JP5708812B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の気筒群で1つのスロットルを共有し、気筒群ごとに排気浄化触媒を有する内燃機関に用いて好適な制御装置に関する。
内燃機関の制御方法の1つとして、例えば特開2010−53705号公報や特開2009−047101号公報に開示されているように、トルクとともに効率及び空燃比を制御量として各アクチュエータの操作量を決定する方法が知られている。ここでいう効率とは、内燃機関が潜在的に出力しうるトルクに対する実際に出力されるトルクの比率を意味する。排気ガスを介して排気浄化触媒に供給される熱量は効率によって変化することから、効率を制御することによって排気浄化触媒の温度を制御することができる。これらの公報に開示された技術では、要求効率は直接にはスロットル開度を計算するために用いられている。具体的には、要求トルクを要求効率で除算した値に基づいて目標空気量が算出され、目標空気量に基づいてスロットル開度が決定される。そして、そのスロットル開度において実現されるトルクの推定値が最適点火時期を前提にして計算され、その推定値に対する要求トルクの比を目標効率として点火時期が決定される。このように決定されたスロットル開度と点火時期に従って各アクチュエータが操作されることによって、結果として要求どおりの効率が実現されることになる。
ところで、一般的な車両用の内燃機関には、多数の気筒を有する多気筒内燃機関が含まれる。多気筒内燃機関では、気筒を複数の群に分けてそれら複数の気筒群ごとに排気浄化触媒が設置されている場合がある。例えば特開2010−019227号公報に記載されているV型の内燃機関では、左右のバンクごとに排気浄化触媒が設置されている。このような内燃機関では、排気ガス性能の観点からは気筒群ごとに効率を制御することが望ましい。排気管の形状は気筒群ごとに異なり、排気浄化触媒の暖機性能には気筒群間で差があるためである。
しかしながら、上述の制御方法により実現可能な要求効率はあくまでも1つの値、つまり、内燃機関全体としての要求効率である。これは、上述の制御方法では、点火時期による効率の制御はスロットル開度による空気量の制御とセットで行われているためである。1つのスロットルを備える内燃機関の場合には、決定されるスロットル開度の値は1つであるため、それに対応して実現できる効率の値も1つである。したがって、スロットルが気筒群ごとに設けられている内燃機関であれば、気筒群ごとにスロットル開度を制御することができるので、異なる効率を気筒群ごとに実現することも可能である。ところが、一般的な多気筒内燃機関の多くは、複数の気筒群で1つのスロットルを共有している。そのような内燃機関に上述の制御方法を適用したところで、異なる効率を気筒群ごとに実現することは容易ではない。
さらに、気筒群ごとに排気浄化触媒を有する多気筒内燃機関の場合、空燃比フィードバック制御は気筒群ごとに行われている。このため、そのような内燃機関では、効率だけでなく空燃比についても気筒群ごとに異なる値が要求されることになる。ところが、前述の特開2010−53705号公報や特開2009−047101号公報には、気筒群ごとに異なる空燃比で運転する場合の制御方法については記載されていない。
特開2010−053705号公報 特開2010−019227号公報 特開2009−047101号公報
本発明は、上述の問題に鑑みなされたもので、複数の気筒群で1つのスロットルを共有し、気筒群ごとに排気浄化触媒を有する内燃機関において、当該内燃機関が気筒群ごとに異なる空燃比で運転される場合に、排気ガス性能の観点から要求される気筒群別の要求効率を精度良く実現することのできる制御装置を提供することを目的とする。
本発明の1つの形態によれば、本制御装置は、内燃機関の制御量であるトルクと効率の各要求値を取得するとともに、同じく内燃機関の制御量である空燃比の目標値を決定する。ただし、本制御装置は、トルクについては内燃機関全体に対する1つの要求値(以下、要求トルク)を取得するのに対し、効率については気筒群ごとにその要求値(以下、気筒群別要求効率)を取得する。なお、本発明における“効率”は、内燃機関が潜在的に出力しうる潜在トルクに対する実際に出力されるトルクの比として定義される。また、本制御装置は、空燃比については気筒群ごとにその目標値(以下、気筒群別目標空燃比)を取得する。本制御装置は、取得した気筒群別要求効率に基づいて代表効率を決定するとともに、決定した気筒群別目標空燃比に基づいて代表空燃比を決定する。代表効率は、気筒群別要求効率の平均値や中央値としてもよいが、気筒群別要求効率のうちの最小値とすることがより好ましい。代表空燃比は、気筒群別目標空燃比の平均値や中央値としてもよいが、気筒群別目標空燃比のうちの最大値、すなわち、最リーン値とすることがより好ましい。
本制御装置は、要求トルク、気筒群別要求効率、気筒群別目標空燃比、代表効率及び代表空燃比に基づいて空気量制御、点火時期制御及び燃料噴射量制御を実施する。空気量制御では、まず、要求トルクを代表効率で除算することによって要求潜在トルクが算出される。そして、最適点火時期における空気量とトルクとの関係を空燃比に関連付けて定めたデータに基づいて、代表空燃比のもとで要求潜在トルクを実現するための空気量の目標値、すなわち、目標空気量が算出される。そして、この目標空気量に従ってスロットルの開度が制御される。点火時期制御では、まず、代表効率と気筒群別要求効率との効率比が算出され、気筒群ごとに要求トルクを効率比で除算することによって気筒群別要求トルクが算出される。また、それとは別に、最適点火時期と代表空燃比と実際のスロットル開度のもとで実現される潜在トルクの推定値、すなわち、推定潜在トルクの計算も行われる。そして、気筒群別要求トルクと推定潜在トルクとの比である気筒群別目標効率が算出され、気筒群別目標効率に従って気筒群ごとに点火時期が制御される。燃料噴射量制御では、気筒群別目標空燃比に従って各気筒の燃料噴射量の制御が行われる。
このようにして空気量、点火時期及び燃料噴射量の各制御が行われることで、本制御装置によれば、気筒群ごとに異なる空燃比で運転しながら、排気ガス性能の観点から要求される気筒群別の要求効率を精度良く実現することができる。
なお、気筒群別目標空燃比の決定方法に関しては、次に述べる2つの好ましい方法がある。第1の好ましい方法によれば、気筒群のそれぞれに対する空燃比の要求値、すなわち、気筒群別要求空燃比が取得される。そして、気筒群別要求空燃比が今回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比として決定されるとともに、決定された今回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比に基づいて代表空燃比が決定される。この方法によれば、気筒群別の要求効率に加えて、空燃比についても気筒群別にその要求値を精度良く実現することができる。
気筒群別目標空燃比の決定に関する第2の好ましい方法によれば、気筒群別要求トルクと内燃機関の運転状態とに基づいて今回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比が決定されるとともに、前回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比に基づいて代表空燃比が決定される。この方法によれば、要求トルクと気筒群別の要求効率を精度良く実現することができる。なお、この方法を選択する場合には、排気浄化触媒の推定温度が最も低い気筒群、つまり、排気浄化触媒の活性が最も遅れている気筒群に対応する気筒群別目標空燃比を代表空燃比として決定するようにしてもよい。
本発明の実施の形態の内燃機関の制御システムを示すブロック図である。 本発明の実施の形態の制御装置で行われる実現モードの選択のための処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態の制御装置の実現モード1における構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態の制御装置の実現モード2における構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態の制御装置の実現モード3における構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図1は、本実施の形態の内燃機関(以下、エンジン)の制御システムを示すブロック図である。このシステムは、エンジン2とそれを制御するECU(Electronic Control Unit)10並びにエンジン2の運転状態や運転条件に関する情報を取得するための各種のセンサを含んでいる。本実施の形態おいて制御対象とされるエンジン2は、火花点火式の4サイクルレシプロエンジンであり、且つ、左右のバンクを有するV型エンジンである。このエンジン2では、バンクごとに排気マニホールドが取り付けられ、排気マニホールドごとに排気ガスを浄化するための排気浄化触媒が設置されている。一方、左右のバンクの吸気マニホールドは一体化されて、その上流には左右のバンクで共通のスロットル4が設置されている。
本実施の形態の制御装置はECU10の機能の一部として実現される。ECU10は各種のセンサ値を取り込み、それらに基づきエンジン2に備えられるアクチュエータを操作することでエンジン2の運転を制御する。ECU10が操作可能なアクチュエータには、スロットル4の他、点火装置、燃料噴射装置、可変バルブタイミング機構、EGR装置等が含まれる。ただし、本実施の形態において制御装置としてのECU10が操作するのは、スロットル4と左右バンクの点火装置6L,6R及び燃料噴射装置8L,8Rである。ECU10はこれらのアクチュエータを操作してエンジン2の運転を制御する。
ECU10は、エンジン2の制御量として、トルク、効率及び空燃比を使用する。ここでいうトルクはより厳密にはエンジンが発生させる図示トルクを意味する。空燃比は燃焼に供される混合気の空燃比を意味する。そして、本明細書における効率はエンジンが潜在的に出力しうるトルク(潜在トルク)に対する実際に出力されるトルクの割合を意味する。ECU10は、取り込んだ各種センサ値に基づいてこれらの要求値を決定する。ただし、エンジン2は左右のバンクごとに排気浄化触媒を備えているので、効率と空燃比に関してはバンクごとに異なる値が要求される。効率と空燃比は何れも排気浄化触媒の浄化性能に影響するためである。したがって、ECU10は、トルク、左バンク効率、右バンク効率、左バンク空燃比及び右バンク空燃比についてそれぞれの要求値を決定し、それらを実現するようにエンジン2の空気量制御、点火時期制御及び燃料噴射量制御を実施する。
ところが、本実施の形態のエンジン2の場合、上記の全ての制御量の要求値を同時に実現することはできない。点火時期及び燃料噴射量についてはバンクごとに制御可能であるが、エンジン2は左右のバンクで1つのスロットル4を共有しているため、空気量についてはバンクごとの制御が不可能だからである。上記の全ての制御量の要求値を同時に実現するためには、バンクごとに独立して空気量制御、点火時期制御及び燃料噴射量制御を実施できなければならない。
このため、ECU10は、上記の全ての制御量について要求値の実現をはかるのではなく、より優先度の高い制御量についてのみ要求値の実現をはかるように設計されている。具体的には、ECU10は、優先される制御量に違いが有る3つの実現モードを有している。そのうちの実現モード1は、左右バンクの効率及び空燃比の実現を優先するモードである。実現モード2は、トルクと左右バンクの空燃比の実現を優先するモードである。そして、実現モード3は、トルクと左右バンクの効率の実現を優先するモードである。どの実現モードを選択するか、つまり、どの制御量の実現を優先するかはエンジン2の運転状態や運転条件によって決まる。本実施の形態の場合、ECU10は、主として排気浄化触媒の劣化度とその推定温度とに基づいて実施する実現モードを決定する。
図2は、ECU10が行う実現モードの選択のための処理を示すフローチャートである。最初のステップS1では、ECU10は、排気浄化触媒の劣化度が所定の判定値1よりも大きいかどうか、つまり、判定値1を超えて排気浄化触媒の劣化が進んでいるかどうか判定する。排気浄化触媒の劣化度を計算する方法には限定はない。例えば、空燃比フィードバック制御における下流側酸素センサの出力値の反転周期から排気浄化触媒の酸素吸蔵能力を算出し、酸素吸蔵能力の大きさから劣化度を計算することでもよい。劣化が進んだ排気浄化触媒では酸素吸蔵能力が低下しているため、要求されている空燃比をそのまま実現しないと排気ガス性能が著しく悪化してしまう。そこで、排気浄化触媒の劣化度が判定値1よりも大きい場合、ECU10は実現モード2を選択してトルクと左右バンクの空燃比の実現を優先する(ステップS6)。
排気浄化触媒の劣化度が判定値1以下の場合、ECU10は、次のステップS2の判定を行う。ステップS2では、ECU10は、排気浄化触媒の劣化度が所定の判定値2よりも小さいかどうか、つまり、排気浄化触媒が劣化の進んでいない新しい触媒かどうか判定する。当然のことながら判定値2は判定値1よりも小さい値である。排気浄化触媒の活性後において排気ガス性能の観点から要求される空燃比は基本的にストイキであり、リッチ或いはリーンの要求は酸素吸蔵能力を適正化することを目的とした要求である。しかし、新しい触媒は酸素吸蔵能力が大きいため、多少、空燃比が要求値と異なったとしても、リッチ/リーンの方向さえ要求値と同じであるならば排気エミッションが大きく悪化することはない。そこで、排気浄化触媒の劣化度が判定値2より小さい場合、ECU10は実現モード3を選択してトルクと左右バンクの効率の実現を優先する(ステップS7)。
排気浄化触媒の劣化度が判定値2以上の場合、ECU10は、次のステップS3の判定を行う。ステップS3では、ECU10は、排気浄化触媒の推定温度が所定の判定値3よりも小さいかどうか、つまり、排気浄化触媒が未活性かどうか判定する。排気浄化触媒の温度を推定する方法には限定はない。例えば、排気浄化触媒の床温から推定してもよいし、排気ガスの温度から推定してもよい。排気浄化触媒が未活性の場合、その浄化能力や酸素吸蔵能力には期待ができない。この場合、空燃比によって排気ガス性能が決まってしまうことから、触媒未活性時の排気ガス性能の悪化を防ぐのであれば、効率ではなくて空燃比を優先すべきである。しかし、排気浄化触媒の推定温度が判定値3よりも小さい場合、ECU10は実現モード3を選択してトルクと左右バンクの効率の実現を優先する(ステップS7)。この場合、空燃比よりも効率の実現を優先することで一時的には排気ガス性能が低下する。しかし、排気浄化触媒の暖機を早期に完了することにより、トータルでの排気ガス性能の低下をより抑えることができる。
排気浄化触媒の推定温度が判定値3以上の場合、ECU10は、次のステップS4の判定とステップS5の判定を行う。ステップS4では、ECU10は左右バンクの要求空燃比の差が所定の判定値4よりも小さいかどうか判定する。また、ステップS5では、ECU10は左右バンクの要求効率の差が所定の判定値5よりも小さいかどうか判定する。空燃比や効率はトルクに影響するため、左右のバンク間でそれらに差がある場合には左右のバンク間でトルク差が生じるおそれがある。しかし、バンク間の空燃比の差や効率の差がある程度小さいのであれば、その差によって生じるトルク差は僅かであり、結果としてドライバビリティへの影響も小さい。そこで、バンク間の要求空燃比の差が判定値4よりも小さい場合、若しくは、バンク間の要求効率の差が判定値5よりも小さい場合、ECU10は実現モード1を選択して左右バンクの効率と空燃比の実現を優先する(ステップS8)。これにより、バンクごとの要求空燃比と要求効率をともにそのまま実現させ、燃費性能と排気ガス性能の最適化を図ることができる。
バンク間の要求空燃比の差が判定値4以上であり、かつ、バンク間の要求効率の差が判定値5以上の場合、ECU10は実現モード2或いは3を選択する。つまり、少なくともトルクの実現を優先する実現モードを選択する。実現モード2と実現モード3のどちらを選択するかは、排気浄化触媒の状態以外のエンジン2の運転状態や運転条件に応じて決めればよい。例えば、空燃比を周期的に振動させる要求がある場合には、実現モード2を選択すればよく、リザーブトルクの確保のために効率を一時的に下げることが要求されている場合には、実現モード3を選択すればよい。
以下、各実現モードにおいてECU10がとる制御構造について説明する。
図3−図5は、各実現モードおいてECU10がとる制御構造を示すブロック図である。図3は実現モード1に対応する制御構造を示し、図4は実現モード2に対応する制御構造を示し、そして、図5は実現モード3に対応する制御構造を示している。図3−図5においてECU10を構成している各要素は、ECU10が有する種々の機能的な要素のうち、スロットル4、左右バンクの点火装置6L,6R及び燃料噴射装置8L,8Rの操作による空気量制御、点火時期制御及び燃料噴射量制御に関係する要素のみを特別に図で表現したものである。したがって、図3−図5は、ECU10がこれらの要素のみで構成されていることを意味するものではない。なお、各要素は、それぞれが専用のハードウェアで構成されていてもよいし、ハードウェアは共有してソフトウェアによって仮想的に構成されるものでもよい。
エンジンの制御装置として機能する場合、ECU10は大きく分けて2つの部分、すなわち、要求調停部20と要求実現部30とを含んだ制御構造をとる。その制御構造における信号の伝達系統の上流側に要求調停部20が位置し、下流側に要求実現部30が位置している。前述のアクチュエータ4,6L,6R,8L,8Rには要求実現部30から操作信号が出力されている。なお、図3−図5中に矢印で示すブロック間の伝達信号とは別に、ECU10の中では種々の信号が流れている。そのような信号の一例が、エンジンの運転条件や運転状態に関するエンジン情報を含んだ信号である。エンジン情報には、エンジン回転数、スロットル開度センサの出力値、空燃比センサの出力値、現時点の実点火時期、冷却水温度、吸気弁及び排気弁のバルブタイミング等が含まれる。
まず、要求調停部20について説明する。エンジンにはドライバビリティ、燃費性能、排気ガス性能といった様々な性能が要求される。それらはエンジンの制御量に関する要求となって発生する。ところが、1つの制御量に関して複数の要求が発生した場合、それらを全て同時に完全に実現することはできない。このため、制御量ごとに要求の調停という処理が必要となる。ここでいう調停とは、例えば最大値選択、最小値選択、平均、或いは重ね合わせ等、複数の数値から1つの数値を得るための計算処理であり、複数種類の計算処理を適宜に組み合わせたものとすることもできる。このような調停を制御量ごとに実施するため、要求調停部20は3つの調停要素22,24,26を備えている。調停要素22は、トルクに関する様々な要求を集めて調停し、その調停結果に基づいて要求トルク“trqrq”を出力する。調停要素24は、効率に関する様々な要求を左右のバンクごとに集めて調停し、その調停結果に基づいて左バンクの要求効率“ηrqL”と右バンクの要求効率“ηrqR”とを別々に出力する。そして、調停要素26は、空燃比に関する様々な要求を左右のバンクごとに集めて調停し、その調停結果に基づいて左バンクの要求空燃比“afrqL”と右バンクの要求空燃比“afrqR”とを別々に出力する。
要求実現部30はマップや関数で表された複数の統計モデルや物理モデルを含んでいる。要求実現部30は、要求調停部20から入力される各種の要求制御量に基づき、それらの実現に必要な各アクチュエータの操作量を算出する。要求実現部30により算出される操作量は、スロットル4を操作するためのスロットル開度“TA”、左バンクの点火装置6Lを操作するための点火時期“SAL”、右バンクの点火装置6Rを操作するための点火時期“SAR”、左バンクの燃料噴射装置8Lを操作するための燃料噴射量“TauL”、そして、右バンクの燃料噴射装置8Rを操作するための燃料噴射量“TauR”である。これらの操作量を算出するため、要求実現部30は複数の計算要素を備えている。ただし、図3−図5の比較から分かるように、要求実現部30の構成は実現モードによって異なる。ECU10は、選択された実現モードに応じて要求実現部30の構成を変化させている。
[実現モード1の説明]
図3を参照し、実現モード1における要求実現部30の構成と処理の内容について説明する。実現モード1では、左バンクの要求効率“ηrqL”と右バンクの要求効率“ηrqR”のうちの最小値が代表効率“ηrep”として決定される。また、左バンクの要求空燃比“afrqL”と右バンクの要求空燃比“afrqR”のうちの最大値、すなわち、最リーン値が代表空燃比“afrep”として決定される。実現モード1では、アクチュエータ4,6L,6R,8L,8Rの操作量を計算するための情報として、要求トルク“trqrq”、左バンク要求効率“ηrqL”、右バンク要求効率“ηrqR”、左バンク要求空燃比“afrqL”、右バンク要求空燃比“afrqR”、代表効率“ηrep”及び代表空燃比“afrep”が用いられる。
まず、実現モード1におけるスロットル開度の計算に関して説明する。スロットル開度の計算に用いるための主たる情報は要求トルク“trqrq”である。ただし、要求トルク“trqrq”を直接スロットル開度に変換するのではない。要求トルク“trqrq”を代表効率“ηrep”で除算することによって、要求潜在トルクである空気量制御用トルク“trqair”が算出される。代表効率が1よりも小さい場合には、空気量制御用トルクは要求トルクよりも大きくなる。これは要求トルクよりも大きなトルクを潜在的に出力可能にしておくことがスロットル4による空気量制御に求められていることを意味する。
空気量制御用トルク“trqair”は、目標空気量算出部32によって目標空気量“KL”に変換される。ここでいう空気量とは筒内に吸入される空気量を意味する(それを無次元化した充填効率或いは負荷率を代わりに用いることもできる)。その変換に用いられるマップは、点火時期が最適点火時期(MBTとトレースノック点火時期のうち、より遅角側の点火時期)であることを前提にして、トルクと空気量とがエンジン回転数及び空燃比を含む種々のエンジン状態量をキーにして関連付けられたマップである。このマップはエンジンを試験して得られたデータに基づいて作成されている。トルク−空気量変換マップの検索にはエンジン状態量の実際値や目標値が用いられる。ただし、空燃比に関しては前述の代表空燃比“afrep”がマップ検索に用いられる。したがって、目標空気量算出部32では、代表空燃比“afrep”のもとで空気量制御用トルク“trqair”の実現に必要な空気量が目標空気量“KL”として算出される。
目標空気量“KL”は、スロットル開度算出部34によってスロットル開度“TA”に変換される。その変換にはエアモデルの逆モデルが用いられる。エアモデルはスロットル4の動作に対する空気量の応答特性をモデル化した物理モデルであるので、その逆モデルを用いることで目標空気量“KL”の達成に必要なスロットル開度“TA”を逆算することができる。ECU10によるスロットル4の操作は、スロットル開度算出部34で算出されたスロットル開度“TA”に従って行われる。
次に、実現モード1における点火時期の計算に関して説明する。点火時期の計算には、推定トルク算出部40で算出される推定トルク“tqest”が用いられる。推定トルク算出部40は、上述のスロットル開度制御によって実現される実際のスロットル開度に基づいて推定トルクを算出する。本明細書における推定トルクとは、現在のスロットル開度と代表空燃比“afrep”のもとで点火時期を最適点火時期にセットした場合に出力できるトルク、すなわち、エンジンが潜在的に出力しうる潜在トルクの推定値である。推定トルク算出部40は、まず、前述のエアモデルの順モデルを用いてスロットル開度を推定空気量に変換する。推定空気量は現在のスロットル開度によって実際に実現されている空気量の推定値である。次に、トルク−空気量変換マップを用いて推定空気量を推定トルク“tqest”に変換する。このトルク−空気量変換マップの検索では、前述の代表空燃比“afrep”が検索キーとして用いられる。
点火時期の計算は左右のバンク毎に行われる。左バンクの点火時期の計算では、まず、左バンク要求効率“ηrqL”に対する代表効率“ηrep”の比が計算される。次に、その効率比で要求トルク“trqrq”を除算することによって、左バンク要求トルク“trqL”が算出される。そして、左バンク要求トルク“trqL”と推定トルク“tqest”との比が左バンク目標効率“ηtaL”として算出される。一方、右バンクの点火時期の計算では、まず、右バンク要求効率“ηrqR”に対する代表効率“ηrep”の比が計算される。次に、その効率比で要求トルク“trqrq”を除算することによって、右バンク要求トルク“trqR”が算出される。そして、右バンク要求トルク“trqR”と推定トルク“tqest”との比が右バンク目標効率“ηtaR”として算出される。
各バンクの点火時期“SAL,SAR”は、対応する目標効率“ηtaL,ηtaR”に基づいて決定される。左バンク点火時期算出部36Lは、エンジン回転数等のエンジン状態量に基づいて最適点火時期を算出するとともに、左バンク目標効率“ηtaL”から最適点火時期に対する遅角量を算出する。左バンク目標効率“ηtaL”が1であれば遅角量をゼロとし、1よりも小さいほど遅角量を大きくする。そして、最適点火時期に遅角量を足しあわせたものを最終的な左バンク点火時期“ηtaL”として算出する。一方、右バンク点火時期算出部36Rは、右バンク目標効率“ηtaR”から最適点火時期に対する遅角量を算出する。そして、最適点火時期に遅角量を足しあわせたものを最終的な右バンク点火時期“ηtaR”として算出する。ECU10による各バンクの点火装置6L,6Rの操作は、対応する点火時期算出部36L,36Rで算出された点火時期“SAL,SAR”に従って行われる。
最後に、実現モード1における燃料噴射量の計算に関して説明する。実現モード1では、燃料噴射量の計算は左右のバンク別に要求される要求空燃比“afrqL,afrqR”に基づいて気筒ごと行われる。左バンク燃料噴射量算出部38Lは、左バンク要求空燃比“afrqL”をそのまま左バンクの目標空燃比“aftaL”とし、左バンク目標空燃比“aftaL”と対象気筒の吸気弁閉じタイミングでの予測空気量とから左バンク各気筒の燃料噴射量“TauL”を算出する。右バンク燃料噴射量算出部38Rは、右バンク要求空燃比“afrqR”をそのまま右バンクの目標空燃比“aftaR”とし、右バンク目標空燃比“aftaR”と対象気筒の吸気弁閉じタイミングでの予測空気量とから右バンク各気筒の燃料噴射量“TauR”を算出する。ECU10による各バンクの燃料噴射装置8L,8Rの操作は、対応する燃料噴射量算出部38L,38Rで算出された燃料噴射量“TauL,TauR”に従って行われる。
[実現モード2の説明]
次に、図4を参照し、実現モード2における要求実現部30の構成と処理の内容について説明する。実現モード2では、左バンクの要求効率“ηrqL”と右バンクの要求効率“ηrqR”のうちの最小値が代表効率“ηrep”として選択される。また、左バンクの要求空燃比“afrqL”と右バンクの要求空燃比“afrqR”のうちの最大値が代表空燃比“afrep”として決定される。実現モード2では、アクチュエータ4,6L,6R,8L,8Rの操作量を計算するための情報として、要求トルク“trqrq”、左バンク要求空燃比“afrqL”、右バンク要求空燃比“afrqR”、代表効率“ηrep”及び代表空燃比“afrep”が用いられる。なお、実現モード2では、操作量の計算にはバンク別の要求効率“ηrqL,ηrqR”は直接には用いられない。
実現モード2におけるスロットル開度の計算では、要求トルク“trqrq”を代表効率“ηrep”で除算することによって空気量制御用トルク“trqair”が算出される。空気量制御用トルク“trqair”は、目標空気量算出部32によって目標空気量“KL”に変換される。その変換では、代表空燃比“afrep”がトルク−空気量変換マップの検索のためのキーとして用いられる。そして、目標空気量“KL”は、スロットル開度算出部34によってスロットル開度“TA”に変換される。
実現モード2における点火時期の計算では、点火時期の計算に用いられる推定トルクが左右のバンクごとに算出される。推定トルク算出部40は、左バンク要求空燃比“afrqL”を用いて左バンク推定トルク“tqestL”を算出し、右バンク要求空燃比“afrqR”を用いて右バンク推定トルク“tqestR”を算出する。詳しくは、トルク−空気量変換マップを用いて推定空気量を推定トルクに変換する際、左バンク推定トルク“tqestL”の計算では左バンク要求空燃比“afrqL”が検索キーとして用いられ、右バンク要求空燃比“afrqR”の計算では右バンク推定トルク“tqestR”が検索キーとして用いられる。
左バンクの点火時期の計算では、要求トルク“trq”と左バンク推定トルク“tqestL”との比が左バンク目標効率“ηtaL”として算出される。そして、左バンク点火時期算出部36Lにおいて、左バンク目標効率“ηtaLに基づいて左バンク点火時期“SAL”が算出される。一方、右バンクの点火時期の計算では、要求トルク“trq”と右バンク推定トルク“tqestR”との比が右バンク目標効率“ηtaR”として算出される。そして、右バンク点火時期算出部36Rにおいて、右バンク目標効率“ηtaR”から右バンク点火時期“SAR”が算出される。
実現モード2における燃料噴射量の計算は、実現モード1の場合と同じく、左右のバンク別に要求される要求空燃比“afrqL,afrqR”に基づいて気筒ごとに行われる。すなわち、左バンク燃料噴射量算出部38Lでは、左バンク要求空燃比“afrqL”がそのまま左バンクの目標空燃比“aftaL”として用いられ、その目標空燃比“aftaL”を実現するように左バンクの各気筒の燃料噴射量“TauL”が算出される。右バンク燃料噴射量算出部38Rでは、右バンク要求空燃比“afrqR”がそのまま右バンクの目標空燃比“aftaR”として用いられ、その目標空燃比“aftaR”を実現するように右バンクの各気筒の燃料噴射量“TauR”が算出される。
[実現モード3の説明]
次に、図5を参照し、実現モード3における要求実現部30の構成と処理の内容について説明する。実現モード3では、実現モード1の場合と同じく、左バンクの要求効率“ηrqL”と右バンクの要求効率“ηrqR”のうちの最小値が代表効率“ηrep”として決定される。一方、空燃比に関しては、実現モード1の場合とは異なり、後述する目標空燃比算出部42で算出される左バンク目標空燃比“aftaL”の前回値と右バンク目標空燃比“aftaR”の前回値のうちの最大値が代表空燃比“afrep”として決定される。実現モード3では、アクチュエータ4,6L,6R,8L,8Rの操作量を計算するための情報として、要求トルク“trqrq”、左バンク要求効率“ηrqL”、右バンク要求効率“ηrqR”、代表効率“ηrep”及び代表空燃比“afrep”が用いられる。
実現モード3におけるスロットル開度の計算では、要求トルク“trqrq”を代表効率“ηrep”で除算することによって空気量制御用トルク“trqair”が算出される。空気量制御用トルク“trqair”は、目標空気量算出部32によって目標空気量“KL”に変換される。その変換では、代表空燃比“afrep”がトルク−空気量変換マップの検索のためのキーとして用いられる。そして、目標空気量“KL”は、スロットル開度算出部34によってスロットル開度“TA”に変換される。
実現モード3における点火時期の計算は、実現モード1の場合と同じく、左右のバンクごとに行われる。左バンクの点火時期の計算では、左バンク要求効率“ηrqL”に対する代表効率“ηrep”の比で要求トルク“trqrq”を除算することによって、左バンク要求トルク“trqL”が算出される。そして、左バンク要求トルク“trqL”と推定トルク“tqest”との比が左バンク目標効率“ηtaL”として算出される。推定トルク“tqest”は、実現モード1の場合と同じく、推定トルク算出部40により代表空燃比“afrep”を用いて算出される。左バンク点火時期算出部36Lでは、このようにして得られた左バンク目標効率“ηtaL”に基づいて左バンク点火時期“SAL”が算出される。一方、右バンクの点火時期の計算では、右バンク要求効率“ηrqR”に対する代表効率“ηrep”の比で要求トルク“trqrq”を除算することによって、右バンク要求トルク“trqR”が算出される。そして、右バンク要求トルク“trqR”と推定トルク“tqest”との比が右バンク目標効率“ηtaR”として算出される。右バンク点火時期算出部36Rでは、このようにして得られた右バンク目標効率“ηtaR”に基づいて右バンク点火時期“SAR”が算出される。
最後に、実現モード3における燃料噴射量の計算に関して説明する。実現モード3では、目標空燃比算出部42によって左右のバンク別に目標空燃比“aftaL,aftaR”が算出される。目標空燃比算出部42による目標空燃比“aftaL,aftaR”の計算では、要求調停部20の調停要素26から出力される要求空燃比は用いられない。詳しくは、目標空燃比算出部42は、要求トルク、空気量(負荷)、点火時期及び回転数等のエンジン2の運転状態に関する情報を空燃比に関連付けたマップを有している。目標空燃比算出部42は、このマップを用いて左バンク要求トルク“trqL”を左バンクの目標空燃比“aftaL”に変換するとともに、右バンク要求トルク“trqR”を右バンクの目標空燃比“aftaR”に変換する。こうして得られた目標空燃比“aftaL,aftaR”の前回タイムステップにおける値は、前述の代表空燃比“afrep”の決定に用いられている。一方、目標空燃比“aftaL,aftaR”の今回タイムステップにおける値は、燃料噴射量算出部38L,38Rによる燃料噴射量の計算に用いられる。左バンク燃料噴射量算出部38Lは、左バンク目標空燃比“aftaL”から左バンクの各気筒の燃料噴射量“TauL”を算出する。そして、右バンク燃料噴射量算出部38Rは、得られた右バンク目標空燃比“aftaR”から右バンクの各気筒の燃料噴射量“TauR”を算出する。
以上が本発明の実施の形態についての説明である。ただし、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、実現モード1−3において、代表効率は左右バンクの要求効率の平均値とすることもできる。また、実現モード1に関しては、代表空燃比は左右バンクの要求空燃比の平均値とすることもできる。実現モード3に関しては、左右バンクの目標空燃比の前回値の平均値を代表空燃比とすることもできる。さらに、実現モード3に関しては、排気浄化触媒の暖機が未完了のバンクにおける目標空燃比の前回値を代表空燃比としてもよい。或いは、排気浄化触媒の活性が低いほうのバンクにおける目標空燃比の前回値を代表空燃比としてもよい。排気浄化触媒の暖機が未完了かどうかの判定や、排気浄化触媒の活性度の判定は排気浄化触媒の推定温度に基づいて行うことができる。排気浄化触媒の推定温度が最も低いバンクにおける目標空燃比の前回値を代表空燃比とすることもできる。
2 エンジン
4 スロットル
6L,6R 点火装置
8L,8R 燃料噴射装置
10 ECU
20 要求調停部
22,24,26 調停要素
30 要求実現部
32 目標空気量算出部
34 スロットル開度算出部
36L,36R 点火時期算出部
38L,38R 燃料噴射量算出部
40 推定潜在トルク算出部
42 目標空燃比算出部

Claims (6)

  1. 複数の気筒群で1つのスロットルを共有し、前記気筒群ごとに排気浄化触媒を有する内燃機関の制御装置において、
    前記内燃機関に対するトルクの要求値(以下、要求トルク)を取得する手段と
    前記内燃機関が潜在的に出力しうる潜在トルクに対する実際に出力されるトルクの比である効率の前記気筒群ごとの要求値(以下、気筒群別要求効率)を取得する手段と、
    前記複数の気筒群のそれぞれにおける空燃比の目標値(以下、気筒群別目標空燃比)を決定する手段と、
    前記気筒群別要求効率に基づいて代表効率を決定する手段と、
    前記気筒群別目標空燃比に基づいて代表空燃比を決定する手段と、
    前記要求トルクを前記代表効率で除算することにより潜在トルクの要求値(以下、要求潜在トルク)を算出する手段と、
    最適点火時期における空気量とトルクとの関係を空燃比に関連付けて定めたデータに基づいて、前記代表空燃比のもとで前記要求潜在トルクを実現するための空気量の目標値(以下、目標空気量)を算出する手段と、
    前記目標空気量に従って前記スロットルの開度を制御する手段と、
    前記代表効率と前記気筒群別要求効率との効率比を算出し、前記気筒群ごとに前記要求トルクを前記効率比で除算することによって気筒群別要求トルクを算出する手段と、
    前記最適点火時期と前記代表空燃比と実際のスロットル開度のもとで実現される潜在トルクの推定値(以下、推定潜在トルク)を算出する手段と、
    前記気筒群別要求トルクと前記推定潜在トルクとの比を気筒群別目標効率として算出する手段と、
    前記気筒群別目標効率に従って前記気筒群ごとに点火時期を制御する手段と、
    前記気筒群別目標空燃比に従って各気筒の燃料噴射量を制御する手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記気筒群別目標空燃比を決定する手段は、前記気筒群のそれぞれに対する空燃比の要求値(以下、気筒群別要求空燃比)を取得し、前記気筒群別要求空燃比を今回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比として決定し、前記代表空燃比を決定する手段は、今回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比に基づいて前記代表空燃比を決定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記気筒群別目標空燃比を決定する手段は、前記気筒群別要求トルクと前記内燃機関の運転状態とに基づいて今回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比を決定し、前記代表空燃比を決定する手段は、前回タイムステップにおける気筒群別目標空燃比に基づいて前記代表空燃比を決定することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記代表空燃比を決定する手段は、前記気筒群別目標空燃比のうちの最大値を前記代表空燃比として決定することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記代表空燃比を決定する手段は、前記排気浄化触媒の推定温度が最も低い気筒群に対応する気筒群別目標空燃比を前記代表空燃比として決定することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記代表効率を決定する手段は、前記気筒群別要求効率のうちの最大値を前記代表効率として決定することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
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