JP3762062B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents
エンジンの制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3762062B2 JP3762062B2 JP24731697A JP24731697A JP3762062B2 JP 3762062 B2 JP3762062 B2 JP 3762062B2 JP 24731697 A JP24731697 A JP 24731697A JP 24731697 A JP24731697 A JP 24731697A JP 3762062 B2 JP3762062 B2 JP 3762062B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- value
- air
- egr gas
- partial pressure
- flow rate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射制御、吸気制御、EGR制御を総合的に行うエンジンの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、車両の制御に直接作用する物理量であるエンジン出力軸トルクを制御の基準量として燃料量と空気量とを決定し、運転者の要求出力に対する応答性を改善して良好な走行性能を得る技術が種々提案されており、例えば、特開平1−313636号公報には、エンジン出力軸トルクの目標値をアクセル操作量とエンジン回転数とから設定し、設定した目標トルクに応じて燃料噴射量を制御するととともに、アクチュエータによりスロットルバルブ開度を電子制御して吸入空気量を制御する技術が開示されている。
【0003】
しかしながら、過渡運転時において、スロットルバルブ下流の吸気コレクタチャンバ等の容積を充填するための吸入空気の応答遅れの影響や、吸入空気量を変化させる装置の遅れの影響等により、スロットルバルブを制御している時点での目標トルクに対応した要求空気量と、実際にシリンダに吸入される空気量との間にずれがあるのに対し、燃料噴射量は目標トルクに対応して制御されるため、燃料と空気との間に過不足なく供給することが困難であった。
【0004】
これに対処するに、特開平3−185248号公報には、吸入空気のコレクタチャンバ充填による吸入空気の遅れや吸入空気量を制御するアクチュエータの応答遅れに相当する位相遅れ補償を、目標軸トルクに対して、あるいは、燃料噴射量そのものに対して実施し、燃料の過不足を防止している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、スロットルバルブの操作結果として生じる実際の吸入空気量に対してフィードバックが行われないオープンループ制御であるため、スロットルバルブの個体間のバラツキによる流量偏差や、スロットルバルブの温度変化による開口面積の変化による流量変化、スロットルバルブのブローバイガス等によって生じるバルブ汚染による流量変化等に対応することができない。
【0006】
また、排気ガスエミッションの低減のためにEGRを併用するエンジンの場合、EGRバルブを通過するEGRガスのコレクタチャンバへの充填分やEGRバルブの応答遅れに対応して燃料や点火時期の位相遅れ補償を実施することも考えられるが、スロットルバルブの応答性とEGRバルブの応答性が異なるため、定常運転時の最適値に基づく設定値、あるいは、この設定値から求まる目標空燃比やEGR率を、過渡状態下においても達成することは困難である。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、運転者の操作に応じ、燃料噴射制御、吸気制御、EGR制御を総合的に行うことで、燃料噴射量の最適化、吸入空気量の最適化、EGR量の最適化を実現し、運転フィーリングの向上、排気ガスエミッションの低減を図ることのできるエンジンの制御装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、運転者の操作に応じて燃料噴射量およびスロットル開度を可変制御するエンジンの制御装置において、エンジン回転数とアクセル開度とからエンジン出力状態に応じたパラメータの目標値を設定する手段と、上記目標値に基づいて、基本燃料噴射量、EGR率、及び、シリンダ内当量比を、それぞれ初期設定する手段と、上記シリンダ内当量比の初期設定値から実際のEGRガスの当量比を推定し、このEGRガスの当量比の推定値と、上記シリンダ内当量比の初期設定値と、上記基本燃料噴射量の初期設定値と、上記EGR率の初期設定値とに基づいて、吸気管圧力の空気有効成分分圧に対する制御目標値と、吸気管圧力のEGRガス有効成分分圧に対する制御目標値とを、それぞれ設定する手段と、スロットルバルブを通過する新気分と、EGRガス中の空気過不足成分とEGRガス有効成分とを考慮した吸気系モデルに従い、EGRガスの空気過不足成分分圧のモデル値とEGRガス有効成分分圧のモデル値とを、上記EGRガスの当量比の推定値と上記シリンダ内当量比の初期設定値との比に基づいて算出する一方、新気分圧のモデル値を新気分の流量計測値に基づいて算出する手段と、上記EGRガスの空気過不足成分分圧のモデル値と上記新気分圧のモデル値とに基づいて空気有効成分分圧の推定値を算出し、この空気有効成分分圧の推定値と吸気管圧力とからEGRガス有効成分分圧の推定値を算出する手段と、上記EGRガス有効成分分圧の推定値と上記EGRガス有効成分分圧の制御目標値との偏差に基づいて、EGRガス流量の設定値を算出する手段と、上記空気有効成分分圧の推定値と上記空気有効成分分圧の制御目標値との偏差、及び、上記EGRガス中の空気過不足成分に基づいて、上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する手段と、上記EGRガス流量の設定値と吸気管圧力とに基づいて、EGR量を調節するアクチュエータの操作量を算出する手段と、上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値と吸気管圧力とに基づいて、スロットル開度を調節するアクチュエータの操作量を算出する手段と、
燃料を噴射するインジェクタに対する操作量を算出するための最終的な基本燃料噴射量を設定する手段とを備えたことを特徴とする。
【0009】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、上記EGRガスの当量比の推定値を、空燃比センサの出力に基づいて求めることを特徴とする。
【0010】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、上記EGRガスの当量比の推定値を、上記シリンダ内当量比の初期設定値に対する一次遅れとして求めることを特徴とする。
【0011】
請求項4記載の発明は、請求項1記載の発明において、上記EGRガスの当量比の推定値を、上記シリンダ内当量比の初期設定値の一次遅れと、吸気管圧力とエンジン回転数によって設定した無駄時間とにより求めることを特徴とする。
【0012】
請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれか一に記載の発明において、上記EGRガス流量の設定値を算出する際、EGRガス有効成分分圧の圧力応答予測値と上記EGRガス有効成分分圧の推定値との誤差を時間積分した値を加えることを特徴とする。
【0013】
請求項6記載の発明は、上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する際、空気有効成分分圧の圧力応答予測値と上記空気有効成分分圧の推定値との誤差を時間積分した値を加えることを特徴とする。
【0014】
請求項7記載の発明は、請求項1〜6のいずれか一に記載の発明において、上記EGRガス流量の設定値を算出する際、実現可能な最大EGRガス流量以下に制限することを特徴とする。
【0015】
請求項8記載の発明は、上記最大EGRガス流量を、運転条件に応じて設定することを特徴とする。
【0016】
請求項9記載の発明は、請求項7記載の発明において、上記最大EGRガス流量を、1制御周期において制御可能な値とすることを特徴とする。
【0017】
請求項10記載の発明は、請求項1〜9のいずれか一に記載の発明において、上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する際、実現可能な最大空気流量以下に制限することを特徴とする。
【0018】
請求項11記載の発明は、請求項10記載の発明において、上記最大空気流量を、運転条件に応じて設定することを特徴とする。
【0019】
請求項12記載の発明は、請求項10記載の発明において、上記最大空気流量を、1制御周期において制御可能な値とすることを特徴とする。
【0020】
請求項13記載の発明は、請求項1〜12のいずれか一に記載の発明において、上記最終的な基本燃料噴射量を、上記基本燃料噴射量の初期設定値とすることを特徴とする。
【0021】
請求項14記載の発明は、請求項1〜12のいずれか一に記載の発明において、上記最終的な基本燃料噴射量を、上記空気有効成分分圧の推定値に基づいて設定することを特徴とする。
【0022】
請求項15記載の発明は、請求項1〜12のいずれか一に記載の発明において、上記最終的な基本燃料噴射量を、上記空気有効成分分圧の圧力応答予測値に基づいて設定することを特徴とする。
【0023】
すなわち、本発明では、エンジン回転数と運転者の操作によるアクセル開度とからエンジントルク等のエンジン出力状態に応じたパラメータの目標値を設定すると、この目標値に基づいて、基本燃料噴射量、EGR率、及び、シリンダ内当量比を、それぞれ初期設定し、シリンダ内当量比の初期設定値から実際のEGRガスの当量比を推定し、このEGRガスの当量比の推定値と、シリンダ内当量比の初期設定値と、基本燃料噴射量の初期設定値と、EGR率の初期設定値とに基づいて、吸気管圧力の空気有効成分分圧に対する制御目標値と、吸気管圧力のEGRガス有効成分分圧に対する制御目標値とを、それぞれ設定する。
【0024】
次に、スロットルバルブを通過する新気分とEGRガス中の空気過不足成分とEGRガスの有効成分とを考慮した吸気系モデルを用い、EGRガスの空気過不足成分分圧のモデル値とEGRガス有効成分分圧のモデル値とをEGRガスの当量比の推定値と上記シリンダ内当量比の初期設定値との比に基づいて算出し、新気分圧のモデル値を新気分の流量計測値に基づいて算出する。
【0025】
さらに、EGRガスの空気過不足成分分圧のモデル値と新気分圧のモデル値とから空気有効成分分圧の推定値を算出し、この空気有効成分分圧の推定値と吸気管圧力とからEGRガス有効成分分圧の推定値を算出し、このEGRガス有効成分分圧の推定値とEGRガス有効成分分圧の制御目標値との偏差に基づいて、EGRガス流量の設定値を算出するとともに、空気有効成分分圧の推定値と空気有効成分分圧の制御目標値との偏差、及び、EGRガス中の空気過不足成分に基づいて、スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する。
【0026】
そして、EGRガス流量の設定値と吸気管圧力とに基づいてEGR量を調節するアクチュエータの操作量を算出するとともに、スロットルバルブを通過する空気流量の設定値と吸気管圧力とに基づいてスロットル開度を調節するアクチュエータの操作量を算出し、燃料を噴射するインジェクタに対する操作量を算出するための最終的な基本燃料噴射量を設定し、燃料噴射制御、吸気制御、EGR制御を総合的に行う。
【0027】
この場合、EGRガスの当量比の推定値は、空燃比センサの出力に基づいて求めても良く、シリンダ内当量比の初期設定値に対する一次遅れとして、あるいは、シリンダ内当量比の初期設定値の一次遅れと、吸気管圧力とエンジン回転数によって設定した無駄時間とにより求めても良い。
【0028】
また、EGRガス流量の設定値を算出する際には、EGRガス有効成分分圧の圧力応答予測値とEGRガス有効成分分圧の推定値との誤差を時間積分した値を加えることが望ましく、スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する際には、空気有効成分分圧の圧力応答予測値と空気有効成分分圧の推定値との誤差を時間積分した値を加えることが望ましい。
【0029】
また、EGRガス流量の設定値は、実現可能な最大EGRガス流量以下に制限することが望ましく、この最大EGRガス流量は、運転条件に応じて設定された値、あるいは、1制御周期において制御可能な値が採用可能である。
【0030】
同様に、スロットルバルブを通過する空気流量の設定値は、実現可能な最大空気流量以下に制限することが望ましく、この最大空気流量は、運転条件に応じて設定された値、あるいは1制御周期において制御可能な値が採用可能である。
【0031】
また、最終的な基本燃料噴射量は、基本燃料噴射量の初期設定値をそのまま採用しても良く、空気有効成分分圧の推定値あるいは空気有効成分分圧の圧力応答予測値に基づいて設定しても良い。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1〜図8は本発明の実施の第1形態に係わり、図1は燃料・吸気・EGR制御部のブロック図、図2はエンジン制御系の全体ブロック図、図3は初期化ルーチンのフローチャート、図4は定期処理ルーチンのフローチャート、図5は燃料・吸気・EGR制御処理ルーチンのフローチャート、図6はクランク角割込みルーチンのフローチャート、図7は吸気系モデルの説明図、図8は気筒判別の説明図である。
【0033】
図2は、燃料噴射制御、吸気制御、EGR制御を総合的に行うエンジン制御系を示し、各種制御量を演算するマイクロコンピュータからなるメイン制御ユニット20に、エンジン運転状態を検出するための各種センサ類が接続されるとともに、エンジン制御のための各種アクチュエータ類が接続されている。
【0034】
上記メイン制御ユニット20に接続されるセンサ類としては、所定のクランク角毎にパルス信号を出力するクランク角センサ2、このクランク角センサ2から出力されるパルス信号間で発生する気筒判別のためのパルス信号を出力する気筒判別センサ3、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に応じた電圧信号を出力するアクセル開度センサ4、吸気管内圧力に応じた電圧信号を出力する吸気管圧力センサ5、吸気管内のガス温度に応じた電圧信号を出力する吸気管温度センサ6、空燃比を検出する空燃比センサ7、スロットル通過空気流量を計測する吸入空気量センサ8等がある。
【0035】
また、上記メイン制御ユニット20に接続されるアクチュエータ類としては、燃料を噴射する各気筒のインジェクタ10、気筒毎の点火プラグ12に連設される点火コイル11等があり、さらに、スロットル開度を可変するためのスロットルアクチュエータ13、及び、EGR量を可変するためのEGRバルブ14が接続されている。
【0036】
上記メイン制御ユニット20は、各センサ類からの信号を処理してエンジン運転状態を表す各種パラメータを算出する機能として、気筒判別部21、クランク角度判定部22、クランク角度パルス発生間隔時間算出部23、エンジン回転数算出部24、アクセル開度算出部25、マニホルド全圧算出部26、吸気管内ガス温度算出部27、空燃比算出部28、スロットル通過空気流量算出部29を有し、さらに、エンジン制御の中枢となる燃料・吸気・EGR制御部30を有し、制御量出力に係わる機能として、噴射パルス時間算出部40、噴射時期設定部41、噴射パルス発生部42、点火時期設定部43、及び、点火信号発生部44の各機能を有している。
【0037】
すなわち、気筒判別部21で、クランク角センサ2からの出力パルス信号(クランクパルス)と気筒判別センサ3からの出力パルス信号(気筒判別パルス)との入力パターンによって気筒判別を行い、気筒判別した特定気筒の所定クランク角度位置を基準クランク位置として、順次入力されるクランクパルスに対応するクランク角度位置をクランク角度判定部22で判定する。また、クランク角度パルス発生間隔時間算出部23では、クランクパルスの入力間隔時間を計時して所定クランク角度間の経過時間を算出し、エンジン回転数算出部24で180°CAの経過時間からエンジン回転数Neを算出する。
【0038】
また、アクセル開度算出部25でアクセル開度センサ4の出力電圧値に基づいてアクセル開度(アクセル踏み込み量)Sを算出し、マニホルド全圧算出部26で吸気管圧力センサ5の出力電圧値に基づいて吸気管圧力(以下、マニホルド全圧と称する)Pmを算出する。
【0039】
さらに、吸気管内ガス温度算出部27で吸気管温度センサ6の出力電圧値に基づいて吸気管内ガス温度Tmを算出し、空燃比算出部28で空燃比センサ7の出力電圧に基づいて空燃比λを算出し、スロットル通過空気流量算出部29で吸入空気量センサ8からの出力に基づいてスロットル通過空気流量計測値Qaveを算出する。
【0040】
一方、燃料・吸気・EGR制御部30は、詳細には、図1に示すように、目標トルク設定部31、第1の負荷・燃焼制御マネージャ32、第2の負荷・燃焼制御マネージャ32a、吸気系係数算出部33、吸気制御マネージャ34、制御係数算出部35、F/B制御部36、電子制御スロットル(ETC)指示部37、及び、EGR指示部38から構成されている。
【0041】
目標トルク設定部31では、エンジン回転数Neとアクセル開度Sとに基づいて目標エンジントルクTeiを設定し、第1の負荷・燃焼制御マネージャ32で目標エンジントルクTeiに対応した基本燃料噴射量及びEGR設定値(EGR率)を初期設定すると、吸気制御マネージャ34で基本燃料噴射量及びEGR設定値から吸気管内の圧力目標値を空気有効成分分圧とEGRガス有効成分分圧とに分けて設定する。
【0042】
そして、F/B制御部36で、以下の吸気系モデルに従い、空気有効成分分圧の推定値及びEGRガス有効成分分圧の推定値を算出し、EGRガス有効成分分圧の推定値とEGRガス有効成分分圧の制御目標値との偏差に基づいてEGRバルブ通過ガス流量設定値Qeを算出するとともに、空気有効成分分圧の推定値と空気有効成分分圧の制御目標値との偏差、及び、EGRガス中の空気過不足成分に基づいて、スロットルバルブ通過空気流量設定値Qaを算出する。
【0043】
尚、各パラメータに付加する添字は、iが初期設定値、*が目標値、(-k)がk制御周期前の値(例えば、添字(-1)で1制御周期前の値)であることを表す。
【0044】
ここで、有効成分、過不足成分について説明する。まず、有効成分とは、目標値(初期設定値)に呼応するための成分を示し、EGRガス有効成分は、制御空燃比が当量(理論空燃比)であれば、EGRガス中の非空気成分である不活性成分(理論空燃比での既燃ガスに相当する成分;H20,CO2,N2等からなる)と同じ値であるが、制御空燃比がリーンの場合、当量比分の空気を含み、EGRガス中の空気成分に不活性成分を加えた値となる。
【0045】
また、過不足成分は、有効分に対する過不足分を示し、定常状態では目標当量比と排気当量比とが同じであるため、過不足は生じないが、過渡的には、これから制御しようとする目標当量比と現在還流されてくるEGRガスの排気当量比とが一致しないことが多く、目標当量比>排気当量比の場合には、還流されてくるEGRガス中に過剰空気を生じ、目標当量比<排気当量比の場合には、還流されてくるEGRガス中に不足空気を生じる。従って、この過剰・不足空気分をスロットルバルブ・EGRバルブ制御で目標状態に制御するのである。
【0046】
次に、本発明で採用する吸気系モデルは、図7に示すように、エンジン1の吸気管1aに介装されたスロットルバルブ1bを通過する新気分の流量(スロットル通過空気流量)Qaと、排気管1cから吸気管1aへの排気還流管1dに介装されたEGRバルブ14を通過するEGRガス流量(EGRバルブ通過ガス流量)Qeとが吸気管1a内に供給され、エンジン1のシリンダに流出している(シリンダ流入ガス量Qs)とする吸気系モデルであり、スロットル通過空気流量QaとEGRバルブ通過ガス流量Qeとによって吸気管容積を充填する分の空気量を見込むことにより、アクセル操作量とエンジン回転数から設定した目標トルクを過渡的に遅れなく実現することができる。
【0047】
吸気管内の空気有効成分は、スロットルバルブ1bを通過する新気分と、EGRバルブ14を通過するEGRガス中の空気過不足成分との和から、シリンダ内へ流入する空気有効成分を除いたものであり、スロットル通過空気流量Qa、EGRガス中の空気過不足成分のEGRバルブ通過流量Qea、吸気管内の空気有効成分のシリンダ流入流量Qso、吸気管容積Vm、吸気管内ガス温度Tm、空気有効成分の気体定数Raを用いて気体の状態方程式を適用すると、吸気管内の空気有効成分分圧Pmoの時間変化量dPmo/dtは、以下の(1)式で表すことができる。
dPmo/dt=(Qa+Qea−Qso)・Ra・Tm/Vm …(1)
【0048】
また、吸気管内のEGRガス有効成分は、EGRバルブ14を通過するEGRガス有効成分からシリンダ内へ流入するEGRガス有効成分を除いたものであり、同様に、吸気管内のEGRガス有効成分分圧Pmeeの時間変化量dPmee/dtは、EGRガス有効成分のEGRバルブ通過流量Qee、EGRガス有効成分のシリンダ流入流量Qsee、EGRガス有効成分の気体定数Reにより、以下の(2)式で表すことができる。
dPmee/dt=(Qee−Qsee)・Re・Tm/Vm …(2)
【0049】
上記(1)式におけるEGRガスの空気過不足成分のEGRバルブ通過流量Qea、上記(2)式におけるEGRガス有効成分のEGRバルブ通過流量Qeeは、EGRバルブ通過ガス流量Qeに、EGRバルブ14入口におけるEGRガスの当量比Φとシリンダ内当量比の初期設定値である目標当量比Φiとの比を適用することにより、それぞれ、以下の(3),(4)式のように表すことができる。
Qea=(1−Φ/Φi)・Qe …(3)
Qee=(Φ/Φi)・Qe …(4)
【0050】
また、上記(1)式における空気有効成分のシリンダ流入流量Qso、上記(2)式におけるEGRガス有効成分のシリンダ流入流量Qseeは、それぞれ、1気筒当たりのストローク容積Vs、体積効率ηv、エンジンの気筒数Lを用いて、以下の(5),(6)式で表すことができる。
Qso=((Pmo・Vs)/(Ra・Tm))・ηv・(Ne・L/120) …(5)
Qsee=((Pmee・Vs)/(Re・Tm))・ηv・(Ne・L/120) …(6)
【0051】
従って、上記(1),(2)式に上記(3)〜(5)式を適用して式中の一部を以下の(7)〜(9)式で示す係数a,ba,beで置き換え、上記(1),(2)式をマトリックス形式で記述すると、以下の(10)式で示すようになり、スロットル通過空気流量Qa、EGRバルブ通過ガス流量Qe、及び、EGRガスの当量比Φと目標当量比Φiとの比に基づいて、吸気管内の状態を空気有効成分分圧Pmoの時間変化量とEGRガス有効成分分圧Pmeeの時間変化量とによって表現することができる。
a =(Vs/Vm)・ηv・(Ne・L/120) …(7)
ba=Ra・Tm/Vm …(8)
be=Re・Tm/Vm …(9)
【0052】
以上の吸気系モデルを用いることにより、吸気管内の空気有効成分分圧Pmo及びEGRガス有効成分分圧Pmeeの時間変化量に基づいて、スロットル通過空気流量QaとEGRバルブ通過ガス流量Qeとを算出することができ、F/B制御部36では、吸気管内のEGRガス有効成分分圧の目標値と、EGRガス有効成分分圧の計算値であるEGRガス有効成分分圧推定値との偏差をフィードバックしてEGRバルブ通過ガス流量Qeを設定し、さらに、このEGRバルブ通過ガス流量Qeに含まれる空気有効成分、及び、吸気管内の空気有効成分分圧の目標値と空気有効成分分圧の計算値である空気有効成分分圧推定値との偏差をフィードバックし、スロットル通過空気流量Qaを設定する。
【0053】
そして、第2の負荷・燃焼制御マネージャ32aでインジェクタ10に対する操作量を算出するための最終的な基本燃料噴射量を設定して噴射パルス時間算出部40へ出力するとともに、ETC指示部37で、マニホルド全圧Pmとスロットル通過空気流量設定値Qaとから、制御対象であるスロットルアクチュエータ13に対する操作量としてのスロットルアクチュエータ指示値Saを設定してスロットルアクチュエータ13へ出力し、また、EGR指示部38で、マニホルド全圧PmとEGRバルブ通過ガス流量設定値Qeとから、EGRバルブ14に対する操作量としてのEGRバルブ指示値Seを設定してEGRバルブ14へ出力する。尚、吸気系係数算出部33、制御係数算出部35は、それぞれ、吸気系モデルの係数、フィードバック制御の係数を算出する。
【0054】
噴射パルス時間算出部40では、上記燃料・吸気・EGR制御部30で設定した基本燃料噴射量Gf*からインジェクタ10に対する操作量としての噴射パルス時間Toutを算出し、この噴射パルス時間Toutと噴射時期設定部41で設定した噴射時期Tinjとに従い、噴射パルス発生部42で噴射パルス発生タイマを予め定めた特定のクランク角度でセットし、所定のタイミングで噴射パルスをインジェクタ10へ出力する。
【0055】
また、点火時期設定部43では、エンジン回転数Neと目標エンジントルクTeiとに基づいて点火時期Tigを設定し、点火信号発生部44で、この点火時期Tigに従い、予め定めた特定のクランク角度で点火パルス発生タイマをセットし、所定のタイミングで点火信号を点火コイル11に出力し、点火プラグ12を放電させる。
【0056】
以下、上記メイン制御ユニット20によって実行される燃料・吸気・EGR制御処理について、図3〜図6のフローチャートに従って説明する。
【0057】
図3は、図示しないイグニッションスイッチがONされ、メイン制御ユニット20に電源が供給されてシステムがリセットされたとき、割込み実行される初期化ルーチンであり、まず、ステップS10でCPUを初期設定すると、ステップS20で制御データを初期設定し、ステップS30で、吸気管容積Vm、1気筒当たりのストローク容積Vs、エンジンの気筒数L、空気有効成分の気体定数Ra、EGRガス有効成分の気体定数Re等の吸気系定数を設定してルーチンを抜ける。
【0058】
そして、システムイニシャライズ後、図4に示す定期処理ルーチンが一定時間毎(例えば、10ms毎)に実行されるとともに、図6に示すクランク角割込みルーチンがクランクパルス入力毎に割込み実行される。
【0059】
図4の定期処理ルーチンでは、まず、ステップS50で、アクセル開度算出部25の処理として、アクセル開度センサ4の出力をA/D変換してアクセル開度Sを算出し、ステップS60で、マニホルド全圧算出部26の処理として、吸気管圧力センサ5の出力をA/D変換してマニホルド全圧Pmを算出する。さらに、ステップS70で、吸気管内ガス温度算出部27の処理として、吸気管温度センサ6の出力をA/D変換して吸気管内のガス温度Tmを算出する。
【0060】
次に、ステップS80へ進み、スロットル通過空気流量算出部29の処理として、吸入空気量センサ8の出力をA/D変換し、スロットル通過空気流量計測値Qaveを算出すると、ステップS90で、空燃比算出部28の処理として、空燃比センサ7の出力をA/D変換して空燃比λを算出し、ステップS100で、エンジン回転数算出部24の処理として、後述する図6のクランク角割込みルーチンで算出された180°CAの経過時間からエンジン回転数Neを算出してステップS110へ進む。
【0061】
ステップS110では、燃料・吸気・EGR制御部30の処理として図5の燃料・吸気・EGR制御処理ルーチンを実行し、目標エンジントルクTeiを基準として、基本燃料噴射量Gf*、スロットルアクチュエータ指示値Sa、EGRバルブ指示値Seを算出する。
【0062】
その後、ステップS120へ進み、噴射パルス時間算出部40の処理として、上記ステップS100で算出した基本燃料噴射量Gf*を、各種補正項や無効分を加えて噴射パルス時間Toutに換算し、また、噴射時期設定部41の処理として、エンジン回転数Neと目標エンジントルクTeiを格子とするマップを参照して噴射時期Tinjを設定すると、ステップS130で、点火時期設定部43の処理としてエンジン回転数Neと目標エンジントルクTeiとを格子とするマップを参照して点火時期Tigを設定し、ルーチンを抜ける。
【0063】
次に、上記ステップS110における燃料・吸気・EGR制御処理ルーチンについて図5に基づき説明する。このルーチンでは、ステップS150で、目標トルク設定部31の処理としてエンジン回転数Neとアクセル開度Sとを格子とするマップを参照して目標エンジントルクTeiを設定し、ステップS160で吸気系係数算出部33の処理を行う。
【0064】
この吸気系係数算出処理では、まず、エンジン回転数Neとマニホルド全圧Pmとに基づいて体積効率ηvを設定し、エンジン回転数Ne、吸気管内のガス温度Tm、体積効率ηv、吸気系定数Vm,Vs,L,Ra,Reにより、前述の(7)〜(9)式による吸気系係数a,ba,be、及び、以下の(11)〜(13)式による吸気系係数ca,ce,dを算出する。
ca=a/ba=(Vs/(Ra・Tm))・ηv・(Ne・L/120) …(11)
ce=a/be=(Vs/(Re・Tm))・ηv・(Ne・L/120) …(12)
d =(Vs/(Ra・Tm))・ηv …(13)
【0065】
続くステップS170では、第1の負荷・燃焼制御マネージャ32の処理として、エンジン回転数Neと目標エンジントルクTeiとに基づいて、基本燃料噴射量初期設定値Gfi、EGR設定値EGRSi、シリンダ内当量比設定値faiiを、それぞれマップ参照により設定し、ステップS180で吸気制御マネージャ34による処理を行う。
【0066】
吸気制御マネージャ34による処理では、まず、先に設定したシリンダ内当量比設定値faiiからEGRバルブ14入口におけるEGRガスの当量比を推定した当量比推定値faiを求める。そして、当量比推定値fai、当量比設定値faii、基本燃料噴射量初期設定値Gfi、EGR設定値EGRSi、吸気系係数d、理論空燃比ABFTから、以下の(15)〜(17)式により、空気有効成分分圧目標値初期設定値Pmo*i、EGRガス有効成分分圧目標値初期設定値Pmee*i、マニホルド全圧目標値初期設定値Pm*iを算出し、また、以下の(18)式による当量比推定値faiと当量比設定値faiiとの比を、当量比係数rfaiとして算出する。
Pmo*i =(1/d)・Gfi・ABFT/faii …(15)
Pmee*i=EGRSi/(1−EGRSi)・(Re/Ra)・Pmo*i …(16)
Pm*i =Pmo*i+Pmee*i …(17)
rfai =fai/faii …(18)
【0067】
上記当量比推定値faiは、空燃比センサ7が広域型空燃比センサである場合、実際の空燃比λより算出した当量比算出値を用いることで最も優れた精度を得ることができるが、以下の(19)式に示すように、EGRの配管等で発生する燃焼ガスの輸送遅れ時間を考慮し、k制御周期前の当量比設定値faii (-k)から加重平均により、当量比設定値faiiの一次遅れで当量比推定値faiを算出しても良い。
fai=(1−q)・fai(-1)+q・faii (-k) …(19)
但し、q:加重平均係数
【0068】
上記(19)式による加重平均で当量比推定値faiを求める場合、加重平均係数qを予め設定した定数としても良いが、厳密には、燃焼ガスの輸送遅れ時間は運転条件によって変化するため、一次遅れを運転条件で最適に設定できるよう、加重平均係数qをマニホルド全圧Pmより設定し、k制御周期前の当量比設定値faii (-k)は、エンジン回転数Neとマニホルド全圧Pmとにより設定した無駄時間に相当するk御周期前の値とすることが望ましい。
尚、簡易的には、以下の(20)式に示すように、当量比設定値faiiを、そのまま当量比推定値faiとして設定しても良い。
fai=faii …(20)
【0069】
その後、ステップS190へ進み、制御係数算出部35の処理として、吸気系係数ba,be,ca,ceと当量比係数rfaiとにより、以下の(21)〜(26)式で示すフィードバック係数f1,f2,h1,h2,g1,g2を算出する。
f1=(1/(ba・dt))・n …(21)
f2=(1/(frfai・be・dt))・n …(22)
h1=ca …(23)
h2=ce/rfai …(24)
g1=m/Ne …(25)
g2=m/Ne …(26)
但し、dt:制御周期
n :重み係数(0<n<1)
m :積分制御係数(m≧0)
【0070】
次いで、ステップS200へ進み、前述した吸気系モデルに従い、スロットル通過空気流量設定値Qa、EGRバルブ通過ガス流量設定値Qeを算出するF/B制御部36の処理を行う。この処理では、まず、空気有効成分分圧及びEGRガス有効成分分圧の各時間変化量を推定するため、吸気系モデルに従って、EGRガスの空気過不足成分分圧モデル値Pfea及びEGRガス有効成分分圧モデル値Pfeeを当量比係数rfaiに基づいて算出し、また、実際に計測したスロットル通過空気流量によって吸入空気分の新気分圧モデル値Pfaを算出する。
【0071】
そして、EGRガスの空気過不足成分分圧モデル値Pfeaと新気分圧モデル値Pfaとの和を空気有効成分分圧推定値Pmoとして算出し、各分圧モデル値Pfea,Pfee,Pfaの総和を吸気管圧力の実測値であるマニホルド全圧Pmと一致させるべく、マニホルド全圧Pmから空気有効成分分圧推定値Pmoを減算した値をEGRガス有効成分分圧推定値Pmeeとして算出する。
【0072】
すなわち、当量比係数rfaiを用いることでEGRガス有効成分分圧の推定精度を高めるとともに、実際の吸入空気量から求めた新気分圧モデル値Pfaを修正することなく各分圧の総和をマニホルド全圧Pmに一致させることでEGR分のモデル誤差を修正し、吸気温度、大気圧、バルブクリアランス等の影響を排除して空気有効成分分圧の推定精度を向上させる。
【0073】
次いで、前述の吸気制御マネージャ34による処理で算出したEGRガス有効成分分圧目標値初期設定値Pmee*iとEGRガス有効成分分圧推定値Pmeeとの偏差をフィードバックしてEGRバルブ通過ガス流量Qeを求め、さらに、このEGRバルブ通過ガス流量Qeを用い、同様に、前述の吸気制御マネージャ34による処理で算出した空気有効成分分圧目標値初期設定値Pmo*iと空気有効成分分圧推定値Pmoとの偏差をフィードバックし、スロットル通過空気流量Qaを求める。
【0074】
具体的には、EGRガスの空気過不足成分分圧モデル値Pfea、EGRガス有効成分分圧モデル値Pfeeは、吸気系係数a,ba,be、当量比係数rfai、1制御周期前のEGRバルブ通過ガス流量設定値Qe(-1)、1制御周期前のEGRガスの空気過不足成分分圧モデル値Pfea(-1)、1制御周期前のEGRガス有効成分分圧モデル値Pfee(-1)を用い、以下の(27),(28)式により算出され、また、吸入空気の新気分圧モデル値Pfaは、吸入空気量センサ8によって実際に計測したスロットル通過空気流量計測値Qaveを用い、以下の(29)式によって算出される。
【0075】
次に、上記(27)で算出したEGRガスの空気過不足成分分圧モデル値Pfea、上記(29)式で算出した新気分圧モデル値Pfaを用い、以下の(30)式により空気有効成分分圧推定値Pmoを算出し、さらに、この空気有効成分分圧推定値Pmoと吸気管圧力センサ5で計測したマニホルド全圧Pmとから、以下の(31)式によりEGRガス有効成分分圧推定値Pmeeを算出する。
Pmo=Pfa+Pfea …(30)
Pmee=Pm−Pmo …(31)
【0076】
尚、空気有効成分分圧推定値Pmoは、マニホルド全圧Pmから新気分圧モデル値Pfaを減算したEGRガス分圧と、EGRガスの空気過不足成分分圧モデル値PfeaとEGRガス有効成分分圧モデル値Pfeeとの和として導かれるEGRガス分圧との比によってEGRガスの空気過不足成分分圧モデル値Pfeaを修正した以下の(32)式によって算出しても良い。
Pmo=Pfa+Pfea・(Pm−Pfa)/(Pfea+Pfee)…(32)
但し、(Pfea+Pfee)=0でEGRが実施されていないときには、(Pm−Pfa)=0であり、Pmo=Pfaとする。
【0077】
そして、EGRガス有効成分分圧目標値初期設定値Pmee*i、EGRガス有効成分分圧推定値Pmee、フィードバック係数f2,h2,g2を用い、以下の(33)式により、EGRガス有効成分分圧の目標値と推定値との偏差に応じてEGRバルブ通過ガス流量初期設定値Qeiを算出する。
Qei=h2・Pmee+f2・(Pmee*i−Pmee) …(33)
【0078】
上記(33)式で算出したEGRバルブ通過ガス流量初期設定値Qeiは、必ずしも実現可能な値ではないこともあるため、以下の(34)式の範囲(0以上最大流量(Qe)max以下の範囲)に飽和させて制御可能(実現可能)な流量とし、この流量を最終的なEGRバルブ通過ガス流量設定値Qeとする。
0≦Qe≦(Qe)max …(34)
【0079】
この場合、上記最大EGRバルブ通過ガス流量(Qe)maxは、予め実験等によって求めた定数としても良いが、制御可能なEGRバルブ通過ガス流量はマニホルド全圧Pmに依存するため、マニホルド全圧Pmに基づいてマップ参照等により設定した値を用いることで、正確なF/B制御を実現することができる。
【0080】
さらには、EGRバルブ通過ガス流量を制御する場合、制御することのできる(変化させることのできる)流量は、マニホルド全圧Pmと1制御周期前のEGRバルブ通過ガス流量Qe(-1)とによって制限されるため、マニホルド全圧Pmと1制御周期前のEGRバルブ指示値Se(-1)とから最大EGRバルブ通過ガス流量変化量(ΔQe)maxを設定し、この最大EGRバルブ通過ガス流量変化量(ΔQe)maxと1制御周期前のEGRバルブ通過ガス流量設定値Qe(-1)とによって以下の(35)式で算出した最大EGRバルブ通過ガス流量(Qe)maxを用いることで、より正確なF/B制御を実現することができる。
(Qe)max=Qe(-1)+(ΔQe)max …(35)
【0081】
その後、上記EGRバルブ通過ガス流量設定値Qeを用い、空気有効成分分圧推定値Pmo、空気有効成分分圧目標値初期設定値Pmo*i、当量比係数rfai、フィードバック係数f1,h1,g1により、以下の(36)式に従ってスロットル通過空気流量初期設定値Qaiを算出する。そして、算出したスロットル通過空気流量初期設定値Qaiを以下の(37)式の範囲(0以上最大流量(Qa)max以下の範囲)に飽和させてスロットル通過空気流量設定値Qaを定める。
Qai=h1・Pmo+f1・(Pmo*i−Pmo)−(1−rfai)・Qe…(36)
0≦Qa≦(Qa)max …(37)
【0082】
この場合においても、上記最大EGRバルブ通過ガス流量(Qe)maxの場合と同様、上記最大スロットル通過空気流量(Qa)maxは、予め設定した定数としても良く、制御可能な流量を考慮してマニホルド全圧Pmに基づいてマップ参照等により設定した値を用いても良い。さらに、マニホルド全圧Pmと1制御周期前のスロットルアクチュエータ指示値Sa(-1)とによって最大スロットル通過空気流量変化量(ΔQa)maxを設定し、この最大スロットル通過空気流量変化量(ΔQa)maxと1制御周期前のスロットル通過空気流量設定値Qa(-1)とによって以下の(38)式で算出した最大スロットル通過空気流量(Qa)maxを用いても良い。
(Qa)max=Qa(-1)+(ΔQa)max …(38)
【0083】
以上により、上記ステップS200でのF/B制御部36の処理が済むと、次にステップS210へ進み、ETC指示部37の処理として、上記ステップS200で算出したスロットル通過空気流量Qaとマニホルド全圧Pmとに基づいて、マップ参照によりスロットルアクチュエータ指示値Saを算出する。さらに、ステップS220で、EGR指示部38の処理として、上記ステップS200で算出したEGRバルブ通過ガス流量設定値Qeとマニホルド全圧Pmとに基づいて、マップ参照によりEGRバルブ指示値Seを算出し、ステップS230へ進む。
【0084】
ステップS230では、第2の負荷・燃焼制御マネージャ32aの処理として最終的な基本燃料噴射量Gf*を設定し、ルーチンを抜ける。この最終的な基本燃料噴射量Gf*は、以下の(39)式に示すように、基本燃料噴射量初期設定値Gfiを、そのまま採用して燃料優先の制御としても良く、空気の検出遅れによる燃料量の制御遅れを回避して運転者のアクセル操作に追従したエンジントルクを発生させ、運転者の要求出力に対する応答性を向上することができる。
Gf*=Gfi …(39)
【0085】
また、この場合、実際には吸気管圧力の応答は制御目標値に対して遅れが発生することがあるため、空気有効成分分圧推定値Pmo、当量比設定値faii、吸気系係数d、及び、理論空燃比ABFTを用い、以下の(40)式に示すように、現実的な吸気管圧力に従ってD−ジェトロ的に最終的な基本燃料噴射量Gf*を算出しても良く、過渡時の空燃比制御性を向上することができる。
Gf*=d・Pmo・faii/ABFT …(40)
以上の定期処理ルーチンに対し、図6のクランク角割込みルーチンでは、まず、ステップS300で、気筒判別部21による処理として、クランク角センサ2からのクランクパルス間で発生する気筒判別センサ3からの気筒判別パルスの数に従って現在の気筒を判別し、さらに、引続き発生しているクランクパルスの数に従って以降の気筒を判別する処理を行い、ステップS310で、クランク角度判定部22によるクランク角度判別処理を行う。
【0086】
図8に示すように、本形態では、各気筒のBTDC97°,65°,10°CA毎にクランク角センサ2からクランクパルスが出力され、気筒判別センサからは、#3気筒のBTDC97°と前の点火気筒である#1気筒のBTDC10°との間で3個の気筒判別パルス、#4気筒のBTDC97°と前の点火気筒である#2気筒のBTDC10°との間で2個の気筒判別パルス、#1,#2気筒のBTDC97°と前の点火気筒のBTDC10°との間で1個の気筒判別パルスが出力される。
【0087】
従って、気筒判別パルスが入力される毎に、そのパルス数をカウントし、3個の気筒判別パルスが入力された後のクランクパルスは、#3気筒のBTDC97°のクランクパルス、2個の気筒判別パルスが入力された後のクランクパルスは#4気筒のBTDC97°のクランクパルス、1個の気筒判別パルスが入力された後のクランクパルスは#1気筒あるいは#2気筒のBTDC97°クランクパルスであり、前の気筒判別が#4気筒であれば#1気筒、前の気筒判別が#3気筒であれば#2気筒と判別する。
【0088】
また、BTDC65°,BTDC10°のクランク位置は、BTDC97°のクランクパルスからのパルス数で判定し、#1気筒のBTDC97°のクランクパルスを0(基準位置)としてクランクパルスが入力される毎に1,2,3,…と順次カウントアップし、基準位置からのカウント値に応じてクランク位置を判別する。
【0089】
続くステップS320では、クランク角度パルス発生間隔時間算出部23の処理として、前回のクランク割込み発生から今回のクランクパルス割込み発生までの経過時間すなわち、前回のクランクパルス入力から今回のクランクパルス入力までの経過時間を計時し、BTDC10°のクランクパルス入力からBTDC97°のクランクパルス入力までのクランク角度93°分の経過時間をMT93、BTDC97°のクランクパルス入力からBTDC65°のクランクパルス入力までのクランク角度32°分の経過時間をMT32、BTDC65°のクランクパルス入力からBTDC10°のクランクパルス入力までのクランク角度55°分の経過時間をMT55としてメモリにストアする。各経過時間MT93,MT,32,MT55の合計が180°CAの経過時間としてエンジン回転数Neの算出に用いられる。
【0090】
ステップS330では、噴射時期設定部41、点火時期設定部43の処理を行い、噴射時期、点火時期を決定する。すなわち、定期処理ルーチンで設定された噴射時期Tinjを、予め定めた特定のクランク角からの噴射タイミングに換算するとともに、同じく定期処理ルーチンで設定された点火時期Tigを、予め定めた特定のクランク角からの点火タイミングに換算する。
【0091】
そして、ステップS340で、噴射パルス発生部42の処理として、今回のクランク角割込みが予め定めた特定のクランク角度における割込みであるとき、噴射パルス発生タイマをセットし、さらに、ステップS350で、点火信号発生部44の処理として、同様に、今回のクランク角割込みが予め定めた特定のクランク角度における割込みであるとき、点火パルス発生タイマをセットし、ルーチンを抜ける。その結果、上記ステップS330で決定した噴射タイミングで噴射パルス発生タイマから噴射パルスがインジェクタ10に出力されて燃料が噴射され、上記ステップS330で決定した点火タイミングで点火パルス発生タイマから点火パルスが点火コイル11に出力され、点火プラグ12による点火が行われる。
【0092】
以上により、目標エンジントルクに対応した燃料噴射量に対し、空気有効成分とEGRガス有効成分とを推定しながら吸気制御及びEGR制御を行い、スロットルバルブ下流の吸気管容積を充填する際の吸入空気及びEGRガスの応答遅れ、スロットル系及びEGR系のハード的な応答遅れを補償し、且つ、スロットル系とEGR系とで異なる応答性の影響を除去することができ、さらに、スロットル系の操作結果として生じる実際の吸入空気量に対するフィードバックを行うことで、スロットルバルブの個体間のバラツキによる流量偏差や、スロットルバルブの温度変化による開口面積の変化による流量変化、スロットルバルブのブローバイガス等によって生じるバルブ汚染による流量変化等を未然に回避し、制御応答性を向上し、アクセル操作に対する追従性を向上することができる。
【0093】
すなわち、運転者の操作に応じ、燃料噴射制御、吸気制御、EGR制御を総合的に行うことで、燃料噴射量の最適化、吸入空気量の最適化、EGR量の最適化を実現し、運転フィーリングの向上、排気ガスエミッションの低減を図ることができるとともに、ストイキオ領域に限らずリーン領域も含めて広範な空燃比での制御性を向上することができ、運転条件に応じた自由な空燃比制御を実現することができるのである。
【0094】
図9及び図10は本発明の実施の第2形態に係わり、図9は燃料・吸気・EGR制御部のブロック図、図10は燃料・吸気・EGR制御処理ルーチンのフローチャートである。
【0095】
本形態は、前述の第1形態に対し、図9に示すように、燃料・吸気・EGR制御部30において、第1形態のF/B制御部36、第2の負荷・燃焼制御マネージャ32aの処理内容を若干変更し、それぞれ、F/B制御部36A、第2の負荷・燃焼制御マネージャ32bとするとともに、第1形態の吸気マネージャ34を第1の吸気マネージャ34として、この第1の吸気制御マネージャ34に、第2の吸気制御マネージャ34aを追加したものである。
【0096】
すなわち、本形態では、第2の吸気制御マネージャ34aにおいて、EGRガス有効成分分圧の理論的な圧力応答予測値であるEGRガス有効成分分圧予測値Pmee*、空気有効成分分圧の理論的な圧力応答予測値である空気有効成分分圧予測値Pmo*を算出し、F/B制御部36Aで、EGRバルブ通過ガス流量初期設定値Qeiを算出する際、EGRガス有効成分分圧予測値Pmee*とEGRガス有効成分分圧推定値Pmeeとの誤差の時間積分値を用い、また、スロットル通過空気流量初期設定値Qaiを算出する際、空気有効成分分圧予測値Pmo*と空気有効成分分圧推定値Pmoとの誤差の時間積分値を用いるようにしている。さらに、第2の負荷・燃焼制御マネージャ32bで、空気有効成分分圧予測値Pmo*を用いて最終的な基本燃料噴射量Gf*を算出する。
【0097】
本形態では、図5に示す第1形態の燃料・吸気・EGR制御処理ルーチンに対し、図10に示すように、ステップS200における処理の内容をF/B制御部36による処理からF/B制御部36Aによる処理に変更するとともに、ステップS230における処理の内容を第2の負荷・燃焼制御マネージャ32aによる処理から第2の負荷・燃焼制御マネージャ32bによる処理に変更し、ステップS220のEGR指示部38によるEGRバルブ指示値算出処理とステップS230の第2の負荷・燃焼制御マネージャ32bによる最終的な基本燃料噴射量の算出処理との間に、第2の吸気制御マネージャ34aの処理を行うステップS225を挿入する。
【0098】
ステップS200のF/B制御部36Aによる処理では、第1形態と同様にして、空気有効成分分圧推定値Pmo、EGRガス有効成分分圧推定値Pmeeを算出し、その後、EGRバルブ通過ガス流量初期設定値Qei、スロットル通過空気流量初期設定値Qaiを算出するが、この際、第1形態に対し、以下の(41),(42)式に示すように、それぞれ、1制御周期前のEGRガス有効成分分圧誤差の時間積分値Imee(-1)、空気有効成分分圧誤差の時間積分値Imo(-1)を加える。
上記(41),(42)式で算出したEGRバルブ通過ガス流量初期設定値Qei、スロットル通過空気流量初期設定値Qaiは、第1形態と同様、0から最大流量の範囲に飽和させ、EGRバルブ通過ガス流量設定値Qe、スロットル通過空気流量設定値Qaとする。
【0099】
一方、ステップS225における第2の吸気制御マネージャ34aによる処理では、まず、空気有効成分分圧推定値Pmo、スロットル通過空気流量設定値Qa、EGRバルブ通過ガス流量設定値Qe、当量比係数rfai、1制御周期前の空気有効成分分圧誤差の時間積分値Imo(-1)、フィードバック係数f1,h1,g1により、設定されたスロットル通過空気流量に相当する圧力目標値である空気有効成分分圧目標補正値Pmoh*を以下の(43)式によって算出する。
【0100】
さらに、EGRガス有効成分分圧推定値Pmee、EGRバルブ通過ガス流量設定値Qe、1制御周期前のEGRガス有効成分分圧誤差の時間積分値Imee(-1)、フィードバック係数f2,h2,g2により、設定されたEGRバルブ通過ガス流量に相当する圧力目標値であるEGRガス有効成分分圧目標補正値Pmeeh*を以下の(44)式によって算出する。
Pmeeh*=(1/f2)・(Qe+(f2−h2)・Pmee−g2・Imee(-1))…(44)
【0101】
次いで、空気有効成分分圧目標補正値Pmoh*、1制御周期前の空気有効成分分圧予測値Pmo* (-1)、フィードバック係数f1、吸気系係数baを用い、以下の(45)式により、空気有効成分分圧予測値Pmo*を算出する。
【0102】
また、EGRガス有効成分分圧目標補正値Pmeeh*、1制御周期前のEGRガス有効成分分圧予測値Pmee* (-1)、当量比推定値fai、フィードバック係数f2、吸気系係数beを用い、以下の(46)式により、EGRガス有効成分分圧予測値Pmee*を算出する。
【0103】
そして、空気有効成分分圧予測値Pmo*と空気有効成分分圧推定値Pmoとの誤差の時間積分値Imoを、以下の(47)式によって算出するとともに、EGRガス有効成分分圧予測値Pmee*とEGRガス有効成分分圧推定値Pmeeとの誤差の時間積分値Imeeを、以下の(48)式によって算出する。
Imo =Imo(-1)+(Pmo*−Pmo)・dt …(47)
Imee=Imee(-1)+(Pmee*−Pmee)・dt …(48)
【0104】
簡易的には、上記(43)式による空気有効成分分圧目標補正値Pmoh*、上記(44)式によるEGRガス有効成分分圧目標補正値Pmeeh*は、それぞれ、以下の(49),(50)式に示すように、空気有効成分分圧目標値初期設定値Pmo*i、EGRガス有効成分分圧目標値初期設定値Pmee*iとすることも可能であり、制御精度が若干落ちるもののCPUの計算負荷を大きく軽減することができる。
Pmoh* =Pmo*i …(49)
Pmeeh*=Pmee*i …(50)
【0105】
この場合、F/B制御部36Aによる処理において、EGRバルブ通過ガス流量初期設定値Qei、スロットル通過空気流量初期設定値Qaiを、それぞれ、0から最大流量の範囲に飽和させる際、初期設定値と最大流量との大小関係に応じ、それぞれ飽和フラグE,Aをセット/クリアするようにし、第2の吸気制御マネージャ34aによる処理で、各飽和フラグの値に応じて空気有効成分分圧誤差の時間積分値Imo、EGRガス有効成分分圧誤差の時間積分値Imeeを設定するようにしても良く、制御精度をある程度確保しつつ計算負荷を軽減することができる。
【0106】
すなわち、EGRバルブ通過ガス流量初期設定値QeiとEGRバルブ通過ガス流量設定値Qeとが等しいとき飽和フラグEをクリアし、EGRバルブ通過ガス流量初期設定値QeiとEGRバルブ通過ガス流量設定値Qeとが異なるとき飽和フラグEをセットする。また、スロットル通過空気流量初期設定値Qaiとスロットル通過空気流量設定値Qaとが等しいとき飽和フラグAをクリアし、スロットル通過空気流量初期設定値Qaiとスロットル通過空気流量設定値Qaとが異なるとき飽和フラグAをセットする。
【0107】
そして、飽和フラグA,Eが共にクリアされているとき、上記(47)式によって空気有効成分分圧誤差の時間積分値Imoを算出し、飽和フラグA,Eのいずれか一方がセットされているときには、以下の(51)式に示すように、空気有効成分分圧誤差の時間積分値Imoを1制御周期前の値とする。また、飽和フラグEがクリアされているとき、上記(48)式によってEGRガス有効成分分圧誤差の時間積分値Imeeを算出し、飽和フラグEがセットされているときには、以下の(52)式に示すように、EGRガス有効成分分圧誤差の時間積分値Imeeを1制御周期前の値とする。
Imo =Imo(-1) …(51)
Imee=Imee(-1) …(52)
【0108】
また、ステップS230の第2の負荷・燃焼制御マネージャ32bによる処理では、第2の吸気制御マネージャ34aで算出した空気有効成分分圧予測値Pmo*、当量比設定値faii、吸気系係数d、理論空燃比ABFTを用い、以下の(53)式に従って、基本燃料噴射量初期設定値Gfiから最終的な基本燃料噴射量Gf*を算出する。
Gf*=d・Pmo*・faii/ABFT …(53)
【0109】
この最終的な基本燃料噴射量Gf*の算出処理に関しては、本形態の第2の負荷・燃焼制御マネージャ32bによる空気有効成分分圧予測値Pmo*を用いずに、第1形態の第2の負荷・燃焼制御マネージャ32aによる処理を採用することも可能であるが、本形態のように、空気有効成分分圧予測値Pmo*を用いて現在の制御操作量に対する吸気管圧力の応答値を理論的に予測することにより、スロットル系やEGR系のハード的な動作遅れや処理計算時間の遅れによって実際の吸気系に生じる遅れを回避し、脈動の影響等を除去して空気量の過渡的な変化に対する追従性を向上し、空燃比優先の高精度の制御を実現することができる。
【0110】
また、本形態では、前述の第1形態に対し、スロットル系の操作結果として生じる実際の吸入空気量に対するフィードバックを行う際、EGRバルブ通過ガス流量初期設定値Qei及びスロットル通過空気流量初期設定値Qaiを、制御誤差の積分値Imee,Imoを用いて算出するため、外乱に対する目標値の追従性が向上し、F/B制御精度を向上することができる。
【0111】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、目標エンジントルク等のエンジン出力状態に応じたパラメータの目標値に対応した燃料噴射量に対し、空気有効成分とEGR有効成分とを推定しながら吸気制御及びEGR制御を行い、且つ、スロットル系の操作結果として生じる実際の吸入空気量に対するフィードバックを行うため、スロットルバルブ下流の吸気管容積を充填する際の吸入空気及びEGRガスの応答遅れ、スロットル系及びEGR系のハード的な応答遅れを補償するとともに、スロットル系とEGR系とで異なる応答性の影響を除去し、スロットルバルブの個体間のバラツキによる流量偏差や、スロットルバルブの温度変化による開口面積の変化による流量変化、スロットルバルブのブローバイガス等によって生じるバルブ汚染による流量変化等を未然に回避することができる。
【0112】
すなわち、運転者の操作に応じ、燃料噴射制御、吸気制御、EGR制御を総合的に行い、燃料噴射量の最適化、吸入空気量の最適化、EGR量の最適化を実現することができ、制御応答性を向上してアクセル操作に対する追従性を向上し、運転フィーリングの向上、排気ガスエミッションの低減を図ることができる等優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態に係わり、燃料・吸気・EGR制御部のブロック図
【図2】同上、エンジン制御系の全体ブロック図
【図3】同上、初期化ルーチンのフローチャート
【図4】同上、定期処理ルーチンのフローチャート
【図5】同上、燃料・吸気・EGR制御処理ルーチンのフローチャート
【図6】同上、クランク角割込みルーチンのフローチャート
【図7】同上、吸気系モデルの説明図
【図8】同上、気筒判別の説明図
【図9】本発明の実施の第2形態に係わり、燃料・吸気・EGR制御部のブロック図
【図10】同上、燃料・吸気・EGR制御処理ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
1 …エンジン
1b …スロットルバルブ
10 …インジェクタ
13 …スロットルアクチュエータ
14 …EGRバルブ
Tei …目標エンジントルク
Gfi …基本燃料噴射量初期設定値
faii …シリンダ内当量比設定値
fai …当量比推定値
rfai…当量比係数
Pfea…EGRガスの空気過不足成分分圧モデル値
Pfee…EGRガス有効成分分圧モデル値
Pfa …新気分圧モデル値
Pmo …空気有効成分分圧推定値
Pmee…EGRガス有効成分分圧推定値
Qe …EGRバルブ通過ガス流量
Qa …スロットル通過空気流量
Gf* …最終的な基本燃料噴射量
Claims (15)
- 運転者の操作に応じて燃料噴射量およびスロットル開度を可変制御するエンジンの制御装置において、
エンジン回転数とアクセル開度とからエンジン出力状態に応じたパラメータの目標値を設定する手段と、
上記目標値に基づいて、基本燃料噴射量、EGR率、及び、シリンダ内当量比を、それぞれ初期設定する手段と、
上記シリンダ内当量比の初期設定値から実際のEGRガスの当量比を推定し、このEGRガスの当量比の推定値と、上記シリンダ内当量比の初期設定値と、上記基本燃料噴射量の初期設定値と、上記EGR率の初期設定値とに基づいて、吸気管圧力の空気有効成分分圧に対する制御目標値と、吸気管圧力のEGRガス有効成分分圧に対する制御目標値とを、それぞれ設定する手段と、
スロットルバルブを通過する新気分と、EGRガス中の空気過不足成分とEGRガス有効成分とを考慮した吸気系モデルに従い、EGRガスの空気過不足成分分圧のモデル値とEGRガス有効成分分圧のモデル値とを、上記EGRガスの当量比の推定値と上記シリンダ内当量比の初期設定値との比に基づいて算出する一方、新気分圧のモデル値を新気分の流量計測値に基づいて算出する手段と、
上記EGRガスの空気過不足成分分圧のモデル値と上記新気分圧のモデル値とに基づいて空気有効成分分圧の推定値を算出し、この空気有効成分分圧の推定値と吸気管圧力とからEGRガス有効成分分圧の推定値を算出する手段と、
上記EGRガス有効成分分圧の推定値と上記EGRガス有効成分分圧の制御目標値との偏差に基づいて、EGRガス流量の設定値を算出する手段と、
上記空気有効成分分圧の推定値と上記空気有効成分分圧の制御目標値との偏差、及び、上記EGRガス中の空気過不足成分に基づいて、上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する手段と、
上記EGRガス流量の設定値と吸気管圧力とに基づいて、EGR量を調節するアクチュエータの操作量を算出する手段と、
上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値と吸気管圧力とに基づいて、スロットル開度を調節するアクチュエータの操作量を算出する手段と、
燃料を噴射するインジェクタに対する操作量を算出するための最終的な基本燃料噴射量を設定する手段とを備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 上記EGRガスの当量比の推定値を、空燃比センサの出力に基づいて求めることを特徴とする請求項1記載のエンジンの制御装置。
- 上記EGRガスの当量比の推定値を、上記シリンダ内当量比の初期設定値に対する一次遅れとして求めることを特徴とする請求項1記載のエンジンの制御装置。
- 上記EGRガスの当量比の推定値を、上記シリンダ内当量比の初期設定値の一次遅れと、吸気管圧力とエンジン回転数によって設定した無駄時間とにより求めることを特徴とする請求項1記載のエンジンの制御装置。
- 上記EGRガス流量の設定値を算出する際、EGRガス有効成分分圧の圧力応答予測値と上記EGRガス有効成分分圧の推定値との誤差を時間積分した値を加えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
- 上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する際、空気有効成分分圧の圧力応答予測値と上記空気有効成分分圧の推定値との誤差を時間積分した値を加えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
- 上記EGRガス流量の設定値を算出する際、実現可能な最大EGRガス流量以下に制限することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
- 上記最大EGRガス流量を、運転条件に応じて設定することを特徴とする請求項7記載のエンジンの制御装置。
- 上記最大EGRガス流量を、1制御周期において制御可能な値とすることを特徴とする請求項7記載のエンジンの制御装置。
- 上記スロットルバルブを通過する空気流量の設定値を算出する際、実現可能な最大空気流量以下に制限することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
- 上記最大空気流量を、運転条件に応じて設定することを特徴とする請求項10記載のエンジンの制御装置。
- 上記最大空気流量を、1制御周期において制御可能な値とすることを特徴とする請求項10記載のエンジンの制御装置。
- 上記最終的な基本燃料噴射量を、上記基本燃料噴射量の初期設定値とすることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
- 上記最終的な基本燃料噴射量を、上記空気有効成分分圧の推定値に基づいて設定することを特徴とする請求項1〜12のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
- 上記最終的な基本燃料噴射量を、上記空気有効成分分圧の圧力応答予測値に基づいて設定することを特徴とする請求項1〜12のいずれか一に記載のエンジンの制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24731697A JP3762062B2 (ja) | 1997-09-11 | 1997-09-11 | エンジンの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24731697A JP3762062B2 (ja) | 1997-09-11 | 1997-09-11 | エンジンの制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1182100A JPH1182100A (ja) | 1999-03-26 |
JP3762062B2 true JP3762062B2 (ja) | 2006-03-29 |
Family
ID=17161592
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24731697A Expired - Fee Related JP3762062B2 (ja) | 1997-09-11 | 1997-09-11 | エンジンの制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3762062B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220147072A1 (en) * | 2020-11-11 | 2022-05-12 | Horiba Stec, Co., Ltd. | Concentration control system, concentration control method and program for a concentration control system |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4489333B2 (ja) * | 2001-09-26 | 2010-06-23 | 日産自動車株式会社 | 車両の駆動力制御装置 |
JP3900081B2 (ja) | 2002-12-17 | 2007-04-04 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の筒内流入排気ガス量算出装置、および、吸気通路内流入排気ガス量算出装置 |
-
1997
- 1997-09-11 JP JP24731697A patent/JP3762062B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220147072A1 (en) * | 2020-11-11 | 2022-05-12 | Horiba Stec, Co., Ltd. | Concentration control system, concentration control method and program for a concentration control system |
US11906984B2 (en) * | 2020-11-11 | 2024-02-20 | Horiba Stec, Co., Ltd. | Concentration control system, concentration control method and program for a concentration control system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1182100A (ja) | 1999-03-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3805840B2 (ja) | エンジンの制御装置 | |
EP1452708B1 (en) | Apparatus for controlling internal combustion engine | |
EP0643212B1 (en) | Air-fuel ratio feedback control system for internal combustion engine | |
KR100294713B1 (ko) | 기통내분사형불꽃점화식내연기관의제어장치 | |
US7143753B2 (en) | Air amount calculator for internal combustion engine | |
EP2198139B1 (en) | Control apparatus and control method for internal combustion engine | |
US6196197B1 (en) | Engine control apparatus and method having cylinder-charged air quantity correction by intake/exhaust valve operation | |
US20020162529A1 (en) | Fuel injection control apparatus for a diesel engine | |
JP4114574B2 (ja) | 内燃機関の吸気量制御装置及び吸気量制御方法 | |
JP2003172170A (ja) | 内燃機関のブレーキ負圧制御装置 | |
JP3762062B2 (ja) | エンジンの制御装置 | |
EP3075991B1 (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP4226709B2 (ja) | エンジンの制御装置 | |
JP2582562B2 (ja) | 内燃機関の空燃比制御装置 | |
JP3897869B2 (ja) | エンジンの制御装置 | |
JP4211700B2 (ja) | 内燃機関の燃料噴射制御装置 | |
JP3762063B2 (ja) | エンジンの制御装置 | |
JP2000220510A (ja) | エンジンの制御装置 | |
JPH11280521A (ja) | エンジン制御装置 | |
JP4529306B2 (ja) | エンジンの実トルク算出装置 | |
JP4032957B2 (ja) | 吸気管内圧力算出装置及び吸気管内温度算出装置 | |
US10989123B2 (en) | Controller and control method for internal combustion engine | |
JP4241560B2 (ja) | 内燃機関の吸入空気量推定装置 | |
JP2973829B2 (ja) | 内燃機関の排気還流制御装置 | |
JP3726432B2 (ja) | 内燃機関の空気量検出装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040909 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060105 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060110 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060112 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090120 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100120 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110120 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110120 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120120 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120120 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130120 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130120 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140120 Year of fee payment: 8 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |