JP2012219683A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】気筒別空燃比推定部43では、各気筒の燃焼ガスの空燃比センサでの検出性の差を考慮して、気筒毎に燃焼空燃比を入力として集合部流入空燃比(排気集合部における流入ガスの空燃比)を出力とするように設定した第1の排気系モデルと、集合部流入空燃比を入力として空燃比センサの検出値を出力とするように設定した第2の排気系モデルとを用い、第2の排気系モデルに基づいて設計した集合部流入空燃比推定部47で空燃比センサの検出値から集合部流入空燃比を推定し、第1の排気系モデルに基づいて設計した燃焼空燃比推定部48で集合部流入空燃比から各気筒の燃焼空燃を推定する。
【選択図】図3
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(k)=b1 ×u(k-1) +b2 ×u(k-2) −a1 ×ys(k-1)−a2 ×ys(k-2)
…(1)
ここで、ys は空燃比センサ36の検出値、uは集合部流入空燃比、a1 ,a2 ,b1 ,b2 は定数である。
−a1 ×ys(k-1)−a2 ×ys(k-2)−a3 ×ys(k-3)−a4 ×ys(k-4)
…(2)
ここで、a1 〜a4 ,b1 〜b4 は定数である。
X(k+1) =A・X(K) +B・u(k) +W(K) …(3a)
Y(k) =C・X(K) +D・u(k) …(3b)
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集合部流入空燃比、Wはノイズである。
X^(k+1|k)=A・X^(k|k-1)+L{Y(k) −C・X^(k|k-1)} …(4)
ここで、X^(エックスハット)は推定値としての集合部流入空燃比、L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。
yc(k)=bi ×ui(k-1)−ai ×yc(k-1) …(5)
ここで、yc は集合部流入空燃比、ui は各気筒の燃焼空燃比、ai ,bi は定数である。
Gi(z)=bi /(z−ai ) …(6)
ここで、Gi は第i気筒に対応するモデルであり、zは差分方程式を伝達関数表現に変換する一般的なz変換におけるサンプリング周期分の時間シフトを表す演算子である。
図5に示す気筒別空燃比制御メインルーチンは、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30℃A毎)に起動される。本ルーチンが起動されると、まず、101で、後述する図6の実行条件判定ルーチンを実行することで、実行フラグを「ON(オン)」にセットするか又は「OFF(オフ)」にリセットする。ここで、実行フラグのONは、気筒別空燃比推定及び気筒別空燃比制御の実行条件が成立していることを意味する。
図6に示す実行条件判定ルーチンは、前記図5の気筒別空燃比制御メインルーチンのステップ101で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ201で、空燃比センサ36が使用可能であるか否かを、例えば、空燃比センサ36が活性化していること、空燃比センサ36が正常である(フェイルしていない)こと等を全て満たすか否かによって判定し、空燃比センサ36が使用可能であると判定されれば、ステップ202に進み、エンジン11の冷却水温が所定値(例えば70℃)以上であるか否かを判定する。
図7に示す気筒別空燃比推定及び気筒別空燃比制御ルーチンは、前記図5の気筒別空燃比制御メインルーチンのステップ105で実行されるサブルーチンであり、基準クランク角度になる毎(気筒別空燃比推定及び気筒別空燃比制御の制御タイミングになる毎)に起動される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ301で、空燃比センサ36の検出値を読み込んだ後、ステップ302に進み、空燃比センサ36の検出値に基づいて集合部流入空燃比を推定し、この集合部流入空燃比に基づいて各気筒の気筒別空燃比(気筒別の燃焼空燃比)を推定する。気筒別空燃比の推定手法については既述の通りである。この際、検出空燃比(空燃比センサ36の検出値)に対してバンドパスフィルタ等の信号処理を施し、該信号処理後の検出空燃比に基づいて各気筒の気筒別空燃比を推定するようにしても良い。
以下、本実施例2でECU39が実行する図9乃至図11の各ルーチンの処理内容を説明する。
図9に示す気筒別空燃比推定及び気筒別空燃比制御ルーチンは、前記実施例1で説明した図7のルーチンに置き換えて実行される。尚、本実施例2で実行する図9のルーチンのステップ401〜404の処理は、図7のルーチンのステップ301〜304の処理と同じである。
図10に示す気筒別学習値更新ルーチンは、前記図9の気筒別空燃比推定及び気筒別空燃比制御ルーチンのステップ405で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ501で、所定の学習実行条件が成立しているか否かを、例えば、次の(1) 〜(3) の条件を全て満たすか否かによって判定する。
(2) 冷却水温が所定温度以上(例えばマイナス10℃以上)であること
(3) 空燃比変動量(空燃比センサ36の検出値の変動量)が所定値以下であり、空燃比安定条件が成立していること
上記(1) 〜(3) の条件を全て満たせば、学習実行条件が成立するが、上記(1) 〜(3) の条件のうちいずれか1つでも満たさない条件があれば、学習実行条件が不成立となる。
補正係数なまし値=前回のなまし値+K×(今回の補正係数−前回のなまし値)
図11に示す気筒別学習値反映ルーチンは、前記図9の気筒別空燃比推定及び気筒別空燃比制御ルーチンのステップ406で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ601で、その時のエンジン運転状態に基づいて学習反映値を算出する。このとき、学習反映値は、前記図13のように運転領域毎に記憶保持された気筒別学習値を用い、それら領域間の気筒別学習値の線形補間により求められる。学習反映値の求め方を図13を用いて説明する。
なおこのとき、FAF補正と学習補正とが干渉しないように、空燃比補正係数FAFを学習反映値FLRN分だけ減補正すると良い。
Claims (30)
- 内燃機関の複数の気筒の排出ガスが合流して流れる排気集合部に設置した排出ガスセンサの検出値に基づいて気筒別に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を備えた内燃機関の制御装置において、
前記気筒別空燃比推定手段は、
少なくとも1つの気筒毎に燃焼空燃比を入力として前記排気集合部における流入ガスの空燃比(以下「集合部流入空燃比」という)を出力とする第1の排気系モデルと、前記集合部流入空燃比を入力として前記排出ガスセンサの検出値を出力とする第2の排気系モデルとを用い、
前記排出ガスセンサの検出値と前記第2の排気系モデルとに基づいて前記集合部流入空燃比を推定する集合部流入空燃比推定手段と、
前記集合部流入空燃比推定手段で推定した集合部流入空燃比と前記第1の排気系モデルとに基づいて少なくとも1つの気筒毎に燃焼空燃比を推定する燃焼空燃比推定手段とを備え、
前記集合部流入空燃比推定手段及び前記燃焼空燃比推定手段により前記気筒別空燃比推定を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記第1の排気系モデルは、各気筒の燃焼ガスの前記排出ガスセンサでの検出性の差を考慮して、前記排出ガスセンサでの検出に寄与する集合部流入空燃比を出力するように構築されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記第2の排気系モデルは、前記集合部流入空燃比の履歴と前記排出ガスセンサの検出値の履歴にそれぞれ所定の重みを乗じて加算したものを前記排出ガスセンサの検出値として出力するように構築されてい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制御装置。
- 前記集合部流入空燃比推定手段は、前記第2の排気系モデルに基づくオブザーバにより前記集合部流入空燃比の推定を実施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制御装置。
- 前記燃焼空燃比推定手段は、前記第1の排気系モデルの逆モデルにより前記燃焼空燃比の推定を実施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制御装置。
- 前記気筒別空燃比推定手段は、内燃機関の運転条件に応じて前記第1の排気系モデルを設定し、内燃機関の運転条件に応じて前記集合部流入空燃比推定手段を変更す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制御装置。
- 前記気筒別空燃比推定手段は、前記排出ガスセンサの応答特性に応じて前記第1の排気系モデルを設定し、前記排出ガスセンサの応答特性に応じて前記集合部流入空燃比推定手段を変更す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制御装置。
- 前記燃焼空燃比推定手段による燃焼空燃比の推定精度を判定する推定精度判定手段を備え、
前記気筒別空燃比推定手段は、前記推定精度判定手段の判定結果に基づいて前記集合部流入空燃比推定手段と前記燃焼空燃比推定手段の少なくとも1つの内部パラメータを変更することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。 - 前記集合部流入空燃比推定手段は、内燃機関の所定の基準角度位置で前記排出ガスセンサの検出値に基づいて前記集合部流入空燃比を推定する演算を実行し、
前記気筒別空燃比推定手段は、少なくとも内燃機関の負荷に応じて前記基準角度位置を決定することを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。 - 前記燃焼空燃比推定手段は、内燃機関の気筒毎に所定の基準角度位置で前記集合部流入空燃比に基づいて前記燃焼空燃比を推定する演算を実行し、
前記気筒別空燃比推定手段は、少なくとも内燃機関の負荷に応じて前記基準角度位置を決定することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。 - 前記気筒別空燃比推定手段は、内燃機関の排気バルブの開弁時期に応じて前記基準角度位置を補正することを特徴とする請求項9又は10に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記気筒別空燃比推定手段は、前記排出ガスセンサの状態と内燃機関の運転状態のうちの少なくとも一方に基づいて前記気筒別空燃比推定の実行条件が成立しているか否かを判定し、該実行条件が成立しているときに前記気筒別空燃比推定を実行することを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記気筒別空燃比推定の実行条件として、内燃機関の燃料カット中でなく且つ該燃料カット終了から所定期間以内でないという条件を含むことを特徴とする請求項12に記載の内燃機関の制御装置。
- 内燃機関の気筒群毎又は気筒毎に前記気筒別空燃比推定手段を備えていることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記排出ガスセンサの検出値を目標値に一致させるよう各気筒の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御を実行する空燃比フィードバック制御手段と、
前記気筒別空燃比推定により推定された各気筒の気筒別空燃比に基づいて気筒毎に気筒間空燃比ばらつきを算出し、該気筒間空燃比ばらつきに基づいて気筒毎に気筒別補正値を算出して、該気筒別補正値を用いて気筒毎に空燃比制御量を補正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と
を備えていることを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。 - 前記気筒別空燃比制御手段は、前記気筒別空燃比推定により推定された全気筒の気筒別空燃比の平均値と気筒別空燃比との差から前記気筒間空燃比ばらつきを算出することを特徴とする請求項15に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記気筒別空燃比制御手段は、前記気筒別補正値の全気筒平均値を算出し、この全気筒平均値により各気筒の気筒別補正値を減算補正することを特徴とする請求項15又は16に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記気筒別空燃比制御手段は、所定条件下で前記気筒別空燃比推定が許可された場合又は前記気筒別空燃比推定が許可されてから所定期間が経過した場合に前記気筒別空燃比制御を許可することを特徴とする請求項15乃至17のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記排出ガスセンサの検出値を目標値に一致させるよう各気筒の空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御を実行する空燃比フィードバック制御手段と、
前記気筒別空燃比推定により推定された各気筒の気筒別空燃比に基づいて気筒毎に気筒間空燃比ばらつきを算出し、該気筒間空燃比ばらつきに基づいて前記空燃比フィードバック制御のフィードバックゲインを変化させる手段と
を備えていることを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。 - 前記気筒別空燃比制御の実行中に、前記気筒別補正値に基づいて気筒毎に気筒別学習値を算出し、該気筒別学習値をバックアップ用メモリに記憶する気筒別学習手段を備えていることを特徴とする請求項15乃至18のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記気筒別学習手段は、内燃機関の運転領域を複数に区分し、該区分した運転領域毎に前記気筒別学習値を算出して前記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20に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記気筒別学習手段は、前記気筒別補正値が所定値以上である場合にのみ前記気筒別学習値を更新することを特徴とする請求項20又は21に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記所定値は、前記気筒別空燃比推定により推定された全気筒の気筒別空燃比の平均値と気筒別空燃比との差が空気過剰率(λ)で0.01以上となる場合の相当値に設定されていることを特徴とする請求項22に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記気筒別学習手段は、その都度の前記気筒別補正値に応じて前記気筒別学習値の1回当たりの更新幅を決定し、該更新幅だけ前記気筒別学習値を更新することを特徴とする請求項22又は23に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記気筒別学習手段は、前記気筒別学習値の更新周期を前記気筒別補正値の算出周期よりも長くすることを特徴とする請求項20乃至24のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 各気筒に対する燃料噴射の都度、前記バックアップ用メモリに記憶された気筒別学習値を前記気筒別空燃比制御に反映させる学習値反映手段を備えていることを特徴とする請求項20乃至25のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記気筒別学習手段は、内燃機関の運転領域において学習実行領域と学習非実行領域とを予め設定しておき、
前記学習値反映手段は、前記学習非実行領域では前記学習実行領域内で最も前記学習非実行領域寄りの気筒別学習値を前記気筒別空燃比制御に反映させることを特徴とする請求項26に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記気筒別空燃比制御の実行条件が満たされない場合に、前記気筒別学習値の更新を禁止する手段を備えていることを特徴とする請求項20乃至27のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記排出ガスセンサの検出値の変動量が所定の許容レベルを超えている場合に、前記気筒別学習値の更新を禁止する手段を備えていることを特徴とする請求項20乃至28のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記気筒別空燃比制御手段は、内燃機関の気筒毎に所定の基準角度位置で前記気筒別補正値の演算を実行し、少なくとも内燃機関の負荷に応じて前記基準角度位置を決定することを特徴とする請求項15乃至29のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
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