(57)【要約】【課題】機関始動時等における空燃比センサが活性化する前に空燃比を推定し、その空燃比に基づいてトルク変動を抑制するように制御する内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】空燃比検出手段と、トルク変動値算出手段と、トルク変動値がトルク変動限界値以上か否かを判定するトルク変動判定手段と、遅角ガード値の算出及び補正を行う点火時期制御手段とを具備し、空燃比検出手段によって検出した空燃比に基づいて遅角ガード値の算出及び補正を行う内燃機関の制御装置が、機関運転状態に基づいて空燃比を推定する空燃比推定手段を更に具備し、機関始動時に空燃比検出手段が使用可能状態となる前において、空燃比推定手段によって推定された空燃比とトルク変動限界値と機関運転状態とに基づいて遅角ガード値を算出し、トルク変動値がトルク変動限界値以上である場合には、トルク変動値がトルク変動限界値未満となるように遅角ガード値を補正する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、空燃比を検出する空燃比検出手段と、筒内圧に基づいてトルクを算出すると共に該トルクに基づいてトルク変動値を算出するトルク変動値算出手段と、トルク変動値が予め定められたトルク変動限界値以上か否かを判定するトルク変動判定手段と、点火時期の遅角限界を制限する遅角ガード値を有すると共に該遅角ガード値の算出及び補正を行う点火時期制御手段とを具備し、前記空燃比検出手段によって検出した空燃比に基づいて遅角ガード値の算出及び補正を行う内燃機関の制御装置において、機関運転状態に基づいて空燃比を推定する空燃比推定手段を更に具備し、機関始動時に前記空燃比検出手段が使用可能状態となる前において、前記空燃比推定手段によって推定された空燃比と前記トルク変動限界値と機関運転状態とに基づいて遅角ガード値を算出し、前記トルク変動値が前記トルク変動限界値以上である場合には、前記トルク変動値が前記トルク変動限界値未満となるように前記遅角ガード値を補正する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する。
【背景技術】
【０００２】
気筒間の燃焼状態のばらつきに起因する発生トルクのばらつきを減少させるため、例えば、特許文献１に記載の内燃機関の制御装置がある。この制御装置は、まず、気筒毎に筒内圧を検出し、圧縮上死点後の所定クランク角範囲における筒内圧積分値と、圧縮上死点前の所定クランク角範囲における筒内圧積分値との偏差又は比を、気筒毎の発生トルクを示すパラメータとして演算する。そして、気筒毎の発生トルクと、全気筒での平均値とを比較し、平均値よりも発生トルクが小さい気筒については点火時期を進角補正し、平均値よりも発生トルクが大きい気筒については点火時期を遅角補正している。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２０９８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、トルクは、空気量、燃料量、及び点火時期等を制御することによって決定される。しかし、例えば、機関始動時においては、空気量及び燃料量の割合、即ち空燃比を検出する空燃比センサが活性化していないため、正確な空燃比を測定することができない。従って、正確な機関制御ができずに安定した燃焼状態を得られないためトルク変動が生じ、ドライバビリティが悪化するという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は上記問題に鑑み、機関始動時等における空燃比センサが活性化する前に空燃比を推定し、その空燃比に基づいてトルク変動を抑制するように制御する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために請求項１に記載の発明によれば、  筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、空燃比を検出する空燃比検出手段と、筒内圧に基づいてトルクを算出すると共に該トルクに基づいてトルク変動値を算出するトルク変動値算出手段と、トルク変動値が予め定められたトルク変動限界値以上か否かを判定するトルク変動判定手段と、点火時期の遅角限界を制限する遅角ガード値を有すると共に該遅角ガード値の算出及び補正を行う点火時期制御手段とを具備し、前記空燃比検出手段によって検出した空燃比に基づいて遅角ガード値の算出及び補正を行う内燃機関の制御装置において、機関運転状態に基づいて空燃比を推定する空燃比推定手段を更に具備し、機関始動時に前記空燃比検出手段が使用可能状態となる前において、前記空燃比推定手段によって推定された空燃比と前記トルク変動限界値と機関運転状態とに基づいて遅角ガード値を算出し、前記トルク変動値が前記トルク変動限界値以上である場合には、前記トルク変動値が前記トルク変動限界値未満となるように前記遅角ガード値を補正する内燃機関の制御装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、機関始動時等における空燃比センサが活性化する前に空燃比を推定し、その空燃比に基づいてトルク変動を抑制するように制御することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本発明の内燃機関の制御装置について説明する。図１は本発明の制御装置が搭載される複数の気筒を備えた機関本体を有する内燃機関全体の図である。
【０００９】
図１を参照すると、１は例えば四つの気筒を備えた機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポート、１０は点火栓をそれぞれ示す。吸気ポート７は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介してエアクリーナ１４に連結される。吸気ダクト１３内には吸入空気流量を検出するためのエアフローメータ１５と、ステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７とが配置される。また、吸気ポート７内には吸気ポート７内に燃料を噴射する電気制御式の燃料噴射弁１８が配置される。
【００１０】
更に、吸気弁６及び排気弁８には、それらの開弁動作を変更する可変動弁機構１９，２０がそれぞれ設けられる。ここで、開弁動作は例えばリフト量、開弁期間（作用角）及び開弁開始時期のうち一つ又は複数によって定められ、本実施形態の機構は公知のいずれの機構も使用可能であるため詳述はしない。
【００１１】
一方、排気ポート９は排気マニホルド２１を介して小容量の三元触媒２２に連結される。三元触媒２２上流排気通路には空燃比を検出するための空燃比センサ２３が取り付けられる。機関本体１には機関冷却水温を検出するための水温センサ２４が取り付けられ、シリンダヘッド３には、燃焼室５の気筒内圧を検出するための筒内圧センサ２５が取り付けられる。
【００１２】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。アクセルペダル４９にはアクセルペダル４９の踏み込み量を検出するための負荷センサ５０が接続される。ここで、アクセルペダル４９の踏み込み量は要求負荷を表している。
【００１３】
エアフローメータ１５、空燃比センサ２３、水温センサ２４、筒内圧センサ２５及び負荷センサ５０の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５１が接続される。ＣＰＵ４４ではクランク角センサ５１の出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。
【００１４】
一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して点火栓１０、ステップモータ１６、燃料噴射弁１８及び可変動弁機構１９，２０にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット４０からの出力信号に基づいて制御される。更に出力ポートは警告装置５２に接続される。警告装置５２は、車両の情報をドライバーに伝えるべきときに、電子制御ユニット４０からの出力信号に基づいてランプの点灯又は点滅を行う。
【００１５】
三元触媒２２は、酸素吸蔵能力を有しており、これにより三元触媒２２に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中の酸素を吸蔵すると共に、三元触媒２２に流入する排気ガスの空燃比がリッチであるときには吸蔵している酸素を放出することにより排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯを酸化・浄化する。
【００１６】
そして、機関始動時等、三元触媒２２の温度が活性温度に到達していない場合には、点火時期を遅角させることによって、高温の排気ガスを三元触媒２２に流入させ、早期昇温を行う。一方、点火時期を過度に遅角させると、クランクシャフトのトルク変動のばらつきが大きくなり、ドライバビリティが悪化するという問題が生じる。そのため、トルク変動を抑えた状態で点火時期を最も遅角させる制御を行うことが、ドライバビリティに影響を与えることなく三元触媒２２を早期に昇温させることができるため望ましい。しかし、上述のように空燃比センサ２３が活性化されてないと、正確な空燃比を測定することができないため、そのような望ましい制御を行うことが困難である。
【００１７】
そこで、本実施形態では、トルク変動を抑えた状態で点火時期を最も遅角させるように制御を行い、その際に用いる空燃比は、運転状態から推定した空燃比を用いている。これによって、ドライバビリティを良好に保つと共に、三元触媒２２を早期に昇温させることが可能となる。
【００１８】
以下、本実施形態の操作のフローチャートについて説明する。図２は、機関始動時機関制御操作を示すフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。
【００１９】
まず、ステップ１０１では、気筒毎に運転状態の読み込みが行われ、ステップ１０２へと進む。ここで、運転状態とは、例えば、燃料噴射量、機関回転数、吸入空気量、可変動弁機構による開弁時期の進角量、機関冷却水温、及び基本点火時期等をいう。
【００２０】
次いで、ステップ１０２では、空燃比センサ２３が活性化しているか否かが判定される。空燃比センサ２３が活性化しているか否かは、例えば、機関冷却水温、始動後における吸入空気量の積算値、始動後における述べ燃料噴射回数等に基づいて判定される。ステップ１０２において、空燃比センサ２３が活性化していると判定された場合には、本実施形態による機関制御は行わずにルーチンを終了する。一方、ステップ１０２において、空燃比センサ２３が活性化していないと判定された場合には、ステップ１０３へと進む。
【００２１】
次いで、ステップ１０３では、空燃比の推定値である推定空燃比ＡＦｅｓｔが算出され、ステップ１０４へと進む。推定空燃比ＡＦｅｓｔは、ステップ１０１で読み込まれた運転状態と、燃料噴射弁１８からの噴射された燃料の壁面への付着モデルによる壁面付着量の推定値、即ち壁面付着量推定値とに基づいて、予め実験等によって求められたマップ又は計算式から求められる。
【００２２】
次いで、ステップ１０４では、全気筒の所定サイクル又は所定時間の筒内圧が検出されると共にそれに基づいてトルク変動値が算出され、ステップ１０５へと進む。トルク変動値の算出について説明する。ここで、四つの気筒を備えた当該内燃機関においては、圧縮行程及び膨張行程のクランク角３６０°の区間で筒内圧をそれぞれ計測し、筒内圧から以下の式（１）に基づいて、１つ気筒が１回の圧縮行程及び膨張行程においてクランクシャフトに対して行う仕事量Ｗが算出される。そして、仕事量Ｗを１サイクル４πで割ると式（２）のようにトルクＴが算出される。
【数１】
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Ｔ＝Ｗ／４π      …（２）
【００２３】
こうして求めたトルクＴの変動を数値化したものがトルク変動値であるが、それは様々な方法で定義可能である。本実施形態では、例えば、所定の筒内圧の測定時間において算出された全気筒のトルクＴの標準偏差を算出し、標準偏差を用いてトルク変動値を算出することが可能である。ステップ１０４で算出されるのは、各気筒が出力するトルクを合算して考慮した、全気筒のトルク変動値である。
【００２４】
次いで、ステップ１０５では、ステップ１０４で算出した全気筒のトルク変動値が全気筒のトルク変動限界値以上であるか否かが判定される。トルク変動限界値以上とは、トルク変動値の許容範囲を超えていることをいい、トルク変動限界値は予め実験等によって求められる。ステップ１０５において、全気筒のトルク変動値が全気筒のトルク変動限界値以上であると判定された場合には、ステップ１０６へと進む。一方、ステップ１０５において、全気筒のトルク変動値が全気筒のトルク変動限界値未満であると判定された場合には、ルーチンを終了する。
【００２５】
次いで、ステップ１０６では、気筒毎のトルク変動値を算出し、ステップ１０７へと進む。即ち、ステップ１０４で算出されたトルク変動値は、全気筒について考慮しているため、特定の気筒のみトルクの変動が大きかったとしても、それを判別することはできない。従って、本ステップにおいて、ステップ１０４で用いた方法と同じ方法によって、気筒毎のトルク変動値を算出する。
【００２６】
次いで、ステップ１０７では、ステップ１０１で読み込まれた運転状態と、トルク変動限界値と、ステップ１０３で算出した推定空燃比ＡＦｅｓｔとに基づいて、予め実験等によって求められたマップ又は計算式から、気筒毎に点火時期の遅角限界値を制限するために設定されている遅角ガード値の現在の値からの補正量又は遅角ガード値自体を求める。その後、ステップ１０８へと進む。
【００２７】
次いで、ステップ１０８では、ステップ１０６で算出したトルク変動値が、ステップ１０５の判定で用いた全気筒のトルク変動限界値以上であるか否かを気筒毎に判定する。そして、全気筒のトルク変動限界値以上であると判定された気筒のみ、トルク変動値がトルク変動限界値未満となるように、点火時期を補正すると共にステップ１０７で求めた補正量又は補正ガード値を更に補正して、最終的に遅角ガード値を決定し補正する。そして、補正後の遅角ガード値を学習し、次回機関始動時には、学習した遅角ガード値を初期値として用いる。そしてルーチンを終了する。ここでトルク変動値がトルク変動限界値以上であると判定された気筒の点火時期の補正は、予め実験等によって求められた点火時期に対するトルク変動値のマップ又は計算式から求められる。
【００２８】
図３は、機関始動時機関制御操作を示す別のフローチャートである。ステップ２０１からステップ２０８は、図２のステップ１０１からステップ１０８とそれぞれ略同様であるため説明は省略する。但し、図２のフローチャートのステップ１０５に対応するステップ２０５において、全気筒のトルク変動限界値未満であると判定された場合には、ルーチンを終了せず、ステップ２０８と同様に、ステップ２０９へと進む。
【００２９】
ステップ２０９では、気筒毎のトルク変動値を算出し、ステップ２１０へと進む。即ち、ステップ２０８で点火時期を補正しているため、トルク変動値が変動している可能性がある。また、ステップ２０５で、全気筒のトルク変動値が全気筒のトルク変動限界値未満であると判定された場合には、気筒毎のトルク変動値が算出されていない。従って、本ステップにおいて、ステップ２０４で用いた方法と同じ方法によって、気筒毎のトルク変動値を算出する。
【００３０】
次いで、ステップ２１０では、ステップ２０９で算出した気筒毎のトルク変動値が気筒毎のトルク変動限界値以上であるか否かが気筒毎に判定される。気筒毎のトルク変動限界値も予め実験等によって求められる。そして、いずれかの気筒のトルク変動値がトルク変動限界値以上であると判定された場合、ステップ２１１へと進む。一方、いずれの気筒のトルク変動値もトルク変動限界値未満であると判定された場合には、ルーチンを終了する。
【００３１】
次いで、ステップ２１１では、ステップ２１０でトルク変動限界値以上であると判定された気筒にのみ、燃料噴射弁１８からの噴射された燃料の壁面への付着モデルによる壁面付着量の推定値に基づいて、トルク変動値がトルク変動限界値未満となるように、壁面付着量に起因する燃料不足分、燃料噴射量を増量する。
【００３２】
更に、燃料の壁面付着量に起因する増量に代えて、又はこれと併せて、機関冷却水温が低い場合には、予め実験等によって求められた水温と燃料増量のマップ又は計算式から、噴射燃料量を増量してもよい。さらにこれらに代えて、又はこれらと併せて、空気過多の場合にも、燃料不足分の増量をしてもよい。そしてルーチンを終了する。
【００３３】
図４は、機関始動時機関制御操作を示す更に別のフローチャートである。ステップ３０１からステップ３１１は、図３のステップ２０１からステップ２１１とそれぞれ略同様であるため説明は省略する。但し、図３のフローチャートのステップ２１０に対応するステップ３１０において、気筒毎のトルク変動限界値未満であると判定された場合には、ルーチンを終了せず、ステップ３１１と同様に、ステップ３１２へと進む。
【００３４】
ステップ３１２では、ステップ３０４と同様に式（１）及び式（２）を用いて気筒毎のトルクを算出し、ステップ３１３へと進む。次いで、ステップ３１３では、気筒毎の運転状態に基づいて推定される気筒毎のトルク下限値を算出し、ステップ３１４へと進む。
【００３５】
次いで、ステップ３１４では、ステップ３１２で算出した気筒毎のトルクが、ステップ３１３で算出した気筒毎のトルク下限値以上であるか否かが判定される。ここで、ステップ３１２で算出した全ての気筒のトルクがステップ３１３で算出したトルク下限値以上であると判定された場合には、ルーチンを終了する。
【００３６】
一方、ステップ３１４において、ステップ３１２で算出したいずれかの気筒のトルクがステップ３１３で算出したトルク下限値未満であると判定された場合には、ステップ３１５へと進む。
【００３７】
次いで、ステップ３１５では、ステップ３１４でトルク下限値未満であると判定された気筒について、警告装置５２を点灯又は点滅させその気筒番号をドライバーに通知する。即ち、かかる気筒については、吸排気弁が経年劣化等により、バルブクリアランスが大きくなっている可能性がある。それにより、圧縮行程で空気が漏れ、良好な燃焼が得られずにトルクが推定値より小さいと考えられるからである。そしてルーチンを終了する。
【００３８】
なお、上記フローチャートで説明した各機関始動時機関制御操作は空燃比センサ２３が活性化されるまで実施されるが、空燃比センサ２３が活性化した後、それを用いて実際の空燃比を測定し、当該操作で用いられた推定空燃比ＡＦｅｓｔとのオフセットΔＡＦを学習する。即ち、次回機関始動時の機関始動時機関制御操作において、例えば図２のステップ１０３で運転状態等から算出される推定空燃比ＡＦｅｓｔにオフセットΔＡＦを加算した値を推定空燃比ＡＦｅｓｔとし、それによって推定空燃比ＡＦｅｓｔの推定の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の制御装置が用いられる内燃機関全体の図である。
【図２】機関始動時機関制御操作を示すフローチャートである。
【図３】機関始動時機関制御操作を示す別のフローチャートである。
【図４】機関始動時機関制御操作を示す更に別のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１    機関本体
６    吸気弁
８    排気弁
１５    エアフローメータ
１８    燃料噴射弁
２２    三元触媒
２３    空燃比センサ
２４    水温センサ
２５    筒内圧センサ
４０    電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５２    警告装置
【図１】
2009167871.tif 000004
【図２】
2009167871.tif 000005
【図３】
2009167871.tif 000006
【図４】
2009167871.tif 000007