JP4185111B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
図3はこの発明の実施の形態1による内燃機関の空燃比制御装置を示す構成図である。図において、内燃機関本体1の吸気通路2にはエアフローメータ3が設けられている。エアフローメータ3は吸入空気量を直接計測するものであって、ホットワイヤー(hot-wire)を内蔵して吸入空気量に比例したアナログ電圧の出力信号を発生する。この出力信号は制御回路10のマルチプレクサ内蔵A/D変換器101に供給されている。ディストリビュータ4には、その軸が、例えば、クランク角に換算して720°毎に基準位置検出用パルス信号を発生するクランク角センサ5、及びクランク角に換算して30°毎に基準位置検出用パルス信号を発生するクランク角センサ6が設けられている。これらクランク角センサ5,6のパルス信号は、制御回路10の入出力インターフェイス102に供給され、このうち、クランク角センサ6の出力はCPU103の割込み端子に供給される。
Qfuel1 = Qfuel0× FAF
ここで、Qfuel0は基本燃料量であり、次式のように演算される。
Qfuel0 = Qacyl/目標空燃比
ここで、Qacylは、エアフローメータ3により検出される吸入空気量qaに基づき演算されるエンジン1に供給される燃料量である。
目標空燃比は、図6に示すような、横軸にエンジン回転数をとり、縦軸に負荷をとったときの2次元マップに設定された空燃比に設定される。
V2flt(今回)← V2flt(前回)×Kf+V2(今回)×(1−Kf)
時定数Tと、フィルタ係数Kfとの関係は、離散化変換により次式のようになる。
Kf = exp.(−ΔT/T)
ここで、ΔTは、フローチャート処理間隔ΔT(ここでは、50ms)である。
以上の処理により、第2空燃比センサ15の出力V2のフィルタ処理演算を終了する。
ΔV2=VR2 −V2flt
ステップ1105からステップ1111は、偏差ΔV2に応じて比例演算(以下、Pと称す)、積分演算(以下、Iと称す)を行うPI制御の処理であり、該偏差を無くすような出力を設定する。例えば、下流側O2センサ出力V2が第2の目標値VR2より小さい(リーン側)時、上流側の目標平均空燃比AFAVEobjはリッチ側に設定され第2の目標値に復帰させるように作用する。
AFAVEobj= AFAVE0 + Σ{Ki2(ΔV2)} + Kp2(ΔV2)
ここで、Ki2は積分ゲイン、Kp2は比例ゲインである。AFAVE0は前述した初期値であり、運転条件毎に設定された理論空燃比に相当する値とし、例えば14.53に設定されている。積分演算は、偏差を積分していき出力を生成するため比較的ゆっくり動作し、また上流側O2センサの特性変動に起因する下流側のO2センサ出力の定常的な偏差を解消する効果がある。
AFI= AFI + Ki2(ΔV2)
AFIは積分演算値であり、運転条件毎にバックアップRAMで保持されている。Ki2(ΔV2)は更新量であり、所定ゲインを用い単純にKi2(ΔV)=Ki2×ΔV2としても良いし、図12に示すような1次元マップを用いΔV2に応じて更新量を設定するいわゆる可変ゲインの設定としてもよい。また、積分演算値により補償される上流側O2センサ特性の変動は、排気温度、排気圧力等の運転条件により変化するため、積分演算値AFIとして運転条件毎に設定されたバックアップRAMを持たせておき、運転条件が変化する毎に更新するバックアップRAM、つまり積分値AFIを切り替える。また、積分演算値AFIをバックアップRAMに持たせることにより、機関の停止、再始動毎に積分演算値がリセットされ制御性能が低下することを防げる。
AFI= AFI
AFImin< AFI < AFImax
上流側O2センサの特性変動幅は予め把握できるため、変動幅を補償できるような適当な制限値に設定する。このように処理することにより、過大な空燃比操作をすることが防止でき、ドライバビリティの悪化等を防ぐことができる。また、運転条件毎に上下限制限値を設定してもよく、運転条件により変化する上流側O2センサの特性変動幅、もしくは運転条件により変化するドライバビリティ上の制約値に対応できる。
AFP= Kp2(ΔV2)
AFPは比例演算値である。Ki2(ΔV2)は、所定ゲインを用い単純にKp2(ΔV)=Kp2×ΔV2としても良いし、図12に示すような1次元マップを用いΔV2に応じて設定する可変ゲインの設定としてもよい。
AFPmin< AFP < AFPmax
このように処理することにより、過大な空燃比操作をすることが防止でき、ドライバビリティの悪化等を防ぐことができる。また、運転条件毎に上下限制限値を設定してもよく、運転条件により変化するドライバビリティ上の制約値に対応できる。
AFAVEobj= AFAVE0 + AFP + AFI
AFAVE0は上述された運転条件毎に設定された初期値であり、例えば14.53である。AFIはステップ1105から1108で演算された積分演算値であり、AFPはステップ1109,1110で演算された比例演算値である。
AFAVEobjmin< AFAVEobj < AFAVEobjmax
このように処理することにより、過大な空燃比操作をすることが防止でき、ドライバビリティの悪化等を防ぐことができる。また、運転条件毎に上下限制限値を設定してもよく、運転条件により変化するドライバビリティ上の制限値に対応できる。
AFAVEobj= AFAVEobj + ΔA/F
ここで、ΔA/Fは変動振幅であり、所定絶対値の正の値、もしくは負の値に設定されており、所定周期で正の値、負の値が切り替えられる。例えば、所定の周期で、ΔA/F= +0.25、もしくは−0.25に切り替えられる。
下流側O2センサは、上流の触媒の浄化状態を検出できるセンサであればよく、リニア空燃比センサ、NOxセンサ、HCセンサ、COセンサ等でも、触媒の浄化状態を制御できるため、同様の効果を奏する。上流側O2センサは、空燃比変化に対してリニアな出力特性を有するリニア型O2センサでもよく、λ型O2センサと同様に、上流側の空燃比を制御できるため、同様の効果を奏する。第2空燃比フィードバック制御手段は、比例演算と積分演算から構成されるとしたが、微分演算を追加した構成としても、フィードバック制御は実施できるため同様の効果を奏する。
3 エアフローメータ 4 ディストリビュータ
5 クランク角センサ 6 クランク角センサ
7 燃料噴射弁 8 ウォータジャケット
9 水温センサ 10 制御回路
11 排気マニホールド 12 触媒コンバータ
13 上流側O2センサ 14 排気管
15 下流側O2センサ
101 A/D変換器 102 入出力インターフェイス
103 CPU 104 ROM
105 RAM 106 バックアップRAM
107 クロック発生回路 108,109,110 駆動装置
0101 フィルタ処理手段 0102 第2空燃比フィードバック制御手段
0103 第1空燃比フィードバック制御手段 0105 フィルタ定数変更手段
Claims (9)
- 内燃機関の排気系に設置され、排気ガスを浄化する触媒と、
前記触媒の上流側及び下流側にそれぞれ設けられて排気ガス中の空燃比を検出する上流側及び下流側空燃比センサと、
前記上流側空燃比センサの出力値を用いて前記内燃機関に供給する空燃比を調整する第1空燃比フィードバック制御手段と、
前記下流側空燃比センサの出力値変動を抑制するようにフィルタ処理するフィルタ処理手段と、
前記下流側空燃比センサの出力値のフィルタ処理値を用いて前記第1空燃比フィードバック制御手段の制御定数を調整する第2空燃比フィードバック制御手段と、及び、
前記内燃機関に供給する空燃比が、触媒の雰囲気を理論空燃比付近に制御する目的でなく、リッチ化されているとき及びリーン化されているときに、フィルタ処理の抑制を前記理論空燃比付近に制御するときより小さくしてフィルタ効果を小さくするように前記フィルタ処理手段のフィルタ定数を変更するフィルタ定数変更手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
フィルタ効果が小さく設定される期間は、前記内燃機関に供給する空燃比が、前記触媒の雰囲気を理論空燃比付近に制御する目的でなくリッチ化もしくはリーン化されている期間、並びにリッチ化もしくはリーン化の終了後の所定期間であることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
フィルタ効果が小さく設定される期間は、前記第1空燃比フィードバック制御手段が停止されている期間、及び前記第2空燃比フィードバック制御手段が停止されている期間のいずれかであることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
フィルタ効果が小さく設定される期間は、前記第1空燃比フィードバック制御手段が停止されている期間とその停止終了後の所定期間、並びに前記第2空燃比フィードバック制御手段が停止されている期間とその停止終了後の所定期間のいずれかであることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 請求項2又は請求項4記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記終了後の所定期間を、終了後の所定時間経過までの期間とすることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 請求項2又は請求項4記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記終了後の所定期間を、終了後に下流側空燃比センサの出力値が所定値に到達するまでの期間とすることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 請求項2又は請求項4記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記終了後の所定期間を、終了後に下流側空燃比センサの出力値が所定値に到達してから所定期間経過後の期間とすることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 請求項2又は請求項4記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記終了後の所定期間を、終了後の積算吸入空気量が所定値に到達するまでの期間とすることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
小さく設定されるフィルタ効果は0であることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
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