JP5892144B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は内燃機関の制御装置に係る。特に、本発明は、燃料噴射量および吸入空気量を適正化するための対策に関する。
従来、自動車等に搭載されるエンジンの制御として、気筒内の実空燃比が目標空燃比に一致するようにインジェクタからの燃料噴射量を制御することが行われている(例えば特許文献1および特許文献2)。
具体的に、特許文献1では、筒内圧センサによって気筒内の圧力の推移を検出し、その圧力のピーク位置のずれ量(定常運転時における圧力のピーク位置に対するずれ量)から空燃比のずれ量を算出する。そして、この空燃比のずれ量に応じて燃料噴射量を補正し、これにより、実空燃比を目標空燃比に一致させるようにしている。
また、特許文献2では、エアフローメータによって検出される吸入空気量に基づいて、実空燃比が目標空燃比に維持されるように或いは実空燃比が目標空燃比に近付くように、インジェクタからの燃料噴射量を決定している。
特開2011−85061号公報 特開2007−2780号公報
しかしながら、従来の燃料噴射量の制御は、実空燃比を目標空燃比に近付けるといった技術的思想に基づいて行われていたため、以下に述べる課題があった。
例えば、エンジンの過渡運転時などであって、適正な吸入空気量(例えばエンジン負荷等に適した吸入空気量)よりも実際の吸入空気量が多い状況である場合には、前記燃料噴射量制御が行われたことで実空燃比が目標空燃比に一致したとしても、燃料噴射量が適正な量よりも多くなっている可能性がある。このような状況では、燃料噴射量が過剰になり、燃料消費率の悪化を招いてしまうことになる。
一方、適正な吸入空気量よりも実際の吸入空気量が少ない状況である場合には、前記燃料噴射量制御が行われたことで実空燃比が目標空燃比に一致したとしても、燃料噴射量が適正な量よりも少なくなっている可能性がある。このような状況では、運転者が要求するエンジントルクを得ることができず、ドライバビリティの悪化を招いてしまうことになる。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料噴射量および吸入空気量の適正化を図ることが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
−発明の解決原理−
前記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、気筒内の燃料量に相関のあるパラメータ上での基準値と実値との偏差に基づいて燃料噴射量を補正すると共に、気筒内の空気量に相関のあるパラメータ上での基準値と実値との偏差に基づいて吸入空気量を補正することである。
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段とを備えた内燃機関の制御装置を前提とする。この内燃機関の制御装置に対し、「前記内燃機関の運転状態量に応じて予め設定された基準熱発生量と実熱発生量との偏差」に基づいて燃料噴射補正量を求め、この燃料噴射補正量に従って前記燃料噴射量制御手段による燃料噴射量を制御する構成としている。また、「前記内燃機関の運転状態量に応じて予め設定された基準熱発生量の変化勾配と実熱発生量の変化勾配との偏差」、および、「前記基準熱発生量と前記実熱発生量との偏差に基づいて求められる燃料噴射量のずれ量または前記燃料噴射補正量」に基づいて吸入空気補正量を求め、この吸入空気補正量に従って前記吸入空気量制御手段による吸入空気量を制御する構成としている。
前記基準熱発生量は、理想的な燃焼(例えば要求トルクを得るための理想的な燃焼)が行われた場合における熱発生量であって、前記内燃機関の運転状態量に応じて予め設定された燃料噴射量に基づいて設定されている。
また、前記基準熱発生量の変化勾配は、理想的な燃焼が行われた場合における熱発生量の変化勾配であって、前記内燃機関の運転状態量に応じて予め設定された吸入空気量および燃料噴射量に基づいて設定されている。
本解決手段は、「前記基準熱発生量と前記実熱発生量との偏差」と「燃料噴射量の過不足分」との間に相関があることを利用している。そして、実熱発生量が基準熱発生量よりも少ない場合には燃料噴射量が不足しているとされ、実熱発生量が基準熱発生量よりも多い場合には燃料噴射量が過剰となっているとされて、燃料噴射補正量が求められる。そして、この燃料噴射補正量に従って燃料噴射量制御手段による燃料噴射量制御が行われる。
また、本解決手段は、「基準熱発生量の変化勾配と実熱発生量の変化勾配との偏差」および「燃料噴射ずれ(適正な噴射量に対する実燃料噴射量のずれ量)または前記燃料噴射補正量」と「吸入空気量の過不足分」との間に相関があることに着目したものとなっている。つまり、「前記勾配同士の偏差」および「前記燃料噴射量のずれ量または前記燃料噴射補正量」が求まれば、「吸入空気量の過不足分」を求めることが可能であることに着目したものである。そして、この吸入空気量の過不足分に基づいて吸入空気補正量が求められ、この吸入空気補正量に従って吸入空気量制御手段による吸入空気量制御が行われる。
このように、燃料噴射補正量および吸入空気補正量を個別に求め、燃料噴射補正量に従った燃料噴射量制御手段による燃料噴射量制御と、吸入空気補正量に従った吸入空気量制御手段による吸入空気量制御とを個別に行うようにしたことにより、これら燃料噴射量および吸入空気量それぞれの適正化を図ることができる。
また、適正な燃料噴射量および適正な吸入空気量が得られており且つ目標空燃比が達成されている場合の燃焼状態に対応したものとして前記基準熱発生量および基準熱発生量の変化勾配を設定した場合には、前記燃料噴射量制御および吸入空気量制御を個別に行いながらも、実空燃比を目標空燃比に近付ける又は一致させることが可能になる。
前記燃料噴射補正量は、「前記基準熱発生量と前記実熱発生量との偏差」を、燃料の単位体積当たりの発生熱量である熱発生効率で除算することにより求められる燃料噴射量のずれ量に従って設定される。
つまり、基準熱発生量と実熱発生量との偏差(例えば単位は「J」)を燃料噴射量のずれ量(体積)に換算するために、この偏差を熱発生効率(例えば単位は「J/mm3」)で除算している。これにより、前記熱発生量の偏差から燃料噴射量のずれ量(体積)を容易に算出することができる。
前記吸入空気補正量は、「前記基準熱発生量の変化勾配と前記実熱発生量の変化勾配との偏差」、「前記基準熱発生量と前記実熱発生量との偏差を、燃料の単位体積当たりの発生熱量である熱発生効率で除算することにより求められる燃料噴射量のずれ量」、「実吸入空気量」、および、「実燃料噴射量」により求められる吸入空気量のずれ量に従って設定される。
熱発生量の変化勾配は、吸入空気量および燃料噴射量の影響を受ける。例えば吸入空気量が多いほど熱発生量の変化勾配は大きくなる。また、燃料噴射量が多いほど熱発生量の変化勾配は大きくなる。このため、基準熱発生量の変化勾配と実熱発生量の変化勾配との偏差は、燃料噴射量のずれ量、吸入空気量のずれ量、実吸入空気量、実燃料噴射量と相関がある。従って、吸入空気量のずれ量は、基準熱発生量の変化勾配と実熱発生量の変化勾配との偏差、燃料噴射量のずれ量、実吸入空気量、実燃料噴射量によって求めることが可能である。そして、この吸入空気量のずれ量が求まれば、それに従って吸入空気補正量を設定することが可能である。このように、本解決手段では、熱発生量の変化勾配、吸入空気量、燃料噴射量が互いに影響し合うことを利用して吸入空気補正量を設定するようにしている。このため、吸入空気補正量を高い精度で求めることが可能である。
また、燃料噴射期間における燃焼室内温度が燃料の予混合燃焼開始温度以上でかつ燃料の拡散燃焼開始温度未満である場合には、燃料噴射期間における燃焼室内温度が燃料の拡散燃焼開始温度以上である場合に対して、「前記基準熱発生量の変化勾配と前記実熱発生量の変化勾配との偏差」および「前記燃料噴射量のずれ量または前記燃料噴射補正量」が同一であっても、吸入空気補正量を少なく設定するようにしている。
燃料噴射期間における燃焼室内温度が燃料の予混合燃焼開始温度以上でかつ燃料の拡散燃焼開始温度未満である場合、噴射された燃料の大部分は予混合燃焼となる。一方、燃料噴射期間における燃焼室内温度が燃料の拡散燃焼開始温度以上である場合、噴射された燃料の大部分は拡散燃焼となる。そして、拡散燃焼に比べて予混合燃焼は、酸素量の影響を大きく受ける(燃焼室内温度が比較的低い状態での燃焼であるため、燃焼室内の酸素量が燃焼の促進に大きく影響する)。つまり、予混合燃焼は、吸入空気量のずれ量が比較的小さくても実熱発生量の変化勾配の変化としては大きく現れる(拡散燃焼の場合に比べて大きく現れる)。このため、噴射燃料の燃焼の大部分が予混合燃焼である場合には、噴射燃料の大部分が拡散燃焼である場合に比べて、この酸素量の影響を大きく受けていることを考慮して吸入空気量の補正を行う必要がある。このことから、燃料噴射期間における燃焼室内温度が燃料の予混合燃焼開始温度以上でかつ燃料の拡散燃焼開始温度未満である場合には、燃料噴射期間における燃焼室内温度が燃料の拡散燃焼開始温度以上である場合に対して、前記各熱発生量の変化勾配の偏差および前記燃料噴射量のずれ量(または前記燃料噴射補正量)が同一であっても、吸入空気補正量を少なく設定する。これにより、燃料の燃焼形態に応じた吸入空気量の適正化を図ることができる。
本発明では、燃料噴射量および吸入空気量それぞれを個別に補正することにより、これら燃料噴射量および吸入空気量それぞれの適正化を図ることができる。
実施形態に係るディーゼルエンジンおよびその制御系統の概略構成を示す図である。 ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。 ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。 燃焼行程時の熱発生率(クランク軸の単位回転角度当たりの熱発生量)の変化および燃料噴射率(クランク軸の単位回転角度当たりの燃料噴射量)の変化をそれぞれ示す波形図である。 燃料噴射量および吸入空気量それぞれの制御の手順を示すフローチャート図である。 基準熱発生量Qbと実熱発生量Qrとの偏差から、燃料噴射量のずれ量Δfを求めるマップを示す図である。 吸入空気量を不変とした場合における燃料噴射量のずれ量Δfと熱発生率勾配のずれ量ΔSとの関係を示す図である。 燃料噴射量のずれと熱発生率波形との関係を説明するための図である。 燃料噴射量を不変とした場合における吸入空気量のずれ量ΔAと熱発生率勾配のずれ量ΔSとの関係を示す図である。 吸入空気量のずれと熱発生率波形との関係を説明するための図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒(例えば直列4気筒)ディーゼルエンジン(圧縮自着火式内燃機関)に、本発明を適用した場合について説明する。
−エンジンの構成−
図1は本実施形態に係るディーゼルエンジン1(以下、単にエンジンという)およびその制御系統の概略構成図である。
この図1に示すように、本実施形態に係るエンジン1は、燃料供給系2、燃焼室3、吸気系6、排気系7等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
燃料供給系2は、サプライポンプ21、コモンレール22、インジェクタ(燃料噴射弁)23、機関燃料通路24等を備えている。
前記サプライポンプ21は、燃料タンクから汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路24を介してコモンレール22に供給する。コモンレール22は、高圧燃料を所定圧力に保持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ23,23,…に分配する。インジェクタ(燃料噴射量制御手段)23は、内部に圧電素子(ピエゾ素子)を備えたピエゾインジェクタであり、開弁期間の制御によって、燃焼室3内への燃料噴射量が調整可能となっている。
吸気系6は、シリンダヘッド15(図2参照)に形成された吸気ポート15aに接続される吸気マニホールド61を備え、この吸気マニホールド61に吸気管62が接続されている。また、この吸気系6には、上流側から順にエアクリーナ63、エアフローメータ43、吸気絞り弁(ディーゼルスロットル)64が配設されている。
排気系7は、シリンダヘッド15に形成された排気ポート15bに接続される排気マニホールド71を備え、この排気マニホールド71に排気管72が接続されている。また、この排気系7には排気浄化ユニット73が配設されている。この排気浄化ユニット73には、NOx吸蔵還元型触媒としてのNSR(NOx Storage Reduction)触媒74およびDPF(Diesel Paticulate Filter)75が備えられている。
図2に示すように、シリンダブロック11には、各気筒(4気筒)毎にシリンダボア12が形成されており、各シリンダボア12の内部にはピストン13が上下方向に摺動可能に収容されている。
ピストン13の頂面13aの上側には前記燃焼室3が形成されている。つまり、この燃焼室3は、シリンダブロック11の上部に取り付けられたシリンダヘッド15の下面と、シリンダボア12の内壁面と、ピストン13の頂面13aとにより区画形成されている。そして、ピストン13の頂面13aの略中央部には、キャビティ(凹陥部)13bが凹設されており、このキャビティ13bも燃焼室3の一部を構成している。
このキャビティ13bの形状としては、その中央部分(シリンダ中心線P上)では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。
前記ピストン13は、コネクティングロッド18によってエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。また、燃焼室3に向けてグロープラグ19が配設されている。
前記シリンダヘッド15には、吸気ポート15aを開閉する吸気バルブ16および排気ポート15bを開閉する排気バルブ17が配設されている。
さらに、図1に示す如く、このエンジン1には、過給機(ターボチャージャ)5が設けられている。このターボチャージャ5は、タービンシャフト51を介して連結されたタービンホイール52およびコンプレッサホイール53を備えている。本実施形態におけるターボチャージャ5は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール52側に可変ノズルベーン機構54が設けられている。この可変ノズルベーン機構54は、タービンハウジングの排気ガス流路の流路面積を可変とする複数のノズルベーン54a,54a,…、および、このノズルベーン54aの開度を変更するアクチュエータ(図示省略)を備えている。そして、このアクチュエータによってノズルベーン54aの開度を変更することで、互いに隣り合うノズルベーン54a,54a間の流路面積(スロート面積)を変化させる構成となっている。このスロート面積を変化させることにより、タービンホイール52に向けて導入される排気ガスの流速を調整して、タービンホイール52およびコンプレッサホイール53の回転速度を調整し、これにより、過給圧が調整可能となっている。
前記吸気管62には、ターボチャージャ5での過給によって昇温した吸入空気を冷却するためのインタークーラ65が設けられている。
また、エンジン1には、排気の一部を吸気系6に適宜還流させる排気還流通路(EGR通路)8が設けられている。また、このEGR通路8にはEGRバルブ81とEGRクーラ82とが設けられている。
−ECU−
ECU100は、図示しないCPU、ROM、RAM等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。図3に示すように、ECU100の入力回路には、クランクポジションセンサ40、レール圧センサ41、スロットル開度センサ42、エアフローメータ43、排気温センサ45a,45b、水温センサ46、アクセル開度センサ47、吸気圧センサ48、吸気温センサ49、筒内圧センサ4A、外気温センサ4B、および、外気圧センサ4Cなどが接続されている。
一方、ECU100の出力回路には、前記サプライポンプ21、インジェクタ23、可変ノズルベーン機構54、吸気絞り弁64、および、EGRバルブ81などが接続されている。
そして、ECU100は、前記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、前記ROMに記憶された各種マップに基づいて、エンジン1の各種制御を実行する。
例えば、ECU100は、インジェクタ23の燃料噴射制御として、パイロット噴射とメイン噴射とを実行する。
前記パイロット噴射は、インジェクタ23からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する動作である。また、このパイロット噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作であって、副噴射とも呼ばれる。また、このパイロット噴射は、前述したメイン噴射による初期燃焼速度を抑制する機能ばかりでなく、気筒内温度を高める予熱機能も有している。つまり、このパイロット噴射の実行後、燃料噴射を一旦中断し、メイン噴射が開始されるまでの間に圧縮ガス温度(気筒内温度)を十分に高めて燃料の自着火温度(例えば1000K)に到達させるようにし、これによってメイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保するようにしている。
前記メイン噴射は、エンジン1のトルク発生のための噴射動作(トルク発生用燃料の供給動作)である。このメイン噴射での噴射量は、基本的には、エンジン回転速度、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えば、エンジン回転速度(クランクポジションセンサ40の検出値に基づいて算出されるエンジン回転速度)が高いほど、また、アクセル操作量(アクセル開度センサ47により検出されるアクセルペダルの踏み込み量)が大きいほどエンジン1のトルク要求値としては高く得られ、それに応じてメイン噴射での燃料噴射量としても多く設定されることになる。
次に、膨張行程時における熱発生率および燃料噴射率について説明する。図4の上段の波形は、横軸をクランク角度、縦軸を熱発生率とし、パイロット噴射およびメイン噴射で噴射された燃料の燃焼に係る理想的な熱発生率波形の一例を示している。また、図4の下段の波形は、インジェクタ23から噴射される燃料の噴射率(クランク軸の単位回転角度当たりの燃料噴射量)波形を示している。図中のTDCはピストン13の圧縮上死点に対応したクランク角度位置である。
この図4に示すように、先ず、パイロット噴射が行われると、このパイロット噴射で噴射された燃料の燃焼によって気筒内の予熱が行われる。その後、メイン噴射が行われると、このメイン噴射で噴射された燃料は、直ちに自着火温度以上の温度環境下に晒されて熱分解が進み、噴射後は直ちに燃焼(大部分が拡散燃焼)が開始されることになる。
この図4に示す理想的な熱発生率波形では、例えば、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼がピストン13の圧縮上死点(TDC)から開始され、ピストン13の圧縮上死点後の所定ピストン位置(例えば、圧縮上死点後10度(ATDC10°)の時点)で熱発生率が極大値(ピーク値)に達し、さらに、圧縮上死点後の所定ピストン位置(例えば、圧縮上死点後20度(ATDC20°)の時点)で前記メイン噴射において噴射された燃料の燃焼が終了するようになっている。
なお、この理想的な熱発生率波形は、エンジン1の運転状態量(エンジン回転速度等)および運転条件(冷却水温度や吸気温度等)に応じて異なるものとなる。そして、前記ECU100のROMには、エンジン1の運転状態量および運転条件に応じた複数の理想的な熱発生率波形が予め記憶されている。
なお、ECU100は、エンジン1の運転状態に応じてEGRバルブ81の開度を制御し、吸気マニホールド61に向けての排気還流量(EGR量)を調整する。
また、ECU100は、前記可変ノズルベーン機構54のアクチュエータを制御し、ノズルベーン54a,54a,…の開度を調整することによって過給圧を調整する。この過給圧の調整により気筒内に導入される吸入空気量が制御されることになる。このため、この可変ノズルベーン機構54を備えたターボチャージャ5が本発明でいう吸入空気量制御手段を構成している。
−燃料噴射量および吸入空気量の制御−
次に、本実施形態の特徴である燃料噴射量および吸入空気量の制御について説明する。
先ず、この燃料噴射量および吸入空気量の制御の概略について説明する。
(燃料噴射量の制御の概略)
本実施形態における燃料噴射量は、予め設定された基準熱発生量と実熱発生量との偏差に基づいて求められた燃料噴射補正量に従って決定される。つまり、この燃料噴射補正量だけ燃料噴射量が増量(実熱発生量が基準熱発生量よりも少ない場合)または減量(実熱発生量が基準熱発生量よりも多い場合)されて適正な燃料噴射量が得られるようにしている。ここでいう適正な燃料噴射量とは、アクセル開度やエンジン回転速度等に応じて目標とされる燃料噴射量であって、前述した理想的な熱発生率波形(アクセル開度やエンジン回転速度等に応じた理想的な熱発生率波形)を得るための燃料噴射量である。
前記基準熱発生量は、燃焼行程において理想的な燃焼が行われた場合における熱発生量(理想的な熱発生率波形の面積に相当)として規定される。つまり、目標空燃比を実現するための適正な燃料噴射量が得られている場合であって燃焼効率が十分に高い理想的な燃焼が行われた場合における熱発生量が前記基準熱発生量である。即ち、基準熱発生量は、予め設定された燃料噴射量に基づいて設定されている。そして、アクセル開度やエンジン回転速度等に応じた理想的な熱発生率波形が前記ECU100のROMから抽出され、この抽出された熱発生率波形に基づいて前記基準熱発生量が規定される。
また、実熱発生量は、燃焼行程において実際に燃焼が行われた場合における熱発生量(実熱発生率波形の面積に相当)である。
このため、基準熱発生量に対して実熱発生量が不足している場合には、その不足分は、燃料噴射量の不足分に相当することになる。この場合、この不足分に相当する燃料噴射補正量が求められ、この燃料噴射補正量だけ増量された燃料噴射量がインジェクタ23への指令噴射量として決定される。逆に、基準熱発生量に対して実熱発生量が過剰である場合には、その過剰分は、燃料噴射量の過剰分に相当することになる。この場合、この過剰分に相当する燃料噴射補正量が求められ、この燃料噴射補正量だけ減量された燃料噴射量がインジェクタ23への指令噴射量として決定される。
(吸入空気量の制御の概略)
本実施形態における吸入空気量は、予め設定された基準熱発生量の変化勾配(以下では、基準熱発生率勾配という場合もある)と実熱発生量の変化勾配(以下では、実熱発生率勾配という場合もある)との偏差、および、前記基準熱発生量と実熱発生量との偏差から求まる燃料噴射量のずれ量に基づいて求められた吸入空気補正量に従って決定される。つまり、この吸入空気補正量だけ吸入空気量が増量(例えば燃料噴射量が適正に得られている状況で実熱発生量の変化勾配が基準熱発生量の変化勾配よりも小さい場合)または減量(例えば燃料噴射量が適正に得られている状況で実熱発生量の変化勾配が基準熱発生量の変化勾配よりも大きい場合)されて適正な吸入空気量が得られるようにしている。ここでいう適正な吸入空気量とは、アクセル開度やエンジン回転速度等に応じて目標とされる吸入空気量であって、前述した理想的な熱発生率波形(アクセル開度やエンジン回転速度等に応じた理想的な熱発生率波形)を得るための吸入空気量である。
前記基準熱発生量の変化勾配は、燃焼行程において理想的な燃焼が行われた場合における熱発生率波形の勾配として規定される。つまり、目標空燃比を実現するための適正な燃料噴射量および適正な吸入空気量が得られている場合であって、燃焼効率が十分に高い理想的な燃焼が行われた場合における熱発生率波形の勾配が前記基準熱発生量の変化勾配である。即ち、基準熱発生量の変化勾配は、予め設定された吸入空気量および燃料噴射量に基づいて設定されている。そして、アクセル開度やエンジン回転速度等に応じた理想的な熱発生率波形が前記ECU100のROMから抽出され、この抽出された熱発生率波形に基づいて前記基準熱発生量の変化勾配が規定される。
また、実熱発生量の変化勾配は、燃焼行程において実際に燃焼が行われた場合における実熱発生率波形の勾配である。
前記実熱発生量の変化勾配は、燃料噴射量および吸入空気量の両方の影響を受ける。つまり、適正な燃料噴射量に対する実際の燃料噴射量の偏差や、適正な吸入空気量に対する実際の吸入空気量の偏差に応じて実熱発生量の変化勾配は変化する。これらを考慮して吸入空気補正量が求められ、それに従って吸入空気量が決定される。以下、具体的に説明する。
−適正な燃料噴射量が得られている場合−
アクセル開度やエンジン回転速度等に応じた適正な燃料噴射量が得られている場合であっても吸入空気量が適正な量に対して不足している場合には、実熱発生量の変化勾配は基準熱発生量の変化勾配よりも小さくなる。この勾配の偏差は、吸入空気量の不足分に相当する。この場合、この不足分に相当する吸入空気補正量が求められ、この吸入空気補正量だけ増量された吸入空気量が目標吸入空気量として決定される。
一方、適正な燃料噴射量が得られている場合であっても吸入空気量が適正な量よりも過剰となっている場合には、実熱発生量の変化勾配は基準熱発生量の変化勾配よりも大きくなる。この勾配の偏差は、吸入空気量の過剰分に相当する。この場合、この過剰分に相当する吸入空気補正量が求められ、この吸入空気補正量だけ減量された吸入空気量が目標吸入空気量として決定される。
−燃料噴射量が適正な量に対して不足している場合−
燃料噴射量が適正な量に対して不足している場合(前記実熱発生量が前記基準熱発生量よりも少ない場合)であって、吸入空気量が適正な量に対して不足している場合には、実熱発生量の変化勾配は基準熱発生量の変化勾配よりも小さくなる。この場合、燃料噴射量の不足分に相当する偏差(基準熱発生量の変化勾配に対する偏差)を有する勾配に対して更に実熱発生量の変化勾配は小さくなっている。この燃料噴射量の不足分に相当する偏差を有する勾配に対する実熱発生量の変化勾配の偏差は吸入空気量の不足分に相当する。この場合、この不足分に相当する吸入空気補正量が求められ、この吸入空気補正量だけ増量された吸入空気量が目標吸入空気量として決定される。
一方、燃料噴射量が適正な量に対して不足している場合であって、吸入空気量が適正な量よりも過剰となっている場合には、燃料噴射量の不足分に相当する偏差(基準熱発生量の変化勾配に対する偏差)を有する勾配に対して実熱発生量の変化勾配は大きくなっている。この燃料噴射量の不足分に相当する偏差を有する勾配に対する実熱発生量の変化勾配の偏差は吸入空気量の過剰分に相当する。この場合、この過剰分に相当する吸入空気補正量が求められ、この吸入空気補正量だけ減量された吸入空気量が目標吸入空気量として決定される。
−燃料噴射量が適正な量よりも過剰となっている場合−
燃料噴射量が適正な量よりも過剰となっている場合(前記実熱発生量が前記基準熱発生量よりも多い場合)であって、吸入空気量が適正な量よりも過剰となっている場合には、実熱発生量の変化勾配は基準熱発生量の変化勾配よりも大きくなる。この場合、燃料噴射量の過剰分に相当する偏差(基準熱発生量の変化勾配に対する偏差)を有する勾配に対して更に実熱発生量の変化勾配は大きくなっている。この燃料噴射量の過剰分に相当する偏差を有する勾配に対する実熱発生量の変化勾配の偏差は吸入空気量の過剰分に相当する。この場合、この過剰分に相当する吸入空気補正量が求められ、この吸入空気補正量だけ減量された吸入空気量が目標吸入空気量として決定される。
一方、燃料噴射量が適正な量よりも過剰となっている場合であって、吸入空気量が適正な量に対して不足している場合には、燃料噴射量の過剰分に相当する偏差(基準熱発生量の変化勾配に対する偏差)を有する勾配に対して実熱発生量の変化勾配は小さくなっている。この燃料噴射量の過剰分に相当する偏差を有する勾配に対する実熱発生量の変化勾配の偏差は吸入空気量の不足分に相当する。この場合、この不足分に相当する吸入空気補正量が求められ、この吸入空気補正量だけ増量された吸入空気量が目標吸入空気量として決定される。
以上のようにして、本実施形態では、基準熱発生量と実熱発生量との偏差に基づいて求められた燃料噴射補正量に従って燃料噴射量を決定すると共に、基準熱発生量の変化勾配と実熱発生量の変化勾配との偏差および前記燃料噴射量のずれ量に基づいて求められた吸入空気補正量に従って吸入空気量を決定するようにしている。つまり、前記ECU100の内部おいて、前記燃料噴射量を決定するための構成、および、前記吸入空気量を決定するための構成によって本発明に係る制御装置が構成されている。この本発明に係る制御装置にあっては、入力として、エンジン回転速度やアクセル開度や筒内圧力等のエンジン1の運転状態量の情報、冷却水温度や吸気温度等の運転条件の情報等が挙げられる。なお、この入力としては前述したものには限定されず、燃料噴射量および吸入空気量を求めるために必要となるその他の情報であってもよい。また、この制御装置の出力としては、前述した如く求められた燃料噴射補正量だけ増量または減量された燃料噴射量を得るための出力信号(インジェクタ23への指令信号)、および、前述した如く求められた吸入空気補正量だけ増量または減量された吸入空気量を得るための出力信号(可変ノズルベーン機構54のアクチュエータへの開度指令信号)が挙げられる。
次に、燃料噴射量および吸入空気量の制御についての複数の実施形態を具体的に説明する。
(第1実施形態)
先ず、第1実施形態について説明する。本実施形態では、前記メイン噴射で噴射された燃料の燃焼を対象とし、前述した如くメイン噴射で噴射された燃料の大部分が拡散燃焼である場合について説明する。
図5は、燃料噴射量および吸入空気量それぞれの制御の手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジン1が始動した後、何れかの気筒で燃焼行程が行われる毎に実行される。
先ず、ステップST1において、エンジン1の運転状態量および運転条件を取得する。エンジン1の運転状態量としては、前記クランクポジションセンサ40の検出値に基づいて算出されるエンジン回転速度、前記アクセル開度センサ47により検出されるアクセル開度、前記筒内圧センサ4Aによって検出される筒内圧力等が挙げられる。エンジン1の運転条件としては、前記水温センサ46により検出される冷却水温度、吸気温センサ49により検出される吸気温度等が挙げられる。
その後、ステップST2に移り、基準熱発生量Qbおよび基準熱発生率勾配Sbが算出される。前述したように、ROMには、エンジン1の運転状態量および運転条件に応じた複数の理想的な熱発生率波形が予め記憶されている。このステップST2では、ステップST1で取得したエンジン1の運転状態量および運転条件に応じた理想的な熱発生率波形がROMから読み出され、この熱発生率波形に従って基準熱発生量Qbおよび基準熱発生率勾配Sbが算出されることになる。
例えば、図4のメイン噴射による熱発生率波形(理想的な熱発生率波形)にあっては、この熱発生率波形の面積が基準熱発生量Qbに相当し、熱発生率が上昇している期間における傾きが基準熱発生率勾配Sbに相当することになる。
この基準熱発生量Qbおよび基準熱発生率勾配Sbを算出するに際しては、前記理想的な熱発生率波形を二等辺三角形に近似させ、この二等辺三角形の面積を基準熱発生量Qbとし、この二等辺三角形の斜辺(熱発生率勾配の上昇期間での斜辺)の勾配を基準熱発生率勾配Sbとして設定する。この熱発生率波形を二等辺三角形に近似させるための手法としては、燃焼開始時期、熱発生率のピーク時期およびピーク値等を取得することによって幾何学的に二等辺三角形を求めることが挙げられる。
このようにして基準熱発生量Qbおよび基準熱発生率勾配Sbが算出された後、後述するステップST3,ST4において燃料噴射量のずれ量Δfが算出され、後述するステップST5〜ST7において吸入空気量のずれ量ΔAが算出されることになる。
ステップST3では、実熱発生量Qrが算出される。この実熱発生量Qrは、筒内圧センサ4Aによって検出される筒内圧力の変化に基づいて求められる。具体的には、気筒内での熱発生率と筒内圧力との間には相関がある(熱発生率が高いほど筒内圧力は高くなる)ので、この筒内圧センサ4Aによって検出される筒内圧力の変化に基づいて実熱発生率波形を作成し、この実熱発生率波形の面積を実熱発生量Qrとして求めるようにする。例えば、作成した実熱発生率波形を、前述した場合と同様に二等辺三角形に近似させ、この二等辺三角形の面積を実熱発生量Qrとして求める。また、筒内圧センサ4Aによって検出される筒内圧力の変化を燃焼行程の期間中に積算していくことによって実熱発生量Qrを算出することも可能である。
その後、ステップST4に移り、以下の式(1)によって燃料噴射量のずれ量Δfが算出される。
Δf=(Qb−Qr)/熱発生効率 …(1)
このように、基準熱発生量Qbから実熱発生量Qrを減算した値(熱発生量の偏差;単位は「J」)を熱発生効率(単位は「J/mm3」)によって除算することにより、燃料噴射量のずれ量Δf(単位は「mm3」)が算出される。
ここで、熱発生効率は、燃料の単位体積当たりの発生熱量であって、例えば30J/mm3である。この値は、軽油の単位体積当たりの発生熱量の最大値(基準熱発生効率)であって、実験的に求められた値である。
また、前記燃料噴射量のずれ量Δfは、図6に示すマップから求めるようにしてもよい。このマップは、基準熱発生量Qbと実熱発生量Qrとの偏差から、燃料噴射量のずれ量Δfを求めるためのものであって、予め実験やシミュレーションに基づいて作成され、前記ECU100のROMに記憶されている。
次に、ステップST5に移り、実熱発生率勾配Srが算出される。この実熱発生率勾配Srは、筒内圧センサ4Aによって検出される筒内圧力の変化に基づいて求められる。具体的には、前述したステップST3で求められた実熱発生率波形に従って、燃焼の開始から熱発生率が極大値(ピーク値)に達するまでの期間における熱発生率の勾配が実熱発生率勾配Srとして求められる。つまり、前述した如く実熱発生率波形を二等辺三角形に近似させ、この二等辺三角形の斜辺の勾配を実熱発生率勾配Srとして求める。
その後、ステップST6に移り、以下の式(2)によって熱発生率勾配のずれ量ΔSが算出される。
ΔS=Sb−Sr …(2)
次に、ステップST7に移り、以下の式(3)(関数hによる演算式)によって吸入空気量のずれ量ΔAが算出される。
ΔA=h(ΔS、実吸入空気量、Δf、実燃料噴射量) …(3)
ここで、実吸入空気量は前記エアフローメータ43によって検出された吸入空気量である。また、実燃料噴射量は、レール圧センサ41によって検出されている燃料圧力とインジェクタ23の開弁期間との積から算出される。
以下、前記式(3)について説明する。
先ず、前述した如く熱発生率勾配は、吸入空気量(酸素密度)および燃料噴射量(燃料量)の影響を受けるため、前記基準熱発生率勾配は、以下の式(3−1)で与えることができる。
基準熱発生率勾配=α×酸素密度×燃料量 …(3−1)
この場合に、前記運転状態量および運転条件を固定すると、筒内容積と酸素濃度も固定されるため、以下の式(3−2)が成り立つ。
酸素密度=β×空気量 …(3−2)
これら式(3−1)および式(3−2)より、以下の式(3−3)が成り立つ。
基準熱発生率勾配=γ×空気量×燃料量 …(3−3)
一方、実熱発生率勾配は、以下の式(3−4)から得られる。
実熱発生率勾配=γ×実空気量×実燃料量 …(3−4)
なお、前記α、β、γはそれぞれ定数である。
これら式(3−3)および式(3−4)より、以下の式(3−5)が成り立つ。
ΔS=g(ΔA、実吸入空気量、Δf、実燃料噴射量) …(3−5)
つまり、熱発生率勾配のずれ量ΔSは、吸入空気量のずれ量ΔA、実吸入空気量、燃料噴射量のずれ量Δf、実燃料噴射量それぞれを変数とする関数gによって算出できる。
ここで、燃料噴射量のずれ量Δfと熱発生率勾配のずれ量ΔSとは、図7に示す関係がある。この図7は、吸入空気量を不変とした場合における燃料噴射量のずれ量Δfと熱発生率勾配のずれ量ΔSとの関係を示す図である。つまり、燃料噴射量のずれ量Δfが大きいほど(基準熱発生量Qbに比べて実熱発生量Qrが少ないほど)、熱発生率勾配のずれ量ΔSも大きくなる(基準熱発生率勾配Sbに比べて実熱発生率勾配Srが小さくなる)ものである。熱発生率波形を用いて説明すると、図8に示すように、理想的な熱発生率波形(実線)に対し、燃料噴射量のずれ量Δfが負の値、つまり、実燃料噴射量が多い場合には、図中に一点鎖線で示すように、熱発生率波形の面積が拡大することになる。また、熱発生率勾配は大きくなる。一方、燃料噴射量のずれ量Δfが正の値、つまり、実燃料噴射量が少ない場合には、図中に二点鎖線で示すように、熱発生率波形の面積が縮小することになる。また、熱発生率勾配は小さくなる。
また、吸入空気量のずれ量ΔAと熱発生率勾配のずれ量ΔSとは、図9に示す関係がある。この図9は、燃料噴射量を不変とした場合における吸入空気量のずれ量ΔAと熱発生率勾配のずれ量ΔSとの関係を示す図である。つまり、吸入空気量のずれ量ΔAが大きいほど(基準となる吸入空気量に比べて実際の吸入空気量が少ないほど)熱発生率勾配のずれ量ΔSも大きくなる(基準熱発生率勾配Sbに比べて実熱発生率勾配Srが小さくなる)ものである。熱発生率波形を用いて説明すると、図10に示すように、理想的な熱発生率波形(実線)に対し、吸入空気量のずれ量ΔAが負の値、つまり、実吸入空気量が多い場合には、図中に一点鎖線で示すように、熱発生率勾配は大きくなる。一方、吸入空気量のずれ量ΔAが正の値、つまり、実吸入空気量が少ない場合には、図中に二点鎖線で示すように、熱発生率勾配は小さくなる。
このように熱発生率勾配のずれ量ΔSと、吸入空気量のずれ量ΔAと、燃料噴射量のずれ量Δfとの間には相関がある。前述の如く得られた式(3−5)の関数gは、これら熱発生率勾配のずれ量ΔSと、吸入空気量のずれ量ΔAと、燃料噴射量のずれ量Δfとの間の相関を表す関数となっている。
そして、この式(3−5)をΔAについて解くことによって前記式(3)が得られる。つまり、吸入空気量のずれ量ΔAは、熱発生率勾配のずれ量ΔS、実吸入空気量、燃料噴射量のずれ量Δf、実燃料噴射量それぞれを変数とする関数hによって算出できる。
以上のようにして燃料噴射量のずれ量Δfの算出(ステップST4)および吸入空気量のずれ量ΔAの算出(ステップST7)が行われた後、ステップST8に移り、前記燃料噴射量のずれ量Δfに従った燃料噴射量の補正動作、および、吸入空気量のずれ量ΔAに従った吸入空気量の補正動作が行われる。
燃料噴射量の補正動作では、インジェクタ23からの燃料噴射量が前記ずれ量Δfだけ補正されることになる。つまり、燃料噴射量のずれ量Δfが正の値である場合には、このずれ量Δfだけ燃料噴射量を増量するための燃料噴射補正量が算出され、この燃料噴射補正量だけ燃料噴射量が増量補正(現在の燃料噴射量に対して増量補正)される。具体的には、インジェクタ23の開弁期間が、前記燃料噴射補正量に相当する期間だけ延長されることになる。一方、燃料噴射量のずれ量Δfが負の値である場合には、このずれ量Δfだけ燃料噴射量を減量するための燃料噴射補正量が算出され、この燃料噴射補正量だけ燃料噴射量が減量補正(現在の燃料噴射量に対して減量補正)される。具体的には、インジェクタ23の開弁期間が、前記燃料噴射補正量に相当する期間だけ短縮されることになる。このインジェクタ23の開弁期間の変更は、前記燃料噴射補正量と燃料圧力(レール圧)とからインジェクタ23の開弁期間の変更量を求めるマップに従って行われる。
また、燃料噴射量の補正動作は、前記対象とした気筒の次回の燃焼行程に際しての燃料噴射時に行うようにしてもよいし、前記対象とした気筒の燃焼行程の次に燃焼行程を迎える他の気筒における燃料噴射時に行うようにしてもよい。
一方、吸入空気量の補正動作では、ターボチャージャ5の可変ノズルベーン機構54が制御されることによって吸入空気量が前記ずれ量ΔAだけ補正されることになる。つまり、吸入空気量のずれ量ΔAが正の値である場合には、このずれ量ΔAだけ吸入空気量を増量するための吸入空気補正量が算出され、この吸入空気補正量だけ吸入空気量が増量補正(現在の吸入空気量に対して増量補正)される。具体的には、可変ノズルベーン機構54において互いに隣り合うノズルベーン54a,54a間の流路面積を小さくするようにアクチュエータを作動させ、これによって、前記吸入空気補正量だけ吸入空気量が増加するように過給圧を高める。一方、吸入空気量のずれ量ΔAが負の値である場合には、このずれ量ΔAだけ吸入空気量を減量するための吸入空気補正量が算出され、この吸入空気補正量だけ吸入空気量が減量補正(現在の吸入空気量に対して減量補正)される。具体的には、可変ノズルベーン機構54において互いに隣り合うノズルベーン54a,54a間の流路面積を大きくするようにアクチュエータを作動させ、これによって、前記吸入空気補正量だけ吸入空気量が減少するように過給圧を低くする。なお、アクチュエータの作動量、過給圧の変化量、吸入空気量の変化量との関係は、予め実験またはシミュレーションによって求められており、吸入空気補正量が決定されると、それに従ってアクチュエータの作動量も決定されることになる。
この吸入空気量の補正動作は、前記対象とした気筒の次回の吸気行程において行うようにしてもよいし、前記対象とした気筒の燃焼行程の次に燃焼行程を迎える他の気筒における吸気行程において行うようにしてもよい。
以上説明したように、本実施形態では、基準熱発生量Qbと実熱発生量Qrとの偏差に基づいて求められた燃料噴射補正量に従って燃料噴射量を決定している。つまり、この燃料噴射補正量だけ燃料噴射量が増量または減量されて適正な燃料噴射量が得られるようにしている。また、基準熱発生率勾配Sbと実熱発生率勾配Srとの偏差ΔSおよび前記燃料噴射量のずれ量Δfに基づいて求められた吸入空気補正量に従って吸入空気量を決定している。つまり、この吸入空気補正量だけ吸入空気量が増量または減量されて適正な吸入空気量が得られるようにしている。
前述したように従来の技術にあっては、実空燃比を目標空燃比に近付けるといった技術的思想に基づいて燃料噴射量の制御を行っていた。このため、実空燃比が目標空燃比に一致したとしても、燃料噴射量が適正な量よりも多くなって燃料消費率の悪化を招いたり、燃料噴射量が適正な量よりも少なくなってドライバビリティの悪化を招いたりしていた。
本実施形態では、燃料噴射補正量および吸入空気補正量を個別に求め、燃料噴射補正量に従った燃料噴射量制御と、吸入空気補正量に従った吸入空気量制御とを個別に行うようにしたことにより、これら燃料噴射量および吸入空気量それぞれの適正化を図ることができる。また、適正な燃料噴射量および適正な吸入空気量が得られ且つ目標空燃比が達成される場合の燃焼状態に対応したものとして前記基準熱発生量Qbおよび基準熱発生率勾配Sbが設定されていることにより、燃料噴射量制御および吸入空気量制御を個別に行いながらも、実空燃比を目標空燃比に近付ける又は一致させることが可能になる。このため、燃料消費率の悪化やドライバビリティの悪化を招くことなく、燃焼室内における燃料の燃焼状態を適正化することができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態は、エンジン1の軽負荷運転時などであって、インジェクタ23から噴射された燃料(例えばメイン噴射で噴射された燃料)の噴射期間における燃焼室3内の温度が燃料の予混合燃焼開始温度(例えば900K)以上でかつ燃料の拡散燃焼開始温度(例えば1000K)未満である場合(大部分の燃焼が予混合燃焼である場合)について説明する。
拡散燃焼に比べて予混合燃焼は、酸素量の影響を大きく受ける。つまり、予混合燃焼は、吸入空気量のずれ量ΔAが比較的小さくても実熱発生率勾配Srの変化としては大きく現れることになる。このため、インジェクタ23から噴射された燃料の大部分の燃焼が予混合燃焼である場合には、燃料の大部分の燃焼が拡散燃焼である場合(燃料噴射期間における燃焼室3内の温度が燃料の拡散燃焼開始温度以上である場合;第1実施形態の場合)に比べて、この酸素量の影響を大きく受けていることを考慮して吸入空気量の補正を行う必要がある。
本実施形態における燃料噴射量の補正動作は前述した第1実施形態の場合と同様であるので、ここでの説明は省略する。
一方、本実施形態における吸入空気量の補正動作では、前述した如く酸素量の影響を大きく受けていることを考慮して行われる。具体的には、前記第1実施形態で説明したフローチャート(図5)におけるステップST7での吸入空気量のずれ量ΔAを算出するに際し、以下の式(4)を利用する。
ΔA=h(ΔS、実吸入空気量、Δf、実燃料噴射量)×k …(4)
ここで「k」は補正係数であって「1」未満の正の値が適用される。具体的な数値は実験やシミュレーションによって決定される。
このように、燃料の燃焼の大部分が予混合燃焼である場合には、燃焼の大部分が拡散燃焼である場合に対して、前記基準熱発生率勾配Sbと実熱発生率勾配Srとの偏差ΔSおよび前記燃料噴射量のずれ量Δfが同一であっても、吸入空気量のずれ量ΔAとしては少なく算出され、その結果、吸入空気補正量が少なく設定されるようになっている。
このように、酸素量の影響を大きく受けていることを考慮して吸入空気量のずれ量ΔAを求めることができる。つまり、本来の吸入空気量のずれ量ΔAよりも大きな値として吸入空気量のずれ量ΔAが算出されてしまうといったことが回避され、燃料の大部分の燃焼が予混合燃焼である場合であっても吸入空気量を適正に補正することができる。これにより、燃料の燃焼形態に応じた吸入空気量の適正化を図ることができる。
−他の実施形態−
以上説明した各実施形態は、自動車に搭載された直列4気筒ディーゼルエンジン1に本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン、水平対向型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。また、本発明は軽油を燃料とするディーゼルエンジンに限らず、ガソリンやその他の燃料を使用するエンジンに対しても適用が可能である。
また、前記各実施形態では、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼を対象として燃料噴射量および吸入空気量を補正するようにしていた。本発明はこれに限らず、他の燃焼(例えばパイロット噴射やプレ噴射やアフタ噴射等による燃焼)を対象として燃料噴射量および吸入空気量を補正するようにしてもよい。
また、前記各実施形態では、吸入空気量制御手段をターボチャージャ5として説明した。つまり、吸入空気量の補正動作として、ターボチャージャ5の可変ノズルベーン機構54を制御して過給圧を調整するようにしていた。本発明はこれに限らず、前記吸気絞り弁64の開度の調整、EGRバルブ81の開度の調整、インタークーラ65やEGRクーラ82による冷却度合いの調整等によって吸入空気量(気筒内に導入される酸素量)の補正を行うようにしてもよい。つまり、吸気絞り弁64、EGRバルブ81、インタークーラ65、EGRクーラ82等を吸入空気量制御手段として採用してもよい。この場合、これら複数の手段のうち一つを選択して吸入空気量の補正を行うようにしてもよいし、これら複数の手段のうち少なくとも2つを組み合わせて吸入空気量の補正を行うようにしてもよい。特に、前記実施形態で示したディーゼルエンジン1の場合には、これら複数の手段のうちターボチャージャ5の可変ノズルベーン機構54の制御を優先して行うことが好ましい。一方、ガソリンエンジンの場合には、スロットルバルブの開度の調整による吸入空気量の補正を優先して行うことが好ましい。その理由は、吸入空気量の制御性が高いためである。
更に、前記各実施形態では、吸入空気量のずれ量ΔAの算出に当たり燃料噴射量のずれ量Δfを利用していた。本発明は、この燃料噴射量のずれ量Δfを、この燃料噴射量のずれ量Δfから求められる燃料噴射補正量に置き換えて、吸入空気量のずれ量ΔAを算出するようにしてもよい。
また、前記各実施形態では、燃料噴射量のずれ量Δfと燃料噴射補正量とを同一の量として燃料噴射量の制御を行っていた。本発明はこれに限らず、燃料噴射量のずれ量Δfに対して所定の係数を乗算した値を燃料噴射補正量に設定して燃料噴射量の制御を行うようにしてもよい。同様に、前記各実施形態では、吸入空気量のずれ量ΔAと吸入空気補正量とを同一の量として吸入空気量の制御を行っていた。本発明はこれに限らず、吸入空気量のずれ量ΔAに対して所定の係数を乗算した値を吸入空気補正量に設定して吸入空気量の制御を行うようにしてもよい。
また、前記各実施形態では、基準熱発生量Qbと実熱発生量Qrとの偏差に基づいて燃料噴射量のずれ量Δfを算出し、この燃料噴射量のずれ量Δfから燃料噴射補正量を求めるようにしていた。これに限らず、燃料噴射量のずれ量Δfを算出することなく、基準熱発生量Qbと実熱発生量Qrとの偏差に基づいて燃料噴射補正量を求める場合も本発明の技術的思想の範疇である。同様に、前記各実施形態では、基準熱発生率勾配Sbと実熱発生率勾配Srとの偏差および燃料噴射量のずれ量Δfに基づいて吸入空気量のずれ量ΔAを算出し、この吸入空気量のずれ量ΔAから吸入空気補正量を求めるようにしていた。これに限らず、吸入空気量のずれ量ΔAを算出することなく、基準熱発生率勾配Sbと実熱発生率勾配Srとの偏差および燃料噴射量のずれ量Δfに基づいて吸入空気補正量を求める場合も本発明の技術的思想の範疇である。
また、前記各実施形態では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ23を適用したエンジン1について説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンへの適用も可能である。
本発明は、自動車に搭載されるディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射量および吸入空気量の補正動作に適用可能である。
1 エンジン(内燃機関)
23 インジェクタ(燃料噴射量制御手段)
3 燃焼室
5 ターボチャージャ(吸入空気量制御手段)
54 可変ノズルベーン機構
100 ECU
Qb 基準熱発生量
Qr 実熱発生量
Δf 燃料噴射量のずれ量
Sb 基準熱発生率勾配(基準熱発生量の変化勾配)
Sr 実熱発生率勾配(実熱発生量の変化勾配)
ΔS 熱発生率勾配のずれ量
ΔA 吸入空気量のずれ量

Claims (6)

  1. 燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
    前記内燃機関の運転状態量に応じて予め設定された基準熱発生量と実熱発生量との偏差」に基づいて燃料噴射補正量を求め、この燃料噴射補正量に従って前記燃料噴射量制御手段による燃料噴射量を制御すると共に、
    前記内燃機関の運転状態量に応じて予め設定された基準熱発生量の変化勾配と実熱発生量の変化勾配との偏差」、および、「前記基準熱発生量と前記実熱発生量との偏差に基づいて求められる燃料噴射量のずれ量または前記燃料噴射補正量」に基づいて吸入空気補正量を求め、この吸入空気補正量に従って前記吸入空気量制御手段による吸入空気量を制御する構成となっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 請求項1記載の内燃機関の制御装置において、
    前記基準熱発生量は、前記内燃機関の運転状態量に応じて予め設定された燃料噴射量に基づいて設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  3. 請求項1または2記載の内燃機関の制御装置において、
    前記基準熱発生量の変化勾配は、前記内燃機関の運転状態量に応じて予め設定された吸入空気量および燃料噴射量に基づいて設定されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  4. 請求項1、2または3記載の内燃機関の制御装置において、
    前記燃料噴射補正量は、「前記基準熱発生量と前記実熱発生量との偏差」を、燃料の単位体積当たりの発生熱量である熱発生効率で除算することにより求められる燃料噴射量のずれ量に従って設定されるようになっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  5. 請求項1〜4のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
    前記吸入空気補正量は、「前記基準熱発生量の変化勾配と前記実熱発生量の変化勾配との偏差」、「前記基準熱発生量と前記実熱発生量との偏差を、燃料の単位体積当たりの発生熱量である熱発生効率で除算することにより求められる燃料噴射量のずれ量」、「実吸入空気量」、および、「実燃料噴射量」により求められる吸入空気量のずれ量に従って設定されるようになっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  6. 請求項1〜5のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
    燃料噴射期間における燃焼室内温度が燃料の予混合燃焼開始温度以上でかつ燃料の拡散燃焼開始温度未満である場合には、燃料噴射期間における燃焼室内温度が燃料の拡散燃焼開始温度以上である場合に対して、「前記基準熱発生量の変化勾配と前記実熱発生量の変化勾配との偏差」および「前記燃料噴射量のずれ量または前記燃料噴射補正量」が同一であっても、吸入空気補正量が少なく設定されるようになっていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
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