JP4051180B2 - 希薄燃焼エンジン制御装置および方法ならびにエンジンシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希薄燃焼エンジンの電子式エンジン制御システムに係り、特に制御空燃比のダイナミックレンジが広くてもエンジン状態に応じた最適の制御パラメータを検索して制御することができるエンジン制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエンジン制御装置では目標空燃比，目標スロットル開度，点火時期等の制御パラメータを決定するにあたり、一般的には特開平2−85843号に記載のようにエンジン回転数Ｎｅを１つの軸とし、Ｎｅと実測した吸入空気量Ｑａから求める基本噴射量Ｔｐをマップの別の軸として前記制御パラメータを求めていた。また、特殊な例として特開平6−129276 号に記載されているように、エンジン回転数を１つの軸とし、アクセル開度から求められた目標トルクを別の軸にして決定するものもあった。
【０００３】
燃焼効率を上げて燃料の持っているエネルギーを有効に利用し、燃費を向上させるのが希薄燃焼システムである。空燃比を希薄にしていくと燃費率は向上するが燃焼が不安定になるので、運転性および排気ガス低減のために種々の工夫がなされてきた。
【０００４】
また、希薄燃焼では空燃比がある値をこえると燃焼が不安定となり、トルク変動が急激に増加して円滑な運転が不可能になる。このため、トルク変動を許容値に抑えるために希薄空燃比域での精密な空燃比制御を行うことが提案されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、筒内噴射エンジンに代表される制御空燃比のダイナミックレンジが広い希薄燃焼エンジンにおいて、制御パラメータの設定方法について上記２つの公知例について検証してみる。
【０００６】
特開平2−85843号に記載の制御パラメータの求め方では、全ての運転領域で空燃比を一定に制御すると仮定すれば、高負荷になるほど吸入空気量Ｑａが増えるので基本噴射量Ｔｐも単調増加となり、基本噴射量Ｔｐはトルクに対して１：１に対応するので基本噴射量Ｔｐを制御軸に使えばどのトルクに対しても各制御パラメータを最適値に設定することができる。
【０００７】
しかし、低負荷側の空燃比を高負荷側より希薄空燃比に設定する場合、高負荷になるほど吸入空気量Ｑａが減り、負荷が高くなっても基本噴射量Ｔｐが減る領域が存在するためトルクと基本噴射量Ｔｐが１：１に対応しない。よって、基本噴射量Ｔｐを制御軸に使うと、任意のトルクに対して各制御パラメータの最適値を設定することができない。また、負荷を代表する基本噴射量Ｔｐは負荷が大きくなるほど大きくなることが望ましいが、負荷が大きくなっても基本噴射量Ｔｐの値が同じになったり、負荷が大きくなっても基本噴射量Ｔｐが小さくなる逆転現象が生ずるため制御が著しく不安定なものとなってしまう。この現象は設定空燃比の差が大きいほど顕著に現れるので、筒内噴射エンジンに代表される制御空燃比のダイナミックレンジが広い希薄燃焼エンジンにおいては制御が成立しない。
【０００８】
また、特開平6−129276 号に記載されているように、エンジン回転数を１つの軸とし、アクセル開度から求めた目標トルクを別の軸にして制御パラメータのマップ検索を行うものでは、目標トルクが実際のトルクにあっているかどうか検証できない。よって、動力計のあるベンチ試験でそれぞれのトルクに対して各制御パラメータの最適値を設定しても実トルクを求められない実車においては実トルクと目標トルクのずれを補償できないため最適な制御パラメータをマップ検索することができない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は制御空燃比のダイナミックレンジが広い希薄燃焼エンジンにおいても、任意のトルクに対して各制御パラメータの最適値を１：１に対応させて設定することができ、かつ、実際の車両搭載状態でも任意のトルクに対する各制御パラメータの最適値を正確に求めて安定した希薄燃焼を実現するエンジン制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、アクセル開度の関数としての基準Ｔｐを求める。この基準Ｔｐは、あるトルクを出すために理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４.７ ）で運転した場合の基本燃料噴射量Ｔｐの値でありトルクと１：１に対応する。
【００１１】
基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ …（数１）
基準Ｔｐ＝ｆ（Ｎｅ，Ａｃｃ） …（数２）
Ｋ ：係数
Ｎｅ ：エンジン回転数
Ｑａ ：吸入空気量
Ａｃｃ：アクセル開度
また、基準Ｔｐは理論空燃比時にアクセル開度およびエンジン回転数の２つの変数を軸として実際の基本燃料噴射量Ｔｐを学習し、その値を更新する。
【００１２】
ところで、希薄燃焼では同じトルクを出すにも空燃比が薄いほど実測した基本燃料噴射量Ｔｐ（以下実Ｔｐ）は大となる関係にありトルクと１：１に対応しない。
【００１３】
そこで、希薄燃焼時においては上記基準Ｔｐとエンジン回転数Ｎｅのマップでエンジン動作点を定め、各制御パラメータを検索することによりエンジン動作点が空燃比によらず一義的に決定できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるエンジン制御装置について、図示の実施例により詳細に説明する。
【００１５】
図１に本発明の全体制御ブロック図を示す。基準Ｔｐマップ１０１はアクセル開度Ａｃｃとエンジン回転数Ｎｅの２つの変数から基準Ｔｐを求めるマップであり、理論空燃比（以下「ストイキ」という。）のときには実Ｔｐによりマップ中の値を更新できるようになっている。エンジンの負荷と回転数に応じて各制御パラメータの最適値で燃焼を行うためＡ／Ｆ，点火時期，燃料噴射時期，ＥＧＲ率のマップはエンジン回転数Ｎｅと基準Ｔｐの２変数により検索される。空燃比はストイキＡ／Ｆマップ１０３と希薄空燃比（以下「リーン」という。）におけるリーンＡ／Ｆマップ１０２，点火時期はストイキ点火マップ１０５とリーン点火マップ１０４，燃料噴射時期はストイキ噴射時期マップ１０７とリーン噴射時期マップ１０６，ＥＧＲ率はストイキＥＧＲマップ１０９とリーンＥＧＲマップ１０８に分けられる。それぞれのマップでストイキのマップを使うかリーンのマップを使うかはマップ切換えロジック１１０で決定される。
【００１６】
マップ切換えロジック１１０では目標Ａ／Ｆ＞１４.７ でエンジン冷却水温≧Ｔ（例えば１０℃）のとき各制御パラメータのマップのうちリーン側のマップを使うことを許可する。ここで、マップ切換えのために参照する目標Ａ／Ｆの算出について詳細に述べる。現在のＡ／ＦマップがストイキＡ／Ｆマップ１０３で、基準Ｔｐとエンジン回転数Ｎｅで定まる運転領域のマップ値の目標Ａ／Ｆ≦14.7のときは点火マップ等の他の制御パラメータのマップもストイキ用を使用する。次に動作点が移動してストイキＡ／Ｆマップ１０３中の目標Ａ／Ｆ＝２０のエリアに変わったら、マップ切換えロジック１１０によりリーン側のマップが選択されるのでリーンＡ／Ｆマップ１０２で目標Ａ／Ｆを検索すると同時に他のパラメータもリーン側のマップに切換る。さらに、リーン運転中に負荷かエンジン回転数が高くなってリーンＡ／Ｆマップ１０２中のＡ／Ｆ＝１４.７ のエリアに入ったらストイキＡ／Ｆマップ１０３に切換ると同時に他のパラメータもストイキ側のマップに切換る。
【００１７】
センサで検出したエンジンの吸入空気量Ｑａはフィルタ処理部１１１でノイズを除去され、ブロック１１２にて実Ｔｐが（数１）計算される。実Ｔｐは基準Ｔｐマップ１０１の更新に使われ、またストイキ学習マップ１１３の軸としても使われる。さらに、基準Ｔｐから目標Ｔｐを下式（数３）のように求めて実ＴＰと比較した偏差分で空気量制御部のフィードバック制御を行う。
【００１８】
目標Ｔｐ＝基準Ｔｐ×（目標Ａ／Ｆ）／（１４.７） …（数３）
（数３）において基準Ｔｐはストイキ時のＴｐと等価であるから目標Ａ／Ｆがストイキの１４.７ のときは目標Ｔｐ＝基準Ｔｐ＝ストイキ時の実Ｔｐとなる。一方、目標Ａ／Ｆがリーンで例えば４０のときは、基準Ｔｐに４０／１４.７ をかけた目標Ｔｐとなるように空気量アクチュエータ(例えば電子制御スロットル)を制御することになる。
【００１９】
目標Ｔｐから実Ｔｐをひいた偏差をもとにスロットルのＰＤ（比例・微分）制御をする場合、ブロック１１６で比例ゲインＫｐをかけ、ブロック１１４の微分器で微分した信号にブロック１１５で微分ゲインＫｄをかけてスロットル目標開度にして空気量アクチュエータのＴＣＭ（Throttle Control Module ）に入力する。
【００２０】
一方、燃料は基準Ｔｐにインジェクタ開弁遅れ時間Ｔｓを加算し、燃料噴射量Ｔｉを求める。
【００２１】
次に、図２により本発明の適用されるエンジンシステムの一例を示す。図においてエンジンが吸入する空気はエアクリーナ１の入口部２から取り入れられ、空気流量計３を通り、吸気流量を制御するスロットル弁５が収容されたスロットルボディを通り、コレクタ６に入る。
【００２２】
そして、ここで吸気はエンジン７の各シリンダに接続された各吸気管に分配され、シリンダ内に導かれる。
【００２３】
他方、ガソリンなどの燃料は、燃料タンク９から燃料ポンプ１０により吸引，加圧された上で、燃料ダンパ１１，燃料フィルタ１２，燃料噴射弁（インジェクタ）１３、それに燃圧レギュレータ１４が配管されている燃料系に供給される。
そして、この燃料は上記した燃圧レギュレータ１４により一定の圧力に調圧され、それぞれのシリンダの吸気管８に設けられているインジェクタ１３から吸気管８の中に噴射される。
【００２４】
又、上記空気流量計３からは吸気流量を表す信号が出力され、コントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００２５】
更に、上記スロットルボディにはスロットル弁５の開度を検出するスロットルセンサ１８が取り付けてあり、その出力もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００２６】
次に、１６はディスト（ディストリビュータ）で、このディストにはクランク角センサが内蔵されており、クランク軸の回転位置を表す基準角信号ＲＥＦと回転信号（回転数）検出用の角度信号ＰＯＳとが出力され、これらの信号もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００２７】
２０は排気管に設けられたＡ／Ｆセンサで、この出力信号もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。ここで、上記Ａ／Ｆセンサは実運転空燃比を検出するためのもので、検出した空燃比に対しリニアな出力を出すタイプでもよいし、または、所定の空燃比に対し、濃い状態か，薄い状態かを検出するタイプでもよい。排気管の途中には触媒２５があり、排気ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを浄化する。
【００２８】
コントロールユニット１５の主要部は、図３に示すようにＭＰＵ，ＲＯＭとＡ／Ｄ変換器，エンジンの運転状態を検出する各種のセンサなどからの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された各種の制御信号を出力し、上記したインジェクタ１３や点火コイル１７に所定の制御信号を供給し、燃料供給量制御と点火時期制御とを実行するものである。
【００２９】
図４は希薄燃焼エンジンでの目標Ａ／Ｆをエンジン回転数Ｎｅとトルクを軸として割付けたマップの一例であり、低負荷ほどリーンにするパターンである。これをあるエンジン回転数（２０００rpm ）で縦切りにしたものを図５に示す。図５では横軸はトルクになっているが、この関係をエンジン制御装置の中で実際に検出できるパラメータの基本燃料噴射パルス幅Ｔｐ（実Ｔｐ）を横軸にして表わしたのが図６である。この場合、実Ｔｐの１つの値に対して複数の目標Ａ／Ｆが対応し、また、トルクも実Ｔｐに対し１：１に対応しないため、従来のように実Ｔｐを軸として目標Ａ／Ｆを検索したり動作点を１：１に対応させることは不可能である。
【００３０】
図７は、図５に示した関係を本発明の特徴である図１の制御系にあてはめ、基準Ｔｐを横軸として整理したものである。こうすると、トルクも目標Ａ／Ｆも基準Ｔｐに対して１：１に対応し、マップとして成立することが判る。また、図１のブロック１１６に入力される信号の加算前の目標Ｔｐも基準Ｔｐが決まれば１つの値に対応するようになっている。
【００３１】
図４から図７は空燃比設定の１例をもとに制御軸について検討したが、この一般解を求めるため定量的に制御軸の成立性を検証するのが図８である。
【００３２】
図８では３点のトルクについて夫々目標Ａ／Ｆを割付け、実際にリーンで動作させたときの実Ｔｐの関係を示している。なお、［］中の数値は実例である。まず、同じエンジン回転数でトルク違いの３点Ｔ１［８kgfm］,Ｔ２［１０kgfm］,Ｔ３［１２kgfm］とする。上記３点のストイキ時のＴｐつまり基準ＴｐをＴｐ１，Ｔｐ２，Ｔｐ３とすると必ずＴｐ１＜Ｔｐ２＜Ｔｐ３の関係が成り立つ。このときのＴｐの比（Ｔｐ２／Ｔｐ１）をａとする。
【００３３】
次に、図８のＡ／Ｆ設定パターン２のようにＴ１〜Ｔ２，Ｔ２〜Ｔ３間でＡ／Ｆの勾配が小さくなるようにＡ／Ｆ１，Ａ／Ｆ２，Ａ／Ｆ３と目標Ａ／Ｆを設定する。ここでＡ／Ｆの比（Ａ／Ｆ２）／（Ａ／Ｆ１）をｂとする。このとき、実ＴｐはＬＴｐ１＜ＬＴｐ２＜ＬＴｐ３となりトルクに対して実Ｔｐは単調増加となるので、トルクと実Ｔｐは１：１の関係となり実Ｔｐを制御軸に用いても空燃比設定は可能である。ここで、上記ａとｂの積ａ×ｂ値はＴ１〜Ｔ２間でもＴ２〜Ｔ３間でも１以上の数値となっている。
【００３４】
しかし、図８のＡ／Ｆ設定パターン１のようにＴ１〜Ｔ２，Ｔ２〜Ｔ３間でＡ／Ｆの勾配が大きくなるようにＡ／Ｆ１，Ａ／Ｆ２，Ａ／Ｆ３と目標Ａ／Ｆを設定する。このときのＡ／Ｆの比ｂはＡ／Ｆ設定パターン２に対して小さい値となる。また、このときの実ＴｐはＬＴｐ１＜ＬＴｐ２＞ＬＴｐ３となりＴ２〜Ｔ３間でトルクが増加しているにもかかわらず実Ｔｐは減少している。よって、トルクと実Ｔｐは１：１の関係とならず、実Ｔｐを制御軸に用いると空燃比設定は不可能である。ここで、ａとｂの積ａ×ｂ値に着目するとＴ２〜Ｔ３間で１以下となっている。
【００３５】
以上の検討から得られた結果を定量的に整理すると、ａ×ｂ値が１以上となるような、トルクに対するＡ／Ｆ勾配が小さい設定では実Ｔｐ軸で目標Ａ／Ｆを１：１に対応させることは可能であるが、ａ×ｂ値が１以下となるような、トルクに対するＡ／Ｆ勾配が大きい設定では実Ｔｐ軸では目標Ａ／Ｆを１：１に対応させることは不可能である。
【００３６】
よって、請求項２に記載のように、エンジン動作点のなかでエンジン回転数Ｎｅが等しくトルク違い（Ｔ１＜Ｔ２）の任意の２つの動作点を選んで、ａ×ｂ＜１となるようにＡ／Ｆを設定する場合、アクセル開度，点火時期，空燃比，燃料噴射タイミング，ＥＧＲ率等の制御パラメータを選ぶため、各制御パラメータのマップでエンジン回転数を１つの軸とし、もう１つの軸はアクセル開度またはアクセル開度の関数である基準Ｔｐのいずれかにしてマップ検索する手段を設ければＡ／Ｆ設定の制限がなくなり、使用空燃比のダイナミックレンジを広くすることが可能である。
【００３７】
次に、図９は図１の基準Ｔｐマップ１０１の内容に相当するもので、アクセル開度とエンジン回転数Ｎｅの２軸により検索するマップでＲＯＭに記憶されている。
【００３８】
図１０は図９の基準Ｔｐマップ部分のブロック図で、アクセル開度Ａｃｃとエンジン回転数Ｎｅを入力とし、基準Ｔｐを出力とする。また、基準Ｔｐマップ中の値はストイキ時に実Ｔｐにより修正可能である。
【００３９】
基準Ｔｐマップの修正は、図１３のフローチャートに示すように処理される。図１３の一連の処理は定時割込みによって実行され、はじめに、ブロック１３１にて、現在のアクセル開度Ａｃｃ（ｋ）とエンジン回転数Ｎｅ（ｋ）と目標Ａ／Ｆの読み込みを行う。判定１３２では、目標Ａ／Ｆが１４.７ かどうか判定する。現在の目標Ａ／Ｆが１４.７ すなわちストイキであれば判定１３３へと進む。判定１３３と判定１３４の２つでエンジンが定常状態にあるかどうか判定する。まず、判定１３３では現在のアクセル開度Ａｃｃ（ｋ）が１回前のアクセル開度Ａｃｃ（ｋ−１）と一定値±α以内の差にあるかどうか判定する。判定１３４では現在のエンジン回転数Ｎｅ（ｋ）が１回前のエンジン回転数Ｎｅ（ｋ−１）と一定値±β以内の差にあるかどうか判定する。以上の判定で定常状態と判定されればブロック１３５にて実Ｔｐを読み込む。さらに、ブロック１３６にて、アクセル開度とエンジン回転数できまる領域の基準Ｔｐの値を実Ｔｐ値に更新する。次に、ブロック１３７では次回の処理に備えてアクセル開度Ａｃｃ（ｋ−１）とエンジン回転数Ｎｅ（ｋ−１）の値を現在値にする。以上の処理で実Ｔｐマップの更新を行う。
【００４０】
図１１は基準Ｔｐのテーブルで図９のマップに対してエンジン回転数のファクタを除いたものである。
【００４１】
図１２は図１１の基準Ｔｐテーブル部分のブロック図で、アクセル開度Ａｃｃを入力とし、基準Ｔｐを出力とする。また、基準Ｔｐテーブルは基準Ｔｐマップと同様、テーブル中の値は図１３のフローチャートにてストイキ時に実Ｔｐにより修正可能である。
【００４２】
図１４のブロック図は目標Ｔｐをもとに空気量制御を行うためのものである。目標Ｔｐは数３に示したように基準Ｔｐに目標Ａ／Ｆをかけ、ストイキのＡ／Ｆ＝１４.７ で割って計算する。空気量アクチュエータ１４１は目標Ｔｐと数１のように計算された実Ｔｐとの偏差により、基準Ｔｐ＞実Ｔｐであれば吸入空気量Ｑａを増やすように動作し、基準Ｔｐ＜実Ｔｐであれば吸入空気量Ｑａを減らすように動作する。空気量アクチュエータ１４１は例えばモータ駆動の電子制御スロットルである。
【００４３】
図１５は図１４の空気量アクチュエータ１４１の１例のスロットル制御装置ＴＣＭ（Throttle Control Module ）１５１とコントロールユニット１５との信号の入出力関係を示す図である。コントロールユニット１５のＴｐ演算部は吸入空気量計３で計測された吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅを入力し、実Ｔｐを出力する。実Ｔｐは図１４に示したように目標Ｔｐと比較され、その偏差が開度演算部１５２に入力される。開度演算部１５２は目標Ｔｐと実Ｔｐの偏差であるＴｐ偏差をもとに電子制御スロットルの目標開度を算出する。ＴＣＭではコントロールユニット１５から送信された目標開度とスロットルセンサ１８で検出される実開度とを比較し、開度偏差を電流変換部１５４に入力する。電流変換部１５４は上記開度偏差からモータ１５５に通電する電流を演算し、モータ１５５への電流制御を行う。モータ１５５の軸からのトルクはギアを介してスロットル弁５に伝わり目標開度および目標Ｔｐになるようフィードバック制御が行われる。
【００４４】
図１６は図１４に示す空気量アクチュエータ１４１の１例のＴＣＭ（ThrottleControl Module）１５１とコントロールユニット１５との信号の入出力関係を示す図であり、図１５とは違う形態の例である。図１５との違いはＴｐ演算部153と開度換算部１５２をTCM151のなかに取り込んだところにある。よって、コントロールユニット１５からTCM151には目標Ｔｐを送信する。TCM151ではＴｐ演算部１５３が吸入空気量計３で計測された吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅの入力に対し実Ｔｐを出力する。実Ｔｐは目標Ｔｐと比較され、その偏差が開度演算部１５２に入力される。開度演算部１５２はＴｐ偏差をもとに電子制御スロットルの目標開度を算出する。つぎに、目標開度とスロットルセンサ１８で検出される実開度とを比較し、開度偏差を電流変換部１５４に入力する。電流変換部154は上記開度偏差からモータ１５５に通電する電流を演算し、モータ１５５への電流制御を行う。モータ１５５の軸からのトルクはギアを介してスロットル弁５に伝わり目標開度および目標Ｔｐになるようフィードバック制御が行われる。
【００４５】
図１７は空気量アクチュエータ１４１の１例のＴＣＭ（Throttle Control Module）１５１とコントロールユニット１５との信号の入出力関係を示す図であり、図１５，図１６とは違う形態の例である。図１５，図１６との違いはコントロールユニット１５からTCM151に送信する信号が目標吸入空気量Ｑａになっている点である。この通信形態をとることによりTCM151は目標吸入空気量Ｑａと実吸入空気量Ｑａを比較してフィードバック制御を行う。目標吸入空気量Ｑａと実吸入空気量Ｑａの偏差は開度演算部１５２に入力される。開度演算部１５２はＱａ偏差をもとに電子制御スロットルの目標開度を算出する。つぎに、目標開度とスロットルセンサ１８で検出される実開度とを比較し、開度偏差を電流変換部154に入力する。電流変換部１５４は上記開度偏差からモータ１５５に通電する電流を演算し、モータ１５５への電流制御を行う。モータ１５５の軸からのトルクはギアを介してスロットル弁５に伝わり目標開度および目標Ｑａになるようフィードバック制御が行われる。
【００４６】
本発明は希薄燃焼を行うエンジンシステムに有効であるが、特に空燃比のダイナミックレンジの広い希薄燃焼エンジンに対して効果が大である。図１８に空燃比のダイナミックレンジの広い希薄燃焼エンジンの例として燃料を直接燃焼室内に噴射する筒内噴射エンジンシステムの具体的な構成を示す。
【００４７】
以下、図２のポート噴射エンジンシステムとの違いについて説明する。
【００４８】
ガソリンなどの燃料は、燃料タンク９から燃料ポンプ１０により１次加圧され、さらに燃料ポンプ３０により２次加圧され、インジェクタ１３が配管されている燃料系に供給される。１次加圧された燃料は燃圧レギュレータ３１により一定の圧力（例えば３kg／cm2 ）に調圧され、より高い圧力に２次加圧された燃料は燃圧レギュレータ３２により一定の圧力（例えば３０kg／ｍ2 ）に調圧され、それぞれのシリンダに設けられている高圧用インジェクタ３３からシリンダの中に噴射される。
【００４９】
次に、１６はカムシャフト軸に取り付けられたクランク角センサで、クランク軸の回転位置を表す基準角信号ＲＥＦと回転信号（回転数）検出用の角度信号ＰＯＳとが出力され、これらの信号もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。ここで、クランク角センサは３４のようにクランク軸の回転を直接検出するタイプでもよい。
【００５０】
２０は排気管に設けられたＡ／Ｆセンサで、この出力信号もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００５１】
本発明ではアクセル開度信号を入力として基準Ｔｐを演算し、スロットル開度を制御するので、アクセル開度およびスロットル開度の精度確保が空燃比制御とトルク制御を行うに当たって重要な課題である。特に、開度に対する吸入空気量の増加割合が大きくなる全閉付近では、アクセル開度とスロットル開度の精度確保が必要である。
【００５２】
そこで、コントロールユニット１５に高精度のアクセル開度およびスロットル開度を入力する構成を図１９と図２０に示す。
【００５３】
図１９のTCM151は、アクセルまたはおよびスロットルの開度センサ１９１からの電圧をＮ倍に増幅する増幅器１９３とゲイン１倍の増幅器１９２を備えている。増幅器１９２，１９３の出力はＡ／Ｄ変換器１９４でディジタルに変換され、CPU195に入力される。CPU195では１倍信号またはＮ倍信号のどちらかを選択するが、低開度時には、実開度を目標開度に正確に追従させるために増幅器１９３からのＮ倍信号を使用している。ここで、増幅器１９２，１９３の出力を分岐してコントロールユニット１５内のＡ／Ｄ変換器１９６に入力し、ディジタル変換してCPU197に入力する。このようにして、コントロールユニット１５もＮ倍信号を得ることができるため、低開度時の基準Ｔｐ算出とスロットル制御を高精度に行うことができる。
【００５４】
図２０に図１９と同じ目的で構成が違う例を示す。ここで、TCM151はアクセルまたはおよびスロットルの開度センサ１９１からの電圧をＮ倍に増幅する増幅器１９３とゲイン１倍の増幅器１９２を備えている。増幅器１９２，１９３の出力はＡ／Ｄ変換器１９４でディジタルに変換され、CPU195に入力される。CPU195では１倍信号またはＮ倍信号のどちらかを選択するが、低開度時には、実開度を目標開度に正確に追従させるために増幅器１９３からのＮ倍信号を使用している。ここで、ＴＣＭのCPU195はコントロールユニット１５のCPU197と通信を行っており、実開度の１倍信号とＮ倍信号のディジタルデータをCPU197に送信する。このようにして、コントロールユニット１５もＮ倍信号を得ることができ、低開度時の基準Ｔｐ算出とスロットル制御を高精度に行うことができる。
【００５５】
従来技術では、実Ｔｐを負荷側の軸としていたために、希薄燃焼させたときにトルクに対して実Ｔｐが一義的に定まらず、負荷が大となったときに実Ｔｐが逆転する現象があった。
【００５６】
しかしながら、本願発明によれば、本発明は、基準Ｔｐを軸とするために、トルク，基準Ｔｐ，目標Ａ／Ｆは一義的に定まる関係となり、希薄燃焼領域において目標Ａ／Ｆの設定範囲を大きくすることができ、負荷に応じて最適なＡ／Ｆで運転することができる。同様に、負荷に応じて最適な点火時期，燃料噴射時期，ＥＧＲ率で運転することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は、エンジン動作点を設定するに当ってエンジン回転数Ｎｅと基準Ｔｐとを軸として制御パラメータを検索し求めるようにしているため、トルクに対する目標Ａ／Ｆ，目標Ｔｐおよび各制御パラメータについて一義的に定まる関係を創出できることになる。そして、これによれば目標Ａ／Ｆの設定に大きな自由度が派生することになるために、希薄燃焼領域における負荷に応じて最適な空燃比および制御パラメータを設定できるようになり、安定した希薄燃焼を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の全体構成を表わす制御ブロック図。
【図２】本発明の適用されるエンジンシステムの一例。
【図３】本発明の適用されるコントロールユニットの構成図。
【図４】目標空燃比の設定の一例。
【図５】トルクに対する目標空燃比の設定の一例。
【図６】従来技術での目標Ａ／Ｆ設定の例。
【図７】本発明での目標Ａ／Ｆ設定の一例。
【図８】トルク違いの複数点に対する目標Ａ／Ｆ設定の例。
【図９】本発明で使用する基準Ｔｐマップを表わす図。
【図１０】本発明で使用する基準Ｔｐマップのブロック図。
【図１１】本発明で使用する基準Ｔｐテーブルを表わす図。
【図１２】本発明で使用する基準Ｔｐテーブルのブロック図。
【図１３】本発明の一実施例のフローチャート。
【図１４】本発明の空気量制御部の構成を示すブロック図。
【図１５】本発明の適用されるコントロールユニットの入出力関係の一例。
【図１６】本発明の適用されるコントロールユニットの入出力関係の一例。
【図１７】本発明の適用されるコントロールユニットの入出力関係の一例。
【図１８】本発明の適用されるエンジンシステムの一例。
【図１９】本発明の適用されるコントロールユニットの入出力関係の一例。
【図２０】本発明の適用されるコントロールユニットの入出力関係の一例。
【符号の説明】
３…空気流量計、５…スロットル弁、７…エンジン、１３…インジェクタ、１５…コントロールユニット、１８…スロットルセンサ、２３…点火プラグ、３３…高圧用インジェクタ、１０１…基準Ｔｐマップ、１０２…リーンＡ／Ｆマップ、１１７…ＴＣＭ（Throttole Control Module）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、希薄燃焼エンジンの電子式エンジン制御システムに係り、特に制御空燃比のダイナミックレンジが広くてもエンジン状態に応じた最適の制御パラメータを検索して制御することができるエンジン制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエンジン制御装置では目標空燃比，目標スロットル開度，点火時期等の制御パラメータを決定するにあたり、一般的には特開平2−85843号に記載のようにエンジン回転数Ｎｅを１つの軸とし、Ｎｅと実測した吸入空気量Ｑａから求める基本噴射量Ｔｐをマップの別の軸として前記制御パラメータを求めていた。また、特殊な例として特開平6−129276 号に記載されているように、エンジン回転数を１つの軸とし、アクセル開度から求められた目標トルクを別の軸にして決定するものもあった。
【０００３】
燃焼効率を上げて燃料の持っているエネルギーを有効に利用し、燃費を向上させるのが希薄燃焼システムである。空燃比を希薄にしていくと燃費率は向上するが燃焼が不安定になるので、運転性および排気ガス低減のために種々の工夫がなされてきた。
【０００４】
また、希薄燃焼では空燃比がある値をこえると燃焼が不安定となり、トルク変動が急激に増加して円滑な運転が不可能になる。このため、トルク変動を許容値に抑えるために希薄空燃比域での精密な空燃比制御を行うことが提案されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、筒内噴射エンジンに代表される制御空燃比のダイナミックレンジが広い希薄燃焼エンジンにおいて、制御パラメータの設定方法について上記２つの公知例について検証してみる。
【０００６】
特開平2−85843号に記載の制御パラメータの求め方では、全ての運転領域で空燃比を一定に制御すると仮定すれば、高負荷になるほど吸入空気量Ｑａが増えるので基本噴射量Ｔｐも単調増加となり、基本噴射量Ｔｐはトルクに対して１：１に対応するので基本噴射量Ｔｐを制御軸に使えばどのトルクに対しても各制御パラメータを最適値に設定することができる。
【０００７】
しかし、低負荷側の空燃比を高負荷側より希薄空燃比に設定する場合、高負荷になるほど吸入空気量Ｑａが減り、負荷が高くなっても基本噴射量Ｔｐが減る領域が存在するためトルクと基本噴射量Ｔｐが１：１に対応しない。よって、基本噴射量Ｔｐを制御軸に使うと、任意のトルクに対して各制御パラメータの最適値を設定することができない。また、負荷を代表する基本噴射量Ｔｐは負荷が大きくなるほど大きくなることが望ましいが、負荷が大きくなっても基本噴射量Ｔｐの値が同じになったり、負荷が大きくなっても基本噴射量Ｔｐが小さくなる逆転現象が生ずるため制御が著しく不安定なものとなってしまう。この現象は設定空燃比の差が大きいほど顕著に現れるので、筒内噴射エンジンに代表される制御空燃比のダイナミックレンジが広い希薄燃焼エンジンにおいては制御が成立しない。
【０００８】
また、特開平6−129276 号に記載されているように、エンジン回転数を１つの軸とし、アクセル開度から求めた目標トルクを別の軸にして制御パラメータのマップ検索を行うものでは、目標トルクが実際のトルクにあっているかどうか検証できない。よって、動力計のあるベンチ試験でそれぞれのトルクに対して各制御パラメータの最適値を設定しても実トルクを求められない実車においては実トルクと目標トルクのずれを補償できないため最適な制御パラメータをマップ検索することができない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は制御空燃比のダイナミックレンジが広い希薄燃焼エンジンにおいても、任意のトルクに対して各制御パラメータの最適値を１：１に対応させて設定することができ、かつ、実際の車両搭載状態でも任意のトルクに対する各制御パラメータの最適値を正確に求めて安定した希薄燃焼を実現するエンジン制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、アクセル開度の関数としての基準Ｔｐを求める。この基準Ｔｐは、あるトルクを出すために理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４.７ ）で運転した場合の基本燃料噴射量Ｔｐの値でありトルクと１：１に対応する。
【００１１】
基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ …（数１）
基準Ｔｐ＝ｆ（Ｎｅ，Ａｃｃ） …（数２）
Ｋ ：係数
Ｎｅ ：エンジン回転数
Ｑａ ：吸入空気量
Ａｃｃ：アクセル開度
また、基準Ｔｐは理論空燃比時にアクセル開度およびエンジン回転数の２つの変数を軸として実際の基本燃料噴射量Ｔｐを学習し、その値を更新する。
【００１２】
ところで、希薄燃焼では同じトルクを出すにも空燃比が薄いほど実測した基本燃料噴射量Ｔｐ（以下実Ｔｐ）は大となる関係にありトルクと１：１に対応しない。
【００１３】
そこで、希薄燃焼時においては上記基準Ｔｐとエンジン回転数Ｎｅのマップでエンジン動作点を定め、各制御パラメータを検索することによりエンジン動作点が空燃比によらず一義的に決定できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるエンジン制御装置について、図示の実施例により詳細に説明する。
【００１５】
図１に本発明の全体制御ブロック図を示す。基準Ｔｐマップ１０１はアクセル開度Ａｃｃとエンジン回転数Ｎｅの２つの変数から基準Ｔｐを求めるマップであり、理論空燃比（以下「ストイキ」という。）のときには実Ｔｐによりマップ中の値を更新できるようになっている。エンジンの負荷と回転数に応じて各制御パラメータの最適値で燃焼を行うためＡ／Ｆ，点火時期，燃料噴射時期，ＥＧＲ率のマップはエンジン回転数Ｎｅと基準Ｔｐの２変数により検索される。空燃比はストイキＡ／Ｆマップ１０３と希薄空燃比（以下「リーン」という。）におけるリーンＡ／Ｆマップ１０２，点火時期はストイキ点火マップ１０５とリーン点火マップ１０４，燃料噴射時期はストイキ噴射時期マップ１０７とリーン噴射時期マップ１０６，ＥＧＲ率はストイキＥＧＲマップ１０９とリーンＥＧＲマップ１０８に分けられる。それぞれのマップでストイキのマップを使うかリーンのマップを使うかはマップ切換えロジック１１０で決定される。
【００１６】
マップ切換えロジック１１０では目標Ａ／Ｆ＞１４.７ でエンジン冷却水温≧Ｔ（例えば１０℃）のとき各制御パラメータのマップのうちリーン側のマップを使うことを許可する。ここで、マップ切換えのために参照する目標Ａ／Ｆの算出について詳細に述べる。現在のＡ／ＦマップがストイキＡ／Ｆマップ１０３で、基準Ｔｐとエンジン回転数Ｎｅで定まる運転領域のマップ値の目標Ａ／Ｆ≦14.7のときは点火マップ等の他の制御パラメータのマップもストイキ用を使用する。次に動作点が移動してストイキＡ／Ｆマップ１０３中の目標Ａ／Ｆ＝２０のエリアに変わったら、マップ切換えロジック１１０によりリーン側のマップが選択されるのでリーンＡ／Ｆマップ１０２で目標Ａ／Ｆを検索すると同時に他のパラメータもリーン側のマップに切換る。さらに、リーン運転中に負荷かエンジン回転数が高くなってリーンＡ／Ｆマップ１０２中のＡ／Ｆ＝１４.７ のエリアに入ったらストイキＡ／Ｆマップ１０３に切換ると同時に他のパラメータもストイキ側のマップに切換る。
【００１７】
センサで検出したエンジンの吸入空気量Ｑａはフィルタ処理部１１１でノイズを除去され、ブロック１１２にて実Ｔｐが（数１）計算される。実Ｔｐは基準Ｔｐマップ１０１の更新に使われ、またストイキ学習マップ１１３の軸としても使われる。さらに、基準Ｔｐから目標Ｔｐを下式（数３）のように求めて実ＴＰと比較した偏差分で空気量制御部のフィードバック制御を行う。
【００１８】
目標Ｔｐ＝基準Ｔｐ×（目標Ａ／Ｆ）／（１４.７） …（数３）
（数３）において基準Ｔｐはストイキ時のＴｐと等価であるから目標Ａ／Ｆがストイキの１４.７ のときは目標Ｔｐ＝基準Ｔｐ＝ストイキ時の実Ｔｐとなる。一方、目標Ａ／Ｆがリーンで例えば４０のときは、基準Ｔｐに４０／１４.７ をかけた目標Ｔｐとなるように空気量アクチュエータ(例えば電子制御スロットル)を制御することになる。
【００１９】
目標Ｔｐから実Ｔｐをひいた偏差をもとにスロットルのＰＤ（比例・微分）制御をする場合、ブロック１１６で比例ゲインＫｐをかけ、ブロック１１４の微分器で微分した信号にブロック１１５で微分ゲインＫｄをかけてスロットル目標開度にして空気量アクチュエータのＴＣＭ（Throttle Control Module ）に入力する。
【００２０】
一方、燃料は基準Ｔｐにインジェクタ開弁遅れ時間Ｔｓを加算し、燃料噴射量Ｔｉを求める。
【００２１】
次に、図２により本発明の適用されるエンジンシステムの一例を示す。図においてエンジンが吸入する空気はエアクリーナ１の入口部２から取り入れられ、空気流量計３を通り、吸気流量を制御するスロットル弁５が収容されたスロットルボディを通り、コレクタ６に入る。
【００２２】
そして、ここで吸気はエンジン７の各シリンダに接続された各吸気管に分配され、シリンダ内に導かれる。
【００２３】
他方、ガソリンなどの燃料は、燃料タンク９から燃料ポンプ１０により吸引，加圧された上で、燃料ダンパ１１，燃料フィルタ１２，燃料噴射弁（インジェクタ）１３、それに燃圧レギュレータ１４が配管されている燃料系に供給される。
そして、この燃料は上記した燃圧レギュレータ１４により一定の圧力に調圧され、それぞれのシリンダの吸気管８に設けられているインジェクタ１３から吸気管８の中に噴射される。
【００２４】
又、上記空気流量計３からは吸気流量を表す信号が出力され、コントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００２５】
更に、上記スロットルボディにはスロットル弁５の開度を検出するスロットルセンサ１８が取り付けてあり、その出力もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００２６】
次に、１６はディスト（ディストリビュータ）で、このディストにはクランク角センサが内蔵されており、クランク軸の回転位置を表す基準角信号ＲＥＦと回転信号（回転数）検出用の角度信号ＰＯＳとが出力され、これらの信号もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００２７】
２０は排気管に設けられたＡ／Ｆセンサで、この出力信号もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。ここで、上記Ａ／Ｆセンサは実運転空燃比を検出するためのもので、検出した空燃比に対しリニアな出力を出すタイプでもよいし、または、所定の空燃比に対し、濃い状態か，薄い状態かを検出するタイプでもよい。排気管の途中には触媒２５があり、排気ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘを浄化する。
【００２８】
コントロールユニット１５の主要部は、図３に示すようにＭＰＵ，ＲＯＭとＡ／Ｄ変換器，エンジンの運転状態を検出する各種のセンサなどからの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された各種の制御信号を出力し、上記したインジェクタ１３や点火コイル１７に所定の制御信号を供給し、燃料供給量制御と点火時期制御とを実行するものである。
【００２９】
図４は希薄燃焼エンジンでの目標Ａ／Ｆをエンジン回転数Ｎｅとトルクを軸として割付けたマップの一例であり、低負荷ほどリーンにするパターンである。これをあるエンジン回転数（２０００rpm ）で縦切りにしたものを図５に示す。図５では横軸はトルクになっているが、この関係をエンジン制御装置の中で実際に検出できるパラメータの基本燃料噴射パルス幅Ｔｐ（実Ｔｐ）を横軸にして表わしたのが図６である。この場合、実Ｔｐの１つの値に対して複数の目標Ａ／Ｆが対応し、また、トルクも実Ｔｐに対し１：１に対応しないため、従来のように実Ｔｐを軸として目標Ａ／Ｆを検索したり動作点を１：１に対応させることは不可能である。
【００３０】
図７は、図５に示した関係を本発明の特徴である図１の制御系にあてはめ、基準Ｔｐを横軸として整理したものである。こうすると、トルクも目標Ａ／Ｆも基準Ｔｐに対して１：１に対応し、マップとして成立することが判る。また、図１のブロック１１６に入力される信号の加算前の目標Ｔｐも基準Ｔｐが決まれば１つの値に対応するようになっている。
【００３１】
図４から図７は空燃比設定の１例をもとに制御軸について検討したが、この一般解を求めるため定量的に制御軸の成立性を検証するのが図８である。
【００３２】
図８では３点のトルクについて夫々目標Ａ／Ｆを割付け、実際にリーンで動作させたときの実Ｔｐの関係を示している。なお、［］中の数値は実例である。まず、同じエンジン回転数でトルク違いの３点Ｔ１［８kgfm］,Ｔ２［１０kgfm］,Ｔ３［１２kgfm］とする。上記３点のストイキ時のＴｐつまり基準ＴｐをＴｐ１，Ｔｐ２，Ｔｐ３とすると必ずＴｐ１＜Ｔｐ２＜Ｔｐ３の関係が成り立つ。このときのＴｐの比（Ｔｐ２／Ｔｐ１）をａとする。
【００３３】
次に、図８のＡ／Ｆ設定パターン２のようにＴ１〜Ｔ２，Ｔ２〜Ｔ３間でＡ／Ｆの勾配が小さくなるようにＡ／Ｆ１，Ａ／Ｆ２，Ａ／Ｆ３と目標Ａ／Ｆを設定する。ここでＡ／Ｆの比（Ａ／Ｆ２）／（Ａ／Ｆ１）をｂとする。このとき、実ＴｐはＬＴｐ１＜ＬＴｐ２＜ＬＴｐ３となりトルクに対して実Ｔｐは単調増加となるので、トルクと実Ｔｐは１：１の関係となり実Ｔｐを制御軸に用いても空燃比設定は可能である。ここで、上記ａとｂの積ａ×ｂ値はＴ１〜Ｔ２間でもＴ２〜Ｔ３間でも１以上の数値となっている。
【００３４】
しかし、図８のＡ／Ｆ設定パターン１のようにＴ１〜Ｔ２，Ｔ２〜Ｔ３間でＡ／Ｆの勾配が大きくなるようにＡ／Ｆ１，Ａ／Ｆ２，Ａ／Ｆ３と目標Ａ／Ｆを設定する。このときのＡ／Ｆの比ｂはＡ／Ｆ設定パターン２に対して小さい値となる。また、このときの実ＴｐはＬＴｐ１＜ＬＴｐ２＞ＬＴｐ３となりＴ２〜Ｔ３間でトルクが増加しているにもかかわらず実Ｔｐは減少している。よって、トルクと実Ｔｐは１：１の関係とならず、実Ｔｐを制御軸に用いると空燃比設定は不可能である。ここで、ａとｂの積ａ×ｂ値に着目するとＴ２〜Ｔ３間で１以下となっている。
【００３５】
以上の検討から得られた結果を定量的に整理すると、ａ×ｂ値が１以上となるような、トルクに対するＡ／Ｆ勾配が小さい設定では実Ｔｐ軸で目標Ａ／Ｆを１：１に対応させることは可能であるが、ａ×ｂ値が１以下となるような、トルクに対するＡ／Ｆ勾配が大きい設定では実Ｔｐ軸では目標Ａ／Ｆを１：１に対応させることは不可能である。
【００３６】
よって、請求項２に記載のように、エンジン動作点のなかでエンジン回転数Ｎｅが等しくトルク違い（Ｔ１＜Ｔ２）の任意の２つの動作点を選んで、ａ×ｂ＜１となるようにＡ／Ｆを設定する場合、アクセル開度，点火時期，空燃比，燃料噴射タイミング，ＥＧＲ率等の制御パラメータを選ぶため、各制御パラメータのマップでエンジン回転数を１つの軸とし、もう１つの軸はアクセル開度またはアクセル開度の関数である基準Ｔｐのいずれかにしてマップ検索する手段を設ければＡ／Ｆ設定の制限がなくなり、使用空燃比のダイナミックレンジを広くすることが可能である。
【００３７】
次に、図９は図１の基準Ｔｐマップ１０１の内容に相当するもので、アクセル開度とエンジン回転数Ｎｅの２軸により検索するマップでＲＯＭに記憶されている。
【００３８】
図１０は図９の基準Ｔｐマップ部分のブロック図で、アクセル開度Ａｃｃとエンジン回転数Ｎｅを入力とし、基準Ｔｐを出力とする。また、基準Ｔｐマップ中の値はストイキ時に実Ｔｐにより修正可能である。
【００３９】
基準Ｔｐマップの修正は、図１３のフローチャートに示すように処理される。図１３の一連の処理は定時割込みによって実行され、はじめに、ブロック１３１にて、現在のアクセル開度Ａｃｃ（ｋ）とエンジン回転数Ｎｅ（ｋ）と目標Ａ／Ｆの読み込みを行う。判定１３２では、目標Ａ／Ｆが１４.７ かどうか判定する。現在の目標Ａ／Ｆが１４.７ すなわちストイキであれば判定１３３へと進む。判定１３３と判定１３４の２つでエンジンが定常状態にあるかどうか判定する。まず、判定１３３では現在のアクセル開度Ａｃｃ（ｋ）が１回前のアクセル開度Ａｃｃ（ｋ−１）と一定値±α以内の差にあるかどうか判定する。判定１３４では現在のエンジン回転数Ｎｅ（ｋ）が１回前のエンジン回転数Ｎｅ（ｋ−１）と一定値±β以内の差にあるかどうか判定する。以上の判定で定常状態と判定されればブロック１３５にて実Ｔｐを読み込む。さらに、ブロック１３６にて、アクセル開度とエンジン回転数できまる領域の基準Ｔｐの値を実Ｔｐ値に更新する。次に、ブロック１３７では次回の処理に備えてアクセル開度Ａｃｃ（ｋ−１）とエンジン回転数Ｎｅ（ｋ−１）の値を現在値にする。以上の処理で実Ｔｐマップの更新を行う。
【００４０】
図１１は基準Ｔｐのテーブルで図９のマップに対してエンジン回転数のファクタを除いたものである。
【００４１】
図１２は図１１の基準Ｔｐテーブル部分のブロック図で、アクセル開度Ａｃｃを入力とし、基準Ｔｐを出力とする。また、基準Ｔｐテーブルは基準Ｔｐマップと同様、テーブル中の値は図１３のフローチャートにてストイキ時に実Ｔｐにより修正可能である。
【００４２】
図１４のブロック図は目標Ｔｐをもとに空気量制御を行うためのものである。目標Ｔｐは数３に示したように基準Ｔｐに目標Ａ／Ｆをかけ、ストイキのＡ／Ｆ＝１４.７ で割って計算する。空気量アクチュエータ１４１は目標Ｔｐと数１のように計算された実Ｔｐとの偏差により、基準Ｔｐ＞実Ｔｐであれば吸入空気量Ｑａを増やすように動作し、基準Ｔｐ＜実Ｔｐであれば吸入空気量Ｑａを減らすように動作する。空気量アクチュエータ１４１は例えばモータ駆動の電子制御スロットルである。
【００４３】
図１５は図１４の空気量アクチュエータ１４１の１例のスロットル制御装置ＴＣＭ（Throttle Control Module ）１５１とコントロールユニット１５との信号の入出力関係を示す図である。コントロールユニット１５のＴｐ演算部は吸入空気量計３で計測された吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅを入力し、実Ｔｐを出力する。実Ｔｐは図１４に示したように目標Ｔｐと比較され、その偏差が開度演算部１５２に入力される。開度演算部１５２は目標Ｔｐと実Ｔｐの偏差であるＴｐ偏差をもとに電子制御スロットルの目標開度を算出する。ＴＣＭではコントロールユニット１５から送信された目標開度とスロットルセンサ１８で検出される実開度とを比較し、開度偏差を電流変換部１５４に入力する。電流変換部１５４は上記開度偏差からモータ１５５に通電する電流を演算し、モータ１５５への電流制御を行う。モータ１５５の軸からのトルクはギアを介してスロットル弁５に伝わり目標開度および目標Ｔｐになるようフィードバック制御が行われる。
【００４４】
図１６は図１４に示す空気量アクチュエータ１４１の１例のＴＣＭ（ThrottleControl Module）１５１とコントロールユニット１５との信号の入出力関係を示す図であり、図１５とは違う形態の例である。図１５との違いはＴｐ演算部153と開度換算部１５２をTCM151のなかに取り込んだところにある。よって、コントロールユニット１５からTCM151には目標Ｔｐを送信する。TCM151ではＴｐ演算部１５３が吸入空気量計３で計測された吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅの入力に対し実Ｔｐを出力する。実Ｔｐは目標Ｔｐと比較され、その偏差が開度演算部１５２に入力される。開度演算部１５２はＴｐ偏差をもとに電子制御スロットルの目標開度を算出する。つぎに、目標開度とスロットルセンサ１８で検出される実開度とを比較し、開度偏差を電流変換部１５４に入力する。電流変換部154は上記開度偏差からモータ１５５に通電する電流を演算し、モータ１５５への電流制御を行う。モータ１５５の軸からのトルクはギアを介してスロットル弁５に伝わり目標開度および目標Ｔｐになるようフィードバック制御が行われる。
【００４５】
図１７は空気量アクチュエータ１４１の１例のＴＣＭ（Throttle Control Module）１５１とコントロールユニット１５との信号の入出力関係を示す図であり、図１５，図１６とは違う形態の例である。図１５，図１６との違いはコントロールユニット１５からTCM151に送信する信号が目標吸入空気量Ｑａになっている点である。この通信形態をとることによりTCM151は目標吸入空気量Ｑａと実吸入空気量Ｑａを比較してフィードバック制御を行う。目標吸入空気量Ｑａと実吸入空気量Ｑａの偏差は開度演算部１５２に入力される。開度演算部１５２はＱａ偏差をもとに電子制御スロットルの目標開度を算出する。つぎに、目標開度とスロットルセンサ１８で検出される実開度とを比較し、開度偏差を電流変換部154に入力する。電流変換部１５４は上記開度偏差からモータ１５５に通電する電流を演算し、モータ１５５への電流制御を行う。モータ１５５の軸からのトルクはギアを介してスロットル弁５に伝わり目標開度および目標Ｑａになるようフィードバック制御が行われる。
【００４６】
本発明は希薄燃焼を行うエンジンシステムに有効であるが、特に空燃比のダイナミックレンジの広い希薄燃焼エンジンに対して効果が大である。図１８に空燃比のダイナミックレンジの広い希薄燃焼エンジンの例として燃料を直接燃焼室内に噴射する筒内噴射エンジンシステムの具体的な構成を示す。
【００４７】
以下、図２のポート噴射エンジンシステムとの違いについて説明する。
【００４８】
ガソリンなどの燃料は、燃料タンク９から燃料ポンプ１０により１次加圧され、さらに燃料ポンプ３０により２次加圧され、インジェクタ１３が配管されている燃料系に供給される。１次加圧された燃料は燃圧レギュレータ３１により一定の圧力（例えば３kg／cm2 ）に調圧され、より高い圧力に２次加圧された燃料は燃圧レギュレータ３２により一定の圧力（例えば３０kg／ｍ2 ）に調圧され、それぞれのシリンダに設けられている高圧用インジェクタ３３からシリンダの中に噴射される。
【００４９】
次に、１６はカムシャフト軸に取り付けられたクランク角センサで、クランク軸の回転位置を表す基準角信号ＲＥＦと回転信号（回転数）検出用の角度信号ＰＯＳとが出力され、これらの信号もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。ここで、クランク角センサは３４のようにクランク軸の回転を直接検出するタイプでもよい。
【００５０】
２０は排気管に設けられたＡ／Ｆセンサで、この出力信号もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。
【００５１】
本発明ではアクセル開度信号を入力として基準Ｔｐを演算し、スロットル開度を制御するので、アクセル開度およびスロットル開度の精度確保が空燃比制御とトルク制御を行うに当たって重要な課題である。特に、開度に対する吸入空気量の増加割合が大きくなる全閉付近では、アクセル開度とスロットル開度の精度確保が必要である。
【００５２】
そこで、コントロールユニット１５に高精度のアクセル開度およびスロットル開度を入力する構成を図１９と図２０に示す。
【００５３】
図１９のTCM151は、アクセルまたはおよびスロットルの開度センサ１９１からの電圧をＮ倍に増幅する増幅器１９３とゲイン１倍の増幅器１９２を備えている。増幅器１９２，１９３の出力はＡ／Ｄ変換器１９４でディジタルに変換され、CPU195に入力される。CPU195では１倍信号またはＮ倍信号のどちらかを選択するが、低開度時には、実開度を目標開度に正確に追従させるために増幅器１９３からのＮ倍信号を使用している。ここで、増幅器１９２，１９３の出力を分岐してコントロールユニット１５内のＡ／Ｄ変換器１９６に入力し、ディジタル変換してCPU197に入力する。このようにして、コントロールユニット１５もＮ倍信号を得ることができるため、低開度時の基準Ｔｐ算出とスロットル制御を高精度に行うことができる。
【００５４】
図２０に図１９と同じ目的で構成が違う例を示す。ここで、TCM151はアクセルまたはおよびスロットルの開度センサ１９１からの電圧をＮ倍に増幅する増幅器１９３とゲイン１倍の増幅器１９２を備えている。増幅器１９２，１９３の出力はＡ／Ｄ変換器１９４でディジタルに変換され、CPU195に入力される。CPU195では１倍信号またはＮ倍信号のどちらかを選択するが、低開度時には、実開度を目標開度に正確に追従させるために増幅器１９３からのＮ倍信号を使用している。ここで、ＴＣＭのCPU195はコントロールユニット１５のCPU197と通信を行っており、実開度の１倍信号とＮ倍信号のディジタルデータをCPU197に送信する。このようにして、コントロールユニット１５もＮ倍信号を得ることができ、低開度時の基準Ｔｐ算出とスロットル制御を高精度に行うことができる。
【００５５】
従来技術では、実Ｔｐを負荷側の軸としていたために、希薄燃焼させたときにトルクに対して実Ｔｐが一義的に定まらず、負荷が大となったときに実Ｔｐが逆転する現象があった。
【００５６】
しかしながら、本願発明によれば、本発明は、基準Ｔｐを軸とするために、トルク，基準Ｔｐ，目標Ａ／Ｆは一義的に定まる関係となり、希薄燃焼領域において目標Ａ／Ｆの設定範囲を大きくすることができ、負荷に応じて最適なＡ／Ｆで運転することができる。同様に、負荷に応じて最適な点火時期，燃料噴射時期，ＥＧＲ率で運転することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は、エンジン動作点を設定するに当ってエンジン回転数Ｎｅと基準Ｔｐとを軸として制御パラメータを検索し求めるようにしているため、トルクに対する目標Ａ／Ｆ，目標Ｔｐおよび各制御パラメータについて一義的に定まる関係を創出できることになる。そして、これによれば目標Ａ／Ｆの設定に大きな自由度が派生することになるために、希薄燃焼領域における負荷に応じて最適な空燃比および制御パラメータを設定できるようになり、安定した希薄燃焼を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の全体構成を表わす制御ブロック図。
【図２】本発明の適用されるエンジンシステムの一例。
【図３】本発明の適用されるコントロールユニットの構成図。
【図４】目標空燃比の設定の一例。
【図５】トルクに対する目標空燃比の設定の一例。
【図６】従来技術での目標Ａ／Ｆ設定の例。
【図７】本発明での目標Ａ／Ｆ設定の一例。
【図８】トルク違いの複数点に対する目標Ａ／Ｆ設定の例。
【図９】本発明で使用する基準Ｔｐマップを表わす図。
【図１０】本発明で使用する基準Ｔｐマップのブロック図。
【図１１】本発明で使用する基準Ｔｐテーブルを表わす図。
【図１２】本発明で使用する基準Ｔｐテーブルのブロック図。
【図１３】本発明の一実施例のフローチャート。
【図１４】本発明の空気量制御部の構成を示すブロック図。
【図１５】本発明の適用されるコントロールユニットの入出力関係の一例。
【図１６】本発明の適用されるコントロールユニットの入出力関係の一例。
【図１７】本発明の適用されるコントロールユニットの入出力関係の一例。
【図１８】本発明の適用されるエンジンシステムの一例。
【図１９】本発明の適用されるコントロールユニットの入出力関係の一例。
【図２０】本発明の適用されるコントロールユニットの入出力関係の一例。
【符号の説明】
３…空気流量計、５…スロットル弁、７…エンジン、１３…インジェクタ、１５…コントロールユニット、１８…スロットルセンサ、２３…点火プラグ、３３…高圧用インジェクタ、１０１…基準Ｔｐマップ、１０２…リーンＡ／Ｆマップ、１１７…ＴＣＭ（Throttole Control Module）。
Claims (5)
- エンジンのシリンダに入る吸入空気量Ｑａを検出する手段と、
エンジン回転数Ｎｅを検出する手段と、
吸入空気量Ｑａをエンジン回転数Ｎｅで割って空燃比が理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）となるような係数を乗じて１シリンダ当たりの基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを算出する手段と、
エンジンの動作状態に応じて少なくとも空燃比，点火時期，燃料噴射タイミング，スロットル開度，ＥＧＲ率のいずれかを含む制御パラメータを選ぶための各制御パラメータのマップを「エンジン回転数の軸」と「エンジン負荷を表わす軸」で検索する手段とを有するエンジンの制御装置において、
理論空燃比時にエンジン負荷を表わす軸として基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを用いて各制御パラメータを検索する手段と、
希薄空燃比時に上記「エンジン負荷を表わす軸」としてアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて求められ、かつ前記基本燃料噴射パルス幅Ｔｐと同単位の基準Ｔｐを用いて前記制御パラメータを検索する手段と、
を有すると共に、
理論空燃比時、エンジン回転数とアクセル開度で決定される運転領域の基準Ｔｐが基本燃料噴射パルス幅Ｔｐと一致するように基準Ｔｐのマップを更新する学習手段を設けたことを特徴とするエンジン制御装置。 - エンジン動作点のなかでエンジン回転数Ｎｅが等しくトルク違い ( Ｔ１＜Ｔ２ ) の任意の２つの動作点を選んで、第１の動作点のトルクをＴ１、理論空燃比時の基本燃料噴射量をＴｐ１、目標Ａ／ＦをＡ／Ｆ１とし、
第２の動作点のトルクをＴ２、理論空燃比時の基本燃料噴射量をＴｐ２、目標Ａ／ＦをＡ／Ｆ２とし、
Ｔｐ１からＴｐ２への変化割合をａ（＝Ｔｐ２／Ｔｐ１）、Ａ／Ｆ１からＡ／Ｆ２への変化割合をｂ（＝［Ａ／Ｆ２］／［Ａ／Ｆ１］）とするとき、ａ×ｂ＜１となるようにＡ／Ｆを設定する場合、
少なくともアクセル開度，点火時期，空燃比，燃料噴射タイミング，ＥＧＲ率のいずれかを含む制御パラメータを選ぶため、各制御パラメータのマップでエンジン回転数を１つの軸とし、もう１つの軸をアクセル開度とエンジン回転数に基づいて求められる基準Ｔｐにしてマップ検索をする手段を設けると共に、
理論空燃比時、エンジン回転数とアクセル開度で決定される運転領域の基準Ｔｐが基本燃料噴射パルス幅Ｔｐと一致するように基準Ｔｐのマップを更新する学習手段を設けたことを特徴とするエンジン制御装置。 - 請求項１又は２に記載されたエンジン制御装置において、学習する条件は空燃比が理論空燃比でフィードバック制御を行っている状態とすることを特徴とするエンジン制御装置。
- エンジンのシリンダに入る吸入空気量Ｑａを検出する手段と、
エンジン回転数Ｎｅを検出する手段と、
吸入空気量Ｑａをエンジン回転数Ｎｅで割って空燃比が理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）となるような係数を乗じて１シリンダ当たりの基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを算出する手段と、
エンジンの動作状態に応じて少なくとも空燃比，点火時期，燃料噴射タイミング，スロットル開度，ＥＧＲ率のいずれかを含む制御パラメータを選ぶための各制御パラメータのマップを「エンジン回転数の軸」と「エンジン負荷を表わす軸」で検索する手段とを有するエンジンの制御装置において、
理論空燃比時にエンジン負荷を表わす軸として、アクセル開度軸のテーブルで検索される変数である基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを用いて各制御パラメータを検索する手段と、
希薄空燃比時に上記「エンジン負荷を表わす軸」としてアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて求められ、かつ前記基本燃料噴射パルス幅Ｔｐと同単位の基準Ｔｐを用いて前記制御パラメータを検索する手段と、
を有すると共に、
理論空燃比時、アクセル開度で決まる基準Ｔｐが基本燃料噴射パルス幅Ｔｐと一致するように基準Ｔｐのテーブルを更新する手段を設けたことを特徴とするエンジン制御装置。 - エンジン動作点のなかでエンジン回転数Ｎｅが等しくトルク違い ( Ｔ１＜Ｔ２ ) の任意の２つの動作点を選んで、第１の動作点のトルクをＴ１、理論空燃比時の基本燃料噴射量をＴｐ１、目標Ａ／ＦをＡ／Ｆ１とし、
第２の動作点のトルクをＴ２、理論空燃比時の基本燃料噴射量をＴｐ２、目標Ａ／ＦをＡ／Ｆ２とし、
基準Ｔｐはアクセル開度軸のテーブルで検索する変数とし、
Ｔｐ１からＴｐ２への変化割合をａ（＝Ｔｐ２／Ｔｐ１）、Ａ／Ｆ１からＡ／Ｆ２への変化割合をｂ（＝［Ａ／Ｆ２］／［Ａ／Ｆ１］）とするとき、ａ×ｂ＜１となるようにＡ／Ｆを設定する場合、
少なくともアクセル開度，点火時期，空燃比，燃料噴射タイミング，ＥＧＲ率のいずれかを含む制御パラメータを選ぶため、各制御パラメータのマップでエンジン回転数を１つの軸とし、もう１つの軸をアクセル開度とエンジン回転数に基づいて求められる基準Ｔｐにしてマップ検索をする手段を設けると共に、
理論空燃比時、アクセル開度で決まる基準Ｔｐが基本燃料噴射パルス幅Ｔｐと一致するように基準Ｔｐのテーブルを更新する手段を設けたことを特徴とするエンジン制御装置。
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