JP5402757B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、車両に搭載される内燃機関の空燃比制御を実行するのに好適な内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly to a control device for an internal combustion engine suitable for executing air-fuel ratio control of an internal combustion engine mounted on a vehicle.
従来、例えば特許文献1に開示されるように、吸入空気量を先に決定し、燃料噴射量をこれに追従させて空燃比を制御する空気量先行・燃料噴射量追従制御方式を採用した内燃機関の制御装置が知られている。また、特許文献1には、アクセル開度から算出した目標スロットル開度を所定の遅延時間だけ遅延させて電子制御式のスロットルを目標スロットル開度に制御することで、吸気バルブ閉弁時のスロットル開度を予測することが開示されている。加えて、特許文献1には、予測したスロットル開度等から推定される吸入空気量と目標空燃比とから燃料噴射量を算出し、空燃比を目標空燃比に制御することが開示されている。そして、特許文献1では、所定時間遅延後のスロットル制御時と、燃料噴射気筒の吸気バルブ閉弁時との前後関係に応じて、吸気バルブ閉弁時のスロットル開度予測手法を切り換えることで吸気バルブ閉弁時の吸入空気量を精度良く推定することとしている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as disclosed in, for example,
しかしながら、上記従来の内燃機関の制御装置では、燃料噴射量の算出後にアクセル開度が変化する場合について考慮されていない。燃料噴射量の算出時には、将来のアクセル開度の変化を予測することができないため、燃料噴射量の算出後にアクセル開度の変化し、吸気バルブが閉じられるまでに遅延時間が経過してスロットルが制御され、スロットル開度が変化する場合がある。このような場合には、上記従来の制御装置では、燃料噴射量の算出時にスロットル開度等から推定した吸入空気量と、吸気バルブ閉弁時における現実の吸入空気量とが大きく異なることとなる。そのため、吸入空気量の推定精度が著しく悪化し、空燃比制御の精度も悪化することとなる。 However, the conventional control device for an internal combustion engine does not take into account the case where the accelerator opening changes after the fuel injection amount is calculated. When calculating the fuel injection amount, it is not possible to predict future changes in the accelerator opening, so that after the fuel injection amount is calculated, the accelerator opening changes, and a delay time elapses before the intake valve is closed. It may be controlled and the throttle opening may change. In such a case, in the conventional control device, the intake air amount estimated from the throttle opening or the like when calculating the fuel injection amount and the actual intake air amount when the intake valve is closed are greatly different. . Therefore, the estimation accuracy of the intake air amount is remarkably deteriorated, and the accuracy of the air-fuel ratio control is also deteriorated.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料噴射量の算出後にアクセル開度が変化し、吸気バルブが閉じられるまでに遅延時間が経過してスロットルが制御される場合であっても、空燃比制御の精度を高く維持することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and after the fuel injection amount is calculated, the accelerator opening changes, and the throttle is controlled after a delay time elapses until the intake valve is closed. Even if it is a case, it aims at providing the control apparatus of the internal combustion engine which can maintain the precision of air fuel ratio control highly.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
スロットル開度に基づいて燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
アクセル開度に応じた目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、
前記目標スロットル開度算出手段によって目標スロットル開度が算出された後、所定の遅延時間の経過を待って、スロットルを該目標スロットル開度に制御するスロットル制御手段と、
前記遅延時間の経過時期が吸気バルブ閉弁時期よりも前の場合であって、前記燃料噴射量の算出時がアクセル開度の変化前後の所定期間内である場合には、前記遅延時間を延長する遅延時間延長手段と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for an internal combustion engine,
Fuel injection amount calculating means for calculating the fuel injection amount based on the throttle opening;
Target throttle opening calculating means for calculating a target throttle opening corresponding to the accelerator opening;
After the target throttle opening is calculated by the target throttle opening calculating means, the throttle control means for controlling the throttle to the target throttle opening after a predetermined delay time has elapsed,
If the delay time elapses before the intake valve closing timing and the fuel injection amount is calculated within a predetermined period before and after the change in the accelerator opening, the delay time is extended. And a delay time extending means.
第1の発明によれば、遅延時間の経過時期が吸気バルブ閉弁時期よりも前の場合であって、燃料噴射量の算出時がアクセル開度の変化前後の所定期間内である場合には、遅延時間を延長することができる。遅延時間を延長することで、吸気バルブが閉じられるまでのスロットル開度の変化量を低減することができる。その結果、燃料噴射量算出時における吸入空気量と、吸気バルブ閉弁時期における吸入空気量とのズレを低減することができる。このため、本発明によれば、燃料噴射量の算出後にアクセル開度が変化し、吸気バルブが閉じられるまでに遅延時間が経過してスロットルが制御される場合であっても、空燃比制御の精度を高く維持することができる。 According to the first invention, when the elapsed time of the delay time is before the intake valve closing timing, and when the fuel injection amount is calculated is within a predetermined period before and after the change of the accelerator opening degree. The delay time can be extended. By extending the delay time, the amount of change in the throttle opening until the intake valve is closed can be reduced. As a result, it is possible to reduce the difference between the intake air amount at the time of calculating the fuel injection amount and the intake air amount at the intake valve closing timing. Therefore, according to the present invention, even when the throttle opening is changed after the fuel injection amount is calculated and the throttle is controlled after the delay time elapses until the intake valve is closed, the air-fuel ratio control is performed. High accuracy can be maintained.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
実施の形態1.
[実施の形態1のシステム構成]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態のシステムは、車両の動力源として用いられる内燃機関(以下、単に「エンジン」という。)10を備えている。エンジン10には、吸気通路12および排気通路14が接続されている。
[System Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of the present embodiment includes an internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “engine”) 10 used as a power source for a vehicle. An
エンジン10は、例えば直列4気筒エンジンである。図1には、そのうちの一つの気筒の断面が示されている。各気筒には、吸気通路12に連通する吸気ポートと、排気通路14に連通する排気ポートとが設けられている。吸気ポートには、その内部に燃料を噴射するためのインジェクタ16が配置されている。なお、エンジン10は、図示の構成に限らず、燃料を筒内に直接噴射する方式のものでもよい。
The
また、各気筒には、吸気ポートと燃焼室との間を開閉する吸気バルブ18と、排気ポートと燃焼室との間を開閉する排気バルブ20と、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ22が設けられている。
Each cylinder has an
各気筒のピストンの往復運動は、クランク機構を介して、クランク軸26の回転運動に変換される。クランク軸26の近傍には、クランク軸26の回転角CAを検出するためのクランク角センサ28が取り付けられている。クランク角センサ28の出力によれば、エンジン回転数NEを検出することもできる。
The reciprocating motion of the piston of each cylinder is converted into the rotational motion of the
吸気通路12には、エアフローメータ30が配置されている。エアフローメータ30の下流には、スロットルバルブ32が配置されている。スロットルバルブ32は、後述するECU50からの指令に従い、スロットルモータ34によって開閉駆動される電子制御式のスロットルバルブである。スロットルバルブ32の近傍には、スロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ36が配置されている。
An
また、排気通路14には、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ37が設けられている。空燃比センサ37の下流には、排気ガスを浄化するための触媒38が設置されている。触媒38としては、例えば、三元触媒、NOx触媒等が用いられる。
The
本実施形態のシステムはECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50の入力側には、上述のクランク角センサ28、エアフローメータ30、スロットルポジションセンサ36、空燃比センサ37の他、車両の運転席に設けられたアクセルペダルの操作位置(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ48等の各種センサが接続されている。また、ECU50の出力側には、前述のインジェクタ16、点火プラグ22、スロットルモータ34の他等の各種アクチュエータが接続されている。ECU50は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータを作動させることにより、エンジン10の運転状態を制御する。なお、目標空燃比は理論空燃比(ストイキ)に設定されているものとする。
The system of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. On the input side of the
[実施の形態1における特徴的制御]
本実施形態のシステムでは、吸入空気量を先に決定し、燃料噴射量をこれに追従させて空燃比を制御する空気量先行・燃料噴射量追従制御方式を採用した制御が実施される。ここで、吸入空気量はスロットル開度やエンジン回転数NE等から推定することができる。スロットル開度等から吸入空気量を推定するモデルについては、例えば、特許第3733669号に開示されている。そのため、本明細書では当該モデルについての説明は省略する。また、燃料噴射量は、推定された吸入空気量と目標空燃比とに基づいて算出することができる。
[Characteristic Control in Embodiment 1]
In the system of the present embodiment, control is performed that adopts an air amount preceding / fuel injection amount tracking control method in which the intake air amount is determined first and the fuel injection amount follows this to control the air-fuel ratio. Here, the intake air amount can be estimated from the throttle opening, the engine speed NE, and the like. For example, Japanese Patent No. 3733669 discloses a model for estimating the intake air amount from the throttle opening or the like. Therefore, description of the model is omitted in this specification. Further, the fuel injection amount can be calculated based on the estimated intake air amount and the target air-fuel ratio.
また、本実施形態のシステムでは、アクセル開度をドライバ要求として、これに応じて電子制御式のスロットルバルブ32のスロットル開度を制御する。具体的に説明する。まず、ECU50は、運転者による現在のアクセルペダルの操作位置(アクセル開度)に応じた電子制御式のスロットルバルブ32の目標スロットル開度を算出し一時的に記憶する。そして、ECU50は、目標スロットル開度に応じた制御信号を所定の遅延時間だけ保留して、遅延時間経過後にスロットルモータ34に出力する。
Further, in the system of the present embodiment, the accelerator opening is set as a driver request, and the throttle opening of the electronically controlled
従って、現在のアクセルペダルの操作位置は、僅かな遅延時間だけ意図的に遅延されてスロットルモータ34に伝えられる。スロットルバルブ32は、この遅延時間だけ遅れてアクセルペダルの操作位置に追従することとなる。なお、この遅延時間は、エンジン10で多用される所定のエンジン回転数NE(例えば、中回転とする。)において、燃料噴射気筒の吸気バルブ18が閉弁する時刻までの時間よりも長くなるように設定されている。
Therefore, the current operation position of the accelerator pedal is intentionally delayed by a slight delay time and transmitted to the
ところで、吸気バルブ18が閉弁するまでの時間は主にエンジン回転数NEに依存する。表1は、直列4気筒(L4)エンジンにおける燃料噴射間隔とエンジン回転数NEとの関係を示す表である。表1に示す通り低回転であるほど燃料噴射間隔は長く、1回の吸気行程に要する時間も長くなり、吸気行程における吸気バルブ18の閉弁時期も遅くなる。よって、低回転時においては、上述の遅延時間の経過時期が吸気バルブ18の閉弁時期よりも前になる場合がある。その結果、低回転時においては、吸気バルブ18が閉じられるまでに上述の遅延時間が経過し、スロットルバルブ32が目標スロットル開度に制御される場合がある。
Incidentally, the time until the
次に、遅延時間の経過時期が吸気バルブ18の閉弁時期よりも前になる場合であって、燃料噴射量の算出後にアクセル開度が変化する状況において生じる吸入空気量の推定精度の悪化について図2、図3を用いて説明する。このような状況は、発進時(低回転からの加速時)などに生じうる。
Next, regarding the deterioration in the accuracy of estimation of the intake air amount that occurs when the delay time elapses before the closing timing of the
図2は、本発明の実施の形態1において、燃料噴射量の算出後にアクセル開度が変化し、吸気バルブが閉じられるまでに目標スロットル開度の遅延時間tdlyが経過し、スロットルバルブ32が目標スロットル開度に制御される状況について説明するための図である。図3は、図2の状況において生じる吸入空気量の推定誤差に関する実験結果を示す図である。
FIG. 2 shows that in the first embodiment of the present invention, the accelerator opening changes after calculation of the fuel injection amount, the delay time tdly of the target throttle opening elapses until the intake valve is closed, and the
図2及び図3(A)において、時刻t0は、現在時刻であり、燃料噴射量を算出するタイミング(燃料噴射時期に相当する)である。破線60は、燃料噴射量を算出する時刻t0において本来予測したいスロットル開度を表している。時刻t1は、燃料噴射後にアクセルペダルの操作が開始されるタイミングである。破線62は、アクセル開度に応じて算出される目標スロットル開度を表している。時刻t2は、アクセルペダルの操作が開始されてから遅延時間tdly経過後にスロットルバルブ32の制御が開始されるタイミングである。実線64は、遅延時間tdly経過後に目標スロットル開度に応じて制御されるスロットルバルブ32の変化を表している。時刻t3は、吸気バルブ18の閉弁時期である。
2 and 3A, time t0 is the current time, which is the timing for calculating the fuel injection amount (corresponding to the fuel injection timing). A
図2には、時刻t0で燃料噴射量が算出されたのち、時刻t1でアクセルペダルが踏み込まれた状況が表されている。時刻t0においては、将来、時刻t1において運転者がアクセルペダルを操作するか否かを予測することはできない。将来のアクセルペダルの操作位置(アクセル開度)が不明であるため、アクセル開度に基づいて算出される目標スロットル開度を予測することもできない。そのため、時刻t0においては、吸入空気量は、スロットル開度Aを目標スロットル開度として上述したモデルから推定され、その吸入空気量に応じて燃料噴射量が算出されることとなる。 FIG. 2 shows a situation where the accelerator pedal is depressed at time t1 after the fuel injection amount is calculated at time t0. At time t0, it cannot be predicted whether the driver will operate the accelerator pedal at time t1 in the future. Since the future operation position (accelerator opening) of the accelerator pedal is unknown, the target throttle opening calculated based on the accelerator opening cannot be predicted. Therefore, at time t0, the intake air amount is estimated from the above-described model with the throttle opening A as the target throttle opening, and the fuel injection amount is calculated according to the intake air amount.
しかしながら、実際には、吸気バルブ18の閉弁時(時刻t3)までに目標スロットル開度の遅延時間tdlyは経過しており、吸気バルブ18の閉弁時におけるスロットル開度はBまで変化することとなる。即ち、スロットル開度は、燃料噴射量の算出時にはAであったにも関わらず、吸気バルブ18の閉弁時にはBまで大きくなる。そのため、実際の吸入空気量は、スロットル開度Aに基づいて算出された燃料噴射量に対して過多となる。よって、空燃比制御は、目標空燃比よりもリーン側に外れることとなる。
However, actually, the delay time tdly of the target throttle opening has elapsed until the
このような燃料噴射量の算出時において推定する吸入空気量と、吸気バルブ18の閉弁時における実際の吸入空気量との誤差は、図3(B)に示す通り、燃料噴射量の算出時が時刻taから時刻t1近傍までの間に設定された場合に大きくなるという実験結果が得られている。なお、時刻taは、遅延時間tdly経過後のスロットルバルブ32の制御開始時と吸気バルブ18の閉弁時(時刻t2と時刻t3)とが等しくなる燃料噴射時期である。
The error between the intake air amount estimated when calculating the fuel injection amount and the actual intake air amount when the
このように、燃料噴射量の算出後に(時刻t0)アクセル開度が変化し(時刻t1)、吸気バルブが閉じられるまでに(時刻t3)遅延時間tdlyが経過してスロットルバルブ32の制御が開始される(時刻t2)場合には、燃料噴射量の算出後に筒内に供給される空気量が変動するため、空燃比制御の精度が悪化することとなる。換言すれば、遅延時間tdlyの経過時期が吸気バルブ18の閉弁時期よりも前の場合であって、燃料噴射時期が、時刻taから時刻t1近傍までの期間(以下、空気量推定誤差発生期間という。)68にある場合には、燃料噴射量の算出後に筒内に供給される空気量が変動するため、空燃比制御の精度が悪化することとなる。
As described above, after calculating the fuel injection amount (time t0), the accelerator opening changes (time t1), and until the intake valve is closed (time t3), the delay time tdly elapses and the control of the
そこで、本実施形態のシステムでは、このような課題を解決するために、遅延時間tdlyの経過時期が吸気バルブ18の閉弁時期よりも前の場合であって、燃料噴射量の算出時(燃料噴射時期)がアクセル開度の変化の前後所定の期間にある場合には、遅延時間tdlyを一時的に延長する制御を実施することとした。
Therefore, in the system of the present embodiment, in order to solve such a problem, the elapsed time of the delay time tdly is earlier than the closing timing of the
より具体的な制御の内容及びその効果について図4を用いて説明する。図4は、本発明の実施の形態1における特徴的制御及び効果について説明するための図である。本実施形態における特徴的制御では、燃料噴射量の算出時(時刻t0)がアクセル開度の変化(時刻t1)前後の所定期間70内にある場合に、遅延時間tdlyを所定時間72だけ延長する。遅延時間tdlyが延長されることで、スロットルバルブ32の制御開始時期が遅くなる(実線74)。その結果、吸気バルブ18の閉弁時期(時刻t3)における目標スロットル開度はCとなる。
More specific control contents and effects thereof will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram for describing characteristic control and effects in the first embodiment of the present invention. In the characteristic control in the present embodiment, the delay time tdly is extended by the
そのため、燃料噴射量の算出時(時刻t0)において本来予測したいスロットル開度もBからCまで減少することとなる(破線76)。本来予測したいスロットル開度がBからCまで減少するため、現実のスロットル開度Aとのズレを少なくすることができる。その結果、スロットル開度から推定される吸入空気量の推定精度の低下を、ズレの減少分(矢印78)に応じて抑制することができる。吸入空気量の推定精度の低下を抑制することで、空燃比制御の精度を高く維持することができる。 Therefore, when the fuel injection amount is calculated (time t0), the throttle opening originally intended to be reduced also decreases from B to C (broken line 76). Since the throttle opening originally desired to be reduced decreases from B to C, the deviation from the actual throttle opening A can be reduced. As a result, it is possible to suppress a decrease in the estimation accuracy of the intake air amount estimated from the throttle opening according to the decrease in the deviation (arrow 78). By suppressing the decrease in the estimation accuracy of the intake air amount, the accuracy of the air-fuel ratio control can be kept high.
(制御ルーチン)
図5は、上述の動作を実現するために、ECU50が実行する制御ルーチンのフローチャートである。図5に示すルーチンは、遅延時間tdlyの経過時期が吸気バルブ18の閉弁時期よりも前の場合であってアクセル開度が変化した時に実行される。アクセル開度の変化は、アクセル開度センサ48により検出される。本ルーチンでは、まず、ステップ100において、上述の時刻taから時刻t2までの期間etfwdが遅延時間tdlyよりも大きいか否かが判定される。この判定条件が成立しない場合には、空気量推定誤差発生期間68が生じないため、本ルーチンの処理は終了される。
(Control routine)
FIG. 5 is a flowchart of a control routine executed by the
一方、判定条件が成立する場合には、空気量推定誤差発生期間68が生じるため、次にステップ110において、アクセル開度の変化前後の所定期間内に燃料噴射量を算出するタイミングがあるか否かが判定される。ECU50には、所定期間としてアクセル開度の変化(時刻t1)前後の所定期間70が記憶されている(図6)。所定期間70として、吸入空気量の推定値と実値との誤差が所定値よりも大きくなる期間が、図3(B)に示す実験やシミュレーション結果に基づいて定められている。ステップ110の判定条件が成立しない場合には、本ルーチンの処理は終了される。
On the other hand, since the air amount estimation
一方、ステップ110の判定条件が成立する場合には、ECU50は、電子制御式のスロットルバルブ32を制御するまでの遅延時間tdlyを延長する(ステップ120)。遅延時間tdlyは、燃料噴射気筒の現在の吸気行程において一時的に延長される。その延長時間は、吸気バルブ18の閉弁時を超えない範囲で設定される。
On the other hand, if the determination condition in
以上説明したように、図5に示すルーチンによれば、遅延時間tdlyを延長することで、吸気バルブ18が閉じられるまでのスロットル開度の変化を低減することができる。その結果、燃料噴射量の算出時にスロットル開度等から推定した吸入空気量と、吸気バルブ閉弁時における現実の吸入空気量とのズレを低減することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、燃料噴射量の算出後にアクセル開度が変化し、吸気バルブ18が閉じられるまでに遅延時間tdlyが経過してスロットルが目標スロットル開度に制御される場合であっても、空燃比制御の精度を高く維持することができる。特に、図5に示す判定条件は、発進直後(空燃比センサ活性前、フィードバック制御開始前、低エンジン回転数)において成立しやすいため、発信直後における吸入空気量の推定精度の低下を抑制でき、好適な排気エミッションを実現することができる。
As described above, according to the routine shown in FIG. 5, the change in the throttle opening until the
また、本実施形態のシステムによれば、空気量推定誤差発生期間68外で燃料噴射量が算出される場合には、遅延時間tdlyを延長しないため、運転者が感じるエンジン10の応答性を極力悪化させずに運転制御を実施ことが可能となる。また、遅延時間tdlyを変動の大きいエンジン回転数NEに応じて変化させるような不正確な制御を実施しないため、好適なドライバビリティやエミッションを実現することが可能となる。
Further, according to the system of the present embodiment, when the fuel injection amount is calculated outside the air amount estimation
ところで、上述した実施の形態1のシステムにおいては、アクセル開度の変化が加速の際に生じることとしているが、アクセル開度の変化はこれに限定されるものではない。例えば、減速時であっても、アクセル開度の変化により吸入空気量が変化するため上述の制御は好適に作用する。
By the way, in the system of
尚、上述した実施の形態1においては、ECU50が、上記ステップ110〜ステップ120の処理を実行することにより前記第1の発明における「遅延時間延長手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the “delay time extending means” according to the first aspect of the present invention is realized by the
10 エンジン
16 インジェクタ
18 吸気バルブ
22 点火プラグ
28 クランク角センサ
32 スロットルバルブ
34 スロットルモータ
38 触媒
48 アクセル開度センサ
50 ECU
68 空気量推定誤差発生期間
A、B、C スロットル開度
tdly 遅延時間
10
68 Air amount estimation error occurrence period A, B, C Throttle opening tdly delay time
Claims (1)
アクセル開度に応じた目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、
前記目標スロットル開度算出手段によって目標スロットル開度が算出された後、所定の遅延時間の経過を待って、スロットルを該目標スロットル開度に制御するスロットル制御手段と、
前記遅延時間の経過時期が吸気バルブ閉弁時期よりも前の場合であって、前記燃料噴射量の算出時がアクセル開度の変化前後の所定期間内である場合には、前記遅延時間を延長する遅延時間延長手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 Fuel injection amount calculating means for calculating the fuel injection amount based on the throttle opening;
Target throttle opening calculating means for calculating a target throttle opening corresponding to the accelerator opening;
After the target throttle opening is calculated by the target throttle opening calculating means, the throttle control means for controlling the throttle to the target throttle opening after a predetermined delay time has elapsed,
If the delay time elapses before the intake valve closing timing and the fuel injection amount is calculated within a predetermined period before and after the change in the accelerator opening, the delay time is extended. Means for extending the delay time,
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