JP5041100B2 - 内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置 - Google Patents
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Description
図6の曲線C2は気筒別空燃比差が曲線C1に示した場合よりも大きいが、空燃比気筒間インバランス状態が発生したとは判定する必要がない場合のインバランス判定用パラメータを示している。
図6の曲線C3は気筒別空燃比差が曲線C2に示した場合よりも大きく且つ空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定する必要がある場合のインバランス判定用パラメータを示している。
図6の曲線C4は気筒別空燃比差が極めて大きく(曲線C3に示した場合よりも大きく)、従って、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定する必要がある場合のインバランス判定用パラメータを示している。
(1)前記空燃比センサが配設された部位を通過する排ガスの空燃比の変動が大きくなるほど大きくなるインバランス判定用パラメータを前記空燃比センサの出力値に基づいて取得し、
(2)その取得されたインバランス判定用パラメータが所定のインバランス判定用閾値よりも大きいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し、且つ、
(3)その取得されたインバランス判定用パラメータが同インバランス判定用閾値よりも小さいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定する。
所定のインバランス判定用パラメータ取得条件が成立している期間において、前記目標空燃比を「理論空燃比以外の空燃比である非理論空燃比」に設定するとともに前記インバランス判定用パラメータを取得し、且つ、
前記インバランス判定用パラメータ取得条件が成立していない期間において、前記目標空燃比を理論空燃比に設定するように構成されている。
但し、前記インバランス判定用パラメータ取得条件が成立していない期間において、前記目標空燃比が常に理論空燃比に設定されている必要はない。換言すると、前記インバランス判定用パラメータ取得条件が成立していない期間において、例えば、始動直後又はフューエルカット制御の終了直後のような特殊な場合に前記目標空燃比は理論空燃比以外の空燃比に設定され、そのような特殊な場合を除き、前記目標空燃比は理論空燃比に設定され得る。
(4)前記インバランス判定用パラメータ取得条件が成立している期間において前記目標空燃比を前記非理論空燃比に設定する前に前記目標空燃比を理論空燃比に維持するとともに、前記空燃比センサの出力値に基いて前記インバランス判定用パラメータを暫定パラメータとして取得し、
(5)前記取得された暫定パラメータが「所定の高側閾値」よりも大きいとき「空燃比気筒間インバランス状態が発生した」と判定し、
(6)前記取得された暫定パラメータが「前記高側閾値よりも所定値だけ小さい低側閾値」よりも小さいとき「空燃比気筒間インバランス状態は発生していない」と判定するように、構成され得る。
(7)前記取得された暫定パラメータが前記高側閾値よりも小さく且つ前記低側閾値よりも大きいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かについての判定を保留し、
(8)前記空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かについての判定が保留された状態にある場合、前記インバランス判定用パラメータ取得条件が成立している期間において前記目標空燃比を前記非理論空燃比に設定するとともに、前記空燃比センサの出力値に基いて前記インバランス判定用パラメータを最終パラメータとして取得し、
(9)前記取得された最終パラメータが前記インバランス判定用閾値よりも大きいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し、且つ、同取得された最終パラメータが同インバランス判定用閾値よりも小さいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定するように構成され得る。
前記空燃比センサの前記空燃比検出部は、酸化還元反応を促進するとともに酸素吸蔵機能を有する触媒部を有し、
前記空燃比センサは、前記排気通路を通過する排ガスを前記触媒部を通して前記拡散抵抗層に到達させるように構成され得る。
「前記空燃比センサの出力値、又は、同出力値により表される空燃比である検出空燃比」の時間についての微分値を基本指標量として取得するとともに、同取得した基本指標量に基いて前記インバランス判定用パラメータを取得するように構成されることが好適である。
前記空燃比センサの出力値又は同出力値により表される空燃比である検出空燃比の時間についての二階微分値を基本指標量として取得するとともに、同取得した基本指標量に基いて前記インバランス判定用パラメータを取得するように構成されることが好適である。
(構成)
図7は、第1実施形態に係る判定装置(以下、「第1判定装置」とも称呼する。)を、4サイクル・火花点火式・多気筒(直列4気筒)・内燃機関10に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図7は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
スロットルポジションセンサ62は、スロットル弁44の開度(スロットル弁開度)を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。
水温センサ63は、内燃機関10の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
次に、第1判定装置が採用した空燃比気筒間インバランス判定方法の概要について説明する。空燃比気筒間インバランス判定は、燃料噴射弁39の特性が変化すること等に起因して気筒間における空燃比の不均一性が警告必要値以上となったか否かを判定するための判定である。換言すると、第1判定装置は、インバランス気筒の空燃比と非インバランス気筒の空燃比との差の大きさ(気筒別空燃比差)が「エミッション上許容できない程度」以上となっている場合、空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定する。
<燃料噴射量制御>
第1判定装置のCPU71は、図11に示した「指示燃料噴射量Fiの計算及び燃料噴射の指示を行うルーチン」を、任意の気筒のクランク角が吸気上死点前の所定クランク角度(例えば、BTDC90°CA)となる毎に、その気筒(以下、「燃料噴射気筒」とも称呼する。)に対して繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ1100から処理を開始し、ステップ1110にてフューエルカット条件(以下、「FC条件」と表記する。)が成立しているか否かを判定する。
ステップ1150:CPU71は、筒内吸入空気量Mc(k)を目標空燃比abyfrで除することにより基本燃料噴射量Fbaseを求める。従って、基本燃料噴射量Fbaseは、目標空燃比abyfrを得るために必要な燃料噴射量のフィードフォワード量である。このステップ1150は、機関に供給される混合気の空燃比を目標空燃比abyfrに一致させるためのフィードフォワード制御手段(空燃比制御手段)を構成している。
ステップ1170:CPU71は、「指示燃料噴射量Fiの燃料」を「燃料噴射気筒に対応して設けられている燃料噴射弁39」から噴射させるための噴射指示信号を、その燃料噴射弁39に送出する。
CPU71は図12にフローチャートにより示した「メインフィードバック量算出ルーチン」を所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPU71はステップ1200から処理を開始し、ステップ1205に進んで「メインフィードバック制御条件(上流側空燃比フィードバック制御条件)」が成立しているか否かを判定する。
(A1)空燃比センサ67が活性化している。
(A2)機関の負荷(負荷率)KLが閾値KLth以下である。
(A3)フューエルカット制御中でない。
KL=(Mc/(ρ・L/4))・100% …(1)
Vabyfc=Vabyfs+Vafsfb …(2)
abyfsc=Mapabyfs(Vabyfc) …(3)
Fc(k−N)=Mc(k−N)/abyfsc …(4)
Fcr=Mc(k−N)/abyfr …(5)
DFc=Fcr(k−N)−Fc(k−N) …(6)
DFi=Gp・DFc+Gi・SDFc …(7)
次に、「空燃比気筒間インバランス判定」を実行するための処理について説明する。CPU71は、4ms(所定の一定サンプリング時間ts)が経過する毎に、図13にフローチャートにより示した「空燃比気筒間インバランス判定ルーチン」を実行するようになっている。
(条件C2)エアフローメータ61により取得される吸入空気流量Gaが、所定範囲内である。
(条件C3)機関回転速度NEが所定範囲内である。即ち、機関回転速度NEが、低側閾値回転速度NELoth以上であり且つ高側閾値回転速度NEHith以下である。
(条件C4)冷却水温THWが閾値冷却水温THWth以上である。
(条件C5)メインフィードバック制御条件が成立している。
(条件C6)フューエルカット制御中でない。
(A)検出空燃比変化率ΔAFを取得し、
(B)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の積算値SAFDを更新し、且つ、
(C)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の、積算値SAFDへの積算回数カウンタCnを更新する。
以下、これらの更新方法について具体的に説明する。
検出空燃比変化率ΔAFは、インバランス判定用パラメータの元データとなるデータ(基本指標量)である。CPU71は、この検出空燃比変化率ΔAFを、今回の検出空燃比abyfsから前回の検出空燃比abyfsoldを減じることによって取得する。即ち、今回の検出空燃比abyfsをabyfs(n)、前回の検出空燃比abyfsoldをabyfs(n−1)と表記すると、CPU71はステップ1325にて「今回の検出空燃比変化率ΔAF(n)」を下記の(8)式に従って求める。
ΔAF(n)=abyfs(n)−abyfs(n−1) …(8)
CPU71は今回の積算値SAFD(n)を下記の(9)式に従って求める。即ち、CPU71は、ステップ1325に進んだ時点における前回の積算値SAFD(n−1)に上記算出した今回の検出空燃比変化率ΔAF(n)の絶対値|ΔAF(n)|を加えることにより、積算値SAFDを更新する。
SAFD(n)=SAFD(n−1)+|ΔAF(n)|…(9)
CPU71は、下記の(10)式に従って、カウンタCnの値を「1」だけ増大する。Cn(n)は更新後のカウンタCnであり、Cn(n−1)は更新前のカウンタCnである。このカウンタCnの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定されるとともに、後述するステップ1370にても「0」に設定される。従って、カウンタCnの値は、積算値SAFDに積算された検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|のデータ数を示す。
Cn(n)=Cn(n−1)+1 …(10)
(D)検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値AveΔAFを算出し、
(E)平均値AveΔAFの積算値Saveを更新し、且つ、
(F)積算回数カウンタCsを更新する。
以下、これらの更新方法について具体的に説明する。
CPU71は、積算値SAFDをカウンタCnの値により除することにより、検出空燃比変化率ΔAFの絶対値|ΔAF|の平均値AveΔAF(=SAFD/Cn)を算出する。この後、CPU71は積算値SAFDを「0」に設定する。
CPU71は今回の積算値Save(n)を下記の(11)式に従って求める。即ち、CPU71は、ステップ1335に進んだ時点における前回の積算値Save(n−1)に上記算出した今回の平均値AveΔAFを加えることにより、積算値Saveを更新する。この積算値Save(n)の値は上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定される。
Save(n)=Save(n−1)+AveΔAF …(11)
CPU71は、下記の(12)式に従って、カウンタCsの値を「1」だけ増大する。Cs(n)は更新後のカウンタCsであり、Cs(n−1)は更新前のカウンタCsである。このカウンタCsの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定される。従って、カウンタCsの値は、積算値Saveに積算された平均値AveΔAFのデータ数のデータ数を示す。
Cs(n)=Cs(n−1)+1 …(12)
X=Save/Csth …(13)
所定のインバランス判定用パラメータ取得条件が成立している期間において目標空燃比abyfrを「理論空燃比以外の空燃比である非理論空燃比(目標リッチ空燃比AFrich又は目標リーン空燃比AFlean)」に設定するとともに(図13のステップ1310、図11のステップ1130及びステップ1180)、その状態においてインバランス判定用パラメータXを取得する(図13のステップ1315乃至ステップ1345)。
インバランス判定用パラメータ取得条件が成立していない期間において目標空燃比abyfrを理論空燃比stoichに設定するように構成されている(図13のステップ1365、ステップ1375、図示しない上述したイニシャルルーチン、図11のステップ1130及びステップ1140)。
次に、本発明の第2実施形態に係る判定装置(以下、単に「第2判定装置」と称呼する。)について説明する。
第2判定装置のCPU71は、図11及び図12に示したルーチンを第1判定装置のCPU71と同様に実行する。更に、第2判定装置のCPU71は、図13に代わる「図14乃至図16」にフローチャートにより示したルーチンを実行するようになっている。図11及び図12に示したルーチンについては説明済みである。従って、以下、図14乃至図16に示したルーチンについて説明する。なお、図14乃至図16において図13に示したステップと同一の処理を行うためのステップには、図13のそのようなステップに付された符号と同一の符合が付されている。
インバランス判定用パラメータ取得条件が成立している期間において目標空燃比abyfrを非理論空燃比に設定する前に、目標空燃比abyfrを理論空燃比stoichに維持するとともに、空燃比センサ67の出力値Vabyfsに基いてインバランス判定用パラメータXを暫定パラメータXとして取得する(図14のルーチン、特に、ステップ1410及びステップ1420を参照。)、インバランス判定手段を備える。
取得された暫定パラメータXが「高側閾値XHith」よりも大きいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し(図15のステップ1530及びステップ1540)、
取得された暫定パラメータXが「高側閾値XHithよりも所定値だけ小さい低側閾値XLoth」よりも小さいとき空燃比気筒間インバランス状態は発生していないと判定し(図15のステップ1550及びステップ1560)、
前記取得された暫定パラメータが前記高側閾値XHithよりも小さく且つ前記低側閾値XLothよりも大きいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かについての判定を保留する(図15のステップ1550における「No」との判定を参照。)。
前記空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かについての判定が保留された状態にある場合、前記インバランス判定用パラメータ取得条件が成立している期間において目標空燃比abyfrを非理論空燃比(目標リッチ空燃比AFrich又は目標リーン空燃比AFlean)に設定するとともに、空燃比センサ67の出力値Vabyfsに基いてインバランス判定用パラメータXを最終パラメータXとして取得し(図15のステップ1580、図14のステップ1410、ステップ1430、及び、ステップ1315−ステップ1345を参照。)、
その取得された最終パラメータXが「インバランス判定用閾値Xth」よりも大きいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し(図16のステップ1630及びステップ1640)、且つ、その取得された最終パラメータXがインバランス判定用閾値Xthよりも小さいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定する(図16のステップ1630及びステップ1650)。
次に、本発明の第3実施形態に係る判定装置(以下、単に「第3判定装置」と称呼する。)について説明する。
・一定サンプリング時間tsが経過する毎に出力値Vabyfsを取得する。
・その出力値Vabyfsを検出空燃比abyfsへと変換する。
・その検出空燃比abyfsと、一定サンプリング時間ts前に取得した検出空燃比abyfsと、の差を検出空燃比abyfsの変化率として取得する。
・その検出空燃比abyfsの変化率と、一定サンプリング時間ts前に取得した検出空燃比abyfsの変化率と、の差を検出空燃比abyfsの変化率の変化率(二階微分値d2(abyfs)/dt2)として取得する。
Claims (6)
- 複数の気筒を有する多気筒内燃機関に適用され、
前記複数の気筒のうちの少なくとも2以上の気筒から排出された排ガスが集合する前記機関の排気通路の排気集合部又は同排気通路の同排気集合部よりも下流側の部位に配設された空燃比センサであって、固体電解質層と、同固体電解質層の一面に形成された排ガス側電極層と、同排ガス側電極層を覆うとともに前記排ガスが到達する拡散抵抗層と、同固体電解質層の他面に形成されるとともに大気室内に露呈された大気側電極層と、を有する空燃比検出部を含み、前記排ガス側電極層と前記大気側電極層との間に所定の電圧が印加されることにより前記固体電解質層に流れる限界電流に基いて前記空燃比センサが配設された部位を通過する排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する空燃比センサと、
前記少なくとも2以上の気筒のそれぞれに対応して配設されるとともに同2以上の気筒のそれぞれの燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料であって指示燃料噴射量に応じた量の燃料をそれぞれ噴射する複数の燃料噴射弁と、
前記2以上の気筒の燃焼室に供給される混合気の空燃比が目標空燃比となるように前記指示燃料噴射量を制御する指示燃料噴射量制御手段と、
前記空燃比センサが配設された部位を通過する排ガスの空燃比の変動が大きくなるほど大きくなるインバランス判定用パラメータを前記空燃比センサの出力値に基づいて取得し、同取得されたインバランス判定用パラメータが所定のインバランス判定用閾値よりも大きいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し、且つ、同取得されたインバランス判定用パラメータが同インバランス判定用閾値よりも小さいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定するインバランス判定手段と、
を備える内燃機関の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記インバランス判定手段は、
所定のインバランス判定用パラメータ取得条件が成立している期間において前記目標空燃比を理論空燃比以外の空燃比である非理論空燃比に設定するとともに前記インバランス判定用パラメータを取得し、且つ、
前記インバランス判定用パラメータ取得条件が成立していない期間において前記目標空燃比を理論空燃比に設定するように構成された空燃比気筒間インバランス判定装置。 - 請求項1に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置であって、
前記インバランス判定手段は、
前記インバランス判定用パラメータ取得条件が成立している期間において前記目標空燃比を前記非理論空燃比に設定する前に前記目標空燃比を理論空燃比に維持するとともに前記空燃比センサの出力値に基いて前記インバランス判定用パラメータを暫定パラメータとして取得し、
前記取得された暫定パラメータが所定の高側閾値よりも大きいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し、
前記取得された暫定パラメータが前記高側閾値よりも所定値だけ小さい低側閾値よりも小さいとき空燃比気筒間インバランス状態は発生していないと判定し、
前記取得された暫定パラメータが前記高側閾値よりも小さく且つ前記低側閾値よりも大きいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かについての判定を保留し、
前記空燃比気筒間インバランス状態が発生したか否かについての判定が保留された状態にある場合、前記インバランス判定用パラメータ取得条件が成立している期間において前記目標空燃比を前記非理論空燃比に設定するとともに前記空燃比センサの出力値に基いて前記インバランス判定用パラメータを最終パラメータとして取得し、
前記取得された最終パラメータが前記インバランス判定用閾値よりも大きいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生したと判定し、且つ、同取得された最終パラメータが同インバランス判定用閾値よりも小さいとき空燃比気筒間インバランス状態が発生していないと判定するように構成された空燃比気筒間インバランス判定装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記空燃比センサの前記空燃比検出部は、酸化還元反応を促進するとともに酸素吸蔵機能を有する触媒部を有し、
前記空燃比センサは、前記排気通路を通過する排ガスを前記触媒部を通して前記拡散抵抗層に到達させるように構成されてなる空燃比気筒間インバランス判定装置。 - 請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記空燃比センサは、前記空燃比検出部を覆うように同空燃比検出部をその内部に収容し且つ前記排気通路を通過する排ガスを同内部に流入させる流入孔及び同内部に流入した排ガスを前記排気通路に流出させる流出孔を有する保護カバーを更に備える空燃比気筒間インバランス判定装置。 - 請求項4に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
前記空燃比センサの出力値又は同出力値により表される空燃比である検出空燃比、の時間についての微分値を、基本指標量として取得するとともに、同取得した基本指標量に基いて前記インバランス判定用パラメータを取得するように構成された空燃比気筒間インバランス判定装置。 - 請求項4に記載の空燃比気筒間インバランス判定装置において、
前記インバランス判定用パラメータ取得手段は、
前記空燃比センサの出力値又は同出力値により表される空燃比である検出空燃比、の時間についての二階微分値、を基本指標量として取得するとともに、同取得した基本指標量に基いて前記インバランス判定用パラメータを取得するように構成された空燃比気筒間インバランス判定装置。
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