JP3014541B2 - 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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JP3014541B2 JP4162334A JP16233492A JP3014541B2 JP 3014541 B2 JP3014541 B2 JP 3014541B2 JP 4162334 A JP4162334 A JP 4162334A JP 16233492 A JP16233492 A JP 16233492A JP 3014541 B2 JP3014541 B2 JP 3014541B2
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

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
ストイキ制御領域とリーンバーン制御領域とのいずれで
あるかを検出し、ストイキ制御領域を検出した際には空
燃比を理論空燃比とするべく燃料噴射量制御を行い、リ
ーンバーン制御領域を検出した際には空燃比を理論空燃
比よりリーン側に設定した目標空燃比とするべく比例定
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
PID制御による燃料噴射量制御を行う内燃機関の空
燃比制御方法であって、ストイキ制御領域において理論
空燃比による制御中に運転状態がリーンバーン制御領域
に移行したことを検出した場合に積分定数に所定値を代
入してからPID制御を開始しリーンバーン制御領域
において目標空燃比による制御中に運転状態がストイキ
制御領域に移行したことを検出した場合に積分定数を初
期化してからPID制御を実行した後理論空燃比による
制御を開始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、ストイキ制御
領域におけるフィードバック制御からリーンバーン制御
領域におけるPID制御に移行する場合には、積分定数
に所定値を代入してPID制御を開始し、PID制御か
らフィードバック制御に移行する場合には、積分定数を
初期化してからストイキ制御に移行するので、補正され
た燃料噴射量は、それぞれ目標空燃比及び理論空燃比に
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、移行時点から短時間の内
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
間に理論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O2 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、検出した運転状態がストイキ制御領域と
リーンバーン制御領域とのいずれであるかを検出し、ス
トイキ制御領域を検出した際には空燃比を理論空燃比と
するべく燃料噴射量制御を行い、リーンバーン制御領域
を検出した際には空燃比を理論空燃比よりリーン側に設
定した目標空燃比とするべく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PID制御による
燃料噴射量制御を行う内燃機関の空燃比制御方法であっ
て、ストイキ制御領域において理論空燃比による制御中
に運転状態がリーンバーン制御領域に移行したことを検
出した場合に積分定数に所定値を代入してからPID制
御を開始しリーンバーン制御領域において目標空燃比
による制御中に運転状態がストイキ制御領域に移行した
ことを検出した場合に積分定数を初期化してからPID
制御を実行した後理論空燃比による制御を開始するよう
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論空燃比近傍になるよ
うにするストイキ制御領域におけ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5
2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バーン制御領域における
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
52では、その時点の運転状態が、リーンバーン制御
域でPID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=0 ΣX DAF(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=0 ΣX DAF(n) ……(3) DDAF(n)=0 ……(4) となることから、n-0 ΣX DAF(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運転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=2
5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、NO
x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、
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、目標空燃比及び理論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、空燃比補正係数FLAFの積分定数DAFTOTA
Lに所定値Iを代入して、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の値に関係なくつまり空燃比補正係数FLAF
をクリアして理論空燃比で制御している場合の空燃比補
正係数FLAF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、空燃比が理論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)

    (57)【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
    転状態がストイキ制御領域とリーンバーン制御領域との
    いずれであるかを検出し、ストイキ制御領域を検出した
    際には空燃比を理論空燃比とするべく燃料噴射量制御を
    行い、リーンバーン制御領域を検出した際には空燃比を
    理論空燃比よりリーン側に設定した目標空燃比とするべ
    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PID制御による燃料噴射量制御を行う内燃
    機関の空燃比制御方法であって、ストイキ制御領域において理論空燃比による制御中に運
    転状態がリーンバーン制御領域に移行したことを検出し
    た場合に積分定数に所定値を代入してからPID制御を
    開始しリーンバーン制御領域において目標空燃比による制御中
    に運転状態がストイキ制御領域に移行したことを検出し
    た場合に積分定数を初期化してからPID制御を実行し
    た後理論空燃比による制御を開始する ことを特徴とする
    内燃機関の空燃比制御方法。
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