JP2006336581A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 機関回転数から各気筒の吸気時期を特定する(ステップ102)。クランク角から吸気気筒を特定する(ステップ104)。吸気気筒の変更があるまで、エアフロメータの出力を積算する(ステップ(108)。吸気気筒の変更があると、積算値を平均化用RAMに格納する(ステップ110)。所定サイクル分の積算値が格納されると、その積算値を平均化して、各気筒の吸入空気量を算出する(ステップ118)。
【選択図】 図4
Description
前記内燃機関の吸気系に設けられた吸気センサと、
各気筒の吸気開始時期及び吸気終了時期を特定する吸気時期特定手段と、
各気筒の吸気開始時期から吸気終了時期までの間における前記吸気センサの出力値を気筒毎に積算する出力値積算手段と、
前記出力値積算手段により積算された所定サイクル分の積算値を気筒毎に平均化することにより、各気筒の吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段とを備えたことを特徴とする。
前記内燃機関の吸気系に設けられた吸気センサと、
各気筒の吸気開始時期及び吸気終了時期を特定する吸気時期特定手段と、
各気筒の吸気開始時期から吸気終了時期までの間における前記吸気センサの出力値の最大値を気筒毎に取得する最大値取得手段と、
前記最大値取得手段により取得された所定サイクル分の最大値を気筒毎に平均化することにより、気筒間の吸入空気量比を算出する吸入空気量比算出手段とを備えたことを特徴とする。
前記最大値取得手段は、前記出力最大時期特定手段により特定された出力最大時期における前記吸気センサの出力値を最大値として取得するものであることを特徴とする。
前記燃料噴射量算出手段により算出された各気筒の燃料噴射量を、前記吸入空気量算出手段により算出された各気筒の吸入空気量に基づいて補正する補正手段とを更に備えたことを特徴とする。
前記燃料噴射量算出手段により算出された各気筒の燃料噴射量を、前記吸入空気量比算出手段により算出された気筒間の吸入空気量比に基づいて補正する補正手段とを更に備えたことを特徴とする。
前記トルク推定手段により推定された各気筒の出力トルクのうちの最小値と同じになるように、他の気筒の点火時期を遅角せしめる点火時期変更手段とを備えたことを特徴とする。
前記触媒の上流に燃料を添加する排気燃料添加機構と、
前記触媒の上流の排気空燃比が目標空燃比となるように、前記排気燃料添加機構により添加される燃料添加量を算出する燃料添加量算出手段と、
各気筒の排気時期を特定する排気時期特定手段と、
前記排気時期特定手段により特定された排気時期に、前記燃料添加量算出手段により算出された燃料噴射量だけ前記排気燃料添加機構から燃料を添加させる噴射実行手段とを更に備えたことを特徴とする。
前記内燃機関の吸気系に設けられた吸気センサと、
各気筒の吸気開始時期及び吸気終了時期を特定する吸気時期特定手段と、
各気筒の吸気開始時期から吸気終了時期までの間に、前記吸気センサの出力値を気筒毎に積算する出力値積算手段と、
前記出力値積算手段により積算された所定サイクル分の積算値を気筒毎に平均化することにより、各気筒の吸入空気量を算出する第1吸入空気量算出手段と、
各気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサにより検出された筒内圧に基づいて、各気筒の第2吸入空気量を算出する第2吸入空気量算出手段と、
前記第1吸入空気量と前記第2吸入空気量の乖離度を気筒毎に算出する乖離度算出手段と、
前記乖離度が全気筒で第1所定値以上である場合に、前記吸気センサの出力値を校正する吸気センサ校正手段とを備えたことを特徴とする。
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施の形態1のシステムは、内燃機関1を備えている。内燃機関1は、複数の気筒2を有している。図1には、複数気筒のうちの1気筒のみを示している。
ECU60の出力側には、点火プラグ18、インジェクタ26、スロットルモータ34等が接続されている。ECU60の入力側には、水温センサ10、クランク角センサ14、筒内圧センサ17、サージタンク内圧力センサ31、スロットル開度センサ36、アクセル開度センサ38、エアフロメータ40、空燃比センサ52、酸素センサ56等が接続されている。ECU60は、各センサの出力に基づいて、燃料噴射制御や点火時期制御のような内燃機関全体の制御を実行する。
また、ECU60は、クランク角センサ14の出力に基づいて、機関回転数NEを算出する。
また、ECU60は、アクセル開度センサ38により検出されるアクセル開度AA等に基づいて、機関負荷KLを算出する。
既述した従来の装置によれば、空気密度とスロットル通過空気量とに基づいて、各気筒の吸入空気量が算出される。このためには、空気密度を検出するセンサを新たに設ける必要があり、搭載性およびコストに関して問題があった。
ここで、吸気バルブ22が開弁され、気筒2の燃焼室16内に空気が吸入されると、サージタンク30内の圧力が減少する。その結果、スロットルバルブ32を通過する空気量が増加する。すなわち、実際の吸気行程よりも遅れて、エアフロメータ40の出力が変動することとなる。
そこで、本実施の形態1では、所定サイクル分のエアフロメータ40の出力積算値を平均化することで、各気筒の吸入空気量を算出する。図3は、エアフロメータの出力積算値の平均化について説明するための図である。図3に示すように、平均化前にはエアフロメータの出力波形に対するノイズの影響が大きい。所定サイクル分の出力波形を平均化することにより、出力波形に対するノイズの影響を低減することができる。よって、各気筒の吸入空気量を精度良く算出することができる。
図4は、本実施の形態1において、ECU60が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図4に示すルーチンによれば、先ず、機関回転数NE、クランク角を読み込む(ステップ100)。ここで、ECU60は、クランク角センサ14の出力に基づいて、機関回転数NEを算出することができる。
図5及び図6に示すマップにおいて、クランク角ベースの吸気開始時期及び吸気終了時期が、機関回転数NEとの関係で定められている。これらのマップでは、機関回転数NEが高いほど、吸気開始時期及び吸気終了時期が早くなるように設定されている。この吸気開始時間と吸気終了時間との差分が、吸気行程の時間に相当する。これらのマップは、気筒毎に設けられている。よって、これらのマップによれば、全ての気筒について、吸気開始時期及び吸気終了時期が特定される。
その後、本ルーチンが再び起動されると、吸気気筒が変更されるまでは、上記の方法によりエアフロメータ40の出力値が積算される(ステップ108)。そして、吸気気筒が変更されると、変更前の気筒の積算値が平均化RAMに格納される(ステップ110)。続いて、上記ステップ116の判別処理が実行される。
[システム構成の説明]
本発明の実施の形態2のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU60に、後述する図8に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
上記実施の形態1では、各気筒の吸気行程に対応するエアフロメータ40の出力を積算することで、各気筒の吸入空気量が算出される。積算値の平均化処理を行うまでには、多くのデータを平均化用RAMに記憶しておく必要がある。
図8は、本実施の形態2において、ECU60が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図8に示すルーチンによれば、上記実施の形態1と同様に、ステップ106の処理まで実行する。
一方、ステップ120で現在出力値が最大値以下であると判別された場合には、本ルーチンを終了する。
その後、本ルーチンが再び起動されると、吸気気筒が変更されるまでは、上記の方法により最大値が更新される(ステップ122)。そして、吸気気筒が変更されると、変更前の気筒の最大値が平均化用RAMに格納される(ステップ124)。その後、上記ステップ130の判別処理が実行される。
本発明の実施の形態3のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU60に、後述する図5に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
各気筒で吸入空気量が異なる場合に、全ての気筒で燃料噴射量を同じにすると、気筒間で空燃比のばらつきが発生してしまう。ここで、図1に示すシステムにおいて、触媒54上流の空燃比センサ52は、トータルの排気空燃比を検出しており、気筒毎の排気空燃比を検出していない。よって、空燃比センサ52により検出された排気空燃比を用いた燃料噴射量のフィードバック制御のみでは、気筒毎の空燃比のばらつきを抑制することが難しい。その結果、未燃HCやCO2等のエミッションの排出量を十分抑制することができない事態が生じ得る。
図9は、本実施の形態3において、ECU60が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図9に示すように、先ず、吸入空気量、機関回転数NEを読み込む(ステップ140)。この吸入空気量は、実施の形態1で算出した各気筒の吸入空気量ではなく、内燃機関トータルでの吸入空気量である。
ここで、気筒間の吸入空気量比が機関回転数に関係なく一定である場合には、機関回転数に応じた吸入空気量比を読み出す必要はない。この場合、何れかの機関回転数での吸入空気量比を読み込み、それに基づいて燃料噴射量を算出することができる。
[システム構成の説明]
図10は、本発明の実施の形態4のシステム構成を説明するための図である。本実施の形態4のシステムは、図1に示したシステムに加えて、電磁駆動弁機構24,48を更に備えている。電磁駆動弁機構24,48は、2つの励磁コイル(図示せず)を備えている。これらの励磁コイルは、ECU60の出力側に接続されている。ECU60は、励磁コイルに励磁電流を供給することで、吸気バルブ22,46の作動特性(作用角及びリフト量)を変更することができる。
上記実施の形態1によれば、エアフロメータ40の出力を積算することにより、各気筒の吸入空気量が算出される。上記実施の形態3では、この各気筒の吸入空気量を利用して、各気筒の燃料噴射量を補正することで、各気筒の空燃比が揃えられる。さらに、点火時期の遅角制御を行うことで、燃料噴射量の補正に伴う気筒間の出力トルクばらつきが抑制される。
図11は、本実施の形態4において、ECU60が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図11に示すルーチンによれば、先ず、機関回転数NEを読み込む(ステップ152)。
次に、ECU60内に予め格納されたマップを参照して、各気筒の吸気バルブ22の目標リフト量を算出する(ステップ154)。すなわち、電磁駆動弁機構24の目標制御量が算出される。該マップでは、機関回転数NEが大きいほど、目標リフト量が大きくなるように設定されている。
[システム構成の説明]
本発明の実施の形態5のシステムは、図1に示したシステムにおいて、スロットルバルブ32の上流に吸気温センサ(図示せず)を更に備えている。この吸気温センサは、ECU60の入力側に接続されている。
上記実施の形態4では、各気筒の吸入空気量に基づいて吸気バルブの目標リフト量を補正し、可変動弁機構24を駆動させることで、気筒間の吸入空気量のばらつきが抑制されている。
Mt=μ1×At×{Pa/(√(R×Ta))}×Φ(Pm/Pa)・・・(1)
図12は、本実施の形態5において、ECU60が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図12に示すルーチンによれば、先ず、機関回転数NEを読み込む。さらに、該機関回転数NEに応じた各気筒の吸入空気量を読み出す(ステップ160)。このステップ160では、上記実施の形態3のステップ144と同様に、図4に示すルーチンにより算出された各気筒の吸入空気量が読み出される。
吸入空気量の上昇率=(目標の吸入空気量)/(増加前の吸入空気量)・・・(2)
上記の処理を、各気筒の吸気行程について行うことにより、スロットル開度が逐次変更される。
具体的には、先ず、アクセル開度AA及び機関回転数NEを読み込む。そして、アクセル開度AAに応じたベーススロットル開度を算出する。次に、機関回転数NEに応じた各気筒の吸入空気量を読み出す。続いて、吸入空気量が少ない気筒を特定し、該特定された気筒の目標吸入空気量を算出する。
次に、ECU60内に予め格納されたマップを参照して、ベーススロットル開度と機関回転数NEに応じた目標スロットル開度を算出する。すなわち、特定された気筒の吸気行程でのベーススロットル開度が補正される。該マップでは、ベーススロットル開度が大きいほど、目標スロットル開度が大きくなるように設定されている。さらに、機関回転数NEが高いほど、目標スロットル開度が小さくなるように設定されている。これは、ベーススロットル開度が大きいほど、スロットル開度変化に対する各気筒の吸入空気量変化の感度が小さくなるためである。また、機関回転数NEが高いほど、スロットル開度変化に対する各気筒の吸入空気量変化の感度が大きくなるためである。
そして、スロットル開度を目標スロットル開度に制御する。その後、各気筒の吸入空気量を算出し、目標吸入空気量に対する乖離が大きい場合には、上記の方法により再度目標スロットル開度が算出する。
このように、マップに基づいて目標スロットル開度を算出し、各気筒の吸気行程においてスロットル開度を逐次変更することによっても、上記実施の形態5と同様の効果が得られる。
[システム構成の説明]
図14は、本発明の実施の形態6のシステム構成を説明するための図である。本実施の形態6のシステムは、触媒54としてNOx触媒を備えている。本実施の形態6のシステムは、図10に示したシステムに加えて、排気燃料添加インジェクタ53を更に備えている。排気燃料添加インジェクタ53は、NOx触媒54上流の排気通路50内に燃料を噴射するように構成されている。排気燃料添加インジェクタ53は、ECU60の出力側に接続されている。
上記システムでは、NOx触媒54に吸蔵されたNOxを還元するため、又は、NOx触媒54の硫黄被毒再生を実行するために、排気燃料添加インジェクタ53によりNOx触媒54の上流に還元剤としての燃料を添加する、いわゆるリッチスパイクが実行される。特に、NOx触媒54の硫黄被毒再生時には、最終目標空燃比の幅が狭いことが知られている。ここで、最終目標空燃比とは、NOx触媒54に流入する排気ガスの最終的な空燃比をいう。この最終目標空燃比は、例えば、14.3±0.1の範囲に制御する必要がある。この範囲よりもリッチ側に偏ると白煙が出てしまい、リーン側に偏ると再生効率が低下するためである。
図15は、本実施の形態6において、ECU60が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図15に示すルーチンによれば、先ず、吸入空気量、機関回転数NEおよびアクセル開度AAを読み込む(ステップ172)。
次に、上記実施の形態4のステップ154と同様に、各気筒の吸気バルブ22の目標リフト量を算出する(ステップ176)。そして、上記実施の形態4のステップ156と同様に、ステップ172で読み込まれた機関回転数NEに応じた各気筒の吸入空気量を読み出す(ステップ178)。
トータル燃料噴射量=(特定気筒の吸入空気量)/最終目標空燃比・・・(3)
排気添加燃料量=トータル燃料噴射量-ホ゜ート燃料噴射量・・・(4)
本発明の実施の形態7のシステムは、図1に示すハードウェア構成を用いて、ECU60に、後述する図16に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
上記実施の形態1によれば、各気筒の吸入空気量が算出される。また、公知の手法により、筒内圧センサの出力値に基づき、各気筒の吸入空気量を算出することができる。一例としては、筒内圧と筒内容積に基づいて、吸入空気量を算出することができる(例えば、特開2005−36755号公報参照)。
図16は、本実施の形態7において、ECU60が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図16に示すように、先ず、エアフロメータ40の出力値に基づいて算出された各気筒の第1吸入空気量を読み込む(ステップ188)。次に、筒内圧センサ17の出力値に基づいて算出された各気筒の第2吸入空気量を読み込む(ステップ190)。次に、第1吸入空気量と第2吸入空気量との乖離度を気筒毎に算出する(ステップ192)。
一方、ステップ196で全気筒の乖離度が所定値Bよりも小さいと判別された場合には、エアフロメータ40の出力がずれていると判断される。この場合、エアフロメータ40の出力が校正される(ステップ200)。このエアフロメータ40の出力校正は、乖離度が大きいほど、校正量が大きくされる。
一方、ステップ204で特定気筒の乖離度が所定値Dよりも小さいと判別された場合には、該特定気筒の筒内圧センサ17の出力がずれていると判断される。この場合、該特定気筒の筒内圧センサ17の出力が校正される(ステップ208)。この筒内圧センサ17の出力校正は、乖離度が大きいほど、校正量が大きくされる。
また、ECU60は、ステップ200の処理を実行することにより第9の発明における「吸気センサ校正手段」が、ステップ198の処理を実行することにより第10の発明における「吸気センサ故障判定手段」が、ステップ208の処理を実行することにより第11の発明における「筒内圧センサ校正手段」が、ステップ206の処理を実行することにより第12の発明における「筒内圧センサ故障判定手段」が、それぞれ実現されている。
2 気筒
4 ピストン
6 シリンダブロック
8 シリンダヘッド
10 水温センサ
12 クランクシャフト
14 クランク角センサ
16 燃焼室
17 筒内圧センサ
18 点火プラグ
20 吸気ポート
22 吸気バルブ
24 可変動弁機構
26 インジェクタ
28 吸気通路
30 サージタンク
32 スロットルバルブ
34 スロットルモータ
36 スロットル開度センサ
38 アクセル開度センサ38
40 エアフロメータ
42 エアクリーナ
44 排気ポート
46 排気バルブ
48 可変動弁機構
50 排気通路
52 空燃比センサ
53 排気燃料添加インジェクタ
54 触媒
56 酸素センサ
60 ECU
Claims (12)
- 複数の気筒を有する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の吸気系に設けられた吸気センサと、
各気筒の吸気開始時期及び吸気終了時期を特定する吸気時期特定手段と、
各気筒の吸気開始時期から吸気終了時期までの間における前記吸気センサの出力値を気筒毎に積算する出力値積算手段と、
前記出力値積算手段により積算された所定サイクル分の積算値を気筒毎に平均化することにより、各気筒の吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 複数の気筒を有する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の吸気系に設けられた吸気センサと、
各気筒の吸気開始時期及び吸気終了時期を特定する吸気時期特定手段と、
各気筒の吸気開始時期から吸気終了時期までの間における前記吸気センサの出力値の最大値を気筒毎に取得する最大値取得手段と、
前記最大値取得手段により取得された所定サイクル分の最大値を気筒毎に平均化することにより、気筒間の吸入空気量比を算出する吸入空気量比算出手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気時期特定手段は、前記吸気センサの出力値が最大となる出力最大時期を特定する出力最大時期特定手段を有し、
前記最大値取得手段は、前記出力最大時期特定手段により特定された出力最大時期における前記吸気センサの出力値を最大値として取得するものであることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気センサの出力値に基づいて各気筒の燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
前記燃料噴射量算出手段により算出された各気筒の燃料噴射量を、前記吸入空気量算出手段により算出された各気筒の吸入空気量に基づいて補正する補正手段とを更に備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項2又は3に記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸気センサの出力値に基づいて各気筒の燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
前記燃料噴射量算出手段により算出された各気筒の燃料噴射量を、前記吸入空気量比算出手段により算出された気筒間の吸入空気量比に基づいて補正する補正手段とを更に備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項4又は5に記載の内燃機関の制御装置において、
前記補正手段により補正された各気筒の燃料噴射量に基づいて、各気筒の出力トルクを推定するトルク推定手段と、
前記トルク推定手段により推定された各気筒の出力トルクのうちの最小値と同じになるように、他の気筒の点火時期を遅角せしめる点火時期変更手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
前記吸入空気量算出手段により算出された各気筒の吸入空気量のうちの一気筒の吸入空気量と同じになるように、他の気筒の吸入空気量を補正する空気量補正手段を更に備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項7に記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、
前記触媒の上流に燃料を添加する排気燃料添加機構と、
前記触媒の上流の排気空燃比が目標空燃比となるように、前記排気燃料添加機構により添加されり燃料添加量を算出する燃料添加量算出手段と、
各気筒の排気時期を特定する排気時期特定手段と、
前記排気時期特定手段により特定された排気時期に、前記燃料添加量算出手段により算出された燃料噴射量だけ前記排気燃料添加機構から燃料を添加させる噴射実行手段とを更に備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 複数の気筒を有する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の吸気系に設けられた吸気センサと、
各気筒の吸気開始時期及び吸気終了時期を特定する吸気時期特定手段と、
各気筒の吸気開始時期から吸気終了時期までの間に、前記吸気センサの出力値を気筒毎に積算する出力値積算手段と、
前記出力値積算手段により積算された所定サイクル分の積算値を気筒毎に平均化することにより、各気筒の吸入空気量を算出する第1吸入空気量算出手段と、
各気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサにより検出された筒内圧に基づいて、各気筒の第2吸入空気量を算出する第2吸入空気量算出手段と、
前記第1吸入空気量と前記第2吸入空気量の乖離度を気筒毎に算出する乖離度算出手段と、
前記乖離度が全気筒で第1所定値以上である場合に、前記吸気センサの出力値を校正する吸気センサ校正手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項9に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記乖離度が全気筒で前記第1所定値よりも大きい第2所定値以上である場合に、前記吸気センサが故障していると判定する吸気センサ故障判定手段を更に備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 請求項9又は10に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記乖離度が特定気筒で第3所定値以上である場合に、該特定気筒における筒内圧センサの出力値を校正する筒内圧センサ校正手段を更に備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置 - 請求項11に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記乖離度が特定気筒で前記第3所定値よりも大きい第4所定値以上である場合に、該特定気筒における筒内圧センサが故障していると判定する筒内圧センサ故障判定手段を更に備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
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