JP5988721B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。特に、気筒に充填されるガスの空燃比を制御する制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine. In particular, the present invention relates to a control device that controls the air-fuel ratio of gas charged in a cylinder.
一般に、自動車等の排気通路には、内燃機関から排出される燃焼ガス中に含まれる有害物質ＨＣ、ＣＯ、ＮＯxを酸化／還元して無害化する三元触媒が装着されている。ＨＣ、ＣＯ、ＮＯxの全てを効率よく浄化するには、排出ガスの空燃比をウィンドウと称する理論空燃比近傍の一定範囲に収束させる必要がある。 Generally, the exhaust passage of an automobile or the like, harmful substances HC contained in the combustion gas discharged from an internal combustion engine, CO, three-way catalyst to harmless by oxidation / reduction of NO x is mounted. In order to efficiently purify all of HC, CO, and NO x , it is necessary to converge the air-fuel ratio of the exhaust gas to a certain range near the stoichiometric air-fuel ratio called a window.
そのために、排気通路上、より具体的には触媒の下流及び／または上流に空燃比センサを設置し、当該センサの出力信号を参照した空燃比フィードバック制御を実施することが通例となっている（例えば、下記特許文献を参照）。 Therefore, it is customary to install an air-fuel ratio sensor on the exhaust passage, more specifically downstream and / or upstream of the catalyst, and perform air-fuel ratio feedback control with reference to the output signal of the sensor ( For example, see the following patent document).
燃焼ガスが発生する気筒と空燃比センサとの間には、排気マニホルドを含む流通経路が介在している。故に、気筒の燃焼室内にあるガスが空燃比センサの所在箇所に到達してこのガスの空燃比が検出されるまでの間に、ある程度の時間差が発生する。 A flow path including an exhaust manifold is interposed between the cylinder in which the combustion gas is generated and the air-fuel ratio sensor. Therefore, a certain time difference occurs between the time when the gas in the combustion chamber of the cylinder reaches the location where the air-fuel ratio sensor is located and the air-fuel ratio of this gas is detected.
加えて、触媒の下流側に設けた空燃比センサによりガスの空燃比を検出しようとする場合には、余剰の酸素が触媒に吸蔵され、あるいは触媒に吸蔵していた余剰の酸素が放出されることに伴い、燃焼室内のガスの空燃比の変動からかなり遅れて、空燃比センサの出力信号に変動が現れることとなる。 In addition, when the air-fuel ratio of the gas is to be detected by the air-fuel ratio sensor provided on the downstream side of the catalyst, excess oxygen is occluded in the catalyst, or excess oxygen occluded in the catalyst is released. Along with this, fluctuation appears in the output signal of the air-fuel ratio sensor with considerable delay from the fluctuation of the air-fuel ratio of the gas in the combustion chamber.
上記の事象は、空燃比センサの出力信号を参照したフィードバック制御の応答を遅れさせる要因となる。この応答遅れの問題は、目標空燃比が急変化する過渡期において顕在化する。 The above event becomes a factor that delays the response of the feedback control with reference to the output signal of the air-fuel ratio sensor. This problem of response delay becomes apparent during a transition period in which the target air-fuel ratio changes rapidly.
例えば、燃料カットからの復帰時には、低落したエンジン回転数を回復するべく一時的に燃料噴射量を増量して空燃比をリッチ化した後、空燃比を本来の目標である理論空燃比近傍の値に収束させることが行われる。 For example, when recovering from a fuel cut, the fuel injection amount is temporarily increased to recover the reduced engine speed to enrich the air-fuel ratio, and then the air-fuel ratio is a value close to the original target theoretical air-fuel ratio. It is done to converge.
だが、環境条件如何によっては、空燃比をリッチから理論空燃比近傍へと変化する目標値に速やかに追従させることが難しく、燃費の低下やエミッションの悪化、機関の出力トルクの不安定化を招くことがあった。 However, depending on the environmental conditions, it is difficult to quickly follow the target value that changes the air-fuel ratio from rich to near the stoichiometric air-fuel ratio, resulting in lower fuel consumption, worsened emissions, and unstable engine output torque. There was a thing.
本発明は、気筒の燃焼室内に存在するガスの空燃比を実時間で知得することを主たる目的としている。 The main object of the present invention is to obtain the air-fuel ratio of the gas existing in the combustion chamber of the cylinder in real time.
上述した課題を解決するべく、本発明では、気筒の膨張行程において実測されたイオン電流信号、筒内圧または筒内温の極大値を、現在のエンジン回転数、点火タイミング及び燃料噴射量の条件の下での気筒に充填されるガスの空燃比と当該気筒の膨張行程中に検出されると予想されるイオン電流信号、筒内圧または筒内温の極大値との関係を規定するマップデータと比較して、気筒の燃焼室内にあるガスの空燃比を推算し、その推算した空燃比と目標空燃比との偏差を縮小するように実空燃比に補正を加える内燃機関の制御装置を構成した。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, the ion current signal, the in-cylinder pressure or the in-cylinder temperature maximum value actually measured in the expansion stroke of the cylinder is determined based on the current engine speed, ignition timing, and fuel injection amount conditions. Compared with map data that defines the relationship between the air-fuel ratio of the gas charged in the cylinder below and the maximum value of the ion current signal, cylinder pressure or cylinder temperature that is expected to be detected during the expansion stroke of the cylinder Thus, the control apparatus for the internal combustion engine is constructed that estimates the air-fuel ratio of the gas in the combustion chamber of the cylinder and corrects the actual air-fuel ratio so as to reduce the deviation between the estimated air-fuel ratio and the target air-fuel ratio .
これにより、排気通路上の空燃比センサの出力信号を参照する場合と比較して、より早く実空燃比を知得することができる。従って、空燃比フィードバック制御の応答遅れが小さくなり、変化する目標値に空燃比を速やかに追従させることが可能となる。 As a result, the actual air-fuel ratio can be known more quickly than in the case of referring to the output signal of the air-fuel ratio sensor on the exhaust passage. Accordingly, the response delay of the air-fuel ratio feedback control is reduced, and the air-fuel ratio can quickly follow the changing target value.
並びに、本発明では、気筒の膨張行程において実測されたイオン電流信号、筒内圧または筒内温を、現在のエンジン回転数、点火タイミング及び燃料噴射量の条件の下での気筒に充填されるガスの空燃比と当該気筒の膨張行程中に検出されると予想されるイオン電流信号、筒内圧または筒内温との関係を規定するマップデータと比較して、気筒の燃焼室内にあるガスの空燃比を推算し、その推算した空燃比と、排気通路に設けられた空燃比センサを介して検出される空燃比との乖離が所定以上である場合に空燃比センサに異常があると判定する内燃機関の制御装置を構成した。 In the present invention, the ion current signal, the in-cylinder pressure or the in-cylinder temperature actually measured in the expansion stroke of the cylinder is used to fill the cylinder with the current engine speed, ignition timing, and fuel injection amount. Compared with map data that defines the relationship between the air-fuel ratio of the cylinder and the ion current signal, cylinder pressure, or cylinder temperature that are expected to be detected during the expansion stroke of the cylinder, the air in the combustion chamber of the cylinder An internal combustion engine that estimates an air-fuel ratio and determines that the air-fuel ratio sensor is abnormal when a difference between the estimated air-fuel ratio and an air-fuel ratio detected via an air-fuel ratio sensor provided in an exhaust passage is greater than or equal to a predetermined value The engine control device was configured.
これにより、排気通路上の空燃比センサの正常／異常の判定（ダイアグノーシス）を実時間で行うことが可能となる。 This makes it possible to determine whether the air-fuel ratio sensor on the exhaust passage is normal (abnormal) (diagnosis) in real time.
本発明によれば、気筒の燃焼室内に存在するガスの空燃比を実時間で推測することができる。 According to the present invention, the air-fuel ratio of the gas existing in the combustion chamber of the cylinder can be estimated in real time.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment.
本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。
The internal combustion engine in the present embodiment is a spark ignition gasoline engine and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). In the vicinity of the intake port of each cylinder 1, an injector 11 for injecting fuel is provided. A
図２に、火花点火用の電気回路を示している。点火プラグ１２は、点火コイル１４にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル１４は、半導体スイッチング素子であるイグナイタ１３とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
FIG. 2 shows an electric circuit for spark ignition. The
内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０からの点火信号ｉをイグナイタ１３が受けると、まずイグナイタ１３が点弧して点火コイル１４の一次側に電流が流れ、その直後の点火タイミングでイグナイタ１３が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。この高い誘導電圧が点火プラグ１２の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電する。
When the
ＥＣＵ０は、燃料の爆発燃焼の際に気筒１の燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、このイオン電流を参照して、燃焼状態の判定を行う。 The ECU 0 detects an ionic current generated in the combustion chamber of the cylinder 1 during the explosion combustion of the fuel, and refers to the ionic current to determine the combustion state.
図２に示すように、本実施形態では、火花点火用の電気回路に、イオン電流を検出するための回路を付加している。この検出回路は、イオン電流を効果的に検出するためのバイアス電源部１５と、イオン電流の多寡に応じた検出電圧を増幅して出力する増幅部１６とを備える。バイアス電源部１５は、バイアス電圧を蓄えるキャパシタ１５１と、キャパシタ１５１の電圧を所定電圧まで高めるためのツェナーダイオード１５２と、電流阻止用のダイオード１５３、１５４と、イオン電流に応じた電圧を出力する負荷抵抗１５５とを含む。増幅部１６は、オペアンプに代表される電圧増幅器１６１を含む。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, a circuit for detecting an ionic current is added to the electric circuit for spark ignition. This detection circuit includes a bias
点火プラグ１２の中心電極と接地電極との間のアーク放電時にはキャパシタ１５１が充電され、その後キャパシタ１５１に充電されたバイアス電圧により負荷抵抗１５５にイオン電流が流れる。イオン電流が流れることで生じる抵抗１５５の両端間の電圧は、増幅部１６により増幅されてイオン電流信号ｈとしてＥＣＵ０に受信される。
The
図３に、正常燃焼における、イオン電流（図３中実線で示す）及び気筒１内の筒内圧（燃焼室内圧力。図３中破線で示す）のそれぞれの推移を例示している。イオン電流は、点火のための放電中は検出することができない。正常燃焼の場合のイオン電流は、火花点火の終了後、化学反応により、圧縮上死点の手前で減少した後、熱解離によって再び増加する。また、燃焼圧がピークを迎えるのとほぼ同時にイオン電流も極大となる。 FIG. 3 illustrates respective transitions of the ionic current (indicated by a solid line in FIG. 3) and the in-cylinder pressure (combustion chamber pressure; indicated by a broken line in FIG. 3) in the cylinder 1 in normal combustion. The ionic current cannot be detected during the discharge for ignition. In the case of normal combustion, the ionic current decreases by a chemical reaction before the compression top dead center after the end of spark ignition, and then increases again by thermal dissociation. In addition, the ionic current reaches a maximum almost simultaneously with the peak of the combustion pressure.
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
The intake passage 3 for supplying intake air takes in air from the outside and guides it to the intake port of each cylinder 1. On the intake passage 3, an
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。 The exhaust passage 4 for discharging the exhaust guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An exhaust manifold 42 and an exhaust purification three-way catalyst 41 are disposed on the exhaust passage 4.
内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。 The ECU 0 that controls operation of the internal combustion engine is a microcomputer system having a processor, a memory, an input interface, an output interface, and the like.
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、排気通路４における触媒４１の下流及び／または上流に設けられた空燃比センサから出力される空燃比信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、燃焼室内での燃料の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力されるイオン電流信号ｈ等が入力される。アクセル開度信号ｃは、運転者が要求する機関出力、いわば要求負荷を示唆する。また、空燃比信号ｄを出力する空燃比センサは、気筒１から排出されて排気通路４を流通する排気ガスに接触して反応することにより、当該ガスの酸素濃度に応じた電圧信号を出力する。この空燃比センサは、ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ2センサである。周知の通り、Ｏ2センサの出力特性は、ウィンドウの範囲では空燃比に対する出力の変化率が大きく急峻な傾きを示し、それよりも空燃比が大きいリーン領域では低位飽和値に漸近し、空燃比が小さいリッチ領域では高位飽和値に漸近する、いわゆるＺ特性曲線を描く。尤も、空燃比センサは、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。
The input interface includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal (N signal) b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle of the crankshaft and the engine speed, From an accelerator opening signal c output from a sensor that detects the amount of depression of the accelerator pedal or the opening of the
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ等を出力する。
From the output interface, an ignition signal i is output to the
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋを出力インタフェースを介して印加する。 The processor of the ECU 0 interprets and executes a program stored in the memory in advance, calculates operation parameters, and controls the operation of the internal combustion engine. The ECU 0 acquires various information a, b, c, d, e, f, g, and h necessary for operation control of the internal combustion engine via the input interface, knows the engine speed, and is filled in the cylinder 1. Estimate the intake volume. Based on the engine speed, the intake air amount, and the like, various operating parameters such as required fuel injection amount, fuel injection timing (including the number of times of fuel injection for one combustion), fuel injection pressure, and ignition timing are determined. As the operation parameter determination method itself, a known method can be adopted. The ECU 0 applies various control signals i, j, k corresponding to the operation parameters via the output interface.
ＥＣＵ０は、内燃機関の気筒１におけるノッキングの発生をイオン電流信号ｈを参照して感知し、ノッキングが起こらなくなるまで点火タイミングを遅角させ、ノッキングが起こらない限りは点火タイミングを進角させる。この機能は、ノックコントロールシステムと呼称される。 The ECU 0 senses the occurrence of knocking in the cylinder 1 of the internal combustion engine with reference to the ion current signal h, retards the ignition timing until knocking does not occur, and advances the ignition timing unless knocking occurs. This function is called a knock control system.
また、ＥＣＵ０は、運転状況に応じてインジェクタ１１からの燃料噴射（及び、点火プラグ１２による点火）を一時的に停止する燃料カットを実行する。通常、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あるときに、燃料カット条件が成立したものとして燃料カットを開始する。 In addition, the ECU 0 executes a fuel cut that temporarily stops fuel injection from the injector 11 (and ignition by the spark plug 12) according to the driving situation. Normally, when the accelerator pedal depression amount is 0 or less than a threshold value close to 0 and the engine speed is equal to or higher than the fuel cut permission speed, the fuel cut is started assuming that the fuel cut condition is satisfied.
燃料カットの開始後、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等の何れかの燃料カット終了条件が成立した暁には、燃料カットを終了し、燃料噴射（及び、点火）を再開する。燃料カットからの復帰時には、低落したエンジン回転数を回復するべく、ある期間燃料噴射量を増量して空燃比をリッチ化した後、空燃比を本来の目標である理論空燃比近傍の値に収束させる空燃比フィードバック制御を実施する。 After the fuel cut is started, if any fuel cut end condition is satisfied, such as when the accelerator pedal depression amount exceeds the threshold value or the engine speed has decreased to the fuel cut return speed, the fuel cut ends. Then, the fuel injection (and ignition) is restarted. When recovering from a fuel cut, the fuel injection amount is increased for a certain period to enrich the air-fuel ratio in order to recover the reduced engine speed, and then the air-fuel ratio converges to a value close to the theoretical target air-fuel ratio. The air-fuel ratio feedback control is performed.
しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、現在のエンジン回転数、点火タイミング及び目標空燃比から予想される、気筒１の燃焼室内における燃料の燃焼状態の推移を示すパラメータと、実測の燃焼状態の推移を示すパラメータとを比較し、両者の差異を縮小するように実空燃比に補正を加える。 Therefore, the ECU 0 of the present embodiment is configured so that the parameter indicating the transition of the combustion state of the fuel in the combustion chamber of the cylinder 1 and the transition of the actually measured combustion state are predicted from the current engine speed, ignition timing, and target air-fuel ratio. The actual air-fuel ratio is corrected so as to reduce the difference between them.
本実施形態では、気筒１の燃焼室内における燃料の燃焼状態を示唆するパラメータとして、イオン電流信号ｈの値を用いる。気筒１の膨張行程におけるイオン電流信号ｈの推移は、当該気筒１の燃焼室内に存在するガス即ち混合気の空燃比の影響を受ける。故に、イオン電流信号ｈの推移を参照することで、当該ガスの空燃比を推測することができる。 In the present embodiment, the value of the ion current signal h is used as a parameter that indicates the combustion state of the fuel in the combustion chamber of the cylinder 1. The transition of the ionic current signal h during the expansion stroke of the cylinder 1 is affected by the air-fuel ratio of the gas existing in the combustion chamber of the cylinder 1, that is, the air-fuel mixture. Therefore, the air-fuel ratio of the gas can be estimated by referring to the transition of the ion current signal h.
図４に、あるエンジン回転数、ある点火タイミング及びある燃料噴射量の条件の下での、膨張行程におけるイオン電流信号ｈの推移を示している。図４に示すように、イオン電流信号ｈの推移は、気筒１の燃焼室内に存在するガスの空燃比に応じて相異する（それぞれ、図４中実線で示す）。一般に、ガスの空燃比が高いほど、気筒１の燃焼室内に発生するイオンの量が増し、イオン電流信号ｈの波形が高くなる。 FIG. 4 shows the transition of the ion current signal h in the expansion stroke under the conditions of a certain engine speed, a certain ignition timing, and a certain fuel injection amount. As shown in FIG. 4, the transition of the ionic current signal h varies depending on the air-fuel ratio of the gas existing in the combustion chamber of the cylinder 1 (respectively indicated by a solid line in FIG. 4). In general, as the gas air-fuel ratio is higher, the amount of ions generated in the combustion chamber of the cylinder 1 increases and the waveform of the ion current signal h becomes higher.
ＥＣＵ０のメモリには予め、様々なエンジン回転数、点火タイミング及び燃料噴射量の条件毎に、気筒１に充填されるガスの空燃比と当該気筒１の膨張行程中に検出されると予想されるイオン電流信号ｈの推移（少なくとも、その波形の極大値）との関係を規定したマップデータが格納されている。マップデータは、適合等により予め実験的に求められ、作成されているものである。 In the memory of the ECU 0, it is expected that the air-fuel ratio of the gas charged in the cylinder 1 and the expansion stroke of the cylinder 1 are detected in advance for each condition of various engine speeds, ignition timings, and fuel injection amounts. Stored is map data that defines the relationship with the transition of the ion current signal h (at least the maximum value of the waveform). The map data is experimentally obtained and created in advance by adaptation or the like.
その上で、ＥＣＵ０は、気筒１の膨張行程における実測のイオン電流信号ｈと、メモリに格納しているマップデータとを比較して、当該気筒１の燃焼室内のガスの実空燃比を推測する。実測のイオン電流信号ｈと比較するべきマップデータは、当該気筒１の膨張行程の際のエンジン回転数、点火タイミング及び燃料噴射量に対応しているものである。ＥＣＵ０は、例えば、実測のイオン電流信号ｈ（図４中破線で示す）の極大値と、これに最も近い推移をもつマップデータの極大値との差分Δα及び／またはΔβを演算する。そして、実測のイオン電流信号ｈに最も近い推移をもつマップデータの空燃比と、当該差分Δα及び／またはΔβとを基に、実測のイオン電流信号ｈに対応した実空燃比を（複数の空燃比に係るマップデータからの補間等により）推算する。 The ECU 0 then estimates the actual air-fuel ratio of the gas in the combustion chamber of the cylinder 1 by comparing the actually measured ion current signal h in the expansion stroke of the cylinder 1 with the map data stored in the memory. . The map data to be compared with the actually measured ion current signal h corresponds to the engine speed, the ignition timing, and the fuel injection amount during the expansion stroke of the cylinder 1. For example, the ECU 0 calculates a difference Δα and / or Δβ between the maximum value of the actually measured ion current signal h (indicated by a broken line in FIG. 4) and the maximum value of the map data having the transition closest thereto. Then, based on the air-fuel ratio of the map data having the transition closest to the actually measured ion current signal h and the difference Δα and / or Δβ, the actual air-fuel ratio corresponding to the actually measured ion current signal h (a plurality of air-fuel ratios). (E.g., by interpolation from map data relating to the fuel ratio).
ＥＣＵ０は、算出した実空燃比と、そのときの目標空燃比との偏差を縮小するように実空燃比に補正を加えることで、実空燃比を目標空燃比に追従させる。典型的には、以降に膨張行程を迎える気筒１に供給する燃料の量（燃料噴射量）を、偏差に応じて増減補正する。 The ECU 0 makes the actual air-fuel ratio follow the target air-fuel ratio by correcting the actual air-fuel ratio so as to reduce the deviation between the calculated actual air-fuel ratio and the target air-fuel ratio at that time. Typically, the amount of fuel (fuel injection amount) supplied to the cylinder 1 that reaches the expansion stroke thereafter is corrected to increase or decrease according to the deviation.
また、ＥＣＵ０は、排気通路４に設けられた空燃比センサの出力する空燃比信号ｄを参照して、排気通路４を流通するガスの空燃比を知ることができる。イオン電流信号ｈの推移から算出した実空燃比と、空燃比信号ｄから知得した実空燃比とを比較して、両者の差分が所定以上である場合には、空燃比センサに異常があると判定する。 Further, the ECU 0 can know the air-fuel ratio of the gas flowing through the exhaust passage 4 with reference to the air-fuel ratio signal d output from the air-fuel ratio sensor provided in the exhaust passage 4. When the actual air-fuel ratio calculated from the transition of the ion current signal h and the actual air-fuel ratio obtained from the air-fuel ratio signal d are compared, and the difference between the two is not less than a predetermined value, the air-fuel ratio sensor is abnormal. Is determined.
空燃比センサに異常があると判定した場合、ＥＣＵ０は、その旨を示す情報をメモリに書き込み、記憶保持して事後の修理作業における原因究明の助けとする。加えて、異常の旨をユーザの視覚または聴覚に訴えかける態様にて報知する。例えば、コックピット内に設置されたエンジンチェックランプ（警告灯）を点灯させたり、ディスプレイに警告を表示させたり、ブザーまたはスピーカから警告音を音声出力させたりする。 If it is determined that there is an abnormality in the air-fuel ratio sensor, the ECU 0 writes information indicating that fact in the memory and stores it to help investigate the cause in the subsequent repair work. In addition, the user is notified of the abnormality in a manner that appeals to the user's vision or hearing. For example, an engine check lamp (warning light) installed in the cockpit is turned on, a warning is displayed on the display, or a warning sound is output from a buzzer or a speaker.
本実施形態では、現在のエンジン回転数、点火タイミング及び目標空燃比から予想される、気筒１の燃焼室内における燃料の燃焼状態の推移を示すパラメータ（イオン電流信号ｈ）と、実測の燃焼状態の推移を示すパラメータとを比較し、両者の差異を縮小するように実空燃比に補正を加える内燃機関の制御装置０を構成した。 In the present embodiment, the parameter (ion current signal h) indicating the transition of the combustion state of the fuel in the combustion chamber of the cylinder 1 predicted from the current engine speed, ignition timing, and target air-fuel ratio, and the measured combustion state A control device 0 for an internal combustion engine that compares the parameter indicating the transition and corrects the actual air-fuel ratio so as to reduce the difference between the two is configured.
本実施形態によれば、排気通路４上の空燃比センサの出力信号を参照する場合と比較して、より早く実空燃比を知得することができる。従って、空燃比フィードバック制御の応答遅れが小さくなり、変化する目標値に空燃比を速やかに追従させることが可能となる。 According to the present embodiment, the actual air-fuel ratio can be known more quickly than when the output signal of the air-fuel ratio sensor on the exhaust passage 4 is referred to. Accordingly, the response delay of the air-fuel ratio feedback control is reduced, and the air-fuel ratio can quickly follow the changing target value.
並びに、本実施形態では、現在のエンジン回転数、点火タイミング及び目標空燃比から予想される、気筒１の燃焼室内における燃料の燃焼状態の推移を示すパラメータと、実測の燃焼状態の推移を示すパラメータとを比較し、両者の差異に基づいて気筒１の燃焼室内にあるガスの空燃比を推算し、その推算した空燃比と、排気通路４に設けられた空燃比センサを介して検出される空燃比との乖離が所定以上である場合に空燃比センサに異常があると判定する内燃機関の制御装置０を構成した。 In the present embodiment, the parameter indicating the transition of the combustion state of the fuel in the combustion chamber of the cylinder 1 and the parameter indicating the transition of the actually measured combustion state are predicted from the current engine speed, ignition timing, and target air-fuel ratio. And the air-fuel ratio of the gas in the combustion chamber of the cylinder 1 is estimated based on the difference between the two and the estimated air-fuel ratio and the air-fuel ratio sensor detected in the exhaust passage 4 are detected. The control device 0 for the internal combustion engine is configured to determine that the air-fuel ratio sensor is abnormal when the deviation from the fuel ratio is greater than or equal to a predetermined value.
本実施形態によれば、排気通路４上の空燃比センサの正常／異常の判定を実時間で行うことが可能となる。 According to the present embodiment, it is possible to determine whether the air-fuel ratio sensor on the exhaust passage 4 is normal or abnormal in real time.
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、実測のイオン電流信号ｈの極大値と、予想される（マップデータとして記憶保持している）イオン電流信号ｈの極大値とを比較して実空燃比を推測していたが、イオン電流信号ｈの波形における極大点以外の点（例えば、点火タイミングや圧縮上死点等の所定タイミングを基準とし、そこから所定クランク角度だけ経過した時点におけるイオン電流信号ｈの値）を比較して実空燃比を推測してもよい。 The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. For example, in the above embodiment, the actual air-fuel ratio is estimated by comparing the maximum value of the actually measured ion current signal h with the maximum value of the expected ion current signal h (stored as map data). However, a point other than the maximum point in the waveform of the ion current signal h (for example, the value of the ion current signal h when a predetermined crank angle has elapsed from a predetermined timing such as ignition timing or compression top dead center) May be used to estimate the actual air-fuel ratio.
上記実施形態では、空燃比フィードバック制御において、実空燃比と目標値との偏差に応じて燃料噴射量を補正することとしていたが、燃料噴射量補正に代えて、または燃料噴射量補正とともに、気筒１に充填される吸気量を補正するものとしてもよい。吸気量を補正するためには、電子スロットルバルブ３２の開度を操作することの他、アイドリング中の吸気量を補正するアイドルスピードコントロールバルブの開度を操作したり、排気ターボ過給機のノズルベーンやウェイストゲートの開度を操作したりすることが考えられる。
In the above embodiment, in the air-fuel ratio feedback control, the fuel injection amount is corrected according to the deviation between the actual air-fuel ratio and the target value. However, instead of the fuel injection amount correction or together with the fuel injection amount correction, the cylinder The intake air amount filled in 1 may be corrected. In order to correct the intake amount, in addition to operating the opening of the
上記実施形態では、気筒１の燃焼室内における燃料の燃焼状態を示すものとして、イオン電流信号ｈの推移を参照した。これ以外に、気筒１の筒内圧を検出する筒内圧センサが実装された内燃機関にあっては、イオン電流信号ｈに代えて、筒内圧センサを介して計測される筒内圧の推移（特に、膨張行程における筒内圧の極大値）を参照することができる。あるいは、気筒１の筒内温度（燃焼温度、燃焼室内温度）を検出する筒内温度センサが実装された内燃機関にあっては、イオン電流信号ｈに代えて、筒内温度センサを介して計測される筒内温度の推移（特に、膨張行程における筒内温度の極大値）を参照することができる。 In the above embodiment, the transition of the ion current signal h is referred to as indicating the combustion state of the fuel in the combustion chamber of the cylinder 1. In addition to this, in an internal combustion engine in which an in-cylinder pressure sensor that detects the in-cylinder pressure of the cylinder 1 is mounted, a transition of the in-cylinder pressure measured via the in-cylinder pressure sensor instead of the ionic current signal h (in particular, The maximum value of the in-cylinder pressure in the expansion stroke) can be referred to. Alternatively, in an internal combustion engine equipped with an in-cylinder temperature sensor that detects the in-cylinder temperature (combustion temperature, combustion chamber temperature) of the cylinder 1, measurement is performed via the in-cylinder temperature sensor instead of the ion current signal h. The transition of the in-cylinder temperature (in particular, the maximum value of the in-cylinder temperature in the expansion stroke) can be referred to.
空燃比フィードバック制御における目標空燃比は、ガソリンエンジンの場合、理論空燃比近傍にあることが多いが、アクセル開度の単位時間あたり変化量が大きい過渡期においては、目標空燃比が一時的にリッチ化またはリーン化することがある。また、アクセル開度が大きい高要求負荷時にも、目標空燃比はリッチ化する。本発明に係る制御装置は、このような場合の空燃比フィードバック制御にも好適な応答性を発揮し得る。 The target air-fuel ratio in air-fuel ratio feedback control is often near the stoichiometric air-fuel ratio in the case of a gasoline engine, but the target air-fuel ratio is temporarily rich during a transition period in which the amount of change in accelerator opening per unit time is large. Or may become lean. Also, the target air-fuel ratio becomes rich even at a high demand load with a large accelerator opening. The control device according to the present invention can exhibit a response suitable for air-fuel ratio feedback control in such a case.
その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、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。 In addition, the specific configuration of each unit, the processing procedure, and the like can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。 The present invention can be applied to control of an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
ｄ…空燃比信号
ｈ…イオン電流信号
0 ... Control unit (ECU)
1 ... Cylinder d ... Air-fuel ratio signal h ... Ion current signal
Claims (2)
その推算した空燃比と目標空燃比との偏差を縮小するように実空燃比に補正を加える内燃機関の制御装置。 The air-fuel ratio of the gas charged into the cylinder under the conditions of the current engine speed, ignition timing, and fuel injection amount based on the measured ionic current signal, in-cylinder pressure or in-cylinder temperature maximum value in the expansion stroke of the cylinder And the map data that defines the relationship between the ionic current signal, the in-cylinder pressure or the maximum value of the in-cylinder temperature that are expected to be detected during the expansion stroke of the cylinder. Estimate the fuel ratio,
A control apparatus for an internal combustion engine that corrects an actual air-fuel ratio so as to reduce a deviation between the estimated air-fuel ratio and a target air-fuel ratio .
その推算した空燃比と、排気通路に設けられた空燃比センサを介して検出される空燃比との乖離が所定以上である場合に空燃比センサに異常があると判定する内燃機関の制御装置。 The ionic current signal, in-cylinder pressure or in-cylinder temperature actually measured in the expansion stroke of the cylinder is used as the air-fuel ratio of the gas charged in the cylinder under the current engine speed, ignition timing, and fuel injection amount conditions, and the cylinder Compared with map data that defines the relationship between the ionic current signal, cylinder pressure or cylinder temperature that is expected to be detected during the expansion stroke, the air-fuel ratio of the gas in the combustion chamber of the cylinder is estimated,
A control apparatus for an internal combustion engine, which determines that an air-fuel ratio sensor is abnormal when a deviation between the estimated air-fuel ratio and an air-fuel ratio detected via an air-fuel ratio sensor provided in an exhaust passage is a predetermined value or more.
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