JP6658266B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、ガソリンエンジン等の内燃機関の燃焼形態としては、点火プラグからの火花放電により強制的に混合気を着火させるＳＩ（Spark Ignition）燃焼が広く一般的であったが、近年、気筒内に高温の既燃ガスを導入して混合気を自着火させる予混合圧縮自着火燃焼を燃焼形態として利用するガソリンエンジンの開発が進められている。ここで、予混合圧縮自着火燃焼は、ＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）燃焼と称される。

このＨＣＣＩ燃焼機能を備える内燃機関において、可変動弁機構により排気バルブ閉じ時期（ＥＶＣ：Exhaust Valve Closing timing）を早めて、既燃ガスの一部を気筒内に残留させ、次の吸気行程で新気と混合された混合気の温度を高くする負のバルブオーバーラップ（ＮＶＯ：Negative Valve Overlap）方式がある。

特許文献１には、要求トルクから圧縮着火前温度が得られるような目標カム位相を算出し、目標カム位相と今回のカム位相との位相差から推定した次回位相における圧縮端温度が圧縮着火温度になるような補正要求トルクを算出し、この補正要求トルクに応じて燃料噴射量を制御して、ノッキングや失火を抑制して安定した燃焼を確保することが記載されている。

特許文献２には、過給機を装備する内燃機関において、要求トルクと燃焼室温度と要求回転数により目標過給圧を設定し、この目標過給圧になるように制御することが記載されている。

特開２０１１−２２０１２１号公報 特開２００４−２８５９９７号公報

しかしながら、このような内燃機関の制御装置にあっては、要求トルクから次回位相や過給圧を算出しているため、要求トルクが急変した際に、燃料量に比べ応答性の遅い吸排気弁の位相や過給圧の変化が遅れ、残留ガス温度や排気圧力が定常とは異なることから、温度や、圧縮時の筒内ガス量（燃料分を除く）をＧ、燃料量をＦとしたときのＧ／Ｆ（重量比）等の燃焼室内の状態が定常時から乖離し、失火やトルク変動が発生したり、騒音やＮＯｘ排出量が増加したりすることがある。

この対策として、応答性の遅い吸排気弁の位相や過給圧の変化に合わせて燃料噴射量を算出することが考えられるが、変化を非常に遅くしない限りは、燃焼室内の状態が定常とは異なるようになるとともに、運転者や変速機、横滑り防止装置等からの要求トルクが急変した場合に実トルクが追従できず、ショックや回転吹き上がり、横滑り等の不具合が発生することがある。

そこで、本発明は、要求トルクの急変に実トルクを追従させることができ、安定した燃焼を確保し、できるだけ熱効率の高い条件で内燃機関を運転することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は、予混合圧縮自着火燃焼を行なう内燃機関の制御装置であって、ドライバーの要求トルクを満たすように、応答性の遅いデバイスを制御するための第１の目標トルクと、応答性の早いデバイスを制御するための第２の目標トルクとを算出し、前記第１の目標トルクとなるように混合気質量を制御し、前記第２の目標トルクとなるように燃料噴射量を制御し、予混合圧縮自着火燃焼時において前記内燃機関のトルクを高応答で増加制御させる必要がある場合は、前記第２の目標トルクに比べ前記第１の目標トルクを高く設定し、前記内燃機関のトルクの増加に伴って燃料噴射量を増加させる制御部を備えるものである。

このように本発明によれば、要求トルクの急変に実トルクを追従させることができ、安定した燃焼を確保することができ、できるだけ熱効率の高い条件で内燃機関を運転できる内燃機関の制御装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の目標トルク算出部の入出力図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の過給器を制御するブロックのブロック図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の燃料噴射量を制御するブロックのブロック図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の吸気バルブ及び排気バルブを制御するブロックのブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置について詳細に説明する。

図１において、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を搭載した車両１は、内燃機関型のエンジン２と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３とを含んで構成される。

エンジン２は、シリンダブロック４と、シリンダブロック４の上部に締結されたシリンダヘッド５とを含んで構成されている。シリンダブロック４には、気筒４ａが形成され、この気筒の内部（以下、「筒内」という）には、上下に往復動可能なピストン６が収納されている。

また、気筒４ａの上部には、燃焼室７が設けられている。燃焼室７は、ピストン６の頂面とシリンダヘッド５の下面とによって画成されている。エンジン２は、筒内でピストン６が２往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行なう、いわゆる４サイクルのガソリンエンジンである。

ピストン６は、コネクティングロッド８を介して図示しないクランク軸と連結している。コネクティングロッド８は、ピストン６の往復運動をクランク軸の回転運動に変換する。

シリンダヘッド５には、点火プラグ５０と、吸気ポート５１と、排気ポート５２とが設けられている。点火プラグ５０は、燃焼室７内に電極を突出させた状態でシリンダヘッド５に配設され、ＥＣＵ３によってその点火時期が調整される。

吸気ポート５１は、燃焼室７と後述する吸気通路１６ａとを連通するようになっている。また、吸気ポート５１には、吸気バルブ１１が設けられている。

吸気バルブ１１は、吸気通路１６ａと燃焼室７とを連通または遮断するように開閉されるようになっている。吸気バルブ１１の開閉は、吸気側可変動弁機構１２によって行なわれるようになっている。

吸気側可変動弁機構１２としては、例えば電磁石とスプリング等から構成された電磁アクチュエータにより吸気バルブ１１の開閉を行なう電磁式の可変動弁機構を用いることができる。具体的には、吸気側可変動弁機構１２は、電磁石の励磁によって吸気バルブ１１に固定された可動部を吸引することで、スプリングによって常時閉弁方向に付勢されている吸気バルブ１１を開弁方向に移動させるようになっている。

また、吸気側可変動弁機構１２は、後述するＥＣＵ３と電気的に接続されており、電磁石の励磁、非励磁がＥＣＵ３によって制御されるようになっている。したがって、ＥＣＵ３は、吸気バルブ１１の開閉時期を任意に変更でき、これにより吸気バルブ１１の開弁期間を容易に調整することができる。

なお、吸気側可変動弁機構１２としては、電磁アクチュエータに変えて油圧アクチュエータを用いた油圧式の可変動弁機構を用いてもよい。また、吸気側可変動弁機構１２として、主カムおよび副カム等のカム部材を用いて吸気バルブ１１の開閉時期を変更可能な機械式の可変動弁機構を用いても構わない。

さらに、この吸気側可変動弁機構１２は、例えば電磁石に対する励磁電流がＥＣＵ３によって調整されることにより、吸気バルブ１１の開閉時期とともに吸気バルブ１１のリフト量を連続的に変化させることが可能な構成であってもよい。

また、シリンダヘッド５の吸気ポート５１側には、吸気マニホールド１３が接続されている。吸気マニホールド１３の吸気ポート５１近傍には、インジェクタ１０が設けられている。

インジェクタ１０は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって圧送された燃料を吸気ポート５１内に噴射する、いわゆるポート噴射式の燃料噴射弁である。なお、インジェクタ１０としては、ポート噴射式に限らず、燃焼室７に燃料を直接噴射する、いわゆる直噴式の燃料噴射弁であってもよい。

吸気ポート５１内に噴射された燃料は、吸入空気、すなわち新気と混合されて混合気となって燃焼室７に導入される。燃焼室７に導入された混合気は、点火プラグ５０による火花放電、あるいは燃焼室内での圧縮による自着火によって燃焼および爆発する。この混合気の燃焼および爆発によってピストン６が気筒４ａ内を往復運動し、クランクシャフトが回転する。

吸気マニホールド１３の吸気が流れる吸気方向の上流側には、サージタンク１４が設けられている。サージタンク１４には、吸気圧を検出する吸気圧センサ１５が設けられている。

サージタンク１４の吸気方向の上流側には、吸気管１６が接続されている。この吸気管１６の内部には、吸気ポート５１と連通する吸気通路１６ａが形成されている。吸気通路１６ａには、吸気方向の上流から順に、空気を圧縮するコンプレッサ１７、圧縮された空気を冷却するインタークーラ１８、および空気の流量を調整するスロットルバルブ１９が設けられている。

スロットルバルブ１９は、ＥＣＵ３からの指令信号に応じてスロットル開度が制御されることで、エンジン２の吸入空気量を調整するようになっている。スロットルバルブ１９には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ４１が設けられている。

スロットルバルブ１９の吸気方向の上流側には、後述する過給器９による過給圧を検出する過給圧センサ４２と、スロットルバルブ１９の吸気方向上流の吸気温を検出する吸気温センサ４３とが設けられている。

一方、排気ポート５２には、排気バルブ２１が設けられている。排気バルブ２１は、後述する排気通路２３ａと燃焼室７とを連通または遮断するように開閉されるようになっている。排気バルブ２１の開閉は、排気側可変動弁機構２２によって行なわれるようになっている。

排気側可変動弁機構２２は、上述した吸気側可変動弁機構１２と同様の構成であるため、詳細な説明を省略するが、電磁石の励磁、非励磁がＥＣＵ３によって制御されることで、排気バルブ２１の開閉時期が任意に変更される。したがって、ＥＣＵ３は、排気バルブ２１の開弁期間を容易に調整することができる。

また、シリンダヘッド５の排気ポート５２側には、排気管２３が接続されている。この排気管２３の内部には、排気ポート５２と連通する排気通路２３ａが形成されている。排気通路２３ａには、排気流によって駆動される排気タービン２４、排気を浄化する図示しない触媒、および消音のための図示しないマフラーが設けられている。

排気タービン２４は、コンプレッサ１７に連結されている。排気流によって駆動された排気タービン２４の動力は、コンプレッサ１７が空気を圧縮するための動力として利用される。これらコンプレッサ１７および排気タービン２４は、過給器９を構成する。

排気タービン２４を挟んで排気管２３の排気が流れる排気方向の上流側と下流側との間には、バイパス通路２５が設けられている。このバイパス通路２５には、排気タービン２４への排気流を調整可能なウェストゲートバルブ２６が設けられている。ウェストゲートバルブ２６は、排気タービン２４への排気流を調整することによって、過給器９の過給によって得られる吸気の圧力である過給圧を制御することができる。ウェストゲートバルブ２６は、例えば電磁バルブなどによって構成され、ＥＣＵ３によって開閉制御される。なお、過給圧の制御は、過給圧を変更可能な可変ノズルターボを用いて行なってもよい。

ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

このコンピュータユニットのＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ３として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ３として機能する。

ＥＣＵ３の入力ポートには、上述した、吸気圧センサ１５、スロットル開度センサ４１、過給圧センサ４２、吸気温センサ４３に加え、エアフロメータ４４、クランク角度センサ４５、排気圧センサ４６、排気温センサ４７、アクセル開度センサ４８、大気圧センサ４９等の各種センサ類が接続されている。

エアフロメータ４４は、吸入空気量を検出する。クランク角度センサ４５は、エンジン２の回転に伴い所定クランク角度毎に矩形状のクランク角信号を出力する。ＥＣＵ３は、このクランク角信号に基づいてエンジン２の機関回転数であるエンジン回転数を算出する。

排気圧センサ４６は、排気の圧力を検出する。排気温センサ４７は、排気の温度を検出する。アクセル開度センサ４８は、運転者による図示しないアクセルペダルの踏み込み量をアクセル開度として検出する。大気圧センサ４９は、大気圧を検出する。

一方、ＥＣＵ３の出力ポートには、上述のインジェクタ１０と、スロットルバルブ１９と、ウェストゲートバルブ２６と、点火プラグ５０とを含む各種制御対象類が接続されている。

ＥＣＵ３は、エンジン２の運転状態に応じてＳＩ燃焼とＨＣＣＩ燃焼とを切り替えるようになっている。具体的には、ＥＣＵ３は、エンジン回転数及びエンジン要求トルクをパラメータとする燃焼領域マップを参照することにより、エンジン２の運転領域がＳＩ燃焼領域およびＨＣＣＩ燃焼領域のいずれにあるかを判断し、この判断に基づきＳＩ燃焼を行なうかＨＣＣＩ燃焼を行なうかを選択するようになっている。

ＥＣＵ３は、アクセル開度センサ４８から入力されたアクセル開度やクランク角度センサ４５から入力されるクランク各信号から算出したエンジン回転数などに基づきドライバーの要求トルクを算出するようになっている。

ＥＣＵ３は、ＨＣＣＩ燃焼を行なうＨＣＣＩモードでも、ＳＩ燃焼を行なうエンジンと同様に、ドライバー要求トルクなどから算出した目標トルクに基づいてエンジン２を制御する。

一般的なＳＩ燃焼のエンジンでは、図２に示すように、運転者や変速機、横滑り防止装置等からの要求トルクから、目標ＳＬＯＷトルクと目標ＦＡＳＴトルクを算出している。

目標ＳＬＯＷトルクに応じて、スロットルバルブ１９等の応答性の遅い空気量制御デバイスが制御され、燃焼室７に実際に入る空気量に応じて理論空燃比付近になるように噴射する燃料量が制御される。

また、目標ＦＡＳＴトルクを実現するように、応答性の早い点火時期や燃料カットが制御される。

通常は、目標ＳＬＯＷトルクと目標ＦＡＳＴトルクは同値であり、トルク変化が少ない場合は、燃焼効率が最大となる値に点火時期が制御されるが、トルクの増加速度は実空気量の応答性に依存するため、急激に増加させることはできない。

一方、補機の負荷が増加したときや変速ショックの抑制時、横滑り防止装置作動時等のトルクを高応答で増加制御させる必要がある場合は、事前に目標ＳＬＯＷトルクを目標ＦＡＳＴトルクに比べて高くすることで点火時期を遅角させておき、トルク増加が必要なときに点火時期を進角させることが行なわれている。

ＨＣＣＩ燃焼においては、トルク変動や騒音、排ガス値を満足した状態で運転するためには、主に圧縮端温度とＧ／Ｆを燃料噴射量とエンジン回転数などに応じて常に最適な値に制御する必要がある。

また、Ｇ／Ｆは、燃料噴射量とエンジン回転数などに応じて運転可能な幅を持つため、燃料噴射量が比較的多い（トルクが大きい）条件では、過給が必要となる。そして、過給条件においては、一般的に熱効率が最も高くなるのは、運転可能な範囲内でＧ／Ｆが最小となる状態である。これは、過給圧が最も低くなり、過給の仕事量が最小となることが主要因である。

また、ＩＶＣ（Intake Valve Closing timing：吸気バルブ閉じ時期）は、最も充填効率が大きくなる下死点付近とすることで、同様に過給の仕事量が最小となる。なお、非過給条件では、Ｇ／Ｆを小さくする（ガス量を減らす）ために、スロットルバルブ１９を絞ると、絞り損失が増加する。あるいは、Ｇ／Ｆを小さくするために吸気バルブ１１の早閉じや遅閉じを行なうと圧縮端温度が低下し、それを補うための残留ガス量増加は比熱比の低下やＮＶＯ中の熱損失の増加をもたらし、いずれにしても熱効率が低下する。このため、Ｇ／Ｆは運転可能な範囲で成り行きとする。

また、上記の理由により、ＩＶＣを最も実圧縮比が取れる下死点付近とし、残留ガス量を運転可能な圧縮端温度を実現できる最低限の量とする条件で、熱効率が最大となる。

上記のことを鑑み、本実施形態では、ＨＣＣＩ燃焼において、圧縮端温度とＧ／Ｆが運転可能な範囲に常に制御され、かつ、可能な限り高い頻度で熱効率の高い条件で運転し、かつ、要求トルクの急変に追従できるような制御を行なう。

ＥＣＵ３は、図２に示すように、目標トルク算出部１０１として、ドライバー要求トルク、変速機、横滑り防止装置等のＳＬＯＷ要求トルク及びＦＡＳＴ要求トルク、変速機、横滑り防止装置等の状態に基づいて、目標ＳＬＯＷトルクと、目標ＦＡＳＴトルクとを算出する。

図３は、過給器９を制御するブロックの構成図である。ＥＣＵ３は、図３に示すように、目標燃料量算出部１０２として、目標ＳＬＯＷトルクとエンジン回転数とから目標ＳＬＯＷ燃料量を算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、目標ＳＬＯＷトルクとエンジン回転数とから目標ＳＬＯＷ燃料量が決まるマップにより目標ＳＬＯＷ燃料量を算出する。このマップは、実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

目標ＳＬＯＷトルクは、上述の目標トルク算出部１０１により算出される。エンジン回転数は、クランク角度センサ４５の出力するクランク角信号から算出される。

ＥＣＵ３は、図３に示すように、目標Ｇ／Ｆ算出部１０３として、目標ＳＬＯＷ燃料量とエンジン回転数とから目標Ｇ／Ｆ値を算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、目標ＳＬＯＷ燃料量とエンジン回転数とから熱効率が最大となるＧ／Ｆ値が決まるマップにより目標Ｇ／Ｆ値を算出する。このマップは、実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

目標ＳＬＯＷ燃料量は、上述の目標燃料量算出部１０２により算出される。エンジン回転数は、クランク角度センサ４５の出力するクランク角信号から算出される。

熱効率が最大となるＧ／Ｆ値は、一般的に、過給域においては、運転可能なＧ／Ｆ値の範囲で最小の値となる。なお、通常の大気圧下において過給が不要な領域においても、大気圧が低下すると過給が必要となるため、考え得る最低大気圧での過給域をカバーする最小燃料値までＧ／Ｆマップを設定する。

ＥＣＵ３は、図３に示すように、目標過給圧算出部１０４として、目標混合気質量と圧縮前目標温度、ＩＶＣ（吸気バルブ閉じ時期）、大気圧等から目標過給圧を算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、一般にＧ／Ｆの値のＧ（筒内ガス量）には燃料分が含まれていないため、目標Ｇ／Ｆ値に１を加算したものを目標ＳＬＯＷ燃料量に乗算したものを目標混合気質量とする。

ＥＣＵ３は、例えば、目標混合気質量と圧縮前目標温度、ＩＶＣ、大気圧から目標過給圧が決まるマップにより目標過給圧を算出する。なお、この目標過給圧は、大気圧を下限とする。このマップは、実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。なお、マップで求められた値に、補正係数などにより補正を行なうようにしてもよい。

圧縮前目標温度は、後述する圧縮前目標温度算出部１１２により算出される。ＩＶＣは、直前の値が使用される。大気圧は、大気圧センサ４９により検出される。なお、ＩＶＣは、上述の通り、充填効率が最大となる下死点付近の値を制御目標とする。

ＥＣＵ３は、図３に示すように、過給器制御部１０５として、求められた目標過給圧になるように、ウェストゲートバルブ２６を制御する。

図４は、燃料噴射量を制御するブロックの構成図である。ＥＣＵ３は、図４に示すように、目標燃料量算出部１０６として、目標ＦＡＳＴトルクとエンジン回転数とから目標燃料量を算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、目標ＦＡＳＴトルクとエンジン回転数とから目標燃料量が決まるマップにより目標燃料量を算出する。このマップは、実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

目標ＦＡＳＴトルクは、上述の目標トルク算出部１０１により算出される。エンジン回転数は、クランク角度センサ４５の出力するクランク角信号から算出される。

ＥＣＵ３は、図４に示すように、混合気質量算出部１０７として、実吸気圧と圧縮前目標温度、ＩＶＣ（吸気バルブ閉じ時期）等から混合気質量を算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、実吸気圧と圧縮前目標温度、ＩＶＣから混合気質量が決まるマップにより混合気質量を算出する。このマップは、実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

実吸気圧は、吸気圧センサ１５により検出される。圧縮前目標温度は、後述する圧縮前目標温度算出部１１２により算出される。ＩＶＣは、直前の値が使用される。なお、ＩＶＣは、上述の通り、充填効率が最大となる下死点付近の値を制御目標とする。

ＥＣＵ３は、図４に示すように、Ｇ／Ｆ下限算出部１０８として、混合気質量とエンジン回転数とからＧ／Ｆ下限値を算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、混合気質量とエンジン回転数とからＧ／Ｆ下限値が決まるマップによりＧ／Ｆ下限値を算出する。このマップは、実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

混合気質量は、上述の混合気質量算出部１０７により算出される。エンジン回転数は、クランク角度センサ４５の出力するクランク角信号から算出される。

ＥＣＵ３は、上述の混合気質量算出部１０７が算出した混合気質量を、Ｇ／Ｆ下限値に１を加算したもので除算して燃料量の上限値を算出する。

ＥＣＵ３は、図４に示すように、Ｇ／Ｆ上限算出部１０９として、混合気質量とエンジン回転数とからＧ／Ｆ上限値を算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、混合気質量とエンジン回転数とからＧ／Ｆ上限値が決まるマップによりＧ／Ｆ上限値を算出する。このマップは、実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

混合気質量は、上述の混合気質量算出部１０７により算出される。エンジン回転数は、クランク角度センサ４５の出力するクランク角信号から算出される。

ＥＣＵ３は、上述の混合気質量算出部１０７が算出した混合気質量を、Ｇ／Ｆ上限値に１を加算したもので除算して燃料量の下限値を算出する。

ＥＣＵ３は、図４に示すように、燃料噴射制御部１１０として、目標燃料量が燃料量上限値よりも多い場合は最終燃料量を燃料量上限値とし、目標燃料量が燃料量下限値よりも少ない場合は最終燃料量を燃料量下限値としてガードをかけ、最終燃料量を算出する。そして、ＥＣＵ３は、燃料噴射制御部１１０として、最終燃料量を噴射するようにインジェクタ１０を制御する。

図４に示す燃料噴射量の制御は、ＳＩ燃焼における点火時期制御に相当する。ここで、上述の目標Ｇ／Ｆ算出部１０３においてＧ／Ｆ値を運転可能な範囲の最小値に設定すると、ＳＩ燃焼と同様、目標ＳＬＯＷトルクを超えるＦＡＳＴトルクは実現できない。このため、トルクの応答性が遅くなる。

そこで、トルクを高応答で増加制御させる必要がある場合は、ＳＩ燃焼と同様に、事前に目標ＳＬＯＷトルクを目標ＦＡＳＴトルクに比べて高く（増加後の目標トルク程度）する。

このようにすることで、目標ＳＬＯＷトルクに対応して過給圧を高くすることによりＧ／Ｆを大きくして、目標ＦＡＳＴトルクに対応して燃料噴射量を少なくしておき、トルク増加が必要なときに燃料噴射量を増加させることでトルクを高応答で増加させることができる。

なお、Ｇ／Ｆ下限算出部１０８で算出するＧ／Ｆ下限値は、過給条件においては目標Ｇ／Ｆ算出部１０３で算出する目標Ｇ／Ｆ値と同値となる。また、非過給条件においては、スロットルバルブ１９を絞る等により混合気質量を減らして計測した値を採用することで、ＳＩ燃焼との切り替え途中にもこの制御を適用することができる。

図５は、吸気バルブ１１及び排気バルブ２１を制御するブロックの構成図である。ＥＣＵ３は、図５に示すように、圧縮端目標温度算出部１１１として、目標燃料量とエンジン回転数とから圧縮端目標温度を算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、目標燃料量とエンジン回転数とから圧縮端目標温度が決まるマップにより圧縮端目標温度を算出する。このマップは、実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

目標燃料量は、上述の目標燃料量算出部１０６により算出される。エンジン回転数は、クランク角度センサ４５の出力するクランク角信号から算出される。

ＥＣＵ３は、図５に示すように、圧縮前目標温度算出部１１２として、圧縮端目標温度とＩＶＣ（吸気バルブ閉じ時期）、燃焼室壁面温度等から圧縮前目標温度を算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、エンジン２の実圧縮比によるポリトロープ変化を仮定して圧縮前目標温度を算出する。なお、燃料カットが長時間継続した後等の混合気から燃焼室壁面への放熱が大きい場合には燃焼室壁面温度による補正を行なうとよい。

圧縮端目標温度は、上述の圧縮端目標温度算出部１１１により算出される。ＩＶＣは、直前の値が使用される。なお、ＩＶＣは、上述の通り、充填効率が最大となる下死点付近の値を制御目標とする。

燃焼室壁面温度は、実測が困難であるため、吸入ガス温度や排気行程ガス温度等を用いたモデルにより算出する。吸入ガス温度は、吸気温センサ４３により検出される。

排気行程ガス温度も実測が困難であるため、燃料量やＧ／Ｆ等を用いたモデルにより算出する。

ＥＣＵ３は、図５に示すように、残留ガス目標質量算出部１１３として、圧縮前目標温度と混合気質量、吸入ガス温度、排気行程ガス温度、燃焼室壁面温度から残留ガス目標質量を算出する。

ＥＣＵ３は、例えば、吸入ガスを圧縮前目標温度まで加熱する熱量と残留ガスが圧縮前目標温度まで冷却される熱量が同じとして残留ガス目標質量を算出する。

圧縮前目標温度は、上述の圧縮前目標温度算出部１１２により算出される。混合気質量は、上述の混合気質量算出部１０７により算出される。吸入ガス温度は、吸気温センサ４３により検出される。排気行程ガス温度及び燃焼室壁面温度は、上述した方法で算出される。

なお、ＮＶＯ中等に圧縮された残留ガスから燃焼室壁面に熱が逃げることや、吸気圧力と排気圧力との差等により、ＩＶＯ時の残留ガスの温度と排気行程ガスの温度は異なるが、算出の単純化のため同一として残留ガス質量を算出し、燃焼室壁面温度や吸気圧力と排気圧力との差による補正を行なってもよい。

ＥＣＵ３は、図５に示すように、排気バルブ制御部１１４として、残留ガス目標質量と排気圧力、排気行程ガス温度等に基づいて排気バルブ２１を制御する。

ＥＣＵ３は、例えば、ＥＶＣ（排気バルブ閉じ時期）を変化させることで、残留ガス質量が残留ガス目標質量になるように制御する。

ＥＣＵ３は、例えば、バルブタイミングや排気圧力、排気行程ガス温度から残留ガス質量が決まるマップによりＥＶＣを算出し、排気バルブ２１を制御する。このマップは、実験等により求められ、ＥＣＵ３のＲＯＭに記憶されている。

排気圧力は、排気圧センサ４６により検出される。排気行程ガス温度は、上述した方法で算出される。

ＥＣＵ３は、図５に示すように、吸気バルブ制御部１１５として、ＥＶＣ（排気バルブ閉じ時期）と吸気圧力、排気圧力、排気行程ガス温度等に基づいて吸気バルブ１１を制御する。

ＥＣＵ３は、例えば、ＮＶＯ（負のバルブオーバーラップ）期間中の残留ガスの圧力が吸気圧力と同等となるように、ＩＶＯ（Intake Valve Opening timing：吸気バルブ開き時期）を制御する。

ＥＣＵ３は、例えば、ＥＶＣでの排気圧力と燃焼室容積からＮＶＯ中の圧縮及び膨張のポリトロープ変化を仮定し、燃焼室圧力が吸気圧力に等しくなるＩＶＯを算出する。

吸気圧力は、吸気圧センサ１５により検出される。排気圧力は、排気圧センサ４６により検出される。排気行程ガス温度は、上述した方法で算出される。

このようにすることで、残留ガスの吸気ポート５１への逆流や、吸気の流入に伴うポンピング損失を最小限にすることができるとともに、吸気騒音を低減させることができる。

このように、上述の実施形態では、目標ＳＬＯＷトルクになるような目標混合気質量を算出し、目標混合気質量になるように過給圧を制御するとともに、目標ＦＡＳＴトルクになるように燃料量を算出し、燃料噴射量を制御するＥＣＵ３を備える。

これにより、トルクを高応答で増加制御させる必要がある場合は、目標ＦＡＳＴトルクに比べ目標ＳＬＯＷトルクを高く設定することで、要求トルクの急変に実トルクを追従させることができ、安定した燃焼を確保することができる。

また、ＥＣＵ３は、実吸気圧から算出した混合気質量に基づいてＧ／Ｆの上限値及び下限値を算出し、このＧ／Ｆの上限値及び下限値から燃料量の上限値及び下限値を算出して燃料噴射量に制限をかける。

これにより、トルク変化時や燃料カットからの復帰後等の様々な条件で失火やトルク変動の発生を抑制し、騒音やＮＯｘ排出量の増加を抑えることができる。

また、ＥＣＵ３は、目標ＦＡＳＴトルクに基づいて算出した目標燃料量に基づいて圧縮端目標温度を算出し、この圧縮端目標温度になるように残留ガス目標質量を算出し、この残留ガス目標質量になるようにＥＶＣやＩＶＯを制御する。

これにより、トルク変化時や燃料カットからの復帰後等の様々な条件で失火やトルク変動の発生を抑制し、騒音やＮＯｘ排出量の増加を抑えることができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 車両
２ エンジン（内燃機関）
３ ＥＣＵ（制御部）
９ 過給器
１０ インジェクタ
１１ 吸気バルブ
１２ 吸気側可変動弁機構
１５ 吸気圧センサ
１７ コンプレッサ
２１ 排気バルブ
２２ 排気側可変動弁機構
２４ 排気タービン
２５ バイパス通路
２６ ウェストゲートバルブ
４１ スロットル開度センサ
４２ 過給圧センサ
４３ 吸気温センサ
４５ クランク角度センサ
４６ 排気圧センサ
４７ 排気温センサ
４８ アクセル開度センサ
４９ 大気圧センサ
１０１ 目標トルク算出部
１０２ 目標燃料量算出部
１０３ 目標Ｇ／Ｆ算出部
１０４ 目標過給圧算出部
１０５ 過給器制御部
１０６ 目標燃料量算出部
１０７ 混合気質量算出部
１０８ Ｇ／Ｆ下限算出部
１０９ Ｇ／Ｆ上限算出部
１１０ 燃料噴射制御部
１１１ 圧縮端目標温度算出部
１１２ 圧縮前目標温度算出部
１１３ 残留ガス目標質量算出部
１１４ 排気バルブ制御部
１１５ 吸気バルブ制御部

Claims (3)

1. 予混合圧縮自着火燃焼を行なう内燃機関の制御装置であって、
   ドライバーの要求トルクを満たすように、応答性の遅いデバイスを制御するための第１の目標トルクと、応答性の早いデバイスを制御するための第２の目標トルクとを算出し、前記第１の目標トルクとなるように混合気質量を制御し、前記第２の目標トルクとなるように燃料噴射量を制御し、予混合圧縮自着火燃焼時において前記内燃機関のトルクを高応答で増加制御させる必要がある場合は、前記第２の目標トルクに比べ前記第１の目標トルクを高く設定し、前記内燃機関のトルクの増加に伴って燃料噴射量を増加させる制御部を備える内燃機関の制御装置。
2. 前記制御部は、現在の吸気圧から算出した混合気質量に基づいて前記燃料噴射量に制限をかける請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御部は、前記第２の目標トルクに基づいて残留ガス目標質量を算出し、この残留ガス目標質量となるように吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方の開閉時期を調整する請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。

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