JP7196391B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とする内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine control apparatus for controlling an internal combustion engine including an exhaust purification device for purifying exhaust gas emitted from a plurality of cylinders and a fuel injection valve provided for each of the plurality of cylinders.
たとえば特許文献1には、排気浄化触媒(排気浄化装置)の上流側の空燃比センサの検出値を目標値にフィードバック制御すべく、噴射量を補正する制御装置が記載されている。この制御装置は、排気浄化装置の昇温要求がある場合、一部の気筒における空燃比を理論空燃比よりもリッチとし、残りの気筒における空燃比を理論空燃比よりもリーンとするディザ制御処理を実行する。
For example,
ところで、ディザ制御の実行時には、空燃比センサの検出値が、ディザ制御に起因して変動し、これによって空燃比の制御性が低下するおそれがある。 By the way, when the dither control is executed, the detected value of the air-fuel ratio sensor may fluctuate due to the dither control, which may deteriorate the controllability of the air-fuel ratio.
上記課題を解決すべく、内燃機関の制御装置は、複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とし、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、空燃比センサによって検出される空燃比を目標値にフィードバック制御すべく前記燃料噴射弁から噴射される噴射量を補正するフィードバック処理と、前記ディザ制御処理が実行されている場合、実行されていない場合よりも前記フィードバック処理のゲインを小さくする低減処理と、を実行する。 In order to solve the above problems, a control device for an internal combustion engine controls an internal combustion engine that includes an exhaust purification device that purifies exhaust gas emitted from a plurality of cylinders, and a fuel injection valve that is provided for each of the plurality of cylinders. Some of the plurality of cylinders are set as rich combustion cylinders in which the air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and a cylinder other than the one of the plurality of cylinders is selected. , a dither control process for operating the fuel injection valve in order to create a lean combustion cylinder in which the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio; A feedback process for correcting the injection amount injected from the injection valve and a reduction process for making the gain of the feedback process smaller when the dither control process is executed than when the dither control process is not executed are executed.
上記構成では、ディザ制御処理が実行されている場合に実行されていない場合よりもフィードバック制御のゲインを小さくする。これにより、ディザ制御処理に起因して空燃比センサによって検出される空燃比がディザ制御処理を実行していない場合と比較して大きく変動する場合であっても、フィードバック制御の安定性が損なわれる事態に陥ることを抑制でき、ひいては空燃比の制御性の低下を抑制できる。 In the above configuration, the feedback control gain is made smaller when the dither control process is being executed than when it is not being executed. As a result, even if the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor due to the dither control process fluctuates significantly compared to when the dither control process is not executed, the stability of the feedback control is impaired. It is possible to prevent a situation from occurring, and in turn to prevent deterioration of controllability of the air-fuel ratio.
以下、内燃機関の制御装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1に示す内燃機関10において、吸気通路12から吸入された空気は、過給機14を介して各気筒の燃焼室16に流入する。燃焼室16には、燃料を噴射する燃料噴射弁18と、火花放電を生じさせる点火装置20とが設けられている。燃焼室16において、空気と燃料との混合気は、燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路22に排出される。排気通路22のうちの過給機14の下流には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒24が設けられている。
An embodiment of a control device for an internal combustion engine will be described below with reference to the drawings.
In the
制御装置30は、内燃機関10を制御対象とし、その制御量(トルク、排気成分等)を制御するために、燃料噴射弁18や点火装置20等の内燃機関10の操作部を操作する。この際、制御装置30は、三元触媒24の上流側の空燃比センサ40によって検出される空燃比Afや、クランク角センサ44の出力信号Scr、エアフローメータ46によって検出される吸入空気量Gaを参照する。制御装置30は、CPU32、ROM34、およびRAM36を備えており、ROM34に記憶されたプログラムをCPU32が実行することにより上記制御量の制御を実行する。
The
図2に、制御装置30が実行する処理の1つを示す。図2に示す処理は、ROM34に記憶されたプログラムをCPU32がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「S」が付与された数字によって、ステップ番号を表現する。
FIG. 2 shows one of the processes executed by the
図2に示す一連の処理において、CPU32は、クランク角センサ44の出力信号Scrに基づき算出された回転速度NEと吸入空気量Gaとに基づきベース噴射量Qbを算出する(S10)。ベース噴射量Qbは、燃焼室16における混合気の空燃比を目標空燃比に開ループ制御するための操作量である開ループ操作量である。次にCPU32は、ディザ制御時であるか否かを判定する(S12)。そしてCPU32は、ディザ制御時ではないと判定する場合(S12:NO)、空燃比フィードバック制御の比例ゲインKpに、通常ゲインKpHを代入する(S14)。これに対し、CPU32は、ディザ制御時であると判定する場合(S12:YES)、比例ゲインKpに、ディザ時ゲインKpLを代入する(S16)。ディザ時ゲインKpLは、通常時ゲインKpHよりも小さい値である。
In the series of processes shown in FIG. 2, the
CPU32は、S14,S16の処理が完了する場合、フィードバック制御量である空燃比Afを目標値Af*にフィードバック制御するための操作量であるフィードバック操作量KAFを算出する(S18)。詳しくはCPU32は、目標値Af*と空燃比Afとの差Δを入力とする比例要素、積分要素、および微分要素の各出力値の和を、ベース噴射量Qbの補正比率δとし、フィードバック操作量KAFを、「1+δ」とする。そして、CPU32は、ベース噴射量Qbにフィードバック操作量KAFを乗算した値を、要求噴射量Qdに代入する(S20)。
When the processes of S14 and S16 are completed, the
次に、CPU32は、三元触媒24の昇温要求があるか否かを判定する(S22)。本実施形態では、三元触媒24の暖機要求が生じていることと、硫黄被毒回復処理の実行要求が生じていることとの論理和が真である場合に、昇温要求があると判定する。ここで、三元触媒24の暖機要求は、内燃機関10の始動からの吸入空気量Gaの積算値InGaが第1規定値Inth1以上である旨の条件(ア)と、積算値InGaが第2規定値Inth2以下である旨の条件(イ)との論理積が真である場合に生じるものとする。ここで、第2規定値Inth2は、第1規定値Inth1よりも大きい。なお、条件(ア)は、三元触媒24の上流側の端部の温度が活性温度となっていると判定される条件である。また、条件(イ)は、三元触媒24の全体が未だ活性状態となっていないと判定される条件である。一方、硫黄被毒回復処理の実行要求は、硫黄被毒量が所定量以上となる場合に生じるものとする。ここで、CPU32は、図2とは別の処理で、要求噴射量Qdの積算値に基づき硫黄被毒量を算出する。
Next, the
CPU32は、昇温要求がないと判定する場合(S22:NO)、噴射量指令値Q*に要求噴射量Qdを代入する(S24)。そしてCPU32は、燃料噴射弁18から噴射量指令値Q*に応じた量の燃料を噴射すべく、燃料噴射弁18に操作信号MS2を出力する(S26)。
If the
これに対し、CPU32は、昇温要求があると判定する場合(S22:YES)、要求噴射量Qdの補正要求値(噴射量補正要求値α)を算出して出力する(S28)。噴射量補正要求値αは、内燃機関10の気筒#1~#4のそれぞれから排出される排気全体の成分を、気筒#1~#4の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等としつつも、燃焼対象とする混合気の空燃比を気筒間で異ならせるディザ制御によって要求される要求噴射量Qdの補正量である。ここで、本実施形態にかかるディザ制御では、第1の気筒#1~第4の気筒#4のうちの1つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとするリッチ燃焼気筒とし、残りの3つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンとするリーン燃焼気筒とする。そして、リッチ燃焼気筒における噴射量を、上記要求噴射量Qdの「1+α」倍とし、リーン燃焼気筒における噴射量を、要求噴射量Qdの「1-(α/3)」倍とする。リーン燃焼気筒とリッチ燃焼気筒との上記噴射量の設定によれば、気筒#1~#4のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、内燃機関10の各気筒#1~#4から排出される排気全体の成分を、気筒#1~#4の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等とすることができる。なお、上記噴射量の設定によれば、気筒#1~#4のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、各気筒において燃焼対象とされる混合気の燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となる。なお、燃空比とは、空燃比の逆数のことである。
On the other hand, if the
詳しくは、CPU32は、内燃機関10の動作点を規定する回転速度NEおよび負荷率KLに基づき、噴射量補正要求値αを可変設定する。ここで、負荷率KLは、燃焼室16内に充填される空気量を示すパラメータであり、CPU32により、吸入空気量Gaに基づき算出される。負荷率KLは、基準流入空気量に対する、1気筒の1燃焼サイクル当たりの流入空気量の比である。ちなみに、基準流入空気量は、回転速度NEに応じて可変設定される量としてもよい。
Specifically, the
そして、CPU32は、燃料噴射の対象となる気筒がリッチ燃焼気筒であるか否かを判定する(S30)。CPU32は、リッチ燃焼気筒であると判定する場合(S30:YES)、噴射量指令値Q*に、「Qd・(1+α)」を代入し(S32)、S26の処理に移行する。これに対し、CPU32は、リーン燃焼気筒であると判定する場合(S30:NO)、噴射量指令値Q*に、「Qd・{1-(α/3)}」を代入し(S34)、S26の処理に移行する。
Then, the
なお、CPU32は、S26の処理が完了する場合には、図2に示す一連の処理を一旦終了する。
以下、本実施形態の作用および効果について説明する。
It should be noted that the
The operation and effects of this embodiment will be described below.
CPU32は、三元触媒24の昇温要求が生じると、ディザ制御を実行する。この場合、リッチ燃焼気筒の排気成分とリーン燃焼気筒の排気成分とが異なることから、空燃比センサ40によって検出される空燃比Afが、ディザ制御を実行していない場合よりも大きく変動することがある。そしてその場合、回転速度NEなどが変化した際、空燃比フィードバック制御の制御周期と、ディザに起因した空燃比Afの変動等が干渉し、フィードバック制御が共振、発散に陥り、空燃比制御の制御性が低下するおそれがある。そこで、本実施形態では、ディザ制御を実行する場合、フィードバック制御の比例ゲインKpを、ディザ制御が実行されていない場合よりも小さい値とする。これにより、比例ゲインKpを小さくしない場合と比較して、フィードバック制御が発散しにくくなることから、空燃比制御の制御性の低下を抑制できる。
The
ちなみに、上記実施形態では、空燃比センサ40を、気筒#1~#4のそれぞれが排出する排気が合流した部分の排気成分を感知するものとしたが、これに代えて、合流した部分よりも上流側において、気筒毎にその排出した排気成分を感知する空燃比センサを設けることも考えられる。この場合、それぞれの空燃比センサが検出する空燃比をその気筒の目標値にフィードバック制御するなら、フィードバック制御が共振、発散に陥ることを抑制することが可能となる。ただしその場合、制御が煩雑となる。
Incidentally, in the above embodiment, the air-
<対応関係>
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。排気浄化装置は、三元触媒24に対応し、ディザ制御処理は、S26~S34の処理に対応し、フィードバック処理は、S18,S20の処理に対応し、低減処理は、S12~S16の処理に対応する。
<Correspondence>
Correspondence relationships between the items in the above embodiment and the items described in the "Means for Solving the Problems" column are as follows. The exhaust purification device corresponds to the three-
<その他の実施形態>
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
<Other embodiments>
This embodiment can be implemented with the following modifications. This embodiment and the following modifications can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
・上記実施形態は、ディザ制御が実行される場合に実行されない場合と比較して、比例ゲインKpを小さい値としたが、これに限らない。たとえば比例ゲインKpに加えて、積分ゲインKiを小さい値としてもよく、またたとえば、比例ゲインKpに加えて微分ゲインKdを小さい値としてもよく、さらにたとえば、比例ゲインKpに加えて積分ゲインKiおよび微分ゲインKdを小さい値としてもよい。また、比例ゲインKpを小さい値とすることも必須ではなく、たとえば積分ゲインKiのみを小さい値としたり、微分ゲインKdのみを小さい値としたりしてもよい。なお、補正比率δを、比例要素、積分要素および微分要素の各出力値の和とすることも必須ではなく、たとえば比例要素および積分要素の出力値の和であってもよく、またたとえば比例要素および微分要素の和であってもよく、またたとえば比例要素の出力値としてもよい。また、たとえば積分要素および微分要素の和であってもよい。 In the above embodiment, the proportional gain Kp is set to a smaller value when dither control is performed than when it is not performed, but the present invention is not limited to this. For example, in addition to the proportional gain Kp, the integral gain Ki may be set to a small value.For example, in addition to the proportional gain Kp, the differential gain Kd may be set to a small value.Further, in addition to the proportional gain Kp, the integral gain Ki and Differential gain Kd may be set to a small value. It is also not essential to set the proportional gain Kp to a small value. For example, only the integral gain Ki may be set to a small value, or only the differential gain Kd may be set to a small value. It should be noted that it is not essential that the correction ratio δ is the sum of the output values of the proportional element, the integral element and the differential element. and the sum of the differential elements, or, for example, the output value of the proportional element. Alternatively, for example, it may be the sum of an integral element and a differential element.
・上記実施形態では、空燃比センサ40によって検出される空燃比Afが、空燃比センサ40の出力値自体であるのか否かについて、特に記載しなかったが、たとえば出力値にローパスフィルタ処理を施した値を空燃比Afとしてもよい。これは、たとえば、今回の出力値AOUT(n)、前回の空燃比Af(n-1)、および「1」よりも大きい数Nを用いて、今回の空燃比Af(n)を、前回の空燃比Af(n-1)に、「{AOUT(n)-Af(n-1)}/N」を加算した値とすることにより実現できる。この場合であっても、たとえば気筒毎の空燃比の変動をある程度は検知可能な時定数を設定する場合には、空燃比Afがディザ制御に起因して変動するために、フィードバック制御が不安定となるおそれがあるため、フィードバック処理のゲインを小さくすることが有効である。また、噴射量補正要求値αを大きくするほど、ローパスフィルタ処理によって空燃比Afからディザ制御による変動を除きにくくなるため、噴射量補正要求値αが大きい場合にもフィードバック制御が不安定となるおそれがあるため、フィードバック処理のゲインを小さくすることが有効である。
In the above embodiment, whether or not the air-fuel ratio Af detected by the air-
・内燃機関としては、4気筒の内燃機関に限らない。また、燃料噴射弁としては、燃焼室16に燃料を噴射するものに限らず、吸気通路12に燃料を噴射するものであってもよい。
- The internal combustion engine is not limited to a four-cylinder internal combustion engine. Further, the fuel injection valve is not limited to one that injects fuel into the
10…内燃機関、12…吸気通路、14…過給機、16…燃焼室、18…燃料噴射弁、20…点火装置、22…排気通路、24…三元触媒、30…制御装置、32…CPU、34…ROM、36…RAM、40…空燃比センサ、44…クランク角センサ、46…エアフローメータ。
Claims (1)
前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、
前記排気浄化装置の上流側に設けられた空燃比センサによって検出される空燃比を目標値にフィードバック制御すべく前記燃料噴射弁から噴射される噴射量を補正するフィードバック処理と、
前記ディザ制御処理が実行されている場合、実行されていない場合よりも前記フィードバック処理のゲインを小さくする低減処理と、を実行する内燃機関の制御装置。 Controlling an internal combustion engine comprising an exhaust purification device for purifying exhaust gas emitted from a plurality of cylinders and a fuel injection valve provided for each of the plurality of cylinders,
Some of the plurality of cylinders are rich combustion cylinders in which the air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and cylinders other than the some of the plurality of cylinders have an air-fuel ratio. a dither control process for operating the fuel injection valve to create a lean combustion cylinder in which is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio;
A feedback process for correcting the injection amount injected from the fuel injection valve to feedback-control the air-fuel ratio detected by an air-fuel ratio sensor provided upstream of the exhaust purification device to a target value;
and a control device for an internal combustion engine that performs a reduction process for making the gain of the feedback process smaller when the dither control process is being performed than when the dither control process is not being performed.
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