JPH08177579A - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

エンジンの空燃比制御装置

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JPH08177579A
JPH08177579A JP32617194A JP32617194A JPH08177579A JP H08177579 A JPH08177579 A JP H08177579A JP 32617194 A JP32617194 A JP 32617194A JP 32617194 A JP32617194 A JP 32617194A JP H08177579 A JPH08177579 A JP H08177579A
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air
fuel ratio
lean
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Satoru Takizawa
哲 瀧澤
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リーン運転領域でのすべての運転条件におい
て限界空燃比からの適切な余裕代を与えてリーン運転領
域での補正範囲を最大限に確保する。 【構成】 運転条件の検出信号に基づいて予め設定され
ているリーン運転領域であることを判定手段51が判断
したとき空燃比を理論空燃比よりも希薄な目標値に設定
手段52が設定する。リーン運転時に安定度検出手段5
3の出力に対応してリーン運転領域での設定空燃比の補
正係数Lldmlを算出手段54が算出し、この補正係
数Lldmlに基づいてリーン運転領域での設定空燃比
を補正手段55が補正する。このとき、設定手段57が
補正係数Lldmlに対する所定のリッチ側リミット値
を運転条件の検出信号に応じて設定しており、補正係数
Lldmlがリッチ側リミット値を越えるときは制限手
段58が補正係数Lldmlをリッチ側リミット値に制
限する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はエンジンをリーン(希
薄混合気)運転させる空燃比制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】エンジンの燃費を改善すると同時にNO
xを低減するため、空気と燃料の比率である空燃比を理
論空燃比よりも希薄なリーン空燃比となるように燃料供
給量を制御し、リーン運転時にエンジンの安定度が悪化
すると、設定空燃比をリッチ側に補正して燃焼の安定性
を確保するようにしたエンジンの運転方法が、特開昭5
8−217732号公報や特開平6−272591号公
報によって提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の装置に
よるとエンジン性能劣化時、たとえば点火プラグの汚
損、バルブシートへのデポジットの噛み込み、ピストン
リングの摩耗等により、リーン燃焼が不安定になったと
きなど、空燃比がどんどんリッチ側に補正されていき、
このため空燃比そのものは理論空燃比よりも希薄側であ
っても、リッチ側への移行に伴ってNOxが増加してい
くため、NOxの排出量が非常に多くなる空燃比の範囲
でエンジンが制御される可能性がある。
【0004】これに対処するため、リーン運転領域での
設定空燃比の補正量(後述する実施例では安定化燃空比
補正係数Lldml)にリッチ側リミット値LLDMM
X#を予め定めておき、補正係数Lldmlがこのリッ
チ側リミット値以上になるときは、このリッチ側リミッ
ト値LLDMMX#に制限することで、エンジン性能の
劣化によりNOxの排出量が増加しないようにしてい
る。
【0005】また、リーン側リミット値をも予め定めて
おり、リーン運転領域での設定空燃比の補正量がこのリ
ーン側リミット値を下回るときは、このリーン側リミッ
ト値に制限している。
【0006】この場合に、リーン運転領域での設定空燃
比によりNOx排出量の限界空燃比と安定度の限界空燃
比とが変化するので、すべての運転条件でリーン運転領
域での制御空燃比がNOx排出量の限界空燃比を越えな
いように一定のリッチ側リミット値を設定するのでは、
その値がリッチ側リミット値が最もリーン側にくるとき
の設定空燃比に対する値となるので、それ以外の設定空
燃比のときには、不必要にリッチ側の補正幅を狭めてし
まう。同様にして、安定度の限界空燃比を下回らないよ
うにリーン側リミット値を一定値で設定するのでは、そ
の値がリッチ側リミット値が最もリーン側にくるときの
設定空燃比に対する値となるので、それ以外の設定空燃
比のときには、不必要にリーン側の補正幅が狭まる。
【0007】本発明はリーン運転領域でのすべての運転
条件において限界空燃比からの適切な余裕代を与えてリ
ーン運転領域での補正範囲を最大限に確保することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、図15に
示すように、運転条件の検出信号に基づいて予め設定さ
れているリーン運転領域かどうかを判定する手段51
と、リーン運転領域を判断したときに空燃比を理論空燃
比よりも希薄な目標値に設定する手段52と、エンジン
の安定度を検出する手段53と、リーン運転時に安定度
検出手段53の出力に対応して前記リーン運転領域での
設定空燃比の補正係数Lldmlを算出する手段54
と、この補正係数Lldmlに基づいて前記リーン運転
領域での設定空燃比を補正する手段55と、この補正さ
れた設定空燃比に基づいて燃料制御を行う手段56と、
前記補正係数Lldmlに対する所定のリッチ側リミッ
ト値を前記運転条件の検出信号に応じて設定する手段5
7と、前記補正係数Lldmlが前記リッチ側リミット
値を越えるときは前記補正係数Lldmlを前記リッチ
側リミット値に制限する手段58とを設けた。
【0009】第2の発明は、図16に示すように、運転
条件の検出信号に基づいて予め設定されているリーン運
転領域かどうかを判定する手段51と、リーン運転領域
を判断したときに空燃比を理論空燃比よりも希薄な目標
値に設定する手段52と、エンジンの安定度を検出する
手段53と、リーン運転時に安定度検出手段53の出力
に対応して前記リーン運転領域での設定空燃比の補正係
数Lldmlを算出する手段54と、この補正係数Ll
dmlに基づいて前記リーン運転領域での設定空燃比を
補正する手段55と、この補正された設定空燃比に基づ
いて燃料制御を行う手段56と、前記補正係数Lldm
lに対する所定のリーン側リミット値を前記運転条件の
検出信号に応じて設定する手段61と、前記補正係数L
ldmlが前記リーン側リミット値を下回るときは前記
補正係数Lldmlを前記リーン側リミット値に制限す
る手段62とを設けた。
【0010】第3の発明は、図17に示すように、運転
条件の検出信号に基づいて予め設定されているリーン運
転領域かどうかを判定する手段51と、リーン運転領域
を判断したときに空燃比を理論空燃比よりも希薄な目標
値に設定する手段52と、エンジンの安定度を検出する
手段53と、リーン運転時に安定度検出手段53の出力
に対応して前記リーン運転領域での設定空燃比の補正係
数Lldmlを算出する手段54と、この補正係数Ll
dmlに基づいて前記リーン運転領域での設定空燃比を
補正する手段55と、この補正された設定空燃比に基づ
いて燃料制御を行う手段56と、前記補正係数Lldm
lに対する所定のリッチ側リミット値とリーン側リミッ
ト値とを前記運転条件の検出信号に応じてかつリッチ側
リミット値よりもリーン側リミット値を小さく設定する
手段71と、前記補正係数Lldmlが前記リッチ側リ
ミット値を越えるときは前記補正係数Lldmlを前記
リッチ側リミット値に、また前記補正係数Lldmlが
前記リーン側リミット値を下回るときは前記補正係数L
ldmlを前記リーン側リミット値に制限する手段72
とを設けた。
【0011】
【作用】リーン運転領域での設定空燃比によりNOx排
出量の限界空燃比が変化するので、すべての運転条件で
NOx排出量の限界空燃比を越えないようにリッチ側リ
ミット値を一定値で設定するのでは、その値がリッチ側
リミット値が最もリーン側にくるときの設定空燃比に対
する値となるので、それ以外の設定空燃比のときに、不
必要にリッチ側への補正幅を狭めてしまう。このとき第
1の発明では、リッチ側リミット値が運転条件に応じて
設定、つまり運転条件により変化するNOx排出量の限
界空燃比から適切な余裕代を持ってすべての運転条件で
設定されるので、リーン運転領域でのどのような運転条
件でも、リッチ側補正範囲が最大限に確保される。エン
ジンの性能劣化時にリーン運転領域でのいずれの運転条
件でもそのときにNOx排出量が限界を越えない最大の
リッチ側補正範囲を使って、設定空燃比をリッチ側に補
正することができるのである。
【0012】リーン運転領域での設定空燃比により安定
度の限界空燃比が変化するので、すべての運転条件で安
定度の限界空燃比を下回らないようにリーン側リミット
値を一定値で設定するときは、その値がリーン側リミッ
ト値が最もリッチ側にくるときの設定空燃比に対する値
となるので、それ以外の設定空燃比のときに、不必要に
リーン側への補正幅を狭めてしまう。このとき第2の発
明では、リーン側リミット値がリーン運転領域での運転
条件に応じて設定、つまり運転条件により変化する安定
度限界空燃比から適切な余裕代を持ってすべての運転条
件で設定されるので、リーン運転領域でのどのような運
転条件でも、リーン側補正範囲が最大限に確保される。
リーン運転領域でのいずれの運転条件でもそのときに安
定度が限界を越えない最大のリーン側補正範囲を使っ
て、設定空燃比をリーン側に補正することができるので
ある。
【0013】リッチ側の補正範囲を広くしようとリッチ
側リミット値におけるNOx排出量限界空燃比からの余
裕代を狭くし、これに合わせてリーン側リミット値にお
ける安定度限界空燃比からの余裕代をも狭くしたとき
は、安定度限界空燃比の近傍での安定度が制御空燃比の
変化に対して急激に悪化する。このとき第3の発明で
は、リッチ側リミット値よりもリーン側リミット値のほ
うが小さく設定されるので、安定度限界からの余裕代が
大きくなり、安定度が大きく悪化することがない。
【0014】
【実施例】図1において、1はエンジン本体で、その吸
気通路8には吸気絞り弁5の下流に位置して燃料噴射弁
7が設けられ、コントロールユニット2からの噴射信号
により運転条件に応じて所定の空燃比となるように、吸
気中に燃料を噴射供給する。コントロールユニット2に
はクランク角センサ4からの回転数信号、エアフローメ
ータ6からの吸入空気量信号、排気通路8に設置した酸
素センサ3からの空燃比(酸素濃度)信号、さらには水
温センサ11からのエンジン冷却水温信号、トランスミ
ッションのギヤ位置センサ12からのギヤ位置信号等が
入力し、これらに基づいて運転状態を判断しながら条件
に応じてリーン空燃比と理論空燃比との制御を行う。
【0015】排気通路8には三元触媒10が設置され、
理論空燃比の運転時に最大の転換効率をもって、排気中
のNOxの還元とHC、COの酸化を行う。なお、この
三元触媒10はリーン空燃比のときはHC、COは酸化
するが、NOxの還元効率は低い。
【0016】しかし、空燃比がリーン側に移行すればす
るほどNOxの発生量は少なくなり、所定の空燃比以上
では三元触媒10で浄化するのと同じ程度にまで下げる
ことができ、同時に、リーン空燃比になるほど燃費が改
善される。反面リーン空燃比での運転時には、運転条件
によって燃焼が不安定になりやすい。
【0017】したがって、この例で負荷のそれほど大き
くない所定の運転領域においてはリーン空燃比により運
転を行い、同時にエンジンの安定度を検出し、リーン運
転中にエンジンの安定度が悪化すれば空燃比をリッチ側
にシフトして安定性を確保し、つまりリーン空燃比での
安定度フィードバック制御を行い、エンジンの安定性を
損なうことなく良好な燃費特性を維持する。
【0018】コントロールユニット2で実行されるこの
制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明
する。
【0019】まず、図2はリーン空燃比による運転時
に、エンジンの回転変動を検出しながらエンジンが安定
するのに必要な空燃比にフィードバック制御するための
燃空比補正係数Dmlを演算するもので、クランク角度
180毎に実行される。
【0020】まずステップA)でクランク角センサ4の
180度毎のレファレンス信号REFからREF間周期
Refを読み込み、ステップB)でこのRefに基づい
てエンジンの回転変動を算出する。この回転変動の算出
動作は図3のフローチャートに示す。
【0021】図3のステップA)でエンジンの1回転区
間の周期Refrvを、 Refrv=Ref+Refn-1 …(1) ただし、Refn-1;前回のRef の式で求め、ステップB)でエンジン回転数Nervの
旧値のシフトを行い、1回前のデータを2回前のRAM
に、また3回前を4回前へと移し変える。
【0022】次にステップC)で Nerv=KN#/Refrv …(2) ただし、KN#;周期→回転数への変換定数 の式にしたがって、Refrvを用いてエンジン回転数
Nervに変換する。
【0023】ステップD)では気筒毎の回転数変化量D
nervの旧値のシフトを、前記Nervのシフトと同
じように行い、ここで新しいDnervを、 Dnerv=Nerv−Nervn-4 …(3) ただし、Nervn-4;4回前のNerv の式で算出する。
【0024】この場合、4気筒エンジンを例にしてあ
り、回転数変化量Dnervは前回の自気筒(4回前の
燃焼気筒)の燃焼時の1回転周期に対する今回の1回転
周期の変化量となる。なお、気筒毎に変化量をとるのは
気筒間のバラツキを変動と誤認しないようにするためで
ある。
【0025】ステップF)では回転数変化量の変化量で
あるLljを、 Llj=Dnerv−Dnervn-1 …(4) ただし、Dnervn-1;1回前のDnerv の式により算出する。
【0026】ここで、Lljは直前のDnervから今
回のDnervの変化量であり、燃焼に伴う疑似的なト
ルク変動に相当する。そして、ステップG)で変化量L
ljについてバンドパスフィルター処理を行い、その結
果を安定度信号(回転変動量)Lljdとして、これを
ストアすることで、このフローチャートの動作を終了す
る。
【0027】なお、バンドパスフィルター処理は、EC
Uソフトあり、連続系から離散系に変換した式を用い、
周波数として3〜7Hz程度の、車両のドライバーがサ
ージとして感じやすい周波数とすればよい。
【0028】以上の図3のフローがエンジンの安定度を
検出する手段を構成している。
【0029】このようにして回転変動量を算出したら、
図2に戻ってステップC)によりエンジンの安定度をみ
ながらのリーン空燃比でのフィードバック(F/B)制
御をするかどうかの判定を行う。これについては図4の
フローチャートによって説明する。
【0030】図4のステップA)でリーン条件かどうか
を判定する。このリーン運転条件はバックグランドジョ
ブとして行われる後述の、図7、図8のフローチャート
によって詳しく説明するが、基本的にはエンジン回転数
と負荷、さらにはギヤ位置、車速がそれぞれ所定の範囲
にある場合に行われる。リーン条件になればステップ
L)のF/B制御禁止に飛ぶ。
【0031】ただし、リーン条件であっても、制御の安
定性を確保するため、必ずしもF/B制御を行うわけで
はなく、そのため以下の項目をチェックする。
【0032】ステップB)で空燃比の切り替え中である
かどうかを判定するが、これは後述する図2のステップ
G)〜K)で求めたDmlがTdmlと同一ならば切り
替え中でないと判断し、切り替え中ならば前記と同じよ
うにステップL)に飛び、F/B制御を禁止する。
【0033】次にステップC)でF/B制御領域かどう
かを判定する。これは図11に示すように、エンジンの
全運転域について回転数Neと負荷としてのTpとにし
たがって設定された許可フラグをみることにより行い、
許可されたF/B制御領域にないときは、F/B制御禁
止へ飛ぶ。なお、この実施例ではF/B制御は高回転域
を除いて行われるようになっている。
【0034】ステップD)でギヤ位置をチェックし、所
定の低速ギヤLLGR#未満のギヤ位置であれば、F/
B制御禁止へ飛ぶ。変速機が低速ギヤのときは回転変化
が速いのでF/B制御を禁止するためであり、たとえば
1速では禁止する。また、ニュートラルのときも同じく
F/B制御を禁止する。ステップF)ではギヤ位置が変
更中かどうかを、前回のギヤ位置と今回のギヤ位置とを
比較することにより判断し、ギヤチェンジと判定したら
やはりF/B制御禁止へ飛ぶ。
【0035】次にステップG)からI)では過渡運転時
のF/B制御を禁止するための判定を行うのであり、絞
り弁開度Tvoの変化量、基本パルス幅Tpの変化量、
エンジン回転数Neの変化量を、それぞれ設定値LLD
TVO#、LLDNE#、LLDTP#、と比較してい
ずれかの変化量が設定値を越えたときは過渡状態である
として前記と同じくF/B制御禁止に飛ぶ。
【0036】ここまですべての条件を満たしたならば、
ステップJ)でF/B制御のディレイを与える処理を行
う。ここではステップD)からI)のすべてがF/B制
御条件になってから所定の時間TMLLC#が経過した
かどうかをチェックし、経過するまではF/B制御を禁
止し、経過したときに初めてF/B制御領域であると判
定されるのである。
【0037】ディレイを与えたのは、安定度信号Llj
dはフィルターを通しており、外乱の影響を受けた場
合、出力はすぐには安定しないこと、またギヤチェンジ
等で発生した回転変動は車両の振動系の影響で瞬時には
なくならないことなどのためであり、より安定したF/
B制御を行うには所定のディレイを設けたほうがよいの
である。
【0038】このようにしてF/B制御の判定を行った
ら、再び図2に戻り、ステップD)で安定度F/B制御
かどうかのチェックを行い、F/B制御判定であるとき
はステップE)で図5のフローチャートにしたがって、
F/B制御の補正率、つまり安定化燃空比補正係数Ll
dmlの更新、算出を行う。
【0039】ここでは前記のように算出した回転変動量
に基づいてF/B制御を行うための安定化燃空比補正係
数を算出するもので、まずステップA)で前記した安定
度信号Lljdをサンプルし、このサンプル数をカウン
トする。
【0040】ステップB)でサンプル数の設定を行う
が、これは図12に示すようにして、エンジン回転数N
eによって変化するロングLの設定値を、そのときのN
eにしたがって読み出すのであり、その場合、サンプル
数が多いほど検出精度は高まるが、その反面制御速度が
遅くなる(少ないほど速い)ので、これらを考慮して決
定しておく。
【0041】次にステップC)でサンプル数がL個そろ
ったかどうか判定し、そろっているならばステップD)
でサンプルデータ合計をLで割って平均値を求め、この
平均値から安定度判定比較値SLL#を差し引いた値に
より、図13に示す特性のマップから、Lldmlの更
新量Dlldml(+/−)を算出する。なお、この特
性図には本制御により燃空比を変更することによるトル
ク変動(ショック)を防ぐために、Dlldml=0と
なる不感帯を、更新量がプラスとなる領域とマイナスと
なる領域との境を中心にして所定幅だけ設けている。
【0042】そして、ステップF)において、安定化燃
空比補正係数Lldmlを Lldml=Lldmln-1+Dlldml …(5) ただし、Lldmln-1;1回前のLldml の式で更新する。
【0043】したがって安定化燃空比補正係数Lldm
lは、回転変動量が大きくなるほど、つまりエンジンの
安定度が悪化するほど大きな値となる。
【0044】以上の図5のフローにおけるステップA)
〜F)がリーン運転領域での設定空燃比の補正係数を算
出する手段を構成している。
【0045】ステップG)以降は後で詳述する。
【0046】次に再び図2に戻り、このようにしてF/
B制御の補正率の演算を終了後、図2のステップF)に
移行して、目標燃空比Tdmlを算出するのであるが、
この目標燃空比は図9または図10に示す特性のマップ
に設定した燃空比Mdmlを検索した上、F/B制御時
にはこれを安定化燃空比補正係数Lldmlによって補
正することにより算出するのであり、この場合、リーン
運転条件かどうかによりいずれかのマップが選択され
る。
【0047】ここで、リーン運転条件の判定について図
7、図8のフローチャートにしたがって説明することに
する。
【0048】これらの動作はバックグランドジョブとし
て行われるもので、図7のステップA)でリーン条件の
判定を行うが、このための具体的な内容は図8に示す。
リーン条件の判定は図8のステップA)〜F)の内容を
一つづつチェックすることにより行い、各項目のすべて
が満たされたときにリーン運転を許可し、一つでも反す
るときはリーン運転を禁止する。
【0049】すなわち、 ステップA):空燃比(酸素)センサが活性化してい
る、 ステップB):エンジンの暖機が終了している、 ステップC):負荷(Tp)が所定のリーン領域にあ
る、 ステップD):回転数(Ne)が所定のリーン領域にあ
る、 ステップE):ギヤ位置が2速以上にある、 ステップF):車速が所定の範囲にある、 ときに、ステップH)でリーン運転を許可し、そうでな
ければステップI)に移行してリーン運転を禁止する。
上記のステップA)〜F)は運転性能を損なわずに安定
してリーン運転を行うための条件である。
【0050】以上の図8のフローがリーン運転領域を判
定する手段を構成している。
【0051】このようにしてリーン条件を判定したら、
図7のステップC),D)に戻り、リーン条件でないと
きは、ステップC)によって理論燃空比あるいはそれよ
りも濃いマップ燃空比を、図10に示す特性のマップを
回転数Neと負荷Tpとで検索することにより算出し、
これに対してリーン条件のときは、ステップD)で理論
空燃比よりも所定の範囲だけ薄いマップ燃空比Mdml
を図9に示す特性のマップにしたがって同じように検索
する。
【0052】なお、これらのマップに表した数値は、理
論空燃比のときを1.0とする相対値であるため、これ
よりも数値が大きければリッチ、小さければリーンを示
す。以上の図7のフローおよび図9のマップがリーン運
転領域での空燃比目標値を設定する手段を構成してい
る。
【0053】ここで、再び図2のステップF)に戻り、
このようにして算出されるマップ燃空比Mdmlのう
ち、リーン条件のときのMdmlについて、安定化燃空
比補正係数Lldmlに基づいて Tdml=Mdml×Lldml …(7) ただし、Mdml;目標燃空比のマップ値 の式で補正し、目標燃空比Tdmlを算出する。
【0054】この目標燃空比Tdmlは、エンジンの回
転変動が大きくなるほどLldmlが大きくなるため、
安定度が悪化するのにしたがって大きくなり、つまり目
標空燃比はリッチ側にシフトされていく。
【0055】次のステップG)以降は燃空比切換時のダ
ンパ操作の行程で、空燃比を緩やかに切換えることによ
りトルクの急変を防いで、運転性能の安定性を確保する
ためのものである。
【0056】ステップG)では燃空比補正係数Dmlと
さきほど算出したTdmlとの比較を行い、もしDml
≧Tdmlでないとき、つまり算出された目標燃空比が
保持されている燃空比補正係数Dmlよりも大きいとき
は、ステップH),I)で空燃比をリッチ側にシフトさ
せるために、前回の補正係数Dmln-1にリッチ側への
空燃比変化速度に相当するDmlrを加算して新たなD
mlを求める。そして、この燃空比補正係数Dmlが算
出された目標燃空比Tdmlを越えることのないように
Dmlに制限を加える。
【0057】これに対して、Dml≧Tdmlならば、
ステップJ),K)で、保持されているDmlからリー
ン側への空燃比変化速度Ddmllを減算することで、
リーン側にシフトした新しい燃空比補正係数Dmlを求
め、さらにDmlがTdml未満とならないようにDm
lに制限を加える。
【0058】以上の図2のフローがリーン運転領域での
設定空燃比を補正する手段を構成している。
【0059】なお、リーン条件になく、図10に示す特
性のマップから理論燃空比あるいはその近傍の燃空比M
dmlを算出したときには、図示しないが、ステップ
F)におけるマップ燃空比Mdmlについての安定化燃
空比補正係数Lldmlによる補正は行わず、このMd
mlをそのままステップG)での目標燃空比Tdmlに
置き換えることにより、燃空比補正係数Dmlを算出す
ればよい。
【0060】このようにして算出された燃空比の補正係
数Dmlにより、次に述べる燃料噴射量の演算を行う。
【0061】図6のフローチャートはこのようにして求
めた燃空比補正係数Dmlを使って燃料噴射パルス幅を
算出して出力する制御動作内容を示すもので、まずステ
ップA)で燃空比補正係数Dmlを用いて、目標燃空比
Tfbyaを、 Tfbya=Dml+Ktw+Kas …(8) ただし、Ktw;水温増量補正係数 Kas;始動後増量補正係数 の式により算出する。
【0062】ここで、Ktwは冷却水温に応じた燃料増
量分、Kasは始動直後の燃料増量分である。次にステ
ップB)でエアフローメータの出力をA/D変換し、リ
ニアライズして吸入空気流量Qを算出する。そしてステ
ップC)でこの吸入空気流量Qとエンジン回転数Neと
から、燃料噴射弁に与える基本パルス幅Tpを、Tp=
K×Q/Nとして求める。なおKは定数である。
【0063】そして、ステップD)でこのTpをもとに
して、一回の燃料噴射パルス幅Tiを、 Ti=Tp×Tfbya×Ktr×(α+αm)+Ts …(9) ただし、Ktr;過渡時の補正係数 α;空燃比フィードバック補正係数 αm;空燃比学習補正係数 Ts;無効パルス幅 の式で算出する。
【0064】ただし、リーン条件のときには、これらK
tr、α、αmなどは所定の値に固定されている。
【0065】次にステップF)で燃料カットの判定を行
い、ステップG),H)で燃料カット条件ならば無効パ
ルス幅Tsを、そうでなければTiを出力レジスタにス
トアすることでクランク角センサの出力にしたがって所
定の噴射タイミングでの噴射に備える。
【0066】以上の図6のフローが、補正された設定空
燃比に基づいて燃料制御を行う手段を構成している。
【0067】このようにして燃料噴射パルス幅Tiが演
算され、したがってリーン運転での安定度フィードバッ
ク制御時に、安定度が悪化すると、これに応じて設定空
燃比がリッチ側にシフトされ、リーン運転時の安定性を
確保し、このため運転性を損なうことなく燃費やNOx
の低減を図る。
【0068】ところで、図14にもあるように、リーン
空燃比による運転ではリーン化するほどNOxの排出レ
ベルを下げることができる反面、エンジンの安定度も悪
化してくる。したがって、NOxの排出レベルが許容限
界よりも低く、かつエンジンの安定度も許容限界にある
ように空燃比を維持すれば、エンジンの安定性を損なう
ことなく、NOxを十分に低減することが可能となる。
安定度の悪化に対しては空燃比をリッチ側に移行するこ
とにより対処できるが、あまりリッチ側に移行すると、
NOxの排出レベルが許容限界を越えてしまう。また、
NOxが減少するからといって空燃比をやみくもにリー
ン側に移行すると、燃焼が悪化してエンジンの安定運転
が維持できない。
【0069】図14のA特性とB特性は、それぞれ図9
のAの運転条件(負荷と回転が)、Bの運転条件での空
燃比を変化させたときのNOxの排出量とエンジンの安
定度の関係を示すが、このように運転条件が相違すると
同一の空燃比であってもNOxの排出特性と安定度特性
が異なる。
【0070】したがって、リーン運転時の目標空燃比と
して図9のように設定されるマップ空燃比を、これら運
転条件を勘案しつつ、NOxの排出量からリッチ側空燃
比の限界と、安定度の限界からリーン側空燃比の限界と
の範囲内の所定値に設定してやると、NOxと安定度が
常に一定の範囲となる条件においてリーン運転を行うこ
とができる。この場合には、安定化燃空比補正係数Ll
dmlとNOxの排出量とがほぼ対応するようになるの
で、NOxの排出量を測定しなくても常にNOx排出量
を許容限界内に抑制することができる。
【0071】なお、目標空燃比の設定は、たとえばNO
xの排出限界の空燃比から一定値だけリーンの空燃比
値、安定度限界の空燃比から一定値だけリッチ側の空燃
比値、両方の限界空燃比の略中間の空燃比値、同じく両
方の限界空燃比を一定の比率で内分する空燃比値などと
して設定することができる。
【0072】さて、エンジン性能劣化によってリーン燃
焼が不安定になると、空燃比がどんどんリッチ側に補正
されていき、このため空燃比そのものは理論空燃比より
も希薄側であっても、リッチ側への移行に伴ってNOx
が増加していくため、NOxの排出量が非常に多くなる
空燃比の範囲でエンジンが制御される可能性がある。こ
れに対処するため、安定化燃空比補正係数Lldmlに
リッチ側リミット値LLDMMX#を予め定めておき、
補正係数Lldmlがこのリッチ側リミット値以上にな
るときは、このリッチ側リミット値に制限することで、
エンジン性能の劣化によりNOxの排出量が増加しない
ようにすることができる。
【0073】また、リーン側リミット値をも予め定めて
おき、補正係数Lldmlがこのリーン側リミット値を
下回るときは、このリーン側リミット値に制限すること
で、リーン運転時の制御空燃比が安定度限界を越えてま
でリーン化されることを防止することができる。
【0074】しかしながら、リーン運転時の設定空燃比
によりNOx排出量の限界空燃比と安定度の限界空燃比
とが変化するので、すべての運転条件でリーン運転時の
制御空燃比がNOx排出量の限界空燃比を越えないよう
に一定のリッチ側リミット値を設定するのでは、その値
が、リッチ側リミット値が最もリーン側にくるときの設
定空燃比に対する値となるので、それ以外の設定空燃比
のときに不必要にリッチ側の補正幅を狭めてしまう。同
様にして、安定度の限界空燃比を下回らないようにリー
ン側リミット値を一定値で設定するのでは、その値が、
リッチ側リミット値が最もリーン側にくるときの設定空
燃比に対する値となるので、それ以外の設定空燃比のと
きに、不必要にリーン側の補正幅が狭まる。
【0075】これに対処するため、コントロールユニッ
ト2では、リーン運転時の領域でのすべての運転条件に
おいてリッチ側とリーン側の各限界空燃比からの適切な
余裕代を与えるため、リッチ側リミット値とリーン側リ
ミット値とを運転条件に応じて設定する。
【0076】詳細には、図5においてステップF)で上
記のようにして安定化燃空比補正係数Lldmlを更新
した後、ステップG)に移り、Lldmlに対するリッ
チ側リミット値とリーン側リミット値とをそのときの回
転数Neと負荷としての基本パルス幅Tpとに応じて設
定する。たとえば、1.0を中心としてリッチ側への制
限幅をLLDMLR(>0)、リーン側への制限幅をL
LDMLL(≧0)として、これらの制限幅LLDML
R、LLDMLLをNeとTpをパラメータとするマッ
プを予め作成しておき、そのときのNeとTpからLL
DMLRとLLDMLLの各マップを検索する。
【0077】このとき、1.0+LLDMLRがリッチ
側リミット値に、1.0−LLDMLLがリーン側リミ
ット値になるので、ステップH)ではLldmlとリッ
チ側リミット値を比較し、Lldmlがリッチ側リミッ
ト値を越えていれば、ステップI)でLldmlをリッ
チ側リミット値に制限して、図5のルーチンを終了す
る。同様にしてステップJ)でLldmlとリーン側リ
ミット値を比較し、Lldmlがリーン側リミット値を
下回っているときステップK)でLldmlをリーン側
リミット値に制限する。なお、Lldmlはメモリに格
納され、F/B制御中は常時更新されることになる。
【0078】上記LLDMLR、LLDMLLの各特性
がNeとTpに対してどのような傾向をもつかは一様で
ない。というのも、NOx排出量の限界空燃比および安
定度の限界空燃比が、基本的に燃焼室形状、吸気管形
状、スワールコントロールバルブなどのエンジンハード
構成によるリーン運転時の燃焼特性、リーン運転時の
設定空燃比(つまりリーンマップ特性)により相違し、
この相違するNOx排出量の限界空燃比および安定度の
限界空燃比との関係でLLDMLRとLLDMLLの値
が定まってくるからである。したがって、エンジンハー
ド構成とリーン運転時の設定空燃比を決めた後で、マッ
チングによりLLDMLRとLLDMLLの各特性を定
めることになる。
【0079】たとえば、図14において設定空燃比(正
確にはMdml)が0.7のときはβがNOx排出量の
限界空燃比までのリッチ側最大制限幅、γが安定度の限
界空燃比までのリーン側最大制限幅を与えることになる
ので、NOx排出量の余裕代を考慮してリッチ側最大制
限幅よりすこし小さな値をLLDMLRとして、また安
定度の余裕代を考慮してリーン側最大制限幅よりすこし
小さな値をLLDMLLとして定める。同様にして、設
定空燃比が0.66になると、δがNOx排出量の限界
空燃比までのリッチ側最大制限幅、εが安定度の限界空
燃比までのリーン側最大制限幅となるので、このときも
NOx排出量の余裕代を考慮してLLDMLRの値を、
また安定度の余裕代を考慮してLLDMLLの値を定め
る。つまり、リーン運転時の設定空燃比により、リッチ
側最大制限幅(βとδ)、リーン側最大制限幅(γと
ε)の大きさが変化するので、リッチ側とリーン側の各
最大制限幅が小さくなる設定空燃比ほどLLDMLR、
LLDMLLの値が小さくなる。
【0080】このようにして、リーン運転時の設定空燃
比を相違させて、LLDMLRとLLDMLLのデータ
を集めれば、リーン運転時の設定空燃比をパラメータと
するLLDMLRとLLDMLLの特性が得られ、一方
リーン運転時の設定空燃比はNeとTpをパラメータと
して定まっているので、リーン運転時の設定空燃比をパ
ラメータとするLLDMLRとLLDMLLの各特性
を、NeとTpをパラメータとするLLDMLRとLL
DMLLの各特性に作り変えれば、LLDMLRとLL
DMLLの各マップを作成できるわけである。
【0081】また、エンジンの安定度を優先させるた
め、NeとTpのすべての条件でLLDMLRのほうを
LLDMLLより大きくする。これは、図14にも示す
ように、安定度限界空燃比の近傍における安定度の立上
がりがきつい(つまり安定度限界での運転性は空燃比の
変化に対して急激に悪化する)ので、リーン側リミット
値はなるべく小さくしたいからである。
【0082】以上の図5のフローのうちステップG)が
補正係数Lldmlに対する所定のリッチ側リミット値
とリーン側リミット値とを運転条件の検出信号に応じて
かつリッチ側リミット値よりもリーン側リミット値を小
さく設定する手段を構成し、ステップH),I),
J),K)が、補正係数Lldmlがリッチ側リミット
値を越えるときに補正係数Lldmlをリッチ側リミッ
ト値に、また補正係数Lldmlがリーン側リミット値
を下回るときに補正係数Lldmlをリーン側リミット
値に制限する手段を構成している。
【0083】ここで、この例の作用を説明する。
【0084】リーン運転時の設定空燃比によりNOx排
出量の限界空燃比が変化するので、すべての運転条件で
NOx排出量の限界空燃比を越えないようにリッチ側リ
ミット値を一定値で設定するのでは、その値が、リッチ
側リミット値が最もリーン側にくるときの設定空燃比に
対する値となり、それ以外の設定空燃比のときに不必要
にリッチ側への補正幅を狭めてしまう。
【0085】これに対してこの例でリッチ側リミット値
が運転条件に応じて設定、つまり運転条件により変化す
るNOx排出量の限界空燃比から適切な余裕代を持って
すべての運転条件で設定されると、リーン運転時におけ
るどのような運転条件でも、リッチ側の補正範囲が最大
限に確保される。エンジンの性能劣化時にリーン運転時
におけるいずれの運転条件でもそのときにNOx排出量
が限界を越えない最大のリッチ側補正範囲を使って、設
定空燃比をリッチ側に補正することができるのである。
【0086】また、リーン運転時の設定空燃比により安
定度の限界空燃比も変化するので、すべての運転条件で
安定度の限界空燃比を下回らないようにリーン側リミッ
ト値を一定値で設定するときは、その値が、リーン側リ
ミット値が最もリッチ側にくるときの設定空燃比に対す
る値となり、それ以外の設定空燃比のときに不必要にリ
ーン側への補正幅を狭めてしまう。
【0087】このときこの例では、リーン側リミット値
がリーン運転時における運転条件に応じて設定、つまり
運転条件により変化する安定度限界空燃比から適切な余
裕代を持ってすべての運転条件で設定されるので、リー
ン運転時におけるどのような運転条件でも、リーン側補
正範囲が最大限に確保される。リーン運転時におけるい
ずれの運転条件でもそのときに安定度が限界を越えない
最大のリーン側補正範囲を使って、設定空燃比をリーン
側に補正することができるのである。
【0088】一方、リッチ側の補正範囲を広くしようと
リッチ側リミット値におけるNOx排出量限界空燃比か
らの余裕代を狭くし、これに合わせてリーン側リミット
値における安定度限界空燃比からの余裕代をも狭くした
ときは、安定度限界空燃比の近傍での安定度が制御空燃
比の変化に対して急激に悪化する。
【0089】これに対してこの例ではリッチ側リミット
値よりもリーン側リミット値のほうが小さく設定される
ので、安定度限界からの余裕代が大きくなり、安定度が
大きく悪化することがない。
【0090】実施例では安定度が目標値となるように安
定化燃空比補正係数を算出する例で説明したが、安定度
が目標値以下となるように安定化燃空比補正係数を算出
するものでもかまわない。安定度が目標値以下となる例
は、図5のステップE)とF)においてLldmlをリ
ーン側に更新しないもの(つまり図13において平均値
−SLL#が負の領域でDlldml=0としたもの)
である。
【0091】
【発明の効果】第1の発明は、運転条件の検出信号に基
づいて予め設定されているリーン運転領域かどうかを判
定する手段と、リーン運転領域を判断したときに空燃比
を理論空燃比よりも希薄な目標値に設定する手段と、エ
ンジンの安定度を検出する手段と、リーン運転時に安定
度検出手段の出力に対応して前記リーン運転領域での設
定空燃比の補正係数を算出する手段と、この補正係数に
基づいて前記リーン運転領域での設定空燃比を補正する
手段と、この補正された設定空燃比に基づいて燃料制御
を行う手段と、前記補正係数に対する所定のリッチ側リ
ミット値を前記運転条件の検出信号に応じて設定する手
段と、前記補正係数が前記リッチ側リミット値を越える
ときは前記補正係数を前記リッチ側リミット値に制限す
る手段とを設けたので、リーン運転領域でのどのような
運転条件でもリッチ側補正範囲が最大限に確保され、こ
れによってエンジンの性能劣化時にリーン運転領域での
いずれの運転条件でもそのときにNOx排出量が限界を
越えない最大のリッチ側補正範囲を使って、設定空燃比
をリッチ側に補正することができる。
【0092】第2の発明は、運転条件の検出信号に基づ
いて予め設定されているリーン運転領域かどうかを判定
する手段と、リーン運転領域を判断したときに空燃比を
理論空燃比よりも希薄な目標値に設定する手段と、エン
ジンの安定度を検出する手段と、リーン運転時に安定度
検出手段の出力に対応して前記リーン運転領域での設定
空燃比の補正係数を算出する手段と、この補正係数に基
づいて前記リーン運転領域での設定空燃比を補正する手
段と、この補正された設定空燃比に基づいて燃料制御を
行う56と、前記補正係数に対する所定のリーン側リミ
ット値を前記運転条件の検出信号に応じて設定する手段
と、前記補正係数が前記リーン側リミット値を下回ると
きは前記補正係数を前記リーン側リミット値に制限する
手段とを設けたので、リーン運転領域でのどのような運
転条件でもリーン側補正範囲が最大限に確保され、これ
によってリーン運転領域でのいずれの運転条件でもその
ときに安定度が限界を越えない最大のリーン側補正範囲
を使って、設定空燃比をリーン側に補正することができ
る。
【0093】第3の発明は、運転条件の検出信号に基づ
いて予め設定されているリーン運転領域かどうかを判定
する手段と、リーン運転領域を判断したときに空燃比を
理論空燃比よりも希薄な目標値に設定する手段と、エン
ジンの安定度を検出する手段と、リーン運転時に安定度
検出手段の出力に対応して前記リーン運転領域での設定
空燃比の補正係数を算出する手段と、この補正係数に基
づいて前記リーン運転領域での設定空燃比を補正する手
段と、この補正された設定空燃比に基づいて燃料制御を
行う手段と、前記補正係数に対する所定のリッチ側リミ
ット値とリーン側リミット値とを前記運転条件の検出信
号に応じてかつリッチ側リミット値よりもリーン側リミ
ット値を小さく設定する手段と、前記補正係数が前記リ
ッチ側リミット値を越えるときは前記補正係数を前記リ
ッチ側リミット値に、また前記補正係数が前記リーン側
リミット値を下回るときは前記補正係数を前記リーン側
リミット値に制限する手段とを設けたので、設定空燃比
およびNOx限界空燃比、安定度限界空燃比との余裕代
に応じた補正が可能となるとともに、リーン側には安定
度限界からの余裕代が大きくなり、安定度が大きく悪化
することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す構成図である。
【図2】180度ジョブの流れ図である。
【図3】回転変動の算出を説明するための流れ図であ
る。
【図4】フィードバック制御条件の判定を説明するため
の流れ図である。
【図5】安定化燃空比補正係数Lldmlの算出を説明
するための流れ図である。
【図6】10msecジョブの流れ図である。
【図7】バックグラウンドジョブの流れ図である。
【図8】リーン条件の判定を説明するための流れ図であ
る。
【図9】リーンマップの内容を示す特性図である。
【図10】非リーンマップの内容を示す特性図である。
【図11】フィードバック制御を行う領域と禁止する領
域とをともに示す領域図である。
【図12】所定のサンプル数Lのテーブル内容を示す特
性図である。
【図13】安定化燃空比補正係数Lldmlの更新量D
lldmlのテーブル内容を示す特性図である。
【図14】空燃比とNOx排出量、安定度の関係を示す
特性図である。
【図15】第1の発明の構成図(クレーム対応図)であ
る。
【図16】第2の発明の構成図(クレーム対応図)であ
る。
【図17】第3の発明の構成図(クレーム対応図)であ
る。
【符号の説明】
1 エンジン本体 2 コントロールユニット 3 酸素センサ 4 クランク角センサ 6 エアフローメータ 7 燃料噴射弁 51 リーン運転領域判定手段 52 空燃比目標値設定手段 53 安定度検出手段 54 補正係数算出手段 55 設定空燃比補正手段 56 燃料制御手段 57 リッチ側リミット値設定手段 58 制限手段 61 リーン側リミット値設定手段 62 制限手段 71 リミット値設定手段 72 制限手段

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】運転条件の検出信号に基づいて予め設定さ
    れているリーン運転領域かどうかを判定する手段と、 リーン運転領域を判断したときに空燃比を理論空燃比よ
    りも希薄な目標値に設定する手段と、 エンジンの安定度を検出する手段と、 リーン運転時に安定度検出手段の出力に対応して前記リ
    ーン運転領域での設定空燃比の補正係数を算出する手段
    と、 この補正係数に基づいて前記リーン運転領域での設定空
    燃比を補正する手段と、 この補正された設定空燃比に基づいて燃料制御を行う手
    段と、 前記補正係数に対する所定のリッチ側リミット値を前記
    運転条件の検出信号に応じて設定する手段と、 前記補正係数が前記リッチ側リミット値を越えるときは
    前記補正係数を前記リッチ側リミット値に制限する手段
    とを設けたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装
    置。
  2. 【請求項2】運転条件の検出信号に基づいて予め設定さ
    れているリーン運転領域かどうかを判定する手段と、 リーン運転領域を判断したときに空燃比を理論空燃比よ
    りも希薄な目標値に設定する手段と、 エンジンの安定度を検出する手段と、 リーン運転時に安定度検出手段の出力に対応して前記リ
    ーン運転領域での設定空燃比の補正係数を算出する手段
    と、 この補正係数に基づいて前記リーン運転領域での設定空
    燃比を補正する手段と、 この補正された設定空燃比に基づいて燃料制御を行う手
    段と、 前記補正係数に対する所定のリーン側リミット値を前記
    運転条件の検出信号に応じて設定する手段と、 前記補正係数が前記リーン側リミット値を下回るときは
    前記補正係数を前記リーン側リミット値に制限する手段
    とを設けたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装
    置。
  3. 【請求項3】運転条件の検出信号に基づいて予め設定さ
    れているリーン運転領域かどうかを判定する手段と、 リーン運転領域を判断したときに空燃比を理論空燃比よ
    りも希薄な目標値に設定する手段と、 エンジンの安定度を検出する手段と、 リーン運転時に安定度検出手段の出力に対応して前記リ
    ーン運転領域での設定空燃比の補正係数を算出する手段
    と、 この補正係数に基づいて前記リーン運転領域での設定空
    燃比を補正する手段と、 この補正された設定空燃比に基づいて燃料制御を行う手
    段と、 前記補正係数に対する所定のリッチ側リミット値とリー
    ン側リミット値とを前記運転条件の検出信号に応じてか
    つリッチ側リミット値よりもリーン側リミット値を小さ
    く設定する手段と、 前記補正係数が前記リッチ側リミット値を越えるときは
    前記補正係数を前記リッチ側リミット値に、また前記補
    正係数が前記リーン側リミット値を下回るときは前記補
    正係数を前記リーン側リミット値に制限する手段とを設
    けたことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
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