JP3683363B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
内燃機関の空燃比制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3683363B2 JP3683363B2 JP27396296A JP27396296A JP3683363B2 JP 3683363 B2 JP3683363 B2 JP 3683363B2 JP 27396296 A JP27396296 A JP 27396296A JP 27396296 A JP27396296 A JP 27396296A JP 3683363 B2 JP3683363 B2 JP 3683363B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air
- fuel ratio
- adaptive
- control
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
- F02D41/1441—Plural sensors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
- F02D41/1402—Adaptive control
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1477—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation circuit or part of it,(e.g. comparator, PI regulator, output)
- F02D41/1482—Integrator, i.e. variable slope
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1486—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor with correction for particular operating conditions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
- F02D2041/1409—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using at least a proportional, integral or derivative controller
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
- F02D2041/1413—Controller structures or design
- F02D2041/1415—Controller structures or design using a state feedback or a state space representation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
- F02D2041/1413—Controller structures or design
- F02D2041/1418—Several control loops, either as alternatives or simultaneous
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
- F02D2041/1413—Controller structures or design
- F02D2041/142—Controller structures or design using different types of control law in combination, e.g. adaptive combined with PID and sliding mode
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
- F02D2041/1413—Controller structures or design
- F02D2041/1426—Controller structures or design taking into account control stability
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
- F02D2041/1433—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a model or simulation of the system
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
- F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
- F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
- F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
- F02D41/1456—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor output signal being linear or quasi-linear with the concentration of oxygen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
【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関し、特に適応制御理論を応用したフィードバック制御により、機関に供給する混合気の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
適応制御理論に基づく、漸化式形式のパラメータ調整機構を備える適応制御器を用いて空燃比制御量を算出し、これを用いて機関に供給する混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比制御装置は、従来より知られている(例えば特開平7−247886号公報)。この装置では、機関排気系に設けられた空燃比センサによる検出空燃比が適応制御器に入力され、フィードバック制御が行われる。
【0003】
また空燃比センサの出力に基づいていわゆるPID制御により空燃比制御量を算出し、これを用いて空燃比をフィードバック制御する場合に、何らかの外乱が加わったことに起因して空燃比制御量が所定上下限値の範囲を越えたときは、空燃比の急激な変動を避けるために空燃比制御量及びその積分項をその上限値又は下限値に保持するリミット処理が一般に行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、適応制御器を用いた制御でリミット処理を行う場合には、空燃比制御量の算出式から積分項を容易に分離することができないという問題がある。そのため、図19に示すように時刻t1からt2に期間に一時的に大きな外乱が加わった場合、空燃比制御量KSTRそのものは破線で示すように、時刻t3以後はリミット値に保持するように制御することはできるが、積分項のリミット処理を行うことができないため、外乱がなくなってからも空燃比制御量KSTRのリミット値保持状態がしばらく継続し、外乱が加わる前の状態に復帰するのに時間がかかるという問題があった。すなわち、空燃比制御量KSTRの積分項に相当するパラメータは実線で示すように、外乱が無くなる時刻t2まで増加し続けるため、このような問題が発生すると考えられる。
【0005】
本発明はこの問題を解決するためになされたものであり、適応制御器を用いた制御において積分項相当のパラメータについてもリミット処理を行い、一時的に大きな外乱が加わった場合でもその外乱が無くなった後の制御の収束性を向上させることができる空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項1の発明は、内燃機関の排気系に設けられた空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段の出力に基づいて、適応パラメータを調整する適応パラメータ調整手段を有する適応制御器を用いて前記機関に供給する混合気の空燃比を目標空燃比に収束させるように空燃比制御量を算出し、該空燃比制御量により前記機関に供給する混合気の空燃比をフィードバック制御するフィードバック制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、前記適応パラメータ調整手段は、前記空燃比制御量の積分項に相当する積分項相当パラメータを算出する積分項相当パラメータ算出手段と、該積分項相当パラメータの値が所定リミット範囲内となるように処理するリミット処理手段とをさらに有し、前記積分項相当パラメータ算出手段は、前記積分項相当パラメータを前記適応パラメータに基づいて算出することを特徴とする。
【0007】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記リミット処理手段は、前記積分項相当パラメータが前記所定リミット範囲を越えたときは、前記適応パラメータを前回値に保持することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記適応パラメータ(s0,r1〜r3,b0)はフィードバック制御の偏差の積分値に比例し、前記積分項相当パラメータ算出手段は、前記適応パラメータ(r1〜r3)と複数の所定制御サイクル前における空燃比制御量(KSTR(k−4),KSTR(k−8),KSTR(k−12))との積の漸化式(数式19)として表される空燃比制御量(KSTR(k))において、前記複数の所定制御サイクル前における空燃比制御量(KSTR(k−4),KSTR(k−8),KSTR(k−12))が互いに同一であると近似して前記空燃比制御量における積分項((1−s0−(r1+r2+r3)×KSTRO)/b0)と比例項(−s0×DKACT/b0)とを分離することにより前記積分項相当パラメータを算出することを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、適応制御器を用いて算出される空燃比制御量の積分項に相当する積分項相当パラメータが適応パラメータに基づいて算出され、該積分項相当パラメータの値が所定リミット範囲内となるようにリミット処理が行われる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0010】
図1は本発明の実施の一形態にかかる内燃機関(以下「エンジン」という)及びその制御装置の構成を示す図である。同図中、1は4気筒のエンジンである。
【0011】
エンジン1の吸気管2は分岐部(吸気マニホルド)11を介してエンジン1の各気筒の燃焼室に連通する。吸気管2の途中にはスロットル弁3が配されている。スロットル弁3にはスロットル弁開度(θTH)センサ4が連結されており、スロットル弁開度θTHに応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット(以下「ECU」という)5に供給する。吸気管2には、スロットル弁3をバイパスする補助空気通路6が設けられており、該通路6の途中には補助空気量制御弁7が配されている。補助空気量制御弁7は、ECU5に接続されており、ECU5によりその開弁量が制御される。
【0012】
吸気管2のスロットル弁3の上流側には吸気温(TA)センサ8が装着されており、その検出信号がECU5に供給される。吸気管2のスロットル弁3と吸気マニホルド11の間には、チャンバ9が設けられており、チャンバ9には吸気管内絶対圧(PBA)センサ10が取り付けられている。PBAセンサ10の検出信号はECU5に供給される。
【0013】
エンジン1の本体にはエンジン水温(TW)センサ13が装着されており、その検出信号がECU5に供給される。ECU5には、エンジン1のクランク軸(図示せず)の回転角度を検出するクランク角度位置センサ14が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がECU5に供給される。クランク角度位置センサ14は、エンジン1の特定の気筒の所定クランク角度位置で信号パルス(以下「CYL信号パルス」という)を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点(TDC)に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で(4気筒エンジンではクランク角180度毎に)TDC信号パルスを出力するTDCセンサ及びTDC信号パルスより短い一定クランク角周期(例えば30度周期)で1パルス(以下「CRK信号パルス」という)を発生するCRKセンサから成り、CYL信号パルス、TDC信号パルス及びCRK信号パルスがECU5に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数NEの検出に使用される。
【0014】
吸気マニホルド11の吸気弁の少し上流側には、各気筒毎に燃料噴射弁12が設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されているとともにECU5に電気的に接続されて、ECU5からの信号により燃料噴射時期及び燃料噴射時間(開弁時間)が制御される。エンジン1の点火プラグ(図示せず)もECU5に電気的に接続されており、ECU5により点火時期θIGが制御される。
【0015】
排気管16は分岐部(排気マニホルド)15を介してエンジン1の燃焼室に接続されている。排気管16には分岐部15が集合する部分の直ぐ下流側に、広域空燃比センサ(以下「LAFセンサ」という)17が設けられている。さらにLAFセンサ17の下流側には直下三元触媒19及び床下三元触媒20が配されており、またこれらの三元触媒19及び20の間には酸素濃度センサ(以下「O2センサ」という)18が装着されている。三元触媒19、20は、排気ガス中のHC,CO,NOx等の浄化を行う。
【0016】
LAFセンサ17は、ローパスフィルタ22を介してECU5に接続されており、排気ガス中の酸素濃度(空燃比)に略比例した電気信号を出力し、その電気信号をECU5に供給する。O2センサ18は、その出力が理論空燃比の前後において急激に変化する特性を有し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベルとなり、リーン側で低レベルとなる。O2センサ18は、ローパスフィルタ23を介してECU5に接続されており、その検出信号はECU5に供給される。ローパスフィルタ22、23は、高周波ノイズ成分をカットするするために設けられたものであり、制御系の応答特性に対する影響は無視しうる程度のものである。
【0017】
また、エンジン1と車輪(図示せず)との間には流体クラッチ等からなる自動変速機(図示せず)が介装され、シフトレバー(図示せず)を操作することによってPレンジ、Nレンジ或いはDレンジ等シフトポジションの変更が可能とされている。
【0018】
また、自動変速機にはシフトポジション(SPN)センサ70が取り付けられ、該SPNセンサ70により自動変速機のシフトポジションが検出されてその出力信号がECU5に供給される。
【0019】
また、エンジン1が搭載された車両の駆動輪速度及び従動輪速度を検出する車輪速センサ(図示せず)が設けられており、その検出信号がECU5に供給される。ECU5は、検出した駆動輪速度及び従動輪速度に基づいて駆動輪の過剰スリップ状態を判定し、過剰スリップ状態を検出したときは、空燃比のリーン化若しくは一部の気筒への燃料供給を停止する制御、又は点火時期を遅角させる制御(トラクション制御)を行う。
【0020】
エンジン1は、吸気弁及び排気弁のうち少なくとも吸気弁のバルブタイミングを、エンジンの高速回転領域に適した高速バルブタイミングと、低速回転領域に適した低速バルブタイミングとの2段階に切換可能なバルブタイミング切換機構60を有する。このバルブタイミングの切換は、弁リフト量の切換も含み、さらに低速バルブタイミング選択時は2つの吸気弁のうちの一方を休止させて、空燃比を理論空燃比よりリーン化する場合においても安定した燃焼を確保するようにしている。
【0021】
バルブタイミング切換機構60は、バルブタイミングの切換を油圧を介して行うものであり、この油圧切換を行う電磁弁及び油圧センサ(図示せず)がECU5接続されている。油圧センサの検出信号はECU5に供給され、ECU5は電磁弁を制御してバルブタイミングの切換制御を行う。
【0022】
また、ECU5には、大気圧を検出する大気圧(PA)センサ21が接続されており、その検出信号がECU5に供給される。
【0023】
ECU5は、上述した各種センサからの入力信号波形を整形して電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変化する等の機能を有する入力回路と、中央処理回路(CPU)と、該CPUで実行される各種演算プログラムや後述する各種マップ及び演算結果等を記憶するROM及びRAMからなる記憶回路と、燃料噴射弁12等の各種電磁弁や点火プラグに駆動信号を出力する出力回路とを備えている。
【0024】
ECU5は、上述の各種エンジン運転パラメータ信号に基づいて、LAFセンサ17及びO2センサ18の出力に応じたフィードバック制御運転領域やオープン制御運転領域等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、エンジン運転状態に応じ、下記数式1により燃料噴射弁12の燃料噴射時間TOUTを演算し、この演算結果に基づいて燃料噴射弁12を駆動する信号を出力する。
【0025】
【数1】
TOUT=TIMF×KTOTAL×KCMDM×KFB
図2は上記数式1による燃料噴射時間TOUTの算出手法を説明するための機能ブロック図であり、これを参照して本実施の形態における燃料噴射時間TOUTの算出手法の概要を説明する。なお、本実施の形態ではエンジンへの燃料供給量は燃料噴射時間として算出されるが、これは噴射される燃料量に対応するので、TOUTを燃料噴射量若しくは燃料量とも呼んでいる。
【0026】
図2においてブロックB1は、吸入空気量に対応した基本燃料量TIMFを算出する。この基本燃料量TIMFは、基本的にはエンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて設定されるが、スロットル弁3からエンジン1の燃焼室に至る吸気系をモデル化し、その吸気系モデルに基づいて吸入空気の遅れを考慮した補正を行うことが望ましい。その場合には、検出パラメータとしてスロットル弁開度θTH及び大気圧PAをさらに用いる。
【0027】
ブロックB2〜B4は乗算ブロックであり、ブロックの入力パラメータを乗算して出力する。これらのブロックにより、上記数式1の演算が行われ、燃料噴射量TOUTが得られる。
【0028】
ブロックB9は、エンジン水温TWに応じて設定されるエンジン水温補正係数KTW,排気還流実行中に排気還流量に応じて設定されるEGR補正係数KEGR,蒸発燃料処理装置によるパージ実行時にパージ燃料量に応じて設定されるパージ補正係数KPUG等のフィードフォワード系補正係数をすべて乗算することにより、補正係数KTOTALを算出し、ブロックB2に入力する。
【0029】
ブロックB21は、エンジン回転数NE、吸気管内絶対圧PBA等に応じて目標空燃比係数KCMDを決定し、ブロック22に入力する。目標空燃比係数KCMDは、空燃比A/Fの逆数、すなわち燃空比F/Aに比例し、理論空燃比のとき値1.0をとるので、目標当量比ともいう。ブロックB22は、ローパスフィルタ23を介して入力されるO2センサ出力VMO2に基づいて目標空燃比係数KCMDを修正し、ブロックB18、B23及びB24に入力する。ブロックB23は、KCMD値に応じて燃料冷却補正を行い最終目標空燃比係数KCMDMを算出し、ブロックB3に入力する。ブロックB24は、目標空燃比係数KCMDの平滑化を行い、平滑化した目標空燃比係数KCMDをブロック19に入力する。
【0030】
ローパスフィルタ22を介して入力されるLAFセンサ出力は、ローパスフィルタブロックB16を介してブロック18に入力され、ブロックB17を介してブロックB19に入力される。ブロックB17は、LAFセンサにより検出された空燃比の平滑化を行う。
【0031】
ブロックB18は、検出空燃比と目標空燃比との偏差に応じてPID制御によりPID補正係数KLAFを算出してブロックB20に入力する。ブロックB19は、LAFセンサ17の検出空燃比に基づいて適応制御(Self Tuning Regulation)により適応補正係数KSTRを算出してブロックB20に入力する。この適応制御は、目標空燃比係数KCMD(KCMDM)を基本燃料量TIMFに乗算するだけでは、エンジンの応答遅れがあるため目標空燃比がなまされた検出空燃比になってしまうため、これを動的に補償し、外乱に対するロバスト性を向上させるために導入したものである。
【0032】
ブロックB20は、入力されるPID補正係数KLAF及び適応補正係数KSTRのいずれか一方をエンジン運転状態に応じて選択し、フィードバック補正係数KFBとしてブロックB4に入力する。これは、エンジン運転状態によっては、適応制御ではなく従来のPID制御によって算出したKLAF値を用いた方がよいことを考慮したものである。
【0033】
以上のように本実施の形態では、LAFセンサ17の出力に応じて通常のPID制御により算出したPID補正係数KLAFと、適応制御により算出した適応補正係数KSTRとを切り換えて、補正係数KFBとして上記数式1に適用して、燃料噴射量TOUTを算出している。適応補正係数KSTRにより、検出される空燃比変化に対する追従性及び外乱に対するロバスト性を向上させ、触媒の浄化率を向上させ、種々のエンジン運転状態において良好な排気ガス特性を得ることができる。
【0034】
本実施の形態では、上述した図2の各ブロックの機能は、ECU5のCPUによる演算処理により実現されるので、この処理のフローチャートを参照して処理の内容を具体的に説明する。
【0035】
図3は、LAFセンサ17の出力に応じて、PID補正係数KLAF及び適応補正係数KSTRを算出し、最終的にフィードバック補正係数KFBを算出する処理のフローチャートである。本処理はTDC信号パルスの発生毎に実行される。
【0036】
ステップS1では、始動モードか否か、すなわちクランキング中か否かを判別し、始動モードのときは始動モードの処理へ移行する。始動モードでなければ、目標空燃比係数(目標当量比)KCMD及び最終目標空燃比係数KCMDMの算出(ステップS2)及びLAFセンサ出力の読み込みを行う(ステップS3)とともに検出当量比KACTの演算を行う(ステップS4)。検出当量比KACTは、LAFセンサ17の出力を当量比に変換したものである。
【0037】
次いでLAFセンサ17の活性化が完了したか否かの活性判別を行う(ステップS5)。これは、例えばLAFセンサ17の出力電圧とその中心電圧との差を所定値(例えば0.4V)と比較し、該差が所定値より小さいとき活性化が完了したと判別するものである。
【0038】
次にエンジン運転状態がLAFセンサ17の出力に基づくフィードバック制御を実行する運転領域(以下「LAFフィードバック領域」という)にあるか否かの判別を行う(ステップS6)。これは、例えばLAFセンサ17の活性化が完了し、且つフュエルカット中やスロットル全開運転中でないとき、LAFフィードバック領域と判定するものである。この判別の結果、LAFフィードバック領域にないときはリセットフラグFKLAFRESETを「1」に設定し、LAFフィードバック領域にあるときは「0」とする。
【0039】
続くステップS7では、リセットフラグFKLAFRESETが「1」か否かを判別し、FKLAFRESET=1のときは、ステップS8に進んでPID補正係数KLAF、適応補正係数KSTR及びフィードバック補正係数KFBをいずれもに「1.0」に設定するとともに、PID制御の積分項KLAFIを「0」に設定して、本処理を終了する。また、FKLAFRESET=0のときは、フィードバック補正係数KFBの演算を行って(ステップS9)、本処理を終了する。
【0040】
図4は、図3のステップS2における最終目標空燃比係数KCMDMを算出する処理のフローチャートである。
【0041】
ステップS23では、エンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じてマップを検索し、基本値KBSを算出する。なお、そのマップにはアイドル時用の値も設定されている。
【0042】
続くステップS24では、エンジン始動直後のリーンバーン制御を実行すべき条件が成立するか否かを判別し、条件が成立したときは始動後リーンフラグFASTLEANを「1」に設定する一方、条件不成立のときは「0」とする。このリーンバーン制御実行条件は、例えばエンジン始動後所定期間内であって、エンジン水温TW、エンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAが所定範囲内にあるとき成立する。なお、始動直後のリーンバーン制御は、エンジン始動直後の触媒が未活性の状態でHCの排出量が増加すること防止する目的で行うものであるが、このリーンバーン実行時にLAFセンサ17のポンプ電流の異常を検知するようにしてもよい。
【0043】
次いでステップS25では、スロットル弁が全開(WOT)の状態か否かを判別し、全開のときはWOTフラグFWOTを「1」に設定し、全開でなければ「0」とする。次いで、エンジン水温TWに応じて増量補正係数KWOTを算出する(ステップS26)。このとき高水温時の補正係数KXWOTも算出する。
【0044】
続くステップS27では、目標空燃比係数KCMDを算出し、次いで算出したKCMD値のリミット処理(所定上下限値の範囲内に入るようにする処理)を行う(ステップS28)。このステップS27の処理は図5を参照して後述する。続くステップS29では、O2センサ18の活性化が完了しているか否かの判別を行い、活性化が完了したときは、活性フラグFMO2を「1」に設定し、完了していないときは、「0」とする。例えばエンジン始動後所定期間経過したとき、活性化完了と判定する。次いで、O2センサ18の出力VMO2に応じて目標空燃比係数KCMDの補正項DKCMDO2を算出する(ステップS32)。この処理は、O2センサ出力VMO2と基準値VREFMとの偏差に応じてPID制御により、補正項DKCMDO2を算出するものである。
【0045】
続くステップS33では、次式により目標空燃比係数KCMDの補正を行う。
【0046】
KCMD=KCMD+DKCMDO2
これにより、LAFセンサ17の出力のずれを補償するように目標空燃比係数KCMDを設定することができる。
【0047】
続くステップS34では、算出したKCMD値に応じてKCMD−KETCテーブルを検索して補正係数KETCを算出し、次式により最終目標空燃比係数KCMDMを算出する。
【0048】
KCMDM=KCMD×KETC
補正係数KETCは、KCMD値が増加し、燃料噴射量が増加するほど、噴射による燃料冷却効果が大きくなることを考慮して、その影響を補正するものであり、KCMD値が増加するほど大きな値に設定される。
【0049】
次いで、KCMDM値のリミット処理を行うとともに(ステップS35)、ステップS33で得られたKCMD値をリングバッファに格納して(ステップS36)、本処理を終了する。
【0050】
図5は、図4のステップS27におけるKCMD算出処理のフローチャートである。
【0051】
先ずステップS51では、図4のステップS24で設定した始動後リーンフラグFASTLEANが「1」か否かを判別し、FASTLEAN=1であるときは、KCMDASTLEANマップを検索して、リーン制御時の中心空燃比に相当するリーン目標値KCMDASTLEANを算出する(ステップS52)。ここで、KCMDASTLEANマップは、エンジン水温TW及び吸気管内絶対圧PBAに応じてリーン目標値KCMDASTLEANが設定されたマップである。そして、目標空燃比係数KCMDをリーン目標値KCMDASTLEANに設定して(ステップS53)、ステップS61に進む。
【0052】
一方前記ステップS51でFASTLAEAN=0であって、始動後リーンバーン制御実行条件が成立しないときは、エンジン水温TWが所定水温TWCMD(例えば80℃)より高いか否かを判別する。そしてTW>TWCMDが成立するときは、KCMD値を図4のステップS23で算出した基本値KBSに設定して(ステップS57)、ステップS61に進む。また、TW≦TWCMDが成立するときは、エンジン水温TW及び吸気管内絶対圧PBAに応じて設定されたマップを検索して、低水温用目標値KTWCMDを算出し(ステップS55)、基本値KBSがこのKTWCMD値より大きいか否かを判別する(ステップS56)。その結果KBS>KTWCMDであるときは、前記ステップS57に進み、KBS≦KTWCMDであるときは、基本値KBSを低水温用目標値KTWCMDに置き換えて(ステップS58)、ステップS61に進む。
【0053】
ステップS61では、下記式によりKCMD値を補正してステップS62に進む。調整用加算項KCMDOFFSETは、エンジンの排気系やLAFセンサの特性のばらつきや経時変化の影響を反映させて、目標空燃比係数KCMDを微調整し、三元触媒のウィンドウゾーンの最適な位置をとるようにするためのパラメータである。この調整用加算項KCMDOFFSETは、LAFセンサ17の特性等により設定されるが、O2センサ18等の出力に応じて学習させることが望ましい。
【0054】
KCMD=KCMD+KCMDOFFSET
ステップS62では、図4のステップS25で設定したWOTフラグFWOTが「1」か否かを判別し、FWOT=0であれば直ちに本処理を終了し、FWOT=1のときは、高負荷用のKCMD値の設定処理を行い(ステップS63)、本処理を終了する。この処理は、KCMD値を図4のステップS26で算出した高負荷用増量補正係数KWOT,KXWOTと比較し、KCMD値がこれらの係数値より小さいときは、KCMD値に補正係数KWOT又はKXWOTを乗算して補正を行うものである。
【0055】
図6は、図3のステップS6におけるLAFフィードバック領域判別処理のフローチャートである。
【0056】
先ずステップS121では、LAFセンサ17が不活性状態にあるか否かを判別し、活性状態にあるときはフュエルカット中であることを「1」で示すフラグFFCが「1」か否かを判別し(ステップS122)、FFC=0であるときは、スロットル弁全開中であることを「1」で示すフラグFWOTが「1」か否かを判別し(ステップS123)、FWOT=1でないときは、図示しないセンサによって検出したバッテリ電圧VBATが所定下限値VBLOWより低いか否かを判別し(ステップS124)、VBAT≧VBLOWであるときは、理論空燃比に対応するLAFセンサ出力のずれ(LAFセンサストイキずれ)があるか否かを判別する。そして、ステップS121〜S125のいずれかの答が肯定(YES)のときは、LAFセンサ出力に基づくフィードバック制御を停止すべき旨を「1」で示すKLAFリセットフラグFKLAFRESETを「1」に設定する(ステップS132)。
【0057】
一方、ステップS121〜S125の答がすべて否定(NO)のときは、LAFセンサ出力に基づくフィードバック制御を実行可能と判定して、KLAFリセットフラグFKLAFRESETを「0」に設定する(ステップS131)。
【0058】
続くステップS133では、O2センサ18が不活性状態にあるか否かを判別し、活性状態にあるときは、エンジン水温TWが所定下限水温TWLOW(例えば0℃)より低いか否かを判別する(ステップS134)。そして、O2センサ18が不活性状態のときまたはTW<TWLOWであるときは、PID補正係数KLAFを現在値に維持すべきことを「1」で示すホールドフラグFKLAFHOLDを「1」に設定して(ステップS136)、本処理を終了する。一方、O2センサ18が活性状態にあり且つTW≧TWLOWであるときは、FKLAFHOLD=0として(ステップS135)、本処理を終了する。
【0059】
次に図3のステップS10におけるフィードバック補正係数KFBの算出処理を説明する。
【0060】
フィードバック補正係数KFBは、前述したようにエンジン運転状態に応じてPID補正係数KLAF又は適応補正係数KSTRに設定される。そこで、先ず図7及び図8を参照して、これらの補正係数の算出手法を説明する。
【0061】
図7は、PID補正係数KLAF算出処理のフローチャートである。
【0062】
同図のステップS301では、ホールドフラグFKLAFHOLDが「1」か否かを判別し、FKLAFHOLD=1のときは、直ちに本処理を終了し、FKLAFHOLD=0のときは、KLAFリセットフラグFKLAFRESETが「1」か否かを判別する(ステップS302)。その結果、FKLAFRESET=1のときは、ステップS303に進み、PID補正係数KLAFを1.0に設定するとともに、積分制御ゲインKI及び目標当量比KCMDと検出当量比KACTとの偏差DKAFを「0」に設定して、本処理を終了する。
【0063】
ステップS302でFKLAFRESET=0のときは、ステップS304に進み、比例制御ゲインKP、積分制御ゲインKI及び微分制御ゲインKDをエンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて設定されたマップから検索する。ただし、アイドル状態のときはアイドル用のゲインを採用する。次いで、目標当量比KCMDと検出当量比KACTとの偏差DKAF(k)(=KCMD(k)−KACT(k))を算出し(ステップS305)、偏差DKAF(k)及び各制御ゲインKP,KI,KDを下記式に適用して、比例項KLAFP(k)、積分項KLAFI(k)及び微分項KLAFD(k)を算出する(ステップS306)。
【0064】
KLAFP(k)=DKAF(k)×KP
KLAFI(k)=DKAF(k)×KI+KLAFI(k−1)
KLAFD(k)=(DKAF(k)−DKAF(k−1))×KD
続くステップS307〜S310では、積分項KLAFI(k)のリミット処理を行う。すなわち、KLAFI(k)値が所定上下限値KLAFILMTH,KLAFILMTLの範囲内にあるか否かを判別し(ステップS307、S308)、KLAFI(k)>KLAFILMTHであるときは、KLAFI(k)=KLAFLMTHとし(ステップS310)、KLAFI(k)<KLAFILMTLであるときは、KLAFI(k)=KLAFILMTLとする(ステップS309)。
【0065】
続くステップS311では、下記式によりPID補正係数KLAF(k)を算出する。
【0066】
次いで、KLAF(k)値が所定上限値KLAFLMTHより大きいか否かを判別し(ステップS312)、KLAF(k)>KLAFLMTHであるときは、KLAF(k)=KLAFLMTHとして(ステップS316)、本処理を終了する。
【0067】
ステップS312で、KLAF(k)≦KLAFLMTHであるときは、KLAF(k)値が所定下限値KLAFLMTLより小さいか否かを判別し(ステップS314)、KLAF(k)≧KLAFLMTLであれば直ちに本処理を終了する一方、KLAF(k)<KLAFLMTLであるときは、KLAF(k)=KLAFLMTLとして(ステップS315)、本処理を終了する。
【0068】
本処理により、検出当量比KACTが目標当量比KCMDに一致するように、PID制御によりPID補正係数KLAFが算出される。
【0069】
次に適応補正係数KSTR算出処理について、図8を参照して説明する。
【0070】
図8は、図2のブロックB19、すなわち適応制御(STR(Self Tuning Regulator))ブロックにおける演算処理を説明するための図であり、このSTRブロックは、目標空燃比係数(目標当量比)KCMD(k)と検出当量比KACT(k)とが一致するように適応補正係数KSTRを設定するSTRコントローラと、該STRコントローラで使用するパラメータを設定するパラメータ調整機構とからなる。
【0071】
本実施の形態における適応制御の調整則の一つに、ランダウらが提案したパラメータ調整則がある。この手法は、適応システムを線形ブロックと非線形ブロックとから構成される等価フィードバック系に変換し、非線形ブロックについては入出力に関するポポフの積分不等式が成立し、線形ブロックは強正実となるように調整則を決めることによって、適応システムの安定を保証する手法である。この手法は、例えば「コンピュートロール」(コロナ社刊)No.27,28頁〜41頁、ないしは「自動制御ハンドブック」(オーム社刊)703頁〜707頁に記載されているように、公知技術である。
【0072】
本実施の形態では、このランダウらの調整則を用いた。以下説明すると、ランダウらの調整則では、離散系の制御対象の伝達関数A(Z-1)/B(Z-1)の分母分子の多項式を数式2のようにおいたとき、適応パラメータθハット(k)及び適応パラメータ調整機構への入力ζ(k)は、数式3、4のように定められる。数式3、4では、m=1、n=1、d=3の場合、即ち1次系で3制御サイクル分の無駄時間を持つプラントを例にとった。ここで、kは時刻、より具体的には制御サイクルを示す。また、数式4において、u(k)及びy(k)は、本実施形態では、それぞれ適応補正係数KSTR(k)及び検出当量比KACT(k)に対応する。
【0073】
【数2】
【0074】
【数3】
【0075】
【数4】
ここで、適応パラメータθハット(k)は、数式5で表される。また、数式5中のΓ(k)及びeアスタリスク(k)は、それぞれゲイン行列及び同定誤差信号であり、数式6及び数式7のような漸化式で表される。
【0076】
【数5】
【0077】
【数6】
【0078】
【数7】
また数式6中のλ1(k)、λ2(k)の選び方により、種々の具体的なアルゴリズムが与えられる。λ1(k)=1,λ2(k)=λ(0<λ<2)とすると漸減ゲインアルゴリズム(λ=1の場合、最小自乗法)、λ1(k)=λ1(0<λ1<1)、λ2(k)=λ2(0<λ2<2)とすると、可変ゲインアルゴリズム(λ2=1の場合、重み付き最小自乗法)、λ1(k)/λ2(k)=σとおき、λ3が数式8のように表されるとき、λ1(k)=λ3とおくと固定トレースアルゴリズムとなる。また、λ1(k)=1,λ2(k)=0のとき固定ゲインアルゴリズムとなる。この場合は数式6から明らかなように、Γ(k)=Γ(k−1)となり、よってΓ(k)=Γの固定値となる。
【0079】
【数8】
ここで、図8にあっては、前記STRコントローラ(適応制御器)と適応パラメータ調整機構とは燃料噴射量演算系の外におかれ、検出当量比KACT(k)が目標当量比KCMD(k−d’)(ここでd’はKCMDがKACTに反映されるまでの無駄時間である)に適応的に一致するように動作して適応補正係数KSTR(k)を演算する。
【0080】
このように、適応補正係数KSTR(k)及び検出当量比KACT(k)が適応パラメータ調整機構に入力され、そこで適応パラメータθハット(k)が算出されてSTRコントローラに入力される。STRコントローラには入力として目標当量比KCMD(k)が与えられ、検出当量比KACT(k)が目標当量比KCMD(k)に一致するように漸化式を用いて適応補正係数KSTR(k)が算出される。
【0081】
適応補正係数KSTR(k)は、具体的には数式9に示すように求められる。
【0082】
【数9】
以上の説明は、制御サイクルと制御周期(TDC信号パルスの発生周期)とを一致させ、全気筒について共通の適応補正係数KSTRを使用する場合のものであるが、本実施形態では、制御サイクルを気筒数と対応させて4TDCとすることにより、気筒毎に適応補正係数KSTRを決定するようにしている。具体的には、上記数式4〜9をそれぞれ数式10〜15に置き換えて、適応補正係数KSTRを決定することにより、気筒別の適応補正係数KSTRを算出して適応制御を行っている。
【0083】
【数10】
【0084】
【数11】
【0085】
【数12】
【0086】
【数13】
【0087】
【数14】
【0088】
【数15】
なお、上記数式15におけるd’は、例えば「2」とする。
【0089】
次に上述のようにして算出するPID補正係数KLAFと適応補正係数KSTRとを切り換えて、すなわちPID制御と適応制御とを切り換えて、フィードバック補正係数KFBを算出する手法を説明する。
【0090】
図9は、図3のステップS10におけるフィードバック補正係数KFBの算出処理のフローチャートである。
【0091】
先ずステップS401では、図3の処理の前回実行時がオープンループ制御であったか(FKLAFRESET=1であったか)否かを判別し、オープンループ制御でなかったときは、目標当量比KCMDの変化量DKCMD(=|KCMD(k)−KCMD(k−1)|)が基準値DKCMDREFより大きいか否かを判別する(ステップS402)。そして、前回がオープンループ制御だったとき又は、前回がフィードバック制御であり且つ変化量DKCMDが基準値DKCMDREFより大きいときは、低応答のフィードバック制御を実行すべき領域(以下「低応答F/B領域」という)と判定し、カウンタCを「0」にリセットするとともに(ステップS403)、低応答のフィードバック制御処理(後述)を行い(ステップS411)、本処理を終了する。
【0092】
なお、前回がオープンループ制御であったときに、低応答F/B領域と判定するのは、例えばフュエルカット状態からの復帰時のような場合には、LAFセンサの検出遅れなどから、必ずしも検出値が真の値を示すとは限らないため、制御が不安定となる可能性があるからである。また、同様の理由で、目標当量比KCMDの変化量DKCMDが大きいとき、例えばスロットル全開増量状態から復帰したとき、リーンバーン制御から理論空燃比制御に復帰したとき等においても低応答F/B領域と判定している。
【0093】
ステップS401及びS402の答がともに否定(NO)のとき、すなわち前回もフィードバック制御であり、かつ目標当量比KCMDの変化量DKCMDが基準値DKCMDREF以下のときは、カウンタCを「1」だけインクリメントして(ステップS404)、カウンタCの値が所定値CREF(例えば5)以下か否かを判別し(ステップS405)、C≦CREFであるときは前記ステップS411を実行し、一方C>CREFであるときはステップS406へ進む。ステップS406ではF/B判別処理、すなわち高応答のフィードバック制御を実行すべき領域(以下「高応答F/B領域」という)であるか、低応答F/B領域であるかを、後述の処理により判別する。次にステップS407では、ステップS406で判別された制御領域が、高応答F/B領域であるか否かを判別し、高応答F/B領域でないときは前記ステップS411を実行し、一方高応答フィードバック制御領域であるときは高応答のフィードバック制御処理(後述)を行って適応補正係数KSTRを算出し(ステップS408)、フィードバック補正係数KFBをKSTR値に設定して(ステップS410)、本処理を終了する。
【0094】
また、カウンタCの値がCREF値以下のときに低応答F/B領域であるとするのは、オープンループ制御からの復帰直後や目標当量比KCMDが大きく変化した直後は、燃料の燃焼が完了するまでの遅れやLAFセンサの検出遅れの影響を吸収できないからである。
【0095】
次に図9のステップS406における、空燃比フィードバック制御の応答速度を選択するための処理を説明する。図10及び11はこのフィードバック処理の判別処理のフローチャートである。
【0096】
まずステップS501で、LAFセンサ17の応答が劣化したか否かを判別し、劣化していないときはステップS502へ進む。
【0097】
次にステップS502でLAFセンサ17の異常が検出されたか否かを判別し、異常が検出されていないときはクランク角度位置センサ14(気筒判別センサ、TDCセンサ、CRKセンサ)の異常が検出されているか否かを判別し(ステップS503)、いずれのセンサの異常も検出されていないときは弁開度θTHセンサ4の異常が検出されているか否かを判別し(ステップS504)、異常が検出されていないときはバルブタイミング機構の異常が検出されているか否かを判別する(ステップS505)。
【0098】
その結果、ステップS501〜S505で劣化または異常が検出されていないときはステップS506へ進み、いずれか1つでも劣化または異常が検出されたときは低応答F/B領域であると判定して(ステップS520)、本処理を終了する。
【0099】
このように、各センサの異常時に低応答のフィードバック制御を選択するのは、空燃比制御性の悪化を防止するためである。
【0100】
次いでステップS506では、エンジン水温TWが所定水温TWSTRONより低いか否かを判別し(ステップS504)、TW≧TWSTRONであるときはエンジン水温TWが所定水温TWSTROFF(例えば100℃)以上であるか否かを判別し(ステップS507)、TW≧TWSTROFFであるときは吸気温TAが所定温度TASTROFF以上であるか否かを判別する(ステップS508)。その結果、ステップS507でTW<TWSTROFFであるとき、及びステップS507でTW≧TWSTROFFであり、かつステップS508でTA<TASTROFFであるときは、いずれもステップS509へ進んでエンジン回転数NEが所定回転数NESTRLMT以上であるか否かを判別し、NE<NESTRLMTであるときは、エンジンがアイドル状態か否かを判別し(ステップS510)、アイドル状態でないときは、トラクションコントロールシステム(TCS)の作動復帰(トラクション制御の実行終了)後の時間を計測するタイマが作動中か否かを判別する(ステップS511)。なお、このタイマはダウンカウントタイマで構成され、TCS作動中にセットされて、TCS作動から復帰した時点からカウントダウンが開始される。
【0101】
ステップS511で判別の結果、TCS作動復帰後のタイマが作動中でないときは、エンジンのフューエルカット状態から復帰した(フューエルカットを終了した)後のタイマが作動中か否かを判別する(ステップS512)。ここで、エンジンのフューエルカットは、エンジンの所定減速状態で実行され、その実行中はフューエルカットフラグFFCが「1」に設定される。なお、このタイマもダウンカウントタイマで構成され、エンジンのフューエルカット中にセットされて、フューエルカット状態から復帰した時点でカウントダウンが開始される。
【0102】
以上の判別の結果、ステップS506若しくはステップS509〜S512のいずれかの答が肯定(YES)のとき、及びステップS507とS508の答が共に肯定(YES)のときは、低応答F/B領域であると判定して(ステップS520)、本処理を終了する。また、ステップS512の答えが否定(NO)のときはステップS550に進む。
【0103】
ステップS550では、エンジンが失火しているか否かの判断を行う。失火の判断の方法としては、例えば、本出願人により出願されている特開平6−146998などにより公知である、エンジンの回転変動が所定値を越えた場合にエンジンに失火が発生していると判断する方法がある。ステップS550でエンジンが失火しているときは前記ステップS520へ進む一方、失火していないときはステップS513へ進む。
【0104】
ステップS513では、バルブタイミングの高速用/低速用の切換指示があったか否かを判別し、切換指示がないときは、エンジンの点火時期を大量に遅角(リタード)させる制御を実行したか否かを判別し(ステップS514)、実行していないときはステップS516へ進む。前記ステップS513,S514のいずれかで、その答えが肯定(YES)であるときはダウンカウントタイマtmKCMDCHNGに所定期間TCHNGをセットしてスタートさせ(ステップS515)、低応答F/B領域と判定する。ここで所定期間TCHNGは、バルブタイミング切換指令が有った後、あるいは大量の点火時期遅角制御を実行した後に、燃焼状態が安定するのに十分な期間に設定する。
【0105】
ステップS516ではこのダウンカウントタイマtmKCMDCHNGの値が0に達していないか否かを判別し、未だ0に達していないときは低応答F/B領域であると判定し(ステップS520)、一方、0に達しているときは検出当量比KACTが所定上下限値KACTLMTH(例えば1.01)、KACTLMTL(例えば0.99)の範囲内にあるか否かを判別し(ステップS517,S518)、KACT<KACTLMTL又はKACT>KACTLMTHであるときは、前記ステップS520に進み、一方、KACTLMTL≦KACT≦KACTLMTHであるときは、高応答F/B領域と判定して(ステップS519)、本処理を終了する。
【0106】
ステップS517,S518により、低応答フィードバック制御から高応答フィードバック制御への切換は、検出当量比KACTが1.0付近の値のときに行われ、切換を滑らかに行うことができ、制御の安定性を確保することができる。ここで、ステップS506〜S516の各判別の結果によっては、低応答フィードバック制御を選択することとした理由は、以下の通りである。
【0107】
まず、低水温時(TW<TWSTRON)は、燃料の霧化悪化や機関のフリクション増大により燃焼が安定せず、失火などを生じるおそれがあり、安定した検出当量比KACTを得られないからである。また、エンジン水温が高温(TW≧TWSTROFF)で、かつ高吸気温時(TA≧TASTROFF)は、燃料供給ライン中のベーパロック発生により、燃料噴射弁6による実噴射量が減少するおそれがあるからである。さらに、高回転時(NE≧NESTRLMT)は、ECUの演算時間が不足しがちであるとともに、燃焼も安定しないからである。
【0108】
また、エンジンのアイドル時は、運転状態がほぼ安定しており、高応答のフィードバック制御を必要としないからである。さらに、駆動輪スリップ回避のためのトルク減少を目的としたトラクション制御の実行による一時的な点火時期の遅角制御又はフューエルカット制御から復帰した後、所定期間は一時的に燃焼状態が不安定になり、高応答のフィードバック制御ではかえって空燃比変動を大きくしてしまうおそれがあるからである。なお、フューエルカット復帰後所定期間も同様の理由により、低応答のフィードバック制御を選択する。同様にエンジンが失火している場合には明らかに燃焼状態が不安定であるため、低応答のフィードバック制御を選択する。さらに、バルブタイミング切換後所定期間TCHNG内はバルブタイミング切換による吸排気弁の開弁時間の変化によって燃焼状態が急激に変化するからである。また、大量に点火時期が遅角された後所定期間TCHNG内は、燃焼状態が安定せず、安定した検出当量比KACTを期待できないからである。
【0109】
ここで大量の点火時期の遅角制御を実行する場合として、上記トラクション制御以外に、自動変速機の変速時のトルクショック低減制御、エンジン高負荷時のノッキング回避制御、エンジン始動後の触媒温度の早期上昇等を目的とした点火時期制御を実行する場合等が挙げられる。
【0110】
次に本実施形態に係る高応答/低応答フィードバック制御について説明する。
【0111】
図12は、図9のステップS408における高応答フィードバック制御処理のフローチャートである。まずステップS601で、適応補正係数KSTRによるフィードバック制御を実行すべき領域(以下「適応制御領域」という)であることを「1」で示すフラグFKSTRが前回「0」であったか否かを判別する。その結果、前回がFKSTR=1であるときは直ちにステップS603に進み、図14に示す処理により適応補正係数KSTRを算出してフラグFKSTRを「1」にセットし、本処理を終了する。
【0112】
一方、前回がFKSTR=0であったときは、適応パラメータ(ゲインを決定するスカラ量)b0を、PID補正係数の前回値KLAF(k−1)で除算した値に置き換えて(ステップS602)、ステップS603以下を実行する。
【0113】
ステップS602で、適応パラメータb0をb0/KLAF(k−1)に置き換えることにより、PID制御から適応制御への切換をより滑らかに行うことができ、制御の安定性を確保することができる。これは、以下のような理由による。前記数式15のb0をb0/KLAF(k−1)に置き換えると、数式16の第1式に示すようになるが、第1式の第1項はPID制御実行中はKSTR(k)=1としているので、1となる。従って、適応制御開始当初のKSTR(k)値は、KLAF(k−1)に等しくなり、補正係数値が滑らかに切り換えられることになる。
【0114】
【数16】
図13は、図9のステップS411における低応答フィードバック制御処理のフローチャートである。ステップS621で前回フラグFKSTRが「1」にセットされているか否かを判別する。その結果、前回がFKSTR=0であったときは、直ちに前述した図7の処理によりPID補正係数KLAFを算出し(ステップS623)、フラグFKSTRを「0」にセットして(ステップS624)、フィードバック補正係数KFBをステップS623で算出したPID補正係数KLAF(k)に設定して(ステップS625)、本処理を終了する。
【0115】
一方、前回はFKSTR=1であったときは、PID制御の積分項の前回値kALFI(k−1)を、適応補正係数の前回値KSTR(k−1)に設定して(ステップS622)、ステップS623以下を実行する。
【0116】
ここで、適応制御からPID制御への切換時(前回FKSTR=1で今回が低応答F/B領域であるとき)は、PID制御の積分項KLAFIが急変する可能性があるため、ステップS622により、KLAF(k−1)=KSTR(k−1)としている。これにより、適応補正係数KSTR(k−1)とPID補正係数KLAF(k)との差を小さくとどめ、切換を滑らかにして制御の安定性を確保することができる。
【0117】
図14は、図12のステップS603におけるKSTR演算処理のフローチャートである。
【0118】
先ずステップS701及びS702では、下記数式17により目標空燃比係数KCMD及び検出当量比KACTの移動平均値KCMDSTR及びKACTSTRを算出するとともに下記数式18により、平均検出当量比KACTSTRを平均目標当量比KCMDSTRで正規化する。
【0119】
【数17】
【0120】
【数18】
上記式18による正規化により、前記数式15の目標当量比は常に「1.0」となり下記数式19のように変形される。
【0121】
【数19】
そして、前記数式10及び13のy(k)として、KACTSTR(k)を適用して、後述する図15の処理により適応パラメータを算出する(ステップS703)とともに、数式19に数式18で算出したKACTSTR(k)を適用して、適応補正係数KSTR(k)を算出し(ステップS704)、ステップS705に進む。
【0122】
ステップS705及びS706では、後述する図16及び17に示すCSTRREF算出処理及びKSTR決定処理を実行し、続くステップS707〜S710ではステップS706で算出した適応補正係数KSTR(k)のリミット処理を行う。すなわち、KSTR(k)値が所定上限値KSTRLMTHより大きいときは、KSTR(k)=KSTRLMTHとし、KSTR(k)値が所定下限値KSTRLMTLより小さいときは、KSTR(k)=KSTRLMTLとする。リミット処理実行後、本処理を終了する。
【0123】
図15は、図14のステップS703における適応パラメータ算出処理のフローチャートである。
【0124】
ステップS711では、前記数式11によりθハット(k)の各要素である適応パラメータb0(k),r1(k),r2(k),r3(k)及びs0(k)の算出を行う。次いで下記数式20にこれらのパラメータを適用して、適応補正係数KSTRの積分項相当パラメータKSTRCHKを算出する(ステップS712)。
【0125】
【数20】
そして、KSTRCHK値が所定上限値KSTRCLMHより大きいか否か、及び所定下限値KSTRCLMLより小さいか否かを判別し(ステップS713、S714)、いずれの答も否定(NO)のときは直ちに本処理を終了する一方、KSTRCHK>KSTRCLMH又はKSTRCHK<KSTRCLMLであるときは、各適応パラメータ及び数式12で算出するゲイン行列Γを同一気筒に対応する前回値(本実施形態では4気筒のエンジンであるとので、4回前の値)に保持して(ステップS715、S716)、本処理を終了する。
【0126】
ここで、数式20により算出されるKSTRCHK値が積分項相当パラメータとして用いることができる理由を説明する。適応補正係数KSTRは、数式19により算出されるが、この式に含まれる適応パラメータs0,r1〜r3,b0は、すべてフィードバック制御の偏差の積分値に比例するため(数式11参照)、数式19から単純に積分項を分離することはできない。そこで、数式19において、KSTR(k−4)=KSTR(k−8)=KSTR(k−12)=KSTR0と近似し、偏差DKACT=KACTSTR−1.0と定義すると、数式21が得られる。
【0127】
【数21】
数式21の右辺第2項(−s0×DKACT/b0)は比例項とみなすことができるので、数式21の右辺から比例項を除いたものが積分項に相当するもの、すなわち積分項相当パラメータKSTRCHKとし、さらにKSTR0=KSTRCHKと近似すると、数式22が得られる。
【0128】
【数22】
これをKSTRCHKについて解くと、数式20が得られる。
【0129】
図18は、このようして数式20により算出される積分項相当パラメータKSTRCHKを用いて、図15のステップS713〜S716のリミット処理を行うことによる効果を説明するための図であり、時刻t1からt2の間に外乱が加わった場合を示す。同図(a)はステップS713〜S716のリミット処理を行わない場合を示し、同図(b)は行った場合を示す。この図から明らかなように、本実施形態によれば、適応補正係数KSTRの積分項相当パラメータKSTRCHKについてもリミット処理が行われるので、外乱が無くなった後において空燃比(KACTSTR)を元の状態に迅速に収束させることができる。
【0130】
図16は、図17で適応補正係数KSTRのなまし式(数式24)に適用するなまし係数CSTRREFを算出する処理のフローチャートである。
【0131】
ステップS721では、下記数式によりなまし係数CSTRREFを算出する。
【0132】
【数23】
CSTRREF=CSTRREF−DCREF
ここでDCREFは、所定減算値である。なまし係数CSTRREFは、エンジンが空燃比フィードバック領域以外にあるとき、所定値に初期化されており、適応フィードバック制御開始当初は上記数式18により、以下に述べる下限値CSTRLに達するまで漸減される。
【0133】
続くステップS722では、フュエルカット中であることを「1」で示すフュエルカットフラグFFCが「1」か否かを判別し、FFC=1であるときは、下限値CSTRLをフュエルカット時用の所定値CFCREFLに設定して(ステップS724)、ステップS727に進む。FFC=0であるときは、アイドル状態であることを「1」で示すアイドルフラグFIDLEが「1」か否かを判別し(ステップS723)、FILDLE=1であるときは、下限値CSTRLをアイドル用の所定値CIDLREFLに設定して(ステップS726)、ステップS727に進む。ここで、フュエルカット時用の所定値CFCREFLとアイドル用の所定値CIDLREFLとは、CFCREFL>CIDLREFLなる関係を有する。
【0134】
ステップS723でFILDLE=0であるときは、エンジン回転数NEに応じてCSTRLTBLテーブルを検索して、所定値CSTRTBLを算出し、下限値CSTRLを該所定値CSTRTBLに設定して(ステップS725)、ステップS727に進む。
【0135】
ステップS727では、なまし係数CSTRREFが下限値CSTRL以上か否かを判別し、CSTRREF≧CSTRLであるときは直ちに、またCSTRREF<CSTRLであるときは、CSTRREF=CSTRLとして(ステップS728)、本処理を終了する。
【0136】
図17は、KSTR(k)値のなまし値KSTRDLYを算出し、スロットル弁開度θTHに応じて、KSTR(k)値又はKSTRDLY値のいずれかを選択する処理のフローチャートである。
【0137】
ステップS741では、下記数式19によりなまし値KSTRDLYを算出する。
【0138】
【数24】
ここで、AはCSTRREF値より大なる所定値、右辺のKSTRDLYは、前回算出値である。
【0139】
続くステップS742では、スロットル弁開度θTHが所定開度θTHFC以上か否かを判別し、θTH≧θTHFCであるときは、KSTR=KSTR(k)とする一方(ステップS744)、θTH<θTHFCであるときは、KSTR=KSTRDLYとして(ステップS743)、本処理を終了する。
【0140】
図9〜13の処理によれば、少なくともエンジンの燃焼状態が非定常状態である期間は、適応制御からPID制御に空燃比フィードバック制御が切換わるので、燃焼非定常状態においても、空燃比制御の十分な正確性及び安定性を確保し、良好な運転性及び排気ガス特性を維持することができる。
【0141】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、適応制御器を用いて算出される空燃比制御量の積分項に相当する積分項相当パラメータが適応パラメータに基づいて算出され、該積分項相当パラメータの値が所定リミット範囲内となるようにリミット処理が行われるので、一時的に大きな外乱が加わった場合でもその外乱が無くなった後の制御の収束性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図2】本実施形態における空燃比制御手法を説明するための機能ブロック図である。
【図3】LAFセンサ出力に基づいて空燃比補正係数を算出する処理のフローチャートである。
【図4】最終目標空燃比係数(KCMDM)算出処理のフローチャートである。
【図5】目標空燃比係数(KCMD)算出処理のフローチャートである。
【図6】LAFフィードバック領域判別処理のフローチャートである。
【図7】PID補正係数(KLAF)算出処理のフローチャートである。
【図8】適応補正係数(KSTR)の算出処理を説明するためのブロック図である。
【図9】フィードバック補正係数(KFB)の算出処理のフローチャートである。
【図10】フィードバック処理判別処理のフローチャートである。
【図11】フィードバック処理判別処理のフローチャートである。
【図12】高応答フィードバック制御処理を示すフローチャートである。
【図13】低応答フィードバック制御処理を示すフローチャートである。
【図14】KSTR演算処理のフローチャートである。
【図15】適応パラメータの算出処理のフローチャートである。
【図16】図17の処理で用いるなまし係数(CSTRREF)を算出する処理のフローチャートである。
【図17】適応補正係数(KSTR)のなまし演算等を行う処理のフローチャートである。
【図18】一時的に大きな外乱が加わった場合の制御パラメータの推移を示す図である。
【図19】従来技術の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
1 内燃機関(本体)
2 吸気管
5 電子コントロールユニット(ECU)
12 燃料噴射弁
16 排気管
17 広域空燃比センサ
Claims (3)
- 内燃機関の排気系に設けられた空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段の出力に基づいて、適応パラメータを調整する適応パラメータ調整手段を有する適応制御器を用いて前記機関に供給する混合気の空燃比を目標空燃比に収束させるように空燃比制御量を算出し、該空燃比制御量により前記機関に供給する混合気の空燃比をフィードバック制御するフィードバック制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、
前記適応パラメータ調整手段は、前記空燃比制御量の積分項に相当する積分項相当パラメータを算出する積分項相当パラメータ算出手段と、該積分項相当パラメータの値が所定リミット範囲内となるように処理するリミット処理手段とをさらに有し、
前記積分項相当パラメータ算出手段は、前記積分項相当パラメータを前記適応パラメータに基づいて算出することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記リミット処理手段は、前記積分項相当パラメータが前記所定リミット範囲を越えたときは、前記適応パラメータを前回値に保持することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記適応パラメータはフィードバック制御の偏差の積分値に比例し、前記積分項相当パラメータ算出手段は、前記適応パラメータと複数の所定制御サイクル前における空燃比制御量との積の漸化式として表される空燃比制御量において、前記複数の所定制御サイクル前における空燃比制御量が互いに同一であると近似して前記空燃比制御量における積分項と比例項とを分離することにより前記積分項相当パラメータを算出することを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の空燃比制御装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27396296A JP3683363B2 (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
US08/937,379 US5884613A (en) | 1996-09-26 | 1997-09-25 | Air-fuel ratio control system for internal combustion engines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27396296A JP3683363B2 (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10103131A JPH10103131A (ja) | 1998-04-21 |
JP3683363B2 true JP3683363B2 (ja) | 2005-08-17 |
Family
ID=17535013
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27396296A Expired - Fee Related JP3683363B2 (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5884613A (ja) |
JP (1) | JP3683363B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3484074B2 (ja) * | 1998-05-13 | 2004-01-06 | 本田技研工業株式会社 | プラントの制御装置 |
DE19825990A1 (de) * | 1998-06-10 | 1999-12-16 | Fev Motorentech Gmbh | Verfahren zur Erkennung von Zündaussetzern an einer Kolbenbrennkraftmaschine mit elektromagnetisch betätigbaren Gaswechselventilen |
FR2821645B1 (fr) * | 2001-03-01 | 2003-09-05 | Sagem | Procede de prise en compte d'une combustion incomplete dans un cylindre d'un moteur a combustion interne, et dispositif de commande d'un moteur en faisant application |
DE60236394D1 (de) * | 2001-09-20 | 2010-07-01 | Honda Motor Co Ltd | Regelungseinrichtung für Mehrzweckmotor |
JP4007384B2 (ja) * | 2003-04-22 | 2007-11-14 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
DE102005009101B3 (de) * | 2005-02-28 | 2006-03-09 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Korrekturwertes zum Beeinflussen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses |
DE102005048704B3 (de) * | 2005-10-11 | 2007-05-10 | Siemens Ag | Verfahren zur Optimierung einer Ventilhubumschaltung bei Ottomotoren |
US9278698B2 (en) | 2014-04-23 | 2016-03-08 | Honda Motor Co., Ltd. | Methods and apparatus for limiting engine speed |
KR101827140B1 (ko) * | 2016-08-23 | 2018-02-07 | 현대자동차주식회사 | 람다 센서를 이용한 연료 분사량 제어방법 및 차량 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06146998A (ja) * | 1992-11-11 | 1994-05-27 | Honda Motor Co Ltd | 内燃エンジンの燃焼状態検出装置 |
JP3092439B2 (ja) * | 1994-03-14 | 2000-09-25 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
US5732689A (en) * | 1995-02-24 | 1998-03-31 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Air-fuel ratio control system for internal combustion engines |
US5724952A (en) * | 1995-06-09 | 1998-03-10 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Air-fuel ratio control system for internal combustion engines |
-
1996
- 1996-09-26 JP JP27396296A patent/JP3683363B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-09-25 US US08/937,379 patent/US5884613A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10103131A (ja) | 1998-04-21 |
US5884613A (en) | 1999-03-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3729295B2 (ja) | 内燃機関の空燃比制御装置 | |
JP3581737B2 (ja) | 内燃機関の空燃比制御装置 | |
JP3841842B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP3304845B2 (ja) | プラントの制御装置 | |
JP2007247476A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP3683356B2 (ja) | 内燃機関の空燃比制御装置 | |
US6029641A (en) | Air-fuel ratio control system for internal combustion engines | |
JP3372723B2 (ja) | 内燃機関の空燃比制御装置 | |
JP3683357B2 (ja) | 内燃機関の気筒別空燃比推定装置 | |
JP3304844B2 (ja) | プラントの制御装置 | |
JP3340058B2 (ja) | 多気筒エンジンの空燃比制御装置 | |
JP3683363B2 (ja) | 内燃機関の空燃比制御装置 | |
JP4430270B2 (ja) | プラントの制御装置及び内燃機関の空燃比制御装置 | |
JPH1073043A (ja) | 内燃機関の空燃比制御装置 | |
JP3549144B2 (ja) | 内燃機関の空燃比制御装置 | |
JP3962100B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP3847304B2 (ja) | 内燃機関の空燃比制御装置 | |
JP3223472B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JPH08232731A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
JP3889410B2 (ja) | 内燃機関の空燃比制御装置 | |
JP3743591B2 (ja) | 内燃機関の空燃比制御装置 | |
JP3575708B2 (ja) | 内燃機関の空燃比制御装置 | |
JP3634056B2 (ja) | 内燃機関の燃料噴射制御装置 | |
JP2754500B2 (ja) | 内燃エンジンの空燃比制御方法 | |
JP3261303B2 (ja) | 内燃機関の燃料噴射制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040520 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040601 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040723 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050524 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050525 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080603 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090603 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090603 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100603 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110603 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110603 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130603 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130603 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140603 Year of fee payment: 9 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |