過給機付き直噴内燃機関の制御装置
【課題】筒内空燃比に関する正確な情報に基づいて内燃機関を制御することのできる過給機付き直噴内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】目標排気空燃比を取得するとともに、吸気弁を通過する空気の量に対する排気通路に吹き抜ける空気の量の割合（以下、スカベンジ割合）に関する情報を取得する。そして、スカベンジ割合に関する情報に基づき目標排気空燃比を補正することによって筒内空燃比を算出する。筒内空燃比は、過給機付き直噴内燃機関の動作を制御する少なくとも１つのアクチュエータの操作量を決定するための情報の１つとして用いられる。
【解決手段】目標排気空燃比を取得するとともに、吸気弁を通過する空気の量に対する排気通路に吹き抜ける空気の量の割合（以下、スカベンジ割合）に関する情報を取得する。そして、スカベンジ割合に関する情報に基づき目標排気空燃比を補正することによって筒内空燃比を算出する。筒内空燃比は、過給機付き直噴内燃機関の動作を制御する少なくとも１つのアクチュエータの操作量を決定するための情報の１つとして用いられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付き直噴内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、筒内空燃比を内燃機関の制御のための情報として使用する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を目標どおりに制御する上では、内燃機関の現在の状態を示す物理量（以下、エンジン状態量）に関する情報が必要とされる。例えば、トルクを制御量として各アクチュエータの操作量を決定するトルクデマンド制御では、様々なエンジン状態量をもとに内燃機関で発生するトルクが計算されている。特開２０１０−０５３７０５号公報に開示されているガソリンエンジンのトルクデマンド制御の場合は、点火時期がＭＢＴの場合に内燃機関で発生するトルクを種々のエンジン状態量から推定し、その推定トルクに対する要求トルクの比に基づいて点火時期の遅角量を計算することが行われている。
【０００３】
ガソリンエンジン等の空気量をベースに制御される内燃機関の場合、トルクの計算で用いられるエンジン状態量には筒内空燃比が含まれる。内燃機関で発生するトルクは、筒内空燃比、すなわち、燃焼する筒内ガスの空燃比によって決まるからである。ただし、排気通路を流れる排気ガスの空燃比は空燃比センサにより計測可能であるが、筒内空燃比を直接に計測することは難しい。このため、一般的には、排気空燃比と筒内空燃比とが等しいという前提のもと、排気空燃比の目標値である目標空燃比が筒内空燃比に関する情報として代用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０５３７０５号公報
【特許文献２】特開２００９−０４７００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、制御対象が過給機付き直噴内燃機関である場合は、排気空燃比の目標値をそのまま筒内空燃比に関する情報として代用することには次のような問題がある。
【０００６】
まず、ターボ過給機や機械式過給機を備えた過給機付き内燃機関では、過給により吸気側の圧力が高まる結果、吸気弁と排気弁のオーバーラップ期間に吸気通路から排気通路へと空気が吹きぬける現象、すなわち、スカベンジが発生する。スカベンジが発生する場合、吸気弁を通過して筒内に吸入される空気の量と、筒内に留まり最終的に燃焼に供される空気の量とは異なったものとなる。
【０００７】
一般的な内燃機関の制御では、吸気弁通過空気量を基準にして排気空燃比が目標空燃比になるように燃料噴射量が決定される。吸気弁を通過した空気の量が触媒に流れ込む排気ガスの量となるからである。このように燃料噴射量が決定される場合、過給機付き内燃機関がポート噴射型の内燃機関であれば、スカベンジが発生しているかどうかに関係なく、筒内空燃比は排気空燃比と概ね等しくなる。ポート噴射の場合、空気は燃料と混合した状態で吸気弁から筒内に取り込まれるためである。
【０００８】
しかし、過給機付き内燃機関が直噴型の内燃機関の場合、スカベンジが発生する運転領域では筒内空燃比と排気空燃比との間にはずれが生じる。直噴の場合、噴射された燃料は吸気弁を通過した空気の全体と混合するのではなく、最終的に筒内に留まった空気のみと混合するためである。スカベンジの発生時の筒内空気量は燃料噴射量の算出基準とされた吸気弁通過空気量よりも少ないので、筒内空燃比はガス全体の空燃比である排気空燃比よりもリッチになる。このため、例えば内燃機関で発生するトルクの計算において、排気空燃比の目標値を筒内空燃比に関する情報として用いた場合には、その計算で得られる推定トルクは実際のトルクよりも小さく見積もられてしまうことになる。
【０００９】
以上述べたように、過給機付き直噴内燃機関が制御対象である場合には、排気空燃比の目標値をそのまま単純に筒内空燃比に関する情報として用いるべきではない。排気空燃比の目標値を筒内空燃比に関する情報として利用するのであれば、筒内空燃比に関する正確な情報に基づいて内燃機関を制御することのできるように、スカベンジに伴う筒内空燃比と排気空燃比のずれを確実に補償した上で利用すべきである。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、筒内空燃比に関する正確な情報に基づいて内燃機関を制御することのできる過給機付き直噴内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、第１の発明の過給機付き直噴内燃機関の制御装置は、過給機付き直噴内燃機関の動作を制御する少なくとも１つのアクチュエータに関してその操作量を決定するための情報の１つが筒内空燃比である制御装置において、目標排気空燃比を取得する手段と、吸気弁を通過する空気の量に対する排気通路に吹き抜ける空気の量の割合（以下、スカベンジ割合）に関する情報を取得する手段と、前記スカベンジ割合に関する情報に基づき前記目標排気空燃比を補正することによって前記筒内空燃比を算出する手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
また、第２の発明の過給機付き直噴内燃機関の制御装置は、第１の発明の過給機付き直噴内燃機関の制御装置において、要求トルクを取得する手段と、点火時期が最適点火時期であると仮定した場合に前記内燃機関で発生しうる推定トルクを前記筒内空燃比を用いて計算する手段と、前記推定トルクに対する前記要求トルクの割合に基づいて前記最適点火時期からの点火時期の遅角量を計算する手段とをさらに備えることを特徴としている。
【００１３】
第３の発明の過給機付き直噴内燃機関の制御装置は、第１又は第２の発明の過給機付き直噴内燃機関の制御装置において、前記のスカベンジ割合に関する情報を取得する手段は、吸気管圧力に基づき吸気弁モデルを用いて吸気弁通過空気量と筒内空気量をそれぞれ計算し、前記吸気弁通過空気量に対する前記筒内空気量の割合或いはそれに相関する変数を前記スカベンジ割合に関する情報として用いることを特徴としている。
【００１４】
第４の発明の過給機付き直噴内燃機関の制御装置は、第１乃至第３の何れか１つの発明の過給機付き直噴内燃機関の制御装置において、前記過給機付き直噴内燃機関は筒内への直接噴射と併せてポート噴射も可能な内燃機関であり、前記の筒内空燃比を算出する手段は、総燃料噴射量に占めるポート噴射による燃料噴射量の比率或いはそれに相関する変数をさらに用いて前記筒内空燃比を計算することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明の制御装置によれば、目標排気空燃比をそのまま筒内空燃比として代用するのではなく、スカベンジ割合に関する情報に基づき目標排気空燃比を補正したものが筒内空燃比として用いられるので、筒内空燃比に関するより正確な情報に基づいた内燃機関の制御が可能となる。
【００１６】
第２の発明の制御装置によれば、必要な点火時期の遅角量を正確に計算して要求トルクを精度良く実現することができる。
【００１７】
第３の発明の制御装置によれば、吸気弁モデルを用いた計算によってスカベンジ割合に関する精度の高い情報を得ることができる。
【００１８】
第４の発明の制御装置によれば、直接噴射と併せてポート噴射が行われる場合において、筒内空燃比に関するより正確な情報に基づいた内燃機関の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１の過給機付き直噴内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】目標排気空燃比とスカベンジ割合とから筒内空燃比を特定するためのマップのイメージを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１で行われる筒内空燃比を特定するための処理を示すフローチャートである。
【図４】過給機付き直噴内燃機関の吸気弁モデルのイメージを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２の過給機付き直噴内燃機関の制御装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２で行われる筒内空燃比を特定するための処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
【００２１】
本実施の形態の制御装置の適用対象となる内燃機関は、過給機付き内燃機関、より詳しくは、筒内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタを備えた過給機付き直噴内燃機関である。本制御装置は、内燃機関に備えられるＥＣＵ（Electronic control unit）の一機能として実現される。詳しくは、メモリに記憶されたプログラムがＣＰＵによって実行されることで、ＥＣＵは制御装置として機能する。ＥＣＵが制御装置として機能する場合、ＥＣＵは、プログラムされているアクチュエータ制御ロジックに従ってスロットルや点火装置を含む各アクチュエータの動作を制御する。
【００２２】
図１は、アクチュエータ制御ロジックに従いＥＣＵが機能することで実現される制御装置の構成を示す機能ブロックである。本制御装置は要求トルクと要求効率とを取得する。車両の制御系統において、本実施の形態の制御装置の上位にはパワートレインマネージャ（図示省略）が配置されている。要求トルク及び要求効率はそのパワートレインマネージャから制御装置に入力される。
【００２３】
本制御装置は、取得した要求トルクと要求効率とを空気量制御用目標トルク計算部１２２に入力する。空気量制御用目標トルク計算部１２は、要求効率によって要求トルクを除算することによって空気量制御用目標トルクを得る。空気量制御用目標トルクは点火時期が最適点火時期であることを前提としたときのトルクの目標値である。
【００２４】
空気量制御用目標トルクは、目標空気量計算部１４において目標空気量（図中では目標ＫＬと表記する）に変換される。目標空気量は筒内空気量の目標値である。目標空気量計算部１４は、トルクの筒内空気量への変換に空気量マップを使用する。空気量マップは、点火時期が最適点火時期であることを前提にして、トルクと筒内空気量とが回転数や空燃比を含む種々の機関情報をキーにして関連付けられたマップである。ここでは、空気量制御用目標トルクの実現に必要な筒内空気量が目標空気量として算出される。
【００２５】
次に、スロットル開度制御部１６において、目標空気量は目標スロットル開度（図中では目標ＴＡと表記する）に変換される。この変換にはエアモデルの逆モデルが用いられる。エアモデルはスロットルの動作に対する筒内空気量の応答を流体力学等に基づいてモデル化した物理モデルである。その逆モデルによって算出されたスロットル開度は目標空気量の達成に必要なスロットル開度である。スロットル開度制御部１６はエア逆モデルで算出したスロットル開度を目標スロットル開度としてスロットル２の操作を行う。
【００２６】
本制御装置は、上記の処理と並行して、推定トルクの計算を推定トルク計算部１８にて実施する。推定トルク計算部１８で計算される推定トルクは、現在の回転数、筒内空気量及び筒内空燃比のもとで点火時期を最適点火時期にセットした場合に出力できるトルクの推定値である。推定トルクの計算には、前述の空気量マップの入出力を逆にしたトルクマップが用いられる。なお、本制御装置の制御対象である過給機付き直噴内燃機関では、高負荷領域においてスカベンジが発生する。このため、筒内空燃比や筒内空気量を正確に求めるためには、スカベンジを考慮した計算上の工夫が必要となる。その工夫の内容については追って詳細に説明する。
【００２７】
推定トルクは要求トルクとともに点火時期制御用効率計算部２０に入力される。点火時期制御用効率計算部２０は、要求トルクの推定トルクに対する比率を点火時期制御用効率として算出する。ただし、点火時期制御用効率の最大値は１に制限されている。算出された点火時期制御用効率は、燃焼保障ガード部２２を通ってから点火時期制御部２４に入力される。燃焼保障ガード部２２は、燃焼を保障するガード値によって点火時期制御用効率の最小値を制限する。
【００２８】
点火時期制御部２４は、入力された点火時期制御用効率から点火時期を算出する。詳しくは、回転数、要求トルク、筒内空燃比等のエンジン状態量に基づいて最適点火時期を算出するとともに、入力された点火時期制御用効率から最適点火時期に対する遅角量を算出する。そして、最適点火時期に遅角量を足しあわせたものを最終的な点火時期として算出する。最適点火時期の計算には、例えば、最適点火時期と各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。遅角量の計算には、例えば、遅角量と点火時期制御用効率及び各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。点火時期制御用効率が１であれば遅角量はゼロとされ、点火時期制御用効率が１よりも小さいほど遅角量は大きくされる。点火時期制御部２４は算出した点火時期に従って点火装置４の操作を行う。
【００２９】
次に本制御装置による筒内空燃比の計算と筒内空気量の計算の各方法について説明する。本制御装置の制御対象である過給機付き直噴内燃機関では、筒内空燃比は、排気通路に吹き抜けることなく筒内に留まった新気の量と直噴インジェクタによる燃料噴射量とによって決まる。筒内に留まった新気の量、つまり、筒内空気量は以下の式に示すように吸気弁通過空気量とスカベンジ割合（％）を用いて計算することができる。吸気弁通過空気量とは、吸気弁を通過して筒内に吸入された空気の量を意味する。吸気弁通過空気量は前述のエアモデルを用いて計算することができる。スカベンジ割合とは、吸気弁通過空気量に対する排気通路に吹き抜ける空気の量、すなわち、スカベンジ量の割合を意味する。
【００３０】
【数１】
【００３１】
直噴インジェクタによる燃料噴射量は、排気ガスの空燃比が目標排気空燃比になるように、吸気弁通過空気量に目標排気空燃比を乗算することで算出される。一方、筒内空燃比は、直噴インジェクタによる燃料噴射量と筒内空気量との比である。したがって、上記の筒内空気量の方程式の両辺を燃料噴射量で除算することによって、以下に示すような筒内空燃比の方程式を得ることができる。この方程式によれば、スカベンジ割合に基づき目標排気空燃比(式では目標Ａ／Ｆと表記する)を補正することによって筒内空燃比(式では筒内Ａ／Ｆと表記する)を算出することができる。
【００３２】
【数２】
【００３３】
本制御装置では、筒内空燃比の計算は筒内空燃比計算部３０にて行われる。筒内空燃比計算部３０は上記の方程式をマップ化したものを記憶している。図２はそのマップのイメージを示す図である。このマップに目標排気空燃比とスカベンジ割合とを当てはめることで筒内空燃比を特定することができる。なお、筒内空燃比計算部３０は、筒内空燃比の計算を図３のフローチャートに従って実施する。このフローチャートによれば、まず、ステップＳ１において、スカベンジ量が所定値以上かどうか判定される。或いはスカベンジ割合が所定値以上か判定するのでもよい。そして、スカベンジ量（或いはスカベンジ割合）が所定値以上の場合にはステップＳ２に進み、上述のマップを用いて目標排気空燃比とスカベンジ割合とから筒内空燃比が計算される。一方、スカベンジ量（或いはスカベンジ割合）が所定値未満の場合には、目標空燃比がそのまま筒内空燃比として用いられる。このフローチャートによれば、スカベンジ量（或いはスカベンジ割合）がゼロ近傍で微振動しているような場合に、筒内空燃比の計算値が微振動してしまうことを防いで制御の安定化を図ることができる。ただし、このような判定処理は本発明を実施する上で必ずしも必須ではない。
【００３４】
次に、筒内空気量や筒内空燃比の計算で用いられるスカベンジ割合の取得方法について説明する。スカベンジ割合は回転数や負荷によって変化し、さらにはバルブタイミングによっても変化する。そこで、１つの方法としては、スカベンジ割合を変化させる因子ごとに当該因子とスカベンジ割合との関係を試験により確認し、その結果に基づいてスカベンジ割合と各因子との関係を表したマップを作成することが考えられる。しかし、本制御装置は、それとは別の方法でスカベンジ割合を取得する。
【００３５】
本制御装置は、計算によりスカベンジ割合を取得する。スカベンジ割合の計算はスカベンジ割合計算部３２で行われる。スカベンジ割合計算部３２は、図示しないスロットル開度センサで計測された実スロットル開度（図中では実ＴＡと表記する）に基づきエアモデルを用いてスカベンジ割合を計算する。詳しくは、スロットルモデルによって実スロットル開度からスロットル通過流量を算出し、次に、吸気管モデルによってスロットル通過空気量から吸気管圧を算出する。そして、吸気弁モデルによって吸気管圧から吸気弁通過空気量と筒内空気量をそれぞれ算出する。
【００３６】
図４は、スカベンジ割合計算部３２で用いられる過給機付き内燃機関の吸気弁モデルのイメージを示す図である。図４に示すグラフの縦軸は吸気弁通過空気量（ＫＬ）であり、横軸は吸気管圧（Ｐｍ）である。このグラフは、吸気弁のバルブタイミングを一定にして排気弁のバルブタイミングを変化させた場合に吸気弁通過空気量と吸気管圧との関係がどのように変化するかを示している。グラフ中に示す実線の直線は排気弁のバルブタイミング（ＥｘＶＴ）を最進角した場合を示し、各折れ線は排気弁のバルブタイミングを遅角した場合を示している。
【００３７】
このグラフからは、吸気管圧がＰｍｔ以下の領域では、排気弁のバルブタイミングを遅角するほど、同じ吸気管圧における吸気弁通過空気量は減少することが分かる。これは、バルブオーバーラップの増大に伴う内部ＥＧＲ量の増加によって、筒内に取り込める新気の量が減少するためである。筒内に取り込んだ新気の量がトルクの計算に用いられる筒内空気量である。しかし、吸気管圧が高くなるにつれて排気弁のバルブタイミングの違いによる吸気弁通過空気量の差は縮まって行き、吸気管圧がＰｍｔのときには排気弁のバルブタイミングの違いによらず吸気弁通過空気量はＫＬｔで一定となる。これは、吸気管圧の増大に伴って内部ＥＧＲ量が減少し、吸気管圧がＰｍｔのときに内部ＥＧＲ量がゼロになるためである。そして、吸気管圧がＰｍｔよりも大きい領域では排気通路への吹き抜け、つまり、スカベンジが発生する。吸気管圧がＰｍｔよりも大きい領域では、排気弁のバルブタイミングを遅角するほど吸気弁通過空気量は増大している。これは、排気弁のバルブタイミングを遅角するほどバルブオーバーラップが大きくなり、バルブオーバーラップ期間中に吹き抜ける空気の量が増大するためである。
【００３８】
スカベンジが発生する基準圧力であるＰｍｔは、吸気弁のバルブタイミングが同じであれば、排気弁のバルブタイミングが異なっても同じ値となる。スカベンジ割合計算部３２には、適合により得られた吸気弁のバルブタイミングごとの基準圧力がマップ化されて記憶されている。スカベンジ割合計算部３２は、吸気管モデルによって算出された吸気管圧力と基準圧力とを比較することで、吹き抜けの発生の有無を判断する。そして、吸気管圧力が基準圧力以下の場合には、吸気弁モデルを用いて吸気管圧力から吸気弁通過空気量を特定し、吸気弁通過空気量をそのまま筒内空気量として算出する。この場合、スカベンジ量はゼロであから、スカベンジ割合計算部３２により算出されるスカベンジ割合はゼロとなる。
【００３９】
一方、吸気管圧力が基準圧力よりも大きい場合、すなわち、スカベンジが発生する場合には、スカベンジ割合計算部３２は気体方程式を用いて筒内空気量を算出する。吹き抜けの発生時には内部ＥＧＲ量はゼロになることから、筒内空気量は以下の気体方程式によって算出することができる。この式において、Ｖｃは吸気弁の閉弁時の筒内容積、Ｒｃは気体定数、Ｔｃは筒内温度である。また、Ｐｍは吸気管圧力であるが、Ｐｍを計算に用いるのは吸気弁の閉弁時の筒内圧力は吸気管圧力に等しいからである。
【００４０】
【数３】
【００４１】
スカベンジが発生する場合の筒内空気量は、吸気弁のバルブタイミングが同じであれば、排気弁のバルブタイミングが異なっても同じ値となる。スカベンジ割合計算部３２には、適合により得られた吸気弁のバルブタイミングごとの筒内空気量がマップ化されて記憶されている。スカベンジ割合計算部３２は、吸気弁モデルを用いて吸気管圧力から吸気弁通過空気量を特定するとともに、吸気管圧力と吸気弁のバルブタイミングに応じた筒内空気量をマップから読み出す。そして、吸気弁通過空気量から筒内空気量を引き算することによってスカベンジ量を算出し、スカベンジ量を吸気弁通過空気量で除算することによってスカベンジ割合を算出する。
【００４２】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。
【００４３】
本実施の形態の制御装置の適用対象となる内燃機関は、筒内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタに加えて吸気ポート内で燃料を噴射するポートインジェクタも備えた過給機付き直噴内燃機関である。このような内燃機関では、総燃料噴射量に占めるポート噴射による燃料噴射量の比率（以下、ポート噴射比率という）を運転状態に応じて変化させることができる。しかし、総燃料噴射量は同じであっても、ポート噴射比率が異なれば、スカベンジの発生時における筒内空燃比は異なった値になる。このポート噴射比率についても考慮した場合、筒内空燃比は以下の方程式によって算出することができる。この方程式によれば、スカベンジ割合とポート噴射比率とに基づき目標排気空燃比(式では目標Ａ／Ｆと表記する)を補正することによって筒内空燃比(式では筒内Ａ／Ｆと表記する)を算出することができる。
【００４４】
【数４】
【００４５】
図５は、本実施の形態の過給機付き直噴内燃機関の制御装置の要部の構成を示すブロック図である。図５において実施の形態１と共通する要素は同一の符号を付している。本制御装置では、筒内空燃比の計算は筒内空燃比計算部４０にて行われる。筒内空燃比計算部４０には、目標排気空燃比とスカベンジ割合に加えてポート噴射比率が入力されている。また、筒内空燃比計算部４０は上記の方程式をマップ化したものを記憶している。なお、筒内空燃比計算部４０は、筒内空燃比の計算を図６のフローチャートに従って実施する。このフローチャートによれば、まず、ステップＳ１１において、スカベンジ量が所定値以上かどうか判定される。或いはスカベンジ割合が所定値以上か判定するのでもよい。そして、スカベンジ量（或いはスカベンジ割合）が所定値以上の場合にはステップＳ１２に進み、目標排気空燃比とスカベンジ割合とポート噴射比率から筒内空燃比が計算される。一方、スカベンジ量（或いはスカベンジ割合）が所定値未満の場合には、目標空燃比がそのまま筒内空燃比として用いられる。このフローチャートによれば、スカベンジ量（或いはスカベンジ割合）がゼロ近傍で微振動しているような場合に、筒内空燃比の計算値が微振動してしまうことを防いで制御の安定化を図ることができる。ただし、このような判定処理は本発明を実施する上で必ずしも必須ではない。
【００４６】
その他．
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形してもよい。
【００４７】
実施の形態１，２における筒内空燃比の計算において、スカベンジ割合の代わりに、吸気弁通過空気量に対する筒内空気量の割合を用いてもよい。或いは、スカベンジ量と筒内空気量の比率を用いることもできる。それらは何れもスカベンジ割合と相関する変数であるので、スカベンジ割合に関する情報として筒内空燃比の計算に用いることができる。
【００４８】
実施の形態２における筒内空燃比の計算において、ポート噴射比率の代わりに、総燃料噴射量に対する直噴による燃料噴射量の割合を用いてもよい。或いは、直噴による燃料噴射量とポート噴射による燃料噴射量の比率を用いることもできる。それらは何れもポート噴射比率と相関する変数であるので、ポート噴射比率に関する情報として筒内空燃比の計算に用いることができる。
【００４９】
実施の形態１，２では、スカベンジ割合に基づき算出した筒内空燃比を最適点火時期のもとで実現されうる推定トルクの計算に用いている。しかし、現在の点火時期のもとで実現されている現在トルクの計算に筒内空燃比を用いることもできる。また、点火時期との関係において燃焼限界を超えていないかどうか、すなわち、失火しないかどうか判定するための情報として筒内空燃比を用いることもできる。このように、本発明により算出される筒内空燃比は、内燃機関の制御のための情報として広く用いることが可能であって、その用途が上述の実施の形態のものに限定されることは無い。
【符号の説明】
【００５０】
１８ 推定トルク計算部
２０ 点火時期制御用効率算出部
２２ 燃焼保障ガード部
２４ 点火時期制御部
３０，４０ 筒内空燃比計算部
３２ スカベンジ割合計算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付き直噴内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、筒内空燃比を内燃機関の制御のための情報として使用する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を目標どおりに制御する上では、内燃機関の現在の状態を示す物理量（以下、エンジン状態量）に関する情報が必要とされる。例えば、トルクを制御量として各アクチュエータの操作量を決定するトルクデマンド制御では、様々なエンジン状態量をもとに内燃機関で発生するトルクが計算されている。特開２０１０−０５３７０５号公報に開示されているガソリンエンジンのトルクデマンド制御の場合は、点火時期がＭＢＴの場合に内燃機関で発生するトルクを種々のエンジン状態量から推定し、その推定トルクに対する要求トルクの比に基づいて点火時期の遅角量を計算することが行われている。
【０００３】
ガソリンエンジン等の空気量をベースに制御される内燃機関の場合、トルクの計算で用いられるエンジン状態量には筒内空燃比が含まれる。内燃機関で発生するトルクは、筒内空燃比、すなわち、燃焼する筒内ガスの空燃比によって決まるからである。ただし、排気通路を流れる排気ガスの空燃比は空燃比センサにより計測可能であるが、筒内空燃比を直接に計測することは難しい。このため、一般的には、排気空燃比と筒内空燃比とが等しいという前提のもと、排気空燃比の目標値である目標空燃比が筒内空燃比に関する情報として代用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０５３７０５号公報
【特許文献２】特開２００９−０４７００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、制御対象が過給機付き直噴内燃機関である場合は、排気空燃比の目標値をそのまま筒内空燃比に関する情報として代用することには次のような問題がある。
【０００６】
まず、ターボ過給機や機械式過給機を備えた過給機付き内燃機関では、過給により吸気側の圧力が高まる結果、吸気弁と排気弁のオーバーラップ期間に吸気通路から排気通路へと空気が吹きぬける現象、すなわち、スカベンジが発生する。スカベンジが発生する場合、吸気弁を通過して筒内に吸入される空気の量と、筒内に留まり最終的に燃焼に供される空気の量とは異なったものとなる。
【０００７】
一般的な内燃機関の制御では、吸気弁通過空気量を基準にして排気空燃比が目標空燃比になるように燃料噴射量が決定される。吸気弁を通過した空気の量が触媒に流れ込む排気ガスの量となるからである。このように燃料噴射量が決定される場合、過給機付き内燃機関がポート噴射型の内燃機関であれば、スカベンジが発生しているかどうかに関係なく、筒内空燃比は排気空燃比と概ね等しくなる。ポート噴射の場合、空気は燃料と混合した状態で吸気弁から筒内に取り込まれるためである。
【０００８】
しかし、過給機付き内燃機関が直噴型の内燃機関の場合、スカベンジが発生する運転領域では筒内空燃比と排気空燃比との間にはずれが生じる。直噴の場合、噴射された燃料は吸気弁を通過した空気の全体と混合するのではなく、最終的に筒内に留まった空気のみと混合するためである。スカベンジの発生時の筒内空気量は燃料噴射量の算出基準とされた吸気弁通過空気量よりも少ないので、筒内空燃比はガス全体の空燃比である排気空燃比よりもリッチになる。このため、例えば内燃機関で発生するトルクの計算において、排気空燃比の目標値を筒内空燃比に関する情報として用いた場合には、その計算で得られる推定トルクは実際のトルクよりも小さく見積もられてしまうことになる。
【０００９】
以上述べたように、過給機付き直噴内燃機関が制御対象である場合には、排気空燃比の目標値をそのまま単純に筒内空燃比に関する情報として用いるべきではない。排気空燃比の目標値を筒内空燃比に関する情報として利用するのであれば、筒内空燃比に関する正確な情報に基づいて内燃機関を制御することのできるように、スカベンジに伴う筒内空燃比と排気空燃比のずれを確実に補償した上で利用すべきである。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、筒内空燃比に関する正確な情報に基づいて内燃機関を制御することのできる過給機付き直噴内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するため、第１の発明の過給機付き直噴内燃機関の制御装置は、過給機付き直噴内燃機関の動作を制御する少なくとも１つのアクチュエータに関してその操作量を決定するための情報の１つが筒内空燃比である制御装置において、目標排気空燃比を取得する手段と、吸気弁を通過する空気の量に対する排気通路に吹き抜ける空気の量の割合（以下、スカベンジ割合）に関する情報を取得する手段と、前記スカベンジ割合に関する情報に基づき前記目標排気空燃比を補正することによって前記筒内空燃比を算出する手段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
また、第２の発明の過給機付き直噴内燃機関の制御装置は、第１の発明の過給機付き直噴内燃機関の制御装置において、要求トルクを取得する手段と、点火時期が最適点火時期であると仮定した場合に前記内燃機関で発生しうる推定トルクを前記筒内空燃比を用いて計算する手段と、前記推定トルクに対する前記要求トルクの割合に基づいて前記最適点火時期からの点火時期の遅角量を計算する手段とをさらに備えることを特徴としている。
【００１３】
第３の発明の過給機付き直噴内燃機関の制御装置は、第１又は第２の発明の過給機付き直噴内燃機関の制御装置において、前記のスカベンジ割合に関する情報を取得する手段は、吸気管圧力に基づき吸気弁モデルを用いて吸気弁通過空気量と筒内空気量をそれぞれ計算し、前記吸気弁通過空気量に対する前記筒内空気量の割合或いはそれに相関する変数を前記スカベンジ割合に関する情報として用いることを特徴としている。
【００１４】
第４の発明の過給機付き直噴内燃機関の制御装置は、第１乃至第３の何れか１つの発明の過給機付き直噴内燃機関の制御装置において、前記過給機付き直噴内燃機関は筒内への直接噴射と併せてポート噴射も可能な内燃機関であり、前記の筒内空燃比を算出する手段は、総燃料噴射量に占めるポート噴射による燃料噴射量の比率或いはそれに相関する変数をさらに用いて前記筒内空燃比を計算することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明の制御装置によれば、目標排気空燃比をそのまま筒内空燃比として代用するのではなく、スカベンジ割合に関する情報に基づき目標排気空燃比を補正したものが筒内空燃比として用いられるので、筒内空燃比に関するより正確な情報に基づいた内燃機関の制御が可能となる。
【００１６】
第２の発明の制御装置によれば、必要な点火時期の遅角量を正確に計算して要求トルクを精度良く実現することができる。
【００１７】
第３の発明の制御装置によれば、吸気弁モデルを用いた計算によってスカベンジ割合に関する精度の高い情報を得ることができる。
【００１８】
第４の発明の制御装置によれば、直接噴射と併せてポート噴射が行われる場合において、筒内空燃比に関するより正確な情報に基づいた内燃機関の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１の過給機付き直噴内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】目標排気空燃比とスカベンジ割合とから筒内空燃比を特定するためのマップのイメージを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１で行われる筒内空燃比を特定するための処理を示すフローチャートである。
【図４】過給機付き直噴内燃機関の吸気弁モデルのイメージを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２の過給機付き直噴内燃機関の制御装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２で行われる筒内空燃比を特定するための処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。
【００２１】
本実施の形態の制御装置の適用対象となる内燃機関は、過給機付き内燃機関、より詳しくは、筒内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタを備えた過給機付き直噴内燃機関である。本制御装置は、内燃機関に備えられるＥＣＵ（Electronic control unit）の一機能として実現される。詳しくは、メモリに記憶されたプログラムがＣＰＵによって実行されることで、ＥＣＵは制御装置として機能する。ＥＣＵが制御装置として機能する場合、ＥＣＵは、プログラムされているアクチュエータ制御ロジックに従ってスロットルや点火装置を含む各アクチュエータの動作を制御する。
【００２２】
図１は、アクチュエータ制御ロジックに従いＥＣＵが機能することで実現される制御装置の構成を示す機能ブロックである。本制御装置は要求トルクと要求効率とを取得する。車両の制御系統において、本実施の形態の制御装置の上位にはパワートレインマネージャ（図示省略）が配置されている。要求トルク及び要求効率はそのパワートレインマネージャから制御装置に入力される。
【００２３】
本制御装置は、取得した要求トルクと要求効率とを空気量制御用目標トルク計算部１２２に入力する。空気量制御用目標トルク計算部１２は、要求効率によって要求トルクを除算することによって空気量制御用目標トルクを得る。空気量制御用目標トルクは点火時期が最適点火時期であることを前提としたときのトルクの目標値である。
【００２４】
空気量制御用目標トルクは、目標空気量計算部１４において目標空気量（図中では目標ＫＬと表記する）に変換される。目標空気量は筒内空気量の目標値である。目標空気量計算部１４は、トルクの筒内空気量への変換に空気量マップを使用する。空気量マップは、点火時期が最適点火時期であることを前提にして、トルクと筒内空気量とが回転数や空燃比を含む種々の機関情報をキーにして関連付けられたマップである。ここでは、空気量制御用目標トルクの実現に必要な筒内空気量が目標空気量として算出される。
【００２５】
次に、スロットル開度制御部１６において、目標空気量は目標スロットル開度（図中では目標ＴＡと表記する）に変換される。この変換にはエアモデルの逆モデルが用いられる。エアモデルはスロットルの動作に対する筒内空気量の応答を流体力学等に基づいてモデル化した物理モデルである。その逆モデルによって算出されたスロットル開度は目標空気量の達成に必要なスロットル開度である。スロットル開度制御部１６はエア逆モデルで算出したスロットル開度を目標スロットル開度としてスロットル２の操作を行う。
【００２６】
本制御装置は、上記の処理と並行して、推定トルクの計算を推定トルク計算部１８にて実施する。推定トルク計算部１８で計算される推定トルクは、現在の回転数、筒内空気量及び筒内空燃比のもとで点火時期を最適点火時期にセットした場合に出力できるトルクの推定値である。推定トルクの計算には、前述の空気量マップの入出力を逆にしたトルクマップが用いられる。なお、本制御装置の制御対象である過給機付き直噴内燃機関では、高負荷領域においてスカベンジが発生する。このため、筒内空燃比や筒内空気量を正確に求めるためには、スカベンジを考慮した計算上の工夫が必要となる。その工夫の内容については追って詳細に説明する。
【００２７】
推定トルクは要求トルクとともに点火時期制御用効率計算部２０に入力される。点火時期制御用効率計算部２０は、要求トルクの推定トルクに対する比率を点火時期制御用効率として算出する。ただし、点火時期制御用効率の最大値は１に制限されている。算出された点火時期制御用効率は、燃焼保障ガード部２２を通ってから点火時期制御部２４に入力される。燃焼保障ガード部２２は、燃焼を保障するガード値によって点火時期制御用効率の最小値を制限する。
【００２８】
点火時期制御部２４は、入力された点火時期制御用効率から点火時期を算出する。詳しくは、回転数、要求トルク、筒内空燃比等のエンジン状態量に基づいて最適点火時期を算出するとともに、入力された点火時期制御用効率から最適点火時期に対する遅角量を算出する。そして、最適点火時期に遅角量を足しあわせたものを最終的な点火時期として算出する。最適点火時期の計算には、例えば、最適点火時期と各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。遅角量の計算には、例えば、遅角量と点火時期制御用効率及び各種のエンジン状態量とを関連付けるマップを用いることができる。点火時期制御用効率が１であれば遅角量はゼロとされ、点火時期制御用効率が１よりも小さいほど遅角量は大きくされる。点火時期制御部２４は算出した点火時期に従って点火装置４の操作を行う。
【００２９】
次に本制御装置による筒内空燃比の計算と筒内空気量の計算の各方法について説明する。本制御装置の制御対象である過給機付き直噴内燃機関では、筒内空燃比は、排気通路に吹き抜けることなく筒内に留まった新気の量と直噴インジェクタによる燃料噴射量とによって決まる。筒内に留まった新気の量、つまり、筒内空気量は以下の式に示すように吸気弁通過空気量とスカベンジ割合（％）を用いて計算することができる。吸気弁通過空気量とは、吸気弁を通過して筒内に吸入された空気の量を意味する。吸気弁通過空気量は前述のエアモデルを用いて計算することができる。スカベンジ割合とは、吸気弁通過空気量に対する排気通路に吹き抜ける空気の量、すなわち、スカベンジ量の割合を意味する。
【００３０】
【数１】
【００３１】
直噴インジェクタによる燃料噴射量は、排気ガスの空燃比が目標排気空燃比になるように、吸気弁通過空気量に目標排気空燃比を乗算することで算出される。一方、筒内空燃比は、直噴インジェクタによる燃料噴射量と筒内空気量との比である。したがって、上記の筒内空気量の方程式の両辺を燃料噴射量で除算することによって、以下に示すような筒内空燃比の方程式を得ることができる。この方程式によれば、スカベンジ割合に基づき目標排気空燃比(式では目標Ａ／Ｆと表記する)を補正することによって筒内空燃比(式では筒内Ａ／Ｆと表記する)を算出することができる。
【００３２】
【数２】
【００３３】
本制御装置では、筒内空燃比の計算は筒内空燃比計算部３０にて行われる。筒内空燃比計算部３０は上記の方程式をマップ化したものを記憶している。図２はそのマップのイメージを示す図である。このマップに目標排気空燃比とスカベンジ割合とを当てはめることで筒内空燃比を特定することができる。なお、筒内空燃比計算部３０は、筒内空燃比の計算を図３のフローチャートに従って実施する。このフローチャートによれば、まず、ステップＳ１において、スカベンジ量が所定値以上かどうか判定される。或いはスカベンジ割合が所定値以上か判定するのでもよい。そして、スカベンジ量（或いはスカベンジ割合）が所定値以上の場合にはステップＳ２に進み、上述のマップを用いて目標排気空燃比とスカベンジ割合とから筒内空燃比が計算される。一方、スカベンジ量（或いはスカベンジ割合）が所定値未満の場合には、目標空燃比がそのまま筒内空燃比として用いられる。このフローチャートによれば、スカベンジ量（或いはスカベンジ割合）がゼロ近傍で微振動しているような場合に、筒内空燃比の計算値が微振動してしまうことを防いで制御の安定化を図ることができる。ただし、このような判定処理は本発明を実施する上で必ずしも必須ではない。
【００３４】
次に、筒内空気量や筒内空燃比の計算で用いられるスカベンジ割合の取得方法について説明する。スカベンジ割合は回転数や負荷によって変化し、さらにはバルブタイミングによっても変化する。そこで、１つの方法としては、スカベンジ割合を変化させる因子ごとに当該因子とスカベンジ割合との関係を試験により確認し、その結果に基づいてスカベンジ割合と各因子との関係を表したマップを作成することが考えられる。しかし、本制御装置は、それとは別の方法でスカベンジ割合を取得する。
【００３５】
本制御装置は、計算によりスカベンジ割合を取得する。スカベンジ割合の計算はスカベンジ割合計算部３２で行われる。スカベンジ割合計算部３２は、図示しないスロットル開度センサで計測された実スロットル開度（図中では実ＴＡと表記する）に基づきエアモデルを用いてスカベンジ割合を計算する。詳しくは、スロットルモデルによって実スロットル開度からスロットル通過流量を算出し、次に、吸気管モデルによってスロットル通過空気量から吸気管圧を算出する。そして、吸気弁モデルによって吸気管圧から吸気弁通過空気量と筒内空気量をそれぞれ算出する。
【００３６】
図４は、スカベンジ割合計算部３２で用いられる過給機付き内燃機関の吸気弁モデルのイメージを示す図である。図４に示すグラフの縦軸は吸気弁通過空気量（ＫＬ）であり、横軸は吸気管圧（Ｐｍ）である。このグラフは、吸気弁のバルブタイミングを一定にして排気弁のバルブタイミングを変化させた場合に吸気弁通過空気量と吸気管圧との関係がどのように変化するかを示している。グラフ中に示す実線の直線は排気弁のバルブタイミング（ＥｘＶＴ）を最進角した場合を示し、各折れ線は排気弁のバルブタイミングを遅角した場合を示している。
【００３７】
このグラフからは、吸気管圧がＰｍｔ以下の領域では、排気弁のバルブタイミングを遅角するほど、同じ吸気管圧における吸気弁通過空気量は減少することが分かる。これは、バルブオーバーラップの増大に伴う内部ＥＧＲ量の増加によって、筒内に取り込める新気の量が減少するためである。筒内に取り込んだ新気の量がトルクの計算に用いられる筒内空気量である。しかし、吸気管圧が高くなるにつれて排気弁のバルブタイミングの違いによる吸気弁通過空気量の差は縮まって行き、吸気管圧がＰｍｔのときには排気弁のバルブタイミングの違いによらず吸気弁通過空気量はＫＬｔで一定となる。これは、吸気管圧の増大に伴って内部ＥＧＲ量が減少し、吸気管圧がＰｍｔのときに内部ＥＧＲ量がゼロになるためである。そして、吸気管圧がＰｍｔよりも大きい領域では排気通路への吹き抜け、つまり、スカベンジが発生する。吸気管圧がＰｍｔよりも大きい領域では、排気弁のバルブタイミングを遅角するほど吸気弁通過空気量は増大している。これは、排気弁のバルブタイミングを遅角するほどバルブオーバーラップが大きくなり、バルブオーバーラップ期間中に吹き抜ける空気の量が増大するためである。
【００３８】
スカベンジが発生する基準圧力であるＰｍｔは、吸気弁のバルブタイミングが同じであれば、排気弁のバルブタイミングが異なっても同じ値となる。スカベンジ割合計算部３２には、適合により得られた吸気弁のバルブタイミングごとの基準圧力がマップ化されて記憶されている。スカベンジ割合計算部３２は、吸気管モデルによって算出された吸気管圧力と基準圧力とを比較することで、吹き抜けの発生の有無を判断する。そして、吸気管圧力が基準圧力以下の場合には、吸気弁モデルを用いて吸気管圧力から吸気弁通過空気量を特定し、吸気弁通過空気量をそのまま筒内空気量として算出する。この場合、スカベンジ量はゼロであから、スカベンジ割合計算部３２により算出されるスカベンジ割合はゼロとなる。
【００３９】
一方、吸気管圧力が基準圧力よりも大きい場合、すなわち、スカベンジが発生する場合には、スカベンジ割合計算部３２は気体方程式を用いて筒内空気量を算出する。吹き抜けの発生時には内部ＥＧＲ量はゼロになることから、筒内空気量は以下の気体方程式によって算出することができる。この式において、Ｖｃは吸気弁の閉弁時の筒内容積、Ｒｃは気体定数、Ｔｃは筒内温度である。また、Ｐｍは吸気管圧力であるが、Ｐｍを計算に用いるのは吸気弁の閉弁時の筒内圧力は吸気管圧力に等しいからである。
【００４０】
【数３】
【００４１】
スカベンジが発生する場合の筒内空気量は、吸気弁のバルブタイミングが同じであれば、排気弁のバルブタイミングが異なっても同じ値となる。スカベンジ割合計算部３２には、適合により得られた吸気弁のバルブタイミングごとの筒内空気量がマップ化されて記憶されている。スカベンジ割合計算部３２は、吸気弁モデルを用いて吸気管圧力から吸気弁通過空気量を特定するとともに、吸気管圧力と吸気弁のバルブタイミングに応じた筒内空気量をマップから読み出す。そして、吸気弁通過空気量から筒内空気量を引き算することによってスカベンジ量を算出し、スカベンジ量を吸気弁通過空気量で除算することによってスカベンジ割合を算出する。
【００４２】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。
【００４３】
本実施の形態の制御装置の適用対象となる内燃機関は、筒内に燃料を直接噴射する直噴インジェクタに加えて吸気ポート内で燃料を噴射するポートインジェクタも備えた過給機付き直噴内燃機関である。このような内燃機関では、総燃料噴射量に占めるポート噴射による燃料噴射量の比率（以下、ポート噴射比率という）を運転状態に応じて変化させることができる。しかし、総燃料噴射量は同じであっても、ポート噴射比率が異なれば、スカベンジの発生時における筒内空燃比は異なった値になる。このポート噴射比率についても考慮した場合、筒内空燃比は以下の方程式によって算出することができる。この方程式によれば、スカベンジ割合とポート噴射比率とに基づき目標排気空燃比(式では目標Ａ／Ｆと表記する)を補正することによって筒内空燃比(式では筒内Ａ／Ｆと表記する)を算出することができる。
【００４４】
【数４】
【００４５】
図５は、本実施の形態の過給機付き直噴内燃機関の制御装置の要部の構成を示すブロック図である。図５において実施の形態１と共通する要素は同一の符号を付している。本制御装置では、筒内空燃比の計算は筒内空燃比計算部４０にて行われる。筒内空燃比計算部４０には、目標排気空燃比とスカベンジ割合に加えてポート噴射比率が入力されている。また、筒内空燃比計算部４０は上記の方程式をマップ化したものを記憶している。なお、筒内空燃比計算部４０は、筒内空燃比の計算を図６のフローチャートに従って実施する。このフローチャートによれば、まず、ステップＳ１１において、スカベンジ量が所定値以上かどうか判定される。或いはスカベンジ割合が所定値以上か判定するのでもよい。そして、スカベンジ量（或いはスカベンジ割合）が所定値以上の場合にはステップＳ１２に進み、目標排気空燃比とスカベンジ割合とポート噴射比率から筒内空燃比が計算される。一方、スカベンジ量（或いはスカベンジ割合）が所定値未満の場合には、目標空燃比がそのまま筒内空燃比として用いられる。このフローチャートによれば、スカベンジ量（或いはスカベンジ割合）がゼロ近傍で微振動しているような場合に、筒内空燃比の計算値が微振動してしまうことを防いで制御の安定化を図ることができる。ただし、このような判定処理は本発明を実施する上で必ずしも必須ではない。
【００４６】
その他．
本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形してもよい。
【００４７】
実施の形態１，２における筒内空燃比の計算において、スカベンジ割合の代わりに、吸気弁通過空気量に対する筒内空気量の割合を用いてもよい。或いは、スカベンジ量と筒内空気量の比率を用いることもできる。それらは何れもスカベンジ割合と相関する変数であるので、スカベンジ割合に関する情報として筒内空燃比の計算に用いることができる。
【００４８】
実施の形態２における筒内空燃比の計算において、ポート噴射比率の代わりに、総燃料噴射量に対する直噴による燃料噴射量の割合を用いてもよい。或いは、直噴による燃料噴射量とポート噴射による燃料噴射量の比率を用いることもできる。それらは何れもポート噴射比率と相関する変数であるので、ポート噴射比率に関する情報として筒内空燃比の計算に用いることができる。
【００４９】
実施の形態１，２では、スカベンジ割合に基づき算出した筒内空燃比を最適点火時期のもとで実現されうる推定トルクの計算に用いている。しかし、現在の点火時期のもとで実現されている現在トルクの計算に筒内空燃比を用いることもできる。また、点火時期との関係において燃焼限界を超えていないかどうか、すなわち、失火しないかどうか判定するための情報として筒内空燃比を用いることもできる。このように、本発明により算出される筒内空燃比は、内燃機関の制御のための情報として広く用いることが可能であって、その用途が上述の実施の形態のものに限定されることは無い。
【符号の説明】
【００５０】
１８ 推定トルク計算部
２０ 点火時期制御用効率算出部
２２ 燃焼保障ガード部
２４ 点火時期制御部
３０，４０ 筒内空燃比計算部
３２ スカベンジ割合計算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機付き直噴内燃機関の動作を制御する少なくとも１つのアクチュエータに関してその操作量を決定するための情報の１つが筒内空燃比である制御装置において、
目標排気空燃比を取得する手段と、
吸気弁を通過する空気の量に対する排気通路に吹き抜ける空気の量の割合（以下、スカベンジ割合）に関する情報を取得する手段と、
前記スカベンジ割合に関する情報に基づき前記目標排気空燃比を補正することによって前記筒内空燃比を算出する手段と、
を備えることを特徴とする過給機付き直噴内燃機関の制御装置。
【請求項２】
要求トルクを取得する手段と、
点火時期が最適点火時期であると仮定した場合に前記内燃機関で発生しうる推定トルクを前記筒内空燃比を用いて計算する手段と、
前記推定トルクに対する前記要求トルクの割合に基づいて前記最適点火時期からの点火時期の遅角量を計算する手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き直噴内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記のスカベンジ割合に関する情報を取得する手段は、吸気管圧力に基づき吸気弁モデルを用いて吸気弁通過空気量と筒内空気量をそれぞれ計算し、前記吸気弁通過空気量に対する前記筒内空気量の割合或いはそれに相関する変数を前記スカベンジ割合に関する情報として用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付き直噴内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記過給機付き直噴内燃機関は筒内への直接噴射と併せてポート噴射も可能な内燃機関であり、
前記の筒内空燃比を算出する手段は、総燃料噴射量に占めるポート噴射による燃料噴射量の比率或いはそれに相関する変数をさらに用いて前記筒内空燃比を計算することを特徴とする請求項乃至３の何れか１項に記載の過給機付き直噴内燃機関の制御装置。
【請求項１】
過給機付き直噴内燃機関の動作を制御する少なくとも１つのアクチュエータに関してその操作量を決定するための情報の１つが筒内空燃比である制御装置において、
目標排気空燃比を取得する手段と、
吸気弁を通過する空気の量に対する排気通路に吹き抜ける空気の量の割合（以下、スカベンジ割合）に関する情報を取得する手段と、
前記スカベンジ割合に関する情報に基づき前記目標排気空燃比を補正することによって前記筒内空燃比を算出する手段と、
を備えることを特徴とする過給機付き直噴内燃機関の制御装置。
【請求項２】
要求トルクを取得する手段と、
点火時期が最適点火時期であると仮定した場合に前記内燃機関で発生しうる推定トルクを前記筒内空燃比を用いて計算する手段と、
前記推定トルクに対する前記要求トルクの割合に基づいて前記最適点火時期からの点火時期の遅角量を計算する手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き直噴内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記のスカベンジ割合に関する情報を取得する手段は、吸気管圧力に基づき吸気弁モデルを用いて吸気弁通過空気量と筒内空気量をそれぞれ計算し、前記吸気弁通過空気量に対する前記筒内空気量の割合或いはそれに相関する変数を前記スカベンジ割合に関する情報として用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付き直噴内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記過給機付き直噴内燃機関は筒内への直接噴射と併せてポート噴射も可能な内燃機関であり、
前記の筒内空燃比を算出する手段は、総燃料噴射量に占めるポート噴射による燃料噴射量の比率或いはそれに相関する変数をさらに用いて前記筒内空燃比を計算することを特徴とする請求項乃至３の何れか１項に記載の過給機付き直噴内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２４２０３（Ｐ２０１３−２４２０３Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２１７５（Ｐ２０１１−１６２１７５）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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