内燃机的控制装置.pdf

提供一种即使在燃料性状发生变化的情况下，也能够实施良好的喷射量反馈控制的内燃机的控制装置。具备检测缸内压力的缸内压力传感器（16）。基于由缸内压力传感器（16）检测出的缸内压力来计算缸内新气量（100）。基于由缸内压力传感器（16）检测出的缸内压力来计算实际发热量（120）。根据计算出的缸内新气量来计算规定的空气过剩率下的目标发热量（150）。对燃料喷射量反馈计算出的实际发热量与上述目标发热量的比较值，以使该实际发热量与目标发热量一致（160、170）。

权利要求书一种内燃机的控制装置，其特征在于，具备：
缸内压力传感器，其检测缸内压力；
缸内新气量计算单元，其基于由上述缸内压力传感器检测出的缸内压力来计算缸内新气量；
实际发热量计算单元，其基于由上述缸内压力传感器检测出的缸内压力来计算实际发热量；
目标发热量计算单元，其根据由上述缸内新气量计算单元计算出的缸内新气量来计算规定的空气过剩率下的目标发热量；和
反馈单元，其向燃料喷射量反馈由上述实际发热量计算单元计算出的实际发热量与上述目标发热量的比较值，以使该实际发热量和上述目标发热量一致。
根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
上述实际发热量是从燃烧开始到排气门打开为止的期间内的最大值。
根据权利要求1或2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，具备：
目标空气过剩率设定单元，其基于运行要求来设定目标空气过剩率；和
修正单元，其基于上述规定的空气过剩率下的发热量与上述目标空气过剩率下的发热量的发热量比来修正上述目标发热量。
根据权利要求1～3中任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，具备：
水温检测单元，其检测水温；和
修正单元，由上述水温检测单元检测出的水温越低则该修正单元越减少上述目标发热量来进行修正。
根据权利要求1～4中任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，具备：
目标燃烧点设定单元，其基于点火正时来设定燃烧比例成为规定比例的目标燃烧点；和
修正单元，其基于MBT燃烧点处的发热量与上述目标燃烧点处的发热量的发热量比来修正上述目标发热量，其中，该MBT燃烧点是MBT下的燃烧比例成为上述规定比例的燃烧点。
根据权利要求1～5中任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，具备：
醇浓度取得单元，其基于为了获得由上述实际发热量计算单元计算出的实际发热量而需要的燃料喷射量和该实际发热量来取得燃料中的醇浓度；以及
修正单元，由上述醇浓度取得单元取得的醇浓度越高则该修正单元越减少上述目标发热量来进行修正。
根据权利要求1～6中任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，具备：
EGR率取得单元，其取得EGR率；和
修正单元，由上述EGR率取得单元取得的EGR率越高则该修正单元越增大上述目标发热量来进行修正。
根据权利要求1～7中任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，具备：
目标燃烧点设定单元，其基于点火正时来设定燃烧比例成为上述规定比例的目标燃烧点；
实际燃烧点计算单元，其计算出上述点火正时下的燃烧比例成为上述规定比例的实际燃烧点；和
实际发热量修正单元，其基于上述目标燃烧点的发热量与MBT燃烧点的发热量的发热量比和上述实际燃烧点的发热量与MBT燃烧点的的发热量的发热量比之间的差值，来修正上述实际发热量。

说明书内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置，尤其涉及适于执行被搭载于车辆的内燃机的控制的内燃机的控制装置。
背景技术
在与燃油效率、排放有关的要求提高的过程中，为了掌握燃烧状态而搭载缸内压力传感器的情况受到关注。但是，由于缸内压力传感器成本高，所以在采用过程中要求成本降低、且能代替其他传感器等的进一步的优点。
例如，如专利文献1所公开那样，公知有一种具备缸内压力传感器的内燃机。而且，在本公报中公开了一种为了代替空燃比传感器而根据缸内压力传感器的输出值来检测发热量，并根据检测出的发热量来计算空燃比的方法。具体而言，公开了在浓空燃比区域根据发热量/喷射时间来计算空燃比，在稀空燃比区域根据发热量/空气量来计算空燃比的方法。根据这样的方法，能够实施基于计算出的空燃比与目标空燃比之差来修正燃料喷射量，以使空燃比与目标空燃比一致的喷射量反馈控制。
专利文献1:日本特开2006－144643号公报
专利文献2:日本特开2005－23850号公报
专利文献3:日本特开2006－97588号公报
图21是按燃料中的每个乙醇浓度表示了发热量/喷射量与空气过剩率λ之间的关系的图。发热量/喷射量意味着发热效率，喷射量与喷射时间成比例。如图21所示，越是浓空燃比侧发热量/喷射量越降低。因此，在上述以往的基于空燃比的喷射量反馈控制中，如果发热量/喷射量降低，则判定为空燃比变为浓空燃比，降低燃料喷射量。
但是，根据上述以往的喷射量反馈控制，会产生下述那样的问题。如图21所示，燃料中的乙醇浓度越高（E85），发热量/喷射量（发热效率）与汽油燃料（E0）相比越降低。即，如果乙醇浓度变高，则即使空燃比不是浓空燃比，发热量/喷射量也降低。
在上述以往的喷射量反馈控制中，并未考虑发热量/喷射量（发热效率）会因乙醇浓度等的燃料性状而发生变化。因此，在供给了浓度比设定值高的乙醇混合燃料的情况下，发热量/喷射量降低，会错误地判定为空燃比变为浓空燃比。其结果，根据喷射量反馈控制，燃料喷射量被持续减少而到达稀空燃比失火。为了在上述以往的内燃机中避免该课题，需要另外设置乙醇浓度传感器，但因此会导致成本增加。
发明内容
本发明为了解决上述那样的课题而提出，其目的在于，提供一种无论燃料性状如何都能够实施良好的喷射量反馈控制的内燃机的控制装置。
为了实现上述目的，第1发明涉及一种内燃机的控制装置，其特征在于，具备：缸内压力传感器，其检测缸内压力；缸内新气量计算单元，其基于由上述缸内压力传感器检测出的缸内压力来计算缸内新气量；实际发热量计算单元，其基于由上述缸内压力传感器检测出的缸内压力来计算实际发热量；目标发热量计算单元，其根据由上述缸内新气量计算单元计算出的缸内新气量来计算规定的空气过剩率下的目标发热量；和反馈单元，其向燃料喷射量反馈由上述实际发热量计算单元计算出的实际发热量与上述目标发热量的比较值，以使该实际发热量和上述目标发热量一致。
另外，第2发明在第1发明的基础上提出，其特征在于，上述实际发热量是从燃烧开始到排气门打开为止的期间内的最大值。
另外，第3发明在第1或者第2发明的基础上提出，其特征在于，具备：目标空气过剩率设定单元，其基于运行要求来设定目标空气过剩率；和修正单元，其基于上述规定的空气过剩率下的发热量与上述目标空气过剩率下的发热量的发热量比来修正上述目标发热量。
另外，第4发明在第1至第3发明中的任意一个的基础上提出，其特征在于，具备：水温检测单元，其检测水温；和修正单元，由上述水温检测单元检测出的水温越低则该修正单元越减少上述目标发热量来进行修正。
另外，第5发明在第1至第4发明中的任意一个的基础上提出，其特征在于，目标燃烧点设定单元，其基于点火正时来设定燃烧比例成为规定比例的目标燃烧点；和修正单元，其基于MBT燃烧点处的发热量与上述目标燃烧点处的发热量的发热量比来修正上述目标发热量，其中，该MBT燃烧点是MBT下的燃烧比例成为上述规定比例的燃烧点。
另外，第6发明在第1至第5发明中的任意一个的基础上提出，其特征在于，具备：醇浓度取得单元，其基于为了获得由上述实际发热量计算单元计算出的实际发热量而需要的燃料喷射量和该实际发热量来取得燃料中的醇浓度；以及修正单元，由上述醇浓度取得单元取得的醇浓度越高则该修正单元越减少上述目标发热量来进行修正。
另外，第7发明在第1至第6发明中的任意一个的基础上提出，其特征在于，EGR率取得单元，其取得EGR率；和修正单元，由上述EGR率取得单元取得的EGR率越高则该修正单元越增大上述目标发热量来进行修正。
另外，第8发明在第1至第7发明中的任意一个的基础上提出，其特征在于，具备：目标燃烧点设定单元，其基于点火正时来设定燃烧比例成为上述规定比例的目标燃烧点；实际燃烧点计算单元，其计算出上述点火正时下的燃烧比例成为上述规定比例的实际燃烧点；和实际发热量修正单元，其基于上述目标燃烧点的发热量与MBT燃烧点的发热量的发热量比和上述实际燃烧点的发热量与MBT燃烧点的发热量的发热量比之间的差值，来修正上述实际发热量。
规定的空气过剩率下的发热量比因燃料性状引起的差微小（图2）。根据第1发明，能够对燃料喷射量反馈实际发热量与目标发热量的比较值，以使实际发热量与规定的空气过剩率下的目标发热量一致。通过将目标控制量设为发热量，能够实现几乎不受燃料性状影响的鲁棒性高的喷射量反馈控制。
根据第2发明，将从燃烧开始到排气门打开为止的期间内的最大值作为实际发热量。因此，根据本发明，能够高精度检测出实际发热量。
根据第3发明，基于规定的空气过剩率下的发热量与目标空气过剩率下的发热量的发热量比来修正上述目标发热量。因此，根据本发明，能够更高精度地对目标发热量进行修正，提高与催化剂净化窗（window）相符的喷射量控制的精度。另外，如果基于发热量比，则不会受到运行条件的影响，因此能够大幅削减应用工时以及ROM容量。
根据第4发明，水温越低则越减少目标发热量来进行修正。因此，根据本发明，能够对应于因冷却损失而引起的发热量的变化量，来更高精度地修正目标发热量，提高与催化剂净化窗相符的喷射量控制的精度。
根据第5发明，基于MBT燃烧点处的发热量与目标燃烧点处的发热量的发热量比来修正目标发热量。因此，根据本发明，能够对应于因点火正时而引起的发热量的变化量，来更高精度地修正目标发热量，提高与催化剂净化窗相符的喷射量控制的精度。另外，如果基于发热量比，则不会受到运行条件的影响，因此能够大幅削减应用工时以及ROM容量。
根据第6发明，醇浓度越高则越减少目标发热量来进行修正。因此，根据本发明，能够对应于因醇浓度而引起的发热量的变化量，来更高精度地修正目标发热量，提高与催化剂净化窗相符的喷射量控制的精度。
根据第7发明，EGR率越高则越增大目标发热量来进行修正。因此，根据本发明，能够对应于因EGR率而引起的发热量的变化量，来更高精度地修正目标发热量，提高与催化剂净化窗相符的喷射量控制的精度。
根据第8发明，基于目标燃烧点的发热量与MBT燃烧点的发热量的发热量比和实际燃烧点的发热量与MBT燃烧点的发热量的发热量比之间的差值，来修正实际发热量。因此，根据本发明，能够对应于控制误差而引起的发热量的变化量，来高精度地修正实际发热量，提高与催化剂净化窗相符的喷射量控制的精度。
附图说明
图1是用于对本发明的实施方式1的系统构成进行说明的概略结构图。
图2是表示了燃料中的乙醇浓度与化学计量空燃比下的发热量比之间的关系的图。
图3是在本发明的实施方式1中由ECU50执行的控制程序的流程图。
图4是按每个发动机转速NE表示了本发明的实施方式1中的燃烧质量比例变化率与EGR率之间的关系的图。
图5是表示本发明的实施方式1中的子反馈控制的概略的图。
图6是表示按每个运行条件调查了空气过剩率λ与发热量之间的关系的实验结果的图。
图7是在与图6相同的运行条件下，表示了空气过剩率λ与发热量比之间的关系的图。
图8是在本发明的实施方式2中由ECU50执行的子程序的流程图。
图9是表示了本发明的实施方式3中的MBT以外的50％燃烧点自ATDC8CA的偏差与发热量比之间的关系的图。
图10是在本发明的实施方式3中由ECU50执行的子程序的流程图。
图11是表示了本发明的实施方式4中的MBT以外的50％燃烧点自ATDC8CA的偏差与发热量比之间的关系的图。
图12是在本发明的实施方式4中由ECU50执行的子程序的流程图。
图13是表示了本发明的实施方式5中的水温与发热量修正系数之间的关系的图。
图14是在本发明的实施方式5中由ECU50执行的子程序的流程图。
图15是在本发明的实施方式6中由ECU50执行的子程序的流程图。
图16是表示了本发明的实施方式6中的空气过剩率λ与发热量/喷射量的化学计量空燃比之间的关系的图。
图17是表示了本发明的实施方式6中的喷射时间/发热量与乙醇浓度之间的关系的图。
图18是表示了本发明的实施方式6中的乙醇浓度与发热量修正比之间的关系的图。
图19是表示了本发明的实施方式7中的EGR率与发热量变化比率之间的关系的图。
图20是在本发明的实施方式7中由ECU50执行的子程序的流程图。
图21是按燃料中的每个乙醇浓度表示了发热量/喷射量与空气过剩率λ之间的关系的图。
附图标记说明：Qd－实际发热量；Qt－理想发热量；Qb－基本喷射量；Qh－喷射量修正量；α－阈值；λ－空气过剩率；10－发动机；12－火花塞；14－喷射器；16－缸内压力传感器；18－曲柄角度传感器；24－空气流量计；26－节流阀；27－节流阀开度传感器；30－进气压力传感器；34－催化剂；36－EGR通路；42－子O2传感器；44－水温传感器；50－ECU（Electronic Control Unit）。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细进行说明。其中，对各图中共用的要素赋予相同的附图标记而省略重复的说明。
实施方式1．
［实施方式1的系统构成］
图1是用于对本发明的实施方式1的系统构成进行说明的概略结构图。图1所示的系统具备内燃机（以下简称为“发动机”）10。图1所示的发动机10是具备火花塞12的火花点火式的4冲程往复式发动机。而且，发动机10还是具备向缸内直接喷射燃料的喷射器14的缸内直喷发动机。燃料可使用汽油或醇（例如乙醇）混合燃料。
在图1中只描绘了一个汽缸，但车辆用的发动机10一般由多个汽缸构成。对各汽缸安装有用于检测缸内压力的缸内压力传感器16。而且，在发动机10中安装有根据曲柄轴的旋转角来输出信号CA的曲柄角度传感器18。
在发动机10的进气系统中设有与各汽缸连接的进气通路20。在进气通路20的入口设有空气过滤器22。在空气过滤器22的下游安装有输出与进入进气通路20的空气的流量对应的信号GA的空气流量计24。在空气流量计24的下游设置有电子控制式的节流阀26。在节流阀26的附近安装有输出与节流阀26的开度对应的信号TA的节流阀开度传感器27。在节流阀26的下游设有浪涌调整槽28。在浪涌调整槽28的附近安装有用于测定进气压力的进气压力传感器30。
在发动机10的排气系统中设置有与各汽缸连接的排气通路32。在排气通路32中设有催化剂34。作为催化剂，例如可使用三元催化剂、NOx催化剂等。而且，在排气通路32中设有与进气通路20连接的EGR通路36。在EGR通路36中设有EGR冷却器38和EGR阀40。
在发动机10的控制系统中设有ECU（Electronic Control Unit）50。ECU50的输入部与上述的缸内压力传感器16、曲柄角度传感器18、空气流量计24、节流阀开度传感器27、进气压力传感器30等各种传感器连接。另外，ECU50的输出部与上述的火花塞12、喷射器14、节流阀26、EGR阀40等各种致动器连接。ECU50基于被输入的各种信息，控制发动机10的运转状态。另外，ECU50可以根据曲柄角度传感器18的信号CA，计算发动机转速NE（单位时间的转速）、由活塞的位置决定的缸内容积V。
［实施方式1中的特征性控制］
在上述的系统构成中，为了良好地保持排放等，希望实施喷射量反馈控制（PID控制）。不过，在上述的系统中，为了降低成本，在催化剂34的上游没有安装空燃比传感器。鉴于此，例如可以考虑如日本特开2006－144643号公报所公开那样，为了代替空燃比传感器而根据从缸内压力传感器的输出值检测出的发热量来计算空燃比，并对燃料喷射量反馈和空燃比与理论空燃比之差对应的修正量，以使空燃比与理论空燃比一致。
但是，当从空燃比传感器检测空气过剩率λ（空燃比/理论空燃比）时，基于缸内压力传感器的输出值计算的只不过是空燃比。因此，在被供给乙醇浓度不同的燃料等理论空燃比发生变化的条件下，只要不另外安装乙醇浓度传感器，就无法设定适当的理论空燃比。如果不能设定适当的理论空燃比，则无法通过基于缸内压力传感器的输出值计算出的空燃比，来实施良好地保持排放等的喷射量反馈控制。
接下来，使用图2对解决这样的课题的本实施方式的控制概要进行说明。图2是表示了燃料中的乙醇浓度与化学计量空燃比（空气过剩率λ＝1）下的发热量比（E0以外的化学计量空燃比下的发热量/E0的化学计量空燃比下的发热量）之间的关系的图。理论空燃比在E0下约为14.6，在E100下约为9.0，值不同。即，在化学计量空燃比下，E100的情况比E0喷射更多的燃料（约1.5倍）。如图2所示，即使乙醇浓度不同，化学计量空燃比下的发热量比之差也很微小。根据发明者的见解，得到了该差在E0与E100下约为2.3％左右这一结果。另外，在规定的空气过剩率下，也得到了与化学计量空燃比的情况大致相同的结果。根据这样的结果，通过将目标控制量作为发热量，能够实现不受到乙醇浓度影响的喷射量反馈控制。
鉴于此，在本实施方式的系统中，对燃料喷射量反馈了和发热量与理想发热量之差对应的修正量，以使发热量与规定的空气过剩率下的理想发热量一致。
（控制程序）
图3是为了实现上述的动作而由ECU50执行的控制程序的流程图。该控制程序例如按每1个周期被执行。在图3所示的程序中，首先计算被导入到缸内的缸内新气量KL和EGR率（步骤100）。图4是按每个发动机转速NE表示了燃烧质量比例变化率与EGR率之间的关系的图。ECU50中预先存储有图4所示的关系映射。ECU50根据曲柄角度传感器18的信号CA来计算发动机转速NE。另外，ECU50根据与曲柄角同步的由缸内压力传感器16检测出的燃烧压力计算出燃烧质量比例变化率（燃烧速度）。然后，ECU50根据图4所示的关系映射取得与发动机转速NE和燃烧质量比例变化率对应的EGR率（内部EGR＋外部EGR）。并且，ECU50根据压缩冲程下的压缩压力计算出新气与EGR气体的总量，并根据该总量和EGR率计算出缸内新气量KL。
接下来，基于发动机转速NE、缸内新气量KL和目标空气过剩率，计算出基本喷射量qb（步骤110）。ECU50中预先存储有对与发动机转速NE、缸内新气量KL和目标空气过剩率对应的基本喷射量qb加以决定的映射。目标空气过剩率例如被设定为化学计量空燃比（空气过剩率λ＝1）。
接着，基于缸内压力传感器16的输出值，按每个曲柄角计算出燃烧开始以后的累计发热量（步骤120）。累计发热量基于燃烧前的曲柄角θ1下的缸内压P（θ1）和缸内容积V（θ1）、燃烧开始后的曲柄角θ2下的缸内压P（θ2）和缸内容积V（θ2）、根据实验求出的常量αA、以及比热比κ，通过式（1）计算。其中，在日本特开2006－144643等中对于式（1）记载有详细的说明。因此，在本实施方式的说明中省略其说明。
[数式1]