JP2007255318A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速状態から再加速する際にターボラグの発生を抑制することができ、ドライバビリティを向上すること。
【解決手段】ターボ過給機１８と、吸気弁１３および排気弁１５の開閉時期を変化させる可変バルブタイミング機構１６と、車両の運転状況に基づいて可変バルブタイミング機構１６を制御するＥＣＵ３０とを備える。ＥＣＵ３０は、過給状態からの減速時には排気弁１５の開弁時期を大幅に遅角する一方、最大吸気量となるように吸気弁１３の開閉時期を制御する。そして再加速時には、吸気弁１３の開閉時期および燃料噴射量を所定目標値に設定するとともに、排気弁１５の開弁時期を進角側に設定する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、内燃機関が排出する排気のエネルギを利用して圧縮機（コンプレッサ）を駆動し、吸気を過給するターボ過給機を備えた内燃機関（以下、適宜エンジンと記す）の制御装置に関し、更に詳しくは、減速状態から再加速する際にターボラグの発生を抑制することができ、ドライバビリティを向上することができる内燃機関の制御装置に関する。

ターボ過給機を備えた内燃機関は、排気エネルギを利用してコンプレッサを駆動するものであるので、コンプレッサの運転状態（回転数）は、内燃機関本体のように乗員がアクセル（吸気絞り弁）にて直接的に制御することができない。

しかも、コンプレッサの回転数は、排気の状態（排気の温度および圧力）に大きく依存するため、エンジン回転数が低く、排気の温度や圧力が低い時には、車両を加速すべくアクセル開度を大きくしても、排気の温度や圧力は直ちにこれに連動して上昇できない。

したがって、アクセル開度の増加に対してコンプレッサの回転数が増大せず、加速応答性が低下するという現象（以下、ターボラグ と呼ぶ。）が発生していた。

なお、関連する技術として、減速時に排気弁の開弁期間を短縮し、かつ排気弁の開弁時期を排気行程終了直前とすることによりスムーズに減速する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、減速時に吸入空気量を増量するとともに、空燃比をリーン化し、燃費の悪化を抑制しつつ、排気エネルギを増大させて再加速時の排気タービンの応答遅れを改善する技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特開平１１−１１７７７８号公報 特開平１１−３１５７４０号公報

しかしながら、上記従来技術にあっても、特に車両が減速中から再加速する際にターボラグが発生し易く、更なるドライバビリティの向上が望まれていた。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、減速状態から再加速する際にターボラグの発生を抑制することができ、ドライバビリティ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目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気により吸気を過給するターボ過給機と、吸気弁と排気弁のうち少なくとも当該吸気弁の開閉時期を変化させる可変バルブタイミング機構と、車両の運転状況に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御する制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、前記制御手段は、過給状態からの減速時には前記排気弁の開弁時期を所定量遅角する一方、吸気量が所定条件下で最大となるように前記吸気弁の開閉時期を制御することを特徴とするものである。

また、この発明の請求項２に係る内燃機関の制御装置は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、前記車両の再加速時には、前記吸気弁の開閉時期および燃料噴射量を所定目標値に設定するとともに、前記排気弁の開弁時期を進角側に設定することを特徴とするものである。

この発明に係る内燃機関の制御装置（請求項１）によれば、減速時には排気弁の開弁時期を大幅に遅角側に設定することで排気ブレーキのような減速感を得ることができ、排気エネルギを最大に確保することで、再加速時のターボ過給機のタービン仕事量を最大にすることができる。したがって、再加速時には従来と同様の排気ガス量を確保してターボ過給機による過給を行うことができ、減速状態から再加速する際にターボラグの発生を抑制することができるので、ドライバビリティを向上することができる。

また、この発明に係る内燃機関の制御装置（請求項２）によれば、減速感および排気エネルギを最大に確保された状態で円滑に再加速を行うことでき、ドライバビリティを向上することができる。

以下に、この発明に係る内燃機関の制御装置の実施例をディーゼルエンジンを例にして図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、この発明の実施例に係る内燃機関の制御装置を示すブロック図である。図１に示すように、エンジン１０は、吸気通路１２、吸気弁１３、排気通路１４、排気弁等、公知部材から構成されている。また、吸気弁１３および排気弁１５の開閉動作タイミングは、可変バルブタイミング機構１６により可変制御されるようになっている。

また、吸気通路１２の途中には、ターボ過給機１８のコンプレッサ１９が設けられ、排気通路１４の途中には、ターボ過給機１８のタービン２０が設けられている。このタービン２０は、エンジン１０の排気ガスを動力源として回転するものである。

また、コンプレッサ１９は、タービン２０と共に回転しながら、吸気通路１２を流れる空気をエンジン１０に過給するものである。このためエンジン１０は、ターボ過給機１８の作動により自然吸気の場合に比べて多量の空気を吸入し、高い出力を発生することができる。

なお、エンジン１０は、図示しない排気浄化装置等、公知技術により構成された通常必要なその他の構成部材を備えている。

また、図１に示す構成において、可変バルブタイミング機構１６には、制御手段たる電子制御装置（ＥＣＵ）３０が接続されている。

このＥＣＵ３０には、エンジン回転数ＮＥを検出する回転数センサ３２、車速ＳＰＤを検出する車速センサ３４、アクセルペダルの開度Ａｃｃｌを検出するアクセル開度センサ３６、トランスミッションの状態を検出するシフト位置センサ３８、吸気量を検出するエアフロメータ３９、およびコンプレッサ１９により生成された過給圧を検出する吸気圧センサ４０等の各種電子機器が接続されている。

ＥＣＵ３０は、それらの電子機器から供給される情報に基づいて、可変バルブタイミング機構１６を制御し、吸気弁１３および排気弁１５の開閉タイミング、燃料噴射弁１７による噴射タイミング・噴射量等を制御する装置である。

つぎに制御動作について図２に基づいて図１を参照しつつ説明する。ここで、図２は、制御動作を示すフローチャートである。以下の制御は、上記ＥＣＵ３０によって一定時間（周期）毎に実行される。

図２に示すように、先ず、回転数センサ３２、車速センサ３４、アクセル開度センサ３６、吸気圧センサ４０等からの出力に基づいて、車両が過給状態からの減速中であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。

過給状態からの減速中であるならば（ステップＳ１０肯定）、車両を停止させるために減速しているのか否かを判断するために、車速センサ３４によって検出された車速が所定値を超えているか、あるいは回転数センサ３２によって検出されたエンジン回転数が所定値を超えているか否かを判断する（ステップＳ２０）。この所定値は、車両停止のための減速であると推定できる閾値であり、予め実験等により求めることができる。

上記車速等が上記所定値を下回っているならば（ステップＳ２０否定）、過給状態からの減速中に所定の減速感を確保しつつターボラグの発生を抑制するという本制御の対象外であるので、以下の制御を中止する。

一方、上記車速等が上記所定値を超えているならば（ステップＳ２０肯定）、車両停止のための減速ではないと推定できるので、つぎのステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、可変バルブタイミング機構１６により排気弁１５の開弁時期を要求マイナストルク相当まで遅角設定する。この要求マイナストルクは、所定の減速時に通常得られる減速感に相当するものであり、予め実験等により求めることができる。これにより、運転者は減速操作に応じた所定の減速感を得ることができる。

また、このような減速時に変速する場合（シフトダウン時）は、上記要求マイナストルクが弱く設定され、アクセルの踏み込みでエンジン回転数を合わせなくても円滑にダウンシフトできるようにしてある。

これにより、自動変速機（ＡＴ）を備えた車両でも積極的に自動かつ円滑にシフトダウンできるため、もたつき感がなくなる。したがって、急カーブ等での低速からの再加速時でも立ち上がりから強い加速力を得ることができる。

そしてつぎに、最も効率よく最大吸気量を得られるように吸気弁１３の開弁時期を設定する（ステップＳ４０）。続いて、着火時期を失火しない範囲で最大に遅角し、燃料噴射弁１７により燃料噴射する（ステップＳ５０）。

このように、最大吸気量を確保し、着火時期を失火しない範囲で最大に遅角して燃料噴射することにより、排気エネルギを最大にすることができ、ターボ過給機１８のタービン２０の仕事量を最大にすることができる。

したがって、コンプレッサ１９の回転数を高く維持することができ、後述する再加速時（ステップＳ７０肯定）においてターボラグの発生を抑制することができる。

つぎに、これらの制御を開始してから一定時間を経過したか否かを判断する（ステップＳ６０）。降坂時等に後述する再加速がなされる時にはトルク要求が小さいため、実行時間に上限を設けたものである。この一定時間は、たとえば数秒〜数十秒程度に設定することができる。

上記一定時間を経過したならば（ステップＳ６０肯定）、制御を終了する。一方、上記一定時間を経過していないならば（ステップＳ６０否定）、上記ステップＳ３０に戻って制御を継続する。

そして、過給状態からの減速中でないならば（ステップＳ１０否定）、これまで減速していた状態から再加速する場合を検出するため、アクセル開度センサ３６の検出値に基づき、アクセル開度がゼロから増加したか否かを判断する（ステップＳ７０）。

アクセル開度がゼロから増加したならば、すなわち、減速からの再加速状態であるならば（ステップＳ７０肯定）、吸気弁１３の開弁時期と燃料噴射量をその加速に必要な目標値に設定する（ステップＳ８０）。なお、減速からの再加速状態でないならば（ステップＳ７０否定）、本制御の対象外であるので、制御を終える。

そして、上記吸気弁１３の開弁時期と燃料噴射量が設定されたら、排気弁１５の開弁時期を進角側に設定し（ステップＳ９０）、制御を終了する。

このように、排気エネルギを最大に確保した状態で過給でき、再加速することができるので、ターボラグの発生を抑制してドライバビリティを向上することができる。

また、このような加速時に変速する場合（シフトアップ時）は、その減速力（要求マイナストルク）は、変速機のギヤ比とエンジン回転数から算出され、変速後の回転数にできるだけ早く下げるように設定する。

すなわち、ギヤ比が離れているほど、またエンジン回転数が高いほど、減速力を強くするものである。これにより、変速時に過給がなくなることによる加速のもたつき感が解消される。

特に、シフトレバーからの手動入力により変速される変速機（シーケンシャルマニュアルトランスミッション）や、自動変速可能な有段変速機（マルチモードマニュアルトランスミッション）において、変速時間の短縮による加速時間の短縮を図ることができる。

以上のように、この実施例に係る内燃機関の制御装置によれば、減速時には排気弁１５の開弁時期を大幅に遅角側に設定することで排気ブレーキのような減速感を得ることができ、再加速時には従来と同様の排気ガス量を確保してターボ過給機による過給を行うことができる。したがって、減速状態から再加速する際にターボラグの発生を抑制することができ、ドライバビリティを向上することができる。

なお、上記実施例においては、エンジン１０としてディーゼルエンジンを例にして説明したが、これに限定されず、ガソリンエンジンに本発明を適用してもよい。

このガソリンエンジンの場合は、上記図２に示したステップＳ３０〜Ｓ５０の制御において、図３と比較して図４に示すように、可変バルブタイミング機構１６により排気弁１５の開弁時期を要求マイナストルク相当まで遅角設定して減速感が得られる範囲で最大の吸気量にし、点火タイミングをＡＴＤＣ１０°程度まで遅角させる制御を行えばよく、上記と同様の効果を期待できる。

ここで、図３は、通常時のバルブタイミングを示すダイヤグラム、図４は、減速時ターボアシスト用のバルブタイミングを示すダイヤグラムであり、それぞれ図中に吸気弁１３の場合をＩＮ、排気弁１５の場合をＥＸ、ピストンの上死点をＴＤＣ、下死点をＢＤＣと記してある。

また、上記実施例においては、吸気弁１３および排気弁１５の開閉動作タイミングを可変制御する可変バルブタイミング機構１６を設けるものとして説明したが、この可変バルブタイミング機構１６は、排気弁１５のみの開閉動作タイミングを可変制御するものであってもよい。

この場合、上記図２に示したフローチャートのステップＳ４０において、減速感が得られる範囲で最大吸気量を得られるように、スロットル（図示せず）を絞る制御を行えばよい。

また、タイヤのグリップ状態が限界に達したと判断された際に車両を減速して車両挙動の安定化を図る、いわゆるビークルスタビリティコントロール（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ：以下「ＶＳＣ」という）を行う運動制御装置や、トラクション制御（ＴＲａｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）のための制御装置を車両が備えている場合にも、本制御を適用することができる。

すなわち、車両の操舵角、速度、横加速度に基づいて車両の横滑り状態を検出し、この横滑り状態に基づいてアンダー状態を回避するアンダー制御およびスピン状態を回避するスピン制御を行うＶＳＣ等を車両が備えている場合である。

このようなＶＳＣ等のためのトルク抑制要求がなされた時には、所定の減速感を得るために、上記図２に示したフローチャートのステップＳ３０〜Ｓ５０を実行するとよい。これにより、再加速時のトルク変化が滑らかになるため、ドライバビリティおよびＶＳＣ制御性を向上することができる。

以上のように、この発明に係る内燃機関の制御装置は、ターボ過給機を備えた内燃機関に有用であり、特に、減速状態から再加速する際にターボラグの発生を抑制することができ、ドライバビリティを向上させることを目指す内燃機関に適している。

この発明の実施例に係る内燃機関の制御装置を示すブロック図である。 制御動作を示すフローチャートである。 通常時のバルブタイミングを示すダイヤグラムである。 減速時ターボアシスト用のバルブタイミングを示すダイヤグラムである。

符号の説明

１０ エンジン（内燃機関）
１２ 吸気通路
１３ 吸気弁
１４ 排気通路
１５ 排気弁
１６ 可変バルブタイミング機構
１７ 燃料噴射弁
１８ ターボ過給機
１９ コンプレッサ
２０ タービン
３０ ＥＣＵ（制御手段）
３２ 回転数センサ
３４ 車速センサ
３６ アクセル開度センサ
３８ シフト位置センサ
３９ エアフロメータ
４０ 吸気圧センサ

Claims (2)

1. 内燃機関の排気により吸気を過給するターボ過給機と、
   吸気弁と排気弁のうち少なくとも当該吸気弁の開閉時期を変化させる可変バルブタイミング機構と、
   車両の運転状況に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御する制御手段と、
   を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記制御手段は、過給状態からの減速時には前記排気弁の開弁時期を所定量遅角する一方、吸気量が所定条件下で最大となるように前記吸気弁の開閉時期を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記車両の再加速時には、前記吸気弁の開閉時期および燃料噴射量を所定目標値に設定するとともに、前記排気弁の開弁時期を進角側に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。

Images