(57)【要約】  筒内圧センサを備えた火花点火式の内燃機関の制御装置に関し、点火時期による燃焼状態の制御を安定して行うことを可能にする。  制御装置は、燃焼状態と相関する所定の燃焼関連パラメータの目標値に基づいて点火時期を設定し、設定された点火時期に従って内燃機関の点火装置を操作する。また、制御装置は、筒内圧センサの出力値から実際の燃焼関連パラメータの値を算出し、燃焼関連パラメータの算出値を点火時期の設定にフィードバックする。さらに制御装置は、以上の処理と並行して、筒内圧センサの出力値から燃焼変動の大きさと相関する所定の燃焼変動パラメータの値を算出する処理を行う。そして、燃焼変動パラメータの算出値が燃焼変動の許容範囲から外れている場合、制御装置は、燃焼関連パラメータの算出値のフィードバックを停止する。
2010084578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内圧センサを備えた火花点火式の内燃機関の制御装置において、
燃焼状態と相関する所定の燃焼関連パラメータの目標値を設定する手段と、
前記燃焼関連パラメータの目標値に基づいて点火時期を設定する手段と、
設定された点火時期に従って前記内燃機関の点火装置を操作する手段と、
前記筒内圧センサの出力値から前記燃焼関連パラメータの値を算出する手段と、
前記燃焼関連パラメータの算出値を点火時期の設定にフィードバックするフィードバック手段と、
前記筒内圧センサの出力値から燃焼変動の大きさと相関する所定の燃焼変動パラメータの値を算出する手段と、
前記燃焼変動パラメータの算出値が燃焼変動の許容範囲から外れている場合、前記燃焼関連パラメータの算出値のフィードバックを停止させる手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記の点火時期を設定する手段は、前記燃焼関連パラメータの目標値を制御値とし、前記内燃機関の現在の或いは目標とする運転条件に応じて決まる演算規則に従い、前記制御値に基づいて点火時期を演算する手段を含み、
前記フィードバック手段は、前記燃焼関連パラメータの算出値が目標値になるように前記制御値を補正することを特徴とする請求の範囲１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記筒内圧センサの出力値から前記内燃機関の発生トルクを算出する手段と、
前記燃焼変動パラメータの算出値が燃焼変動の許容範囲から外れている場合に、前記発生トルクの算出値を点火時期の設定にフィードバックする第２のフィードバック手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求の範囲１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼変動パラメータの算出値が前記許容範囲よりも緩やかな第２の許容範囲からも外れている場合、前記発生トルクの算出値のフィードバックを停止させる手段、
をさらに備えることを特徴とする請求の範囲３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記の点火時期を設定する手段は、前記燃焼関連パラメータの目標値を制御値とし、前記内燃機関の現在の或いは目標とする運転条件に応じて決まる演算規則に従い、前記制御値に基づいて点火時期を演算する手段を含み、
前記第２のフィードバック手段は、前記発生トルクの算出値が目標値になるように前記制御値を補正することを特徴とする請求の範囲３又は４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃焼変動パラメータは前記燃焼関連パラメータの統計量であることを特徴とする請求の範囲１乃至５の何れか１つの項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記燃焼関連パラメータは所定クランク角に対する５０％燃焼点の遅れ量であることを特徴とする請求の範囲１乃至６の何れか１つの項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、筒内圧センサを備えた火花点火式の内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内圧センサを用いた点火時期の調整方法として、特開２００６−１７０１８３号公報に開示される方法が知られている。この文献に開示されている方法によれば、筒内圧センサの出力値に基づいて所定のタイミングにおける燃焼割合が算出され、その算出値が目標値と一致するように燃焼室における燃焼開始時期、つまりは点火時期が調整される。具体的には、クランク角が上死点後８°のときの燃焼割合が５０％になるように、点火時期の調整が行われる。点火時期がＭＢＴになっているとき、上死点後１０°付近において燃焼割合が５０％になることが知られている。前記文献に開示された方法は、筒内圧センサの出力値のフィードバックによってＭＢＴでの点火を実現するための方法である。フィードバックの具体的な方法としては、筒内圧センサの出力値から算出した燃焼割合とその目標値との偏差を計算し、算出した偏差を比例積分回路に入力することによって点火時期を算出する方法が開示されている。【０００３】
筒内圧センサによって計測される筒内圧には、筒内の燃焼状態が直接的に反映されている。このため、前記文献に開示された方法のように燃焼割合を点火時期の設定にフィードバックすることによって、筒内の燃焼状態を的確に制御することが可能となる。【０００４】
しかし、上述のような利点の一方で、冷間始動時のように燃焼が不安定なときや加速／減速時のように燃焼状態が急変しているときには、それにより生じる燃焼変動も筒内圧に反映されることになる。その結果、筒内圧から算出される燃焼割合の値は変動的なものとなり、それが点火時期の設定にフィードバックされることで逆に燃焼変動を増長させてしまう可能性がある。つまり、前記文献に開示された方法には、ロバスト性、つまり、燃焼状態の安定的な制御という観点においては改善の余地が有った。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、点火時期による燃焼状態の制御を安定して行うことが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明にかかる制御装置は筒内圧センサを備えた火花点火式の内燃機関の制御装置である。本発明にかかる制御装置は、燃焼状態と相関する所定の燃焼関連パラメータの目標値を設定する手段を備える。燃焼関連パラメータの値（実際値）は筒内圧センサの出力値から算出することが可能であり、制御装置はそれを算出するための手段を備えている。燃焼関連パラメータとしては、燃焼割合或いはそれと同等な物理量に関するパラメータが好適である。特に、所定クランク角（例えば上死点後１０°）に対する５０％燃焼点の遅れ量は、ＭＢＴに深く関係する点において最も好適なパラメータの一つである。
【０００７】
本発明にかかる制御装置は、燃焼関連パラメータの目標値に基づいて点火時期を設定する手段とともに、燃焼関連パラメータの算出値を点火時期の設定にフィードバックする手段を備え、最終的に設定された点火時期に従って内燃機関の点火装置を操作する。ただし、制御装置は、ある条件下において燃焼関連パラメータの算出値のフィードバックを停止する手段も備えている。その条件とは、燃焼変動の大きさと相関する所定の燃焼変動パラメータの値（実際値）が燃焼変動の許容範囲から外れている場合である。このような場合にフィードバックを停止することで、燃焼変動が点火時期の設定に反映されることを防止することができる。燃焼変動パラメータの値は筒内圧センサの出力値から算出することが可能であり、制御装置はそれを算出するための手段を備えている。燃焼変動パラメータとしては、燃焼関連パラメータの統計量が好適である。例えば、過去数サイクルにおける燃焼関連パラメータの最大値と最小値との差を平均値で除算した値を燃焼変動パラメータとして用いることができる。
【０００８】
本発明のより好ましい態様では、制御装置は、燃焼変動パラメータの算出値が燃焼変動の許容範囲から外れている場合に、内燃機関の発生トルクを点火時期の設定にフィードバックする手段を備える。内燃機関の発生トルクは筒内圧センサの出力値から算出することが可能であり、より好ましい態様では、制御装置はそれを算出するための手段を備える。５０％燃焼点の遅れ量等の燃焼関連パラメータはクランク角に対する筒内圧の波形から決まる値であるのに対し、トルクは筒内圧をクランク角で積分した値、すなわち、面積に対応する値である。したがって、トルクは燃焼関連パラメータのように燃焼状態の変化に対する感度は高くはないものの、燃焼変動の影響を受けて大きく変動することはない。より好ましい態様では、燃焼関連パラメータに代えてトルクをフィードバックすることで、燃焼変動が大きい状況下でもフィードバック制御の継続による燃焼状態の的確な制御を実施することができる。
【０００９】
本発明のさらに好ましい態様では、制御装置は、ある条件下においては発生トルクの算出値のフィードバックも停止させる手段を備える。その条件とは、燃焼変動パラメータの算出値が前記の許容範囲よりも緩やかな第２の許容範囲からも外れている場合である。このような場合には全てのフィードバックを停止することで、燃焼変動が点火時期の設定に反映されることを防止することができる。
【００１０】
なお、本発明において、点火時期を設定する手段は、燃焼関連パラメータの目標値を制御値とし、内燃機関の現在の或いは目標とする運転条件に応じて決まる演算規則に従い、その制御値に基づいて点火時期を演算する手段を含んでもよい。点火時期設定手段がそのように構成される場合、燃焼関連パラメータ或いはトルクをフィードバックする手段は、燃焼関連パラメータの算出値が目標値になるように前記の制御値を補正することができる。この場合、運転条件が点火時期に与える影響は制御値から点火時期を得る際の演算処理において考慮されることになる。したがって、制御値を補正するフィードバック補正量の算出にあたっては運転条件を考慮する必要がなく、運転条件が変化しうる状況においても燃焼状態を最適に制御することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】クランク角に対する筒内圧力の変化とそれに対応する熱発生率の変化とを併せて示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかるフィードバック制御の手順を示すフローチャートである
【図４】本発明の実施の形態２にかかるフィードバック制御の手順を示すフローチャートである
【図５】本発明の実施の形態３としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００１２】
２  内燃機関
４  筒内圧センサ
２４  ５０％燃焼点遅れ量の目標値の演算部
２６  点火時期の演算部
２８  ５０％燃焼点遅れ量の実際値の演算部
３２，５０  ＦＢコントローラ（５０％燃焼点遅れ量）
４０  トルクの実際値の演算部
４４，５２  ＦＢコントローラ（トルク）
３６  切替器
３８  判定部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態1．
本発明の実施の形態１について図１乃至図３の各図を参照して説明する。【００１４】
図１は、本発明の実施の形態１としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、火花点火式の内燃機関に適用され、火花点火式内燃機関のアクチュエータであるスロットルと点火装置の各動作を制御する制御装置として構成されている。【００１５】
本実施の形態の制御装置は、制御系統の上位に設けられたパワートレインマネージャ（図示略）から要求トルクと要求効率とを取得し、それらの要求を実現するように内燃機関の制御、詳しくは、吸入空気量の制御と点火時期の制御とを行う。ここでいう効率とは、内燃機関から取り出すことができる仕事に対する全仕事の比率であり、要求効率とは、取り出すことができる仕事に対する取り出したい仕事の比率を意味する。したがって、要求効率の最大値は１である。【００１６】
まず、本実施の形態にて行われる吸入空気量の制御について説明する。制御装置は、取得した要求トルクと要求効率とを除算器８にかけ、要求トルクを要求効率で除算した値を算出する。要求効率は１以下の値であるので、除算器８から算出されるトルクの値は要求トルクよりも嵩上げされた値となる。【００１７】
次に制御装置は、空気量変換部１０において、除算器８で算出した嵩上げトルクを空気量（ＫＬ）に変換する。この変換処理で得られる空気量が内燃機関の目標空気量となる。なお、ここでいう空気量とは１サイクル当たりの筒内吸入空気量であり、それを無次元化した充填効率（負荷率）に代えてもよい。変換処理にはトルクと空気量とを関連付けたマップが用いられる。このマップでは、機関回転数や空燃比等、トルクと空気量との関係に影響する各種の運転条件がキーとされている。ただし、点火時期に関してはＭＢＴであることが前提とされている。【００１８】
次に制御装置は、スロットル開度設定部１２において、目標空気量からスロットル開度を算出する。スロットル開度の計算にはエアモデルの逆モデルが用いられる。エアモデルは吸気系の物理モデルであり、スロットルの動作に対する空気量の応答を流体力学等に基づいてモデル化されている。制御装置は、目標空気量から変換されたスロットル開度をスロットル６の操作量として設定し、設定したスロットル開度に従ってスロットル６を操作する。【００１９】
次に、点火時期の制御について説明する。本実施の形態において点火時期の制御に用いられる目標値はトルク効率である。トルク効率は、内燃機関の推定トルクに対する要求トルクの比として定義される。トルク効率の計算に使用される推定トルクはスロットル開度に基づいて算出される。【００２０】
推定トルクの算出にあたっては、制御装置は、まず、スロットル開度センサの出力値やスロットルモータの回転量等からスロットル６の実開度を取得する。そして、推定空気量算出部１４において、取得したスロットル開度にて実現できると推定される空気量を算出する。推定空気量の計算には前述のエアモデルの順モデルが用いられる。【００２１】
次に制御装置は、トルク変換部１６において、スロットル開度から推定した空気量をトルクに変換する。この変換処理で得られるトルクが前述の推定トルクである。変換処理には空気量とトルクとを関連付けたマップが用いられる。このマップでは、機関回転数や空燃比等、トルクと空気量との関係に影響する各種の運転条件がキーとされている。ただし、点火時期に関してはＭＢＴであることが前提とされている。したがって、推定トルクは、点火時期がＭＢＴであれば実現されるトルク、すなわち、現在の吸入空気量で実現可能な最大トルクを意味している。【００２２】
制御装置は、取得した要求トルクと推定トルクとを除算器２０にかけ、要求トルクを推定トルクで除算した値を算出する。こうして算出された値がトルク効率である。制御装置は、効率変換部２２においてトルク効率をＫＬ効率に変換する。変換処理には変換式若しくはマップが用いられる。ＫＬ効率は、現在のスロットル開度にて実現される推定空気量に対する要求トルクの実現のために要求される空気量の比率である。本実施の形態では、このＫＬ効率が点火時期制御に用いられる。【００２３】
制御装置は、前記のＫＬ効率を実現するように点火時期の制御を行う。本実施の形態にて行われる点火時期の制御方法は、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせたものとして説明することできる。【００２４】
フィードフォワード制御では、ＫＬ効率の目標値に基づいて所定の燃焼関連パラメータの値が決定され、その燃焼関連パラメータの値を制御値として点火時期が設定される。本実施の形態で用いる燃焼関連パラメータは、上死点後１０度のクランク角（以下、ＡＴＤＣ１０°）に対する５０％燃焼点の遅れ量である。５０％燃焼点とは熱発生率（燃焼率）が５０％になるクランク角である。図２には、あるタイミングにて点火した場合のクランク角に対する筒内圧力の変化と、それに対応する熱発生率の変化とが併せて示されている。各クランク角における熱発生率と筒内圧力の波形との間には相関があり、各クランク角における熱発生率は筒内圧力の波形から計算することができる。内燃機関のトルクが最大になるのはＡＴＤＣ１０°の付近に５０％燃焼点が存在するときであり、そのときの点火時期がいわゆるＭＢＴである。５０％燃焼点がＡＴＤＣ１０°にあるときに内燃機関の効率は最大値の１になり、ＡＴＤＣ１０°に対する５０％燃焼点の遅れ量（以下、単に、５０％燃焼点遅れ量という）が大きいほど内燃機関の効率は低くなる。５０％燃焼点遅れ量と内燃機関の効率とは一対一の関係にあり、その関係は機関回転数等の運転条件の影響を受けることがない。したがって、５０％燃焼点遅れ量を制御値として点火時期制御を行うことで、内燃機関の燃焼状態を所望の状態に制御することができる。【００２５】
制御装置は、演算部２４においてＫＬ効率の目標値に対応する５０％燃焼点遅れ量を演算する。演算部２４には、ＫＬ効率と５０％燃焼点遅れ量とを関連付けるマップが具備されている。このマップは、実験によって得られた統計データに基づいて作成されたものである。以下、このマップを効率マップという。演算部２４は、この効率マップを用いてＫＬ効率の目標値を５０％燃焼点の遅れ量に変換する。この変換処理によって得られた５０％燃焼点の遅れ量の値は、５０％燃焼点の遅れ量の目標値であると同時に、点火時期を決定する制御値のベース値になる。【００２６】
制御装置は、さらに、演算部２６において制御値としての５０％燃焼点遅れ量から点火時期を決定する。演算部２６には、５０％燃焼点遅れ量と点火時期とを関連付けるマップが具備されている。以下、このマップをメインマップという。メインマップの特徴は、５０％燃焼点遅れ量と点火時期とが内燃機関の運転条件をキーにして関連付けられていることである。キーとされる運転条件には、少なくとも機関回転数（ＮＥ）が含まれている。目標空燃比が可変である場合には、目標空燃比も運転条件に含まれる。また、バルブタイミングが可変である場合には、バルブタイミングも運転条件に含まれる。これらの運転条件が変われば、点火時期が同じであってもクランク角に対する筒内圧力の波形は異なったものとなり、結果、５０％燃焼点遅れ量も異なったものとなる。メインマップは、キーとなる運転条件を色々と変えて実験を行い、それにより得られた統計データに基づいて作成されている。ここでは説明を簡単にするため、メインマップで考慮される運転条件は機関回転数のみとする。演算部２６は、このメインマップを用いて現在の機関回転数と制御値とから点火時期を決定する。制御装置は、演算部２６で算出された点火時期にて内燃機関２の点火装置を操作する。【００２７】
以上がフィードフォワード制御による点火時期の制御であるが、内燃機関２の個体差やメインマップの適合精度の影響によって、フィードフォワード制御のみでは必ずしも内燃機関の燃焼状態を所望の状態に制御することはできない。そこで組み合わせられるのが以下に説明するフィードバック制御である。【００２８】
フィードバック制御を行うため、制御装置には２つのフィードバック系（第１のフィードバック系と第２のフィードバック系）が設けられている。何れのフィードバック系でも筒内圧センサ（ＣＰＳ）４の出力値が用いられる。筒内圧センサ４は内燃機関の一部の気筒或いは全部の気筒に取り付けられている。【００２９】
第１のフィードバック系では、制御装置は、演算部２８において筒内圧センサ４の出力値から５０％燃焼点遅れ量の実際値を算出する。５０％燃焼点遅れ量は、クランク角に対する筒内圧力の波形によって一意に値が定まる燃焼関連パラメータである。したがって、所定の計算規則に則って筒内圧センサ４の出力値を処理することによって、５０％燃焼点遅れ量の値は一意に算出される。なお、各気筒に筒内圧センサ４が取り付けられている場合には、気筒毎に５０％燃焼点遅れ量が算出される。一つの気筒にのみ筒内圧センサ４が取り付けられている場合には、その気筒について計算される５０％燃焼点遅れ量によって他の気筒の５０％燃焼点遅れ量が代表される。【００３０】
第１のフィードバック系では、制御装置は、演算部２４で算出される５０％燃焼点遅れ量（目標値）と、演算部２８で算出される５０％燃焼点遅れ量（実際値）とを引算器３０にかけ、両者の偏差を算出する。そして、制御装置は、５０％燃焼点遅れ量の偏差をＦＢ（フィードバック）コントローラ３２にかけることによってＦＢ補正量を算出する。ここで算出されるＦＢ補正量の次元は５０％燃焼点遅れ量の次元と一致している。なお、図ではＦＢコントローラ３としてＰＩＤ回路が用いられているが、その他のコントローラが用いられることも可能である。【００３１】
一方、第２のフィードバック系では、制御装置は、演算部４０において筒内圧センサ４の出力値から内燃機関の発生トルクを算出する。トルクは筒内圧をクランク角で積分した値、すなわち、面積に対応しているので、所定の計算規則に則って筒内圧センサ４の出力値を処理することによって、内燃機関の発生トルクは一意に算出される。【００３２】
第２のフィードバック系では、制御装置は、要求トルク（目標値）と演算部４０で算出される実際トルク（実際値）とを引算器４２にかけ、両者の偏差を算出する。そして、制御装置は、トルクの偏差をＦＢコントローラ４４にかけることによってＦＢ補正量を算出する。ＦＢコントローラ４４では、算出されるＦＢ補正量の次元が５０％燃焼点遅れ量の次元と一致するようにゲインの設定が行われている。ゲインの設定には、トルクの値と５０％燃焼点遅れ量の値とを関連付けるマップを用いてもよい。【００３３】
制御装置は、これら２つのフィードバック系の何れか一方を所定の規則に従って選択する。そして、選択したフィードバック系で算出されたＦＢ補正量と５０％燃焼点遅れ量の制御値とを足算器３４にかけ、両者を足し算することで５０％燃焼点遅れ量の制御値を補正する。次回のステップでは、ＦＢ補正量によって補正された５０％燃焼点遅れ量の制御値に基づいて演算部２６による演算が行われる。各ＦＢコントローラ３２，４４のゲインは、それらで算出されるＦＢ補正量が５０％燃焼点遅れ量の目標値と実際値との偏差を減らす方向に働くように設定されている。【００３４】
制御装置が従うフィードバック系の選択規則は、燃焼変動の大きさに基づいている。燃焼変動が比較的小さいときには第１のフィードバック系が選択され、燃焼変動が比較的大きいときには第２のフィードバック系が選択される。燃焼変動は筒内圧センサ４の出力値に反映されることから、燃焼変動の大きさは演算部２８で算出される５０％燃焼点遅れ量を用いて評価することができる。本実施の形態では、過去数サイクルにおける５０％燃焼点遅れ量を取得し、その最大値、最小値及び平均値を算出する。そして、燃焼変動の大きさと相関するパラメータとして、下記の式によって定義される燃焼変動量を算出する。
燃焼変動量＝（最大値−最小値）／平均値【００３５】
制御装置は、判定部３８において上記の燃焼変動量を算出し、その算出値が所定の閾値以下かどうか判定する。前記の閾値は、５０％燃焼点遅れ量の精度に関して許容される燃焼変動の上限値に対応している。制御装置は、判定部３８の判定結果に従って使用するフィードバック系を選択し、その選択に従って切替器３６を操作する。【００３６】
切替器３６は各ＦＢコントローラ３２，４４と足算器３４との間に配置されて、足算器３４との接続を２つのＦＢコントローラ３２，４４の間で切り替える。この切替器３６の操作をするための操作信号が判定部３８から供給される。判定部３８において燃焼変動量が閾値以下であると判定される場合、ＦＢコントローラ３２を足算器３４に接続するように切替器３６が操作される。これにより第１のフィードバック系を用いたフィードバック制御が行われる。一方、燃焼変動量が閾値を越えていると判定される場合は、ＦＢコントローラ４４を足算器３４に接続するように切替器３６が操作され、第２のフィードバック系を用いたフィードバック制御が行われる。【００３７】
以上説明したフィードバック制御の手順をフローチャートで示したものが図３である。最初のステップＳ１０では、制御装置は筒内圧センサ４の出力値から５０％燃焼点遅れ量を算出するとともに、それと並行して内燃機関の発生トルクを算出する。【００３８】
次のステップＳ２０では、制御装置は過去数サイクルにおける５０％燃焼点遅れ量の履歴から燃焼変動量を計算する。【００３９】
次のステップＳ３０では、制御装置は燃焼変動量が閾値以下かどうかを判定する。【００４０】
燃焼変動量が閾値以下であるならば、制御装置はステップＳ４０の処理を選択する。ステップＳ４０では、制御装置は第１のフィードバック系を用いたフィードバック制御を実施する。すなわち、５０％燃焼点遅れ量の実測値と目標値との偏差に基づいてＦＢ補正量を算出し、そのＦＢ補正量をもって５０％燃焼点遅れ量の制御値を補正する。【００４１】
ステップＳ３０の判定の結果、燃焼変動量が閾値を越えているならば、制御装置はステップＳ５０の処理を選択する。ステップＳ５０では、制御装置は第２のフィードバック系を用いたフィードバック制御を実施する。すなわち、トルクの実測値と目標値との偏差に基づいてＦＢ補正量を算出し、そのＦＢ補正量をもって５０％燃焼点遅れ量の制御値を補正する。【００４２】
本実施の形態では以上のようなフィードバック制御がフィードフォワード制御に組み合わせられる。本実施の形態において実施されるフィードバック制御は、上述の通り、５０％燃焼点遅れ量を点火時期の設定にフィードバックする第１のフィードバック系と、トルクを点火時期の設定にフィードバックする第２のフィードバック系とを燃焼変動の大きさに応じて切り替えることに一つの特徴がある。５０％燃焼点遅れ量は燃焼状態と強く相関するパラメータであるので、それを用いてフィードバック制御を行うことで燃焼状態を的確に制御できる反面、燃焼変動の影響を受けやすい。一方、トルクは筒内圧をクランク角で積分した値、すなわち、面積に対応する値であるので、５０％燃焼点遅れ量のように燃焼状態の変化に対する感度は高くはないものの、燃焼変動の影響を受けて大きく変動することはない。本実施の形態によれば、燃焼変動が比較的小さい安定した状態では５０％燃焼点遅れ量のフィードバックによって燃焼状態を的確に制御することができ、燃焼変動が大きい不安定な状態では５０％燃焼点遅れ量に代えてトルクをフィードバックすることで、燃焼変動が大きい状況下でもフィードバック制御の継続による燃焼状態の的確な制御を実施することができる。つまり、本実施の形態によれば、点火時期による燃焼状態の制御を安定して行うことができる。【００４３】
また、本実施の形態において実施されるフィードバック制御には、５０％燃焼点遅れ量を制御値として、その制御値に筒内圧センサ４の出力値をフィードバックするという特徴もある。つまり、点火時期の設定値に直接フィードバックするようにはされていない。これは、メインマップの構成からも分かるように、点火時期と５０％燃焼点遅れ量との関係は機関回転数を含む運転条件によって変化するからである。点火時期の設定値に筒内圧センサ４の出力値が直接フィードバックされている場合には、機関回転数の変化に応じて５０％燃焼点遅れ量にずれが発生し、燃焼状態は最適な状態から外れてしまう。これに対して本実施の形態によれば、メインマップにおいて現在の機関回転数をキーにして５０％燃焼点遅れ量の制御値に応じた点火時期が決定される。したがって、機関回転数が変化した場合には、それに応じたフィードフォワード制御によって点火時期も変更されるので、運転条件が変化してから点火時期が再び最適化されるまでに時間遅れが生じることはない。さらに、機関回転数等の運転条件が点火時期に与える影響はメインマップにおいて考慮されるので、ＦＢ補正量の算出にあたって機関回転数等の運転条件を考慮する必要はない。したがって、本実施の形態の制御装置によれば、運転条件が一定の場合に限らず、運転条件が変化しうる状況においても燃焼状態を最適に制御することが容易となる。【００４４】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図４を参照して説明する。【００４５】
本実施の形態の特徴はフィードバック制御の手順にある。制御装置の構成に関しては実施の形態１と同じであって、図１のブロック図に示されるとおりである。本実施の形態にかかるフィードバック制御の手順をフローチャートで示したのが図４である。図４においては、実施の形態１にかかるフィードバック制御と共通の処理については同一のステップ番号を付している。【００４６】
本実施の形態にかかるフィードバック制御では、燃焼変動量の大きさについて２段階の判定が行われる。２段階判定のための基準として、本実施の形態では２つの閾値（閾値１と閾値２）が設定されている。閾値１は演算部２８で算出される５０％燃焼点遅れ量の精度に関して許容される燃焼変動の上限値であって、実施の形態１にかかる閾値と同値である。閾値２は演算部４０で算出されるトルクの精度に関して許容される燃焼変動の上限値であって、閾値１よりも大きい値である。【００４７】
まず、ステップＳ３２では、制御装置は燃焼変動量が閾値２以上かどうかを判定する。燃焼変動量が閾値２以上であるならば、制御装置はステップＳ４０とステップＳ５０の何れの処理も選択せず、全てのフィードバック制御を停止する。燃焼変動があまりに大きい場合には、５０％燃焼点遅れ量の代わりにトルクを用いたとしても燃焼変動の影響が点火時期の設定に反映されてしまう可能性があるからである。【００４８】
燃焼変動量が閾値２よりも小さい場合には、制御装置はステップＳ３４の判定を行う。ステップＳ３４では、制御装置は燃焼変動量が閾値１以下かどうかを判定する。燃焼変動量が閾値１以下であるならば、制御装置はステップＳ４０の処理を選択する。燃焼変動量が閾値１を越えているならば、制御装置はステップＳ５０の処理を選択する。ステップＳ４０及びＳ５０の各処理の内容は実施の形態１で説明したとおりである。【００４９】
実施の形態３．
続いて、本発明の実施の形態３について図５を参照して説明する。【００５０】
図５は、本発明の実施の形態３としての内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。図５において既述の実施の形態と共通する要素には同一の符号を付している。以下では、既述の実施の形態と共通の構成及び機能についての説明は省略或いは簡略し、既述の実施の形態とは異なる構成及び機能について重点的に説明するものとする。【００５１】
本実施の形態と既述の実施の形態との相違点は、フィードバック制御のための構成にある。フィードフォワード制御のための構成に関しては既述の実施の形態と共通する。本実施の形態では、ＦＢ補正量によって制御値である５０％燃焼点の遅れ量を補正するのではなく、点火時期の設定値をＦＢ補正量によって補正することに特徴がある。演算部２６で設定された点火時期の設定値とＦＢ補正量とが足算器３４にかけられ、両者を合算した値を最終的な点火時期として内燃機関２の点火装置が操作される。なお、後述するように、本実施の形態の構成をとる場合には、機関回転数等の運転条件を考慮してＦＢ補正値を算出する必要がある。【００５２】
本実施の形態にかかる制御装置は、既述の実施の形態１と同じく、２つのフィードバック系を有している。第１のフィードバック系では、制御装置は、演算部２４で算出される５０％燃焼点遅れ量の目標値と、演算部２８で算出される５０％燃焼点遅れ量の実際値とを引算器３０にかけ、両者の偏差を算出する。そして、制御装置は、５０％燃焼点遅れ量の偏差をＦＢコントローラ５０にかけることによってＦＢ補正量を算出する。ＦＢコントローラ５０では、算出されるＦＢ補正量の次元が点火時期の次元と一致するようにゲインの設定が行われている。ゲインの設定には、５０％燃焼点遅れ量の値と点火時期の値とを機関回転数等の運転条件をキーにして関連付けるマップが用いられる。【００５３】
第２のフィードバック系では、制御装置は、要求トルクと演算部４０で算出される実際トルクとを引算器４２にかけ、両者の偏差を算出する。そして、制御装置は、トルクの偏差をＦＢコントローラ５２にかけることによってＦＢ補正量を算出する。ＦＢコントローラ５２では、算出されるＦＢ補正量の次元が点火時期の次元と一致するようにゲインの設定が行われている。ゲインの設定には、トルクの値と点火時期の値とを機関回転数等の運転条件をキーにして関連付けるマップが用いられる。【００５４】
その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施の形態ものから種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態を次のように変形して実施してもよい。【００５５】
上述の実施の形態では、燃焼変動が閾値よりも大きい場合に第２のフィードバック系へ切り替えているが、フィードバック制御自体を停止してもよい。すなわち、５０％燃焼点遅れ量をフィードバックする第１のフィードバック系のみを備え、燃焼変動が点火時期の設定に反映されるおそれがあるときには、フィードフォワード制御のみを行うようにしてもよい。【００５６】
また、上述の実施の形態では、５０％燃焼点遅れ量を用いて点火時期制御を行っているが、他の燃焼関連パラメータを用いることができる。例えば、筒内圧センサが出力する圧力波形から燃焼関連パラメータを得ることができる。具体的には、筒内圧力のピーク値、所定クランク角範囲の圧力波形、所定クランク角範囲の圧力傾き等である。また、熱発生率、熱発生量、燃焼割合、或いは発生熱の変化率といった筒内圧センサの出力値から計算される燃焼関連パラメータを用いてもよい。要するに、クランク角に対する筒内圧の波形から一意に値が定まる燃焼関連パラメータであれば、５０％燃焼点遅れ量の代わりに用いることができる。【００５７】
また、上述の実施の形態では、過去数サイクルにおける５０％燃焼点遅れ量の最大値、最小値及び平均値を用いて算出される燃焼変動量を燃焼変動パラメータとして用いているが、燃焼変動の大きさに相関があるならば他の統計量を燃焼変動パラメータとして用いてもよい。また、５０％燃焼点遅れ量から燃焼変動パラメータを算出するのではなく、筒内圧センサの出力値から直接に算出される値を燃焼変動パラメータとして用いることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年8月31日(2011.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内圧センサを備えた火花点火式の内燃機関の制御装置において、
燃焼状態と相関する所定の燃焼関連パラメータの目標値を設定する手段と、
前記燃焼関連パラメータの目標値を制御値とし、少なくとも機関回転数を含む前記内燃機関の運転条件と前記制御値とに基づいて点火時期を設定する手段と、
設定された点火時期に従って前記内燃機関の点火装置を操作する手段と、
前記筒内圧センサの出力値から前記燃焼関連パラメータの値を算出する手段と、
前記燃焼関連パラメータの算出値が目標値になるようにその偏差に基づいて前記制御値の補正量を算出するフィードバック手段と、
前記筒内圧センサの出力値から燃焼変動の大きさと相関する所定の燃焼変動パラメータの値を算出する手段と、
前記燃焼変動パラメータの算出値が所定の閾値を超えている場合、前記フィードバック手段による前記制御値の補正を停止させる手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記の燃焼関連パラメータの目標値を設定する手段は、要求トルクに基づいて前記燃焼関連パラメータの目標値を設定するように構成され、
前記制御装置は、
前記筒内圧センサの出力値から前記内燃機関の発生トルクを算出する手段と、
前記発生トルクの算出値と前記要求トルクとの偏差に基づいて前記制御値の補正量を算出する第２のフィードバック手段と、
前記燃焼変動パラメータの算出値が前記閾値を超えた場合には、前記フィードバック手段に代えて前記第２のフィードバック手段によるフィードバック制御を行うフィードバック制御切替手段と、
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。
【請求項３】
前記燃焼変動パラメータの算出値が前記閾値より大きい値に設定された所定の第２の閾値も超えている場合、前記第２のフィードバック手段による前記制御値の補正を停止させる手段、
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼変動パラメータは前記燃焼関連パラメータの統計量であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃焼関連パラメータは所定クランク角に対する５０％燃焼点の遅れ量であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【国際調査報告】
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2010084578.tif 000009
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