JP4661691B2 - Air-fuel ratio control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。 The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine.
内燃機関本体から排出された排気ガス中には炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOX)等の成分が含まれており、従来からこれら成分を浄化するために三元触媒が利用されている。斯かる三元触媒は排気ガスの空燃比(以下、「排気空燃比」と称す)がほぼ理論空燃比となっているときにその浄化能力が高くなることから、三元触媒によって排気ガスの浄化を行う際には排気空燃比がほぼ理論空燃比となるように燃焼室への燃料供給量等を制御する必要がある。 The exhaust gas discharged from the internal combustion engine main body contains components such as hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NO x ). Conventionally, in order to purify these components A three-way catalyst is used. Such a three-way catalyst has a high purification capacity when the air-fuel ratio of the exhaust gas (hereinafter referred to as “exhaust air-fuel ratio”) is substantially the stoichiometric air-fuel ratio. When performing the above, it is necessary to control the amount of fuel supplied to the combustion chamber so that the exhaust air-fuel ratio becomes substantially the stoichiometric air-fuel ratio.
このため、多くの内燃機関では、三元触媒の排気上流側において機関排気通路内に排気空燃比を検出することができる空燃比センサを設け、この空燃比センサによって検出される排気空燃比がほぼ理論空燃比になるように燃焼室への燃料供給量を調整するフィードバック(F/B)制御が行われている。 For this reason, in many internal combustion engines, an air-fuel ratio sensor capable of detecting the exhaust air-fuel ratio is provided in the engine exhaust passage on the exhaust upstream side of the three-way catalyst, and the exhaust air-fuel ratio detected by this air-fuel ratio sensor is almost the same. Feedback (F / B) control is performed to adjust the amount of fuel supplied to the combustion chamber so that the stoichiometric air-fuel ratio is obtained.
しかし、三元触媒の上流側においては排気ガスが十分混合していないことにより空燃比センサの出力がばらついたり、排気ガスの熱により空燃比センサが劣化したりすることにより、空燃比センサが実際の空燃比を正確に検出することができない場合があり、このような場合には上述したF/B制御による空燃比の制御精度が低下してしまう。 However, on the upstream side of the three-way catalyst, the output of the air-fuel ratio sensor varies due to insufficient exhaust gas mixing, or the air-fuel ratio sensor deteriorates due to the heat of the exhaust gas. In some cases, the air-fuel ratio control accuracy by the F / B control described above is reduced.
そこで、三元触媒の排気下流側にも機関排気通路内に排気空燃比を検出することができる空燃比センサを設け、下流側空燃比センサの出力に基づいて上流側空燃比センサの出力値が実際の排気空燃比と一致するように上流側空燃比センサの出力値を(結果的には燃料供給量を)補正するサブF/B制御を行うことにより空燃比の制御精度を改善するダブルセンサシステムが既に実用化されている。 Therefore, an air-fuel ratio sensor capable of detecting the exhaust air-fuel ratio is also provided in the engine exhaust passage on the exhaust downstream side of the three-way catalyst, and the output value of the upstream air-fuel ratio sensor is based on the output of the downstream air-fuel ratio sensor. A double sensor that improves the control accuracy of the air-fuel ratio by performing sub-F / B control that corrects the output value of the upstream air-fuel ratio sensor (resulting in the fuel supply amount) so that it matches the actual exhaust air-fuel ratio The system has already been put into practical use.
そして、このダブルセンサシステムにおいては、上流側空燃比センサの出力値と実際の排気空燃比との間の定常的なずれに対応する学習値をサブF/B制御における補正量に基づいて算出すると共に、算出された学習値に基づいて上流側空燃比センサの出力値を補正する学習制御が行われる。このような学習値は例えば機関停止時にもECUのRAMに保存されるため、内燃機関の再始動後であってサブF/B制御によって上流側空燃比センサの出力値が十分に補正されていなくても上流側空燃比センサの出力値が実際の排気空燃比付近の値となるため、空燃比の制御精度の悪化を防止することができ、よって排気エミッションの悪化を防止することができる。 In this double sensor system, a learning value corresponding to a steady deviation between the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and the actual exhaust air-fuel ratio is calculated based on the correction amount in the sub F / B control. At the same time, learning control is performed to correct the output value of the upstream air-fuel ratio sensor based on the calculated learning value. Since such a learning value is stored in the RAM of the ECU even when the engine is stopped, for example, the output value of the upstream air-fuel ratio sensor is not sufficiently corrected by the sub F / B control after the internal combustion engine is restarted. However, since the output value of the upstream air-fuel ratio sensor becomes a value in the vicinity of the actual exhaust air-fuel ratio, it is possible to prevent the control accuracy of the air-fuel ratio from being deteriorated, and hence the exhaust emission can be prevented from being deteriorated.
ところで、例えば内燃機関を搭載した車両からバッテリを一旦外したような場合には、バッテリからの給電が中断されるためECUのRAMに記憶されていた学習値も消去されてしまう。従って、斯かる場合に内燃機関を再始動したときに上流側空燃比センサの出力値と実際の排気空燃比との間に定常的なずれが生じていてもこのようなずれは学習制御によって補償されておらず、よって上流側空燃比センサの出力値の定常的なずれはサブF/B制御のみによって補償されなければならない。 By the way, for example, when the battery is once removed from the vehicle on which the internal combustion engine is mounted, since the power supply from the battery is interrupted, the learning value stored in the RAM of the ECU is also erased. Therefore, even if a steady deviation occurs between the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and the actual exhaust air-fuel ratio when the internal combustion engine is restarted in such a case, such a deviation is compensated by learning control. Therefore, the steady deviation of the output value of the upstream air-fuel ratio sensor must be compensated only by the sub F / B control.
ところが、上流側空燃比センサの出力値の定常的なずれをサブF/B制御のみによって補償しようとすると、上流側空燃比センサの出力値が実際の排気空燃比付近の値となるまでに時間がかかるため、その間に空燃比の制御精度の低い状態が続き、よって排気エミッションが悪い状態が続いてしまう。このため、バッテリからの給電中断後に内燃機関を再始動するような場合には、例えばサブF/B制御のフィードバックゲイン(以下、「サブF/Bゲイン」と称す)を大きくして早期に上流側空燃比センサの出力値の定常的なずれを補償する必要がある。このため、例えば特許文献1に記載の空燃比制御装置では、学習制御における学習値が収束するまでサブF/Bゲインを通常時のサブF/Bゲインよりも大きな値としている。
However, if the steady deviation of the output value of the upstream air-fuel ratio sensor is to be compensated only by the sub F / B control, it takes time until the output value of the upstream air-fuel ratio sensor becomes a value near the actual exhaust air-fuel ratio. Therefore, during this time, the state of low air-fuel ratio control accuracy continues, and therefore the state of poor exhaust emission continues. For this reason, when the internal combustion engine is restarted after power supply from the battery is interrupted, for example, the feedback gain of the sub F / B control (hereinafter referred to as “sub F / B gain”) is increased and the upstream is advanced early. It is necessary to compensate for a steady shift in the output value of the side air-fuel ratio sensor. For this reason, for example, in the air-fuel ratio control device described in
ところで、一般に、上記学習制御における学習値の収束判定は排気空燃比がリーン・リッチ間で反転する回数によって行われる。これは、排気空燃比が理論空燃比になるように制御している場合には、排気空燃比がリーンとリッチとの間で反転する回数が多いほど排気空燃比が理論空燃比付近に維持されていることを意味するためである。 Incidentally, in general, the learning value convergence determination in the learning control is performed based on the number of times the exhaust air-fuel ratio is inverted between lean and rich. This is because when the exhaust air-fuel ratio is controlled to be the stoichiometric air-fuel ratio, the exhaust air-fuel ratio is maintained near the theoretical air-fuel ratio as the exhaust air-fuel ratio is reversed between lean and rich. It means that it is.
一方、上述した三元触媒は酸素吸蔵能力を有しており、これにより三元触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中の酸素を吸蔵すると共に、三元触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチであるときには吸蔵している酸素を放出すると共にこの酸素により排気ガス中のHC、COが酸化されて浄化される。斯かる酸素吸蔵能力は三元触媒の使用開始から常に一定ではなく内燃機関の運転期間等に応じて徐々に劣化する。 On the other hand, the above-described three-way catalyst has an oxygen storage capacity, so that when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst is lean, it stores oxygen in the exhaust gas and flows into the three-way catalyst. When the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich, the stored oxygen is released and the oxygen and HC and CO in the exhaust gas are oxidized and purified by this oxygen. Such oxygen storage capacity is not always constant from the start of use of the three-way catalyst and gradually deteriorates according to the operation period of the internal combustion engine.
このような三元触媒では、三元触媒の酸素吸蔵能力が高いとき、すなわち三元触媒の劣化度合いが小さいときには、排気空燃比がリッチからリーンに反転しても三元触媒に排気ガス中の酸素が多量に吸蔵されることにより三元触媒から排出される排気ガスの空燃比は直ぐには反転せず、逆に排気空燃比がリーンからリッチに反転しても三元触媒に多量に吸蔵されている酸素が放出されることにより三元触媒から排出される排気ガスの空燃比は直ぐには反転しない。このため、三元触媒の劣化度合いが小さいと三元触媒から排出される排気ガスの空燃比がリーン・リッチ間で反転する周期が長くなり、よってサブF/Bゲインを比較的大きく設定しないと学習値の収束判定が遅れてしまう。 In such a three-way catalyst, when the oxygen storage capacity of the three-way catalyst is high, that is, when the degree of deterioration of the three-way catalyst is small, even if the exhaust air-fuel ratio is reversed from rich to lean, The air-fuel ratio of the exhaust gas exhausted from the three-way catalyst due to a large amount of oxygen being stored does not reverse immediately, but conversely, even if the exhaust air-fuel ratio is reversed from lean to rich, a large amount is stored in the three-way catalyst. The air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the three-way catalyst is not reversed immediately after the released oxygen is released. For this reason, if the degree of deterioration of the three-way catalyst is small, the period during which the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the three-way catalyst is reversed between lean and rich becomes long, and therefore the sub F / B gain must be set relatively large. Learning value convergence determination is delayed.
一方、三元触媒の酸素吸蔵能力が低いとき、すなわち三元触媒の劣化度合いが大きいときには、排気ガス中の酸素は三元触媒にあまり吸蔵されないため、排気空燃比がリッチからリーン又はその逆に反転すると三元触媒から排出される排気ガスの空燃比も比較的早く反転する。このように三元触媒の劣化度合いが大きいと三元触媒から排出される排気ガスの空燃比がリーン・リッチ間で反転する周期が短くなるため、サブF/Bゲインを比較的小さく設定しないと、サブF/B制御が発散してしまう。 On the other hand, when the oxygen storage capacity of the three-way catalyst is low, that is, when the degree of deterioration of the three-way catalyst is large, oxygen in the exhaust gas is not stored much in the three-way catalyst, so the exhaust air-fuel ratio is from rich to lean or vice versa. When reversed, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the three-way catalyst is also reversed relatively quickly. In this way, if the degree of deterioration of the three-way catalyst is large, the cycle in which the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the three-way catalyst is reversed between lean and rich becomes short, so the sub F / B gain must be set relatively small. Sub F / B control will diverge.
そこで、本発明の目的は、三元触媒の劣化度合いを考慮しつつサブF/B制御が発散してしまうことのない範囲内でできるだけ早く学習値の収束判定を行う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にある。 Accordingly, an object of the present invention is to determine whether the learning value converges as soon as possible within a range in which the sub F / B control does not diverge while considering the degree of deterioration of the three-way catalyst. An object of the present invention is to provide a fuel ratio control device.
上記課題を解決するために、第1の発明では、機関排気通路内に設けられた排気浄化触媒の排気上流側に配置され且つ排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサと、上記排気浄化触媒の排気下流側に配置され且つ排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサとを具備し、上記上流側空燃比センサの出力値に基づいて排気空燃比が目標空燃比となるように燃料供給量を制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、上記上流側空燃比センサの出力値が実際の排気空燃比からずれている場合に、上記下流側空燃比センサの出力値に基づいてフィードバックパラメータを用いて上記上流側空燃比センサの出力値と実際の排気空燃比とのずれを補償すべく燃料供給量をフィードバックにより補正するフィードバック手段と、上記上流側空燃比センサの出力値と実際の排気空燃比との間の定常的なずれに対応する学習値を上記フィードバック手段による補正量に基づいて算出すると共に算出された学習値に基づいて上記燃料供給量を補正する学習手段とを具備し、内燃機関の通常運転時には上記排気浄化触媒の劣化度合いとは無関係にフィードバックパラメータの値が定められる内燃機関の空燃比制御装置において、上記学習値がリセットされた後に上記学習値の収束を判定する収束判定手段を更に具備し、上記収束判定手段によって学習値が収束したと判定される前においては、上記排気浄化触媒の劣化度合いに応じてフィードバックパラメータの値を変更するようにした。 In order to solve the above-described problem, in the first invention, an upstream air-fuel ratio sensor that is disposed on the exhaust upstream side of an exhaust purification catalyst provided in an engine exhaust passage and detects an air-fuel ratio of exhaust gas; A downstream air-fuel ratio sensor disposed on the exhaust downstream side of the purification catalyst and detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas, so that the exhaust air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio based on the output value of the upstream air-fuel ratio sensor An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine for controlling the fuel supply amount, and when the output value of the upstream air-fuel ratio sensor deviates from the actual exhaust air-fuel ratio, the output value of the downstream air-fuel ratio sensor is Feedback means for correcting the fuel supply amount by feedback to compensate for the deviation between the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and the actual exhaust air-fuel ratio using feedback parameters, and the upstream air-fuel ratio A learning value corresponding to a steady deviation between the sensor output value and the actual exhaust air-fuel ratio is calculated based on the correction amount by the feedback means, and the fuel supply amount is corrected based on the calculated learning value. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine in which a feedback parameter value is determined irrespective of the degree of deterioration of the exhaust purification catalyst during normal operation of the internal combustion engine. Convergence determining means for determining convergence of the learning value is further provided, and the value of the feedback parameter is changed according to the degree of deterioration of the exhaust purification catalyst before the convergence determining means determines that the learning value has converged. I did it.
第2の発明では、第1の発明において、上記フィードバックパラメータにはフィードバックゲインが含まれ、上記排気浄化触媒の劣化度合いが小さいときほどフィードバックゲインを大きくするようにした。 In the second invention, in the first invention, the feedback parameter includes a feedback gain, and the feedback gain is increased as the deterioration degree of the exhaust purification catalyst is smaller.
第3の発明では、第1又は第2の発明において、上記フィードバック手段は燃料供給量のフィードバックによる補正量の絶対値を所定のガード値以下に制限しており、上記フィードバックパラメータには上記ガード値が含まれ、上記排気浄化触媒の劣化度合いが小さいときほど上記ガード値の絶対値を大きくするようにした。 In a third invention, in the first or second invention, the feedback means limits an absolute value of a correction amount by feedback of the fuel supply amount to a predetermined guard value or less, and the feedback parameter includes the guard value. The absolute value of the guard value is increased as the degree of deterioration of the exhaust purification catalyst is smaller.
第4の発明では、第1〜第3のいずれか一つの発明において、上記収束判定手段は、下流側空燃比センサの出力値が目標空燃比よりもリッチな空燃比と該目標空燃比よりもリーンな空燃比との間で反転した回数が所定回数以上になったときに学習値が収束した判定する。 In a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the convergence determination means includes an air-fuel ratio in which the output value of the downstream air-fuel ratio sensor is richer than the target air-fuel ratio and the target air-fuel ratio. It is determined that the learning value has converged when the number of inversions with respect to the lean air-fuel ratio becomes a predetermined number or more.
本発明によれば、三元触媒の劣化度合いを考慮しつつサブF/B制御が発散してしまうことのない範囲内でできるだけ早く学習値の収束判定を行うことができるようになる。 According to the present invention, it is possible to determine the convergence of the learning value as soon as possible within a range in which the sub F / B control does not diverge while considering the degree of deterioration of the three-way catalyst.
以下、図面を参照して本発明の内燃機関の空燃比制御装置について説明する。図1は本発明の制御装置が搭載される内燃機関全体の図である。図1に示した実施形態では本発明の空燃比制御装置が筒内直噴型火花点火式内燃機関に用いられた場合を示しているが、他の火花点火式内燃機関や圧縮自着火式内燃機関等にも用いることができる。 Hereinafter, an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine on which a control device of the present invention is mounted. The embodiment shown in FIG. 1 shows the case where the air-fuel ratio control apparatus of the present invention is used in an in-cylinder direct injection type spark ignition internal combustion engine, but other spark ignition type internal combustion engines and compression self-ignition internal combustion engines are shown. It can also be used for institutions.
図1を参照すると1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダブロック2内で往復動するピストン、4はシリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド、5はピストン3とシリンダヘッド4との間に形成された燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポートをそれぞれ示す。図1に示したようにシリンダヘッド4の内壁面の中央部には点火プラグ10が配置され、シリンダヘッド4内壁面周辺部には燃料噴射弁11が配置される。またピストン3の頂面上には燃料噴射弁11の下方から点火プラグ10の下方まで延びるキャビティ12が形成されている。
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a piston that reciprocates in the
各気筒の吸気ポート7はそれぞれ対応する吸気枝管13を介してサージタンク14に連結され、サージタンク14は吸気管15を介してエアクリーナ(図示せず)に連結される。吸気管15内にはエアフロメータ16が配置されると共にステップモータ17によって駆動されるスロットル弁18が配置される。一方、各気筒の排気ポート9は排気マニホルド19に連結され、この排気マニホルド19は三元触媒20を内蔵した触媒コンバータ21に連結される。触媒コンバータ21の出口は排気管22に連結される。排気マニホルド19、すなわち排気浄化触媒20上流側の排気通路内には空燃比センサ23が配置されると共に、排気管22、すなわち三元触媒20下流側の排気通路内には酸素センサ24が配置される。
The
電子制御ユニット31はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス32を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)33、ROM(リードオンリメモリ)34、CPU(マイクロプロセッサ)35、入力ポート36および出力ポート37を具備する。エアフロメータ16は吸入空気流量に比例した出力電圧を発生し、その出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。また、空燃比センサ23は、図2に示したように、排気マニホルド19内を通過する排気ガス中の酸素濃度に基づいて、斯かる排気ガスの空燃比にほぼ比例した出力電圧を発生する。一方、酸素センサ24は、図3に示したように、排気管22内を通過する排気ガス、すなわち三元触媒20を通過した後の排気ガス中の酸素濃度に基づいて、斯かる排気ガスの空燃比が理論空燃比(約14.7)よりもリッチであるかリーンであるかによって大きく異なる出力電圧を発生する。これら出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。
The
また、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器38を介して入力ポート36に入力される。クランク角センサ42は例えばクランクシャフトが30度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート36に入力される。CPU35ではこのクランク角センサ42の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート37は対応する駆動回路39を介して点火プラグ10、燃料噴射弁11およびステップモータ17に接続される。
A
上述した三元触媒20は、酸素吸蔵能力を有しており、これにより三元触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中の酸素を吸蔵すると共に、三元触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリッチであるときには吸蔵している酸素を放出することにより排気ガス中に含まれるHC、COを酸化・浄化する。
The above-described three-
このような三元触媒20の酸素吸蔵能力を効果的に利用するためには、排気ガスの空燃比がその後リッチ及びリーンのいずれになっても排気ガスを浄化することができるように、三元触媒20中に吸蔵されている酸素の量を所定量(例えば、最大酸素吸蔵量の半分)に維持することが必要である。三元触媒20の酸素吸蔵量が上記所定量に維持されていれば、三元触媒20は常に或る程度の酸素吸蔵作用及び酸素放出作用を発揮することが可能であり、結果として三元触媒20により常に排気ガス中の成分の酸化・還元を行うことができるようになる。このため、本実施形態では、三元触媒20による排気浄化性能を維持すべく、三元触媒の酸素吸蔵量を一定に維持するように空燃比制御を行うこととしている。
In order to effectively utilize the oxygen storage capacity of such a three-
そこで、本実施形態では、三元触媒20よりも排気上流側に配置された空燃比センサ(上流側空燃比センサ)23によって排気空燃比(三元触媒20上流側の排気通路、燃焼室5および吸気通路に供給された空気と燃料との比率)を検出すると共に、空燃比センサ23の出力値が理論空燃比に対応した値となるように燃料噴射弁11からの燃料供給量についてF/B制御を行うこととしている(以下、このF/B制御を「メインF/B制御」と称す)。これにより、排気空燃比は理論空燃比付近に維持され、その結果三元触媒の酸素吸蔵量が一定に維持され、よって排気エミッションを改善することができる。
Therefore, in the present embodiment, the air / fuel ratio sensor (upstream air / fuel ratio sensor) 23 disposed upstream of the three-
以下、メインF/B制御について具体的に説明する。まず、本実施形態では、燃料噴射弁11から各気筒へと供給すべき燃料量(以下、「目標燃料供給量」と称す)Qft(n)は下記式(1)によって算出される。
Qft(n)=Mc(n)/AFT+DQf(n−1) …(1)
Hereinafter, the main F / B control will be specifically described. First, in the present embodiment, a fuel amount (hereinafter referred to as “target fuel supply amount”) Qft (n) to be supplied from the
Qft (n) = Mc (n) / AFT + DQf (n-1) (1)
ここで、上記式(1)においてnはECU31における計算回数を示す値であり、例えばQft(n)は第n回目の計算によって(すなわち時刻nにおいて)算出された目標燃料供給量を表している。また、Mc(n)は、吸気弁6の閉弁時までに各気筒の筒内に吸入されたと予想される空気量(以下、「筒内吸入空気量」と称す)を示している。筒内吸入空気量Mc(n)は、例えば機関回転数Neと吸気管15内を通過した空気の流量(以下、「吸気管通過空気流量」と称す)mtとを引数としたマップ又は計算式を予め実験的に又は計算によって求め、このマップ又は計算式をECU31のROM34に保存し、機関運転中に機関回転数Ne及び吸気管通過空気流量mtを検出してこれら検出値に基づいて上記マップ又は計算式により算出される。また、AFTは、排気空燃比の目標値であり、本実施形態では理論空燃比(14.7)である。さらに、DQfは、後述するメインF/B制御に関して算出される燃料補正量である。燃料噴射弁11では、このようにして算出された目標燃料供給量に対応する量の燃料が噴射される。
In the above equation (1), n is a value indicating the number of calculations in the
なお、上記説明では、筒内吸入空気量Mc(n)は、機関回転数Neと吸気管通過空気流量mtとを引数としたマップ等に基づいて算出されるとしているが、例えばスロットル弁18の開度及び大気圧等に基づいた計算式等、他の方法によって求められてもよい。 In the above description, the in-cylinder intake air amount Mc (n) is calculated based on a map or the like using the engine speed Ne and the intake pipe passage air flow rate mt as arguments. You may obtain | require by other methods, such as a calculation formula based on an opening degree, atmospheric pressure, etc.
図4は、燃料噴射弁11からの目標燃料供給量Qft(n)を算出する目標燃料供給量算出制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは所定時間間隔の割り込みによって行われる。
FIG. 4 is a flowchart showing a control routine of target fuel supply amount calculation control for calculating the target fuel supply amount Qft (n) from the
まず、ステップ101において、クランク角センサ42及びエアフロメータ16によって機関回転数Ne及び吸気管通過空気流量mtが検出される。次いで、ステップ102では、ステップ101において検出された機関回転数Ne及び吸気管通過空気流量mtに基づいてマップにより又は計算式により時刻nにおける筒内吸入空気量Mc(n)が算出される。次いで、ステップ103では、ステップ102で算出された筒内吸入空気量Mc(n)及び後述するメインF/B制御において算出された時刻n−1における燃料補正量DQf(n−1)に基づいて上記式(1)により目標燃料供給量Qft(n)が算出され、制御ルーチンが終了せしめられる。燃料噴射弁11ではこのように算出された目標燃料供給量Qft(n)に相当する量の燃料が噴射せしめられる。
First, in step 101, the engine speed Ne and the intake pipe passage air flow rate mt are detected by the
次に、メインF/B制御について説明する。本実施形態では、メインF/B制御として、空燃比センサ23の出力に基づいて算出された実際の燃料供給量と、上述した目標燃料供給量Qftとの燃料偏差量ΔQfを各計算時毎に算出し、この燃料偏差量ΔQfがゼロになるように燃料補正量DQfを算出している。具体的には、燃料補正量DQfは下記式(2)により算出される。なお、下記式(2)においてDQf(n−1)は、第n−1回目の計算、すなわち前回の計算における燃料補正量であり、Kmpは比例ゲイン、Kmiは積分ゲインをそれぞれ示している。これら比例ゲインKmp、積分ゲインKmiは予め定められた一定の値であってもよいし、機関運転状態に応じて変化する値であってもよい。
図5は、燃料補正量DQfを算出するメインF/B制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは所定時間間隔の割り込みによって行われる。 FIG. 5 is a flowchart showing a control routine of main F / B control for calculating the fuel correction amount DQf. The illustrated control routine is performed by interruption at predetermined time intervals.
まず、ステップ121では、メインF/B制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。メインF/B制御の実行条件が成立している場合とは、例えば内燃機関の冷間始動中ではないこと(すなわち、機関冷却水温が一定温度以上であって始動時燃料増量等が行われていないこと)や、機関運転中に燃料噴射弁からの燃料噴射を停止する燃料カット制御中ではないこと等が挙げられる。ステップ121においてメインF/B制御の実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ122へと進む。
First, in
ステップ122では、第n回目の計算時における空燃比センサ23の出力値VAF(n)が検出される。次いで、ステップ123では、後述するサブF/B制御の制御ルーチンによって算出された空燃比センサ23の出力補正値efsfb(n)及び後述するサブF/B学習値efgfsbをステップ122で検出された出力値VAF(n)に加算することで、空燃比センサ23の出力値が補正されて第n回目の計算時における補正出力値VAF’(n)が算出される(VAF’(n)=VAF(n)+efsfb(n)+efgfsb(n))。
In
次いで、ステップ124では、ステップ123で算出された補正出力値VAF’(n)に基づいて図2に示したマップを用いて時刻nにおける実空燃比AFR(n)が算出される。このようにして算出された実空燃比AFR(n)は、第n回目の計算時における三元触媒20に流入する排気ガスの実際の空燃比にほぼ一致した値となっている。
Next, at
次いで、ステップ125では、下記式(3)により、空燃比センサ23の出力に基づいて算出された燃料供給量と目標燃料供給量Qftとの燃料偏差量ΔQfが算出される。なお、下記式(3)において、筒内吸入空気量Mc及び目標燃料供給量Qftについては第n回目の計算時における値が用いられているが、第n回目の計算時よりも前の値が用いられてもよい。
ΔQf(n)=Mc(n)/AFR(n)−Qft(n) …(3)
Next, at
ΔQf (n) = Mc (n) / AFR (n) −Qft (n) (3)
ステップ126では、上記式(2)により時刻nにおける燃料補正量DQf(n)が算出され、制御ルーチンが終了せしめられる。算出された燃料補正量DQf(n)は、図4に示した制御ルーチンのステップ103において用いられる。一方、ステップ121においてメインF/B制御の実行条件が成立していないと判定された場合には、燃料補正量DQf(n)が更新されることなく制御ルーチンが終了せしめられる。
In step 126, the fuel correction amount DQf (n) at time n is calculated from the above equation (2), and the control routine is terminated. The calculated fuel correction amount DQf (n) is used in
ところで、排気ガスの熱により空燃比センサ23が劣化すること等により空燃比センサ23の出力にはずれが生じる場合がある。このような場合、本来図2に実線で示したような出力値を発生させる空燃比センサ23が、例えば図2に破線で示したような出力値を発生させてしまう。このように空燃比センサ23の出力値にずれが生じると、空燃比センサ23は例えば本来であれば排気空燃比が理論空燃比になっているときに発生させる出力電圧を、理論空燃比よりもリーンであるときに発生させてしまう。そこで、本実施形態では、酸素センサ(下流側空燃比センサ)24を用いたサブF/B制御により空燃比センサ23の出力値に生じたずれを補償して、空燃比センサ23の出力値が実際の排気空燃比に対応した値となるようにすることとしている。
By the way, the output of the air-
すなわち、酸素センサ24は、図3に示したように、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチであるかリーンであるかを検出することができ、理論空燃比よりもリッチであるかリーンであるかの判定にずれを生じることがほとんどない。このため、実際の排気空燃比がリーンとなっているときには酸素センサ24の出力電圧は低い値となっており、実際の排気空燃比がリッチとなっているときには酸素センサ24の出力電圧は高い値となっている。したがって、実際の排気空燃比がほぼ理論空燃比となっているとき、すなわち理論空燃比付近で上下を繰り返しているときには、酸素センサ24の出力電圧は高い値と低い値との間で反転を繰り返す。このような観点から、本実施形態では、酸素センサ24の出力電圧が高い値と低い値との間で反転を繰り返すように空燃比センサ23の出力値を補正することとしている。
That is, as shown in FIG. 3, the
図6は、実際の排気空燃比と、酸素センサの出力値と、空燃比センサ23の出力補正値efsfbと、サブF/B学習値efgfsbとのタイムチャートである。図6のタイムチャートは、実際の排気空燃比が理論空燃比になるように制御しているにも関わらず、空燃比センサ23にずれが生じていて実際の排気空燃比が理論空燃比となっていない場合に、空燃比センサ23に生じているずれが補償されていく様子を示している。
FIG. 6 is a time chart of the actual exhaust air-fuel ratio, the output value of the oxygen sensor, the output correction value efsfb of the air-
図6に示した例では、時刻t0において、実際の排気空燃比は理論空燃比となっておらず、理論空燃比よりもリーンとなっている。これは、空燃比センサ23にずれが生じていて、実際の排気空燃比が理論空燃比よりもリーンである空燃比となっているときに空燃比センサ23により理論空燃比に対応する出力値が出力されているためである。このとき酸素センサ24の出力値は低い値となっている。
In the example shown in FIG. 6, at the time t 0 , the actual exhaust air-fuel ratio is not the stoichiometric air-fuel ratio, but is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. This is because when the air-
空燃比センサ23の出力補正値efsfbは、上述したように、図5のステップ123において補正出力値VAF’(n)を算出するために出力値VAF(n)に加算される。従って、この出力補正値efsfbが正の値となっている場合には空燃比センサ23の出力値はリーン側に補正され、負の値となっている場合には空燃比センサ23の出力値はリッチ側に補正される。そして出力補正値efsfbの絶対値が大きいほど空燃比センサ23の出力値が大きく補正される。
As described above, the output correction value efsfb of the air-
空燃比センサ23の出力値がほぼ理論空燃比となっているにも関わらず酸素センサ24の出力値が低い値となっているときには空燃比センサ23の出力値がリッチ側にずれていることを意味する。そこで、本実施形態では、酸素センサ24の出力値が低い値となっているときには、図6に示したように、出力補正値efsfbの値を増大させて、空燃比センサ23の出力値をリーン側へ補正することとしている。一方、空燃比センサ23の出力値がほぼ理論空燃比となっているにも関わらず酸素センサ24の出力値が高い値となっているときには、出力補正値efsfbの値を減少させて、空燃比センサ23の出力値をリッチ側へ補正することとしている。
If the output value of the
具体的には出力補正値efsfbの値は下記式(4)により計算される。なお、下記式(4)において、efsfb(n−1)は、第n−1回目、すなわち前回の計算時における出力補正値であり、Kspは比例ゲイン、Ksiは積分ゲインをそれぞれ示している。また、ΔVO(n)は、第n回目の計算時における酸素センサ24の出力値と目標出力値(本実施形態では、理論空燃比に対応する値)との出力偏差を示している。
このように、図6に示した例では、空燃比センサ23の出力補正値efsfbの値が増大するにつれて、空燃比センサ23の出力値に生じているずれが補正され、実際の排気空燃比が徐々に理論空燃比に近づいていく。
As described above, in the example shown in FIG. 6, as the output correction value efsfb of the air-
ここで、空燃比センサ23の出力値が実際の空燃比に対応する値からずれた状態が継続されると、サブF/B制御により空燃比センサ23の出力値が過剰に補正されてしまう場合があり、この場合には空燃比制御性が却って阻害される。このため、本実施形態では、出力補正値efsfbを制限するガード値を設定し、出力補正値efsfbがガード値に達したときは、出力補正値efsfbをガード値で制限することで、空燃比センサ23の過補正を防止する技術が知られている。
Here, if the state in which the output value of the air-
本実施形態では、斯かるガード値として出力補正値efsfbが取り得る上限値Grdhである上限ガード値及び出力補正値efsfbが取り得る下限値である下限ガード値Grdlが予め設定されている。図6に示した例では、時刻t1において出力補正値efsfbの値が上限ガード値Grdhに達しており、よって酸素センサ24の出力値が低い値となっているにも関わらず、出力補正値efsfbの値は増大せしめられずに上限ガード値Grdhのままとされる。
In the present embodiment, an upper limit guard value that is the upper limit value Grdh that can be taken by the output correction value efsfb and a lower limit guard value Grdl that is a lower limit value that can be taken by the output correction value efsfb are set in advance as such guard values. In the example shown in FIG. 6, the output correction value efsfb reaches the upper limit guard value Grdh at time t 1 , and thus the output correction value is low even though the output value of the
このようにしてサブF/B制御により空燃比センサ23の出力値は適宜補正されるが、例えば内燃機関を停止させた場合や燃料カット制御を行った場合等にはサブF/B制御が中断せしめられ、その結果、出力補正値efsfbの値はゼロにリセットされる。その後、再び内燃機関を始動させた場合や燃料カット制御を終了した場合等には、サブF/B制御が再開されるが、出力補正値efsfbがゼロにリセットされているため、空燃比センサ23の出力値を再び適切な値にまで補正するには時間がかかる。
In this way, the output value of the air-
そこで、本実施形態では、空燃比センサ23の出力値と実際の排気空燃比に対応する値との間に生じている定常的なずれに対応するサブF/B学習値efgfsbを上記サブF/B制御における出力補正値efsfbに基づいて算出すると共に、算出されたサブF/B学習値efgfsbに基づいて空燃比センサ23の出力値VAFを補正することとしている。このようにして算出されたサブF/B学習値efgfsbは、例えば内燃機関を停止させたり燃料カット制御を行ったりしてもゼロにリセットされることはなく、よって内燃機関の停止や燃料カット制御等の後でもサブF/B制御により比較的早期に空燃比センサ23の出力値を再び適切な値にまで補正することができるようになる。
Therefore, in the present embodiment, the sub F / B learning value efgsfs corresponding to the steady deviation generated between the output value of the air /
具体的には、前回の学習時期から所定時間ΔTが経過したときの出力補正値efsfbが正の値である場合にはサブF/B学習値efgfsbを増大させると共に、出力補正値efsfbが負の値である場合にはサブF/B学習値efgfsbを減少させるようにしている。また、サブF/B学習値efgfsbの増大量又は減少量は、出力補正値efsfbの絶対値が大きくなるほど多くなるようにしている。 Specifically, when the output correction value efsfb when the predetermined time ΔT has elapsed from the previous learning time is a positive value, the sub F / B learning value efgsfsb is increased and the output correction value efsfb is negative. If it is a value, the sub F / B learning value efgsfsb is decreased. Further, the amount of increase or decrease of the sub F / B learning value efgfsb is set to increase as the absolute value of the output correction value efsfb increases.
特に本実施形態では、前回の学習時期から所定時間ΔTが経過したときの出力補正値efsfb及びサブF/B学習値efgfsbはそれぞれ下記式(5)及び(6)により更新される。なお、下記式(5)及び(6)において、αはなまし率であり、予め定められた1以下の正の値となる(0<α≦1)。したがって、図6に示した例では、時刻t2において出力補正値efsfbが正の値となっているため、下記式(5)及び(6)により出力補正値efsfbが低下せしめられると共にサブF/B学習値efgfsbが増大せしめられ、同様に時刻t3においても出力補正値efsfbが正の値となっているため、下記式(5)及び(6)により出力補正値efsfbが低下せしめられると共にサブF/B学習値efgfsbが増大せしめられる。
efsfb=efsfb−(efsfb−efgfsb)・α …(5)
efgfsb=efgfsb+(efsfb−efgfsb)・α …(6)
In particular, in the present embodiment, the output correction value efsfb and the sub F / B learning value efgsfs when the predetermined time ΔT has elapsed from the previous learning time are updated by the following equations (5) and (6), respectively. In the following formulas (5) and (6), α is an annealing rate, and is a positive value that is equal to or less than 1 (0 <α ≦ 1). Therefore, in the example shown in FIG. 6, since the output correction value efsfb is a positive value at time t 2 , the output correction value efsfb is reduced by the following equations (5) and (6) and the sub F / F B learning value efgfsb is made to increase, since Similarly, the output correction value even at the time t 3 efsfb is a positive value, the sub with an output correction value efsfb is caused to decrease by the following equation (5) and (6) The F / B learning value efgfsb is increased.
efsfb = efsfb− (efsfb−efgfsb) · α (5)
efgfsb = efgfsb + (efsfb−efgfsb) · α (6)
図7及び図8は、出力補正値efsfbを算出するサブF/B制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは所定時間間隔の割り込みによって行われる。 7 and 8 are flowcharts showing a control routine of sub F / B control for calculating the output correction value efsfb. The illustrated control routine is performed by interruption at predetermined time intervals.
まず、ステップ141では、サブF/B制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。サブF/B制御の実行条件が成立している場合とは、メインF/B制御の実行条件と同様に内燃機関の冷間始動中でないことや燃料カット制御中ではないことが挙げられる。サブF/B制御の実行条件が成立していないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。
First, in
一方、ステップ141において、サブF/B制御の実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ142へと進む。ステップ142では、時間カウンタcountに1が加算された値が新たな時間カウンタcountの値とされる(count=count+1)。なお、時間カウンタcountは、前回学習が行われてから、すなわち前回サブF/B学習値efgfsbが更新されてからの経過時間を表すカウンタである。
On the other hand, if it is determined in
次いで、ステップ143では、時刻nにおける酸素センサ24の出力値と目標出力値との出力偏差ΔVO(n)が算出される。ステップ144では、ステップ143において算出された出力偏差ΔVOに基づいて上記式(4)と同様な下記式(7)を利用して暫定出力補正値efsfb’(n)が算出される。
次いで、ステップ145及びステップ146では、ステップ144において算出された暫定出力補正値efsfb’(n)が上限ガード値Grdh以下であるか否か及び暫定出力補正値efsfb’(n)が下限ガード値Grdl以上であるか否かが判定される。ステップ145、146において暫定出力補正値efsfb’(n)が上限ガード値Grdhよりも大きいと判定された場合(efsfb’(n)>Grdh)にはステップ147へと進む。ステップ147では、上限ガード値Grdhが第n回目の計算時における出力補正値efsfb(n)とされる(efsfb(n)=Grdh)。一方、ステップ145、146において暫定出力補正値efsfb’(n)が下限ガード値Grdlよりも小さいと判定された場合(efsfb’(n)<Grdl)にはステップ148へと進む。ステップ148では、下限ガード値Grdlが第n回目の計算時における出力補正値efsfb(n)とされる(efsfb(n)=Grdl)。
Next, at
ステップ145、146において、暫定出力補正値efsfb’(n)が上限ガード値以下であって下限ガード値Grdl以上であると判定された場合(Grdl≦efsfb’(n)≦Grdh)にはステップ149へと進む。ステップ149では、暫定出力補正値efsfb’(n)が第n回目の計算時における出力補正値efsfb(n)とされる(efsfb(n)=efsfb’(n))。
If it is determined in
次いで、ステップ150では、時間カウンタcountが所定値count0以上であるか否かが判定される(count≧count0)。なお、所定値count0は、前回のサブF/B学習値の更新からサブF/B制御が或る程度収束するのに必要な時間よりも長い時間に設定される。ステップ150において、時間カウンタcountが所定値count0よりも小さいと判定された場合(count<count0)には、前回のサブF/B学習値の更新から十分な時間が経過していないためサブF/B学習値の更新は行われずに制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ150において、時間カウンタcountが所定値count0以上であると判定された場合(count≧count0)には、前回のサブF/B学習値の更新から十分な時間が経過しているため、ステップ151により出力補正値efsfbが修正されると共に、ステップ152によりサブF/B学習値efgfsbが更新される。次いで、ステップ153において時間カウンタcountがゼロにリセットされる。
Next, at
ところで、上記サブF/B学習値efgfsbはECU31のRAM33に記憶されるが、バッテリを取外したりしてバッテリからの給電が中断したり、RAM33が破壊されたりするとRAM33に記憶されていたサブF/B学習値efgfsbが消去されてしまう。このように、サブF/B学習値efgfsbがゼロにリセットされてしまうと、内燃機関の停止や燃料カット制御等の後にサブF/B制御によって早期に空燃比センサ23の出力値を再び適切な値にまで補正することができなくなってしまう。このため、バッテリからの給電中断等の後には、サブF/B学習値efgfsbを早期に適切な値にする必要がある。
By the way, the sub F / B learning value efgsfsb is stored in the
そこで、本実施形態では、サブF/B学習値efgfsbが一定の値付近に収束するまで、サブF/B制御におけるF/Bゲイン(比例ゲインKsp及び積分ゲインKsi)を、サブF/B学習値efgfsbが一定の値付近に収束した後の通常の値よりも大きな値とすることとしている。これにより、サブF/B制御において算出される出力補正値efsfbの変化を大きくすることができ、よってサブF/B学習値efgfsbを早期に適切な値へと近づけることができ、学習を早期に収束させることができるようになる。 Thus, in the present embodiment, the F / B gain (proportional gain Ksp and integral gain Ksi) in the sub F / B control is sub-F / B learning until the sub F / B learning value efgsfsb converges to a certain value. The value efgfsb is set to a value larger than a normal value after convergence near a certain value. As a result, the change in the output correction value efsfb calculated in the sub F / B control can be increased. Therefore, the sub F / B learning value efgsfsb can be brought close to an appropriate value at an early stage, and learning can be performed at an early stage. It can be converged.
ところで、三元触媒20は酸素吸蔵能力を有しており、これにより三元触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中の酸素を吸蔵すると共に、三元触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチであるときには吸蔵している酸素を放出すると共にこの酸素により排気ガス中のHC、COが酸化されて浄化される。斯かる酸素吸蔵能力は三元触媒20の使用開始から常に一定ではなく内燃機関の運転期間等に応じて徐々に低下する(すなわち、三元触媒20が劣化する)。
By the way, the three-
三元触媒20の酸素吸蔵能力が高い状態では、三元触媒20に流入する排気ガスの実際の空燃比がリーンからリッチに反転しても、三元触媒20に吸蔵されていた酸素が排気ガス中に放出されるため、三元触媒20から流出する排気ガスの空燃比は三元触媒20に吸蔵されている酸素がほとんどなくなるまでリッチにはならない。逆に、三元触媒20に流入する排気ガスの実際の空燃比がリッチからリーンに反転しても、三元触媒20に流入した排気ガス中の過剰酸素は三元触媒20に吸蔵されることになるため、三元触媒20から流出する排気ガスの空燃比は三元触媒20の酸素吸蔵能力の限界に達するまでリッチにはならない。すなわち、三元触媒20の酸素吸蔵能力が高い状態では、三元触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリッチ・リーン間で反転しても三元触媒20から流出する排気ガスの空燃比は直ぐにはリッチ・リーン間で反転せず、よって三元触媒20から流出する排気ガスの空燃比のリッチ・リーン間での反転周期が長くなる傾向にある。
In the state where the oxygen storage capacity of the three-
一方、三元触媒20の酸素吸蔵能力が低い状態では、三元触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリーンからリッチに反転すると、三元触媒20にはほとんど酸素が吸蔵されていないため、三元触媒20から流出する排気ガスの空燃比は直ぐにリッチへと反転する。逆に、三元触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリッチからリーンに反転すると、三元触媒20に流入した排気ガス中の過剰酸素は三元触媒20にはほとんど吸蔵されないため、三元触媒20から流出する排気ガスの空燃比は直ぐにリーンへと反転する。すなわち、三元触媒20の酸素吸蔵能力が低い状態では、三元触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリッチ・リーン間で反転すると三元触媒20から流出する排気ガスの空燃比も直ぐにリッチ・リーン間で反転し、よって三元触媒20から流出する排気ガスの空燃比のリッチ・リーン間での反転周期が短くなる傾向にある。
On the other hand, in the state where the oxygen storage capacity of the three-
ここで、バッテリからの給電中断等の後のサブF/B学習値efgfsbが一定の値付近に収束したか否かの判定は、酸素センサ24の出力値のリッチとリーンとの間での反転回数に応じて行われるか、或いは酸素センサ24の出力値と目標出力値(本実施形態では、理論空燃比に対応する値)との偏差の積分値の変動幅に応じて行われる。従って、三元触媒20の酸素吸蔵能力が高い場合、すなわち三元触媒20の劣化度合いが低い場合には、三元触媒20から流出する排気ガスの空燃比のリッチ・リーン間での反転周期が長くなる傾向にあることから、サブF/B学習値efgfsbの収束判定が遅れてしまうことが多く、また酸素センサ24の出力値と目標出力値との偏差の積分値の変動幅も大きくなり易い。このため、サブF/B学習値efgfsbを早期に収束させるためには、サブF/B制御のF/Bゲインを大きくして酸素センサ24の出力値をリッチとリーンとの間で振れ易くすると共に、ガード値Grdh、Grdlの絶対値を大きくして出力補正値efsfbがより絶対値の大きな値をとることができるように、一回の学習でサブF/B学習値を大きく更新することができるようにする必要がある。
Here, whether or not the sub F / B learning value efgsfsb after interruption of power supply from the battery has converged to a certain value is determined by reversing the output value of the
逆に、三元触媒20の酸素吸蔵能力が低い場合、すなわち三元触媒20の劣化度合いが高い場合には、三元触媒20から流出する排気ガスの空燃比のリッチ・リーン間での反転周期が短くなる傾向にあるため、サブF/B制御のF/Bゲインを大きくすると出力補正値efsfbが発散してしまうことが多い。このため、出力補正値efsfbの発散を抑制するためには、サブF/B制御のF/Bゲインを小さくして酸素センサ24の出力値がリッチとリーンとの間で振れにくくすると共に、ガード値Grdh、Grdlの絶対値を小さくして出力補正値efsfbを振れにくくする必要がある。
Conversely, when the three-
そこで、本実施形態では、バッテリからの給電中断等によりRAM33に記憶されたサブF/B学習値efgfsbが消去された後、サブF/B学習値efgfsbが収束するまでの間、三元触媒20の酸素吸蔵能力に応じて、サブF/B制御のF/Bゲインの大きさを変えると共に、ガード値Grdh、Grdlの絶対値を変えることとしている。
Therefore, in the present embodiment, after the sub F / B learning value efgsfs stored in the
図9は、三元触媒20が吸蔵可能な酸素量の最大値(以下、「最大酸素吸蔵量」と称す)OSCMAXと、サブF/B制御のF/Bゲイン(比例ゲインKsp、積分ゲインKsi)との関係を表す図である。図9から分かるように、最大酸素吸蔵量OSCMAXが大きいほど比例ゲインKspは大きい値とされ(図9(a))、また最大酸素吸蔵量OSCMAXが大きいほど積分ゲインKsiは大きい値とされる(図9(b))。なお、図中のKsp1及びKsi1はそれぞれサブF/B学習値efgfsbが収束してからの比例ゲインKsp及び積分ゲインKsiを示しており、サブF/B学習値efgfsb収束前の比例ゲインKsp及び積分ゲインKsiは、最大酸素吸蔵量OSCMAXに関わらず、サブF/B学習値収束後の比例ゲインKsp1及び積分ゲインKsi1よりも大きな値となっている。 FIG. 9 shows the maximum amount of oxygen that can be stored by the three-way catalyst 20 (hereinafter referred to as “maximum oxygen storage amount”) OSCMAX and the F / B gain (proportional gain Ksp, integral gain Ksi) of sub F / B control. FIG. As can be seen from FIG. 9, the larger the maximum oxygen storage amount OSCMAX is, the larger the proportional gain Ksp is (FIG. 9 (a)), and the larger the maximum oxygen storage amount OSCMAX is, the larger the integral gain Ksi is ( FIG. 9B). In the figure, Ksp1 and Ksi1 indicate the proportional gain Ksp and integral gain Ksi after the sub F / B learning value efgfsb converges, respectively. The proportional gain Ksp and integral before the sub F / B learning value efgfsb converges. Regardless of the maximum oxygen storage amount OSCMAX, the gain Ksi is larger than the proportional gain Ksp1 and the integral gain Ksi1 after convergence of the sub F / B learning value.
このように酸素吸蔵能力が高いときにサブF/B制御のF/Bゲインを大きくするようにしたことにより、酸素センサ24の出力のリッチ・リーン間での反転周期が短くなり、また酸素センサ24の出力値と目標出力値(本実施形態では、理論空燃比に対応する値)との偏差の積分値の変動幅も小さくなる。このため、酸素センサ24の出力反転回数や出力偏差の積分値に基づくサブF/B学習値の収束判定の遅れを防止することができる。一方、酸素吸蔵能力が低いときにサブF/Bゲインを小さくするようにしたことにより、サブF/B制御が発散してしまうことを抑制することができ、よって排気エミッションの悪化やドライバビリティの悪化を抑制することができる。
Thus, by increasing the F / B gain of the sub F / B control when the oxygen storage capacity is high, the inversion period between the rich and lean output of the
図10は、最大酸素吸蔵量OSCMAXと、サブF/B制御のガード値(上限ガード値Grdh、下限ガード値Grdl)との関係を示す図である。図10から分かるように、最大酸素吸蔵量OSCMAXが大きいほど上限ガード値Grdhは大きい値とされ(図10(a)、また最大酸素吸蔵量OSCMAXが大きいほど下限ガード値Grdlは小さい値とされる(図10(b))。上限ガード値Grdh及び下限ガード値Grdlのいずれについても最大酸素吸蔵量OSCMAXが大きくなるほどその絶対値が大きくなっている。 FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the maximum oxygen storage amount OSCMAX and the guard values (upper guard value Grdh, lower guard value Grdl) for sub F / B control. As can be seen from FIG. 10, the larger the maximum oxygen storage amount OSCMAX, the larger the upper limit guard value Grdh (FIG. 10 (a)), and the larger the maximum oxygen storage amount OSCMAX, the smaller the lower limit guard value Grdl. (FIG. 10B) The absolute value of the upper limit guard value Grdh and the lower limit guard value Grdl increases as the maximum oxygen storage amount OSCMAX increases.
このように酸素吸蔵能力が高いときにサブF/B制御のガード値の絶対値を大きくするようにしたことにより、出力補正値efsfbがより大きな値をとることができ、よって酸素センサ24の出力のリッチ・リーン間での反転周期が短くなり、また酸素センサ24の出力値と目標出力値との偏差の積分値の変動幅も小さくなる。このため、酸素センサ24の出力反転回数や出力偏差の積分値に基づくサブF/B学習値の収束判定の遅れを防止することができる。一方、酸素吸蔵能力が低いときにサブF/B制御のガード値の絶対値を小さくするようにしたことにより、サブF/B制御が発散してしまうことを抑制することができ、よって排気エミッションの悪化やドライバビリティの悪化を抑制することができる。
Thus, by increasing the absolute value of the guard value of the sub F / B control when the oxygen storage capacity is high, the output correction value efsfb can take a larger value, and therefore the output of the
なお、最大酸素吸蔵量OSCMAXは、例えば三元触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリッチとリーンとで交互に切り替わるように排気ガスの空燃比を制御すると共に、流入排気ガスの空燃比がリッチとリーンとの間で切り替わってから三元触媒20から排出される排気ガスの空燃比がリッチとリーンとの間で切り替わるまでの時間等に基づいて算出される。
For example, the maximum oxygen storage amount OSCMAX controls the air-fuel ratio of the exhaust gas so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-
図11は、サブF/B制御のF/Bゲイン及びガード値を設定する制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは所定時間間隔の割り込みによって行われる。 FIG. 11 is a flowchart showing a control routine of control for setting the F / B gain and the guard value of the sub F / B control. The illustrated control routine is performed by interruption at predetermined time intervals.
まず、ステップ161では、収束フラグXstが0であるか否かが判定される。収束フラグXstは、サブF/B学習値efgfsbが収束しているときに1とされ、それ以外のときに0とされるフラグである。サブF/B学習値efgfsbが消去された後であってサブF/B学習値efgfsbが収束していないときには収束フラグXstが0となっているためステップ162へと進む。ステップ162では、酸素センサ24の出力値がリッチとリーンとの間で反転したか否かが判定される。酸素センサ24の出力値が反転したと判定された場合にはステップ163において反転回数COXに1を加算したものが新たな反転回数COXとされ(COX=COX+1)、ステップ164へと進む。一方、酸素センサ24の出力値が反転していないと判定された場合にはステップ163を介することなくステップ164へと進む。
First, in
次いで、ステップ164では、反転回数COXが所定反転回数COX1以上であるか、すなわちサブF/B学習値efgfsbが収束したか否かが判定される。ステップ164において反転回数COXが所定反転回数COX1よりも小さいと判定された場合にはステップ165へと進む。ステップ165では、酸素センサ24の出力に基づいて最大酸素吸蔵量OSCMAXが算出される。次いでステップ166ではステップ165で算出された最大酸素吸蔵量OSCMAXに基づいて図9及び図10に示したマップを用いて比例ゲインKsp、積分ゲインKsi、上限ガード値Grdh、下限ガード値Grdlが算出される。
Next, in
一方、ステップ164において反転回数COXが所定反転回数COX1以上であると判定された場合には、ステップ167へと進む。ステップ167では、最大酸素吸蔵量とは無関係に、比例ゲインKsp、積分ゲインKsi、上限ガード値Grdh、下限ガード値GrdlがKsp1、Ksi1、Grdh1、Grdl1とされる。次いで、ステップ168において、収束フラグXstが1にセットされる。
On the other hand, if it is determined in
収束フラグXstが1にセットされた後の制御ルーチンでは、ステップ161において収束フラグXstが0ではないと判定されてステップ169へと進む。ステップ169では、ECU31のRAM33に記憶されていたサブF/B学習値efgfsbが消去される条件が成立したか否かが判定される。サブF/B学習値が消去される条件とは例えばバッテリからの給電中断等が挙げられる。ステップ169において、サブF/B学習値が消去される条件が成立していないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、サブF/B学習値が消去される条件が成立したと判定された場合にはステップ170へと進む。ステップ170では反転回数がゼロにリセットされ、次いでステップ171では収束フラグXstが0にリセットされる。
In the control routine after the convergence flag Xst is set to 1, it is determined in
なお、上記実施形態では、三元触媒の上流に設けた空燃比センサをリニアに反応する空燃比センサとしているが、上流側の空燃比センサも酸素センサとしたいわゆるダブル酸素センサシステムにも本発明を適用することも可能である。ただし、この場合には酸素センサの出力は排気ガス中の残存酸素量に比例せず燃料供給量は上流側酸素センサ出力に直接的には比例しないため、燃料偏差量の積算値に基づいて三元触媒の酸素収支を推定することはできない。そこで三元触媒の酸素収支を推定する手段として空燃比補正係数と空燃比サブF/B学習値との偏差の積分値を使用する。 In the above embodiment, the air-fuel ratio sensor provided upstream of the three-way catalyst is an air-fuel ratio sensor that reacts linearly. However, the present invention is also applied to a so-called double oxygen sensor system in which the upstream air-fuel ratio sensor is also an oxygen sensor. It is also possible to apply. However, in this case, the output of the oxygen sensor is not proportional to the amount of residual oxygen in the exhaust gas, and the fuel supply amount is not directly proportional to the upstream oxygen sensor output. The oxygen balance of the original catalyst cannot be estimated. Therefore, an integral value of the deviation between the air-fuel ratio correction coefficient and the air-fuel ratio sub F / B learning value is used as means for estimating the oxygen balance of the three-way catalyst.
また、上記実施形態では、排気浄化触媒として三元触媒を用いているが、排気浄化触媒はこれに限られず、酸素吸蔵能力を有すれば如何なる排気浄化触媒が用いられてもよく、例えばNOXの吸蔵能力を有するNOX吸蔵還元触媒等が用いられても良い。 In the above embodiment, the three-way catalyst is used as the exhaust purification catalyst. However, the exhaust purification catalyst is not limited to this, and any exhaust purification catalyst having an oxygen storage capability may be used. For example, NO X A NO x storage-reduction catalyst or the like having the storage ability may be used.
また、上記実施形態では、排気空燃比が理論空燃比となるようにメインF/B制御を実行すると共に、酸素センサの出力値が理論空燃比付近となるようにサブF/B制御を実行しているが、これらF/B制御の目標空燃比は理論空燃比でなくてもよく、理論空燃比よりもリッチ又はリーンの空燃比であってもよい。 Further, in the above embodiment, the main F / B control is executed so that the exhaust air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio, and the sub-F / B control is executed so that the output value of the oxygen sensor becomes near the stoichiometric air-fuel ratio. However, the target air-fuel ratio of the F / B control may not be the stoichiometric air-fuel ratio, and may be an air-fuel ratio richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
さらに、上記実施形態では、サブF/B制御により空燃比センサ23の出力値を補正することとしているが、例えばサブF/B制御によりメインF/B制御における目標空燃比を補正するようにしてもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the output value of the air-
1 機関本体
3 ピストン
5 燃焼室
6 吸気弁
8 排気弁
10 点火栓
11 燃料噴射弁
31 ECU
41 負荷センサ
42 クランク角センサ
1
41
Claims (4)
上記上流側空燃比センサの出力値が実際の排気空燃比からずれている場合に、上記下流側空燃比センサの出力値に基づいてフィードバックパラメータを用いて上記上流側空燃比センサの出力値と実際の排気空燃比とのずれを補償すべく燃料供給量をフィードバックにより補正するフィードバック手段と、
上記上流側空燃比センサの出力値と実際の排気空燃比との間の定常的なずれに対応する学習値を上記フィードバック手段による補正量に基づいて算出すると共に算出された学習値に基づいて上記燃料供給量を補正する学習手段とを具備し、内燃機関の通常運転時には上記排気浄化触媒の劣化度合いとは無関係にフィードバックパラメータの値が定められる内燃機関の空燃比制御装置において、
上記学習値がリセットされた後に上記学習値の収束を判定する収束判定手段を更に具備し、
上記収束判定手段によって学習値が収束したと判定される前においては、上記排気浄化触媒の劣化度合いに応じてフィードバックパラメータの値を変更するようにした、内燃機関の空燃比制御装置。 An upstream air-fuel ratio sensor disposed on the exhaust upstream side of the exhaust purification catalyst provided in the engine exhaust passage and detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas; and an exhaust air exhaust gas downstream of the exhaust purification catalyst disposed on the exhaust downstream side of the exhaust purification catalyst. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, comprising a downstream air-fuel ratio sensor for detecting a fuel ratio, and controlling a fuel supply amount so that an exhaust air-fuel ratio becomes a target air-fuel ratio based on an output value of the upstream air-fuel ratio sensor Because
When the output value of the upstream air-fuel ratio sensor deviates from the actual exhaust air-fuel ratio, the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and the actual value are measured using feedback parameters based on the output value of the downstream air-fuel ratio sensor. Feedback means for correcting the fuel supply amount by feedback to compensate for the deviation from the exhaust air-fuel ratio of
A learning value corresponding to a steady deviation between the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and the actual exhaust air-fuel ratio is calculated based on the correction amount by the feedback means, and based on the calculated learning value An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, comprising a learning means for correcting a fuel supply amount, wherein a value of a feedback parameter is determined regardless of a degree of deterioration of the exhaust purification catalyst during normal operation of the internal combustion engine.
A convergence determining means for determining convergence of the learning value after the learning value is reset;
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, wherein a value of a feedback parameter is changed in accordance with a degree of deterioration of the exhaust purification catalyst before the learning value is determined to have converged by the convergence determining means.
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