JP2008163848A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】触媒の暖機を促進するとともに車両の制動力の不足を回避しながら、出力トルクが過大となることを回避することが可能な内燃機関の制御装置を提供すること。
【解決手段】装置は、触媒の暖機を促進する触媒暖機要求があり且つスロットル弁の下流の負圧を増大させる負圧増大要求がない場合、通常時点火時期θ0を遅角側に補正量Δθ1だけ補正した時期θ0+Δθ1に点火時期を制御するとともにスロットル弁の開度を通常時スロットル弁開度TA0よりも補正量ΔTA1だけ大きい開度TA0+ΔTA1に制御する。装置は、負圧増大要求があると判定されたとき、先ず、スロットル弁の開度を開度TA0+ΔTA1よりも小さい開度TA0+ΔTA2へ切り替える。装置は、スロットル弁の開度を切り替えてから時間Thが経過するまでの間、点火時期を時期θ0+Δθ1に維持し、その後、点火時期を時期θ0+Δθ1よりも進角側の時期θ0に向けて変化させる。
【選択図】 図3

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配設された触媒の暖機を促進するために点火時期を遅角させる制御を行う内燃機関の制御装置に関する。
従来、吸気通路内のスロットル弁の下流における空気の圧力(スロットル弁下流圧力)と大気圧との差圧を利用することによりブレーキ操作力を増大させて車両の制動力を増大させる制動倍力装置(ブレーキブースタ)を備える車両に搭載された内燃機関に適用され、内燃機関の始動時、排気通路に配設された排ガス浄化用触媒の暖機を促進することによりこの触媒の状態を活性状態とするために燃焼室にて火花を発生させる時期(点火時期)を通常時の点火時期よりも遅角させる制御(点火遅角制御)を行う制御装置が知られている。
点火遅角制御を行う期間においては、点火遅角制御を行わない場合と比較して熱効率が悪化するので同じ量の混合気に対して内燃機関が出力するトルク(出力トルク)は小さくなる。そこで、上記制御装置は、この期間においてスロットル弁の開度(スロットル弁開度)を通常時のスロットル弁開度よりも大きくする。これにより、燃焼室(気筒)内に導入される空気量(筒内空気量)及びその空気量に比例して供給される燃料量が増加するので、点火遅角制御を行う期間中の出力トルクを点火遅角制御を行わない場合の出力トルクに略一致させることができる。
一方、スロットル弁開度が大きくされると、スロットル弁下流圧力は大気圧に近づけられる。従って、上記制御装置においては、点火遅角制御を行っている期間中、ブレーキブースタがブレーキ操作力を十分に増大させることができないために車両の制動力が不足する場合がある。そこで、他の制御装置の一つは、触媒の暖機を促進するために点火遅角制御を行うべき期間中であっても、比較的大きな制動力が要求され得る場合には、スロットル弁開度を通常時のスロットル弁開度とするとともに点火時期を通常時の点火時期とすることにより点火遅角制御の実行を停止するようになっている(特許文献1を参照。)。これにより、車両の制動力が不足することが回避される。
特開2002−327639号公報
ところで、点火遅角制御の実行が停止され且つスロットル弁開度が通常時のスロットル弁開度へと減少させられた直後の時点においては吸気通路内のスロットル弁の下流に比較的高い圧力を有する空気が残存しているので、実際の筒内空気量は、スロットル弁の開度が変更されてから遅れを伴ってその開度に応じた量となる。従って、上記従来の制御装置においては、点火遅角制御の実行の停止を開始した直後の時点にて、筒内空気量が過剰となることにより出力トルクが過大となってトルクショック(衝撃力)が発生する虞があった。
本発明は上述した課題に対処するためになされたものであって、その目的は、触媒の暖機を促進するとともに車両の制動力の不足を回避しながら、出力トルクが過大となることを回避することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
かかる目的を達成するため本発明に係る内燃機関の制御装置は、
車両に搭載された内燃機関の吸気通路に配設されたスロットル弁と、
所定の駆動指示信号に応じて前記スロットル弁を駆動するスロットル弁駆動手段と、
前記吸気通路内の前記スロットル弁の下流にて発生する負圧であるスロットル弁下流負圧を利用することによりブレーキ操作力を増大させて前記車両の制動力を増大させる制動倍力手段と、
所定の点火指示信号に応じて前記機関の燃焼室に供給される混合気に点火する点火手段と、
前記機関の排気通路に配設された排ガス浄化用触媒と、
前記スロットル弁駆動手段に対して前記駆動指示信号を送信することにより前記スロットル弁の開度を前記機関の運転状態に応じて定まる開度である通常時スロットル弁開度に制御するスロットル弁制御手段と、
前記点火手段に対して前記点火指示信号を送信することにより前記点火手段によって前記混合気に点火する点火時期を前記機関の運転状態に応じて定まる時期である通常時点火時期に制御する点火時期制御手段と、
を備える。
更に、本発明に係る内燃機関の制御装置は、
前記触媒の暖機を促進する触媒暖機要求の有無を判定するとともに、前記スロットル弁下流負圧を増大させる負圧増大要求の有無を判定する要求判定手段を備える。
加えて、前記スロットル弁制御手段は、
前記触媒暖機要求があり且つ前記負圧増大要求がないと判定されたときに前記スロットル弁の開度を前記運転状態に応じて定まる開度であって同一の運転状態の下で前記通常時スロットル弁開度よりも大きくされる開度である点火遅角実行時スロットル弁開度に制御するとともに、同触媒暖機要求及び同負圧増大要求のいずれもがあると判定されたときに同スロットル弁の開度を同運転状態に応じて定まる開度であって同一の運転状態の下で同点火遅角実行時スロットル弁開度よりも小さくされる開度である点火遅角抑制時スロットル弁開度に制御するように構成される。
更に、前記点火時期制御手段は、
前記触媒暖機要求があり且つ前記負圧増大要求がないと判定されたときに前記点火時期を前記運転状態に応じて定まる時期であって同一の運転状態の下で前記通常時点火時期よりも遅角側の時期である点火遅角実行時点火時期に制御するとともに、同触媒暖機要求及び同負圧増大要求のいずれもがあると判定されることにより同触媒暖機要求があり且つ同負圧増大要求がないと判定されていた点火遅角制御実行期間が終了した時点から開始する第1所定期間において同点火時期を同点火遅角実行時点火時期に維持し、且つ、同第1所定期間が経過した後に同点火時期を同運転状態に応じて定まる時期であって同一の運転状態の下で同点火遅角実行時点火時期よりも進角側の時期である点火遅角抑制時点火時期に向けて変化させるように構成される。
これによれば、触媒暖機要求があり且つ負圧増大要求がないと判定されたとき、点火時期は通常時点火時期よりも遅角側の点火遅角実行時点火時期に制御され、スロットル弁開度は通常時スロットル弁開度よりも大きい点火遅角実行時スロットル弁開度に制御される。従って、点火時期が通常時点火時期に制御される場合と比較して、排ガスの温度を比較的高い温度に維持することができる。更に、スロットル弁開度が大きくなるので混合気量が増大する。従って、機関の出力トルクの低下を回避しながら、排ガス浄化用触媒の温度を活性温度に迅速に近づけることができる。この結果、内燃機関から外部へ放出される排ガスを触媒によって早期に浄化する(エミッションを良好にする)ことが可能となる。このように、点火時期が遅角され且つスロットル弁開度が増大されている期間を点火遅角制御実行期間と称呼する。
この点火遅角制御実行期間において、制動力の確保が要求されると、触媒暖機要求及び負圧増大要求のいずれもがあると判定される。この場合、スロットル弁開度は、点火遅角実行時スロットル弁開度よりも小さい点火遅角抑制時スロットル弁開度に制御される。一方、点火時期は、この判定時点(即ち、点火遅角制御実行期間が終了した時点)から開始する第1所定期間において点火遅角実行時点火時期に維持され、第1所定期間が経過した後に点火遅角実行時点火時期よりも進角側の点火遅角抑制時点火時期に向けて変化(進角)させられる。
これにより、触媒暖機要求及び負圧増大要求のいずれもがあると判定される期間において、スロットル弁の開度が点火遅角実行時スロットル弁開度より小さい点火遅角抑制時スロットル弁開度に制御されるので、スロットル弁下流負圧は大きくなる。この結果、制動倍力手段がブレーキ操作力を十分に増大させることができるので、車両の制動力が不足することを回避することができる。
また、スロットル弁の開度が点火遅角実行時スロットル弁開度より小さい点火遅角抑制時スロットル弁開度に変更された直後の期間である第1所定期間においては、実際に燃焼室内に導入される空気量(筒内空気量)が点火遅角抑制時スロットル弁開度に対応する空気量よりも多い。従って、上記構成のように、第1所定期間において点火時期を点火遅角実行時点火時期に維持し、且つ、第1所定期間が経過することによって筒内空気量が点火遅角抑制時スロットル弁開度に対応する空気量に近づいた時点以降において、点火時期を点火遅角抑制時点火時期に向けて進角させることにより、出力トルクが過大となることを回避することができる。
更に、第1所定期間においては、点火時期が点火遅角実行時点火時期に維持されている。従って、この期間において点火時期が点火遅角実行時点火時期よりも進角側の時期に制御される場合と比較して、排ガスの温度をより高い温度に維持することができる。この結果、排ガス浄化用触媒をより一層迅速に暖めることができ、排ガス浄化用触媒の温度を活性温度に迅速に近づけることができる。
この場合、前記スロットル弁制御手段は、
前記触媒暖機要求及び前記負圧増大要求のいずれもがあると判定された場合、前記点火遅角制御実行期間が終了した時点から開始する第2所定期間において前記運転状態に応じて定まる開度であって同一の運転状態の下で前記通常時スロットル弁開度よりも小さくされる開度である点火遅角抑制時初期スロットル弁開度を前記点火遅角抑制時スロットル弁開度として採用するとともに、同第2所定期間が経過した後に同通常時スロットル弁開度を同点火遅角抑制時スロットル弁開度として採用するように構成されることが好適である。
これによれば、点火遅角制御実行期間が終了した時点から開始する第2所定期間においてスロットル弁の開度が通常時スロットル弁開度よりも小さい点火遅角抑制時初期スロットル弁開度に制御される。これにより、スロットル弁の開度が第2所定期間においても通常時スロットル弁開度に制御される場合と比較して、スロットル弁下流負圧は、スロットル弁の開度が通常時スロットル弁開度に相当長い期間維持された場合において到達する負圧に迅速に近づけられる。従って、制動倍力手段の状態を、ブレーキ操作力を十分に増大させることが可能な状態に迅速に近づけることができる。
この場合、上記内燃機関の制御装置は、
前記スロットル弁の下流における前記吸気通路内の圧力であるスロットル弁下流圧力を取得するスロットル弁下流圧力取得手段を備え、
前記スロットル弁制御手段は、
前記第2所定期間の終了時点を前記取得されたスロットル弁下流圧力が所定の閾値圧力まで低下した時点に設定するように構成されることが好適である。
スロットル弁下流圧力が過度に低くなると、筒内空気量が過度に少なくなるので出力トルクが過度に小さくなってしまう虞がある。従って、上記構成のように、スロットル弁下流圧力が上記閾値圧力まで低下した時点以降の時点においてスロットル弁の開度を通常時スロットル弁開度に制御すれば、出力トルクが過度に小さくなることを回避することができる。
また、上記内燃機関の制御装置のいずれかの前記点火時期制御手段は、
前記第1所定期間が経過した後に前記点火時期を前記点火遅角抑制時点火時期に向けて徐々に進角側へ変更するように構成されることが好適である。
点火時期が急変すると、出力トルクは急変する。これにより、トルクショック(運転者に車両が飛び出すように感じさせる衝撃力)が発生する虞がある。従って、上記構成のように、点火時期を徐々に進角側へ変更することにより、出力トルクを徐々に変化させることができるので、トルクショックの発生を抑制することができる。
この場合、前記点火時期制御手段は、
前記内燃機関が出力する出力トルクの増加量に対する前記車両の速度の増加量の比であるトルク速度比を表すパラメータであるトルク速度比パラメータを取得するとともに、前記第1所定期間が経過した後に前記点火時期を前記点火遅角抑制時点火時期に向けて徐々に進角側へ変更する際の点火時期の進角速度を同取得されたトルク速度比パラメータに対応する同トルク速度比が小さくなるほど大きくするように構成されることが好適である。
車両が静止している場合又は車両が極めて小さい速度にて移動している場合(即ち、低車速時)、出力トルクが増加することにより車両の速度(車速)は比較的大きく増加する。従って、低車速時において第1所定期間が経過して点火時期を進角させる際に出力トルクが比較的急に増大すると、トルクショックが発生する虞がある。
一方、車両が比較的大きい速度にて移動している場合(高車速時)、出力トルクが増加しても車速はそれほど増加しない。従って、高車速時においては、第1所定期間が経過して点火時期を進角させる際に出力トルクが比較的急に増大しても、トルクショックが発生しにくい。他方、第1所定期間が経過した時点においては筒内空気量が低下しているから、点火時期を通常時点火時期に速やかに戻すことにより機関の出力トルクが低下している期間を短くすることができる。
従って、上記構成のように、第1所定期間が経過した後の点火時期の進角速度を取得されたトルク速度比パラメータに対応するトルク速度比が小さくなるほど大きくすれば、トルクショックが発生することを抑制しながら機関の出力トルクが低下している期間を短くすることができる。
また、上記内燃機関の制御装置のいずれかは、
前記車両が移動する速度である車速を検出する車速検出手段を備え、
前記要求判定手段は、
前記検出された車速が所定の閾値速度よりも大きいという条件を含む条件が成立したときに前記負圧増大要求があると判定するように構成されることが好適である。
車速が大きくなるほど車両を減速又は停止させるためには大きな制動力が要求される。従って、上記構成のように、車速が上記閾値速度よりも大きいときに負圧増大要求があると判定されれば、比較的大きな制動力が要求される期間においてのみ、上述したスロットル弁下流負圧を増大させるための制御を行うことができる。従って、その他の期間においては、排ガス浄化用触媒の暖機を促進するための制御を行うことができるので、排ガス浄化用触媒をより迅速に暖めることができる。
<構成>
以下、本発明による内燃機関の制御装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態による内燃機関の制御装置を4サイクル火花点火方式により運転される多気筒(4気筒)内燃機関10に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図1は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
この内燃機関10は、車両に搭載されている。内燃機関10は、シリンダブロック、図示しないシリンダブロックロワーケース及び図示しないオイルパン等を含むシリンダブロック部20と、シリンダブロック部20の上に固定されるシリンダヘッド部30と、シリンダブロック部20に混合気(本例では、ガソリン混合気)を供給するための吸気系統40と、シリンダブロック部20からの排ガスを外部に放出するための排気系統50と、を含んでいる。
シリンダブロック部20は、シリンダ21、ピストン22、コンロッド23及びクランク軸24を含んでいる。ピストン22はシリンダ21内を往復動し、ピストン22の往復動がコンロッド23を介してクランク軸24に伝達され、これによりクランク軸24が回転するようになっている。シリンダ21、ピストン22のヘッド及びシリンダヘッド部30は、燃焼室(気筒)25を形成している。
シリンダヘッド部30は、燃焼室25に連通した吸気ポート31、吸気ポート31を開閉する吸気弁32、吸気弁32を駆動するインテークカムシャフトを含むとともにインテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング装置33、可変吸気タイミング装置33のアクチュエータ33a、燃焼室25に連通した排気ポート34、排気ポート34を開閉する排気弁35、排気弁35を駆動するエキゾーストカムシャフトを含むとともにエキゾーストカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変排気タイミング装置36、可変排気タイミング装置36のアクチュエータ36a、点火プラグ37、点火プラグ37に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ38及び燃料を吸気ポート31内に噴射することにより燃焼室25内に燃料を供給するインジェクタ(燃料噴射手段)39を備えている。
点火プラグ37は、火花を発生することにより燃焼室25に供給される混合気に点火するように配設されている。イグナイタ38は、後述する電気制御装置80が後述する点火時期制御手段の機能を達成することにより送信される点火指示信号に応じて、点火プラグ37により火花を発生させるようになっている。なお、点火プラグ37及びイグナイタ38は点火手段を構成している。
吸気系統40は、各気筒の吸気ポート31にそれぞれ連通する独立した複数の通路からなるインテークマニホールド41、インテークマニホールド41のすべての通路に連通したサージタンク42、サージタンク42に一端が接続された吸気ダクト43、吸気ダクト43の他端部から下流(サージタンク42)に向けて順に吸気ダクト43に配設されたエアフィルタ44、スロットル弁45及びスロットル弁駆動手段としてのスロットル弁アクチュエータ45aを備えている。なお、吸気ポート31、インテークマニホールド41、サージタンク42及び吸気ダクト43は、内燃機関10の外部から取り込んだ空気を気筒内に導入する吸気通路を形成している。
スロットル弁アクチュエータ45aはDCモータからなる。スロットル弁アクチュエータ45aは、後述する電気制御装置80が後述するスロットル弁制御手段の機能を達成することにより送信される駆動指示信号に応じて、スロットル弁45を駆動するようになっている。
排気系統50は、各気筒の排気ポート34にそれぞれ連通する独立した複数の通路及びそれらの通路を下流にて集合させる集合部からなるエキゾーストマニホールド51、エキゾーストマニホールド51の集合部に接続されたエキゾーストパイプ(排気管)52、エキゾーストパイプ52に配設(介装)された三元触媒53(上流側触媒コンバータ又はスタート・キャタリティック・コンバータとも云うが、以下「第1触媒53」と称呼する。)及び第1触媒53の下流のエキゾーストパイプ52に配設(介装)された下流側の三元触媒54(車両のフロア下方に配設されるので、アンダ・フロア・キャタリティック・コンバータとも云うが、以下「第2触媒54」と称呼する。)を備えている。なお、排気ポート34、エキゾーストマニホールド51及びエキゾーストパイプ52は、燃焼室25にて燃料と空気とを含む混合気が燃焼することにより生成された燃焼ガスである排ガスが通過する排気通路を形成している。
第1触媒53及び第2触媒54のそれぞれは、排ガス中の酸素を吸蔵するようになっている。更に、第1触媒53及び第2触媒54のそれぞれは、排ガス中の燃料の未燃成分と、排ガス中の酸素又は上記吸蔵された酸素と、の反応を促進することにより排ガス中の有害物質を浄化する(排ガスを浄化する)ようになっている。なお、第1触媒53及び第2触媒54は、排気浄化用触媒を構成している。
更に、内燃機関10は、負圧蓄圧部60を備えている。負圧蓄圧部60は、バイパス通路61と、バイパス流量制御弁62と、負圧導入用メイン通路63と、負圧導入用サブ通路64と、制動倍力手段としてのブレーキブースタ65と、を備えている。
バイパス通路61は、その一端がスロットル弁45の上流にて吸気ダクト43に接続され、他端がサージタンク42に接続されている。バイパス通路61は、一定の通路断面積を有し且つバイパス通路61の上流側端部を含む上流部61aと、上流部61aと同一の通路断面積であって一定の通路断面積を有し且つバイパス通路61の下流側端部を含む下流部61bと、上流部61aと下流部61bとの間に位置し且つ上流部61a及び下流部61bの通路断面積よりも小さい通路断面積を有する中央部61cと、からなる。
中央部61cには、バイパス通路61のうちの通路断面積が最小となる部分である絞り部61c1が形成されている。中央部61cのうちの絞り部61c1に隣接している部分は、中央部61cの長さ方向にて絞り部61c1から遠ざかるにつれて通路断面積が徐々に増大している。
このような構成により、バイパス通路61を空気が通過しているときのバイパス通路61内の空気の圧力は、絞り部61c1にて最も低くなる。
更に、バイパス通路61の上流部61aには、バイパス流量制御弁62が配設されている。バイパス流量制御弁62は、開閉指示信号に応じて図示しない弁体を駆動することにより、バイパス通路61を連通状態と遮断状態とに切り替えるようになっている。
負圧導入用メイン通路63は、その一端がバイパス通路61の下流部61bに接続され、他端がブレーキブースタ65に接続されている。負圧導入用メイン通路63の両端部には、ブレーキブースタ65からバイパス通路61へ向かって空気が流れることを許容するとともに、その逆向きへ空気が流れることを阻止する逆止弁がそれぞれ配設されている。
負圧導入用サブ通路64は、その一端が絞り部61c1に接続され、他端が負圧導入用メイン通路63の中央部に接続されている。負圧導入用サブ通路64の中央部には、負圧導入用メイン通路63から絞り部61c1へ向かって空気が流れることを許容するとともに、その逆向きへ空気が流れることを阻止する逆止弁が配設されている。
ブレーキブースタ65は、一体型真空式の制動倍力装置である。ブレーキブースタ65は、その内部に図示しない2つの負圧室が形成されている。ブレーキブースタ65は、負圧室内の空気を負圧導入用メイン通路63及び負圧導入用サブ通路64を介してバイパス通路61へ排出することにより大気圧よりも低い圧力(負圧)を有する空気を負圧室内に蓄えるようになっている。
このような構成により、サージタンク42内の空気の圧力(スロットル弁下流圧力)が低下すると、ブレーキブースタ65の負圧室内の圧力は、ほとんど遅れることなくスロットル弁下流圧力に一致する。更に、ブレーキブースタ65の負圧室内の圧力は、スロットル弁下流圧力よりも低い圧力である絞り部61c1の空気の圧力に比較的緩慢に近づく。即ち、ブレーキブースタ65の負圧室内の圧力は、常にサージタンク42内の空気の圧力以下の圧力に維持される。
更に、ブレーキブースタ65は、ブレーキペダルBPが踏み込まれたとき、一方の負圧室に大気を導入するようになっている。ブレーキブースタ65は、一方の負圧室内の大気圧と、他方の負圧室内の空気の圧力(負圧)と、の差圧を利用することにより、ブレーキペダルBPが踏み込まれる力(ブレーキ操作力)を増大させて車両の制動力を増大させるようになっている。換言すると、ブレーキブースタ65は、前記他方の負圧室内の負圧が十分に大きくない場合、十分な制動力を発生させるための補助力を発生することができない。
なお、本明細書においては、「スロットル弁下流圧力」を「スロットル弁下流負圧」と呼ぶ場合がある。この場合、「スロットル弁下流負圧が増大する」ことは、「スロットル弁下流圧力が低下する」ことを意味し、「スロットル弁下流負圧が減少する」ことは、「スロットル弁下流圧力が上昇する」ことを意味するものとする。
一方、このシステムは、スロットルポジションセンサ71、クランクポジションセンサ72、冷却水温度センサ73、第1触媒53の上流の排気通路(本例では、上記エキゾーストマニホールド51の集合部)に配設された空燃比センサ74(以下、「上流側空燃比センサ74」と称呼する。)、第1触媒53の下流であって第2触媒54の上流の排気通路に配設された空燃比センサ75(以下、「下流側空燃比センサ75」と称呼する。)、アクセル開度センサ76、車速検出手段としての車速センサ77及び電気制御装置80を備えている。
スロットルポジションセンサ71は、スロットル弁45の開度(スロットル弁開度)を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。
クランクポジションセンサ72は、クランク軸24が10°回転する毎に生じる幅狭のパルスを有するとともにクランク軸24が360°回転する毎に生じる幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度NEを表す。
冷却水温度センサ73は、シリンダ21の側壁内を循環する冷却水の温度(冷却水温度)を検出し、冷却水温度Twを表す信号を出力するようになっている。
上流側空燃比センサ74は、限界電流式の空燃比センサである。上流側空燃比センサ74は、検出対象ガス(本例では、第1触媒53の上流の排ガス)中の酸素濃度及び燃料の未燃成分(例えば、炭化水素)濃度に基づいて上流側空燃比を検出し、上流側空燃比A/Fを表す信号を出力するようになっている。
下流側空燃比センサ75は、起電力式(濃淡電池式)の空燃比センサである。下流側空燃比センサ75は、検出対象ガス(本例では、第1触媒53の下流の排ガス)中の酸素濃度に基づいて下流側空燃比を検出し、下流側空燃比A/Fを表す信号を出力するようになっている。
アクセル開度センサ76は、運転者によって操作されるアクセルペダルAPの操作量を検出し、アクセルペダルAPの操作量(アクセルペダル操作量)Accpを表す信号を出力するようになっている。なお、アクセルペダル操作量Accp及びエンジン回転速度NEは、機関10の運転状態を表す。
車速センサ77は、車輪WHの回転に伴って発生する所定の信号を出力するようになっている。後述する電気制御装置80は、この信号に基づいて車両が移動する速度である車速Vを算出するようになっている。なお、本明細書においては、「電気制御装置80が車速センサ77により出力された信号に基づいて車速Vを算出する」ことを、「車速センサ77が車速Vを検出する」とも言う。
電気制御装置80は、互いにバスで接続されたCPU81、CPU81が実行するルーチン(プログラム)、テーブル(ルックアップテーブル、マップ)及び定数等を予め記憶したROM82、CPU81が必要に応じてデータを一時的に格納するRAM83、電源が投入された状態でデータを格納するとともに格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップRAM84並びにADコンバータを含むインターフェース85等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース85は、前記センサ71〜77と接続され、CPU81にセンサ71〜77からの信号を供給するとともに、CPU81の指示に応じて可変吸気タイミング装置33のアクチュエータ33a、可変排気タイミング装置36のアクチュエータ36a、イグナイタ38、インジェクタ39、スロットル弁アクチュエータ45a及びバイパス流量制御弁62に指示信号を送信するようになっている。
<作動の概要>
次に、上記のように構成された内燃機関の制御装置の作動の概要について説明する。
この制御装置は、第1触媒53及び第2触媒54の暖機を促進する触媒暖機要求の有無及びスロットル弁下流負圧を増大させる負圧増大要求の有無をそれぞれ判定し、その判定結果に基づいて、燃焼室25に供給される混合気に点火プラグ37により点火する(点火プラグ37が燃焼室25にて火花を発生する)時期(点火時期)と、スロットル弁45の開度(スロットル弁開度)と、を制御する。
より具体的に述べると、制御装置は、冷却水温度Twが所定の閾値温度αよりも低いとき、触媒暖機要求があると判定する。また、制御装置は、車速が所定の閾値速度β2よりも大きいとき、負圧増大要求があると判定する。
制御装置は、触媒暖機要求があり且つ負圧増大要求がない場合、点火時期を同一の運転状態の下で運転状態に応じて定まる通常時点火時期よりも遅角側の点火遅角実行時点火時期に制御するとともに、スロットル弁開度を同一の運転状態の下で運転状態に応じて定まる通常時スロットル弁開度よりも大きい点火遅角実行時スロットル弁開度に制御する。これにより、第1触媒53及び第2触媒54の暖機が促進される。この結果、例えば、内燃機関10の始動後において、内燃機関10から外部へ放出される排ガスを第1触媒53(及び第2触媒54)によって十分に浄化することができない期間を短縮することができる。
加えて、制御装置は、触媒暖機要求がある場合において、負圧増大要求がない状態から負圧増大要求がある状態へ切り替わるとき、先ず、スロットル弁開度を点火遅角実行時スロットル弁開度から点火遅角実行時スロットル弁開度よりも小さい点火遅角抑制時スロットル弁開度へ切り替える。更に、制御装置は、スロットル弁開度を切り替えてから所定期間が経過するまでの間、点火時期を点火遅角実行時点火時期に維持し、その後、点火時期を点火遅角実行時点火時期よりも進角側の点火遅角抑制時点火時期に向けて変化させる。
これにより、実際に燃焼室25内に導入される空気量(筒内空気量)が点火遅角実行時スロットル弁開度に対応した筒内空気量から減少した後に点火時期が進角側へ変更される。この結果、出力トルクが過大となることを回避することができる。
その後、制御装置は、触媒暖機要求があり且つ負圧増大要求がある限り、点火時期を点火遅角抑制時点火時期に制御するとともに、スロットル弁開度を点火遅角抑制時スロットル弁開度に制御する。これにより、スロットル弁開度が点火遅角実行時スロットル弁開度に制御される場合と比較してスロットル弁下流負圧が増大する。この結果、ブレーキブースタ65の負圧が導入されるべき負圧室の圧力を十分に低下させることができるので、車両の制動力が不足することを回避することができる。
<作動の詳細>
次に、電気制御装置80の実際の作動について、図2〜図7を参照しながら説明する。
(触媒暖機要求判定)
電気制御装置80のCPU81は、図2にフローチャートにより示した触媒暖機要求判定ルーチンを所定の演算周期(本例では、8ms)の経過毎に実行するようになっている。なお、図2のルーチンの処理が実行されることは、要求判定手段の機能の一部が達成されることに対応している。
従って、所定のタイミングになると、CPU81は、ステップ200から処理を開始してステップ205に進み、冷却水温度センサ73により検出された冷却水温度Twを読み込む。次いで、CPU81は、ステップ210に進んで上記ステップ205にて読み込まれた冷却水温度Twが所定の閾値温度αよりも低いか否かを判定する。
いま、図3に示したように、内燃機関10が始動されてから運転者がアクセルペダルAPを踏み込まないことにより時点t0の直前までの期間において車両が停止し、運転者がアクセルペダルAPを踏み込むことにより時点t0にて車速Vが第2閾値速度β2を超え、運転者がアクセルペダルAPの操作量を変更することにより時点t4にて車速Vが第2閾値速度β2より小さい第1閾値速度β1以下となり、更にその後の時点t5にて冷却水温度Twが閾値温度αを超える場合を想定する。
この場合において、先ず、時点t0以前の期間A内の時点から説明を続ける。
この時点では、内燃機関10が始動された直後であるから、冷却水温度Twは上記閾値温度αよりも低い。従って、CPU81は、ステップ210にて「Yes」と判定してステップ215に進み、触媒暖機要求フラグXdの値を「1」に設定する。
ここで、触媒暖機要求フラグXdは、触媒暖機要求の有無を表すフラグであって、その値が「1」であれば触媒暖機要求があり、「0」であれば触媒暖機要求がないことを示す。触媒暖機要求フラグXdの値は、このように冷却水温度Twが閾値温度αよりも低いときに「1」に設定され(ステップ215を参照。)、後述するように冷却水温度Twが閾値温度α以上であるときに「0」に設定される(後述するステップ220を参照。)。
そして、CPU81はステップ299に進んで本ルーチンを一旦終了する。
(負圧増大要求判定)
更に、CPU81は、図4にフローチャートにより示した負圧増大要求判定ルーチンを、触媒暖機要求判定ルーチンに続いて実行するようになっている。なお、図4のルーチンの処理が実行されることは、要求判定手段の機能の一部が達成されることに対応している。
従って、触媒暖機要求判定ルーチンの実行が終了すると、CPU81は、ステップ400から処理を開始してステップ405に進み、車速センサ77により検出された車速Vを読み込む。次いで、CPU81は、ステップ410に進んで上記ステップ405にて読み込まれた車速Vが所定の第1閾値速度β1よりも小さいか否かを判定する。
この時点では、車両が停止しているので、車速Vは、第1閾値速度β1よりも小さい。従って、CPU81は、ステップ410にて「Yes」と判定してステップ415に進み、負圧増大要求フラグXpの値を「0」に設定する。
ここで、負圧増大要求フラグXpは、負圧増大要求の有無を表すフラグであって、その値が「1」であれば負圧増大要求があり、「0」であれば負圧増大要求がないことを示す。負圧増大要求フラグXpの値は、このように車速Vが第1閾値速度β1よりも小さいときに「0」に設定され(ステップ415を参照。)、後述するように車速Vが第1閾値速度β1よりも大きい所定の第2閾値速度β2よりも大きいときに「1」に設定される(後述するステップ430を参照。)。
そして、CPU81は、ステップ420に進んで負圧増大要求時初期化フラグXpiの値を「1」に設定し、ステップ499に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ここで、負圧増大要求時初期化フラグXpiは、負圧増大要求時の初期設定を行うか否かを表すフラグであって、その値が「1」であれば初期設定を行い、「0」であれば初期設定を行わないことを示す。負圧増大要求時初期化フラグXpiの値は、このように車速Vが第1閾値速度β1よりも小さいときに「1」に設定され(ステップ420を参照。)、後述する図7のルーチンにて初期設定を完了した後に「0」に設定される(後述する図7のステップ740を参照。)。
即ち、この時点においては、触媒暖機要求があり且つ負圧増大要求がないと判定されている。なお、本明細書において、触媒暖機要求があり且つ負圧増大要求がないと判定されている期間は、点火遅角制御実行期間とも呼ばれる。
(スロットル弁開度制御)
更に、CPU81は、図5にフローチャートにより示したスロットル弁開度制御ルーチンを、負圧増大要求判定ルーチンに続いて実行するようになっている。なお、図5のルーチンの処理が実行されることは、スロットル弁制御手段の機能が達成されることに対応している。
従って、負圧増大要求判定ルーチンの実行が終了すると、CPU81は、ステップ500から処理を開始してステップ505に進み、アクセル開度センサ76により検出されたアクセルペダル操作量Accp(機関10の負荷)を読み込むとともに、続くステップ510にてクランクポジションセンサ72により検出されたエンジン回転速度NEを読み込む。
次いで、CPU81は、ステップ515に進んで、アクセルペダル操作量Accp及びエンジン回転速度NEと基本スロットル弁開度TA0との関係を規定するテーブルMapTA0、上記ステップ505にて読み込まれたアクセルペダル操作量Accp及び上記ステップ510にて読み込まれたエンジン回転速度NEに基づいて通常時スロットル弁開度としての基本スロットル弁開度TA0を決定する。ここで、テーブルMapTA0は、任意の運転状態の下でこのテーブルMapTA0に基づいて求められる基本スロットル弁開度TA0にスロットル弁開度を制御することにより、機関10に要求されるトルクを発生するのに必要な量の空気(混合気)が機関10に供給されるように予め設定されている。
また、以下の説明において、MapX(a,b)と表記されるテーブルは、変数a及び変数bと値Xとの関係を規定するテーブルを意味することとする。また、値XをテーブルMapX(a,b)に基づいて求めるとは、値Xを現時点の変数a及び現時点の変数bと、テーブルMapX(a,b)と、に基づいて求める(決定する)ことを意味することとする。なお、変数は1つであってもよく3つ以上であってもよい。
そして、CPU81は、ステップ520に進んで触媒暖機要求フラグXdの値が「1」であるか否かを判定する。この時点では、触媒暖機要求フラグXdの値は「1」に設定されている。従って、CPU81は、ステップ520にて「Yes」と判定してステップ525に進み、負圧増大要求フラグXpの値が「0」であるか否かを判定する。
この時点では、負圧増大要求フラグXpの値は「0」に設定されている。従って、CPU81は、ステップ525にて「Yes」と判定してステップ530に進み、テーブルMapΔTA1(Accp,NE)に基づいて点火遅角実行時スロットル弁開度補正量ΔTA1を求め、スロットル弁開度補正量ΔTAを求められた点火遅角実行時スロットル弁開度補正量ΔTA1に設定する。ここで、テーブルMapΔTA1は、求められる点火遅角実行時スロットル弁開度補正量ΔTA1が正の値となるように予め設定されている。
次いで、CPU81は、ステップ535に進んで上記ステップ515にて求められた基本スロットル弁開度TA0に上記ステップ530にて求められたスロットル弁開度補正量ΔTAを加えることにより、スロットル弁開度TAを算出(決定)する。この時点にて算出されるスロットル弁開度TAは、機関10の運転状態に応じて定まる開度であって同一の運転状態の下で通常時スロットル弁開度(即ち、基本スロットル弁開度TA0)よりも補正量ΔTA1だけ大きくされる点火遅角実行時スロットル弁開度(=TA0+ΔTA1)である。
そして、CPU81は、ステップ540に進んで、スロットル弁45の開度を上記ステップ535にて決定されたスロットル弁開度TAに一致させるための駆動指示信号をスロットル弁アクチュエータ45aに送信することにより、実際のスロットル弁45の開度を同決定されたスロットル弁開度TAに制御する。
そして、CPU71はステップ599に進んで本ルーチンを一旦終了する。
(点火時期制御)
一方、CPU81は、図6にフローチャートにより示した点火時期制御ルーチンを、特定気筒のクランク角がその気筒の圧縮上死点から所定クランク角度だけ前の角度(例えば、BTDC90°)に一致する毎に実行するようになっている。ここで、BTDCは、圧縮上死点(TDC)を原点としクランク軸24の回転方向と逆方向を正の値とするクランク角である。なお、図6のルーチンの処理が実行されることは、点火時期制御手段の機能が達成されることに対応している。
従って、所定のタイミングになると、CPU81は、ステップ600から処理を開始してステップ605に進み、アクセル開度センサ76により検出されたアクセルペダル操作量Accpを読み込むとともに、続くステップ610にてクランクポジションセンサ72により検出されたエンジン回転速度NEを読み込む。
次いで、CPU81は、ステップ615に進んで、テーブルMapθ0に基づいて通常時点火時期としての基本点火時期θ0を決定する。ここで、テーブルMapθ0は、任意の運転状態の下でこのテーブルMapθ0に基づいて求められる基本点火時期θ0に点火時期(点火プラグ37が火花を発生する時期)を制御することにより、ノッキングを回避しながら機関の熱効率が最大となるように予め設定されている。なお、本明細書において、点火時期はBTDCにより表される。
そして、CPU81は、ステップ620に進んで触媒暖機要求フラグXdの値が「1」であるか否かを判定する。この時点では、触媒暖機要求フラグXdの値は「1」に設定されている。従って、CPU81は、ステップ620にて「Yes」と判定してステップ625に進み、負圧増大要求フラグXpの値が「0」であるか否かを判定する。
この時点では、負圧増大要求フラグXpの値は「0」に設定されている。従って、CPU81は、ステップ625にて「Yes」と判定してステップ630に進み、テーブルMapΔθ1(Accp,NE)に基づいて点火遅角実行時点火時期補正量Δθ1を求め、点火時期補正量Δθを求められた点火遅角実行時点火時期補正量Δθ1に設定する。ここで、テーブルMapΔθ1は、求められる点火遅角実行時点火時期補正量Δθ1が負の値(遅角させる値)となるように予め設定されている。
次いで、CPU81は、ステップ635に進んで上記ステップ615にて求められた基本点火時期θ0に上記ステップ630にて求められた点火時期補正量Δθを加えることにより、点火時期θを算出(決定)する。この時点にて算出される点火時期θは、機関10の運転状態に応じて定まる時期であって同一の運転状態の下で通常時点火時期(即ち、基本点火時期θ0)よりも補正量Δθ1の絶対値だけ遅角側の点火遅角実行時点火時期(=θ0+Δθ1)である。
そして、CPU81は、ステップ640に進んで、点火プラグ37が火花を発生する時期を上記ステップ635にて決定された点火時期θに一致させるための点火指示信号をイグナイタ38に送信することにより、実際の点火時期を同決定された点火時期θに制御する。
そして、CPU71はステップ699に進んで本ルーチンを一旦終了する。
このような、スロットル弁開度を点火遅角実行時スロットル弁開度(=TA0+ΔTA1)に制御するとともに、点火時期を点火遅角実行時点火時期(=θ0+Δθ1)に制御する状況は、触媒暖機要求フラグXdの値が「1」であり、且つ、負圧増大要求フラグXpの値が「0」である限り継続する(図5のステップ520〜535、図6のステップ620〜635を参照。)。
その後、時点t0になると、車速Vが第2閾値速度β2よりも大きくなる。従って、この時点にてCPU81が図4の負圧増大要求判定ルーチンの処理を開始してステップ410に進んだとき、CPU81は、同ステップ410にて「No」と判定してステップ425に進む。そして、CPU81は、同ステップ425にて車速Vが第2閾値速度β2以下であるか否かを判定する。
この時点t0では、車速Vは第2閾値速度β2よりも大きい。従って、CPU81は、ステップ425にて「No」と判定してステップ430に進み、負圧増大要求フラグXpの値を「1」に設定した後、図4のルーチンを一旦終了する。
この状態において、CPU81が図5のスロットル弁開度制御ルーチンの実行を開始すると、CPU81は、ステップ525に進んだとき、同ステップ525にて「No」と判定してステップ545に進み、図示しないスロットル弁下流圧力推定ルーチンを実行することにより推定されたスロットル弁下流圧力Pmを読み込む。
なお、このスロットル弁下流圧力推定ルーチンは、CPU81によって所定の演算周期の経過毎に実行されることにより、吸気通路内の空気の挙動を物理法則に従って記述した空気モデルに基づいてスロットル弁45の下流における吸気通路内の空気の圧力(即ち、スロットル弁下流圧力)Pmを推定するルーチンである。このルーチンは、特開2003−184613号公報及び特開2001−41095号公報等に詳細に開示されているため、本明細書においては詳細な説明を省略する。また、スロットル弁下流圧力Pmは、スロットル弁45よりも下流の吸気通路に設けた圧力センサにより取得されてもよい。
そして、CPU81は、ステップ550に進んで上記ステップ545にて読み込まれたスロットル弁下流圧力Pmが所定の閾値圧力γよりも高いか否かを判定する。この時点では、図3に示したように、スロットル弁下流圧力Pmは、ほとんど変化していないので閾値圧力γよりも高い。
従って、CPU81は、ステップ550にて「Yes」と判定してステップ555に進み、テーブルMapΔTA2(Accp,NE)に基づいて点火遅角抑制時初期スロットル弁開度補正量ΔTA2を求め、スロットル弁開度補正量ΔTAを求められた点火遅角抑制時初期スロットル弁開度補正量ΔTA2に設定する。ここで、テーブルMapΔTA2は、求められる点火遅角抑制時初期スロットル弁開度補正量ΔTA2が負の値となるように予め設定されている。
次いで、CPU81は、ステップ535以降のステップに進んで、スロットル弁開度TAを算出するとともにスロットル弁45の開度を同決定されたスロットル弁開度TAに一致させるための駆動指示信号をスロットル弁アクチュエータ45aに送信した後、図5のルーチンを一旦終了する。この時点にて算出されるスロットル弁開度TAは、機関10の運転状態に応じて定まる開度であって同一の運転状態の下で通常時スロットル弁開度TA0よりも補正量ΔTA2の絶対値だけ小さくされる点火遅角抑制時スロットル弁開度としての点火遅角抑制時初期スロットル弁開度(=TA0+ΔTA2)である。
このような、スロットル弁開度を点火遅角抑制時初期スロットル弁開度(=TA0+ΔTA2)に制御する状況は、触媒暖機要求フラグXdの値が「1」であり、且つ、負圧増大要求フラグXpの値が「1」であり、且つ、スロットル弁下流圧力Pmが所定の閾値圧力γよりも高い限り継続する(図5のステップ520,525,545〜555を参照。)。
加えて、CPU81が図6の点火時期制御ルーチンの実行を開始すると、CPU81は、ステップ625に進んだとき、同ステップ625にて「No」と判定してステップ645に進み、負圧増大要求があるとき(負圧増大要求時)の点火時期補正量を決定するため、図7のフローチャートに示したステップ700に進む。
そして、CPU81は、ステップ705に進んで負圧増大要求時初期化フラグXpiの値が「1」であるか否かを判定する。この時点では、負圧増大要求時初期化フラグXpiの値は「1」に設定されている(図4のステップ420を参照。)。従って、CPU81は、ステップ705にて「Yes」と判定してステップ710に進み、負圧増大要求時間τを「0」に設定する。負圧増大要求時間τは、後述するように時間の経過に伴って増大する値であって、負圧増大要求フラグXpの値が「0」から「1」へと変化した時点から経過した時間を表す値である。
次いで、CPU81は、ステップ715に進んでアクセル開度センサ76により検出されたアクセルペダル操作量Accpを読み込むとともに、続くステップ720にてクランクポジションセンサ72により検出されたエンジン回転速度NEを読み込む。更に、CPU81は、ステップ725に進んで車速センサ77により検出された車速Vを読み込む。
その後、CPU81は、ステップ730に進んでテーブルMapTh(Accp,NE)に基づいて点火時期維持時間Thを求め、続くステップ735にてテーブルMapTv(Accp,NE,V)に基づいて点火時期変更時間Tvを求める。ここで、テーブルMapTvは、車速Vが大きくなるほど求められる点火時期変更時間Tvが短くなるように予め設定されている。
そして、CPU81は、ステップ740に進んで負圧増大要求時初期化フラグXpiの値を「0」に設定する。
次いで、CPU81は、ステップ745に進んで負圧増大要求時間τが点火時期維持時間Thよりも短いか否かを判定する。この時点では、負圧増大要求時間τは「0」に設定されている。従って、CPU81は、ステップ745にて「Yes」と判定してステップ750に進み、上記テーブルMapΔθ1(Accp,NE)に基づいて点火遅角実行時点火時期補正量Δθ1を求め、点火時期補正量Δθを求められた点火遅角実行時点火時期補正量Δθ1に設定する。このステップ750は、図6のステップ630と同じである。従って、点火時期補正量Δθは、ステップ630の処理が実行される場合と同じ値に維持される。
次いで、CPU81は、ステップ755に進んで負圧増大要求時間τに本ルーチンの前回の実行時点から本ルーチンの今回の実行時点までの時間Δtを加えた値に負圧増大要求時間τを設定することにより負圧増大要求時間τを更新する。
そして、CPU81はステップ799を経由して図6のステップ635以降のステップに進んで、上記ステップ615にて決定された基本点火時期θ0に上記ステップ750にて求められた点火時期補正量Δθを加えることにより点火時期θを算出するとともに点火プラグ37が火花を発生する時期を同算出された点火時期θに一致させるための点火指示信号をイグナイタ38に送信した後、図6のルーチンを一旦終了する。この時点にて算出される点火時期θは、機関10の運転状態に応じて定まる時期であって同一の運転状態の下で通常時点火時期θ0よりもクランク角度Δθ1の絶対値だけ遅角側の点火遅角実行時点火時期(=θ0+Δθ1)である。
そして、時点t0から点火時期維持時間Thが経過した時点t1になると、負圧増大要求時間τは点火時期維持時間Thと等しくなる。従って、CPU81が図7のルーチンの処理を開始してステップ745に進んだとき、CPU81は、同ステップ745にて「No」と判定してステップ760に進む。そして、CPU81は、同ステップ760にて負圧増大要求時間τが点火時期維持時間Thと点火時期変更時間Tvとの和Th+Tvよりも短いか否かを判定する。
この時点では、負圧増大要求時間τは点火時期維持時間Thに等しい。従って、CPU81は、ステップ760にて「Yes」と判定してステップ765に進み、上記テーブルMapΔθ1(Accp,NE)に基づいて点火遅角実行時点火時期補正量Δθ1を求める。
次いで、CPU81は、ステップ770に進んで、時点t1から経過した時間に比例して増加する(進角側に変化する)補正量であって、時点t1であるときに上記ステップ765にて求められた点火遅角実行時点火時期補正量Δθ1であり且つ時点t1から時間Th+Tvだけ後の時点t3であるときに「0」になる補正量である「点火時期補正量Δθ」を同ステップ770内に示した式に基づいて求める。
次いで、CPU81は、ステップ755以降のステップに進んで、負圧増大要求時間τを更新し、上記ステップ615にて決定された基本点火時期θ0に上記ステップ770にて求められた点火時期補正量Δθを加えることにより点火時期θを算出するとともに点火プラグ37が火花を発生する時期を同算出された点火時期θに一致させるための点火指示信号をイグナイタ38に送信した後、図6のルーチンを一旦終了する。
このような点火時期の進角制御は、触媒暖機要求フラグXdの値が「1」であり、且つ、負圧増大要求フラグXpの値が「1」である限り継続する(図6のステップ620、625、645(図7)及びステップ635を参照。)。この結果、点火時期は、通常時点火時期θ0よりも点火遅角実行時点火時期補正量Δθ1の絶対値だけ遅角側の時期(θ0+Δθ1)から通常時点火時期θ0に向けて時間Tvをかけて徐々に変化(進角)させられる。
そして、時点t2になると、スロットル弁下流圧力Pmが閾値圧力γを下回る。従って、この時点t2にてCPU81が図5のルーチンの処理を開始してステップ550に進んだとき、CPU81は、同ステップ550にて「No」と判定してステップ560に進む。そして、CPU81は、同ステップ560にてスロットル弁開度補正量ΔTAを「0」に設定する。
次いで、CPU81は、ステップ535以降のステップに進んで、スロットル弁開度TAを算出するとともにスロットル弁45の開度を同算出されたスロットル弁開度TAに一致させるための駆動指示信号をスロットル弁アクチュエータ45aに送信した後、図5のルーチンを一旦終了する。この時点にて算出されるスロットル弁開度TAは、機関10の運転状態に応じて定まる開度であって同一の運転状態の下で上記点火遅角実行時スロットル弁開度(=TA0+ΔTA1)よりも小さくされる点火遅角抑制時スロットル弁開度としての通常時スロットル弁開度TA0である。
そして、時点t0から時間Th+Tvが経過した時点t3になると、CPU81が図7のルーチンの処理を開始してステップ760に進んだとき、CPU81は、同ステップ760にて「No」と判定してステップ775に進む。そして、CPU81は、同ステップ775にて点火時期補正量Δθを「0」に設定する。
次いで、CPU81は、ステップ755以降のステップに進んで、負圧増大要求時間τを更新し、上記ステップ615にて決定された基本点火時期θ0に上記ステップ775にて求められた点火時期補正量Δθを加えることにより点火時期θを算出するとともに点火プラグ37が火花を発生する時期を同算出された点火時期θに一致させるための点火指示信号をイグナイタ38に送信した後、図6のルーチンを一旦終了する。この結果、時点t3以降において、点火時期は点火遅角抑制時点火時期(即ち、基本点火時期θ0)に制御される。
そして、時点t4になると、車速Vが第1閾値速度β1よりも小さくなる。従って、この時点t4にてCPU81が図4の負圧増大要求判定ルーチンの処理を開始してステップ410に進んだとき、CPU81は、同ステップ410にて「Yes」と判定してステップ415以降のステップに進み、負圧増大要求フラグXpの値を「0」に設定するとともに負圧増大要求時初期化フラグXpiの値を「1」に設定した後、図4のルーチンを一旦終了する。即ち、この時点においては、再び、触媒暖機要求があり且つ負圧増大要求がないと判定される。
従って、スロットル弁開度は通常時スロットル弁開度TA0よりも補正量ΔTA1だけ大きい点火遅角実行時スロットル弁開度(=TA0+ΔTA1)に再び制御され、点火時期は通常時点火時期θ0よりも補正量Δθ1の絶対値だけ遅角側の点火遅角実行時点火時期(=θ0+Δθ1)に再び制御される。
そして、時点t5になると、冷却水温度Twが閾値温度αよりも高くなる。従って、この時点t5にてCPU81が図2の触媒暖機要求判定ルーチンの処理を開始してステップ210に進んだとき、CPU81は、同ステップ210にて「No」と判定してステップ220に進み、触媒暖機要求フラグXdの値を「0」に設定する。そして、CPU81はステップ299に進んで本ルーチンを一旦終了する。
即ち、この時点においては、触媒暖機要求及び負圧増大要求のいずれもがないと判定される。
このとき、CPU81が図5のスロットル弁開度制御ルーチンの実行を開始すると、CPU81は、ステップ520に進んだとき、同ステップ520にて「No」と判定してステップ560に進み、スロットル弁開度補正量ΔTAを「0」に設定する。
次いで、CPU81は、ステップ535以降のステップに進んで、スロットル弁開度TAを算出するとともにスロットル弁45の開度を同算出されたスロットル弁開度TAに一致させるための駆動指示信号をスロットル弁アクチュエータ45aに送信した後、図5のルーチンを一旦終了する。従って、スロットル弁開度は通常時スロットル弁開度TA0に制御される。
加えて、CPU81が図6の点火時期制御ルーチンの実行を開始すると、CPU81は、ステップ620に進んだとき、同ステップ620にて「No」と判定してステップ650に進み、点火時期補正量Δθを「0」に設定する。
次いで、CPU81は、ステップ635以降のステップに進んで、点火時期θを算出するとともに点火プラグ37が火花を発生する時期を同算出された点火時期θに一致させるための点火指示信号をイグナイタ38に送信した後、図6のルーチンを一旦終了する。従って、点火時期は通常時点火時期θ0に制御される。
このように、図3の時点t0以前の期間A(触媒暖機要求があり且つ負圧増大要求がない場合)においては、点火時期は点火遅角実行時点火時期θ0+Δθ1に制御される。従って、期間Aにおいて点火時期が基本点火時期(通常時点火時期)θ0に制御される場合と比較して、混合気が燃焼してからピストン22が下死点に到達するまでの時間は短くなる。即ち、混合気が燃焼した後に燃焼ガス(排ガス)がピストン22に対して行う仕事は小さくなる。これにより、排ガスの温度を比較的高い温度に維持することができる。この結果、第1触媒53及び第2触媒54をより一層迅速に暖めることができ、第1触媒53及び第2触媒54の温度を活性温度に迅速に近づけることができる。この結果、例えば、内燃機関10の始動後において、内燃機関10から外部へ放出される排ガスを第1触媒53(及び第2触媒54)によって十分に浄化することができない期間を短くすることができる。
更に、期間Aにおいては、スロットル弁開度は通常時スロットル弁開度TA0よりも大きい点火遅角実行時スロットル弁開度(=TA0+ΔTA1)に制御される。従って、点火時期が遅角されることにより低下する出力トルクを空気量(混合気量)を増大させることにより増大させることができる。
また、触媒暖機要求がある状態において、車速Vが第2閾値速度β2よりも大きいという条件が成立することにより負圧増大要求があると判定されると、その判定時点t0からスロットル弁下流圧力Pmが閾値圧力γを下回る時点t2までの期間(図3における期間B1及び期間B2)中、スロットル弁45の開度が通常時スロットル弁開度TA0よりも小さい点火遅角抑制時初期スロットル弁開度(=TA0+ΔTA2)に制御される。
従って、スロットル弁45の開度が通常時スロットル弁開度TA0に制御される場合と比較して、スロットル弁下流圧力Pmは、スロットル弁45の開度が通常時スロットル弁開度TA0に相当長い期間維持された場合において到達する圧力Pm0に迅速に近づけられる。即ち、スロットル弁下流負圧を迅速に増大させることができる。この結果、ブレーキブースタ65の状態を、ブレーキ操作力を十分に増大させることが可能な状態に迅速に近づけることができる。従って、車両の制動力が不足することを回避することができる。
なお、期間B1と期間B2とを合わせた期間は、第2所定期間とも呼ばれる期間である。また、時点t0においては、触媒暖機要求及び負圧増大要求のいずれもがあると判定される。換言すると、触媒暖機要求があり且つ負圧増大要求がないと判定されていた点火遅角制御実行期間は、この時点t0にて触媒暖機要求及び負圧増大要求のいずれもがあると判定されることにより終了する。
また、触媒暖機要求がある状態において、車速Vが第2閾値速度β2よりも大きいという条件が成立することにより負圧増大要求があると判定されると、図3の期間B1に示したように、その判定時点(時点t0)から第1所定期間(点火時期維持時間Th)が経過する時点t1までの間、点火時期は点火遅角実行時点火時期(=θ0+Δθ1)に維持される。そして、時点t1以降において、点火時期は点火遅角抑制時点火時期(本例では通常時点火時期θ0)に向けて時間Tvをかけて徐々に変化させられる。
期間B1(スロットル弁開度が点火遅角実行時スロットル弁開度(=TA0+ΔTA1)より小さい点火遅角抑制時初期スロットル弁開度(=TA0+ΔTA2)に変更された直後の期間である第1所定期間)においては、実際に燃焼室25内に導入される空気量が点火遅角抑制時スロットル弁開度(本例では、通常時スロットル弁開度TA0)に対応する空気量よりも大きい。従って、上述したように、期間B1において点火時期を点火遅角実行時点火時期に維持し、且つ、期間B1が経過することによって筒内空気量が点火遅角抑制時スロットル弁開度に対応する空気量に近づいた時点以降の期間B2及び期間B3(時点t1〜t3)において、点火時期を点火遅角抑制時点火時期(本例では、通常時点火時期θ0)に向けて徐々に進角させることにより、出力トルクが過大となることを回避することができる。更に、期間B1において点火時期が通常時点火時期θ0に制御される場合と比較して、第1触媒53及び第2触媒54をより一層迅速に暖めることができる。
また、期間B1(第1所定期間)が経過した後に点火時期が点火遅角抑制時点火時期に向けて徐々に進角側へ変更される。これにより、出力トルクを徐々に変化させることができるので、トルクショック(運転者に車両が飛び出すように感じさせる衝撃力)の発生を抑制することができる。
加えて、期間B1(第1所定期間)が経過した後に点火時期を点火遅角抑制時点火時期に向けて徐々に進角側へ変更する際の点火時期の進角速度は、点火遅角実行時点火時期補正量Δθ1を点火時期変更時間Tvにより除した値Δθ1/Tvである。また、上述したように、テーブルMapTvは、車速Vが大きくなるほど求められる点火時期変更時間Tvが短くなるように予め設定されている。
ところで、車両が静止している場合又は車両が極めて小さい速度にて移動している場合、出力トルクが増加することにより車速Vは比較的大きく増加する。即ち、出力トルクの増加量に対する車速Vの増加量(出力トルクが増加することにより増加する車速Vの増加量)の比であるトルク速度比は大きい。一方、車両が比較的大きい速度にて移動している場合、出力トルクが増加することにより車速Vは比較的小さく増加する。即ち、トルク速度比は小さい。
このように、車速Vは、トルク速度比を表すトルク速度比パラメータであるということができる。従って、テーブルMapTvは、トルク速度比パラメータに対応するトルク速度比が小さくなるほど求められる点火時期変更時間Tvが短くなるように予め設定されている、ということもできる。従って、車速Vが大きくなるほど、即ち、トルク速度比が小さくなるほど、進角速度Δθ1/Tvは大きくされる。
これにより、出力トルクの変動が車速の変化となって現れ易い場合には出力トルクが比較的緩慢に増大されるので、トルクショックの発生を回避することができる。一方、出力トルクの変動が車速の変化となって現れ難い場合には出力トルクが比較的迅速に増大されるので、内燃機関10の出力トルクが低下している期間を短くすることができる。
また、スロットル弁45の開度が通常時スロットル弁開度TA0よりも小さい点火遅角抑制時初期スロットル弁開度(=TA0+ΔTA2)に制御されている状況(期間B2)において、スロットル弁下流圧力Pmが閾値圧力γを下回る(閾値圧力γまで低下する)と、スロットル弁45の開度は直ちに通常時スロットル弁開度TA0へと増大させられる。
これにより、スロットル弁下流圧力Pmが過度に低くなることが防止される。即ち、筒内空気量が過度に少なくなることが防止される。この結果、出力トルクが過度に小さくなることを回避することができる。
このように、本実施形態に係る制御装置は、車速Vが比較的大きくなることによって車両の減速のために比較的大きな制動力が要求される期間においてのみ、スロットル弁下流負圧を増大させるための制御を行うことができる。従って、その他の期間においては、第1触媒53及び第2触媒54の暖機を促進するための制御を行うことができるので、第1触媒53及び第2触媒54をより迅速に暖めることができる。
以上、説明したように、本発明による内燃機関の制御装置の実施形態によれば、第1触媒53及び第2触媒54の暖機を促進するとともに車両の制動力の不足を回避しながら、出力トルクが過大となることを回避することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、点火遅角抑制時点火時期θ0は、通常時点火時期θ0と等しい時期であったが、点火遅角実行時点火時期θ0+Δθ1よりも進角側の時期である限り通常時点火時期θ0と異なる時期であってもよい。更に、点火遅角抑制時スロットル弁開度TA0も、通常時スロットル弁開度TA0と等しい開度であったが、点火遅角実行時スロットル弁開度TA0+ΔTA1よりも小さい開度である限り通常時スロットル弁開度TA0と異なる開度であってもよい。
また、上記実施形態は、車速センサ77により検出された車速が閾値速度β2よりも大きいときに負圧増大要求があると判定するように構成されていたが、車両の移動の可否を検出するセンサを備えるとともにそのセンサにより車両が移動していると検出されたときに負圧増大要求があると判定するように構成されていてもよい。
更に、上記実施形態は、触媒暖機要求があり且つ負圧増大要求がないと判定されることにより触媒暖機要求及び負圧増大要求のいずれもがあると判定されていた期間が終了した時点(図3の時点t4)、又は、触媒暖機要求及び負圧増大要求のいずれもがないと判定されることにより触媒暖機要求があり且つ負圧増大要求がないと判定されていた期間が終了した時点(図3の時点t5)にて点火時期を変更する際に、点火時期を徐々に変化させるように構成されていてもよい。
本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を火花点火式多気筒内燃機関に適用したシステムの概略構成図である。 図1に示したCPUが実行するプログラムであって触媒暖機要求の有無を判定するためのプログラムを示したフローチャートである。 車速、冷却水温度、触媒暖機要求フラグ、負圧増大要求フラグ、スロットル弁開度補正量、点火時期補正量及びスロットル弁下流圧力の変化を示したタイムチャートである。 図1に示したCPUが実行するプログラムであって負圧増大要求の有無を判定するためのプログラムを示したフローチャートである。 図1に示したCPUが実行するプログラムであってスロットル弁開度を制御するためのプログラムを示したフローチャートである。 図1に示したCPUが実行するプログラムであって点火時期を制御するためのプログラムを示したフローチャートである。 図1に示したCPUが実行するプログラムであって負圧増大要求があるときの点火時期補正量を決定するためのプログラムを示したフローチャートである。
符号の説明
10…内燃機関、21…シリンダ、22…ピストン、24…クランク軸、25…燃焼室、30…シリンダヘッド部、37…点火プラグ、38…イグナイタ、39…インジェクタ、41…インテークマニホールド、42…サージタンク、43…吸気ダクト、45…スロットル弁、45a…スロットル弁アクチュエータ、52…エキゾーストパイプ、53…第1触媒、54…第2触媒、60…負圧蓄圧部、61…バイパス通路、61a…上流部、61b…下流部、61c…中央部、61c1…絞り部、62…バイパス流量制御弁、63…負圧導入用メイン通路、64…負圧導入用サブ通路、65…ブレーキブースタ、71…スロットルポジションセンサ、72…クランクポジションセンサ、73…冷却水温度センサ、76…アクセル開度センサ、77…車速センサ。

Claims (6)

  1. 車両に搭載された内燃機関の吸気通路に配設されたスロットル弁と、
    所定の駆動指示信号に応じて前記スロットル弁を駆動するスロットル弁駆動手段と、
    前記吸気通路内の前記スロットル弁の下流にて発生する負圧であるスロットル弁下流負圧を利用することによりブレーキ操作力を増大させて前記車両の制動力を増大させる制動倍力手段と、
    所定の点火指示信号に応じて前記機関の燃焼室に供給される混合気に点火する点火手段と、
    前記機関の排気通路に配設された排ガス浄化用触媒と、
    前記スロットル弁駆動手段に対して前記駆動指示信号を送信することにより前記スロットル弁の開度を前記機関の運転状態に応じて定まる開度である通常時スロットル弁開度に制御するスロットル弁制御手段と、
    前記点火手段に対して前記点火指示信号を送信することにより前記点火手段によって前記混合気に点火する点火時期を前記機関の運転状態に応じて定まる時期である通常時点火時期に制御する点火時期制御手段と、
    を備えた内燃機関の制御装置であって、
    前記触媒の暖機を促進する触媒暖機要求の有無を判定するとともに、前記スロットル弁下流負圧を増大させる負圧増大要求の有無を判定する要求判定手段を備え、
    前記スロットル弁制御手段は、
    前記触媒暖機要求があり且つ前記負圧増大要求がないと判定されたときに前記スロットル弁の開度を前記運転状態に応じて定まる開度であって同一の運転状態の下で前記通常時スロットル弁開度よりも大きくされる開度である点火遅角実行時スロットル弁開度に制御するとともに、同触媒暖機要求及び同負圧増大要求のいずれもがあると判定されたときに同スロットル弁の開度を同運転状態に応じて定まる開度であって同一の運転状態の下で同点火遅角実行時スロットル弁開度よりも小さくされる開度である点火遅角抑制時スロットル弁開度に制御するように構成され、
    前記点火時期制御手段は、
    前記触媒暖機要求があり且つ前記負圧増大要求がないと判定されたときに前記点火時期を前記運転状態に応じて定まる時期であって同一の運転状態の下で前記通常時点火時期よりも遅角側の時期である点火遅角実行時点火時期に制御するとともに、同触媒暖機要求及び同負圧増大要求のいずれもがあると判定されることにより同触媒暖機要求があり且つ同負圧増大要求がないと判定されていた点火遅角制御実行期間が終了した時点から開始する第1所定期間において同点火時期を同点火遅角実行時点火時期に維持し、且つ、同第1所定期間が経過した後に同点火時期を同運転状態に応じて定まる時期であって同一の運転状態の下で同点火遅角実行時点火時期よりも進角側の時期である点火遅角抑制時点火時期に向けて変化させるように構成された内燃機関の制御装置。
  2. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記スロットル弁制御手段は、
    前記触媒暖機要求及び前記負圧増大要求のいずれもがあると判定された場合、前記点火遅角制御実行期間が終了した時点から開始する第2所定期間において前記運転状態に応じて定まる開度であって同一の運転状態の下で前記通常時スロットル弁開度よりも小さくされる開度である点火遅角抑制時初期スロットル弁開度を前記点火遅角抑制時スロットル弁開度として採用するとともに、同第2所定期間が経過した後に同通常時スロットル弁開度を同点火遅角抑制時スロットル弁開度として採用するように構成された内燃機関の制御装置。
  3. 請求項2に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記スロットル弁の下流における前記吸気通路内の圧力であるスロットル弁下流圧力を取得するスロットル弁下流圧力取得手段を備え、
    前記スロットル弁制御手段は、
    前記第2所定期間の終了時点を前記取得されたスロットル弁下流圧力が所定の閾値圧力まで低下した時点に設定するように構成された内燃機関の制御装置。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記点火時期制御手段は、
    前記第1所定期間が経過した後に前記点火時期を前記点火遅角抑制時点火時期に向けて徐々に進角側へ変更するように構成された内燃機関の制御装置。
  5. 請求項4に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記点火時期制御手段は、
    前記内燃機関が出力する出力トルクの増加量に対する前記車両の速度の増加量の比であるトルク速度比を表すパラメータであるトルク速度比パラメータを取得するとともに、前記第1所定期間が経過した後に前記点火時期を前記点火遅角抑制時点火時期に向けて徐々に進角側へ変更する際の点火時期の進角速度を同取得されたトルク速度比パラメータに対応する同トルク速度比が小さくなるほど大きくするように構成された内燃機関の制御装置。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記車両が移動する速度である車速を検出する車速検出手段を備え、
    前記要求判定手段は、
    前記検出された車速が所定の閾値速度よりも大きいという条件を含む条件が成立したときに前記負圧増大要求があると判定するように構成された内燃機関の制御装置。
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