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技術 内燃機関の制御装置

出願人 スズキ株式会社
発明者 小島啓
出願日 2016年4月26日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2016-088221
公開日 2017年11月2日 (3年1ヶ月経過) 公開番号 2017-198118
状態 特許登録済
技術分野 内燃機関に供給する空気・燃料の電気的制御 機関出力の制御及び特殊形式機関の制御 内燃機関燃焼法
主要キーワード 目標質量 燃料値 主カム ポリトロープ変化 排ガス値 燃焼室壁面温度 吸気方向 残留ガス質量
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (6)

課題

要求トルク急変実トルク追従させることができ、安定した燃焼を確保することができる内燃機関制御装置を提供すること。

解決手段

吸気圧縮する過給器9と、燃料噴射するインジェクタ10と、吸気通路16aと燃焼室7とを連通または遮断するように開閉される吸気バルブ11と、排気通路23aと燃焼室7とを連通または遮断するように開閉される排気バルブ21と、目標SLOトルクになるような目標混合気質量を算出し、目標混合気質量になるように過給器9による過給圧を制御し、目標FASTトルクになるように燃料噴射量を制御し、目標FASTトルクになるような目標燃料量に基づいて残留ガス目標質量を算出し、残留ガス目標質量になるように吸気バルブ11と排気バルブ21を制御するECU3と、を備える。

概要

背景

従来、ガソリンエンジン等の内燃機関燃焼形態としては、点火プラグからの火花放電により強制的に混合気着火させるSI(SparkIgnition)燃焼が広く一般的であったが、近年、気筒内に高温既燃ガスを導入して混合気を自着火させる予混合圧縮自着火燃焼を燃焼形態として利用するガソリンエンジンの開発が進められている。ここで、予混合圧縮自着火燃焼は、HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)燃焼と称される。

このHCCI燃焼機能を備える内燃機関において、可変動弁機構により排気バルブ閉じ時期(EVC:Exhaust Valve Closing timing)を早めて、既燃ガスの一部を気筒内に残留させ、次の吸気行程で新気と混合された混合気の温度を高くする負のバルブオーバーラップ(NVO:Negative Valve Overlap)方式がある。

特許文献1には、要求トルクから圧縮着火前温度が得られるような目標カム位相を算出し、目標カム位相と今回のカム位相との位相差から推定した次回位相における圧縮端温度が圧縮着火温度になるような補正要求トルクを算出し、この補正要求トルクに応じて燃料噴射量を制御して、ノッキング失火を抑制して安定した燃焼を確保することが記載されている。

特許文献2には、過給機装備する内燃機関において、要求トルクと燃焼室温度要求回転数により目標過給圧を設定し、この目標過給圧になるように制御することが記載されている。

概要

要求トルクの急変実トルク追従させることができ、安定した燃焼を確保することができる内燃機関の制御装置を提供すること。吸気圧縮する過給器9と、燃料噴射するインジェクタ10と、吸気通路16aと燃焼室7とを連通または遮断するように開閉される吸気バルブ11と、排気通路23aと燃焼室7とを連通または遮断するように開閉される排気バルブ21と、目標SLOトルクになるような目標混合気質量を算出し、目標混合気質量になるように過給器9による過給圧を制御し、目標FASTトルクになるように燃料噴射量を制御し、目標FASTトルクになるような目標燃料量に基づいて残留ガス目標質量を算出し、残留ガス目標質量になるように吸気バルブ11と排気バルブ21を制御するECU3と、を備える。

目的

本発明は、要求トルクの急変に実トルクを追従させることができ、安定した燃焼を確保し、できるだけ熱効率の高い条件で内燃機関を運転することができる内燃機関の制御装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

予混合圧縮自着火燃焼を行なう内燃機関制御装置であって、トルクを高応答増加制御させる必要がある場合は、増加後の目標トルクになるように混合気質量を制御し、現在の目標トルクになるように燃料噴射量を制御する制御部を備える内燃機関の制御装置。

請求項2

前記制御部は、現在の吸気圧から算出した混合気質量に基づいて前記燃料噴射量に制限をかける請求項1に記載の内燃機関の制御装置。

請求項3

前記制御部は、前記現在の目標トルクに基づいて残留ガス目標質量を算出し、この残留ガス目標質量となるように吸気バルブ排気バルブの少なくとも一方の開閉時期を調整する請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関制御装置に関する。

背景技術

0002

従来、ガソリンエンジン等の内燃機関の燃焼形態としては、点火プラグからの火花放電により強制的に混合気着火させるSI(SparkIgnition)燃焼が広く一般的であったが、近年、気筒内に高温既燃ガスを導入して混合気を自着火させる予混合圧縮自着火燃焼を燃焼形態として利用するガソリンエンジンの開発が進められている。ここで、予混合圧縮自着火燃焼は、HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)燃焼と称される。

0003

このHCCI燃焼機能を備える内燃機関において、可変動弁機構により排気バルブ閉じ時期(EVC:Exhaust Valve Closing timing)を早めて、既燃ガスの一部を気筒内に残留させ、次の吸気行程で新気と混合された混合気の温度を高くする負のバルブオーバーラップ(NVO:Negative Valve Overlap)方式がある。

0004

特許文献1には、要求トルクから圧縮着火前温度が得られるような目標カム位相を算出し、目標カム位相と今回のカム位相との位相差から推定した次回位相における圧縮端温度が圧縮着火温度になるような補正要求トルクを算出し、この補正要求トルクに応じて燃料噴射量を制御して、ノッキング失火を抑制して安定した燃焼を確保することが記載されている。

0005

特許文献2には、過給機装備する内燃機関において、要求トルクと燃焼室温度要求回転数により目標過給圧を設定し、この目標過給圧になるように制御することが記載されている。

先行技術

0006

特開2011−220121号公報
特開2004−285997号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、このような内燃機関の制御装置にあっては、要求トルクから次回位相や過給圧を算出しているため、要求トルクが急変した際に、燃料量に比べ応答性の遅い吸排気弁位相や過給圧の変化が遅れ残留ガス温度や排気圧力定常とは異なることから、温度や、圧縮時の筒内ガス量(燃料分を除く)をG、燃料量をFとしたときのG/F(重量比)等の燃焼室内の状態が定常時から乖離し、失火やトルク変動が発生したり、騒音NOx排出量が増加したりすることがある。

0008

この対策として、応答性の遅い吸排気弁の位相や過給圧の変化に合わせて燃料噴射量を算出することが考えられるが、変化を非常に遅くしない限りは、燃焼室内の状態が定常とは異なるようになるとともに、運転者変速機横滑り防止装置等からの要求トルクが急変した場合に実トルク追従できず、ショックや回転吹き上がり横滑り等の不具合が発生することがある。

0009

そこで、本発明は、要求トルクの急変に実トルクを追従させることができ、安定した燃焼を確保し、できるだけ熱効率の高い条件で内燃機関を運転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している。

課題を解決するための手段

0010

上記課題を解決するため、本発明は、予混合圧縮自着火燃焼を行なう内燃機関の制御装置であって、トルクを高応答増加制御させる必要がある場合は、増加後の目標トルクになるように混合気質量を制御し、現在の目標トルクになるように燃料噴射量を制御する制御部を備えるものである。

発明の効果

0011

このように本発明によれば、要求トルクの急変に実トルクを追従させることができ、安定した燃焼を確保することができ、できるだけ熱効率の高い条件で内燃機関を運転できる内燃機関の制御装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0012

図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成図である。
図2は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の目標トルク算出部の入出力図である。
図3は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の過給器を制御するブロックのブロック図である。
図4は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の燃料噴射量を制御するブロックのブロック図である。
図5は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の吸気バルブ及び排気バルブを制御するブロックのブロック図である。

実施例

0013

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置について詳細に説明する。

0014

図1において、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を搭載した車両1は、内燃機関型のエンジン2と、制御部としてのECU(Electronic Control Unit)3とを含んで構成される。

0015

エンジン2は、シリンダブロック4と、シリンダブロック4の上部に締結されたシリンダヘッド5とを含んで構成されている。シリンダブロック4には、気筒4aが形成され、この気筒の内部(以下、「筒内」という)には、上下に往復動可能なピストン6が収納されている。

0016

また、気筒4aの上部には、燃焼室7が設けられている。燃焼室7は、ピストン6の頂面とシリンダヘッド5の下面とによって画成されている。エンジン2は、筒内でピストン6が2往復する間に、吸気行程、圧縮行程膨張行程および排気行程からなる一連の4行程を行なう、いわゆる4サイクルのガソリンエンジンである。

0017

ピストン6は、コネクティングロッド8を介して図示しないクランク軸と連結している。コネクティングロッド8は、ピストン6の往復運動をクランク軸の回転運動に変換する。

0018

シリンダヘッド5には、点火プラグ50と、吸気ポート51と、排気ポート52とが設けられている。点火プラグ50は、燃焼室7内に電極を突出させた状態でシリンダヘッド5に配設され、ECU3によってその点火時期が調整される。

0019

吸気ポート51は、燃焼室7と後述する吸気通路16aとを連通するようになっている。また、吸気ポート51には、吸気バルブ11が設けられている。

0020

吸気バルブ11は、吸気通路16aと燃焼室7とを連通または遮断するように開閉されるようになっている。吸気バルブ11の開閉は、吸気側可変動弁機構12によって行なわれるようになっている。

0021

吸気側可変動弁機構12としては、例えば電磁石スプリング等から構成された電磁アクチュエータにより吸気バルブ11の開閉を行なう電磁式の可変動弁機構を用いることができる。具体的には、吸気側可変動弁機構12は、電磁石の励磁によって吸気バルブ11に固定された可動部を吸引することで、スプリングによって常時閉弁方向に付勢されている吸気バルブ11を開弁方向に移動させるようになっている。

0022

また、吸気側可変動弁機構12は、後述するECU3と電気的に接続されており、電磁石の励磁、非励磁がECU3によって制御されるようになっている。したがって、ECU3は、吸気バルブ11の開閉時期を任意に変更でき、これにより吸気バルブ11の開弁期間を容易に調整することができる。

0023

なお、吸気側可変動弁機構12としては、電磁アクチュエータに変えて油圧アクチュエータを用いた油圧式の可変動弁機構を用いてもよい。また、吸気側可変動弁機構12として、主カムおよび副カム等のカム部材を用いて吸気バルブ11の開閉時期を変更可能な機械式の可変動弁機構を用いても構わない。

0024

さらに、この吸気側可変動弁機構12は、例えば電磁石に対する励磁電流がECU3によって調整されることにより、吸気バルブ11の開閉時期とともに吸気バルブ11のリフト量を連続的に変化させることが可能な構成であってもよい。

0025

また、シリンダヘッド5の吸気ポート51側には、吸気マニホールド13が接続されている。吸気マニホールド13の吸気ポート51近傍には、インジェクタ10が設けられている。

0026

インジェクタ10は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって圧送された燃料を吸気ポート51内に噴射する、いわゆるポート噴射式の燃料噴射弁である。なお、インジェクタ10としては、ポート噴射式に限らず、燃焼室7に燃料を直接噴射する、いわゆる直噴式の燃料噴射弁であってもよい。

0027

吸気ポート51内に噴射された燃料は、吸入空気、すなわち新気と混合されて混合気となって燃焼室7に導入される。燃焼室7に導入された混合気は、点火プラグ50による火花放電、あるいは燃焼室内での圧縮による自着火によって燃焼および爆発する。この混合気の燃焼および爆発によってピストン6が気筒4a内を往復運動し、クランクシャフトが回転する。

0028

吸気マニホールド13の吸気が流れる吸気方向上流側には、サージタンク14が設けられている。サージタンク14には、吸気圧を検出する吸気圧センサ15が設けられている。

0029

サージタンク14の吸気方向の上流側には、吸気管16が接続されている。この吸気管16の内部には、吸気ポート51と連通する吸気通路16aが形成されている。吸気通路16aには、吸気方向の上流から順に、空気を圧縮するコンプレッサ17、圧縮された空気を冷却するインタークーラ18、および空気の流量を調整するスロットルバルブ19が設けられている。

0030

スロットルバルブ19は、ECU3からの指令信号に応じてスロットル開度が制御されることで、エンジン2の吸入空気量を調整するようになっている。スロットルバルブ19には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ41が設けられている。

0031

スロットルバルブ19の吸気方向の上流側には、後述する過給器9による過給圧を検出する過給圧センサ42と、スロットルバルブ19の吸気方向上流の吸気温を検出する吸気温センサ43とが設けられている。

0032

一方、排気ポート52には、排気バルブ21が設けられている。排気バルブ21は、後述する排気通路23aと燃焼室7とを連通または遮断するように開閉されるようになっている。排気バルブ21の開閉は、排気側可変動弁機構22によって行なわれるようになっている。

0033

排気側可変動弁機構22は、上述した吸気側可変動弁機構12と同様の構成であるため、詳細な説明を省略するが、電磁石の励磁、非励磁がECU3によって制御されることで、排気バルブ21の開閉時期が任意に変更される。したがって、ECU3は、排気バルブ21の開弁期間を容易に調整することができる。

0034

また、シリンダヘッド5の排気ポート52側には、排気管23が接続されている。この排気管23の内部には、排気ポート52と連通する排気通路23aが形成されている。排気通路23aには、排気流によって駆動される排気タービン24、排気浄化する図示しない触媒、および消音のための図示しないマフラーが設けられている。

0035

排気タービン24は、コンプレッサ17に連結されている。排気流によって駆動された排気タービン24の動力は、コンプレッサ17が空気を圧縮するための動力として利用される。これらコンプレッサ17および排気タービン24は、過給器9を構成する。

0036

排気タービン24を挟んで排気管23の排気が流れる排気方向の上流側と下流側との間には、バイパス通路25が設けられている。このバイパス通路25には、排気タービン24への排気流を調整可能なウェストゲートバルブ26が設けられている。ウェストゲートバルブ26は、排気タービン24への排気流を調整することによって、過給器9の過給によって得られる吸気の圧力である過給圧を制御することができる。ウェストゲートバルブ26は、例えば電磁バルブなどによって構成され、ECU3によって開閉制御される。なお、過給圧の制御は、過給圧を変更可能な可変ノズルターボを用いて行なってもよい。

0037

ECU3は、CPU(Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)と、ROM(Read Only Memory)と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

0038

このコンピュータユニットのROMには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをECU3として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、CPUがROMに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ECU3として機能する。

0039

ECU3の入力ポートには、上述した、吸気圧センサ15、スロットル開度センサ41、過給圧センサ42、吸気温センサ43に加え、エアフロメータ44、クランク角度センサ45、排気圧センサ46、排気温センサ47、アクセル開度センサ48、大気圧センサ49等の各種センサ類が接続されている。

0040

エアフロメータ44は、吸入空気量を検出する。クランク角度センサ45は、エンジン2の回転に伴い所定クランク角度毎に矩形状のクランク角信号を出力する。ECU3は、このクランク角信号に基づいてエンジン2の機関回転数であるエンジン回転数を算出する。

0041

排気圧センサ46は、排気の圧力を検出する。排気温センサ47は、排気の温度を検出する。アクセル開度センサ48は、運転者による図示しないアクセルペダル踏み込み量アクセル開度として検出する。大気圧センサ49は、大気圧を検出する。

0042

一方、ECU3の出力ポートには、上述のインジェクタ10と、スロットルバルブ19と、ウェストゲートバルブ26と、点火プラグ50とを含む各種制御対象類が接続されている。

0043

ECU3は、エンジン2の運転状態に応じてSI燃焼とHCCI燃焼とを切り替えるようになっている。具体的には、ECU3は、エンジン回転数及びエンジン要求トルクパラメータとする燃焼領域マップを参照することにより、エンジン2の運転領域がSI燃焼領域およびHCCI燃焼領域のいずれにあるかを判断し、この判断に基づきSI燃焼を行なうかHCCI燃焼を行なうかを選択するようになっている。

0044

ECU3は、アクセル開度センサ48から入力されたアクセル開度やクランク角度センサ45から入力されるクランク各信号から算出したエンジン回転数などに基づきドライバーの要求トルクを算出するようになっている。

0045

ECU3は、HCCI燃焼を行なうHCCIモードでも、SI燃焼を行なうエンジンと同様に、ドライバー要求トルクなどから算出した目標トルクに基づいてエンジン2を制御する。

0046

一般的なSI燃焼のエンジンでは、図2に示すように、運転者や変速機、横滑り防止装置等からの要求トルクから、目標SLOWトルクと目標FASTトルクを算出している。

0047

目標SLOWトルクに応じて、スロットルバルブ19等の応答性の遅い空気量制御デバイスが制御され、燃焼室7に実際に入る空気量に応じて理論空燃比付近になるように噴射する燃料量が制御される。

0048

また、目標FASTトルクを実現するように、応答性の早い点火時期や燃料カットが制御される。

0049

通常は、目標SLOWトルクと目標FASTトルクは同値であり、トルク変化が少ない場合は、燃焼効率が最大となる値に点火時期が制御されるが、トルクの増加速度実空気量の応答性に依存するため、急激に増加させることはできない。

0050

一方、補機負荷が増加したときや変速ショックの抑制時、横滑り防止装置作動時等のトルクを高応答で増加制御させる必要がある場合は、事前に目標SLOWトルクを目標FASTトルクに比べて高くすることで点火時期を遅角させておき、トルク増加が必要なときに点火時期を進角させることが行なわれている。

0051

HCCI燃焼においては、トルク変動や騒音、排ガス値満足した状態で運転するためには、主に圧縮端温度とG/Fを燃料噴射量とエンジン回転数などに応じて常に最適な値に制御する必要がある。

0052

また、G/Fは、燃料噴射量とエンジン回転数などに応じて運転可能な幅を持つため、燃料噴射量が比較的多い(トルクが大きい)条件では、過給が必要となる。そして、過給条件においては、一般的に熱効率が最も高くなるのは、運転可能な範囲内でG/Fが最小となる状態である。これは、過給圧が最も低くなり、過給の仕事量が最小となることが主要因である。

0053

また、IVC(Intake Valve Closing timing:吸気バルブ閉じ時期)は、最も充填効率が大きくなる下死点付近とすることで、同様に過給の仕事量が最小となる。なお、非過給条件では、G/Fを小さくする(ガス量を減らす)ために、スロットルバルブ19を絞ると、絞り損失が増加する。あるいは、G/Fを小さくするために吸気バルブ11の早閉じや遅閉じを行なうと圧縮端温度が低下し、それを補うための残留ガス量増加は比熱比の低下やNVO中の熱損失の増加をもたらし、いずれにしても熱効率が低下する。このため、G/Fは運転可能な範囲で成り行きとする。

0054

また、上記の理由により、IVCを最も実圧縮比が取れる下死点付近とし、残留ガス量を運転可能な圧縮端温度を実現できる最低限の量とする条件で、熱効率が最大となる。

0055

上記のことを鑑み、本実施形態では、HCCI燃焼において、圧縮端温度とG/Fが運転可能な範囲に常に制御され、かつ、可能な限り高い頻度で熱効率の高い条件で運転し、かつ、要求トルクの急変に追従できるような制御を行なう。

0056

ECU3は、図2に示すように、目標トルク算出部101として、ドライバー要求トルク、変速機、横滑り防止装置等のSLOW要求トルク及びFAST要求トルク、変速機、横滑り防止装置等の状態に基づいて、目標SLOWトルクと、目標FASTトルクとを算出する。

0057

図3は、過給器9を制御するブロックの構成図である。ECU3は、図3に示すように、目標燃料量算出部102として、目標SLOWトルクとエンジン回転数とから目標SLOW燃料量を算出する。

0058

ECU3は、例えば、目標SLOWトルクとエンジン回転数とから目標SLOW燃料量が決まるマップにより目標SLOW燃料量を算出する。このマップは、実験等により求められ、ECU3のROMに記憶されている。

0059

目標SLOWトルクは、上述の目標トルク算出部101により算出される。エンジン回転数は、クランク角度センサ45の出力するクランク角信号から算出される。

0060

ECU3は、図3に示すように、目標G/F算出部103として、目標SLOW燃料量とエンジン回転数とから目標G/F値を算出する。

0061

ECU3は、例えば、目標SLOW燃料量とエンジン回転数とから熱効率が最大となるG/F値が決まるマップにより目標G/F値を算出する。このマップは、実験等により求められ、ECU3のROMに記憶されている。

0062

目標SLOW燃料量は、上述の目標燃料量算出部102により算出される。エンジン回転数は、クランク角度センサ45の出力するクランク角信号から算出される。

0063

熱効率が最大となるG/F値は、一般的に、過給域においては、運転可能なG/F値の範囲で最小の値となる。なお、通常の大気圧下において過給が不要な領域においても、大気圧が低下すると過給が必要となるため、考え得る最低大気圧での過給域をカバーする最小燃料値までG/Fマップを設定する。

0064

ECU3は、図3に示すように、目標過給圧算出部104として、目標混合気質量と圧縮前目標温度、IVC(吸気バルブ閉じ時期)、大気圧等から目標過給圧を算出する。

0065

ECU3は、例えば、一般にG/Fの値のG(筒内ガス量)には燃料分が含まれていないため、目標G/F値に1を加算したものを目標SLOW燃料量に乗算したものを目標混合気質量とする。

0066

ECU3は、例えば、目標混合気質量と圧縮前目標温度、IVC、大気圧から目標過給圧が決まるマップにより目標過給圧を算出する。なお、この目標過給圧は、大気圧を下限とする。このマップは、実験等により求められ、ECU3のROMに記憶されている。なお、マップで求められた値に、補正係数などにより補正を行なうようにしてもよい。

0067

圧縮前目標温度は、後述する圧縮前目標温度算出部112により算出される。IVCは、直前の値が使用される。大気圧は、大気圧センサ49により検出される。なお、IVCは、上述の通り、充填効率が最大となる下死点付近の値を制御目標とする。

0068

ECU3は、図3に示すように、過給器制御部105として、求められた目標過給圧になるように、ウェストゲートバルブ26を制御する。

0069

図4は、燃料噴射量を制御するブロックの構成図である。ECU3は、図4に示すように、目標燃料量算出部106として、目標FASTトルクとエンジン回転数とから目標燃料量を算出する。

0070

ECU3は、例えば、目標FASTトルクとエンジン回転数とから目標燃料量が決まるマップにより目標燃料量を算出する。このマップは、実験等により求められ、ECU3のROMに記憶されている。

0071

目標FASTトルクは、上述の目標トルク算出部101により算出される。エンジン回転数は、クランク角度センサ45の出力するクランク角信号から算出される。

0072

ECU3は、図4に示すように、混合気質量算出部107として、実吸気圧と圧縮前目標温度、IVC(吸気バルブ閉じ時期)等から混合気質量を算出する。

0073

ECU3は、例えば、実吸気圧と圧縮前目標温度、IVCから混合気質量が決まるマップにより混合気質量を算出する。このマップは、実験等により求められ、ECU3のROMに記憶されている。

0074

実吸気圧は、吸気圧センサ15により検出される。圧縮前目標温度は、後述する圧縮前目標温度算出部112により算出される。IVCは、直前の値が使用される。なお、IVCは、上述の通り、充填効率が最大となる下死点付近の値を制御目標とする。

0075

ECU3は、図4に示すように、G/F下限算出部108として、混合気質量とエンジン回転数とからG/F下限値を算出する。

0076

ECU3は、例えば、混合気質量とエンジン回転数とからG/F下限値が決まるマップによりG/F下限値を算出する。このマップは、実験等により求められ、ECU3のROMに記憶されている。

0077

混合気質量は、上述の混合気質量算出部107により算出される。エンジン回転数は、クランク角度センサ45の出力するクランク角信号から算出される。

0078

ECU3は、上述の混合気質量算出部107が算出した混合気質量を、G/F下限値に1を加算したもので除算して燃料量の上限値を算出する。

0079

ECU3は、図4に示すように、G/F上限算出部109として、混合気質量とエンジン回転数とからG/F上限値を算出する。

0080

ECU3は、例えば、混合気質量とエンジン回転数とからG/F上限値が決まるマップによりG/F上限値を算出する。このマップは、実験等により求められ、ECU3のROMに記憶されている。

0081

混合気質量は、上述の混合気質量算出部107により算出される。エンジン回転数は、クランク角度センサ45の出力するクランク角信号から算出される。

0082

ECU3は、上述の混合気質量算出部107が算出した混合気質量を、G/F上限値に1を加算したもので除算して燃料量の下限値を算出する。

0083

ECU3は、図4に示すように、燃料噴射制御部110として、目標燃料量が燃料量上限値よりも多い場合は最終燃料量を燃料量上限値とし、目標燃料量が燃料量下限値よりも少ない場合は最終燃料量を燃料量下限値としてガードをかけ、最終燃料量を算出する。そして、ECU3は、燃料噴射制御部110として、最終燃料量を噴射するようにインジェクタ10を制御する。

0084

図4に示す燃料噴射量の制御は、SI燃焼における点火時期制御に相当する。ここで、上述の目標G/F算出部103においてG/F値を運転可能な範囲の最小値に設定すると、SI燃焼と同様、目標SLOWトルクを超えるFASTトルクは実現できない。このため、トルクの応答性が遅くなる。

0085

そこで、トルクを高応答で増加制御させる必要がある場合は、SI燃焼と同様に、事前に目標SLOWトルクを目標FASTトルクに比べて高く(増加後の目標トルク程度)する。

0086

このようにすることで、目標SLOWトルクに対応して過給圧を高くすることによりG/Fを大きくして、目標FASTトルクに対応して燃料噴射量を少なくしておき、トルク増加が必要なときに燃料噴射量を増加させることでトルクを高応答で増加させることができる。

0087

なお、G/F下限算出部108で算出するG/F下限値は、過給条件においては目標G/F算出部103で算出する目標G/F値と同値となる。また、非過給条件においては、スロットルバルブ19を絞る等により混合気質量を減らして計測した値を採用することで、SI燃焼との切り替え途中にもこの制御を適用することができる。

0088

図5は、吸気バルブ11及び排気バルブ21を制御するブロックの構成図である。ECU3は、図5に示すように、圧縮端目標温度算出部111として、目標燃料量とエンジン回転数とから圧縮端目標温度を算出する。

0089

ECU3は、例えば、目標燃料量とエンジン回転数とから圧縮端目標温度が決まるマップにより圧縮端目標温度を算出する。このマップは、実験等により求められ、ECU3のROMに記憶されている。

0090

目標燃料量は、上述の目標燃料量算出部106により算出される。エンジン回転数は、クランク角度センサ45の出力するクランク角信号から算出される。

0091

ECU3は、図5に示すように、圧縮前目標温度算出部112として、圧縮端目標温度とIVC(吸気バルブ閉じ時期)、燃焼室壁面温度等から圧縮前目標温度を算出する。

0092

ECU3は、例えば、エンジン2の実圧縮比によるポリトロープ変化仮定して圧縮前目標温度を算出する。なお、燃料カットが長時間継続した後等の混合気から燃焼室壁面への放熱が大きい場合には燃焼室壁面温度による補正を行なうとよい。

0093

圧縮端目標温度は、上述の圧縮端目標温度算出部111により算出される。IVCは、直前の値が使用される。なお、IVCは、上述の通り、充填効率が最大となる下死点付近の値を制御目標とする。

0094

燃焼室壁面温度は、実測が困難であるため、吸入ガス温度や排気行程ガス温度等を用いたモデルにより算出する。吸入ガス温度は、吸気温センサ43により検出される。

0095

排気行程ガス温度も実測が困難であるため、燃料量やG/F等を用いたモデルにより算出する。

0096

ECU3は、図5に示すように、残留ガス目標質量算出部113として、圧縮前目標温度と混合気質量、吸入ガス温度、排気行程ガス温度、燃焼室壁面温度から残留ガス目標質量を算出する。

0097

ECU3は、例えば、吸入ガスを圧縮前目標温度まで加熱する熱量と残留ガスが圧縮前目標温度まで冷却される熱量が同じとして残留ガス目標質量を算出する。

0098

圧縮前目標温度は、上述の圧縮前目標温度算出部112により算出される。混合気質量は、上述の混合気質量算出部107により算出される。吸入ガス温度は、吸気温センサ43により検出される。排気行程ガス温度及び燃焼室壁面温度は、上述した方法で算出される。

0099

なお、NVO中等に圧縮された残留ガスから燃焼室壁面に熱が逃げることや、吸気圧力と排気圧力との差等により、IVO時の残留ガスの温度と排気行程ガスの温度は異なるが、算出の単純化のため同一として残留ガス質量を算出し、燃焼室壁面温度や吸気圧力と排気圧力との差による補正を行なってもよい。

0100

ECU3は、図5に示すように、排気バルブ制御部114として、残留ガス目標質量と排気圧力、排気行程ガス温度等に基づいて排気バルブ21を制御する。

0101

ECU3は、例えば、EVC(排気バルブ閉じ時期)を変化させることで、残留ガス質量が残留ガス目標質量になるように制御する。

0102

ECU3は、例えば、バルブタイミングや排気圧力、排気行程ガス温度から残留ガス質量が決まるマップによりEVCを算出し、排気バルブ21を制御する。このマップは、実験等により求められ、ECU3のROMに記憶されている。

0103

排気圧力は、排気圧センサ46により検出される。排気行程ガス温度は、上述した方法で算出される。

0104

ECU3は、図5に示すように、吸気バルブ制御部115として、EVC(排気バルブ閉じ時期)と吸気圧力、排気圧力、排気行程ガス温度等に基づいて吸気バルブ11を制御する。

0105

ECU3は、例えば、NVO(負のバルブオーバーラップ)期間中の残留ガスの圧力が吸気圧力と同等となるように、IVO(Intake Valve Opening timing:吸気バルブ開き時期)を制御する。

0106

ECU3は、例えば、EVCでの排気圧力と燃焼室容積からNVO中の圧縮及び膨張のポリトロープ変化を仮定し、燃焼室圧力が吸気圧力に等しくなるIVOを算出する。

0107

吸気圧力は、吸気圧センサ15により検出される。排気圧力は、排気圧センサ46により検出される。排気行程ガス温度は、上述した方法で算出される。

0108

このようにすることで、残留ガスの吸気ポート51への逆流や、吸気の流入に伴うポンピング損失を最小限にすることができるとともに、吸気騒音を低減させることができる。

0109

このように、上述の実施形態では、目標SLOWトルクになるような目標混合気質量を算出し、目標混合気質量になるように過給圧を制御するとともに、目標FASTトルクになるように燃料量を算出し、燃料噴射量を制御するECU3を備える。

0110

これにより、トルクを高応答で増加制御させる必要がある場合は、目標FASTトルクに比べ目標SLOWトルクを高く設定することで、要求トルクの急変に実トルクを追従させることができ、安定した燃焼を確保することができる。

0111

また、ECU3は、実吸気圧から算出した混合気質量に基づいてG/Fの上限値及び下限値を算出し、このG/Fの上限値及び下限値から燃料量の上限値及び下限値を算出して燃料噴射量に制限をかける。

0112

これにより、トルク変化時や燃料カットからの復帰後等の様々な条件で失火やトルク変動の発生を抑制し、騒音やNOx排出量の増加を抑えることができる。

0113

また、ECU3は、目標FASTトルクに基づいて算出した目標燃料量に基づいて圧縮端目標温度を算出し、この圧縮端目標温度になるように残留ガス目標質量を算出し、この残留ガス目標質量になるようにEVCやIVOを制御する。

0114

これにより、トルク変化時や燃料カットからの復帰後等の様々な条件で失火やトルク変動の発生を抑制し、騒音やNOx排出量の増加を抑えることができる。

0115

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

0116

1 車両
2エンジン(内燃機関)
3 ECU(制御部)
9過給器
10インジェクタ
11吸気バルブ
12吸気側可変動弁機構
15吸気圧センサ
17コンプレッサ
21排気バルブ
22排気側可変動弁機構
24排気タービン
25バイパス通路
26ウェストゲートバルブ
41スロットル開度センサ
42過給圧センサ
43吸気温センサ
45クランク角度センサ
46排気圧センサ
47排気温センサ
48アクセル開度センサ
49大気圧センサ
101目標トルク算出部
102目標燃料量算出部
103目標G/F算出部
104目標過給圧算出部
105 過給器制御部
106 目標燃料量算出部
107混合気質量算出部
108 G/F下限算出部
109 G/F上限算出部
110燃料噴射制御部
111圧縮端目標温度算出部
112圧縮前目標温度算出部
113残留ガス目標質量算出部
114 排気バルブ制御部
115吸気バルブ制御部

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