JP2017008735A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替時に燃料ベーパのパージ量をかせぎつつ目標空燃比と実空燃比との差を低減する。【解決手段】吸気通路と燃料タンク26とを接続するパージ通路と、パージ通路に配置されたパージ制御弁28と、燃料噴射弁6と、スロットル弁17と、パージ制御弁28を介して吸気通路にパージされるパージガスの流量であるパージ流量が一定になるようにパージ制御弁28の開度を制御するパージ流量一定制御部40bと、燃料噴射弁6から噴射される燃料量を制御する燃料噴射量制御部40cとを有する内燃機関の制御装置において、ストイキ燃焼に必要な空気量からリーン燃焼に必要な空気量に切り替えるスロットル開度制御を開始する第1時点から、目標空燃比がストイキからリーンに切り替わる第2時点までの期間中、第1時点のパージ流量を維持した状態で、燃料噴射量を制御する。【選択図】図4
Description
本発明は吸気通路と燃料タンクとを接続するパージ通路と、パージ通路に配置されたパージ制御弁とを有する内燃機関の制御装置に関する。
従来から、吸気通路と燃料タンクとを接続するパージ通路(配管)と、パージ通路(配管)に配置されたパージ制御弁(パージバルブ)とを有する内燃機関の蒸発燃料処理装置が知られている。この種の内燃機関の蒸発燃料処理装置の例としては、例えば特許文献1に記載されたものがある。
特許文献1に記載された内燃機関の蒸発燃料処理装置では、目標空燃比と実空燃比との差に応じて燃料噴射量の補正が実行される。
特許文献1に記載された内燃機関の蒸発燃料処理装置では、目標空燃比と実空燃比との差に応じて燃料噴射量の補正が実行される。
ところで、特許文献1には、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求に基づくスロットル開度制御の開始時点から目標空燃比が変化する時点までの期間中に、どのようなパージ制御を実行すべきかについて記載されていない。従って、特許文献1に記載された内燃機関の蒸発燃料処理装置では、要求空燃比が増加するときに目標空燃比と実空燃比との差が大きくなってしまうおそれがある。
ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求に基づくスロットル開度制御が開始するとき、そのスロットル開度制御の開始時点のパージ率一定制御がそのまま継続されると、パージ制御の応答遅れにより、高精度な燃料噴射量の制御が困難になり、目標空燃比と実空燃比との差が大きくなってしまう。つまり、目標空燃比に対して実空燃比が荒れてしまう。
一方、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求に基づくスロットル開度制御が開始するとき、高精度な燃料噴射量の制御を容易にするためにパージカットを実行すると、目標空燃比と実空燃比との差を低減することができるものの、燃料ベーパのパージ量をかせぐことができない。
ドライバの運転次第では、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替が頻繁に発生する。ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替が頻繁に発生する場合、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替が発生する度にパージカットを実行すると、燃料ベーパのパージ量をかせぐことができず、燃料臭が発生するおそれがある。
一方、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求に基づくスロットル開度制御が開始するとき、高精度な燃料噴射量の制御を容易にするためにパージカットを実行すると、目標空燃比と実空燃比との差を低減することができるものの、燃料ベーパのパージ量をかせぐことができない。
ドライバの運転次第では、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替が頻繁に発生する。ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替が頻繁に発生する場合、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替が発生する度にパージカットを実行すると、燃料ベーパのパージ量をかせぐことができず、燃料臭が発生するおそれがある。
前記問題点に鑑み、本発明は、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替時に燃料ベーパのパージ量をかせぎつつ目標空燃比と実空燃比との差を低減することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明によれば、気筒と、
前記気筒に接続された吸気通路と、
燃料タンクと、
前記吸気通路と前記燃料タンクとを接続するパージ通路と、
前記パージ通路に配置されたパージ制御弁と、
燃料噴射弁と、
スロットル弁と、
前記パージ制御弁を介して前記吸気通路にパージされるパージガスの流量であるパージ流量が一定になるように、前記パージ制御弁の開度を制御するパージ流量一定制御部と、
前記燃料噴射弁から噴射される燃料量を制御する燃料噴射量制御部とを具備し、
ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求に基づき、第1時点に、前記ストイキ燃焼に必要な空気量から前記リーン燃焼に必要な空気量に切り替えるスロットル開度の制御を開始し、
目標空燃比がストイキからリーンに切り替わる第2時点に、前記ストイキ燃焼に必要な燃料噴射量から前記リーン燃焼に必要な燃料噴射量に切り替える燃料噴射量の制御を実行する内燃機関の制御装置において、
前記制御装置は、前記第1時点から前記第2時点までの期間中、前記第1時点のパージ流量を維持した状態で、燃料噴射量の制御を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。
前記気筒に接続された吸気通路と、
燃料タンクと、
前記吸気通路と前記燃料タンクとを接続するパージ通路と、
前記パージ通路に配置されたパージ制御弁と、
燃料噴射弁と、
スロットル弁と、
前記パージ制御弁を介して前記吸気通路にパージされるパージガスの流量であるパージ流量が一定になるように、前記パージ制御弁の開度を制御するパージ流量一定制御部と、
前記燃料噴射弁から噴射される燃料量を制御する燃料噴射量制御部とを具備し、
ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求に基づき、第1時点に、前記ストイキ燃焼に必要な空気量から前記リーン燃焼に必要な空気量に切り替えるスロットル開度の制御を開始し、
目標空燃比がストイキからリーンに切り替わる第2時点に、前記ストイキ燃焼に必要な燃料噴射量から前記リーン燃焼に必要な燃料噴射量に切り替える燃料噴射量の制御を実行する内燃機関の制御装置において、
前記制御装置は、前記第1時点から前記第2時点までの期間中、前記第1時点のパージ流量を維持した状態で、燃料噴射量の制御を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。
つまり、請求項1に記載の内燃機関の制御装置では、ストイキ燃焼に必要な空気量からリーン燃焼に必要な空気量に切り替えるスロットル開度の制御を開始する第1時点から、目標空燃比がストイキからリーンに切り替わる第2時点までの期間中に、パージカットが実行されない。
そのため、請求項1に記載の内燃機関の制御装置では、第1時点から第2時点までの期間中に、燃料ベーパのパージ量をかせぐことができ、燃料臭が発生するおそれを低減することができる。
詳細には、請求項1に記載の内燃機関の制御装置では、第1時点から第2時点までの期間中に、パージカットが実行されることなく、第1時点のパージ流量を維持するパージ流量一定制御が実行される。
そのため、請求項1に記載の内燃機関の制御装置では、第1時点から第2時点までの期間中に、パージガスの濃度が一定になり、パージガスの濃度の推定誤差が少なくなる。その結果、第1時点から第2時点までの期間中に、パージガスの濃度変動が原因となる実空燃比の変動が抑制される。
さらに、請求項1に記載の内燃機関の制御装置では、第1時点から第2時点までの期間中に、パージガスの濃度変動が原因となる実空燃比の変動が抑制された状態で、燃料噴射量が制御される。
そのため、請求項1に記載の内燃機関の制御装置では、パージガスの濃度変動が原因となる実空燃比の変動が抑制されない状態で燃料噴射量が制御される場合よりも、目標空燃比と実空燃比との差を低減することができる。
すなわち、請求項1に記載の内燃機関の制御装置では、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替時に、燃料ベーパのパージ量をかせぎつつ、目標空燃比と実空燃比との差を低減した高精度な燃料噴射量制御を実現することができる。
そのため、請求項1に記載の内燃機関の制御装置では、第1時点から第2時点までの期間中に、燃料ベーパのパージ量をかせぐことができ、燃料臭が発生するおそれを低減することができる。
詳細には、請求項1に記載の内燃機関の制御装置では、第1時点から第2時点までの期間中に、パージカットが実行されることなく、第1時点のパージ流量を維持するパージ流量一定制御が実行される。
そのため、請求項1に記載の内燃機関の制御装置では、第1時点から第2時点までの期間中に、パージガスの濃度が一定になり、パージガスの濃度の推定誤差が少なくなる。その結果、第1時点から第2時点までの期間中に、パージガスの濃度変動が原因となる実空燃比の変動が抑制される。
さらに、請求項1に記載の内燃機関の制御装置では、第1時点から第2時点までの期間中に、パージガスの濃度変動が原因となる実空燃比の変動が抑制された状態で、燃料噴射量が制御される。
そのため、請求項1に記載の内燃機関の制御装置では、パージガスの濃度変動が原因となる実空燃比の変動が抑制されない状態で燃料噴射量が制御される場合よりも、目標空燃比と実空燃比との差を低減することができる。
すなわち、請求項1に記載の内燃機関の制御装置では、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替時に、燃料ベーパのパージ量をかせぎつつ、目標空燃比と実空燃比との差を低減した高精度な燃料噴射量制御を実現することができる。
請求項2に記載の発明によれば、パージ流量と吸入空気量との比であるパージ率を一定に制御するパージ率一定制御部を具備し、
前記制御装置は、前記第2時点の後に、パージ率一定制御を開始することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
前記制御装置は、前記第2時点の後に、パージ率一定制御を開始することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置が提供される。
つまり、請求項2に記載の内燃機関の制御装置では、目標空燃比がストイキからリーンに切り替わる第2時点の後に、吸入空気量が変化してもパージガスが原因となる実空燃比の変動が抑制されるパージ率一定制御が開始される。
そのため、請求項2に記載の内燃機関の制御装置では、燃料噴射量が変更される第1時点から第2時点までの期間中にパージ流量一定制御を実行することにより、パージ制御の応答遅れを抑制して目標空燃比と実空燃比との差を低減しつつ、第1時点から第2時点までの期間の終了後にパージ率一定制御を開始することにより、パージガスが原因となる実空燃比の変動を抑制して目標空燃比と実空燃比との差を低減することができる。
そのため、請求項2に記載の内燃機関の制御装置では、燃料噴射量が変更される第1時点から第2時点までの期間中にパージ流量一定制御を実行することにより、パージ制御の応答遅れを抑制して目標空燃比と実空燃比との差を低減しつつ、第1時点から第2時点までの期間の終了後にパージ率一定制御を開始することにより、パージガスが原因となる実空燃比の変動を抑制して目標空燃比と実空燃比との差を低減することができる。
請求項1に記載の発明によれば、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替時に燃料ベーパのパージ量をかせぎつつ目標空燃比と実空燃比との差を低減することができる。
請求項2に記載の発明によれば、燃料噴射量が変更される第1時点から第2時点までの期間中にパージ制御の応答遅れを抑制して目標空燃比と実空燃比との差を低減しつつ、第1時点から第2時点までの期間の終了後にパージガスが原因となる実空燃比の変動を抑制して目標空燃比と実空燃比との差を低減することができる。
以下、本発明の内燃機関の制御装置の第1の実施形態について説明する。図1は第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。
図1に示す例では、内燃機関本体1にシリンダブロック2とシリンダヘッド3とが設けられている。図1には一つの気筒2’のみが示されているが、シリンダブロック2には、複数の気筒2’が形成されている。それぞれの気筒2’内には、ピストン4が配置されている。ピストン4の上面と、気筒2’の内周面と、シリンダヘッド3の下面とによって、燃焼室5が形成されている。シリンダヘッド3には、燃料噴射弁6と、点火プラグ7とが配置されている。
図1に示す例では、内燃機関本体1にシリンダブロック2とシリンダヘッド3とが設けられている。図1には一つの気筒2’のみが示されているが、シリンダブロック2には、複数の気筒2’が形成されている。それぞれの気筒2’内には、ピストン4が配置されている。ピストン4の上面と、気筒2’の内周面と、シリンダヘッド3の下面とによって、燃焼室5が形成されている。シリンダヘッド3には、燃料噴射弁6と、点火プラグ7とが配置されている。
図1に示す例では、燃料が燃料噴射弁6から燃焼室5内に直接噴射されるが、他の例では、吸気ポート9に配置された燃料噴射弁から吸気ポート9内に燃料を噴射することもできる。
また、図1に示す例では、気筒2’と吸気通路とが接続され、気筒2’と排気通路とが接続されている。吸気通路の一部を構成する吸気ポート9と気筒2’との間には、吸気弁8が配置されている。排気通路の一部を構成する排気ポート11と気筒2’との間には、排気弁10が配置されている。吸気ポート9は、吸気通路の一部を構成する吸気枝管12を介して、吸気通路の一部を構成するサージタンク13に接続されている。サージタンク13は、吸気通路の一部を構成する吸気ダクト14を介してエアクリーナ15に接続されている。吸気ダクト14には、ステップモータ16により駆動されるスロットル弁17が配置されている。
さらに、図1に示す例では、排気ポート11が、排気通路の一部を構成する排気マニホルド18に接続されている。排気マニホルド18とサージタンク13とはEGR通路19によって接続されている。EGR通路19には、EGR制御弁20が配置されている。
さらに、図1に示す例では、排気ポート11が、排気通路の一部を構成する排気マニホルド18に接続されている。排気マニホルド18とサージタンク13とはEGR通路19によって接続されている。EGR通路19には、EGR制御弁20が配置されている。
図1に示す例では、活性炭21を内蔵したキャニスタ22が設けられている。活性炭21の一方の側に燃料蒸気室23が形成され、活性炭21の他方の側に大気室24が形成されている。燃料蒸気室23は、パージ通路の一部を構成する導管25を介して燃料タンク26に接続されている。また、燃料蒸気室23は、パージ通路の一部を構成する導管27を介して、吸気通路の一部を構成するサージタンク13に接続されている。導管27には、制御装置(ECU)40の出力信号により制御されるパージ制御弁28が配置されている。燃料タンク26内で発生した燃料ベーパは、導管25を介してキャニスタ22内に送り込まれ、活性炭21に吸着される。パージ制御弁28が開弁すると、空気が大気室24から活性炭21を通って導管27に送り込まれる。空気が活性炭21を通過する際には、活性炭21に吸着されている燃料ベーパが活性炭21から脱離される。その結果、燃料ベーパを含んだ空気であるパージガスが、導管27を介してサージタンク13にパージされる。
図1に示す例では、パージ制御が例えばガソリンエンジンシステムに適用されるが、他の例では、パージ制御を例えばディーゼルエンジンシステムに適用することもできる。
また、図1に示す例では、例えば三元触媒を内蔵した触媒コンバータ29aが排気通路に配置されている。さらに、他の触媒コンバータ29bが排気通路に配置されている。触媒コンバータ29bには、酸化触媒、三元触媒、空燃比がリーンのときにNOxを吸収し空燃比がリッチになると吸収しているNOxを放出し還元するNOx吸蔵還元型触媒、或いは過剰酸素下でかつ多量の未燃HCの存在下でNOxを還元するNOx選択還元型触媒が配置されている。
さらに、図1に示す例では、制御装置40に、双方向性バス41によって相互に接続されたROM42、RAM43、CPU44、入力ポート45および出力ポート46が設けられている。サージタンク13には、サージタンク13内の絶対圧に比例した出力電圧を発生する圧力センサ30が配置されている。圧力センサ30の出力電圧が、対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。内燃機関本体1には、冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ31が配置されている。水温センサ31の出力電圧が、対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。吸気ダクト14には、大気温を検出するための温度センサ32が配置されている。温度センサ32の出力信号が、対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。
また、入力ポート45には、大気圧を検出するための大気圧センサ33の出力信号が、対応するAD変換器47を介して入力される。アクセルペダル34には、アクセルペダル34の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ35が接続されている。負荷センサ35の出力電圧が、対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。さらに、入力ポート45には、クランクシャフト(図示せず)が例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ36が接続されている。また、排気マニホルド18には、空燃比センサ37が配置されている。空燃比センサ37の出力信号が、対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。さらに、吸気通路には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ(図示せず)が配置されている。エアフローメータの出力信号が、対応するAD変換器(図示せず)を介して入力ポート45に入力される。
一方、出力ポート46は、対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁6、点火プラグ7、ステップモータ16、EGR制御弁20およびパージ制御弁28に接続されている。
また、入力ポート45には、大気圧を検出するための大気圧センサ33の出力信号が、対応するAD変換器47を介して入力される。アクセルペダル34には、アクセルペダル34の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ35が接続されている。負荷センサ35の出力電圧が、対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。さらに、入力ポート45には、クランクシャフト(図示せず)が例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ36が接続されている。また、排気マニホルド18には、空燃比センサ37が配置されている。空燃比センサ37の出力信号が、対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。さらに、吸気通路には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ(図示せず)が配置されている。エアフローメータの出力信号が、対応するAD変換器(図示せず)を介して入力ポート45に入力される。
一方、出力ポート46は、対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁6、点火プラグ7、ステップモータ16、EGR制御弁20およびパージ制御弁28に接続されている。
図2は図1中の制御装置40を機能的に示した図である。第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用されたエンジンシステムでは、図2に示すように、パージ制御弁28(図1参照)を介して吸気通路の一部を構成するサージタンク13にパージされるパージガスの流量であるパージ流量が一定になるように、パージ制御弁28の開度を制御するパージ流量一定制御部40bが、制御装置40に設けられている。また、燃料噴射弁6(図1参照)から噴射される燃料量を制御する燃料噴射量制御部40cと、パージ流量と吸入空気量との比であるパージ率を一定に制御するパージ率一定制御部40aとが、制御装置40に設けられている。
第1の実施形態の内燃機関の制御装置による制御を説明する前に、パージ制御が実行されるときに考慮すべき点について説明する。図3はパージ制御が実行されるときに考慮すべき点を説明するためのタイムチャートである。詳細には、図3(A)は要求トルク(例えば負荷センサ35により検出される負荷)を示しており、図3(B)は要求空燃比(詳細には、リーン要求(ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求)の有無)を示しており、図3(C)はエア逆モデルにより算出されるスロットル開度を示しており、図3(D)はエアモデルにより算出される推定KL(実スロットル開度により実現される筒内吸入空気量の推定値)を示しており、図3(E)は要求空燃比から燃焼保障ガード部を介して得られる目標空燃比を示しており、図3(F)は推定トルクに基づいて算出される点火プラグ7の点火時期を示している。
図3に示す例では、要求トルク(図3(A)参照)が一定値に維持されたまま、時間taに、リーン要求(図3(B)参照)が出される。つまり、図3(B)に示すように、時間taに、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求が生じ、要求空燃比がストイキからリーンに切り替わる。さらに、図3(C)に示すように、時間taに、スロットル開度を増加する制御が開始する。
図3(D)に示すように、推定KLの変化速度はスロットル開度(図3(C)参照)の変化速度よりも遅いため、推定KLの増加は、時間taに開始し、時間tbに終了する。
要求空燃比がストイキからリーンに切り替わる図3に示す例では、推定KLの増加が終了する時間tbまでの間、目標空燃比(図3(E)参照)が燃焼保障ガード部によりストイキのまま維持される。さらに、推定KLの増加が終了する時間tbに、目標空燃比がストイキからリーンに切り替わる。
さらに、図3に示す例では、推定KLが増加してもトルクが増加することなく一定に維持されるように、時間taから時間tbまでの間、点火時期(図3(F)参照)を遅角させる制御が実行される。さらに、時間tbに、点火時期を進角させる制御(つまり、遅角させた点火時期を元に戻す制御)が実行される。
図3に示す例では、要求トルク(図3(A)参照)が一定値に維持されたまま、時間taに、リーン要求(図3(B)参照)が出される。つまり、図3(B)に示すように、時間taに、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求が生じ、要求空燃比がストイキからリーンに切り替わる。さらに、図3(C)に示すように、時間taに、スロットル開度を増加する制御が開始する。
図3(D)に示すように、推定KLの変化速度はスロットル開度(図3(C)参照)の変化速度よりも遅いため、推定KLの増加は、時間taに開始し、時間tbに終了する。
要求空燃比がストイキからリーンに切り替わる図3に示す例では、推定KLの増加が終了する時間tbまでの間、目標空燃比(図3(E)参照)が燃焼保障ガード部によりストイキのまま維持される。さらに、推定KLの増加が終了する時間tbに、目標空燃比がストイキからリーンに切り替わる。
さらに、図3に示す例では、推定KLが増加してもトルクが増加することなく一定に維持されるように、時間taから時間tbまでの間、点火時期(図3(F)参照)を遅角させる制御が実行される。さらに、時間tbに、点火時期を進角させる制御(つまり、遅角させた点火時期を元に戻す制御)が実行される。
図3に示す例では、スロットル開度(図3(C)参照)が時間taに急増し、それに伴って、推定KL(図3(D)参照)が時間taに増加し始め、推定KLの増加が時間tbに終了する。つまり、推定KLの変化に時間(tb−ta)を要する。
一方、パージ制御弁28(図1参照)の開度が急増してから、吸気通路(図1に示す例では、サージタンク13)にパージされるパージガスの流量であるパージ流量の増加が終了するまでに要する時間(パージ流量の変化に要する時間。つまり、パージ制御の応答遅れ)は、時間(tb−ta)(推定KLの変化に要する時間)よりも長い。
つまり、推定KLの変化に応じてパージ流量を変更しようとしても、現実には、パージ流量が、推定KLの変化速度に追従して変化しない。従って、パージ流量と吸入空気量との比であるパージ率を、推定KLの変化速度に追従させて制御することはできない。
そのため、推定KLが変化している時間taから時間tbまでの間、仮にパージ率に基づくパージ率一定制御が実行される場合には、実空燃比が、図3(E)に示す目標空燃比から乖離してしまう。その結果、空燃比の制御性が低下し、トルク制御性が低下してしまう。すなわち、図3(A)に示すように要求トルクが一定値に維持されている場合であっても、現実には、トルク変動が生じてしまい、ドライバビリティが悪化してしまう。
一方、パージ制御弁28(図1参照)の開度が急増してから、吸気通路(図1に示す例では、サージタンク13)にパージされるパージガスの流量であるパージ流量の増加が終了するまでに要する時間(パージ流量の変化に要する時間。つまり、パージ制御の応答遅れ)は、時間(tb−ta)(推定KLの変化に要する時間)よりも長い。
つまり、推定KLの変化に応じてパージ流量を変更しようとしても、現実には、パージ流量が、推定KLの変化速度に追従して変化しない。従って、パージ流量と吸入空気量との比であるパージ率を、推定KLの変化速度に追従させて制御することはできない。
そのため、推定KLが変化している時間taから時間tbまでの間、仮にパージ率に基づくパージ率一定制御が実行される場合には、実空燃比が、図3(E)に示す目標空燃比から乖離してしまう。その結果、空燃比の制御性が低下し、トルク制御性が低下してしまう。すなわち、図3(A)に示すように要求トルクが一定値に維持されている場合であっても、現実には、トルク変動が生じてしまい、ドライバビリティが悪化してしまう。
また、図3に示す例では、時間tbに、ストイキからリーンへの目標空燃比の変化に応じて、燃料噴射量が急減する。
一方、パージ制御弁28(図1参照)の開度が変更されてから、パージ流量の変化が終了するまでに要する時間(パージ制御の応答遅れ)は、燃料噴射量の急減に要する時間よりも格段に長い。
つまり、燃料噴射量の変化に応じてパージ流量を変更しようとしても、現実には、パージ流量が、燃料噴射量の変化速度に追従して変化しない。従って、パージ率を燃料噴射量の変化速度に追従させて制御することはできない。
そのため、燃料噴射量が急減する時間tbに、仮にパージ率に基づくパージ制御が実行される場合には、実空燃比が、図3(E)に示す目標空燃比から乖離してしまう。その結果、空燃比の制御性が低下し、トルク制御性が低下してしまう。すなわち、図3(A)に示すように要求トルクが一定値に維持されている場合であっても、現実には、トルク変動が生じてしまい、ドライバビリティが悪化してしまう。
一方、パージ制御弁28(図1参照)の開度が変更されてから、パージ流量の変化が終了するまでに要する時間(パージ制御の応答遅れ)は、燃料噴射量の急減に要する時間よりも格段に長い。
つまり、燃料噴射量の変化に応じてパージ流量を変更しようとしても、現実には、パージ流量が、燃料噴射量の変化速度に追従して変化しない。従って、パージ率を燃料噴射量の変化速度に追従させて制御することはできない。
そのため、燃料噴射量が急減する時間tbに、仮にパージ率に基づくパージ制御が実行される場合には、実空燃比が、図3(E)に示す目標空燃比から乖離してしまう。その結果、空燃比の制御性が低下し、トルク制御性が低下してしまう。すなわち、図3(A)に示すように要求トルクが一定値に維持されている場合であっても、現実には、トルク変動が生じてしまい、ドライバビリティが悪化してしまう。
これらの点に鑑み、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では図5に示すパージ制御が実行される。図5は第1の実施形態の内燃機関の制御装置により実行されるパージ制御のフローチャートである。
図5に示すルーチンは所定時間間隔で実行される。図5に示すルーチンが開始されると、まずステップS101において、図3(B)の時間taから時間tbまでの期間(詳細には、時間tbを含む)のような、ストイキからリーンへの変更要求中(詳細には、実空燃比がストイキであって要求空燃比がリーンの運転状況のとき)であるか否かが判定される。実空燃比がストイキであって要求空燃比がリーンの運転状況のときには、ステップS101においてYESと判定され、ステップS102に進む。一方、NOと判定されるときには、ステップS103に進む。
図5に示すルーチンは所定時間間隔で実行される。図5に示すルーチンが開始されると、まずステップS101において、図3(B)の時間taから時間tbまでの期間(詳細には、時間tbを含む)のような、ストイキからリーンへの変更要求中(詳細には、実空燃比がストイキであって要求空燃比がリーンの運転状況のとき)であるか否かが判定される。実空燃比がストイキであって要求空燃比がリーンの運転状況のときには、ステップS101においてYESと判定され、ステップS102に進む。一方、NOと判定されるときには、ステップS103に進む。
ステップS101においてYESと判定されるときには、図3(D)の時間taから時間tbまでの期間のように推定KLが急変する吸入空気量制御が実行されるため、パージ制御の応答遅れが考慮される。また、ステップS101においてYESと判定されるときには、図3の時間tbの時点のように燃料噴射量が急減する燃料噴射量制御が実行されるため、パージ制御の応答遅れが考慮される。そのため、ステップS102では、パージ制御が、パージ率一定制御からパージ流量一定制御に切り替えられる。詳細には、パージ流量一定制御部40b(図2参照)により、パージ制御弁28(図1参照)を介して吸気通路にパージされるパージガスの流量であるパージ流量が一定になるように、パージ制御弁28の開度が制御される。
具体的には、パージ制御弁28のデューティ比が、一定に維持されるべきパージ流量と、パージ制御弁28の全開時のパージ流量である全開パージ流量との比に設定される。全開パージ流量は、吸気枝管12(図1参照)内の負圧が高くなるに従って増加する。
ステップS103では、パージ率一定制御部40a(図2参照)により、パージ流量と吸入空気量との比であるパージ率が一定になるように、パージ制御弁28の開度が制御される。
具体的には、パージ制御弁28のデューティ比が、一定に維持されるべきパージ流量と、パージ制御弁28の全開時のパージ流量である全開パージ流量との比に設定される。全開パージ流量は、吸気枝管12(図1参照)内の負圧が高くなるに従って増加する。
ステップS103では、パージ率一定制御部40a(図2参照)により、パージ流量と吸入空気量との比であるパージ率が一定になるように、パージ制御弁28の開度が制御される。
図4は第1の実施形態の内燃機関の制御装置によりパージ流量一定制御が実行される一例を示したタイムチャートである。詳細には、図4(A)は要求トルク(例えば負荷センサ35(図1参照)により検出される負荷)を示しており、図4(B)は要求空燃比(詳細には、リーン要求(ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求)の有無)を示しており、図4(C)はエア逆モデルにより算出されるスロットル開度を示しており、図4(D)はエアモデルにより算出される推定KL(実スロットル開度により実現される筒内吸入空気量の推定値)を示しており、図4(E)は要求空燃比から燃焼保障ガード部を介して得られる目標空燃比を示しており、図4(F)は推定トルクに基づいて算出される点火プラグ7の点火時期を示している。図4(G)はパージ率を示しており、図4(H)は燃料噴射量を示しており、図4(I)はパージ流量(パージガス量)を示しており、図4(J)はパージ制御を示している。
図4に示す例では、要求トルク(図4(A)参照)が値A1に維持され、要求空燃比(図4(B)参照)がストイキに設定されている時間t1以前に、スロットル開度(図4(C)参照)が値C1に維持され、推定KL(図4(D)参照)が値D1に維持され、燃料噴射量(図4(H)参照)が値H2に維持されている。さらに、目標空燃比(図4(E)参照)がストイキに維持されている。
推定KLが変化せず、燃料噴射量が変化しない時間t1以前においては、パージ制御の応答遅れを考慮する必要がないため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図4に示す例では、ステップS101(図5参照)においてNOと判定され、図4(J)に示すように、パージ率一定制御(ステップS103(図5参照))が実行される。詳細には、パージ率(図4(G)参照)が値G3に維持される。さらに、パージ率と吸入空気量との積であるパージ流量(図4(I)参照)が値I2に維持される。点火時期(図4(F)参照)は値F2に設定されている。
推定KLが変化せず、燃料噴射量が変化しない時間t1以前においては、パージ制御の応答遅れを考慮する必要がないため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図4に示す例では、ステップS101(図5参照)においてNOと判定され、図4(J)に示すように、パージ率一定制御(ステップS103(図5参照))が実行される。詳細には、パージ率(図4(G)参照)が値G3に維持される。さらに、パージ率と吸入空気量との積であるパージ流量(図4(I)参照)が値I2に維持される。点火時期(図4(F)参照)は値F2に設定されている。
図4に示す例では、要求トルク(図4(A)参照)が値A1に維持されたまま、時間t1に、リーン要求(図4(B)参照)が出される。つまり、図4(B)に示すように、時間t1に、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求が生じ、要求空燃比がストイキからリーンに切り替わる。それに伴い、図4(C)に示すように、時間t1に、スロットル開度を値C1から値C2に増加させる制御が開始する。
推定KL(図4(D)参照)の変化速度はスロットル開度(図4(C)参照)の変化速度よりも遅いため、図4(D)に示すように、値D1から値D2への推定KLの増加は、時間t1に開始し、時間t2に終了する。
推定KLの増加が開始する時間t1から、推定KLの増加が終了する時間t2までの期間に相当する遅れ時間だけ、ストイキからリーンへの要求空燃比(図4(B)参照)の切り替わりと比較し、ストイキからリーンへの目標空燃比(図4(E)参照)の切り替わりが、燃焼保障ガード部によって遅らされる。また、時間t1から時間t2までの期間中、ストイキのまま維持されている目標空燃比(図4(E)参照)に基づき、燃料噴射量(図4(H)参照)が、推定KLの増加に対応して値H2から値H3に増加する。
さらに、図4に示す例では、推定KLおよび燃料噴射量が増加してもトルクが増加することなく値A1(図4(A)参照)に維持されるように、時間t1から時間t2までの期間中、点火時期(図4(F)参照)を値F2から値F1に遅角させる制御が実行される。
一方、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図4に示す例では、推定KLの増加および燃料噴射量の増加に対するパージ制御の応答遅れが考慮され、時間t1から時間t2までの期間中、ステップS101(図5参照)においてYESと判定され、図4(J)に示すように、パージ流量一定制御(ステップS102(図5参照))が実行される。詳細には、図4(I)に示すように、時間t1から時間t2までの期間中、時間t1の時点のパージ流量(パージガス量)の値I2が維持される。
また、時間t1から時間t2までの期間中、図4(G)に示すように、パージ流量と吸入空気量との比であるパージ率は、スロットル開度(図4(C)参照)の増加に伴う吸入空気量の増加に対応して、値G3から値G1に減少する。
推定KL(図4(D)参照)の変化速度はスロットル開度(図4(C)参照)の変化速度よりも遅いため、図4(D)に示すように、値D1から値D2への推定KLの増加は、時間t1に開始し、時間t2に終了する。
推定KLの増加が開始する時間t1から、推定KLの増加が終了する時間t2までの期間に相当する遅れ時間だけ、ストイキからリーンへの要求空燃比(図4(B)参照)の切り替わりと比較し、ストイキからリーンへの目標空燃比(図4(E)参照)の切り替わりが、燃焼保障ガード部によって遅らされる。また、時間t1から時間t2までの期間中、ストイキのまま維持されている目標空燃比(図4(E)参照)に基づき、燃料噴射量(図4(H)参照)が、推定KLの増加に対応して値H2から値H3に増加する。
さらに、図4に示す例では、推定KLおよび燃料噴射量が増加してもトルクが増加することなく値A1(図4(A)参照)に維持されるように、時間t1から時間t2までの期間中、点火時期(図4(F)参照)を値F2から値F1に遅角させる制御が実行される。
一方、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図4に示す例では、推定KLの増加および燃料噴射量の増加に対するパージ制御の応答遅れが考慮され、時間t1から時間t2までの期間中、ステップS101(図5参照)においてYESと判定され、図4(J)に示すように、パージ流量一定制御(ステップS102(図5参照))が実行される。詳細には、図4(I)に示すように、時間t1から時間t2までの期間中、時間t1の時点のパージ流量(パージガス量)の値I2が維持される。
また、時間t1から時間t2までの期間中、図4(G)に示すように、パージ流量と吸入空気量との比であるパージ率は、スロットル開度(図4(C)参照)の増加に伴う吸入空気量の増加に対応して、値G3から値G1に減少する。
図4に示す例では、推定KL(図4(D)参照)の増加が終了する時間t2(燃焼保障ガード部によるガードが終了する時間t2)に、目標空燃比(図4(E)参照)がストイキからリーンに切り替わり、燃料噴射量(図4(H)参照)が値H3から値H1に減少する。
つまり、図4に示す例では、時間t2以降にリーン燃焼が実行される。
第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図4に示す例では、燃料噴射量の急激な減少に対するパージ制御の応答遅れが考慮され、時間t2に、ステップS101(図5参照)においてYESと判定され、図4(J)に示すように、パージ流量一定制御(ステップS102(図5参照))が実行される。詳細には、図4(I)に示すように、時間t2に、時間t1の時点のパージ流量(パージガス量)の値I2が維持される。
さらに、図4に示す例では、時間t2に、点火時期(図4(F)参照)を値F1から値F2に進角させる(つまり、遅角させた点火時期を元に戻す)制御が実行される。
つまり、図4に示す例では、時間t2以降にリーン燃焼が実行される。
第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図4に示す例では、燃料噴射量の急激な減少に対するパージ制御の応答遅れが考慮され、時間t2に、ステップS101(図5参照)においてYESと判定され、図4(J)に示すように、パージ流量一定制御(ステップS102(図5参照))が実行される。詳細には、図4(I)に示すように、時間t2に、時間t1の時点のパージ流量(パージガス量)の値I2が維持される。
さらに、図4に示す例では、時間t2に、点火時期(図4(F)参照)を値F1から値F2に進角させる(つまり、遅角させた点火時期を元に戻す)制御が実行される。
推定KL(図4(D)参照)が変化せず、燃料噴射量(図4(H)参照)が変化しない時間t2の後においては、パージ制御の応答遅れを考慮する必要がないため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図4に示す例では、ステップS101(図5参照)においてNOと判定され、図4(J)に示すように、パージ率一定制御(ステップS103(図5参照))が実行される。詳細には、パージ率(図4(G)参照)の目標値が値G3に設定される。パージ率が値G3で一定になることに伴い、パージ率と吸入空気量との積であるパージ流量(図4(I)参照)が、値I1で一定になる。
図7は第1の実施形態の内燃機関の制御装置によりパージ流量一定制御が実行される他の例を示したタイムチャートである。詳細には、図7(A)は要求トルク(例えば負荷センサ35(図1参照)により検出される負荷)を示しており、図7(B)は要求空燃比(詳細には、リーン要求(ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求)の有無)を示しており、図7(C)はエア逆モデルにより算出されるスロットル開度を示しており、図7(D)はエアモデルにより算出される推定KL(実スロットル開度により実現される筒内吸入空気量の推定値)を示しており、図7(E)は要求空燃比から燃焼保障ガード部を介して得られる目標空燃比を示しており、図7(F)は推定トルクに基づいて算出される点火プラグ7の点火時期を示している。図7(G)はパージ率を示しており、図7(H)は燃料噴射量を示しており、図7(I)はパージ流量(パージガス量)を示しており、図7(J)はパージ制御を示している。
図7に示す例では、要求トルク(図7(A)参照)が値A2に維持され、要求空燃比(図7(B)参照)がストイキに設定されている時間t21以前に、スロットル開度(図7(C)参照)が値C2に維持され、推定KL(図4(D)参照)が値D2に維持され、燃料噴射量(図7(H)参照)が値H3に維持されている。さらに、目標空燃比(図7(E)参照)がストイキに維持されている。
推定KLが変化せず、燃料噴射量が変化しない時間t21以前においては、パージ制御の応答遅れを考慮する必要がないため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図7に示す例では、ステップS101(図5参照)においてNOと判定され、図7(J)に示すように、パージ率一定制御(ステップS103(図5参照))が実行される。詳細には、パージ率(図7(G)参照)が値G3に維持される。さらに、パージ率と吸入空気量との積であるパージ流量(図7(I)参照)が値I2に維持される。点火時期(図7(F)参照)は値F2に設定されている。
推定KLが変化せず、燃料噴射量が変化しない時間t21以前においては、パージ制御の応答遅れを考慮する必要がないため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図7に示す例では、ステップS101(図5参照)においてNOと判定され、図7(J)に示すように、パージ率一定制御(ステップS103(図5参照))が実行される。詳細には、パージ率(図7(G)参照)が値G3に維持される。さらに、パージ率と吸入空気量との積であるパージ流量(図7(I)参照)が値I2に維持される。点火時期(図7(F)参照)は値F2に設定されている。
図7に示す例では、要求トルク(図7(A)参照)が値A2から値A1に減少する時間t21に、リーン要求(ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求)(図7(B)参照)が出される。つまり、図7(B)に示すように、時間t21に、要求空燃比がストイキからリーンに切り替わる。値A2から値A1への要求トルクの減少に伴い、図7(C)に示すように、時間t21に、スロットル開度を値C2から値C1に減少させる制御が開始する。
推定KL(図7(D)参照)の変化速度はスロットル開度(図7(C)参照)の変化速度よりも遅いため、図7(D)に示すように、値D2から値D1への推定KLの減少は、時間t21に開始し、時間t22に終了する。
推定KLの減少が開始する時間t21から、推定KLの減少が終了する時間t22までの期間に相当する遅れ時間だけ、ストイキからリーンへの要求空燃比(図7(B)参照)の切り替わりと比較し、ストイキからリーンへの目標空燃比(図7(E)参照)の切り替わりが、燃焼保障ガード部によって遅らされる。また、時間t21から時間t22までの期間中、ストイキのまま維持されている目標空燃比(図7(E)参照)に基づき、燃料噴射量(図7(H)参照)が、推定KLの減少に対応して値H3から値H2に減少する。
さらに、図7に示す例では、時間t21から時間t22までの期間中、点火時期(図7(F)参照)を値F2から値F1に遅角させる制御が実行される。
一方、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図7に示す例では、推定KLの減少および燃料噴射量の減少に対するパージ制御の応答遅れが考慮され、時間t21から時間t22までの期間中、ステップS101(図5参照)においてYESと判定され、図7(J)に示すように、パージ流量一定制御(ステップS102(図5参照))が実行される。詳細には、図7(I)に示すように、時間t21から時間t22までの期間中、時間t21の時点のパージ流量(パージガス量)の値I2が維持される。
推定KL(図7(D)参照)の変化速度はスロットル開度(図7(C)参照)の変化速度よりも遅いため、図7(D)に示すように、値D2から値D1への推定KLの減少は、時間t21に開始し、時間t22に終了する。
推定KLの減少が開始する時間t21から、推定KLの減少が終了する時間t22までの期間に相当する遅れ時間だけ、ストイキからリーンへの要求空燃比(図7(B)参照)の切り替わりと比較し、ストイキからリーンへの目標空燃比(図7(E)参照)の切り替わりが、燃焼保障ガード部によって遅らされる。また、時間t21から時間t22までの期間中、ストイキのまま維持されている目標空燃比(図7(E)参照)に基づき、燃料噴射量(図7(H)参照)が、推定KLの減少に対応して値H3から値H2に減少する。
さらに、図7に示す例では、時間t21から時間t22までの期間中、点火時期(図7(F)参照)を値F2から値F1に遅角させる制御が実行される。
一方、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図7に示す例では、推定KLの減少および燃料噴射量の減少に対するパージ制御の応答遅れが考慮され、時間t21から時間t22までの期間中、ステップS101(図5参照)においてYESと判定され、図7(J)に示すように、パージ流量一定制御(ステップS102(図5参照))が実行される。詳細には、図7(I)に示すように、時間t21から時間t22までの期間中、時間t21の時点のパージ流量(パージガス量)の値I2が維持される。
図7に示す例では、推定KL(図7(D)参照)の減少が終了する時間t22(燃焼保障ガード部によるガードが終了する時間t22)に、目標空燃比(図7(E)参照)がストイキからリーンに切り替わり、燃料噴射量(図7(H)参照)が値H2から値H1に減少する。
つまり、図7に示す例では、時間t22以降にリーン燃焼が実行される。
第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図7に示す例では、燃料噴射量の急激な減少に対するパージ制御の応答遅れが考慮され、時間t22に、ステップS101(図5参照)においてYESと判定され、図7(J)に示すように、パージ流量一定制御(ステップS102(図5参照))が実行される。詳細には、図7(I)に示すように、時間t22に、時間t21の時点のパージ流量(パージガス量)の値I2が維持される。
つまり、図7に示す例では、時間t22以降にリーン燃焼が実行される。
第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図7に示す例では、燃料噴射量の急激な減少に対するパージ制御の応答遅れが考慮され、時間t22に、ステップS101(図5参照)においてYESと判定され、図7(J)に示すように、パージ流量一定制御(ステップS102(図5参照))が実行される。詳細には、図7(I)に示すように、時間t22に、時間t21の時点のパージ流量(パージガス量)の値I2が維持される。
推定KL(図7(D)参照)が変化せず、燃料噴射量(図7(H)参照)が変化しない時間t22の後においては、パージ制御の応答遅れを考慮する必要がないため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図7に示す例では、ステップS101(図5参照)においてNOと判定され、図7(J)に示すように、パージ率一定制御(ステップS103(図5参照))が実行される。詳細には、パージ率(図7(G)参照)の目標値が値G3に設定される。パージ率が値G3で一定になることに伴い、パージ率と吸入空気量との積であるパージ流量(図7(I)参照)が、値I1で一定になる。
図7に示す例では、時間t21から時間t22までの期間中における推定KL(図7(D)参照)の変化量(D2−D1)が、図4に示す例の時間t1から時間t2までの期間中における推定KL(図4(D)参照)の変化量(D2−D1)よりも小さい。その結果、図7に示す例では、パージ流量一定制御(ステップS102(図5参照))が実行される時間(t22−t21)は、図4に示す例においてパージ流量一定制御が実行される時間(t2−t1)よりも短くなる。
そのため、図7に示す例では、要求空燃比(図7(B)参照)と目標空燃比(図7(E)参照)とが一致しない時間(t22−t21)が、図4に示す例において要求空燃比(図4(B)参照)と目標空燃比(図4(E)参照)とが一致しない時間(t2−t1)よりも短くなり、空燃比の制御性が向上する。
そのため、図7に示す例では、要求空燃比(図7(B)参照)と目標空燃比(図7(E)参照)とが一致しない時間(t22−t21)が、図4に示す例において要求空燃比(図4(B)参照)と目標空燃比(図4(E)参照)とが一致しない時間(t2−t1)よりも短くなり、空燃比の制御性が向上する。
換言すれば、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求に基づき、ストイキ燃焼に必要な空気量からリーン燃焼に必要な空気量に切り替えるスロットル開度の制御を開始する第1時点(図4の時間t1、図7の時間t21)から、目標空燃比がストイキからリーンに切り替わる第2時点(図4の時間t2、図7の時間t22)までの期間中、第1時点のパージ流量(図4の値I2、図7の値I2)を維持した状態で、燃料噴射量が制御される。
つまり、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では、ストイキ燃焼に必要な空気量からリーン燃焼に必要な空気量に切り替えるスロットル開度の制御を開始する第1時点から、目標空燃比がストイキからリーンに切り替わる第2時点までの期間中に、パージカットが実行されない。そのため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では、第1時点から第2時点までの期間中に、燃料ベーパのパージ量をかせぐことができ、燃料臭が発生するおそれを低減することができる。
つまり、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では、ストイキ燃焼に必要な空気量からリーン燃焼に必要な空気量に切り替えるスロットル開度の制御を開始する第1時点から、目標空燃比がストイキからリーンに切り替わる第2時点までの期間中に、パージカットが実行されない。そのため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では、第1時点から第2時点までの期間中に、燃料ベーパのパージ量をかせぐことができ、燃料臭が発生するおそれを低減することができる。
詳細には、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では、第1時点(図4の時間t1、図7の時間t21)から第2時点(図4の時間t2、図7の時間t22)までの期間中に、パージカットが実行されることなく、第1時点のパージ流量を維持するパージ流量一定制御(ステップS102(図5参照))が実行される。そのため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では、第1時点から第2時点までの期間中に、パージガスの濃度が一定になり、パージガスの濃度の推定誤差が少なくなる。その結果、第1時点から第2時点までの期間中に、パージガスの濃度変動が原因となる実空燃比の変動が抑制される。
さらに、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では、第1時点(図4の時間t1、図7の時間t21)から第2時点(図4の時間t2、図7の時間t22)までの期間中に、パージガスの濃度変動が原因となる実空燃比の変動が抑制された状態で、燃料噴射量が制御される。そのため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では、パージガスの濃度変動が原因となる実空燃比の変動が抑制されない状態で燃料噴射量が制御される場合よりも、目標空燃比と実空燃比との差を低減することができる。
すなわち、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替時に、燃料ベーパのパージ量をかせぎつつ、目標空燃比と実空燃比との差を低減した高精度な燃料噴射量制御を実現することができる。
すなわち、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では、ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替時に、燃料ベーパのパージ量をかせぎつつ、目標空燃比と実空燃比との差を低減した高精度な燃料噴射量制御を実現することができる。
また、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では、目標空燃比がストイキからリーンに切り替わる第2時点(図4の時間t2、図7の時間t22)の後に、パージ率一定制御(ステップS103(図5参照))が開始される。
つまり、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では、目標空燃比がストイキからリーンに切り替わる第2時点(図4の時間t2、図7の時間t22)の後に、吸入空気量が変化してもパージガスが原因となる実空燃比の変動が抑制されるパージ率一定制御(ステップS103(図5参照))が開始される。
そのため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では、燃料噴射量が変更される第1時点(図4の時間t1、図7の時間t21)から第2時点(図4の時間t2、図7の時間t22)までの期間中にパージ流量一定制御(ステップS102(図5参照))を実行することにより、パージ制御の応答遅れを抑制して目標空燃比と実空燃比との差を低減しつつ、第1時点から第2時点までの期間の終了後にパージ率一定制御(ステップS103(図5参照))を開始することにより、パージガスが原因となる実空燃比の変動を抑制して目標空燃比と実空燃比との差を低減することができる。
そのため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置では、燃料噴射量が変更される第1時点(図4の時間t1、図7の時間t21)から第2時点(図4の時間t2、図7の時間t22)までの期間中にパージ流量一定制御(ステップS102(図5参照))を実行することにより、パージ制御の応答遅れを抑制して目標空燃比と実空燃比との差を低減しつつ、第1時点から第2時点までの期間の終了後にパージ率一定制御(ステップS103(図5参照))を開始することにより、パージガスが原因となる実空燃比の変動を抑制して目標空燃比と実空燃比との差を低減することができる。
図6は第1の実施形態の内燃機関の制御装置においてパージ流量一定制御が実行されない一例を示したタイムチャートである。詳細には、図6(A)は要求トルク(例えば負荷センサ35(図1参照)により検出される負荷)を示しており、図6(B)は要求空燃比(詳細には、リーン要求(ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求)の有無)を示しており、図6(C)はエア逆モデルにより算出されるスロットル開度を示しており、図6(D)はエアモデルにより算出される推定KL(実スロットル開度により実現される筒内吸入空気量の推定値)を示しており、図6(E)は要求空燃比から燃焼保障ガード部を介して得られる目標空燃比を示しており、図6(F)は推定トルクに基づいて算出される点火プラグ7の点火時期を示している。図6(G)はパージ率を示しており、図6(H)は燃料噴射量を示しており、図6(I)はパージ流量(パージガス量)を示しており、図6(J)はパージ制御を示している。
図6に示す例では、要求トルク(図6(A)参照)が値A1に維持され、要求空燃比(図6(B)参照)がリーンに設定されている時間t11以前に、スロットル開度(図6(C)参照)が値C1に維持され、推定KL(図6(D)参照)が値D1に維持され、燃料噴射量(図6(H)参照)が値H1に維持されている。さらに、目標空燃比(図6(E)参照)がリーンに維持されている。
推定KLが変化せず、燃料噴射量が変化しない時間t11以前においては、パージ制御の応答遅れを考慮する必要がないため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図6に示す例では、ステップS101(図5参照)においてNOと判定され、図6(J)に示すように、パージ率一定制御(ステップS103(図5参照))が実行される。詳細には、パージ率(図6(G)参照)が値G1に維持される。さらに、パージ率と吸入空気量との積であるパージ流量(図6(I)参照)が値I1に維持される。点火時期(図6(F)参照)は値F2に設定されている。
推定KLが変化せず、燃料噴射量が変化しない時間t11以前においては、パージ制御の応答遅れを考慮する必要がないため、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図6に示す例では、ステップS101(図5参照)においてNOと判定され、図6(J)に示すように、パージ率一定制御(ステップS103(図5参照))が実行される。詳細には、パージ率(図6(G)参照)が値G1に維持される。さらに、パージ率と吸入空気量との積であるパージ流量(図6(I)参照)が値I1に維持される。点火時期(図6(F)参照)は値F2に設定されている。
図6に示す例では、要求トルク(図6(A)参照)が値A1から値A2に増加する時間t11に、リーン要求(図6(B)参照)が無くなる。つまり、図6(B)に示すように、時間t11に、リーン燃焼からストイキ燃焼への切替要求が生じ、要求空燃比がリーンからストイキに切り替わる。値A1から値A2への要求トルクの増加に伴い、図6(C)に示すように、時間t11に、スロットル開度を値C1から値C2に増加させる制御が開始する。その結果、図6(D)に示すように、値D1から値D2への推定KLの増加が、時間t11に開始する。
燃焼保障ガード部においては、要求空燃比(図6(B)参照)がリーンからストイキに切り替わる場合、リーンからストイキへの要求空燃比(図6(B)参照)の切り替わりに対する遅れ時間が、リーンからストイキへの目標空燃比(図6(E)参照)の切り替わりに付加されない。つまり、要求空燃比(図6(B)参照)が時間t11にリーンからストイキに切り替わる図6に示す例では、目標空燃比(図6(E)参照)も、時間t11にリーンからストイキに切り替わる。
図6に示す例では、目標空燃比(図6(E)参照)の変化に対応して、時間t11に、燃料噴射量(図6(H)参照)が値H1から値H2に増加する。
燃焼保障ガード部においては、要求空燃比(図6(B)参照)がリーンからストイキに切り替わる場合、リーンからストイキへの要求空燃比(図6(B)参照)の切り替わりに対する遅れ時間が、リーンからストイキへの目標空燃比(図6(E)参照)の切り替わりに付加されない。つまり、要求空燃比(図6(B)参照)が時間t11にリーンからストイキに切り替わる図6に示す例では、目標空燃比(図6(E)参照)も、時間t11にリーンからストイキに切り替わる。
図6に示す例では、目標空燃比(図6(E)参照)の変化に対応して、時間t11に、燃料噴射量(図6(H)参照)が値H1から値H2に増加する。
第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図6に示す例では、時間t11に、ステップS101(図5参照)においてNOと判定され、図6(J)に示すように、パージ率一定制御(ステップS103(図5参照))が継続される。詳細には、パージ率(図6(G)参照)が値G1に維持される。さらに、パージ率と吸入空気量との積であるパージ流量(パージガス量)(図6(I)参照)が値I1から増加し始める。
また、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図6に示す例では、推定KL(図6(D)参照)が値D1から値D2まで増加し、それに伴って、燃料噴射量(図6(H)参照)が値H2から値H3まで増加する期間に、ステップS101(図5参照)においてNOと判定され、図6(J)に示すように、パージ率一定制御(ステップS103(図5参照))が継続される。詳細には、パージ率(図6(G)参照)の目標値が値G1に維持される。さらに、パージ率と吸入空気量との積であるパージ流量(パージガス量)(図6(I)参照)が増加する。
さらに、第1の実施形態の内燃機関の制御装置が適用された図6に示す例では、推定KL(図6(D)参照)が値D2で一定になり、それに伴って、燃料噴射量(図6(H)参照)が値H3で一定になった後の期間に、ステップS101(図5参照)においてNOと判定され、図6(J)に示すように、パージ率一定制御(ステップS103(図5参照))が継続される。詳細には、パージ率(図6(G)参照)の目標値が値G1に維持される。さらに、パージ率と吸入空気量との積であるパージ流量(パージガス量)(図6(I)参照)が、値I2で一定になる。
第2の実施形態では、上述した第1の実施形態および各例を適宜組み合わせることもできる。
1 内燃機関本体
2 シリンダブロック
2’ 気筒
3 シリンダヘッド
4 ピストン
5 燃焼室
6 燃料噴射弁
7 点火プラグ
8 吸気弁
9 吸気ポート
10 排気弁
11 排気ポート
12 吸気枝管
13 サージタンク
14 吸気ダクト
15 エアクリーナ
16 ステップモータ
17 スロットル弁
18 排気マニホルド
19 EGR通路
20 EGR制御弁
21 活性炭
22 キャニスタ
23 燃料蒸気室
24 大気室
25 導管
26 燃料タンク
27 導管
28 パージ制御弁
29a、29b 触媒コンバータ
30 圧力センサ
31 水温センサ
32 温度センサ
33 大気圧センサ
34 アクセルペダル
35 負荷センサ
36 クランク角センサ
37 空燃比センサ
40 制御装置
40a パージ率一定制御部
40b パージ流量一定制御部
40c 燃料噴射量制御部
41 双方向性バス
42 ROM
43 RAM
44 CPU
45 入力ポート
46 出力ポート
47 AD変換器
48 駆動回路
2 シリンダブロック
2’ 気筒
3 シリンダヘッド
4 ピストン
5 燃焼室
6 燃料噴射弁
7 点火プラグ
8 吸気弁
9 吸気ポート
10 排気弁
11 排気ポート
12 吸気枝管
13 サージタンク
14 吸気ダクト
15 エアクリーナ
16 ステップモータ
17 スロットル弁
18 排気マニホルド
19 EGR通路
20 EGR制御弁
21 活性炭
22 キャニスタ
23 燃料蒸気室
24 大気室
25 導管
26 燃料タンク
27 導管
28 パージ制御弁
29a、29b 触媒コンバータ
30 圧力センサ
31 水温センサ
32 温度センサ
33 大気圧センサ
34 アクセルペダル
35 負荷センサ
36 クランク角センサ
37 空燃比センサ
40 制御装置
40a パージ率一定制御部
40b パージ流量一定制御部
40c 燃料噴射量制御部
41 双方向性バス
42 ROM
43 RAM
44 CPU
45 入力ポート
46 出力ポート
47 AD変換器
48 駆動回路
Claims (2)
- 気筒と、
前記気筒に接続された吸気通路と、
燃料タンクと、
前記吸気通路と前記燃料タンクとを接続するパージ通路と、
前記パージ通路に配置されたパージ制御弁と、
燃料噴射弁と、
スロットル弁と、
前記パージ制御弁を介して前記吸気通路にパージされるパージガスの流量であるパージ流量が一定になるように、前記パージ制御弁の開度を制御するパージ流量一定制御部と、
前記燃料噴射弁から噴射される燃料量を制御する燃料噴射量制御部とを具備し、
ストイキ燃焼からリーン燃焼への切替要求に基づき、第1時点に、前記ストイキ燃焼に必要な空気量から前記リーン燃焼に必要な空気量に切り替えるスロットル開度の制御を開始し、
目標空燃比がストイキからリーンに切り替わる第2時点に、前記ストイキ燃焼に必要な燃料噴射量から前記リーン燃焼に必要な燃料噴射量に切り替える燃料噴射量の制御を実行する内燃機関の制御装置において、
前記制御装置は、前記第1時点から前記第2時点までの期間中、前記第1時点のパージ流量を維持した状態で、燃料噴射量の制御を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - パージ流量と吸入空気量との比であるパージ率を一定に制御するパージ率一定制御部を具備し、
前記制御装置は、前記第2時点の後に、パージ率一定制御を開始することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
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