JPH11200929A

JPH11200929A - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JPH11200929A
Application number: JP10246116A
Authority: JP
Inventors: Kosaku Shimada; 耕作嶋田; Takeshi Atago; 武士阿田子; Tomohiko Takahashi; 智彦高橋; Hiroyasu Yoshino; 太容吉野; Toru Fuse; 徹布施; Munetoyo Ikeda; 宗豊池田; Isamu Kazama; 勇風間
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 1999-07-27
Anticipated expiration: 2018-08-31
Also published as: JP3888781B2

Abstract

(57)【要約】【課題】希薄燃焼エンジン、特により高負荷で成層燃
焼を可能とする素質をもつ高性能エンジンにおいて、燃
焼状態の切換え前後でのトルク段差を生じさせないよう
にして、ドライバに不快なショックを与えずに、スムー
ズに燃焼状態を切換えるエンジン制御装置を提供する。【解決手段】目標トルクを算出する目標トルク算出手
段と、前記目標トルクとエンジン回転数とから目標基本
シリンダ吸気量を算出する目標基本シリンダ吸気量演算
手段と、前記目標基本シリンダ吸気量に新気過剰率（空
燃比／14.7）を乗算して目標シリンダ吸気量を算出する
新気過剰率乗算手段とを備え、更に、エンジンの燃焼状
態に基づき燃焼効率補正率を演算する燃焼効率補正手段
を備え、該燃焼効率補正手段が、前記目標シリンダ吸気
量に前記燃焼効率補正率を乗算して補正目標シリンダ吸
気量を算出することを特徴とし、前記エンジン制御装置
が、燃料噴射量を決定するために、吸入空気量をエンジ
ン回転数で割って空燃比がストイキ(A/F=14.7)となるよ
うな係数を乗じて１シリンダ当たりの基本燃料噴射パル
ス幅を算出する手段を備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポート噴射エンジ
ンもしくは筒内噴射エンジンにおいて希薄燃焼を実現す
るエンジン制御装置に係り、特に、燃焼効率補正を行う
ことにより、成層燃焼・均質燃焼等の燃焼状態が切り換
わる際に、夫々の燃焼状態での目標シリンダ空気量の補
正を行うことにより、切換え時の燃焼効率違いによるト
ルク段差をなくすエンジン制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃エンジンの燃焼方法として、エンジ
ンに供給される混合気の空燃比を理論空燃比（Ａ／Ｆ＝
１４．７）より燃料を希薄にして燃焼制御する、いわゆ
る、希薄燃焼が知られており、該希薄燃焼は、ポート噴
射エンジン及び筒内噴射エンジンの両方に適用されてい
る。該希薄燃焼エンジンは、車両等の急発進や急加速等
の特定の運転状態では、出力が不足するので、このよう
な状態の場合には、前記空燃比を理論空燃比近傍に制御
して運転している。即ち、前記希薄燃焼エンジンは、運
転状態の変更に基づき燃焼状態を成層燃焼、均質燃焼、
ストイキ燃焼等（リッチ燃焼からリーン燃焼まで）に変
更制御して運転されている。

【０００３】そして、従来のこの種の希薄燃焼の筒内噴
射エンジンとして、例えば、特開平7-166916号公報に所
載された技術がある。該技術は、成層燃焼に対応したア
イドル時とオフアイドル時の切換制御を考慮したもので
あり、オフアイドル運転からアイドル運転に切り替わっ
たと判定すると、吸入空気量を増加させて、ポンピング
ロスが低減できる分、燃料噴射量を減量補正するもので
ある。

【０００４】また、この種の希薄燃焼のポート噴射エン
ジンとして、例えば、特開平５−187295号公報に所載の
技術がある。該技術は、燃焼状態の変更（リッチ燃焼−
リーン燃焼）、即ち、空燃比の変更時に起こる出力トル
クの変動に基づくトルクショックを防止するものであ
り、吸気通路にスロットル弁をバイパスするバイパス通
路を設けると共に、該バイパス通路にバルブを配置し
て、空燃比の変更制御切り替え時に、バイパス通路をバ
ルブにより開閉してエンジンへの吸入空気量を増減させ
ることで、エンジン出力を変化させずに、空燃比（燃焼
状態）を切り替え制御するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
筒内噴射エンジンの制御技術は、均質燃焼を行うオフア
イドルと、よりリーンとなる成層燃焼を行うオフアイド
ルの２状態の切換については述べられているものの、オ
フアイドルでの均質燃焼と成層燃焼の燃焼切換えについ
て配慮されておらず、トルクショックが起こらないよう
に、一定のトルクを維持して、燃焼状態のみ切り換える
場合についても配慮されていない。より高負荷で成層燃
焼を可能とする素質を持つ高性能エンジンでは、オフア
イドルでの燃焼切換えが存在するために、燃焼効率の違
う２つの燃焼状態を切り換えるときに、トルク段差が生
じて、トルクショックが発生する虞があり、問題であ
る。

【０００６】また、前記ポート噴射エンジンの制御技術
は、切り替え後の目標吸入空気量と検出吸入空気量との
偏差を算出してバイパス通路のバルブの開度を制御する
ものであるので、トルクシッョクの原因を解明し、それ
に基づいて制御を行うものでない。即ち、燃焼状態の変
更による燃焼効率等の変化について配慮されたものでは
ないので、トルクショックに十分に対処できるとは云え
ないし、ポート噴射エンジンであるので、筒内噴射エン
ジン特有の問題である燃焼状態の変更に伴う、燃料噴射
時期の相違に基づくトルクショックについての配慮がな
されたものでもない。

【０００７】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、燃焼状態の
切換え前後でのトルク段差を生じさせないようにして、
ドライバに不快なショックを与えずに、スムーズに燃焼
状態を切換える希薄燃焼のエンジン制御装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明のエンジン制御装置は、基本的には、目標トルク
を算出する目標トルク算出手段と、前記目標トルクとエ
ンジン回転数とから目標基本シリンダ吸気量を算出する
目標基本シリンダ吸気量演算手段と、前記目標基本シリ
ンダ吸気量に新気過剰率（空燃比／14.7）を乗算して目
標シリンダ吸気量を算出する新気過剰率乗算手段とを備
え、更に、エンジンの燃焼状態に基づき燃焼効率補正率
を演算する燃焼効率補正手段を備え、該燃焼効率補正手
段が、前記目標シリンダ吸気量に前記燃焼効率補正率を
乗算して補正目標シリンダ吸気量を算出することを特徴
とし、前記エンジン制御装置が、燃料噴射量を決定する
ために、吸入空気量をエンジン回転数で割って空燃比が
ストイキ(A/F=14.7)となるような係数を乗じて１シリン
ダ当たりの基本燃料噴射パルス幅を算出する手段を備え
ていることを特徴としている。

【０００９】また、本発明のエンジン制御装置は、前記
補正目標シリンダ吸気量を目標スロットル開度に変換す
るスロットル開度変換手段を備え、該目標スロットル開
度変換手段が、補正目標シリンダ吸気量を１つの軸と
し、エンジン回転数を別の１つの軸としたマップからス
ロットル開度を算出するか、もしくは、補正目標シリン
ダ吸気量を１つの軸とし、エンジン回転数を別の１つの
軸としたマップから中間パラメータとしてスロットル開
口面積を算出し、更に、スロットル開口面積を軸とした
テーブルから目標スロットル開度を算出することを特徴
としている。

【００１０】そして、本発明のエンジン制御装置の具体
的な好ましい態様としては、前記燃焼効率補正手段で求
められる燃焼効率補正率の値が、ストイキ時に1.0とな
り、リーン時にはその時の燃焼状態での燃費率/ストイ
キの燃費率(g/psh)の比をとり、1.0より小さい数値とな
るように定めたことを特徴とし、前記燃焼効率補正手段
が、空燃比A/Fを軸として参照するテーブルから燃焼効
率補正率を算出するか、EGRガス＋新気量と燃料量との
比を示す空燃比G/Fを軸として参照するテーブルから燃
焼効率補正率を算出するか、あるいは、EGRガス＋新気
量と燃料量の比を示す空燃比G/Fを１つの軸とし、EGR率
を別の軸とするマップから燃焼効率補正率を算出するこ
とを特徴としている。

【００１１】また、前記制御対象のエンジンが、ポート
噴射エンジン、もしくは、筒内噴射エンジンであること
を特徴としている。更に、本発明の前記燃焼効率補正手
段は、燃焼状態の相違（成層燃焼、弱成層燃焼、及び、
均質燃焼等）毎に異なる複数のマップもしくはテーブル
を備えていると共に、前記燃焼状態の相違を検出する手
段を備え、該燃焼状態の相違に基づき前記複数のマップ
もしくはテーブル内の一つを選択して燃焼効率補正率を
算出することを特徴としている。

【００１２】前述の如く構成された本発明に係るエンジ
ン制御装置は、吸入空気量の制御においては、目標トル
ク演算手段で、運転者の意志であるアクセル開度とエン
ジン回転数から目標トルクを算出し、次いで、目標基本
シリンダ吸気量演算手段で、目標トルクとエンジン回転
数から目標基本シリンダ吸気量を算出し、新気過剰率乗
算手段でストイキに対しリーンで吸気量が増加するよう
に前記目標基本シリンダ吸気量に新気過剰率を乗じて目
標シリンダ吸気量を算出し、燃焼効率補正手段で該目標
シリンダ吸気量に燃焼効率補正率を乗じて前記目標シリ
ンダ吸入空気量を補正し、スロットル開度変換手段で、
補正目標シリンダ吸気量をスロットル開度に変換し、吸
気量制御手段で、実際のスロットル開度を操作する。

【００１３】一方、燃料噴射量の制御においては、基本
シリンダ吸入空気量演算手段で、吸入空気量とエンジン
回転数から基本シリンダ吸入空気量を算出し、空燃比分
修正手段で、基本シリンダ吸入空気量を新気過剰率で割
って目標空燃比を実現する燃料噴射パルス幅を算出し、
燃料噴射手段で、指定された燃料噴射パルス幅の間、燃
料を噴射する。

【００１４】前記の如く燃焼制御を行うことで、切換え
によって燃焼状態（均質燃焼、成層燃焼等）が急激に変
更しても、燃焼効率差に起因するエンジン出力トルクの
段差をなくすべく吸入空気量を制御でき、結果として車
両にショックを発生させずに、スムーズな燃焼状態の切
換えを実現できる。

【００１５】また、前記燃焼効率補正手段が、空燃比A/
Fもしくは空燃比G/Fを軸として参照するテーブルもしく
はマップから燃焼効率補正率を算出するので、的確に目
標シリンダ吸入空気量を下方修正することができ、エン
ジン出力トルクの段差をなくすことができる。更に、燃
焼効率補正率演算手段に、エンジン回転数、エンジン負
荷、及びアイドル状態か否か等の運転状態の動作点によ
って補正値を演算する動作点補正値演算手段と、エンジ
ンの経時劣化、エンジン個体バラツキ等に基づき補正値
を演算する外部要因補正値演算手段を付加配備したこと
によって、同一空燃比G/F、同一EGR率でも前記燃焼効率
補正率が運転状態の動作点によって変化するのを補正値
を演算することで、運転状態別に最適な燃焼効率補正率
を算出して、トルク段差のないエンジン運転を可能に
し、車両毎の燃焼バラツキが容易に調整できるようにな
った。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明のエンジ
ンの制御装置の実施形態について詳細に説明する。図１
は、本発明の第一の実施形態のエンジン507の制御シス
テムの全体構成を示したものである。図１において、エ
ンジン507に吸入される空気は、エアクリーナ502の入口
部502aから取り入れられ、エアフローセンサ503を通
り、吸気流量を制御するスロットル弁505aが収容された
スロットルボディ505を通り、コレクタ506に入る。該コ
レクタ506に吸入された空気は、エンジン507の各シリン
ダ507bに接続された各吸気管に501に分配され、前記シ
リンダ507b内の燃焼室507cに導かれる。また、スロット
ル弁505aは、モータ522により開弁・閉弁が可能となっ
ている。

【００１７】一方、ガソリンなどの燃料は、燃料タンク
514から燃料ポンプ510により１次加圧され、さらに燃料
ポンプ511により２次加圧され、インジェクタ509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512によ一定の圧力（例えば３kg/
cm"2）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513により一定の圧力(例えば70kg
/m"2)に調圧され、それぞれのシリンダ507bに設けられ
ているインジェクタ509から該シリンダ507bの中に噴射
される。噴射された燃料は、点火コイル522で高電圧化
された点火信号により点火コイル508で着火される。

【００１８】また、前記エアフローセンサ503からは、
吸気流量を示す信号が出力され、コントロールユニット
515に入力されるようになっている。更に、スロットル
ボディ505には、スロットル弁505aの開度を検出するス
ロットルセンサ504が取り付けられており、その出力も
コントロールユニット515に入力されるようになってい
る。

【００１９】次に、カムシャフト軸（図示省略）に取付
られたクランク角センサ516は、クランク軸507d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とを出力し、これらの信号もコント
ロールユニット515に入力されるようになっている。

【００２０】排気管519内の触媒520の前に設置されたＡ
／Ｆセンサ518は、排ガスを検出して、その検出信号を
出力して前記コントロールユニュト515に入力し、アク
セル開度センサ521は、アクセルペダルの開度を検出し
て該検出信号をコントロールユニット515に入力するよ
うになっている。

【００２１】図２は、コントロールユニット515の主要
部を示すもので、該コントロールユニット515は、ＭＰ
Ｕ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびＡ／Ｄ変換器を含むＩ／ＯＬ
ＳＩ等で構成され、エンジン507の運転状態を検出する
各種のセンサ等からの信号を入力として取り込み、所定
の演算処理を実行し、この演算結果として算定された各
種の制御信号を出力し、前記したインジェクタ509や点
火コイル522に所定の制御信号を供給し、燃料供給量制
御と点火時期制御とを実行するものである。

【００２２】図３は、前記筒内噴射エンジン507におけ
る、コントロールユニット515で実行される制御のブロ
ック図の全体概要を示したものである。図３は、上部が
吸気量制御系であり、下部が燃料量制御系である。上部
の吸気量制御系では、目標トルク演算手段１０１で、運
転者の意志であるアクセル開度とエンジン回転数に基づ
き目標トルクを算出し、目標基本シリンダ吸気量演算手
段１０２では、前記目標トルクとエンジン回転数から目
標基本シリンダ吸気量を算出し、新気過剰率乗算手段１
０３ａで、ストイキに対しリーンで吸気量が増加するよ
うに目標基本シリンダ吸気量に新気過剰率を乗じて目標
シリンダ吸気量を算出し、さらに燃焼効率補正手段１０
３ｂで、燃焼効率補正率を乗じて燃費の良い燃焼状態
に、前記目標シリンダ吸入空気量を修正して補正目標シ
リンダ空気量tTPを算出する。スロットル開度変換手段
１０４では、前記補正目標シリンダ吸気量とエンジン回
転数とに基づきスロットル開度を変換し、吸気量制御手
段１０５で、実際のスロットル開度を操作する。

【００２３】一方、図３の下部の燃料量制御系では、基
本シリンダ吸入空気量演算手段１０６で、吸入空気量と
エンジン回転数から基本シリンダ吸入空気量を算出し、
空燃比分修正手段１０７では、前記基本シリンダ吸入空
気量を新気過剰率で割って目標空燃比を実現する燃料噴
射パルス幅を算出し、燃料噴射手段１０８で、指定され
た燃料噴射パルス幅で、燃料を噴射する。

【００２４】以上、吸気量制御系と燃料量制御系との制
御装置の全体構成について説明したが、本実施形態の特
徴である燃焼効率補正手段１０３ｂについて、図４に基
づいて、更に、詳細に説明する。前記燃焼効率補正手段
１０３ｂは、新気過剰率、目標EGR率、及び、燃焼状態
（成層、均質等）の各信号を入力し、前記新気過剰率
(目標空燃比/14.7)と前記目標EGR率との信号に基づき予
め用意されているマップから燃焼効率補正率を算出す
る。前記マップは燃焼状態（成層、均質等）毎に複数枚
が用意されており、前記燃焼状態毎に前記マップを選択
して燃焼効率補正率を算出する。算出された前記燃焼効
率補正率を目標シリンダ吸気量に乗算して補正目標シリ
ンダ吸気量を算出する。

【００２５】ここで、前記燃焼効率補正手段１０３ｂの
作動原理について説明する。リーン燃焼は、ストイキ燃
焼に比べて燃料量を少なく（空燃比を薄く）して吸入空
気量を増やすことにより、ポンピングロスを低減するの
が狙いである。まず、式(2)のように、リーン時の燃料
量QF#leanをストイキ時の燃料量QF#stと等しいまま空燃
比を薄くすると、吸入空気量QA#leanはストイキ時のQA#
stより増加し、その割合は式(1)に示すように(目標空燃
比)/14.7となる。しかし、実際にはポンピングロス低減
により燃費を10%〜40%程度向上できるので、その分、ス
トイキと等トルクを出力するのに、空気量も燃料量も低
減できる。式(3)では、リーン時の吸入空気量QA#lean
が、ITAF(0.6〜0.9程度の値)倍に、同様に式(4)に示す
ように燃料量もITAF倍になっている。

【００２６】 QA#lean = QA#st× (目標空燃比)/14.7 式(1) QF#lean = QF#st 式(2) QA#lean = QA#st × (目標空燃比)/14.7 * ITAF 式(3) QF#lean = QF#st × ITAF 式(4)

【００２７】ここで、ITAFは燃焼効率補正率であり、一
定値とならないのは、空燃比の薄さやEGR率によって値
が変わるためである。リーンバーンエンジンの内でも、
特に、筒内噴射エンジンでは、混合気を１部に集めて層
状燃焼ができるためリーン限界空燃比が大きく、その設
定例を図６に示す。一般的には、空燃比が薄くなるほど
ITAFは小さく、また、EGR率が大きくなるほどITAFは小
さくなる。

【００２８】図５は、燃焼効率補正率ITAFの空燃比に対
する感度を表わしたものである。横軸に空燃比A/Fと新
気過剰率tλa0が、プロットしてある。新気過剰率は、
(目標空燃比)/14.7であり、式(5)のように計算され、ス
トイキ時に１となる。新気過剰率を使うと式(3)は、式
(6)のように書き換えられる。 tλa0 = (目標空燃比)/14.7 式(5) QA#lean = QA#st × tλa0 * ITAF 式(6)

【００２９】次に、EGR（燃焼ガス再循環）をかけてい
った場合について見ると、前記新気過剰率は、吸入空気
量と燃料量の比から計算されるが、EGRをかけた場合
は、空燃比A/Fは、再循環燃焼ガスを考慮した空燃比G/F
で置き換え、式(7)で表わされる。 G/F = A/F × (100 + EGR率)/100 式(7)

【００３０】図７は、空燃比G/Fに対する燃焼効率補正
率の特性を示したもので、図５とほぼ同じ傾向である。
この図７で、空燃比G/Fとともに横軸としたのはガス過
剰率tλg0である。ガス過剰率も新気過剰率と同じ考え
で、式(8)のように定義する。 tλg0 = (目標空燃比G/F)/14.7 式(8)

【００３１】同一空燃比G/Fで、EGR率を大きくしていっ
た場合のEGR率に対する燃焼効率補正率は、図９のよう
な特性となり、同一空燃比G/Fでも数％変化する。よっ
て、より正確に燃焼効率補正率を求めるためには、図８
のような特性となり、EGR率の違いで補正率の曲線が何
本も引ける。この関係を実際の制御で使うためには、図
１０のような空燃比G/FとEGR率を軸としたマップが必要
となる。

【００３２】ここで、図５、図７、及び、図８に着目す
ると、空燃比２０付近では、変曲点があったり、不連続
であったりするが、これは、筒内噴射エンジン特有の燃
焼違いによるものであり、リーン側は、圧縮行程に燃料
噴射を行う成層燃焼で、リッチ側は、吸気行程に燃料噴
射を行う均質燃焼である。

【００３３】そこで、このような燃焼の違いがあって
も、その前後で正確な燃焼効率補正を行うためには、図
１１のブロック図に示すように、均質用マップ１１０１
と、成層用マップ１１０２を設けて、切り換えて使用す
るのが好ましい。

【００３４】図１２は、切換え時のフローチャートの一
例を示したものである。ここでの一連の処理は、一定時
間毎に実行される割込み処理（ステップ１２０１）で行
われ、始めに、ステップ１２０２で燃焼状態を読込み、
ステップ１２０３で均質燃焼か成層燃焼かの判定をす
る。均質燃焼と判定されると、ステップ１２０４に進
み、該ステップ１２０４で、再循環燃焼ガスを考慮した
空燃比G/FとEGR率との読込みを行い、ステップ１２０５
で、均質用マップより燃焼効率補正率ITAFを検索する。

【００３５】一方、ステップ１２０３で、成層燃焼と判
定されると、ステップ１２０６に進み、該ステップ１２
０６で空燃比G/FとEGR率との読込みを行い、ステップ１
２０７で、成層用マップより燃焼効率補正率ITAFを検索
する。その後、均質燃焼、成層燃焼いずれの場合も、ス
テップ１２０８に進み、該ステップ１２０８で、式(9)
に基づいて補正目標シリンダ吸気量tTPを計算する。 tTP = tTPst × tλg0× ITAF 式(9)

【００３６】次に、燃焼状態が成層、均質の他に、両燃
焼状態の中間の燃焼である弱成層燃焼も取り得る場合に
ついて説明する。弱成層燃焼は、均質燃焼の空燃比と成
層燃焼の空燃比の間の空燃比域での燃焼方法で、一行程
での燃料噴射を、吸気行程と圧縮行程との２回に分けて
行うものである。弱成層燃焼は、均質燃焼でも成層燃焼
でも燃焼安定度が悪い場合の燃焼として有効である。

【００３７】図１３は、弱成層燃焼も考慮した燃焼効率
補正のブロック図を示したものである。燃焼効率補正用
のマップは、均質用マップ１３０１、成層用マップ１３
０３、及び、弱成層用マップ１３０２によって構成さ
れ、前記各燃焼状態によって、前記各マップが選択され
て燃焼効率補正率ITAFが算出される。

【００３８】図１４は、前記三つの各燃焼状態に基づく
前記各マップの切換え時のフローチャートの一例を示し
たものである。この一連の処理は、一定時間毎に実行さ
れる割込み処理（ステップ１４０１）で行われる。始め
に、ステップ１４０２で燃焼状態を読込み、ステップ１
４０３で該読み込んだ燃焼状態が均質燃焼かどうか判定
する。均質燃焼と判定されると、ステップ１４０４に進
み、該ステップ１４０４で空燃比G/FとEGR率との読込み
を行い、ステップ１５０５で均質用マップにより燃焼効
率補正率ITAFを検索する。

【００３９】ステップ１４０３で均質燃焼でないと判定
されると、ステップ１４１１に進み、該ステップ１４１
１で、弱成層燃焼かどうかを判定する。弱成層燃焼と判
定すると、ステップ１４０６で空燃比G/FとEGR率との読
込みを行い、ステップ１４０７に進み、該ステップ１４
０７で弱成層用マップにより燃焼効率補正率ITAFを検索
する。

【００４０】ステップ１４１１で、均質燃焼でも弱成層
燃焼でもないと判定された場合は、成層燃焼であるから
ステップ１４０８に進み、該ステップ１４０８で、空燃
比G/FとEGR率との読込みを行い、ステップ１４０９で成
層用マップより燃焼効率補正率ITAFを検索する。前記三
つの燃焼状態のいずれであっても、燃焼効率補正率ITAF
の検索後、ステップ１４１０に進み、該ステップ１４１
０で式(9)に基づいて補正目標シリンダ吸気量tTPを計算
する。

【００４１】以上、燃焼効率補正手段１０３ｂの演算の
一例について説明したが、図３に戻ると、前記燃焼効率
補正手段１０３ｂで、燃焼効率補正率をかけて補正目標
シリンダ吸気量を求めた後は、スロットル開度変換手段
１０４にて目標スロットル開度を求める。図１５は、ス
ロットル開度変換手段１０４の一例であり、補正目標シ
リンダ吸気量tTPとエンジン回転数NEからマップ検索に
より目標スロットル開度tTVOを求めるものである。

【００４２】また、図１６は、スロットル開度変換手段
１０４の別の例であり、目標スロットル開口面積マップ
１６０１を、補正目標シリンダ吸気量tTPとエンジン回
転数NEの軸で検索して目標スロットル開口面積tATVOを
求める。その後、目標スロットル開度テーブル１６０２
を目標スロットル開口面積の軸で検索して目標スロット
ル開度tTVOを求める。

【００４３】次に、図１７は、図３の制御ブロックの構
成の内、目標トルク演算手段１０１一例を示したもので
ある。ここでは、目標トルクtTcは、アクセル開度APSと
エンジン回転数NEの２信号により、マップを検索するこ
とで、目標トルクを演算するようにしている。

【００４４】目標トルクを生成した後の処理は、目標基
本シリンダ吸気量演算手段１０２により、目標基本シリ
ンダ吸気量tTPstを演算する。図１８は、目標基本シリ
ンダ吸気量tTPstの演算の一例を示したものであり、目
標トルクtTcとエンジン回転数NEからマップ検索により
目標基本シリンダ吸気量tTPstを演算する。

【００４５】次に、図３の制御ブロックの全体構成のう
ち、下部の燃料量制御系について説明する。燃料量制御
系は、基本シリンダ吸入空気量演算手段１０６、空燃比
分修正手段１０７、燃料噴射手段１０８によって構成さ
れている。図１９は、基本シリンダ吸入空気量演算手段
１０６の一例を示したものであり、該基本シリンダ吸入
空気量演算手段１０６は、まず、エアフローセンサ５０
３で計測した吸入空気量Qaをエンジン回転数NEで割って
１シリンダあたりの吸入空気量を求めてから、空燃比が
ストイキとなるような燃料噴射時間に換算するための係
数Kconstを乗ずることによって、基本シリンダ吸入空気
量TPを演算するものである。

【００４６】図２０は、前記基本シリンダ吸入空気量演
算手段１０６の後行程である空燃比分修正手段１０７の
処理の一例を示したものである。まず、前記算出した基
本シンダ吸入空気量TPを新気過剰率tλa0で割って、目
標空燃比となるように噴射パルス幅を修正し、さらに、
インジェクタ開弁の遅れ時間を補償するために、開弁遅
れ時間TSを加算して、燃料噴射パルス幅Tiを修正算出す
るものである。

【００４７】図２１は、以上述べた本実施形態のエンジ
ン制御を、リーンバーンエンジンの制御に適用した場合
の各制御パラメータの動きの一例を詳細に示した図であ
る。ここでは、アクセル開度が一定で、等トルクが要求
されている場合に、空燃比切換えを行った例についての
ものである。図２１中の実線は、本実施形態を適用した
場合の例であり、点線は適用しない場合の例である。始
めに、目標空燃比A/Fが14.7から30に変わると、燃焼効
率補正手段１０３により、燃焼効率補正率が1.0から0.9
に変化する。吸入空気量は、本実施形態を適用した場合
には、適用しない場合の点線に比べて、0.9がかけられ
て下方修正されている。これによって、燃料噴射パルス
幅も、本実施形態を適用した場合は、リーンで燃費が向
上した分少なくなっている。エンジン出力トルクは、本
実施形態を適用しない場合は、切換え後に増加している
が、本実施形態を適用した場合には、切換え前後でトル
ク段差がなく変化していない。エンジンを搭載した最終
的な車両の挙動としては、本実施形態を適用しない場合
は、燃焼切換え後に図２１に示すようにショックが生ず
るが、本実施形態を適用した場合には、ショックは発生
しない。

【００４８】次に、本発明の第二の実施形態について説
明する。該第二の実施形態は、前記第一の実施形態の燃
焼効率補正手段１０３ｂによって演算される燃焼効率補
正率の算出にあたって、更にエンジンの他の制御ファク
ターを考慮して算出するようにしたものであり、この点
で、前記第一の実施形態と相違する。したがって、この
点について以下に説明し、共通する事項の説明は省略す
る。前記第二の実施形態は、前記第一の実施形態の燃焼
効率補正手段１０３ｂで算出する燃焼効率補正率を、運
転状況別に補正値を算出して補正すると共に、エンジン
の外部からの要因によって、前記燃焼効率補正率を補正
できるようにしたものである。

【００４９】図２２は、本実施形態（第二）の燃焼効率
補正手段２０３の制御ブロック図を示しており、該燃焼
効率補正手段２０３は、基本燃焼効率補正率演算手段２
０３ａ、動作点補正値演算手段２０３ｂ、及び外部要因
補正値演算手段２０３ｃとを備えている。前記基本燃焼
効率補正率演算手段２０３ａは、前記第一の実施形態の
燃焼効率補正手段１０３ｂ（図４参照）と同じ機能を備
えているものであり、新気過剰率、目標EGR率、及び、
燃焼状態（成層、均質等）の各信号を入力し、前記新気
過剰率(目標空燃比/14.7)と前記目標EGR率との信号に基
づき予め用意されているマップから基本燃焼効率補正率
を算出するものである。前記マップは燃焼状態（成層、
均質等）毎に複数枚が用意されており、前記燃焼状態毎
に前記マップを選択して基本燃焼効率補正率ITAFOを算
出する。

【００５０】前記動作点補正値演算手段２０３ｂは、燃
焼状態（成層、均質等）、エンジン回転数、エンジン負
荷（目標トルク）、及びアイドルか否かの各信号を入力
して、前記エンジン回転数と前記エンジン負荷との信号
に基づき予め用意されているマップから動作点補正値KI
TAFOを演算する。前記マップは、燃焼状態（成層、均質
等）毎に複数枚が用意されており、前記燃焼状態毎に前
記マップを選択して前記動作点補正値を演算する。前記
マップはアイドルか否かによっても異なるマップが用意
されており、該マップを選択して、動作点補正値を演算
する。前記外部要因補正値演算手段２０３ｃは、車両毎
のエンジンの燃焼バラツキ等の要因に対処するもので、
該要因に基づいて外部要因補正値ITAFVを算出する。ま
た、前記外部要因補正値演算手段２０３ｃによって演算
された前記補正値は、ＥＣＭの不揮発性メモリに記憶さ
れ、イグニッションスイッチのoff時、電源バッテリ交
換時等においても、前記不揮発性メモリに記憶保持され
るようになっており、再度出力できるようになってい
る。

【００５１】前記基本燃焼効率補正率ITAFOに動作点補
正値KITAFOと外部要因補正値ITAFVを乗算することで、
燃焼効率補正率を算出し、該算出された燃焼効率補正率
を目標シリンダ吸気量に乗算して補正目標シリンダ吸気
量tTPを算出する。図２３は、エンジンの燃焼状態の切
換え時のフローチャートの一例を示したものである。こ
こでの一連の処理は、一定時間毎に実行される割り込み
処理（ステップ２２０１）で行われる。始めに、ステッ
プ２２０２で燃焼状態を読み込み、ステップ２２０３で
均質燃焼か成層燃焼かを判定する。該判定により均質燃
焼と判定された場合には、ステップ２２０４に進み、該
ステップ２２０４で、再循環燃焼ガスを考慮した空燃比
G/FとEGR率とを読み込み、ステップ２２０５で、均質マ
ップより基本燃焼効率補正率ITAFOを検索する。

【００５２】次に、ステップ２２０８でアイドルスイッ
チSWがONかOFFかを判定する。アイドルスイッチSWがON
と判定された場合には、ステップ２２１２に進み、エン
ジンの回転数と目標トルクとを読み込みステップ２２１
３に進み、アイドル均質用マップから燃焼効率作動点補
正値KITAFOを検索（演算）してステップ２２１８に進
む。また、ステップ２２０８で、アイドルスイッチSWが
OFFと判定されると、ステップ２２１０に進み、エンジ
ン回転数と目標トルクとを読み込み、ステップ２２１１
でオフアイドル均質用マップより燃焼効率の作動点補正
値KITAFOを検索（演算）し、ステップ２２１８に進む。

【００５３】一方、前記ステップ２２０３で成層燃焼と
判定された場合には、ステップ２２０６に進み、該ステ
ップ２２０６で、再循環燃焼ガスを考慮した空燃比G/F
とEGR率とを読み込み、ステップ２２０７で、成層用マ
ップより基本燃焼効率補正率ITAFOを検索し、ステップ
２２１８に進む。次に、ステップ２２０９でアイドルス
イッチSWがONかOFFかを判定する。アイドルスイッチSW
がONと判定された場合には、ステップ２２１４に進み、
エンジンの回転数と目標トルクとを読み込みステップ２
２１５に進み、アイドル成層用マップから燃焼効率作動
点補正値KITAFOを検索（演算）し、ステップ２２１８に
進む。また、ステップ２２０９で、アイドルスイッチSW
がOFFと判定されると、ステップ２２１６に進み、エン
ジン回転数と目標トルクとを読み込み、ステップ２２１
７でオフアイドル成層用マップより燃焼効率の作動点補
正値KITAFOを検索（演算）し、ステップ２２１８に進
む。

【００５４】ステップ２２１８では、車両毎のエンジン
の燃焼バラツキ等の外部要因の信号を読み込み、外部要
因補正値ITAFVを演算し、ステップ２２１９に進み、該
ステップ２２１９では、前記各演算値に基づき、次の式
（１０）により補正目標シリンダ吸気量tTPを演算し、
割り込み処理を終了する。 tTP ＝ tTPst×tλg0×ITAFO×KITAFO×ITAFV 式（１０）但し、 tTP ：補正目標シリンダ吸気量 tTPst ：目標基本シリンダ吸気量 tλg0 ：新気過剰率 ITAFO ：基本燃焼効率補正率 KITAFO ：燃焼効率作動点補正値 ITAFV ：外部要因補正値

【００５５】図２４は、本発明の第二の実施形態のエン
ジンの燃焼状態の切換え時のフローチャートの他の例を
示したものである。本フローチャートと前記図２３のフ
ローチャートとの相違は、図２２の基本燃焼率補正率演
算手段２０３ａので基本燃焼効率補正率値ITAFOを演算
するに当たって、均質燃焼域と成層燃焼域との峻別以外
に弱成層燃焼域を設定したことにあり、それ以外には相
違する点はない。該弱成層燃焼域を設定したことによ
り、より精度の高い基本燃焼効率補正率値ITAFOを算出
しようとするものである。

【００５６】ここでの一連の処理は、一定時間毎に実行
される割り込み処理（ステップ３３００）で行われる。
始めに、ステップ３３０１で燃焼状態を読み込み、ステ
ップ３３０２で均質燃焼か否かを判定する。該判定によ
り均質燃焼と判定された場合には、ステップ３３０４に
進み、該ステップ３３０４で、再循環燃焼ガスを考慮し
た空燃比G/FとEGR率とを読み込み、ステップ３３０５
で、均質マップより基本燃焼効率補正率ITAFOを検索す
る。次に、ステップ３３１０でアイドルスイッチSWがON
かOFFかを判定する。アイドルスイッチSWがONと判定さ
れた場合には、ステップ３３１５に進み、エンジンの回
転数と目標トルクとを読み込みステップ３３１６に進
み、アイドル均質用マップから燃焼効率作動点補正値KI
TAFOを検索（演算）してステップ３３２５に進む。ま
た、ステップ３３１０で、アイドルスイッチSWがOFFと
判定されると、ステップ３３１３に進み、エンジン回転
数と目標トルクとを読み込み、ステップ３３１４でオフ
アイドル均質用マップより燃焼効率の作動点補正値KITA
FOを検索（演算）し、ステップ３３２５に進む。

【００５７】一方、前記ステップ３３０２で均質燃焼と
判定され無かった場合には、ステップ３３０３に進み、
該ステップ３３０３で弱成層燃焼か成層燃焼かを判定す
る。該ステップ３３０３で弱成層燃焼と判断された場合
には、ステップ３３０６に進み、該ステップ３３０６
で、再循環燃焼ガスを考慮した空燃比G/FとEGR率とを読
み込み、ステップ３３０７で、弱成層用マップより基本
燃焼効率補正率ITAFOを検索し、ステップ３３１１に進
む。

【００５８】次に、ステップ３３１１でアイドルスイッ
チSWがONかOFFかを判定する。アイドルスイッチSWがON
と判定された場合には、ステップ３３１７に進み、エン
ジンの回転数と目標トルクとを読み込みステップ３３１
８に進み、アイドル成層用マップから燃焼効率作動点補
正値KITAFOを検索（演算）し、ステップ３３２５に進
む。また、ステップ３３１１で、アイドルスイッチSWが
OFFと判定されると、ステップ３３１９に進み、エンジ
ン回転数と目標トルクとを読み込み、ステップ３３２０
でオフアイドル成層用マップより燃焼効率の作動点補正
値KITAFOを検索（演算）し、ステップ３３２５に進む。

【００５９】ステップ３３０３で成層燃焼と判断された
場合には、ステップ３３０８に進み、該ステップ３３０
８で、再循環燃焼ガスを考慮した空燃比G/FとEGR率とを
読み込み、ステップ３３０９で、成層用マップより基本
燃焼効率補正率ITAFOを検索し、ステップ３３１２に進
む。次に、ステップ３３１２でアイドルスイッチSWがON
かOFFかを判定する。アイドルスイッチSWがONと判定さ
れた場合には、ステップ３３２１に進み、エンジンの回
転数と目標トルクとを読み込みステップ３３２２に進
み、アイドル成層用マップから燃焼効率作動点補正値KI
TAFOを検索（演算）し、ステップ３３２５に進む。ま
た、ステップ３３１２で、アイドルスイッチSWがOFFと
判定されると、ステップ３３２３に進み、エンジン回転
数と目標トルクとを読み込み、ステップ３３２４でオフ
アイドル成層用マップより燃焼効率の作動点補正値KITA
FOを検索（演算）し、ステップ３３２５に進む。

【００６０】ステップ３３２５では、車両毎のエンジン
の燃焼バラツキ等の外部要因の信号を読み込み、外部要
因補正値ITAFVを演算し、ステップ３３２６に進み、該
ステップ３３２６では、前記各演算値に基づき、前記式
（１０）により目標シリンダ吸気量tTPを演算し、割り
込み処理を終了する。以上、本発明の二つの実施形態に
ついて詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定され
るものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精
神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができ
るものである。例えば、前記実施形態は、希薄燃焼の筒
内噴射エンジンについて説明したが、本発明は、ポート
噴射エンジン等の他の希薄燃焼エンジンにも適用できる
ものである。

【００６１】

【発明の効果】以上の記載から理解されるように、本発
明の希薄燃焼エンジンのエンジン制御装置は、燃焼効率
補正手段が燃焼状態に応じて燃焼効率補正率を演算し、
吸入空気量の補正を行うので、切換えによって燃焼状態
（均質燃焼、成層燃焼等）が急激に変更しても、燃焼効
率差に起因するエンジン出力トルクの段差をなくすべく
吸入空気量を制御でき、結果として車両にショックを発
生させずに、スムーズな燃焼状態の切換えを実現でき
る。また、前記燃焼効率補正率を運転状態の動作点の変
化、エンジンの個体バラツキ等に基づき補正するように
したので、エンジン運転において、より出力トルク段差
のない燃焼状態を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の筒内噴射エンジンシステ
ムの全体構成図。

【図２】図１の筒内噴射エンジンシステムの制御装置の
内部構成図。

【図３】図１の筒内噴射エンジン制御装置の制御ブロッ
ク図。

【図４】図３の制御ブロックの燃焼効率補正手段の詳細
図。

【図５】図４の燃焼効率補正手段の燃焼効率補正率算出
のテーブルの特性図。

【図６】図１の筒内噴射エンジン制御装置の空燃比の設
定例を示す図。

【図７】図４の燃焼効率補正手段の燃焼効率補正率算出
のテーブルの他の特性図。

【図８】図４の燃焼効率補正手段の燃焼効率補正率算出
のEGR率を考慮したテーブルの更に他の特性図。

【図９】燃焼効率補正率のEGR感度を示す特性図。

【図１０】図４の燃焼効率補正手段のマップのブロック
図。

【図１１】図４の燃焼効率補正手段のマップ選択のブロ
ック図。

【図１２】図３の制御装置の制御フローチャート。

【図１３】図４の燃焼効率補正手段のマップ選択の他の
ブロック図。

【図１４】図３の制御装置の他の制御フローチャート。

【図１５】図３の制御装置のスロットル開度変換手段の
ブロック図。

【図１６】図３の制御装置のスロットル開度変換手段の
別のブロック図。

【図１７】図３の制御装置の目標トルク演算手段のブロ
ック図。

【図１８】図３の制御装置の目標基本シリンダ吸気量演
算手段のブロック図。

【図１９】図３の制御装置の基本シリンダ吸入空気量演
算手段のブロック図。

【図２０】図３の制御装置の空燃比分修正手段のブロッ
ク図。

【図２１】図３の制御装置の制御時の各パラメータの変
化を示す制御状態図。

【図２２】本発明の他の実施形態の筒内噴射エンジン制
御装置の制御ブロックの燃焼効率補正手段の詳細図。

【図２３】図２２のエンジン制御装置の制御フローチャ
ート。

【図２４】図２２のエンジン制御装置の他の制御フロー
チャート。

【符号の説明】

１０１…目標トルク演算手段、１０２…目標基本シリン
ダ吸気量演算手段、１０３ａ…新気過剰率乗算手段、１
０３ｂ…燃焼効率補正手段、１０４…スロットル開度変
換手段、１０５…吸気量制御手段、１０６…基本シリン
ダ吸入空気量演算手段、１０７…空燃比分修正手段、１
０８…燃料噴射手段、２０３…燃焼効率補正手段、２０
３ａ…基本燃焼効率補正率演算手段、２０３ｂ…動作点
補正値演算手段、２０３ｃ…外部要因補正値演算手段、
５０８…点火プラグ、５０９…インジェクタ、５１５…
コントロールユニット、５２１…アクセル開度センサ、
５２２…スロットル駆動用モータ、５０５a …スロット
ル弁、１００１…燃焼効率補正率マップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 45/00 ３２６Ｆ０２Ｄ 45/00 ３２６３７６３７６ＥＦ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ５５０Ｒ (72)発明者高橋智彦神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者吉野太容神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者布施徹神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者池田宗豊神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者風間勇神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】目標トルクを算出する目標トルク算出手
段と、前記目標トルクとエンジン回転数とから目標基本
シリンダ吸気量を算出する目標基本シリンダ吸気量演算
手段と、前記目標基本シリンダ吸気量に新気過剰率（空
燃比／14.7）を乗算して目標シリンダ吸気量を算出する
新気過剰率乗算手段とを備えたエンジン制御装置におい
て、前記エンジン制御装置は、エンジンの燃焼状態に基づき
燃焼効率補正率を演算する燃焼効率補正手段を備え、該
燃焼効率補正手段が、前記目標シリンダ吸気量に前記燃
焼効率補正率を乗算して補正目標シリンダ吸気量を算出
することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項２】前記エンジン制御装置は、燃料噴射量を
決定するために、吸入空気量をエンジン回転数で割って
空燃比がストイキ(A/F=14.7)となるような係数を乗じて
１シリンダ当たりの基本燃料噴射パルス幅を算出する手
段を備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン
制御装置。
【請求項３】前記燃焼効率補正手段で求められる燃焼
効率補正率の値は、ストイキ時に1.0となり、リーン時
にはその時の燃焼状態での燃費率/ストイキの燃費率(g/
psh)の比をとり、1.0より小さい数値となるように定め
たことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン制
御装置。
【請求項４】前記燃焼効率補正手段は、空燃比A/Fを
軸として参照するテーブルから燃焼効率補正率を算出す
ることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン制
御装置。
【請求項５】前記燃焼効率補正手段は、EGRガス＋新
気量と燃料量との比を示す空燃比G/Fを軸として参照す
るテーブルから燃焼効率補正率を算出することを特徴と
する請求項１又は２に記載のエンジン制御装置。
【請求項６】前記燃焼効率補正手段は、EGRガス＋新
気量と燃料量の比を示す空燃比G/Fを１つの軸とし、EGR
率を別の軸とするマップから燃焼効率補正率を算出する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン制御
装置。
【請求項７】前記エンジンは、希薄燃焼のポート噴射
エンジンであることを特徴とする請求項１乃至６のいず
れか一項に記載のエンジン制御装置。
【請求項８】前記エンジンは、希薄燃焼の筒内噴射エ
ンジンであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
か一項に記載のエンジン制御装置。
【請求項９】前記燃焼効率補正手段は、燃焼状態の相
違（成層燃焼、弱成層燃焼、及び、均質燃焼等）毎に異
なる複数のマップを備えていると共に、前記燃焼状態の
相違を検出する手段を備え、該燃焼状態の相違に基づき
前記複数のマップ内の一つを選択して燃焼効率補正率を
算出することを特徴とする請求項８に記載のエンジン制
御装置。
【請求項１０】前記燃焼効率補正手段は、燃焼状態の
相違（成層燃焼、弱成層燃焼、もしくは、均質燃焼等）
毎に異なる複数のテーブルを備えていると共に、前記燃
焼状態の相違を検出する手段を備え、該燃焼状態の相違
に基づき前記複数のテーブル内の一つを選択して燃焼効
率補正率を算出することを特徴とする請求項８に記載の
エンジン制御装置。
【請求項１１】前記補正目標シリンダ吸気量を目標ス
ロットル開度に変換するスロットル開度変換手段を備え
ていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項
に記載のエンジン制御装置。
【請求項１２】前記目標スロットル開度変換手段は、
補正目標シリンダ吸気量を１つの軸とし、エンジン回転
数を別の１つの軸としたマップからスロットル開度を算
出することを特徴とする請求項１１に記載のエンジン制
御装置。
【請求項１３】前記目標スロットル開度変換手段は、
補正目標シリンダ吸気量を１つの軸とし、エンジン回転
数を別の１つの軸としたマップから中間パラメータとし
てスロットル開口面積を算出し、更に、スロットル開口
面積を軸としたテーブルから目標スロットル開度を算出
することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項１４】前記燃焼効率補正率演算手段は、エン
ジン回転数、エンジン負荷、及びアイドル状態か否か等
の運転状態の動作点によって補正値を演算する動作点補
正値演算手段を備え、前記燃焼効率補正率は、前記演算
した補正値を乗算することで補正されることを特徴とす
る請求項３乃至５のいずれか一項に記載されているエン
ジンの制御装置。
【請求項１５】前記燃焼効率補正率演算手段は、エン
ジンの経時劣化、エンジン個体バラツキ等に基づき補正
値を演算する外部要因補正値演算手段を備え、前記燃焼
効率補正率は。前記演算した補正値を乗算することで補
正されることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一
項に記載されているエンジンの制御装置。
【請求項１６】前記外部要因補正値演算手段によって
演算された前記補正値は、ＥＣＭの不揮発性メモリに記
憶され、イグニッションスイッチのoff時、電源バッテ
リ交換時等においても、前記不揮発性メモリに記憶保持
されていることを特徴とする請求項１５に記載のエンジ
ン制御装置。