JP2004011625A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲバルブや燃料噴射弁の経時劣化に起因して、リッチ運転条件への切り替え過渡期に、エンジントルクが不用意に変動することを解消する。
【解決手段】吸入空気の動的な遅れを反映した第１の補正係数を用いて実空気過剰率を推定する。所定のリッチ運転条件では、エンジントルクの低下を補うように、第２の補正係数を用いて燃料噴射量を増加側へ補正する。実エンジントルクを検出する実エンジントルク検出手段３９を備える。リッチ運転条件へ移行する切り替え過渡期には、実エンジントルクが局所的に変化する場合には実空気過剰率変更手段４５により第１の補正係数を補正し、定常的に変化する場合には補正係数変更手段４６により第２の補正係数を補正する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の機関運転条件に応じて空燃比すなわち空気過剰率を制御可能な空燃比制御装置に関し、特に、リッチ運転条件への切替え過渡期におけるエンジントルクの変動を抑制する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の機関運転条件に応じて空燃比すなわち空気過剰率を積極的に制御する空燃比制御装置が公知である。例えば、特開平１１−２９４１４５号公報には、ＮＯｘトラップ触媒の再生時に一時的に空燃比をリッチ側へ切り替える装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように空燃比すなわち空気過剰率をリッチ側へ切り替える切替え過渡期に、様々な原因、例えばＥＧＲ弁の経時劣化（詰まり）により吸入空気量やその応答性が低下すること、あるいは燃料噴射弁の経時劣化（詰まり）により燃料噴射量やその応答性が低下することなどにより、エンジントルクが不用意に変動するおそれがある。このときのエンジントルク変化の態様は、その原因に応じて異なるものとなる。
【０００４】
本発明は、このように原因に応じて実際のエンジントルクの変化の態様が異なる点に着目してなされたものであり、その原因に応じた適切な補正制御を行うことにより、エンジントルクの不用意な変動を精度良く抑制でき、信頼性に優れた空燃比制御装置を提供することを主たる目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
実空気過剰率は、吸入空気の動的な遅れを反映した時定数補正係数である第１の補正係数を用いて推定される（実空気過剰率推定手段）。この実空気過剰率が所定値以下のリッチ運転条件のときには、エンジントルクの低下を補うように、第２の補正係数を用いて燃料噴射量を増加側へ補正する（燃料噴射量補正手段）。実エンジントルクを検出する実エンジントルク検出手段を備える。リーン運転条件から上記リッチ運転条件へ移行する切り替え過渡期には、実エンジントルクの変化を、局所的に大きく変化する第１の変化態様であるか、あるいは増加側又は低下側へなだらかに変化する第２の変化態様であるかを判定し、第１の変化態様のときには第１の補正係数を補正し（第１の補正手段）、第２の変化態様のときには第２の補正係数を補正する（第２の補正手段）。
【０００６】
なお、リッチ運転条件を規定する実空気過剰率の所定値は、典型的には１より小さい値であるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、リッチ運転条件へ移行する切り替え過渡期に、実エンジントルクの変化に基づいて、そのエンジントルクの変化を生じる原因を特定し、その原因に応じた適切な補正制御を行うことができるため、上記の切り替え過渡期における不用意なトルク変動を精度良く解消することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１７は、本発明が適用される内燃機関のシステム構成例を示している。過給機１は、エアクリーナ２でダストを除去されて吸気通路３に吸入された空気を吸気コンプレッサ１Ａにより圧縮過給し、インタクーラ４で冷却した後、下流側の吸気マニホールド５へ送り込む。一方、サプライポンプ６から圧送され、コモンレール７を経て高圧に貯留された燃料は、エンジン８の各気筒の燃焼室に装着された燃料噴射弁（インジェクタ）９から燃焼室へ向けて噴射される。この噴射された燃料は、燃焼室内で着火して燃焼される。
【００１０】
排気マニホールド１０と吸気マニホールド５のコレクタ部５Ａとを接続するＥＧＲ通路１２にはＥＧＲバルブ１１が介装される。吸気通路３の吸気コンプレッサ１Ａの上流側には電子制御式スロットル弁１３が介装される。後述するコントロールユニット２０は、主としてアイドル時や低負荷時に、排気改善、騒音対策のためにスロットル弁１３を絞ると同時にＥＧＲバルブ１１の開度を制御してＥＧＲ制御を行う。スロットル弁１３下流の各気筒に分岐する吸気ポートには、スワールコントロールバルブ１４が配設され、絞り量の制御によって、燃焼室内に運転状態に応じて適度のスワールを形成する。燃焼後の排気は、排気マニホールド１０より過給機１の排気タービン１Ｂを回転駆動させた後、ＮＯｘトラップ触媒１５により排気中のＮＯｘが捕集された後に大気中に放出される。排気タービン１Ｂは、可変ノズル式となって過給圧を可変制御できるようになっている。
【００１１】
機関運転状態を検出する各種センサ類として、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１６、エンジン水温を検出する水温センサ１７、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ１８、アクセル開度センサ１９等が設けられる。これらセンサ類からの検出信号は、コントロールユニット２０に入力される。このコントロールユニット２０は、各種検出信号に基づいて検出された機関運転条件に応じて、上述したＥＧＲ制御、燃料噴射制御（空燃比制御）、及びスワール制御などを行う。そして、特に空気過剰率に対するエンジン発生トルクが非線形である領域において、目標空気過剰率を維持しつつ、目標エンジントルクを確保するように空燃比制御を行う。
【００１２】
図１は、本実施例の空燃比制御装置を簡略的に示すブロック構成図で、図２は、図１の空気過剰率・補正係数変更手段（補正係数選択変更手段）４０の詳細を示すブロック構成図である。これら図１，２に示された各構成要素は、例えばプログラムのかたちでコントロールユニット２０内のＲＯＭに予め格納され、ＣＰＵにより実行される。図３〜図９は、目標エンジントルクのような値を演算・設定するために用いられるマップ・テーブル類であり、予めコントロールユニット２０内のＲＯＭ内に用意（記憶・格納）されている。これらのマップ・テーブル類に、各種センサ類に基づいて得られるエンジン回転数のような各種パラメータをマッピングすることにより、上記目標エンジントルクのような値が得られる。
【００１３】
図１を参照して、目標エンジントルク設定手段３１は、例えばアクセル開度（要求負荷）とエンジン回転数のような機関運転条件に基づいて目標エンジントルクｔＴｅを設定する。アクセル開度とエンジン回転数と目標エンジントルクの関係はあらかじめマップとして用意しておく。この目標エンジントルク設定マップ例を図３に示す。同図に示すように、アクセル開度が大きくなるほど目標エンジントルクを大きくし、エンジン回転数が大きくなるほど目標エンジントルクを小さくする。
【００１４】
目標空気過剰率手段３２は、例えば目標エンジントルク設定手段３１により得られた目標エンジントルクｔＴｅとエンジン回転数から目標空気過剰率ｔλを設定する。目標エンジントルクとエンジン回転数と目標空気過剰率の関係はあらかじめマップとして用意しておく。この目標空気過剰率設定マップ例を図４に示す。同図に示すように、目標エンジントルクが大きくなるほど目標空気過剰率ｔλを大きくし、典型的にはエンジン回転数が大きくなるほどｔλを大きくする。但し、ＮＯｘトラップ触媒１５の再生時などでは、このマップに関係なく、目標空気過剰率を所定値以下（リッチ運転条件）に強制的に切り替える。
【００１５】
目標ＥＧＲ率設定手段３３は、例えば目標エンジントルクｔＴｅとエンジン回転数から目標ＥＧＲ率ηｅｇｒを設定する。目標エンジントルクとエンジン回転数と目標ＥＧＲ率の関係はあらかじめマップとして用意しておく。この目標ＥＧＲ率設定マップ例を図５に示す。同図に示すように、目標エンジントルクが小さくなるほど、目標ＥＧＲ率ηｅｇｒを大きくする。エンジン回転数が所定のしきい値Ｎｅ＿ｔｈよりも小さい領域では、エンジン回転数の大きさにかかわらず目標ＥＧＲ率を一定（但し、上述したように目標エンジントルクに応じて増減）とし、エンジン回転数が所定のしきい値Ｎｅ＿ｔｈよりも大きい領域では、エンジン回転数が大きくなるほど目標ＥＧＲ率を小さくする。
【００１６】
基本目標吸入新気量設定手段３４は、例えば以下のような処理を行う。第１に、目標空気過剰率が１で、目標ＥＧＲ率が０％の場合の基準目標吸入新気量ｔＱａｃ＿ｂを、目標エンジントルクとエンジン回転数から設定する。目標エンジントルクとエンジン回転数と基準目標吸入新気量の関係はあらかじめマップとして用意しておく。この基準目標吸入新気量設定マップ例を図６に示す。同図に示すように、目標エンジントルクが大きくなるほど、基準目標吸入新気量ｔＱａｃ＿ｂを大きくする。また、エンジン回転数が大きくなるほどｔＱａｃ＿ｂを大きくする。
【００１７】
【数１】

【００１８】
第２に、得られた基準目標吸入新気量ｔＱａｃ＿ｂから、上記（１）式の演算を行って基本目標吸入新気量ｔＱａｃ０を演算する。（１）式は上記（２）式から求められる。（２）式の右辺第１項は、目標空気過剰率が１以外で目標ＥＧＲ率が０％の場合の目標吸入新気量である。右辺第２項は、目標ＥＧＲ率を実現した場合にＥＧＲに含まれる酸素量である。第１項から第２項を減算することによって、ＥＧＲ率が０％以外の場合での基本目標吸入新気量を求めることができる。すなわち、この基本目標吸入新気量設定手段３４は、目標空気過剰率ｔλと目標ＥＧＲ率ηｅｇｒと基準目標吸入新気量ｔＱａｃ＿ｂとに基づいて基本目標吸入新気量ｔＱａｃ０を演算する。
【００１９】
【数２】

【００２０】
実空気過剰率推定手段３５は、例えば目標空気過剰率から上記（３）式を用いて実空気過剰率ｙλを推定する。この（３）式では、目標空気過剰率に対して実際の空気過剰率が時定数τａの一次遅れで応答するものとしている。Ｚ−１は１演算遅れを表す演算子である。上記の時定数τａは、体積効率とエンジン回転数を用いて上記の（４）式から演算する。体積効率は、例えば、目標燃料噴射量とエンジン回転数から求める。目標燃料噴射量とエンジン回転数と体積効率の関係は、あらかじめマップとして用意しておく。この体積効率推定マップ例を図７に示す。同図に示すように、目標燃料噴射量が大きくなるほど体積効率を大きくし、エンジン回転数が大きくなるほど体積効率を大きくする。
【００２１】
ここで、（３）式の演算で使用するパラメータには、時定数τａそのものではなく、後述する実空気過剰率変更手段４５（図２参照）での処理によって、上記の（５）式に示すように、時定数τａに対し、コレクタ部５Ａを経由して燃焼室へ導入される吸入空気の動的な遅れを反映した時定数補正係数Ｋτ（第１の補正係数）を乗算した第２の時定数τａ２が用いられる。すなわち、実空気過剰率推定手段３５は、吸入空気の動的な遅れを反映した時定数補正係数Ｋτを用いて実目標空気過剰率ｙλを推定する。
【００２２】
目標吸入新気量補正係数設定手段３６は、実空気過剰率から目標吸入新気量補正係数（第２の補正係数）Ｋλを設定する。実空気過剰率と補正係数の関係はあらかじめテーブルとして用意しておく。この補正係数設定テーブル例を図８に示す。同図に示すように、実空気過剰率が所定のしきい値ｙλ＿ｔｈより小さい領域（リッチ運転条件）では、実空気過剰率が小さくなるほど目標吸入新気量補正係数Ｋλを大きくする。実空気過剰率がしきい値ｙλ＿ｔｈよりも大きい領域（リーン運転条件を含む）では、実空気過剰率の大きさにかかわらず目標吸入新気量補正係数Ｋλを所定の一定値Ｋλ０とする。この図８のマップデータは、後述する補正係数変更手段４６により変更される。なお、エンジン回転数の影響も考慮して、エンジン回転数と実空気過剰率との双方をパラメータとするマップを用いて目標吸入新気量補正係数Ｋλを設定してもよい。
【００２３】
ｔＱａｃ＝ｋλ×ｔＱａｃ０　…（６）
目標吸入新気量演算手段３７は、上記の（６）式に示すように、基本目標吸入新気量ｔＱａｃ０に対し、目標吸入新気量補正係数Ｋλを乗算することによって、目標吸入新気量ｔＱａｃを演算する。つまり、ｔＱａｃはｋλ及びｔＱａｃ０に比例して増減する。
【００２４】
【数３】

【００２５】
目標燃料噴射量演算手段３８は、上記の（７）式を演算することによって、目標燃料噴射量ｔＱｆを演算する。（７）式の右辺の分子は、シリンダに吸入させたい酸素量であり、吸入新気とＥＧＲガスとの総作動ガス中に含まれる酸素量である。この値を目標空気過剰率ｔλ（及び理論空燃比ｋ）で除算することによって目標燃料噴射量を求める。
【００２６】
従って、図８の一定値Ｋλ０を基準の値と考えれば、実空気過剰率が所定のしきい値ｙλ＿ｔｈより小さい領域（リッチ運転条件）でのみ、実空気過剰率が小さくなるほど目標吸入新気量、ひいては目標燃料噴射量が大きくなるように、補正係数（第２の補正係数）Ｋλに基づいて補正が行われることとなる（燃料噴射量補正手段）。
【００２７】
実エンジントルク検出手段３９は、実際のエンジントルクに相当する値を検出又は推定する。例えば、シリンダ筒内圧センサを用いてシリンダ内の圧力を検出し、この圧力から実エンジントルクを演算する。あるいは以下のような推定処理によって実エンジントルクを求めても良い。第１に、異なる２つの所定クランク角度でのエンジン回転数の変化を求める。例えば、クランク角度９０°ＣＡでのエンジン回転数とクランク角度０°ＣＡでのエンジン回転数との差を求める。第２に、上記エンジン回転数の差に基づいて実エンジントルクを求める。エンジン回転数差と実エンジントルクの関係は、あらかじめテーブルとして用意しておく。この実エンジントルク推定テーブル例を図９に示す。同図に示すように、エンジン回転数差が大きくなるほど実エンジントルクを比例して大きくする。
【００２８】
本実施例の要部をなす空気過剰率・補正係数変更手段４０は、目標空気過剰率（実空気過剰率）が比較的大きいリーン運転条件から目標空気過剰率が小さい所定のリッチ運転条件へ切り替える切替え過渡期に、実エンジントルクの変化の態様に基づいて、時定数補正係数Ｋτ又は目標吸入新気量補正係数ｋλを選択的に変更・補正する（補正係数選択補正手段）。
【００２９】
詳述すると、空気過剰率・補正係数変更手段４０は、図２に示すように、目標空気過剰率切替え検出手段４１と、目標エンジントルク変化幅判定手段４２と、実エンジントルク変化幅判定手段４３と、所定期間前後実エンジントルク変化判定手段４４と、実空気過剰率変更手段４５と、補正係数変更手段４６と、を有している。
【００３０】
目標空気過剰率切替え検出手段４１は、上述したリーン運転状態からリッチ運転状態への切替えを検出する。典型的には、目標空気過剰率を上述したしきい値ｙλ＿ｔｈ以上の領域からｙλ＿ｔｈ以下の領域へ変更する場合に、切替フラグＦｒｇ１を１にセットする。このＦｒｇ１は切替えが完了すると０に戻される。
【００３１】
目標エンジントルク変化幅判定手段４２は、Ｆｒｇ１＝１となってから所定期間内の切替え過渡期における目標エンジントルクの最大値と最小値を求め、これら最大値と最小値の差である目標エンジントルクの変化幅が、所定の第１しきい値以下であるかを判定する。図１０は、この判定処理の流れを示すフローチャートである。目標空気過剰率の切替えを検出すると（Ｓ１）、経過時間に従って増加するタイマーを起動させる（Ｓ２）。経過時間が所定期間内にある限り、Ｓ５〜Ｓ８において最大値と最小値の更新を行っていく。タイマーが所定値になると、所定期間が経過したものと判断してＳ３からＳ４へ進み、最終的な最大値と最小値の差から、目標エンジントルクの変化幅を演算し、この変化幅が第１しきい値を超えているかを判定する。超えていれば第２のフラグＦｒｇ２を１とし、超えていなければＦｒｇ２を０とする。
【００３２】
実エンジントルク変化幅判定手段４３は、Ｆｒｇ１＝１となってからの所定期間内の切替え過渡期における実エンジントルクの最大値ｒＴｅ＿ｍａｘと最小値ｒＴｅ＿ｍｉｎを求め、両者の差である実エンジントルクの変化幅が所定の第２しきい値以下であるかを判定する。図１１は、この判定処理の流れを示すフローチャートである。目標空気過剰率の切替えを検出すると（Ｓ１１）、経過時間に従って増加するタイマーを起動させる（Ｓ１２）。経過時間が所定期間内にある限り、Ｓ１５〜Ｓ１８において最大値と最小値の更新を行っていく。タイマーが所定値になると、所定期間が経過したものと判断してＳ１３からＳ１４へ進み、最終的な最大値と最小値の差から、実エンジントルクの変化幅を演算し、この変化幅が第２しきい値を超えているかを判定する。超えていれば第３のフラグＦｒｇ３を１とし、超えていなければＦｒｇ３を０とする。なお、第２しきい値は上記の第１しきい値よりも充分に大きな値である。
【００３３】
所定期間前後実エンジントルク変化判定手段４４は、Ｆｒｇ１＝１となった時点すなわち切替え開始時の実エンジントルクと、所定期間（切替え過渡期）経過後すなわち切替え終了時の実エンジントルクと、の差の絶対値が、所定の第３しきい値を超えているかを判定する。図１２は、この判定処理の流れを示すフローチャートである。Ｓ２１で目標空気過剰率の切替えを検出すると、Ｓ２２へ進み、経過時間に従って増加するタイマーを起動させる。同時に、その時の実エンジントルクを初期エンジントルクｒＴｅ０とする。タイマーが所定値になると、所定期間が経過したものと判断してＳ２３からＳ２４へ進み、その時のエンジントルクを所定期間経過後エンジントルクｒＴｅ１とする。所定期間経過後エンジントルクｒＴｅ１と初期エンジントルクｒＴｅ０の差の絶対値を求め、この値が所定値を超えているか否かの判定を行う。超えていれば第４のフラグＦｒｇ４を１とし、超えていなければＦｒｇ４を０とする。
【００３４】
実空気過剰率変更手段（第１の判定手段・第１の補正手段）４５は、目標エンジントルクの変化が第１しきい値（Ｆｒｇ２＝０）以下であり、実エンジントルクの変化幅が第２しきい値を超えている場合（Ｆｒｇ３＝１）に、下記の処理により、実空気過剰率推定手段３５での実空気過剰率の推定に用いられる時定数補正係数Ｋτを補正する。
【００３５】
【数４】

【００３６】
第１に、所定期間前後実エンジントルク変化判定手段４４で求めた初期エンジントルクｒＴｅ０と、実エンジントルク変化幅判定手段４３で求めた最大エンジントルクｒＴｅ＿ｍａｘ及び最小エンジントルクｒＴｅ＿ｍｉｎと、に基づいて、、エンジントルクの変化の方向を推定する。例えば、初期エンジントルクが最小エンジントルクに相対的に近い値である場合は、上に凸のエンジントルクの変化が生じたものと判断し、上記（８）式の演算を行い、時定数補正係数Ｋτを大きくなるように更新する。初期エンジントルクが相対的に最大エンジントルクに近い値である場合は、下に凸のエンジントルクの変化が生じたものと判断し、上記（９）式の演算を行い、時定数補正係数Ｋτを小さくなるように更新する。なお、時定数変更定数Δｋτは正の定数として与えられる。第２に、上述したように時定数補正係数Ｋτと時定数τａとを乗じて第２の時定数τａ２を演算する（（５）式参照）。なお、この（５）式の演算（τａ２＝Ｋτ×τａ）は、実際には実空気過剰率推定手段３５により行われる。
【００３７】
補正係数変更手段４６（第２の判定手段・第２の補正手段）は、目標エンジントルクの変化幅が第１しきい値以下（Ｆｒｇ２＝０）であり、かつ、所定期間前後のエンジントルクの変化幅が第３しきい値を超えている場合（Ｆｒｇ４＝１）には、切り替え過渡期に実エンジントルクが徐々に（定常的に）変化したものと判断し、実空気過剰率を入力とする図８の補正係数設定テーブルのテーブルデータを変更する。つまり、吸入新気量ひいては燃料噴射量を補正する目的で、目標吸入新気量補正係数Ｋλを補正する。具体的には、所定期間前後実エンジントルク変化判定手段４４で求めた初期エンジントルクｒＴｅ０に比して、所定期間経過後エンジントルクｒＴｅ１の方が小さい場合は、リッチ燃焼への切替え過渡期に実エンジントルクが徐々に低下したものと判断し、図８の補正係数設定テーブルのテーブルデータに対し、図１３に示すような変更を行う。つまり、補正係数Ｋλを増加側へ補正する。逆に、初期エンジントルクに比して、所定期間経過後エンジントルクｒＴｅ１の方が大きい場合には、切替え過渡期にエンジントルクが増加したものと判断し、補正係数設定テーブルのテーブルデータに対し、図１４に示すような変更を行う。すなわち、補正係数Ｋλを低下側へ補正する。
【００３８】
図１３〜１６を参照して、本実施例の作用効果について説明する。
【００３９】
本実施例では、空気過剰率の変更によりリーン運転条件からリッチ運転条件へ切り替える切替え過渡期にエンジントルクが不用意に変動してしまう原因として、ＥＧＲバルブ１１の詰まりなどによるコレクタ部５Ａを経由して燃焼室へ導入される吸入空気量やその応答性の低下を原因とする場合と、燃料噴射弁９の詰まりなどによる燃料噴射量やその応答性の低下を原因とする場合と、の２つ場合を想定し、実際にエンジントルクが変動した場合に、どちらの原因によるものかを判断し、その原因に応じて適切な対応を行う。これにより、リッチ燃焼へ切替えた場合のエンジントルクの不用意な変動を精度良く抑制することができる。
【００４０】
具体的には、図１５に示すように、実エンジントルクが一時的・局所的に大きく変化した場合、吸入空気量側に原因があると判断し、空気の動的な遅れを反映した時定数補正係数Ｋτを補正する。図１５に示すようにエンジントルクが下に凸の場合、実空気過剰率の推定値が実際の値よりも遅れて変化することにより、燃料噴射量を増加側に補正するタイミングが遅れていると判断し、実空気過剰率を推定する際に用いる時定数補正係数Ｋτを小さくすることによって、燃料噴射量の増加タイミングを早める補正を行う。
【００４１】
図１６に示すように、実エンジントルクが定常的・なだらかに変化した場合、燃料噴射弁９つまり燃料噴射側の性能変化に原因があると判断し、目標吸入新気量、ひいては燃料噴射量を補正するための補正係数Ｋλを補正する。図１６に示すように、実エンジントルクが徐々に低下している場合、インジェクタ９の経時劣化により実際の燃料噴射量が十分に増加されなかったものと判断し、燃料噴射量を増加側に補正するように、図１３に示すように、補正係数Ｋλを増加側へ補正する。逆に、実エンジントルクが徐々に増加している場合、実際の燃料噴射量が過度に増加されていると判断し、燃料噴射量を低減するように、図１４に示すように、補正係数Ｋλを低下側へ補正する。
【００４２】
以上のような処理によって、ＥＧＲ弁やインジェクタ９の経時劣化などに起因してリッチ燃焼への切替え過渡期に生じる実エンジントルクの不用意な変動を、その原因に応じて適切に抑制し、堅牢なシステムを構築することができる。
【００４３】
なお、上述したように、空気過剰率・補正係数変更手段４０による時定数補正係数Ｋτや目標吸入新気量補正係数ｋλの変更は、所定の条件を満たしたとき、すなわちリーン運転条件からリッチ運転条件への切り替え過渡期にのみ行われる。変更されたことによる効果は、次回のリッチ運転条件への切替え過渡期に表れる。
【００４４】
参考として、本出願人が先に出願した特願２００１−３６２９３５号（以下、先行技術と呼ぶ）では、リーン燃焼からリッチ燃焼へ切り替える切り替え過渡期に、エンジントルクが不用意に低下しないように、燃料噴射量を増加側に補正している。この補正は、推定によって求められた実空気過剰率から補正係数を設定し、この補正係数から燃料噴射量を補正することによって行っている。実空気過剰率から補正係数を演算しているため、本実施例と同様、目標空気過剰率に対する実空気過剰率の遅れによる偏差が生じている場合においても、エンジントルクを一定に保つことが可能になる。
【００４５】
しかしながら上記の先行技術では、ＥＧＲバルブの経時劣化等に起因して実空気過剰率の推定に誤差を生じたような場合に、一定のエンジントルクを実現できなくなるおそれがある。この実空気過剰率の推定誤差が生じる原因について考察する。吸入空気の動きはコレクタの容積に対してエンジンが消費する速度に支配される要素が大きいため、実際の空気過剰率は目標空気過剰率に対して遅れて追従する。先行技術では、本実施例と同様、コレクタで生じる遅れを表すパラメータをエンジン回転数と体積効率から推定し、実空気過剰率の推定演算に用いているが、このパラメータは、推定演算では考慮されていないエンジン構成要素の経時的な変化にも影響を受けると考えられる。例えばＥＧＲ弁が詰まってきた場合、実効的なＥＧＲ弁開口面積が減少することによって、コレクタへ入るＥＧＲ量が減少することにより、コレクタ内の圧力と温度が低下することが予想される。体積効率は、ピストン総行程容積に対して、吸気行程においてシリンダに吸入されたガスをコレクタでの温度・圧力の状態にした場合の体積の比である。従って、コレクタ内の圧力と温度が変化すると体積効率も変化する。その結果、コレクタで生じる空気の遅れを正確に推定できなくなり、実空気過剰率の推定誤差を生じてしまうことになる。
【００４６】
また、先行技術では、本実施例と同様に実空気過剰率が所定値以下のリッチ運転条件では目標燃料噴射量を増加側へ補正しているが、例えばインジェクタの詰まりに起因して実燃料噴射量が良好に増加されない場合には、リッチ燃焼時のエンジントルクの低下を完全に補償することができなくなり、やはりエンジントルクの不用意な変動を招くおそれがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の空燃比制御装置を簡略的に示すブロック構成図。
【図２】図１の実空気過剰率・補正係数変更手段のブロック構成図。
【図３】目標エンジントルク設定マップの一例。
【図４】目標空気過剰率設定マップの一例。
【図５】目標ＥＧＲ率設定マップの一例。
【図６】基準目標吸入新気量設定マップの一例。
【図７】体積効率推定マップの一例。
【図８】補正係数設定テーブルの一例。
【図９】実エンジントルク推定テーブルの一例。
【図１０】目標エンジントルク変化幅判定手段の判定処理の流れを示すフローチャート。
【図１１】実エンジントルク変化幅判定手段の判定処理の流れを示すフローチャート。
【図１２】所定期間前後実エンジントルク変化判定手段の判定処理の流れを示すフローチャート。
【図１３】実エンジントルクが低下した場合の補正係数設定テーブルの変更内容を示す説明図。
【図１４】実エンジントルクが増加した場合の補正係数設定テーブルの変更内容を示す説明図。
【図１５】一時的な実エンジントルクの変化に対する処理内容を示すタイムチャート。
【図１６】定常的な実エンジントルクの変化に対する処理内容を示すタイムチャート。
【図１７】上記実施例が適用される内燃機関のシステム構成図。
【符号の説明】
３１…目標エンジントルク設定手段
３２…目標空気過剰率手段
３３…目標ＥＧＲ率手段
３４…基本目標吸入新気量設定手段
３５…実空気過剰率推定手段
３６…目標吸入新気量補正係数設定手段
３７…目標吸入新気量演算手段
３８…目標燃料噴射量演算手段
３９…実エンジントルク検出手段
４０…空気過剰率・補正係数変更手段（補正係数選択変更手段）
４１…目標空気過剰率切替え検出手段
４２…目標エンジントルク変化幅判定手段
４３…実エンジントルク変化幅判定手段
４４…所定期間前後実エンジントルク変化判定手段
４５…実空気過剰率変更手段（第１の判定手段・第１の補正手段）
４６…補正係数変更手段（第２の判定手段・第２の補正手段）
Ｋτ…時定数補正係数（第１の補正係数）
ｋλ…目標吸入新気量補正係数（第２の補正係数）

Claims (5)

1. 吸入空気の動的な遅れを反映した第１の補正係数を用いて実空気過剰率を推定する実空気過剰率推定手段と、
   上記実空気過剰率が所定値以下のリッチ運転条件のときに第２の補正係数を用いて燃料噴射量を増加側へ補正する燃料噴射量補正手段と、
   実エンジントルクを検出する実エンジントルク検出手段と、
   上記リッチ運転条件へ移行する過渡期に、実エンジントルクの変化が第１の変化態様であるかを判定する第１の判定手段と、
   上記リッチ運転条件へ移行する過渡期に、実エンジントルクの変化が上記第１の変化態様とは異なる第２の変化態様であるかを判定する第２の判定手段と、
   上記第１の変化態様のときに上記第１の補正係数を補正する第１の補正手段と、
   上記第２の変化態様のときに上記第２の補正係数を補正する第２の補正手段と、
   を有する内燃機関の空燃比制御装置。
2. 上記第１の変化態様は、上記過渡期に実エンジントルクが一時的に大きく変化する態様であり、
   上記第２の変化態様は、上記過渡期に実エンジントルクが増加側又は低下側へ定常的に変化する態様である請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 機関運転状態に基づいて目標エンジントルクを設定する目標エンジントルク設定手段と、
   機関運転状態に基づいて目標空気過剰率を設定する目標空気過剰率設定手段と、
   機関運転状態に基づいて目標ＥＧＲ率を設定する目標ＥＧＲ率設定手段と、
   上記目標エンジントルクと上記目標空気過剰率と上記目標ＥＧＲ率とに基づいて、基本目標吸入新気量を設定する基本目標吸入新気量設定手段と、
   吸入空気の動的な遅れを反映した第１の補正係数を用いて実空気過剰率を推定する実空気過剰率推定手段と、
   この実空気過剰率が所定値以下のリッチ運転条件におけるエンジントルクの低下を補うように、上記基本目標吸入新気量に対する第２の補正係数を設定する目標吸入新気量補正係数設定手段と、
   この第２の補正係数を用いて上記基本目標吸入新気量を補正し、目標吸入新気量を演算する目標吸入新気量演算手段と、
   この目標吸入新気量と上記目標ＥＧＲ率と上記目標空気過剰率とに基づいて目標燃料噴射量を演算する目標燃料噴射量演算手段と、
   実エンジントルクを検出または推定する実エンジントルク推定手段と、
   上記実エンジントルクと上記目標空気過剰率と上記目標エンジントルクとに基づいて、上記第１の補正係数又は上記第２の補正係数を選択的に変更する補正係数選択変更手段と、
   を有する内燃機関の空燃比制御装置。
4. 上記補正係数選択変更手段は、
   上記目標空気過剰率の上記リッチ運転条件への切替えを検出する目標空気過剰率切替え検出手段と、
   上記リッチ運転条件へ切替えてから所定期間内の上記目標エンジントルクの最大値と最小値との変化幅が第１のしきい値以下であるかを判定する目標エンジントルク変化幅判定手段と、
   上記所定期間内の上記実エンジントルクの最大値と最小値との変化幅が第２のしきい値以下であるかを判定する実エンジントルク変化幅判定手段と、
   上記所定期間の開始時と終了時との実エンジントルクの変化幅が第３のしきい値以下であるかを判定する所定期間前後実エンジントルク変化判定手段と、
   上記目標エンジントルクの変化幅が第１のしきい値以下であり、かつ、上記実エンジントルクの変化幅が第２のしきい値を超えている場合に、上記第１の補正係数を変更する第１の補正手段と、
   上記目標エンジントルクの変化幅が第１のしきい値以下であり、かつ、上記所定期間の開始時と終了時との実エンジントルクの変化幅が第３のしきい値を超えている場合に、上記第２の補正係数を変更する第２の補正手段と、
   を有する請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. 上記実エンジントルク検出手段は、異なる２つのクランク角度でのエンジン回転数の変化に基づいて実エンジントルクを推定する請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。

Images