JP3564945B2 - 内燃機関の燃料供給制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料供給制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関のアイドル時燃料制御は、例えば図７に示したように動作するようになっている。
即ち、外乱や補機作動時等においては、ＴＰ｛機関吸入空気流量ＱＡ／エンジン回転速度ＮＥに、一次遅れ処理（例えば、加重平均処理）を施して演算された値｝分の燃料を供給するのではなく、ＱＡ／ＮＥに近づけた燃料量を供給するようになっている。
【０００３】
そして、これにより、次の２つの機能を実現している。
▲１▼外乱によるアイドル回転落ち時、燃料増量で回転落ちを抑制する｛図７中（ａ）を参照｝。
▲２▼補機作動開始時等に行われる空気流量補正において、燃料補正で機関発生トルクの立ち上がりを良好にして、高応答で回転変動や回転落ち込みを抑制する｛図７中（ｂ）を参照｝。
【０００４】
つまり、上記▲１▼、▲２▼何れの場合も、ＱＡ／ＮＥ情報に基づいて、燃料量（当量比）によるトルクの進み補償処理を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば、通常は均質混合気（燃焼内全体に均等に燃料が分散している状態）で燃焼を行わせ、所定運転状態（低回転速度・低負荷状態等）において、燃焼室内に点火栓により着火可能な可燃混合比の混合気からなる層（１）と、ＥＧＲを含む空気層或いは点火栓による着火は困難であるが前記（１）層での燃焼火炎を受け燃焼可能な可燃混合比の混合気からなる層（２）の、層からなる成層混合気を形成し、極希薄な空燃比（リーン限界近傍の空燃比）で燃焼を実現し、ポンピングロスの低減効果等による燃費等の向上を図るようにしたエンジン（所謂燃焼室直接燃料噴射式ガソリンエンジン）がある（特開昭６２−１９１６２２号公報や特開平２−１６９８３４号公報等参照）。
【０００６】
なお、従来のように均質燃焼のみを行わせる場合には、アイドル時の目標当量比はほぼ一定であるため、上記従来の装置でも、良好に機能することができたが、前記燃焼室直接燃料噴射式ガソリンエンジンのように均質燃焼形態と成層燃焼形態とを切り換え、これに応じて目標当量比を切り換えるようなエンジンにとっては、以下のような事態が生じる惧れがある。
【０００７】
即ち、
図８に示すように、均質燃焼形態から成層燃焼形態へ切り換える際には、例えば、ＩＳＣバルブ等の吸入空気流量制御弁（空気弁）の開度を増加させて、吸入空気流量ＱＡ／ＮＥを増加させる一方で、出力トルク変動が起きないようにＴＰ（吸気）遅れに合わせてベース当量比を協調補正させつつ目標当量比を空気過剰率でｅｘ＝１からｅｘ＝０．３へと移行させるが、この際に、吸入空気流量制御弁（空気弁）の開度増加によるＱＡ／ＮＥの変化に応じて上記従来の装置による燃料補正が行われてしまうことになるため、トルクのアンバランスが生じ、アイドル回転速度が変動する等の惧れがある。
【０００８】
本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、外乱や補機作動に伴う負荷変化に良好に追従した燃料供給量の進み補償処理を行えると共に、尚且つ、例えば燃焼形態を切り換え、当量比を切り換えるような場合でも、該切り換えに応じた良好な燃料供給制御を行えるようにした内燃機関の燃料供給制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明では、図１に示すように、
少なくとも機関回転速度に基づいて内燃機関の発生トルクを推定演算する発生トルク推定演算手段と、
前記発生トルク推定演算手段により推定演算された発生トルクに基づいて、燃料供給量の進み補償量を設定する進み補償量設定手段と、
吸入空気流量に基づいて算出され、かつ前記進み補償量設定手段により設定された進み補償量を用いて補正された燃料供給量を機関に供給する燃料供給制御手段と、
を含んで構成した。
【００１０】
かかる構成とすると、外乱や補機作動に伴う空気量補正などに応じて、吸入空気流量や機関回転速度が変化し、機関に対する要求発生トルクが変化すると、吸入空気流量／機関回転速度（ＱＡ／ＮＥ）情報を目標当量比補正（空燃比補正）してトルク換算した量（Ｘ１、発生トルクの推定演算結果）の変化に応じて設定される進み補償量（Ｚ）は要求トルク変化に追従して比較的大きな値に設定されることになるので、燃料供給量によるトルクの進み補償処理を良好に行わせることができる。このため、外乱や補機作動に伴う空気量補正などがあっても、応答性よく、回転変動や回転の落ち込み、ふけ上がりなどを抑制して、安定した回転速度制御を行うことが可能となる。
【００１１】
一方、目標当量比や燃焼効率が異なる燃焼状態（例えば燃焼形態やＥＧＲ率や点火時期等）の切り換え中においては、機関の発生トルクは本来変化しないため、ＱＡ／ＮＥ情報を目標当量比補正してトルク換算した量（Ｘ１、発生トルクの推定演算結果）の変化に応じて設定される進み補償量（Ｚ）は小さな値或いは０に設定されることになるので、従来のように、ＱＡ／ＮＥ情報に基づいてトルクの進み補償処理を行う場合のように、目標当量比（燃焼状態、例えば燃焼形態）の切り換えと進み補償処理とが干渉し合ってしまって、アイドル変動等を招くなどの惧れを抑制することができることになる。
【００１２】
つまり、本発明によれば、外乱や補機作動に伴う空気量補正などに対して良好に燃料供給量の進み補償を行えると共に、目標当量比や燃焼効率が異なる燃焼状態（例えば燃焼形態やＥＧＲ率等）の切り換え中においては、目標当量比（燃焼状態、例えば燃焼形態）の切り換えと進み補償処理との干渉を抑制できるので、回転変動や回転の落ち込み、ふけ上がりなどを抑制して、機関安定性を向上させることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、前記発生トルク推定演算手段を、機関１回転当たりの吸入空気流量を目標当量比で補正して内燃機関の発生トルクを推定演算する手段として構成した。
このようにすると、外乱や補機作動に伴う空気量補正などに対して良好に燃料供給量の進み補償を行えると共に、目標当量比の切り換え中においては、目標当量比の切り換えと進み補償処理との干渉を抑制できるので、回転変動や回転の落ち込み、ふけ上がりなどを抑制して、機関安定性を向上させることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、前記発生トルク推定演算手段を、機関１回転当たりの吸入空気流量を目標当量比及び燃焼効率で補正して内燃機関の発生トルクを推定演算する手段として構成した。
このようにすると、外乱や補機作動に伴う空気量補正などに対して良好に燃料供給量の進み補償を行えると共に、目標当量比や燃焼効率（例えば燃焼形態やＥＧＲ率等）の切り換え中においては、目標当量比や燃焼効率（例えば燃焼形態やＥＧＲ率等）の切り換えと進み補償処理との干渉を抑制できるので、回転変動や回転の落ち込み、ふけ上がりなどを抑制して、機関安定性を向上させることができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、前記吸入空気流量を、目標吸入空気流量とした。かかる構成とすれば、予め定められている目標吸入空気流量に基づいて内燃機関の発生トルクを推定演算することが可能となるので、構成の簡略化、制御の迅速性等を促進することができる。
請求項５に記載の発明では、前記吸入空気流量を、計測吸入空気流量とした。
【００１６】
かかる構成とすれば、実際に計測された吸入空気流量に基づいて内燃機関の発生トルクを推定演算することが可能となるので、推定演算精度を向上させることが可能となる。
請求項６に記載の発明では、前記進み補償量設定手段を、目標当量比の切り換え中において、進み補償量を、目標当量比の切り換え前の進み補償量から経時と共に徐々に０に近づける手段を含んで構成するようにした。
【００１７】
即ち、例えば大気圧、吸気温度等の影響で目標当量比や燃焼効率が実際の要求値（現実に発生トルクを一定に保つために必要な要求値）と異なる惧れがあると、目標当量比や燃焼効率の切り換え時に、ＱＡ／ＮＥ情報を目標当量比補正してトルク換算した量（Ｘ１、発生トルクの推定演算結果）の変化が比較的大きくなり、進み補償量（Ｚ）が比較的大きな値に設定され、目標当量比や燃焼効率（例えば燃焼形態）の切り換え中において、必要以上に進み補償処理が実行されてしまうこととなって、目標当量比や燃焼効率（例えば燃焼形態）の切り換えと進み補償処理とが干渉し合ってしまって、多少なりともトルクバランスが崩れ、回転変動等を招くなど制御性が低下する惧れがあるが、かかる構成とすれば、必要以上に進み補償処理が実行されることを抑制できるので、例えば大気圧、吸気温度等の影響で目標当量比や燃焼効率が実際の要求値と異なっていても、目標当量比や燃焼効率（例えば燃焼形態やＥＧＲ率等）の切り換えと進み補償処理との干渉を極力抑制できるので、回転変動や回転の落ち込み、ふけ上がりなどを抑制して、機関安定性を向上させることができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明では、前記進み補償量設定手段を、目標当量比の切り換え中において、進み補償量を所定値にクランプ（目標当量比の切り換え前の値、或いは０に近い値、或いは０）に設定する手段を含んで構成するようにした。
かかる構成とすれば、やや請求項６に記載の発明に比べて制御安定性は低下するものの、確実かつ簡単な構成で、必要以上に進み補償処理が実行されることを抑制することが可能となる。
【００１９】
請求項８に記載の発明では、前記発生トルク推定演算手段を、燃焼効率を考慮して内燃機関の発生トルクを推定演算する手段として構成した。
かかる構成とすれば、外乱や補機作動に伴う空気量補正などに対して良好に燃料供給量の進み補償を行えると共に、燃焼効率（例えば燃焼形態やＥＧＲ率等）の切り換え中において、燃焼効率（例えば燃焼形態やＥＧＲ率等）の切り換えと進み補償処理との干渉を抑制できるので、回転変動や回転の落ち込み、ふけ上がりなどを抑制して、機関安定性を向上させることができる。
【００２０】
請求項９に記載の発明では、前記進み補償量設定手段を、燃焼効率の切り換え中において、進み補償量を、燃焼効率の切り換え前の進み補償量から経時と共に徐々に０に近づける手段を含んで構成するようにした。
かかる構成とすれば、請求項６に記載の発明と同様の作用効果を、燃焼効率の切り換え中において奏することが可能となる。
【００２１】
請求項１０に記載の発明では、前記進み補償量設定手段を、燃焼効率の切り換え中において、前記進み補償量を所定値にクランプ（目標当量比の切り換え前の値、或いは０に近い値、或いは０）する手段を含んで構成するようにした。
かかる構成とすれば、請求項７に記載の発明と同様の作用効果を、燃焼効率の切り換え中において奏することが可能となる。
【００２２】
請求項１１に記載の発明では、前記進み補償量設定手段を、目標当量比の切り換え直後、或いは燃焼効率の切り換え直後において、進み補償量が所定値となるようにする手段を含んで構成するようにした。
つまり、目標当量比や燃焼効率（例えば燃焼形態）の切り換え完了直後である場合においては、進み補償量（Ｚ）は、燃焼形態切り換え直後の発生トルク（Ｘ１）と、燃焼形態切り換え中にクランプ等していた値をひきずった値と、の変化量に基づいて設定されることになるから、進み補償量（Ｚ）が、目標当量比や燃焼効率（例えば燃焼形態）の切り換え完了直後に比較的大きな値となり、不必要な進み補償処理が実行されてしまって、トルクバランスが崩れる延いては回転変動が生じるなどの惧れがあるが、かかる構成とすれば、このような惧れを確実に回避することが可能となる。
【００２３】
請求項１２に記載の発明では、目標当量比の切り換え中、或いは燃焼効率の切り換え中において、内燃機関の回転速度を目標値に維持するための回転速度制御手段のフィードバック制御ゲインを大きくするようにした。
かかる構成とすると、目標当量比の切り換え中、或いは燃焼効率の切り換え中において、進み補償量（Ｚ）がクランプ等され過渡応答性が多少低下しても、目標回転速度に維持するための回転速度制御（所謂ＩＳＣ制御）のフィードバック制御ゲインが高く設定されることになるから、制御性、制御応答性を確保することが可能となる。
【００２４】
請求項１３に記載の発明では、目標当量比、燃焼形態、燃焼効率、吸気圧力、吸入空気流量、機関回転速度のうちの何れか１つの情報に基づいて、前記進み補償量設定手段における進み補償量の設定ゲインを変更するようにした。
かかる構成とすれば、エンジンダイナミクスに応じてきめ細かく進み補償量（Ｚ）を設定できるので、状態によらず、良好に安定した制御を実現することができる。
【００２５】
請求項１４に記載の発明では、目標当量比、燃焼形態、燃焼効率、吸気圧力、吸入空気流量、機関回転速度のうちの何れか１つの情報に基づいて、前記進み補償量設定手段における進み補償量の設定限界幅を変更するようにした。
かかる構成とすると、目標当量比、燃焼形態、燃焼効率、吸気圧力、吸入空気流量、機関回転速度のうちの何れか１つの情報に基づいて進み補償量の設定限界幅を変更することができるので、状態に応じて燃焼品質（失火、ばらつき等）を確保しつつ、良好に安定した制御を実現することができる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、外乱や補機作動に伴う空気量補正などに対して良好に燃料供給量の進み補償を行えると共に、目標当量比や燃焼効率が異なる燃焼状態（例えば燃焼形態やＥＧＲ率等）の切り換え中においては、目標当量比（燃焼状態、例えば燃焼形態）の切り換えと進み補償処理との干渉を抑制できるので、回転変動や回転の落ち込み、ふけ上がりなどを抑制して、機関安定性を向上させることができる。
【００２７】
請求項２に記載の発明によれば、外乱や補機作動に伴う空気量補正などに対して良好に燃料供給量の進み補償を行えると共に、目標当量比の切り換え中においては、目標当量比の切り換えと進み補償処理との干渉を抑制できるので、回転変動や回転の落ち込み、ふけ上がりなどを抑制して、機関安定性を向上させることができる。
【００２８】
請求項３に記載の発明によれば、外乱や補機作動に伴う空気量補正などに対して良好に燃料供給量の進み補償を行えると共に、目標当量比や燃焼効率（例えば燃焼形態やＥＧＲ率等）の切り換え中においては、目標当量比や燃焼効率（例えば燃焼形態やＥＧＲ率等）の切り換えと進み補償処理との干渉を抑制できるので、回転変動や回転の落ち込み、ふけ上がりなどを抑制して、機関安定性を向上させることができる。
【００２９】
請求項４に記載の発明によれば、予め定められている目標吸入空気流量に基づいて内燃機関の発生トルクを推定演算することが可能となるので、構成の簡略化、制御の迅速性等を促進することができる。
請求項５に記載の発明によれば、実際に計測された吸入空気流量に基づいて内燃機関の発生トルクを推定演算することが可能となるので、推定演算精度を向上させることが可能となる。
【００３０】
請求項６に記載の発明によれば、例えば大気圧、吸気温度等の影響で目標当量比や燃焼効率が実際の要求値と異なっていても、目標当量比や燃焼効率（例えば燃焼形態やＥＧＲ率等）の切り換えと進み補償処理との干渉を極力抑制できるので、回転変動や回転の落ち込み、ふけ上がりなどを抑制して、機関安定性を向上させることができる。
【００３１】
請求項７に記載の発明によれば、やや請求項６に記載の発明に比べて制御安定性は低下するものの、確実かつ簡単な構成で、必要以上に進み補償処理が実行されることを抑制することが可能となる。
請求項８に記載の発明によれば、外乱や補機作動に伴う空気量補正などに対して良好に燃料供給量の進み補償を行えると共に、燃焼効率（例えば燃焼形態やＥＧＲ率等）の切り換え中において、燃焼効率（例えば燃焼形態やＥＧＲ率等）の切り換えと進み補償処理との干渉を抑制できるので、回転変動や回転の落ち込み、ふけ上がりなどを抑制して、機関安定性を向上させることができる。
【００３２】
請求項９に記載の発明によれば、請求項６に記載の発明と同様の作用効果を、燃焼効率の切り換え中において奏することが可能となる。
請求項１０に記載の発明によれば、請求項７に記載の発明と同様の作用効果を、燃焼効率の切り換え中において奏することが可能となる。
請求項１１に記載の発明によれば、進み補償量（Ｚ）が、目標当量比や燃焼効率（例えば燃焼形態やＥＧＲ率等）の切り換え完了直後に比較的大きな値となり、不必要な進み補償処理が実行されてしまって、トルクバランスが崩れる延いては回転変動が生じるなどの惧れを確実に回避することができる。
【００３３】
請求項１２に記載の発明によれば、目標当量比の切り換え中、或いは燃焼効率の切り換え中において、進み補償量（Ｚ）がクランプ等され過渡応答性が多少低下しても、目標回転速度に維持するための回転速度制御（ＩＳＣ制御）のフィードバック制御ゲインが高く設定されることになるから、制御性、制御応答性を確保することが可能となる。
【００３４】
請求項１３に記載の発明によれば、エンジンダイナミクスに応じてきめ細かく進み補償量（Ｚ）を設定できるので、状態によらず、良好に安定した制御を実現することができる。
請求項１４に記載の発明によれば、目標当量比、燃焼形態、燃焼効率、吸気圧力、吸入空気流量、機関回転速度のうちの何れか１つの情報に基づいて進み補償量の設定限界幅を変更することができるので、状態に応じて燃焼品質（失火、ばらつき等）を確保しつつ、良好に安定した制御を実現することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施の形態を、添付の図面に基づいて説明する。
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す図である。本実施形態では、燃料供給手段としての燃料噴射弁１５により燃焼室１０に直接燃料を噴射供給する燃焼室直接燃料噴射式ガソリンエンジンの例を示しているが、吸気ポートに燃料噴射弁を配設した吸気ポート燃料噴射式ガソリンエンジンであっても適用できるものである。
【００３６】
コントローラ１９は、Ｉ／ＯインターフェースやＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなり、各種センサや各種スイッチ（エアコン操作スイッチ等）からの信号が入力されると共に、これら各種信号に基づいてＲＯＭ上に格納された後述するプログラムを実行するようになっている。なお、かかるコントローラ１９が、本発明に係る発生トルク推定演算手段、進み補償量設定手段、燃料供給制御手段としてソフトウェア的に機能することになる。
【００３７】
燃料噴射弁１５は、コントローラ１９からの指令により、例えば所定気筒の吸気行程において燃料噴射（燃料供給）を行うことで均質混合気（燃焼室１０全域に亘ってほぼ均一な空燃比となる混合気）を形成する一方、圧縮行程において燃料噴射を行うことで燃焼室１０内の一部に混合気が偏在する成層混合気を形成することができるものである。つまり、燃料噴射弁１５からの燃料供給時期を切り換えることで、均質混合気による燃焼（均質燃焼）と、成層混合気による燃焼（成層燃焼）と、を切り換えることができるようになっている。ところで、成層混合気により燃焼を行わせる際には、コントローラ１９を介して後述するスロットル弁４或いは補助空気流量制御バルブ３を所定量開弁させて吸入空気流量を所定量増加させた（当量比を小さくした）うえで、所定の極希薄な混合気を形成するようになっている。従って、成層混合気による燃焼時には、吸気の通気抵抗が減少されるから、ポンピングロスが低減され、以って燃費が向上し延いては排気有害成分の排出量も低減されることになる。
【００３８】
なお、吸気コレクタ５を介装し、吸気弁１３を備えた吸気ポートに接続される吸気通路６には、吸入空気流量ＱＡを検出するエアフローメータ１が設けられている。ところで、エアフローメータ１を設ける代わりに、後述するスロットル弁４の下流側に吸気圧力ＢＳＴを検出するセンサ（図示せず）を設け、吸入空気流量の情報の一つとして吸気圧力ＢＳＴをコントローラ１９へ入力させるように構成することができる。
【００３９】
また、その下流側には、吸入空気流量を制御するスロットル弁４が介装されており、該スロットル弁４をアクチュエータ（モータ等）３０により電気的に（運転者のアクセル操作とは独立に）開度制御する機構が備えられている。
また、前記スロットル弁４をバイパスして吸気を燃焼室１０内へ導入させるための補助空気通路２が設けられていると共に、該補助空気通路２には当該補助空気通路２の流量を制御する補助空気流量制御（ＩＳＣ）バルブ３が介装されている。なお、補助空気通路２、補助空気流量制御バルブ３については、例えばアイドル時の吸入空気流量を精度よく制御することができれば、スロットル弁４、アクチュエータ（モータ等）３０により代用させることも可能である。なお、補助空気流量制御バルブ３やスロットル弁４等の空気弁が、吸入空気流量を制御する手段に相当し、コントローラ１９が、従来同様に、これらの開度を制御することで機関吸入空気流量を制御して、機関の回転速度を目標値に維持する回転速度制御手段として機能することになる。
【００４０】
燃焼室１０内に臨んでシリンダヘッド９に配設され、燃焼室１０内の混合気に対して点火を行う点火栓１６は、コントローラ１９からの指令により所定時期に点火を行うようになっている。
また、排気は排気弁１４を介して排気ポート７、排気通路へ導出されるが、排気中の酸素濃度から空燃比を検出する空燃比センサ１７が、排気通路に配設されている。
【００４１】
なお、シリンダブロック８に摺動自在に保持されるピストン１１の往復運動を、コネクティングロッド１２を介して回転力として取り出すためのクランク軸の回転角度を検出するクランク角度センサ２１が設けられており、当該クランク角度センサ２１の検出信号に基づいて、コントローラ１９ではクランク角度位置やエンジン回転速度ＮＥを検出できるようになっている。
【００４２】
ところで、図２中には図示していないが、スロットル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサが設けられ、エンジン水温ＴＷを検出するための水温センサが機関１のウォータジャケットに臨んで設けられると共に、ドライバ（運転者）の要求を検知するためにアクセル開度ＡＣＣを検出する例えばポテンショメータ等を含んで構成されるアクセル操作量検出センサなども設けられ、これらの検出信号がコントローラ１９へ入力されるようになっている。
【００４３】
ここで、本実施形態に係る作用について説明する。本実施形態は、従来においてＱＡ／ＮＥ情報に基づいて燃料補正量（進み補償量）を演算していたものを、機関の発生トルク相当量に基づいて燃料補正量（進み補償量）を演算するようにするものである。
具体的には、図３、図４に示すようなフローチャートを、本実施形態におけるコントローラ１９が行うことになる。なお、本発明にかかる発生トルク推定演算手段、進み補償量設定手段、燃料供給制御手段としての機能は、後述するように、当該フローチャートにより達成されることになる。
【００４４】
以下、図３、図４のフローチャートに従って説明する。
Ｓ１では、エンジン回転数ＮＥ、機関吸入空気流量ＱＡ、エンジン水温ＴＷ、吸気圧力ＢＳＴ等を読み込む。
Ｓ２では、成層燃焼形態と均質燃焼形態との間で燃焼形態を切り換え中か否かを判断する（燃焼形態の切り換えに拘わらず、目標当量比を不連続に切り換える場合も含む）。ＮＯであれば、Ｓ３へ進む。ＹＥＳであれば、Ｓ６へ進む。
【００４５】
なお、以下、先に、燃焼形態（目標当量比）を切り換え中でない場合や燃焼形態（目標当量比）の切り換え完了直後でない場合（Ｓ３へ進む場合）について説明する。つまり、外乱発生時や、補機（例えばエアコンなど）の作動・停止に伴う空気量補正時などにおいて行われる進み補償処理について説明する。
Ｓ３では、ＱＡ／ＮＥに対して、目標当量比補正（空燃比補正）及び燃焼効率補正を施し、トルク換算した量（Ｘ１）を演算する。該Ｓ３が、本発明にかかる発生トルク推定演算手段に相当する。
【００４６】
Ｘ１＝ＴＦＢＹＡ×ＥＦＦＩ×ＱＡ／ＮＥ
ここで、ＴＦＢＹＡ；目標当量比
ＥＦＦＩ； 燃焼効率
なお、同一空気量・同一燃料供給量でも、成層燃焼と均質燃焼とでは発生トルクが異なり、また、同一空気量・同一燃料供給量でも、ＥＧＲ率や点火時期によって発生トルクが異なる。また、当量比を下げると、それだけ吸入空気流量を増大できるので、ＩＳＣバルブ等の吸入空気流量制御弁（空気弁）の開度を増加でき、以ってポンピングロスが低減され、同一空気流量・同一燃料供給量でも発生トルクが大きくなる。このような相違は、燃焼効率ＥＦＦＩの高さとして表すことができる。
【００４７】
ところで、前記ＱＡは、エアフローメータにより検出される計測吸入空気流量でなくても、例えば目標当量比や燃焼形態の切り換えに応じて予め設定されている目標吸入空気流量とすることもでき、このようにすると、予め定められている目標吸入空気流量に基づいて内燃機関の発生トルクを推定演算することが可能となるので、構成の簡略化、制御の迅速性等を促進することができる。
【００４８】
Ｓ４では、Ｘ２＝一次ＬＰＦ（Ｘ１）なる処理を行う。
ここで、ＬＰＦは、計測された機関吸入空気流量ＱＡを、シリンダ内（筒内若しくは燃焼室内）流入空気流量に近似させるための遅れ一次モデルである（例えば、加重平均処理）。
Ｓ５では、ＩＳＣハイゲインフラグを０にセットして（回転速度を目標値に維持するための回転速度制御のフィードバック制御ゲインを通常として）、Ｓ８へ進む。
【００４９】
Ｓ８では、燃焼形態の切り換え完了直後か否かを判断する。
ＹＥＳであればＳ９へ進み、ＮＯであれば、Ｓ９をとばして、Ｓ１０へ進む。つまり、燃焼形態（目標当量比）の切り換え完了直後でない場合には、Ｓ１０へ進むことになるが、当該Ｓ１０では、エンジン水温ＴＷ＞ＴＷＳＬ＃、かつ、｜Ｘ１−Ｘ２｜＜ＸＳＬ＃であるか否かを判断する。
【００５０】
なお、ＴＷＳＬ＃は『進み補償処理実行水温』であり、ＸＳＬ＃は『進み補償処理実行Ｘ１，Ｘ２差』（制御開始時の燃料噴射量段差による回転変動を防止するための条件である）である。
ＹＥＳであれば、進み補償処理を実行すべく、Ｓ１１へ進む。ＮＯであれば、進み補償処理を実行すべきではないので、Ｓ１６へ進む。
【００５１】
Ｓ１１では、成層燃焼中か均質燃焼中かを判断する。成層燃焼中であればＳ１２へ進み、均質燃焼中であればＳ１４へ進む。なお、かかる判断は、例えば、車速や機関の運転状態（負荷、回転速度、暖機状態）に基づき判断することが可能である。
Ｓ１２では、以下のようにして、成層燃焼時ゲインマップＭＡＰＧＳを参照してゲインＧＳを求め、成層燃焼時に対応した進み補償量（Ｚ）を算出する。
【００５２】
ＧＳ＝ＭＡＰＧＳ（ＢＳＴ，ＮＥ）
Ｚ＝（Ｘ１−Ｘ２）×ＧＳ
更に、Ｓ１３では、以下のようにして、成層燃焼時リーン側リミッタマップＭＡＰＧＳＳを参照してリーン側リミット値ＧＳＳを求める。また、成層燃焼時リッチ側リミッタマップＭＡＰＧＳＬを参照してリッチ側リミット値ＧＳＬを求める。そして、進み補償量（Ｚ）のリミッタ処理を行う。
【００５３】
即ち、
ＧＳＳ＝ＭＡＰＧＳＳ（ＢＳＴ，ＮＥ）
ＧＳＬ＝ＭＡＰＧＳＬ（ＢＳＴ，ＮＥ）
Ｘ２ × ＧＳＳ ≦ Ｚ ≦ Ｘ２ × ＧＳＬ
なる処理を行って、Ｓ１７へ進む。なお、該Ｓ１２、Ｓ１３が、本発明にかかる進み補償量設定手段に相当する。
【００５４】
一方、Ｓ１４では、以下のようにして、均質燃焼時ゲインマップＭＡＰＧＨを参照してゲインＧＨを求め、均質燃焼時に対応した進み補償量（Ｚ）を算出する。
ＧＳ＝ＭＡＰＧＨ（ＢＳＴ，ＮＥ）
Ｚ＝（Ｘ１−Ｘ２）×ＧＨ
Ｓ１５では、以下のようにして、均質燃焼時リーン側リミッタマップＭＡＰＧＨＳを参照してリーン側リミット値ＧＨＳを求める。また、均質燃焼時リッチ側リミッタマップＭＡＰＧＨＬを参照してリッチ側リミット値ＧＨＬを求める。そして、進み補償量（Ｚ）のリミッタ処理を行う。
【００５５】
即ち、
ＧＨＳ＝ＭＡＰＧＨＳ（ＢＳＴ，ＮＥ）
ＧＨＬ＝ＭＡＰＧＨＬ（ＢＳＴ，ＮＥ）
Ｘ２ × ＧＨＳ ≦ Ｚ ≦ Ｘ２ × ＧＨＬ
なる処理を行って、Ｓ１７へ進む。なお、該Ｓ１４、Ｓ１５が、本発明にかかる進み補償量設定手段に相当する。
【００５６】
ところで、Ｓ１０において、進み補償処理を実行すべきではないと判断されると、Ｓ１６へ進むが、当該Ｓ１６では、進み補償量（Ｚ）を０にセットして、Ｓ１７へ進む。
Ｓ１７では、以下のようにして、燃料噴射量を演算して、燃料噴射弁１５に実際に燃料を噴射すべく信号を送る。
【００５７】
燃料噴射量＝ＫＦ＃×ＴＦＢＹＡ×（ＱＡ／ＮＥ）×（Ｚ＋Ｘ２）／Ｘ２
ここで、ＫＦ＃は、ストイキ（理論空燃比）時のｌ／ｃｙｌであり、燃料量の感度に相当する。なお、該Ｓ１７が、本発明にかかる燃料供給制御手段の一部を構成する。
このようにすると、外乱や補機作動に伴う空気量補正などに応じて、ＱＡ／ＮＥが変化し、機関１に対する要求発生トルク（換言すればＸ１）が変化すると（なお、この場合はＴＦＢＹＡやＥＦＦＩは一定である）、ＱＡ／ＮＥ情報を目標当量比補正（空燃比補正）及び燃焼効率補正してトルク換算した量Ｘ１に基づいて（要求発生トルク変化に追従して）進み補償量（Ｚ）が比較的大きな値で定められるので、燃料供給量によるトルクの進み補償処理を良好に行わせることができる。このため、外乱や補機作動に伴う空気量補正などがあっても、応答性よく、回転変動や回転の落ち込み、ふけ上がりなどを抑制して、安定した回転速度制御を行うことが可能となる（図５を参照）。
【００５８】
なお、燃焼形態（目標当量比）の切り換え中や燃焼形態（目標当量比）の切り換え完了直後である場合においては、機関１の発生トルク（換言すればＸ１）は本来変化しないため（Ｘ２はＸ１に等しいか近い値になる）、ＱＡ／ＮＥ情報を目標当量比補正（空燃比補正）及び燃焼効率補正してトルク換算した量Ｘ１に基づく進み補償量（Ｚ）は小さな値或いは０に設定されるので、従来のように、ＱＡ／ＮＥ情報に基づいてトルクの進み補償処理を行う場合のように、燃焼形態（目標当量比）の切り換えと進み補償処理とが干渉し合ってしまって、回転変動等を招くなどの惧れを抑制することができることになるのである。
【００５９】
つまり、本実施形態によれば、燃焼形態（目標当量比）の切り換え中においては、ＱＡ／ＮＥ変化に無闇に追従することなく、機関１の発生トルクを一定に維持するようになるから、従来のようなＱＡ／ＮＥ情報に基づくトルクの進み補償処理を行う場合のように、燃焼形態（目標当量比）の切り換えと進み補償処理とが干渉し合ってしまって、回転変動等を招くなどの惧れを抑制することができることになるのである。
【００６０】
ところで、ＱＡ／ＮＥ情報を目標当量比補正（空燃比補正）及び燃焼効率補正してトルク換算した量Ｘ１に基づくトルクの進み補償処理によれば、上述したように、燃焼形態の切り換え（目標当量比の不連続な切り換え）等があっても、安定した回転速度制御を実現することができるのであるが、これは、発生トルクが一定なら、当量比によらず、”ＴＦＢＹＡ×ＥＦＦＩ×ＱＡ／ＮＥ”は一定であるということを前提にしている。
【００６１】
しかし、例えば大気圧、吸気温度等の影響で目標当量比ＴＦＢＹＡや燃焼効率ＥＦＦＩが実際の要求値（現実に発生トルクを一定に保つために必要な要求値）と異なる惧れがあると、計測吸入空気流量ＱＡや計測エンジンＮＥを含む”ＴＦＢＹＡ×ＥＦＦＩ×ＱＡ／ＮＥ（＝Ｘ１）”は、定常的及び過渡的に変化してしまう（誤差を含む）ことになる｛図６中の”ＴＦＢＹＡ×ＥＦＦＩ×ＱＡ／ＮＥ”に対応するタイムチャートを参照｝。
【００６２】
つまり、定常状態で説明すると、同一発生トルクを得ようとすると、燃焼形態（目標当量比）の切り換え前後において、計測吸入空気流量ＱＡや計測エンジン回転速度ＮＥに基づくＸ１には、図６中の”Ｘ１”に対応するタイムチャートに示される程度の段差（誤差）が生じる惧れがあるということである｛誤差がなければ、上述したように、本来、Ｘ１は、燃焼形態（目標当量比）の切り換えに拘わらず一定である｝。
【００６３】
このため、（Ｘ１−Ｘ２）の値が比較的大きくなり、進み補償量（Ｚ）が比較的大きな値に設定され、燃焼形態（目標当量比）の切り換え中や燃焼形態（目標当量比）の切り換え完了直後には本来必要でないトルクの進み補償処理が実行されてしまうこととなって、燃焼形態（目標当量比）の切り換えと進み補償処理とが干渉し合ってしまって、多少なりともトルクバランスが崩れ、回転変動等を招くなど制御性が低下する惧れがある。
【００６４】
そこで、本実施形態では、例えば大気圧、吸気温度等の影響で目標当量比ＴＦＢＹＡや燃焼効率ＥＦＦＩが実際の要求値と異なる場合における制御性の悪化を抑制するために、以下に説明するような処理を行うようにしている。
即ち、
Ｓ２において、燃焼形態の切り換え（目標当量比の不連続な切り換え）中であると判断された場合には、Ｓ６へ進ませる。
【００６５】
Ｓ６では、前回のＸ１（ｏｌｄ）をＸ１にセットすると共に、Ｘ１（ｏｌｄ）を用いてＸ２を演算して、Ｓ７へ進む。
つまり、燃焼形態の切り換え（当量比の不連続な切り換え）があって、Ｓ６へ進む場合は、大気圧、吸気温度等の影響で目標当量比ＴＦＢＹＡや燃焼効率ＥＦＦＩが実際の要求値と異なることに起因するＸ１の変化に基づき実行されるトルク進み補償処理を禁止すべく、トルク換算した量（Ｘ１）＝Ｘ１（ｏｌｄ）として、Ｘ１を前回値（切り換え前の値）にクランプする。ところで、クランプされたＸ１に基づき演算されるＸ２は、燃焼形態の切り換え中において、徐々にＸ１（ｏｌｄ）に近づくことになる。即ち、Ｘ１を前回値（切り換え前の値）にクランプする前の情報の分だけ、引き続き進み補償処理が継続されることになる。なお、燃焼形態の切り換え前が定常状態であれば、Ｘ２＝Ｘ１（ｏｌｄ）となる。
【００６６】
ところで、Ｓ６において、Ｘ１＝Ｘ１（ｏｌｄ）とすると共に、Ｘ２＝Ｘ１（ｏｌｄ）としてもよい。
つまり、燃焼形態の切り換え（目標当量比の不連続な切り換え）開始と同時に、後述する進み補償量（Ｚ）を所定値にクランプするように、或いは０近傍に設定する、若しくは瞬時に０になるようにすれば、不必要に行われる進み補償処理を禁止できるので、トルクバランスが崩れ延いては回転変動が生じるなどの惧れを回避することが可能となるのである。但し、進み補償量（Ｚ）が所定値にクランプされたり、０近傍に設定する、若しくは瞬時に０になるようにすると、定常補償となるので、クランプ時の補正量によっては、燃焼形態（当量比）切り換え中の制御性がやや低下したり、発生トルクに段差が生じる惧れがある。このため、図３のＳ６で示したように、Ｘ１を前回値（切り換え前の値）にクランプし、クランプされたＸ１に基づき演算されるＸ２を、徐々にＸ１（ｏｌｄ）に近づけて、進み補償量（Ｚ）を徐々に０に近づけるように、即ち、Ｘ１を前回値（切り換え前の値）にクランプする前の情報の分だけ、引き続き進み補償処理を継続させるようにするのが好ましい。
【００６７】
次に、Ｓ７では、ＩＳＣハイゲインフラグを１にセットして（目標回転速度に維持するための回転速度制御のフィードバック制御ゲインを大きくして、制御性、制御応答性を高めるようにして）、Ｓ８へ進む。
つまり、Ｓ６でＸ１をクランプし、Ｘ２をそれに基づき演算すると、Ｓ１２、Ｓ１４において演算される進み補償量（Ｚ）は、徐々に０に近づけられクランプされるようになる。ところが、本来進み補償処理は、運転状態の変化に追従させるための過渡的な補償であるため、進み補償量（Ｚ）がクランプされると、定常補償となるので、クランプ時の進み補償量（Ｚ）によっては、燃焼形態（当量比）切り換え中の制御性が低下することになる。このため、目標回転速度に維持するための回転速度制御（ＩＳＣ制御）のフィードバック制御ゲインを高くして、制御性、制御応答性を高めるようにするのである。
【００６８】
なお、燃焼形態の切り換え（目標当量比の不連続な切り換え）開始と同時に、進み補償量（Ｚ）を所定値にクランプする場合や０近傍に設定する或いは瞬時に０にする場合も同様にして、機関回転速度を目標値に維持するための回転速度制御（ＩＳＣ制御）の制御ゲインを大きくして、制御応答性を高めるようにするのが好ましい。
【００６９】
次のＳ９では、燃焼形態の切り換え完了直後であるので、Ｘ２を、燃焼形態の切り換え完了後にＳ２〜Ｓ４を通って演算されたＸ１（燃焼形態切り換え後のＸ１）にクランプして、Ｓ１０へ進ませる。つまり、燃焼形態切り換え後のＸ１と、Ｘ２と、を一致させないと、Ｓ１２、Ｓ１４において進み補償量（Ｚ）は、燃焼形態切り換え後のＸ１と、燃焼形態切り換え前のクランプしていた値をひきずったＸ２（Ｘ２は一次遅れ処理後の値であるから）と、に基づいて演算されることになるから、進み補償量（Ｚ）が燃焼形態の切り換え完了直後に比較的大きな値となり、不必要なトルク進み補償処理が実行されてしまって、トルクバランスが崩れる延いては回転変動が生じるなどの惧れがあるが、Ｘ２＝Ｘ１とすれば、かかる惧れを回避することが可能となるのである。
【００７０】
このように、本実施形態によれば、外乱や補機作動に伴う空気量補正などがあった場合には、ＱＡ／ＮＥ情報を目標当量比補正（空燃比補正）及び燃焼効率補正してトルク換算した量（Ｘ１）に基づき、進み補償量（Ｚ）を比較的大きな値に設定し、燃料供給量によるトルクの進み補償処理を良好に行えるようにしたので、応答性よく、回転変動や回転の落ち込み、ふけ上がりなどを抑制して、安定した回転速度制御を行わせることができる。
【００７１】
また、燃焼形態（目標当量比）を切り換える際には、ＱＡ／ＮＥ情報を目標当量比補正（空燃比補正）及び燃焼効率補正してトルク換算した量（Ｘ１）に基づき、進み補償量（Ｚ）を小さな値或いは０に設定できる構成とし、燃料供給量によるトルクの進み補償処理が実質的に行われないようにしたので、ＱＡ／ＮＥ情報に基づいてトルクの進み補償処理を行う場合のように、燃焼形態（目標当量比）の切り換えと進み補償処理とが干渉し合ってしまって、回転変動等を招くなどの惧れを抑制することができる。
【００７２】
然も、例えば大気圧、吸気温度等の影響で目標当量比ＴＦＢＹＡや燃焼効率ＥＦＦＩが実際の要求値（現実に発生トルクを一定に保つために必要な要求値）と異なる場合を考慮して、燃焼形態（当量比）の切り換え中や切り換え完了直後においては、進み補償量（Ｚ）を徐々に０になるように、或いは所定値にクランプするように、或いは０近傍に設定する、若しくは瞬時に０になるようにしたので、大気圧、吸気温度等の影響で目標当量比ＴＦＢＹＡや燃焼効率ＥＦＦＩが実際の要求値と異なることにより不必要に行われる進み補償処理を確実に禁止させることができるので、一層安定した回転速度制御を行わせることができる。
【００７３】
また、本実施形態では、燃焼形態（当量比）の切り換え中において、進み補償量（Ｚ）を徐々に０に近づける、或いは所定値にクランプする、若しくは０近傍に設定する、若しくは瞬時に０になるようにした場合には、機関回転速度を目標値に維持するための回転速度制御（ＩＳＣ制御）のフィードバック制御ゲインを大きくしたので、燃焼形態（当量比）の切り換え中における回転速度制御性を向上させることができる。
【００７４】
そして、Ｓ１２、Ｓ１４において、燃焼形態、当量比、エンジン回転速度ＮＥ、吸気圧力ＢＳＴ（吸入空気流量ＱＡでもよい）に応じて、進み補償量（Ｚ）を設定する際のゲイン（本発明にかかる設定ゲイン）を変更（連続的に或いはステップ的に変更させることが可能である）するようにしたので、エンジンダイナミクスに応じてきめ細かく進み補償量（Ｚ）を設定できるので、状態によらず、良好に安定した回転速度制御（機関の安定化）を実現できる。
【００７５】
更に、Ｓ１３、Ｓ１５において、燃焼形態、当量比、エンジン回転速度ＮＥ、吸気圧力ＢＳＴ（吸入空気流量ＱＡでもよい）に応じて、進み補償量（Ｚ）の操作幅（リーン限界やリッチ限界であり、本発明にかかる設定限界幅に相当する）を変更（連続的に或いはステップ的に変更させることが可能である）するようにしたので、燃焼品質（失火、ばらつき等）を確保しつつ、機関の安定化を実現することが可能となる。
【００７６】
ところで、本発明は、アイドル時における制御に限定されるものではなく、例えば、全て運転領域において、外乱、補機（エアコン、パワステ、電気負荷、自動変速機のＤ・Ｒレンジ選択等）による負荷変動があった場合や、燃焼形態、当量比、ＥＧＲ率、点火時期、パージ率等を切り換えるようにした場合に適用することができるものである。
【００７７】
また、本発明は、燃焼室直接燃料噴射式ガソリンエンジンや吸気ポート内燃料噴射エンジンに適用することができるものであり、また均質ストイキ燃焼、均質リーン燃焼、成層リーン燃焼など、種々の燃焼形態の間で燃焼形態を切り換えるようなものにも適用できるものである。また、燃焼形態を切り換える場合に限定されるものではなく、その他、燃焼効率が異なる運転状態間で運転状態を切り換える場合、例えばＥＧＲ率の切り換え、点火時期の切り換え、スワール比の切り換え、バルブタイミング・リフトの切り換え等にも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るシステム構成図。
【図３】同上実施形態における進み補償処理ルーチンを説明するフローチャート（その１）。
【図４】同上実施形態における進み補償処理ルーチンを説明するフローチャート（その２）。
【図５】本発明における外乱時における進み補償処理を説明するタイムチャート。
【図６】本発明における燃焼形態（均質→成層）切り替え時における進み補償処理を説明するタイムチャート。
【図７】従来技術を説明するためのタイムチャート。
【図８】従来技術をそのまま採用した場合における課題を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１ エアフローメータ
２ 補助空気通路
３ 補助空気流量制御バルブ
４ スロットル弁
１０ 燃焼室（筒内）
１１ ピストン
１５ 燃料噴射弁
１６ 点火栓
１９ コントローラ（ＥＣＵ）
２１ クランク角度センサ
３０ アクチュエータ

Claims (14)

1. 少なくとも機関回転速度に基づいて内燃機関の発生トルクを推定演算する発生トルク推定演算手段と、
   前記発生トルク推定演算手段により推定演算された発生トルクに基づいて、燃料供給量の進み補償量を設定する進み補償量設定手段と、
   吸入空気流量に基づいて算出され、かつ前記進み補償量設定手段により設定された進み補償量を用いて補正された燃料供給量を機関に供給する燃料供給制御手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の燃料供給制御装置。
2. 前記発生トルク推定演算手段が、機関１回転当たりの吸入空気流量を目標当量比で補正して内燃機関の発生トルクを推定演算する手段であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
3. 前記発生トルク推定演算手段が、機関１回転当たりの吸入空気流量を目標当量比及び燃焼効率で補正して内燃機関の発生トルクを推定演算する手段であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
4. 前記吸入空気流量が、目標吸入空気流量であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
5. 前記吸入空気流量が、計測吸入空気流量であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
6. 前記進み補償量設定手段が、目標当量比の切り換え中において、進み補償量を、目標当量比の切り換え前の進み補償量から経時と共に徐々に０に近づける手段を含んで構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１つに記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
7. 前記進み補償量設定手段が、目標当量比の切り換え中において、進み補償量を所定値にクランプする手段を含んで構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１つに記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
8. 前記発生トルク推定演算手段が、燃焼効率を考慮して内燃機関の発生トルクを推定演算する手段であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
9. 前記進み補償量設定手段が、燃焼効率の切り換え中において、進み補償量を、燃焼効率の切り換え前の進み補償量から経時と共に徐々に０に近づける手段を含んで構成されたことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
10. 前記進み補償量設定手段が、燃焼効率の切り換え中において、前記進み補償量を所定値にクランプする手段含んで構成されたことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
11. 前記進み補償量設定手段が、目標当量比の切り換え直後、或いは燃焼効率の切り換え直後において、進み補償量が所定値となるようにする手段を含んで構成されたことを特徴とする請求項６、７、９、１０の何れか１つに記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
12. 目標当量比の切り換え中、或いは燃焼効率の切り換え中において、内燃機関の回転速度を目標値に維持するための回転速度制御手段のフィードバック制御ゲインを大きくすることを特徴とする請求項１〜請求項１１の何れか１つに記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
13. 目標当量比、燃焼形態、燃焼効率、吸気圧力、吸入空気流量、機関回転速度のうちの何れか１つの情報に基づいて、前記進み補償量設定手段における進み補償量の設定ゲインを変更することを特徴とする請求項１〜請求項１２の何れか１つに記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
14. 目標当量比、燃焼形態、燃焼効率、吸気圧力、吸入空気流量、機関回転速度のうちの何れか１つの情報に基づいて、前記進み補償量設定手段における進み補償量の設定限界幅を変更することを特徴とする請求項１〜請求項１３の何れか１つに記載の内燃機関の燃料供給制御装置。

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