JP2000230440A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設定空燃比が大きく切換わるエンジンでさら
に設定空燃比毎に過給圧を異ならせているものにおいて
も、空燃比切換時のトルクショックを防止する。 【解決手段】 目標基準空気量に目標空気過剰率と燃費
率を乗じてリーン空燃比の運転域での目標空気量を演算
手段３３が演算する。リーン空燃比の運転域と理論空燃
比の運転域とで異なる平衡過給圧を設定手段３４が設定
し、現在の運転域に対応する前記平衡過給圧が得られる
ように過給機３５を制御手段３６が制御する。この場合
に、前記運転域の違いに伴う平衡過給圧の違いにより生
じる空気量の誤差を補正するための値を静的過給圧補正
値として演算手段３７が演算し、この補正値で前記目標
空気量を補正した値を目標仮想空気量として演算手段３
８が演算し、この目標仮想空気量がエンジンに導入され
るようにスロットル弁制御装置３１を駆動手段３９が駆
動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はエンジンの制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アクセルペダルと関係なくスロットル弁
の開度を制御可能な装置を備え、目標トルクに基づいて
スロットル弁の基本操作量と燃料噴射量を設定するとと
もに、吸気通路やスロットル弁付近に汚れが付着した
り、高地等において大気圧が変化するときでも、目標ト
ルクに対応する吸入空気量を確保するため、実空燃比の
理論空燃比からのずれ量に基づいてスロットル弁の前記
基本操作量を補正するようにしたものがある（特開平４
−１０１０３７号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来装置を設定空燃比が大きく切換わるエンジンに対し
て適用しようとすると、設定空燃比が大きく切換わるエ
ンジンでは設定空燃比の違いによりスロットル弁開度の
空気量に対する感度が異なるため、設定空燃比の違いを
スロットル弁開度で補正する必要がある。そのために
は、運転条件毎に細かなスロットル弁開度の補正値を求
めなくてはならないので、適合工数が増大してしまう。
また、わずかでもスロットル弁開度の補正値が要求値か
らずれると、それがそのままトルク段差となって生じ
る。

【０００４】そこで、設定空燃比が大きく切換わるエン
ジンに対して適用するものとして、アクセルペダルと関
係なくスロットル弁の開度を小さくする側にのみ制御可
能な装置を備え、アクセル開度と回転数からリーン空燃
比の運転域での目標空気量Ａ／Ｎ_Lを、この目標空気量
Ａ／Ｎ_Lと回転数からリーン空燃比の運転域での目標空
燃比λ（たとえば２２）を演算し、これらＡ／Ｎ_L、λ
と理論空燃比の運転域での目標空燃比λｓ（＝１４．
７）を用いて、

【０００５】

【数１】Ａ／Ｎ_S＝Ａ／Ｎ_L×（λｓ／λ） の式により理論空燃比の運転域での目標空気量Ａ／Ｎ_S
（Ａ／Ｎ_S＜Ａ／Ｎ_L）を演算し、この目標空気量Ａ／Ｎ
_Sと実吸入空気量Ａ／Ｎｍの偏差ΔＡ／Ｎ（＝Ａ／Ｎ_S−
Ａ／Ｎ_L）に応じた補正量Δθ（Δθ＜０）を演算し、
この補正量Δθをスロットル開度θｓに加えて目標スロ
ットル開度θｔを演算するようにしたものがある（特開
平５−１８３０３号公報）。リーン空燃比の運転域から
理論空燃比の運転域に切換わるとき、その切換時にトル
ク増加（トルクショック）が生じるので、理論空燃比の
運転域においては目標空燃比の違いの分だけ目標空気量
を減量補正することで、リーン空燃比の運転域から理論
空燃比の運転域への切換時のトルクショックを防止する
のである。

【０００６】しかしながら、特開平５−１８３０３号公
報の従来装置に、設定空燃比が大きく切換わるエンジン
でさらに設定空燃比毎に過給圧を異ならせているものに
ついての開示はない。

【０００７】そこで本発明は、設定空燃比が大きく切換
わるエンジンでさらに設定空燃比毎に過給圧を異なら
せ、エンジンの負荷と回転数が同じ条件でリーン空燃比
の運転域での平衡過給圧のほうが理論空燃比の運転域で
の平衡過給圧より大きくなるようにしているものを対象
とし、理論空燃比の運転域での目標空気量を目標基準空
気量として、この目標基準空気量に目標空気過剰率と燃
費率を乗じてリーン空燃比の運転域での目標空気量を演
算し、さらにリーン空燃比の運転域では、理論空燃比の
運転域での平衡過給圧との違いにより生じる空気量の誤
差を補正するための値で前記リーン空燃比の運転域での
目標空気量を補正した値を目標仮想空気量として演算
し、その目標仮想空気量がエンジンに導入されるように
スロットル弁開度を制御することにより、設定空燃比が
大きく切換わるエンジンでさらに設定空燃比毎に過給圧
を異ならせているものにおいても、空燃比切換時のトル
クショックを防止することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、図１７に
示すように、アクセルペダルと関係なくスロットル弁の
開度を制御可能な装置３１と、理論空燃比の運転域での
目標空気量を目標基準空気量ｔＱａ０として演算する手
段３２と、この目標基準空気量ｔＱａ０に目標空気過剰
率ｔλと燃費率ηｆを乗じてリーン空燃比の運転域での
目標空気量ｔＱａを演算する手段３３と、エンジンの負
荷と回転数が同じ条件でリーン空燃比の運転域での平衡
過給圧ＰＣＨＬのほうが理論空燃比の運転域での平衡過
給圧ＰＣＨＳより大きくなるようにリーン空燃比の運転
域と理論空燃比の運転域とで異なる平衡過給圧を設定す
る手段３４と、現在の運転域に対応する前記平衡過給圧
が得られるように過給機３５を制御する手段３６と、前
記運転域の違いに伴う平衡過給圧の違いにより生じる空
気量の誤差を補正するための値を静的過給圧補正値ηｐ
ｓとして演算する手段３７と、この静的過給圧補正値η
ｐｓで前記目標空気量ｔＱａを補正した値を目標仮想空
気量ｔＱａｖとして演算する手段３８と、この目標仮想
空気量ｔＱａｖがエンジンに導入されるように前記スロ
ットル弁制御装置３１を駆動する手段３９とを設けた。

【０００９】第２の発明では、第１の発明においてリー
ン空燃比の運転域における前記静的過給圧補正値ηｐｓ
が、リーン空燃比の運転域での平衡過給圧ＰＣＨＬに対
する理論空燃比の運転域での平衡過給圧ＰＣＨＳの比で
ある。

【００１０】第３の発明では、第１の発明において理論
空燃比の運転域で前記静的過給圧補正値ηｐｓを演算し
ない。

【００１１】第４の発明では、第１から第３までのいず
れか一つの発明において現在の運転域がリーン空燃比の
運転域である場合に、この運転域に対応する前記平衡過
給圧を目標過給圧ＰＣＴＲＧとして、この目標過給圧Ｐ
ＣＴＲＧと実過給圧ＰＣＥＳＴのずれに応じた過給圧補
正値を動的過給圧補正値ηｐｄとして演算し、この動的
過給圧補正値ηｐｄでリーン空燃比の運転域での前記目
標仮想空気量ｔＱａｖ（＝ｔＱａ×ηｐｓ）を補正す
る。

【００１２】第５の発明では、第４の発明において前記
過給圧補正値ηｐが前記実過給圧ｒＰｃに対する前記目
標過給圧ＰＣＴＲＧの比である。

【００１３】第６の発明では、第４または第５の発明に
おいて前記実過給圧ＰＣＥＳＴが前記スロットル弁の上
流の圧力検出値である。

【００１４】第７の発明では、第４または第５の発明に
おいて前記実過給圧ＰＣＥＳＴがリーン空燃比の運転域
での平衡過給圧に対してターボラグを考慮した処理によ
り演算した値である。

【００１５】第８の発明では、第１から第７までのいず
れか一つの発明において前記目標基準空気量ｔＱａ０を
演算する手段３２が、アクセル操作量に基づいてドライ
バ要求空気量を演算する手段と、アイドル要求空気量を
演算する手段と、これら要求空気量の和を目標基準空気
量ｔＱａ０として演算する手段とからなる。

【００１６】

【発明の効果】運転条件が理論空燃比の運転域からリー
ン空燃比の運転域へと切換わる場合を考えると、同じエ
ンジンの負荷と回転数に対してリーン空燃比の運転域で
の平衡過給圧のほうが理論空燃比の運転域での平衡過給
圧より大きく、したがってリーン空燃比の運転域での静
的過給圧補正値により、リーン空燃比の運転域における
目標仮想空気量のほうが、理論空燃比の運転域における
目標空気量である目標基準空気量より小さくなる。リー
ン空燃比の運転域での目標空気量を実現するスロットル
弁開口面積を、理論空燃比の運転域でのスロットル弁開
口面積−吸気量の特性に基づいて演算したのでは、同じ
吸気量でもリーン空燃比の運転域のほうが過給圧が高
く、実際の吸気量が大きくなるため、理論空燃比の運転
域からリーン空燃比の運転域への切換時にトルク増加
（トルク段差）が生じてしまうのであるが、第１、第
２、第３、第８の発明では、このリーン空燃比の運転域
への切換時に理論空燃比の運転域での平衡過給圧との違
いの分だけ目標仮想空気量を小さくすることで、切換の
前後で同じトルクが得られ、これによってトルクショッ
クを発生させずに済む。同様にして、リーン空燃比の運
転域から理論空燃比の運転域への切換時にも切換の前後
で同じトルクを得ることができる。

【００１７】リーン空燃比の運転域で加速を行ったと
き、実過給圧が応答遅れにより目標過給圧より遅れて立
ち上がるのであるが、このとき、第４、第５、第６、第
７の発明によれば、動的過給圧補正値により、リーン空
燃比の運転域での目標空気量よりも大きくなった目標仮
想空気量がエンジンに導入され、これによって、実過給
圧の応答遅れに伴う空気量不足によるトルク落ちを避け
ることができる。同様にして、リーン空燃比の運転域で
減速を行ったとき、実過給圧が応答遅れにより目標過給
圧より遅れて立ち下がるのであるが、このとき、第４、
第５、第６、第７の発明によれば、動的過給圧補正値に
より、リーン空燃比の運転域での目標空気量よりも小さ
くなった目標仮想空気量がエンジンに導入され、これに
よって、実過給圧の応答遅れに伴う空気量過剰によるト
ルク増加を避けることができる。言い換えると、リーン
空燃比の運転域での加速時や減速時にも、理論空燃比の
運転域での加速時や減速時と同じパターンのトルク変化
を実現できることから、加速前や減速前の運転域が異な
ることによる運転性の違いを解消できる。

【００１８】なお、リーン空燃比の運転域で基準過給圧
からの実過給圧のずれ分に応じた過給圧補正値を演算
し、この過給圧補正値でリーン空燃比の運転域での目標
空気量を補正した値を目標仮想空気量として演算し、そ
の目標仮想空気量がエンジンに導入されるようにスロッ
トル弁開度を制御することにより、リーン空燃比の運転
域での加速時や減速時にも、理論空燃比の運転域での同
レベルの加速時と同じトルクの立ち上がりや理論空燃比
の運転域での同レベルの減速時と同じトルクの立ち下が
りが得られるようにしたものを先に提案している（特願
平１０−３０５８７０号参照）。この先願装置ではリー
ン空燃比の運転域における定常時の目標空気量を演算す
る際に、理論空燃比の運転域での平衡過給圧との違いを
考慮していなかったため、リーン空燃比の運転域におけ
る加速により、その加速の途中で運転条件が理論空燃比
の運転域に移行するような場合には、理論空燃比の運転
域での平衡過給圧との違いに伴うトルク段差が新たに生
じるなどの問題が新たに見つかっていたのであるが、第
４、第５、第６、第７の発明によれば、こうした場合に
も、トルク段差を抑制して過渡時の運転性を改善するこ
とができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１において、１はエンジン本
体、２は吸気通路、３は排気通路、４は燃焼室５に直接
に臨んで設けられた燃料噴射弁、６は点火栓、７はスロ
ットル弁、８はこのスロットル弁７の開度を電子制御す
るスロットル弁制御装置である。

【００２０】エンジンにはターボチャージャ１１を備え
る。これは、吸気を圧縮するコンプレッサ１２と、この
コンプレッサ１２を駆動する力を排気エネルギーから吸
収するタービン１３とを同軸１４でつなぐとともに、排
気タービンのスクロール入口に、ステップモータにより
駆動される可変ベーン（図示しない）を設けたもので、
コントロールユニット２１により、所定の過給圧が得ら
れるように可変ベーンが制御される。また、過給圧が設
定圧力を超えることを防止するため、タービン１３入口
の排気を、タービン１３をバイパスして流すウェイスト
ゲートバルブ１５が設けられている。

【００２１】排気通路３から排気の一部を取り出して吸
気通路２に還流するため、排気還流通路１６が設けら
れ、スロットル弁７の下流に接続する。排気還流通路１
６には排気還流制御弁１７が設けられている。

【００２２】アクセルセンサ２２からのアクセル操作量
（アクセルペダルの踏み込み量のこと）、クランク角セ
ンサ２３からの単位クランク角毎のポジション信号およ
び基準位置信号からの各信号が、エアフローメータ２４
からの吸入空気流量、水温センサ２５からの冷却水温の
各信号とともにコントロールユニット２１に入力され、
コントロールユニット２１では、燃料噴射弁４を介して
燃料噴射（空燃比）を制御し、またスロットル弁制御装
置８を介してスロットル弁７の開度を制御する。また、
運転条件に応じて排気還流制御弁１７を制御する。

【００２３】ここで、燃料噴射の制御内容の概略を説明
すると、燃料噴射弁４は、低負荷などにおいて、燃料を
圧縮行程の後半に噴射して、これにより、圧縮上死点付
近において、点火栓６の近傍のキャビティに可燃混合気
を形成し、点火栓６による点火に伴い燃料を成層燃焼さ
せ、全体としては空燃比が４０を超える超希薄燃焼を行
う。また、高負荷域では、燃料を吸気行程で噴射し、燃
料と空気の混合を早め、燃焼室５の全域を均質的な混合
気で満たし、理論空燃比付近の混合気による均質燃焼を
行う。さらに、成層燃焼域と均質燃焼域との中間負荷域
において、成層燃焼よりも空燃比としては濃いが、理論
空燃比よりは薄い希薄燃焼を行う。このように、運転域
として空燃比が大きく異なる３つの領域が存在する。

【００２４】設定空燃比が大きく切換わるこうしたエン
ジンでは、リーン空燃比の運転域（上記の成層燃焼より
も空燃比としては濃いが、理論空燃比よりは薄い希薄燃
焼を行う運転域または成層燃焼域）と理論空燃比の運転
域とで要求される過給圧が異なることから、コントロー
ルユニット２１では、エンジンの負荷と回転数が同じ条
件でリーン空燃比の運転域での平衡過給圧のほうが理論
空燃比の運転域での平衡過給圧より大きくなるようにリ
ーン空燃比の運転域と理論空燃比の運転域とで異なる平
衡過給圧を設定しており、現在の運転域に対応する平衡
過給圧が得られるように、前述の可変ベーンを制御す
る。

【００２５】さて、このように設定空燃比が大きく切換
わるエンジンでさらに設定空燃比毎に過給圧を異ならせ
ているものにおいても、リーン空燃比の運転域から理論
空燃比の運転域への切換時にトルク増加（トルクショッ
ク）が生じる（この逆への切換時にはトルク減少が生じ
る）るので、これを防止するためコントロールユニット
２１では、理論空燃比の運転域での目標空気量を目標基
準空気量として演算し、この目標基準空気量に目標空気
過剰率と燃費率を乗じてリーン空燃比の運転域での目標
空気量を演算し、さらにリーン空燃比の運転域では、理
論空燃比の運転域での平衡過給圧との違いにより生じる
空気量の誤差を補正するための値で前記リーン空燃比の
運転域での目標空気量を減量補正し、その減量補正され
た目標空気量がエンジンに導入されるようにスロットル
弁開度を制御する。

【００２６】また、リーン空燃比の運転域での加速時に
過給圧の応答遅れにより吸入空気量の立ち上がりが遅れ
るため、理論空燃比の運転域での同レベルの加速時とは
トルクの立ち上がりが異なってしまい、あるいはリーン
空燃比の運転域での減速時に過給圧の応答遅れにより吸
入空気量の立ち下がりが遅れ、理論空燃比の運転域での
同レベルの減速時とトルクの立ち下がりが異なってしま
う。

【００２７】これに対処するため、コントロールユニッ
ト２１では、現在の運転域に対応する平衡過給圧を目標
過給圧として演算し、この目標過給圧と実過給圧のずれ
分により生じる空気量の誤差を補正するための値でも前
記目標空気量を補正（加速時は増量補正、減速時は減量
補正）する。

【００２８】コントロールユニット２１で実行されるこ
の制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説
明する。

【００２９】図２はスロットル弁目標開度を演算するた
めのもので、一定時間毎（たとえば１０msec毎）に実行
する。ここでは、図２をメインルーチン、図６、図７、
図１１を図２のサブルーチンとして構成しており、した
がって、以下ではメインルーチンの説明途中でサブルー
チンのあるステップになると、サブルーチンを説明する
ことにする。

【００３０】図２のステップ１ではアクセル操作量を読
み込み、このアクセル操作量に基づいてドライバの要求
するトルクを生じさせる空気量（ドライバ要求空気量）
を演算する。このドライバ要求空気量は、アクセル操作
量とエンジン回転数から図３を内容とするマップを検索
することにより求めればよい。また、アクセル操作量と
車速から車両の要求駆動力を求め、これを駆動伝達系の
ギア比を考慮してドライバの意図する要求空気量に変換
する方法もある。

【００３１】ステップ２ではアイドル要求空気量（アイ
ドル回転安定化のための要求空気量）を演算する。この
アイドル要求空気量の演算については図６のサブルーチ
ンにより説明する。

【００３２】図６のステップ１、２では、エンジンの運
転条件を読み込み、この読み込んだ運転条件に応じてア
イドル時の目標回転数を演算し、この目標回転数を維持
するのに必要な空気量（回転維持空気量）をステップ３
において演算する。この回転維持空気量は、たとえば目
標回転数と冷却水温から所定のマップを検索することに
より求めればよい。

【００３３】ステップ４、５では実際のアイドル回転数
と目標回転数の偏差を演算し、この偏差に応じてＰＩＤ
制御等により回転数のフィードバック補正量を演算す
る。

【００３４】次に、ステップ６ではエアコン、パワース
テアリング、各種の電気負荷等の補機負荷の状態を読み
込み、補機負荷が作動状態であるときはステップ７に進
み、補機負荷の状態に基づいて補機負荷補正空気量（補
機負荷の補正に必要な空気量）を演算する。

【００３５】ステップ８では、この補機負荷補正空気量
を、上記の回転維持空気量と回転数フィードバック補正
量を合計した空気量に、さらに加算して、アイドル要求
空気量を演算する。

【００３６】一方、補機負荷がいずれも非作動状態であ
るときは、ステップ６よりステップ７を飛ばしてステッ
プ８に進み、上記の回転維持空気量と回転数フィードバ
ック補正量とを加えた空気量をアイドル要求空気量とし
て演算する。

【００３７】このようにしてアイドル要求空気量を演算
したら、ふたたび図２に戻り、ステップ３でこのアイド
ル要求空気量に上述のドライバ要求空気量を加算した値
を目標基準空気量（理論空燃比の運転域での目標空気量
のこと）ｔＱａ０として演算する。

【００３８】ステップ４ではこの目標基準空気量を目標
空気過剰率ｔλと燃費率ηｆで補正し、補正後の値を目
標空気量ｔＱａとして演算する。この目標空気量ｔＱａ
の演算については図７のサブルーチンにより説明する。

【００３９】図７のステップ１では、エンジンの運転条
件に基づいて目標空気過剰率ｔλを演算する。これは、
エンジン回転数とエンジン負荷から図８を内容とするマ
ップを検索することにより求めればよい。

【００４０】目標空気過剰率ｔλは、前述した３つの燃
焼状態の各領域毎に異なる数値を入れたものである。図
８において、理論空燃比の運転域には１．０の値が、リ
ーン空燃比の運転域にはそれよりも大きな値が入ってい
る。

【００４１】ステップ２ではエンジンの運転条件に基づ
いて目標ＥＧＲ率を演算する。これも、図８で示した目
標空気過剰率ｔλの特性と同様に、エンジン回転数とエ
ンジン負荷から図９を内容とするマップを検索すること
により求めればよい。

【００４２】ステップ３では燃費率ηｆを演算する。こ
れは、目標空気過剰率ｔλと目標ＥＧＲ率から図１０を
内容とするテーブルを検索することにより求めればよ
い。図１０の特性は実機データである。

【００４３】ここで、燃費率とは、理論空燃比の運転域
での燃費率［ｇ／ｋＷ・ｈ］を１．０としたときのリー
ン空燃比の運転域での燃費率［ｇ／ｋＷ・ｈ］のこと
で、理論空燃比の運転域との燃費率の差（熱効率の差）
を表している。

【００４４】このようにして求めた目標空気過剰率ｔλ
と燃費率ηｆを用い、ステップ４において目標基準空気
量ｔＱａ０を補正、つまり

【００４５】

【数２】ｔＱａ＝ｔＱａ０×ｔλ×ηｆ の式により、目標空気量ｔＱａを演算する。

【００４６】ここで、燃費率ηｆは、図１０に示したよ
うに、理論空燃比（図ではストイキで略記）のときを最
大の１．０として、目標空気過剰率が小さくなるほど
（つまり空燃比がリーン側になるほど）小さくなる値で
あり、この燃費率ηｆによって目標空気量を減量補正し
ている。これは、空燃比がリーン側になるほど燃費率が
良くなるので、その分目標空気量が少なくてよいからで
ある。

【００４７】ただし、リーン空燃比の運転域で燃費率η
ｆが０．７〜０．９程度の値であるのに対して、目標空
気過剰率ｔλは１．５〜２．０程度の値であるため、η
ｆとｔλの積は、１．０より大きな値となるので、リー
ン空燃比の運転域での目標空気量は、エンジンの負荷と
回転数が同一の条件において目標基準空気量ｔＱａ０よ
りも大きくなる。目標空気過剰率ｔλが１を超えている
場合の数２式の値がリーン空燃比の運転域での目標空気
量であり、リーン空燃比の運転域では理論空燃比の運転
域よりも空気量を増加させるわけである。

【００４８】このようにして目標空気量ｔＱａを演算し
たら図２に戻り、ステップ５でこの目標空気量ｔＱａを
２つの過給圧補正値ηｐｓ、ηｐｄで補正し、補正後の
値を仮想目標空気量ｔＱａｖとして演算する。この仮想
目標空気量の演算については図１３のサブルーチンによ
り説明する。

【００４９】ここで、図１３の説明に入る前に、空燃比
が異なる場合の過給圧、吸気量の特性について図１１に
基づいて、また過給圧が変化した場合のエンジンの吸気
量の特性について、実機データである図１２に基づいて
解説する。

【００５０】まず図１１は、設定空燃比が理論空燃比の
場合と設定空燃比がリーン空燃比（たとえば２２）の場
合のエンジントルクに対する吸気圧と過給圧（いずれも
平衡状態での値）の相関図である。同図において等トル
クでみれば、リーン空燃比の場合のほうが理論空燃比の
場合より吸気量が多いため、吸気圧、過給圧ともリーン
空燃比の場合のほうが大きくなる。等吸気量（すなわち
等吸気圧）でみると、リーン空燃比の場合のほうが過給
圧が大きくなる。こうした特性より、リーン空燃比の場
合の目標空気量ｔＱａを実現するスロットル弁開口面積
を、理論空燃比の場合のスロットル弁開口面積−吸気量
の特性に基づいて演算したのでは、同じ吸気量でもリー
ン空燃比の場合のほうが過給圧が高く、実際の吸気量が
大きくなるため、理論空燃比からリーン空燃比への切換
時にトルク段差（トルク増加）が生じてしまう（この逆
への切換時にはトルク減少が生じる）。したがって、リ
ーン空燃比の運転域と理論空燃比の運転域とで過給圧が
異なることにより生じる空気量の誤差を補正する必要が
あるわけである。

【００５１】図１２はエンジン回転数とエンジン軸トル
クを一定に保ったまま、スロットル弁上流の過給圧を変
化させた場合の１サイクル当たり（４気筒エンジンでは
クランク角で７２０度区間）の吸気量の特性を示し、同
図より吸気量は過給圧に比例していることがわかる。し
たがって、リーン空燃比の運転域における目標給圧のと
きの目標空気量に対して、実過給圧が加速時の応答遅れ
により目標過給圧からずれてしまう場合には、そのずれ
分を含んだ目標空気量としてあらたに目標仮想空気量を
導入し、この目標仮想空気量が供給されるようにスロッ
トル弁を操作してやればよい。たとえば、リーン空燃比
の運転域での加速時に実過給圧が応答遅れにより目標過
給圧より小さい場合には目標仮想空気量を大きく設定
し、その目標仮想空気量に応じてスロットル弁を操作す
れば、目標過給圧時より大きなスロットル弁開度となり
吸気量が大きくなるため、実過給圧に立ち上がり遅れが
あっても、目標とするリーン空燃比の運転域での空気量
を実現できることになる。

【００５２】このように、目標とする過給圧に対して現
在の過給圧が変化する要素としては、設定空燃比が変化
する場合と、同じ設定空燃比における過渡的な応答遅れ
が生じる場合とがある。したがって、設定空燃比の違い
に伴う平衡過給圧の違いにより生じる空気量の誤差を補
正するための値を静的過給圧補正値、過渡的な過給圧の
変化により生じる空気量の誤差を補正するための値を動
的過給圧補正値として、これら２つのの補正値を用いて
目標仮想空気量を演算する方法を図１３により説明す
る。

【００５３】図１３においてステップ１では、理論空燃
比の運転域での平衡過給圧ＰＣＨＳを演算する。これ
は、エンジンの回転数と負荷から図１４を内容とするマ
ップを検索することにより求めればよい。

【００５４】ステップ２では目標空気過剰率ｔλと１．
０を比較し、ｔλが１．０を超えているときは、リーン
空燃比の運転域であるとしてステップ３、４に進む。

【００５５】ステップ３では、リーン空燃比の運転域で
の平衡過給圧ＰＣＨＬを演算する。これも、エンジン回
転数と負荷から図１４と同様のマップを検索することに
より求めればよい。

【００５６】ステップ４では、静的過給圧補正値ηｐｓ
を演算する。先に図１２により説明したように、空気量
はスロットル弁上流の過給圧に比例するため、リーン空
燃比の運転域での平衡過給圧ＰＣＨＬに対する理論空燃
比の運転域での平衡過給圧ＰＣＨＳの比、すなわち、

【００５７】

【数３】ηｐｓ＝ＰＣＨＳ／ＰＣＨＬ の式により静的過給圧補正値ηｐｓを求めればよい。

【００５８】ここで、エンジンの負荷と回転数が同じ条
件のときＰＣＨＬのほうがＰＣＨＳより高いので、リー
ン空燃比の運転域での静的過給圧補正値ηｐｓは１．０
より小さくなる。

【００５９】一方、理論空燃比の運転域であるときは、
静的過給圧補正値ηｐｓによる空気量の補正は不要であ
るため、ステップ２よりステップ５に進み、静的過給圧
補正値ηｐｓ＝１とする。

【００６０】次に、ステップ６、７、８は動的過給圧補
正値ηｐｄを演算する部分である。詳細には、ステップ
６でそのときの運転条件がリーン空燃比の運転域にあれ
ばリーン空燃比の運転域での平衡過給圧ＰＣＨＬを、ま
たそのときの運転条件が理論空燃比の運転域であるとき
は理論空燃比の運転域での平衡過給圧ＰＣＨＳを目標過
給圧ＰＣＴＲＧとして演算する。

【００６１】各平衡過給圧はマップ値であるので、各運
転域での加速時や減速時にステップ変化する。したがっ
て、このステップ変化に代えて、一次遅れの変化で目標
過給圧を与えたい場合は、各平衡過給圧ＰＣＨＳ、ＰＣ
ＨＬの加重平均値を計算し、その加重平均値を目標過給
圧とすればよい。

【００６２】ステップ７では、スロットル弁７の上流に
設けた圧力センサ２６（図１参照）からの実過給圧ＰＣ
ＥＳＴを読み込む。実過給圧は、上記の平衡過給圧ＰＣ
ＨＳ、ＰＣＨＬを基準にして、ターボラグ（過給機や吸
気系容積の遅れ）を考慮し、たとえば無駄時間と一次遅
れの処理等により演算してもよい。

【００６３】ステップ８では、動的過給圧補正値ηｐｄ
を演算する。空気量はスロットルバルブ上流の過給圧に
比例するため、動的過給圧補正値ηｐｄとしても、静的
過給圧補正値ηｐｓと同様に、実過給圧ＰＣＥＳＴに対
する目標過給圧ＰＣＴＲＧの比、つまり

【００６４】

【数４】ηｐｄ＝ＰＣＴＲＧ／ＰＣＥＳＴ の式により求めればよい。

【００６５】この動的過給圧補正値ηｐｄと上記の静的
過給圧補正値ηｐｓを用いて、ステップ９において

【００６６】

【数５】ｔＱａｖ＝ｔＱａ×ηｐｓ×ηｐｄ の式により目標仮想空気量ｔＱａｖを演算する。

【００６７】数５式において、定常時はηｐｄ＝１．０
となるので、リーン空燃比の運転域での定常時にはｔＱ
ａｖ＝ｔＱａ×ηｐｓにより目標仮想空気量が演算さ
れ、こうした定常時から過渡時に移ると、このリーン空
燃比の運転域における定常時の空気量（ｔＱａ×ηｐ
ｓ）が動的過給圧補正値ηｐｄにより補正（加速時は増
量、減速時は減量）されるわけである。

【００６８】このようにして目標仮想空気量ｔＱａｖの
演算を終了したら再び図２に戻り、ステップ６でこの目
標仮想空気量ｔＱａｖに基づいてスロットル弁の目標開
口面積Ａｔｈを演算する。これは、目標仮想空気量とエ
ンジン回転数から図４を内容とするマップを検索するこ
とにより求めればよい。

【００６９】ステップ７ではこの目標開口面積Ａｔｈに
応じてスロットル弁目標開度θｔｈを演算する。これ
は、スロットルボディやスロットル弁の形状、寸法で決
まる、図５に示した開口面積Ａｔｈと開度θｔｈの相関
をテーブルにしておき、このテーブルを検索することに
より求めることができる。

【００７０】このようにして求めたスロットル弁目標開
度θｔｈの信号はスロットル弁制御装置８に出力され、
これによってスロットル弁制御装置８は、スロットル弁
７の実開度が目標開度と一致するようにスロットル弁７
を駆動する。

【００７１】次に、図１５に静的過給圧補正による各種
空気量の演算関係を示す。なお、ここでは説明を簡単に
するため、アイドル時要求空気量を除いて考える。ま
た、定常時（ηｐｄ＝１．０）で考える。

【００７２】理論空燃比の運転域における平衡過給圧Ｐ
ＣＨＳのもと、アクセル操作量がＱＨ０ＳＴのときの実
吸気量ｒＱａ０は、自然吸気のときの吸気量ｔＱａ０に
対して、

【００７３】

【数６】ｒＱａ０＝ｔＱａ０×ＰＣＨＳ／Ｐ０ の式で表せる。過給により自然吸気（図ではＮＡで略
記）のときより吸気量がＰＣＨＳ／Ｐ０倍（ＰＣＨＳ／
Ｐ０＞１．０、Ｐ０は大気圧）となるわけである。

【００７４】理論空燃比の運転域でこの実際の吸気量ｒ
Ｑａ０により発生するのと同じトルクをリーン空燃比の
運転域で発生させるのに要求される吸気量ｔＱａｌは、
実際の吸気量ｒＱａ０に対して設定空燃比違いによる補
正と設定空燃比違いによる燃費率の補正を施すことで、
つまり、

【００７５】

【数７】ｔＱａｌ＝ｒＱａ０×ηｆ×ｔλ の式で得られる。

【００７６】この要求吸気量ｔＱａｌはリーン空燃比の
運転域での平衡過給圧ＰＣＨＬで実現される吸気量であ
るから、自然吸気のときの要求吸気量ｔＱａｖは

【００７７】

【数８】ｔＱａｖ＝ｔＱａｌ×Ｐ０／ＰＣＨＬ の式で表される。ただし、Ｐ０／ＰＣＨＬ＜１．０であ
る。

【００７８】以上の数６式、数７式、数８式の３式をま
とめると、

【００７９】

【数９】 ｔＱａｖ＝ｔＱａ０×ηｆ×ｔλ×ＰＣＨＳ／ＰＣＨＬ の式が得られる。

【００８０】数９式において、ｔＱａ０は目標基準空気
量のことであるから、この目標基準空気量ｔＱａ０に対
して、

【００８１】

【数１０】ｔＱａ＝ｔＱａ０×ηｆ×ｔλ の式により目標空気量ｔＱａ求め、これにＰＣＨＳ／Ｐ
ＣＨＬ（＝静的過給圧補正値ηｐｓ）を乗じることで目
標仮想空気量ｔＱａｖ（＝ｔＱａ×ηｐｓ）が求められ
ることを表している。

【００８２】ここで、運転条件が理論空燃比の運転域か
らリーン空燃比の運転域へとゆっくり切換わる場合を考
えると（このときηｐｄ＝１．０）、同じエンジンの負
荷と回転数に対して理論空燃比の運転域での平衡過給圧
ＰＣＨＳとリーン空燃比の運転域での平衡過給圧ＰＣＨ
Ｌとが演算され、この場合、ＰＣＨＬのほうがＰＣＨＳ
より大きく、したがってリーン空燃比の運転域での静的
過給圧補正値ηｐｓが１．０より小さくなるため、その
分だけリーン空燃比の運転域における目標仮想空気量ｔ
Ｑａｖが理論空燃比の運転域における目標仮想空気量ｔ
Ｑａｖ（＝ｔＱａ）より小さくなる。図１１のところで
前述したように、リーン空燃比の運転域での目標空気量
ｔＱａを実現するスロットル弁開口面積を、理論空燃比
の運転域でのスロットル弁開口面積−吸気量の特性に基
づいて演算したのでは、同じ吸気量でもリーン空燃比の
運転域のほうが過給圧が高く、実際の吸気量が大きくな
るため、理論空燃比の運転域からリーン空燃比の運転域
への切換時にトルク増加（トルク段差）が生じてしまう
のであるが、本実施形態では、このリーン空燃比の運転
域への切換時に理論空燃比の運転域での平衡過給圧との
違いの分だけ目標仮想空気量を小さくすることで、切換
の前後で同じトルクが得られ、これによってトルクショ
ックを発生させずに済むのである。同様にして、リーン
空燃比の運転域から理論空燃比の運転域への切換時にも
切換の前後で同じトルクが得られる。

【００８３】次に、リーン空燃比の運転域での加速時の
作用を図１６を参照しながら説明する。

【００８４】理論空燃比の運転域での加速に比較してリ
ーン空燃比の運転域での同じ加速の場合には、目標過給
圧ＰＣＴＲＧに対して実過給圧ＰＣＥＳＴの発達が遅れ
るので、従来装置（特開平７−１５８４６２号公報参
照）のように理論空燃比の運転域での加速と同じスロッ
トル弁操作を行ったのでは、空気量（吸気圧）の立ち上
がりが遅れる（下から二段目の一点鎖線参照）。

【００８５】これに対して本実施形態では、実過給圧Ｐ
ＣＥＳＴが目標過給圧ＰＣＴＲＧより低いため、動的過
給圧補正値ηｐｄが１．０を超える値となり、その分だ
け目標仮想空気量ｔＱａｖが、リーン空燃比の運転域に
おける定常時の目標空気量（ｔＱａ×ηｐｓ）より大き
くなる（第二段目参照）。その結果、この目標仮想空気
量ｔＱａｖに基づいて演算されるスロットル弁開度が、
ｔＱａ×ηｐｓに対応するスロットル弁開度の場合より
大きくなり（第一段目参照）、これによって過給圧が発
達していない場合でも目標とする吸入空気量を導入でき
ることから、リーン空燃比の運転域での加速の場合も、
理論空燃比の運転域での加速の場合と同じパターンのト
ルクの立ち上がりが得られる。すなわち、空燃比の設定
が異なることによる過渡時のトルク応答、すなわちター
ボラグの違和感がなくなるのである。

【００８６】このように本実施形態では、リーン空燃比
の運転域において、理論空燃比の運転域での平衡過給圧
との違いを考慮した定常時の目標空気量（ｔＱａ×ηｐ
ｓ）を動的過給圧補正値ηｐｄで補正した値を目標仮想
空気量ｔＱａｖとして演算し、この目標仮想空気量ｔＱ
ａｖが得られるようにスロットル弁を操作する。たとえ
ば、実過給圧が目標過給圧より低い場合には、スロット
ル弁を開き方向に制御して空気量を増加させ、この逆に
実過給圧が目標過給圧より発達している場合には、スロ
ットル弁開度を閉じ方向に制御して空気量を抑制するの
で、空燃比の設定や過給圧の発達状況に関わらず、過渡
時の空気量の変化を同じパターンで実現できることにな
った。この結果、トルクの変化も空燃比等に拘わらず同
じパターンになり、過給圧の発達状況に伴う違和感を解
消できる。

【００８７】なお、リーン空燃比の運転域で基準過給圧
からの実過給圧のずれ分に応じた過給圧補正値を演算
し、この過給圧補正値でリーン空燃比の運転域での目標
空気量を補正した値を目標仮想空気量として演算し、そ
の目標仮想空気量がエンジンに導入されるようにスロッ
トル弁開度を制御することにより、リーン空燃比の運転
域での加速時や減速時にも、理論空燃比の運転域での同
レベルの加速時と同じトルクの立ち上がりや理論空燃比
の運転域での同レベルの減速時と同じトルクの立ち下が
りが得られるようにしたものを先に提案している（特願
平１０−３０５８７０号参照）。このもの（先願装置）
における過給圧補正値は、本願発明の動的過給圧補正値
ηｐｄと同じものである。

【００８８】ただし、先願装置の過給圧補正値が補正す
る対象は目標空気量ｔＱａであったのに対して、本願発
明の動的過給圧補正値ηｐｄが補正する対象は、目標空
気量ｔＱａに静的過給圧補正値ηｐｓを乗じた値である
点で相違している（図１３のステップ９参照）。したが
って、先願装置ではリーン空燃比の運転域における定常
時の目標空気量を演算する際に、理論空燃比の運転域で
の平衡過給圧との違いを考慮していなかったため、リー
ン空燃比の運転域における加速により、その加速の途中
で運転条件が理論空燃比の運転域に移行するような場合
には、理論空燃比の運転域での平衡過給圧との違いに伴
うトルク段差が新たに生じるなどの問題が新たに見つか
っていたのであるが、本願発明によれば、こうした場合
にも、トルク段差を抑制して過渡時の運転性を改善する
ことができたのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の制御システム図。

【図２】スロットル弁目標開度の演算を説明するための
フローチャート。

【図３】ドライバ要求空気量の特性図。

【図４】目標開口面積の特性図。

【図５】スロットル弁目標開度の特性図。

【図６】アイドル要求空気量の演算を説明するためのフ
ローチャート。

【図７】目標空気量の演算を説明するためのフローチャ
ート。

【図８】目標空気過剰率の特性図。

【図９】目標ＥＧＲ率の特性図。

【図１０】燃費率の特性図。

【図１１】設定空燃比が理論空燃比の場合と設定空燃比
がリーン空燃比の場合のトルクに対する吸気圧と過給圧
の相関図。

【図１２】過給圧に対する吸気量の特性図。

【図１３】目標仮想空気量の演算を説明するためのフロ
ーチャート。

【図１４】基準過給圧の特性図。

【図１５】静的過給圧補正による各種空気量の演算関係
を示す特性図。

【図１６】本実施形態の作用を説明するための波形図。

【図１７】第１の発明のクレーム対応図。

【符号の説明】

４ 燃料噴射弁 ７ スロットル弁 ８ スロットル弁制御装置 １１ ターボチャージャ（過給機） ２１ コントロールユニット

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 AA04 BA00 BA05 DA11 EB11 FA05 FA07 FA10 FA12 FA13 FA17 FA20 FA26 FA33 FA38 3G092 AA01 AA06 AA09 AA17 AA18 BA04 BA07 BB01 BB06 DB03 DC03 DC09 DC12 EA14 EB01 EB02 EB03 EB09 EC01 EC09 FA04 FA08 GA05 GA06 GA14 HA01X HA01Z HA06X HA16X HA16Z HB01X HB02X HD07X HE01Z HE03Z HE08Z HF08Z HF12Z HF21Z 3G301 HA01 HA04 HA11 HA13 HA15 JA04 JA12 KA08 KA09 KA11 LA03 LB04 MA01 MA12 MA19 NA02 NA03 NA04 NA05 NB11 NB15 NC02 ND01 PA01A PA01Z PA11A PA16A PA16Z PB03A PB05A PD15A PE01Z PE03Z PE08Z PF01Z PF03Z PF07Z

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アクセルペダルと関係なくスロットル弁の
   開度を制御可能な装置と、 理論空燃比の運転域での目標空気量を目標基準空気量と
   して演算する手段と、 この目標基準空気量に目標空気過剰率と燃費率を乗じて
   リーン空燃比の運転域での目標空気量を演算する手段
   と、 エンジンの負荷と回転数が同じ条件でリーン空燃比の運
   転域での平衡過給圧のほうが理論空燃比の運転域での平
   衡過給圧より大きくなるようにリーン空燃比の運転域と
   理論空燃比の運転域とで異なる平衡過給圧を設定する手
   段と、 現在の運転域に対応する前記平衡過給圧が得られるよう
   に過給機を制御する手段と、 前記運転域の違いに伴う平衡過給圧の違いにより生じる
   空気量の誤差を補正するための値を静的過給圧補正値と
   して演算する手段と、 この静的過給圧補正値で前記目標空気量を補正した値を
   目標仮想空気量として演算する手段と、 この目標仮想空気量がエンジンに導入されるように前記
   スロットル弁制御装置を駆動する手段とを設けたことを
   特徴とするエンジンの制御装置。
2. 【請求項２】リーン空燃比の運転域における前記静的過
   給圧補正値は、リーン空燃比の運転域での平衡過給圧に
   対する理論空燃比の運転域での平衡過給圧の比であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 【請求項３】理論空燃比の運転域で前記静的過給圧補正
   値を演算しないことを特徴とする請求項１に記載のエン
   ジンの制御装置。
4. 【請求項４】現在の運転域がリーン空燃比の運転域であ
   る場合に、この運転域に対応する前記平衡過給圧を目標
   過給圧として、この目標過給圧と実過給圧のずれに応じ
   た過給圧補正値を動的過給圧補正値として演算し、この
   動的過給圧補正値でリーン空燃比の運転域での前記目標
   仮想空気量を補正することを特徴とする請求項１から３
   までのいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
5. 【請求項５】前記過給圧補正値は前記実過給圧に対する
   前記目標過給圧の比であることを特徴とする請求項４に
   記載のエンジンの制御装置。
6. 【請求項６】前記実過給圧は前記スロットル弁の上流の
   圧力検出値であることを特徴とする請求項４または５に
   記載のエンジンの制御装置。
7. 【請求項７】前記実過給圧はリーン空燃比の運転域での
   平衡過給圧に対してターボラグを考慮した処理により演
   算した値であることを特徴とする請求項４または５に記
   載のエンジンの制御装置。
8. 【請求項８】前記目標基準空気量を演算する手段は、ア
   クセル操作量に基づいてドライバ要求空気量を演算する
   手段と、アイドル要求空気量を演算する手段と、これら
   要求空気量の和を目標基準空気量として演算する手段と
   からなることを特徴とする請求項１から７までのいずれ
   か一つに記載のエンジンの制御装置。