JP2006070751A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費の向上を図りつつ、加速要求時には加速応答性を向上することができる内燃機関の制御装置を提供すること。
【解決手段】エンジンＥＣＵ５０は、スロットルアクチュエータ１３及びＷＧバルブ３５を相関させて制御する。このスロットルアクチュエータ１３及びＷＧバルブ３５は、相関させて作動することによるエンジン１０の発生トルクの同一トルクライン上において、一方が加速応答性重視、他方が燃費重視となる特性を有する組み合わせである。そして、エンジンＥＣＵ５０は、要求トルクを満足させる目標スロットル開度及び目標Ｗ／Ｇ開度を、同一のトルクライン上で加速要求の度合いを示す要求トルク変化率に応じて加速応答性重視側又は燃費重視側にシフトさせて設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。

従来、内燃機関に備えられる過給機として、排気タービンを迂回するバイパス通路にウエストゲートバルブを有するターボチャージャがある（例えば特許文献１参照）。ウエストゲートバルブは、排気タービンに供給する排気ガスの余剰分をバイパス通路から下流側に逃がす際に開度が大きくされる。つまり、ウエストゲートバルブの開閉作動により排気圧が調整されることにより、ターボチャージャの過給圧が調整される。

ところで、このようなウエストゲートバルブを有するターボチャージャでは、加速要求のない時にウエストゲートバルブの開度を大きくして排気圧を下げておけば、過給圧も低く抑えられ、結果的に燃費を向上させることが可能である。

しかしながら、一旦加速要求が生じると、その要求に基づいてウエストゲートバルブの開度を大から小に制御し、これにより排気圧の上昇、次いで過給圧の上昇というような時間遅れが生じる。そのため、加速要求のない時に単にウエストゲートバルブの開度を大きくするのでは、加速応答性が悪化するという問題があった。

また、燃費の向上と加速応答性の向上の両立は、上記したような構成のエンジンに限ったものではなく、その他の構成のエンジンについても同様に要求されている課題である。
特開平１１−３５１０１０号公報

本発明は、燃費の向上を図りつつ、加速要求時には加速応答性を向上することができる内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、効果等を示しつつ説明する。

手段１．内燃機関には、吸入空気の充填効率を変更可能な第１及び第２アクチュエータが備えられ、第１及び第２アクチュエータは、相関させて作動することによる内燃機関の発生トルクの同一トルクライン上において、一方が加速応答性重視、他方が燃費重視となる特性を有するように組み合わされるものである。目標作動値設定手段は、要求トルク算出手段にて算出された要求トルクを満足させる第１及び第２アクチュエータの前記トルクライン上の目標作動値を、加速要求算出手段にて算出された加速要求の度合いに応じて加速応答性重視側又は燃費重視側にシフトさせて設定する。制御手段は、その目標作動値設定手段にて算出された各目標作動値に基づいて各アクチュエータを相関させて制御する。

すなわち、各アクチュエータの目標作動値は、加速要求の度合いが大きいと、同一のトルクライン上で要求トルクを満足させつつ加速応答性重視側にシフトされた値に設定され、加速要求の度合いが小さいと、同一のトルクライン上で要求トルクを満足させつつ燃費重視側にシフトされた値に設定される。従って、燃費向上及び加速要求時における加速応答性向上を図ることができる。

手段２．上記手段１において、目標作動値設定手段は、要求トルク及び加速要求の度合いから第２アクチュエータの目標作動値を設定し、該目標作動値から要求トルクを満足するような第１アクチュエータの目標作動値を設定する。

すなわち、第２アクチュエータの目標作動値を設定できれば、該目標作動値を用い要求トルクから第１アクチュエータの目標作動値を設定できるので、目標作動値の設定を容易とすることができる。

手段３．上記手段２において、目標作動値設定手段は、少なくとも要求トルクに基づいて第２アクチュエータのベース目標作動値を設定し、該ベース目標作動値に対して加速要求の度合いに応じた重み係数を加味することにより第２アクチュエータの目標作動値を設定する。

すなわち、第２アクチュエータの目標作動値は、ベース目標作動値に対して重み係数を加味して設定されるので、この重み係数を調整するだけで、ユーザの好み（加速応答性重視側又は燃費重視側）に容易に設定することができる。

手段４．上記手段３において、重み係数は、内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータを用いて設定される。

すなわち、重み係数を内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータを用いて設定できるので、重み係数を設定するための特別な手段を設ける必要がない。

なお、上記各手段１〜４において、要求トルクは、例えばアクセル開度や吸入空気量、内燃機関の機関回転数等を用いて算出可能であり、加速要求の度合いは、例えば要求トルク変化率やアクセル開度変化率、内燃機関の機関回転数等を用いて算出可能である。また、第１アクチュエータは、例えばスロットル開度を調整するスロットルアクチュエータ等であり、第２アクチュエータは、例えばターボチャージャと共に備えられ排気圧を調整するウエストゲートバルブ、少なくとも吸気バルブの開弁動作条件を変更する可変動弁機構、又は、タンブル流若しくはスワール流を筒内にて生成させる渦流生成機構等である。

以下、本発明を内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンの制御システムに具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１３によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４は、その開度（スロットル開度）がスロットル開度センサ１５にて検出される。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排気ガスが排気管２４に排出される。吸気バルブ２１及び排気バルブ２２にはそれぞれ可変動弁機構２５，２６が設けられている。可変動弁機構２５，２６は、各バルブ２１，２２における開弁時期等のバルブ開閉動作条件の連続的な可変が可能な構造を有し、そのバルブ開閉動作条件が適宜調整されるようになっている。

エンジン１０のシリンダヘッドには、気筒毎に点火プラグ２７が取り付けられている。各点火プラグ２７は、点火コイル等よりなる点火装置（図示略）を通じて所望の点火時期に高電圧が印加され、これにより各点火プラグ２７の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気を燃焼させる。また、エンジン１０のシリンダヘッドには、吸気側カム角センサ２５ａと排気側カム角センサ２６ａとが取り付けられている。吸気側カム角センサ２５ａは吸気バルブ２１の開閉タイミング等を算出するために吸気側カム角を検出し、排気側カム角センサ２６ａは排気バルブ２２の開閉タイミング等を算出するために排気側カム角を検出するものである。また、エンジン１０のシリンダブロックには、エンジン回転数ｎｅ等を検出すべくエンジン１０の回転に伴い所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ２８が取り付けられている。

前記吸気管１１と排気管２４との間にはターボチャージャ３０が配設されている。ターボチャージャ３０は、吸気管１１に設けられたコンプレッサインペラ３１と、排気管２４に設けられたタービンホイール３２とを有し、それらが回転軸３３にて連結されている。ターボチャージャ３０では、排気管２４を流れる排気ガスによってタービンホイール３２が回転し、その回転力が回転軸３３を介してコンプレッサインペラ３１に伝達される。コンプレッサインペラ３１は、吸気管１１内を流れる吸入空気を圧縮して過給する。ターボチャージャ３０にて過給された空気は、インタークーラ３６によって冷却された後、その下流側に給送される。インタークーラ３６によって吸入空気が冷却されることで、吸入空気の充填効率が高められる。

また、ターボチャージャ３０には、タービンホイール３２の上流側と下流側とに接続され該タービンホイール３２を迂回するバイパス通路３４が設けられている。バイパス通路３４には、開度を調整可能な電動バルブよりなるウエストゲートバルブ（ＷＧバルブ）３５が設けられている。ＷＧバルブ３５は、開閉することによりバイパス通路３４を通過する排気ガスの流量を調整し、タービンホイール３２に供給する排気ガスの余剰分をバイパス通路３４からタービンホイール３２の下流側に逃がして排気圧を調整するものである。つまり、ＷＧバルブ３５の作動により排気圧が調整されることにより、ターボチャージャ３０の過給圧が調整される。

エンジンＥＣＵ５０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。このエンジンＥＣＵ５０には、前記スロットル開度センサ１５、吸気管圧力センサ１７、吸気側及び排気側カム角センサ２５ａ，２６ａ及びクランク角度センサ２８から各々検出信号が入力される他、アクセルペダルの踏み込み操作量（アクセル開度ＡＰ）を検出するためのアクセル開度センサ４０等からも各々検出信号が入力される。そして、エンジンＥＣＵ５０は、随時入力される各種の検出信号に基づいてエンジン運転状態や運転者の要求を把握し、燃料噴射量や噴射時期、点火時期、バルブ開閉動作時期、スロットル開度、ウエストゲートバルブ開度（Ｗ／Ｇ開度）等を演算し、燃料噴射弁１９や点火プラグ２７、可変動弁機構２５，２６、スロットルバルブ１４（スロットルアクチュエータ１３）、ＷＧバルブ３５等の各種制御を制御プログラムに従って実行する。

更に、エンジンＥＣＵ５０は、吸入空気の充填効率を変更させるスロットルバルブ１４（スロットルアクチュエータ１３）とＷＧバルブ３５とを相関させて制御している。すなわち、エンジンＥＣＵ５０は、運転者の要求トルクに基づいて目標スロットル開度及び目標Ｗ／Ｇ開度を相関させて設定している。

因みに、この設定において、要求トルク変化率（単位時間当たりの正側の要求トルク変化量）が大きくなると加速が要求されていることを意味しているので、この要求トルク変化率の変化に伴って加速応答性が良好となる側（加速応答性重視側）、すなわちＷ／Ｇ開度及びスロットル開度がともに中間値から閉じ側にシフトさせた開度に設定される。つまり、Ｗ／Ｇ開度を閉じ側とすることでタービンホイール３２の上流側の排気圧を高めた状態、すなわち過給圧を高めた状態とする一方で、スロットル開度を閉じ側として吸入空気量を抑えることで、要求トルクを発生させるようにしている。そのため、要求トルクが増加して一旦スロットル開度が開けば、既に過給圧が高められていることから、要求トルク発生までの時間遅れが小さく、加速応答性が良好となる。

一方、要求トルク変化率が小さくなると加速が要求されていないことを意味しているので、この場合には要求トルク変化率の変化に伴って燃費が良好となる側（燃費重視側）、すなわちＷ／Ｇ開度及びスロットル開度がともに中間値から開き側にシフトさせた開度に設定される。つまり、Ｗ／Ｇ開度を開き側とすることでタービンホイール３２の上流側の排気圧が低くなる状態、すなわち過給圧が低くなる状態とする一方で、スロットル開度を開き側として吸入空気量を増加させることで、要求トルクを発生させるようにしている。そのため、過給圧が低く抑えられていることから、燃費が向上することになる。

このようにスロットルバルブ１４（スロットルアクチュエータ１３）及びＷＧバルブ３５は、相関されて作動することによるエンジン１０の発生トルクの同一トルクライン上において、一方が加速応答性重視、他方が燃費重視となる特性を有している（図６参照：但し両目標開度を実開度とし、要求トルクを発生トルクに読み替える）。そして、エンジンＥＣＵ５０は、加速要求の度合いが小から大となるに伴って、目標Ｗ／Ｇ開度及び目標スロットル開度を開から閉の方向に変更させている。

このようなエンジンＥＣＵ５０におけるスロットルバルブ１４（スロットルアクチュエータ１３）及びＷＧバルブ３５の制御は、図２に示す演算ロジック及び図３に示す処理フローに沿って具体的に実行されている。因みに、この処理フローは所定時間毎に実行される。

先ず、ステップＳ１０１において、アクセル開度ＡＰが読み込まれ、ステップＳ１０２において、エンジン回転数ｎｅを読み込む。

ステップＳ１０３では、図２に示す要求トルク算出部５１において、読み込まれたアクセル開度ＡＰとエンジン回転数ｎｅとによって運転者の要求トルクを算出し、また要求トルク変化率を算出する。

ステップＳ１０４〜Ｓ１０６では、図２に示す目標Ｗ／Ｇ開度算出部５２において、エンジン回転数ｎｅ、要求トルク及び要求トルク変化率を用いて目標Ｗ／Ｇ開度を算出する。

先ず、ステップＳ１０４では、要求トルクとエンジン回転数ｎｅとを用い図４の関係からベースＷ／Ｇ開度を算出する。ベースＷ／Ｇ開度は、同一エンジン回転数ｎｅにおいて、要求トルクが所定値までは開度値を一定に保ち、要求トルクが所定値より大きくなると次第に小さな値となる。また、エンジン回転数が高くなるほど、ベースＷ／Ｇ開度は要求トルク全域に亘って大きな値となる。

ステップＳ１０５では、要求トルク変化率とエンジン回転数ｎｅとを用い図５の関係から重み係数を算出する。重み係数は、要求トルク変化率が低い領域ではエンジン回転数ｎｅにかかわらず「１」である。また、要求トルク変化率が中間の領域では、重み係数は要求トルク変化率が大きくなるに従って小さく、しかもエンジン回転数ｎｅが低いほど小さな値となる。また、要求トルク変化率が高い領域では重み係数は一定値で、しかもエンジン回転数ｎｅが低いほど小さい値となる。

ステップＳ１０６では、ベースＷ／Ｇ開度に重み係数を掛け、目標Ｗ／Ｇ開度を算出する。

ステップＳ１０７では、図２に示す目標スロットル開度算出部５３において、要求トルクと目標Ｗ／Ｇ開度とを用い図６の関係から目標スロットル開度を算出する。なお、目標スロットル開度は、同一要求トルクライン上において、目標Ｗ／Ｇ開度が大きくなるほど大きな値となる。また、要求トルクが大きくなるほど、目標スロットル開度は目標Ｗ／Ｇ開度全域に亘って大きな値となる。

そして、ステップＳ１０８では、目標Ｗ／Ｇ開度に基づいてＷＧバルブ３５を制御し、ステップＳ１０９では、目標スロットル開度に基づいてスロットルバルブ１４（スロットルアクチュエータ１３）を制御する。

このようにエンジンＥＣＵ５０は、図６の関係から目標スロットル開度及び目標Ｗ／Ｇ開度を相関させて設定することで、要求トルクを満足させつつ、燃費の向上と加速要求時における加速応答性の向上の両立を図るようにしている。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

本実施の形態では、エンジンＥＣＵ５０は、スロットルバルブ１４（スロットルアクチュエータ１３）及びＷＧバルブ３５を相関させて制御している。このスロットルアクチュエータ１３及びＷＧバルブ３５は、相関させて作動することによるエンジン１０の発生トルクの同一トルクライン上において、一方が加速応答性重視、他方が燃費重視となる特性を有する組み合わせである。そして、エンジンＥＣＵ５０は、要求トルクを満足させる目標スロットル開度及び目標Ｗ／Ｇ開度（目標作動値）を、同一のトルクライン上で加速要求の度合いを示す要求トルク変化率に応じて加速応答性重視側又は燃費重視側にシフトさせて設定している。すなわち、エンジンＥＣＵ５０は、要求トルク変化率が大きい（加速要求の度合いが大きい）と、目標スロットル開度及び目標Ｗ／Ｇ開度を同一のトルクライン上で要求トルクを満足させつつ加速応答性重視側にシフトされた値に設定し、要求トルク変化率が小さい（加速要求の度合いが小さい）と、目標スロットル開度及び目標Ｗ／Ｇ開度を同一のトルクライン上で要求トルクを満足させつつ燃費重視側にシフトされた値に設定する。従って、燃費向上及び加速要求時における加速応答性向上を図ることができる。

また本実施の形態では、エンジンＥＣＵ５０は、要求トルク、エンジン回転数ｎｅ及び要求トルク変化率から目標Ｗ／Ｇ開度を設定し、該目標Ｗ／Ｇ開度から要求トルクを満足するような目標スロットル開度を設定している。すなわち、目標Ｗ／Ｇ開度を設定できれば、該目標Ｗ／Ｇ開度を用い要求トルクから目標スロットル開度を設定できるので、目標Ｗ／Ｇ開度及び目標スロットル開度の設定を容易とすることができる。

また本実施の形態では、エンジンＥＣＵ５０は、要求トルク及びエンジン回転数ｎｅに基づいてベース目標Ｗ／Ｇ開度を設定し、該ベース目標Ｗ／Ｇ開度に対して要求トルク変化率に応じた重み係数を加味することにより目標Ｗ／Ｇ開度を設定している。すなわち、目標Ｗ／Ｇ開度は、ベース目標Ｗ／Ｇ開度に対して重み係数を加味して設定されるので、この重み係数を調整するだけで、ユーザの好み（加速応答性重視側又は燃費重視側）に容易に設定することができる。

また本実施の形態では、重み係数は、エンジン１０の運転状態に相関のあるパラメータである要求トルク変化率及びエンジン回転数ｎｅを用いて設定されている。すなわち、重み係数をエンジン１０の運転状態に相関のあるパラメータを用いて設定できるので、重み係数を設定するための特別な手段を設ける必要がない。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態では、重み係数を要求トルク変化率及びエンジン回転数ｎｅを用いて算出したが、これに限定されるものではなく、例えば図７に示すように要求トルク変化率のみから算出しても良く、また図８に示すようにエンジン回転数ｎｅのみから算出しても良い。また、これ以外のエンジン１０の運転状態に相関のあるパラメータを用いても良い。因みに、この重み係数とベース目標Ｗ／Ｇ開度との算出の際、共にエンジン回転数をパラメータとして用いているが、いずれか一方のみにエンジン回転数を用いるようにしても良い。

上記実施の形態では、目標Ｗ／Ｇ開度を算出し、その目標Ｗ／Ｇ開度と要求トルクとを用いて目標スロットル開度を算出するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば逆であっても良い。すなわち、先に目標スロットル開度を算出し、その目標スロットル開度と要求トルクとを用いて目標Ｗ／Ｇ開度を算出しても良い。

上記実施の形態では、スロットルバルブ１４（スロットルアクチュエータ１３）とＷＧバルブ３５との組み合わせに適用したが、これに限定されるものではない。例えば、スロットルアクチュエータ１３と吸気側の可変動弁機構２５との組み合わせに適用しても良い。この場合、吸気バルブ２１のベース吸気バルブ開時期を図９の関係から算出し、これを上記実施の形態と同様に、図５のような重み係数を掛けて吸気バルブ開時期算出し、これを用いて図６の横軸を吸気バルブ開時期に変更させた図から目標スロットル開度を算出するようにしても良い。また、これら以外で充填効率を変更可能なアクチュエータ、例えばタンブル流若しくはスワール流を筒内にて生成させる渦流生成機構と組み合わせても良い。

本実施の形態におけるエンジン制御システムの概略構成図である。 目標スロットル開度及び目標Ｗ／Ｇ開度の演算ロジックを示す機能ブロック図である。 目標スロットル開度及び目標Ｗ／Ｇ開度の算出手順とその制御を示すフロー図である。 ベース目標Ｗ／Ｇ開度を算出するための図である。 重み係数を算出するための図である。 目標スロットル開度を算出するための図である。 別例における重み係数を算出するための図である。 別例における重み係数を算出するための図である。 別例における吸気バルブ開時期を算出するための図である。

符号の説明

１０…エンジン（内燃機関）、１３…スロットルアクチュエータ（第１アクチュエータ）、３５…ウエストゲートバルブ（第２アクチュエータ）、５０…エンジンＥＣＵ（要求トルク算出手段、加速要求算出手段、目標作動値設定手段、制御手段）。

Claims (4)

1. 吸入空気の充填効率を変更可能な第１及び第２アクチュエータを備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記第１及び第２アクチュエータは、相関させて作動することによる内燃機関の発生トルクの同一トルクライン上において、一方が加速応答性重視、他方が燃費重視となる特性を有するように組み合わされるものであり、
   運転者の要求トルクを算出する要求トルク算出手段と、
   運転者の加速要求の度合いを算出する加速要求算出手段と、
   前記要求トルクを満足させる前記第１及び第２アクチュエータの前記トルクライン上の目標作動値を、前記加速要求の度合いに応じて加速応答性重視側又は燃費重視側にシフトさせて設定する目標作動値設定手段と、
   前記各目標作動値に基づいて前記各アクチュエータを制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記目標作動値設定手段は、少なくとも前記要求トルク及び前記加速要求の度合いから前記第２アクチュエータの目標作動値を設定し、該目標作動値から前記要求トルクを満足するような前記第１アクチュエータの目標作動値を設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記目標作動値設定手段は、少なくとも前記要求トルクに基づいて前記第２アクチュエータのベース目標作動値を設定し、該ベース目標作動値に対して前記加速要求の度合いに応じた重み係数を加味することにより第２アクチュエータの目標作動値を設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記重み係数は、内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータを用いて設定されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。

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