JP2019078244A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ディザ制御の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきによって助長され、顕在化すること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。【解決手段】CPU42は、パージバルブ38を操作して、キャニスタ36から吸気通路12に流入する燃料蒸気の量を制御する。また、CPU42は、三元触媒24の昇温要求が生じたことを条件に、気筒#1〜#4のうちの1つを、理論空燃比よりもリッチとするリッチ燃焼気筒とし、残りを、理論空燃比よりもリーンとするリーン燃焼気筒とするディザ制御を実行する。CPU42は、ディザ制御を実行していて且つ、キャニスタ36から吸気通路12への燃料蒸気の量がゼロよりも大きいことを条件に、気筒#1〜#4のそれぞれへの燃料蒸気の配分ばらつきをフィードフォワード補正する。【選択図】図1
Description
本発明は、複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁によって噴射される燃料が貯蔵される燃料タンク内の燃料蒸気を捕集するキャニスタと、前記キャニスタから吸気通路への流体の流量を調節する調節装置と、を備える内燃機関を制御対象とする内燃機関の制御装置に関する。
たとえば特許文献1には、触媒装置(触媒)の暖機要求(昇温要求)がある場合、一部の気筒における空燃比を理論空燃比よりもリッチとし、残りの気筒における空燃比を理論空燃比よりもリーンとするパータベーション制御(ディザ制御)を実行する制御装置が記載されている。
また、内燃機関の制御装置としては、燃料噴射弁から噴射する燃料を貯蔵する燃料タンク内の燃料蒸気を吸気通路に戻すパージ制御が周知である。
ところで、ディザ制御を実行する場合、リッチ燃焼気筒における空燃比とリーン燃焼気筒における空燃比とに相違を設けることに起因して、全ての気筒における空燃比を同一に制御する場合と比較すると、燃焼が悪化しにくい空燃比への設定に制約が生じることから、燃焼が悪化しやすい。一方、パージ制御が実行される場合、燃料蒸気が必ずしも複数の気筒に均等に分配されないことに起因して各気筒における空燃比同士に相違が生じうる。このため、パージ制御の実行中にディザ制御を実行する場合には、ディザ制御の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間における配分のばらつきによって助長され、顕在化するおそれがある。
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
1.内燃機関の制御装置は、複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁によって噴射される燃料が貯蔵される燃料タンク内の燃料蒸気を捕集するキャニスタと、前記キャニスタから吸気通路への流体の流量を調節する調節装置と、を備える内燃機関を制御対象とし、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、前記流体の流量を制御すべく前記調節装置を操作するパージ制御処理と、前記パージ制御処理により前記流体の流量がゼロよりも大きい値に制御されていることを条件に、前記ディザ制御処理によって前記燃料噴射弁から噴射される燃料量を、前記キャニスタから前記吸気通路に流入する燃料蒸気の気筒間における配分のばらつきを補償すべく気筒毎に各別に補正する気筒別補正処理と、を実行する。
1.内燃機関の制御装置は、複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁によって噴射される燃料が貯蔵される燃料タンク内の燃料蒸気を捕集するキャニスタと、前記キャニスタから吸気通路への流体の流量を調節する調節装置と、を備える内燃機関を制御対象とし、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、前記流体の流量を制御すべく前記調節装置を操作するパージ制御処理と、前記パージ制御処理により前記流体の流量がゼロよりも大きい値に制御されていることを条件に、前記ディザ制御処理によって前記燃料噴射弁から噴射される燃料量を、前記キャニスタから前記吸気通路に流入する燃料蒸気の気筒間における配分のばらつきを補償すべく気筒毎に各別に補正する気筒別補正処理と、を実行する。
上記構成では、気筒別補正処理によって、ディザ制御処理に用いられる燃料量を気筒毎に各別に補正することにより、ディザ制御処理の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきによって助長され、顕在化することを抑制できる。
2.上記1記載の内燃機関の制御装置において、前記気筒別補正処理は、前記内燃機関のクランク軸の回転速度および負荷に応じて気筒毎の補正量を算出する処理を含む。
キャニスタから吸気通路に流入した燃料蒸気が各気筒に配分される際の配分割合のばらつきは、回転速度や負荷に応じて変動するおそれがある。そこで上記構成では、回転速度および負荷に応じて気筒間における配分のばらつきを補償するための気筒毎の補正量を算出することとした。
キャニスタから吸気通路に流入した燃料蒸気が各気筒に配分される際の配分割合のばらつきは、回転速度や負荷に応じて変動するおそれがある。そこで上記構成では、回転速度および負荷に応じて気筒間における配分のばらつきを補償するための気筒毎の補正量を算出することとした。
3.上記1または2記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量に基づきベース噴射量を算出するベース噴射量算出処理と、前記流体の流量に基づき、前記ベース噴射量を減量補正する減量補正量を算出する減量補正量算出処理と、前記減量補正量によって前記ベース噴射量を減量補正する処理に基づき要求噴射量を算出する要求噴射量算出処理と、を実行し、前記ディザ制御処理は、前記要求噴射量を減量補正することによって前記リーン燃焼気筒に燃料を噴射する前記燃料噴射弁の噴射量を定め、前記要求噴射量を増量補正することによって前記リッチ燃焼気筒に燃料を噴射する前記燃料噴射弁の噴射量を定める処理を含み、前記気筒別補正処理は、前記ディザ制御処理によって用いられる前記要求噴射量を気筒毎に補正する処理であって、前記気筒毎の補正量を前記減量補正量に応じて算出する処理を含む。
上記構成では、気筒間における配分のばらつきを補償するための気筒毎の補正量を減量補正量に基づき算出することにより、同補正量をより適切に算出することが可能となる。
4.上記1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置において、前記気筒別補正処理によって補正される燃料量は、前記排気浄化装置の暖機要求に応じて実行される前記ディザ制御処理によって前記燃料噴射弁から噴射される燃料量である。
4.上記1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置において、前記気筒別補正処理によって補正される燃料量は、前記排気浄化装置の暖機要求に応じて実行される前記ディザ制御処理によって前記燃料噴射弁から噴射される燃料量である。
排気浄化装置の暖機要求が生じる場合には、温間時と比較して燃料の揮発性が低いことなどに起因して噴射量の制御性が低下する傾向にある。このため、ディザ制御の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきに加えて、噴射量の制御性の低下に起因して助長され、顕在化しやすくなる。このため、気筒別補正処理の利用価値が特に大きい。
5.上記4記載の内燃機関の制御装置は、前記暖機要求に応じた前記ディザ制御処理は、前記内燃機関のクランク軸の回転速度および負荷にて定まる動作点の集合のうちの第1集合に実際の動作点が入ることを条件に実行され、該第1集合の動作点が含まれない集合である第2集合においては実行されず、前記気筒別補正処理は、前記内燃機関のクランク軸の回転速度および負荷に応じて前記気筒別の補正量を算出する処理を含み、前記内燃機関の動作点が前記第2集合に入る場合には実行されない。
上記構成では、内燃機関の動作点が、暖機要求に応じたディザ制御処理が実行されない第2集合に入る場合には気筒別補正処理を実行しないため、気筒別補正処理を第2集合において適合する必要がなく、適合工数を低減できる。
6.上記1〜5のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置において、前記気筒別補正処理を、前記パージ制御処理によって前記キャニスタから前記吸気通路に流入する燃料蒸気量が規定量以上であることを条件に実行する。
キャニスタから吸気通路に流入する燃料蒸気量が少ない場合、SN比が低くなることから、気筒別補正処理による燃料蒸気の配分ばらつきを補償する制御の制御精度が低くなることが懸念される。これに対し、上記構成では、燃料蒸気量が規定量以上であることを条件に気筒別補正処理を実行することにより、気筒別補正処理の精度を高く維持することができる。
7.上記1〜6のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置において、前記ディザ制御処理による前記リーン燃焼気筒の空燃比と前記リッチ燃焼気筒の空燃比との差の絶対値が所定値以上である場合に前記所定値未満である場合と比較して、前記パージ制御処理による前記流体の流量を小さくなる側に制限する制限処理を実行する。
上記構成では、リーン燃焼気筒の空燃比とリッチ燃焼気筒の空燃比との差の絶対値が所定値以上である場合、制限処理によって、流体の流量を小さくなる側に制限する。これにより、制限処理を実行しない場合と比較して、燃料蒸気が必ずしも複数の気筒に均等に分配されないことに起因して複数の気筒のそれぞれにおける空燃比が狙いの空燃比からずれる度合いを小さくすることができる。このため、ディザ制御の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきによって助長され、顕在化することを抑制できる。
以下、内燃機関の制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1に示す内燃機関10において、吸気通路12から吸入された空気は、スロットルバルブ14を介して各気筒の燃焼室16に流入する。燃焼室16において、燃料噴射弁18から噴射された燃料と吸気通路12から流入した空気との混合気は、点火装置20による火花放電によって、燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路22に排出される。排気通路22には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒24が設けられている。
図1に示す内燃機関10において、吸気通路12から吸入された空気は、スロットルバルブ14を介して各気筒の燃焼室16に流入する。燃焼室16において、燃料噴射弁18から噴射された燃料と吸気通路12から流入した空気との混合気は、点火装置20による火花放電によって、燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路22に排出される。排気通路22には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒24が設けられている。
燃料噴射弁18は、デリバリパイプ30内の燃料を噴射する。デリバリパイプ30には、燃料タンク32に貯蔵されている燃料が燃料ポンプ34によって汲み上げられて供給される。燃料タンク32内に貯蔵された燃料の一部は気化して燃料蒸気となる。この燃料蒸気は、キャニスタ36によって捕集される。キャニスタ36によって捕集された燃料蒸気は、開口度を電子操作可能なパージバルブ38を介して吸気通路12に流入する。
制御装置40は、内燃機関10を制御対象とし、その制御量(トルク、排気成分等)を制御するために、スロットルバルブ14や、燃料噴射弁18、点火装置20、燃料ポンプ34、パージバルブ38等の内燃機関10の操作部を操作する。この際、制御装置40は、三元触媒24の上流側の空燃比センサ50によって検出される空燃比Afuや、クランク角センサ52の出力信号Scr、エアフローメータ54によって検出される吸入空気量Ga、水温センサ56によって検出される内燃機関10の冷却水の温度(水温THW)を参照する。制御装置40は、CPU42、ROM44、および電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ46を備えており、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42が実行することにより上記制御量の制御を実行する。
図2に、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42が実行することにより実現される処理の一部を示す。
目標パージ率算出処理M10は、負荷率KLに基づき、目標パージ率Rp*を算出する処理である。ここで、パージ率とは、キャニスタ36から吸気通路12に流入する流体の流量を吸入空気量Gaで割った値であり、目標パージ率Rp*は、制御上のパージ率の目標値である。また、負荷率KLは、燃焼室16内に充填される空気量を示すパラメータであり、CPU42により、吸入空気量Gaに基づき算出される。負荷率KLは、基準流入空気量に対する、1気筒の1燃焼サイクル当たりの流入空気量の比である。本実施形態では、基準流入空気量を、スロットルバルブ14の開口度を最大としたときの1気筒の1燃焼サイクル当たりの流入空気量とする。ちなみに、基準流入空気量は、回転速度NEに応じて可変設定される量としてもよい。なお、回転速度NEは、CPU42により、クランク角センサ52の出力信号Scrに基づき算出される。
目標パージ率算出処理M10は、負荷率KLに基づき、目標パージ率Rp*を算出する処理である。ここで、パージ率とは、キャニスタ36から吸気通路12に流入する流体の流量を吸入空気量Gaで割った値であり、目標パージ率Rp*は、制御上のパージ率の目標値である。また、負荷率KLは、燃焼室16内に充填される空気量を示すパラメータであり、CPU42により、吸入空気量Gaに基づき算出される。負荷率KLは、基準流入空気量に対する、1気筒の1燃焼サイクル当たりの流入空気量の比である。本実施形態では、基準流入空気量を、スロットルバルブ14の開口度を最大としたときの1気筒の1燃焼サイクル当たりの流入空気量とする。ちなみに、基準流入空気量は、回転速度NEに応じて可変設定される量としてもよい。なお、回転速度NEは、CPU42により、クランク角センサ52の出力信号Scrに基づき算出される。
パージバルブ操作処理M12は、吸入空気量Gaに基づき、パージ率が目標パージ率Rp*になるように、パージバルブ38を操作すべく、パージバルブ38に操作信号MS5を出力する処理である。ここで、パージバルブ操作処理M12は、目標パージ率Rp*が同一である場合、吸入空気量Gaが小さいほど、パージバルブ38の開口度を小さい値とする処理となっている。これは、吸入空気量Gaが小さいほど、吸気通路12内の圧力よりもキャニスタ36内の圧力が高くなるため、キャニスタ36から吸気通路12に流体が流動しやすいためである。
ベース噴射量算出処理M14は、回転速度NEと吸入空気量Gaとに基づき、燃焼室16における混合気の空燃比を目標空燃比に開ループ制御するための操作量である開ループ操作量として、ベース噴射量Qbを算出する処理である。また、ベース噴射量算出処理M14は、水温THWが所定温度Tth以下である場合には、所定温度Tthを超える場合よりもベース噴射量Qbを増量させる低温増量処理を含む。
目標値設定処理M16は、燃焼室16における混合気の空燃比を上記目標空燃比に制御するためのフィードバック制御量の目標値Af*を設定する処理である。
ローパスフィルタM17は、空燃比センサ50によって検出される空燃比Afuにローパスフィルタ処理を施し、空燃比Afを出力する。空燃比Afは、1燃焼サイクル当たりの空燃比Afuの時間平均値を表現するパラメータである。
ローパスフィルタM17は、空燃比センサ50によって検出される空燃比Afuにローパスフィルタ処理を施し、空燃比Afを出力する。空燃比Afは、1燃焼サイクル当たりの空燃比Afuの時間平均値を表現するパラメータである。
フィードバック処理M18は、フィードバック制御量である空燃比Afを目標値Af*にフィードバック制御するための操作量であるフィードバック操作量KAFを算出する処理である。フィードバック操作量KAFは、ベース噴射量Qbの補正係数であり、「1+δ」と表現できる。ここで、補正比率δが「0」である場合、ベース噴射量Qbの補正比率は、ゼロである。また、補正比率δが「0」よりも大きい場合、ベース噴射量Qbを増量補正し、補正比率δが「0」よりも小さい場合、ベース噴射量Qbを減量補正する。本実施形態では、目標値Af*と空燃比Afとの差を入力とする比例要素、積分要素、および微分要素の各出力値の和を、補正比率δとする。
空燃比学習処理M20は、空燃比学習期間において、補正比率δと「0」とのずれが小さくなるように空燃比学習値LAFを逐次更新する処理である。空燃比学習処理M20には、補正比率δの「0」からのずれ量が所定値以下となる場合、空燃比学習値LAFが収束したと判定する処理が含まれる。
係数加算処理M22は、フィードバック操作量KAFに空燃比学習値LAFを乗算する処理である。
パージ濃度学習処理M24は、上記補正比率δに基づき、パージ濃度学習値Lpを算出する処理である。パージ濃度学習値Lpは、キャニスタ36から吸気通路12への燃料蒸気の流入に起因した、目標空燃比に制御する上で必要な噴射量に対するベース噴射量Qbのずれを補正する補正比率を、パージ率の1%当たりに換算した値である。ここで、本実施形態では、目標パージ率Rp*が「0」よりも大きい値に制御されているときのフィードバック操作量KAFが「1」からずれる要因を、すべてキャニスタ36から吸気通路12に流入した燃料蒸気によるものとみなす。すなわち、補正比率δを、キャニスタ36から吸気通路12への燃料蒸気の流入に起因して目標空燃比に制御する上で必要な噴射量に対してベース噴射量Qbがずれることを補正する補正比率とみなす。詳しくは、パージ濃度学習処理M24は、パージ率の1%当たりの補正比率「δ/Rp*」から前回のパージ濃度学習値Lp(n−1)を減算した値に係数βを乗算した値に、前回のパージ濃度学習値Lp(n−1)を加算したものを、今回のパージ濃度学習値Lp(n)に代入する処理である。ここで、係数βは、「0」よりも大きく「1」よりも小さい値である。
パージ濃度学習処理M24は、上記補正比率δに基づき、パージ濃度学習値Lpを算出する処理である。パージ濃度学習値Lpは、キャニスタ36から吸気通路12への燃料蒸気の流入に起因した、目標空燃比に制御する上で必要な噴射量に対するベース噴射量Qbのずれを補正する補正比率を、パージ率の1%当たりに換算した値である。ここで、本実施形態では、目標パージ率Rp*が「0」よりも大きい値に制御されているときのフィードバック操作量KAFが「1」からずれる要因を、すべてキャニスタ36から吸気通路12に流入した燃料蒸気によるものとみなす。すなわち、補正比率δを、キャニスタ36から吸気通路12への燃料蒸気の流入に起因して目標空燃比に制御する上で必要な噴射量に対してベース噴射量Qbがずれることを補正する補正比率とみなす。詳しくは、パージ濃度学習処理M24は、パージ率の1%当たりの補正比率「δ/Rp*」から前回のパージ濃度学習値Lp(n−1)を減算した値に係数βを乗算した値に、前回のパージ濃度学習値Lp(n−1)を加算したものを、今回のパージ濃度学習値Lp(n)に代入する処理である。ここで、係数βは、「0」よりも大きく「1」よりも小さい値である。
パージ補正比率算出処理M26は、目標パージ率Rp*にパージ濃度学習値Lpを乗算することによって、パージ補正比率Dpを算出する処理である。
補正係数算出処理M28は、係数加算処理M22の出力値に、パージ補正比率Dpを加算する処理である。
補正係数算出処理M28は、係数加算処理M22の出力値に、パージ補正比率Dpを加算する処理である。
要求噴射量算出処理M30は、ベース噴射量Qbに補正係数算出処理M28の出力値を乗算することによってベース噴射量Qbを補正し、要求噴射量Qd0を算出する処理である。
気筒別補正量算出処理M32は、キャニスタ36から吸気通路12に流入した燃料蒸気の気筒間配分ばらつきを補償するための気筒#1〜#4のそれぞれの各別の補正量である気筒別補正量Kp1〜Kp4を算出する処理である。
気筒別乗算処理M34は、要求噴射量Qd0に気筒#1の気筒別補正量Kp1を乗算することによって、気筒#1の要求噴射量Qd(#1)を算出する。気筒別乗算処理M36は、要求噴射量Qd0に気筒#2の気筒別補正量Kp2を乗算することによって、気筒#2の要求噴射量Qd(#2)を算出する。気筒別乗算処理M38は、要求噴射量Qd0に気筒#3の気筒別補正量Kp3を乗算することによって、気筒#3の要求噴射量Qd(#3)を算出する。気筒別乗算処理M40は、要求噴射量Qd0に気筒#4の気筒別補正量Kp4を乗算することによって、気筒#4の要求噴射量Qd(#4)を算出する。なお、以下では、要求噴射量Qd(#1)〜Qd(#4)を総括する場合、要求噴射量Qdと記載する。
なお、気筒別補正量Kp1〜Kp4は、「1」である場合、要求噴射量Qd0を補正しない値となる。また、気筒別補正量Kp1〜Kp4は、「1」よりも大きいものを含む場合には「1」よりも小さいものをも含む。換言すれば、要求噴射量Qd0を増量補正するものを含むなら減量補正するものをも含む。
要求値出力処理M42は、内燃機関10の気筒#1〜#4のそれぞれから排出される排気全体の成分を、気筒#1〜#4の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等としつつも、燃焼対象とする混合気の空燃比を気筒間で異ならせるディザ制御の噴射量補正要求値αを算出して出力する処理である。ここで、本実施形態にかかるディザ制御では、第1の気筒#1〜第4の気筒#4のうちの1つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとするリッチ燃焼気筒とし、残りの3つの気筒を、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンとするリーン燃焼気筒とする。そして、リッチ燃焼気筒における噴射量を、上記要求噴射量Qdの「1+α」倍とし、リーン燃焼気筒における噴射量を、要求噴射量Qdの「1−(α/3)」倍とする。リーン燃焼気筒とリッチ燃焼気筒との上記噴射量の設定によれば、気筒#1〜#4のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、内燃機関10の各気筒#1〜#4から排出される排気全体の成分を、気筒#1〜#4の全てで燃焼対象とする混合気の空燃比を目標空燃比とした場合と同等とすることができる。なお、上記噴射量の設定によれば、気筒#1〜#4のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、各気筒において燃焼対象とされる混合気の燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となる。なお、燃空比とは、空燃比の逆数のことである。
燃空比の平均値の逆数を目標空燃比とする設定は、排気成分を所望に制御することを狙ったものである。以下では、排気中の未燃燃料成分と酸素とが過不足なく反応できる場合、排気空燃比が理論空燃比であると称し、排気中の未燃燃料成分が酸素と過不足なく反応できる量を超過する量(マイナスとなりうる量)が多ければ多いほど、排気空燃比がリッチであると称し、少なければ少ないほど排気空燃比がリーンであると称する。また、たとえば、1燃焼サイクル当たりの排気空燃比の平均値とは、気筒#1〜#4から排出される排気全体に関する排気空燃比のことと定義する。
振分処理M44は、ディザ制御が実行される場合、気筒#1〜#4のうちの1つをリッチ燃焼気筒とし、残りをリーン燃焼気筒とし、該当する要求噴射量Qdを割り当てる処理である。ちなみに、気筒#1〜#4のうちのいずれがリッチ燃焼気筒となるかは、1燃焼サイクルよりも長い周期で変更されることが望ましい。
補正係数算出処理M46は、「1」に、噴射量補正要求値αを加算して、リッチ燃焼気筒に関し、要求噴射量Qdの補正係数を算出する処理である。ディザ補正処理M48は、要求噴射量Qdに補正係数「1+α」を乗算することによって、リッチ燃焼気筒とされる気筒#wの噴射量指令値Q*を算出する処理である。ここで、「w」は、「1」〜「4」のいずれかを意味する。
乗算処理M50は、噴射量補正要求値αを「−1/3」倍する処理であり、補正係数算出処理M52は、「1」に、乗算処理M50の出力値を加算して、リーン燃焼気筒に関し、要求噴射量Qdの補正係数を算出する処理である。ディザ補正処理M54は、要求噴射量Qdに補正係数「1−(α/3)」を乗算することによって、リーン燃焼気筒とされる気筒#x,#y,#zの噴射量指令値Q*を算出する処理である。ここで、「x」,「y」,「z」は、「1」〜「4」のいずれかであって、且つ、「w」,「x」,「y」,「z」は、互いに異なるものとする。
噴射量操作処理M56は、噴射量指令値Q*(#w)に基づき、リッチ燃焼気筒とされる気筒#wの燃料噴射弁18の操作信号MS2を生成して、同燃料噴射弁18に出力し、同燃料噴射弁18から噴射される燃料量が噴射量指令値Q*(#w)に応じた量となるように燃料噴射弁18を操作する処理である。また、噴射量操作処理M56は、噴射量指令値Q*(#x),Q*(#y),Q*(#z)に基づき、リーン燃焼気筒とされる気筒#x,#y,#zの燃料噴射弁18の操作信号MS2を生成して、同燃料噴射弁18に出力し、燃料噴射弁18から噴射される燃料量が噴射量指令値Q*に応じた量となるように燃料噴射弁18を操作する処理である。
ちなみに、目標値設定処理M16は、ディザ制御を実行する場合には実行しない場合と比較して、目標値Af*をリッチ側の値とする。これは、ディザ制御を実行する場合、噴射量補正要求値αが大きいほど、全ての気筒#1〜#4の排気空燃比の平均値に対して空燃比Afがリッチ側にずれることに鑑みた設定である。
図3に、要求値出力処理M42の処理の手順を示す。図3に示す処理は、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「S」が付与された数字によってステップ番号を表現する。
図3に示す一連の処理において、CPU42は、まず、内燃機関10の始動からの吸入空気量Gaの積算値InGaが第1規定値Inth1以上である旨の条件(ア)と、積算値InGaが第2規定値Inth2以下であって且つ水温THWが所定温度THWth以下である旨の条件(イ)との論理積が真であるか否かを判定する(S10)。この処理は、三元触媒24の暖機要求が生じるか否かを判定する処理である。ここで、条件(ア)は、三元触媒24の上流側の端部の温度が活性温度となっていると判定される条件である。また、条件(イ)は、三元触媒24の全体が未だ活性状態となっていないと判定される条件である。
CPU42は、論理積が真であると判定する場合(S10:YES)、暖機要求が生じているとして、噴射量補正要求値αのもととなるベース要求値α0を算出する(S12)。
CPU42は、ベース要求値α0を、内燃機関10の動作点を規定する回転速度NEおよび負荷率KLに基づき設定する。詳しくは、回転速度NEが高いほど負荷率KLが低下する境界線BLよりも低負荷側の動作点の集合である第1集合S1においては、ベース要求値α0をゼロ以上に設定し、境界線BLよりも高負荷側の動作点の集合である第2集合S2においては、ベース要求値α0をゼロに設定する。第2集合S2において、ベース要求値α0をゼロに設定するのは、第2集合S2においては、もともとの排気温度がある程度高くなるため、ディザ制御を実行しなくても、排気によって三元触媒24を暖機することができるためである。一方、第1集合S1においては、ベース要求値α0を動作点に応じて可変設定する。ここでは、たとえば、回転速度NEが大きい場合に小さい場合よりも、単位時間当たりの排気流量が大きくなることに鑑み、ベース要求値α0を小さい値に設定することも可能である。またたとえば、負荷率KLが大きい場合に小さい場合よりも、単位時間当たりの排気流量が大きくなることに鑑み、ベース要求値α0を小さい値に設定することも可能である。なお、CPU42は、第1集合S1においても、ベース要求値α0をゼロと設定する領域を有してもよい。これは、たとえば、内燃機関10の通常の運転によっては想定できない動作点について、ベース要求値α0をゼロとする設定とすればよい。
詳しくは、ROM44に、回転速度NEおよび負荷率KLを入力変数とし、ベース要求値α0を出力変数とするマップデータを記憶しておき、CPU42により、ベース要求値α0をマップ演算すればよい。なお、マップデータとは、入力変数の離散的な値と、入力変数の値のそれぞれに対応する出力変数の値と、の組データである。またマップ演算は、たとえば、入力変数の値がマップデータの入力変数の値のいずれかに一致する場合、対応するマップデータの出力変数の値を演算結果とし、一致しない場合、マップデータに含まれる複数の出力変数の値の補間によって得られる値を演算結果とする処理とすればよい。
次に、CPU42は、今回のベース要求値α0(n)から、前回の噴射量補正要求値α(n−1)を減算した値が閾値Δよりも大きいか否かを判定する(S14)。ここで、変数nは、ベース要求値α0等の時系列データのうちの特定のデータを指定するためのものであり、以下では、図3の一連の処理の制御周期の今回の制御周期において算出されるデータを「n」とし、前回の制御周期において算出されるデータを「n−1」と記載する。そしてCPU42は、閾値Δよりも大きいと判定する場合(S14:YES)、前回の噴射量補正要求値α(n−1)に閾値Δを加算した値を、今回の噴射量補正要求値α(n)に代入する(S16)。これに対し、CPU42は、閾値Δ以下であると判定する場合(S14:NO)、前回の噴射量補正要求値α(n−1)から今回のベース要求値α0(n)を減算した値が閾値Δよりも大きいか否かを判定する(S18)。そしてCPU42は、大きいと判定する場合(S18:YES)、前回の噴射量補正要求値α(n−1)から閾値Δを減算した値を、今回の噴射量補正要求値α(n)に代入する(S20)。また、CPU42は、閾値Δ以下であると判定する場合(S18:NO)、今回の噴射量補正要求値α(n)に、今回のベース要求値α0(n)を代入する(S22)。
これに対し、CPU42は、S10の処理において否定判定する場合には、ベース要求値α0にゼロを代入し(S24)、S14の処理に移行する。
CPU42は、S16,S20,S22の処理が完了する場合には、図3に示す一連の処理を一旦終了する。
CPU42は、S16,S20,S22の処理が完了する場合には、図3に示す一連の処理を一旦終了する。
図4に、目標パージ率算出処理M10の処理手順を示す。図4に示す処理は、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。
図4に示す一連の処理において、CPU42は、まず、空燃比学習処理の停止期間であるか否かを判定する(S30)。空燃比学習処理は、空燃比学習値LAFが収束したと判定してから所定期間は停止期間とされる。ただし、本実施形態では、内燃機関10の始動後、収束した旨の判定がなされていなくても空燃比学習処理の停止期間となりえ、その場合、前回の内燃機関10の停止前に更新され不揮発性メモリ46に記憶された空燃比学習値LAFを用いて、要求噴射量Qdが算出される。
CPU42は、空燃比学習処理の実行期間であると判定する場合(S30:NO)、目標パージ率Rp*にゼロを代入する(S32)。すなわち、キャニスタ36から吸気通路12に流入する燃料蒸気がゼロではない場合、空燃比学習値LAFが燃料蒸気の影響を受けた値となることから、空燃比学習処理が実行されているときには、キャニスタ36から吸気通路12への燃料蒸気の流入を遮断すべく、目標パージ率Rp*をゼロとする。
これに対し、CPU42は、停止期間であると判定する場合(S30:YES)、負荷率KLに基づき、要求パージ率Rp0を算出する(S34)。CPU42は、たとえば負荷率KLが小さい場合に大きい場合よりも要求パージ率Rp0を小さい値とすることにより、要求噴射量Qdが燃料噴射弁18の最小噴射量未満となることを抑制する。この処理は、たとえば、負荷率KLを入力変数とし、要求パージ率Rp0を出力変数とするマップデータをROM44に記憶しておき、CPU42により要求パージ率Rp0をマップ演算することにより実現できる。
次に、CPU42は、ディザ制御を実行しているか否かを判定する(S36)。そしてCPU42は、ディザ制御を実行していないと判定する場合(S36:NO)、目標パージ率Rp*に、要求パージ率Rp0を代入する(S38)。これに対し、CPU42は、ディザ制御を実行していると判定する場合(S36:YES)、噴射量補正要求値αが閾値αth以上であるか否かを判定する(S40)。ここで、閾値αthは、目標パージ率Rp*をS38の処理によって設定したのでは、ディザ制御によって燃焼が悪化しやすい傾向が、燃料蒸気の気筒間配分ばらつきによって特に顕在化しやすくなる値に設定されている。CPU42は、閾値αth未満であると判定する場合(S40:NO)、S38の処理に移行する。
これに対し、CPU42は、閾値α以上であると判定する場合(S40:YES)、目標パージ率Rp*に、パージ補正上限値DpthHをパージ濃度学習値Lpで除算した値と、要求パージ率Rp0とのうちの小さい方を代入する(S42)。ここで、パージ補正上限値DpthHは、パージ補正比率Dpの絶対値の上限値を制限するものであり、負の値を有する。パージ濃度学習値Lpも負の値であるため、「DpthH/Lp」はゼロ以上の値となる。S42の処理は、キャニスタ36から吸気通路12に流入する燃料蒸気の流量を吸入空気量Gaで割った値が過度に大きくならないようにするための設定である。
なお、CPU42は、S32,S38,S42の処理が完了する場合、図4に示す一連の処理を一旦終了する。
図5に、気筒別補正量算出処理M32の手順を示す。図5に示す処理は、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。
図5に、気筒別補正量算出処理M32の手順を示す。図5に示す処理は、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。
図5に示す一連の処理において、CPU42は、まずディザ制御を実行しているか否かを判定する(S50)。CPU42は、ディザ制御を実行していないと判定する場合(S50:NO)、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4のそれぞれに「1」を代入する(S52)。すなわち、本実施形態では、ディザ制御を実行していないときには、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4による要求噴射量Qd0の補正を行わない。
これに対し、CPU42は、ディザ制御を実行中であると判定する場合(S50:YES)、パージ補正比率Dpが、S42の処理で用いたパージ補正上限値DpthHよりも絶対値が小さい規定比率DpthL以下であるか否かを判定する(S54)。規定比率DpthLは、キャニスタ36から吸気通路12に流入する燃料蒸気の気筒間配分ばらつきの影響が顕著となる上限値(絶対値の下限値)程度に設定されている。CPU42は、規定比率DpthLよりも大きいと判定する場合(S54:NO)、S52の処理に移行する。これに対しCPU42は、規定比率DpthL以下であると判定する場合(S54:YES)、回転速度NE、負荷率KLおよびパージ補正比率Dpに応じて、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4のそれぞれを可変設定する(S56)。ここで、回転速度NEおよび負荷率KLは、キャニスタ36から吸気通路12への燃料蒸気の気筒間配分ばらつきの変動の要因となるパラメータである。詳しくは、ROM44に、回転速度NE、負荷率KLおよびパージ補正比率Dpを入力変数とし、気筒別補正量Kp1を出力変数とするマップデータを記憶しておき、CPU42により、気筒別補正量Kp1をマップ演算すればよい。同様に、気筒別補正量Kp2,Kp3,Kp4についても、それぞれ各別のマップデータをROM44に記憶しておき、CPU42によりマップ演算を行えばよい。
CPU42は、S52,S56の処理が完了する場合、図5に示す処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
CPU42は、内燃機関10の始動後、三元触媒24の温度が低くしかも排気温があまり高くならない動作点である場合、三元触媒24を暖機するために、噴射量補正要求値αをゼロよりも大きくしてディザ制御を実行する。さらに、CPU42は、内燃機関10の始動後、空燃比学習値LAFの収束判定がなされていなくても、キャニスタ36内の燃料蒸気の量が過度に多くなることを抑制すべく、パージ率をゼロよりも大きい値に制御する。パージ率がゼロよりも大きくなることによりキャニスタ36から吸気通路12に流入する燃料蒸気は、気筒間に均等に配分されるのではなく、内燃機関10の構造等に起因したばらつきを生じる。
図6(a)は、気筒#1〜#4について、気筒#1〜#4のそれぞれに流入する燃料蒸気の要求噴射量Qd0に占める割合を例示する。一方、図6(b)は、気筒#1をリッチ燃焼気筒とし、噴射量補正要求値αが「0.3」である場合において、気筒#1〜#4のそれぞれのディザ制御による噴射量の要求噴射量Qd0に対する補正割合を示す。図6(a)の燃料蒸気が要求噴射量Qd0に占める割合と、図6(b)のディザ制御による補正量が要求噴射量Qd0に占める割合とを合わせたものを、図6(c)に示す。図6(c)に例示するように、キャニスタ36から吸気通路12に燃料蒸気が流入する際にディザ制御を実行すると、気筒#1〜#4のそれぞれの噴射量が要求噴射量Qd0からずれる度合いは、ディザ制御単独の場合よりも大きくなりうる。このため、リッチ燃焼気筒の空燃比が想定以上にリッチとなり燃焼が悪化したり、リーン燃焼気筒の空燃比が想定以上にリーンとなり燃焼が悪化したりするおそれがある。
もっとも、本実施形態にかかる内燃機関10は、燃料蒸気の気筒間配分のばらつきが小さくなるよう設計されており、これにより、ディザ制御を実行しない場合、燃料蒸気の気筒間ばらつきによる燃焼への影響は十分抑えられている。しかし、ディザ制御を実行する場合、空燃比をリーンとしたりリッチとしたりすることに起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきによって助長されやすい。加えて、三元触媒24の暖機処理時は、内燃機関10の冷間時であるため、温間時と比較して燃料の揮発性が低いことなどに起因して噴射量の制御性が悪い。すなわち、本実施形態では、水温THWが低い場合に高い場合に対してベース噴射量Qbを増量することにより、温度が低いことに起因して燃焼に供されない燃料分を補償するフィードフォワード制御をしているが、その制御誤差の影響等に起因して、噴射量の制御性が悪い。さらに、本実施形態では、内燃機関10の今回の始動の後に、空燃比学習値LAFが収束した旨の判定がなされる前であっても、目標パージ率Rp*がゼロよりも大きい値とされることがあり、その際ディザ制御が実行されることがある。このため、空燃比学習値LAFが三元触媒24の暖機時にとって精度の良いものとならないおそれがあり、噴射量の制御性が低くなる。このため、ディザ制御に起因して燃焼が悪化しやすい傾向は、小さく抑えられている燃料蒸気の気筒間ばらつきの影響のみによっては助長されたとしても顕在化しにくいものの、噴射量の制御性が低いこととの協働で助長され顕在化するおそれがある。
図7に、噴射量補正要求値α、パージ率Rp、リッチ燃焼気筒(#w)の気筒別補正量Kpw、リーン燃焼気筒(#x)の気筒別補正量Kpx、リッチ燃焼気筒(#w)の噴射量指令値Q*(#w)、リーン燃焼気筒(#x)の噴射量指令値Q*(#x)、および回転変動量Δωの絶対値の推移を示す。ここで、回転変動量Δωは、燃焼の悪化度合いを定量化するパラメータであり、圧縮上死点を1回のみ含む所定角度間隔の回転速度(瞬時回転速度ω)を、圧縮上死点の出現タイミングが時系列的に隣り合う一対の気筒のうちの先に圧縮上死点が出現する気筒における値から後に圧縮上死点が出現する気筒における値を減算した値である。燃焼が悪化してトルクが低下する場合、回転変動量Δωは、負で絶対値が大きい値となる。
図7に示すように、時刻t1から噴射量補正要求値αがゼロから増加することによりディザ制御が開始されると、回転変動量Δωの絶対値が大きくなる。これは、リッチ燃焼気筒において生成されるトルクよりもリーン燃焼気筒において生成されるトルクの方が小さいことが主な要因である。その後、時刻t2〜t3において、パージ率Rpがゼロよりも大きくなる場合、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4のそれぞれによって気筒#1〜#4のそれぞれの要求噴射量Qd0が補正されることから、噴射量指令値Q*についても、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4のそれぞれが反映されたものとなる。このため、キャニスタ36から吸気通路12に流入した燃料蒸気の気筒間配分ばらつきが各気筒の空燃比に与える影響を抑制できることから、ディザ制御によって燃焼が悪化しやすい傾向が、燃料蒸気の気筒間配分ばらつきによって助長され、顕在化することを抑制できる。
なお、図7には、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4による補正がなされない場合の回転変動量Δωの絶対値を一点鎖線にて示す。
以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する効果が得られる。
以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する効果が得られる。
(1)回転速度NEおよび負荷率KLに応じて気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4を可変設定した。これにより、キャニスタ36から吸気通路12に流入した燃料蒸気が各気筒に配分される際の配分割合のばらつきが回転速度NEや負荷率KLに応じて変動することに対処できる。
(2)気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4による補正を、内燃機関10の動作点が第2集合S2に入る場合には実行しないこととした。これにより、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4を第2集合S2において適合する必要がなく、適合工数を低減できる。
(3)パージ補正比率Dpの絶対値が小さい場合、SN比が低くなることから、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4によって燃料蒸気の配分ばらつきを補償する制御の制御精度が低くなることが懸念される。そこで、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4による補正を、パージ補正比率Dpが規定比率DpthL以下であることを条件に実行することとした。これにより、燃料蒸気の配分ばらつきを補償する制御を高精度とすることができる。
(4)噴射量補正要求値αが閾値αth以上である場合、目標パージ率Rp*を制限した。これにより、ディザ制御の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきによって助長され、顕在化することを抑制できる。
<対応関係>
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。[1]排気浄化装置は、三元触媒24に対応し、調節装置は、パージバルブ38に対応する。ディザ制御処理は、噴射量補正要求値αがゼロよりも大きい場合における、補正係数算出処理M46、ディザ補正処理M48、乗算処理M50、補正係数算出処理M52、ディザ補正処理M54、噴射量操作処理M56、およびS14〜S22の処理に対応する。パージ制御処理は、パージバルブ操作処理M12に対応する。気筒別補正処理は、気筒別補正量算出処理M32および、ばらつき補正処理M34〜M40に対応する。[3]減量補正量算出処理は、パージ補正比率算出処理M26に対応する。要求噴射量設定処理は、目標値設定処理M16、フィードバック処理M18、係数加算処理M22、補正係数算出処理M28、要求噴射量算出処理M30に対応する。[4]上記実施形態におけるディザ制御の実行条件がS10の処理によって規定されることに対応する。[5]S12,S50の処理に対応する。[6]S54の処理に対応する。なお、「規定量」は、「Qb・Dp」の絶対値に対応する。[7]制限処理は、S38〜S42の処理に対応する。
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。[1]排気浄化装置は、三元触媒24に対応し、調節装置は、パージバルブ38に対応する。ディザ制御処理は、噴射量補正要求値αがゼロよりも大きい場合における、補正係数算出処理M46、ディザ補正処理M48、乗算処理M50、補正係数算出処理M52、ディザ補正処理M54、噴射量操作処理M56、およびS14〜S22の処理に対応する。パージ制御処理は、パージバルブ操作処理M12に対応する。気筒別補正処理は、気筒別補正量算出処理M32および、ばらつき補正処理M34〜M40に対応する。[3]減量補正量算出処理は、パージ補正比率算出処理M26に対応する。要求噴射量設定処理は、目標値設定処理M16、フィードバック処理M18、係数加算処理M22、補正係数算出処理M28、要求噴射量算出処理M30に対応する。[4]上記実施形態におけるディザ制御の実行条件がS10の処理によって規定されることに対応する。[5]S12,S50の処理に対応する。[6]S54の処理に対応する。なお、「規定量」は、「Qb・Dp」の絶対値に対応する。[7]制限処理は、S38〜S42の処理に対応する。
<その他の実施形態>
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。
・「要求噴射量算出処理について」
要求噴射量Qdとしては、ベース噴射量Qbが、フィードバック操作量KAF、空燃比学習値LAFおよびパージ補正比率Dpによって補正されたものに限らない。たとえば、ベース噴射量Qbが、フィードバック操作量KAFおよび空燃比学習値LAFによって補正されたものであってパージ補正比率Dpによっては補正されていないものである等、フィードバック操作量KAF、空燃比学習値LAFおよびパージ補正比率Dpのうちの2つのパラメータによって補正された値であってもよい。また、たとえば、ベース噴射量Qbが、空燃比学習値LAFによって補正されたものであって、フィードバック操作量KAFおよびパージ補正比率Dpによっては補正されていないもの等、フィードバック操作量KAF、空燃比学習値LAFおよびパージ補正比率Dpのうちの1つのパラメータによって補正された値であってもよい。
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。
・「要求噴射量算出処理について」
要求噴射量Qdとしては、ベース噴射量Qbが、フィードバック操作量KAF、空燃比学習値LAFおよびパージ補正比率Dpによって補正されたものに限らない。たとえば、ベース噴射量Qbが、フィードバック操作量KAFおよび空燃比学習値LAFによって補正されたものであってパージ補正比率Dpによっては補正されていないものである等、フィードバック操作量KAF、空燃比学習値LAFおよびパージ補正比率Dpのうちの2つのパラメータによって補正された値であってもよい。また、たとえば、ベース噴射量Qbが、空燃比学習値LAFによって補正されたものであって、フィードバック操作量KAFおよびパージ補正比率Dpによっては補正されていないもの等、フィードバック操作量KAF、空燃比学習値LAFおよびパージ補正比率Dpのうちの1つのパラメータによって補正された値であってもよい。
・「気筒別補正処理について」
上記実施形態では、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4を要求噴射量Qd0の補正係数としたが、これに限らない。たとえば、リッチ燃焼気筒の噴射量「Qd0・(1+α)」やリーン燃焼気筒の噴射量「Qd・(1−α/3)」に加算する補正量であってもよい。また、たとえばパージ補正比率Dpを補正する補正係数としてもよい。
上記実施形態では、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4を要求噴射量Qd0の補正係数としたが、これに限らない。たとえば、リッチ燃焼気筒の噴射量「Qd0・(1+α)」やリーン燃焼気筒の噴射量「Qd・(1−α/3)」に加算する補正量であってもよい。また、たとえばパージ補正比率Dpを補正する補正係数としてもよい。
なお、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4のそれぞれを回転速度NEおよび負荷に応じて可変設定すること自体必須ではない。たとえば、負荷のみに応じて可変設定したり、回転速度NEのみに応じて可変設定したり、固定値としたりしてもよい。
上記実施形態では、暖機要求のためのディザ制御が実行されている場合に気筒別補正処理を実行したがこれに限らない。たとえば、内燃機関10の動作点が第1集合S1内に位置する場合、ディザ制御を実行していなくても、気筒別補正処理を実行してもよい。さらに、内燃機関10のあらゆる動作点において、目標パージ率Rp*がゼロよりも大きい場合に、常時、気筒別補正処理を実行してもよい。
さらに、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4のうちリッチ燃焼気筒に対応するものを、補正係数「1+α」に基づき算出し、リーン燃焼気筒に対応するものを補正係数「1−α/3」に基づき算出してもよい。すなわち、たとえば、気筒#1の要求噴射量Qd(#1)は、Qd0・Kp1となり、気筒#1がリッチ燃焼気筒である場合、噴射量指令値Q*(#1)は、「Qd0・Kp1・(1+α)」となるため、気筒別補正量Kp1による補正が、補正係数「1+α」の影響を受ける。このため、補正係数を無視して気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4を算出すると、補正係数の影響によって、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4が適切な補正とならないおそれがある。もっとも、噴射量補正要求値αを回転速度NEおよび負荷率KLに基づき算出する場合、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4を、回転速度NEおよび負荷率KLに加えて、リーン燃焼気筒であるかリッチ燃焼気筒であるかに応じて気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4を算出してもよい。この場合であっても、回転速度NE、負荷率KLおよびリーン燃焼気筒であるかリッチ燃焼気筒であるかの情報から補正係数の値を把握できるため、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4を補正係数に応じた補正と同等としうる。
・「制限処理について」
上記実施形態では、噴射量補正要求値αが所定値αth以上である場合、目標パージ率Rp*を小さくなる側に制限し、その制限度合いを、パージ濃度学習値Lpの絶対値が大きい場合に小さい場合よりも大きくしたが、これに限らない。たとえば、パージ濃度学習値Lpの値によらない固定値以下に制限してもよい。
上記実施形態では、噴射量補正要求値αが所定値αth以上である場合、目標パージ率Rp*を小さくなる側に制限し、その制限度合いを、パージ濃度学習値Lpの絶対値が大きい場合に小さい場合よりも大きくしたが、これに限らない。たとえば、パージ濃度学習値Lpの値によらない固定値以下に制限してもよい。
・「暖機要求によるディザ制御処理について」
上記実施形態では、ディザ制御処理の実行条件に関し、空燃比センサ50の状態を入れなかったが、これを加えてもよい。すなわち、空燃比センサ50が活性状態となり空燃比フィードバック制御が開始されることをディザ制御の実行条件としてもよい。この場合、空燃比センサ50の活性前からディザ制御を実行する場合と比較すると、噴射量の制御性を向上させることができる。またたとえば、空燃比フィードバック制御が開始され、空燃比学習値LAFが更新され収束判定がなされることを、ディザ制御の実行条件としてもよい。この場合であっても、冷間時であることに起因して噴射量の制御性が低下するのであれば、目標パージ率Rp*がゼロよりも大きい場合には、気筒別補正処理を行うことが特に有効である。
上記実施形態では、ディザ制御処理の実行条件に関し、空燃比センサ50の状態を入れなかったが、これを加えてもよい。すなわち、空燃比センサ50が活性状態となり空燃比フィードバック制御が開始されることをディザ制御の実行条件としてもよい。この場合、空燃比センサ50の活性前からディザ制御を実行する場合と比較すると、噴射量の制御性を向上させることができる。またたとえば、空燃比フィードバック制御が開始され、空燃比学習値LAFが更新され収束判定がなされることを、ディザ制御の実行条件としてもよい。この場合であっても、冷間時であることに起因して噴射量の制御性が低下するのであれば、目標パージ率Rp*がゼロよりも大きい場合には、気筒別補正処理を行うことが特に有効である。
・「気筒別補正処理が利用されるディザ制御について」
たとえば、下記「排気の昇温要求について」の欄に記載したように、硫黄被毒回復処理の実行要求に応じてディザ制御を実行する場合、これについても気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4によって補正された要求噴射量Qdを用いてもよい。これによっても、ディザ制御の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきによって助長され、顕在化することを抑制できる。さらに、ディザ制御を実行する場合、空燃比Afが実際の排気空燃比の平均値からずれることを、目標値Af*のフィードフォワード補正によって補償しているが、このフィードフォワード補正の誤差は、噴射量の制御性の低下を招く要因となる。このため、ディザ制御の実行時には燃焼が悪化しやすいため、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4によって補正された要求噴射量Qdを用いることが有効である。もっとも、三元触媒24の暖機要求に応じたディザ制御とそれ以外のディザ制御を実行する場合において、暖機要求に応じたディザ制御に限って、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4によって補正された要求噴射量Qdを用いてもよい。
たとえば、下記「排気の昇温要求について」の欄に記載したように、硫黄被毒回復処理の実行要求に応じてディザ制御を実行する場合、これについても気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4によって補正された要求噴射量Qdを用いてもよい。これによっても、ディザ制御の実行に起因した燃焼が悪化しやすい傾向が、パージ制御による燃料蒸気の気筒間配分のばらつきによって助長され、顕在化することを抑制できる。さらに、ディザ制御を実行する場合、空燃比Afが実際の排気空燃比の平均値からずれることを、目標値Af*のフィードフォワード補正によって補償しているが、このフィードフォワード補正の誤差は、噴射量の制御性の低下を招く要因となる。このため、ディザ制御の実行時には燃焼が悪化しやすいため、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4によって補正された要求噴射量Qdを用いることが有効である。もっとも、三元触媒24の暖機要求に応じたディザ制御とそれ以外のディザ制御を実行する場合において、暖機要求に応じたディザ制御に限って、気筒別補正量Kp1,Kp2,Kp3,Kp4によって補正された要求噴射量Qdを用いてもよい。
・「ディザ制御処理について」
噴射量補正要求値αを、回転速度NEおよび負荷率KLに加えて、水温THWに基づき可変設定してもよい。またたとえば、回転速度NEおよび水温THW、または負荷率KLおよび水温THWの2つのパラメータのみに基づいて可変設定してもよく、またたとえば、上記3つのパラメータのうちの1つのパラメータのみに基づいて可変設定してもよい。また、たとえば内燃機関10の動作点を特定するパラメータとして回転速度NEおよび負荷率KLを用いる代わりに、負荷としての負荷率KLに代えて、たとえば負荷としてのアクセル操作量を用いてもよい。また、回転速度NEおよび負荷に代えて、吸入空気量Gaに基づき可変設定してもよい。
噴射量補正要求値αを、回転速度NEおよび負荷率KLに加えて、水温THWに基づき可変設定してもよい。またたとえば、回転速度NEおよび水温THW、または負荷率KLおよび水温THWの2つのパラメータのみに基づいて可変設定してもよく、またたとえば、上記3つのパラメータのうちの1つのパラメータのみに基づいて可変設定してもよい。また、たとえば内燃機関10の動作点を特定するパラメータとして回転速度NEおよび負荷率KLを用いる代わりに、負荷としての負荷率KLに代えて、たとえば負荷としてのアクセル操作量を用いてもよい。また、回転速度NEおよび負荷に代えて、吸入空気量Gaに基づき可変設定してもよい。
噴射量補正要求値αを上記パラメータに基づき可変設定すること自体必須ではない。
上記実施形態では、リッチ燃焼気筒の数よりもリーン燃焼気筒の数を多くしたが、これに限らない。たとえば、リッチ燃焼気筒の数とリーン燃焼気筒の数とを同一としてもよい。またたとえば、全ての気筒#1〜#4を、リーン燃焼気筒かリッチ燃焼気筒かにするものに限らず、たとえば1つの気筒の空燃比を目標空燃比としてもよい。さらに、1燃焼サイクル内で、筒内充填空気量が同一であるなら燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となることも必須ではない。たとえば、上記実施形態のように4気筒の場合において、筒内充填空気量が同一であるなら、5ストロークにおける燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となるようにしてもよく、3ストロークにおける燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となるようにしてもよい。ただし、1燃焼サイクルにおいて、リッチ燃焼気筒とリーン燃焼気筒との双方が存在する期間が少なくとも2燃焼サイクルに1回以上は生じることが望ましい。換言すれば、所定期間において筒内充填空気量が同一であるなら燃空比の平均値の逆数を目標空燃比とする際、所定期間を2燃焼サイクル以下とすることが望ましい。ここで、たとえば所定期間を2燃焼サイクルとして2燃焼サイクルの間に1度だけリッチ燃焼気筒が存在する場合、リッチ燃焼気筒とリーン燃焼気筒との出現順序は、リッチ燃焼気筒をR、リーン燃焼気筒をLとすると、たとえば「R,L,L,L,L,L,L,L」となる。この場合、所定期間よりも短い1燃焼サイクルの期間であって「R,L,L,L」となる期間が設けられており、気筒#1〜#4のうちの一部がリーン燃焼気筒であり、別の気筒がリッチ燃焼気筒となっている。ちなみに、1燃焼サイクルとは異なる期間における燃空比の平均値の逆数を目標空燃比とする場合には、内燃機関が吸気行程において一旦吸入した空気の一部を吸気バルブが閉弁するまでに吸気通路に吹き戻す量が無視できることが望ましい。なお、ローパスフィルタM17は、空燃比Afuの上記所定期間あたりの時間平均値を出力する処理とすることが望ましい。
上記実施形態では、リッチ燃焼気筒の数よりもリーン燃焼気筒の数を多くしたが、これに限らない。たとえば、リッチ燃焼気筒の数とリーン燃焼気筒の数とを同一としてもよい。またたとえば、全ての気筒#1〜#4を、リーン燃焼気筒かリッチ燃焼気筒かにするものに限らず、たとえば1つの気筒の空燃比を目標空燃比としてもよい。さらに、1燃焼サイクル内で、筒内充填空気量が同一であるなら燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となることも必須ではない。たとえば、上記実施形態のように4気筒の場合において、筒内充填空気量が同一であるなら、5ストロークにおける燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となるようにしてもよく、3ストロークにおける燃空比の平均値の逆数が目標空燃比となるようにしてもよい。ただし、1燃焼サイクルにおいて、リッチ燃焼気筒とリーン燃焼気筒との双方が存在する期間が少なくとも2燃焼サイクルに1回以上は生じることが望ましい。換言すれば、所定期間において筒内充填空気量が同一であるなら燃空比の平均値の逆数を目標空燃比とする際、所定期間を2燃焼サイクル以下とすることが望ましい。ここで、たとえば所定期間を2燃焼サイクルとして2燃焼サイクルの間に1度だけリッチ燃焼気筒が存在する場合、リッチ燃焼気筒とリーン燃焼気筒との出現順序は、リッチ燃焼気筒をR、リーン燃焼気筒をLとすると、たとえば「R,L,L,L,L,L,L,L」となる。この場合、所定期間よりも短い1燃焼サイクルの期間であって「R,L,L,L」となる期間が設けられており、気筒#1〜#4のうちの一部がリーン燃焼気筒であり、別の気筒がリッチ燃焼気筒となっている。ちなみに、1燃焼サイクルとは異なる期間における燃空比の平均値の逆数を目標空燃比とする場合には、内燃機関が吸気行程において一旦吸入した空気の一部を吸気バルブが閉弁するまでに吸気通路に吹き戻す量が無視できることが望ましい。なお、ローパスフィルタM17は、空燃比Afuの上記所定期間あたりの時間平均値を出力する処理とすることが望ましい。
・「パージ制御処理について」
上記実施形態では、パージ率を制御するためにパージバルブ38を操作したが、これに限らない。たとえば下記「調節装置について」の欄に記載したように、調節装置がポンプを備える場合、ポンプの消費電力の操作によってパージ率を制御してもよい。
上記実施形態では、パージ率を制御するためにパージバルブ38を操作したが、これに限らない。たとえば下記「調節装置について」の欄に記載したように、調節装置がポンプを備える場合、ポンプの消費電力の操作によってパージ率を制御してもよい。
・「調節装置について」
上記実施形態では、キャニスタ36に捕集された燃料蒸気の吸気通路12への流入量を調節する調節装置として、パージバルブ38を例示したがこれに限らない。たとえば下記「内燃機関について」の欄に記載したように、過給機を備える内燃機関10においては、吸気通路12内の圧力がキャニスタ36側と比較して低くならないことがあることに鑑み、パージバルブ38に加えて、キャニスタ36内の流体を吸入して吸気通路12に吐出するポンプを備えたものであってもよい。
上記実施形態では、キャニスタ36に捕集された燃料蒸気の吸気通路12への流入量を調節する調節装置として、パージバルブ38を例示したがこれに限らない。たとえば下記「内燃機関について」の欄に記載したように、過給機を備える内燃機関10においては、吸気通路12内の圧力がキャニスタ36側と比較して低くならないことがあることに鑑み、パージバルブ38に加えて、キャニスタ36内の流体を吸入して吸気通路12に吐出するポンプを備えたものであってもよい。
・「排気の昇温要求について」
昇温要求としては、上記実施形態において例示したものに限らない。硫黄被毒回復処理の実行要求が生じる場合であってもよい。ちなみに、硫黄被毒回復処理による昇温要求は、三元触媒24の硫黄被毒量が予め定められた値以上となる場合に生じるとすればよく、また硫黄被毒量は、たとえば回転速度NEが高いほど、負荷率KLが高いほど被毒量の増加量を多く算出し、増加量を積算することによって算出すればよい。ただし、ディザ制御が実行される場合、実行されない場合と比較して被毒量の増加量は低減される。またたとえば、三元触媒24に硫黄が堆積しやすい運転領域(たとえばアイドリング運転領域)である場合に、昇温要求が生じるとしてもよい。
昇温要求としては、上記実施形態において例示したものに限らない。硫黄被毒回復処理の実行要求が生じる場合であってもよい。ちなみに、硫黄被毒回復処理による昇温要求は、三元触媒24の硫黄被毒量が予め定められた値以上となる場合に生じるとすればよく、また硫黄被毒量は、たとえば回転速度NEが高いほど、負荷率KLが高いほど被毒量の増加量を多く算出し、増加量を積算することによって算出すればよい。ただし、ディザ制御が実行される場合、実行されない場合と比較して被毒量の増加量は低減される。またたとえば、三元触媒24に硫黄が堆積しやすい運転領域(たとえばアイドリング運転領域)である場合に、昇温要求が生じるとしてもよい。
またたとえば、「排気浄化装置について」の欄に記載したように、GPFを備える場合、GPFの昇温要求であってもよい。
またたとえば、排気通路22への凝縮水の付着を抑制すべく排気通路22を昇温するためにディザ制御による排気の昇温要求を生じさせてもよい。
またたとえば、排気通路22への凝縮水の付着を抑制すべく排気通路22を昇温するためにディザ制御による排気の昇温要求を生じさせてもよい。
・「排気浄化装置について」
排気浄化装置としては、三元触媒24のみからなるものに限らない。たとえば、三元触媒24の下流にガソリンパティキュレートフィルタ(GPF)を備えてもよい。また、たとえば、GPFの下流に三元触媒を備えるものであってもよい。またたとえば、GPFのみを備えるものであってもよい。ただしGPFの上流に酸素吸蔵能力を有する触媒を備えない場合、ディザ制御による昇温能力を高めるうえでは、GPFに酸素吸蔵能力を付与することが望ましい。
排気浄化装置としては、三元触媒24のみからなるものに限らない。たとえば、三元触媒24の下流にガソリンパティキュレートフィルタ(GPF)を備えてもよい。また、たとえば、GPFの下流に三元触媒を備えるものであってもよい。またたとえば、GPFのみを備えるものであってもよい。ただしGPFの上流に酸素吸蔵能力を有する触媒を備えない場合、ディザ制御による昇温能力を高めるうえでは、GPFに酸素吸蔵能力を付与することが望ましい。
・「制御装置について」
制御装置としては、CPU42とROM44とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路(たとえばASIC等)を備えてもよい。すなわち、制御装置は、以下の(a)〜(c)のいずれかの構成であればよい。(a)上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するROM等のプログラム格納装置とを備える。(b)上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。(c)上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、1または複数のソフトウェア処理回路および1または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。
制御装置としては、CPU42とROM44とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路(たとえばASIC等)を備えてもよい。すなわち、制御装置は、以下の(a)〜(c)のいずれかの構成であればよい。(a)上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するROM等のプログラム格納装置とを備える。(b)上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。(c)上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、1または複数のソフトウェア処理回路および1または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。
・「内燃機関について」
内燃機関としては、4気筒の内燃機関に限らない。たとえば直列6気筒の内燃機関であってもよい。またたとえば、V型の内燃機関等、第1の排気浄化装置と第2の排気浄化装置とを備え、それぞれによって排気が浄化される気筒が異なるものであってもよい。また、過給機を備えるものであってもよい。ちなみに、過給機を備える内燃機関の場合、排気中の熱が過給機で奪われることによってその下流に位置する排気浄化装置の温度が上昇しにくいことから、ディザ制御を利用することが特に有効である。
内燃機関としては、4気筒の内燃機関に限らない。たとえば直列6気筒の内燃機関であってもよい。またたとえば、V型の内燃機関等、第1の排気浄化装置と第2の排気浄化装置とを備え、それぞれによって排気が浄化される気筒が異なるものであってもよい。また、過給機を備えるものであってもよい。ちなみに、過給機を備える内燃機関の場合、排気中の熱が過給機で奪われることによってその下流に位置する排気浄化装置の温度が上昇しにくいことから、ディザ制御を利用することが特に有効である。
・「そのほか」
燃料噴射弁としては、燃焼室16に燃料を噴射するものに限らず、たとえば吸気通路12に燃料を噴射するものであってもよい。
燃料噴射弁としては、燃焼室16に燃料を噴射するものに限らず、たとえば吸気通路12に燃料を噴射するものであってもよい。
10…内燃機関、12…吸気通路、14…スロットルバルブ、16…燃焼室、18…燃料噴射弁、20…点火装置、22…排気通路、24…三元触媒、30…デリバリパイプ、32…燃料タンク、34…燃料ポンプ、36…キャニスタ、38…パージバルブ、40…制御装置、42…CPU、44…ROM、46…不揮発性メモリ、50…空燃比センサ、52…クランク角センサ、54…エアフローメータ、56…水温センサ。
Claims (7)
- 複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁によって噴射される燃料が貯蔵される燃料タンク内の燃料蒸気を捕集するキャニスタと、前記キャニスタから吸気通路への流体の流量を調節する調節装置と、を備える内燃機関を制御対象とし、
前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とすべく、前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、
前記流体の流量を制御すべく前記調節装置を操作するパージ制御処理と、
前記パージ制御処理により前記流体の流量がゼロよりも大きい値に制御されていることを条件に、前記ディザ制御処理によって前記燃料噴射弁から噴射される燃料量を、前記キャニスタから前記吸気通路に流入する燃料蒸気の気筒間における配分のばらつきを補償すべく気筒毎に補正する気筒別補正処理と、を実行する内燃機関の制御装置。 - 前記気筒別補正処理は、前記内燃機関のクランク軸の回転速度および負荷に応じて気筒毎の補正量を算出する処理を含む請求項1記載の内燃機関の制御装置。
- 前記内燃機関の燃焼室に充填される空気量に基づきベース噴射量を算出するベース噴射量算出処理と、
前記流体の流量に基づき、前記ベース噴射量を減量補正する減量補正量を算出する減量補正量算出処理と、
前記減量補正量によって前記ベース噴射量を減量補正する処理に基づき要求噴射量を算出する要求噴射量算出処理と、を実行し、
前記ディザ制御処理は、前記要求噴射量を減量補正することによって前記リーン燃焼気筒に燃料を噴射する前記燃料噴射弁の噴射量を定め、前記要求噴射量を増量補正することによって前記リッチ燃焼気筒に燃料を噴射する前記燃料噴射弁の噴射量を定める処理を含み、
前記気筒別補正処理は、前記ディザ制御処理によって用いられる前記要求噴射量を気筒毎に補正する処理であって、前記気筒毎の補正量を前記減量補正量に応じて算出する処理を含む請求項1または2記載の内燃機関の制御装置。 - 前記気筒別補正処理によって補正される燃料量は、前記排気浄化装置の暖機要求に応じて実行される前記ディザ制御処理によって前記燃料噴射弁から噴射される燃料量である請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記暖機要求に応じた前記ディザ制御処理は、前記内燃機関のクランク軸の回転速度および負荷にて定まる動作点の集合のうちの第1集合に実際の動作点が入ることを条件に実行され、該第1集合の動作点が含まれない集合である第2集合においては実行されず、
前記気筒別補正処理は、前記内燃機関のクランク軸の回転速度および負荷に応じて前記気筒別の補正量を算出する処理を含み、前記内燃機関の動作点が前記第2集合に入る場合には実行されない請求項4記載の内燃機関の制御装置。 - 前記気筒別補正処理を、前記パージ制御処理によって前記キャニスタから前記吸気通路に流入する燃料蒸気量が規定量以上であることを条件に実行する請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ディザ制御処理による前記リーン燃焼気筒の空燃比と前記リッチ燃焼気筒の空燃比との差の絶対値が所定値以上である場合に前記所定値未満である場合と比較して、前記パージ制御処理による前記流体の流量を小さくなる側に制限する制限処理を実行する請求項1〜6のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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