JP3607393B2 - Air-fuel ratio control device and air-fuel ratio control method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に係り、特に筒内噴射方式のエンジン又は希薄燃焼方式のエンジンに好適な空燃比制御装置及び空燃比制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の中で特に排ガス規制の厳しい自動車用のエンジンでは、排気通路に酸素センサを設け、センサ近傍の排気中に含まれる酸素を検出してエンジンに供給される混合気の空燃比を推定し、この推定値に基づいてフィードバック制御を行ない、エンジンに供給される混合気の空燃比が目標空燃比に収斂するように、燃料供給量を制御しているのが通例である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、エンジンがアイドリング運転時での空燃比の安定化について充分な配慮がされているとは言えず、特にエンジンのシリンダに取付けた燃料噴射弁により燃焼室内に燃料を直接噴射する方式の筒内噴射エンジンや、稀薄燃焼方式エンジンでは、アイドリング時に安定した空燃比制御が得られないという問題があった。
【0004】
この点について更に詳細に説明すると、以下の通りである。
まず、燃料噴射方式のエンジンでは、燃料ポンプや燃料配管など燃料供給系から発生するノイズが燃料噴射量に影響し、燃料噴射量にばらつきが発生することがある。
しかして、この場合でも、燃料噴射装置が吸気管側に取り付けられている、いわゆる吸気管内燃料噴射方式の従来のエンジンでは、吸気管内壁に燃料が付着してしまう壁流の発生が不可避であり、これにより空燃比制御に遅れが生じるなどの問題がある反面、この壁流によりノイズが平滑化され、空燃比の変動に影響することはなかった。
【0005】
また、目標空燃比をストイキ(理論空燃比)近傍に設定した従来の空燃比制御装置では、目標空燃比をリーン(稀薄側)に設定した稀薄燃焼方式の空燃比制御装置に比して、燃料噴射量に対するノイズの影響度が小さいので、同様に、このような燃料供給系でのノイズが空燃比の変動の原因となることはなかった。
【0006】
しかるに、筒内噴射エンジンでは上記した壁流がないので、燃料噴射量に含まれているノイズがなまされることなく、直接エンジンの空燃比変動をもたらし、エンジンの燃焼状態に影響を及ぼし、特にアイドリング時で安定した空燃比が得られなくなってしまうのである。
【0007】
更に目標空燃比をリーン領域にした稀薄燃焼方式のエンジンの場合、ストイキを目標空燃比とする場合に比べてノイズの燃料噴射量に対する影響度が大きくなるので、アイドリング時のエンジンの運転がが不安定になってしまうのである。
【0008】
本発明の目的は、筒内噴射エンジンや稀薄燃焼方式のエンジンに適用して、アイドリング時での空燃比制御が充分に安定して得られるようにした空燃比制御装置及び空燃比制御方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、例えば図1に示すように、下記a〜dの手段を設けることにより達成される。
a)エンジンの排気通路に取り付けられて、排気中の酸素濃度を検出することによりエンジンに供給される混合気の空燃比を推定する空燃比検出手段。
【0010】
b)エンジンのアイドリング時を検出するアイドリング時検出手段、及び一定時間毎に燃料噴射量信号を検出し例えば一定時間毎に前後の燃料噴射量の差を計算し、その値の差が充分に小さければ噴射量信号が安定していると判断する燃料噴射量信号安定時検出手段。
【0011】
c)エンジンのアイドリング時に前記空燃比検出手段から得られる信号から燃料供給系より発生するノイズと思われる周波数成分を抽出し、さらにその周波数成分のスペクトルを検出する周波数及びスペクトル検出手段。
【0012】
d)検出されたノイズの周波数成分およびスペクトルに基づきアイドリング時のエンジンへの燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段。
【0013】
前記の空燃比検出手段は、排気中の酸素濃度を検出することでエンジンの燃焼室内の空燃比を推定する。
すなわちエンジンに供給される混合気の空燃比が理論空燃比であれば酸素と燃料が過不足なく反応するので、燃焼後の排気中に含まれる酸素量は極めて少なくなる。
【0014】
また、エンジンに供給される混合気の空燃比が理論空燃比より高かった場合、すなわちリーン(稀薄)であった場合、混合気中に含まれる酸素量は燃焼反応に要される酸素量より多いので燃焼後、排気中に含まれる酸素量は理論空燃比での排気中に含まれるそれより多い。
【0015】
従って、排気中に含まれる酸素量と燃焼室内の混合気の空燃比とは比例関係にあり、排気中に含まれる酸素量を検出することによってエンジンに供給される混合気の空燃比を推定することが可能となる。
【0016】
次に、エンジンの吸気管に取り付けられているスロットルバルブの開度を検出するポテンショメータは、該バルブの開度に応じて信号を出力するので、バルブが全閉状態で出力される信号をもってアイドリング時を判定することができる。
【0017】
また、一定時間毎に燃料噴射装置に送られる燃料噴射信号のパルス幅を記憶しておき、例えば一定時間前後の燃料噴射量の差を計算し、その値の差が充分に小さければその間燃料噴射信号はほとんど変化していないと判断できるので、これをもって噴射量が安定していると判断する。
【0018】
次にノイズの周波数成分とそのスペクトル検出手法であるが、エンジンが上述のアイドリング時検出手段によりアイドリング時であると判定され、かつ上述の燃料噴射量安定時期判定手段により噴射量信号が安定していると判定された期間で、空燃比センサから得られる信号を例えばFFT等を用いて周波数分析することによりノイズの周波数成分を検出する。
ここで、FFTとは、Fast Fourier Transform の略称で、高速フーリェ変換のことである。
【0019】
このノイズは燃料供給系より発生するもので、燃料配管における燃料の脈動等によるものであり、例えば燃料ポンプの弁の開閉周期に従った燃料の脈動、燃料噴射弁の噴射周期に従った燃料の脈動等、いずれも固有の周波数帯を持つ。
【0020】
燃料噴射パルス幅が一定であるといって良いほどパルス幅の変動が充分に小さいとき、一般に流入空気量の変動も充分に小さいので、エンジンの空燃比の変動も充分に小さいはずであるが、このときでも、上述の燃料供給系によって発生するノイズの影響により燃料噴射装置から噴射される燃料量に変動が生じ、エンジンの空燃比の変動を引き起こす。
【0021】
従って、このとき空燃比センサから得られる信号を周波数分析することでノイズの周波数成分を抽出することが可能となる。
一般にノイズには白色雑音と有色雑音と呼ばれるものがあり、燃料噴射系から発生するノイズにも白色雑音と有色雑音が混在していると考えられる。
【0022】
白色雑音は全周波数領域にわたって一定のスペクトルを持つが、有色雑音はスペクトルに偏りが存在する。
従って白色雑音と有色雑音が混在する信号の周波数解析を行うと、特定の周波数において強いスペクトルが検出されることがある。
本発明では、この原理にしたがい空燃比信号を周波数解析することにより有色雑音の成分を抽出することにより目的を達成するようにしたものである。
【0023】
上述のノイズの周波数成分検出手段により、ノイズの周波数とそのスペクトルが得られるので、検出されたノイズとは周波数及びスペクトルが等しく、且つ逆位相の補正係数を燃料噴射幅に加えてやる。
この結果、最終的に燃料噴射装置に送られる信号は、ノイズと等しい周波数、且つ逆位相で変化することになるので、ノイズの影響を相殺することができ、もってノイズを補償することが可能となる。
【0024】
以上をまとめると、本発明の或る実施例では、エンジンのアイドリング時を検出すると、一定時間前後の噴射量を比較し、前後の噴射量が一定の領域にある間、空燃比検出手段より得られる信号の周波数解析を行い、それぞれの周波数成分のスペクトルを得る。そして、或る一定値をこえるスペクトルを検知した場合、この間噴射信号は変化していないことから、このスペクトルは燃料供給系によって発生した周期的ノイズによるものであると見做すことができる。
【0025】
従って、図2に示すように、検出されたスペクトルとその周波数に応じてアイドリング時のエンジンへの燃料噴射量を補正することにより、安定した空燃比の制御が可能となる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による空燃比制御装置について、図示の一実施例により詳細に説明する。
図3は本発明の一実施例が適用対象とするエンジンシステムを示したもので、図示のように、外部からの空気はエアクリーナ1を通り、吸気マニホールド5を経てエンジン12に吸入される。
【0027】
エンジン12のシリンダにはインジェクタ(燃料噴射弁)6が設けてあり、これから噴射された燃料は、吸気マニホールド5を経て吸入された空気と混合され、エンジン12の内部で混合気を形成する。
【0028】
この混合気は、点火プラグ7で発生される火花により爆発し、その際発生するエネルギーがエンジンの動力源となる。
爆発後の排気は排気ポート8を経て触媒10に送り込まれ、ここで排気は浄化され、再び外部へと送り出される。
【0029】
エンジン12に吸入される空気量はエアフロセンサ2により計測され、流量信号がマイクロコンピュータを内部に有するコントロールユニット11に送り込まれ空気量に換算される。
また、クランク角センサ13からは、クランク軸の回転角1度毎に信号が出力され、コントロールユニット11に供給されて単位時間当たりのクランクアングルをもってエンジン12の回転数に換算される。
こうして、コントロールユニット11内で算出される空気量と回転数によりインジェクタ6より噴射される燃料の基本噴射量が決定される。
【0030】
さらに排気中に含まれる酸素濃度は空燃比センサ9により検出され、この信号がコントロールユニット11に供給され、ユニット内でエンジン内の混合気の空燃比が算出される。すなわち排気中に含まれる酸素濃度と空燃比の関係は、図5に示すようになっており、従って、酸素濃度を検出する空燃比センサ9により空燃比を求めることができるのである。
なお、この空燃比センサ9としては、上記した酸素濃度を検出する酸素センサに限らず、一酸化炭素の濃度を検出するCOセンサを用いても良い。
【0031】
コントロールユニット11では、算出された空燃比に従いエンジン内混合気の空燃比が目標空燃比となるよう基本噴射量に逐次補正を行なう。
またエンジン12内に流入する空気の量を調節するスロットルバルブ3には開度センサとしてポテンショメータ14が設けてあり、これからバルブの開度に応じて信号が出力される。
このポテンショメータ14から得られる信号値はエンジン12のアイドリング時、加速時の判定に用いられ、それに応じて燃料噴射量と点火進角に補正が加わる。
【0032】
なお、このポテンショメータ14に代えて、アクセルペダルの操作に応じてアイドル位置でオンオフするスイッチを用いても良い。
【0033】
ここで、4はアイドリング用のバイパス空気通路で、スロットルバルブ3を迂回して吸入空気を通過させ、アイドリング回転速度を制御する働きをするものである。
【0034】
次に、この実施例による空燃比の制御手法について、図4のフローチャートにより説明する。
(STEP1)
まず、このステップ1では、アイドルSWがオン(YES)であるかオフ(NO)であるかの判定を行う。このアイドルSWとは、図3におけるスロットルバルブ3に取り付けられたポテンショメータ14から出力される信号値に基づいて、コントロールユニット11内でオン−オフされる値である。
【0035】
すなわち、スロットルバルブ3が全閉状態のとき出力されるポテンショメータ14の信号値をコントロールユニット11が検出した場合、スロットルバルブ3は全閉状態と判断、アイドルSWオンとし、本発明の特徴である空燃比制御を開始し、アイドルSWオフの間は、本制御は行わないものとする。
【0036】
(STEP2)
本発明の実施例では、空燃比センサ9で検出される空燃比信号を周波数分析することにより燃料噴射系のノイズを検出し、燃料噴射量を補正することにより空燃比の安定化を図るものであるが、このステップ2では、この空燃比センサの信号をサンプリングする際に用いるタイマtをリセットするのである。
同時に、このときの燃料噴射量をTIOとする。
【0037】
以下に説明するように、このタイマtが、予め設定してあるサンプリング実行時間TSを以下になっている期間中、空燃比センサからの信号をサンプリングすることになる。
【0038】
(STEP3)
ここでは燃料噴射量の安定時期の判定を行う。
このため、各気筒の爆発毎に、つまりクランク角センサ13から得られるリファレンス信号が発生する毎に、コントロールユニット11が算出する燃料噴射量TIと、ステップ2で設定した燃料噴射量TIOとの差を計算する。
そして、この差の絶対値が、所定の閾値δより小さければステップ4へと進み、大きければ再びステップ1に戻るのである。
【0039】
すなわち、ここでは、コントロールユニット11で演算された噴射信号の変化幅がエンジン内の空燃比の変動に影響しない範囲に収まっているか否かを判断する部分であり、従って、閾値δはこの条件に見合った値に設定しておく必要があり、ここでは、この閾値δが0.1msとしてある。
なお、この閾値δは各々のエンジンに合わせて経験的に決めても良い。
【0040】
(STEP4)
ステップ3でユニットの計算する燃料噴射量にほとんど変動が無いと判断された場合、ステップ4に進み、サンプリング実行時間TSとタイマtの値の大小比較を行う。
そしてタイマtがサンプリング実行時間TS以下であればステップ5に進み、タイマtがサンプリング実行時間TSより大きければステップP6へ進む。すなわちt<TSの間、空燃比信号のサンプリングを行い、TS経過後、周波数解析の処理へと進むのである。
【0041】
なお、このサンプリング実行時間TSの値は、検出可能周波数に関係する。すなわち、検出可能となる最小周波数Fminは
Fmin=1/TS
となる。
ここで、サンプリング実行時間TSとしては2秒もあれば充分であり、このとき検出可能な最小周波数Fminは0.5Hzとなる。
【0042】
(STEP5)
ここでは空燃比センサ9からの信号のサンプリングを行う。具体的には、空燃比センサ9からの信号をコントロールユニット11内のRAMに記憶するのである。
【0043】
エンジンの空燃比は、燃料供給量が同じでも、上記した燃料噴射系のノイズにより、図6に示すように、ほぼ周期的に変動している。
そこで、このステップ5で、この空燃比の変動を検出するためにサンプリングするのである。
【0044】
ここで、以上のステップ1からステップ5までの処理をまとめると以下の通りとなる。
すなわち、エンジンがアイドリング時にこの処理が実行され、サンプリング実行時間TSの間、空燃比信号のサンプリングを行う。またサンプリングが行われている間、コントロールユニット11が算出する噴射信号に変動がないかどうかを判断し、もし大きな変動が検出されたときには直ちにサンプリング処理は中止する。
【0045】
なお、これらステップ2からステップ5までの処理は、各気筒の爆発毎のタイミングで行うように構成してあり、ステップ5でサンプリングされる値も、1回の爆発分とする。例えばクランク角センサ13からエンジンの回転に同期したリファレンス信号がユニットに入力される毎に処理を行なうのである。
また、このサンプリング中、最も薄い空燃比、すなわち最大の空燃比が検出された気筒の番号をコントロールユニット11内のメモリーに記憶しておく。
【0046】
次に、この後、サンプリング実行時間TS間の空燃比信号のサンプリングが完了後、ステップ6へ進み、空燃比信号の周波数解析を行ない、ステップ7でノイズの周波数成分を抽出し、これに基づいてステップ8で補正係数の計算を行なうのであるが、この点について以下に詳しく説明する。
【0047】
(STEP6)
ステップ5でサンプリングした空燃比信号の周波数解析を行う。この周波数解析の手法としては、FFTを用いるものとする。
いま、エンジン12が4気筒エンジンで、回転数800rpmでアイドリングしているとすると、2秒間でサンプリングされる空燃比信号のデータ数は53個となる。
【0048】
図7は、この周波数分析で得られた空燃比スペクトルの一例を示したもので、このときのサンプリングのインターバルはリファレンス信号のインターバルに等しいので、37.5msとなり、従って検出可能周波数は0.5Hzから164Hzまでであり、ステップは約3.2Hzとなる。
【0049】
(STEP7)
このステップ7では、ステップ6で求められた各周波数のスペクトルの値の中で所定の閾値(一定値)を超えるものがあるかどうかを調べる。
この閾値としては、エンジンの空燃比の変動に影響を及ぼす程度のものとし、具体的には各エンジンの仕様に応じて経験的に決定するのが良い。
【0050】
もし一定値を超えるスペクトルが検知されたとすれば、これは周期的ノイズによるもので、しかもエンジン12での空燃比の変動を引き起こす程のノイズであると判断する。そして、このときステップ8へと進む。
一方、閾値(一定値)を超えるスペクトルが検知されなかったときには、エンジンの空燃比に変動を及ぼすほどのノイズは噴射信号に混入していないと判断し、ステップ8以降の処理は行わず、再びステップ1に戻るのである。
【0051】
(STEP8)
このステップ8では、ステップ7で検出されたノイズによる影響を補正するための補正係数fの算出を行う。この補正係数fは燃料噴射量に加えられ、ノイズの影響を打ち消すように働く。
すなわち、ステップ7で検出された周期的ノイズは、図8の上段の図に示す空燃比と同じ変化をしている。
そこで、図8の中段の図に示すように、このノイズの変化と等しい周波数で且つ逆位相で変化する値を算出して補正係数fとしてやれば、この補正係数fによって、図8の下段の図に示すように、ノイズの影響を打ち消すことができる。
【0052】
このときのノイズの周波数はステップ8で算出済であり、またノイズと逆位相で補正係数fを変化させるためには、ステップ5で検出しておいた空燃比が最大値の気筒を参考にすることにより可能になる。
すなわち、補正係数fの初期値は、その変化幅の中で最大の値とし、補正係数fの振幅は、ステップ6において算出されたスペクトルより求める。
そして、これによる補正は、上述の最大空燃比を示した気筒の燃料噴射から開始させるようにするのである。
【0053】
(STEP9)
このステップ9では、ステップ8で算出された補正係数fを燃料噴射量TIに加算し、これを新たに燃料噴射量TI2とする。
燃料噴射量TIによる空燃比は、図8の上段の図に示したように、ノイズにより変化しているが、この補正係数fが加算された燃料噴射量TI2は、図8の中段の図に示すように、ステップ7で検出されたノイズと等しい周波数で且つ逆位相で変化するので、燃料噴射量TI2による空燃比は、ノイズの影響を打ち消すように変化され、図8の下段の図に示すように、変動の無い安定した空燃比となる。
このように最初のノイズ補正係数fを含んだ燃料噴射信号TI2が算出されたら再びステップ1に戻り、次の新たな補正係数fの計算を開始するのである。
【0054】
この実施例では、もしも前回の補正係数fが充分に効果を発揮した場合には、ステップ7では、エンジン内の空燃比の変動を引き起こす程のノイズが検出されなくなる。
【0055】
そこで、この場合には、補正係数fは更新されることはなく、再びステップ1に戻ることになり、この結果、エンジンがアイドリングの間、エンジン内の空燃比を常時サンプリングし周波数解析を行い空燃比の変動を引き起こす程のノイズが検出されたときだけ、補正係数fが更新されることになる。
【0056】
従って、この実施例によれば、燃料供給系によるノイズを正確に検出することができ、この結果、空燃比の変動を充分に抑えることができるので、筒内噴射方式のエンジン又は稀薄燃焼方式のエンジンに適用しても、充分にアイドル運転時での空燃比を安定化させることができ、排ガスの浄化と燃費の向上を確実に得ることができる。
【0057】
【発明の効果】
本発明によれば、空燃比センサ等の空燃比検出手段の信号を利用して、アイドル時の空燃比を適正に制御することができるので、筒内噴射方式のエンジンと稀薄燃焼方式のエンジンに適用して、充分にアイドル運転時での空燃比を安定化させることができ、排ガスの浄化と燃費の向上を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による空燃比制御装置の基本的構成を示すブロック図である。
【図2】本発明による空燃比制御装置の機能ブロック図である。
【図3】本発明による空燃比制御装置の一実施例が適用対象とするエンジンシステムの一例を示す構成図である。
【図4】本発明の一実施例の動作を示すフローチャートである。
【図5】エンジン内の混合気の空燃比と排気中に含まれる酸素濃度との関係を示す特性図である。
【図6】燃料供給系に現われる周期性ノイズによる空燃比変動の一例を示すタイミング図である。
【図7】空燃比の変動から検出されるスペクトルの説明図である。
【図8】本発明の一実施例によるノイズ補正動作の説明図である。
【符号の説明】
1 エアクリーナ
2 エアフロセンサ
3 スロットルバルブ
4 アイドリング用のバイパス空気通路
5 吸入マニホールド
6 インジェクタ(燃料噴射装置)
7 点火プラグ
8 排気マニホールド
9 空燃比センサ
10 触媒
11 コントロールユニット
12 エンジン
13 クランク角センサ
14 スロットルバルブ開度検出用のポテンショメータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to an air-fuel ratio control apparatus and an air-fuel ratio control method suitable for an in-cylinder injection engine or a lean combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Among internal combustion engines, particularly for automobile engines with strict exhaust gas regulations, an oxygen sensor is provided in the exhaust passage to detect the oxygen contained in the exhaust near the sensor and estimate the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine. Usually, feedback control is performed based on this estimated value, and the fuel supply amount is controlled so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine converges to the target air-fuel ratio.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the above prior art, it cannot be said that sufficient consideration has been given to the stabilization of the air-fuel ratio when the engine is idling. In particular, the fuel is directly injected into the combustion chamber by the fuel injection valve attached to the cylinder of the engine. In the in-cylinder injection engine and the lean combustion engine, there has been a problem that stable air-fuel ratio control cannot be obtained during idling.
[0004]
This point will be described in more detail as follows.
First, in a fuel injection type engine, noise generated from a fuel supply system such as a fuel pump or a fuel pipe may affect the fuel injection amount, resulting in variations in the fuel injection amount.
Even in this case, in the conventional engine of the so-called intake pipe fuel injection system in which the fuel injection device is attached to the intake pipe side, it is inevitable that a wall flow that causes fuel to adhere to the inner wall of the intake pipe is inevitable. However, while there is a problem such as a delay in the air-fuel ratio control, noise is smoothed by this wall flow, and the fluctuation of the air-fuel ratio is not affected.
[0005]
Further, in the conventional air-fuel ratio control device in which the target air-fuel ratio is set in the vicinity of stoichiometric (stoichiometric air-fuel ratio), the fuel ratio is lower than that in the lean combustion type air-fuel ratio control device in which the target air-fuel ratio is set to lean (lean side). Similarly, since the influence of noise on the injection amount is small, such noise in the fuel supply system did not cause fluctuations in the air-fuel ratio.
[0006]
However, in the cylinder injection engine, since there is no wall flow as described above, the noise included in the fuel injection amount is not smoothed, directly causing the air-fuel ratio fluctuation of the engine and affecting the combustion state of the engine. A stable air-fuel ratio cannot be obtained at idling.
[0007]
Furthermore, in the case of a lean combustion engine in which the target air-fuel ratio is set to a lean region, the influence of noise on the fuel injection amount is greater than in the case where the stoichiometric air-fuel ratio is set to the target air-fuel ratio. It becomes stable.
[0008]
An object of the present invention is to provide an air-fuel ratio control device and an air-fuel ratio control method that are applied to an in-cylinder injection engine or a lean combustion engine so that air-fuel ratio control at idling can be obtained sufficiently stably. There is to do.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by providing the following means a to d as shown in FIG.
a) An air-fuel ratio detecting means which is attached to the exhaust passage of the engine and estimates the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine by detecting the oxygen concentration in the exhaust gas.
[0010]
b) An idling detection means for detecting when the engine is idling, and detecting a fuel injection amount signal at regular time intervals, for example, calculating the difference between the fuel injection amounts before and after the constant time interval, and the difference between the values is sufficiently small. A fuel injection amount signal stable detection means for determining that the injection amount signal is stable.
[0011]
c) Frequency and spectrum detection means for extracting a frequency component that seems to be noise generated from the fuel supply system from a signal obtained from the air-fuel ratio detection means when the engine is idling, and detecting the spectrum of the frequency component.
[0012]
d) Fuel injection amount correction means for correcting the fuel injection amount to the engine at idling based on the detected noise frequency component and spectrum.
[0013]
The air-fuel ratio detection means estimates the air-fuel ratio in the combustion chamber of the engine by detecting the oxygen concentration in the exhaust gas.
That is, if the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is the stoichiometric air-fuel ratio, oxygen and fuel react without excess or deficiency, so that the amount of oxygen contained in the exhaust gas after combustion becomes extremely small.
[0014]
When the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is higher than the stoichiometric air-fuel ratio, that is, when the air-fuel ratio is lean, the amount of oxygen contained in the air-fuel mixture is larger than the amount of oxygen required for the combustion reaction. Therefore, after combustion, the amount of oxygen contained in the exhaust is greater than that contained in the exhaust at the stoichiometric air-fuel ratio.
[0015]
Accordingly, the amount of oxygen contained in the exhaust gas is proportional to the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is estimated by detecting the amount of oxygen contained in the exhaust gas. It becomes possible.
[0016]
Next, the potentiometer that detects the opening degree of the throttle valve attached to the intake pipe of the engine outputs a signal according to the opening degree of the valve. Therefore, the idling signal is output when the valve is fully closed. Can be determined.
[0017]
In addition, the pulse width of the fuel injection signal sent to the fuel injection device every predetermined time is stored, for example, the difference in the fuel injection amount before and after the predetermined time is calculated, and if the difference is small enough, the fuel injection is Since it can be determined that the signal has hardly changed, it is determined that the injection amount is stable.
[0018]
Next, the noise frequency component and its spectrum detection method will be described. The engine is determined to be idling by the idling detection means described above, and the injection amount signal is stabilized by the fuel injection amount stabilization timing determination means described above. The frequency component of the noise is detected by performing frequency analysis on the signal obtained from the air-fuel ratio sensor using, for example, FFT or the like during the period determined to be present.
Here, FFT is an abbreviation for Fast Fourier Transform, which is fast Fourier transform.
[0019]
This noise is generated from the fuel supply system and is caused by fuel pulsation in the fuel piping. For example, fuel pulsation according to the opening / closing cycle of the valve of the fuel pump, and fuel pulsation according to the injection cycle of the fuel injection valve Each has a unique frequency band such as pulsation.
[0020]
When the fluctuation of the pulse width is small enough that it can be said that the fuel injection pulse width is constant, the fluctuation of the inflow air amount is generally small enough, so the fluctuation of the air-fuel ratio of the engine should be sufficiently small, Even at this time, the amount of fuel injected from the fuel injection device varies due to the influence of noise generated by the above-described fuel supply system, causing a variation in the air-fuel ratio of the engine.
[0021]
Therefore, the frequency component of the noise can be extracted by performing frequency analysis on the signal obtained from the air-fuel ratio sensor.
In general, there are noises called white noise and colored noise, and it is considered that white noise and colored noise are mixed in the noise generated from the fuel injection system.
[0022]
White noise has a constant spectrum over the entire frequency range, but colored noise has a bias in the spectrum.
Therefore, when a frequency analysis is performed on a signal in which white noise and colored noise are mixed, a strong spectrum may be detected at a specific frequency.
According to the present invention, the object is achieved by extracting the components of the colored noise by frequency analysis of the air-fuel ratio signal according to this principle.
[0023]
Since the noise frequency component detecting means described above obtains the noise frequency and its spectrum, the detected noise is equal in frequency and spectrum, and an antiphase correction coefficient is added to the fuel injection width.
As a result, the signal finally sent to the fuel injection device changes at the same frequency and opposite phase as the noise, so that the influence of the noise can be canceled and the noise can be compensated. Become.
[0024]
In summary, in an embodiment of the present invention, when engine idling is detected, the injection amount before and after a certain time is compared, and the air-fuel ratio detection means obtains the amount of fuel before and after the injection amount is in a certain region. Frequency analysis of the obtained signal, and the spectrum of each frequency component is obtained. When a spectrum exceeding a certain fixed value is detected, the injection signal does not change during this period, so that this spectrum can be considered to be due to periodic noise generated by the fuel supply system.
[0025]
Therefore, as shown in FIG. 2, the air-fuel ratio can be stably controlled by correcting the fuel injection amount to the engine at idling according to the detected spectrum and its frequency.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an air-fuel ratio control apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to an illustrated embodiment.
FIG. 3 shows an engine system to which one embodiment of the present invention is applied. As shown in the figure, air from the outside passes through the air cleaner 1 and is sucked into the
[0027]
The cylinder of the
[0028]
This air-fuel mixture explodes due to a spark generated by the
The exhaust gas after the explosion is sent to the
[0029]
The amount of air sucked into the
Further, a signal is output from the
In this way, the basic injection amount of fuel injected from the injector 6 is determined by the air amount calculated in the
[0030]
Further, the oxygen concentration contained in the exhaust gas is detected by the air-fuel ratio sensor 9, and this signal is supplied to the
The air-fuel ratio sensor 9 is not limited to the oxygen sensor that detects the oxygen concentration described above, but may be a CO sensor that detects the concentration of carbon monoxide.
[0031]
The
The
The signal value obtained from the
[0032]
Instead of the
[0033]
Here, reference numeral 4 denotes an idling bypass air passage, which bypasses the
[0034]
Next, the air-fuel ratio control method according to this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
(STEP1)
First, in step 1, it is determined whether the idle SW is on (YES) or off (NO). The idle SW is a value that is turned on and off in the
[0035]
That is, when the
[0036]
(STEP2)
In the embodiment of the present invention, noise in the fuel injection system is detected by frequency analysis of the air-fuel ratio signal detected by the air-fuel ratio sensor 9, and the air-fuel ratio is stabilized by correcting the fuel injection amount. In step 2, the timer t used for sampling the air-fuel ratio sensor signal is reset.
At the same time, the fuel injection amount at this time is defined as TIO.
[0037]
As will be described below, the timer t samples the signal from the air-fuel ratio sensor during a period when the preset sampling execution time TS is below.
[0038]
(STEP3)
Here, the stable timing of the fuel injection amount is determined.
Therefore, the difference between the fuel injection amount TI calculated by the
If the absolute value of the difference is smaller than the predetermined threshold value δ, the process proceeds to step 4, and if it is larger, the process returns to step 1 again.
[0039]
That is, here, it is a part for determining whether or not the change width of the injection signal calculated by the
The threshold value δ may be determined empirically according to each engine.
[0040]
(STEP4)
When it is determined in
If the timer t is equal to or less than the sampling execution time TS, the process proceeds to step 5, and if the timer t is greater than the sampling execution time TS, the process proceeds to step P6. That is, the air-fuel ratio signal is sampled during t <TS, and after TS has elapsed, the process proceeds to frequency analysis.
[0041]
Note that the value of the sampling execution time TS is related to the detectable frequency. That is, the minimum frequency Fmin that can be detected is Fmin = 1 / TS.
It becomes.
Here, 2 seconds is sufficient as the sampling execution time TS, and the minimum frequency Fmin that can be detected at this time is 0.5 Hz.
[0042]
(STEP5)
Here, the signal from the air-fuel ratio sensor 9 is sampled. Specifically, the signal from the air-fuel ratio sensor 9 is stored in the RAM in the
[0043]
Even if the fuel supply amount is the same, the engine air-fuel ratio fluctuates substantially periodically due to the noise of the fuel injection system as shown in FIG.
Therefore, in this
[0044]
Here, the above processing from Step 1 to
That is, this process is executed when the engine is idling, and the air-fuel ratio signal is sampled during the sampling execution time TS. While sampling is being performed, it is determined whether or not the injection signal calculated by the
[0045]
The processing from step 2 to step 5 is configured to be performed at the timing of each explosion of each cylinder, and the value sampled in
Further, during this sampling, the number of the cylinder in which the thinnest air-fuel ratio, that is, the maximum air-fuel ratio is detected is stored in the memory in the
[0046]
Next, after the sampling of the air-fuel ratio signal during the sampling execution time TS is completed, the process proceeds to step 6 where the frequency analysis of the air-fuel ratio signal is performed, and the frequency component of noise is extracted in
[0047]
(STEP6)
The frequency analysis of the air-fuel ratio signal sampled in
If the
[0048]
FIG. 7 shows an example of the air-fuel ratio spectrum obtained by this frequency analysis. Since the sampling interval at this time is equal to the reference signal interval, it is 37.5 ms, and therefore the detectable frequency is 0.5 Hz. To 164 Hz, and the step is about 3.2 Hz.
[0049]
(STEP7)
In
This threshold value is set to an extent that affects the fluctuation of the air-fuel ratio of the engine, and specifically, it should be determined empirically according to the specifications of each engine.
[0050]
If a spectrum exceeding a certain value is detected, it is determined that this is due to periodic noise, and that the noise is sufficient to cause fluctuations in the air-fuel ratio in the
On the other hand, when a spectrum exceeding the threshold value (a constant value) is not detected, it is determined that noise that causes fluctuations in the air-fuel ratio of the engine is not mixed in the injection signal, and the processing after step 8 is not performed again. Return to step 1.
[0051]
(STEP8)
In step 8, a correction coefficient f for correcting the influence of the noise detected in
That is, the periodic noise detected in
Therefore, as shown in the middle diagram of FIG. 8, if a value that changes at the same frequency and opposite phase as the noise change is calculated and used as the correction coefficient f, the correction coefficient f is used to obtain the lower level of FIG. As shown in the figure, the influence of noise can be canceled out.
[0052]
The noise frequency at this time has already been calculated in step 8, and in order to change the correction coefficient f in the opposite phase to the noise, the cylinder having the maximum air-fuel ratio detected in
That is, the initial value of the correction coefficient f is set to the maximum value in the variation range, and the amplitude of the correction coefficient f is obtained from the spectrum calculated in step 6.
And the correction | amendment by this is made to start from the fuel injection of the cylinder which showed the above-mentioned maximum air fuel ratio.
[0053]
(STEP9)
In step 9, the correction coefficient f calculated in step 8 is added to the fuel injection amount TI, and this is newly set as the fuel injection amount TI2.
As shown in the upper diagram of FIG. 8, the air-fuel ratio due to the fuel injection amount TI changes due to noise, but the fuel injection amount TI2 to which the correction coefficient f is added is shown in the middle diagram of FIG. As shown in FIG. 8, since it changes at the same frequency as the noise detected in
When the fuel injection signal TI2 including the first noise correction coefficient f is thus calculated, the process returns to step 1 and calculation of the next new correction coefficient f is started.
[0054]
In this embodiment, if the previous correction coefficient f is sufficiently effective, in
[0055]
Therefore, in this case, the correction coefficient f is not updated and the process returns to Step 1 again. As a result, while the engine is idling, the air-fuel ratio in the engine is constantly sampled and the frequency analysis is performed. The correction coefficient f is updated only when noise that causes a change in the fuel ratio is detected.
[0056]
Therefore, according to this embodiment, noise due to the fuel supply system can be accurately detected, and as a result, fluctuations in the air-fuel ratio can be sufficiently suppressed. Even when applied to an engine, the air-fuel ratio during idling can be sufficiently stabilized, and exhaust gas purification and fuel efficiency improvement can be reliably obtained.
[0057]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to appropriately control the air-fuel ratio at the time of idling by using a signal from an air-fuel ratio detection means such as an air-fuel ratio sensor, so that an in-cylinder injection type engine and a lean combustion type engine can be used. By applying this, it is possible to sufficiently stabilize the air-fuel ratio during idle operation, and it is possible to reliably purify exhaust gas and improve fuel efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an air-fuel ratio control apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a functional block diagram of an air-fuel ratio control apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of an engine system to which an embodiment of an air-fuel ratio control apparatus according to the present invention is applied.
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the engine and the concentration of oxygen contained in the exhaust gas.
FIG. 6 is a timing chart showing an example of air-fuel ratio fluctuations due to periodic noise appearing in the fuel supply system.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a spectrum detected from a change in air-fuel ratio.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a noise correction operation according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Air cleaner 2
7 Spark plug 8 Exhaust manifold 9 Air-
Claims (12)
前記空燃比検出手段で検出された空燃比信号から燃料供給系により発生されるノイズの周期成分を抽出するスペクトル検出手段を設け、
このスペクトル検出手段による検出結果に基づいて、燃料供給量を補正するように構成したことを特徴とする空燃比制御装置。An air-fuel ratio detecting means for detecting an air-fuel ratio from an exhaust component of a direct injection engine or a lean combustion engine is provided, and the amount of fuel to be supplied to the engine is controlled by feedback control based on a detection result by the air-fuel ratio detecting means. In the air-fuel ratio control device,
Providing a spectrum detection means for extracting a periodic component of noise generated by the fuel supply system from the air-fuel ratio signal detected by the air-fuel ratio detection means;
An air-fuel ratio control apparatus configured to correct a fuel supply amount based on a detection result by the spectrum detection means.
前記空燃比検出手段が酸素センサで構成されていることを特徴とする空燃比制御装置。In claim 1,
An air-fuel ratio control apparatus characterized in that the air-fuel ratio detection means comprises an oxygen sensor.
前記空燃比検出手段がCOセンサで構成されていることを特徴とする空燃比制御装置。In claim 1,
An air-fuel ratio control apparatus, wherein the air-fuel ratio detection means is constituted by a CO sensor.
前記燃料供給系により発生されるノイズの周期成分は、燃料ポンプ弁の開閉周期と燃料配管における燃料脈動周期及び燃料噴射弁の噴射周期の何れかを含む周期成分であることを特徴とする空燃比制御装置。 In claim 1 ,
The periodic component of noise generated by the fuel supply system is a periodic component including any one of an opening / closing cycle of a fuel pump valve, a fuel pulsation cycle in a fuel pipe, and an injection cycle of a fuel injection valve. Control device .
前記空燃比検出手段により検出された空燃比の変化を周波数分析して燃料供給系により発生されるノイズのスペクトルを算出し、
該スペクトル中で一定値を超える周波数成分に基づいて補正値を算出し、
該補正値に応じて燃料供給量を制御するようにしたことを特徴とする空燃比制御方法。 An air-fuel ratio detecting means for detecting an air-fuel ratio from an exhaust component of a direct injection engine or a lean combustion engine is provided, and the amount of fuel to be supplied to the engine is controlled by feedback control based on a detection result by the air-fuel ratio detecting means. In the air-fuel ratio control method ,
The frequency of the change in the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detection means is analyzed to calculate the spectrum of noise generated by the fuel supply system,
Calculating a correction value based on a frequency component exceeding a certain value in the spectrum;
An air-fuel ratio control method characterized in that the fuel supply amount is controlled in accordance with the correction value .
最新の燃料供給量と一定時間前の燃料供給量との差をとり、この差の値が一定値以内にあることにより、前記燃料供給量の安定時期を判断するようにしたことを特徴とする空燃比制御方法。In claim 5 ,
The difference between the latest fuel supply amount and the fuel supply amount before a certain time is taken, and the value of this difference is within a certain value, so that the stable timing of the fuel supply amount is judged. Air-fuel ratio control method.
前記周波数分析がFFTによる分析であることを特徴とする空燃比制御方法。In claim 5 ,
An air-fuel ratio control method, wherein the frequency analysis is analysis by FFT.
前記周波数分析で検出するスペクトルの周波数帯が燃料ポンプの弁の開閉周期に応じて設定されていることを特徴とする空燃比制御方法。In claim 5 ,
An air-fuel ratio control method, wherein a frequency band of a spectrum detected by the frequency analysis is set according to an opening / closing cycle of a valve of a fuel pump.
前記周波数分析で検出するスペクトルの周波数帯を燃料配管固有の周波数帯に応じて設定したことを特徴とする空燃比制御方法。In claim 5 ,
An air-fuel ratio control method, wherein a frequency band of a spectrum detected by the frequency analysis is set according to a frequency band unique to a fuel pipe.
前記周波数分析で検出するスペクトルの周波数帯を燃料噴射弁の噴射周期に応じて設定したことを特徴とする空燃比制御方法。In claim 5 ,
An air-fuel ratio control method, wherein a frequency band of a spectrum detected by the frequency analysis is set according to an injection cycle of a fuel injection valve.
前記空燃比を検出する周期を時間同期としたことを特徴とする請求項4に記載の筒内噴射エンジンの空燃比制御方法。In claim 5 ,
5. The method for controlling an air-fuel ratio of a direct injection engine according to claim 4, wherein the cycle for detecting the air-fuel ratio is time-synchronized.
前記空燃比の検出周期をエンジンの回転周期に合わせて設定したことを特徴とする空燃比制御方法。In claim 5 ,
An air-fuel ratio control method, wherein the air-fuel ratio detection cycle is set in accordance with an engine rotation cycle.
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