JP4694444B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の内燃機関の制御装置において、前記臨界酸素量(O2C)に対応する前記燃料制御インデクス(k)である臨界燃料制御インデクス(kC)を、前記圧縮端温度(TCMP)及び機関回転数(NE)に応じて算出する臨界燃料制御インデクス算出手段と、前記機関の定常状態における前記圧縮端温度(TCMP)である基準圧縮端温度(TCMPS)を、前記機関回転数(NE)及び気筒内酸素量(O2)に応じて算出する基準圧縮端温度算出手段と、前記機関回転数(NE)及び基準圧縮端温度(TCMP)に応じて基準臨界酸素量(O2CS)及び基準臨界燃料制御インデクス(kCS)を算出する基準量算出手段とを備え、前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記基準臨界酸素量(O2CS)、基準臨界燃料制御インデクス(kCS)、臨界燃料制御インデクス(kC)、及び気筒内酸素量(O2)に応じて、前記燃料制御インデクス(k)を算出することを特徴とする。
請求項6に記載の発明によれば、臨界酸素量に対応する燃料制御インデクスである臨界燃料制御インデクスが、圧縮端温度及び機関回転数に応じて算出され、機関の定常状態における圧縮端温度である基準圧縮端温度が、機関回転数及び気筒内酸素量に応じて算出され、機関回転数及び基準圧縮端温度に応じて基準臨界酸素量及び基準臨界燃料制御インデクスが算出され、基準臨界酸素量、基準臨界燃料制御インデクス、臨界燃料制御インデクス、及び気筒内酸素量に応じて、燃料制御インデクスが算出される。
図1に示す内燃機関(以下「エンジン」という)3は、車両(図示せず)に搭載された、例えば4気筒(1つのみ図示)のディーゼルエンジンである。各気筒3aのピストン3bとシリンダヘッド3cの間には、燃焼室3dが形成されている。燃焼室3dには、吸気管4(吸気系)および排気管5が接続されており、これらの吸気ポートおよび排気ポートには、吸気弁および排気弁(いずれも図示せず)がそれぞれ設けられている。また、シリンダヘッド3cには、燃料噴射弁(以下「インジェクタ」という)6が、燃焼室3dに臨むように取り付けられている。
先ずステップS11では、エンジン回転数NE及びアクセルペダル操作量APに応じて図4に示すiテーブルを検索し、要求トルクインデクスiを算出するとともに、エンジン回転数NEに応じて回転数インデクスjを算出する。図4のiテーブルは、エンジン回転数NE1〜NE5(NE1<NE2<NE3<NE4<NE5)に対応して設定されており、アクセルペダル操作量APが一定であるとき、エンジン回転数NEが高くなるほど、要求トルクインデクスiが減少するように設定されている。
PA=(TI/TIR)×PAR (1)
MA=(GA/NE)×KCV1 (2)
O2NE=O2ND×KCV2 (5)
O2=O2NAIR×MA+O2NE×ME (6)
O2N=O2/(MA+ME) (7)
ステップS16では、圧縮端温度TCMPを下記式(11)により算出する。圧縮端温度TCMPは、エンジンのピストン3bが圧縮上死点近傍に位置するときの気筒内温度の推定値である。式(11)において吸気温度TIは絶対温度に換算したものを適用する。
TCMP=TI×εn-1 (11)
ε=(RAIR×TI/PI)/(VTDC/MA) (12)
n=k0+k1×TI+k2×TW+k3×NE (13)
なお、式(11)において、式(12)により算出される実圧縮比εに代えて機械的に決まる圧縮比εM(例えば16.7)を適用するようにしてもよい。
ステップS41では、エンジン回転数NE及び気筒内酸素量O2に応じて、TCMPSマップを検索し、基準圧縮端温度TCMPSを算出する。TCMPSマップには、予めエンジン回転数NE及び気筒内酸素量O2に応じて定常状態における圧縮端温度TCMPSが設定されている。
具体的には、エンジン回転数NEに応じて図12に示すようなO2NSマップを選択し、圧縮端温度TCMP及び燃料制御インデクスkに応じてO2NSマップを検索することにより、定常状態酸素濃度O2NSを算出する。O2NSマップは、圧縮端温度TCMPが高くなるほど、定常状態酸素濃度O2NSが低下するように設定されている。
酸素濃度O2Nに応じて燃料噴射時期を補正することにより、特にフュエルカット運転終了直後において燃焼騒音を低減することができる。
なお、燃料噴射がシングル噴射であり、かつ補正量の絶対値|DTM|が所定値以上であるときは、ダブル噴射に変更し、主噴射時期を噴射時期補正量DTMにより補正するようにしてもよい。
1)通常モード(モード2)
通常モードでは、O2基準制御が行われる。空燃比は理論空燃比よりリーン側に設定され、排気還流率が大きくなるように制御される。空気調節パラメータA*は、要求トルクインデクスi及び回転数インデクスjに応じて決定される。燃料噴射パラメータQ*は、燃料制御インデクスk及び回転数インデクスjに応じて決定される。
空気調節パラメータA*は、所望の空燃比(例えば19〜21)が実現されるように決定される。また燃料噴射パラメータQ*は、O2基準制御ではなく、検出したエンジン回転数NEが目標回転数(例えば650rpm)と一致するようにフィードフォワード項とPID項との組み合わせにより決定される。
この低負荷モードは、モード0からモード2への、またはその逆の移行時のトルクショックを無くすために設けられている。この低負荷モードは、エンジン3の出力トルクが負の値から「0」より若干大きな値の範囲内にあり、かつエンジン回転数NEがアイドル回転数より高い所定低負荷運転状態において適用される。
NOx吸収触媒17の再生を行うための制御モードである。空燃比は理論空燃比よりリッチ側となるように制御される。空気調節パラメータA*は、リッチモード用に設定されたマップを用いて、要求トルクインデクスi及び回転数インデクスjに応じて決定される。燃料噴射パラメータQ*は、リッチモード用に設定されたマップを用いて、燃料制御インデクスk及び回転数インデクスjに応じて決定される。さらに、燃料噴射量QINJは、検出酸素濃度O2NDから算出される検出空燃比AFDが、所望のリッチ空燃比AFRと一致するようにフィードバック制御される。
通常モードから再生リッチモードへ移行するときの制御モードである。空気調節パラメータA*は、リッチモード用に設定されたマップを用いて、要求トルクインデクスi及び回転数インデクスjに応じて決定されるとともに、気筒内酸素量O2を目標値に制御する閉ループ制御も併用される。再生リッチモードに移行後の目標気筒内酸素量O2TRが算出され、燃料噴射パラメータQ*は、通常モードにおける移行直前の気筒内酸素量O2及び目標気筒内酸素量O2TRに応じて、滑らかに変化するように算出される。
再生リッチモードから通常モードへ移行するときの制御モードである。空気調節パラメータA*は、通常モード用に設定されたマップを用いて、要求トルクインデクスi及び回転数インデクスjに応じて決定されるとともに、気筒内酸素量O2を目標値に制御する閉ループ制御も併用される。通常モードに移行後の目標気筒内酸素量O2TLが算出され、燃料噴射パラメータQ*は、再生リッチモードにおける移行直前の気筒内酸素量O2及び目標気筒内酸素量O2TLに応じて、滑らかに変化するように算出される。
通常モードにおいて、アクセルペダル操作量APが大きい状態が継続した場合、O2基準制御のみではエンジントルクが運転者の要求に対して不足する。そこで、アクセルペダル操作量APが増加して、排気還流を停止する所定操作量APHに達すると、通常モードから高負荷モードに移行する。
このモードは、アクセルペダル操作量APが「0」となったときに気筒内酸素量O2を迅速に減らし、エンジン回転数NEが高すぎる状態を回避することを目的として設けられたものである。空気調節パラメータA*は、アクセルペダル操作量APが「0」である状態に対応して予め設定された特別の組み合わせ(本実施形態では、要求トルクインデクスiの値1〜4が割り当てられている)が適用され、吸気圧PIが少なくとも70kPa程度確保されるように設定され、必要に応じて要求トルクインデクスiの値が増減される。空気調節パラメータA*を構成する目標EGR弁開度LERは、要求トルクインデクスiが増加するほど減少するように設定され、目標スロットル弁開度THRは、要求トルクインデクスiが増加するほど増加するように設定される。
減速中のフュエルカットに代えて、燃料噴射が行われ、噴射した燃料が燃焼しないように、吸入空気制御、EGR制御、及び燃料噴射制御が行われる。空気調節パラメータA*は、吸気圧PIを大きく減少させるように設定された減速リッチモード用のマップを用いて算出される。燃料噴射パラメータQ*は、減速リッチモード用のマップを用いて、燃料制御インデクスk及び回転数インデクスjに応じて算出されるとともに、検出空燃比AFDが所定の目標空燃比と一致するように燃料噴射量QINJのフィードバック制御が行われる。
吸気圧PIが減速リッチモードへ移行するための閾値より低くなるように制御される。空気調節パラメータA*は、減速リッチモード用のマップを用いて算出され、燃料の供給は停止される。
制御モードの移行に伴うトルクショックを回避するために、残留燃料を排出すべく最小限の掃気が行われる。空気調節パラメータA*は、減速リッチモード用のマップを用いて算出され、燃料の供給は停止される。
制御モードの移行に伴うトルクショックを回避するために、残留燃料を排出すべく掃気が行われる。空気調節パラメータA*は、減速リッチモード用のマップを用いて算出され、燃料の供給は停止される。
A)現在の制御モードがアイドルモード0であるとき
i) アクセルペダル操作量APが「0」より大きく、かつ気筒内酸素量O2が臨界酸素量O2Cより小さいか、燃料制御インデクスk(前回値)が気筒内酸素量O2によって決まる値(図3のステップS17で算出される値であり、以下「O2基準値」という)kO2より小さいか、または燃料制御インデクスk(前回値)が臨界燃料制御インデクスkCより小さいとき、低負荷モード1へ移行する。
i) アクセルペダル操作量APが「0」であり、かつ燃料制御インデクスk(前回値)が最小値kMIN(例えば「1」)より小さく、かつ減速リッチ制御準備フラグFDRRが「0」であるとき、またはエンジン回転数NEが減速リッチモード15における最小値(以下「モード15最小回転数」という)NEMIN15(例えば1200rpm)より低いとき、アイドルモード0へ移行する。減速リッチ制御準備フラグFDRRは、減速リッチ制御を実行するための前処理が完了すると「1」に設定される。
i) 気筒内酸素量O2が臨界酸素量O2Cより小さいとき、低負荷モード1へ移行する。
ii) アクセルペダル操作量APが「0」であり、かつ気筒内酸素量O2が臨界酸素量O2Cより大きいとき、通常−低負荷移行モード21へ移行する。
i) 要求トルクインデクスiがモード3最小値iMIN3より大きく、かつモード3最大値iMAX3より小さく、かつ気筒内酸素量O2が再生リッチモードに適した所定範囲内にあり、かつエンジン回転数NEがモード3最小回転数NEMIN3より高く、かつモード3最大回転数NEMAX3より低く、かつ検出空燃比AFDが再生リッチモードにおける目標値の近傍にあるとき、再生リッチモード3に移行する。
i) 要求トルクインデクスiがモード3最小値iMIN3より小さいとき若しくはモード3最大値iMAX3より大きいとき、またはリッチパルスフラグFRPが「0」であるとき、またはリッチリーンフラグFRLが「0」であるとき、またはエンジン回転数NEがモード3最小回転数NEMIN3より低いとき若しくはモード3最大回転数NEMAX3より高いとき、または気筒内酸素量O2が再生リッチモード3に適した所定範囲内にないとき、再生リッチ−通常移行モード32へ移行する。
気筒内酸素量O2がリーン定常状態値O2LSに近づいたとき、すなわちエンジン回転数NE及びアクセルペダル操作量APと、算出された気筒内酸素量O2との関係が、定常状態における関係(マップ設定値)に近づいたとき、または要求トルクインデクスiがモード3最小値iMIN3より小さいとき若しくはモード3最大値iMAX3より大きいとき、またはエンジン回転数NEがモード3最小回転数NEMIN3より低いとき若しくはモード3最大回転数NEMAX3より高いとき、またはリッチパルスフラグFRPが「0」であるとき、またはリーン時間比率RLTが最大リーン時間比率RLTMAXを超えたとき、すなわちリッチパルスの発生期間がNOx還元(NOx吸収触媒の再生処理)に十分な時間に達したとき、通常モード2へ移行する。
要求トルクインデクスi(前回値)がゼロEGR閾値iEGR0より小さいとき、または燃料制御インデクスk(前回値)が定常状態基準値kSより大きいとき、通常モード2へ移行する。
i) 気筒内酸素量O2がモード21における目標値(以下「モード21目標値」という)O2T21より小さいとき、低負荷モード1へ移行する。
ii) アクセルペダル操作量APが「0」より大きく、かつ気筒内酸素量O2がモード21目標値O2T21より大きいとき、通常モード2へ移行する。
i) アクセルペダル操作量APが「0」でなくなったとき、低負荷モード1へ移行する。
i) アクセルペダル操作量APが「0」でないとき、またはアクセルペダル操作量APが「0」でなく、かつ減速リッチ実行フラグFDREが「0」であるとき、減速リッチ−低負荷移行モード16に移行する。
i) アクセルペダル操作量APが「0」でなく、かつエンジン回転数NEが最小掃気回転数NESLMIN(例えば1400rpm)より低いとき、低負荷モード1へ移行する。
i) アクセルペダル操作量APが「0」でないとき、減速リッチ−低負荷移行モード16へ移行する
エンジンの低負荷運転状態では、O2基準制御をそのまま適用すると、燃焼状態が不安定化するため、本実施形態では、低負荷モード1では、ペダル基準制御により燃料制御インデクスkが決定される。
3 内燃機関
3a 気筒
4 吸気管
6 インジェクタ
7 スロットル弁(吸入空気量制御手段)
9 過給装置(吸入空気量制御手段)
14 排気還流装置
22 クランク角センサ(回転数検出手段)
27 エアフローセンサ(吸入空気量検出手段)
30 アクセルセンサ(要求トルクパラメータ検出手段)
Claims (6)
- 吸気系を介して気筒に吸入される空気量を制御する吸入空気量制御手段と、前記気筒内に燃料を噴射するインジェクタと、排気の一部を前記吸気系に還流する排気還流装置とを備える内燃機関の制御装置において、
前記吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記機関の要求トルクを示すパラメータを検出する要求トルクパラメータ検出手段と、
前記機関の吸気温を検出する吸気温検出手段と、
前記気筒のピストンが圧縮上死点近傍に位置するときの気筒内温度の推定値である圧縮端温度を前記吸気温に応じて算出する圧縮端温度算出手段と、
前記機関の要求トルクを示すパラメータ及び前記機関回転数に応じて、前記吸入空気量制御手段及び排気還流装置の制御パラメータを含む空気調節パラメータを算出する空気調節パラメータ算出手段と、
前記排気還流装置により還流される排気量を算出する還流排気量算出手段と、
前記検出された吸入空気量及び算出された還流排気量に基づいて、前記気筒内に存在する酸素量を算出する気筒内酸素量算出手段と、
前記気筒内酸素量及び前記機関回転数に応じて、燃料噴射パラメータを決定する燃料噴射パラメータ決定手段と、
前記機関の所定高負荷運転状態において、前記燃料噴射パラメータに含まれる燃料噴射量を増量補正する燃料補正手段と、
補正後の燃料噴射パラメータに基づいて、前記インジェクタを制御するインジェクタ制御手段とを備え、
前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記圧縮端温度及び気筒内酸素量に応じて燃料制御インデクスを算出し、該燃料制御インデクス及び前記機関回転数に応じて燃料噴射パラメータマップを検索することにより、前記燃料噴射パラメータを決定し、
前記燃料補正手段は、前記燃料制御インデクスを修正することにより前記増量補正を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記機関は吸気圧力を加圧する過給装置を備え、前記所定高負荷運転状態において、過給圧を増加させるように前記過給装置を制御する過給圧制御手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記所定高負荷運転状態は、前記要求トルクを示すパラメータが高負荷判定閾値より大きく、前記排気還流装置による排気還流を停止する運転状態であることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記燃料補正手段は、前記機関から排出されるスート量が所定限界値以下となるように、前記燃料噴射量の増量度合を設定することを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記圧縮端温度及び機関回転数に応じて臨界酸素量を算出する臨界酸素量算出手段を備え、
前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記気筒内酸素量が前記臨界酸素量以上であるときに、前記圧縮端温度及び気筒内酸素量に応じて前記燃料制御インデクスを算出し、
前記臨界酸素量は、前記圧縮端温度及び機関回転数が一定であるという条件の下で、安定した燃焼状態が得られる最小の気筒内酸素量であることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記臨界酸素量に対応する前記燃料制御インデクスである臨界燃料制御インデクスを、前記圧縮端温度及び機関回転数に応じて算出する臨界燃料制御インデクス算出手段と、
前記機関の定常状態における前記圧縮端温度である基準圧縮端温度を、前記機関回転数及び気筒内酸素量に応じて算出する基準圧縮端温度算出手段と、
前記機関回転数及び基準圧縮端温度に応じて基準臨界酸素量及び基準臨界燃料制御インデクスを算出する基準量算出手段とを備え、
前記燃料噴射パラメータ決定手段は、前記基準臨界酸素量、基準臨界燃料制御インデクス、臨界燃料制御インデクス、及び気筒内酸素量に応じて、前記燃料制御インデクスを算出することを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の制御装置。
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