JP4518363B2

JP4518363B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP4518363B2
Application number: JP2001181225A
Authority: JP
Inventors: 秀行沖; 浩一吉木; 高志磯部; 哲也大野; 康次郎堤; 幸生宮下
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: JP2002371890A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に空燃比の急変によるショックを防止するための適切なフィードバック制御を行う空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の空燃比制御においては、内燃機関の排気系に配置される空燃比センサの出力に応じて内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御し、目標空燃比に維持することによって良好な排気特性を確保している。
【０００３】
しかし、空燃比センサの出力の急変に追従させて空燃比フィードバック係数を変化させると、出力の急変によるショック（空燃比ショック）が発生してドライバビリティを低減させるおそれがある。そこで、フィードバック係数にリミットを設け、フィードバック係数がリミット値を超えて変化することがないようにして、空燃比ショックを防止する方法が従来より知られている。
【０００４】
また、特公平7-117000号公報には、内燃エンジンの運転時に燃料タンク内の気化燃料が供給される空燃比フィードバック制御において、排気ガス濃度検出器の異常出力時における空燃比の過補正を防止するために、空燃比補正係数のリミットを燃料タンク内圧が大きいほど拡大する方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術においては、フィードバック係数を更新して燃料噴射量を修正すればさらに排気ガス特性の向上が見込まれるにも関わらず、ドライバビリティの要求からフィードバック係数の更新を実際のフィードバック限界よりも狭い範囲（すなわちリミット値）で止めてしまうため、それ以上の排気ガス特性の向上が望めなくなる。この課題に対処するために、例えば特公平7-117000号公報のリミット値を拡大する方法を適用したとしても、空燃比補正係数のリミットを単に拡大するだけでは排気ガス特性は改善されるが空燃比ショックを防止することはできない。
【０００６】
従って本発明の目的は、空燃比ショック防止によるドライバビリティの維持と排気特性の改善とを両立することのできる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は一形態において、内燃機関の排気系に設けられた空燃比センサの出力に基づいてフィードバック制御の補正係数を算出する空燃比フィードバック制御係数算出手段と、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を前記補正係数に基づいてフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、を有する内燃機関の空燃比制御装置において、前記補正係数が所定の上限しきい値または下限しきい値に到達したときに、前記補正係数のフィードバックゲインを調整するフィードバックゲイン調整手段をさらに有する内燃機関の空燃比制御装置を提供する。
【０００８】
この形態によると、空燃比フィードバック制御において、フィードバック補正係数が空燃比ショック防止のために設けられたしきい値に達した場合においても、フィードバックゲインを設定し直すフィードバックゲイン調整手段を備えることによってフィードバック補正係数の更新を止めることなく空燃比フィードバックを継続するので、空燃比の追従性を悪化させることなく排気特性を改善することができると共に、空燃比ショックを防止することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態の空燃比制御装置を備えた内燃機関（以下エンジンと言う）全体の構成を示す図である。
【００１０】
エンジン1へ通ずる吸気管2の途中にはスロットル弁3が配置されている。スロットル弁3にはスロットル弁開度(TH)センサ4が連結されており、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と言う）5に供給する。ＥＣＵ5の構成については後述する。
【００１１】
吸気管2のエンジン1とスロットル弁3との間には燃料噴射弁6が設けられている。燃料噴射弁6はＥＣＵ5に電気的に接続されており、ＥＣＵ5からの信号により燃料噴射の開弁時間が制御される。噴射された燃料は吸気管2からの空気と混合され混合気となり、エンジン1に供給される。
【００１２】
スロットル弁3の下流には吸気管内絶対圧(PBA)センサ7が取り付けられており、絶対圧を検出してＥＣＵ5に電気信号として供給する。
【００１３】
エンジン1にはエンジン冷却水温(TW)センサ10が設けられる。このTWセンサ10はサーミスタ等からなり、冷却水が充満したエンジン気筒周壁内に装着されて、その検出水温信号をＥＣＵ5に供給する。
【００１４】
エンジン1にはさらにエンジン回転数(NE)センサ11及び気筒判定(CYL)センサ12が取り付けられている。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パルス信号と言う)を出力し、気筒判定センサ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。両パルスはＥＣＵ5に供給される。
【００１５】
触媒コンバータ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。触媒コンバータ14の上流側の排気管には、空燃比センサとして酸素濃度センサ15（以下O2センサと言う）が設けられている。このO2センサ15は排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出値に応じた電気信号を出力し、ＥＣＵ5に供給する。
【００１６】
ＥＣＵ5はコンピュータで構成されており、プログラム及びデータを格納するＲＯＭ、実行時に必要なプログラム及びデータを記憶して演算作業領域を提供するＲＡＭ、プログラムを実行するＣＰＵ、各種のセンサからの入力信号を処理する入力インターフェース、及びバルブ等に制御信号を送る駆動回路を有する。前述の各センサからの信号は入力インターフェースにより受信され、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って処理される。図１では、このようなハードウェア構成を踏まえてＥＣＵ5を機能ブロックで示してある。
【００１７】
ＥＣＵ5は、運転状態検出部21、フィードバック補正係数算出部22、補正係数判定部23、フィードバックゲイン調整部24、及びフィードバック制御部25の各機能ブロックを含む。
【００１８】
運転状態検出部21は、各センサ信号の出力に基づいてエンジン1の各種の運転状態を判断する。
【００１９】
フィードバック補正係数算出部22は、エンジン水温、エンジン回転数、エンジンの負荷状態、O2センサの活性状態等の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、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共に、図２を参照して後述するKO2算出サブルーチンによりフィードバック補正係数KO2を算出する。
【００２０】
補正係数判定部23は、算出された補正係数KO2が所定のしきい値を超えたか否かを判断する。しきい値を超えていない場合は、補正係数KO2はフィードバック制御部25に送られる。しきい値を超えている場合は、フィードバックゲイン調整部24に制御が渡される。
【００２１】
フィードバックゲイン調整部24は、フィードバックゲインとして通常より小さいゲインを用いて補正係数KO2を算出し直す。
【００２２】
フィードバック制御部25は、補正係数判定部23またはフィードバックゲイン調整部24から補正係数KO2を受け取り、前記TDC信号パルスに同期して、燃料噴射弁6の燃料噴射時間Toutを次式により算出する。
【００２３】
【数１】
Tout=Ti×KO2×K1＋K2 （1）
【００２４】
ここでTiは基本燃料噴射時間であり、例えばエンジン回転数NEと吸気管内絶対圧PBAとに応じて所定のTiマップを検索することによって決定される。またK1及びK2は、それぞれ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や、エンジン加速性能等の諸特性の最適化が図られるような値に設定される。フィードバック制御部25は、算出したTOUTに基づいて燃料噴射弁6を開弁させる駆動信号を燃料噴射弁6に供給する。
【００２５】
図２はフィードバック補正係数KO2の算出サブルーチンのフローチャートを示す。このサブルーチンはTDC信号パルスの発生毎に、これと同期して実行される。
【００２６】
初めにステップ201において、O2センサ15の活性化が完了しているか否かを判定する。具体的には、O2センサ15の内部抵抗検知方式によってO2センサ15の出力電圧が活性化開始点Vx（例えば0.6V）に至ったか否かを検知し、Vxに至ったとき活性化されていると判定する。ステップ201の判定がNOの場合、すなわちO2センサ15の活性化が完了していないときは、ステップ202においてKO2を1.0に設定して、本プロセスを終了する。ステップ201の判定がYESの場合、すなわち活性化が完了している場合は、ステップ203においてエンジン1がオープンループ制御運転領域で運転されているか否かを判定する。このオープンループ制御運転領域は、内燃エンジンの全負荷域、低回転数域、高回転数域、及び混合気リーン化域等のことを指す。オープン制御運転領域で運転されている場合は、ステップ202へ進み、KO2を1.0に設定して本プロセスを終了する。
【００２７】
ステップ203においてエンジン1の運転状態がフィードバック制御運転領域にあると判定された場合は、フィードバック制御を実行する。この場合はステップ204に進み、O2センサ15の出力レベルが反転したか否かを判定する。YESの場合、すなわちO2センサの出力レベルが反転したときには、後続するステップにより比例制御（Ｐ項制御）を行う。
【００２８】
まずステップ205において、O2センサ15の出力レベルがローレベル(LOW)であるか否かを判定し、ローレベルにあるときにはＥＣＵ5内のメモリ（図示せず）に記憶されたNE-tPRテーブルを検索して、エンジン回転数NEに応じた所定時間ｔPRを求める(206)。この所定時間tPRは、後述する第２の補正値PRの適用周期を全エンジン回転域にわたって一定に保つためのものであり、従ってエンジン回転数NEが大きいほど小さい値に設定される。
【００２９】
次に第２の補正値PRの前回の適用時から所定時間tPRが経過したか否かを判定する(207)。ステップ207の判定がYESの場合、つまりtPRが経過したときにはメモリに記憶されたNE−PRテーブルよりエンジン回転数NEに応じた第２の補正値PR(208)を求める。ステップ207の判定がNOの場合、つまり所定時間tPRが経過していないときには、NE-PRテーブルとは別個にメモリに記憶されているNE−Pテーブルを検索して、エンジン回転数NEに応じた第1の補正値Pを求める(209)。この第１の補正値Pは前記第２の補正値PRより小さい値に設定されている。
【００３０】
次に、補正係数KO2に、比例項フィードバックゲインPi、すなわち第１の補正値Pまたは第２の補正値PRを加算して、補正係数KO2を算出する(210)。
【００３１】
ステップ205において、O2センサ15の出力がLOWでない場合は、ステップ209と同様にNE-Pテーブルからエンジン回転数NEに応じた第１の補正値Pを求め(211)、補正係数KO2から補正値（比例項フィードバックゲイン）Pを減算して補正係数KO2を算出する(212)。
【００３２】
ステップ213において、算出された補正係数KO2が所定の上限値KO2PHを超えているか否かが判定される。超えている場合は、KO2は上限値に設定される(214)。上限値以下である場合は、続いて所定の下限値KO2PLを下回っているか否かが判定される(215)。下回っている場合は、KO2は下限値に設定される(216)。下限値以上であれは、KO2はそのままの値にされる。このように、比例制御においては補正係数KO2はリミットチェックを受ける。
【００３３】
続いてステップ217において、ステップ210若しくは212で算出された、またはステップ214若しくは216でそれぞれ上下限値に設定された補正係数KO2の値を使用して、次式によってKO2の平均値KREFを算出し、図示しないメモリに記憶してこのプロセスを終了する。この平均値KREFは、図示しないKREF算出サブルーチンに基づき、フィードバック制御運転領域のうち今回のループが該当する運転領域毎に算出される。
【００３４】
【数２】
KREFn＝Cn×KO2P＋（1-Cn）×KREFn’
ここで、値KO2Pは比例項（Ｐ項）動作直前または直後のKO2の値、Cnは各運転領域毎に実験により適当な値に設定される変数（但し0＜Cn＜1）であり、KREFn’は今回のループが該当する運転領域において前回までに得られたKO2Pの平均値である。
【００３５】
変数Cnの値によって各Ｐ項動作時のKO2PのKREFnに対する割合が変化し、すなわち平均値KREFnの算出速度が変化するので、対象とする空燃比フィードバック装置及びエンジン等の仕様に応じてこのCn値を適切な値に設定することにより、最適なKREFnを得ることができる。
【００３６】
再び図２を参照して、ステップ204で判定の結果がNO、すなわちO2センサ15の出力レベルが反転していないときは、ステップ218以降において積分制御（Ｉ項制御）を実行することになる。まず、ステップ205と同様に、O2センサ15の出力レベルがローレベル（LOW）であるか否かを判定する(218)。ステップ218の判定がYESの場合、すなわちO2センサ15の出力レベルがローレベルのときは、TDC信号パルスをカウントし(219)、そのカウント数NILが所定値NIに達したか否かを判定する（220）。
【００３７】
ステップ220でNOの場合は、補正係数KO2をその直前の値に保持する（221）。YESの場合には、補正係数KO2に所定の積分項フィードバックゲインΔkを加算して新たな補正係数KO2を算出する（222）。
【００３８】
ステップ223において、フィードバック補正係数KO2の積分制御時上限しきい値KO2IHを設定する。このしきい値は、空燃比の急変によるショックの防止のために設けられるものであり、実際のフィードバック限界よりも小さい値に設定される。このKO2IHは予め設定されている値でも良く、あるいはマップから運転状態に応じた値を検索することによって得ることもできる。
【００３９】
続いて、ステップ222にて算出された補正係数KO2が、上側しきい値KO2IHより大きいか否かを判定する（224）。ステップ224の判定がNOの場合、すなわち上側しきい値以下であれば、補正係数KO2はそのままの値にされ、ステップ226に進む。ステップ224の判定がYESの場合、すなわち上側しきい値より大きければ、積分項フィードバックゲインΔkの代わりに通常よりも遅いゲインを用いる。具体的には、次式によりフィードバック補正係数KO2を算出し直す(225)。
【００４０】
【数３】
KO2＝KO2＋Δk×KIH
【００４１】
ここで、KIHは積分項フィードバックゲインを小さくするための係数であり、０＜KIH＜１の範囲で予め設定されている。あるいは、マップから運転状態に応じた値を検索することによってKIHを設定してもよい。
【００４２】
補正係数KO2の値が最終的に決定すると、前記カウント数NILを０にリセットする（226）。このようにして、O2センサ19の出力がリーンレベルを持続するときには、これを補正する方向にTDC信号パルスがNI回発生するごとに（すなわちカウント数NILがNIに達するごとに）補正係数KO2にΔk、またはΔk×KIHを加算して積分制御を実行する。
【００４３】
ステップ218において答がNOのときには、TDC信号パルス数をカウントし（227）、そのカウント数NIHが所定値NIに達したか否かを判定する（228）。ステップ228の判定がNOであれば、補正係数KO2はその直前に値に保持される（234）。ステップ228の判定がYESの場合には、補正係数KO2から所定値Δkを減算する（229）。
【００４４】
ステップ230において、フィードバック補正係数KO2の積分制御時下限しきい値KO2ILを設定する。上述の上限しきい値KO2IHと同様に、このKO2ILは予め設定されている値でも良く、あるいはマップから運転状態に応じた値を検索することによって得ることもできる。
【００４５】
続いて、ステップ229で算出されたフィードバック補正係数KO2が下側しきい値KO2ILより小さいか否かを判定する(231)。ステップ231の判定がNOの場合、すなわち下側しきい値以上であれば、KO2の値はそのままの値にされ、ステップ233に進む。ステップ231の判定がYESの場合、すなわち下側しきい値より小さければ、積分項フィードバックゲインΔkの代わりに通常よりも遅いゲインを用いる。具体的には、次式によりフィードバック補正係数KO2を算出し直す(232)。
【００４６】
【数４】
KO2＝KO2−Δk×KIL
【００４７】
KILはフィードバックゲインを小さくするための係数であり、KIHと同様に、０＜KIL＜１の範囲で予め設定されているか、またはマップから運転状態に応じた値を検索することによって設定される。
【００４８】
補正係数KO2の値が決定すると、カウント数NIHを０にリセットする（233）。このようにして、O2センサ19の出力がリッチレベルを持続するときには、これを補正する方向にTDC信号パルスがNI回発生するごとに（すなわちカウント数NIHが所定値NIに達するごとに）補正係数KO2からΔｋ、またはΔk×KILを減算して積分制御を実行する。
【００４９】
以上説明したように、積分制御においては比例制御の場合と異なり、補正係数KO2が上側しきい値より大きくなった場合、あるいは下側しきい値より小さくなった場合は、フィードバックゲインを通常より小さく設定し直してフィードバック補正係数の更新を継続する。
【００５０】
図３は、従来方法による制御と本実施形態による制御とを比較した図である。図３において、(1)は補正係数にリミットをかける従来の方法によるフィードバック制御を適用した場合であり、(2)は図２に示した本実施形態によるフィードバック制御を適用した場合を示す。(1)、(2)のそれぞれにおいて(a)はフィードバック補正係数の推移を示し、(b)はエンジン1に供給される混合気の実際の空燃比を示している。
【００５１】
従来方法の制御(1)においては、時点Ａでフィードバック補正係数KO2が下限しきい値KO2Lに達すると、算出されるKO2が下限しきい値を上回る時点(Ｂ)までは下限しきい値に等しく設定されるため、空燃比が一時的にリッチ側に大きく振れてしまっており、これによって排気特性が悪化してしまう。
【００５２】
一方、本実施形態による制御(2)においては、時点Ａでフィードバック補正係数KO2が下限しきい値KO2Lに達した場合でも、フィードバックゲインを小さく設定し直すものの補正係数KO2の更新は継続する。従って、(1)の従来方法と比較すると、空燃比リッチ量が大きく減少しており、排気特性の悪化を抑制できることがわかる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、フィードバック補正係数が空燃比ショック防止のために設けられたしきい値に達した場合でも、フィードバックゲインとして通常より小さいゲインを用いてフィードバック補正係数の更新を止めることなく空燃比フィードバックを継続するので、空燃比の追従性を悪化させることなく排気特性を改善することができると共に、フィードバック補正係数の急変を抑制することにより空燃比ショックを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の空燃比制御装置を備える内燃機関の構成を示す図である。
【図２】フィードバック補正係数KO2の算出サブルーチンのフローチャートである。
【図３】(1)は従来のフィードバック制御におけるフィードバック補正係数(a)及び実空燃比(b)の推移を示した図であり、(2)は本発明によるフィードバック制御におけるフィードバック補正係数(a)及び実空燃比(b)の推移を示した図である。
【符号の説明】
1 内燃機関(エンジン)
5 電子コントロールユニット(ＥＣＵ)
6 燃料噴射弁
11 エンジン回転数センサ
15 空燃比センサ
21 運転状態検出部
22 フィードバック補正係数算出部
24 フィードバックゲイン調整部
25 フィードバック制御部

Claims

内燃機関の排気系に設けられた空燃比センサの出力に基づいて空燃比フィードバック制御の補正係数を算出する空燃比フィードバック制御係数算出手段と、
前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を前記補正係数に基づいてフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、を有する内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比センサの出力レベルがリッチレベルからリーンレベルヘ、またはリーンレベルからリッチレベルへ反転したか否かを判定する判定手段を有し、
前記空燃比フィードバック制御係数算出手段は、前記空燃比センサの出力レベルが反転していない場合に、所定のタイミング毎に前記補正係数を所定のフィードバックゲインに基づいて算出し、
前記補正係数が所定の上側しきい値より大きくなったときは、前記補正係数が所定の上側しきい値より小さいときより、前記補正係数のフィードバックゲインを所定割合小さくし、前記補正係数が所定の下側しきい値より小さくなったときは、前記補正係数が所定の下側しきい値より大きいときより、前記補正係数のフィードバックゲインを所定割合小さくする、フィードバックゲイン調整手段をさらに有する内燃機関の空燃比制御装置。
前記フィードバックゲイン調整手段は、前記空燃比センサの出力レベルが反転していない場合に、前記所定のタイミング毎に前記補正係数と前記所定の上側しきい値または所定の下側しきい値とを比較することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。