JP7159774B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
1.複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とし、
空燃比を目標空燃比に制御するための1燃焼サイクル当たりの要求噴射量を算出する要求噴射量算出処理と、前記内燃機関の動作点に応じて、1燃焼サイクル当たりの噴射回数を設定する噴射回数設定処理と、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とすべく、1燃焼サイクルにおいて前記一部の気筒の前記燃料噴射弁から噴射する燃料量を前記要求噴射量に対して増量し前記別の気筒の前記燃料噴射弁から噴射する燃料量を前記要求噴射量に対して減量するように前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、前記内燃機関の動作点が前記噴射回数設定処理によって噴射回数が複数とされる動作点であるときに前記ディザ制御処理を実行する場合、前記噴射回数設定処理による前記動作点に応じた噴射回数に対して実際の噴射回数を減少させる減少処理と、を実行する内燃機関の制御装置である。
4.前記内燃機関は、前記燃料噴射弁から噴射される燃料を貯蔵する燃料タンク内の燃料蒸気を捕集するキャニスタと、前記キャニスタと前記内燃機関の吸気通路とを接続するパージ通路と、前記パージ通路を介して前記キャニスタから前記吸気通路に流入する燃料蒸気の流量を調整する調整装置と、を備え、前記要求噴射量算出処理は、1燃焼サイクルにおいて前記内燃機関の燃焼室内に充填される空気量に対する前記1燃焼サイクル内に前記キャニスタから前記吸気通路を介して前記燃焼室内に流入する燃料の比率が大きい場合に小さい場合よりも前記要求噴射量を減量させる減量補正処理を含み、前記調整装置を操作して前記燃料蒸気の流量を制御するパージ処理と、前記減少処理によって前記噴射回数を減少させても前記リーン燃焼気筒の噴射量が最小噴射量未満である場合に前記燃料蒸気の流量を低減する低減処理と、を実行する上記1~3のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置である。
図1に示す内燃機関10において、吸気通路12から吸入された空気は、スロットルバルブ14を介して各気筒の燃焼室16に流入する。燃焼室16には、燃料を噴射する燃料噴射弁18と、火花放電を生じさせる点火装置20とが設けられている。燃焼室16において、空気と燃料との混合気は、燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路22に排出される。排気通路22には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒24が設けられている。
目標パージ率算出処理M10は、充填効率ηに基づき、目標パージ率Rp*を算出する処理である。ここで、パージ率とは、キャニスタ36から吸気通路12に流入する流体の流量を吸入空気量Gaで割った値であり、目標パージ率Rp*は、制御上のパージ率の目標値である。また、充填効率ηは、燃焼室16内に充填される空気量を示すパラメータであり、CPU42により、吸入空気量Gaおよび回転速度NEに基づき算出される。なお、回転速度NEは、CPU42により、クランク角センサ52の出力信号Scrに基づき算出される。
パージ濃度学習処理M24は、上記補正比率δに基づき、パージ濃度学習値Lpを算出する処理である。パージ濃度学習値Lpは、キャニスタ36から燃焼室16への燃料蒸気の流入に起因した、目標空燃比に制御する上で必要な噴射量に対するベース噴射量Qbのずれを補正する補正比率を、パージ率の1%当たりに換算した値である。ここで、本実施形態では、目標パージ率Rp*が「0」よりも大きい値に制御されているときのフィードバック補正係数KAFが「1」からずれる要因を、すべてキャニスタ36から燃焼室16に流入した燃料蒸気によるものとみなす。すなわち、補正比率δを、キャニスタ36から吸気通路12への燃料蒸気の流入に起因した、目標空燃比に制御する上で必要な噴射量に対するベース噴射量Qbのずれを補正する補正比率とみなす。しかし、補正比率δは、パージ率に依存するものであることから、本実施形態では、パージ濃度学習値Lpをパージ率の1%当たりの値「δ/Rp」に応じた量とする。具体的には、パージ濃度学習値Lpを、パージ率の1%当たりの値「δ/Rp」の指数移動平均処理値とする。なお、空燃比学習値LAFが収束したと判定されていることを条件に、目標パージ率Rp*がゼロよりも大きい値とされ、パージ濃度学習処理M24が実行されることが望ましい。
要求噴射量算出処理M30は、ベース噴射量Qbに補正係数算出処理M28の出力値を乗算することによってベース噴射量Qbを補正し、要求噴射量Qdを算出する処理である。
噴射弁操作処理M56は、噴射量指令値Q1*(#w),Q2*(#w)に基づき、リッチ燃焼気筒とされる気筒#wの燃料噴射弁18の操作信号MS2を生成して、同燃料噴射弁18に出力する処理である。また、噴射弁操作処理M56は、噴射量指令値Q1*(#x,#y,#z),Q2*(#x,#y,#z)に基づき、リーン燃焼気筒とされる気筒#x,#y,#zの燃料噴射弁18の操作信号MS2を生成して、同燃料噴射弁18に出力する処理である。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
(1)噴射回数が1回の場合に算出されたリーン燃焼気筒の噴射量指令値Q1*(#x,#y,#z)が最小噴射量Qmin未満である場合、目標パージ率Rp*にゼロを代入した。これにより、パージ補正比率Dpがゼロとなることから、目標パージ率Rp*がゼロよりも大きい場合と比較して要求噴射量Qdが大きくなる。そのため、燃料噴射弁18から噴射される燃料量が最小噴射量Qmin未満となることを抑制できる。
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。[1]排気浄化装置は、三元触媒24に対応する。ディザ制御処理は、噴射量補正要求値αが「0」よりも大きい場合における、要求値出力処理M40、補正係数算出処理M42,M50、リッチ側第1ディザ補正処理M44、リッチ側第2ディザ補正処理M46、リーン側第1ディザ補正処理M52、リーン側第2ディザ補正処理M54、乗算処理M48、および噴射弁操作処理M56に対応する。減少処理は、S14の処理に対応する。[2]判定処理は、S10の処理に対応する。[3]S14において、分割比率Kを「1」としていることに対応する。[4]調整装置は、パージバルブ38に対応する。パージ処理は、目標パージ率算出処理M10およびパージバルブ操作処理M12に対応する。低減処理は、S18の処理に対応する。[5]振幅制限処理は、S22の処理に対応する。
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
上記実施形態では、噴射回数を設定するための内燃機関10の動作点を規定するパラメータとして、回転速度NEおよび充填効率ηを用いたが、これに限らない。たとえば負荷を示すパラメータとして、充填効率ηに代えて要求噴射量Qdを用いてもよい。
・「減少処理について」
上記実施形態では、動作点に応じて設定された噴射回数に応じたリーン燃焼気筒の噴射量指令値Q1*(#x,#y,#z),Q2*(#x,#y,#z)が最小噴射量Qmin未満となる場合、噴射回数を2回から1回に減少させたが、これに限らない。たとえば「噴射回数設定処理について」の欄に記載したように、噴射回数が3回以上の所定回数となる場合において、噴射回数を示す変数「i(=1,2,3,…)」を用いて表現される第i回目の噴射量指令値Qi*(#x,#y,#z)が最小噴射量Qmin未満となる場合、噴射回数を1回よりも大きい回数であって上記所定回数よりも小さい回数に減少させてもよい。
上記実施形態では、噴射回数を減少させてもリーン燃焼気筒の噴射量指令値Q1*(#x,#y,#z)が最小噴射量Qmin未満となる場合、目標パージ率Rp*をゼロとしたが、これに限らない。たとえば、目標パージ率算出処理M10によって設定される目標パージ率Rp*を所定の割合(<100%)だけ減少補正してもよい。
・「振幅制限処理について」
上記実施形態では、目標パージ率Rp*をゼロとしてもリーン燃焼気筒の噴射量指令値Q1*(#x,#y,#z)が最小噴射量Qmin未満となる場合、噴射量指令値Q1*(#x,#y,#z)が最小噴射量Qminとなるように噴射量補正要求値αを減少補正する振幅制限処理を実行したが、これに限らない。たとえば、噴射量補正要求値αをゼロに減少させてもよい。
要求噴射量Qdとしては、ベース噴射量Qbが、フィードバック補正係数KAF、空燃比学習値LAFおよびパージ補正比率Dpによって補正されたものに限らない。たとえばフィードバック補正係数KAFおよび空燃比学習値LAFによって補正されたものであってパージ補正比率Dpによっては補正されていないものである等、フィードバック補正係数KAF、空燃比学習値LAFおよびパージ補正比率Dpの3つのパラメータに関しては、それらのうちの2つのパラメータによって補正された値であってもよい。また、たとえば空燃比学習値LAFによって補正されたものであって、フィードバック補正係数KAFおよびパージ補正比率Dpによっては補正されていないもの等、フィードバック補正係数KAF、空燃比学習値LAFおよびパージ補正比率Dpの3つのパラメータに関しては、それらのうちの1つのパラメータによって補正された値であってもよい。
上記実施形態では、噴射回数が複数回であるときにディザ制御を実行する場合、分割後第1噴射量「K・Qd」および分割後第2噴射量「(1-K)・Qd」のそれぞれに噴射量補正要求値αを乗算したがこれに限らず、ディザ制御による各噴射量の補正量の比率を、分割比率Kとは異なる比率としてもよい。これは、たとえば分割後第2噴射量「(1-K)・Qd」については噴射量補正要求値αによる補正を実行しないことによって実現できる。この場合、たとえば上記実施形態のように1つの気筒をリッチ燃焼気筒とし残りの3つの気筒をリーン燃焼気筒とする場合、リッチ燃焼気筒については、噴射量指令値Q1*(#1)が「(K+α)・Qd」となり、リーン燃焼気筒については、噴射量指令値Q1*(#x,#y,#z)が「{K-(α/3)}・Qd」となる。
上記実施形態では、リッチ燃焼気筒の数よりもリーン燃焼気筒の数を多くしたが、これに限らない。たとえば、リッチ燃焼気筒の数とリーン燃焼気筒の数とを同一としてもよい。またたとえば、全ての気筒#1~#4を、リーン燃焼気筒かリッチ燃焼気筒かにするものに限らず、たとえば1つの気筒の空燃比を目標空燃比としてもよい。さらに、クランク軸が2回転する期間において気筒#1~#4のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、内燃機関10の気筒#1~#4のそれぞれにおいて燃焼対象となる混合気を1つに集めた場合の空燃比を目標空燃比と同一とすることも必須ではない。たとえば、上記実施形態のように4気筒の場合において、5ストロークにおける気筒#1~#4のそれぞれに充填される空気量が同一であるなら、5ストローク内に燃焼行程となる気筒のそれぞれにおいて燃焼対象となる混合気を1つに集めた場合の空燃比を目標空燃比と同一となるようにしてもよい。またたとえば3ストロークにおける充填される空気量が同一であるなら、それら3ストローク内に燃焼行程となる3つの気筒のそれぞれにおいて燃焼対象となる混合気を1つに集めた場合の空燃比を目標空燃比と同一となるようにしてもよい。ただし、リッチ燃焼気筒の燃焼行程とリーン燃焼気筒の燃焼行程との双方が出現する期間が少なくともクランク軸が4回転する期間に1回以上は生じることが望ましい。換言すれば、所定期間において燃焼行程となる気筒に充填される空気量が同一であるなら、それら気筒のそれぞれにおいて燃焼対象となる混合気を1つに集めた場合の空燃比を目標空燃比と同一とする際、所定期間をクランク軸が4回転する期間以下とすることが望ましい。ここで、たとえば所定期間をクランク軸が4回転する期間として4回転する間に1度だけリッチ燃焼気筒の燃焼行程が出現する場合、リッチ燃焼気筒の燃焼行程とリーン燃焼気筒の燃焼行程との出現順序は、リッチ燃焼気筒をR、リーン燃焼気筒をLとすると、たとえば「R,L,L,L,L,L,L,L」となる。この場合、所定期間よりも短いクランク軸が2回転する期間であって「R,L,L,L」となる期間が設けられており、気筒#1~#4のうちの一部がリッチ燃焼気筒であり、別の気筒がリーン燃焼気筒となっている。
上記実施形態では、パージ率を制御するためにパージバルブ38を操作したが、これに限らない。たとえば下記「調節装置について」の欄に記載したように、調節装置がポンプを備える場合、ポンプの消費電力の操作によってパージ率を制御してもよい。
上記実施形態では、キャニスタ36に捕集された燃料蒸気の吸気通路12への流入量を調節する調節装置として、パージバルブ38を例示したがこれに限らない。たとえば下記「内燃機関について」の欄に記載したように、過給機を備える内燃機関10においては、吸気通路12内の圧力がキャニスタ36側と比較して低くならないことがあることに鑑み、パージバルブ38に加えて、キャニスタ36内の流体を吸入して吸気通路12に吐出するポンプを備えたものであってもよい。
昇温要求としては、上記実施形態において例示したものに限らない。たとえば、「排気浄化装置について」の欄に記載したように、GPFを備える場合、GPFの昇温要求であってもよい。またたとえば、排気通路22への凝縮水の付着を抑制すべく排気通路22を昇温するためにディザ制御による排気の昇温要求を生じさせてもよい。
排気浄化装置としては、三元触媒24のみからなるものに限らない。たとえば、三元触媒24の下流にガソリンパティキュレートフィルタ(GPF)を備えてもよい。また、たとえば、GPFの下流に三元触媒を備えるものであってもよい。またたとえば、GPFのみを備えるものであってもよい。ただしGPFの上流に酸素吸蔵能力を有する触媒を備えない場合、ディザ制御による昇温能力を高めるうえでは、GPFに酸素吸蔵能力を付与することが望ましい。
制御装置としては、CPU42とROM44とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路(たとえばASIC等)を備えてもよい。すなわち、制御装置は、以下の(a)~(c)のいずれかの構成であればよい。(a)上記処理の全てを、プログラムに従って実行する処理装置と、プログラムを記憶するROM等のプログラム格納装置とを備える。(b)上記処理の一部をプログラムに従って実行する処理装置およびプログラム格納装置と、残りの処理を実行する専用のハードウェア回路とを備える。(c)上記処理の全てを実行する専用のハードウェア回路を備える。ここで、処理装置およびプログラム格納装置を備えたソフトウェア処理回路や、専用のハードウェア回路は複数であってもよい。すなわち、上記処理は、1または複数のソフトウェア処理回路および1または複数の専用のハードウェア回路の少なくとも一方を備えた処理回路によって実行されればよい。
内燃機関としては、4気筒の内燃機関に限らない。たとえば直列6気筒の内燃機関であってもよい。またたとえば、V型の内燃機関等、第1の排気浄化装置と第2の排気浄化装置とを備え、それぞれによって排気が浄化される気筒が異なるものであってもよい。また、過給機を備えるものであってもよい。ちなみに、過給機を備える内燃機関の場合、排気中の熱が過給機で奪われることによってその下流に位置する排気浄化装置の温度が上昇しにくいことから、ディザ制御を利用することが特に有効である。
燃料噴射弁としては、燃焼室16に燃料を噴射するものに限らず、たとえば吸気通路12に燃料を噴射するものであってもよい。
Claims (5)
- 複数の気筒から排出された排気を浄化する排気浄化装置と、前記複数の気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とし、
空燃比を目標空燃比に制御するための1燃焼サイクル当たりの要求噴射量を算出する要求噴射量算出処理と、
前記内燃機関の動作点に応じて、1燃焼サイクル当たりの噴射回数を設定する噴射回数設定処理と、
前記複数の気筒のうちの一部の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるリッチ燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリーン燃焼気筒とすべく、1燃焼サイクルにおいて前記一部の気筒の前記燃料噴射弁から噴射する燃料量を前記要求噴射量に対して増量し前記別の気筒の前記燃料噴射弁から噴射する燃料量を前記要求噴射量に対して減量するように前記燃料噴射弁を操作するディザ制御処理と、
前記内燃機関の動作点が前記噴射回数設定処理によって噴射回数が複数とされる動作点であるときに前記ディザ制御処理を実行する場合、前記噴射回数設定処理による前記動作点に応じた噴射回数に対して実際の噴射回数を減少させる減少処理と、を実行し、
前記動作点は、前記内燃機関のクランク軸の回転速度および前記内燃機関の負荷によって規定される内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関の動作点に基づき設定される噴射回数に応じた前記リーン燃焼気筒の噴射量が最小噴射量未満であるか否かを判定する判定処理を実行し、
前記減少処理は、前記判定処理によって前記最小噴射量未満であると判定される場合に、前記噴射回数を減少させる処理である請求項1記載の内燃機関の制御装置。 - 前記減少処理は、1燃焼サイクルにおける噴射回数を1回に減少させる処理を含む請求項1または2記載の内燃機関の制御装置。
- 前記内燃機関は、前記燃料噴射弁から噴射される燃料を貯蔵する燃料タンク内の燃料蒸気を捕集するキャニスタと、前記キャニスタと前記内燃機関の吸気通路とを接続するパージ通路と、前記パージ通路を介して前記キャニスタから前記吸気通路に流入する燃料蒸気の流量を調整する調整装置と、を備え、
前記要求噴射量算出処理は、1燃焼サイクルにおいて前記内燃機関の燃焼室内に充填される空気量に対する前記1燃焼サイクル内に前記キャニスタから前記吸気通路を介して前記燃焼室内に流入する燃料の比率が大きい場合に小さい場合よりも前記要求噴射量を減量させる減量補正処理を含み、
前記調整装置を操作して前記燃料蒸気の流量を制御するパージ処理と、
前記減少処理によって前記噴射回数を減少させても前記リーン燃焼気筒の噴射量が最小噴射量未満である場合に前記燃料蒸気の流量を低減する低減処理と、を実行する請求項1~3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記ディザ制御処理は、前記複数の気筒のうちの一部の気筒を前記リッチ燃焼気筒とし、前記複数の気筒のうちの前記一部の気筒とは別の気筒を前記リーン燃焼気筒とする期間を含んだ所定期間において、前記リーン燃焼気筒における前記要求噴射量に対する減量比率の前記リーン燃焼気筒の燃焼行程の出現回数分の和と、前記リッチ燃焼気筒における前記要求噴射量に対する増量比率の前記リッチ燃焼気筒の燃焼行程の出現回数分の和とが等しくなるようにする処理であり、
前記低減処理を実行しても前記リーン燃焼気筒の噴射量が前記最小噴射量未満である場合、当該最小噴射量未満となった時点における前記リーン燃焼気筒の噴射量から定まる演算上のパラメータとしての前記リーン燃焼気筒における前記要求噴射量の減量比率と前記リッチ燃焼気筒における前記要求噴射量の増量比率とを減少させる振幅制限処理を実行する請求項4記載の内燃機関の制御装置。
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