(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、吸入した実空気量を演算する実空気量演算手段と、目標スロットル開度を演算する手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記目標スロットル開度演算手段は、少なくとも前記目標空気量と前記実空気量の差分に基づくフィードバック制御により第一の目標スロットル開度を演算する第一の目標スロットル開度演算手段と、少なくとも前記目標空気量に基づくフィードフォーワード制御により第二の目標スロットル開度を演算する第二の目標スロットル開度演算手段と、前記第一の目標スロットル開度及び第二の目標スロットル開度の双方の値に基づき第三の目標スロットル開度を演算する第三の目標スロットル開度演算手段とを、有し、
前記目標スロットル開度演算手段は、運転条件に基づいて、前記第一の目標スロットル開度演算手段が前記第一の目標スロットル開度を演算することを許可する演算許可手段を備え、
該演算許可手段は、アクセル開度が所定値以上のとき、もしくは、前記第二の目標スロットル開度が所定値以上のとき、前記第一の目標スロットル開度演算手段による前記第一の目標スロットル開度の演算を禁止し、前記第三の目標スロットル開度演算手段は、前記第二の目標スロットル開度に基づき前記第三の目標スロットル開度を演算し、実空気量を目標空気量に制御可能とすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、吸入した実空気量を演算する実空気量演算手段と、目標スロットル開度を演算する手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記目標スロットル開度演算手段は、少なくとも前記目標空気量と前記実空気量の差分に基づくフィードバック制御により第一の目標スロットル開度を演算する第一の目標スロットル開度演算手段と、少なくとも前記目標空気量に基づくフィードフォーワード制御により第二の目標スロットル開度を演算する第二の目標スロットル開度演算手段と、前記第一の目標スロットル開度及び第二の目標スロットル開度の双方の値に基づき第三の目標スロットル開度を演算する第三の目標スロットル開度演算手段とを、有し、
前記目標スロットル開度演算手段は、運転条件に基づいて、前記第一の目標スロットル開度演算手段が前記第一の目標スロットル開度を演算することを許可する演算許可手段を備え、
該演算許可手段は、目標空気量と実空気量の差違が所定値以下のとき、前記第一の目標スロットル開度演算手段による前記第一の目標スロットル開度の演算を禁止し、前記第三の目標スロットル開度演算手段は、前記第二の目標スロットル開度に基づき前記第三の目標スロットル開度を演算し、実空気量を目標空気量に制御可能とすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、吸入した実空気量を演算する実空気量演算手段と、目標スロットル開度を演算する手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記目標スロットル開度演算手段は、少なくとも前記目標空気量と前記実空気量の差分に基づくフィードバック制御により第一の目標スロットル開度を演算する第一の目標スロットル開度演算手段と、少なくとも前記目標空気量に基づくフィードフォーワード制御により第二の目標スロットル開度を演算する第二の目標スロットル開度演算手段と、前記第一の目標スロットル開度及び第二の目標スロットル開度の双方の値に基づき第三の目標スロットル開度を演算する第三の目標スロットル開度演算手段とを、有し、
前記目標スロットル開度演算手段は、運転条件に基づいて、前記第二の目標スロットル開度演算手段が前記第二の目標スロットル開度を演算することを許可する演算許可手段を備え、
該演算許可手段は、目標排気還流量が所定値以上のときは、前記第二の目標スロットル開度演算手段による前記第二の目標スロットル開度の演算を禁止し、前記第三の目標スロットル開度演算手段は、前記第一の目標スロットル開度に基づき前記第三の目標スロットル開度を演算し、実空気量を目標空気量に制御可能とすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記目標スロットル開度演算手段は、前記第二の目標スロットル開度と実空気量との関係が著しく変化した場合においても、実空気量に基づいて演算される前記第一の目標スロットル開度から前記第三の目標スロットル開度を演算することで、実空気量を目標空気量に制御可能とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、吸入した実空気量を演算する実空気量演算手段と、目標スロットル開度を演算する手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記目標スロットル開度演算手段は、少なくとも前記目標空気量と前記実空気量の差分に基づくフィードバック制御により第一の目標スロットル開度を演算する第一の目標スロットル開度演算手段と、少なくとも前記目標空気量に基づくフィードフォーワード制御により第二の目標スロットル開度を演算する第二の目標スロットル開度演算手段と、前記第一の目標スロットル開度及び第二の目標スロットル開度の双方の値に基づき第三の目標スロットル開度を演算する第三の目標スロットル開度演算手段とを、有し、
前記目標スロットル開度演算手段は、前記目標空気量を補正する目標空気量補正手段を備え、前記第一の目標スロットル開度演算手段は、前記目標空気量補正手段で算出された目標空気量と実空気量との差違に基づいて、前記第一の目標スロットル開度を演算することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記目標空気量補正手段は、前記第二の目標スロットル開度から実空気量までの応答特性を表したことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記第二の目標スロットル開度演算手段は、内燃機関の回転数と目標空気量に基づいて第二の目標スロットル開度を演算することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、吸入した実空気量を演算する実空気量演算手段と、目標スロットル開度を演算する手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記目標スロットル開度演算手段は、少なくとも前記目標空気量と前記実空気量の差分に基づくフィードバック制御により第一の目標スロットル開度を演算する第一の目標スロットル開度演算手段と、少なくとも前記目標空気量に基づくフィードフォーワード制御により第二の目標スロットル開度を演算する第二の目標スロットル開度演算手段と、前記第一の目標スロットル開度及び第二の目標スロットル開度の双方の値に基づき第三の目標スロットル開度を演算する第三の目標スロットル開度演算手段とを、有し、
目標排気還流量を演算する手段を備え、前記第二の目標スロットル開度演算手段は、内燃機関の回転数と目標空気量と目標排気還流量とに基づいて第二の目標スロットル開度を演算することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記目標空気量演算手段は、目標空燃比と目標燃料噴射量とに基づいて、前記目標空気量を演算することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、吸入した実空気量を演算する実空気量演算手段と、目標スロットル開度を演算する手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記目標スロットル開度演算手段は、少なくとも前記目標空気量と前記実空気量の差分に基づくフィードバック制御により第一の目標スロットル開度を演算する第一の目標スロットル開度演算手段と、少なくとも前記目標空気量に基づくフィードフォーワード制御により第二の目標スロットル開度を演算する第二の目標スロットル開度演算手段と、前記第一の目標スロットル開度及び第二の目標スロットル開度の双方の値に基づき第三の目標スロットル開度を演算する第三の目標スロットル開度演算手段とを、有し、
内燃機関の排気成分を直接的もしくは間接的に検出する手段を備え、前記検出手段により検出された排気成分に基づいて、前記目標空気量の補正量を演算する補正量演算手段を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記第二の目標スロットル開度演算手段は、シリンダ内目標空気量からスロットル弁までの応答性の逆モデルに基づいて、第二の目標スロットル開度を演算することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
実空気量は、シリンダ内空気量を直接的もしくは間接的に検出した値とすることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか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
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、電子制御弁で空気流量を制御して空気流量を精度よく調整する内燃機関の制御装置に関する。
背景技術
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の開発が要求されている。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、該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、ポンプ損失の低減を図られている。
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、空気流量とトルクと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ているのが一般的である。
また、前記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。
空気先行型は、図２７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。
それに対して、燃料先行型は、図２８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、目標空気演算部で燃料噴射量と目標空燃比と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。
前記燃料先行型では、燃料噴射量を決めた後、電子スロットルで空気量の制御を行うが、該電子スロットルからシリンダまでには伝達特性が存在する。すなわち、電子スロットル近傍で制御された空気量が、シリンダ内までに到達するには、図２９に示すように、一般的に数１０〜数１００ｍｓの時間を要するため過渡現象が生じる。これに対して、筒内噴射内燃機関の場合は、燃料を直接シリンダ内に噴射するため、燃料噴射側の伝達特性は、間欠燃焼による無駄時間だけであり、空気側の伝達特性に比べると小さい。
一方、排気浄化システムとしては、内燃機関の排気管に三元触媒もしくは三元性能を具備する触媒を取り付けるのが普通である。三元触媒は、図３０に示すように、理論空燃比近傍においてのみ、還元剤である炭化水素ＨＣ、一酸化酸素ＣＯ、酸化剤である酸化窒素ＮＯｘを効率よく浄化するので、排気低減の観点からは、内燃機関の空燃比を理論空燃比に制御することが望ましい。
また、リーン空燃比においては、図３１に示すように、空燃比と内燃機関の燃焼安定性には相関関係があるので、内燃機関の燃焼を安定にするためには、空燃比を制御する必要がある。したがって、理論空燃比においては、排気低減の観点から、リーン空燃比においては、内燃機関の燃焼安定性の観点から、シリンダ内の空気流量の過渡現象を考慮して、燃料噴射量を制御する必要がある。
更に、内燃機関のトルクは、燃料噴射量によって、ほぼ支配的に決まるので、トルクの応答性は、空気流量の過渡特性によって決まることになる。以上に記載したことから、燃料先行型の内燃機関においては、空気量制御の応答性および収束性の性能向上、更に、量産品を考慮した場合のばらつき、経時変化に対するロバスト性向上が、特に重要な課題となっている。
ところで、内燃機関の空燃比を制御する技術としては、特開２０００−９７０８６号公報所載の技術がある。該技術は、目標空気量が変化した場合、それを実現するスロットル開度に対して、いったんスロットル開度をオーバシュートさせることで、遅れ補償を行い、シリンダ内の空気量の応答性の向上を図るものである。しかし、かかる制御手法では、実空気量と目標空気量との偏差に基づいて、目標スロットル開度を演算するので、空気流量センサ異常時には、空気量制御が行えなくなると云う不具合がある。
また、特開平６−１４６９５０号公報所載の技術は、目標空燃比が変化したときは、予め決められた量だけスロットル開度を変化させることで、実空気量のＦ／Ｂ系の応答性の悪化分を除外し、もって応答性向上を図ったものである。しかし、かかる制御手法は、実空気量を検出していないため、例えば、高地における空気密度変化には対応できないし、スロットル制御系のセンサ、アクチュエータの特性のばらつき等、種々の環境の変化に対する空気量制御の精度のロバスト性が低いとの課題を有している。
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式の内燃機関の空気量制御のおける、応答性と収束性を向上させ、ロバスト性を高めた、高性能な空気量の制御を行うことのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
発明の開示
前記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、基本的には、運転条件から目標スロットル開度を演算する手段を備え、該目標スロットル開度演算手段は、吸入空気量を含む運転条件に基づくフィードバック制御により目標スロットル開度を求める第一の演算手段と、運転条件に基づくフィードフォーワード制御により目標スロットル開度を求める第二の演算手段と、前記第一の演算手段及び第二の演算手段により求めた目標スロットル開度の双方の値に基づき目標スロットル開度を求める第三の演算手段とを、有することを特徴としている。
また、本発明の内燃機関の制御装置の他の態様は、運転条件に基づいて、目標空気量を演算する目標空気量演算手段と、前記目標空気量と実空気量の差異に基づいてフィードバック制御により目標スロットル開度を求める第一の演算手段と、前記目標空気量に基づいてフィードフォーワード制御により目標スロットル開度を求める第二の演算手段と、前記第一の演算手段及び第二の演算手段により求めた目標スロットル開度の双方の値に基づき目標スロットル開度を求める第三の演算手段とを、有することを特徴としている。
更に、本発明の内燃機関の制御装置の他の態様は、運転条件から目標スロットル開度を演算する制御装置であって、該制御装置は、吸入空気量を含む運転条件に基づくフィードバック制御により目標スロットル開度を求める第一の演算手段と、運転条件に基づくフィードフォーワード制御により目標スロットル開度を求める第二の演算手段と、前記第一の演算手段及び第二の演算手段により求めた目標スロットル開度の双方の値に基づき目標スロットル開度を求める第三の演算手段と、第三の演算手段から算出した目標スロットル開度に基づいてスロットル弁を駆動するスロットル開度制御手段とを、有することを特徴としている。
前記構成のように、本発明の内燃機関の制御装置は、実空気量と目標空気量等の運転条件に基づいてフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）でスロットル開度を演算する第一スロットル開度演算手段と、前記目標空気量等の運転条件でフィードフォーワード制御（Ｆ／Ｆ制御）でスロットル開度を演算する第二スロットル開度演算手段を併せ持っているので、種々の環境変化、各種センサ、アクチュエータ等のばらつきに影響されることなく、空気量の算出の応答性、収束性を向上させることができ、排気低減およびトルク応答性の向上も実現できる。
換言すれば、本発明の内燃機関の制御装置は、特に、燃料先行型内燃機関に好適なものであって、目標空気量から目標スロットル開度を演算する第二スロットル開度演算手段と、目標空気量と実空気量との偏差から目標スロットル開度を演算する第一スロットル開度演算手段の双方を併せ持つ構成であることに基本的な特徴を有するものである。
即ち、本発明の内燃機関の制御装置は、一般のＦ／Ｂ制御が、制御量の結果に基づいて操作量を演算するので、原理的にＦ／Ｆ制御より応答性が劣るとされており、また、Ｆ／Ｆ制御は、応答性では優れているものの、外乱に対するロバスト性は低いとされていることの両方の弱点を解消するものであって、応答性の良いＦ／Ｆ制御の外乱ロバスト性の高いＦ／Ｂ制御とを併せ持つ目標スロットル開度演算部が提供されるものである。従って、本発明の内燃機関の制御装置は、特に、燃料先行型内燃機関の空気量制御において、応答性と外乱ロバスト性の両方が改善されるものである。
また、他の目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、前記スロットル開度制御手段は、前記第三の演算手段から算出した目標スロットル開度を直接的又は間接的に検出した実スロットル開度値との差違に基づいて、該差違が小さくなるようにスロットル弁を制御する手段を備えていることを特徴としている。
前記構成のように、本発明の内燃機関の制御装置は、一方では、第三目標スロットル開度演算手段から算出された目標スロットル開度と実スロットル開度との差に基づいてスロットルの操作量を演算するＦ／Ｂ制御であるので、目標スロットル開度と実スロットル開度とからスロットル駆動用操作量を演算でき、該スロットル駆動用操作量が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デューティ比を示すことになり、スロットル駆動用操作量をＰＩＤ制御により精度良く算出することができる。
本発明の内燃機関の制御装置は、他方では、第三目標スロットル開度演算手段から算出される目標スロットル開度のみに基づいてスロットルの操作量を演算するＦ／Ｆ制御であるので、応答性良く演算制御できるものである。Ｆ／Ｆ制御の部分は、ゲインのみでもよく、この場合には、目標スロットル開度を演算せず、目標空気量からスロットル開度制御用の操作量を直接演算することもできる。
更に、他の目的を達成するために、本発明の制御装置は、前記目標スロットル開度演算手段は、運転条件に基づいて、前記第一の目標スロットル開度演算手段によって目標スロットル開度を演算することを許可する演算許可手段を備えると共に、前記演算許可手段は、実空気量を直接もしくは間接的に検出する手段が異常と判定された場合に、前記第一の目標スロットル開度演算手段による目標スロットル開度の演算を禁止し、前記第三の目標スロットル開度演算手段は、第二の目標スロットル開度に基づき目標スロットル開度を算出し、実空気量を目標空気量に制御可能とすることを特徴としている。
前記構成のように、本発明の内燃機関の制御装置は、前記第一目標スロットル開度演算手段によって目標スロットル開度を演算することを許可する演算許可手段を備えているので、内燃機関のアクセルのアクセル開度の正常時、エアフロセンサの正常時、スロットル正常時、及び、始動後時間が所定値にある等の場合に、前記第一目標スロットル開度演算手段の目標スロットル開度の演算を許可することができ、内燃機関の環境変化に対応できる目標スロットル開度を演算することができる。
また、空気流量を直接的もしくは間接的に検出する手段が異常と判定された場合においても、前記第一目標スロットル開度演算手段による第一目標スロットル開度の演算を禁止し、第二目標スロットル開度演算手段による第二目標スロットル開度を第三目標スロットル開度として算出し、該第三目標スロットル開度に基づいて実空気量を制御することができる。即ち、エアフロセンサ等の空気流量を検出する手段が故障の場合においては、Ｆ／Ｂ制御で演算される目標スロットル開度の演算を禁止し、Ｆ／Ｆ制御で演算される目標スロットル開度を目標開度とすることで、実空気量の制御が可能であるので、エアフロセンサ等が故障の場合にも、好適に空気量の制御が可能である。
更にまた、他の目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、前記演算許可手段は、アクセル開度が所定値以上のとき、もしくは、前記第二の目標スロットル開度が所定値以上のとき、前記第一の目標スロットル開度演算手段による目標スロットル開度の演算を禁止し、前記第三の目標スロットル開度演算手段は、第二の目標スロットル開度に基づき目標スロットル開度を算出し、実空気量を目標空気量に制御可能とすることを特徴とすると共に、前記演算許可手段は、目標空気量と実空気量の差違が所定値以下のとき、前記第一の目標スロットル開度演算手段による目標スロットル開度の算出を禁止し、前記第三の目標スロットル開度演算手段は、第二の目標スロットル開度に基づき目標スロットル開度を算出し、実空気量を目標空気量に制御可能とすることを特徴としている。
更にまた、他の目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、前記目標スロットル開度演算手段は、運転条件に基づいて、前記第二の目標スロットル開度演算手段によって目標スロットル開度を演算することを許可する演算許可手段を備えていることを特徴とし、前記演算許可手段は、目標排気還流量が所定値以上のときは、前記第二の目標スロットル開度演算手段による目標スロットル開度の演算を禁止し、前記第三の目標スロットル開度演算手段は、第一の目標開度に基づき目標スロットル開度を算出し、実空気量を目標空気量に制御可能とすることを特徴としている。
前記構成のように、本発明の内燃機関の制御装置は、前記第二目標スロットル開度演算手段によってスロットル開度を演算することを許可する第二演算許可手段を備えているので、例えば、目標ＥＧＲ率が所定値にある時あるいはエアフロセンサ正常時の時等に、前記第二目標スロットル開度演算手段の目標スロットル開度の演算を許可することができ、内燃機関の環境変化に対応できる目標スロットル開度を演算することができる。
更にまた、他の目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、前記目標スロットル開度演算手段は、前記第二の目標スロットル開度と実空気量との関係が著しく変化した場合においても、実空気量に基づいて演算される前記第一の目標スロットル開度から前記第三の目標スロットル開度を算出することで、実空気量を目標空気量に制御可能とすることを特徴としている。
前記構成のように、本発明の内燃機関の制御装置は、空気密度が変化した場合もしくは吸気管内に異物が混入した等の環境変化を原因として、Ｆ／Ｆ制御で演算される目標スロットル開度と実空気量の関係が著しく変化した場合にも、Ｆ／Ｂ制御で、実空気量が目標空気量となるように演算制御され、目標スロットル開度が算出されるので、前記環境変化に対しても精度の良い空気量の制御が可能になる。
更にまた、他の目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、前記目標スロットル開度演算手段は、前記目標空気量を補正する目標空気量補正手段を備え、前記第一目標スロットル開度演算手段は、前記目標空気量補正手段で算出された目標空気量と実空気量との差違に基づいて、第一の目標スロットル開度を演算することを特徴とすると共に、前記目標空気量補正手段は、前記第二の目標スロットル開度から実空気量までの応答特性を表したことを特徴としている。
前記構成のように、本発明の内燃機関の制御装置は、目標空気量を補正する目標空気量補正手段を備えているので、目標空気量の算出に当たって、吸入空気がスロット弁からシリンダに流れるまでの時間遅れ、即ち、伝達特性を改善して精度良い目標空気量を演算することができる。
更にまた、他の目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、前記第二の目標スロットル開度演算手段は、内燃機関の回転数と目標空気量に基づいて第二の目標スロットル開度を演算することを特徴としている。
前記構成によって、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の回転数と目標空気量とのマップ等から第二目標スロットル開度をＦ／Ｆ制御で演算することができる。
更にまた、他の目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、目標排気還流量を演算する手段を備え、前記第二の目標スロットル開度演算手段は、内燃機関の回転数と目標空気量と目標排気還流量とに基づいて第二の目標スロットル開度を演算することを特徴としている。
更にまた、他の目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、前記目標空気量演算手段は、目標空燃比と目標燃料噴射量とに基づいて、前記目標空気量を演算することを特徴としている。
前記構成のように、本発明の内燃機関の制御装置は、ＥＧＲガスが環流する場合に、排気環流量の基づいて第二目標スロットル開度を補正することができる。即ち、目標燃焼圧トルクと内燃機関の回転数のマップ等から目標ＥＧＲ率を求め、該目標ＥＧＲ率と目標空気量とのマップ等からスロットル開度補正率を求めて第二目標スロットル開度を補正することができる。
更にまた、他の目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気成分を直接的もしくは間接的に検出する手段を備え、前記検出手段により検出された排気成分に基づいて、前記目標空気量の補正量を演算する補正量演算手段を有することを特徴としている。
前記構成のように、本発明の内燃機関の制御装置は、Ａ／Ｆセンサ等の排気成分検出手段からの信号に基づいて目標空気量の補正量を演算（空燃比Ｆ／Ｂ制御）した補正量（操作量）で、目標空気量を補正するので、より精度の高い目標空気量を算出し、目標スロットル開度を演算することができる。
更にまた、他の目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、前記第二の目標スロットル開度演算手段は、シリンダ内目標空気量からスロットル弁までの応答性の逆モデルに基づいて、第二の目標スロットル開度を演算することを特徴としている。
更にまた、他の目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、実空気量は、シリンダ内空気量を直接的もしくは間接的に検出した値とすることを特徴としている。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面に基づき本発明の内燃機関の制御装置のいくつかの実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の内燃機関の制御装置が適用される各実施形態に共通する内燃機関の全体システムを示している。
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、各気筒のシリンダー９内に流入し、流入空気量は、電子スロットル弁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が取り付けらる一方、吸気弁２７と排気弁２８が配置されている。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の間にはＡ／Ｆセンサ１２が取り付けられている。
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ＥＧＲ通路にはＥＧＲバルブ１９が配置されている。
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度毎に信号が出力され、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の冷却水温度が検出される。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。
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（制御装置）５０に送られ、該各センサの出力から内燃機関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。
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、演算された点火時期で点火されるようにコントロールユニット５０からの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弁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、
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燃焼し、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、該三元触媒１１内で浄化され、再び外部へと排出される。
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、Ａ／Ｆセンサ１２は、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との関係は、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。
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のシリンダー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を逐次補正するフィードバックＦ／Ｂ制御を行うように構成されている。
図２は、図１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、スロットル弁開度センサ１７、エアフロセンサ２、内燃機関回転数センサ１５、水温センサ１４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。
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電時はＯＮとなり、非通電時は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。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て燃料噴射弁７に送られる。
電子スロットル弁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。
以上、本発明の内燃機関の制御装置の各実施形態に共通する構成について説明したが、以下に、各実施形態について各別に説明する。
〔第一実施形態〕
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。
図３は、図２のＥＰＵ５０の制御全体を示した第一実施形態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である。
本制御は、目標トルク演算部６１、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。
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から目標トルクＴｇＴｃを演算し、燃料噴射量演算部６２では、該目標トルクＴｇＴｃからその目標トルクＴｇＴｃを実現する燃料噴射量ＴＩＯを演算する。燃料噴射量補正部６３では、前記燃料噴射量ＴＩＯがシリンダー９内の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。
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ＴＩＯ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を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。
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と電子スロットル弁３の実開と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５８へ入力されるＰＷＭ信号のデューティ比を示している。
次に、第一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４〜図１２に基づいて詳細に説明する。
１．  目標トルク演算部
図４に示したものが、目標トルク演算部６１であり、ＴｇＴｃは目標燃焼圧相当トルクを示し、ＴｇＴａはアクセル要求分トルク、ＴｇＴｌはアイドル回転数維持分相当空気流量である。
ここに、オフアイドル時は、トルク制御、アイドル時は、出力制御であるので、アイドル制御手段６１ａの操作量は、出力と比例関係にあるストイキ時の空気流量とする。出力からトルクへ次元変換を行うためのゲインを設けてある。また、エアコン（ＡＣ）のＯＮ時は、相当負荷を補正する。また電機負荷がある時は相当負荷を補正する。また、アイドル回転数維持分相当空気流量ＴｇＴｌは、シリンダ９内にオイルが逆流しない程度の空気量を確保するためのＢＣＶ分として下限値を設ける。
アイドルＦ／Ｂ制御手段６１ａ２は、Ｆ／Ｆ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Ｆ／Ｂ制御手段６１ａ２の制御量は、回転数Ｎｅとし、操作量は空気量とする。アイドルＦ／Ｂ制御手段６１ａ２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。
アイドル判定部６１ｂは、アクセル開度Ａｐｏが所定値より小さい場合にアイドルとする。ＴｂｌＴｇＴａ、ＴｂｌＴｇＴｆの設定値は、実機のデータから決定するのが望ましい。
２．  燃料噴射量演算部
図５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ＴＩＯ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ＴＩＯ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ＴＩＯ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。
３．  燃料噴射量補正部
図６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ＴＩＯ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。スロットル弁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、前記パラメータ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。
４．  目標当量比演算部
図７に示したものが、目標当量比演算部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。成層燃焼許可フラグ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。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。
５．  目標空気量演算部
図８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を規格化した値として演算する。図８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＝ＴＩＯ×（１／ＴｇＦｂｙａ）
で演算される。
６．  実空気量演算部
図９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９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で検出された流入空気流量である。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２０の気筒数である。
７．  目標スロットル開度演算部
図１０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と回転数Ｎｅとから目標スロットル開度ＴｇＴＶＯを求めるものである。本制御ブロックでは、目標空気量ＴｇＴｐと回転数ＮｅからＦ／Ｆ制御で目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＦを求める部分６７ｂ（第二目標スロットル開度演算手段）と、目標空気量ＴｇＴＰと実空気量ＴｐからＦ／Ｂ制御で目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＢを求めるＦ／Ｂ制御部分６７ａ（第一目標スロットル開度演算手段）とに分けられる。Ｆ／Ｆ制御部分６７ｂは、図１０に示されるように、マップ参照にて目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＦを求めるものとする。マップの設定値は、実機のデータにより決定するのが望ましい。
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ＴｐＴｇ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。
Ｆ／Ｆ制御の第二部分６７ｂで演算された目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＦとＦ／Ｂ制御の第一部分６７ａで演算された目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＢとが第三制御部分６７ｃ（第三スロットル開度演算手段）に出力され、該第三制御部分６７ｃで前記目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＦと前記目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＢとの和を演算し、該和を最終的な目標スロットル開度ＴｇＴＶＯとしている。
８．  スロットル開度制御部
図１１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。なお、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５８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。
〔第二実施形態〕
本発明の内燃機関の制御装置の第二実施形態の制御ブロックを、詳細に説明する。図１２は、図２のＥＰＵ５０の制御全体を示した第二実施形態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である。
第二実施形態の制御ブロックの１．目標トルク演算部６１、２．燃料噴射量演算部６２、３．燃料噴射量補正部６３、４．目標当量比演算部６４、５．目標空気量演算部６５、６．実空気量演算部６６、及び、７．目標スロットル開度演算部６７は、第一実施形態と同じであるので、その説明を省略する。
８．  スロットル開度制御部
図１３に示したものが、スロットル開度制御部６８であり、該図１３に示されるように、スロットル駆動用操作量Ｔｄｕｔｙは、目標スロットル開度ＴｇＴＶＯのみからＦ／Ｆ制御で求める。
また、Ｆ／Ｆ制御の部分は、ゲインのみでもよく、この場合には、目標スロットル開度を演算せず、目標空気量ＴｇＴｐからスロットル開度制御用の操作量（Ｔｄｕｔｙ）を直接演算することになることを付言しておく。
〔第三実施形態〕
本発明の内燃機関の制御装置の第三実施形態の制御ブロックを、詳細に説明する。該第三実施形態の制御ブロックは、図３の第一実施形態の制御ブロックの目標スロットル開度演算部６７において、Ｆ／Ｂ制御に用いる目標空気量ＴｇＴｐを、Ｆ／Ｆ制御の目標値に対してフィルタ処理を施したものを用いる。フィルタの特性の詳細は、後述するが目標空気量演算部６５におけるＦ／Ｆ制御で演算された目標スロットル開度からシリンダ内実空気量までの応答特性とし、Ｆ／Ｂ制御で定常偏差を補正することを図る。
第三実施形態の制御ブロックの１．目標トルク演算部６１、２．燃料噴射量演算部６２、３．燃料噴射量補正部６３、４．目標当量比演算部６４、５．目標空気量演算部６５、６．実空気量演算部６６、及び、８．スロットル開度制御部
は、第一実施形態と同じであるので、その説明を省略する。
７．  目標スロットル開度演算部
図１４に示されるように、Ｆ／Ｂ制御用の目標空気量ＴｇＴｐは、フィルタ６７ｄで該目標空気量ＴｇＴｐにフィルタ処理を施した値としている。フィルタ６７ｃの仕様は、図１５に示されるように、スロットル弁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ｎ２、一次遅れ系の時定数相当パラメータＫａｉｒ２の設定値は、実機データから決定するのが望ましい。また両パラメータｎ２、Ｋａｉｒ２は、種々の運転条件によって変化させてもよい。
〔第四実施形態〕
本発明の内燃機関の制御装置の第四実施形態の制御ブロックを、詳細に説明する。該第四実施形態の制御ブロックは、図３の第一実施形態の制御ブロックに対して、目標スロットル開度演算部６７におけるＦ／Ｂ制御による目標スロットル開度ＴｇＴＶＯの演算を運転条件によって許可する部分を追加したものである。
第四実施形態の制御ブロックの１．目標トルク演算部６１、２．燃料噴射量演算部６２、３．燃料噴射量補正部６３、４．目標当量比演算部６４、５．目標空気量演算部６５、６．実空気量演算部６６、及び、８．スロットル開度制御部
は、第一実施形態と同じであるので、その説明を省略する。
７．  目標スロットル開度演算部
図１６に示されるように、Ｆ／Ｂ制御許可判定部６７ｅでのＦ／Ｂ制御演算許可フラグＦＰＦＢがＦＰＦＢ＝１のときは、切り替え部部６７ｆでの切り替えで、目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＢは、Ｆ／Ｂ制御により求められる。Ｆ／Ｂ制御演算許可フラグＦＰＦＢがＦＰＦＢ＝０のときは、Ｆ／Ｂ制御による演算は行わず、目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＢはＴｇＴＶＯＦＢ＝０とする。Ｆ／Ｂ制御演算許可フラグＦＰＦＢの成立条件は、図１７に示されるように、アクセル開度Ａｐｏ、内燃機関始動後時間Ｔａｆｓｔが所定値にあること、また、エアフロセンサ正常時、スロットル正常時とする。なお、エアフロセンサ２およびスロットル弁３の診断方法については、ここでは、特記しないが種々の実用的な方法があることを付言しておく。
〔第五実施形態〕
本発明の内燃機関の制御装置の第五実施形態の制御ブロックを、詳細に説明する。該第五実施形態の制御ブロックは、図３の第一実施形態の制御ブロックに対して、目標スロットル開度演算部６７におけるＦ／Ｆ制御による目標スロットル開度ＴｇＴＰＶＯＦＦの演算を、運転条件によって許可する部分を追加したものである。
第五実施形態の制御ブロックの１．目標トルク演算部６１、２．燃料噴射量演算部６２、３．燃料噴射量補正部６３、４．目標当量比演算部６４、５．目標空気量演算部６５、６．実空気量演算部６６、及び、８．スロットル開度制御部
は、第一実施形態と同じであるので、その説明を省略する。
７．  目標スロットル開度演算部
図１８に示されるように、Ｆ／Ｆ制御許可判定部６７ｇでのＦ／Ｆ制御演算許可フラグＦＰＦＦ＝１のときは、目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＦは、Ｆ／Ｆ制御により求められる。Ｆ／Ｆ制御演算許可フラグＦＰＦＦがＦＰＦＦ＝０のときは、Ｆ／Ｆ制御による演算は行わず、目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＦをＴｇＴＶＯＦＦ＝０とする。Ｆ／Ｆ制御演算許可フラグＦＰＦＦの成立条件は、図１９に示されるように、目標ＥＧＲ率ＴｇＥｇｒが所定値にあること、またエアフロセンサ正常時とする。なお、エアフロセンサの診断方法についてはここでは特記しない。
〔第六実施形態〕
本発明の内燃機関の制御装置の第六実施形態の制御ブロックを、詳細に説明する。該第六実施形態の制御ブロックは、図３の第一実施形態の制御ブロックに対して、目標スロットル開度演算部６７におけるＦ／Ｆ制御による目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＦを排気還流量を考慮して演算する仕様とするものである。
第六実施形態の制御ブロックの１．目標トルク演算部６１、２．燃料噴射量演算部６２、３．燃料噴射量補正部６３、４．目標当量比演算部６４、５．目標空気量演算部６５、６．実空気量演算部６６、及び、８．スロットル開度制御部
は、第一実施形態と同じであるので、その説明を省略する。
７．  目標スロットル開度演算部
図２０に示されるように、Ｆ／Ｆ制御から求められる目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＦは、
ＴｇＴＶＯＦＦ＝ＴｇＴＶＯＦＦ０×ＥｇｒＨｏｓ
により求められる。ここに、ＥｇｒＨＯＳはＥＧＲが入ったときのスロットル開度の補正率を示し、目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＦ０は、第一実施形態と同様にして求められる。図２０に示されるように、目標燃焼圧トルクＴｇＴｃおよび回転数Ｎｅからマップを参照して、目標ＥＧＲ率ＴｇＥｇｒを求める。目標ＥＧＲ率ＴｇＥｇｒと目標空気量ＴｇＴＰとから、さらにマップ参照してスロットル開度補正率ＥｇｒＨｏｓを求める。各マップの設定値は、実機データにより求めるのが望ましい。
〔第七実施形態〕
本発明の内燃機関の制御装置の第七実施形態の制御ブロックを、詳細に説明する。該第七実施形態の制御ブロックは、図３の第一実施形態の制御ブロックに対して、目標スロットル開度演算部６７におけるＦ／Ｆ制御による目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＦを、シリンダ９内の空気量からスロットル３までの応答特性のインバースモデルに基づいて演算する仕様とするものである。また、Ｆ／Ｂ制御に用いる実空気量Ｔｐは、シリンダ９内の空気量とするものである。
第七実施形態の制御ブロックの１．目標トルク演算部６１、２．燃料噴射量演算部６２、３．燃料噴射量補正部６３、４．目標当量比演算部６４、５．目標空気量演算部６５、及び、８．スロットル開度制御部は、第一実施形態と同じであるので、その説明を省略する。
６．  実空気量演算部
図２１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Ｔｐ１に対して、スロットルからシリンダまでの空気の伝達特性を施している。伝達特性は、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ｎ３、一次遅れ系の時定数相当パラメータＫａｉｒ３の設定値は、実機データから決定するのが望ましい。また両パラメータｎ３、Ｋａｉｒ３は、種々の運転条件によって変化させてもよい。
７．  目標スロットル開度演算部
図２２に示されるように、インバースフィルタ（インバースモデル）６７ｋを用いて、Ｆ／Ｆ制御分目標スロットル開度ＴｇＴＶＯＦＦを求める構成となっている。インバースフィルタ６７ｋの詳細仕様は、図２３に示される。ここに、ａ１、ｂ０、ｂ１の設定値は、実機データにより決定するのが望ましい。また図２３に示されるように、運転条件によって変化させることも考えられる。
〔第八実施形態〕
本発明の内燃機関の制御装置の第八実施形態の制御ブロックを、詳細に説明する。図２４は、図２のＥＰＵ５０の制御全体を表した第八実施形態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である。
該第八実施形態の制御ブロックは、図３の第一実施形態の制御ブロックに対して、空燃比Ｆ／Ｂ制御部６９が追加されており、空燃比Ｆ／Ｂ制御部６９による操作量Ａｌｐｈａは、目標空気量演算部６５で演算される目標空気量ＴｇＴＰを補正するものであり、排気マニホールド１０に取り付けられたＡ／Ｆセンサ１２の出力値に基づいて、目標空気量ＴｇＴＰを補正する仕様を追加するものである。
第八実施形態の制御ブロックの１．目標トルク演算部６１、２．燃料噴射量演算部６２、３．燃料噴射量補正部６３、４．目標当量比演算部６４、７．実空気量演算部６６、８．目標スロットル開度演算部６７、及び、９．スロットル開度制御部６８は、第一実施形態と同じであるので、その説明を省略する。
５．  空燃比Ｆ／Ｂ制御部
ここでは、Ａ／Ｆセンサ１２で検出される当量比Ｒｆｂｙａに基づいて、任意の運転条件において内燃機関の当量比が目標当量比ＴｇＦｂｙａとなるようＦ／Ｂ制御する。具体的には図２５に示されるように、目標当量比ＴｇＦｂｙａとＡ／Ｆセンサ検出当量比Ｒｆｂｙａとの偏差から、空燃比補正項ＡｌｐｈａをＰＩ制御により演算する。
６．  目標空気量演算部
図２６に示されるように、目標空気量ＴｇＴｐは、目標当量比ＴｇＦｂｙａとＡ／Ｆセンサ検出当量比Ｒｆｂｙａとから、次の式で演算される。
ＴｇＴｐ＝ＴＩＯ×（１／（ＴｇＦｂｙａ×Ａｌｐｈａ））
以上、本発明の第一〜第八の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。
例えば、目標スロットル開度演算部では、第二スロットル開度演算手段で演算された目標スロットル開度と、第一スロットル開度演算手段で演算された目標スロットル開度とが第三スロットル開度演算手段に出力され、該第三スロットル開度演算手段で前記第一と第二との前記各目標スロットル開度の和を演算し、該和を最終的な目標スロットル開度としているが、前記第三スロットル開度演算手段での演算は、和のみでなく、積、あるいは、他の制御要素を考慮して最終的な目標スロットル開度を算出することができるものである。
尚、本実施例は、空気量を計測する手段として質量流量を計測するエアフロセンサを用いているが、吸気管内圧力を計測する圧力センサを用いても実施可能であることを付言しておく。
産業上の利用可能性
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において、空気流量センサ検出値に基づいてスロットル開度を演算する第一スロットル開度演算手段と、空気流量センサ検出値を用いずにスロットル開度を演算する第二スロットル開度演算手段を併せ持っているので、種々の環境変化、センサ、アクチュエータのばらつきに影響されることなく、空気量の応答性、収束性が向上し、排気低減およびトルク応答性向上が実現できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明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である。
図２は、図１の内燃機関の制御装置の内部構成図である。
図３は、本発明の第一実施形態の内燃機関の制御装置の制御ブロック図である。
図４は、図３の制御ブロック図における目標トルク演算部のブロック図である。
図５は、図３の制御ブロック図における燃料噴射量演算部のブロック図である。
図６は、図３の制御ブロック図における燃料噴射量補正部のブロック図である。
図７は、図３の制御ブロック図における目標当量比演算部のブロック図である。
図８は、図３の制御ブロック図における目標空気量演算部のブロック図である。
図９は、図３の制御ブロック図における実空気量演算部のブロック図である。
図１０は、図３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ブロック図である。
図１１は、図１０の目標スロットル開度演算部におけるスロットル開度制御部のブロック図である。
図１２は、本発明の第二実施形態の内燃機関の制御装置の制御ブロック図である。
図１３は、図１２の制御ブロック図におけるスロットル開度演算部の制御ブロック図である。
図１４は、本発明の第三実施形態の内燃機関の制御装置の目標スロットル開度演算部の制御ブロック図である。
図１５は、図１４の目標スロットル開度演算部のＦ／Ｂ制御用目標値フィルタの制御ブロック図である。
図１６は、本発明の第四実施形態の内燃機関の制御装置の目標スロットル開度演算部の制御ブロック図である。
図１７は、図１６の目標スロットル開度演算部のＦ／Ｂ制御許可判定部のブロック図である。
図１８は、本発明の第五実施形態の内燃機関の制御装置の目標スロットル開度演算部の制御ブロック図である。
図１９は、図１８の目標スロットル開度演算部のＦ／Ｆ制御許可判定部の制御ブロック図である。
図２０は、本発明の第六実施形態の内燃機関の制御装置の目標スロットル開度演算部の制御ブロック図である。
図２１は、本発明の第七実施形態の内燃機関の制御装置の実空気量演算部の制御ブロック図である。
図２２は、本発明の第七実施形態の内燃機関の制御装置の目標スロットル開度演算部の制御ブロック図である。
図２３は、図２２の目標スロットル開度演算部の中のＦ／Ｆ制御に用いる逆モデルの制御ブロック図である。
図２４は、本発明の第八実施形態の内燃機関の制御装置の制御ブロック図である。
図２５は、図２４の空燃比Ｆ／Ｂ制御部の制御ブロック図である。
図２６は、図２４の目標空気量演算部の制御ブロック図である。
図２７は、従来の空気先行型トルクデマンド制御のブロック図である。
図２８は、従来の燃料先行型トルクデマンド制御のブロック図である。
図２９は、内燃機関の目標空気量変化時のシリンダ内空気量の過渡特性を示した図。
図３０は、内燃機関の三元触媒のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化特性を示した図である。
図３１は、内燃機関の空燃比と内燃機関安定性の相関を示した図である。
【図１】
0004065784.tif 000002
【図２】
0004065784.tif 000003
【図３】
0004065784.tif 000004
【図４】
0004065784.tif 000005
【図５】
0004065784.tif 000006
【図６】
0004065784.tif 000007
【図７】
0004065784.tif 000008
【図８】
0004065784.tif 000009
【図９】
0004065784.tif 000010
【図１０】
0004065784.tif 000011
【図１１】
0004065784.tif 000012
【図１２】
0004065784.tif 000013
【図１３】
0004065784.tif 000014
【図１４】
0004065784.tif 000015
【図１５】
0004065784.tif 000016
【図１６】
0004065784.tif 000017
【図１７】
0004065784.tif 000018
【図１８】
0004065784.tif 000019
【図１９】
0004065784.tif 000020
【図２０】
0004065784.tif 000021
【図２１】
0004065784.tif 000022
【図２２】
0004065784.tif 000023
【図２３】
0004065784.tif 000024
【図２４】
0004065784.tif 000025
【図２５】
0004065784.tif 000026
【図２６】
0004065784.tif 000027
【図２７】
0004065784.tif 000028
【図２８】
0004065784.tif 000029
【図２９】
0004065784.tif 000030
【図３０】
0004065784.tif 000031
【図３１】
0004065784.tif 000032