JP3997971B2 - Air-fuel ratio control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、触媒の転換性能を発揮するように空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。 The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that controls an air-fuel ratio so as to exhibit a conversion performance of a catalyst.
三元触媒は触媒雰囲気が理論空燃比付近のときにNOx、HC、COを同時に効率的に浄化する。しかし三元触媒の酸素ストレージ量が飽和量に達したり、逆に酸素を全く保持しない状態になると、HC、CO、NOxの浄化効率が低下するので、触媒の酸素ストレージ量を一定にするようにエンジンの空燃比制御を行っている。 The three-way catalyst efficiently purifies NOx, HC, and CO simultaneously when the catalyst atmosphere is near the theoretical air-fuel ratio. However, if the oxygen storage amount of the three-way catalyst reaches the saturation amount or does not hold oxygen at all, the purification efficiency of HC, CO, and NOx decreases, so the oxygen storage amount of the catalyst is made constant. The air-fuel ratio control of the engine is performed.
このような空燃比制御としては、従来より、排気通路に設けた空燃比センサによって検出した検出空燃比が目標空燃比と一致するように制御する空燃比フィードバック制御が広く行われている。そのフィードバック制御としては、例えばPID制御があり、また、最近はロバスト性を向上させるためにスライディングモード制御を用いる方法も提案されている(特許文献1参照)。
しかし、このようなフィードバック制御では、目標空燃比への応答性の向上には限界がある。すなわち、リッチ/リーンスパイクのような大きな外乱が入った場合には、目標値に対する偏差が大きくなる。そのため、その偏差を修正するために補正量を大きくするのであるが、その後外乱が消滅した場合には、その補正量分だけ過補正となってしまう。したがって、運転性能を成立させるためには、応答性能を落とさざるを得ず、排気性能については空燃比センサのポテンシャルを十分に発揮できていない。 However, such feedback control has a limit in improving the response to the target air-fuel ratio. That is, when a large disturbance such as a rich / lean spike enters, the deviation from the target value increases. For this reason, the correction amount is increased in order to correct the deviation. However, when the disturbance disappears thereafter, the correction amount is overcorrected by the correction amount. Therefore, in order to establish the driving performance, the response performance has to be lowered, and the exhaust performance cannot fully exhibit the potential of the air-fuel ratio sensor.
このように、応答性を向上させた場合に外乱に対してロバスト性が低下するということは、無駄時間を持つ系においては原理上避けることができない。 As described above, in principle, it is unavoidable that the robustness with respect to the disturbance is reduced when the responsiveness is improved in a system having a dead time.
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、応答性能を落とすことなく、またリッチ/リーンスパイクのような大きな外乱が入った場合であっても過補正を生じない内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and overcorrection occurs even when a large disturbance such as a rich / lean spike enters without reducing the response performance. It is an object to provide an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine.
本発明は以下のような解決手段により前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。 The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected, it is not limited to this.
本発明は、触媒(7)の転換性能に基づいてその触媒に流入する排ガスの目標空燃比を算出する目標空燃比算出手段(21)と、前記触媒に流入する排ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段(16)と、前記空燃比検出手段で検出する空燃比が前記目標空燃比になるように、前記検出空燃比に基づいてフィードバック補正量を算出するフィードバック補正量算出手段(22)と、前記フィードバック補正量に基づいて燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段(31)とを有する内燃機関の空燃比制御装置であって、リーン側又はリッチ側の燃焼限界空燃比と前記目標空燃比とに基づいて、リッチ側又はリーン側の燃焼限界空燃比と前記目標空燃比とあいだに、リッチ側又はリーン側の応答限界空燃比を設定する応答限界設定手段(ステップS2)と、前記空燃比検出手段で検出した空燃比が、前記応答限界空燃比を超えるときはフィードバック補正量を制限するフィードバック補正量制限手段(ステップS8〜S10)とを備えることを特徴とする。 The present invention includes a target air-fuel ratio calculating means (21) for calculating a target air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the catalyst based on the conversion performance of the catalyst (7), and an air-fuel ratio for detecting the air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the catalyst. A fuel ratio detection means (16), a feedback correction amount calculation means (22) for calculating a feedback correction amount based on the detected air-fuel ratio so that the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detection means becomes the target air-fuel ratio. An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine having a fuel injection amount control means (31) for controlling a fuel injection amount based on the feedback correction amount, wherein the lean-side or rich-side combustion limit air-fuel ratio and the target air-fuel ratio Response limit setting means (step) for setting a rich side or lean side response limit air-fuel ratio between the rich side or lean side combustion limit air fuel ratio and the target air fuel ratio based on the fuel ratio. S2) and feedback correction amount limiting means (steps S8 to S10) for limiting the feedback correction amount when the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detection means exceeds the response limit air-fuel ratio. .
本発明によれば、燃焼限界空燃比及び目標空燃比に基づいて応答限界空燃比を設定し、空燃比検出手段で検出した空燃比が、応答限界空燃比を超えるときはフィードバック補正量を制限するようにしたので、想定以上のスパイク外乱が付加された場合にはフィードバック制限がかかるので過補正となることがない。その一方で、通常の空燃比フィードバック範囲であれば従来通りの高い応答性を維持することができる。 According to the present invention, the response limit air-fuel ratio is set based on the combustion limit air-fuel ratio and the target air-fuel ratio, and the feedback correction amount is limited when the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detection means exceeds the response limit air-fuel ratio. As a result, when a spike disturbance more than expected is added, a feedback restriction is applied, and overcorrection is not caused. On the other hand, the conventional high responsiveness can be maintained within the normal air-fuel ratio feedback range.
以下、図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
図1は本発明による内燃機関の空燃比制御装置を示す概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention.
1はエンジン本体、2は吸気通路、3は排気通路、4はスロットル弁、5は燃料噴射弁、6は点火プラグである。
燃料噴射弁5からの燃料噴射量及び燃料噴射時期、点火プラグ6による火花点火の時期は、運転条件に応じてエンジンコントローラ11によって制御される。すなわちエンジンコントローラ11はクランク角センサ(ポジションセンサ12と位相センサ13からなる)からの信号、エアフローメータ14からの吸入空気流量の信号を、水温センサ15からの信号などと共に入力し、これら信号に基づいて燃料噴射弁5からの燃料噴射量及び噴射時期を制御し、また点火プラグ6による火花点火の時期を制御する。
The fuel injection amount and fuel injection timing from the
エンジンの排気通路3には酸素ストレージ機能を有し触媒雰囲気が理論空燃比付近のときにNOx、HC、COを同時に浄化する三元触媒7を備える。この三元触媒7の酸素ストレージ量が飽和量に達したり、逆に酸素を全く保持しない状態になるとHC、CO、NOxの浄化効率が低下するので、エンジンコントローラ11では三元触媒7の酸素ストレージ量を演算し、三元触媒7の転換効率を最大に保つべく三元触媒7の酸素ストレージ量が一定となるように三元触媒7の上流側に設けた広域空燃比センサ16の出力と三元触媒7の下流側に設けたO2センサ17の出力とに基づいてエンジンの空燃比制御を行う。
The
この制御は概略次のようなものである(詳細は特表2003−522898号参照)。すなわちエンジンコントローラ11は三元触媒7に流入する排気の空燃比とエンジンの吸入空気量とに基づいて三元触媒7の酸素ストレージ量を推定演算するが、このとき酸素ストレージ量の演算を高速成分HO2と低速成分LO2とに分けて行う。具体的には酸素吸収時は高速成分HO2を優先して吸収し、高速成分HO2を吸収しきれない状態になったら低速成分LO2を吸収し始めるとして演算を行う。また酸素放出時は低速成分LO2と高速成分HO2との比(LO2/HO2)が一定割合ARに達しない場合は、高速成分HO2から優先して酸素を放出するとし、比LO2/HO2が一定割合になったらその比LO2/HO2を保つように低速成分LO2と高速成分HO2との両方から酸素を放出するとして酸素ストレージ量の演算を行う。
This control is roughly as follows (for details, refer to JP2003-522898). In other words, the
そして、演算された酸素ストレージ量の高速成分HO2が目標値よりも多いときは、エンジンの空燃比をリッチ側に制御して高速成分HO2を減少させ、目標値よりも少ないときは空燃比をリーン側に制御して高速成分HO2を増大させる。 When the calculated high-speed component HO2 of the oxygen storage amount is larger than the target value, the engine air-fuel ratio is controlled to the rich side to decrease the high-speed component HO2, and when it is smaller than the target value, the air-fuel ratio is made lean. To increase the high speed component HO2.
この結果、酸素ストレージ量の高速成分HO2が目標とする値に保たれるので、三元触媒7に流入する排気の空燃比が理論空燃比からズレたとしても、応答性の高い高速成分HO2から直ちに酸素が吸収又は放出されて触媒雰囲気が理論空燃比方向に修正され、三元触媒7の転換効率が最大に保たれる。
As a result, the high-speed component HO2 of the oxygen storage amount is maintained at the target value, so even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-
さらに、演算誤差が累積すると演算される酸素ストレージ量が実際の酸素ストレージ量とズレてくるが、三元触媒7の下流がリッチ又はリーンになったタイミングで酸素ストレージ量(高速成分HO2及び低速成分LO2)をリセットすることで演算値と実際の酸素ストレージ量とのズレを修正する。
Further, when the calculation error accumulates, the calculated oxygen storage amount deviates from the actual oxygen storage amount. However, the oxygen storage amount (the high speed component HO2 and the low speed component) at the timing when the downstream of the three-
このように酸素ストレージ量に応じて目標空燃比を変化させ、こうして変化する目標空燃比が得られるように空燃比のフィードバック制御を行うというのが一般的な制御内容である。 Thus, the general control content is to change the target air-fuel ratio in accordance with the oxygen storage amount and to perform the air-fuel ratio feedback control so that the target air-fuel ratio thus changing is obtained.
(本発明の基本的な考え方)
さて、ここから理解を容易にするために本発明の基本的な考え方について説明する。
(Basic concept of the present invention)
Now, in order to facilitate understanding, the basic concept of the present invention will be described.
最初に従来の問題点を説明する。従来の空燃比制御において応答性を高めると、スパイクノイズ(外乱)に対してロバスト性が悪化する。それを図10に沿って説明する。すなわち、リッチスパイクが入ると、空燃比センサで検出した検出空燃比の目標空燃比に対する偏差が大きくなる(図10(A))。そのため、その偏差を修正するために空燃比フィードバック補正値ALPHAも大きく変化する(図10(B))。そして、(1)リッチスパイクが消滅する。(2)空燃比センサの出力には排気系の遅れがあるので、ALPHAはリッチスパイクが消滅した後もリーンのままである。(3)この状態ではリーン化させたALPHA分、燃焼空燃比もリーンになってしまう。(4)排気空燃比でリーンを検出する時点では、燃焼空燃比はリーン燃焼限界空燃比を超えてしまい、失火に至る可能性がある。(5)なお、排気空燃比検出と燃焼空燃比との間の無駄時間が小さく、フィードバック制御も超高応答であれば、多少燃焼空燃比のリーン化を改善可能であるが、完全に行うことはできない。 First, conventional problems will be described. If the responsiveness is improved in the conventional air-fuel ratio control, the robustness against spike noise (disturbance) deteriorates. This will be described with reference to FIG. That is, when a rich spike occurs, the deviation of the detected air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor from the target air-fuel ratio increases (FIG. 10A). For this reason, the air-fuel ratio feedback correction value ALPHA also changes greatly in order to correct the deviation (FIG. 10B). And (1) the rich spike disappears. (2) Since the output of the air-fuel ratio sensor has an exhaust system delay, ALPHA remains lean even after the rich spike disappears. (3) In this state, the lean air-fuel ratio also becomes lean due to the leaned ALPHA component. (4) At the point of time when lean is detected with the exhaust air-fuel ratio, the combustion air-fuel ratio exceeds the lean combustion limit air-fuel ratio, which may lead to misfire. (5) If the dead time between the detection of the exhaust air / fuel ratio and the combustion air / fuel ratio is small and the feedback control is also extremely high response, the leaning of the combustion air / fuel ratio can be improved to some extent, but it must be done completely. I can't.
そこで本発明では、空燃比(検出空燃比)が変化した場合に、従来通りのフィードバック制御を行う応答範囲の限界空燃比(応答限界空燃比)を設定し、その応答限界空燃比を超えたらフィードバック制御のゲインを切り替える(小さくする)ようにしたのである。このようにすることで、リッチスパイク等の過大な外乱が入らないときは、応答性を高く維持できるとともに、想定以上のスパイク外乱が付加された場合にはフィードバックを制限するので空燃比フィードバック補正値ALPHAが大きく変化しすぎることがなく、その後、外乱がなくなっても過補正となってリーン燃焼限界空燃比を超えることがない。 Therefore, in the present invention, when the air-fuel ratio (detected air-fuel ratio) changes, the limit air-fuel ratio (response limit air-fuel ratio) of the response range in which the conventional feedback control is performed is set, and when the response limit air-fuel ratio is exceeded, feedback is performed. The control gain is switched (decreased). In this way, when an excessive disturbance such as a rich spike does not enter, the responsiveness can be maintained high, and the feedback is limited when the spike disturbance more than expected is added, so the air-fuel ratio feedback correction value ALPHA does not change too much, and after that, even if the disturbance disappears, it is overcorrected and does not exceed the lean combustion limit air-fuel ratio.
なお、本制御に適用可能なフィードバック制御としては、スライディングモード制御、PID制御が考えられる。そこで、それらの制御を適用した場合に、フィードバックゲインをどの程度にすればよいのかという点を含めて、以下に説明を行う。 Note that sliding mode control and PID control can be considered as feedback control applicable to this control. In view of this, the following description will be given, including how much the feedback gain should be set when these controls are applied.
(スライディングモード制御の場合)
図2はスライディングモード制御でフィードバック制御する場合のブロック図である。
(For sliding mode control)
FIG. 2 is a block diagram when the feedback control is performed by the sliding mode control.
スライディングモード制御では、目標空燃比が得られるようにスライディングモードコントローラ(スライディングモード制御部)22を有する。このスライディングモードコントローラ22は、切換関数演算部23、非線形入力演算部24、線形入力演算部25、積分器26、加算器27、換算部28及び補正制限部29を備える。このスライディングモードコントローラ22の制御の概略は以下である(詳細は特開2003−90252号参照)。
In the sliding mode control, a sliding mode controller (sliding mode control unit) 22 is provided so as to obtain the target air-fuel ratio. The sliding
検出空燃比AFSAF及び目標空燃比TGABFに基づいて切換関数演算部23で現時刻nにおける状態量σ(n)の演算を行う。この状態量σ(n)に基づいて非線形入力演算部24で非線形入力unlを算出する。同様に状態量σ(n)に基づいて線形入力である等価制御入力ueqを、線形入力演算部25で算出する。算出された等価制御入力ueqを積分器26で積分し、その積分値に非線形入力unlを加算して得た空燃比操作量uslを、換算部28で空燃比フィードバック補正係数ALPHAに換算し、補正制限部29で補正量制限する。そして燃料噴射量演算部31において、この空燃比フィードバック補正値ALPHA及びこれ以外の各種補正を、基本噴射パルス幅TPに対して行って、次の式により燃料噴射パルス幅CTIを演算する。そしてこの燃料噴射パルス幅CTIを用いて燃料噴射弁5を間欠的に駆動する。なお燃料噴射パルス幅CTIは以下の式で演算する。
Based on the detected air-fuel ratio AFSAF and the target air-fuel ratio TGABF, the
CTI=(TP*TFBYA+KATHOS)*(ALPHA+KBLRC-1)+TS+CHOS
ただし、TFBYA:目標当量比、KATHOS:燃料フィードフォワード補正値、ALPHA:空燃比フィードバック補正値、KBLRC:空燃比学習値、TS:無効噴射パルス幅、CHOS:気筒別燃料フィードフォワード補正値である。
CTI = (TP * TFBYA + KATHOS) * (ALPHA + KBLRC-1) + TS + CHOS
However, TFBYA: target equivalence ratio, KATHOS: fuel feedforward correction value, ALPHA: air-fuel ratio feedback correction value, KBLRC: air-fuel ratio learning value, TS: invalid injection pulse width, CHOS: fuel feedforward correction value for each cylinder.
基本噴射パルス幅TPは、エアフローメータ14で計測される吸入空気量に基づいて演算する。
The basic injection pulse width TP is calculated based on the intake air amount measured by the
燃料フィードフォワード補正値KATHOS及びその気筒別補正値CHOSは、基本噴射パルス幅TP及び水温センサ15で検出した水温と、クランク角センサ(ポジションセンサ12と位相センサ13からなる)で検出した回転速度とから演算する。
The fuel feedforward correction value KATHOS and its cylinder-specific correction value CHOS are the basic injection pulse width TP, the water temperature detected by the
目標当量比TFBYAは、水温センサ15で検出した水温に基づいて演算する。
The target equivalent ratio TFBYA is calculated based on the water temperature detected by the
検出空燃比AFSAFは、広域空燃比センサ16にて検出する。
The detected air-fuel ratio AFSAF is detected by the wide area air-
目標空燃比TGABFは、広域空燃比センサ16及びO2センサ17の信号に基づいて目標空燃比演算部21にて算出する。
The target air-fuel ratio TGABF is calculated by the target air-fuel
以上をふまえ、本発明の具体的な制御内容について説明する。 Based on the above, specific control contents of the present invention will be described.
図3はフィードバックゲイン(空燃比フィードバック補正値ALPHA)を算出するフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart for calculating a feedback gain (air-fuel ratio feedback correction value ALPHA).
ステップS1では、上述のようにして触媒にストレージされた酸素量から目標空燃比TGABFを求める。 In step S1, the target air-fuel ratio TGABF is obtained from the amount of oxygen stored in the catalyst as described above.
ステップS2では、その目標空燃比TGABFに基づいてフィードバック応答範囲を計算する。ここで図4を参照してフィードバック応答範囲の計算法について説明する。なお図4はリッチ側応答限界空燃比の考え方を説明する図である。(1)はじめにリーン側燃焼限界空燃比LEANLMTと目標空燃比TGABFとの差分を求める。(2)目標空燃比TGABFを中心としてリッチ側に同じ幅をとった値をリッチ側応答限界空燃比richlmtとする。 In step S2, a feedback response range is calculated based on the target air-fuel ratio TGABF. Here, a method of calculating the feedback response range will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the concept of the rich side response limit air-fuel ratio. (1) First, the difference between the lean side combustion limit air-fuel ratio LEANLMT and the target air-fuel ratio TGABF is obtained. (2) A value having the same width on the rich side with the target air-fuel ratio TGABF as the center is set as a rich-side response limit air-fuel ratio richlmt.
またリーン側の応答限界空燃比については、(1)リッチ側燃焼限界空燃比RICHLMTと目標空燃比TGABFとの差分を求める。(2)目標空燃比TGABFを中心としてリーン側に同じ幅をとった値をリーン側応答限界空燃比leanlmtとする。 For the response limit air-fuel ratio on the lean side, (1) the difference between the rich combustion limit air-fuel ratio RICHLMT and the target air-fuel ratio TGABF is obtained. (2) A value having the same width on the lean side with the target air-fuel ratio TGABF as the center is defined as a lean-side response limit air-fuel ratio leanlmt.
なお、空燃比はリーン過ぎると失火してエンストにつながったりノッキングを生じることからリーン側燃焼限界空燃比が定まる。一例を挙げるならばA/F=11.0である。また、空燃比はリッチ過ぎると発生トルク、レスポンスの低下につながることからリッチ側燃焼限界空燃比が定まる。一例をあげるならばA/F=16.0である。 Note that if the air-fuel ratio is too lean, it will misfire, leading to engine stall or knocking, so the lean side combustion limit air-fuel ratio is determined. For example, A / F = 11.0. If the air-fuel ratio is too rich, the generated torque and response will be reduced, so the rich combustion limit air-fuel ratio is determined. As an example, A / F = 16.0.
以上より、フィードバック応答範囲の上下限値は以下の式から算出できる。 From the above, the upper and lower limit values of the feedback response range can be calculated from the following equations.
リーン側応答限界ΔA/F:leanlmt = -(RICHLMT#-TGABF)
リッチ側応答限界ΔA/F:richlmt = -(LEANLMT#-TGABF)
なお、このようにリーン側燃焼限界空燃比からリッチ側応答限界空燃比を設定すること(リッチ側燃焼限界空燃比からリーン側応答限界空燃比を設定すること)、その応答限界空燃比は上述のような簡単な式で表すことができること、また、そのようにすることで過補正がなく適切な制御が行われるということは、本件発明者が誠意研究を重ねることにより見いだしたものである。
Lean side response limit ΔA / F: leanlmt =-(RICHLMT # -TGABF)
Rich side response limit ΔA / F: richlmt =-(LEANLMT # -TGABF)
In this way, setting the rich response limit air-fuel ratio from the lean combustion limit air-fuel ratio (setting the lean response limit air-fuel ratio from the rich combustion limit air-fuel ratio), and the response limit air-fuel ratio It has been found by the inventor that the present inventor has conducted sincere research that it can be expressed by such a simple expression and that appropriate control can be performed without overcorrection.
再び図3に戻る。ステップS3において検出空燃比AFSAFがフィードバック範囲内であるときは、ステップS4以降に進む。 Returning again to FIG. When the detected air-fuel ratio AFSAF is within the feedback range in step S3, the process proceeds to step S4 and subsequent steps.
ステップS4において切換関数の値を求る。この切換関数は具体的には以下である。 In step S4, the value of the switching function is obtained. Specifically, this switching function is as follows.
ステップS8において切換関数の値を求る。この切換関数は具体的には以下であり、傾き補正係数SLNTGNがかかっている。 In step S8, the value of the switching function is obtained. This switching function is specifically as follows, and is applied with a slope correction coefficient SLNTGN.
そして、(1)応答限界空燃比を超えた場合は傾き小の切換関数に追従する。(2)応答限界空燃比内となれば傾き大の切換関数へ追従する。(3)したがって応答範囲内であれば性能は従来と等価である。 (1) When the response limit air-fuel ratio is exceeded, a switching function with a small slope is followed. (2) If it is within the response limit air-fuel ratio, it follows a switching function with a large slope. (3) Therefore, if it is within the response range, the performance is equivalent to the conventional one.
次に図6のタイムチャートを参照して効果について説明する。 Next, effects will be described with reference to the time chart of FIG.
本実施形態では、(1)触媒にストレージされた酸素量から求めた目標空燃比TGABFと、リーン側燃焼限界空燃比LEANLMTとの差分を求める。(2)そして、目標空燃比TGABFを中心としてリッチ側に同じ幅をとった値をリッチ側応答限界空燃比richlmtとするようにした。(3)そして検出空燃比AFSAFがrichlmtを超えたら切換関数傾きを補正係数SLNTGNにより低下させるようにした。 In this embodiment, (1) the difference between the target air-fuel ratio TGABF obtained from the amount of oxygen stored in the catalyst and the lean-side combustion limit air-fuel ratio LEANLMT is obtained. (2) Then, a value having the same range on the rich side with the target air-fuel ratio TGABF as the center is set as the rich-side response limit air-fuel ratio richlmt. (3) When the detected air-fuel ratio AFSAF exceeds richlmt, the switching function slope is lowered by the correction coefficient SLNTGN.
このゲインの低下により、(4)非線形ゲインは実線のようになり破線に比べて小さくなる。(5)また等価制御入力が小さくなり積分量も小さくなるものの、積算は停止しないので定常偏差は吸収可能である。 Due to this decrease in gain, (4) the nonlinear gain becomes a solid line and becomes smaller than the broken line. (5) Although the equivalent control input is reduced and the integration amount is also reduced, the integration is not stopped, so that the steady deviation can be absorbed.
したがって、以上のようにすることで、想定以上のスパイク外乱が付加された場合にはフィードバック制限がかかるので過補正となることがない。したがって、従来(破線)は空燃比がリーン限界を超えることがあり、失火の可能性があったが、本願(実線)ではリーン限界を超えることがなくなったのである。また、実際の空燃比(検出空燃比)からフィードバック追従範囲を算出するので、必要以上にフィードバック速度を低下させることがない。さらに、通常の空燃比フィードバック範囲であれば従来通りの高い応答性を維持することができるのである。また、切換関数の傾きを変化させることで非線形ゲイン、積分ゲインの元々の設定を流用してもフィードバック速度を低下することができ、積分も停止しないので、定常的に大きな外乱が付加された場合でも吸収することが可能である。 Therefore, with the above configuration, when a spike disturbance more than expected is added, a feedback restriction is applied, so that overcorrection is not caused. Therefore, in the past (broken line), the air-fuel ratio sometimes exceeded the lean limit and there was a possibility of misfire, but in the present application (solid line), the lean limit is no longer exceeded. Further, since the feedback follow-up range is calculated from the actual air-fuel ratio (detected air-fuel ratio), the feedback speed is not reduced more than necessary. Furthermore, the usual high responsiveness can be maintained within the normal air-fuel ratio feedback range. Also, by changing the slope of the switching function, the feedback speed can be reduced even if the original settings of the nonlinear gain and integral gain are diverted, and the integration does not stop. But it can be absorbed.
(PID制御の場合)
続いて、PID制御でフィードバック制御する場合について説明する。図7はPID制御でフィードバック制御する場合のブロック図である。
(In the case of PID control)
Next, a case where feedback control is performed by PID control will be described. FIG. 7 is a block diagram when feedback control is performed by PID control.
この場合は、理論空燃比の運転時に目標空燃比が得られるようにPIDコントローラ(PID制御部)42を有する。そして、PIDコントローラ42は、比例分(P分)補正量算出部43、積分分(I分)補正量算出部44、微分分(D分)補正量算出部45、加算器46及び補正制限部47を備える。
In this case, a PID controller (PID controller) 42 is provided so that the target air-fuel ratio can be obtained during operation at the stoichiometric air-fuel ratio. The
そして、PIDコントローラ42は、検出空燃比AFSAF及び目標空燃比TGABFに基づいて、P分補正量、I分補正量、D分補正量を算出する。そして各補正量を加算して空燃比フィードバック補正値ALPHAを算出する。補正制限部47で補正量制限した後、燃料噴射量演算部31において、スライディングモード制御の場合と同様に燃料噴射パルス幅CTIを演算する。そしてこの燃料噴射パルス幅CTIを用いて燃料噴射弁5を間欠的に駆動する。
Then, the
以上をふまえ、本発明の具体的な制御内容について説明する。 Based on the above, specific control contents of the present invention will be described.
図8はフィードバックゲイン(空燃比フィードバック補正値ALPHA)を算出するフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart for calculating a feedback gain (air-fuel ratio feedback correction value ALPHA).
ステップS1〜S3については、スライディングモード制御の場合と同様であるので、説明を省略する。 Steps S1 to S3 are the same as those in the sliding mode control, and thus the description thereof is omitted.
ステップS3で検出空燃比AFSAFがフィードバック範囲内であるときは、ステップS14以降に進む。すなわち、比例分(P分)補正量を算出し(ステップS14)、積分分(I分)補正量を算出したのち(ステップS15)、両者を加算して空燃比フィードバック補正値ALPHAを算出する(ステップS16)。なお、以上の制御は通常のPID制御と同じである。 When the detected air-fuel ratio AFSAF is within the feedback range in step S3, the process proceeds to step S14 and subsequent steps. That is, a proportional (P) correction amount is calculated (step S14), an integral (I) correction amount is calculated (step S15), and both are added to calculate an air-fuel ratio feedback correction value ALPHA (step S15). Step S16). The above control is the same as normal PID control.
一方、ステップS3でフィードバック範囲外であると判定した場合は、ステップS17以降に進む。すなわち、比例分(P分)補正量を算出する(ステップS17)。なお、この算出法は、ステップS14と同様であり、従来のPID制御と同じである。そしてその比例分(P分)補正量が下記のようにして求めた最大量以内であるか否かを判断する(ステップS18)。なお最大量は以下のようにして算出する。 On the other hand, if it is determined in step S3 that it is out of the feedback range, the process proceeds to step S17 and subsequent steps. That is, a proportional (P) correction amount is calculated (step S17). This calculation method is the same as that in step S14, and is the same as the conventional PID control. Then, it is determined whether or not the proportional (P) correction amount is within the maximum amount obtained as follows (step S18). The maximum amount is calculated as follows.
リッチ側追従P分付加最大量=TALPGAI*(-(LEANLMT#-TGABF))
ただし、TALPGAI:P分ゲインテーブル参照値
なお、リーン側については以下の式により最大量を算出する。
リーン側追従P分付加最大量=TALPGAI*(-(RICHLMT#-TGABF))
最大量を超えなければ、続いてステップS19へ進んで以下の式により積分ゲインを求める。
Rich side follow-up P additional amount = TALPGAI * (-(LEANLMT # -TGABF))
However, TALPGAI: P component gain table reference value For the lean side, the maximum amount is calculated by the following equation.
Lean side follow-up P component additional maximum amount = TALPGAI * (-(RICHLMT # -TGABF))
If the maximum amount is not exceeded, the process proceeds to step S19, where the integral gain is obtained by the following equation.
応答限界を超えたときの積分ゲイン=TALIGAI*AFIGDWN#
ただし、TALIGAI:I分ゲインテーブル参照値
なお、AFIGDWNはゲイン補正量であり、1未満の定数(例えばAFIGDWN#=0.5)である。そのゲイン補正係数AFIGDWN#を乗算することで積分ゲインは小さくなる。
Integral gain when response limit is exceeded = TALIGAI * AFIGDWN #
However, TALIGAI: I component gain table reference value AFIGDWN is a gain correction amount and is a constant less than 1 (for example, AFIGDWN # = 0.5). The integral gain is reduced by multiplying the gain correction coefficient AFIGDWN #.
一方、ステップS18において比例分(P分)補正量が限界リミッタ値を超えているときはステップS20へ進んで比例分(P分)補正量はその限界リミッタ値に固定して、ステップS19へ進んで積分分(I分)補正量にAFIGDWN#を乗算して積分ゲインを求める。 On the other hand, if the proportional (P minute) correction amount exceeds the limit limiter value in step S18, the process proceeds to step S20, and the proportional (P minute) correction amount is fixed to the limit limiter value, and the process proceeds to step S19. The integral gain is calculated by multiplying the integral (I) correction amount by AFIGDWN #.
次に図9のタイムチャートを参照して効果について説明する。 Next, effects will be described with reference to the time chart of FIG.
本実施形態では、(1)触媒にストレージされた酸素量から求めた目標空燃比TGABFと、リーン側燃焼限界空燃比LEANLMTとの差分を求める。(2)そして目標空燃比TGABFを中心としてリッチ側に同じ幅をとった値をリッチ側応答限界空燃比richlmtとするようにした。(3)そして検出空燃比AFSAFがrichlmtを超えたら積分分(I分)でのみ追従するようにした。(4)すなわち比例分(P分)ゲインをリーン燃焼限界空燃比LEANLMTと目標空燃比TGABFから算出したリミッタで制限する。(5)また積分分(I分)ゲインは補正係数AFIGDWNを乗算することによって低下する。ただし積算を停止しないので定常偏差を吸収可能である。 In this embodiment, (1) the difference between the target air-fuel ratio TGABF obtained from the amount of oxygen stored in the catalyst and the lean-side combustion limit air-fuel ratio LEANLMT is obtained. (2) Then, a value having the same range on the rich side with the target air-fuel ratio TGABF as the center is set to the rich-side response limit air-fuel ratio richlmt. (3) Then, when the detected air-fuel ratio AFSAF exceeds richlmt, it is made to follow only the integral (I). (4) That is, the proportional (P) gain is limited by the limiter calculated from the lean combustion limit air-fuel ratio LEANLMT and the target air-fuel ratio TGABF. (5) The integral (I) gain is reduced by multiplying the correction coefficient AFIGDWN. However, since the integration is not stopped, the steady deviation can be absorbed.
以上のようにすることで、想定以上のスパイク外乱が付加された場合にはフィードバック制限がかかるので過補正となることがない。したがって、従来(破線)はリーン限界空燃比を超えることがあり、失火の可能性があったが、本願(実線)ではリーン限界空燃比を超えることがなくなったのである。また、P分ゲイン制限はフィードバック範囲から算出しI分ゲイン補正値のみを設定することで、元々の設定を流用してもフィードバック速度を低下することができ、積分も停止しないので定常的に大きな外乱が付加された場合でも吸収することができるのである。 By doing as described above, when a spike disturbance more than expected is added, a feedback restriction is applied, so that overcorrection is not caused. Therefore, the conventional (broken line) may exceed the lean limit air-fuel ratio and there is a possibility of misfire, but in the present application (solid line), the lean limit air-fuel ratio is no longer exceeded. Also, the P component gain limit is calculated from the feedback range and only the I component gain correction value is set, so that the feedback speed can be lowered even if the original setting is used, and the integration is not stopped, so it is constantly large. Even when a disturbance is added, it can be absorbed.
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications and changes can be made within the scope of the technical idea, and it is obvious that these are equivalent to the present invention.
1 エンジン本体
2 吸気通路
3 排気通路
4 スロットル弁
5 燃料噴射弁
6 点火プラグ
7 三元触媒
16 広域空燃比センサ(空燃比検出手段)
21 目標空燃比演算部(目標空燃比演算手段)
22 スライディングモードコントローラ(フィードバック補正量算出手段)
31 燃料噴射量演算部(燃料噴射量制御手段)
ステップS2 応答限界設定手段
ステップS8〜S10 フィードバック補正量制限手段
DESCRIPTION OF
21 Target air-fuel ratio calculation unit (target air-fuel ratio calculation means)
22 Sliding mode controller (feedback correction amount calculation means)
31 Fuel injection amount calculation unit (fuel injection amount control means)
Step S2 Response limit setting means Steps S8 to S10 Feedback correction amount limiting means
Claims (6)
前記触媒に流入する排ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記空燃比検出手段で検出する空燃比が前記目標空燃比になるように、前記検出空燃比に基づいてフィードバック補正量を算出するフィードバック補正量算出手段と、
前記フィードバック補正量に基づいて燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、
を有する内燃機関の空燃比制御装置であって、
リーン側又はリッチ側の燃焼限界空燃比と前記目標空燃比とに基づいて、リッチ側又はリーン側の燃焼限界空燃比と前記目標空燃比とあいだに、リッチ側又はリーン側の応答限界空燃比を設定する応答限界設定手段と、
前記空燃比検出手段で検出した空燃比が、前記応答限界空燃比を超えるときはフィードバック補正量を制限するフィードバック補正量制限手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 Target air-fuel ratio calculating means for calculating a target air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the catalyst based on the conversion performance of the catalyst;
Air-fuel ratio detecting means for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst;
Feedback correction amount calculating means for calculating a feedback correction amount based on the detected air-fuel ratio so that the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detecting means becomes the target air-fuel ratio;
Fuel injection amount control means for controlling the fuel injection amount based on the feedback correction amount;
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine having
Based on the lean or rich combustion limit air-fuel ratio and the target air-fuel ratio, the rich or lean response limit air-fuel ratio is set between the rich or lean combustion limit air-fuel ratio and the target air-fuel ratio. Response limit setting means to be set;
Feedback correction amount limiting means for limiting a feedback correction amount when the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detection means exceeds the response limit air-fuel ratio;
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 The response limit setting means is configured so that the difference between the rich response limit air-fuel ratio and the target air-fuel ratio becomes equal to the difference between the lean combustion limit air-fuel ratio and the target air-fuel ratio. Set the fuel ratio,
The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein:
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 The response limit setting means is configured so that the difference between the lean response limit air-fuel ratio and the target air-fuel ratio becomes equal to the difference between the rich combustion limit air-fuel ratio and the target air-fuel ratio. Set the fuel ratio,
The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, further comprising:
前記フィードバック補正量制限手段は、切換関数の傾きを低下させることでフィードバック補正量を制限する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 Feedback control is performed by sliding mode control,
The feedback correction amount limiting means limits the feedback correction amount by reducing the slope of the switching function.
The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記フィードバック補正量制限手段は、比例分量を制限することでフィードバック補正量を制限する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 Perform feedback control with PID control,
The feedback correction amount limiting means limits the feedback correction amount by limiting the proportional amount.
The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記フィードバック補正量制限手段は、積分分ゲインを低下させることでフィードバック補正量を制限する、
ことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 Perform feedback control with PID control,
The feedback correction amount limiting means limits the feedback correction amount by lowering the integral gain.
The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein
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