JP3654010B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に成層燃焼と均質燃焼とを運転状態に応じて切り換える機関における該燃焼切換時の当量比の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ガソリン機関等の火花点火式機関において、燃料を燃焼室内に直接噴射し、低・中負荷領域では、燃料を圧縮行程で噴射することにより点火プラグ付近のみに可燃混合気を層状に生成して成層燃焼を行い、これにより、空燃比を大幅にリーンとした燃焼を可能として燃費，排気浄化性能を大きく改善した技術が開発されている。
【０００３】
但し、該成層燃焼を行なう内燃機関でも、所定以上の高負荷領域では、限られたシリンダ容積で要求トルクを確保するためには、燃料を吸気行程で噴射して均質に混合した混合気を形成し、均質燃焼を行なう必要があり、したがって、成層燃焼と均質燃焼とを運転状態に応じて切り換えるようにしている。
【０００４】
この種の成層燃焼−均質燃焼を切換可能な機関において、通常は成層燃焼ではＮＯｘ低減のため排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲを実行する必要があるが、成層燃焼と切り換えられる直後の均質燃焼では空燃比を極限までリーン化した状態での燃焼であるため、ＥＧＲを行なうと燃焼性が悪化するためＥＧＲは禁止している。なお、ＮＯｘについては、元々ＮＯｘ排出レベルが比較的低い運転状態であり、空燃比を十分にリーン化して燃費改善しつつＮＯｘの生成量を押さえることで対処できる。
【０００５】
しかし、成層燃焼から均質燃焼（リーン) への切換時には、成層燃焼の終了と同時にＥＧＲを停止する指令を出力しても、吸気系に残留するＥＧＲガスにより燃焼が不安定となって失火するおそれがある。
【０００６】
なお、均質燃焼から成層燃焼への切換時には、ＥＧＲ量の増大に遅れがあっても、吸入空気量の増大にも遅れがあるため、成層燃焼切換直後の過渡状態でも十分なＥＧＲを実行することが可能であり、問題はない。
【０００７】
以上の点に鑑み、本願出願人は、成層燃焼から均質燃焼への切換時に、切換直前の運転状態（回転速度，負荷及びＥＧＲ率) に応じて目標当量比の下限値を設定する技術について、先に出願した（特願平９−１４４１７１号) 。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記技術では前記目標当量比の下限値を燃焼状態切換直前の運転状態に基づいて固定していたが、残留ＥＧＲ率は切換後も減少する。このため、切換後は前記下限値で規制される当量比が残留ＥＧＲ率の減少にしたがって最適値よりリッチな値に制御されてしまい、トルクが出過ぎて機関回転の吹け上がりを生じたり、ＮＯｘ排出量の増加を招くことがあった。
【０００９】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、成層燃焼から均質燃焼への切換直後の当量比が最適値となるように目標当量比の下限値を設定することにより、失火を抑制しつつトルク増大による機関回転の吹け上がりやＮＯｘ排出量の増大も抑制できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、図１に示すように、
燃焼室内の混合気を成層状態と均質状態とに切り換えることにより、燃焼状態を成層燃焼と均質燃焼とに切換可能であると共に、排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置を備え、該ＥＧＲを成層燃焼から切換直後の均質燃焼時は禁止する内燃機関の制御装置において、
燃焼状態の切換過渡状態を検出する過渡状態検出手段と、
前記過渡状態検出手段により成層燃焼から均質燃焼への切換過渡状態が検出されたときに、吸気系に残留するＥＧＲガスの残留ＥＧＲ率を算出する残留ＥＧＲ率算出手段と、
前記残留ＥＧＲ率算出手段によって算出された残留ＥＧＲ率に応じて、成層燃焼から均質燃焼へ切換直後の目標当量比の下限値を可変に設定する均質燃焼当量比下限値設定手段と、
成層燃焼から均質燃焼へ切換直後の目標当量比を、前記均質燃焼当量比下限値設定手段により設定された下限値で制限する当量比リミット手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項１に係る発明によると、
過渡状態検出手段により検出される成層燃焼から均質燃焼への切換過渡状態では、残留ＥＧＲ率算出手段により成層燃焼時に実行されていたＥＧＲにより吸気系に残留するＥＧＲガスの残留ＥＧＲ率が逐次算出される。
【００１２】
そして、成層燃焼から均質燃焼へ切換直後は、均質燃焼当量比下限値設定手段により、前記算出された残留ＥＧＲ率に応じて成層燃焼から均質燃焼へ切換直後の目標当量比の下限値が可変に設定され、当量比リミット手段により目標当量比が前記下限値で制限される。
【００１３】
このように、残留ＥＧＲ率を算出して逐次補正された目標当量比の下限値により当量比を制限することにより、当量比は常に最適値に設定され、残留ＥＧＲ率に見合ったＥＧＲガス分だけ当量比が増大して設定されることによりリーン失火を防止できると共に、時間経過と共に減少する残留ＥＧＲ率に応じて当量比が減少して設定されることにより、トルク過剰による機関回転の吹け上がりを防止でき、かつ、過剰リッチによるＮＯｘ排出量の増大を防止できる。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、
前記均質燃焼当量比下限値設定手段は、前記成層燃焼から均質燃焼への切換直後の目標当量比の下限値を、機関運転状態に基づいて設定した基本下限値を残留ＥＧＲ率に基づいて補正して設定することを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る発明によると、
機関の回転速度や負荷等の運転状態に基づいて設定した基本下限値に対して残留ＥＧＲ率による残留ＥＧＲガスの影響分を加算補正することにより、該残留ＥＧＲ率に見合った目標当量比の下限値を、容易かつ精度良く算出することができる。
【００１６】
また、請求項３に係る発明は、
前記残留ＥＧＲ率算出手段は、前記ＥＧＲ装置に設けられるＥＧＲバルブの応答遅れを考慮したＥＧＲ率と吸気系の時定数を用いて加重平均演算により残留ＥＧＲ率を算出することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る発明によると、
ＥＧＲを行う成層燃焼から均質燃焼への切換条件が成立すると、ＥＧＲを禁止するため目標ＥＧＲ率＝０に切り換えられ、これにより、ＥＧＲバルブは所定の応答遅れをもって閉動作し、吸気系に残留するＥＧＲガス量したがって残留ＥＧＲ率は燃焼室内に吸入されて徐々に減少する。この残留ＥＧＲ率の減少速度は吸気系の容積から求められる時定数により決定される。
【００１８】
これにより、前記ＥＧＲＥＧＲバルブの応答遅れを考慮したＥＧＲ率と吸気系の時定数を用いて加重平均演算を行うことにより、残留ＥＧＲ率を高精度に算出することができる。
【００１９】
また、請求項４に係る発明は、
前記成層燃焼と均質燃焼との切換に応じて目標当量比を移行する際に、目標当量比の変化を遅らせ、該遅れ補正された目標当量比がしきい値以上となったときに、実際の燃焼を成層燃焼から均質燃焼に切り換えるように構成したことを特徴とする。
【００２０】
成層燃焼と均質燃焼との切換による目標当量比の段差は大きいため、該目標当量比の変化に対して遅れ補正を施すことにより、当量比を徐々に変化させつつトルク変化を滑らかなものとすることができる。
【００２１】
また、請求項５に係る発明は、
前記過渡状態検出手段は、機関の運転状態に応じて求められる成層燃焼から均質燃焼への切換条件判定時に求められる均質燃焼に応じた目標当量比の基本値と、前記目標当量比を遅れ補正した値に基づいて実際に成層燃焼から均質燃焼へ切り換えてから、前記目標当量比の基本値と遅れ補正した値との偏差が所定値以上である間を、前記成層燃焼から均質燃焼への切換に応じた過渡状態として検出することを特徴とする。
【００２２】
請求項５に係る発明によると、
成層燃焼から均質燃焼への切換条件判定時に求められる均質燃焼に応じた目標当量比の基本値は、当該運転状態での定常状態に応じた目標当量比であるから、切換に際して前記同様に遅れ補正を施しすことにより滑らかに変化させた目標当量比が前記基本値との偏差が所定値以上である場合を、均質燃焼への切換時の過渡状態として検出することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００２４】
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
【００２５】
アクセル操作量検出手段としてのアクセル操作量センサ１は、ドライバによって踏み込まれたアクセルペダルの踏込み量を検出する。
【００２６】
機関回転速度検出手段としてのクランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、機関回転速度Ｎｅを検出できる。
【００２７】
エアフローメータ３は、機関４への単位時間当りの吸入空気量を検出する。
【００２８】
水温センサ５は、機関４の冷却水温度を検出する。
【００２９】
機関４のシリンダ部には、燃焼室12内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁６、燃焼室12内で火花点火を行う点火栓７が設けられる。そして、低・中負荷領域では、燃焼室12内に圧縮行程で燃料噴射することにより、燃焼室12内の点火栓７周辺に可燃混合気を層状に形成して成層燃焼を行い、高負荷領域では燃焼室７内に吸気行程で燃料噴射することによりシリンダ全体に略均質な混合比の混合気を形成して均質燃焼を行なうことができるようになっている。
【００３０】
また、内燃機関４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、該スロットル弁９開度を電子制御可能なスロットル弁制御装置10が備えられている。
【００３１】
前記各種センサ類からの検出信号は、コントロールユニット11へ入力され、該コントロールユニット11は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記スロットル弁制御装置10を介してスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御を行う。
【００３２】
さらに、機関の排気通路13から吸気通路８に排気の一部を還流するＥＧＲ通路14と、該ＥＧＲ通路14に介装されたＥＧＲバルブ15からなるＥＧＲ装置が設けられる。該ＥＧＲは、前記コントロールユニット11からの制御信号に基づいて行なわれ、前記成層燃焼時に実行されるが、成層燃焼から切り換えられる均質リーン燃焼では、既述した理由で禁止される。なお、理論空燃比でのフィードバック制御による均質燃焼時にはＥＧＲ制御が実行される。
【００３３】
図３は、本発明の一実施の形態の機能構成を示す。
【００３４】
基本目標当量比演算部Ａは、例えば機関回転速度ＮＥと目標トルクｔＴｅ等の基本的な機関運転状態に基づいて、基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢをマップからの検索等により演算する。なお、前記目標トルクｔＴｅは、例えば前記アクセル操作量ＡＰＳと、機関回転速度ＮＥとに基づいて設定される。詳細には、水温や始動後の経過時間、車速，加速度，アイドル時の補機負荷等により、同一の機関運転状態でもリーン空燃比での運転の可否が異なり、成層燃焼と均質燃焼とが切り換えられることもあるため、目標当量比のマップが複数設けられる。なお、上記のような運転状態（水温等を含む) の変化に応じて成層燃焼と均質燃焼とを切り換える場合は、後述するように各燃焼状態の燃焼効率の相違によって基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢはステップ的に切り換えられることになる。
【００３５】
位相遅れ補正部Ｂは、前記基本目標当量比演算部Ａによって演算された基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対して、位相遅れ補正処理を行なう。これは、運転状態等の変化による基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢの変化に見合った目標吸入空気量になるように制御を開始しても、スロットル弁の動作遅れや吸気系の容積により吸入空気量の変化に遅れを生じるのに対し、燃料噴射量は殆ど遅れなく目標当量比の変化に追従できるため、実際の当量比が目標当量比の変化に対して遅れを生じるため、該遅れに見合うように位相遅れ補正を行なうものである。ここで、燃焼状態の切換に応じて基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢがステップ的に切り換えられる場合も、該ステップ的な変化に対して位相遅れ補正がなされることとなる。該位相遅れ補正は詳細には、目標当量比の変化量に見合ったスロットル弁の動作遅れ分と、吸気系容積に応じた少なくとも一段の一時遅れを与えるための遅れ補正係数等を用いて処理される。なお、一時遅れ補正として加重平均を用いてもよい。また、簡易的には影響の大きい吸気系容積に応じた遅れ補正のみを行なってもよい。
【００３６】
燃焼状態切換判定部Ｃは、前記位相補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨをしきい値と比較して成層燃焼と均質燃焼との実際の切換を判定する。具体的には、成層燃焼中に前記目標当量比ＴＦＢＹＡＨがしきい値以上となったときは、燃料噴射時期や点火時期を変更することにより、成層燃焼から均質燃焼への切換が実行される。均質燃焼から成層燃焼への切換は均質燃焼中に位相補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨがしきい値を下回ったときに実行される。この場合、各燃焼状態での燃焼効率の相違を考慮しても成層燃焼と均質燃焼とで異なるしきい値を持たせる構成としてもよい。
【００３７】
均質過渡状態検出部Ｄは、成層燃焼から均質燃焼に切り換えられた直後の均質燃焼での過渡状態を検出する。具体的には、前記燃焼状態切換判定部Ｃによって成層燃焼から均質燃焼への切換が判定されてから、位相遅れ補正開始直前に算出された均質燃焼に応じた基本目標当量比ＴＦＢＹＡに対して位相補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨの偏差が所定値以上である間を、該均質燃焼での過渡状態として検出する。
【００３８】
均質過渡用当量比リミッタ部Ｅは、前記均質過渡状態検出部Ｄによって、成層燃焼から均質燃焼に切り換えられた直後の均質燃焼での過渡状態が検出されたときは、該過渡状態に対応して設定された目標当量比の上下限値により、前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨの採りうる範囲を規制する。ここで、上限値は、均質燃焼の定常状態の上限値と同一値に設定されるが、下限値は定常状態の下限値より大きい値であって以下のように設定される。即ち、切換後の均質燃焼での運転状態（機関の回転速度，負荷等) に応じて基本下限値を設定し、一方、燃焼切換に応じた目標ＥＧＲ率切換後の残留ＥＧＲ率を推定演算し、前記基本下限値を該残留ＥＧＲ率で補正することにより、吸気系のＥＧＲガス残留状態に応じて均質燃焼で安定した燃焼が確保できる下限値に設定される。
【００３９】
一方、均質定常用当量比リミッタ部Ｆは、前記均質過渡状態検出部Ｄによって、均質燃焼の過渡状態が終了して定常状態に移行したことが検出された後に、該定常状態に対応して設定された目標当量比の上下限値により、前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨの採りうる範囲を規制する。ここで、該上下限値は機関の運転状態（回転速度，負荷等) により予め設定され、既述したように上限値については前記過渡状態と同一値に設定されるが、下限値は過渡状態より安定燃焼可能な目標当量比をより小さくできるため、小さい値に設定される。
【００４０】
また、成層用当量比リミッタ部Ｇは、前記燃焼状態切換判定部Ｄにより成層燃焼への切換が判定され成層燃焼に切り換えられたときに、該成層燃焼に対応して設定された目標当量比の上下限値により、前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨの採りうる範囲を規制する。ここで、該上下限値は機関の運転状態（回転速度，負荷等) により予め設定される。但し、均質燃焼から成層燃焼への切換直後の過渡状態における燃焼安定性をより確実なものとするため、該過渡状態での上限値を定常状態での上限値より小さく設定してもよい。
【００４１】
図４は、前記燃焼状態の切換及び過渡，定常に応じて目標当量比の上下限値を切り換えて処理するルーチンのフローチャートを示す。図７のタイムチャートも参照しつつ、説明する。
【００４２】
ステップ１では、機関の回転速度や負荷等の運転状態に基づいて基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢをマップからの検索等により求める。
【００４３】
ステップ２では、前記基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対して位相遅れ補正処理を行ない、補正値ＴＦＢＹＡＨを算出する。
【００４４】
ステップ３では、現在成層燃焼，均質燃焼のいずれかをフラグＦの値で判定する。そして、例えばＦ＝１で現在成層燃焼のときは、ステップ４へ進んで前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨを、当量比しきい値ＴＦＡＣＨ１と比較する。
【００４５】
そして、ＴＦＢＹＡＨ≧ＴＦＡＣＨ１と判定された場合には、ステップ５へ進み、前記フラグＦを０にリセットすると共に、燃料噴射時期，点火時期等を切り換えて燃焼状態を均質燃焼に切り換える。また、Ｆ＝０で現在均質燃焼のときは、Ｓ６へ進んで前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨを、当量比しきい値ＴＦＡＣＨ２（＜ＴＦＡＣＨ１) と比較し、ＴＦＢＹＡＨ≦ＴＦＡＣＨ２と判定された場合には、ステップ７へ進み、前記フラグＦを１にセットすると共に、燃料噴射時期，点火時期等を切り換えて燃焼状態を成層燃焼に切り換える。
【００４６】
そして、成層燃焼から均質燃焼に切り換えられたとき及び均質燃焼が継続しているときは、ステップ８へ進み、前記ステップ１で求めた基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対する位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡの偏差ＤＬＴＴＦＡ（＝ＴＦＢＹＡＢ−ＴＦＢＹＡＨ) を算出する。
【００４７】
さらに、ステップ９では前記偏差ＤＬＴＴＦＡが所定値以上あるか否かを判定し、所定値以上の場合は均質燃焼への切換直後の過渡状態であると判定し、ステップ10へ進んで、均質燃焼過渡状態用の目標当量比の下限値ＨＧＦＭＮＴ１及び上限値ＨＴＦＭＸを算出する。偏差ＤＬＴＴＦＡが所定値未満の場合は均質燃焼の定常状態に移行したと判定し、ステップ11へ進んで、均質燃焼定常状態用の下限値ＨＴＦＭＮＴ２及び上限値ＨＴＦＭＸを機関の回転速度と負荷に応じてマップから検索等により算出する。
【００４８】
ここで、上限値については、過渡時と定常時とで同一の値に設定してあるが、下限値については、過渡状態用の下限値ＨＴＦＭＮＴ１を定常状態用の下限値ＨＴＦＭＮＴ２より大きい値に設定してあり、具体的には、以下のように設定される。
【００４９】
図５は、前記均質燃焼過渡状態用の目標当量比の下限値ＨＴＦＭＮＴ１を設定するサブルーチンのフローチャートを示す。
【００５０】
ステップ21では、機関運転状態に基づいて目標当量比の基本下限値ＨＴＦＭＮＴＢを設定する。機関運転状態としては、一般的には機関の回転速度と負荷が代表的なパラメータとして用いられるが、実際上は回転速度による影響は小さいので、負荷のみをパラメータとしたマップからの検索等により基本下限値ＨＴＦＭＮＴＢを設定することができる。図６は、前記マップの特性を示し、負荷（目標燃焼圧トルク) に応じ目標当量比の基本下限値ＨＴＦＭＮＴＢが設定される。ここで、燃焼切換前の成層燃焼時は通常負荷に応じたＥＧＲをかけているが、後述するように燃焼切換時の残留ＥＧＲ率に対する下限値の補正を別途行うので、前記基本下限値ＨＴＦＭＮＴＢの設定には、該ＥＧＲの影響を考慮しない値で設定する。
【００５１】
ステップ22では、残留ＥＧＲ率ＴＧＥＧＲＤを算出する。該残留ＥＧＲ率ＴＧＥＧＲＤは、ＥＧＲバルブの応答遅れ（無駄時間) を考慮したＥＧＲ率と吸気系の時定数を用いて次式に示す加重平均演算により算出する。なお、図７に示すように、目標ＥＧＲ率は機関運転状態に応じて成層燃焼から均質燃焼へ切り換える条件が成立したときに切り換えられ、均質リーン燃焼ではＥＧＲを禁止するので目標ＥＧＲ率＝０となる。この時点から残留ＥＧＲ率ＴＧＥＧＲＤの算出が開始され、前記均質過渡状態検出部Ｄにより均質燃焼の過渡状態が検出されている間、算出を継続する。
【００５２】
但し、ＴＧＥＧＲ１は無駄時間補正後の目標ＥＧＲ率であり、ＥＧＲバルブの応答遅れ時間（無駄時間) 前の目標ＥＧＲ率ＴＧＥＧＲを用いる。また、ＴＧＥＧＲＤ（OLD)は前回（例えば10ms前) 算出された残留ＥＧＲ率ＴＧＥＧＲＤ、ＦＬＧＡＤ４は吸気系の時定数である。
【００５３】
次に、ステップ23では、前記ステップ21で設定した基本下限値ＨＴＦＭＮＴＢを、ステップ22で推定演算した残留ＥＧＲ率ＴＧＥＧＲＤにより、次式のように補正して均質リーン燃焼切換過渡時の目標当量比の下限値ＨＴＦＭＮＴ１を設定する。
【００５４】
ＨＴＦＭＮＴ１＝ＨＴＦＭＮＴＢ×（ＴＧＥＧＲＤ×ＨＴＦＭＮＳＧ＋１)
但し、ＨＴＦＭＮＳＧは残留ＥＧＲ率反映微調整ゲインである。
【００５５】
ステップ24では、上記のようにして算出された下限値ＨＴＦＭＮＴ１が演算エラー等により正常範囲から外れてしまうことを防止するためのリミット処理を行う。即ち、算出された下限値ＨＴＦＭＮＴ１が上限値を超える場合は、上限値に固定し、下限値を下回る場合は下限値に固定する。
【００５６】
図４に戻って、均質燃焼から成層燃焼に切り換えられたとき及び成層燃焼が継続しているときは、ステップ12へ進み、成層燃焼用の目標当量比の上限値ＳＴＦＭＸＴ及び下限値ＳＴＦＭＮＴを機関の回転速度と負荷に応じてマップから検索等により算出する。
【００５７】
ステップ13では、前記位相遅れ補正した目標当量比ＴＦＢＹＨを前記各状態における目標当量比の上下限値と比較し、該上下限値の範囲内の値を採るようにリミッタ処理を行なう。
【００５８】
次に、上記の途中及び最終的に求められる当量比を用いた吸入空気量と燃料噴射量の制御について、図３を参照して説明する。
【００５９】
基準目標吸入空気量演算部Ｈには、前記アクセル操作量ＡＰＳと機関回転速度Ｎｅ、又はこれらによって演算される機関の目標トルクｔＴｅと機関回転速度Ｎｅが入力され、基準当量比として理論空燃比で得られる吸入空気量に相当する値として基準目標吸入空気量ｔＴＰを、マップからの検索等により演算する。該基準目標吸入空気量ｔＴＰとしては、１吸気行程毎の吸入空気量に対応する基本燃料噴射量 (パルス幅) の他、１吸気行程毎の吸入空気量そのもの、前記エアフローメータ３で検出される単位時間当りの吸入空気量のいずれを用いてもよい。
【００６０】
目標吸入空気量演算部Ｉは、前記基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対応する目標吸入空気量ｔＴＰ’を算出する。簡易的には前記基準目標吸入空気量ｔＴＰを基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢで除算することにより求められるが、実際には基準当量比に対して基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢが異なることにより燃焼効率が異なり、必要燃料量が異なってくるので、これに応じて予め燃焼効率に応じた補正を施すことで、目標トルクと目標当量比とを同時に満たす目標吸入空気量ｔＴＰ’を求めることができる。具体的には、基準目標吸入空気量ｔＴＰを基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢで除算し、更に、基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対応する燃焼効率ＩＴＡＦで除算することで算出される。
【００６１】
目標スロットル弁開度演算部Ｊには、前記目標吸入空気量ｔＴＰ’と内燃機関回転速度Ｎｅとが入力され、目標スロットル弁開度ｔＴＰＳが演算される。該目標スロットル弁開度ｔＴＰＳは、目標吸入空気量ｔＴＰ’が得られるスロットル開度である。
【００６２】
前記目標スロットル弁開度ｔＴＰＳの信号は、前記スロットル弁制御装置10に入力され、これによって該スロットル弁制御装置10は、前記スロットル弁９を前記目標スロットル弁開度ｔＴＰＳになるように駆動する。
【００６３】
一方、基本燃料供給量演算部Ｋ１と補正演算部Ｋ２とによって燃料供給量が演算される。基本燃料供給量演算部Ｋ１には、前記エアフローメータ３で検出された単位時間当りの吸入空気量Ｑと、内燃機関回転速度Ｎｅとが入力され、それによって理論空燃比 (基準当量比) 時における１吸気行程当りの吸入空気量に対応する基本燃料噴射パルス幅ＴＰが演算される。
【００６４】
補正演算部Ｋ２は、前記基本燃料噴射パルス幅ＴＰに、前記目標当量比ＴＦＢＹＡを乗じて実効燃料噴射パルス幅ＴＥを演算し、該実効燃料噴射パルス幅ＴＥにバッテリ電圧に応じた無効パルス幅ＴＳを加えて最終的な燃料噴射パルス幅ＴＩを演算する。
【００６５】
前記燃料噴射パルス幅ＴＩを持つ噴射パルス信号が、前記燃料噴射弁６に出力され、該燃料噴射弁６が駆動されて目標空燃比（目標当量比) に対応した燃料量が噴射供給される。
【００６６】
このようにすれば、図６に示すように、成層燃焼から均質燃焼への切換直後の過渡状態では、成層燃焼時に実行されていたＥＧＲにより吸気系に残留するＥＧＲガスの影響を、残留ＥＧＲ率を算出して逐次補正された目標当量比の下限値により当量比を制限することにより、常に最適な当量比に設定される。即ち、残留ＥＧＲ率に見合ったＥＧＲガス分だけ当量比が増大して設定されることによりリーン失火を防止できると共に、時間経過と共に減少する残留ＥＧＲ率に応じて当量比が減少して設定されることにより、トルク過剰による機関回転の吹け上がりを防止でき、かつ、過剰リッチによるＮＯｘ排出量の増大を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施の形態のシステム構成を示す図。
【図３】同上の実施の形態の機能構成を示すブロック図。
【図４】同上の実施の形態の目標当量比演算ルーチンを示すフローチャート。
【図５】同上の目標当量比演算ルーチンにおける均質燃焼過渡状態での目標当量比の下限値を算出するサブルーチンを示すフローチャート。
【図６】同上の均質燃焼過渡状態での目標当量比の下限値の算出に用いられる基本下限値を設定したマップの特性図。
【図７】同上の実施の形態の目標空燃比及び各状態の変化を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１ アクセル操作量センサ
２ クランク角センサ
３ エアフローメータ
４ 内燃機関
５ 水温センサ
６ 燃料噴射弁
９ スロットル弁
10 スロットル弁制御装置
11 コントロールユニット
12 燃焼室
14 ＥＧＲ通路
15 ＥＧＲバルブ
Ａ 基本目標当量比演算部
Ｂ 位相遅れ補正部
Ｃ 燃焼切換判定部
Ｄ 均質過渡状態判定部
Ｅ 均質過渡用当量比リミッタ部
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に成層燃焼と均質燃焼とを運転状態に応じて切り換える機関における該燃焼切換時の当量比の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ガソリン機関等の火花点火式機関において、燃料を燃焼室内に直接噴射し、低・中負荷領域では、燃料を圧縮行程で噴射することにより点火プラグ付近のみに可燃混合気を層状に生成して成層燃焼を行い、これにより、空燃比を大幅にリーンとした燃焼を可能として燃費，排気浄化性能を大きく改善した技術が開発されている。
【０００３】
但し、該成層燃焼を行なう内燃機関でも、所定以上の高負荷領域では、限られたシリンダ容積で要求トルクを確保するためには、燃料を吸気行程で噴射して均質に混合した混合気を形成し、均質燃焼を行なう必要があり、したがって、成層燃焼と均質燃焼とを運転状態に応じて切り換えるようにしている。
【０００４】
この種の成層燃焼−均質燃焼を切換可能な機関において、通常は成層燃焼ではＮＯｘ低減のため排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲを実行する必要があるが、成層燃焼と切り換えられる直後の均質燃焼では空燃比を極限までリーン化した状態での燃焼であるため、ＥＧＲを行なうと燃焼性が悪化するためＥＧＲは禁止している。なお、ＮＯｘについては、元々ＮＯｘ排出レベルが比較的低い運転状態であり、空燃比を十分にリーン化して燃費改善しつつＮＯｘの生成量を押さえることで対処できる。
【０００５】
しかし、成層燃焼から均質燃焼（リーン) への切換時には、成層燃焼の終了と同時にＥＧＲを停止する指令を出力しても、吸気系に残留するＥＧＲガスにより燃焼が不安定となって失火するおそれがある。
【０００６】
なお、均質燃焼から成層燃焼への切換時には、ＥＧＲ量の増大に遅れがあっても、吸入空気量の増大にも遅れがあるため、成層燃焼切換直後の過渡状態でも十分なＥＧＲを実行することが可能であり、問題はない。
【０００７】
以上の点に鑑み、本願出願人は、成層燃焼から均質燃焼への切換時に、切換直前の運転状態（回転速度，負荷及びＥＧＲ率) に応じて目標当量比の下限値を設定する技術について、先に出願した（特願平９−１４４１７１号) 。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記技術では前記目標当量比の下限値を燃焼状態切換直前の運転状態に基づいて固定していたが、残留ＥＧＲ率は切換後も減少する。このため、切換後は前記下限値で規制される当量比が残留ＥＧＲ率の減少にしたがって最適値よりリッチな値に制御されてしまい、トルクが出過ぎて機関回転の吹け上がりを生じたり、ＮＯｘ排出量の増加を招くことがあった。
【０００９】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、成層燃焼から均質燃焼への切換直後の当量比が最適値となるように目標当量比の下限値を設定することにより、失火を抑制しつつトルク増大による機関回転の吹け上がりやＮＯｘ排出量の増大も抑制できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、図１に示すように、
燃焼室内の混合気を成層状態と均質状態とに切り換えることにより、燃焼状態を成層燃焼と均質燃焼とに切換可能であると共に、排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置を備え、該ＥＧＲを成層燃焼から切換直後の均質燃焼時は禁止する内燃機関の制御装置において、
燃焼状態の切換過渡状態を検出する過渡状態検出手段と、
前記過渡状態検出手段により成層燃焼から均質燃焼への切換過渡状態が検出されたときに、吸気系に残留するＥＧＲガスの残留ＥＧＲ率を算出する残留ＥＧＲ率算出手段と、
前記残留ＥＧＲ率算出手段によって算出された残留ＥＧＲ率に応じて、成層燃焼から均質燃焼へ切換直後の目標当量比の下限値を可変に設定する均質燃焼当量比下限値設定手段と、
成層燃焼から均質燃焼へ切換直後の目標当量比を、前記均質燃焼当量比下限値設定手段により設定された下限値で制限する当量比リミット手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項１に係る発明によると、
過渡状態検出手段により検出される成層燃焼から均質燃焼への切換過渡状態では、残留ＥＧＲ率算出手段により成層燃焼時に実行されていたＥＧＲにより吸気系に残留するＥＧＲガスの残留ＥＧＲ率が逐次算出される。
【００１２】
そして、成層燃焼から均質燃焼へ切換直後は、均質燃焼当量比下限値設定手段により、前記算出された残留ＥＧＲ率に応じて成層燃焼から均質燃焼へ切換直後の目標当量比の下限値が可変に設定され、当量比リミット手段により目標当量比が前記下限値で制限される。
【００１３】
このように、残留ＥＧＲ率を算出して逐次補正された目標当量比の下限値により当量比を制限することにより、当量比は常に最適値に設定され、残留ＥＧＲ率に見合ったＥＧＲガス分だけ当量比が増大して設定されることによりリーン失火を防止できると共に、時間経過と共に減少する残留ＥＧＲ率に応じて当量比が減少して設定されることにより、トルク過剰による機関回転の吹け上がりを防止でき、かつ、過剰リッチによるＮＯｘ排出量の増大を防止できる。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、
前記均質燃焼当量比下限値設定手段は、前記成層燃焼から均質燃焼への切換直後の目標当量比の下限値を、機関運転状態に基づいて設定した基本下限値を残留ＥＧＲ率に基づいて補正して設定することを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る発明によると、
機関の回転速度や負荷等の運転状態に基づいて設定した基本下限値に対して残留ＥＧＲ率による残留ＥＧＲガスの影響分を加算補正することにより、該残留ＥＧＲ率に見合った目標当量比の下限値を、容易かつ精度良く算出することができる。
【００１６】
また、請求項３に係る発明は、
前記残留ＥＧＲ率算出手段は、前記ＥＧＲ装置に設けられるＥＧＲバルブの応答遅れを考慮したＥＧＲ率と吸気系の時定数を用いて加重平均演算により残留ＥＧＲ率を算出することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る発明によると、
ＥＧＲを行う成層燃焼から均質燃焼への切換条件が成立すると、ＥＧＲを禁止するため目標ＥＧＲ率＝０に切り換えられ、これにより、ＥＧＲバルブは所定の応答遅れをもって閉動作し、吸気系に残留するＥＧＲガス量したがって残留ＥＧＲ率は燃焼室内に吸入されて徐々に減少する。この残留ＥＧＲ率の減少速度は吸気系の容積から求められる時定数により決定される。
【００１８】
これにより、前記ＥＧＲＥＧＲバルブの応答遅れを考慮したＥＧＲ率と吸気系の時定数を用いて加重平均演算を行うことにより、残留ＥＧＲ率を高精度に算出することができる。
【００１９】
また、請求項４に係る発明は、
前記成層燃焼と均質燃焼との切換に応じて目標当量比を移行する際に、目標当量比の変化を遅らせ、該遅れ補正された目標当量比がしきい値以上となったときに、実際の燃焼を成層燃焼から均質燃焼に切り換えるように構成したことを特徴とする。
【００２０】
成層燃焼と均質燃焼との切換による目標当量比の段差は大きいため、該目標当量比の変化に対して遅れ補正を施すことにより、当量比を徐々に変化させつつトルク変化を滑らかなものとすることができる。
【００２１】
また、請求項５に係る発明は、
前記過渡状態検出手段は、機関の運転状態に応じて求められる成層燃焼から均質燃焼への切換条件判定時に求められる均質燃焼に応じた目標当量比の基本値と、前記目標当量比を遅れ補正した値に基づいて実際に成層燃焼から均質燃焼へ切り換えてから、前記目標当量比の基本値と遅れ補正した値との偏差が所定値以上である間を、前記成層燃焼から均質燃焼への切換に応じた過渡状態として検出することを特徴とする。
【００２２】
請求項５に係る発明によると、
成層燃焼から均質燃焼への切換条件判定時に求められる均質燃焼に応じた目標当量比の基本値は、当該運転状態での定常状態に応じた目標当量比であるから、切換に際して前記同様に遅れ補正を施しすことにより滑らかに変化させた目標当量比が前記基本値との偏差が所定値以上である場合を、均質燃焼への切換時の過渡状態として検出することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００２４】
図２は、本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
【００２５】
アクセル操作量検出手段としてのアクセル操作量センサ１は、ドライバによって踏み込まれたアクセルペダルの踏込み量を検出する。
【００２６】
機関回転速度検出手段としてのクランク角センサ２は、単位クランク角毎のポジション信号及び気筒行程位相差毎の基準信号を発生し、前記ポジション信号の単位時間当りの発生数を計測することにより、あるいは前記基準信号発生周期を計測することにより、機関回転速度Ｎｅを検出できる。
【００２７】
エアフローメータ３は、機関４への単位時間当りの吸入空気量を検出する。
【００２８】
水温センサ５は、機関４の冷却水温度を検出する。
【００２９】
機関４のシリンダ部には、燃焼室12内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁６、燃焼室12内で火花点火を行う点火栓７が設けられる。そして、低・中負荷領域では、燃焼室12内に圧縮行程で燃料噴射することにより、燃焼室12内の点火栓７周辺に可燃混合気を層状に形成して成層燃焼を行い、高負荷領域では燃焼室７内に吸気行程で燃料噴射することによりシリンダ全体に略均質な混合比の混合気を形成して均質燃焼を行なうことができるようになっている。
【００３０】
また、内燃機関４の吸気通路８には、スロットル弁９が介装され、該スロットル弁９開度を電子制御可能なスロットル弁制御装置10が備えられている。
【００３１】
前記各種センサ類からの検出信号は、コントロールユニット11へ入力され、該コントロールユニット11は、前記センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて前記スロットル弁制御装置10を介してスロットル弁９の開度を制御し、前記燃料噴射弁６を駆動して燃料噴射量 (燃料供給量) を制御し、点火時期を設定して該点火時期で前記点火栓７を点火させる制御を行う。
【００３２】
さらに、機関の排気通路13から吸気通路８に排気の一部を還流するＥＧＲ通路14と、該ＥＧＲ通路14に介装されたＥＧＲバルブ15からなるＥＧＲ装置が設けられる。該ＥＧＲは、前記コントロールユニット11からの制御信号に基づいて行なわれ、前記成層燃焼時に実行されるが、成層燃焼から切り換えられる均質リーン燃焼では、既述した理由で禁止される。なお、理論空燃比でのフィードバック制御による均質燃焼時にはＥＧＲ制御が実行される。
【００３３】
図３は、本発明の一実施の形態の機能構成を示す。
【００３４】
基本目標当量比演算部Ａは、例えば機関回転速度ＮＥと目標トルクｔＴｅ等の基本的な機関運転状態に基づいて、基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢをマップからの検索等により演算する。なお、前記目標トルクｔＴｅは、例えば前記アクセル操作量ＡＰＳと、機関回転速度ＮＥとに基づいて設定される。詳細には、水温や始動後の経過時間、車速，加速度，アイドル時の補機負荷等により、同一の機関運転状態でもリーン空燃比での運転の可否が異なり、成層燃焼と均質燃焼とが切り換えられることもあるため、目標当量比のマップが複数設けられる。なお、上記のような運転状態（水温等を含む) の変化に応じて成層燃焼と均質燃焼とを切り換える場合は、後述するように各燃焼状態の燃焼効率の相違によって基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢはステップ的に切り換えられることになる。
【００３５】
位相遅れ補正部Ｂは、前記基本目標当量比演算部Ａによって演算された基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対して、位相遅れ補正処理を行なう。これは、運転状態等の変化による基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢの変化に見合った目標吸入空気量になるように制御を開始しても、スロットル弁の動作遅れや吸気系の容積により吸入空気量の変化に遅れを生じるのに対し、燃料噴射量は殆ど遅れなく目標当量比の変化に追従できるため、実際の当量比が目標当量比の変化に対して遅れを生じるため、該遅れに見合うように位相遅れ補正を行なうものである。ここで、燃焼状態の切換に応じて基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢがステップ的に切り換えられる場合も、該ステップ的な変化に対して位相遅れ補正がなされることとなる。該位相遅れ補正は詳細には、目標当量比の変化量に見合ったスロットル弁の動作遅れ分と、吸気系容積に応じた少なくとも一段の一時遅れを与えるための遅れ補正係数等を用いて処理される。なお、一時遅れ補正として加重平均を用いてもよい。また、簡易的には影響の大きい吸気系容積に応じた遅れ補正のみを行なってもよい。
【００３６】
燃焼状態切換判定部Ｃは、前記位相補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨをしきい値と比較して成層燃焼と均質燃焼との実際の切換を判定する。具体的には、成層燃焼中に前記目標当量比ＴＦＢＹＡＨがしきい値以上となったときは、燃料噴射時期や点火時期を変更することにより、成層燃焼から均質燃焼への切換が実行される。均質燃焼から成層燃焼への切換は均質燃焼中に位相補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨがしきい値を下回ったときに実行される。この場合、各燃焼状態での燃焼効率の相違を考慮しても成層燃焼と均質燃焼とで異なるしきい値を持たせる構成としてもよい。
【００３７】
均質過渡状態検出部Ｄは、成層燃焼から均質燃焼に切り換えられた直後の均質燃焼での過渡状態を検出する。具体的には、前記燃焼状態切換判定部Ｃによって成層燃焼から均質燃焼への切換が判定されてから、位相遅れ補正開始直前に算出された均質燃焼に応じた基本目標当量比ＴＦＢＹＡに対して位相補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨの偏差が所定値以上である間を、該均質燃焼での過渡状態として検出する。
【００３８】
均質過渡用当量比リミッタ部Ｅは、前記均質過渡状態検出部Ｄによって、成層燃焼から均質燃焼に切り換えられた直後の均質燃焼での過渡状態が検出されたときは、該過渡状態に対応して設定された目標当量比の上下限値により、前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨの採りうる範囲を規制する。ここで、上限値は、均質燃焼の定常状態の上限値と同一値に設定されるが、下限値は定常状態の下限値より大きい値であって以下のように設定される。即ち、切換後の均質燃焼での運転状態（機関の回転速度，負荷等) に応じて基本下限値を設定し、一方、燃焼切換に応じた目標ＥＧＲ率切換後の残留ＥＧＲ率を推定演算し、前記基本下限値を該残留ＥＧＲ率で補正することにより、吸気系のＥＧＲガス残留状態に応じて均質燃焼で安定した燃焼が確保できる下限値に設定される。
【００３９】
一方、均質定常用当量比リミッタ部Ｆは、前記均質過渡状態検出部Ｄによって、均質燃焼の過渡状態が終了して定常状態に移行したことが検出された後に、該定常状態に対応して設定された目標当量比の上下限値により、前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨの採りうる範囲を規制する。ここで、該上下限値は機関の運転状態（回転速度，負荷等) により予め設定され、既述したように上限値については前記過渡状態と同一値に設定されるが、下限値は過渡状態より安定燃焼可能な目標当量比をより小さくできるため、小さい値に設定される。
【００４０】
また、成層用当量比リミッタ部Ｇは、前記燃焼状態切換判定部Ｄにより成層燃焼への切換が判定され成層燃焼に切り換えられたときに、該成層燃焼に対応して設定された目標当量比の上下限値により、前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨの採りうる範囲を規制する。ここで、該上下限値は機関の運転状態（回転速度，負荷等) により予め設定される。但し、均質燃焼から成層燃焼への切換直後の過渡状態における燃焼安定性をより確実なものとするため、該過渡状態での上限値を定常状態での上限値より小さく設定してもよい。
【００４１】
図４は、前記燃焼状態の切換及び過渡，定常に応じて目標当量比の上下限値を切り換えて処理するルーチンのフローチャートを示す。図７のタイムチャートも参照しつつ、説明する。
【００４２】
ステップ１では、機関の回転速度や負荷等の運転状態に基づいて基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢをマップからの検索等により求める。
【００４３】
ステップ２では、前記基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対して位相遅れ補正処理を行ない、補正値ＴＦＢＹＡＨを算出する。
【００４４】
ステップ３では、現在成層燃焼，均質燃焼のいずれかをフラグＦの値で判定する。そして、例えばＦ＝１で現在成層燃焼のときは、ステップ４へ進んで前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨを、当量比しきい値ＴＦＡＣＨ１と比較する。
【００４５】
そして、ＴＦＢＹＡＨ≧ＴＦＡＣＨ１と判定された場合には、ステップ５へ進み、前記フラグＦを０にリセットすると共に、燃料噴射時期，点火時期等を切り換えて燃焼状態を均質燃焼に切り換える。また、Ｆ＝０で現在均質燃焼のときは、Ｓ６へ進んで前記位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡＨを、当量比しきい値ＴＦＡＣＨ２（＜ＴＦＡＣＨ１) と比較し、ＴＦＢＹＡＨ≦ＴＦＡＣＨ２と判定された場合には、ステップ７へ進み、前記フラグＦを１にセットすると共に、燃料噴射時期，点火時期等を切り換えて燃焼状態を成層燃焼に切り換える。
【００４６】
そして、成層燃焼から均質燃焼に切り換えられたとき及び均質燃焼が継続しているときは、ステップ８へ進み、前記ステップ１で求めた基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対する位相遅れ補正された目標当量比ＴＦＢＹＡの偏差ＤＬＴＴＦＡ（＝ＴＦＢＹＡＢ−ＴＦＢＹＡＨ) を算出する。
【００４７】
さらに、ステップ９では前記偏差ＤＬＴＴＦＡが所定値以上あるか否かを判定し、所定値以上の場合は均質燃焼への切換直後の過渡状態であると判定し、ステップ10へ進んで、均質燃焼過渡状態用の目標当量比の下限値ＨＧＦＭＮＴ１及び上限値ＨＴＦＭＸを算出する。偏差ＤＬＴＴＦＡが所定値未満の場合は均質燃焼の定常状態に移行したと判定し、ステップ11へ進んで、均質燃焼定常状態用の下限値ＨＴＦＭＮＴ２及び上限値ＨＴＦＭＸを機関の回転速度と負荷に応じてマップから検索等により算出する。
【００４８】
ここで、上限値については、過渡時と定常時とで同一の値に設定してあるが、下限値については、過渡状態用の下限値ＨＴＦＭＮＴ１を定常状態用の下限値ＨＴＦＭＮＴ２より大きい値に設定してあり、具体的には、以下のように設定される。
【００４９】
図５は、前記均質燃焼過渡状態用の目標当量比の下限値ＨＴＦＭＮＴ１を設定するサブルーチンのフローチャートを示す。
【００５０】
ステップ21では、機関運転状態に基づいて目標当量比の基本下限値ＨＴＦＭＮＴＢを設定する。機関運転状態としては、一般的には機関の回転速度と負荷が代表的なパラメータとして用いられるが、実際上は回転速度による影響は小さいので、負荷のみをパラメータとしたマップからの検索等により基本下限値ＨＴＦＭＮＴＢを設定することができる。図６は、前記マップの特性を示し、負荷（目標燃焼圧トルク) に応じ目標当量比の基本下限値ＨＴＦＭＮＴＢが設定される。ここで、燃焼切換前の成層燃焼時は通常負荷に応じたＥＧＲをかけているが、後述するように燃焼切換時の残留ＥＧＲ率に対する下限値の補正を別途行うので、前記基本下限値ＨＴＦＭＮＴＢの設定には、該ＥＧＲの影響を考慮しない値で設定する。
【００５１】
ステップ22では、残留ＥＧＲ率ＴＧＥＧＲＤを算出する。該残留ＥＧＲ率ＴＧＥＧＲＤは、ＥＧＲバルブの応答遅れ（無駄時間) を考慮したＥＧＲ率と吸気系の時定数を用いて次式に示す加重平均演算により算出する。なお、図７に示すように、目標ＥＧＲ率は機関運転状態に応じて成層燃焼から均質燃焼へ切り換える条件が成立したときに切り換えられ、均質リーン燃焼ではＥＧＲを禁止するので目標ＥＧＲ率＝０となる。この時点から残留ＥＧＲ率ＴＧＥＧＲＤの算出が開始され、前記均質過渡状態検出部Ｄにより均質燃焼の過渡状態が検出されている間、算出を継続する。
【００５２】
【００５３】
次に、ステップ23では、前記ステップ21で設定した基本下限値ＨＴＦＭＮＴＢを、ステップ22で推定演算した残留ＥＧＲ率ＴＧＥＧＲＤにより、次式のように補正して均質リーン燃焼切換過渡時の目標当量比の下限値ＨＴＦＭＮＴ１を設定する。
【００５４】
ＨＴＦＭＮＴ１＝ＨＴＦＭＮＴＢ×（ＴＧＥＧＲＤ×ＨＴＦＭＮＳＧ＋１)
但し、ＨＴＦＭＮＳＧは残留ＥＧＲ率反映微調整ゲインである。
【００５５】
ステップ24では、上記のようにして算出された下限値ＨＴＦＭＮＴ１が演算エラー等により正常範囲から外れてしまうことを防止するためのリミット処理を行う。即ち、算出された下限値ＨＴＦＭＮＴ１が上限値を超える場合は、上限値に固定し、下限値を下回る場合は下限値に固定する。
【００５６】
図４に戻って、均質燃焼から成層燃焼に切り換えられたとき及び成層燃焼が継続しているときは、ステップ12へ進み、成層燃焼用の目標当量比の上限値ＳＴＦＭＸＴ及び下限値ＳＴＦＭＮＴを機関の回転速度と負荷に応じてマップから検索等により算出する。
【００５７】
ステップ13では、前記位相遅れ補正した目標当量比ＴＦＢＹＨを前記各状態における目標当量比の上下限値と比較し、該上下限値の範囲内の値を採るようにリミッタ処理を行なう。
【００５８】
次に、上記の途中及び最終的に求められる当量比を用いた吸入空気量と燃料噴射量の制御について、図３を参照して説明する。
【００５９】
基準目標吸入空気量演算部Ｈには、前記アクセル操作量ＡＰＳと機関回転速度Ｎｅ、又はこれらによって演算される機関の目標トルクｔＴｅと機関回転速度Ｎｅが入力され、基準当量比として理論空燃比で得られる吸入空気量に相当する値として基準目標吸入空気量ｔＴＰを、マップからの検索等により演算する。該基準目標吸入空気量ｔＴＰとしては、１吸気行程毎の吸入空気量に対応する基本燃料噴射量 (パルス幅) の他、１吸気行程毎の吸入空気量そのもの、前記エアフローメータ３で検出される単位時間当りの吸入空気量のいずれを用いてもよい。
【００６０】
目標吸入空気量演算部Ｉは、前記基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対応する目標吸入空気量ｔＴＰ’を算出する。簡易的には前記基準目標吸入空気量ｔＴＰを基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢで除算することにより求められるが、実際には基準当量比に対して基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢが異なることにより燃焼効率が異なり、必要燃料量が異なってくるので、これに応じて予め燃焼効率に応じた補正を施すことで、目標トルクと目標当量比とを同時に満たす目標吸入空気量ｔＴＰ’を求めることができる。具体的には、基準目標吸入空気量ｔＴＰを基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢで除算し、更に、基本目標当量比ＴＦＢＹＡＢに対応する燃焼効率ＩＴＡＦで除算することで算出される。
【００６１】
目標スロットル弁開度演算部Ｊには、前記目標吸入空気量ｔＴＰ’と内燃機関回転速度Ｎｅとが入力され、目標スロットル弁開度ｔＴＰＳが演算される。該目標スロットル弁開度ｔＴＰＳは、目標吸入空気量ｔＴＰ’が得られるスロットル開度である。
【００６２】
前記目標スロットル弁開度ｔＴＰＳの信号は、前記スロットル弁制御装置10に入力され、これによって該スロットル弁制御装置10は、前記スロットル弁９を前記目標スロットル弁開度ｔＴＰＳになるように駆動する。
【００６３】
一方、基本燃料供給量演算部Ｋ１と補正演算部Ｋ２とによって燃料供給量が演算される。基本燃料供給量演算部Ｋ１には、前記エアフローメータ３で検出された単位時間当りの吸入空気量Ｑと、内燃機関回転速度Ｎｅとが入力され、それによって理論空燃比 (基準当量比) 時における１吸気行程当りの吸入空気量に対応する基本燃料噴射パルス幅ＴＰが演算される。
【００６４】
補正演算部Ｋ２は、前記基本燃料噴射パルス幅ＴＰに、前記目標当量比ＴＦＢＹＡを乗じて実効燃料噴射パルス幅ＴＥを演算し、該実効燃料噴射パルス幅ＴＥにバッテリ電圧に応じた無効パルス幅ＴＳを加えて最終的な燃料噴射パルス幅ＴＩを演算する。
【００６５】
前記燃料噴射パルス幅ＴＩを持つ噴射パルス信号が、前記燃料噴射弁６に出力され、該燃料噴射弁６が駆動されて目標空燃比（目標当量比) に対応した燃料量が噴射供給される。
【００６６】
このようにすれば、図６に示すように、成層燃焼から均質燃焼への切換直後の過渡状態では、成層燃焼時に実行されていたＥＧＲにより吸気系に残留するＥＧＲガスの影響を、残留ＥＧＲ率を算出して逐次補正された目標当量比の下限値により当量比を制限することにより、常に最適な当量比に設定される。即ち、残留ＥＧＲ率に見合ったＥＧＲガス分だけ当量比が増大して設定されることによりリーン失火を防止できると共に、時間経過と共に減少する残留ＥＧＲ率に応じて当量比が減少して設定されることにより、トルク過剰による機関回転の吹け上がりを防止でき、かつ、過剰リッチによるＮＯｘ排出量の増大を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施の形態のシステム構成を示す図。
【図３】同上の実施の形態の機能構成を示すブロック図。
【図４】同上の実施の形態の目標当量比演算ルーチンを示すフローチャート。
【図５】同上の目標当量比演算ルーチンにおける均質燃焼過渡状態での目標当量比の下限値を算出するサブルーチンを示すフローチャート。
【図６】同上の均質燃焼過渡状態での目標当量比の下限値の算出に用いられる基本下限値を設定したマップの特性図。
【図７】同上の実施の形態の目標空燃比及び各状態の変化を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１ アクセル操作量センサ
２ クランク角センサ
３ エアフローメータ
４ 内燃機関
５ 水温センサ
６ 燃料噴射弁
９ スロットル弁
10 スロットル弁制御装置
11 コントロールユニット
12 燃焼室
14 ＥＧＲ通路
15 ＥＧＲバルブ
Ａ 基本目標当量比演算部
Ｂ 位相遅れ補正部
Ｃ 燃焼切換判定部
Ｄ 均質過渡状態判定部
Ｅ 均質過渡用当量比リミッタ部
Claims (5)
- 燃焼室内の混合気を成層状態と均質状態とに切り換えることにより、燃焼状態を成層燃焼と均質燃焼とに切換可能であると共に、排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置を備え、該ＥＧＲを成層燃焼から切換直後の均質燃焼時は禁止する内燃機関の制御装置において、
燃焼状態の切換過渡状態を検出する過渡状態検出手段と、
前記過渡状態検出手段により成層燃焼から均質燃焼への切換過渡状態が検出されたときに、吸気系に残留するＥＧＲガスの残留ＥＧＲ率を算出する残留ＥＧＲ率算出手段と、
前記残留ＥＧＲ率算出手段によって算出された残留ＥＧＲ率に応じて、成層燃焼から均質燃焼へ切換直後の目標当量比の下限値を可変に設定する均質燃焼当量比下限値設定手段と、
成層燃焼から均質燃焼へ切換直後の目標当量比を、前記均質燃焼当量比下限値設定手段により設定された下限値で制限する当量比リミット手段と、
を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記均質燃焼当量比下限値設定手段は、前記成層燃焼から均質燃焼への切換直後の目標当量比の下限値を、機関運転状態に基づいて設定した基本下限値を残留ＥＧＲ率に基づいて補正して設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記残留ＥＧＲ率算出手段は、前記ＥＧＲ装置に設けられるＥＧＲバルブの応答遅れを考慮したＥＧＲ率と吸気系の時定数を用いて加重平均演算により残留ＥＧＲ率を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記成層燃焼と均質燃焼との切換に応じて目標当量比を移行する際に、目標当量比の変化を遅らせ、該遅れ補正された目標当量比がしきい値以上となったときに、実際の燃焼を成層燃焼から均質燃焼に切り換えるように構成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記過渡状態検出手段は、機関の運転状態に応じて求められる成層燃焼から均質燃焼への切換条件判定時に求められる均質燃焼に応じた目標当量比の基本値と、前記目標当量比を遅れ補正した値に基づいて実際に成層燃焼から均質燃焼へ切り換えてから、前記目標当量比の基本値と遅れ補正した値との偏差が所定値以上である間を、前記成層燃焼から均質燃焼への切換に応じた過渡状態として検出することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
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