WO2010100729A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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三谷 干城
葉狩 秀樹
信悟 岩井
智志 西川
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly, to a control device for an internal combustion engine that uses an output torque as a control target and performs control using the total calorific value of fuel as one control element.
  • A, B, and C are preset as a map of engine speed and charging efficiency. A, B, and C are calculated from the map according to the operating state of the engine, and the above equation (1) is used.
  • the engine torque T is calculated.
  • the throttle control is feedback-controlled so as to achieve the required torque at the time of shifting of the automatic transmission, and the cooperative control is configured to absorb the torque difference at the ignition timing.
  • Patent Document 2 discloses a method for improving the controllability of output torque according to a driver's request without increasing the number of maps. More specifically, loss torque and ISC torque are added to the driver request shaft torque calculated from the accelerator opening, and after the ignition timing efficiency correction and target A / F efficiency correction, torque-air amount conversion processing is performed. In Patent Document 2, the coefficient of the quadratic function in the ignition timing efficiency correction is calculated with a small number of maps.
  • Patent Documents 1 and 2 the property of the fuel that affects the torque is fixed, but the total calorific value actually varies greatly depending on the property of the fuel. Therefore, the methods described in Patent Documents 1 and 2 have a problem that an error occurs in the estimation of the engine torque and the engine control amount for realizing the target output torque cannot be realized with high accuracy.
  • the present invention has been made in order to solve such problems.
  • the present invention includes a throttle opening control means for controlling the throttle opening to control the intake air flow rate of the internal combustion engine, and the target output torque that the internal combustion engine should generate from the operating state of the internal combustion engine and the accelerator operation of the driver.
  • Target output torque calculating means for calculating the target ignition timing
  • target ignition timing calculating means for calculating the target ignition timing based on the operating state of the internal combustion engine, engine speed, charging efficiency, target ignition timing, air-fuel ratio, and fuel
  • An actual output torque calculating means for calculating an actual output torque of the internal combustion engine based on the total calorific value, a charging efficiency-torque conversion coefficient is calculated based on the charging efficiency and the actual output torque, and the target output
  • a target charging efficiency is calculated based on the torque and the charging efficiency-torque conversion coefficient, and based on the target charging efficiency, the target suction that the internal combustion engine should suck in is calculated.
  • An internal combustion engine that includes a target intake air amount calculating unit that calculates an air amount, and that controls the throttle
  • the present invention includes a throttle opening control means for controlling the throttle opening to control the intake air flow rate of the internal combustion engine, and the target output torque that the internal combustion engine should generate from the operating state of the internal combustion engine and the accelerator operation of the driver.
  • Target output torque calculating means for calculating the target ignition timing
  • target ignition timing calculating means for calculating the target ignition timing based on the operating state of the internal combustion engine, engine speed, charging efficiency, target ignition timing, air-fuel ratio, and fuel
  • An actual output torque calculating means for calculating an actual output torque of the internal combustion engine based on the total calorific value, a charging efficiency-torque conversion coefficient is calculated based on the charging efficiency and the actual output torque, and the target output
  • a target charging efficiency is calculated based on the torque and the charging efficiency-torque conversion coefficient, and based on the target charging efficiency, the target suction that the internal combustion engine should suck in is calculated.
  • An internal combustion engine that includes a target intake air amount calculating unit that calculates an air amount, and that controls the throttle opening by the throttle opening control unit so as to realize the target intake air amount calculated by the target intake air amount calculating unit. Since it is an engine control device, it is possible to accurately realize the engine control amount for realizing the target output torque by controlling the engine torque while taking in the fuel property, that is, the total heat generation amount of the fuel as information. it can.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention. It is a block diagram which shows the structure of the control apparatus of the internal combustion engine by Embodiment 1 of this invention. It is the figure which showed the data which show the fuel property by Embodiment 1 of this invention with the table
  • 1 is a configuration diagram showing a configuration of a fuel property sensor provided in an internal combustion engine control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention; FIG. It is the figure which showed the relationship between the refractive index and output voltage by Embodiment 1 of this invention with the graph.
  • Embodiment 1 FIG.
  • 1 and 2 are configuration diagrams schematically showing an internal combustion engine and a control device for the internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention.
  • an electronically controlled throttle valve 2 that is electronically controlled to adjust the intake air flow rate is provided upstream of an intake system of an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) 1.
  • an engine an internal combustion engine
  • a throttle opening degree sensor 3 is provided in order to measure the opening degree of the electronically controlled throttle valve 2.
  • an airflow sensor 4 for measuring the intake air flow rate is provided upstream of the electronically controlled throttle valve 2 in the intake system.
  • a surge tank 5 is provided downstream of the electronically controlled throttle valve 2 in the intake system. Furthermore, the surge tank 5 is provided with an intake manifold pressure sensor (hereinafter referred to as an intake manifold pressure sensor) 6 for measuring the pressure in the surge tank 5. Note that both the airflow sensor 4 and the intake manifold pressure sensor 6 may be provided, or only one of them may be provided. An electronically controlled EGR valve 7 is connected to the surge tank 5.
  • an injector 8 for injecting fuel is provided in the intake passage downstream of the surge tank 5.
  • the injector 8 may be provided so that it can be directly injected into the cylinder of the engine 1.
  • the engine 1 is provided with an ignition coil 9 and a spark plug 10 for igniting the air-fuel mixture in the cylinder of the engine 1.
  • the engine 1 is provided with a crank angle sensor 11 for detecting the edge of a plate provided on the crankshaft in order to detect the rotational speed and crank angle of the engine.
  • a pipe 81 that connects a fuel pump (not shown) and the injector 8 is provided, and a fuel property sensor 82 for measuring the properties of the fuel is provided in the vicinity of the injector 8 in the middle of the pipe 81. ing.
  • an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 13 as a control device for the internal combustion engine is provided.
  • ECU electronice control unit
  • 12 is an accelerator opening sensor.
  • the ECU 13 includes an intake air flow rate measured by the airflow sensor 4, an intake manifold pressure measured by the intake manifold pressure sensor 6, an opening degree of the electronically controlled throttle valve 2 measured by the throttle opening sensor 3, and a crank angle.
  • the pulse synchronized with the edge of the plate provided on the crankshaft output from the sensor 11 and the fuel property information such as heavy and light in the fuel and alcohol concentration from the fuel property sensor 82 are input.
  • measured values are also input to the ECU 13 from the accelerator opening sensor 12 and other various sensors, and other controllers (for example, control systems such as automatic transmission control, brake control, traction control).
  • the torque request value from is also input.
  • a throttle opening control means 131 Inside the ECU 13, a throttle opening control means 131, a target output torque calculation means 132, a target ignition timing calculation means 133, an actual output torque calculation means 134, and a target intake air amount calculation means 135 are provided. Yes.
  • the throttle opening control means 131 receives the target intake air amount output from the target intake air amount calculation means 135 and controls the throttle opening of the electronically controlled throttle valve 2 so as to achieve the target intake air amount. By doing so, the intake air flow rate of the internal combustion engine is variably controlled.
  • the target output torque calculating means 132 receives a signal (data) indicating the operating state of the internal combustion engine and a measured value by the accelerator opening sensor 12 indicating the accelerator operation of the driver, and the internal combustion engine should be generated from these values. Calculate the target output torque. The calculated target output torque is input to the target intake air amount calculation means 135.
  • the target ignition timing calculation means 133 receives data indicating the operating state of the internal combustion engine, such as the engine speed by the crank angle sensor 11 and the intake air flow rate by the airflow sensor 4, and calculates the target ignition timing based on them.
  • the calculated target ignition timing is input to the actual output torque calculating means 134 and the ignition coil 9. Thereby, in the ignition coil 9, energization is controlled so as to achieve the target ignition timing.
  • the actual output torque calculation means 134 includes the engine speed from the crank angle sensor 11, the charging efficiency from the airflow sensor 4, the target ignition timing from the target ignition timing calculation means 133, the air-fuel ratio, and the fuel from the fuel property sensor 82. And the actual output torque of the internal combustion engine is calculated based on these values. A method for calculating the actual output torque will be described later.
  • the calculated actual output torque is input to the target intake air amount calculation means 135.
  • the air-fuel ratio is detected by an O 2 sensor (not shown) attached to the exhaust manifold of the engine 1.
  • the target intake air amount calculation means 135 receives the charging efficiency from the airflow sensor 4 and the actual output torque from the actual output torque calculation means 134, and calculates the charging efficiency-torque conversion coefficient from these values.
  • the target intake air amount calculating means 135 further receives the target output torque from the target output torque calculating means 132, calculates the target charging efficiency based on the target output torque and the calculated charging efficiency-torque conversion coefficient, A target intake air amount that should be taken in by the internal combustion engine is calculated based on the target charging efficiency.
  • the calculated target intake air amount is input to the throttle opening degree control means 131.
  • the ECU 13 has the above-described configuration, and controls the throttle opening degree by the throttle opening degree control means 131 so as to realize the target intake air quantity calculated by the target intake air quantity calculation means 135. That is, the ECU 13 calculates the actual torque from the various input data, and sets the target torque based on the accelerator opening, the engine operating state, the torque request value from another controller, and the like. . Further, the target intake air flow rate and the target ignition timing are calculated so as to achieve the set target torque, and the electronically controlled throttle valve 2 is controlled so as to achieve the target intake air flow rate so as to achieve the target ignition timing. Energization of the ignition coil 9 is performed. Further, the opening degree of the electronically controlled EGR valve 7 is controlled according to the operating state, and the injector 8 is driven so as to achieve the target air-fuel ratio. Further, command values for various actuators other than those described above are also calculated.
  • C in the above equation (1) is corrected by the fuel property.
  • a in the equation (1) is a coefficient indicating how much the torque drops when the ignition timing is away from the MBT
  • B is the MBT ignition timing
  • C is the output torque at the MBT.
  • a and B a common value is used because there is no significant change even in the case of alcohol blended fuel compared to gasoline.
  • C is expressed by the following equation.
  • the total calorific value of the fuel can be calculated by the method described below.
  • FIG. 3 shows measured values of the relationship between the total calorific value per unit weight (g) and the refractive index for various mixed fuels containing base fuel and alcohol.
  • the refractive index, density, and total calorific value (J / g) per unit weight are measured values for various mixed fuels.
  • the total calorific value (J / cc) per unit volume is a calculated value obtained by multiplying the total calorific value (J / g) per unit weight by the density.
  • FIG. 4 is a plot of the relationship between the refractive index and the total calorific value (J / cc) per unit volume for each of the mixed fuels shown in FIG.
  • the horizontal axis represents the refractive index
  • the vertical axis represents the total calorific value (J / cc) per unit volume.
  • the total heat generation amount (J / cc) per unit volume with respect to the refractive index is almost linear. This means that the refractive index of the fuel is proportional to the base fuel density and the alcohol concentration, respectively, and for various mixed fuels with different base fuel density and alcohol concentration, It shows that an estimated value of total calorific value (J / cc) per unit volume can be calculated.
  • the signal from the fuel property sensor 82 may be read at all times. However, other than that, for example, a signal from a sensor for detecting that the engine has been started or that fuel (not shown) has been replenished. It may be read under certain conditions, such as when the value of a fuel level sensor (not shown) suddenly changes.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the fuel property sensor 82 shown in FIG. 1 and FIG.
  • 50 is a pipe
  • 51 is a fuel inlet provided on the side of the pipe 50
  • 52 is a fuel outlet provided on the side of the pipe 50
  • 53 is an optical fiber stretched in the pipe 50.
  • 54 is a fiber grating applied to the optical fiber 50
  • 55 is a light source provided at one end of the tube 50
  • 56 is a light receiving element provided at the other end of the tube 50.
  • the light source 55 is comprised from LED, for example.
  • the fuel property sensor 82 when the fuel flows from the inlet 51 to the outlet 52, the fuel contacts the optical fiber 53 stretched in the pipe 50.
  • the optical fiber 53 includes a central core and a circumferential cladding, and a fiber grating 54 is applied to the core of the optical fiber 53.
  • Light emitted from the light source 55 toward the optical fiber 53 enters the optical fiber 53 and passes through the fiber grating 54.
  • the total light intensity of the light transmitted through the fiber grating 54 varies depending on the property (refractive index) of the fuel in contact with the outside of the cladding of the optical fiber 53. Therefore, the property (refractive index) of the fuel can be detected from the amount of light received by the light receiving element 56.
  • the fuel property sensor 82 converts the amount of received light detected by the light receiving element 56 into a voltage and outputs the voltage.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the fuel property (refractive index) and the output voltage (V) from the fuel property sensor 82.
  • the horizontal axis represents the fuel property (refractive index)
  • the vertical axis represents the output voltage (V) from the fuel property sensor 82. It can be seen from the graph of FIG. 6 that the output voltage (V) from the fuel property sensor 82 is substantially proportional to the refractive index. Therefore, the estimated value of the refractive index can be calculated from the value of the output voltage (V) from the fuel property sensor 82.
  • the engine torque control is performed while taking in the total calorific value of the fuel that varies greatly depending on the fuel properties as information.
  • the total calorific value of fuel in equation (1) which is an arithmetic expression for obtaining the engine torque T based on the fuel property, is corrected.
  • the engine torque can be estimated with high accuracy.
  • the target torque can be realized, and an excellent effect that the engine torque can be accurately controlled can be obtained.

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Abstract

 ECU13は、吸入空気流量を制御するスロットル開度制御手段131と、エンジン1の運転状態やドライバのアクセル操作から目標出力トルクを算出する目標出力トルク算出手段132と、エンジン1の運転状態に基づいて目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段133と、エンジン回転数、充填効率、目標点火時期、空燃比、および、燃料の総発熱量に基づいて、エンジン1の実出力トルクを算出する実出力トルク算出手段134と、充填効率と実出力トルクとに基づいて充填効率-トルク変換係数を算出し、目標出力トルクと充填効率-トルク変換係数とから目標充填効率を算出して、それにより目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段135とを備え、燃料性状を情報として取り込みながら、エンジンのトルク制御行うようにしたので、目標出力トルクを実現するためのエンジン制御量を精度よく実現できる。

Description

内燃機関の制御装置
 本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、出力トルクを制御目標とし、そのひとつの制御要素として、燃料の総発熱量を用いた制御を行う内燃機関の制御装置に関する。
 近年、ドライバや各車両システム(自動変速機制御、ブレーキ制御、トラクション制御等)からの駆動力の要求値として車両の制御に直接作用する物理量であるエンジン出力軸トルクを用いる制御が提案されている。すなわち、エンジン出力軸トルクをエンジン出力の目標値として、エンジン制御の制御量である空気量や燃料量や点火時期を決定し、また、実際のエンジンの運転状態から実出力トルクを推定して、各車両システムへ送信することで、協調制御を実現して良好な走行性能を得る技術、所謂トルクベース制御が提案されている。しかしながら、燃料性状の情報はなく、性状値は固定としている。
 このような制御においては、エンジンの実出力トルクを精度良く算出し、目標出力トルクを精度良く達成することが重要となる。特許文献1においては、あるエンジン回転数と充填効率とにおけるエンジントルクTは、点火時期IGの2次関数として近似することで推定している。より詳細には、MBT(Minimum Advance for Best Torque)点火時期を頂点とする2次関数、
     T=-A・(IG-B)2+C     (1)
により近似するもので、A,B,Cはエンジン回転速度と充填効率のマップとして予め設定されており、エンジンの運転状態に応じてA,B,Cをマップから算出し、上記(1)式によりエンジントルクTを算出している。そして、自動変速機の変速時に要求トルクを達成するよう、スロットル開度をフィードバック制御し、点火時期にてトルク差を吸収するという形の協調制御となっている。
 また、特許文献2においては、ドライバの要求に応じた出力トルクの制御性を、マップ数を増やすことなく向上するための方法が示されている。より詳細には、アクセル開度から算出されるドライバ要求軸トルクにロストルクとISCトルクとを加算し、点火時期効率補正と目標A/F効率補正の後、トルク-空気量変換処理が行われる。特許文献2では、この点火時期効率補正における2次関数の係数を、少ないマップ数で算出している。
特許第3225068号公報 特開2003-301766号公報
 しかしながら、特許文献1および2に記載の方法では、トルクに影響する燃料の性状は一定とされているが、実際には燃料性状により総発熱量は大幅に変わる。従って、特許文献1および2に記載の方法では、エンジントルクの推定に誤差が生じ、目標出力トルクを実現するためのエンジン制御量を精度よく実現することができないという問題点があった。
 この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、燃料性状、すなわち、燃料の総発熱量を情報として取り込みながら、エンジンのトルク制御行って、目標出力トルクを実現するためのエンジン制御量を精度よく実現する内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
 この発明は、スロットル開度を制御して、内燃機関の吸入空気流量を制御するスロットル開度制御手段と、前記内燃機関の運転状態やドライバのアクセル操作から前記内燃機関が発生するべき目標出力トルクを算出する目標出力トルク算出手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、エンジン回転数、充填効率、目標点火時期、空燃比、および、燃料の総発熱量に基づいて、前記内燃機関の実出力トルクを算出する実出力トルク算出手段と、前記充填効率と前記実出力トルクとに基づいて、充填効率-トルク変換係数を算出し、前記目標出力トルクと前記充填効率-トルク変換係数とに基づいて、目標充填効率を算出し、前記目標充填効率に基づいて、前記内燃機関が吸入するべき目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段とを備え、前記目標吸入空気量算出手段により算出された前記目標吸入空気量を実現するよう前記スロットル開度制御手段により前記スロットル開度を制御する内燃機関の制御装置である。
 この発明は、スロットル開度を制御して、内燃機関の吸入空気流量を制御するスロットル開度制御手段と、前記内燃機関の運転状態やドライバのアクセル操作から前記内燃機関が発生するべき目標出力トルクを算出する目標出力トルク算出手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、エンジン回転数、充填効率、目標点火時期、空燃比、および、燃料の総発熱量に基づいて、前記内燃機関の実出力トルクを算出する実出力トルク算出手段と、前記充填効率と前記実出力トルクとに基づいて、充填効率-トルク変換係数を算出し、前記目標出力トルクと前記充填効率-トルク変換係数とに基づいて、目標充填効率を算出し、前記目標充填効率に基づいて、前記内燃機関が吸入するべき目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段とを備え、前記目標吸入空気量算出手段により算出された前記目標吸入空気量を実現するよう前記スロットル開度制御手段により前記スロットル開度を制御する内燃機関の制御装置であるので、燃料性状、すなわち、燃料の総発熱量を情報として取り込みながら、エンジンのトルク制御を行って、目標出力トルクを実現するためのエンジン制御量を精度よく実現することができる。
この発明の実施の形態1による内燃機関の構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態1による内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態1による燃料性状を示すデータを表で示した図である。 この発明の実施の形態1による屈折率と単位体積あたりの総発熱量との関係をグラフで示した図である。 この発明の実施の形態1による内燃機関の制御装置に設けられた燃料性状センサの構成を示した構成図である。 この発明の実施の形態1による屈折率と出力電圧との関係をグラフで示した図である。
 実施の形態1.
 以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1および図2は、この発明の実施の形態1に係る、内燃機関と、内燃機関の制御装置とを概略的に示す構成図である。
 図1に示すように、内燃機関(以下、エンジンと称す)1の吸気系の上流に、吸入空気流量を調整するために電子的に制御される電子制御式スロットルバルブ2が設けられている。また、電子制御式スロットルバルブ2の開度を測定するために、スロットル開度センサ3が設けられている。さらに、吸気系における電子制御式スロットルバルブ2の上流には、吸入空気流量を測定するエアフロセンサ4が設けられている。
 また、吸気系における電子制御式スロットルバルブ2の下流にはサージタンク5が設けられている。さらに、サージタンク5には、サージタンク5内の圧力を測定するインテークマニホールド圧力センサ(以下、インマニ圧センサと称す)6が設けられている。なお、エアフロセンサ4とインマニ圧センサ6に関しては、両方とも設けてもよいし、いずれか一方のみが設けられていてもよい。また、サージタンク5には、電子制御式EGRバルブ7が接続されている。
 また、サージタンク5の下流の吸気通路には、燃料を噴射するインジェクタ8が設けられている。なお、インジェクタ8は、エンジン1のシリンダに直接噴射できるように設けられてもよい。さらに、エンジン1には、エンジン1のシリンダ内の混合気に点火するための点火コイル9及び点火プラグ10が設けられている。また、エンジン1には、エンジンの回転速度やクランク角度を検出するために、クランク軸に設けられたプレートのエッジを検出するためのクランク角センサ11に設けられている。また、図示しない燃料ポンプとインジェクタ8とをつなぐ配管81が設けられており、その配管81の途中には、インジェクタ8の極力近傍に、燃料の性状を測定するための燃料性状センサ82が設けられている。
 図2に示すように、内燃機関の制御装置としての電子制御ユニット(以下、ECUと称す)13が設けられている。図2において、12は、アクセル開度センサである。
 ECU13には、エアフロセンサ4で測定された吸入空気流量と、インマニ圧センサ6で測定されたインマニ圧と、スロットル開度センサ3で測定された電子制御式スロットルバルブ2の開度と、クランク角センサ11より出力されるクランク軸に設けられたプレートのエッジに同期したパルスと、燃料性状センサ82からの燃料中の重軽質やアルコール濃度などの燃料の性状情報とが、入力される。また、前記以外にも、アクセル開度センサ12やその他の各種センサからもECU13に測定値が入力され、さらに、他のコントローラ(例えば、自動変速機制御、ブレーキ制御、トラクション制御等の制御システム)からのトルク要求値も入力される。
 ECU13の内部には、スロットル開度制御手段131と、目標出力トルク算出手段132と、目標点火時期算出手段133と、実出力トルク算出手段134と、目標吸入空気量算出手段135とが設けられている。
 スロットル開度制御手段131は、目標吸入空気量算出手段135から出力される目標吸入空気量が入力され、当該目標吸入空気量を達成するように、電子制御式スロットルバルブ2のスロットル開度を制御することにより、内燃機関の吸入空気流量を可変制御する。
 目標出力トルク算出手段132は、内燃機関の運転状態を示す信号(データ)や、ドライバのアクセル操作を示すアクセル開度センサ12による測定値が入力されて、それらの値から内燃機関が発生するべき目標出力トルクを算出する。算出された目標出力トルクは、目標吸入空気量算出手段135に入力される。
 目標点火時期算出手段133は、クランク角センサ11によるエンジン回転数やエアフロセンサ4による吸入空気流量等の内燃機関の運転状態を示すデータが入力され、それらに基づいて目標点火時期を算出する。算出された目標点火時期は、実出力トルク算出手段134と点火コイル9とに入力される。これにより、点火コイル9では、当該目標点火時期を達成するように通電が制御される。
 実出力トルク算出手段134は、クランク角センサ11からのエンジン回転数、エアフロセンサ4からの充填効率、目標点火時期算出手段133からの目標点火時期、空燃比、および、燃料性状センサ82からの燃料の総発熱量が入力され、それらの値に基づいて、内燃機関の実出力トルクを算出する。実出力トルクの演算方法については後述する。算出された実出力トルクは、目標吸入空気量算出手段135に入力される。なお、空燃比は、エンジン1の排気マニホルドに取り付けられた図示しないO2センサにより検出される。
 目標吸入空気量算出手段135は、エアフロセンサ4からの充填効率と実出力トルク算出手段134からの実出力トルクとが入力されて、それらの値から充填効率-トルク変換係数を算出する。目標吸入空気量算出手段135は、さらに目標出力トルク算出手段132から目標出力トルクが入力されて、目標出力トルクと算出した充填効率-トルク変換係数とに基づいて、目標充填効率を算出し、当該目標充填効率に基づいて内燃機関が吸入するべき目標吸入空気量を算出する。算出された目標吸入空気量は、スロットル開度制御手段131に入力される。
 ECU13は、上記のような構成を備え、目標吸入空気量算出手段135により算出された目標吸入空気量を実現するよう、スロットル開度制御手段131によりスロットル開度を制御する。すなわち、ECU13においては、入力された各種データより実トルクが算出され、また、アクセル開度やエンジンの運転状態、さらに、他のコントローラからのトルク要求値などを基にして目標トルクが設定される。また、設定された目標トルクを達成するよう目標吸入空気流量及び目標点火時期が算出され、目標吸入空気流量を達成するように電子制御式スロットルバルブ2は制御され、目標点火時期を達成するように点火コイル9への通電が行われる。また、運転状態に応じて電子制御式EGRバルブ7の開度は制御され、目標空燃比を達成するようにインジェクタ8は駆動される。さらに、前記以外の各種アクチュエータへの指示値も算出される。
 次に、実出力トルク算出手段134での実出力トルク演算方法について説明する。具体的には、上記(1)式におけるCを燃料性状で補正する。ここで、(1)式のAは点火時期がMBTから離れた場合にトルクがどの程度落ちるかの係数であり、BはMBT点火時期、CはMBTでの出力トルクである。AおよびBについてはアルコール混合燃料の場合でもガソリンと比べ大きな変化はないため共通の値を用いる。また、Cは次式で表される。
   C=(MBTでの熱効率)×(吸入空気量)×
        (空燃比の逆数(燃空比))×(燃料の総発熱量)
 ここで、燃料の総発熱量は以下で説明する方法にて算出できる。
 図3は、ベース燃料とアルコールとを含有する種々の混合燃料に対する単位重量(g)あたりの総発熱量と屈折率の関係を実測した値である。図3において、各種混合燃料に対し、屈折率、密度、および、単位重量あたりの総発熱量(J/g)は、実測値である。また、単位体積あたりの総発熱量(J/cc)は、単位重量あたりの総発熱量(J/g)に密度を乗算した計算値である。
 図4は、図3に示した各混合燃料に関し、屈折率と単位体積あたりの総発熱量(J/cc)との関係をプロットしたものである。図4のグラフは、横軸が屈折率、縦軸が単位体積あたりの総発熱量(J/cc)となっている。図4より明らかにように、屈折率に対し単位体積あたりの総発熱量(J/cc)は、ほぼ直線に乗っている。このことは、燃料の屈折率は、ベース燃料密度およびアルコール濃度のそれぞれに対して比例関係にあり、ベース燃料密度およびアルコール濃度が異なる種々の混合燃料に対して、燃料の屈折率測定値から、単位体積あたりの総発熱量(J/cc)の推定値を計算できることを示している。
 なお、燃料性状センサ82からの信号は、常時読み込むようにしてもよいが、それ以外にも、たとえば、エンジンが始動したときや、図示しない燃料が補給されたことを検知するセンサからの信号があるとき、あるいは、同じく図示しない燃料レベルセンサの値が急変したときなどの条件で読み込んでもいい。
 図5は、図1および図2に示した燃料性状センサ82の構成の一例を示した図である。図5において、50は管、51は、管50の側面に設けられた燃料の入口、52は同じく管50の側面に設けられた燃料の出口、53は、管50の中に張られた光ファイバー、54は、光ファイバー50に施されたファイバグレーティング、55は、管50の一端に設けられた光源、56は、管50の他端に設けられた受光素子である。なお、光源55は、例えば、LEDから構成される。
 燃料性状センサ82においては、燃料が入口51から出口52に流れるとき、当該燃料は、管50の中に張られた光ファイバー53と接する。光ファイバー53は中心部のコアと円周部のクラッドとから成り立っており、この光ファイバー53のコアにはファイバグレーティング54が施されている。光源55から光ファイバー53に向けて発射された光は、光ファイバー53に入射してファイバグレーティング54を透過する。ファイバグレーティング54を透過した光の総光強度は、光ファイバー53のクラッドの外側に接している燃料の性状(屈折率)により変化する。従って、受光素子56の受光量により、燃料の性状(屈折率)を検知することができる。なお、燃料性状センサ82は、受光素子56により検出された受光量を電圧に変換して出力する。
 図6は、燃料の性状(屈折率)と燃料性状センサ82からの出力電圧(V)との関係を示したグラフである。図6において、横軸は、燃料の性状(屈折率)であり、縦軸は、燃料性状センサ82からの出力電圧(V)である。図6のグラフから、燃料性状センサ82からの出力電圧(V)は、屈折率に対し、略比例関係にあることがわかる。従って、燃料性状センサ82からの出力電圧(V)の値から屈折率の推定値を計算することができる。
 以上のように、この発明によれば、実施の形態1で説明したように、燃料性状によって大幅に変化する燃料の総発熱量を情報として取り込みながら、エンジンのトルク制御を行うようにした。これにより、燃料性状が、走行中、給油時あるいは長期保管後に変わった場合においても、燃料性状に基づいてエンジントルクTを求める演算式である(1)式における燃料の総発熱量を補正することで、精度良くエンジントルクを推定することができる。これにより、目標トルクを実現することができ、精度のよいエンジンのトルク制御を行うことができるという優れた効果が得られる。

Claims (6)

  1.  スロットル開度を制御して、内燃機関の吸入空気流量を制御するスロットル開度制御手段と、
     前記内燃機関の運転状態やドライバのアクセル操作から前記内燃機関が発生するべき目標出力トルクを算出する目標出力トルク算出手段と、
     前記内燃機関の運転状態に基づいて目標点火時期を算出する目標点火時期算出手段と、
     エンジン回転数、充填効率、目標点火時期、空燃比、および、燃料の総発熱量に基づいて、前記内燃機関の実出力トルクを算出する実出力トルク算出手段と、
     前記充填効率と前記実出力トルクとに基づいて、充填効率-トルク変換係数を算出し、前記目標出力トルクと前記充填効率-トルク変換係数とに基づいて、目標充填効率を算出し、前記目標充填効率に基づいて前記内燃機関が吸入するべき目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量算出手段と
     を備え、
     前記目標吸入空気量算出手段により算出された前記目標吸入空気量を実現するよう前記スロットル開度制御手段により前記スロットル開度を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2.  前記燃料の総発熱量は、前記燃料の屈折率の測定値から推定され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.  前記燃料は、アルコールを含有することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。
  4.  上記アルコールはエタノールとし、前記燃料中に含有される量は体積比で0~100%までの範囲であることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の制御装置。
  5.  上記燃料の屈折率は、前記燃料を構成するベース燃料密度およびアルコール濃度のそれぞれに対して比例関係にあって、
     ベース燃料密度およびアルコール濃度の異なる燃料に関し、前記燃料の総発熱量は、前記燃料の屈折率の測定値から推定されることを特徴とする請求項3または4に記載の内燃機関の制御装置。
  6.  前記燃料の屈折率の測定は燃料性状センサにより行うものであって、
     前記燃料性状センサは、
     グレーティングを形成したコアとクラッドとを備えた光ファイバーと、
     前記光ファイバーに光を入射する光源と、
     前記光源から前記光ファイバーに入射して前記グレーティングを透過した光の総光強度を検出する受光素子と
     を備えたことを特徴とする請求項2ないし5のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
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