JP2006274967A - 内燃機関の吸入空気量制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキブースタ内の負圧が低下したりあるいは正圧になっている場合にエンジンを始動すると、ブレーキブースタからの空気が吸入空気に加算されるために、急激にエンジン回転数が上昇し、始動時のエンジン音がブレーキブースタに負圧が蓄積されている場合より高くなった。
【解決手段】搭載される内燃機関の駆動力が車輪に伝達されて走行し、内燃機関から供給される負圧を蓄積する気圧式倍力装置を備えて気圧式倍力装置の負圧により車輪に加える制動力のための操作力を補助し得る制動システムを装備する車両において、内燃機関の始動時における気圧式倍力装置の負圧蓄積状態を検出し、検出した負圧蓄積状態が制動システムの操作力を補助し得る負圧蓄積状態を下回っている場合には内燃機関の吸入空気量をそれ以外の負圧蓄積状態の場合より少なくする。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両に装備された制動システムの気圧式倍力装置における負圧の蓄積状態に応じて吸入空気量を制御する内燃機関の吸入空気量制御方法に関するものである。

従来、車両、特には自動車では、制動システムを構成する摩擦式のブレーキの操作力を制御するために気圧式倍力装置すなわちブレーキブースタを備えたものが知られている。このブレーキブースタは、負圧を蓄積する定圧室と負圧よりも高圧な空気が蓄積される変圧室とを備えるものが一般的である。そして、ブレーキブースタは、定圧室にはエンジン（内燃機関）の吸気通路から負圧を導入し、その負圧と変圧室の圧力との差を利用して、自動車の乗員がブレーキペダルを操作した場合にブレーキに加わる操作力が大きくなるように機能するものである。

ところで、このブレーキブースタは、上述のように、吸気通路から定圧室に負圧を導入しているので、定圧室が大気圧になると定圧室内の空気が吸気通路に流入することになる。このため、特許文献１に記載のものでは、このような定圧室から吸気通路に流れ込む空気によりアイドル回転数が上昇することを防止するために、ブレーキ操作などにより定圧室から吸気通路に空気が流れたことを検出し、その空気の吸気通路への流入及び流入終了後から所定時間が経過するまでの間、アイドル回転制御の実行を停止するか、もしくはアイドル回転制御におけるフィードバック補正幅を最小にするように構成するものである。
特開２００２−１０６３９６号公報

ところで、ブレーキブースタにおける負圧は、エンジンが停止しているつまり運転されていない状態においても自然に減少したり、あるいはブレーキペダルを複数回操作することにより減少することが知られている。この場合、負圧が減少することにより、このような状態でエンジンを始動するとエンジン回転数が急激に上昇することがある。これは、始動に際して吸入吸気量が通常のアイドル運転の場合の吸入吸気量より多くしてあることに加えて、負圧の減少したブレーキブースタから空気が吸気通路に流れ込んで、始動時のために設定された吸入空気量より多くなることによるものである。このようなエンジン回転数の上昇は例えば、冷間始動時において、アイドリング目標回転数をファストアイドルに対応して通常のアイドリング目標回転数より高く設定している場合に顕著になる。

このように始動とほぼ同時にエンジン回転数が予想以上に上昇すると、エンジン音が高くなり、静粛性を欠くことになった。また、エンジン回転数の上昇が予想以上であることより、上述のファストアイドルにおけるアイドリング目標回転数に収束するにしても、オーバーシュートが大きいために通常のファストアイドルの場合より長い時間がかかるものとなった。

上述の特許文献１に記載のものは、エンジンのアイドル運転時におけるエンジン回転数の上昇を抑制するものであるが、アイドル回転フィードバック制御を実行していることが前提となっているため、始動時においては特許文献１に記載のものであっても、上述の不具合を解消し得るものではない。

そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関の吸入空気量制御方法は、搭載される内燃機関の駆動力が車輪に伝達されて走行し、内燃機関から供給される負圧を蓄積する気圧式倍力装置を備えて気圧式倍力装置の負圧により車輪に加える制動力のための操作力を補助し得る制動システムを装備する車両において、内燃機関の始動時における気圧式倍力装置の負圧蓄積状態を検出し、検出した負圧蓄積状態が制動システムの操作力を補助し得る負圧蓄積状態を下回っている場合には内燃機関の吸入空気量をそれ以外の負圧蓄積状態の場合より少なくすることを特徴とする。

このような構成において、気圧式倍力装置に蓄積されている負圧が、制動システムの操作力を補助し得る負圧蓄積状態を下回っている場合に、内燃機関の吸入空気量を少なくするので、気圧式倍力装置の負圧蓄積状態による吸入空気量の増量分が減少する。このため、制動システムが頻繁に操作された場合や、内燃機関の始動時にあっても、吸入空気量の増量分による内燃機関の回転数の上昇が抑制される。したがって、内燃機関の静粛性を向上させることが可能になる。

本発明は、以上説明したように、気圧式倍力装置から内燃機関に空気が流入するような気圧式倍力装置における負圧蓄積状態において内燃機関の吸入空気量を少なくするので、気圧式倍力装置から負圧の蓄積状態に応じて空気が内燃機関に流れ込んでも、その流れ込んだ空気が過剰な吸入空気量を形成せず、内燃機関の回転数が 急激に上昇することを防止することができ、静粛性を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に概略構成を示すこの実施形態の車両は、４本の車輪Ｔを備え、搭載されるエンジン１００の駆動力が車輪Ｔに伝達されて走行する自動車ＭＶである。また、この自動車ＭＶは、エンジン１００から供給される負圧を蓄積する気圧式倍力装置であるブレーキブースタＢＢを備えてブレーキブースタＢＢの負圧により車輪Ｔに加える制動力のための操作力を補助し得る制動システムつまりブレーキシステムＢＳを装備するものである。ブレーキシステムＢＳは、この分野でよく知られたものを用いることができ、上述のブレーキブースタＢＢ以外に、例えば自動車ＭＶの運転者が操作するブレーキペダルＢＰ、ブレーキペダルＢＰの操作量に応じた制動力を車輪に加えるブレーキ本体（ディスク、パッド、キャリパなど）（図示しない）、前記制動力をブレーキ本体に伝達する油圧系統（図示しない）などを備えて構成されるものである。

エンジン１００は、例えば水冷式３気筒のもので、図２にはその１気筒の構成を図示している。エンジン１００の吸気系１を構成する吸気管路１ａには、図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が設けてあり、その下流側にはサージタンク３が設けられ、サージタンク３からの吸入空気は吸気バルブ３７を介してシリンダ３８内に吸入される。また、吸気系１には、スロットルバルブ２を迂回する迂回路４１が設けてあり、その迂回路４１を通過して吸気管路１ａに流入する空気を制御する、例えばステップモータ駆動式制御バルブ（以下、ＩＳＣバルブと称する）４２が迂回路４１に設けてある。ＩＳＣバルブ４２は、アクチュエータとしてのステップモータにより駆動されて、その開度が連続して調整し得るものである。この実施形態においては、ステップモータを含んだものをＩＳＣバルブ４２とする。なお、ＩＳＣバルブ４２はこのようなステップモータ駆動式制御バルブに限定されるものではなく、開度を制御することによって空気流量を制御するための各種の制御バルブを用いることができる。

また、吸気管路１ａのスロットルバルブ２より下流に連通して、ブレーキブースタＢＢのための吸気管負圧を取り出す負圧管路４３が設けてある。この負圧管路４３は、ブレーキブースタＢＢに対して吸気管負圧を供給するもので、吸気管路１ａが正圧以上になった場合にブレーキブースタＢＢに正圧がかからないようにする逆止弁４４が設けてある。

このブレーキブースタＢＢには、負圧管路４３を介して供給された負圧の蓄積状態を検出するブレーキ負圧スイッチ４５が設けてある。このブレーキ負圧スイッチ４５は、ブレーキ本体に必要な操作力を補助し得るに十分な負圧の蓄積状態である場合は出力信号を出力せず、負圧の蓄積状態が不十分である場合にはその出力信号を出力するものである。通常、ブレーキペダルＢＰを操作する毎に蓄積された負圧は減少するもので、エンジン１００の運転中は吸気管路１ａから補充されるため、ブレーキブースタＢＢ内が正圧になることはない。

加えて、サージタンク３に連通する吸気系１の吸気マニホルド４のシリンダヘッド３９側の端部近傍には、さらに燃料噴射バルブ５が設けてあり、この燃料噴射バルブ５を電子制御装置６により制御するようにしている。また、排気系２０には、燃焼室３８ａから排気バルブ３６を介して排出された排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ₂センサ２１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒２２の上流の位置に取り付けられている。

電子制御装置６は、中央演算処理装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。中央演算処理装置７は、記憶装置８に格納された後述のプログラムを実行して、エンジン１００の運転制御を行うものである。そしてエンジン１００の運転制御を行うために必要な情報が入力インターフェース９を介して中央演算処理装置７に入力されるとともに、中央演算処理装置７は出力インターフェース１１を介して例えばＩＳＣバルブ４２を制御するための制御信号たるＩＳＣ信号ｍを出力する。

具体的には、入力インターフェース９には、サージタンク３内の圧力（吸気管圧力）を検出するための吸気圧センサ１３から出力させる吸気圧信号ａ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ１４から出力される回転数信号ｂ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ１６から出力されるＩＤＬ信号ｄ、エンジン１００の冷却水温を検出するための水温センサ１８から出力される水温信号ｆ、上記したＯ₂センサ２１から出力される電圧信号ｈ、ブレーキ負圧スイッチ４５から出力される出力信号ｋなどが入力される。

一方、出力インターフェース１１からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号たる駆動パルスＩＮＪが、スパークプラグ１９に対して点火信号ｇが、ＩＳＣバルブ４２に対してＩＳＣ信号ｍがそれぞれ、出力されるようになっている。

電子制御装置６には、吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａと回転数センサ１４から出力させる回転数信号ｂとを主な情報とし、エンジン１００の運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基本燃料噴射時間すなわち基本噴射量を補正して燃料噴射弁開成時間である最終噴射時間すなわち燃料噴射量を決定し、その決定された時間により燃料噴射弁５を制御して、エンジン１００の運転状態に応じた燃料噴射量を燃料噴射弁５から吸気系１に噴射するためのプログラムが内蔵してある。

また、電子制御装置６には、エンジン１００の始動時におけるブレーキブースタＢＢの負圧蓄積状態を検出し、検出した負圧蓄積状態がブレーキシステムＢＳの操作力を補助し得る負圧蓄積状態を下回っている場合にはエンジン１００の吸入空気量をそれ以外の負圧蓄積状態の場合より少なくするように吸入空気量を制御するプログラムが内蔵してある。

この吸入空気量制御プログラムの概略手順を、図３を参照して説明する。なお、この吸入空気量制御プログラムは、エンジン１００の始動時に実行されるものである。エンジン１００の始動時にあっては、始動時増量補正量により増量補正された吸入空気量に対応する開度となるように、ＩＳＣバルブ４２に対して開度信号であるＩＳＣ信号ｍが電子制御装置６から供給される。すなわちエンジン１００の始動時にあっては、始動時のエンジン１００の温度である冷却水温に応じてＩＳＣバルブ４２を通過して吸入空気となる空気流量を設定し、その設定した空気流量すなわち始動時増量補正量を、スロットルバルブ２を通過する空気流量に加算して始動時に必要な吸入空気量を演算し、その演算した吸入空気量に基づいてＩＳＣバルブ４２の開度を制御して、アイドル回転制御におけるフィードバック制御とは別のオープン制御により吸入空気量を制御するものである。

始動時増量補正量は、図４に示すように、エンジン１００の始動時にあっては冷却水温に応じた初期量が設定してあり、始動から所定時間は一定量に保持され、所定時間の経過後は、所定の減量率により時間の経過言い換えれば冷却水温の上昇とともに初期値から減量されるように設定してある。そして、冷却水温が低いほど、初期量は多く設定するものである。この初期量は、例えばマップに代表的な冷却水温に対応させて設定してある。なお、エンジン１００の温度としては、潤滑油の温度であってもよい。

まず、ステップＳ１において、イグニッションキーが操作されて電子制御装置６及び各センサを含む電気系統に電力が供給されることにより、冷却水温及び負圧蓄積状態を検出する。冷却水温は、水温センサ１８から出力される水温信号ｆに基づいて、また負圧蓄積状態はブレーキ負圧スイッチ４５からの出力信号ｋの有無により検出する。

ステップＳ２では、検出した冷却水温に対応して始動時増量補正量の初期量を設定する。すなわち、冷却水温を検出すると、その冷却水温にも基づいてマップを検索し、冷却水温に対応する初期量を設定する。この場合に、検出した冷却水温に対応する値がマップにない場合は、補間計算によって初期量を演算して設定するものである。

この後ステップＳ３では、検出したブレーキブースタＢＢの負圧蓄積状態が通常であるか否か、言い換えればブレーキシステムＢＳの操作力を補助し得る負圧蓄積状態であるか否かを判定する。すなわち、ブレーキブースタＢＢの負圧蓄積状態は、ブレーキブースタＢＢ自体の特性にもよるが、エンジン１００を始動する前にブレーキペダルＢＰを複数回にわたって操作することにより、負圧がエンジン１００から供給されないままブレーキブースタＢＢ内の負圧が消費されて負圧蓄積状態が変化する。そして、このような場合に、ブレーキブースタＢＢ内に負圧がなくなり大気圧が蓄積された状態となり、ブレーキシステムＢＳの操作力を補助し得る負圧蓄積状態を下回る負圧蓄積状態となる。この判定は、ステップＳ１において検出したブレーキ負圧スイッチ４５からの出力信号ｋがない（オフ）場合に、ブレーキブースタＢＢの負圧蓄積状態が通常であると判定し、出力信号ｋがある（オン）に通常でない言い換えれば負圧蓄積状態がブレーキシステムＢＳの操作力を補助するには不十分な状態と判定するものである。

そしてステップＳ３において負圧蓄積状態は通常であると判定した場合は、ステップＳ４において設定した始動時増量補正量の初期値に基づいてＩＳＣバルブ４２を制御する。この場合は、負圧蓄積状態が通常の状態であるので、ブレーキブースタＢＢから吸気管路１ａに流入する空気はなく、したがって始動した場合にその始動時のエンジン回転数が異常に上昇することはない。

一方、ステップＳ３において負圧蓄積状態が下回っていると判定した場合には、ステップＳ５において、判定したブレーキブースタの負圧蓄積状態に基づいて、負圧状態が通常である場合より吸入空気量が少なくなるよう、ステップＳ２において設定した始動時増量補正量の初期量から所定量を減じて最終の始動時増量補正量を設定する。

つまりこのステップＳ５では、この始動時増量補正量の初期量を減じることにより、始動時における吸入空気量が少なくなるように始動時増量補正量の初期値を制御するものである。この場合に、始動時増量補正量を減じる所定量は、ブレーキブースタＢＢの負圧を蓄積し得る容量にほぼ等しい量に設定するものである。つまり、ブレーキブースタＢＢに負圧が蓄積されていない場合に、ブレーキブースタＢＢ内の負圧を蓄積する負圧室（図示しない）は大気圧を蓄積している状態になっており、その負圧室に蓄積された大気圧の空気がスロットルバルブ２の下流側に流入することになり、その分だけ吸入空気量が増加することを抑制するものである。

このようにして最終の始動時増量補正量の初期量を設定すると、ステップＳ６では、設定した最終の始動時増量補正量の初期量に基づいてＩＳＣバルブ４２を制御する。これにより、ＩＳＣバルブ４２は通常の負圧蓄積状態の場合に比較して閉じられた状態になり、通過する空気量は少なくなる。したがって、ブレーキブースタＢＢから負圧管路４３を介して吸気管路１ａに空気が流入しても、実際に混合気に寄与する始動時における吸入空気量が減少するものである。

以上の構成において、イグニッションキーを操作して電子制御装置６及び各センサに電力が供給され、スタータによりエンジン１００の始動が開始されるまでに、電子制御装置６が各センサからの信号に基づいてエンジン１００の状態を検出するとともに上述した始動時の吸入空気量制御プログラムを実行する。エンジン始動の開始に先立って例えば、ブレーキペダルＢＰを複数回踏み込みとその解除との操作を行った場合には、ブレーキペダルＢＰのそのような操作により踏み込み操作の毎にブレーキブースタＢＢ内の負圧が減少し、ブレーキブースタＢＢ内がほぼ正圧を蓄積した状態になる。

このような状態において、エンジン１００を始動するまでに吸入空気量制御プログラムを実行し、ブレーキブースタＢＢの負圧蓄積状態に応じてＩＳＣバルブ４２の開度を制御して、ブレーキブースタＢＢに蓄積された正圧により吸気管路１ａのスロットルバルブ２より下流側に空気が流入しても、ＩＳＣバルブ４２の開度が減少されているため、混合気となる吸入空気量は少なくなっている。したがって、始動時のエンジン回転数が異常に上昇することを防止することができる。それゆえ、始動後においてアイドル回転数を例えばファストアイドルのアイドリング目標回転数に収束させるまでの時間を短縮することができる。

また、始動時において潤滑油の油圧が十分でなく潤滑も不十分な状態において生じるいわゆるガラガラ音の発生を抑制することができ、さらには急激なエンジン回転数の上昇がなくなることによりエンジン音が低くなるので静粛性を向上させることができる。

加えて、自動車ＭＶが自動変速機を備え、自動変速機をドライブレンジにしている状態で短時間停止した場合に、エンジン１００のアイドル運転を停止するアイドリングストップを実施する構成のものでは、アイドリングストップからエンジン１００をアイドル運転に復帰させた場合に、発進時の急な飛び出し感を防止することができる。

なお、上記実施形態においては、ブレーキブースタＢＢの負圧蓄積状態を検出するものとして、負圧の有無のみを検出するブレーキ負圧スイッチを説明したが、ブレーキブースタＢＢに蓄積されている負圧の変化に対応して連続して負圧の大きさを示す出力信号を出力するものであってもよい。この場合、負圧の大きさを示す出力信号に応じて負圧を検出し、その検出値に応じて吸入空気量を制御するようにするものであってよい。具体的には、ブレーキブースタＢＢの負圧蓄積状態を検出するため判定圧力より負圧が高い場合（判定圧力以上）には吸入空気量をアイドル回転制御における始動時増量補正量に維持し、負圧が判定圧力より低い場合（判定圧力未満）はその圧力に応じて吸入空気量を減量するように始動時増量補正量の初期量を減量するものである。

また、上記実施形態においては、スロットルバルブ２を迂回する迂回路４１を通過する空気量を制御して吸入空気量を制御するものを説明したが、スロットルバルブのスロットル開度とエンジン回転数とに基づいて基本燃料噴射量を決定するいわゆるα−Ｎ方式のエンジンにおいて、スロットルバルブのスロットル開度を制御してアイドル回転制御を実施するものに適用するものであってもよい。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の実施形態の自動車の概略構成を示す説明図。 同実施形態におけるエンジンの概略構成を示す説明図。 同実施形態の制御手順を概略的に示すフローチャート。 同実施形態の作用説明図。

符号の説明

ＢＢ…ブレーキブースタ
１００…エンジン
ＢＳ…ブレーキシステム
Ｔ…車輪
６…電子制御装置

Claims (1)

1. 搭載される内燃機関の駆動力が車輪に伝達されて走行し、内燃機関から供給される負圧を蓄積する気圧式倍力装置を備えて気圧式倍力装置の負圧により車輪に加える制動力のための操作力を補助し得る制動システムを装備する車両において、内燃機関の始動時における気圧式倍力装置の負圧蓄積状態を検出し、
   検出した負圧蓄積状態が制動システムの操作力を補助し得る負圧蓄積状態を下回っている場合には内燃機関の吸入空気量をそれ以外の負圧蓄積状態の場合より少なくする内燃機関の吸入空気量制御方法。
   
   

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