JP2018178967A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。より詳しくは、過給機によって吸気の過給圧を変更可能でありかつ空燃比をストイキとリーンとで変更可能な内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device of an internal combustion engine. More particularly, the present invention relates to a control device for an internal combustion engine that can change the boost pressure of intake air by a supercharger and can change the air-fuel ratio between stoichiometric and lean.
過給機によって過給圧を変更可能でありかつ空燃比をストイキとリーンとで変更可能な内燃機関には、様々な運転モードが存在する。過給リーン運転とは過給機を駆動しながら空燃比をリーンにする運転モードをいい、過給ストイキ運転とは過給機を駆動しながら空燃比をストイキにする運転モードをいい、無過給リーン運転とは過給機を駆動せずに空燃比をリーンにする運転モードをいい、無過給ストイキ運転とは過給機を駆動せずに空燃比をストイキにする運転モードをいう。 There are various operation modes in an internal combustion engine that can change the supercharging pressure by the supercharger and can change the air-fuel ratio between stoichiometric and lean. Supercharged lean operation refers to an operation mode in which the air-fuel ratio is made lean while driving the turbocharger, and supercharged stoichiometric operation refers to an operation mode in which the air-fuel ratio is made stoichiometric while driving the turbocharger. The feed lean operation refers to an operation mode in which the air fuel ratio is made lean without driving the supercharger, and the non-supercharged stoichiometric operation refers to an operation mode in which the air fuel ratio is made stoichiometric without driving the supercharger.
ここで、例えば過給リーン運転を実行している間に運転者から加速要求があったことに応じて、運転モードが過給リーン運転から過給ストイキ運転に切り替わった場合を想定する。この場合、加速要求があったことに応じて空燃比がリーンからストイキに切り替わる。この際、加速要求があった時点で既に過給機が駆動されているため、過給圧は大気圧よりも高く維持されている。このため、内燃機関の実トルクは、加速要求に対し比較的小さな遅れをもって増加する。 Here, for example, it is assumed that the driving mode is switched from the supercharging lean operation to the supercharging stoichiometric operation in response to the driver's request for acceleration while the supercharging lean operation is being performed. In this case, the air-fuel ratio switches from lean to stoichiometry in response to the request for acceleration. At this time, the supercharging pressure is maintained higher than the atmospheric pressure because the supercharger is already driven at the time of the acceleration request. For this reason, the actual torque of the internal combustion engine increases with a relatively small delay relative to the acceleration request.
次に、例えば無過給ストイキ運転を実行している間に、運転者から先の例と同程度の加速要求があったことに応じて、運転モードが無過給ストイキ運転から過給ストイキ運転に切り替わった場合を想定する。この場合、加速要求があった時点では過給機は停止しているため、過給圧は大気圧程度であり、先の例よりも低くい。このため、内燃機関の実トルクは、過給機の応答遅れ(所謂、ターボラグ)の分だけ先の例よりも遅れて増加する。これら2つの例に示すように、運転者が加速操作を行う時点における運転モードが異なると、同じ加速操作でもトルクの応答性が異なるため、運転者は違和感を覚えるおそれがある。 Next, for example, while the non-supercharged stoichiometric operation is being performed, the operation mode changes from the non-supercharged stoichiometric operation to the supercharged stoichiometric operation in response to an acceleration request similar to that in the previous example from the driver. Assume the case of switching to. In this case, since the supercharger is stopped when acceleration is requested, the supercharging pressure is about atmospheric pressure, which is lower than that in the above example. For this reason, the actual torque of the internal combustion engine is increased later than in the above example by the response delay of the turbocharger (so-called turbo lag). As shown in these two examples, if the driving mode at the time the driver performs the acceleration operation is different, the responsiveness of the torque is different even in the same acceleration operation, and the driver may feel discomfort.
ところで、特許文献1,2には、過給機による過給遅れに起因する運転者の違和感を解消する技術が示されている。特許文献1の技術では、運転者からの加速要求に応じて運転モードが過給リーン運転から過給ストイキ運転に切り替わった場合に、運転者からの要求に応じて直ちに空燃比をリーンからストイキに変更すると、大きなトルク変動が生じる場合があることを課題としている。特許文献1の技術では、運転モードが過給リーン運転から過給ストイキ運転に切り替わった場合には、目標トルクにレートリミットを掛けることにより、すなわち目標トルクを運転者の要求に応じて直ちに大きくするのではなく一定の制限の下で徐々に上昇させる。
By the way, the technique which eliminates the discomfort of the driver resulting from the supercharging delay by a supercharger by
また例えば特許文献2には、ストイキ運転時にはリーン運転時よりも大きな過給遅れが生じることを課題とした技術が示されている。特許文献2の技術では、ストイキ運転時にはトルクの立ち上がりが速くなるようなスロットル弁の制御を行うことにより、ストイキ運転時の加速特性とリーン運転時の加速特性とが同等になるようにしている。
Further, for example,
ここで、過給リーン運転から過給ストイキ運転への移行時と、無過給ストイキ運転から過給ストイキ運転への移行時との間のトルク応答性の差異を解消するため、特許文献1,2の技術を適用することが考えられる。 Here, in order to eliminate the difference in torque responsiveness between the transition from supercharged lean operation to supercharged stoichiometric operation and the transition from non-supercharged stoichiometric operation to supercharged stoichiometric operation, Patent Document 1, 1 It is conceivable to apply the two techniques.
しかしながら特許文献1の技術では、単にトルクにレートリミットを掛けているだけであることから、運転者が覚える違和感は若干軽減されるものの、両運転モード間でのトルク応答性の差異を解消するには至らない。 However, in the technique of Patent Document 1, since the torque is simply rate-limited, the driver's feeling of discomfort is somewhat reduced, but the difference in torque responsiveness between the two operation modes is eliminated. It does not come.
また上述のように特許文献2の技術では、ストイキ運転時にはリーン運転時よりも大きな過給遅れが生じることを前提として、ストイキ運転時にはトルクの立ち上がりが速くなるようにスロットル弁の制御を行うことにより、ストイキ運転時とリーン運転時のトルクの立ち上がりを同等なものにしている。しかしながら、例えばスロットル弁が既に全開にされている場合には、スロットル弁の制御によってトルクの立ち上がりを速めることはできない。このため、特許文献2の技術は常に適用できるとは限らない。
Further, as described above, according to the technology of
本発明は、過給リーン運転から過給ストイキ運転への移行時と、無過給ストイキ運転から過給ストイキ運転への移行時との間のトルク応答性の差異を解消できる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 is a control device for an internal combustion engine that can eliminate the difference in torque responsiveness between the transition from supercharged lean operation to supercharged stoichiometric operation and the transition from non-supercharged stoichiometric operation to supercharged stoichiometric operation. Intended to provide.
(1)内燃機関(例えば、後述のエンジン1)は、過給機(例えば、後述の過給機8)によって吸気の過給圧を変更可能でありかつ空燃比をリーンとストイキとで変更可能である。またこの内燃機関の制御装置(例えば、後述の制御装置2)は、要求に応じて前記内燃機関に対する目標トルクを算出する目標トルク算出手段(例えば、後述のECU7)と、前記目標トルクが過給リーン運転領域内である場合には前記過給機を駆動しながら前記空燃比をリーンにする過給リーン運転を実行し、前記目標トルクが前記過給リーン運転領域よりも高トルク側の過給ストイキ運転領域内である場合には前記過給機を駆動しながら前記空燃比をストイキにする過給ストイキ運転を実行する運転モード切替手段(例えば、後述のECU7)と、リーン運転禁止条件が満たされている場合には、前記目標トルクが前記過給リーン運転領域内であっても前記過給機を駆動せずに前記空燃比をストイキにする無過給ストイキ運転を実行する過給リーン運転禁止手段(例えば、後述のECU7)と、実トルクが前記過給リーン運転領域内の第1目標トルクから前記過給ストイキ運転領域内の第2目標トルクに到達するまでを過渡期間と定義し、前記過給リーン運転の実行中に前記目標トルクが前記第1目標トルクから前記第2目標トルクに変化した場合には、前記過渡期間における実トルクの変化が、前記無過給ストイキ運転の実行中に前記目標トルクの変化が生じた場合に実現されるトルクの変化に近づくようにスロットル弁の目標開度及び目標空燃比を設定する目標設定手段(例えば、後述のECU7)と、前記目標開度及び前記目標空燃比が実現されるように前記スロットル弁の開度及び前記空燃比を制御するトルク制御手段(例えば、後述のECU7)と、を備え、前記目標設定手段は、前記目標トルクが前記第1目標トルクから前記第2目標トルクに変化したことに応じて前記目標空燃比をリーンからストイキへ徐々に変更する目標空燃比設定手段(例えば、後述のECU7)と、前記無過給ストイキ運転の実行中に前記目標トルクの変化が生じた場合に実現される吸気量変化を過給遅れを考慮して推定し、当該推定した吸気量変化が実現されるように、基準開度に対し閉じ側に前記目標開度を設定する目標開度設定手段(例えば、後述のECU7)と、を備えることを特徴とする。
(1) In an internal combustion engine (for example, an engine 1 described later), the supercharging pressure of intake air can be changed by a supercharger (for example, a supercharger 8 described later), and the air fuel ratio can be changed between lean and stoichiometric. It is. Further, a control device (for example, a
(2)内燃機関(例えば、後述のエンジン1)の制御装置(例えば、後述の制御装置2)は、要求に応じて前記内燃機関に対する目標トルクを算出する目標トルク算出手段(例えば、後述のECU7A)と、前記目標トルクが過給リーン運転領域内である場合には前記過給機を駆動しながら前記空燃比をリーンにする過給リーン運転を実行し、前記目標トルクが前記過給リーン運転領域よりも高トルク側の過給ストイキ運転領域内である場合には前記過給機を駆動しながら前記空燃比をストイキにする過給ストイキ運転を実行する運転モード切替手段(例えば、後述のECU7A)と、リーン運転禁止条件が満たされている場合には、前記目標トルクが前記過給リーン運転領域内であっても前記過給機を駆動せずに前記空燃比をストイキにする無過給ストイキ運転を実行する過給リーン運転禁止手段と、実トルクが前記過給リーン運転領域内の第1目標トルクから前記過給ストイキ運転領域内の第2目標トルクに到達するまでを過渡期間と定義し、前記過給リーン運転の実行中に前記目標トルクが前記第1目標トルクから前記第2目標トルクに変化した場合には、前記過渡期間における実トルクの変化が、前記無過給ストイキ運転の実行中に前記目標トルクの変化が生じた場合に実現されるトルクの変化に近づくように前記内燃機関の目標点火時期及び目標空燃比を設定する目標設定手段(例えば、後述のECU7A)と、前記目標点火時期及び前記目標空燃比が実現されるように前記点火時期及び前記空燃比を制御するトルク制御手段(例えば、後述のECU7A)と、を備え、前記目標設定手段は、前記目標トルクが前記第1目標トルクから前記第2目標トルクに変化したことに応じて前記目標空燃比をリーンからストイキへ徐々に変更する目標空燃比設定手段(例えば、後述のECU7A)と、前記無過給ストイキ運転の実行中に前記目標トルクの変化が生じた場合に実現されるトルク変化を過給遅れを考慮して推定し、当該推定したトルク変化が実現されるように基準点火時期に対し遅角側に前記目標点火時期を設定する目標点火時期設定手段(例えば、後述のECU7A)と、を備えることを特徴とする。
(2) A control device (for example, the
(3)この場合、前記目標空燃比設定手段は、前記目標点火時期設定手段が前記目標点火時期を前記基準点火時期よりも遅角側に設定し始めるよりも先に前記目標空燃比をリーンからストイキへ変更し始めることが好ましい。 (3) In this case, the target air-fuel ratio setting means sets the target air-fuel ratio to be lean before the target ignition timing setting means starts to set the target ignition timing on the retarded side of the reference ignition timing. It is preferable to start changing to stoichiometry.
(1)過給リーン運転の実行中に加速操作が行われることにより、目標トルクが過給リーン運転領域内の第1目標トルクから過給ストイキ運転領域内の第2目標トルクに変化した場合を想定する。この場合、運転モードは、過給リーン運転から過給ストイキ運転に移行することとなる。一方、リーン運転禁止条件が満たされている場合には、過給リーン運転の実行が禁止され、その代わりに無過給ストイキ運転が実行される。したがって同様の加速操作を行うことによって、運転モードは、無過給リーン運転から過給ストイキ運転に移行する場合もある。このため、同じ加速操作であるにも関わらず、加速操作を行った時点で過給リーン運転を実行していたか無過給ストイキ運転を実行していたかによって、実トルクが第1目標トルクから第2目標トルクに到達するまでの間の過渡期間で、トルクの応答特性が変わってしまうという課題が生じ得る。 (1) A case where the target torque changes from the first target torque in the supercharge lean operation region to the second target torque in the supercharge stoichiometric operation region by performing the acceleration operation during execution of the supercharge lean operation Suppose. In this case, the operation mode shifts from supercharged lean operation to supercharged stoichiometric operation. On the other hand, when the lean operation prohibition condition is satisfied, the execution of the supercharged lean operation is prohibited, and instead, the non-supercharged stoichiometric operation is performed. Therefore, by performing the same acceleration operation, the operation mode may shift from the non-supercharged lean operation to the supercharged stoichiometric operation. For this reason, the actual torque is the first target torque from the first target torque depending on whether the supercharging lean operation was performed or the non-supercharged stoichiometric operation was performed at the time of performing the acceleration operation despite the same acceleration operation. The problem that the response characteristic of a torque will change may arise in the transient period until it reaches 2 target torque.
このような課題に対し本発明では、過給リーン運転の実行中に目標トルクが第1目標トルクから第2目標トルクに変化した場合には、過渡期間における実トルクの変化が、無過給ストイキ運転の実行中に上記のように目標トルクが変化した場合に実現されるトルクの変化に近づくようにスロットル弁の目標開度及び目標空燃比を設定し、これら目標開度及び目標空燃比が実現されるようにスロットル開度及び空燃比を制御する。ここで特に本発明の目標空燃比設定手段は、過渡期間における目標空燃比を、目標トルクが第1目標トルクから第2目標トルクに変化したことに応じてリーンからストイキへ徐々に変更する。空燃比の操作から実トルクへの応答は、スロットル弁の操作から実トルクへの応答よりも速い。このため、上記過渡期間のうち初期の期間における実トルクの応答特性を、無過給ストイキ運転からの加速時のトルク応答特性に近づけることができる。また本発明の目標開度設定手段は、無過給ストイキ運転の実行中に上記のように目標トルクが変化した場合に実現される吸気量変化を、過給遅れの存在を考慮して推定し、さらにこの推定した吸気量変化が実現されるように基準開度に対し閉じ側(すなわち、トルク減少側)に目標開度を設定する。これにより、上記過渡期間のうち空燃比の操作では対応できない後期の期間における実トルクの応答特性を、無過給ストイキ運転からの加速時の応答特性に近づけることができる。以上により本発明によれば、過給リーン運転から過給ストイキ運転への移行時の過渡期間における実トルクの応答特性を、無過給ストイキ運転から過給ストイキ運転への移行時におけるトルクの応答特性に近づけることができるので、両移行時の間のトルク応答性の差異を解消できる。またこれにより、運転者は、加速操作を行った時点で実行されている運転モードの種類によらず常に同等のトルク応答性が得られるので、違和感がなく、したがって商品性を向上できる。 With respect to such problems, in the present invention, when the target torque changes from the first target torque to the second target torque during execution of the supercharging lean operation, the change of the actual torque during the transition period is a non-supercharging stoichiometric condition. The target opening of the throttle valve and the target air-fuel ratio are set so as to approach the change in torque realized when the target torque changes as described above during operation, and the target opening and target air-fuel ratio are realized Control the throttle opening and the air-fuel ratio so that Here, in particular, the target air-fuel ratio setting means of the present invention gradually changes the target air-fuel ratio in the transition period from lean to stoichiometry in response to the target torque changing from the first target torque to the second target torque. The response from the air-fuel ratio operation to the actual torque is faster than the response from the throttle valve operation to the actual torque. Therefore, the response characteristic of the actual torque in the initial period of the transition period can be made close to the torque response characteristic at the time of acceleration from the non-supercharged stoichiometric operation. Further, the target opening setting means of the present invention estimates the intake amount change realized when the target torque changes as described above during execution of the non-supercharged stoichiometric operation, taking into consideration the presence of the supercharging delay. Further, the target opening is set on the closing side (that is, the torque reduction side) with respect to the reference opening so that the estimated intake amount change is realized. As a result, it is possible to make the response characteristic of the actual torque in the later period which can not be handled by the operation of the air-fuel ratio in the transition period close to the response characteristic at the time of acceleration from the non-supercharged stoichiometric operation. As described above, according to the present invention, the response characteristic of the actual torque during the transition period from the supercharging lean operation to the supercharging stoichiometric operation, the torque response at the transition from the non-supercharged stoichiometric operation to the supercharged stoichiometric operation Since the characteristics can be approximated, it is possible to eliminate the difference in torque response between the two transitions. In addition, since the driver can always obtain the same torque response regardless of the type of the operation mode being executed at the time of performing the acceleration operation, there is no sense of incongruity, and therefore, the productability can be improved.
(2)本発明の目標空燃比設定手段は、過渡期間における目標空燃比を、目標トルクが第1目標トルクから第2目標トルクに変化したことに応じてリーンからストイキへ徐々に変更する。空燃比の操作から実トルクへの応答は、スロットル弁の操作から実トルクへの応答よりも速い。このため、上記過渡期間のうち初期の期間における実トルクの応答特性を、無過給ストイキ運転からの加速時のトルク応答特性に近づけることができる。また本発明の目標点火時期設定手段は、無過給ストイキ運転の実行中に上記のように目標トルクが変化した場合に実現されるトルク変化を、過給遅れの存在を考慮して推定し、さらにこの推定したトルク変化が実現されるように、基準点火時期に対し遅角側(すなわち、トルク減少側)に目標点火時期を設定する。これにより、上記過渡期間のうち空燃比の操作では対応できない後期の期間における実トルクの応答特性を、無過給ストイキ運転からの加速時の応答特性に近づけることができる。以上により本発明によれば、過給リーン運転から過給ストイキ運転への移行時の過渡期間における実トルクの応答特性を、無過給ストイキ運転から過給ストイキ運転への移行時におけるトルクの応答特性に近づけることができるので、両移行時の間のトルク応答性の差異を解消できる。またこれにより、運転者は、加速操作を行った時点で実行されている運転モードの種類によらず常に同等のトルク応答性が得られるので、違和感がなく、したがって商品性を向上できる。 (2) The target air-fuel ratio setting means of the present invention gradually changes the target air-fuel ratio in the transition period from lean to stoichiometry in response to the target torque changing from the first target torque to the second target torque. The response from the air-fuel ratio operation to the actual torque is faster than the response from the throttle valve operation to the actual torque. Therefore, the response characteristic of the actual torque in the initial period of the transition period can be made close to the torque response characteristic at the time of acceleration from the non-supercharged stoichiometric operation. Further, the target ignition timing setting means of the present invention estimates a torque change realized when the target torque changes as described above during execution of the non-supercharged stoichiometric operation, in consideration of the presence of the supercharging delay, Further, the target ignition timing is set on the retarded side (that is, the torque reduction side) with respect to the reference ignition timing so that the estimated torque change is realized. As a result, it is possible to make the response characteristic of the actual torque in the later period which can not be handled by the operation of the air-fuel ratio in the transition period close to the response characteristic at the time of acceleration from the non-supercharged stoichiometric operation. As described above, according to the present invention, the response characteristic of the actual torque during the transition period from the supercharging lean operation to the supercharging stoichiometric operation, the torque response at the transition from the non-supercharged stoichiometric operation to the supercharged stoichiometric operation Since the characteristics can be approximated, it is possible to eliminate the difference in torque response between the two transitions. In addition, since the driver can always obtain the same torque response regardless of the type of the operation mode being executed at the time of performing the acceleration operation, there is no sense of incongruity, and therefore, the productability can be improved.
(3)目標点火時期を基準点火時期に対し遅角化すると、目標点火時期を基準点火時期に設定した場合よりもトルクを下げることができるものの、燃費が悪化する場合があるため、遅角化する期間はできるだけ短い方が好ましい。本発明の目標空燃比設定手段は、目標点火時期設定手段が目標点火時期を基準点火時期よりも遅角側に設定し始めるよりも先に目標空燃比をリーンからストイキへ変更し始める。これにより本発明では、過渡期間内で目標点火時期を基準点火時期よりも遅角化する期間を短くできるので、点火時期の遅角化に伴う燃費の悪化を抑制できる。 (3) If the target ignition timing is retarded with respect to the reference ignition timing, although torque can be reduced compared to the case where the target ignition timing is set to the reference ignition timing, the fuel consumption may be deteriorated. The period of time is preferably as short as possible. The target air-fuel ratio setting means of the present invention starts changing the target air-fuel ratio from lean to stoichiometry before the target ignition timing setting means starts to set the target ignition timing on the retard side of the reference ignition timing. As a result, in the present invention, since the period in which the target ignition timing is retarded from the reference ignition timing can be shortened within the transition period, it is possible to suppress the deterioration of the fuel efficiency caused by the retardation of the ignition timing.
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態に係る内燃機関(以下、「エンジン」という)1及びその制御装置2の構成を示す図である。
First Embodiment
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a view showing the configuration of an internal combustion engine (hereinafter referred to as an “engine”) 1 according to the present embodiment and its
エンジン1は、複数の気筒1a及び複数のピストン1b(図1には、何れも1つのみ図示する)を備える多気筒のものである。またこのエンジン1は、各気筒に形成される燃焼室における空燃比をストイキ空燃比(例えば、A/F=14.7)とリーン空燃比(例えば、A/F=30)とで変更可能である。エンジン1には、気筒毎に燃料噴射弁1c及び点火プラグ1d(図1では、何れも1つのみ図示する)が設けられている。これら燃料噴射弁1cは、制御装置2の一部を構成する電子制御ユニット(以下、「ECU」という)7に電気的に接続されている。ECU7は、後に図5等を参照して説明する手順に従って各気筒内の燃焼室における空燃比に対する目標である目標空燃比を算出し、この目標空燃比が実現されるようにこれら燃料噴射弁1cからの燃料噴射量及び噴射時期を制御する。またこれら点火プラグ1dも、ECU7に電気的に接続されている。ECU7は、図示しない処理によって点火プラグ1dによって火花を発生させる時期に対する目標である目標点火時期を算出し、この目標点火時期が実現されるように点火プラグ1dによる点火時期を制御する。
The engine 1 is a multi-cylinder engine including a plurality of cylinders 1a and a plurality of
エンジン1には、吸気が流れる吸気管11と、排気が流れる排気管12と、排気のエネルギを利用して吸気を圧縮する過給機8と、が設けられている。吸気管11は、吸気マニホルドの複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒1aの吸気ポートに接続されている。排気管12は、排気マニホルドの複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒1aの排気ポートに接続されている。
The engine 1 is provided with an
過給機8は、排気管12に設けられたタービンホイール81と、吸気管11に設けられたコンプレッサホイール82と、これらタービンホイール81とコンプレッサホイール82とを連結するタービンシャフト83と、を備える。タービンホイール81は、エンジン1から排出される排気が吹き付けられることで回転駆動する。コンプレッサホイール82は、タービンホイール81により回転駆動され、エンジン1の吸気を圧縮しエンジン1へ圧送する。
The supercharger 8 includes a
また排気管12には、タービンホイール81の上流側と下流側とを接続するバイパス通路86が設けられ、さらにこのバイパス通路86には開閉可能でありかつタービンホイール81に吹き付けられる排気の流量を変化させるウエストゲートバルブ85が設けられている。ウエストゲートバルブ85を開くと、排気はタービンホイール81を介さずにバイパス通路86を経由して排出され、ウエストゲートバルブ85を閉じると、排気はバイパス通路86を介さずにタービンホイール81を経由して排出される。従って、過給機8を駆動せずに自然吸気の下でエンジン1を運転する場合には、ウエストゲートバルブ85は全開に制御され、過給機8を駆動し過給された吸気の下でエンジン1を運転する場合には、ウエストゲートバルブ85は全開から全閉の間で制御される。
Further, the
ウエストゲートバルブ85は、アクチュエータ87を介してECU7に接続されている。ウエストゲートバルブ85の開度は、図示しないバッテリからアクチュエータ87へ供給される駆動電流のデューティ比を、ECU7によって制御することによって調整される。ECU7では、後に図2を参照して説明する吸気制御処理によってウエストゲートバルブ85の開度に対する目標を設定し、この目標が実現されるようにアクチュエータ87の通電制御を行う。
The
吸気管11のうち、過給機8の下流側には、過給機8により加圧された空気を冷却するインタークーラ14と、エンジン1の吸入空気量を制御するスロットルバルブ9とが設けられている。スロットルバルブ9は、吸気管11内に開閉可能に設けられた電磁弁であり、アクチュエータ91を介してECU7に接続されている。スロットルバルブ9の開度は、図示しないバッテリからアクチュエータ91へ供給される駆動電流のデューティ比を、ECU7によって制御することによって調整される。ECU7では、後に図2を参照して説明する吸気制御処理によってスロットルバルブ9の開度に対する目標に相当する目標開度を算出し、この目標開度が実現されるようにアクチュエータ91の通電制御を行う。
An
排気管12のうち、過給機8の下流側には、排気を触媒の作用下で浄化する触媒浄化装置15が設けられている。触媒浄化装置15は、ストイキ空燃比の排気の下で排気中のHC,CO,NOxを三元浄化反応によって浄化する三元触媒や、リーン空燃比の排気の下で排気中のNOxを還元浄化するリーンNOx触媒等を備える。
On the downstream side of the turbocharger 8 in the
ECU7は、センサの検出信号をA/D変換するI/Oインターフェース、図2の吸気制御処理、図4の推定過給圧演算処理、及び図5の目標空燃比及びスロットル弁の目標開度を算出する処理等の各種プロフラムや図3A及び図3B等のマップ等の各種データを記憶するRAMやROM、上記プログラムに従って各種演算処理を実行するCPU、及びCPUの演算処理結果に応じて各種アクチュエータの通電制御を行う駆動回路等で構成される。
The
ECU7には、エンジン1の運転状態を把握するため、エアフローメータ61、スロットル開度センサ62、クランク角度位置センサ63、アクセル開度センサ64、触媒温度センサ65、及びエンジン水温センサ66等の各種センサが接続されている。
Various sensors such as an
エアフローメータ61は、吸気管11に設けられ、吸気管11を介してエンジン1の吸気マニホルドに流入する空気の量(以下、「吸気量」ともいう)を検出し、検出値に略比例した信号をECU7に送信する。
The
スロットル開度センサ62は、スロットルバルブ9の開度を検出し、検出値に略比例した信号をECU7に送信する。ECU7では、このスロットル開度センサ62の検出信号に基づいてスロットルバルブ9の実開度が算出される。
The throttle
クランク角度位置センサ63は、エンジン1のクランクシャフトに固定されたパルサの回転に応じて、所定のクランク角ごとにパルス信号をECU7に送信する。ECU7では、このクランク角度位置センサ63からのパルス信号に基づいてエンジン回転数が算出される。
The crank
アクセル開度センサ64は、運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み量を検出し、これに応じた検出信号をECU7に送信する。運転者からエンジン1に要求される負荷に相当する目標トルクは、このアクセル開度センサ64の検出信号とエンジン回転数とに基づいて、ECU7によって算出される。
The
触媒温度センサ65は、触媒浄化装置15の触媒の温度を検出し、これに応じた検出信号をECU7に送信する。触媒浄化装置15の触媒温度は、この触媒温度センサ65の検出信号に基づいてECU7において算出される。
The
エンジン水温センサ66は、エンジン1の図示しない冷却水の温度を検出し、これに応じた検出信号をECU7に送信する。エンジン1の冷却水温度は、このエンジン水温センサ66の検出信号に基づいてECU7において算出される。
The engine
次に、ECU7による吸気制御の具体的な手順について説明する。この吸気制御は、過給機及びスロットル弁を制御することによってエンジンに導入される吸気量を制御する処理であり、所定の周期毎にECU7において繰り返し実行される。
Next, a specific procedure of intake control by the
図2は、吸気制御の具体的な手順を示すフローチャートである。
S1では、ECU7は、エンジン回転数及びアクセル開度を取得し、これら2つの値に基づいて図示しないマップを検索することによって、エンジンの実トルクに対する目標に相当する目標トルクを算出する。
FIG. 2 is a flowchart showing a specific procedure of intake control.
In S1, the
次にS2では、ECU7は、現在の触媒温度及びエンジン水温を取得し、これらの2つの値に基づいてリーン運転禁止条件が満たされているか否かを判定する。ここでリーン運転禁止条件とは、現在、リーン運転が禁止されている状態であるか否かを判定するための条件である。例えば触媒温度が、所定の活性温度に達していない場合には、排気浄化触媒を速やかに活性させるため、リーン運転を禁止することが好ましい。またエンジン水温が所定の暖機温度に達していない場合には、エンジンの暖機を促進するため、リーン運転を禁止することが好ましい。よってS2では、ECU7は、取得した触媒温度が活性温度に達していない場合、又は、取得したエンジン水温が暖機温度に達していない場合にはリーン運転禁止条件が満たされていると判断し、S4に移り、それ以外の場合にはリーン運転禁止条件は満たされていないと判断し、S3に移る。
Next, in S2, the
S3では、すなわちリーン運転禁止条件が満たされていない場合には、ECU7は、図3Aに示す通常時マップを、運転モード決定マップとして選択し、S4に移る。またS4では、すなわちリーン運転禁止条件が満たされている場合には、ECU7は、図3Bに示すリーン運転禁止時マップを、運転モード決定マップとして選択し、S5に移る。
In S3, that is, when the lean operation prohibition condition is not satisfied, the
図3Aは、通常時マップの一例を示す図であり、図3Bは、リーン運転禁止時マップの一例を示す図である。
図3Aに示すように、通常時マップが運転モード決定マップとして選択された場合、エンジン回転数を横軸とし目標トルクを縦軸として表されるエンジンの運転領域において、中回転かつ中トルクの領域では空燃比をリーンにするリーン運転が実行される。なお図3Bでは、この通常時マップで定義されるリーン運転領域の境界線を参考のため一点鎖線で示す。またこのリーン運転領域以外の運転領域では、空燃比をストイキにするストイキ運転が実行される。また図3Aにおいて太破線で示すように、過給領域と無過給領域とを分ける境界線L1は、通常時マップではリーン運転領域の中央を通過するように定められている。
FIG. 3A is a view showing an example of the normal time map, and FIG. 3B is a view showing an example of the lean operation prohibited time map.
As shown in FIG. 3A, when the normal mode map is selected as the operation mode determination map, in the engine operation region represented by the engine rotational speed as the horizontal axis and the target torque as the vertical axis, the medium rotation and medium torque region In this case, lean operation is performed to make the air-fuel ratio lean. In FIG. 3B, the boundary line of the lean operation area defined by the normal time map is indicated by an alternate long and short dash line for reference. Further, in the operating range other than the lean operating range, the stoichiometric operation is performed to make the air-fuel ratio stoichiometric. Further, as indicated by a thick broken line in FIG. 3A, a boundary line L1 separating the supercharged area and the non-supercharged area is determined to pass through the center of the lean operation area in the normal time map.
したがって、図3Aの通常時マップにおいて、符号R1で示す領域は、過給機を駆動しながら空燃比をストイキにする過給ストイキ運転を実行する過給ストイキ運転領域となっている。符号R2で示す領域は、過給機を駆動せずに空燃比をストイキにする無過給ストイキ運転を実行する無過給ストイキ運転領域となっている。符号R3で示す領域は、過給機を駆動しながら空燃比をリーンにする過給リーン運転を実行する過給リーン運転領域となっている。また符号R4で示す領域は、過給機を駆動せずに空燃比をリーンにする無過給リーン運転を実行する無過給リーン運転領域となっている。 Therefore, in the normal-time map of FIG. 3A, the region indicated by reference numeral R1 is a supercharging stoichiometric operation region where the supercharging stoichiometric operation is performed in which the air-fuel ratio is made stoichiometric while driving the supercharger. The region indicated by reference R2 is a non-supercharged stoichiometric operation region in which a non-supercharged stoichiometric operation is performed to make the air-fuel ratio stoichiometric without driving the supercharger. The region indicated by symbol R3 is a supercharging lean operating region in which a supercharging lean operation is performed to make the air-fuel ratio lean while driving the supercharger. Further, a region indicated by reference R4 is a non-supercharging lean operating region in which a non-supercharging lean operation is performed to make the air-fuel ratio lean without driving the supercharger.
図3Bに示すように、リーン運転禁止時マップには、リーン運転領域が定められていない。したがってリーン運転禁止時マップが運転モード決定マップとして選択された場合、エンジン回転数及び目標トルクによらずストイキ運転が実行されるようになっている。またリーン運転禁止時マップは、通常時マップと過給領域及び無過給領域もやや異なっている。より具体的には、リーン運転禁止時マップでは、過給領域と無過給領域とを分ける境界線L2は、通常時マップで定められる境界線L1よりも高トルク側に設定されている。すなわち、リーン運転禁止時マップでは、無過給領域は通常時マップよりも広く設定されている。またこの境界線L2は、通常時マップにおけるリーン運転領域の高トルク側の境界線の近傍を通過するように定められている。 As shown in FIG. 3B, no lean operation area is defined in the lean operation prohibition time map. Therefore, when the lean operation prohibition time map is selected as the operation mode determination map, the stoichiometric operation is performed regardless of the engine speed and the target torque. In addition, the lean operation prohibition time map differs from the normal time map in the supercharged area and the non-supercharged area as well. More specifically, in the lean operation prohibition time map, the boundary line L2 separating the supercharged area and the non-supercharged area is set on the higher torque side than the boundary line L1 defined in the normal time map. That is, in the lean operation prohibition time map, the non-supercharging region is set wider than that in the normal time map. Further, the boundary line L2 is set to pass near the boundary line on the high torque side of the lean operation area in the normal time map.
図2に戻り、S5では、ECU7は、スロットル弁制御処理を実行する。より具体的には、このスロットル弁制御処理では、ECU7は、後に図5等を参照して説明する手順に従ってスロットル弁の目標開度を設定するとともに、スロットル開度センサによって検出されるスロットル弁の実開度が設定された目標開度になるようにスロットル弁のアクチュエータを駆動する。
Returning to FIG. 2, in S5, the
S6では、ECU7は、S1で算出した目標トルクとエンジン回転数とを用いて先に選択した運転モード決定マップを検索することによって、現在の運転状態が過給領域内であるか否かを判定する。
In S6, the
S6の判定がNOである場合、ECU7は、無過給運転を実行すべきであると判断し、S7に移り、ウエストゲートバルブを全開状態に制御し、図2の処理を終了する。またS6の判定がYESである場合、ECU7は、過給運転を実行すべきであると判断し、S8に移る。
If the determination in S6 is NO, the
S8では、ECU7は、目標トルクとエンジン回転数とを用いて図示しないマップを検索することによって、吸気マニホルド内における吸気の圧力に対する目標に相当する目標吸気圧を算出する。
In S8, the
S9では、ECU7は、後に図4を参照して説明する手順に従って現在の目標吸気圧に応じた目標過給圧を算出するとともに、現在の過給圧の推定値に相当する推定過給圧を算出する。さらにS10では、ECU7は、算出した推定過給圧が目標過給圧になるように既知のフィードバック制御則に従ってウエストゲートバルブの開度を全開から全閉の間で制御し、図2の処理を終了する。
In S9, the
図4は、ECU7において、目標吸気圧から目標過給圧及び推定過給圧を算出する推定過給圧演算処理の具体的な手順を示す機能ブロック図である。過給機はウエストゲートバルブの開度を制御することによって過給圧を制御するが、ウエストゲートバルブを操作してから実際に過給圧が応答するまでには様々な要因による遅れが存在する。ECU7では、図4に示す機能ブロックに従って演算を行うことによって、このような過給遅れの存在を考慮して推定過給圧を算出する。
FIG. 4 is a functional block diagram showing a specific procedure of estimated boost pressure calculation processing for calculating the target boost pressure and the estimated boost pressure from the target intake pressure in the
ECU7は、定常到達過給圧を算出する定常状態演算部71と、定常到達過給圧に遅れ処理を施すことによって推定過給圧の暫定値を算出するタービン遅れ演算部72と、補正項を算出する補正項演算部73と、推定過給圧の暫定値と補正項とを合算することによって推定過給圧を算出する合算部74と、を備える。ECU7では、これら定常状態演算部71と、タービン遅れ演算部72と、補正項演算部73と、合算部74との演算を所定の周期毎に繰り返し行うことによって、当該周期毎に推定過給圧を算出する。
The
ここで定常到達過給圧とは、現在のエンジンの運転状態において、ウエストゲートバルブを全閉状態に制御したときに実現可能な過給圧の最大値に相当する。定常状態演算部71は、リミット吸気圧演算部731と、インマニ遅れ演算部732と、吸気量演算部733と、閉弁時定常到達過給圧演算部734と、目標過給圧演算部735と、目標到達判定部736と、を用いることによってこのような定常到達過給圧を算出する。
Here, the steady state supercharging pressure corresponds to the maximum value of the supercharging pressure that can be achieved when the waste gate valve is controlled to the fully closed state in the current engine operating condition. The steady state calculation unit 71 includes a limit intake
リミット吸気圧演算部731は、図2のS8の処理において算出された目標吸気圧の今回値と推定過給圧の前回値とを比較することによって、リミット吸気圧を算出する。より具体的には、リミット吸気圧演算部731は、目標吸気圧の今回値が推定過給圧の前回値以下である場合にはこの目標吸気圧の今回値をリミット吸気圧として出力し、目標吸気圧の今回値が推定過給圧の前回値より大きい場合には推定過給圧の前回値をリミット吸気圧として出力する。すなわち、このリミット吸気圧は、目標吸気圧に、推定過給圧の前回値を上限としたリミット処理を施したものに相当する。これは、推定過給圧の前回値を上回るような吸気圧は実現できないと考えられることに基づく。
The limit intake
インマニ遅れ演算部732は、リミット吸気圧に以下で示すような、過給遅れのうち特に吸気マニホルド及びスロットル弁の応答遅れを模した遅れ処理を施すことによって、現在の吸気圧の推定値に相当する推定吸気圧を算出する。より具体的には、インマニ遅れ演算部732は、リミット吸気圧に、下記式(1)に示すような1次遅れフィルタリング演算を施すことによって推定吸気圧を算出する。下記式(1)において、推定吸気圧の今回値は“PBest(k)”と表記し、推定吸気圧の前回値は“PBest(k−1)”と表記し、リミット吸気圧の今回値は“PBlmt(k)”と表記する。また下記式(1)において“K1”は、0より大きく1より小さな値に設定された重み係数である。インマニ遅れ演算部732では、下記式(1)に基づいて推定吸気圧を算出することにより、吸気圧がリミット吸気圧になるようにスロットル弁を制御したときの、スロットル弁の応答遅れと、吸気がスロットル弁から吸気マニホルド内に流入するまでのむだ時間とを考慮することができる。
PBest(k)=K1・PBlmt(k)
+(1−K1)・PBest(k−1) (1)
The in-manifold
PBest (k) = K1 · PBlmt (k)
+ (1-K1) · PBest (k-1) (1)
吸気量演算部733は、エンジン回転数及び推定吸気圧に応じて図示しないマップを検索することによって、今回の周期で吸気マニホルドに流入する吸気の流量の推定値に相当する推定吸気量を算出する。
The intake
閉弁時定常到達過給圧演算部734は、始めに、エンジン回転数及び推定吸気量に応じて図示しないマップを検索することによって定常到達過給圧の平地相当値を算出する。この定常到達過給圧の平地相当値は、エンジン回転数が高い程、又は、推定吸気量が大きい程大きな値に設定される。これは、エンジン回転数が高いほど、又は、推定吸気量が大きい程、過給機で実現可能な最大過給圧が高くなることに基づく。
The valve closing steady state supercharging
閉弁時定常到達過給圧演算部734は、以上のようにして算出した平地相当値に、図示しない大気圧センサを用いて検出した現時点での大気圧を用いて算出される補正係数を乗算することによって、定常到達過給圧の閉弁時値を算出する。この閉弁時値は、平地相当値を現時点での大気圧での相当値に換算したものに相当する。
The valve closing steady state supercharging
目標過給圧演算部735は、目標吸気圧に応じて図示しないマップを検索することによって、この目標吸気圧を実現するような目標過給圧を算出する。
The target boost
目標到達判定部736は、目標過給圧と、定常到達過給圧の閉弁時値と、推定過給圧の前回値と、を用いて以下の演算を行うことによって、定常到達過給圧を算出する。
The target
目標到達判定部736は、始めに、現在の過給圧が目標過給圧にどの程度到達しているかどうかを判定すべく、推定過給圧の前回値と目標過給圧との差の絶対値を算出し、これを圧力偏差とする。目標到達判定部736は、圧力偏差が0よりも僅かに大きな値に設定された閾値以下である場合には、過給圧が目標過給圧に概ね到達したと判断し、定常到達過給圧の閉弁時値が目標過給圧以上であるか否かを判定する。目標到達判定部736は、定常到達過給圧の閉弁時値が目標過給圧以上である場合には、ウエストゲートバルブの開度を制御することによって目標過給圧を実現できると判断し、目標過給圧を定常到達過給圧として出力する。
The target
また目標到達判定部736は、圧力偏差が閾値より大きい場合、又は、定常到達過給圧の閉弁時値が目標過給圧より低く従ってウエストゲートバルブを制御しても目標過給圧を実現できないと判断される場合には、定常到達過給圧の閉弁時値を定常到達過給圧として出力する。
Further, the target
タービン遅れ演算部72は、以上のようにして定常状態演算部71によって算出された定常到達過給圧に以下で示すような、過給遅れのうち特にタービンの遅れを模した遅れ処理を施すことによって、推定過給圧の暫定値を算出する。より具体的には、タービン遅れ演算部72は、定常到達過給圧に、下記式(2)に示すような1次遅れフィルタリング演算を施すことによって推定過給圧の暫定値を算出する。下記式(2)において、推定過給圧の暫定値の今回値は“PTCtmp(k)”と表記し、推定過給圧の暫定値の前回値は“PTCtmp(k−1)”と表記し、定常到達過給圧の今回値は“PTCsta(k)”と表記する。また下記式(2)において“K2”は、0より大きく1より小さな値に設定された重み係数である。タービン遅れ演算部72では、下記式(2)に基づいて推定過給圧の暫定値を算出することにより、過給圧が定常到達過給圧になるように過給機を制御したときにおける過給機のタービンの応答遅れを考慮することができる。
PTCtmp(k)=K2・PTCsta(k)
+(1−K2)・PTCtmp(k−1) (2)
The turbine
PTC tmp (k) = K2 · PTC sta (k)
+ (1-K2) · PTC tmp (k-1) (2)
補正項演算部73は、インマニ遅れ演算部732によって算出された推定吸気圧と、推定過給圧の前回値と、を用いて下記の演算を行うことによって、定常到達過給圧に対する補正項を算出する。
The correction
補正項演算部73は、始めに、インマニ遅れ演算部732によって算出された推定吸気圧の前回値から推定吸気圧の今回値を減算することによって、推定吸気圧変化量を算出する。次に補正項演算部73は、推定過給圧の前回値と推定吸気圧の前回値との偏差の絶対値を算出し、これを圧力偏差とする。
First, the correction
次に補正項演算部73は、算出した圧力偏差が、0よりも僅かに大きな値に設定された閾値より大きいか否かを判定する。そして補正項演算部73は、圧力偏差が閾値以下である場合には、値0を補正項として出力する。
Next, the correction
また補正項演算部73は、圧力偏差が閾値より大きい場合には、推定過給圧と推定吸気圧との乖離度合いが大きいと判断し、エンジン回転数に応じて図示しないマップを検索することによって、補正項ゲインを算出する。この補正項ゲインは、エンジン回転数が高い程、大きな値になるように設定される。これは、エンジン回転数が高い程、推定吸気圧変化量に対する過給圧の感度が上昇することから、これを推定過給圧の算出結果に反映させるためである。そして補正項演算部73は、推定吸気圧変化量に補正項ゲインを乗算して得られる値を補正項として出力する。
Further, when the pressure deviation is larger than the threshold value, the correction
合算部74は、以上のようにしてタービン遅れ演算部72によって算出された定常到達過給圧と補正項演算部73によって算出された補正項とを合算して得られる値を推定過給圧として出力する。
The summing
次に、上述のような通常時マップ及びリーン運転禁止時マップを用いて運転モードを決定した場合に生じ得る課題について詳細に説明する。先ず、図3Aの通常時マップを運転モード決定マップとして用いている場合において、運転状態が過給リーン運転領域内に定められた運転ポイントP1にある状態から、運転者によって加速操作が行われることによって目標トルクが増加し、過給ストイキ運転領域内に定められた運転ポイントP2に移行した場合を検討する。通常時マップが選択された状態でこのような加速操作が行われると、図3Cにおいて太破線で示すように目標トルクは第1目標トルクから第2目標トルクへ階段状に増加し、運転モードは、過給リーン運転から過給ストイキ運転へ移行することとなる。この際、加速操作が行われた時点では既に過給機が駆動されていることから、過給機の応答遅れが無いため、エンジンで発生するトルクは、図3Cにおいて一点鎖線で示すように目標トルクの増加に応じて速やかに追従させることができる。 Next, problems that may occur when the operation mode is determined using the normal time map and the lean operation prohibition time map as described above will be described in detail. First, in the case where the normal time map of FIG. 3A is used as the driving mode determination map, the driver performs the acceleration operation from the state where the driving state is at the driving point P1 defined in the supercharging lean driving region. The case is considered where the target torque is increased due to and the operation point P2 is shifted to the operation point P2 defined in the supercharging stoichiometric operation region. When such an acceleration operation is performed with the normal time map selected, the target torque increases stepwise from the first target torque to the second target torque as shown by a thick broken line in FIG. 3C, and the operation mode is , Shift from supercharged lean operation to supercharged stoichiometric operation. Under the present circumstances, since a supercharger is already driven at the time of acceleration operation being performed, there is no response delay of a supercharger, Therefore The torque which generate | occur | produces with an engine is a target as shown by a dashed dotted line in FIG. 3C. It can be made to follow promptly according to the increase in torque.
一方、図3Bのリーン運転禁止時マップを運転モード決定マップとして用いている状態で同様の加速操作が行われた場合、図3Bに示すように、運転モードは、無過給ストイキ運転から過給ストイキ運転へ移行することとなる。すなわち、リーン運転禁止時マップが選択されている場合、加速操作が行われた時点では過給機が駆動されていない。このため、加速時には過給機の応答遅れが発生することから、運転モードの移行時に発生するトルクは、図3Cにおいて実線で示すように、通常時マップが選択されている場合と比較して緩やかに上昇する。すなわち、通常時マップが選択されている場合とリーン運転禁止時マップが選択されている場合とでは、上述のような加速操作が行われた場合に対し、実際に発生するトルクが第1目標トルクから第2目標トルクに到達するまでの間における過渡期間におけるトルク応答性に差が生じるおそれがある。以下では、上記のような加速操作が行われた場合に生じ得る課題を考慮して構築された目標空燃比及びスロットル弁の制御方法について、図5等を参照しながら説明する。 On the other hand, when the same acceleration operation is performed in a state where the lean operation prohibition time map of FIG. 3B is used as the operation mode determination map, as shown in FIG. 3B, the operation mode is from supercharged stoichiometric operation to supercharged operation. It will shift to stoichiometric operation. That is, when the lean operation prohibition time map is selected, the supercharger is not driven at the time when the acceleration operation is performed. For this reason, since the response delay of the supercharger occurs at the time of acceleration, the torque generated at the transition of the operation mode is gentle as compared with the case where the normal time map is selected as shown by the solid line in FIG. 3C. To rise. That is, in the case where the normal time map is selected and in the case where the lean operation prohibition time map is selected, the torque actually generated is the first target torque compared to the case where the acceleration operation as described above is performed. There may be a difference in torque responsiveness in the transition period between the time of reaching the second target torque and the time of reaching the second target torque. Hereinafter, a control method of a target air-fuel ratio and a throttle valve constructed in consideration of a problem that may occur when the above-described acceleration operation is performed will be described with reference to FIG. 5 and the like.
図5は、ECU7において、目標空燃比及びスロットル弁の目標開度を算出する具体的な手順を示す機能ブロック図である。ECU7は、運転領域判定部751と、最終目標吸気量演算部752と、実吸気量過給遅れ演算部753と、リーン禁止時目標吸気量演算部754と、リーン禁止時吸気量過給遅れ演算部755と、目標開度演算部756と、推定実現トルク演算部761と、目標空燃比演算部762と、を備える。ECU7では、これら運転領域判定部751と、最終目標吸気量演算部752と、実吸気量過給遅れ演算部753と、リーン禁止時目標吸気量演算部754と、リーン禁止時吸気量過給遅れ演算部755と、目標開度演算部756と、推定実現トルク演算部761と、目標空燃比演算部762との演算を所定の周期毎に繰り返し行うことによって、当該周期毎に目標空燃比及び目標開度を算出する。
FIG. 5 is a functional block diagram showing a specific procedure for calculating the target air fuel ratio and the target opening of the throttle valve in the
運転領域判定部751は、目標トルク及びエンジン回転数に応じて、図2のS3又はS4の処理において選択された運転モード決定マップを検索することによって、現在の運転領域が、過給ストイキ運転領域、無過給ストイキ運転領域、過給リーン運転領域、及び無過給リーン運転領域の何れの運転領域に属するかを判定する。
The driving
最終目標吸気量演算部752は、運転領域判定部751の判定結果と、予め算出された目標過給圧と、を用いることによって、現在実行されている運転モードの下でエンジン及び過給機を運転し続けた場合に、最終的に実現すべき目標吸気量に相当する最終目標吸気量を算出する。より具体的には、最終目標吸気量演算部752は、現在の運転領域がリーン運転領域である場合には、リーン運転時に最終的に実現すべき空燃比(例えば、A/F=30)と現在の目標過給圧とに基づいて図示しないマップを検索することによって、最終目標吸気量を算出する。また最終目標吸気量演算部752は、現在の運転領域がストイキ運転領域である場合には、ストイキ運転時に最終的に実現すべき空燃比(例えば、A/F=14.7)と現在の目標過給圧とに基づいて図示しないマップを検索することによって、最終目標吸気量を算出する。このようにして算出される最終目標吸気量は、運転者による加速操作や減速操作によって運転領域が切り替わった場合には、階段状に変化する(後述の図6の上から2段目における太破線参照)。
The final target intake air
実吸気量過給遅れ演算部753は、最終目標吸気量に、スロットル弁の開度をエア絞りが発生しない有効開度(例えば、全開)で維持し続けたと仮定した場合に、実際に発生すると推定される現実の過給遅れを模した処理を施すことによって、推定実過給吸気量を算出する。すなわち、この推定実過給吸気量は、スロットル弁の開度を有効開度で維持し続けた場合に実現される吸気量の推定値に相当する。
If it is assumed that the actual intake amount supercharging
実吸気量過給遅れ演算部753では、最終目標吸気量に、図4の推定過給圧演算処理を流用した演算を行うことによってこのような現実の過給遅れを模した処理を施す。より具体的には、実吸気量過給遅れ演算部753は、最終目標吸気量を流量から圧力に単位変換することによって目標吸気圧を算出し、この最終目標吸気量から算出した目標吸気圧を図4のリミット吸気圧演算部731及び目標過給圧演算部735に入力することによって推定吸気圧を算出する。また実吸気量過給遅れ演算部753は、図4の推定過給圧演算処理を流用した演算によって得られた推定吸気圧を圧力から流量に単位変換することによって推定実過給吸気量を算出する。
The actual intake amount supercharge
ここで、上述のように実吸気量過給遅れ演算部753では、スロットル弁の開度を、エア絞りが発生しない有効開度で維持し続けた場合に発生する過給遅れを模した演算を行う。これは、図4の推定過給圧演算処理では、インマニ遅れ演算部732における演算では、スロットル弁の応答遅れを考慮しないことを意味する。したがって実吸気量過給遅れ演算部753で図4の推定過給圧演算処理を流用した演算を行う場合、インマニ遅れ演算部732における重み係数K1は、スロットル弁の応答遅れを考慮しない分だけ、より値1に近い値に設定することが好ましい。
Here, as described above, the actual intake amount supercharging
リーン禁止時目標吸気量演算部754は、運転領域判定部751の判定結果によらず、現在は図3Bに示すリーン運転禁止時マップが運転モード決定マップとして選択されていると仮定して、当該リーン運転禁止時マップと目標過給圧とを用いて、リーン禁止時最終目標吸気量を算出する。このリーン禁止時最終目標吸気量は、現在、リーン運転が禁止されている状態であると仮定して、当該仮定の下で最終的に実現すべき目標吸気量に相当する。
The lean prohibited target intake air
より具体的には、リーン禁止時目標吸気量演算部754は、始めに、現在の目標トルク及びエンジン回転数に応じてリーン運転禁止時マップを検索することにより、現在の運転ポイントが、リーン運転禁止時マップ上では過給ストイキ運転領域及び無過給ストイキ運転領域の何れの運転領域に属するかを判定する。そしてリーン禁止時目標吸気量演算部754は、現在の運転領域が過給ストイキ運転領域である場合には、過給ストイキ運転時に最終的に実現すべき空燃比(例えば、A/F=14.7)と現在の目標過給圧とに基づいて図示しないマップを検索することによって、リーン禁止時最終目標吸気量を算出する。またリーン禁止時目標吸気量演算部754は、現在の運転領域が無過給ストイキ運転領域である場合には、無過給ストイキ運転時に最終的に実現すべき空燃比(例えば、A/F=14.7)と現在の目標過給圧(すなわち、大気圧)とに基づいて図示しないマップを検索することによって、リーン禁止時最終目標吸気量を算出する。
More specifically, the lean prohibited time target intake air
リーン禁止時吸気量過給遅れ演算部755は、リーン禁止時目標吸気量に、リーン運転禁止時マップの下でエンジン及び過給機の運転を継続したと仮定した場合に発生すると推定される仮想的な過給遅れ処理を施すことによって、リーン禁止時推定吸気量を算出する。すなわちこのリーン禁止時推定吸気量は、リーン運転禁止時マップの下でエンジン及び過給機の運転を継続したと仮定した場合に実現される仮想的な吸気量の推定値に相当する。
A lean-provision intake amount supercharge
リーン禁止時吸気量過給遅れ演算部755では、リーン禁止時目標吸気量に、図4の推定過給圧演算処理を流用した演算を行うことによってこのような仮想的な過給遅れを模した処理を施す。より具体的には、リーン禁止時吸気量過給遅れ演算部755は、リーン禁止時目標吸気量を流量から圧力に単位変換することによって目標吸気圧を算出し、このリーン禁止時目標吸気量から算出した目標吸気圧を図4のリミット吸気圧演算部731及び目標過給圧演算部735に入力することによって推定吸気圧を算出する。またリーン禁止時吸気量過給遅れ演算部755は、図4の推定過給圧演算処理を流用した演算によって得られた推定吸気圧を圧力から流量に単位変換することによってリーン禁止時推定吸気量を算出する。
Such a virtual supercharging delay is simulated by performing calculations using the estimated supercharging pressure calculation processing of FIG. 4 in the lean prohibited target intake air amount in the lean prohibited air intake amount charging
目標開度演算部756は、運転領域判定部751による判定結果と、推定実過給吸気量と、リーン禁止時推定吸気量と、を用いることによって、スロットル弁の目標開度を算出する。図3Cを参照して説明したように、通常時マップが運転モード決定マップとして選択されている状態で目標トルクが過給リーン運転領域内の第1目標トルクから過給ストイキ運転領域内の第2目標トルクへ上昇した直後であってエンジンで発生するトルクが第1目標トルクから第2目標トルクに到達するまでの過渡期間(以下では、この過渡期間を特に「過給リーン/ストイキ過渡期間」という)に実現されるトルク応答性は、リーン運転禁止時マップが選択されている場合に実現されるトルク応答性よりも良好になる。そこで目標開度演算部756では、過給リーン/ストイキ過渡期間とそれ以外の期間とで場合分けして目標開度を算出する。
The target opening
より具体的には、目標開度演算部756は、過給リーン/ストイキ過渡期間以外の期間である場合には、図3Cを参照して説明したトルク応答性の差が生じないと判断し、推定実過給吸気量に基づいて図示しないマップを検索することによって、この推定実過給吸気量に応じたスロットル弁の有効開度を算出し、これを目標開度として出力する。ここで推定実過給吸気量に応じたスロットル弁の有効開度とは、エア絞りを発生することなく推定実過給吸気量を実現できるようなスロットル弁の開度であり、基本的には全開である。
More specifically, the target opening
また目標開度演算部756は、過給リーン/ストイキ過渡期間内である場合、すなわち推定実過給吸気量とリーン禁止時推定吸気量とで大きな乖離が生じる場合には、推定実過給吸気量より小さいリーン禁止時推定吸気量に基づいて図示しないマップを検索することによって、エア絞りを発生させることによってリーン禁止時推定吸気量を実現するようなスロットル弁の開度を算出し、これを目標開度として出力する。ここでリーン運転禁止時推定過給吸気量は、常に推定実過給吸気量以下であることから、リーン運転禁止時推定過給吸気量に基づいて定められる目標開度は、推定実過給吸気量に基づいて定められる目標開度よりも常に閉じ側(すなわち、トルクダウン側)である。換言すれば、過給リーン/ストイキ過渡期間では、スロットル弁を有効開度まで開けば実現できるトルクから、リーン運転が禁止されている場合に実現されるトルクに近づくようにトルクを下げるトルクダウン制御が行われる。
Further, the target opening
推定実現トルク演算部761は、目標トルクに、以下で示すような燃料噴射弁の応答遅れを模した遅れ処理を施すことによって、推定実現トルクを算出する。この推定実現トルクは、燃料噴射弁を用いて空燃比を調整することによって実現されるトルクに相当する。より具体的には、推定実現トルク演算部761は、目標トルクに、下記式(3)に示すような1次遅れフィルタリング演算を施すことによって推定実現トルクを算出する。下記式(3)において、推定実現トルクの今回値は“TRQest(k)”と表記し、推定実現トルクの前回値は“TRQest(k−1)”と表記し、目標トルクの今回値は“TRQcmd(k)”と表記する。また下記式(3)において“K3”は、0より大きく1より小さな値に設定された重み係数である。推定実現トルク演算部761では、下記式(3)に基づいて推定実現トルクを算出することにより、実トルクが目標トルクに速やかに追従するように燃料噴射弁を制御したときの、燃料噴射弁の応答遅れを考慮することができる。
TRQest(k)=K3・TRQcmd(k)
+(1−K3)・TRQest(k−1) (3)
The estimated actualized
TRQest (k) = K3 · TRQ cmd (k)
+ (1-K3) · TRQest (k-1) (3)
目標空燃比演算部762は、推定実現トルクに応じて図示しないマップを検索することにより、現在の運転領域の下で推定実現トルクを実現するような空燃比を算出し、これを目標空燃比として出力する。
The target air-fuel
次に、以上のようなECU7によって実現される制御例について、図6のタイムチャートを参照して説明する。図6には、上段から順に、目標トルク等のトルクに関する量と、最終目標吸気量等の吸気量に関する量と、目標空燃比と、スロットル弁の目標開度と、の時間変化を示す。
Next, an example of control realized by the
図6には、通常時マップが運転モード決定マップとして選択されている状態で(すなわち、リーン運転が禁止されていない状態で)、時刻t0から時刻t1までの間では、目標トルクが過給リーン運転領域内に定められた第1目標トルク(例えば、図3Aにおける運転ポイントP1)に設定され、時刻t1において運転者が加速操作を行うことによって目標トルクが第1目標トルクから過給ストイキ運転領域内に定められた第2目標トルク(例えば、図3Aにおける運転ポイントP2)に変化した場合に実現されるタイムチャートを示す。 In FIG. 6, in the state where the normal mode map is selected as the operation mode determination map (that is, in the state where the lean operation is not prohibited), the target torque is supercharged from time t0 to time t1. The target torque is set to the first target torque (for example, driving point P1 in FIG. 3A) defined in the driving range, and the driver performs acceleration operation at time t1. The time chart realized when changing to the 2nd target torque (for example, driving point P2 in Drawing 3A) defined inside is shown.
先ず、図6の最上段において太破線で示すように、目標トルクは、時刻t1において加速操作が行われることによって、第1目標トルクから第2目標トルクへ階段状に変化する。このため、運転モードは、時刻t0〜t1までの間では過給リーン運転が実行され、時刻t1以降は過給ストイキ運転が実行される。また図6の最上段には、ECU7によって実際に実現されるトルクを実線で示す。従って、実際のトルクが時刻t1において第1目標トルクから上昇し始め、時刻t4において第2目標トルクに到達するまでの期間は、上述の過給リーン/ストイキ過渡期間に相当する。
First, as indicated by a thick broken line in the uppermost stage of FIG. 6, the target torque changes stepwise from the first target torque to the second target torque as acceleration operation is performed at time t1. Therefore, in the operation mode, the supercharging lean operation is performed between time t0 and t1, and the supercharging stoichiometric operation is performed after time t1. Further, the torque actually realized by the
目標トルクが第1目標トルクから第2目標トルクへ増加するに伴い、図6の上から2段目において太破線で示すように、最終目標吸気量演算部752によって算出される最終目標吸気量は、時刻t1において階段状に変化する。また実吸気量過給遅れ演算部753では、このような階段状に変化する最終目標吸気量に対して、スロットル弁の開度をエア絞りが発生しない有効開度で維持し続けたと仮定した場合に、実際に発生すると推定される現実の過給遅れを模した処理を施すことによって推定実過給吸気量(図6の上から2段目における一点鎖線)を算出する。このため、推定実過給吸気量は、時刻t1から図6に示すように最終目標吸気量の階段状の変化に追従するように徐々に上昇し、概ね時刻t3において最終目標吸気量に到達する。なお、図6に示す例では、時刻t0から時刻t1では過給リーン運転が実行されることにより、過給機のタービンは既に回転していることから、時刻t1からt3の間で推定実過給吸気量は過給遅れの影響を受けることなく速やかに上昇する。
As the target torque increases from the first target torque to the second target torque, the final target intake air amount calculated by the final target intake air
一方、リーン禁止時吸気量過給遅れ演算部755では、常にリーン運転禁止時マップの下でエンジン及び過給機の運転を継続したと仮定した場合に発生すると推定される仮想的な過給遅れ処理を施すことによって、リーン禁止時推定吸気量(図6の上から2段目における二点鎖線)を算出する。このため、時刻t0〜t1の間では、リーン禁止時推定吸気量は推定実過給吸気量よりも常に小さい。またリーン禁止時推定吸気量は、推定実過給吸気量と異なり、時刻t1において目標トルクが第2目標トルクに増加した後も殆ど上昇することなく、時刻t2において徐々に上昇し始める。これは、図3Bに示すように、第1目標トルクによって特定される運転ポイントP1は、リーン運転禁止時マップ上では無過給ストイキ運転領域内であり、時刻t0〜t1の間では、過給機のタービンは停止していると仮定しているからである。すなわち、常にリーン運転禁止時マップの下で運転を継続したと仮定した場合、時刻t1ではタービンが停止しているため、このタービンが回転し始め、実際に過給圧が上昇し始めるまでには過給遅れが存在する。またリーン禁止時推定吸気量は、時刻t2において徐々に上昇し始め、時刻t4において概ね最終目標吸気量に到達する。このように、時刻t1〜t4の間では、リーン禁止時推定吸気量は、リーン禁止時過給遅れ演算部755によって過給機の過給遅れの存在を考慮して算出されるため、推定実過給吸気量よりも常に小さく、また最終目標吸気量に到達するまでにかかる時間も長い。
On the other hand, the lean prohibited intake amount supercharging
次に、目標開度演算部756では、過給リーン/ストイキ過渡期間とそれ以外の期間とで場合分けして、図6の最下段において実線で示すようにスロットル弁の目標開度を算出する。ここで、時刻t0〜t1の間では、目標開度演算部756は、推定実過給吸気量を実現するようなスロットル弁の開度(例えば、図6の最下段において破線で示す有効開度(全開))を目標開度として算出する。また上述のように時刻t1以降は、過給リーン運転から過給ストイキ運転に移行したことに伴い、すなわち過給リーン/ストイキ過渡期間内に移行したことに伴い、目標開度演算部756は、エア絞りを発生させることによって推定実過給吸気量よりも小さなリーン禁止時推定吸気量が実現されるようなスロットル弁の開度を目標開度として設定する。このため、図6に示すように、時刻t1において目標開度は破線で示す有効開度から閉じ側へ変更される。このため、図6の上から2段目において実線で示すように、このようなスロットル弁の制御によって実現される吸気量は、時刻t1から、推定実過給吸気量(一点鎖線)からリーン禁止時推定吸気量(二点鎖線)に近づくように減少し始め、時刻t2においてリーン禁止時推定吸気量に到達する。
Next, the target opening
また時刻t2〜t3の間では、目標開度演算部756は、リーン禁止時推定吸気量が実現されるように、スロットル弁の目標開度を概ね一定に維持する。これにより、実現される吸気量は、時刻t2から時刻t3にかけてリーン禁止時推定吸気量に沿うように変化する。また時刻t3〜t4の間では、リーン禁止時推定吸気量と推定実過給吸気量との差が徐々に小さくなることに伴い、スロットル弁の目標開度は、推定実過給吸気量を実現するような有効開度へ向けて徐々に開き側へ変更される。
Further, between time t2 and t3, the target opening
なお、図6の最上段には、スロットル弁の目標開度を常に有効開度に維持し続けた場合に実現されるトルクの変化を、参考のため一点鎖線で示す。 At the top of FIG. 6, changes in torque that are realized when the target opening of the throttle valve is always maintained at the effective opening are indicated by alternate long and short dashed lines for reference.
次に、推定実現トルク演算部761では、目標トルクに燃料噴射弁の応答遅れを模した遅れ処理を施すことによって、図6の最上段において二点鎖線で示すような推定実現トルクを算出する。また目標空燃比演算部762では、この推定実現トルクを実現するような空燃比を目標空燃比として出力する。このため、目標空燃比は、図6の下から2段目に示すように、目標トルクが第1目標トルクから第2目標トルクに変化したことに応じて、時刻t1からt2にかけてリーン空燃比からストイキ空燃比へ徐々に変更される。
Next, the estimated actualized
以上のようにECU7では、目標トルクが第1目標トルクから第2目標トルクに変化した場合に発生する過給リーン/ストイキ過渡期間(時刻t1〜t4)では、目標空燃比をリーン空燃比からストイキ空燃比に徐々に変更するとともに、スロットル弁の目標開度を有効開度に対し閉じ側に設定することにより、スロットル弁の目標開度を常に有効開度に維持し続けた場合に実現されるトルク(図6の最上段における一点鎖線参照)よりも、実際に実現されるトルク(図6の最上段における実線)を下げることができる。またECU7では、過給リーン/ストイキ過渡期間では、リーン禁止時推定吸気量に応じてスロットル弁の目標開度を設定することにより、実現される吸気量を無過給ストイキ運転から過給ストイキ運転に移行した場合に実現される吸気量に近づけることができるので、これによって過給リーン/ストイキ過渡期間で実現されるトルクも無過給ストイキ運転から過給ストイキ運転に移行した場合に実現されるトルクに近づけることができる。したがって運転者は、加速操作を行う時点で実行されている運転モードの種類によらず常に同等のトルク応答性が得られるので、違和感が無く、したがって商品性を向上できる。
As described above, in the supercharging lean / stoichiometric transition period (time t1 to t4) generated when the target torque changes from the first target torque to the second target torque, the
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図7は、本実施形態に係るECU7Aにおいて、目標空燃比及び点火プラグの目標点火時期を算出する具体的な手順を示す機能ブロック図である。本実施形態に係るECU7Aは、第1実施形態に係るECU7と、目標点火時期を算出する具体的な手順が異なる。より具体的には、第1実施形態に係るECU7は、過給リーン/ストイキ過渡期間ではスロットル弁を用いたトルクダウン制御を行った。これに対し本実施形態に係るECU7Aは、過給リーン/ストイキ過渡期間では点火プラグを用いたトルクダウン制御を行う点で第1実施形態に係るECU7と異なる。なお以下では、第1実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is a functional block diagram showing a specific procedure for calculating the target air fuel ratio and the target ignition timing of the spark plug in the
ECU7Aは、運転領域判定部751と、最終目標吸気量演算部752と、実吸気量過給遅れ演算部753と、リーン禁止時目標吸気量演算部754と、リーン禁止時吸気量過給遅れ演算部755と、リーン禁止時トルク推定部771と、目標点火時期演算部772と、推定実現トルク演算部761と、目標空燃比演算部762と、を備える。
The
リーン禁止時トルク推定部771は、リーン禁止時吸気量過給遅れ演算部755によって算出されるリーン禁止時推定吸気量を用いて、図示しないマップを検索することによって、リーン禁止時推定吸気量の吸気を導入した場合に実現されるトルクを算出し、これをリーン運転禁止時推定トルクとして出力する。
The lean prohibited
目標点火時期演算部772は、運転領域判定部751による判定結果と、推定実過給吸気量と、リーン運転禁止時推定トルクと、を用いることによって、点火プラグの目標点火時期を算出する。この目標点火時期演算部772は、第1実施形態に係る目標開度演算部756と同様に、過給リーン/ストイキ過渡期間とそれ以外の期間とで場合分けして目標点火時期を算出する。
The target ignition timing
より具体的には、目標点火時期演算部772は、過給リーン/ストイキ過渡期間以外の期間である場合には、図3Cを参照して説明したトルク応答性の差が生じないと判断し、推定実過給吸気量に基づいて図示しないマップを検索することによって、エンジンで発生するトルクが最大となりかつ燃費が最良となる点火時期(所謂、MBT)を算出し、これを目標点火時期として算出する。
More specifically, the target ignition timing
また目標点火時期演算部772は、過給リーン/ストイキ過渡期間内である場合、すなわち推定実過給吸気量とリーン禁止時推定吸気量とで大きな乖離が生じる場合には、リーン運転禁止時推定トルクに基づいて図示しないマップを検索することによって、このリーン運転禁止時推定トルクを実現するような点火時期を算出し、これを目標点火時期として算出する。ここで、上述のようにエンジンで発生するトルクが最大となる点火時期であるMBTに対し、点火時期を遅角側へ変更すると、このMBTからの遅角量に応じてエンジンで発生するトルクも低下する。このため、過給リーン/ストイキ過渡期間内では、目標点火時期は、目標点火時期演算部772によってMBTよりも遅角側に設定される。換言すれば、過給リーン/ストイキ過渡期間では、点火時期をMBTに設定すれば実現できるトルクから、リーン運転が禁止されている場合に実現されるトルクに近づくようにトルクを下げるトルクダウン制御が行われる。
Further, the target ignition timing
なお、点火時期を短時間の間でMBTから遅角側に変更すると、失火するおそれがある。そこで目標点火時期演算部772は、過給リーン/ストイキ過渡期間内では、このような失火が発生しないようにするため、レートリミットの下で目標点火時期を算出する。すなわち、目標点火時期演算部772は、過給リーン/ストイキ過渡期間内では、このレートリミットを超えないような速度で徐々に目標点火時期を変更する。
If the ignition timing is changed from MBT to the retard side in a short time, a misfire may occur. Therefore, the target ignition timing
また点火時期をMBTから遅角側へ変更すると、トルクが低下するとともに燃費も悪化するおそれがある。このため目標点火時期をMBTから遅角化する期間は、できるだけ短い方が好ましい。そこで目標点火時期演算部772は、過給リーン/ストイキ過渡期間内に移行した場合には、直ちに目標点火時期をMBTから遅角化せずに、過給リーン/ストイキ過渡期間内に移行してから所定の待ち時間が経過した後に目標点火時期の遅角化を開始することが好ましい。
In addition, when the ignition timing is changed from MBT to the retard side, torque may decrease and fuel efficiency may also deteriorate. Therefore, it is preferable that the period in which the target ignition timing be retarded from MBT be as short as possible. Therefore, when the target ignition timing
第1実施形態において説明したように、目標空燃比演算部762は、過給リーン/ストイキ過渡期間内に移行すると、目標空燃比をリーン空燃比からストイキ空燃比へ徐々に変更し始める。そこで目標点火時期演算部772は、過給リーン/ストイキ過渡期間内に移行した後、目標空燃比がストイキ空燃比よりもやや大きな値に設定した閾値を下回ってから目標点火時期の遅角化を開始する。
As described in the first embodiment, the target air-fuel
なお図7では図示を省略するが、ECU7Aでは、スロットル弁の目標開度は、推定実過給吸気量に基づいて図示しないマップを検索することによって、この推定実過給吸気量に応じたスロットル弁の有効開度を算出し、これを目標開度として出力する。
Although not shown in FIG. 7, in the
次に、以上のようなECU7Aによって実現される制御例について、図8のタイムチャートを参照して説明する。図8には、上段から順に、目標トルク等のトルクに関する量と、最終目標吸気量等の吸気量に関する量と、目標空燃比と、スロットル弁の目標開度と、点火プラグの目標点火時期と、を示す。
Next, an example of control realized by the
図8には、図6と同様に、時刻t1において運転者が加速操作を行うことによって目標トルクが第1目標トルクから第2目標トルクに変化した場合に実現されるタイムチャートを示す。 Similar to FIG. 6, FIG. 8 shows a time chart realized when the target torque is changed from the first target torque to the second target torque by the driver performing the acceleration operation at time t1.
先ず、図8の最上段において太破線で示すように、時刻t1において目標トルクが第1目標トルクから第2目標トルクへ階段状に変化する。このため、運転モードは、時刻t0〜t1までの間では過給リーン運転が実行され、時刻t1以降は過給ストイキ運転が実行される。また図8の最上段には、実際に実現されるトルクを実線で示す。従って実際のトルクが時刻t1において第1目標トルクから上昇し始め、時刻t5において第2目標トルクに到達するまでの期間は、上述の過給リーン/ストイキ過渡期間に相当する。 First, as shown by a thick broken line in the uppermost stage of FIG. 8, at time t1, the target torque changes stepwise from the first target torque to the second target torque. Therefore, in the operation mode, the supercharging lean operation is performed between time t0 and t1, and the supercharging stoichiometric operation is performed after time t1. Further, the torque actually realized is indicated by a solid line at the top of FIG. Therefore, the time period until the actual torque starts to increase from the first target torque at time t1 and reaches the second target torque at time t5 corresponds to the above-described supercharging lean / stoichiometric transition period.
目標トルクが第1目標トルクから第2目標トルクへ増加するに伴い、図8の上から2段目において太破線で示すように、最終目標吸気量演算部752によって算出される最終目標吸気量は、時刻t1において階段状に変化する。このため、図6を参照して説明したように、推定実過給吸気量(図6の上から2段目における太点線)は、時刻t1から最終目標吸気量の階段状の変化に追従するように徐々に上昇し、概ね時刻t4において最終目標吸気量に到達する。なお図6を参照して説明したのと同様に、この推定実過給吸気量は、時刻t1からt4の間では、過給遅れの影響を受けることなく速やかに上昇する。
As the target torque increases from the first target torque to the second target torque, the final target intake air amount calculated by the final target intake air
また図8において下から2段目に示すように、スロットル弁の目標開度は、エア絞りを発生させることなく推定実過給吸気量が実現されるような有効開度(例えば、全開)に設定される。このため、図8の上から2段目において細実線で示すように、実際に実現される吸気量は、推定実過給吸気量とほぼ同様の変化を示す。 Further, as shown in the second stage from the bottom in FIG. 8, the target opening of the throttle valve is an effective opening (for example, full opening) such that the estimated actual supercharged intake amount is realized without generating air throttling. It is set. For this reason, as shown by the thin solid line in the second stage from the top of FIG. 8, the actually realized intake amount exhibits substantially the same change as the estimated actual supercharged intake amount.
一方、リーン禁止時吸気量過給遅れ演算部755では、常にリーン運転禁止時マップの下でエンジン及び過給機の運転を継続したと仮定した場合に発生すると推定される仮想的な過給遅れ処理を施すことによって、リーン禁止時推定吸気量(図8の上から2段目における一点鎖線)を算出する。このため、時刻t0〜t1の間では、リーン禁止時推定吸気量は推定実過給吸気量よりも常に小さい。また時刻t1において目標トルクが第1目標トルクから第2目標トルクに変化した後も、リーン禁止時推定吸気量は、推定実過給吸気量よりも小さく、また最終目標吸気量に到達するまでにかかる時間(時刻t1〜t4)も長い。これは、リーン禁止時推定吸気量は、時刻t0〜t1の間では、過給機のタービンは停止していると仮定して算出されるためである。すなわち、常にリーン運転禁止時マップの下で運転を継続したと仮定した場合、時刻t1ではタービンが停止しているため、このタービンが回転し始め、実際に過給圧が上昇し始めるまでには過給遅れが存在するためである。
On the other hand, the lean prohibited intake amount supercharging
次に、リーン禁止時トルク推定部771では、このように算出されたリーン禁止時推定吸気量を用いて、このリーン禁止時推定吸気量の吸気を導入した場合に実現されるトルクを、リーン運転禁止時推定トルクとして出力する。図8の最上段には、太点線によってこのリーン運転禁止時推定トルクの変化を表示する。
Next, the lean prohibited
次に、推定実現トルク演算部761では、目標トルクに燃料噴射弁の応答遅れを模した遅れ処理を施すことによって、図6の最上段において二点鎖線で示すような推定実現トルクを算出する。また目標空燃比演算部762では、この推定実現トルクを実現するような空燃比を目標空燃比として出力する。このため、目標空燃比は、図8の下から3段目に示すように、目標トルクが第1目標トルクから第2目標トルクに変化したことに応じて、時刻t1からt3にかけてリーン空燃比からストイキ空燃比へ徐々に変更される。
Next, the estimated actualized
一方、目標点火時期演算部772では、過給リーン/ストイキ過渡期間とそれ以外の期間とで場合分けして、図8の最下段において実線で示すように点火プラグの目標点火時期を算出する。ここで、時刻t0〜t1の間では、目標点火時期演算部772は、推定実過給吸気量に基づいて算出されるMBT(例えば、図8の最下段において破線参照)を目標点火時期として算出する。
On the other hand, the target ignition timing
また目標点火時期演算部772は、時刻t1において過給リーン/ストイキ過渡期間内に移行した後、時刻t2において目標空燃比がストイキ空燃比よりもやや大きな値に設定された閾値を下回ったことに応じて、目標点火時期の遅角化を開始する。より具体的には、目標点火時期演算部772は、上述のリーン運転禁止時推定トルクが実現されるように、MBTよりも遅角側に目標点火時期を設定する。このため時刻t2において、目標点火時期は、破線で示すMBTから遅角側へ変更される。なおこの際、目標点火時期演算部772は、失火を防止するためレートリミットの下で目標点火時期を遅角側へ変更する。このため、目標点火時期は、時刻t2〜t3にかけて徐々にMBTから遅角側へ変更される。
Further, after the target ignition timing
また時刻t3〜t4の間では、目標点火時期演算部772は、リーン運転禁止時推定トルクが実現されるように、目標点火時期をMBTに対し所定量遅角した時期で概ね一定に維持する。これにより、実現されるトルクは、時刻t3から時刻t4にかけてリーン運転禁止時推定トルクに沿うように変化する。また時刻t4〜t5の間では、リーン運転禁止時推定トルクと第2目標トルクとの差が徐々に小さくなることに伴い、目標点火時期は、MBTに徐々に近づくように進角側に変更される。
Further, between time t3 and time t4, the target ignition timing
以上のようにECU7Aでは、目標トルクが第1目標トルクから第2目標トルクに変化した場合に発生する過給リーン/ストイキ過渡期間(時刻t1〜t5)では、目標空燃比をリーン空燃比からストイキ空燃比に徐々に変更するとともに、目標点火時期をMBTに対し遅角側に設定することにより、目標点火時期を常にMBTで維持し続けた場合に実現されるトルク(図8の最上段における一点鎖線参照)よりも、実際に実現されるトルク(図8の最上段における細実線参照)を下げることができる。またECU7Aでは、過給リーン/ストイキ過渡期間では、リーン禁止時推定トルクに応じて目標点火時期を設定することにより、実現されるトルクを、無過給ストイキ運転から過給ストイキ運転に移行した場合に実現されるトルク(すなわち、過給遅れが存在する場合に実現されるトルク(図6の最上段における太点線参照))に近づけることができる。したがって運転者は、加速操作を行う時点で実行されている運転モードの種類によらず常に同等のトルク応答性が得られるので、違和感が無く、したがって商品性を向上できる。
As described above, in the supercharging lean / stoichiometric transition period (time t1 to t5) that occurs when the target torque changes from the first target torque to the second target torque, the
1…エンジン(内燃機関)
1c…燃料噴射弁
1d…点火プラグ
2…制御装置
7…ECU(目標トルク算出手段、運転モード切替手段、過給リーン運転禁止手段、目標設定手段、目標空燃比設定手段、目標開度設定手段)
7A…ECU(目標トルク算出手段、運転モード切替手段、過給リーン運転禁止手段、目標設定手段、目標点火時期設定手段、目標開度設定手段)
751…運転領域判定部
752…最終目標吸気量演算部
753…実吸気量過給遅れ演算部
754…リーン禁止時目標吸気量演算部
755…リーン禁止時吸気量過給遅れ演算部
756…目標開度演算部
761…推定実現トルク演算部
762…目標空燃比演算部
771…リーン禁止時トルク推定部
772…目標点火時期演算部
8…過給機
1 ... Engine (internal combustion engine)
1c:
7A ... ECU (target torque calculation means, operation mode switching means, supercharging lean operation prohibition means, target setting means, target ignition timing setting means, target opening setting means)
751 ··· Operation
Claims (3)
要求に応じて前記内燃機関に対する目標トルクを算出する目標トルク算出手段と、
前記目標トルクが過給リーン運転領域内である場合には前記過給機を駆動しながら前記空燃比をリーンにする過給リーン運転を実行し、前記目標トルクが前記過給リーン運転領域よりも高トルク側の過給ストイキ運転領域内である場合には前記過給機を駆動しながら前記空燃比をストイキにする過給ストイキ運転を実行する運転モード切替手段と、
リーン運転禁止条件が満たされている場合には、前記目標トルクが前記過給リーン運転領域内であっても前記過給機を駆動せずに前記空燃比をストイキにする無過給ストイキ運転を実行する過給リーン運転禁止手段と、
実トルクが前記過給リーン運転領域内の第1目標トルクから前記過給ストイキ運転領域内の第2目標トルクに到達するまでを過渡期間と定義し、前記過給リーン運転の実行中に前記目標トルクが前記第1目標トルクから前記第2目標トルクに変化した場合には、前記過渡期間における実トルクの変化が、前記無過給ストイキ運転の実行中に前記目標トルクの変化が生じた場合に実現されるトルクの変化に近づくようにスロットル弁の目標開度及び目標空燃比を設定する目標設定手段と、
前記目標開度及び前記目標空燃比が実現されるように前記スロットル弁の開度及び前記空燃比を制御するトルク制御手段と、を備え、
前記目標設定手段は、
前記目標トルクが前記第1目標トルクから前記第2目標トルクに変化したことに応じて前記目標空燃比をリーンからストイキへ徐々に変更する目標空燃比設定手段と、
前記無過給ストイキ運転の実行中に前記目標トルクの変化が生じた場合に実現される吸気量変化を過給遅れを考慮して推定し、当該推定した吸気量変化が実現されるように、基準開度に対し閉じ側に前記目標開度を設定する目標開度設定手段と、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 capable of changing the supercharging pressure of intake air by a supercharger and changing the air-fuel ratio between lean and stoichiometric,
Target torque calculation means for calculating a target torque for the internal combustion engine according to a request;
When the target torque is in the supercharging lean operating range, supercharging lean operating is performed to make the air-fuel ratio lean while driving the supercharger, and the target torque is higher than the supercharging lean operating range Operation mode switching means for executing a supercharged stoichiometric operation for making the air-fuel ratio stoichiometric while driving the supercharger in a high torque side supercharged stoichiometric operation region;
When the lean operation prohibition condition is satisfied, even if the target torque is in the supercharged lean operation region, the non-supercharged stoichiometric operation in which the air-fuel ratio is made stoichiometric without driving the supercharger. Means for prohibiting supercharging lean operation to be performed;
A period from when the actual torque reaches the first target torque in the supercharging lean operation region to the second target torque in the supercharging stoichiometric operation region is defined as a transient period, and the target during the supercharging lean operation is determined When the torque changes from the first target torque to the second target torque, a change in the actual torque during the transition period occurs when a change in the target torque occurs during execution of the non-supercharged stoichiometric operation. Target setting means for setting the target opening of the throttle valve and the target air-fuel ratio so as to approach a change in torque to be realized;
Torque control means for controlling the opening degree of the throttle valve and the air-fuel ratio so that the target opening degree and the target air-fuel ratio are realized;
The target setting means is
Target air-fuel ratio setting means for gradually changing the target air-fuel ratio from lean to stoichiometric according to the target torque changing from the first target torque to the second target torque;
The intake quantity change that is realized when the change in the target torque occurs during execution of the non-supercharged stoichiometric operation is estimated in consideration of the supercharging delay, so that the estimated intake quantity change is realized, A control device for an internal combustion engine, comprising: target opening setting means for setting the target opening on the closing side with respect to a reference opening.
要求に応じて前記内燃機関に対する目標トルクを算出する目標トルク算出手段と、
前記目標トルクが過給リーン運転領域内である場合には前記過給機を駆動しながら前記空燃比をリーンにする過給リーン運転を実行し、前記目標トルクが前記過給リーン運転領域よりも高トルク側の過給ストイキ運転領域内である場合には前記過給機を駆動しながら前記空燃比をストイキにする過給ストイキ運転を実行する運転モード切替手段と、
リーン運転禁止条件が満たされている場合には、前記目標トルクが前記過給リーン運転領域内であっても前記過給機を駆動せずに前記空燃比をストイキにする無過給ストイキ運転を実行する過給リーン運転禁止手段と、
実トルクが前記過給リーン運転領域内の第1目標トルクから前記過給ストイキ運転領域内の第2目標トルクに到達するまでを過渡期間と定義し、前記過給リーン運転の実行中に前記目標トルクが前記第1目標トルクから前記第2目標トルクに変化した場合には、前記過渡期間における実トルクの変化が、前記無過給ストイキ運転の実行中に前記目標トルクの変化が生じた場合に実現されるトルクの変化に近づくように前記内燃機関の目標点火時期及び目標空燃比を設定する目標設定手段と、
前記目標点火時期及び前記目標空燃比が実現されるように前記点火時期及び前記空燃比を制御するトルク制御手段と、を備え、
前記目標設定手段は、
前記目標トルクが前記第1目標トルクから前記第2目標トルクに変化したことに応じて前記目標空燃比をリーンからストイキへ徐々に変更する目標空燃比設定手段と、
前記無過給ストイキ運転の実行中に前記目標トルクの変化が生じた場合に実現されるトルク変化を過給遅れを考慮して推定し、当該推定したトルク変化が実現されるように基準点火時期に対し遅角側に前記目標点火時期を設定する目標点火時期設定手段と、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 capable of changing the supercharging pressure of intake air by a supercharger and changing the air-fuel ratio between lean and stoichiometric,
Target torque calculation means for calculating a target torque for the internal combustion engine according to a request;
When the target torque is in the supercharging lean operating range, supercharging lean operating is performed to make the air-fuel ratio lean while driving the supercharger, and the target torque is higher than the supercharging lean operating range Operation mode switching means for executing a supercharged stoichiometric operation for making the air-fuel ratio stoichiometric while driving the supercharger in a high torque side supercharged stoichiometric operation region;
When the lean operation prohibition condition is satisfied, even if the target torque is in the supercharged lean operation region, the non-supercharged stoichiometric operation in which the air-fuel ratio is made stoichiometric without driving the supercharger. Means for prohibiting supercharging lean operation to be performed;
A period from when the actual torque reaches the first target torque in the supercharging lean operation region to the second target torque in the supercharging stoichiometric operation region is defined as a transient period, and the target during the supercharging lean operation is determined When the torque changes from the first target torque to the second target torque, a change in the actual torque during the transition period occurs when a change in the target torque occurs during execution of the non-supercharged stoichiometric operation. Target setting means for setting a target ignition timing and a target air-fuel ratio of the internal combustion engine so as to approach a change in torque to be realized;
Torque control means for controlling the ignition timing and the air-fuel ratio so that the target ignition timing and the target air-fuel ratio are realized;
The target setting means is
Target air-fuel ratio setting means for gradually changing the target air-fuel ratio from lean to stoichiometric according to the target torque changing from the first target torque to the second target torque;
The reference ignition timing is estimated such that a torque change realized when a change in the target torque occurs during execution of the non-supercharged stoichiometric operation in consideration of a supercharging delay, and the estimated torque change is realized. And a target ignition timing setting means for setting the target ignition timing on the retard side.
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JP2017084259A JP2018178967A (en) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Control device for internal combustion engine |
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