JP6213085B2 - 内燃機関の気筒別空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関である例えば直列4気筒のエンジン11は、第1気筒#1〜第4気筒#4の4つの気筒を有し、このエンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ14が設けられている。このエアフローメータ14の下流側には、モータ等によって開度調節されるスロットルバルブ15と、このスロットルバルブ15の開度(スロットル開度)を検出するスロットル開度センサ16とが設けられている。
ys(t)=k1 ×u(t-1) +k2 ×u(t-2) −k3 ×ys(t-1)−k4 ×ys(t-2)
……(1)
ここで、ys は空燃比センサ36の検出値、uは排気集合部34aに流入するガスの空燃比、k1 〜k4 は定数である。
X(t+1) =A・X(t) +B・u(t) +W(t) ……(2a)
Y(t) =C・X(t) +D・u(t) ……(2b)
ここで、A,B,C,Dはモデルのパラメータ、Yは空燃比センサ36の検出値、Xは状態変数としての各気筒の推定空燃比、Wはノイズである。
X^(k+1|k)=A・X^(k|k-1)+K{Y(k) −C・A・X^(k|k-1)} ……(3) ここで、X^(エックスハット)は各気筒の推定空燃比、Kはカルマンゲインである。X^(k+1|k)の意味は、時間(k) の推定値により次の時間(k+1) の推定値を求めることを表す。
以下、本実施例でECU39が実行する図4乃至図8の各ルーチンの処理内容を説明する。
図4に示す気筒別空燃比推定ルーチンは、クランク角センサ33の出力パルスに同期して所定クランク角毎(例えば30CA毎)に起動され、特許請求の範囲でいう気筒別空燃比推定手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ101で、気筒別空燃比制御の実行条件が成立しているか否かを判定する。この気筒別空燃比制御の実行条件としては、例えば次の条件(1) 〜(4) がある。
(2) 空燃比センサ36が異常(故障)と判定されていないこと
(3) エンジン11が暖機状態(例えば冷却水温が所定温度以上)であること
(4) エンジン運転領域(例えばエンジン回転速度と吸気管圧力)が空燃比推定精度を確保できる運転領域であること
図5及び図6に示す気筒別空燃比制御及び収束判定ルーチンは、クランク角センサ33の出力パルスに同期して所定クランク角毎(例えば30CA毎)に起動され、特許請求の範囲でいう気筒別空燃比制御手段及び収束判定手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、201で、気筒別空燃比制御の実行条件(前記図4のステップ101と同じ条件)が成立しているか否かを判定する。実行条件が不成立の場合は、ステップ202以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
この後、ステップ203に進み、気筒別空燃比制御の許可フラグが「1」である(気筒別空燃比制御が許可されている)か否かを判定する。このステップ203で、気筒別空燃比制御の許可フラグが「0」である(気筒別空燃比制御が禁止されている)と判定された場合には、ステップ204に進み、観測残差errが気筒別空燃比制御の許可閾値K1on よりも小さいか否かを判定する。
ここで、φ^#iは第i気筒#iの推定空燃比であり、initφ^#iは第i気筒#iの初期推定空燃比である。
Cmp#i=∫(baseφ−φ^#i)dt
ここで、Cmp#iは第i気筒#iの燃料補正量である。
図7に示す補正量学習値算出ルーチンは、クランク角センサ33の出力パルスに同期して所定クランク角毎(例えば30CA毎)に起動され、特許請求の範囲でいう学習手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ301で、IGスイッチがOFF(オフ)からON(オン)に切り換わった直後であるか否かを判定する。
Cmp#i=Kadp ×Cmpadp#i
ここで、Kadp は0以上1以下の係数である。
Cmpadp#i ={1/(τ×s+1)}×Cmp#i
ここで、Cmpadp#i は第i気筒#iの燃料補正量学習値である。
図8に示すインバランス故障診断ルーチンは、クランク角センサ33の出力パルスに同期して所定クランク角毎(例えば30CA毎)に起動され、特許請求の範囲でいう故障診断手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、401で、気筒別空燃比制御の実行中(燃料補正量の算出中)であるか否かを判定する。このステップ401で、気筒別空燃比制御の実行中ではないと判定された場合には、ステップ402以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
Value=(4/3)×Cmp#i(max)
気筒別空燃比制御の実行条件が成立した時点t1 で、各気筒の空燃比検出タイミング毎に検出された空燃比センサ36の検出値に基づいて各気筒の空燃比を推定する気筒別空燃比推定を開始する。更に、空燃比センサ36の検出値と推定空燃比とに基づいて観測残差errを算出する処理を開始する。
また、上記実施例では、本発明を4気筒エンジンに適用したが、これに限定されず、2気筒エンジンや3気筒エンジン或は5気筒以上のエンジンに本発明を適用しても良い。
Claims (8)
- 内燃機関(11)の各気筒の排出ガスが合流して流れる排気集合部(34a)に該排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ(36)を設置し、前記各気筒の空燃比検出タイミング毎に検出された前記空燃比センサ(36)の検出値に基づいて前記各気筒の空燃比を推定する気筒別空燃比推定を実行する気筒別空燃比推定手段(39)と、前記各気筒の推定空燃比に基づいて前記各気筒の空燃比を制御する気筒別空燃比制御を実行する気筒別空燃比制御手段(39)とを備えた内燃機関の気筒別空燃比制御装置において、
前記気筒別空燃比制御による気筒別補正量に基づいて気筒別補正量学習値を算出する学習手段(39)と、
前記各気筒の推定空燃比が収束した状態(以下「推定空燃比収束状態」という)であるか否かを判定する収束判定手段(39)と、
前記推定空燃比収束状態であると判定されるまで前記気筒別補正量学習値の算出を禁止する学習禁止手段(39)と
を備えており、
前記収束判定手段(39)は、前記各気筒の推定空燃比が所定値よりも目標値側になった状態が所定時間以上継続したときに前記推定空燃比収束状態であると判定することを特徴とする内燃機関の気筒別空燃比制御装置。 - 前記気筒別空燃比制御の開始前又は開始直後の前記推定空燃比に基づいて初期推定空燃比を算出する初期値算出手段(39)を備え、
前記収束判定手段(39)は、前記初期推定空燃比に応じて前記所定値と前記所定時間のうちの少なくとも一方を設定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の気筒別空燃比制御装置。 - 前記空燃比センサ(36)の検出値と前記推定空燃比とに基づいて観測残差を算出する残差算出手段(39)を備え、
前記収束判定手段(39)は、前記観測残差が所定閾値よりも小さいときに前記推定空燃比収束状態であるか否かを判定するものであり、
前記観測残差とは、前記空燃比センサの検出値の振幅と、前記排気集合部を流れる排出ガスの空燃比についての推定値として算出された前記推定空燃比と、の差分を、前記空燃比センサの検出値の振幅を用いて正規化することにより算出された値であることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の気筒別空燃比制御装置。 - 前記収束判定手段(39)は、前記推定空燃比収束状態であると判定した後に前記推定空燃比が発散した場合には判定をリセットすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の内燃機関の気筒別空燃比制御装置。
- 前記学習手段(39)は、イグニッションスイッチのオフ時に前記気筒別補正量学習値をバックアップ用メモリに記憶することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の内燃機関の気筒別空燃比制御装置。
- 前記推定空燃比収束状態であると判定されたときに前記推定空燃比の変化量と前記気筒別補正量の変化量との比に基づいてゲインを算出し、該ゲインを前記気筒別空燃比推定に反映させるゲイン反映手段(39)を備えていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の内燃機関の気筒別空燃比制御装置。
- 前記推定空燃比収束状態であると判定された後に前記気筒別補正量に基づいて前記内燃機関(11)の気筒間インバランス故障の有無を判定する故障診断手段(39)を備えていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の内燃機関の気筒別空燃比制御装置。
- 内燃機関(11)の各気筒の排出ガスが合流して流れる排気集合部(34a)に該排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ(36)を設置し、前記各気筒の空燃比検出タイミング毎に検出された前記空燃比センサ(36)の検出値に基づいて前記各気筒の空燃比を推定する気筒別空燃比推定を実行する気筒別空燃比推定手段(39)と、前記各気筒の推定空燃比に基づいて前記各気筒の空燃比を制御する気筒別空燃比制御を実行する気筒別空燃比制御手段(39)とを備えた内燃機関の気筒別空燃比制御装置において、
前記各気筒の推定空燃比が収束した状態(以下「推定空燃比収束状態」という)であるか否かを判定する収束判定手段(39)と、
前記推定空燃比収束状態であると判定された後に前記気筒別空燃比制御による気筒別補正量に基づいて前記内燃機関(11)の気筒間インバランス故障の有無を判定する故障診断手段(39)と
を備えており、
前記収束判定手段(39)は、前記各気筒の推定空燃比が所定値よりも目標値側になった状態が所定時間以上継続したときに前記推定空燃比収束状態であると判定することを特徴とする内燃機関の気筒別空燃比制御装置。
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