專(zhuān)利名稱(chēng)：用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè)備，該設(shè)備應(yīng)用于這樣一 種內(nèi)燃機(jī)中，該內(nèi)燃機(jī)具有設(shè)置在排氣通路內(nèi)并分別位于同樣設(shè)置在排氣 通路內(nèi)的催化劑單元(三元催化劑單元)上游和下游的空燃比傳感器，該 設(shè)備基于空燃比傳感器的相應(yīng)輸出對(duì)供給到內(nèi)燃機(jī)的混合氣的空燃比(下 文稱(chēng)為"空燃比")進(jìn)行反饋控制。
背景技術(shù)：
例如，公開(kāi)號(hào)為2004-183585的日本未審專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了 一種常規(guī)的 這種類(lèi)型的空燃比控制設(shè)備。在所公開(kāi)的用于內(nèi)燃機(jī)(下文有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)為"發(fā) 動(dòng)機(jī)")的空燃比控制設(shè)備中，獲得復(fù)合空燃比，該復(fù)合空燃比是基于上 游空燃比傳感器的輸出值和下游側(cè)反饋校正值之和的值，該下游側(cè)反饋校 正值是基于下游空燃比傳感器的輸出值偏離預(yù)定下游側(cè)目標(biāo)值的偏差(通 過(guò)比例積分^:分處理(PID處理))計(jì)算出來(lái)的。基于與復(fù)合空燃比偏離 目標(biāo)空燃比的偏差相對(duì)應(yīng)的值(通過(guò)將缸內(nèi)進(jìn)氣量除以復(fù)合空燃比而獲得 的缸內(nèi)燃料供給量偏離通過(guò)將缸內(nèi)進(jìn)氣量除以目標(biāo)空燃比而獲得的目標(biāo)缸 內(nèi)燃料供給量的偏差)計(jì)算出(通過(guò)比例積分處理(PI處理))上游側(cè)反 饋校正值。燃料噴射量基于上游側(cè)反饋校正值和基本燃料噴射量而計(jì)算出 的，該基本燃料噴射量是基于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)為獲得目標(biāo)空燃比所需的 燃料量。用于以所述燃料噴射量噴射燃料的指令被傳遞給噴射器，由此對(duì) 空燃比進(jìn)行反饋控制。
同時(shí)，由于干擾等的影響可能在下游側(cè)反饋校正值中產(chǎn)生波動(dòng)。在此 情況下，如圖17所示，下游側(cè)反饋校正值中產(chǎn)生的波動(dòng)被作為基于該下游側(cè)反饋校正值所獲得的復(fù)合空燃比的波動(dòng)傳遞，而該復(fù)合空燃比的波動(dòng),皮 傳遞到上游側(cè)反饋校正值。
當(dāng)波動(dòng)^皮傳遞到上游側(cè)反饋校正值時(shí)，波動(dòng)也傳遞到基于上游側(cè)反饋 校正值計(jì)算出的燃料噴射量。當(dāng)波動(dòng)被傳遞到燃料噴射量時(shí)，波動(dòng)也傳遞 到基于該燃料噴射量的空燃比(即排氣的空燃比)。因此，波動(dòng)被傳遞到 來(lái)自上游側(cè)傳感器的輸出值和來(lái)自下游側(cè)傳感器的輸出值。結(jié)果，波動(dòng)被 傳遞到基于來(lái)自下游空燃比傳感器的輸出值的下游側(cè)反饋校正值。以這種 方式傳遞波動(dòng)的一系列流動(dòng)4皮稱(chēng)為"波動(dòng)傳遞環(huán)"。
由于如上所迷復(fù)合空燃比是基于來(lái)自上游空燃比傳感器的輸出值與下 游側(cè)反饋校正值之和的值，所以復(fù)合空燃比的波動(dòng)可以增大到比來(lái)自上游 空燃比傳感器的輸出值的波動(dòng)更大。因此，當(dāng)"波動(dòng)傳遞環(huán)"重復(fù)時(shí)，在 基于復(fù)合空燃比計(jì)算出來(lái)的上游側(cè)反饋校正值中產(chǎn)生的波動(dòng)逐漸增大，從 而導(dǎo)致空燃比波動(dòng)增大的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè)備，該設(shè)備通 過(guò)基于上游側(cè)反饋校正值計(jì)算燃料噴射量對(duì)空燃比進(jìn)行反饋控制，該上游 側(cè)反饋校正值基于復(fù)合空燃比，并且該設(shè)備能夠抑制由"波動(dòng)傳遞環(huán)"的 重復(fù)所引起的空燃比波動(dòng)的增大。
根據(jù)本發(fā)明的空燃比控制設(shè)備應(yīng)用于這樣一種內(nèi)燃機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)包 括催化劑單元、上游空燃比傳感器、下游空燃比傳感器以及用于根據(jù)指令 噴射燃料的燃料噴射裝置(例如噴射器)。
本發(fā)明提供了一種空燃比控制設(shè)備，其包括獲取基本燃料噴射量的 基本燃料噴射量獲取裝置；計(jì)算下游側(cè)反饋校正值的下游側(cè)反饋校正值計(jì) 算裝置；基于所獲取的基本燃料噴射量和所計(jì)算出的下游側(cè)反饋校正值獲 取控制用基本燃料噴射量的控制用基本燃料噴射量獲取裝置，所述控制用 基本燃料噴射量是用于對(duì)空燃比進(jìn)行反饋控制的基本燃料噴射量；基于來(lái) 自所述上游空燃比傳感器的輸出值和所計(jì)算出的下游側(cè)反饋校正值獲取與復(fù)合空燃比相對(duì)應(yīng)的值的復(fù)合空燃比獲取裝置；基于所獲取的與復(fù)合空燃 比相對(duì)應(yīng)的值計(jì)算上游側(cè)反饋校正值的上游側(cè)反饋校正值計(jì)算裝置；燃料 噴射量計(jì)算裝置，所述燃料噴射量計(jì)算裝置基于所獲取的控制用基本燃料 噴射量和所計(jì)算出的上游側(cè)反饋校正值計(jì)算燃料噴射量；以及空燃比控制 裝置，所述空燃比控制裝置通過(guò)向所述燃料噴射裝置發(fā)出用于以所計(jì)算出 的燃料噴射量噴射燃料的指令，對(duì)空燃比進(jìn)行反饋控制。
在此，所述與復(fù)合空燃比相對(duì)應(yīng)的值是來(lái)自上游空燃比傳感器的輸 出值與下游側(cè)反饋校正值之和；作為與來(lái)自上游空燃比傳感器的輸出值和 下游側(cè)反饋校正值之和相對(duì)應(yīng)的空燃比的復(fù)合空燃比；或者作為通過(guò)將缸 內(nèi)進(jìn)氣量除以復(fù)合空燃比而得到的值的缸內(nèi)燃料供應(yīng)量，但并不限于此。
通過(guò)這種構(gòu)造，燃料噴射量是基于控制用基本燃料噴射量而計(jì)算出的， 由此可以通過(guò)使用控制用基本燃料噴射量積極地調(diào)節(jié)來(lái)自上游空燃比傳感 器的輸出值。另外，控制用基本燃料噴射量是基于下游側(cè)反饋校正值而獲 得的。因此，控制用基本燃料噴射量能夠被確定為，使得來(lái)自上游空燃比 傳感器的輸出值在抵消下游側(cè)反饋校正值的變化的方向上變化。
因此，即使下游側(cè)反饋校正值變化，也能夠抑制復(fù)合空燃比的變化。 從而，即使上述"波動(dòng)傳遞環(huán)"重復(fù)，也防止了根據(jù)復(fù)合空燃比的上游側(cè) 反饋校正值的波動(dòng)逐漸增大，由此能夠抑制空燃比的波動(dòng)的增大。
優(yōu)選的是，所述控制用基本燃料噴射量獲取裝置構(gòu)造為，通過(guò)將所獲 取的基本燃料噴射量乘以一種值來(lái)獲取所述控制用基本燃料噴射量，所述
1而得到的。
通常，下游側(cè)反饋校正值在"0"的基礎(chǔ)上變化。當(dāng)通過(guò)將基本燃料噴 射量乘以根據(jù)下游側(cè)反饋校正值而改變的值來(lái)獲取控制用基本燃料噴射量 時(shí)，需要將值的變化的基礎(chǔ)從"0"變?yōu)?T，。因此，在此情況下，上述 構(gòu)造使得可以通過(guò)筒單的計(jì)算來(lái)確定控制用基本燃料噴射量，使得來(lái)自上 游空燃比傳感器的輸出值在抵消下游側(cè)反饋校正值的變化的方向上變化。
優(yōu)選的是，所述復(fù)合空燃比獲取裝置構(gòu)造為，在獲取所述與復(fù)合空燃
7比相對(duì)應(yīng)的值時(shí)，使用通過(guò)對(duì)所述下游側(cè)反饋校正值進(jìn)行延遲處理而得到 的值(以及使用來(lái)自上游空燃比傳感器的輸出值自身)。
通常，在進(jìn)氣沖程期間(或在進(jìn)氣沖程之前)執(zhí)行燃料噴射(噴射指 令)，并在隨后到來(lái)的壓縮上止點(diǎn)附近使所噴射的燃料在燃燒室內(nèi)點(diǎn)燃(燃 燒)。結(jié)果，所產(chǎn)生的排氣從燃燒室經(jīng)排氣閥排出到排氣通道，然后通過(guò) 排氣在排氣通道中的運(yùn)動(dòng)而到達(dá)上游空燃比傳感器(的檢測(cè)段)。另外， 到達(dá)上游空燃比傳感器的檢測(cè)段的排氣的空燃比的變化經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間才表 現(xiàn)為來(lái)自同一傳感器的輸出值的變化。
從以上，在從發(fā)出噴射燃料的指令到根據(jù)按照噴射指令噴射的燃料的 燃燒而產(chǎn)生的排氣的空燃比表現(xiàn)為來(lái)自上游空燃比傳感器的輸出值的時(shí)間 段期間，需要由與燃燒沖程相關(guān)的延遲(沖程延遲)、與排氣在排氣通道 中的運(yùn)動(dòng)相關(guān)的延遲(輸送延遲)、以及與上游空燃比傳感器的響應(yīng)相關(guān) 的延遲(響應(yīng)延遲)所導(dǎo)致的延遲時(shí)間。
因此，即使控制用基本燃料噴射量以使得來(lái)自上游空燃比傳感器的輸 出值在抵消下游側(cè)反饋校正值的變化的方向上變化的方式改變，當(dāng)下游側(cè) 反饋校正值改變時(shí)，按照以基于控制用基本燃料噴射量的燃料噴射量噴射 燃料的指令產(chǎn)生的排氣的空燃比的變化在由沖程延遲、輸送延遲和響應(yīng)延 遲所導(dǎo)致的延遲時(shí)間之后表現(xiàn)為來(lái)自上游空燃比傳感器的輸出值的變化。
換言之，當(dāng)下游側(cè)反饋校正值變化時(shí)，用于抵消下游側(cè)反饋校正值的 變化的來(lái)自上游空燃比傳感器的輸出值的變化以由沖程延遲、輸送延遲和 響應(yīng)延遲所導(dǎo)致的延遲時(shí)間出現(xiàn)。因此，當(dāng)使用下游側(cè)反饋校正值自身來(lái) 獲得復(fù)合空燃比時(shí)，無(wú)法有效抵消下游側(cè)反々貴校正值的變化，結(jié)果是無(wú)法 有效防止復(fù)合空燃比的變化(相應(yīng)地，上游側(cè)反饋校正值的變化)。
另 一方面，當(dāng)在獲取復(fù)合空燃比時(shí)使用通過(guò)對(duì)下游側(cè)反饋校正值進(jìn)行 延遲處理而獲得的值時(shí)，用于獲得復(fù)合空燃比的下游側(cè)反饋校正值的變化 可以按照用于抵消下游側(cè)反饋校正值的變化的來(lái)自上游空燃比傳感器的輸 出值的變化的延遲而被延遲。結(jié)果，可以有效抵消下游側(cè)反饋校正值的變 化，由此可以有效抑制復(fù)合空燃比的變化(相應(yīng)地，上游側(cè)反饋校正值的變化)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的空燃比控制設(shè)備包括獲取空耗時(shí)間的空耗時(shí)間獲 取裝置，所述空耗時(shí)間是從發(fā)出噴射燃料的指令到基于所述燃料的燃燒所 產(chǎn)生的排氣到達(dá)所述上游空燃比傳感器的時(shí)刻的時(shí)間段，并且所述復(fù)合空 燃比獲取裝置優(yōu)選構(gòu)造為使用在比當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)提前所述空耗時(shí)間的時(shí)間點(diǎn)
延遲處理而得到的值。
在此，所述空耗時(shí)間對(duì)應(yīng)于與沖程延遲相關(guān)的時(shí)間和與輸送延遲相關(guān) 的時(shí)間之和。前述構(gòu)造使得來(lái)自上游空燃比傳感器的輸出值的變化的定時(shí) 與下游側(cè)反饋校正值的變化的定時(shí)相適配。結(jié)果，可以有效抵消下游側(cè)反 饋校正值的變化。
在此，所述空耗時(shí)間獲取裝置優(yōu)選構(gòu)造為根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) 改變所述空耗時(shí)間?？蘸臅r(shí)間根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)例如運(yùn)行速度、缸內(nèi) 進(jìn)氣量等而變化。因此，根據(jù)前述構(gòu)造，可以與發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)無(wú)關(guān)地 正確獲取空耗時(shí)間。
通濾波處理的低通濾波處理裝置，并且所述復(fù)合空燃比獲取裝置優(yōu)選構(gòu)造
為通過(guò)對(duì)所述下游側(cè)反饋校正值進(jìn)行延遲處理而得到的值。
此構(gòu)造使得通過(guò)低通濾波處理得到的下游側(cè)反饋校正值的變化的延遲 程度與來(lái)自上游空燃比傳感器的輸出值的變化的響應(yīng)延遲程度相適配，由 此即使下游側(cè)反饋校正值急劇改變(例如以階躍的方式改變)，也可以有 效抵消下游側(cè)反饋校正值的變化。
所述低通濾波處理裝置優(yōu)選構(gòu)造為根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)改變與 所述低通濾波處理的響應(yīng)性相關(guān)的參數(shù)。通過(guò)此構(gòu)造，使與低通濾波處理 的響應(yīng)性相關(guān)的參數(shù)(例如低通濾波處理的時(shí)間常數(shù))按照例如發(fā)動(dòng)機(jī)的 運(yùn)行狀態(tài)如運(yùn)行速度、缸內(nèi)進(jìn)氣量等而變化。結(jié)果，與發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) 無(wú)關(guān)，低通濾波處理所提供到的下游側(cè)反饋校正值的變化的延遲程度可以與來(lái)自上游空燃比傳感器的輸出值的變化的響應(yīng)延遲程度相匹配。
同時(shí)， 一般而言，在進(jìn)氣通道中的空氣流量(該流量通過(guò)空氣流量計(jì) 測(cè)得并用于獲得基本燃料噴射量)與實(shí)際空氣流量之間、以及在用于噴射 燃料的噴射器根據(jù)指令而噴射的燃料噴射量與實(shí)際燃料噴射量之間會(huì)不可 避免地出現(xiàn)差異(這些差異下面稱(chēng)為"基本燃料噴射量的誤差")。為了 在補(bǔ)償基本燃料噴射量的誤差的同時(shí)使空燃比收斂到目標(biāo)空燃比，可以在 上游側(cè)反饋控制期間執(zhí)行一個(gè)處理(即積分處理(I處理))，例如用于 基于作為與目標(biāo)空燃比相對(duì)應(yīng)的值和與復(fù)合空燃比相對(duì)應(yīng)的值之間的差的
時(shí)間積分值，來(lái)計(jì)算上游側(cè)反饋控制校正值。
因此，基于該認(rèn)知，所述上游側(cè)反饋校正值計(jì)算裝置優(yōu)選構(gòu)造為，基 于通過(guò)對(duì)與所述目標(biāo)空燃比相對(duì)應(yīng)的值和所獲得的與復(fù)合空燃比相對(duì)應(yīng)的 值之間的差至少進(jìn)行積分處理而得到的值，來(lái)計(jì)算所述上游側(cè)反饋校正值。
通過(guò)該構(gòu)造，通過(guò)積分處理重復(fù)更新與目標(biāo)空燃比相對(duì)應(yīng)的值和與復(fù) 合空燃比相對(duì)應(yīng)的值之間的差的時(shí)間積分值，由此確定上游側(cè)反饋校正值。 結(jié)果，可以在補(bǔ)償基本燃料噴射量的誤差的同時(shí)使空燃比收斂到目標(biāo)空燃 比。
例如，"與目標(biāo)空燃比相對(duì)應(yīng)的值和與復(fù)合空燃比相對(duì)應(yīng)的值之間的
差"是與目標(biāo)空燃比相對(duì)應(yīng)的來(lái)自上游空燃比傳感器的輸出值和以下和 值之間的差，所述和值為來(lái)自上游空燃比傳感器的輸出值和下游側(cè)反饋校 正值之和；目標(biāo)空燃比和復(fù)合空燃比之間的差；以及通過(guò)將缸內(nèi)進(jìn)氣量除 以目標(biāo)空燃比得到的目標(biāo)缸內(nèi)燃料供應(yīng)量和通過(guò)將缸內(nèi)進(jìn)氣量除以復(fù)合空 燃比得到的缸內(nèi)燃料供應(yīng)量之間的差，但并不限于此。
根據(jù)本發(fā)明的空燃比控制設(shè)備還包括基本燃料噴射量校正裝置，所述 基本燃料噴射量校正裝置校正所述基本燃料噴射量，使得當(dāng)假定向所述燃 料噴射裝置發(fā)出了用于以所述基本燃料噴射量噴射燃料的指令時(shí)，由所述 燃料噴射裝置實(shí)際噴射的燃料量變成用于使供給到所述內(nèi)燃機(jī)的所述混合 氣的實(shí)際空燃比等于所述目標(biāo)空燃比所必需的量。
當(dāng)基本燃料噴射量的誤差快速增大時(shí)，其中通過(guò)時(shí)間積分值的重復(fù)更新而確定用于補(bǔ)償基本燃料噴射量誤差的上游側(cè)反饋校正值的積分處理無(wú) 法立即補(bǔ)償基本燃料噴射量的誤差，從而排放的排氣量會(huì)暫時(shí)增加。
另一方面，根據(jù)上述構(gòu)造，由基本燃料噴射量校正裝置將基本燃料噴 射量立即確定為適當(dāng)補(bǔ)償基本燃料噴射量誤差的值，由此可以立即補(bǔ)償基 本燃料噴射量的誤差，而不必在上游側(cè)反饋控制期間進(jìn)行積分處理。結(jié)果， 可以防止由于基本燃料噴射量誤差增大而導(dǎo)致的排放的排氣量的暫時(shí)增加。


在結(jié)合附圖考慮時(shí)參照以下詳細(xì)說(shuō)明的優(yōu)選實(shí)施例，將容易認(rèn)識(shí)到并
且更好地理解本發(fā)明的各種其它目的、特征和許多附帶的優(yōu)點(diǎn)，附圖中
圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的空燃比控制設(shè)備所應(yīng)用的內(nèi)燃機(jī)的示 意圖2為示出圖1中所示的上游空燃比傳感器的輸出電壓與空燃比之間 的關(guān)系的圖3為示出圖1中所示的下游空燃比傳感器的輸出電壓與空燃比之間 的關(guān)系的圖4為當(dāng)圖1中所示的空燃比控制設(shè)備執(zhí)行空燃比反饋控制時(shí)的功能 框圖5為圖1中所示的CPU所參考的圖，該圖示出了限定缸內(nèi)進(jìn)氣量以
及運(yùn)行速度和與空耗時(shí)間相應(yīng)的沖程之間關(guān)系的表；
圖6為當(dāng)常規(guī)設(shè)備執(zhí)行空燃比反饋控制時(shí)的功能框圖7為示出當(dāng)常規(guī)設(shè)備執(zhí)行空燃比反饋控制時(shí)各個(gè)變量等變化的一個(gè)
例子的時(shí)序圖8為示出當(dāng)?shù)谝辉O(shè)備執(zhí)行空燃比反饋控制時(shí)各個(gè)變量等變化的一個(gè) 例子的時(shí)序圖9為示出當(dāng)?shù)诙O(shè)備執(zhí)行空燃比反饋控制時(shí)各個(gè)變量等變化的一個(gè) 例子的時(shí)序圖；圖IO為圖1中所示的CPU所引用的圖，該圖示出了限定缸內(nèi)進(jìn)氣量 以及運(yùn)行速度與低通濾波處理的時(shí)間常數(shù)之間的關(guān)系的表；
圖ll為示出當(dāng)圖l中所示的空燃比控制設(shè)備執(zhí)行空燃比反饋控制時(shí)各 個(gè)變量等變化的一個(gè)例子的時(shí)序圖12為示出圖1中所示的CPU執(zhí)行的用于計(jì)算燃料噴射量并且發(fā)出 噴射指令的例程的流程圖13為示出圖1中所示的CPU執(zhí)行的用于計(jì)算上游側(cè)反饋校正值的 例程的流程圖14為示出圖1中所示的CPU執(zhí)行的用于計(jì)算下游側(cè)反饋校正值的 例程的流程圖15為當(dāng)根據(jù)第二實(shí)施例的空燃比控制設(shè)備執(zhí)行空燃比反饋控制時(shí) 的功能框圖16為當(dāng)圖15中所示的基本燃料噴射量校正系數(shù)設(shè)定裝置設(shè)定基本 燃料噴射量校正系數(shù)時(shí)的功能框圖； 圖17為說(shuō)明波動(dòng)傳遞環(huán)的圖。
具體實(shí)施例方式
將參照附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè)備的實(shí)施例進(jìn) 行說(shuō)明。
第一實(shí)施例
圖1示出了一系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖，該系統(tǒng)構(gòu)造為4艮據(jù)本發(fā)明第一實(shí) 施例的空燃比控制設(shè)備^皮應(yīng)用于火花點(diǎn)火式多缸(例如，4缸)內(nèi)燃機(jī)IO 中。該內(nèi)燃才幾10包括氣缸體部分20,該氣缸體部分包括氣缸體、氣缸 體下殼體、油底殼等；固定在氣缸體部分20上的氣缸蓋部分30;用于將 汽油-空氣混合物供給到氣缸體部分20的進(jìn)氣系統(tǒng)40;以及用于將來(lái)自氣 缸體部分20的排氣排放到發(fā)動(dòng)機(jī)外部的排氣系統(tǒng)50。
氣缸體部分20包括氣缸21、活塞22、連桿23和曲軸24。各活塞22 在相應(yīng)的氣缸21內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。活塞22的往復(fù)運(yùn)動(dòng)經(jīng)由相應(yīng)的連桿23傳遞給曲軸24，由此曲軸24旋轉(zhuǎn)。氣缸21和活塞22的頭部以及氣缸蓋部分 30 —起形成了燃燒室25。對(duì)于每個(gè)氣缸或所有氣缸，氣缸蓋部分30包括與燃燒室25連通的 進(jìn)氣口 31;用于開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)氣口 31的進(jìn)氣門(mén)32;包括用于驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣門(mén) 32的進(jìn)氣凸輪軸并且適于連續(xù)地改變進(jìn)氣凸輪軸相位角的可變進(jìn)氣正時(shí) 單元33;可變進(jìn)氣正時(shí)單元33的致動(dòng)器33a;與燃燒室25連通的排氣口 34;用于開(kāi)啟和關(guān)閉排氣口 34的排氣門(mén)35;用于驅(qū)動(dòng)排氣門(mén)35的排氣凸 輪軸36;火花塞37;點(diǎn)火器38,該點(diǎn)火器包括用于產(chǎn)生施加到火花塞37 上的高壓的點(diǎn)火線圈；以及用于將燃料噴射到進(jìn)氣口 31內(nèi)的噴射器(燃料 噴射裝置)39。進(jìn)氣系統(tǒng)40包括進(jìn)氣管41,該進(jìn)氣管包括進(jìn)氣歧管，與進(jìn)氣口 31 連通，并且與進(jìn)氣口 31—同形成進(jìn)氣通路；設(shè)置在進(jìn)氣管41端部處的空 氣濾清器42;設(shè)置在進(jìn)氣管41內(nèi)并且適于改變進(jìn)氣通路的橫斷面開(kāi)口面 積的節(jié)氣門(mén)43;以及節(jié)氣門(mén)致動(dòng)器43a,該致動(dòng)器由直流電機(jī)構(gòu)成并且用 作節(jié)氣門(mén)驅(qū)動(dòng)裝置。排氣系統(tǒng)50包括與相應(yīng)的排氣口 34連通的排氣歧管51;連接到排 氣歧管51上的排氣管52 (實(shí)際上，排氣管連接到與相應(yīng)排氣口 34連通的 多個(gè)排氣歧管51匯合在一起處的匯合部分)；設(shè)置在(插入到)排氣管 52內(nèi)的上游三元催化劑單元53(也稱(chēng)作上游催化轉(zhuǎn)化器或者起始催化轉(zhuǎn)化 器；然而，下文將其稱(chēng)作"第一催化劑單元53");以及設(shè)置在(插入到) 排氣管52內(nèi)且位于第一催化劑單元53下游的下游三元催化劑單元54 (由 于其設(shè)置在車(chē)輛地板下方，因此也將其稱(chēng)作地板下方催化轉(zhuǎn)化器；然而， 下文將其稱(chēng)作"第二催化劑單元54")。排氣口 34、排氣歧管51以及排 氣管52形成了排氣通路。同時(shí)，該系統(tǒng)還包括熱線式空氣流量計(jì)61;節(jié)氣門(mén)位置傳感器62; 凸輪位置傳感器63;曲軸位置傳感器64;水溫傳感器65;設(shè)置在排氣通 路內(nèi)且位于第一催化劑單元53上游(在本實(shí)施例中，位于排氣歧管51匯 合在一起處的匯合部分)的空燃比傳感器66 (下文稱(chēng)作"上游空燃比傳感器66");設(shè)置在排氣通路內(nèi)且位于第一催化劑單元53與第二催化劑單 元54之間的空燃比傳感器67 (下文稱(chēng)作"下游空燃比傳感器67");以 及加速器開(kāi)度傳感器68。熱線式空氣流量計(jì)61檢測(cè)單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)進(jìn)氣管41的進(jìn)氣的質(zhì)量流 量，并且輸出表示該質(zhì)量流量Ga的信號(hào)。節(jié)氣門(mén)位置傳感器62檢測(cè)節(jié)氣 門(mén)43的開(kāi)度并且輸出表示節(jié)氣門(mén)開(kāi)度TA的信號(hào)。每當(dāng)進(jìn)氣凸輪軸轉(zhuǎn)過(guò) 90°時(shí)(即每當(dāng)曲軸24轉(zhuǎn)過(guò)180。時(shí))，凸輪位置傳感器63產(chǎn)生一個(gè)呈 現(xiàn)單脈沖形式的信號(hào)(G2信號(hào))。曲軸位置傳感器64輸出一信號(hào)，該信 號(hào)在曲軸24每轉(zhuǎn)動(dòng)10。時(shí)呈現(xiàn)窄脈沖的形式而在曲軸24每轉(zhuǎn)動(dòng)360。時(shí) 呈現(xiàn)寬脈沖的形式。該信號(hào)表示運(yùn)行速度NE。水溫傳感器65檢測(cè)內(nèi)燃機(jī) 10的冷卻水的溫度并且輸出表示冷卻水溫度THW的信號(hào)。上游空燃比傳感器66為限流型氧濃度傳感器。如圖2所示，上游空燃 比傳感器66輸出與測(cè)得的空燃比A/F對(duì)應(yīng)的電流，并且輸出電壓值 Vabyfs，該電壓值與電流對(duì)應(yīng)。當(dāng)空燃比等于理論空燃比時(shí)，電壓值Vabyfs 變成上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich。從圖2可以清楚，上游空燃比傳感器66可在 寬范圍內(nèi)精確地檢測(cè)空燃比A/F。下游空燃比傳感器67為電動(dòng)勢(shì)型(濃差電池型)氧濃度傳感器。如圖 3所示，下游空燃比傳感器67輸出一輸出值Voxs,該值為在理論空燃比 附近急劇變化的電壓。更具體地，下游空燃比傳感器67在測(cè)得的空燃比相 對(duì)于理論空燃比位于稀側(cè)時(shí)輸出大約為0.1V,在測(cè)得的空燃比相對(duì)于理論 空燃比位于濃側(cè)時(shí)輸出大約為0.9V,在測(cè)得的空燃比等于理論空燃比時(shí)輸 出大約為0.5V。加速器開(kāi)度傳感器68檢測(cè)由駕駛員操作的加速器踏板81 的操作量，并且輸出表示加速器踏板81的操作量Accp的信號(hào)。電子控制裝置70為微型計(jì)算機(jī)，并且包括經(jīng)由總線相互連接的以下部 件CPU 71; ROM 72,由CPU 71執(zhí)行的例程(程序)、表(查找表、 脈鐠圖)、常數(shù)等被預(yù)先存儲(chǔ)在該ROM中；RAM 73,當(dāng)需要時(shí)，CPU 71 將數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)在該RAM中；備用RAM 74，其在電力處于接通狀態(tài)時(shí) 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并且即使電力被斷開(kāi)時(shí)仍然保持所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；以及包括AD轉(zhuǎn)換器的接口 75。接口 75連接到傳感器61至68。來(lái)自傳感器61至68 的信號(hào)經(jīng)接口 75輸送到CPU 71。來(lái)自CPU 71的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)接口 75傳送 給可變進(jìn)氣正時(shí)單元33的致動(dòng)器33a、點(diǎn)火器38、噴射器39以及節(jié)氣門(mén) 致動(dòng)器43a。空燃比反饋控制概述接下來(lái)將說(shuō)明由上述構(gòu)造的空燃比控制設(shè)備執(zhí)行的發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比反饋 控制的概要。本實(shí)施例的空燃比控制設(shè)備根據(jù)上游空燃比傳感器66的輸出值 Vabyfs (即，在第一催化劑單元53的上游測(cè)得的空燃比)和下游空燃比傳 感器67的輸出值Voxs(即，在第一催化劑單元53的下游測(cè)得的空燃比)， 以如下方式對(duì)空燃比進(jìn)行控制，即，使得下游空燃比傳感器67的輸出值變 得等于與理論空燃比對(duì)應(yīng)的下游側(cè)目標(biāo)值Voxsref ( 0.5V)。更具體地，如圖4的功能框圖所示，空燃比控制設(shè)備(下文可稱(chēng)作"本 設(shè)備")包括多種裝置Al至A18。將參照?qǐng)D4對(duì)各裝置Al至A18進(jìn)行 說(shuō)明。<控制用基本燃料噴射量的計(jì)算>首先，缸內(nèi)進(jìn)氣量計(jì)算裝置Al根據(jù)由空氣流量計(jì)61測(cè)得的進(jìn)氣流量 Ga、基于曲軸位置傳感器64的輸出獲得的運(yùn)行速度NE以及存儲(chǔ)在ROM 72內(nèi)的表MapMc計(jì)算缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc (k)，該進(jìn)氣量為此時(shí)開(kāi)始進(jìn)氣沖 程的氣缸所吸入的空氣量。應(yīng)注意，下標(biāo)(k)表示缸內(nèi)進(jìn)氣量為與當(dāng)前進(jìn) 氣沖程相關(guān)的值(同樣適用于其它物理量)。每當(dāng)各氣缸開(kāi)始進(jìn)氣沖程時(shí)， 以缸內(nèi)進(jìn)氣量與各氣缸的各進(jìn)氣沖程相關(guān)聯(lián)的方式，缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc被存 儲(chǔ)到RAM 73中。上游側(cè)目標(biāo)空燃比設(shè)定裝置A2根據(jù)內(nèi)燃機(jī)10的運(yùn)行狀態(tài)，例如運(yùn)行 速度NE和節(jié)氣門(mén)開(kāi)度TA,確定上游側(cè)目標(biāo)空燃比abyfr (k)。除了特 殊情況外，在內(nèi)燃機(jī)10的暖機(jī)完成后上游側(cè)目標(biāo)空燃比abyfr (k)被設(shè) 定為理論空燃比。每當(dāng)各氣缸開(kāi)始進(jìn)氣沖程時(shí)，以使缸內(nèi)進(jìn)氣量與各氣缸 的各進(jìn)氣沖程相關(guān)聯(lián)的方式，上游側(cè)目標(biāo)空燃比abyfr被存儲(chǔ)到RAM 7315中。
基本燃料噴射量計(jì)算裝置A3通過(guò)將由缸內(nèi)進(jìn)氣量計(jì)算裝置Al獲得的 缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc (k)除以由上游側(cè)目標(biāo)空燃比設(shè)定裝置A2設(shè)定的上游側(cè) 目標(biāo)空燃比abyfr ( k)來(lái)計(jì)算目標(biāo)缸內(nèi)燃料供給量Fcr ( k)(即，基本燃 料噴射量Fbase),該缸內(nèi)燃料供給量為使發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比等于上游側(cè)目 標(biāo)空燃比abyfr (k)所需的本進(jìn)氣沖程的燃料噴射量。每當(dāng)各氣缸開(kāi)始進(jìn) 氣沖程時(shí)，以使缸內(nèi)進(jìn)氣量與各氣缸的各進(jìn)氣沖程相關(guān)聯(lián)的方式，目標(biāo)缸 內(nèi)燃料供給量Fcr被存儲(chǔ)到RAM 73中。基本燃料噴射量計(jì)算裝置A3對(duì) 應(yīng)于基本燃料噴射量獲取裝置。
控制用基本燃料噴射量計(jì)算裝置A4基于以下方程(1)通過(guò)將由基本 燃料噴射量計(jì)算裝置A3獲得的基本燃料噴射量Fbase乘以由系數(shù)計(jì)算裝 置16獲得的控制用基本燃料噴射量計(jì)算系數(shù)Ksub來(lái)計(jì)算控制用基本燃料 噴射量Fbasec。系數(shù)計(jì)算裝置16將在后面描述。控制用基本燃料噴射量 計(jì)算裝置A4對(duì)應(yīng)于控制用基本燃料噴射量獲取裝置。
<formula>formula see original document page 16</formula>(1)
以上述方式，本設(shè)備通過(guò)利用缸內(nèi)進(jìn)氣量計(jì)算裝置Al、上游側(cè)目標(biāo)空 燃比設(shè)定裝置A2、基本燃料噴射量計(jì)算裝置A3、控制用基本燃料噴射量 計(jì)算裝置A4和系數(shù)計(jì)算裝置16獲得控制用基本燃料噴射量Fbasec。
<燃料噴射量的計(jì)算>
燃料噴射量計(jì)算裝置A5根據(jù)下述方程(2 )通過(guò)將下文說(shuō)明的上游側(cè) 反饋校正值DFi加到由控制用基本燃料噴射量計(jì)算裝置A4獲得的控制用 基本燃料噴射量Fbasec上來(lái)計(jì)算燃料噴射量Fi。燃料噴射量計(jì)算裝置A5 對(duì)應(yīng)于燃料噴射量計(jì)算裝置。
<formula>formula see original document page 16</formula>(2)
以這種方式，本設(shè)備使噴射器39以燃料噴射量Fi將燃料噴射到開(kāi)始 當(dāng)前進(jìn)氣沖程的氣缸中，所述燃料噴射量Fi通過(guò)對(duì)控制用基本燃料噴射量 Fbasec進(jìn)行校正而獲得，該校正由燃料噴射量計(jì)算裝置A5基于上游側(cè)反 饋校正值DFi執(zhí)行。發(fā)出燃料噴射指令的裝置對(duì)應(yīng)于空燃比控制裝置。<下游側(cè)反饋校正值的計(jì)算>
首先，如上述的上游側(cè)目標(biāo)空燃比設(shè)定裝置A2的情況，下游側(cè)目標(biāo) 值設(shè)定裝置A6基于內(nèi)燃機(jī)10的運(yùn)行狀態(tài)，例如運(yùn)行速度NE和節(jié)氣門(mén)開(kāi) 度TA，來(lái)確定下游側(cè)目標(biāo)值Voxsref。除了特殊情況外，下游側(cè)目標(biāo)值 Voxsref被設(shè)定為0.5V，這是在內(nèi)燃機(jī)10的暖機(jī)完成后與理論空燃比相對(duì) 應(yīng)的值(參見(jiàn)圖3)。另外，在本實(shí)施例中，下游側(cè)目標(biāo)值Voxsref被設(shè)定 為使得與下游側(cè)目標(biāo)值Voxsref對(duì)應(yīng)的空燃比總是等于上述上游側(cè)目標(biāo)空 燃比abyfr (k)。
輸出偏差計(jì)算裝置A7根據(jù)下述方程(3),即，通過(guò)從下游側(cè)目標(biāo)值 設(shè)定裝置A6當(dāng)前設(shè)定(確切地說(shuō)，在開(kāi)始此次Fi噴射指令的時(shí)間點(diǎn)處設(shè) 定)的下游側(cè)目標(biāo)值Voxsref中減去此時(shí)下游空燃比傳感器67的輸出值 Voxs,來(lái)獲得輸出偏差DVoxs。
DVoxs = Voxsref-Voxs 方程(3)
PID控制器A8根據(jù)下述方程(4 ),即，通過(guò)對(duì)輸出偏差DVoxs執(zhí)行 比例積分微分處理(PID處理)，來(lái)獲取下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)。每 當(dāng)各氣缸開(kāi)始進(jìn)氣沖程時(shí)，以使缸內(nèi)進(jìn)氣量與各氣缸的各進(jìn)氣沖程相關(guān)聯(lián) 的方式，將下游側(cè)反饋校正值Vafsfb存儲(chǔ)在RAM 73中。
Vafsfb(k) = Kp.DVoxs + Ki.SDVoxs + Kd.DDVoxs 方程(4 )
在方程(4)中，Kp為預(yù)設(shè)的比例增益(比例常數(shù))，Ki為預(yù)設(shè)的積 分增益(積分常數(shù))，Kd為預(yù)設(shè)的微分增益(微分常數(shù))。此外，SDVoxs 是由輸出偏差DVoxs對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分獲取的值，DDVoxs是由輸出偏差 DVoxs對(duì)時(shí)間進(jìn)行微分獲取的值。因?yàn)镻ID控制器A8包含積分項(xiàng) Ki.SDVoxs，所以在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，確保輸出偏差DVoxs變成零。換言之， 下游空燃比傳感器67的輸出值Voxs偏離下游側(cè)目標(biāo)值Voxsref的穩(wěn)態(tài)偏 差變?yōu)榱恪?br> 以上述方式，本設(shè)備以4吏得下游空燃比傳感器67的輸出值Voxs偏離 下游側(cè)目標(biāo)值Voxsref的穩(wěn)態(tài)偏差變?yōu)榱愕姆绞?，基于輸出值Voxs來(lái)獲得 下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)。如下所述，該下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)被用于計(jì)算控制用基本燃料噴射量計(jì)算系數(shù)Ksub，以及獲取復(fù)合空燃比 abyfs。下游側(cè)目標(biāo)值設(shè)定裝置A6、輸出偏差計(jì)算裝置A7和PID控制器 A8對(duì)應(yīng)于下游側(cè)反饋校正值計(jì)算裝置。 <復(fù)合空燃比的獲取>
復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值計(jì)算裝置A9通過(guò)將通過(guò)低通濾波器的下游側(cè) 反饋校正值Vafsfblow(k-N)增加到當(dāng)前時(shí)刻的來(lái)自上游空燃比傳感器66的 輸出值Vabyfs來(lái)獲得復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfblow(k-N))。 通過(guò)低通濾波器的下游側(cè)反饋校正值Vafsfblow(k-N)是通過(guò)利用后述下游 側(cè)反饋校正值延遲裝置A17和低通濾波器A18對(duì)下游側(cè)反饋校正值 Vafsfb(k)進(jìn)行延遲處理而獲得的值。
表轉(zhuǎn)換裝置A10基于由復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值計(jì)算裝置A9計(jì)算出的 復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfblow(k-N))，并參考前述圖2所 示的表Mapabyfs，來(lái)獲得當(dāng)前時(shí)刻的復(fù)合空燃比abyfs，所述表Mapabyfs 限定了空燃比A/F與上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs之間的關(guān)系。
如上所述，本設(shè)備通過(guò)利用下游側(cè)反饋校正值延遲裝置A17、低通濾 波器A18、復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值計(jì)算裝置A9和表轉(zhuǎn)換裝置A10獲得復(fù) 合空燃比abyfs。下游側(cè)反饋校正值延遲裝置A17、低通濾波器A18、復(fù)合 空燃比對(duì)應(yīng)輸出值計(jì)算裝置A9和表轉(zhuǎn)換裝置A10對(duì)應(yīng)于復(fù)合空燃比獲取 裝置。
<上游側(cè)反饋校正值的計(jì)算>
如上所述，RAM 73存儲(chǔ)缸內(nèi)進(jìn)氣量計(jì)算裝置Al已為各進(jìn)氣沖程獲 得的缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc。缸內(nèi)進(jìn)氣量延遲裝置A11從RAM 73中讀取在當(dāng)前 時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程處已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)氣沖程的氣缸的缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc,并且 將其存儲(chǔ)為缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc(k-N)。沖程數(shù)N對(duì)應(yīng)于沖程延遲所花費(fèi)的時(shí) 間與輸送延遲所花費(fèi)的時(shí)間之和(以下稱(chēng)為"空耗時(shí)間L")。
在此空耗時(shí)間L中，沖程延遲所花費(fèi)的時(shí)間隨著運(yùn)行速度NE的增加 而縮短，而輸送延遲所花費(fèi)的時(shí)間隨著運(yùn)行速度NE的增加以及缸內(nèi)進(jìn)氣 量Mc (k)的增加而縮短。具體地，空耗時(shí)間L隨著運(yùn)行速度NE的增加以及缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc (k)的增加而縮短。因此，空耗時(shí)間L(相應(yīng)地，沖 程數(shù)N)可以基于缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc (k)、運(yùn)行速度NE以及圖5中所示的 表MapN (Mc (k) ， NE )而獲得，所述表MapN限定了缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc (k)以及運(yùn)行速度NE和沖程數(shù)N之間的關(guān)系。
通過(guò)將由缸內(nèi)進(jìn)氣量延遲裝置All獲得的在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程的 時(shí)間點(diǎn)處的缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc ( k-N)除以由表轉(zhuǎn)換裝置A10獲得的此次的復(fù) 合空燃比abyfs,缸內(nèi)燃料供給量計(jì)算裝置A12獲得在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè) 沖程的時(shí)間點(diǎn)處的控制用缸內(nèi)燃料供給量Fc (k-N)。
將在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc ( k-N)除以 在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)處的復(fù)合空燃比abyfs來(lái)獲取在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程的時(shí) 間點(diǎn)處的控制用缸內(nèi)燃料供給量Fc (k-N)的原因在于，從噴射燃料的指 令開(kāi)始，基于燃燒室25中的燃燒而產(chǎn)生的排氣到達(dá)上游空燃比傳感器66 需要花費(fèi)與N個(gè)沖程對(duì)應(yīng)的空耗時(shí)間L。
如上所述，RAM 73存儲(chǔ)基本燃料噴射量計(jì)算裝置A3已為各進(jìn)氣沖 程獲得的目標(biāo)缸內(nèi)燃料供給量Fcr。目標(biāo)缸內(nèi)燃料供給量延遲裝置A13從 RAM 73在多個(gè)目標(biāo)缸內(nèi)燃料供給量Fcr中讀取在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程 的時(shí)間點(diǎn)處的目標(biāo)缸內(nèi)燃料供給量Fcr (k-N)。
缸內(nèi)燃料供給量偏差計(jì)算裝置A14根據(jù)下述方程(5),即，通過(guò)從 由目標(biāo)釭內(nèi)燃料供給量延遲裝置A13設(shè)定的在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程的時(shí) 間點(diǎn)處的目標(biāo)缸內(nèi)燃料供給量Fcr ( k-N)減去由缸內(nèi)燃料供給量計(jì)算裝置 A12獲取的在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的控制用缸內(nèi)燃料供給量 Fc (k-N),來(lái)獲取釭內(nèi)燃料供給量偏差DFc。缸內(nèi)燃料供給量偏差DFc 是代表在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處已供給到氣缸的燃料的過(guò)量/ 不足的量。
DFc = Fcr ( k國(guó)N) - Fc ( k國(guó)N ) 方程(5 )
PI控制器A15才艮據(jù)下述方程(6)，即，通過(guò)對(duì)由缸內(nèi)燃料供給量偏 差計(jì)算裝置A14計(jì)算出的缸內(nèi)燃料供給量偏差DFc執(zhí)行比例積分處理(PI 處理)，來(lái)獲取用于補(bǔ)償在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的燃料供給量的過(guò)量/不足的上游側(cè)反饋校正值DFi。
DFi- (GpDFc + GiSDFc) KFB 方程(6)
在方程(6)中，Gp為預(yù)設(shè)的比例增益(比例常數(shù))，Gi為預(yù)設(shè)的積 分增益(積分常數(shù))。SDFc為缸內(nèi)燃料供給量偏差DFc對(duì)時(shí)間積分獲得 的值。系數(shù)KFB優(yōu)選地根據(jù)運(yùn)行速度NE、缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc及其它因素變 化；然而，在本實(shí)施例中，系數(shù)KFB設(shè)置為'T，。上游側(cè)反饋校正值DFi 被上述燃料噴射量計(jì)算裝置A5用于獲得燃料噴射量Fi。
因?yàn)镻I控制器A15包含積分項(xiàng)Gi.SDFc,所以確保了缸內(nèi)燃料供給 量偏差DFc在穩(wěn)態(tài)下變成零。換言之，在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn) 處的控制用缸內(nèi)燃料供給量Fc (k-N)偏離在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程的時(shí) 間點(diǎn)處的目標(biāo)缸內(nèi)燃料供給量Fcr (k-N)的穩(wěn)態(tài)偏差變?yōu)榱?復(fù)合空燃比 abyfs偏離上游側(cè)目標(biāo)空燃比abyfr的穩(wěn)態(tài)偏差變?yōu)榱?。這意味著在穩(wěn)態(tài) 下，確保了復(fù)合空燃比abyfs與上游側(cè)目標(biāo)空燃比abyfr —致，并因此確 保了第一催化劑單元53的上游和下游側(cè)上的空燃比與上游側(cè)目標(biāo)空燃比 abyfr—致。另外，因?yàn)樵诜€(wěn)態(tài)下比例項(xiàng)Gp.DFc由于缸內(nèi)燃料供給量偏 差DFc變成零而變成零，所以上游側(cè)反饋校正值DFi變成等于積分項(xiàng) Gi.SDFc。此積分項(xiàng)Gi.SDFc的值變成與上述基本燃料噴射量Fbase的誤 差相對(duì)應(yīng)的值。因而，可以補(bǔ)償基本燃料噴射量Fbase的誤差。
如上所述，本設(shè)備基于來(lái)自上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs, 以使得在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的目標(biāo)缸內(nèi)燃料供給量Fcr (k-N)與在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的控制用缸內(nèi)燃料供給量 Fc (k-N) —致的方式反饋空燃比。換言之，空燃比被反饋，使得在當(dāng)前 時(shí)刻的復(fù)合空燃比abyfs與上游側(cè)目標(biāo)空燃比abyfr(在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè) 沖程的時(shí)間點(diǎn)處) 一致。
由于復(fù)合空燃比abyfs與從上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs獲 得的空燃比相差通過(guò)低通濾波器的下游側(cè)反饋校正值Vafsfblow(k-N)(即 下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)),所以復(fù)合空燃比abyfs還要根據(jù)下游空燃 比傳感器67的輸出值Voxs偏離下游側(cè)目標(biāo)值Voxsref的輸出偏差DVoxs而改變。結(jié)果，本設(shè)備以使得下游空燃比傳感器67的輸出值Voxs也與下 游側(cè)目標(biāo)值Voxsref —致的方式對(duì)空燃比進(jìn)行反饋控制。
缸內(nèi)進(jìn)氣量延遲裝置All、缸內(nèi)燃料供給量計(jì)算裝置A12、目標(biāo)缸內(nèi) 燃料供給量延遲裝置A13、缸內(nèi)燃料供給量偏差計(jì)算裝置A14以及PI控 制器A15對(duì)應(yīng)于上游側(cè)反饋校正值計(jì)算裝置。以上為由以上述方式構(gòu)造的 空燃比控制設(shè)備執(zhí)行的發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比反饋控制的概要。
<對(duì)空燃比波動(dòng)增加的抑制>
隨后，將詳細(xì)說(shuō)明系數(shù)計(jì)算裝置A16、下游側(cè)反饋校正值延遲裝置A17 和低通濾波器A18。本設(shè)備包括系數(shù)計(jì)算裝置A16、下游側(cè)反饋校正值延 遲裝置A17和低通濾波器A18,由此即使下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)波動(dòng)， 也可以防止上游側(cè)反饋校正值DFi的波動(dòng)由于上述"波動(dòng)傳遞環(huán)"的重復(fù) 而逐漸增大，從而可以抑制空燃比的波動(dòng)增加。
為了說(shuō)明工作和效果，首先考慮在圖6的功能框圖中示出的設(shè)備(以 下稱(chēng)為"常規(guī)設(shè)備")。該常規(guī)設(shè)備與圖4的功能框圖所示的本設(shè)備的不 同之處在于，常規(guī)設(shè)備不包括系數(shù)計(jì)算裝置A16 (和控制用基本燃料噴射 量計(jì)算裝置A4)、下游側(cè)反饋校正值延遲裝置A17和低通濾波器A18。 具體地，常規(guī)設(shè)備通過(guò)將上游側(cè)反饋校正值DFi增加到基本燃料噴射量 Fbase自身來(lái)計(jì)算燃料噴射量Fi，并通過(guò)將下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)自 身增加到上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs來(lái)計(jì)算復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸 出值(Vabyfs + Vafsfb (k))。
圖7為示出當(dāng)將常規(guī)設(shè)備應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)10時(shí)各個(gè)變量等變化的一個(gè)例 子的時(shí)序圖。為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，此例子描述了在缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc (k)和運(yùn)行 速度NE為常數(shù)(即基本燃料噴射量Fbase如(E )所示為常數(shù))的情況下， 假設(shè)下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)以階躍的方式僅變化一次時(shí)，各個(gè)變量等 的變化。
在此例子中，在下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)變化的時(shí)刻tl之前，如 (A)所示，下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)保持為"0",如(B)所示，上 游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs保持為與理論空燃比對(duì)應(yīng)的上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich (參見(jiàn)圖2 )，如(C )所示，復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k))保持為上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich，并且如(D )所示，上游側(cè)反 饋校正值DFi保持為"0"。具體地，在時(shí)刻tl之間排氣的空燃比保持為 理論空燃比。
當(dāng)下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)如(A )所示在tl時(shí)刻以階躍方式改變 為正值Vafsfbl時(shí)，如(C )所示，復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k))改變?yōu)楸壬嫌蝹?cè)目標(biāo)值Vstoich大值Vafsfbl的值。相應(yīng)地，因?yàn)橛?缸內(nèi)燃料供給量偏差計(jì)算裝置A14獲得的缸內(nèi)燃料供給量偏差DFc改變到 正值，所以如(D)所示，上游側(cè)反饋校正值DFi改變到正值。結(jié)果，在 時(shí)刻tl之后，新產(chǎn)生的排氣的空燃比與理論空燃比相比，以與上游側(cè)反饋 校正值DFi對(duì)應(yīng)的量改變到濃側(cè)的空燃比。
另一方面，在時(shí)刻tl之后濃側(cè)排氣空燃比的變化表現(xiàn)為在時(shí)刻t2之 后上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs的變化，該時(shí)刻t2是從時(shí)刻tl 起經(jīng)過(guò)了空耗時(shí)間L的點(diǎn)。因此，如(B)所示，上游空燃比傳感器66的 輸出值Vabyfs直到時(shí)刻t2都保持為上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich,在時(shí)刻t2之 后，其以上游空燃比傳感器66的響應(yīng)延遲而向著值Vabyfsl ( - Vstoich - Vafsfbl)減小，并在時(shí)刻t3收斂到值Vabyfsl。
對(duì)此，如(C)所示，復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k)) 從時(shí)刻tl到時(shí)刻t2保持為比上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich大值Vabyfsl的值，在 時(shí)刻t2之后以上游空燃比傳感器66的響應(yīng)延遲而向著上游側(cè)目標(biāo)值 Vstoich減小，并在時(shí)刻t3收斂到上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich。
如上所述，復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k))在從時(shí)刻tl 到時(shí)刻t3的時(shí)間段期間保持為比上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich大的值。相應(yīng)地， 缸內(nèi)燃料供給量偏差DFc在從時(shí)刻tl到時(shí)刻t3的時(shí)間段期間保持為正值， 并在時(shí)刻t3之后保持為"0"。結(jié)果，缸內(nèi)燃料供給量偏差DFc的時(shí)間積 分值SDFc在從時(shí)刻tl到時(shí)刻t3的時(shí)間段期間從"0"逐漸增大，并在時(shí) 刻t3之后保持為時(shí)刻t3時(shí)的值(正值)。
相應(yīng)地，根據(jù)方程(6)計(jì)算出的上游側(cè)反饋校正值DFi在從時(shí)刻tl到時(shí)刻t3的時(shí)間段期間從"0"逐漸增大，并在時(shí)刻t3收斂到一正值，該 正值與時(shí)刻tl處的值"0"大大地不同。注意，此值等于前述方程(6)中 的積分項(xiàng)G"SDFc。
如上所述，當(dāng)下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)以階躍方式改變時(shí)，上游側(cè) 反饋校正值DFi收斂到與在下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)改變之前的點(diǎn)處的 值有很大不同的值。這意味著，當(dāng)在下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)上發(fā)生波 動(dòng)時(shí)，上游側(cè)反饋校正值DFi上的波動(dòng)由于前述"波動(dòng)傳遞環(huán)"的重復(fù)而 逐漸增大，因此空燃比的波動(dòng)增大。
<系數(shù)計(jì)算裝置A16的作用和效果>
隨后考慮在圖6的功能框圖中示出的設(shè)備(以下稱(chēng)為"第一設(shè)備，，)。 該第一設(shè)備通過(guò)將系數(shù)計(jì)算裝置A16 (和控制用基本燃料噴射量計(jì)算裝置 A4)增加到常規(guī)設(shè)備而形成(即通過(guò)從圖4的功能框圖所示的本設(shè)備省略 下游側(cè)反饋校正值延遲裝置A17和低通濾波器A18而形成)。
系數(shù)計(jì)算裝置A16通過(guò)將預(yù)定系數(shù)K乘以以下值來(lái)獲得控制用基本燃 料噴射量計(jì)算系數(shù)Ksub,所述值通過(guò)將由PID控制器A8獲得的下游側(cè)反 饋校正值Vafsfb(k)除以由上游側(cè)目標(biāo)空燃比設(shè)定裝置A2獲得的上游側(cè)目 標(biāo)空燃比abyfr(k)并對(duì)所得到的值加"1"而得到。系數(shù)K是使值(Vafsfb(k)/ abyfr(k))無(wú)量綱的單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。
Ksub- (Vafsfb(k)/abyfr(k)) .K+l 方程(7 )
在此，下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)是如前所述在"0"基礎(chǔ)上變化的 值。因此，從方程(7)容易理解，控制用基本燃料噴射量計(jì)算系數(shù)Ksub 變成根據(jù)下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)在'T，的基礎(chǔ)上變化的值。
控制用基本燃料噴射量計(jì)算系數(shù)Ksiib被如上所述的控制用基本燃料 噴射量計(jì)算裝置A4乘以基本燃料噴射量Fbase，結(jié)果是計(jì)算出用于根據(jù)方 程(2 )計(jì)算燃料噴射量Fi的控制用基本燃料噴射量Fbasec(參見(jiàn)方程(1 ))。
圖8為對(duì)應(yīng)于圖7的時(shí)序圖，示出當(dāng)?shù)谝辉O(shè)備應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)10時(shí)各個(gè) 變量等變化的一個(gè)例子。圖8中的時(shí)刻tl、 t2和t3分別對(duì)應(yīng)于圖7中的時(shí) 刻tl、 t2和t3 (這也適用于后述圖9和10)。在此情況下，類(lèi)似于圖7所示情況，當(dāng)如(A)所示下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)以階躍的方式從"0" 變到值Vafsfbl時(shí)，控制用基本燃料噴射量計(jì)算系數(shù)Ksub以階躍的方式 從'T，變到大于"1"的值，從而控制用基本燃料噴射量Fbasec如(E) 所示以階躍的方式從基本燃料噴射量Fbase變到大于基本燃料噴射量 Fbase的值(參見(jiàn)方程(1)和(7 ))。
結(jié)果，在時(shí)刻tl之后，新產(chǎn)生排氣的空燃比與理論空燃比相比，以與 上游側(cè)反饋校正值DFi(在時(shí)刻tl改變?yōu)檎?對(duì)應(yīng)的量加上與值(Fbasec -Fbase)相對(duì)應(yīng)的值改變到濃側(cè)的空燃比，如(D)所示。換言之，新產(chǎn) 生排氣的空燃比比圖7中時(shí)刻tl之后新產(chǎn)生的空燃比以與值(Fbasec-Fbase)相對(duì)應(yīng)的值改變?yōu)楦鼭鈧?cè)的空燃比。
另一方面，類(lèi)似于圖7 (B)的情況，上游空燃比傳感器66的輸出值 Vabyfs如(B)所示直到時(shí)刻t2都保持為上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich，從而如 (C)和(D)所示，在從時(shí)刻tl到時(shí)刻t2的時(shí)間段期間，復(fù)合空燃比對(duì) 應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k))和上游側(cè)反饋校正值DFi以與圖7中的(C ) 和(D)所示情況相同的方式改變。
因?yàn)榍笆鼍哂?更濃側(cè)空燃比"的排氣在時(shí)刻t2之后到達(dá)上游空燃比 傳感器66，所以如(B)所示，上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs從 上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich比圖7 ( B )所示情況更劇烈地降低，在時(shí)刻t3到達(dá) 值Vabyfsl，并在時(shí)刻t3之后仍然從值Vabyfsl降低。
相應(yīng)地，如(C )所示，復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k)) 在從時(shí)刻t2到時(shí)刻t3的時(shí)間段期間保持為大于上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich的 值，而值(Vabyfs + Vafsfb (k))在時(shí)刻t3之后變成小于上游側(cè)目標(biāo)值 Vstoich的值。結(jié)果，如(D)所示，上游側(cè)反饋校正值DFi從時(shí)刻t2到 時(shí)刻t3增大，而值(Vabyfs + Vafsfb (k))在時(shí)刻t3之后減小。
當(dāng)上游側(cè)反饋校正值DFi如上所迷在時(shí)刻t3之后減小時(shí)，新產(chǎn)生排氣 的空燃比改變到稀側(cè)。排氣空燃比向著稀側(cè)的改變表現(xiàn)為上游空燃比傳感 器66的輸出值Vabyfs以空耗時(shí)間L的延遲而出現(xiàn)的改變。結(jié)果，如(B) 所示，在時(shí)刻t3之后降低的上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs然后升高而在時(shí)刻t4收斂到值Vabyfsl。
具體地，如(C)所示，復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k)) 從時(shí)刻t3到時(shí)刻t4保持為小于上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich的值，并在時(shí)刻t4 收斂到上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich。結(jié)果，如(D)所示，上游側(cè)反饋校正值 DFi從時(shí)刻t3到時(shí)刻t4 一直降低，并在時(shí)刻t4收斂到作為時(shí)刻tl時(shí)的值 的"0"。
如上所述，當(dāng)下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)以階躍方式改變時(shí)，控制用 基本燃料噴射量計(jì)算系數(shù)Ksub (相應(yīng)地，控制用基本燃料噴射量Fbasec ) 以階躍方式改變，使得上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs在抵消下游 側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)的變化的方向上變化。因此，上游側(cè)反饋校正值 DFi能夠收斂到在下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)的變化之前的時(shí)間點(diǎn)處的 值。
這意味著當(dāng)在下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)中出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，通過(guò)系數(shù)計(jì) 算裝置A16的工作，可以防止由于前述"波動(dòng)傳遞環(huán)，，的重復(fù)而使上游側(cè) 反饋校正值DFi逐漸變大，并因此可以防止空燃比的波動(dòng)的增大。
在此實(shí)施例中，當(dāng)下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)從"0"偏移時(shí)，計(jì)算 控制用基本燃料噴射量計(jì)算系數(shù)Ksub,以使得控制用基本燃料噴射量 Fbasec與用于獲得對(duì)應(yīng)于上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs的空燃比 的燃料量相一致，該輸出值Vabyfs在抵消偏差的方向上與上游側(cè)目標(biāo)值 Vstoich偏移等于該偏差的量。換言之，系數(shù)K在方程(7)中被設(shè)定以建 立上述關(guān)系。
<下游側(cè)反饋校正值延遲裝置A17的工作和效杲>
如圖8 (D)所示，在笫一設(shè)備中，在從時(shí)刻tl到時(shí)刻t4的時(shí)間段期 間上游側(cè)反饋校正值DFi的變化相對(duì)較大。為了有效防止上游側(cè)反饋校正 值DFi的波動(dòng)的增大，優(yōu)選更多地減小上游側(cè)反饋校正值DFi的變化。
第 一設(shè)備中上游側(cè)反饋校正值DFi的變化相對(duì)較大是由以下原因?qū)е?的，即由于在從時(shí)刻tl到時(shí)刻t2的時(shí)間段期間復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值 (Vabyfs + Vafsfb (k))保持為大于上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich的值，使得在從時(shí)刻tl到時(shí)刻t2的時(shí)間段期間上游側(cè)反饋校正值DFi —直升高。
在從時(shí)刻tl到時(shí)刻t2的時(shí)間段期間復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k))保持為大于上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich的值是基于以下考慮，即 復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k))的計(jì)算方式使得將下游側(cè)反 饋校正值Vafsfb(k)自身增加到上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs，該 上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs以空耗時(shí)間L的延遲而在抵消下游 側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)的變化的方向上變化。
具體地，為了在從時(shí)刻tl到時(shí)刻t2的時(shí)間段期間將復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)
可以使用在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前空耗時(shí)間L的時(shí)間點(diǎn)處的下游側(cè)反饋校正值 Vafsfb(k-N)來(lái)代替下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)自身，作為在計(jì)算復(fù)合空燃 比對(duì)應(yīng)輸出值時(shí)增加到上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs的值。
鑒于這一點(diǎn)，考慮一種設(shè)備(以下稱(chēng)為"第二設(shè)備，，)，此設(shè)備通過(guò) 對(duì)第一設(shè)備增加下游側(cè)反饋校正值延遲裝置A17而得到(即，從圖4的功 能框圖所示的本設(shè)備省略低通濾波器A18 )。
下游側(cè)反饋校正值延遲裝置A17在由PID控制器A8對(duì)各個(gè)進(jìn)氣沖程 獲得并存儲(chǔ)在RAM 73中的下游側(cè)反饋校正值Vafsfb之中，從RAM 73 讀取在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前對(duì)應(yīng)于空耗時(shí)間L的N個(gè)沖程(N個(gè)進(jìn)氣沖程)的 時(shí)間點(diǎn)處的下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k-N)。
因此，在第二設(shè)備中，在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的下游 側(cè)反饋校正值Vafsfb(k-N)被增加到上游空燃比傳感器66的輸出值 Vabyfs,由此由復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值計(jì)算裝置A9計(jì)算復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng) 輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k曙N))。
圖9為對(duì)應(yīng)于圖8的時(shí)序圖，示出當(dāng)笫二設(shè)備應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)10時(shí)各個(gè) 變量等變化的一個(gè)例子。類(lèi)似于圖8所示情況，當(dāng)如(A)所示在時(shí)刻tl 處下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)以階躍的方式從"0"變到值Vafsfbl時(shí)， 如(A，)所示，在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的下游側(cè)反饋校正 值Vafsfb(k-N)從時(shí)刻tl到時(shí)刻t2保持為"0"，并在時(shí)刻t2以階躍方式從"0"改變到值Vafsfbl。因此，在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處 的下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k-N)的變化的正時(shí)與上游空燃比傳感器66的 輸出值Vabyfs的變化的正時(shí)彼此在時(shí)刻t2 —致。
因此，如(C)所示，從時(shí)刻tl到時(shí)刻仏復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k-N))保持為上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich。在時(shí)刻t2,在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn) 之前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k-N)以階躍方式改 變，而上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs開(kāi)始以上游空燃比傳感器66 的響應(yīng)延遲而降低。相應(yīng)地，復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k-N))在時(shí)刻t2以階躍方式增大到大于上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich的值，在時(shí) 刻t2之后降低，并在時(shí)刻《在降低的同時(shí)經(jīng)過(guò)上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich。換 言之，復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k-N))僅僅在從時(shí)刻t2 到時(shí)刻t3的時(shí)間段期間變成大于上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich的值。
由此，如(D)所示，上游側(cè)反饋校正值DFi從時(shí)刻tl到時(shí)刻t2保持 為"0"，并僅僅在從時(shí)刻t2到時(shí)刻t3的時(shí)間段期間增大。結(jié)果，與其中 上游側(cè)反饋校正值DFi在從時(shí)刻tl到時(shí)刻t3的時(shí)間段上增大的第一設(shè)備 相比，當(dāng)上游側(cè)反饋校正值DFi增大時(shí)的時(shí)間段變短，由此上游側(cè)反饋校 正值DFi的變化比第一設(shè)備中的變化小很多。具體地，由于下游側(cè)反饋校 正值延遲裝置A17的工作，第二設(shè)備能夠更有效地防止上游側(cè)反饋校正值 DFi的波動(dòng)的增大(相應(yīng)地，防止空燃比的波動(dòng)的增大)。
<低通濾波器A18的工作和效果>
如圖9中的(C)和(D)所示，在第二i殳備中，由于復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng) 輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k-N))在時(shí)刻t2以階躍方式增大，在從時(shí)刻t2 到時(shí)刻t3的時(shí)間段期間上游側(cè)反饋校正值DFi的變化仍然較大。這是基于 以下原因，即相對(duì)于以階躍方式增大的下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k-N),上 游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs以上游空燃比傳感器66的響應(yīng)延遲而 開(kāi)始降低。
具體地，為了進(jìn)一步減小在從時(shí)刻t2到時(shí)刻t3的時(shí)間段期間上游側(cè) 反饋校正值DFi的變化，可使用下述值作為在計(jì)算復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值時(shí)增加到上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs的值。具體地，所使用的 值(下文稱(chēng)作"經(jīng)過(guò)低通濾波器后的下游側(cè)反饋校正值Vafsfblow(k-N)") 為對(duì)當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k-N) 進(jìn)行具有時(shí)間常數(shù)t的低通濾波處理而獲取的值，所述時(shí)間常數(shù)t等于與 上游空燃比傳感器66的響應(yīng)延遲對(duì)應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。因此，于是考慮通過(guò)將 低通濾波器A18加到第二設(shè)備而形成的設(shè)備(即，本設(shè)備)。
低通濾波器A18為由下述方程(8)表示的一階濾波器，該方程使用 拉普拉斯算子s來(lái)表達(dá)濾波器的特性。在方程(8)中，T為時(shí)間常數(shù)(與 響應(yīng)性相關(guān)的參數(shù))。低通濾波器A18實(shí)質(zhì)地阻止頻率高于頻率(1/t)的 高頻分量的通過(guò)。低通濾波器A18接收由下游側(cè)反饋校正值延遲裝置A17 獲得的在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的下游側(cè)反饋校正值 Vafsfb(k-N)，并輸出按照方程(8 )的經(jīng)過(guò)低通濾波器后的下游側(cè)反饋校 正值Vafsfblow(k-N)。
1/(1+T*S) 方程(8)
上游空燃比傳感器66的響應(yīng)延遲程度傾向于隨著缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc ( k) 的增大而降低，并隨著運(yùn)行速度NE的升高而降低。因此，可以基于缸內(nèi) 進(jìn)氣量Mc (k)和運(yùn)行速度NE并參照?qǐng)D10所示的表MapT (Mc (k)， NE)來(lái)獲得時(shí)間常數(shù)T，該表限定了缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc (k)、運(yùn)行速度NE 和時(shí)間常數(shù)t之間的關(guān)系。所以，可以4吏經(jīng)過(guò)低通濾波器后的下游側(cè)反饋 校正值Vafsfblow(k-N)的變化的延遲程度接近上游空燃比傳感器66的響應(yīng) 延遲的程度。
因此，在本設(shè)備中，將經(jīng)過(guò)低通濾波器后的下游側(cè)反饋校正值 Vafsfblow(k-N)增加到上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs,由此如上所 迷由復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值計(jì)算裝置A9計(jì)算復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值 (Vabyfs + Vafsfb (k畫(huà)N))。
圖11為與圖9對(duì)應(yīng)的時(shí)序圖，示出了本設(shè)備應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)IO時(shí)各個(gè) 變量等變化的一個(gè)例子。與圖9所示情況類(lèi)似，當(dāng)下游側(cè)反饋校正值 Vafsfb(k)如(A)所示在時(shí)刻tl以階躍方式從"0"變化到值Vafsfbl時(shí)，如(A，)所示，經(jīng)過(guò)低通濾波器后的下游側(cè)反饋校正值Vafsfblow(k-N)在 時(shí)刻t2后以與時(shí)間常數(shù)T對(duì)應(yīng)的響應(yīng)延遲從"0"向著值Vafsfbl變化。
所以，經(jīng)過(guò)低通濾波器后的下游側(cè)反饋校正值Vafsfblow(k-N)的變化 的正時(shí)和上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs的變化的正時(shí)彼此一致， 并且經(jīng)過(guò)低通濾波器后的下游側(cè)反饋校正值Vafsfblow(k-N)的變化的延遲 程度接近于上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs的變化的響應(yīng)延遲程度。
因此，復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfblow (k-N))在時(shí)刻t2 決不會(huì)以階躍方式增大很多，而是如(C )所示在從時(shí)刻t2到時(shí)刻t3的時(shí) 間段期間從上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich稍稍增大。增大的量對(duì)應(yīng)于時(shí)間常數(shù)T 和與上游空燃比傳感器66的響應(yīng)延遲對(duì)應(yīng)的前述時(shí)間常數(shù)之間的誤差。
結(jié)果，如(D)所示，上游側(cè)反饋校正值DFi在從時(shí)刻t2到時(shí)刻t3 的時(shí)間段期間的變化相比于第二設(shè)備中的變化小很多。具體地，由于低通 濾波器A18的工作，本設(shè)備能夠更有效地防止上游側(cè)反饋校正值DFi的波 動(dòng)的增大(相應(yīng)地，防止空燃比的波動(dòng)的增大)。
實(shí)際工作
接下來(lái)，將對(duì)空燃比控制設(shè)備的實(shí)際工作進(jìn)行說(shuō)明。為便于說(shuō)明， "MapX (al, a2，……)，，代表用于獲取具有自變量al、 a2、……的X 的表。當(dāng)自變量為傳感器的檢測(cè)值時(shí)，使用當(dāng)前值。 <空燃比反饋控制>
每當(dāng)各氣缸的曲柄轉(zhuǎn)角到達(dá)進(jìn)氣上止點(diǎn)前的預(yù)定曲柄轉(zhuǎn)角(例如， BTDC卯。CA)時(shí)，CPU71反復(fù)執(zhí)行由圖12中的流程圖所示并且適用于 計(jì)算燃料噴射量Fi和指示燃料噴射的例程。因此，當(dāng)任意氣缸的曲柄轉(zhuǎn)角 到達(dá)預(yù)定的曲柄轉(zhuǎn)角時(shí)，CPU71從步驟1200開(kāi)始進(jìn)行處理，并前進(jìn)到步 驟1205,在步驟1205中，CPU 71基于表MapMc (NE， Ga )來(lái)估計(jì)并 確定此次被吸入開(kāi)始此次進(jìn)氣沖程的氣缸(下文有時(shí)稱(chēng)之為"燃料噴射氣 缸，，)的缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc (k)。
隨后，CPU 71前進(jìn)到步驟1210,以通過(guò)將缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc (k)除以
29此時(shí)的目標(biāo)空燃比abyfr(k)來(lái)確定基本燃料噴射量Fbase 。然后，CPU 71 前進(jìn)到步驟1215,以按照在步驟1215中描述的對(duì)應(yīng)于方程(7)的方程來(lái) 獲得控制用基本燃料噴射量計(jì)算系數(shù)Ksub。在此,使用由下文所述例程(在 前次燃料噴射時(shí))獲得的最新值作為下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)。
而后，CPU71前進(jìn)到步驟1220，以通過(guò)按照方程(1)將基本燃料噴 射量Fbase乘以控制用基本燃料噴射量計(jì)算系數(shù)Ksub來(lái)確定控制用基本 燃料噴射量Fbasec。然后，CPU71前進(jìn)到步驟1225,以按照方程(2)通 過(guò)將在下文所述例程中(在前次燃料噴射時(shí))獲得的最新上游側(cè)反饋校正 值DFi加到控制用基本燃料噴射量Fbasec上來(lái)確定燃料噴射量Fi。
然后，CPU71前進(jìn)到步驟1230，以發(fā)出以燃料噴射量Fi噴射燃料的 指令，然后CPU71前進(jìn)到步驟1295從而暫時(shí)結(jié)束本例程。由上述內(nèi)容， 控制用基本燃料噴射量Fbasec是基于下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)計(jì)算出 的，并且以通過(guò)對(duì)控制用基本燃料噴射量Fbasec進(jìn)行反饋校正而獲得的噴 射燃料量Fi噴射燃料的指令被發(fā)送給燃料噴射氣缸。
<上游側(cè)反饋校正值的計(jì)算>
下面將說(shuō)明計(jì)算上游側(cè)反饋校正值DFi的工作。每當(dāng)燃料噴射氣缸的 燃料噴射開(kāi)始時(shí)刻(燃料噴射開(kāi)始時(shí)間點(diǎn))到來(lái)時(shí)，CPU 71反復(fù)執(zhí)行由圖 13中的流程圖所示的例程。因此，當(dāng)燃料噴射氣缸的燃料噴射開(kāi)始時(shí)刻已 經(jīng)到來(lái)時(shí)，CPU71開(kāi)始從步驟1300進(jìn)行處理，并且前進(jìn)到步驟1305，在 步驟1305中，CPU71判斷上游側(cè)反饋條件是否成立。這里，例如，當(dāng)發(fā) 動(dòng)機(jī)的冷卻水溫度THW不低于第一預(yù)設(shè)溫度、上游空燃比傳感器66正常
(包括激活狀態(tài))并且發(fā)動(dòng)機(jī)每次旋轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)氣量(負(fù)荷)不超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)， 上游側(cè)反饋條件成立。
在上游側(cè)反饋條件目前得到滿足的假設(shè)下繼續(xù)進(jìn)行說(shuō)明。CPU 71在步 驟1305處做出"是"的判斷，并且前進(jìn)到步驟1310以基于表MapN (Mc
(k), NE)(參見(jiàn)圖5)來(lái)確定沖程數(shù)N。然后，CPU 71前進(jìn)到步驟1315, 以通過(guò)基于表Mapabyfs (Vabyfs + Vafsfblow(k-N))(參見(jiàn)圖2 )轉(zhuǎn)換復(fù) 合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k-N))來(lái)獲得當(dāng)前的復(fù)合空燃比abyfs,所述復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值(Vabyfs + Vafsfb (k-N))是當(dāng)前的上 游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs與通過(guò)下文所迷例程獲得的在當(dāng)前時(shí) 間點(diǎn)之前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的經(jīng)過(guò)低通濾波器后的下游側(cè)反饋校正值 Vafsfblow(k-N)之和。
隨后，CPU71前進(jìn)到步驟1320,以通過(guò)將缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc (k-N)除 以上述復(fù)合空燃比abyfs來(lái)獲取在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的實(shí) 際缸內(nèi)燃料供給量Fc (k-N)，所述缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc (k-N)為在當(dāng)前時(shí)間 點(diǎn)前N個(gè)沖程(N個(gè)進(jìn)氣沖程)已開(kāi)始進(jìn)氣沖程的氣缸的空氣量。
然后，CPU71前進(jìn)到步驟1325，以通過(guò)將當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程的 時(shí)間點(diǎn)處的缸內(nèi)進(jìn)氣量Mc ( k-N)除以當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程處的目標(biāo)空 燃比abyfr ( k-N )來(lái)獲得當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程處的目標(biāo)缸內(nèi)燃料供給量 Fcr (k-N)。
而后，CPU71前進(jìn)到步驟1330，以按照方程(5),通過(guò)從目標(biāo)缸內(nèi) 燃料供給量Fcr (k-N)中減去缸內(nèi)燃料供給量Fc (k-N)來(lái)獲取釭內(nèi)燃料 供給量偏差DFc。具體地，缸內(nèi)燃料供給量偏差DFc是表示在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn) 前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處已供給到氣缸的燃料的過(guò)量/不足的量。
然后，CPU71前進(jìn)到步驟1335,以按照在步驟1335中描述的與方程 (6 )對(duì)應(yīng)的方程來(lái)獲取上游側(cè)反饋校正值DFi。在隨后的步驟1340中， CPU 71通過(guò)將在步驟1330獲得的缸內(nèi)燃料供給量偏差DFc加到當(dāng)前時(shí)刻 的缸內(nèi)燃料供給量偏差DFc的積分值SDFc上來(lái)獲取缸內(nèi)燃料供給量偏差 的新的積分值SDFc,然后前進(jìn)到步驟1395以暫時(shí)結(jié)束本例程。
以此方式，獲得上游側(cè)反饋校正值DFi，并且由于上游側(cè)反饋校正值 DFi由圖12中的步驟1225反映在燃料噴射量Fi中，所以空燃比反饋控制 得以執(zhí)行。
另 一方面，當(dāng)在步驟1305的判斷中上游側(cè)反饋條件不成立時(shí)，CPU 71 在步驟1305處做出"否，，的判斷，并前進(jìn)到步驟1345以將上游側(cè)反饋校 正值DFi設(shè)置為"0",然后前進(jìn)到步驟1395以暫時(shí)結(jié)束本例程。當(dāng)上游 側(cè)反饋條件不滿足時(shí)，上游側(cè)反饋校正值DFi被設(shè)置為"0"，且不會(huì)如上所述對(duì)空燃比進(jìn)行校正。
<下游側(cè)反饋校正值的計(jì)算>
下面將說(shuō)明計(jì)算下游側(cè)反饋校正值Vafsfb (k)的工作。每當(dāng)燃料噴 射氣缸的燃料噴射開(kāi)始時(shí)刻(燃料噴射開(kāi)始時(shí)間點(diǎn))到來(lái)時(shí)，CPU71反復(fù) 執(zhí)行由圖14中的流程圖所示的例程。因此，當(dāng)燃料噴射氣缸的燃料噴射開(kāi) 始時(shí)刻到來(lái)時(shí)，CPU 71從步驟1400開(kāi)始進(jìn)行處理，并且前進(jìn)到步驟1405, 在步驟1405中，CPU71判斷下游側(cè)反饋條件是否成立。這里，例如，除 了在步驟1305中的前述上游側(cè)反饋條件之外，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻水溫度 THW不小于比第一預(yù)設(shè)溫度更高的第二預(yù)設(shè)溫度時(shí)，下游側(cè)反饋條件就 成立。
將在下游側(cè)反饋條件當(dāng)前得以滿足的假設(shè)下繼續(xù)進(jìn)行說(shuō)明。CPU 71 在步驟1405做出"是"的判斷，并且前進(jìn)到步驟1410，以按照方程(3) 通過(guò)從下游側(cè)目標(biāo)值Voxsref中減去下游空燃比傳感器67在當(dāng)前時(shí)刻的輸 出值Voxs來(lái)獲取輸出偏差DVoxs。然后，CPU71前進(jìn)到步驟1415，以基 于下述方程(9)來(lái)獲取輸出偏差DVoxs的微分值DDVoxs。
DDVoxs= ( DVoxs - DVoxsl)/At 方程(9 )
在方程(9)中，DVoxsl表示輸出偏差DVoxs的先前值，該值已在上 次執(zhí)行本例程時(shí)的后述步驟1425中設(shè)置(更新)。另外，At表示從上次 執(zhí)行本例程的時(shí)間點(diǎn)到此次執(zhí)行本例程的時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間段。
然后，CPU 71前進(jìn)到步驟1420,以按照在步驟1420中描述的與方程 (4)對(duì)應(yīng)的方程來(lái)獲取此次的下游側(cè)反饋校正值Vafsfb (k)。該下游側(cè) 反饋校正值Vafsfb (k)在下次執(zhí)行圖12所示的例程時(shí)在步驟1215處被 用于獲取控制用基本燃料噴射量計(jì)算系數(shù)Ksub。
隨后，CPU71前進(jìn)到步驟1425，以通過(guò)將在步驟1410獲得的輸出偏 差DVoxs加到在該時(shí)間點(diǎn)輸出偏差的積分值SDVoxs上來(lái)獲取輸出偏差的 新的積分值SDVoxs，在下一步驟1430中，CPU 71將輸出偏差DVoxs的 先前值DVoxsl設(shè)置為在步驟1410得到的輸出偏差DVoxs。
然后，CPU 71前進(jìn)到步驟1435以基于表MapN (Mc ( k) , NE )來(lái)
32確定沖程數(shù)N，并在下一步驟"40，其基于表MapN (Mc ( k) , NE )(參 見(jiàn)圖10)來(lái)確定用于在下一步驟1445執(zhí)行的低通濾波處理的時(shí)間常數(shù)t。
然后，CPU 71前進(jìn)到步驟1445以通過(guò)由低通濾波器A18按時(shí)間常數(shù) t對(duì)當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)前N個(gè)沖程處的下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k-N)進(jìn)行低通濾 波處理來(lái)獲取經(jīng)過(guò)低通濾波器后的下游側(cè)反饋校正值Vafsfblow(k-N)，然 后前進(jìn)到步驟1495以暫時(shí)結(jié)束本例程。經(jīng)過(guò)低通濾波器后的下游側(cè)反饋校 正值Vafsfblow(k-N)在下一次執(zhí)行圖13所示例程時(shí)在步驟1315處被用于 獲取復(fù)合空燃比abyfs。
另一方面，當(dāng)在步驟1405確定下游側(cè)反饋條件不滿足時(shí)，CPU 71在 步驟1405做出"否"的判斷，然后前進(jìn)到步驟1450以將下游側(cè)反饋校正 值Vafsfb (k)設(shè)置為"0"。之后，在下一步驟1455， CPU71將當(dāng)前時(shí) 間點(diǎn)前N個(gè)沖程處的經(jīng)過(guò)低通濾波器后的下游側(cè)反饋校正值 Vafsfblow(k-N)設(shè)置為"0"，然后前進(jìn)到步驟1495以暫時(shí)結(jié)束本例程。
以此方式，當(dāng)下游側(cè)反饋條件沒(méi)能得到滿足時(shí)，下游側(cè)反饋校正值 Vafsfb (k)被設(shè)置為"0",由此在圖12中的步驟1215中控制用基本燃 料噴射量計(jì)算系數(shù)Ksub被設(shè)為"1",結(jié)果控制用基本燃料噴射量Fbasec 在步驟1220被設(shè)為等于基本燃料噴射量Fbase的值。另外，因?yàn)樵诋?dāng)前時(shí) 間點(diǎn)前N個(gè)沖程處的經(jīng)過(guò)低通濾波器后的下游側(cè)反饋校正值 Vafsfblow(k-N),皮i殳置為"0"，所以復(fù)合空燃比對(duì)應(yīng)輸出值變成等于上游 空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs,結(jié)果是在圖13的步驟1310，復(fù)合空燃 比abyfs變成等于由上游空燃比傳感器66檢測(cè)到的空燃比。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè)備的第一實(shí)施例， 基于第一催化劑單元53下游側(cè)的下游空燃比傳感器67的輸出值Voxs和 第 一催化劑單元53上游側(cè)的上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs從下游 側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)獲得復(fù)合空燃比abyfs,并基于復(fù)合空燃比abyfs 獲得上游側(cè)反饋校正值DFi。燃料噴射量Fi被確定為通過(guò)將上游側(cè)反饋校 正值DFi增加到控制用基本燃料噴射量Fbasec(=基本燃料噴射量Fbase. 控制用基本燃料噴射量計(jì)算系數(shù)Ksiib)而獲得的值。在此，基于下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)確定控制用基本燃料噴射量計(jì) 算系數(shù)Ksub,從而確定控制用基本燃料噴射量Fbasec (相應(yīng)地，確定燃 料噴射量Fi),使得上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs在抵消下游側(cè) 反饋校正值Vafsfb(k)的變化的方向上變化(參見(jiàn)方程(7))。因此，即 使下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)改變，也能夠抑制復(fù)合空燃比abyfs的變化 (相應(yīng)地，能夠抑制上游側(cè)反饋校正值DFi的變化)。
因此，即使前述"波動(dòng)傳遞環(huán)"由于下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)的波 動(dòng)而重復(fù)，也能夠防止基于復(fù)合空燃比abyfs的上游側(cè)反饋校正值DFi的 波動(dòng)的增大，由此能夠抑制空燃比的波動(dòng)的增大。
另外，當(dāng)獲得復(fù)合空燃比abyfs時(shí)，經(jīng)過(guò)低通濾波器后的下游側(cè)反饋 校正值Vafsfblow(k-N)的變化的正時(shí)和上游空燃比傳感器66的輸出值 Vabyfs的變化的正時(shí)彼此一致，并且經(jīng)過(guò)低通濾波器后的下游側(cè)反饋校正 值Vafsfblo w(k-N)的變化的延遲程度接近于上游空燃比傳感器66的輸出值 Vabyfs的變化的響應(yīng)延遲程度，所述值Vafsfblow(k-N)是通過(guò)由下游側(cè)反 饋校正值延遲裝置A17和低通濾波器A18對(duì)下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k) 進(jìn)行延遲處理而獲得的值。結(jié)果，能夠更有效地抑制上游側(cè)反饋校正值DFi 的波動(dòng)的增大(從而，抑制空燃比的波動(dòng)的增大)。
第二實(shí)施例
下面將描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的空燃比控制設(shè)備。該第二實(shí)施例 與圖4的功能框圖所示笫一實(shí)施例的不同之處在于，使用P控制器A19來(lái) 代替PI控制器A15,并另外增加基本燃料噴射量校正系數(shù)設(shè)定裝置A20 和預(yù)校正基本燃料噴射量校正裝置A21 。下面主要說(shuō)明不同點(diǎn)。
P控制器A19對(duì)由缸內(nèi)燃料供給量偏差計(jì)算裝置A14計(jì)算出的缸內(nèi)燃 料供給量偏差DFc進(jìn)行比例處理(P處理)，由此按照下述方程(10)獲 得用于補(bǔ)償當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的燃料供給量的過(guò)量/不 足的上游側(cè)反饋校正值DFi。在方程(IO)中，Gp為預(yù)設(shè)的比例增益(比 例常數(shù))。DFi = GpDFc 方程(10)
因?yàn)镻控制器A19與第一實(shí)施例中的PI控制器A15不同，并不包括 積分項(xiàng)，所以無(wú)法補(bǔ)償基本燃料噴射量的誤差。因此，與P控制器A19的 校正分開(kāi)(從而，與上游側(cè)反饋校正分開(kāi))，需要補(bǔ)償基本燃料噴射量的 誤差。為了實(shí)現(xiàn)該工作，必須以如下方式進(jìn)行校正，使得已校正的基本燃 料噴射量Fbase變成等于(接近于)下述燃料量(以下稱(chēng)為"目標(biāo)基本燃 料噴射量Fbaset"),所述燃料量是應(yīng)該指示噴射器39從已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)氣沖 程的氣缸噴射以使實(shí)際空燃比為目標(biāo)空燃比abyfr的燃料量，所述已校正 的基本燃料噴射量Fbase是通過(guò)校正由基本燃料噴射量計(jì)算裝置A3計(jì)算 出的基本燃料噴射量Fbase而獲得的值。以下，由基本燃料噴射量計(jì)算裝 置A3計(jì)算出的基本燃料噴射量稱(chēng)為"預(yù)校正基本燃料噴射量Fbaseb( k)"。
在第二實(shí)施例中，如圖15所示，引入基本燃料噴射量校正系數(shù)KPt k), 并由基本燃料噴射量校正系數(shù)設(shè)定裝置A20設(shè)定基本燃料噴射量校正系數(shù) KF(k)，以使得由預(yù)校正基本燃料噴射量校正裝置A21將預(yù)校正基本燃 料噴射量Fbaseb (k)乘以基本燃料噴射量校正系數(shù)KF (k)而得到的值 (以下稱(chēng)為"已校正的基本燃料噴射量Fbase，，)變成等于(接近于)目 標(biāo)基本燃料噴射量Fbaset。該已校正的基本燃料噴射量Fbase被用于由控 制用基本燃料噴射量計(jì)算裝置A4進(jìn)行的控制用基本燃料噴射量Fbasec的 計(jì)算。基本燃料噴射量校正系數(shù)設(shè)定裝置A20和預(yù)校正基本燃料噴射量計(jì) 算裝置A21將在下面說(shuō)明。
一般而言，在假定燃燒室所吸入的缸內(nèi)進(jìn)氣量不變的情況下，燃料噴 射量和空燃比(相應(yīng)地，排氣的空燃比)的乘積變成不變的。因此，在此 假定下，建立關(guān)系以使得在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程處的燃料噴射量Fi (k-N)和從上游空燃比傳感器66獲得的當(dāng)前點(diǎn)處的空燃比(以下稱(chēng)為"檢 測(cè)到的空燃比abyfd ( k)，，)的乘積等于目標(biāo)基本燃料噴射量Fbaset和此 時(shí)的目標(biāo)空燃比abyfr (k)的乘積，所述燃料噴射量Fi (k-N)是在當(dāng)前 時(shí)間點(diǎn)之前對(duì)應(yīng)于空耗時(shí)間L的N個(gè)沖程(N個(gè)進(jìn)氣沖程)的時(shí)間點(diǎn)(具 體地，此時(shí)的燃料噴射量Fi (k)的噴射指令開(kāi)始點(diǎn))處執(zhí)行燃料噴射指令相關(guān)的燃料噴射量，其中要求所述目標(biāo)基本燃料噴射量Fbaset使得供給 到燃燒室的混合氣的實(shí)際空燃比為此時(shí)的目標(biāo)空燃比abyfr (k)。因此， 目標(biāo)基本燃料噴射量Fbaset —般可以由下述方程(11)表示。
Fbaset = (abyfd(k)/ abyfr(k)). Fi(k-N) 方程(11)
如上所述，使用此時(shí)的檢測(cè)到的空燃比abyfd (k)作為計(jì)算目標(biāo)基本 燃料噴射量Fbaset時(shí)的檢測(cè)到的空燃比abyfd,而使用當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N 個(gè)沖程處的燃料噴射量Fi (k-N)作為燃料噴射量Fi。這是因?yàn)樵趶陌l(fā)出 燃料噴射指令到基于燃燒室25中的燃燒產(chǎn)生的排氣到達(dá)上游空燃比傳感 器66的時(shí)刻的時(shí)間段期間要花費(fèi)對(duì)應(yīng)于N個(gè)沖程的空耗時(shí)間L。
根據(jù)上述知識(shí)，基本燃料噴射量校正系數(shù)設(shè)定裝置A20通過(guò)利用方程 (11)來(lái)設(shè)定基本燃料噴射量校正系數(shù)KF (k)。此外，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于過(guò) 渡運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)到的空燃比abyfd、燃料噴射量Fi和預(yù)校正基本燃料 噴射量Fbaseb可能會(huì)以不小于預(yù)定頻率的高頻率獨(dú)立出現(xiàn)很大的變化。在 此情況下，方程(11)表示的關(guān)系可能會(huì)無(wú)法維持。因此，優(yōu)選使用低通 濾波處理以實(shí)現(xiàn)基本燃料噴射量的穩(wěn)定校正。
從上面可知，如圖16的功能框圖所示，基本燃料噴射量校正系數(shù)設(shè)定 裝置A20包括各個(gè)裝置A20a至A20d。如上所述，RAM 73存儲(chǔ)燃料噴射 量計(jì)算裝置A5為各個(gè)進(jìn)氣沖程獲得的燃料噴射量Fi。燃料噴射量延遲裝 置A20a從RAM 73讀取當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的燃料噴射 量Fi (k誦N)。
目標(biāo)基本燃料噴射量計(jì)算裝置A20b通過(guò)按照方程(11)將以下值乘 以由燃料噴射量延遲裝置A20a讀取的在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程的時(shí)間 點(diǎn)處的燃料噴射量Fi (k-N)來(lái)獲取目標(biāo)基本燃料噴射量Fbaset，所述值 通過(guò)將此時(shí)的檢測(cè)到的空燃比abyfd( k)除以此時(shí)的目標(biāo)空燃比abyfr( k) 而得到。
基本燃料噴射量校正系數(shù)設(shè)定裝置A20c通過(guò)按照方程(12)將由目 標(biāo)基本燃料噴射量計(jì)算裝置A20b獲得的目標(biāo)基本燃料噴射量Fbaset除以 預(yù)校正基本燃料噴射量Fbaseb (k)來(lái)獲取在低通濾波處理之前的燃料噴射量校正系數(shù)KFb。
KFb = Fbaset /Fbaseb ( k) 方程(12 )
低通濾波器A20d為由下述方程(13)表示的一階濾波器，該方程使 用拉普拉斯算子s來(lái)表達(dá)濾波器的特性。在方程(13)中，T為時(shí)間常數(shù)。 低通濾波器A20d接收在低通濾波處理之前的燃料噴射量校正系數(shù)KFb， 按照方程(13 )對(duì)在低通濾波處理之前的燃料噴射量校正系數(shù)KFb進(jìn)行低 通濾波處理以獲取基本燃料噴射量校正系數(shù)KF (k),并且輸出該系數(shù) KF (k)。
1/ (1 + T s ) 方程(13 )
預(yù)校正基本燃料噴射量校正裝置A21將由基本燃料噴射量計(jì)算裝置 A3獲得的預(yù)校正基本燃料噴射量Fbaseb ( k)乘以由基本燃料噴射量校正 系數(shù)設(shè)定裝置A20設(shè)定的基本燃料噴射量校正系數(shù)KF(k)，由此按照下 述方程(14)獲取已校正的基本燃料噴射量Fbase。類(lèi)似于根據(jù)第一實(shí)施 例的空燃比控制設(shè)備，將控制用基本燃料噴射量計(jì)算系數(shù)Ksub乘以這樣 獲得的已校正的基本燃料噴射量Fbase,由此獲得控制用基本燃料噴射量 Fbascc。
Fbase = KF(k) Fbaseb(k) 方程(14 )
以上是設(shè)定基本燃料噴射量校正系數(shù)的方法，并且基本燃料噴射量校 正系數(shù)設(shè)定裝置A20和預(yù)校正基本燃料噴射量校正裝置A21對(duì)應(yīng)于基本燃 料噴射量校正裝置。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè)備的第二實(shí)施例， 已校正的基本燃料噴射量Fbase被確定為與以下燃料量一致(接近)，所 述燃料量應(yīng)該被指示噴射以使空燃比為目標(biāo)空燃比abyfr。結(jié)果，類(lèi)似于根 據(jù)第一實(shí)施例的空燃比控制設(shè)備，可以防止空燃比波動(dòng)的增大，并可以立 即補(bǔ)償基本燃料噴射量的誤差，而不必在上游側(cè)反饋控制中進(jìn)行積分處理， 由此可以防止由于基本燃料噴射量的誤差的增大而導(dǎo)致的排放量的暫時(shí)增 大。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可采用各種變型。例如，在上述第二實(shí)施例中，低通濾波器A20d從檢測(cè)到的空燃 比abyfd (k)、燃料噴射量Fi (k-N)和預(yù)校正基本燃料噴射量Fbaseb (k) 來(lái)獲得在低通濾波處理之前的基本燃料噴射量校正系數(shù)KTb( = (abyfd(k) Fi(k-N)/ abyfr(k).Fbaseb(k)))，并對(duì)在低通濾波處理之前的基本燃料噴 射量校正系數(shù)KFb進(jìn)行低通濾波處理，由此獲得基本燃料噴射量校正系數(shù) KF (k)。但是，代替這，可以對(duì)檢測(cè)到的空燃比abyfd (k)、燃料噴射 量Fi (k-N)和預(yù)校正基本燃料噴射量Fbaseb (k)中的每個(gè)獨(dú)立進(jìn)行低 通濾波處理，然后可以使用已經(jīng)經(jīng)歷低通濾波處理的各個(gè)值來(lái)獲得基本燃 料噴射量校正系數(shù)KF (k)。
在第二實(shí)施例中，如圖16所示，基本燃料噴射量校正系數(shù)KF (k) 是基于此時(shí)檢測(cè)到的空燃比abyfd ( k)、當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程的時(shí)間 點(diǎn)處的燃料噴射量Fi (k-N)、此時(shí)的目標(biāo)空燃比abyfr (k)以及此時(shí)的 預(yù)校正基本燃料噴射量Fbaseb (k)而獲得的。但是，基本燃料噴射量校 正系數(shù)KF可以基于檢測(cè)到的空燃比abyfd (k)、當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖 程的時(shí)間點(diǎn)處的燃料噴射量Fi (k-N)、當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程的時(shí)間 點(diǎn)處的目標(biāo)空燃比abyfr ( k-N)以及當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處 的預(yù)校正基本燃料噴射量Fbaseb (k-N)獲得。
盡管在第二實(shí)施例中，目標(biāo)基本燃料噴射量Fbaset是基于方程(11) 獲得的，但目標(biāo)基本燃料噴射量Fbaset可以利用以下方程獲得，在該方程 中用復(fù)合空燃比abyfs代替方程(11)中的檢測(cè)到的空燃比abyfd (k)。 該配置對(duì)于在上游空燃比傳感器66的檢測(cè)到的空燃比abyfd中產(chǎn)生誤差的 情況有效。
在上述各個(gè)實(shí)施例中，控制用基本燃料噴射量Fbasec是通過(guò)將基本燃 料噴射量Fbase乘以控制用基本燃料噴射量計(jì)算系數(shù)Ksub而得到的。但 是，代替這，可以按照下述方程(15)通過(guò)將控制用基本燃料噴射量計(jì)算 常數(shù)Dsub增加到基本燃料噴射量Fbase來(lái)獲得控制用基本燃料噴射量 Fbasec?？刂朴没救剂蠂娚淞坑?jì)算常數(shù)Dsub可以按照下述方程(16) 通過(guò)將由PID控制器A8獲得的下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)乘以預(yù)定系數(shù)Kl而得到。
Fbasec - Fbase + Dsub 方程(15)
Dsub = Kl Vafsfb (k) 方程(16 )
在此情況下，當(dāng)下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)從"0"偏差時(shí)，優(yōu)選的 是計(jì)算控制用基本燃料噴射量計(jì)算常數(shù)Dsub，使得控制用基本燃料噴射量 Fbasec與用于獲得對(duì)應(yīng)于上游空燃比傳感器66的輸出值Vabyfs的空燃比 的燃料量一致，該輸出值從上游側(cè)目標(biāo)值Vstoich在抵消偏差的方向上偏 離與該偏差相等的量。換言之，優(yōu)選的是設(shè)定方程(16)中的系數(shù)K1以 建立上述關(guān)系。
在上述各個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置下游側(cè)反饋校正值延遲裝置A17和低通濾 波器A18以對(duì)下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)進(jìn)行延遲處理。但是，可以設(shè)置 其中任一個(gè)，或者可以?xún)烧叨疾辉O(shè)置。
在上述各個(gè)實(shí)施例中，在上游側(cè)反饋控制時(shí)基于缸內(nèi)燃料供給量偏差 DFc來(lái)獲得上游側(cè)反饋校正值DFi，該缸內(nèi)燃料供給量偏差DFc是通過(guò)從 當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的目標(biāo)缸內(nèi)燃料供給量Fcr ( k-N)減 去當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的控制用缸內(nèi)燃料供給量Fc( k-N) 而得到的值。但是，上游側(cè)反饋校正值DFi可以基于通過(guò)從此時(shí)的復(fù)合空 燃比abyfs (k)減去當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)之前N個(gè)沖程的時(shí)間點(diǎn)處的目標(biāo)空燃比 abyfr ( k-N )得到的值而獲得。
39
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè)備，所述內(nèi)燃機(jī)包括 設(shè)置在所述內(nèi)燃機(jī)的排氣通路內(nèi)的催化劑單元； 設(shè)置在所述排氣通路內(nèi)并位于所述催化劑單元上游的上游空燃比傳感器;設(shè)置在所述排氣通路內(nèi)并位于所述催化劑單元下游的下游空燃比傳感 器；以及根據(jù)指令噴射燃料的燃料噴射裝置，所述空燃比控制i殳備包括基于所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)獲取基本燃料噴射量的基本燃料噴射量獲 取裝置，所述基本燃料噴射量為用于得到目標(biāo)空燃比的燃料量；基于來(lái)自所述下游空燃比傳感器的輸出值計(jì)算下游側(cè)反饋校正值的下 游側(cè)反饋校正值計(jì)算裝置，所述下游側(cè)反饋校正值是用于對(duì)供給到所述內(nèi) 燃機(jī)的混合氣的空燃比進(jìn)行反饋控制的反饋校正值；基于所獲取的基本燃料噴射量和所計(jì)算出的下游側(cè)反饋校正值獲取控 制用基本燃料噴射量的控制用基本燃料噴射量獲取裝置，所述控制用基本 燃料噴射量是用于對(duì)供給到所述內(nèi)燃機(jī)的所述混合氣的空燃比進(jìn)行反饋控 制的燃料噴射量；基于來(lái)自所述上游空燃比傳感器的輸出值和所計(jì)算出的下游側(cè)反饋校 正值獲取與復(fù)合空燃比相對(duì)應(yīng)的值的復(fù)合空燃比獲取裝置，所述復(fù)合空燃空燃比；基于所獲取的與復(fù)合空燃比相對(duì)應(yīng)的值計(jì)算上游側(cè)反饋校正值的上游 側(cè)反饋校正值計(jì)算裝置，所述上游側(cè)反饋校正值是用于對(duì)供給到所述內(nèi)燃 機(jī)的所述混合氣的空燃比進(jìn)行反饋控制的反饋校正值；燃料噴射量計(jì)算裝置，所述燃料噴射量計(jì)算裝置基于所獲取的控制用 基本燃料噴射量和所計(jì)算出的上游側(cè)反饋校正值計(jì)算燃料噴射量；以及空燃比控制裝置，所述空燃比控制裝置通過(guò)向所述燃料噴射裝置發(fā)出 用于以所計(jì)算出的燃料噴射量噴射燃料的指令，對(duì)供給到所述內(nèi)燃機(jī)的所 述混合氣的空燃比進(jìn)行反饋控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè)備，其中 所述控制用基本燃料噴射量獲取裝置構(gòu)造為，通過(guò)將所獲取的基本燃料噴射量乘以 一種值來(lái)獲取所述控制用基本燃料噴射量，所述一種值是通 過(guò)對(duì)將所計(jì)算出的下游側(cè)反饋校正值乘以預(yù)定系數(shù)得到的值加1而得到 的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè)備，其中 所述復(fù)合空燃比獲取裝置構(gòu)造為，在獲取所述與復(fù)合空燃比相對(duì)應(yīng)的值時(shí)，使用通過(guò)對(duì)所述下游側(cè)反饋校正值進(jìn)行延遲處理而得到的值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè)備，還包括 獲取空耗時(shí)間的空耗時(shí)間獲取裝置，所述空耗時(shí)間是從發(fā)出噴射燃料時(shí)刻的時(shí)間段，并且所述復(fù)合空燃比獲取裝置構(gòu)造為，使用在比當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)提前所述空耗 時(shí)間的時(shí)間點(diǎn)處計(jì)算出的所述下游側(cè)反饋校正值作為通過(guò)對(duì)所述下游側(cè)反 饋校正值進(jìn)行延遲處理而得到的值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè)備，其中所述 空耗時(shí)間獲取裝置構(gòu)造為根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)改變所述空耗時(shí)間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè) 備，還包括且所述復(fù)合空燃比獲取裝置構(gòu)造為，使用通過(guò)對(duì)所述下游側(cè)反饋校正值延遲處理而得到的值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè)備，其中所述低通濾波處理裝置構(gòu)造為根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)改變與所述 低通濾波處理的響應(yīng)性相關(guān)的參數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè) 備，其中所述上游側(cè)反饋校正值計(jì)算裝置構(gòu)造為，基于通過(guò)對(duì)與所述目標(biāo)空燃 比相對(duì)應(yīng)的值和所獲得的與復(fù)合空燃比相對(duì)應(yīng)的值之間的差至少進(jìn)行積分 處理而得到的值，來(lái)計(jì)算所述上游側(cè)反饋校正值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè) 備，還包括基本燃料噴射量校正裝置，所述基本燃料噴射量校正裝置校正所述基 本燃料噴射量，使得當(dāng)假定向所述燃料噴射裝置發(fā)出了用于以所述基本燃 料噴射量噴射燃料的指令時(shí)，由所述燃料噴射裝置實(shí)際噴射的燃料量變成所必需的量。
全文摘要
用于內(nèi)燃機(jī)的空燃比控制設(shè)備基于下游空燃比傳感器(67)的輸出值Voxs和上游空燃比傳感器(66)的輸出值Vabyfs從下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)獲得復(fù)合空燃比abyfs，并基于復(fù)合空燃比abyfs獲得上游側(cè)反饋校正值DFi。將燃料噴射量Fi確定為通過(guò)將上游側(cè)反饋校正值DFi增加到控制用基本燃料噴射量Fbasec(＝基本燃料噴射量Fbase·系數(shù)Ksub)而獲得的值?；谙掠蝹?cè)反饋校正值Vafsfb(k)確定系數(shù)Ksub，從而確定控制用基本燃料噴射量Fbasec(從而，確定燃料噴射量Fi)，使得上游空燃比傳感器(66)的輸出值Vabyfs在抵消下游側(cè)反饋校正值Vafsfb(k)的變化的方向上變化。
文檔編號(hào)F01N11/00GK101313133SQ20068004380
公開(kāi)日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2006年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月24日
發(fā)明者岡崎俊太郎, 加藤直人 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社