JP2019100295A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1.内燃機関の制御装置は、点火装置、燃料噴射弁、および複数の気筒から排出される排気を浄化する排気浄化装置を備える内燃機関を制御対象とし、前記複数の気筒のそれぞれにおける空燃比を互いに等しく制御するために前記燃料噴射弁を操作する場合の前記複数の気筒のそれぞれの前記燃料噴射弁の噴射量のばらつき度合いを学習するインバランス学習処理と、前記ばらつき度合いが大きい場合に小さい場合よりも点火時期に対する要求をより進角側とする第1進角要求処理と、前記内燃機関のトルク変動量が大きい場合に小さい場合よりも前記点火時期に対する要求をより進角側とする第2進角要求処理と、前記第1進角要求処理と前記第2進角要求処理とのうちのより進角側の要求に応じて点火時期を操作する点火操作処理と、を実行する。
図1に示す内燃機関10は、車両に搭載される。内燃機関10において、吸気通路12から吸入された空気は、過給機14を介して気筒#1〜#4のそれぞれの燃焼室16に流入する。気筒#1〜#4のそれぞれには、燃料を噴射する燃料噴射弁18と、火花放電を生じさせる点火装置20とが設けられている。燃焼室16において、空気と燃料との混合気は、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のうちの過給機14の下流には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒24が設けられている。
ベース噴射量算出処理M10は、クランク角センサ44の出力信号Scrに基づき算出された回転速度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。
フィードバック処理M14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。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、ベース噴射量Qbの補正比率δとし、フィードバック操作量KAFを、「1+δ」とする。
噴射量操作処理M18は、燃料噴射弁18の操作信号MS1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要求噴射量算出処理M16が出力する要求噴射量Qdに応じた量となるように燃料噴射弁18を操作する。
リッチインバランス学習処理M30は、リッチインバランスの学習値(リッチ学習値Lr)を算出し、リッチ学習値Lrを不揮発性メモリ36に記憶する処理である。ここで、リッチインバランスとは、全ての気筒#1〜#4における混合気の空燃比を同一の値に制御するように各気筒#1〜#4の燃料噴射弁18を操作する場合に、特定の気筒の空燃比が上記同一の値に対してリッチ側にずれることである。詳しくは、リッチインバランス学習処理M30は、上流側空燃比Afuの時系列データから上流側空燃比Afuの所定時間当たりの変化量である時間変化ΔAfを算出し、これに基づき、リッチ学習値Lrを算出する処理を含む。ここでは、時間変化ΔAfが大きい場合に小さい場合よりもリッチインバランスが大きいとして、リッチ学習値Lrが大きい値に算出される。ただし、時間変化ΔAfは、リッチインバランスのみならず、回転速度NEや負荷率KLによっても変化するため、回転速度NEおよび負荷率KLから規格化係数が定められ、時間変化ΔAfが規格化係数で除算されて規格化される。これは、回転速度NEおよび負荷率KLを入力変数とし、規格化係数を出力変数とするマップデータをROM34に記憶しておき、CPU32により規格化係数をマップ演算することにより実現される。
図5に、遅角制限係数算出処理M36の手順を示す。図5に示す処理は、ROM34に記憶されたプログラムをCPU32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6に、徐変処理の手順を示す。図6に示す処理は、ROM34に記憶されたプログラムをCPU32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。
CPU32は、リッチ学習値Lrやリーン学習値Llが所定値以上である場合、遅角制限係数Ksを「0」とし、ベース点火時期SAbaseを、要求遅角量ΔSAによって補正することなく、点火時期SAとする。これにより、インバランス異常に起因して三元触媒24の温度が上昇しやすい傾向と点火時期の遅角によって排気温度が高くなることとによって三元触媒24の温度が過度に高くなることを抑制できる。
(1)第1補正係数Ksiの大きさを第1ガード値Ksith以上に制限した。これにより、不必要に点火時期が進角されることを抑制できる。
(3)第2補正係数Ksmを小さい値に変更する場合よりも第2補正係数Ksmを大きい値に変更する場合に、その変化速度を小さくした。これにより、失火等が生じた場合には、点火時期の遅角量を迅速に低減して排気温度を低下させることができるとともに、失火等から回復するときには、点火時期を急激に遅角させることに起因した燃焼状態の急変を抑制できる。
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]第1進角要求処理は、S10〜S16の処理に対応し、第2進角要求処理は、S18〜S26の処理に対応し、点火操作処理は、S28の処理、遅角制限処理M24、遅角補正処理M26および操作信号出力処理M28の処理に対応する。[3]第1ガード処理は、S14,S16の処理に対応する。[4]第2ガード処理は、S24,S26の処理に対応する。[5]図6の処理に対応する。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
リッチ学習値Lrを学習する学習処理としては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、上流側空燃比Afuの極大値と極小値との差に基づき、同差が大きい場合に小さい場合よりもリッチインバランスの度合いが大きいとしてリッチ学習値Lrを算出してもよい。リッチ学習値Lrを学習する学習処理としては、上流側空燃比Afuを用いるものにも限らない。たとえば、下流側空燃比Afdが目標空燃比に対してリーン側にずれる量が大きい場合に小さい場合よりもリッチインバランスの度合いが大きいとしてリッチ学習値Lrを算出してもよい。
上記実施形態では、第1ガード値Ksithを、回転速度NE、負荷率KLおよび水温THWに基づき可変設定したがこれに限らない。たとえば、水温THWのみに基づき第1ガード値Ksithを可変設定するなど、回転速度NE、負荷率KLおよび水温THWに関しては、そのうちの1つまたは2つのみのパラメータに基づき可変設定してもよい。
上記実施形態では、リッチ学習値Lrおよびリーン学習値Llに基づき第1補正係数Ksiを設定したがこれに限らない。たとえば、「インバランス学習処理について」の欄に記載したように、リッチインバランスとリーンインバランスとを同一の学習値にて定量化する場合には、その単一の学習値に基づき第1補正係数Ksiを算出すればよい。
上記実施形態では、第2ガード値Ksmthを、回転速度NE、負荷率KLおよび水温THWに基づき可変設定したがこれに限らない。たとえば、水温THWのみに基づき第2ガード値Ksmthを可変設定するなど、回転速度NE、負荷率KLおよび水温THWに関しては、そのうちの1つまたは2つのみのパラメータに基づき可変設定してもよい。
上記実施形態では、第2補正係数Ksmを、「0」以上「1」以下で任意の値をとりうるとしたが、これに限らない。たとえば、S20の処理によって算出される第2補正係数Ksmを、「0」と「1」とのいずれかとしてもよい。
・「制限処理について」
上記「第1進角要求処理について」および「第2進角要求処理について」の欄に記載したように、第1補正係数Ksiや第2補正係数Ksmに代えて、点火時期SAを進角側に補正する補正量を算出する場合、インバランス学習値に基づく補正量と回転変動量Δωnに基づく補正量とのうちの大きい方を採用すればよい。
上記実施形態では、トルク変動量を、回転変動量Δωnによって定量化したがこれに限らない。たとえば、気筒#1〜#4のそれぞれに燃焼室16内の圧力を検出する筒内圧センサを備え、筒内圧センサの検出値の時系列データに基づき、各気筒の熱発生率を算出し、これに基づきトルクを算出することによって、気筒#1〜#4のトルクの相違を定量化したトルク変動量を算出してもよい。
上記実施形態では、目標値Af*、回転速度NEおよび負荷率KLに基づき要求遅角量ΔSAを設定したが、これに限らない。たとえば、目標値Af*に代えて、空燃比Afを用いてもよい。またたとえば、負荷を、燃焼室16内に充填される空気量自体としてもよい、またたとえば、負荷としての負荷率KLに代えて、空燃比を目標空燃比に制御するための操作量としての燃料噴射弁18の噴射量としてもよい。またたとえば、空燃比によらず、回転速度NEおよび負荷に基づき要求遅角量ΔSAを設定してもよい。
上記実施形態では、目標値Af*、回転速度NEおよび負荷率KLに基づきベース点火時期SAbaseを設定したが、これに限らない。たとえば、目標値Af*に代えて、空燃比Afを用いてもよい。またたとえば、負荷を、燃焼室16内に充填される空気量自体としてもよい、またたとえば、負荷としての負荷率KLに代えて、空燃比を目標空燃比に制御するための操作量としての燃料噴射弁18の噴射量としてもよい。またたとえば、空燃比によらず、回転速度NEおよび負荷に基づきベース点火時期SAbaseを設定してもよい。
制御装置としては、CPU32とROM34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。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。
Claims (5)
- 点火装置、燃料噴射弁、および複数の気筒から排出される排気を浄化する排気浄化装置を備える内燃機関を制御対象とし、
前記複数の気筒のそれぞれにおける空燃比を互いに等しく制御するために前記燃料噴射弁を操作する場合の前記複数の気筒のそれぞれの前記燃料噴射弁の噴射量のばらつき度合いを学習するインバランス学習処理と、
前記ばらつき度合いが大きい場合に小さい場合よりも点火時期に対する要求をより進角側とする第1進角要求処理と、
前記内燃機関のトルク変動量が大きい場合に小さい場合よりも前記点火時期に対する要求をより進角側とする第2進角要求処理と、
前記第1進角要求処理と前記第2進角要求処理とのうちのより進角側の要求に応じて点火時期を操作する点火操作処理と、を実行する内燃機関の制御装置。 - 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点火時期の要求遅角量を設定する要求遅角量設定処理を実行し、
前記第1進角要求処理は、前記要求遅角量を減少補正するために前記要求遅角量に乗算する補正係数である第1補正係数を算出する処理であり、
前記第2進角要求処理は、前記要求遅角量を減少補正するために前記要求遅角量に乗算する補正係数である第2補正係数を算出する処理であり、
前記点火操作処理は、前記第1補正係数と前記第2補正係数とのうちの小さい方を前記要求遅角量に乗算した値に応じて前記点火時期を操作する処理である請求項1記載の内燃機関の制御装置。 - 前記第1進角要求処理は、前記内燃機関の冷却水の温度、前記内燃機関のクランク軸の回転速度、および前記内燃機関の負荷のうちの少なくとも1つに応じて当該第1進角要求処理による前記進角側の要求の上限値である第1ガード値を可変設定し、当該第1進角要求処理による前記進角側の要求を前記第1ガード値以下とする第1ガード処理を含む請求項1または2記載の内燃機関の制御装置。
- 前記第2進角要求処理は、前記内燃機関の冷却水の温度、前記内燃機関のクランク軸の回転速度、および前記内燃機関の負荷のうちの少なくとも1つに応じて当該第2進角要求処理による進角側の要求の上限値である第2ガード値を可変設定し、当該第2進角要求処理による前記進角側の要求を前記第2ガード値以下とする第2ガード処理を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記第2進角要求処理は、前記トルク変動量が小さい状態から大きい状態に変化することに応じた前記点火時期に対する要求の変化速度に対して、前記トルク変動量が大きい状態から小さい状態に変化することに応じた前記点火時期に対する要求の変化速度を小さくする処理を含む請求項2記載の内燃機関の制御装置。
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