JP2008215241A

JP2008215241A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2008215241A
Application number: JP2007055404A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Miyaura; 猛宮浦; Yasuyuki Terada; 寧之寺田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2007-03-06
Publication date: 2008-09-18
Also published as: EP2116706A4; WO2008108426A1; EP2116706A1

Abstract

【課題】排気マニホルドの壁温が制約上限温度を超えないようにしながらも、全負荷運転要求に対する機関出力性能の向上を図ることのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】運転状態検出情報に基づいて排気マニホルドの壁温を推定する壁温推定手段と、排気マニホルドの壁温が制約上限温度に達し得ると判定されたとき、壁温推定手段の推定温度及び運転状態検出情報に基づいて、排気マニホルドの壁温が制約上限温度に達し得ると判定されてから排気マニホルドの壁温が制約上限温度に達するまでの温度上昇時間ｔ１、ｔ２を算出する時間算出手段と、温度上昇時間中に、内燃機関の燃料噴射量を上限噴射量と温度上昇時間に応じた増量補正（ΔＱ２−ΔＱ１）分とを加えた補正噴射量に補正する噴射量補正手段とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の制御装置、特に排気マニホルドの壁温が制約上限温度を超えないように運転状態を制御する内燃機関の制御装置に関する。

車両に搭載されるエンジン（内燃機関）においては、そのエンジンやトランスミッションの保護のために全負荷(アクセル開度最大)時の最大噴射量を予め設定した制約上限温度以下に制限するものがあり、特に自動車に搭載されるディーゼルエンジンにおいては、鋳物等からなる排気管の過熱による溶損等が生じるのを防止するために排気マニホルドの壁温に例えば摂氏７００〜８００度程度の制約上限温度を設定したものが多い。そして、このような内燃機関の運転を制御する制御装置では、排気マニホルドの壁温が制約上限温度に達し得る程度の運転状態になると、運転者により全負荷又はそれに近い加速要求がなされていても、排気マニホルドの壁温が前記制約上限温度を超えないようにする制御がなされている。

従来のこの種の内燃機関の制御装置としては、例えば排気温度が上限温度以上になり、かつ加速状態と判断されるときに、排気管内に燃料を噴射することで、排気温度を上限温度以下に低下させるようにしたものがある(例えば、特許文献１参照)。

また、燃料噴射量を制御する噴射量指令値に制約上限温度を設定するとともに、それによって燃料噴射量がアクセル開度に対応しなくなり、全負荷時に排気ガス再循環装置の作動と停止が頻繁に繰り返されるようになるという事態を回避すべく、機関加速時には前回算出した基本噴射量に基づいて加速なまし噴射量を算出する一方、その加速なまし噴射量とガバナパターン噴射量とのうち少ない噴射量に基づいて基本噴射量を算出するようにしたものがある(例えば、特許文献２参照)。

さらに、排気ガス温度をセンサで検出するのではセンサの応答遅れによって運転状態に精度良く追従する制御が困難になる場合があるため、内燃機関の運転状態からその廃熱エネルギーに応じたエネルギー変数と、気筒内に流入するガスの流量に応じた流入ガス流量変数とを求め、これらの変数に基づいて、気筒内流入時のガス温度からの排気ガスの上昇温度を演算するようにしたものもある(例えば、特許文献３参照)。
特開２００６−７０８１８号公報特開平８−２９６４７０号公報特開２００４−２１１５６０号公報

しかしながら、上述のような従来の内燃機関の制御装置にあっては、全負荷の加速要求がなされてから排気マニホルドの壁温が制約上限温度に達するまでの過渡運転状態において、排気マニホルドの壁温上昇に対する機関出力の制約条件が支配的となるため、内燃機関の動力性能を十分に発揮させることができないという問題があった。

具体的には、前記制約条件の信頼性確保の必要から、全負荷運転状態での最大噴射量は安定した定常状態（いわゆるベンチ試験）にて決定されるため、実車において運転者による加速要求があり、例えばディーゼル機関の過給圧や吸気温度等がその制約条件に達するとともに排気ガス温度が排気マニホルドの壁温の制約上限温度付近まで上昇したとしても、排気マニホルドの壁温自体はその制約上限温度に達していないという時間が比較的長くなったり、制約上限温度に達しないまま過渡状態が終了したりする。そのため、排気マニホルドの壁温には信頼性面での余裕がある状態でありながらも機関出力が制限され、その機関の動力性能に見合った車両の十分な発進・加速応答性能が得られていなかった。

本発明は、上述のような従来技術の未解決の課題に鑑みてなされたもので、排気マニホルドの壁温が制約上限温度を超えないようにしながらも、全負荷運転要求に対する機関出力性能の向上を図ることの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。

本発明は、上記目的達成のため、（１）内燃機関の出力を増加させる出力増大要求を検出する要求検出手段と、前記内燃機関の回転数を含む前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記要求検出手段及び前記運転状態検出手段の検出情報に基づき、前記内燃機関の燃料噴射量を算出する噴射量算出手段と、前記噴射量算出手段によって算出された燃料噴射量の燃料が噴射されるとき、前記内燃機関に装備された排気マニホルドの壁温が予め設定された制約上限温度に達し得るか否かを判定する判定手段と、を備え、前記排気マニホルドの壁温が前記制約上限温度に達し得ると判定されたとき、前記内燃機関の燃料噴射量を前記制約上限温度に対応して予め設定された上限噴射量に制限する内燃機関の制御装置において、前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて前記排気マニホルドの壁温を推定する壁温推定手段と、前記排気マニホルドの壁温が前記制約上限温度に達し得ると判定されたとき、前記壁温推定手段の推定温度及び前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて、前記排気マニホルドの壁温が前記制約上限温度に達し得ると判定されてから前記排気マニホルドの壁温が前記制約上限温度に達するまでの温度上昇時間を算出する時間算出手段と、前記温度上昇時間中に、前記内燃機関の燃料噴射量を前記上限噴射量と前記温度上昇時間に応じた増量補正分とを加えた補正噴射量に補正する噴射量補正手段と、を有することを特徴とする。

この構成により、壁温推定手段の推定温度と内燃機関の運転状態に基づいて、排気マニホルドの壁温が制約上限温度に達し得ると判定されてからその壁温が制約上限温度に達するまでの温度上昇時間中に、燃料噴射量が上限噴射量とその温度上昇時間に応じた増量補正分とを加えた補正噴射量に補正され、排気マニホルドの壁温が制約上限温度を超えないようにしながらも、出力増大要求に対して機関出力性能を向上させることができる。

上記（１）の構成を有する内燃機関の制御装置は、好ましくは、（２）前記噴射量補正手段が、前記温度上昇時間中の初期に、前記内燃機関の燃料噴射量を前記補正噴射量に補正するものである。これにより、車両の発進性能や加速応答性能が向上する。

また、上記（１）又は（２）の構成を有する内燃機関の制御装置は、（３）前記要求検出手段が前記内燃機関の全負荷要求を検出するものであるのが望ましい。これにより、全負荷要求に対して、排気マニホルドの壁温が制約上限温度を超えないようにしながらも、その要求に対する応答性能を向上させることができる。

上記（１）〜（３）の何れかの構成を有する内燃機関の制御装置は、（４）前記内燃機関がディーゼル機関である場合に効果的に用いることができる。すなわち、排気温度が高くなるディーゼル機関において、排気マニホルドの接合部近傍等における溶損や排気浄化装置の過熱による劣化・損傷等を確実に防止しながらもその動力性能を高めることができる。

上記（１）〜（４）の何れかの構成を有する内燃機関の制御装置においては、さらに、（５）前記壁温推定手段が、前記内燃機関の回転数と前記内燃機関の燃料噴射量とに基づいて前記排気マニホルドの基本の壁温を求める基本壁温推定マップを有し、前記要求検出手段により前記出力増大要求が検出されたとき、前記噴射量算出手段がその出力増大要求に対応する燃料噴射量の増加量を算出するとともに、前記時間算出手段が、前記基本壁温推定マップから求めた壁温から前記制約上限温度の壁温までの第１の温度上昇時間と、前記壁温推定手段により推定された前記推定壁温から前記制約上限温度の壁温までの第２の温度上昇時間とをそれぞれ算出し、前記噴射量補正手段が、前記第１の温度上昇時間と前記第２の温度上昇時間との差を前記制約上限温度までの壁温上昇の余裕代として、その余裕代に応じ前記増量補正分の燃料噴射量を決定し、前記増量補正分を前記第１の温度上昇時間中に増量補正するのが望ましい。この構成により、制約上限温度までの壁温上昇の余裕代に応じて、出力増大要求時の燃料噴射量の増加量が増量補正される。したがって、排気マニホルドの壁温が制約上限温度を超えないようにしながらも、その要求に対する応答性能を的確に向上させることができる。

上記（５）の構成を有する内燃機関の制御装置は、また、（６）前記噴射量補正手段が、前記余裕代に応じた前記増量補正分の燃料噴射量を前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて更に補正するのが好ましい。この構成により、排気マニホルドの壁温が制約上限温度に達し得ると判定されてからその上限温度に達するまでの過渡運転状態においても、実車の仕様や使用状態に応じた的確な燃料噴射量の増量補正が可能になる。

上記（５）又は（６）の構成を有する内燃機関の制御装置は、好ましくは、（７）前記壁温推定手段が、前記基本壁温推定マップにより推定した前記基本壁温を前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて補正する補正条件を記憶する記憶部を有するものである。この構成により、実車の仕様や使用状態（車速や雰囲気温度等）により相違する排気マニホルドの壁温変化に対して、壁温推定手段の所要の壁温推定精度を確保することができる。

上記（１）〜（７）の何れかの構成を有する内燃機関の制御装置においては、（８）前記運転状態検出手段が前記内燃機関を搭載した車両の車速、前記内燃機関の雰囲気温度、前記出力増大要求の変化量、前記内燃機関の過給圧のうち少なくとも何れか１つを検出するものであるのが好ましい。この構成により、実車の仕様や使用状態により変化する運転状態に応じて、壁温推定手段による正確な壁温推定や、温度上昇期間中の燃料噴射量の増量補正分についての的確な算出が可能となる。

本発明によれば、壁温推定手段の推定温度と内燃機関の運転状態に基づき、排気マニホルドの壁温が制約上限温度に達し得ると判定されてからその壁温が制約上限温度に達するまでの温度上昇時間中に、燃料噴射量を上限噴射量とその温度上昇時間に応じた増量補正分とを加えた補正噴射量に補正するようにしているので、排気マニホルドの壁温が制約上限温度を超えないようにしながらも、出力増大要求に対する機関出力性能の向上を図ることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１から図５は本発明の内燃機関の制御装置をディーゼル機関の制御装置に適用した一の実施の形態を示す図である。

まず、その構成について説明すると、図１において、多気筒のディーゼル機関として構成されたエンジン１０は複数の気筒１１を有しており、このエンジン１０には、各気筒１１内の燃焼室（詳細を図示していない）に燃料を噴射するコモンレール型の燃料噴射装置１２と、燃焼室に空気を吸入させる吸気装置１３と、燃焼室からの排気ガスを排気させる排気装置１４と、排気装置１４内の排気エネルギを利用して吸気装置１３内の空気を圧縮し燃焼室に空気を過給する過給機１５と、排気の一部を吸気側に戻す排気還流装置１６とが装備されている。

燃料噴射装置１２は、図外の燃料タンクから燃料を汲み上げて高圧の燃圧（燃料圧力）に加圧し吐出するサプライポンプ２１と、サプライポンプ２１からの燃料が導入されるコモンレール２２と、このコモンレール２２を通して供給される燃料を後述するＥＣＵ（電子制御ユニット）５０からの噴射指令信号に対応するタイミング及び開度（デューティー比）で燃焼室内に噴射する燃料噴射弁２３とを含んで構成されている。

ここで、サプライポンプ２１はエンジン１０の回転動力を利用して駆動され、コモンレール２２はサプライポンプ２１から供給された高圧燃料を均等に保ちながら複数の燃料噴射弁２３に分配・供給する。燃料噴射弁２３は、電磁駆動される公知のニードル弁で構成され、所定時間毎のパルス状の噴射指令信号に応じてその所定時間中の開弁時間の比率を制御されることにより、噴射指令信号に応じた燃料噴射量の燃料（例えば軽油）を燃焼室内に噴射・供給することができる。なお、詳細を図示しないが、燃料噴射装置１２は、サプライポンプ２１で汲み上げた燃料の一部を排気装置１４内に噴射する添加燃料ノズルを有していてもよく、その場合の燃料添加ノズルは所定圧以上の燃圧で燃料が付与されたときに開弁して、排気装置１４の排気マニホルド４１内に燃料を噴射し気化させる。

燃焼室に空気を吸入させる吸気装置１３には、吸気マニホルド３１と、それより上流側の吸気管３２と、吸気管３２の上流側でフィルタにより吸入空気を清浄化するエアクリーナ３３と、過給機１５より下流側で過給により昇温した吸入空気を冷却するインタークーラ３４と、吸気量（吸入空気量）を検出するエアフローメータ３５と、エンジン１０内への吸気量を調整するスロットルバルブ３６とが、それぞれ装着されている。これらの構成自体は公知のものと同様であり、スロットルバルブ３６は例えばその絞り開度を図示しないアクチュエータ部によって無段階に調節することができる電子制御式のものである。また、３２ａはサージタンクである。

排気装置１４は、例えば鋳物からなる排気マニホルド４１と、それより下流側の排気管４２と、過給機１５より下流側で排気管４２に装着された排気浄化ユニット４３とを含んで構成されている。排気浄化ユニット４３は、例えば排気中の酸素濃度や未燃成分（ＨＣ）を適宜調整することで、排気中のＮＯｘをＮＯ_２やＮＯに還元し排気中のＨＣやＣＯと反応させてＮ_２としたり、ＨＣやＣＯを酸化させてＨ_２ＯやＣＯ_２とすることができ、前記燃料添加ノズルからの燃料噴射等はそのためにも利用できるようになっている。

過給機１５は、互いに回転方向一体に連結された吸入空気コンプレッサ１５ａおよび排気タービン１５ｂを有し、排気タービン１５ｂを排気エネルギにより回転させて吸入空気コンプレッサ１５ａを回転させる公知のもので、エンジン１０内に正圧の空気を吸入させることができる。なお、過給機１５の排気タービン１５ｂ側に配置されたアクチュエータ１７は、ウェイストゲートバルブ機能を有し、その開度に応じて排気タービン１５ｂをバイパスする排気通路を形成するようになっている。

排気還流装置１６は、エンジン１０内の燃焼室をバイパスして排気マニホルド４１内の排気通路と吸気マニホルド３１内の吸気通路とを連通させる排気還流（以下、ＥＧＲという）用のＥＧＲ通路６１を有しており、このＥＧＲ通路６１には排気還流量を調整するＥＧＲ弁６２と、ＥＧＲ通路６１を通って還流する排気を冷却するＥＧＲクーラ６３とが設けられている。

一方、サプライポンプ２１や通電制御や燃料噴射弁２３による燃料噴射量の制御、スロットルバルブ３６の開度制御、ＥＧＲ弁６２の開度制御等は、ＥＣＵ５０によって電子制御されるようになっており、ＥＣＵ５０は所定時間毎に所定の制御プログラムを実行するように構成されている。

具体的に、ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、ＲＯＭ（Read Only Memory）５２、ＲＡＭ（Random Access Memory）５３、ＥＥＰＲＯＭ５４（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）、Ａ／Ｄ変換器やバッファ等を含む入力インターフェース回路５６、および、駆動回路等を含む出力インターフェース回路５７を含んで構成されている。

ＥＣＵ５０の入力インターフェース回路５６には、エアフローメータ３５、図外のアクセルペダルの踏み込みを検出するアクセル開度センサ７１、スロットルバルブ３６の開度を検出するスロットル開度センサ７２、所定角度単位のクランク回転からエンジン回転数に対応する信号を出力するクランク角センサ７３（回転数センサ）、エンジン１０が搭載された車両の走行速度又は車輪回転速度を検出する車速センサ７４、エンジン１０の吸気圧（過給圧）を検出する吸気管内圧力センサ７５、及び、エンジン１０の近傍で車両前方側から導入される外気若しくは吸入空気、すなわち雰囲気の温度を検出する雰囲気温度センサ７６等がそれぞれ接続されており、これのセンサ群からの情報がＥＣＵ５０に取り込まれる。

アクセル開度センサ７１は、前記アクセルペダルの踏み込み量をエンジン１０の出力を増加させる出力増大要求量として検出する要求検出手段となっており、エアフローメータ３５、スロットル開度センサ７２、クランク角センサ７３、車速センサ７４、吸気管内圧力センサ７５及び雰囲気温度センサ７６は、エンジン１０の運転状態を検出する運転状態検出手段を構成している。

ＥＣＵ５０の出力インターフェース回路５７には、図示しないそれぞれの駆動回路を介してアクチュエータ１７、サプライポンプ２１、複数の燃料噴射弁２３およびＥＧＲ弁６２が接続されている。

ＥＣＵ５０のＲＯＭ５２には、入力インターフェース回路５６に取り込まれるアクセル開度センサ７１からの加速要求と、エアフローメータ３５およびクランク角センサ７３からの吸入空気量およびエンジン回転数等とを所定時間毎に取り込んで、エンジン１０の燃焼室内への燃料噴射量を算出するための噴射量算出プログラムが格納されており、ＥＣＵ５０は噴射量算出手段として機能する。また、ＲＯＭ５２には、噴射量算出プログラムによって算出された燃料噴射量の燃料が噴射されるとき、エンジン１０に装備された排気マニホルド４１の上流部所定位置の壁温が予め設定された制約上限温度（例えば、摂氏７００度）に達し得るか否かを、アクセル開度センサ７１により所定の出力増大要求、例えばアクセル開度が最大となる出力増大要求が検出されているか否かによって判定する判定プログラムが格納されており、ＥＣＵ５０は判定手段として機能する。

さらに、ＲＯＭ５２には、排気マニホルド４１の壁温が前記制約上限温度に達し得ると判定されたとき、エンジン１０の燃料噴射量を前記制約上限温度に対応して予め設定された上限噴射量に制限するための噴射量抑制制御プログラムが格納されており、ＥＣＵ５０は、排気マニホルド４１の壁温が前記制約上限温度に達し得ると判定したとき、エンジン１０の燃料噴射量を前記上限噴射量に制限するようになっている。なお、排気マニホルド４１の壁温の制約上限温度やそれに対応する上限噴射量の設定値は、例えば不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ５４に記憶されている。

より具体的には、図２に示したように、ＲＯＭ５２には、燃料噴射弁２３への所定周期毎の噴射指令値Ｑとエンジン回転数ＮＥとに基づいて排気マニホルド４１の基本の壁温ｔｈｅｘを求める基本壁温推定マップＭ１が格納されており、ＥＣＵ５０は、この基本壁温推定マップＭ１から運転状態（燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥ）に応じた排気マニホルド４１の壁温ｔｈｅｘを推定する壁温推定手段として機能する。なお、定常状態での燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥに対し、図２中の基本壁温推定マップＭ１に示すようにように、出力レベルがＡ１、Ａ２、Ａ３と順に高くなる方向（加速方向）に壁温ｔｈｅｘも高くなるので、定常状態での基本の壁温ｔｈｅｘを燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥに関連付けたこの基本壁温推定マップＭ１を記憶格納しておくことで、燃料噴射量Ｑとエンジン回転数ＮＥから基本の壁温ｔｈｅｘを推定することができる。

また、ＲＯＭ５２には基本壁温推定マップＭ１で求めた壁温ｔｈｅｘを運転環境及びエンジン１０の運転状態に応じて補正するための複数の補正用マップＭ２ａ、Ｍ２ｂ、Ｍ２ｃ、Ｍ２ｄが格納されており、ＲＯＭ５２は前記補正の条件を記憶する記憶部となっている。そして、ＥＣＵ５０は、補正用マップＭ２ａと雰囲気温度センサ７６で検知された雰囲気温度に基づいて、雰囲気温度が基本の温度（例えば摂氏２５度）より低い場合にはその温度差に応じて推定壁温値を下げ、基本の温度より高い場合にはその温度差に応じて推定壁温値を上げるように壁温ｔｈｅｘを補正し、補正用マップＭ２ｂと車速センサ７４で検知された車速に基づいて、車速が所定速度（例えば０ｋｍ／ｈ)以上であれば推定壁温値ｔｈｅｘをその車速に応じて下げる補正を実行する。

さらに、ＥＣＵ５０は、補正用マップＭ２ｃと吸気管内圧力センサ７５で検知された過給圧に基づいて、過給圧が所定圧（例えば１００Ｋｐａ）より高ければ、その過給圧に応じて推定壁温値ｔｈｅｘを下げる補正をし、逆に所定圧より低ければ、その過給圧に応じて推定壁温値を上げる補正をし、補正用マップＭ２ｄとアクセル開度センサ７１で検知されたアクセル開度に基づいて、出力増大要求量の変化量であるアクセル開度変化量が所定値（例えば１０％）を上回る場合にはその変化量に応じて推定壁温値ｔｈｅｘを下げ、所定値を下回る場合にはその変化量に応じて推定壁温値ｔｈｅｘを上げる補正を実行して、実車における過渡のエキマニ壁温の推定値を決定するようになっている。

ＥＣＵ５０は、また、排気マニホルド４１の壁温ｔｈｅｘが前記制約上限温度に達し得ると判定したとき、前記壁温推定手段としての推定温度及び前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて、排気マニホルド４１の壁温が前記制約上限温度に達し得ると判定されてからその壁温が前記制約上限温度に達するまでの温度上昇時間を算出する時間算出手段としても機能し、その温度上昇時間中に、エンジン１０の燃料噴射量Ｑを前記上限噴射量と前記温度上昇時間に応じたオフセット量（増量補正分）とを加えた補正噴射量に補正する噴射量補正手段として機能するようになっている。

具体的には、図３（ａ）に示すように、ＥＣＵ５０は、前記時間算出手段としての機能によって、増量噴射量（燃料噴射量の増加量）ΔＱ１での基本壁温推定マップＭ１により求めた現在の壁温ｔｈｅｘから前記制約上限温度の壁温までの第１の温度上昇時間ｔ１と、増量噴射量ΔＱ１での前記補正した推定壁温から前記制約上限温度の壁温までの第２の温度上昇時間ｔ２の算出値（マップから推定算出してもよい）とに基づいて、前記噴射量補正手段としての機能により、第１の温度上昇時間ｔ１と第２の温度上昇時間ｔ２との差を前記制約上限温度までの壁温上昇の余裕代（ｔ２―ｔ１）として、その余裕代に応じた増量補正分の噴射量（例えば図３（ａ）中のΔＱ２−ΔＱ１に対応する）を算出し、加速要求に応じた燃料噴射量の増加量ΔＱを第１の温度上昇時間ｔ１中に前記増量補正分のオフセット量で増量補正した補正噴射量にする。

すなわち、前記補正噴射量は、基本壁温推定マップＭ１で求めると、図３（ａ）中の加速要求分の増量噴射量ΔＱ１と加速要求時点の燃料噴射量Ｑ１の合計量となるが、壁温上昇の余裕代を考慮して、図３（ａ）中の加速要求分の増量噴射量ΔＱ２と加速要求時点の燃料噴射量ΔＱ１の合計量となるように、増量補正を実行するようになっている。

加速要求に対応する所定時間毎の燃料噴射量の増加量ΔＱの噴射を第１の温度上昇時間ｔ１の間だけ行うと、実車では、その運転環境及びエンジン１０の運転状態により排気マニホルド４１の壁温がΔｔｈｅｘ（１）の温度勾配とはならず、Δｔｈｅｘ（２）で示すように第２の温度上昇時間ｔ２まで噴射を継続して温度上昇させないと、排気マニホルド４１の壁温は制約上限温度に達しない。したがって、加速要求に対応する噴射量指令Ｑの増加量ΔＱをアクセル開度変化量に対応するΔＱ１としたのでは、排気マニホルド壁温に制約上限温度までの余裕がある状態でエンジン１０の出力が余計に制限され、エンジン１０の動力性能に見合った発進・加速応答性能が得られないことになる。そこで、壁温上昇の余裕代に応じた増量補正を加えて、Δｔｈｅｘ（３）の温度上昇が得られるようなオフセット量でΔＱを増量補正し、発進・加速応答性能を高めるものである。また、前記余裕代が大きい値となる前記温度上昇時間ｔ１中の初期において、出力増大に寄与し得るよう十分な増量補正を行い、エンジン１０の燃料噴射量を前記補正噴射量に補正する。

ＲＯＭ５２には、このようにして、出力増大要求に対応する増量噴射量ΔＱでの現在の壁温ｔｈｅｘから前記制約上限温度の壁温までの定常状態での壁温上昇時間ｔ１と、増量噴射量ΔＱ１での前記補正した推定壁温から前記制約上限温度の壁温までの壁温上昇時間ｔ２との差を余裕代として、この余裕代に対応する基本オフセット量を決定するための基本オフセット量決定用マップＭ３が格納されている。

ＲＯＭ５２には、さらに、前記余裕代に応じた基本オフセット量分の燃料噴射量を、前記運転状態検出手段の検出情報（車速や雰囲気温度等）に基づいて更に補正するための補正用マップ（壁温推定用の補正用マップＭ２ａ、Ｍ２ｂ、Ｍ２ｃ、Ｍ２ｄと同様に検出情報に基づいてオフセット量を増加・減少させるためのマップ）が格納されており、これにより、ＥＣＵ５０は、排気マニホルド４１の壁温が制約上限温度に達し得ると判定されてからその上限温度に達するまでの過渡運転状態においても、実車の仕様や使用状態に応じた的確なオフセット量で燃料噴射量の増量補正を実行することができ、前記温度上昇時間ｔ１中に、エンジン１０の燃料噴射量を前記補正噴射量に補正するようになっている。

具体的には、運転状態検出手段の検出情報の基本の値（例えば、雰囲気温度が摂氏２５度）に対して、図２中のテーブルマップＭ４に示すように、例えば増量噴射量ΔＱの値が４０ｍｍ^３の場合、基本オフセット量はエンジン回転数（ＮＥ）が２０００ｒｐｍのときに＋１０ｍｍ^３、アクセル開度の増加量に対応する増量噴射量ΔＱの値が５０ｍｍ^３の場合、基本オフセット量はエンジン回転数が２０００ｒｐｍのときに＋１２ｍｍ^３、増量噴射量ΔＱの値が６０ｍｍ^３の場合、基本オフセット量はエンジン回転数が２０００ｒｐｍのときに＋１４ｍｍ^３といった形で一定の増量噴射量ΔＱごとに基本オフセット量が予め設定されており、それを基準として運転状態検出手段の検出値とその基本の値との差に応じて、例えば基本オフセット量＋１０ｍｍ^３が＋９ｍｍ^３や＋１１ｍｍ^３といったオフセット量に補正される。すなわち、図３（ｂ）に示すように、基本的には増量噴射量ΔＱにほぼ比例して変化する基本オフセット量ｑａを、運転状態検出手段の検出情報に基づいて増量補正又は減量補正したオフセット量ｑｂ又はｑｃといった具合に変化させる補正を実行する。

ここで、基本オフセット量は、増量噴射量ΔＱの値が４０ｍｍ^３の場合であってエンジン回転数２０００ｒｐｍのときに＋１０ｍｍ^３であるが、エンジン回転数が８００ｒｐｍのときには＋５ｍｍ^３、エンジン回転数が４６００ｒｐｍのときには＋２０ｍｍ^３といった具合にエンジン回転数が大きいほどその値（オフセット量）が増加する設定となっている。そして、本実施形態では、例えばアクセル開度の増加量に対応する増量噴射量ΔＱの値が５０ｍｍ^３の場合、基本オフセット量はエンジン回転数が２０００ｒｐｍのときに＋１２ｍｍ^３であるが、エンジン回転数が８００ｒｐｍのときには＋６ｍｍ^３、エンジン回転数が４６００ｒｐｍのときには＋２４ｍｍ^３といった具合にエンジン回転数が大きいほどその値が増加し、増量噴射量ΔＱの値が６０ｍｍ^３の場合も、基本オフセット量はエンジン回転数が２０００ｒｐｍのときに＋１４ｍｍ^３であるが、エンジン回転数が８００ｒｐｍのときには＋７ｍｍ^３、エンジン回転数が４６００ｒｐｍのときには＋２８ｍｍ^３といった具合に、エンジン回転数が大きいほどその値が増加するように設定されている。

次に、動作について説明する。
図４は、ＥＣＵ５０で所定時間毎に実行される燃料噴射量抑制制御プログラムの概略の処理手順を示すフローチャートであり、図５はその制御下における状態変化を示すタイミングチャートである。

図４に示す処理は、所定の出力増大要求状態、例えば排気マニホルド４１の壁温が制約上限温度に達し得るアクセル開度最大の状態で開始される（図５（ａ）参照）。

まず、ＥＣＵ５０の壁温推定手段としての機能により、基本壁温推定マップＭ１から現時点の燃料噴射量Ｑおよびエンジン回転数ＮＥに対応する基本の壁温ｔｈｅｘが算出されるとともに、その壁温ｔｈｅｘが、雰囲気温度センサ７６、車速センサ７４、吸気管内圧力センサ７５およびアクセル開度の検知情報に基づき補正用マップＭ２ａ、Ｍ２ｂ、Ｍ２ｃ、Ｍ２ｄを用いて補正され、実車の運転環境やエンジン１０の運転状態に応じた現在の推定排気マニホルド壁温が算出される（ステップＳ１１）。

次いで、その補正後の推定排気マニホルド壁温が予め設定された制約上限温度の壁温、例えば摂氏７００度に達しているか否かが判別され（ステップＳ１２）、制約上限温度の壁温に達していれば、今回の燃料噴射量が壁温制約上の前記上限噴射量に設定され（ステップＳ１５）、今回の処理が終了する。

ステップＳ１２で補正後の推定排気マニホルド壁温ｔｈｅｘが制約上限温度の壁温に達していないと判別されると、アクセル開度の増加量に対応する増量噴射量ΔＱ１に対する、基本壁温推定マップＭ１により求めた現在の排気マニホルド壁温ｔｈｅｘから制約上限温度の壁温までの第１の温度上昇時間ｔ１と、前記補正後の推定排気マニホルド壁温から前記制約上限温度の壁温までの第２の温度上昇時間ｔ２とがそれぞれ算出され（ステップＳ１３）、第１の温度上昇時間ｔ１と第２の温度上昇時間ｔ２との差を前記制約上限温度までの壁温上昇の余裕代として、その余裕代に応じた基本オフセット量（例えば図３中のΔＱ２−ΔＱ１に対応する）が算出され、その基本オフセット量が車速や雰囲気温度等に基づいて更に補正されて増量補正分のオフセット量が決定され、補正後のオフセット量で第１の温度上昇時間ｔ１中に増量補正される（ステップＳ１４）。

このように、本実施形態においては、制約上限温度までの壁温上昇の余裕代に応じて、出力増大要求時の燃料噴射量の増加量ΔＱが増量補正されるので、実際の排気マニホルド４１中のガス温度は排気マニホルド４１の壁温の制約上限温度を瞬間的に超え得るものの（図５（ｇ）参照）、排気マニホルド４１の壁温が制約上限温度を超えないようにしながらも（図５（ｅ）参照）、その要求に対するエンジン１０の応答性能を的確に向上させることができる（図５（ｆ）参照）。

さらに、本実施形態では、排気マニホルド４１の壁温が制約上限温度に達し得ると判定されてから（図５（ａ）参照）、その上限温度に達するまでの過渡運転状態において（図５（ｂ）参照）、基本壁温推定マップＭ１により推定した基本の壁温を前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて補正し、実車の仕様や使用状態（車速や雰囲気温度等）により相違する排気マニホルドの壁温についての所要の壁温推定精度を確保することができ、しかも、その推定壁温に基づき得られた基本オフセット量を更に実車の仕様や使用状態に応じた的確なオフセット量に補正していることから、実車の仕様や使用状態に応じた的確な燃料噴射量の増量補正が可能になる。

また、温度上昇時間ｔ１中の初期に、エンジン１０の燃料噴射量を十分に増量補正することになることから（図５（ｂ）〜図５（ｄ）参照）、アクセル開度最大となる加速要求時にエンジン１０の動力性能に見合う十分な発進・加速応答性を発揮させることができる（図５（ｆ）参照）。

以上説明したように、本発明は、ＥＣＵ５０の壁温推定手段としての推定温度とエンジン１０の運転状態とに基づき、排気マニホルド４１の壁温が制約上限温度に達し得ると判定されてからその壁温が制約上限温度に達するまでの温度上昇時間ｔ１中に、燃料噴射量を上限噴射量とその温度上昇時間に応じた増量補正分とを加えた補正噴射量に補正するようにしているので、排気マニホルド壁温が制約上限温度を超えないようにしながらも、出力増大要求に対する機関出力性能の向上を図ることができるという効果を奏するものであり、ディーゼルエンジン等の内燃機関の制御装置、特に排気マニホルドの壁温が制約上限温度を超えないように運転状態を制御する内燃機関の制御装置全般に有用である。

本発明に係る内燃機関の制御装置の一実施形態を示すそのシステム構成図である。一実施形態に係る内燃機関の制御装置のＲＯＭ内に格納されたマップ情報を示すブロック図である。（ａ）は一実施形態に係る内燃機関の制御装置におけるアクセル開度増加分の増量噴射量ΔＱを補正するための補正用マップ図、（ｂ）は燃料噴射量の増加量ΔＱに対する増量補正量の補正の説明図である。一実施形態に係る内燃機関の制御装置における噴射量抑制制御プログラムの概略のフローチャートである。一実施形態に係る内燃機関の制御装置における噴射量抑制制御中の状態変化を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０エンジン
１２燃料噴射装置
１３吸気装置
１４排気装置
１５過給機
１６排気還流装置
２３燃料噴射弁
３１吸気マニホルド
３５エアフローメータ（運転状態検出手段）
３６スロットルバルブ
４１排気マニホルド
４３排気浄化ユニット
５０ＥＣＵ（噴射量算出手段、壁温推定手段、判定手段、時間算出手段、噴射量補正手段）
５２ＲＯＭ（記憶部）
５４ＥＥＰＲＯＭ（記憶部）
７１アクセル開度センサ（要求検出手段）
７３クランク角センサ（運転状態検出手段）
７４車速センサ（運転状態検出手段）
７５吸気管内圧力センサ（運転状態検出手段）
７６雰囲気温度センサ（運転状態検出手段）
Ｍ１基本壁温推定マップ
Ｍ２ａ、Ｍ２ｂ、Ｍ２ｃ、Ｍ２ｄ補正用マップ
Ｍ３基本オフセット量決定用マップ
ｔ１第１の温度上昇時間
ｔ２第２の温度上昇時間

Claims

内燃機関の出力を増加させる出力増大要求を検出する要求検出手段と、
前記内燃機関の回転数を含む前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記要求検出手段及び前記運転状態検出手段の検出情報に基づき、前記内燃機関の燃料噴射量を算出する噴射量算出手段と、
前記噴射量算出手段によって算出された燃料噴射量の燃料が噴射されるとき、前記内燃機関に装備された排気マニホルドの壁温が予め設定された制約上限温度に達し得るか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記排気マニホルドの壁温が前記制約上限温度に達し得ると判定されたとき、前記内燃機関の燃料噴射量を前記制約上限温度に対応して予め設定された上限噴射量に制限する内燃機関の制御装置において、
前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて前記排気マニホルドの壁温を推定する壁温推定手段と、
前記排気マニホルドの壁温が前記制約上限温度に達し得ると判定されたとき、前記壁温推定手段の推定温度及び前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて、前記排気マニホルドの壁温が前記制約上限温度に達し得ると判定されてから前記排気マニホルドの壁温が前記制約上限温度に達するまでの温度上昇時間を算出する時間算出手段と、
前記温度上昇時間中に、前記内燃機関の燃料噴射量を前記上限噴射量と前記温度上昇時間に応じた増量補正分とを加えた補正噴射量に補正する噴射量補正手段と、を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記噴射量補正手段が、前記温度上昇時間中の初期に、前記内燃機関の燃料噴射量を前記補正噴射量に補正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。
前記要求検出手段が前記内燃機関の全負荷要求を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関がディーゼル機関であることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
前記壁温推定手段が、前記内燃機関の回転数と前記内燃機関の燃料噴射量とに基づいて前記排気マニホルドの基本の壁温を求める基本壁温推定マップを有し、
前記要求検出手段により前記出力増大要求が検出されたとき、
前記噴射量算出手段がその出力増大要求に対応する燃料噴射量の増加量を算出するとともに、
前記時間算出手段が、前記基本壁温推定マップから求めた壁温から前記制約上限温度の壁温までの第１の温度上昇時間と、前記壁温推定手段により推定された前記推定壁温から前記制約上限温度の壁温までの第２の温度上昇時間とをそれぞれ算出し、
前記噴射量補正手段が、前記第１の温度上昇時間と前記第２の温度上昇時間との差を前記制約上限温度までの壁温上昇の余裕代として、その余裕代に応じ前記増量補正分の燃料噴射量を決定し、前記増量補正分を前記第１の温度上昇時間中に増量補正することを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
前記噴射量補正手段が、前記余裕代に応じた前記増量補正分の燃料噴射量を前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて更に補正することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
前記壁温推定手段が、前記基本壁温推定マップにより推定した前記基本壁温を前記運転状態検出手段の検出情報に基づいて補正する補正条件を記憶する記憶部を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の制御装置。
前記運転状態検出手段が前記内燃機関を搭載した車両の車速、前記内燃機関の雰囲気温度、前記出力増大要求の変化量、前記内燃機関の過給圧のうち少なくとも何れか１つを検出することを特徴とする請求項１ないし７の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。