JP4073563B2

JP4073563B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP4073563B2
Application number: JP34707798A
Authority: JP
Inventors: 俊一都築; 勇一島崎; 英哲秋山; 賢二安部
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2018-12-07
Also published as: JP2000170607A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスを吸気系に還流させる排気還流機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガスを吸気系に還流させる排気還流機構を備えた内燃機関では、実際の排気還流量を、目標値に正確に制御する必要があるため、例えば特開平６−４２４０９号公報に示された装置では、機関の筒内圧が検出され、検出された筒内圧を用いて排気還流量の補正が行われる。より具体的には、筒内圧が最大となる筒内圧力最大時期、すなわち筒内圧が最大となるクランク角度θＰＭＡＸが実際の燃焼状態を示すパラメータとして検出され、この最大時期θＰＭＡＸの目標値に対するずれΔθＰＭＡＸに応じて排気還流量が補正される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の装置は、機関運転状態が定常的な状態にあるときに、排気還流量のずれを補正するものであり、前記ずれΔθＰＭＡＸを空燃比フィードバック制御の制御周期毎に平均化し、該平均化した値を用いて排気還流量が補正されるため、機関運転状態が変化する過渡状態においては、有効な補正を行うことができない。また、排気還流量のずれに対応した機関への燃料供給量の補正は行われないため、定常状態では空燃比フィードバック制御により、適切な燃料供給量に制御されるが、過渡状態では、実際の空燃比の目標空燃比からのずれが大きくなり、運転性を悪化させる場合があった。
【０００４】
本発明は、上述した点を考慮してなされたものであり、機関運転状態の過渡的な状態においても、排気還流弁などの経時劣化に起因して実際の排気還流量が目標値からずれることを防止するとともに、空燃比を適切に制御することができる制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、排気ガスを吸気系へ還流させる排気還流路と、該排気還流路を介して還流される排気還流量を制御する排気還流弁とを備えた内燃機関の制御装置において、前記機関の運転状態に対応して予め設定されている目標排気還流量に応じて、前記機関に供給する燃料量を補正するための排気還流補正係数を算出する排気還流補正係数算出手段と、該排気還流補正係数を用いて前記機関の運転状態に応じた燃料量を補正し、前記機関に供給する燃料量を制御する燃料供給量制御手段と、前記機関の運転状態に応じて前記目標排気還流量に対応する前記排気還流弁の開弁制御量を算出し、排気還流量を制御する排気還流量制御手段と、前記機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、前記排気還流補正係数及び前記排気還流弁の開弁制御量を、前記筒内圧検出手段により検出される筒内圧及び前記目標排気還流量に対応して予め設定された筒内圧に応じて補正する補正手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、機関運転状態に対応して予め設定されている目標排気還流量に応じて、前記機関に供給する燃料量を補正するための排気還流補正係数が算出され、該排気還流補正係数を用いて、機関運転状態に応じた燃料量が補正され、前記機関に供給する燃料量が制御される。また機関運転状態に応じて前記目標排気還流量に対応する排気還流弁の開弁制御量が算出され、前記排気還流補正係数及び前記排気還流弁の開弁制御量が、筒内圧検出手段により検出される筒内圧及び目標排気還流量に対応して予め設定された筒内圧に応じて補正される。検出される筒内圧は、実際の排気還流量に対応したものとなる一方、目標排気還流量に対応して予め設定された筒内圧は目標排気還流量に対応したものとなるので、両者を用いて排気還流弁の開弁制御量を制御することにより、排気還流弁の開弁特性（制御信号と開弁量との関係）が経時変化しても正確な排気還流量の制御が可能となる。さらに、検出された筒内圧及び目標排気還流量に対応して予め設定された筒内圧に応じて燃料供給量の排気還流補正係数を補正することにより、実際の排気還流量に対応した燃料供給量の制御を行うことができ、特に排気還流量が変化する過渡状態における空燃比の制御性を向上させることができる。
【０００７】
なお、前記補正手段は、検出された筒内圧の燃焼毎の最大値を用いて前記排気還流補正係数及び前記排気還流弁の開弁制御量の補正を行うことが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の一形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその制御装置の全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【０００９】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００１０】
一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管内の圧力を検出する吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ７が設けられており、この絶対圧センサ７により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気温（ＴＡ)センサ８が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ９はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１１】
エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１０が設けられており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１０は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置で信号パルス（以下「ＣＹＬ信号パルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣ信号パルスより短い一定クランク角周期（例えば１〜３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫ信号パルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬ信号パルス、ＴＤＣ信号パルス及びＣＲＫ信号パルスがＥＣＵ５に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数ＮＥの検出に使用される。
【００１２】
エンジン１にはさらに筒内圧ＰＣＹＬ、すなわち燃焼室内の圧力を検出する筒内圧検出手段としての筒内圧センサ１１が各気筒毎に装着されており、この検出信号がＥＣＵ５に供給される。
【００１３】
排気管１２には、排気ガス中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯの浄化を行う三元触媒１６が設けられ、三元触媒１６の上流位置には、比例型空燃比センサ１４（以下「ＬＡＦセンサ１４」という）が装着されている。このＬＡＦセンサ１４は排気ガス中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した電気信号を出力し、ＥＣＵ５に供給する。
【００１４】
吸気管２のスロットル弁３の下流側と、排気管１２の三元触媒１６の上流側との間には、排気還流路２１が設けられており、排気還流路２１の途中には排気還流量を制御する排気還流弁（以下「ＥＧＲ弁」という）２２が設けられている。ＥＧＲ弁２１は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はＥＣＵ５により制御される。ＥＧＲ弁２２には、その弁開度（弁リフト量）ＬＡＣＴを検出するリフトセンサ２３が設けられており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００１５】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段（メモリ）５ｃ、前記燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成される。
【００１６】
ＥＣＵ５は、各種エンジンパラメータ信号に基づいてエンジン運転状態を判別し、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されるＥＧＲ弁２２の弁開度指令値（開弁制御量）ＬＣＭＤと、リフトセンサ２３によって検出される実弁開度ＬＡＣＴとの偏差を零にするようにＥＧＲ弁２２のソレノイドに制御信号を供給する。
【００１７】
ＣＰＵ５ｂは上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、ＬＡＦセンサ１４の検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するフィードバック制御運転領域やオープンループ制御運転領域等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、エンジン運転状態に応じて下記式（１）により、前記ＴＤＣ信号パルスに同期して開弁作動する燃料噴射弁６の燃料噴射時間Ｔｏｕｔを演算する。燃料噴射時間Ｔｏｕｔは、燃料噴射弁６による燃料噴射量に比例するので、本明細書中では燃料噴射量ともいう。
【００１８】
Ｔｏｕｔ＝Ｔｉ×ＫＣＭＤ×ＫＬＡＦ×ＫＥＧＲ×Ｋ１＋Ｋ２（１）
ここに、Ｔｉは燃料噴射弁６の基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたＴｉマップを検索して決定される。Ｔｉマップは、マップ上のエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに対応する運転状態において、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。
【００１９】
ＫＣＭＤは目標空燃比係数であり、エンジン回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ、エンジン水温ＴＷ等のエンジン運転パラメータに応じて設定される。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、目標当量比ともいう。
【００２０】
ＫＬＡＦは、ＬＡＦセンサ１４の検出値から算出される検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに一致するようにＰＩＤ制御により算出される空燃比補正係数である。
【００２１】
ＫＥＧＲは、排気還流を実行しないとき（ＥＧＲ弁２２を閉弁しているとき）は、１．０（無補正値）に設定され、排気還流を実行するとき（ＥＧＲ弁２２を開弁するとき）は、吸入空気量の減少に合わせて燃料噴射量を減少させるべく、１．０より小さい値に設定されるＥＧＲ補正係数（排気還流補正係数）である。
【００２２】
Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決定される。
ＣＰＵ５ｂは上述のようにして求めた燃料噴射時間Ｔｏｕｔに基づいて燃料噴射弁６を開弁させる駆動信号、及びＥＧＲ弁２２の駆動信号を出力回路５ｄを介して燃料噴射弁６及びＥＧＲ弁２２に供給する。
【００２３】
図２はＥＧＲ弁２２の弁開度指令値ＬＣＭＤを算出する処理のフローチャートであり、本処理はＴＤＣ信号パルスに同期してＣＰＵ５ｂで実行される。
【００２４】
ステップＳ１１では、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じてＬＣＭＤＭマップを検索し、弁開度指令値ＬＣＭＤのマップ値ＬＣＭＤＭを算出する。マップ値ＬＣＭＤＭは、排気還流量がマップ上の運転状態に対応して予め設定されている目標排気還流量と一致するように設定されている。
【００２５】
次いで、下記式（２）により弁開度指令値ＬＣＭＤを算出する（ステップＳ１２）。
ＬＣＭＤ＝ＬＣＭＤＭ×ＫＰＭＡＸ（２）
ここで、ＫＰＭＡＸは、図４の処理により検出した筒内圧ＰＣＹＬの燃焼毎の最大値ＰＭＡＸに応じて算出される筒内圧補正係数である。
【００２６】
図４の処理は、ＴＤＣ信号パルスに同期してＣＰＵ５ｂで実行される処理であり、先ずステップＳ３１では、今回の制御対象である気筒（以下「今回気筒」という）の検出筒内圧ＰＣＹＬの最大値ＰＭＡＸ（ｎ−１）と、その最大値の検出時点に対応したエンジン運転状態を示すエンジン回転数ＮＥ（ｎ−１）及び吸気管内絶対圧ＰＢＡ（ｎ−１）をメモリから読み出す。ここで、ＰＭＡＸ（ｎ−１）は、今回気筒の前回の点火時点直後の時点で検出された筒内圧ＰＣＹＬの最大値（今回気筒の前回燃焼時の最大筒内圧）である。なお、筒内圧ＰＣＹＬの最大値は、点火実行直後に検出されるので、点火時点から所定時間内の検出圧（例えばクランク角１度毎に得られる検出圧）をメモリに格納しておき、そのうちの最大値を筒内圧最大値ＰＭＡＸとして記憶しておくものである。
【００２７】
続くステップＳ３２では、ステップＳ３１で読み出された、最大筒内圧ＰＭＡＸ（ｎ−１）の検出時点に対応した吸気管内絶対圧ＰＢＡ（ｎ−１）及びエンジン回転数ＮＥ（ｎ−１）に応じて、図５に示すＰＭＡＸマップを検索し、エンジン運転状態に対応して予め算出されている最大筒内圧のマップ値ＰＭＡＸＭＡＰ（ｎ−１）を検索する。図５において、エンジン回転数ＮＥ１，ＮＥ２，ＮＥ３は、ＮＥ２＜ＮＥ２＜ＮＥ３なる関係を有する。
【００２８】
ステップＳ３３では、下記式（３）により、筒内圧補正係数ＫＰＭＡＸを算出する。
ＫＰＭＡＸ＝ＰＭＡＸ（ｎ−１）／ＰＭＡＸＭＡＰ（ｎ−１）（３）
最大筒内圧のマップ値ＰＭＡＸＭＡＰは、マップ上の運転状態に対応して予め設定されている目標排気還流量（ＥＧＲ弁２２の弁開度指令値のマップＬＣＭＤＭに対応している）に一致した排気還流が行われることを前提とし、目標排気還流量＝０であって排気還流を行わない場合も含めて設定されているので、検出した最大筒内圧ＰＭＡＸと、マップ値ＰＭＡＸＭＡＰとの比率である筒内圧補正係数ＫＰＭＡＸは、排気還流量の目標排気還流量に対するずれを示すことになる。
【００２９】
すなわち、検出したＰＭＡＸ値がマップ値ＰＭＡＸＭＡＰより小さいときは、実際の排気還流量が目標排気還流量より多いことを示し、この場合には筒内圧補正係数ＫＰＭＡＸは、１．０より小さくなり、弁開度指令値ＬＣＭＤは、図２のステップＳ１２により減少方向に補正される。一方、検出したＰＭＡＸ値がマップ値ＰＭＡＸＭＡＰより大きいときは、実際の排気還流量が目標排気還流量より少ないことを示し、この場合には筒内圧補正係数ＫＰＭＡＸは、１．０より大きくなり、弁開度指令値ＬＣＭＤは、増加方向に補正される。したがって、筒内圧補正係数ＫＰＭＡＸを用いて弁開度指令値のマップ値ＬＣＭＤＭを補正して弁開度指令値ＬＣＭＤを算出することにより、ＥＧＲ弁２２の開弁特性（制御信号と、実際の弁開度との関係）の経時変化があっても、これを補正して排気還流量を常に正確に制御することができる。
【００３０】
図３は、前記式（１）の排気還流補正係数ＫＥＧＲを算出する処理のフローチャートであり、本処理はＴＤＣ信号パルスに同期してＣＰＵ５ｂで実行される。
【００３１】
ステップＳ２１では、排気還流が実行可能な運転状態であることを「１」で示す排気還流フラグＦＥＧＲが「１」か否かを判別し、ＦＥＧＲ＝０であって排気還流を実行しないときは、排気還流補正係数ＫＥＧＲを１．０に設定して（ステップＳ２２）、本処理を終了する。
【００３２】
一方ＦＥＧＲ＝１であって排気還流を実行するときは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じてＫＥＧＲマップを検索し、排気還流補正係数のマップ値ＫＥＧＲＭを算出する（ステップＳ２３）。次いで、下記式（４）により、マップ値ＫＥＧＲＭを筒内圧補正係数ＫＰＭＡＸで除算して排気還流補正係数ＫＥＧＲを算出する（ステップＳ２４）。
ＫＥＧＲ＝ＫＥＧＲＭ／ＫＰＭＡＸ（４）
【００３３】
排気還流補正係数のマップ値ＫＥＧＲＭは、マップ上のエンジン運転状態おいて目標排気還流量の排気還流が実行されることを前提として設定されており、実際の排気還流量が目標排気還流量からずれているときは、そのずれに対応した修正を行う必要がある。そこで、マップ値ＫＥＧＲＭを筒内圧補正係数ＫＰＭＡＸで除算することにより、実際の排気還流量が目標排気還流量より少ないとき（ＫＰＭＡＸ＜１．０）は、燃料噴射量を増加方向に修正し、逆に実際の排気還流量が目標排気還流量より多いとき（ＫＰＭＡＸ＞１．０）は、燃料噴射量を減少方向に修正するようにしている。これにより、実際の排気還流量が目標排気還流量からずれた場合でも、空燃比を正確に制御することができ、空燃比の制御性を向上させて運転性や排気ガス特性を良好に維持することができる。
【００３４】
エンジン運転状態の定常的な状態では、空燃比補正係数ＫＬＡＦにより空燃比フィードバック制御が実行され、空燃比が目標空燃比に収束するが、図６に示すような弁開度指令値ＬＣＭＤが急激に変更された場合のような過渡状態においては、空燃比補正係数ＫＬＡＦによる補正では追従できないので、排気還流補正係数ＫＥＧＲによる空燃比補正は、このような過渡状態において空燃比を目標値に制御する上で有効である。すなわち、弁開度指令値ＬＣＭＤがステップ状に変更されると、実際の弁開度ＬＡＣＴは遅れて変化し（図６の破線）、実際の排気還流量ＱＥＧＲはさらに遅れて変化する（図６の実線）。一方、排気還流補正係数のマップ値ＫＥＧＲＭは、開弁指令値ＬＣＭＤの変更に伴って変更されるため、これをそのまま使用したのでは、実際の排気還流量ＱＥＧＲの変化より早く燃料噴射量が減少して、空燃比がリーン側にずれてしまう。そこで、検出した筒内圧の最大値ＰＭＡＸから算出される筒内圧補正係数ＫＰＭＡＸに応じて燃料噴射量を補正し、正確な空燃比制御を可能としている。
【００３５】
本実施形態では、図３のステップＳ２３が排気還流補正係数算出手段に相当し、ＣＰＵ５ｂにより実行される、式（１）の演算を行う処理（図示せず）が燃料供給量制御手段に相当し、図２のステップＳ１１が排気還流量制御手段に相当し、図４の処理並びに図２のステップＳ１２及び図３のステップＳ２４が補正手段に相当する。
【００３６】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、筒内圧補正係数ＫＰＭＡＸは、筒内圧の最大値ＰＭＡＸではなく、燃焼毎の平均値に応じて算出するようにしてもよい。その場合には、最大筒内圧のマップ（図５）は、平均値のマップとする。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、機関運転状態に対応して予め設定されている目標排気還流量に応じて、前記機関に供給する燃料量を補正するための排気還流補正係数が算出され、該排気還流補正係数を用いて、機関運転状態に応じた燃料量が補正され、前記機関に供給する燃料量が制御される。また機関運転状態に応じて前記目標排気還流量に対応する排気還流弁の開弁制御量が算出され、前記排気還流補正係数及び前記排気還流弁の開弁制御量が、筒内圧検出手段により検出される筒内圧及び目標排気還流量に対応して予め設定された筒内圧に応じて補正される。検出される筒内圧は、実際の排気還流量に対応したものとなる一方、目標排気還流量に対応して予め設定された筒内圧は目標排気還流量に対応したものとなるので、両者を用いて排気還流弁の開弁制御量を制御することにより、排気還流弁の開弁特性（制御信号と開弁量との関係）が経時変化しても正確な排気還流量の制御が可能となる。さらに、検出された筒内圧及び目標排気還流量に対応して予め設定された筒内圧に応じて燃料供給量の排気還流補正係数を補正することにより、実際の排気還流量に対応した燃料供給量の制御を行うことができ、特に排気還流量が変化する過渡状態における空燃比の制御性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】排気還流弁の開弁制御量（ＬＣＭＤ）を算出する処理のフローチャートである。
【図３】燃料供給量の排気還流量に応じた補正を行う補正係数（ＫＥＧＲ）を算出する処理のフローチャートである。
【図４】筒内圧に応じた補正係数（ＫＰＭＡＸ）を算出する処理のフローチャートである。
【図５】図４の処理で使用するマップを示す図である。
【図６】過渡状態における排気還流弁の開弁制御量、実際の弁開度及び実際の排気還流量の推移を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１内燃機関
２吸気管
５電子コントロールユニット（排気還流補正係数算出手段、燃料供給量制御手段、排気還流量制御手段、補正手段）
６燃料噴射弁
７吸気管内絶対圧センサ
１０クランク角センサ
１１筒内圧センサ（筒内圧検出手段）
１２排気管
２１排気還流路
２２排気還流弁

Claims

排気ガスを吸気系へ還流させる排気還流路と、該排気還流路を介して還流される排気還流量を制御する排気還流弁とを備えた内燃機関の制御装置において、
前記機関の運転状態に対応して予め設定されている目標排気還流量に応じて、前記機関に供給する燃料量を補正するための排気還流補正係数を算出する排気還流補正係数算出手段と、
該排気還流補正係数を用いて前記機関の運転状態に応じた燃料量を補正し、前記機関に供給する燃料量を制御する燃料供給量制御手段と、
前記機関の運転状態に応じて前記目標排気還流量に対応する前記排気還流弁の開弁制御量を算出し、排気還流量を制御する排気還流量制御手段と、
前記機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
前記排気還流補正係数及び前記排気還流弁の開弁制御量を、前記筒内圧検出手段により検出される筒内圧及び前記目標排気還流量に対応して予め設定された筒内圧に応じて補正する補正手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。