JP4312651B2

JP4312651B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4312651B2
Application number: JP2004130589A
Authority: JP
Inventors: 典男鈴木; 智子森田; 勝治和田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2024-04-27
Also published as: JP2005315081A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に排気系に排気を浄化する排気浄化装置を備える内燃機関の制御装置に関する。

機関の燃焼室で燃焼する混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定するリーンバーン運転を行うと、ＮＯｘの排出量が増加する傾向がある。そのため、機関の排気系にＮＯｘ浄化装置を設け、ＮＯｘの排出量を低減する技術が、例えば特許文献１に示されている。排気系にＮＯｘ浄化装置を備えた機関では、リーンバーン運転のみを長時間継続して行うと、ＮＯｘ浄化装置に吸収されたＮＯｘ量が飽和する。したがって、ＮＯｘ浄化装置に吸収されたＮＯｘを還元するために、比較的短時間の空燃比リッチ化を行う必要がある。

特許文献１に示された装置では、この空燃比リッチ化を行う際に、機関に供給する燃料を増量するとともに、機関の吸気制御弁を一定開度まで閉弁させることにより、吸気量を減少させ、さらに排気を吸気系に還流することが行われる。

特許第２８４５１０３号公報

吸気制御弁を閉弁させても吸気量は、直ちに減少せず、時間遅れを伴って減少する。そのため、上記従来の装置に示された制御手法では、燃料の増量時期と、吸気量が実際に減少する時期とがずれて機関出力トルクの変動や排気特性の悪化を招くことがある。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、空燃比リッチ化を行うときの、吸気量の目標値への収束性を向上させて、燃料の増量時期と吸気量が減少する時期のずれを低減し、トルク変動及び排気特性の悪化を抑制することが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。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定して運転される内燃機関（１）の排気系（４）に設けられ、排気を浄化する排気浄化手段（１６）と、前記機関の吸気系（２）に設けられた過給機（８）と、前記機関に流入する吸気を制御する吸気制御弁（１３）とを有する内燃機関の制御装置において、前記機関の運転状態に応じて前記吸気制御弁（３）の基本目標開度（ＴＨＭＡＰ）を設定する基本目標開度設定手段と、前記排気浄化手段の再生を行うために前記吸気制御弁の開度（ＴＨ）を減少させるときに、前記基本目標開度（ＴＨＭＡＰ）を設定補正量（ΔＴＨ１）だけ減少方向に補正することにより目標開度（ＴＨＣＭＤ）を算出し、その後前記目標開度（ＴＨＣＭＤ）を前記基本目標開度（ＴＨＭＡＰ）に戻す補正手段と、前記吸気制御弁の開度（ＴＨ）が、前記目標開度（ＴＨＣＭＤ）と一致するように前記吸気制御弁を駆動する駆動手段と、過給圧（ＢＰＡ）を検出する過給圧検出手段（２２）とを備え、前記補正手段は、前記過給機の目標過給圧（ＢＰＣＭＤ）と、検出過給圧（ＢＰＡ）との偏差（ΔＢＰＡ）に応じて、前記設定補正量（ΔＴＨ１）を設定することを特徴とする。
ここで排気浄化手段の再生とは、排気浄化手段に蓄積したＮＯｘあるいはＳＯｘを除去することを意味する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関の排気を吸気系（２）に還流させる排気還流通路（５）と、該排気還流通路（５）に設けられた排気還流制御弁（６）と、該排気還流制御弁の開度（ＬＡＣＴ）を制御する排気還流制御手段とを備え、前記排気還流制御手段は、前記吸気制御弁の開度（ＬＡＣＴ）を減少させるときは、前記排気還流制御弁開度（ＬＡＣＴ）の制御ゲイン（ＧＥＧＲ）を通常制御時より高めることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関の吸気量（ＧＡＩＲ）を検出する吸気量検出手段（２１）と、前記吸気制御弁の開度を減少させた後に、前記吸気量検出手段（２１）により検出される吸気量（ＧＡＩＲ）が目標吸気量（ＧＡＣＭＤ）に収束したことを判断する収束判断手段と、前記収束判断手段により検出吸気量（ＧＡＩＲ）が目標吸気量（ＧＡＣＭＤ）に収束したと判断されたときに、前記機関に供給する燃料を増量する燃料供給量制御手段とをさらに備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、機関の運転状態に応じて吸気制御弁の基本目標開度が設定され、排気浄化手段の再生を行うために吸気制御弁の開度を減少させるときに、基本目標開度を設定補正量だけ減少方向に補正することにより目標開度が算出され、その後目標開度を基本目標開度に戻すように制御される。そして、吸気制御弁の開度が、目標開度と一致するように吸気制御弁が駆動される。したがって、吸気量を減少させるときにおける目標吸気量への収束性を向上させて、燃料の増量時期と吸気量が減少する時期のずれを低減し、トルク変動及び排気特性の悪化を抑制することができる。また、過給機の目標過給圧と、実過給圧との偏差に応じて、設定補正量が設定されるので、過給圧偏差に応じた適切な目標開度の補正を行うことができる。その結果、過給圧偏差が大きいときでも、吸気量の目標吸気量への収束性が悪化することを防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、吸気制御弁の開度を減少させるときに、排気還流制御弁開度の制御ゲインが通常制御時より高められるので、吸気量に影響を与える排気還流量の制御応答速度が高められ、吸気量の目標吸気量への収束性をさらに向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、吸気制御弁の開度を減少させた後において、検出吸気量が目標吸気量に収束したと判断されたときに、機関に供給する燃料が増量されるので、燃料増量時期と吸気量が減少する時期とを確実に一致させることができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその制御装置の全体構成を示す図である。エンジン１は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁１２が設けられている。燃料噴射弁１２は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０に電気的に接続されており、燃料噴射弁１２の開弁時期及び開弁時間は、ＥＣＵ２０により制御される。

エンジン１は、吸気管２、排気管４、及びターボチャージャ８を備えている。ターボチャージャ８は、排気の運動エネルギにより駆動されるタービン１０と、タービン１０により回転駆動され、吸気の圧縮を行うコンプレッサ９とを備えている。

タービン１０は、複数の可変ベーン（図示せず）を備えており、可変ベーンのの開度（以下「ベーン開度」という）を変化させることにより、タービン回転数（回転速度）を変更できるように構成されている。タービン１０のベーン開度は、ＥＣＵ２０により電磁的に制御される。より具体的には、ＥＣＵ２０は、デューティ比可変の制御信号をタービン１０に供給し、これによってベーン開度を制御する。ベーン開度を増加させると、タービン１０の効率が向上し、タービン回転数は増加する。その結果、過給圧が増加する。

吸気管２内の、コンプレッサ９の下流には吸気量を制御するスロットル弁１３が設けられている。スロットル弁１３は、アクチュエータ１４により駆動され、アクチュエータ１４は、ＥＣＵ２０に接続されている。スロットル弁１３の開度ＴＨは、ＥＣＵ２０により制御される。

吸気管２は、スロットル弁１３の下流側において各気筒に対応して分岐し、分岐した吸気管２のそれぞれは、２つの吸気ポート２Ａ，２Ｂに分岐する。なお、図１には１つの気筒に対応する構成のみが示される。
エンジン１の各気筒には、２つの吸気弁（図示せず）及び２つの排気弁（図示せず）が設けられている。２つの吸気弁により開閉される吸気口（図示せず）は吸気ポート２Ａ，２Ｂのそれぞれに接続されている。

また、吸気ポート２Ｂ内には、当該吸気ポート２Ｂを介して吸入される空気量を制限してエンジン１の燃焼室にスワールを発生させるスワール制御弁（以下「ＳＣＶ」という）１５が設けられている。ＳＣＶ１５は、電動モータ（図示せず）によって駆動されるバタフライ弁であり、その弁開度はＥＣＵ２０により制御される。

排気管４と、吸気管２のスロットル弁１３の下流側との間には、排気を吸気管２に還流する排気還流通路５が設けられている。排気還流通路５には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）６が設けられている。ＥＧＲ弁６は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はＥＣＵ２０により制御される。ＥＧＲ弁６には、その弁開度（弁リフト量）ＬＡＣＴを検出するリフトセンサ７が設けられており、その検出信号はＥＣＵ２０に供給される。排気還流通路５及びＥＧＲ弁６より、排気還流機構が構成される。ＥＧＲ弁６は、デューティ比可変の制御信号により、弁開度ＬＡＣＴが、エンジン運転状態に応じて設定される弁開度指令値ＬＣＭＤと一致するように制御される。

吸気管２には、吸気量ＧＡＩＲ（単位時間当たりにエンジン１に吸入される空気量）を検出する吸気量センサ２１と、コンプレッサ９の下流側の過給圧ＢＰＡを検出する過給圧センサ２２とが取り付けられており、これらの検出信号はＥＣＵ２０に供給される。
排気管４の、タービン１０の下流側には、粒子状物質フィルタ１１及びＮＯｘ浄化装置１６が設けられている。粒子状物質フィルタ１１は、排気中に含まれる炭素を主成分とする粒子状物質であるスート（soot）を捕集する。ＮＯｘ浄化装置１６は、ＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収剤及び酸化、還元を促進するための触媒を内蔵する。ＮＯｘ浄化装置１６は、燃焼室内の混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気中の酸素濃度が比較的高く、還元剤（ＨＣ及びＣＯ）濃度が酸素濃度より低い排気リーン状態においては、ＮＯｘを吸収する一方、逆に燃焼室内の混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気中の酸素濃度が比較的低く、還元剤濃度が酸素濃度より高い排気リッチ状態においては、吸収したＮＯｘを還元剤により還元し、窒素ガス、水蒸気及び二酸化炭素として排出するように構成されている。

ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力の限界、すなわち最大ＮＯｘ吸収量まで、ＮＯｘを吸収すると、それ以上ＮＯｘを吸収できなくなるので、適時ＮＯｘを還元するために空燃比のリッチ化を実行する。この空燃比のリッチ化は、燃料噴射弁１２から噴射される燃料量の増量と主としてスロットル弁１３による吸気量の減量とによって行われる。なお本実施形態では、空燃比をリッチ化するときにおける吸気量の調整は、スロットル弁１３だけでなく、ＥＧＲ弁６の開度、過給圧制御、及びＳＣＶ１５の制御を併用して行われる。

また、粒子状物質フィルタ１１の上流側には、比例型空燃比センサ（以下「ＬＡＦセンサ」という）２３及び排気圧ＰＥＸを検出する排気圧センサ２４が設けられている。ＬＡＦセンサ２３は排気中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した検出信号をＥＣＵ２０に供給する。排気圧センサ２４は、排気圧ＰＥＸを示す検出信号をＥＣＵ２０に供給する。

さらに、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２５及びエンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ２６が設けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ２０に供給される。

クランク角度位置センサ２６は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）でＣＲＫパルスを発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ２０に供給される。これらのパルスは、燃料噴射制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。

ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁１２、ＥＧＲ弁６、タービン１０、アクチュエータ１４などに制御信号を供給する出力回路等から構成される。

エンジン１は、通常は空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定して運転され、上記空燃比リッチ化を行うときは、空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定される。

図２及び図３は、エンジン１の吸気量を制御する処理のフローチャートである。この処理は、ＴＤＣパルスに同期してＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。

図２のステップＳ１０〜Ｓ１７が、タービン１０のベーン開度を制御する過給圧制御（ＶＮＴ制御）に対応し、ステップＳ２１〜Ｓ２７がＥＧＲ弁６の開度を制御する排気還流制御（ＥＧＲ制御）に対応し、図３のステップＳ３１〜Ｓ３８がスロットル弁１３の開度を制御するスロットル弁開度制御（ＤＢＷ制御）に対応し、ステップＳ４１〜４５がＳＣＶ１５の開度を制御するＳＣＶ開度制御（ＳＣＶ制御）に対応する。

ステップＳ１０では、検出される過給圧ＢＰＡと、目標過給圧ＢＰＣＭＤとの偏差ΔＢＰＡ（＝ＢＰＡ−ＢＰＣＭＤ）を算出する。なお、目標過給圧ＢＰＣＭＤは、アクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて設定されたマップを検索して算出される。ステップＳ１１では、偏差ΔＢＰＡに応じて補正係数ＫＢＰＡを算出する。補正係数ＫＢＰＡは、偏差ΔＢＰＡが大きくなるほどより小さな値に設定される。

ステップＳ１２では、リッチ化フラグＦＲＳＰが「１」であるか否かを判別する。リッチ化フラグＦＲＳＰは、空燃比リッチ化を行うとき「１」に設定される。ＦＲＳＰ＝０であって通常運転中であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、第１ベーン開度マップ値ＶＮＴＭＡＰ１を算出し（ステップＳ１３）、ベーン開度基本値ＶＮＴＭＡＰを、第１ベーン開度マップ値ＶＮＴＭＡＰ１に設定する（ステップＳ１４）。その後、ステップＳ１７に進む。これにより、ベーン開度基本値ＶＮＴＭＡＰは、通常運転に適した値に設定される。

ステップＳ１２で、ＦＲＳＰ＝１であって空燃比リッチ化運転中であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、第２ベーン開度マップ値ＶＮＴＭＡＰ２を算出し（ステップＳ１５）、ベーン開度基本値ＶＮＴＭＡＰを、第２ベーン開度マップ値ＶＮＴＭＡＰ２に設定する（ステップＳ１６）。その後、ステップＳ１７に進む。第２ベーン開度マップ値ＶＮＴＭＡＰ２は、同一のエンジン運転状態においては、第１ベーン開度マップ値ＶＮＴＭＡＰ１より小さいな値（過給圧を低下させる値）に設定されている。これにより、ベーン開度基本値ＶＮＴＭＡＰは、空燃比リッチ化運転に適した値に設定される。

ステップＳ１７では、ベーン開度基本値ＶＮＴＭＡＰに補正係数ＫＢＰＡを乗算することにより、ベーン開度指令値ＶＮＴＣＭＤを算出する。
タービン１０のベーン開度は、このベーン開度指令値ＶＮＴＣＭＤと一致するように制御される。

ステップＳ２１では、ステップＳ１２と同様にリッチ化フラグＦＲＳＰが「１」であるか否かを判別する。ＦＲＳＰ＝０であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、ＥＧＲ制御の第１制御ゲインＧＥＧＲ１を算出し（ステップＳ２３）、制御ゲインＧＥＧＲを第１制御ゲインＧＥＧＲ１に設定する（ステップＳ２４）。その後、ステップＳ２７に進む。これにより、ＥＧＲ制御の制御ゲインＧＥＧＲは、通常運転に適した値に設定される。

ステップＳ２１でＦＲＳＰ＝１であるときは、検出される吸気量ＧＡＩＲが目標吸気量ＧＡＣＭＤに収束した否かを判別する（ステップＳ２２）。具体的には、吸気量ＧＡＩＲと目標吸気量ＧＡＣＭＤの偏差ΔＧＡＩＲの絶対値が、収束判定閾値ΔＧＡＴＨ以下か否かを判別する。ステップＳ２２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、前記ステップＳ２３に進み、否定（ＮＯ）であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、ＥＧＲ制御の第２制御ゲインＧＥＧＲ２を算出し（ステップＳ２５）、制御ゲインＧＥＧＲを第２制御ゲインＧＥＧＲ２に設定する（ステップＳ２６）。その後、ステップＳ２７に進む。第２制御ゲインＧＥＧＲ２は、同一の運転状態においては、第１制御ゲインＧＥＧＲ１より大きな値に設定される。これにより、ＥＧＲ制御の制御ゲインＧＥＧＲは、空燃比リッチ化運転に適した値に設定される。

ステップＳ２７では、吸気量ＧＡＩＲに応じて、ＥＧＲ弁６の弁開度指令値ＬＣＭＤの設定し、実弁開度ＬＡＣＴが弁開度指令値ＬＣＭＤと一致するように、ＥＧＲ弁６に制御を行う。ステップＳ２３〜Ｓ２６で設定される制御ゲインＧＥＧＲは、このフィードバック制御の制御ゲインとして適用される。

図３のステップＳ３１では、リッチ化フラグＦＲＳＰが「１」であるか否かを判別する。ＦＲＳＰ＝０であるときは、スロットル弁１３の目標開度ＴＨＣＭＤを全開開度ＴＨＭＡＸに設定する（ステップＳ３２）。ＦＲＳＰ＝１であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、空燃比リッチ化運転用の目標開度マップ値ＴＨＭＡＰを算出する。目標開度マップ値ＴＨＭＡＰは、全開開度より小さな値に設定されている。

ステップＳ３４では、ステップＳ２２と同様に、吸気量ＧＡＩＲが目標吸気量ＧＡＣＭＤに収束したか否かを判別する。ステップＳ３４の答が否定（ＮＯ）であるときは、前記ステップＳ１０と同様に、検出される過給圧ＢＰＡと、目標過給圧ＢＰＣＭＤとの偏差ΔＢＰＡ（＝ＢＰＡ−ＢＰＣＭＤ）を算出する（ステップＳ３５）。

ステップＳ３６では、偏差ΔＢＰＡに応じて、補正量ΔＴＨ１を算出する。補正量ΔＴＨ１は、偏差ΔＢＰＡ及び吸気量ＧＡＩＲに応じて予め設定されているΔＴＨ１マップを検索することにより、または下記式（１）により、算出される。すなわち、補正量ΔＴＨ１は、偏差ΔＢＰＡが増加するほど、また吸気量ＧＡＩＲが増加するほど、大きな値に設定される。
ΔＴＨ１＝Ｋｔｈ×ΔＢＰＡ×ＧＡＩＲ（１）
ここで、Ｋｔｈは、スロットル弁１３の形状によって決まる流量補正係数である。

ステップＳ３７では、目標開度マップ値ＴＨＭＡＰから補正量ΔＴＨ１を減算することにより、目標開度ＴＨＣＭＤを算出する。すなわち、空燃比リッチ化運転を行うときは、吸気量ＧＡＩＲが目標吸気量ＧＡＣＭＤに収束するまでの期間内は、目標開度ＴＨＣＭＤが、目標開度マップ値ＴＨＭＡＰを補正量ΔＴＨ１だけ減少方向に補正した値に設定される。

ステップＳ３４の答が肯定（ＹＥＳ）であって、吸気量ＧＡＩＲが目標吸気量ＧＡＣＭＤに収束したときは、下記式（２）により、目標開度ＴＨＣＭＤを算出する（ステップＳ３８）。
ＴＨＣＭＤ＝（１−α）×ＴＨＣＭＤ（ｎ−１）＋α×ＴＨＭＡＰ（２）
ここで、αは０から１の間の値に設定される所定係数、ＴＨＣＭＤ（ｎ−１）は、目標開度の前回算出値である。

式（２）により、目標開度ＴＨＣＭＤは、目標開度マップ値ＴＨＭＡＰに徐々に近づいていくように設定される。
スロットル弁１３の開度ＴＨは、目標開度ＴＨＣＭＤと一致するように制御される。

ステップＳ４１では、リッチ化フラグＦＲＳＰが「１」であるか否かを判別する。ＦＲＳＰ＝０であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、第１目標ＳＣＶ開度マップ値ＳＣＶＭＡＰ１を算出し（ステップＳ４２）、目標ＳＣＶ開度ＳＣＶＣＭＤを、第１目標ＳＣＶ開度マップ値ＳＣＶＭＡＰ１に設定する（ステップＳ４３）。これにより、目標ＳＣＶ開度ＳＣＶＣＭＤは、通常運転に適した値に設定される。

ステップＳ４１で、ＦＲＳＰ＝１であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、第２目標ＳＣＶ開度マップ値ＳＣＶＭＡＰ２を算出し（ステップＳ４４）、目標ＳＣＶ開度ＳＣＶＣＭＤを、第２目標ＳＣＶ開度マップ値ＳＣＶＭＡＰ２に設定する（ステップＳ４５）。第２目標ＳＣＶ開度マップ値ＳＣＶＭＡＰ２は、同一のエンジン運転状態においては、第１目標ＳＣＶ開度マップ値ＳＣＶＭＡＰ１より小さな値に設定される。これにより、目標ＳＣＶ開度ＳＣＶＣＭＤは、空燃比リッチ化運転に適した値に設定される。
ＳＣＶ１５の開度は、この目標ＳＣＶ開度ＳＣＶＣＭＤと一致するように制御される。

図４は、燃料供給制御処理のフローチャートである。この処理は、ＴＤＣパルスの発生に同期してＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
ステップＳ５１では、リッチ化フラグＦＲＳＰが「１」であるか否かを判別する。ＦＲＳＰ＝０であるときは、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、通常制御用の燃料制御パラメータを算出する（ステップＳ５３）。燃料制御パラメータには、１ＴＤＣ期間（ＴＤＣパルスの発生間隔）内の燃料噴射回数ＮＩＮＪ１、燃料噴射時期ＴＩＮＪ１、及び燃料噴射量ＱＩＮＪ１が含まれる。

ステップＳ５１でＦＲＳＰ＝１であるときは，吸気量ＧＡＩＲが目標吸気量ＧＡＣＭＤに収束したか否かを判別を判別する（ステップＳ５２）。その答が否定（ＮＯ）であるときは、前記ステップＳ５３に進み、肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ５４に進んで、エンジン運転状態、具体的にはアクセルペダル操作量ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、空燃比リッチ化運転用の燃料制御パラメータ、すなわち燃料噴射回数ＮＩＮＪ２，燃料噴射時期ＴＩＮＪ２、及び燃料噴射量ＱＩＮＪ２を算出する。燃料噴射量ＱＩＮＪ２は、同一のエンジン運転状態においては、通常制御用の燃料噴射量ＱＩＮＪ１より大きな値に設定される。

ステップＳ５５では、ＬＡＦセンサ２３により検出される空燃比ＡＦＡＣＴが、目標空燃比ＡＦＣＭＤと一致するように、燃料噴射量ＱＩＮＪ２を補正する空燃比フィードバック制御を行う。
このようにして算出される燃料制御パラメータに基づいて、燃料噴射弁１２の駆動制御が行われる。

図５は、空燃比リッチ化運転を開始するときの、スロットル弁１３の目標開度ＴＨＣＭＤ（同図（ａ））、ＥＧＲ弁６の開度ＬＡＣＴ（同図（ｂ））、吸気量ＧＡＩＲ（同図（ｃ））、及び燃料噴射量ＱＩＮＪ（同図（ｄ））の推移を示すタイムチャートである。この図において、破線が従来の制御手法に対応し、実線が本実施形態の制御手法に対応する。時刻ｔ１に空燃比リッチ化運転が開始されると、目標吸気量ＧＡＣＭＤが第１の値ＧＡＣＭＤ１から第２の値ＧＡＣＭＤ２に変更されるとともに、目標開度マップ値ＴＨＭＡＰを算出するためのマップが、空燃比リッチ化運転用のマップに切り換えられる。したがって、マップ値ＴＨＭＡＰが、第１の値ＴＨＭＡＰ１から第２の値ＴＨＭＡＰ２にステップ状に変化する。このとき、本実施形態では、目標開度ＴＨＣＭＤは、マップ値ＴＨＭＡＰより補正量ΔＴＨ１だけ小さい値に設定される。時刻ｔ２において、吸気量ＧＡＩＲが目標吸気量ＧＡＣＭＤに収束と判定された後は、目標開度ＴＨＣＭＤは、徐々に第２の値ＴＨＭＡＰ２に近づいていき、時刻ｔ３に一致する。

また図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ１において、ＥＧＲ弁６の弁開度指令値ＬＣＭＤが第１の値ＬＣＭＤ１から第２の値ＬＣＭＤ２に変更される。本実施形態では、ＥＧＲ制御の制御ゲインＧＥＧＲが、通常制御用の第１制御ゲインＧＥＧＲ１より大きな第２制御ゲインＧＥＧＲ２に設定されるため、実弁開度ＬＡＣＴは、弁開度指令値ＬＣＭＤの第２の値ＬＣＭＤ２に対してオーバシュートしてから第２の値ＬＣＭＤ２に収束する。図５（ｂ）において、時刻ｔ１からｔ２までの期間ＴＦＢＨにおいて、制御ゲインＧＥＧＲが、第２制御ゲインＧＥＧＲ２に設定される。

ＤＢＷ制御及びＥＧＲ制御を、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように行うことにより、吸気量ＧＡＩＲは、図５（ｃ）に実線で示すように従来に比べてより早期に目標吸気量ＧＡＣＭＤ２に収束する（時刻ｔ２）。
また図５（ｄ）に示すように、燃料噴射量ＱＩＮＪは、吸気量ＧＡＩＲが目標吸気量ＧＡＣＭＤ２に収束する時刻ｔ２において増量される。したがって、吸気量ＧＡＩＲが実際に減少する時期に合わせて、燃料供給量の増量が行われる。これに対し、従来の制御手法では、時刻ｔ１から燃料供給量の増量が開始されるため、必要なリッチ空燃比を実現するために、より多くの燃料を噴射しなければならない。すなわち、本実施形態では、吸気量ＧＡＩＲが実際に減少する時期に合わせて燃料供給量を増加させるので、増加量を従来に比べて低減することができる。このように、本実施形態によれば、吸気量ＧＡＩＲを減少させるときにおける目標吸気量ＧＡＣＭＤへの収束性を向上させて、燃料の増量時期と吸気量が減少する時期のずれを無くし、トルク変動及び排気特性の悪化を防止することができる。

図６は、目標吸気量ＧＡＣＭＤ（破線）と、検出される吸気量ＧＡＩＲ（実線）の推移を示すタイムチャートであり、図６の時刻ｔ１は、図５の時刻ｔ１に対応する。図６（ａ）は従来の制御手法を適用した場合に相当し、図６（ｃ）が本実施形態の制御手法を適用した場合に対応する。なお、この図に示す例では、時刻ｔ４において、空燃比リッチ化運転が終了し、リーンバーン運転が再開される。図６（ｂ）は、ＥＧＲ制御のみを従来の制御手法の適用した場合に対応する。図６（ｂ）と図６（ｃ）を対比すると、Ａ部における収束性が、図６（ｃ）の方が改善されていることが確認できる。すなわち、ＥＧＲ制御の制御ゲインＧＥＧＲを高めることにより、吸気量ＧＡＩＲの収束性をより一層改善することができる。

さらに本実施形態では、スロットル弁１３の目標開度ＴＨＣＭＤの補正量ΔＴＨ１を、過給圧偏差ΔＢＰＡに応じて設定するようにしたので、過給圧ＢＰＡが目標過給圧ＢＰＣＭＤと一致していない場合でも、過給圧偏差ΔＢＰＡに応じた適切な補正を行うことができ、特に過給圧偏差ΔＢＰＡが大きい場合においても、吸気量ＧＡＩＲの収束性が悪化することを防止できる。

本実施形態では、ＮＯｘ浄化装置１６が排気浄化手段に相当し、スロットル弁１３が吸気制御弁に相当し、アクチュエータ１４が駆動手段に相当し、吸気量センサ２１が吸気量検出手段に相当し、過給圧センサ２２が過給圧検出手段に相当する。また、ＥＣＵ２０が、目標開度設定手段、補正手段、排気還流制御手段、収束判断手段、及び燃料供給量制御手段を構成する。具体的には、図３のステップＳ３３が、目標開度設定手段に相当し、ステップＳ３４〜Ｓ３８が補正手段に相当し、図２のステップＳ２１〜Ｓ２７が排気還流制御手段に相当し、図４のステップＳ５２が収束判断手段に相当し、図４のステップＳ５４が燃料供給量制御手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、ＮＯｘ浄化装置１６に吸収されたＮＯｘを還元するために空燃比リッチ化運転を行う場合に本発明を適用する例を示したが、例えばＮＯｘ浄化装置１６がいわゆる硫黄被毒した場合において、ＳＯｘを除去するために、空燃比リッチ化運転を行うときに、本発明を適用してもよい。

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。図１に示す内燃機関の吸気量制御を行う処理のフローチャートである。図１に示す内燃機関の吸気量制御を行う処理のフローチャートである。図１に示す内燃機関の燃料供給制御を行う処理のフローチャートである。図２〜４に示す処理を説明するためのタイムチャートである。図２及び３に示す吸気量制御処理による制御特性を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１内燃機関
２吸気管
４排気管
５排気還流通路
６排気還流制御弁
８過給機
１２燃料噴射弁
１３スロットル弁（吸気制御弁）
１４アクチュエータ（駆動手段）
１６ＮＯｘ浄化装置（排気浄化手段）
２２過給圧センサ（過給圧検出手段）

Claims

空燃比を理論空燃比よりリーン側に設定して運転される内燃機関の排気系に設けられ、排気を浄化する排気浄化手段と、前記機関の吸気系に設けられた過給機と、前記機関に流入する吸気を制御する吸気制御弁とを有する内燃機関の制御装置において、
前記機関の運転状態に応じて前記吸気制御弁の基本目標開度を設定する基本目標開度設定手段と、
前記排気浄化手段の再生を行うために前記吸気制御弁の開度を減少させるときに、前記基本目標開度を設定補正量だけ減少方向に補正することにより目標開度を算出し、その後前記目標開度を前記基本目標開度に戻す補正手段と、
前記吸気制御弁の開度が、前記目標開度と一致するように前記吸気制御弁を駆動する駆動手段と、
過給圧を検出する過給圧検出手段とを備え、
前記補正手段は、前記過給機の目標過給圧と、検出過給圧との偏差に応じて、前記設定補正量を設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記機関の排気を吸気系に還流させる排気還流通路と、該排気還流通路に設けられた排気還流制御弁と、該排気還流制御弁の開度を制御する排気還流制御手段とを備え、前記排気還流制御手段は、前記吸気制御弁の開度を減少させるときに、前記排気還流制御弁開度の制御ゲインを通常制御時より高めることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記機関の吸気量を検出する吸気量検出手段と、前記吸気制御弁の開度を減少させた後に、前記吸気量検出手段により検出される吸気量が目標吸気量に収束したことを判断する収束判断手段と、前記収束判断手段により検出吸気量が目標吸気量に収束したと判断されたときに、前記機関に供給する燃料を増量する燃料供給量制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。