JP3803718B2

JP3803718B2 - 内燃機関の出力制御装置

Info

Publication number: JP3803718B2
Application number: JP01339099A
Authority: JP
Inventors: 勝彦宮本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2019-01-21
Also published as: JP2000213407A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の出力を要求出力に応じて制御するための、内燃機関の出力制御装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
内燃機関の出力制御に関しては、スロットル開度及び燃料供給量を調節することで、実際の出力を要求出力（負荷）に一致させる手法が挙げられる。
ところで、筒内噴射型ガソリンエンジンのように、圧縮行程で燃焼室内に直接燃料を噴射することにより希薄空燃比運転（リーン運転）を可能とした内燃機関にあっては、リーン運転時における負荷状態とスロットル開度との間に殆ど相関性がみられない。このため、リーン運転時の出力制御では制御系の目標値として負荷相関値、つまり、その負荷状態と大きく相関性を有する変数が用いられている。具体的には、内燃機関に対する要求出力に基づいて平均有効圧の目標値を設定し、そして、この目標平均有効圧から求めた空燃比に基づいて燃料噴射量、吸入空気量、点火時期及び燃料噴射時期を調節することで、エンジンの出力を制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した負荷相関値を用いる出力制御にあっては、目標平均有効圧に対し、予め台上試験で求めた定常運転時における平均有効圧と空燃比との関係に基づき燃料噴射量やスロットル開度等をマッチングさせているため、過渡運転時の出力制御には適用できない。また、上述した平均有効圧の試験データには個々のエンジンについての製品個体差は考慮されておらず、それ故、製品毎のばらつきにより出力制御に定常偏差が含まれてしまう。
【０００４】
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、運転状態や製品個体差に関わらず、目標値に対する実際の負荷相関値のずれを補正して、所望の要求出力に対して正確な出力制御を可能とする内燃機関の出力制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の出力制御装置（請求項１）は、検出した要求出力及び回転数から目標負荷相関値を求め、この目標負荷相関値及び吸入空気量に基づいて燃料供給量を決定する一方、燃料供給量と回転数との関係から実際の負荷相関値を算出する。そして、実際の負荷相関値の算出結果と上記の算出結果との間の偏差に基づいて、目標負荷相関値を補正するものとしている。
【０００６】
上述した出力制御装置によれば、決定した燃料供給量から実際の負荷相関値を算出し、この算出結果を制御系にフィードバックすることができる。燃料供給量は、その偏差に基づいて補正した目標負荷相関値及び実回転数からマップデータを介して目標空燃比を決定した後、目標空燃比及び吸入空気量に基づいて決定されるので、この負荷相関値のフィードバックにより上述の偏差が解消される。このような偏差の解消は内燃機関における実際の負荷を要求出力に一致させるため、要求出力に応じた正確な出力制御を実現可能とする。なお、具体的な目標負荷相関値の補正は、上述の偏差に比例積分ゲインを乗じた値を目標負荷相関値の算出結果に加算して行われる（比例積分制御）のが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、一実施例の出力制御装置を適用した内燃機関として、例えば車両用のエンジン１が概略的に示されている。
このエンジン１は筒内噴射型ガソリンエンジンからなり、個々の燃焼室２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁４を有している。また、このエンジン１は燃料噴射弁４により圧縮行程中に燃料を噴射することで、希薄空燃比運転（リーン運転）を行うことができる。
【０００８】
エンジン１の吸気マニホールド６には、その始端部にサージタンク８が形成されており、このサージタンク８の入口には電動開閉式のスロットルバルブ１０が取り付けられている。また、吸気マニホールド６には吸気管１２が接続されており、吸気管１２の入口にはエアクリーナ１４が配設されている。
実施例の出力制御装置は電子制御ユニット（ＥＣＵ）１６を備えており、このＥＣＵ１６は各種センサ類に接続されている。具体的には、運転者によるアクセルペダル１８の踏み込み量はアクセルポジションセンサ２０により検出され、ＥＣＵ１６では例えば、このアクセルポジションセンサ２０のセンサ信号ＡＰＳに基づいてエンジン１に対する要求出力を検出することができる。
【０００９】
また、ＥＣＵ１６にはクランク角センサ２２が接続されており、ＥＣＵ１６はこのクランク角センサ２２（回転数検出手段）から供給されるセンサ信号に基づきエンジン１の回転数Ｎｅを検出することができる。
上述した吸気管１２にはエアフローメータ２４（空気量検出手段）が取り付けられており、ＥＣＵ１６はエアフローメータ２４から出力されるセンサ信号に基づいて吸入空気量を検出することができる。
【００１０】
燃料噴射弁４及びスロットルバルブ１０は、何れもＥＣＵ１６により作動を制御されている。また、ＥＣＵ１６は点火栓２８への通電を制御することで、その点火時期を制御している。なお、スロットルバルブ１０にはスロットル開度センサ２６が取り付けられており、ＥＣＵ１６はスロットル開度センサ２６から出力されるセンサ信号ＴＰＳに基づいてスロットル開度を検出することができる。
【００１１】
図２を参照すると、上述のエンジン１を搭載した車両として例えば、エンジンとモータによって車両を駆動するハイブリッド車における駆動系の構成が概略的に示されている。
図示のように、エンジン１の出力軸３０はクラッチ３２を介して走行用モータ３４の出力軸３６に接続可能となっており、このクラッチ３２は例えば、図示しない油圧アクチュエータにより断接されるようになっている。なお、出力軸３６はディファレンシャルギヤを含むトランスミッション３８に連結されており、トランスミッション３８は出力軸３６の回転を減速して駆動輪Ｗに伝達する。
【００１２】
図２のハイブリッド車の場合、クラッチ３２の接続時には、運転者が要求している駆動力をエンジン１及び走行用モータ３４にて分担して発揮させるため、これらの出力が正確に協調して制御されている必要がある。この場合、ＥＣＵ１６は走行用モータ３２への供給電力を制御する一方、駆動力の分担に応じてエンジン１の出力を制御する。
【００１３】
図３を参照すると、ＥＣＵ１６が実行するエンジン１の出力制御ルーチンが示されている。本実施例の出力制御装置は、この制御ルーチンにおいて具体的に機能することができ、以下、図３のフローチャートに沿って出力制御装置による制御手順を詳しく説明する。
ステップＳ１０では先ず、車両の要求駆動力からエンジン１及び走行用モータ３２が分担するべき駆動力がそれぞれ求められる。そして、エンジン１が分担するべき駆動力に基づき、エンジン１に対する要求出力が決定される。具体的には、エンジン１の要求出力は、アクセルポジションセンサ２０からのセンサ信号ＡＰＳに基づいて決定される（要求出力検出手段）。
【００１４】
次にステップＳ１２では、エンジン１の要求出力、つまり、負荷に相関した変数として例えば、平均有効圧が決定される。具体的には、ＥＣＵ１６は検出した回転数及び上述の要求出力に基づいて、エンジン１に要求される目標平均有効圧（目標Ｐｅ）を算出する（目標負荷相関値算出手段）。
次のステップＳ１４では、算出された目標Ｐｅが後述する補正Ｐｅを加算されることで補正される。
【００１５】
次に、ステップＳ１６では、補正された目標Ｐｅから目標空燃比A/F、スロットル開度及び点火噴射時期がそれぞれ決定され、そして、ステップＳ１８では目標空燃比A/F、吸入空気量及びインジェクタゲインから、燃料噴射弁４に対する噴射パルス幅Ｐｗが算出される。
ここで図４を参照すると、目標Ｐｅを入力信号として、噴射パルス幅Ｐｗを出力するフィードバック制御系のブロック線図が示されており、上述のステップＳ１６〜Ｓ１８までの手順は、この制御系を通じて実行される。
【００１６】
具体的には、上述のステップＳ１４では、出力信号としての噴射パルス幅Ｐｗがマップ４０を通じて運転中の実平均有効圧（実Ｐｅ）として検出され、減算部４２にフィードバックされる。なお、マップ４０では、噴射パルス幅Ｐｗ及びエンジン回転数Ｎｅに基づいて実Ｐｅが求められる（実負荷相関値算出手段）。
実Ｐｅを求めるために噴射パルス幅Ｐｗを用いる理由は、筒内噴射型ガソリンエンジンでは通常の吸気ポート噴射型ガソリンエンジンとは異なり、筒内に直接燃料を噴射することで、噴射された全ての燃料が移送遅れを有することなく燃焼に寄与されることから、噴射パルス幅Ｐｗを検出することでエンジン２が発生する実Ｐｅを正確に求めることができるためである。
【００１７】
そして、減算部４２から出力された目標Ｐｅと実Ｐｅとの間の偏差ΔＰｅは、次に比例積分（ＰＩ）コントローラ４４に入力される。コントローラ４４では、偏差ΔＰｅに比例ゲインＫｐを乗じて得た値ＰｅＰと、偏差ΔＰｅに積分ゲインＫｉを乗じて積分処理した値ＰｅＩとの和を補正Ｐｅ（＝ＰｅＰ＋ＰｅＩ）として出力する。なお、上述の値ＰｅＰ，ＰｅＩの具体的な演算式はそれぞれ、
ＰｅＰ＝ΔＰｅ・Ｋｐ
ＰｅＩ＝ＰｅＩ₀＋ΔＰｅ・Ｋｉ（ＰｅＩ₀：前回値）
である。
【００１８】
コントローラ４４から出力された補正Ｐｅは、加算部４６にて目標Ｐｅに加算され（補正手段）、そして、この加算部４６から補正された目標Ｐｅが出力される。
目標Ｐｅは各種の制御対象（マップ４８〜５４）に入力され、各種の制御量に変換される。具体的には、マップ４８では目標Ｐｅ及び回転数Ｎｅに基づいて目標空燃比A/Fが決定され、また、マップ５０〜５４では、それぞれスロットル開度ＥＴＶ、点火時期Ｔｉ、燃料噴射時期Ｔｆが決定される（ステップＳ１６）。
【００１９】
この後、目標空燃比A/Fは演算ブロック５６にて燃料供給量（噴射量Ｆ）に変換される。検出した空気量Ａは演算ブロック５６に入力されており、目標空燃比A/Fは、この空気量Ａで除算される。そして、この噴射量Ｆは次の処理ブロック５８にてインジェクタゲインＫｆを乗じられ、噴射パルス幅Ｐｗとして信号出力される。
【００２０】
そして、ステップＳ２０では、上述した噴射パルス幅Ｐｗ及び燃料噴射時期Ｔｆに基づき、所定の燃料噴射が行われる。
図５を参照すると、エンジン１の運転中、上述した出力制御ルーチンの実行に伴う各種変数の時間的変化の様子が示されている。図中、実線で示される変化は、本実施例の出力制御装置を適用した場合の例であり、これに対し、１点鎖線で示される変化は、従来の制御方法による例である。
【００２１】
いま、ある時刻ｔ₁にエンジン１に対する要求出力が変化したとき、図５中、２点鎖線で示される平均有効圧の変化例のように、上述した目標Ｐｅもまた、その要求出力に応じて変化する（ステップＳ１２）。
この場合、目標Ｐｅの変化に伴い、時刻ｔ₁から空燃比A/F、スロットル開度ＥＴＶがそれぞれ変化しており（ステップＳ１６）、それ故、噴射パルス幅Ｐｗもまた時刻ｔ₁から変化している（ステップＳ１８）。
【００２２】
一方、噴射パルス幅Ｐｗから求められる実Ｐｅは、実線で示される平均有効圧の変化例のように、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの過渡応答においても目標Ｐｅに略追従して変化する（ステップＳ１４）。
この時刻ｔ₂の後、エンジン回転数がＮｅ₁に落ち着いてエンジン１が定常運転に移行したとき、従来の制御方法を適用した例にあっては、実Ｐｅが目標Ｐｅを上回っており、目標Ｐｅに対して実Ｐｅに定常偏差Ｅｐが含まれている。
【００２３】
これに対し、実施例の出力制御装置を適用した場合の変化例では、実Ｐｅは目標Ｐｅに略一致しており、上述の定常偏差が解消されていることが理解される。特に、本実施例では制御系にＰＩコントローラ４４を適用しているので、定常偏差を好適に０に抑えることができる。
上述した出力制御ルーチンの実行により、エンジン１の燃料噴射量、スロットル開度、燃料噴射時期及び点火時期が制御される結果、実Ｐｅが目標Ｐｅに一致して、エンジン１の出力が要求出力に応じて正確に制御される。
【００２４】
従って、図２のハイブリッド車の駆動系において、クラッチ３２を介して出力軸３６に伝達されるエンジン１の出力が走行用モータ３４の出力と協調して正確に制御され、駆動輪Ｗに所望の要求駆動力を発揮させることができる。
本実施例のように、ハイブリッド車に搭載されるエンジン１の出力が要求出力に応じて正確に制御されている場合、その駆動系において運転者によるアクセルペダル１８の踏み込み量に応じた正確なトルク制御が可能となる。従って、ハイブリッド車の走行安定性やドライバビリティの向上に大きく寄与する。
【００２５】
本発明は上述した実施例の制約を受けず、その他の変形も可能である。上述の実施例では、負荷相関値として平均有効圧Ｐｅを適用しているが、その他の負荷に相関性を有する変数、例えばトルクや図示平均有効圧を使用してもよい。
また、実施例の制御系では、実Ｐｅのフィードバックにおいて回転数Ｎｅと噴射パルス幅Ｐｗのマップ４０から実Ｐｅを求めているが、燃料噴射量Ｆ及び回転数Ｎｅから直接、実Ｐｅを求めるようにしてもよい。
【００２６】
その他、出力制御装置はハイブリッド車に限られず、通常の車両に搭載されるエンジンの制御にも適用可能である。この場合、要求出力は単にアクセル踏み込み量に基づいて検出される（要求出力検出手段）。また、本発明の出力制御装置は自動車用のエンジンだけでなく、その他の内燃機関にも適用可能であることはいうまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の出力制御装置（請求項１）によれば、実際の負荷相関値をフィードバック制御して目標負荷相関値を補正しているので、内燃機関の運転状態や製品ばらつきに関わらず、常にその要求出力に応じて正確な出力制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の出力制御装置を適用したエンジンの構成を示した概略図である。
【図２】図１のエンジンを搭載したハイブリッド車の駆動系の構成を示した概略図である。
【図３】出力制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】出力制御装置における制御ブロック線図である。
【図５】運転中における各種変数の変化例を示したタイムチャートである。
【符号の説明】
１エンジン
１６ＥＣＵ
２０アクセルポジションセンサ
２２クランク角センサ
２４エアフローメータ

Claims

運転者の内燃機関に対する要求出力を検出する要求出力検出手段と、
前記内燃機関の実回転数を検出する回転数検出手段と、
前記内燃機関の燃焼室内に吸入される吸入空気量を検出する空気量検出手段と、
前記要求出力及び実回転数に基づいて、前記内燃機関の目標負荷相関値を算出する目標負荷相関値算出手段と、
回転数、負荷相関値及び空燃比からなるマップデータを有し、前記実回転数及び目標負荷相関値から前記マップデータを介して目標空燃比を決定可能な目標空燃比決定手段と、
前記目標空燃比及び前記吸入空気量に基づいて前記燃焼室への燃料供給量を決定する燃料供給量決定手段と、
前記決定した燃料供給量及び実回転数に基づいて、前記内燃機関の運転中における実際の負荷相関値を算出する実負荷相関値算出手段と、
前記目標負荷相関値算出手段における算出結果と前記実負荷相関値算出手段における算出結果との間の偏差に基づいて、前記目標負荷相関値を補正する補正手段とを具備し、
前記目標空燃比決定手段は、前記実回転数及び前記補正手段により補正された前記目標負荷相関値から前記マップデータを介して前記目標空燃比を決定する
ことを特徴とする内燃機関の出力制御装置。