JP2004060479A

JP2004060479A - エンジンの燃料制御装置，エンジンの燃料制御方法

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Publication number: JP2004060479A
Application number: JP2002217419A
Authority: JP
Inventors: Shinya Sato; 佐藤　真也; Shinji Nakagawa; 中川　慎二; Toshio Hori; 堀　　俊雄
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-02-26
Also published as: EP1384875A2; EP1384875A3; US6971367B2; US20040016419A1

Abstract

【課題】ターボチャージャーを備えた筒内噴射エンジンにトルクベース制御を適用し、運転状況に応じてストイキ運転とリーンバーン運転を切替えられるシステムにおいて、良好な排気性能と運転性を得るための手段を提供する。
【解決手段】直接的あるいは間接的に得られる過給圧情報あるいは吸気管圧情報を基に、ターボラグ指標を演算し、所望のトルク特性，排気特性が得られるよう、前記ターボラグ指標を基にスロットル開度や燃料噴射量を補正する。
【効果】ターボラグに起因して発生する、過渡時のトルク変動やトルク特性の変化，排気悪化等を防止することができる。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用ガソリンエンジンの制御システムに関し、特に過給機付きエンジンの制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の自動車のガソリンエンジンシステムにおいては、多様化するニーズに対応して、エンジン本体およびそれを制御するエンジン制御共に、多数のバリエーションが存在する。
【０００３】
エンジン本体のバリエーションとしては、ピストン下降時の負圧を利用してシリンダ内に空気を取り入れる一般的な自然吸気エンジンの他、過給機により強制的に空気をシリンダ内に送り込み高出力を得る、過給機付きエンジンが実用化されている。過給機は代表的なものとして特開平１０−２７４０７０号公報に示されるような機械式過給機（スーパーチャージャー）と、特開２００１−８２１９７号公報に示されるようなターボチャージャーがある。前者はコンプレッサーの駆動にエンジンの軸出力を用いており、後者はエンジンの排気ガスを用いているが、現在の過給機の主流はエネルギー効率の高いターボチャージャーとなっている。
【０００４】
またエンジン本体の他のバリエーションとしては、従来型エンジンのように燃料を吸気ポートに噴射するのではなく、特開平１０−４７１１４号公報で示されるようにシリンダ内に直接噴射する筒内噴射エンジンが実用化されている。筒内噴射エンジンでは超リーンバーン運転が可能であり、ポンプ損失低減による燃費改善効果が得られる。また特開２０００−２４８９７８号公報に示されるように、筒内噴射エンジンとターボチャージャーを組み合わせた場合、スロットル全開においても更に吸入空気量を増加させることが可能なため、自然吸気エンジンよりも高負荷側にリーンバーン領域を拡大できる利点があり、更にリーンバーン運転では自然吸気エンジンよりも排気ガス量が大幅に増大し、タービンの回転数が増すため、アクセル操作に対するトルク発生のレスポンス向上が期待できる。
【０００５】
一方、エンジン制御においては、新しいロジックのエンジン制御として、いわゆるトルクベース（トルクデマンド）制御が実用化されている。開発背景としては、前記リーンバーンシステムにおいて、Ａ／Ｆ＝約１４．７　の通常燃焼運転
（以下ストイキ運転）とリーンバーン運転の切替え時のトルク変動の低減には不可欠な制御であること、トラクションコントロール等のようにエンジン外部からエンジン側へ要求されるトルクが増え、その処理部が必要となったこと、キーデバイスである電制スロットルが実用化したこと等がある。具体的な制御内容としては、ドライバーのアクセル操作の他、アイドル要求トルクや車体制御等の外部要求トルクを総合的に判断して目標エンジントルクを設定し、それを達成するように燃料噴射量および吸入空気量を制御するものである。エンジントルクは、燃料噴射量に大きく依存するため、目標エンジントルクの実現には燃料制御が重要であるが、同時に排ガス浄化触媒の高効率利用の観点より、空燃比を所望値に合わせることも必須の要求である。すなわち、本制御においては燃料制御と空燃比制御の制御精度の両立が重要となる。
【０００６】
トルクベース制御として提案されている方式は、燃料噴射量の決定方法により次の２種類が存在する。１つは特開平１０−８９１４０号公報に示されるような実吸入空気量を計測した後に燃料噴射量を決定する空気主導（先行）型であり、他は特開平１−３１３６３６号公報に示されるように目標トルク演算結果を基に直接燃料噴射量を決定する燃料主導（先行）型である。
【０００７】
空気主導型では、目標トルクの演算結果を基に目標空気量を演算し、目標空気量を得るべく電制スロットルへ目標スロットル開度を送信する。それに応じてシリンダ内に吸入される実空気量を、エアフロセンサ等により計測した後に、実空気量と目標空燃比を基に燃料噴射量を決定する。本方式では実空気量を基に燃料噴射量を決定することから、空燃比精度は保証される特徴がある。しかし、トルクを決める燃料噴射量は空気量を介して決定されるため、空気量制御の精度如何では、発生トルクが目標トルクから大きく外れることがある。
【０００８】
一方燃料主導型においては、目標トルク演算結果をもとに、所望の空燃比となるように目標燃料噴射量と目標空気量が決定され、それぞれインジェクタと電制スロットルに対応する信号が送信される。したがって、燃料噴射量，空気量それぞれが、目標値どおりに実現されない場合、所望の空燃比が得られない欠点を有する。特に吸入空気量については、目標空気量と実空気量を一致させるのが困難であり、空気量制御の精度向上が大きな課題となる。しかしながら、目標トルク演算結果が、燃料噴射量にダイレクトに反映されることから、トルクの制御精度が高い特徴を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記複数の技術を組み合わせたシステム、すなわちターボチャージャーを備えた筒内噴射エンジンにトルクベース制御を適用し、運転状況に応じてストイキ運転とリーンバーン運転を切替えられるシステムは、燃費，出力，運転性向上等の面で有望なシステムである。
【００１０】
しかし、ターボチャージャーを備えたエンジンの場合、加速時の様にスロットルを急激に開く運転状態において、タービンの慣性によりタービン回転数が上昇するまで時間が掛かり、過給圧が目標値に到達するまでに若干の時間を要する現象、いわゆるターボラグが発生する。これは排気ガス量の少ない低回転，低負荷領域からの加速時に顕著に発生し、過給圧が目標値に追従できず、一時的に目標空気量に実空気量が到達しない状態となる。この現象に起因して、前記ターボチャージャーを備えた筒内噴射エンジンにトルクベース制御を適用したシステムでは、以下のような問題が発生し易い。
【００１１】
燃料主導型トルクベース制御を適用した場合、前述のように吸入空気量が目標値に制御されていることを前提に、吸入空気量の情報を得ずに燃料噴射量が決定される。よって、ターボラグ発生時のように、一時的に目標空気量に実空気量が到達しない状態においては、相対的に燃料過剰となり排気が悪化する。この問題に対処するためには、ターボラグの発生を検出あるいは予測して、燃料過剰となるのを防止するように、燃料噴射量に過渡補正（燃料を空気の位相に合わせ減量する）を実施することが有効と考えられる。
【００１２】
また、運転状況に応じてストイキ運転とリーンバーン運転を切替えられるシステムでは、運転モードによりターボラグの度合いが異なることに留意する必要がある。すなわちリーンバーン運転では、燃料噴射量に対し吸入空気量の割合が多く、排気ガス量も多いため、低回転，低負荷領域においてもタービンの回転数が高く保たれ、ターボラグは比較的小さい。よって、空気主導型トルクベース制御はもとより、前記ターボラグの発生を検出あるいは予測して、燃料過剰となるのを防止するように燃料噴射量を補正（減量）する燃料主導型トルクベース制御においても、ターボラグの小さなリーンバーン運転時ではアクセルレスポンスが良好なのに対し、ターボラグの大きなストイキ運転時にはアクセルレスポンスが緩慢になり、ドライバーが違和感を感じる問題が発生する。
【００１３】
また、ストイキ運転とリーンバーン運転を切替える、燃焼切替え時において、ターボラグに起因して次のような問題が発生する。ストイキ運転とリーンバーン運転では同トルクを発生するのに必要な燃料量が異なるため、切替え時に燃料補正が必要となる。この燃料補正量は、主にポンプ損失に依存するが、ターボエンジンの場合のポンプ損失は、スロットル開度のみならず、過給圧にも依存する。よって、ターボラグに起因して過給圧が連続的に変わる過渡においては、ポンプ損失も連続的に変化し、それに応じて燃料補正量も連続的に変える必要がある。しかし、特開平１０−４７１１４号公報に示されるような自然吸気エンジン対応の従来技術では、ポンプ損失が一定となる定常運転状態のみを考慮して燃料補正量を設定しているため、ターボラグ発生時には燃料補正量が不適切となり、トルク変動が発生する問題があった。
【００１４】
本発明は以上の問題に鑑みてなされたもので、ターボチャージャーを備えた筒内噴射エンジンにトルクベース制御を適用し、運転状況に応じてストイキ運転とリーンバーン運転を切替えられるシステムにおいて、ターボラグに起因して発生する、過渡時のトルク変動やトルク特性の変化，排気悪化等を防止することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
直接的あるいは間接的に得られる過給圧情報あるいは吸気管圧情報を基に、ターボラグ指標を演算し、所望のトルク特性，排気特性が得られるよう、前記ターボラグ指標を基にスロットル開度や燃料噴射量を補正する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係わる第１の実施例である、超リーンバーン運転が可能なターボ過給エンジンシステムのハード構成を示す図であり、図２はこのシステムに対応した燃料主導型トルクベース制御２００の制御ブロック図である。まず図１を用い、ターボ過給エンジンシステムのハード構成について説明する。ターボチャージャー１０１の一部品であるコンプレッサー１０２にて過給された新気は、吸気管１０３を通り電制スロットル１０６入口側に導入される。その過程において、吸気管内に設置された過給圧センサ１０４とエアフロセンサ１０５にて、新気に関する過給圧と空気量が測定されＥＣＵ１０８に送信される。電制スロットル１０６においては、アクセルペダル１０９の開度情報等を基に、ＥＣＵ１０８が演算した信号によりスロットル開度が決定され、その開度に応じてインテークマニホールド１０７内に導入される新気量が調整される。マニホールド内の新気は、ピストン１１４が下降し、吸気バルブ１１２が開いた瞬間からシリンダ内に導入され、シリンダ内に設けられたインジェクタ１１０より噴射される燃料噴霧と混じり合うことにより、混合気を形成する。なお、燃料噴射量およびタイミングはＥＣＵ１０８からインジェクタ１１０に送信される信号により決定されるが、吸気工程に燃料噴射が行われた場合は均質燃焼となり、圧縮工程に噴射が行われた場合は超リーンバーンが可能な成層燃焼となる。その後、吸気バルブ１１２が閉じ、ピストン１１４上昇の過程で圧縮された混合気は、圧縮上死点直前付近において点火プラグ１１１により着火し、急速に膨張してピストン１１４を押し下げ、駆動トルクを発生させる。その後ピストン１１４が上昇し、排気バルブ１１３が開いた瞬間から排気工程が始まり、排気ガスは排気管１１５に導入される。排気管１１５にはターボチャージャー１０１が取り付けられており、排気ガスが通過する際に、ターボチャージャー１０１の一部品であるタービン１１６を回転させる。タービン１１６は前記コンプレッサー１０２と同軸となっており、タービン１１６の回転と同期してコンプレッサー１０２が回転する。すなわち本システムは、排ガスのエネルギーを利用してタービン１１６、および直結したコンプレッサー１０２を回転させ過給効果を得るシステムであり、過給効果は排ガス量に依存する。
【００１７】
次に、図２を用いて燃料主導型トルクベース制御２００の制御ブロック内容を説明する。起点となる目標トルク演算手段２０５においては、アクセル開度２０２信号とエンジン回転数２０１、及びアイドル要求空気量２０３から基本目標トルクを算出し、さらにクルーズコントロールやトラクションコントロール等の外部要求トルク２０４信号を加味して最終的な目標トルクを演算する。この演算結果は燃焼効率補正演算手段２０７に送信され、目標空燃比演算手段２０６で演算された目標空燃比を基に、その燃費効率分（主にポンプ損失に依存）に応じた補正が加えられる。この補正された目標トルク値は、それぞれ燃料制御系である目標燃料量演算手段２０８と、空気制御系である目標空気量演算手段２１０に送られる。目標燃料量演算手段２０８では目標トルクに応じた目標燃料量を演算し、その後、過渡時燃料補正量演算手段２０９により過渡時補正が実施される。ここでは、後述するターボラグ指標演算手段２１４で演算されたターボラグ指標を基に目標燃料量の補正を行い、最終目標燃料量に対応したパルス信号をインジェクタ１１０に送信する。一方、目標空気量演算手段２１０では、目標トルクと目標空燃比を考慮して目標空気量を演算し、その演算結果を基に目標スロットル開度演算手段２１１では目標スロットル開度を演算し、相当の信号を電制スロットル１０６へ送信する。
【００１８】
ここで、ターボエンジン対応のために新設した、本発明における重要な制御ブロックであるターボラグ指標演算手段２１４と過渡時燃料補正量演算手段２０９のについて述べる。これらの制御ブロックの目的は、ターボラグに起因して発生する、加速時における空燃比リッチ化と、ストイキ運転とリーン運転の切替え時に発生するトルク変動を防止することである。
【００１９】
ターボラグ指標演算手段２１４の具体的な演算内容は、
ターボラグ指標＝過給圧センサの出力値／目標過給圧
である。すなわち、定常時にはターボラグ指標はほぼ１となり、ターボラグ発生時には、その度合いが大きい程、０に近い値が算出される。このターボラグ指標を基に、過渡時燃料補正量演算手段２０９では、加速時と燃焼切替え時の燃料補正量を決定する。加速時の具体的な燃料補正内容について図３を用いて説明する。
【００２０】
図３は、前記図１，図２を基に説明した燃料主導型トルクベース制御２００を適用したターボエンジンの、急加速時における、時間経過に伴う各制御パラメータの挙動を模式的に示した図である。まず、ドライバーがアクセル開度２０２が小さい領域から急激にアクセルペダルを踏み込んだ場合、それに応じてアクセル開度２０２信号は、ほぼステップ状に増加する。次にこのアクセル開度２０２の変化を受けて、目標トルク，目標スロットル開度，目標過給圧２１２，目標空気量，目標燃料噴射量（過渡時補正前）が連動してステップ状に変化する。なお、このような過渡的な状況下においても、空燃比は一定値に制御する必要があるが、以下に示すような現象により、空燃比がリッチ側にずれ易い。図３中に示すようにアクセル開度２０２が低い領域からの加速では、排気ガス量が少ないため、過給圧が目標過給圧２１２に到達するまでに時間がかかる、いわゆるターボラグが発生し、それに起因してこの期間においては、吸入空気量が目標値に対し大きく下回る結果となる。一方燃料噴射量については、ターボラグの発生如何に関わらず、ほぼ目標値通りに噴射されることから、前記目標燃料噴射量（過渡時補正前）を用いた場合、排気ガスの観点では相対的に過剰な燃料量となる。この燃料量を是正するため、過渡時燃料補正量演算手段２０９では、ターボラグ指標演算手段２１４から得たターボラグ指標を基に吸入空気量の挙動を推定し、燃料噴射量が吸入空気量と同じ比率となるように過渡時における燃料噴射量を補正する。この結果、ターボラグが発生している過渡領域においても空燃比が一定に保たれ、触媒浄化効率の低下による排気悪化を防ぐことが出来る。
【００２１】
次に本発明に係わる第２の実施例について図４に示す。先の第１の実施例においてはターボラグ指標３００を過給圧センサ１０４を用いて算出しているが、第２の実施例においては、過給圧情報を過給圧に深く関連する他のパラメータにより、間接的に求めている。具体的なパラメータとしては、スロットル開度３０１またはアクセル開度２０２，エンジン回転数２０１，吸入空気量，目標トルクや基本燃料量等が挙げられ、本実施例ではスロットル開度３０１とエンジン回転数２０１を用いている。具体的には、エンジン回転数２０１が低いほど、またスロットル開度３０１の変化分が大きいほど、過渡的に目標過給圧２１２と実過給圧２１３の偏差が大きくなる傾向を考慮し、ターボラグ指標３００をエンジン回転とスロットル開度３０１の変化量を引数とするターボラグ指標演算用マップ３０２に収めている。制御時にはエンジン回転とスロットル開度３０１の変化量を基に、マップ検索により過給圧情報を推定してターボラグ指標３００を演算し、過渡時燃料補正量演算手段２０９により燃料の最適化を行っている。これにより過給圧センサ１０４を設ける必要が無くなり、システムの低コスト化が図れる。
【００２２】
次に本発明に係わる第３の実施例について図５に示す。本実施例においては前記ターボラグ指標３００を、ターボエンジンの過給圧について過給圧推定理論モデル３０６により求めている。過給圧推定理論モデル３０６は、気筒数３０４，排気量３０３，タービンサイズ３０５等の幾何学的パラメータの他、空燃比，点火時期，バルブタイミング等の燃焼に関するパラメータを考慮して構築されており、スロットル開度３０１をはじめとする運転状態に関するパラメータを入力することによりターボラグ指標３００を算出するものである。このような方法により、第２の実施例で用いた過給圧センサ１０４が不要となるばかりでなく、第３の実施例で必要なターボラグ指標演算用マップ３０２の作成に必要な適合試験を行う必要もなくなり、低コスト化と工数の削減を図ることができる。
【００２３】
次に本発明に係わる第４の実施例について図６〜図８を用いて説明する。図６は、低回転，低負荷領域からアクセルを踏み込んだ際の、ストイキ運転時とリーンバーン運転時の運転性に関わるパラメータの挙動を、比較して示したものである。ストイキ運転時では、低回転，低負荷領域ゆえにターボラグが発生し、ターボラグ発生時の燃料補正のためトルクの立ち上がりが緩慢になる。一方、リーンバーン運転では、燃料噴射量に対し吸入空気量の割合が多く、排気ガス量も多いため、低回転，低負荷領域においてもタービンの回転数が高く保たれ、ターボラグは小さく燃料補正量も少なくて済み、良好なトルク特性が得られる。すなわち、運転モードによって、アクセルに対するトルク特性が変化し、ドライバーが違和感を感じることになる。
【００２４】
本問題を解決する手段としては、ストイキ運転時にはターボラグの発生を予測し、ターボラグを相殺するようなスロットル制御を実施し、リーンバーン運転時には通常のスロットル制御を行う。これにより、ストイキ運転時とリーンバーン運転時のトルク特性の差が縮まり、良好な運転性が得られる。前記ストイキ運転時のスロットル制御の具体的な内容としては、ターボラグによる空気量の遅れを１次遅れと近似し、微分器を用いて一次遅れ補償を行う等が考えられる。あるいは実空気量を検出し、目標空気量との偏差を見ながらスロットル開度を決定するフィードバック制御をおこなっても良い。
【００２５】
本ロジックを取り入れた目標スロットル開度演算手段２１１について、図７に示す。本演算手段においては、入力として目標空気量，目標過給圧，エンジン回転数のほか、ストイキ　ｏｒ　リーン判定４０１を入力している。スロットル開度演算部においては、定常において目標空気量，目標過給圧を得るために必要な目標スロットル開度を算出する基本スロットル開度演算部４０２の他、ターボラグによる空気量の遅れを補償するよう、微分器としての機能を有するスロットル開度過渡時補正部４０３より成り立っている。なお前記微分器のゲインは、ターボラグ指標３００に依存しており、ターボラグ指標３００の値が小さい場合にはゲインを大きくし、１に近い場合にはゲインを小さくして、ターボラグを相殺するように設定されている。
【００２６】
リーン判定時には、基本スロットル開度演算部４０２のみでスロットル開度を演算するが、ストイキ判定時には、基本スロットル開度演算部４０２にスロットル開度過渡時補正部４０３の値を加算して目標スロットル開度としている。
【００２７】
この目標スロットル開度演算手段２１１を適用した場合の結果を図８に示す。上記ロジックにより、ストイキ運転時にはスロットル開度過渡時補正部（微分器）の効果により、ターボラグによる吸入空気の遅れを補償するような、いわゆるスロットルの早開きが行われる。これにより、実際の空気量は目標空気量に近い値となり、アクセル踏み込み時のトルク特性が、ストイキ運転時とリーン運転時で変化する問題を解消することができる。
【００２８】
なお、本問題は、燃料主導型トルクベース制御のみならず、空気主導型トルクベース制御にも共通の課題である。本ロジックは空気主導型トルクベース制御においても適用できることから、本ロジックを適用することにより、アクセル踏み込み時のトルク特性が、ストイキ運転時とリーン運転時で変化する問題を解消することができる。
【００２９】
次に本発明に係わる第５の実施例を図２，図９を用いて説明する。本実施例はストイキ燃焼とリーン燃焼の切替え時の制御内容について述べたものである。リーン運転における燃費向上の要因はポンプ損失低減によるものであるが、このポンプ損失を間接的に示す指標として吸気管内圧力がある。自然吸気エンジンの場合、吸気管内圧力はスロットル開度やＥＧＲ率に依存し、ターボエンジンの場合はこれらに加え過給圧にも依存する。この吸気管内圧力（絶対圧）が高いほどポンプ損失は減り、同燃料噴射量の条件下でエンジンの軸出力は向上する。すなわち、吸気管内圧力が変化する状況において、同トルクを得ようとする場合には、吸気管内圧力に応じて燃料噴射量を調整する必要があり、先に説明した図２の燃焼効率補正演算手段２０７において、この原理に基づいた補正を実施している。しかしながら本演算手段は、定常補正を行うものであり、ターボエンジン特有のターボラグにより吸気管内圧力が徐々に変化にする過渡的な状況においては、過渡補正が必要となる。本実施例の場合、定常補正については燃焼効率補正演算手段２０７を用い、過渡補正については前記過渡時燃料補正量演算手段２０９を用いて対応している。この具体的な燃料補正方法について図９を用いて説明する。図９は、本制御システムによってストイキ燃焼とリーン燃焼を切替えた場合における、燃焼切替え時のトルク変動に関連する各パラメータの挙動を示したものである。リーン許可フラグが立つことにより、ストイキ燃焼からリーン燃焼に切替わるが、その際、スロットルがステップ状に開いて吸入空気量が増加し、排ガス量の増加とともにタービン回転数が高まり、過給圧が増加する。しかしながらスロットルを開いてから過給圧が目標値に収束するまでの一連の動作は、前述のタービン１１６の慣性に起因して、ある一定時間を要するため、ターボラグとして観測される。この期間の吸気管内圧力は、スロットルが開いた直後にある値まで急上昇し、その後過給の上昇とともに緩やかに上昇して定常値となる。したがって、これに関連するポンプ損失は逆の挙動となり、スロットルが開いた直後にある値まで急降下し、その後過給の上昇とともに緩やかに下降して定常値となる。この変化に対応するため、本実施例では、前記燃料効率補正演算手段によりポンプ損失定常値を考慮した燃料補正を行うとともに、前記過渡時燃料補正量演算手段２０９においては、ターボラグ指標演算手段２１４で演算されるターボラグ指標３００を基に、ターボラグに起因するポンプ損失過渡変化を推定し、それに対応した燃料補正を実施することにより、ターボエンジン燃焼切替え時のトルク変動を防止している。
【００３０】
なお上記実施例においては、加速時と燃焼切替え時の燃料補正演算をモジュール化された過渡時燃料補正量演算手段２０９内で演算しているが、図１０に示すように目標燃料量演算手段２０８や燃焼効率補正演算手段２０７において、直接燃料補正演算を行ってもよい。
【００３１】
また、インテークマニホールド１０７内に吸気管圧センサを取りつけ、図１１に示すように燃焼効率補正演算手段２０７において、吸気管圧センサ出力値３０７を用いてポンプ損失過渡変化を推定すれば、更に燃焼切替え時の燃料補正精度を上げることが可能となる。
【００３２】
また、ストイキ運転とリーン運転の切替え時に発生するトルク変動については、燃料主導型トルクベース制御のみならず、空気主導型トルクベース制御にも共通の課題である。よって、ターボラグに起因するポンプ損失過渡変化量を推定して燃料補正を行う、本ロジックを適用することにより空気主導型トルクベース制御においてもトルク変動の改善効果が見込まれる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、ターボチャージャーを備えた筒内噴射エンジンにトルクベース制御を適用し、運転状況に応じてストイキ運転とリーンバーン運転を切替えられるシステムにおいて、ターボラグに起因して発生する、過渡時のトルク変動やトルク特性の変化，排気悪化等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例における、超リーンバーン対応ターボ過給エンジンシステムのハード構成を示す図。
【図２】第１の実施例における、ターボエンジン対応燃料主導型トルクベース制御の制御ブロック図。
【図３】第１の実施例における、急加速時の時間経過に伴う各制御パラメータの挙動を模式的に示した図。
【図４】第２の実施例における、ターボラグ指標演算手段の内容を示す図。
【図５】第３の実施例における、ターボラグ指標演算手段の内容を示す図。
【図６】第４の実施例における、アクセル踏み込み時のトルクに関連する各パラメータの挙動を示した図。
【図７】第４の実施例における、燃焼切替え時のトルク変動に関連する各パラメータの挙動を示した図。
【図８】第４の実施例における、目標スロットル開度演算手段の内容を示す図。
【図９】第５の実施例における、燃焼切替え時のトルク変動に関連する各パラメータの挙動を示した図。
【図１０】ターボエンジン対応燃料主導型トルクベース制御の制御ブロック図。
【図１１】ターボエンジン対応燃料主導型トルクベース制御の制御ブロック図。
【符号の説明】
１０１…ターボチャージャー、１０２…コンプレッサー、１０３…吸気管、１０４…過給圧センサ、１０５…エアフロセンサ、１０６…電制スロットル、１０７…インテークマニホールド、１０８…ＥＣＵ、１０９…アクセルペダル、１１０…インジェクタ、１１１…点火プラグ、１１２…吸気バルブ、１１３…排気バルブ、１１４…ピストン、１１５…排気管、１１６…タービン、２００…燃料主導型トルクベース制御、２０１…エンジン回転数、２０２…アクセル開度、２０３…アイドル要求空気量、２０４…外部要求トルク、２０５…目標トルク演算手段、２０６…目標空燃比演算手段、２０７…燃焼効率補正演算手段、２０８…目標燃料量演算手段、２０９…過渡時燃料補正量演算手段、２１０…目標空気量演算手段、２１１…目標スロットル開度演算手段、２１２…目標過給圧、２１３…実過給圧、２１４…ターボラグ指標演算手段、３００，４０４…ターボラグ指標、３０１…スロットル開度、３０２…ターボラグ指標演算用マップ、３０３…排気量、３０４…気筒数、３０５…タービンサイズ、３０６…過給圧推定理論モデル、３０７…吸気管圧センサ出力値、４０１…ストイキ　ｏｒ　リーン判定、４０２…基本スロットル開度演算部、４０３…スロットル開度過渡補正部。

Claims

目標エンジントルクと目標空燃比との少なくとも一方に基づいてスロットルバルブの目標開度と燃料噴射弁の目標燃料噴射量との少なくとも一方を決定するターボチャージャー式希薄燃焼エンジンの燃料制御装置において、
前記スロットルの開度が変化するような過渡の運転状態においては、過給圧情報と吸気管圧情報との少なくとも一方に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射量を補正するエンジンの制御装置。
請求項１に於いて、
直接的あるいは間接的に得られる過給圧情報と吸気管圧情報との少なくとも一方により前記ターボチャージャーの過給遅れを定量化し、前記定量化した値に基づいて吸入空気量或いは燃料噴射量の過給遅れ補正を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
前記エンジンの制御装置は、リーンバーン運転と通常運転とを切替えることができ、過給遅れが発生する通常運転時の過渡時においては、リーンバーン運転時と同等のトルク特性となるように、前記吸入空気量の過給遅れ補正を行うことを特徴とする請求項２記載のエンジンの制御装置。
請求項２に於いて、
前記吸入空気量の過給遅れ補正は、前記スロットルバルブの開度の演算ロジック中の位相進み補償によるスロットルバルブの早開きにより実現することを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１に於いて、
前記過渡の運転状態とは加速時であり、その際に空燃比が一定となるように基本燃料噴射量を補正することを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１に於いて、
前記目標エンジントルクと前記目標空燃比との少なくとも一方を満足するようにスロットルバルブの目標開度と燃料噴射弁の目標燃料噴射量との少なくとも一方を決定する制御は、燃料主導型トルクベース制御であり、過給遅れが発生する過渡時において、空燃比が一定となるように燃料噴射量を補正することを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１に於いて、
前記過渡の運転状態とは、空燃比がストイキ或いはリッチ領域からリーン領域へ移行する運転状態であり、その際に推定したポンプ損失変化に基づいて基本燃料噴射量を補正することを特徴とするエンジンの制御装置。
アクセル開度とエンジン回転数より目標エンジントルク、及びそれに対応する目標燃料噴射量を算出するとともに、それを実現すべく前記目標燃料噴射量と目標空燃比を考慮して適当なスロットル開度を決定し、それに応じて吸入された空気量を計測後、計測した空気量と目標空燃比から基本燃料噴射量を決定して所望のエンジントルクを得る、いわゆる空気主導型エンジン制御を適用したターボチャージャー式過給エンジンにおいて、
空燃比がストイキあるいはリッチ領域からリーン領域に移行する移行期間においては、直接的あるいは間接的に得られる過給圧情報、または吸気管圧情報を基に推定したポンプ損失変化に応じて、前記基本燃料噴射量を補正することを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１乃至８の何れか１項に於いて、
前記過給圧情報或いは前記吸気管圧情報は、過給圧センサ，吸気管圧センサ，エアフローセンサ，加速度センサ，空燃比センサ，エンジン回転数，スロットル開度，アクセル開度，燃料噴射量，点火時期，ノック信号のいずれかの内、単数あるいは複数を用いて計測、或いは推定されることを特徴とするエンジンの制御装置。
燃料先行型制御のターボチャージャー式過給エンジンの制御方法において、
スロットル開度が変化している場合には、過給圧情報または吸気管圧情報に基づいて、燃料噴射量を補正するエンジンの制御方法。
空気先行型制御のターボチャージャー式過給エンジンの制御方法において、
空燃比がストイキまたはリッチ領域からリーン領域へと移行する移行期間においては、過給圧情報または吸気管圧情報に基づいて、燃料噴射量を補正するエンジンの制御方法。