JP2008297968A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒制御のためにリーン燃焼とリッチ燃焼とを切り替える内燃機関に対する、リーン燃焼時とリッチ燃焼時とのトルク段差を抑制する制御装置を提供する。
【解決手段】リーン燃焼状態において、要求トルクを達成するための目標新気量と目標噴射量との比である目標Ａ／Ｆ値と、Ａ／Ｆセンサにより計測された実測Ａ／Ｆ値との比を補正ゲインとして算出し（Ｓ９０）、リッチ燃焼状態において、その補正ゲインを目標新気量に乗じて補正後目標新気量とする（Ｓ１１０）。
【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の制御装置、特に触媒制御のためにリーン燃焼状態とリッチ燃焼状態とを切り替える内燃機関に対する、リーン燃焼状態とリッチ燃焼状態とのトルク段差を抑制する制御装置に関するものである。

吸蔵還元型のＮＯｘ（窒素酸化物）触媒等へ還元剤を供給する目的で、内燃機関において理論空燃比よりも空気過剰なリーン燃焼状態と燃料過剰なリッチ燃焼状態とを切り替える技術が知られている。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒では、リーン燃焼状態においてＮＯｘが吸蔵され、リッチ燃焼状態において吸蔵されたＮＯｘが還元されて無害な窒素となって排出される。

世界的に高まる環境保護の意識のなかで、自動車の排気浄化技術のより一層の高度化が求められており、そうした状況下でＮＯｘ浄化技術に関しても、その整備が急務とされている。ディーゼルエンジン等のように３元触媒が使用できない場合、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等の技術はＮＯｘ浄化のための最も有力な技術のひとつであり、それに関連した技術を整備しなければならない。

例えば、下記の特許文献１においては、ＮＯｘ触媒を備えたシステムにおいて酸素濃度センサの検出値からＮＯｘ触媒の劣化状態を判断し、リーン期間の長さを設定するシステムが開示されている。

特開２００６−３３６５１８号公報

リッチ燃焼状態をつくることでリッチな排ガスを得るシステムは、燃焼がほぼ完了した後に燃料をシリンダ内に噴射するポスト噴射や、排気管に燃料を供給する排気管燃料添加などの方式と比較して、還元効率のよい還元剤を供給できることや付加する燃料が少量ですむ等の利点を有する。しかし、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の利用において問題となる事柄に、リーン燃焼時とリッチ燃焼時との間におけるトルク段差の存在がある。図３を用いてこれを説明する。

図３には、従来のガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジンにおけるリーン燃焼時とリッチ燃焼時における（ａ）新気量、（ｂ）噴射量（燃料噴射量）、（ｃ）トルク、（ｄ）Ａ／Ｆ値（空燃比値）の挙動の例が、横軸に時間をとって示されている。図３では、左から順にリーン燃焼、リッチ燃焼、リーン燃焼の時間帯となっている。実線が目標値あるいは理論値のプロットである。一方、破線は実際の値あるいは真値のプロットである。そして、図３（ａ）の新気量で、プロットされている破線は、新気量を計測するエアフロメータの個体バラツキや経時劣化によって、実際の新気量からずれたエアフロメータ検出値を示す。また、図３（ｂ）の噴射量で、プロットされている破線は、燃料噴射弁であるインジェクタの個体バラツキや経時劣化によって、目標とする噴射量からずれた実際の噴射量を示す。
以下、まず実線について説明する。なおここでは縦軸に示された値については触れない。

図３（ｄ）には、Ａ／Ｆ値がプロットされている。リーン状態では１４．５より高い数値に、そしてリッチ状態では１４．５より低い数値となっている。また図３（ｃ）にはトルク値がプロットされている。リーン状態、リッチ状態の切替と、運転者から要求されるトルク値は無関係であるので、図３においても（ｃ）の実線で示される目標あるいは要求トルクは一定値となっている。

以上のとおり、リーン、リッチの２状態の切替においては、Ａ／Ｆ値が変動することとトルク値が変動しないこととが両立される必要がある。図３（ａ），（ｂ）に実線で示されている新気量Ｇ，噴射量Ｑは、（ｄ）に示されるリーン、リッチそれぞれのＡ／Ｆ値を達成し、かつ（ｃ）の一定トルク値を達成するために電子制御装置で算出された目標新気量、目標噴射量のプロットである。目標新気量と新気量計測手段で計測された実新気量とを一致するように吸気スロットルバルブやＥＧＲバルブが制御される。また、目標噴射量となるように燃料圧力に応じて噴射期間を算出し、インジェクタを駆動する。理論上は（ａ）、（ｂ）の新気量Ｇ，噴射量Ｑにより（ｃ）の一定トルク、（ｄ）の変動するＡ／Ｆ値が達成できるはずである。

しかし一般には、以上の理論的な挙動は実用時には達成されない。上述のとおり、図３（ａ）の破線は真値からずれた検出新気量、図３（ｂ）の破線は目標値からずれた実際の噴射量のプロットを例示したものである。一方、発生するトルクは、リーン燃焼では噴射量によって決まる一方、リッチ燃焼では新気量によって決定される。すると、上述の図３（ａ）の破線のように、インジェクタから燃料噴射されるとともに、図３（ｂ）の破線のように、エアフロメータで新気量が検出されると、図３（ｃ）の破線で示された実際に発生するトルク値が、リーン燃料、リッチ燃焼を通じて一定であることが達成できず、リーン、リッチの２状態の間でトルク段差が発生してしまう。

このトルク段差は、その大きさによっては、ドライバビリティが損なわれる可能性があり、低減されることが望ましい。しかし、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等に関する従来技術においては、特許文献１も含めて、こうしたリーン燃焼状態とリッチ燃焼状態との間のトルク段差の問題は考慮されていない。

本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、リーン燃焼状態とリッチ燃焼状態との間のトルク段差を低減する内燃機関の制御装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の制御装置は、触媒制御のために理論空燃比よりも空気過剰なリーン燃焼状態と、燃料過剰なリッチ燃焼状態とを切り替え、空燃比であるＡ／Ｆ値を計測するＡ／Ｆセンサと、シリンダ内に供給される空気量である新気量を調節する新気量調節部と、前記新気量とシリンダ内への燃料噴射量との目標値である目標新気量と目標燃料噴射量とを設定する設定手段とを備えた内燃機関の制御装置であって、前記リーン燃焼状態において、前記設定手段により設定された前記目標新気量と前記目標燃料噴射量との比である目標Ａ／Ｆ値と、前記Ａ／Ｆセンサにより計測された実測Ａ／Ｆ値との比を、補正ゲインとして算出する算出手段と、前記リッチ燃焼状態において、前記算出手段により算出された前記補正ゲインの値に応じて、前記新気量調節部に、前記リッチ燃焼状態とリーン燃焼状態とのトルク値の差を低減する新気量調節の指令を与える指令手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、算出手段により、リーン燃焼状態において、設定手段により設定された目標新気量と目標燃料噴射量との比である目標Ａ／Ｆ値と、Ａ／Ｆセンサにより計測された実測Ａ／Ｆ値との比を、補正ゲインとして算出し、この値に応じて指令手段により、リッチ燃焼状態において、新気量調節部に、リッチ燃焼状態とリーン燃焼状態とのトルク値の差を低減する新気量調節の指令を与えるので、トルク段差を低減させることができる。よって内燃機関が必要とする触媒制御を行うことと、トルク段差を低減することとが両立できる。

また、シリンダ内に供給される新気量を計測する新気量計測部を備え、前記算出手段により算出された前記補正ゲインと、前記設定手段により設定された前記目標新気量との積を、補正後目標新気量として、前記指令手段は、前記新気量計測部による新気量の計測値が、前記補正後目標新気量となるよう前記新気量調節部に指令を与える目標新気量補正指令手段を備えた構成とすることができる。

これにより、目標新気量補正指令手段は、新気量計測部による新気量の計測値が、算出手段により算出された補正ゲインと設定手段により設定された目標新気量との積である補正後目標新気量となるよう新気量調節部に指令を与える。この簡易な方法によりリーン燃焼状態から触媒制御のためにリッチ燃焼状態に切り替えてもトルク段差の低減が達成できる。

さらに、前記算出手段は、リーン燃焼状態からリッチ燃焼状態に切り替える時点における前記目標Ａ／Ｆ値と前記実測Ａ／Ｆ値との比を前記補正ゲインとして算出するとしてもよい。これによりリッチ燃焼に切り替える時点の最新の情報を用いてトルク段差を低減することができる。これは補正ゲインが時間とともに変動する場合に好適である。

前記算出手段は、リーン燃焼状態からリッチ燃焼状態に切り替える時点以前の時間区間における、前記目標Ａ／Ｆ値と前記実測Ａ／Ｆ値との比の平均値を前記補正ゲインとして算出するとしてもよい。これにより、リッチ燃焼に切り替える時点以前の時間区間の平均値を求めるので、補正ゲインを求める過程における誤差の影響を抑えることができ、より信頼性の高い補正ゲインの値を得ることができる。

また、前記内燃機関はガソリンエンジンであってもディーゼルエンジンであってもよい。特に、ディーゼルエンジンにおいては、通常はリーン燃焼状態であり、触媒制御のためにリッチ燃焼状態へ切り替えることは重要な技術であるので、触媒制御とトルク段差の低減とを両立させることは極めて大きな有用性をもつ。

以下で本発明の内燃機関の制御装置の実施例１について、添付図面を参照しつつ説明する。まず図１には、本発明の実施例１としてのディーゼルエンジンの概要図が示されている。図１にはディーゼルエンジン１、及びそれに係る吸気系、排気系、排気還流系、そしてこれらを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）５０が示されている。

まず吸気系においては、吸気通路１０を通じてシリンダ２０に空気が送られる。吸気通路１０にはエアフロメータ１１、吸気スロットルバルブ１２が配置されている。エアフロメータ１１によって吸入する新気量（空気量）が計測されてＥＣＵ５０へと、その情報が送られる。またエアフロメータ１１の下流側に配置された吸気スロットルバルブ１２の開度によりシリンダへ吸入される新気量が増減する。

ディーゼルエンジン１のシリンダ２０には、シリンダヘッドにインジェクタ２１が装備されている。ＥＣＵ５０から指令に従い、コモンレール（図示なし）から供給される燃料が、このインジェクタ２１からシリンダ２０内に噴射される。噴射時期及び噴射量は、要求トルク、エンジンの回転数等に基づき、ＥＣＵ５０で決定される。

排気系においては、排気通路４０上に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒４１（ＮＯｘ触媒）が装備されている。シリンダ２０内の燃料が希薄な（ディーゼルにおいては通常、Ａ／Ｆ値は１７以上）リーン燃焼時に排気中のＮＯｘがこの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒４１に吸蔵され、燃料が過剰な（通常、Ａ／Ｆ値は１４．５以下）リッチ燃焼時に吸蔵されたＮＯｘが還元され無害な窒素となり排出される。排気通路４０上にはＡ／Ｆセンサ４２（空燃比センサ）が配置され、同センサにより計測されたＡ／Ｆ値の数値がＥＣＵ５０へと送られる。

さらに排気還流系として、排気通路４０から吸気通路１０へ、排気を還流するためのＥＧＲ通路３０が設けられている。ＥＧＲ通路３０上には、ＥＧＲバルブ３１が配置され、ＥＣＵ５０からの指令でその開閉が制御されることにより、排気の還流量が調節される。

図２には、実施例１における処理手順が示されている。図２の処理手順では、リーン燃焼時に目標Ａ／Ｆ値と実測Ａ／Ｆ値との比である補正ゲインを算出しておいて、リッチ燃焼時に補正ゲインを用いて新気量を補正することにより、リーン燃焼時とリッチ燃焼時との間のトルク段差が低減される。以下で述べる手順がＥＣＵ５０により処理される。

図２の手順ではまず、Ｓ１０で、要求トルク、エンジン回転数が入力される。要求トルク、エンジン回転数は、運転者によるアクセルペダルに対する入力量から決定される。次にＳ２０でリッチ燃焼かリーン燃焼かが選択される。ディーゼルエンジンにおいては、通常はシリンダ２０内へ流入する新気量が過剰なリーン燃焼が行われ、触媒制御のためにリッチ燃焼が行われる。

このリーン燃焼時では、通常Ａ／Ｆ値は１７以上とされ、ＮＯｘ触媒４１において排気中のＮＯｘが吸蔵される。そして、リーン燃焼は、周期的に燃料が過剰なリッチ燃焼に一時的に切り替えられる。ただしその周期は一定とは限らない場合もある。リッチ燃焼時には通常Ａ／Ｆ値は１４．５以下とされ、リーン燃焼中にＮＯｘ触媒４１に吸蔵されたＮＯｘが、排気内のＨＣ，ＣＯ等との反応によって還元されて無害な窒素となり排出される。

リーン燃焼からリッチ燃焼への切替は、図示しない触媒マネージャにより、過去の燃焼の履歴から、ＮＯｘ触媒４１におけるＮＯｘの吸蔵の度合いが推定され、この推定を基に、ＮＯｘが十分吸蔵されたと判断される毎にリッチ燃焼へと切り替えられる。

リーン燃焼時においては噴射量がトルク値を定める性質がある。またリッチ燃焼時においては新気量がトルク値を定める性質がある。以下で述べるように、リーン燃焼時においては、要求トルクに対してインジェクタ２１における燃料噴射量（噴射量）が予め定められたマップに従いまず決定される。そしてその噴射量に応じて排ガス成分を制御するように新気量が決定される。一方リッチ燃焼時においては、要求トルクの値に対し新気量が、予め定められているマップに従い決定される。そして、その新気量に応じてリッチ状態となるよう噴射量が決定される。以上の手順により、リーン燃焼時とリッチ燃焼時とでトルク値を同じにする。

図２に戻り、手順Ｓ２０でリッチ燃焼が選択された場合は、（Ｓ２０：ＹＥＳ）、Ｓ１００へ進み、リーン燃焼が選択された場合は（Ｓ２０：ＮＯ）、Ｓ３０へ進む。まずリーン燃焼の場合を説明する。Ｓ３０では、上述のとおり、リーン燃焼時における目標噴射量が要求トルクから決定される。そしてその値がＳ４０でインジェクタ２１に指令され、インジェクタ２１はその指令に従い燃料を噴射する。以下でリーン燃焼時における目標噴射量をＱｌｅａｎと表記する。

Ｓ４０の次にＳ５０へ進み、リーン燃焼時における目標新気量が、Ｓ３０で決定された目標噴射量Ｑｌｅａｎに応じて排ガスを制御するように決定される。以下でリーン燃焼時の目標新気量をＧｌｅａｎと表記する。図１のシステムにおいては、外部から空気を吸入する吸気通路１０と、排気を還流するＥＧＲ通路３０とを備えるので、シリンダ２０に新たに供給される空気である新気量は、吸気通路１０上に配置された吸気スロットルバルブ１２の開度と、ＥＧＲ通路３０上に配置されたＥＧＲバルブ３１の開度とから定まる。

Ｓ６０でエアフロメータ１１が示す数値が、目標新気量Ｇｌｅａｎと一致するように吸気スロットルバルブ１２の開度、及びＥＧＲバルブ３１の開度が決定され、指令される。吸気スロットルバルブ１２、ＥＧＲバルブ３１の開度は予め記憶されているマップにより決定されるとすればよい。Ｓ６０における処理では通常まず、そのマップにより両バルブの基準開度が決定され、それらが両バルブに指令される。その後にエアフロメータ１１で実際の新気量が計測され、その計測値と目標新気量Ｇｌｅａｎとの間のずれをなくすように両バルブあるいは一方のバルブが微調整される。こうした一連の操作がＳ６０で行われてエアフロメータ１１と目標新気量Ｇｌｅａｎとが一致することとなる。

手順Ｓ６０の次にＳ７０へ進み、目標Ａ／Ｆ値ＡＦｌを求める。Ｓ３０で、既に目標噴射量Ｑｌｅａｎを算出しており、Ｓ５０で目標新気量Ｇｌｅａｎを算出しているので、目標Ａ／Ｆ値は次の（式１）により算出される。
ＡＦｌ＝Ｇｌｅａｎ／Ｑｌｅａｎ （式１）

次にＳ８０へ進む。Ｓ８０では排気通路４０に配置されたＡ／Ｆセンサ４２によってＡ／Ｆ値が計測されて実測Ａ／Ｆ値ＡＦｌｔｒｕｅとしてＥＣＵ５０へと送られる。

そして、次の手順Ｓ９０では、補正ゲインを算出する。実施例１における補正ゲイン算出の処理については、より具体的に図７に示されている。以下では補正ゲインをＫａｆと表記する。図７に示されているとおり、手順Ｓ９１において、手順Ｓ７０とＳ８０とでそれぞれ求めた目標Ａ／Ｆ値ＡＦｌと実測Ａ／Ｆ値ＡＦｌｔｒｕｅとの比を、補正ゲインＫａｆとして算出する。つまりＫａｆは次の（式２）で算出される。
Ｋａｆ＝ＡＦｌ／ＡＦｌｔｒｕｅ （式２）

目標Ａ／Ｆ値ＡＦｌと実測Ａ／Ｆ値ＡＦｌｔｒｕｅとの比を求める理由を、次に説明する。目標Ａ／Ｆ値ＡＦｌと実測Ａ／Ｆ値ＡＦｌｔｒｕｅとは一般に同じ数値とはならない。この原因は、エアフロメータ１１やインジェクタ２１が有する誤差であると考えられる。これまでに発明者が得ている知見から、エアフロメータが示す数値と新気量の真値との間には線形性が成立することが多い。つまりエアフロメータが示す数値がＧｌｅａｎのとき、新気量の真値は、一般にエアフロメータ毎に異なるある定数Ｋｇを用いて、ＫｇＧｌｅａｎとなる。

同様に発明者は、インジェクタに対する燃料の噴射量の指令値である目標噴射量と、実際の噴射量である噴射量の真値との間にも線形性が成立することが多いとの知見を得ている。つまりインジェクタに対する噴射量の指令値がＱｌｅａｎのとき、噴射量の真値は、一般にインジェクタ毎に異なるある定数Ｋｑを用いて、ＫｑＱｌｅａｎとなる。以下では上で用いられたＫｇ、Ｋｑを誤差ゲインと呼ぶ。

上で示された新気量と噴射量の真値から、実測Ａ／Ｆ値ＡＦｌｔｒｕｅは次の（式３）で与えられる。
ＡＦｌｔｒｕｅ＝（ＫｇＧｌｅａｎ）／（ＫｑＱｌｅａｎ） （式３）
したがって（式１）と（式３）とから、次の（式４）が得られる。
ＡＦｌ／ＡＦｌｔｒｕｅ＝Ｋｑ／Ｋｇ （式４）

（式４）は、目標Ａ／Ｆ値ＡＦｌと実測Ａ／Ｆ値ＡＦｌｔｒｕｅとの比が、誤差ゲインＫｑとＫｇとの比に等しいことを示している。（式２）と（式４）とから、次の（式５）が得られる。
Ｋａｆ＝Ｋｑ／Ｋｇ （式５）

実測Ａ／Ｆ値ＡＦｌｔｒｕｅと目標Ａ／Ｆ値ＡＦｌとから（式２）により、Ｋａｆを求めることができる。そして（式５）は、そのＫａｆがＫｑとＫｇとの比でもあることを示している。したがって（式５）は、上記の誤差ゲインＫｇとＫｑとの個々の値は不明でも、その比であるＫａｆ＝Ｋｇ／Ｋｑの値は知ることができることを示している。以上が手順Ｓ９０において算出された補正ゲインＫａｆがもつ意味である。本実施例１では、以下で示されるとおり、この意味を利用して、補正ゲインＫａｆをリッチ燃焼時における目標新気量の補正のために用いる。

図２に戻り、手順Ｓ２０でリッチ燃焼と選択された場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）は、Ｓ１００へ進む。Ｓ１００ではリッチ燃焼時における目標新気量Ｇｒｉｃｈが算出される。このリッチ燃焼時における目標新気量Ｇｒｉｃｈの値は、要求トルク及びエンジン回転数から決定される。

次にＳ１１０でトルク段差を低減する目的のために補正処理が行われる。実施例１における補正処理は、より具体的には図５に示される。図５の手順Ｓ１１１で、目標新気量Ｇｒｉｃｈが以下のように補正される。補正後の目標新気量をＧｍｏｄで表すこととすると、Ｓ１１１では、補正後目標新気量Ｇｍｏｄが、先に求めたＫａｆを用いて、次の（式６）により決定される。つまり目標新気量ＧｒｉｃｈがＫａｆ倍される。（式６）の補正がトルク段差低減の効果をもつ理由は後述する。
Ｇｍｏｄ＝ＫａｆＧｒｉｃｈ （式６）

手順Ｓ１１０の次にＳ１２０に進む。Ｓ１２０では、Ｓ１１０で決定された補正後目標新気量Ｇｍｏｄが、エアフロメータ１１の示す数値となるよう、吸気スロットルバルブ１２及びＥＧＲバルブ３１の開度が決定されて、指令される。Ｓ１２０において補正後目標新気量Ｇｍｏｄがエアフロメータ１１の計測値と一致するための処理は、Ｓ６０において説明した処理と同様のマップによる基準値の指令とその後の微調整からなる多段階的な処理とすればよい。次にＳ１３０へ進み、リッチ状態となるよう目標噴射量Ｑｒｉｃｈが算出される。この目標噴射量Ｑｒｉｃｈは、Ｓ１１０で定められた補正後目標新気量Ｇｍｏｄの値に応じてリッチ状態になるよう決定すればよい。

そして次にＳ１４０へ進んで、Ｓ１３０で決定された目標噴射量Ｑｒｉｃｈがインジェクタ２１へ指令され、インジェクタ２１はその指令に従い、燃料を噴射する。Ｓ１４０の実際の処理においては、いったん指令値どおりにインジェクタ２１を噴射させ、その後Ａ／Ｆセンサ４２で実際のＡ／Ｆ値を計測して、リッチ状態になっていなければさらに噴射させるとしてもよい。Ｓ９０あるいはＳ１４０が終了したら、一連の手順を終了する。こうした図２の処理手順は一定の周期により繰り返し行えばよい。

さて以下で、Ｓ１１０における（式６）を用いた補正によるトルク段差低減の効果について説明する。まず、そのために上でも触れた図３の従来のエンジンにおける新気量、噴射量、トルク、Ａ／Ｆ値の補足説明から行う。

図３（ａ）の新気量のプロットにおいては、上で述べたとおり、リーン燃焼時には目標値あるいは理論値がＧｌｅａｎであるのに対し、真値はそのＫｇ倍のＫｇＧｌｅａｎである。さらに、リッチ燃焼時においては新気量の目標値がＧｒｉｃｈである．エアフロメータ１１の誤差特性はリーン燃焼時もリッチ燃焼時もおおむね同じであるとみなされるので、上で述べた理由と同様に、新気量の真値は目標値のＫｇ倍のＫｇＧｒｉｃｈである。

次に図３（ｂ）の噴射量においては、リーン燃焼時には目標値あるいは理論値がＱｌｅａｎであるのに対し、真値は目標値のＫｑ倍のＫｑＱｌｅａｎである。また（ｂ）の噴射量は、リッチ燃焼時においては目標値がＱｒｉｃｈである。インジェクタ２１の誤差特性はリーン燃焼時もリッチ燃焼時もおおむね同じであるとみなされるので、リッチ燃焼時の噴射量の真値は、目標値のＫｑ倍のＫｑＱｒｉｃｈである。なおここではＫｇが１より大きくＫｑが１より小さい場合を例示しているが、本発明ではＫｇが１より小さく、あるいはＫｑが１より大きくてもよい。

次に図３（ｃ）のトルク値を説明する。トルク値の理論値はＴ１で表記している。まずリーン状態においては、上述のとおり、トルク値は噴射量に比例する性質がある。そして（ｂ）に示されているとおり、噴射量は、真値が理論値のＫｑ倍である。したがって、トルク値においても真値は理論値Ｔ１のＫｑ倍であるＫｑＴ１となる。

次にリッチ状態では、上述のとおり、トルク値は新気量に比例する性質がある。そして（ａ）に示されているとおり、新気量は、真値が理論値のＫｇ倍である。したがって、トルク値においても真値は理論値Ｔ１のＫｇ倍であるＫｇＴ１となる。したがって、ＫｇとＫｑとが異なる一般の場合には、図示されたようにリーン燃焼時とリッチ燃焼時との間でトルク段差が発生してしまう。

次に図３（ｄ）Ａ／Ｆ値について説明する。まずリーン状態においては、目標値はＡＦｌとする。上で述べたとおり、これは（式１）のとおり、Ｇｌｅａｎ／Ｑｌｅａｎに等しい。そして実測値はＡＦｌｔｒｕｅである。またリッチ燃焼時では、目標値、実測値をそれぞれＡＦｒ、ＡＦｒｔｒｕｅで表記している。そして、リーン燃焼時と同様の理由により、ＡＦｒはＧｒｉｃｈ／Ｑｒｉｃｈに等しい。これらが図３（ｄ）に示されている。

次に図４を用いて、（式６）による目標新気量の補正の効果について説明する。まず、図４の（ａ）新気量のプロットを説明する。このプロットにおいて、リッチ燃焼の時間帯において（式６）に基づいて補正が行われており、実線と点線とがそれぞれ補正後の目標新気量と新気量の真値とを示している。縦軸に示されているとおり、補正後の目標新気量はＧｍｏｄであり、このＧｍｏｄは（式６）で与えられる。

そして、上述のとおり、リッチ燃焼時における新気量の真値はその目標値、あるいはエアフロメータの計測値のＫｇ倍であるから、補正後の新気量の真値は縦軸に示されているとおり、ＫｇＧｍｏｄとなる。

さて（式５）と（式６）とから、次の（式７）が得られる。
ＫｇＧｍｏｄ＝ＫｑＧｒｉｃｈ （式７）
この（式７）は、リッチ燃焼時において、補正後の新気量の真値がＫｑＧｒｉｃｈと等しいことを示している。

次に図４（ｂ）に燃料の噴射量がプロットされているが、これは図３と同じである。そして図４（ｃ）にはトルク値がプロットされている。上述のとおり、リッチ燃焼時において、トルク値の真値は新気量に比例するとの規則性がある。図３で示されているとおり、リッチ燃焼時において、補正前の新気量の真値はＫｇＧｒｉｃｈであり、補正前のトルク値の真値はＫｇＴ１である。そして補正により、補正後の新気量の真値はＫｑＧｒｉｃｈとなった。したがって、以上の事実を組み合わせると、補正後のトルク値の真値は、ＫｑＴ１となる。これが図４（ｃ）の点線で示されている。

リーン燃焼時のトルク値の真値は、図３（ｃ）に示されているようにＫｑＴ１である。したがって、図４（ｃ）の点線のとおり、リーン燃焼時とリッチ燃焼時のトルク値の真値はともにＫｑＴ１となりトルク段差は存在しなくなった。これが（式６）を用いた目標新気量の補正の効果である。

なお図４（ｄ）に示されているとおり、リッチ燃焼時のＡ／Ｆ値も上記補正によって値が変わる。図４では、目標値、真値をそれぞれＡＦｍ、ＡＦｍｔｒｕｅで表記している。目標値ＡＦｍはＧｍｏｄ／Ｑｒｉｃｈに等しい。以上が実施例１である。

次に実施例１の変形例を示す。まず、実施例２として、図２における手順Ｓ１１０の補正処理を、図５で示した処理ではなく、図６に示された処理に置き換える。実施例２においては、他の処理手順は全て実施例１と同じとする。

図６の処理手順ではまず、Ｓ１１５でエアフロメータ１１の計測値を補正する。この手順では、エアフロメータ１１の計測値が、実際に計測された値の（１／Ｋａｆ）倍へと変更される。そして、次にＳ１１６でバルブ開度決定則が補正される。吸気スロットルバルブ１２及びＥＧＲバルブ３１の開度は、上述のとおり、変更された計測値と目標新気量とが一致するように制御される。

このようなＳ１１５，Ｓ１１６の処理は、結果的に目標新気量がＫａｆ倍されたのと同じ効果をもつ。したがって、実施例１と同様にトルク段差の低減が達成される。

次に実施例３を説明する。この実施例３においては、実施例１における図２のＳ９０の補正ゲイン算出の手順が、図７に示された手順ではなく、図８の手順に置き換えられる。それ以外の手順は全て実施例１と同じである。

図８の処理手順においては、まずＳ９２で目標Ａ／Ｆ値ＡＦｌと実測Ａ／Ｆ値ＡＦｌｔｒｕｅとの比を算出する。次に手順Ｓ９３へ進む。手順Ｓ９３では、Ｓ９２で求めた比をＥＣＵ内の図示しない記憶部に記憶するとともに、過去の時間区間において、同様に算出されて記憶された目標Ａ／Ｆ値ＡＦｌと実測Ａ／Ｆ値ＡＦｌｔｒｕｅとの比を呼び出して、それらの平均値を算出する。そしてこの平均値を補正ゲインＫａｆの値とする。なお上で述べた時間区間は、Ｓ９２の処理を行う時点が含まれるリーン燃焼時間区間としてもよい。また、任意に設定された時間区間でもよく、その時間区間にリッチ燃焼時間区間が含まれてもよい。

まとめると、実施例１における手順Ｓ９１では単一の時刻における目標Ａ／Ｆ値ＡＦｌと実測Ａ／Ｆ値ＡＦｌｔｒｕｅとの比をもとめて、これを補正ゲインＫａｆとした。一方実施例３の手順Ｓ９２、Ｓ９３では複数の時刻における目標Ａ／Ｆ値ＡＦｌと実測Ａ／Ｆ値ＡＦｌｔｒｕｅとの比の平均値をもとめて、これを補正ゲインＫａｆとした。

実施例１の場合には、常にリッチ燃焼へと移行する時点における目標Ａ／Ｆ値ＡＦｌと実測Ａ／Ｆ値ＡＦｌｔｒｕｅとの比を、補正ゲインとして用いることとなる。これは、最新の情報を用いて補正することができるという利点を有する。この利点は、誤差ゲインが時間とともに変化する可能性がある場合により顕著となる。一方、実施例３では、平均値を使用するので、個々の目標Ａ／Ｆ値ＡＦｌと実測Ａ／Ｆ値ＡＦｌｔｒｕｅとの比における誤差の影響等が大きい場合に、その影響が平均値を得ることで平滑化され、より小さくなるとの効果をもつ。

なお他の実施例として、図６の補正処理と、図８の補正ゲイン算出の処理とをともに行うとすることもできる。また、図１のＮＯｘ触媒４１は、ディーゼルパティキュレートフィルタであってもよい。その場合、リッチ燃焼を実施する利点は、フィルタ内のすすが燃焼する速度が速すぎて異常温度上昇しそうになった場合に、酸欠状態にすることで温度上昇を抑制できることである。

なお、Ｓ７０、Ｓ８０、Ｓ９０の手順が算出手段として機能する。Ｓ１１０，Ｓ１２０の手順が指令手段、及び目標新気量補正指令手段として機能する。吸気スロットルバルブ１２とＥＧＲバルブ３１とが新気量調節部を構成する。ＥＣＵ５０が設定手段を構成する。

さらに他の実施例として、リーン状態において実測Ａ／Ｆ値と比較するための目標Ａ／Ｆ値を算出する方法として、目標新気量と目標噴射量から目標Ａ／Ｆ値を算出する代わりに、計測された新気量と目標噴射量から目標Ａ／Ｆ値を算出しても良い。なぜなら、リーン状態においては目標新気量となるように吸気スロットルやＥＧＲバルブを調節するのであるが、応答遅れ等があった場合にずれが生じて、目標新気量と計測された新気量が一致しなくなる場合がある。このような場合には、目標Ａ／Ｆ値を、計測された新気量と目標噴射量とから算出すると、本発明の効果が発揮される。

本発明の実施例としてのディーゼルエンジンの概要図。 実施例１の処理全体を示すフローチャート。 リーン燃焼時とリッチ燃焼時とにおける従来技術での新気量、噴射量、トルク、Ａ／Ｆ値を示す図。 リーン燃焼時とリッチ燃焼時とにおける本発明の実施例での新気量、噴射量、トルク、Ａ／Ｆ値を示す図。 実施例１における補正処理を示すフローチャート。 実施例２における補正処理を示すフローチャート。 実施例１における補正ゲイン算出の処理を示すフローチャート。 実施例３における補正ゲイン算出の処理を示すフローチャート。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
１０ 吸気通路
１１ エアフロメータ
２０ シリンダ
２１ インジェクタ
３０ ＥＧＲ通路
３１ ＥＧＲバルブ
４０ 排気通路
４１ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
５０ ＥＣＵ

Claims (5)

1. 触媒制御のために理論空燃比よりも空気過剰なリーン燃焼状態と、燃料過剰なリッチ燃焼状態とを切り替え、空燃比であるＡ／Ｆ値を計測するＡ／Ｆセンサと、シリンダ内に供給される空気量である新気量を調節する新気量調節部と、前記新気量とシリンダ内への燃料噴射量との目標値である目標新気量と目標燃料噴射量とを設定する設定手段とを備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記リーン燃焼状態において、前記設定手段により設定された前記目標新気量と前記目標燃料噴射量との比である目標Ａ／Ｆ値と、前記Ａ／Ｆセンサにより計測された実測Ａ／Ｆ値との比を、補正ゲインとして算出する算出手段と、
   前記リッチ燃焼状態において、前記算出手段により算出された前記補正ゲインの値に応じて、前記新気量調節部に、前記リッチ燃焼状態とリーン燃焼状態とのトルク値の差を低減する新気量調節の指令を与える指令手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. シリンダ内に供給される新気量を計測する新気量計測部を備え、
   前記算出手段により算出された前記補正ゲインと、前記設定手段により設定された前記目標新気量との積を、補正後目標新気量として、
   前記指令手段は、前記新気量計測部による新気量の計測値が、前記補正後目標新気量となるよう前記新気量調節部に指令を与える目標新気量補正指令手段を備えた請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記算出手段は、リーン燃焼状態からリッチ燃焼状態に切り替える時点における前記目標Ａ／Ｆ値と前記実測Ａ／Ｆ値との比を前記補正ゲインとして算出する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記算出手段は、リーン燃焼状態からリッチ燃焼状態に切り替える時点以前の時間区間における、前記目標Ａ／Ｆ値と前記実測Ａ／Ｆ値との比の平均値を前記補正ゲインとして算出する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関はディーゼルエンジンである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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