JP3803718B2 - 内燃機関の出力制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の出力を要求出力に応じて制御するための、内燃機関の出力制御装置に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
内燃機関の出力制御に関しては、スロットル開度及び燃料供給量を調節することで、実際の出力を要求出力(負荷)に一致させる手法が挙げられる。
ところで、筒内噴射型ガソリンエンジンのように、圧縮行程で燃焼室内に直接燃料を噴射することにより希薄空燃比運転(リーン運転)を可能とした内燃機関にあっては、リーン運転時における負荷状態とスロットル開度との間に殆ど相関性がみられない。このため、リーン運転時の出力制御では制御系の目標値として負荷相関値、つまり、その負荷状態と大きく相関性を有する変数が用いられている。具体的には、内燃機関に対する要求出力に基づいて平均有効圧の目標値を設定し、そして、この目標平均有効圧から求めた空燃比に基づいて燃料噴射量、吸入空気量、点火時期及び燃料噴射時期を調節することで、エンジンの出力を制御している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した負荷相関値を用いる出力制御にあっては、目標平均有効圧に対し、予め台上試験で求めた定常運転時における平均有効圧と空燃比との関係に基づき燃料噴射量やスロットル開度等をマッチングさせているため、過渡運転時の出力制御には適用できない。また、上述した平均有効圧の試験データには個々のエンジンについての製品個体差は考慮されておらず、それ故、製品毎のばらつきにより出力制御に定常偏差が含まれてしまう。
【0004】
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、運転状態や製品個体差に関わらず、目標値に対する実際の負荷相関値のずれを補正して、所望の要求出力に対して正確な出力制御を可能とする内燃機関の出力制御装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の出力制御装置(請求項1)は、検出した要求出力及び回転数から目標負荷相関値を求め、この目標負荷相関値及び吸入空気量に基づいて燃料供給量を決定する一方、燃料供給量と回転数との関係から実際の負荷相関値を算出する。そして、実際の負荷相関値の算出結果と上記の算出結果との間の偏差に基づいて、目標負荷相関値を補正するものとしている。
【0006】
上述した出力制御装置によれば、決定した燃料供給量から実際の負荷相関値を算出し、この算出結果を制御系にフィードバックすることができる。燃料供給量は、その偏差に基づいて補正した目標負荷相関値及び実回転数からマップデータを介して目標空燃比を決定した後、目標空燃比及び吸入空気量に基づいて決定されるので、この負荷相関値のフィードバックにより上述の偏差が解消される。このような偏差の解消は内燃機関における実際の負荷を要求出力に一致させるため、要求出力に応じた正確な出力制御を実現可能とする。なお、具体的な目標負荷相関値の補正は、上述の偏差に比例積分ゲインを乗じた値を目標負荷相関値の算出結果に加算して行われる(比例積分制御)のが好ましい。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1を参照すると、一実施例の出力制御装置を適用した内燃機関として、例えば車両用のエンジン1が概略的に示されている。
このエンジン1は筒内噴射型ガソリンエンジンからなり、個々の燃焼室2内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁4を有している。また、このエンジン1は燃料噴射弁4により圧縮行程中に燃料を噴射することで、希薄空燃比運転(リーン運転)を行うことができる。
【0008】
エンジン1の吸気マニホールド6には、その始端部にサージタンク8が形成されており、このサージタンク8の入口には電動開閉式のスロットルバルブ10が取り付けられている。また、吸気マニホールド6には吸気管12が接続されており、吸気管12の入口にはエアクリーナ14が配設されている。
実施例の出力制御装置は電子制御ユニット(ECU)16を備えており、このECU16は各種センサ類に接続されている。具体的には、運転者によるアクセルペダル18の踏み込み量はアクセルポジションセンサ20により検出され、ECU16では例えば、このアクセルポジションセンサ20のセンサ信号APSに基づいてエンジン1に対する要求出力を検出することができる。
【0009】
また、ECU16にはクランク角センサ22が接続されており、ECU16はこのクランク角センサ22(回転数検出手段)から供給されるセンサ信号に基づきエンジン1の回転数Neを検出することができる。
上述した吸気管12にはエアフローメータ24(空気量検出手段)が取り付けられており、ECU16はエアフローメータ24から出力されるセンサ信号に基づいて吸入空気量を検出することができる。
【0010】
燃料噴射弁4及びスロットルバルブ10は、何れもECU16により作動を制御されている。また、ECU16は点火栓28への通電を制御することで、その点火時期を制御している。なお、スロットルバルブ10にはスロットル開度センサ26が取り付けられており、ECU16はスロットル開度センサ26から出力されるセンサ信号TPSに基づいてスロットル開度を検出することができる。
【0011】
図2を参照すると、上述のエンジン1を搭載した車両として例えば、エンジンとモータによって車両を駆動するハイブリッド車における駆動系の構成が概略的に示されている。
図示のように、エンジン1の出力軸30はクラッチ32を介して走行用モータ34の出力軸36に接続可能となっており、このクラッチ32は例えば、図示しない油圧アクチュエータにより断接されるようになっている。なお、出力軸36はディファレンシャルギヤを含むトランスミッション38に連結されており、トランスミッション38は出力軸36の回転を減速して駆動輪Wに伝達する。
【0012】
図2のハイブリッド車の場合、クラッチ32の接続時には、運転者が要求している駆動力をエンジン1及び走行用モータ34にて分担して発揮させるため、これらの出力が正確に協調して制御されている必要がある。この場合、ECU16は走行用モータ32への供給電力を制御する一方、駆動力の分担に応じてエンジン1の出力を制御する。
【0013】
図3を参照すると、ECU16が実行するエンジン1の出力制御ルーチンが示されている。本実施例の出力制御装置は、この制御ルーチンにおいて具体的に機能することができ、以下、図3のフローチャートに沿って出力制御装置による制御手順を詳しく説明する。
ステップS10では先ず、車両の要求駆動力からエンジン1及び走行用モータ32が分担するべき駆動力がそれぞれ求められる。そして、エンジン1が分担するべき駆動力に基づき、エンジン1に対する要求出力が決定される。具体的には、エンジン1の要求出力は、アクセルポジションセンサ20からのセンサ信号APSに基づいて決定される(要求出力検出手段)。
【0014】
次にステップS12では、エンジン1の要求出力、つまり、負荷に相関した変数として例えば、平均有効圧が決定される。具体的には、ECU16は検出した回転数及び上述の要求出力に基づいて、エンジン1に要求される目標平均有効圧(目標Pe)を算出する(目標負荷相関値算出手段)。
次のステップS14では、算出された目標Peが後述する補正Peを加算されることで補正される。
【0015】
次に、ステップS16では、補正された目標Peから目標空燃比A/F、スロットル開度及び点火噴射時期がそれぞれ決定され、そして、ステップS18では目標空燃比A/F、吸入空気量及びインジェクタゲインから、燃料噴射弁4に対する噴射パルス幅Pwが算出される。
ここで図4を参照すると、目標Peを入力信号として、噴射パルス幅Pwを出力するフィードバック制御系のブロック線図が示されており、上述のステップS16〜S18までの手順は、この制御系を通じて実行される。
【0016】
具体的には、上述のステップS14では、出力信号としての噴射パルス幅Pwがマップ40を通じて運転中の実平均有効圧(実Pe)として検出され、減算部42にフィードバックされる。なお、マップ40では、噴射パルス幅Pw及びエンジン回転数Neに基づいて実Peが求められる(実負荷相関値算出手段)。
実Peを求めるために噴射パルス幅Pwを用いる理由は、筒内噴射型ガソリンエンジンでは通常の吸気ポート噴射型ガソリンエンジンとは異なり、筒内に直接燃料を噴射することで、噴射された全ての燃料が移送遅れを有することなく燃焼に寄与されることから、噴射パルス幅Pwを検出することでエンジン2が発生する実Peを正確に求めることができるためである。
【0017】
そして、減算部42から出力された目標Peと実Peとの間の偏差ΔPeは、次に比例積分(PI)コントローラ44に入力される。コントローラ44では、偏差ΔPeに比例ゲインKpを乗じて得た値PePと、偏差ΔPeに積分ゲインKiを乗じて積分処理した値PeIとの和を補正Pe(=PeP+PeI)として出力する。なお、上述の値PeP,PeIの具体的な演算式はそれぞれ、
PeP=ΔPe・Kp
PeI=PeI0+ΔPe・Ki (PeI0:前回値)
である。
【0018】
コントローラ44から出力された補正Peは、加算部46にて目標Peに加算され(補正手段)、そして、この加算部46から補正された目標Peが出力される。
目標Peは各種の制御対象(マップ48〜54)に入力され、各種の制御量に変換される。具体的には、マップ48では目標Pe及び回転数Neに基づいて目標空燃比A/Fが決定され、また、マップ50〜54では、それぞれスロットル開度ETV、点火時期Ti、燃料噴射時期Tfが決定される(ステップS16)。
【0019】
この後、目標空燃比A/Fは演算ブロック56にて燃料供給量(噴射量F)に変換される。検出した空気量Aは演算ブロック56に入力されており、目標空燃比A/Fは、この空気量Aで除算される。そして、この噴射量Fは次の処理ブロック58にてインジェクタゲインKfを乗じられ、噴射パルス幅Pwとして信号出力される。
【0020】
そして、ステップS20では、上述した噴射パルス幅Pw及び燃料噴射時期Tfに基づき、所定の燃料噴射が行われる。
図5を参照すると、エンジン1の運転中、上述した出力制御ルーチンの実行に伴う各種変数の時間的変化の様子が示されている。図中、実線で示される変化は、本実施例の出力制御装置を適用した場合の例であり、これに対し、1点鎖線で示される変化は、従来の制御方法による例である。
【0021】
いま、ある時刻t1にエンジン1に対する要求出力が変化したとき、図5中、2点鎖線で示される平均有効圧の変化例のように、上述した目標Peもまた、その要求出力に応じて変化する(ステップS12)。
この場合、目標Peの変化に伴い、時刻t1から空燃比A/F、スロットル開度ETVがそれぞれ変化しており(ステップS16)、それ故、噴射パルス幅Pwもまた時刻t1から変化している(ステップS18)。
【0022】
一方、噴射パルス幅Pwから求められる実Peは、実線で示される平均有効圧の変化例のように、時刻t1から時刻t2までの過渡応答においても目標Peに略追従して変化する(ステップS14)。
この時刻t2の後、エンジン回転数がNe1に落ち着いてエンジン1が定常運転に移行したとき、従来の制御方法を適用した例にあっては、実Peが目標Peを上回っており、目標Peに対して実Peに定常偏差Epが含まれている。
【0023】
これに対し、実施例の出力制御装置を適用した場合の変化例では、実Peは目標Peに略一致しており、上述の定常偏差が解消されていることが理解される。特に、本実施例では制御系にPIコントローラ44を適用しているので、定常偏差を好適に0に抑えることができる。
上述した出力制御ルーチンの実行により、エンジン1の燃料噴射量、スロットル開度、燃料噴射時期及び点火時期が制御される結果、実Peが目標Peに一致して、エンジン1の出力が要求出力に応じて正確に制御される。
【0024】
従って、図2のハイブリッド車の駆動系において、クラッチ32を介して出力軸36に伝達されるエンジン1の出力が走行用モータ34の出力と協調して正確に制御され、駆動輪Wに所望の要求駆動力を発揮させることができる。
本実施例のように、ハイブリッド車に搭載されるエンジン1の出力が要求出力に応じて正確に制御されている場合、その駆動系において運転者によるアクセルペダル18の踏み込み量に応じた正確なトルク制御が可能となる。従って、ハイブリッド車の走行安定性やドライバビリティの向上に大きく寄与する。
【0025】
本発明は上述した実施例の制約を受けず、その他の変形も可能である。上述の実施例では、負荷相関値として平均有効圧Peを適用しているが、その他の負荷に相関性を有する変数、例えばトルクや図示平均有効圧を使用してもよい。
また、実施例の制御系では、実Peのフィードバックにおいて回転数Neと噴射パルス幅Pwのマップ40から実Peを求めているが、燃料噴射量F及び回転数Neから直接、実Peを求めるようにしてもよい。
【0026】
その他、出力制御装置はハイブリッド車に限られず、通常の車両に搭載されるエンジンの制御にも適用可能である。この場合、要求出力は単にアクセル踏み込み量に基づいて検出される(要求出力検出手段)。また、本発明の出力制御装置は自動車用のエンジンだけでなく、その他の内燃機関にも適用可能であることはいうまでもない。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の出力制御装置(請求項1)によれば、実際の負荷相関値をフィードバック制御して目標負荷相関値を補正しているので、内燃機関の運転状態や製品ばらつきに関わらず、常にその要求出力に応じて正確な出力制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の出力制御装置を適用したエンジンの構成を示した概略図である。
【図2】図1のエンジンを搭載したハイブリッド車の駆動系の構成を示した概略図である。
【図3】出力制御ルーチンのフローチャートである。
【図4】出力制御装置における制御ブロック線図である。
【図5】運転中における各種変数の変化例を示したタイムチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン
16 ECU
20 アクセルポジションセンサ
22 クランク角センサ
24 エアフローメータ
Claims (1)
- 運転者の内燃機関に対する要求出力を検出する要求出力検出手段と、
前記内燃機関の実回転数を検出する回転数検出手段と、
前記内燃機関の燃焼室内に吸入される吸入空気量を検出する空気量検出手段と、
前記要求出力及び実回転数に基づいて、前記内燃機関の目標負荷相関値を算出する目標負荷相関値算出手段と、
回転数、負荷相関値及び空燃比からなるマップデータを有し、前記実回転数及び目標負荷相関値から前記マップデータを介して目標空燃比を決定可能な目標空燃比決定手段と、
前記目標空燃比及び前記吸入空気量に基づいて前記燃焼室への燃料供給量を決定する燃料供給量決定手段と、
前記決定した燃料供給量及び実回転数に基づいて、前記内燃機関の運転中における実際の負荷相関値を算出する実負荷相関値算出手段と、
前記目標負荷相関値算出手段における算出結果と前記実負荷相関値算出手段における算出結果との間の偏差に基づいて、前記目標負荷相関値を補正する補正手段とを具備し、
前記目標空燃比決定手段は、前記実回転数及び前記補正手段により補正された前記目標負荷相関値から前記マップデータを介して前記目標空燃比を決定する
ことを特徴とする内燃機関の出力制御装置。
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JP4914807B2 (ja) * | 2007-11-16 | 2012-04-11 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関の燃料噴射制御装置 |
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