JP2759917B2 - 内燃エンジンの空燃比制御方法 - Google Patents

内燃エンジンの空燃比制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は内燃エンジンの空燃比制御方法に関し、特に
排気ガス濃度に略比例する出力特性を備えた排気濃度セ
ンサを用いてエンジンに供給する混合気の空燃比を目標
空燃比にフィードバック制御する空燃比制御方法に関す
る。
(従来の技術) 排気ガス濃度に略比例する出力特性を有する排気濃度
センサを用いて、エンジンに供給する混合気の空燃比
(以下「供給空燃比」という)を目標空燃比にフィード
バック制御する空燃比制御方法において、排気濃度セン
サによって検出した空燃比と目標空燃比との偏差に応じ
た比例項(P項)、積分項(I項)及び微分項(D項)
を算出し、これらのPID項によって供給空燃比をフィー
ドバック制御するようにしたものが従来提案されている
(特開昭62−251443号公報)。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記提案の手法によればエンジンの加
速運転開始直後や失火が発生したような場合には、検出
空燃比と供給空燃比との偏差が大きくなり、PID項が過
大となって供給空燃比がハンチングをおこすという問題
が発生していた。即ち、例えば失火が発生した場合に
は、検出空燃比は大きくリッチ方向に変化するため、PI
D項は供給空燃比を大きくリーン方向へ変化させるよう
な値となる。ところが、実際は失火のためにみかけ上供
給空燃比が目標空燃比から大きくずれただけであるの
で、PID項が供給空燃比をリーン方向へ大きく変化させ
るような値となることによって、実際の供給空燃比が目
標空燃比から大きくリーン方向へずれるという結果を招
来する。
本発明は上述の点に鑑みなされたものであり、PID項
によるフィードバック制御を適切に行い、加速初期や失
火発生時のように検出空燃比が大きく変動するような場
合であっても、供給空燃比が大きく変動して運転性ある
いは排ガス特性が悪化することを防止し得る空燃比制御
方法を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため本発明は、内燃エンジンの排
気系に設けられ、排気ガス濃度に略比例する出力特性を
備えた排気濃度センサを用いて検出した空燃比と目標空
燃比との偏差に応じて比例項、積分項及び微分項を算出
し、該算出した比例項、積分項及び微分項によって前記
エンジンに供給する混合気の空燃比をフィードバック制
御する内燃エンジンの空燃比制御方法において、前記偏
差が所定値より大きいときには、前記比例項及び微分項
による帰還を停止するとともに、前記積分項を前回値に
保持するようにしたものである。
(実施例) 以下本発明の実施例を添付図面に基づいて詳述する。
第1図は本発明の制御方法が適用される制御装置の全
体の構成図であり、エンジン1の吸気管2の途中にはス
ロットボディ3が設けられ、その内部にはスロット弁
3′が配されている。スロットル弁3′にはスロットル
弁開度(θTH)センサ4が連結されており、当該スロッ
トル弁3の開度に応じた電気信号を出力して電子コント
ロールユニット(以下「ECU」という)5に供給する。
燃料噴射弁6はエンジン1とスロットル弁3との間且
つ吸気管2の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎
に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに
接続されていると共にECUに電気的に接続されて当該ECU
5からの信号により燃料噴射の開弁時間が制御される。
一方、スロットル弁3の直ぐ下流には管7を介して吸
気管内絶対圧(PBA)センサ8が設けられており、この
絶対圧センサ8により電気信号に変換された絶対圧信号
は前記ECU5に供給される。また、その下流には吸気温
(TA)センサ9が取付けられており、吸気温TAを検出し
て対応する電気信号を出力してECU5に供給する。
エンジン1の本体に装着されたエンジン水温(TW)セ
ンサ10はサーミスタ等から成り、エンジン水温(冷却水
温)TWを検出して対応する温度信号を出力してECU5に供
給する。エンジン回転数(NE)センサ11及び気筒判別
(CYL)センサ12はエンジン1の図示しないカム軸周囲
又はクランク軸周囲に取付けられている。エンジン回転
数センサ11はエンジン1のクランク軸の180度回転毎に
所定のクランク角度位置でパルス(以下「TDC信号パル
ス」という)を出力し、気筒判別センサ12は特定の気筒
の所定のクランク角度位置で信号パルスを出力するもの
であり、これらの各信号パルスはECU5に供給される。
三元触媒14はエンジン1の排気管13に配置されてお
り、排気ガス中のHC,CO,NOx等の成分の浄化を行う。排
気濃度センサとしての酸素濃度センサ(以下「LAFセン
サ」という)15は排気管13の三元触媒14の上流側に装着
されており、排気ガス中の酸素濃度に略比例するレベル
の電気信号を出力しECU5に供給する。
ECU5は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧
レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタ
ル信号値に変換する等の機能を有する入力回路5a、中央
演算処理回路(以下「CPU」という)5b、CPU5bで実行さ
れる各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶
手段5c、前記燃料噴射弁6に駆動信号を供給する出力回
路5d等から構成される。
CPU5bは上述の各種エンジンパラメータ信号に基づい
て、排気ガス中の酸素濃度に応じたフィードバック制御
運転領域やオープンループ制御運転領域等の種々のエン
ジン運転状態を判別するとともに、エンジン運転状態に
応じ、次式(1)に基づき、前記TDC信号パルスに同期
する燃料噴射弁6の燃料噴射時間TOUTを演算する。
TOUT=Ti×KCMDM×KLAF×K1+K2 ……(1) ここに、Tiは基本燃料量、具体的にはエンジン回転数
NEと吸気管内絶対圧PBAとに応じて決定される基本燃料
噴射時間であり、このTi値を決定するためのTiマップが
記憶手段5cに記憶されている。
KCMDMは、修正目標空燃比係数であり、エンジン運転
状態に応じて設定され、目標空燃比を表わす目標空燃比
係数KCMDに燃料冷却補正係数KETVを乗算することによっ
て算出される。補正係数KETVは、燃料を実際に噴射する
ことによる冷却効果によって供給空燃比が変化すること
を考慮して燃料噴射量を予め補正するための係数であ
り、目標空燃比係数KCMDの値に応じて設定される。な
お、前記式(1)から明らかなように、目標空燃比係数
KCMDが増加すれば燃料噴射時間TOUTは増加するので、KC
MD値及びKCMDM値はいわゆる空燃比A/Fの逆数に比例する
値となる。
KLAFは、後述する第2図のプログラムにより算出され
る空燃比補正係数であり、空燃比フィードバック制御中
はLAFセンサ15によって検出された空燃比が目標空燃比
に一致するように設定され、オープンループ制御中はエ
ンジン運転状態に応じた所定値に設定される。
K1及びK2は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて
演算される他の補正係数及び補正変数であり、エンジン
運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特
性の最適化が図られるような値に設定される。
CPU5bは上述のようにして算出した結果に基づいて、
燃料噴射弁6を駆動する信号を、出力回路5dを介して出
力する。
第2図は前記空燃比補正係数KLAFを算出するプログラ
ムのフローチャートであり、本プログラムはTDC信号の
発生毎にこれと同期して実行される。
ステップS21では、排気ガスの到達遅れをTDC信号の発
生回数で示す遅れTDC変数PTDCを吸気管内絶対圧PBAに応
じて設定されたPTDCテーブルから読み出す。PTDCテーブ
ルは、第3図に示すように所定圧PBPTDC1,2に対して所
定回数PTDC1,2が設定されたものであり、設定点以外は
補間によってPTDC値が算出される。このPTDCテーブル
は、エンジンに供給された混合気がLAFセンサ15に到達
するまでの遅れが、吸気管内圧力に応じて変化すること
に着目して設定されており、吸気管内絶対圧PBAが高い
ほど到達遅れが小さいことを示している。
ステップS22では、空燃比フィードバック制御実行中
値1に設定されるフラグFLAFFBがTDC信号の前回発生時
(本プログラムの前回実行時)に値1であったか否かと
判別し、その答が肯定(YES)のときには直ちにステッ
プS24に進み、否定(NO)のときには、LAFセンサ15によ
って検出された空燃比を示す当量比(以下炭に「検出空
燃比」という)と目標空燃比KCMDとの偏差の前回算出値
DKAF(N-1)を値0とするとともに、P回前の目標空燃比
係数KCMD(N-P)を検出空燃比の今回値KACT(N)に設定して
(ステップS23)、ステップS24に進む。ここで「P」は
前記ステップS21で算出したPTDC値に等しい。
ステップS24では、P回前の目標空燃比係数KCMD(N-P)
から検出空燃比の今回値KACT(N)を減算することによっ
て、前記偏差の今回値DKAF(N)を算出する。ステップS23
を経由して本ステップに至ったときにはKCMD(N-P)=KAC
T(N)であるから、DKAF(N)=0となる。
ステップS25では、間引きTDC変数NITDCが値0である
か否かを判別し、その答が否定(NO)のときには、NITD
Cを値1だけデクリメントして(ステップS26)、本プロ
グラムを終了する。間引きTDC変数NITDCは、TDC信号が
エンジン運転状態に応じて設定された間引き数NIだけ発
生する毎に空燃比係数KLAFの更新を行うための変数であ
り、ステップS25の答が肯定(YES)、即ちNITDC=0の
ときには、ステップS27以下に進んでKLAF値の更新を行
う。
ステップS27では、比例項(P項)係数KP、積分項
(I項)係数KI、微分項(D項)係数KD及び前記間引き
数NIの算出を行う。KP,KI,KD及びNIは、エンジン回転数
NE,吸気管内絶対圧PBA等によって決定される複数のエン
ジン運転領域毎に所定の値に設定されるものであり、検
出したエンジン運転状態に対応する値が読み出される。
ステップS28では、ステップS24で算出した偏差の今回
値DKAF(N)の絶対値が所定値DKPIDより大きいか否かを判
定し、その答が否定(NO)、即ち|DKAF(N)|≦DKPIDのと
きには、直ちにステップS30に進む一方、その答が肯定
(YES)、即ち|DKAF(N)|>DKPIDのときには、偏差の前
回値DKAF(N-1)及び今回値DKAF(N)をともに値0として
(ステップS29)、ステップS30に進む。ステップS30で
は、次式(2)〜(4)によってP項KLAFP,I項KLAFI及
びD項KLAFDを算出する。
KLAFP=DKAF(N)×KP ……(2) KLAFI=KLAFI+DKAF(N)×KI ……(3) KLAFD=(DKAF(N)−DKAF(N-1))×KD ……(4) 従って、前記ステップS28の答が肯定(YES)であっ
て、|DKAF(N)|>DKPIDが成立するときには、DKAF(N)
びDKAF(N-1)がいずれも値0とされるので、KLAFP=KLAF
D=0、KLAFI=KLAFIとなる。即ち、P項及びD項によ
るフィードバック制御は停止され、I項は前回値に保持
される。
これにより、加速初期や失火発生時のような検出空燃
比KACTが大きく変動するような場合には、|DKAF(N)|>D
KPIDとなって、P項及びD項によるフィードバック制御
は停止されるとともに、I項が前回値保持されるので、
供給空燃比が大きく変動して運転性あるいは排ガス特性
が悪化することを防止することができる。
ステップS31〜S34ではI項KLAFIのリミットチェック
を行う。即ち、KLAFI値と所定上下限値LAFIH,LAFILとの
大小関係を比較し(ステップS31,S32)、その結果KLAFI
項が上限値LAFIHを越えるときにはその上限値に設定し
(ステップS33)、下限値LAFIより小さいときには、そ
の下限値に設定する(ステップS34)。
ステップS35では、PID項KLAFP,KLAFI,KLAFDを加算す
ることによって空燃比補正係数KLAFを算出し、次いで偏
差の今回算出値DKAF(N)を前回値DKAF(N-1)とし(ステッ
プS36)、さらに間引き変数NITDCを前記ステップS27で
算出した間引き数NIに設定して(ステップS37)、本プ
ログラムを終了する。
(発明の効果) 以上詳述したように本発明によれば、検出した空燃比
と目標空燃比との偏差が所定値より大きいときには、比
例項及び微分項による帰還が停止されるとともに、積分
項が前回値に保持されるので、加速初期や失火発生時等
のように検出空燃比が大きく変動するような場合であっ
ても、供給空燃比が大きく変動して運転性あるいは排ガ
ス特性が悪化することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の制御方法を適用する燃料供給制御装置
の全体構成図、第2図は空燃比補正係数KLAFを算出する
プログラムのフローチャート、第3図は排気ガス遅れTD
C変数(PTDC)を算出するためのテーブルを示す図であ
る。 1……内燃エンジン、5……電子コントロールユニット
(ECU)、6……燃料噴射弁、15……排気濃度センサ
(酸素濃度センサ)。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃エンジンの排気系に設けられ、排気ガ
    ス濃度に略比例する出力特性を備えた排気濃度センサを
    用いて検出した空燃比と目標空燃比との偏差に応じて比
    例項、積分項及び微分項を算出し、該算出した比例項、
    積分項及び微分項によって前記エンジンに供給する混合
    気の空燃比をフィードバック制御する内燃エンジンの空
    燃比制御方法において、前記偏差が所定値より大きいと
    きには、前記比例項及び微分項による帰還を停止すると
    ともに、前記積分項を前回値に保持することを特徴とす
    る内燃エンジンの空燃比制御方法。
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