JP5170691B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気系におけるエネルギ、例えは熱量を制御するように構成された内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine configured to control energy in an exhaust system of the internal combustion engine, for example, heat quantity.
特許文献1には、内燃機関の排気通路に配置された触媒に供給すべき排気エネルギの目標値を設定する目標値設定手段と、その触媒に供給されている現実の排気エネルギを推定する排気エネルギ推定手段と、それら排気エネルギの目標値と現実の排気エネルギとが一致するように内燃機関の制御パラメータを制御するパラメータ制御手段とを備える内燃機関の制御装置が開示されている。そして、そのパラメータ制御手段は、点火時期を制御する点火時期制御手段を含むことができる。このような構成を備える特許文献1に記載の装置は、例えば、良好な排気エミッション特性を実現しようとする。 Patent Document 1 discloses target value setting means for setting a target value of exhaust energy to be supplied to a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, and exhaust energy for estimating actual exhaust energy supplied to the catalyst. A control device for an internal combustion engine is disclosed that includes estimation means and parameter control means for controlling control parameters of the internal combustion engine so that the target values of the exhaust energy and the actual exhaust energy match. The parameter control means can include ignition timing control means for controlling the ignition timing. The device described in Patent Document 1 having such a configuration is intended to realize, for example, good exhaust emission characteristics.
ところで、排気エネルギ、具体的には排気熱量は、複数の制御パラメータに基づいて種々の制御対象を制御することで調整することが可能である。しかし、制御パラメータごとに、制御応答性が異なる。例えば、点火時期はその応答性が相対的に早いが、吸気充填効率はその応答性が相対的に遅い。そこで、より適切に排気エネルギを制御するためには、制御パラメータの制御応答性を考慮することが有効である。 By the way, the exhaust energy, specifically the exhaust heat amount, can be adjusted by controlling various control objects based on a plurality of control parameters. However, control responsiveness differs for each control parameter. For example, the ignition timing has a relatively fast response, but the intake charge efficiency has a relatively slow response. Therefore, in order to more appropriately control the exhaust energy, it is effective to consider the control responsiveness of the control parameter.
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、制御パラメータの応答性を考慮して、排気エネルギをより適切に制御することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to more appropriately control the exhaust energy in consideration of the responsiveness of the control parameter.
上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、排気エネルギを制御するように構成された内燃機関の制御装置であって、目標排気エネルギと実排気エネルギとの差が所定量以上のとき、目標排気エネルギ実現可能性を有する、内燃機関の複数の制御パラメータの値の複数の組み合わせから、複数の制御パラメータの応答性を考慮して、1つの組み合わせを選択する選択手段と、該選択手段によって選択された複数の制御パラメータの値の1つの組み合わせに基づいて内燃機関を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an internal combustion engine control apparatus according to the present invention is an internal combustion engine control apparatus configured to control exhaust energy, wherein a difference between target exhaust energy and actual exhaust energy is a predetermined amount. At the above time, selecting means for selecting one combination in consideration of the responsiveness of a plurality of control parameters from a plurality of combinations of a plurality of control parameter values of the internal combustion engine having target exhaust energy feasibility Control means for controlling the internal combustion engine based on one combination of the values of the plurality of control parameters selected by the selection means.
好ましくは、上記選択手段は、複数の制御パラメータの値の複数の組み合わせの各組み合わせに関して、複数の制御パラメータの応答性を考慮した架空距離値を算出する架空距離値算出手段と、該架空距離値算出手段により算出された、複数の架空距離値の内から最小値を選択する最小値選択手段と、該最小値選択手段により選択された最小の架空距離値に対応する、複数の制御パラメータの値の1つの組み合わせを、目標排気エネルギに適合した1つの組み合わせに決定する決定手段とを備える。 Preferably, the selection means includes, for each combination of a plurality of combinations of a plurality of control parameter values, an aerial distance value calculation means that calculates an imaginary distance value considering the responsiveness of the plurality of control parameters, and the aerial distance value The minimum value selecting means for selecting the minimum value from among the plurality of fictitious distance values calculated by the calculating means, and the values of the plurality of control parameters corresponding to the minimum fictitious distance value selected by the minimum value selecting means. And determining means for determining one combination of the two to match the target exhaust energy.
また、上記選択手段は、記憶装置に記憶される、排気エネルギと複数の制御パラメータとの相関データと、内燃機関の排気系における実排気エネルギを算出する実排気エネルギ算出手段と、内燃機関の前記排気系における目標排気エネルギを算出する目標排気エネルギ算出手段と、実排気エネルギ算出手段によって算出された実排気エネルギと目標排気エネルギ算出手段によって算出された目標排気エネルギとの差が所定量以上のとき、相関データを目標排気エネルギに基づいて検索して、複数の制御パラメータの値の複数の組み合わせを選択する複数組み合わせ選択手段とを備えるとよい。 The selection means includes correlation data between the exhaust energy and a plurality of control parameters stored in the storage device, actual exhaust energy calculation means for calculating actual exhaust energy in the exhaust system of the internal combustion engine, and the internal combustion engine When the difference between the target exhaust energy calculating means for calculating the target exhaust energy in the exhaust system and the actual exhaust energy calculated by the actual exhaust energy calculating means and the target exhaust energy calculated by the target exhaust energy calculating means is a predetermined amount or more. And a plurality of combination selection means for searching the correlation data based on the target exhaust energy and selecting a plurality of combinations of a plurality of control parameter values.
なお、排気エネルギは、排気熱量であるとよい。 The exhaust energy is preferably the exhaust heat quantity.
そして、さらに、上記実排気エネルギ検出手段により検出あるいは推定された実排気エネルギを用いて、上記相関データを更新するデータ更新手段をさらに備えるとよい。 Further, it is preferable to further include data update means for updating the correlation data using the actual exhaust energy detected or estimated by the actual exhaust energy detection means.
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明による内燃機関の制御装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関10は、シリンダブロック12に形成された燃焼室14の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、気筒16内でピストン18を往復移動させることにより動力を発生するものである。なお、図1には1気筒のみが示されるが、内燃機関10は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関10は、例えば4気筒エンジンとして構成される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine to which a control device for an internal combustion engine according to the present invention is applied. The
各燃焼室14に臨む吸気ポートは、吸気マニホールド20に接続されている。この吸気マニホールド20上流側には、順に、サージタンク22および吸気管24が接続されている。吸気管24は、エアクリーナ26を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、吸気管24の中途(サージタンク22とエアクリーナ26との間)には、スロットルバルブ(本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ)28が組み込まれている。
An intake port facing each
他方、各燃焼室14に臨む排気ポートは、排気マニホールド30に接続され、この排気マニホールド30は下流側に排気管32が接続されている。排気管32には、三元触媒を含む前段触媒装置34およびNOx吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置36が接続されている。
On the other hand, an exhaust port facing each
内燃機関10のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Viと、排気ポートを開閉する排気弁Veとが燃焼室14ごとに配設されている。各吸気弁Viおよび各排気弁Veは、可変バルブタイミング機能を有する動弁機構(図示省略)によって開閉させられる。更に、内燃機関10は、気筒数に応じた数の点火プラグ40を有し、点火プラグ40は、対応する燃焼室14に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。
In the cylinder head of the
更に、内燃機関10は、図1に示されるように、複数のインジェクタ42を有し、インジェクタ42は、対応する燃焼室14に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。そして、内燃機関10では、各燃焼室14に空気を吸入させた状態で、各インジェクタ42から各燃焼室14内のピストン18の凹部18aに向けてガソリン等の燃料が直接噴射される。これにより、内燃機関10では、点火プラグ40の近傍に燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成(成層化)することが可能となり、極めて希薄な混合気を用いて安定した成層燃焼を実行することができる。
Further, as shown in FIG. 1, the
上述のスロットルバルブ28、各点火プラグ40、各インジェクタ42および動弁機構等は、内燃機関10の制御装置として実質的に機能するECU50に電気的に接続されている。ECU50は、何れも図示されないCPU、ROM、RAM、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。ECU50には、各種センサ類がA/D変換器等を介して電気的に接続されていて、例えば吸入空気量を検出するためのエアフローメータ52が接続されている。ECU50は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、スロットルバルブ28、点火プラグ40、インジェクタ42、動弁機構等を制御する。
The
図1に示されるように、ECU50に接続されるセンサ類には、クランク角センサ54が含まれる。クランク角センサ54は、クランクシャフトに固定されるロータプレート(シグナルプレート)等を含む磁気センサまたは光電式センサ等であり、クランクシャフトの回転角度を示すパルス信号を微小時間ごとにECU50に与える。また、内燃機関10は、半導体素子、圧電素子あるいは光ファイバ検出素子等を含む筒内圧センサ56を気筒数に応じた数だけ有している。各筒内圧センサ56は、対応する燃焼室14に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されており、それぞれ、図示されないA/D変換器を介してECU50に電気的に接続されている。各筒内圧センサ56は、燃焼室14の圧力すなわち筒内圧力に応じた電気信号を出力する。各筒内圧センサ56からの出力信号は、所定時間(所定クランク角)おきにECU50に順次与えられ、圧力値(例えば絶対圧力)にされた上で、クランク角と関連付けて、ECU50の所定の記憶領域(バッファ)に所定量ずつ格納保持される。
As shown in FIG. 1, the sensors connected to the
上記したように、内燃機関10では、各種センサ類からの出力信号に基づく各種の検出値に基づいて最適な運転状態が達成されるようにECU50による制御が行われる。そして、特にここでは、スロットルバルブ28、点火プラグ40、インジェクタ42および動弁機構の各応答性を考慮して、それらの制御が行われる。以下に、その制御例を図2のフローチャートに基づいて説明する。なお、図2のフローチャートは、制御対象である点火プラグ40、スロットルバルブ28、インジェクタ42および動弁機構の各応答性に基づく、複数の制御パラメータの各応答性を考慮して、それぞれの目標制御値を求める流れを表したフローチャートである。
As described above, the
ただし、本実施形態では、複数の制御パラメータの応答性を考慮して複数の制御パラメータの1つの組み合わせを選択する選択手段は、ECU50の一部を含んで構成される。また、内燃機関を制御する制御手段は、ECU50の一部を含んで構成される。
However, in the present embodiment, the selection unit that selects one combination of the plurality of control parameters in consideration of the responsiveness of the plurality of control parameters includes a part of the
内燃機関10を適切に作動させるように、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサ類からの出力信号に基づく検出値等に基づいて、内燃機関10の、点火プラグ40、スロットルバルブ28、インジェクタ42および動弁機構等が制御されているとき、図2のフローが実行される。なお、図2のフローの実行は、内燃機関10の始動時から行われる。しかし、内燃機関10の始動後、例えば内燃機関10の作動状態がある程度まで安定したときから内燃機関10が作動状態にある間、図2のフローが実行されてもよい。例えば、図2のフローが実行される開始時期は、所定回数のサイクル(吸気、圧縮、燃焼・膨張、排気の4行程)が完了した時とすることができる。そして、ここでは、各気筒16のサイクル毎に、図2のフローチャートは繰り返されるが、複数サイクル毎など、図2のフローチャートが繰り返される期間は種々設定され得る。
In order to properly operate the
ECU50は、まず、ステップS201で所定時期における筒内圧力を取得する。この筒内圧力は、筒内圧センサ56からの出力信号に基づいて得られる。ここでは、各サイクルでの排気弁Veの開弁(EVO)時の筒内圧力P(k,θ=θEVO)が取得される。上記のように、クランク角と関連付けて、筒内圧力が所定の記憶領域に格納保持されているので、その関連データを排気弁開弁時のクランク角で検索することで、排気弁Ve開弁時の筒内圧力が取得される。ただし、排気弁Veの開弁(EVO)時の筒内圧P(k,θ=θEVO)における添字「k」はkサイクル目を表し、添字「θ」はクランク角を表す。なお、以下に示される符号においても、同様の添字が用いられる。
The
ステップS201で取得された筒内圧力を用いて、排気弁Ve開弁時の筒内温度が算出される。この筒内温度の算出は、気体の状態方程式に基づいて、つまり、式(1)に基づいて求められる。ただし、T(k,θ=θEVO)はkサイクル目の排気弁開弁時に対応するクランク角θEVOでの筒内温度であり、V(k,θ=θEVO)は排気弁開弁時に対応するクランク角θEVOでの筒内容積であり、Rは気体定数である。したがって、V(k,θ=θEVO)とRとは一義的に定まる定数であり、ここでは予め定められて記憶されているデータであるので、ステップS201で求められたP(k,θ=θEVO)を用いることで、T(k,θ=θEVO)は求められる。 The in-cylinder temperature when the exhaust valve Ve is opened is calculated using the in-cylinder pressure acquired in step S201. The in-cylinder temperature is calculated based on the gas equation of state, that is, based on the equation (1). However, T (k, θ = θ EVO ) is the in-cylinder temperature at the crank angle θ EVO corresponding to the opening of the exhaust valve at the kth cycle, and V (k, θ = θ EVO ) is when the exhaust valve is opened. In-cylinder volume at the corresponding crank angle θ EVO , R is a gas constant. Therefore, V (k, θ = θ EVO ) and R are unambiguously determined constants, and here, since they are predetermined data stored, P (k, θ = By using (θ EVO ), T (k, θ = θ EVO ) can be obtained.
次に、ステップS205で、現在のサイクルにおける実際の排気エネルギ(実排気エネルギ)としての実際の排気熱量(実排気熱量)Q(k)が算出される。この実排気熱量の算出は、式(2)に基づいて行われる。ただし、T(k,θ=θEVO)は、上記ステップS203で算出した値であり、T0は定数であって例えば273Kである。また、Q0は温度がT0のときの熱量であってここでは定数とされて予め定められて記録されている。そして、CP(T)は定圧比熱であって温度の関数である。なお、このステップS205での演算を行うECU50の一部が実排気エネルギすなわち実排気熱量を算出する手段に含まれる。
Next, in step S205, an actual exhaust heat amount (actual exhaust heat amount) Q (k) is calculated as actual exhaust energy (actual exhaust energy) in the current cycle. The calculation of the actual exhaust heat quantity is performed based on the equation (2). However, T (k, θ = θ EVO ) is the value calculated in step S203, and T 0 is a constant, for example, 273K. Q 0 is the amount of heat when the temperature is T 0 , which is a constant and recorded in advance here. C P (T) is a constant pressure specific heat and is a function of temperature. A part of the
そして、こうしてステップS205で求められた実排気熱量Q(k)を用いて、ステップS207で排気エネルギとしての排気熱量と複数の制御パラメータとの相関データが更新される。その相関データは、予め実験に基づいて、あるいは種々の理論演算に基づいて構築されたデータであり、予め記憶装置に記録されている。そして、その相関データは、更新可能に記録されていて、内燃機関10の運転時間(作動時間)の経過に連れて学習される。複数の制御対象は、上記した、点火プラグ40、スロットルバルブ28、インジェクタ42および動弁機構であるのに対して、ここでは、それらを制御する上での複数の制御パラメータは、機関回転速度NE、吸気充填効率KL、筒内ガスの残留ガス割合re、筒内ガスの空燃比(燃焼前の筒内混合気の空燃比)raf、点火時期SAである。なお、ここでは、更新(学習)用の機関回転速度NEは、クランク角センサ54からの出力信号に基づいて求められる。同吸気充填効率KLは、エアフローメータ52からの出力信号に基づいて求められる。また、同残留ガス割合reは、吸排気弁Vi、Veのバルブタイミングやリフト量に基づいて求められてもよいが、ここでは後述するようにして算出される。また、同筒内ガスの空燃比rafは、空燃比センサを設けてそれを用いて求められてもよいが、ここでは、後述するようにして算出される。そして、同点火時期SAは、制御に用いられた記録データから読み込まれる。
Then, using the actual exhaust heat quantity Q (k) thus obtained in step S205, correlation data between the exhaust heat quantity as exhaust energy and a plurality of control parameters is updated in step S207. The correlation data is data that is constructed in advance based on experiments or various theoretical operations, and is recorded in advance in a storage device. The correlation data is recorded in an updatable manner and is learned as the operation time (operation time) of the
これらの複数の制御パラメータの値は、上記相関データにおいて、排気熱量と相互に関連付けられている。そして、種々の理論演算を必要に応じて利用して、ステップS205で求められた実排気熱量と相関データの排気熱量とを関連付けつつ、相関データは更新すなわち補正される。なお、このステップS207でのデータ更新を行うECU50の一部がデータ更新手段に含まれる。
The values of the plurality of control parameters are correlated with the exhaust heat quantity in the correlation data. Then, the correlation data is updated, that is, corrected while associating the actual exhaust heat quantity obtained in step S205 with the exhaust heat quantity of the correlation data using various theoretical calculations as necessary. Note that a part of the
ここで、残留ガス割合reや筒内ガスの空燃比rafの求め方が説明される。ただし、その詳細は、本出願人が出願人である特許文献2、特許文献3に開示されていて、ここではそれを本発明に適用できることを述べ、以下にその概要のみを述べる。 Here, how to obtain the residual gas ratio re and the air-fuel ratio raf of the in-cylinder gas will be described. However, the details are disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3 to which the present applicant is the applicant, and here, it is described that it can be applied to the present invention, and only the outline is described below.
残留ガス割合reの求め方は、特許文献2に開示されている。気筒における筒内圧と、気筒における容積(筒内容積)と、気筒内のガスの温度(筒内ガス温度)とに基づいて、筒内に残留する残留ガス量を算出する。具体的には、筒内圧、筒内容積、および筒内ガス温度を気体の状態方程式に代入することによって筒内の全ガス量(筒内ガス量)を得て、この筒内ガス量からエアフローメータより取得された新気ガス量を減算することによって残留ガス量を得る。そして、残留ガス量の筒内ガス量に対する割合を算出することで、残留ガス割合reを求めることができる。なお、筒内ガス温度は、例えば気筒の壁温(筒内壁温)に基づいて算出され得、筒内壁温は、冷却水温度に基づいて算出され得る。そして、筒内ガス温度は、所定の2点のクランク角における筒内ガス温度の比と、上記の筒内壁温とに基づいて算出され得る。詳しくは、所定の2点のクランク角は、クランク角が変化する間に、気筒内におけるガスの流入・流出がなく、燃料の点火などが行われないような2点に設定される。すなわち、圧縮行程時のクランク角の2点を選定する。このように2点のクランク角を設定することにより、クランク角が変化したときの筒内ガス温度の変化が、筒内壁温によって一義的に定まる。したがって、筒内ガス温度の比と筒内の壁温との関係に基づいて、筒内ガス温度を精度良く求めることが可能となる。なお、筒内ガス温度の比は、所定の2点のクランク角における筒内圧と筒内容積とを用いて、ボイル・シャルルの法則により求められる。 A method of obtaining the residual gas ratio re is disclosed in Patent Document 2. Based on the in-cylinder pressure in the cylinder, the volume in the cylinder (in-cylinder volume), and the temperature of the gas in the cylinder (in-cylinder gas temperature), the amount of residual gas remaining in the cylinder is calculated. Specifically, by substituting the in-cylinder pressure, the in-cylinder volume, and the in-cylinder gas temperature into the gas equation of state, the total gas amount in the cylinder (in-cylinder gas amount) is obtained, and the air flow is calculated from this in-cylinder gas amount. The residual gas quantity is obtained by subtracting the fresh gas quantity obtained from the meter. And the residual gas ratio re can be calculated | required by calculating the ratio with respect to the cylinder internal gas amount of residual gas amount. The in-cylinder gas temperature can be calculated based on, for example, the cylinder wall temperature (in-cylinder wall temperature), and the in-cylinder wall temperature can be calculated based on the coolant temperature. The in-cylinder gas temperature can be calculated based on the ratio of the in-cylinder gas temperature at two predetermined crank angles and the above-described in-cylinder wall temperature. Specifically, the predetermined two crank angles are set to two points such that there is no gas inflow / outflow in the cylinder and fuel ignition is not performed while the crank angle changes. That is, two points of the crank angle during the compression stroke are selected. By setting the two crank angles in this way, the change in the in-cylinder gas temperature when the crank angle changes is uniquely determined by the in-cylinder wall temperature. Therefore, the in-cylinder gas temperature can be accurately obtained based on the relationship between the in-cylinder gas temperature ratio and the in-cylinder wall temperature. The ratio of the in-cylinder gas temperature is obtained by Boyle-Charle's law using the in-cylinder pressure and the in-cylinder volume at two predetermined crank angles.
また、筒内ガスの空燃比rafの求め方は、特許文献3に開示されている。この方法では、筒内圧センサを用いて求められる筒内圧力に基づいて、燃焼室で燃焼が開始されてから当該燃焼が実質的に完了するまでの燃焼時間が算出される。他方、内燃機関の燃焼室における空燃比と、当該燃焼室における混合気(燃料)の燃焼速度との間には相関が認められ、また、燃焼室における混合気の燃焼速度は、燃焼室で燃焼が開始されてから当該燃焼が実質的に完了するまでの燃焼時間に密接に関連する。このような関連性に着目して得られた、燃焼時間と燃焼室における空燃比との相関を規定する空燃比マップを、上記の如く算出された燃焼時間で検索することで空燃比が求められる。 A method for obtaining the air-fuel ratio raf of the in-cylinder gas is disclosed in Patent Document 3. In this method, based on the in-cylinder pressure obtained using the in-cylinder pressure sensor, the combustion time from the start of combustion in the combustion chamber until the combustion is substantially completed is calculated. On the other hand, there is a correlation between the air-fuel ratio in the combustion chamber of the internal combustion engine and the combustion speed of the air-fuel mixture (fuel) in the combustion chamber, and the combustion speed of the air-fuel mixture in the combustion chamber is combusted in the combustion chamber. Is closely related to the combustion time from the start of the combustion until the combustion is substantially completed. The air-fuel ratio can be obtained by searching an air-fuel ratio map obtained by paying attention to such a relationship and defining the correlation between the combustion time and the air-fuel ratio in the combustion chamber with the combustion time calculated as described above. .
ここで、図2のフローチャートに戻り、ステップS207の次のステップS209が行われる。ステップS209では、機関運転状態や内燃機関10に対する運転要求(例えばアクセル開度から推定)から求められる、内燃機関10に対する制御上目標とされる排気エネルギ(目標排気エネルギ)としての排気熱量(目標排気熱量)と、ステップS205で求められた実排気熱量との差分が所定量域内におさまっているか否かが判断される。ここでは、目標排気熱量は、次回のサイクルにおける機関制御における排気熱量の目標値であり、実排気熱量に対する符号Q(k)に対して、符号Qr(k+1)が用いられる。実排気熱量Q(k)と目標排気熱量Qr(k+1)との差分(大きさ)が、所定差分ε未満か否かが判断される。なお、目標排気熱量は、触媒装置34、36の触媒に投入されたあるいは有する熱量から定められてもよく、また、排気通路の温度から推定される排気通路の熱量から定められてもよく、種々の算出方法および算出基準に基づいて算出され得る。例えば、目標排気熱量を触媒装置34、36の触媒が有する熱量から定める場合、触媒の上下流側の排気通路の各温度を温度センサ等を用いて検出して、それらの温度差から目標排気熱量は所定の演算式を用いて演算することで算出され得る。なお、このステップS209での一部の演算を行うECU50の一部が目標排気エネルギすなわち目標排気熱量を算出する手段に含まれる。また、なお、このステップS209での一部の演算を行うECU50の一部が実排気エネルギと目標排気エネルギとを比較する比較手段に含まれる。
Here, returning to the flowchart of FIG. 2, step S209 subsequent to step S207 is performed. In step S209, the exhaust heat quantity (target exhaust energy) as exhaust energy (target exhaust energy) targeted for control of the
ステップS209で否定されると、つまり実排気熱量Q(k)と目標排気熱量Qr(k+1)との差分が所定差分ε以上のとき、ステップS211で、目標排気熱量Qr(k+1)に対する、上記複数の制御パラメータの値の複数の組み合わせが上記相関データから選択される。こうして選択される複数の制御パラメータの値の複数の組み合わせは、目標排気熱量Qr(k+1)の実現可能性を有する組み合わせである。なお、このステップS211での演算を行うECU50の一部が複数の制御パラメータの値の複数の組み合わせを選択する複数組み合わせ選択手段に含まれる。
If negative in step S209, that is, if the difference between the actual exhaust heat quantity Q (k) and the target exhaust heat quantity Qr (k + 1) is greater than or equal to the predetermined difference ε, in step S211, the target exhaust heat quantity Qr (k + 1). A plurality of combinations of the values of the plurality of control parameters are selected from the correlation data. The plurality of combinations of the values of the plurality of control parameters selected in this way are combinations having the possibility of realizing the target exhaust heat quantity Qr (k + 1). Note that a part of the
具体的には、目標排気熱量Qr(k+1)で上記相関データを検索して、目標排気熱量Qr(k+1)に近似する排気熱量を複数個、上記相関データから抽出することで、それらの複数の組み合わせが得られる。つまり、そうやって抽出された複数の排気熱量の各々に対する複数の制御パラメータの値の組み合わせが、複数の制御パラメータの値の複数の組み合わせとして選択される。 Specifically, by searching the correlation data with the target exhaust heat quantity Qr (k + 1) and extracting a plurality of exhaust heat quantities approximate to the target exhaust heat quantity Qr (k + 1) from the correlation data, Multiple combinations of these are obtained. In other words, a combination of a plurality of control parameter values for each of the plurality of exhaust heat amounts thus extracted is selected as a plurality of combinations of a plurality of control parameter values.
例えば、以下に式(3)として示される、3つの組み合わせが選択される。ただし式(3)では、それらは行列式として表されている。なお、式(3)では、第1組み合わせCND1、第2組み合わせCND2、そして第3組み合わせCND3の3つの組み合わせが示されているが、上記したように、それら組み合わせは2つ以上、幾つの組み合わせでもよい。ただし、単に1つの組み合わせとされることをも許容される。なお、式(3)中の機関回転速度NE、吸気充填効率KL、筒内ガスの残留ガス割合re、筒内ガスの空燃比raf、点火時期SAには、組み合わせ番号が付されていて、例えば、第1組み合わせCND1は、機関回転速度NE1、吸気充填効率KL1、筒内ガスの残留ガス割合re1、筒内ガスの空燃比raf1、点火時期SA1からなる。しかし、これら各組み合わせから、機関回転速度NEが除かれてもよい。 For example, three combinations shown below as Equation (3) are selected. However, in Expression (3), they are expressed as determinants. In the formula (3), three combinations of the first combination CND1, the second combination CND2, and the third combination CND3 are shown, but as described above, there are two or more combinations, any number of combinations. Good. However, it is allowed to be just one combination. Note that a combination number is assigned to the engine speed NE, the intake charging efficiency KL, the residual gas ratio re of the in-cylinder gas, the air-fuel ratio raf of the in-cylinder gas, and the ignition timing SA in the expression (3), for example, The first combination CND1 includes the engine speed NE 1 , the intake charging efficiency KL 1 , the in-cylinder gas residual gas ratio re 1 , the in-cylinder gas air-fuel ratio raf 1 , and the ignition timing SA 1 . However, the engine speed NE may be removed from each of these combinations.
そして、ステップS211で選択されたそれら複数の制御パラメータの値の組み合わせから、ステップS213ではそれら組み合わせの各々に対して、架空距離値Rが求められる。ここで、架空距離値Rとは、複数の制御パラメータの各々の応答性を考慮して(基づいて)、複数の制御パラメータの複数の組み合わせを同一次元下で比較するための、実排気エネルギから目標排気エネルギまでの架空の規格化した距離として定義される。そして、具体的には、ここでは、架空距離値は、式(4)に基づいて求められる。 Then, from the combination of the values of the plurality of control parameters selected in step S211, an aerial distance value R is obtained for each of the combinations in step S213. Here, the aerial distance value R is based on actual exhaust energy for comparing a plurality of combinations of a plurality of control parameters under the same dimension in consideration (based on) responsiveness of each of the plurality of control parameters. Defined as the fictitious normalized distance to the target exhaust energy. Specifically, here, the overhead distance value is obtained based on Expression (4).
ここで、式(4)の各項は、前から順に、吸気充填効率、残留ガス割合、筒内の空燃比、点火時期に関する項であり、ここでは現在のサイクル(k)での各値からの距離値に相当する。KLunit3/Qunit、reunit3/Qunit、rafunit3/Qunit、SAunit3/Qunitの各々は無次元化のための定数である。また、式(4)では、各制御パラメータの応答性を考慮した定数、具体的には各制御対象用のアクチュエータを制御してから排気熱量に影響が出るまでの時間の逆数が、CKL、Cre、Craf、Csaとしてされていて、それらは「Csa>Craf>Cre>CKL」の関係を有する。∂Q/∂KL、∂Q/∂re、∂Q/∂raf、∂Q/∂SAの各々は、吸気充填効率、残留ガス割合、筒内の空燃比、点火時期を制御したときの、実排気熱量Q(k)における影響度を表した値である。なお、相関データがマップ化されている場合、これらは実排気熱量Q(k)の傾きに相当する。また、式(4)における添字iは、1、2、・・・と変化し、第1組み合わせCND1における架空距離値R(1)は、iを1として、上記第1組み合わせCND1の制御パラメータの値を式(4)に代入することで求められる。なお、このステップS213での演算を行うECU50の一部が架空距離値算出手段に含まれる。
Here, each term of the equation (4) is a term regarding the intake charge efficiency, the residual gas ratio, the in-cylinder air-fuel ratio, and the ignition timing in order from the front. Here, from the respective values in the current cycle (k) Is equivalent to the distance value. Each of KLunit 3 / Qunit, reunit 3 / Qunit, rafunit 3 / Qunit, and SAunit 3 / Qunit is a constant for making dimensionless. Further, in the equation (4), a constant considering the responsiveness of each control parameter, specifically, the reciprocal of the time from when the actuator for each control object is controlled until the exhaust heat quantity is affected is expressed as C KL , C re , C raf , and C sa have a relationship of “C sa > C raf > C re > C KL ”. ∂Q / ∂KL, ∂Q / ∂re, ∂Q / ∂raf, and ∂Q / ∂SA are the actual values when the intake charge efficiency, residual gas ratio, in-cylinder air-fuel ratio, and ignition timing are controlled. This is a value representing the degree of influence on the exhaust heat quantity Q (k). When the correlation data is mapped, these correspond to the slope of the actual exhaust heat quantity Q (k). Further, the subscript i in the formula (4) changes as 1, 2,..., And the aerial distance value R (1) in the first combination CND1 is set to 1 as the control parameter of the first combination CND1. It is obtained by substituting the value into equation (4). Note that a part of the
こうして各組み合わせに対して求められた架空距離値の中から最小値が、ステップS215で求められる(選択される)。なお、このステップS215での演算を行うECU50の一部が最小値選択手段に含まれる。こうして当該ルーチンが終了されて、繰り返される。なお、上記ステップS209で肯定されると、つまり実排気熱量Q(k)と目標排気熱量Qr(k+1)との差分が所定差分ε未満のとき、そのときのルーチンは終了されて、繰り返される。
Thus, the minimum value is obtained (selected) from the fictitious distance values obtained for each combination in step S215. Note that a part of the
こうして求められた架空距離値の最小値(最小架空距離値)に対応する、複数の制御パラメータの1つの組み合わせCNDが、ECU50では求められる。そして、その複数の制御パラメータ(ここでは吸気充填効率、残留ガス割合、筒内の空燃比、点火時期)がそうして求められたそれらの値の組み合わせになるように、上記複数の制御対象がそれぞれ制御される。なお、複数の制御パラメータの1つの組み合わせCNDを求めるECU50の一部が決定手段に含まれる。
The
以上述べたことを概略的にまとめると、本発明では、目標排気エネルギと実排気エネルギとの差が所定量以上のとき、目標排気エネルギ実現可能性を有する、内燃機関の複数の制御パラメータの値の複数の組み合わせから、複数の制御パラメータの応答性を考慮した各組み合わせにおける架空距離値を比較することで、1つの組み合わせが選択され、こうして選択された複数の制御パラメータの値の1つの組み合わせに基づいて内燃機関が制御される。したがって、内燃機関の排気エネルギを適切に制御することが可能になる。 Summarizing the above, in the present invention, when the difference between the target exhaust energy and the actual exhaust energy is a predetermined amount or more, the values of a plurality of control parameters of the internal combustion engine having the possibility of realizing the target exhaust energy. By comparing the fictitious distance values in each combination considering the responsiveness of the plurality of control parameters, one combination is selected, and thus one combination of the plurality of control parameter values thus selected is selected. Based on this, the internal combustion engine is controlled. Therefore, it becomes possible to appropriately control the exhaust energy of the internal combustion engine.
すなわち、こうして求められた制御パラメータの値を用いて複数の制御対象が制御されるので、排気エネルギ、特に排気熱量を所望レベルに制御することができる。例えば、機関始動時であっても、図3に点線で示すように排気ガスの温度が推移することは抑制され、本発明によれば、図3に実線で示すように、排気ガスの温度を滑らかにかつ迅速に高めることができる。それ故、例えば、機関始動時の暖機性向上を達成することが可能になり、または、排気ガスの温度が高くなりすぎることによる排気通路に設けられた触媒の溶損を防ぐことが可能になる。また、上記の如く、架空距離値が用いられるので、そのような排気エネルギの適切な制御と、その応答性確保との両立を図ることが可能になる。 That is, since a plurality of objects to be controlled are controlled using the values of the control parameters thus obtained, the exhaust energy, particularly the exhaust heat amount, can be controlled to a desired level. For example, even when the engine is started, the transition of the exhaust gas temperature is suppressed as shown by the dotted line in FIG. 3, and according to the present invention, the exhaust gas temperature is reduced as shown by the solid line in FIG. It can be raised smoothly and quickly. Therefore, for example, it is possible to improve the warm-up performance when starting the engine, or to prevent the catalyst provided in the exhaust passage from being melted due to the exhaust gas temperature becoming too high. Become. In addition, since the overhead distance value is used as described above, it is possible to achieve both the appropriate control of the exhaust energy and the securing of the response.
また、こうすることで、内燃機関10の能力を最大限に発揮させることが可能になる。例えば、このようにして設定された点火時期は、余裕代を最小限にした点火時期であり得るので、最大限の振れ幅を有し得る。このような余裕代は、他の制御パラメータの値に関しても同様である。
In addition, this makes it possible to maximize the capability of the
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、複数の制御パラメータは、上記制御パラメータに限定されず、より少なくても、より多くても、上記制御パラメータとは異なる制御パラメータのみから構成されてもよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this. For example, the plurality of control parameters are not limited to the above-described control parameters, and may be configured with only a control parameter different from the above-described control parameters, with less or more.
また、上記実施形態では、内燃機関を火花点火式機関としたが、それは圧縮点火式機関であってもよい。あるいは、本発明が適用される内燃機関は、ポート噴射形式の内燃機関であってもよく、本発明は種々の内燃機関に適用可能である。 Moreover, in the said embodiment, although the internal combustion engine was made into the spark ignition type engine, it may be a compression ignition type engine. Alternatively, the internal combustion engine to which the present invention is applied may be a port injection type internal combustion engine, and the present invention is applicable to various internal combustion engines.
以上、本発明を実施形態等に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。 While the present invention has been described based on the embodiments and the like, the present invention is not limited to this. The present invention includes all modifications, applications, and equivalents included in the spirit of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.
10 内燃機関
12 シリンダブロック
14 燃焼室
16 気筒
18 ピストン
20 吸気マニホールド
22 サージタンク
24 吸気管
26 エアクリーナ
28 スロットルバルブ
30 排気マニホールド
32 排気管
34 前段触媒装置
36 後段触媒装置
40 点火プラグ
42 インジェクタ
54 クランク角センサ
56 筒内圧センサ
Vi 吸気弁
Ve 排気弁
DESCRIPTION OF
Claims (4)
目標排気エネルギと実排気エネルギとの差が所定量以上のとき、目標排気エネルギ実現可能性を有する、内燃機関の複数の制御パラメータの値の複数の組み合わせから、前記複数の制御パラメータの応答性を考慮して、1つの組み合わせを選択する選択手段と、
該選択手段によって選択された前記複数の制御パラメータの値の1つの組み合わせに基づいて内燃機関を制御する制御手段とを備え、
前記選択手段は、
前記複数の制御パラメータの値の複数の組み合わせの各組み合わせに関して、前記複数の制御パラメータの応答性を考慮した架空距離値を算出する架空距離値算出手段と、
該架空距離値算出手段により算出された、複数の架空距離値の内から最小値を選択する最小値選択手段と、
該最小値選択手段により選択された最小の架空距離値に対応する、前記複数の制御パラメータの値の1つの組み合わせを、前記目標排気エネルギに適合した1つの組み合わせに決定する決定手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine configured to control exhaust energy,
When the difference between the target exhaust energy and the actual exhaust energy is equal to or greater than a predetermined amount, the response of the plurality of control parameters is obtained from a plurality of combinations of values of the plurality of control parameters of the internal combustion engine having the possibility of realizing the target exhaust energy. A selection means for selecting one combination in consideration;
Control means for controlling the internal combustion engine based on one combination of the values of the plurality of control parameters selected by the selection means ,
The selection means includes
For each combination of a plurality of combinations of the values of the plurality of control parameters, an aerial distance value calculating means for calculating an aerial distance value considering the responsiveness of the plurality of control parameters;
Minimum value selection means for selecting a minimum value from a plurality of overhead distance values calculated by the overhead distance value calculation means;
Corresponding to the smallest imaginary distance value selected by the outermost minimum value selecting means, one combination of values of said plurality of control parameters, Ru and a determining means for determining one of the combination adapted to the target exhaust energy A control device for an internal combustion engine.
記憶装置に記憶される、排気エネルギと前記複数の制御パラメータとの相関データと、
前記内燃機関の排気系における実排気エネルギを算出する実排気エネルギ算出手段と、
前記内燃機関の前記排気系における目標排気エネルギを算出する目標排気エネルギ算出手段と、
前記実排気エネルギ算出手段によって算出された実排気エネルギと前記目標排気エネルギ算出手段によって算出された目標排気エネルギとの差が所定量以上のとき、前記相関データを前記目標排気エネルギに基づいて検索して、前記複数の制御パラメータの値の複数の組み合わせを選択する複数組み合わせ選択手段とを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。 The selection means includes
Correlation data between exhaust energy and the plurality of control parameters stored in a storage device;
Actual exhaust energy calculating means for calculating actual exhaust energy in the exhaust system of the internal combustion engine;
Target exhaust energy calculating means for calculating target exhaust energy in the exhaust system of the internal combustion engine;
When the difference between the actual exhaust energy calculated by the actual exhaust energy calculating means and the target exhaust energy calculated by the target exhaust energy calculating means is a predetermined amount or more, the correlation data is searched based on the target exhaust energy. Te, the control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that it comprises a plurality combination selection means for selecting a plurality of combinations of values of the plurality of control parameters.
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