JP3775101B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
リーン空燃比(理論空燃比よりも希薄な空燃比)の運転域での加速時に、空燃比をリッチ側に移行してエンジン出力を高めようとすると、NOx発生量が大幅に増加するので、空燃比は変えずに過給を行うことで、リーン空燃比の運転域での加速時にNOxの発生量を増加させることなくエンジン出力を高めるようにしたものがある(特開平7−158462号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、理論空燃比の運転域での同レベルの加速時には、リーン空燃比の運転域での加速時ほど過給圧変化が大きくなる必要がなく、吸入空気量が速やかに立ち上がり、これによってトルクの応答性が良好となるのであるが、過給圧変化が大きくなるリーン空燃比の運転域での加速時には過給圧の応答遅れにより吸入空気量の立ち上がりが遅れるため、理論空燃比の運転域での同レベルの加速時とはトルクの立ち上がりが異なってしまう。
【0004】
このように、同レベルの加速を行っても、空燃比の設定によってトルクの立ち上がりが異なるのでは、運転性に違和感が生じる。
【0005】
そこで、リーン空燃比の運転域での加速時に、目標過給圧からの実過給圧のずれ分に応じて目標吸入空気量を増量補正した値を第2目標吸入空気量として演算し、その第2目標吸入空気量がエンジンに導入されるようにスロットル弁開度を制御することにより、リーン空燃比の運転域での加速時にも、理論空燃比の運転域での同レベルの加速時と同じトルクの立ち上がりが得られるようにすることが考えられる。
【0006】
しかしながら、上記の第2目標吸入空気量が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量を超えるときは第2目標吸入空気量のすべてをエンジンに導入できないことになり、吸入空気量の不足が生じてしまう。
【0007】
そこで、第2目標吸入空気量が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量を超えたとき、空燃比をリッチ側へと補正することにより、第2目標吸入空気量が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量を超えたときにも、吸入空気量の不足を補って理論空燃比の運転域での加速時相当のトルクの立ち上がりを実現することが考えられる。
【0008】
ただし、理論空燃比の運転域にまで空燃比をリッチ化したのでは、トルク増加が少ないわりに空燃比のリッチ化による燃費や排気組成への跳ね返りのほうが大きくなる。
【0009】
そこで本発明は、理論空燃比の運転域での空燃比のリッチ化を中止することにより、理論空燃比の運転域にまで空燃比をリッチ化することによる燃費や排気組成への跳ね返りを防止することを目的とする。
【0010】
実際には、空燃比が理論空燃比(14.7)を超えても13ぐらいまではトルクが増加することが知られている。したがって、トルク増加が見込める範囲ではこれを積極的に利用することが望ましい。
【0011】
そこで本発明は、トルク増加が見込める空燃比の下限を許容値として予め設けておき、空燃比をリッチ側に補正した値がこの許容値以上のあいだは空燃比のリッチ化を行わせることにより、過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けることのできる領域を拡大することをも目的とする。これに対して空燃比をリッチ側に補正した値が許容値未満となったとき、もはやトルク増加は見込めないとして空燃比をリッチ側に補正した値を許容値に制限する。
【0012】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、図23に示すように、アクセルペダルと関係なくスロットル弁の開度を制御可能な装置31と、所定の運転域でリーン空燃比となる目標当量比を基準目標当量比tDMLとして演算する手段32と、理論空燃比での目標吸入空気量を基準目標吸入空気量として演算する手段33と、この基準目標吸入空気量を前記基準目標当量比tDMLで除算した値を目標吸入空気量tTPとして演算する手段34と、前記リーン空燃比の運転域で目標過給圧Pcmが得られるように作動する過給機35と、前記リーン空燃比の運転域での加速時に、前記目標過給圧Pcmと実過給圧Pcrのずれに応じた過給圧補正値ηpを演算する手段36と、この過給圧補正値ηpで前記目標吸入空気量tTPを増量補正した値を第2目標吸入空気量tTP´として演算する手段37と、この第2目標吸入空気量tTP´がエンジンに導入されるように前記スロットル弁制御装置31を駆動する手段38と、前記基準目標当量比tDMLが、理論空燃比となる当量比以上であるのかそれとも理論空燃比となる当量比未満であるのかを判定する手段39と、前記第2目標吸入空気量tTP´が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量vMAXTPを超えるかどうかを判定する手段40と、これらの判定結果より基準目標当量比tDMLが、理論空燃比となる当量比未満であるとともに、第2目標吸入空気量tTP´が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量vMAXTPを超えるとき、基準目標当量比tDMLをリッチ側に補正した値を第2目標当量比tDML´として演算し、これに対して基準目標当量比tDMLが、理論空燃比となる当量比以上であるとき、基準目標当量比tDMLをそのまま第2目標当量比tDML´として演算する手段41と、理論空燃比の得られる燃料量をこの第2目標当量比tDML´で補正して目標燃料量を演算する手段42と、この目標燃料量をエンジンに供給する手段43とを設けた。
【0013】
第2の発明では、第1の発明において前記基準目標当量比tDMLをリッチ側に補正した値である前記第2目標当量比tDML´が、前記第2目標吸入空気量tTP´を前記最大吸入空気量vMAXTPで除算した値を前記基準目標当量比tDMLに乗算した値である。
【0014】
第3の発明では、第1の発明において前記基準目標当量比tDMLをリッチ側に補正した値である前記第2目標当量比tDML´が、前記第2目標吸入空気量tTP´を前記最大吸入空気量vMAXTPで除算した値を前記基準目標当量比tDMLに乗算した値に対して加重平均を行った値である。
【0015】
第4の発明では、第1の発明において前記基準目標当量比tDMLをリッチ側に補正した値である前記第2目標当量比tDML´が、前記第2目標吸入空気量tTP´に対して加重平均を行った値(tTP´´)を前記最大吸入空気量vMAXTPに対して加重平均を行った値(vMAXTP´)で除算した値(kRTPNA2)を前記基準目標当量比tDMLに乗算した値である。
【0016】
第5の発明は、図24に示すように、アクセルペダルと関係なくスロットル弁の開度を制御可能な装置31と、所定の運転域でリーン空燃比となる目標当量比を基準目標当量比tDMLとして演算する手段32と、理論空燃比での目標吸入空気量を基準目標吸入空気量として演算する手段33と、この基準目標吸入空気量を前記基準目標当量比tDMLで除算した値を目標吸入空気量tTPとして演算する手段34と、前記リーン空燃比の運転域で目標過給圧Pcmが得られるように作動する過給機35と、前記リーン空燃比の運転域での加速時に、前記目標過給圧Pcmと実過給圧Pcrのずれに応じた過給圧補正値ηpを演算する手段36と、この過給圧補正値ηpで前記目標吸入空気量tTPを増量補正した値を第2目標吸入空気量tTP´として演算する手段37と、この第2目標吸入空気量tTP´がエンジンに導入されるように前記スロットル弁制御装置31を駆動する手段38と、前記第2目標吸入空気量tTP´が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量vMAXTPを超えるかどうかを判定する手段40と、この判定結果より第2目標吸入空気量tTP´が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量vMAXTPを超えるとき、前記基準目標当量比tDMLをリッチ側に補正した値を第2目標当量比tDML´として演算する手段51と、トルク増加が見込める当量比の上限を許容当量比として設定する手段52と、前記第2目標当量比tDML´がこの許容当量比以上となったとき第2目標当量比tDML´をこの許容当量比に制限し、この許容当量比未満であるときは制限しない手段53と、理論空燃比の得られる燃料量を、前記第2目標当量比tDML´が許容当量比以上となったとき前記制限された第2目標当量比tDML´で補正して目標燃料量を、これに対して前記第2目標当量比tDML´が許容当量比未満であるとき前記制限されない第2目標当量比tDML´で補正して目標燃料量を演算する手段54と、この目標燃料量をエンジンに供給する手段43とを設けた。
【0017】
第6の発明では、第5の発明において高回転側ほど前記許容当量比を高く設定する。
【0018】
第7の発明では、第5または第6の発明において前記第2目標当量比tDML´が、前記第2目標吸入空気量tTP´を前記最大吸入空気量vMAXTPで除算した値を前記基準目標当量比tDMLに乗算した値である。
【0019】
第8の発明では、第5または第6の発明において前記第2目標当量比tDML´が、前記第2目標吸入空気量tTP´を前記最大吸入空気量vMAXTPで除算した値を前記基準目標当量比tDMLに乗算した値に対して加重平均を行った値である。
【0020】
第9の発明では、第5または第6の発明において前記基準目標当量比tDMLをリッチ側に補正した値である前記第2目標当量比tDML´が、
前記第2目標吸入空気量tTP´に対して加重平均を行った値(tTP´´)を前記最大吸入空気量vMAXTPに対して加重平均を行った値(vMAXTP´)で除算した値(kRTPNA2)を前記基準目標当量比tDMLに乗算した値である。
【0021】
第10の発明では、第1から第9までのいずれか一つの発明において前記最大吸入空気量vMAXTPをエンジン回転数に応じて演算する。
【0022】
第11の発明では、第1から第10までのいずれか一つの発明において前記目標過給圧Pcmを演算する手段が、エンジンの負荷と回転数に応じた平衡状態での目標過給圧を基準過給圧Pchとして演算する手段と、この基準過給圧に対して一次遅れで応答する値を目標過給圧として演算する手段とからなる。
【0023】
第12の発明では、第1から第10までのいずれか一つの発明において前記実過給圧Pcrを演算する手段が、エンジンの負荷と回転数に応じた平衡状態での目標過給圧を基準過給圧Pchとして演算する手段と、この基準過給圧に対して一次遅れで応答する値を実過給圧として演算する手段とからなる。
【0024】
第13の発明では、第1から第12までのいずれか一つの発明においてアイドル回転の安定のために必要な空気量を演算し、この空気量を前記基準目標空気量に加算した値を改めて基準目標空気量とする。
【0025】
第14の発明では、第1から第13までのいずれか一つの発明において前記目標吸入空気量tTPを燃費率補正係数FCrateで補正する。
【0026】
第15の発明では、第14の発明において前記燃費率補正係数FCrateがリーン側になるほど小さくなる値である。
【0027】
第16の発明では、第1から第15までのいずれか一つの発明において前記駆動手段38が、前記第2目標吸入空気量tTP´とエンジン回転数からスロットル弁の目標開口面積を演算する手段と、この目標開口面積からスロットル弁の目標開度tTPSを演算する手段と、スロットル弁の実開度がこの目標開度tTPSと一致するように前記スロットル弁制御装置に制御量を出力する手段とからなる。
【0028】
【発明の効果】
リーン空燃比の運転域に過給機を作動させる領域が重なる場合に、リーン空燃比の運転域で加速を行ったとき、過給圧の応答遅れにより、実過給圧が目標過給圧より遅れて立ち上がるのであるが、このとき、第1、第10〜第16の各発明によれば、過給圧補正値により目標吸入空気量よりも大きくなった第2目標吸入空気量がエンジンに導入され、これによって、過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けることができる。言い換えると、リーン空燃比の運転域での加速時にも、理論空燃比の運転域での加速時と同じパターンのトルク変化を実現できることから、設定空燃比が異なることによる運転性の違いを解消できる。
【0029】
一方、リーン空燃比の運転域(基準目標当量比が、理論空燃比となる当量比未満である)において、第2目標吸入空気量が大きく、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量を超えるときは、この第2目標吸入空気量の全てをエンジンに導入することができないのであるが、第1、第10〜第16の各発明によれば、この場合には基準目標当量比のリッチ側への補正によりエンジントルクが増加するので、リーン空燃比の運転域での加速時にスロットル弁を全開としても第2目標吸入空気量の全てを導入することができない場合においても、過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けることができる。
【0030】
また、理論空燃比の運転域にまでリーン空燃比の運転域と同じに空燃比をリッチ化したのでは、トルク増加が少ないわりにリッチ化による燃費や排気組成への跳ね返りのほうが大きくなるのであるが、第1、第10〜第16の各発明によれば、この場合には空燃比のリッチ化を中止しているので、理論空燃比の運転域にまで空燃比をリッチ化することによる燃費や排気組成への跳ね返りを防止できる。
【0031】
第2、第7の各発明では、リーン空燃比の運転域での加速時にスロットル弁を全開としても第2目標吸入空気量の全てを導入することができない場合においても、理論空燃比の運転域での加速時と同じパターンのトルク変化を実現できる。
【0032】
均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への切換時に、スロットル弁がステップ的に開くものの、切換後の第2目標吸入空気量が大きく、スロットル弁を全開としても目標とする吸入空気量を導入することができない場合に、第2、第7の発明によれば、第2目標当量比がステップ的に立ち上がり、このステップ的に立ち上がる第2目標当量比により燃料噴射(燃料供給)が応答良く行われるのに対して、空気のほうは応答遅れをもって充填されるため、この吸気充填中の空燃比がリッチ側にずれるのであるが、第3、第8の発明によれば、加重平均を行う際に用いる加重平均係数を、この吸気充填中の空気の応答とほぼ同じ応答が得られるようにマッチングしておけば、この加重平均係数を用いて行った加重平均値(つまり第2目標吸入空気量)が、空気の実際の応答とほぼ同じ応答で立ち上がることになり、これによって均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への燃焼切換時に、空気が応答遅れをもって充填されても、その吸気充填中の空燃比がリッチ側にずれることを防止することができる。
【0033】
第4、第9の発明によれば、第2目標吸入空気量に対して加重平均を行う際の加重平均係数を、均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への切換時における吸気充填中の空気の応答とほぼ同じ応答が得られるようにマッチングしておけば、最大吸入空気量に対して加重平均を行う際の加重平均係数には、
▲1▼第2目標吸入空気量に対して加重平均を行う際の加重平均係数と同じ値の加重平均係数、
▲2▼第2目標吸入空気量に対して加重平均を行う際の加重平均係数よりも小さな値の加重平均係数、
▲3▼第2目標吸入空気量に対して加重平均を行う際の加重平均係数よりも大きな値の加重平均係数、
の3つの値のいずれかを選択して用いることができる。ここで、▲1▼の場合は、第3、第8の発明と同じ効果が得られるのに対して、▲2▼の場合は、第2目標吸入空気量の加重平均値を最大吸入空気量の加重平均値で除算した値が▲1▼の場合より大きくなるので、均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への切換時にレスポンスの良いトルク応答が得られる。一方、▲3▼の場合は、第2目標吸入空気量の加重平均値を最大吸入空気量の加重平均値で除算した値が▲1▼の場合より小さくなるので、マイルドなトルク応答になる。つまり、エンジンに対する要求に応じて上記の▲1▼〜▲3▼のいずれかを選択することが可能となり、これによってエンジン設計の自由度を増すことができる。
【0034】
第5の発明によれば、第2目標当量比が、理論空燃比となる当量比を超える場合でも、トルク増加が見込める範囲では空燃比のリッチ化を行わせることで、過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けることができる範囲を広げることができる。
【0035】
第6の発明によれば、過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けることができる範囲を高回転側でさらに広げることができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
図1において、1はエンジン本体、2は吸気通路、3は排気通路、4は燃焼室5に直接に臨んで設けられた燃料噴射弁、6は点火栓、7はスロットル弁、8はこのスロットル弁7の開度を電子制御するスロットル弁制御装置である。
【0037】
エンジンにはターボチャージャ11を備える。ターボチャージャ11は、吸気を圧縮するコンプレッサ12と、このコンプレッサ12を駆動する力を排気エネルギーから吸収するタービン13とを同軸14でつないだものである。過給圧が設定圧力を超えることを防止するため、タービン13入口の排気を、タービン13をバイパスして流すウェイストゲートバルブ15が設けられている。
【0038】
アクセルセンサ22からのアクセル操作量(アクセルペダルの踏み込み量のこと)、クランク角センサ23からの単位クランク角毎のポジション信号および基準位置信号からの各信号が、エアフローメータ24からの吸入空気流量、水温センサ25からの冷却水温の各信号とともにコントロールユニット21に入力され、コントロールユニット21では、燃料噴射弁4を介して燃料噴射(空燃比)を制御し、またスロットル弁制御装置8を介してスロットル弁7の開度を制御する。
【0039】
ここで、燃料噴射の制御内容の概略を説明すると、燃料噴射弁4は、低負荷などにおいて、燃料を圧縮行程の後半に噴射して、これにより、圧縮上死点付近において、点火栓6の近傍のキャビティに可燃混合気を形成し、点火栓6による点火に伴い燃料を成層燃焼させ、全体としては空燃比が40を超える超希薄燃焼を行う。また、高負荷域では、燃料を吸気行程で噴射し、燃料と空気の混合を早め、燃焼室5の全域を均質的な混合気で満たし、理論空燃比付近の混合気による均質燃焼を行う。さらに、成層燃焼域と均質燃焼域との中間負荷域において、成層燃焼よりも空燃比としては濃いが、理論空燃比よりは薄い希薄燃焼を行う。
【0040】
このように、制御域として空燃比が大きく異なる3つの領域が存在するので、各領域での燃焼状態を、空燃比の大きな側(リーン側)から、成層燃焼、均質リーン燃焼、均質ストイキ燃焼という。
【0041】
さて、均質リーン燃焼域の一部に過給を行う領域を重ねている場合に(図9参照)、過給圧変化が大きくなる均質リーン燃焼域での加速時に、過給圧の応答遅れにより吸入空気量の立ち上がりが遅れるため、均質ストイキ燃焼域での同レベルの加速時とはトルクの立ち上がりが異なってしまう。
【0042】
これに対処するため、コントロールユニット21では、目標過給圧からの実過給圧のずれ分に応じて目標吸入空気量を増量補正した値を第2目標吸入空気量として演算し、その第2目標吸入空気量がエンジンに導入されるようにスロットル弁開度を制御する。
【0043】
この場合、上記の第2目標吸入空気量が、無過給状態で実現可能な最大吸入空気量を超えたときは第2目標吸入空気量の全てをエンジンに導入することができずに吸入空気量の不足(トルク不足)が生じてしまうので、このときには、トルク不足を補うため空燃比をリッチ側に補正する。
【0044】
ただし、均質ストイキ燃焼域にまで空燃比をリッチ化したのでは、トルク増加が少ないわりに空燃比のリッチ化による燃費や排気組成への跳ね返りのほうが大きくなるので、このときには、空燃比のリッチ化を中止する。
【0045】
コントロールユニット21で実行されるこの制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。
【0046】
まず図2は、スロットル弁の目標開度tTPSを演算するためのもので、一定時間毎(たとえば4ms毎)に実行する。
【0047】
なお、アクセル操作量とエンジン回転数に基づいてスロットル弁の目標開度を演算するという基本的な部分は先願装置(特願平9−38773号)ですでに開示している。
【0048】
ステップ1ではアクセル操作量APSとエンジン回転数Neに基づいてドライバ(運転者)の要求する吸入空気量を演算する。具体的には予め実験的に得ているドライバ要求吸入空気量のデータ(図3参照)を、アクセル操作量APSとエンジン回転数Neとをパラメータとするマップにして記憶しておき、そのマップから検索する方法であってよい。
【0049】
ステップ2ではアイドル回転の安定のために必要な吸入空気量を演算し、このアイドル安定化のために必要な吸入空気量を、ステップ3において上記のドライバ要求吸入空気量に加算し、その加算値を基準目標吸入空気量とする。
【0050】
このようにして得られる基準目標吸入空気量は、均質ストイキ燃焼域でそのときのアクセル操作量とエンジン回転数に見合った目標トルクが得られる吸入空気量である。
【0051】
基準目標吸入空気量として、本実施形態では、1吸気行程毎の吸入空気量に対応する均質ストイキ燃焼時の基本噴射パルス幅を用いているが、1吸気行程毎の吸入空気量そのもの、単位時間毎の吸入空気量、これら吸入空気量に対応する均質ストイキ燃焼時の燃料量のいずれを用いてもよい。
【0052】
ステップ4では、この基準目標吸入空気量を基準目標当量比tDML(求め方は図13により後述する)と燃費率補正係数FCrateとで補正し、目標吸入空気量tTPを演算する。具体的には
【0053】
【数1】
tTP=(基準目標吸入空気量/tDML)×FCrate
の式により目標吸入空気量tTPを演算する。
【0054】
この結果、目標吸入空気量tTPは、基準目標当量比tDML(つまり目標空燃比)で、そのときのアクセル操作量とエンジン回転数に見合った目標トルクが得られる吸入空気量となる。
【0055】
なお、数1式の燃費率補正係数FCrateは、図4に示したように基準目標当量比tDMLが1.0より小さくなるほど(つまり理論空燃比よりリーン側になるほど)、1.0より小さくなる値である。数1式によりリーン側になるほど目標吸入空気量tTPが減量補正されるようにしているのは、リーン側になるほど燃費率がよくなるので、そのぶん目標吸入空気量が少なくて良いからである。
【0056】
ステップ5では、目標過給圧からの実過給圧のずれ分に応じて目標吸入空気量tTPを増量補正した値を第2目標吸入空気量tTP´として演算する。この第2目標吸入空気量tTP´の演算については図7により説明する。
【0057】
図7のフローチャートは図2のステップ5のサブルーチンで、これも一定時間毎に実行する。
【0058】
ステップ11、12では、アクセル操作量APSとエンジン回転数Neに基づいて目標過給圧Pcm、実過給圧Pcrを燃焼状態毎に演算する。
【0059】
まず、目標過給圧Pcmの演算については図8により説明する。
【0060】
図8は図7のステップ11のサブルーチンで、一定時間毎に実行する。
【0061】
図8において、ステップ21ではエンジン負荷としての基準目標吸入空気量とエンジン回転数から、予め設定してある燃焼状態毎のマップを検索して基準過給圧を求める。
【0062】
ここで、基準過給圧とは平衡状態での目標過給圧のことである。また、燃焼状態には、成層燃焼、均質リーン燃焼、均質ストイキ燃焼の3つがあり、図9に示したように、運転条件に応じてどの燃焼状態とするかは予め決められている。燃焼状態が違えば目標過給圧が異なるので、各燃焼状態に対応して基準過給圧のマップを持たせており、したがって、各燃焼状態に対応する基準過給圧を求めるのである。なお、全ての燃焼状態に共通する基準過給圧の概略の特性は、図10に示したようになる(基準目標吸入空気量が大きくなるほど、またエンジン回転数が高くなるほど大きな値となる)。
【0063】
ステップ22、23、24では各基準過給圧の加重平均値を求めることにより位相補正を行う。具体的には、成層燃焼、均質リーン燃焼、均質ストイキ燃焼に対する各基準過給圧をPch1、Pch2、Pch3とすると、
【0064】
【数2】
Pcm1=Kp1×Pch1+(1−Kp1)×Pcm1-1
Pcm2=Kp2×Pch2+(1−Kp2)×Pcm2-1
Pcm3=Kp3×Pch3+(1−Kp3)×Pcm3-1
ただし、Kp1:成層燃焼での加重平均係数、
Kp2:均質リーン燃焼での加重平均係数、
Kp3:均質ストイキ燃焼での加重平均係数、
Pcm1-1:Pcm1の前回値、
Pcm2-1:Pcm2の前回値、
Pcm3-1:Pcm3の前回値、
の式により3つの基準過給圧の加重平均値Pcm1、Pcm2、Pcm3を求めることができる。
【0065】
数2式の加重平均係数Kp1、Kp2、Kp3は、図17第2段目において、目標過給圧の立ち上がりの程度を定めるもので、全ての燃焼状態に共通する加重平均係数の概略の特性は、図11に示したものとなる。
【0066】
図8のステップ25では基準目標吸入空気量とエンジン回転数から定まる運転点が、図9に示したいずれの燃焼域にあるかを判定し、現在の運転点が成層燃焼域にあれば、ステップ26に進み、Pcm1を目標過給圧Pcmに入れる。同様にして、現在の運転点が均質リーン燃焼域にあるときはステップ27に進んでPcm2を目標過給圧Pcmに入れ、また現在の運転点が均質ストイキ燃焼域にあるときはステップ28に進んでPcm3を目標過給圧Pcmに入れる。
【0067】
次に、実過給圧の演算について図12により説明する。
【0068】
図12のフローチャートは図7のステップ12のサブルーチンで、一定時間毎に実行する。
【0069】
ステップ31の処理は、図8のステップ21の処理と同じであり、燃焼状態毎の基準過給圧Pch1、Pch2、Pch3を求める。
【0070】
ステップ32では現在の燃焼状態が図9に示すいずれの燃焼状態であるかをみて、現在の燃焼状態が成層燃焼であるときは、ステップ33、34に進み、成層燃焼に対する基準過給圧Pch1をPchに、成層燃焼に対する加重平均係数Kr1をKrに入れる。同様にして、現在の燃焼状態が均質リーン燃焼であるときは、ステップ35、36に進み、均質リーン燃焼に対する基準過給圧Pch2をPchに、均質リーン燃焼に対する加重平均係数Kr2をKrに、また現在の燃焼状態が均質ストイキ燃焼であるときは、ステップ37、38に進み、均質ストイキ燃焼に対する基準過給圧Pch3をPchに、均質ストイキ燃焼に対する加重平均係数Kr3をKrにそれぞれ入れる。
【0071】
上記の加重平均係数Kr1、Kr2、Kr3は、図17の第2段目において、実過給圧の立ち上がりの程度を定めるもので、全ての燃焼状態に共通する加重平均係数の概略の特性は、やはり図11に示したものとなる。
【0072】
ステップ39では、このようにして得た基準過給圧Pchと加重平均係数Krを用いて、
【0073】
【数3】
Pcr=Kr×Pch+(1−Kr)×Pcr-1
ただし、Pcr-1:Pcrの前回値、
の式により計算した値を実過給圧Pcrとする。なお、実過給圧はセンサにより検出してもかまわない。
【0074】
これで、目標過給圧Pcmと実過給圧Pcrが求まったので、図7に戻り、ステップ13に進む。ステップ13では
【0075】
【数4】
ηp=Pcm/Pcr
の式により過給圧補正値ηpを算出し、ステップ14においてこの補正値ηpを目標吸入空気量tTPに乗算した値を第2目標吸入空気量tTP´(=ηp×tTP)として求める。
【0076】
均質リーン燃焼域における加速時の過給圧の変化をみると、図17に示したように、目標過給圧Pcmに対して実過給圧Pcrの応答が遅れる。このとき、数4式より補正値ηpは1.0を超える値となる。したがって補正値ηpにより目標吸入空気量tTPが増量補正された値が第2目標吸入空気量tTP´となる(図17第4段目参照)。
【0077】
このようにして第2目標吸入空気量tTP´が求まったら図2に戻り、ステップ6に進む。ステップ6では、第2目標吸入空気量tTP´に基づいてスロットル弁の目標開口面積を演算し、この目標開口面積に応じてスロットル弁の目標開度tTPSをステップ7において演算する。具体的には、第2目標吸入空気量tTP´とエンジン回転数から図5を内容とするマップを検索してスロットル弁の目標開口面積を求め、この目標開口面積から図6を内容とするテーブルを検索してスロットル弁の目標開度tTPSを求める。
【0078】
この目標開度tTPSの信号は前述のスロットル弁制御装置8に入力され、これによってスロットル弁制御装置8は、スロットル弁7の実開度TPSが目標開度tTPSと一致するようにスロットル弁7を駆動する。
【0079】
次に、図13は第2目標当量比tDML´を演算するためのもので、上記の図2とは独立に一定時間毎に実行する。
【0080】
ステップ41では、エンジン負荷としての基準目標吸入空気量とエンジン回転数に基づいて、さらに冷却水温をも考慮して基準目標当量比tDMLを演算する。具体的には、基準目標吸入空気量とエンジン回転数から図14を内容とするマップを検索して求めればよい。なお、図14は、図9に示した3つの燃焼状態の各領域毎に異なる数値を入れたものである。たとえば、均質ストイキ燃焼域には1.0の値が、均質リーン燃焼域には0.7〜0.8程度の値が、成層燃焼域にはこれ以下の小さな正の値が入っている。
【0081】
ステップ42では均質ストイキ燃焼域とそれ以外(成層燃焼域および均質リーン燃焼域)に燃焼域を分けるため、基準目標当量比tDMLと1.0(理論空燃比となる当量比)を比較する。均質ストイキ燃焼域以外(tDML<1.0)のときはステップ43に、これに対して均質ストイキ燃焼域(tDML≧1.0)のときはステップ48に進む。
【0082】
まず、均質ストイキ燃焼域以外のときから述べると、ステップ43でエンジン回転数に基づいて均質ストイキ燃焼でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量vMAXTPを算出する。たとえば、エンジン回転数から図15を内容とするテーブルを検索して求める。
【0083】
ステップ44では、この最大吸入空気量vMAXTPと前記第2目標吸入空気量tTP´(図2のフローにより得ている)から
【0084】
【数5】
kRTPNA=tTP´/vMAXTP
の式により当量比補正値kRTPNAを算出し、この補正値kRTPNAと1.0をステップ45において比較する。
【0085】
ここで、補正値kRTPNAが1.0を超えるということは、最大吸入空気量vMAXTPを超える吸入空気量が要求されていることを意味し、最大吸入空気量以上の空気量をエンジンに導入することは不可能である。したがって、補正値kRTPNAが1.0を超えるときは、吸入空気の不足によりトルク落ちが生じることになる。
【0086】
そこで、この場合は、空燃比をリッチ側に補正することによって、吸入空気の不足に伴うトルクの減少を補わせるため、ステップ45よりステップ46に進み、
【0087】
【数6】
tDML´=tDML×kRTPNA
の式により第2目標当量比tDML´を計算する。
【0088】
補正値kRTPNAにより基準目標当量比tDMLを増量補正することで、燃料量を増やすのである。
【0089】
あるいは、当量比の位相が実際に吸入される空気の位相に合うように補正することもできる。この位相補正を1次遅れとして扱うのであれば、
【0090】
【数7】
ただし、Kt:加重平均係数、
tDML´-1:tDML´の前回値、
の式により第2目標当量比tDML´を演算すればよい。
【0091】
数7式の加重平均係数Ktはたとえば基準目標吸入空気量とエンジン回転数から図16を内容とするマップを検索して求める。
【0092】
これに対して、当量比補正値kRTPNAが1.0以下であるときは、最大吸入空気量vMAXTPを超える吸入空気量が要求されていないので、空燃比をリッチ化する必要がない。したがって、このときはステップ45からステップ47に進み、基準目標当量比tDMLをそのまま第2目標当量比tDML´に入れる。
【0093】
一方、均質ストイキ燃焼域では、空燃比のリッチ化を中止するため、ステップ48で当量比補正値kRTPNA=1.0とした後、ステップ46の処理を実行する。これは、均質ストイキ燃焼域での加速時には成層燃焼域や均質リーン燃焼域での加速時ほど過給圧変化が大きくなる必要がなく、吸入空気量が速やかに立ち上がり、これによってトルクの応答性が良好となることに対応させたものである。
【0094】
このようにして得られた第2目標当量比tDML´を用いて、図示しないフローチャートにおいては、
【0095】
【数8】
TI=TP×tDML´×2+TS
ただし、TP:基本噴射パルス幅、
TS:無効噴射パルス幅、
の式により、従来と同様にシーケンシャル噴射時の燃料噴射パルス幅TIが演算される。
【0096】
数8式のTPはエアフローメータ24により検出される吸入空気流量Qaをエンジン回転数Neで除算した結果に定数を掛けた値で、このTPによりほぼ理論空燃比の混合気が得られる。TSはバッテリ電圧の低下により燃料噴射パルス幅が小さくなっていくことを補償するための値である。
【0097】
このTIを持つ噴射信号が燃料噴射弁4に出力されると、噴射弁4からはエンジン2回転に1回、点火順序に合わせて燃料が噴射される。
【0098】
次に、本実施形態の作用を図17を参照しながら説明する。
【0099】
均質ストイキ燃焼域での加速に比べ、均質リーン燃焼域での加速は要求空気量の変化が大きくなり、過給圧変化が大きくなる。そのため、均質ストイキ燃焼域での加速と同じスロットル操作量では吸入空気量の立ち上がりが遅れ、これによって均質ストイキ燃焼域での加速とはエンジントルクTeの発生パターンが異なってしまう(図17の▲7▼参照)。
【0100】
これに対して本実施形態では、実過給圧Pcrが目標過給圧Pcmより遅れて立ち上がるため、過給圧補正値ηpが1.0を超える値となり(図17の▲2▼、▲3▼参照)、第2目標吸入空気量tTP´が目標吸入空気量tTPよりも大きくなる(図17の▲4▼参照)。
【0101】
その結果、第2目標吸入空気量tTP´に基づいて演算されるスロットル弁の目標開度tTPSが、目標吸入空気量tTPに基づいて演算されるスロットル弁開度tTPSよりも大きくなり(図17の▲5▼参照)、これによって過給圧が発達していない場合でも目標とする吸入空気量である第2目標吸入空気量tTP´を導入できることになり、過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けることができる。
【0102】
ただし、図17は第2目標吸入空気量tTP´が大きく、スロットル弁を全開としても目標とする吸入空気量を導入することができない場合を示しており(図17の第4段目においてハッチングで示す面積がスロットル弁を全開にしても不足する吸入空気量を表す)、この場合に本実施形態によれば、第2目標当量比tDML´が基準目標当量比tDMLよりも大きくなる(つまり空燃比がリッチ側に補正される)ので(図17の▲6▼参照)、スロットル弁を全開としても目標とする吸入空気量を導入することができない場合においても、トルク落ちを避けることができる。なお、図17には、数7式のほうのtDML´の変化を示している。
【0103】
このようにして本実施形態では、均質リーン燃焼域での加速時にも均質ストイキ燃焼域での加速時と同じパターンのトルク変化を実現できる(加速時のトルク変化を空燃比の設定によらずに同じパターンで実現できる)ことになった。
【0104】
また、均質ストイキ燃焼域での加速時には均質リーン燃焼域や成層燃焼域での加速時ほど過給圧変化が大きくなる必要がなく、吸入空気量が速やかに立ち上がり、これによってトルクの応答性が良好となることを前述したが、均質ストイキ燃焼域にまで空燃比をリッチ化したのでは、トルク増加が少ない割にリッチ化による燃費や排気組成への跳ね返りのほうが大きくなる。
【0105】
これに対して本実施形態では、均質ストイキ燃焼域で空燃比のリッチ化が行われることのないようにしているので、均質ストイキ燃焼域にまで空燃比をリッチ化することによる燃費や排気組成への跳ね返りを防止できる。
【0106】
さらに説明を加えると、本実施形態が対象とするのは、均質リーン燃焼域に過給領域がある場合であり、均質リーン燃焼域に過給領域がない場合は本実施形態の対象外である。また、本実施形態が対象とするのは、図18に示したように、均質リーン燃焼では加速前過給圧(過給圧はスロットル弁上流圧力)Aが加速後スロットル弁下流圧Bよりも小さくなるのに対して、同一負荷変化の均質ストイキ燃焼時は、加速前過給圧Cが加速後スロットル弁下流圧D以上となる場合である。
【0107】
なお、図18は均質リーン燃焼および均質ストイキ燃焼でのトルクに対するスロットル弁上流圧(つまり過給圧)Pcとスロットル弁下流圧Boostの特性を重ねて示したもので、Te1が加速前のエンジントルク、Te2が加速後のエンジントルクである。
【0108】
次に、図19は、均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への切換時に、スロットル弁がステップ的に開くものの、切換後の第2目標吸入空気量tTP´が大きく、スロットル弁を全開としても目標とする吸入空気量を導入することができない場合を示しており(図19の第2段目参照)、この場合に前記の数6式によれば、第2目標当量比tDML´がステップ的に立ち上がる(図19の第3段目の実線参照)。このステップ的に立ち上がる第2目標当量比tDML´により燃料噴射(燃料供給)が応答良く行われるのに対して、空気のほうは応答遅れをもって充填されるので(図19の第5段目参照)、この吸気充填中の空燃比がリッチ側にずれる(図19の第4段目の実線参照)。
【0109】
これに対して、前記の数7式に用いる加重平均係数Ktを、この吸気充填中の空気の応答とほぼ同じ応答が得られるようにマッチングしておけば、この加重平均係数Ktを用いて前記の数7式により演算される第2目標当量比tDML´が、空気の実際の応答とほぼ同じ応答で立ち上がることになり(図19の第3段目の破線参照)、これによって均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への燃焼切換時に、空気が応答遅れをもって充填されても、その吸気充填中の空燃比がリッチ側にずれることを防止することができる(図19の第4段目の破線参照)。なお、図19において、「吸気管充填の補正を行っていない場合」というのが、数6式を用いて第2目標当量比tDML´を演算する場合、「吸気管充填の補正を行った場合」というのが、数7式を用いて第2目標当量比tDML´を演算する場合である。
【0110】
図20は第2実施形態で、第1実施形態の図13に置き換わるものである。図13と同一部分には同一のステップ番号をつけている。
【0111】
この実施形態は、数7式と同様に吸気充填中の空燃比がリッチ側にずれることを防止するほか、エンジン設計の自由度を増すようにしたものである。図13と異なる部分を主に説明すると、均質ストイキ燃焼域以外のとき、ステップ42よりステップ51、52に進み、第2目標吸入空気量TP´と数7式の加重平均係数と同じ加重平均係数Ktを用いて、
【0112】
【数9】
tTP´´=Kt×TP´+(1−Kt)×tTP´´-1
ただし、tTP´´-1:tTP´´の前回値、
の式により計算した荷重平均値を第3目標吸入空気量TP´´として、また最大吸入空気量vMAXTPと加重平均係数Fを用いて、
【0113】
【数10】
vMAXTP´=F×vMAXTP+(1−F)×vMAXTP´-1
ただし、vMAXTP´-1:vMAXTP´の前回値、
の式により計算した荷重平均値を第2最大吸入空気量vMAXTP´として求め、これらtTP´´、vMAXTP´からステップ53において
【0114】
【数11】
kRTPNA2=tTP´´/vMAXTP´
の式により当量比補正値kRTPNA2を算出し、この当量比補正値kRTPNA2が1.0より大きいときはステップ54からステップ55に進んで、
【0115】
【数12】
tDML´=tDML×kRTPNA2
の式により第2目標当量比tDML´を算出する。
【0116】
上記の数10式の加重平均係数Fには、次の3つの値のいずれかを選択して用いることができる。
【0117】
▲1▼数7式の加重平均係数Ktと同じ値の加重平均係数、
▲2▼数7式の加重平均係数Ktよりも小さな値の加重平均係数、
▲3▼数7式の加重平均係数Ktよりも大きな値の加重平均係数。
【0118】
ここで、▲1▼の場合は、数7式の場合と同じ作用効果が得られるのに対して、▲2▼の場合は、当量比補正値kRTPNA2が▲1▼の場合より大きくなるので、均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への切換時にレスポンスの良いトルク応答が得られる。一方、▲3▼の場合は、kRTPNA2の値が▲1▼の場合より小さくなるので、マイルドなトルク応答になる。つまり、エンジンに対する要求に応じて上記の▲1▼〜▲3▼のいずれかを選択することが可能となり、これによってエンジン設計の自由度が増すのである。
【0119】
図21は第3実施形態で、第1実施形態の図13に置き換わるものである。図13と同一部分には同一のステップ番号をつけている。
【0120】
当量比が1.0を超えてもある値(空燃比でいうと13ぐらい)まではトルクが増加することが知られている。したがって、第3実施形態は、トルク増加が見込める範囲ではこれを積極的に利用するため、トルク増加が見込める当量比の上限を許容当量比として予め設けておき、第2目標当量比tDML´がこの許容当量比未満であるあいだは、空燃比のリッチ化を行わせて過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けるようにし、第2目標当量比tDML´が許容当量比以上となったとき、もはやトルク増加は見込めないとして第2目標当量比tDML´を許容当量比に制限するようにしたものである。
【0121】
第1実施形態と相違する部分を主に説明すると、ステップ61ではエンジン回転数Neから図22を内容とするテーブルを検索して許容当量比を求め、これと第2目標当量比tDML´をステップ62において比較する。第2目標当量比tDML´が許容当量比未満のときはそのまま今回の処理を終了し(このとき、第2目標当量比が1.0を超えていても当量比補正値kRTPNAにより空燃比のリッチ化が行われる)、第2目標当量比tDML´が許容当量比以上のときはステップ63に進み、許容当量比を第2目標当量比tDML´に入れることによって、第2目標当量比tDML´を許容当量比に制限する。図22のように高回転側ほど許容当量比を高くしているのは、高回転側のほうがトルクに余裕があるのが一般的だからである。
【0122】
このように第3実施形態では、第2目標当量比が1.0を超える場合でも、トルク増加が見込める範囲で空燃比のリッチ化を行わせることで、過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けることができる範囲を広げることができる。
【0123】
実施形態では、均質リーン燃焼域の一部に過給領域がある場合の均質リーン燃焼域における加速について説明したが、均質リーン燃焼域の全部に過給領域がある場合の均質リーン燃焼域における加速のほか、成層燃焼域の一部や全部に過給領域がある場合の成層燃焼域における加速についても、本発明を適用することができる。
【0124】
第1実施形態では、図13において、tDML≧1.0のときステップ42よりステップ48、46に進ませる場合で述べたが、ステップ42よりステップ47に進ませるようにすることもできる。
【0125】
実施形態では、リーン空燃比の運転域での加速時について述べたが、リーン空燃比の運転域での減速時についても同様に適用があることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態の制御システム図。
【図2】スロットル弁目標開度の演算を説明するためのフローチャート。
【図3】ドライバ要求吸入空気量の特性図。
【図4】燃費率補正係数の特性図。
【図5】スロットル弁目標開口面積の特性図。
【図6】スロットル弁目標開度の特性図。
【図7】第2目標吸入空気量の演算を説明するためのフローチャート。
【図8】目標過給圧の演算を説明するためのフローチャート。
【図9】燃焼状態の領域図。
【図10】基準過給圧の特性図。
【図11】加重平均係数の特性図。
【図12】実過給圧の演算を説明するためのフローチャート。
【図13】第2目標当量比の演算を説明するためのフローチャート。
【図14】基準目標当量比の特性図。
【図15】最大吸入空気量の特性図。
【図16】加重平均係数の特性図。
【図17】実施形態の作用を説明するための波形図。
【図18】均質リーン燃焼および均質ストイキ燃焼でのトルクに対する過給圧およびスロットル弁下流圧の特性図。
【図19】均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への切換時の作用を説明するための波形図。
【図20】第2実施形態の第2目標当量比の演算を説明するためのフローチャート。
【図21】第3実施形態の第2目標当量比の演算を説明するためのフローチャート。
【図22】第3実施形態の許容当量比の特性図。
【図23】第1の発明のクレーム対応図。
【図24】第5の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
4 燃料噴射弁
7 スロットル弁
8 スロットル弁制御装置
11 ターボチャージャ(過給機)
21 コントロールユニット
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
リーン空燃比(理論空燃比よりも希薄な空燃比)の運転域での加速時に、空燃比をリッチ側に移行してエンジン出力を高めようとすると、NOx発生量が大幅に増加するので、空燃比は変えずに過給を行うことで、リーン空燃比の運転域での加速時にNOxの発生量を増加させることなくエンジン出力を高めるようにしたものがある(特開平7−158462号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、理論空燃比の運転域での同レベルの加速時には、リーン空燃比の運転域での加速時ほど過給圧変化が大きくなる必要がなく、吸入空気量が速やかに立ち上がり、これによってトルクの応答性が良好となるのであるが、過給圧変化が大きくなるリーン空燃比の運転域での加速時には過給圧の応答遅れにより吸入空気量の立ち上がりが遅れるため、理論空燃比の運転域での同レベルの加速時とはトルクの立ち上がりが異なってしまう。
【0004】
このように、同レベルの加速を行っても、空燃比の設定によってトルクの立ち上がりが異なるのでは、運転性に違和感が生じる。
【0005】
そこで、リーン空燃比の運転域での加速時に、目標過給圧からの実過給圧のずれ分に応じて目標吸入空気量を増量補正した値を第2目標吸入空気量として演算し、その第2目標吸入空気量がエンジンに導入されるようにスロットル弁開度を制御することにより、リーン空燃比の運転域での加速時にも、理論空燃比の運転域での同レベルの加速時と同じトルクの立ち上がりが得られるようにすることが考えられる。
【0006】
しかしながら、上記の第2目標吸入空気量が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量を超えるときは第2目標吸入空気量のすべてをエンジンに導入できないことになり、吸入空気量の不足が生じてしまう。
【0007】
そこで、第2目標吸入空気量が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量を超えたとき、空燃比をリッチ側へと補正することにより、第2目標吸入空気量が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量を超えたときにも、吸入空気量の不足を補って理論空燃比の運転域での加速時相当のトルクの立ち上がりを実現することが考えられる。
【0008】
ただし、理論空燃比の運転域にまで空燃比をリッチ化したのでは、トルク増加が少ないわりに空燃比のリッチ化による燃費や排気組成への跳ね返りのほうが大きくなる。
【0009】
そこで本発明は、理論空燃比の運転域での空燃比のリッチ化を中止することにより、理論空燃比の運転域にまで空燃比をリッチ化することによる燃費や排気組成への跳ね返りを防止することを目的とする。
【0010】
実際には、空燃比が理論空燃比(14.7)を超えても13ぐらいまではトルクが増加することが知られている。したがって、トルク増加が見込める範囲ではこれを積極的に利用することが望ましい。
【0011】
そこで本発明は、トルク増加が見込める空燃比の下限を許容値として予め設けておき、空燃比をリッチ側に補正した値がこの許容値以上のあいだは空燃比のリッチ化を行わせることにより、過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けることのできる領域を拡大することをも目的とする。これに対して空燃比をリッチ側に補正した値が許容値未満となったとき、もはやトルク増加は見込めないとして空燃比をリッチ側に補正した値を許容値に制限する。
【0012】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、図23に示すように、アクセルペダルと関係なくスロットル弁の開度を制御可能な装置31と、所定の運転域でリーン空燃比となる目標当量比を基準目標当量比tDMLとして演算する手段32と、理論空燃比での目標吸入空気量を基準目標吸入空気量として演算する手段33と、この基準目標吸入空気量を前記基準目標当量比tDMLで除算した値を目標吸入空気量tTPとして演算する手段34と、前記リーン空燃比の運転域で目標過給圧Pcmが得られるように作動する過給機35と、前記リーン空燃比の運転域での加速時に、前記目標過給圧Pcmと実過給圧Pcrのずれに応じた過給圧補正値ηpを演算する手段36と、この過給圧補正値ηpで前記目標吸入空気量tTPを増量補正した値を第2目標吸入空気量tTP´として演算する手段37と、この第2目標吸入空気量tTP´がエンジンに導入されるように前記スロットル弁制御装置31を駆動する手段38と、前記基準目標当量比tDMLが、理論空燃比となる当量比以上であるのかそれとも理論空燃比となる当量比未満であるのかを判定する手段39と、前記第2目標吸入空気量tTP´が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量vMAXTPを超えるかどうかを判定する手段40と、これらの判定結果より基準目標当量比tDMLが、理論空燃比となる当量比未満であるとともに、第2目標吸入空気量tTP´が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量vMAXTPを超えるとき、基準目標当量比tDMLをリッチ側に補正した値を第2目標当量比tDML´として演算し、これに対して基準目標当量比tDMLが、理論空燃比となる当量比以上であるとき、基準目標当量比tDMLをそのまま第2目標当量比tDML´として演算する手段41と、理論空燃比の得られる燃料量をこの第2目標当量比tDML´で補正して目標燃料量を演算する手段42と、この目標燃料量をエンジンに供給する手段43とを設けた。
【0013】
第2の発明では、第1の発明において前記基準目標当量比tDMLをリッチ側に補正した値である前記第2目標当量比tDML´が、前記第2目標吸入空気量tTP´を前記最大吸入空気量vMAXTPで除算した値を前記基準目標当量比tDMLに乗算した値である。
【0014】
第3の発明では、第1の発明において前記基準目標当量比tDMLをリッチ側に補正した値である前記第2目標当量比tDML´が、前記第2目標吸入空気量tTP´を前記最大吸入空気量vMAXTPで除算した値を前記基準目標当量比tDMLに乗算した値に対して加重平均を行った値である。
【0015】
第4の発明では、第1の発明において前記基準目標当量比tDMLをリッチ側に補正した値である前記第2目標当量比tDML´が、前記第2目標吸入空気量tTP´に対して加重平均を行った値(tTP´´)を前記最大吸入空気量vMAXTPに対して加重平均を行った値(vMAXTP´)で除算した値(kRTPNA2)を前記基準目標当量比tDMLに乗算した値である。
【0016】
第5の発明は、図24に示すように、アクセルペダルと関係なくスロットル弁の開度を制御可能な装置31と、所定の運転域でリーン空燃比となる目標当量比を基準目標当量比tDMLとして演算する手段32と、理論空燃比での目標吸入空気量を基準目標吸入空気量として演算する手段33と、この基準目標吸入空気量を前記基準目標当量比tDMLで除算した値を目標吸入空気量tTPとして演算する手段34と、前記リーン空燃比の運転域で目標過給圧Pcmが得られるように作動する過給機35と、前記リーン空燃比の運転域での加速時に、前記目標過給圧Pcmと実過給圧Pcrのずれに応じた過給圧補正値ηpを演算する手段36と、この過給圧補正値ηpで前記目標吸入空気量tTPを増量補正した値を第2目標吸入空気量tTP´として演算する手段37と、この第2目標吸入空気量tTP´がエンジンに導入されるように前記スロットル弁制御装置31を駆動する手段38と、前記第2目標吸入空気量tTP´が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量vMAXTPを超えるかどうかを判定する手段40と、この判定結果より第2目標吸入空気量tTP´が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量vMAXTPを超えるとき、前記基準目標当量比tDMLをリッチ側に補正した値を第2目標当量比tDML´として演算する手段51と、トルク増加が見込める当量比の上限を許容当量比として設定する手段52と、前記第2目標当量比tDML´がこの許容当量比以上となったとき第2目標当量比tDML´をこの許容当量比に制限し、この許容当量比未満であるときは制限しない手段53と、理論空燃比の得られる燃料量を、前記第2目標当量比tDML´が許容当量比以上となったとき前記制限された第2目標当量比tDML´で補正して目標燃料量を、これに対して前記第2目標当量比tDML´が許容当量比未満であるとき前記制限されない第2目標当量比tDML´で補正して目標燃料量を演算する手段54と、この目標燃料量をエンジンに供給する手段43とを設けた。
【0017】
第6の発明では、第5の発明において高回転側ほど前記許容当量比を高く設定する。
【0018】
第7の発明では、第5または第6の発明において前記第2目標当量比tDML´が、前記第2目標吸入空気量tTP´を前記最大吸入空気量vMAXTPで除算した値を前記基準目標当量比tDMLに乗算した値である。
【0019】
第8の発明では、第5または第6の発明において前記第2目標当量比tDML´が、前記第2目標吸入空気量tTP´を前記最大吸入空気量vMAXTPで除算した値を前記基準目標当量比tDMLに乗算した値に対して加重平均を行った値である。
【0020】
第9の発明では、第5または第6の発明において前記基準目標当量比tDMLをリッチ側に補正した値である前記第2目標当量比tDML´が、
前記第2目標吸入空気量tTP´に対して加重平均を行った値(tTP´´)を前記最大吸入空気量vMAXTPに対して加重平均を行った値(vMAXTP´)で除算した値(kRTPNA2)を前記基準目標当量比tDMLに乗算した値である。
【0021】
第10の発明では、第1から第9までのいずれか一つの発明において前記最大吸入空気量vMAXTPをエンジン回転数に応じて演算する。
【0022】
第11の発明では、第1から第10までのいずれか一つの発明において前記目標過給圧Pcmを演算する手段が、エンジンの負荷と回転数に応じた平衡状態での目標過給圧を基準過給圧Pchとして演算する手段と、この基準過給圧に対して一次遅れで応答する値を目標過給圧として演算する手段とからなる。
【0023】
第12の発明では、第1から第10までのいずれか一つの発明において前記実過給圧Pcrを演算する手段が、エンジンの負荷と回転数に応じた平衡状態での目標過給圧を基準過給圧Pchとして演算する手段と、この基準過給圧に対して一次遅れで応答する値を実過給圧として演算する手段とからなる。
【0024】
第13の発明では、第1から第12までのいずれか一つの発明においてアイドル回転の安定のために必要な空気量を演算し、この空気量を前記基準目標空気量に加算した値を改めて基準目標空気量とする。
【0025】
第14の発明では、第1から第13までのいずれか一つの発明において前記目標吸入空気量tTPを燃費率補正係数FCrateで補正する。
【0026】
第15の発明では、第14の発明において前記燃費率補正係数FCrateがリーン側になるほど小さくなる値である。
【0027】
第16の発明では、第1から第15までのいずれか一つの発明において前記駆動手段38が、前記第2目標吸入空気量tTP´とエンジン回転数からスロットル弁の目標開口面積を演算する手段と、この目標開口面積からスロットル弁の目標開度tTPSを演算する手段と、スロットル弁の実開度がこの目標開度tTPSと一致するように前記スロットル弁制御装置に制御量を出力する手段とからなる。
【0028】
【発明の効果】
リーン空燃比の運転域に過給機を作動させる領域が重なる場合に、リーン空燃比の運転域で加速を行ったとき、過給圧の応答遅れにより、実過給圧が目標過給圧より遅れて立ち上がるのであるが、このとき、第1、第10〜第16の各発明によれば、過給圧補正値により目標吸入空気量よりも大きくなった第2目標吸入空気量がエンジンに導入され、これによって、過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けることができる。言い換えると、リーン空燃比の運転域での加速時にも、理論空燃比の運転域での加速時と同じパターンのトルク変化を実現できることから、設定空燃比が異なることによる運転性の違いを解消できる。
【0029】
一方、リーン空燃比の運転域(基準目標当量比が、理論空燃比となる当量比未満である)において、第2目標吸入空気量が大きく、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量を超えるときは、この第2目標吸入空気量の全てをエンジンに導入することができないのであるが、第1、第10〜第16の各発明によれば、この場合には基準目標当量比のリッチ側への補正によりエンジントルクが増加するので、リーン空燃比の運転域での加速時にスロットル弁を全開としても第2目標吸入空気量の全てを導入することができない場合においても、過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けることができる。
【0030】
また、理論空燃比の運転域にまでリーン空燃比の運転域と同じに空燃比をリッチ化したのでは、トルク増加が少ないわりにリッチ化による燃費や排気組成への跳ね返りのほうが大きくなるのであるが、第1、第10〜第16の各発明によれば、この場合には空燃比のリッチ化を中止しているので、理論空燃比の運転域にまで空燃比をリッチ化することによる燃費や排気組成への跳ね返りを防止できる。
【0031】
第2、第7の各発明では、リーン空燃比の運転域での加速時にスロットル弁を全開としても第2目標吸入空気量の全てを導入することができない場合においても、理論空燃比の運転域での加速時と同じパターンのトルク変化を実現できる。
【0032】
均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への切換時に、スロットル弁がステップ的に開くものの、切換後の第2目標吸入空気量が大きく、スロットル弁を全開としても目標とする吸入空気量を導入することができない場合に、第2、第7の発明によれば、第2目標当量比がステップ的に立ち上がり、このステップ的に立ち上がる第2目標当量比により燃料噴射(燃料供給)が応答良く行われるのに対して、空気のほうは応答遅れをもって充填されるため、この吸気充填中の空燃比がリッチ側にずれるのであるが、第3、第8の発明によれば、加重平均を行う際に用いる加重平均係数を、この吸気充填中の空気の応答とほぼ同じ応答が得られるようにマッチングしておけば、この加重平均係数を用いて行った加重平均値(つまり第2目標吸入空気量)が、空気の実際の応答とほぼ同じ応答で立ち上がることになり、これによって均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への燃焼切換時に、空気が応答遅れをもって充填されても、その吸気充填中の空燃比がリッチ側にずれることを防止することができる。
【0033】
第4、第9の発明によれば、第2目標吸入空気量に対して加重平均を行う際の加重平均係数を、均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への切換時における吸気充填中の空気の応答とほぼ同じ応答が得られるようにマッチングしておけば、最大吸入空気量に対して加重平均を行う際の加重平均係数には、
▲1▼第2目標吸入空気量に対して加重平均を行う際の加重平均係数と同じ値の加重平均係数、
▲2▼第2目標吸入空気量に対して加重平均を行う際の加重平均係数よりも小さな値の加重平均係数、
▲3▼第2目標吸入空気量に対して加重平均を行う際の加重平均係数よりも大きな値の加重平均係数、
の3つの値のいずれかを選択して用いることができる。ここで、▲1▼の場合は、第3、第8の発明と同じ効果が得られるのに対して、▲2▼の場合は、第2目標吸入空気量の加重平均値を最大吸入空気量の加重平均値で除算した値が▲1▼の場合より大きくなるので、均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への切換時にレスポンスの良いトルク応答が得られる。一方、▲3▼の場合は、第2目標吸入空気量の加重平均値を最大吸入空気量の加重平均値で除算した値が▲1▼の場合より小さくなるので、マイルドなトルク応答になる。つまり、エンジンに対する要求に応じて上記の▲1▼〜▲3▼のいずれかを選択することが可能となり、これによってエンジン設計の自由度を増すことができる。
【0034】
第5の発明によれば、第2目標当量比が、理論空燃比となる当量比を超える場合でも、トルク増加が見込める範囲では空燃比のリッチ化を行わせることで、過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けることができる範囲を広げることができる。
【0035】
第6の発明によれば、過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けることができる範囲を高回転側でさらに広げることができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
図1において、1はエンジン本体、2は吸気通路、3は排気通路、4は燃焼室5に直接に臨んで設けられた燃料噴射弁、6は点火栓、7はスロットル弁、8はこのスロットル弁7の開度を電子制御するスロットル弁制御装置である。
【0037】
エンジンにはターボチャージャ11を備える。ターボチャージャ11は、吸気を圧縮するコンプレッサ12と、このコンプレッサ12を駆動する力を排気エネルギーから吸収するタービン13とを同軸14でつないだものである。過給圧が設定圧力を超えることを防止するため、タービン13入口の排気を、タービン13をバイパスして流すウェイストゲートバルブ15が設けられている。
【0038】
アクセルセンサ22からのアクセル操作量(アクセルペダルの踏み込み量のこと)、クランク角センサ23からの単位クランク角毎のポジション信号および基準位置信号からの各信号が、エアフローメータ24からの吸入空気流量、水温センサ25からの冷却水温の各信号とともにコントロールユニット21に入力され、コントロールユニット21では、燃料噴射弁4を介して燃料噴射(空燃比)を制御し、またスロットル弁制御装置8を介してスロットル弁7の開度を制御する。
【0039】
ここで、燃料噴射の制御内容の概略を説明すると、燃料噴射弁4は、低負荷などにおいて、燃料を圧縮行程の後半に噴射して、これにより、圧縮上死点付近において、点火栓6の近傍のキャビティに可燃混合気を形成し、点火栓6による点火に伴い燃料を成層燃焼させ、全体としては空燃比が40を超える超希薄燃焼を行う。また、高負荷域では、燃料を吸気行程で噴射し、燃料と空気の混合を早め、燃焼室5の全域を均質的な混合気で満たし、理論空燃比付近の混合気による均質燃焼を行う。さらに、成層燃焼域と均質燃焼域との中間負荷域において、成層燃焼よりも空燃比としては濃いが、理論空燃比よりは薄い希薄燃焼を行う。
【0040】
このように、制御域として空燃比が大きく異なる3つの領域が存在するので、各領域での燃焼状態を、空燃比の大きな側(リーン側)から、成層燃焼、均質リーン燃焼、均質ストイキ燃焼という。
【0041】
さて、均質リーン燃焼域の一部に過給を行う領域を重ねている場合に(図9参照)、過給圧変化が大きくなる均質リーン燃焼域での加速時に、過給圧の応答遅れにより吸入空気量の立ち上がりが遅れるため、均質ストイキ燃焼域での同レベルの加速時とはトルクの立ち上がりが異なってしまう。
【0042】
これに対処するため、コントロールユニット21では、目標過給圧からの実過給圧のずれ分に応じて目標吸入空気量を増量補正した値を第2目標吸入空気量として演算し、その第2目標吸入空気量がエンジンに導入されるようにスロットル弁開度を制御する。
【0043】
この場合、上記の第2目標吸入空気量が、無過給状態で実現可能な最大吸入空気量を超えたときは第2目標吸入空気量の全てをエンジンに導入することができずに吸入空気量の不足(トルク不足)が生じてしまうので、このときには、トルク不足を補うため空燃比をリッチ側に補正する。
【0044】
ただし、均質ストイキ燃焼域にまで空燃比をリッチ化したのでは、トルク増加が少ないわりに空燃比のリッチ化による燃費や排気組成への跳ね返りのほうが大きくなるので、このときには、空燃比のリッチ化を中止する。
【0045】
コントロールユニット21で実行されるこの制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。
【0046】
まず図2は、スロットル弁の目標開度tTPSを演算するためのもので、一定時間毎(たとえば4ms毎)に実行する。
【0047】
なお、アクセル操作量とエンジン回転数に基づいてスロットル弁の目標開度を演算するという基本的な部分は先願装置(特願平9−38773号)ですでに開示している。
【0048】
ステップ1ではアクセル操作量APSとエンジン回転数Neに基づいてドライバ(運転者)の要求する吸入空気量を演算する。具体的には予め実験的に得ているドライバ要求吸入空気量のデータ(図3参照)を、アクセル操作量APSとエンジン回転数Neとをパラメータとするマップにして記憶しておき、そのマップから検索する方法であってよい。
【0049】
ステップ2ではアイドル回転の安定のために必要な吸入空気量を演算し、このアイドル安定化のために必要な吸入空気量を、ステップ3において上記のドライバ要求吸入空気量に加算し、その加算値を基準目標吸入空気量とする。
【0050】
このようにして得られる基準目標吸入空気量は、均質ストイキ燃焼域でそのときのアクセル操作量とエンジン回転数に見合った目標トルクが得られる吸入空気量である。
【0051】
基準目標吸入空気量として、本実施形態では、1吸気行程毎の吸入空気量に対応する均質ストイキ燃焼時の基本噴射パルス幅を用いているが、1吸気行程毎の吸入空気量そのもの、単位時間毎の吸入空気量、これら吸入空気量に対応する均質ストイキ燃焼時の燃料量のいずれを用いてもよい。
【0052】
ステップ4では、この基準目標吸入空気量を基準目標当量比tDML(求め方は図13により後述する)と燃費率補正係数FCrateとで補正し、目標吸入空気量tTPを演算する。具体的には
【0053】
【数1】
tTP=(基準目標吸入空気量/tDML)×FCrate
の式により目標吸入空気量tTPを演算する。
【0054】
この結果、目標吸入空気量tTPは、基準目標当量比tDML(つまり目標空燃比)で、そのときのアクセル操作量とエンジン回転数に見合った目標トルクが得られる吸入空気量となる。
【0055】
なお、数1式の燃費率補正係数FCrateは、図4に示したように基準目標当量比tDMLが1.0より小さくなるほど(つまり理論空燃比よりリーン側になるほど)、1.0より小さくなる値である。数1式によりリーン側になるほど目標吸入空気量tTPが減量補正されるようにしているのは、リーン側になるほど燃費率がよくなるので、そのぶん目標吸入空気量が少なくて良いからである。
【0056】
ステップ5では、目標過給圧からの実過給圧のずれ分に応じて目標吸入空気量tTPを増量補正した値を第2目標吸入空気量tTP´として演算する。この第2目標吸入空気量tTP´の演算については図7により説明する。
【0057】
図7のフローチャートは図2のステップ5のサブルーチンで、これも一定時間毎に実行する。
【0058】
ステップ11、12では、アクセル操作量APSとエンジン回転数Neに基づいて目標過給圧Pcm、実過給圧Pcrを燃焼状態毎に演算する。
【0059】
まず、目標過給圧Pcmの演算については図8により説明する。
【0060】
図8は図7のステップ11のサブルーチンで、一定時間毎に実行する。
【0061】
図8において、ステップ21ではエンジン負荷としての基準目標吸入空気量とエンジン回転数から、予め設定してある燃焼状態毎のマップを検索して基準過給圧を求める。
【0062】
ここで、基準過給圧とは平衡状態での目標過給圧のことである。また、燃焼状態には、成層燃焼、均質リーン燃焼、均質ストイキ燃焼の3つがあり、図9に示したように、運転条件に応じてどの燃焼状態とするかは予め決められている。燃焼状態が違えば目標過給圧が異なるので、各燃焼状態に対応して基準過給圧のマップを持たせており、したがって、各燃焼状態に対応する基準過給圧を求めるのである。なお、全ての燃焼状態に共通する基準過給圧の概略の特性は、図10に示したようになる(基準目標吸入空気量が大きくなるほど、またエンジン回転数が高くなるほど大きな値となる)。
【0063】
ステップ22、23、24では各基準過給圧の加重平均値を求めることにより位相補正を行う。具体的には、成層燃焼、均質リーン燃焼、均質ストイキ燃焼に対する各基準過給圧をPch1、Pch2、Pch3とすると、
【0064】
【数2】
Pcm1=Kp1×Pch1+(1−Kp1)×Pcm1-1
Pcm2=Kp2×Pch2+(1−Kp2)×Pcm2-1
Pcm3=Kp3×Pch3+(1−Kp3)×Pcm3-1
ただし、Kp1:成層燃焼での加重平均係数、
Kp2:均質リーン燃焼での加重平均係数、
Kp3:均質ストイキ燃焼での加重平均係数、
Pcm1-1:Pcm1の前回値、
Pcm2-1:Pcm2の前回値、
Pcm3-1:Pcm3の前回値、
の式により3つの基準過給圧の加重平均値Pcm1、Pcm2、Pcm3を求めることができる。
【0065】
数2式の加重平均係数Kp1、Kp2、Kp3は、図17第2段目において、目標過給圧の立ち上がりの程度を定めるもので、全ての燃焼状態に共通する加重平均係数の概略の特性は、図11に示したものとなる。
【0066】
図8のステップ25では基準目標吸入空気量とエンジン回転数から定まる運転点が、図9に示したいずれの燃焼域にあるかを判定し、現在の運転点が成層燃焼域にあれば、ステップ26に進み、Pcm1を目標過給圧Pcmに入れる。同様にして、現在の運転点が均質リーン燃焼域にあるときはステップ27に進んでPcm2を目標過給圧Pcmに入れ、また現在の運転点が均質ストイキ燃焼域にあるときはステップ28に進んでPcm3を目標過給圧Pcmに入れる。
【0067】
次に、実過給圧の演算について図12により説明する。
【0068】
図12のフローチャートは図7のステップ12のサブルーチンで、一定時間毎に実行する。
【0069】
ステップ31の処理は、図8のステップ21の処理と同じであり、燃焼状態毎の基準過給圧Pch1、Pch2、Pch3を求める。
【0070】
ステップ32では現在の燃焼状態が図9に示すいずれの燃焼状態であるかをみて、現在の燃焼状態が成層燃焼であるときは、ステップ33、34に進み、成層燃焼に対する基準過給圧Pch1をPchに、成層燃焼に対する加重平均係数Kr1をKrに入れる。同様にして、現在の燃焼状態が均質リーン燃焼であるときは、ステップ35、36に進み、均質リーン燃焼に対する基準過給圧Pch2をPchに、均質リーン燃焼に対する加重平均係数Kr2をKrに、また現在の燃焼状態が均質ストイキ燃焼であるときは、ステップ37、38に進み、均質ストイキ燃焼に対する基準過給圧Pch3をPchに、均質ストイキ燃焼に対する加重平均係数Kr3をKrにそれぞれ入れる。
【0071】
上記の加重平均係数Kr1、Kr2、Kr3は、図17の第2段目において、実過給圧の立ち上がりの程度を定めるもので、全ての燃焼状態に共通する加重平均係数の概略の特性は、やはり図11に示したものとなる。
【0072】
ステップ39では、このようにして得た基準過給圧Pchと加重平均係数Krを用いて、
【0073】
【数3】
Pcr=Kr×Pch+(1−Kr)×Pcr-1
ただし、Pcr-1:Pcrの前回値、
の式により計算した値を実過給圧Pcrとする。なお、実過給圧はセンサにより検出してもかまわない。
【0074】
これで、目標過給圧Pcmと実過給圧Pcrが求まったので、図7に戻り、ステップ13に進む。ステップ13では
【0075】
【数4】
ηp=Pcm/Pcr
の式により過給圧補正値ηpを算出し、ステップ14においてこの補正値ηpを目標吸入空気量tTPに乗算した値を第2目標吸入空気量tTP´(=ηp×tTP)として求める。
【0076】
均質リーン燃焼域における加速時の過給圧の変化をみると、図17に示したように、目標過給圧Pcmに対して実過給圧Pcrの応答が遅れる。このとき、数4式より補正値ηpは1.0を超える値となる。したがって補正値ηpにより目標吸入空気量tTPが増量補正された値が第2目標吸入空気量tTP´となる(図17第4段目参照)。
【0077】
このようにして第2目標吸入空気量tTP´が求まったら図2に戻り、ステップ6に進む。ステップ6では、第2目標吸入空気量tTP´に基づいてスロットル弁の目標開口面積を演算し、この目標開口面積に応じてスロットル弁の目標開度tTPSをステップ7において演算する。具体的には、第2目標吸入空気量tTP´とエンジン回転数から図5を内容とするマップを検索してスロットル弁の目標開口面積を求め、この目標開口面積から図6を内容とするテーブルを検索してスロットル弁の目標開度tTPSを求める。
【0078】
この目標開度tTPSの信号は前述のスロットル弁制御装置8に入力され、これによってスロットル弁制御装置8は、スロットル弁7の実開度TPSが目標開度tTPSと一致するようにスロットル弁7を駆動する。
【0079】
次に、図13は第2目標当量比tDML´を演算するためのもので、上記の図2とは独立に一定時間毎に実行する。
【0080】
ステップ41では、エンジン負荷としての基準目標吸入空気量とエンジン回転数に基づいて、さらに冷却水温をも考慮して基準目標当量比tDMLを演算する。具体的には、基準目標吸入空気量とエンジン回転数から図14を内容とするマップを検索して求めればよい。なお、図14は、図9に示した3つの燃焼状態の各領域毎に異なる数値を入れたものである。たとえば、均質ストイキ燃焼域には1.0の値が、均質リーン燃焼域には0.7〜0.8程度の値が、成層燃焼域にはこれ以下の小さな正の値が入っている。
【0081】
ステップ42では均質ストイキ燃焼域とそれ以外(成層燃焼域および均質リーン燃焼域)に燃焼域を分けるため、基準目標当量比tDMLと1.0(理論空燃比となる当量比)を比較する。均質ストイキ燃焼域以外(tDML<1.0)のときはステップ43に、これに対して均質ストイキ燃焼域(tDML≧1.0)のときはステップ48に進む。
【0082】
まず、均質ストイキ燃焼域以外のときから述べると、ステップ43でエンジン回転数に基づいて均質ストイキ燃焼でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量vMAXTPを算出する。たとえば、エンジン回転数から図15を内容とするテーブルを検索して求める。
【0083】
ステップ44では、この最大吸入空気量vMAXTPと前記第2目標吸入空気量tTP´(図2のフローにより得ている)から
【0084】
【数5】
kRTPNA=tTP´/vMAXTP
の式により当量比補正値kRTPNAを算出し、この補正値kRTPNAと1.0をステップ45において比較する。
【0085】
ここで、補正値kRTPNAが1.0を超えるということは、最大吸入空気量vMAXTPを超える吸入空気量が要求されていることを意味し、最大吸入空気量以上の空気量をエンジンに導入することは不可能である。したがって、補正値kRTPNAが1.0を超えるときは、吸入空気の不足によりトルク落ちが生じることになる。
【0086】
そこで、この場合は、空燃比をリッチ側に補正することによって、吸入空気の不足に伴うトルクの減少を補わせるため、ステップ45よりステップ46に進み、
【0087】
【数6】
tDML´=tDML×kRTPNA
の式により第2目標当量比tDML´を計算する。
【0088】
補正値kRTPNAにより基準目標当量比tDMLを増量補正することで、燃料量を増やすのである。
【0089】
あるいは、当量比の位相が実際に吸入される空気の位相に合うように補正することもできる。この位相補正を1次遅れとして扱うのであれば、
【0090】
【数7】
ただし、Kt:加重平均係数、
tDML´-1:tDML´の前回値、
の式により第2目標当量比tDML´を演算すればよい。
【0091】
数7式の加重平均係数Ktはたとえば基準目標吸入空気量とエンジン回転数から図16を内容とするマップを検索して求める。
【0092】
これに対して、当量比補正値kRTPNAが1.0以下であるときは、最大吸入空気量vMAXTPを超える吸入空気量が要求されていないので、空燃比をリッチ化する必要がない。したがって、このときはステップ45からステップ47に進み、基準目標当量比tDMLをそのまま第2目標当量比tDML´に入れる。
【0093】
一方、均質ストイキ燃焼域では、空燃比のリッチ化を中止するため、ステップ48で当量比補正値kRTPNA=1.0とした後、ステップ46の処理を実行する。これは、均質ストイキ燃焼域での加速時には成層燃焼域や均質リーン燃焼域での加速時ほど過給圧変化が大きくなる必要がなく、吸入空気量が速やかに立ち上がり、これによってトルクの応答性が良好となることに対応させたものである。
【0094】
このようにして得られた第2目標当量比tDML´を用いて、図示しないフローチャートにおいては、
【0095】
【数8】
TI=TP×tDML´×2+TS
ただし、TP:基本噴射パルス幅、
TS:無効噴射パルス幅、
の式により、従来と同様にシーケンシャル噴射時の燃料噴射パルス幅TIが演算される。
【0096】
数8式のTPはエアフローメータ24により検出される吸入空気流量Qaをエンジン回転数Neで除算した結果に定数を掛けた値で、このTPによりほぼ理論空燃比の混合気が得られる。TSはバッテリ電圧の低下により燃料噴射パルス幅が小さくなっていくことを補償するための値である。
【0097】
このTIを持つ噴射信号が燃料噴射弁4に出力されると、噴射弁4からはエンジン2回転に1回、点火順序に合わせて燃料が噴射される。
【0098】
次に、本実施形態の作用を図17を参照しながら説明する。
【0099】
均質ストイキ燃焼域での加速に比べ、均質リーン燃焼域での加速は要求空気量の変化が大きくなり、過給圧変化が大きくなる。そのため、均質ストイキ燃焼域での加速と同じスロットル操作量では吸入空気量の立ち上がりが遅れ、これによって均質ストイキ燃焼域での加速とはエンジントルクTeの発生パターンが異なってしまう(図17の▲7▼参照)。
【0100】
これに対して本実施形態では、実過給圧Pcrが目標過給圧Pcmより遅れて立ち上がるため、過給圧補正値ηpが1.0を超える値となり(図17の▲2▼、▲3▼参照)、第2目標吸入空気量tTP´が目標吸入空気量tTPよりも大きくなる(図17の▲4▼参照)。
【0101】
その結果、第2目標吸入空気量tTP´に基づいて演算されるスロットル弁の目標開度tTPSが、目標吸入空気量tTPに基づいて演算されるスロットル弁開度tTPSよりも大きくなり(図17の▲5▼参照)、これによって過給圧が発達していない場合でも目標とする吸入空気量である第2目標吸入空気量tTP´を導入できることになり、過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けることができる。
【0102】
ただし、図17は第2目標吸入空気量tTP´が大きく、スロットル弁を全開としても目標とする吸入空気量を導入することができない場合を示しており(図17の第4段目においてハッチングで示す面積がスロットル弁を全開にしても不足する吸入空気量を表す)、この場合に本実施形態によれば、第2目標当量比tDML´が基準目標当量比tDMLよりも大きくなる(つまり空燃比がリッチ側に補正される)ので(図17の▲6▼参照)、スロットル弁を全開としても目標とする吸入空気量を導入することができない場合においても、トルク落ちを避けることができる。なお、図17には、数7式のほうのtDML´の変化を示している。
【0103】
このようにして本実施形態では、均質リーン燃焼域での加速時にも均質ストイキ燃焼域での加速時と同じパターンのトルク変化を実現できる(加速時のトルク変化を空燃比の設定によらずに同じパターンで実現できる)ことになった。
【0104】
また、均質ストイキ燃焼域での加速時には均質リーン燃焼域や成層燃焼域での加速時ほど過給圧変化が大きくなる必要がなく、吸入空気量が速やかに立ち上がり、これによってトルクの応答性が良好となることを前述したが、均質ストイキ燃焼域にまで空燃比をリッチ化したのでは、トルク増加が少ない割にリッチ化による燃費や排気組成への跳ね返りのほうが大きくなる。
【0105】
これに対して本実施形態では、均質ストイキ燃焼域で空燃比のリッチ化が行われることのないようにしているので、均質ストイキ燃焼域にまで空燃比をリッチ化することによる燃費や排気組成への跳ね返りを防止できる。
【0106】
さらに説明を加えると、本実施形態が対象とするのは、均質リーン燃焼域に過給領域がある場合であり、均質リーン燃焼域に過給領域がない場合は本実施形態の対象外である。また、本実施形態が対象とするのは、図18に示したように、均質リーン燃焼では加速前過給圧(過給圧はスロットル弁上流圧力)Aが加速後スロットル弁下流圧Bよりも小さくなるのに対して、同一負荷変化の均質ストイキ燃焼時は、加速前過給圧Cが加速後スロットル弁下流圧D以上となる場合である。
【0107】
なお、図18は均質リーン燃焼および均質ストイキ燃焼でのトルクに対するスロットル弁上流圧(つまり過給圧)Pcとスロットル弁下流圧Boostの特性を重ねて示したもので、Te1が加速前のエンジントルク、Te2が加速後のエンジントルクである。
【0108】
次に、図19は、均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への切換時に、スロットル弁がステップ的に開くものの、切換後の第2目標吸入空気量tTP´が大きく、スロットル弁を全開としても目標とする吸入空気量を導入することができない場合を示しており(図19の第2段目参照)、この場合に前記の数6式によれば、第2目標当量比tDML´がステップ的に立ち上がる(図19の第3段目の実線参照)。このステップ的に立ち上がる第2目標当量比tDML´により燃料噴射(燃料供給)が応答良く行われるのに対して、空気のほうは応答遅れをもって充填されるので(図19の第5段目参照)、この吸気充填中の空燃比がリッチ側にずれる(図19の第4段目の実線参照)。
【0109】
これに対して、前記の数7式に用いる加重平均係数Ktを、この吸気充填中の空気の応答とほぼ同じ応答が得られるようにマッチングしておけば、この加重平均係数Ktを用いて前記の数7式により演算される第2目標当量比tDML´が、空気の実際の応答とほぼ同じ応答で立ち上がることになり(図19の第3段目の破線参照)、これによって均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への燃焼切換時に、空気が応答遅れをもって充填されても、その吸気充填中の空燃比がリッチ側にずれることを防止することができる(図19の第4段目の破線参照)。なお、図19において、「吸気管充填の補正を行っていない場合」というのが、数6式を用いて第2目標当量比tDML´を演算する場合、「吸気管充填の補正を行った場合」というのが、数7式を用いて第2目標当量比tDML´を演算する場合である。
【0110】
図20は第2実施形態で、第1実施形態の図13に置き換わるものである。図13と同一部分には同一のステップ番号をつけている。
【0111】
この実施形態は、数7式と同様に吸気充填中の空燃比がリッチ側にずれることを防止するほか、エンジン設計の自由度を増すようにしたものである。図13と異なる部分を主に説明すると、均質ストイキ燃焼域以外のとき、ステップ42よりステップ51、52に進み、第2目標吸入空気量TP´と数7式の加重平均係数と同じ加重平均係数Ktを用いて、
【0112】
【数9】
tTP´´=Kt×TP´+(1−Kt)×tTP´´-1
ただし、tTP´´-1:tTP´´の前回値、
の式により計算した荷重平均値を第3目標吸入空気量TP´´として、また最大吸入空気量vMAXTPと加重平均係数Fを用いて、
【0113】
【数10】
vMAXTP´=F×vMAXTP+(1−F)×vMAXTP´-1
ただし、vMAXTP´-1:vMAXTP´の前回値、
の式により計算した荷重平均値を第2最大吸入空気量vMAXTP´として求め、これらtTP´´、vMAXTP´からステップ53において
【0114】
【数11】
kRTPNA2=tTP´´/vMAXTP´
の式により当量比補正値kRTPNA2を算出し、この当量比補正値kRTPNA2が1.0より大きいときはステップ54からステップ55に進んで、
【0115】
【数12】
tDML´=tDML×kRTPNA2
の式により第2目標当量比tDML´を算出する。
【0116】
上記の数10式の加重平均係数Fには、次の3つの値のいずれかを選択して用いることができる。
【0117】
▲1▼数7式の加重平均係数Ktと同じ値の加重平均係数、
▲2▼数7式の加重平均係数Ktよりも小さな値の加重平均係数、
▲3▼数7式の加重平均係数Ktよりも大きな値の加重平均係数。
【0118】
ここで、▲1▼の場合は、数7式の場合と同じ作用効果が得られるのに対して、▲2▼の場合は、当量比補正値kRTPNA2が▲1▼の場合より大きくなるので、均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への切換時にレスポンスの良いトルク応答が得られる。一方、▲3▼の場合は、kRTPNA2の値が▲1▼の場合より小さくなるので、マイルドなトルク応答になる。つまり、エンジンに対する要求に応じて上記の▲1▼〜▲3▼のいずれかを選択することが可能となり、これによってエンジン設計の自由度が増すのである。
【0119】
図21は第3実施形態で、第1実施形態の図13に置き換わるものである。図13と同一部分には同一のステップ番号をつけている。
【0120】
当量比が1.0を超えてもある値(空燃比でいうと13ぐらい)まではトルクが増加することが知られている。したがって、第3実施形態は、トルク増加が見込める範囲ではこれを積極的に利用するため、トルク増加が見込める当量比の上限を許容当量比として予め設けておき、第2目標当量比tDML´がこの許容当量比未満であるあいだは、空燃比のリッチ化を行わせて過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けるようにし、第2目標当量比tDML´が許容当量比以上となったとき、もはやトルク増加は見込めないとして第2目標当量比tDML´を許容当量比に制限するようにしたものである。
【0121】
第1実施形態と相違する部分を主に説明すると、ステップ61ではエンジン回転数Neから図22を内容とするテーブルを検索して許容当量比を求め、これと第2目標当量比tDML´をステップ62において比較する。第2目標当量比tDML´が許容当量比未満のときはそのまま今回の処理を終了し(このとき、第2目標当量比が1.0を超えていても当量比補正値kRTPNAにより空燃比のリッチ化が行われる)、第2目標当量比tDML´が許容当量比以上のときはステップ63に進み、許容当量比を第2目標当量比tDML´に入れることによって、第2目標当量比tDML´を許容当量比に制限する。図22のように高回転側ほど許容当量比を高くしているのは、高回転側のほうがトルクに余裕があるのが一般的だからである。
【0122】
このように第3実施形態では、第2目標当量比が1.0を超える場合でも、トルク増加が見込める範囲で空燃比のリッチ化を行わせることで、過給圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避けることができる範囲を広げることができる。
【0123】
実施形態では、均質リーン燃焼域の一部に過給領域がある場合の均質リーン燃焼域における加速について説明したが、均質リーン燃焼域の全部に過給領域がある場合の均質リーン燃焼域における加速のほか、成層燃焼域の一部や全部に過給領域がある場合の成層燃焼域における加速についても、本発明を適用することができる。
【0124】
第1実施形態では、図13において、tDML≧1.0のときステップ42よりステップ48、46に進ませる場合で述べたが、ステップ42よりステップ47に進ませるようにすることもできる。
【0125】
実施形態では、リーン空燃比の運転域での加速時について述べたが、リーン空燃比の運転域での減速時についても同様に適用があることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態の制御システム図。
【図2】スロットル弁目標開度の演算を説明するためのフローチャート。
【図3】ドライバ要求吸入空気量の特性図。
【図4】燃費率補正係数の特性図。
【図5】スロットル弁目標開口面積の特性図。
【図6】スロットル弁目標開度の特性図。
【図7】第2目標吸入空気量の演算を説明するためのフローチャート。
【図8】目標過給圧の演算を説明するためのフローチャート。
【図9】燃焼状態の領域図。
【図10】基準過給圧の特性図。
【図11】加重平均係数の特性図。
【図12】実過給圧の演算を説明するためのフローチャート。
【図13】第2目標当量比の演算を説明するためのフローチャート。
【図14】基準目標当量比の特性図。
【図15】最大吸入空気量の特性図。
【図16】加重平均係数の特性図。
【図17】実施形態の作用を説明するための波形図。
【図18】均質リーン燃焼および均質ストイキ燃焼でのトルクに対する過給圧およびスロットル弁下流圧の特性図。
【図19】均質ストイキ燃焼から均質リーン燃焼への切換時の作用を説明するための波形図。
【図20】第2実施形態の第2目標当量比の演算を説明するためのフローチャート。
【図21】第3実施形態の第2目標当量比の演算を説明するためのフローチャート。
【図22】第3実施形態の許容当量比の特性図。
【図23】第1の発明のクレーム対応図。
【図24】第5の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
4 燃料噴射弁
7 スロットル弁
8 スロットル弁制御装置
11 ターボチャージャ(過給機)
21 コントロールユニット
Claims (16)
- アクセルペダルと関係なくスロットル弁の開度を制御可能な装置と、
所定の運転域でリーン空燃比となる目標当量比を基準目標当量比として演算する手段と、
理論空燃比での目標吸入空気量を基準目標吸入空気量として演算する手段と、
この基準目標吸入空気量を前記基準目標当量比で除算した値を目標吸入空気量として演算する手段と、
前記リーン空燃比の運転域で目標過給圧が得られるように作動する過給機と、
前記リーン空燃比の運転域での加速時に、前記目標過給圧と実過給圧のずれに応じた過給圧補正値を演算する手段と、
この過給圧補正値で前記目標吸入空気量を増量補正した値を第2目標吸入空気量として演算する手段と、
この第2目標吸入空気量がエンジンに導入されるように前記スロットル弁制御装置を駆動する手段と、
前記基準目標当量比が、理論空燃比となる当量比以上であるのかそれとも理論空燃比となる当量比未満であるのかを判定する手段と、
前記第2目標吸入空気量が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量を超えるかどうかを判定する手段と、
これらの判定結果より基準目標当量比が、理論空燃比となる当量比未満であるとともに、第2目標吸入空気量が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量を超えるとき、基準目標当量比をリッチ側に補正した値を第2目標当量比として演算し、これに対して基準目標当量比が、理論空燃比となる当量比以上であるとき、基準目標当量比をそのまま第2目標当量比として演算する手段と、
理論空燃比の得られる燃料量をこの第2目標当量比で補正して目標燃料量を演算する手段と、
この目標燃料量をエンジンに供給する手段と
を設けたことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 前記基準目標当量比をリッチ側に補正した値である前記第2目標当量比は、前記第2目標吸入空気量を前記最大吸入空気量で除算した値を前記基準目標当量比に乗算した値であることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御装置。
- 前記基準目標当量比をリッチ側に補正した値である前記第2目標当量比は、前記第2目標吸入空気量を前記最大吸入空気量で除算した値を前記基準目標当量比に乗算した値に対して加重平均を行った値であることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御装置。
- 前記基準目標当量比をリッチ側に補正した値である前記第2目標当量比は、前記第2目標吸入空気量に対して加重平均を行った値を前記最大吸入空気量に対して加重平均を行った値で除算した値を前記基準目標当量比に乗算した値であることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの制御装置。
- アクセルペダルと関係なくスロットル弁の開度を制御可能な装置と、
所定の運転域でリーン空燃比となる目標当量比を基準目標当量比として演算する手段と、
理論空燃比での目標吸入空気量を基準目標吸入空気量として演算する手段と、
この基準目標吸入空気量を前記基準目標当量比で除算した値を目標吸入空気量として演算する手段と、
前記リーン空燃比の運転域で目標過給圧が得られるように作動する過給機と、
前記リーン空燃比の運転域での加速時に、前記目標過給圧と実過給圧のずれに応じた過給圧補正値を演算する手段と、
この過給圧補正値で前記目標吸入空気量を増量補正した値を第2目標吸入空気量として演算する手段と、
この第2目標吸入空気量がエンジンに導入されるように前記スロットル弁制御装置を駆動する手段と、
前記第2目標吸入空気量が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量を超えるかどうかを判定する手段と、
この判定結果より第2目標吸入空気量が、理論空燃比の運転域でかつ無過給状態で実現可能な最大吸入空気量を超えるとき、前記基準目標当量比をリッチ側に補正した値を第2目標当量比として演算する手段と、
トルク増加が見込める当量比の上限を許容当量比として設定する手段と、
前記第2目標当量比がこの許容当量比以上となったとき第2目標当量比をこの許容当量比に制限し、この許容当量比未満であるときは制限しない手段と、
理論空燃比の得られる燃料量を、前記第2目標当量比が許容当量比以上となったとき前記制限された第2目標当量比で補正して目標燃料量を、これに対して前記第2目標当量比が許容当量比未満であるとき前記制限されない第2目標当量比で補正して目標燃料量を演算する手段と、
この目標燃料量をエンジンに供給する手段と
を設けたことを特徴とするエンジンの制御装置。 - 高回転側ほど前記許容当量比を高く設定することを特徴とする請求項5に記載のエンジンの制御装置。
- 前記第2目標当量比は、前記第2目標吸入空気量を前記最大吸入空気量で除算した値を前記基準目標当量比に乗算した値であることを特徴とする請求項5または6に記載のエンジンの制御装置。
- 前記第2目標当量比は、前記第2目標吸入空気量を前記最大吸入空気量で除算した値を前記基準目標当量比に乗算した値に対して加重平均を行った値であることを特徴とする請求項5または6に記載のエンジンの制御装置。
- 前記基準目標当量比をリッチ側に補正した値である前記第2目標当量比は、前記第2目標吸入空気量に対して加重平均を行った値を前記最大吸入空気量に対して加重平均を行った値で除算した値を前記基準目標当量比に乗算した値であることを特徴とする請求項5または6に記載のエンジンの制御装置。
- 前記最大吸入空気量をエンジン回転数に応じて演算することを特徴とする請求項1から9までのいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
- 前記目標過給圧を演算する手段は、エンジンの負荷と回転数に応じた平衡状態での目標過給圧を基準過給圧として演算する手段と、この基準過給圧に対して一次遅れで応答する値を目標過給圧として演算する手段とからなることを特徴とする請求項1から10までのいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
- 前記実過給圧を演算する手段は、エンジンの負荷と回転数に応じた平衡状態での目標過給圧を基準過給圧として演算する手段と、この基準過給圧に対して一次遅れで応答する値を実過給圧として演算する手段とからなることを特徴とする請求項1から10までのいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
- アイドル回転の安定のために必要な空気量を演算し、この空気量を前記基準目標空気量に加算した値を改めて基準目標空気量とすることを特徴とする請求項1から12までのいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
- 前記目標吸入空気量を燃費率補正係数で補正することを特徴とする請求項1から13までのいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
- 前記燃費率補正係数はリーン側になるほど小さくなる値であることを特徴とする請求項14に記載のエンジンの制御装置。
- 前記駆動手段は、前記第2目標吸入空気量とエンジン回転数からスロットル弁の目標開口面積を演算する手段と、この目標開口面積からスロットル弁の目標開度を演算する手段と、スロットル弁の実開度がこの目標開度と一致するように前記スロットル弁制御装置に制御量を出力する手段とからなることを特徴とする請求項1から15までのいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
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