JP3984439B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【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し、特に、電子制御弁で空気流量を制御する燃料先行型内燃機関において燃料量もしくは空気量を精度よく制御する内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の技術分野においても、世界規模の省エネルギーへの取り組みを背景として、低燃費型の内燃機関が要求されている。その要求に対応する内燃機関としては、リーンバーン式の内燃機関が、その最たるものであり、リーンバーン式の内燃機関の中でも、特に筒内噴射内燃機関が、シリンダ内に直接燃料を噴射して混合気を成層化することで、空燃比を４０以上で燃焼させることを可能にし、ポンプ損失の低減が図られている。
【０００３】
このようなリーンバーン式の筒内噴射内燃機関システムでは、空気流量とトルクが比例関係にないため、従来式の内燃機関システムとは異なり、空気流量を電子的に制御する電子スロットルを用いるのが一般的である。
また、リーンバーン式の筒内噴射内燃機関システムでは、広域の空燃比で運転者の意図するトルクを実現するためのトルクデマンド制御が必要となり、トルクデマンド制御は、空気先行型と燃料先行型の２つの形態がある。
【０００４】
空気先行型は、図１４に示すように、目標トルク演算部と目標空燃比演算部とで、目標トルクと目標空燃比を決めて、それを実現する目標空気量演算部で目標空気量を演算し、電子スロットルで空気量を制御し、空気量センサで実空気量を検出して、実空気量と目標空燃比から燃料噴射量演算部で燃料噴射量を決定するものである。
【０００５】
それに対して、燃料先行型は、図１５に示すように、目標トルク演算部で目標トルクを決めて、それを実現するための燃料噴射量を燃料噴射量演算部で決定するとともに、目標空気量演算部で燃料噴射量と目標空燃比から目標空気量を演算し、電子スロットルで空気量を制御するものである。また、燃料先行型では、空気流量センサの出力値に基づいて空気量をＦ／Ｂ制御することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のように、燃料先行型では、アクセル開度と内燃機関回転数から目標トルクを実現する目標燃料量を演算する手法が一般的であるので、内燃機関性能に応じて、アクセル開度と目標燃料量との関係を予め決めておくことになる。
【０００７】
一方、内燃機関の排気ガスの高効率浄化の目的から空燃比を一定に保つ必要があり、燃料量の最大値は、スロットル全開時のシリンダ内空気量相当にして置く必要がある。スロットル全開時のシリンダ内空気量相当以上の燃料量を内燃機関に供給すると燃料過剰の状態となり、HC、COの悪化を招くことになる。
【０００８】
しかしながら、スロットル全開時のシリンダ内空気量は、大気圧および大気温度、又は、ＥＧＲ、吸排気バルブの開閉時期等によって変化するものである。例えば、大気圧が低下し、スロットル全開時のシリンダ内空気量が減少した場合には、アクセル全開時、前記のように、予め決められた燃料量を内燃機関に供給すると、燃料過剰になり、その結果として排気悪化を招くことになる。
【０００９】
逆に、例えば、吸排気バルブの開閉時期が変化したことにより、スロットル全開時のシリンダ内空気量が増加した場合には、アクセル全開となってもスロットルは全開に至らず、最大トルクが未発揮となって、内燃機関性能を十分に利用できなくなるとの課題が生じる。
【００１０】
また、一般に内燃機関に供給される燃料量は、内部損失分と軸トルク分に大別されるが、内部損失分は一定ではなく、量産による製造ばらつき及び経時変化をその要因として変化するものである。前記のように、供給される燃料量は、スロットル全開時のシリンダ内空気量相当に制限されるが、内部損失分が変化するため、それに応じて軸トルク分を調節する必要があるとの課題を有している。
【００１１】
以上のことから、燃料先行型内燃機関の制御においては、スロットル全開時のシリンダ内空気量に応じて供給燃料量の最大値を変化させる必要があり、更に、供給燃料量の最大値と内部損失分を考慮して軸トルク分の燃料量を変化させる必要がある。こうした機能を設けることで、排気性能および運転性能の向上が見込める。
【００１２】
燃料先行型筒内噴射式内燃機関の制御の先行技術としては、スロットルからシリンダまでの空気の遅れを補償するべく、スロットル開度を制御する制御装置が提案されている（特開平１２−９７０８６号公報）。また、他の燃料先行型筒内噴射式内燃機関の制御の先行技術としては、燃料量をシリンダ内空気量の位相に合わせる制御装置が提案されている（特開平１１−１５９３７７号公報）。
【００１３】
しかしながら、前記先行技術の発明は、いずれも、スロットルからシリンダまでの空気の伝達特性と燃料の伝達特性の差を補償するための制御装置であり、スロットル全開時のシリンダ内空気量の変化及び内部損失分の変化に対応するものではなく、該変化については、何等の配慮もなされていないものである。
【００１４】
本発明は、前記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、燃料先行型の筒内噴射内燃機関の制御における、スロットル全開時のシリンダ内空気量の変化及び内部損失分の変化に対応する等の様々な条件変化にロバスト性高く排気ガス性能の良好な燃料先行型内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する手段と、内燃機関周囲の環境状態を検出する手段と、前記内燃機関の運転状態と前記内燃機関周囲の環境状態とに基づき内燃機関の目標燃料量を演算する手段と、前記内燃機関の運転状態および前記内燃機関周囲の条件に基づき前記目標燃料量の補正値を演算する手段と、目標空燃比を演算する目標空燃比演算装置と、前記目標燃料量と前記目標空燃比とに基づいて目標空気量を演算する目標空気量演算装置と、を備えた燃料先行型の内燃機関の制御装置であることを特徴としている（図１、図２）。
【００１７】
本発明の内燃機関の制御装置は、前記構成の如く、アクセル開度等内燃機関の運転状態および大気圧変化等の内燃機関周囲の状態に基づき前記目標燃料量の補正値を演算する等して目標燃料量を演算できることによって、燃料先行型内燃機関のスロットル全開時のシリンダ内空気量に応じて供給燃料量の最大値を変化させ、また、供給燃料量の最大値と内部損失分を考慮して軸トルク分の燃料を変化させる機能を有するので、種々の条件にロバストな排気性能および運転性能が得られる。
【００１８】
また、本発明の内燃機関の制御装置の具体的な態様は、前記目標燃料量演算手段は、少なくともアクセル開度と内燃機関回転数から目標燃料噴射量を演算するものである（図３）。
更に、前記内燃機関周囲の環境状態を検出する手段は、大気圧もしくは大気温度を検出する手段である（図４）。該構成によって、気圧、温度が変わると、最大流入空気量が変化するので、それに合わせて燃料量を補正できる。該補正方式としては、リミッタ方式とゲイン方式がある。
【００１９】
更にまた、前記内燃機関の運転状態を検出する手段は、ＥＧＲバルブの開度検出手段、可変吸排気バルブの開閉時期の検出手段、吸気の空気流動を強化する手段（スワールコントロールバルブＳＣＶ）の作動角検出手段等の内燃機関のシリンダ内空気量の充填効率を間接的もしくは直接的に検出する手段である（図５）。該構成によって、シリンダ内の充填効率を検出し、最大充填効率が変化した場合は、それに合わせて、燃料量を補正する。例えば、ＥＧＲバルブが作動すると、最大充填効率のがＥＧＲ量分だけ変化するので、それに合わせて燃料噴射量も補正する。該補正方式としては、リミッタ方式とゲイン方式がある。
【００２０】
更にまた、前記内燃機関の運転状態を検出する手段は、内燃機関がアイドル状態における目標回転数を維持するのに必要なトルクもしくは燃料量を直接的もしくは間接的に検出する手段である（図６）。内燃機関の軸トルク＝図示トルク−内分損出分であるので、アイドル維持分が変化すると、軸トルク分の最大値がそれに応じて変化する。前記構成によって、アイドル維持分トルクを検出して、それに応じて燃料噴射量を補正する。該補正方式としては、リミッタ方式とゲイン方式がある。
【００２１】
更にまた、前記内燃機関の運転状態を検出する手段は、内燃機関の排気成分を検出する手段である（図７）。該構成によって、（最大燃料量）＞（最大空気量）（＠気圧小）→排気空燃比リッチ、もしくは、（最大燃料量）＜（最大空気量）（＠気圧大）→排気空燃比リーンの状態を、例えば、Ｏ２センサ、A/Fセンサ等の排気センサからの出力に基づいて演算して燃料噴射量を補正することができる。
【００２２】
更にまた、前記内燃機関の運転状態を検出する手段は、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、内燃機関に流入する空気量を直接的もしくは間接的に検出する空気量検出手段と、を少なくとも備えている（図８）。該構成によって、（最大燃料量）＞（最大空気量）（＠気圧小）、もしくは、（最大燃料量）＜（最大空気量）（＠気圧大）の状態を、例えば、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、エアフロセンサ等からの出力に基づいて演算して燃料噴射量を補正することができる。
【００２３】
更にまた、本発明の燃料先行型内燃機関の制御装置は、目標空燃比を演算する目標空燃比演算装置と、前記目標燃料量と前記目標空燃比とに基づいて目標空気量を演算する目標空気量演算装置とを備え、前記目標燃料量補正値演算手段は、実空気量と前記目標空気量の差の絶対値が所定値以下で、アクセル開度が所定値以上で、かつ、スロットル開度が所定値以下のとき、前記目標燃料量補正値を演算するものである（図９）。該構成によって、例えば、アクセル開度が全開で、スロットル開度が全開に至っていないとき、（最大燃料量）＜（最大空気量）なので、最大空気量まで、最大燃料量を大きくするように制御でき、最大トルクの発揮量を増加させることができる。
【００２４】
更にまた、前記燃料先行型内燃機関の制御装置は、目標空燃比を演算する目標空燃比演算装置と、前記目標燃料量と前記目標空燃比とに基づいて目標空気量を演算する目標空気量演算装置とを備え、前記目標燃料量補正値演算手段は、目標空気量が実空気量より所定値以上で、アクセル開度が所定値以上で、かつ、スロットル開度が所定値以上のとき、目標燃料量補正値を演算するものである（図１０）。該構成によって、例えば、アクセル開度が全開に至っていなくて、スロットル開度が全開のとき、（最大燃料量）＞（最大空気量）なので、最大空気量まで最大燃料量を小さく制御し、燃料過剰による排気悪化が防止される。更にまた、前記目標燃料量補正値演算手段は、アクセル開度又は目標トルクに対する目標燃料量の関係において目標燃料量補正値を演算し、該前記目標燃料量補正値は、前記目標燃料量の最大値もしくはゲインに基づき演算されるものである（図１１、図１２）。
【００２５】
更にまた、本発明の前記燃料先行型内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する手段と、内燃機関周囲の状態を検出する手段と、過給器などシリンダ内空気量の充填効率を制御する充填効率制御手段とを備え、内燃機関の運転状態および内燃機関周囲環境の状態に基づき、充填効率制御手段を制御するものである（図１３）。該構成によって、例えば、気圧が低くなって、最大空気量が小さく成ったときには、過給器等で最大空気量を増加させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の内燃機関の制御装置のいくつかの実施形態を詳細に説明する。
図１６は、本発明の内燃機関の制御装置が適用される各実施形態に共通する内燃機関の全体システムを示している。
【００２７】
内燃機関２０は、多気筒の筒内噴射式内燃機関で構成され、吸気系は、外部からの空気がエアクリーナ１を通過し、吸気マニホールド４、コレクタ５を経てシリンダ９内に流入し、流入空気量は、電子スロットル３により調節されるが、アイドル時はバイパス用空気通路３０に設けられたISCバルブ３１によって空気量を調節し、内燃機関回転数を制御する。各気筒のシリンダ９には、点火プラグ８と燃料噴射弁７が取付られる一方、リフト時期制御型電磁駆動吸気弁２７とリフト時期制御型電磁駆動排気弁２８が配置されている。
【００２８】
また、排気系は、各気筒のシリンダ９に排気マニホールド１０が接続されており、該排気マニホールド１０にリーンNOx触媒１１が配置され、シリンダ９と三元触媒１１との間にはA/Fセンサ１２が取付られている。
前記各気筒のシリンダ９をバイパスして吸気マニホールド４と排気マニホールド１０とを連通する排気循環通路（ＥＧＲ通路）１８が設けられ、該排気循環通路１８には、ＥＧＲバルブ１９が配置されている。
【００２９】
吸気系の吸気マニホールド４には、エアフロセンサ２が配置され、該エアフロセンサ２は流入空気量を検出し、クランク角センサ１５では、クランク軸の回転角１度毎に信号を出力し、電子スロットル３に取り付けられたスロットル開度センサ１７では、電子スロットル３の開度が検出され、水温センサ１４では内燃機関２０の冷却水温が検出される。アクセル開度センサ１３は、アクセル６の踏み込み量を検出し、それによって運転者の要求トルクを検出する。
【００３０】
そして、アクセル開度センサ１３、エアフロセンサ２、スロットル開度センサ１７、クランク角センサ１５、水温センサ１４のそれぞれの信号は、コントロールユニット５０に送られ、該各センサ出力から内燃機関２０の運転状態を得て、吸入空気量、燃料噴射量、点火時期等の内燃機関２０の主要な操作量が最適に演算される。コントロールユニット５０内で演算された燃料噴射量は、開弁パルス信号に変換され、燃料噴射弁７に送られる。
【００３１】
また、コントロールユニット５０では、所定の点火時期が演算され、該点火時期で点火がなされるように、駆動信号が点火プラグ８に出力される。吸気系からの吸入空気は、電子スロットル３で調整されると共に、ＥＧＲバルブ１９で調整された排気環流ガスと混合され、スワールコントロールバルブＳＣＶでシリンダ（燃焼室）９に入る空気流動を調節され、リフト時期制御型電磁駆動吸気弁２７を介してシリンダ９内に流入する。
【００３２】
燃料噴射弁７からシリンダ（燃焼室）９内に噴射された燃料は、吸気マニホールド４から流入した空気と混合されて混合気を形成する。混合気は、所定の点火時期で点火プラグ８から発生される火花により爆発する。その燃焼圧によりピストン２９を押し下げ、内燃機関２０の動力となる。爆発後の排気ガスは、排気マニホールド１０を経てリーンNOx触媒１１に送り込まれ、HC,CO,NOxの各排気成分は、リーンNOx触媒１１内で浄化され、再び外部へと排出される。排気還流管１８を通って吸気側に還流される排気ガスの還流量は、ＥＧＲバルブ１９によって制御される。
また、電子スロットル３、リフト時期制御型電磁駆動吸気弁２７及びリフト時期制御型電磁駆動排気弁２８を用いて、内部排気環流量及び新気量が制御される。
【００３３】
A/Fセンサ１２は、内燃機関２０のシリンダ９とリーンNOx触媒１１の間に取り付けられており、排気中に含まれる酸素濃度に対して線形の出力特性を持つものであり、排気中の酸素濃度と空燃比の関係は、ほぼ線形になっているので、前記酸素濃度を検出するA/Fセンサ１２によって、内燃機関２０の空燃比を求めることが可能となる。また、大気圧センサ３２が取り付けられており、、大気圧を検出可能にしている。
【００３４】
コントロールユニット５０では、A/Fセンサ１２の信号からリーンNOx触媒１１の上流の空燃比を算出し、内燃機関２０のシリンダ９内の混合気の空燃比が、目標空燃比となるように、前記の燃料の基本噴射量に逐次補正するフィードバック制御を行うように構成されている。
【００３５】
図１７は、図１６の内燃機関２０のコントロールユニット（ＥＣＵ）５０の内部構成を示したものである。該ＥＣＵ５０内には、A/Fセンサ１２、水温センサ１４、スロットル開度センサ１７、エアフロセンサ２、及び、内燃機関回転数センサ１５の各センサ出力値が入力され、入力回路５４にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート５５に送られる。入出力ポート５５の値は、RAM５３に保管され、CPU５１内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはROM５２に予め書き込まれている。
【００３６】
制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値は、RAM５３に保管された後、入出力ポート５５に送られる。そして、火花点火燃焼時に用いられる点火プラグ８の作動信号は、点火出力回路５６内の一次側コイルの通流時はONとなり、非通流時はOFFとなるON・OFF信号がセットされる。点火時期はONからOFFになる時である。入出力ポート５５にセットされた点火プラグ用の信号は、点火出力回路５６で燃焼に必要な十分なエネルギーに増幅され、点火プラグ８に供給される。
【００３７】
また、燃料噴射弁７の駆動信号は、開弁時ON、閉弁時OFFとなるON・OFF信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路５７で燃料噴射弁７を開くに十分なエネルギーに増幅され燃料噴射弁７に送られる。電子スロットル３の目標開度を実現する駆動信号は、電子スロットル駆動回路５８を経て、電子スロットル３に送られる。以上、本発明の内燃機関の制御装置の各実施形態に共通する構成について説明したが、以下に、各実施形態について各別に説明する。
【００３８】
〔第一実施形態〕
以下、ＥＰＵ５０のROM５２に書き込まれる制御プログラムについて述べる。
図１８は、図１７の本実施形態のＥＰＵ５０の制御全体の制御ブロック図であり、燃料先行型内燃機関の制御の主要部を示している。本実施形態の制御は、目標トルク演算部６１、目標出力演算部６９、目標燃料量補正値演算部７０、燃料噴射量演算部６２、燃料噴射量位相調整部６３、目標当量比演算部６４、目標空気量演算部６５、実空気量演算部６６、目標スロットル開度演算部６７、スロットル開度制御部６８からなっている。
【００３９】
目標トルク演算部６１では、アクセル開度Apoと内燃機関回転数Neからアクセル要求分トルクTgTsを演算し、目標出力演算部６９では、アクセル開度Apoと内燃機関回転数Neから内燃機関の出力と比例関係にあるアイドル回転数維持分相当空気流量TgTlを演算し、該アクセル要求分トルクTgTsとアイドル回転数維持分相当空気流量TgTlから目標トルクTgTcを演算する。燃料噴射量演算部６２では、目標トルクTgTcを実現するための燃料噴射量TIOを演算する。燃料噴射量補正部６３では、燃料噴射量TI0がシリンダ９内空気の位相に合うように、位相補正を実施し、補正後の燃料噴射量TIを演算する。
【００４０】
目標当量比演算部６４では、目標トルクTgTcと内燃機関回転数Neから目標当量比TgFbyaを演算する。このように燃料と空気の比を当量比で扱うのは、演算上、都合がよいからであり、空燃比で扱うことも可能である。なお、目標当量比演算部６４では、均質燃焼と成層燃焼のどちらを行うかも決定する。目標空気量演算部６５では、燃料噴射量TI0と目標当量比TgFbyaから目標空気量TgTpを演算する。後述するが、目標空気量TgTpは、便宜的に一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する空気量に規格化した値としている。実空気量演算部６６では、エアフロセンサ２で検出される空気の質量流量Qaを、目標空気量TgTpと同次元である一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する実空気量Tpに換算して出力する。
【００４１】
目標スロットル開度演算部６７では、目標空気量TgTpと実空気量Tpに基づいて目標スロットル開度TgTvoを演算する。スロットル開度演算部６８では、目標スロットル開度TgTvoと実開度Tvoからスロットル操作量Tdutyを演算する。スロットル操作量Tdutyは、スロットルモータ駆動用電流を制御する駆動回路へ入力されるPWM信号のデューティ比を示している。
次に、本実施形態の前記制御ブロックの各制御演算部・補正部を、図１９〜図２６に基づいて詳細に説明する。
【００４２】
１．目標トルク演算部と目標出力演算部
図１９に示したものが、目標トルク演算部６１と目標出力演算部６９であり、目標トルク演算部６１は、アクセル開度Apoと内燃機関回転数Neとのテーブル６１ａからアクセル要求分トルクTgTsを演算し、目標出力演算部６９は出力と比例関係にあるアイドル回転数維持分相当空気流量TgTlを演算するもので、目標トルク演算部６１のアクセル要求分はトルク制御、目標出力演算部６９のアイドル制御分は出力制御となる。演算されたアクセル要求分トルクTgTsをアイドル回転数維持分相当空気流量TgTlで補間して目標燃焼圧相当トルクTgTcを演算する。
【００４３】
目標出力演算部６９のアイドルＦ／Ｆ制御６９ａの制御分TgTf0は、目標内燃機関の目標回転数演算部７０の目標回転数TgNeからテーブルTblTgTfを参照して決まる。アイドルＦ／Ｂ制御６９ｃは、アイドルＦ／Ｆ制御６９ａの制御分の誤差を補正するために、アイドル時のみ機能する。アイドル時か否かの判定は、判定手段６９ｂで、アクセル開度Apoが所定値AplIdleより小さい場合にアイドル時とする。Ｆ／Ｂ制御のアルゴリズムは、ここでは特に示さないが、例えばＰＩＤ制御などが考えられる。テーブルTblTgTfの設定値は実機のデータから決定するのが望ましい。
【００４４】
目標出力演算部６９のアイドル制御の操作量（アイドル回転数維持分相当空気流量）TgTlは、出力と比例関係にあるストイキ時の空気流量とし、該出力からトルクへ次元変換を行うための手段６９ｄを備え、該次元変換手段６９ｄでゲインK/Neを設けている。該ゲインK/NeのKはインジェクタ（燃料噴射弁）の流量特性により決まるものとする。
【００４５】
２．燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部
図２０に示したものが、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０であり、燃料噴射量演算部６２では、目標燃焼圧トルクTgTcをテーブルTblTiを用いて基本燃料噴射量演算部６２ａで基本燃料噴射量Tiに変換する。ここに基本燃料噴射量Tiは、一気筒、一サイクルあたりの燃料噴射量であり、したがって基本燃料噴射量Tiは、トルクと比例する。この比例関係を用いて目標燃焼圧トルクTgTcを基本燃料噴射量Tiに変換する。
【００４６】
更に、基本燃料噴射量Tiは、上限値リミッタ６２ｂの基本燃料噴射量の上限値TI0Maxによりリミッタを施した後、燃料噴射量TI0を演算する。基本燃料噴射量の上限値TI0Maxは、燃料量補正値演算部７０の一対応である燃料量上限値演算部７０ａで大気圧Pairと内燃機関回転数NeによりテーブルTblTI0Maxを参照して演算される。大気圧Pairは、大気圧センサ３２により検出されるものである。即ち、大気圧Pairにより内燃機関回転数毎のシリンダ内空気量の最大値に応じて燃料噴射量の最大値を調整するものである。
【００４７】
また、大気圧Pairに応じて、燃料噴射量を調整する手段としては、図２７のように、変換部６２ｃで、基本燃料噴射量TiにゲインGTI0を乗じて、燃料噴射量TI0に変換するのもよい。ここにゲインGTI0は、燃料量補正値演算部７０ｂで、大気圧Pairと内燃機関回転数NeによりテーブルTblGTI0を参照して演算された値である。テーブルTblTi、テーブルTblTI0MaxおよびテーブルTblGTI0の設定値は実機データから決定するのが望ましい。
【００４８】
３．燃料噴射量位相調整部
図２１に示したものが、燃料噴射量位相調整部６３であり、ここでは、燃料噴射量TI0をシリンダ９内空気の位相に合わせるための補正を行うものである。スロットルからシリンダまでの空気の伝達特性は、無駄時間＋一次遅れ系で近似している。無駄時間を表すパラメータn1、一次遅れ系の時定数相当パラメータKairの設定値は、実機データから決定するのが望ましい。また、パラメータn1、パラメータKairは、種々の運転条件によって変化させてもよい。
【００４９】
４．目標当量比演算部
図２２に示したものが、目標当量比演算部６４であり、ここでは、燃焼状態の決定と目標当量比の演算を行う。Fpstratifyは成層燃焼許可フラグであり、Fpstratify=1のとき成層燃焼を行うべく、噴射時期、点火時期、噴射量、空気量が制御される。なお、噴射時期および点火時期の決定についてはここでは特記しない。Fpstratifyは、水温Twn、アクセル開度Apo、回転数Neの各値が条件を満たしていれば、１となり成層燃焼を許可する。
【００５０】
成層燃焼許可時は、成層燃焼用目標当量比マップMtgfba#sを目標燃焼圧トルクTgTcと回転数Neから参照される値を目標当量比TgFbyaとする。TgFbya=0のときは、均質燃焼とし、均質燃焼用目標当量比マップMtgfbaを目標燃焼圧トルクTgTcと回転数Neから参照される値を目標当量比TgFbyaとする。成層燃焼用目標当量比マップMtgfba#sおよび均質燃焼用目標当量比マップMtgfbaの設定値は実機データから決定するのが望ましい。
【００５１】
５．目標空気量演算部
図２３に示したものが、目標空気量演算部６５であり、ここでは、目標空気量TgTpを演算する。便宜上、目標空気量TgTpは、一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する空気量に規格化した値として演算する。図２３に示されるように目標空気量TgTpは、燃料噴射量TIOと目標当量比TgFbyaとから、
TgTp=TI0×（１／TgFbya）
で演算される。
【００５２】
６．実空気量演算部
図２４に示したものが、実空気量演算部６６であり、ここでは、実空気量Tpを演算する。便宜上、実空気量Tpは、図２４に示されるように、一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する空気量に規格化した値として演算する。ここにQaはエアフロセンサ２で検出された空気流量である。またKは実空気量Tpが理論空燃比時の燃料噴射量となるよう決定する。Cylは内燃機関の気筒数である。
【００５３】
７．目標スロットル開度演算部
図２５に示したものが、目標スロットル開度演算部６７であり、ここでは、目標空気量TgTpと実空気量Tpと回転数Neから目標スロットル開度TgTVOを算出するものである。目標スロットル開度演算部６７では、目標空気量TgTpと回転数NeからＦ／Ｆで目標スロットル開度TgTVOFFを求める部分と、目標空気量TgTPと実空気量Tpから目標スロットル開度TgTVOFBを求める部分とに分けられる。Ｆ／Ｆ制御部分は図２６に示されるようにマップ参照にてTgTVOFFを求めるものとする。マップの設定値は実機のデータにより決定するのが望ましい。Ｆ／Ｂ制御はＰＩＤ制御としている。各ゲインはTgTPとTpの偏差の大きさで与えるようにしているが、具体的な設定値は実機データより求めるのが望ましい。またＤ分には高周波ノイズ除去のためのＬＰＦ（LowPassFilter）を設けている。Ｆ／Ｆ制御で演算された目標スロットル開度TgTVOFFとＦ／Ｂ制御で演算された目標スロットル開度TgTVOFBの和を最終的な目標スロットル開度TgTVOとする。
【００５４】
８．スロットル開度制御部
図２６に示したものが、スロットル開度制御部６８であり、ここでは、目標スロットル開度TgTVOと実スロットル開度Tvoからスロットル駆動用操作量Tdutyを演算する。なお、前述したように、スロットル駆動用操作量Tdutyは、スロットルモータ駆動用電流を制御する駆動回路５８へ入力されるPWM信号のデューティ比を示している。ここでは、スロットル駆動用操作量TdutyをＰＩＤ制御により求めるものとしている。なお、詳細は特記しないが、ＰＩＤ制御の各ゲインは、実機を用いて最適値にチューニングするのが望ましい。
【００５５】
〔第二実施形態〕
本実施形態は、可変吸排気バルブ２７，２８の開閉時期により内燃機関２０のシリンダ内空気量の充填効率を間接的に検出し、供給燃料量を調整する制御装置に関するものである。
本実施形態の内燃機関の制御装置は、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０以外は、第一実施形態の内燃機関の制御装置と同じであるので、その説明を省略する。
【００５６】
２．燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部
図２８に示したものが、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０（７０ｃ）であり、燃料噴射量演算部６２では、目標燃焼圧トルクTgTcをテーブルTblTiを用いて基本燃料噴射量Tiに変換する。ここに基本燃料噴射量Tiは、一気筒、一サイクルあたりの燃料噴射量であり、したがって、基本燃料噴射量Tiは、トルクと比例する。この比例関係を用いて目標燃焼圧トルクTgTcを基本燃料噴射量Tiに変換する。
【００５７】
更に、図２８のように、基本燃料噴射量Tiは、上限値リミッタ６２ｂで該基本燃料噴射量の上限値TI0Maxによりリミッタを施した後、燃料噴射量TI0を演算する。基本燃料噴射量の上限値TI0Maxは、電磁駆動吸気弁２７の開時期IVCと該電磁駆動吸気弁２７の閉時期IVOにより燃料噴射量補正部７０ｃのマップTblTI0Maxを参照した値である。すなわち、電磁駆動吸気弁２７の開時期IVCと閉時期IVOにより変化するシリンダ内量の最大値に応じて燃料噴射量の最大値を調整するものである。
【００５８】
また、図２９のように、変換部６２ｃで、基本燃料噴射量TiにゲインGTI0を乗じて、燃料噴射量TI0に変換するのもよい。ここにゲインGTI0は、燃料量補正値演算部７０ｂで、電磁駆動吸気弁２７の開時期IVCと閉時期IVOによりマップTblGTI0を参照して演算された値である。
【００５９】
シリンダ内空気量の最大値を変化せしめる要因としては、排気還流量であるEGR量もある。図３０，図３１は、ＥＧＲ量により変化するシリンダ内空気量の最大値に応じて燃料噴射量の最大値をもしくはゲインを調整するものである。 上限値TI0Maxは、あるいは、ゲインGTI0は、燃料噴射量補正部７０ｅ、７０ｆで、目標ＥＧＲ率TgEgrと内燃機関回転数Neにより、テーブルTblTI0Max、もしくは、テーブルTblGTI0を参照して演算した値である。
テーブルTblTi、テーブルTblTI0MaxおよびテーブルTblGTI0の設定値は、実機データから決定するのが望ましい。
【００６０】
〔第三実施形態〕
本実施形態は、内燃機関の排気成分の検出結果により、供給燃料量を調整する制御装置に関するものである。
本実施形態の内燃機関の制御装置は、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０（７０ｇ、７０ｈ）以外は、第一実施形態の内燃機関の制御装置と同じであるので、その説明を省略する。
【００６１】
２．燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部
図３２、図３３に示したものが、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０（７０ｇ、７０ｈ）であり、目標燃焼圧トルクTgTcをテーブルTblTiを用いて基本燃料噴射量Tiに変換する。ここに基本燃料噴射量Tiは、一気筒、一サイクルあたりの燃料噴射量であり、したがって、基本燃料噴射量Tiはトルクと比例する。この比例関係を用いて目標燃焼圧トルクTgTcを基本燃料噴射量Tiに変換する。
【００６２】
更に図３２のように、基本燃料噴射量Tiは、上限値リミッタ６２ｂの基本燃料噴射量の上限値TI0Maxによりリミッタを施した後、燃料噴射量TI0を演算する。上限値TI0Maxは、A/Fセンサ１２により検出された排気空燃比Rabfにより燃料量補正値演算部７０ｇのテーブルTblTI0Maxを参照して算出された値である。
【００６３】
また、
Apo＞Kapo・・・（１）
Tvo＞Ktvo・・・（２）
Rabf＜Krabf・・・（３）
の（１）〜（３）の条件すべてが成立したときのみ切換部６２ｄで切り換えて、リミッタTI0Maxを機能させるものとする。ここにApoはアクセル開度、Tvoはスロットル開度である。即ち、アクセル開度が所定値以上（例えば全開近傍）で、かつ、スロットル開度が所定値以上（例えば全開近傍）で、かつ、空燃比が所定値以下（例えば理論空燃比）が成立しているとき、スロットル全開相当空気量がなんらかの原因で減少し、燃料過剰状態が発生していると判断して、燃料量を制限するものである。制限する量は、燃料過剰度を示す排気空燃比Rabfに基づいて調整する。
【００６４】
また、図３３のように、基本燃料噴射量TiにゲインGTI0を乗じて、燃料噴射量TI0に変換するのもよい。ここにゲインGTI0は、燃料量補正値演算部７０ｈで排気空燃比RabfによりテーブルTblGTI0を参照して演算した値である。
テーブルKApo、KTvo、KRabf、TblTi、TblTI0MaxおよびTblGTI0の設定値は、実機データから決定するのが望ましい。
【００６５】
〔第四実施形態〕
本実施形態は、アクセル開度、スロットル開度および実空気量に基づいて最大トルク未発揮状態を検出し、供給燃料量を調整する制御装置に関するものである。
本実施形態の内燃機関の制御装置は、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０以外は、第一実施形態の内燃機関の制御装置と同じであるので、その説明を省略する。
【００６６】
２．燃料噴射量演算部と燃料補正部
図３４、図３５に示したものが、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部部７０（７０ｇ、７０ｈ）であり、目標燃焼圧トルクTgTcをテーブルTblTiを用いて基本燃料噴射量Tiに変換する。ここに基本燃料噴射量Tiは、一気筒、一サイクルあたりの燃料噴射量であり、基本燃料噴射量Tiは、トルクと比例する。この比例関係を用いて目標燃焼圧トルクTgTcを基本燃料噴射量Tiに変換する。
【００６７】
更に、図３４のように、基本燃料噴射量Tiは、上限リミッタ６２ｂの基本燃料噴射量の上限値TI0Maxによりリミッタを施した後、燃料噴射量TI0を演算する。上限値TI0Maxは、スロットル開度Tvoにより燃料量補正値演算部７０ｇのテーブルTblTI0Maxを参照して演算した値である。
【００６８】
また、
Apo＞Kapo ・・・（４）
Tvo＜Ktvo ・・・（５）
|TgTp−Tp｜＜KDeltaTp・・・（６）
の（４）〜（６）の条件すべてが成立したときのみ切換部６２ｄで切り換えて、リミッタTI0Maxを機能させるものとする。ここにApoはアクセル開度、Tvoはスロットル開度、TgTpは目標空気量、Tpは実空気量である。即ち、アクセル開度が、所定値以上（例えば全開近傍）で、かつ、スロットル開度が所定値以下でかつ、実空気量Tpが目標空気量TgTpの近傍に存在している条件が成立しているとき、スロットル全開相当空気量が、なんらかの原因で増加し、アクセル全開で最大燃料量を要求しても、スロットルは全開には至っていないので、最大燃料量を増加するよう処理し、最大トルクを増加させるものである。増加量はスロットル開度Tvoに基づいて調整する。
【００６９】
また、図３５のように、基本燃料噴射量Tiに、ゲインGTI0を乗じて、燃料噴射量TI0に変換するのもよい。ここにGTI0は、スロットル開度Tvoにより燃料量補正値演算部７０ｇのテーブルTblGTI0を参照して演算した値である。
テーブルKApo、KTvo、KDeltaTp、TblTi、TblTI0MaxおよびTblGTI0の設定値は、実機データから決定するのが望ましい。
【００７０】
〔第五実施形態〕
本実施形態は、アクセル開度、スロットル開度および実空気量に基づいて、燃料過剰供給状態を検出し、供給燃料量を調整する制御装置に関するものである。
本実施形態の内燃機関の制御装置は、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０（７０ｉ、７０ｊ）以外は、第一実施形態の内燃機関の制御装置と同じであるので、その説明を省略する。
【００７１】
２．燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部
図３６、図３７に示したものが、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０であり、目標燃焼圧トルクTgTcをテーブルTblTiを用いて、基本燃料噴射量演算部６２ａで基本燃料噴射量Tiに変換する。ここに基本燃料噴射量Tiは、一気筒、一サイクルあたりの燃料噴射量であり、したがって、基本燃料噴射量Tiは、トルクと比例する。この比例関係を用いて目標燃焼圧トルクTgTcを基本燃料噴射量Tiに変換する。
【００７２】
更に、図３６のように、基本燃料噴射量Tiは、上限リミッタ６２ｂの基本燃料噴射量の上限値TI0Maxによりリミッタを施した後、燃料噴射量TI0を演算する。上限値TI0Maxは、燃料量補正値演算部７０ｉで実空気量TpによりテーブルTblTI0Maxを参照して演算した値である。
【００７３】
また、
Apo＞Kapo ・・・（７）
Tvo＜Ktvo ・・・（８）
|TgTp−Tp｜＜KDeltaTp・・・（９）
の（７）〜（９）の条件すべてが成立したときのみ切換部６２ｄで切り換えて、リミッタTI0Maxを機能させるものとする。ここにApoはアクセル開度、Tvoはスロットル開度、TgTpは目標空気量、Tpは実空気量である。即ち、アクセル開度が所定値以上（例えば全開近傍）で、かつ、スロットル開度が所定値以上（例えば全開近傍）で、かつ、目標空気量TgTpと実空気量Tpの差が所定値以上、の条件がすべて成立しているとき、スロットル全開相当空気量がなんらかの原因で減少し、スロットル全開にしても目標空気量TgTpを実現する実空気量Tpが得られず、燃料過剰状態が発生していると判断し、燃料量を制限するものである。制限する量は、スロットル全開時の実空気量Tpに基づいて調整する。
【００７４】
また、図３７のように、変換部６２ｃで基本燃料噴射量TiにゲインGTI0を乗じて、燃料噴射量TI0に変換するのもよい。ここにGTI0は、スロットル全開時の実空気量Tpにより燃料量補正値演算部７０ｊでテーブルTblGTI0を参照した値である。テーブルKApo、KTvo、KDeltaTp、TblTi、TblTI0MaxおよびTblGTI0の設定値は、実機データから決定するのが望ましい。
【００７５】
以上、本発明の五つの実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく、設計において種々の変更ができるものである。
前記第一〜第五の実施形態のいずれの制御装置も、総燃料供給量の最大値を、リミッタもしくはゲインにより制限するものである。したがって、内部損失分TgTlが、量産ばらつきおよび経時変化を原因として変化した場合においても、アクセル分燃料供給量TgTaを調整し、最大空気量を超えることがない機能をも備えているものである。また、前記第一〜第五の実施形態のいずれの制御装置のゲインGTI0はTgTaに施しても良い。
【００７６】
また、前記第一〜第五の実施形態は、いずれも最大空気量に応じて燃料量を調整する手段として述べているが、過給器を備えている場合は、最大空気量を増大することが可能である。例えば、スロットルが全開であっても目標空気量を実現できない場合は、過給により最大空気量を増大させることで対応する方法もあることもここで付言しておく。
【００７７】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の内燃機関の制御装置は、燃料先行型内燃機関のスロットル全開時のシリンダ内空気量に応じて供給燃料量の最大値を変化させ、また、供給燃料量の最大値と内部損失分を考慮して軸トルク分の燃料を変化させる機能を有するので、種々の条件にロバストな排気性能および運転性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図２】請求項２に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図３】請求項３に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図４】請求項４に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図５】請求項５に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図６】請求項６に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図７】請求項７に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図８】請求項８に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図９】請求項９に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図１０】請求項１０に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図１１】請求項１１に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図１２】請求項１１に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図１３】請求項１２に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図１４】空気先行型内燃機関制御のブロック図。
【図１５】燃料先行型内燃機関制御のブロック図。
【図１６】本発明の内燃機関の制御装置の各実施形態に共通する内燃機関システムの全体構成図。
【図１７】図１６の内燃機関の制御装置の制御部分（コントロールユニット）の内部構成図。
【図１８】本発明の第一実施形態の内燃機関の制御装置の全体の制御ブロック図。
【図１９】図１８の制御ブロック図における目標トルク演算部と目標出力演算部との制御ブロック図。
【図２０】図１８の制御ブロック図における燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との制御ブロック図。
【図２１】図１８の制御ブロック図における燃料噴射量位相調整部の制御ブロック図。
【図２２】図１８の制御ブロック図における目標当量比演算部の制御ブロック図。
【図２３】図１８の制御ブロック図における目標空気量演算部の制御ブロック図。
【図２４】図１８の制御ブロック図における実空気量演算部の制御ブロック図。
【図２５】図１８の制御ブロック図における目標スロットル開度演算部の制御ブロック図。
【図２６】図１８の制御ブロック図におけるスロットル開度制御部の制御ブロック図。
【図２７】図１８の制御ブロック図における燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との他の制御ブロック図。
【図２８】本発明の内燃機関の制御装置の第二実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との制御ブロック図。
【図２９】本発明の内燃機関の制御装置の第二実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との他の制御ブロック図。
【図３０】本発明の内燃機関の制御装置の第二実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との更に他の制御ブロック図。
【図３１】本発明の内燃機関の制御装置の第二実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との更に他の制御ブロック図。
【図３２】本発明の内燃機関の制御装置の第三実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との制御ブロック図。
【図３３】本発明の内燃機関の制御装置の第三実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との他の制御ブロック図。
【図３４】本発明の内燃機関の制御装置の第四実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との制御ブロック図。
【図３５】本発明の内燃機関の制御装置の第四実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との他の制御ブロック図。
【図３６】本発明の内燃機関の制御装置の第五実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との制御ブロック図。
【図３７】本発明の内燃機関の制御装置の第五実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との他の制御ブロック図。
【符号の説明】
１ エアクリーナ
２ エアフロセンサ
３ 電子スロットル
４ 吸気管
５ コレクタ
６ アクセル
７ 燃料噴射弁
８ 点火プラグ
９ シリンダ
１０ 排気管
１１ リーンNOx触媒
１２ A/Fセンサ
１３ アクセル開度センサ
１４ 水温センサ
１５ 内燃機関回転数センサ
１７ スロットル開度センサ
１８ 排気還流管
１９ 排気還流量調節バルブ（ＥＧＲバルブ）
２０ 内燃機関
２７ リフト時期制御型電磁駆動吸気弁
２８ リフト時期制御型電磁駆動排気弁
２９ ピストン
３０ バイパス用空気通路
３１ ISCバルブ
３２ 大気圧センサ
５０ 制御装置（コントロールユニット）
６１ 目標トルク演算部
６２ 燃料噴射量演算部（燃料噴射量演算手段）
６３ 燃料噴射量位相調整部
６４ 目標当量比演算部（目標当量比演算手段）
６５ 目標空気量演算部（目標空気量演算手段）
６６ 実空気量演算部
６７ 目標スロットル開度演算部
６８ スロットル開度制御部
６９ 目標出力演算部
７０ 燃料噴射量補正値演算部（燃料噴射量補正値演算手段）
【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し、特に、電子制御弁で空気流量を制御する燃料先行型内燃機関において燃料量もしくは空気量を精度よく制御する内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の技術分野においても、世界規模の省エネルギーへの取り組みを背景として、低燃費型の内燃機関が要求されている。その要求に対応する内燃機関としては、リーンバーン式の内燃機関が、その最たるものであり、リーンバーン式の内燃機関の中でも、特に筒内噴射内燃機関が、シリンダ内に直接燃料を噴射して混合気を成層化することで、空燃比を４０以上で燃焼させることを可能にし、ポンプ損失の低減が図られている。
【０００３】
このようなリーンバーン式の筒内噴射内燃機関システムでは、空気流量とトルクが比例関係にないため、従来式の内燃機関システムとは異なり、空気流量を電子的に制御する電子スロットルを用いるのが一般的である。
また、リーンバーン式の筒内噴射内燃機関システムでは、広域の空燃比で運転者の意図するトルクを実現するためのトルクデマンド制御が必要となり、トルクデマンド制御は、空気先行型と燃料先行型の２つの形態がある。
【０００４】
空気先行型は、図１４に示すように、目標トルク演算部と目標空燃比演算部とで、目標トルクと目標空燃比を決めて、それを実現する目標空気量演算部で目標空気量を演算し、電子スロットルで空気量を制御し、空気量センサで実空気量を検出して、実空気量と目標空燃比から燃料噴射量演算部で燃料噴射量を決定するものである。
【０００５】
それに対して、燃料先行型は、図１５に示すように、目標トルク演算部で目標トルクを決めて、それを実現するための燃料噴射量を燃料噴射量演算部で決定するとともに、目標空気量演算部で燃料噴射量と目標空燃比から目標空気量を演算し、電子スロットルで空気量を制御するものである。また、燃料先行型では、空気流量センサの出力値に基づいて空気量をＦ／Ｂ制御することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のように、燃料先行型では、アクセル開度と内燃機関回転数から目標トルクを実現する目標燃料量を演算する手法が一般的であるので、内燃機関性能に応じて、アクセル開度と目標燃料量との関係を予め決めておくことになる。
【０００７】
一方、内燃機関の排気ガスの高効率浄化の目的から空燃比を一定に保つ必要があり、燃料量の最大値は、スロットル全開時のシリンダ内空気量相当にして置く必要がある。スロットル全開時のシリンダ内空気量相当以上の燃料量を内燃機関に供給すると燃料過剰の状態となり、HC、COの悪化を招くことになる。
【０００８】
しかしながら、スロットル全開時のシリンダ内空気量は、大気圧および大気温度、又は、ＥＧＲ、吸排気バルブの開閉時期等によって変化するものである。例えば、大気圧が低下し、スロットル全開時のシリンダ内空気量が減少した場合には、アクセル全開時、前記のように、予め決められた燃料量を内燃機関に供給すると、燃料過剰になり、その結果として排気悪化を招くことになる。
【０００９】
逆に、例えば、吸排気バルブの開閉時期が変化したことにより、スロットル全開時のシリンダ内空気量が増加した場合には、アクセル全開となってもスロットルは全開に至らず、最大トルクが未発揮となって、内燃機関性能を十分に利用できなくなるとの課題が生じる。
【００１０】
また、一般に内燃機関に供給される燃料量は、内部損失分と軸トルク分に大別されるが、内部損失分は一定ではなく、量産による製造ばらつき及び経時変化をその要因として変化するものである。前記のように、供給される燃料量は、スロットル全開時のシリンダ内空気量相当に制限されるが、内部損失分が変化するため、それに応じて軸トルク分を調節する必要があるとの課題を有している。
【００１１】
以上のことから、燃料先行型内燃機関の制御においては、スロットル全開時のシリンダ内空気量に応じて供給燃料量の最大値を変化させる必要があり、更に、供給燃料量の最大値と内部損失分を考慮して軸トルク分の燃料量を変化させる必要がある。こうした機能を設けることで、排気性能および運転性能の向上が見込める。
【００１２】
燃料先行型筒内噴射式内燃機関の制御の先行技術としては、スロットルからシリンダまでの空気の遅れを補償するべく、スロットル開度を制御する制御装置が提案されている（特開平１２−９７０８６号公報）。また、他の燃料先行型筒内噴射式内燃機関の制御の先行技術としては、燃料量をシリンダ内空気量の位相に合わせる制御装置が提案されている（特開平１１−１５９３７７号公報）。
【００１３】
しかしながら、前記先行技術の発明は、いずれも、スロットルからシリンダまでの空気の伝達特性と燃料の伝達特性の差を補償するための制御装置であり、スロットル全開時のシリンダ内空気量の変化及び内部損失分の変化に対応するものではなく、該変化については、何等の配慮もなされていないものである。
【００１４】
本発明は、前記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、燃料先行型の筒内噴射内燃機関の制御における、スロットル全開時のシリンダ内空気量の変化及び内部損失分の変化に対応する等の様々な条件変化にロバスト性高く排気ガス性能の良好な燃料先行型内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する手段と、内燃機関周囲の環境状態を検出する手段と、前記内燃機関の運転状態と前記内燃機関周囲の環境状態とに基づき内燃機関の目標燃料量を演算する手段と、前記内燃機関の運転状態および前記内燃機関周囲の条件に基づき前記目標燃料量の補正値を演算する手段と、目標空燃比を演算する目標空燃比演算装置と、前記目標燃料量と前記目標空燃比とに基づいて目標空気量を演算する目標空気量演算装置と、を備えた燃料先行型の内燃機関の制御装置であることを特徴としている（図１、図２）。
【００１７】
本発明の内燃機関の制御装置は、前記構成の如く、アクセル開度等内燃機関の運転状態および大気圧変化等の内燃機関周囲の状態に基づき前記目標燃料量の補正値を演算する等して目標燃料量を演算できることによって、燃料先行型内燃機関のスロットル全開時のシリンダ内空気量に応じて供給燃料量の最大値を変化させ、また、供給燃料量の最大値と内部損失分を考慮して軸トルク分の燃料を変化させる機能を有するので、種々の条件にロバストな排気性能および運転性能が得られる。
【００１８】
また、本発明の内燃機関の制御装置の具体的な態様は、前記目標燃料量演算手段は、少なくともアクセル開度と内燃機関回転数から目標燃料噴射量を演算するものである（図３）。
更に、前記内燃機関周囲の環境状態を検出する手段は、大気圧もしくは大気温度を検出する手段である（図４）。該構成によって、気圧、温度が変わると、最大流入空気量が変化するので、それに合わせて燃料量を補正できる。該補正方式としては、リミッタ方式とゲイン方式がある。
【００１９】
更にまた、前記内燃機関の運転状態を検出する手段は、ＥＧＲバルブの開度検出手段、可変吸排気バルブの開閉時期の検出手段、吸気の空気流動を強化する手段（スワールコントロールバルブＳＣＶ）の作動角検出手段等の内燃機関のシリンダ内空気量の充填効率を間接的もしくは直接的に検出する手段である（図５）。該構成によって、シリンダ内の充填効率を検出し、最大充填効率が変化した場合は、それに合わせて、燃料量を補正する。例えば、ＥＧＲバルブが作動すると、最大充填効率のがＥＧＲ量分だけ変化するので、それに合わせて燃料噴射量も補正する。該補正方式としては、リミッタ方式とゲイン方式がある。
【００２０】
更にまた、前記内燃機関の運転状態を検出する手段は、内燃機関がアイドル状態における目標回転数を維持するのに必要なトルクもしくは燃料量を直接的もしくは間接的に検出する手段である（図６）。内燃機関の軸トルク＝図示トルク−内分損出分であるので、アイドル維持分が変化すると、軸トルク分の最大値がそれに応じて変化する。前記構成によって、アイドル維持分トルクを検出して、それに応じて燃料噴射量を補正する。該補正方式としては、リミッタ方式とゲイン方式がある。
【００２１】
更にまた、前記内燃機関の運転状態を検出する手段は、内燃機関の排気成分を検出する手段である（図７）。該構成によって、（最大燃料量）＞（最大空気量）（＠気圧小）→排気空燃比リッチ、もしくは、（最大燃料量）＜（最大空気量）（＠気圧大）→排気空燃比リーンの状態を、例えば、Ｏ２センサ、A/Fセンサ等の排気センサからの出力に基づいて演算して燃料噴射量を補正することができる。
【００２２】
更にまた、前記内燃機関の運転状態を検出する手段は、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、内燃機関に流入する空気量を直接的もしくは間接的に検出する空気量検出手段と、を少なくとも備えている（図８）。該構成によって、（最大燃料量）＞（最大空気量）（＠気圧小）、もしくは、（最大燃料量）＜（最大空気量）（＠気圧大）の状態を、例えば、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、エアフロセンサ等からの出力に基づいて演算して燃料噴射量を補正することができる。
【００２３】
更にまた、本発明の燃料先行型内燃機関の制御装置は、目標空燃比を演算する目標空燃比演算装置と、前記目標燃料量と前記目標空燃比とに基づいて目標空気量を演算する目標空気量演算装置とを備え、前記目標燃料量補正値演算手段は、実空気量と前記目標空気量の差の絶対値が所定値以下で、アクセル開度が所定値以上で、かつ、スロットル開度が所定値以下のとき、前記目標燃料量補正値を演算するものである（図９）。該構成によって、例えば、アクセル開度が全開で、スロットル開度が全開に至っていないとき、（最大燃料量）＜（最大空気量）なので、最大空気量まで、最大燃料量を大きくするように制御でき、最大トルクの発揮量を増加させることができる。
【００２４】
更にまた、前記燃料先行型内燃機関の制御装置は、目標空燃比を演算する目標空燃比演算装置と、前記目標燃料量と前記目標空燃比とに基づいて目標空気量を演算する目標空気量演算装置とを備え、前記目標燃料量補正値演算手段は、目標空気量が実空気量より所定値以上で、アクセル開度が所定値以上で、かつ、スロットル開度が所定値以上のとき、目標燃料量補正値を演算するものである（図１０）。該構成によって、例えば、アクセル開度が全開に至っていなくて、スロットル開度が全開のとき、（最大燃料量）＞（最大空気量）なので、最大空気量まで最大燃料量を小さく制御し、燃料過剰による排気悪化が防止される。更にまた、前記目標燃料量補正値演算手段は、アクセル開度又は目標トルクに対する目標燃料量の関係において目標燃料量補正値を演算し、該前記目標燃料量補正値は、前記目標燃料量の最大値もしくはゲインに基づき演算されるものである（図１１、図１２）。
【００２５】
更にまた、本発明の前記燃料先行型内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する手段と、内燃機関周囲の状態を検出する手段と、過給器などシリンダ内空気量の充填効率を制御する充填効率制御手段とを備え、内燃機関の運転状態および内燃機関周囲環境の状態に基づき、充填効率制御手段を制御するものである（図１３）。該構成によって、例えば、気圧が低くなって、最大空気量が小さく成ったときには、過給器等で最大空気量を増加させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の内燃機関の制御装置のいくつかの実施形態を詳細に説明する。
図１６は、本発明の内燃機関の制御装置が適用される各実施形態に共通する内燃機関の全体システムを示している。
【００２７】
内燃機関２０は、多気筒の筒内噴射式内燃機関で構成され、吸気系は、外部からの空気がエアクリーナ１を通過し、吸気マニホールド４、コレクタ５を経てシリンダ９内に流入し、流入空気量は、電子スロットル３により調節されるが、アイドル時はバイパス用空気通路３０に設けられたISCバルブ３１によって空気量を調節し、内燃機関回転数を制御する。各気筒のシリンダ９には、点火プラグ８と燃料噴射弁７が取付られる一方、リフト時期制御型電磁駆動吸気弁２７とリフト時期制御型電磁駆動排気弁２８が配置されている。
【００２８】
また、排気系は、各気筒のシリンダ９に排気マニホールド１０が接続されており、該排気マニホールド１０にリーンNOx触媒１１が配置され、シリンダ９と三元触媒１１との間にはA/Fセンサ１２が取付られている。
前記各気筒のシリンダ９をバイパスして吸気マニホールド４と排気マニホールド１０とを連通する排気循環通路（ＥＧＲ通路）１８が設けられ、該排気循環通路１８には、ＥＧＲバルブ１９が配置されている。
【００２９】
吸気系の吸気マニホールド４には、エアフロセンサ２が配置され、該エアフロセンサ２は流入空気量を検出し、クランク角センサ１５では、クランク軸の回転角１度毎に信号を出力し、電子スロットル３に取り付けられたスロットル開度センサ１７では、電子スロットル３の開度が検出され、水温センサ１４では内燃機関２０の冷却水温が検出される。アクセル開度センサ１３は、アクセル６の踏み込み量を検出し、それによって運転者の要求トルクを検出する。
【００３０】
そして、アクセル開度センサ１３、エアフロセンサ２、スロットル開度センサ１７、クランク角センサ１５、水温センサ１４のそれぞれの信号は、コントロールユニット５０に送られ、該各センサ出力から内燃機関２０の運転状態を得て、吸入空気量、燃料噴射量、点火時期等の内燃機関２０の主要な操作量が最適に演算される。コントロールユニット５０内で演算された燃料噴射量は、開弁パルス信号に変換され、燃料噴射弁７に送られる。
【００３１】
また、コントロールユニット５０では、所定の点火時期が演算され、該点火時期で点火がなされるように、駆動信号が点火プラグ８に出力される。吸気系からの吸入空気は、電子スロットル３で調整されると共に、ＥＧＲバルブ１９で調整された排気環流ガスと混合され、スワールコントロールバルブＳＣＶでシリンダ（燃焼室）９に入る空気流動を調節され、リフト時期制御型電磁駆動吸気弁２７を介してシリンダ９内に流入する。
【００３２】
燃料噴射弁７からシリンダ（燃焼室）９内に噴射された燃料は、吸気マニホールド４から流入した空気と混合されて混合気を形成する。混合気は、所定の点火時期で点火プラグ８から発生される火花により爆発する。その燃焼圧によりピストン２９を押し下げ、内燃機関２０の動力となる。爆発後の排気ガスは、排気マニホールド１０を経てリーンNOx触媒１１に送り込まれ、HC,CO,NOxの各排気成分は、リーンNOx触媒１１内で浄化され、再び外部へと排出される。排気還流管１８を通って吸気側に還流される排気ガスの還流量は、ＥＧＲバルブ１９によって制御される。
また、電子スロットル３、リフト時期制御型電磁駆動吸気弁２７及びリフト時期制御型電磁駆動排気弁２８を用いて、内部排気環流量及び新気量が制御される。
【００３３】
A/Fセンサ１２は、内燃機関２０のシリンダ９とリーンNOx触媒１１の間に取り付けられており、排気中に含まれる酸素濃度に対して線形の出力特性を持つものであり、排気中の酸素濃度と空燃比の関係は、ほぼ線形になっているので、前記酸素濃度を検出するA/Fセンサ１２によって、内燃機関２０の空燃比を求めることが可能となる。また、大気圧センサ３２が取り付けられており、、大気圧を検出可能にしている。
【００３４】
コントロールユニット５０では、A/Fセンサ１２の信号からリーンNOx触媒１１の上流の空燃比を算出し、内燃機関２０のシリンダ９内の混合気の空燃比が、目標空燃比となるように、前記の燃料の基本噴射量に逐次補正するフィードバック制御を行うように構成されている。
【００３５】
図１７は、図１６の内燃機関２０のコントロールユニット（ＥＣＵ）５０の内部構成を示したものである。該ＥＣＵ５０内には、A/Fセンサ１２、水温センサ１４、スロットル開度センサ１７、エアフロセンサ２、及び、内燃機関回転数センサ１５の各センサ出力値が入力され、入力回路５４にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート５５に送られる。入出力ポート５５の値は、RAM５３に保管され、CPU５１内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはROM５２に予め書き込まれている。
【００３６】
制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値は、RAM５３に保管された後、入出力ポート５５に送られる。そして、火花点火燃焼時に用いられる点火プラグ８の作動信号は、点火出力回路５６内の一次側コイルの通流時はONとなり、非通流時はOFFとなるON・OFF信号がセットされる。点火時期はONからOFFになる時である。入出力ポート５５にセットされた点火プラグ用の信号は、点火出力回路５６で燃焼に必要な十分なエネルギーに増幅され、点火プラグ８に供給される。
【００３７】
また、燃料噴射弁７の駆動信号は、開弁時ON、閉弁時OFFとなるON・OFF信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路５７で燃料噴射弁７を開くに十分なエネルギーに増幅され燃料噴射弁７に送られる。電子スロットル３の目標開度を実現する駆動信号は、電子スロットル駆動回路５８を経て、電子スロットル３に送られる。以上、本発明の内燃機関の制御装置の各実施形態に共通する構成について説明したが、以下に、各実施形態について各別に説明する。
【００３８】
〔第一実施形態〕
以下、ＥＰＵ５０のROM５２に書き込まれる制御プログラムについて述べる。
図１８は、図１７の本実施形態のＥＰＵ５０の制御全体の制御ブロック図であり、燃料先行型内燃機関の制御の主要部を示している。本実施形態の制御は、目標トルク演算部６１、目標出力演算部６９、目標燃料量補正値演算部７０、燃料噴射量演算部６２、燃料噴射量位相調整部６３、目標当量比演算部６４、目標空気量演算部６５、実空気量演算部６６、目標スロットル開度演算部６７、スロットル開度制御部６８からなっている。
【００３９】
目標トルク演算部６１では、アクセル開度Apoと内燃機関回転数Neからアクセル要求分トルクTgTsを演算し、目標出力演算部６９では、アクセル開度Apoと内燃機関回転数Neから内燃機関の出力と比例関係にあるアイドル回転数維持分相当空気流量TgTlを演算し、該アクセル要求分トルクTgTsとアイドル回転数維持分相当空気流量TgTlから目標トルクTgTcを演算する。燃料噴射量演算部６２では、目標トルクTgTcを実現するための燃料噴射量TIOを演算する。燃料噴射量補正部６３では、燃料噴射量TI0がシリンダ９内空気の位相に合うように、位相補正を実施し、補正後の燃料噴射量TIを演算する。
【００４０】
目標当量比演算部６４では、目標トルクTgTcと内燃機関回転数Neから目標当量比TgFbyaを演算する。このように燃料と空気の比を当量比で扱うのは、演算上、都合がよいからであり、空燃比で扱うことも可能である。なお、目標当量比演算部６４では、均質燃焼と成層燃焼のどちらを行うかも決定する。目標空気量演算部６５では、燃料噴射量TI0と目標当量比TgFbyaから目標空気量TgTpを演算する。後述するが、目標空気量TgTpは、便宜的に一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する空気量に規格化した値としている。実空気量演算部６６では、エアフロセンサ２で検出される空気の質量流量Qaを、目標空気量TgTpと同次元である一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する実空気量Tpに換算して出力する。
【００４１】
目標スロットル開度演算部６７では、目標空気量TgTpと実空気量Tpに基づいて目標スロットル開度TgTvoを演算する。スロットル開度演算部６８では、目標スロットル開度TgTvoと実開度Tvoからスロットル操作量Tdutyを演算する。スロットル操作量Tdutyは、スロットルモータ駆動用電流を制御する駆動回路へ入力されるPWM信号のデューティ比を示している。
次に、本実施形態の前記制御ブロックの各制御演算部・補正部を、図１９〜図２６に基づいて詳細に説明する。
【００４２】
１．目標トルク演算部と目標出力演算部
図１９に示したものが、目標トルク演算部６１と目標出力演算部６９であり、目標トルク演算部６１は、アクセル開度Apoと内燃機関回転数Neとのテーブル６１ａからアクセル要求分トルクTgTsを演算し、目標出力演算部６９は出力と比例関係にあるアイドル回転数維持分相当空気流量TgTlを演算するもので、目標トルク演算部６１のアクセル要求分はトルク制御、目標出力演算部６９のアイドル制御分は出力制御となる。演算されたアクセル要求分トルクTgTsをアイドル回転数維持分相当空気流量TgTlで補間して目標燃焼圧相当トルクTgTcを演算する。
【００４３】
目標出力演算部６９のアイドルＦ／Ｆ制御６９ａの制御分TgTf0は、目標内燃機関の目標回転数演算部７０の目標回転数TgNeからテーブルTblTgTfを参照して決まる。アイドルＦ／Ｂ制御６９ｃは、アイドルＦ／Ｆ制御６９ａの制御分の誤差を補正するために、アイドル時のみ機能する。アイドル時か否かの判定は、判定手段６９ｂで、アクセル開度Apoが所定値AplIdleより小さい場合にアイドル時とする。Ｆ／Ｂ制御のアルゴリズムは、ここでは特に示さないが、例えばＰＩＤ制御などが考えられる。テーブルTblTgTfの設定値は実機のデータから決定するのが望ましい。
【００４４】
目標出力演算部６９のアイドル制御の操作量（アイドル回転数維持分相当空気流量）TgTlは、出力と比例関係にあるストイキ時の空気流量とし、該出力からトルクへ次元変換を行うための手段６９ｄを備え、該次元変換手段６９ｄでゲインK/Neを設けている。該ゲインK/NeのKはインジェクタ（燃料噴射弁）の流量特性により決まるものとする。
【００４５】
２．燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部
図２０に示したものが、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０であり、燃料噴射量演算部６２では、目標燃焼圧トルクTgTcをテーブルTblTiを用いて基本燃料噴射量演算部６２ａで基本燃料噴射量Tiに変換する。ここに基本燃料噴射量Tiは、一気筒、一サイクルあたりの燃料噴射量であり、したがって基本燃料噴射量Tiは、トルクと比例する。この比例関係を用いて目標燃焼圧トルクTgTcを基本燃料噴射量Tiに変換する。
【００４６】
更に、基本燃料噴射量Tiは、上限値リミッタ６２ｂの基本燃料噴射量の上限値TI0Maxによりリミッタを施した後、燃料噴射量TI0を演算する。基本燃料噴射量の上限値TI0Maxは、燃料量補正値演算部７０の一対応である燃料量上限値演算部７０ａで大気圧Pairと内燃機関回転数NeによりテーブルTblTI0Maxを参照して演算される。大気圧Pairは、大気圧センサ３２により検出されるものである。即ち、大気圧Pairにより内燃機関回転数毎のシリンダ内空気量の最大値に応じて燃料噴射量の最大値を調整するものである。
【００４７】
また、大気圧Pairに応じて、燃料噴射量を調整する手段としては、図２７のように、変換部６２ｃで、基本燃料噴射量TiにゲインGTI0を乗じて、燃料噴射量TI0に変換するのもよい。ここにゲインGTI0は、燃料量補正値演算部７０ｂで、大気圧Pairと内燃機関回転数NeによりテーブルTblGTI0を参照して演算された値である。テーブルTblTi、テーブルTblTI0MaxおよびテーブルTblGTI0の設定値は実機データから決定するのが望ましい。
【００４８】
３．燃料噴射量位相調整部
図２１に示したものが、燃料噴射量位相調整部６３であり、ここでは、燃料噴射量TI0をシリンダ９内空気の位相に合わせるための補正を行うものである。スロットルからシリンダまでの空気の伝達特性は、無駄時間＋一次遅れ系で近似している。無駄時間を表すパラメータn1、一次遅れ系の時定数相当パラメータKairの設定値は、実機データから決定するのが望ましい。また、パラメータn1、パラメータKairは、種々の運転条件によって変化させてもよい。
【００４９】
４．目標当量比演算部
図２２に示したものが、目標当量比演算部６４であり、ここでは、燃焼状態の決定と目標当量比の演算を行う。Fpstratifyは成層燃焼許可フラグであり、Fpstratify=1のとき成層燃焼を行うべく、噴射時期、点火時期、噴射量、空気量が制御される。なお、噴射時期および点火時期の決定についてはここでは特記しない。Fpstratifyは、水温Twn、アクセル開度Apo、回転数Neの各値が条件を満たしていれば、１となり成層燃焼を許可する。
【００５０】
成層燃焼許可時は、成層燃焼用目標当量比マップMtgfba#sを目標燃焼圧トルクTgTcと回転数Neから参照される値を目標当量比TgFbyaとする。TgFbya=0のときは、均質燃焼とし、均質燃焼用目標当量比マップMtgfbaを目標燃焼圧トルクTgTcと回転数Neから参照される値を目標当量比TgFbyaとする。成層燃焼用目標当量比マップMtgfba#sおよび均質燃焼用目標当量比マップMtgfbaの設定値は実機データから決定するのが望ましい。
【００５１】
５．目標空気量演算部
図２３に示したものが、目標空気量演算部６５であり、ここでは、目標空気量TgTpを演算する。便宜上、目標空気量TgTpは、一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する空気量に規格化した値として演算する。図２３に示されるように目標空気量TgTpは、燃料噴射量TIOと目標当量比TgFbyaとから、
TgTp=TI0×（１／TgFbya）
で演算される。
【００５２】
６．実空気量演算部
図２４に示したものが、実空気量演算部６６であり、ここでは、実空気量Tpを演算する。便宜上、実空気量Tpは、図２４に示されるように、一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する空気量に規格化した値として演算する。ここにQaはエアフロセンサ２で検出された空気流量である。またKは実空気量Tpが理論空燃比時の燃料噴射量となるよう決定する。Cylは内燃機関の気筒数である。
【００５３】
７．目標スロットル開度演算部
図２５に示したものが、目標スロットル開度演算部６７であり、ここでは、目標空気量TgTpと実空気量Tpと回転数Neから目標スロットル開度TgTVOを算出するものである。目標スロットル開度演算部６７では、目標空気量TgTpと回転数NeからＦ／Ｆで目標スロットル開度TgTVOFFを求める部分と、目標空気量TgTPと実空気量Tpから目標スロットル開度TgTVOFBを求める部分とに分けられる。Ｆ／Ｆ制御部分は図２６に示されるようにマップ参照にてTgTVOFFを求めるものとする。マップの設定値は実機のデータにより決定するのが望ましい。Ｆ／Ｂ制御はＰＩＤ制御としている。各ゲインはTgTPとTpの偏差の大きさで与えるようにしているが、具体的な設定値は実機データより求めるのが望ましい。またＤ分には高周波ノイズ除去のためのＬＰＦ（LowPassFilter）を設けている。Ｆ／Ｆ制御で演算された目標スロットル開度TgTVOFFとＦ／Ｂ制御で演算された目標スロットル開度TgTVOFBの和を最終的な目標スロットル開度TgTVOとする。
【００５４】
８．スロットル開度制御部
図２６に示したものが、スロットル開度制御部６８であり、ここでは、目標スロットル開度TgTVOと実スロットル開度Tvoからスロットル駆動用操作量Tdutyを演算する。なお、前述したように、スロットル駆動用操作量Tdutyは、スロットルモータ駆動用電流を制御する駆動回路５８へ入力されるPWM信号のデューティ比を示している。ここでは、スロットル駆動用操作量TdutyをＰＩＤ制御により求めるものとしている。なお、詳細は特記しないが、ＰＩＤ制御の各ゲインは、実機を用いて最適値にチューニングするのが望ましい。
【００５５】
〔第二実施形態〕
本実施形態は、可変吸排気バルブ２７，２８の開閉時期により内燃機関２０のシリンダ内空気量の充填効率を間接的に検出し、供給燃料量を調整する制御装置に関するものである。
本実施形態の内燃機関の制御装置は、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０以外は、第一実施形態の内燃機関の制御装置と同じであるので、その説明を省略する。
【００５６】
２．燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部
図２８に示したものが、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０（７０ｃ）であり、燃料噴射量演算部６２では、目標燃焼圧トルクTgTcをテーブルTblTiを用いて基本燃料噴射量Tiに変換する。ここに基本燃料噴射量Tiは、一気筒、一サイクルあたりの燃料噴射量であり、したがって、基本燃料噴射量Tiは、トルクと比例する。この比例関係を用いて目標燃焼圧トルクTgTcを基本燃料噴射量Tiに変換する。
【００５７】
更に、図２８のように、基本燃料噴射量Tiは、上限値リミッタ６２ｂで該基本燃料噴射量の上限値TI0Maxによりリミッタを施した後、燃料噴射量TI0を演算する。基本燃料噴射量の上限値TI0Maxは、電磁駆動吸気弁２７の開時期IVCと該電磁駆動吸気弁２７の閉時期IVOにより燃料噴射量補正部７０ｃのマップTblTI0Maxを参照した値である。すなわち、電磁駆動吸気弁２７の開時期IVCと閉時期IVOにより変化するシリンダ内量の最大値に応じて燃料噴射量の最大値を調整するものである。
【００５８】
また、図２９のように、変換部６２ｃで、基本燃料噴射量TiにゲインGTI0を乗じて、燃料噴射量TI0に変換するのもよい。ここにゲインGTI0は、燃料量補正値演算部７０ｂで、電磁駆動吸気弁２７の開時期IVCと閉時期IVOによりマップTblGTI0を参照して演算された値である。
【００５９】
シリンダ内空気量の最大値を変化せしめる要因としては、排気還流量であるEGR量もある。図３０，図３１は、ＥＧＲ量により変化するシリンダ内空気量の最大値に応じて燃料噴射量の最大値をもしくはゲインを調整するものである。 上限値TI0Maxは、あるいは、ゲインGTI0は、燃料噴射量補正部７０ｅ、７０ｆで、目標ＥＧＲ率TgEgrと内燃機関回転数Neにより、テーブルTblTI0Max、もしくは、テーブルTblGTI0を参照して演算した値である。
テーブルTblTi、テーブルTblTI0MaxおよびテーブルTblGTI0の設定値は、実機データから決定するのが望ましい。
【００６０】
〔第三実施形態〕
本実施形態は、内燃機関の排気成分の検出結果により、供給燃料量を調整する制御装置に関するものである。
本実施形態の内燃機関の制御装置は、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０（７０ｇ、７０ｈ）以外は、第一実施形態の内燃機関の制御装置と同じであるので、その説明を省略する。
【００６１】
２．燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部
図３２、図３３に示したものが、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０（７０ｇ、７０ｈ）であり、目標燃焼圧トルクTgTcをテーブルTblTiを用いて基本燃料噴射量Tiに変換する。ここに基本燃料噴射量Tiは、一気筒、一サイクルあたりの燃料噴射量であり、したがって、基本燃料噴射量Tiはトルクと比例する。この比例関係を用いて目標燃焼圧トルクTgTcを基本燃料噴射量Tiに変換する。
【００６２】
更に図３２のように、基本燃料噴射量Tiは、上限値リミッタ６２ｂの基本燃料噴射量の上限値TI0Maxによりリミッタを施した後、燃料噴射量TI0を演算する。上限値TI0Maxは、A/Fセンサ１２により検出された排気空燃比Rabfにより燃料量補正値演算部７０ｇのテーブルTblTI0Maxを参照して算出された値である。
【００６３】
また、
Apo＞Kapo・・・（１）
Tvo＞Ktvo・・・（２）
Rabf＜Krabf・・・（３）
の（１）〜（３）の条件すべてが成立したときのみ切換部６２ｄで切り換えて、リミッタTI0Maxを機能させるものとする。ここにApoはアクセル開度、Tvoはスロットル開度である。即ち、アクセル開度が所定値以上（例えば全開近傍）で、かつ、スロットル開度が所定値以上（例えば全開近傍）で、かつ、空燃比が所定値以下（例えば理論空燃比）が成立しているとき、スロットル全開相当空気量がなんらかの原因で減少し、燃料過剰状態が発生していると判断して、燃料量を制限するものである。制限する量は、燃料過剰度を示す排気空燃比Rabfに基づいて調整する。
【００６４】
また、図３３のように、基本燃料噴射量TiにゲインGTI0を乗じて、燃料噴射量TI0に変換するのもよい。ここにゲインGTI0は、燃料量補正値演算部７０ｈで排気空燃比RabfによりテーブルTblGTI0を参照して演算した値である。
テーブルKApo、KTvo、KRabf、TblTi、TblTI0MaxおよびTblGTI0の設定値は、実機データから決定するのが望ましい。
【００６５】
〔第四実施形態〕
本実施形態は、アクセル開度、スロットル開度および実空気量に基づいて最大トルク未発揮状態を検出し、供給燃料量を調整する制御装置に関するものである。
本実施形態の内燃機関の制御装置は、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０以外は、第一実施形態の内燃機関の制御装置と同じであるので、その説明を省略する。
【００６６】
２．燃料噴射量演算部と燃料補正部
図３４、図３５に示したものが、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部部７０（７０ｇ、７０ｈ）であり、目標燃焼圧トルクTgTcをテーブルTblTiを用いて基本燃料噴射量Tiに変換する。ここに基本燃料噴射量Tiは、一気筒、一サイクルあたりの燃料噴射量であり、基本燃料噴射量Tiは、トルクと比例する。この比例関係を用いて目標燃焼圧トルクTgTcを基本燃料噴射量Tiに変換する。
【００６７】
更に、図３４のように、基本燃料噴射量Tiは、上限リミッタ６２ｂの基本燃料噴射量の上限値TI0Maxによりリミッタを施した後、燃料噴射量TI0を演算する。上限値TI0Maxは、スロットル開度Tvoにより燃料量補正値演算部７０ｇのテーブルTblTI0Maxを参照して演算した値である。
【００６８】
また、
Apo＞Kapo ・・・（４）
Tvo＜Ktvo ・・・（５）
|TgTp−Tp｜＜KDeltaTp・・・（６）
の（４）〜（６）の条件すべてが成立したときのみ切換部６２ｄで切り換えて、リミッタTI0Maxを機能させるものとする。ここにApoはアクセル開度、Tvoはスロットル開度、TgTpは目標空気量、Tpは実空気量である。即ち、アクセル開度が、所定値以上（例えば全開近傍）で、かつ、スロットル開度が所定値以下でかつ、実空気量Tpが目標空気量TgTpの近傍に存在している条件が成立しているとき、スロットル全開相当空気量が、なんらかの原因で増加し、アクセル全開で最大燃料量を要求しても、スロットルは全開には至っていないので、最大燃料量を増加するよう処理し、最大トルクを増加させるものである。増加量はスロットル開度Tvoに基づいて調整する。
【００６９】
また、図３５のように、基本燃料噴射量Tiに、ゲインGTI0を乗じて、燃料噴射量TI0に変換するのもよい。ここにGTI0は、スロットル開度Tvoにより燃料量補正値演算部７０ｇのテーブルTblGTI0を参照して演算した値である。
テーブルKApo、KTvo、KDeltaTp、TblTi、TblTI0MaxおよびTblGTI0の設定値は、実機データから決定するのが望ましい。
【００７０】
〔第五実施形態〕
本実施形態は、アクセル開度、スロットル開度および実空気量に基づいて、燃料過剰供給状態を検出し、供給燃料量を調整する制御装置に関するものである。
本実施形態の内燃機関の制御装置は、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０（７０ｉ、７０ｊ）以外は、第一実施形態の内燃機関の制御装置と同じであるので、その説明を省略する。
【００７１】
２．燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部
図３６、図３７に示したものが、燃料噴射量演算部６２と燃料量補正値演算部７０であり、目標燃焼圧トルクTgTcをテーブルTblTiを用いて、基本燃料噴射量演算部６２ａで基本燃料噴射量Tiに変換する。ここに基本燃料噴射量Tiは、一気筒、一サイクルあたりの燃料噴射量であり、したがって、基本燃料噴射量Tiは、トルクと比例する。この比例関係を用いて目標燃焼圧トルクTgTcを基本燃料噴射量Tiに変換する。
【００７２】
更に、図３６のように、基本燃料噴射量Tiは、上限リミッタ６２ｂの基本燃料噴射量の上限値TI0Maxによりリミッタを施した後、燃料噴射量TI0を演算する。上限値TI0Maxは、燃料量補正値演算部７０ｉで実空気量TpによりテーブルTblTI0Maxを参照して演算した値である。
【００７３】
また、
Apo＞Kapo ・・・（７）
Tvo＜Ktvo ・・・（８）
|TgTp−Tp｜＜KDeltaTp・・・（９）
の（７）〜（９）の条件すべてが成立したときのみ切換部６２ｄで切り換えて、リミッタTI0Maxを機能させるものとする。ここにApoはアクセル開度、Tvoはスロットル開度、TgTpは目標空気量、Tpは実空気量である。即ち、アクセル開度が所定値以上（例えば全開近傍）で、かつ、スロットル開度が所定値以上（例えば全開近傍）で、かつ、目標空気量TgTpと実空気量Tpの差が所定値以上、の条件がすべて成立しているとき、スロットル全開相当空気量がなんらかの原因で減少し、スロットル全開にしても目標空気量TgTpを実現する実空気量Tpが得られず、燃料過剰状態が発生していると判断し、燃料量を制限するものである。制限する量は、スロットル全開時の実空気量Tpに基づいて調整する。
【００７４】
また、図３７のように、変換部６２ｃで基本燃料噴射量TiにゲインGTI0を乗じて、燃料噴射量TI0に変換するのもよい。ここにGTI0は、スロットル全開時の実空気量Tpにより燃料量補正値演算部７０ｊでテーブルTblGTI0を参照した値である。テーブルKApo、KTvo、KDeltaTp、TblTi、TblTI0MaxおよびTblGTI0の設定値は、実機データから決定するのが望ましい。
【００７５】
以上、本発明の五つの実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく、設計において種々の変更ができるものである。
前記第一〜第五の実施形態のいずれの制御装置も、総燃料供給量の最大値を、リミッタもしくはゲインにより制限するものである。したがって、内部損失分TgTlが、量産ばらつきおよび経時変化を原因として変化した場合においても、アクセル分燃料供給量TgTaを調整し、最大空気量を超えることがない機能をも備えているものである。また、前記第一〜第五の実施形態のいずれの制御装置のゲインGTI0はTgTaに施しても良い。
【００７６】
また、前記第一〜第五の実施形態は、いずれも最大空気量に応じて燃料量を調整する手段として述べているが、過給器を備えている場合は、最大空気量を増大することが可能である。例えば、スロットルが全開であっても目標空気量を実現できない場合は、過給により最大空気量を増大させることで対応する方法もあることもここで付言しておく。
【００７７】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の内燃機関の制御装置は、燃料先行型内燃機関のスロットル全開時のシリンダ内空気量に応じて供給燃料量の最大値を変化させ、また、供給燃料量の最大値と内部損失分を考慮して軸トルク分の燃料を変化させる機能を有するので、種々の条件にロバストな排気性能および運転性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図２】請求項２に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図３】請求項３に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図４】請求項４に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図５】請求項５に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図６】請求項６に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図７】請求項７に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図８】請求項８に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図９】請求項９に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図１０】請求項１０に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図１１】請求項１１に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図１２】請求項１１に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図１３】請求項１２に記載の内燃機関の制御装置を表した図。
【図１４】空気先行型内燃機関制御のブロック図。
【図１５】燃料先行型内燃機関制御のブロック図。
【図１６】本発明の内燃機関の制御装置の各実施形態に共通する内燃機関システムの全体構成図。
【図１７】図１６の内燃機関の制御装置の制御部分（コントロールユニット）の内部構成図。
【図１８】本発明の第一実施形態の内燃機関の制御装置の全体の制御ブロック図。
【図１９】図１８の制御ブロック図における目標トルク演算部と目標出力演算部との制御ブロック図。
【図２０】図１８の制御ブロック図における燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との制御ブロック図。
【図２１】図１８の制御ブロック図における燃料噴射量位相調整部の制御ブロック図。
【図２２】図１８の制御ブロック図における目標当量比演算部の制御ブロック図。
【図２３】図１８の制御ブロック図における目標空気量演算部の制御ブロック図。
【図２４】図１８の制御ブロック図における実空気量演算部の制御ブロック図。
【図２５】図１８の制御ブロック図における目標スロットル開度演算部の制御ブロック図。
【図２６】図１８の制御ブロック図におけるスロットル開度制御部の制御ブロック図。
【図２７】図１８の制御ブロック図における燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との他の制御ブロック図。
【図２８】本発明の内燃機関の制御装置の第二実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との制御ブロック図。
【図２９】本発明の内燃機関の制御装置の第二実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との他の制御ブロック図。
【図３０】本発明の内燃機関の制御装置の第二実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との更に他の制御ブロック図。
【図３１】本発明の内燃機関の制御装置の第二実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との更に他の制御ブロック図。
【図３２】本発明の内燃機関の制御装置の第三実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との制御ブロック図。
【図３３】本発明の内燃機関の制御装置の第三実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との他の制御ブロック図。
【図３４】本発明の内燃機関の制御装置の第四実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との制御ブロック図。
【図３５】本発明の内燃機関の制御装置の第四実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との他の制御ブロック図。
【図３６】本発明の内燃機関の制御装置の第五実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との制御ブロック図。
【図３７】本発明の内燃機関の制御装置の第五実施形態の燃料噴射量演算部と燃料量補正値演算部との他の制御ブロック図。
【符号の説明】
１ エアクリーナ
２ エアフロセンサ
３ 電子スロットル
４ 吸気管
５ コレクタ
６ アクセル
７ 燃料噴射弁
８ 点火プラグ
９ シリンダ
１０ 排気管
１１ リーンNOx触媒
１２ A/Fセンサ
１３ アクセル開度センサ
１４ 水温センサ
１５ 内燃機関回転数センサ
１７ スロットル開度センサ
１８ 排気還流管
１９ 排気還流量調節バルブ（ＥＧＲバルブ）
２０ 内燃機関
２７ リフト時期制御型電磁駆動吸気弁
２８ リフト時期制御型電磁駆動排気弁
２９ ピストン
３０ バイパス用空気通路
３１ ISCバルブ
３２ 大気圧センサ
５０ 制御装置（コントロールユニット）
６１ 目標トルク演算部
６２ 燃料噴射量演算部（燃料噴射量演算手段）
６３ 燃料噴射量位相調整部
６４ 目標当量比演算部（目標当量比演算手段）
６５ 目標空気量演算部（目標空気量演算手段）
６６ 実空気量演算部
６７ 目標スロットル開度演算部
６８ スロットル開度制御部
６９ 目標出力演算部
７０ 燃料噴射量補正値演算部（燃料噴射量補正値演算手段）
Claims (9)
- 内燃機関の運転状態を検出する手段と、内燃機関周囲の環境状態を検出する手段と、前記内燃機関の運転状態と前記内燃機関周囲の環境状態とに基づき内燃機関の目標燃料量を演算する手段と、前記内燃機関の運転状態および前記内燃機関周囲の条件に基づき前記目標燃料量の補正値を演算する手段と、目標空燃比を演算する目標空燃比演算装置と、前記目標燃料量と前記目標空燃比とに基づいて目標空気量を演算する目標空気量演算装置と、を備えた燃料先行型の内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態を検出する手段は、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、内燃機関に流入する空気量を直接的もしくは間接的に検出する空気量検出手段と、を少なくとも備え、
前記目標燃料量補正値演算手段は、実空気量と前記目標空気量の差の絶対値が所定値以下で、アクセル開度が所定値以上で、かつ、スロットル開度が所定値以下のとき、前記目標燃料量補正値を演算することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 内燃機関の運転状態を検出する手段と、内燃機関周囲の環境状態を検出する手段と、前記内燃機関の運転状態と前記内燃機関周囲の環境状態とに基づき内燃機関の目標燃料量を演算する手段と、前記内燃機関の運転状態および前記内燃機関周囲の条件に基づき前記目標燃料量の補正値を演算する手段と、目標空燃比を演算する目標空燃比演算装置と、前記目標燃料量と前記目標空燃比とに基づいて目標空気量を演算する目標空気量演算装置と、を備えた燃料先行型の内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態を検出する手段は、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、内燃機関に流入する空気量を直接的もしくは間接的に検出する空気量検出手段と、を少なくとも備え、
前記目標燃料量補正値演算手段は、目標空気量が実空気量より所定値以上で、アクセル開度が所定値以上で、かつ、スロットル開度が所定値以上のとき、目標燃料量補正値を演算することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 内燃機関の運転状態を検出する手段と、内燃機関周囲の環境状態を検出する手段と、前記内燃機関の運転状態および前記内燃機関周囲の環境状態に基づき前記内燃機関に供給する目標燃料量を演算する手段と、前記内燃機関の運転状態および前記内燃機関周囲の条件に基づき前記目標燃料量の補正値を演算する手段と、を備えた燃料先行型の内燃機関の制御装置であって、
前記目標燃料量補正値演算手段は、アクセル開度又は目標トルクに対する目標燃料量の関係において、目標燃料量補正値を前記目標燃料量の最大値もしくはゲインに基づき演算することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記目標燃料量演算手段は、少なくともアクセル開度と内燃機関回転数から目標燃料噴射量を演算することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記内燃機関周囲の環境状態を検出する手段は、大気圧もしくは大気温度を検出する手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記内燃機関の運転状態を検出する手段は、ＥＧＲバルブの開度検出手段、可変吸排気バルブの開閉時期の検出手段、吸気の空気流動を強化する手段（ＳＣＶ）の作動角検出手段等の内燃機関のシリンダ内空気量の充填効率を間接的もしくは直接的に検出する手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記内燃機関の運転状態を検出する手段は、内燃機関がアイドル状態における目標回転数を維持するのに必要なトルクもしくは燃料量を直接的もしくは間接的に検出する手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記内燃機関の運転状態を検出する手段は、内燃機関の排気成分を検出する手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制 御装置。
- 前記内燃機関の制御装置は、過給器などシリンダ内空気量の充填効率を制御する充填効率制御手段を備え、内燃機関の運転状態および内燃機関周囲環境の状態に基づき、充填効率制御手段を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
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