(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、内燃機関の目標出力を演算する目標出力演算手段と、前記目標出力から目標トルクへ次元変換を行う変換手段と、前記目標トルク演算手段により求めた目標トルクと前記変換手段により求めた目標トルクとから目標燃料量を演算する目標燃料量演算手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、内燃機関の目標とする単位時間あたりの仕事すなわち目標出力を演算する目標出力演算手段と、前記目標出力から目標トルクへ次元変換を行う変換手段と、前記目標トルク演算手段により求めた目標トルクもしくは前記変換手段により求めた目標トルクのいずれかを用いて燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段と、該燃料噴射量演算手段の入力値を、目標トルクもしくは目標出力のどちらかに切り換える切換手段と、切り換える条件を判定する切換判定手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
内燃機関の第一の目標トルクを演算する第一目標トルク演算手段と、内燃機関の目標出力を演算する目標出力演算手段と、前記目標出力演算手段により求められた目標出力を目標トルクに次元変換する変換手段と、前記第一目標トルクと前記目標出力を次元変換して得られた目標トルクとに基づいて第二の目標トルクを演算する第二目標トルク演算手段と、該第二目標トルク演算手段により求められた第二目標トルクから目標燃料量を演算する目標燃料量演算手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
内燃機関の目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、内燃機関の第一の目標出力を演算する第一目標出力演算手段と、前記目標トルク演算手段により求められた目標トルクを目標出力に次元変換する変換手段と、前記第一目標出力と前記目標トルクを次元変換して得られた目標出力とに基づいて第二の目標出力を演算する第二目標出力演算手段と、該第二目標出力演算手段により求められた第二目標出力から目標燃料量を演算する目標燃料量演算手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
内燃機関の目標空燃比を演算する目標空燃比演算手段と、前記目標燃料量と前記目標空燃比とに基づいて目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記目標トルク演算手段は、アクセル開度および内燃機関回転数に基づいて目標トルクを演算することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
目標内燃機関回転数を演算する目標内燃機関回転数演算手段と、該目標内燃機関回転数と内燃機関回転数から目標出力を演算する前記目標出力演算手段と、を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記目標出力演算手段は、前記目標内燃機関回転数に基づいて第一の目標出力を演算する第一目標出力演算手段と前記目標内燃機関回転数と前記内燃機関回転数に基づいて第二の目標出力を演算する第二目標出力演算手段とを備えていることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記目標出力演算手段で演算される目標出力は、所定期間に内燃機関に流入する目標空気量とすることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記目標出力演算手段で演算される目標出力は、内燃機関の目標回転数とすることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記目標トルク演算手段で演算される目標トルクは、４サイクル内燃機関が２回転する間の一気筒当たりの燃料噴射量とすることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記次元変換を行う変換手段は、逆比例する実エンジン回転数のゲインを有していることを特徴する請求項１〜１１のいずれか一項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、内燃機関の制御装置に関し、特に、燃料先行型制御における運転性の向上を図る内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の技術分野においても、世界規模の省エネルギーへの取り組みを背景として、低燃費型の内燃機関が要求されている。その要求に対応する内燃機関としては、リーンバーン式の内燃機関が、その最たるものであり、リーンバーン式の内燃機関の中でも、特に筒内噴射内燃機関が、シリンダ内に直接燃料を噴射して混合気を成層化することで、空燃比を４０以上で燃焼させることを可能にし、ポンプ損失の低減が図られている。
【０００３】
このようなリーンバーン式の筒内噴射内燃機関システムでは、空気流量とトルクが比例関係にないため、従来式の内燃機関システムとは異なり、空気流量を電子的に制御する電子スロットルを用いるのが一般的である。
また、リーンバーン式の筒内噴射内燃機関システムでは、広域の空燃比で運転者の意図するトルクを実現するためのトルクデマンド制御が必要となり、トルクデマンド制御は、空気先行型と燃料先行型の２つの形態がある。
【０００４】
空気先行型は、図９に示すように、目標トルク演算部と目標空燃比演算部とで、目標トルクと目標空燃比を決めて、それを実現する目標空気量演算部で目標空気量を演算し、電子スロットルで空気量を制御し、空気量センサで実空気量を検出して、実空気量と目標空燃比から燃料噴射量演算部で燃料噴射量を決定するものである。
【０００５】
それに対して、燃料先行型は、図１０に示すように、目標トルク演算部で目標トルクを決めて、それを実現するための燃料噴射量を燃料噴射量演算部で決定するとともに、目標空気量演算部で燃料噴射量と目標空燃比から目標空気量を演算し、電子スロットルで空気量を制御するものである。また、燃料先行型では、空気流量センサの出力値に基づいて空気量をＦ／Ｂ制御することが可能である。
【０００６】
燃料先行型の筒内噴射式内燃機関の先行技術としては、例えば、内燃機関の出力を精度良く制御するために、先行演算される燃料量に合わせて内燃機関の吸入空気量（つまり出力）が決定された場合、それに合わせて実際の吸入空気量を精度よく実現するべく該吸入空気量が目標吸気量になるように、スロットルバルブ開閉装置を先行駆動することが提案されている（特開２０００−９７０８６号公報）。また、他の燃料先行型の筒内噴射式内燃機関の先行技術としては、燃料噴射に対する空気吸入の応答遅れから空燃比の変動、運転性や排気の悪化を抑制するべく燃料噴射と空気吸入との位相を合わせることが提案されている（特開平１１−１５９３７７号公報）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空気先行型においては、スロットルで空気を制御し、検出した実空気量に基づいて燃料噴射量を決める構成となっており、内燃機関は間欠燃焼を行う機関であることから、一般に一回当たりの燃料噴射量は、空燃比を一定に保つために、４サイクル内燃機関の場合には、内燃機関が２回転する期間に一気筒内に流入する実空気量に応じて噴射される。
【０００８】
したがって、一回当たりの燃料噴射量は、トルクに比例する値となる。このように、空気先行型では、実空気量で目標出力を制御する構成であり、実回転数を用いて任意の回転数において目標出力を実現する目標トルクに変換する方式を用いていると云える。例えば、空気量一定（出力一定）の状態では、外乱によって内燃機関回転数が変動したとすると、空気先行型では、目標出力が実現されるように燃料噴射量、即ち、トルクが自動的に制御される。また、スロットル弁により空気量を意図的に変化させた場合には、それに応じた出力が実現されるように燃料噴射量、即ち、トルクが自動的に制御される。このように、空気先行型では生来的に回転変動に対してロバストな出力制御を行う機能を備えていると云える。
【０００９】
しかしながら、燃料先行型では、内燃機関回転数とアクセル開度から目標トルクを予めゲインスケジューリングしておくのが一般的であり、その際に、内燃機関回転数は、意図的にその値とされる。このことから実走行においては、内燃機関回転数が変化した場合、それが空気量を意図的に変化させたことによるものか、それとも意図しない外乱によるものかを区別することはできない。
【００１０】
例えば、空気量を意図的に増加させたことによる回転数増加であっても、意図しない外乱による回転数増加であっても、求められる目標トルクすなわち燃料噴射量は同じ値となる。このことから、燃料先行型は、空気先行型と比較して内燃機関回転数の変動に対してロバスト性が低く、運転性の悪化の原因となっている。また、内燃機関の内燃機関回転数変動に対する運転性（安定性）の悪化現象は、アイドル制御時に顕著になるとの課題がある。該課題は、前記先行技術においても配慮されていない。
【００１１】
本発明は、前記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、燃料先行型の筒内噴射内燃機関の制御における、内燃機関回転数の変動に対してロバスト性が高く運転性が良好な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成させるために、本発明の内燃機関の制御装置は、基本的には、内燃機関の目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、内燃機関の目標出力を演算する目標出力演算手段と、前記目標出力から目標トルクへ次元変換を行う変換手段と、前記目標トルク演算手段により求めた目標トルクと前記変換手段により求めた目標トルクとから目標燃料量を演算する目標燃料量演算手段と、を備えたことを特徴としている（図１参照）。
本発明は、前記構成によって、燃料先行型内燃機関のトルク制御の制御装置に出力（パワー）制御を追加した制御装置となるので、内燃機関の回転変動等に基づく外乱に対してロバスト性が高くなり運転性が良好になる。
【００１３】
また、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、内燃機関の目標とする単位時間あたりの仕事すなわち目標出力を演算する目標出力演算手段と、前記目標出力から目標トルクへ次元変換を行う変換手段と、前記目標トルク演算手段により求めた目標トルクもしくは前記変換手段により求めた目標トルクのいずれかを用いて燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段と、該燃料噴射量演算手段の入力値を、目標トルクもしくは目標出力のどちらかに切り換える切換手段と、切り換える条件を判定する切換判定手段と、を備えたことを特徴としている（図２参照）。
【００１４】
本発明は、前記構成によって、内燃機関の運転条件によって、トルク制御と出力（パワー）制御とを「切り換える」ことで運転性の向上が図れると共に、アイドル時は出力制御とすることで制御の安定性が増加する。
更に、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の第一の目標トルクを演算する第一目標トルク演算手段と、内燃機関の目標出力を演算する目標出力演算手段と、前記目標出力演算手段により求められた目標出力を目標トルクに次元変換する変換手段と、前記第一目標トルクと前記目標出力を次元変換して得られた目標トルクとに基づいて第二の目標トルクを演算する第二目標トルク演算手段と、該第二目標トルク演算手段により求められた第二目標トルクから目標燃料量を演算する目標燃料量演算手段と、を備えたことを特徴としている（図３参照）。
【００１５】
本発明は、前記構成によって、目標出力を目標トルクに変換することで、内燃機関の制御量（燃料量）をトルク制御に一元的に制御でき、燃料噴射量がトルクと比例関係となるので、制御が容易になる。
更にまた、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の目標トルクを演算する目標トルク演算手段と、内燃機関の第一の目標出力を演算する第一目標出力演算手段と、前記目標トルク演算手段により求められた目標トルクを目標出力に次元変換する変換手段と、前記第一目標出力と前記目標トルクを次元変換して得られた目標出力とに基づいて第二の目標出力を演算する第二目標出力演算手段と、該第二目標出力演算手段により求められた第二目標出力から目標燃料量を演算する目標燃料量演算手段と、を備えたことを特徴としている（図４参照）。
【００１６】
本願の発明は、前記構成によって、目標トルクを目標出力に変換することにより、内燃機関の制御量（空気量）を出力制御で一元的に制御でき、空気流量は出力と比例関係にあるので、制御が容易である。
また、本発明の内燃機関の制御装置のより具体的な態様は、前記内燃機関の制御装置が、更に、内燃機関の目標空燃比を演算する目標空燃比演算手段と、前記目標燃料量と前記目標空燃比とに基づいて目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、を備えたことを特徴とし（図５）、燃料と空気とを協調制御することで、トルクもしくは出力と空燃比との協調制御が可能となる。
【００１７】
更に、本発明の内燃機関の制御装置のより具体的な他の態様は、前記目標トルク演算手段は、アクセル開度および内燃機関回転数に基づいて目標トルクを演算することを特徴とし（図６参照）、目標内燃機関回転数を演算する目標内燃機関回転数演算手段と、該目標内燃機関回転数と内燃機関回転数から目標出力を演算する前記目標出力演算手段と、を備えたことを特徴とし（図７参照）、前記目標出力演算手段は、前記目標内燃機関回転数に基づいて第一の目標出力を演算する第一目標出力演算手段と前記目標内燃機関回転数と前記内燃機関回転数に基づいて第二の目標出力を演算する第二目標出力演算手段とを備えていることを特徴としている（図８参照）。
【００１８】
本発明は、前記構成によって、目標トルクをアクセルと回転数から決めることで、空気先行型と同等の機能を得ることができると共に、出力制御は、目標回転数と実回転数に基づいて目標出力を演算し、アイドル時（回転数制御）は、出力制御行うこと、及び、出力制御（アイドル制御）はＦ／Ｆ制御とＦ／Ｂ制御とすることで、Ｆ／Ｆ制御で応答性が確保でき、Ｆ／Ｂ制御でロバスト性が確保できる。
【００１９】
更にまた、本発明の内燃機関の制御装置のより具体的な更に他の態様は、前記目標出力演算手段で演算される目標出力は、所定期間に内燃機関に流入する目標空気量とするか、もしくは、内燃機関の目標回転数とすることを特徴とし、前記目標トルク演算手段で演算される目標トルクは、４サイクル内燃機関が２回転する間の一気筒当たりの燃料噴射量とすることを特徴としている。
【００２０】
本発明は、前記構成の如く、目標出力のパラメータを流入空気量もしくは内燃機関回転数とすることで、制御設計が容易で、制御において出力の計測する必要がないし、目標トルクのパラメータを４サイクル内燃機関が２回転する間の一気筒当たりの燃料噴射量とすることで、制御設計が容易で、制御においてトルクの計測する必要がない。
【００２１】
前記ように、本発明によれば、燃料先行型制御において、目標出力が実現されるよう燃料噴射量を制御するので、意図しない外乱に対してロバストなトルク制御が可能となり、アイドル時、オフアイドル時の双方において、好適な運転状態が実現可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の内燃機関の制御装置の一実施形態を詳細に説明する。
図１１は、本実施形態の内燃機関の制御装置が適用される内燃機関の全体のシステム構成を示している。
【００２３】
内燃機関２０は、多気筒の筒内噴射式内燃機関で構成され、吸気系は、外部からの空気がエアクリーナ１を通過し、吸気マニホールド４、コレクタ５を経てシリンダー内に流入し、流入空気量は、電子スロットル３により調節される。各気筒のシリンダ９には、点火プラグ８と燃料噴射弁７が取付られる一方、吸気弁２７と排気弁２８が配置されている。
【００２４】
また、排気系は、各気筒のシリンダ９に排気マニホールド１０が接続されており、該排気マニホールド１０に三元触媒１１が配置され、シリンダ９と三元触媒１１との間にはA/Fセンサ１２が取付られている。
前記各気筒のシリンダ９をバイパスして吸気マニホールド４と排気マニホールド１０とを連通する排気循環通路（ＥＧＲ通路）１８が設けられ、該排気循環通路１８には、ＥＧＲバルブ１９が配置されている。
【００２５】
吸気系の吸気マニホールド４には、エアフロセンサ２が配置され、該エアフロセンサ２は流入空気量を検出し、クランク角センサ１５では、クランク軸の回転角１度毎に信号を出力し、電子スロットル３に取り付けられたスロットル開度センサ１７では、電子スロットル３の開度が検出され、水温センサ１４では内燃機関２０の冷却水温が検出される。アクセル開度センサ１３は、アクセル６の踏み込み量を検出し、それによって運転者の要求トルクを検出する。
【００２６】
そして、アクセル開度センサ１３、エアフロセンサ２、スロットル開度センサ１７、クランク角センサ１５、水温センサ１４のそれぞれの信号は、コントロールユニット５０に送られ、該各センサ出力から内燃機関２０の運転状態を得て、吸入空気量、燃料噴射量、点火時期等の内燃機関２０の主要な操作量が最適に演算される。コントロールユニット５０内で演算された燃料噴射量は、開弁パルス信号に変換され、燃料噴射弁７に送られる。
【００２７】
また、コントロールユニット５０では、所定の点火時期が演算され、該点火時期で点火がなされるように、駆動信号が点火プラグ８に出力される。吸気系からの吸入空気は、電子スロットル３で調整されると共に、ＥＧＲバルブ１９で調整された排気環流ガスと混合され、吸気弁２７を介してシリンダ９内に流入する。
【００２８】
燃料噴射弁７からシリンダ（燃焼室）９内に噴射された燃料は、吸気マニホールド４から流入した空気と混合されて混合気を形成する。混合気は、所定の点火時期で点火プラグ８から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストン２９を押し下げ、内燃機関２０の動力となる。爆発後の排気ガスは、排気マニホールド１０を経て三元触媒１１に送り込まれ、HC,CO,NOxの各排気成分は、三元触媒１１内で浄化され、再び外部へと排出される。
【００２９】
排気還流管１８を通って吸気側に還流される排気ガスの還流量は、ＥＧＲバルブ１９によって制御される。A/Fセンサ１２は、内燃機関２０と三元触媒１１の間に取り付けられており、排気中に含まれる酸素濃度に対して線形の出力特性を持つものであり、排気中の酸素濃度と空燃比の関係は、ほぼ線形になっているので、前記酸素濃度を検出するA/Fセンサ１２によって、内燃機関２０の空燃比を求めることが可能となる。
【００３０】
コントロールユニット５０では、A/Fセンサ１２の信号から三元触媒１１の上流の空燃比を算出し、内燃機関２０のシリンダ９内の混合気の空燃比が、目標空燃比となるように、燃料噴射量もしくは空気量に逐次補正するフィードバック制御を行うように構成されている。
【００３１】
図１２は、図１１の内燃機関２０のコントロールユニット（ＥＣＵ）５０の内部構成を示したものである。該ＥＣＵ５０内には、A/Fセンサ１２、温度センサ１４、スロットル弁開度センサ１７、エアフロセンサ２、及び、内燃機関回転数センサ１５の各センサ出力値が入力され、入力回路５４にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート５５に送られる。入出力ポート５５の値は、RAM５３に保管され、CPU５１内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはROM５２に予め書き込まれている。
【００３２】
制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値は、RAM５３に保管された後、入出力ポート５５に送られる。そして、火花点火燃焼時に用いられる点火プラグ８の作動信号は、点火出力回路５６内の一次側コイルの通流時はONとなり、非通流時はOFFとなるON・OFF信号がセットされる。点火時期はONからOFFになる時である。入出力ポート５５にセットされた点火プラグ用の信号は、点火出力回路５６で燃焼に必要な十分なエネルギーに増幅され、点火プラグ８に供給される。
【００３３】
また、燃料噴射弁７の駆動信号は、開弁時ON、閉弁時OFFとなるON・OFF信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路５７で燃料噴射弁７を開くに十分なエネルギーに増幅され燃料噴射弁７に送られる。電子スロットル３の目標開度を実現する駆動信号は、電子スロットル駆動回路５８を経て、電子スロットル３に送られる。
以下、ＥＰＵ５０のROM５２に書き込まれる制御プログラムについて述べる。
【００３４】
図１３は、図１２の本実施形態のＥＰＵ５０の制御全体の制御ブロック図であり、燃料先行型トルクデマンド制御の主要部を示している。本実施形態の制御は、目標トルク演算部６１、目標出力演算部６９、燃料噴射量演算部６２、燃料噴射量補正部６３、目標当量比演算部６４、目標空気量演算部６５、実空気量演算部６６、目標スロットル開度演算部６７、スロットル開度制御部６８からなっている。
【００３５】
目標トルク演算部６１では、アクセル開度Apoと内燃機関回転数Neからアクセル要求分トルクTgTsを演算し、目標出力演算部６９では、アクセル開度Apoと内燃機関回転数Neから内燃機関の出力と比例関係にあるアイドル回転数維持分相当空気流量TgTlを演算し、該アクセル要求分トルクTgTsとアイドル回転数維持分相当空気流量TgTlから目標トルクTgTcを演算する。燃料噴射量演算部６２では、目標トルクTgTcを実現するための燃料噴射量TIOを演算する。燃料噴射量補正部６３では、燃料噴射量TI0がシリンダ９内空気の位相に合うように、位相補正を実施し、補正後の燃料噴射量TIを演算する。
【００３６】
目標当量比演算部６４では、目標トルクTgTcと内燃機関回転数Neから目標当量比TgFbyaを演算する。このように燃料と空気の比を当量比で扱うのは、演算上、都合がよいからであり、空燃比で扱うことも可能である。なお、目標当量比演算部６４では、均質燃焼と成層燃焼のどちらを行うかも決定する。目標空気量演算部６５では、燃料噴射量TI0と目標当量比TgFbyaから目標空気量TgTpを演算する。後述するが、目標空気量TgTpは、便宜的に一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する空気量に規格化した値としている。実空気量演算部６６では、エアフロセンサ２で検出される空気の質量流量Qaを、目標空気量TgTpと同次元である一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する実空気量Tpに換算して出力する。
【００３７】
目標スロットル開度演算部６７では、目標空気量TgTpと実空気量Tpに基づいて目標スロットル開度TgTvoを演算する。スロットル開度演算部６８では、目標スロットル開度TgTvoと実開度Tvoからスロットル操作量Tdutyを演算する。スロットル操作量Tdutyは、スロットルモータ駆動用電流を制御する駆動回路へ入力されるPWM信号のデューティ比を示している。
次に、本実施形態の前記制御ブロックの各制御演算部・補正部を、図１４〜図１９に基づいて詳細に説明する。
【００３８】
１． 目標トルク演算部と目標出力演算部
図１４に示したものが、目標トルク演算部６１と目標出力演算部６９であり、目標トルク演算部６１は、アクセル開度Apoと内燃機関回転数Neとのテーブル６１ａからアクセル要求分トルクTgTsを演算し、目標出力演算部６９は出力と比例関係にあるアイドル回転数維持分相当空気流量TgTlを演算するもので、目標トルク演算部６１のアクセル要求分はトルク制御、目標出力演算部６９のアイドル制御分は出力制御となる。演算されたアクセル要求分トルクTgTsをアイドル回転数維持分相当空気流量TgTlで補間して目標燃焼圧相当トルクTgTcを演算する。
【００３９】
目標出力演算部６９のアイドルＦ／Ｆ制御６９ａの制御分TgTf0は、目標内燃機関の目標回転数演算部７０の目標回転数TgNeからテーブルTblTgTfを参照して決まる。アイドルＦ／Ｂ制御６９ｃは、アイドルＦ／Ｆ制御６９ａの制御分の誤差を補正するために、アイドル時のみ機能する。アイドル時か否かの判定は、判定手段６９ｂで、アクセル開度Apoが所定値AplIdleより小さい場合にアイドル時とする。Ｆ／Ｂ制御のアルゴリズムは、ここでは特に示さないが、例えばＰＩＤ制御などが考えられる。テーブルTblTgTfの設定値は実機のデータから決定するのが望ましい。
【００４０】
目標出力演算部６９のアイドル制御の操作量（アイドル回転数維持分相当空気流量）TgTlは、出力と比例関係にあるストイキ時の空気流量とし、該出力からトルクへ次元変換を行うための手段６９ｄを備え、該次元変換手段６９ｄでゲインK/Neを設けている。該ゲインK/NeのKはインジェクタ（燃料噴射弁）の流量特性により決まるものとする。
【００４１】
２． 燃料噴射量演算部
図１５に示したものが、燃料噴射量演算部６２であり、ここでは、目標燃焼圧トルクTgTcを燃料噴射量TIOに変換制御するものである。ここで燃料噴射量TI0は、一気筒、一サイクル当たりの燃料噴射量であるので、燃料噴射量TI0はトルクと比例する。この比例関係を用いて、目標燃焼圧トルクTgTcを燃料噴射量TI0に変換する。ゲインでもよいが、多少の誤差があることを考慮してテーブル変換としてもよい。設定値は実機データから決定するのが望ましい。
【００４２】
３． 燃料噴射量補正部
図１６に示したものが、燃料噴射量補正部６３であり、ここでは、燃料噴射量TI0をシリンダ９内の空気の位相に合わせるための補正を行うものである。スロットル３からシリンダ９までの空気の伝達特性を、無駄時間＋一次遅れ系で近似している。無駄時間を表すパラメータn1、一次遅れ系の時定数相当パラメータKairの設定値は、実機データから決定するのが望ましい。また、パラメータn1とパラメータKairは、種々の運転条件によって変化させてもよい。
【００４３】
４． 目標当量比演算部
図１７に示したものが、目標等量比演算部６４であり、ここでは、燃焼状態の決定と目標当量比の演算を行う。Fpstratifyは成層燃焼許可フラグであり、Fpstratify=1のとき成層燃焼を行うべく、噴射時期、点火時期、噴射量、空気量が制御される。なお、噴射時期および点火時期の決定については、ここでは特記しない。Fpstratifyは、水温Twn、アクセル開度Apo、回転数Neの各値が条件を満たしていれば、１となり成層燃焼を許可する。
【００４４】
成層燃焼許可時は、成層燃焼用目標当量比マップMtgfba#sを目標燃焼圧トルクTgTcと回転数Neから参照される値を目標当量比TgFbyaとする。TgFbya=0のときは、均質燃焼とし、均質燃焼用目標当量比マップMtgfbaを目標燃焼圧トルクTgTcと回転数Neから参照される値を目標当量比TgFbyaとする。成層燃焼用目標当量比マップMtgfba#sおよび均質燃焼用目標当量比マップMtgfbaの設定値は、実機データから決定するのが望ましい。
【００４５】
５． 目標空気量演算部
図１８に示したものが、目標空気量演算部６５であり、ここでは、目標空気量TgTpを演算する。便宜上、目標空気量TgTpは、一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する空気量に規格化した値として演算する。図１８に示されるように、目標空気量TgTpは、燃料噴射量TIOと目標当量比TgFbyaとから、
TgTp=TI0×（１／TgFbya）
で演算される。
【００４６】
６． 実空気量演算部
図１９に示したものが、実空気量演算部６６であり、ここでは、実空気量Tpを演算する。便宜上、実空気量Tpは、図１９に示されるように、一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する空気量を規格化した値として演算する。ここに、Qaはエアフロセンサ２で検出された空気流量である。また、Kは実空気量Tpが、理論空燃比時の燃料噴射量となるよう決定する。Cylは内燃機関の気筒数である。
【００４７】
７． 目標スロットル開度演算部
図２０に示したものが、目標スロットル開度演算部６７であり、ここでは、目標空気量TgTpと実空気量Tpから目標スロットル開度TgTVOを算出するものである。目標スロットル開度演算部６７では、目標空気量TgTPと実空気量Tpから目標スロットル開度TgTVOを求めて、Ｆ／Ｂ制御はＰＩＤ制御としている。各ゲインは、目標空気量TgTpと実空気量Tpの偏差の大きさで与えるようにしているが、具体的な設定値は、実機データより求めるのが望ましい。またＤ分には高周波ノイズ除去のためのＬＰＦ（LowPassFilter）を設けている。
【００４８】
８．スロットル開度制御部
図２１に示したものが、スロットル開度制御部６８であり、ここでは、目標スロットル開度TgTVOと実スロットル開度Tvoとからスロットル駆動用操作量Tdutyを演算する。また、前述したように、スロットル駆動用操作量Tdutyは、スロットルモータ駆動用電流を制御する駆動回路へ入力されるPWM信号のデューティ比を示している。ここでは、スロットル駆動用操作量TdutyをＰＩＤ制御により求めるものとしている。なお、詳細は特記しないが、ＰＩＤ制御の各ゲインは、実機を用いて最適値にチューニングするのが望ましい。
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱することなく、設計において種々の変更ができるものである。
【００４９】
例えば、本発明の他の実施形態としては、図２に示されているように、燃料先行型の内燃機関の制御装置５０が、目標トルク演算手段６１と、目標出力演算手段６９と、前記目標トルク演算手段６１により求めた目標トルクもしくは前記目標出力演算手段６９により求めた目標出力のいずれかを用いて燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算手段６２と、該燃料噴射量演算手段６２の入力値を、目標トルクもしくは目標出力のどちらかに切り換える切換手段７１と、切り換える条件を判定する切換判定手段７０と、を備えた構成とすることもできる。該構成とすることで、内燃機関の運転条件によって、トルク制御と出力（パワー）制御とを「切り換える」ことで運転性の向上が図れると共に、アイドル時は出力制御とすることで制御の安定性を増加させることができる。
【００５０】
また、本発明の更に他の実施形態としては、図４に示されているように、燃料先行型の内燃機関の制御装置５０が、内燃機関の目標トルクを演算する目標トルク演算手段６１と、内燃機関の第一の目標出力を演算する第一目標出力演算手段６９と、前記目標トルク演算手段６１により求められた目標トルクを目標出力に変換する変換手段６１ｃと、該第一目標出力と該目標トルクを変換して得られた目標出力とに基づいて第二の目標出力を演算する第二目標出力演算手段６９ｅと、該第二目標出力演算手段６９ｅにより求められた第二目標出力から目標燃料量を演算する目標燃料量演算手段６２と、を備えた構成とすることができる。
前記構成によって、目標トルクを目標出力に変換することにより、内燃機関の制御量（空気量）を出力制御で一元的に制御でき、空気流量は出力と比例関係にあるので、制御が容易になる。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明の内燃機関の制御装置は、燃料先行型内燃機関の制御において、目標出力が実現されるよう燃料噴射量を制御するので、意図しない外乱に対してロバストなトルク制御が可能となり、アイドル時、オフアイドル時の双方において、好適な運転状態が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に記載の内燃機関の制御装置を示した図。
【図２】請求項２に記載の内燃機関の制御装置を示した図。
【図３】請求項３に記載の内燃機関の制御装置を示した図。
【図４】請求項４に記載の内燃機関の制御装置を示した図。
【図５】請求項５に記載の内燃機関の制御装置を示した図。
【図６】請求項６に記載の内燃機関の制御装置を示した図。
【図７】請求項７に記載の内燃機関の制御装置を示した図。
【図８】請求項８に記載の内燃機関の制御装置を示した図。
【図９】空気先行型内燃機関のトルクデマンド制御ブロック図。
【図１０】燃料先行型内燃機関のトルクデマンド制御ブロック図。
【図１１】本発明の一実施形態の内燃機関の制御装置を備えた内燃機関システムの全体構成図。
【図１２】図１１の内燃機関の制御装置の制御部分（コントロールユニット）の内部構成図。
【図１３】図１１の実施形態の内燃機関の制御装置の全体の制御ブロック図。
【図１４】図１３の制御ブロック図における目標トルク演算部と目標出力演算部との制御ブロック図。
【図１５】図１３の制御ブロック図における燃料噴射量演算部の制御ブロック図。
【図１６】図１３の制御ブロック図における燃料噴射量補正部の制御ブロック図。
【図１７】図１３の制御ブロック図における目標当量比演算部の制御ブロック図。
【図１８】図１３の制御ブロック図における目標空気量演算部の制御ブロック図。
【図１９】図１３の制御ブロック図における実空気量演算部の制御ブロック図。
【図２０】図１３の制御ブロック図における目標スロットル開度演算部の制御ブロック図。
【図２１】図１３の制御ブロック図におけるスロットル開度制御部の制御ブロック図。
【符号の説明】
１    エアクリーナ
２    エアフロセンサ
３    電子スロットル
４    吸気管
５    コレクタ
６    アクセル
７    筒内噴射用燃料噴射弁
８    点火プラグ
９    内燃機関
１０  排気管
１１  三元触媒
１２  A/Fセンサ
１３  アクセル開度センサ
１４  水温センサ
１５  内燃機関回転数センサ
１６  コントロールユニット
１７  スロットル開度センサ
１８  排気還流管
１９  排気還流量調節バルブ
２０  内燃機関
２７  吸気弁
２８  排気弁
２９  ピストン
５０  制御装置（コントロールユニット）
６１  目標トルク演算部（目標トルク演算手段）
６２  燃料噴射量演算部（目標燃料量演算手段）
６３  燃料噴射量補正部
６４  目標当量比演算部（目標空燃比演算手段）
６５  目標空気量演算部（目標空気量演算手段）
６６  実空気量演算部
６７  目標スロットル開度演算部
６８  スロットル開度制御部
６９  目標出力演算部（目標出力演算手段）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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