JP6211132B1

JP6211132B1 - エンジン制御装置およびエンジン制御方法

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Publication number: JP6211132B1
Application number: JP2016092431A
Authority: JP
Inventors: 允令友松
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2016-05-02
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2036-05-02
Also published as: US10450988B2; JP2017201135A; US20170314497A1

Abstract

【課題】エンジンの燃焼サイクルにおけるどのタイミングでアクセル開度が変化した場合であっても、空燃比を高精度に制御することができるエンジン制御装置を得る。【解決手段】エンジンのシリンダへの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御部は、圧縮行程、膨張行程および排気行程を含む第１区間における第１吸気圧差分積算値を演算し、第１吸気圧差分積算値が第１加速判定閾値よりも大きい場合に、エンジンの加速状態を判定する第１過渡判定部と、第１吸気圧差分積算値に基づいて、追加の燃料噴射量を演算する第１過渡燃料噴射量演算部と、吸気行程を含む第２区間における第２吸気圧差分積算値を演算し、第２吸気圧差分積算値が、第１加速判定閾値よりも小さい第２加速判定閾値よりも大きい場合に、エンジンの加速状態を判定する第２過渡判定部と、第２吸気圧差分積算値に基づいて、追加の燃料噴射量を演算する第２過渡燃料噴射量演算部とを有する。【選択図】図２

Description

この発明は、エンジンの運転状態に合わせて燃料噴射量を制御するエンジン制御装置およびエンジン制御方法に関する。

従来から、エンジンの運転が加速または減速する過渡状態であるか、または定常状態であるかを、吸気圧の変化に基づいて判定する運転状態判別装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この運転状態判別装置は、現在の吸気圧から過去１周期分の吸気圧を加算した積分値と、前回の吸気圧から過去１周期分の吸気圧を加算した積分値とを演算し、積分値同士の差分が、所定の加速閾値よりも大きければ加速過渡状態と判定し、所定の減速閾値よりも小さければ減速過渡状態であると判定し、減速閾値以上加速閾値以下であれば定常状態と判定するものである。

この運転状態判別装置によれば、現在の吸気圧から過去１周期分の吸気圧を加算した積分値と、前回の吸気圧から過去１周期分の吸気圧を加算した積分値とを比較するだけで、過渡状態であるか定常状態であるかを判定することができるので、装置の処理負担を軽減することができる。

特開２００８−１２８１１９号公報

特許文献１に記載された運転状態判別装置では、すべてのクランク角間隔で得られる吸気圧を一律に積算して吸気圧変化量を演算している。このとき、エンジンの燃焼サイクルのうち、圧縮行程、膨張行程または排気行程においてアクセル開度が変化した場合には、アクセル開度の変化の影響が吸気圧変化量に十分に現れるので、積分値同士の差分から加速状態を判定し、次の吸気行程での吸入空気量の増加に備えて、追加の燃料噴射を行う余裕がある。

これに対して、エンジンの燃焼サイクルのうち、吸気行程においてアクセル開度が変化した場合には、即座に加速状態を判定し、当該吸気行程で増加する吸入空気量に備えて、吸気弁が閉じるまでに追加の燃料噴射を行う必要がある。しかしながら、吸気圧センサの応答遅れにより、アクセル開度の変化の影響が吸気圧変化量に現れるまでに時間を要するので、圧縮行程、膨張行程または排気行程に比べて、微小な吸気圧変化量で加速状態を判定する必要がある。

ここで、特許文献１に記載された運転状態判別装置において、吸気行程における微小な吸気圧変化に合わせて加速閾値を設定すると、他の行程における吸気圧変化に対して過敏に加速状態を判定することになり、他の行程における吸気圧変化に合わせて加速閾値を設定すると、吸気行程における微小な吸気圧変化に対して加速状態を判定することができなくなる。その結果、アクセル開度の変化に対して、エンジンの空燃比を精度よく制御することができないという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、エンジンの燃焼サイクルにおけるどのタイミングでアクセル開度が変化した場合であっても、空燃比を高精度に制御することができるエンジン制御装置およびエンジン制御方法を得ることを目的とする。

この発明に係るエンジン制御装置は、エンジンの吸気管に設けられたスロットル弁と、スロットル弁の下流側における吸気管内の吸気圧を検出する吸気圧センサと、エンジンのクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサと、吸気圧センサで検出された吸気圧に基づいて、エンジンのシリンダへの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御部と、を備え、燃料噴射制御部は、エンジンの燃焼サイクルのうち、圧縮行程、膨張行程および排気行程を含む第１区間における吸気圧の変化量の積算値を第１吸気圧差分積算値として演算し、第１吸気圧差分積算値が第１加速判定閾値よりも大きい場合に、エンジンの加速状態を判定する第１過渡判定部と、第１吸気圧差分積算値に基づいて、追加の燃料噴射量を演算する第１過渡燃料噴射量演算部と、エンジンの燃焼サイクルのうち、吸気行程を含む第２区間における吸気圧の変化量の積算値を第２吸気圧差分積算値として演算し、第２吸気圧差分積算値が、第１加速判定閾値よりも小さい第２加速判定閾値よりも大きい場合に、エンジンの加速状態を判定する第２過渡判定部と、第２吸気圧差分積算値に基づいて、追加の燃料噴射量を演算する第２過渡燃料噴射量演算部と、を有し、第１過渡判定部は、第１区間において、現在の吸気圧と１周期前の吸気圧との差分を第１区間中で積算して第１吸気圧差分積算値を演算し、第２過渡判定部は、第２区間において、現在の吸気圧と１周期前の吸気圧との差分を第２区間中で積算して第２吸気圧差分積算値を演算するものである。

この発明に係るエンジン制御方法は、エンジンの吸気管に設けられたスロットル弁と、スロットル弁の下流側における吸気管内の吸気圧を検出する吸気圧センサと、エンジンのクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサと、吸気圧センサで検出された吸気圧に基づいて、エンジンのシリンダへの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御部と、を備えたエンジン制御装置で実現されるエンジン制御方法であって、エンジンの燃焼サイクルのうち、圧縮行程、膨張行程および排気行程を含む第１区間における吸気圧の変化量の積算値を第１吸気圧差分積算値として演算し、第１吸気圧差分積算値が第１加速判定閾値よりも大きい場合に、エンジンの加速状態を判定する第１過渡判定ステップと、第１吸気圧差分積算値に基づいて、追加の燃料噴射量を演算する第１過渡燃料噴射量演算ステップと、エンジンの燃焼サイクルのうち、吸気行程を含む第２区間における吸気圧の変化量の積算値を第２吸気圧差分積算値として演算し、第２吸気圧差分積算値が、第１加速判定閾値よりも小さい第２加速判定閾値よりも大きい場合に、エンジンの加速状態を判定する第２過渡判定ステップと、第２吸気圧差分積算値に基づいて、追加の燃料噴射量を演算する第２過渡燃料噴射量演算ステップと、を有し、第１過渡判定ステップにおいて、第１区間において、現在の吸気圧と１周期前の吸気圧との差分を第１区間中で積算して第１吸気圧差分積算値を演算し、第２過渡判定ステップにおいて、第２区間において、現在の吸気圧と１周期前の吸気圧との差分を第２区間中で積算して第２吸気圧差分積算値を演算するものである。

この発明に係るエンジン制御装置およびエンジン制御方法によれば、エンジンの燃焼サイクルのうち、圧縮行程、膨張行程および排気行程を含む第１区間においては、第１吸気圧差分積算値が第１加速判定閾値よりも大きい場合に、エンジンの加速状態を判定して、追加の燃料噴射量を演算し、エンジンの燃焼サイクルのうち、吸気行程を含む第２区間においては、第２吸気圧差分積算値が、第１加速判定閾値よりも小さい第２加速判定閾値よりも大きい場合に、エンジンの加速状態を判定して、追加の燃料噴射量を演算する。
そのため、エンジンの燃焼サイクルにおけるどのタイミングでアクセル開度が変化した場合であっても、空燃比を高精度に制御することができる。

この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置が適用されるエンジンを示す構成図である。この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置を示すブロック構成図である。この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置における定常運転時の吸気圧変化を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置における圧縮行程、膨張行程または排気行程での加速運転時の吸気圧変化を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置における吸気行程での加速運転時の吸気圧変化を示すタイミングチャートである。この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置の第１過渡燃料噴射量演算部における第１吸気圧差分積算値と第１過渡燃料噴射量との関係を示す説明図である。この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置の第２過渡燃料噴射量演算部における第２吸気圧差分積算値と第２過渡燃料噴射量との関係を示す説明図である。この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置における第１過渡判定部および第１過渡燃料噴射量演算部の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置における第２過渡判定部および第２過渡燃料噴射量演算部の動作を示すフローチャートである。

以下、この発明に係るエンジン制御装置およびエンジン制御方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置が適用されるエンジンを示す構成図である。図１において、コントロールユニット１は、エンジン制御装置の主要部である。

コントロールユニット１は、図示しないＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）とメモリ１ａとを含むマイクロコンピュータで構成されている。コントロールユニット１は、メモリ１ａに、エンジン１９全体の動作を制御するプログラムやマップを格納している。

エンジン１９には、吸気管１４と排気管１０とが設けられている。吸気管１４は、エンジン１９に対して、吸入空気Ａを導入する。また、排気管１０は、エンジン１９からの排気ガスＡｈを排出する。

吸気管１４には、吸気温センサ２、スロットル弁３、吸気圧センサ５および燃料噴射モジュール８が設けられている。吸気温センサ２は、吸気管１４に導入された吸入空気Ａの温度を、吸気温Ｔａとして検出する。スロットル弁３は、スロットルアクチュエータ４により開閉駆動され、吸入空気Ａの吸入空気量を調整する。吸気圧センサ５は、スロットル弁３の下流側における吸気管内の吸気圧Ｐａを検出する。燃料噴射モジュール８は、エンジン１９に対して、燃料を噴射するインジェクタを含んでいる。

エンジン１９には、エンジン温度センサ６、クランク角センサ７および点火プラグ９が設けられている。エンジン温度センサ６は、エンジン１９の壁面温度をエンジン温度Ｔｗとして検出する。クランク角センサ７は、エンジン回転速度Ｎｅと、クランク位置に対応したパルス状のクランク角信号ＳＧＴとを出力する。点火プラグ９は、点火コイル１３により駆動される。

排気管１０には、酸素センサ１１および三元触媒コンバータ１２が設けられている。酸素センサ１１は、排気ガスＡｈ中の酸素濃度に応じた電圧値ＶＯ２を出力する。三元触媒コンバータ１２は、排気ガスＡｈを浄化する。コントロールユニット１は、酸素センサ１１から出力された電圧値ＶＯ２を参照し、空燃比が、三元触媒コンバータ１２の排気ガス浄化率が高くなる理論空燃比となるように、燃料噴射量を制御する。

なお、このエンジン１９では、スロットル弁３の角度を検出するスロットルセンサの搭載が廃止されている。スロットルセンサを用いることなくエンジン１９の運転状態を判定することで、スロットルセンサを廃止してコストダウンを図っている。また、この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置は、吸気温センサ２やエンジン温度センサ６等のセンサのないシステムでも成立する。

図２は、この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置を示すブロック構成図である。図２において、コントロールユニット１は、吸気圧センサ５およびセンサ群１５から運転状態情報が入力され、スロットルアクチュエータ４、燃料噴射モジュール８および点火コイル１３に対して駆動指令を出力する。

センサ群１５は、図１に示した吸気温センサ２、エンジン温度センサ６、クランク角センサ７および酸素センサ１１を含み、センサ群１５からの運転状態情報には、吸気温Ｔａ、エンジン温度Ｔｗ、エンジン回転速度Ｎｅ、クランク角信号ＳＧＴおよび電圧値ＶＯ２の少なくとも１つが含まれる。これらの運転状態情報は、コントロールユニット１に入力される。また、吸気圧センサ５からの吸気圧Ｐａも、運転状態情報としてコントロールユニット１に入力される。

コントロールユニット１は、点火時期を制御する図示しない点火時期制御部に加え、燃料噴射制御部２０を有している。なお、点火時期制御部については、この発明の要部ではないので、具体的な説明を省略する。燃料噴射制御部２０は、吸気圧センサ５およびセンサ群１５からの運転状態情報に基づいて、エンジン１９のシリンダへの燃料噴射量を制御する。

燃料噴射制御部２０は、通常燃料噴射量演算部２１、第１過渡判定部２２、第１過渡燃料噴射量演算部２３、第２過渡判定部２４、第２過渡燃料噴射量演算部２５および燃料噴射駆動部２６を有している。

通常燃料噴射量演算部２１は、吸気圧センサ５およびセンサ群１５からの運転状態情報に基づいて、エンジン１９のシリンダに吸入される空気量を推定し、空気量に適した燃料噴射量を演算する。ここで、エンジン１９のシリンダに吸入される空気量は、吸気圧Ｐａおよびエンジン回転速度Ｎｅに相関していることが知られている。

そのため、通常燃料噴射量演算部２１は、例えば図３に示された区間Ａにおける吸気圧平均値とエンジン回転速度Ｎｅとから、次の吸気行程でエンジン１９のシリンダに吸入される空気量を推定し、燃料噴射量を決定する。

図３は、この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置における定常運転時の吸気圧変化を示すタイミングチャートである。図３に示されるように、アクセル開度が変化せず定常運転を行っている場合には、区間Ａの吸気圧平均値とエンジン回転速度Ｎｅとから演算される燃料噴射量は、次の吸気行程での吸入空気量に対して過不足を生じない。

しかしながら、例えば図４や図５に示されるように、次の吸気行程までにアクセル開度が変化し、吸入空気量が増加する場合における吸入空気量増加を、区間Ａで予測することはできない。そのため、区間Ａで決定した燃料噴射量では、次の吸入空気量に対して燃料噴射量の不足が生じる。

図４は、この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置における圧縮行程、膨張行程または排気行程での加速運転時の吸気圧変化を示すタイミングチャートである。図５は、この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置における吸気行程での加速運転時の吸気圧変化を示すタイミングチャートである。

そのため、通常燃料噴射量演算部２１とは別に、区間Ａ以降にアクセル開度が変化したことを判定する過渡判定部と、増加する吸入空気量に対して必要な燃料噴射量を演算する過渡燃料噴射量演算部とが必要になる。これが、第１過渡判定部２２、第１過渡燃料噴射量演算部２３、第２過渡判定部２４および第２過渡燃料噴射量演算部２５である。

ここで、図３を参照しながら、吸気圧センサ５からの吸気圧Ｐａを読み込むタイミングについて説明する。エンジンの燃焼サイクルは、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる４サイクルであり、この４サイクルの１周期分に相当するクランクシャフトの回転速度を、１周期クランク角と定義する。したがって、１周期クランク角は、７２０°ＣＡ（ＣｒａｎｋＡｎｇｌｅ）である。

また、１周期クランク角をあらかじめ設定された分割数に分割してなる角度をクランク角間隔と定義する。この発明の実施の形態１では、分割数を２４に設定しているため、クランク角間隔は３０°ＣＡとなる。また、クランク角間隔毎に、吸気圧センサ５からの吸気圧Ｐａを読みこむ。

実際には、図示しない発電機に、３０°ＣＡ毎にクランク歯が設けられ、クランク角センサ７の前をクランク歯が通過することで、コントロールユニット１は、クランク角間隔を検出する。また、発電機に、クランク歯を設けない欠け歯区間を設け、クランク歯の周期を比較することで、コントロールユニット１は、エンジンの回転位置を検出する。なお、この発明の実施の形態１では、２歯分を欠け歯としている。

さらに、吸気行程では、負圧により吸気圧Ｐａが大きく変化すること、膨張行程では、吸気圧Ｐａが大気圧付近にあることから、コントロールユニット１は、燃焼サイクルを検出することもできる。

図３、４、５は、コントロールユニット１がエンジン１９の燃焼サイクルを検出し、クランク歯に対して番号を設定した状態である。具体的には、圧縮行程のクランク歯を０番とし、順番に番号を振った状態を示している。なお、膨張行程のクランク番号９番と排気行程のクランク番号１０番との間、および吸気行程のクランク番号１９番と圧縮行程のクランク番号０番との間は、欠け歯区間である。

また、クランク角間隔３０°ＣＡ毎に検出される吸気圧ＰａをＰＭと定義し、吸気圧ＰＭのうち、現在の吸気圧をＰＭ_ｎと定義する。また、吸気圧ＰＭ_ｎよりもクランク角間隔３０°ＣＡ１つ分前に読み込まれた吸気圧ＰＭをＰＭ_ｎ−１と記す。また、吸気圧ＰＭ_ｎよりも１周期クランク角７２０°ＣＡ分前に読み込まれた吸気圧ＰＭをＰＭ_ｎｏｌｄと記す。

この発明の実施の形態１では、吸気行程のクランク番号１８番から圧縮行程のクランク番号０番までを区間Ａとし、通常の燃料噴射量を演算する区間とする。また、圧縮行程のクランク番号０番から排気行程のクランク番号１５番までを区間Ｂとし、第１過渡燃料噴射量演算部２３が追加の燃料噴射量を演算する区間とする。また、排気行程のクランク番号１５番から吸気行程のクランク番号１８番までを区間Ｃとし、第２過渡燃料噴射量演算部２５が追加の燃料噴射量を演算する区間とする。

なお、区間の分類は３つに限定するものではなく、第１過渡燃料噴射量演算部２３が追加の燃料噴射量を演算する区間をさらに分割し、圧縮行程、膨張行程および排気行程のそれぞれに対して加速判定閾値による加速判定を行い、追加の燃料噴射量の演算を行うことで、さらにエンジンの空燃比の制御精度を向上させることができる。

第１過渡判定部２２は、例えば図４に示された区間Ａ以降の圧縮行程、膨張行程および排気行程を含む第１区間である区間Ｂにおいて、アクセル開度の変化を検出し、加速判定を行う。

具体的には、第１過渡判定部２２は、区間Ｂでクランク角間隔毎に吸気圧ＰＭ_ｎと１周期前の吸気圧ＰＭ_ｎｏｌｄとの差分を積算して第１吸気圧差分積算値を演算し、第１吸気圧差分積算値とあらかじめ定められた第１加速判定閾値Ｚとを比較する。また、第１過渡判定部２２は、第１吸気圧差分積算値が第１加速判定閾値Ｚよりも大きい場合に、エンジン１９の加速状態を判定し、第１過渡燃料噴射量演算部２３に第１吸気圧差分積算値を出力する。

ここで、吸気圧ＰＭの差分の積算値を加速判定閾値と比較するのは、燃料噴射モジュール８であるインジェクタによっては、微小な燃料噴射を行うことができず、追加の燃料噴射によって空燃比のリッチ化を招くおそれがあることから、不要な追加の燃料噴射を避けるためである。そのため、加速判定閾値は、インジェクタの最低燃料噴射以上の燃料噴射が必要となる吸入空気量と吸気圧変化との関係から設定することができる。

第１過渡燃料噴射量演算部２３は、第１過渡判定部２２で加速状態であると判定された場合に、第１吸気圧差分積算値とセンサ群１５からの運転状態情報とに基づいて、追加噴射する第１過渡燃料噴射量を演算する。

第２過渡判定部２４は、例えば図５に示された区間Ｂ以降の吸気行程を含む第２区間である区間Ｃにおいて、アクセル開度の変化を検出し、加速判定を行う。具体的には、第２過渡判定部２４は、区間Ｃでクランク角間隔毎に吸気圧ＰＭ_ｎと１周期前の吸気圧ＰＭ_ｎｏｌｄとの差分を積算して第２吸気圧差分積算値を演算し、第２吸気圧差分積算値とあらかじめ定められた第２加速判定閾値Ｙとを比較する。

また、第２過渡判定部２４は、第２吸気圧差分積算値が第２加速判定閾値Ｙよりも大きい場合に、エンジン１９の加速状態を判定し、第２過渡燃料噴射量演算部２５に第２吸気圧差分積算値を出力する。

第２過渡燃料噴射量演算部２５は、第２過渡判定部２４で加速状態であると判定された場合に、第２吸気圧差分積算値とセンサ群１５からの運転状態情報とに基づいて、追加噴射する第２過渡燃料噴射量を演算する。

なお、図５では、エンジン１９の図示しない吸気弁が開き、エンジン１９のシリンダに空気が吸入される区間Ｃにおいて、吸気圧変化が現れている。このとき、吸気圧センサ５の応答遅れにより、アクセル開度の変化の影響が吸気圧変化量に現れるまでに時間を要するので、第２過渡判定部２４は、圧縮行程、膨張行程または排気行程に比べて、微小な吸気圧変化量で加速判定を行う必要がある。

また、吸気弁が閉じる前に必要な燃料噴射量を噴射する必要があるため、短い期間での吸気圧変化を検出し、吸気行程で吸入される空気量を予測し、必要な燃料噴射量を決定する必要がある。そのため、第２過渡判定部２４の加速判定閾値Ｙは、第１過渡判定部２２の加速判定閾値Ｚよりも小さく設定することが求められる。

また、第２過渡燃料噴射量は、区間Ｃの第２吸気圧差分積算値に基づいて演算されるが、第１過渡燃料噴射量とは異なる設定が求められる。これは、区間Ｂとは異なり、微小な吸気圧変化量から吸入空気量の増加を予測し、必要な追加の燃料噴射量を決定するためである。

ここで、図６に、区間Ｂにおける第１吸気圧差分積算値と第１過渡燃料噴射量との関係を示し、図７に、区間Ｃにおける第２吸気圧差分積算値と第２過渡燃料噴射量との関係を示す。図６と図７とを比較すると分かるように、第２過渡燃料噴射量は、第１過渡燃料噴射量よりも小さい吸気圧差分積算値から、追加する燃料噴射量が多く設定されている。

また、燃料噴射駆動部２６は、通常燃料噴射量演算部２１、第１過渡燃料噴射量演算部２３または第２過渡燃料噴射量演算部２５で演算された燃料噴射量に基づいて、燃料噴射モジュール８を駆動する。

以下、図８を参照しながら、第１過渡判定部２２および第１過渡燃料噴射量演算部２３の動作について説明する。図８は、この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置における第１過渡判定部および第１過渡燃料噴射量演算部の動作を示すフローチャートである。

図８において、まず、第１過渡判定部２２は、各種センサ信号を読み込む（ステップＳ１００）。すなわち、第１過渡判定部２２は、エンジン１９の運転状態を示す吸気圧センサ５およびセンサ群１５からの運転状態情報を読み込む。ここで、センサ群１５は、吸気温センサ２、エンジン温度センサ６、クランク角センサ７および酸素センサ１１を含むが、運転状態情報には、これらのセンサからの運転状態情報がすべて含まれる必要はない。

続いて、第１過渡判定部２２は、クランク番号を参照し、現在のクランク番号が区間Ｂの範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。この発明の実施の形態１では、クランク番号が０番から１４番までである場合に、区間Ｂの範囲内と判断する。

ステップＳ１０１において、現在のクランク番号が区間Ｂの範囲内である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、第１過渡判定部２２は、吸気圧ＰＭ_ｎと１周期前の吸気圧ＰＭ_ｎｏｌｄとの差分ΔＰＭ_ｎを演算する（ステップＳ１０２）。

次に、第１過渡判定部２２は、区間ＢにおけるステップＳ１０２で演算した差分ΔＰＭ_ｎの積算値ΣΔＰＭ＿Ｂを演算する（ステップＳ１０３）。このとき、図４に示されるように、圧縮行程でアクセル開度が変化した場合、区間Ｂでの吸気圧が変化するため、第１吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｂが増加していく。

続いて、第１過渡判定部２２は、クランク番号を参照し、現在のクランク番号が区間Ｂの最終クランク番号であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。この発明の実施の形態１では、排気行程のクランク番号１４番が、区間Ｂの最終クランク番号となる。

ステップＳ１０４において、現在のクランク番号が区間Ｂの最終クランク番号である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、第１過渡判定部２２は、第１吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｂが第１加速判定閾値Ｚよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１０５）。

ステップＳ１０５において、第１吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｂが第１加速判定閾値Ｚよりも大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、加速状態と判定される。

このとき、第１過渡燃料噴射量演算部２３は、区間Ｂにおいてアクセル開度が増加し、エンジン１９のシリンダに吸入される空気量が多くなって、区間Ａで決定した通常燃料噴射量では不足すると判断し、追加の燃料噴射量である第１過渡燃料噴射量を演算する（ステップＳ１０６）。

なお、第１過渡燃料噴射量は、第１吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｂとセンサ群１５からの運転状態情報に基づいて決定される。例えば、第１吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｂと第１過渡燃料噴射量との関係は、図６に示されるように、第１吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｂが大きければ、次の吸気行程で吸入される空気量が多くなる。そのため、第１過渡燃料噴射量は、第１吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｂに比例して多くなる。

さらに、第１過渡燃料噴射量は、センサ群１５からの運転状態情報に基づいて補正され、最終的な第１過渡燃料噴射量が決定される。また、区間Ｂの最終クランク番号、すなわち排気行程のクランク番号１４番において、燃料噴射モジュール８から第１過渡燃料噴射量相当の燃料噴射が実行される。以下、第１過渡燃料噴射量相当の燃料噴射を、第１過渡燃料噴射と称する。

一方、ステップＳ１０５において、第１吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｂが第１加速判定閾値Ｚ以下である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、加速状態でないと判定される。

このとき、第１過渡燃料噴射量演算部２３は、加速状態と判定するほどの吸気圧変化がなく、空燃比に影響を及ぼす程の空気量変化がないか、または燃料噴射モジュール８であるインジェクタの最低燃料噴射量よりも少ない燃料噴射量しか求められないと判断し、区間Ｂでの第１過渡燃料噴射量、すなわち追加の燃料噴射量を０とし（ステップＳ１０７）、ステップＳ１００に戻って図８のルーチンを繰り返す。

また、ステップＳ１０４において、現在のクランク番号が区間Ｂの最終クランク番号でない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ステップＳ１００に戻って、クランク番号が区間Ｂの最終クランク番号になるまで図８のルーチンを繰り返す。

また、ステップＳ１０１において、現在のクランク番号が区間Ｂの範囲内にない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、第１過渡判定部２２は、第１吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｂを初期化し（ステップＳ１０８）、ステップＳ１００に戻って図８のルーチンを繰り返す。

以下、図９を参照しながら、第２過渡判定部２４および第２過渡燃料噴射量演算部２５の動作について説明する。図９は、この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置における第２過渡判定部および第２過渡燃料噴射量演算部の動作を示すフローチャートである。

図９において、まず、第２過渡判定部２４は、各種センサ信号を読み込む（ステップＳ１１０）。すなわち、第２過渡判定部２４は、エンジン１９の運転状態を示す吸気圧センサ５およびセンサ群１５からの運転状態情報を読み込む。ここで、センサ群１５は、吸気温センサ２、エンジン温度センサ６、クランク角センサ７および酸素センサ１１を含むが、運転状態情報には、これらのセンサからの運転状態情報がすべて含まれる必要はない。

続いて、第２過渡判定部２４は、クランク番号を参照し、現在のクランク番号が区間Ｃの範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１１１）。この発明の実施の形態１では、クランク番号が１５番から１７番までである場合に、区間Ｃの範囲内と判断する。

ステップＳ１１１において、現在のクランク番号が区間Ｃの範囲内である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、第２過渡判定部２４は、吸気圧ＰＭ_ｎと１周期前の吸気圧ＰＭ_ｎｏｌｄとの差分ΔＰＭ_ｎを演算する（ステップＳ１１２）。

次に、第２過渡判定部２４は、区間ＣにおけるステップＳ１１２で演算した差分ΔＰＭ_ｎの積算値ΣΔＰＭ＿Ｃを演算する（ステップＳ１１３）。このとき、図５に示されるように、吸気行程でアクセル開度が変化した場合、区間Ｃでの吸気圧が変化するため、第２吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｃが増加していく。

続いて、第２過渡判定部２４は、クランク番号を参照し、現在のクランク番号が区間Ｃの最終クランク番号であるか否かを判定する（ステップＳ１１４）。この発明の実施の形態１では、吸気行程のクランク番号１７番が、区間Ｃの最終クランク番号となる。

ステップＳ１１４において、現在のクランク番号が区間Ｃの最終クランク番号である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、第２過渡判定部２４は、第２吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｃが第２加速判定閾値Ｙよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１５）。

ステップＳ１１５において、第２吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｃが第２加速判定閾値Ｙよりも大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、加速状態と判定される。

このとき、第２過渡燃料噴射量演算部２５は、第１過渡判定部２２で加速状態と判定され、第１過渡燃料噴射が実行されていないか否かを判定する（ステップＳ１１６）。ここで、第１過渡判定部２２で加速状態と判定された場合とは、区間Ｂにおいてアクセル開度が変化し、それに伴う追加の燃料噴射量に対して、第１過渡燃料噴射が実行されたことである。すなわち、すでに必要な追加燃料噴射が実行された状態である。

ステップＳ１１６において、第１過渡燃料噴射が実行されていない（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、第２過渡燃料噴射量演算部２５は、区間Ｃにおいてアクセル開度が増加し、エンジン１９のシリンダに吸入される空気量が多くなって、区間Ａで決定した通常燃料噴射量では不足すると判断し、追加の燃料噴射量である第２過渡燃料噴射量を演算する（ステップＳ１１７）。

なお、第２過渡燃料噴射量は、第２吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｃとセンサ群１５からの運転状態情報に基づいて決定される。例えば、第２吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｃと第２過渡燃料噴射量との関係は、図７に示されるように、第２吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｃが大きければ、吸気行程で吸入される空気量が多くなる。そのため、第２過渡燃料噴射量は、第２吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｃに比例して多くなる。

しかしながら、吸気行程において追加で燃料噴射可能な時間は限られているため、燃料噴射モジュール８であるインジェクタの特性によって、上限値が設けられる。さらに、第２過渡燃料噴射量は、センサ群１５からの運転状態情報に基づいて補正され、最終的な第２過渡燃料噴射量が決定される。

また、区間Ｃの最終クランク番号、すなわち排気行程のクランク番号１７番において、燃料噴射モジュール８から第２過渡燃料噴射量相当の燃料噴射が実行される。以下、第２過渡燃料噴射量相当の燃料噴射を、第２過渡燃料噴射と称する。

一方、ステップＳ１１６において、第１過渡燃料噴射が実行された（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、第２過渡燃料噴射量演算部２５は、第１過渡燃料噴射が実行済であることから、エンジンの空燃比のリッチ化を抑制するために、第２過渡燃料噴射量を、第２吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｃに基づいて演算される値から減量する（ステップＳ１１８）。ここで、減量方法は、第１過渡燃料噴射量に応じて決定し、過剰なリッチ化が予想される場合は、第２過渡燃料噴射量を０にしてもよい。

これは、区間Ｂでアクセル開度が変化した場合には、成り行きで区間Ｃの吸気圧も変化することになるが、ここで第２過渡燃料噴射を実行してしまうと、エンジン１９のシリンダに吸入される空気量に対して燃料噴射量が過多となり、空燃比の過剰なリッチ化を招く可能性があるためである。そのため、第１過渡判定部２２で加速状態と判定され、第１過渡燃料噴射が実行された場合には、第２過渡燃料噴射量を減量する。

一方、ステップＳ１１５において、第２吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｃが第２加速判定閾値Ｙ以下である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、加速状態でないと判定される。

このとき、第２過渡燃料噴射量演算部２５は、加速状態と判定するほどの吸気圧変化がなく、空燃比に影響を及ぼす程の空気量変化がないか、または燃料噴射モジュール８であるインジェクタの最低燃料噴射量よりも少ない燃料噴射量しか求められないと判断し、区間Ｃでの追加燃料噴射を不要とし（ステップＳ１１９）、ステップＳ１１０に戻って図９のルーチンを繰り返す。

また、ステップＳ１１４において、現在のクランク番号が区間Ｃの最終クランク番号でない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、ステップＳ１１０に戻って、クランク番号が区間Ｃの最終クランク番号になるまで図９のルーチンを繰り返す。

また、ステップＳ１１１において、現在のクランク番号が区間Ｃの範囲内にない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、第２過渡判定部２４は、第２吸気圧差分積算値ΣΔＰＭ＿Ｃを初期化し（ステップＳ１２０）、ステップＳ１１０に戻って図９のルーチンを繰り返す。

以上のように、実施の形態１によれば、エンジンの吸気管に設けられたスロットル弁と、スロットル弁の下流側における吸気管内の吸気圧を検出する吸気圧センサと、エンジンのクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサと、吸気圧センサで検出された吸気圧に基づいて、エンジンのシリンダへの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御部と、を備え、燃料噴射制御部は、エンジンの燃焼サイクルのうち、圧縮行程、膨張行程および排気行程を含む第１区間における吸気圧の変化量の積算値を第１吸気圧差分積算値として演算し、第１吸気圧差分積算値が第１加速判定閾値よりも大きい場合に、エンジンの加速状態を判定する第１過渡判定部と、第１吸気圧差分積算値に基づいて、追加の燃料噴射量を演算する第１過渡燃料噴射量演算部と、エンジンの燃焼サイクルのうち、吸気行程を含む第２区間における吸気圧の変化量の積算値を第２吸気圧差分積算値として演算し、第２吸気圧差分積算値が、第１加速判定閾値よりも小さい第２加速判定閾値よりも大きい場合に、エンジンの加速状態を判定する第２過渡判定部と、第２吸気圧差分積算値に基づいて、追加の燃料噴射量を演算する第２過渡燃料噴射量演算部と、を有している。

これにより、エンジンの燃焼サイクルのうち、アクセル開度の変化に対して吸気圧変化が十分に現れ、追加の燃料噴射を行うまで時間的に余裕がある圧縮行程、膨張行程および排気行程を含む区間と、アクセル開度の変化に対して吸気圧変化が十分に現れる前に、加速判定と追加の燃料噴射を行う必要がある吸気行程を含む区間に分けて、それぞれの区間に対して加速判定を行い、アクセル開度の変化がある場合には、増加する吸入空気量に対してそれぞれの区間で適切な追加の燃料噴射量を決定することができる。

そのため、圧縮行程、膨張行程または排気行程でアクセル開度が増加した場合は、吸気圧変化量に基づいて加速判定と追加の燃料噴射量の決定が可能であり、吸気行程でアクセル開度が増加した場合であっても、微小な吸気圧変化量を捉え、加速判定を行い、微小な吸気圧変化量に基づいて増加する吸入空気量を予測して、追加の燃料噴射量を決定することができる。

また、第１過渡判定部と第２過渡判定部のそれぞれの区間で、吸気圧差分積算値の変化しやすさが異なることに対して、それぞれの区間に適した加速判定閾値を設けるとともに、第２加速判定閾値を第１加速判定閾値よりも小さくすることで、第２過渡判定部は、第１過渡判定部よりも区間が短く、スロットル開度変化に対して吸気圧変化が現れにくくても、加速判定を行うことができる。
したがって、エンジンの燃焼サイクルにおけるどのタイミングでアクセル開度が変化した場合であっても、空燃比を高精度に制御することができる。

また、第１過渡判定部は、第１区間において、現在の吸気圧と１周期前の吸気圧との差分を第１区間中で積算して第１吸気圧差分積算値を演算し、第２過渡判定部は、第２区間において、現在の吸気圧と１周期前の吸気圧との差分を第２区間中で積算して第２吸気圧差分積算値を演算する。
これにより、それぞれの区間において、エンジンの燃焼サイクルの１周期前から今回の燃焼サイクルでの吸気圧が変化した量を漏れなく捉えることができる。

また、第２過渡燃料噴射量演算部は、第１過渡燃料噴射量演算部と同じ吸気圧差分積算値に対して、第１過渡燃料噴射量演算部よりも大きく追加の燃料噴射量を決定可能である。
第１過渡燃料噴射量演算部は、圧縮行程、膨張行程または排気行程で検出した実際の吸気圧変化量に基づいて、次の吸気行程で増加することが見込まれる吸入空気量に対して追加の燃料噴射量を演算し、第２過渡燃料噴射量演算部は、吸気行程で検出した微小な吸気圧変化量から、吸気行程で増加する吸入空気量を予測し、追加の燃料噴射量を演算する必要がある。
そのため、第１過渡燃料噴射量演算部と第２過渡燃料噴射量演算部とでは、吸気圧差分積算値に対する追加の燃料噴射量のゲインが違うことに特徴があり、第２過渡燃料噴射量演算部は、第１過渡燃料噴射量演算部と同じ吸気圧差分積算値に対して、追加の燃料噴射量を大きく設定することで、微小な吸気圧変化から吸入空気量の増加を予測することを実現している。

また、第２過渡燃料噴射量演算部は、第１過渡判定部でエンジンの加速状態が判定された場合には、第１過渡判定部でエンジンの加速状態が判定されていない場合に比べて、追加の燃料噴射量を減量する。
ここで、例えば圧縮行程から排気行程までの間にアクセル開度が増加した場合、その区間の吸気圧に変化が生じるため、第１過渡判定部で加速判定および追加の燃料噴射の実行が可能であるが、成り行きで吸気行程中の吸気圧にも変化が生じるため、第２過渡判定部でも加速判定をする可能性がある。
このとき、第１追加燃料噴射を考慮せず、第２過渡燃料噴射量演算部で追加の燃料噴射量を演算し、第２追加燃料噴射を実行すると、燃料噴射量が過多になりエンジンの空燃比が過剰にリッチとなる。
これに対して、第２過渡燃料噴射量演算部で追加の燃料噴射量を減量することにより、空燃比が過剰にリッチになることを防止することができる。

１コントロールユニット、１ａメモリ、２吸気温センサ、３スロットル弁、４スロットルアクチュエータ、５吸気圧センサ、６エンジン温度センサ、７クランク角センサ、８燃料噴射モジュール、９点火プラグ、１０排気管、１１酸素センサ、１２三元触媒コンバータ、１３点火コイル、１４吸気管、１５センサ群、１９エンジン、２０燃料噴射制御部、２１通常燃料噴射量演算部、２２第１過渡判定部、２３第１過渡燃料噴射量演算部、２４第２過渡判定部、２５第２過渡燃料噴射量演算部、２６燃料噴射駆動部。

Claims

エンジンの吸気管に設けられたスロットル弁と、
前記スロットル弁の下流側における前記吸気管内の吸気圧を検出する吸気圧センサと、
前記エンジンのクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサと、
前記吸気圧センサで検出された吸気圧に基づいて、前記エンジンのシリンダへの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御部と、を備え、
前記燃料噴射制御部は、
前記エンジンの燃焼サイクルのうち、圧縮行程、膨張行程および排気行程を含む第１区間における前記吸気圧の変化量の積算値を第１吸気圧差分積算値として演算し、前記第１吸気圧差分積算値が第１加速判定閾値よりも大きい場合に、前記エンジンの加速状態を判定する第１過渡判定部と、
前記第１吸気圧差分積算値に基づいて、追加の燃料噴射量を演算する第１過渡燃料噴射量演算部と、
前記エンジンの燃焼サイクルのうち、吸気行程を含む第２区間における前記吸気圧の変化量の積算値を第２吸気圧差分積算値として演算し、前記第２吸気圧差分積算値が、前記第１加速判定閾値よりも小さい第２加速判定閾値よりも大きい場合に、前記エンジンの加速状態を判定する第２過渡判定部と、
前記第２吸気圧差分積算値に基づいて、追加の燃料噴射量を演算する第２過渡燃料噴射量演算部と、を有し、
前記第１過渡判定部は、前記第１区間において、現在の吸気圧と１周期前の吸気圧との差分を前記第１区間中で積算して前記第１吸気圧差分積算値を演算し、
前記第２過渡判定部は、前記第２区間において、現在の吸気圧と１周期前の吸気圧との差分を前記第２区間中で積算して前記第２吸気圧差分積算値を演算する
エンジン制御装置。
前記第２過渡燃料噴射量演算部は、前記第１過渡燃料噴射量演算部と同じ吸気圧差分積算値に対して、前記第１過渡燃料噴射量演算部よりも大きく追加の燃料噴射量を決定可能である
請求項１に記載のエンジン制御装置。
前記第２過渡燃料噴射量演算部は、前記第１過渡判定部で前記エンジンの加速状態が判定された場合には、前記第１過渡判定部で前記エンジンの加速状態が判定されていない場合に比べて、追加の燃料噴射量を減量する
請求項１または請求項２に記載のエンジン制御装置。
エンジンの吸気管に設けられたスロットル弁と、
前記スロットル弁の下流側における前記吸気管内の吸気圧を検出する吸気圧センサと、
前記エンジンのクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサと、
前記吸気圧センサで検出された吸気圧に基づいて、前記エンジンのシリンダへの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御部と、を備えたエンジン制御装置で実現されるエンジン制御方法であって、
前記エンジンの燃焼サイクルのうち、圧縮行程、膨張行程および排気行程を含む第１区間における前記吸気圧の変化量の積算値を第１吸気圧差分積算値として演算し、前記第１吸気圧差分積算値が第１加速判定閾値よりも大きい場合に、前記エンジンの加速状態を判定する第１過渡判定ステップと、
前記第１吸気圧差分積算値に基づいて、追加の燃料噴射量を演算する第１過渡燃料噴射量演算ステップと、
前記エンジンの燃焼サイクルのうち、吸気行程を含む第２区間における前記吸気圧の変化量の積算値を第２吸気圧差分積算値として演算し、前記第２吸気圧差分積算値が、前記第１加速判定閾値よりも小さい第２加速判定閾値よりも大きい場合に、前記エンジンの加速状態を判定する第２過渡判定ステップと、
前記第２吸気圧差分積算値に基づいて、追加の燃料噴射量を演算する第２過渡燃料噴射量演算ステップと、を有し、
前記第１過渡判定ステップにおいて、前記第１区間において、現在の吸気圧と１周期前の吸気圧との差分を前記第１区間中で積算して前記第１吸気圧差分積算値を演算し、
前記第２過渡判定ステップにおいて、前記第２区間において、現在の吸気圧と１周期前の吸気圧との差分を前記第２区間中で積算して前記第２吸気圧差分積算値を演算する
エンジン制御方法。