JP2007162505A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加速時における内燃機関のレスポンスを向上させつつ、エミッションの悪化を抑制することを可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、モデルに従ってスロットル開度や燃料噴射量の制御を行う。詳しくは、遅延抑制制御手段は、加速時における遅延制御の実行を抑制して、スロットル開度をアクセル開度に対して追従させるための制御を行い、燃料増量制御手段は、加速時において空燃比がリッチとなるように、燃料噴射量を増量させるための制御を行い、２次空気供給制御手段は、ストイキに対して不足する空気量を算出し、不足する空気量を補うために２次空気の供給を実行する。これにより、加速時における内燃機関のレスポンスを向上させることができると共に、エミッションの悪化を適切に抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、空燃比を精度良く維持するための制御などを行う内燃機関の制御装置に関する。

従来から、アクセル開度の変化に対して所定の遅延時間後にスロットル開度が追従するように制御し、このスロットル開度に基づいて推定される吸入空気量の算出結果により燃料噴射量を決定する技術（以下、このような制御において用いられる理論を、単に「モデル」と呼ぶ。）が知られている。このようなモデルを用いて制御を行う理由は、主に、精度良くＡ／Ｆ（空燃比）を制御するためである。

例えば、特許文献１には、上記した遅延時間をエンジン回転数に応じて変化させることにより、アクセル操作に対する内燃機関のレスポンスを改善する技術が記載されている。また、特許文献２には、アクセル操作に対して所定の遅延時間後にスロットルを駆動し、対応する燃料量を噴射する技術が記載されている。

特開２００３−１２０４０４号公報 特公平７−３３７８１号公報

しかしながら、上記した特許文献１及び２に記載された技術では、運転者から加速要求があり、アクセル開度が大きく変化した際にも、アクセル開度の変化に対してスロットル開度を遅れて変化させているため、加速要求に対する内燃機関のレスポンス（例えばトルクの上昇）が遅れる傾向にあった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、精度良く空燃比が維持されるように制御を行う内燃機関の制御装置において、加速時における内燃機関のレスポンスを向上させつつ、エミッションの悪化を抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、アクセル開度の変化に対して所定の遅延時間後にスロットル開度を追従制御すると共に、前記スロットル開度に対する追従制御に基づいて推定される吸入空気量から決定された燃料噴射量を噴射する遅延制御を行う内燃機関の制御装置は、車両の加速時に、前記遅延制御の実行を抑制して、スロットル開度をアクセル開度に対して追従させるための制御を行う遅延抑制制御手段と、前記遅延抑制制御手段による制御が行われた際に、空燃比がリッチとなるように、燃料噴射量を増量させるための制御を行う燃料増量制御手段と、前記遅延抑制制御手段による制御が行われた際に、ストイキに対して不足する空気量を算出し、前記不足する空気量を補うために２次空気の供給を制御する２次空気供給制御手段と、を備えることを特徴とする。

上記の内燃機関の制御装置は、モデルに基づいてスロットル開度や燃料噴射量などの制御を行う。具体的には、内燃機関の制御装置は、アクセル開度の変化に対して所定の遅延時間後にスロットル開度を追従制御すると共に、スロットル開度に対する追従制御に基づいて推定される吸入空気量から決定された燃料噴射量を噴射する遅延制御を行う。しかしながら、上記した遅延制御を常に行った場合には、例えば運転者からの急な加速要求があった際も、アクセル開度の変化に対してスロットル開度を遅れて変化させるため、加速要求に対する内燃機関のレスポンスが遅れてしまう場合がある。

そのため、上記の内燃機関の制御装置は、遅延抑制制御手段と、燃料増量制御手段と、２次空気供給制御手段と、を備える。具体的には、遅延抑制制御手段は、遅延制御の実行を抑制して、スロットル開度をアクセル開度に対して追従させるための制御を行う。これにより、加速時における内燃機関のレスポンスの低下を抑制することが可能となる。また、燃料増量制御手段は、空燃比がリッチとなるように、燃料噴射量を増量させるための制御を行う。これにより、加速時における内燃機関のレスポンスを向上させることができる。一方、２次空気供給制御手段は、ストイキに対して不足する空気量を算出し、不足する空気量を補うために２次空気の供給を実行する。これにより、遅延制御を停止することによって発生し得る、エミッションの悪化を抑制することができる。詳しくは、２次空気を触媒に対して導入することによって、触媒による燃料の未然成分の酸化を促進させて、触媒の浄化作用を向上させることができる。以上より、上記の内燃機関の制御装置によれば、加速時における内燃機関のレスポンスを向上させることができると共に、エミッションの悪化を適切に抑制することができる。

上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記遅延抑制制御手段は、前記遅延制御において用いられる前記遅延時間を短縮する。遅延制御時には、アクセル開度の変化から概ね遅延時間の経過後に内燃機関のレスポンスが開始するが、上記の内燃機関の制御装置によれば、アクセル開度の変化から上記の遅延時間よりも短い時間の経過後に、内燃機関のレスポンスを開始させることができる。

好ましくは、前記遅延抑制制御手段は、前記遅延制御において用いられる前記遅延時間を概ね「０」に設定する。これにより、加速時における内燃機関のレスポンスを効果的に向上させることができる。

上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記２次空気供給制御手段は、前記燃料増量制御手段によって増量された燃料噴射量と、前記遅延制御において推定される前記吸入空気量とに基づいて、ストイキに対して不足する空気量を算出する。

この態様では、２次空気供給制御手段は、ストイキに対して不足する空気量を、増量された燃料噴射量と、遅延制御において精度良く推定される吸入空気量とに基づいて算出する。このように、高精度に算出された不足する空気量を供給することにより、エミッションの悪化を効果的に抑制することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［全体構成］
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンの概略構成を示す図である。なお、図１では、実線の矢印がガスの流れの一例を示し、破線の矢印が信号の入出力を示している。

エンジン（内燃機関）６には、吸気通路３が接続されており、吸気通路３を通過した吸気が供給される。この場合、エンジン６に供給される吸気の量（以下、「吸入空気量」とも呼ぶ。）は、吸気通路３上に設けられたスロットルバルブ４によって制御される。スロットルバルブ４は、電子スロットルバルブとして構成され、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ４によって開度（スロットル開度）が制御される。また、エンジン６には、燃料噴射弁５から噴射された燃料が供給される。この燃料噴射弁５は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ５によって、噴射すべき燃料量（燃料噴射量）が制御される。

エンジン６は、燃焼室６ａ内で吸気と燃料を爆発させることによって、車両に付与する動力を発生する。この場合、ピストン６ｂの往復運動がコンロッド６ｃを介してクランクシャフト（不図示）に伝達されて、クランクシャフトが回転されることによって動力が伝達される。また、エンジン６の燃焼室６ａには、吸気弁７と排気弁８が設けられている。この場合、吸気弁７が開弁することによって燃焼室６ａへの吸気及び燃料の供給が行われると共に、排気弁８が開弁することによって燃料室６ａ内のガスの排出が行われる。

更に、エンジン６には排気通路９が接続されており、燃焼によって生じた排気ガスは排気通路９に排出される。そして、排気ガスは、排気通路９上に設けられた触媒１０によって浄化される。触媒１０は、三元触媒などによって構成され、排気ガス中のＮＯｘやＳＯｘを浄化する。また、触媒１０の上流側の排気通路９には、排気通路９に対して空気（２次空気）を供給する２次空気通路１１及び２次空気供給装置１２が接続されている。２次空気供給装置１２は、ポンプなどによって構成され、車両の外部などに存在する大気を２次空気として排気通路９へ導入する。この場合、２次空気供給装置１２は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ１２によって、排気通路９に対して導入する２次空気の量が制御される。

ＥＣＵ（Engine Control Unit）５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。ＥＣＵ５０は、主に、アクセル開度センサ２５が検出するアクセル開度に対応する検出信号Ｓ２５を取得し、前述したスロットルバルブ４、燃料噴射弁５、及び２次空気供給装置１２に対して制御信号Ｓ４、Ｓ５、Ｓ１２を供給することによって、これらに対する制御を行う。

ここで、ＥＣＵ５０が行う制御方法の基本概念について説明する。

基本的には、ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆが精度良く維持されるように、モデルに基づいてスロットル開度や燃料噴射量の制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、アクセル開度の変化に対して所定の遅延時間後にスロットル開度を追従制御すると共に、スロットル開度に対する追従制御に基づいて推定される吸入空気量から燃料噴射量を決定し、決定された燃料噴射量を噴射させる制御を行う。以下では、このような制御を「遅延制御」とも呼ぶ。しかしながら、上記したモデルに基づいて遅延制御を行った場合には、例えば運転者からの急な加速要求があった際（即ちアクセル開度が大きく変化した際）にも、アクセル開度の変化に対してスロットル開度を遅れて変化させるため、加速要求に対する内燃機関のレスポンス（具体的にはトルクの立ち上がりなど）が遅れてしまう場合がある。

したがって、ＥＵＣ５０は、車両の加速時、例えば急な加速要求があった際には、上記したモデルに基づいた制御の実行を停止し、以下の制御を実行する。まず、ＥＣＵ５０は、遅延制御の実行を抑制して、前述した遅延制御において用いられる、アクセル開度の変化に対するスロットル開度の変化の遅延時間を短縮する制御（以下、「遅延抑制制御」とも呼ぶ。）を行う。即ち、ＥＣＵ５０は、スロットル開度をアクセル開度の変化に即座に追従させるための制御を行う。このような遅延抑制制御を行うことにより、加速時におけるエンジン６のレスポンスの低下を抑制することが可能となる。

更に、ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆがリッチになるように、燃料噴射量を増量する制御（以下、「燃料増量制御」とも呼ぶ。）を行う。燃料噴射量は基本的にはアクセル開度変化によって推定される吸入空気量から求められるが、ＥＣＵ５０は、加速時には、このようにして得られる燃料噴射量を増量した燃料が噴射されるように制御を行う。上記した燃料増量制御を行うことにより、加速時においてＡ／Ｆがリッチとなるため、加速時におけるエンジン６のレスポンスを向上させることができる。

また、ＥＣＵ５０は、遅延抑制制御が行われた際に、ストイキ（理論空燃比）に対して不足する空気量を算出し、不足する空気量を補うために排気通路９に対して２次空気を導入する制御（以下、「２次空気供給制御」と呼ぶ。）を行う。詳しくは、ＥＣＵ５０は、アクセル開度に対応する実際の吸入空気量を算出し、算出された吸入空気量と増量された燃料噴射量とに基づいて、ストイキに対して不足する空気量（以下、「不足空気量」と呼ぶ。）を算出する。そして、ＥＣＵ５０は、算出された不足空気量が、２次空気供給装置１２から排気通路９に対して供給されるように制御を行う。上記した遅延抑制制御及び燃料増量制御によって、言い換えるとモデルに従った制御を停止することによって、空燃比が目標値（良好なエミッションが得られるような値）からずれてしまうが、２次空気供給制御によって不足空気量を排気通路９に対して供給することにより、モデルに従った制御を停止することによって発生し得る、エミッションの悪化を抑制することができる。詳しくは、２次空気を触媒１０に導入することによって、触媒１０による燃料の未然成分の酸化を促進させて、触媒１０の浄化作用を向上させることができる。また、２次空気供給制御では、精度良く算出される排気空燃比から必要な不足空気量を高精度に算出し、この不足空気量を排気通路９に対して供給するため、エミッションの悪化を効果的に抑制することが可能となる。

このように、本実施形態では、車両が加速時にあるときには、遅延抑制制御、燃料増量制御、及び２次空気供給制御（以下、これらをまとめて「加速時制御」と呼ぶ。）を実行する。これにより、加速時におけるエンジン６のレスポンスを向上させることができると共に、レスポンスを向上させたことに起因するエミッションの悪化も効果的に抑制することができる。以上のように、ＥＣＵ５０は、本発明に係る内燃機関の制御装置として機能し、遅延抑制制御手段、燃料増量制御手段、及び２次空気供給制御手段として動作する。

図２は、遅延制御を行ったときのスロットル開度変化と、本実施形態に係る加速時制御を行ったときのスロットル開度変化を示す。図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ横軸に時間を示している。図２（ａ）は、加速時におけるアクセル開度の変化を示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すアクセル開度の変化に対して、遅延制御を行ったときのスロットル開度の変化を示している。図２（ｃ）は、図２（ａ）に示すアクセル開度の変化に対して、本実施形態に係る加速時制御を行ったときのスロットル開度の変化を示している。

図２（ｂ）より、遅延制御においては、アクセル開度の変化に対してスロットル開度を遅延させているため、アクセル開度の変化とスロットル変化との間には遅延時間Ｄが発生する。例えば、遅延時間Ｄは３２（ｍｓ）程度に設定されている。一方、図２（ｃ）に示すように、本実施形態に係る加速時制御においては、ＥＣＵ５０は、アクセル開度の変化に対するスロットル開度の遅延を抑制する。具体的には、ＥＣＵ５０は、遅延時間を概ね「０」にする。したがって、アクセル開度の変化とスロットル変化との間には、遅延時間がほとんど発生していないことがわかる。そのため、本実施形態に係る加速時制御によれば、加速時におけるエンジン６のレスポンスを向上させることができる。

［加速時制御］
次に、図３を用いて、本実施形態に係る加速時制御を具体的に説明する。図３は、加速時制御を示すフローチャートである。なお、この制御は、ＥＣＵ５０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ５０は、アクセル開度変化が基準値以上であるか否かを判定する。ここでは、運転者から加速要求があったか否かを判定している。具体的には、ＥＣＵ５０は、アクセル開度センサ２５から供給される検出信号Ｓ２５に基づいて判定を行う。アクセル開度変化が基準値以上である場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０２に進み、アクセル開度変化が基準値未満である場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ５０は、モデルによる遅延制御を停止し、アクセル開度によって規定されるスロットル開度に即追従させる。例えば、ＥＣＵ５０は、遅延制御における遅延時間を概ね「０」にして、遅延抑制制御を実行する。この場合、ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ４に対して制御信号Ｓ４を供給することによって遅延抑制制御を実行する。このような制御を行うのは、遅延制御に起因する加速時におけるレスポンスの低下を抑制するためである。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆがリッチになるように、想定される燃料噴射量を増量する制御を実行する。即ち、ＥＣＵ５０は、アクセル開度変化によって推定される吸入空気量から求められる燃料噴射量（以下、「基本噴射量」とも呼ぶ。）に対して、増量した燃料を噴射させる制御（燃料増量制御）を実行する。例えば、ＥＣＵ５０は、エンジン６の運転状態などから規定されるマップ、又は演算式を用いて、基本噴射量から増量すべき燃料の量を決定する。また、他の例では、ＥＣＵ５０は、基本噴射量の２割増し又は３割増しの量を、増量後の燃料噴射量として決定する。ステップＳ１０３に係る制御は、ＥＣＵ５０が燃料噴射弁５に対して制御信号Ｓ５を供給することによって実行される。このように、Ａ／Ｆがリッチになるように燃料を増量するのは、加速時におけるエンジン６のレスポンスを向上させるためである。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ５０は、モデルを用いて吸入空気量を算出する。この場合、ＥＣＵ５０は、エンジン６の気筒に実際に流入した吸入空気量を算出する。このようにして算出された吸入空気量は、後述するステップＳ１０５の２次空気供給制御において用いられる。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ５０は、燃料噴射量に対してストイキに足らない分の空気（不足空気量）を、２次空気の導入によって補正する。具体的には、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０４で算出された吸入空気量と、ステップＳ１０３において増量された燃料噴射量とに基づいて、不足空気量を算出する。そして、ＥＣＵ５０は、不足空気量に対応する２次空気が、２次空気供給装置１２から排気通路９に対して供給されるように制御（２次空気供給制御）を行う。また、ＥＣＵ５０は、このような２次空気の供給を排気工程において行う。このような制御を行うのは、上記した遅延抑制制御及び燃料増量制御によって発生し得る、エミッションの悪化を抑制するためである。言い換えると、２次空気を触媒１０に導入することによって、触媒１０による燃料の未然成分の酸化を促進させて、触媒１０の浄化作用を向上させるためである。なお、ステップＳ１０５の制御は、ＥＣＵ５０が２次空気供給装置１２に対して制御信号Ｓ１２を供給することによって実行される。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

このように、本実施形態に係る加速時制御によれば、加速時におけるエンジン６のレスポンスを向上させることができると共に、エミッションの悪化を適切に抑制することができる。

［変形例］
なお、上記した遅延抑制制御においては、アクセル開度の変化に対するスロットル開度の変化の遅延時間を「０」とすることが好ましいが、完全に「０」としなくても、通常の遅延制御で用いる遅延時間よりも十分にも短くすれば、エンジン６のレスポンスの遅れを改善することができる。よって、本発明における遅延抑制制御は、アクセル開度変化に対するスロットル開度変化の遅延時間を「０」とする場合のみならず、通常の遅延制御時における遅延時間に対して十分に短くする場合を含むものとする。

本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。 遅延制御と本実施形態に係る加速時制御との比較を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る加速時制御のフローチャートである。

符号の説明

３ 吸気通路
４ スロットルバルブ
５ 燃料噴射弁
６ エンジン
９ 排気通路
１０ 触媒
１２ ２次空気供給装置
２５ アクセル開度センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. アクセル開度の変化に対して所定の遅延時間後にスロットル開度を追従制御すると共に、前記スロットル開度に対する追従制御に基づいて推定される吸入空気量から決定された燃料噴射量を噴射する遅延制御を行う内燃機関の制御装置であって、
   車両の加速時に、前記遅延制御の実行を抑制して、スロットル開度をアクセル開度に対して追従させるための制御を行う遅延抑制制御手段と、
   前記遅延抑制制御手段による制御が行われた際に、空燃比がリッチとなるように、燃料噴射量を増量させるための制御を行う燃料増量制御手段と、
   前記遅延抑制制御手段による制御が行われた際に、ストイキに対して不足する空気量を算出し、前記不足する空気量を補うために２次空気の供給を制御する２次空気供給制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記遅延抑制制御手段は、前記遅延制御において用いられる前記遅延時間を短縮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. 前記遅延抑制制御手段は、前記遅延制御において用いられる前記遅延時間を概ね「０」に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２次空気供給制御手段は、前記燃料増量制御手段によって増量された燃料噴射量と、前記遅延制御において推定される前記吸入空気量とに基づいて、ストイキに対して不足する空気量を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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