JP7474207B2 - Air-fuel ratio control device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関において、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を制御する空燃比制御装置に関する。 The present invention relates to an air-fuel ratio control device that controls the air-fuel ratio in an internal combustion engine based on the oxygen concentration in the exhaust gas.
従来、内燃機関の排気に接するように設けられた酸素センサの出力情報により得られる空燃比に基づき、内燃機関の内燃プロセスにおける空燃比フィードバック制御を行うことが知られている(例えば、特許文献1参照)。 It is known that feedback control of the air-fuel ratio in the internal combustion process of an internal combustion engine is performed based on the air-fuel ratio obtained from the output information of an oxygen sensor provided in contact with the exhaust gas of the internal combustion engine (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1の技術では、酸素センサとして、検出部の内部抵抗に基づいて酸素を検出する抵抗型酸素センサが用いられる。この酸素センサでは、排気ガス中の酸素含有量を示す第1の値が、酸素センサの検出部の抵抗に基づいて決定される。また、酸素センサの温度を示す第2の値が、酸素センサのヒータ部分の抵抗に基づいて決定される。そして、第1の値及び第2の値の関数としての空燃比が、第3の値として決定される。 In the technology of Patent Document 1, a resistance-type oxygen sensor that detects oxygen based on the internal resistance of the detection section is used as the oxygen sensor. In this oxygen sensor, a first value indicating the oxygen content in the exhaust gas is determined based on the resistance of the detection section of the oxygen sensor. Also, a second value indicating the temperature of the oxygen sensor is determined based on the resistance of the heater portion of the oxygen sensor. Then, the air-fuel ratio as a function of the first value and the second value is determined as a third value.
この技術によれば、第3の値を決定するための関数に、第1の値にリアルタイムで影響を及ぼす第2の値が含まれるので、酸素センサの温度によりその出力特性が変化しても、空燃比が精度良く検出される。 According to this technology, the function for determining the third value includes a second value that affects the first value in real time, so the air-fuel ratio can be detected with high accuracy even if the output characteristics of the oxygen sensor change due to the temperature of the sensor.
しかしながら、上記特許文献1の技術によれば、酸素センサの検出部の抵抗値及びヒータ部分の抵抗値に基づいて空燃比が算出されるので、各抵抗値が製造公差や経時変化でばらつくと、これらに基づいて得られる空燃比が大きくばらつくおそれがある。これに応じて、空燃比フィードバック制御の精度も大きく低下するおそれがある。 However, according to the technology of Patent Document 1, the air-fuel ratio is calculated based on the resistance value of the detection section of the oxygen sensor and the resistance value of the heater section. Therefore, if the resistance values vary due to manufacturing tolerances or changes over time, the air-fuel ratio obtained based on these may vary significantly. Accordingly, the accuracy of the air-fuel ratio feedback control may also be significantly reduced.
本発明の目的は、かかる従来技術の問題点に鑑み、酸素センサの製造公差及び経時変化による各抵抗値のばらつきに拘わらず、正確な空燃比フィードバック制御を行うことができる空燃比制御装置を提供することにある。 In view of the problems with the conventional technology, the object of the present invention is to provide an air-fuel ratio control device that can perform accurate air-fuel ratio feedback control regardless of variations in the resistance values of the oxygen sensors due to manufacturing tolerances and changes over time.
本発明の空燃比制御装置は、
排気脈動を有する内燃機関の排気に接するように設けられ、該排気のストイキメトリック近傍の酸素濃度において抵抗値が略ステップ(階段)状に変化する検出部を有し、前記検出部の抵抗値から求める検出値が前記検出部の温度と前記排気脈動とに応じる波高値を有したパルス波状を呈する抵抗型酸素センサと、
前記検出部の温度を推定又は検出する温度読取部と、
複数の空気過剰率値を、前記温度についての複数の第1目盛値、及び前記検出値についての複数の第2目盛値との対応関係を付けて示すデータマップを参照して空気過剰率を算出する過剰率算出部とを備え、
前記空気過剰率と、目標空気過剰率との偏差に基づいて空燃比フィードバック制御を行う空燃比制御装置であって、
前記データマップと、前記検出値がリッチ領域、ストイキ領域又はリーン領域の何れの空燃比領域に該当するかを判別するためのリッチ側閾値及びリーン側閾値を前記第1目盛値との対応関係を付けて示すルックアップテーブルとを記憶している記憶部と、
前記目標空気過剰率を前記ストイキメトリック近傍に設定して前記検出値の波高値を取得するとともに、前記波高値が前記空燃比領域の何れかに該当するかを点検する特性点検部とを備え、
前記点検により前記波高値が前記リッチ側閾値及びリーン側閾値に該当するように、アフィン変換の要領で前記データマップ及び前記ルックアップテーブルを較正する較正部を備えることを特徴とする。
The air-fuel ratio control device of the present invention comprises:
a resistance-type oxygen sensor provided in contact with exhaust gas from an internal combustion engine having exhaust pulsation, the resistance-type oxygen sensor having a detection section whose resistance value changes in a substantially stepped manner at an oxygen concentration near the stoichiometric value of the exhaust gas, the detection value determined from the resistance value of the detection section exhibiting a pulse waveform having a peak value corresponding to the temperature of the detection section and the exhaust pulsation;
A temperature reading unit that estimates or detects the temperature of the detection unit;
an excess ratio calculation unit that calculates an excess air ratio by referring to a data map that indicates a correspondence relationship between a plurality of excess air ratio values and a plurality of first scale values for the temperature and a plurality of second scale values for the detection value,
An air-fuel ratio control device that performs air-fuel ratio feedback control based on a deviation between the air excess ratio and a target air excess ratio,
a storage unit that stores the data map and a lookup table that indicates a rich side threshold value and a lean side threshold value for determining whether the detected value corresponds to any one of a rich region, a stoichiometric region, and a lean region, in correspondence with the first scale value;
a characteristic checking unit that sets the target excess air ratio to a value close to the stoichiometric value, acquires a peak value of the detection value, and checks whether the peak value falls within any of the air-fuel ratio regions;
The present invention is characterized in that it includes a calibration unit that calibrates the data map and the look-up table in an affine transformation manner so that the crest value corresponds to the rich side threshold value and the lean side threshold value through the inspection.
この構成において、酸素センサの検出部の検出値は、内燃機関の排気脈動に応動した波高値を有するパルス波状を呈している。また、酸素センサの検出部の温度は上記波高に影響を与えており、例えば低温(100degC以下)では波高がほぼゼロ(酸素センサ不活性)となる。 In this configuration, the detection value of the detection section of the oxygen sensor is a pulse wave shape with a wave height value that responds to the exhaust pulsation of the internal combustion engine. In addition, the temperature of the detection section of the oxygen sensor affects the wave height. For example, at low temperatures (below 100 degC), the wave height is almost zero (oxygen sensor inactive).
而して本発明において、空燃比(空気過剰率)は、複数の空気過剰率値を上記検出値に関する酸素センサの検出部の抵抗値(センサ電圧値)及びヒータ部の抵抗値から求める検出部の温度値との対応関係を付けて示すデータマップを介して算出されるので、検出部の抵抗値又はヒータ部の抵抗値がばらつくと、これらの抵抗値に基づいて得られる空気過剰率も不正確なものとなり、適切な空燃比フィードバック制御に支障を来たすおそれがある。 In the present invention, the air-fuel ratio (excess air ratio) is calculated via a data map that shows a correspondence between multiple excess air ratio values and the resistance value (sensor voltage value) of the detection section of the oxygen sensor related to the detection value and the temperature value of the detection section obtained from the resistance value of the heater section. Therefore, if the resistance value of the detection section or the resistance value of the heater section varies, the excess air ratio obtained based on these resistance values will also be inaccurate, which may hinder proper air-fuel ratio feedback control.
そこで、本発明では、上記データマップにおける検出値と温度との対応関係が、正確な空気過剰率を算出するための適切な関係性を呈するように、目標空気過剰率をストイキメトリック近傍に設定して実際に計測した酸素センサの検出値の波高を、標準(中央値;メディアン)的な波高値を示しているリッチ側及びリーン側閾値と各比較点検をするとともに、その点検の結果に基づいて上記実際に計測した検出値の波高値がリッチ側及びリーン側閾値に合致する(波高の尖頭が閾値に重なる)ような対応関係を提供する上記データマップの第1、第2目盛値、ルックアップテーブルのリッチ側、リーン側閾値夫々をアフィン変換して求め、かくしてデータマップ及びルックアップテーブルを較正している。 Therefore, in the present invention, in order to ensure that the correspondence between the detection value and temperature in the data map exhibits an appropriate relationship for calculating an accurate air excess ratio, the target air excess ratio is set near stoichiometric and the peak of the detection value actually measured by the oxygen sensor is compared with the rich side and lean side thresholds which show standard (median) peak values, and based on the results of the inspection, the first and second scale values of the data map and the rich side and lean side thresholds of the lookup table which provide a correspondence such that the peak values of the actually measured detection value match the rich side and lean side thresholds (the peaks of the peaks overlap the thresholds) are determined by affine transformation, and thus the data map and lookup table are calibrated.
したがって、本発明によれば、各抵抗値のばらつきに対応して較正されたデータマップ及びルックアップテーブルを用いて空気過剰率を算出することにより、酸素センサの各抵抗値のばらつきに拘わらず、正確な空気過剰率を算出して適切な空燃比フィードバック制御を行うことができる。 Therefore, according to the present invention, by calculating the excess air ratio using a data map and a lookup table calibrated to correspond to the variation in each resistance value, an accurate excess air ratio can be calculated and appropriate air-fuel ratio feedback control can be performed regardless of the variation in each resistance value of the oxygen sensor.
本発明において、前記特性点検部は、前記内燃機関が停止した状態で、前記検出部の温度が該検出部の雰囲気温度に収束するに足る所定時間が経過した場合に、前記検出部の温度の基準値からのずれ量を取得する温度差確認部を備え、前記点検並びに前記過剰率算出部で用いる制御用の検出部温度として、前記検出部の温度を前記ずれ量に基づいて補正した値を用いてもよい。 In the present invention, the characteristic inspection unit includes a temperature difference confirmation unit that acquires the deviation of the temperature of the detection unit from a reference value when a predetermined time has elapsed during which the temperature of the detection unit converges to the ambient temperature of the detection unit while the internal combustion engine is stopped, and a value obtained by correcting the temperature of the detection unit based on the deviation may be used as the detection unit temperature for control used in the inspection and the excess rate calculation unit.
これによれば、一旦加熱されて昇温した検出部の温度が酸素濃度センサの雰囲気温度に収束するに足る所定時間が経過してから、基準値からのずれ量に基づいて補正された制御用の検出部温度に基づいて制御が行われるので、より正確な空燃比フィードバック制御を行うことができる。 With this, once a predetermined time has elapsed for the temperature of the detection section, which has been heated once, to converge to the ambient temperature of the oxygen concentration sensor, control is performed based on the detection section temperature for control, which has been corrected based on the deviation from the reference value, allowing for more accurate air-fuel ratio feedback control.
この場合、前記特性点検部は、前記制御用の検出部温度が所定値以下の場合に、前記検出部の抵抗値から求める検出値の所定時間内における平均値と前記リーン側閾値との偏差を取得する電圧差確認部を備え、前記点検並びに前記過剰率算出部に用いる制御用の検出値として、前記抵抗値から求める検出値を前記偏差に基づいて補正した値を用いてもよい。 In this case, the characteristic inspection unit may include a voltage difference confirmation unit that acquires the deviation between the lean side threshold value and the average value of the detection value obtained from the resistance value of the detection unit within a predetermined time when the temperature of the detection unit for control is equal to or lower than a predetermined value, and may use a value obtained by correcting the detection value obtained from the resistance value based on the deviation as the detection value for control used in the inspection and the excess rate calculation unit.
これによれば、検出部温度が充分に低い所定値以下のとき、すなわち酸素濃度センサが不活性で検出値を示す電圧が動かない状態で、リーン側閾値との偏差が求められ、該偏差に基づいて補正された制御用の検出値に基づいて制御が行われるので、より正確な空燃比フィードバック制御を行うことができる。 With this, when the detection temperature is below a sufficiently low predetermined value, i.e. when the oxygen concentration sensor is inactive and the voltage indicating the detection value does not change, the deviation from the lean threshold is calculated, and control is performed based on the detection value for control that is corrected based on this deviation, allowing for more accurate air-fuel ratio feedback control.
この場合、前記複数の第1目盛値を拡大又は縮小することにより前記データマップ及び前記ルックアップテーブルを較正するための第1較正倍率値を記憶しており、時間の経過に伴って変化する前記制御用の検出値の波高のうち前記リーン側閾値に近い波高の尖頭と該リーン側閾値とを対比した場合に、該尖頭が前記リーン領域にある場合には前記第1較正倍率値を増加し、該尖頭が前記ストイキ領域にある場合には該第1較正倍率値を減少してもよい。 In this case, a first calibration magnification value for calibrating the data map and the lookup table by enlarging or reducing the multiple first scale values is stored, and when a peak of a wave height close to the lean side threshold among the wave heights of the detection values for control that change over time is compared with the lean side threshold, if the peak is in the lean region, the first calibration magnification value may be increased, and if the peak is in the stoichiometric region, the first calibration magnification value may be decreased.
これによれば、検出値のリーン側閾値に近い波高の尖頭がリーン側閾値に近づくので、リーン側の波高値がリーン側閾値に該当するようにデータマップ及びルックアップテーブルを較正することができる。 By doing this, the peak of the wave height close to the lean side threshold of the detected value approaches the lean side threshold, so the data map and lookup table can be calibrated so that the lean side wave height value corresponds to the lean side threshold.
本発明において、前記較正部は、前記複数の第2目盛値、前記リッチ側閾値及び前記リーン側閾値へと乗じることにより前記データマップ及び前記ルックアップテーブルを較正するための第2較正倍率値を有しており、時間の経過に伴って変化する前記制御用の検出値の前記波高のうちの前記リッチ側閾値に近い波高の尖頭が前記リッチ領域にある場合は第2較正倍率値を増加し、該尖頭が前記ストイキ領域にある場合は第2較正倍率値を減少してもよい。 In the present invention, the calibration unit has a second calibration multiplier value for calibrating the data map and the lookup table by multiplying the second scale values, the rich side threshold value, and the lean side threshold value, and may increase the second calibration multiplier value when the peak of the wave height of the detection value for control that changes over time and is close to the rich side threshold value is in the rich region, and decrease the second calibration multiplier value when the peak is in the stoichiometric region.
これによれば、検出値のリッチ側閾値に近い波高の尖頭がリッチ側閾値に近づくので、リッチ側の波高値がリッチ側閾値に該当するようにデータマップ及びルックアップテーブルを較正することができる。 By doing this, the peak of the wave height close to the rich side threshold of the detected value approaches the rich side threshold, so the data map and lookup table can be calibrated so that the rich side wave height value corresponds to the rich side threshold.
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を備える4サイクル形式の内燃機関の主要部の構成を示す。この空燃比制御装置は、内燃機関の排気中の酸素濃度に基づいて得られる空気過剰率と、目標空気過剰率との偏差に基づいて空燃比フィードバック制御を行う機能を有する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Figure 1 shows the configuration of the main parts of a four-stroke internal combustion engine equipped with an air-fuel ratio control device according to one embodiment of the present invention. This air-fuel ratio control device has a function of performing air-fuel ratio feedback control based on the deviation between an excess air ratio obtained based on the oxygen concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine and a target excess air ratio.
同図に示すように、この内燃機関の機関本体1は、吸入ポートに設けられた吸気管2と、吸気管2内に設けられてエアクリーナ4から吸入ポートに供給される吸気の量を開度に応じて調整するスロットル弁3とを備える。 As shown in the figure, the engine body 1 of this internal combustion engine is equipped with an intake pipe 2 provided at the intake port, and a throttle valve 3 provided within the intake pipe 2 to adjust the amount of intake air supplied to the intake port from an air cleaner 4 according to the opening degree.
スロットル弁3には、スロットル弁3の開度を検出するスロットルセンサ5が設けられる。吸気管2の吸入ポート近傍には、燃料を噴射する燃料噴射弁6が設けられる。燃料噴射弁6には、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって燃料が圧送される。 The throttle valve 3 is provided with a throttle sensor 5 that detects the opening of the throttle valve 3. A fuel injection valve 6 that injects fuel is provided near the intake port of the intake pipe 2. Fuel is pumped from a fuel tank (not shown) to the fuel injection valve 6 by a fuel pump.
吸気管2には、吸気管2における吸気圧を検出する吸気圧センサ7及び吸気管2内の吸入空気の温度を検出する吸気温センサ8が設けられる。機関本体1の排気ポートに連結された排気管10内には、排気管10の排気中の未燃焼成分を低減させる触媒11及び排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ12が設けられる。 The intake pipe 2 is provided with an intake pressure sensor 7 that detects the intake pressure in the intake pipe 2 and an intake air temperature sensor 8 that detects the temperature of the intake air in the intake pipe 2. The exhaust pipe 10 connected to the exhaust port of the engine body 1 is provided with a catalyst 11 that reduces unburned components in the exhaust of the exhaust pipe 10 and an oxygen sensor 12 that detects the oxygen concentration in the exhaust.
機関本体1には、点火装置14に接続された点火プラグ13が固着される。ECU(電子制御ユニット)15が点火装置14に対して点火タイミングの指令を発することにより、機関本体1のシリンダ燃焼室内で火花放電が生じる。 An ignition plug 13 connected to an ignition device 14 is fixed to the engine body 1. When an ECU (electronic control unit) 15 issues an ignition timing command to the ignition device 14, a spark discharge occurs in the cylinder combustion chamber of the engine body 1.
ECU15には、スロットルセンサ5、吸気圧センサ7、吸気温センサ8、酸素センサ12、冷却水温センサ17、及び大気圧を検出する大気圧センサ20のそれぞれの検出値を示すアナログ電圧が入力される。また、ECU15には、上記の燃料噴射弁6が接続される。 The ECU 15 receives analog voltages indicating the detection values of the throttle sensor 5, intake pressure sensor 7, intake air temperature sensor 8, oxygen sensor 12, coolant temperature sensor 17, and atmospheric pressure sensor 20 that detects atmospheric pressure. The fuel injection valve 6 is also connected to the ECU 15.
ECU15には、さらに、クランク角度センサ19からのクランク軸18の回転角度位置を示す信号が入力される。すなわち、クランク角度センサ19は、クランク軸18に連動して回転するロータ19aの外周に所定角度(例えば、15度)毎に設けられた複数の凸部を、ロータ19aの外周近傍に配置されたピックアップ19bによって磁気的あるいは光学的に検出し、ピックアップ19bからクランク軸18の所定角度の回転毎にパルス(クランク信号)を発生する。 The ECU 15 also receives a signal indicating the rotational angle position of the crankshaft 18 from a crank angle sensor 19. That is, the crank angle sensor 19 magnetically or optically detects multiple protrusions provided at predetermined angles (e.g., 15 degrees) on the outer periphery of a rotor 19a that rotates in conjunction with the crankshaft 18, using a pickup 19b located near the outer periphery of the rotor 19a, and generates a pulse (crank signal) from the pickup 19b every time the crankshaft 18 rotates by the predetermined angle.
具体的には、クランク角度センサ19は、ピストン9が上死点に至る毎に、又はクランク軸18が360度回転する毎に基準角度を示す信号をECU15に出力する。 Specifically, the crank angle sensor 19 outputs a signal indicating the reference angle to the ECU 15 each time the piston 9 reaches top dead center or each time the crankshaft 18 rotates 360 degrees.
図2は、ECU15における主要な構成を示す。同図に示すように、ECU15に排気中の酸素濃度の検出信号を供給する酸素センサ12は、排気脈動を有する内燃機関の排気に接するように設けられて排気中の酸素濃度を検出する検出部としてのセンサ素子12aと、センサ素子12aに隣接してセンサ素子12aを加熱するセンサヒータ12bとを備える。 Figure 2 shows the main components of the ECU 15. As shown in the figure, the oxygen sensor 12, which supplies the ECU 15 with a detection signal of the oxygen concentration in the exhaust, includes a sensor element 12a as a detector that is disposed in contact with the exhaust of an internal combustion engine having exhaust pulsation and detects the oxygen concentration in the exhaust, and a sensor heater 12b that is adjacent to the sensor element 12a and heats the sensor element 12a.
センサ素子12aは、内燃機関の排気がストイキメトリック近傍の酸素濃度である際に略ステップ状に変化する抵抗値を有し、該抵抗値から求める検出値がセンサ素子12aの温度と前記排気脈動とに応じた波高値を有するパルス波状を呈する。センサ素子12aとしては、本実施形態では、酸素濃度に応じて抵抗値が変化する抵抗型酸素センサであるチタニア型のセンサ素子が用いられる。 The sensor element 12a has a resistance value that changes in an approximately step-like manner when the exhaust gas from the internal combustion engine has an oxygen concentration close to stoichiometric, and the detection value obtained from the resistance value exhibits a pulse waveform having a peak value according to the temperature of the sensor element 12a and the exhaust pulsation. In this embodiment, the sensor element 12a is a titania-type sensor element, which is a resistive oxygen sensor whose resistance value changes according to the oxygen concentration.
ECU15は、センサヒータ12bを制御するヒータ制御器22と、センサ素子12aの温度を示す温度値Tを算出する温度読取部としての温度算出部23と、センサ素子12aの出力信号を、排気中の酸素濃度を示す検出値としての電圧値VHGに変換する電圧算出部24とを備える。 The ECU 15 includes a heater controller 22 that controls the sensor heater 12b, a temperature calculation unit 23 that serves as a temperature reading unit that calculates a temperature value T that indicates the temperature of the sensor element 12a, and a voltage calculation unit 24 that converts the output signal of the sensor element 12a into a voltage value VHG that is a detection value that indicates the oxygen concentration in the exhaust gas.
ヒータ制御器22によるセンサヒータ12bの温度の制御は、不図示の電源(蓄電池)からセンサヒータ12bに供給される通電電流量IをECU15でパルス幅変調(PWM)制御することにより行われる。また、温度算出部23による温度値Tの算出は、たとえば、センサヒータ12bに印加されたヒータ電圧及び通電電流量Iの各値をECU15で読み取ってセンサヒータ12bの抵抗値を求め、該抵抗値を、ECU15に予め準備されたヒータ抵抗値及び温度値T間の対応関係を示すテーブルデータあるいは計算式によって換算することにより行われる。温度算出部23及び電圧算出部24における算出結果は、後述する過剰率算出部25の代替値演算部26に供給される。 The heater controller 22 controls the temperature of the sensor heater 12b by controlling the amount of current I supplied to the sensor heater 12b from a power source (storage battery) (not shown) by pulse width modulation (PWM) control by the ECU 15. The temperature calculation unit 23 calculates the temperature value T by, for example, reading the heater voltage and the amount of current I applied to the sensor heater 12b with the ECU 15 to obtain the resistance value of the sensor heater 12b, and converting the resistance value using table data or a formula that indicates the correspondence between the heater resistance value and the temperature value T, which is prepared in advance in the ECU 15. The calculation results in the temperature calculation unit 23 and the voltage calculation unit 24 are supplied to a substitute value calculation unit 26 of the excess rate calculation unit 25, which will be described later.
また、ECU15は、クランク角度センサ19の検出結果に基づいて内燃機関の回転速度NE及び角速度NETCを算出する回転速度演算部27と、温度算出部23からの温度値T、電圧算出部24からの電圧値VHG、及び回転速度演算部27からの角速度NETCに基づいて空気過剰率λを算出する過剰率算出部25とを備える。 The ECU 15 also includes a rotation speed calculation unit 27 that calculates the rotation speed NE and angular speed NETC of the internal combustion engine based on the detection results of the crank angle sensor 19, and an excess ratio calculation unit 25 that calculates an air excess ratio λ based on the temperature value T from the temperature calculation unit 23, the voltage value VHG from the voltage calculation unit 24, and the angular speed NETC from the rotation speed calculation unit 27.
さらに、ECU15は、目標とする空気過剰率λcmdを触媒11における貯蔵酸素量の推定値等に基づいて算出する目標値演算部28と、回転速度演算部27からの回転速度NE、及び吸気圧センサ7からの吸気管2内の圧力PMに基づいて基本噴射量BJを算出する基本噴射量演算部29と、過剰率算出部25により算出された空気過剰率λを目標空気過剰率λcmdに一致させるべく、基本噴射量演算部29が算出した基本燃料噴射量BJを補正するためのフィードバック係数kを求めるフィードバック係数演算部30と、フィードバック係数k及び基本噴射量BJに基づいて噴射量Tiを算出するとともに、燃料噴射弁6を作動させる噴射量演算部31とを備える。 The ECU 15 further includes a target value calculation unit 28 that calculates the target excess air ratio λcmd based on an estimated value of the amount of oxygen stored in the catalyst 11, a basic injection amount calculation unit 29 that calculates a basic injection amount BJ based on the rotation speed NE from the rotation speed calculation unit 27 and the pressure PM in the intake pipe 2 from the intake pressure sensor 7, a feedback coefficient calculation unit 30 that determines a feedback coefficient k for correcting the basic fuel injection amount BJ calculated by the basic injection amount calculation unit 29 so that the excess air ratio λ calculated by the excess ratio calculation unit 25 matches the target excess air ratio λcmd, and an injection amount calculation unit 31 that calculates the injection amount Ti based on the feedback coefficient k and the basic injection amount BJ and operates the fuel injection valve 6.
フィードバック係数演算部30においては、空気過剰率λと目標空気過剰率λcmdとの偏差に基づいたPID制御が行われてフィードバック係数kが演算される。噴射量演算部31によりフィードバック係数k及び基本噴射量BJに基づいて算出される噴射量Tiに基づき、これに対応する時間だけ、燃料噴射弁6が開弁される。而して、機関本体1のシリンダ燃焼室内には空気過剰率λと目標空気過剰率λcmdとの比較に基づいた上記PID制御のフィードバック係数kに応じた量の燃料が噴射される。 In the feedback coefficient calculation unit 30, PID control is performed based on the deviation between the air excess ratio λ and the target air excess ratio λcmd, and the feedback coefficient k is calculated. Based on the injection amount Ti calculated by the injection amount calculation unit 31 based on the feedback coefficient k and the basic injection amount BJ, the fuel injection valve 6 is opened for a corresponding time. Thus, an amount of fuel according to the feedback coefficient k of the PID control based on the comparison between the air excess ratio λ and the target air excess ratio λcmd is injected into the cylinder combustion chamber of the engine body 1.
過剰率算出部25は、温度算出部23からの電圧値VHG及び温度算出部23からの温度値Tに基づき、電圧値VHGを、その温度特性を補償しつつ空気過剰率に対してリニアライズ変換したデータLDを用いて排気の空気過剰率λを算出するものである。ただし、この算出は、後述するように、電圧値VHGがリーン側閾値LREF以下の場合に適用され、電圧値VHGがリーン側閾値LREFより大きいときには、別の方法で空気過剰率λが求められる。 The excess ratio calculation unit 25 calculates the air excess ratio λ of the exhaust gas using data LD obtained by linearly converting the voltage value VHG with respect to the air excess ratio while compensating for its temperature characteristics, based on the voltage value VHG from the temperature calculation unit 23 and the temperature value T from the temperature calculation unit 23. However, as described below, this calculation is applied when the voltage value VHG is equal to or less than the lean side threshold value LREF, and when the voltage value VHG is greater than the lean side threshold value LREF, the air excess ratio λ is calculated by a different method.
過剰率算出部25は、内燃機関のクランク角速度NETCに基づいて内燃機関のトルク値TQを算出するトルク演算部32と、上述のリニアライズ変換についての変換限界閾値を設定する限界閾値設定部33と、空気過剰率λの代替値Rを算出するのに必要なデータや、後述するデータマップ及びルックアップテーブルを記憶する記憶部34と、代替値Rを算出する代替値演算部26とを備える。 The excess ratio calculation unit 25 includes a torque calculation unit 32 that calculates the torque value TQ of the internal combustion engine based on the crank angular velocity NETC of the internal combustion engine, a limit threshold setting unit 33 that sets the conversion limit threshold for the above-mentioned linearization conversion, a memory unit 34 that stores data required to calculate the alternative value R of the air excess ratio λ, as well as a data map and a lookup table described below, and an alternative value calculation unit 26 that calculates the alternative value R.
限界閾値設定部33は、変換限界閾値として、リーン側の変換限界域値であるリーン側閾値LREF及びリッチ側の変換限界閾値であるリッチ側閾値RREFを、電圧算出部24からの電圧値VHGについて設定する。ただし、チタニア型のセンサ素子12aは、温度が変化すると、出力値のダイナミックレンジ(センサ出力電圧の線形領域の最小値と最大値の各値)が変化するため、温度算出部23からの温度値Tに応じて変換限界閾値を変化させる必要がある。 The limit threshold setting unit 33 sets the conversion limit thresholds, ie, the lean side threshold LREF, which is the lean side conversion limit range value, and the rich side threshold RREF, which is the rich side conversion limit threshold value, for the voltage value VHG from the voltage calculation unit 24. However, with the titania type sensor element 12a, when the temperature changes, the dynamic range of the output value (the minimum and maximum values of the linear region of the sensor output voltage) changes, so it is necessary to change the conversion limit thresholds according to the temperature value T from the temperature calculation unit 23.
図5を併せて参照して、該図5は、温度算出部23が算出する温度値Tに対応する図5において左右方向の第1目盛値G1と、電圧算出部24が算出する電圧値VHGに対応する図5において上下方向の第2目盛値G2とを有するとともに、電圧値VHG及び温度値Tを座標として対応付けられた複数個の前記データLDの数値が設定されているデータマップを掲出したものであり、しかも、リーン側閾値LREF及びリッチ側閾値RREFを求めるためのグラフ35、36に対応するルックアップテーブルの各一例をデータマップ上に夫々重ね合わせた図として示している。 Referring also to FIG. 5, FIG. 5 shows a data map having a first scale value G1 in the horizontal direction in FIG. 5 corresponding to the temperature value T calculated by the temperature calculation unit 23, and a second scale value G2 in the vertical direction in FIG. 5 corresponding to the voltage value VHG calculated by the voltage calculation unit 24, and in which the numerical values of a plurality of the data LD are set in correspondence with the voltage value VHG and the temperature value T as coordinates, and further shows examples of lookup tables corresponding to the graphs 35, 36 for determining the lean side threshold value LREF and the rich side threshold value RREF, each superimposed on the data map.
すなわち、データマップは、複数の空気過剰率値を、温度値Tについての複数の第1目盛値G1、及び電圧値VHG(検出値)についての複数の第2目盛値G2との対応関係を付けて示すものである。ルックアップテーブルは、電圧値VHGがリッチ領域、ストイキ領域又はリーン領域の何れの空燃比領域に該当するかを判別するためのリッチ側閾値RREF及びリーン側閾値LREFを第1目盛値G1との対応関係を付けて示すものである。 That is, the data map shows multiple excess air ratio values in correspondence with multiple first scale values G1 for the temperature value T and multiple second scale values G2 for the voltage value VHG (detected value). The lookup table shows the rich side threshold value RREF and the lean side threshold value LREF in correspondence with the first scale value G1 to determine whether the voltage value VHG falls into the rich region, the stoichiometric region, or the lean region.
このようなデータマップと、グラフ35、36に対応するルックアップテーブルとをECU15内の記憶部34に予め記憶しておくことにより、これらを用いて電圧値VHGをリニアライズ変換したデータLDと、リーン側閾値LREF及びリッチ側閾値RREFとを容易に取得して設定することができる。 By storing such a data map and a lookup table corresponding to the graphs 35 and 36 in advance in the memory unit 34 in the ECU 15, these can be used to easily obtain and set the data LD obtained by linearizing the voltage value VHG, the lean side threshold value LREF, and the rich side threshold value RREF.
グラフ35は、例えば、リーン領域とストイキ領域との境界としての空気過剰率λを1.02とし、この値となるような電圧値VHG及び温度値Tを座標とした上記データマップ上の点を複数点求め、これら複数の点の間をそれぞれ線補間で結んだグラフである。またグラフ36は、例えば、ストイキ領域とリッチ領域との境界としての空気過剰率λを0.98とし、この値に対応する電圧値VHG及び温度値Tを座標とした上記データマップ上の複数の点を求め、これら複数の点の相互間をそれぞれ線補間で結んだグラフである。 Graph 35 is a graph in which, for example, the excess air ratio λ as the boundary between the lean region and the stoichiometric region is set to 1.02, a plurality of points are found on the data map with the voltage value VHG and temperature value T as coordinates for this value, and these plurality of points are connected by linear interpolation. Graph 36 is a graph in which, for example, the excess air ratio λ as the boundary between the lean region and the stoichiometric region is set to 0.98, a plurality of points are found on the data map with the voltage value VHG and temperature value T as coordinates for this value, and these plurality of points are connected by linear interpolation.
例えば、限界閾値設定部33は、グラフ35に対応するルックアップテーブルからは、温度算出部23からの温度値Tがt0である場合、その座標t0から導かれる電圧値v0を、リーン領域とストイキ領域との境界についてのリーン側閾値LREFとして設定することができる。同様に、グラフ36に対応するルックアップテーブルからは、温度算出部23からの温度値Tがt0である場合、その座標t0から導かれる電圧値v1を、ストイキ領域とリッチ領域との境界についてのリッチ側閾値RREFとして設定することができる。 For example, from the lookup table corresponding to graph 35, when the temperature value T from the temperature calculation unit 23 is t0, the limit threshold setting unit 33 can set the voltage value v0 derived from the coordinate t0 as the lean side threshold LREF for the boundary between the lean region and the stoichiometric region. Similarly, from the lookup table corresponding to graph 36, when the temperature value T from the temperature calculation unit 23 is t0, the limit threshold setting unit 33 can set the voltage value v1 derived from the coordinate t0 as the rich side threshold RREF for the boundary between the stoichiometric region and the rich region.
また、記憶部34は、代替値Rの算出に必要なデータとして、電圧算出部24からの電圧値VHGが変換限界閾値LREF以下のとき、燃料噴射弁6による燃料噴射の実行時間Ti1、トルク値TQ1、変換限界閾値LREFに関する空気過剰率λbを記憶する。 In addition, when the voltage value VHG from the voltage calculation unit 24 is equal to or lower than the conversion limit threshold value LREF, the memory unit 34 stores the execution time Ti1 of the fuel injection by the fuel injection valve 6, the torque value TQ1, and the air excess ratio λb related to the conversion limit threshold value LREF as data necessary for calculating the replacement value R.
代替値演算部26は、電圧値VHGが変換限界閾値LREFを超えているとき、直前の燃料噴射の実行時間をTi2、直前のトルク値をTQ2として、次式(1)により代替値Rを算出する。
R=((Ti1÷Ti2)÷(TQ1÷TQ2))×λb (1)
When the voltage value VHG exceeds the conversion limit threshold value LREF, the substitute value calculation unit 26 calculates a substitute value R by the following equation (1), using the execution time of the previous fuel injection as Ti2 and the previous torque value as TQ2.
R = ((Ti1 ÷ Ti2) ÷ (TQ1 ÷ TQ2)) × λb (1)
そして、過剰率算出部25は、電圧値VHGが変換限界閾値LREFを超えている場合には、上述のリニアライズ変換したデータLDとしての空気過剰率λに代えて、代替値Rを排気の空気過剰率λとみなす。 Then, when the voltage value VHG exceeds the conversion limit threshold LREF, the excess ratio calculation unit 25 regards the alternative value R as the exhaust excess air ratio λ instead of the air excess ratio λ as the linearized converted data LD described above.
図3は、過剰率算出部25における空気過剰率λを算出する過剰率(ラムダ)算出処理を示す。なお、この過剰率算出処理を含むECU15による制御は、クランク角度センサ19からのクランク軸18の回転角度位置を示すパルス信号に基づき、内燃機関の行程に同期して実行される。 Figure 3 shows the excess ratio (lambda) calculation process for calculating the air excess ratio λ in the excess ratio calculation unit 25. Note that the control by the ECU 15, including this excess ratio calculation process, is executed in synchronization with the stroke of the internal combustion engine based on a pulse signal indicating the rotational angle position of the crankshaft 18 from the crank angle sensor 19.
過剰率算出処理が開始されると、ステップS1において、トルク演算部32により、回転速度演算部27からのクランク角速度NETCに基づいて内燃機関のトルクTQを算出する。 When the excess rate calculation process is started, in step S1, the torque calculation unit 32 calculates the torque TQ of the internal combustion engine based on the crank angular speed NETC from the rotation speed calculation unit 27.
なお、トルクTQの算出に際しては、内燃機関における吸気、圧縮、燃焼膨張、排気の各行程を有する内燃機関の連続する2つの行程の各々に対応した内燃機関のクランク軸の2つの角速度が算出され、これに基づき、内燃機関が発生する発生トルクが精度よく算出される(特許第6254633号公報参照)。 When calculating torque TQ, two angular velocities of the crankshaft of the internal combustion engine, which correspond to two successive strokes of the internal combustion engine having intake, compression, combustion and expansion, and exhaust strokes, are calculated, and the torque generated by the internal combustion engine is calculated with high accuracy based on these (see Patent Publication No. 6254633).
次に、ステップS2において、温度算出部23からの温度値Tに基づき、限界閾値設定部33により、図5のグラフ35、36に対応するルックアップテーブルを用いて、リーン側閾値LREF及びリッチ側閾値RREFを設定する。 Next, in step S2, the limit threshold setting unit 33 sets the lean side threshold LREF and the rich side threshold RREF based on the temperature value T from the temperature calculation unit 23 using lookup tables corresponding to the graphs 35 and 36 in FIG. 5.
次に、ステップS3において、電圧算出部24から電圧値VHGを取得し、該電圧値VHGを後述する電圧差確認部43で得られる偏差VDにより補正して、制御用の電圧値(検出値)VHGconを設定する。 Next, in step S3, the voltage value VHG is obtained from the voltage calculation unit 24, and the voltage value VHG is corrected by the deviation VD obtained by the voltage difference confirmation unit 43 described later to set the control voltage value (detection value) VHGcon.
次に、ステップS4において、ステップS2で取得した温度値T、ステップS3で取得した電圧値VHGconに基づき上述のデータマップ(図5)が走査され、かくして、電圧値VHGconの値をその温度特性を補償しつつ空気過剰率λへとリニアライズ変換したデータLDが取得される。 Next, in step S4, the above-mentioned data map (Figure 5) is scanned based on the temperature value T obtained in step S2 and the voltage value VHGcon obtained in step S3, and thus data LD is obtained in which the voltage value VHGcon is linearly converted to the air excess factor λ while compensating for its temperature characteristics.
次に、ステップS5において、ステップS3で取得した電圧値VHGconが、ステップS2で設定したリッチ側閾値RREFよりも小さいか否かを判定する。小さいと判定した場合には、続くステップS6においてフラグF_DETECTをゼロに設定しつつステップS16に進み、上記データLDの値を空気率過剰率λ値LAMBDAとして設定し、図3の過剰率算出処理を終了する。 Next, in step S5, it is determined whether the voltage value VHGcon acquired in step S3 is smaller than the rich side threshold value RREF set in step S2. If it is determined that it is smaller, in the following step S6, the flag F_DETECT is set to zero, and the process proceeds to step S16, where the value of the data LD is set as the air ratio excess ratio λ value LAMBDA, and the excess ratio calculation process in FIG. 3 is terminated.
ステップS5において、電圧値VHGconがリッチ側閾値RREFよりも小さくはないと判定した場合には、ステップS7において、ステップS3で取得した電圧値VHGconが、ステップS2で設定したリーン側閾値LREFよりも大きいか否かを判定する。 If it is determined in step S5 that the voltage value VHGcon is not less than the rich side threshold value RREF, it is determined in step S7 whether the voltage value VHGcon obtained in step S3 is greater than the lean side threshold value LREF set in step S2.
ステップS7において、上記電圧値VHGconが大きくはないと判定した場合には、ステップS8において、ステップS2で取得したリーン側閾値LREFの電圧値lref及びリッチ側閾値RREFの電圧値rrefと、電圧値lrefに対応する所定のストイキ領域とリーン領域との境界としての空気過剰率λ値(この実施の形態においては、λ=1.02)と、電圧値rrefに対応する所定のリッチ領域とストイキ領域との境界としての空気過剰率λ値(この実施の形態においては、λ=0.98)と、ステップS3で取得した電圧値VHGとに基づき、電圧算出部24からの電圧値VHGを、酸素センサ12の温度特性を補償しつつ空気過剰率に対してリニアライズ変換したデータLDとしての空気過剰率λを算出し、ステップS9に進む。 If it is determined in step S7 that the voltage value VHGcon is not large, in step S8, the air excess ratio λ is calculated as data LD obtained by linearizing the voltage value VHG from the voltage calculation unit 24 with respect to the air excess ratio while compensating for the temperature characteristics of the oxygen sensor 12, based on the voltage value lref of the lean side threshold LREF and the voltage value rref of the rich side threshold RREF obtained in step S2, the air excess ratio λ value (in this embodiment, λ = 1.02) as the boundary between the predetermined stoichiometric region and the lean region corresponding to the voltage value lref, the air excess ratio λ value (in this embodiment, λ = 0.98) as the boundary between the predetermined rich region and the stoichiometric region corresponding to the voltage value rref, and the voltage value VHG obtained in step S3, and proceeds to step S9.
図4を併せて参照して、上記ステップS8におけるリニアライズ変換したデータLDとしての空気過剰率λは、前記所定のストイキ領域とリーン領域との境界としての空気過剰率λを予め数値設定することが可能な変数#LLMD(たとえば1.02)、及び、前記所定のリッチ領域とストイキ領域との境界としての空気過剰率λを予め設定することが可能な変数#RLMD(たとえば0.98)であるとすれば、図4に示すようなグラフで表すことができる。該グラフの、図4において左右方向の横軸は電圧値VHGであり、図4において上下方向の縦軸は空気過剰率λである。したがって、例えば電圧値VHGがvhg1である場合、これに対応する空気過剰率λの値λ1は、次式(2)により算出することができる。
λ1=(((vhg1-rref)÷(lref-rref))×(#LLMD-#RLMD))+#RLMD (2)
4, if the air excess factor λ as the linearized converted data LD in step S8 is a variable #LLMD (e.g., 1.02) that can be set in advance as a numerical value of the air excess factor λ as the boundary between the predetermined stoichiometric region and the lean region, and a variable #RLMD (e.g., 0.98) that can be set in advance as a numerical value of the air excess factor λ as the boundary between the predetermined rich region and the stoichiometric region, then it can be expressed by a graph as shown in Fig. 4. In the graph, the horizontal axis in the left-right direction in Fig. 4 represents the voltage value VHG, and the vertical axis in the up-down direction in Fig. 4 represents the air excess factor λ. Therefore, for example, when the voltage value VHG is vhg1, the value λ1 of the corresponding air excess factor λ can be calculated by the following equation (2).
λ1=(((vhg1-rref)÷(lref-rref))×(#LLMD-#RLMD))+#RLMD (2)
ステップS9では、燃料噴射弁6による直前の燃料噴射の実行時間Ti、ステップS1で算出したトルクTQをそれぞれTi1、TQ1とし、リーン側閾値LREFに関する空気過剰率λをλbとして記憶部34により記憶する。ほぼ同時に、前記記憶の有効時間を示すカウントダウンタイマー値TIMERをその所定の初期値である#TMINTでリセットする。続いて、フラグF_DETECTを1に設定するとともにステップS16に進み、上記ステップS8で取得したデータLDの値を、空気率過剰率λ値LAMBDAとして設定し、図3の過剰率算出処理を終了する。 In step S9, the execution time Ti of the most recent fuel injection by the fuel injection valve 6 and the torque TQ calculated in step S1 are set as Ti1 and TQ1, respectively, and the air excess ratio λ related to the lean side threshold LREF is stored as λb in the memory unit 34. Almost simultaneously, the countdown timer value TIMER indicating the effective time of the storage is reset to its predetermined initial value #TMINT. Next, the flag F_DETECT is set to 1 and the process proceeds to step S16, where the value of the data LD acquired in step S8 above is set as the air excess ratio λ value LAMBDA, and the excess ratio calculation process in FIG. 3 is terminated.
このとき、λbとしては、ステップS8で取得したデータLDの値が記憶される。その際に、データLDの値の移動平均をλbとして記憶するのが好ましい。例えば、次式(3)で求められる空気過剰率λ(データLD)の指数移動平均λaがλbとして記憶される。
λa=LD×k1+λab×(1-k1) (3)
At this time, the value of the data LD acquired in step S8 is stored as λb. At this time, it is preferable to store the moving average of the values of the data LD as λb. For example, the exponential moving average λa of the air excess factor λ (data LD) calculated by the following formula (3) is stored as λb.
λa=LD×k1+λab×(1−k1) (3)
ここで、k1は移動平均係数であり、λabは記憶部34が記憶している前回制御周期での移動平均値である。移動平均係数k1としては、例えば0.34が用いられる。 Here, k1 is the moving average coefficient, and λab is the moving average value in the previous control cycle stored in the memory unit 34. For example, 0.34 is used as the moving average coefficient k1.
また、このとき、記憶部34は、燃料噴射の実行時間Ti1及び前記トルク値TQ1として、それぞれ移動平均値を記憶するのが好ましい。例えば、燃料噴射の実行時間Tiの指数移動平均TiFLTが次式(4)で求められてTi1として記憶されるとともに、前記トルク値TQの指数移動平均TQFLTが次式(5)で求められてTQ1として記憶される。
TiFLT=Ti×k2+TiFLTb×(1-k2) (4)
TQFLT=TQ×k3+TQFLTb×(1-k3) (5)
At this time, it is preferable that the storage unit 34 stores moving average values as the fuel injection execution time Ti1 and the torque value TQ1, respectively. For example, an exponential moving average TiFLT of the fuel injection execution time Ti is calculated using the following equation (4) and stored as Ti1, and an exponential moving average TQFLT of the torque value TQ is calculated using the following equation (5) and stored as TQ1.
TiFLT = Ti × k2 + TiFLTb × (1-k2) (4)
TQFLT = TQ × k3 + TQFLTb × (1-k3) (5)
ここで、k2、k3は移動平均係数であり、TiFLTb、TQFLTbは記憶部34が記憶している前回制御周期での移動平均値である。この実施の形態においては、移動平均係数k1、k2、及びk3として、それぞれ異なる値を用いることができる。 Here, k2 and k3 are moving average coefficients, and TiFLTb and TQFLTb are moving average values in the previous control cycle stored in the memory unit 34. In this embodiment, different values can be used as the moving average coefficients k1, k2, and k3.
次に、ステップS7において、ステップS3で取得した電圧値VHGconがリーン側閾値LREFよりも大きいと判定した場合には、ステップS10において、上述のカウントダウンタイマー値TIMERがゼロに到達しているか否かを判定する。そして、TIMERがゼロに到達しているならば、フラグF_DETECTを0にリセットする(ステップS11)。 Next, in step S7, if it is determined that the voltage value VHGcon acquired in step S3 is greater than the lean side threshold value LREF, then in step S10, it is determined whether the countdown timer value TIMER described above has reached zero. If TIMER has reached zero, then the flag F_DETECT is reset to 0 (step S11).
次に、ステップS12に進み、フラグF_DETECT=1であるか否かを判定する。F_DETECT=1であるならば、記憶部34にリーン側閾値LREFに関する空気過剰率λb、燃料噴射の実行時間Ti1、及び、トルク値TQ1が記憶されていることを示すので、ステップS13に進み、代替値演算部26において、上述の式(1)により代替値Rを算出するとともに、データLDの値を代替値Rに設定する。 Next, the process proceeds to step S12, where it is determined whether the flag F_DETECT = 1. If F_DETECT = 1, this indicates that the air excess ratio λb related to the lean side threshold LREF, the fuel injection execution time Ti1, and the torque value TQ1 are stored in the memory unit 34, so the process proceeds to step S13, where the alternative value calculation unit 26 calculates the alternative value R using the above-mentioned formula (1), and sets the value of the data LD to the alternative value R.
次に、ステップS14において、ステップS13で設定したデータLDの値が所定の上限値#LLMTよりも大きいか否かを判定する。ステップS13で設定したデータLDの値が上限値#LLMTよりも大きい場合には、データLDの値を上限値#LLMTに設定する(ステップS15)。この場合、上限値#LLMTとして、例えば1.25を用いることができる。 Next, in step S14, it is determined whether the value of data LD set in step S13 is greater than a predetermined upper limit value #LLMT. If the value of data LD set in step S13 is greater than the upper limit value #LLMT, the value of data LD is set to the upper limit value #LLMT (step S15). In this case, the upper limit value #LLMT can be, for example, 1.25.
なお、上記ステップS12において、F_DETECT=0であるならば、記憶部34にリーン側閾値LREFに関する空気過剰率λb、燃料噴射の実行時間Ti1、及び、トルク値TQ1に関する有効な値が記憶されていないことを示すので、代替値Rを算出することができない。この場合も、データLDの値は上記上限値#LLMTに設定される(ステップS15)。 If F_DETECT = 0 in step S12, this indicates that no valid values for the air excess ratio λb related to the lean side threshold LREF, the fuel injection execution time Ti1, and the torque value TQ1 are stored in the memory unit 34, and therefore the alternative value R cannot be calculated. In this case, the value of data LD is also set to the upper limit value #LLMT (step S15).
而して、上記ステップS13又はステップS15で設定されたデータLDの値は空気率過剰率λ値LAMBDAとして設定され(ステップS16)、これにより、図3の過剰率算出処理を終了する。 Then, the value of data LD set in step S13 or step S15 is set as the air excess ratio λ value LAMBDA (step S16), thereby completing the excess ratio calculation process in FIG. 3.
図3の過剰率算出処理が終了すると、ECU15は、図3の過剰率算出処理で算出された空気過剰率λ値LAMBDAを、上述のように、目標値演算部28からの目標とする空気過剰率λcmdに一致させるべく、フィードバック係数演算部30のPID制御により、燃料噴射弁6による燃料の噴射量を制御する。 When the excess ratio calculation process of FIG. 3 is completed, the ECU 15 controls the amount of fuel injected by the fuel injection valve 6 by PID control of the feedback coefficient calculation unit 30 so that the air excess ratio λ value LAMBDA calculated in the excess ratio calculation process of FIG. 3 coincides with the target air excess ratio λcmd from the target value calculation unit 28, as described above.
図6は、図3の過剰率算出処理によって算出される空気過剰率λ値LAMBDAの変化の様子を模式的に示すグラフである。グラフの横軸は時間経過を示す数値であり、縦軸は空気過剰率λである。 Figure 6 is a graph that shows a schematic diagram of the change in the air excess ratio λ value LAMBDA calculated by the excess ratio calculation process in Figure 3. The horizontal axis of the graph is a value indicating the passage of time, and the vertical axis is the air excess ratio λ.
図6におけるグラフ37は、図6において左右方向の横軸の、左端側から中央付近までの範囲において、実際の排気の空気過剰率λを一定の変化率で徐々に増加させ、且つ、続く上記横軸の中央付近から右端側までの範囲において、実際の排気の空気過剰率λを一定の変化率で徐々に減少させた場合において、それをECU15の電圧算出部24で読み取った電圧値VHGを、その温度特性を補償しつつ空気過剰率λに対して直接的にリニアライズ変換したデータを用いて空気過剰率λ値を算出した場合の空気過剰率λ値の数値変化を示す。 Graph 37 in FIG. 6 shows the change in the numerical value of the air excess ratio λ when the actual exhaust air excess ratio λ is gradually increased at a constant rate of change in the range from the left end to near the center of the horizontal axis in the left-right direction in FIG. 6, and then gradually decreased at a constant rate of change in the range from near the center to the right end of the horizontal axis, and the air excess ratio λ is calculated using data obtained by directly linearizing the voltage value VHG read by the voltage calculation unit 24 of the ECU 15 while compensating for its temperature characteristics.
グラフ38は、同様に、上記横軸の左端から右端まで実際の排気の空気過剰率λを一定の変化率で徐々に増加乃至減少させた場合において、電圧算出部24からの電圧値VHGがリーン側域値LREFの電圧値lref以下であるときは、上述のデータマップ(図5)又は式(2)で電圧値VHGを直接的にリニアライズ変換したデータを用いて空気過剰率λ値を算出しているが、電圧算出部24からの電圧値VHGがリーン側域値LREFの電圧値lref(空気過剰率λの値1.020に対応)を超える場合には、上記電圧値VHGをリニアライズ変換したデータに代えて上述の数式(1)により取得した代替値Rを空気過剰率λ値としたときのその空気過剰率λ値の数値変化を示している。 Graph 38 similarly shows the change in the air excess ratio λ value when the actual exhaust air excess ratio λ is gradually increased or decreased at a constant rate from the left end to the right end of the horizontal axis. When the voltage value VHG from the voltage calculation unit 24 is equal to or less than the voltage value lref of the lean side range value LREF, the air excess ratio λ value is calculated using the data obtained by directly linearizing the voltage value VHG using the above-mentioned data map (FIG. 5) or formula (2). However, when the voltage value VHG from the voltage calculation unit 24 exceeds the voltage value lref of the lean side range value LREF (corresponding to the air excess ratio λ value of 1.020), the data obtained by linearizing the voltage value VHG is replaced with the alternative value R obtained by the above-mentioned formula (1) and the air excess ratio λ value is shown.
斯くして、実際の排気の空気過剰率λが1.020以下の場合には、それに応答する電圧算出部24からの電圧値VHGは上記実際の排気の空気過剰率λに対して比例的(線形)に変化するため、実際の排気の空気過剰率λが1.020以下の場合には、グラフ37及びグラフ38は共に、上記実際の排気の空気過剰率λの上記一定変化に追従して直線的に推移しているが、排気の空気過剰率λが1.020を超える場合には、その状況下での非線形性を呈する電圧値VHGが急激に増加方向に変化するため、電圧値VHGを直接的にリニアライズ変換したデータに基づく空気過剰率λ値を示すグラフ37も同じく増加方向へと急峻且つ非線形に変化する。一方、グラフ38では、排気の空気過剰率λが1.020(上記#LLMD)を超える場合にも空気過剰率λ値LAMBDAが排気の空気過剰率λ(空燃比)に対して直線状に変化しており、実際の排気の空気過剰率λと連動している。 Thus, when the actual exhaust air excess ratio λ is 1.020 or less, the voltage value VHG from the voltage calculation unit 24 responding thereto changes proportionally (linearly) to the actual exhaust air excess ratio λ, so that when the actual exhaust air excess ratio λ is 1.020 or less, both graphs 37 and 38 move linearly following the above-mentioned constant change in the actual exhaust air excess ratio λ, but when the exhaust air excess ratio λ exceeds 1.020, the voltage value VHG, which exhibits nonlinearity under that condition, changes sharply in the increasing direction, so that graph 37, which shows the air excess ratio λ value based on data obtained by directly linearizing the voltage value VHG, also changes sharply and nonlinearly in the increasing direction. On the other hand, in graph 38, even when the exhaust air excess ratio λ exceeds 1.020 (the above #LLMD), the air excess ratio λ value LAMBDA changes linearly with the exhaust air excess ratio λ (air-fuel ratio) and is linked to the actual exhaust air excess ratio λ.
したがって、過剰率算出処理により、電圧値VHGがリーン側閾値LREF以下の場合には、上述のリニアライズ変換したデータを用いて空気過剰率λを算出し、電圧値VHGがリーン側閾値LREFを超える場合には、上述の数式(1)で空気過剰率λを算出する(グラフ38)ことにより、過剰率算出部25は、図6のグラフの全範囲にわたって実際の排気の空気過剰率λと連動し比例的に変化する空気過剰率λ値をフィードバック係数演算部30に供給できることがわかる。これにより、フィードバック係数演算部30によるPID制御の中断が抑制される。 Therefore, when the voltage value VHG is equal to or less than the lean threshold value LREF, the excess air ratio λ is calculated using the linearized data described above by the excess air ratio calculation process, and when the voltage value VHG exceeds the lean threshold value LREF, the excess air ratio λ is calculated using the above-mentioned formula (1) (graph 38). This means that the excess air ratio calculation unit 25 can supply the feedback coefficient calculation unit 30 with an air excess ratio λ value that changes in conjunction with and proportional to the actual exhaust air excess ratio λ over the entire range of the graph in FIG. 6. This prevents the feedback coefficient calculation unit 30 from interrupting PID control.
ところで、製造公差等によりセンサ素子12a(検出部)やセンサヒータ12b(ヒータ部)の抵抗値がばらつくと、これらの抵抗値に基づいて得られる空気過剰率も不正確なものとなり、空燃比フィードバック制御に支障を来たすおそれがある。 However, if the resistance values of the sensor element 12a (detection section) and the sensor heater 12b (heater section) vary due to manufacturing tolerances, etc., the excess air ratio obtained based on these resistance values will also be inaccurate, which may cause problems with air-fuel ratio feedback control.
そこで、過剰率算出部25は、上記の抵抗値のばらつきに応じて変化する電圧値VHG(検出値)の特性を点検する特性点検部40と、その点検結果に基づいて上述のデータマップ及びルックアップテーブルを較正する較正部41とを備える。 Therefore, the excess rate calculation unit 25 includes a characteristic inspection unit 40 that inspects the characteristics of the voltage value VHG (detection value) that changes according to the variation in the resistance value, and a calibration unit 41 that calibrates the above-mentioned data map and lookup table based on the inspection results.
特性点検部40は、温度Tの基準値からのずれ量TDを確認して制御用の温度Tconを設定する温度差確認部42と、センサ素子12aの電圧値VHGの所定時間内における平均値VHGSTDとリーン側閾値LREFとの偏差VDを確認して制御用の電圧値(検出値)VHGconを設定する電圧差確認部43とを有し、設定した制御用の温度Tcon及び制御用の電圧値(検出値)VHGconとに応じて、ECU15に接続された酸素濃度センサ12の出力特性を点検するように構成される。 The characteristic inspection unit 40 has a temperature difference confirmation unit 42 that confirms the deviation TD of the temperature T from the reference value and sets the control temperature Tcon, and a voltage difference confirmation unit 43 that confirms the deviation VD between the average value VHGSTD of the voltage value VHG of the sensor element 12a within a predetermined time and the lean side threshold value LREF and sets the control voltage value (detection value) VHGcon, and is configured to check the output characteristics of the oxygen concentration sensor 12 connected to the ECU 15 according to the set control temperature Tcon and control voltage value (detection value) VHGcon.
温度差確認部42は、内燃機関が停止した状態で、センサ素子12aの温度Tがセンサ素子12aの雰囲気温度に収束するに足る所定時間が経過した場合に、温度Tの基準値からのずれ量TDを取得する。そして、温度差確認部42は、電圧値VHGの特性の点検並びに過剰率算出部25で用いる制御用の温度として、センサ素子12aの温度Tを、ずれ量TDに基づいて補正した値Tcon(この実施の形態においてはTcon=T+TD)を設定する。 The temperature difference confirmation unit 42 acquires the deviation TD of the temperature T from the reference value when a predetermined time has elapsed for the temperature T of the sensor element 12a to converge to the ambient temperature of the sensor element 12a while the internal combustion engine is stopped. The temperature difference confirmation unit 42 then sets a value Tcon (Tcon = T + TD in this embodiment) obtained by correcting the temperature T of the sensor element 12a based on the deviation TD as a control temperature used in checking the characteristics of the voltage value VHG and in the excess rate calculation unit 25.
上記の温度Tconを設定するための基準値Trefは、例えば、冷却水温センサ17により得られるエンジン温度に吸気温センサ8により得られる吸気温度を加えて2で除する{Tref=(エンジン温度+吸気温度)÷2}ことにより求めることができる。これにより、冷却水温センサ17及び吸気温センサ8の各読取での量子化誤差による影響を軽減して上記制御用の温度Tconを精度よく設定することができる。 The reference value Tref for setting the above temperature Tcon can be obtained, for example, by adding the engine temperature obtained by the cooling water temperature sensor 17 to the intake air temperature obtained by the intake air temperature sensor 8 and dividing the result by 2 {Tref = (engine temperature + intake air temperature) ÷ 2}. This reduces the effects of quantization errors in the readings of the cooling water temperature sensor 17 and the intake air temperature sensor 8, allowing the above control temperature Tcon to be set with high accuracy.
この場合、制御用の温度Tconは常温下かつ始動前のエンジン温度及び吸気温度と同じになるように設定される。かくして、温度差確認部42は、上記のデータマップ及びグラフ35、36に対応するルックアップテーブルを、図5において左右方向(第1目盛値G1方向)へと実質的に平行移動させることになる。 In this case, the control temperature Tcon is set to be the same as the engine temperature and intake air temperature at room temperature before starting. Thus, the temperature difference confirmation unit 42 essentially translates the lookup table corresponding to the above data map and graphs 35 and 36 in the left-right direction (the direction of the first scale value G1) in FIG. 5.
続いて、電圧差確認部43は、センサ素子12aの上記制御用の温度Tconが所定値以下(例えば、上記基準値Trefに同じ)の場合に、センサ素子12aの抵抗値から求める電圧値VHGの所定時間内における平均値VHGSTDとリーン側閾値LREFとの偏差VDを取得する。そして、電圧差確認部43は、上述の特性の点検及び過剰率算出部25で用いる制御用の電圧値(検出値)として、前記抵抗値から求める電圧値VHGを偏差VDに基づいて補正した電圧値VHGcon(=VHG+VD)を設定する。 Next, when the control temperature Tcon of the sensor element 12a is equal to or lower than a predetermined value (e.g., equal to the reference value Tref), the voltage difference confirmation unit 43 obtains the deviation VD between the average value VHGSTD of the voltage value VHG calculated from the resistance value of the sensor element 12a within a predetermined time and the lean side threshold value LREF. Then, the voltage difference confirmation unit 43 sets the voltage value VHGcon (= VHG + VD) obtained by correcting the voltage value VHG calculated from the resistance value based on the deviation VD as the control voltage value (detection value) used in the above-mentioned characteristic inspection and excess rate calculation unit 25.
この場合、センサ素子12aの温度Tconが充分に低く酸素濃度センサが不活性となる状況では、電圧値VHGの波高がほぼゼロ(電圧値VHGが動かない状態)になるとともに、標準的な抵抗値を有するセンサ素子12aから読み取り可能な電圧値VHGrefは、上記グラフ35及びグラフ36と同一値になる(電圧値VHGrefとグラフ35、36が重なり合う)。すなわち、上記制御用の温度Tconが所定値以下の場合に、標準電圧値VHGrefはグラフ35(リーン側閾値LREF)に等しくなるので、制御用の電圧値(検出値)VHGconを設定するための基準値は、グラフ35に対応するルックアップテーブルを上記充分に低い温度Tconで走査することにより、求めることができる。また、上記の平均値VHGSTDは、例えば、5秒間の期間で多数回読み取った電圧値VHGの相加平均値から求めることができ、これにより、電圧値VHGの読取における量子化誤差による影響を軽減して偏差VDを取得するとともに、制御用の電圧値VHGconを精度よく設定することができる。 In this case, when the temperature Tcon of the sensor element 12a is low enough to deactivate the oxygen concentration sensor, the wave height of the voltage value VHG becomes almost zero (the voltage value VHG does not move), and the voltage value VHGref that can be read from the sensor element 12a having a standard resistance value becomes the same value as the graphs 35 and 36 (the voltage value VHGref and the graphs 35 and 36 overlap). In other words, when the control temperature Tcon is equal to or lower than a predetermined value, the standard voltage value VHGref becomes equal to the graph 35 (lean side threshold value LREF), so the reference value for setting the control voltage value (detection value) VHGcon can be obtained by scanning the lookup table corresponding to the graph 35 at the sufficiently low temperature Tcon. In addition, the average value VHGSTD can be calculated from the arithmetic mean value of the voltage values VHG read multiple times over a period of, for example, five seconds. This reduces the effect of quantization errors in reading the voltage values VHG, and allows the deviation VD to be obtained, while allowing the control voltage value VHGcon to be set with high accuracy.
斯くして、制御用の電圧値(検出値)VHGconは制御用の温度Tconが所定値以下の場合のグラフ35(リーン側閾値LREF)と同じになるように補正される。これにより、電圧差確認部43は、上記のデータマップを、図5において上下方向(第2目盛値G2方向)へと実質的に平行移動させることになる。 Thus, the control voltage value (detection value) VHGcon is corrected to be the same as graph 35 (lean side threshold LREF) when the control temperature Tcon is equal to or lower than the predetermined value. As a result, the voltage difference confirmation unit 43 essentially translates the above data map in the vertical direction (towards the second scale value G2) in FIG. 5.
実際にECU15に接続された酸素濃度センサ12の点検に際しては、特性点検部40は、目標値演算部28を通じて目標空気過剰率λcmdをストイキメトリック近傍に設定して電圧値VHGconの波高値を取得するとともに、この波高値が空燃比領域の何れかに該当するかを点検する。 When actually inspecting the oxygen concentration sensor 12 connected to the ECU 15, the characteristic inspection unit 40 sets the target air excess ratio λcmd to near stoichiometric through the target value calculation unit 28, obtains the peak value of the voltage value VHGcon, and inspects whether this peak value falls within any of the air-fuel ratio regions.
また、較正部41による較正に際しては、上記点検の結果を受けて、上記データマップ及びグラフ35、36に対応するルックアップテーブルが較正される。 In addition, when calibration is performed by the calibration unit 41, the lookup tables corresponding to the data maps and graphs 35 and 36 are calibrated based on the results of the inspection.
図7には、特性点検部40により、目標空気過剰率λcmdをストイキメトリック近傍に設定した状態で内燃機関に標準的な抵抗値を有する酸素濃度センサ12を搭載した車両を運転しながら得られた電圧値(検出値)VHGrefについて、その時間経過に伴う変化を表す電圧波形44が示されている。また図7には、検証用として臨時に併設した広帯域(ワイドバンド)空燃比センサの出力信号の波形を示す空燃比波形45が併せて示されている。 Figure 7 shows a voltage waveform 44 indicating the change over time of the voltage value (detected value) VHGref obtained while driving a vehicle equipped with an oxygen concentration sensor 12 having a standard resistance value in an internal combustion engine with the target excess air ratio λcmd set near stoichiometric by the characteristics inspection unit 40. Figure 7 also shows an air-fuel ratio waveform 45 indicating the waveform of the output signal of a wideband air-fuel ratio sensor temporarily installed for verification purposes.
4サイクル内燃機関において、排気管内の排気及び当該排気に含まれる酸素濃度は脈動をしているので、図7に示すように、標準的な抵抗値を有する酸素濃度センサ12のセンサ素子12aから読み取られる電圧値(検出値)VHGrefの電圧波形44及び併設された空燃比センサの空燃比波形45は、時間の経過に伴い振動的に遷移する波高を有した波形として観測されるのであるが、特に空燃比波形45が、空気過剰率λが1.0となるレベルを跨ぐ図示の期間Pにおいては、元よりセンサ素子12aの抵抗値はストイキメトリック近傍の酸素濃度においてステップ(階段)状に急峻な変化をする特性を有していることから、電圧波形44の波高M(検出値の波高値)は同期間Pにおける空燃比波形45の波高と比して非常に大きく振動する波形として観測される。そして、このように大きく振動する電圧波形44の波高の遷移に沿うように、上記のグラフ36(リッチ側閾値RREF)及びグラフ35(リーン側閾値LREF)に対応するルックアップテーブルがそれぞれ設定されている。 In a four-stroke internal combustion engine, the exhaust gas in the exhaust pipe and the oxygen concentration contained therein pulsate, so that, as shown in FIG. 7, the voltage waveform 44 of the voltage value (detected value) VHGref read from the sensor element 12a of the oxygen concentration sensor 12 having a standard resistance value and the air-fuel ratio waveform 45 of the adjacent air-fuel ratio sensor are observed as waveforms with wave heights that transition in an oscillatory manner over time. In particular, during the illustrated period P in which the air-fuel ratio waveform 45 crosses the level at which the air excess ratio λ is 1.0, the resistance value of the sensor element 12a has the characteristic of changing abruptly in steps at oxygen concentrations near the stoichiometric value, so that the wave height M (peak value of the detected value) of the voltage waveform 44 is observed as a waveform that oscillates significantly more than the wave height of the air-fuel ratio waveform 45 during the same period P. The lookup tables corresponding to the above graph 36 (rich side threshold RREF) and graph 35 (lean side threshold LREF) are set to follow the transition of the wave height of the voltage waveform 44, which oscillates greatly in this way.
すなわち、図示の期間Pにおいて、標準的な抵抗値を有する酸素濃度センサ12から得られる電圧波形44での各波高Mの尖頭のうち、図7において下方のリッチ側閾値RREFに近いリッチ側尖頭46は、多数のものがほぼリッチ側閾値RREF上に位置する一方、図7において上方のリーン側閾値LREFに近いリーン側尖頭47は、多数のものがほぼリーン側閾値LREF上に位置する。 That is, during the illustrated period P, among the peaks of each wave height M in the voltage waveform 44 obtained from the oxygen concentration sensor 12 having a standard resistance value, many of the rich side peaks 46 that are close to the lower rich side threshold value RREF in FIG. 7 are located almost on the rich side threshold value RREF, while many of the lean side peaks 47 that are close to the upper lean side threshold value LREF in FIG. 7 are located almost on the lean side threshold value LREF.
換言すると、目標空気過剰率λcmdをストイキメトリック近傍に設定して図示の期間Pの状態を再現する如くに空燃比のフィードバック制御を実施しながら前記実際にECU15に接続された酸素濃度センサ12の電圧値(検出値)VHGconが表出する波高MをECU15で計測するとともに、その波高Mの尖頭がリーン側閾値LREF及びリッチ側閾値RREFと合致しているか否かを点検することにより、上記標準的な抵抗値での電圧値VHGrefの特性からの電圧値VHGconの特性ずれが如何ほどであるかを把握し、取得することができる。 In other words, the target excess air ratio λcmd is set close to stoichiometric and feedback control of the air-fuel ratio is performed to reproduce the state of the illustrated period P. The ECU 15 measures the wave height M expressed by the voltage value (detection value) VHGcon of the oxygen concentration sensor 12 actually connected to the ECU 15, and checks whether the peak of the wave height M matches the lean side threshold value LREF and the rich side threshold value RREF. This makes it possible to grasp and obtain the extent to which the characteristics of the voltage value VHGcon deviate from the characteristics of the voltage value VHGref at the above-mentioned standard resistance value.
斯くして、特性点検部40は、目標空気過剰率λcmdをストイキメトリック近傍に設定して空燃比フィードバック制御を実施しながら、ECU15に接続された酸素濃度センサ12の電圧値(検出値)VHGconについて波高Mの尖頭値を取得し、該波高Mの尖頭値がリッチ領域、ストイキ領域又はリーン領域の何れかに該当するかを点検するように構成される。また、この点検結果に基づいて、較正部41は、波高Mの尖頭値が前記リッチ側閾値RREF及びリーン側閾値LREFに適合するように、アフィン変換を施して前記データマップ及び前記ルックアップテーブルを較正することができる。 Thus, the characteristic inspection unit 40 is configured to obtain the peak value of the wave height M for the voltage value (detection value) VHGcon of the oxygen concentration sensor 12 connected to the ECU 15 while performing air-fuel ratio feedback control by setting the target air excess ratio λcmd close to stoichiometric, and to inspect whether the peak value of the wave height M falls within the rich region, the stoichiometric region, or the lean region. Based on the inspection result, the calibration unit 41 can calibrate the data map and the lookup table by performing an affine transformation so that the peak value of the wave height M matches the rich side threshold value RREF and the lean side threshold value LREF.
具体的には、較正部41は、所謂アフィン変換の要領で、複数の第1目盛値G1及び複数の第2目盛値G2を拡大又は縮小することによりデータマップ及びルックアップテーブルを較正するための第1較正倍率値C1及び第2較正倍率値C2を備えている。 Specifically, the calibration unit 41 has a first calibration magnification value C1 and a second calibration magnification value C2 for calibrating the data map and the lookup table by enlarging or reducing a plurality of first scale values G1 and a plurality of second scale values G2 in a manner similar to so-called affine transformation.
図8(a)~(d)を併せて参照しつつ詳述すると、較正部41は、時間の経過に伴って変化する制御用の電圧値VHGconのリーン側尖頭値47vとグラフ35(リーン側閾値LREF)に対応するルックアップテーブルとを対比した際に、例えば、リーン側尖頭値47vがリーン領域にある場合には第1較正倍率値C1を増加してデータマップ及びルックアップテーブルを図8において右側方向に向けて拡大し(図8(a)参照)、リーン側尖頭値47vがストイキ領域にある場合には第1較正倍率値C1を減少してデータマップ及びルックアップテーブルを図8において左側方向に向けて縮小する(図8(b)参照)。 To explain in more detail with reference to Figures 8(a) to (d), when the calibration unit 41 compares the lean side peak value 47v of the control voltage value VHGcon, which changes over time, with the lookup table corresponding to graph 35 (lean side threshold value LREF), for example, if the lean side peak value 47v is in the lean region, the calibration unit 41 increases the first calibration multiplier value C1 to expand the data map and lookup table to the right in Figure 8 (see Figure 8(a)), and if the lean side peak value 47v is in the stoichiometric region, the calibration unit 41 decreases the first calibration multiplier value C1 to shrink the data map and lookup table to the left in Figure 8 (see Figure 8(b)).
すなわち、較正部41は、上記増加又は減少した第1較正倍率値C1をデータマップ及びルックアップテーブルの第1目盛値G1に乗じることにより、所謂アフィン変換の要領でデータマップ及びルックアップテーブルを実質的に拡大又は縮小することで較正をする。なお、第1目盛値G1の拡縮原点には、0ケルビン(マイナス273.15degC;絶対零度)を採用することができる。このとき、記憶部34に記憶されている複数の第1目盛値G1の較正前の値をTk(摂氏温度)とした場合、較正後の制御用第1目盛値Tkcalは、次式(6a)により求められる。
Tkcal=(Tk+273.15)×C1-273.15 (6a)
That is, the calibration unit 41 performs calibration by multiplying the first scale value G1 of the data map and the lookup table by the increased or decreased first calibration magnification value C1, thereby substantially enlarging or reducing the data map and the lookup table in a manner of so-called affine transformation. Note that 0 Kelvin (minus 273.15 degC; absolute zero) can be used as the origin of the enlargement or reduction of the first scale value G1. In this case, if the pre-calibration values of the multiple first scale values G1 stored in the memory unit 34 are Tk (Celsius temperature), the post-calibration control first scale value Tkcal can be calculated by the following formula (6a).
Tkcal = (Tk + 273.15) × C1 - 273.15 (6a)
また、較正部41は、時間の経過に伴って変化する制御用の電圧値VHGconのリッチ側尖頭値46vとグラフ36(リッチ側閾値RREF)に対応するルックアップテーブルとを対比した際に、例えば、リッチ側尖頭値46vがリッチ領域にある場合には第2較正倍率値C2を増加してデータマップ及びルックアップテーブルを図8において下方向に向けて拡大し(図8(d)参照)、リッチ側尖頭値46vがストイキ領域にある場合には第2較正倍率値C2を減少してデータマップ及びルックアップテーブルを図8において上方向に向けて縮小する(図8(c)参照)。 When the calibration unit 41 compares the rich side peak value 46v of the control voltage value VHGcon, which changes over time, with the lookup table corresponding to graph 36 (rich side threshold value RREF), for example, if the rich side peak value 46v is in the rich region, the calibration unit 41 increases the second calibration multiplier value C2 to expand the data map and lookup table downward in FIG. 8 (see FIG. 8(d)), and if the rich side peak value 46v is in the stoichiometric region, the calibration unit 41 decreases the second calibration multiplier value C2 to shrink the data map and lookup table upward in FIG. 8 (see FIG. 8(c)).
すなわち、較正部41は、上記増加又は減少した第2較正倍率値C2をデータマップ及びルックアップテーブルの第2目盛値G2に乗じることにより、所謂アフィン変換の要領でデータマップ及びルックアップテーブルを実質的に拡大又は縮小することで較正する。なお、第2目盛値G2の拡縮原点には、上述の制御用の温度Tconが所定値以下の場合のグラフ35(リーン側閾値LREF)の値を採用することができる。 That is, the calibration unit 41 calibrates the data map and the lookup table by multiplying the second scale value G2 of the data map and the lookup table by the increased or decreased second calibration magnification value C2, thereby essentially enlarging or reducing the data map and the lookup table in a manner similar to a so-called affine transformation. Note that the value of the graph 35 (lean side threshold value LREF) when the above-mentioned control temperature Tcon is equal to or lower than a predetermined value can be used as the origin of the enlargement or reduction of the second scale value G2.
このとき、上記制御用の温度Tconが所定値以下の場合のグラフ35の値をLREFanchor、記憶部34に記憶されている複数の第2目盛値G2の較正前の値をVkとした場合、較正後の制御用第2目盛値Vkcalは、次式(7)により求められる。
Vkcal=(Vk-LREFanchor)×C2+LREFanchor
(7)
In this case, if the value of graph 35 when the control temperature Tcon is equal to or lower than a predetermined value is LREFanchor and the pre-calibration values of the multiple second scale values G2 stored in memory unit 34 are Vk, the post-calibration control second scale value Vkcal can be calculated using the following equation (7).
Vkcal = (Vk - LREFanchor) x C2 + LREFanchor
(7)
なお、本実施の形態においては、上記第1較正倍率値C1及び第2較正倍率値C2の増加又は減少を行う場合に、所定の漸増率及び漸減率を介在して第1較正倍率値C1又は第2較正倍率値C2を漸増又は漸減させて徐々に較正完了状態へと移行させる移行処理を含むように較正部41を構成することができる。 In this embodiment, when the first calibration magnification value C1 and the second calibration magnification value C2 are increased or decreased, the calibration unit 41 can be configured to include a transition process that gradually increases or decreases the first calibration magnification value C1 or the second calibration magnification value C2 using a predetermined increase rate and decrease rate to gradually transition to a calibration completion state.
以上のように、本実施形態によれば、目標空気過剰率λcmdをストイキメトリック近傍に設定した場合の電圧値VHGconの波高値がリッチ側閾値RREF及びリーン側閾値LREFに該当するように、データマップ及びルックアップテーブルを較正しているので、センサ素子12aやセンサヒータ12bの各抵抗値の公差(ばらつき)に拘わらず、正確な空気過剰率λを算出して適切な空燃比フィードバック制御を行うことができる。 As described above, according to this embodiment, the data map and lookup table are calibrated so that the peak value of the voltage value VHGcon when the target air excess ratio λcmd is set near the stoichiometric value corresponds to the rich side threshold value RREF and the lean side threshold value LREF. Therefore, regardless of the tolerance (variation) of the resistance values of the sensor element 12a and the sensor heater 12b, an accurate air excess ratio λ can be calculated to perform appropriate air-fuel ratio feedback control.
また、温度点検部42によりセンサ素子12aの温度Tの基準値からのずれ量TDを取得し、温度Tをずれ量TDに基づいて補正しているので、より正確な空燃比フィードバック制御を行うことができる。 In addition, the temperature inspection unit 42 obtains the deviation TD of the temperature T of the sensor element 12a from the reference value, and corrects the temperature T based on the deviation TD, allowing for more accurate air-fuel ratio feedback control.
また、電圧点検部43により、センサ素子12aの温度が充分低い所定値以下のとき、例えば電圧値VHGの波高がほぼゼロで電圧VHGが変動しない状態で、電圧値VHGに対する補正値(偏差VD)を求め、これにより電圧値VHGを補正しているので、より正確な空燃比フィードバック制御を行うことができる。 In addition, when the temperature of the sensor element 12a is below a sufficiently low predetermined value, for example when the wave height of the voltage value VHG is almost zero and the voltage VHG does not fluctuate, the voltage inspection unit 43 determines a correction value (deviation VD) for the voltage value VHG and corrects the voltage value VHG accordingly, thereby enabling more accurate air-fuel ratio feedback control.
また、特性点検部40及び較正部41により、リーン側尖頭値47vがリーン領域にある場合には第1較正倍率値C1を増加(漸増)させ、リーン側尖頭値47vが記ストイキ領域にある場合には第1較正倍率値C1を減少(漸減)させて、観測されるリーン側尖頭値47vがリーン側閾値LREFに近づくように、データマップ及びルックアップテーブルを較正しているので、より正確な空燃比フィードバック制御を行うことができる。 In addition, the characteristic inspection unit 40 and the calibration unit 41 increase (gradually increase) the first calibration multiplier value C1 when the lean side peak value 47v is in the lean region, and decrease (gradually decrease) the first calibration multiplier value C1 when the lean side peak value 47v is in the stoichiometric region. This calibrates the data map and lookup table so that the observed lean side peak value 47v approaches the lean side threshold value LREF, thereby enabling more accurate air-fuel ratio feedback control.
また、特性点検部40及び較正部41により、リッチ側尖頭値46vがリッチ領域にある場合は第2較正倍率値C2を増加(漸増)させ、リッチ側尖頭値46vがストイキ領域にある場合は第2較正倍率値C2を減少(漸減)させて、観測されるリッチ側尖頭値46vがリッチ側閾値RREFに近づくように、データマップ及びルックアップテーブルを較正しているので、より正確な空燃比フィードバック制御を行うことができる。 In addition, the characteristic inspection unit 40 and the calibration unit 41 increase (gradually increase) the second calibration multiplier value C2 when the rich side peak value 46v is in the rich region, and decrease (gradually decrease) the second calibration multiplier value C2 when the rich side peak value 46v is in the stoichiometric region, thereby calibrating the data map and lookup table so that the observed rich side peak value 46v approaches the rich side threshold value RREF, thereby enabling more accurate air-fuel ratio feedback control.
また、空気過剰率λに基づいてPID制御により燃料噴射量Tiを制御するに際して、排気中の酸素濃度を示す電圧値VHGがリーン側閾値LREFを超える場合には、上述の数式(1)により計算した代替値Rが空気過剰率λとみなされるので、PID制御の中断を抑制して制御精度を高め、排気ガス浄化等の効率化を図ることができる。 In addition, when controlling the fuel injection amount Ti by PID control based on the excess air ratio λ, if the voltage value VHG indicating the oxygen concentration in the exhaust gas exceeds the lean side threshold value LREF, the replacement value R calculated by the above-mentioned formula (1) is regarded as the excess air ratio λ, so that interruptions of the PID control are suppressed, control accuracy is improved, and the efficiency of exhaust gas purification, etc. can be improved.
また、記憶部34に記憶する燃料噴射の実行時間Ti1、トルク値TQ1、空気過剰率λbとして、それぞれの移動平均値を記憶するので、これらの計測値をデジタル値に変換する際の量子化ノイズ(誤差)を低減することができる。 In addition, the moving average values of the fuel injection execution time Ti1, torque value TQ1, and air excess ratio λb are stored in the memory unit 34, so that the quantization noise (error) that occurs when these measurement values are converted to digital values can be reduced.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various design changes can be made without departing from the invention described in the claims.
例えば、上述の実施の形態では、第1較正倍率値C1をデータマップ及びルックアップテーブルの複数の第1目盛値G1にそれぞれ乗じることにより、所謂アフィン変換の要領でデータマップ及びルックアップテーブルを実質的に拡大又は縮小することで較正するもの(式(6a))であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、データマップ及びルックアップテーブルを走査する制御用の温度に第1較正倍率値C1を乗じる構成であってもデータマップ及びルックアップテーブルを実質的に拡大又は縮小することが可能であり、このとき、記憶部34に記憶されている複数の第1目盛値G1の較正前の値をTk(摂氏温度)、較正後の制御用第1目盛値をTkcalとした場合に、データマップ及びルックアップテーブルを走査するための走査制御用の温度値Tcon(摂氏温度)は、次式(6b)により求めることができる。
Tkcal=Tk
Tcon=(T+TD+273.15)×(1/C1)-273.15
(6b)
For example, in the above embodiment, the data map and the lookup table are calibrated by multiplying each of the first calibration magnification value C1 by the first calibration magnification value C1, and thereby substantially enlarging or reducing the data map and the lookup table in a manner of so-called affine transformation (Equation (6a)), but the present invention is not limited to this. For example, even if the control temperature for scanning the data map and the lookup table is multiplied by the first calibration magnification value C1, it is possible to substantially enlarge or reduce the data map and the lookup table. In this case, if the pre-calibration value of the multiple first scale values G1 stored in the memory unit 34 is Tk (Celsius temperature) and the post-calibration control first scale value is Tkcal, the scan control temperature value Tcon (Celsius temperature) for scanning the data map and the lookup table can be obtained by the following equation (6b).
Tkcal = Tk
Tcon = (T + TD + 273.15) x (1/C1) - 273.15
(6b)
上述の式(6a)あるいは式(6b)いずれを用いる構成であっても、実際に計測した電圧値(検出値)VHGconの波高値がリッチ側及びリーン側閾値に合致する(波高の尖頭が閾値に重なる)ように較正して正確な空気過剰率を算出し、適切な空燃比フィードバック制御を行うことができる。 Whether the above-mentioned formula (6a) or formula (6b) is used, the peak value of the actually measured voltage value (detection value) VHGcon can be calibrated so that it matches the rich side and lean side thresholds (the peak of the peak overlaps the thresholds), allowing an accurate air excess ratio to be calculated and appropriate air-fuel ratio feedback control to be performed.
また、上述の実施の形態では、温度Tconを設定するための基準値Trefを、冷却水温センサ17により得られるエンジン温度に吸気温センサ8により得られる吸気温度を加えて2で除する{Tref=(エンジン温度+吸気温度)÷2}ことにより設定しているが、これに限定されることなく、例えば、冷却水温センサ17により得られるエンジン温度又は吸気温センサ8により得られる吸気温度のいずれか一方のみから温度Tconを設定するための基準値Trefを算出するようにしてもよい。 In addition, in the above-described embodiment, the reference value Tref for setting the temperature Tcon is set by adding the engine temperature obtained by the cooling water temperature sensor 17 to the intake air temperature obtained by the intake air temperature sensor 8 and dividing the result by 2 {Tref = (engine temperature + intake air temperature) ÷ 2}, but this is not limited thereto, and for example, the reference value Tref for setting the temperature Tcon may be calculated from only one of the engine temperature obtained by the cooling water temperature sensor 17 or the intake air temperature obtained by the intake air temperature sensor 8.
1…機関本体、2…吸気管、3…スロットル弁、4…エアクリーナ、5…スロットルセンサ、6…燃料噴射弁、7…吸気圧センサ、8…吸気温センサ、9…ピストン、10…排気管、11…触媒、12…酸素濃度センサ、12a…センサ素子(検出部)、12b…センサヒータ、13…点火プラグ、14…点火装置、15…ECU(電子制御ユニット)、17…冷却水温センサ、18…クランク軸、19…クランク角度センサ、19a…ロータ、19b…ピックアップ、20…大気圧センサ、22…ヒータ制御器、23…温度算出部、24…電圧算出部、25…過剰率算出部、26…代替値演算部、27…回転速度演算部、28…目標値演算部、29…基本噴射量演算部、30…フィードバック係数演算部、31…噴射量演算部、32…トルク演算部、33…限界閾値設定部、34…記憶部、35~38、35b、36b、35c、36c、35d、36d、35e、36e…グラフ、40…特性点検部、41…較正部、42…温度点検部、43…電圧点検部、44…電圧波形、45…空燃比波形、46…リッチ側尖頭、47…リーン側尖頭、46v、47v…尖頭値。 1...engine body, 2...intake pipe, 3...throttle valve, 4...air cleaner, 5...throttle sensor, 6...fuel injection valve, 7...intake pressure sensor, 8...intake temperature sensor, 9...piston, 10...exhaust pipe, 11...catalyst, 12...oxygen concentration sensor, 12a...sensor element (detection unit), 12b...sensor heater, 13...spark plug, 14...ignition device, 15...ECU (electronic control unit), 17...cooling water temperature sensor, 18...crankshaft, 19...crank angle sensor, 19a...rotor, 19b...pickup, 20...atmospheric pressure sensor, 22...heater controller, 23...temperature calculation unit, 2 4...Voltage calculation section, 25...Excess rate calculation section, 26...Alternative value calculation section, 27...Rotational speed calculation section, 28...Target value calculation section, 29...Basic injection amount calculation section, 30...Feedback coefficient calculation section, 31...Injection amount calculation section, 32...Torque calculation section, 33...Limit threshold setting section, 34...Memory section, 35-38, 35b, 36b, 35c, 36c, 35d, 36d, 35e, 36e...Graph, 40...Characteristics inspection section, 41...Calibration section, 42...Temperature inspection section, 43...Voltage inspection section, 44...Voltage waveform, 45...Air-fuel ratio waveform, 46...Rich side peak, 47...Lean side peak, 46v, 47v...Peak value.
Claims (5)
前記検出部の温度を推定又は検出する温度読取部と、
複数の空気過剰率値を、前記温度についての複数の第1目盛値、及び前記検出値についての複数の第2目盛値との対応関係を付けて示すデータマップを参照して空気過剰率を算出する過剰率算出部とを備え、
前記空気過剰率と、目標空気過剰率との偏差に基づいて空燃比フィードバック制御を行う空燃比制御装置であって、
前記データマップと、前記検出値がリッチ領域、ストイキ領域又はリーン領域の何れの空燃比領域に該当するかを判別するためのリッチ側閾値及びリーン側閾値を前記第1目盛値との対応関係を付けて示すルックアップテーブルとを記憶している記憶部と、
前記目標空気過剰率を前記ストイキメトリック近傍に設定して前記検出値の波高値を取得するとともに、前記波高値が前記空燃比領域の何れかに該当するかを点検する特性点検部とを備え、
前記点検により前記波高値が前記リッチ側閾値及びリーン側閾値に該当するように、アフィン変換の要領で前記データマップ及び前記ルックアップテーブルを較正する較正部を備えることを特徴とする空燃比制御装置。 a resistance-type oxygen sensor provided in contact with exhaust gas from an internal combustion engine having exhaust pulsation, the resistance-type oxygen sensor having a detection section whose resistance value changes in a substantially stepped manner at an oxygen concentration near the stoichiometric value of the exhaust gas, the detection value obtained from the resistance value of the detection section exhibiting a pulse waveform having a peak value corresponding to the temperature of the detection section and the exhaust pulsation;
A temperature reading unit that estimates or detects the temperature of the detection unit;
an excess ratio calculation unit that calculates an excess air ratio by referring to a data map that indicates a correspondence relationship between a plurality of excess air ratio values and a plurality of first scale values for the temperature and a plurality of second scale values for the detection value,
An air-fuel ratio control device that performs air-fuel ratio feedback control based on a deviation between the air excess ratio and a target air excess ratio,
a storage unit that stores the data map and a lookup table that indicates a rich side threshold value and a lean side threshold value for determining whether the detected value corresponds to any one of a rich region, a stoichiometric region, and a lean region, in correspondence with the first scale value;
a characteristic checking unit that sets the target excess air ratio to a value close to the stoichiometric value, acquires a peak value of the detection value, and checks whether the peak value falls within any of the air-fuel ratio regions;
an air-fuel ratio control device comprising: a calibration unit that calibrates the data map and the look-up table in an affine transformation manner so that the peak value corresponds to the rich side threshold value and the lean side threshold value by the inspection.
前記点検並びに前記過剰率算出部で用いる制御用の検出部温度として、前記検出部の温度を前記ずれ量に基づいて補正した値を用いることを特徴とする請求項1に記載の空燃比制御装置。 the characteristic inspection unit includes a temperature difference confirmation unit that acquires an amount of deviation of the temperature of the detection unit from a reference value when a predetermined time sufficient for the temperature of the detection unit to converge to an ambient temperature of the detection unit has elapsed while the internal combustion engine is stopped,
2. The air-fuel ratio control device according to claim 1, wherein a value obtained by correcting the temperature of said detection portion based on said deviation amount is used as the detection portion temperature for control used in said inspection and said excess rate calculation portion.
前記点検並びに前記過剰率算出部に用いる制御用の検出値として、前記抵抗値から求める検出値を前記偏差に基づいて補正した値を用いることを特徴とする請求項2に記載の空燃比制御装置。 the characteristic inspection unit includes a voltage difference confirmation unit that acquires a deviation between an average value of a detection value obtained from a resistance value of the detection unit within a predetermined time period and the lean side threshold value when the control detection unit temperature is equal to or lower than a predetermined value,
3. The air-fuel ratio control device according to claim 2, wherein a detection value obtained from said resistance value and corrected based on said deviation is used as a detection value for control used in said inspection and said excess rate calculation section.
前記複数の第1目盛値を拡大又は縮小することにより前記データマップ及び前記ルックアップテーブルを較正するための第1較正倍率値を記憶しており、
時間の経過に伴って変化する前記制御用の検出値の波高のうち前記リーン側閾値に近い波高の尖頭と該リーン側閾値とを対比した場合に、該尖頭が前記リーン領域にある場合には前記第1較正倍率値を増加し、該尖頭が前記ストイキ領域にある場合には該第1較正倍率値を減少することを特徴とする請求項3に記載の空燃比制御装置。 The calibration unit includes:
storing a first calibration scale factor value for calibrating the data map and the look-up table by scaling up or down the first plurality of scale values;
4. The air-fuel ratio control device according to claim 3, wherein, when a peak of a peak of a peak close to the lean side threshold among the peaks of the control detection values which change over time is compared with the lean side threshold, if the peak is in the lean region, the first calibration multiplier value is increased, and if the peak is in the stoichiometric region, the first calibration multiplier value is decreased.
前記複数の第2目盛値、前記リッチ側閾値及び前記リーン側閾値へと乗じることにより前記データマップ及び前記ルックアップテーブルを較正するための第2較正倍率値を有しており、
時間の経過に伴って変化する前記制御用の検出値の波高のうちの前記リッチ側閾値に近い波高の尖頭が前記リッチ領域にある場合は第2較正倍率値を増加し、該尖頭が前記ストイキ領域にある場合は第2較正倍率値を減少することを特徴とする請求項3又は4に記載の空燃比制御装置。 The calibration unit includes:
a second calibration factor value for multiplying the plurality of second scale values, the rich threshold value and the lean threshold value to calibrate the data map and the lookup table;
5. The air-fuel ratio control device according to claim 3, wherein the second calibration multiplier value is increased when a peak of a peak of the control detection value that changes over time and is close to the rich side threshold value is in the rich region, and the second calibration multiplier value is decreased when the peak is in the stoichiometric region.
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