JP2016118111A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
【課題】リーン燃焼運転中に算出クランク角期間が目標クランク角期間に近づくように燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方を調整する制御構成を採用した場合において、基準の燃焼条件での関係に対してクランク角期間と空燃比との関係が変化している状況下であっても、NOx排出量の増加およびトルク変動の増大のうちの少なくとも一方を抑制する内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】クランク角センサ42と筒内圧センサ30とを用いて、算出SA−CA10を算出する。リーン燃焼運転中に算出SA−CA10が目標SA−CA10に近づくように燃料噴射量のフィードバック制御を実行する。このフィードバック制御を行っている状況下において、空燃比センサ32により検出される空燃比が空燃比範囲R1から外れた場合に、目標SA−CA10を補正して空燃比が空燃比範囲R1から外れることを抑制する。【選択図】図4An object of the present invention is to adopt a control configuration that adjusts at least one of a fuel injection amount and an intake air amount so that a calculated crank angle period approaches a target crank angle period during lean combustion operation. Provided is a control device for an internal combustion engine that suppresses at least one of an increase in NOx emission and an increase in torque fluctuation even under a situation where the relationship between the crank angle period and the air-fuel ratio is changing with respect to the relationship To do. A calculated SA-CA10 is calculated using a crank angle sensor 42 and an in-cylinder pressure sensor 30. The fuel injection amount feedback control is executed so that the calculated SA-CA10 approaches the target SA-CA10 during the lean combustion operation. Under the situation where the feedback control is performed, when the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 32 is out of the air-fuel ratio range R1, the target SA-CA10 is corrected and the air-fuel ratio is out of the air-fuel ratio range R1. Suppress. [Selection] Figure 4
Description
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
従来、例えば特許文献1には、リーン燃焼運転を行う内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、排気エミッションを低下させつつリーン燃焼を可能とするために、所定燃焼質量割合に到達する時の実際のクランク角度を検知し、検知したクランク角度と目標クランク角度との比較に基づき、燃料供給量を調整することとしている。
Conventionally, for example,
上述した特許文献1の制御手法のように燃料噴射量の制御に利用するパラメータとして所定燃焼質量割合に到達する時のクランク角度を用いるだけでは、点火時期が考慮されていないため、上記パラメータを用いてリーン燃焼運転中の空燃比を適切に代表させることができない。これに対し、リーン燃焼運転領域での空燃比を制御するために、点火時期から所定燃焼質量割合までのクランク角期間をパラメータとして、当該パラメータの算出値である算出クランク角期間がその目標値である目標クランク角期間に近づくように燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも1つを調整する手法を採用することが考えられる。このように定義されるクランク角期間と空燃比との間には相関関係がある。
Since the ignition timing is not considered only by using the crank angle when the predetermined combustion mass ratio is reached as a parameter used for controlling the fuel injection amount as in the control method of
しかしながら、上記手法による燃料噴射量などの調整は空燃比を直接的に制御するものではない。より具体的には、実際のクランク角期間が同じ目標クランク角期間に制御されていても、空燃比が常に同じ値に制御されているとは限らない。その理由は、次の通りである。すなわち、燃料噴射量などの調整によって実際のクランク角期間を目標クランク角期間に近づけることは、あくまでも実際の燃焼を目標とする燃焼に近づけることに相当する。目標クランク角期間は、基準の燃焼条件を対象として定められる。ここでいう基準の燃焼条件とは、タンブル比、および使用燃料の性状などの燃焼に関係するパラメータが設計通りの値であるときに行われる燃焼の条件のことである。基準の燃焼条件に対して各種燃焼ばらつき要因(例えば、タンブル流のばらつき、または、使用燃料の性状のばらつきなど)によって燃焼条件が変化すると、上記クランク角期間と空燃比との対応関係が基準の燃焼条件での関係からずれてしまう。その結果、上記調整によって燃焼が適切に制御されている場合であっても、空燃比が目標空燃比から外れてしまう可能性がある。また、上記クランク角期間の算出に用いられるセンサの特性変化、あるいは当該センサ自体の個体差なども、上記クランク角期間と空燃比との関係を、基準の燃焼条件での関係から変化させてしまう要因となる。 However, the adjustment of the fuel injection amount by the above method does not directly control the air-fuel ratio. More specifically, even if the actual crank angle period is controlled to the same target crank angle period, the air-fuel ratio is not always controlled to the same value. The reason is as follows. That is, bringing the actual crank angle period closer to the target crank angle period by adjusting the fuel injection amount or the like corresponds to bringing actual combustion closer to the target combustion. The target crank angle period is determined for the reference combustion condition. The standard combustion conditions referred to here are conditions for combustion performed when parameters related to combustion such as the tumble ratio and the properties of the fuel used are values as designed. When the combustion condition changes due to various combustion variation factors (for example, tumble flow variation or fuel property variation) with respect to the standard combustion condition, the correspondence relationship between the crank angle period and the air-fuel ratio is the standard. Deviation from the relationship under combustion conditions. As a result, even if the combustion is appropriately controlled by the adjustment, the air-fuel ratio may deviate from the target air-fuel ratio. In addition, changes in the characteristics of the sensor used to calculate the crank angle period, or individual differences between the sensors themselves, change the relationship between the crank angle period and the air-fuel ratio from the relationship under the reference combustion conditions. It becomes a factor.
上記調整によって実際のクランク角期間が目標クランク角期間に一致するように制御されている場合であっても、上記クランク角期間と空燃比との対応関係にずれが生じてしまうと、空燃比が本来意図した値からずれてしまうことになる。リーン燃焼運転中に空燃比がリッチ側にずれると、NOx排出量の増加が懸念される。逆に、空燃比がリーン側にずれると、トルク変動の増大が懸念される。 Even when the actual crank angle period is controlled to match the target crank angle period by the adjustment, if the correspondence between the crank angle period and the air-fuel ratio is shifted, the air-fuel ratio is reduced. It will deviate from the originally intended value. If the air-fuel ratio shifts to the rich side during lean combustion operation, there is a concern about an increase in NOx emissions. Conversely, if the air-fuel ratio shifts to the lean side, there is a concern about an increase in torque fluctuation.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、リーン燃焼運転中に算出クランク角期間が目標クランク角期間に近づくように燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方を調整する制御構成を採用した場合において、基準の燃焼条件での関係に対してクランク角期間と空燃比との関係が変化している状況下であっても、NOx排出量の増加およびトルク変動の増大のうちの少なくとも一方を抑制できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and at least one of the fuel injection amount and the intake air amount is set so that the calculated crank angle period approaches the target crank angle period during the lean combustion operation. When the control configuration to be adjusted is adopted, even if the relationship between the crank angle period and the air-fuel ratio is changing with respect to the relationship under the reference combustion condition, the increase in the NOx emission amount and the torque fluctuation It is an object of the present invention to provide a control device for an internal combustion engine that can suppress at least one of the increases.
本発明の第1の態様に係る内燃機関の制御装置は、理論空燃比よりも大きな空燃比でリーン燃焼運転を行う内燃機関の制御装置であって、空燃比検出手段と、クランク角検出手段と、燃焼質量割合算出手段と、第1クランク角度取得手段と、調整手段と、変更手段とを備えている。空燃比検出手段は、排気ガスの空燃比を検出する。クランク角検出手段は、クランク角度を検出する。燃焼質量割合算出手段は、燃焼質量割合を算出する。第1クランク角度取得手段は、燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の第1クランク角度を取得する。調整手段は、点火時期から前記第1クランク角度までのクランク角期間の算出値である算出クランク角期間が、当該クランク角期間の目標値である目標クランク角期間に近づくように、燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方の調整を行う。変更手段は、リーン燃焼運転中に前記調整手段による前記調整を行っている状況下において、前記空燃比検出手段により検出される空燃比が前記目標空燃比を含む空燃比範囲から外れた場合に、空燃比が前記空燃比範囲から外れることが抑制されるように、前記調整手段による前記調整を変更する。 An internal combustion engine control apparatus according to a first aspect of the present invention is an internal combustion engine control apparatus that performs a lean combustion operation at an air-fuel ratio larger than a stoichiometric air-fuel ratio, and includes an air-fuel ratio detection means, a crank angle detection means, , A combustion mass ratio calculating means, a first crank angle obtaining means, an adjusting means, and a changing means. The air-fuel ratio detection means detects the air-fuel ratio of the exhaust gas. The crank angle detection means detects the crank angle. The combustion mass ratio calculation means calculates the combustion mass ratio. The first crank angle acquisition means acquires the first crank angle when the combustion mass ratio becomes a predetermined combustion mass ratio. The adjusting means is configured to adjust the fuel injection amount and the fuel injection amount so that a calculated crank angle period that is a calculated value of a crank angle period from an ignition timing to the first crank angle approaches a target crank angle period that is a target value of the crank angle period. Adjustment of at least one of the intake air amounts is performed. When the air fuel ratio detected by the air fuel ratio detecting means is out of the air fuel ratio range including the target air fuel ratio under the situation where the adjustment by the adjusting means is performed during the lean combustion operation, The adjustment by the adjusting means is changed so that the air-fuel ratio is suppressed from deviating from the air-fuel ratio range.
前記変更手段は、空燃比が前記空燃比範囲から外れた場合に、前記目標クランク角期間を補正することによって空燃比が前記空燃比範囲から外れることを抑制するものであってもよい。 The changing unit may suppress the air-fuel ratio from deviating from the air-fuel ratio range by correcting the target crank angle period when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range.
前記変更手段は、空燃比が前記空燃比範囲からリッチ側に外れた場合には、前記目標クランク角期間を大きくし、空燃比が前記空燃比範囲からリーン側に外れた場合には、前記目標クランク角期間を小さくすることが好ましい。 The changing means increases the target crank angle period when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range to the rich side, and when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range to the lean side. It is preferable to reduce the crank angle period.
前記変更手段は、空燃比が前記空燃比範囲から外れた場合に、前記調整手段による前記調整を制限することによって空燃比が前記空燃比範囲から外れることを抑制するものであってもよい。 The changing means may be configured to suppress the air-fuel ratio from deviating from the air-fuel ratio range by limiting the adjustment by the adjusting means when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range.
前記変更手段は、空燃比が前記空燃比範囲からリッチ側に外れた場合には、前記算出クランク角期間を小さくするときに用いる燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方の補正量の絶対値の上限を小さくすることによって前記調整を制限し、空燃比が前記空燃比範囲からリーン側に外れた場合には、前記算出クランク角期間を大きくするときに用いる燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方の補正量の絶対値の上限を小さくすることによって前記調整を制限することが好ましい。 When the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range to the rich side, the changing unit is configured to obtain an absolute value of at least one of the fuel injection amount and the intake air amount used when the calculated crank angle period is reduced. When the adjustment is limited by reducing the upper limit of the value and the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range to the lean side, the fuel injection amount and intake air amount used when the calculated crank angle period is increased It is preferable to limit the adjustment by reducing the upper limit of the absolute value of at least one of the correction amounts.
本発明の第2の態様に係る内燃機関の制御装置は、理論空燃比よりも大きな空燃比でリーン燃焼運転を行う内燃機関の制御装置であって、NOx濃度検出手段と、クランク角検出手段と、燃焼質量割合算出手段と、第1クランク角度取得手段と、調整手段と、変更手段とを備えている。NOx濃度検出手段は、排気ガスのNOx濃度を検出する。クランク角検出手段は、クランク角度を検出する。燃焼質量割合算出手段は、燃焼質量割合を算出する。第1クランク角度取得手段は、燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の第1クランク角度を取得する。調整手段は、点火時期から前記第1クランク角度までのクランク角期間の算出値である算出クランク角期間が、当該クランク角期間の目標値である目標クランク角期間に近づくように、燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方の調整を行う。変更手段は、リーン燃焼運転中に前記調整手段による前記調整を行っている状況下において、前記NOx濃度検出手段により検出されるNOx濃度が、前記目標空燃比での燃焼の下で排出される排気ガスのNOx濃度よりも高い所定値よりも高い場合に、排気ガスのNOx濃度が前記所定値よりも高くなることが抑制されるように、前記調整手段による前記調整を変更する。 A control device for an internal combustion engine according to a second aspect of the present invention is a control device for an internal combustion engine that performs a lean combustion operation at an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio, comprising NOx concentration detection means, crank angle detection means, , A combustion mass ratio calculating means, a first crank angle obtaining means, an adjusting means, and a changing means. The NOx concentration detecting means detects the NOx concentration of the exhaust gas. The crank angle detection means detects the crank angle. The combustion mass ratio calculation means calculates the combustion mass ratio. The first crank angle acquisition means acquires the first crank angle when the combustion mass ratio becomes a predetermined combustion mass ratio. The adjusting means is configured to adjust the fuel injection amount and the fuel injection amount so that a calculated crank angle period that is a calculated value of a crank angle period from an ignition timing to the first crank angle approaches a target crank angle period that is a target value of the crank angle period. Adjustment of at least one of the intake air amounts is performed. The changing means is an exhaust gas in which the NOx concentration detected by the NOx concentration detecting means is discharged under combustion at the target air-fuel ratio under the situation where the adjustment by the adjusting means is performed during lean combustion operation. The adjustment by the adjusting means is changed so that the NOx concentration of the exhaust gas is suppressed from becoming higher than the predetermined value when the predetermined value is higher than the NOx concentration of the gas.
前記変更手段は、排気ガスのNOx濃度が前記所定値よりも高い場合に、前記目標クランク角期間を大きくすることが好ましい。 The changing means preferably increases the target crank angle period when the NOx concentration of the exhaust gas is higher than the predetermined value.
前記変更手段は、排気ガスのNOx濃度が前記所定値よりも高い場合に、前記算出クランク角期間を小さくするときに用いる燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方の補正量の絶対値の上限を小さくすることが好ましい。 The changing means is configured to set an absolute value of a correction amount of at least one of a fuel injection amount and an intake air amount used when the calculated crank angle period is reduced when the NOx concentration of the exhaust gas is higher than the predetermined value. It is preferable to reduce the upper limit.
本発明の第3の態様に係る内燃機関の制御装置は、理論空燃比よりも大きな空燃比でリーン燃焼運転を行う内燃機関の制御装置であって、空燃比検出手段と、クランク角検出手段と、燃焼質量割合算出手段と、第1クランク角度取得手段と、調整手段と、第1禁止手段とを備えている。空燃比検出手段は、排気ガスの空燃比を検出する。クランク角検出手段は、クランク角度を検出する。燃焼質量割合算出手段は、燃焼質量割合を算出する。第1クランク角度取得手段は、燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の第1クランク角度を取得する。調整手段は、点火時期から前記第1クランク角度までのクランク角期間の算出値である算出クランク角期間が、当該クランク角期間の目標値である目標クランク角期間に近づくように、燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方の調整を行う。第1禁止手段は、リーン燃焼運転中に前記調整手段による前記調整を行っている状況下において、前記空燃比検出手段により検出される空燃比が前記目標空燃比を含む空燃比範囲から外れた場合に、リーン燃焼運転を禁止する。 An internal combustion engine control apparatus according to a third aspect of the present invention is an internal combustion engine control apparatus that performs a lean combustion operation at an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio, and includes an air-fuel ratio detection means, a crank angle detection means, , A combustion mass ratio calculating means, a first crank angle obtaining means, an adjusting means, and a first prohibiting means. The air-fuel ratio detection means detects the air-fuel ratio of the exhaust gas. The crank angle detection means detects the crank angle. The combustion mass ratio calculation means calculates the combustion mass ratio. The first crank angle acquisition means acquires the first crank angle when the combustion mass ratio becomes a predetermined combustion mass ratio. The adjusting means is configured to adjust the fuel injection amount and the fuel injection amount so that a calculated crank angle period that is a calculated value of a crank angle period from an ignition timing to the first crank angle approaches a target crank angle period that is a target value of the crank angle period. Adjustment of at least one of the intake air amounts is performed. The first prohibiting means is a case where the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detecting means deviates from an air-fuel ratio range including the target air-fuel ratio in a situation where the adjustment by the adjusting means is performed during lean combustion operation. In addition, lean combustion operation is prohibited.
本発明の第4の態様に係る内燃機関の制御装置は、理論空燃比よりも大きな空燃比でリーン燃焼運転を行う内燃機関の制御装置であって、空燃比検出手段と、クランク角検出手段と、燃焼質量割合算出手段と、第1クランク角度取得手段と、調整手段と、第2禁止手段とを備えている。空燃比検出手段は、排気ガスの空燃比を検出する。クランク角検出手段は、クランク角度を検出する。燃焼質量割合算出手段は、燃焼質量割合を算出する。第1クランク角度取得手段は、燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の第1クランク角度を取得する。調整手段は、点火時期から前記第1クランク角度までのクランク角期間の算出値である算出クランク角期間が、当該クランク角期間の目標値である目標クランク角期間に近づくように、燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方の調整を行う。第2禁止手段は、リーン燃焼運転中に前記調整手段による前記調整を行っている状況下において、前記空燃比検出手段により検出される空燃比が前記目標空燃比を含む空燃比範囲から外れた場合に、前記調整手段による前記調整を禁止する。 An internal combustion engine control apparatus according to a fourth aspect of the present invention is an internal combustion engine control apparatus that performs a lean combustion operation at an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio, and includes an air-fuel ratio detection means, a crank angle detection means, , A combustion mass ratio calculating means, a first crank angle obtaining means, an adjusting means, and a second prohibiting means. The air-fuel ratio detection means detects the air-fuel ratio of the exhaust gas. The crank angle detection means detects the crank angle. The combustion mass ratio calculation means calculates the combustion mass ratio. The first crank angle acquisition means acquires the first crank angle when the combustion mass ratio becomes a predetermined combustion mass ratio. The adjusting means is configured to adjust the fuel injection amount and the fuel injection amount so that a calculated crank angle period that is a calculated value of a crank angle period from an ignition timing to the first crank angle approaches a target crank angle period that is a target value of the crank angle period. Adjustment of at least one of the intake air amounts is performed. The second prohibiting unit is configured in a case where the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detecting unit deviates from an air-fuel ratio range including the target air-fuel ratio in a situation where the adjustment by the adjusting unit is being performed during lean combustion operation. In addition, the adjustment by the adjusting means is prohibited.
本発明の第5の態様に係る内燃機関の制御装置は、理論空燃比よりも大きな空燃比でリーン燃焼運転を行う内燃機関の制御装置であって、NOx濃度検出手段と、クランク角検出手段と、燃焼質量割合算出手段と、第1クランク角度取得手段と、調整手段と、第1禁止手段とを備えている。NOx濃度検出手段は、排気ガスのNOx濃度を検出する。クランク角検出手段は、クランク角度を検出する。燃焼質量割合算出手段は、燃焼質量割合を算出する。第1クランク角度取得手段は、燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の第1クランク角度を取得する。調整手段は、点火時期から前記第1クランク角度までのクランク角期間の算出値である算出クランク角期間が、当該クランク角期間の目標値である目標クランク角期間に近づくように、燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方の調整を行う。第1禁止手段は、リーン燃焼運転中に前記調整手段による前記調整を行っている状況下において、前記NOx濃度検出手段により検出されるNOx濃度が、前記目標空燃比での燃焼の下で排出される排気ガスのNOx濃度よりも高い所定値よりも高い場合に、リーン燃焼運転を禁止する。 An internal combustion engine control apparatus according to a fifth aspect of the present invention is an internal combustion engine control apparatus that performs a lean combustion operation at an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio, comprising NOx concentration detection means, crank angle detection means, , A combustion mass ratio calculating means, a first crank angle obtaining means, an adjusting means, and a first prohibiting means. The NOx concentration detecting means detects the NOx concentration of the exhaust gas. The crank angle detection means detects the crank angle. The combustion mass ratio calculation means calculates the combustion mass ratio. The first crank angle acquisition means acquires the first crank angle when the combustion mass ratio becomes a predetermined combustion mass ratio. The adjusting means is configured to adjust the fuel injection amount and the fuel injection amount so that a calculated crank angle period that is a calculated value of a crank angle period from an ignition timing to the first crank angle approaches a target crank angle period that is a target value of the crank angle period. Adjustment of at least one of the intake air amounts is performed. The first prohibiting means is configured such that the NOx concentration detected by the NOx concentration detecting means is discharged under combustion at the target air-fuel ratio in a situation where the adjustment by the adjusting means is performed during lean combustion operation. When the exhaust gas is higher than a predetermined value higher than the NOx concentration of the exhaust gas, the lean combustion operation is prohibited.
本発明の第6の態様に係る内燃機関の制御装置は、理論空燃比よりも大きな空燃比でリーン燃焼運転を行う内燃機関の制御装置であって、NOx濃度検出手段と、クランク角検出手段と、燃焼質量割合算出手段と、第1クランク角度取得手段と、調整手段と、第2禁止手段とを備えている。NOx濃度検出手段は、排気ガスのNOx濃度を検出する。クランク角検出手段は、クランク角度を検出する。燃焼質量割合算出手段は、燃焼質量割合を算出する。第1クランク角度取得手段は、燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の第1クランク角度を取得する。調整手段は、点火時期から前記第1クランク角度までのクランク角期間の算出値である算出クランク角期間が、当該クランク角期間の目標値である目標クランク角期間に近づくように、燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方の調整を行う。第2禁止手段は、リーン燃焼運転中に前記調整手段による前記調整を行っている状況下において、前記NOx濃度検出手段により検出されるNOx濃度が、前記目標空燃比での燃焼の下で排出される排気ガスのNOx濃度よりも高い所定値よりも高い場合に、前記調整手段による前記調整を禁止する。 An internal combustion engine control apparatus according to a sixth aspect of the present invention is an internal combustion engine control apparatus that performs a lean combustion operation at an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio, and includes a NOx concentration detection means, a crank angle detection means, , A combustion mass ratio calculating means, a first crank angle obtaining means, an adjusting means, and a second prohibiting means. The NOx concentration detecting means detects the NOx concentration of the exhaust gas. The crank angle detection means detects the crank angle. The combustion mass ratio calculation means calculates the combustion mass ratio. The first crank angle acquisition means acquires the first crank angle when the combustion mass ratio becomes a predetermined combustion mass ratio. The adjusting means is configured to adjust the fuel injection amount and the fuel injection amount so that a calculated crank angle period that is a calculated value of a crank angle period from an ignition timing to the first crank angle approaches a target crank angle period that is a target value of the crank angle period. Adjustment of at least one of the intake air amounts is performed. The second prohibiting means is configured such that the NOx concentration detected by the NOx concentration detecting means is discharged under combustion at the target air-fuel ratio in a situation where the adjustment by the adjusting means is performed during lean combustion operation. The adjustment by the adjusting means is prohibited when the NOx concentration of the exhaust gas is higher than a predetermined value.
前記所定燃焼質量割合は10%であることが好ましい。 The predetermined combustion mass ratio is preferably 10%.
本発明によれば、リーン燃焼運転中に算出クランク角期間が目標クランク角期間に近づくように燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方を調整する制御構成を採用した場合において、基準の燃焼条件での関係に対してクランク角期間と空燃比との関係が変化している状況下であっても、NOx排出量の増加およびトルク変動の増大のうちの少なくとも一方を抑制できるようになる。 According to the present invention, in the case where a control configuration is adopted in which at least one of the fuel injection amount and the intake air amount is adjusted so that the calculated crank angle period approaches the target crank angle period during the lean combustion operation, the reference combustion is performed. Even in a situation where the relationship between the crank angle period and the air-fuel ratio changes with respect to the condition, at least one of an increase in NOx emission and an increase in torque fluctuation can be suppressed.
実施の形態1.
[実施の形態1のシステムの構成]
図1は、本発明の実施の形態1における内燃機関10のシステム構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、火花点火式の内燃機関10を備えている。内燃機関10の筒内には、ピストン12が設けられている。筒内におけるピストン12の頂部側には、燃焼室14が形成されている。燃焼室14には、吸気通路16および排気通路18が連通している。
[System configuration of the first embodiment]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration of an
吸気通路16の吸気ポートには、当該吸気ポートを開閉する吸気弁20が設けられており、排気通路18の排気ポートには、当該排気ポートを開閉する排気弁22が設けられている。また、吸気通路16には、電子制御式のスロットルバルブ24が設けられている。内燃機関10の各気筒には、燃焼室14内(筒内)に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁26、および、混合気に点火するための点火装置(点火プラグのみを図示)28が、それぞれ設けられている。さらに、各気筒には、筒内圧力を検出するための筒内圧センサ30が組み込まれている。
The intake port of the
排気通路18には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ32が配置されている。空燃比センサ32は、排気ガスの燃焼前の空燃比に対してリニアに変化する信号を出力する。空燃比センサ32よりも下流側の排気通路18には、排気ガスを浄化するための各種触媒が配置されている。ここでは、一例として、排気ガスの上流側から順に、三元触媒34およびNSR触媒(吸蔵還元型NOx触媒)36が備えられている。なお、リーン燃焼運転時のNOxの浄化のために、NSR触媒36に代え、あるいはそれとともにSCR触媒(選択還元型NOx触媒)が備えられていてもよい。
An air-
さらに、本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)40を備えている。ECU40は、少なくとも入出力インターフェースとメモリと演算処理装置(CPU)とを備えている。入出力インターフェースは、内燃機関10もしくはこれを搭載する車両に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関10が備える各種アクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられている。ECU40が信号を取り込むセンサには、上述した筒内圧センサ30および空燃比センサ32に加え、クランク軸の回転位置およびエンジン回転速度を取得するためのクランク角センサ42、および、吸入空気量を計測するためのエアフローメータ44等のエンジン運転状態を取得するための各種センサが含まれる。上記センサには、内燃機関10を搭載する車両のアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を検出するためのアクセルポジションセンサ46も含まれる。ECU40が操作信号を出すアクチュエータには、上述したスロットルバルブ24、燃料噴射弁26および点火装置28等のエンジン運転を制御するための各種アクチュエータが含まれる。メモリには、内燃機関10を制御するための各種の制御プログラムおよびマップ等が記憶されている。CPUは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて各種アクチュエータの操作信号を生成する。また、ECU40は、筒内圧センサ30の出力信号を、クランク角度と同期させてAD変換して取得する機能を有している。これにより、AD変換の分解能が許す範囲で、任意のクランク角タイミングにおける筒内圧力を検出することができる。さらに、ECU40は、クランク角度の位置によって決まる筒内容積の値を、クランク角度に応じて算出する機能を有している。
Furthermore, the system of the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 40. The
[実施の形態1の制御]
(点火時期と燃焼質量割合)
図2は、点火時期と燃焼質量割合の波形とを表した図である。筒内圧センサ30とクランク角センサ42とを備える本実施形態のシステムによれば、内燃機関10の各サイクルにおいて、クランク角度(CA)同期での筒内圧データ(筒内圧波形)を取得することができる。得られた筒内圧データと熱力学第1法則とを用いて、任意のクランク角度θでの筒内の発熱量Qを次の(1)、(2)式にしたがって算出することができる。そして、算出された筒内の発熱量Qのデータを用いて、任意のクランク角度θにおける燃焼質量割合(以下、「MFB」と称する)を次の(3)式にしたがって算出することができる。また、この(3)式を利用して、MFBが所定割合α(%)となる時のクランク角度(以下、「CAα」と称する)を取得することができる。
ただし、上記(1)式において、Pは筒内圧力、Vは筒内容積、κは筒内ガスの比熱比である。また、上記(3)式において、θminは燃焼開始点(0%燃焼点CA0)であり、θmaxは燃焼終了点(100%燃焼点CA100)である。
[Control of Embodiment 1]
(Ignition timing and combustion mass ratio)
FIG. 2 is a diagram showing the ignition timing and the combustion mass ratio waveform. According to the system of the present embodiment including the in-
In the above equation (1), P is the in-cylinder pressure, V is the in-cylinder volume, and κ is the specific heat ratio of the in-cylinder gas. In the above equation (3), θ min is the combustion start point (0% combustion point CA0), and θ max is the combustion end point (100% combustion point CA100).
ここでは、図2を参照して代表的なクランク角度CAαについて説明する。筒内の燃焼は、点火時期にて混合気に点火を行った後に着火遅れを伴って開始する。この燃焼の開始点、すなわち、MFBが立ち上がる時のクランク角度をCA0と称する。CA0からMFBが10%となる時のクランク角度CA10までのクランク角期間(CA0−CA10)が初期燃焼期間に相当し、CA10からMFBが90%となる時のクランク角度CA90までのクランク角期間(CA10−CA90)が主燃焼期間に相当する。また、MFBが50%となる時のクランク角度CA50が燃焼重心位置に相当する。 Here, a typical crank angle CAα will be described with reference to FIG. Combustion in the cylinder starts with a delay in ignition after the air-fuel mixture is ignited at the ignition timing. The starting point of this combustion, that is, the crank angle when the MFB rises is referred to as CA0. The crank angle period (CA0-CA10) from CA0 to MFB when the MFB is 10% corresponds to the initial combustion period, and the crank angle period from CA10 to the crank angle CA90 when the MFB is 90% ( CA10-CA90) corresponds to the main combustion period. Further, the crank angle CA50 when the MFB is 50% corresponds to the combustion gravity center position.
(SA−CA10を用いたリーンリミット制御)
図3は、NOx濃度、燃費、トルク変動およびSA−CA10のそれぞれと空燃比(A/F)との関係を表した図である。図3は、理論空燃比よりもリーン側のリーン空燃比領域での各種特性を示している。より詳細には、このリーン空燃比領域は、NOx濃度がピークを示す16程度の空燃比よりもリーン側の領域である。内燃機関の低燃費技術としては、理論空燃比よりも希薄な空燃比にて行うリーン燃焼運転が有効である。図3(A)、(B)に示すように、空燃比がリーンになるほど、燃費が良くなり、排気ガスのNOx濃度が減少する。ただし、空燃比をリーンにし過ぎると、燃焼が悪化することで、燃費が悪化する。その一方で、トルク変動は、図3(C)に示すように、空燃比がリーンになるにつれて徐々に大きくなり、空燃比がある値を超えてリーンになると急激に大きくなる。ここでいうトルク変動とは、時系列のトルク値に対する変動値のことである。以下、混合気の希薄燃焼限界の空燃比、より具体的には、内燃機関10のドライバビリティの観点で限界となる閾値にトルク変動値が達する時の空燃比を、「リーンリミット」と称する。
(Lean limit control using SA-CA10)
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the NOx concentration, fuel consumption, torque fluctuation, and SA-CA10 and the air-fuel ratio (A / F). FIG. 3 shows various characteristics in the lean air-fuel ratio region leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. More specifically, this lean air-fuel ratio region is a region on the lean side of the air-fuel ratio of about 16 where the NOx concentration shows a peak. As a fuel efficiency technique for an internal combustion engine, a lean combustion operation performed at an air-fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is effective. As shown in FIGS. 3A and 3B, the leaner the air-fuel ratio, the better the fuel consumption and the lower the NOx concentration of the exhaust gas. However, if the air-fuel ratio is made too lean, combustion deteriorates and fuel efficiency deteriorates. On the other hand, the torque fluctuation gradually increases as the air-fuel ratio becomes lean, as shown in FIG. 3C, and rapidly increases when the air-fuel ratio exceeds a certain value and becomes lean. The torque fluctuation here is a fluctuation value with respect to a time-series torque value. Hereinafter, the air-fuel ratio at the lean combustion limit of the air-fuel mixture, more specifically, the air-fuel ratio when the torque fluctuation value reaches the threshold value that becomes the limit from the viewpoint of drivability of the
図3(A)〜(C)より、低燃費および低NOx排出を実現するためには、内燃機関10の状態を監視し、ドライバビリティが悪化しない範囲内で出来るだけリーンとなるように空燃比を制御すること、すなわち、リーンリミット近傍で空燃比を制御することが好ましいといえる。以下、このような空燃比の制御を「リーンリミット制御」と称する。本実施形態では、そのようなリーンリミット制御として、点火時期(SA)から10%燃焼点であるCA10までのクランク角期間(SA−CA10)を利用した燃料噴射量のフィードバック制御(以下、単に、「SA−CA10フィードバック制御」と称する)を気筒毎に行うこととした。なお、SA−CA10フィードバック制御は、必ずしも気筒毎に実行されるものに限られない。すなわち、本実施形態の内燃機関10は、各気筒に筒内圧センサ30を備えているが、例えば、1つの代表気筒にのみ筒内圧センサを備えている構成の内燃機関であれば、単一の筒内圧センサから得られる筒内圧に基づく算出SA−CA10が目標SA−CA10に近づくように全気筒の燃料噴射量を補正するものであってもよい。
3A to 3C, in order to realize low fuel consumption and low NOx emission, the state of the
ここで、本実施形態のリーンリミット制御のパラメータとしてSA−CA10を用いる利点について説明する。SA−CA10は、着火遅れを代表するパラメータである。図3(D)に示すように、SA−CA10は、空燃比との相関性が高く、リーンリミット付近においても空燃比に対して線形性を良好に保持している。このため、SA−CA10の利用によって、リーンリミット近傍に空燃比をフィードバック制御し易くなる。より具体的には、図3(D)に示すように、理論空燃比よりもリーン側の空燃比領域においては、空燃比がリーンになるほどSA−CA10が大きくなるという関係がある。 Here, an advantage of using SA-CA10 as a parameter of the lean limit control of the present embodiment will be described. SA-CA10 is a parameter representing ignition delay. As shown in FIG. 3D, SA-CA10 has a high correlation with the air-fuel ratio, and maintains a good linearity with respect to the air-fuel ratio even near the lean limit. For this reason, the use of SA-CA10 facilitates feedback control of the air-fuel ratio in the vicinity of the lean limit. More specifically, as shown in FIG. 3D, in the air-fuel ratio region leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, there is a relationship that SA-CA10 increases as the air-fuel ratio becomes leaner.
また、SA−CA10は、次のような理由により、空燃比自体よりもリーンリミットの代表性が高いといえる。すなわち、リーンリミットとなる空燃比は運転条件(例えば、エンジン水温の高低)により変化するが、SA−CA10は空燃比よりも運転条件に応じて変化しにくい。言い換えると、リーンリミットとなる空燃比は混合気の着火要因に依るところが大きいため、着火遅れを代表するSA−CA10の方が空燃比自体よりも運転条件等による影響を受けにくいといえる。ただし、エンジン回転速度が変わると、1クランク角度当たりの時間が変化するため、SA−CA10の目標値である目標SA−CA10は、エンジン回転速度に応じて設定されていることが好ましい。より好適には、SA−CA10は筒内の空気充填率(KL)によっても変化するため、目標SA−CA10は、エンジン回転速度に代え、或いはそれとともに、空気充填率に応じて設定されていると良い。 Further, it can be said that SA-CA10 is more representative of the lean limit than the air-fuel ratio itself for the following reason. That is, the air-fuel ratio that becomes the lean limit changes depending on the operating conditions (for example, the engine water temperature is high or low), but the SA-CA10 is less likely to change depending on the operating conditions than the air-fuel ratio. In other words, since the air-fuel ratio that becomes the lean limit largely depends on the ignition factor of the air-fuel mixture, it can be said that the SA-CA10 that represents the ignition delay is less affected by the operating conditions than the air-fuel ratio itself. However, since the time per crank angle changes when the engine speed changes, the target SA-CA10 that is the target value of SA-CA10 is preferably set according to the engine speed. More preferably, since SA-CA10 also changes depending on the air filling rate (KL) in the cylinder, the target SA-CA10 is set according to the air filling rate instead of or together with the engine rotation speed. And good.
次に、本実施形態のリーンリミット制御の指標としてのクランク角期間を点火時期との間で特定するために用いる燃焼点(MFBが所定燃焼質量割合となる時の第1クランク角度)として、CA10が他の燃焼点と比べて好ましい理由について説明する。第1クランク角度としては、CA10に限らず、他の任意の燃焼点を用いることができる。そして、他の任意の燃焼点の利用時であっても、得られるクランク角期間は、上述した空燃比との相関性の高さおよびリーンリミットの代表性の高さという利点を基本的に有しているといえる。しかしながら、CA10よりも後の主燃焼期間(CA10−CA90)内の燃焼点を利用した場合には、得られるクランク角期間は、火炎が燃え広がる時に燃焼に影響するパラメータ(EGR率、吸気温度およびタンブル比など)の影響を大きく受けてしまう。つまり、この場合に得られるクランク角期間は、純粋に空燃比に着目したものではなく、外乱に弱くなる。このような外乱の影響を排除するために、クランク角期間を上記パラメータに応じて補正する構成とすることは、適合工数の増加となる。これに対し、初期燃焼期間(CA0−CA10)内の燃焼点を利用した場合には、得られるクランク角期間は、上記パラメータの影響を受けにくく、着火に影響する因子の影響が良く表れたものとなる。その結果、制御性が良くなる。その一方で、燃焼開始点(CA0)や燃焼終了点(CA100)は、ECU40が取得する筒内圧センサ30からの出力信号に重畳するノイズの影響によって誤差が生じ易い。このノイズの影響は、燃焼開始点(CA0)や燃焼終了点(CA100)から離れるにつれて小さくなる。したがって、耐ノイズ性と適合工数の削減とを考慮すると、本実施形態で用いるように、第1クランク角度としてはCA10が最も優れているといえる。
Next, as a combustion point (first crank angle when MFB becomes a predetermined combustion mass ratio) used to specify a crank angle period as an index of lean limit control of the present embodiment with respect to the ignition timing, CA10 The reason why is preferable compared to other combustion points will be described. The first crank angle is not limited to CA10, and any other combustion point can be used. Even when other arbitrary combustion points are used, the obtained crank angle period basically has the advantages of high correlation with the above-described air-fuel ratio and high representativeness of the lean limit. It can be said that. However, when the combustion point in the main combustion period (CA10-CA90) after CA10 is used, the obtained crank angle period is a parameter (EGR rate, intake air temperature and intake gas temperature) that affects combustion when the flame spreads. Greatly affected by the tumble ratio). That is, the crank angle period obtained in this case is not purely focused on the air-fuel ratio, and is weak against disturbance. In order to eliminate the influence of such disturbance, the configuration in which the crank angle period is corrected in accordance with the above parameters increases the number of man-hours for adaptation. On the other hand, when the combustion point in the initial combustion period (CA0-CA10) is used, the obtained crank angle period is not easily influenced by the above parameters, and the influence of the factors affecting the ignition appears well. It becomes. As a result, controllability is improved. On the other hand, the combustion start point (CA0) and the combustion end point (CA100) are likely to have errors due to the influence of noise superimposed on the output signal from the in-
(実施の形態1におけるリーン燃焼運転時の空燃比制御の概要)
図4は、本発明の実施の形態1においてリーン燃焼運転中にECU40が行う空燃比制御(リーンリミット制御)の概要を説明するためのブロック図である。本実施形態のリーンリミット制御に相当する制御であるSA−CA10フィードバック制御は、「算出SA−CA10」が「目標SA−CA10」に近づくように燃料噴射量を調整するというものである。ここでいう算出SA−CA10とは、点火時期から、筒内圧センサ(CPS)30とクランク角センサ42とを利用して得られる筒内圧データの解析結果から求められたCA10までのクランク角期間として算出される値のことである。目標SA−CA10は、基準の燃焼条件の下で、リーンリミット付近の所定の目標空燃比(A/F)と関連付けられた値である。ここでいう基準の燃焼条件とは、タンブル比、および使用燃料の性状などの燃焼に関係するパラメータが設計通りの値であるときに行われる燃焼の条件のことである。
(Outline of air-fuel ratio control during lean combustion operation in the first embodiment)
FIG. 4 is a block diagram for explaining the outline of air-fuel ratio control (lean limit control) performed by the
より具体的には、ECU40によって実行される空燃比制御の構成は、図4に示すように表すことができる。この制御構成は、燃焼モード判定部50、目標A/F切替部52、リーン燃焼時の目標A/F算出部54、基本噴射量算出部56、目標SA−CA10設定部58、SA−CA10算出部60、減算部62、SA−CA10のFB補正量算出部64、FB補正量の上下限ガード部66、加算部68、目標SA−CA10の補正量の更新量算出部70、加算部72、および加算部74を含んでいる。
More specifically, the configuration of the air-fuel ratio control executed by the
燃焼モード判定部50は、エンジントルクとエンジン回転速度(NE)とに基づいて、現在のエンジン運転領域に対応する燃焼モードを判定する。対象となる燃焼モードは、筒内空燃比を理論空燃比に制御して行うストイキ燃焼モードと、筒内空燃比を理論空燃比よりも大きな(燃料リーンな)空燃比に制御して行うリーン燃焼モードである。本実施形態では、一例として、リーン燃焼モードは、低中負荷かつ低中回転の運転領域において選択され、ストイキ燃焼モードは、リーン燃焼モードが用いられる運転領域よりも高負荷高回転側の運転領域において選択されるものとする。なお、ここで用いられるエンジントルクには、例えば、目標トルクもしくは実トルクが該当する。目標トルクは、アクセル開度に基づいて算出することができる。実トルクは、最適点火時期の使用を前提として、現在の空気充填率および目標空燃比の下で実現されることが推定されるトルクとして算出することができる。
The combustion
目標A/F切替部52は、現在の運転領域において用いるべき燃焼モードはストイキ燃焼モードであると燃焼モード判定部50が判定した場合には、目標空燃比として理論空燃比を選択する。一方、現在の運転領域において用いるべき燃焼モードはリーン燃焼モードであると燃焼モード判定部50が判定した場合には、目標A/F切替部52は、リーン燃焼時目標A/F算出部54が算出する値を目標空燃比として選択する。なお、図4への図示は省略しているが、目標空燃比として理論空燃比が選択されている場合には、公知のフィードバック制御、すなわち、空燃比センサ32により検出される空燃比が目標空燃比(理論空燃比)となるようにするための燃料噴射量のフィードバック制御が行われる。
When the combustion
リーン燃焼時の目標A/F算出部54は、空気充填率(KL)とエンジン回転速度(NE)とに基づいて、リーン燃焼モードを利用する運転領域内での目標空燃比を決定する。この目標空燃比は、NOx濃度とトルク変動とを考慮して設定されるため、図5を参照して後述する空燃比範囲R1内の値(空燃比範囲R1の中央付近の値)となる。なお、空気充填率に代え、エンジントルク(目標トルクもしくは実トルクなど)を用いてもよい。
The target A /
基本噴射量算出部56は、目標A/F切替部52から出力される目標空燃比を現在の吸入空気量の下で実現するために必要な基本の燃料噴射量である基本噴射量を算出する。この基本噴射量は、全気筒で共通の値が使用される。
The basic injection
目標SA−CA10設定部58は、空気充填率とエンジン回転速度とに基づいて目標SA−CA10を設定する。ECU40には、空気充填率とエンジン回転速度との関係で目標SA−CA10を予め定めたマップ(図示省略)が記憶されており、ここでは、そのようなマップを参照して、目標SA−CA10が設定される。より具体的には、図3(D)に示すように、空燃比とSA−CA10とは相関がある。ここでは、基準の燃焼条件にて燃焼が行われたときの空燃比とSA−CA10との相関関係を用いて、目標A/F算出部54で用いられる空気充填率とエンジン回転速度とに基づく目標空燃比に対応する目標SA−CA10が、空気充填率とエンジン回転速度とに基づく値として設定されている。このような手法により、目標SA−CA10は、リーン燃焼運転時の目標空燃比と関連付けられている。
Target SA-
SA−CA10算出部60は、点火時期(SA)と、筒内圧センサ(CPS)30により検出される筒内圧の解析結果とを利用して算出SA−CA10を算出する。算出SA−CA10は、各気筒においてサイクル毎に算出される。減算部62は、後述の加算部74を通過した後の最終的な目標SA−CA10と、算出SA−CA10との差分ΔSA−CA10を算出する。ここでは、差分ΔSA−CA10は、算出SA−CA10から目標SA−CA10を引いて得られる値であるものとする。差分ΔSA−CA10は、気筒毎に算出される。
The SA-
FB補正量算出部64は、差分ΔSA−CA10をゼロとするための燃料噴射量の補正量であるFB補正量を算出する。このFB補正量の算出のために、一例としてPI制御が使用される。具体的には、FB補正量算出部64は、差分ΔSA−CA10と所定のPIゲイン(比例項ゲインと積分項ゲイン)とを用いて、差分ΔSA−CA10およびその積算値の大きさに応じた燃料噴射量の補正量をFB補正量として算出する。FB補正量は、気筒毎に算出される。
The FB correction
上下限ガード部66は、加算部68において基本噴射量に足し合わされることになる最終的なFB補正量が所定範囲内の値となるように、FB補正量算出部64により算出されたFB補正量を必要に応じて制限する。この所定範囲は、上下限ガード部66が有する上限値と下限値とで規定される。つまり、FB補正量算出部64により算出されたFB補正量は、必ずしもそのままの値で基本噴射量に加算されるとは限られず、上記所定範囲から外れるFB補正量が上下限ガード部66に入力された場合には、上限値もしくは下限値に等しい値に制限されたFB補正量が、最終的に上下限ガード部66から加算部68に出力されることになる。
The upper / lower
上下限ガード部66を通過した最終的なFB補正量が加算部68において基本噴射量に足し合わされることにより、燃料噴射弁26によって噴射される最終的な燃料噴射量が決定される。このような燃料噴射量の補正処理が気筒毎に行われることにより、算出SA−CA10を目標SA−CA10に近づけるための燃料噴射量の補正が、対象となる気筒の燃料噴射量に反映される。これにより、内燃機関10の各気筒に供給される燃料噴射量がSA−CA10フィードバック制御によって調整(補正)されることになる。
The final FB correction amount that has passed through the upper / lower
以上説明したSA−CA10フィードバック制御によれば、目標空燃比と関連付けられた目標SA−CA10に近づくように算出SA−CA10を制御することにより、リーン燃焼運転中に空燃比をリーンリミット近傍に制御することができる。既述したように、SA−CA10と空燃比との間には相関関係はあるが、SA−CA10フィードバック制御は空燃比を直接的に制御するものではない。より具体的には、実際のSA−CA10が同じ目標SA−CA10に制御されていても、空燃比が常に同じ値に制御されているとは限らない。その理由は、次の通りである。すなわち、燃料噴射量の調整によって実際のSA−CA10を目標SA−CA10に近づけることは、あくまでも実際の燃焼を目標とする燃焼に近づけることに相当する。目標SA−CA10と空燃比との関連付けを行った基準の燃焼条件に対して各種燃焼ばらつき要因(例えば、タンブル流のばらつき、または、使用燃料の性状のばらつきなど)によって燃焼が変化すると、SA−CA10と空燃比との対応関係にずれが生じてしまう。例えば、基準の燃焼条件でのタンブル流に対してタンブル流が変化して燃焼が悪化すると、実際の燃焼が目標とする燃焼に近づくようにSA−CA10フィードバック制御によって燃料噴射量の調整が行われることで、燃焼は同等になっても空燃比は異なる値になってしまう。このように、SA−CA10フィードバック制御によって燃焼が適切に制御されている場合であっても、空燃比が目標空燃比から外れてしまう可能性がある。また、SA−CA10の算出に用いられる筒内圧センサ30の特性変化、あるいは筒内圧センサ30自体の個体差なども、SA−CA10と空燃比との関係を、関連付けを行った基準の燃焼条件での関係から変化させてしまう要因となる。
According to the SA-CA10 feedback control described above, by controlling the calculated SA-CA10 so as to approach the target SA-CA10 associated with the target air-fuel ratio, the air-fuel ratio is controlled near the lean limit during the lean combustion operation. can do. As described above, there is a correlation between SA-CA10 and the air-fuel ratio, but SA-CA10 feedback control does not directly control the air-fuel ratio. More specifically, even if the actual SA-CA10 is controlled to the same target SA-CA10, the air-fuel ratio is not always controlled to the same value. The reason is as follows. That is, bringing the actual SA-CA10 closer to the target SA-CA10 by adjusting the fuel injection amount is equivalent to bringing the actual combustion closer to the target combustion. If combustion changes due to various combustion variation factors (for example, variation in tumble flow or variation in properties of fuel used) with respect to the reference combustion condition in which the target SA-CA10 is associated with the air-fuel ratio, SA- Deviation occurs in the correspondence between CA10 and the air-fuel ratio. For example, when the tumble flow changes with respect to the tumble flow under the standard combustion condition and the combustion deteriorates, the fuel injection amount is adjusted by the SA-CA10 feedback control so that the actual combustion approaches the target combustion. As a result, even if the combustion becomes equivalent, the air-fuel ratio becomes a different value. Thus, even if the combustion is appropriately controlled by the SA-CA10 feedback control, the air-fuel ratio may deviate from the target air-fuel ratio. Further, the characteristic change of the in-
SA−CA10フィードバック制御によって実際のSA−CA10が目標SA−CA10に一致するように制御されている場合であっても、SA−CA10と空燃比との対応関係にずれが生じてしまうと、空燃比が本来意図した値からずれてしまうことになる。リーン燃焼運転中に空燃比がリッチ側にずれると、図3(A)よりNOx濃度が増加するので、NOx排出量の増加が懸念される。逆に、空燃比がリーン側にずれると、トルク変動の増大が懸念される。したがって、リーン燃焼運転中には、NOx排出抑制とトルク変動低減とを好適に両立可能な高い空燃比の制御性が求められる。 Even when the actual SA-CA10 is controlled so as to match the target SA-CA10 by the SA-CA10 feedback control, if the correspondence between the SA-CA10 and the air-fuel ratio is shifted, The fuel ratio will deviate from the originally intended value. If the air-fuel ratio shifts to the rich side during the lean combustion operation, the NOx concentration increases from FIG. Conversely, if the air-fuel ratio shifts to the lean side, there is a concern about an increase in torque fluctuation. Therefore, during lean combustion operation, a high air-fuel ratio controllability that can suitably achieve both NOx emission suppression and torque fluctuation reduction is required.
そこで、本実施形態では、リーン燃焼運転中にSA−CA10フィードバック制御を行っている状況下において、関連付けを行った基準の燃焼条件での関係に対してSA−CA10と空燃比との関係が変化している状況下であってもNOx排出抑制とトルク変動低減とを好適に両立させられるようにするために、次のような制御を行うこととした。すなわち、SA−CA10フィードバック制御の実行中に空燃比(A/F)センサ32により検出される空燃比がリーン燃焼運転中の目標空燃比を含む空燃比範囲R1から外れた場合には、空燃比が空燃比範囲R1から外れることが抑制されるように、目標SA−CA10を補正することとした。なお、このような処理に用いられる「空燃比センサ32により検出される空燃比」とは、空燃比センサ32の出力値をそのまま利用したものであってもよいし、出力値を空燃比に換算した後の値であってもよい。また、このような処理に用いる空燃比は、筒内で燃焼に付されたガスの空燃比を検出したいため、空燃比センサ32がそうであるように検出対象の排気ガスは、最上流に配置される触媒(内燃機関10の場合には、三元触媒34)よりも上流のものであることが望ましい。このことは、後述の実施の形態5等でのNOx濃度の検出についても同様である。
Therefore, in the present embodiment, the relationship between the SA-CA10 and the air-fuel ratio changes with respect to the relationship under the associated reference combustion condition in a situation where SA-CA10 feedback control is performed during the lean combustion operation. In order to allow both NOx emission suppression and torque fluctuation reduction to be suitably achieved even under such circumstances, the following control is performed. That is, when the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio (A / F)
上記の目標SA−CA10の補正を行うために、図4に示す制御構成は、更新量算出部70、加算部72、および加算部74を備えている。この制御構成によれば、更新量算出部70において目標SA−CA10の補正量の更新量が算出され、算出された更新量が加算部72において補正量の前回値に加算される。ここでいう前回値とは、同一気筒の前回のサイクルで用いた値のことである。加算部72から出力された目標SA−CA10の補正量は、目標SA−CA10設定部58によって設定された目標SA−CA10に加算部74において足し合わされる。以下、図5を参照して、具体的な目標SA−CA10の補正処理について説明する。
In order to correct the target SA-CA10, the control configuration illustrated in FIG. 4 includes an update
図5は、本発明の実施の形態1において用いられる目標SA−CA10の補正量の更新量の設定を表した図である。図5は、理論空燃比よりもリーン側のリーン空燃比領域での関係を表している。リーン空燃比領域でのNOx濃度およびトルク変動は、図3(A)および図3(C)を参照して既述しているが、摸式的に表すと図5に示すようになる。すなわち、空燃比があるレベルよりもリーンであれば、排気ガスのNOx濃度は空燃比の変化に対してあまり変化せず、一方、空燃比があるレベルよりもリッチになると、NOx濃度は空燃比がリッチになるほど急激に大きくなっていく。トルク変動は、NOx濃度とは逆の傾向を有し、空燃比がリーンリミット近傍に近くなるにつれ急激に大きくなっていく。この関係より、NOx濃度が所定値以下であってトルク変動が所定値以下となる空燃比範囲R1が得られる。このように、空燃比範囲R1は、リーン燃焼運転中にNOx濃度およびトルク変動がそれぞれ許容レベルに収まる空燃比範囲である。 FIG. 5 is a diagram showing the setting of the update amount of the correction amount of the target SA-CA10 used in the first embodiment of the present invention. FIG. 5 shows the relationship in the lean air-fuel ratio region leaner than the theoretical air-fuel ratio. The NOx concentration and torque fluctuation in the lean air-fuel ratio region have already been described with reference to FIGS. 3 (A) and 3 (C), but are schematically shown in FIG. That is, if the air-fuel ratio is leaner than a certain level, the NOx concentration of the exhaust gas does not change much with respect to the change in the air-fuel ratio, while if the air-fuel ratio becomes richer than a certain level, the NOx concentration becomes less than the air-fuel ratio. The more it becomes richer, the bigger it becomes. The torque fluctuation has a tendency opposite to that of the NOx concentration, and rapidly increases as the air-fuel ratio approaches the lean limit. From this relationship, an air-fuel ratio range R1 in which the NOx concentration is not more than a predetermined value and the torque fluctuation is not more than a predetermined value is obtained. As described above, the air-fuel ratio range R1 is an air-fuel ratio range in which the NOx concentration and the torque fluctuation are within allowable levels during the lean combustion operation.
図5に示す設定によれば、空燃比が空燃比範囲R1内にある場合は、目標SA−CA10の補正量の更新量はゼロとされている。したがって、この場合には、目標SA−CA10の補正量は前回値から更新されないため、減算部62に入力される最終的な目標SA−CA10も前回値から変更されない。
According to the setting shown in FIG. 5, when the air-fuel ratio is within the air-fuel ratio range R1, the update amount of the correction amount of the target SA-CA10 is set to zero. Accordingly, in this case, since the correction amount of the target SA-CA10 is not updated from the previous value, the final target SA-CA10 input to the subtracting
一方、上記設定によれば、空燃比が空燃比範囲R1よりもリッチ側に外れた場合には、正の更新量が算出される。その結果、目標SA−CA10は大きくなるように補正される。目標SA−CA10が大きくなると、大きくなった目標SA−CA10に算出SA−CA10が近づくように燃料噴射量が減らされる。つまり、目標SA−CA10を大きくすることは、燃料噴射量を減量側に補正して空燃比をリーン側に補正することを促すことを意味する。より具体的には、空燃比範囲R1の下限(リッチ側の境界)に対するリッチ側での空燃比のずれ量が大きいほど、正の更新量は大きくされる。その結果、目標SA−CA10は、リッチ側でのずれ量が大きいほど大きくなるように補正される。このため、上記ずれ量が大きいほど、空燃比のリーン補正がより強く促されることになるので、空燃比範囲R1よりもリッチ側に空燃比がずれることがより積極的に抑制されることになる。 On the other hand, according to the above setting, when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range R1 to the rich side, a positive update amount is calculated. As a result, the target SA-CA10 is corrected so as to increase. When the target SA-CA10 increases, the fuel injection amount is decreased so that the calculated SA-CA10 approaches the increased target SA-CA10. That is, increasing the target SA-CA10 means that the fuel injection amount is corrected to the decreasing side and the air-fuel ratio is corrected to the lean side. More specifically, the positive update amount is increased as the deviation amount of the air-fuel ratio on the rich side with respect to the lower limit (rich side boundary) of the air-fuel ratio range R1 is increased. As a result, the target SA-CA10 is corrected so as to increase as the shift amount on the rich side increases. For this reason, the larger the deviation amount, the stronger the lean correction of the air-fuel ratio is promoted, and therefore the air-fuel ratio is more positively suppressed from shifting to the rich side than the air-fuel ratio range R1. .
また、上記設定によれば、空燃比が空燃比範囲R1よりもリーン側に外れた場合には、負の更新量が算出される。その結果、目標SA−CA10は小さくなるように補正される。目標SA−CA10が小さくなると、小さくなった目標SA−CA10に算出SA−CA10が近づくように燃料噴射量が増やされる。つまり、目標SA−CA10を小さくすることは、燃料噴射量を増量側に補正して空燃比をリッチ側に補正することを促すことを意味する。より具体的には、空燃比範囲R1の上限(リーン側の境界)に対するリーン側での空燃比のずれ量が大きいほど、負の更新量はマイナス側で大きくされる。その結果、目標SA−CA10は、リーン側でのずれ量が大きいほど小さくなるように補正される。このため、上記ずれ量が大きいほど、空燃比のリッチ補正がより強く促されることになるので、空燃比範囲R1よりもリーン側に空燃比がずれることがより積極的に抑制されることになる。 Further, according to the above setting, when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range R1 to the lean side, a negative update amount is calculated. As a result, the target SA-CA10 is corrected to be small. When the target SA-CA10 decreases, the fuel injection amount is increased so that the calculated SA-CA10 approaches the reduced target SA-CA10. That is, reducing the target SA-CA10 means that the fuel injection amount is corrected to the increase side and the air-fuel ratio is corrected to the rich side. More specifically, as the deviation amount of the air-fuel ratio on the lean side with respect to the upper limit (lean side boundary) of the air-fuel ratio range R1 is larger, the negative update amount is increased on the negative side. As a result, the target SA-CA10 is corrected so as to decrease as the deviation amount on the lean side increases. For this reason, as the deviation amount is larger, rich correction of the air-fuel ratio is more strongly urged, so that the air-fuel ratio shifts more leanly to the lean side than the air-fuel ratio range R1 is more positively suppressed. .
なお、V型エンジンが用いられており、かつ、空燃比センサがバンク毎に備えられている場合には、目標SA−CA10の補正量の更新量は、それぞれのバンクの空燃比センサの出力に応じてバンク毎に算出するのが良い。このような手法によって目標SA−CA10の補正が行われた場合には、最終的に算出SA−CA10と比較される目標SA−CA10についても、バンク毎に異なる値となる。 When a V-type engine is used and an air-fuel ratio sensor is provided for each bank, the update amount of the correction amount of the target SA-CA10 is determined by the output of the air-fuel ratio sensor of each bank. It is better to calculate for each bank accordingly. When the target SA-CA10 is corrected by such a method, the target SA-CA10 that is finally compared with the calculated SA-CA10 also has a different value for each bank.
(実施の形態1における具体的処理)
図6は、本発明の実施の形態1に係るリーン燃焼運転時の空燃比制御を実現するために、ECU40が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、各気筒において燃焼終了後の所定タイミングにて、サイクル毎に繰り返し実行されるものとする。
(Specific processing in Embodiment 1)
FIG. 6 is a flowchart showing a control routine executed by the
図6に示すルーチンでは、ECU40は、まず、ステップ100の処理を実行する。ステップ100の処理は、燃焼モード判定部50の処理であり、リーン燃焼運転中であるか否かを判定するものである。本ステップ100においてリーン燃焼運転中ではないと判定した場合には、ECU40は、今回の処理サイクルにおける処理を速やかに終了する。
In the routine shown in FIG. 6, the
一方、リーン燃焼運転中であると判定した場合には、ECU40は、ステップ102に進む。ステップ102の処理は、目標A/F切替部52の処理であり、リーン燃焼運転に用いる目標空燃比を算出するものである。次いで、ECU40は、ステップ104に進む。ステップ104の処理は、目標A/F算出部54および基本噴射量算出部56の処理である。ステップ104では、ステップ102の処理による算出値が次サイクルでの燃焼の目標空燃比として選択され、当該目標空燃比と吸入空気量とに基づいて基本噴射量が算出される。
On the other hand, when it is determined that the lean combustion operation is being performed, the
次に、ECU40は、ステップ106に進む。ステップ106の処理は、目標SA−CA10設定部58の処理であり、空気充填率とエンジン回転速度とに応じた目標SA−CA10を設定するものである。ECU40には、空気充填率とエンジン回転速度との関係で目標SA−CA10を予め定めたマップ(図示省略)が記憶されている。本ステップ106では、そのようなマップを参照して目標SA−CA10が設定される。
Next, the
次に、ECU40は、ステップ108に進む。ステップ108の処理は、更新量算出部70の処理であり、目標SA−CA10の補正量の更新量を算出するものである。ECU40には、図5に示すように更新量と空燃比との関係を予め定めたマップが記憶されている。本ステップ108では、そのようなマップを参照して更新量が算出される。より具体的には、このマップを参照する際に用いる空燃比としては、センサ出力に重畳するノイズへの対策のため、空燃比センサ32により検出される空燃比の瞬時値よりも、例えば、ローパスフィルタ等による平滑化処理を施した後の値を用いるのが好適である。また、空燃比が空燃比範囲R1から外れたときには、直ちに正または負の更新量を算出するのではなく、空燃比が所定時間継続して空燃比範囲R1から外れたことを条件として、正または負の更新量を算出するのが良い。これらと同様の対策については、後述の実施の形態2〜8においても行うことが好ましい。
Next, the
次に、ECU40は、ステップ110に進む。ステップ110の処理は、加算部72の処理であり、目標SA−CA10の補正量の更新量を当該補正量の前回値に加算することによって今回の処理サイクルで用いる目標SA−CA10の補正量を算出するものである。既述したように、空燃比が空燃比範囲R1内に収まっている場合には、更新量はゼロとされるため、補正量は実質的には更新されない。一方、空燃比が空燃比範囲R1からリッチ側もしくはリーン側に外れた場合には、正または負の更新量が算出されるため、今回の処理サイクルにおいて補正量が更新されることになる。
Next, the
次に、ECU40は、ステップ112に進む。ステップ112の処理は、加算部74の処理であり、目標SA−CA10設定部58によって設定された目標SA−CA10に、加算部72を通過した後の目標SA−CA10の補正量を加算することにより最終的な目標SA−CA10を算出するものである。
Next, the
次に、ECU40は、ステップ114に進み、筒内圧センサ30とクランク角センサ42とを利用して、今回のサイクルでの燃焼時に計測された筒内圧データを取得する。次いで、ECU40は、ステップ116に進む。ステップ116の処理は、SA−CA10算出部60の処理であり、算出SA−CA10を算出するものである。より具体的には、算出SA−CA10を算出するために用いる点火時期としては、例えば、今回のサイクルで用いた目標点火時期を用いることができる。10%燃焼点CA10は、筒内圧データの解析結果(MFBの波形)を利用して取得することができる。
Next, the
次に、ECU40は、ステップ118に進む。ステップ116の処理は、減算部62の処理であり、差分ΔSA−CA10を算出するものである。次いで、ECU40は、ステップ120に進む。ステップ120の処理は、FB補正量算出部64の処理であり、差分ΔSA−CA10をゼロとするための燃料噴射量の補正量であるFB補正量を算出するものである。具体的には、算出SA−CA10が目標SA−CA10よりも大きい場合(すなわち、差分ΔSA−CA10が正の値である場合)には、空燃比が目標空燃比よりもリーン側にずれていることに相当するため、正のFB補正量(すなわち、燃料噴射量を増量側に補正して空燃比をリッチ側に補正するためのFB補正量)が算出される。逆に、算出SA−CA10が目標SA−CA10よりも小さい場合(すなわち、差分ΔSA−CA10が負の値である場合)には、空燃比が目標空燃比よりもリッチ側にずれていることに相当するため、負のFB補正量(すなわち、燃料噴射量を減量側に補正して空燃比をリーン側に補正するためのFB補正量)が算出される。なお、算出SA−CA10が目標SA−CA10と等しい場合には、FB補正量はゼロになる。
Next, the
次に、ECU40は、ステップ122に進む。ステップ122の処理は、上下限ガード部66の処理であり、最終的なFB補正量を取得するものである。最終的なFB補正量は、基本的には、ステップ120の処理により算出されるFB補正量であるが、当該FB補正量が上下限ガード部66の上限値もしくは下限値を超える値である場合には、上限値もしくは下限値に等しい値となる。
Next, the
次に、ECU40は、ステップ124に進む。ステップ124の処理は、加算部68の処理であり、ステップ104において算出された基本噴射量に対して、ステップ122において取得された最終的なFB補正量を加算するものである。この処理によって算出された最終的な燃料噴射量は、次サイクルにおいて使用されることになる。
Next, the
以上説明した図6に示すルーチンによれば、算出SA−CA10が目標SA−CA10に近づくように燃料噴射量のフィードバック制御が実行される。既述したように、SA−CA10はリーンリミット付近においても空燃比に対して線形性を有している。本実施形態の手法とは異なり、所定燃焼質量割合が得られる時の第1クランク角度のみを用いて当該第1クランク角度がある目標値となるように燃料噴射量を調整することとした場合には、次のような問題がある。すなわち、点火時期が変化すると、それに伴い、所定燃焼質量割合が得られる時の第1クランク角度が変化する。これに対し、点火時期が変化しても、点火時期から上記第1クランク角度になるまでのクランク角期間はほとんど変化しない。このため、燃料噴射量の調整のための指標として上記クランク角期間(本実施形態では、SA−CA10)を用いることで、上記第1クランク角度のみを用いる場合と比べ、点火時期の影響を排除して空燃比との相関性を好適に把握できるようになる。 According to the routine shown in FIG. 6 described above, the fuel injection amount feedback control is executed so that the calculated SA-CA10 approaches the target SA-CA10. As described above, SA-CA10 has linearity with respect to the air-fuel ratio even near the lean limit. Unlike the method of the present embodiment, when the fuel injection amount is adjusted so that the first crank angle becomes a certain target value using only the first crank angle when the predetermined combustion mass ratio is obtained. Has the following problems. That is, when the ignition timing changes, the first crank angle when a predetermined combustion mass ratio is obtained changes accordingly. On the other hand, even if the ignition timing changes, the crank angle period from the ignition timing to the first crank angle hardly changes. Therefore, by using the crank angle period (SA-CA10 in the present embodiment) as an index for adjusting the fuel injection amount, the influence of the ignition timing is eliminated as compared with the case where only the first crank angle is used. Thus, the correlation with the air-fuel ratio can be properly grasped.
そのうえで、上記ルーチンによれば、SA−CA10フィードバック制御の実行中に空燃比が空燃比範囲R1から外れた場合には、目標SA−CA10が補正される。より具体的には、空燃比が空燃比範囲R1からリッチ側に外れた場合には、空燃比のリーン補正を促すために目標SA−CA10が大きくされ、一方、空燃比が空燃比範囲R1からリーン側に外れた場合には、空燃比のリッチ補正を促すために目標SA−CA10が小さくされる。これにより、算出SA−CA10が目標SA−CA10の近傍に適切に制御されているけれども燃焼条件の変化等の要因によってSA−CA10と空燃比との関係が変化している状況下であっても、空燃比が目標空燃比付近の空燃比範囲R1から外れることを抑制することができる。つまり、空燃比センサ32を用いて空燃比を監視することによって、SA−CA10フィードバック制御を実行しているだけでは気づくことができない空燃比の変化に対処できるようになる。さらに付け加えると、空燃比センサ32により検出される空燃比をSA−CA10フィードバック制御に与えるようにしたことで、空燃比を空燃比範囲R1内により確実に収めつつ、実際の燃焼を目標とする燃焼に近づけられるようにSA−CA10フィードバック制御を実行させられるようになる。また、NOx排出の限界およびトルク変動の限界を空燃比にて管理できるようになる。以上説明した本実施形態の制御によれば、リーン燃焼運転中にSA−CA10フィードバック制御を行っている状況下において、関連付けを行った基準の燃焼条件での関係に対してSA−CA10と空燃比との関係が変化している状況下であっても、NOx排出抑制とトルク変動低減とを好適に両立させられるようになる。
In addition, according to the above routine, when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range R1 during the execution of the SA-CA10 feedback control, the target SA-CA10 is corrected. More specifically, when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range R1 to the rich side, the target SA-CA10 is increased to promote lean correction of the air-fuel ratio, while the air-fuel ratio falls from the air-fuel ratio range R1. When the value deviates to the lean side, the target SA-CA10 is reduced in order to promote rich correction of the air-fuel ratio. Thus, even when the calculated SA-CA10 is appropriately controlled in the vicinity of the target SA-CA10, the relationship between the SA-CA10 and the air-fuel ratio is changed due to factors such as changes in combustion conditions. Thus, it is possible to prevent the air-fuel ratio from deviating from the air-fuel ratio range R1 near the target air-fuel ratio. That is, by monitoring the air-fuel ratio using the air-
また、本実施形態の手法は、SA−CA10フィードバック制御の目標値そのものを補正するものであるため、他の実施の形態2〜4の手法と比較して、制御が合理的となる。そして、本手法によれば、SA−CA10をどのような値に制御しようとしているかが明確となるため、制御の発展性および展開性が高いといえる。 Moreover, since the method of this embodiment corrects the target value itself of SA-CA10 feedback control, the control is rational compared with the methods of other Embodiments 2 to 4. And according to this method, since it becomes clear what value it is going to control SA-CA10, it can be said that the expansibility and expandability of control are high.
ところで、上述した実施の形態1においては、空燃比が空燃比範囲R1からリッチ側に外れた場合には目標SA−CA10を大きくし、空燃比が空燃比範囲R1からリーン側に外れた場合には目標SA−CA10を小さくすることとしている。しかしながら、本発明における目標クランク角期間の補正は、空燃比が空燃比範囲からリッチ側およびリーン側のどちらに外れた場合にも実施されるものに必ずしも限られず、空燃比がリッチ側およびリーン側の何れか一方に外れた場合にのみ実施されるようになっていてもよい。
By the way, in
なお、上述した実施の形態1においては、CA10が本発明における「第1クランク角度」に、算出SA−CA10が本発明における「算出クランク角期間」に、目標SA−CA10が本発明における「目標クランク角期間」に、空燃比範囲R1が本発明における「空燃比範囲」に、それぞれ相当している。また、ECU40が空燃比センサ32を用いて空燃比を検出することにより本発明における「空燃比検出手段」が実現されており、ECU40がクランク角センサ42を用いてクランク角度を検出することにより本発明における「クランク角検出手段」が実現されており、ECU40が筒内圧センサ30とクランク角センサ42とを用いて取得した燃焼期間中の筒内圧データを使用して燃焼質量割合(MFB)を算出することにより本発明における「燃焼質量割合算出手段」が実現されており、ECU40が燃焼質量割合の算出結果を利用してCA10を取得することにより本発明における「第1クランク角度取得手段」が実現されており、ECU40が上記ステップ118〜124の処理を実行することにより本発明における「調整手段」が実現されており、そして、ECU40が上記ステップ108〜112の処理を実行することにより本発明の第1の態様における「変更手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, CA10 is the “first crank angle” according to the present invention, calculated SA-CA10 is the “calculated crank angle period” according to the present invention, and target SA-CA10 is the “target crank angle” according to the present invention. In the “crank angle period”, the air-fuel ratio range R1 corresponds to the “air-fuel ratio range” in the present invention. Further, the
実施の形態2.
次に、図7から図9を新たに参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[実施の形態2の制御]
(実施の形態2におけるリーン燃焼運転時の空燃比制御の概要)
本実施形態は、上述した内燃機関10を制御する場合に、図4に示す制御構成に代えて図7に示す制御構成を用いるという点において、実施の形態1と相違している。そして、本実施形態の制御は、リーン燃焼運転中にSA−CA10フィードバック制御を行っている状況下において空燃比センサ32により検出される空燃比が空燃比範囲R1から外れた場合には、燃料噴射量のFB補正量についての上下限値を補正することによってFB補正量の制御範囲を制限し、これにより、空燃比が空燃比範囲R1から外れることを抑制するというものである。
[Control of Embodiment 2]
(Outline of air-fuel ratio control during lean combustion operation in Embodiment 2)
The present embodiment is different from the first embodiment in that the control configuration shown in FIG. 7 is used instead of the control configuration shown in FIG. 4 when controlling the
図7は、本発明の実施の形態2においてリーン燃焼運転中にECU40が行う空燃比制御(リーンリミット制御)の概要を説明するためのブロック図である。図7に示す制御構成は、上述した更新量算出部70、加算部72および加算部74に代えて、上下限値の補正量の更新量算出部76ならびに加算部78、80、82および84を備えているという点を除き、図4に示す制御構成と同様である。
FIG. 7 is a block diagram for explaining an outline of air-fuel ratio control (lean limit control) performed by the
図7に示す制御構成においても、図4に示す制御構成と同様に、SA−CA10フィードバック制御を実行しつつ、空燃比センサ32により検出される空燃比を利用する。ただし、図7に示す制御構成では、空燃比センサ32により検出される空燃比は、更新量算出部76に入力されるようになっている。
Also in the control configuration shown in FIG. 7, the air-fuel ratio detected by the air-
更新量算出部76は、燃料噴射量のFB補正量についての上限値および下限値のそれぞれの補正量の更新量を算出する。算出された上限値の補正量の更新量は加算部78において補正量の前回値に加算される。加算部78から出力された上限値の補正量は、加算部80において上限値のベース値に足し合わされる。これにより、最終的な上限値が算出される。同様に、算出された下限値の補正量の更新量は加算部82において補正量の前回値に加算される。加算部82から出力された下限値の補正量は、加算部84において下限値のベース値に足し合わされる。これにより、最終的な下限値が算出される。以下、図8を参照して、具体的な上下限値の補正処理について説明する。
The update
図8は、本発明の実施の形態2において用いられるFB補正量についての上下限値の補正量の更新量の設定を表した図である。図8中に示すリーン空燃比領域でのNOx濃度およびトルク変動と空燃比との関係は、図5に示すものと同じである。 FIG. 8 is a diagram showing the setting of the update amount of the correction amount of the upper and lower limit values for the FB correction amount used in the second embodiment of the present invention. The relationship between the NOx concentration and torque fluctuation in the lean air-fuel ratio region shown in FIG. 8 and the air-fuel ratio is the same as that shown in FIG.
図8に示す設定によれば、空燃比が空燃比範囲R1内にある場合は、上下限値(ガード値)の補正量の更新量はゼロとされている。したがって、この場合には、上下限値の補正量は前回値から更新されないため、上下限ガード部66に入力される最終的な上下限値も前回値から変更されない。
According to the setting shown in FIG. 8, when the air-fuel ratio is within the air-fuel ratio range R1, the update amount of the correction amount of the upper and lower limit values (guard value) is set to zero. Therefore, in this case, since the upper and lower limit correction amounts are not updated from the previous value, the final upper and lower limit values input to the upper and lower
一方、上記設定によれば、空燃比が空燃比範囲R1よりもリッチ側に外れた場合には、上限値のために負の更新量が算出され、一方、下限値の補正量の更新量はゼロとされる。その結果、上限値は小さくなるように補正されるが、下限値は更新されない。FB補正量の上限値が小さくなると、燃料噴射量を大きく増やすことが制限されることになる。つまり、上限値を小さくすることは、算出SA−CA10を小さくするとき(すなわち、空燃比をリッチにするとき)に用いるFB補正量の絶対値の上限を小さくすること、したがって、空燃比をリッチ側に補正しすぎないようにすることを意味する。そして、図8に示す設定をより詳細に説明すると、空燃比範囲R1の下限(リッチ側の境界)に対するリッチ側での空燃比のずれ量が大きいほど、負の更新量はマイナス側で大きくされる。その結果、上限値は、リッチ側でのずれ量が大きいほど小さくなるように補正される。このため、上記ずれ量が大きいほど、リッチ側への空燃比のずれがより積極的に抑制されることになる。 On the other hand, according to the above setting, when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range R1, the negative update amount is calculated for the upper limit value, while the update amount of the lower limit correction amount is Zero. As a result, the upper limit value is corrected to be smaller, but the lower limit value is not updated. When the upper limit value of the FB correction amount is small, it is limited that the fuel injection amount is greatly increased. In other words, reducing the upper limit value reduces the upper limit of the absolute value of the FB correction amount used when the calculated SA-CA10 is reduced (that is, when the air-fuel ratio is made rich), and therefore the air-fuel ratio is made rich. It means not to correct too much to the side. The setting shown in FIG. 8 will be described in more detail. As the deviation amount of the air-fuel ratio on the rich side with respect to the lower limit (rich-side boundary) of the air-fuel ratio range R1 is larger, the negative update amount is increased on the minus side. The As a result, the upper limit value is corrected so as to decrease as the deviation amount on the rich side increases. For this reason, the larger the deviation amount, the more actively the deviation of the air-fuel ratio toward the rich side is suppressed.
また、上記設定によれば、空燃比が空燃比範囲R1よりもリーン側に外れた場合には、下限値のために正の更新量が算出され、一方、上限値の補正量の更新量はゼロとされる。その結果、下限値は大きくなる(マイナス側で小さくなる)ように補正されるが、上限値は更新されない。FB補正量の下限値が大きくなると、燃料噴射量を大きく減らすことが制限されることになる。つまり、下限値を大きくすることは、算出SA−CA10を大きくするとき(すなわち、空燃比をリーンにするとき)に用いるFB補正量の絶対値の上限を小さくすること、したがって、空燃比をリーン側に補正しすぎないようにすることを意味する。そして、図8に示す設定をより詳細に説明すると、空燃比範囲R1の上限(リーン側の境界)に対するリーン側での空燃比のずれ量が大きいほど、正の更新量は大きくされる。その結果、下限値は、リーン側でのずれ量が大きいほど大きくなるように補正される。このため、上記ずれ量が大きいほど、リーン側への空燃比のずれがより積極的に抑制されることになる。 Further, according to the above setting, when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range R1, the positive update amount is calculated for the lower limit value, while the update amount of the upper limit correction amount is Zero. As a result, the lower limit is corrected so as to increase (decrease on the minus side), but the upper limit is not updated. When the lower limit value of the FB correction amount is increased, it is limited to greatly reduce the fuel injection amount. In other words, increasing the lower limit value means reducing the upper limit of the absolute value of the FB correction amount used when the calculated SA-CA10 is increased (that is, when the air-fuel ratio is made lean). It means not to correct too much to the side. The setting shown in FIG. 8 will be described in more detail. The larger the deviation amount of the air-fuel ratio on the lean side with respect to the upper limit (lean side boundary) of the air-fuel ratio range R1, the larger the positive update amount. As a result, the lower limit value is corrected so as to increase as the deviation amount on the lean side increases. For this reason, the larger the deviation amount, the more actively the deviation of the air-fuel ratio toward the lean side is suppressed.
なお、V型エンジンが用いられており、かつ、空燃比センサがバンク毎に備えられている場合には、上下限値の補正量の更新量は、それぞれのバンクの空燃比センサの出力に応じてバンク毎に算出するのが良い。このような手法によって目標SA−CA10の補正が行われた場合には、最終的に算出SA−CA10と比較される目標SA−CA10についても、バンク毎に異なる値となる。 When a V-type engine is used and an air-fuel ratio sensor is provided for each bank, the update amount of the upper / lower limit correction amount depends on the output of the air-fuel ratio sensor of each bank. It is better to calculate for each bank. When the target SA-CA10 is corrected by such a method, the target SA-CA10 that is finally compared with the calculated SA-CA10 also has a different value for each bank.
(実施の形態2における具体的処理)
図9は、本発明の実施の形態2に係るリーン燃焼運転時の空燃比制御を実現するために、ECU40が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図9において、実施の形態1における図6に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
(Specific processing in Embodiment 2)
FIG. 9 is a flowchart showing a control routine executed by the
図9に示すルーチンでは、ECU40は、ステップ120においてFB補正量を算出した後に、ステップ200に進む。ステップ200の処理は、更新量算出部76の処理であり、FB補正量の上下限値についての補正量の更新量を算出するものである。ECU40には、図8に示すように更新量と空燃比との関係を予め定めたマップが記憶されている。本ステップ200では、そのようなマップを参照して更新量が算出される。
In the routine shown in FIG. 9, the
次に、ECU40は、ステップ202に進む。ステップ202の処理は、加算部78および加算部82の処理であり、上限値および下限値のそれぞれの補正量の更新量を各補正量の前回値に加算することによって今回の処理サイクルで用いる上下限値の補正量を算出するものである。既述したように、上限値の補正量は、空燃比が空燃比範囲R1よりもリッチ側に外れた場合にのみ更新され、一方、下限値の補正量は、空燃比が空燃比範囲R1よりもリーン側に外れた場合にのみ更新されることになる。
Next, the
次に、ECU40は、ステップ204に進む。ステップ204の処理は、加算部80および加算部84の処理であり、上限値および下限値のそれぞれのベース値に、加算部78および加算部82を通過した後の上下限値の補正量を加算することにより最終的な上限値および下限値をそれぞれ算出するものである。次いで、このような手法によって算出された最終的な上下限値によって制限される範囲内のFB補正量を用いて、次サイクルにおいて使用される最終的な燃料噴射量が算出されることになる(ステップ122および124)。
Next, the
以上説明した図9に示すルーチンによれば、SA−CA10フィードバック制御の実行中に空燃比が空燃比範囲R1から外れた場合には、燃料噴射量のFB補正量の上下限値が補正される。より具体的には、空燃比が空燃比範囲R1からリッチ側に外れた場合には、空燃比のリッチ補正を制限するために上限値が小さくされ、一方、空燃比が空燃比範囲R1からリーン側に外れた場合には、空燃比のリーン補正を制限するために下限値が大きくされる。このような本実施形態の手法によってFB補正量の制御範囲を制限することによっても、算出SA−CA10が目標SA−CA10の近傍に適切に制御されているけれども燃焼条件の変化等の要因によってSA−CA10と空燃比との関係が変化している状況下であっても、空燃比が目標空燃比付近の空燃比範囲R1から外れることを抑制することができる。 According to the routine shown in FIG. 9 described above, when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range R1 during the execution of the SA-CA10 feedback control, the upper and lower limit values of the FB correction amount of the fuel injection amount are corrected. . More specifically, when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range R1 to the rich side, the upper limit value is reduced to limit the rich correction of the air-fuel ratio, while the air-fuel ratio is lean from the air-fuel ratio range R1. If it deviates, the lower limit value is increased in order to limit the lean correction of the air-fuel ratio. Even when the control range of the FB correction amount is limited by the method of the present embodiment, the calculated SA-CA10 is appropriately controlled in the vicinity of the target SA-CA10, but the SA is caused by factors such as changes in combustion conditions. -Even under a situation where the relationship between CA10 and the air-fuel ratio is changing, it is possible to suppress the air-fuel ratio from deviating from the air-fuel ratio range R1 near the target air-fuel ratio.
また、本実施形態の手法は、FB補正量の制御範囲を制限しつつもSA−CA10フィードバック制御自体は継続している。このため、上記制限に伴う範囲内に空燃比を収めつつ、SA−CA10フィードバック制御によって実際の燃焼を目標とする燃焼に近づけられるようになる。そして、SA−CA10フィードバック制御の継続により、後述の実施の形態4の手法(SA−CA10フィードバックの禁止)と比べて、より適正な空燃比範囲に空燃比を維持できるようになる。さらに、SA−CA10フィードバック制御を禁止する場合と比べて適正な空燃比範囲に空燃比を維持できることにより、NOxの排出抑制を図り易くすることができる。このため、SA−CA10フィードバック制御を禁止する場合と比べて、NOxの浄化のためのリッチスパイクの実行頻度の低減、すなわち、リーン燃焼運転の実行頻度を高く確保できるようになる。 In the method of the present embodiment, the SA-CA10 feedback control itself is continued while the control range of the FB correction amount is limited. For this reason, it becomes possible to bring the target combustion closer to the target combustion by the SA-CA10 feedback control while keeping the air-fuel ratio within the range due to the above limitation. By continuing the SA-CA10 feedback control, it becomes possible to maintain the air-fuel ratio in a more appropriate air-fuel ratio range as compared with the method of the fourth embodiment (prohibition of SA-CA10 feedback) described later. Furthermore, since it is possible to maintain the air-fuel ratio in an appropriate air-fuel ratio range as compared with the case where the SA-CA10 feedback control is prohibited, it is possible to easily suppress NOx emission. For this reason, compared with the case where the SA-CA10 feedback control is prohibited, it is possible to secure a reduction in the execution frequency of the rich spike for purifying NOx, that is, the execution frequency of the lean combustion operation.
ところで、上述した実施の形態2においては、空燃比が空燃比範囲R1からリッチ側に外れた場合にはFB補正量の上限値を小さくし、空燃比が空燃比範囲R1からリーン側に外れた場合には下限値を大きくすることとしている。しかしながら、本発明における補正量の上下限値の補正は、空燃比が空燃比範囲からリッチ側およびリーン側のどちらに外れた場合にも実施されるものに必ずしも限られず、空燃比がリッチ側およびリーン側の何れか一方に外れた場合にのみ実施されるようになっていてもよい。 By the way, in Embodiment 2 described above, when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range R1 to the rich side, the upper limit value of the FB correction amount is reduced, and the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range R1 to the lean side. In some cases, the lower limit is increased. However, the correction of the upper and lower limit values of the correction amount in the present invention is not necessarily limited to that performed when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range to either the rich side or the lean side. It may be implemented only when it is off to either one of the lean side.
なお、上述した実施の形態2においては、ECU40が上記ステップ200〜204の処理を実行することにより本発明の第1の態様における「変更手段」が実現されている。
In the second embodiment described above, the “changing means” in the first aspect of the present invention is realized by the
実施の形態3.
次に、図10および図11を新たに参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11 again.
[実施の形態3の制御]
(実施の形態3における空燃比制御の概要)
本実施形態は、上述した内燃機関10を制御する場合に、図4に示す制御構成に代えて図10に示す制御構成を用いるという点において、実施の形態1と相違している。そして、本実施形態の制御は、リーン燃焼運転中にSA−CA10フィードバック制御を行っている状況下において、空燃比センサ32により検出される空燃比が空燃比範囲R1から外れた場合には、リーン燃焼運転を禁止するというものである。
[Control of Embodiment 3]
(Outline of air-fuel ratio control in Embodiment 3)
The present embodiment is different from the first embodiment in that the control configuration shown in FIG. 10 is used instead of the control configuration shown in FIG. 4 when controlling the
図10は、本発明の実施の形態3においてECU40が行う空燃比制御の概要を説明するためのブロック図である。図10に示す制御構成は、図4に示す制御構成から目標SA−CA10の補正量の更新量算出部70と加算部72および74とを削除し、かつ、目標A/F切替部52に代えて目標A/F切替部86を備えるものに相当する。
FIG. 10 is a block diagram for explaining the outline of the air-fuel ratio control performed by the
目標A/F切替部86には、空燃比センサ32により検出される空燃比が入力されるようになっている。目標A/F切替部86は、リーン燃焼運転中の空燃比が空燃比範囲R1内に収まっている場合には、目標A/F切替部52と同じように機能する。すなわち、燃焼モード判定部50により判定された燃焼モードがリーン燃焼モードである場合には、空燃比が空燃比範囲R1内に収まっている場合であれば、判定通りのリーン燃焼モードを最終的に選択する。これにより、SA−CA10フィードバック制御を伴うリーン燃焼運転が通常通り実行される。その一方で、目標A/F切替部86は、現在のエンジン運転領域に対応する燃焼モードがリーン燃焼モードである場合であっても、空燃比が空燃比範囲R1から外れている場合には、最終的にはリーン燃焼モードを選択せずにストイキ燃焼モードを選択する。これにより、リーン燃焼運転が禁止されて、ストイキ燃焼運転が実行されることになる。
An air-fuel ratio detected by the air-
(実施の形態3における具体的処理)
図11は、本発明の実施の形態3に係る空燃比制御を実現するために、ECU40が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図11において、実施の形態1における図6に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
(Specific processing in Embodiment 3)
FIG. 11 is a flowchart showing a control routine executed by the
図9に示すルーチンでは、ECU40は、まず、ステップ300の処理を実行する。ステップ300の処理は、燃焼モード判定部50の処理であり、エンジントルクとエンジン回転速度とに基づいて、現在のエンジン運転領域に対応する燃焼モードがリーン燃焼モードであるか否かを判定するものである。
In the routine shown in FIG. 9, the
ステップ300の判定が不成立となる場合、つまり、現在のエンジン運転領域に対応する燃焼モードがストイキ燃焼モードであると判定された場合には、ECU40は、ステップ302に進む。ステップ302では、ストイキ燃焼運転のための各種処理(目標空燃比の設定、基本噴射量の算出、および空燃比センサ32を利用した空燃比のフィードバック制御など)が実行される。
If the determination in
一方、ステップ300においてリーン燃焼モードであると判定された場合には、ECU40は、ステップ304に進む。ステップ304の処理は、目標A/F切替部86の処理であり、空燃比センサ32により検出される空燃比が空燃比範囲R1(図5参照)内に収まっているか否かを判定するものである。
On the other hand, when it is determined in
ステップ304において空燃比が空燃比範囲R1内に収まっていると判定した場合には、ECU40は、リーン燃焼モードを最終的に選択し、ステップ102以降の一連の処理を実行する。その結果、SA−CA10フィードバック制御を伴うリーン燃焼運転が実行されることになる。
If it is determined in
一方、ステップ304の判定が不成立となる場合、つまり、空燃比が空燃比範囲R1から外れていると判定した場合には、ECU40は、最終的にはリーン燃焼モードに代えてストイキ燃焼モードを選択し、ステップ302に進む。その結果、リーン燃焼運転の実行が禁止され、その代わりにストイキ燃焼運転が実行されることになる。
On the other hand, if the determination in
以上説明した図11に示すルーチンによれば、SA−CA10フィードバック制御の実行中に空燃比が空燃比範囲R1から外れた場合には、リーン燃焼運転が禁止され、リーン燃焼運転からストイキ燃焼運転への切り替えが実行される。リーン燃焼運転自体が行われなくなることで、リーン燃焼運転領域において空燃比範囲R1よりも空燃比がリッチ側もしくはリーン側にずれてしまうことを回避することができる。このため、そのような空燃比のずれに起因するNOx排出量の増加またはトルク変動の増大を抑制することができる。また、本手法は、実施の形態1および2の手法とは異なり、SA−CA10フィードバック制御を伴うリーン燃焼運転を継続させながら行えるものではないが、リーン燃焼運転そのものを禁止するため、制御構成を簡素化することができる。 According to the routine shown in FIG. 11 described above, when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range R1 during the execution of the SA-CA10 feedback control, the lean combustion operation is prohibited and the lean combustion operation is switched to the stoichiometric combustion operation. Is switched. Since the lean combustion operation itself is not performed, it can be avoided that the air-fuel ratio shifts to the rich side or the lean side from the air-fuel ratio range R1 in the lean combustion operation region. For this reason, it is possible to suppress an increase in NOx emission amount or an increase in torque fluctuation due to such a deviation in air-fuel ratio. Further, unlike the methods of the first and second embodiments, this method cannot be performed while continuing the lean combustion operation with SA-CA10 feedback control, but the control configuration is prohibited in order to prohibit the lean combustion operation itself. It can be simplified.
ところで、上述した実施の形態3においては、空燃比が空燃比範囲R1からリッチ側およびリーン側のどちらに外れた場合にも、リーン燃焼運転を禁止することとしている。しかしながら、本発明におけるリーン燃焼運転の禁止は、上記に代え、空燃比がリッチ側およびリーン側の何れか一方に外れた場合にのみ実施されるようになっていてもよい。 Incidentally, in the above-described third embodiment, the lean combustion operation is prohibited even when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range R1 to either the rich side or the lean side. However, the prohibition of the lean combustion operation in the present invention may be implemented only when the air-fuel ratio deviates to one of the rich side and the lean side instead of the above.
なお、上述した実施の形態3においては、ECU40が上記ステップ304の判定が不成立となる場合に上記ステップ302の処理を実行することにより本発明の第3の態様における「第1禁止手段」が実現されている。
In the third embodiment described above, the “first prohibiting means” according to the third aspect of the present invention is realized by the
実施の形態4.
次に、図12および図13を新たに参照して、本発明の実施の形態4について説明する。
Embodiment 4 FIG.
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[実施の形態4の制御]
(実施の形態4におけるリーン燃焼運転時の空燃比制御の概要)
本実施形態は、上述した内燃機関10を制御する場合に、図4に示す制御構成に代えて図12に示す制御構成を用いるという点において、実施の形態1と相違している。そして、本実施形態の制御は、リーン燃焼運転中にSA−CA10フィードバック制御を行っている状況下において、空燃比センサ32により検出される空燃比が空燃比範囲R1から外れた場合には、SA−CA10フィードバック制御の実行を禁止するというものである。また、SA−CA10フィードバック制御の禁止中の目標空燃比は、SA−CA10フィードバック制御の実行中の値よりもリッチ側の値に設定される。
[Control of Embodiment 4]
(Outline of air-fuel ratio control during lean combustion operation in Embodiment 4)
The present embodiment is different from the first embodiment in that the control configuration shown in FIG. 12 is used instead of the control configuration shown in FIG. 4 when controlling the
図12は、本発明の実施の形態4においてリーン燃焼運転中にECU40が行う空燃比制御(リーンリミット制御)の概要を説明するためのブロック図である。図12に示す制御構成は、図4に示す制御構成から目標SA−CA10の補正量の更新量算出部70と加算部72および74とを削除し、目標A/F算出部54に変えて目標A/F算出部88を備え、かつ、FB補正量算出部64に代えてFB補正量算出部90を備えるものに相当する。
FIG. 12 is a block diagram for explaining an overview of air-fuel ratio control (lean limit control) performed by the
目標A/F算出部88およびFB補正量算出部90には、空燃比センサ32により検出される空燃比がそれぞれ入力されるようになっている。目標A/F算出部88は、リーン燃焼運転中の空燃比が空燃比範囲R1内に収まっている場合には、目標A/F算出部54と同じように機能する。すなわち、空気充填率(KL)とエンジン回転速度(NE)とに基づいて目標空燃比を通常通り決定する。その一方で、目標A/F算出部88は、空燃比が空燃比範囲R1から外れている場合には、リーン燃焼運転中の空燃比が空燃比範囲R1内に収まっている場合に用いる値に対して、空燃比範囲R1内において所定の余裕代だけリッチ側の値を目標空燃比として設定する。
The air-fuel ratio detected by the air-
FB補正量算出部90は、リーン燃焼運転中の空燃比が空燃比範囲R1内に収まっている場合には、FB補正量算出部64と同じように機能する。すなわち、この場合には、SA−CA10フィードバック制御の実行のために、差分ΔSA−CA10をゼロとするための燃料噴射量の補正量であるFB補正量を通常通り算出する。その一方で、FB補正量算出部90は、空燃比が空燃比範囲R1から外れている場合には、FB補正量をゼロとして上下限ガード部66に出力する。この処理が行われた場合には、SA−CA10を利用した燃料噴射量の補正は行われないこととなり、最終的な燃料噴射量は、基本噴射量のままとなる。つまり、SA−CA10フィードバック制御が禁止され、燃料噴射量はオープンループ制御によって調整されることになる。ただし、上述した実施の形態3とは異なり、本実施形態では、空燃比が空燃比範囲R1から外れている場合であっても、リーン燃焼運転自体は継続される。
The FB correction
また、本実施形態で用いる空燃比範囲R1は、図5を参照して既述した考え方で設定されるものであってもよいが、次のような観点も踏まえて設定されることが好適である。すなわち、内燃機関10の各種構成部品のばらつき、および筒内圧センサ30の個体差等を考慮して、SA−CA10フィードバック制御の実行中に想定される空燃比の変動範囲を事前に求めておく。そして、当該空燃比範囲相当となるように空燃比範囲R1を設定するのが良い。そして、このような設定の空燃比範囲R1から空燃比が外れた場合には、筒内圧センサ30が異常であると判断し、SA−CA10フィードバック制御を禁止するのが良い。
Further, the air-fuel ratio range R1 used in the present embodiment may be set based on the concept described above with reference to FIG. 5, but is preferably set based on the following viewpoints. is there. That is, the variation range of the air-fuel ratio assumed during the execution of the SA-CA10 feedback control is obtained in advance in consideration of variations in various components of the
(実施の形態4における具体的処理)
図13は、本発明の実施の形態4に係るリーン燃焼運転時の空燃比制御を実現するために、ECU40が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図13において、実施の形態1における図6に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
(Specific processing in Embodiment 4)
FIG. 13 is a flowchart showing a control routine executed by the
図13に示すルーチンでは、ECU40は、ステップ100においてリーン燃焼運転中であると判定した後に、ステップ400に進む。ステップ400では、空燃比センサ32により検出される空燃比が空燃比範囲R1(図5参照)内に収まっているか否かが判定される。
In the routine shown in FIG. 13, the
ステップ400において空燃比が空燃比範囲R1内に収まっていると判定した場合には、ECU40は、ステップ102以降の一連の処理を実行する。これにより、SA−CA10フィードバック制御が通常通り実行されることになる。
When it is determined in
一方、ステップ400の判定が不成立となる場合、つまり、空燃比が空燃比範囲R1から外れていると判定した場合には、ECU40は、ステップ402に進む。ステップ402の処理は、目標A/F算出部88の処理であり、ステップ102において算出される値に対して、空燃比範囲R1内において所定の余裕代だけリッチ側の値を目標空燃比として算出するものである。次いで、ECU40は、ステップ404に進み、ステップ402において算出された目標空燃比を用いて基本噴射量を算出する。次いで、ECU40は、ステップ406に進む。ステップ406の処理は、FB補正量算出部90の処理であり、FB補正量をゼロとして算出するものである。ステップ406の処理を実行した後に、ECU40は、ステップ122に進む。
On the other hand, if the determination in
以上説明した図13に示すルーチンによれば、SA−CA10フィードバック制御の実行中に空燃比が空燃比範囲R1から外れた場合には、FB補正量がゼロとされることで、SA−CA10フィードバック制御の実行が禁止される。これにより、SA−CA10フィードバック制御の作用によって空燃比が空燃比範囲R1よりもリッチ側もしくはリーン側にずれてしまうことを回避することができる。このため、そのような空燃比のずれに起因するNOx排出量の増加またはトルク変動の増大を抑制することができる。また、本手法は、実施の形態1および2の手法とは異なり、SA−CA10フィードバック制御を継続させながら行えるものではないが、実施の形態1とは異なり、リーン燃焼運転を継続させるものである。このため、リーン燃焼運転の頻度を高く確保することができる。なお、本実施形態におけるSA−CA10フィードバック制御の禁止は、実施の形態2におけるFB補正量の上下限値を限界まで狭めたものに相当するといえる。 According to the routine shown in FIG. 13 described above, when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range R1 during execution of the SA-CA10 feedback control, the FB correction amount is set to zero, so that the SA-CA10 feedback is performed. Execution of control is prohibited. Thereby, it can be avoided that the air-fuel ratio shifts to the rich side or the lean side from the air-fuel ratio range R1 by the action of the SA-CA10 feedback control. For this reason, it is possible to suppress an increase in NOx emission amount or an increase in torque fluctuation due to such a deviation in air-fuel ratio. Unlike the first and second embodiments, this method cannot be performed while continuing SA-CA10 feedback control. However, unlike the first embodiment, the lean combustion operation is continued. . For this reason, it is possible to ensure a high frequency of lean combustion operation. Note that the prohibition of the SA-CA10 feedback control in the present embodiment can be said to correspond to the FB correction amount upper and lower limit values in the second embodiment narrowed to the limit.
また、上記ルーチンによれば、SA−CA10フィードバック制御が禁止される場合の目標空燃比は、SA−CA10フィードバック制御が実行される場合の値に対して、空燃比範囲R1内において所定の余裕代だけリッチ側に設定される。これにより、空燃比の制御に繋がるフィードバック制御が実行されていない状況下において、目標空燃比の変更がなされない場合と比べて、トルク変動の増大や失火の発生をより確実に抑制しつつリーン燃焼運転を継続させられるようになる。 Further, according to the above routine, the target air-fuel ratio when SA-CA10 feedback control is prohibited is a predetermined margin within the air-fuel ratio range R1 with respect to the value when SA-CA10 feedback control is executed. Only set to the rich side. As a result, in a situation where feedback control that leads to control of the air-fuel ratio is not executed, lean combustion is more reliably suppressed while suppressing an increase in torque fluctuation and occurrence of misfire more reliably than when the target air-fuel ratio is not changed. You will be able to continue driving.
ところで、上述した実施の形態4においては、空燃比が空燃比範囲R1からリッチ側およびリーン側のどちらに外れた場合にも、SA−CA10フィードバック制御を禁止することとしている。しかしながら、本発明における調整手段による調整の禁止は、上記に代え、空燃比がリッチ側およびリーン側の何れか一方に外れた場合にのみ実施されるようになっていてもよい。 By the way, in the above-described fourth embodiment, SA-CA10 feedback control is prohibited even when the air-fuel ratio deviates from the air-fuel ratio range R1 to either the rich side or the lean side. However, the prohibition of adjustment by the adjusting means in the present invention may be implemented only when the air-fuel ratio deviates to either the rich side or the lean side, instead of the above.
なお、上述した実施の形態4においては、ECU40が上記ステップ400の判定が不成立となる場合に上記ステップ406の処理を実行することにより本発明の第4の態様における「第2禁止手段」が実現されている。
In the fourth embodiment described above, the “second prohibiting means” according to the fourth aspect of the present invention is realized by the
実施の形態5.
次に、図14および図15を新たに参照して、本発明の実施の形態5について説明する。
Embodiment 5 FIG.
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[実施の形態5のシステム構成]
図14は、本発明の実施の形態5における内燃機関100のシステム構成を説明するための図である。図14に示す内燃機関100は、三元触媒34よりも上流側の排気通路18に、空燃比センサ32に代えて、排気ガスのNOx濃度を検出するためのNOxセンサ102を備えている。内燃機関100は、この点を除き、図1に示す内燃機関10と同様に構成されている。より具体的には、ここで用いられるNOxセンサ102は、排気ガスの酸素濃度の検出機能も兼ね備えた公知のNOxセンサであり、上記空燃比センサ32と同様に、排気ガスの酸素濃度に応じた出力も可能となっている。このため、ECU40は、NOxセンサ102の出力に基づいて、NOx濃度だけでなく、空燃比をも検出することができる。
[System Configuration of Embodiment 5]
FIG. 14 is a diagram for describing a system configuration of
[実施の形態5の制御]
(実施の形態5におけるリーン燃焼運転時の空燃比制御の概要)
図示は省略するが、本実施形態の制御構成は、基本的には、実施の形態1における図4に示す制御構成と同様である。ただし、本制御構成は、目標SA−CA10の補正量の更新量算出部70に入力されるパラメータが、空燃比センサ32により検出される空燃比に代えてNOxセンサ102により検出されるNOx濃度であるという点において、図4に示す制御構成と相違している。
[Control of Embodiment 5]
(Outline of air-fuel ratio control during lean combustion operation in the fifth embodiment)
Although illustration is omitted, the control configuration of the present embodiment is basically the same as the control configuration shown in FIG. 4 in the first embodiment. However, in this control configuration, the parameter input to the update
図15は、本発明の実施の形態5において用いられる目標SA−CA10の補正量の更新量の設定を表した図である。本実施形態では、目標SA−CA10の補正量の更新量の算出のために、NOxセンサ102により検出されるNOx濃度を利用する。具体的には、図15中に示す所定値V1は、実施の形態1の図5中に示す空燃比範囲R1の下限(リッチ側の境界)でのNOx濃度に相当する値である。また、所定値V1は、リーン燃焼運転の目標空燃比での燃焼の下で排出される排気ガスのNOx濃度よりも高い値である。なお、このような処理に用いられる「NOxセンサ102により検出されるNOx濃度」とは、NOxセンサ102の出力値をそのまま利用したものであってもよいし、出力値をNOx濃度に換算した後の値であってもよい。
FIG. 15 is a diagram showing the setting of the update amount of the correction amount of the target SA-CA10 used in the fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the NOx concentration detected by the
NOx濃度と空燃比との間には、図5等に示すような関係がある。このため、NOx濃度が所定値V1よりも大きいということは、NOx濃度が所定値V1になる時の空燃比よりもリッチ側に空燃比がずれたことに相当する。図15に示す設定によれば、NOx濃度が所定値V1以下である場合、すなわち、NOx濃度が所定値V1になる時の空燃比よりもリッチ側に空燃比がずれることは認められない場合には、更新量はゼロとされる。したがって、この場合には、減算部62に入力される最終的な目標SA−CA10も前回値から変更されない。
There is a relationship as shown in FIG. 5 and the like between the NOx concentration and the air-fuel ratio. For this reason, the fact that the NOx concentration is larger than the predetermined value V1 corresponds to the air-fuel ratio deviating to the rich side from the air-fuel ratio when the NOx concentration becomes the predetermined value V1. According to the setting shown in FIG. 15, when the NOx concentration is equal to or lower than the predetermined value V1, that is, when it is not recognized that the air-fuel ratio shifts to the rich side from the air-fuel ratio when the NOx concentration becomes the predetermined value V1. The update amount is zero. Therefore, in this case, the final target SA-CA10 input to the subtracting
一方、上記設定によれば、NOx濃度が所定値V1よりも高い場合には、正の更新量が算出される。その結果、実施の形態1において既述したように、目標SA−CA10が大きくなるように補正される。これにより、NOx濃度が所定値V1となる時の空燃比よりもリッチ側に空燃比がずれることが抑制される。より具体的には、図15に示す例では、所定値V1に対してNOx濃度が高いほど更新量が大きくされる。その結果、既述したように、目標SA−CA10は、所定値V1に対してNOx濃度が高いほど、すなわち、リッチ側への空燃比のずれ量が大きいほど、大きくなるように補正される。このため、NOx濃度が所定値V1となる時の空燃比よりもリッチ側に空燃比がずれることがより積極的に抑制されることになる。 On the other hand, according to the above setting, when the NOx concentration is higher than the predetermined value V1, a positive update amount is calculated. As a result, as already described in the first embodiment, the target SA-CA10 is corrected so as to increase. As a result, the air-fuel ratio is suppressed from shifting to a richer side than the air-fuel ratio when the NOx concentration becomes the predetermined value V1. More specifically, in the example shown in FIG. 15, the update amount is increased as the NOx concentration is higher than the predetermined value V1. As a result, as described above, the target SA-CA10 is corrected so as to increase as the NOx concentration increases with respect to the predetermined value V1, that is, as the deviation amount of the air-fuel ratio to the rich side increases. For this reason, it is more positively suppressed that the air-fuel ratio shifts to the rich side from the air-fuel ratio when the NOx concentration becomes the predetermined value V1.
(実施の形態5における具体的処理)
本実施形態に係るリーン燃焼運転時の空燃比制御は、上記図6に示すルーチンに類似するルーチンの処理をECU40に実行させることによって実現することができる。より具体的には、ステップ108の処理に代えて、図15に示すような更新量とNOx濃度との関係を予め定めたマップを利用して、検出されるNOx濃度から更新量を算出する処理を行うようにすればよい。
(Specific processing in the fifth embodiment)
The air-fuel ratio control during the lean combustion operation according to the present embodiment can be realized by causing the
以上説明した実施の形態5の制御によれば、SA−CA10フィードバック制御の実行中にNOx濃度が所定値V1よりも高くなった場合には、空燃比のリーン補正を促すために目標SA−CA10が大きくされる。これにより、算出SA−CA10が目標SA−CA10の近傍に適切に制御されているけれども燃焼条件の変化等の要因によってSA−CA10と空燃比との関係が変化している状況下であっても、NOxセンサ102により検出されるNOx濃度を利用して、NOx濃度が所定値V1よりも高くなること(より具体的には、NOx濃度が所定値V1になる時の空燃比よりもリッチ側に空燃比がずれること)を抑制することができる。つまり、NOx92を用いて排気ガスのNOx濃度を監視することによって、SA−CA10フィードバック制御を実行しているだけでは気づくことができない空燃比の変化に対処できるようになる。以上説明した本実施形態の制御によれば、リーン燃焼運転中にSA−CA10フィードバック制御を行っている状況下において、関連付けを行った基準の燃焼条件での関係に対してSA−CA10と空燃比との関係が変化している状況下であっても、NOx排出を好適に抑制することができる。
According to the control of the fifth embodiment described above, when the NOx concentration becomes higher than the predetermined value V1 during the execution of the SA-CA10 feedback control, the target SA-CA10 is used to prompt the air-fuel ratio lean correction. Is increased. Thus, even when the calculated SA-CA10 is appropriately controlled in the vicinity of the target SA-CA10, the relationship between the SA-CA10 and the air-fuel ratio is changed due to factors such as changes in combustion conditions. The NOx concentration detected by the
SA−CA10フィードバック制御の実行中にNOx濃度が所定値V1になる時の空燃比よりもリッチ側に空燃比がずれたか否かを判定するためには、実施の形態1等のように空燃比センサ32を利用する手法よりも、本実施形態のようにNOxセンサ102を利用する手法の方が、次のような理由により好ましいといえる。空燃比センサ32を利用する手法の場合には、図5等に示すような空燃比とNOx濃度との関係を用いることになる。しかしながら、この空燃比とNOx濃度との関係も、ばらつくことがある。したがって、NOx濃度が所定値V1になる時の空燃比よりもリッチ側に空燃比がずれたか否かを判定するためには、NOxセンサ102を用いてNOx濃度を直接的に検出する方がより正確であるといえる。
In order to determine whether or not the air-fuel ratio has shifted to a richer side than the air-fuel ratio when the NOx concentration reaches the predetermined value V1 during execution of the SA-CA10 feedback control, the air-fuel ratio as in the first embodiment or the like is determined. It can be said that the method of using the
ところで、上述した実施の形態5においては、NOxセンサ102により検出されるNOx濃度を利用した判定結果に応じて目標SA−CA10を補正する処理を行うことで、SA−CA10フィードバック制御の実行中にNOx濃度が所定値V1になる時の空燃比よりもリッチ側に空燃比がずれることを抑制している。このような処理に対して、トルク変動が許容限界値となる時の空燃比よりもリーン側に空燃比がずれることを抑制するために、実施の形態1において説明したように空燃比の検出値を利用した判定結果に応じて目標SA−CA10を補正する処理を組み合わせるようにしてもよい。具体的には、空燃比範囲R1の上限(リーン側の境界)に相当する所定値を備えておき、空燃比の検出値が上記所定値よりも大きくなった場合には、目標SA−CA10を小さくする処理を組み合わせればよい。本実施形態のNOxセンサ102を利用すれば、NOx濃度だけでなく空燃比も検出可能である。このため、上記のリッチ側およびリーン側の双方の処理は、NOxセンサ102を用いて行えばよい。このことは、後述する実施の形態6〜8の処理についても同様である。なお、NOx濃度および空燃比の双方の検出が可能ではないNOxセンサを用いる場合であれば、空燃比センサを併用すればよい。
By the way, in the above-described fifth embodiment, during the execution of the SA-CA10 feedback control, the target SA-CA10 is corrected according to the determination result using the NOx concentration detected by the
なお、上述した実施の形態5においては、所定値V1が本発明における「所定値」に相当している。ECU40がNOxセンサ102を用いてNOx濃度を検出することにより本発明における「NOx濃度検出手段」が実現されており、そして、ECU40が上述のように図6に示すルーチンに類似するルーチンの処理を実行することにより本発明の第2の態様における「変更手段」が実現されている。
In the fifth embodiment described above, the predetermined value V1 corresponds to the “predetermined value” in the present invention. The
実施の形態6.
次に、図16を新たに参照して、本発明の実施の形態6について説明する。
Embodiment 6 FIG.
Next, Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to FIG.
[実施の形態6の制御]
(実施の形態6におけるリーン燃焼運転時の空燃比制御の概要)
本実施形態は、上述した内燃機関100を制御する場合に、次のような制御構成を採用したものである。すなわち、図示は省略するが、本実施形態の制御構成は、基本的には、実施の形態2における図7に示す制御構成と同様である。ただし、本制御構成は、更新量算出部76に代え、NOxセンサ102により検出されるNOx濃度が入力される更新量算出部を備えている。この更新量算出部は、FB補正量の上限値と下限値のうちの上限値に対してのみ、補正量の更新量を算出するように機能するものである。このように、本制御構成では下限値についての補正は行われない。このため、加算部82および84は備えられていない。したがって、上限値は、予め設定されたベース値が常に使用される。
[Control of Embodiment 6]
(Outline of air-fuel ratio control during lean combustion operation in Embodiment 6)
In the present embodiment, when the
図16は、本発明の実施の形態6において用いられるFB補正量についての上限値の補正量の更新量の設定を表した図である。本実施形態では、上限値の補正量の更新量の算出のために、NOxセンサ102により検出されるNOx濃度を利用する。具体的には、図16に示すように、NOx濃度が所定値V1以下である場合には、更新量はゼロとされる。したがって、この場合には、上下限ガード部66に入力される最終的な下限値も前回値から変更されない。
FIG. 16 is a diagram showing the setting of the update amount of the upper limit correction amount for the FB correction amount used in the sixth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the NOx concentration detected by the
一方、上記設定によれば、NOx濃度が所定値V1よりも高い場合には、負の更新量が算出される。その結果、実施の形態2において既述したように、FB補正量の上限値は小さくなるように補正される。つまり、算出SA−CA10を小さくするとき(すなわち、空燃比をリッチにするとき)に用いるFB補正量の絶対値の上限が小さくされる。これにより、NOx濃度が所定値V1となる時の空燃比よりもリッチ側に空燃比がずれることが抑制される。図16に示す設定をより詳細に説明すると、所定値V1に対してNOx濃度が高いほど負の更新量がマイナス側で大きくされる。その結果、既述したように、上限値は、所定値V1に対してNOx濃度が高いほど、すなわち、リッチ側への空燃比のずれ量が大きいほど、小さくなるように補正される。このため、NOx濃度が所定値V1となる時の空燃比よりもリッチ側に空燃比がずれることがより積極的に抑制されることになる。 On the other hand, according to the above setting, when the NOx concentration is higher than the predetermined value V1, a negative update amount is calculated. As a result, as already described in the second embodiment, the upper limit value of the FB correction amount is corrected to be small. That is, the upper limit of the absolute value of the FB correction amount used when the calculated SA-CA10 is reduced (that is, when the air-fuel ratio is made rich) is reduced. As a result, the air-fuel ratio is suppressed from shifting to a richer side than the air-fuel ratio when the NOx concentration becomes the predetermined value V1. The setting shown in FIG. 16 will be described in more detail. As the NOx concentration is higher than the predetermined value V1, the negative update amount is increased on the negative side. As a result, as described above, the upper limit value is corrected to be smaller as the NOx concentration is higher than the predetermined value V1, that is, as the deviation amount of the air-fuel ratio to the rich side is larger. For this reason, it is more positively suppressed that the air-fuel ratio shifts to the rich side from the air-fuel ratio when the NOx concentration becomes the predetermined value V1.
(実施の形態6における具体的処理)
本実施形態に係るリーン燃焼運転時の空燃比制御は、上記図9に示すルーチンに類似するルーチンの処理をECU40に実行させることによって実現することができる。より具体的には、ステップ200の処理に代えて、図16に示すような更新量とNOx濃度との関係を予め定めたマップを利用して、検出されるNOx濃度から更新量を算出する処理を行うようにすればよい。
(Specific processing in the sixth embodiment)
The air-fuel ratio control during the lean combustion operation according to the present embodiment can be realized by causing the
以上説明した実施の形態6の制御によれば、SA−CA10フィードバック制御の実行中にNOx濃度が所定値V1よりも高くなった場合には、空燃比のリッチ補正を制限するために上限値が小さくされる。これにより、算出SA−CA10が目標SA−CA10の近傍に適切に制御されているけれども燃焼条件の変化等の要因によってSA−CA10と空燃比との関係が変化している状況下であっても、NOxセンサ102により検出されるNOx濃度を利用して、NOx濃度が所定値V1よりも高くなること(より具体的には、NOx濃度が所定値V1になる時の空燃比よりもリッチ側に空燃比がずれること)を抑制することができる。
According to the control of the sixth embodiment described above, when the NOx concentration becomes higher than the predetermined value V1 during the execution of the SA-CA10 feedback control, the upper limit value is set to limit the rich correction of the air-fuel ratio. It is made smaller. Thus, even when the calculated SA-CA10 is appropriately controlled in the vicinity of the target SA-CA10, the relationship between the SA-CA10 and the air-fuel ratio is changed due to factors such as changes in combustion conditions. The NOx concentration detected by the
なお、上述した実施の形態6においては、ECU40が上述のように図9に示すルーチンに類似するルーチンの処理を実行することにより本発明の第2の態様における「変更手段」が実現されている。
In the above-described sixth embodiment, the
実施の形態7.
次に、本発明の実施の形態7について説明する。
Embodiment 7 FIG.
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described.
[実施の形態7の制御]
(実施の形態7における空燃比制御の概要)
本実施形態は、上述した内燃機関100を制御する場合に、次のような制御構成を採用したものである。すなわち、図示は省略するが、本実施形態の制御構成は、基本的には、実施の形態3における図10に示す制御構成と同様である。ただし、本制御構成は、目標A/F切替部86に入力されるパラメータが、空燃比センサ32により検出される空燃比に代えてNOxセンサ102により検出されるNOx濃度であるという点において、図10に示す制御構成と相違している。
[Control of Embodiment 7]
(Outline of air-fuel ratio control in Embodiment 7)
In the present embodiment, when the
本実施形態では、目標A/F切替部86は、現在のエンジン運転領域に対応する燃焼モードがリーン燃焼モードであると判定した場合において、NOx濃度が所定値V1以下であれば、リーン燃焼モードをそのまま選択する。一方、現在のエンジン運転領域に対応する燃焼モードがリーン燃焼モードである場合であっても、NOx濃度が所定値V1よりも高い場合には、目標A/F切替部86は、最終的にはリーン燃焼モードを選択せずにストイキ燃焼モードを選択する。これにより、リーン燃焼運転が禁止されて、ストイキ燃焼運転が実行されることになる。
In the present embodiment, when the target A /
(実施の形態7における具体的処理)
本実施形態に係る空燃比制御は、上記図11に示すルーチンに類似するルーチンの処理をECU40に実行させることによって実現することができる。より具体的には、ステップ304の処理に代えて、NOx濃度が所定値V1以下であるか否かを判定する処理を行うようにすればよい。
(Specific processing in Embodiment 7)
The air-fuel ratio control according to the present embodiment can be realized by causing the
以上説明した実施の形態7の制御によれば、SA−CA10フィードバック制御の実行中にNOx濃度が所定値V1よりも高くなった場合には、リーン燃焼運転が禁止され、リーン燃焼運転からストイキ燃焼運転への切り替えが実行される。これにより、NOxセンサ102により検出されるNOx濃度を利用して、NOx濃度が所定値V1になる時の空燃比よりもリッチ側に空燃比がずれることを回避することができる。
According to the control of the seventh embodiment described above, when the NOx concentration becomes higher than the predetermined value V1 during the execution of the SA-CA10 feedback control, the lean combustion operation is prohibited and the lean combustion operation is changed to the stoichiometric combustion. Switching to operation is performed. Thus, by using the NOx concentration detected by the
なお、上述した実施の形態7においては、ECU40が上述のように図11に示すルーチンに類似するルーチンの処理を実行することにより本発明の第5の態様における「第1禁止手段」が実現されている。
In the seventh embodiment described above, the “first prohibiting means” according to the fifth aspect of the present invention is realized by the
実施の形態8.
次に、本発明の実施の形態8について説明する。
Embodiment 8 FIG.
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described.
[実施の形態8の制御]
(実施の形態8におけるリーン燃焼運転時の空燃比制御の概要)
本実施形態は、上述した内燃機関100を制御する場合に、次のような制御構成を採用したものである。すなわち、図示は省略するが、本実施形態の制御構成は、基本的には、実施の形態4における図12に示す制御構成と同様である。ただし、本制御構成は、目標A/F算出部88およびFB補正量算出部90に入力されるパラメータが、空燃比センサ32により検出される空燃比に代えてNOxセンサ102により検出されるNOx濃度であるという点において、図12に示す制御構成と相違している。
[Control of Embodiment 8]
(Outline of air-fuel ratio control during lean combustion operation in Embodiment 8)
In the present embodiment, when the
本実施形態では、目標A/F算出部88は、NOx濃度が所定値V1以下であれば、目標空燃比を通常通り決定する。その一方で、目標A/F算出部88は、NOx濃度が所定値V1よりも高い場合には、NOx濃度が所定値V1以下の場合に用いる値に対して、NOx濃度が所定値V1である時の空燃比には届かない範囲内で所定の余裕代だけリッチ側の値を目標空燃比として設定する。
In the present embodiment, the target A /
FB補正量算出部90は、NOx濃度が所定値V1以下であれば、SA−CA10フィードバック制御の実行のために、差分ΔSA−CA10をゼロとするための燃料噴射量の補正量であるFB補正量を通常通り算出する。一方、FB補正量算出部90は、NOx濃度が所定値V1よりも高い場合には、FB補正量をゼロとして上下限ガード部66に出力する。この処理が行われた場合には、実施の形態4において既述したように、SA−CA10を利用した燃料噴射量の補正は行われないこととなり、したがって、SA−CA10フィードバック制御が禁止される。ただし、リーン燃焼運転自体は継続される。
If the NOx concentration is equal to or less than the predetermined value V1, the FB correction
また、本実施形態で用いる所定値V1は、図15を参照して既述した考え方で設定されるものであってもよいが、次のような観点も踏まえて設定されることが好適である。すなわち、内燃機関10の各種構成部品のばらつき、および筒内圧センサ30の個体差等を考慮して、SA−CA10フィードバック制御の実行中に想定される空燃比の変動範囲のリッチ側の境界を事前に求めておく。そして、当該リッチ側の境界での空燃比に対応するNOx濃度となるように所定値V1を設定するのが良い。そして、このような設定の所定値V1よりもNOx濃度が大きくなった場合には、筒内圧センサ30が異常であると判断し、SA−CA10フィードバック制御を禁止するのが良い。
Further, the predetermined value V1 used in the present embodiment may be set based on the concept described above with reference to FIG. 15, but is preferably set based on the following viewpoints. . That is, taking into account variations in various components of the
(実施の形態8における具体的処理)
本実施形態に係るリーン燃焼運転時の空燃比制御は、上記図13に示すルーチンに類似するルーチンの処理をECU40に実行させることによって実現することができる。より具体的には、ステップ400の処理に代えて、NOx濃度が所定値V1以下であるか否かを判定する処理を行えばよい。また、ステップ402の処理に代えて、上述した手法で、NOx濃度が所定値V1よりも高い場合に用いる目標空燃比を算出する処理を行うようにすればよい。
(Specific processing in the eighth embodiment)
The air-fuel ratio control during the lean combustion operation according to the present embodiment can be realized by causing the
以上説明した実施の形態8の制御によれば、SA−CA10フィードバック制御の実行中にNOx濃度が所定値V1よりも高くなった場合には、SA−CA10フィードバック制御の実行が禁止される。これにより、SA−CA10フィードバック制御の作用によってNOx濃度が所定値V1となる時の空燃比よりもリッチ側にずれてしまうことを回避することができる。 According to the control of the eighth embodiment described above, when the NOx concentration becomes higher than the predetermined value V1 during the execution of the SA-CA10 feedback control, the execution of the SA-CA10 feedback control is prohibited. Thereby, it can be avoided that the NOx concentration shifts to the rich side from the air-fuel ratio when the NOx concentration becomes the predetermined value V1 due to the action of the SA-CA10 feedback control.
なお、上述した実施の形態8においては、ECU40が上述のように図13に示すルーチンに類似するルーチンの処理を実行することにより本発明の第6の態様における「第2禁止手段」が実現されている。
In the above-described eighth embodiment, the “second prohibiting means” in the sixth aspect of the present invention is realized by the
その他実施の形態.
ところで、上述した実施の形態1〜8においては、SA−CA10を利用したリーンリミット制御において、算出SA−CA10が目標SA−CA10に近づくようにフィードバック制御を利用して燃料噴射量を調整することとしている。しかしながら、本発明において、算出クランク角期間が目標クランク角期間に近づくようにするための調整の対象は、燃料噴射量に代えて、吸入空気量であってもよい。さらには、燃料噴射量および吸入空気量の双方が上記調整の対象とされていてもよい。具体的には、吸入空気量の調整の場合には、算出SA−CA10が目標SA−CA10よりも大きい場合には、空燃比をリッチ補正するために吸入空気量を減らすことになり、逆に、算出SA−CA10が目標SA−CA10よりも小さい場合には、空燃比をリーン補正するために吸入空気量を増やすことになる。なお、ここでいう吸入空気量の調整は、例えば、筒内に吸入される空気量をサイクル毎に制御可能な公知の吸気可変動弁機構を用いて行うことが好適である。
Other embodiments.
By the way, in Embodiment 1-8 mentioned above, in lean limit control using SA-CA10, adjusting fuel injection quantity using feedback control so that calculation SA-CA10 approaches target SA-CA10. It is said. However, in the present invention, the adjustment target for causing the calculated crank angle period to approach the target crank angle period may be the intake air amount instead of the fuel injection amount. Furthermore, both the fuel injection amount and the intake air amount may be the objects of the adjustment. Specifically, in the case of adjustment of the intake air amount, if the calculated SA-CA10 is larger than the target SA-CA10, the intake air amount is reduced to make a rich correction of the air-fuel ratio. When the calculated SA-CA10 is smaller than the target SA-CA10, the intake air amount is increased in order to correct the air-fuel ratio lean. The adjustment of the intake air amount here is preferably performed using, for example, a known intake variable valve mechanism that can control the amount of air sucked into the cylinder for each cycle.
また、実施の形態2〜4もしくは6〜8におけるSA−CA10フィードバック制御の禁止処理、FB補正量の上下限値の補正処理、または目標SA−CA10の補正処理を行った場合には、次のような態様で、これらの処理の何れかを伴わない通常の処理に復帰するようにしてもよい。すなわち、例えば、空燃比センサ32により検出される空燃比が所定時間継続して空燃比範囲R1内に収まるようになったときを通常の処理への復帰を許可してもよい。また、例えば、空燃比センサ32により検出される空燃比が空燃比範囲R1内に収まるようになったトリップの次の車両のトリップの開始時に復帰を許可してもよい。また、例えば、空燃比センサ32により検出される空燃比が空燃比範囲R1内に収まるようになったと判断した後に、燃料カットもしくはストイキ燃焼運転の実施によってリーン燃焼運転が中断されてから再びリーン燃焼運転を開始する時に復帰を許可してもよい。
In addition, when the SA-CA10 feedback control prohibition process, the FB correction amount upper / lower limit correction process, or the target SA-CA10 correction process is performed in Embodiments 2 to 4 or 6 to 8, In such a manner, the normal process without any of these processes may be restored. That is, for example, when the air-fuel ratio detected by the air-
また、実施の形態1における目標SA−CA10の補正処理と実施の形態2におけるFB補正量の上下限値の補正処理は、適宜組み合わせて実行してもよく、このことは、NOxセンサ102を利用する実施の形態5と実施の形態6との関係においても同様である。さらには、実施の形態1〜4の各処理(実施の形態5〜8の各処理も同様)は、例えば、次のような態様で組み合わせてもよい。すなわち、実施の形態1もしくは5における目標SA−CA10の補正処理または実施の形態2もしくは6におけるFB補正量の上下限値の補正処理を行ったにもかかわらず、空燃比が空燃比範囲R1から外れる状態が所定時間以上継続される場合、あるいは、目標SA−CA10の補正処理または上下限値の補正処理を行ったことで空燃比が一旦空燃比範囲R1内に収まった後に空燃比が空燃比範囲R1から再び外れる場合には、リーン燃焼運転の禁止処理またはSA−CA10フィードバック制御の禁止処理を行うようにしてもよい。
In addition, the correction process of the target SA-CA10 in the first embodiment and the correction process of the upper and lower limit values of the FB correction amount in the second embodiment may be executed in combination as appropriate, which uses the
また、上述した実施の形態1〜8においては、燃焼質量割合(MFB)を算出するために、筒内圧センサ30とクランク角センサ42とを用いて取得した筒内圧データの解析結果を利用している。しかしながら、本発明における燃焼質量割合の算出は、筒内圧データを利用したものに必ずしも限定されるものではない。すなわち、燃料質量割合は、例えば、燃焼に伴って発生するイオン電流をイオンセンサによって検出し、検出したイオン電流を利用して算出されるものであってもよいし、或いは、筒内温度を計測できる場合には、筒内温度の履歴を利用して算出されるものであってもよい。
In the first to eighth embodiments described above, in order to calculate the combustion mass ratio (MFB), the analysis result of the in-cylinder pressure data acquired using the in-
10、100 内燃機関
12 ピストン
14 燃焼室
16 吸気通路
18 排気通路
20 吸気弁
22 排気弁
24 スロットルバルブ
26 燃料噴射弁
28 点火装置
30 筒内圧センサ
32 空燃比センサ
34 三元触媒
36 NSR触媒(吸蔵還元型NOx触媒)
40 ECU(Electronic Control Unit)
42 クランク角センサ
44 エアフローメータ
46 アクセルポジションセンサ
50 燃焼モード判定部
52、86 目標A/F切替部
54、88 目標A/F算出部
56 基本噴射量算出部
58 目標SA−CA10設定部
60 SA−CA10算出部
62 減算部
64、90 FB補正量算出部
66 上下限ガード部
68、72、74、78、80、82、84 加算部
70、76 更新量算出部
102 NOxセンサ
10, 100
40 ECU (Electronic Control Unit)
42
Claims (13)
排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
クランク角度を検出するクランク角検出手段と、
燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出手段と、
燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の第1クランク角度を取得する第1クランク角度取得手段と、
点火時期から前記第1クランク角度までのクランク角期間の算出値である算出クランク角期間が、当該クランク角期間の目標値である目標クランク角期間に近づくように、燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方の調整を行う調整手段と、
リーン燃焼運転中に前記調整手段による前記調整を行っている状況下において、前記空燃比検出手段により検出される空燃比が前記目標空燃比を含む空燃比範囲から外れた場合に、空燃比が前記空燃比範囲から外れることが抑制されるように、前記調整手段による前記調整を変更する変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine that performs lean combustion operation at an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio,
Air-fuel ratio detection means for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas;
Crank angle detecting means for detecting the crank angle;
A combustion mass ratio calculating means for calculating a combustion mass ratio;
First crank angle acquisition means for acquiring a first crank angle when the combustion mass ratio becomes a predetermined combustion mass ratio;
The fuel injection amount and the intake air amount are set so that the calculated crank angle period, which is the calculated value of the crank angle period from the ignition timing to the first crank angle, approaches the target crank angle period, which is the target value of the crank angle period. An adjusting means for adjusting at least one of them,
In a situation where the adjustment by the adjustment means is performed during lean combustion operation, when the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detection means is out of the air-fuel ratio range including the target air-fuel ratio, the air-fuel ratio is Changing means for changing the adjustment by the adjusting means so as to suppress the deviation from the air-fuel ratio range;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
排気ガスのNOx濃度を検出するNOx濃度検出手段と、
クランク角度を検出するクランク角検出手段と、
燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出手段と、
燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の第1クランク角度を取得する第1クランク角度取得手段と、
点火時期から前記第1クランク角度までのクランク角期間の算出値である算出クランク角期間が、当該クランク角期間の目標値である目標クランク角期間に近づくように、燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方の調整を行う調整手段と、
リーン燃焼運転中に前記調整手段による前記調整を行っている状況下において、前記NOx濃度検出手段により検出されるNOx濃度が、前記目標空燃比での燃焼の下で排出される排気ガスのNOx濃度よりも高い所定値よりも高い場合に、排気ガスのNOx濃度が前記所定値よりも高くなることが抑制されるように、前記調整手段による前記調整を変更する変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine that performs lean combustion operation at an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio,
NOx concentration detection means for detecting the NOx concentration of exhaust gas;
Crank angle detecting means for detecting the crank angle;
A combustion mass ratio calculating means for calculating a combustion mass ratio;
First crank angle acquisition means for acquiring a first crank angle when the combustion mass ratio becomes a predetermined combustion mass ratio;
The fuel injection amount and the intake air amount are set so that the calculated crank angle period, which is the calculated value of the crank angle period from the ignition timing to the first crank angle, approaches the target crank angle period, which is the target value of the crank angle period. An adjusting means for adjusting at least one of them,
In a situation where the adjustment by the adjustment means is performed during lean combustion operation, the NOx concentration detected by the NOx concentration detection means is the NOx concentration of the exhaust gas discharged under combustion at the target air-fuel ratio. Changing means for changing the adjustment by the adjusting means so that the NOx concentration of the exhaust gas is suppressed from becoming higher than the predetermined value when higher than a predetermined value higher than the predetermined value;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
クランク角度を検出するクランク角検出手段と、
燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出手段と、
燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の第1クランク角度を取得する第1クランク角度取得手段と、
点火時期から前記第1クランク角度までのクランク角期間の算出値である算出クランク角期間が、当該クランク角期間の目標値である目標クランク角期間に近づくように、燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方の調整を行う調整手段と、
リーン燃焼運転中に前記調整手段による前記調整を行っている状況下において、前記空燃比検出手段により検出される空燃比が前記目標空燃比を含む空燃比範囲から外れた場合に、リーン燃焼運転を禁止する第1禁止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine that performs lean combustion operation at an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio,
Air-fuel ratio detection means for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas;
Crank angle detecting means for detecting the crank angle;
A combustion mass ratio calculating means for calculating a combustion mass ratio;
First crank angle acquisition means for acquiring a first crank angle when the combustion mass ratio becomes a predetermined combustion mass ratio;
The fuel injection amount and the intake air amount are set so that the calculated crank angle period, which is the calculated value of the crank angle period from the ignition timing to the first crank angle, approaches the target crank angle period, which is the target value of the crank angle period. An adjusting means for adjusting at least one of them,
When the adjustment by the adjustment means is being performed during the lean combustion operation, when the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detection means is out of the air-fuel ratio range including the target air-fuel ratio, the lean combustion operation is performed. A first prohibiting means to prohibit;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
クランク角度を検出するクランク角検出手段と、
燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出手段と、
燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の第1クランク角度を取得する第1クランク角度取得手段と、
点火時期から前記第1クランク角度までのクランク角期間の算出値である算出クランク角期間が、当該クランク角期間の目標値である目標クランク角期間に近づくように、燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方の調整を行う調整手段と、
リーン燃焼運転中に前記調整手段による前記調整を行っている状況下において、前記空燃比検出手段により検出される空燃比が前記目標空燃比を含む空燃比範囲から外れた場合に、前記調整手段による前記調整を禁止する第2禁止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine that performs lean combustion operation at an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio,
Air-fuel ratio detection means for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas;
Crank angle detecting means for detecting the crank angle;
A combustion mass ratio calculating means for calculating a combustion mass ratio;
First crank angle acquisition means for acquiring a first crank angle when the combustion mass ratio becomes a predetermined combustion mass ratio;
The fuel injection amount and the intake air amount are set so that the calculated crank angle period, which is the calculated value of the crank angle period from the ignition timing to the first crank angle, approaches the target crank angle period, which is the target value of the crank angle period. An adjusting means for adjusting at least one of them,
In a situation where the adjustment by the adjustment means is performed during lean combustion operation, when the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detection means is out of the air-fuel ratio range including the target air-fuel ratio, the adjustment means A second prohibiting means for prohibiting the adjustment;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
排気ガスのNOx濃度を検出するNOx濃度検出手段と、
クランク角度を検出するクランク角検出手段と、
燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出手段と、
燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の第1クランク角度を取得する第1クランク角度取得手段と、
点火時期から前記第1クランク角度までのクランク角期間の算出値である算出クランク角期間が、当該クランク角期間の目標値である目標クランク角期間に近づくように、燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方の調整を行う調整手段と、
リーン燃焼運転中に前記調整手段による前記調整を行っている状況下において、前記NOx濃度検出手段により検出されるNOx濃度が、前記目標空燃比での燃焼の下で排出される排気ガスのNOx濃度よりも高い所定値よりも高い場合に、リーン燃焼運転を禁止する第1禁止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine that performs lean combustion operation at an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio,
NOx concentration detection means for detecting the NOx concentration of exhaust gas;
Crank angle detecting means for detecting the crank angle;
A combustion mass ratio calculating means for calculating a combustion mass ratio;
First crank angle acquisition means for acquiring a first crank angle when the combustion mass ratio becomes a predetermined combustion mass ratio;
The fuel injection amount and the intake air amount are set so that the calculated crank angle period, which is the calculated value of the crank angle period from the ignition timing to the first crank angle, approaches the target crank angle period, which is the target value of the crank angle period. An adjusting means for adjusting at least one of them,
In a situation where the adjustment by the adjustment means is performed during lean combustion operation, the NOx concentration detected by the NOx concentration detection means is the NOx concentration of the exhaust gas discharged under combustion at the target air-fuel ratio. First prohibiting means for prohibiting lean combustion operation when higher than a predetermined value higher than,
A control device for an internal combustion engine, comprising:
排気ガスのNOx濃度を検出するNOx濃度検出手段と、
クランク角度を検出するクランク角検出手段と、
燃焼質量割合を算出する燃焼質量割合算出手段と、
燃焼質量割合が所定燃焼質量割合となる時の第1クランク角度を取得する第1クランク角度取得手段と、
点火時期から前記第1クランク角度までのクランク角期間の算出値である算出クランク角期間が、当該クランク角期間の目標値である目標クランク角期間に近づくように、燃料噴射量および吸入空気量のうちの少なくとも一方の調整を行う調整手段と、
リーン燃焼運転中に前記調整手段による前記調整を行っている状況下において、前記NOx濃度検出手段により検出されるNOx濃度が、前記目標空燃比での燃焼の下で排出される排気ガスのNOx濃度よりも高い所定値よりも高い場合に、前記調整手段による前記調整を禁止する第2禁止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine that performs lean combustion operation at an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio,
NOx concentration detection means for detecting the NOx concentration of exhaust gas;
Crank angle detecting means for detecting the crank angle;
A combustion mass ratio calculating means for calculating a combustion mass ratio;
First crank angle acquisition means for acquiring a first crank angle when the combustion mass ratio becomes a predetermined combustion mass ratio;
The fuel injection amount and the intake air amount are set so that the calculated crank angle period, which is the calculated value of the crank angle period from the ignition timing to the first crank angle, approaches the target crank angle period, which is the target value of the crank angle period. An adjusting means for adjusting at least one of them,
In a situation where the adjustment by the adjustment means is performed during lean combustion operation, the NOx concentration detected by the NOx concentration detection means is the NOx concentration of the exhaust gas discharged under combustion at the target air-fuel ratio. A second prohibiting means for prohibiting the adjustment by the adjusting means when the predetermined value is higher than a predetermined value;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
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CN111936731A (en) * | 2018-04-09 | 2020-11-13 | 株式会社电装 | Air-fuel ratio control device |
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