JP5573442B2

JP5573442B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5573442B2
Application number: JP2010158744A
Authority: JP
Inventors: 隆行出村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2014-08-20
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Also published as: JP2012021434A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構とを具備し、機関中負荷運転時および機関高負荷運転時には実圧縮比を一定に保持した状態で機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比を増大すると共に吸気弁の閉弁時期を遅くするようにした内燃機関が知られている。このよう内燃機関においては、可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更と可変バルブタイミング機構による吸気弁の閉弁時期の変更とにより実圧縮比が制御されうる。

また、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁のリフト量を変更可能な可変リフト機構と、筒内燃料噴射装置とを具備し、実圧縮比に基づいて燃料噴射量を算出する内燃機関も知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−１９０３５８号公報

しかしながら、機械圧縮比や吸気弁の閉弁時期が制御され、その制御された実圧縮比が同じであっても吸気弁の閉弁時期や筒内燃料噴射装置による燃料噴射タイミングの変化により、もたらされる実空燃比と目標空燃比との間に大きなズレを生じる場合がある。すなわち、機械圧縮比や吸気弁の閉弁時期が制御され、その制御された最終的な実圧縮比が同じであっても、例えば、吸気弁が閉弁される時期に対する後の筒内燃料噴射装置による燃料噴射タイミングによっては、燃料噴射される際の筒内燃料噴射装置の先端バルブにかかる筒内圧が変わるため、調整された燃圧（燃料の圧力）との差圧が変わり、実際に噴射される燃料量に要求燃料量からのズレが生じ、このことに起因して、実空燃比と目標空燃比との間に大きなズレを生じる場合がある。

本発明は上記課題に鑑み、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構と、筒内に直接的に燃料を噴射する筒内燃料噴射装置とを具備し、可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更と可変バルブタイミング機構による吸気弁の閉弁時期の変更とにより実圧縮比が制御されうる内燃機関の制御装置であって、実空燃比と目標空燃比とのズレなどを抑制しうるように、吸気弁の閉弁時期や燃料噴射時期などの変化によりもたらされる筒内圧の変化を考慮して燃料噴射を適切に制御することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によれば、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構と、筒内に直接的に燃料を噴射する筒内燃料噴射装置とを具備し、前記可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更と前記可変バルブタイミング機構による吸気弁の閉弁時期の変更とにより実圧縮比が制御されうる内燃機関の制御装置であって、前記可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更と前記可変バルブタイミング機構による吸気弁の閉弁時期の変更とによりもたらされる筒内圧の変化に応じて燃料噴射制御がなされるようにし、前記燃料噴射制御においては、吸入空気量と目標空燃比とに基づいて基本燃料噴射量が算出されるとともに、該算出された基本燃料噴射量が筒内圧の変化に応じて補正制御されるようにし、前記筒内圧の変化に応じた補正制御においては、制御された実圧縮比と前記吸気弁の閉弁時期と前記筒内燃料噴射装置による燃料噴射時期とに基づいて筒内圧補正係数が算出され、該筒内圧補正係数にて前記基本燃料噴射量が補正制御される、ことを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。

すなわち、請求項１の記載の発明では、可変圧縮比機構と可変バルブタイミング機構と筒内燃料噴射装置とを具備し、機械圧縮比の変更と吸気弁の閉弁時期の変更とにより実圧縮比が制御されうる内燃機関の制御装置において、機械圧縮比の変更と吸気弁の閉弁時期の変更とによりもたらされる筒内圧の変化に応じて燃料噴射制御を行うようにすることで、筒内燃料噴射装置の先端バルブにかかる筒内圧の変化を考慮した適切な燃料噴射制御を実行することができ、機械圧縮比の変更と吸気弁の閉弁時期の変更とが行われる場合においても、実際に噴射される燃料量と要求燃料量とのズレを抑制することを可能し、実空燃比と目標空燃比との間に大きなズレが生じることなどを抑制することを可能とする。

請求項２に記載の発明によれば、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構と、筒内に直接的に燃料を噴射する筒内燃料噴射装置とを具備し、前記可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更と前記可変バルブタイミング機構による吸気弁の閉弁時期の変更とにより実圧縮比が制御されうる内燃機関の制御装置であって、前記可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更と前記可変バルブタイミング機構による吸気弁の閉弁時期の変更とによりもたらされる筒内圧の変化に応じて燃料噴射制御がなされるようにし、前記燃料噴射制御においては、機関回転数と吸入空気量とに基づいて前記筒内燃料噴射装置による燃料噴射の基本目標燃圧が算出されるとともに、該算出された基本目標燃圧が筒内圧の変化に応じて補正制御されるようにし、前記筒内圧の変化に応じた補正制御においては、制御された実圧縮比と前記吸気弁の閉弁時期と前記筒内燃料噴射装置による燃料噴射時期とに基づいて燃圧補正係数が算出され、該燃圧補正係数にて前記基本目標燃圧が補正制御される、ことを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。

請求項３に記載の発明によれば、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構と、筒内に直接的に燃料を噴射する筒内燃料噴射装置とを具備し、前記可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更と前記可変バルブタイミング機構による吸気弁の閉弁時期の変更とにより実圧縮比が制御されうる内燃機関の制御装置であって、前記可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更と前記可変バルブタイミング機構による吸気弁の閉弁時期の変更とによりもたらされる筒内圧の変化に応じて燃料噴射制御がなされるようにし、機関排気通路内に配設され排気空燃比を検出する空燃比センサを備え、該空燃比センサの出力値に基づいてフィードバックパラメータとなるフィードバックゲインを用いて排気空燃比を目標空燃比に制御すべく燃料噴射量をフィードバックにより補正するフィードバック制御手段を有し、前記燃料噴射制御においては、前記フィードバックゲインが筒内圧の変化に応じて補正制御されるようにし、前記筒内圧の変化に応じた補正制御においては、前記吸気弁の閉弁時期の変化量と前記可変圧縮比機構による機械圧縮比の変化量と前記筒内燃料噴射装置による燃料噴射時期とに基づいてフィードバックゲイン補正値が算出され、該フィードバックゲイン補正値にて前記フィードバックゲインが補正制御される、ことを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。

各請求項に記載の発明によれば、変圧縮比機構と可変バルブタイミング機構と筒内燃料噴射装置とを具備し、機械圧縮比の変更と吸気弁の閉弁時期の変更とにより実圧縮比が制御されうる内燃機関の制御装置において、機械圧縮比の変更と吸気弁の閉弁時期の変更とが行われ場合においても、実空燃比と目標空燃比とのズレなどを抑制しうるように、吸気弁の閉弁時期や燃料噴射時期などの変化によりもたらされる筒内圧の変化に応じた適切な燃料噴射制御を可能にする共通の効果を奏する。

内燃機関の全体図である。可変圧縮比機構の分解斜視図である。図解的に表した内燃機関の側面断面図である。可変バルブタイミング機構を示す図である。吸気弁及び排気弁のリフト量を示す図である。機械圧縮比、実圧縮比及び膨張比を説明するための図である。本発明の内燃機関の制御装置における燃料噴射制御の一実施形態のフローチャートである。吸気弁の閉弁時期と筒内圧との関係の一例を示す図である。吸気弁の閉弁時期と実圧縮比とに基づいて筒内圧補正係数を算出するマップの一実施形態を示す図である。吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔に基づいて第２の筒内圧補正係数を算出するマップの一実施形態を示す図である。本発明の内燃機関の制御装置における燃料噴射制御の別の一実施形態のフローチャートである。吸気弁の閉弁時期と実圧縮比とに基づいて燃圧補正値を算出するマップの一実施形態を示す図である。吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔に基づいて燃圧補正値補正係数を算出するマップの一実施形態を示す図である。本発明の内燃機関の制御装置における燃料噴射制御の別の一実施形態のフローチャートである。機械圧縮比の変化量と吸気弁の閉弁時期の変化量とに基づいてフィードバックゲインを算出するマップの一実施形態を示す図である。吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔に基づいてフィードバックゲイン補正値補正係数を算出するマップの一実施形態を示す図である。本発明の内燃機関の制御装置における燃料噴射制御の別の一実施形態のフローチャートである。

図１に火花点火式内燃機関の側面断面図を示す。
図１を参照すると、１はクランクケース、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は燃焼室５の頂面中央部に配置された点火プラグ、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結される。また、シリンダヘッド３の内壁面周辺部には筒内（気筒内）に直接的に燃料を噴射する筒内燃料噴射装置１３が配置される。

サージタンク１２は吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結され、吸気ダクト１４内の機関吸気通路にはアクチュエータ１６によって駆動されるスロットル弁１７と例えば熱線を用いた吸入空気量検出器１８とが配置される。また、サージタンク１２にはサージタンク１２内の圧力を検出するための圧力センサ２３が設けられる。一方、排気ポート１０は排気マニホルド２４を介して例えば三元触媒を内蔵した触媒コンバータ２５に連結され、排気マニホルド２４内には機関排気通路内に配設され排気空燃比を検出する空燃比センサ２６が配置される。

一方、図１に示した実施形態ではクランクケース１とシリンダブロック２との連結部にクランクケース１とシリンダブロック２のシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることによりピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更可能な可変圧縮比機構Ａが設けられており、更に実際の圧縮作用の開始時期を変更するために吸気弁７の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構Ｂが設けられている。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。吸入空気量検出器１８の出力信号及び空燃比センサ２６の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火プラグ６、筒内燃料噴射装置１３、スロットル弁駆動用アクチュエータ１６、可変圧縮比機構Ａ及び可変バルブタイミング機構Ｂに接続される。

図２は図１に示す可変圧縮比機構Ａの分解斜視図を示しており、図３は図解的に表した内燃機関の側面断面図を示している。図２を参照すると、シリンダブロック２の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部５０が形成されており、各突出部５０内にはそれぞれ断面円形のカム挿入孔５１が形成されている。一方、クランクケース１の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応する突出部５０の間に嵌合せしめられる複数個の突出部５２が形成されており、これらの各突出部５２内にもそれぞれ断面円形のカム挿入孔５３が形成されている。

図２に示したように一対のカムシャフト５４、５５が設けられており、各カムシャフト５４、５５上には一つおきに各カム挿入孔５１内に回転可能に挿入される円形カム５６が固定されている。これらの円形カム５６は各カムシャフト５４、５５の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム５６間には図３においてハッチングで示すように各カムシャフト５４、５５の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸５７が延びており、この偏心軸５７上に別の円形カム５８が偏心して回転可能に取付けられている。図２に示したようにこれら円形カム５８は各円形カム５６間に配置されており、これら円形カム５８は対応する各カム挿入孔５３内に回転可能に挿入されている。

図３（Ａ）に示すような状態から各カムシャフト５４、５５上に固定された円形カム５６を図３（Ａ）において実線の矢印で示したように互いに反対方向に回転させると偏心軸５７が下方中央に向けて移動するために円形カム５８がカム挿入孔５３内において図３（Ａ）の破線の矢印に示すように円形カム５６とは反対方向に回転し、図３（Ｂ）に示したように偏心軸５７が下方中央まで移動すると円形カム５８の中心が偏心軸５７の下方へ移動する。

図３（Ａ）と図３（Ｂ）とを比較するとわかるようにクランクケース１とシリンダブロック２の相対位置は円形カム５６の中心と円形カム５８の中心との距離によって定まり、円形カム５６の中心と円形カム５８の中心との距離が大きくなるほどシリンダブロック２はクランクケース１から離れる。シリンダブロック２がクランクケース１から離れるとピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積は増大し、従って各カムシャフト５４、５５を回転させることによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更することができる。

図２に示したように各カムシャフト５４、５５をそれぞれ反対方向に回転させるために駆動モータ５９の回転軸にはそれぞれ螺旋方向が逆向きの一対のウォームギア６１、６２が取付けられており、これらウォームギア６１、６２と噛合する歯車６３、６４がそれぞれ各カムシャフト５４、５５の端部に固定されている。この実施形態では駆動モータ５９を駆動することによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を広い範囲に亘って変更することができる。なお、図１〜図３に示した可変圧縮比機構Ａは一例を示すものであっていかなる形式の可変圧縮比機構でも用いることができる。

一方、図４は図１において吸気弁７を駆動するためのカムシャフト７０の端部に取付けられた可変バルブタイミング機構Ｂを示している。図４を参照すると、この可変バルブタイミング機構Ｂは機関のクランク軸によりタイミングベルトを介して矢印方向に回転せしめられるタイミングプーリ７１と、タイミングプーリ７１と一緒に回転する円筒状ハウジング７２と、吸気弁駆動用カムシャフト７０と一緒に回転し且つ円筒状ハウジング７２に対して相対回転可能な回転軸７３と、円筒状ハウジング７２の内周面から回転軸７３の外周面まで延びる複数個の仕切壁７４と、各仕切壁７４の間で回転軸７３の外周面から円筒状ハウジング７２の内周面まで延びるベーン７５とを具備しており、各ベーン７５の両側にはそれぞれ進角用油圧室７６と遅角用油圧室７７とが形成されている。

各油圧室７６、７７への作動油の供給制御は作動油供給制御弁８５によって行われる。この作動油供給制御弁８５は各油圧室７６、７７にそれぞれ連結された油圧ポート７８、７９と、油圧ポンプ８０から吐出された作動油の供給ポート８１と、一対のドレインポート８２、８３と、各ポート７８、７９、８１、８２、８３間の連通遮断制御を行うスプール弁８４とを具備している。

吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相を進角すべきときは図４においてスプール弁８４が右方に移動せしめられ、供給ポート８１から供給された作動油が油圧ポート７８を介して進角用油圧室７６に供給されると共に遅角用油圧室７７内の作動油がドレインポート８３から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印方向に相対回転せしめられる。

これに対し、吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相を遅角すべきときは図４においてスプール弁８４が左方に移動せしめられ、供給ポート８１から供給された作動油が油圧ポート７９を介して遅角用油圧室７７に供給されると共に進角用油圧室７６内の作動油がドレインポート８２から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印と反対方向に相対回転せしめられる。

回転軸７３が円筒状ハウジング７２に対して相対回転せしめられているときにスプール弁８４が図４に示した中立位置に戻されると回転軸７３の相対回転動作は停止せしめられ、回転軸７３はそのときの相対回転位置に保持される。従って可変バルブタイミング機構Ｂによって吸気弁駆動用カムシャフトのカムの位相を所望の量だけ進角させることができ、遅角させることができることになる。

図５において実線は可変バルブタイミング機構Ｂによって吸気弁駆動用カムシャフトのカムの位相が最も進角されているときを示しており、破線は吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相が最も遅角されているときを示している。従って吸気弁７の開弁期間は図５において実線で示す範囲と破線で示す範囲との間で任意に設定することができ、従って吸気弁７の閉弁時期も図５において矢印Ｃで示す範囲内の任意のクランク角に設定することができる。

図１及び図４に示した可変バルブタイミング機構Ｂは一例を示すものであって、例えば吸気弁の開弁時期を一定に維持したまま吸気弁の閉弁時期のみを変えることのできる可変バルブタイミング機構等、種々の形式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。また、本発明では実際の圧縮作用の開始時期を変更するために可変バルブタイミング機構Ｂを用いているが、可変バルブタイミング機構ではなくても実際の圧縮作用の開始時期を変更可能な実圧縮作用開始時期変更機構であればいかなる形式の実圧縮作用開始時期変更機構も用いることができる。

次に図６を参照しつつ本願において使用されている用語の意味について説明する。なお、図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）には説明のために燃焼室容積が５０ｍｌでピストンの行程容積が５００ｍｌであるエンジンが示されており、これら図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において燃焼室容積とはピストンが圧縮上死点に位置するときの燃焼室の容積を表している。

図６（Ａ）は機械圧縮比について説明している。機械圧縮比は圧縮行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積のみから機械的に定まる値であってこの機械圧縮比は（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。図６（Ａ）に示した例ではこの機械圧縮比は（５０ｍｌ＋５００ｍｌ）／５０ｍｌ＝１１となる。

図６（Ｂ）は実圧縮比について説明している。この実圧縮比は実際に圧縮作用が開始されたときからピストンが上死点に達するまでの実際のピストン行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの実圧縮比は（燃焼室容積＋実際の行程容積）／燃焼室容積で表される。すなわち、図６（Ｂ）に示したように圧縮行程においてピストンが上昇を開始しても吸気弁が開弁している間は圧縮作用は行われず、吸気弁が閉弁したときから実際の圧縮作用が開始される。従って実圧縮比は実際の行程容積を用いて上記のように表される。図６（Ｂ）に示した例では実圧縮比は（５０ｍｌ＋４５０ｍｌ）／５０ｍｌ＝１０となる。

図６（Ｃ）は膨張比について説明している。膨張比は膨張行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの膨張比は（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。図６（Ｃ）に示した例ではこの膨張比は（５０ｍｌ＋５００ｍｌ）／５０ｍｌ＝１１となる。

ところで、上記でも述べたように、機械圧縮比や吸気弁の閉弁時期が制御され、その制御された最終的な実圧縮比が同じであっても、例えば吸気弁が閉弁された時期に対する後の筒内燃料噴射装置による噴射タイミングによっては、燃料噴射される際の筒内燃料噴射装置の先端バルブにかかる筒内圧が変わるため、調整された燃圧（燃料の圧力）との差圧が変わり、実際に噴射される燃料量に要求燃料量からのズレが生じ、このことに起因して、実空燃比と目標空燃比との間に大きなズレを生じる場合がある。

このことに基づいて本発明においては、実空燃比と目標空燃比とのズレなどを抑制しうるように、吸気弁の閉弁時期や燃料噴射時期などの変化によりもたらされる筒内圧の変化を考慮して適切な燃料噴射制御を実行することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

図７は、本発明の内燃機関の制御装置における燃料噴射制御の一実施形態のフローチャートである。図７に示される燃料噴射制御においては、吸入空気量と目標空燃比とに基づいて基本燃料噴射量が算出され、該算出された基本燃料噴射量を筒内圧の変化に応じて補正制御することで、筒内圧の変化を考慮した適切な料燃料噴射制御の実行を可能とする。具体的には、まず、ステップ１０１において、圧縮行程における燃料噴射であるか否かが判定される。そして、圧縮行程における燃料噴射であることが確認されると、続くステップ１０２に進み、機械圧縮比と吸気弁の閉弁時期とに基づいて実圧縮比が算出される。続くステップ１０３においては、算出された実圧縮比と吸気弁の閉弁時期とにおいてもたらされる筒内圧の変化に適した目標燃料噴射量を導くための筒内圧補正係数が算出され、続くステップ１０４にて、該筒内圧補正係数と基本燃料噴射量とに基づいて目標燃料噴射量を算出し、ステップ１０５において燃料噴射が実行される。

図８は、吸気弁の閉弁時期と筒内圧との関係の一例を示す図である。より具体的には図８においては、実圧縮比が同一であるが吸気弁の閉弁時期が異なる場合における筒内圧の変化の典型的な一例が示される。図８から理解されうるごとく、実圧縮比が同じであっても、吸気弁の閉弁時期によって筒内圧の変化が異なり、同じタイミングにて燃料噴射が行われる場合においては、吸気弁の閉弁時期の相違により燃料噴射される際の筒内燃料噴射装置の先端バルブにかかる筒内圧が異なるものとなる。

図９は、吸気弁の閉弁時期と実圧縮比とに基づいて筒内圧補正係数を算出するマップの一実施形態を示す図である。より具体的には、該マップは、筒内圧と吸気弁の閉弁時期とが図８に示されるような関係にある場合において、実圧縮比と吸気弁の閉弁時期とにおいてもたらされる筒内圧の変化に適した目標燃料噴射量を導くための筒内圧補正係数を算出するためのマップの一実施形態を示す図である。図８から理解されうるごとく、実圧縮比が同一である場合であって燃料噴射タイミングが同じである場合には、吸気弁の閉弁時期が早いほど燃料噴射される際の筒内圧が高く、よって、吸気弁の閉弁時期が早いほど燃料噴射量を増量する必要がある。このことに基づいて図９に示されるマップにおいては、実圧縮比が同一である場合には吸気弁の閉弁時期が早いほど燃料噴射量が増量されるように、より大きな筒内圧補正係数が適用される。尚、図９に示されるマップにおいて、燃料噴射開始時期と吸気弁が閉弁時期とが一致する場合には実圧縮比に関わらず筒内圧補正係数が１．０に設定される。また、本マップは、試験評価や解析評価などに基づいて予め作成され、電子制御ユニット３０のメモリ内に格納されて使用されるものとする。

本実施形態においては、このような図９に示されたマップを使用して上記ステップ１０３において筒内圧補正係数が算出され、該筒内圧補正係数を使用して、実圧縮比と吸気弁の閉弁時期とにおいてもたらされる筒内圧の変化に適した目標燃料噴射量を導くことで、筒内圧の変化を考慮した適切な料燃料噴射制御の実行を可能とする。

尚、図７に示される燃料噴射制御の実施形態においては、燃料噴射開始時期については一定であることを前提しているが、燃料噴射開始時期を変更する場合も想定される。図８から理解されうるごとく、吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔が大きくなるほど燃料噴射される際の筒内圧は大きくなり、よって、燃料噴射量を増量する必要がある。このことに基づいて、上記ステップ１０３において、実圧縮比と吸気弁の閉弁時期とにおいてもたらされる筒内圧の変化に適した目標燃料噴射量を導くための第１の筒内圧補正係数を算出するとともに、吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔においてもたらされる筒内圧の変化に適した目標燃料噴射量を導くための第２の筒内圧補正係数を算出し、これらの第１及び第２の筒内圧補正係数と基本燃料噴射量とに基づいて目標燃料噴射量が算出されてもよい。図１０は、吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔に基づいて第２の筒内圧補正係数を算出するマップの一実施形態を示す図である。図１０に示されるごとく、吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔が大きくなるほど、筒内圧補正係数が大きくなるように構成される。尚、図９及び図１０に示されたそれぞれのマップは、一つの３次元マップとして構成されてもよい。

図１１は、本発明の内燃機関の制御装置における燃料噴射制御の別の一実施形態のフローチャートである。図１１に示される燃料噴射制御においては、機関回転数と吸入空気量とに基づいて基本目標燃圧が算出され、該算出された基本目標燃圧を筒内圧の変化に応じて補正制御することで、筒内圧の変化を考慮した適切な料燃料噴射制御の実行を可能とする。具体的には、まず、ステップ２０１において、圧縮行程における燃料噴射であるか否かが判定される。そして、圧縮行程における燃料噴射であることが確認されると、続くステップ２０２に進み、機械圧縮比と吸気弁の閉弁時期とに基づいて実圧縮比が算出される。続くステップ２０３においては、算出された実圧縮比と吸気弁の閉弁時期とにおいてもたらされる筒内圧の変化に適した目標燃圧を導くための燃圧補正値が算出され、続くステップ２０４にて、該燃圧補正値と基本目標燃圧とに基づいて目標燃圧が算出され、ステップ２０５において燃料噴射が実行される。

尚、本実施形態においては、機関回転数と吸入空気量とに基づいて基本目標燃圧が算出されるが、機関回転数と、内燃機関の各気筒内に充填された新気の量を表す負荷率（ＫＬ）とに基づいて基本目標燃圧が算出されてもよい。内燃機関の各機筒内に充填された新気の量を表す負荷率（ＫＬ）とは、内燃機関の負荷を表す一つのパラメータであり、例えば次式により定義される。
ＫＬ（％）＝Ｍｃａｉｒ／（（ＤＳＰ／ＮＣＹＬ）×ρａｓｔｄ）×１００
ここで、Ｍｃａｉｒは吸気弁が開弁し次いで閉弁したときに各気筒の筒内に充填されている新気の量である筒内充填新気量（ｇ）を、ＤＳＰは機関の排気量（リットル）を、ＮＣＹＬは気筒数を、ρａｓｔｄは標準状態（１気圧、２５℃）における空気密度（約１．２ｇ／リットル）をそれぞれ示している。

図１２は、吸気弁の閉弁時期と実圧縮比とに基づいて燃圧補正値を算出するマップの一実施形態を示す図である。より具体的には、該マップは、筒内圧と吸気弁の閉弁時期とが図８に示されるような関係にある場合において、実圧縮比と吸気弁の閉弁時期とにおいてもたらされる筒内圧の変化に適した目標燃圧を導くための燃圧補正値を算出するためのマップの一実施形態を示す図である。図８から理解されうるごとく、実圧縮比が同一である場合であって燃料噴射タイミングが同じである場合には、吸気弁の閉弁時期が早いほど燃料噴射される際の筒内圧が高くなり、よって、吸気弁の閉弁時期が早いほど燃圧を高くする必要がある。このことに基づいて図１２に示されるマップにおいては、実圧縮比が同一である場合には吸気弁の閉弁時期が早いほど燃圧が高くされるように、より大きな燃圧補正係数が適用される。尚、図１２に示されるマップにおいて、燃料噴射開始時期と吸気弁が閉弁時期とが一致する場合には実圧縮比に関わらず燃圧補正値が０に設定される。また、本マップは、試験評価や解析評価などに基づいて予め作成され、電子制御ユニット３０のメモリ内に格納されて使用されるものとする。

本実施形態においては、このような図１２に示されたマップを使用して上記ステップ２０３において燃圧補正値が算出され、該燃圧補正値を使用して、実圧縮比と吸気弁の閉弁時期とにおいてもたらされる筒内圧の変化に適した目標燃圧を導くことで、筒内圧の変化を考慮した適切な料燃料噴射制御の実行を可能とする。

尚、図１１に示される燃料噴射制御の実施形態においては、燃料噴射開始時期については一定であることを前提しているが、燃料噴射開始時期を変更する場合も想定される。図８から理解されうるごとく、吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔が大きくなるほど燃料噴射される際の筒内圧は大きくなり、よって、燃料噴射量を増量する必要がある。このことに基づいて、上記ステップ２０３において、実圧縮比と吸気弁の閉弁時期とにおいてもたらされる筒内圧の変化に適した目標燃圧を導くための燃圧補正値を算出するとともに、吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔においてもたらされる筒内圧の変化に適した目標燃圧を導くための燃圧補正値補正係数を算出し、これらの燃圧補正値と燃圧補正値補正係数と基本目標燃圧とに基づいて目標燃圧が算出されてもよい。図１３は、吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔に基づいて燃圧補正値補正係数を算出するマップの一実施形態を示す図である。図１３に示されるごとく、吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔が大きくなるほど、燃圧補正値補正係数が大きくなるように構成される。尚、図１２及び図１３に示されたそれぞれのマップは、一つの３次元マップとして構成されてもよい。

本発明の図１に示される一実施形態においては、機関排気通路内に配設され排気空燃比を検出する空燃比センサを備え、該空燃比センサの出力値に基づいてフィードバックパラメータとなるフィードバックゲインを用いて排気空燃比を目標空燃比に制御すべく燃料噴射量がフィードバックにより補正されるフィードバック制御が実行されるように構成される。このような構成を有する内燃機関において実行されうる本発明における燃料噴射制御の一実施形態を以下に説明する。

図１４は、本発明の内燃機関の制御装置における燃料噴射制御の別の一実施形態のフローチャートである。図１４に示される燃料噴射制御においては、空燃比センサの出力値に基づく燃料噴射量のフィードバック制御において使用されるフィードバックゲインを筒内圧の変化に応じて補正制御することで、筒内圧の変化を考慮した適切な燃料噴射制御の実行を可能とする。

筒内圧の変化は機械圧縮比の変化量および吸気弁の閉弁時期の変化量に依存し、機械圧縮比の変化量および吸気弁の閉弁時期の変化量が大きい場合には筒内圧の変化は大きくなる。筒内圧の変化が大きい場合においても燃料噴射制御を適切に追従させるためには、機械圧縮比の変化量および吸気弁の閉弁時期の変化量、すなわち、筒内圧の変化の大きさに応じて燃料噴射量のフィードバック制御において使用されるフィードバックゲインを補正制御することが必要となる。このことに基づいて本実施形態における燃料噴射制御においては、吸気弁の閉弁時期の変化量と機械圧縮比の変化量とに基づいて、燃料噴射量のフィードバック制御において使用されるフィードバックゲインが補正制御される。

図１４に示される燃料噴射制御においては、まず、ステップ３０１において、圧縮行程における燃料噴射であるか否かが判定される。そして、圧縮行程における燃料噴射であることが確認されると、続くステップ３０２に進み、所定の機関サイクル前からの機械圧縮比の変化量と吸気弁の閉弁時期の変化量とが算出される。続くステップ３０３においては、機械圧縮比の変化量と吸気弁の閉弁時期の変化量との各々の変化量がそれぞれの所定量よりも大きいか否かが判定される。各々の変化量がそれぞれの所定量よりも大きいと判定されると、続くステップ３０４において、燃料噴射量のフィードバック制御において使用されるフィードバックゲインが通常運転時において設定されているフィードバックゲインよりも大きなフィードバックゲインに補正制御され、燃料噴射量のフィードバック制御が実行され、ステップ３０５にて燃料噴射が実行される。

図１５は、機械圧縮比の変化量と吸気弁の閉弁時期の変化量とに基づいてフィードバックゲインを算出するマップの一実施形態を示す図である。上述したように、機械圧縮比や吸気弁の閉弁時期の変化が大きい場合においても燃料噴射制御を適切に追従させるためには、機械圧縮比の変化量および吸気弁の閉弁時期の変化量、すなわち、筒内圧の変化の大きさに応じて燃料噴射量のフィードバック制御において使用されるフィードバックゲインを補正制御することが必要となる。このことに基づいて、図１５に示されるマップにおいては、機械圧縮比が同一である場合には吸気弁の閉弁時期の変化量が大きくなるほどフィードバックゲインが大きくなるように算出され、また、吸気弁の閉弁時期が同一である場合には機械圧縮比の変化量が大きくなるほどフィードバックゲインが大きくなるように算出される。尚、本マップは、試験評価や解析評価などに基づいて予め作成され、電子制御ユニット３０のメモリに格納されて使用されるものとする。また、該燃料噴射量のフィードバック制御が例えばＰＩＤ制御にて実行されるような場合においては、Ｐ項（比例項）、Ｄ項（微分項）、Ｉ項（積分項）のそれぞれのフィードバックゲインが同様のマップに算出されるように構成されうる。

本実施形態においては、機械圧縮比の変化量と吸気弁の閉弁時期の変化量との各々の変化量がそれぞれの所定量よりも大きいと判定された場合においては、このような図１５に示されるマップを使用して上記ステップ３０４においてフィードバックゲインが算出され、該フィードバックゲインを使用して、機械圧縮比および吸気弁の閉弁時期の変化によりもたらされる筒内圧の変化に適した目標燃料噴射量を導くことで、筒内圧の変化を考慮した適切な料燃料噴射制御の実行を可能とする。尚、フィードバックゲインの補正制御の必要性の有無を判定する閾値となる、機械圧縮比および吸気弁の閉弁時期の変化量に対するそれぞれの所定量は、試験評価や解析評価などに基づいて予め設定されるものとする。

尚、図１４に示される燃料噴射制御の実施形態においては、燃料噴射開始時期については一定であることを前提しているが、燃料噴射開始時期を変更する場合も想定される。図８から理解されうるごとく、吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔が大きくなるほど燃料噴射される際の筒内圧は大きくなり、よって、燃料噴射量を増量する必要がある。このことに基づいて、機械圧縮比の変化量と吸気弁の閉弁開始時期の変化量とに応じたフィードバックゲイン補正値を算出するとともに、吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔に応じた筒内圧の変化に適したフィードバックゲイン補正値補正係数が算出されてもよい。図１６は、吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔に基づいてフィードバックゲイン補正値補正係数を算出するマップの一実施形態を示す図である。図１６に示されるごとく、吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔が大きくなるほど、フィードバックゲイン補正値補正係数が大きくなるように構成される。尚、図１５及び図１６に示されたそれぞれのマップは、一つの３次元マップとして構成されてもよい。

図１７は、本発明の内燃機関の制御装置における燃料噴射開始時期を考慮した燃料噴射制御の別の一実施形態のフローチャートである。具体的には、上記のような吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔による筒内圧の変化を考慮した燃料噴射制御の一実施形態を示すフローチャートである。図１７に示される燃料噴射制御においては、機械圧縮比の変化量と吸気弁の閉弁開始時期の変化量とに応じたフィードバックゲイン補正値を算出するとともに、吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔に応じた筒内圧の変化に適したフィードバックゲイン補正値補正係数を算出し、燃料噴射量のフィードバック制御において使用されるフィードバックゲインを筒内圧の変化に応じて補正制御することで、筒内圧の変化を考慮した適切な燃料噴射制御の実行を可能とする。

具体的には、まず、ステップ４０１において、圧縮行程における燃料噴射であるか否かが判定される。そして、圧縮行程における燃料噴射であることが確認されると、続くステップ４０２に進み、所定の機関サイクル前からの機械圧縮比の変化量と吸気弁の閉弁時期の変化量が算出される。続くステップ４０３においては、機械圧縮比の変化量と吸気弁の閉弁時期の変化量とに基づいて、燃料噴射量のフィードバック制御において使用されるフィードバックゲインに対する補正値すなわちフィードバックゲイン補正値が、図１５に示されるようなマップと同様のマップを使用して算出される。続くステップ４０４においては、吸気弁の閉弁時期と燃料噴射開始時期との間隔に応じたフィードバックゲイン補正値に対する補正係数すなわちフィードバックゲイン補正値補正係数が算出される。続くステップ４０５においては、ステップ４０３で算出されたフィードバックゲイン補正値とステップ４０４にて算出されたフィードバックゲイン補正値補正係数とに基づいて最終的なフィードバックゲイン補正値を算出し、該最終的なフィードバックゲイン補正値にもとづいてステップ４０６にて最終的なフィードバックゲインが算出され、該最終的なフィードバックゲインにて燃料噴射量のフィードバック制御がなされ、ステップ４０７にて燃料噴射が実行される。本実施形態における筒内圧の変化に応じた燃料噴射の補正制御においては、吸気弁の閉弁時期の変化量と機械圧縮比の変化量と筒内燃料噴射装置による燃料噴射開始時期とに基づいてフィードバックゲイン補正値が算出され、該フィードバックゲイン補正値にてフィードバックゲインを補正制御することで、筒内圧の変化を考慮した適切な料燃料噴射制御の実行を可能とする。

１クランクケース
２シリンダブロック
３シリンダヘッド
４ピストン
５燃焼室
７吸気弁
７０吸気弁駆動用カムシャフト
Ａ可変圧縮比機構
Ｂ可変バルブタイミング機構

Claims

機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構と、筒内に直接的に燃料を噴射する筒内燃料噴射装置とを具備し、前記可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更と前記可変バルブタイミング機構による吸気弁の閉弁時期の変更とにより実圧縮比が制御されうる内燃機関の制御装置であって、
前記可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更と前記可変バルブタイミング機構による吸気弁の閉弁時期の変更とによりもたらされる筒内圧の変化に応じて燃料噴射制御がなされるようにし、
前記燃料噴射制御においては、吸入空気量と目標空燃比とに基づいて基本燃料噴射量が算出されるとともに、該算出された基本燃料噴射量が筒内圧の変化に応じて補正制御されるようにし、
前記筒内圧の変化に応じた補正制御においては、
制御された実圧縮比と前記吸気弁の閉弁時期と前記筒内燃料噴射装置による燃料噴射時期とに基づいて筒内圧補正係数が算出され、該筒内圧補正係数にて前記基本燃料噴射量が補正制御される、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構と、筒内に直接的に燃料を噴射する筒内燃料噴射装置とを具備し、前記可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更と前記可変バルブタイミング機構による吸気弁の閉弁時期の変更とにより実圧縮比が制御されうる内燃機関の制御装置であって、
前記可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更と前記可変バルブタイミング機構による吸気弁の閉弁時期の変更とによりもたらされる筒内圧の変化に応じて燃料噴射制御がなされるようにし、
前記燃料噴射制御においては、機関回転数と吸入空気量とに基づいて前記筒内燃料噴射装置による燃料噴射の基本目標燃圧が算出されるとともに、該算出された基本目標燃圧が筒内圧の変化に応じて補正制御されるようにし、
前記筒内圧の変化に応じた補正制御においては、
制御された実圧縮比と前記吸気弁の閉弁時期と前記筒内燃料噴射装置による燃料噴射時期とに基づいて燃圧補正係数が算出され、該燃圧補正係数にて前記基本目標燃圧が補正制御される、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構と、筒内に直接的に燃料を噴射する筒内燃料噴射装置とを具備し、前記可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更と前記可変バルブタイミング機構による吸気弁の閉弁時期の変更とにより実圧縮比が制御されうる内燃機関の制御装置であって、
前記可変圧縮比機構による機械圧縮比の変更と前記可変バルブタイミング機構による吸気弁の閉弁時期の変更とによりもたらされる筒内圧の変化に応じて燃料噴射制御がなされるようにし、
機関排気通路内に配設され排気空燃比を検出する空燃比センサを備え、該空燃比センサの出力値に基づいてフィードバックパラメータとなるフィードバックゲインを用いて排気空燃比を目標空燃比に制御すべく燃料噴射量をフィードバックにより補正するフィードバック制御手段を有し、
前記燃料噴射制御においては、前記フィードバックゲインが筒内圧の変化に応じて補正制御されるようにし、
前記筒内圧の変化に応じた補正制御においては、
前記吸気弁の閉弁時期の変化量と前記可変圧縮比機構による機械圧縮比の変化量と前記筒内燃料噴射装置による燃料噴射時期とに基づいてフィードバックゲイン補正値が算出され、該フィードバックゲイン補正値にて前記フィードバックゲインが補正制御される、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。