(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の所定の領域に可燃混合気を形成し、この混合気を点火プラグにより着火して成層燃焼を行う内燃機関において、
前記内燃機関に連結された自動変速機の変速時に、機関のトルクダウン制御が要求されたときには、
可燃混合気が点火プラグ付近にきたときに点火を行い、失火を生じることなく確実に着火、燃焼させることができるトルク変更の限界値未満の機関トルクの変更が要求されたときは、点火時期又は燃料噴射時期を補正し、前記限界値以上の機関トルクの変更が要求されたときは、点火時期と燃料噴射時期の両者を同時に補正して、機関トルクを変更するようにしたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記トルクダウン制御の要求時に所定値未満の機関トルクの変更が要求されたときは、点火時期と燃料噴射時期とのいずれか一方を補正し、所定値以上の機関トルクの変更が要求されたときは、点火時期と燃料噴射時期とを同時に補正して、機関トルクを変更するようにした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。
【請求項３】
前記トルクダウン制御の要求時に、点火時期と燃料噴射時期との少なくとも一方を補正して機関トルクを変更した後、所望の燃焼状態で該変更後の機関トルクが維持されるように吸入空気量及び燃料供給量を補正しつつ、前記点火時期，燃料噴射時期を再補正するようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
燃焼室内の所定の領域に可燃混合気を形成し、この混合気を点火プラグにより着火して成層燃焼を行うと共に、
前記点火プラグによる点火時期を制御する点火時期制御手段と、
燃料を噴射供給する燃料供給手段と、
該燃料供給手段からの燃料供給量を制御する燃料供給量制御手段と、
前記燃料供給手段からの燃料の噴射時期を制御する燃料噴射時期検出手段と、を備えた内燃機関において、
前記内燃機関に連結される自動変速機の変速時に、機関のトルクダウン制御が要求されたときには、機関トルクの迅速な変更を指示するトルク変更指示手段と、
前記トルク変更指示手段からトルクの変更が指示されたときに、可燃混合気が点火プラグ付近にきたときに点火を行い、失火を生じることなく確実に着火、燃焼させることができるトルク変更の限界値未満の機関トルクの変更が要求されたときは、点火時期又は燃料噴射時期を補正し、前記限界値以上の機関トルクの変更が要求されたときは、点火時期と燃料噴射時期の両者を同時に補正して、機関トルクを変更するトルク変更手段と、
を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記トルク変更手段は、前記トルク変更指示手段により所定値未満の機関トルクの変更が指示されたときは、点火時期と燃料噴射時期とのいずれか一方を補正し、所定値以上の機関トルクの変更が要求されたときは、点火時期と燃料噴射時期とを同時に補正して、機関トルクを変更するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段を含んで構成され、前記トルク変更手段は、点火時期と燃料噴射時期との少なくとも一方を補正して機関トルクを変更した後、所望の燃焼状態で該変更後の機関トルクが維持されるように吸入空気量及び燃料供給量を補正しつつ、前記点火時期，燃料噴射時期を再補正することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記点火時期，燃料噴射時期の補正値は、機関の運転状態から推定される現在の機関トルクと、トルク変更指示手段から指示されたトルク変更値と、点火時期，燃料噴射時期の補正量に対する現在の機関トルクの変化割合としてのトルク係数とから算出することを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記所定値は、機関の運転状態から推定される現在の機関トルクと、点火時期，燃料噴射時期の補正量に対する現在の機関トルクの変化割合としてのトルク係数とから算出することを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記トルク変更手段による前記吸入空気量の補正は、現在の運転状態から定まる目標空燃比と、前記トルク変更指示手段の指示に基づいて演算された変更後の機関トルクに対応する燃料供給量とから、目標シリンダ吸入空気量を算出し、シリンダ吸入空気量を目標シリンダ吸入空気量にするように前記吸入空気量制御手段を介して補正することにより、行われることを特徴とする請求項４〜請求項８のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記トルク変更手段による前記燃料供給量の補正は、現在の運転状態から定まる目標空燃比と、前記吸入空気量補正後のシリンダ吸入空気量の変化の推定値から、目標燃料供給量を演算し、シリンダ吸入空気量の変化に同期して燃料供給量を前記目標燃料供給量にするように前記燃料供給量制御手段を介して補正することにより、行われることを特徴とする請求項４〜請求項９のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記トルク変更手段は、前記トルク変更指示手段により機関トルクの低下が指示された場合には、点火時期，燃料噴射時期の少なくとも一方を、遅角側に制御することにより機関トルクを低下させることを特徴とする請求項４〜請求項10のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記点火時期，燃料噴射時期の補正は、複数の燃焼回分に分けて実行されることを特徴とする請求項４〜請求項11のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
前記トルク変更指示手段は、当該内燃機関を搭載した車両の走行安定性等の挙動を制御する際に、機関トルクの変更を指示することを特徴とする請求項４〜請求項12のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１４】
前記トルク変更指示手段は、当該内燃機関に接続された自動変速機の変速時に、機関トルクの変更を指示することを特徴とする請求項４〜請求項13のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１５】
前記燃料供給手段は、機関の気筒内に直接燃料を噴射供給することを特徴とする請求項４〜請求項14のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１６】
前記燃料供給手段は、機関の吸気通路に燃料を噴射供給することを特徴とする請求項４〜請求項15のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関の制御装置に関し、特に供給燃料の成層化により、稀薄空燃比での燃焼が可能な内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気筒内に直接燃料噴射を行う燃料噴射弁を備えた内燃機関において、自動変速機の変速時にトルクダウン制御が要求されたときには、直噴式の燃料噴射弁からの燃料噴射時期を熱効率が悪化するように変更することにより、トルクダウンを実現するようにした内燃機関の制御装置が公知である (特開平４−３０１１５３号公報参照) 。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の内燃機関の制御装置のように燃料噴射時期によってトルクを変更する方法では、成層燃焼による稀薄空燃比の実現によって燃費の向上を狙う場合にも、燃料噴射時期のみを補正して点火時期を補正しないため、大きくトルクを変化させるために噴射時期を大きく変えると、可燃混合気が点火プラグ付近にくるタイミングと点火のタイミングとが一致しない場合があり、その結果、燃焼の悪化、ひいては失火を生じることもあり、運転性や排気の悪化を生じてしまう。
【０００４】
また、空燃比によりトルクを変更する方法では、通常、成層燃焼による稀薄混合気の実現によって燃費の向上を狙う場合には、空燃比は安定限界付近のリーン状態に設定されている。この際、トルクを低下するために、燃料供給量を減量してさらにリーン化すると燃焼安定限界を超えてしまい、その結果、やはり燃焼の悪化、ひいては失火を生じることもあり、運転性や排気の悪化を生じてしまう。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもので、成層燃焼による稀薄燃焼を行う内燃機関において、運転性や排気の悪化を極力抑えつつ、迅速なトルク変更の要求を満たす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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
燃焼室内の所定の領域に可燃混合気を形成し、この混合気を点火プラグにより着火して成層燃焼を行う内燃機関において、
前記内燃機関に連結された自動変速機の変速時に、機関のトルクダウン制御が要求されたときには、
可燃混合気が点火プラグ付近にきたときに点火を行い、失火を生じることなく確実に着火、燃焼させることができるトルク変更の限界値未満の機関トルクの変更が要求されたときは、点火時期又は燃料噴射時期を補正し、前記限界値以上の機関トルクの変更が要求されたときは、点火時期と燃料噴射時期の両者を同時に補正して、機関トルクを変更するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
(作用・効果)
成層燃焼により稀薄燃焼を行う場合、空燃比がリーン限界付近に制御されているため、自動変速機の変速時のようにトルクの迅速な低下が要求される場合、燃料供給量を減少させて対応することは空燃比のリーン限界を超えて安定した燃焼が得られなくなる。
そこで、点火時期, 燃料噴射時期を同期させた補正では 点火時期, 燃料噴射時期を補正することにより、それぞれトルクを迅速に変更することが可能であるが、それぞれ単独の補正では安定した燃焼を確保しつつ可能なトルク変更量には、限界がある。
【０００８】
そこで、点火時期と燃料噴射時期の両者を同期して補正することにより、迅速かつ大きなトルクの変更要求も満たすことができる。
また、請求項２に係る発明は、
所定量未満の機関トルクの変更が要求されたときは、点火時期と燃料噴射時期とのいずれか一方を補正し、所定量以上の機関トルクの変更が要求されたときは、点火時期と燃料噴射時期とを同時に補正して、機関トルクを変更するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
(作用・効果)
前記したように、点火時期，燃料噴射時期単独でも、それぞれの限界範囲内でトルクの変更が可能であるので、該単独の補正でトルク変更が可能な所定量未満の要求に対しては、点火時期、燃料噴射時期のいずれか一方のみを補正してトルクを変更し、単独の補正では満たしきれない所定量以上のトルクの変更要求に対してのみ点火時期と燃料噴射時期とを同期して補正することにより、該要求も満たすことができる。
【００１０】
これにより、可能な範囲では、一方のみの補正を行うことで簡易な方式とすることができ、必要時のみ２つの補正を同期して高精度にトルク変更を行うことができる。
また、請求項３に係る発明は、
点火時期と燃料噴射時期との少なくとも一方を補正して機関トルクを変更した後、所望の燃焼状態で該変更後の機関トルクが維持されるように吸入空気量及び燃料供給量を補正しつつ、前記点火時期，燃料噴射時期を再補正するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
(作用・効果)
点火時期，燃料噴射時期の補正によりトルクを迅速に変更することが可能であるが、一般的にはトルク変更前の吸入空気量，燃料供給量の状態で点火時期，燃料噴射時期は効率や排気浄化性能を考慮して最適な状態に設定されているので、吸入空気量，燃料供給量を変えることなく点火時期，燃料噴射時期を補正することは、効率や排気浄化性能は低下することになる。
【００１２】
そこで、点火時期や燃料噴射時期によってトルクの迅速な変更を行った後は、該変更後のトルクを維持しつつ、吸入空気量，燃料供給量を補正しながら、点火時期や燃料噴射時期を再補正することにより、効率 (燃費) や排気浄化性能を満たしつつ変更後のトルクを維持することができる。
また、請求項４に係る発明は、図１に示すように、
燃焼室内の所定の領域に可燃混合気を形成し、この混合気を点火プラグにより着火して成層燃焼を行うと共に、
前記点火プラグによる点火時期を制御する点火時期制御手段と、
燃料を噴射供給する燃料供給手段と、
該燃料供給手段からの燃料供給量を制御する燃料供給量制御手段と、
前記燃料供給手段からの燃料の噴射時期を制御する燃料噴射時期検出手段と、を備えた内燃機関において、
前記内燃機関に連結される自動変速機の変速時に、機関のトルクダウン制御が要求されたときには、機関トルクの迅速な変更を指示するトルク変更指示手段と、
前記トルク変更指示手段からトルクの変更が指示されたときに、可燃混合気が点火プラグ付近にきたときに点火を行い、失火を生じることなく確実に着火、燃焼させることができるトルク変更の限界値未満の機関トルクの変更が要求されたときは、点火時期又は燃料噴射時期を補正し、前記限界値以上の機関トルクの変更が要求されたときは、点火時期と燃料噴射時期の両者を同時に補正して、機関トルクを変更するトルク変更手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【００１３】
(作用・効果)
トルク変更手段からトルクの変更が指示されると、トルク変更手段によって少なくとも所定の条件では点火時期制御手段と燃料噴射時期制御手段を介して点火時期と燃料噴射時期の両者を同期して補正することにより、迅速なトルクの変更が行われ、かつ、２つの補正を同時に行うことにより大きなトルクの変更要求も満たすことができる。
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、
前記トルク変更手段は、前記トルク変更指示手段により所定量未満の機関トルクの変更が指示されたときは、点火時期と燃料噴射時期とのいずれか一方を補正し、所定量以上の機関トルクの変更が要求されたときは、点火時期と燃料噴射時期とを同時に補正して、機関トルクを変更するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
(作用・効果)
トルク変更手段は、点火時期、燃料噴射時期のいずれか一方のみで可能な所定量未満のトルク変更の要求に対しては、点火時期制御手段または燃料噴射時期制御手段のいずれか一方のみによる補正を行い、単独の補正では満たしきれない所定量以上のトルクの変更要求に対してのみ、両方の制御手段を介して点火時期と燃料噴射時期とを同期して補正する。
【００１６】
これにより、可能な範囲では、一方のみの補正を行うことで簡易な方式とすることができ、必要時のみ２つの補正を同期して高精度にトルク変更を行うことができる。
また、請求項６に係る発明は、
吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段を含んで構成され、
前記トルク変更手段は、点火時期と燃料噴射時期との少なくとも一方を補正して機関トルクを変更した後、所望の燃焼状態で該変更後の機関トルクが維持されるように吸入空気量及び燃料供給量を補正しつつ、前記点火時期，燃料噴射時期を再補正することを特徴とする。
【００１７】
(作用・効果)
既述したように、点火時期や燃料噴射時期によってトルクの迅速な変更を行った後は、該変更後のトルクを維持しつつ、吸入空気量，燃料供給量を補正しながら、点火時期や燃料噴射時期を再補正することが望ましい。
そこで、トルク変更手段は、点火時期制御手段や燃料噴射時期制御手段によって点火時期や燃料噴射時期の補正を行い、トルクを迅速に変更した後は、吸入空気量制御手段及び燃料供給量制御手段を介して、吸入空気量及び燃料供給量を補正しつつ、点火時期や燃料噴射時期を再補正することにより、効率 (燃費) や排気浄化性能を満たしつつ変更後のトルクを維持することができる。
【００１８】
また、請求項７に係る発明は、
前記点火時期，燃料噴射時期の補正値は、機関の運転状態から推定される現在の機関トルクと、トルク変更指示手段から指示されたトルク変更値と、点火時期，燃料噴射時期の補正量に対する現在の機関トルクの変化割合としてのトルク係数とから算出することを特徴とする。
【００１９】
(作用・効果)
推定された機関トルクと、トルク変更値とにより、例えば、トルク係数 (変更後のトルク／現在のトルク) を算出し、トルク変化量として該トルク係数の変化量と、点火時期，燃料噴射時期の補正量との関係を予め求めておいて、前記算出されたトルク係数から点火時期，燃料噴射時期の補正量を求めるような方式とすれば、容易かつ迅速に該補正量を求めることができ、応答性の良くトルク変更制御を行うことができる。
【００２０】
また、請求項８に係る発明は、
前記所定値は、機関の運転状態から推定される現在の機関トルクと、点火時期，燃料噴射時期の補正量に対する現在の機関トルクの変化割合としてのトルク係数とから算出することを特徴とする。
(作用・効果)
現在の機関トルクと、トルク係数から、単独の補正による安定した燃焼を維持できる補正量を限界が求められ、これを所定値として算出することにより、可能な限り単独での簡易な補正を行うことができる。
【００２１】
また、請求項９に係る発明は、
前記トルク変更手段による前記吸入空気量の補正は、現在の運転状態から定まる目標空燃比と、前記トルク変更指示手段の指示に基づいて演算された変更後の機関トルクに対応する燃料供給量とから、目標シリンダ吸入空気量を算出し、シリンダ吸入空気量を目標シリンダ吸入空気量にするように前記吸入空気量制御手段を介して補正することにより、行われることを特徴とする。
【００２２】
(作用・効果)
目標空燃比と、変更後の機関トルクに対応した燃料供給量とに基づいて目標シリンダ吸入空気量を算出し、該目標シリンダ吸入空気量が得られるように吸入空気量を制御することにより、吸入空気量を高精度に所望の値に制御することができる。
【００２３】
また、請求項10に係る発明は、
前記トルク変更手段による前記燃料供給量の補正は、現在の運転状態から定まる目標空燃比と、前記吸入空気量補正後のシリンダ吸入空気量の変化の推定値から、目標燃料供給量を演算し、シリンダ吸入空気量の変化に同期して燃料供給量を前記目標燃料供給量にするように前記燃料供給量制御手段を介して補正することにより、行われることを特徴とする。
【００２４】
(作用・効果)
吸入空気量の補正後、遅れを考慮してシリンダ吸入空気量の変化を推定し、該推定値から目標燃料供給量を算出しつつ、シリンダ吸入空気量の変化に同期して燃料供給量を目標値に補正することにより、吸入空気量が変化する間も燃料供給量を高精度に制御でき、以て、この間も良好に変更後のトルク一定に維持することができる。
【００２５】
また、請求項11に係る発明は、
前記トルク変更手段は、前記トルク変更指示手段により機関トルクの低下が指示された場合には、点火時期，燃料噴射時期の少なくとも一方を、遅角側に制御することにより機関トルクを低下させることを特徴とする。
(作用・効果)
トルク低下の指示に対して、点火時期，燃料噴射時期の少なくとも一方を、遅角側に制御することにより、機関トルクを応答性良く低下させることができる。
【００２７】
また、請求項12に係る発明は、前記点火時期，燃料噴射時期の補正は、複数の燃焼回分に分けて実行されることを特徴とする。
【００２８】
(作用・効果)
複数の燃焼回分に分けて徐々に補正することにより、トルクを滑らかに変更することができる。
また、請求項13に係る発明は、
前記トルク変更指示手段は、当該内燃機関を搭載した車両の走行安定性等の挙動を制御する際に、機関トルクの変更を指示することを特徴とする。
【００２９】
(作用・効果)
例えば車両の走行安定性等の挙動を制御する際に、機関トルクを変更するよう指示することで、走行安定性等を満たしつつ、最適な機関制御を行うことができる。
また、請求項14に係る発明は、
前記トルク変更指示手段は、当該内燃機関に接続された自動変速機の変速時に、機関トルクの変更を指示することを特徴とする。
【００３０】
(作用・効果)
例えば、自動変速機の変速時に機関トルクを変更を指示することで、変速時のトルクショックを緩和することができる。
また、請求項15に係る発明は、前記燃料供給手段は、機関の気筒内に直接燃料を噴射供給することを特徴とする。
【００３１】
(作用・効果)
成層燃焼のための混合気を形成しやすい直接気筒内に燃料噴射する機関に適用できる。
また、請求項16に係る発明は、前記燃料供給手段は、機関の吸気通路に燃料を噴射供給することを特徴とする。
【００３２】
(作用・効果)
吸気通路に燃料噴射することによっても、成層燃焼を行わせることは可能であり、このような機関にも適用できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を、図に基づいて説明する。図２は、一実施形態のシステム構成、図３は、同上実施形態のマイクロコンピュータを中心とする回路の構成を示す。
内燃機関１の運転状態を検出する手段として、吸入空気量センサ２は、吸入空気量を検出する。クランク角軸やこれに連動して回転するカム軸に直接あるいはギアを介して間接的に連結されたクランク角センサ３は、機関１のクランク角位置 (クランク角度) や、機関の回転速度を検出する。
【００３４】
燃料は、燃料噴射弁４によって燃焼室内に直接噴射され、該燃料噴射量を調整することにより混合気の空燃比が制御される。燃焼室内で成層化された可燃混合気は、点火プラグ５によって点火され、稀薄燃焼が行えるようになっている。この他、機関冷却水温度 (以下水温という) を検出する水温センサ６、排気中の酸素濃度を検出することにより、空燃比を検出する空燃比センサ７が備えられる。
【００３５】
また、外部との情報の入出力、種々の演算が、図３に示す回路で実現される。ＣＰＵ301 は、演算を実行し、ＲＯＭ302 は、後述する制御プログラムや各種データ等を予め記憶している。ＲＡＭ303 は、プログラム実行中に一時的に情報の記憶を行う。入力ポート304 は、外部のセンサ等からの情報の入力を行い、Ａ／Ｄ変換器305 は、外部からのアナログ信号をコンピュータで扱うためにＡ／Ｄ変換する。出力ポート306 は、外部の機器を駆動するための信号を出力する。
【００３６】
次に、上記システムの作用を説明する。
成層燃焼を行うメリットとしては、空燃比の大幅な稀薄化による燃費の向上が挙げられる。ここで、成層燃焼を行う機関で良好な燃焼を実現するためには、可燃混合気が点火プラグ周辺に到達したときに点火を行う必要がある。このため、燃料噴射時期と点火時期とは精度良く設定されていなければならず、図４に示すように、点火プラグが可燃混合気の中心あるいはそれよりやや進行方向寄りに来たときに点火することが効率の点からも望ましい。
【００３７】
ところで、車両の走行安定性を確保する時など、車両の挙動を制御する際に、迅速に機関の出力トルクを変化させるという要求が発生する場合がある。
従来の均質混合燃焼を行う機関では、トルクを増大する場合には燃料噴射量を増量してリッチ化し、トルクを減少させる場合には燃料噴射量を減量してリーン化する方法が考えられる。しかし、成層化による稀薄燃焼を行う場合には、燃費の向上を最大限に達成するために安定限界に近い超稀薄空燃比で運転を行うため、トルクを増大する場合にリッチ化することは可能であっても、トルクを減少させる場合にそれ以上リーン化することは不可能である。また、空燃比を一定のままでトルクを減少させるために、燃料噴射量を減少させつつそれと同時に空気量も減少させることも考えられるが、空気の応答には時間遅れが大きいため、この方法では迅速にトルクを低下させることは困難である。
【００３８】
そこで、超稀薄空燃比のまま素早くトルクを減少させる方法として、燃料噴射時期、または点火時期、あるいは両者を変えることにより筒内圧力のピーク位置をずらしてトルクの減少を実現する方法が考えられる。
通常は、図４に示すように、点火プラグが可燃混合気の中心に来たときに点火し、かつ、図５に示すように、そのときの筒内圧力ピーク位置 (θpmax) が所定目標値 (θtarg：MBT 、あるいはノック限界点) となるように燃料噴射時期と点火時期とを設定している。ここで、発生トルクの大きさを表すパラメータである図示平均有効圧 (Pi) は、図５中の筒内圧力と容積変化率とを１サイクルにわたり積和し、その結果を行程容積で割ることによって得られ、筒内圧力ピーク位置が後にずれて筒内圧力のピーク値が下がれば、発生トルクが減少するので、一般に筒内圧力ピーク値 (θpmax) と図示平均有効圧 (Pi) には、図６に示すような関係がある。
【００３９】
そこで、燃料噴射時期や点火時期を制御することにより筒内圧力最大時期 (θpmax) を変えてやれば、空燃比を変えることなくトルクの低下を実現することができ、かつ、燃料や点火は、１燃焼毎に変えることが可能なパラメータであるので、非常に高速な応答を実現することができる。
ここで、燃料噴射時期を遅らせた場合、図７に示すように、可燃混合気の端の部分に点火することになり、燃焼に時間が掛かるため、燃焼波形は図８のようになって筒内圧ピークが後に移動し、図６の関係からトルクの低下が実現できる。また、点火時期を遅らせた場合も、図９に示すように、可燃混合気の端の部分に点火することになり、同様に燃焼に時間が掛かるため、燃焼波形は図10のようになって筒内圧ピークが後に移動し、図６の関係からトルクの低下が実現できる。
【００４０】
また、燃料噴射時期のみ、あるいは点火時期のみの補正の場合、可燃混合気が点火プラグ付近にきたときに点火を行い、失火を生じることなく確実に着火、燃焼させるためには、両者とも補正できるタイミングの幅が狭いため、トルク補正の範囲も狭いが、図11に示すように、燃料噴射時期と点火時期とを同期して遅角し、点火するようにすれば、図12に示すように、より大きな範囲でタイミングを補正できるため、結果としてトルク補正もより大きな範囲で行うことが可能となる。よって、この方法によれば、可燃混合気は完全に燃焼するためエミッションが悪化することもなく、迅速なトルクの低下を実現することができる。
【００４１】
本発明は上記の点に着目し、迅速なトルクの変更が要求された場合に、燃料噴射時期と点火時期とを同期して補正することを基本とするものである。
但し、この方法によってトルクの低下を実現した後も、点火時期や燃料噴射時期を遅角したままだと、必要とされるトルクに対する燃料供給量が同一のままであり、多いため、効率が悪く、また次にトルク低下の要求が生じた場合に、遅角代が無く、対応できない。
【００４２】
そこで、前記のようにして迅速なトルクの低下を実現した後、その低下したトルクをより効率の高い燃料供給量, 燃料噴射時期と点火時期 (例えばMBT ) で実現するように、図13に示すように、電制スロットル等により吸入空気量を減量しつつ、シリンダ吸入空気量の変化の時定数に合わせて、一定トルクを保持するように燃料噴射量を減量しながら燃料噴射時期と点火時期を所定の値となるように同期して補正する。これにより、要求トルクを効率の高い燃料噴射量、燃料噴射時期と点火時期とで実現できるので、次にトルク低下の要求が生じた場合にも対応することができる。
【００４３】
以下に、本発明に係る実施形態の具体的な制御を、フローチャートに従って説明する。
図14は、燃料噴射量の補正量、点火時期の補正量を算出するフローを示し、所定時間 (例えば10ｍｓ) 毎に実行される。
ステップ1401では、トルク変更の判断を行い、ステップ1402では、トルクを変更するための燃料噴射時期の補正値、点火時期の補正値を算出する。
【００４４】
図15は、燃料供給制御のフローを示し、前記クランク角センサ３から一定クランク角周期 (４気筒機関の場合は180 °) 毎に出力されるリファレンス信号に同期して実行される。
ステップ1501では、燃料供給、点火を実際に実行するためのハードウエアへの設定を行う。
【００４５】
次に、前記図14, 図15の各ステップの具体的な処理の異なる各実施形態について説明する。
図16は、第１の実施形態における前記図14のステップ1401 (トルク変更判断) の具体的な処理を表したものである。
ステップ1601では、現在の運転状態を検出する。
【００４６】
ステップ1602では、車両の走行安定性等に基づいて、現在の運転状態ではトルクの変更が必要か否かを判断する。
ステップ1602でトルクの変更が必要と判断された場合は、ステップ1603へ進んでフラグFLGTQRの値を１にセットする。
次いで、ステップ1604で必要なトルク変更値 (dTrq) を演算し、終了する。
【００４７】
ここで、前記トルク変更値 (dTrq) は、運転条件に基づきマップから検索して求めてもよいが、現在のトルク (Trq)に基づいて計算により求めてもよい。ここで、一般に、燃料噴射時期と点火時期とが最適に設定されている場合、出力トルクと機関回転速度、燃料供給量との間には、図24に示すような関係が成り立つので、現在の出力トルクを、現在の燃料供給量から図24の特性により求めることができる。
【００４８】
また、ステップ1602でトルクの変更が必要ないと判断された場合は、ステップ1605へ進んで、フラグFLGTQRの値を０にリセットする。
次いで、ステップ1606でトルク変更値 (dTrq) を０として、終了する。
図17は、第１の実施形態における前記図14のステップ1402 (燃料噴射時期, 点火時期の補正) の具体的な処理を表したものである。
【００４９】
ステップ1701では、前記フラグFLGTQRの値が０か否かを判別する。
ステップ1701でフラグFLGTQRの値が０と判断された場合、つまりトルク変更の要求が無い場合には、ステップ1702へ進んで燃料噴射時期補正値 (dTinj)を０とし、次いで、ステップ1703で点火時期補正値(dTign) を０として終了する。つまり、トルク変更の要求が無いので、燃料噴射時期、点火時期の変更を行うことなく、現状の値に維持する。
【００５０】
また、ステップ1701でフラグFLGTQRの値が１と判別された場合、つまりトルクの変更が要求された場合には、ステップ1704へ進む。
ステップ1704では、トルク変更値の絶対値 (｜dTrq｜) が所定値 (dT1)より小さいか否かを判断する。ここで、該所定値 (dT1)は、点火時期補正だけで燃焼性を維持しつつ可能なトルク変更の限界値に設定されており、したがって、ステップ1704は、点火時期のみでトルク変更の要求が可能か否かを判断するものである。一般に、最適点火時期 (ここではMBT)からの点火時期補正値と、最適点火時期でのトルクに対するトルクの比 (トルク係数) の間には、図25に示すような関係が成立するため、リタード限界dTign1のときのトルク係数LTign と、図24から求めたトルク (Trq)から、dT1 は次式により求める。
【００５１】
dT1＝Trq × (１−LTign)
そして、ステップ1704で、トルク変更値の絶対値が所定値より小さいと判断された場合は、点火時期補正のみでトルクの変更を行うことが可能であるため、ステップ1705で燃料噴射時期補正値 (dTinj)を０とし、ステップ1706でトルク変更値 (dTrq) から次式により求まる補正係数KTrqに対応する点火時期補正値(dTign) を、図25に示したテーブルに基づいて演算し、終了する。
【００５２】
KTrq ＝１−dTrq／Trq
ステップ1704でトルク変更値の絶対値が所定値以上と判断された場合は、燃料噴射時期と点火時期との両者を用いてトルクの変更を行うものとする。
即ち、ステップ1707とステップ1708とで、ステップ1706の時と同様にトルク変更値 (dTrq) に対する燃料噴射時期補正値(dTinj) と点火時期補正値 (dTign)とを、図26に示したテーブルに基づいて演算し、終了する。
【００５３】
ここで、図26は、最適点火時期とそれに伴い設定した最適な燃料噴射時期を変化させた場合のトルクの変化の割合を示す特性図である。
図18は、第１の実施形態における前記図15のステップ1501 (燃料供給、点火) の具体的な処理を表したものである。
ステップ1801では、現在の運転状態を読み込む。
【００５４】
ステップ1802では、運転状態に基づいて燃料噴射量を演算する。
ステップ1803では、運転状態に基づいて基準燃料噴射時期 (Tinj s)を演算する。
ステップ1804では、基準点火時期 (Tign map)を運転状態から定まるマップに基づいて演算する。
【００５５】
ステップ1805では、燃料噴射パルスを実際に出力するために設定を行う。
ステップ1806では、前記基準燃料噴射時期 (Tinj s)に、前記前記燃料噴射時期補正値(dTinj) による補正を施した燃料噴射時期 (Tinj) を設定する。
ステップ1807では、基準点火時期 (Tign map)に、前記点火時期補正 (dTign)を施した点火時期 (Tign) を設定して、終了する。
【００５６】
そして、これらの設定値に基づいて、ハードウエアが、前記各設定された燃料噴射時期 (dTinj)及び点火時期 (Tign) に燃料噴射、点火を行う。
なお、本実施形態では、図25や図26に示したトルク係数の特性は、運転条件に関わらず一定としたが、これを運転条件毎にこれらのテーブルを複数持つ構成としてもよく、精度が向上する。
【００５７】
次に、第２の実施形態について説明する。
前記実施形態は、要求されるトルク変更値が小さい場合には、点火時期のみで補正する構成であったが、本実施形態ではトルク変更値が小さい場合には、燃料噴射時期のみで補正を行うものである。
図14, 図15, 図16, 図18については、前記第１の実施形態と同様に用いることができるが、第２の実施形態では図14のステップ1402 (燃料噴射時期, 点火時期の補正) の具体的な処理を表す図として、図17の代わりに図19を用いる。
【００５８】
ステップ1901では、前記フラグFLGTQRの値が０か否かを判別し、ステップ1901でフラグFLGTQRの値が０と判別された場合、つまり、トルク変更の要求が無い場合には、ステップ1902へ進んで燃料噴射時期補正値 (dTinj)を０とし、ステップ1903で点火時期補正値(dTign) を０として、燃料噴射時期及び点火時期の補正を行わないことは同様である。
【００５９】
一方、ステップ1901でフラグFLGTQRの値が１と判断された場合、つまりトルク変更の要求がある場合には、ステップ1904へ進む。
ステップ1904では、トルク変更値の絶対値 (｜dTrq｜) が所定値 (dT2)より小さいか否かを判断する。ここで、該所定値 (dT2)は、燃料噴射時期補正だけで燃焼性を維持しつつ可能なトルク変更の限界値に設定されており、したがって、ステップ1904は、燃料噴射時期の補正のみでトルク変更の要求が可能か否かを判断するものである。ここで、最適燃料噴射時期 (例えば点火時期がMBT で図４を実現できるような燃料噴射時期) からの燃料噴射時期補正値と、最適燃料噴射時期でのトルクに対するトルクの比 (トルク係数) の間には、一般に図27に示すような関係が成立するため、リタード限界dTinj1のときのトルク係数LTinj と、図24から求めたトルク (Trq)から、dT2 は次式により求める。
【００６０】
dT2＝Trq × (１−LTinj)
そして、ステップ1904で、トルク変更値の絶対値が所定値より小さいと判断された場合は、燃料噴射時期のみでトルクの変更を行うことが可能であるため、ステップ1905でトルク変更値 (dTrq) から次式により求まる補正係数KTrqに対応する燃料噴射時期補正値(dTinj) を、図27に示したテーブルに基づいて演算する。
【００６１】
KTrq ＝１−dTrq／Trq
次いでステップ1906で、点火時期補正値 (dTinj)を０として、終了する。
ステップ1904でトルク変更値の絶対値が所定値以上と判断された場合は、燃料噴射時期と点火時期との両者を用いてトルクの変更を行うものとする。
即ち、ステップ1907とステップ1908とで、前記ステップ1707及びステップ1708の時と同様にトルク変更値 (dTrq) に対する燃料噴射時期補正値(dTinj) と点火時期補正値 (dTign)とを、図26に示したテーブルに基づいて演算し、終了する。
【００６２】
次に、第３の実施形態について説明する。
本実施形態は、燃料噴射時期や点火時期により迅速なトルクの低下を実現した後、電制スロットル等により吸入空気量を補正し、シリンダ吸入空気量の変化に同期してトルクを一定とするように燃料供給量と燃料噴射時期、点火時期を変化させ、効率の高い運転状態 (点火時期はMBT あるいはノック限界) に回復することにより、次にトルク低下の要求が生じた場合にも対処できるようにしたものである。
【００６３】
図14, 図15, 図16については、第１の実施形態と同様に用いることができる。図20は、第３の実施形態における図14のステップ1402 (燃料噴射時期, 点火時期の補正) の処理を具体的に表したものである。
ステップ2001では、フラグADJUSTが０か否かを判断する。ここで、このフラグADJUSTは後に説明する図22でセットされるものであり、現在、燃料噴射時期あるいは点火時期の補正が行われてるか否かを示すフラグであり、フラグADJUSTが０であり、いずれの補正も行われていないと判断された場合はステップ2002へ進み、フラグFLGTRQが０か否かを判断する。
【００６４】
ステップ2002でフラグFLGTQRの値が０と判断された場合には、ステップ2003で燃料噴射時期補正値 (dTinj)を０とし、ステップ2004で、点火時期補正値 (dTinj)を０として、燃料噴射時期, 点火時期の補正を行わず、ステップ2005で、フラグFLGADJを０とし、ステップ2006では、燃料供給量補正係数αｆに１を代入して、終了する。
【００６５】
ステップ2002でフラグFLGTRQが１であり、トルク変更の要求があると判断された場合は、ステップ2007へ進む。
ステップ2007では、トルク変更値の絶対値 (｜dTrq｜) が所定値 (dT1)より小さいか否かを判断する。ここで、所定値 (dT1)の算出については、第１の実施形態と同様とする。
【００６６】
ステップ2007では、トルク変更値の絶対値が所定値より小さいと判断された場合は、点火時期のみでトルクの変更を行うものとする。
ステップ2008では、燃料噴射時期補正値 (dTinj)を０とする。
ステップ2009では、トルク変更値 (dTrq) に対応する点火時期補正値 (dTign)を、第１の実施形態と同様に図25に示したテーブルに基づいて演算する。
【００６７】
ステップ2010では、トルク変更要求があった直後の燃料噴射時期又は点火時期補正の有無を示す (有りで１) フラグFLGADJを１とする。
ステップ2011では、カウンタＣに初期値Ｎをセットし、ステップ2006を実行して終了する。
また、ステップ2007で、トルク変更値の絶対値が所定値以上と判断された場合は、燃料噴射時期と点火時期との両者を用いてトルクの変更を行うものとする。
【００６８】
即ち、ステップ2012とステップ2013とでトルク変更値 (dTrq) に対する燃料噴射時期補正値(dTinj) と点火時期補正値 (dTign)とを、第１の実施形態と同様に図26に示したテーブルに基づいて演算し、その後、ステップ2010、ステップ2011、ステップ2006へ進んで既述の処理を行い、終了する。
また、ステップ2001でフラグADJUSTが０でないと判断された場合は、トルク変更のために点火時期あるいは燃料噴射時期の補正が行われているため、同じトルクを効率の高い運転状態 (つまりMBT 等の最適点火時期とそれに伴う最適燃料噴射時期) で実現するために、ステップ2014で吸入空気量と燃料供給量、燃料噴射時期、点火時期の補正を行い終了する。
【００６９】
図21は、前記図20のステップ2014の処理を具体的に表したものである。
ステップ2101では、フラグFLGAIRが０であるか否かを判断する。ここで、このフラグFLGAIRは、トルク変更の後に吸入空気量の補正を行ったか否かを表すフラグで、吸入空気量補正を行った場合は１、行っていない場合は０に設定される。ステップ2101でフラグFLGAIRが０と判断された場合、つまり、吸入空気量の補正を行っていない場合には、ステップ2102へ進んで、点火時期や燃料噴射時期により前記の補正を行った現在のトルク Trq’を次式により算出する。
【００７０】
Trq’＝Trq −dTrq
ステップ2103では、現在のトルクTrq ’に基づいて図24の特性から燃料供給量を演算し、現在の目標空燃比と、この燃料供給量から目標シリンダ吸入空気量を演算する。
ステップ2104では、図20のステップ2011でセットしたカウンタＣの値が０以下になったか、つまり、前記燃料噴射時期や点火時期の補正が行われてから所定時間が経過したか、否かを判断し、０以下ならばステップ2105へ進み、そうでなければステップ2112でカウンタＣの値を１減算し、終了する。
【００７１】
ステップ2104でカウンタＣの値が０以下と判断された場合つまり所定時間を経過した場合は、ステップ2105で現在のシリンダ吸入空気量をステップ2013で演算した目標シリンダ吸入空気量にするために電制スロットルの開度を補正する。
ステップ2106では、吸入空気量補正を行ったので、そのことを意味するフラグFLGAIRを１に設定する。
【００７２】
ステップ2107では、シリンダ吸入空気量が目標値に到達するまでの時間遅れを表す時定数に対応するＴ０をカウンタＴに初期値として代入する。この時定数に対応するカウンタ初期値Ｔ０は、運転条件毎に予め調べたデータで作成したマップからの検索等により求める。
ステップ2108では、スロットルを補正した後の現在のシリンダ吸入空気量を推定し、その推定値と目標空燃比とから目標燃料供給量を演算し、現在の燃料供給量を目標燃料供給量とするための補正係数αf(T0) を演算する。
【００７３】
ステップ2109とステップ2110では、前記補正係数αf(T0) で補正した燃料供給量でトルクTrq ’を実現するための燃料供給量補正値ｄTinj(T0)と点火時期補正値dTign(T0) を演算する。
ステップ2111では、カウンタＴの値を１減算し、終了する。
また、ステップ2101でフラグFLAGAIR が０でない場合、つまり吸入空気量の補正を既に行った場合にはステップ2113へ進み、カウンタＴの値が０以下か否かを判断する。
【００７４】
カウンタＴの値が０以下でない場合、つまり前記時定数Ｔ０を経過しておらず、吸入空気量が変化中と判断される場合には、ステップ2114で現在のカウンタＴに対応するシリンダ吸入空気量を推定し、その推定値と目標空燃比とから目標燃料供給量を演算し、現在の燃料供給量を目標燃料供給量とするための補正係数αf(T)を演算する。
【００７５】
ステップ2115とステップ2116では、前記補正係数αf(T)で補正した燃料供給量でトルクTrq ’を実現するための燃料供給量補正値ｄTinj(T) と点火時期補正値dTign(T)を演算する。
ステップ2117では、カウンタＴの値を１減算し、終了する。
また、ステップ2113でカウンタＴの値が０以下となってスロットル補正後時定数Ｔ０を経過したと判断された場合は、シリンダ吸入空気量は目標値に到達し、燃料供給量, 燃料噴射時期, 点火時期もそれぞれ最適値に補正されていると判断されるので、ステップ2118でフラグFLAGAIR を０とし、ステップ2119でフラグADJUSTを０として、終了する。
【００７６】
図22は、第３の実施形態における前記図15のステップ1501 (燃料供給, 点火の補正) の処理を具体的に表したものである。
ステップ2201では、現在の運転状態を読み込み、ステップ2202では、該運転状態に基づいて基本燃料供給量(Qfuel s)を演算し、ステップ2203では、運転状態に基づいて基準燃料噴射時期 (Tinj s)を演算し、ステップ2204では、基準点火時期 (Tign map)を運転状態から定まるマップに基づいて演算する。
【００７７】
ステップ2205では、前記基本燃料供給量(Qfuel s)にαf による補正を施した燃料噴射パルスを実際に出力するための設定を行い、ステップ2206では、前記基準燃料噴射時期 (Tinj s)にdTinj による補正を施した燃料噴射時期 (Tinj) を設定し、ステップ2207では、前記基準点火時期 (Tign map)にdTign による補正を施した点火時期 (Tign) を設定する。
【００７８】
ステップ2208では、フラグFLGADJが０か否かを判断し、０の場合はステップ2209でフラグADJUSTU を０に設定し、０でない場合はステップ2210でフラグADJUSTU を１に設定して、それぞれ終了する。
そして、ステップ2205からステップ2207までの設定値に基づいて、ハードウエアが実際の燃料噴射、点火を行う。
【００７９】
次に、第４の実施形態について説明する。
前記第３の実施形態がトルク変更値が小さい場合には点火時期のみで補正する構成であるのに対して、本実施形態は、トルク変更値が小さい場合には燃料噴射時期のみで補正を行うものであり、図20の代わりに図23を用いる。第３の実施形態に対する変更点は、第１の実施形態の第２の実施形態に対する変更点と同様であるので、説明は省略する。
【００８０】
次に、第５の実施形態について説明する。
前記第１〜第４の実施形態では、トルクの変更量が小さい場合には、燃料噴射時期のみ、あるいは点火時期のみの補正によりトルクの低下を実現することとしたが、これは、トルクの変更量に関わらず、常に燃料噴射時期と点火時期との両者を補正する構成としてもよい。この場合、図17や図19の代わりに図28、図20や図23の代わりに図29に示した処理を行う。処理内容は、図より明らかであるので説明は省略する。
【００８１】
以上説明してきた実施形態では、トルクの迅速な変更は燃料噴射時期や点火時期の１回の補正により実現するものとしたが、これは数回の補正により実現するものとしてもよい。例えば、点火時期をdTign だけ補正する際に、dTign ／ＮずつＮ回の燃焼に分割して補正してもよいし、図25〜図27の特性から、トルク変更量が毎回等しくなるようにdTign をＮ回の燃焼に分割して補正してもよい。
【００８２】
また、以上の実施形態では、気筒内に直接燃料噴射する筒内直噴機関を例に挙げたが、本発明は成層燃焼を行う機関であれば、これに限るものではなく、吸気通路で燃料噴射を行う機関でも成層燃焼が行える機関であれば適用できる。
また、以上の実施形態では、全てトルクを低下する場合について述べたが、点火時期や燃料噴射時期を、ＭＢＴ点火時期とそれにあわせた燃料噴射時期ではなく、それよりもリタード側に設定して、トルク増加代を確保しておけば (図25〜図27よりリタード側に補正値が０の点を設定する) 、トルクを増加させる場合にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項４に係る発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明の一実施形態のシステム構成を示す図。
【図３】同上実施形態のマイクロコンピュータを中心とする回路の構成を示す図。
【図４】点火時期，燃料噴射時期の通常制御時の燃焼状態を示す断面図。
【図５】同上通常制御時の筒内圧力、容積変化量の状態変化を示すタイムチャート。
【図６】筒内圧力ピーク位置と図示平均有効圧との関係を示す図。
【図７】点火時期を通常制御，燃料噴射時期を遅角制御した時の燃焼状態を示す断面図。
【図８】同上制御時の筒内圧力、容積変化量の状態変化を示すタイムチャート。
【図９】燃料噴射時期を通常制御，点火時期を遅角制御した時の燃焼状態を示す断面図。
【図１０】同上制御時の筒内圧力、容積変化量の状態変化を示すタイムチャート。
【図１１】点火時期，燃料噴射時期を共に遅角制御した時の燃焼状態を示す断面図。
【図１２】同上遅角制御時の筒内圧力、容積変化量の状態変化を示すタイムチャート。
【図１３】本発明に係る制御を行ったときの各種状態量の変化を示すタイムチャート。
【図１４】燃料噴射量の補正量、点火時期の補正量を算出するフローチャート。
【図１５】燃料供給制御のフローチャート。
【図１６】第１の実施形態に係るトルク変更判断の具体的な処理を示すフローチャート。
【図１７】第１の実施形態に係る燃料噴射時期，点火時期補正の具体的な処理を示すフローチャート。
【図１８】第１の実施形態に係る燃料供給，点火の具体的な処理を示すフローチャート。
【図１９】第２の実施形態に係るトルク変更判断の具体的な処理を示すフローチャート。
【図２０】第２の実施形態に係る燃料噴射時期，点火時期補正の具体的な処理を示すフローチャート。
【図２１】同上の処理中の燃料噴射時期，点火時期の再補正の具体的な処理を示すフローチャート。
【図２２】第２の実施形態に係る燃料供給，点火の具体的な処理を示すフローチャート。
【図２３】第３の実施形態に係る燃料噴射時期，点火時期補正の具体的な処理を示すフローチャート。
【図２４】機関回転速度，燃料供給量と出力トルクとの関係を示す図。
【図２５】点火時期補正値とトルク係数との関係を示す図。
【図２６】燃料噴射時期，点火時期の補正値とトルク係数との関係を示す図。
【図２７】燃料供給量補正値とトルク係数との関係を示す図。
【図２８】第４の実施形態に係る燃料噴射時期，点火時期補正の具体的な処理を示すフローチャート。
【図２９】第５の実施形態に係る燃料噴射時期，点火時期補正の具体的な処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
１      内燃機関
２      吸入空気量センサ
３      クランク角センサ
４      燃料噴射弁
５      点火プラグ
【図１】
0003680432.tif 000002
【図２】
0003680432.tif 000003
【図３】
0003680432.tif 000004
【図４】
0003680432.tif 000005
【図５】
0003680432.tif 000006
【図６】
0003680432.tif 000007
【図７】
0003680432.tif 000008
【図８】
0003680432.tif 000009
【図９】
0003680432.tif 000010
【図１０】
0003680432.tif 000011
【図１１】
0003680432.tif 000012
【図１２】
0003680432.tif 000013
【図１３】
0003680432.tif 000014
【図１４】
0003680432.tif 000015
【図１５】
0003680432.tif 000016
【図１６】
0003680432.tif 000017
【図１７】
0003680432.tif 000018
【図１８】
0003680432.tif 000019
【図１９】
0003680432.tif 000020
【図２０】
0003680432.tif 000021
【図２１】
0003680432.tif 000022
【図２２】
0003680432.tif 000023
【図２３】
0003680432.tif 000024
【図２４】
0003680432.tif 000025
【図２５】
0003680432.tif 000026
【図２６】
0003680432.tif 000027
【図２７】
0003680432.tif 000028
【図２８】
0003680432.tif 000029
【図２９】
0003680432.tif 000030