次遅れ時定数を用いて目標空燃比を加
重平均化処理することによって、目標空燃比を空燃比フ
ィードバック系の応答遅れを考慮した値に逐次補正して
出力するので、補正目標値は空燃比フィードバック制御
の応答状況によって逐次変更されて設定されることにな
る。 このようにして、目標空燃比がリーンセンサを含む空
燃比フィードバック系の応答特性に近似した値に補正さ
れてフィードバック制御を行うことにより、制御のはじ
めからフィードバック量を小さく抑えることができ、フ
ィードバック制御のハンチングを確実に防止することが
できる。
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して具体的に説
明する。 第1図は一実施例を示すリーンバーンエンジンの空燃
比制御系の構成図、第2図はリーンセンサの出力特性
図、第3図は空燃比制御装置のブロック図、第4図は一
実施例の作用を示すフローチャート、第5図は一実施例
の作用を示す空燃比の過渡応答図である。 第1図において、符号1はリーンバーンエンジン、2
はホットワイヤエアフローメータ、3はスロットルセン
サ、4はインジェクタ、5はリーンセンサを示し、この
リーンセンサ5は第2図に示すように空燃比−出力電流
のリーン側特性を有している。また、符号6は排気ガス
浄化用の触媒、7は水温センサ、8はクランク角セン
サ、10はマイクロコンピュータからなる空燃比制御装置
である。 上記空燃比制御装置10は、エアフローメータ2によっ
て検出される空気流量Q及びクランク角センサ8の信号
から求められるリーンバーンエンジン1の回転数Nに基
づき、運転状態に応じた空燃比の目標値を予め設定され
たマップより求め、さらに、回転数Nと空気流量Qによ
り基本の燃料噴射量を燃料噴射手段19で計算し、これに
水温センサ7の信号によって判定される暖機状態等に応
じた補正及び目標空燃比になるように燃料噴射量に換算
するための補正が行われて燃料噴射、即ち噴射時間を決
定してインジェクタ4を工藤し、運転状態に応じた目標
空燃比となるように燃料を噴射する。 また、排気ガス中の空燃比は、排気マニホールドに設
置されているリーンセンサ5によって検出され、直前に
決定された運転状態に対応する後述の補正目標値と比較
され、その偏差に応じたフィードバック補正係数KFBを
燃料噴射量に乗じて補正を行い、フィードバック制御に
よって精密な空燃比制御を行う。 この空燃比制御装置10は、第3図のブロック図のよう
に構成されており、図中符号11は目標空燃比設定手段
で、各運転状態に応じた空燃比の目標値がマップの形で
格納されている。また符号12は係数算出手段で、所定の
空燃比になるように補正するための燃料噴射量換算係数
KAF、及び暖機増量や吸気温補正のための補正係数COE
Fを算出する。 符号13は乗算器、14は燃料噴射量算出手段19の出力信
号と乗算器13からの出力信号とが入力するTi算出手段
で、燃料噴射量、即ち燃料噴射時間Tiを求める。 符号17は運転状態の変化による空燃比フィードバック
系の遅れの内主としてリーンセンサ5からの出力値の応
答遅れを一次遅れ時定数として、運転状態をパラメータ
として近似算出する応答遅れ時定数算出手段、符号18
は、目標空燃比設定手段11から出力される目標空燃比を
上記応答遅れ時定数算出手段17で算出された一次遅れ時
定数で加重平均化処理し、その値を補正目標値として新
たに設定する一次遅れ処理手段である。 ここで一次遅れ時定数はリーンセンサ5を通過する排
気ガスの空燃比が順次変化していくことに近似させて設
定される時定数であり、例えば、排気ガス流量が多い高
回転時には小さい値を、排ガス流量が少ない低回転時に
は大きい値をとるように設定される。また、一次遅れ処
理手段18で第5図に示すように目標空燃比になるまで順
次更新されていく補正目標値は、最新の補正目標値とそ
の前回の補正目標値とを上記一次遅れ時定数で加重平均
して求められる。 また符号15は一次遅れ処理手段18からの補正目標値と
リーンセンサ5からの空燃比信号とを比較してその偏差
を求める加減算器、16はこの偏差に応じてフィードバッ
ク補正係数KFBを算出するKFB算出手段である。 次ぎに、以上のように構成された一実施例につき、そ
の作用を第4図のフローチャートを参照して説明する。 目標空燃比設定手段11は、リーンバーンエンジン1の
回転数N,空気流量Qなどの機関運転状態の信号を入力し
てマップを参照し、空燃比の目標値を出力する(ステッ
プ102)。そして、係数算出手段12で、所望の燃料噴射
量に換算するための燃料噴射量換算係数KAF(ステップ
103)、暖機増量や吸気温補正などの補正係数COEF(ス
テップ104)をそれぞれ算出する。 一方、リーンバーンエンジン1からの排気ガス中の空
燃比はリーンセンサ5によって検出され(ステップ10
5)るが、リーンセンサ5を含むフィードバック系の応
答遅れに近似した値に目標空燃比を補正するために、応
答遅れ時定数算出手段17は、予めエンジン運転状態に対
応した値でフィードバック系の応答遅れに近似して設定
されている一次遅れ時定数τを算出し(ステップ10
6)、その信号を一次遅れ処理手段18へ出力する。 すると一次遅れ処理手段18では、目標空燃比設定手段
11から出力される目標空燃比になるまで空燃比フィード
バックの目標値である補正目標値を、応答遅れ時定数算
出手段17から入力した一次遅れ時定数τで順次加重平均
化処理し(ステップ107)、その処理した値を新たに設
定して加減算器15に出力する。ここで、加重平均化処理
によって設定される最新の補正目標値は、最終的な目標
空燃比と、前回の補正目標値に一次遅れ時定数τを乗じ
た値との和を(1+τ)で除して算出されることは言う
までもない。 したがって、目標空燃比が運転状態の変化で急変する
場合には、第5図に一点鎖線で示すよう一次遅れ処理の
施された補正目標値と、破線で示すような元々フィード
バック制御系の無駄時間(エンジンからの排気ガスがリ
ーンセンサ5に到達する間での時間)と一次遅れを伴っ
たリーンセンサ5からの出力信号とが加減算器15で比較
されることとなる(ステップ108)。ここで、一次遅れ
処理手段18からの補正目標値はリーンセンサ5からの出
力信号と略一致するように一次遅れ時定数がその時の運
転状態に応じて設定されて補正されているため、両者の
偏差に応じてKFB算出手段16で算出されるフィードバッ
ク補正係数KFBの変動は極めて小さくなり、フィードバ
ック制御のオーバーシュートも極めて小さく、ハンチン
グが生じることなく空燃比は目標値に迅速に収束するよ
うになる。 ステップ108でリーンセンサ5の出力値が最新の補正
目標値よりも大きい場合には、ステップ111を介してス
テップ112でフィードバック補正係数KFBを増大補正
し、一方、ステップ108でリーンセンサ5の出力値が最
新の目標値以下の場合には、ステップ109を介してステ
ップ110でフィードバック補正係数KFBを減少補正して
ステップ113に移行する。 そして、これらの各係数は乗算器で13で乗算されてTi
算出手段14に入力され、ここで燃料噴射量、即ちTiが、 Ti=K・KAF・KFB・Q/N・COEF の演算式により計算され(ステップ113)、燃料噴射時
間Tiに応じて燃料がインジェクタ4を介してエンジン1
の各気筒に噴射される。
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、目標空燃比が運
転状態に応じて変化する際には、その時の運転状態に応
じたリーンセンサを含む空燃比フィードバック系の応答
遅れが近似的に一次遅れ時定数として算出され、この一
次遅れ時定数によって逐次目標空燃比を補正して出力す
る。したがって、補正された目標空燃比とリーンセンサ
を含むフィードバック系の応答遅れを伴う検出値との偏
差は制御のはじめから小さな値となり、空燃比フィード
バック制御系のハンチングの発生を確実に防止すること
ができ、目標空燃比への収束性を格段に向上させること
ができる。 また、目標空燃比への収束性を格段に向上させること
ができるから、排気エミッションの改善や運転フィーリ
ングの向上などの効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第5図はこの発明の一実施例を示し、第1図は
空燃比制御系の構成図、第2図はリーンセンサの出力特
性を示す説明図、第3図は空燃比制御装置のブロック
図、第4図は一実施例の作用を示すフローチャート、第
5図は本発明の作用を示す空燃比の過渡応答図である。
第6図は従来の制御装置による空燃比の過渡応答図であ
る。 1……リーンバーンエンジン、2……ホットワイヤエア
フローメータ、 3……スロットルセンサ、4……インジェクタ、 5……リーンセンサ、6……触媒 7……水温センサ、8……クランク角センサ、 10……空燃比制御装置、11……目標空燃比設定手段、 12……係数算出手段、13……乗算器、 14……Ti算出手段、15……加減算器、 16……KFB算出手段、17……応答遅れ時定数算出手段、 18……一次遅れ処理手段、19……燃料噴射量算出手段。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リーンセンサを用いて空燃比を運転状態に
    応じて目標空燃比にフィードバック制御する空燃比制御
    装置において、 上記リーンセンサを含む空燃比フィードバック系の応答
    遅れに近似した一次遅れ時定数を設定する応答遅れ時定
    数算出手段と、 上記目標空燃比を上記一次遅れ時定数で加重平均化処理
    した値を補正目標値として新たに設定する一次遅れ処理
    手段と、 を備えたことを特徴とするリーンバーンエンジンの空燃
    比制御装置。
JP61096522A 1986-04-25 1986-04-25 リーンバーンエンジンの空燃比制御装置 Expired - Lifetime JP2645550B2 (ja)

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US07/039,616 US4770147A (en) 1986-04-25 1987-04-16 Air-fuel ratio control system for an engine
DE19873713533 DE3713533A1 (de) 1986-04-25 1987-04-22 Steuerung fuer das kraftstoff-luft-mischungsverhaeltnis fuer einen motor
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JPS62251441A (ja) 1987-11-02

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