JP3888781B2 - Engine control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポート噴射エンジンもしくは筒内噴射エンジンにおいて希薄燃焼を実現するエンジン制御装置に係り、特に、燃焼効率補正を行うことにより、成層燃焼・均質燃焼等の燃焼状態が切り換わる際に、夫々の燃焼状態での目標シリンダ空気量の補正を行うことにより、切換え時の燃焼効率違いによるトルク段差をなくすエンジン制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃エンジンの燃焼方法として、エンジンに供給される混合気の空燃比を理論空燃比(A/F=14.7)より燃料を希薄にして燃焼制御する、いわゆる、希薄燃焼が知られており、該希薄燃焼は、ポート噴射エンジン及び筒内噴射エンジンの両方に適用されている。該希薄燃焼エンジンは、車両等の急発進や急加速等の特定の運転状態では、出力が不足するので、このような状態の場合には、前記空燃比を理論空燃比近傍に制御して運転している。即ち、前記希薄燃焼エンジンは、運転状態の変更に基づき燃焼状態を成層燃焼、均質燃焼、ストイキ燃焼等(リッチ燃焼からリーン燃焼まで)に変更制御して運転されている。
【0003】
そして、従来のこの種の希薄燃焼の筒内噴射エンジンとして、例えば、特開平7-166916号公報に所載された技術がある。該技術は、成層燃焼に対応したアイドル時とオフアイドル時の切換制御を考慮したものであり、オフアイドル運転からアイドル運転に切り替わったと判定すると、吸入空気量を増加させて、ポンピングロスが低減できる分、燃料噴射量を減量補正するものである。
【0004】
また、この種の希薄燃焼のポート噴射エンジンとして、例えば、特開平5−187295号公報に所載の技術がある。該技術は、燃焼状態の変更(リッチ燃焼−リーン燃焼)、即ち、空燃比の変更時に起こる出力トルクの変動に基づくトルクショックを防止するものであり、吸気通路にスロットル弁をバイパスするバイパス通路を設けると共に、該バイパス通路にバルブを配置して、空燃比の変更制御切り替え時に、バイパス通路をバルブにより開閉してエンジンへの吸入空気量を増減させることで、エンジン出力を変化させずに、空燃比(燃焼状態)を切り替え制御するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の筒内噴射エンジンの制御技術は、均質燃焼を行うオフアイドルと、よりリーンとなる成層燃焼を行うオフアイドルの2状態の切換については述べられているものの、オフアイドルでの均質燃焼と成層燃焼の燃焼切換えについて配慮されておらず、トルクショックが起こらないように、一定のトルクを維持して、燃焼状態のみ切り換える場合についても配慮されていない。より高負荷で成層燃焼を可能とする素質を持つ高性能エンジンでは、オフアイドルでの燃焼切換えが存在するために、燃焼効率の違う2つの燃焼状態を切り換えるときに、トルク段差が生じて、トルクショックが発生する虞があり、問題である。
【0006】
また、前記ポート噴射エンジンの制御技術は、切り替え後の目標吸入空気量と検出吸入空気量との偏差を算出してバイパス通路のバルブの開度を制御するものであるので、トルクシッョクの原因を解明し、それに基づいて制御を行うものでない。即ち、燃焼状態の変更による燃焼効率等の変化について配慮されたものではないので、トルクショックに十分に対処できるとは云えないし、ポート噴射エンジンであるので、筒内噴射エンジン特有の問題である燃焼状態の変更に伴う、燃料噴射時期の相違に基づくトルクショックについての配慮がなされたものでもない。
【0007】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、燃焼状態の切換え前後でのトルク段差を生じさせないようにして、ドライバに不快なショックを与えずに、スムーズに燃焼状態を切換える希薄燃焼のエンジン制御装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明のエンジン制御装置は、基本的には、目標トルクを算出する目標トルク算出手段と、前記目標トルクとエンジン回転数とから目標基本シリンダ吸気量を算出する目標基本シリンダ吸気量演算手段と、前記目標基本シリンダ吸気量に新気過剰率(空燃比/14.7)を乗算して目標シリンダ吸気量を算出する新気過剰率乗算手段と、を備え、更に、エンジンの燃焼状態に基づき燃焼効率補正率を演算する燃焼効率補正手段を備え、該燃焼効率補正手段が、EGR ガス+新気量と燃料量との比を示す空燃比 G/F を軸として参照するテーブルから燃焼効率補正率を算出するとともに、前記目標シリンダ吸気量に前記燃焼効率補正率を乗算して補正目標シリンダ吸気量を算出することを特徴としている。
【0009】
また、本発明のエンジン制御装置は、目標トルクを算出する目標トルク算出手段と、前記目標トルクとエンジン回転数とから目標基本シリンダ吸気量を算出する目標基本シリンダ吸気量演算手段と、前記目標基本シリンダ吸気量に新気過剰率(空燃比/ 14.7 )を乗算して目標シリンダ吸気量を算出する新気過剰率乗算手段と、を備え、前記エンジン制御装置は、エンジンの燃焼状態に基づき燃焼効率補正率を演算する燃焼効率補正手段を備え、該燃焼効率補正手段が、 EGR ガス+新気量と燃料量との比を示す空燃比 G/F を1つの軸とし、 EGR 率を別の軸とするマップから燃焼効率補正率を算出するとともに、前記目標シリンダ吸気量に前記燃焼効率補正率を乗算して補正目標シリンダ吸気量を算出することを特徴としている。
本発明のエンジン制御装置は、燃料噴射量を決定するために、シリンダに吸入された吸入空気量をエンジン回転数で割って空燃比がストイキ( A/F = 14.7 )となるような係数を乗じて1シリンダ当たりの基本燃料噴射パルス幅を算出する手段を備えることを特徴としている。
【0010】
また、本発明のエンジン制御装置は、その制御対象のエンジンが、ポート噴射エンジン、もしくは、筒内噴射エンジンであることを特徴としている。更に、本発明の前記燃焼効率補正手段は、成層燃焼、弱成層燃焼、均質燃焼等の燃焼状態の相違毎に異なる複数のマップもしくはテーブルを備えていると共に、前記燃焼状態の相違を検出する手段を備え、該燃焼状態の相違に基づき前記複数のマップもしくはテーブル内の一つを選択して燃焼効率補正率を算出することを特徴としている。
【0011】
また、本発明のエンジン制御装置は、前記補正目標シリンダ吸気量を目標スロットル開度に変換するスロットル開度変換手段を備え、該目標スロットル開度変換手段が、補正目標シリンダ吸気量を1つの軸とし、エンジン回転数を別の1つの軸としたマップからスロットル開度を算出するか、もしくは、補正目標シリンダ吸気量を1つの軸とし、エンジン回転数を別の1つの軸としたマップから中間パラメータとしてスロットル開口面積を算出し、更に、スロットル開口面積を軸としたテーブルから目標スロットル開度を算出することを特徴としている。
また、本発明のエンジン制御装置は、燃焼効率補正手段が、エンジン回転数、エンジン負荷、及びアイドル状態か否か等の運転状態の動作点によって補正値を演算する動作点補正値演算手段を備え、燃焼効率補正率は、前記演算した補正値を乗算することで補正されることを特徴とし、さらに、本発明のエンジン制御装置は、燃焼効率補正手段が、エンジンの経時劣化、エンジン個体バラツキ等に基づき補正値を演算する外部要因補正値演算手段を備え、前記燃焼効率補正率は、前記演算した補正値を乗算することで補正され、前記外部要因補正値演算手段によって演算された前記補正値は、 ECM の不揮発性メモリに記憶され、イグニッションスイッチの off 時、電源バッテリ交換時等においても、前記不揮発性メモリに記憶保持されていることを特徴としている。
【0012】
前述の如く構成された本発明に係るエンジン制御装置は、吸入空気量の制御においては、目標トルク演算手段で、運転者の意志であるアクセル開度とエンジン回転数から目標トルクを算出し、次いで、目標基本シリンダ吸気量演算手段で、目標トルクとエンジン回転数から目標基本シリンダ吸気量を算出し、新気過剰率乗算手段でストイキに対しリーンで吸気量が増加するように前記目標基本シリンダ吸気量に新気過剰率を乗じて目標シリンダ吸気量を算出し、燃焼効率補正手段で該目標シリンダ吸気量に燃焼効率補正率を乗じて前記目標シリンダ吸入空気量を補正し、スロットル開度変換手段で、補正目標シリンダ吸気量をスロットル開度に変換し、吸気量制御手段で、実際のスロットル開度を操作する。
【0013】
一方、燃料噴射量の制御においては、基本シリンダ吸入空気量演算手段で、吸入空気量とエンジン回転数から基本シリンダ吸入空気量を算出し、空燃比分修正手段で、基本シリンダ吸入空気量を新気過剰率で割って目標空燃比を実現する燃料噴射パルス幅を算出し、燃料噴射手段で、指定された燃料噴射パルス幅の間、燃料を噴射する。
【0014】
前記の如く燃焼制御を行うことで、切換えによって燃焼状態(均質燃焼、成層燃焼等)が急激に変更しても、燃焼効率差に起因するエンジン出力トルクの段差をなくすべく吸入空気量を制御でき、結果として車両にショックを発生させずに、スムーズな燃焼状態の切換えを実現できる。
【0015】
また、前記燃焼効率補正手段が、空燃比A/Fもしくは空燃比G/Fを軸として参照するテーブルもしくはマップから燃焼効率補正率を算出するので、的確に目標シリンダ吸入空気量を下方修正することができ、エンジン出力トルクの段差をなくすことができる。
更に、燃焼効率補正率演算手段に、エンジン回転数、エンジン負荷、及びアイドル状態か否か等の運転状態の動作点によって補正値を演算する動作点補正値演算手段と、エンジンの経時劣化、エンジン個体バラツキ等に基づき補正値を演算する外部要因補正値演算手段を付加配備したことによって、同一空燃比G/F、同一EGR率でも前記燃焼効率補正率が運転状態の動作点によって変化するのを補正値を演算することで、運転状態別に最適な燃焼効率補正率を算出して、トルク段差のないエンジン運転を可能にし、車両毎の燃焼バラツキが容易に調整できるようになった。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明のエンジンの制御装置の実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の第一の実施形態のエンジン507の制御システムの全体構成を示したものである。図1において、エンジン507に吸入される空気は、エアクリーナ502の入口部502aから取り入れられ、エアフローセンサ503を通り、吸気流量を制御するスロットル弁505aが収容されたスロットルボディ505を通り、コレクタ506に入る。該コレクタ506に吸入された空気は、エンジン507の各シリンダ507bに接続された各吸気管に501に分配され、前記シリンダ507b内の燃焼室507cに導かれる。また、スロットル弁505aは、モータ522により開弁・閉弁が可能となっている。
【0017】
一方、ガソリンなどの燃料は、燃料タンク514から燃料ポンプ510により1次加圧され、さらに燃料ポンプ511により2次加圧され、インジェクタ509が配管されている燃料系に供給される。1次加圧された燃料は、燃圧レギュレータ512によ一定の圧力(例えば3kg/cm"2)に調圧され、より高い圧力に2次加圧された燃料は、燃圧レギュレータ513により一定の圧力(例えば70kg/m"2)に調圧され、それぞれのシリンダ507bに設けられているインジェクタ509から該シリンダ507bの中に噴射される。噴射された燃料は、点火コイル522で高電圧化された点火信号により点火コイル508で着火される。
【0018】
また、前記エアフローセンサ503からは、吸気流量を示す信号が出力され、コントロールユニット515に入力されるようになっている。
更に、スロットルボディ505には、スロットル弁505aの開度を検出するスロットルセンサ504が取り付けられており、その出力もコントロールユニット515に入力されるようになっている。
【0019】
次に、カムシャフト軸(図示省略)に取付られたクランク角センサ516は、クランク軸507dの回転位置を表す基準角信号REFと回転信号(回転数)検出用の角度信号POSとを出力し、これらの信号もコントロールユニット515に入力されるようになっている。
【0020】
排気管519内の触媒520の前に設置されたA/Fセンサ518は、排ガスを検出して、その検出信号を出力して前記コントロールユニュト515に入力し、アクセル開度センサ521は、アクセルペダルの開度を検出して該検出信号をコントロールユニット515に入力するようになっている。
【0021】
図2は、コントロールユニット515の主要部を示すもので、該コントロールユニット515は、MPU、ROM、RAMおよびA/D変換器を含むI/OLSI等で構成され、エンジン507の運転状態を検出する各種のセンサ等からの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、この演算結果として算定された各種の制御信号を出力し、前記したインジェクタ509や点火コイル522に所定の制御信号を供給し、燃料供給量制御と点火時期制御とを実行するものである。
【0022】
図3は、前記筒内噴射エンジン507における、コントロールユニット515で実行される制御のブロック図の全体概要を示したものである。
図3は、上部が吸気量制御系であり、下部が燃料量制御系である。上部の吸気量制御系では、目標トルク演算手段101で、運転者の意志であるアクセル開度とエンジン回転数に基づき目標トルクを算出し、目標基本シリンダ吸気量演算手段102では、前記目標トルクとエンジン回転数から目標基本シリンダ吸気量を算出し、新気過剰率乗算手段103aで、ストイキに対しリーンで吸気量が増加するように目標基本シリンダ吸気量に新気過剰率を乗じて目標シリンダ吸気量を算出し、さらに燃焼効率補正手段103bで、燃焼効率補正率を乗じて燃費の良い燃焼状態に、前記目標シリンダ吸入空気量を修正して補正目標シリンダ空気量tTPを算出する。スロットル開度変換手段104では、前記補正目標シリンダ吸気量とエンジン回転数とに基づきスロットル開度を変換し、吸気量制御手段105で、実際のスロットル開度を操作する。
【0023】
一方、図3の下部の燃料量制御系では、基本シリンダ吸入空気量演算手段106で、吸入空気量とエンジン回転数から基本シリンダ吸入空気量を算出し、空燃比分修正手段107では、前記基本シリンダ吸入空気量を新気過剰率で割って目標空燃比を実現する燃料噴射パルス幅を算出し、燃料噴射手段108で、指定された燃料噴射パルス幅で、燃料を噴射する。
【0024】
以上、吸気量制御系と燃料量制御系との制御装置の全体構成について説明したが、本実施形態の特徴である燃焼効率補正手段103bについて、図4に基づいて、更に、詳細に説明する。
前記燃焼効率補正手段103bは、新気過剰率、目標EGR率、及び、燃焼状態(成層、均質等)の各信号を入力し、前記新気過剰率(目標空燃比/14.7)と前記目標EGR率との信号に基づき予め用意されているマップから燃焼効率補正率を算出する。前記マップは燃焼状態(成層、均質等)毎に複数枚が用意されており、前記燃焼状態毎に前記マップを選択して燃焼効率補正率を算出する。算出された前記燃焼効率補正率を目標シリンダ吸気量に乗算して補正目標シリンダ吸気量を算出する。
【0025】
ここで、前記燃焼効率補正手段103bの作動原理について説明する。リーン燃焼は、ストイキ燃焼に比べて燃料量を少なく(空燃比を薄く)して吸入空気量を増やすことにより、ポンピングロスを低減するのが狙いである。まず、式(2) のように、リーン時の燃料量QF#leanをストイキ時の燃料量QF#stと等しいまま空燃比を薄くすると、吸入空気量QA#leanはストイキ時のQA#stより増加し、その割合は式(1)に示すように(目標空燃比)/14.7となる。しかし、実際にはポンピングロス低減により燃費を10%〜40%程度向上できるので、その分、ストイキと等トルクを出力するのに、空気量も燃料量も低減できる。式(3)では、リーン時の吸入空気量QA#leanが、ITAF(0.6〜0.9程度の値)倍に、同様に式(4)に示すように燃料量もITAF倍になっている。
【0026】
QA#lean = QA#st× (目標空燃比)/14.7 式(1)
QF#lean = QF#st 式(2)
QA#lean = QA#st × (目標空燃比)/14.7 * ITAF 式(3)
QF#lean = QF#st × ITAF 式(4)
【0027】
ここで、ITAFは燃焼効率補正率であり、一定値とならないのは、空燃比の薄さやEGR率によって値が変わるためである。
リーンバーンエンジンの内でも、特に、筒内噴射エンジンでは、混合気を1部に集めて層状燃焼ができるためリーン限界空燃比が大きく、その設定例を図6に示す。一般的には、空燃比が薄くなるほどITAFは小さく、また、EGR率が大きくなるほどITAFは小さくなる。
【0028】
図5は、燃焼効率補正率ITAFの空燃比に対する感度を表わしたものである。横軸に空燃比A/Fと新気過剰率tλa0が、プロットしてある。新気過剰率は、(目標空燃比)/14.7であり、式(5)のように計算され、ストイキ時に1となる。新気過剰率を使うと式(3)は、式(6)のように書き換えられる。
tλa0 = (目標空燃比)/14.7 式(5)
QA#lean = QA#st × tλa0 * ITAF 式(6)
【0029】
次に、EGR(燃焼ガス再循環)をかけていった場合について見ると、前記新気過剰率は、吸入空気量と燃料量の比から計算されるが、EGRをかけた場合は、空燃比A/Fは、再循環燃焼ガスを考慮した空燃比G/Fで置き換え、式(7)で表わされる。
G/F = A/F × (100 + EGR率)/100 式(7)
【0030】
図7は、空燃比G/Fに対する燃焼効率補正率の特性を示したもので、図5とほぼ同じ傾向である。この図7で、空燃比G/Fとともに横軸としたのはガス過剰率tλg0である。ガス過剰率も新気過剰率と同じ考えで、式(8)のように定義する。
tλg0 = (目標空燃比G/F)/14.7 式(8)
【0031】
同一空燃比G/Fで、EGR率を大きくしていった場合のEGR率に対する燃焼効率補正率は、図9のような特性となり、同一空燃比G/Fでも数%変化する。よって、より正確に燃焼効率補正率を求めるためには、図8のような特性となり、EGR率の違いで補正率の曲線が何本も引ける。この関係を実際の制御で使うためには、図10のような空燃比G/FとEGR率を軸としたマップが必要となる。
【0032】
ここで、図5、図7、及び、図8に着目すると、空燃比20付近では、変曲点があったり、不連続であったりするが、これは、筒内噴射エンジン特有の燃焼違いによるものであり、リーン側は、圧縮行程に燃料噴射を行う成層燃焼で、リッチ側は、吸気行程に燃料噴射を行う均質燃焼である。
【0033】
そこで、このような燃焼の違いがあっても、その前後で正確な燃焼効率補正を行うためには、図11のブロック図に示すように、均質用マップ1101と、成層用マップ1102を設けて、切り換えて使用するのが好ましい。
【0034】
図12は、切換え時のフローチャートの一例を示したものである。ここでの一連の処理は、一定時間毎に実行される割込み処理(ステップ1201)で行われ、始めに、ステップ1202で燃焼状態を読込み、ステップ1203で均質燃焼か成層燃焼かの判定をする。均質燃焼と判定されると、ステップ1204に進み、該ステップ1204で、再循環燃焼ガスを考慮した空燃比G/FとEGR率との読込みを行い、ステップ1205で、均質用マップより燃焼効率補正率ITAFを検索する。
【0035】
一方、ステップ1203で、成層燃焼と判定されると、ステップ1206に進み、該ステップ1206で空燃比G/FとEGR率との読込みを行い、ステップ1207で、成層用マップより燃焼効率補正率ITAFを検索する。その後、均質燃焼、成層燃焼いずれの場合も、ステップ1208に進み、該ステップ1208で、式(9)に基づいて補正目標シリンダ吸気量tTPを計算する。
tTP = tTPst × tλg0× ITAF 式(9)
【0036】
次に、燃焼状態が成層、均質の他に、両燃焼状態の中間の燃焼である弱成層燃焼も取り得る場合について説明する。弱成層燃焼は、均質燃焼の空燃比と成層燃焼の空燃比の間の空燃比域での燃焼方法で、一行程での燃料噴射を、吸気行程と圧縮行程との2回に分けて行うものである。弱成層燃焼は、均質燃焼でも成層燃焼でも燃焼安定度が悪い場合の燃焼として有効である。
【0037】
図13は、弱成層燃焼も考慮した燃焼効率補正のブロック図を示したものである。燃焼効率補正用のマップは、均質用マップ1301、成層用マップ1303、及び、弱成層用マップ1302によって構成され、前記各燃焼状態によって、前記各マップが選択されて燃焼効率補正率ITAFが算出される。
【0038】
図14は、前記三つの各燃焼状態に基づく前記各マップの切換え時のフローチャートの一例を示したものである。この一連の処理は、一定時間毎に実行される割込み処理(ステップ1401)で行われる。始めに、ステップ1402で燃焼状態を読込み、ステップ1403で該読み込んだ燃焼状態が均質燃焼かどうか判定する。均質燃焼と判定されると、ステップ1404に進み、該ステップ1404で空燃比G/FとEGR率との読込みを行い、ステップ1505で均質用マップにより燃焼効率補正率ITAFを検索する。
【0039】
ステップ1403で均質燃焼でないと判定されると、ステップ1411に進み、該ステップ1411で、弱成層燃焼かどうかを判定する。弱成層燃焼と判定すると、ステップ1406で空燃比G/FとEGR率との読込みを行い、ステップ1407に進み、該ステップ1407で弱成層用マップにより燃焼効率補正率ITAFを検索する。
【0040】
ステップ1411で、均質燃焼でも弱成層燃焼でもないと判定された場合は、成層燃焼であるからステップ1408に進み、該ステップ1408で、空燃比G/FとEGR率との読込みを行い、ステップ1409で成層用マップより燃焼効率補正率ITAFを検索する。
前記三つの燃焼状態のいずれであっても、燃焼効率補正率ITAFの検索後、ステップ1410に進み、該ステップ1410で式(9)に基づいて補正目標シリンダ吸気量tTPを計算する。
【0041】
以上、燃焼効率補正手段103bの演算の一例について説明したが、図3に戻ると、前記燃焼効率補正手段103bで、燃焼効率補正率をかけて補正目標シリンダ吸気量を求めた後は、スロットル開度変換手段104にて目標スロットル開度を求める。
図15は、スロットル開度変換手段104の一例であり、補正目標シリンダ吸気量tTPとエンジン回転数NEからマップ検索により目標スロットル開度tTVOを求めるものである。
【0042】
また、図16は、スロットル開度変換手段104の別の例であり、目標スロットル開口面積マップ1601を、補正目標シリンダ吸気量tTPとエンジン回転数NEの軸で検索して目標スロットル開口面積tATVOを求める。その後、目標スロットル開度テーブル1602を目標スロットル開口面積の軸で検索して目標スロットル開度tTVOを求める。
【0043】
次に、図17は、図3の制御ブロックの構成の内、目標トルク演算手段101一例を示したものである。ここでは、目標トルクtTcは、アクセル開度APSとエンジン回転数NEの2信号により、マップを検索することで、目標トルクを演算するようにしている。
【0044】
目標トルクを生成した後の処理は、目標基本シリンダ吸気量演算手段102により、目標基本シリンダ吸気量tTPstを演算する。図18は、目標基本シリンダ吸気量tTPstの演算の一例を示したものであり、目標トルクtTcとエンジン回転数NEからマップ検索により目標基本シリンダ吸気量tTPstを演算する。
【0045】
次に、図3の制御ブロックの全体構成のうち、下部の燃料量制御系について説明する。
燃料量制御系は、基本シリンダ吸入空気量演算手段106、空燃比分修正手段107、燃料噴射手段108によって構成されている。
図19は、基本シリンダ吸入空気量演算手段106の一例を示したものであり、該基本シリンダ吸入空気量演算手段106は、まず、エアフローセンサ503で計測した吸入空気量Qaをエンジン回転数NEで割って1シリンダあたりの吸入空気量を求めてから、空燃比がストイキとなるような燃料噴射時間に換算するための係数Kconstを乗ずることによって、基本シリンダ吸入空気量TPを演算するものである。
【0046】
図20は、前記基本シリンダ吸入空気量演算手段106の後行程である空燃比分修正手段107の処理の一例を示したものである。まず、前記算出した基本シンダ吸入空気量TPを新気過剰率tλa0で割って、目標空燃比となるように噴射パルス幅を修正し、さらに、インジェクタ開弁の遅れ時間を補償するために、開弁遅れ時間TSを加算して、燃料噴射パルス幅Tiを修正算出するものである。
【0047】
図21は、以上述べた本実施形態のエンジン制御を、リーンバーンエンジンの制御に適用した場合の各制御パラメータの動きの一例を詳細に示した図である。ここでは、アクセル開度が一定で、等トルクが要求されている場合に、空燃比切換えを行った例についてのものである。図21中の実線は、本実施形態を適用した場合の例であり、点線は適用しない場合の例である。始めに、目標空燃比A/Fが14.7から30に変わると、燃焼効率補正手段103により、燃焼効率補正率が1.0から0.9に変化する。吸入空気量は、本実施形態を適用した場合には、適用しない場合の点線に比べて、0.9がかけられて下方修正されている。これによって、燃料噴射パルス幅も、本実施形態を適用した場合は、リーンで燃費が向上した分少なくなっている。エンジン出力トルクは、本実施形態を適用しない場合は、切換え後に増加しているが、本実施形態を適用した場合には、切換え前後でトルク段差がなく変化していない。エンジンを搭載した最終的な車両の挙動としては、本実施形態を適用しない場合は、燃焼切換え後に図21に示すようにショックが生ずるが、本実施形態を適用した場合には、ショックは発生しない。
【0048】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。
該第二の実施形態は、前記第一の実施形態の燃焼効率補正手段103bによって演算される燃焼効率補正率の算出にあたって、更にエンジンの他の制御ファクターを考慮して算出するようにしたものであり、この点で、前記第一の実施形態と相違する。したがって、この点について以下に説明し、共通する事項の説明は省略する。
前記第二の実施形態は、前記第一の実施形態の燃焼効率補正手段103bで算出する燃焼効率補正率を、運転状況別に補正値を算出して補正すると共に、エンジンの外部からの要因によって、前記燃焼効率補正率を補正できるようにしたものである。
【0049】
図22は、本実施形態(第二)の燃焼効率補正手段203の制御ブロック図を示しており、該燃焼効率補正手段203は、基本燃焼効率補正率演算手段203a、動作点補正値演算手段203b、及び外部要因補正値演算手段203cとを備えている。
前記基本燃焼効率補正率演算手段203aは、前記第一の実施形態の燃焼効率補正手段103b(図4参照)と同じ機能を備えているものであり、新気過剰率、目標EGR率、及び、燃焼状態(成層、均質等)の各信号を入力し、前記新気過剰率(目標空燃比/14.7)と前記目標EGR率との信号に基づき予め用意されているマップから基本燃焼効率補正率を算出するものである。前記マップは燃焼状態(成層、均質等)毎に複数枚が用意されており、前記燃焼状態毎に前記マップを選択して基本燃焼効率補正率ITAFOを算出する。
【0050】
前記動作点補正値演算手段203bは、燃焼状態(成層、均質等)、エンジン回転数、エンジン負荷(目標トルク)、及びアイドルか否かの各信号を入力して、前記エンジン回転数と前記エンジン負荷との信号に基づき予め用意されているマップから動作点補正値KITAFOを演算する。前記マップは、燃焼状態(成層、均質等)毎に複数枚が用意されており、前記燃焼状態毎に前記マップを選択して前記動作点補正値を演算する。前記マップはアイドルか否かによっても異なるマップが用意されており、該マップを選択して、動作点補正値を演算する。
前記外部要因補正値演算手段203cは、車両毎のエンジンの燃焼バラツキ等の要因に対処するもので、該要因に基づいて外部要因補正値ITAFVを算出する。また、前記外部要因補正値演算手段203cによって演算された前記補正値は、ECMの不揮発性メモリに記憶され、イグニッションスイッチのoff時、電源バッテリ交換時等においても、前記不揮発性メモリに記憶保持されるようになっており、再度出力できるようになっている。
【0051】
前記基本燃焼効率補正率ITAFOに動作点補正値KITAFOと外部要因補正値ITAFVを乗算することで、燃焼効率補正率を算出し、該算出された燃焼効率補正率を目標シリンダ吸気量に乗算して補正目標シリンダ吸気量tTPを算出する。
図23は、エンジンの燃焼状態の切換え時のフローチャートの一例を示したものである。ここでの一連の処理は、一定時間毎に実行される割り込み処理(ステップ2201)で行われる。始めに、ステップ2202で燃焼状態を読み込み、ステップ2203で均質燃焼か成層燃焼かを判定する。該判定により均質燃焼と判定された場合には、ステップ2204に進み、該ステップ2204で、再循環燃焼ガスを考慮した空燃比G/FとEGR率とを読み込み、ステップ2205で、均質マップより基本燃焼効率補正率ITAFOを検索する。
【0052】
次に、ステップ2208でアイドルスイッチSWがONかOFFかを判定する。アイドルスイッチSWがONと判定された場合には、ステップ2212に進み、エンジンの回転数と目標トルクとを読み込みステップ2213に進み、アイドル均質用マップから燃焼効率作動点補正値KITAFOを検索(演算)してステップ2218に進む。また、ステップ2208で、アイドルスイッチSWがOFFと判定されると、ステップ2210に進み、エンジン回転数と目標トルクとを読み込み、ステップ2211でオフアイドル均質用マップより燃焼効率の作動点補正値KITAFOを検索(演算)し、ステップ2218に進む。
【0053】
一方、前記ステップ2203で成層燃焼と判定された場合には、ステップ2206に進み、該ステップ2206で、再循環燃焼ガスを考慮した空燃比G/FとEGR率とを読み込み、ステップ2207で、成層用マップより基本燃焼効率補正率ITAFOを検索し、ステップ2218に進む。
次に、ステップ2209でアイドルスイッチSWがONかOFFかを判定する。アイドルスイッチSWがONと判定された場合には、ステップ2214に進み、エンジンの回転数と目標トルクとを読み込みステップ2215に進み、アイドル成層用マップから燃焼効率作動点補正値KITAFOを検索(演算)し、ステップ2218に進む。また、ステップ2209で、アイドルスイッチSWがOFFと判定されると、ステップ2216に進み、エンジン回転数と目標トルクとを読み込み、ステップ2217でオフアイドル成層用マップより燃焼効率の作動点補正値KITAFOを検索(演算)し、ステップ2218に進む。
【0054】
ステップ2218では、車両毎のエンジンの燃焼バラツキ等の外部要因の信号を読み込み、外部要因補正値ITAFVを演算し、ステップ2219に進み、該ステップ2219では、前記各演算値に基づき、次の式(10)により補正目標シリンダ吸気量tTPを演算し、割り込み処理を終了する。
tTP = tTPst×tλg0×ITAFO×KITAFO×ITAFV 式(10)
但し、
tTP :補正目標シリンダ吸気量
tTPst :目標基本シリンダ吸気量
tλg0 :新気過剰率
ITAFO :基本燃焼効率補正率
KITAFO :燃焼効率作動点補正値
ITAFV :外部要因補正値
【0055】
図24は、本発明の第二の実施形態のエンジンの燃焼状態の切換え時のフローチャートの他の例を示したものである。本フローチャートと前記図23のフローチャートとの相違は、図22の基本燃焼率補正率演算手段203aので基本燃焼効率補正率値ITAFOを演算するに当たって、均質燃焼域と成層燃焼域との峻別以外に弱成層燃焼域を設定したことにあり、それ以外には相違する点はない。該弱成層燃焼域を設定したことにより、より精度の高い基本燃焼効率補正率値ITAFOを算出しようとするものである。
【0056】
ここでの一連の処理は、一定時間毎に実行される割り込み処理(ステップ3300)で行われる。始めに、ステップ3301で燃焼状態を読み込み、ステップ3302で均質燃焼か否かを判定する。該判定により均質燃焼と判定された場合には、ステップ3304に進み、該ステップ3304で、再循環燃焼ガスを考慮した空燃比G/FとEGR率とを読み込み、ステップ3305で、均質マップより基本燃焼効率補正率ITAFOを検索する。
次に、ステップ3310でアイドルスイッチSWがONかOFFかを判定する。アイドルスイッチSWがONと判定された場合には、ステップ3315に進み、エンジンの回転数と目標トルクとを読み込みステップ3316に進み、アイドル均質用マップから燃焼効率作動点補正値KITAFOを検索(演算)してステップ3325に進む。また、ステップ3310で、アイドルスイッチSWがOFFと判定されると、ステップ3313に進み、エンジン回転数と目標トルクとを読み込み、ステップ3314でオフアイドル均質用マップより燃焼効率の作動点補正値KITAFOを検索(演算)し、ステップ3325に進む。
【0057】
一方、前記ステップ3302で均質燃焼と判定され無かった場合には、ステップ3303に進み、該ステップ3303で弱成層燃焼か成層燃焼かを判定する。該ステップ3303で弱成層燃焼と判断された場合には、ステップ3306に進み、該ステップ3306で、再循環燃焼ガスを考慮した空燃比G/FとEGR率とを読み込み、ステップ3307で、弱成層用マップより基本燃焼効率補正率ITAFOを検索し、ステップ3311に進む。
【0058】
次に、ステップ3311でアイドルスイッチSWがONかOFFかを判定する。アイドルスイッチSWがONと判定された場合には、ステップ3317に進み、エンジンの回転数と目標トルクとを読み込みステップ3318に進み、アイドル成層用マップから燃焼効率作動点補正値KITAFOを検索(演算)し、ステップ3325に進む。また、ステップ3311で、アイドルスイッチSWがOFFと判定されると、ステップ3319に進み、エンジン回転数と目標トルクとを読み込み、ステップ3320でオフアイドル成層用マップより燃焼効率の作動点補正値KITAFOを検索(演算)し、ステップ3325に進む。
【0059】
ステップ3303で成層燃焼と判断された場合には、ステップ3308に進み、該ステップ3308で、再循環燃焼ガスを考慮した空燃比G/FとEGR率とを読み込み、ステップ3309で、成層用マップより基本燃焼効率補正率ITAFOを検索し、ステップ3312に進む。
次に、ステップ3312でアイドルスイッチSWがONかOFFかを判定する。アイドルスイッチSWがONと判定された場合には、ステップ3321に進み、エンジンの回転数と目標トルクとを読み込みステップ3322に進み、アイドル成層用マップから燃焼効率作動点補正値KITAFOを検索(演算)し、ステップ3325に進む。また、ステップ3312で、アイドルスイッチSWがOFFと判定されると、ステップ3323に進み、エンジン回転数と目標トルクとを読み込み、ステップ3324でオフアイドル成層用マップより燃焼効率の作動点補正値KITAFOを検索(演算)し、ステップ3325に進む。
【0060】
ステップ3325では、車両毎のエンジンの燃焼バラツキ等の外部要因の信号を読み込み、外部要因補正値ITAFVを演算し、ステップ3326に進み、該ステップ3326では、前記各演算値に基づき、前記式(10)により目標シリンダ吸気量tTPを演算し、割り込み処理を終了する。
以上、本発明の二つの実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
例えば、前記実施形態は、希薄燃焼の筒内噴射エンジンについて説明したが、本発明は、ポート噴射エンジン等の他の希薄燃焼エンジンにも適用できるものである。
【0061】
【発明の効果】
以上の記載から理解されるように、本発明の希薄燃焼エンジンのエンジン制御装置は、燃焼効率補正手段が燃焼状態に応じて燃焼効率補正率を演算し、吸入空気量の補正を行うので、切換えによって燃焼状態(均質燃焼、成層燃焼等)が急激に変更しても、燃焼効率差に起因するエンジン出力トルクの段差をなくすべく吸入空気量を制御でき、結果として車両にショックを発生させずに、スムーズな燃焼状態の切換えを実現できる。
また、前記燃焼効率補正率を運転状態の動作点の変化、エンジンの個体バラツキ等に基づき補正するようにしたので、エンジン運転において、より出力トルク段差のない燃焼状態を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の筒内噴射エンジンシステムの全体構成図。
【図2】図1の筒内噴射エンジンシステムの制御装置の内部構成図。
【図3】図1の筒内噴射エンジン制御装置の制御ブロック図。
【図4】図3の制御ブロックの燃焼効率補正手段の詳細図。
【図5】図4の燃焼効率補正手段の燃焼効率補正率算出のテーブルの特性図。
【図6】図1の筒内噴射エンジン制御装置の空燃比の設定例を示す図。
【図7】図4の燃焼効率補正手段の燃焼効率補正率算出のテーブルの他の特性図。
【図8】図4の燃焼効率補正手段の燃焼効率補正率算出のEGR率を考慮したテーブルの更に他の特性図。
【図9】燃焼効率補正率のEGR感度を示す特性図。
【図10】図4の燃焼効率補正手段のマップのブロック図。
【図11】図4の燃焼効率補正手段のマップ選択のブロック図。
【図12】図3の制御装置の制御フローチャート。
【図13】図4の燃焼効率補正手段のマップ選択の他のブロック図。
【図14】図3の制御装置の他の制御フローチャート。
【図15】図3の制御装置のスロットル開度変換手段のブロック図。
【図16】図3の制御装置のスロットル開度変換手段の別のブロック図。
【図17】図3の制御装置の目標トルク演算手段のブロック図。
【図18】図3の制御装置の目標基本シリンダ吸気量演算手段のブロック図。
【図19】図3の制御装置の基本シリンダ吸入空気量演算手段のブロック図。
【図20】図3の制御装置の空燃比分修正手段のブロック図。
【図21】図3の制御装置の制御時の各パラメータの変化を示す制御状態図。
【図22】本発明の他の実施形態の筒内噴射エンジン制御装置の制御ブロックの燃焼効率補正手段の詳細図。
【図23】図22のエンジン制御装置の制御フローチャート。
【図24】図22のエンジン制御装置の他の制御フローチャート。
【符号の説明】
101…目標トルク演算手段、102…目標基本シリンダ吸気量演算手段、103a…新気過剰率乗算手段、103b…燃焼効率補正手段、104…スロットル開度変換手段、105…吸気量制御手段、106…基本シリンダ吸入空気量演算手段、107…空燃比分修正手段、108…燃料噴射手段、203…燃焼効率補正手段、203a…基本燃焼効率補正率演算手段、203b…動作点補正値演算手段、203c…外部要因補正値演算手段、508…点火プラグ、509…インジェクタ、515…コントロールユニット、521…アクセル開度センサ、522…スロットル駆動用モータ、505a …スロットル弁、1001…燃焼効率補正率マップ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine control device that realizes lean combustion in a port injection engine or an in-cylinder injection engine, and in particular, when combustion states such as stratified combustion and homogeneous combustion are switched by performing combustion efficiency correction, respectively. The present invention relates to an engine control device that eliminates a torque step due to a difference in combustion efficiency at the time of switching by correcting a target cylinder air amount in the combustion state of the engine.
[0002]
[Prior art]
As a combustion method for an internal combustion engine, so-called lean combustion is known in which the air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to the engine is controlled by making the fuel leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (A / F = 14.7). The lean combustion is applied to both port injection engines and in-cylinder injection engines. Since the lean combustion engine has insufficient output in a specific operation state such as sudden start or acceleration of a vehicle or the like, in such a state, the lean air combustion engine is operated by controlling the air-fuel ratio in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio. is doing. That is, the lean combustion engine is operated by changing the combustion state to stratified combustion, homogeneous combustion, stoichiometric combustion (from rich combustion to lean combustion) based on the change of the operating state.
[0003]
As a conventional lean combustion in-cylinder injection engine of this type, for example, there is a technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-16916. This technology considers switching control between idle time and off-idle time corresponding to stratified combustion, and if it is determined that the engine is switched from off-idle operation to idle operation, the intake air amount can be increased and the pumping loss can be reduced. In this way, the fuel injection amount is corrected to decrease.
[0004]
Further, as this type of lean combustion port injection engine, for example, there is a technique described in JP-A-5-187295. This technique prevents a torque shock based on a change in combustion state (rich combustion-lean combustion), that is, a change in output torque that occurs when an air-fuel ratio is changed. A bypass passage that bypasses the throttle valve is provided in the intake passage. In addition, a valve is arranged in the bypass passage, and when the air-fuel ratio change control is switched, the bypass passage is opened and closed by the valve to increase or decrease the amount of intake air to the engine. The control is performed by switching the fuel ratio (combustion state).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, although the conventional control technology for the in-cylinder injection engine has been described for switching between two states of off-idle that performs homogeneous combustion and off-idle that performs stratified combustion that becomes leaner, it is homogeneous in off-idle. No consideration is given to combustion switching between combustion and stratified combustion, and no consideration is given to switching only the combustion state while maintaining a constant torque so that torque shock does not occur. In high-performance engines with the ability to perform stratified combustion at higher loads, combustion switching at off-idle exists, so when switching between two combustion states with different combustion efficiencies, a torque step occurs and torque There is a risk of shock, which is a problem.
[0006]
The control technology of the port injection engine calculates the deviation between the target intake air amount after switching and the detected intake air amount, and controls the valve opening of the bypass passage, thus elucidating the cause of torque shock However, control is not performed based on this. That is, since changes in combustion efficiency due to changes in the combustion state are not taken into consideration, it cannot be said that the torque shock can be sufficiently dealt with, and since it is a port injection engine, combustion that is a problem peculiar to the in-cylinder injection engine There is no consideration given to torque shock based on the difference in fuel injection timing due to the change of state.
[0007]
The present invention has been made in view of such a problem, and the object of the present invention is to prevent a torque step between before and after switching of the combustion state without causing an unpleasant shock to the driver. Another object of the present invention is to provide a lean combustion engine control device that smoothly switches the combustion state.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the engine control device of the present invention basically includes a target torque calculating means for calculating a target torque, and a target basic cylinder intake amount for calculating a target basic cylinder intake air amount from the target torque and the engine speed. A cylinder intake air amount calculating means; and a fresh air excess ratio multiplying means for calculating a target cylinder intake air amount by multiplying the target basic cylinder intake air amount by a fresh air excess ratio (air-fuel ratio / 14.7).,And a combustion efficiency correction means for calculating a combustion efficiency correction rate based on the combustion state of the engine, the combustion efficiency correction means,EGR Air / fuel ratio indicating the ratio of gas + fresh air volume and fuel volume G / F The combustion efficiency correction factor is calculated from a table that is referenced usingA corrected target cylinder intake air amount is calculated by multiplying the target cylinder intake air amount by the combustion efficiency correction factor.ing.
[0009]
Moreover, the engine control device of the present invention comprises:Target torque calculating means for calculating a target torque; target basic cylinder intake air amount calculating means for calculating a target basic cylinder intake air amount from the target torque and the engine speed; Fuel ratio / 14.7 ) To calculate the target cylinder intake air amount, and the engine control device includes combustion efficiency correction means for calculating a combustion efficiency correction rate based on the combustion state of the engine, Combustion efficiency correction means EGR Air / fuel ratio indicating the ratio of gas + fresh air volume and fuel volume G / F Is one axis, EGR The combustion efficiency correction factor is calculated from a map with the rate as another axis, and the target cylinder intake air amount is multiplied by the combustion efficiency correction factor to obtain the corrected target cylinder air intake amount.It is characterized by calculating.
In order to determine the fuel injection amount, the engine control device of the present invention divides the intake air amount sucked into the cylinder by the engine speed and the air-fuel ratio becomes stoichiometric ( A / F = 14.7 And a means for calculating the basic fuel injection pulse width per cylinder by multiplying by a coefficient such as
[0010]
The engine control device of the present invention is characterized in that the engine to be controlled is a port injection engine or a cylinder injection engine. Further, the combustion efficiency correction means of the present invention includes a plurality of maps or tables different for each difference in combustion state such as stratified combustion, weakly stratified combustion, homogeneous combustion, etc., and means for detecting the difference in the combustion state And selecting one of the plurality of maps or tables based on the difference in the combustion stateIt is characterized by calculating a combustion efficiency correction factor.
[0011]
Also,The engine control apparatus of the present invention includes throttle opening conversion means for converting the corrected target cylinder intake amount into a target throttle opening, and the target throttle opening conversion means uses the corrected target cylinder intake amount as one axis, Calculate the throttle opening from a map with the engine speed as another axis, or as an intermediate parameter from a map with the corrected target cylinder intake air as one axis and the engine speed as another axis Calculate the throttle opening area, and then target throttle opening from the table with the throttle opening area as the axisIt is characterized by calculating.
The engine control apparatus of the present invention further includes operating point correction value calculating means for calculating the correction value based on the operating point of the operating state such as whether the combustion efficiency correcting means is engine speed, engine load, and idle state. The combustion efficiency correction rate is corrected by multiplying the calculated correction value. Further, in the engine control device of the present invention, the combustion efficiency correction means includes engine deterioration with time, engine variation, etc. The correction factor calculated by the external factor correction value calculating unit is corrected by multiplying the calculated correction value by the external factor correction value calculating unit. Is ECM Stored in the non-volatile memory of the ignition switch off Even when the power supply battery is replaced, the nonvolatile memory is stored and held.
[0012]
In the engine control device according to the present invention configured as described above, in the control of the intake air amount, the target torque calculation means calculates the target torque from the accelerator opening and the engine speed that the driver intends, and then The target basic cylinder intake air amount calculating means calculates the target basic cylinder intake air amount from the target torque and the engine speed, and the fresh air excess rate multiplying means calculates the target basic cylinder intake air amount so that the intake air amount increases lean relative to the stoichiometry. The target cylinder intake air amount is calculated by multiplying the amount by the fresh air excess rate, and the target cylinder intake air amount is corrected by the combustion efficiency correction means by multiplying the target cylinder intake air amount by the combustion efficiency correction rate, and the throttle opening conversion means Then, the corrected target cylinder intake air amount is converted into the throttle opening, and the actual throttle opening is manipulated by the intake air amount control means.
[0013]
On the other hand, in the control of the fuel injection amount, the basic cylinder intake air amount calculation means calculates the basic cylinder intake air amount from the intake air amount and the engine speed, and the air-fuel ratio correction means updates the basic cylinder intake air amount. The fuel injection pulse width for realizing the target air-fuel ratio is calculated by dividing by the excess air ratio, and the fuel is injected by the fuel injection means during the designated fuel injection pulse width.
[0014]
By performing combustion control as described above, even if the combustion state (homogeneous combustion, stratified combustion, etc.) changes suddenly due to switching, the intake air amount can be controlled to eliminate the difference in engine output torque caused by the difference in combustion efficiency. As a result, the combustion state can be smoothly switched without causing a shock to the vehicle.
[0015]
Further, since the combustion efficiency correction means calculates the combustion efficiency correction factor from a table or map that is referenced with the air / fuel ratio A / F or the air / fuel ratio G / F as an axis, the target cylinder intake air amount can be accurately corrected downward. And the step difference in engine output torque can be eliminated.
Further, the combustion efficiency correction rate calculating means includes operating point correction value calculating means for calculating a correction value based on the operating point of the operating state such as engine speed, engine load, and idling state, engine deterioration over time, engine By additionally providing external factor correction value calculation means for calculating the correction value based on individual variations, etc., the combustion efficiency correction rate changes depending on the operating point of the operating state even with the same air-fuel ratio G / F and the same EGR rate. By calculating the correction value, it is possible to calculate the optimal combustion efficiency correction factor for each operating state, to enable engine operation without a torque step, and to easily adjust the combustion variation for each vehicle.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an engine control apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the overall configuration of the control system of the
[0017]
On the other hand, a fuel such as gasoline is primarily pressurized from a
[0018]
Further, the
Further, a
[0019]
Next, the
[0020]
The A /
[0021]
FIG. 2 shows the main part of the
[0022]
FIG. 3 shows an overall block diagram of control executed by the
In FIG. 3, the upper part is an intake air amount control system, and the lower part is a fuel amount control system. In the upper intake air amount control system, the target torque calculating means 101 calculates the target torque based on the accelerator opening and the engine speed which are the will of the driver, and the target basic cylinder intake air amount calculating means 102 calculates the target torque and The target basic cylinder intake air amount is calculated from the engine speed, and the fresh air excess
[0023]
On the other hand, in the fuel amount control system in the lower part of FIG. 3, the basic cylinder intake air amount calculation means 106 calculates the basic cylinder intake air amount from the intake air amount and the engine speed, and the air-fuel ratio adjustment means 107 calculates the basic air intake amount. The fuel injection pulse width for realizing the target air-fuel ratio is calculated by dividing the cylinder intake air amount by the fresh air excess ratio, and the fuel is injected by the fuel injection means 108 at the designated fuel injection pulse width.
[0024]
The overall configuration of the control device for the intake air amount control system and the fuel amount control system has been described above, but the combustion efficiency correction means 103b, which is a feature of this embodiment, will be described in more detail based on FIG.
The combustion efficiency correction means 103b inputs signals of a fresh air excess rate, a target EGR rate, and a combustion state (stratification, homogeneous, etc.), and the fresh air excess rate (target air-fuel ratio / 14.7) and the target EGR A combustion efficiency correction rate is calculated from a map prepared in advance based on the signal with the rate. A plurality of maps are prepared for each combustion state (stratification, homogeneous, etc.), and the combustion efficiency correction factor is calculated by selecting the map for each combustion state. The corrected target cylinder intake air amount is calculated by multiplying the target cylinder intake air amount by the calculated combustion efficiency correction rate.
[0025]
Here, the operation principle of the combustion efficiency correction means 103b will be described. Lean combustion aims to reduce pumping loss by reducing the amount of fuel (thinning the air-fuel ratio) and increasing the amount of intake air compared to stoichiometric combustion. First, as shown in equation (2), if the air-fuel ratio is reduced while the lean fuel amount QF # lean is equal to the stoichiometric fuel amount QF # st, the intake air amount QA # lean is less than the stoichiometric QA # st. The ratio increases to (target air-fuel ratio) /14.7 as shown in equation (1). However, since the fuel consumption can be improved by about 10% to 40% by reducing the pumping loss, the amount of air and the amount of fuel can be reduced to output the same torque as the stoichiometric amount. In the equation (3), the intake air amount QA # lean at the time of lean is ITAF (value of about 0.6 to 0.9) times, and the fuel amount is also ITAF times as shown in the equation (4).
[0026]
QA # lean = QA # st × (Target air-fuel ratio) /14.7 Formula (1)
QF # lean = QF # st formula (2)
QA # lean = QA # st × (Target air-fuel ratio) /14.7 * ITAF formula (3)
QF # lean = QF # st × ITAF formula (4)
[0027]
Here, ITAF is a combustion efficiency correction factor and does not become a constant value because the value changes depending on the thinness of the air-fuel ratio and the EGR rate.
Among the lean burn engines, in particular, in the cylinder injection engine, the lean air-fuel ratio is large because the air-fuel mixture can be collected in one part and stratified combustion can be performed. An example of setting is shown in FIG. In general, the ITAF decreases as the air-fuel ratio decreases, and the ITAF decreases as the EGR rate increases.
[0028]
FIG. 5 shows the sensitivity of the combustion efficiency correction factor ITAF to the air-fuel ratio. On the horizontal axis, the air-fuel ratio A / F and the fresh air excess ratio tλa0 are plotted. The fresh air excess ratio is (target air-fuel ratio) /14.7, is calculated as in equation (5), and becomes 1 at the time of stoichiometry. When the fresh air excess rate is used, equation (3) can be rewritten as equation (6).
tλa0 = (Target air / fuel ratio) /14.7 Formula (5)
QA # lean = QA # st × tλa0 * ITAF formula (6)
[0029]
Next, looking at the case where EGR (combustion gas recirculation) is applied, the fresh air excess rate is calculated from the ratio of the intake air amount and the fuel amount, but when EGR is applied, the air-fuel ratio is calculated. A / F is replaced with an air-fuel ratio G / F that takes into account the recirculated combustion gas, and is expressed by equation (7).
G / F = A / F × (100 + EGR rate) / 100 formula (7)
[0030]
FIG. 7 shows the characteristic of the combustion efficiency correction rate with respect to the air-fuel ratio G / F, which is almost the same tendency as FIG. In FIG. 7, the abscissa along with the air-fuel ratio G / F is the excess gas ratio tλg0. The excess gas ratio is defined as in equation (8) with the same idea as the excess fresh air ratio.
tλg0 = (Target air-fuel ratio G / F) /14.7 Equation (8)
[0031]
When the EGR rate is increased at the same air-fuel ratio G / F, the combustion efficiency correction rate with respect to the EGR rate has a characteristic as shown in FIG. 9, and changes by several percent even at the same air-fuel ratio G / F. Therefore, in order to obtain the combustion efficiency correction factor more accurately, the characteristic is as shown in FIG. 8, and a number of correction factor curves can be drawn depending on the difference in the EGR rate. In order to use this relationship in actual control, the air / fuel ratio G / F and EGR rate as shown in FIG. 10 are used as axes.mapIs required.
[0032]
Here, paying attention to FIG. 5, FIG. 7, and FIG. 8, there are inflection points and discontinuities in the vicinity of the air-
[0033]
Therefore, even if there is such a difference in combustion, in order to accurately correct the combustion efficiency before and after the difference, a
[0034]
FIG. 12 shows an example of a flowchart at the time of switching. The series of processing here is performed by interruption processing (step 1201) executed at regular intervals. First, the combustion state is read in
[0035]
On the other hand, if it is determined in
tTP = tTPst × tλg0 × ITAF equation (9)
[0036]
Next, a case will be described in which the combustion state is stratified and homogeneous, and weak stratified combustion which is intermediate combustion between both combustion states can be taken. Weak stratified combustion is a combustion method in an air-fuel ratio range between the air-fuel ratio of homogeneous combustion and the air-fuel ratio of stratified combustion, and fuel injection in one stroke is performed in two steps, an intake stroke and a compression stroke It is. Weakly stratified combustion is effective as combustion when the combustion stability is poor in both homogeneous combustion and stratified combustion.
[0037]
FIG. 13 shows a block diagram of the combustion efficiency correction in consideration of weak stratified combustion. The map for correcting the combustion efficiency is composed of a
[0038]
FIG. 14 shows an example of a flowchart for switching the maps based on the three combustion states. This series of processing is performed by interrupt processing (step 1401) executed at regular intervals. First, in
[0039]
If it is determined in
[0040]
If it is determined in
In any of the three combustion states, after searching for the combustion efficiency correction factor ITAF, the routine proceeds to step 1410, where the corrected target cylinder intake air amount tTP is calculated based on the equation (9).
[0041]
An example of the calculation of the combustion
FIG. 15 shows an example of the throttle opening degree conversion means 104, which obtains the target throttle opening degree tTVO by map search from the corrected target cylinder intake air amount tTP and the engine speed NE.
[0042]
FIG. 16 is another example of the throttle opening conversion means 104, and a target throttle
[0043]
Next, FIG. 17 shows an example of the target torque calculation means 101 in the configuration of the control block of FIG. Here, the target torque tTc is calculated by searching a map based on two signals of the accelerator opening APS and the engine speed NE.
[0044]
In the processing after the target torque is generated, the target basic cylinder intake amount tTPst is calculated by the target basic cylinder intake amount calculating means 102. FIG. 18 shows an example of the calculation of the target basic cylinder intake amount tTPst, and the target basic cylinder intake amount tTPst is calculated from the target torque tTc and the engine speed NE by map search.
[0045]
Next, the lower fuel amount control system in the overall configuration of the control block of FIG. 3 will be described.
The fuel amount control system includes a basic cylinder intake air amount calculation means 106, an air-fuel ratio correction means 107, and a fuel injection means 108.
FIG. 19 shows an example of the basic cylinder intake air amount calculating means 106. The basic cylinder intake air amount calculating means 106 first calculates the intake air amount Qa measured by the
[0046]
FIG. 20 shows an example of the processing of the air-fuel ratio correction means 107 which is the subsequent stroke of the basic cylinder intake air amount calculation means 106. First, the calculated basic cinder intake air amount TP is divided by the fresh air excess ratio tλa0 to correct the injection pulse width so as to achieve the target air-fuel ratio, and further, in order to compensate for the delay time of the injector valve opening. The fuel injection pulse width Ti is corrected and calculated by adding the valve delay time TS.
[0047]
FIG. 21 is a diagram showing in detail an example of the movement of each control parameter when the engine control of the present embodiment described above is applied to the control of the lean burn engine. In this example, the air-fuel ratio is switched when the accelerator opening is constant and equal torque is required. A solid line in FIG. 21 is an example when the present embodiment is applied, and a dotted line is an example when the application is not applied. First, when the target air-fuel ratio A / F changes from 14.7 to 30, the combustion efficiency correction means 103 changes the combustion efficiency correction rate from 1.0 to 0.9. When the present embodiment is applied, the amount of intake air is corrected downward by 0.9, compared to the dotted line when not applied. As a result, the fuel injection pulse width is also reduced as the fuel efficiency is improved by leaning when the present embodiment is applied. When the present embodiment is not applied, the engine output torque increases after switching. However, when the present embodiment is applied, the engine output torque is not changed before and after switching. As a final behavior of the vehicle equipped with the engine, when this embodiment is not applied, a shock occurs as shown in FIG. 21 after the combustion switching, but when this embodiment is applied, no shock occurs. .
[0048]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the second embodiment, the calculation of the combustion efficiency correction factor calculated by the combustion efficiency correction means 103b of the first embodiment is performed in consideration of other control factors of the engine. There is a difference from the first embodiment in this point. Therefore, this point will be described below, and description of common matters will be omitted.
In the second embodiment, the combustion efficiency correction rate calculated by the combustion efficiency correction means 103b of the first embodiment is corrected by calculating a correction value for each operating situation, and depending on factors from the outside of the engine, The combustion efficiency correction rate can be corrected.
[0049]
FIG. 22 shows a control block diagram of the combustion efficiency correction means 203 of the present embodiment (second). The combustion efficiency correction means 203 includes a basic combustion efficiency correction rate calculation means 203a and an operating point correction value calculation means 203b. And external factor correction value calculation means 203c.
The basic combustion efficiency correction rate calculation means 203a has the same function as the combustion efficiency correction means 103b (see FIG. 4) of the first embodiment, and includes a fresh air excess rate, a target EGR rate, and Each signal of combustion state (stratification, homogeneous, etc.) is input, and the basic combustion efficiency correction factor is calculated from a map prepared in advance based on the signal of the excess air ratio (target air / fuel ratio / 14.7) and the target EGR rate. Is to be calculated. A plurality of maps are prepared for each combustion state (stratification, homogeneous, etc.), and the basic combustion efficiency correction factor ITAFO is calculated by selecting the map for each combustion state.
[0050]
The operating point correction value calculation means 203b inputs signals indicating whether the combustion state (stratification, homogeneity, etc.), engine speed, engine load (target torque), and idling, and the engine speed and the engine. Based on the signal with the load, the operating point correction value KITAFO is calculated from a map prepared in advance. A plurality of maps are prepared for each combustion state (stratification, homogeneous, etc.), and the operating point correction value is calculated by selecting the map for each combustion state. Different maps are prepared depending on whether the map is idle or not, and the map is selected to calculate an operating point correction value.
The external factor correction value calculation means 203c deals with factors such as engine combustion variations for each vehicle, and calculates an external factor correction value ITAFV based on the factors. Further, the correction value calculated by the external factor correction value calculation means 203c is stored in the non-volatile memory of the ECM, and is stored and held in the non-volatile memory even when the ignition switch is turned off or when the power supply battery is replaced. It can be output again.
[0051]
By multiplying the basic combustion efficiency correction rate ITAFO by the operating point correction value KITAFO and the external factor correction value ITAFV, a combustion efficiency correction rate is calculated, and the calculated combustion efficiency correction rate is multiplied by the target cylinder intake air amount. The corrected target cylinder intake air amount tTP is calculated.
FIG. 23 shows an example of a flowchart for switching the combustion state of the engine. The series of processing here is performed by interrupt processing (step 2201) executed at regular intervals. First, in step 2202, the combustion state is read, and in
[0052]
Next, in
[0053]
On the other hand, if it is determined in
Next, in
[0054]
In
tTP = tTPst x tλg0 x ITAFO x KITAFO x ITAFV Formula (10)
However,
tTP: Corrected target cylinder intake air amount
tTPst: Target basic cylinder intake volume
tλg0: Fresh air excess rate
ITAFO: Basic combustion efficiency correction factor
KITAFO: Combustion efficiency operating point correction value
ITAFV: External factor correction value
[0055]
FIG. 24 shows another example of a flowchart for switching the combustion state of the engine according to the second embodiment of the present invention. The difference between this flowchart and the flowchart of FIG. 23 is that there is a weakness other than the distinction between the homogeneous combustion zone and the stratified combustion zone when the basic combustion efficiency correction rate calculating means 203a of FIG. 22 calculates the basic combustion efficiency correction rate value ITAFO. There is no difference except that the stratified combustion zone is set. By setting the weakly stratified combustion region, a more accurate basic combustion efficiency correction factor value ITAFO is to be calculated.
[0056]
The series of processing here is performed by interrupt processing (step 3300) executed at regular intervals. First, in
Next, in
[0057]
On the other hand, if it is not determined in
[0058]
Next, in
[0059]
If it is determined in
Next, in
[0060]
In
The two embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the invention described in the claims. Can be changed.
For example, in the above-described embodiment, the lean combustion in-cylinder injection engine has been described. However, the present invention can be applied to other lean combustion engines such as a port injection engine.
[0061]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, the engine control device for the lean combustion engine according to the present invention performs the switching because the combustion efficiency correction means calculates the combustion efficiency correction rate according to the combustion state and corrects the intake air amount. Even if the combustion state (homogeneous combustion, stratified combustion, etc.) changes suddenly, the intake air amount can be controlled to eliminate the difference in engine output torque caused by the difference in combustion efficiency, and as a result, no shock is generated in the vehicle. Smooth combustion state switching can be realized.
Further, since the combustion efficiency correction rate is corrected based on the change in the operating point of the operating state, the individual variation of the engine, and the like, a combustion state without an output torque step can be realized in engine operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an in-cylinder injection engine system according to an embodiment of the present invention.
2 is an internal configuration diagram of a control device of the in-cylinder injection engine system of FIG. 1;
3 is a control block diagram of the in-cylinder injection engine control device of FIG. 1. FIG.
4 is a detailed view of a combustion efficiency correction unit of the control block of FIG. 3;
FIG. 5 is a characteristic diagram of a table for calculating a combustion efficiency correction factor of the combustion efficiency correcting means of FIG. 4;
6 is a diagram showing an example of setting an air-fuel ratio of the direct injection engine control device of FIG. 1. FIG.
7 is another characteristic diagram of a table for calculating the combustion efficiency correction rate of the combustion efficiency correcting means of FIG. 4;
FIG. 8 is still another characteristic diagram of the table in consideration of the EGR rate for calculating the combustion efficiency correction rate of the combustion efficiency correction means of FIG. 4;
FIG. 9 is a characteristic diagram showing EGR sensitivity of the combustion efficiency correction rate.
10 is a block diagram of a map of the combustion efficiency correction means of FIG.
11 is a block diagram of map selection of the combustion efficiency correction means of FIG. 4;
12 is a control flowchart of the control device of FIG. 3;
13 is another block diagram of map selection of the combustion efficiency correction means of FIG.
14 is another control flowchart of the control device of FIG. 3;
15 is a block diagram of throttle opening conversion means of the control device of FIG. 3;
FIG. 16 is another block diagram of throttle opening conversion means of the control device of FIG. 3;
FIG. 17 is a block diagram of target torque calculation means of the control device of FIG. 3;
18 is a block diagram of target basic cylinder intake air amount calculation means of the control device of FIG. 3;
19 is a block diagram of basic cylinder intake air amount calculation means of the control device of FIG. 3;
20 is a block diagram of air-fuel ratio correction means of the control device of FIG. 3;
FIG. 21 is a control state diagram showing changes in parameters during control of the control device of FIG. 3;
FIG. 22 is a detailed view of the combustion efficiency correction means of the control block of the direct injection engine control apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a control flowchart of the engine control device of FIG. 22;
FIG. 24 is another control flowchart of the engine control device of FIG. 22;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記エンジン制御装置は、エンジンの燃焼状態に基づき燃焼効率補正率を演算する燃焼効率補正手段を備え、該燃焼効率補正手段が、EGRガス+新気量と燃料量との比を示す空燃比G/Fを軸として参照するテーブルから燃焼効率補正率を算出するとともに、前記目標シリンダ吸気量に前記燃焼効率補正率を乗算して補正目標シリンダ吸気量を算出することを特徴とするエンジン制御装置。Target torque calculating means for calculating a target torque; target basic cylinder intake air amount calculating means for calculating a target basic cylinder intake air amount from the target torque and the engine speed; in the engine control apparatus having a fresh air excess ratio multiplier means for calculating a target cylinder intake air quantity by multiplying the ratio /14.7), and
The engine control device includes combustion efficiency correction means for calculating a combustion efficiency correction rate based on a combustion state of the engine, and the combustion efficiency correction means includes an air-fuel ratio G indicating a ratio of EGR gas + fresh air amount and fuel amount. An engine control apparatus that calculates a combustion efficiency correction rate from a table that is referenced with / F as an axis, and calculates a corrected target cylinder intake air amount by multiplying the target cylinder intake air amount by the combustion efficiency correction rate.
前記エンジン制御装置は、エンジンの燃焼状態に基づき燃焼効率補正率を演算する燃焼効率補正手段を備え、該燃焼効率補正手段が、EGRガス+新気量と燃料量との比を示す空燃比G/Fを1つの軸とし、EGR率を別の軸とするマップから燃焼効率補正率を算出するとともに、前記目標シリンダ吸気量に前記燃焼効率補正率を乗算して補正目標シリンダ吸気量を算出することを特徴とするエンジン制御装置。Target torque calculating means for calculating a target torque; target basic cylinder intake air amount calculating means for calculating a target basic cylinder intake air amount from the target torque and the engine speed; in the engine control apparatus having a fresh air excess ratio multiplier means for calculating a target cylinder intake air quantity by multiplying the ratio /14.7), and
The engine control device includes combustion efficiency correction means for calculating a combustion efficiency correction rate based on a combustion state of the engine, and the combustion efficiency correction means includes an air-fuel ratio G indicating a ratio of EGR gas + fresh air amount and fuel amount. A combustion efficiency correction rate is calculated from a map having / F as one axis and an EGR rate as another axis, and a corrected target cylinder intake amount is calculated by multiplying the target cylinder intake amount by the combustion efficiency correction rate. An engine control device characterized by that.
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