(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセル開度を求めるためのアクセルセンサ、内燃エンジンの回転数を求めるためのエンジン回転センサ、及び前記内燃エンジンに吸入される空気量を求めるための空気量センサからの信号に基づき、前記内燃エンジンの燃料量、空気量、及び点火時期を制御する内燃エンジンの出力トルク制御装置であって、
前記アクセルセンサ信号及び前記エンジン回転センサ信号に基づき、前記内燃エンジンの目標エンジントルクを演算する目標トルク演算手段と、
前記目標エンジントルク及び前記エンジン回転センサ信号に基づき、燃料噴射装置の目標燃料噴射幅を演算する目標燃料量演算手段と、
前記目標燃料噴射幅及び目標空燃比データに基づき、目標スロットル開度を演算する目標スロットル開度演算手段と、
前記目標エンジントルク及び前記エンジン回転センサ信号に基づき、前記内燃エンジンに吸入される空気量の流れを変えるための目標分流弁開度を演算する目標分流弁開度演算手段と、
少なくとも前記空気量センサからの信号及び前記エンジン回転センサ信号に基づき、燃料噴射装置の実際の燃料噴射幅を演算する実燃料量演算手段とを備え、前記目標燃料量噴射幅と前記実燃料噴射幅を比較し、前記比較した結果に基づいて前記目標燃料噴射幅を補正し、
前記目標スロットル開度演算手段及び前記目標分流弁演算手段は、目標燃料噴射幅に見合う空気量を、逆吸気管モデルを用いて演算し、
前記目標スロットル開度演算手段及び前記目標分流弁演算手段が同時に動作する場合、前記目標スロットル開度に対し前記目標分流弁開度の変化に遅れを持たせることを特徴とする内燃エンジンの出力トルク制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の内燃エンジンの出力トルク制御装置に係り、特に希薄燃焼内燃エンジンの出力トルク制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の希薄燃焼内燃エンジンの制御方法では、例えば、特開昭51−34329 号公報に記載のように、燃焼室の平均圧力の周期的変動に応じて空燃比を制御し、希薄運転領域を増加させ、燃費を向上させる方法が提案されている。また、特開昭58−160530号公報に記載のように、燃焼圧力等から求めたトルク変動に応じて、ＥＧＲ（排気ガス還流）量，点火時期及び空燃比を制御する方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃費の向上を目的として希薄運転領域を増加させる空燃比制御では、排気ガス成分低減性能、すなわち窒素酸化物成分（以下、ＮＯｘと呼ぶ）の排出量を考慮しておらず、希薄燃焼内燃エンジンの制御としては完全なものではない。さらに、希薄燃焼内燃エンジンの構成部品や制御装置の構成部品の経時変化によって、燃費，排気ガス成分低減性能及び運転性が初期状態と比較して悪化してしまうことも、希薄燃焼内燃エンジンの制御としては完全なものではない。
【０００４】
本発明の目的は、上記経時変化を考慮し、燃費，排気ガス成分低減性能及び運転性を悪化させることのない希薄燃焼内燃エンジンの制御装置及び制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の内燃エンジンの出力トルク制御装置は、アクセルセンサ信号及びエンジン回転センサ信号に基づき、内燃エンジンの目標エンジントルクを演算する目標トルク演算手段と、目標エンジントルク及びエンジン回転センサ信号に基づき、燃料噴射装置の目標燃料噴射幅を演算する目標燃料量演算手段と、目標燃料噴射幅及び目標空燃比データに基づき、目標スロットル開度を演算する目標スロットル開度演算手段と、目標エンジントルク及びエンジン回転センサ信号に基づき、内燃エンジンに吸入される空気量の流れを変えるための目標分流弁開度を演算する目標分流弁開度演算手段と、少なくとも空気量センサからの信号及びエンジン回転センサ信号に基づき、燃料噴射装置の実際の燃料噴射幅を演算する実燃料量演算手段とを備え、目標燃料量噴射幅と実燃料噴射幅を比較し、前記比較した結果に基づいて目標燃料噴射幅を補正することを特徴とする。
前記の内燃エンジンの出力トルク制御装置において、目標スロットル開度演算手段及び目標分流弁演算手段は、目標燃料噴射幅に見合う空気量を、逆吸気管モデルを用いて演算することが好ましく、目標スロットル開度演算手段及び目標分流弁演算手段が同時に動作する場合、目標スロットル開度に対し目標分流弁開度の変化に遅れを持たせると好適である。
【０００６】
上記の構成により、アクセル開度一定の空燃比変更時も目標エンジントルクが設定され、燃料噴射幅が保持されるため、トルク変動なく空燃比を変更することができ、空燃比変化によるショックを防止できる。また、実燃料噴射幅を演算して目標燃料噴射幅を補正し、定常時はＯ2センサ信号等をフィードバックし空燃比マップを補正して目標燃料噴射幅を補正するため、燃料保持制御は過渡時及び定常時の空燃比変更時に最適である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図を用いて説明する。
【０００８】
図１は本発明の一実施例であり、本発明による出力トルクの制御を示すブロック図である。図１において、希薄燃焼内燃エンジンの運転状態を表すトルクを検出するトルク検出手段１，このトルク変化を検知しながら希薄燃焼の限界を判別する希薄燃焼限界判別手段２，燃焼限界判別時の空燃比を補正する空燃比補正手段３，希薄燃焼内燃エンジンの空燃比を検出する空燃比検出手段４，この空燃比に応じてＮＯｘ排出量の限界空燃比を判別するＮＯｘ排出量限界空燃比判別手段５，上記空燃比補正手段及びＮＯｘ排出量限界空燃比判別手段に応じて目標空燃比データを書換え変更する目標空燃比データ変更手段６，燃料量演算に用いる目標空燃比データを記憶しておく目標空燃比データ記憶手段７，目標空燃比データと空燃比補正値を用いて燃料量を演算する燃料量演算手段８及び燃料噴射装置９とにより本発明は構成される。つまり、ＮＯｘ排出量限界空燃比判別手段５で実際の希薄燃焼限界空燃比とＮＯｘ排出量限界空燃比を比較し、この判別に基づいて目標空燃比を設定し経時変化に対応した空燃比制御を行い、燃費と排気の両立を図る。
【０００９】
図２は本発明の具体的な制御ブロック図である。ここでは、コスト及び装着性等の点から既存のセンサを用いた例を示す。希薄燃焼限界付近のトルク変動は、内燃エンジン回転数を高精度に検出しこの回転変化率から処理１０，１１でサージ指標演算及びリーンリミット判別を行い検出する。そして、処理１２で運転状態に見合う補正空燃比を演算する。そして、処理１２の値は目標空燃比に加えられ、目標空燃比が補正される。さらに、この値は処理17に入力され目標空燃比データを変更する。次に、空燃比はＯ2 センサを用いて高精度に検出，推定される。つまり、処理１３で目標空燃比が理論空燃比(Ａ／Ｆ＝１４.７）になった時に目標空燃比データを学習し、希薄燃焼時の空燃比を理論空燃比時の学習結果に基づき校正する。そして、処理１４で目標空燃比データを検索し、処理１５で燃料量を演算し燃料噴射装置に出力する。この時処理１４の出力値（目標空燃比）は処理１６に入力され、ＮＯｘ排出量限界空燃比かどうかが判断される。もし、限界空燃比の場合は処理１７で目標空燃比データを変更する。
【００１０】
図３（ａ）−図３（ｃ）は図２の制御フローチャートである。図３（ａ）は図２の処理１０，１１，１２及び１７の詳細である。まず、処理１８で内燃エンジンの回転数を精度良く検出するため、パルス幅計測及びパルス数カウントの２方式を用いた信号Ｎem及びＮecを読み込む。次に、処理１９では現在の運転状態が定常かどうかを判断する。Ｘm(n-1)及びＸm(n-2)は、それぞれ前回及び前々回のパルス幅計測信号カウンタ平均値である。もし、Ｘm(n-1)とＸm(n-2)が違う場合はリターンされ、等しい場合は処理２０に進む。処理２０では、トルク変動の基準となるサージ指標ＳをＮem，Ｎec及びＸm(n-1)の関数ｆ1 より求める。そして、処理２１で上記サージ指標Ｓの分散Ｖ(c)を演算する。このＶ(c)がトルクに相当する。処理２２では、上記分散Ｖ(c）があらかじめ設定したトルク変動限界値ＶLより大きいかどうかを判断する。
【００１１】
Ｖ(c)≦ＶLの場合は、トルク変動とは見なさずリターンされる。Ｖ(c)＞ＶLの場合は、トルク変動と見なし、処理２３へ進み、Ｖ(c)とＶLの差ΔＶを求める。そして、処理２４でΔＶとＮecの関数ｆ2 を用いて補正空燃比ΔＫＭＲを演算し、処理２５では目標空燃比ＫＭＲのデータをＫＭＲ＋ΔＫＭＲの値に書換えリターンする。図３（ｂ）は図２の処理１３，１４及び１５の詳細である。まず、処理２６でＯ2センサ信号Ａ／Ｆ，空気量Ｑa，上記ＫＭＲ及びＮecを読み込む。次に、処理２７でＫＭＲが１４.７(理論空燃比）かどうかを判断する。ここでは、希薄燃焼域での実際の空燃比をＯ2 センサを用いて高精度に推定する必要がある。そこで、Ｏ2センサが検出可能な空燃比である１４.７の状態で目標空燃比データを校正するようにした。処理２７でＹｅｓの場合は、処理２８に進み目標空燃比ＫＭＲと実際の空燃比Ａ／Ｆが等しいかどうかを判断する。等しい場合は処理２９へ進み前回の補正定数ｋ1 を保持する。等しくない場合は処理３０へ進み補正定数ｋ1 をＫＭＲ及びＡ／Ｆの関数ｆ3 より求め変更する。そして、処理３１へ進み、目標空燃比ＫＭＲのデータテーブルを検索する。次に、処理３２で燃料量ＴiをΔＫＭＲ，ＫＭＲ，Ｎec及びＱaの関数ｆ4 とｋ1 を掛けて求め、処理３３で出力する。処理２７でNoの場合は、空燃比の校正ができないため処理２９に進む。図３(ｃ)は図２の処理１６及び１７の詳細である。まず、処理３４で目標空燃比ＫＭＲを読み込み処理３５に進む。処理３５では、目標空燃比ＫＭＲがＮＯｘ排出量限界空燃比ＫＭＲ0 以下かどうかを判断する。このＫＭＲ0 の値は例えば２２とかあらかじめ設定されている。Ｎｏの場合はリターンされ、Ｙｅｓの場合は処理３６に進み目標空燃比ＫＭＲのデータテーブルを１４.７ に書換えＮＯｘ排出量の増大を防止する。
【００１２】
図４は本発明の動作特性図である。例えば新車時の空燃比が２５に設定されていたとする。その後、経時変化により希薄燃焼限界空燃比が徐々に２５よりも小さくせざるを得なくなる。そして、空燃比２２になった時は、ＮＯｘ排出量の増大を防止するため空燃比を１４.７ にステップ的に切り換える。これにより、燃費と排気の両立が可能となる。
【００１３】
図５は空気量制御を付加した場合の制御ブロック図である。手段１から手段９は図１と同様の燃料量制御である。この燃料量制御のみでは、空燃比変化によるトルク変動が生じるため空気量制御によるトルク補正が不可欠である。そこで、まず運転者が要求するトルクを目標トルク演算手段３７で演算する。そして、この目標トルクとトルク検出手段１で検出された実際のトルクを比較手段３８に入力し比較する。この比較手段３８で求められた偏差から目標空気量演算手段３９で目標空気量を演算する。そして、スロットル開度演算手段４０で目標スロットル開度を演算しスロットル制御器４１に出力する。ここでは電子制御スロットルの例を示したが、他の空気量制御手段としてアイドルスピード制御器，過給機及び可変バルブタイミング制御器等が挙げられる。
【００１４】
図６は空気量制御の詳細制御フローチャートである。まず、処理４２でアクセル開度α，パルス数カウント信号Ｎec，トルクコンバータ出力軸回転数Ｎt 及び目標空燃比ＫＭＲを読み込む。そして、処理４３に進み運転者が要求する目標内燃エンジントルクＴetarをα，Ｎecの関数ｆ5 より求める。次に、処理４４に進み、実際の内燃エンジントルクＴereal をトルクコンバータの特性を用いて算出する。トルクコンバータ特性を用いるとＴerealはＮecの２乗とＮtとＮecの関数であるポンプ容量係数ｃを掛け合わせたもので求めることができる。そして、処理４３と４４の結果を用いて処理４５で補正内燃エンジントルクΔＴｅを求め、処理４６で目標内燃エンジントルクＴetarを補正する。処理４７では、目標空燃比ＫＭＲ毎にあるＴetarとＮecとスロットル開度θのデータテーブルを検索し目標のスロットル開度を演算する。そして、処理４８でスロットル開度θを出力する。ここで、スロットル開度演算は数式を用いたモデルでも可能である。また、実内燃エンジントルクの検出に関しては、駆動軸に取り付けられた実際のトルクセンサ，内燃エンジンシリンダ内の圧力を直接検出する燃焼圧センサ及び駆動軸の前後に取り付けられた回転センサの回転差（ねじれ）を用いることができる。
【００１５】
図７は希薄燃焼内燃エンジンの基本制御ブロック図である。このシステムは全て目標内燃エンジントルクを基準とした。ブロック４９には空燃比１４.７ の時の内燃エンジントルク，内燃エンジン回転数及びスロットル開度の特性が用いられている。つまり、この特性を目標とすれば従来の内燃エンジンの運転特性を満足することができる。そこで、スロットル開度の代わりにアクセル開度を入力し、さらに内燃エンジン回転数を入力する。また、実際の内燃エンジントルクを目標内燃エンジントルクとすることにより運転者の要求を満足することができる。よって、目標内燃エンジントルクが求まり出力される。この目標内燃エンジントルク及びエンジン回転数を用いて、燃料量，空気量及び点火時期が決定される。まず、燃料量においては、運転領域によって例えば希薄な混合気では失火する場合があり、更に高回転，高負荷時は出力の関係から希薄混合気にできない場合がある。よって、ブロック５０のように空燃比の領域を区切らざるを得ない。ここでは、空燃比２３が選択される。次に、ブロック５１ではこの空燃比２３，目標エンジントルク及びエンジン回転数が入力され、空燃比毎に設定されている目標スロットル開度を選択し出力される。最後に、ブロック５２で目標エンジントルク及びエンジン回転数から目標点火時期が選択され出力される。また、この点火時期はＭＢＴ(Minimumadvance for the Best Torque)の値が設定されている。
【００１６】
図８は空燃比変更時のトルク補正制御のブロック図である。まず、空燃比データ変更が終了したかどうかを判断する空燃比データ変更終了判断手段５３及び出力軸トルクの状態を検出するトルク検出手段５４の信号をＭＢＴ判断手段５５に入力する。ＭＢＴ判断手段５５では、以下に説明する点火時期制御時のトルク状態を検知しＭＢＴが判断される。そして、点火時期補正手段５６では、ＭＢＴ判断手段５５で判断したトルク状態に応じた点火時期補正を実行する。さらに、この補正結果に応じて目標点火時期データ記憶手段５７の値を目標点火時期データ変更手段５８を用いて変更する。また、比較停止開始信号発生手段５９では、ＭＢＴの点火時期を見つけるためスロットル開度を動作させないよう比較手段３８に比較停止の信号を発生する。点火時期は点火時期補正手段５６及び目標点火時期データ記憶手段５７のデータを用いて点火時期演算手段６０で演算され、点火装置６１に出力される。ＭＢＴ判断手段５５でＭＢＴになったと判断した時は、発生手段５９から比較開始の信号を比較手段３８に出力しスロットル制御を許可する。点火時期制御によるトルク変化に対応したスロットル制御に関しては、図５で記述した内容と同様である。
【００１７】
図９（ａ)−(ｂ）は点火時期制御の詳細制御フローチャートである。ここでは、図８のブロック５３から６０について説明する。まず、処理６２でアクセル開度α，パルス数カウント信号Ｎec，トルクコンバータ出力軸回転数Ｎt ，目標空燃比ＫＭＲ，空燃比変更フラグFlgA及び空燃比変更状態フラグFlgBを読み込む。そして、処理６３に進み実際のエンジントルクＴereal をトルクコンバータの特性を用いて算出する。方式は図６の記述と同様である。次に、処理６４でFlgAが１かどうかを判断する。１の場合は、空燃比データ変更が終了したことを示し処理６５に進みＭＢＴ制御を実行する。１以外の場合はリターンされる。処理６５では、スロットル制御(空気量制御)による補正を停止するための比較停止開始フラグFlgCに１を出力する。そして、処理６６に進み空燃比変更がリッチ側かリーン側かをFlgBにより判断し、リッチの場合は処理６７，リーンの場合は処理６８に進む。それぞれ、例えば１deg クランクアングルずつ除算，加算しＭＢＴを検知する。そして、処理６９に進み前回の実エンジントルクＴereal(n-1)に今回のTerealを入力し処理７０に進む。処理７０では、点火時期を変更したことによるエンジントルクの変化を検出してフィードバックする。処理７０でＴereal とTereal(n-1）が等しくなった時処理７１に進み目標点火時期advの領域をadv＋Δadv の値に書換え、処理７２で比較停止開始フラグFlgCに０を書き込みリターンされる。図９(b）は割込みによる点火時期制御である。処理７３で補正点火時期Δadv ，空気量Ｑa 及びパルス数カウント信号Ｎecを読み込む。処理７４では点火時期adv のデータテーブルを検索し、処理７５で目標点火時期ＡＤＶを上記adv及びΔadvを用いて演算する。そして、処理７６で上記目標点火時期ＡＤＶを出力する。
【００１８】
図１０は空燃比変化によるショック防止制御のブロック図である。まず、エンジン回転数及びアクセル開度が処理７７に入力され、目標トルク演算手段で運転者が要求する目標エンジントルクを演算する。次に、処理７８に進み、目標燃料量演算手段で上記目標エンジントルクに見合う目標燃料噴射幅を演算する。ここで、同時に処理７９の逆吸気管モデルを用いて演算が実行され、目標空気量演算手段で上記目標エンジントルクに見合う空気量を求める。つまり、目標燃料噴射幅に見合う空気量（スロットル開度，分流弁開度）を、目標スロットル開度演算手段、目標分流弁開度演算手段で求め出力する。これにより、アクセル開度一定の空燃比変更時も目標エンジントルクが設定され、燃料噴射幅が保持されるためトルク変動なく空燃比を変更することができる。また、燃料量制御の高精度化のため、処理８０で空気量（ＨＷ：Hot Wire）センサ信号及びエンジン回転数をフィードバックし、実燃料量演算手段で実燃料噴射幅を演算して目標燃料噴射幅を補正する必要がある。また、定常時は処理８１で内燃エンジンの排気管に設けられたＯ2センサ信号等をフィードバックし空燃比マップを補正して目標燃料噴射幅を補正する。この燃料保持制御は過渡時及び定常時の空燃比変更時に最適である。
【００１９】
図１１は図１０の実施例のタイムチャートである。スロットルと分流弁の取付け位置の関係（後述）からバルブ開度に対する実際のエンジントルクが異なるため、分流弁開度の変化に遅れを持たせる必要がある。これを解決するのが処理７９のモデルである。また、例えば目標エンジントルクが一定で空燃比を変更する場合は、燃料量一定に対し空気量を変化させるためトルク変動なしで空燃比変更が実行できる。
【００２０】
図１２はシステム構成図である。希薄燃焼エンジン８２には、変速機８３，排気管８４及び吸気管８５が取り付けられている。上記変速機８３には、トルクコンバータの入力軸回転センサ８６，トルクコンバータの出力軸回転センサ８７，変速機出力軸回転センサ８８，トルクセンサ８９及び変速制御用アクチュエータ９０が設けられている。これらの信号はエンジンパワートレイン制御ユニット９１において入出力される。また、上記排気管８４にはＯ2 センサ（空燃比センサ）９２，三元触媒９３及びＮＯｘ還元触媒９４が設けられている。上記希薄燃焼エンジン８２には、点火装置９５が取り付けられている。また、上記吸気管８５には空気量センサ９６，スロットル制御器９７，燃料噴射装置９８，希薄燃焼のためのスワールを形成する分流弁９９，分流弁用モータ１００及びスワール形成通路１０１が設けられている。また、エンジンパワートレイン制御ユニット９１には、アクセルセンサ１０２の信号が入力される。これにより、本発明の実施が可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、アクセル開度一定の空燃比変更時も目標エンジントルクが設定され、燃料噴射幅が保持されるため、トルク変動なく空燃比を変更することができ、空燃比変化によるショックを防止できる。また、過渡時及び定常時の空燃比変更時における、燃料保持制御を最適に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の制御ブロック図。
【図２】図１の具体的な制御ブロック図。
【図３】図２の制御フローチャート。
【図４】本発明の動作特性図。
【図５】空気量制御を付加した場合の制御ブロック図。
【図６】空気量制御の詳細制御フローチャート。
【図７】希薄燃焼エンジンの基本制御ブロック図。
【図８】空燃比変更時のトルク補正制御のブロック図。
【図９】点火時期制御の詳細制御フローチャート。
【図１０】空燃比変化によるショック防止制御のブロック図。
【図１１】図１０の実施例のタイムチャート。
【図１２】システム構成図。
【符号の説明】
１…トルク検出手段、２…希薄燃焼限界判別手段、３…空燃比補正手段、４…空燃比検出手段、５…ＮＯｘ排出量限界空燃比判別手段、６…目標空燃比データ変更手段、７…目標空燃比データ記憶手段、８…燃料量演算手段、９…燃料噴射装置。
【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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