JP2000027683A - 内燃機関の吸入空気量制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼モード切り替え時の内燃機関の出力トル
ク変動を有効に抑える。 【解決手段】 燃焼モード選択部２１による燃焼モード
の切り替え時に内燃機関２の出力トルクの変化量をトル
ク変化検出部２２で検出し、該検出結果に応じた補正値
が補正値決定部２３で決定される。スロットル開度決定
部２４では、成層燃焼モード時におけるスロットル開度
を補正値を考慮して決定し、これにより燃焼モードが変
化しても内燃機関２の出力トルクが変動しないようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成層燃焼及び均質
燃焼が可能な内燃機関の吸入空気量制御方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】筒内噴射式内燃機関の如く成層燃焼及び
均質燃焼を行うことが可能な内燃機関において成層燃焼
と均質燃焼とを切り替える場合、吸入空気量をそれに対
応して変化させなければならず、吸入空気量制御装置が
必要となる。このような目的で用いられる従来の吸入空
気量制御装置においては、例えば、ステッピングモータ
を用いてスロットル弁の如き吸入空気量制御弁を動か
し、選択された燃焼モードに応じて吸入空気量を変更す
る構成が採用されている。

【０００３】このようにして内燃機関の燃焼モードを切
り替える場合、切り替え時に車両にショックが生じるの
を防止するため両燃焼モード間で内燃機関の出力トルク
が変化しないようステッピングモータの回転位置が制御
される。しかし、予め設定されたステッピングモータの
ステップ数と、これに対応する吸入空気量との関係がス
ロットル弁の固体差、スロットル弁近傍に堆積するデポ
ジット等によって異なると、燃焼モード切り替え時に出
力トルク変化が発生し、運転者に不快感を与えてしまう
という問題を生じる。

【０００４】この問題を解決するため、例えば特開平９
−２６８９３５号公報には、アイドル運転時に所定の低
吸入空気量の位置までスロットル弁を閉じてその時のス
テッピングモータのステップの数を検出し、この検出結
果からステップ数と吸入空気量との関係を補正するよう
にした構成が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来の構
成によると、アイドル運転時におけるスロットル開度の
補正値を他の運転状態におけるスロットル開度の補正に
も適用することになるため、例えばアイドル運転時にの
み吸入空気量のバラツキがあった場合、その他の運転状
態におけるスロットル開度の補正を行うことができない
という問題点を有している。

【０００６】さらに、成層燃焼モードの場合、インジェ
クタから噴射される噴霧の状態によっても内燃機関の出
力トルクが変化するため、インジェクタの噴口部のデポ
ジットによって出力トルクが変化するという現象が生じ
る。このため、ステッピングモータのステップ数と吸入
空気量との関係が明確になったとしても、やはり燃焼モ
ード切り替え時に出力トルクの変化が発生してしまうと
いう問題も有している。

【０００７】本発明の目的は、したがって、従来技術に
おける上述の問題点を解決することができるようにした
内燃機関の吸入空気量制御方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明によれば、成層燃焼モードと均質燃
焼モードとを切り替えて運転される内燃機関の吸入空気
量制御方法において、燃焼モードの切り替え時における
前記内燃機関の出力トルクの変化量を検出し、該変化量
が所定範囲を越えた場合には前記変化量に応じて前記成
層燃焼モード又は前記均質燃焼モードの一方の燃焼モー
ド時におけるスロットル開度を前記変化量が減少するよ
うに補正するようにした方法が提案される。

【０００９】この構成によると、燃焼モードの切り替え
時に内燃機関の出力トルクの変化を検出してスロットル
開度の補正量が決定されるので、何らかの原因でスロッ
トル開度とエンジン出力との関係がずれたとしても、燃
焼モードの切り替えを数回繰り返していくうちに燃焼モ
ードの切り替え時の前後における出力トルクの変動が小
さくなっていき、燃焼モードの切り替え時の加減速ショ
ックがなくなり、成層燃焼及び均質燃焼を行う内燃機関
において、燃焼モードを切り替える時の内燃機関の出力
トルク変動を低減させ、運転者に不快感を与えることが
ないようにするという目的が達成される。

【００１０】このように、燃焼モード切り替え時の内燃
機関の出力トルク変動を検出し、それを小さくするよう
スロットル開度を学習する学習制御が実行される。

【００１１】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において、前記変化量が前記所定範囲を越えた場合には
前記変化量に応じて前記成層燃焼モードにおけるスロッ
トル開度を補正して前記変化量を減少させるようにした
方法が提案される。

【００１２】この構成によると、安定した動作が期待で
きる均質燃焼モードに対してスロットル開度の補正を行
わず、成層燃焼モードのスロットル開度を補正するの
で、制御の安定性を確保することができる。

【００１３】請求項３の発明によれば、請求項１又は２
の発明において、スロットル開度の補正量を不揮発性メ
モリに格納しておく方法が提案される。

【００１４】スロットル開度の補正量を不揮発性メモリ
に格納しておくと、システムの電源が切断されても学習
値であるスロットル開度の補正値を記憶しておくことが
できるので、電源を再び投入した直後の最初の燃焼モー
ドの切り替え時においても、スロットル開度の適切な補
正が行われ、内燃機関の出力トルク変動を小さく抑える
ことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例につき詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明による吸入空気量制御が行
われる筒内噴射式燃料噴射制御システムの実施の形態の
一例を示す概略構成図である。図１において、燃料噴射
制御装置１は、アクセル開度、エンジン回転数、冷却水
温、吸入空気量等を示す車両信号Ｓに応答し、内燃機関
２の気筒への燃料噴射タイミング、燃料噴射量、点火時
期等を制御するためのインジェクタ駆動信号Ｊ及び吸入
空気量制御信号Ｃを出力するように構成されたコンピュ
ータ装置である。

【００１７】内燃機関２の気筒２Ａは、吸気マニホール
ド２Ｂ及び排気マニホールド２Ｃにそれぞれ連結されて
おり、吸気マニホールド２Ｂには吸入空気量検出装置４
と吸入空気量制御装置５とが設けられている。そして、
気筒２Ａに取り付けられたインジェクタ３は、インジェ
クタ駆動信号Ｊに従って開閉駆動され、これにより気筒
２Ａ内に燃料が直接噴射される構成となっている。

【００１８】図１では、内燃機関２の複数の気筒のうち
の１つの気筒２Ａのみを示したが、図示しない他の気筒
にも同様にしてインジェクタが取り付けられ、燃料噴射
制御装置１から出力される対応するインジェクタ駆動信
号（図示せず）によりそれらのインジェクタが開閉駆動
され、これにより内燃機関２の各気筒に所要の燃料が所
要のタイミングで供給される。この基本構成それ自体は
公知であるから、ここではこれ以上詳細に説明するのを
省略する。

【００１９】吸入空気量制御装置５は、吸気マニホール
ド２Ｂを流れる吸入空気量を調節するための吸入空気量
制御弁であるスロットル５Ａと、スロットル５Ａを駆動
するためのアクチュエータとして用いられているステッ
ピングモータ５Ｂとを含んで成っている。

【００２０】各気筒で所要の吸入空気量が得られるよう
スロットル５Ａを調節するため、燃料噴射制御装置１に
は吸入空気量制御部２０が設けられている。吸入空気量
制御部２０は、車両信号Ｓに基づいて吸入空気量制御装
置５のスロットル５Ａの開度を決定するためのものであ
り、ここで決定されたスロットル５Ａの開度を示す信号
が吸入空気量制御信号Ｃとして吸入空気量制御部２０か
ら出力され、吸入空気量制御信号Ｃと吸入空気量検出装
置４において検出された実吸入空気量を示す検出信号Ｋ
とが吸入空気量制御装置５に入力されている。

【００２１】図２には、吸入空気量制御部２０の詳細構
成を示すブロック図が示されている。吸入空気量制御部
２０において、２１は、車両信号Ｓに応答して内燃機関
２の各気筒での燃焼モードを選択する燃焼モード選択部
であり、成層燃焼モード及び均質燃焼モードのうちの選
択された燃焼モードを示すモード信号ＳＥを出力する。

【００２２】２２は、車両信号Ｓとモード信号ＳＥとに
応答し、燃焼モードが切り替えられたときに生じる内燃
機関２の出力トルクの変化を検出するためのトルク変化
検出部であり、ここで検出されたトルク変化量を示すト
ルク変化量信号ＴＣが出力される。

【００２３】２３は、トルク変化量信号ＴＣに応答し、
燃焼モードが切り替えられたときに生じるトルク変化量
を零にするのに必要なスロットル５Ａのスロットル開度
の補正値を決定する補正値決定部であり、ここで決定さ
れた補正値を示す補正値信号Ｈが補正値決定部２３から
出力される。

【００２４】２４は、車両信号Ｓとモード信号ＳＥとに
応答し、選択された燃焼モードにおけるその時の車両運
転状態に見合ったスロットル５Ａのスロットル開度値を
成層燃焼モード及び均質燃焼モードのそれぞれに対して
決定すると共に、成層燃焼モードに対して決定されたス
ロットル開度値を補正値信号Ｈにより示される補正値だ
け補正するスロットル開度決定部である。

【００２５】トルク変化検出部２２では、燃焼モードが
切り替えられた前後における内燃機関２の出力回転数の
変化に基づいてトルク変化量の検出を行い、このトルク
変化量を零にするためのスロットル開度の補正値が補正
値決定部２３において決定される。このスロットル開度
の補正値の決定はマップ演算により行うことができる。

【００２６】このようにして得られたスロットル開度の
補正値は、スロットル開度決定部２４に補正値信号Ｈと
して与えられ、スロットル開度決定部２４ではマップ演
算により、吸入空気量制御装置５のスロットル５Ａのそ
の時の最適なスロットル開度が成層燃焼モード及び均質
燃焼モードのそれぞれに対して決定され、この決定に基
づき吸入空気量制御信号Ｃが出力される。また、補正値
信号Ｈにより示される補正値の最新値は、不揮発性メモ
リ１Ａに格納される。不揮発性メモリ１Ａに格納された
補正値は、システムの電源がオフとされた場合でも記憶
されており、電源を再びオンとした直後の最初の燃焼モ
ード切り替え時においても、不揮発性メモリ１Ａに格納
されている補正値を用いてスロットル開度が適正に補正
され、これにより内燃機関の出力トルクの変動が生じる
のを有効に防止することができる。

【００２７】吸入空気量制御装置５は吸入空気量制御信
号Ｃ及び検出信号Ｋに応答し、吸入空気量制御信号Ｃに
より示されているスロットル開度が得られるようにステ
ッピングモータ５Ｂが閉ループ制御される。

【００２８】このように、図２に示した構成では、燃焼
モードが切り替えられた場合に生じる内燃機関２の出力
トルクの変化量を検出し、この出力トルクの変化量を零
とするようにステッピングモータ５Ｂを駆動してスロッ
トル５Ａのスロットル開度を変化させて吸入空気量を調
整するようにしたので、スロットル５Ａを駆動するステ
ッピングモータ５Ｂのステップ数とこれに対応する吸入
空気量との関係がスロットル弁の固体差、スロットル弁
近傍に堆積するデポジット等によって異なっても、これ
に拘らず全運転領域に亙って燃焼モードの切り替え時に
おける出力トルクの変動を有効に抑えることができる。

【００２９】吸入空気量制御部２０の上述の動作は、コ
ンピュータ装置として構成されている燃料噴射制御装置
１にストアされる制御プログラムを実行することにより
実現される。

【００３０】次に、図３〜図５を参照して吸入空気量制
御部２０の動作について詳細に説明する。

【００３１】図３には、メインルーチン３０の処理を示
すフローチャートと、メインルーチン３０のステップ３
３で行われるトルク変化検出処理を示す詳細フローチャ
ートとが示されている。先ずメインルーチン３０の処理
につき説明すると、メインルーチン３０は、一定時間
（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に起動される。メインルーチ
ン３０が起動されると、ステップ３１で車両信号Ｓに基
づき車両状態が読込まれる。

【００３２】次に、ステップ３２で燃焼モードが決定さ
れる。ステップ３２の燃焼モード決定ステップでは、ス
テップ３１で読込まれた車両状態に基づいて、成層燃焼
モード又は均質燃焼モードのうち適切な燃焼モードが決
定され、ステップ３３のトルク変化量検出ステップに入
る。

【００３３】ステップ３３に入ると、まずステップ４１
で、車両信号Ｓにより示されているアクセル開度がある
値以下であるか否かが判別される。アクセル開度がある
値以下でない場合、ステップ４１の判別結果はＮＯとな
り、ステップ３３の処理を終了し、ステップ３４に進
む。一方、アクセル開度がある値以下である場合には、
ステップ４１の判別結果はＹＥＳとなり、ステップ４２
に入る。

【００３４】ステップ４２では、燃焼モードが変化した
か否かが判別される。燃焼モードが変化していないと判
別された場合、ステップ４２の判別結果はＮＯとなり、
ステップ４３に入る。ステップ４３では内燃機関２の回
転変化率を計算し、ここで得られた値をステップ４４で
変化前回転変化率として保存し、ステップ３３の処理が
終了する。

【００３５】一方、ステップ４２において燃焼モードが
変化したと判別されると、ステップ４２の判別結果はＹ
ＥＳとなり、ステップ４５に入り、ここで燃焼モード変
化後の内燃機関２の回転変化率が計算される。しかる
後、ステップ４６でスロットル５Ａのスロットル開度の
補正値が計算されステップ３３の処理が終了する。

【００３６】このように、トルク変化量を検出するステ
ップ３３では、アクセル開度がある値より小さい時のみ
（ステップ４１）、スロットル補正値が計算される（ス
テップ４６）。

【００３７】次に、図４を参照して、ステップ４６で実
行されるスロットル補正値計算のための処理について詳
しく説明する。

【００３８】図４は、図３のステップ４６におけるスロ
ットル補正値計算処理の詳細フローチャートである。ス
ロットル補正値計算のためのステップ４６に入ると、ま
ず、ステップ５１において、ステップ４４で保存された
変化前回転変化率からステップ４５で得られた変化後回
転変化率を差し引いた差分を計算し、得られた値をＤＩ
Ｆとする。次にステップ５２に進み、ステップ５１で得
られたＤＩＦが正の所定値Ｋ１よりも大きいか否かが判
別される。ＤＩＦ≦Ｋ１である場合にはステップ５２の
判別結果はＮＯとなり、ステップ５３でさらにＤＩＦが
負の所定値Ｋ２よりも小さいか否かを判別する。ここで
ＤＩＦ≧Ｋ２のときはステップ５３の判別結果はＮＯと
なり、ステップ４６の処理を終了する。すなわち、ステ
ップ５３の判別結果がＮＯの場合には、ＤＩＦが０に近
い場合であり、加速度が同じ程度なので、出力トルクも
同程度と判断し、直前の補正値を変更せずそのままとす
る。

【００３９】ステップ５２において、ＤＩＦ＞Ｋ１と判
別された場合にはステップ５２の判別結果はＹＥＳとな
り、加速度が減少したと判断され、ステップ５４でスロ
ットル補正量を減少する処理が実行され、ステップ４６
の処理を終了する。

【００４０】一方、ステップ５３でＤＩＦ＜Ｋ２の場合
にはステップ５３の判別結果はＹＥＳとなり、加速度が
増加したと判断され、ステップ５５においてスロットル
開度の補正値を増大する処理が実行され、ステップ４６
の処理が終了する。

【００４１】このようにしてスロットル開度の補正値の
計算が行われたならば、図３のステップ３４に入り、こ
こで、スロットル開度補正値を読込み、次のステップ３
５に進む。ステップ３５では、燃焼モード、アクセル開
度、エンジン回転、吸入空気量等の情報からスロットル
開度が決定され、メインルーチン３０のすべての処理が
終了する。

【００４２】次に、図５を参照して図３のスロットル開
度決定のためのステップ３５の処理について詳しく説明
する。先ず、ステップ６１で燃焼モードが成層燃焼モー
ドか否かが判別される。燃焼モードが成層燃焼モードで
ないと判別された場合、すなわち、燃焼モードが均質燃
焼モードであると判別された場合、ステップ６１の判別
結果はＮＯとなり、ステップ６２に入り、ここで均質燃
焼モードのスロットル開度計算を行う。均質燃焼モード
時におけるスロットル開度は、アクセル開度の情報によ
り決定される。次にステップ６３では、ステップ６２の
計算で得られたスロットル開度を目標スロットル開度と
してステップ３５の処理を終了する。

【００４３】一方、ステップ６１で燃焼モードが成層燃
焼モードであると判別された場合、ステップ６１の判別
結果はＹＥＳとなり、ステップ６４に進む。ステップ６
４では、成層燃焼モードのスロットル開度計算が行われ
る。ここでは、成層燃焼モードでの運転のための基本ス
ロットル開度が、アクセル開度、エンジン回転等の情報
に基づいて計算される。成層燃焼モードの空燃比は３０
〜４０程度であり、均質燃焼モード時は１３〜１７程度
なので、成層燃焼モードのスロットル開度は均質燃焼モ
ード時に比べて大きくなる。次にステップ６５におい
て、ステップ６４で計算されたスロットル開度に補正値
を加えた値を目標スロットル開度として得、ステップ３
５の処理を終了する。

【００４４】このように、スロットル５Ａのスロットル
開度の補正が必要な場合、成層燃焼モードにおけるスロ
ットル開度を補正して内燃機関２の出力トルクの変動を
抑えるようにしたので、内燃機関２をより安定性よく運
転することができる。

【００４５】図６及び図７には、アクセルペダル（図示
せず）を踏み込んで加速しその後アクセル開度を一定に
してから燃焼モードを成層燃焼モードから均質燃焼モー
ドへ切り替えた場合の前後における内燃機関速度、出力
トルク、燃料噴射量、スロットル開度、アクセル開度の
変化の様子が示されている。

【００４６】図６は出力トルクが変化しない場合、図７
は出力トルクが変化した場合の例を示している。図６か
ら、出力トルクが変化しない場合には、内燃機関速度も
変化せず、燃焼モードの切り替えの前後における回転変
化率は略同一であることが判る。一方、図７から、出力
トルクが変化する場合には、内燃機関速度もこれに対応
して変化し、燃焼モードの切り替えの前後における回転
変化率はトルクの変化率に応じたものとなることが判
る。

【００４７】以上説明したように、図１に示した構成に
よれば、燃焼モードの切り替え時に内燃機関２の出力ト
ルクの変化量を検出してスロットル開度の補正量が決定
されるので、何らかの原因でスロットル開度と内燃機関
の出力との関係がずれたとしても、燃焼モードの切り替
えを数回繰り返していくうちに燃焼モードの切り替え時
の前後における出力トルクの変動が小さくなっていき、
燃焼モードの切り替え時の加減速ショックがなくなる。

【００４８】このように、燃焼モード切り替え時の内燃
機関２の出力トルク変動を回転変化率として捉えて検出
し、それを小さくするようスロットル開度を学習する学
習制御が実行される結果、成層燃焼及び均質燃焼を行う
内燃機関において、燃焼モードを切り替える時の内燃機
関の出力トルク変動を低減させ、運転者に不快感を与え
ることがないようにすることができる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、上述の如く、燃焼モー
ドの切り替え時に内燃機関の出力トルクの変化量を検出
してスロットル開度の補正量が決定されるので、何らか
の原因でスロットル開度と内燃機関の出力との関係がず
れたとしても、燃焼モードの切り替えを数回繰り返して
いくうちに燃焼モードの切り替え時の前後における出力
トルクの変動が小さくなっていき、燃焼モードの切り替
え時の加減速ショックがなくなる。

【００５０】また、成層燃焼モードにおけるスロットル
開度を補正してトルク変化量を減少させるようにした方
法によれば、安定した動作が期待できる均質燃焼モード
に対してスロットル開度の補正を行わず成層燃焼モード
のスロットル開度を補正することになるので、制御の安
定性を確保することができる。

【００１３】さらに、スロットル開度の補正量を不揮発
性メモリに格納しておくと、システムの電源が切断され
ても学習値であるスロットル開度の補正値を記憶してお
くことができるので、電源を再び投入した直後の最初の
燃焼モードの切り替え時においても、スロットル開度の
適切な補正が行われ、内燃機関の出力トルク変動を小さ
く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略構成図。

【図２】図１に示した吸入空気量制御部の詳細構成を示
すブロック図。

【図３】図１に示した吸入空気量制御部のメインルーチ
ンの処理及びメインルーチンのトルク変化検出ステップ
の詳細処理を示すフローチャート。

【図４】図３のスロットル補正値計算ステップの処理を
示す詳細フローチャート。

【図５】図３のスロットル開度決定ステップの処理を示
す詳細フローチャート。

【図６】図１の燃料噴射制御装置の動作を説明するため
の説明図。

【図７】図１の燃料噴射制御装置の動作を説明するため
の説明図。

【符号の説明】

１ 燃料噴射制御装置 １Ａ 不揮発性メモリ ２ 内燃機関 ２Ａ 気筒 ２Ｂ 吸気マニホールド ２Ｃ 排気マニホールド ３ インジェクタ ４ 吸入空気量検出装置 ５ 吸入空気量制御装置 ５Ａ スロットル ５Ｂ ステッピングモータ ２０ 吸入空気量制御部 ２１ 燃焼モード選択部 ２２ トルク変化検出部 ２３ 補正値決定部 ２４ スロットル開度決定部 Ｃ 吸入空気量制御信号 Ｈ 補正値信号 Ｊ インジェクタ駆動信号 Ｋ 検出信号 Ｓ 車両信号 ＳＥ モード信号 ＴＣ トルク変化量信号

フロントページの続き (72)発明者 吉野 敏之 埼玉県東松山市箭弓町３丁目13番26号 株 式会社ゼクセル東松山工場内 Ｆターム(参考） 3G065 CA13 DA06 EA00 EA04 EA05 FA02 FA08 FA09 FA11 FA13 GA05 GA10 GA46 KA36 3G301 HA01 HA04 HA16 JA04 KA11 KA12 KA16 LA03 LB04 LC04 MA01 MA11 MA18 NA08 NB06 NB11 NC01 NC02 ND01 ND21 NE01 NE06 NE14 NE15 PA01Z PA17Z PE02Z PE07Z PE08Z PF03Z

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切
   り替えて運転される内燃機関の吸入空気量制御方法にお
   いて、燃焼モードの切り替え時における前記内燃機関の
   出力トルクの変化量を検出し、該変化量が所定範囲を越
   えた場合には前記変化量に応じて前記成層燃焼モード又
   は前記均質燃焼モードの一方の燃焼モード時におけるス
   ロットル開度を前記変化量が減少するように補正するよ
   うにしたことを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御方
   法。
2. 【請求項２】 前記変化量が前記所定範囲を越えた場合
   には前記変化量に応じて前記成層燃焼モードにおけるス
   ロットル開度を補正して前記変化量を減少させるように
   した請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御方法。
3. 【請求項３】 スロットル開度の補正量を不揮発性メモ
   リに格納しておく請求項１又は２に記載の内燃機関の吸
   入空気量制御方法。