KR101266764B1

KR101266764B1 - 내연 기관의 제어 장치

Info

Publication number: KR101266764B1
Application number: KR1020107003711A
Authority: KR
Inventors: 고이치 우에다; 고타 사타; 신이치 소에지마; 가오루 오츠카
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2013-05-28
Also published as: EP2336530A4; CN101779027B; JP4905588B2; US9163578B2; JPWO2010044148A1; CN101779027A; WO2010044148A1; EP2336530A1; KR20120073344A; EP2336530B1; KR20100083123A; US20110098905A1

Abstract

점화 플러그 근방의 공연비와 통내 전체의 공연비가 상이한 내연 기관에 있어서, 내연 기관의 각종 기능에 관한 요구를 각 액츄에이터의 조작에 정확하고 확실하게 반영시켜, 그 요구들을 적절히 실현될 수 있도록 한다.
토크, 효율 및 공연비의 3 종의 물리량을 내연 기관의 제어량으로서 사용하고, 내연 기관의 기능에 관한 요구의 적어도 일부를 상기 3 종의 물리량으로 집약함으로써 각 제어량의 목표값을 설정한다. 그리고, 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 제어량의 각 목표값에 기초하여, 흡기량 조정 밸브의 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 3 종의 조작량과, 통내의 공연비 분포를 조정할 수 있는 제 4 조작량을 설정한다.

Description

내연 기관의 제어 장치{CONTROLLER FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 기관의 제어 장치에 관한 것으로, 상세하게는 점화 플러그 근방의 공연비와 통내 전체의 공연비가 상이한 내연 기관의 제어 장치에 관한 것이다.

내연 기관의 토크 제어에 관한 기술로서는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2003-301766호에 개시된 것이 알려져 있다. 여기에 개시된 기술에서는, 액셀 개도에 기초하여 드라이버가 요구하는 요구 도시 토크가 산출됨과 함께, 제어 장치의 내부에서 목표 공연비가 결정된다. 그리고, 요구 도시 토크를 점화 시기에 대한 토크 효율과 목표 공연비에 대한 토크 효율로 보정하고, 그 보정 토크로부터 구해지는 목표 공기량에 기초하여 목표 스로틀 개도가 결정된다. 또, 목표 공기량과 기관 회전 속도로부터 흡기 지연 보정량이 산출되고, 흡기 지연 보정량으로부터 정해지는 추정 토크와 상기 서술한 보정 토크로부터 점화 시기 지각량 (遲角量) 이 산출되고, 통내 공기량으로부터 정해진 기본 점화 시기와 점화 시기 지각량으로부터 최종 점화 시기가 결정된다. 또, 통내 공기량과 목표 공연비로부터 목표 연료 분사량이 결정된다. 요컨대, 일본 공개특허공보 2003-301766호에는, 드라이버로부터의 요구인 요구 도시 토크와, 제어 장치 내부의 요구인 목표 공연비를 함께 실현하도록, 스로틀 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 3 종의 조작량을 설정한다는 기술이 개시되어 있다.

그런데, 내연 기관에 있어서의 혼합기의 연소 형태로서 균질 연소와 성층 연소가 알려져 있다. 균질 연소는, 공기와 연료를 통내에서 균질하게 혼합시켜 연소시키는 연소 형태이다. 이에 반하여 성층 연소는, 점화 플러그의 근방에 진한 혼합기 층을 형성하고, 그 주위에는 희박한 혼합기를 형성하여 연소시키는 연소 형태이다. 균질 연소에서는, 통내의 혼합기의 농도는 균일해지기 때문에, 점화 플러그 근방의 공연비와 통내 전체의 공연비 (평균 공연비) 는 일치한다. 그러나, 성층 연소에서는 점화 플러그 근방에 연료가 모이기 때문에, 그곳에서의 연소 가스의 공연비와 통내 전체의 공연비는 상이하게 된다.

일본 공개특허공보 2003-301766호에 기재된 기술은, 균질 연소를 실시하는 내연 기관을 전제로 한 것으로 볼 수 있다. 균질 연소를 실시하는 내연 기관이면, 일본 공개특허공보 2003-301766호에 기재된 기술과 같이 스로틀 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 3 종의 액츄에이터 조작량으로 토크 제어를 실시할 수 있다. 토크는 흡입 공기량과 점화 시기와 연소 공연비에 의해 제어할 수 있는데, 균질 연소의 경우에는 점화 플러그 근방의 공연비는 통내 전체 공연비에 일치한다. 따라서, 스로틀 개도에 의해 흡입 공기량을 결정하고, 흡입 공기량과 연료 분사량에 의해 통내 전체의 공연비를 결정함으로써, 그것들에 의해 토크를 제어할 수 있다.

그러나, 성층 연소와 같이 점화 플러그 근방의 공연비와 통내 전체의 공연비가 상이한 내연 기관의 경우에는, 상기 3 종의 조작량만으로는 적절한 토크 제어를 실시할 수 없다. 통내 전체의 공연비가 동일하더라도 점화 플러그 근방의 공연비가 상이하면 연소 속도에 차이가 발생하고, 결과적으로 토크와 점화 시기 사이의 관계 (이하, 토크 - 점화 시기 특성이라고 한다) 는 달라지게 된다. 따라서, 이런 종류의 내연 기관에 있어서 토크 제어를 실시하기 위해서는, 통내 전체의 공연비와는 별도로 점화 플러그 근방의 공연비 (즉 실제의 연소 공연비) 도 조정할 필요가 있지만, 상기 3 종의 조작량만으로는 그것을 조정할 수 없다. 목표 공연비를 실현하면서 목표 토크도 실현하기 위해서는, 상기 3 종의 조작량에 더하여 다른 조작량을 사용할 필요가 있다.

또, 일본 공개특허공보 2003-301766호에 기재된 기술에 있어서, 요구 도시 토크는 드라이버빌리티에 관한 요구이고, 목표 공연비는 배기 가스에 관한 요구라고 볼 수 있다. 드라이버빌리티도 배기 가스도 내연 기관의 하나의 기능으로서, 이들 외에도 연비나 노크 등, 내연 기관의 기능은 여러 가지 존재한다. 그리고, 그 기능들 마다 요구가 있고, 예를 들어 기능이 연비이면, 연소 효율을 높이고자 하는 요구나, 펌프 손실을 저감하고자 하는 요구가 있다. 또, 기능이 배기 가스라면, 배기 가스 온도를 높이고자 하는 요구나, 촉매에 의한 반응을 촉진하고자 하는 요구가 있다. 이와 같이 내연 기관에는 각종 기능이 존재하고, 그 기능들 마다 차원이 상이한 여러가지 요구가 있다. 그러나, 일본 공개특허공보 2003-301766호에 기재된 기술은 그 일부의 요구를 실현하는 것에 불과하고, 내연 기관의 다종 다양한 요구에 대응하기 위해서는 개선의 여지가 남아 있다.

본 발명은, 상기 서술한 바와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 점화 플러그 근방의 공연비와 통내 전체의 공연비가 상이한 내연 기관에 있어서, 내연 기관의 각종 기능에 관한 요구를 각 액츄에이터의 조작에 정확하고 확실하게 반영시켜, 그 요구들을 적절히 실현할 수 있도록 한 내연 기관의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 내연 기관의 제어 장치 및 방법은, 점화 플러그 근방의 공연비와 통내 전체의 공연비가 상이한 내연 기관을 제어 대상으로 한다. 그러한 내연 기관에는, 성층 연소 등과 같이 통내의 공연비 분포를 의도적으로 불균일 연소시키는 내연 기관이 포함된다. 또, 균질 연소를 실시하는 내연 기관이어도, 운전 상태에 따라 결과적으로 통내의 공연비 분포에 불균일이 발생하게 되는 내연 기관은 본 발명의 제어 대상에 포함된다.

본 발명에 의하면, 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 물리량이 내연 기관의 제어량으로서 사용된다. 그리고, 내연 기관의 기능에 관한 요구의 적어도 일부가 이들 3 종의 물리량으로 집약됨으로써 각 제어량의 목표값이 설정된다. 내연 기관의 출력에는 토크 이외에도 열과 배기 가스가 포함되고, 이들 출력 전체에 의해 내연 기관의 각종 기능이 결정된다. 또, 토크, 효율 및 공연비는 내연 기관의 출력을 결정하는 3 요소이다. 따라서, 내연 기관의 각종 기능에 관한 요구의 적어도 일부를 상기 3 종의 물리량으로 집약하여 제어량의 목표값으로 하면, 그 요구그것들 요구들에 대해서는 내연 기관의 출력에 적절히 반영시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 제어량의 각 목표값에 기초하여, 흡기량 조정 밸브의 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 3 종의 조작량이 설정된다. 흡기량 조정 밸브의 개도를 조작함으로써 통내의 흡입 공기량을 조정할 수 있고, 점화 시기를 조작함으로써 주로 효율을 제어할 수 있고, 연료 분사량을 조작함으로써 주로 통내 전체의 공연비를 제어할 수 있다.

본 발명에 의하면, 흡기량 조정 밸브의 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 3 종의 조작량에 더하여, 추가로 통내의 공연비 분포를 조정할 수 있는 제 4 조작량이 설정된다. 통내 전체의 공연비가 균일한 경우에는, 상기 3 종의 조작량에 의해 흡인 공기량, 효율 및 공연비를 조정함으로써 토크를 제어할 수 있는데, 본 발명의 제어 대상인 내연 기관은, 점화 플러그 근방의 공연비와 통내 전체의 공연비가 상이하므로, 흡입 공기량, 효율 및 통내 전체의 공연비만으로는 토크를 정확하고 확실하게 제어하기가 어렵다. 이 점에 있어서 본 발명에 의하면, 상기 제 4 조작량에 의해 통내의 공연비 분포를 조정함으로써, 통내 전체의 공연비와는 별도로 점화 플러그 근방의 공연비를 제어할 수 있고, 나아가서는, 정확하고 확실한 토크 제어를 실시할 수 있다.

상기 제 4 조작량에는, 예를 들어, 본 발명의 제어 대상인 내연 기관이 연료를 통내에 직접 분사할 수 있는 내연 기관이라면, 통내에 대한 연료 분사 시기가 포함된다. 연료 분사 시기를 조작함으로써, 연료 분사에 의해 발생한 리치한 공연비의 가스 덩어리가 점화 플러그 근방에 도달하는 시기를 조정할 수 있다. 또, 상기 제 4 조작량에는, 밸브 타이밍 가변 기구에 의해 조정되는 흡기 밸브의 밸브 타이밍, 스월 컨트롤 밸브 혹은 텀블 컨트롤 밸브의 밸브 개도 등도 포함된다. 이들 조작량에 의하면, 통내에서의 연료 분사에 의해 발생하거나, 혹은, 흡기 포토로부터 흡입된 리치한 공연비의 가스 덩어리가 점화 플러그 근방에 도달할 때의 수송 속도를 조정할 수 있다.

본 발명에 의하면, 설정한 상기 4 종의 조작량은 각각 조작 대상이 되는 액츄에이터로 출력된다. 조작량으로서의 흡기량 조정 밸브의 개도는 흡기량 조정 밸브에 출력된다. 본 발명에 있어서의 흡기량 조정 밸브에는, 스로틀 이외에, 리프트량 또는 작용각이 가변인 흡기 밸브도 포함된다. 조작량으로서의 점화 시기는 점화 장치로 출력되고, 조작량으로서의 연료 분사량은 연료 분사 장치로 출력된다. 연료 분사 장치는 통내에 연료를 직접 분사하는 것이어도 되고, 흡기 포토에 연료를 분사하는 것이어도 된다. 혹은, 일부의 연료를 흡기 포토에 분사하고, 나머지의 연료를 통내에 직접 분사하는 것이어도 된다. 상기 제 4 조작량은, 예를 들어 그것이 연료 분사 시기인 경우에는, 연료 분사량과 함께 연료 분사 장치로 출력된다. 단, 이 경우의 연료 분사 장치는, 연료의 적어도 일부를 통내에 직접 분사할 수 있는 장치로 한다. 또, 상기 제 4 조작량의 종류에 따라서는, 흡기 밸브 타이밍 가변기 기구, 스월 컨트롤 밸브 혹은 텀블 컨트롤 밸브 등의 액츄에이터로 출력되는 경우도 있다.

본 발명 그 밖의 형태 (제 2 형태) 에서는, 상기의 각 조작량을 설정하는 수단은, 소정의 규칙에 따라 점화 플러그 근방의 공연비의 목표값을 생성하고, 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 제어량의 각 목표값과 생성된 점화 플러그 근방의 공연비의 목표값으로부터 각 조작량을 산출한다. 점화 플러그 근방의 공연비는 토크 - 점화 시기 특성을 좌우하므로, 그 목표값을 내부에서 생성하여 그것을 각 조작량의 산출에 사용함으로써 정확하고 확실한 토크 제어를 할 수 있게 된다.

본 발명의 또 다른 형태 (제 3 형태) 에서는, 상기의 각 조작량을 설정하는 수단은, 점화 플러그 근방의 공연비의 목표값을 고정값으로서 갖고 있다. 이 고정값을 사용하여 각 조작량을 산출함으로써, 점화 플러그 근방의 공연비를 일정한 공연비로 제어할 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태 (제 4 형태) 에서는, 상기의 각 조작량을 설정하는 수단은, 점화 플러그 근방의 공연비의 목표값을 내연 기관의 운전 상태마다 고정값으로서 갖고 있다. 내연 기관의 운전 상태마다 목표값을 바꾸어 각 조작량을 산출함으로써, 점화 플러그 근방의 공연비를 내연 기관의 운전 상태에 따른 최적인 공연비로 제어할 수 있다. 이것에 의하면, 토크 제어의 정밀도를 보다 높일 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태 (제 5 형태) 에서는, 상기의 각 조작량을 설정하는 수단은, 통내 전체의 공연비와 점화 플러그 근방의 공연비의 목표 대응 관계를 미리 정하고 있다. 이 목표 대응 관계를 사용하여 제어량인 공연비의 목표값으로부터 점화 플러그 근방의 공연비의 목표값을 결정하여 각 조작량을 산출함으로써, 점화 플러그 근방의 공연비를 통내 전체의 공연비에 따른 최적인 공연비로 제어할 수 있다. 이것에 의하면, 토크 제어의 정밀도를 보다 높일 수 있다.

본 발명의 또 다른 형태 (제 6 형태) 에서는, 상기의 각 조작량을 설정하는 수단은, 먼저, 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 제어량의 각 목표값에 기초하여 흡기량 조정 밸브의 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 3 종의 조작량을 산출한다. 그리고, 이들 3 종의 조작량 하에서 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 제어량의 각 목표값을 실현하기 위해서 필요한 연소 공연비를 점화 플러그 근방의 공연비의 목표값으로서 산출한다. 상기 제 4 조작량은, 이렇게 하여 산출된 점화 플러그 근방의 공연비의 목표값을 사용하여 산출한다. 요컨대, 흡기량 조정 밸브의 개도, 점화 시기 및 연료 분사량을 우선적으로 결정한 후에, 그것들에 의해 실제로 실현할 수 있는 제어량의 각 값과 각 목표값의 어긋남을 보상하도록 연소 공연비의 목표값을 설정하고, 마지막으로 상기 제 4 조작량을 결정한다. 이와 같은 순서로 각 조작량을 설정함으로써, 어떠한 운전 상태 하에서도 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 제어량을 동시에 각 목표값에 고정밀도로 추종시킬 수 있게 된다.

본 발명의 또 다른 형태 (제 7 형태) 에서는, 상기의 각 조작량을 설정하는 수단은, 먼저, 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 제어량의 각 목표값에 기초하여 흡기량 조정 밸브의 개도, 점화 시기 및 연료 분사량을 산출한다. 그리고, 조작량으로서의 연료 분사량과 점화 플러그 근방의 공연비의 목표값으로부터 상기 제 4 조작량을 산출한다. 요컨대, 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 제어량의 각 목표값으로부터 직접 산출하는 것은 흡기량 조정 밸브의 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 3 종의 조작량으로 하고, 상기 제 4 조작량은 연료 분사량과 점화 플러그 근방의 연소 가스의 공연비의 목표값으로부터 산출한다. 이와 같은 순서로 각 조작량을 설정함으로써, 제어량의 조작량에 대한 변환에 필요한 계산 처리의 복잡화를 회피하면서, 제어량의 각 목표값을 상기 제 4 조작량을 포함하는 4 종의 조작량에 정확하고 확실하게 반영시킬 수 있게 된다.

도 1 은 본 발명의 실시형태 1 로서의 내연 기관의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 실현부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 은 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 실현부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4 는 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 각 조작량의 산출 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 5 는 본 발명의 실시형태 3 에 관련된 실현부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6 은 본 발명의 실시형태 3 에 관련된 연소 공연비의 목표값의 설정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은 본 발명의 실시형태 3 에 관련된 각 조작량의 산출 순서를 나타내는 플로우 차트이다.
도 8 은 본 발명의 실시형태 4 로서의 내연 기관의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9 는 본 발명의 실시형태 4 에 관련된 실현부의 구성을 나타내는 블록도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

실시형태 1.

본 발명의 실시형태 1 에 대해 도 1 및 도 2 를 사용하여 설명한다.

먼저, 본 실시형태의 전제로서, 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 사양에 대해 설명한다. 본 실시형태에 관련된 내연 기관은, 성층 연소에 의한 운전을 실시하는 내연 기관이다. 그리고, 그 동작을 제어하기 위한 액츄에이터로서, 흡기량 조정 밸브로서의 스로틀 (2), 점화 시기를 조정하는 점화 장치 (4), 및, 연료를 통내에 직접 분사하는 연료 분사 장치 (6) 를 구비하고 있다. 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 사양은, 후술하는 실시형태 2 및 3 에도 공통되는 사양이다.

본 실시형태의 제어 장치는, 도 1 의 블록도에서 나타내는 바와 같이 구성되어 있다. 도 1 에서는 제어 장치의 각 요소를 블록으로 나타내고, 블록 간 신호의 전달 (주된 것) 을 화살표로 나타내고 있다. 이하, 도 1 을 참조하여 본 실시형태의 제어 장치의 전체적인 구성과 그 특징에 대해 설명한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 제어 장치는, 크게 나누어 3 개 부분 (10, 20, 30) 으로 구성되어 있다. 이 중, 최상위에 위치하는 것은 기능 요구 발생부 (10) 이다. 기능 요구 발생부 (10) 의 하위에는 목표값 설정부 (20) 가 형성되고, 또한, 그 하위에는 실현부 (30) 가 형성되어 있다. 상기 서술한 각 액츄에이터 (2, 4, 6) 는 실현부 (30) 에 접속되어 있다. 또한, 도 1 중에 화살표로 나타내는 블록 간의 전달 신호와는 별도로, 제어 장치 내에는 여러 가지 신호가 흐르고 있다. 그러한 신호의 일례가, 내연 기관의 운전 조건이나 운전 상태에 관한 정보 (이하, 기관 정보라고 한다) 를 포함하는 신호이다. 기관 정보에는, 기관 회전수, 스로틀 개도 센서의 출력값, 공연비 센서의 출력값, 현시점의 실점화 시기, 냉각수 온도, 흡기 밸브 및 배기 밸브의 밸브 타이밍 등이 포함된다.

이하, 제어 장치를 구성하는 각 부분 (10, 20, 30) 의 구성과 그곳에서 실시되고 있는 처리에 대해 순서대로 설명해 간다.

기능 요구 발생부 (10) 는, 복수의 요구 출력 요소 (12, 14, 16) 으로 구성되어 있다. 요구 출력 요소 (12, 14, 16) 는 내연 기관의 기능마다 형성되어 있다. 내연 기관의 기능에는, 드라이버빌리티, 배기 가스, 연비, 소음, 진동 등을 들 수 있다. 이것들은 내연 기관에 요구되는 성능이라고도 바꾸어 말할 수 있다. 내연 기관에 무엇을 요구하는지, 무엇을 우선할지에 따라 기능 요구 발생부 (10) 에 배치하는 요구 출력 요소의 내용은 달라진다. 본 실시형태에서는, 드라이버빌리티에 관한 기능에 대응하여 요구 출력 요소 (12) 가 형성되고, 배기 가스에 관한 기능에 대응하여 요구 출력 요소 (14) 가 형성되고, 연비에 관한 기능에 대응하여 요구 출력 요소 (16) 가 형성되어 있다.

요구 출력 요소 (12, 14, 16) 는, 내연 기관의 기능에 관한 요구를 수치화하여 출력한다. 액츄에이터 (2, 4, 6) 의 조작량은 연산에 의해 결정되므로, 요구를 수치화함으로써 액츄에이터 (2, 4, 6) 의 조작량에 기능 요구를 반영시킬 수 있게 된다. 본 실시형태에서는, 기능 요구의 표현에 사용하는 물리량으로서 토크, 효율 및 A/F (공연비) 의 3 종을 사용하는 것으로 한다. 드라이버빌리티, 배기 가스 혹은 연비와 같은 내연 기관의 각종 기능에 관한 요구는 토크, 효율 및 A/F 의 어느 물리량으로 표현할 수 있기 때문이다. 또한, 효율은 토크로 변환할 수 있는 열에너지의 토크에 대한 변환 효율에 상당하고, 점화 시기가 MBT 일 때를 기준으로 하여 설정되는 무차원 파라미터이다.

도 1 에서는, 이것은 일례이지만, 요구 출력 요소 (12) 는 드라이버빌리티에 관한 요구를 토크나 효율로 표현한 요구값으로 하여 출력하고 있다. 요구 출력 요소 (14) 는 배기 가스에 관한 요구를 효율이나 A/F 로 표현한 요구값으로 하여 출력하고 있다. 또, 요구 출력 요소 (16) 는 연비에 관한 요구를 효율이나 A/F 로 표현한 요구값로 하여 출력하고 있다. 또한, 각 요구 출력 요소 (12, 14, 16) 로부터 출력되는 요구값은 각 물리량에 대해 하나로는 한정되지 않는다. 예를 들어, 요구 출력 요소 (12) 로부터는 드라이버로부터의 요구 토크뿐만 아니라, 차량 제어에 관련된 각종 디바이스로부터 요구되는 토크도 동시에 출력되고 있다. 효율이나 A/F 에 관해서도 동일하다.

다음으로, 목표값 설정부 (20) 에 대해 설명한다. 목표값 설정부 (20) 는 내연 기관의 제어량의 목표값을 설정한다. 본 실시형태의 제어 장치는, 상기 서술한 토크, 효율 및 A/F 를 내연 기관의 제어량으로서 사용한다. 상기 서술한 바와 같이, 내연 기관의 각종 기능에 관한 요구는 토크, 효율 및 A/F 의 어느 물리량으로 표현할 수 있고, 또한, 토크, 효율 및 A/F 는 내연 기관의 출력을 결정하는 3 요소이다. 여기에서 말하는 내연 기관의 출력에는 토크 이외에도 열과 배기 가스가 포함되고, 이들 출력 전체에 의해 상기 서술한 드라이버빌리티, 배기 가스, 연비와 같은 내연 기관의 각종 기능이 결정된다. 따라서, 토크, 효율 및 A/F 의 3 종의 물리량을 내연 기관의 제어량으로 함으로써, 내연 기관의 출력에 정확하고 확실하게 기능 요구를 반영시킬 수 있게 된다.

목표값 설정부 (20) 는, 기능 요구 발생부 (10) 로부터 출력되는 복수의 기능 요구를 집약하여 각 제어량의 목표값을 설정한다. 목표값 설정부 (20) 에는, 제어량마다 중재부 (22, 24, 26) 가 형성되어 있다. 토크 중재부 (22) 는 토크로 표현된 요구값을 집약하여 하나의 토크 요구값으로 중재하고, 그 토크 요구값을 제어량인 토크의 목표값으로서 설정한다. 효율 중재부 (24) 는 효율로 표현된 요구값을 집약하여 하나의 효율 요구값으로 중재하고, 그 효율 요구값을 제어량인 효율의 목표값으로서 설정한다. 그리고, A/F 중재부 (26) 는 A/F 로 표현된 요구값을 집약하여 하나의 A/F 요구값으로 중재하고, 그 A/F 요구값을 제어량인 A/F 의 목표값으로서 설정한다. 중재(arbitration)란 각 기능 요구의 우선도나 기능 요구간의 관계를 감안하여 전체적으로 가장 만족도가 높은 수치를 결정하는 처리이다. 각 중재부 (22, 24, 26) 는, 미리 정해진 규칙에 따라 중재를 실시한다. 여기에서 말하는 규칙이란, 예를 들어 최대값 선택, 최소값 선택, 평균, 혹은 중첩 등, 복수의 수치로부터 하나의 수치를 얻기 위한 계산 규칙이고, 그것들 복수의 계산 규칙을 적절히 조합한 것으로 할 수도 있다. 단, 어떠한 규칙으로 할 것인지는 설계에 맡겨지는 것으로서, 중재에 사용하는 규칙의 내용에 한정되지 않는다.

다음으로, 실현부 (30) 에 대해 설명한다. 실현부 (30) 는, 목표값 설정부 (20) 에서 설정된 토크, 효율 및 A/F 의 3 종의 제어량의 각 목표값을 실현하기 위해서 필요한 각 액츄에이터 (2, 4, 6) 의 조작량을 산출한다. 실현부 (30) 에서 산출되는 조작량은, 스로틀 (2) 을 조작하기 위한 스로틀 개도, 점화 장치 (4) 를 조작하기 위한 점화 시기, 그리고, 연료 분사 장치 (6) 를 조작하기 위한 연료 분사량 및 연료 분사 시기이다.

균질 연소에 의한 운전을 실시하는 내연 기관이면, 액츄에이터 조작량은 스로틀 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 3 종으로 충분하다. 그러나, 성층 연소에 의한 운전을 실시하는 내연 기관에서는, 상기 3 종의 조작량으로는 적절한 토크 제어를 할 수 없다. 성층 연소에서는 실제의 연소 A/F 와 통내 전체의 A/F 가 상이한데, 상기 3 종의 조작량에 따라 직접 조정할 수 있는 것은 통내 전체의 A/F 에 한정되기 때문이다. 연소 A/F 는 토크 - 점화 시기 특성에 영향을 미치므로, 통내 전체의 A/F 와는 별도로 실제의 연소 A/F 도 조정할 필요가 있지만, 상기 3 종의 조작량만으로는 그것을 조정할 수 없다. 이 점에 관해서 본 실시형태의 제어 장치에서는, 스로틀 개도, 점화 시기 및 연료 분사량에 더하여 연료 분사 시기도 조작량으로서 사용하고 있다. 연료 분사 시기를 변화시키면, 통내에서의 연료 분무의 흐름도 변화하여 점화 플러그 주변에 계산되는 진한 혼합기의 농도에도 변화가 발생한다. 따라서, 연료 분사 시기를 조작량의 하나로서 사용함으로써, 통내 전체의 A/F 와는 별도로 실제의 연소 A/F 도 조정할 수 있다.

도 2 는 실현부 (30) 의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시형태에 관련된 실현부 (30) 는 목표 연소 A/F 설정부 (304) 를 구비하고 있다. 목표 연소 A/F 설정부 (304) 는, 연소 A/F 의 목표값을 고정값으로서 갖고 있다. 연소 A/F 는 토크 - 점화 시기 특성을 좌우하는 중요한 토크 영향 인자이지만, 연소 A/F 는 제어량으로서는 사용되지 않았다. 본 실시형태에서 제어량으로서 사용되고 있는 것은 통내 전체의 A/F 이다. 실현부 (30) 내에서 연소 A/F 의 목표값을 내생 (內生) 하고, 그것을 액츄에이터 조작량의 산출에 사용함으로써 정확하고 확실한 토크 제어를 할 수 있게 된다.

실현부 (30) 는, 각 조작량의 산출을 변환부 (302) 에 의해 실시한다. 변환부 (302) 는, 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 역모델로서, 맵이나 함수로 나타내는 복수의 통계 모델이나 물리 모델로 구성되어 있다. 변환부 (302) 에는, 토크, 효율 및 A/F 의 3 종의 제어량의 각 목표값과 연소 A/F 의 목표값이 입력된다. 그리고, 그들 목표값으로부터 변환된 4 종의 조작량, 즉, 스로틀 개도, 점화 시기, 연료 분사량 및 연료 분사 시기가 변환부 (302) 로부터 출력된다. 또한, 변환부 (302) 에 있어서의 변환 처리에는 기관 회전수 등의 기관 정보가 참조된다.

그런데, 본 실시형태에 관련된 제어 장치의 각종 동작은, 컴퓨터로서의 제어 장치가 메모리에 판독 출력하여 실행하는 프로그램에 의해 실현될 수 있다.

이 프로그램은,

a. 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 물리량을 내연 기관의 제어량으로서 사용하고, 내연 기관의 기능에 관한 요구의 적어도 일부를 이들 3 종의 물리량으로 집약함으로써 각 제어량의 목표값을 설정하는 단계

b. 토크, 효율 및 공연비의 3 종의 제어량의 각 목표값에 기초하여, 스로틀 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 3 종의 조작량과, 통내의 공연비의 분포를 조정할 수 있는 제 4 조작량으로서의 연료 분사 시기를 설정하는 단계

c. 설정한 4 종의 조작량을 각각 조작 대상이 되는 액츄에이터로 출력하는 단계를 실시하기 위한 코드로 구성되어 있다. 이 프로그램은 ROM 등의 기록 매체에 저장하여 제어 장치에 구비할 수 있다.

이상이 본 발명의 실시형태 1 에 관한 설명이다. 도 1 에 나타내는 구성에 있어서, 목표값 설정부 (20) 는 본 발명의「목표값 설정 수단」에 상당하고, 실현부 (30) 는 본 발명의「조작량 설정 수단」및「조작량 출력 수단」에 상당한다. 또, 도 2 에 나타내는 구성의 실현부 (30) 는, 본 발명의 제 2 및 제 3 형태의「조작량 설정 수단」에 상당한다.

또한, 실시형태 1 에서는 연소 A/F 의 목표값을 고정값으로 하고 있지만, 목표 연소 A/F 설정부 (304) 가 연소 A/F 의 목표값을 내연 기관의 운전 상태마다 고정값으로서 갖도록 해도 된다. 이것에 의하면, 내연 기관의 운전 상태에 따른 최적 연소 A/F 의 실현에 의해 토크 제어의 정밀도를 높일 수 있다. 이 경우, 도 2 에 나타내는 구성의 실현부 (30) 는 본 발명의 제 2 및 제 4 형태의「조작량 설정 수단」에 상당하게 된다. 혹은, 통내 전체의 A/F 와 실제의 연소 A/F 와의 목표 대응 관계를 미리 설정해 두고, 목표 연소 A/F 설정부 (304) 가 제어량인 A/F 의 목표값으로부터 연소 A/F 의 목표값을 결정하도록 해도 된다. 이것에 의하면, 통내 전체의 A/F 의 목표값에 따른 최적 연소 A/F 의 실현에 의해, 토크 제어의 정밀도를 높일 수 있다. 이 경우, 도 2 에 나타내는 구성의 실현부 (30) 는 본 발명의 제 2 및 제 5 형태의「조작량 설정 수단」에 상당하게 된다.

실시형태 2.

다음으로, 본 발명의 실시형태 2 에 대해 도 1, 도 3 및 도 4 를 사용하여 설명한다.

본 실시형태의 제어 장치의 전체의 구성은 실시형태 1 과 동일하게, 도 1 의 블록도로 나타낸다. 본 실시형태의 제어 장치와 실시형태 1 의 제어 장치의 차이는, 제어 장치를 구성하는 한 요소인 실현부 (30) 의 구성과 그 기능에 있다. 본 실시형태에 관련된 실현부 (30) 의 구성을 나타낸 것이 도 3 의 블록도이다.

본 실시형태에 관련된 실현부 (30) 는, 변환부 (312), 변환부 (316) 및 목표 연소 A/F 설정부 (314) 로 구성되어 있다. 실시형태 1 에서는, 변환부 (302) 가 내연 기관의 역모델에 상당하고 있었지만, 본 실시형태에서는, 변환부 (312) 및 변환부 (316) 에 의해 내연 기관의 역모델이 구성되어 있다. 목표 연소 A/F 설정부 (314) 는 연소 A/F 의 목표값을 고정값으로서 갖고 있다.

실현부 (30) 는, 필요한 4 종의 조작량 중, 먼저, 스로틀 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 3 종의 조작량의 산출을 변환부 (312) 에 의해 실시한다. 변환부 (312) 에는, 토크, 효율 및 A/F 의 3 종의 제어량의 각 목표값이 입력된다. 그리고, 그들 목표값으로부터 변환된 상기 3 종의 조작량이 변환부 (312) 로부터 출력된다. 남은 하나의 조작량, 즉, 연료 분사 시기는 변환부 (316) 에서 산출된다. 변환부 (316) 에는, 변환부 (312) 에서 산출된 연료 분사량과 연소 A/F 의 목표값이 입력된다. 그리고, 연료 분사량과 연소 A/F 의 목표값으로부터 변환된 연료 분사 시기가 변환부 (316) 로부터 출력된다. 또한, 각 변환부 (312, 316) 에 있어서의 변환 처리에는 기관 회전수 등의 기관 정보가 참조된다.

이상과 같은 실현부 (30) 의 기능에 의해, 본 실시형태에 의하면 각 조작량은 도 4 의 플로우 차트에 나타내는 순서로 산출되게 된다. 그 최초의 단계 S110 에서는 드라이버빌리티, 배기 가스 혹은 연비와 같은 내연 기관의 기능에 관한 각종의 요구가 토크, 효율 및 A/F 의 3 종의 제어량으로 집약된다. 이 처리는 목표값 설정부 (20) 에 의해 실시된다.

다음의 단계 S120 에서는, 3 종의 제어량이 스로틀 개도 (TA), 점화 시기 (SA) 및 연료 분사량으로 변환된다. 이 처리는 실현부 (30) 의 한 요소인 변환부 (312) 에서 실시된다.

다음의 단계 S130 에서는, 목표 연소 A/F 설정부 (314) 에서 설정된 연소 A/F 의 목표값, 변환부 (312) 에서 산출된 연료 분사량, 및 기관 회전수 등의 기관 정보에 기초하여 연료 분사 시기가 도출된다. 이 처리는 실현부 (30) 의 한 요소인 변환부 (316) 에서 실시된다.

마지막 단계 S140 에서는, 실현부 (30) 에서 산출된 각 조작량, 즉, 스로틀 개도 (TA), 점화 시기 (SA), 연료 분사량 및 연료 분사 시기가 각 액츄에이터 (2, 4, 6) 에 세트된다.

이상과 같이, 본 실시형태의 제어 장치는, 스로틀 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 산출과, 연료 분사 시기의 산출을 나누어 실시하도록 하고 있다. 이와 같은 각 조작량의 산출 방법을 채용함으로써, 제어량의 조작량에 대한 변환에 필요한 계산 처리의 복잡화를 회피하면서, 제어량의 각 목표값을 연료 분사 시기를 포함하는 4 종의 조작량에 정확하고 확실하게 반영시킬 수 있게 된다.

이상이 본 발명의 실시형태 2 에 관한 설명이다. 실시형태 2 와 본 발명의 대응 관계에 대해서는 실시형태 1 의 경우와 동일하다. 단, 도 3 에 나타내는 구성의 실현부 (30) 는, 본 발명의 제 2, 제 3 및 제 7 형태의「조작량 설정 수단」에 상당한다. 또한, 실시형태 2 에서는 연소 A/F 의 목표값을 고정값으로 하고 있지만, 목표 연소 A/F 설정부 (314) 는 연소 A/F 의 목표값을 내연 기관의 운전 상태마다 고정값으로서 갖도록 해도 된다. 혹은, 제어량인 A/F 의 목표값으로부터 연소 A/F 의 목표값을 결정하도록 해도 된다.

실시형태 3.

다음으로, 본 발명의 실시형태 3 에 대해 도 1, 도 5 내지 도 7 을 사용하여 설명한다.

본 실시형태의 제어 장치의 전체의 구성은, 실시형태 1 과 동일하게, 도 1 의 블록도로 나타낸다. 본 실시형태의 제어 장치와 실시형태 1 의 제어 장치의 차이는 제어 장치를 구성하는 한 요소인 실현부 (30) 의 구성과 그 기능에 있다. 본 실시형태에 관련된 실현부 (30) 의 구성을 나타낸 것이 도 5 의 블록도이다.

본 실시형태에 관련된 실현부 (30) 는, 변환부 (322), 변환부 (326) 및 목표 연소 A/F 설정부 (324) 로 구성되어 있다. 실시형태 1 에서는, 변환부 (302) 가 내연 기관의 역모델에 상당하고 있었지만, 본 실시형태에서는, 변환부 (322), 변환부 (326) 및 목표 연소 A/F 설정부 (324) 의 모두에 의해 내연 기관의 역모델이 구성되어 있다.

실현부 (30) 는, 필요한 4 종의 조작량 중, 먼저, 스로틀 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 3 종의 조작량의 산출을 변환부 (322) 에 의해 실시한다. 변환부 (322) 에는, 토크, 효율 및 A/F 의 3 종의 제어량의 각 목표값이 입력된다. 그리고, 그들 목표값으로부터 변환된 상기 3 종의 조작량이 변환부 (322) 로부터 출력된다. 남은 하나의 조작량, 즉, 연료 분사 시기는 변환부 (326) 에서 산출된다. 변환부 (326) 에는, 변환부 (322) 에서 산출된 연료 분사량과 연소 A/F 의 목표값이 입력된다. 그리고, 연료 분사량과 연소 A/F 의 목표값으로부터 변환된 연료 분사 시기가 변환부 (326) 로부터 출력된다. 또한, 각 변환부 (322, 326) 에 있어서의 변환 처리에는 기관 회전수 등의 기관 정보가 참조된다.

본 실시형태의 하나의 특징은 연소 A/F 의 목표값이 변수로 되어 있는 것에 있다. 목표 연소 A/F 설정부 (324) 에는, 제어량인 토크 및 A/F 와, 조작량인 스로틀 개도 및 점화 시기가 입력된다. 목표 연소 A/F 설정부 (324) 는, 이들 입력값으로부터 연소 A/F 의 목표값을 산출한다. 상세하게는, 목표 연소 A/F 설정부 (324) 는 도 6 에 나타내는 바와 같은 토크 - 점화 시기 특성의 맵을 갖고 있다. 이 맵은 흡입 공기량이나 A/F 등의 토크 영향 인자 (점화 시기 및 연료 분사 시기 이외) 마다 준비되어 있다. 목표 연소 A/F 설정부 (324) 는, 먼저, 스로틀 개도로부터 흡입 공기량을 산출하고, 흡입 공기량과 A/F 등에 기초하여 토크 - 점화 시기 특성의 맵을 선택한다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, 각 맵에는 복수의 토크 - 점화 시기 특성 곡선이 설정되어 있다. 이들의 토크 - 점화 시기 특성 곡선은 연소 A/F 마다 설정되어 있다. 실제의 연소 A/F 가 상이하면 연소 속도에도 차이가 발생하고, 그 결과, 토크 - 점화 시기 특성은 상이한 것이 되기 때문이다. 목표 연소 A/F 설정부 (324) 는, 선택한 맵에 있어서 원하는 토크 (Tk) 와 원하는 점화 시기 (SAk) 를 함께 실현될 수 있는 토크 - 점화 시기 특성 곡선을 특정한다. 그리고, 특정한 토크 - 점화 시기 특성 곡선이 얻어지는 연소 A/F 를 연소 A/F 의 목표값으로서 설정한다.

이상과 같은 실현부 (30) 의 기능에 의해, 본 실시형태에 의하면 각 조작량은 도 7 의 플로우 차트에 나타내는 순서로 산출되게 된다. 그 최초의 단계 S210 에서는, 드라이버빌리티, 배기 가스 혹은 연비와 같은 내연 기관의 기능에 관한 각종의 요구가 토크, 효율 및 A/F 의 3 종의 제어량으로 집약된다. 이 처리는 목표값 설정부 (20) 에 의해 실시된다.

다음의 단계 S220 에서는, 3 종의 제어량이 스로틀 개도 (TA), 점화 시기 (SA) 및 연료 분사량으로 변환된다. 이 처리는 실현부 (30) 의 한 요소인 변환부 (322) 에서 실시된다.

다음의 단계 S230 에서는, 도 6 에 나타내는 맵을 사용하여 원하는 토크와 점화 시기를 동시에 만족시키는 토크 - 점화 시기 특성 곡선이 특정된다. 그리고, 특정한 토크 - 점화 시기 특성 곡선이 얻어지는 연소 A/F 가 연소 A/F 의 목표값으로서 설정된다. 이들 처리는 실현부 (30) 의 한 요소인 목표 연소 A/F 설정부 (324) 에서 실시된다.

다음의 단계 S240 에서는, 목표 연소 A/F 설정부 (324) 에서 설정된 연소 A/F 의 목표값과 변환부 (322) 에서 산출된 연료 분사량으로부터 연료 분사 시기가 도출된다. 이 처리는 실현부 (30) 의 한 요소인 변환부 (326) 에서 실시된다.

단계 S250 에서는, 실현부 (30) 에서 산출된 각 조작량, 즉, 스로틀 개도 (TA), 점화 시기 (SA), 연료 분사량 및 연료 분사 시기가 각 액츄에이터 (2, 4, 6) 에 세트된다.

이상과 같이, 본 실시의 형태의 제어 장치는, 먼저, 3 종의 제어량의 각 목표값으로부터 스로틀 개도, 점화 시기 및 연료 분사량을 결정하고 있다. 스로틀 개도가 결정됨으로써 흡입 공기량이 정해지고, 흡입 공기량과 연료 분사량으로부터 제어량의 하나인 통내 전체의 A/F 가 정해진다. 또, 점화 시기에 따라 제어량의 하나인 효율이 정해진다. 나머지 하나의 제어량인 토크는, 실제의 연소 A/F 에 의존한다. 본 실시형태의 제어 장치는, 원하는 토크와 점화 시기에 대응하는 토크 - 점화 시기 특성 곡선을 특정하고, 그 특성 곡선을 얻어지는 연소 A/F 를 연소 A/F 의 목표값으로서 설정한다. 이렇게 하여 설정된 연소 A/F 의 목표값을 실현하도록 연료 분사 시기를 결정함으로써, 먼저 결정한 3 종의 조작량 하에서 토크, 효율 및 A/F 의 3 종의 제어량의 각 목표값을 실현할 수 있게 된다. 요컨대, 본 실시형태의 제어 장치에 의하면, 어떠한 운전 상태 하에서도 토크, 효율 및 A/F 의 3 종의 제어량을 동시에 각 목표값에 고정밀도로 추종시킬 수 있다.

이상이 본 발명의 실시형태 3 에 관한 설명이다. 실시형태 3 과 제 1 의 발명의 대응 관계에 대해서는 실시형태 1 의 경우와 동일하다. 단, 도 5 에 나타내는 구성의 실현부 (30) 는 본 발명의 제 6 및 제 7 형태의「조작량 설정 수단」에 상당한다.

또한, 실연소 A/F 에 차이가 발생한 경우, 실제로 연소하는 혼합기량에도 차이가 발생한다. 그 차이가 토크 - 점화 시기 특성에 주는 영향은 크지 않기 때문에, 도 6 에 나타내는 맵에서는 실혼합기량의 차이에 대해서는 고려하지 않는다. 단, 보다 고정밀도로 연소 A/F 의 목표값을 설정하는 것이라면, 실혼합기량의 영향을 고려한 3 차원 맵으로 다시 만들어도 된다. 혹은, 도 6 에 나타내는 맵으로부터 도출한 연소 A/F 의 목표값에 대해 사전에 실험 등에서 구한 맵이나 계수 등에 의해 보정을 실시하도록 해도 된다.

실시형태 4.

본 발명의 실시형태 4 에 대해 도 8 및 도 9 를 사용하여 설명한다.

먼저, 본 실시형태의 전제로서, 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 사양에 대해 설명한다. 본 실시형태에 관련된 내연 기관은, 성층 연소에 의한 운전을 실시하는 내연 기관이다. 그리고, 그 동작을 제어하기 위한 액츄에이터로서 흡기량 조정 밸브로서의 스로틀 (2), 점화 시기를 조정하는 점화 장치 (4), 연료를 통내에 직접 분사하는 연료 분사 장치 (6), 및, 통내의 스월류를 조정하는 스월 컨트롤 밸브 (이하, SCV) (8) 를 구비하고 있다.

본 실시형태의 제어 장치는, 도 8 의 블록도에서 나타내는 바와 같이 구성되어 있다. 도 8 에서는 제어 장치의 각 요소를 블록으로 나타내고, 블록 간의 신호의 전달 (주된 것) 을 화살표로 나타내고 있다. 이하, 도 8 을 참조하여 본 실시형태의 제어 장치의 전체적인 구성과 그 특징에 대해 설명한다.

도 8 에 나타내는 바와 같이, 제어 장치는 크게 나누어 3 개의 부분 (10, 20, 40) 으로 구성되어 있다. 이 중, 최상위에 위치하는 것은 기능 요구 발생부 (10) 이다. 기능 요구 발생부 (10) 의 하위에는 목표값 설정부 (20) 가 형성되고, 또한 그 하위에는 실현부 (40) 가 형성되어 있다. 상기 서술한 각 액츄에이터 (2, 4, 6, 8) 는 실현부 (40) 에 접속되어 있다. 기능 요구 발생부 (10) 및 목표값 설정부 (20) 의 각 구성과, 그곳에서 실시되고 있는 처리 내용에 관해서는 실시형태 1 에 관련된 그것들과 동일하다. 이하에서는, 본 실시형태에 관련된 실현부 (40) 의 구성과 그곳에서 실시되고 있는 처리에 대해 설명한다.

실현부 (40) 는, 목표값 설정부 (20) 에서 설정된 토크, 효율 및 A/F 의 3 종의 제어량의 각 목표값을 실현하기 위해서 필요한 각 엑츄에이터 (2, 4, 6, 8) 의 조작량을 산출한다. 실현부 (40) 에서 산출되는 조작량은, 스로틀 (2) 을 조작하기 위한 스로틀 개도, 점화 장치 (4) 를 조작하기 위한 점화 시기, 연료 분사 장치 (6) 를 조작하기 위한 연료 분사량, 그리고, SCV (8) 를 조작하기 위한 SCV 개도이다. 또한, 연료 분사 시기도 조작량이기는 하지만, 본 실시형태에 있어서는 토크, 효율 및 A/F 의 3 종의 제어량으로부터 산출되는 조작량에는 포함되어 있지 않다. 연료 분사 시기는 성층 연소를 실현하는 데 적절한 소정의 시기로 설정되어 있다.

상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태에서는 스로틀 개도, 점화 시기 및 연료 분사량에 더하여 SCV 개도를 조작량으로서 사용하고 있다. SCV 개도를 조작함으로써 통내에서의 스월류를 조정할 수 있다. 스월류가 변화되면, 연료 분사에 의해 발생한 진한 A/F 의 가스 덩어리가 점화 플러그 근방에 도달할 때의 수송 속도에도 변화가 발생한다. 따라서, SCV 개도를 조작량의 하나로서 사용함으로써, 통내 전체의 A/F 와는 별도로 점화 플러그 근방의 A/F, 즉, 실제의 연소 A/F 도 조정할 수 있다.

도 9 는 실현부 (40) 의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시형태에 관련된 실현부 (40) 는 목표 연소 A/F 설정부 (404) 를 구비하고 있다. 목표 연소 A/F 설정부 (404) 는, 연소 A/F 의 목표값을 고정값으로서 갖고 있다. 연소 A/F 는 토크 - 점화 시기 특성을 좌우하는 중요한 토크 영향 인자이지만, 연소 A/F 는 제어량으로서는 사용되지 않는다. 본 실시형태에서 제어량으로서 사용되고 있는 것은 통내 전체의 A/F 이다. 실현부 (40) 내에서 연소 A/F 의 목표값을 내생하고, 그것을 액츄에이터 조작량의 산출에 사용함으로써 정확하고 확실한 토크 제어를 할 수 있게 된다.

실현부 (40) 는, 각 조작량의 산출을 변환부 (402) 에 의해 실시한다. 변환부 (402) 는, 본 실시형태에 관련된 내연 기관의 역모델로서, 맵이나 함수로 나타내는 복수의 통계 모델이나 물리 모델로 구성되어 있다. 변환부 (402) 에는, 토크, 효율 및 A/F 의 3 종의 제어량의 각 목표값과 연소 A/F 의 목표값이 입력된다. 그리고, 그들 목표값으로부터 변환된 4 종의 조작량, 즉, 스로틀 개도, 점화 시기, 연료 분사량 및 SCV 개도가 변환부 (402) 로부터 출력된다. 또한, 변환부 (402) 에 있어서의 변환 처리에는 기관 회전수나 연료 분사 시기 등의 기관 정보가 참조된다.

이상이 본 발명의 실시형태 4 에 관한 설명이다. 실시형태 4 에 있어서도 실시형태 1 과 동일한 변형예를 채용할 수 있다. 또, 실시형태 1 에 관련된 실현부 (30) 의 구성을 도 3 또는 도 5 의 블록도에 나타내는 구성으로 대체해도 되도록, 본 실시형태에 관련된 실현부 (40) 의 구성도 도 3 또는 도 5 의 블록도에 나타내는 바와 같은 구성으로 대체해도 된다. 단, 그 경우, 실현부 (40) 로부터 산출되는 것은 연료 분사 시기가 아니라 SCV 개도이다.

기타.

본 발명은 상기 서술한 실시형태에는 한정되지 않는다. 상기 서술한 실시형태에는 본 발명에 관련된「목표값 설정 수단」이나「조작량 설정 수단」이나「조작량 출력 수단」이 구현화되어 있지만, 그곳에 개시되어 있는 구성은 이들 수단이 채용할 수 있는 구성의 일례에 불과하다. 본 발명에 관련된「목표값 설정 수단」이나「조작량 설정 수단」이나「조작량 출력 수단」의 기능을 실현할 수 있는 모든 구성이 그것들 각 수단의 범위에 포함된다.

상기 서술한 실시형태는, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 예를 들어, 상기 서술한 실시형태에서는 흡기량 조정 밸브로서 스로틀을 사용하고 있지만, 리프트량 혹은 작용각을 연속적으로 변환시킬 수 있는 가변 기구가 부착된 흡기 밸브여도 된다. 이 경우, 리프트량 혹은 작용각이 흡기량 조정 밸브의 조작량이 된다.

또, 본 발명에 관련된「제 4 조작량」으로서는, 통내의 공연비 분포를 조정할 수 있는 조작량이면 연료 분사 시기나 SCV 개도에는 한정되지 않는다. 예를 들어, 텀블 컨트롤 밸브를 갖는 내연 기관이면, 그 밸브 개도를 제 4 조작량으로 하여 사용할 수 있다. 밸브 타이밍 가변기 기구에 의해 조정되는 흡기 밸브의 밸브 타이밍을 제 4 조작량으로서 사용할 수도 있다. 이들 조작량에 의하면, SCV 개도와 동일하게, 리치한 공연비의 가스 덩어리가 점화 플러그 근방에 도달할 때의 수송 속도를 조정할 수 있다.

또, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치 및 방법이 제어 대상으로 하는 것은, 점화 플러그 근방의 A/F 와 통내 전체의 A/F 가 상이한 내연 기관이다. 그러한 내연 기관에는, 통내의 A/F 분포를 의도적으로 불균일하게 하여 연소시키는 내연 기관이 포함되는데, 상기 서술한 각 실시형태에 관련된 성층 연소에 의한 운전은 그 일례에 불과하다. 또, 균질 연소를 실시하는 내연 기관이어도, 운전 상태에 따라 결과적으로 통내의 A/F 분포에 불균일이 발생하게 되는 내연 기관은 본 발명의 제어 대상에 포함된다. 마이크로한 시점에서 보았을 때에는 균질 연소이어도 통내의 A/F 의 분포에 불균일이 발생하는 경우가 있어, 반드시 점화 플러그 근방의 A/F 와 통내 전체의 A/F 가 일치한다고는 할 수 없다. 토크 - 점화 시기 특성에 영향을 미치는 것은 점화 플러그 근방의 A/F 이므로, 제 4 조작량에 의해 통내의 A/F 분포를 조정함으로써 토크 제어의 정밀도를 높일 수 있다.

2 스로틀
4 점화 장치
6 연료 분사 장치
8 스월 컨트롤 밸브
10 기능 요구 발생부
12, 14, 16 요구 출력 요소
20 목표값 설정부
22 토크 중재 요소
24 효율 중재 요소
26 A/F 중재 요소
30 실현부
40 실현부
302 변환부
304 목표 연소 A/F 설정부
312 변환부
314 목표 연소 A/F 설정부
316 변환부
322 변환부
324 목표 연소 A/F 설정부
326 변환부
402 변환부
404 목표 연소 A/F 설정부

Claims

점화 플러그 근방의 공연비와 통내 전체의 공연비가 상이한 내연 기관의 제어 장치로서, 상기 내연 기관을 복수의 액츄에이터의 조작에 의해 제어하는 제어 장치에 있어서,
토크, 효율 및 공연비의 3 종의 물리량을 상기 내연 기관의 제어량으로서 사용하고, 상기 내연 기관의 기능에 관한 요구의 적어도 일부를 상기 3 종의 물리량으로 집약함으로써 각 제어량의 목표값을 설정하는 목표값 설정 수단과,
토크, 효율 및 공연비의 3 종의 제어량의 각 목표값에 기초하여, 흡기량 조정 밸브의 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 3 종의 조작량과, 통내의 공연비 분포를 조정할 수 있는 제 4 조작량을 설정하는 조작량 설정 수단과,
설정한 상기 4 종의 조작량을 각각 조작 대상이 되는 액츄에이터에 출력하는 조작량 출력 수단을 구비하고,
상기 조작량 설정 수단은,
상기 3 종의 제어량의 각 목표값에 기초하여, 흡기량 조정 밸브의 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 3 종의 조작량의 설정값을 산출하는 수단과,
흡입 공기량과 통내 전체의 공연비와 점화 플러그 근방의 공연비로 정해지는 토크 - 점화 시기 특성에 관한 데이터에 기초하여, 흡기량 조정 밸브의 개도의 설정값으로부터 산출한 흡입 공기량, 점화 시기의 설정값, 공연비의 목표값, 및 토크의 목표값을 동시에 실현할 수 있는 점화 플러그 근방의 공연비를 특정하고, 특정한 점화 플러그 근방의 공연비를 그 목표값으로서 설정하는 수단과,
연료 분사량의 설정값과 점화 플러그 근방의 공연비의 목표값으로부터 상기 제 4 조작량의 설정값을 산출하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 조작량 설정 수단은, 상기 제 4 조작량으로서 연료 분사 시기를 설정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치.
점화 플러그 근방의 공연비와 통내 전체의 공연비가 상이한 내연 기관을 복수의 액츄에이터의 조작에 의해 제어하는 방법으로서,
토크, 효율 및 공연비의 3 종의 물리량을 상기 내연 기관의 제어량으로서 사용하고, 상기 내연 기관의 기능에 관한 요구의 적어도 일부를 상기 3 종의 물리량으로 집약함으로써 각 제어량의 목표값을 설정하는 단계와,
토크, 효율 및 공연비의 3 종의 제어량의 각 목표값에 기초하여, 흡기량 조정 밸브의 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 3 종의 조작량과, 통내의 공연비의 분포를 조정할 수 있는 제 4 조작량을 설정하는 단계와,
설정한 상기 4 종의 조작량을 각각 조작 대상이 되는 액츄에이터에 출력하는 단계를 실행하고,
상기 조작량을 설정하는 단계에서는,
상기 3 종의 제어량의 각 목표값에 기초하여, 흡기량 조정 밸브의 개도, 점화 시기 및 연료 분사량의 3 종의 조작량의 설정값을 산출하는 단계와,
흡입 공기량과 통내 전체의 공연비와 점화 플러그 근방의 공연비로 정해지는 토크 - 점화 시기 특성에 관한 데이터에 기초하여, 흡기량 조정 밸브의 개도의 설정값으로부터 산출한 흡입 공기량, 점화 시기의 설정값, 공연비의 목표값, 및 토크의 목표값을 동시에 실현할 수 있는 점화 플러그 근방의 공연비를 특정하고, 특정한 점화 플러그 근방의 공연비를 그 목표값으로서 설정하는 단계와,
연료 분사량의 설정값과 점화 플러그 근방의 공연비의 목표값으로부터 상기 제 4 조작량의 설정값을 산출하는 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 방법.
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제 9 항에 있어서,
상기의 조작량을 설정하는 단계에서는, 상기 제 4 조작량으로서 연료 분사 시기를 설정하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 방법.