JP4494439B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明では、吸気通路と燃焼室とを連通・遮断すべく開閉する吸気バルブの最大リフト量及び作動角を可変として吸入空気量を調整するバルブリフト可変機構と、排気通路に設けられて排気中の酸素濃度に応じた信号を出力するセンサとを備える内燃機関に適用され、前記センサの出力と同出力における同機関の実空燃比を理論空燃比としたときの値である目標値との偏差に基づき増減するフィードバック補正値と、その増減するフィードバック補正値に基づき前記実空燃比の理論空燃比に対する定常的なずれに対応する値となるよう学習されるフィードバック学習値とを、内燃機関の燃料噴射量に反映させることにより、内燃機関の実空燃比を理論空燃比へと制御する内燃機関の空燃比制御装置において、前記フィードバック学習値を前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角に基づきそれらの大きさに対応した値となるよう可変とする学習値可変手段と、前記吸気通路に設けられて通常時に全開とされる一方で前記バルブリフト可変機構の駆動だけでは吸入空気量を減量しきれないときに全開よりも閉じ側に駆動されるスロットルバルブと、前記吸気通路内の圧力が前記スロットルバルブの全開時に対応する値未満であるとき、その圧力が低くなるほど前記フィードバック学習値を前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角の最大時に対応する値に近い値となるよう補正する学習値補正手段とを備えた。
図1に示されるエンジン1においては、その燃焼室2に繋がる吸気通路3にスロットルバルブ13が開閉可能に設けられており、同吸気通路3を通じて燃焼室2に空気が吸入されるとともに、燃料噴射弁4から噴射された燃料が同燃焼室2に供給される。この空気と燃料とからなる混合気に対し点火プラグ5による点火が行われると、同混合気が燃焼してピストン6が往復移動し、エンジン1の出力軸であるクランクシャフト7が回転する。
この空燃比制御装置は、エンジン1に関する各種制御を実行する電子制御装置21を備えている。電子制御装置21は、上記制御に係る各種演算処理を実行するCPU、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたROM、CPUの演算結果等が一時記憶されるRAM、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。
・自動車の運転者によって踏み込み操作されるアクセルペダル27の踏み込み量(アクセル踏込量)を検出するアクセルポジションセンサ28。
・吸気通路3を通じて燃焼室2に吸入される空気の量を検出するエアフローメータ32。
・クランクシャフト7の回転に対応する信号を出力し、エンジン回転速度の算出等に用いられるクランクポジションセンサ34。
電子制御装置21の出力ポートには、燃料噴射弁4、スロットルバルブ13、及び電動モータ15の駆動回路等が接続されている。
Q :指示噴射量
Qbase :基本燃料噴射量
DF :メインフィードバック補正値
MG(i):メインフィードバック学習値
ここで、基本燃料噴射量Qbaseは、理論空燃比の混合気を得るために必要な理論上の燃料噴射量であって、エアフローメータ32からの検出信号等に基づき求められるエンジン1の吸入空気量GA、及び、理論空燃比「14.7」に基づき、「Qbase=GA/14.7 …(3)」という式を用いて算出される値である。
メインフィードバック補正値DFは、燃料量偏差ΔQ、比例ゲインGp、燃料量偏差積算値ΣΔQ、及び、積分ゲインGiに基づき、以下の式(4)を用いて算出される。
DF :フィードバック補正値
ΔQ :燃料量偏差
Gp :比例ゲイン(負の値)
ΣΔQ:燃料量偏差積算値
Gi :積分ゲイン(負の値)
式(4)において、右辺の「ΔQ・Gp」という項は、実空燃比の理論空燃比からのずれ量に比例した大きさをとる比例項であって、そのずれ量に対応する分だけ燃料噴射量を増加又は減少させて実空燃比を理論空燃比に近づけるためのものである。
式(4)において、右辺の「ΣΔQ・Gi」という項は、上記比例項「ΔQ・Gp」による燃料噴射量の増減だけでは打ち消すことのできない実空燃比と理論空燃比との間の残留偏差を無くすための積分項であって、その残留偏差に対応する分だけ燃料噴射量を増加又は減少させて実空燃比と理論空燃比との一致を図るためのものである。
メインフィードバック学習値MG(i)は、基本燃料噴射量Qbaseに対するメインフィードバック補正値DFの割合であるフィードバック補正率が例えば1%以上であって、且つ、メインフィードバック補正値DFが安定しているときに更新される。具体的には、「MG(i)←最新のDF …(8)」という式に基づき、その時点でのメインフィードバック補正値DFをメインフィードバック学習値MG(i)とすることで、当該学習値MG(i)の更新が行われる。
VAF:空燃比センサの出力
VH :サブフィードバック補正値
SG :サブフィードバック学習値
サブフィードバック補正値VHは、触媒下流の酸素センサ18からの検出信号に応じて増減されるものである。このように増減するサブフィードバック補正値VHによるメインフィードバック補正値DFの補正を通じて、指示噴射量Qが増減され、これによりメインフィードバック制御の精度低下を抑制するサブフィードバック制御が実現される。なお、こうしたサブフィードバック制御の実行により、サブフィードバック補正値VHはメインフィードバック制御の精度低下を抑制する値へと変化するようになる。
サブフィードバック補正値VHは、電圧偏差ΔV、比例ゲインKp、電圧偏差積算値ΣΔV、積分ゲインKi、電圧微分値dV、及び、微分ゲインKdに基づき、以下の式(10)を用いて算出される。
VH :サブフィードバック補正値
ΔV :電圧偏差
Kp :比例ゲイン(負の値)
ΣΔV:電圧偏差積算値
Ki :積分ゲイン(負の値)
dV :電圧微分値
Kd :微分ゲイン(負の値)
式(10)において、右辺の「ΔV・Kp」という項は、触媒下流の酸素濃度についての実際の値と理論空燃比での燃焼が行われたときの値とのずれ量に比例した大きさをとる比例項であって、そのずれ量に対応する分だけメインフィードバック補正値DF(出力VAF)を増減させ、上記ずれ量を「0」に近づけるためのものである。
式(10)において、右辺の「ΣΔV・Ki」という項は、上記比例項「ΔV・Kp」によるメインフィードバック補正値DF(出力VAF)の増減だけでは打ち消すことのできない残留偏差、即ち触媒下流の酸素濃度についての実際の値と理論空燃比での燃焼が行われたときの値との間の残留偏差を無くすための積分項である。そして、この積分項「ΣΔV・Ki」は上記残留偏差に対応する値となり、その積分項「ΣΔV・Ki」の分だけメインフィードバック補正値DF(出力VAF)を増加又は減少させることで、触媒下流の酸素濃度についての実際の値と理論空燃比での燃焼が行われたときの値との一致が図られるようになる。
サブフィードバック学習値SGは、最新のサブフィードバック補正値VHに徐変処理を施して更新量SGKを算出し、この算出値に対し上限ガード及び下限ガードして得られる更新量SGKに基づき、「SG←前回のSG+SGK …(13)」という式を用いて更新される。つまり、上記ガード後の更新量SGKを前回のサブフィードバック学習値SGに加算することで、サブフィードバック学習値SGの更新が行われるようになる。
吸気バルブ9の最大リフト量(作動角)が図10の横軸で示されるその変化範囲全体のうちの任意の複数の値となるとき、例えば最大リフト量が最小値VLmin及び最大VLmaxになるとき、それぞれサブフィードバック学習値SGの学習を行う。そして、吸気バルブ9の最大リフト量を最小値VLminとしたときのサブフィードバック学習値SGを「A」として電子制御装置21のRAMに記憶し、吸気バルブ9の最大リフト量を最大値VLmaxとしたときのサブフィードバック学習値SGを「B」として上記RAMに記憶しておく。なお、吸気バルブ9の最大リフト量の上記変化範囲内での大きさについては、バルブリフト可変機構14を駆動するための電動モータ15の回転角を検出するための位置センサ35からの検出信号に基づき把握することが可能である。
SG :サブフィードバック学習値
VL :現時点での最大リフト量
VLmin:最大リフト量の最小値
VLmax:最大リフト量の最大値
A :最小値VLminでのサブフィードバック学習値
B :最大値VLmaxでのサブフィードバック学習値
K1 :換算係数
なお、この計算式での換算係数K1としては、最大リフト量VLの大きさに応じて可変とされる「1.0」以下の正の値が用いられる。同計算式を用いた求められたサブフィードバック学習値SGは、例えば図10に実線で示されるように最大リフト量VLの変化に対応して可変とされる。そして、このサブフィードバック学習値SGがメインフィードバック補正値DFに反映される。
(1)メインフィードバック補正値DFに反映されるサブフィードバック学習値SGに対し、吸気圧に基づいて同吸気圧がスロットルバルブ13の全開時に対応する値から低圧側に変化するほど、吸気バルブ9の最大リフト量及び作動角の最大時に対応する同学習値SG(図10の「B」)に近い値となるよう補正が加えられる。これにより、吸気圧が上記サブフィードバック学習値SGの学習時の値、すなわちスロットルバルブ13の全開時もしくはそれに近いときの値から低下したとき、同学習値SGを上記吸気圧の低下に伴い上記「B」に近づけることができ、同学習値SGが実空燃比と理論空燃比との定常的なずれに対応した値として不適切なものになることを抑制できる。従って、サブフィードバック学習値SGをメインフィードバック補正値DFに反映させて上記定常的なずれを補償する際、スロットルバルブ13が全開から閉じ側に駆動されて吸気圧が同学習値SGの学習時の値から低下したとしても、それに起因して上記補償を的確に行えなくなることを抑制できるようになる。また、上記補償を的確に行えないことによる排気エミッションの悪化も抑制できるようになる。
・吸気バルブ9の最大リフト量及び作動角が最大値寄りの値となるときにはサブフィードバック学習値の吸気圧に基づく補正を行わず、吸気バルブ9の最大リフト量及び作動角が最大値寄りの値となるとき以外の状況下に限ってサブフィードバック学習値SGの吸気圧に基づく補正を行うようにしてもよい。
例えば、吸気バルブ9の最大リフト量の変化範囲全体のうち最小値及び最大値以外の複数の値(三つ以上の値も可)となるとき、各値でのサブフィードバック学習値SGの学習を行い、それら学習値SGに基づき所定の計算式を用いて吸気バルブ9の最大リフト量の変化に応じて可変とされるサブフィードバック学習値SGを求めるようにしてもよい。
Claims (5)
- 吸気通路と燃焼室とを連通・遮断すべく開閉する吸気バルブの最大リフト量及び作動角を可変として吸入空気量を調整するバルブリフト可変機構と、排気通路に設けられて排気中の酸素濃度に応じた信号を出力するセンサとを備える内燃機関に適用され、前記センサの出力と同出力における同機関の実空燃比を理論空燃比としたときの値である目標値との偏差に基づき増減するフィードバック補正値と、その増減するフィードバック補正値に基づき前記実空燃比の理論空燃比に対する定常的なずれに対応する値となるよう学習されるフィードバック学習値とを、内燃機関の燃料噴射量に反映させることにより、内燃機関の実空燃比を理論空燃比へと制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
前記フィードバック学習値を前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角に基づきそれらの大きさに対応した値となるよう可変とする学習値可変手段と、
前記吸気通路に設けられて通常時に全開とされる一方で前記バルブリフト可変機構の駆動だけでは吸入空気量を減量しきれないときに全開よりも閉じ側に駆動されるスロットルバルブと、
前記吸気通路内の圧力が前記スロットルバルブの全開時に対応する値未満であるとき、その圧力が低くなるほど前記フィードバック学習値を前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角の最大時に対応する値に近い値となるよう補正する学習値補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記内燃機関は、複数の気筒を有するものであり、
前記センサは、前記気筒に各々繋がる排気通路の集合部分とそれよりも下流側の触媒との間に設けられたセンサ、及び前記触媒よりも下流側に設けられたセンサであり、
前記フィードバック補正値は、前記触媒よりも下流側のセンサの出力と前記目標値との偏差に基づき増減し、前記触媒よりも上流側のセンサの出力に基づき内燃機関の実空燃比を理論空燃比とするための燃料噴射量の補正値として算出されて同燃料噴射量の補正に用いられるメインフィードバック補正値に反映されるサブフィードバック補正値であり、
前記フィードバック学習値は、前記サブフィードバック補正値に基づき、前記触媒よりも上流側のセンサ及び同触媒に起因した実空燃比の理論空燃比に対する定常的なずれに対応する値となるよう学習されて前記メインフィードバック補正値に反映されるサブフィードバック学習値である
請求項1記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 請求項1又は2記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記吸気通路内の圧力が前記スロットルバルブの全開時に対応する値未満の大きさに設定された判定値以下であるときには、前記フィードバック学習値の学習を禁止する学習禁止手段を更に備える
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記判定値は、前記吸気通路内の圧力の低下に起因する前記フィードバック学習値の不適切な値への学習防止と、そのフィードバック学習値の適正な学習頻度の確保との両立を図り得る大きさに設定されている
請求項3記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記学習値補正手段は、前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角が最大値寄りの値となるときには前記吸気通路内の圧力に基づく前記フィードバック学習値の補正を行わず、前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角が最大値寄りの値となるとき以外の状況下で前記吸気通路内の圧力に基づく前記フィードバック学習値の補正を行う
請求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
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