JPH062590A - 内燃機関の空燃比制御方法 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御方法

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JPH062590A
JPH062590A JP16233492A JP16233492A JPH062590A JP H062590 A JPH062590 A JP H062590A JP 16233492 A JP16233492 A JP 16233492A JP 16233492 A JP16233492 A JP 16233492A JP H062590 A JPH062590 A JP H062590A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】理想空燃比でのフィードバック制御と目標空燃
比でのPID制御との切替時にNOxが増加するのを防
止する。 【構成】内燃機関の運転状態を検出し、検出した運転状
態に応じて、理論空燃比によるフィードバック制御を行
うとともに、リーンバーン領域に設定された目標空燃比
となるように比例定数と積分定数と微分定数とからなる
空燃比補正係数により燃料噴射量を補正するPID制御
を行う方法であって、フィードバック制御とPID制御
との移行時点をそれぞれ検出し、検出したそれぞれの移
行時点では前記空燃比補正係数をそれまでとは無関係に
それぞれ所定値に固定した積分定数で決定し、短時間に
それまでとは異なる制御に移行する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主として自動車用の内
燃機関において、空燃比が高いリーンバーン領域で運転
される場合の内燃機関の空燃比制御方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、燃費向上のため、エンジンの空燃
比を理論空燃比よりもリーン側にして運転する必要性が
急速に高まっている。このようなニーズに答えて、この
種の内燃機関の空燃比制御方法として、例えば特開昭6
2−162742号公報に記載の空燃比制御装置のよう
に、エンジンの負荷を検出し、エンジンが所定の過渡状
態にある場合には理論空燃比によるフィードバック制御
を行い、定常走行の場合にはその理論空燃比よりリーン
側に設定した空燃比にて燃料の供給量を制御するものが
知られている。そして、このようなリーン側での空燃比
の制御には、空燃比センサの出力を利用して目標とする
空燃比にPID制御を行っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成において、定常走行における高負荷域までリーン側
にて運転を行うと、理論空燃比による運転の場合よりも
NOxの排出量が増加する。これは、リーンバーン領域
においては、特性上、三元触媒が理論空燃比における場
合のように作用せず、NOxを浄化しないままに排出す
るためである(図4)。このような背景を考慮して、高
負荷域ではエミッション規制を満足させるためにNOx
を浄化できるストイキ(空燃比14.6付近)で運転を
行っているが、その際に、リーンバーン領域とストイキ
との制御切替時つまり空燃比がリーンバーン領域からス
トイキに移行するその間に、図5に示すように、PID
制御では中間空燃比が存在し、その部分でNOxが発生
した。
【0004】本発明は、このような不具合を解消するこ
とを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような手段を講じたものであ
る。すなわち、本発明に係る内燃機関の空燃比制御方法
は、内燃機関の運転状態を検出し、検出した運転状態に
応じて、理論空燃比によるフィードバック制御を行うと
ともに、リーンバーン領域に設定された目標空燃比とな
るように比例定数と積分定数と微分定数とからなる空燃
比補正係数により燃料噴射量を補正するPID制御を行
う内燃機関の空燃比制御方法であって、フィードバック
制御とPID制御との移行時点をそれぞれ検出し、検出
したそれぞれの移行時点では前記空燃比補正係数をそれ
までとは無関係にそれぞれ所定値に固定した積分定数で
決定し、短時間にそれまでとは異なる制御に移行するこ
とを特徴とする。
【0006】
【作用】このような構成のものであれば、フィードバッ
ク制御からPID制御に移行する場合、及びPID制御
からフィードバック制御に移行する場合に、移行すると
略同時に空燃比補正係数をそれぞれ所定値に固定した積
分定数のみで決定するので、補正された燃料噴射量は、
それぞれ目標空燃比及び理想空燃比に対応するものにな
る。つまり、それぞれの移行時点において、その時点の
比例定数と積分定数と微分定数とを演算して時間経過に
追従して空燃比補正係数を決定するのではないため、燃
料噴射量は、短時間にそれぞれの制御における空燃比に
対応するものとなる。したがって、フィードバック制御
とPID制御との間に理想空燃比と目標空燃比との間の
中間空燃比がごく短時間しか存在せず、NOxが増加す
ることがない。
【0007】
【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面を参照して
説明する。
【0008】図1に概略的に示したエンジン100は自
動車用のもので、その吸気系1には図示しないアクセル
ペダルに応動して開閉するスロットルバルブ2が配設さ
れ、その下流側にはサージタンク3が設けられている。
サージタンク3に連通する吸気系1の吸気マニホルド4
の一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁5が設けてあ
り、この燃料噴射弁5を、電子制御装置6により制御す
るようにしている。また排気系20には、排気ガス中の
酸素濃度を測定するためのリーンセンサ21が、図示し
ないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒22
の上流の位置に取り付けられている。このリーンセンサ
21は、通常のOセンサとほぼ同様の構造を有してお
り、大気側電極と排気側電極との間に一定電圧を印加す
ることによって、フィードバック制御じの理論空燃比の
場合からリーンバーン領域における空燃比の場合に亘っ
て、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流を出力するもの
である。
【0009】電子制御装置6は、中央演算処理装置7
と、記憶装置8と、入力インターフェース9と、出力イ
ンターフェース11とを具備してなるマイクロコンピュ
ータシステムを主体に構成されており、その入力インタ
ーフェース9には、サージタンク3内の圧力を検出する
ための吸気圧センサ13からの吸気圧信号a、エンジン
回転数NEを検出するための回転数センサ14からの回
転数信号b、車速を検出するための車速センサ15から
の車速信号c、スロットルバルブ2の開閉状態を検出す
るためのアイドルスイッチ16からのLL信号d、エン
ジンの冷却水温を検出するための水温センサ17からの
水温信号e、上記したリーンセンサ21からの電圧信号
hなどが入力される。一方、出力インターフェース11
からは、燃料噴射弁5に対して燃料噴射信号fが、また
スパークプラグ18に対してイグニッションパルスgが
出力されるようになっている。
【0010】電子制御装置6には、吸気圧センサ13か
ら出力される吸気圧信号aと回転数センサ14から出力
される回転数信号bとを主な情報とし、エンジン状況に
応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間を補正して
燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間
Tを決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁
5を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を該燃料噴射
弁5から吸気系1に噴射させるためのプログラムが内蔵
してある。このプログラムにおいては、内燃機関の運転
状態を検出し、検出した運転状態に応じて、理論空燃比
によるフィードバック制御を行うとともに、リーンバー
ン領域に設定された目標空燃比となるように比例定数と
積分定数と微分定数とからなる空燃比補正係数により燃
料噴射量を補正するPID制御を行う内燃機関の空燃比
制御方法であって、フィードバック制御とPID制御と
の移行時点をそれぞれ検出し、検出したそれぞれの移行
時点では前記空燃比補正係数をそれまでとは無関係にそ
れぞれ所定値に固定した積分定数のみで決定し、短時間
にそれまでとは異なる制御に移行するようにプログラミ
ングされているものである。
【0011】このフィードバック制御とPID制御とか
らなる空燃比制御プログラムの概要は図2に示すような
ものである。ただし、種々の補正係数を考慮して有効噴
射時間TAUを算出し、その後インジェクタ最終通電時
間Tを演算するプログラムそれ自体は、従来知られてい
るものを利用できるので図示及び説明を省略する。
【0012】まず、ステップ51では、フィードバック
制御により実際の空燃比が常時理想空燃比近傍になるよ
うにするストイキ制御中であるか否かを判定し、ストイ
キ制御中であればステップ52に移行し、そうでなけれ
ばステップ61に進む。ストイキ制御中及び後述するリ
ーン制御中の判定は、リーンセンサ21の出力電流によ
り実際の空燃比を検出して判定すればよい。ステップ5
2では、その時点の運転状態が、リーンバーン領域でP
ID制御にて実際の空燃比が目標空燃比となるようにす
るリーン制御の条件を満足するか否かを判定し、その条
件を満足している場合はステップ53に移行し、そうで
ない場合はサブルーチンに戻る。リーン制御条件は、エ
ンジン回転数、負荷の大小、及び冷却水温等により決定
すればよく、エンジンが始動中である、暖機運転中で暖
機増量を行っている、加速時等の過渡状態である等の場
合を除いて、エンジンが定常状態であることを判定でき
るように設定する。リーン制御におけるストイキ制御か
ら移行した後のx番目の空燃比測定時の空燃比補正係数
FLAF(x)は、下式(1)により計算する。
【0013】 FLAF(x)=Kp×DAF(x)+Ki×DAFTOTAL(x) +Kd×DDAF(x)……(1) ただし、DAF(x)は、比例定数で、x番目の空燃比
LAF(x)から目標空燃比LAFTを減算した偏差
(=LAFT−LAF(x))であり、DAFTOTA
L(x)は、積分定数で、移行当初(n=0)から経過
時間xまでの各偏差DAF(0)〜DAF(x)を積算
した値(=n=0ΣDAF(n))であり、DDAF
(x)は、微分定数で、経過時間xとその直前の経過時
間(x−1)との差(=DAF(x)−DAF(x−
1))であり、Kp、Ki、Kdは、それぞれ係数であ
る。
【0014】ステップ53では、積分定数DAFTOT
AL(x)にストイキ制御からリーン制御への移行時に
おける所定値Iを代入する。この場合の所定値Iは、空
燃比が目標空燃比に達した場合の空燃比補正係数FLA
Fが、式(1)において、 DAF(n)=0 ……(2) DAFTOTAL(n)=n=0ΣDAF(n) ……(3) DDAF(n)=0 ……(4) となることから、n=0ΣDAF(n)とする。
【0015】ステップ54では、積分定数DAFTOT
AL(x)に所定値Iを代入した空燃比補正係数FLA
Fにより有効噴射時間TAUを補正してリーン制御への
移行を行う。移行後は空燃比補正係数FLAFを式
(1)により演算して求め、有効噴射時間TAUは、下
式(6)により演算する。
【0016】TAU=TP×FAF×FLAF×α ただし、TPは基本噴射時間、FAFはA/Fフィード
バック補正係数、αはA/F学習補正係数等を含むその
他の補正係数である。
【0017】ステップ61では、リーン制御中か否かを
判定し、リーン制御中である場合はステップ62に移行
し、そうでない場合はサブルーチンに戻る。ステップ6
2では、ステップ52と同様に、リーン制御条件を満足
しているか否かを判定し、条件を満足している場合はサ
ブルーチンに戻り、満足していない場合はステップ63
に進む。ステップ63ではステップ53で所定値Iを代
入した積分定数DAFTOTAL(x)の値をクリア
(=1)する。ステップ64では、空燃比補正係数FL
AFを1として、ストイキ制御に移行する。
【0018】このような構成において、ストイキ制御中
にリーン制御条件を満足する状態にエンジンがなった場
合、制御はステップ51→52→53→54と進み、そ
の後PID制御にて目標空燃比例えばA/F=25とな
るように、制御がステップ51→61→62→サブルー
チンと進む。この場合、図3に示すように、ストイキ制
御からリーン制御への移行時点T2直後に、NOxの排
出量が瞬間的にわずかだが目標空燃比の際のその排出量
よりも多くなることがあるが、その後瞬時に通常の排出
量に収束する。そして、リーン制御が行われている際
に、加速等によりリーン制御条件を満足しなくなると、
制御はステップ51→61→62→63→64→サブル
ーチンと進み、ストイキ制御に移行する。この場合に
も、図3に示すように、移行時点T1直後において、N
Oxの排出量が瞬間的にわずかだが目標空燃比の際のそ
の排出量よりも多くなることがあるが、その直後に三元
触媒22に浄化された値となる。
【0019】このように、ストイキ制御からリーン制御
に移行する時点及びリーン制御からストイキ制御に移行
する時点で、短時間でそれぞれの制御に移行するので、
目標空燃比及び理想空燃比の中間の値の空燃比で制御さ
れる時間が非常に短く、エミッションが劣化することが
ない。つまり、リーン制御に移行する際には、それまで
のストイキ制御での空燃比補正係数FLAFの値に無関
係に、目標空燃比で制御している場合の空燃比補正係数
FLAFの値に短時間の内にステップ的に変更するため
で、同様にして、ストイキ制御に移行する際も、それま
でのリーン制御時の空燃比補正係数FLAFの値に関係
なく理想空燃比で制御している場合の空燃比補正係数F
LAFに変更するためである。したがって、排気ガス中
のNOxは、移行する間の短時間にわずかだが増加する
傾向になるが、その後直ぐにそれぞれの制御における平
均的な値となるので、移行直後にNOxの値が急増する
ことを防止できる。
【0020】なお、本発明は以上説明した実施例に限定
されるものではない。
【0021】その他、各部の構成は図示例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形が可能である。
【0022】
【発明の効果】本発明は、以上に詳述したように、フィ
ードバック制御とPID制御との制御移行時点におい
て、空燃比が理想空燃比と目標空燃比との間の中間値と
なる時間がごく限られた短時間のみにしか存在しないた
め、移行直後にNOxが急増することを防止することが
でき、エミッションの劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略構成説明図。
【図2】同実施例の制御手順を示すフローチャート図。
【図3】同実施例の作用説明図。
【図4】従来例のNOxの排出量の空燃比に対する変化
を示すグラフ。
【図5】従来例の作用説明図。
【符号の説明】
6…電子制御装置 7…中央演算処理装置 8…記憶装置 9…入力インターフェース 11…出力インターフェース 21…リーンセンサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の運転状態を検出し、検出した運
    転状態に応じて、理論空燃比によるフィードバック制御
    を行うとともに、リーンバーン領域に設定された目標空
    燃比となるように比例定数と積分定数と微分定数とから
    なる空燃比補正係数により燃料噴射量を補正するPID
    制御を行う内燃機関の空燃比制御方法であって、フィー
    ドバック制御とPID制御との移行時点をそれぞれ検出
    し、検出したそれぞれの移行時点では前記空燃比補正係
    数をそれまでとは無関係にそれぞれ所定値に固定した積
    分定数で決定し、短時間にそれまでとは異なる制御に移
    行することを特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。
JP4162334A 1992-06-22 1992-06-22 内燃機関の空燃比制御方法 Expired - Fee Related JP3014541B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103485910A (zh) * 2013-10-15 2014-01-01 东北石油大学 一种改进的多工况pid控制的发动机控制方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103485910A (zh) * 2013-10-15 2014-01-01 东北石油大学 一种改进的多工况pid控制的发动机控制方法

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