JP6503037B1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】比較的簡便な制御により、掃気制御の実行を確保しながら、掃気制御中、混合気の空燃比を過度にリッチ化させず、良好に制御できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】本発明では、ＬＡＦセンサ３３による検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤになるように燃料噴射量ＧＦＵＥＬを補正するＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦが、所定のゲインを含むフィードバック制御を用いて算出され（ステップ６）、さらに基準Ｆ／Ｂ補正係数ＫＲＥＦＸが設定される。過給状態で、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ特性を変更することで、吸気の吹き抜けにより燃焼室内を掃気する掃気制御が実行される（ステップ１５）。この掃気制御中、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦが基準Ｆ／Ｂ補正係数ＫＲＥＦＸに対して、燃料噴射量ＧＦＵＥＬをよりリッチ側に補正する方向に変化しているときに、フィードバック制御のゲインが低減される（ステップ２０）。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に吸気弁及び排気弁の両方が開弁するバルブオーバーラップを利用し、吸気の吹き抜けによって燃焼室内を掃気する掃気制御を実行するとともに、掃気制御中の混合気の空燃比を制御する制御装置に関する。
上述した掃気制御は、燃焼室内に残留する燃焼ガスの排出を促進し、吸気の充填効率を高める上で有効であり、吸気が過給され、吸気弁及び排気弁の両方が開弁したバルブオーバーラップ状態において、吸気弁を介して流入する吸気の一部を排気弁を介して排気通路側に吹き抜けさせることによって行われる。一方、内燃機関の制御として周知である空燃比フィードバック制御は、一般に、排気通路に配置された空燃比センサにより、流入する排ガスを介して混合気の空燃比を検出し、この検出空燃比が目標空燃比になるようにフィードバック補正値を算出し、フィードバック補正値で燃料噴射量を補正することによって行われる。
以上の関係から、掃気制御中に空燃比フィードバック制御を行った場合、燃焼室を吹き抜けた吸気が燃焼により生じた排気とともに空燃比センサに流入するため、空燃比センサの検出空燃比が混合気の実際の空燃比に対してリーン側にずれるという事象が生じる。その結果、実際の空燃比が目標空燃比に一致している場合でも、フィードバック補正値が燃料噴射量をリッチ側に補正するように算出されてしまい、空燃比が過度にリッチ化され、失火を招くおそれがある。この不具合は、空燃比センサが排気通路の燃焼室から比較的近い位置に配置されている場合、吹き抜けた吸気の影響が大きくなるため、特に顕著になる。
このような不具合を解消することを意図した従来の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この制御装置では、掃気制御が実行されていない非掃気制御時に、所定の複数の負荷領域ごとに、算出されたフィードバック補正値に基づく学習値があらかじめ算出され、記憶される。掃気制御中には、フィードバック補正値の代わりに、そのときの負荷領域に対応する学習値を用いて、燃料噴射量が補正される。また、負荷領域に対応する学習値の算出が完了していない場合には、掃気制御が禁止される。さらに、この制御装置では、掃気制御中、空燃比センサの出力（検出空燃比）に対してなまし処理が行われ、上記の学習値となまし処理された空燃比センサの出力に基づいて、燃料噴射量がフィードバック補正される。
国際公開第２０１４／００６７２１号
上述した従来の制御装置では、掃気制御中にフィードバック補正値の代わりに用いる学習値を、複数の負荷領域ごとに、非掃気制御時にあらかじめ算出し、記憶することが必要であり、その処理が煩雑である。また、今回の負荷領域に対応する学習値の算出が完了していない場合には、掃気制御が禁止されるため、掃気制御による利点を得ることができない。さらに、掃気制御時に空燃比センサの出力がなまし処理されるため、このときに用いられる学習値が適切に算出されていない場合には、不適切な学習値の近傍の値を長期間、使用し続けることになる。特に学習値が空燃比を過度にリーン側に補正するような値の場合には、リーンな排気が触媒に長期間、流入し続けることによって、触媒の温度が過度に上昇するおそれがある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、比較的簡便な制御により、掃気制御の実行を確保しながら、掃気制御中、混合気の空燃比を過度にリッチ化させることなく良好に制御することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、吸気を過給する過給機（実施形態における（以下、本項において同じ）ターボチャージャ９）を備えるとともに、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ特性を変更可能な内燃機関３の制御装置であって、排気通路８の過給機のタービン１５よりも上流側に設けられ、燃焼室内で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比センサ（ＬＡＦセンサ３３）と、空燃比センサで検出された検出空燃比（検出当量比ＫＡＣＴ）が目標空燃比（目標当量比ＫＣＭＤ）になるように燃料噴射量ＧＦＵＥＬを補正するためのフィードバック補正値（Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦ）を、所定のゲイン（Ｐ項ゲインＫｐ、Ｉ項ゲインＫｉ及びＤ項ゲインＫｄ）を含むフィードバック制御を用いて算出するフィードバック補正値算出手段（ＥＣＵ２、図４のステップ６）と、フィードバック補正値に基づき、基準フィードバック補正値（基準Ｆ／Ｂ補正係数ＫＲＥＦＸ）を設定する基準フィードバック補正値設定手段（ＥＣＵ２）と、過給機により吸気を過給した状態で、バルブオーバーラップ特性を所定の掃気制御用の特性に変更することにより、吸気弁を介して燃焼室に流入する吸気の一部を排気弁を介して流出させることによって、燃焼室内を掃気する掃気制御を実行する掃気制御手段（ＥＣＵ２、図５のステップ１５Ａ、１５Ｂ）と、掃気制御の実行中、フィードバック補正値が基準フィードバック補正値に対して、燃料噴射量ＧＦＵＥＬをよりリッチ側に補正する方向に変化しているときに、フィードバック制御のゲインを通常制御時よりも低減するゲイン低減制御を実行するゲイン低減制御手段（ＥＣＵ２、図５のステップ１８、２０）と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、排気通路の過給機のタービンよりも上流側に設けられた空燃比センサで混合気の空燃比を検出するとともに、この検出空燃比が目標空燃比になるように燃料噴射量を補正するためのフィードバック補正値が、所定のゲインを含むフィードバック制御を用いて算出される。また、フィードバック補正値に基づき、基準フィードバック補正値が設定される。さらに、過給機により吸気を過給した状態で、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ特性を所定の掃気制御用の特性に変更することにより、燃焼室内を掃気する掃気制御が実行される。そして、この掃気制御の実行中、フィードバック補正値が基準フィードバック補正値に対して、燃料噴射量ＧＦＵＥＬをよりリッチ側に補正する方向に変化しているときに、フィードバック制御のゲインを通常制御時よりも低減するゲイン低減制御が実行される。
前述したように、掃気制御中には、過給された吸気の一部が燃焼室を吹き抜け、空燃比センサに流入し、その検出空燃比が混合気の実際の空燃比に対してリーン側にずれるため、検出空燃比に基づいてフィードバック制御を行うと、実際の空燃比が目標空燃比に一致している場合でも、フィードバック補正値が燃料噴射量をリッチ側に補正するように算出され、空燃比が過度にリッチ化され、失火を招くおそれがある。これに対し、本発明によれば、掃気制御中、ゲイン低減制御を実行することによって、空燃比のフィードバック制御のゲインを通常制御時よりも低減する。これにより、フィードバック制御の応答性が低下し、フィードバック補正値の変化が抑制されるので、混合気の空燃比を、過度にリッチ化させることなく良好に制御することができ、空燃比の過度のリッチ化による失火を確実に防止することができる。
また、掃気制御中、フィードバック補正値が基準フィードバック補正値に対して燃料噴射量をよりリッチ側に補正する方向に変化していることを条件として、ゲイン低減制御が実行される。これにより、掃気制御中であっても、燃料噴射量及び空燃比が実際にはリッチ側に補正されていない場合、不要なゲイン低減制御を回避し、通常制御によるゲインを用いて応答性の高い空燃比フィードバック制御を行うことができる。
さらに、掃気制御中にフィードバック制御のゲインを低減するだけでよいので、前述した従来の制御装置と異なり、フィードバック補正値の学習値を複数の負荷領域ごとにあらかじめ算出・記憶するための煩雑な処理は不要であり、簡便な制御によって上記の効果が得られるとともに、掃気制御の実行を確保することができる。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、ゲイン低減制御の開始時におけるフィードバック補正値の初期値を、フィードバック補正値算出手段によって算出されたフィードバック補正値に設定する初期値設定手段（ＥＣＵ２、図９（ａ））をさらに備えることを特徴とする。
この構成によれば、ゲイン低減制御の開始時におけるフィードバック補正値の初期値が、フィードバック補正値算出手段によって算出されたフィードバック補正値に設定される。これにより、ゲイン低減制御の開始時において、フィードバック補正値が急激に変化することがなく、したがって、フィードバック補正値で補正される燃料噴射量及び空燃比の急変とそれに起因する内燃機関のトルク段差の発生を防止することができる。
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、基準フィードバック補正値は、掃気制御の開始時までに算出されたフィードバック補正値の学習値であり、ゲイン低減制御の開始時におけるフィードバック補正値の初期値を、基準フィードバック補正値に設定する初期値設定手段（ＥＣＵ２、図８のステップ４３、図９（ｂ））をさらに備えることを特徴とする。
この構成によれば、基準フィードバック補正値は、掃気制御の開始時までに算出されたフィードバック補正値の学習値であり、ゲイン低減制御の開始時におけるフィードバック補正値の初期値が、この基準フィードバック補正値に設定される。したがって、ゲイン低減制御が開始されるまでにフィードバック補正値がすでに大きくリッチ側に変化している場合でも、その影響を受けることなく、ゲイン低減制御の開始時におけるフィードバック補正値の初期値を設定でき、それにより、空燃比の過度のリッチ化による失火を確実に防止することができる。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、ゲイン低減制御手段は、掃気制御が終了した後、所定時間（所定値ＣＴＲＥＦ２）が経過したときに、ゲイン低減制御を終了すること（図５のステップ１９、２０、２２〜２４）を特徴とする。
掃気制御が終了した直後には、バルブオーバーラップ特性が定常の特性に復帰したとしても、掃気による新気が排気通路に滞留しているため、ゲインの通常制御に即座に切り替えると、空燃比が急変し、過度にリッチ化するおそれがある。この構成によれば、掃気制御が終了した後、所定時間が経過したときに、ゲイン低減制御を終了させ、通常制御に移行するので、この移行時における空燃比の急変を防止することができる。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、ゲイン低減制御の開始時からのフィードバック補正量の成長度合を表す成長度合パラメータ（Ｆ／Ｂ補正係数成長率Ｒ＿ＫＡＦＧＲＷ）を算出する成長度合パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、図６のステップ２６）をさらに備え、掃気制御手段は、算出された成長度合パラメータが所定値ＲＲＥＦを超えたときに、掃気制御を終了することを特徴とする。
この構成によれば、上述した成長度合パラメータが所定値を超えたときに掃気制御を停止する。これにより、ゲイン低減制御を実行したにもかかわらず、その開始時からのフィードバック補正値の成長が過大になっている場合、掃気制御を強制的に停止することによって、空燃比の過度のリッチ化による失火を確実に防止することができる。
本発明を適用した内燃機関を概略的に示す図である。 制御装置を示すブロック図である。 吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を示す図である。 空燃比フィードバック制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態による掃気制御処理の一部を示すフローチャートである。 図５及び図８の処理の残りの部分を示すタイミングチャートである。 図４〜図６の処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。 第２実施形態による掃気制御処理の一部を示すフローチャートである。 図５及び図８の処理によるＦ／Ｂ補正係数の設定状況を対比して示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３は、４つの気筒４を有し、燃焼室（図示せず）に燃料を直接、噴射する直噴式のガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に搭載されている。
各気筒４には、燃料噴射弁５及び点火プラグ６が設けられている。燃料噴射弁５の開弁時間は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）２（図２参照）によって制御され、それにより燃料噴射量ＧＦＵＥＬが制御される。点火プラグ６の点火時期ＩＧもまた、ＥＣＵ２によって制御される。
また、エンジン３は、吸気通路７、排気通路８及びターボチャージャ９を備えている。吸気通路７は、サージタンク１０に接続され、サージタンク１０は、吸気マニホルド１１を介して各気筒４の燃焼室に接続されている。吸気通路７には、ターボチャージャ９によって加圧された空気を冷却するためのインタークーラ１２と、その下流側に配置されたスロットル弁１３が設けられている。
スロットル弁１３にはＴＨアクチュエータ１３ａが連結されている。ＴＨアクチュエータ１３ａの動作をＥＣＵ２で制御することにより、スロットル弁１３の開度が制御され、それにより、燃焼室に吸入される吸入空気量が調整される。サージタンク１０には、吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ３１が設けられ、吸気通路７には、吸入空気流量ＧＡＩＲを検出するためのエアフローセンサ３２が設けられている。
ターボチャージャ９は、排気通路８に配置され、排気の運転エネルギにより回転駆動されるタービン１５と、シャフト１６を介してタービン１５に一体に連結されたコンプレッサ１７を有する。コンプレッサ１７は、吸気通路７に配置されており、吸気通路７を流れる空気を加圧（圧縮）し、吸気を過給する。
エンジン３の各気筒４の燃焼室は、排気マニホルド１８を介して排気通路８に接続されている。排気通路８のタービン１５よりも上流側、より詳しくは排気通路８の最上流部（排気マニホルド１８の集合部のすぐ下流側）には、燃焼室内で燃焼する混合気の空燃比を検出するＬＡＦセンサ（空燃比センサ）３３が設けられている。ＬＡＦセンサ３３は、流入する排気の酸素濃度を介して混合気の空燃比を検出する。なお、ＬＡＦセンサ３３は、実際には空燃比を当量比（＝理論空燃比／空燃比）として検出するので、以下、ＬＡＦセンサ３３によって検出される検出空燃比を検出当量比ＫＡＣＴという。
また、排気通路８には、タービン１５をバイパスするバイパス通路１９が接続され、バイパス通路１９には、バイパス通路１９を通過する排気の流量を制御する電動のウェイストゲート弁２０が設けられている。ウェイストゲート弁２０の動作は、ＥＣＵ２によって制御される（図２参照）。さらに、ウェイストゲート弁２０の下流側には、燃焼室から排出された排気を浄化するための三元触媒（図示せず）などから成る排ガス浄化装置２１が設けられている。
また、エンジン３は、吸気弁、排気弁及びピストン（いずれも図示せず）を気筒４ごとに備えるとともに、吸気弁を開閉駆動する可変吸気弁駆動機構４０、及び排気弁を開閉駆動する可変排気弁駆動機構５０を備えている。可変吸気弁駆動機構４０は、周知の構成のものであり、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト（いずれも図示せず）の位相を変更することにより、吸気弁の作動位相（以下「吸気位相」という）ＣＡＩＮを、図３に実線Ｌ１で示す最遅角位相と破線Ｌ２で示す最進角位相との間で連続的に変更する。可変吸気弁駆動機構４０の動作は、吸気側制御弁４０ａをＥＣＵ２からの駆動信号で制御することによって、制御される（図２参照）。
可変排気弁駆動機構５０は、可変吸気弁駆動機構４０と同様に構成されており、クランクシャフトに対する排気カムシャフト（図示せず）の位相を変更することにより、排気弁の作動位相（以下「排気位相」という）ＣＡＥＸを、図３に実線Ｌ３で示す最進角位相と破線Ｌ４で示す最遅角位相との間で連続的に変更する。可変排気弁駆動機構５０の動作は、排気側制御弁５０ａをＥＣＵ２からの駆動信号で制御することによって、制御される（図２参照）。
以上の構成により、ターボチャージャ９により吸気を過給した状態で、吸気位相ＣＡＩＮを進角させるとともに排気位相ＣＡＥＸを遅角させると、吸気ＴＤＣ（上死点）付近において吸気弁及び排気弁の両方が開弁するバルブオーバーラップ期間ＣＡＯＶＬが増加する。これにより、吸気弁を介して燃焼室に流入する吸気の一部が、燃焼に寄与することなくそのまま排気弁を介して排気通路に流出する「吹き抜け」を発生させることによって、燃焼室内の残留ガスを掃気する掃気制御が実行される。
また、ＥＣＵ２には、前述した吸気圧センサ３１、エアフローセンサ３２及びＬＡＦセンサ３３の他、クランク角センサ３４、吸気カム角センサ３５、排気カム角センサ３６、車両のアクセルペダル（図示せず）の踏込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出するアクセル開度センサ３７、及び図示しない他のセンサ（エンジン水温センサ、吸気温センサや、車速センサなど）が接続されており、これらの検出信号はＥＣＵ２に入力される。
クランク角センサ３４は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号を出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角度（例えば３０°）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン回転数ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒においてピストンが吸気ＴＤＣ付近にあることを表す信号であり、エンジン３が４気筒の場合には、クランク角度１８０°ごとに出力される。
また、吸気カム角センサ３５及び排気カム角センサ３６はそれぞれ、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの回転に伴い、パルス信号である吸気ＣＡＭ信号及び排気ＣＡＭ信号を、所定のカム角度（例えば１゜）ごとに出力する。ＥＣＵ２は、上記ＣＲＫ信号及び吸気ＣＡＭ信号に基づいて吸気位相ＣＡＩＮを算出し、ＣＲＫ信号及び排気ＣＡＭ信号に基づいて排気位相ＣＡＥＸを算出する。
ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ３１〜３７の検出信号に応じてエンジン３の運転状態を判別するとともに、燃料噴射弁５による燃料噴射制御、点火プラグ６による点火時期制御、ウェイストゲート弁２０による過給制御や、可変吸気弁／排気弁駆動機構４０、５０によるバルブタイミング制御などを行う。
本実施形態では特に、ＥＣＵ２により、空燃比フィードバック制御及び前述した掃気制御が実行され、ＥＣＵ２は、本発明のフィードバック補正値算出手段、基準フィードバック補正値設定手段、掃気制御手段、ゲイン低減制御手段、基準フィードバック補正値算出手段、及び初期値設定手段を構成する。
図４は、ＥＣＵ２によって実行される空燃比フィードバック制御処理を示す。この処理は、ＬＡＦセンサ３３で検出された検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比（目標空燃比）ＫＣＭＤになるように、燃料噴射量ＧＦＵＥＬを介して空燃比フィードバック制御を行うものであり、ＴＤＣ信号の発生に同期して繰り返し実行される。
本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、燃料噴射量ＧＦＵＥＬの基本値ＧＢＡＳＥを算出する。その算出は、例えば、検出された吸入空気流量ＧＡＩＲに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって行われる。このマップでは、基本値ＧＢＡＳＥは、混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。
次に、目標当量比ＫＣＭＤを算出する（ステップ２）。目標当量比ＫＣＭＤは、要求トルクＴＲＱＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。このマップでは、目標当量比ＫＣＭＤは、加速時（スロットル全開時）などを除くエンジン３の定常運転状態では、理論空燃比に相当する当量比に設定されている。なお、上記の要求トルクＴＲＱＤは、アクセル開度ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じ、基本的にアクセル開度ＡＰに比例するように算出される。
次に、目標当量比ＫＣＭＤと検出当量比ＫＡＣＴとの偏差ｅ（ｎ）を算出する（ステップ３）。また、この偏差ｅ（ｎ）の積算値Σｅ（ｎ）を、その前回値Σｅ（ｎ−１）に今回の偏差ｅ（ｎ）を加算することによって算出する（ステップ４）とともに、今回の偏差ｅ（ｎ）と前回の偏差ｅ（ｎ−１）との差を、偏差変化量Δｅ(n)として算出する（ステップ５）。
次に、所定のゲイン（Ｐ項ゲインＫｐ、Ｉ項ゲインＫｉ及びＤ項ゲインＫｄ）を用い、次式（１）によって、空燃比フィードバック補正係数（以下「Ｆ／Ｂ補正係数」という）ＫＡＦを算出する（ステップ６）。
ＫＡＦ＝Ｋｐ・ｅ（ｎ）＋Ｋｉ・Σｅ（ｎ）＋Ｋｄ・Δｅ（ｎ） ・・・（１）
次に、総補正係数ＫＴＯＴＡＬを算出する（ステップ７）。この総補正係数ＫＴＯＴＡＬは、エンジン３の運転状態に応じて設定される他の複数の補正係数（例えば、検出されたエンジン水温に応じた水温補正係数や吸気温に応じた吸気温補正係数など）を互いに乗算したものである。
最後に、次式（２）により、基本値ＧＢＡＳＥに、目標当量比ＫＣＭＤ、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦ及び総補正係数ＫＴＯＴＡＬを乗算することによって、燃料噴射量ＧＦＵＥＬを算出し（ステップ８）、図４の処理を終了する。
ＧＦＵＥＬ ＝ ＧＢＡＳＥ・ＫＣＭＤ・ＫＡＦ・ＫＴＯＴＡＬ ・・・（２）
次に、図５及び図６を参照しながら、第１実施形態による掃気制御処理について説明する。この処理は、掃気制御を実行又は禁止するとともに、それに応じて空燃比フィードバック制御のゲインの設定などを行うものであり、ＥＣＵ２により所定の周期ΔＴで繰り返し実行される。
本処理では、まずステップ１１において、掃気制御要求フラグＦ＿ＳＣＡＶＲＥＱが「１」であるか否かを判別する。この掃気制御要求フラグＦ＿ＳＣＡＶＲＥＱは、図示しない別個の処理により、アクセルペダルの踏込みなどに伴って目標吸気圧ＰＯＢＪと実際の吸気圧ＰＢＡ（過給圧）との偏差が所定値以上になったときに、掃気制御を実行すべきとして「１」にセットされ、その後、吸気圧ＰＢＡが目標吸気圧ＰＯＢＪに達したときに「０」にリセットされるものである。なお、目標吸気圧ＰＯＢＪは、要求トルクＴＲＱＤ及びエンジン回転数ＮＥに基づいて算出される。
上記ステップ１１の答えがＮＯで、掃気制御が要求されていないときには、後述する掃気制御停止カウンタの値ＣＴ＿ＳＳＴＰを所定値ＣＴＲＥＦ１に設定する（ステップ１２Ａ）とともに、この掃気制御停止カウンタの減算を指示する停止カウンタ減算フラグＦ＿ＣＴ＿ＳＳＴＰを「０」にセットする（ステップ１２Ｂ）。また、掃気制御を実行しないものとして、掃気制御フラグＦ＿ＳＣＡＶＣＴＬを「０」にセットする（ステップ１３Ａ）とともに、ＶＴＣ（可変吸気弁駆動機構４０及び可変排気弁駆動機構５０）を通常運転用の定常位置に駆動する（ステップ１３Ｂ）。具体的には、吸気位相ＣＡＩＮ及び排気位相ＣＡＥＸを、要求トルクＴＲＱＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じた値に制御する。
前記ステップ１１の答えがＹＥＳのときには、掃気制御停止要求フラグＦ＿ＳＣＡＶＳＴＰが「１」であるか否かを判別する（ステップ１４）。後述するように、この掃気制御停止要求フラグＦ＿ＳＣＡＶＳＴＰは、掃気制御の実行中、これを停止すべきと判定されたときに「１」にセットされるものである。したがって、このステップ１４の答えがＹＥＳのときには、掃気制御を停止するものとして、前記ステップ１３に進み、掃気制御フラグ＿ＳＣＡＶＣＴＬを「０」にセットする。
一方、上記ステップ１４の答えがＮＯのときには、掃気制御の実行条件が成立しているとして、掃気制御フラグＦ＿ＳＣＡＶＣＴＬを「１」にセットする（ステップ１５Ａ）とともに、ＶＴＣを掃気位置に駆動する（ステップ１５Ｂ）。具体的には、吸気位相ＣＡＩＮを進角側の所定値に制御するとともに、排気位相ＣＡＥＸを遅角側の所定値に制御する。これにより、ターボチャージャ９により吸気が過給された状態で、バルブオーバーラップ期間ＣＡＯＶＬを増加させ、吸気の吹き抜けを発生させることによって、燃焼室内の残留ガスを掃気する掃気制御が実行される。
前記ステップ１３Ｂ又は１５Ｂに続くステップ１６Ａでは、ＶＴＣが上述した定常位置にあるか否かを判別し、その答えがＮＯのときには、掃気動作状態フラグＦ＿ＳＣＡＶＯＰＲＮを「１」にセットする（ステップ１６Ｂ）。次に、掃気動作状態フラグ掃気領域フラグＦ＿ＳＣＡＶＡＲＥＡが「１」であるか否かを判別する（ステップ１７）。この掃気領域フラグＦ＿ＳＣＡＶＡＲＥＡは、図示しない別個の処理により、例えば吸気圧ＰＢＡ、吸気位相ＣＡＩＮ及び排気位相ＣＡＥＸが、所定のマップ（図示せず）に規定された掃気領域に属している場合に、所定量以上の掃気が実際に発生していると判定して「１」にセットされるものである。
このステップ１７の答えがＹＥＳのときには、図４のステップ６で算出されたＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦが基準Ｆ／Ｂ補正係数ＫＲＥＦＸよりも大きいか否かを判別する（ステップ１８）。この基準Ｆ／Ｂ補正係数ＫＲＥＦＸは、掃気制御の開始時までに算出されたＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦの学習値である。この学習値は、空燃比フィードバック制御中で、かつエンジン３における安定した燃焼が得られるような所定の条件（例えば、エンジン回転数ＮＥが所定回転数以下、エンジン３の負荷が所定範囲内で、空燃比の変動量が所定値以下であるなど）が成立しているときに算出されたＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦになまし処理を加えることによって、算出される。
このステップ１８の答えがＹＥＳのとき、すなわち、掃気制御の実行中で、掃気が発生していると判定され、かつＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦが、基準Ｆ／Ｂ補正係数ＫＲＥＦＸに対して増加し、燃料噴射量ＧＦＵＥＬをよりリッチ側に補正する方向に変化しているときには、掃気制御の影響により混合気の空燃比がリッチ側に過度に補正されるおそれがあると判定する。
この場合には、後述する移行カウンタの値ＣＴ＿ＴＲＮＳを所定値ＣＴＲＥＦ２に設定した（ステップ１９）後、図４の空燃比フィードバック制御に用いられるゲインを低減する（ステップ２０Ａ）。具体的には、例えばＰ項ゲインＫｐ、Ｉ項ゲインＫｉ及びＤ項ゲインＫｄをそれぞれ、より小さな第２所定値Ｋｐ２、Ｋｉ２及びＫｄ２に設定する。以下、このように掃気制御中に空燃比フィードバック制御のゲインを低減する制御を「ゲイン低減制御」といい、ゲイン低減制御以外でゲインを通常値に設定する制御を「通常制御」という。
次に、前記停止カウンタ減算フラグＦ＿ＣＴ＿ＳＳＴＰを「１」にセットする（ステップ２０Ｂ）とともに、上記のゲイン低減制御の開始時におけるＫＡＦ値を表すＦ／Ｂ補正係数初期値ＫＡＦＩＮＩを、その前回値に保持する（ステップ２１）。
一方、前記ステップ１６Ａの答えがＹＥＳで、ＶＴＣが定常位置にあるときには、掃気動作状態フラグＦ＿ＳＣＡＶＯＰＲＮを「０」にセットする（ステップ１６Ｃ）とともに、ステップ２２に進み、ステップ１９で設定した移行カウンタ値ＣＴ＿ＴＲＮＳをデクリメントする。また、前記ステップ１７又は１８の答えがＮＯのとき、すなわち、掃気が発生していないと判定され、又はＦ／Ｂ補正係数ＫＦがリッチ側に変化していないときには、掃気の影響により混合気の空燃比がリッチ側に過度に補正されるおそれがないと判定し、前記ステップ２２に進み、移行カウンタ値ＣＴ＿ＴＲＮＳをデクリメントする。
次に、移行カウンタ値ＣＴ＿ＴＲＮＳが０以下であるか否かを判別し（ステップ２３）、その答えがＹＥＳのときには、フィードバック制御のゲインを通常値に設定し、通常制御を実行する（ステップ２４）。具体的には、Ｐ項ゲインＫｐ、Ｉ項ゲインＫｉ及びＤ項ゲインＫｄをそれぞれ、より大きな第１所定値Ｋｐ１、Ｋｉ１及びＫｄ１に設定する。次に、そのときのＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦを、Ｆ／Ｂ補正係数初期値ＫＡＦＩＮＩとして設定する（ステップ２５）。
一方、前記ステップ２３の答えがＮＯで、移行カウンタ値ＣＴ＿ＴＲＮＳ＞０のとき、すなわち、掃気制御の終了に伴ってＶＴＣが定常位置に復帰した後、又はゲイン低減制御中にその実行条件が不成立になった後、所定値ＣＴＲＥＦ２・ΔＴ（本処理の実行周期）に相当する時間が経過していないときには、前記ステップ２０に進み、ゲイン低減制御を継続する。
前記ステップ２１又は２５に続き、図６のステップ２６では、そのときのＦ／Ｂ補正係数ＫＦをＦ／Ｂ補正係数初期値ＫＡＦＩＮＩで除算することによって、Ｆ／Ｂ補正係数成長率Ｒ＿ＫＡＦＧＲＷを算出する。この定義から明らかなように、Ｆ／Ｂ補正係数成長率Ｒ＿ＫＡＦＧＲＷは、ゲイン低減制御の開始時からのＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦの成長（増加）度合を表す。
次に、停止カウンタ減算フラグＦ＿ＣＴ＿ＳＳＴＰが「１」であるか否かを判別し（ステップ２７Ａ）、その答えがＹＥＳのときには、前記ステップ１２で設定した掃気制御停止カウンタ値ＣＴ＿ＳＳＴＰをデクリメントし（ステップ２７Ｂ）、次のステップ２８に進む。一方、ステップ２７Ａの答えがＮＯのときには、ステップ２８に直接、進む。
このステップ２８では、ステップ２６で算出したＦ／Ｂ補正係数成長率Ｒ＿ＫＡＦＧＲＷが、所定値ＲＲＥＦを超えたか否かを判別する。この答えがＹＥＳのときには、ゲイン低減制御を実行したにもかかわらず、その開始時からのＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦの成長度合が過大になったため、掃気制御を停止すべきと判定し、掃気制御停止要求フラグＦ＿ＳＣＡＶＳＴＰを「１」にセットし（ステップ２９）、本処理を終了する。このステップ２９が実行されると、次回の処理サイクルにおいて前記ステップ１４の答えがＹＥＳになり、掃気制御が強制的に停止される。
前記ステップ２８の答えがＮＯのときには、掃気制御停止カウンタ値ＣＴ＿ＳＳＴＰが０以下であるか否かを判別する（ステップ３０）。この答えがＹＥＳのとき、すなわち、ゲイン低減制御を開始した後、所定値ＣＴＲＥＦ１・ΔＴに相当する時間が経過したときには、掃気制御を停止すべきと判定し、前記ステップ２９に進み、掃気制御停止要求フラグＦ＿ＳＣＡＶＳＴＰを「１」にセットする。これにより、次回の処理サイクルにおいて掃気制御が強制的に停止される。
一方、前記ステップ２８及び３０の答えがいずれもＮＯのときには、掃気制御停止要求フラグＦ＿ＳＣＡＶＳＴＰを「０」にセットし（ステップ３１）、本処理を終了する。この場合には、掃気制御が継続して実行される。
次に、図７を参照しながら、これまでに説明した図４〜図６の処理によって得られる動作例を、比較例とともに説明する。まず、時点ｔ１において、アクセルペダルが踏み込まれ、アクセル開度ＡＰが増加すると、目標吸気圧ＰＯＢＪが増加するのに伴い、ターボチャージャ９が作動し、過給が開始される。また、目標吸気圧ＰＯＢＪと吸気圧ＰＢＡとの偏差が所定値以上になったときに（時点ｔ２）、掃気制御フラグＦ＿ＳＣＡＶＣＴＬが「１」にセットされ、それに応じてＶＴＣが掃気位置に駆動されることによって、吸気位相ＣＡＩＮが進角側の所定値に設定されるとともに、排気位相ＣＡＥＸが遅角側の所定値に設定され（図示省略）、掃気制御が開始される。
その後、掃気が発生していると判定されると、掃気領域フラグＦ＿ＳＣＡＶＡＲＥＡが「１」にセットされ（時点ｔ３）、それに応じて、ゲイン低減制御が開始されるとともに、移行カウンタ値ＣＴ＿ＴＲＮＳが所定値ＣＴＲＥＦ２に設定される。このゲイン低減制御によりゲインが低減され、フィードバック制御の応答性が低下する。これにより、図７に実線で示すように、掃気制御の影響により検出当量比ＫＡＣＴがリーン側に大きく変化した場合でも、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦのリッチ側への変化が抑制され、それに応じて混合気の実際の空燃比（実ＡＦ）のリッチ側への変化が抑制されることで、過度のリッチ化が防止される。
これに対し、同図中の破線は、ゲイン低減制御が実行されない場合の比較例を示す。すなわち、この場合には、フィードバック制御のゲインが通常値に設定されることによって、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦがリッチ側に大きく変化し、その結果、検出当量比ＫＡＣＴのリーン側への変化は抑制されるものの、混合気の実際の空燃比ＡＦがリッチ側に大きく変化し、過度のリッチ化が生じている。
その後、吸気圧ＰＢＡが目標吸気圧ＰＯＢＪに達したときに（時点ｔ４）、掃気制御フラグＦ＿ＳＣＡＶＣＴＬが「０」にセットされるのに応じて、ＶＴＣの定常位置への駆動が開始される。その後、ＶＴＣが定常位置に達したときに（時点ｔ５）、掃気動作状態フラグＦ＿ＳＣＡＶＯＰＲＮが「０」にセットされ、掃気制御が終了するとともに、移行カウンタ値ＣＴ＿ＴＲＮＳのデクリメントが開始される。そして、移行カウンタ値ＣＴ＿ＴＲＮＳが０になったときに（時点ｔ６）、ゲイン低減制御が終了し、通常制御に復帰する。この例では、その後、時点ｔ７において、掃気の発生が終了したと判定され、掃気領域フラグＦ＿ＳＣＡＶＡＲＥＡが「０」にセットされる。
以上のように、本実施形態によれば、掃気制御中、ゲイン低減制御を実行することによって、空燃比のフィードバック制御のゲインを通常制御時よりも低減する。これにより、フィードバック制御の応答性が低下し、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦのリッチ側への変化が抑制されるので、混合気の空燃比を、過度にリッチ化させることなく良好に制御でき、空燃比の過度のリッチ化による失火を確実に防止することができる。また、掃気制御中にフィードバック制御のゲインを低減するだけでよいので、従来の制御装置と比較して制御が簡便であるとともに、掃気制御の実行を確保することができる。
また、掃気制御中、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦが基準Ｆ／Ｂ補正係数ＫＲＥＦＸよりも大きいこと、すなわちＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦが燃料噴射量ＧＦＵＥＬをよりリッチ側に補正する方向に変化していることを条件として、ゲイン低減制御を実行する。これにより、掃気制御中であっても、燃料噴射量ＧＦＵＥＬ及び空燃比が実際にはリッチ側に補正されていない場合、不要なゲイン低減制御を回避し、通常制御によるゲインを用いて応答性の高い空燃比フィードバック制御を行うことができる。
さらに、掃気制御の終了の際、ＶＴＣが定常位置に復帰した後、移行カウンタ値ＣＴ＿ＴＲＮＳで計時される所定時間が経過したときに、ゲイン低減制御から通常制御に移行するので、掃気終了直後に排気通路に滞留している新気の影響を排除し、移行時における空燃比の急変を防止することができる。
また、ゲイン低減制御の開始時からのＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦの成長度合を表すＦ／Ｂ補正係数成長率Ｒ＿ＫＡＦＧＲＷが所定値ＲＲＥＦを超えたときに、掃気制御を終了する。これにより、ゲイン低減制御を実行したにもかかわらず、その開始時からのフィードバック補正値の成長が過大になっている場合、掃気制御を強制的に停止することによって、空燃比の過度のリッチ化による失火を確実に防止することができる。
次に、図８を参照しながら、第２実施形態による掃気制御処理について説明する。なお、図８は、この掃気制御処理のうちの図５に対応する部分を示しており、掃気制御処理の残りの部分は図６と同じである。図５との比較から明らかなように、この掃気制御処理は、第１実施形態による掃気制御処理にステップ４１〜４３を加えたものである。具体的には、前記ステップ２０においてゲイン低減制御を実行した後、ステップ４１に進み、前回の処理サイクルにおいてゲイン低減制御が実行されていたか否かを判別する。この答えがＮＯで、今回の処理サイクルがゲイン低減制御の開始時に相当するときには、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦが基準Ｆ／Ｂ補正係数ＫＲＥＦＸよりも大きいか否かを判別する（ステップ４２）。
このステップ４２の答えがＹＥＳで、ＫＡＦ＞ＫＲＥＦＸが成立するときには、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦを基準Ｆ／Ｂ補正係数ＫＲＥＦＸに設定し（ステップ４３）、前記ステップ２６に進む。一方、上記ステップ４１の答えがＹＥＳのとき、又はステップ４２の答えがＮＯのときには、ステップ４２及び４３をスキップし、ステップ２６に進む。
図９は、上述した第２実施形態の動作を、第１実施形態の動作と併せて示したものである。まず、第１実施形態では、同図（ａ）に示すように、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦが基準Ｆ／Ｂ補正係数ＫＲＥＦＸよりもリッチ側にあることを条件として、ゲイン低減制御が開始される（ステップ１８、２０）とともに、その開始時におけるＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦの初期値は、そのときに算出されたＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦに設定される。これにより、ゲイン低減制御の開始時における燃料噴射量ＧＦＵＥＬ及び空燃比の急変とそれに起因するエンジン３のトルク段差の発生を防止することができる。
これに対し、第２実施形態によれば、同図（ｂ）に示すように、第１実施形態と同じ条件でゲイン低減制御が開始されるとともに、その開始時におけるＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦの初期値は、基準Ｆ／Ｂ補正係数ＫＲＥＦＸに設定される。これにより、ゲイン低減制御が開始されるまでにＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦがすでにリッチ側に変化している場合、その影響を受けることなく、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦの初期値を設定でき、したがって、空燃比の過度のリッチ化による失火を確実に防止することができる。
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、掃気制御に適したバルブオーバーラップ特性を得るために、吸気位相ＣＡＩＮ及び排気位相ＣＡＥＸの両方を変更しているが、これらの一方のみを変更してもよい。
また、実施形態では、ゲイン低減制御において、Ｐ項ゲインＫｐ、Ｉ項ゲインＫｉ及びＤ項ゲインＫｄをいずれも低減しているが、これらのいずれか１つ又は２つを変更してもよく、あるいは３つのゲインの変化度合を互いに異ならせてもよい。また、フィードバック制御として、ＰＩＤ制御を用いているが、これに代えて、スライディングモード制御などを採用してもよいことはもちろんである。
さらに、実施形態では、ゲイン低減制御の開始時からのＦ／Ｂ補正係数の成長度合を表す成長度合パラメータとして、そのときのＦ／Ｂ補正係数ＫＦをＦ／Ｂ補正係数初期値ＫＡＦＩＮＩで除算したＦ／Ｂ補正係数成長率Ｒ＿ＫＡＦＧＲＷを用いているが、これに限らず、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＦとＦ／Ｂ補正係数初期値ＫＡＦＩＮＩとの差を用いてもよい。
また、実施形態は、本発明を車両用のガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明はこれに限定されず、他の形式のエンジンや、他の用途のエンジン、例えばクランクシャフトを鉛直方向に配置した船外機のような船舶推進機用エンジンなどに適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
２ ＥＣＵ（フィードバック補正値算出手段、基準フィードバック補正値設定手段、掃 気制御手段、ゲイン低減制御手段、基準フィードバック補正値算出手段、初期値設 定手段）
３ 内燃機関
８ 排気通路
９ ターボチャージャ（過給機）
１５ タービン
３３ ＬＡＦセンサ（空燃比センサ）
ＫＡＣＴ 検出当量比（検出空燃比）
ＫＣＭＤ 目標当量比（目標空燃比）
ＧＦＵＥＬ 燃料噴射量
ＫＡＦ Ｆ／Ｂ補正係数（フィードバック補正値）
ＣＡＩＮ 吸気位相（バルブオーバーラップ特性）
ＣＡＥＸ 排気位相（バルブオーバーラップ特性）
Ｋｐ Ｐ項ゲイン（フィードバック制御のゲイン）
Ｋｉ Ｉ項ゲイン（フィードバック制御のゲイン）
Ｋｄ Ｄ項ゲイン（フィードバック制御のゲイン）
ＫＲＥＦＸ 基準Ｆ／Ｂ補正係数（基準フィードバック補正値）
ＣＴＲＥＦ２ 所定値（所定時間）
Ｒ＿ＫＡＦＧＲＷ Ｆ／Ｂ補正係数成長率（成長度合パラメータ）
ＲＲＥＦ 所定値

Claims (5)

  1. 吸気を過給する過給機を備えるとともに、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ特性を変更可能な内燃機関の制御装置であって、
    排気通路の前記過給機のタービンよりも上流側に設けられ、燃焼室内で燃焼する混合気の空燃比を検出する空燃比センサと、
    当該空燃比センサで検出された検出空燃比が目標空燃比になるように燃料噴射量を補正するためのフィードバック補正値を、所定のゲインを含むフィードバック制御を用いて算出するフィードバック補正値算出手段と、
    前記フィードバック補正値に基づき、基準フィードバック補正値を設定する基準フィードバック補正値設定手段と、
    前記過給機により吸気を過給した状態で、前記バルブオーバーラップ特性を所定の掃気制御用の特性に変更することにより、前記吸気弁を介して前記燃焼室に流入する吸気の一部を前記排気弁を介して流出させることによって、前記燃焼室内を掃気する掃気制御を実行する掃気制御手段と、
    当該掃気制御の実行中、前記フィードバック補正値が前記基準フィードバック補正値に対して、前記燃料噴射量をよりリッチ側に補正する方向に変化しているときに、前記フィードバック制御の前記ゲインを通常制御時よりも低減するゲイン低減制御を実行するゲイン低減制御手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記ゲイン低減制御の開始時における前記フィードバック補正値の初期値を、前記フィードバック補正値算出手段によって算出されたフィードバック補正値に設定する初期値設定手段をさらに備え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. 前記基準フィードバック補正値は、前記掃気制御の開始時までに算出された前記フィードバック補正値の学習値であり、
    前記ゲイン低減制御の開始時における前記フィードバック補正値の初期値を、前記基準フィードバック補正値に設定する初期値設定手段をさらに備え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. 前記ゲイン低減制御手段は、前記掃気制御が終了した後、所定時間が経過したときに、前記ゲイン低減制御を終了することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記ゲイン低減制御の開始時からの前記フィードバック補正量の成長度合を表す成長度合パラメータを算出する成長度合パラメータ算出手段をさらに備え、
    前記掃気制御手段は、前記算出された成長度合パラメータが所定値を超えたときに、前記掃気制御を終了することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
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