JP5509632B2

JP5509632B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP5509632B2
Application number: JP2009057627A
Authority: JP
Inventors: 俊一吉川; 和彦安倍; 尚夫川崎; 学武岡村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2029-03-11
Also published as: JP2010209819A

Description

本発明はエンジンの制御装置に関するものである。

従来、過度時におけるアクセル開度に基づいて空気量を予測し、その予測値と実際の計測値との比とから補正量を算出し、計測値を補正量によって補正して予測空気量を算出し、その予測空気量に対応した値を燃料噴射弁からの燃料噴射量とするものが特許文献１に開示されている。

特開２００６−１０５１１０号公報

しかし、計測値には脈動があり、予測値と計測値との比から補正量を算出すると、補正量は脈動の影響を受けた値となる。そのような補正量によって計測値を補正すると、脈動成分がさらに大きくなり、予測空気量は大きな脈動成分を有することとなる。そのため、予測空気量に基づいて算出する燃料噴射量もまた大きな脈動成分を有することとなり、シリンダに吸入される空気に対して最適な燃料噴射量を燃料噴射弁によって噴射することができない、といった問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、シリンダに吸入される空気量に対して最適な燃料噴射を行うことを目的とする。

本発明は、アクセルペダル開度を検出するアクセルペダル開度検出手段と、アクセルペダル開度に基づいてエンジンのシリンダに吸入される空気量を調整する空気量調整手段と、エアフローメータによって検出した空気流量に基づいてシリンダに吸入される吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、吸入空気量に基づいて燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、アクセルペダル開度に基づいてシリンダに吸入される空気量を予測した第１予測空気量を算出する予測空気量算出手段と、第１予測空気量を遅れ補正した第２予測空気量を算出する予測空気量遅れ補正手段と、第１予測空気量と第２予測空気量とに基づいて燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、を備え、燃料噴射開始時から吸気弁が閉じるまでの時間が空気量調整手段の応答遅れ時間よりも長い場合に、燃料噴射開始時から吸気弁が閉じるまでの時間と応答遅れ時間との偏差に基づいて、空気量調整手段の応答を、燃料噴射開始時から吸気弁が閉じるまでの時間が応答遅れ時間よりも短い場合よりも遅くし、燃料噴射量補正手段は、第１予測空気量と第２予測空気量との比に基づいて燃料噴射量を補正し、予測空気量遅れ補正手段は、空気量調整手段が動作してから吸入空気量が変化するまでの遅れに基づいて第２予測空気量を算出する。
また、本発明は、アクセルペダル開度を検出するアクセルペダル開度検出手段と、アクセルペダル開度に基づいてエンジンのシリンダに吸入される空気量を調整する空気量調整手段と、エアフローメータによって検出した空気流量に基づいてシリンダに吸入される吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、吸入空気量に基づいて燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、アクセルペダル開度に基づいてシリンダに吸入される空気量を予測した第１予測空気量を算出する予測空気量算出手段と、第１予測空気量を遅れ補正した第２予測空気量を算出する予測空気量遅れ補正手段と、第１予測空気量と第２予測空気量とに基づいて燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、を備え、燃料噴射開始時から吸気弁が閉じるまでの時間が空気量調整手段の応答遅れ時間よりも長い場合に、燃料噴射開始時から吸気弁が閉じるまでの時間と応答遅れ時間との偏差に基づいて、空気量調整手段の応答を、燃料噴射開始時から吸気弁が閉じるまでの時間が前記応答遅れ時間よりも短い場合よりも遅くし、燃料噴射量補正手段は、第１予測空気量と第２予測空気量との比に基づいて燃料噴射量を補正し、予測空気量遅れ補正手段は、空気量調整手段が動作してから吸入空気量が変化するまでの遅れに基づいて第２予測空気量を算出する。
また、本発明は、アクセルペダル開度を検出するアクセルペダル開度検出手段と、アクセルペダル開度に基づいてエンジンのシリンダに吸入される空気量を調整する空気量調整手段と、エアフローメータによって検出した空気流量に基づいてシリンダに吸入される吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、吸入空気量に基づいて燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、アクセルペダル開度に基づいてシリンダに吸入される空気量を予測した第１予測空気量を算出する予測空気量算出手段と、第１予測空気量を遅れ補正した第２予測空気量を算出する予測空気量遅れ補正手段と、第１予測空気量と第２予測空気量とに基づいて燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、を備え、燃料噴射開始時から吸気弁が閉じるまでの時間が空気量調整手段の応答遅れ時間よりも長い場合に、燃料噴射量補正手段によって補正された燃料噴射量による燃料噴射に対して、燃料を追加噴射し、燃料噴射量補正手段は、第１予測空気量と第２予測空気量との比に基づいて燃料噴射量を補正し、予測空気量遅れ補正手段は、空気量調整手段が動作してから吸入空気量が変化するまでの遅れに基づいて第２予測空気量を算出する。

本発明によると、アクセルペダル開度に基づいてシリンダに吸入される第１予測空気量を算出し、また第１予測空気量に対して遅れ補正を施した第２予測空気量を算出する。第１予測空気量は脈動成分を有しない値であるので、第２予測空気量も脈動成分を有しない値となる。そして、第１予測空気量と第２予測空気量とに基づいて、燃料噴射量を補正することで、計測値の脈動の影響を受けずに燃料噴射量を補正することができる。このようにして補正された燃料噴射量に基づいて、燃料噴射弁から燃料を噴射することで、シリンダに吸入される空気量に対して最適な燃料噴射を行うことができる。

本発明の第１実施形態のエンジンの概略構成図である。エンジンコントローラの制御ブロック図である。実バルブタイミング算出部の制御ブロック図である。実シリンダ容積部の制御ブロック図である。実吸入空気量算出部の制御ブロック図である。予測値位相調整部の制御ブロック図である。予測バルブタイミング算出部の制御ブロック図である。予測シリンダ容積算出部の制御ブロック図である。予測収支部の制御ブロック図である。第１予測収支部の制御ブロック図である。第２予測収支部の制御ブロック図である。第３予測収支部の制御ブロック図である。スロットルの無駄時間と燃料噴射開始から吸入弁閉時期における燃料噴射を説明する図である。第１実施形態における燃料噴射制御についてのフローチャートである。本実施形態を用いない場合の燃料噴射を説明する図である。本実施形態を用いた場合の燃料噴射を説明する図である。第２実施形態における燃料噴射制御についてのフローチャートである。第３実施形態における燃料噴射制御についてのフローチャートである。

本発明の第１実施形態について図１を用いて説明する。図１は第１実施形態のエンジンの概略構成図である。

スロットルバルブ２３により調量される空気は、吸気コレクタ２に蓄えられた後、吸気マニホールド３を介して各気筒の燃焼室５に導入される。燃料は各気筒の吸気ポート４に配置された燃料噴射弁２１より、所定のタイミングで吸気ポート４内に間欠的に噴射供給される。ここで、燃料噴射弁２１に与える燃料噴射量は、エンジンコントローラ３１がエアフローメータ３２により検出される吸入空気流量と、クランク角センサ（３３、３４）からの信号に基づいて演算されるエンジン回転速度とに応じて算出している。

噴射された燃料は吸気と混合して混合気を作り、この混合気は吸気弁１５を閉じることで燃焼室５内に閉じこめられ、ピストン６の上昇によって圧縮され、点火プラグ１４により着火されて燃焼する。この燃焼によるガス圧がピストン６を押し下げる仕事を行い、このピストン６の往復運動はクランクシャフト７の回転運動へと変換される。燃焼後のガス（排気）は排気弁１６が開いたとき排気通路８へと排出される。

排気通路８には三元触媒９、１０を備える。三元触媒９、１０は排気の空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲にあるとき、排気に含まれるＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを同時に効率よく除去できる。このため、エンジンコントローラ３１では運転条件に応じて燃料噴射弁２１からの基本噴射量を定めるとともに、三元触媒９の上流に設けたＯ２センサ３５からの信号に基づいて空燃比をフィードバック制御する。

スロットルバルブ２３はスロットルモータ２４により駆動される。運転者の要求トルクはアクセルペダル３８の踏み込み量（アクセルペダル開度）に現れる。そこで、エンジンコントローラ３１はアクセルセンサ３９（アクセルペダル開度検出手段）からの信号に基づいて目標トルクを定め、この目標トルクを実現するための目標空気量を定め、この目標空気量が得られるようにスロットルモータ２４を介してスロットルバルブ２３の開度を制御する。

ここで、スロットルバルブ２３とスロットルモータ２４からなる吸気絞り弁装置は、アクセルペダル３８と機械的に接続されておらずアクセル開度に応じて目標スロットル開度が定まるとともに、実際にスロットル開度が目標スロットル開度と一致するまでに所定の応答遅れを有している。

吸気弁１５のリフト量及び作動角を連続的に可変制御する多節リンク状の機構で構成される可変バルブ機構（以下、「ＶＥＬ機構」という。）２６と、クランクシャフト７と吸気バルブ用カムシャフト２５との回転位相差を連続的に可変制御して、吸気弁１５のバルブタイミングを進遅角する可変バルブタイミング機構（以下「ＶＴＣ機構」という。）２７とを備える。これらの具体的な構成は特開２００３−３１４３４７公報により公知であるのでその詳しい説明は省略する。ＶＥＬ機構２６にはＶＥＬセンサ１７が設けられている。ＶＴＣ機構２７にはＶＴＣセンサ１８が設けられている。

エンジンコントローラ３１について図２を用いて説明する。図２はエンジンコントローラの制御ブロック図である。エンジンコントローラ３１は、ＣＰＵ、プログラムなどを格納するＲＯＭ、ＲＯＭから一時的にプログラムなどが格納されるＲＡＭなどによって構成される。図２に示す制御ブロックはハードウエアまたはソフトウエアおよびこれらの組み合わせによって実現される。

エンジンコントローラ３１は、実デバイス応答部４０と、実吸入空気量算出部（吸入空気量算出手段）４１と、空気量パルス幅換算部（燃料噴射量算出手段）４２と、予測値位相調整部４３と、デバイス応答予測部４４と、予測吸入空気量算出部（予測空気量算出手段、予測空気量遅れ補正手段）４５と、予測比算出部４６と、燃料先行パルス幅換算部（燃料噴射量補正手段）４７と、を備える。

実デバイス応答部４０は、実バルブタイミング算出部５０と、実シリンダ容積算出部５１とを備える。

実バルブタイミング算出部５０について図３を用いて説明する。図３は実バルブタイミング算出部５０の制御ブロック図である。実バルブタイミング算出部５０は吸気弁１５の中心角度からＶＴＣセンサ値を減算することで、ＶＴＣ機構２７を動作させた場合の吸気弁の中心角度を算出する。そして、算出した中心角度からＶＥＬセンサ値に「２」を乗算した値を減算して実吸気弁開時期ＲＥＩＶＯを算出する。また、算出した中心角度にＶＥＬセンサ値に基づく値を加算して実吸気弁閉時期ＲＥＩＶＣを算出する。なお、本実施形態では、１つのシリンダに２つの吸気弁１５を有している。そのためＶＥＬセンサ値に「２」を乗算している。

実シリンダ容積算出部５１について図４を用いて説明する。図４は実シリンダ容積算出部５１の制御ブロック図である。実シリンダ容積算出部５１は、ＱＤ演算部５３と、ＱＭＡＸ演算部５４と、実シリンダ実効容積算出部５５とを備える。

ＱＤ演算部５３は、ＶＥＬセンサ値に基づいてマップから吸気弁開口面積を算出する。また、ＶＥＬセンサ値と実吸気弁開時期ＲＥＩＶＯとに基づいてマップから上死点での吸気弁開口面積を算出する。この開口面積は吸気弁１５における吹き返し分に当たる面積である。そして、吸気弁開口面積から上死点での吸気弁開口面積を減算した値に「２」を乗算する。

また、エンジン回転速度と「６」との積を算出し、積分刻み時間を、算出した値によって除算する。除算した値と、吸気弁開口面積から上死点での吸気弁開口面積を減算した値に「２」を乗算した値と、定数Ｖｓｏｎｉｃとを乗算することで、ソニック流として空気をシリンダに吸入した場合の吸気バルブ通過空気量ＱＤを算出する。

ＱＭＡＸ演算部５４は、実吸気弁閉時期ＲＥＩＶＣに基づいてマップから吸気弁１５を閉じた時のシリンダ容積を算出し、吸気弁１５を閉じた時のシリンダ容積から上死点におけるシリンダ容積を減算することで、シリンダ容積ＱＭＡＸを算出する。

実シリンダ実効容積算出部５５は、吸気バルブ通過空気量ＱＤをシリンダ容積ＱＭＡＸで除算し、除算した値に基づいてマップからシリンダ容積ＱＭＡＸに対する実シリンダ実効容積ＱＶＣＹＬの比率（ＱＶＣＹＬ／ＱＭＡＸ）を算出する。そして、算出した値に吸入空気量ＱＭＡＸを乗算することで、実シリンダ実効容積ＱＶＣＹＬを算出する。

図２に戻り、実吸入空気量算出部４１について図５を用いて説明する。図５は実吸入空気量算出部４１の制御ブロック図である。実吸入空気量算出部４１は、エアフローメータ３２によって検出した空気流量から前回の演算で得られた実シリンダ吸入空気量ＱＣＹＬを減算し、１／１８００を乗じて単位系を揃え、前回の演算で得られたマニホールド内総空気量を加算してマニホールド内総空気量を算出する。マニホールド内総空気量をマニホールド容積で除算することでマニホールド空気密度を算出し、マニホールド空気密度に実シリンダ容積算出部５１によって算出した実シリンダ容積ＱＶＣＹＬを乗算することで、シリンダ吸入総空気量を算出する。そして、シリンダ吸入総空気量に、エンジン回転速度とシリンダ数と６０／１０００とを乗算して単位換算を行い、１シリンダ、かつ１サイクル当たりの量として実シリンダ吸入空気量（実吸入空気量）ＱＣＹＬを算出する。

図２に戻り、空気量パルス幅換算部４２は、実吸入空気量算出部４１によって算出した実シリンダ吸入空気量ＱＣＹＬに換算係数を乗算することで、実シリンダ吸入空気量ＱＣＹＬに対応する燃料噴射量として燃料噴射量位相パルス幅ＡＶＴＰＲを算出する。

予測値位相調整部４３について図６を用いて説明する。図６は予測値位相調整部４３の制御ブロック図である。予測値位相調整部４３は、実吸入弁閉時期ＲＥＩＶＣから燃料噴射弁２１の燃料噴射開始時を減算する。減算した値を、エンジン回転速度に１／（６０×３６０）を乗算して単位換算した値で除算することで燃料噴射弁２１による燃料噴射開始から吸入弁閉時期までの時間を算出する。また、スロットルバルブ２３の無駄時間から、燃料噴射開始から吸入弁閉時期までの時間を減算する。そして、減算した時間が本制御の何回分の演算周期ＴＤＬＹとなるか算出する。本実施形態では１０ｍｓ毎に演算を行っており、減算した時間に「１００」を乗算することで、減算した時間が本制御の何回分の演算に相当するかを算出する。

図２に戻り、デバイス応答予測部４４は、予測スロットル開度算出部６０と、予測ＶＥＬ算出部６１と、予測ＶＴＣ算出部６２と、予測バルブタイミング算出部６３と、予測シリンダ容積算出部６４とを備える。

予測スロットル開度算出部６０は、アクセルペダル３８の操作に応じて設定される目標スロットル開度に１次フィルタをかけることで、スロットル開度応答予測値ＴＶＯＶＲを算出する。なお、１次フィルタの代わりにプラントモデルなどを用いても良い。目標スロットル開度は、アクセルペダル３８の操作に対して遅れがない場合のスロットル開度である。

予測ＶＥＬ算出部６１および予測ＶＴＣ算出部６２は、予測スロットル開度算出部６０と同様に、アクセルペダル３８の操作に応じて設定される目標ＶＥＬ値および目標ＶＥＣ値にそれぞれ１次フィルタをかけることでＶＥＬ応答予測値ＶＥＬＥＶＲＳおよびＶＴＣ応答予測値ＶＴＣＥＶＲＳを算出する。

予測バルブタイミング算出部６３について図７を用いて説明する。図７は予測バルブタイミング算出部６３の制御ブロック図である。予測バルブタイミング算出部６３は、ＶＴＣ算出部６５と、ＶＥＬ算出部６６と、バルブタイミング算出部６７とを備える。

ＶＴＣ算出部６５は、予測値位相調整部４３によって算出した演算周期ＴＤＬＹとスロットルバルブ２３に対するＶＴＣ機構２７の無駄時間とを加算した値と、予測ＶＴＣ算出部６２によって算出したＶＴＣ応答予測値ＶＴＣＥＶＲＳとに基づいてデバイス無駄時間合わせ後の最進ＶＴＣ予測値を算出する。本実施形態では、スロットルバルブ２３、ＶＴＣ機構２７、ＶＥＬ機構２６の中で、アクセルペダル３８の操作に対してスロットルバルブ２３が一番早く応答する。つまり、スロットルバルブ２３の無駄時間が一番短い。スロットルバルブ２３に対するＶＴＣ機構２７の無駄時間とは、アクセルペダル３８の操作に対して、スロットルバルブ２３に変化が現れてからＶＴＣ機構２７に変化が現れるまでの時間である。

また、ＶＴＣ算出部６５は実際のＶＴＣ機構２７の実無駄時間と予測ＶＴＣ算出部６２によって算出したＶＴＣ応答予測値ＶＴＣＥＶＲＳとに基づいて、実無駄時間を含むＶＴＣ予測値を算出する。以下において、２つの値を含む線を図において太線で表す。

ＶＥＬ算出部６６は、ＶＴＣ算出部６５と同様の処理を行い、デバイス無駄時間合わせ後の最進ＶＥＬ予測値ＶＥＬＩＳ、および実無駄時間を含むＶＥＬ予測値ＶＥＬＩＳＤＴを算出する。

バルブタイミング算出部６７は、中心角度と、デバイス無駄時間合わせ後のＶＴＣ予測値と、デバイス無駄時間合わせ後の最進ＶＥＬ予測値ＶＥＬＩＳとに基づいて、デバイス無駄時間合わせ後の最進ＩＶＯ予測値ＩＶＯＲＶＲおよびデバイス無駄時間合わせ後の最進ＩＶＣ予測値ＩＶＣＲＶＲを算出する。

また、バルブタイミング算出部６７は、中心角度と、実無駄時間を含むＶＴＣ予測値と、実無駄時間を含むＶＥＬ予測値ＶＥＬＩＳＤＴとに基づいて、実無駄時間を含むＩＶＯ予測値ＩＶＯＲＶＲＤＴおよび実無駄時間を含むＩＶＣ予測値ＩＶＣＲＶＲＤＴを算出する。

図２に戻り、予測シリンダ容積算出部６４について図８を用いて説明する。図８は、予測シリンダ容積算出部６４の制御ブロック図である。予測シリンダ容積算出部６４は、ＱＤ演算部６８と、ＱＭＡＸ演算部６９と、予測シリンダ実効容積算出部７０とを備える。

予測シリンダ容積算出部６４は、予測バルブタイミング算出部６３によって算出したデバイス無駄時間合わせ後の最進ＶＥＬ予測値ＶＥＬＩＳ、デバイス無駄時間合わせ後の最進ＩＶＯ予測値ＩＶＯＲＶＲ、デバイス無駄時間合わせ後の最進ＩＶＣ予測値ＩＶＣＲＶＲなどに基づいて、デバイス無駄時間合わせ後のシリンダ容積予測値ＶＣＹＬＶＲを算出する。

また、予測シリンダ容積算出部６４は、予測バルブタイミング算出部６３によって算出した実無駄時間を含むＶＥＬ予測値ＶＥＬＩＳＤＬＴ、実無駄時間を含むＩＶＯ予測値ＩＶＯＲＶＲＤＴ、実無駄時間を含むＩＶＣ予測値ＩＶＣＲＶＲＤＴなどに基づいて、実無駄時間を含むシリンダ容積予測値ＶＣＹＬＶＲＤＴを算出する。これらの算出方法については、図４の実シリンダ容積算出部５１と同様の方法により算出するので、ここでの説明は省略する。

図２に戻り、予測吸入空気量算出部４５について図９を用いて説明する。図９は予測吸入空気量算出部４５の制御ブロック図である。予測吸入空気量算出部４５は、第１予測収支部８０と、第２予測収支部８１と、第３予測収支部８２とを備える。

第１予測収支部８０について図１０を用いて説明する。図１０は第１予測収支部８０の制御ブロック図である。第１予測収支部８０は、予測値位相調整部４３によって算出した演算周期ＴＤＬＹと、予測スロットル開度算出部６０から算出したスロットル開度応答予測値ＴＶＯＶＲとに基づいてスロットル開度予測値最進位相を算出する。ここで例えば演算周期ＴＤＬＹが「ａ」であった場合には、「ａ」回前に演算されたスロットル開度応答予測値がスロットル開度予測値最進位相として算出される。

また、スロットル開度応答予測値ＴＶＯＶＲと実際のスロットルバルブ２３の無駄時間とに基づいて、実スロットル開度無駄時間位相を算出する。実スロットル開度無駄時間位相は、スロットル開度応答予測値ＴＶＯＶＲをスロットルバルブ２３の実無駄時間だけずらした位相として算出される。

算出したスロットル開度予測値最進位相および実スロットル開度無駄時間位相からマップに基づいてスロットル開口面積予測値最進位相および実スロットル開口面積無駄時間位相を算出する。

また、詳しくは後述する第２予測収支部８１によって算出する前回の吸気圧予測値最進位相ＰＭＡＮＶＲＳＫおよび実吸気圧無駄時間位相ＰＭＡＮＶＲＳＫＤＴを大気圧によってそれぞれ除算し、除算した値からスロットルバルブ通過流量関数を示すマップに基づいてスロットルバルブ２３を通過する流量を算出し、音速質量流速を乗算することで、スロットルバルブ２３を通過する空気の空気流速予測値最進位相および実空気流速無駄時間位相を算出する。

そして、単位換算を行ったスロットル開口面積予測最進位相と、空気流速予測値最進位相とを乗算し、スロットル通過流量予測値最進位相ＱＡＶＲＳＫを算出する。また、単位換算を行った実無駄時間位相と、実空気流速無駄時間位相とを乗算し、実スロットル通過流量無駄時間位相ＱＡＶＲＳＫＤＴを算出する。

第２予測収支部８１について図１１を用いて説明する。図１１は第２予測収支部８１の制御ブロック図である。第２予測収支部８１は、第１予測収支部８０によって算出したスロットル通過流量予測値最進位相ＱＡＶＲＳＫから前回の演算により算出されたシリンダ吸入空気量予測値最進位相ＱＣＬＶＲＳＫを減算し、減算した値とコレクタ容積、コレクタ内空気温度、ガス定数によって吸入圧の変化量位相を算出する。算出した吸入圧の変化量位相に積分刻み幅を乗算し、乗算した値を前回の吸圧予測値最進位相ＰＭＡＮＶＲＳＫに加算し、上下限のリミットを掛けて吸気圧予測値最進位相ＰＭＡＮＶＲＳＫを算出する。

また、第２予測収支部８１は、第１予測収支部８０によって算出した実スロットル通過流量無駄時間位相ＱＡＶＲＳＫＤＴと前回演算により算出された実シリンダ吸入空気量無駄時間位相ＱＣＬＶＲＳＫＤＴに基づいて、同様に実吸気圧無駄時間位相ＰＭＡＮＶＲＳＫＤＴを算出する。

第３予測収支部８２について図１２を用いて説明する。図１２は第３予測収支部８２の制御ブロック図である。第３予測収支部８２は、予測シリンダ容積算出部６４によって算出したデバイス無駄時間合わせ後のシリンダ容積予測値ＶＣＹＬＶＲと、第２予測収支部８１によって算出した吸気圧予測最進位相ＰＭＡＮＶＲＳＫと、コレクタ内空気温度と、ガス定数とに基づいてシリンダ吸入空気量予測値最進位相（第１予測空気量）ＱＣＬＶＲＳＫを算出する。

また、第３予測収支部８２は、予測シリンダ容積算出部６４によって算出した実無駄時間を含むシリンダ容積予測値ＶＣＹＬＶＲＤＴと、第２予測収支部８１によって算出した実吸気圧無駄時間位相ＰＭＡＮＶＲＳＫＤＴと、コレクタ内空気温度と、ガス定数とに基づいて実シリンダ吸入空気量無駄時間位相（第２予測空気量）ＱＣＬＶＲＳＫＤＴを算出する。

図２に戻り、予測比算出部４６は、第３予測収支部８２によって算出したシリンダ吸入空気流量予測値最進位相ＱＣＬＶＲＳＫを実シリンダ吸入空気量無駄時間位相ＱＣＬＶＲＳＫＤＴによって除算し、燃料補正値ＴＰＳＫＲＡＴを算出する。

燃料先行パルス幅換算部４７は、空気量パルス幅換算部４２によって算出した燃料噴射量位相パルス幅ＡＶＴＰＲに予測比算出部４６によって算出した燃料補正量ＴＰＳＫＲＡＴを乗算することで、先行噴射パルス幅ＴＰを算出する。この先行噴射パルス幅ＴＰによって燃料噴射弁２１から燃料を噴射することで、シリンダに実際に吸入される空気量に対応した燃料を噴射することができる。

なお、予測値位相調整部４３によって算出したスロットルバルブ２３の無駄時間から、燃料噴射開始から吸入弁閉時期までの時間を減算した値が負の値であった場合には、シリンダに実際に吸入される空気量に応じた燃料噴射を行うことができない。例えば図１３に示すように、スロットルバルブ２３の無駄時間ｔ１よりも、燃料噴射開始から吸入弁閉時期までの時間ｔ２が長い場合には、仮に目標スロットル開度に応じて燃料噴射を行っても、燃料噴射時において予測されたシリンダへ吸入される空気量の変化量はＬ１となり、燃料噴射量は変化量Ｌ１に対応したものとなる。しかし、吸気弁閉時期においてシリンダへ吸入される実際の空気量の変化量はＬ２となる。そのため、Ｌ２とＬ１との偏差分の空気量に対応する燃料を噴射することができない。これはエンジン回転速度が遅い場合に生じる。

次にこのような場合の燃料噴射制御について図１４を用いて説明する。図１４は本実施形態における燃料噴射制御のフローチャートである。

ステップＳ１００では、燃料噴射開始から吸気弁閉時期までの時間とスロットルバルブ２３の無駄時間とを比較する。そして、燃料噴射開始から吸気弁閉時期までの時間がスロットルバルブ２３の無駄時間よりも長い場合にはステップＳ１０１へ進む。一方、燃料噴射開始から吸気弁閉時期までの時間がスロットルバルブ２３の無駄時間よりも短い場合には本制御を終了する。

ステップＳ１０１では、スロットルバルブ２３の無駄時間と、燃料噴射開始から吸気弁閉時期までの時間との偏差を取り、その偏差を燃料噴射タイミングに加算する。つまり、燃料噴射開始を偏差分だけ遅くする。これにより実際にシリンダに吸入される空気量に対応した燃料噴射を行うことができる。

次に本実施形態を用いていない場合の燃料噴射、および本実施形態を用いた場合の燃料噴射について、図１５、図１６を用いて説明する。図１５は本実施形態を用いない場合の燃料噴射であり、図１６は本実施形態を用いた場合の燃料噴射である。

本実施形態を用いない場合には、燃料噴射量をアクセルペダル開度に基づいて算出される目標スロットル開度に基づいてシリンダ吸入空気流量予測値最進位相を予測し、例えばエアフローメータの値によって実シリンダ吸入空気量無駄時間位相を計測する。

実シリンダ吸入空気量無駄時間位相を実測値とすると実シリンダ吸入空気量無駄時間位相は脈動成分を含んだ位相となる。

このような場合に、シリンダ吸入空気流量予測値最進位相（予測値）と実シリンダ吸入空気量無駄時間位相（実測値）との比を算出すると、この比も脈動成分を含んだ値となる。

そして、例えばエアフローメータによって計測された値に基づいて燃料噴射量を算出し、その燃料噴射量（計測値から算出された燃料量）を上記算出した比を乗算して燃料噴射量を補正すると、補正された燃料噴射量には大きな脈動成分が現れる。シリンダに吸入される空気は、コレクタ２の効果によって脈動成分の影響が少ない比較的安定して吸入される。そのためシリンダに吸入される空気量に対する燃料噴射量のばらつきが大きくなり、最適な燃料噴射を行うことができない。

本実施形態では、実シリンダ吸入空気量無駄時間位相ＱＣＬＶＲＳＫＤＴはシリンダ吸入空気流量予測値最進位相ＱＣＬＶＲＳＫ（第１予測値）に対してスロットルバルブ２３などの応答遅れを含んだ位相（第２予測値）となる。つまり、実シリンダ吸入空気量無駄時間位相ＱＣＬＶＲＳＫＤＴは、シリンダ吸入空気流量予測値最進位相ＱＣＬＶＲＳＫに対して位相違いの同じプロフィールとなる。そのため、シリンダ吸入空気流量予測値最進位相ＱＣＬＶＲＳＫと実シリンダ吸入空気量無駄時間位相ＱＣＬＶＲＳＫＤＴとの比を算出した場合に、例えばエアフローメータ３２の脈動成分を含まない比が算出される。

そして、この比を用いて燃料噴射量を補正するので、脈動成分の影響が少ない燃料噴射量を行うことができる。そのためシリンダに吸入される空気量に対する燃料噴射量のばらつきが小さくなり、最適な燃料噴射を行うことができる。

本発明の第１実施形態の効果について説明する。

本実施形態では、アクセルペダル３８の操作量に応じて設定される目標スロットル開度に基づいてスロットル開度応答予測値ＴＶＯＶＲを算出し、スロットル開度応答予測値ＴＶＯＶＲに基づいてシリンダ吸入空気流量予測値最進位相ＱＣＬＶＲＳＫを算出する。また、実シリンダ吸入空気量無駄時間位相ＱＣＬＶＲＳＫＤＴをスロットル開度応答予測値ＴＶＯＶＲとスロットルバルブ２３の無駄時間などに基づいて算出する。つまり、実シリンダ吸入空気量無駄時間位相ＱＣＬＶＲＳＫＤＴをシリンダ吸入空気流量予測値最進位相ＱＣＬＶＲＳＫに対してスロットルバルブ２３などの応答遅れを含んだ位相として算出する。そして、シリンダ吸入空気流量予測値最進位相ＱＣＬＶＲＳＫと実シリンダ吸入空気量無駄時間位相ＱＣＬＶＲＳＫＤＴとに基づいて燃料補正値ＴＰＳＫＲＡＴを算出する。この燃料補正値ＴＰＳＫＲＡＴに基づいて先行噴射パルス幅ＴＰを算出し、先行噴射パルス幅ＴＰによって燃料噴射を行うことで、例えばエアフローメータ３２の脈動成分の影響を受けずに燃料噴射量を補正することができ、シリンダに吸入される空気量に対して最適な燃料噴射を行うことができる。

燃料補正値ＴＰＳＫＰＡＴをシリンダ吸入空気流量予測値最進位相ＱＣＬＶＲＳＫと実シリンダ吸入空気量無駄時間位相ＱＣＬＶＲＳＫＤＴとの比として算出することで、シリンダに吸入される空気量に対して最適な燃料噴射を行うことができる。

燃料噴射開始から吸気弁閉時期までの時間がスロットルバルブ２３の無駄時間よりも長い場合には、スロットルバルブ２３の無駄時間と、燃料噴射開始から吸気弁閉時期までの時間との偏差分だけ燃料噴射タイミングを遅くすることで、シリンダに吸入される空気量に対応する燃料噴射を行うことができる。

なお、本実施形態では、燃料噴射量位相パルス幅ＡＶＴＰＲに燃料補正量ＴＰＳＫＲＡＴを乗算することで先行噴射パルス幅ＴＰを算出したが、実吸入空気量算出部４１によって算出した実シリンダ吸入空気量ＱＣＹＬに燃料補正量ＴＰＳＫＲＡＴを乗算した後に、空気量パルス幅換算部４２で燃料噴射量位相パルス幅ＡＶＴＰＲ、すなわち先行噴射パルス幅ＴＰを算出しても構わない。

次に本発明の第２実施形態について説明する。

第２実施形態については第１実施形態と異なる部分を説明する。第２実施形態では、第１実施形態において図１４を用いて説明した燃料噴射制御が異なっている。ここではこの制御について図１７を用いて説明する。図１７は本実施形態における燃料噴射制御のフローチャートである。

ステップＳ２００では、燃料噴射開始から吸気弁閉時期までの時間とスロットルバルブ２３の無駄時間とを比較する。そして、燃料噴射タイミングから吸気弁閉時期までの時間がスロットルバルブ２３の無駄時間よりも長い場合にはステップＳ２０１へ進む。一方、燃料噴射開始から吸気弁閉時期までの時間がスロットルバルブ２３の無駄時間よりも短い場合には本制御を終了する。

ステップＳ２０１では、スロットルバルブ２３の無駄時間と燃料噴射開始から吸気弁閉時期までの時間の偏差を取り、アクセルセンサの信号に偏差分の遅れを持たせる。つまり例えば目標スロットル開度に偏差分の遅れを持たせる。これによって、スロットルバルブ２３は算出した偏差分だけ遅く動作を開始する。そのため、スロットルバルブ２３の無駄時間が実質的に長くなり、シリンダに吸入される空気量に対して最適な燃料噴射を行うことができる。

なお、目標ＶＴＣ値、目標ＶＥＬ値についても同様に偏差分の遅れを持たせる。

本発明の第２実施形態の効果について説明する。

燃料噴射開始から吸気弁閉時期までの時間がスロットルバルブ２３の無駄時間よりも長い場合には、スロットルバルブ２３の無駄時間を長くすることで、シリンダに吸入される空気量に対応する燃料噴射を行うことができる。

次に本発明の第３実施形態について説明する。

第３実施形態については第１実施形態と異なる部分を説明する。第３実施形態では、第１実施形態において図１４を用いて説明した燃料噴射制御が異なっている。ここではこの制御について図１８を用いて説明する。図１８は本実施形態における燃料噴射制御のフローチャートである。

ステップＳ３００では、燃料噴射開始から吸気弁閉時期までの時間とスロットルバルブ２３の無駄時間とを比較する。そして、燃料噴射開始から吸気弁閉時期までの時間がスロットルバルブ２３の無駄時間よりも長い場合にはステップＳ３０１へ進む。一方、燃料噴射開始から吸気弁閉時期までの時間がスロットルバルブ２３の無駄時間よりも短い場合には本制御を終了する。

ステップＳ３０１では、スロットルバルブ２３の無駄時間と燃料噴射開始から吸気弁閉時期までの時間の偏差を算出する。

ステップＳ３０２では、演算周期ＴＤＬＹをゼロとして一旦燃料噴射を行う。

ステップＳ３０３では、燃料噴射開始から偏差時間後に算出される先行噴射パルス幅ＴＰからステップＳ３０２において噴射した際の先行噴射パルス幅ＴＰの差分を取り、不足分を割り込み燃料噴射量として燃料噴射弁２１から噴射する。

次に本発明の第３実施形態について説明する。

燃料噴射開始から吸気弁閉時期までの時間がスロットルバルブ２３の無駄時間よりも長い場合に、シリンダに吸入される空気量に対応する燃料噴射量から既に噴射された燃料噴射量の差分を算出し、その差分を割り込み燃料噴射量として、燃料噴射弁２１から噴射することで、燃料噴射弁２１から噴射される燃料噴射量をシリンダに吸入される空気量に対して最適な燃料噴射量とすることができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

１５吸気弁
１７ＶＥＬセンサ
１８ＶＴＣセンサ
２１燃料噴射弁２１
２３スロットルバルブ
２６可変バルブ機構
２７可変バルブタイミング機構
３１エンジンコントローラ
３８アクセルペダル
３９アクセルセンサ（アクセルペダル開度検出手段）
４２空気量パルス幅換算部（燃料噴射量算出手段）
４５予測吸入空気量算出部（予測空気量算出手段、予測空気量遅れ補正手段）
４７燃料先行パルス幅換算部（燃料噴射量補正手段）

Claims

アクセルペダル開度を検出するアクセルペダル開度検出手段と、
前記アクセルペダル開度に基づいてエンジンのシリンダに吸入される空気量を調整する空気量調整手段と、
エアフローメータによって検出した空気流量に基づいて前記シリンダに吸入される吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、
前記吸入空気量に基づいて燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
前記アクセルペダル開度に基づいて前記シリンダに吸入される空気量を予測した第１予測空気量を算出する予測空気量算出手段と、
前記第１予測空気量を遅れ補正した第２予測空気量を算出する予測空気量遅れ補正手段と、
前記第１予測空気量と前記第２予測空気量とに基づいて前記燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、を備え、
燃料噴射開始時から吸気弁が閉じるまでの時間が前記空気量調整手段の応答遅れ時間よりも長い場合に、前記燃料噴射開始時から前記吸気弁が閉じるまでの前記時間と前記応答遅れ時間との偏差に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射開始時期を、前記燃料噴射開始時から前記吸気弁が閉じるまでの前記時間が前記応答遅れ時間よりも短い場合よりも遅くし、
前記燃料噴射量補正手段は、前記第１予測空気量と前記第２予測空気量との比に基づいて前記燃料噴射量を補正し、
前記予測空気量遅れ補正手段は、前記空気量調整手段が動作してから前記吸入空気量が変化するまでの遅れに基づいて前記第２予測空気量を算出することを特徴とするエンジンの制御装置。
アクセルペダル開度を検出するアクセルペダル開度検出手段と、
前記アクセルペダル開度に基づいてエンジンのシリンダに吸入される空気量を調整する空気量調整手段と、
エアフローメータによって検出した空気流量に基づいて前記シリンダに吸入される吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、
前記吸入空気量に基づいて燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
前記アクセルペダル開度に基づいて前記シリンダに吸入される空気量を予測した第１予測空気量を算出する予測空気量算出手段と、
前記第１予測空気量を遅れ補正した第２予測空気量を算出する予測空気量遅れ補正手段と、
前記第１予測空気量と前記第２予測空気量とに基づいて前記燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、を備え、
燃料噴射開始時から吸気弁が閉じるまでの時間が前記空気量調整手段の応答遅れ時間よりも長い場合に、前記燃料噴射開始時から前記吸気弁が閉じるまでの前記時間と前記応答遅れ時間との偏差に基づいて、前記空気量調整手段の応答を、前記燃料噴射開始時から前記吸気弁が閉じるまでの前記時間が前記応答遅れ時間よりも短い場合よりも遅くし、
前記燃料噴射量補正手段は、前記第１予測空気量と前記第２予測空気量との比に基づいて前記燃料噴射量を補正し、
前記予測空気量遅れ補正手段は、前記空気量調整手段が動作してから前記吸入空気量が変化するまでの遅れに基づいて前記第２予測空気量を算出することを特徴とするエンジンの制御装置。
アクセルペダル開度を検出するアクセルペダル開度検出手段と、
前記アクセルペダル開度に基づいてエンジンのシリンダに吸入される空気量を調整する空気量調整手段と、
エアフローメータによって検出した空気流量に基づいて前記シリンダに吸入される吸入空気量を算出する吸入空気量算出手段と、
前記吸入空気量に基づいて燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
前記アクセルペダル開度に基づいて前記シリンダに吸入される空気量を予測した第１予測空気量を算出する予測空気量算出手段と、
前記第１予測空気量を遅れ補正した第２予測空気量を算出する予測空気量遅れ補正手段と、
前記第１予測空気量と前記第２予測空気量とに基づいて前記燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、を備え、
燃料噴射開始時から吸気弁が閉じるまでの時間が前記空気量調整手段の応答遅れ時間よりも長い場合に、前記燃料噴射量補正手段によって補正された燃料噴射量による燃料噴射に対して、燃料を追加噴射し、
前記燃料噴射量補正手段は、前記第１予測空気量と前記第２予測空気量との比に基づいて前記燃料噴射量を補正し、
前記予測空気量遅れ補正手段は、前記空気量調整手段が動作してから前記吸入空気量が変化するまでの遅れに基づいて前記第２予測空気量を算出することを特徴とするエンジンの制御装置。