JP3816258B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に、空燃比フィードバック制御機能とパージ制御機能とを備えた空燃比制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、内燃機関では、燃料タンク等から発生する蒸発燃料を活性炭に吸着させ、これを吸気系へパージして処理することが行われている。
また、燃料噴射装置で混合気の空燃比を論理空燃比となるよう空燃比のフィードバック制御を行う内燃機関がある。
このような内燃機関において、蒸発燃料をパージ処理していない場合は、空燃比フィードバック補正係数は基準値、例えば1.0を中心として変動しているが、パージが開始されると、パージされた蒸発燃料分だけ燃料噴射量を減少させなければならないので、空燃比フィードバック補正係数は小さな値をとる。
【0003】
このパージ処理時の空燃比フィードバック補正係数の基準値からの偏差は、内燃機関の運転状態、すなわち吸入空気量とパージ量の比(以後パージ率と称す)により様々な値をとる。また、空燃比フィードバック補正係数は空燃比の急変を避けるために、一定の積分定数で比較的ゆっくりと変化するように定められているので、パージ処理中に過渡運転などでパージ率が変化した場合、空燃比フィードバック補正係数は、パージ率の変化前の値から変化後の値に落ち着くまでに時間を要するため、その間空燃比が理論空燃比に維持できなくなる。
【0004】
そこで、特開平5−52139号公報では、以下のような装置が提案されている。すなわち、燃料噴射量を空燃比フィードバック補正係数により補正する第1の噴射量補正手段と、パージを行ったときに生ずる空燃比フィードバック補正係数のずれに基づいて単位目標パージ率当たりのパージエア濃度を算出するパージエア濃度算出手段と、パージを行ったときにパージエア濃度とパージ率との積に基づいて燃料量を減量する第2の噴射量補正手段とを具備した内燃機関において、パージ制御弁全開時におけるパージ量と吸入空気量との比である、最大パージ率を予め記憶しておき、パージ制御弁のデューティ比を目標パージ率/最大パージ率とし、パージが開始されたときに目標デューティ比を徐々に増大させる。空燃比フィードバック補正係数が所定値以下でリッチのとき、パージエア濃度係数を一定値ずつ増大させ、またパージ開始から15秒毎に空燃比フィードバック補正係数のずれを一定の割合でパージエア濃度係数に反映させることで、空燃比フィードバック補正係数を強制的に1.0に近づけるようにしている。このように機関の運転状態にかかわらずパージ率を一定となるようにパージ制御弁のデューティ比を制御し、またパージ率が変化したとしてもパージ率とパージエア濃度との積で噴射量を補正することにより過渡時の空燃比のずれを防止している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにパージ率を一定となるようにパージ制御弁のデューティ比を制御し、またパージ率とパージエア濃度との積で噴射量を補正しても、パージエア濃度を完全に算出するまで、すなわち空燃比フィードバック補正係数が1.0となるまでに或る時間を要しており、パージエア濃度を完全に算出するまでの状態では、パージカット状態からパージ状態へ移行時、または中負荷時のパージ率が数%確保できる状態から高負荷時のようにパージ率がほぼ零の状態への移行時、またはその状態からの復帰時に、空燃比が理論空燃比に維持できなくなるという問題が生じる。
【0006】
そこで、このような問題を解決するために、本出願人の先願である特開平8−261038号において、内燃機関に導入される空燃比を常に精度良く目標値に制御することができる内燃機関の空燃比制御装置が提案されている。すなわち、この空燃比制御装置は、パージ量算出手段により算出されたパージ量と運転状態検出手段により検出された運転状態よりパージ率を算出するパージ率算出手段と、パージ率と空燃比フィードバック補正係数によりパージエア濃度を算出するパージエア濃度算出手段と、パージ率とパージエア濃度とに基づきパージエア濃度補正係数を算出するパージエア濃度補正手段と、空燃比フィードバック補正係数とパージエア濃度補正係数とに基づき内燃機関に供給する燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段とを備え、パージ導入時の空燃比フィードバック補正係数のずれとパージ率とによりパージエア濃度を算出し、このパージエア濃度とパージ率とに基づきパージエア濃度補正係数を算出し、空燃比フィードバック補正係数とパージエア濃度補正係数とに基づいて内燃機関に供給する燃料噴射量を算出する。
【0007】
また、パージ率とパージエア濃度に応じて燃料噴射量を補正することにより、空燃比フィードバック補正係数が目標値となるように制御する。さらに、パージエア濃度算出手段により算出されたパージエア濃度をフィルタ処理して学習値を算出するとともに、内燃機関の始動後初めてパージエア濃度を算出した場合には、この算出結果にフィルタ処理を施すことなくそのままパージエア濃度学習値とする。さらにまた、パージ率が所定値以下の場合は、パージエア濃度の更新を禁止する。また、パージエア濃度の算出後は、内燃機関の始動後漸増されるパージ量の増加割合を算出前に比し大きくする。
しかしながら、この従来の空燃比制御装置では、次のような不具合があった。
1) パージエア濃度学習は充分であるが、空燃比フィードバック学習機会は充分に確保されておらず、パージエア濃度学習機会よりも少なく均等化されていない。
2) 空燃比フィードバック学習時に、充分なパージエア流量を確保できない。
3) パージエア濃度未学習時のパージ導入による空燃比の変動抑制とパージエア濃度既学習時のパージエア流量の確保ができない。
4) パージエア非導入継続時のパージエアの濃度学習値と実濃度値のずれによって生ずる空燃比の変動を防止することができない。
【0008】
そこで、この発明は、上述した従来の内燃機関の空燃非制御装置の諸問題を解消しようとするもので、空燃比フィードバック学習機会を充分に確保してパージエア濃度との学習機会を均等化することができる内燃機関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。
本発明の他の目的は、空燃比フィードバック学習時に充分なパージエア流量を確保することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、パージエア濃度未学習時のパージ導入による空燃比の変動を抑制でき、且つパージ既学習時のパージ流量をも確保することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することである。
本発明の外の目的は、パージエア非導入継続時のパージエアの濃度学習値と実濃度値のずれによって生ずる空燃比の変動を効果的に防止することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段の検出出力に基づき燃料蒸気を機関吸気系に導入する量を制御するパージ量制御手段と、このパージ量制御手段により前記機関吸気系に導入されるパージ量を算出するパージ量算出手段と、このパージ量算出手段により算出されたパージ量と前記運転状態検出手段により検出された運転状態よりパージ率を算出するパージ率算出手段と、前記内燃機関に供給された混合気の空燃比を検出する空燃比センサと、この空燃比センサの検出出力に基づき前記内燃機関に供給する混合気の空燃比が目標値となるよう補正する空燃比フィードバック補正係数を制御する空燃比制御手段と、前記パージ率と前記空燃比フィードバック補正係数によりパージエア濃度を算出するパージエア濃度算出手段と、前記パージ率と前記パージエア濃度とに基づきパージエア濃度補正係数を算出するパージエア濃度補正手段と、前記空燃比フィードバック補正係数より空燃比フィードバック補正学習値を演算する空燃比フィードバック補正学習値演算手段と、前記空燃比フィードバック補正係数、前記空燃比フィードバック補正学習値及び前記パージエア濃度補正係数とに基づき、前記内燃機関に供給する燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、空燃比フィードバック補正学習とパージエア濃度学習とを交互に切り替える空燃比フィードバック補正学習/パージエア濃度学習切替判定手段とを備え、空燃比フィードバック補正学習/パージエア濃度学習切替判定手段は、パージ制御の開始時点からの所定点火回数に基づいて、空燃比フィードバック補正学習とパージエア濃度学習とを切り替える内燃機関の空燃比制御装置が提供される。
また、通常空燃比フィードバック学習時にはパージエア導入を禁止するが、低パージエア濃度時には、パージエアを導入しながら空燃比フィードバック制御を実施するものである。
さらに、低パージエア濃度時には、空燃比フィードバック学習を優先させ、学習比率を増やすものである。
さらにまた、エンジン運転領域毎の空燃比フィードバック学習回数に基づき、空燃比の学習比率を変えるものである。
また、パージエア濃度未学習時の場合のみにおいて、パージエア未導入から導入に切り替わったときに、パージエア流量を漸増させるものである。
さらに、本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、測定された燃料タンク内の燃料レベル又は蒸散ガスの圧力に基づき、高温アイドル時等における蒸散ガスの多量発生を検出して、学習したパージエア濃度をリセット又は補正するパージエア濃度学習値リセット判定手段を更に備えるものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面によりこの発明の実施の形態について説明する。
実施の形態1.
図1は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の構成を示す概略構成図である。図1において、エアクリーナ1からの清浄化された吸気は、エアフローセンサ2により吸入空気量Qaを測定され、スロットルバルブ3で吸気量を負荷に応じて制御され、サージタンク4及び吸気管5を介してエンジン6の各気筒に吸入される。一方、燃料タンク8からの燃料はインジェクタ7を介して吸気管5に噴射される。また、燃料タンク8内で発生する蒸発燃料は、活性炭を内蔵したキャニスタ9に吸着される。この吸着された蒸発燃料は、エンジン6の運転状態によって決定されるパージ弁制御量に応じてパージ制御弁10が開弁されると、サージタンク4内の負圧によりキャニスタ大気口11より導入された空気がキャニスタ9内の活性炭内を通過する際に、活性炭から脱離された蒸発燃料を含んだ空気として、即ちパージエアとしてサージタンク4内にパージされる。
【0011】
また、空燃比制御、点火時期制御などの各種制御を行うエンジン制御ユニット20は、CPU21、ROM22、RAM23等からなるマイクロコンピュータで構成され、入出力インターフェイス24を介してエアフローセンサ2によって測定される吸入空気量Qa、スロットルセンサ12によって検出されるスロットル開度θ、スロットルバルブ3がアイドリング開度のときにオンとなるアイドルスイッチ13の信号、水温センサ14によって検出されるエンジン冷却水温WT、排気管15に設けられた空燃比センサ16からの空燃比フィードバック信号O2、クランク角センサ17によって検出されるエンジン回転数Ne、燃料タンク8とキャニスタ9を接続するパージ路に設けられた燃料タンク圧センサ8aにより検出される燃料タンク8内の蒸散ガスの圧力、燃料タンク8に設けられた燃料レベルゲージ8bにより検出される燃料タンク8内の燃料の油面レベル等を取り込む。なお、ここでエアフローセンサ2、スロットルセンサ12、アイドルスイッチ13、水温センサ14、空燃比センサ16及びクランク角センサ17等のセンサ類は、運転状態検出手段を構成している。
【0012】
そして、CPU21は、ROM22に格納されている制御プログラム及び各種マップに基づいて空燃比フィードバック制御演算を行い、駆動回路25を介してインジェクタ7を駆動する。
【0013】
また、エンジン制御ユニット20は、燃料噴射制御、点火時期制御、EGR制御、アイドル回転数制御などの各種制御を行う外に、機関の運転状態に応じて、例えば暖機完了後であってエンジン冷却水温WTが所定値以上であり、エンジン回転数Neが所定値以上の時、キャニスタパージ信号を出力してパージ制御弁10を駆動し、前述したようなキャニスタパージを行うと共に、アイドル運転状態に入ると、これをアイドルスイッチ13の信号によって検出し、パージ制御弁10をオフしてキャニスタパージをカットする。
【0014】
図2は本発明の制御ブロックの構成を示すブロック図である。図2において、30はセンサ類により得た情報に基づきエンジン6の運転状態を検出し、この運転状態により定まるパージ量を設定するパージ弁制御量設定手段、31はパージ量設定手段30で設定したパージ量に応じてパージ制御弁10の開弁割合を制御するパージ弁制御量制御手段で、パージ弁制御量設定手段30及びパージ弁制御量制御手段31はパージ量制御手段を構成している。32はパージ弁制御量設定手段31によって設定されたパージ弁制御量に基づき吸気管5に導入されるパージ量を算出するパージ量算出手段、33はエアフローセンサ2により検出される吸入空気量とパージ量算出手段32によって算出されるパージ量とに基づきパージ率を算出するパージ率算出手段、34は空燃比が目標空燃比となるように空燃比センサ16の検出出力に基づいて燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック補正係数を算出する空燃比制御手段としての空燃比フィードバック補正手段、35はパージを行ったときに生じる空燃比フィードバック補正係数のずれとパージ率とに基づいてパージエア濃度を算出するパージエア濃度算出手段、36はパージを行っているときにパージエア濃度とパージ率に基づいて燃料噴射量を補正するパージエア濃度補正係数を算出するパージエア濃度補正手段、37は空燃比フィードバック補正係数とパージエア濃度補正係数とに基づき燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段、38はエンジン回転数、エンジン冷却水温等を入力されて、それらに基づいて空燃比フィードバック補正学習とパージエア濃度学習との間の切り替えを行うべきか否かを判定する学習切替判定手段、39は、空燃比フィードバック補正手段34及び学習切替手段38の出力を受けて空燃比フィードバック補正学習値を算出する空燃比フィードバック補正学習値算出手段、40は高温アイドル時等における蒸散ガスの多量発生を検出して、学習したパージエア濃度をリセット又は補正するパージエア濃度学習値リセット判定手段である。
【0015】
図2に示す内燃機関では、基本的には次式に基づいて燃料噴射量Qfが算出される。
Qf={(Qa/Ne)/目標空燃比}×CFB×CRPG×K+α (1)
ここで各定数は次のものを表している。
Qa:吸入空気量
Ne:エンジン回転数
CFB:空燃比フィードバック補正係数
CPRG:パージエア濃度補正係数
K:補正係数1
α:補正係数2
【0016】
補正係数1のKは暖機補正係数等の乗算でかかる補正係数であり、補正係数2のαは加速増量等の加算でかかる補正係数であり、通常補正する必要のないときは、K=1.0,α=0となる。パージエア濃度補正係数CPRGはパージが行われたときに、パージエア濃度とパージ率に基づいて燃料噴射量を補正するものであり、パージが行われていないときは、CPRG=1.0となる。空燃比フィードバック補正係数CFBは、空燃比センサ16の出力信号に基づいて空燃比を目標空燃比に制御するためのものである。目標空燃比としては、どのような空燃比を用いても構わないが、本実施の形態では理論空燃比を目標空燃比とした場合について説明する。
【0017】
ここで、上述では、パージ制御等により空燃比が目標空燃比からずれた場合に空燃比フィードバック補正係数CFBによりこれを補正しようとしても、空燃比フィードバック補正係数CFBは一定の積分定数で比較的ゆっくりと変化するように定められているため、目標空燃比に補正するまでに時間を要することを述べた。
そこで、本発明では、上記(1)式に着目し、パージ制御時においては、パージエア濃度補正係数CPRGを更新することにより空燃比を目標空燃比に制御するようにし、このとき比較的ゆっくりと変化し目標空燃比に補正するまでに時間を要する空燃比フィードバック補正係数CFBは所定値を維持するようにしている。
従って、空燃比フィードバック補正係数CFBがゆっくりと変化し目標空燃比に補正するまでの間の空燃比のずれが抑制され、速やかに空燃比を目標空燃比に制御することができる。
【0018】
さて、空燃比センサ16は空燃比が過濃側(以下リッチと称す)のとき、0.9(v)程度の出力電圧を発生し、空燃比が希簿側(以下リーンと称す)のとき、0.1(v)程度の出力電圧を発生する。まず初めに、空燃比センサ16の出力信号に基づいて行われる空燃比フィードバック補正係数CFBの制御について説明する。
【0019】
図3は空燃比フィードバック補正係数CFBの算出ルーチンを示しており、まず始めに、ステップS100において、空燃比センサ16が活性化しているかを判断する。空燃比センサ16がまだ活性化していなければ、ステップS103に進み、CFB=1.0として処理を終了し、活性化していればステップS101に進む。ステップS101では、クランク角センサ17、エアフローセンサ2、スロットルセンサ12、水温センサ14等の信号を取り込み、エンジンの運転状態を検出する。次にステップS102では、ステップS101で検出した運転状態からフィードバックモードであるか否かを判別し、エンリッチモード、フューエルカットモード等、即ちフィードバックモードでない場合はステップS103に進み、CFB=1.0として処理を終了する。一方、フィードバックモードであれば、ステップS104において空燃比センサ16の出力電圧V02が0.45(v)よりも高いか否か、すなわちリッチであるか否かが判別される。V02≧0.45(v)のとき、即ちリッチのときにはステップS105に進んで後述するフィードバック積分補正係数積算値ΣIから比較的小さな積分値KIが減算される。次のステップS106では、空燃比フィードバック補正係数CFBの基準値である1.0にステップS105で演算されたフィードバック積分補正係数積算値ΣIを加算したものから比較的大きなスキップ値KPを減算することにより空燃比フィードバック補正係数CFBが算出される。
【0020】
一方、ステップS104において、V02<0.45(v)であると判断されたとき、即ちリーンのときには、ステップS107に進んでフィードバック積分補正係数積算値ΣIに比較的小さな積分値KIが加算される。次のステップS108では、空燃比フィードバック補正係数CFBの基準値である1.0に、ステップS107で演算されたフィードバック積分補正係数積算値ΣIを加算したものに、比較的大きなスキップ値KPを加算することにより空燃比フィードバック補正係数CFBが算出される。
なお、詳しくは後述するがフィードバック積分補正係数積算値ΣIは、パージの状態によって変化する値である。
従って、ステップS105乃至S107では、パージの状態によって空燃比フィードバック補正係数CFBが補正される。
【0021】
以上のように、リッチの場合に空燃比フィードバック補正係数CFBが小さくなって燃料噴射量が小さくなり、リーンの場合に空燃比フィードバック補正係数CFBが大きくなって燃料噴射量が多くなるので、空燃比が理論空燃比に維持されることになる。なお、パージが行われていない状態では空燃比フィードバック補正係数CFBは、ほぼ1.0を中心として変動している。
【0022】
次にパージ制御について説明する。図1に示す内燃機関においてパージ制御弁10はエンジン制御ユニット20により駆動回路25を介して駆動周期100[ms]でデューティ制御されている。パージ制御弁ON時間TPRGは、次式に基づいて算出される。
TPRG=PRGBSE×KPRG×Kx (2)
ここで各定数は次のものを表している。
PRGBSE:基本パージ制御弁ON時間
KPRG:初期パージ流量低減係数
Kx:補正係数
【0023】
補正係数Kxはエンジン冷却水温補正、吸気温補正をまとめて表したもので通常エンジン暖機後には1.0である。基本パージ制御弁ON時間PRGBSEは、クランク角センサ17から算出されるエンジン回転数Neと、このエンジン回転数Neとエアフローセンサ2で測定される吸入空気量Qaから算出される充填効率Ecとの2次元のマップになっており、一定のパージ率になるようなパージ制御弁ON時間が設定してある。初期パージ流量低減係数KPRGは、始動後のキャニスタ9への蒸発燃料吸着状態が不明である場合などに多量のパージが行われないように低減補正をする係数であり、次式に基づいて算出される。
KPRG=min{KKPRG×ΣQPRG,1.0} (3)
上式は、(KKPRG×ΣQPRG)と1.0を比較して小さい値をとることを意味する。ここで、各定数は次のものを表している。
KKPRG:パージ流量初期低減係数ゲイン
ΣQPRG:パージ量積算値
【0024】
パージ量積算値ΣQPRGは始動後のパージ量の積算値で、始動後の初期値は0である。パージ流量初期低減係数ゲインKKPRGは初期パージ流量低減係数KPRGの増加割合である。従って、初期パージ流量低減係数KPRGの動作としては、始動後、パージが進むに応じてパージ流量低減係数ゲインKKPRGの増加割合で値が大きくなり、1.0で制限される。
以上の初期パージ流量低減係数KPRGの動作により、パージ制御弁ON時間TPRGは始動後には基本パージ制御弁ON時間PRGBSEより低減された値をとり、パージが進むにつれて基本パージ制御弁ON時間PRGBSEまで徐々に増加していく。
なお、パージ流量低減係数ゲインKKPRGは図9のイニシャライズ処理ルーチンのステップS606及びS607でセットされ、始動時のエンジン冷却水温に応じて異なる値をとる。
【0025】
図9はエンジン制御ユニット20に電源が供給されたときに行われるイニシャライズ処理を示したものであって、ステップS600からS603では、各変数に初期値が与えられ、ステップS604では、パージエア濃度学習済フラグのクリアが行われると共に、ステップS605からS607では、エンジンの温度に応じて各変数に初期値が与えられる。
ステップS605では、エンジンが暖機終了しているか否かが判定され、暖機終了していなければ、ステップS606でパージエア流量初期低減係数ゲインKKPRGには予め定められた低温始動時の値が与えられる。
また、ステップS605にて、エンジンが暖機終了していると判定された場合は、ステップS607に進み、パージエア流量初期低減係数ゲインKKPRGの値を高温始動時パージエア流量初期低減係数ゲインKPRGCSに設定する。
【0026】
なお、上述の低温始動時および高温始動時のゲインは次のようになっている。
ゲイン: KPRG<KPRGCS
エンジンの暖機に伴いキャニスタ9の温度が上昇し燃料蒸散ガスが離脱しやすくなること、キャニスタ9への燃料蒸散ガスが未知であることより、パージエア流量低減係数の増加速度を決めるゲインとしては小さな値を設定するようにしている。
【0027】
図4はパージ制御を示すフローチャートである。ここで、図4を参照してより詳細に説明する。まず始めに、ステップS200で、クランク角センサ17、エアフローセンサ2、スロットルセンサ12、水温センサ14等の信号を取り込み、エンジンの運転状態を検出する。次にステップS201では、ステップS200で検出した運転状態からパージ制御範囲か否かを判断し、パージ制御範囲でなければステップS202に進みTPRG=0[ms]、即ちパージ制御弁閉として処理を終了し、パージ制御範囲であればステップS203に進む。ステップS203では、予め記憶されている図5の基本パージ制御弁ON時間PRGBSEのマップより、エンジン回転数Neと充填効率Ecに基づいてパージ制御弁ON時間を算出する。ここで、図5のパージ流量基準値QPRGBSEは、前記パージ制御弁ON時間PRGBSE制御量でパージ制御弁10を制御したときのパージ流量を実験的に求めた値をマップにしたものである。
【0028】
次のステップS204では、パージエア濃度学習済フラグがセットされているか否かを判別しセットされていなければ、即ちパージエア濃度学習が未学習であればステップS206に進み、セットされていれば、即ちパージエア濃度学習が完了していればステップS205に進み、イニシャライズ処理時にセットされているパージ流量低減係数ゲインKKPRGをKPRGHにセットし直す。KPRGHはイニシャライズ処理時にセットされるKKPRGの値に比べ大きな値をとっており、パージエア濃度学習完了後は、パージエア濃度未学習時より速くパージ制御量を増加させるようにしている。これは、パージエア濃度学習完了後は空燃比がパージ率の変化に影響を受けないため、パージ量をより多く導入できるようにするために行っている。
【0029】
次にステップS206では、初期パージ流量低減係数KPRGが算出され、次のステップS207では、ステップS203で算出した基本パージ制御弁ON時間PRGBSEとステップS206で算出した初期パージ流量低減係数KPRGに基づき、パージ制御弁ON時間TPRGが算出される。次のステップS208では、初期パージ流量低減係数KPRG<1.0か否かを判断してKPRG≧1.0であれば処理を終了し、KPRG≧1.0であればステップS209に進む。ステップS209では、パージ量積算値ΣQPRGにステップS207で算出されたパージ制御弁ON時間に応じたパージ量QPRGを加算して処理を終了する。なお、パージ量QPRGの算出方法は次のパージ率Prの算出の部分で説明する。
【0030】
次に、パージ率Prの算出について説明する。図6はパージ率Prの算出を示すフローチャートである。まず始めのステップS300では、吸入空気量Qa>0であるか否かを判断し、吸入空気量Qa≦0あれば、ステップS302でパージ率Pr=0として処理を終了する。ステップS300で、吸入空気量Qa>0であれば、ステップS301に進む。ステップS301では、パージ制御弁ON時間TPRG>0であるか否かを判断し、パージ制御弁ON時間TPRG≦0であれば、ステップS302でパージ率Pr=0として処理を終了し、パージ制御弁ON時間TPRG>0であれば、ステップS303に進む。ステップS303では、パージ制御弁ON時間TPRGと、図5の基本パージ制御弁ON時間PRGBSEと、パージ流量基準値QPRGBSEとに基づき、パージ量QPRGを算出する。最後のステップS304では、前のステップS303で算出されたパージ量QPRGと吸入空気量Qaとに基づきパージ率Prを算出し処理を終了する。なお、パージ率Prの算出ルーチンは、クランク角センサ17の信号立ち上がり毎に処理を行っている。
【0031】
次に、パージエア濃度学習について説明する。図7はパージエア濃度学習を示すフローチャートである。まず始めのステップS400では、パージ率Pr≧1(%)か否かを判断し、パージ率Pr<1(%)であればステップS412に進み、パージエア濃度積算値PnSUM=0として処理を終了し、パージ率Pr≧1(%)であればステップS401進む。ここで、パージ率Pr<1(%)時に、パージエア濃度の算出をしないようにしているのは、パージ以外の要因、例えばエアフローセンサの経年変化、インジェクタの特性ばらつき等により空燃比のずれがあった場合に、パージ率Prが小さいほどパージエア濃度の算出結果の誤差が大きくなるためである。
ここで、ステップS400はパージエア濃度の更新を禁止する禁止手段を構成している。
ステップS401では、パージ率Prと空燃比フィードバック補正係数CFBと後述するパージエア濃度補正係数CPRGとに基づき、パージエア濃度Pnを算出する。
【0032】
次のステップS402では、パージエア濃度積算値PnSUMにステップS401で算出したパージエア濃度Pnを加算し、次のステップS403で、パージエア濃度積算カウンタPnCをデクリメントする。そして、ステップS404ではPnC=0であるか否かを判断し、PnC>0であれば処理を終了し、PnC=0であればステップS405に進む。ステップS405では、パージエア濃度積算値PnSUMよりパージエア濃度平均値Pnaveを算出する。ここで、パージエア濃度積算値を128で除しているのは、パージエア濃度カウンタはイニシャライズ処理時に128にセットされており、ステップS405のパージエア濃度積算値PnSUMは128回分の積算値となっているからである。また、このパージエア濃度学習のルーチンもクランク角センサ信号の立ち上がり毎に処理しているので、パージエア濃度平均値Pnaveはクランク角センサ信号の立ち上がり128回毎に更新されることになる。
【0033】
次のステップS406では、パージエア濃度学習条件が成立か否かを判断し、不成立であればステップS412に進みパージエア濃度積算値PnSUM=0として処理を終了し、成立であればステップS407に進む。ステップS407では、パージエア濃度学習済フラグがセットされているか否かを判別し、セットされていなければ、エンジンの始動後初めてパージエア濃度を算出した場合であるから、このときはステップS408に進み、ステップS405にて算出されたパージエア濃度平均値Pnaveをパージエア濃度学習値Pnfとし、ステップS409にてパージエア濃度学習済フラグをセットし、ステップS412でパージエア濃度積算値PnSUM=0として処理を終了する。ここで、パージエア濃度平均値Pnaveにフィルタ処理を施さずにパージエア濃度学習値Pnfとすることにより、時間的に早く実パージエア濃度学習値Pnfを得ることができる。一方、ステップS407でパージエア濃度学習済フラグがセットされている場合は、ステップS410進み、フィルタ定数KF(1>KF≧0)によりフィルタ処理を施しパージエア濃度学習値Pnfを算出し、ステップS411にてPnC=128にセットし、次のステップS412でPnSUM=0として処理を終了する。
なお、図7のフローチャートはパージエア濃度学習値算出手段を構成している。
【0034】
次に、パージエア濃度学習補正係数CPRGの算出について説明する。図8はパージエア濃度学習補正係数CPRGの算出を示すフローチャートである。まず始めのステップS501で、パージエア濃度学習済フラグがセットされているか否かを判別し、セットされていなければ、即ちパージエア濃度学習が未学習であれば、ステップS502でCPRG=1.0として処理を終了し、セットされていれば、即ちパージエア濃度学習が完了していれば、ステップS503に進む。ステップS503では、パージ率Prとパージエア濃度学習値Pnfに基づきパージエア濃度瞬時学習値CPRGLを算出する。次のステップS504では、パージ制御弁ON時間TPRG>0であるか否かを判断し、TPRG≦0であればステップS506に進み、CPRGR=1.0とし、ステップS507に進む。一方、TPRG>0であれば、ステップS505に進み、ステップS503にて算出されたパージエア濃度瞬時学習値CPRGLをCPRGRとしてステップS507に進む。ステップS507では、前行程にて求められたCPRGRをフィルタ定数KF(1>KF≧0)によりフィルタ処理を施し、パージエア濃度学習補正係数CPRGを演算する。
【0035】
次のステップS508では、前回のパージエア濃度学習補正係数CPRGから今回求まったパージエア濃度学習補正係数CPRGを差し引いた値をΔCPRGとしてステップS509に進む。ステップS509では、フィードバック積分補正係数積算値ΣIからステップS508で求められたΔCPRGを差し引いて新たなフィードバック積分補正係数積算値ΣIとし処理を終了する。
このフィードバック積分補正係数積算値ΣIは、上述で説明したように空燃比フィードバック補正係数CFBの算出に用いられる。
【0036】
次に、図10のタイムチャートを用いて動作の説明をする。エンジン始動後パージが導入されるまでは、パージ流量低減係数KPRGは零の値をとり、エンジン始動後運転状態が安定して定常状態になったとき、すなわちアイドルスイッチ13がオフとなるa点においてパージ制御が開始され、パージが導入され始めると、パージ率Prが演算されパージ流量積算値ΣQPRGが積算される共に、パージ流量低減係数KPRGは所定の傾きで増加する。
パージ制御の開始時点から所定数の点火(図示例では128点火)後にパージエア濃度学習値Pnfが演算されると共に、パージエア濃度学習補正係数CPRGが算出され、空燃比フィードバック補正係数CFBは前回のパージエア濃度学習補正係数から今回のパージエア濃度学習補正係数を差し引いたΔCPRGが足し込まれる。また、パージ流量低減係数KPRGの増加は1.0で制限されると共に、その時点でパージ流量積算値ΣQPRGの積算が中止される。
【0037】
また、アイドルスイッチ13がオフとなりパージ制御が開始されると(a点)、パージ制御弁10が開にされて、学習切替判定手段38に内蔵される学習実行カウンタが所定回数の点火(図示例では256点火)毎に初期値(図示例では12)から零までカウントダウンされ、零になった時点で初期値へリセットされる。そして、学習実行カウンタのカウント値が第1の所定値(図示例では8)になった時点で、パージ制御弁10が閉じられると同時に空燃比が学習され、学習実行カウンタが第2の所定値(図示例では6)になった時点で、再びパージ制御弁10が開放されてパージ濃度の学習が行われる。また、学習切替判定手段38に内蔵されるパージエア濃度学習カウンタは、パージ制御開始と同時にカウントを開始し、所定の点火回数(図示例では128点火)毎にカウントアップされ、パージ制御弁10が閉鎖されている間及びパージエア濃度学習条件が不成立の時(エンジンの加減速時等において空燃比が理論空燃比に制御されず空燃比のフィードバック制御が行われずパージエア濃度学習の必要がない時)には、カウントアップされないようになっている。
【0038】
この実施の形態1では、空燃比フィードバック補正学習とパージエア濃度学習とを学習実行カウンタ値に応じて交互に切り替えることにより、空燃比フィードバック補正学習とパージエア濃度学習との両方の学習機会を均等化させて、パージエアを導入した際の空燃比に対する影響を考慮して、パージ制御と空燃比制御とを両立させながらきめ細かく両者を制御することができるものである。
また、低パージエア濃度時(パージエア濃度学習値が所定値(例えば1パーセント)以下の時には、パージ制御弁10を所定のパーセンテージで開放してパージ流量低減計数を小さな値に設定して、低いパージ率でパージエアを導入しながら空燃比フィードバック学習を実行する。これにより、空燃比フィードバック制御時にもパージ流量を確保して、燃料タンク8内の蒸散ガスの圧力上昇を抑制することができるとともに、誤差の少ない空燃比フィードバック補正学習が可能となる。
また、逆にパージエア濃度が高い場合には、パージエア内の燃料による空燃比のずれを防止するため、パージ導入を禁止して空燃比フィードバック予習を実行する。
さらに、パージエア濃度未学習時にパージエアを導入するときには、パージエア導入による空燃比の変動を抑制するため、要求パージエア量になましをかけて徐々にパージエア量を増やすようにする一方、パージエア濃度学習時には、パージエア流量を確保するため、なましをかけずにパージエアを導入する。このように、パージエア濃度未学習時にパージエア未導入から導入に切り替わったときに、パージエア流量を漸増させることにより、パージエア濃度学習値とパージエア実濃度値との間のずれによって生じるパージエア導入時の空燃比の変動を効果的に抑制することができる。
【0039】
実施の形態2.
図11は本発明の実施の形態2に係わる内燃機関の空燃比制御装置の動作を表す、図10と同様の波形図である。この実施の形態2では、パージエア濃度が低く充分なパージが実行できている場合には、空燃比フィードバック学習補正の比率を上げて、学習機会を確保するものである。すなわち、パージエア濃度学習値が所定値(例えば1パーセント)以下の時には、空燃比の学習回数を、所定値以上の時の回数(図示例では2)から所定回数(図示例では4)へ増やしている。このように、低パージエア濃度時、すなわちパージエアを導入する必要がないレベルに燃料タンク8内の蒸散ガスの濃度(圧力)が下がった時には、パージエアの導入を止めて空燃比学習を優先させて学習比率を増やすことにより、パージ制御に悪影響を与えることなく、空燃比の学習回数を増大させて空燃比フィードバック制御の精度を向上させることができる。
【0040】
実施の形態3.
図12は本発明の実施の形態3に係わる内燃機関の空燃比制御装置の動作を表す、図10と同様の波形図である。
この実施の形態3では、図12に示すように、エンジンの運転域がエンジン回転数に応じて複数(図示例では2)の運転ゾーンA、Bに区分けされ、運転ゾーン毎に空燃比の学習回数を記憶しておき、空燃比の既学習回数が多い運転ゾーンAでは空燃比学習回数を減らし、逆に、空燃比の既学習回数が少ない運転ゾーンBでは空燃比学習回数を増やすようにしたものである。すなわち、運転ゾーンAでは、1回目の学習で3回学習されているので、その後の2回目の学習では学習回数を2回に減らしているが、エンジン回転数が増加してエンジン運転域が運転ゾーンAから運転ゾーンBに変わったような場合には、運転ゾーンAでは空燃比が学習されていないため、1回目の学習回数を多くして5回としている。
この図12の例では、エンジン運転域をエンジン回転数に応じて複数の運転ゾーンに区分けしたが、図13に示すように、エンジンの運転域を、エンジン回転数とエンジン負荷(充填効率)とにより複数の運転ゾーンに区分けして、各運転ゾーン毎に空燃比学習回数を記憶するようにしてもよい。
【0041】
図13において、エンジン運転域がエンジン回転数の閾値N1、N2、N3、アイドルスイッチ13のオン/オフとそのときのシフトレバーのニュートラルレンジNかドライブレンジRかの状態、及びエンジン負荷(充填効率)a,bとにより、複数(図示例では11)の運転ゾーンに区分けされ、各運転ゾーン毎に空燃比の学習回数GL0〜GL10がエンジン制御ユニット20内のRAM23(図1)に記憶される。この場合、運転状態によってゾーン毎の学習機会にばらつきが生じる。これに対処するため、既学習回数の少ない運転ゾーンでは低パージ濃度時に空燃比フィードバック学習回数を多くして学習機会を確保し、他方、既学習回数の多い運転ゾーンでは学習回数を少なくする。
このように、エンジン運転ゾーン毎の空燃比フィードバック学習回数を記憶しておき、この学習回数に基づいて学習比率を変えることにより、運転ゾーン毎の学習機会を均等化して、運転ゾーンの全域において効率の良い空燃比フィードバック制御を行うことができる。
【0042】
実施の形態4.
図14は本発明の実施の形態4に係わる内燃機関の空燃比制御装置の動作を表す波形図である。この実施の形態3では、パージエア濃度学習値リセット判定手段40により、高温アイドル時等における蒸散ガスの多量発生を検出して、学習したパージエア濃度をリセット又は補正するようにしたものである。
このパージエア濃度学習値リセット判定手段40は、図2に示すように、図示しない吸気温センサにより検出される吸気の温度、アイドルスイッチ13のオン/オフ状態を表す信号、燃料レベルゲージ8bにより検出された燃料タンク8内の燃料レベル、燃料タンク圧センサ8aにより測定された燃料タンク8内の蒸散ガスの圧力等を入力されて、これらに基づいてパージエア濃度学習値をリセット又は補正すべきか否かを判定する。
図14に示すように、アイドルスイッチ13がオフからオンになった時、パージ制御が禁止(停止)となり、それと同時にパージエア濃度学習値リセット判定手段40に内蔵されるリセットタイマが作動され、このリセットタイマのカウント値が所定値になった時、吸気温センサにより検出されたエンジン吸気温が所定の判定値を超えていれば、パージエア濃度学習値をリセットし、パージエア濃度学習状態を未学習に設定する。これは、パージエア非導入が長時間継続した場合には、高温状態でのアイドル運転等により、燃料タンク8内で燃料の蒸散ガスが大量に発生して、パージエア濃度学習値が実際の燃料タンク8内の蒸散ガス(蒸発燃料)の濃度からずれていると予想されるためである。
また、パージシステムがクローズループの状態(図1でキャニスタ大気口11が閉じられてパージエアが大気中に放出されない状態)では、パージエア濃度学習値をリセットする代わりに、燃料レベルゲージ8bにより測定された燃料タンク8内の燃料レベルや燃料タンク圧センサ8aにより測定された燃料タンク8内の蒸散ガスの圧力等に基づいて蒸散ガスの発生度合いを推定して、記憶されているパージエア濃度学習値を補正するようにしてもよい。
これにより、パージエア非導入継続時のパージエアの学習濃度値と実濃度値とのずれによって生じる空燃比の変動を効果的に防止することができる。
【0043】
【発明の効果】
以上のように、この発明は次のような優れた効果を奏するものである。
本発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、パージ制御の開始時点からの所定点火回数に基づいて、空燃比フィードバック補正学習とパージエア濃度学習とを交互に切り替えることにより、空燃比フィードバック補正学習とパージエア濃度学習との両方の学習機会を均等化させて、パージエアを導入した際の空燃比に対する影響を考慮して、パージ制御と空燃比制御とを両立させながらきめ細かく両者を制御することができる。
また、通常空燃比フィードバック学習時にはパージエア導入を禁止するが、低パージエア濃度時には、パージエアを導入しながら空燃比フィードバック制御を実施することにより、空燃比フィードバック制御時にもパージ流量を確保して、燃料タンク内の蒸散ガスの圧力上昇を抑制することができるとともに、誤差の少ない空燃比フィードバック補正学習が可能となる。
さらに、低パージエア濃度時には、空燃比フィードバック学習を優先させ、空燃比の学習比率を増やすことにより、パージ制御に悪影響を与えることなく、空燃比の学習回数を増大させて空燃比フィードバック制御の精度を向上させることができる。
さらにまた、エンジン運転領域毎の空燃比フィードバック学習回数に基づき、空燃比の学習比率を変えることにより、運転ゾーン毎の学習機会を均等化して、運転ゾーン全域において効率の良い空燃比フィードバック制御を行うことができる。
また、パージエア濃度未学習時の場合のみにおいて、パージエア未導入から導入に切り替わったときに、パージエア流量を漸増させ、パージエア濃度学習時には、パージエア未導入から導入に切り替わったときに、前記パージエア流量を漸増させないことにより、パージエア濃度学習値とパージエア実濃度値との間のずれによって生じるパージエア導入時の空燃比の変動を効果的に抑制することができる。
さらに、測定された燃料タンク内の燃料レベル又は蒸散ガスの圧力に基づき、高温アイドル時等における蒸散ガスの多量発生を検出して、学習したパージエア濃度をリセット又は補正することにより、パージエア非導入継続時のパージエアの学習濃度値と実濃度値とのずれによって生じる空燃比の変動を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置を示す構成図である。
【図2】 本発明の空燃比制御装置の制御ブロックを示す図である。
【図3】 空燃比フィードバック補正係数の算出を示すフローチャートである。
【図4】 パージ制御を示すフローチャートである。
【図5】 基本パージ制御弁オン時間およびパージ流量基準値を示すマップである。
【図6】 パージ率の算出を示すフローチャートである。
【図7】 パージエア濃度の学習を示すフローチャートである。
【図8】 パージエア濃度学習補正係数の算出を示すフローチャートである。
【図9】 イニシャライズ処理を示すフローチャートである。
【図10】 本発明に実施の形態1に係る空燃比制御装置の動作を表すタイミングチャートである。
【図11】 本発明に実施の形態2に係る空燃比制御装置の動作を表すタイミングチャートである。
【図12】 本発明に実施の形態3に係る空燃比制御装置の動作を表すタイミングチャートである。
【図13】 本発明に実施の形態3に係る空燃比制御装置において、エンジン運転域を複数の運転ゾーンに分割し、各運転ゾーン毎に空燃比フィードバック学習回数を記憶する状態を示す図である。
【図14】 本発明に実施の形態4に係る空燃比制御装置の動作を表すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 エアクリーナ、2 エアフローセンサ、3 スロットルバルブ、4 サージタンク、5 吸気管、6 エンジン、7 インジェクタ、8 燃料タンク、8a 燃料タンク圧センサ、8b 燃料レベルゲージ、9 キャニスタ、10 パージ制御弁、11 キャニスタ大気口、12 スロットルセンサ、13 アイドルスイッチ、14 水温センサ、15 排気管、16 空燃比センサ、17 クランク角センサ、20 エンジン制御ユニット、21 CPU、22 ROM、23 RAM、24 入出力インターフェイス、25 駆動回路、30 パージ弁制御量設定手段、31 パージ弁制御量制御手段、32 パージ量算出手段、33 パージ率算出手段、34 空燃比フィードバック補正手段、35 パージエア濃度算出手段、36 パージエア濃度補正手段、37 燃料噴射量算出手段、38 学習切替判定手段、39 空燃比フィードバック補正学習値算出手段、40 パージエア濃度学習値リセット判定手段。
Claims (6)
- 内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
この運転状態検出手段の検出出力に基づき燃料蒸気を機関吸気系に導入する量を制御するパージ量制御手段と、
このパージ量制御手段により前記機関吸気系に導入されるパージ量を算出するパージ量算出手段と、
このパージ量算出手段により算出されたパージ量と前記運転状態検出手段により検出された運転状態よりパージ率を算出するパージ率算出手段と、
前記内燃機関に供給された混合気の空燃比を検出する空燃比センサと、
この空燃比センサの検出出力に基づき前記内燃機関に供給する混合気の空燃比が目標値となるよう補正する空燃比フィードバック補正係数を制御する空燃比制御手段と、
前記パージ率と前記空燃比フィードバック補正係数によりパージエア濃度を算出するパージエア濃度算出手段と、
前記パージ率と前記パージエア濃度とに基づきパージエア濃度補正係数を算出するパージエア濃度補正手段と、
前記空燃比フィードバック補正係数より空燃比フィードバック補正学習値を演算する空燃比フィードバック補正学習値演算手段と、
前記空燃比フィードバック補正係数、前記空燃比フィードバック補正学習値及び前記パージエア濃度補正係数とに基づき、前記内燃機関に供給する燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
空燃比フィードバック補正学習とパージエア濃度学習とを交互に切り替える空燃比フィードバック補正学習/パージエア濃度学習切替判定手段とを備え、
前記空燃比フィードバック補正学習/パージエア濃度学習切替判定手段は、パージ制御の開始時点からの所定点火回数に基づいて、前記空燃比フィードバック補正学習と前記パージエア濃度学習とを切り替えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 通常空燃比フィードバック学習時にはパージエア導入を禁止するが、低パージエア濃度時には、パージエアを導入しながら空燃比フィードバック制御を実施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。
- 低パージエア濃度時には、空燃比フィードバック学習を優先させ、学習比率を増やす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。
- エンジン運転領域毎の空燃比フィードバック学習回数に基づき、空燃比の学習比率を変え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。
- パージエア濃度未学習時の場合のみにおいて、パージエア未導入から導入に切り替わったときに、パージエア流量を漸増させ、パージエア濃度学習時には、パージエア未導入から導入に切り替わったときに、前記パージエア流量を漸増させない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。
- 測定された燃料タンク内の燃料レベル又は蒸散ガスの圧力に基づき、高温アイドル時等における蒸散ガスの多量発生を検出して、学習したパージエア濃度をリセット又は補正するパージエア濃度学習値リセット判定手段を備え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。
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