JP6359594B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に燃焼状態を制御する制御装置に関する。

従来のこの種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この制御装置では、燃焼状態を表すパラメータとして、所定クランク角までの燃焼割合を用い、その実際値である検知燃焼割合を算出する。また、この燃焼割合の目標値である目標燃焼割合を、エンジン回転数及び負荷に基づいて設定する。そして、目標燃焼割合と検知燃焼割合との偏差が０になるように点火時期及び燃料供給量を制御することによって、検知燃焼割合が目標燃焼割合に制御され、それにより排ガス特性や燃費の向上が図られる。

特開平９−３１７５２２号公報

上述した従来の制御装置では、燃焼状態の目標値である目標燃焼割合が、エンジン回転数及び負荷に基づいて設定される。しかし、エンジン回転数及び負荷が同じ条件でも、例えば空燃比やＥＧＲ率の相違により筒内ガス中の燃料割合が異なる場合には、点火動作から筒内ガスが実際に着火するまでの着火遅れや、燃焼速度、燃焼期間などが変化するため、目標とすべき燃焼状態が変化する。例えば、筒内ガス中の燃料割合が低い場合には、筒内ガスが燃焼しにくいことで、燃焼速度が低下するとともに燃焼期間が長くなるため、目標とすべき燃焼割合はより進角側であることが望ましい。これに対し、従来の制御装置では、燃料割合を考慮することなく、目標燃焼割合がエンジン回転数及び負荷のみに基づいて設定されるので、目標燃焼割合に応じて達成される実際の燃焼割合が最適な状態からずれてしまい、所望の燃費や排ガス特性が得られないおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、目標とする燃焼状態を筒内ガス中の燃料割合に応じて適切に設定でき、それにより、燃費及び排ガス特性を向上させ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。

前記目的を達成するために、請求項１による内燃機関の制御装置は、内燃機関３の気筒３ａ内に充填された筒内ガスの流動の強さを、流動制御パラメータ（タンブル開度ＡＴＣ）を変更することによって制御する筒内流動制御装置（タンブル流制御機構１５、ＥＣＵ２）と、筒内ガスの燃焼状態を表す燃焼状態パラメータ（実ＭＦＢ５０）を取得する燃焼状態パラメータ取得手段（筒内圧センサ２１、ＥＣＵ２、図１６のステップ７４）と、筒内ガス中の燃料の割合を表す燃料割合パラメータ（希釈率Ｒ＿ＤＬ）を取得する燃料割合パラメータ取得手段（ＥＣＵ２、図１４のステップ５１、図４）と、取得された燃料割合パラメータに応じて、燃焼状態パラメータの目標値（目標ＭＦＢ５０）を設定する目標値設定手段（ＥＣＵ２、図１６のステップ７２、７３、図１０）と、燃焼状態パラメータが設定された目標値になるようにフィードバック制御を用いて、筒内流動制御装置の流動制御パラメータを算出する流動制御パラメータ算出手段（ＥＣＵ２、図１４のステップ５３、５４、図１６のステップ７５〜７９）と、を備え、流動制御パラメータ算出手段は、燃料割合パラメータに応じて流動制御パラメータの基本値ＡＴＣ＿ＢＡＳＥを算出し（図１４のステップ５２、図１５）、フィードバック制御に基づくフィードバック補正値（フィードバック補正項ＡＴＣ＿ＦＢ）を算出する（図１４のステップ５３、図１６）とともに、算出された基本値ＡＴＣ＿ＢＡＳＥ及びフィードバック補正値を用いて、流動制御パラメータを算出し（図１４のステップ５４）、流動制御パラメータの基本値（基本マップ値ＡＴＣ＿ＢＣＡＩＮ、希釈補正項ＡＴＣ＿ＢＤＬ）を記憶する記憶手段（ＥＣＵ２、基本マップ、希釈補正マップ）と、記憶手段に記憶された基本値を、フィードバック補正値に基づいて更新する基本値更新手段（ＥＣＵ２、図１４のステップ５５）と、をさらに備えることを特徴とする。

本発明による内燃機関の制御装置は、筒内流動制御装置を備えており、その流動制御パラメータを変更し、筒内ガスの流動の強さを制御することによって、燃焼状態が制御される。本発明によれば、請求項１の発明と同様、筒内ガスの燃焼状態を表す燃焼状態パラメータを取得するとともに、燃焼状態パラメータの目標値を設定する。また、取得した燃焼状態パラメータが目標値になるように、フィードバック制御を用いて流動制御パラメータを算出することによって、実際の燃焼状態が目標の燃焼状態に精度良く制御される。

図２０は、空燃比ＡＦと、内燃機関の出力トルクが最大になるときのＭＦＢ５０及び流動制御パラメータとしてのタンブル制御弁の開度（以下「タンブル開度」という）ＡＴＣとの関係を、理論空燃比よりもリーンな空燃比領域を対象として表したものである。図１９の場合と同様、最大出力トルクが得られる最適ＭＦＢ５０は、空燃比ＡＦが高くなり、筒内ガス中の燃料割合が低下するにつれて、進角側に徐々に変化する。一方、最大出力トルクが得られる最適なタンブル開度ＡＴＣは、空燃比ＡＦが高くなるにつれて、絞り側に非線形に大きく変化する。これは、筒内ガス中の燃料割合が低いほど、燃焼速度が低下する傾向にあるので、最適ＭＦＢ５０を確保すべく燃焼速度を高めるために、タンブル開度ＡＴＣをより大きく絞ることで、筒内ガスの流動強さを増大させる必要があるためである。

以上の関係から、本発明によれば、燃焼状態パラメータの目標値を、燃料割合パラメータに応じて設定する。これにより、燃焼状態パラメータの目標値が、筒内ガス中の燃料割合に応じて適切に設定される。そして、燃焼状態パラメータが設定された目標値になるようにフィードバック制御を用いて、筒内流動制御装置の流動制御パラメータを算出するので、実際の燃焼状態を適切に設定された目標の燃焼状態に精度良く制御でき、それにより、燃費及び排ガス特性を向上させることができる。
また、この構成によれば、流動制御パラメータの基本値と前述したフィードバック制御に基づくフィードバック補正値とを用いて、流動制御パラメータを算出する。また、流動制御パラメータの基本値は、燃料割合パラメータに応じて算出される。前述したように、筒内ガス中の燃料割合が低いほど、要求される筒内ガスの流動強さが増大し、それに見合う流動制御パラメータが求められる、したがって、上記の構成によれば、燃料割合に応じた流動強さの要求度合を反映させながら、流動制御パラメータの基本値を適切に算出でき、この基本値とフィードバック補正値を用いた、流動制御パラメータによるフィードバック制御の応答性を高めることができる。
さらに、この構成によれば、流動制御パラメータの基本値は、記憶手段に記憶されており、記憶手段から読み出すことによって算出される。また、記憶手段に記憶された基本値は、フィードバック補正値に基づいて更新される。フィードバック補正値は、燃焼状態パラメータが目標値になるようにフィードバック制御によって流動制御パラメータを算出する際の、適正値からの基本値のずれの大きさを反映する。したがって、基本値をフィードバック補正値に基づいて更新することによって、基本値のずれを適切に補正でき、それにより、流動制御パラメータによるフィードバック制御の応答性をさらに高めることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、内燃機関３の運転状態（エンジン回転数ＮＥ、吸気位相ＣＡＩＮ）を検出する運転状態検出手段（クランク角センサ２４、カム角センサ２５）をさらに備え、目標値設定手段は、燃料割合パラメータ及び検出された内燃機関の運転状態に応じて、目標値を設定すること（図１６のステップ７１〜７３、図９、図１０）を特徴とする。

前述したように、最適な燃焼状態は、筒内ガス中の燃料割合だけでなく、内燃機関の運転状態、例えば内燃機関の回転数に応じて変化する。この関係から、本発明によれば、燃焼状態パラメータの目標値を、燃料割合パラメータと検出された内燃機関の運転状態に応じて設定する。これにより、燃焼状態パラメータの目標値をさらに適切に設定でき、さらに良好な燃焼状態を得ることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、筒内流動制御装置は、筒内ガスのタンブル流の強さを制御するタンブル流制御装置（タンブル流制御機構１５、ＥＣＵ２）、筒内ガスのスワール流の強さを制御するスワール流制御装置、気筒内への燃料の噴射圧力を制御する噴射圧力制御装置、及び気筒内への燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御装置の１つであることを特徴とする。

上記の４つの制御装置（タンブル流制御装置、スワール流制御装置、噴射圧力制御装置及び噴射時期制御装置）はいずれも、それぞれの流動制御パラメータ（例えばタンブル制御弁の開度、スワール制御弁の開度、噴射圧力、噴射時期）を変更することによって、筒内ガスの流動の強さを制御することが可能なものである。したがって、これらの制御装置の１つを筒内流動制御装置として用いることによって、上述した請求項１又は２の発明による作用を得ることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、気筒３ａ内の圧力を検出する筒内圧センサ２１をさらに備え、燃焼状態パラメータ取得手段は、筒内圧センサ２１の検出結果に基づき、質量燃焼割合が５０％になるクランク角（ＭＦＢ５０）を、燃焼状態パラメータとして算出することを特徴とする。

上記の質量燃焼割合が５０％になるクランク角（以下「ＭＦＢ５０」という）は、燃焼期間の中心に相当し、燃焼状態を良好に表す指標の１つである。したがって、このＭＦＢ５０を燃焼状態パラメータとして用い、実際のＭＦＢ５０を筒内圧センサの検出結果を用いて算出するとともに、算出された実際のＭＦＢ５０が目標値になるようにフィードバック制御することによって、筒内ガスの燃焼状態を目標とする所望の燃焼状態に適切に制御することができる。また、前述したように、内燃機関の最大出力トルクが得られる最適ＭＦＢ５０は、筒内ガス中の燃料割合に応じて変化するので、ＭＦＢ５０の目標値を燃料割合に応じて設定することによって、請求項１〜３による作用を良好に得ることができる。

本発明による制御装置を適用した内燃機関を概略的に示す図である。 制御装置を示すブロック図である。 第１実施形態による点火時期の算出処理のメインフローを示すフローチャートである。 希釈率の算出処理を示すフローチャートである。 点火時期の基本値の算出処理を示すフローチャートである。 点火時期の基本値の基本マップ値を算出するための基本マップである。 点火時期の基本値の希釈補正項を算出するための希釈補正マップである。 点火時期のフィードバック補正項の算出処理を示すフローチャートである。 目標ＭＦＢ５０の基本マップ値を算出するための基本マップである。 目標ＭＦＢ５０の希釈補正項を算出するためのテーブルである。 点火時期算出用のフィードバック制御のＰ項ゲインを算出するためのテーブルである。 マップ学習処理を示すフローチャートである。 タンブル流制御機構を概略的に示す図である。 第２実施形態によるタンブル開度の算出処理のメインフローを示すフローチャートである。 タンブル開度の基本値の算出処理を示すフローチャートである。 タンブル開度のフィードバック補正項の算出処理を示すフローチャートである。 タンブル開度算出用のフィードバック制御のＰ項ゲインを算出するためのテーブルである。 ２つの空燃比に対する最適な点火時期及び質量燃焼割合の関係を示す図である。 空燃比と最適なＭＦＢ５０及び点火時期との関係を示す図である。 空燃比と最適なＭＦＢ５０及びタンブル開度との関係を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３を示す。このエンジン３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒のガソリンエンジンであり、空燃比が理論空燃比であるストイキ燃焼運転に加えて、燃費の向上などのために、極リーン（例えば空燃比＝３２）までの空燃比領域において、リーン燃焼運転を行うように構成されている。

各気筒３ａ（１つのみ図示）のピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃとの間には、燃焼室３ｄが形成されている。シリンダヘッド３ｃには、気筒３ａごとに、燃料噴射弁４と点火プラグ５が設けられている。燃料噴射弁４は、燃料を燃焼室３ｄに直接、噴射するタイプのものである。燃料噴射弁４の開弁時間は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）２（図２参照）によって制御され、それにより燃料噴射量ＧＦＵＥＬが制御される。点火プラグ５は、放電により火花を発生させ、燃焼室３ｄ内の筒内ガスへの点火を行う。点火プラグ５の点火時期ＩＧ（火花の発生時期）は、ＥＣＵ２によって制御される。

なお、上記の「筒内ガス」は、気筒３ａ内に充填され、燃焼に供されるガスを意味し、後述するＥＧＲが実行される場合には、空気（新気）とＥＧＲガスと燃料で構成され、ＥＧＲが実行されない場合には、空気と燃料から成る混合気に相当する。

燃料噴射弁４には、筒内圧センサ２１が一体に設けられている（図２参照）。筒内圧センサ２１は、リング状の圧電素子で構成され、燃料噴射弁４の噴射口（図示せず）を取り囲むように配置されている。筒内圧センサ２１は、気筒３ａ内の圧力の変化量ＤＰＶを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この圧力変化量ＤＰＶに基づき、気筒３ａ内の圧力（以下「筒内圧」という）ＰＣＹＬを算出する。

シリンダヘッド３ｃには、吸気管６及び排気管７が接続されるとともに、吸気ポート６ａ及び排気ポート７ａをそれぞれ開閉する吸気弁８及び排気弁９が設けられている。また、吸気弁８を駆動する吸気カムシャフト（図示せず）には、吸気位相可変機構１０が設けられている。

吸気位相可変機構１０は、クランクシャフト３ｅに対する吸気カムシャフトの位相（以下「吸気位相」という）ＣＡＩＮを無段階に変更することによって、吸気弁８の開閉タイミングを無段階に変更（シフト）するものである。吸気位相ＣＡＩＮは、吸気位相可変機構１０のコントロールシャフト（図示せず）をＶＴＣアクチュエータ１０ａ（図２参照）で駆動することによって制御され、ＶＴＣアクチュエータ１０ａの動作はＥＣＵ２によって制御される。

吸気管６の吸気コレクタ部６ｂよりも上流側には、スロットル弁１１が設けられている。スロットル弁１１は、吸気管６内に回動自在に設けられ、ＴＨアクチュエータ１１ａに連結されている。スロットル弁１１の開度は、ＴＨアクチュエータ１１ａの動作をＥＣＵ２で制御することによって制御され、それにより、燃焼室３ｄに吸入される吸入空気量（新気量）ＧＡＩＲが調整される。

また、エンジン３には、燃焼室３ｄから排気管７に排出された排ガスの一部を、ＥＧＲガスとして、吸気管６に還流させるためのＥＧＲ装置１３が設けられている。ＥＧＲ装置１３は、ＥＧＲ通路１３ａと、ＥＧＲ通路１３ａの途中に設けられたＥＧＲ弁１３ｂと、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１３ｃなどで構成されている。ＥＧＲ通路１３ａは、排気管７と吸気管６の吸気コレクタ部６ｂに接続されている。

ＥＧＲ弁１３ｂは、ＥＧＲ通路１３ａに進退自在に設けられ、ＥＧＲアクチュエータ１３ｄに連結されている。ＥＧＲ弁１３ｂのリフト量は、ＥＧＲアクチュエータ１３ｄの動作をＥＣＵ２で制御することによって制御され、それにより、吸気管６に還流するＥＧＲ量ＧＥＧＲが調整される。

また、吸気管６のスロットル弁１１よりも上流側には、エアフローセンサ２２が設けられ、スロットル弁１１の下流側の吸気コレクタ部６ｂには、吸気圧センサ２３が設けられている。エアフローセンサ２２は吸入空気量ＧＡＩＲを検出し、吸気圧センサ２３は吸気管６内の圧力（以下「吸気圧」という）ＰＢＡを検出し、それらの検出信号をＥＣＵ２に出力する。

エンジン３のクランクシャフト３ｅには、クランク角センサ２４が設けられている。クランク角センサ２４は、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角度（例えば１°）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒３ａにおいてピストン３ｂが吸気行程の開始時の上死点（ＴＤＣ）にあることを表す信号であり、本実施形態のようにエンジン３が４気筒の場合には、クランク角度１８０°ごとに出力される。ＥＣＵ２は、これらのＴＤＣ信号及びＣＲＫ信号に基づき、ＴＤＣ信号の発生タイミングを基準（＝０）とし、進角側を正として、クランク角ＣＡを算出する（ＢＴＤＣ）。

また、吸気カムシャフトには、カム角センサ２５が設けられている。カム角センサ２５は、吸気カムシャフトの回転に伴い、所定のカム角度（例えば１°）ごとに、パルス信号であるＣＡＭ信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＡＭ信号とＣＲＫ信号に基づき、吸気位相ＣＡＩＮを算出する。

ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ２６から、車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量であるアクセル開度ＡＰを表す検出信号が入力され、大気圧センサ２７から、大気圧ＰＡを表す検出信号が入力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭなどから成るマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２１〜２７からの検出信号に応じて、エンジン３の運転状態や燃焼状態を把握するとともに、第１実施形態では、燃焼状態を制御するための点火時期の算出処理を実行する。

本実施形態では、ＥＣＵ２によって、燃焼状態パラメータ取得手段、燃料割合パラメータ取得手段、目標値設定手段、点火時期算出手段、記憶手段、及び基本値更新手段が構成されている。

図３は、上述した点火時期の算出処理を示す。本処理は、燃焼状態を表す燃焼状態パラメータとして、ＭＦＢ５０（質量燃焼割合（ＭＦＢ）が５０％になるクランク角）を用い、その実際値である実ＭＦＢ５０が目標値である目標ＭＦＢ５０になるようにフィードバック制御を用いて、点火時期ＩＧを算出するものである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して気筒３ａごとに実行される。

本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、筒内ガス中の燃料の割合を表す燃料割合パラメータとして、筒内ガスの希釈率Ｒ＿ＤＬを算出する。図４は、その算出処理のサブルーチンを示す。この処理では、まずステップ１１において、ＥＧＲフラグＦ＿ＥＧＲが「１」であるか否かを判別する。このＥＧＲフラグＦ＿ＥＧＲは、ＥＧＲ装置１３によるＥＧＲの実行中に「１」にセットされるものである。このステップ１１の答えがＮＯで、ＥＧＲの実行中でないときには、ＥＧＲ量ＧＥＧＲを値０に設定する（ステップ１２）。

ステップ１１の答えがＹＥＳで、ＥＧＲの実行中のときには、ＥＧＲ量ＧＥＧＲを算出する（ステップ１３）。このＥＧＲ量ＧＥＧＲの算出は、例えば、検出された大気圧ＰＡ及び吸気圧ＰＢＡをそれぞれＥＧＲ弁１３ｂの上流圧及び下流圧とみなし、ＥＧＲ弁１３ｂにオリフィスの式を適用することによって、行われる。

次に、ＥＧＲ量ＧＥＧＲと吸入空気量ＧＡＩＲ及び燃料噴射量ＧＦＵＥＬを用い、次式（１）によって希釈率Ｒ＿ＤＬを算出し（ステップ１４）、本処理を終了する。
Ｒ＿ＤＬ ＝（ＧＡＩＲ＋ＧＥＧＲ）／ＧＦＵＥＬ ・・・（１）
このように、希釈率Ｒ＿ＤＬは、筒内ガス中の燃料量に対する空気量とＥＧＲ量との和の比で定義され、その値が大きいほど、筒内ガス中の燃料割合がより低いことを表す。また、希釈率Ｒ＿ＤＬは、ＥＧＲが実行されない場合には（ＧＥＧＲ＝０）、空燃比ＡＦと等しい。

図３に戻り、前記ステップ１に続くステップ２では、点火時期ＩＧの基本値ＩＧ＿ＢＡＳＥを算出する。この基本値ＩＧ＿ＢＡＳＥは、後述するフィードバック補正項ＩＧ＿ＦＢに対し、フィードフォワード項を構成するものである。図５は、その算出処理のサブルーチンを示す。この処理では、まずステップ２１において、エンジン回転数ＮＥ及び吸気位相ＣＡＩＮに応じ、図６に示す基本マップを検索することによって、基本マップ値ＩＧ＿ＢＣＡＩＮを算出する。この基本マップ値ＩＧ＿ＢＣＡＩＮは、空燃比が理論空燃比であり、かつＥＧＲが実行されず、筒内ガスがＥＧＲガスで希釈されていない（ＥＧＲ量ＧＥＧＲ＝０）という条件で、設定されている。

次に、エンジン回転数ＮＥとステップ１で算出した及び希釈率Ｒ＿ＤＬに応じ、図７に示す希釈補正マップを検索することによって、希釈補正項ＩＧ＿ＢＤＬを算出する（ステップ２２）。この希釈補正マップでは、希釈補正項ＩＧ＿ＢＤＬは、希釈率Ｒ＿ＤＬが高いほど、より大きな値（進角側）に設定されている。これは、希釈率Ｒ＿ＤＬが高いほど、筒内ガスが着火しにくく、着火遅れが大きくなるので、点火時期ＩＧを進角側に補正することによって、点火動作をより早く開始するためである。

次に、基本マップ値ＩＧ＿ＢＣＡＩＮに希釈補正項ＩＧ＿ＢＤＬを加算することによって、点火時期ＩＧの基本値ＩＧ＿ＢＡＳＥを算出し（ステップ２３）、本処理を終了する。

図３に戻り、前記ステップ２に続くステップ３では、点火時期ＩＧのフィードバック補正項ＩＧ＿ＦＢを算出する。図８は、その算出処理のサブルーチンを示す。この処理では、まずステップ３１において、エンジン回転数ＮＥ及び吸気位相ＣＡＩＮに応じ、図９に示す基本マップを検索することによって、目標ＭＦＢ５０の基本マップ値ＭＢＦ５０＿ＢＳを算出する。この基本マップ値ＭＢＦ５０＿ＢＳは、空燃比が理論空燃比であり、かつＥＧＲが実行されず、筒内ガスがＥＧＲガスで希釈されていないという条件で、設定されている。

次に、希釈率Ｒ＿ＤＬに応じ、図１０に示す希釈補正テーブルを検索することによって、目標ＭＦＢ５０の希釈補正項ＭＦＢ５０＿ＤＬを算出する（ステップ３２）。この希釈補正テーブルでは、希釈補正項ＭＦＢ５０＿ＤＬは、希釈率Ｒ＿ＤＬが高いほど、より大きな値（進角側）に設定されている。これは、希釈率Ｒ＿ＤＬが高いほど、燃焼速度が低下する傾向にあるので、目標ＭＦＢ５０をより進角側に補正するためである。

次に、基本マップ値ＭＢＦ５０＿ＢＳに希釈補正項ＭＦＢ５０＿ＤＬを加算することによって、目標ＭＦＢ５０を算出する（ステップ３３）。

次いで、ステップ３４において、実ＭＦＢ５０を算出する。この実ＭＦＢ５０の算出は、筒内圧センサ２１の検出結果に基づき、例えば次のように行われる。まず、筒内圧センサ２１で検出された圧力変化量ＤＰＶを積分することによって、筒内圧ＰＣＹＬを算出し、さらにＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号を用いて、筒内容積変化率、筒内容積及び筒内圧変化率を算出する。これらの４つのパラメータの算出は、ＣＲＫ信号の発生周期である所定の単位クランク角度ごとに行われる。次に、算出した４つのパラメータと比熱比を用い、所定の式によって、熱発生率ｄＱθを単位クランク角度ごとに算出する。次いで、算出した熱発生率ｄＱθを積分することによって、熱発生量を単位クランク角度ごとに算出する。そして、１燃焼サイクルにおいて、算出した熱発生量が総熱発生量の５０％になったときのクランク角ＣＡを、実ＭＦＢ５０として算出する。

上記ステップ３４に続くステップ３５では、目標ＭＦＢ５０と実ＭＦＢ５０との偏差ｅ（ｎ）を算出する。また、この偏差ｅ（ｎ）の積算値Σｅ（ｎ）を、その前回値Σｅ（ｎ−１）に今回の偏差ｅ（ｎ）を加算することによって、算出する（ステップ３６）とともに、今回の偏差ｅ（ｎ）と前回の偏差ｅ（ｎ−１）との差を、偏差変化量Δｅ(n)として算出する（ステップ３７）。

次に、希釈率Ｒ＿ＤＬに応じ、所定のそれぞれのテーブルを検索することによって、点火時期ＩＧの算出用のＰ項ゲインＫｉｇｐ、Ｉ項ゲインＫｉｇｉ及びＤ項ゲインＫｉｇｄを算出する（ステップ３８）。図１１に例示したテーブルでは、Ｐ項ゲインＫｉｇｐは、希釈率Ｒ＿ＤＬが大きいほど、フィードバック制御の応答性を高めるために、より大きな値に設定されている。図示しないが、同じ理由から、Ｉ項ゲインＫｉｇｉ及びＤ項ゲインＫｉｇｄもまた、希釈率Ｒ＿ＤＬが大きいほど、より大きな値に設定されている。

次に、算出したこれらのゲインＫｉｇｐ、Ｋｉｇｉ及びＫｉｇｄを用い、次式（２）によって、点火時期ＩＧのフィードバック補正項ＩＧ＿ＦＢを算出し（ステップ３９）、本処理を終了する。
ＩＧ＿ＦＢ＝Ｋｉｇｐ・ｅ（ｎ）＋Ｋｉｇｉ・Σｅ（ｎ）＋Ｋｉｇｄ・Δｅ（ｎ）
・・・（２）

図３に戻り、前記ステップ３に続くステップ４では、基本値ＩＧ＿ＢＡＳＥにフィードバック補正項ＩＧ＿ＦＢを加算することによって、点火時期ＩＧを算出する。

最後に、マップの学習を行い（ステップ５）、本処理を終了する。この学習処理は、点火時期ＩＧの基本値ＩＧ＿ＢＡＳＥを算出する際に用いた図６の基本マップ又は図７の希釈補正マップを更新するものであり、図１２はそのサブルーチンを示す。

この処理では、まずステップ４１において、ＥＧＲフラグＦ＿ＥＧＲが「１」であるか否かを判別する。その答えがＮＯで、筒内ガスがＥＧＲガスで希釈されていない状態のときには、基本マップを更新し（ステップ４２）、本処理を終了する。この基本マップの更新は、例えば、今回算出されたフィードバック補正項ＩＧ＿ＦＢに所定の係数ＫＬ１（０＜ＫＬ１＜１）を乗算するとともに、その乗算値ＩＧ＿ＦＢ・ＫＬ１を、基本マップのうちの今回のエンジン回転数ＮＥ及び吸気位相ＣＡＩＮに対応するマップ値ＩＧ＿ＢＣＡＩＮｉｊに加算することによって行われる。

一方、ステップ４１の答えがＹＥＳで、筒内ガスがＥＧＲガスで希釈されている状態のときには、希釈補正マップを更新し（ステップ４３）、本処理を終了する。この希釈補正マップの更新は、例えば、上記の乗算値ＩＧ＿ＦＢ・ＫＬ１を、希釈補正マップのうちの今回のエンジン回転数ＮＥ及び希釈率Ｒ＿ＤＬに対応するマップ値ＩＧ＿ＢＤＬｉｊに加算することによって行われる。以上のように更新された基本マップ又は希釈補正マップは、次回以降の処理サイクルにおいて用いられる。

以上のように、本実施形態によれば、燃焼状態パラメータとしてＭＦＢ５０を用い、その実際値である実ＭＦＢ５０を筒内圧センサ２１の検出結果などに基づいて算出するとともに、目標値である目標ＭＦＢ５０を設定する。そして、実ＭＦＢ５０が目標ＭＦＢ５０になるように、フィードバック制御を用いて点火時期ＩＧを算出するので、実ＭＦＢ５０を目標ＭＦＢ５０に精度良く制御することができる。

また、目標ＭＦＢ５０を、基本マップ値ＭＦＢ５０＿ＢＳと希釈補正項ＭＦＢ５０＿ＤＬとの和として設定し、希釈補正項ＭＦＢ５０＿ＤＬについては、希釈率Ｒ＿ＤＬが高いほど、すなわち筒内ガス中の燃料割合が低いほど、より進角側に算出する。これにより、筒内ガス中の燃料割合の減少に伴う燃焼速度の低下分を補償するように、目標ＭＦＢ５０を適切に設定できる。また、基本マップ値ＭＦＢ５０＿ＢＳは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気位相ＣＡＩＮに応じて算出される。以上から、筒内ガス中の燃料割合とエンジン３の運転状態に応じて、目標ＭＦＢ５０を適切に設定でき、したがって、燃費及び排ガス特性を向上させることができる。

また、点火時期ＩＧを、フィードフォワード項としての基本値ＩＧ＿ＢＡＳＥと、実ＭＦＢ５０が目標ＭＦＢ５０になるように算出されたフィードバック補正項ＩＧ＿ＦＢとの和として算出する。また、上記の基本値ＩＧ＿ＢＡＳＥを、基本マップ値ＩＧ＿ＢＣＡＩＮと希釈補正項ＩＧ＿ＢＤＬとの和として算出するとともに、希釈補正項ＩＧ＿ＢＤＬを、希釈率Ｒ＿ＤＬが高いほど、より大きな値（進角側）に算出する。これにより、燃料割合に応じた着火遅れを反映させながら、点火時期ＩＧの基本値ＩＧ＿ＢＡＳＥを適切に算出でき、この基本値ＩＧ＿ＢＡＳＥとフィードバック補正項ＩＧ＿ＦＢを用いた、点火時期ＩＧによるフィードバック制御の応答性を高めることができる。

さらに、フィードバック補正項ＩＧ＿ＦＢに基づいて、基本マップに記憶された基本マップ値ＩＧ＿ＢＣＡＩＮ、又は希釈補正マップに記憶された希釈補正項ＩＧ＿ＢＤＬを更新するので、基本値ＩＧ＿ＢＡＳＥの適正値からのずれを適切に補正でき、点火時期ＩＧによるフィードバック制御の応答性をさらに高めることができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態の点火時期ＩＧに代えて、筒内ガスのタンブル流の強さを制御することによって、実ＭＦＢ５０を目標ＭＦＢ５０に制御するものである。

図１３は、タンブル流の強さを制御するためのタンブル流制御機構１５を示す。このタンブル流制御機構１５は、各吸気ポート６ａに配置された回動自在のタンブル制御弁１５ａと、タンブル制御弁１５ａに連結されたタンブルアクチュエータ１５ｂを有する。タンブル制御弁１５ａは、実線で示す最小開度と破線で示す最大開度の間で回動する。

タンブル制御弁１５ａの開度（以下「タンブル開度」という）ＡＴＣが最小開度のときには、吸気ポート６ａの通路面積が最小に絞られることで、タンブル流の強さは最大になり、タンブル開度ＡＴＣが大きくなるほど、タンブル流は弱くなる。タンブルアクチュエータ１５ｂの動作は、ＥＣＵ２によって制御される。また、タンブル開度ＡＴＣはタンブル開度センサ２８によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に入力される（図２参照）。

ＥＣＵ２は、前記各種のセンサ２１〜２７及びタンブル開度センサ２８からの検出信号に応じて、実ＭＦＢ５０を目標ＭＦＢ５０に制御するためのタンブル開度ＡＴＣの算出処理を実行する。本実施形態では、タンブル流制御機構１５及びＥＣＵ２によって、筒内流動制御装置が構成され、また、ＥＣＵ２によって、燃焼状態パラメータ取得手段、燃料割合パラメータ取得手段、目標値設定手段、流動制御パラメータ算出手段、記憶手段、及び基本値更新手段が構成されている。

図１４は、上述したタンブル開度ＡＴＣの算出処理を示す。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して気筒３ａごとに実行される。また、本処理は、図３に示した第１実施形態による点火時期ＩＧの算出処理に対し、基本的に点火時期ＩＧをタンブル開度ＡＴＣに置き換えた関係にあるので、処理内容が共通の部分については、既出のものを適宜、引用しながら、説明を行うものとする。

本処理では、まずステップ５１において、図３のステップ１と同様、筒内ガスの希釈率Ｒ＿ＤＬを、図４の算出処理によって算出する。

次のステップ５２では、タンブル開度ＡＴＣの基本値ＡＴＣ＿ＢＡＳＥ（フィードフォワード項）を、図１５の算出処理によって算出する。その算出処理の内容は、図５と基本的に同じである。すなわち、この処理では、ステップ６１において、エンジン回転数ＮＥ及び吸気位相ＣＡＩＮに応じ、図６と同様の基本マップ（図示せず）を検索することによって、基本マップ値ＡＴＣ＿ＢＣＡＩＮを算出する。この基本マップ値ＡＴＣ＿ＢＣＡＩＮは、空燃比が理論空燃比であり、かつ筒内ガスがＥＧＲガスで希釈されていないという条件で、設定されている。

次に、エンジン回転数ＮＥ及び希釈率Ｒ＿ＤＬに応じ、図７と同様の希釈補正マップ（図示せず）を検索することによって、希釈補正項ＡＴＣ＿ＢＤＬを算出する（ステップ６２）。この希釈補正マップでは、希釈補正項ＡＴＣ＿ＢＤＬは、希釈率Ｒ＿ＤＬが高いほど、より小さな値（絞り側）に設定されている。これは、筒内ガス中の燃料割合が低いほど、要求される筒内ガスの流動強さが増大するので、それに応じてタンブル制御弁１５ａをより大きく絞るためである。

次に、基本マップ値ＡＴＣ＿ＢＣＡＩＮに希釈補正項ＡＴＣ＿ＢＤＬを加算することによって、タンブル開度ＡＴＣの基本値ＡＴＣ＿ＢＡＳＥを算出し（ステップ６３）、本処理を終了する。

図１４に戻り、前記ステップ５２に続くステップ５３では、タンブル開度ＡＴＣのフィードバック補正項ＡＴＣ＿ＦＢを、図１６の算出処理によって算出する。この算出処理のステップ７１〜７７は、図８のステップ３１〜３７と基本的に同じである。まずステップ７１〜７３では、ステップ３１〜３３と同様にして、基本マップ値ＭＢＦ５０＿ＢＳ、希釈補正項ＭＦＢ５０＿ＤＬ及び目標ＭＦＢ５０を、それぞれ算出する。また、ステップ７４において、実ＭＦＢ５０を算出する。この実ＭＦＢ５０の算出は、筒内圧センサ２１の検出結果に基づき、前述したようにして行われる。

次に、ステップ７５〜７７において、ステップ３５〜３７と同様にして、目標ＭＦＢ５０と実ＭＦＢ５０との偏差ｅ（ｎ）、偏差ｅの積算値Σｅ（ｎ）及び偏差変化量Δｅ(n)をそれぞれ算出する。

次に、希釈率Ｒ＿ＤＬに応じ、所定のそれぞれのテーブルを検索することによって、タンブル開度ＡＴＣの算出用のＰ項ゲインＫｔｃｐ、Ｉ項ゲインＫｔｃａ及びＤ項ゲインＫｔｃｄを算出する（ステップ７８）。図１７に例示したテーブルでは、Ｐ項ゲインＫｔｃｐは、希釈率Ｒ＿ＤＬが大きいほど、フィードバック制御の応答性を高めるために、より大きな値に設定されている。図示しないが、同じ理由から、Ｉ項ゲインＫｔｃｉ及びＤ項ゲインＫｔｃｄもまた、希釈率Ｒ＿ＤＬが大きいほど、より大きな値に設定されている。

次に、算出したこれらのゲインＫｔｃｐ、Ｋｔｃｉ及びＫｔｃｄを用い、次式（３）によって、タンブル開度ＡＴＣのフィードバック補正項ＡＴＣ＿ＦＢを算出し（ステップ７９）、本処理を終了する。
ＡＴＣ＿ＦＢ＝Ｋｔｃｐ・ｅ（ｎ）＋Ｋｔｃｉ・Σｅ（ｎ）＋Ｋｔｃｄ・Δｅ（ｎ）
・・・（３）

図１４に戻り、前記ステップ５３に続くステップ５４では、基本値ＡＴＣ＿ＢＡＳＥにフィードバック補正項ＡＴＣ＿ＦＢを加算することによって、タンブル開度ＡＴＣを算出する。

最後に、ステップ５５においてマップの学習を行い、本処理を終了する。この学習処理は、タンブル開度ＡＴＣの基本値ＡＴＣ＿ＢＡＳＥの算出に用いた、基本マップ値ＡＴＣ＿ＢＡＳＥを規定する基本マップ、又は希釈補正項ＡＴＣ＿ＢＤＬを規定する希釈補正マップを更新するものであり、図示しないが、前述した図１２の学習処理と同様にして行われる。

すなわち、ＥＧＲフラグＦ＿ＥＧＲ＝０で、筒内ガスがＥＧＲガスで希釈されていない状態のときには、基本マップを更新する。この基本マップの更新は、例えば、今回算出されたフィードバック補正項ＡＴＣ＿ＦＢと所定の係数ＫＬ２（０＜ＫＬ２＜１）との乗算値ＡＴＣ＿ＦＢ・ＫＬ２を、基本マップのうちの今回のエンジン回転数ＮＥ及び吸気位相ＣＡＩＮに対応するマップ値ＡＴＣ＿ＢＣＡＩＮｉｊに加算することによって行われる。

一方、ＥＧＲフラグＦ＿ＥＧＲ＝１で、筒内ガスがＥＧＲガスで希釈されている状態のときには、希釈補正マップを更新する。この希釈補正マップの更新は、例えば、上記の乗算値ＡＴＣ＿ＦＢ・ＫＬ２を、希釈補正マップのうちの今回のエンジン回転数ＮＥ及び希釈率Ｒ＿ＤＬに対応するマップ値ＡＴＣ＿ＢＤＬｉｊに加算することによって行われる。

以上のように、本実施形態によれば、燃焼状態パラメータとしてＭＦＢ５０を用い、実ＭＦＢ５０を算出するとともに、目標ＭＦＢ５０を設定する。そして、実ＭＦＢ５０が目標ＭＦＢ５０になるように、フィードバック制御を用いて、筒内ガスの流動の強さを制御するタンブル制御弁１５ａのタンブル開度ＡＴＣを算出するので、実ＭＦＢ５０を目標ＭＦＢ５０に精度良く制御することができる。

また、第１実施形態と同様、目標ＭＦＢ５０を、基本マップ値ＭＦＢ５０＿ＢＳと希釈補正項ＭＦＢ５０＿ＤＬとの和として設定し、希釈補正項ＭＦＢ５０＿ＤＬを、希釈率Ｒ＿ＤＬが高いほど、すなわち筒内ガス中の燃料割合が低いほど、より進角側に算出する。これにより、筒内ガス中の燃料割合の減少に伴う燃焼速度の低下分を補償するように、目標ＭＦＢ５０を適切に設定できる。また、基本マップ値ＭＦＢ５０＿ＢＳを、エンジン回転数ＮＥ及び吸気位相ＣＡＩＮに応じて算出する。以上から、筒内ガス中の燃料割合とエンジン３の運転状態に応じて、目標ＭＦＢ５０を適切に設定でき、したがって、燃費及び排ガス特性を向上させることができる。

また、点火時期ＩＧを、基本値ＡＴＣ＿ＢＡＳＥと、実ＭＦＢ５０が目標ＭＦＢ５０になるように算出されたフィードバック補正項ＡＴＣ＿ＦＢとの和として算出する。また、上記の基本値ＡＴＣ＿ＢＡＳＥを、基本マップ値ＡＴＣ＿ＢＣＡＩＮと希釈補正項ＡＴＣ＿ＢＤＬとの和として算出するとともに、希釈補正項ＡＴＣ＿ＢＤＬを、希釈率Ｒ＿ＤＬが高いほど、より小さな値（絞り側）に算出する。これにより、燃料割合に応じた流動強さの要求度合を反映させながら、タンブル開度ＡＴＣの基本値ＡＴＣ＿ＢＡＳＥを適切に算出でき、この基本値ＡＴＣ＿ＢＡＳＥとフィードバック補正項ＡＴＣ＿ＦＢを用いた、タンブル開度ＡＴＣによるフィードバック制御の応答性を高めることができる。

さらに、フィードバック補正項ＩＧ＿ＦＢに基づいて、基本マップに記憶された基本マップ値ＡＴＣ＿ＢＣＡＩＮ、又は希釈補正マップに記憶された希釈補正項ＡＴＣ＿ＢＤＬを更新するので、基本値ＡＴＣ＿ＢＡＳＥの適正値からのずれを適切に補正でき、タンブル開度ＡＴＣによるフィードバック制御の応答性をさらに高めることができる。

なお、本発明は、説明した第１及び第２実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、両実施形態では、燃焼状態を表す燃焼状態パラメータとして、ＭＦＢ５０（質量燃焼割合が５０％になるクランク角）を用いているが、これに限らず、他のパラメータを用いてもよい。例えば、質量燃焼割合が５０％以外の所定割合になるクランク角（例えば１０％になるＭＦＢ１０）や、所定のクランク角までに発生する質量燃焼割合を用いてもよい。あるいは、筒内圧ＰＣＹＬの最大値である最大筒内圧ＰＣＹＬＭＡＸや、筒内圧ＰＣＹＬが最大になるクランク角である最大筒内圧角などを用いることも可能である。

また、第２実施形態では、筒内ガスの流動の強さを制御する筒内流動制御装置として、タンブル流の強さを制御するタンブル流制御機構１５を用いているが、これに代えて、筒内ガスのスワール流の強さを制御するスワール流制御装置、気筒３ａ内への燃料の噴射圧力を制御する噴射圧力制御装置、又は気筒３ａ内への燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御装置などを用いてもよい。これらの制御装置はいずれも、各々の流動制御パラメータ（例えばスワール制御弁の開度、噴射圧力、噴射時期）を変更することによって、筒内ガスの流動の強さを制御することが可能であるので、前述した第２実施形態による効果を同様に得ることができる。

また、実施形態では、フィードバック制御として、ＰＩＤ制御を用いているが、これに代えて、スライディングモード制御などを採用してもよいことはもちろんである。

また、実施形態は、本発明を車両用のガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の形式のエンジン、例えばディーゼルエンジンや、他の用途のエンジン、例えばクランクシャフトを鉛直方向に配置した船外機のような船舶推進機用エンジンなどに適用可能である。本発明の第２実施形態は、点火時期によらずに燃焼状態を制御するので、ディーゼルエンジンに特に有効である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

２ ＥＣＵ（燃焼状態パラメータ取得手段、燃料割合パラメータ取得手段、目標値設定 手段、点火時期算出手段、記憶手段、基本値更新手段、筒内流動制御装置、流動制 御パラメータ算出手段）
３ 内燃機関
３ａ 気筒
６ 点火プラグ
１５ タンブル流制御機構（筒内流動制御装置）
２１ 筒内圧センサ（燃焼状態パラメータ取得手段）
２４ クランク角センサ（運転状態検出手段）
２５ カム角センサ（運転状態検出手段）
実ＭＦＢ５０ （燃焼状態パラメータ）
目標ＭＦＢ５０ （燃焼状態パラメータの目標値）
Ｒ＿ＤＬ 希釈率（燃料割合パラメータ）
ＩＧ 点火時期
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の運転状態）
ＣＡＩＮ 吸気位相（内燃機関の運転状態）
ＩＧ＿ＢＡＳＥ 点火時期の基本値
ＩＧ＿ＦＢ 点火時期のフィードバック補正項（フィードバック補正値）
ＩＧ＿ＢＣＡＩＮ 点火時期の基本マップ値（点火時期の基本値）
ＩＧ＿ＢＤＬ 点火時期の希釈補正項（点火時期の基本値）
ＡＴＣ タンブル開度（流動制御パラメータ）
ＡＴＣ＿ＢＡＳＥ タンブル開度の基本値（流動制御パラメータの基本値）
ＡＴＣ＿ＦＢ タンブル開度のフィードバック補正項（フィードバック補正値）
ＡＴＣ＿ＢＣＡＩＮ タンブル開度の基本マップ値（流動制御パラメータの基本値）
ＡＴＣ＿ＢＤＬ タンブル開度の希釈補正項（流動制御パラメータの基本値）

Claims (4)

1. 内燃機関の気筒内に充填された筒内ガスの流動の強さを、流動制御パラメータを変更することによって制御する筒内流動制御装置と、
   前記筒内ガスの燃焼状態を表す燃焼状態パラメータを取得する燃焼状態パラメータ取得手段と、
   前記筒内ガス中の燃料の割合を表す燃料割合パラメータを取得する燃料割合パラメータ取得手段と、
   当該取得された燃料割合パラメータに応じて、前記燃焼状態パラメータの目標値を設定する目標値設定手段と、
   前記燃焼状態パラメータが前記設定された目標値になるようにフィードバック制御を用いて、前記筒内流動制御装置の前記流動制御パラメータを算出する流動制御パラメータ算出手段と、を備え、
   前記流動制御パラメータ算出手段は、前記燃料割合パラメータに応じて前記流動制御パラメータの基本値を算出し、前記フィードバック制御に基づくフィードバック補正値を算出するとともに、前記算出された基本値及びフィードバック補正値を用いて、前記流動制御パラメータを算出し、
   前記流動制御パラメータの前記基本値を記憶する記憶手段と、
   当該記憶手段に記憶された基本値を、前記フィードバック補正値に基づいて更新する基本値更新手段と、をさらに備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段をさらに備え、
   前記目標値設定手段は、前記燃料割合パラメータ及び前記検出された内燃機関の運転状態に応じて、前記目標値を設定す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。
3. 前記筒内流動制御装置は、筒内ガスのタンブル流の強さを制御するタンブル流制御装置、筒内ガスのスワール流の強さを制御するスワール流制御装置、前記気筒内への燃料の噴射圧力を制御する噴射圧力制御装置、及び前記気筒内への燃料の噴射時期を制御する噴射時期制御装置の１つであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記気筒内の圧力を検出する筒内圧センサをさらに備え、
   前記燃焼状態パラメータ取得手段は、前記筒内圧センサの検出結果に基づき、質量燃焼割合が５０％になるクランク角を、前記燃焼状態パラメータとして算出することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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