JP6604259B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、筒内圧センサを備える内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置では、筒内圧センサの出力値を利用して、点火時期から所定の燃焼質量割合が得られるクランク角度までの実クランク角期間が目標クランク角期間に近づくように燃料噴射量のフィードバック制御が実行される。また、この制御装置では、筒内圧センサの出力値を利用して、実燃焼重心（燃焼質量割合が５０％になる時のクランク角度ＣＡ５０）が目標燃焼重心に近づくように点火時期のフィードバック制御が実行される。そのうえで、上記２つのフィードバック制御は、点火時期の調整の応答速度が燃料噴射量の調整の応答速度よりも高くなるように構成されている。

特開２０１５−０９４３３９号公報 特開平９−２７３４６８号公報

上述のように、特許文献１に記載のフィードバック制御は、点火時期の調整の応答速度が燃料噴射量の調整の応答速度よりも高くなるように構成されている。ここで、内燃機関の過渡運転時には、空気量の輸送遅れなどの理由により、目標とする空燃比に対する実空燃比のずれが生じ易くなる。特許文献１の構成によれば、過渡運転時には、まず、上記空燃比ずれに起因する実燃焼重心の目標燃焼重心に対するずれを小さくするように点火時期が速やかに調整される。そして、点火時期の調整に遅れたタイミングで実クランク角期間が燃料噴射量の調整によって目標クランク角期間に追従する際には、この燃料噴射量の調整に起因する実燃焼重心のずれが生じてしまう。点火時期のフィードバック制御は、このずれを小さくするために点火時期を再び調整するようになる。さらに、燃料噴射量のフィードバック制御は、この点火時期の調整に起因する実クランク角期間の変化を受けて燃料噴射量に調整を加えることになる。

特許文献１の構成を備えている場合には、上述の動作の結果として、過渡運転中に上記空燃比ずれが生じている状況下において、上述のフィードバック制御の制御量（実燃焼重心および実クランク角期間）の目標値に対するオーバーシュートが生じ易くなる。その結果、排気エミッションや内燃機関のドライバビリティの悪化を招く可能性がある。また、どのような構成であってもフィードバック制御は潜在的に応答遅れを伴うものである。このため、過渡運転時には、フィードバック制御の応答遅れのために空燃比ずれを補正し切れないことに起因して排気エミッションや内燃機関のドライバビリティの悪化が生じる可能性がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、筒内圧センサの出力値に基づく着火遅れ指標値を用いた燃料噴射量のフィードバック制御と、当該出力値に基づく燃焼時期指標値を用いた点火時期のフィードバック制御とが実行される構成において、過渡運転時に目標空燃比に対する実空燃比のずれに起因する排気エミッションやドライバビリティの悪化を抑制できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る内燃機関の制御装置は、気筒内の混合気に点火する点火装置と、前記気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、筒内圧を検出する筒内圧センサとを備える内燃機関を制御する。前記制御装置は、指標値算出手段と、第１のフィードバック制御手段と、第２のフィードバック制御手段とを備える。前記指標値算出手段は、前記筒内圧センサの出力値に基づいて、実着火遅れ指標値と実燃焼時期指標値とを算出する。前記第１のフィードバック制御手段は、前記実着火遅れ指標値が目標着火遅れ指標値に近づくように燃料噴射量のフィードバック制御を実行する。前記第２のフィードバック制御手段は、前記実燃焼時期指標値が目標燃焼時期指標値に近づくように点火時期のフィードバック制御を実行する。前記第１のフィードバック制御手段および前記第２のフィードバック制御手段は、前記内燃機関の過渡運転時には、前記第１のフィードバック制御手段による燃料噴射量の調整の応答速度が、前記第２のフィードバック制御手段による点火時期の調整の応答速度よりも高くなるように構成されている。

本発明の他の態様に係る内燃機関の制御装置は、気筒内の混合気に点火する点火装置と、前記気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、筒内圧を検出する筒内圧センサとを備える内燃機関を制御する。前記制御装置は、指標値算出手段と、第１のフィードバック制御手段と、第２のフィードバック制御手段と、過渡時調整手段とを備える。前記指標値算出手段は、前記筒内圧センサの出力値に基づいて、実着火遅れ指標値と実燃焼時期指標値とを算出する。前記第１のフィードバック制御手段は、前記実着火遅れ指標値が目標着火遅れ指標値に近づくように燃料噴射量のフィードバック制御を実行する。前記第２のフィードバック制御手段は、前記実燃焼時期指標値が目標燃焼時期指標値に近づくように点火時期のフィードバック制御を実行する。前記過渡時調整手段は、前記内燃機関の過渡運転時に、前記第１のフィードバック制御手段による燃料噴射量の調整に代えて、エンジン負荷率の時間変化率および前記エンジン負荷率に基づく噴射量増量値を用いた燃料噴射量の調整を実行する。前記噴射量増量値は、基本燃料噴射量に対する増量値である。前記内燃機関の定常運転時には、前記第１のフィードバック制御手段による燃料噴射量の前記フィードバック制御と前記第２のフィードバック制御手段による点火時期の前記フィードバック制御とが実行される。前記過渡運転時には、前記第１のフィードバック制御手段による燃料噴射量の前記フィードバック制御と前記第２のフィードバック制御手段による点火時期の前記フィードバック制御のうち、前記第２のフィードバック制御手段による点火時期の前記フィードバック制御のみが実行される。また、前記第２のフィードバック制御手段は、前記過渡運転時に、前記目標燃焼時期指標値を、ＭＢＴ点火時期が得られる時の値よりも遅角させてもよい。

本発明の一態様によれば、第１のフィードバック制御手段による燃料噴射量の調整の応答速度を第２のフィードバック制御手段による点火時期の調整の応答速度よりも高めることにより、空燃比ずれが生じた際に空燃比ずれの抑制のために最初に調整すべきパラメータである燃料噴射量を速やかに補正することができる。換言すると、空燃比ずれの対応のためにより効果的な燃料噴射量の補正を先に進めることができる。その結果、このような構成とは逆に点火時期の調整が速やかに進むことが原因で各フィードバック制御の制御量が目標値に対してオーバーシュートすることを軽減できるようになる。これにより、上述の空燃比ずれに起因する排気エミッションやドライバビリティの悪化を抑制できるようになる。

また、本発明の他の態様によれば、過渡運転時には、第１のフィードバック制御手段による燃料噴射量の調整に代えて、エンジン負荷率の時間変化率およびエンジン負荷率に基づく噴射量増量値を用いた燃料噴射量の調整が実行される。これにより、燃料噴射量の増量が必要とされる状況下において、燃料噴射量の調整のためにフィードバック制御を用いたとしたら応答遅れのために空燃比を補正しきれないことで生じ得るドライバビリティや排気エミッションの悪化を抑制できるようになる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行される制御のメインルーチンを表したフローチャートである。 ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御に関する処理を表したサブルーチンを表したフローチャートである。 ＣＡ５０フィードバック制御に関する処理を表したサブルーチンを表したフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行される制御のメインルーチンを表したフローチャートである。 本発明の実施の形態３において実行される制御のメインルーチンを表したフローチャートである。 本発明の実施の形態３において噴射量増量値を決定するために参照されるマップの設定を説明するためのイメージ図である。

実施の形態１．
まず、図１〜図４を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。

［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、火花点火式の内燃機関（一例として、ガソリンエンジン）１０を備えている。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２が設けられている。筒内におけるピストン１２の頂部側には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。

吸気通路１６の吸気ポートには、当該吸気ポートを開閉する吸気弁２０が設けられており、排気通路１８の排気ポートには、当該排気ポートを開閉する排気弁２２が設けられている。また、吸気通路１６には、電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。内燃機関１０の各気筒には、燃焼室１４内（筒内）に燃料を供給するための燃料噴射弁（一例として、直接噴射式燃料噴射弁）２６、および、混合気に点火するための点火装置（点火プラグのみを図示）２８が、それぞれ設けられている。さらに、各気筒には、筒内圧を検出するための筒内圧センサ３０が組み込まれている。

さらに、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を制御する制御装置として、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０とともに、下記の各種アクチュエータを駆動するための駆動回路（図示省略）などを備えている。ＥＣＵ４０が信号を取り込むセンサには、上述した筒内圧センサ３０に加え、クランク軸（図示省略）の近傍に配置されたクランク角センサ４２、および、吸気通路１６の入口付近に配置されたエアフローセンサ４４等のエンジン運転状態を取得するための各種センサが含まれる。また、ＥＣＵ４０には、内燃機関１０を搭載する車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセルポジションセンサ４６が電気的に接続されている。

ＥＣＵ４０が操作信号を出すアクチュエータには、上述したスロットルバルブ２４、燃料噴射弁２６および点火装置２８等のエンジン運転を制御するための各種アクチュエータが含まれる。また、ＥＣＵ４０は、筒内圧センサ３０の出力信号を、クランク角度と同期させてＡＤ変換して取得する機能を有している。これにより、ＡＤ変換の分解能が許す範囲で、任意のクランク角タイミングにおける筒内圧を検出することができる。さらに、ＥＣＵ４０は、クランク角度と筒内容積との関係を定めたマップをメモリに記憶しており、そのようなマップを参照して、クランク角度に対応する筒内容積を算出することができる。

［実施の形態１の制御］
（ＭＦＢおよびこれに基づくＣＡＸの算出）
筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを備える本実施形態のシステムによれば、内燃機関１０の各サイクルにおいて、クランク角度同期での筒内圧の実測データ（筒内圧波形）を取得することができる。そして、得られた筒内圧波形と熱力学第１法則とを用いて、任意のクランク角度θでの筒内の熱発生量Ｑを算出することができる。そして、算出された筒内の熱発生量Ｑの実測データ（熱発生量波形）を用いて、任意のクランク角度θにおける燃焼質量割合（以下、「ＭＦＢ」と称する）を次の（１）式にしたがって算出することができる。そのうえで、ＭＦＢの算出処理を所定クランク角度毎に実行することで、クランク角度同期でのＭＦＢの実測データ（ＭＦＢ波形）を算出することができる。また、ＭＦＢの実測データが求まると、ＭＦＢが特定割合Ｘとなる時のクランク角度ＣＡＸを算出することができる。

ただし、上記（１）式において、θ_ｍｉｎは燃焼開始点であり、θ_ｍａｘは燃焼終了点である。

（ＳＡ−ＣＡ１０を利用した燃料噴射量のフィードバック制御）
前提として、本実施形態では、理論空燃比よりも大きなリーン空燃比にてリーンバーン運転が行われるようになっている。ここで、点火時期（ＳＡ）からＭＦＢが１０％になる時のクランク角度（１０％燃焼点）ＣＡ１０までのクランク角期間（より具体的には、ＣＡ１０から点火時期（ＳＡ）を引いて得られる差）を、「ＳＡ−ＣＡ１０」と称する。ＳＡ−ＣＡ１０は、着火遅れを代表する着火指標値の１つである。

ＳＡ−ＣＡ１０と空燃比との間には一定の相関がある。より具体的には、空燃比が理論空燃比よりも大きなリーン空燃比領域においては、空燃比がリーンになるほどＳＡ−ＣＡ１０が大きくなるという関係がある。本実施形態では、筒内圧センサ３０の出力値に基づくＳＡ−ＣＡ１０の算出値である実ＳＡ−ＣＡ１０が狙いとする空燃比に対応する目標ＳＡ−ＣＡ１０に近づくように、燃料噴射量が制御される。この制御を、便宜上、「ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御」と称する。具体的には、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御によれば、目標ＳＡ−ＣＡ１０よりも小さい実ＳＡ−ＣＡ１０が得られた気筒では、空燃比をリーン化して実ＳＡ−ＣＡ１０を大きくするために、次の燃焼サイクルで用いる燃料噴射量を減少させる補正が実行される。これとは逆に、目標ＳＡ−ＣＡ１０よりも大きい実ＳＡ−ＣＡ１０が得られた気筒では、空燃比をリッチ化して実ＳＡ−ＣＡ１０を小さくするために、次の燃焼サイクルで用いる燃料噴射量を増やす補正が実行される。

（ＣＡ５０を利用した点火時期のフィードバック制御）
本実施形態では、リーンバーン運転中に、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御とともに、筒内圧センサ３０の出力に基づくＭＦＢが５０％になる時のクランク角度（５０％燃焼点）ＣＡ５０（燃焼重心）の算出値である実ＣＡ５０が目標ＣＡ５０に近づくように点火時期を調整するフィードバック制御（以下、単に、「ＣＡ５０フィードバック制御」と称する）が実行される。より具体的には、ＣＡ５０フィードバック制御によれば、目標ＣＡ５０よりも遅角側の値として実ＣＡ５０が得られた気筒では、実ＣＡ５０を進角させるために、次の燃焼サイクルで用いる点火時期を進角させる補正が実行される。これとは逆に、目標ＣＡ５０よりも進角側の値として実ＣＡ５０が得られた気筒では、実ＣＡ５０を遅角させるために、次の燃焼サイクルで用いる点火時期を遅角させる補正が実行される。

（過渡運転時の課題）
エンジン回転速度やエンジン負荷率等のエンジン条件が過渡的に変化している過渡運転時には、目標とする空燃比に対する実空燃比のずれが生じ易くなる。より具体的には、このような空燃比ずれの要因は、主には、筒内に取り込まれる空気量のずれである。この空気量ずれは、主には空気の輸送遅れである。また、空気量ずれとしては、吸排気弁の開閉時期の過渡的な変化に起因して背圧が変化することで残留ガス量（内部ＥＧＲガス量）が変化し、それに伴い、吸気行程中の筒内圧が変化することに起因する空気量のずれも含まれる。また、空燃比ずれの要因としては、空気量ずれ以外に、燃料量ずれが含まれる。燃料量ずれは、例えば、燃料圧力の変動に起因して生じ得る。さらに、燃料量ずれは、筒内噴射の場合には、筒内圧（ガス圧）と燃料圧力との差圧の変化に起因して生じ得る。

（実施の形態１のフィードバック制御の応答速度の設定）
本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御およびＣＡ５０フィードバック制御の双方を過渡運転時に実行した際に制御量（実ＳＡ−ＣＡ１０および実ＣＡ５０）の目標値（目標ＳＡ−ＣＡ１０および目標ＣＡ５０）に対するオーバーシュートを軽減するために、これら２つのフィードバック制御が次のように構成されている。すなわち、本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御による燃料噴射量の調整の応答速度が、ＣＡ５０フィードバック制御による点火時期の調整の応答速度よりも高められる。

（実施の形態１における具体的な処理）
図２は、本発明の実施の形態１において実行される制御のメインルーチンを表したフローチャートである。なお、本ルーチンは、各気筒において排気弁２２の開き時期を経過したタイミング（すなわち、ＭＦＢの実測データの算出の基礎となる筒内圧Ｐのデータの取得を終えたタイミング）で起動され、かつ、燃焼サイクル毎に繰り返し実行される。

図２に示すメインルーチンでは、ＥＣＵ４０は、まず、リーンバーン運転中であるか否かを判定する（ステップ１００）。内燃機関１０では、所定の運転領域において理論空燃比よりも大きな（リーンな）空燃比でのリーンバーン運転が行われるようになっている。ここでは、現在の運転領域がそのようなリーンバーン運転を行う運転領域に該当するか否かが判定される。ここでいう運転領域は、例えば、エンジン負荷率とエンジン回転速度とに基づいて規定することができる。

ステップ１００においてリーンバーン運転中であると判定した場合には、ＥＣＵ４０は、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御およびＣＡ５０フィードバック制御の補正量の算出にそれぞれ用いられるなまし回転Ｎ_ＦおよびＮ_Ｓを設定する（ステップ１０２）。より具体的には、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御用のなまし回数Ｎ_ＦがＣＡ５０フィードバック制御用のなまし回数Ｎ_Ｓよりも小さくされる。

次に、ＥＣＵ４０は、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御に関する処理を実行する（ステップ１０４）。図３は、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御に関する処理を表したサブルーチンを表したフローチャートである。

図３に示すサブルーチンでは、ＥＣＵ４０は、まず、エンジン負荷率およびエンジン回転速度を取得する（ステップ２００）。エンジン回転速度は、クランク角センサ４２を用いて算出できる。エンジン負荷率は、エアフローセンサ４４により検出される吸入空気流量、スロットル開度、吸排気弁２０、２２のバルブタイミングおよびエンジン回転速度に基づいて算出できる。

次いで、ＥＣＵ４０は、目標ＳＡ−ＣＡ１０を算出する（ステップ２０２）。ＥＣＵ４０は、エンジン負荷率およびエンジン回転速度との関係で目標ＳＡ−ＣＡ１０を定めたマップ（図示省略）を記憶している。本ステップ２０２では、このようなマップを参照して、エンジン負荷率およびエンジン回転速度に応じた目標ＳＡ−ＣＡ１０を算出する。

次に、ＥＣＵ４０は、筒内圧センサ３０の出力値を利用して、クランク角度ベースでの筒内圧データを取得する（ステップ２０４）。次いで、ＥＣＵ４０は、目標点火時期を取得する（ステップ２０６）。目標点火時期は、エンジン負荷率およびエンジン回転速度に応じた基本点火時期に対してＣＡ５０フィードバック制御による点火時期の最新の補正量を加えて得られる値である。

次に、ＥＣＵ４０は、実ＳＡ−ＣＡ１０を算出する（ステップ２０８）。実ＳＡ−ＣＡ１０は、ステップ２０８において取得した目標点火時期から、ステップ２０４において取得した筒内圧データの解析結果として得られる実ＣＡ１０までのクランク角期間として算出される。次いで、ＥＣＵ４０は、ステップ２０２および２０８において算出した目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差分ΔＳＡ−ＣＡ１０を算出する（ステップ２１０）。

次に、ＥＣＵ４０は、なまし回数Ｎ_Ｆを用いたなまし処理後の差分ΔＳＡ−ＣＡ１０_ｓｍの今回値を算出する（ステップ２１２）。次の（２）式は、なまし処理の一般式を表している。なまし処理後の今回値Ｘ_ｓｍ（ｎ）は、なまし処理後の前回値Ｘ_ｓｍ（ｎ−１）と、なまし処理前の今回値Ｘ（ｎ）と、なまし回数Ｎとを用いて（２）式のように表すことができる。したがって、なまし処理後の差分ΔＳＡ−ＣＡ１０ｓｍの前回値、ステップ２１０で算出された差分ΔＳＡ−ＣＡ１０、およびＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御用のなまし回数Ｎ_Ｆをそれぞれ（２）中のＸ_ｓｍ（ｎ−１）、Ｘ（ｎ）およびＮに代入することで、なまし処理後の差分ΔＳＡ−ＣＡ１０_ｓｍの今回値を算出することができる。

次に、ＥＣＵ４０は、算出した差分と所定のＰＩゲイン（比例項ゲインと積分項ゲイン）とを用いて、なまし処理後の差分ΔＳＡ−ＣＡ１０_ｓｍおよびその積算値の大きさに応じた噴射量補正量を算出する（ステップ２１４）。そして、ＥＣＵ４０は、エンジン負荷率およびエンジン回転速度に基づく基本燃料噴射量に対してステップ２１４にて算出した噴射量補正量を加算することで、次のサイクルで使用する燃料噴射量を補正する（ステップ２１６）。

図２に示すメインルーチンでは、ＥＣＵ４０は、ステップ１０４のＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御に関する処理に続いて、ＣＡ５０フィードバック制御に関する処理を実行する（ステップ１０６）。図４は、ＣＡ５０フィードバック制御に関する処理を表したサブルーチンを表したフローチャートである。

図４に示すサブルーチンでは、ＥＣＵ４０は、まず、エンジン負荷率およびエンジン回転速度とともに目標点火効率を取得する（ステップ３００）。点火効率は、点火時期の調整によるエンジントルクの発生効率に関する指標であり、点火時期をＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）点火時期に制御したときのＣＡ５０において１（ピーク値）となり、このＣＡ５０よりもＣＡ５０が点火時期の調整によって進角または遅角されると低下するというものである。

次に、ＥＣＵ４０は、目標ＣＡ５０を算出する（ステップ３０２）。目標ＣＡ５０は、ステップ３００において取得したエンジン回転速度、エンジン負荷率および目標点火効率に基づいて設定される。次いで、ＥＣＵ４０は、筒内圧データを取得したうえで（ステップ３０４）、取得した筒内圧データの解析結果を利用して実ＣＡ５０を算出する（ステップ３０６）。次いで、ＥＣＵ４０は、ステップ３０２および３０６において算出した目標ＣＡ５０と実ＣＡ５０との差分ΔＣＡ５０を算出する（ステップ３０８）。

次に、ＥＣＵ４０は、なまし回数Ｎ_Ｓを用いたなまし処理後の差分ΔＣＡ５０_ｓｍの今回値を算出する（ステップ３１０）。なまし処理後の差分ΔＣＡ５０_ｓｍの今回値は、差分ΔＳＡ−ＣＡ１０と同様に、上記（２）式を利用して算出することができる。次いで、ＥＣＵ４０は、算出した差分と所定のＰＩゲイン（比例項ゲインと積分項ゲイン）とを用いて、なまし処理後の差分ΔＣＡ５０_ｓｍおよびその積算値の大きさに応じた点火時期補正量を算出する（ステップ３１２）。そして、ＥＣＵ４０は、算出した点火時期補正量を基本点火時期に加算することで、次のサイクルで使用する点火時期を補正する（ステップ３１４）。

以上説明した図２〜図４に示すルーチンによれば、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御による噴射量補正量およびＣＡ５０フィードバック制御による点火時期補正量は、それぞれ、なまし処理後の差分ΔＳＡ−ＣＡ１０_ｓｍおよびΔＣＡ５０_ｓｍを用いて算出される。そして、ステップ１０２の処理によれば、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御用のなまし回数Ｎ_ＦがＣＡ５０フィードバック制御用のなまし回数Ｎ_Ｓよりも小さくされる。このようななまし回数Ｎ_Ｆ、Ｎ_Ｓの設定によれば、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御による燃料噴射量の調整の応答速度が、ＣＡ５０フィードバック制御による点火時期の調整の応答速度よりも高められる。

過渡運転時には、既述したように、目標空燃比に対する実空燃比のずれが生じ易い。過渡運転時において上記設定のように燃料噴射量の調整の応答速度を点火時期の調整の応答速度よりも高めておくことで、次の効果が得られる。すなわち、空燃比ずれが生じた際に空燃比ずれの抑制のために最初に調整すべきパラメータである燃料噴射量が速やかに補正される。このように、上記設定によれば、空燃比ずれの対応のためにより効果的な燃料噴射量の補正を先に進めることができる。その結果、このような設定とは逆に点火時期の調整が速やかに進むことが原因で制御量（実ＳＡ−ＣＡ１０および実ＣＡ５０）が目標値（目標ＳＡ−ＣＡ１０および目標ＣＡ５０）に対してオーバーシュートすることを軽減できるようになる。これにより、上述の空燃比ずれに起因する排気エミッションやドライバビリティの悪化を抑制できるようになる。さらに付け加えると、内燃機関が搭載される車両の実際の使用環境では、定常運転よりも過渡運転が多く用いられる。このため、本実施形態によれば、車両の実際の使用中に多く用いられる過渡運転時において適切となるように各フィードバック制御の応答速度を設定できるようになる。

実施の形態２．
次に、図５を主に参照して、本発明の実施の形態２について説明する。以下の説明では、実施の形態２のシステム構成の一例として、図１に示す構成が用いられているものとする。

［実施の形態２の制御］
上述した実施の形態１においては、過渡運転時であるか定常運転時であるかに関係なく、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御による燃料噴射量の調整の応答速度が、ＣＡ５０フィードバック制御による点火時期の調整の応答速度よりも高められる。ここで、定常運転時において応答速度の上記設定が用いられていると、燃焼サイクル間での実空燃比のばらつきなどの影響を受けて噴射量補正量が細かく変動し易くなる。したがって、定常運転時には、上記設定とは逆の設定（すなわち、点火時期の調整の応答速度が相対的に高くなる設定）を用いた方が次のような理由で良いと考えられる。すなわち、定常運転時には、点火時期の調整の応答速度を高めて実ＣＡ５０を適切な値（目標ＣＡ５０）に近づけつつ燃料噴射量の調整を相対的に緩やかに行う方が、リーンバーン燃焼時に空燃比をリーン燃焼限界に近づけるうえで好ましいといえる。

そこで、本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御およびＣＡ５０フィードバック制御の双方が実行される場合には、過渡運転中であるか定常運転中であるかを判定することとした。そのうえで、過渡運転中であると判定した場合には、実施の形態１と同様に燃料噴射量の調整の応答速度が相対的に高くなる設定を用い、一方、定常運転中であると判定した場合には、点火時期の調整の応答速度が相対的に高くなる設定を用いることとした。

（実施の形態２における具体的な処理）
図５は、本発明の実施の形態２において実行される制御のメインルーチンを表したフローチャートである。なお、図５において、実施の形態１における図２に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図５に示すメインルーチンでは、ＥＣＵ４０は、ステップ１００においてリーンバーン運転であると判定した場合には、次いで、定常運転中であるか否か（過渡運転中であるか）を判定する（ステップ４００）。より具体的には、定常運転中であるか過渡運転中であるかは、例えば、エンジン負荷率の時間変化率（ｄ負荷率／ｄｔ）が所定値Ｋ_ｔｈ未満であるか否かに基づいて判定することができる。また、定常運転中であるか否かの判定は、上記手法に代え或いはそれとともに、例えば、以下の手法の１つもしくは複数を用いて行ってもよい。

すなわち、上記判定は、エンジン回転速度の時間変化率が所定値未満であるか否かに基づいて行ってもよい。また、エンジン運転条件に応じた値とされる目標ＳＡ−ＣＡ１０と実ＳＡ−ＣＡ１０との差分ΔＳＡ−ＣＡ１０が所定値未満である場合には定常運転中であると判定し、差分ΔＳＡ−ＣＡ１０が上記所定値以上である場合に過渡運転中であると判定してもよい。さらに、内燃機関１０とともに電動モータを動力源として備えるハイブリッド車両、もしくは内燃機関１０が無段変速機（ＣＶＴ）と組み合わされた車両では、次のような判定を行ってもよい。すなわち、これらの車両では、車両要求トルクが変化する場合に電動モータもしくはＣＶＴを制御することで、内燃機関１０をできるだけ定常的に動作させる定常モードが利用されることがある。そして、このような定常モードでは満たせないような高トルクが要求された場合には、内燃機関１０をも利用してトルク要求を満たす過渡モードが利用されることがある。このような制御が行われる車両では、例えば、アクセル開度の変化率が所定値未満である場合には、定常モードの使用中であり、このため、定常運転中であると判定し、一方、アクセル開度の変化率が上記所定値以上である場合には、過渡モードの使用中であり、このため、過渡運転中であると判定してもよい。また、ＣＶＴを備える車両では、ＣＶＴの変速比を運転者が選択するマニュアルモードが選択されている場合には過渡運転中であると判定し、ＣＶＴの変速比を車両が自動的に制御する自動モードが選択されている場合には定常運転中であると判定してもよい。

ＥＣＵ４０は、ステップ４００において過渡運転中であると判定した場合には、ステップ１０２において実施の形態１と同様のなまし回数の設定（Ｎ_Ｆ＜Ｎ_Ｓ）を選択し、一方、定常運転中であると判定した場合には、上記とは逆のなまし回数の設定（Ｎ_Ｆ＞Ｎ_Ｓ）を選択する（ステップ４０２）。その後のステップ１０４のＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御およびステップ１０６のＣＡ５０フィードバック制御では、ステップ４００の判定結果に応じてステップ１０２もしくは４０２において設定されるなまし回数Ｎ_ＦおよびＮ_Ｓがそれぞれ使用される。

以上説明した図５に示すルーチンによれば、定常運転中であるか過渡運転中であるかに応じて、なまし回数Ｎ_ＦおよびＮ_Ｓの設定が異なるものとされる。具体的には、過渡運転時には、実施の形態１と同じなまし定数の設定が利用されることで、制御量（実ＳＡ−ＣＡ１０および実ＣＡ５０）が目標値（目標ＳＡ−ＣＡ１０および目標ＣＡ５０）に対してオーバーシュートすることを軽減できる。また、定常運転時には、実施の形態１とは逆のなまし定数の設定により、点火時期の調整の応答速度を燃料噴射量の調整の応答速度よりも高めることができる。このため、リーンバーン燃焼が行われる定常運転時に空燃比をリーン燃焼限界により近づける制御を良好に行えるようになる。以上のように、本実施形態の制御によれば、過渡運転時および定常運転時のそれぞれに適切な応答速度で燃料噴射量および点火時期の調整を行えるようになる。

実施の形態３．
次に、図６および図７を主に参照して、本発明の実施の形態３について説明する。以下の説明では、実施の形態３のシステム構成の一例として、図１に示す構成が用いられているものとする。

［実施の形態３の制御］
どのようなフィードバック制御であっても潜在的に応答遅れを伴う。そこで、本実施形態では、上述の空燃比ずれに起因する排気エミッションやドライバビリティの悪化を抑制するための対策として、実施の形態１および２とは異なり、過渡運転中には燃料噴射量の制御としてフィードフォワード制御が利用される。

具体的には、本実施形態では、過渡運転時には、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御を停止させることとし、かつ、エンジン回転速度およびエンジン負荷率に応じた基本燃料噴射量に対して次のような噴射量増量値を加算した値で燃料噴射量を制御することとした。すなわち、エンジン負荷率の時間変化率とエンジン負荷率に基づいて予め設定された噴射量増量値を利用して燃料噴射量が調整される。ＣＡ５０フィードバック制御については、本実施形態においても、過渡運転時か否かに関係なく実行される。

（実施の形態３における具体的な処理）
図６は、本発明の実施の形態３において実行される制御のメインルーチンを表したフローチャートである。なお、図６において、実施の形態１における図２に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図６に示すメインルーチンでは、ＥＣＵ４０は、ステップ１００においてリーンバーン運転であると判定した場合には、ステップ４０２においてなまし回数を設定する（Ｎ_Ｆ＞Ｎ_Ｓ）。次いで、ＥＣＵ４０は、定常運転中であるか否か（過渡運転中であるか）を判定する（ステップ４００）。本ステップ４００において定常運転中であると判定された場合の処理は、実施の形態２と同じである。

一方、ＥＣＵ４０は、ステップ４００において過渡運転中であると判定した場合には、噴射量増量値を算出する（ステップ５００）。図７は、本発明の実施の形態３において噴射量増量値を決定するために参照されるマップの設定を説明するためのイメージ図である。このマップでは、所定エンジン回転速度毎に、エンジン負荷率の時間変化率とエンジン負荷率に基づいて噴射量増量値が設定されている。噴射量増量値は、想定できない不確定要素を含めても燃焼が悪化せずもしくは失火に至らないような値として予め設定されている。より具体的には、噴射量増量値は、エンジン負荷率の時間変化率が大きいほど、また、エンジン負荷率が小さいほど、大きくなるように設定されている。したがって、上記マップの設定によれば、噴射量増量値は、エンジン負荷率の時間変化率が大きくかつエンジン負荷率が小さい場合に最も大きくなる。

次に、ＥＣＵ４０は、ステップ５００において算出した噴射量増量値を基本燃料噴射量に加算する（ステップ５０２）。過渡運転時には、本ステップ５０２の処理により、燃料噴射量のフィードフォワード制御が実行される。なお、基本燃料噴射量は、既述したように、エンジン回転速度およびエンジン負荷率に応じた値として算出される。次いで、ＥＣＵ４０は、過渡運転時においてもＣＡ５０フィードバック制御を実行する（ステップ１０６）。この場合に実行されるＣＡ５０フィードバック制御においても、ステップ４０２において算出されたなまし回数Ｎ_Ｓが使用される。

以上説明した図６に示すルーチンによれば、過渡運転時には、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御は停止され、かつ、燃料噴射量が図７に示す関係に従って算出される噴射量増量値分だけ基本燃料噴射量から増量される。エンジン負荷率は、筒内に取り込まれる空気量の充填率である。エンジン負荷率がある変化量だけ変化した場合、エンジン負荷率が小さいほど、エンジン負荷率の値に対する上記変化量の割合が大きくなる。このため、過渡運転時における空燃比ずれ（主に、空気量ずれ）の影響は、エンジン負荷率が小さいほど大きくなる。また、エンジン負荷率の時間変化率が大きくなると、空燃比ずれが大きくなる。図７に示すマップの設定によれば、空燃比ずれの影響が大きくなるほど大きくなるように噴射量増量値を定めることができる。その結果、過渡運転時に基本燃料噴射量にて燃料噴射を行った際に想定される空燃比ずれを抑制するための量だけ燃料噴射量を適切に増やせるようになる。このような手法によれば、燃料噴射量の増量が必要とされる状況下において、燃料噴射量の調整のためにフィードバック制御を用いたとしたら応答遅れのために空燃比を補正しきれないことで生じ得るドライバビリティや排気エミッションの悪化を抑制できるようになる。

なお、図６に示すルーチンによれば、過渡運転時にＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御を停止させた後の本制御は、ステップ４００の判定が成立した場合（定常運転に戻った場合）に再開されることになる。しかしながら、本制御を再開させる手法は、上記に限られず、例えば、ステップ４００において過渡運転中であると判定された後に噴射量増量値だけ燃料噴射量を増量させた直後であってもよい。

さらに付け加えると、噴射量増量値は、上述にように、想定できない不確定要素を含めても燃焼が悪化せずもしくは失火に至らないような値として設定される。ここで、この噴射量増量値は、ＭＢＴ点火時期が得られる時のＣＡ５０の値に対して目標ＣＡ５０を遅角させることによって減量させることができる。より具体的には、ＣＡ５０フィードバック制御の実行中に着火時期（≒燃焼開始点ＣＡ０）が圧縮上死点付近となるように目標ＣＡ５０を遅角させることで、筒内温度および筒内圧が最も高い状態で着火を行えるようになるので、着火性が向上する。このため、このような目標ＣＡ５０の遅角化により、同等の着火性を確保するために必要な燃料噴射量を減らすことができる。したがって、この遅角化により、上記の噴射量増量値を減らすことができる。そこで、このような噴射量増量値の減量効果を得るために、図７に示すマップの設定における噴射量増量値を目標ＣＡ５０の遅角量に置き換えて得られる設定のマップを別途用意し、エンジン負荷率の時間変化率およびエンジン負荷率に基づいて過渡運転時の目標ＣＡ５０の遅角量を定めるようにしてもよい。このようなマップによれば、空燃比ずれが大きくなることに伴って噴射量増量値を大きくするときに、遅角量が大きくなるように目標ＣＡ５０を設定できるようになる。

ところで、上述した実施の形態１〜３においては、ＣＡ５０フィードバック制御用のなまし回数Ｎ_Ｓよりも小さなＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御用のなまし回数Ｎ_Ｆを利用してなまし処理を実行することで、過渡運転時に、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御による燃料噴射量の調整の応答速度がＣＡ５０フィードバック制御による点火時期の調整の応答速度よりも高められる構成を実現している。しかしながら、本構成の実現手法は、なまし回数の設定を利用するものに代え、或いはそれとともに、例えば、フィードバックゲインの設定を利用するものであってもよい。具体的には、例えば、ＳＡ−ＣＡ１０フィードバック制御に用いられるＰＩゲインをＣＡ５０フィードバック制御に用いられるＰＩゲインよりも大きくすることにより、上記構成を実現してもよい。このことは、定常運転時における上記とは逆の設定についても同様である。

また、上述した実施の形態１〜３においては、着火遅れを代表する着火遅れ指標値として、ＳＡ−ＣＡ１０を例示した。しかしながら、本発明における「着火遅れ指標値」は、着火遅れ期間（点火時期から発熱が始まる時期（燃焼開始点ＣＡ０）までのクランク角期間）を含むものであればよく、ＳＡ−ＣＡ１０に代え、例えば、点火時期（ＳＡ）からＣＡ１０以外の任意の特定割合燃焼点ＣＡＸ１までのクランク角期間を用いることができる。また、「燃焼時期指標値」については、燃焼時期を代表する指標値であればよく、例示したＣＡ５０に代え、例えば、ＣＡ５０以外の任意の特定割合燃焼点ＣＡＸ２であってもよく、あるいは、ＭＢＴ点火時期からの点火時期変化量であってもよい。さらには、筒内圧最大クランク角度θ_Ｐｍａｘであってもよい。

１０ 内燃機関
１４ 燃焼室
２４ スロットルバルブ
２６ 燃料噴射弁
２８ 点火装置
３０ 筒内圧センサ
４０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４２ クランク角センサ
４４ エアフローセンサ
４６ アクセルポジションセンサ

Claims (3)

1. 気筒内の混合気に点火する点火装置と、前記気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、筒内圧を検出する筒内圧センサとを備える内燃機関を制御する制御装置であって、
   前記筒内圧センサの出力値に基づいて、実着火遅れ指標値と実燃焼時期指標値とを算出する指標値算出手段と、
   前記実着火遅れ指標値が目標着火遅れ指標値に近づくように燃料噴射量のフィードバック制御を実行する第１のフィードバック制御手段と、
   前記実燃焼時期指標値が目標燃焼時期指標値に近づくように点火時期のフィードバック制御を実行する第２のフィードバック制御手段と、
   を備え、
   前記第１のフィードバック制御手段および前記第２のフィードバック制御手段は、前記内燃機関の過渡運転時には、前記第１のフィードバック制御手段による燃料噴射量の調整の応答速度が、前記第２のフィードバック制御手段による点火時期の調整の応答速度よりも高くなるように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 気筒内の混合気に点火する点火装置と、前記気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、筒内圧を検出する筒内圧センサとを備える内燃機関を制御する制御装置であって、
   前記筒内圧センサの出力値に基づいて、実着火遅れ指標値と実燃焼時期指標値とを算出する指標値算出手段と、
   前記実着火遅れ指標値が目標着火遅れ指標値に近づくように燃料噴射量のフィードバック制御を実行する第１のフィードバック制御手段と、
   前記実燃焼時期指標値が目標燃焼時期指標値に近づくように点火時期のフィードバック制御を実行する第２のフィードバック制御手段と、
   前記内燃機関の過渡運転時に、前記第１のフィードバック制御手段による燃料噴射量の調整に代えて、エンジン負荷率の時間変化率および前記エンジン負荷率に基づく噴射量増量値を用いた燃料噴射量の調整を実行する過渡時調整手段と、
   を備え、
   前記噴射量増量値は、基本燃料噴射量に対する増量値であって、
   前記内燃機関の定常運転時には、前記第１のフィードバック制御手段による燃料噴射量の前記フィードバック制御と前記第２のフィードバック制御手段による点火時期の前記フィードバック制御とが実行され、
   前記過渡運転時には、前記第１のフィードバック制御手段による燃料噴射量の前記フィードバック制御と前記第２のフィードバック制御手段による点火時期の前記フィードバック制御のうち、前記第２のフィードバック制御手段による点火時期の前記フィードバック制御のみが実行される
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記第２のフィードバック制御手段は、前記過渡運転時に、前記目標燃焼時期指標値を、ＭＢＴ点火時期が得られる時の値よりも遅角させる
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

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