JP3332011B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置

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JP3332011B2 JP17549999A JP17549999A JP3332011B2 JP 3332011 B2 JP3332011 B2 JP 3332011B2 JP 17549999 A JP17549999 A JP 17549999A JP 17549999 A JP17549999 A JP 17549999A JP 3332011 B2 JP3332011 B2 JP 3332011B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の制御装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、自動車用エンジン等の車載内燃
機関では、吸気通路を介して燃焼室内に吸入される空気
と、燃料噴射弁から噴射される燃料とを混合して混合気
を形成し、その混合気を燃焼室内で燃焼させることで駆
動力を得ている。こうした内燃機関の吸気通路には、燃
焼室に吸入される空気の量を調整するためのスロットル
バルブが設けられている。そして、運転者のアクセル操
作量に基づきスロットルバルブの開度を調節して燃焼室
へ吸入される空気の量を調整することにより、燃焼室へ
充填される混合気の量が変化し、内燃機関の出力トルク
が調整されるようになる。このように内燃機関の出力ト
ルクを調整する装置としては、例えば特開平10−10
3135号公報に記載された電子スロットル制御装置が
知られている。
【0003】同公報に記載された電子スロットル制御装
置では、各種の運転制御に基づく多種多様なトルク要求
がなされたとき、それらトルク要求に応じて求められる
スロットル補正量に基づきスロットルバルブの開度を補
正する。このようにスロットル開度をアクセル操作量以
外の機関運転状態に基づき補正して燃焼室に充填される
混合気の量を調節することで、上記各種トルク要求に対
して必要な機関出力トルクを得るようにしている。な
お、上記各種トルク要求がなされる運転制御としては、
例えば車輪のスリップ防止等を意図したいわゆるトラク
ション制御や、車速を一定に維持するためのいわゆるク
ルーズコントロール制御といった制御があげられる。
【0004】また近年、自動車用の内燃機関において
は、燃費を向上させること及び十分な機関出力を得るこ
との両立を図るために、機関運転状態に応じて燃焼方式
を切り換えるタイプの内燃機関が提案され、実用化され
ている。こうしたタイプの内燃機関としては、例えば特
開平8−189405号公報に記載されたものがあげら
れる。
【0005】同公報に記載された内燃機関は、高出力が
要求される高回転高負荷時等の所定機関運転時には、空
気に対して燃料が均等に混合された均質混合気を燃焼さ
せる「均質燃焼」を実行し、十分な機関出力を得るよう
にしている。この「均質燃焼」は、内燃機関の吸気行程
にて噴射された燃料が空気に均等に混ぜ合わされ、燃焼
室内で上記空気及び燃料からなる混合気に点火プラグに
より点火がなされることによって実行される。
【0006】また、あまり高出力が要求されない低回転
低負荷時には、点火プラグ周りの燃料濃度を高めて着火
性を向上させるとともに、混合気の平均空燃比を理論空
燃比よりも大きくすることで燃費を向上させることが可
能な「成層燃焼」を実行する。この「成層燃焼」は、内
燃機関の圧縮行程にて燃焼室内に噴射供給された燃料が
ピストン頭部の窪みに当たって点火プラグ周りに集めら
れ、その集められた燃料と燃焼室内の空気とからなる混
合気に点火プラグにより点火がなされることによって実
行される。こうした「成層燃焼」においては、混合気の
平均空燃比を理論空燃比よりも大きくすべくスロットル
バルブを「均質燃焼」の場合に比べて開き側に制御する
ため、ポンピングロスが低減されるようになる。
【0007】上記のように内燃機関の燃焼方式を、機関
運転状態に応じて「均質燃焼」と「成層燃焼」との間で
切り換えることにより、燃費を向上させることができる
とともに十分な機関出力が得られるようになる。
【0008】ところで、上記燃焼方式が切り換えられる
内燃機関においても、上述したトラクション制御やクル
ーズコントロール制御等の各種の運転制御に基づく各種
多様なトルク要求がなされる。この各種トルク要求に対
して、均質燃焼運転時には上記と同様にスロットル開度
を補正して吸入空気量を調節することにより、必要な機
関出力トルクを得ることができる。しかし、成層燃焼運
転時には、上記各種トルク要求に対し燃料噴射量補正量
を求め、この燃料噴射量補正量に基づき燃料噴射量を補
正して必要な機関出力トルクを得るようにしなければな
らない。このように成層燃焼時に燃料噴射量補正によっ
て機関出力トルクを調整するのは、成層燃焼時にはスロ
ットル開度を補正して吸入空気量を調節しても機関出力
トルクが変化しにくいためである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記のように均質燃焼
運転時にはトルク要求に対してスロットル開度を補正し
て機関出力トルクを調整し、成層燃焼運転時にはトルク
要求に対して燃料噴射量を補正して機関出力トルクを調
整することで、燃焼方式が切り換えられる内燃機関にあ
っても、各種トルク要求がなされたときに必要な機関出
力トルクを得ることができるようにはなる。
【0010】しかし、機関出力トルクの調整をスロット
ル開度の補正と燃料噴射量の補正といった燃焼方式毎に
異なる手段によって行うため、均質燃焼運転時と成層燃
焼運転時との間での機関出力トルクの管理が難しくな
る。また、各種トルク要求に対して各々スロットル補正
量を設定する必要があるだけでなく、それらトルク要求
に対して各々燃料噴射量補正量をも設定する必要が生じ
る。そのため、均質燃焼運転時のスロットル開度を各種
トルク要求に応じて適切にするたの適合実験等を行う必
要があるばかりでなく、成層燃焼運転時の燃料噴射量を
各種トルク要求に応じて適切にするための適合実験等を
行う必要もあり、この適合実験等を行うのに時間を要す
ることとなる。
【0011】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、各燃焼方式間での機関出力
トルクの管理を容易にするとともに、燃料出力トルクを
各種トルク要求に応じて適切にするための適合実験等に
要する時間を短縮することのできる内燃機関の制御装置
を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成す
るための手段及びその作用効果について記載する。上記
目的を達成するため、請求項1記載の発明では、機関運
転状態に応じて燃焼方式を切り換える内燃機関に適用さ
れ、所定燃焼方式での機関運転時にはスロットル開度制
により機関出力トルクの制御を行い、前記所定燃焼方
式とは別の燃焼方式での機関運転時には燃料噴射量制御
により機関出力トルクの制御を行う内燃機関の制御装置
において、機関運転状態に基づき、同機関運転状態で前
記所定燃焼方式での機関運転を行う場合の要求される機
関出力トルクに対応したトルク対応値を算出する算出手
段と、前記所定燃焼方式での機関運転時に前記トルク対
応値に基づきスロットル開度を制御する第1の制御手段
と、前記別の燃焼方式での機関運転時に前記トルク対応
値に基づき燃料噴射量を制御する第2の制御手段とを備
えた。
【0013】同構成によれば、各種運転制御による多種
多様なトルク要求に応じた機関出力トルクは、算出手段
によってトルク対応値として集約して求められる。そし
て、所定燃焼方式での機関運転時には、上記求められた
トルク対応値に基づきスロットル開度を制御することに
より、機関出力トルクが要求される値へと制御される。
一方、別の燃焼方式での機関運転時には、上記求められ
たトルク対応値に基づき燃料噴射量を制御することによ
り、機関出力トルクが要求される値へと制御される。こ
のように、いずれの燃焼方式においてもトルク対応値に
基づき機関出力トルクが制御されるため、各燃焼方式間
での機関出力トルクの管理が容易になる。また、各種ト
ルク要求に応じて機関出力トルクを適切なものにするた
めには、機関運転状態に応じて求められるトルク対応値
を上記各種トルク要求に対して適切なものとする必要が
ある。このため、トルク対応値を適切にするための適合
実験等が行われるが、いずれの燃焼方式においてもトル
ク対応値に基づき機関出力トルクが制御されるため、同
適合実験等をトルク対応値についてのみ行うだけでよ
く、適合実験等に要する時間を短縮することができる。
【0014】請求項2記載の発明では、機関運転状態に
応じて燃焼方式を均質燃焼と成層燃焼との間で切り換え
る内燃機関に適用され、均質燃焼運転時にはスロットル
開度制御により機関出力トルクの制御を行い、成層燃焼
運転時には燃料噴射量制御により機関出力トルクの制御
を行う内燃機関の制御装置において、機関運転状態に基
づき、同運転状態で均質燃焼運転とする場合での要求さ
れる機関出力トルクに対応したトルク対応値を算出する
算出手段と、均質燃焼運転時に前記トルク対応値に基づ
きスロットル開度を制御するスロットル開度制御手段
と、成層燃焼運転時に前記トルク対応値に基づき燃料噴
射量を制御する燃料噴射量制御手段とを備えた。
【0015】同構成によれば、各種運転制御による多種
多様なトルク要求に応じた機関出力トルクは、算出手段
によってトルク対応値として集約して求められる。そし
て、均質燃焼運転時には、上記求められたトルク対応値
に基づきスロットル開度を制御することにより、機関出
力トルクが要求される値へと制御される。一方、成層燃
焼運転時には、上記求められたトルク対応値に基づき燃
料噴射量を制御することにより、機関出力トルクが要求
される値へと制御される。このように、均質燃焼運転時
及び成層燃焼運転時のいずれにおいてもトルク対応値に
基づき機関出力トルクが制御されるため、各燃焼方式間
での機関出力トルクの管理が容易になる。また、各種ト
ルク要求に応じて機関出力トルクを適切なものにするた
めには、機関運転状態に応じて求められるトルク対応値
を上記各種トルク要求に対して適切なものとする必要が
ある。このため、トルク対応値を適切なものにするため
の適合実験等が行われるが、均質燃焼運転時と成層燃焼
運転時とのいずれにおいてもトルク対応値に基づき機関
出力トルクが制御されるため、同適合実験等をトルク対
応値についてのみ行うだけでよく、適合実験等に要する
時間を短縮することができる。
【0016】請求項3記載の発明では、請求項1又は2
記載の発明において、前記トルク対応値に基づき燃焼方
式の切り換えを行う切換手段を更に備えた。同構成によ
れば、各種運転制御によるトルク要求が変化すると、機
関運転状態に基づき算出されるトルク対応値が変化し、
同トルク対応値に基づき燃焼方式が決定されるようにな
る。このように各種運転制御によるトルク要求に応じて
燃焼方式が選択されるため、内燃機関を同トルク要求に
適した燃焼方式にて運転することができるようになる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明を直列4気筒の自動
車用直噴ガソリンエンジンに適用した一実施形態を図1
〜図13に従って説明する。
【0018】図1に示すように、エンジン11は、その
シリンダブロック11a内に往復移動可能に設けられた
合計四つのピストン12(図1には一つのみ図示)を備
えている。これらピストン12の頭部には、成層燃焼を
実行するのに必要な窪み12aが形成されている。ま
た、これらピストン12は、コンロッド13を介して出
力軸であるクランクシャフト14に連結されている。そ
して、ピストン12の往復移動は、上記コンロッド13
によってクランクシャフト14の回転へと変換されるよ
うになっている。
【0019】クランクシャフト14にはシグナルロータ
14aが取り付けられている。このシグナルロータ14
aの外周部には、複数の突起14bがクランクシャフト
14の軸線を中心とする等角度毎に設けられている。ま
た、シグナルロータ14aの側方には、クランクポジシ
ョンセンサ14cが設けられている。そして、クランク
シャフト14が回転して、シグナルロータ14aの各突
起14bが順次クランクポジションセンサ14cの側方
を通過することにより、同センサ14cからはそれら各
突起14bの通過に対応したパルス状の検出信号が出力
されるようになる。
【0020】また、シリンダブロック11aには、エン
ジン11の冷却水温THWをエンジン11の機関温度と
して検出する水温センサ11bが設けられている。更
に、シリンダブロック11aの上端にはシリンダヘッド
15が設けられ、シリンダヘッド15とピストン12と
の間には燃焼室16が設けられている。この燃焼室16
には、シリンダヘッド15に設けられた吸気ポート17
と排気ポート18とが連通している。こうした吸気ポー
ト17及び排気ポート18には、それぞれ吸気バルブ1
9及び排気バルブ20が設けられている。
【0021】一方、図1に示すように、シリンダヘッド
15には、上記吸気バルブ19及び排気バルブ20を開
閉駆動するための吸気カムシャフト21及び排気カムシ
ャフト22が回転可能に支持されている。これら吸気及
び排気カムシャフト21,22は、タイミングベルト及
びギヤ(共に図示せず)等を介してクランクシャフト1
4に連結され、同ベルト及びギヤ等によりクランクシャ
フト14の回転が伝達されるようになる。そして、吸気
カムシャフト21が回転すると、吸気バルブ19が開閉
駆動されて、吸気ポート17と燃焼室16とが連通・遮
断される。また、排気カムシャフト22が回転すると、
排気バルブ20が開閉駆動されて、排気ポート18と燃
焼室16とが連通・遮断される。
【0022】一方、シリンダヘッド15において、吸気
カムシャフト21の側方には、同シャフト21の外周面
に設けられた突起21aを検出して検出信号を出力する
カムポジションセンサ21bが設けられている。そし
て、吸気カムシャフト21が回転すると、同シャフト2
1の突起21aがカムポジションセンサ21bの側方を
通過する。この状態にあっては、カムポジションセンサ
21bから上記突起21aの通過に対応して所定間隔毎
に検出信号が出力されるようになる。
【0023】吸気ポート17及び排気ポート18には、
それぞれ吸気管30及び排気管31が接続されている。
この吸気管30内及び吸気ポート17内は吸気通路32
となっており、排気管31内及び排気ポート18内は排
気通路33となっている。吸気通路32の上流部分には
スロットルバルブ23が設けられている。このスロット
ルバルブ23は、直流(DC)モータからなるスロット
ル用モータ24の駆動により回動されて開度調節がなさ
れる。そして、スロットルバルブ23の開度は、スロッ
トルポジションセンサ44によって検出される。
【0024】また、上記スロットル用モータ24の駆動
は、自動車の室内に設けられたアクセルペダル25の踏
込量(アクセル踏込量)等に基づき制御される。即ち、
自動車の運転者がアクセルペダル25を踏込操作する
と、アクセル踏込量がアクセルポジションセンサ26に
よって検出され、同センサ26の検出信号に基づきスロ
ットル用モータ24が駆動制御される。このスロットル
用モータ24の駆動制御に基づくスロットルバルブ23
の開度調節により、吸気通路32の空気流通面積が変化
して燃焼室16へ吸入される空気の量が調整されるよう
になる。
【0025】吸気通路32においてスロットルバルブ2
3の下流側に位置する部分には、同通路32内の圧力を
検出するバキュームセンサ36が設けられている。そし
て、バキュームセンサ36は検出した吸気通路32内の
圧力に対応した検出信号を出力する。更に、吸気通路3
2においてスロットルバルブ23の上流側に位置する部
分には、同通路32を通過する空気(吸入空気)の温度
を検出する吸気温センサ37が設けられている。この吸
気温センサ37は、検出した吸入空気温(吸気温)TH
Aに対応した検出信号を出力する。
【0026】また、図1に示すように、シリンダヘッド
15には、燃焼室16内に燃料を噴射供給する燃料噴射
弁40と、燃焼室16内に充填される燃料と空気とから
なる混合気に対して点火を行う点火プラグ41とが設け
られている。この点火プラグ41による上記混合気への
点火時期は、点火プラグ41の上方に設けられたイグナ
イタ41aによって調整される。
【0027】そして、燃料噴射弁40から燃焼室16内
へ燃料が噴射されると、同燃料が吸気通路32を介して
燃焼室16に吸入された空気と混ぜ合わされ、燃焼室1
6内で空気と燃料とからなる混合気が形成される。更
に、燃焼室16内の混合気は点火プラグ41によって点
火がなされて燃焼し、燃焼後の混合気は排気として排気
通路33に送り出される。
【0028】次に、本実施形態におけるエンジン11の
制御装置の電気的構成を図2に基づいて説明する。この
制御装置は、燃料噴射量制御、燃料噴射時期制御、点火
時期制御、及びスロットル開度制御など、エンジン11
の運転状態を制御するための電子制御ユニット(以下
「ECU」という)92を備えている。このECU92
は、ROM93、CPU94、RAM95及びバックア
ップRAM96等を備える算出論理演算回路として構成
されている。
【0029】ここで、ROM93は各種制御プログラム
や、それら各種制御プログラムを実行する際に参照され
るマップ等が記憶されたメモリであり、CPU94はR
OM93に記憶された各種制御プログラムやマップに基
づいて演算処理を実行する。また、RAM95はCPU
94での演算結果や各センサから入力されたデータ等を
一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAM9
6はエンジン11の停止時にその記憶されたデータ等を
保存する不揮発性のメモリである。そして、ROM9
3、CPU94、RAM95及びバックアップRAM9
6は、バス97を介して互いに接続されるとともに、外
部入力回路98及び外部出力回路99と接続されてい
る。
【0030】外部入力回路98には、水温センサ11
b、クランクポジションセンサ14c、カムポジション
センサ21b、アクセルポジションセンサ26、バキュ
ームセンサ36、吸気温センサ37、及びスロットルポ
ジションセンサ44等が接続されている。一方、外部出
力回路99には、スロットル用モータ24、燃料噴射弁
40、及びイグナイタ41a等が接続されている。
【0031】このように構成されたECU92は、エン
ジン11の運転状態に応じて燃焼方式を「成層燃焼」と
「均質燃焼」との間で切り換える。即ち、ECU92
は、クランクポジションセンサ14cからの検出信号に
基づきエンジン回転数NEを求める。更に、後述する集
約目標スロットル開度TAtとエンジン回転数NE等に
基づき、機関負荷を表す基本燃料噴射量Qbse を求め
る。そして、基本燃料噴射量Qbse及びエンジン回転数
NEに基づき、エンジン11の燃焼方式を切り換える。
例えば、エンジン11の運転状態が高回転高負荷領域に
あるときに「均質燃焼」を行い、低回転低負荷領域にあ
るときには「成層燃焼」を行う。このように燃焼方式を
変化させるのは、高出力が要求される高回転高負荷時に
は混合気の空燃比をリッチ側の値にしてエンジン出力を
高め、あまり高出力を必要としない低回転低負荷時には
空燃比をリーン側の値にして燃費の向上を図るためであ
る。
【0032】エンジン11の燃焼方式を「均質燃焼」と
した場合、ECU92は、燃料噴射弁40を駆動制御し
てエンジン11の吸気行程中に、基本燃料噴射量Qbse
から求められる最終燃料噴射量Qfin に対応した量の燃
料を燃焼室16内に噴射供給する。こうした燃料噴射に
基づき燃焼室16内に形成される混合気においては、そ
の空燃比が理論空燃比若しくは理論空燃比よりも大きい
値になる。更に、ECU92は、目標スロットル開度に
実際のスロットル開度が近づくようスロットル用モータ
24を駆動制御するほか、イグナイタ41aを駆動制御
して点火時期制御を行う。こうしてスロットル開度及び
点火時期を「均質燃焼」に適したものとする。
【0033】エンジン11の燃焼方式を「成層燃焼」と
した場合、ECU92は、燃料噴射弁40を駆動制御し
てエンジン11の圧縮行程中に、基本燃料噴射量Qbse
から求められる最終燃料噴射量Qfin に対応した量の燃
料を噴射供給する。こうした燃料噴射により燃焼室16
内に形成される混合気においては、その空燃比が「均質
燃焼」時の空燃比よりもリーン側の値とされる。更に、
ECU92は、目標スロットル開度に実際のスロットル
開度が近づくようスロットル用モータを駆動制御するほ
か、イグナイタ41aを駆動制御して点火時期制御を行
う。こうしてスロットル開度及び点火時期を「成層燃
焼」に適したものとする。
【0034】上記「成層燃焼」時において、エンジン1
1の圧縮行程中に燃料噴射弁40から噴射された燃料
は、ピストン12の頭部に設けられた窪み12a(図
1)に入り、ピストン12の移動によって点火プラグ4
1の周りに集められる。このように点火プラグ41の周
りに燃料を集めることによって、燃焼室16内の混合気
全体の平均空燃比を「均質燃焼」時より大きくしても、
同プラグ41周りの混合気の空燃比が着火に適したもの
とされて良好な混合気への着火が行われる。また、燃焼
室16内の混合気全体の平均空燃比を「均質燃焼」時よ
り大きくするためにスロットル開度が開き側に制御され
て吸入空気量が多くされるため、「成層燃焼」時にはエ
ンジン11のポンピングロスが低減されるようになる。
【0035】ところで、上記エンジン11においては、
各種の運転制御が行われて同制御による多種多様なトル
ク要求がなされる。こうしたトルク要求がなされる各種
運転制御としては、車輪のスリップ防止等を意図したい
わゆるトラクション制御、車速を一定に維持するための
いわゆるクルーズコントロール制御、自動変速機の変速
時に生じるショック等を低減するためのシフト時トルク
制御などがあげられる。
【0036】「均質燃焼」時においては、上記各種トル
ク要求に応じてスロットル開度を調節して吸入空気量を
調節することにより、必要な機関出力トルクが得られる
ようになる。即ち、上記のように吸入空気量が調整され
ると、これに応じて混合気の空燃比を理論空燃比へと調
整すべく燃料噴射量が変更され、エンジン11の出力ト
ルクが要求される値となる。また、「成層燃焼」時にお
いては、上記各種トルク要求に応じて燃料噴射量を調整
することにより、必要な機関出力トルクが得られるよう
になる。このように「成層燃焼」時に燃料噴射量の調整
により機関出力トルクを必要な値へと調整するのは、
「成層燃焼」時にはスロットル開度を調節しても燃料噴
射量が変化せず、同スロットル開度の調節によって機関
出力トルクが変化しにくいためである。
【0037】上記のように各種運転制御に基づくトルク
要求に対して、「均質燃焼」時にはスロットル開度を調
整し、「成層燃焼」時には燃料噴射量を調整すること
で、エンジン11の出力トルクを上記各種トルク要求に
応じた値とすることができる。しかし、機関出力トルク
を調整するための手段が「均質燃焼」時と「成層燃焼」
時とで異なるため、均質燃焼運転時と成層燃焼運転時と
の間での機関出力トルクの管理が難しくなる。
【0038】また、各種トルク要求に対して「均質燃
焼」時に各々目標スロットル開度を最適な値に設定する
必要があるだけでなく、それらトルク要求に対して「成
層燃焼」時には各々最終燃料噴射量Qfin を最適な値に
設定する必要が生じる。そのため、均質燃焼運転時の上
記各種トルク要求に対して最適な目標スロットル開度を
得るための適合実験等が必要になるほか、成層燃焼運転
時の上記各種トルク要求に対して最適な最終燃料噴射量
Qfin を得るための適合実験等も必要になり、この適合
実験等を行うのに時間を要することとなる。
【0039】そこで本実施形態では、現在の機関運転状
態で「均質燃焼」を実行したと仮定した場合での要求さ
れる機関出力トルクに対応した値として、後述する集約
目標スロットル開度TAtを現在の機関運転状態に基づ
き算出する。そして、エンジン11の均質燃焼運転時に
は、集約目標スロットル開度TAtに実際のスロットル
開度が近づくようスロットル用モータ24を駆動制御す
ることで、スロットルバルブ23の開度調節を行ってエ
ンジン11の出力トルクを要求される値に近づける。
【0040】また、エンジン11の成層燃焼運転時に
は、集約目標スロットル開度TAt等に基づき、現在の
機関運転状態で「均質燃焼」を実行したと仮定した場合
におけるエンジン11の吸気圧(仮想吸気圧PMv)を
算出し、この仮想吸気圧PMv等に基づき基本燃料噴射
量Qbse を算出する。そして、燃料噴射弁40を駆動制
御して、上記基本燃料噴射量Qbse から算出される最終
燃料噴射量Qfin に対応した量の燃料を燃焼室16に噴
射供給することにより、エンジン11の出力トルクを要
求される値に近づける。
【0041】上記のように、各種運転制御による多種多
様なトルク要求に応じた機関出力トルクは、均質燃焼運
転時と成層燃焼運転時とのいずれの場合であっても、上
記要求される機関出力トルクに対応する値である集約目
標スロットル開度TAtとして集約して算出される。そ
して、均質燃焼運転時には集約目標スロットル開度TA
tに基づきスロットル開度が制御され、成層燃焼時には
集約目標スロットル開度TAtに基づき燃料噴射量が制
御される。こうしたスロットル開度制御及び燃料噴射量
制御によって、いずれの燃焼方式での運転時であっても
機関出力トルクが要求される値へと制御される。
【0042】このようにいずれの燃焼方式においても、
集約目標スロットル開度TAtに基づき機関出力トルク
が要求される値へと制御されるため、均質燃焼運転時と
成層燃焼運転との間での機関出力トルクの管理が容易に
なる。また、各種運転制御によるトルク要求に応じて機
関出力トルクを適切なものにするためには、機関運転状
態に基づき求められる集約目標スロットル開度TAtを
上記各種トルク要求に対して適切なものとする必要があ
る。このため、集約目標スロットル開度TAtを適切に
するための適合実験等が行われるが、均質燃焼運転時と
成層燃焼運転時とのいずれの場合においても集約目標ス
ロットル開度TAtに基づき機関出力トルクが制御され
るため、同適合実験等を集約目標スロットル開度TAt
についてのみ行うだけでよく、適合実験等に要する時間
を短縮することができる。
【0043】次に、上記集約目標スロットル開度TAt
の算出手順について図4を参照して説明する。図4は、
集約目標スロットル開度TAtを算出するためのスロッ
トル開度算出ルーチンを示すフローチャートである。こ
のスロットル開度算出ルーチンは、ECU92を通じて
例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【0044】上記集約目標スロットル開度TAtは、後
述する非線形目標スロットル開度TA1に加算項Aを加
算した値、シフト目標開度TA2、及びトラクション目
標開度TA3等に基づき算出される。上記加算項A、シ
フト目標開度TA2、及びトラクション目標開度TA3
等は、エンジン11の各種運転制御によるトルク要求に
応じて定められるものである。そのため、上記加算項
A、シフト目標開度TA2、及びトラクション目標開度
TA3等に基づき算出される集約目標スロットル開度T
Atは、各種運転制御によるトルク要求を反映させたも
のとなる。
【0045】なお、上記加算項Aとしては、アイドルス
ピードコントロール(ISC)補正量、オートクルーズ
補正量、エアコン負荷補正量、及びパワステ負荷補正量
等があげられる。ここで、上記各種トルク要求に対応す
る値である、ISC補正量、オートクルーズ補正量、エ
アコン負荷補正量、パワステ負荷補正量、シフト目標開
度TA2、及びトラクション目標開度TA3について以
下に説明する。
【0046】(a)ISC補正量 上記ISC補正量は、エンジン11のアイドル運転時に
エンジン回転数NEを予め定められたアイドル回転数へ
と制御すべく増減するものである。即ち、ISC補正量
の増減により集約目標スロットル開度TAtが変化する
と、この変化によって機関出力トルクが調整され、エン
ジン回転数NEが上記アイドル回転数へと制御される。
このようにISC補正量は、ISCによるトルク要求に
応じて変化するものであって、集約目標スロットル開度
TAtを同トルク要求に対応した値とするものである。
【0047】(b)オートクルーズ補正量 上記オートクルーズ補正量は、車速を一定に維持するい
わゆるオートクルーズ制御を実行するために増減するも
のである。即ち、オートクルーズ補正量の増減により集
約目標スロットル開度TAtが変化すると、この変化に
よって機関出力トルクが調整され、車速が一定に維持さ
れるようになる。このようにオートクルーズ補正量は、
オートクルーズ制御によるトルク要求に応じて変化する
ものであって、集約目標スロットル開度TAtを同トル
ク要求に対応した値とするものである。
【0048】(c)エアコン負荷補正量 上記エアコン負荷補正量は、自動車に搭載されたエアコ
ンディショナの駆動時にエンジン11の機関出力トルク
を増加させ、同エアコンディショナの駆動に必要な機関
出力トルクを得るためのものである。即ち、エアコン負
荷補正量により集約目標スロットル開度TAtが大きく
なると、この変化によって機関出力トルクが増加し、エ
アコンディショナの駆動に必要な機関出力トルクが得ら
れるようになる。このようにエアコン負荷補正量は、エ
アコンディショナ駆動のためのトルク要求に応じたもの
であって、集約目標スロットル開度TAtを同トルク要
求に対応した値とするものである。
【0049】(d)パワステ負荷補正量 上記パワステ負荷補正量は、自動車のステアリングを操
作するのに必要な力を軽減する、いわゆるパワーステア
リング装置の駆動時にエンジン11の機関出力トルクを
増加させ、同パワーステアリング装置の駆動に必要な機
関出力トルクを得るためのものである。即ち、パワステ
負荷補正量により集約目標スロットル開度TAtが大き
くなると、この変化によって機関出力トルクが増加し、
パワーステアリング装置の駆動に必要な機関出力トルク
が得られるようになる。このようにパワステ負荷補正量
は、パワーステアリング装置を駆動するためのトルク要
求に応じたものであって、集約目標スロットル開度TA
tを同トルク要求に対応した値とするものである。
【0050】(e)シフト目標開度TA2 上記シフト目標開度TA2は、自動変速機の変速時に生
じるショック等を抑制するシフト時トルク制御を実行す
るために設定されるものである。即ち、自動変速機の変
速時にはシフト目標開度TA2を適切な値に設定するこ
とで、このシフト目標開度TA2等に基づき算出される
集約目標スロットル開度TAtを変化させる。そして、
同集約目標スロットル開度TAtの変化によって、機関
出力トルクが調整されて自動変速機の変速時におけるシ
ョック等が抑制される。このようにシフト目標開度TA
2は、上記シフト時トルク制御によるトルク要求に応じ
たものであって、集約目標スロットル開度TAtを同ト
ルク要求に対応した値とするものである。
【0051】(f)トラクション目標開度TA3 上記トラクション目標開度は、車輪のスリップ防止等を
意図したトラクション制御を実行するために設定される
ものである。即ち、加減速時など車輪がスリップする状
況においてトラクション目標開度TA3を適切な値に設
定することで、このトラクション目標開度TA3等に基
づき算出される集約目標スロットル開度TAtを変化さ
せる。そして、同集約目標スロットル開度TAtの変化
によって、機関出力トルクが調整されて車輪のスリップ
が防止される。このようにトラクション目標開度TA3
は、上記トラクション制御によるトルク要求に応じたも
のであって、集約目標スロットル開度TAtを同トルク
要求に対応した値とするものである。
【0052】ところで、エンジン11の各種運転制御に
よるトルク要求に応じて機関出力トルクを適切なものに
するためには、上記集約目標スロットル開度TAtを上
記各種トルク要求に対して適切なものとする必要があ
る。このため、上記集約目標スロットル開度TAtを適
切にするための適合実験、即ち上記各種運転制御の実行
によって要求される機関出力トルクが得られるような、
ISC制御量、オートクルーズ補正量、エアコン負荷補
正量、パワステ負荷補正量、シフト目標開度TA2、及
びトラクション目標開度TA3等を求めるための適合実
験が行われる。こうした適合実験等によって求められた
ISC制御量、オートクルーズ補正量、エアコン負荷補
正量、パワステ負荷補正量、シフト目標開度TA2、及
びトラクション目標開度TA3等に基づき集約目標スロ
ットル開度TAtを算出することで、同集約目標スロッ
トル開度TAtに基づき制御される機関出力トルクが要
求される値に対応するものとなる。
【0053】さて、図4に示すスロットル開度算出ルー
チンにおいて、上記非線形目標スロットル開度TA1
は、ステップS101〜S103の処理によって算出さ
れ、上記加算項AはステップS104の処理によって決
定される。そして、加算項A、シフト目標開度TA2、
及びトラクション目標開度TA3等は、ステップS10
5,S106の処理によって、当該スロットル開度算出
ルーチンで算出される集約目標スロットル開度TAtに
反映される。
【0054】上記ステップS101〜S103の処理
は、アクセル踏込量ACCPに基づき非線形目標スロッ
トル開度TA1を算出するためのものである。ECU9
2は、ステップS101の処理として、現在の燃焼方式
に係わらず、アクセル踏込量ACCPに基づき「均質燃
焼」時の基本スロットル開度TAbse を算出する。こう
して算出される基本スロットル開度TAbse は、アクセ
ル踏込量ACCPが大きくなるほど大きい値になる。続
いてECU92は、ステップS102の処理で非線形補
正係数Hをアクセル踏込量ACCPに基づき算出し、ス
テップS103の処理で上記基本スロットル開度TAbs
e に非線形補正係数Hを乗算することにより非線形目標
スロットル開度TA1を算出する。こうして算出される
非線形目標スロットル開度TA1は、アクセル踏込量A
CCPの変化に対して最適な機関出力トルク特性が得ら
れるように、同アクセル踏込量ACCPの変化に対して
例えば図3に示すように推移する。
【0055】続くステップS104の処理は、非線形目
標スロットル開度TA1に加算される加算項Aを選択す
るためのものである。即ち、ECU92は、ステップS
104の処理として、上記ISC補正量、オートクルー
ズ補正量、エアコン負荷補正量、及びパワステ負荷補正
量等のうち、最も大きいものを加算項Aとして選択す
る。その後、ステップS105に進む。
【0056】ECU92は、ステップS105の処理と
して、非線形目標スロットル開度TA1に上記加算項A
を加算した値、シフト時トルク制御によってスロットル
開度を開くよう要求されたときのシフト目標開度TA
2、及びトラクション制御によってスロットル開度を開
くよう要求されたときのトラクション目標開度TA3等
のうち、最も大きいものを最大目標開度Omax として選
択する。その後、ステップS106に進む。
【0057】ECU92は、ステップS106の処理と
して、上記最大目標開度Omax 、シフト時トルク制御に
よってスロットル開度を閉じるよう要求されたときのシ
フト目標開度TA2、及びトラクション制御によってス
ロットル開度を閉じるよう要求されたときのトラクショ
ン目標開度TA3等のうち、最も小さいものを最小目標
開度Cmin として選択する。その後、ステッ107に進
む。ECU92は、ステップS107の処理で、上記最
小目標開度Cmin について上限ガード及び下限ガードし
たものを集約目標スロットル開度TAtとして算出した
後、このスロットル開度算出ルーチンを一旦終了する。
【0058】上記のようにステップS105,S106
の処理を行うことで、加算項A、シフト目標開度TA
2、及びトラクション目標開度TA3等の各種トルク要
求に対応する値が集約目標スロットル開度TAtに反映
される。そして、この集約目標スロットル開度TAtに
基づき機関出力トルクを制御することで、同機関出力ト
ルクが各種運転制御によって要求される値に対応したも
のとなる。
【0059】次に、上記のように算出された集約目標ス
ロットル開度TAtに基づく機関出力トルクの制御につ
いて説明する。均質燃焼運転時においては、ECU92
は、上記集約目標スロットル開度TAtと、スロットル
ポジションセンサ44からの検出信号に基づき求められ
る実際のスロットル開度TArとに基づきスロットル用
モータ24を駆動制御し、スロットルバルブ23の開度
制御を行う。
【0060】即ち、ECU92は、下記の式(1)に基
づき位相進み補償後スロットル開度TAhを算出する。
【0061】
【数1】 式(1)からわかるように、位相進み補償後スロットル
開度TAhは、上記実際のスロットル開度TArを時間
tについて微分して更に所定の係数Kdを乗算し、その
値を実際のスロットル開度TArに加算して算出される
値である。こうして算出される位相進み補償後スロット
ル開度TAhは、集約目標スロットル開度TAtの変化
中においては、実際のスロットル開度TArよりも同集
約目標スロットル開度TAtに近い値になる。
【0062】ECU92は、集約目標スロットル開度T
Atと上記位相進み補償後スロットル開度TAhとの差
e2を下記の式(2)によって算出する。そして、EC
U92は、その差e2が「0」に近づくように、即ち位
相進み補償後スロットル開度TAhが集約目標スロット
ル開度TAtに近づくようにスロットル用モータ24を
駆動制御する。
【0063】
【数2】TAt−TAh=e2 …(2) ここで、時間経過に伴い集約目標スロットル開度TAt
が変化するときにおいて、位相進み補償後スロットル開
度TAh、及び実際のスロットル開度TArがどのよう
に推移するか図5に示す。
【0064】図5に二点鎖線で示すように集約目標スロ
ットル開度TAtが変化すると、それに応じて位相進み
補償後スロットル開度TAhが細い実線で示すように、
その集約目標スロットル開度TAtの近傍で推移する。
このように推移する位相進み補償後スロットル開度TA
hと、集約目標スロットル開度TAtとの差e2が
「0」に近づくようにスロットル用モータ24を制御す
ると、実際のスロットル開度TArは集約目標スロット
ル開度TAtの推移に対して太い実線で示すように所定
の応答遅れをもって推移する。こうして実際のスロット
ル開度TArに応答遅れを持たせるのは、そのスロット
ル開度TArのオーバーシュートを防止するためであ
る。
【0065】上記のように均質燃焼運転時のスロットル
バルブ23の開度制御が行われると、エンジン11にお
ける実際の吸気圧PMrが上記スロットルバルブ23の
開度に対応したものとなる。ECU92は、上記実際の
スロットル開度TAr及びバキュームセンサ36からの
検出信号に基づき求められる実際の吸気圧PMr等から
予測吸気圧PMFWDを算出する。この予測吸気圧PM
FWDは、、吸気バルブ19の閉弁時における吸気圧を
予測した値であって、後述する吸気圧算出ルーチンによ
って算出されるものである。
【0066】ECU92は、上記予測吸気圧PMFWD
及びエンジン回転数NEに基づき基本燃料噴射量Qbse
を算出する。こうして算出される基本燃料噴射量Qbse
は、予測吸気圧PMFWD及びエンジン回転数NEが大
きくなるほど大きい値になる。そして、ECU92は、
燃料噴射弁40を駆動制御して、基本燃料噴射量Qbse
から求められる最終燃料噴射量Qfin に対応した量の燃
料を吸気行程中に燃焼室16に噴射供給する。こうした
燃料噴射によって「均質燃焼」が実行され、機関出力ト
ルクが要求される値へと制御されるようになる。
【0067】従って、エンジン11の均質燃焼運転時に
は、集約目標スロットル開度TAtに基づきスロットル
開度を調節することで、各種運転制御によるトルク要求
を満たすよう機関出力トルクが制御されることとなる。
【0068】一方、成層燃焼運転時においては、現在の
機関運転状態において「均質燃焼」を実行したと仮定し
た場合における実際のスロットル開度TArを、上記集
約目標スロットル開度TAtに基づき仮想スロットル開
度TAvとして算出する。即ち、図5に示すように、
「均質燃焼」時の集約目標スロットル開度TAtの推移
と、位相進み補償後スロットル開度TAhの推移とがほ
ぼ等しいことから、まず「TAh=TAt」であると仮
定する。この仮定を条件に、上記式(1)と逆の手順に
より、集約目標スロットル開度TAtから実際のスロッ
トル開度TArを算出し、そのスロットル開度TArを
仮想スロットル開度TAvとする。
【0069】この仮想スロットル開度TAv等に基づ
き、現在の機関運転状態で「均質燃焼」を実行したと仮
定した場合における吸気圧である仮想吸気圧PMvを算
出する。そして、仮想吸気圧PMv及びエンジン回転数
NEに基づき基本燃料噴射量Qbse を算出する。こうし
て算出される基本燃料噴射量Qbse は、仮想吸気圧PM
v及びエンジン回転数NEが大きくなるほど大きい値に
なる。そして、ECU92は、燃料噴射弁40を駆動制
御して、基本燃料噴射量Qbse から求められる最終燃料
噴射量Qfin に対応した量の燃料を圧縮行程中に燃焼室
16に噴射供給する。こうした燃料噴射によって「成層
燃焼」が実行され、機関出力トルクが要求される値へと
制御されるようになる。
【0070】従って、エンジン11の成層燃焼運転時に
は、集約目標スロットル開度TAtに基づき燃料噴射量
を調節することで、各種運転制御によるトルク要求を満
たすよう機関出力トルクが制御されることとなる。
【0071】なお、成層燃焼運転時においては、ECU
92は、上記基本燃料噴射量Qbseに基づき「成層燃
焼」に適した目標スロットル開度である成層時目標スロ
ットル開度TAtsを算出する。そして、均質燃焼運転
時と同様の手順で、成層時目標スロットル開度TAts
に基づき位相進み補償後スロットル開度TAhを算出
し、これら位相進み補償後スロットル開度TAh及び実
際のスロットル開度TArに基づきスロットル用モータ
24を駆動制御する。
【0072】このようにスロットル用モータ24を駆動
制御することにより、成層時目標スロットル開度TAt
sが変化したとき、同変化に対して所定の応答遅れをも
った状態で実際のスロットル開度TArが推移し、同ス
ロットル開度TArのオーパーシュートが防止される。
この成層燃焼運転時のスロットル開度制御により、エン
ジン11の吸入空気量が「成層燃焼」に適した値へと調
整される。
【0073】ところで、上記基本燃料噴射量Qbse は、
エンジン11の燃焼方式を機関負荷に応じて「均質燃
焼」と「成層燃焼」との間で切り換える際に、同機関負
荷として用いられることとなる。この基本燃料噴射量Q
bse は、均質燃焼運転時と成層燃焼運転時とのいずれの
場合においても、各種運転制御によるトルク要求に対応
した値である集約目標スロットル開度TAt等に基づき
算出される。従って、各種運転制御によるトルク要求に
応じて集約目標スロットル開度TAtが変化すると、集
約目標スロットル開度TAt等に基づき求められる基本
燃料噴射量Qbseも変化し、同基本燃料噴射量Qbse に
基づき燃焼方式が決定される。このように各種運転制御
によるトルク要求に応じて燃焼方式が選択されるため、
エンジン11を上記各種トルク要求に適した燃焼方式に
て運転することができるようになる。
【0074】例えば、成層燃焼運転時にアクセル踏込量
ACCP及びエンジン回転数NEから基本燃料噴射量Q
bse を算出する場合、各種運転制御によるトルク要求が
なされたとき、同トルク要求に応じた補正係数を基本燃
料噴射量Qbse に乗算して最終燃料噴射量Qfin を算出
し、この最終燃料噴射量Qfin に基づき燃料噴射量を制
御することで、上記各種トルク要求を満たすよう機関出
力トルクが制御されることとなる。この場合、上記各種
トルク要求がなされても基本燃料噴射量Qbseが変化す
ることはないため、これらトルク要求を満たすために燃
料噴射量を増量する場合などにおいて、同増量によって
「成層燃焼」を実行することが困難であってもエンジン
11の燃焼方式として引き続き「成層燃焼」が選択され
ることとなる。しかし、本実施形態では、上述したよう
に各種トルク要求に応じて燃焼方式が選択されるため、
トルク要求を満たすために燃料噴射量を増量する場合な
どにおいて、同増量によって「成層燃焼」を実行するこ
とが困難になるときには、エンジン11の燃焼方式が
「均質燃焼」に切り換えられる。
【0075】次に、最終燃料噴射量Qfin の算出手順に
ついて図6を参照して説明する。図6は、成層燃焼運転
時及び均質燃焼運転時に仮想吸気圧PMv及び予測吸気
圧PMFWDに基づき最終燃料噴射量Qfin を算出する
ための燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャートで
ある。この燃料噴射量算出ルーチンは、ECU92を通
じて所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【0076】燃料噴射量算出ルーチンにおいて、ステッ
プS201の処理は仮想吸気圧PMv若しくは予測吸気
圧PMFWDを算出するためのものである。ECU92
は、均質燃焼運転時には上記予測吸気圧PMFWDとエ
ンジン回転数NEとに基づき、燃料噴射制御、点火時期
制御等の機関負荷に応じたエンジン制御の制御量を算出
し、これら制御量に基づき機関負荷に応じたエンジン制
御を実行する。また、ECU92は、成層燃焼運転時に
は、上記仮想吸気圧PMvとエンジン回転数NEとに基
づき、燃料噴射制御、点火時期等の機関負荷に応じたエ
ンジン制御の制御量を算出し、これら制御量に基づき機
関負荷に応じたエンジン制御を実行する。
【0077】ステップS201の処理が実行された後、
ECU92は、ステップS202の処理として、仮想吸
気圧PMv若しくは予測吸気圧PMFWDを吸気圧PM
として用い、下記の式(3)によって基本燃料噴射量Q
bse を算出する。即ち、吸気圧PMに吸気温補正係数K
tha 及び定数Kを乗算して基本燃料噴射量Qbse を算出
する。
【0078】
【数3】Qbse =PM*Ktha *K …(3) なお、上記仮想吸気圧PMv及び予測吸気圧PMFWD
を算出する際には後述する体積効率ηvが用いられる
が、上記式(3)における吸気温補正係数Kthaは吸気
温THAの変化による体積効率ηvの変化を補償するた
めのものである。ECU92は、吸気温センサ37から
の検出信号に基づき吸気温THAを求めるとともに、上
記吸気温補正係数Ktha を吸気温THAに基づき図7の
マップを参照して算出する。こうして算出される吸気温
補正係数Ktha は、吸気温THAが高くなるほど小さく
なって「1.0」に近づくようになる。従って、補正後
の基本燃料噴射量Qbse は、吸気温THAが低くなるほ
ど大きな値になる。
【0079】ステップS202の処理が実行された後、
ステップS203に進む。ステップS203,S204
の処理は、基本燃料噴射量Qbse 等から最終燃料噴射量
Qfin を算出するためのものである。
【0080】ECU92は、ステップS203の処理と
して、モード補正係数Kmodeを算出する。このモード補
正係数Kmodeは、「均質燃焼」と「成層燃焼」との燃焼
効率の差に伴う要求燃料噴射量の差を補償するための補
正係数であり、ECU92は、現在の燃焼方式に応じて
モード補正係数Kmodeを算出する。このモード補正係数
Kmodeは、燃焼効率が「成層燃焼」よりも低くなる「均
質燃焼」時には、「Kmode=1.0」に設定される。な
お、「均質燃焼」時に「成層燃焼」時よりも燃焼効率が
低くなるのは、「均質燃焼」では「成層燃焼」に比べて
ポンプ損失や冷却損失が大きくなるためである。
【0081】また、ECU92は、燃焼効率が高くなる
「成層燃焼」時には、例えば「Kmode=0.8」に大気
圧補正係数Kpa2を乗算することにより最終的なモード
補正係数Kmodeを算出する。エンジン11のポンプ損失
は、大気圧PAに応じて変化し、大気圧PAが下がると
「均質燃焼」と「成層燃焼」とのポンプ損失の差が小さ
くなる。そこで、ECU92は、上記大気圧補正係数K
pa2を大気圧PAに基づき図8のマップを参照して算出
する。なお、大気圧PAはエンジン11の始動時にバキ
ュームセンサ36からの検出信号に基づき求められ、上
記大気圧補正係数Kpa2は大気圧PAが低くなるほど大
きくなり、大気圧PAが高くなるほど「1.0」に近づ
く。そして、「Kmode=0.8」に上記大気圧補正係数
Kpa2を乗算することにより、最終的なモード補正係数
Kmodeは大気圧PAが低いときには、例えば「Kmode=
0.85」のように値が大きくされる。
【0082】上記のようにステップS203の処理を実
行し、モード補正係数Kmodeを算出すると、ECU92
は、続くステップS204で、基本燃料噴射量Qbse に
水温補正係数Kthw 、及びモード補正係数Kmodeを乗算
して最終燃料噴射量Qfin を算出した後、この燃料噴射
量算出ルーチンを一旦終了する。なお、上記水温補正係
数Kthw は、冷却水温THWの変化による摩擦損失等の
燃焼効率の変化を補償するための補正係数であり、EC
U92は、水温センサ11bからの検出信号に基づき冷
却水温THWを求めるとともに、上記水温補正係数Kth
w を冷却水温THWに基づき図9のマップを参照して算
出する。上記水温補正係数Kthw は、冷却水温THWが
高くなるほど小さくなって「1.0」に近づくようにな
る。従って、最終燃料噴射量Qfin は、冷却水温THW
が低くなるほど増量側に調整される。
【0083】また、上記のように最終燃料噴射量Qfin
の算出にモード補正係数Kmodeを用いることで、燃焼方
式毎の燃焼効率の違いに基づき最終燃料噴射量Qfin が
調整され、燃焼効率の高い「成層燃焼」時には「均質燃
焼」時に対して最終燃料噴射量Qfin が減量側に調整さ
れる。こうした燃焼方式毎の燃焼効率の違いを加味して
算出される最終燃料噴射量Qfin に基づき燃料噴射制御
を行うことで、いずれの燃焼方式を実行したときでも燃
料噴射量制御に基づく機関出力トルク制御の精度が向上
するようになる。
【0084】更に、エンジン11のポンプ損失は「成層
燃焼」と「均質燃焼」とで異なるものとなり、それら燃
焼方式間でのポンプ損失の差は大気圧PAによって変化
するようになる。このように燃焼方式毎のポンプ損失の
差が大気圧PAによって変化しても、最終燃料噴射量Q
fin の算出にはモード補正係数Kmodeが用いられ、その
モード補正係数Kmodeは上記大気圧補正係数Kpa2によ
り補正されることから、上記ポンプ損失の差が大気圧P
Aに応じて変化することに伴う機関出力トルク制御の精
度低下が防止される。
【0085】次に、燃料噴射量算出ルーチンにおけるス
テップS201の処理について図10及び図11を参照
して詳しく説明する。図10及び図11は、予測吸気圧
PMFWD及び仮想吸気圧PMvを算出するための吸気
圧算出ルーチンを示すフローチャートである。この吸気
圧算出ルーチンは、燃料噴射量算出ルーチンのステップ
S201に進む毎にECU92を通じて実行される。
【0086】吸気圧算出ルーチンにおいて、ECU92
は、ステップS301(図10)の処理として、現在の
実際のスロットル開度TAr若しくは仮想スロットル開
度TAvと、エンジン回転数NEとに基づき基本吸気圧
PMbse を算出する。この基本吸気圧PMbse は、上記
スロットル開度TAr,TAv及びエンジン回転数NE
の状態にあって、エンジン11を定常運転したときの吸
気圧である。なお、基本吸気圧PMbse は、均質燃焼運
転時には実際のスロットル開度TAr及びエンジン回転
数NEに基づき算出され、成層燃焼運転時には仮想スロ
ットル開度TAv及びエンジン回転数NEに基づき算出
される。
【0087】ECU92は、ステップS302の処理と
して、大気圧補正係数Kps1を大気圧PAに基づき図1
2のマップを参照して算出し、基本吸気圧PMbseにこ
の大気圧補正係数Kps1を乗算することにより、補正後
吸気圧PMhを算出する。なお、上記大気圧補正係数K
ps1は大気圧PAが高くなるほど大きくなって「1.
0」に近づくようになる。従って、補正後吸気圧PMh
は大気圧PAが高くなるほど大きくなる。補正後吸気圧
PMhの算出が行われた後、ステップS303に進む。
【0088】このステップS303の処理は後のステッ
プS304,S305の処理と関係している。即ち、ス
テップS304の処理では上記補正後吸気圧PMhを徐
変処理することにより徐変値PMSMが算出され、ステ
ップS305の処理では同徐変値PMSMが第1の吸気
圧記憶値PMSM1として記憶される。そして、上記ス
テップS303の処理においては、ECU92が、前回
のステップS305の処理で記憶された第1の吸気圧記
憶値PMSM1を前回の徐変値PMSMi-1 として設定
する。
【0089】このように徐変処理(S304)によって
算出された徐変値PMSMを一旦第1の吸気圧記憶値P
MSM1として記憶(S305)するのは、後述するス
テップS308の処理で上記徐変値PMSMを用いて別
の処理を実行し、その処理によって徐変値PMSMが変
化してしまうためである。この場合でも、上記ステップ
S303の処理で第1の吸気圧記憶値PMSM1を前回
の徐変値PMSMi-1とすることで、ステップS304
の徐変処理を適切に行うことができるようになる。
【0090】上記ステップS303の処理が実行された
後、ECU92は、ステップS304の処理として、下
記の式(4)に基づき今回の徐変値PMSMi を算出す
る。即ち、定常時の補正後吸気圧PMhから前回の徐変
値PMSMi-1 を減算して更に所定値nで除算し、その
除算した値を前回の徐変値PMSMiー1 に加算すること
で今回の徐変値PMSMi が算出される。
【0091】
【数4】 PMSMi =PMSMi-1 +(PMh−PMSMi-1 )/n …(4) ここで、上記補正後吸気圧PMhの変化に対する徐変値
PMSMの推移傾向を図13に示す。同図においては補
正後吸気圧PMhの推移を破線で示し、徐変値PMSM
の推移を太い実線で示す。また、マップ演算等により算
出される上記補正後吸気圧PMhが破線で示すように推
移するのに対し、実際の吸気圧PMrがどのように推移
するかを二点鎖線で示す。
【0092】この図から明らかなように、例えばアクセ
ル踏込量ACCPが変化して上記補正後吸気圧PMhが
破線で示すように変化したとき、その補正後吸気圧PM
hの変化に対して徐変値PMSMが太い実線で示すよう
に緩やかに推移するようになる。補正後吸気圧PMhの
変化に対して徐変値PMSMがどれほど緩やかに推移す
るかは、上記式(4)における所定値nによって決定さ
れる。この所定値nは、予め実験等によっり設定された
図示しないマップを参照して上記補正後吸気圧PMhと
エンジン回転数NEとに基づき算出される。
【0093】ステップS304の処理で徐変値PMSM
が算出され、ステップS305の処理で第1の吸気圧記
憶値PMSM1の記憶が行われると、続いてステップS
306に進む。ステップS306〜S308の処理は、
現時点で吸気バルブ19の閉弁時における徐変値PMS
Mを予測して算出するためのものである。
【0094】ECU92は、ステップS306の処理と
して、現時点から吸気バルブ19の閉弁時までに上記ス
テップS304の処理が行われる回数(徐変処理回数)
T/Δtを算出する。即ち、現時点から吸気バルブ19
の閉弁時までの時間Tを求め、その時間Tを燃料噴射量
算出ルーチンの実行周期Δtで除算することにより、上
記徐変処理回数T/Δtを算出する。
【0095】続いてECU92は、ステップS307の
処理として現在記憶されている第1の吸気圧記憶値PM
SM1、即ち最新の徐変値PMSMを前回の徐変値PM
SMi-1 として設定する。更に、ECU92は、ステッ
プS308の処理として、上記徐変処理回数T/Δt分
だけ上記式(4)による徐変処理を実行し、T/Δt回
の徐変処理後の徐変値PMSMi 、即ち吸気バルブ19
の閉弁時の徐変値PMSMi を算出する。その後、EC
U92は、ステップS309の処理として、徐変値PM
SMi を第2の吸気圧記憶値PMSM2として記憶す
る。
【0096】今、図13に一点鎖線L1で示す時点にて
上記ステップS304の処理が行われたとすると、その
処理によって算出される今回の徐変値PMSMi が第1
の吸気圧記憶値PMSM1として記憶される。そして、
続いてステップS308の処理が行われると、二点鎖線
L2で示す吸気バルブ19の閉弁時における徐変値PM
SMi が算出され、その徐変値PMSMi がほぼ一点鎖
線L1で示す時点にて第2の吸気圧記憶値PMSM2と
して記憶される。
【0097】このように第1及び第2の吸気圧記憶値P
MSM1,PMSM2の記憶処理が行われた後には、そ
れら記憶値PMSM1,PMSM2の差ΔP1(「PM
SM2−PMSM1」)を用いて、吸気バルブ19の閉
弁時における吸気圧を予測して算出することができるよ
うになる。即ち、現時点(一点鎖線L1)においてバキ
ュームセンサ36により検出される実際の吸気圧PMr
に、上記第1及び第2の吸気圧記憶値PMSM1,PM
SM2の差ΔP1を加算することで、吸気バルブ19の
閉弁時における吸気圧が得られるようになる。
【0098】ところで、バキュームセンサ36の出力に
は吸気通路32内を流れる空気の脈動による影響が生じ
るため、その影響を除去するために通常はバキュームセ
ンサ36の出力をCRフィルタ等によってフィルタ処理
する。従って、上記吸気圧PMrは実際にはCRフィル
タ等によるフィルタ処理の時定数分だけ適正値からずれ
ることになり、そのずれの分だけ上記予測される吸気バ
ルブ19の閉弁時の吸気圧が不正確になる。
【0099】吸気圧算出ルーチンにおけるステップS3
11(図11)〜S313の処理は、上記吸気圧PMr
のずれを考慮して第1の吸気圧記憶値PMSM1をフィ
ルタ処理し、そのフィルタ出力PMSM1Si を用いて
吸気バルブ19の閉弁時の吸気圧を正確に予測するため
のものである。
【0100】ECU92は、上記ステップS308(図
10)の処理を実行した後、ステップS310(図1
1)の処理として現在の燃焼方式が均質燃焼であるか否
かを判断し、均質燃焼であればステップS311に進
む。ECU92は、ステップS311の処理として、第
1の吸気圧記憶値PMSM1を下記の式(5)に基づき
フィルタ処理する。なお、式(5)において、PMSM
1Si は第1の吸気圧記憶値PMSM1のフィルタ出力
であり、所定値mは当該フィルタ処理の時定数が上記C
Rフィルタによるフィルタ処理の時定数と等しくなるよ
うに設定されるものである。
【0101】
【数5】 PMSM1Si =PMSM1Si-1 +(PMSM1−PMSM1Si-1 )/m …(5) この式(5)に基づくフィルタ処理のフィルタ出力PM
SM1Si は、図13に太い実線で示すように徐変値P
MSM(第1の吸気圧記憶値PMSM1)が変化したと
きには、図中に細い実線で示すように推移することとな
る。
【0102】続いてECU92は、ステップS312の
処理として、第2の吸気圧記憶値PMSM2から上記フ
ィルタ出力PMSM1Si を減算し、それらの差ΔP2
を算出する。更に、ECU92は、ステップS313の
処理として、実際の吸気圧PMrに上記差ΔP2加算
し、その加算した値に更にPMFWD体積効率ηvを乗
算した値を、吸気バルブ19の閉弁時における吸気圧で
ある予測吸気圧PMFWDとして算出する。なお、上記
体積効率ηvは前回の予測吸気圧PMFWDとエンジン
回転数NEとに基づきマップを参照して算出されるもの
である。こうして予測吸気圧PMFWDを算出した後、
当該吸気圧算出ルーチンを一旦終了して燃料噴射量算出
ルーチン(図6)に戻る。
【0103】従って、図13に一点鎖線L1で示す時点
にて第1及び第2の吸気圧記憶値PMSM1,PMSM
2の記憶処理が行われた場合、その時点での第1の吸気
圧記憶値PMSM1のフィルタ出力PMSM1Si が予
測吸気圧PMFWDを算出に用いられる。即ち、一点鎖
線L1で示す時点での第2の吸気圧記憶値PMSM2と
フィルタ出力PMSM1Si との差ΔP2を実際の吸気
圧PMrに加算することで予測吸気圧PMFWDが算出
される。
【0104】このように第1の吸気圧記憶値PMSM1
に代えてフィルタ出力PMSM1Si を用いて差ΔP2
を算出し、その差ΔP2等から予測吸気圧PMFWDを
求めることで、同吸気圧PMrにCRフィルタの時定数
に応じたずれが生じても、その予測吸気圧PMFWDを
正確な吸気バルブ19の閉弁時の吸気圧として算出する
ことができるようになる。
【0105】一方、上記ステップS310の処理におい
て、現在の燃焼方式が均質燃焼でなく成層燃焼である旨
判断されると、ステップS314に進む。ECU92
は、ステップS314の処理として、第2の吸気圧記憶
値PMSM2に体積効率ηvを乗算した値を仮想吸気圧
PMvとして算出する。なお、上記体積効率ηvは前回
の仮想吸気圧PMvとエンジン回転数NEとに基づきマ
ップを参照して算出されるものである。こうして仮想吸
気圧PMvを算出した後、当該吸気圧算出ルーチンを一
旦終了して燃料噴射量算出ルーチン(図6)に戻る。
【0106】上記の算出される仮想吸気圧PMvは、現
在の機関運転状態にて「均質燃焼」を実行したと仮定し
た場合での吸気バルブ19の閉弁時の吸気圧、即ち上記
予測吸気圧PMFWDに対応した仮想値ということにな
る。均質燃焼運転時には、予測吸気圧PMFWDが実際
の吸気圧PMr等に基づき算出されるため、ステップS
311〜S313の処理を行って同予測吸気圧PMFW
Dを正確に算出するようにしている。これに対し、成層
燃焼運転時には、仮想吸気圧PMvが実際の吸気圧PM
rに関係なく、第2の吸気圧記憶値PMSM2等にづき
算出される。こうして算出される仮想吸気圧PMvは、
ステップS304,S314の処理によって正確な値と
して算出されるようになる。
【0107】即ち、上記ステップS304の徐変処理に
おいては、補正後吸気圧PMh及びエンジン回転数NE
に基づきマップ演算される所定値nを同徐変処理に用い
ているが、この所定値nを算出するためのマップは上記
仮想吸気圧PMvが正確に予測吸気圧PMFWDに対応
した値となるよう予め実験等によって設定される。ま
た、ステップS314の処理では、前回の仮想吸気圧P
Mvとエンジン回転数NEとに基づきマップ演算される
体積効率ηvが用いられるが、この体積効率ηvを算出
するためのマップも上記と同様に仮想吸気圧PMvが正
確な値となるよう予め実験等によって設定される。
【0108】以上詳述した処理が行われる本実施形態に
よれば、以下示す効果が得られるようになる。 (1)現在の機関運転状態で「均質燃焼」を実行したと
仮定した場合での要求される機関出力トルクに対応した
値として、集約目標スロットル開度TAtが現在の機関
運転状態に基づき算出される。この集約目標スロットル
開度TAtは、各種運転制御による多種多様なトルク要
求に応じた機関出力トルクに対応する値として集約され
たものになる。
【0109】そして、均質燃焼運転時には、集約目標ス
ロットル開度TAtに実際のスロットル開度TArが近
づくようスロットル用モータ24を駆動制御すること
で、スロットルバルブ23の開度調節が行われてエンジ
ン11の出力トルクが要求される値へと制御される。ま
た、成層燃焼運転時には、集約目標スロットル開度TA
t等に基づき、現在の機関運転状態で「均質燃焼」を実
行したと仮定した場合におけるエンジン11の吸気圧
(仮想吸気圧PMv)を算出し、この仮想吸気圧PMv
に基づき基本燃料噴射量Qbse を算出する。そして、燃
料噴射弁40を駆動制御して基本燃料噴射量Qbse から
算出される最終燃料噴射量Qfin に対応した量の燃料を
燃焼室16に噴射供給することにより、エンジン11の
出力トルクが要求される値へと制御される。
【0110】上記のように、各種運転制御による多種多
様なトルク要求に応じた機関出力トルクは、均質燃焼運
転時と成層燃焼運転時とのいずれの場合であっても、上
記要求される機関出力トルクに対応する値である集約目
標スロットル開度TAtとして集約して算出される。そ
して、均質燃焼運転時には集約目標スロットル開度TA
tに基づきスロットル開度が制御され、成層燃焼時には
集約目標スロットル開度TAtに基づき燃料噴射量が制
御される。こうしたスロットル開度制御及び燃料噴射量
制御によって、いずれの燃焼方式での運転時であっても
機関出力トルクが要求される値へと制御される。
【0111】このようにいずれの燃焼方式においても、
集約目標スロットル開度TAtに基づき機関出力トルク
が要求される値へと制御されるため、均質燃焼運転時と
成層燃焼運転との間での機関出力トルクの管理が容易に
なる。また、各種運転制御によるトルク要求に応じて機
関出力トルクを適切なものにするためには、機関運転状
態に基づき求められる集約目標スロットル開度TAtを
上記各種トルク要求に対して適切なものとする必要があ
る。このため、集約目標スロットル開度TAtを適切に
するための適合実験等が行われるが、均質燃焼運転時と
成層燃焼運転時とのいずれの場合においても集約目標ス
ロットル開度TAtに基づき機関出力トルクが制御され
るため、同適合実験等を集約目標スロットル開度TAt
についてのみ行うだけでよく、適合実験等に要する時間
を短縮することができる。
【0112】(2)エンジン11の燃焼方式を機関負荷
に応じて切り換える際に、同機関負荷として用いられる
基本燃料噴射量Qbse は、均質燃焼運転時と成層燃焼運
転時とのいずれの場合においても、各種運転制御による
トルク要求に対応した値である集約目標スロットル開度
TAt等に基づき算出される。従って、各種運転制御に
よるトルク要求に応じて集約目標スロットル開度TAt
が変化すると、集約目標スロットル開度TAt等に基づ
き求められる基本燃料噴射量Qbse も変化し、同基本燃
料噴射量Qbse に基づき燃焼方式が決定される。このよ
うに各種運転制御によるトルク要求に応じて燃焼方式が
選択されるため、エンジン11を上記各種トルク要求に
適した燃焼方式にて運転することができるようになる。
【0113】例えば、成層燃焼運転時にアクセル踏込量
ACCP及びエンジン回転数NEから基本燃料噴射量Q
bse を算出する場合、各種運転制御によるトルク要求が
なされたとき、同トルク要求に応じた補正係数を基本燃
料噴射量Qbse に乗算して最終燃料噴射量Qfin を算出
し、この最終燃料噴射量Qfin に基づき燃料噴射量を制
御することで、上記各種トルク要求を満たすよう機関出
力トルクが制御されることとなる。この場合、上記各種
トルク要求がなされても基本燃料噴射量Qbseが変化す
ることはないため、これらトルク要求を満たすために燃
料噴射量を増量する場合などにおいて、同増量によって
「成層燃焼」を実行することが困難であってもエンジン
11の燃焼方式として引き続き「成層燃焼」が選択され
ることとなる。しかし、本実施形態では、上述したよう
に各種トルク要求に応じて燃焼方式が選択されるため、
トルク要求を満たすために燃料噴射量を増量する場合な
どにおいて、同増量によって「成層燃焼」を実行するこ
とが困難になるときには、エンジン11の燃焼方式が
「均質燃焼」に切り換えられて適切に均質燃焼運転が実
行されることとなる。
【0114】なお、本実施形態は、例えば以下のように
変更することもできる。・本実施形態では、集約目標ス
ロットル開度TAt等に基づき求められる基本燃料噴射
量Qbse を機関負荷として用い、同機関負荷に応じて燃
焼方式を切り換えるようにしたが、本発明はこれに限定
されない。例えば、アクセル踏込量ACCPを機関負荷
として用い、同機関負荷に応じて燃焼方式を切り換える
ようにしてもよい。
【0115】・本実施形態では、各種トルク要求に応じ
て機関出力トルクを調整する手段としてスロットル開度
制御及び燃料噴射量制御を採用しているが、例えば点火
時期制御など他の手段を用いて機関出力トルクを調整し
てもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の制御装置が適用されたエンジン全
体を示す断面図。
【図2】同制御装置の電気的構成を示すブロック図。
【図3】アクセル踏込量ACCPの変化に対する非線形
目標スロットル開度TA1の推移を示すグラフ。
【図4】集約目標スロットル開度TAtの算出手順を示
すフローチャート。
【図5】集約目標スロットル開度TAtの変化に対する
位相進み補償後スロットル開度TAh、及び実際のスロ
ットル開度TArの推移を示すタイムチャート。
【図6】最終燃料噴射量Qfin の算出手順を示すフロー
チャート。
【図7】吸気温補正係数Ktha を算出する際に参照され
るマップ。
【図8】大気圧補正係数Kpa2を算出する際に参照され
るマップ。
【図9】水温補正係数Kthw を算出する際に参照される
マップ。
【図10】予測吸気圧PMFWD及び仮想吸気圧PMv
の算出手順を示すフローチャート。
【図11】予測吸気圧PMFWD及び仮想吸気圧PMv
の算出手順を示すフローチャート。
【図12】大気圧補正係数Kps1を算出する際に参照さ
れるマップ。
【図13】補正後吸気圧PMh、徐変値PMSM、フィ
ルタ出力PMSM1Si 、及び実際の吸気圧PMrの推
移を示すタイムチャート。
【符号の説明】
11…エンジン、11b…水温センサ、14c…クラン
クポジションセンサ、21b…カムポジションセンサ、
23…スロットルバルブ、24…スロットル用モータ、
25…アクセルペダル、26…アクセルポジションセン
サ、36…バキュームセンサ、37…吸気温センサ、4
0…燃料噴射弁、44…スロットルポジションセンサ、
92…電子制御ユニット(ECU)。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−36922(JP,A) 特開 平11−36926(JP,A) 特開 平11−72033(JP,A) 特開 平11−173184(JP,A) 特開 平11−247692(JP,A) 特開2000−120478(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 41/00 - 45/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機関運転状態に応じて燃焼方式を切り換え
    る内燃機関に適用され、所定燃焼方式での機関運転時に
    スロットル開度制御により機関出力トルクの制御を行
    い、前記所定燃焼方式とは別の燃焼方式での機関運転時
    には燃料噴射量制御により機関出力トルクの制御を行う
    内燃機関の制御装置において、 機関運転状態に基づき、同機関運転状態で前記所定燃焼
    方式での機関運転を行う場合の要求される機関出力トル
    クに対応したトルク対応値を算出する算出手段と、 前記所定燃焼方式での機関運転時に前記トルク対応値に
    基づきスロットル開度を制御する第1の制御手段と、 前記別の燃焼方式での機関運転時に前記トルク対応値に
    基づき燃料噴射量を制御する第2の制御手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 【請求項2】機関運転状態に応じて燃焼方式を均質燃焼
    と成層燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、均
    質燃焼運転時にはスロットル開度制御により機関出力ト
    ルクの制御を行い、成層燃焼運転時には燃料噴射量制御
    により機関出力トルクの制御を行う内燃機関の制御装置
    において、 機関運転状態に基づき、同運転状態で均質燃焼運転とす
    る場合での要求される機関出力トルクに対応したトルク
    対応値を算出する算出手段と、 均質燃焼運転時に前記トルク対応値に基づきスロットル
    開度を制御するスロットル開度制御手段と、 成層燃焼運転時に前記トルク対応値に基づき燃料噴射量
    を制御する燃料噴射量制御手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載の内燃機関の制御装置
    において、 前記トルク対応値に基づき燃焼方式の切り換えを行う切
    換手段を更に備えることを特徴とする内燃機関の制御装
    置。
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