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JP3201936B2 - 筒内噴射エンジンの制御装置 - Google Patents

筒内噴射エンジンの制御装置

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JP3201936B2
JP3201936B2 JP25241195A JP25241195A JP3201936B2 JP 3201936 B2 JP3201936 B2 JP 3201936B2 JP 25241195 A JP25241195 A JP 25241195A JP 25241195 A JP25241195 A JP 25241195A JP 3201936 B2 JP3201936 B2 JP 3201936B2
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engine
control device
direct injection
combustion
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  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、筒内噴射エンジン
の制御装置に係り、特に運転条件によって決定される目
標トルクをもとに、所定の目標トルクに対応した複数の
制御定数群で良好な制御を行うエンジン制御装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の筒内噴射エンジンの制御として
は、たとえば特開平4−241754 号に記載されているよう
に燃焼室温度が低いとき、低い負荷回転領域で成層燃焼
から均一燃焼への切り替えを行ってエミッションの向
上、及びスモークの発生を防止する筒内噴射式内燃機関
を開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、筒内噴射式
内燃機関の最大の特徴は前述のように成層燃焼が可能と
なり、これにより従来の方式に比べて燃費の大幅な改善
が期待できることであるが、車両としてみた場合には
（１）運転者の高出力要求にも対応する必要がある。
（２）高速高負荷領域ではエンジン保護のために必ずし
も成層燃焼が最適とはいいがたい。
【０００４】先の従来技術は燃焼室温度を考慮し成層か
ら均一への切り替えを行うようにしたものであるが、下
記の点での具体的な制御装置の開示はない。
【０００５】（１）上記の様に車両（運転者）の要求に
従った運転条件でのエンジン制御装置。
【０００６】（２）特に成層領域で安定した燃焼状態を
確保しながらの制御装置。
【０００７】本発明の目的は、 （１）上記の様に燃費を重要視する領域，運転者の出力
意図を反映させる領域，さらに高出力とエンジン保護を
考慮する領域とで、成層燃焼，通常のリーンバーン燃焼
相当空燃比燃焼，均一ストイキ燃焼を安定にかつ正確に
行わせる制御装置を提供するものである。
【０００８】（２）さらに成層燃焼状態を常に安定した
燃焼状態に保つ制御装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、車両
運転状態に応じてエンジン回転数と運転者の意図である
アクセル開度により目標トルクを決定し、それぞれの目
標トルクで決定される複数の制御定数群により燃料先行
制御を行うことで達成される。
【００１０】上記第２の目的はエンジン燃焼状態を常時
監視し、燃焼状態に応じて制御定数群の補間及び補間時
に時間関数を設け、さらにその結果を学習制御すること
で達成される。
【００１１】第１の手段についてはエンジン回転数と運
転者の意図を反映したアクセル開度により目標トルクす
なわち目標空燃比を設定し、この目標トルクに対応する
制御定数群を予め設定しておき、それぞれの制御定数群
で制御する。複数の制御定数群の１つは燃費を重要視す
る成層燃焼を可能にするものであり、もう１つは高出力
とエンジン保護を考慮する均一ストイキ燃焼を可能にす
るもので、本発明ではさらに中間の目標トルクに対応す
る制御定数群を備えて、それぞれ制御定数群はそれぞれ
の目標トルク領域で安定した燃焼を行わせるように作用
することができる。
【００１２】さらに第２の手段についての制御定数群補
間制御については、燃焼状態の悪化現象が検出された場
合、別の制御定数群（目標トルクがアップする方向）と
の間で補間制御を行うことで常に安定した燃焼を確保で
きるように作用する。同時に補間制御に時間関数を設け
ることで目標トルクの急激な変化を抑制した制御を可能
にする。
【００１３】上記の目標トルク変更のための補間結果を
次の制御に反映させるための学習機能により、再度同一
の運転条件となった場合にも安定した制御を可能にする
ように作用する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるエンジン制御
装置について、図示の実施例により詳細に説明する。
【００１５】図１は本発明の適用されるエンジンシステ
ムの一例を示したもので、図においてエンジンが吸入す
る空気はエアクリーナ１の入口部２から取り入れられ、
吸気流量を制御するスロットル弁５が収容されたスロッ
トルボディを通り、コレクタ６に入る。
【００１６】そして、ここで吸気はエンジン７の各シリ
ンダに接続された各吸気管に分配され、シリンダ内に導
かれる。
【００１７】他方、ガソリンなどの燃料は、燃料タンク
１４から燃料ポンプ１０により１次加圧され、さらに燃
料ポンプ１１により２次加圧され、インジェクタ９が配
管されている燃料系に供給される。１次加圧された燃料
は燃圧レギュレータ１２により一定の圧力（例えば３kg
／cm2 ）に調圧され、より高い圧力に２次加圧された燃
料は燃圧レギュレータ１３により一定の圧力（例えば３
０kg／ｍ2 ）に調圧され、それぞれのシリンダに設けら
れているインジェクタ９からシリンダの中に噴射され
る。又、スロットルボディにはスロットル弁５の開度を
検出するスロットルセンサ４が取り付けてあり、その出
力はコントロールユニット１５に入力されるようになっ
ている。スロットル弁５は運転車の意図であるアクセル
踏み込み量を検出するアクセルセンサ３の開度を検出し
てコントロールユニット１５からの制御信号によりスロ
ットル弁５に接続されたモータ２０で制御されるスロッ
トルアクチュエータとして構成されている。次に、１６
はカムシャフト軸に取り付けられたクランク角センサ
で、クランク軸の回転位置を表す基準角信号ＲＥＦと回
転信号（回転数）検出用の角度信号ＰＯＳとが出力さ
れ、これらの信号もコントロールユニット１５に入力さ
れるようになっている。ここで、クランク角センサは２
１のようにクランク軸の回転を直接検出するタイプでも
よい。１８は排気管に設けられた温度センサで、１９は
水温センサでそれぞれの出力信号もコントロールユニッ
ト１５に入力されるようになっている。
【００１８】次に、本発明の制御ブロック図の全体を図
２に示す。
【００１９】まず、ブロック２１でエンジン回転数Ｎｅ
と運転車の出力意図であるアクセル開度から運転条件の
目標トルクを求める。ここで目標トルクは目標空燃比と
して設定しており、本発明では低速軽負荷の領域では燃
費重視として空燃比４０の成層燃焼の設定としてある。
さらに高負荷側では運転者の高出力要求に対応する必要
があり本発明では目標空燃比３０を設定している。高速
高負荷領域ではエンジン保護のために均一のストイキ燃
焼領域を設定してある。
【００２０】次にブロック２２で目標トルク（＝目標空
燃比）を決定してその後目標トルク別の制御常数群か
ら、所定の制御常数検索及び決定を行う。本発明では目
標空燃比に対応するパルス幅Ｔｉ，燃料噴射時期，点火
時期設定を行っているがこれに限定されるものではな
い。
【００２１】次にブロック２３で目標空燃比を基に必要
空気流量の算出さらにその流量を達成するための目標ス
ロットル開度の算出を行う。
【００２２】これは図３に示すように目標空燃比とその
時のインジェクタの駆動パルス幅が決定されれば目標空
気流量Ｑｆは Ｑｆ＝（Ａ／Ｆ）×燃料量（＝パルス幅） で決定される。スロットルを通過する空気流量はそのと
きのエンジン回転数とスロットル開度(＝開口面積)で決
定されるわけであり、目標スロットル開度ＴＶＯは ＴＶＯ＝ｆ（Ｑａ，Ｎ） の関数として与えられる。
【００２３】ブロック２４ではブロック２３で算出され
たスロットル開度でスロットル弁を制御すると同時に、
ブロック２２で決定される点火時期での点火制御と、噴
射時期でのインジェクタ駆動を行う。
【００２４】ブロック２４の燃料，点火制御でエンジン
は運転されその結果として、エンジンからは所定の駆動
トルク及び回転数が発生する。
【００２５】以上の構成が本発明の第１の課題に対応す
る部分であり、目標トルクに対応する制御常数群を設け
てそれぞれの制御常数でエンジン制御を行う。
【００２６】このように、本発明は、燃費、出力等の要
求を満足させる構成としてある。また、目標トルクの設
定は、その車両の特性に合わせて、任意に設定できる構
成となっている。
【００２７】次に本発明の第２の課題に対応する部分の
構成について説明する。
【００２８】本発明ではエンジン燃焼状態の評価をサー
ジ指標で行う構成としているブロック２６でエンジン回
転数をもとに燃焼状態を検出してその結果にもとづいて
スロットル開度の制御継続あるいは燃焼状態が悪化傾向
で有ればブロック２７で補間係数を算出してその結果に
もとづいて目標トルクの修正を行い安定状態での制御を
可能にする。
【００２９】本発明の一実施例ではエンジン燃焼の安定
指標を後で詳細説明するサージ指標で判定しているがこ
の方法に限定されるものではない。
【００３０】以上の構成を整理すると図４に示すように
目標トルクの選択，制御常数群の選択，目標スロットル
開度の算出，スロットル開度の制御がメインルーチンに
なる。
【００３１】次に各ブロックでの詳細制御内容について
説明する。まずブロック２６のサージ指標について図５
で説明する。
【００３２】まず、エンジン回転数Ｎｅをバンドパスフ
ィルタ１０１に入力する。バンドパスフィルタの透過周
波数は例えば１Ｈｚ〜９Ｈｚとする。バンドパスフィル
タを通過した信号はサージトルクの成分のみとなり、こ
れを実効値変換手段１０２により実効値変換する。この
ようにして、サージトルクを表わすサージ指標Ｑが得ら
れる。具体的には図６に示すように処理６１でのエンジ
ン回転数Ｎｅの入力、処理６２でのＦＦＴ処理で周波数
成分の抽出、処理６３で所定範囲のバンドパス処理を行
い、処理６４で逆ＦＦＴを行い再度時間軸上のデータに
もどして、処理６５で実効値演算を行い処理６６でサー
ジ指標の算出を行う。
【００３３】サージ指標については図１８に示すように
Ｑlow とＱhiのレベルを設けてサージレベルの判定を行
う。これは図２のブロック２６でサージ指標の算出後安
定状態としてそのまま目標スロットル開度の制御を行う
かあるいは燃焼悪化と判断して制御常数群の補間制御を
行うかの判定を行うためのものである。
【００３４】次に、図７，図８，図９，図１０により詳
細制御を説明する。
【００３５】ステップ１００で目標トルクの変更有無を
判定する。ＮＯであれば後で説明する燃焼状態の判定を
行う。 変更が有ればステップ１０１でフラグ判定を行う。この
フラグはあとで説明するマップ補間制御であるマップバ
リアブル制御中か否を判定するフラグであり、Ｎｏの場
合には図１１以降説明するマップバリアブル制御継続し
て行う。Ｙesであればステップ１０２で目標トルクに対
応する噴射パルス幅，噴射時期，点火時期制御常数を決
定する。
【００３６】その後マップバリアブル制御の回数と制御
フラグをクルアしてルーチンを終了する。この判定ルー
チンは時間割り込みあるいは不定時間割り込みどちらで
も可能である。
【００３７】次にステップ１００でＮｏ判定後は図８の
制御となる。ステップ２００でマップバリアブル制御中
か否の判定を行い制御中であればの制御となるマップ
バリアブル制御中でない場合には別のルーチンで算出し
たサージ指標Ｑのレベル判定をステップ２０１，２０２
で行う。ステップ２０１のＹes判定はサージ指標Ｑが所
定レベル以下であり安定燃焼状態を表しているのでマッ
プバリアブルルーチンを終了して図９に示すように継続
してスロットル制御を行う。これは図２中の（ａ）の制
御に対応するものである。
【００３８】本発明のスロットル制御の基本は図９に示
すように、図２ブロック２３で求めた目標開度に対して
現在の実開度読み込み，目標開度と実開度の偏差の算
出，偏差によってスロットル制御モータへの通電Duty算
出，出力を行う構成となっている。
【００３９】ステップ２０２での判定でＹes判定はサー
ジ指標がＱlow とＱhiの間にあり燃焼状態としてはやや
悪くなっているあるいはなりつつある状態を検出してい
る。一方Ｎｏ判定はサージ指標はＱhi以上で燃焼状態悪
化を表しているステップ203,２０４ではサージレベルで
後で説明するバリアブル制御の回数Dumpを設定すると同
時に、バリアブル制御中のフラグをセットする。
【００４０】このDump常数の設定により制御常数群の補
間制御に時間の関数を持たせて、急激な常数変化をさけ
滑らかな制御を可能にする。
【００４１】次に図１０を説明する。ステップ３００で
は後で説明するマップバリアブル制御を行い、その後ス
テップ３０１で時間関数のDumpのデクリメントを行う。
本ルーチンを所定回数経過させることで時間関数を持た
せる構成としてある。ステップ３０２でDump回数が０に
なっていなければそのまま終了し、０になっていれば制
御フラグを０として本ルーチンを終了させる。
【００４２】図１１〜図１５によりマップバリアブル制
御の詳細について説明する。
【００４３】今図１１×印の点で運転していた場合を考
える、この時点でサージ指標ＱがＱlow あるいはＱhiを
超えた場合には×点での燃焼が悪化しているわけであり
そのままの運転を続行すれば所定の低燃費を達成できな
いばかりでなく、運転車に不快感を与える。
【００４４】Ｑlow あるいはＱhi検出時点では目標トル
クすなわち目標空燃比は４０で運転されているわけであ
るが、燃焼悪化検出で図１２に示すようにバリアブル領
域を持たせて所定の時間で目標トルクをより高トルク側
の目標トルク３０の制御常数に移行させる制御を行わせ
る。
【００４５】図１３，図１４，図１５で具体的に噴射パ
ルス幅Ｔｉを例に説明する。
【００４６】添え字４０は目標空燃比４０を添え字３０
は目標空燃比３０を示す。
【００４７】今Ｔｉ４０の点でパルス幅２ｍｓで運転し
ていて、サージ検出が合った場合所定のバリアブル領域
を経て目標空燃比３０のパルス幅であるＴｉ＝２.７ｍ
ｓ へ段階的に移行させるものである。
【００４８】図１６にマップバリアブル制御の詳細フロ
ーを示す。
【００４９】ステップ４００ではバリアブル量Tival の
計算終了フラグ判定であり初回通過時にはステップ４０
１でＴｉ４０とＴｉ３０の差を計算し、ステップ４０２
で本ルーチン１回すなわち一回のパルス幅変化量Tival
を計算する。このバリアブル量は初回計算のみ必要であ
り次回移行計算させないためにステップ４０３でフラグ
をセットする。
【００５０】ステップ４０４で実際にインジェクタに出
力するパルス幅の変更を本ルーチン毎にTival ずつ変更
するようにしてある。
【００５１】図８フロー中のステップ２０３及び２０４
でサージ指標の悪化状況でバリアブル変数であるDumpを
区別しているのは、燃焼悪化が大きいときには速やかに
バリアブルを終了させより高トルク側へ移行させ、軽度
の悪化で有れば緩やかに移行させるために設定してある
ものである。
【００５２】噴射時期，点火時期制御についても同様の
制御を行うわけである。
【００５３】図１７に目標トルクの学習マップを示す。
マップ中の×点で上記のバリアブル制御を実行した場合
にはその領域を目標トルク変更させることで、次回同一
運転条件が発生した場合に速やかに安定燃焼が可能な構
成となっている。
【００５４】
【発明の効果】本発明は、筒内噴射エンジンの燃料先行
制御において、 （１）燃費を重要視する領域，運転者の出力意図を反映
させる領域、さらに高出力とエンジン保護を考慮する領
域とで、成層燃焼，通常のリーンバーン燃焼相当空燃比
燃焼，均一ストイキ燃焼を安定にかつ正確に行わせる制
御装置を実現でき、筒内噴射エンジンに適した制御装置
を提供できる。
【００５５】（２）さらに成層燃焼状態を常に安定した
燃焼状態に保つ制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用される筒内噴射エンジンシステム
の一例。
【図２】本発明の一実施例である制御ブロック図。
【図３】燃料先行制御の基本フルー図。
【図４】図２の基本フロー図。
【図５】サージ指標制御ブロック図。
【図６】図５の制御フロー図。
【図７】本発明の一実施例のフロー図。
【図８】本発明の一実施例のフロー図。
【図９】本発明の一実施例のフロー図。
【図１０】本発明の一実施例のフロー図。
【図１１】バリアブル制御説明図。
【図１２】バリアブル制御説明図。
【図１３】バリアブル制御説明図。
【図１４】バリアブル制御説明図。
【図１５】バリアブル制御説明図。
【図１６】バリアブル制御フロー図。
【図１７】バリアブル制御結果にもとづく学習マップ。
【図１８】サージ指標のレベルを示す図。
【符号の説明】
７…エンジン、９…インジェクタ、１５…コントロール
ユニット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ Ｃ (72)発明者 嶋田 耕作 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (56)参考文献 特開 平７−27003（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−63098（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−99741（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−78747（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−291729（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−241754（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 41/02 - 41/04 F02D 29/02 F02D 45/00 340 F02P 5/15

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料をエンジンのシリンダ内に直接供給
    する燃料供給手段と、 前記シリンダ内に吸入される吸入空気量を制御する吸入
    空気量制御手段と、 前記シリンダ内の燃料と空気の混合気に点火する点火手
    段と、 前記燃料供給手段と前記吸入空気量制御手段と前記点火
    手段のうち少なくとも１つを制御する制御手段とを備え
    た筒内噴射エンジンの制御装置において、 前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段
    と、 複数の、前記制御手段の使用する定数またはマップまた
    はテーブルを記憶する制御定数群とを備え、 前記複数の制御定数群は、前記エンジンの回転数とアク
    セル開度から決定される目標トルクに基づいて選択さ
    れ、前記エンジンの燃焼状態に基づいて補間を行うこと
    を特徴とする筒内噴射エンジンの制御装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記補間操作に時間
    の函数を持たせることを特徴とする筒内噴射エンジンの
    制御装置。
  3. 【請求項３】 請求項１において、前記複数の制御定数
    群のうち、少なくとも１つは成層燃焼用の制御定数群で
    あり、少なくとも１つは均一ストイキ燃焼制御用の制御
    定数群であることを特徴とする筒内噴射エンジンの制御
    装置。
  4. 【請求項４】 請求項１又は２において、前記目標トル
    クは、前記エンジンへの吸入空気流量により制御される
    ことを特徴とする筒内噴射エンジンの制御装置。
  5. 【請求項５】 請求項４において、前記空気流量制御が
    電気的手段により行われることを特徴とする筒内噴射エ
    ンジンの制御装置。
  6. 【請求項６】 請求項１又２において、前記目標トルク
    に基づいた選択の範囲が前記エンジン燃焼状態により学
    習されることを特徴とする筒内噴射エンジンの制御装
    置。
  7. 【請求項７】 請求項１において、前記エンジンの燃焼
    状態は、エンジンのサージ指標であることを特徴とする
    筒内噴射エンジンの制御装置。
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