JP2008223707A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼悪化を適切に抑制して、トルク制御性を向上させることが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、要求トルクが実現されるように、内燃機関に対する制御を行う。具体的には、燃焼悪化判定手段は、内燃機関の冷間時において燃焼悪化が生じているか否かを判定する。また、制御手段は、冷間時において燃焼悪化が生じている場合に、スロットル制御の実行を禁止して燃料噴射量制御を実行することによって、要求トルクを実現させる。つまり、制御手段は、冷間時において燃料霧化悪化に起因する燃焼悪化が生じたときは、要求トルクの変化に対して、スロットル制御を実行せずに燃料噴射量制御を実行する。これにより、燃焼悪化を効果的に抑制して、トルク制御性を向上させることが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、要求トルクが実現されるように内燃機関に対して制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

従来から、運転者によるアクセル開度などに基づいて要求トルク（目標トルク）を設定し、この目標トルクが出力されるように内燃機関に対する制御を行う技術が提案されている。例えば、特許文献１には、加速時に、アクセル開度から目標トルクを決定し、この目標トルクが実現されるようにスロットル制御を行う技術が記載されている。その他にも、特許文献２及び３に、本発明に関連のある技術が記載されている。

特開２００５−２３３０８８号公報 特開平１１−８２０９０号公報 特開平１１−６２６９０号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、機関冷間時などの燃焼悪化が生じやすい運転状態で、スロットルバルブを開側に制御した場合に、燃焼状態が更に悪化してしまう場合があった。これは、スロットルバルブを開側に制御することにより負圧が低下して、燃料霧化が悪化したためであると考えられる。また、特許文献２及び３に記載された技術でも、このような燃焼悪化を適切に防止できない場合があった。

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、燃焼悪化を適切に抑制して、トルク制御性を向上させ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、要求トルクが実現されるように、内燃機関に対する制御を行う内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の冷間時において燃焼悪化が生じているか否かを判定する燃焼悪化判定手段と、前記燃焼悪化判定手段によって前記燃焼悪化が生じていると判定された場合に、前記要求トルクの変化に対して、スロットル制御の実行を禁止して燃料噴射量制御を実行することによって、前記要求トルクを実現させる制御手段と、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、要求トルクが実現されるように、内燃機関に対する制御を行うために好適に利用される。具体的には、燃焼悪化判定手段は、内燃機関の冷間時において燃焼悪化が生じているか否かを判定し、制御手段は、冷間時において燃焼悪化が生じている場合に、スロットル制御の実行を禁止して燃料噴射量制御を実行することによって、要求トルクを実現させる。つまり、制御手段は、冷間時において燃料霧化悪化に起因する燃焼悪化が生じたときは、要求トルクの変化に対して、スロットル制御を実行せずに燃料噴射量制御を実行する。燃焼が悪化しているときに要求トルクの変化に伴ってスロットルバルブを更に開くと、燃焼状態が更に悪化してしまう傾向にあるが、上記した内燃機関の制御装置によれば、このような状態において、スロットルバルブを動かさずに燃料噴射量を調整することによって要求トルクを実現させるため、燃焼悪化を効果的に抑制することが可能となる。

上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記制御手段は、前記要求トルクが増大変化した場合、燃料噴射量が増量されるように前記燃料噴射量制御を実行する。

この態様では、制御手段は、内燃機関の冷間時において燃焼悪化が生じたときは、スロットル開度を現状の開度に維持して（つまりスロットル開度を変更しない）、要求トルクの増大変化に対して燃料噴射量を増量させる制御を実行する。これにより、燃焼悪化を効果的に抑制して、トルク制御性を向上させることが可能となる。

上記の内燃機関の制御装置において好適には、前記制御手段は、前記要求トルクの変化が所定以下である場合にのみ、前記スロットル制御の実行を禁止して前記燃料噴射量制御を実行する。こうするのは、燃料噴射量のみで実現できるトルクには限界があるからである。これにより、スロットル制御を禁止して燃料噴射量制御を実行することに起因する不具合の発生を防止しつつ、燃焼悪化を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、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された内燃機関１の構成を示す概略図である。なお、図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。

内燃機関（エンジン）１は、主に、吸気通路３と、スロットルバルブ４と、燃料噴射弁５と、気筒（シリンダ）６ａと、吸気弁７と、排気弁８と、排気通路９と、点火プラグ１０と、回転数センサ１１と、水温センサ１２と、アクセル開度センサ１３と、を有する。内燃機関１は、例えばリーンバーンエンジンなどで構成される。なお、図１においては、説明の便宜上、１つの気筒６ａのみを示しているが、実際には内燃機関１は１つ以上の気筒６ａを有する。

吸気通路３には外部から導入された空気（吸気）が通過し、スロットルバルブ４は吸気通路３を通過する空気の流量を調整する。この場合、スロットルバルブ４はＥＣＵ２０から供給される制御信号Ｓ４に応じた開度（スロットル開度）に制御される。吸気通路３を通過した空気は、気筒６ａの燃焼室６ｂへ供給される。また、燃焼室６ｂには、燃料噴射弁５によって噴射された燃料が供給される。この場合、燃料噴射弁５は、ＥＣＵ２０から供給される制御信号Ｓ５によって、燃料噴射量などの制御が行われる。

燃焼室６ｂ内では、点火プラグ１０の点火により着火されることによって、供給された空気と燃料との混合気が燃焼される。具体的には、点火プラグ１０は、ＥＣＵ２０から供給される制御信号Ｓ１０によって、点火時期などの制御が行われる。この場合、燃焼によってピストン６ｃが往復運動し、この往復運動がコンロッド６ｄを介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。また、内燃機関１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は排気通路９から排出される。更に、内燃機関１の燃焼室６ｂには、吸気弁７と排気弁８が設けられている。吸気弁７は、開閉することによって、吸気通路３と燃焼室６ｂとの導通／遮断を制御する。また、排気弁８は、開閉することによって、排気通路９と燃焼室６ｂとの導通／遮断を制御する。

また、回転数センサ１１は、内燃機関１の回転数を検出し、検出した回転数に対応する検出信号Ｓ１１をＥＣＵ２０に供給する。水温センサ１２は、内燃機関１を冷却する冷却水の温度（以下、単に「水温」と呼ぶ。）を検出し、検出した水温に対応する検出信号Ｓ１２をＥＣＵ２０に供給する。アクセル開度センサ１３は、運転者によるアクセルペダルの操作に対応するアクセル開度を検出する。そして、検出したアクセル開度に対応する検出信号Ｓ１３をＥＣＵ２０に供給する。

ＥＣＵ（Engine Control Unit）２０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備える。ＥＣＵ２０は、内燃機関１に設けられた各種センサから検出信号を取得し、これに基づいて内燃機関１に対する制御を行う。本実施形態では、ＥＣＵ２０は、車両から要求トルクが出力されるように、内燃機関１に対して制御を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１３からアクセル開度（検出信号Ｓ１３に対応する）を取得し、このアクセル開度に基づいて要求トルクを求める。そして、ＥＣＵ２０は、この要求トルクが実現されるように、内燃機関１へ供給する空気量（吸入空気量）の制御、燃料噴射量の制御、及び点火時期の制御の少なくともいずれかの制御を実行する。この場合、ＥＣＵ２０は、スロットルバルブ４に制御信号Ｓ４を供給することによって、吸入空気量の制御（以下、「スロットル制御」とも呼ぶ。）を実行する。また、ＥＣＵ２０は、燃料噴射弁５に制御信号Ｓ５を供給することによって、燃料噴射量制御を実行する。更に、ＥＣＵ２０は、点火プラグ１０に制御信号Ｓ１０を供給することによって、点火時期制御を実行する。

このように、ＥＣＵ２０は、本発明に係る内燃機関の制御装置として機能する。具体的には、詳細は後述するが、ＥＣＵ２０は燃焼悪化判定手段及び制御手段に相当する。なお、ＥＣＵ２０は内燃機関１における他の構成要素の制御も行うが、本実施形態と特に関係の無い部分については説明を省略する。

なお、図１では、ポート噴射タイプの燃料噴射弁５によって内燃機関１を構成する例を示したが、本発明の適用は、これに限定はされない。本発明は、ポート噴射タイプの燃料噴射弁５の代わりに直噴タイプの燃料噴射弁によって構成された内燃機関、或いは、ポート噴射タイプの燃料噴射弁及び直噴タイプの燃料噴射弁によって構成された内燃機関に対しても適用することができる。

［制御方法］
ここで、上記したＥＣＵ２０が実行する本実施形態に係る制御について、具体的に説明する。

本実施形態では、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の冷間時において燃焼悪化が生じているか否かを判定し、燃焼悪化が生じている場合に、要求トルクが実現されるように、スロットル制御の実行を禁止して燃料噴射量制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ２０は、冷間時において燃料霧化悪化に起因する燃焼悪化が生じたときは、要求トルクの増大変化に対して、スロットル制御を実行せずに燃料噴射量制御を実行することによって、要求トルクを実現させる。

このような制御を実行する理由は、以下の通りである。燃焼が悪化しているときに、要求トルクの増大変化に伴ってスロットルバルブ４を更に開くと、燃焼状態が更に悪化してしまう傾向にある。これは、スロットルバルブ４を開く制御を行うことによって、吸気管負圧が低下して燃料霧化が悪化したためであると考えられる。このような傾向は、重質燃料などによる燃焼悪化の場合に顕著となる。

以上より、本実施形態では、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の冷間時において燃焼悪化が生じたときは、要求トルクの増大変化に対して、スロットル制御を実行せずに燃料噴射量制御を実行することによって、要求トルクを実現させる。具体的には、ＥＣＵ２０は、スロットル開度を現状の開度に維持して（つまりスロットル開度を変更しない）、要求トルクの増大変化に対して燃料噴射量を増量させる制御（以下、「燃焼悪化対応の燃料増量制御」と呼ぶ。）を実行する。これにより、燃焼悪化を効果的に抑制して、トルク制御性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ２０は、要求トルクの変化が所定以下である場合にのみ、上記した燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ２０は、要求トルクの変化が燃料噴射量で対応可能な範囲にある場合にのみ、燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行する。こうするのは、燃料噴射量のみで実現できるトルクには限界がある（即ち、燃料噴射によってコントローラ可能なトルクには限界がある）からである。

［本実施形態に係る処理］
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係る処理について具体的に説明する。

図２は、燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行すべき状態であるか否かを判定するために行われる処理を示すフローチャートである。この処理では、主に、現在の運転状態が燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行すべき状態であるか否かの判定結果に基づいて、燃焼悪化対応の燃料増量制御フラグ（以下、単に「ＸＦＵＰ」とも表記する。）のオン／オフの切り替えを行う。なお、当該処理は、前述したＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の水温が所定温度未満であるか否かを判定する。ここでは、ＥＣＵ２０は、冷間時であるか否かの判定を行う。この場合、ＥＣＵ２０は、水温センサ１２から取得される水温（検出信号Ｓ１２に対応する）に基づいて判定を行う。また、所定温度は、例えば「４０℃」に設定される。

水温が所定温度未満である場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０２に進む。この場合には、内燃機関１は冷間時にあると言える。これに対して、水温が所定温度以上である場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０４に進む。この場合には、内燃機関１は冷間時にはないと言える。つまり、現在の運転状態は、燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行すべき状態ではないと言える。したがって、ステップＳ１０４では、ＥＣＵ２０は、ＸＦＵＰをオフに設定する。そして、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２０は、燃焼状態が悪いか否かを判定する。つまり、ＥＣＵ２０は、燃焼悪化が生じているか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の回転数、及び／又は内燃機関１の回転数における変動に基づいて、燃焼状態が悪いか否かを判定する。詳しくは、ＥＣＵ２０は、回転数が所定回転数以上である場合、及び／又は回転数が変動している場合に、燃焼状態が悪いと判定する。この場合、ＥＣＵ２０は、回転数センサ１１から取得される回転数（検出信号Ｓ１１に対応する）に基づいて判定を行う。

燃焼状態が悪い場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０３に進む。この場合には、現在の運転状態は、燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行すべき状態であると言える。したがって、ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２０は、ＸＦＵＰをオンに設定する。そして、処理は当該フローを抜ける。これに対して、燃焼状態が悪くない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０４に進む。この場合には、現在の運転状態は、燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行すべき状態ではないと言える。したがって、ステップＳ１０４では、ＥＣＵ２０は、ＸＦＵＰをオフに設定する。そして、処理は当該フローを抜ける。

なお、上記したステップＳ１０２では、内燃機関１の回転数に基づいて燃焼状態が悪いか否かの判定を行う例を示したが、これに限定はされない。他の例では、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の回転数、内燃機関１の回転数の変動、空燃比、及び筒内圧の変動、並びにトルクの変動のうちの少なくとも１つ以上に基づいて、燃焼状態が悪いか否かの判定を行うことができる。この場合、空燃比は空燃比センサから取得され、筒内圧は筒内圧センサから取得され、トルクはトルクセンサから取得される。具体的には、ＥＣＵ２０は、空燃比がリーン状態である場合や、筒内圧に変動が生じている場合や、トルクに変動が生じている場合などにおいて、燃焼状態が悪いと判定することができる。

図３は、燃焼悪化対応の燃料増量制御を行うために実行される処理を示すフローチャートである。この処理では、主に、所定の条件を用いた判定を行うことによって、燃焼悪化対応の燃料増量制御、及び通常のスロットル制御のいずれか一方を実行する。なお、当該処理も、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２０１では、ＥＣＵ２０は、ＸＦＵＰ（燃焼悪化対応の燃料増量制御フラグ）がオンであるか否かを判定する。このＸＦＵＰは、図２に示すフローで設定されたフラグである。この場合、ＸＦＵＰに基づいて、ＥＣＵ２０は、燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行すべき状況であるか否かを判定する。ＸＦＵＰがオンである場合（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０２に進み、ＸＦＵＰがオフである場合（ステップＳ２０１；Ｎｏ）、処理はステップＳ２０９に進む。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ２０は、次回要求トルクを読み込む。具体的には、ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１３から取得されるアクセル開度（検出信号Ｓ１３に対応する）などに基づいて、次回要求トルクを求める。そして、処理はステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３では、ＥＣＵ２０は、次回要求トルクが増加しているか否かを判定する。この場合、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０２で読み込まれた次回要求トルクが前回の要求トルクと比較して増加しているか否かを判定する。次回要求トルクが増加している場合（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０４に進む。これに対して、次回要求トルクが増加していない場合（ステップＳ２０３；Ｎｏ）、処理はステップＳ２０９に進む。この場合には、次回要求トルクが増加していないため、燃料噴射量を増量させる必要はないと考えられる。つまり、燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行すべき状況ではないと言える。

ステップＳ２０４では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０２で読み込まれた次回要求トルクが、燃料噴射量で対応可能な範囲にあるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ２０は、要求トルクの変化が、燃料噴射量で対応可能な範囲にあるか否かを判定する。このような判定を行っているのは、燃料噴射量のみで実現できるトルクには限界がある（即ち、燃料噴射によってコントローラ可能なトルクには限界がある）からである。なお、判定に用いる燃料噴射量で対応可能な範囲は、予め設定されるものとする。

次回要求トルクが燃料噴射量で対応可能な範囲にある場合（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０５に進む。これに対して、次回要求トルクが燃料噴射量で対応可能な範囲にない場合（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、処理はステップＳ２０９に進む。この場合、燃料噴射量を増量させる制御のみによっては、次回要求トルクを実現することは困難であると言える。つまり、燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行可能な状態にはないと言える。

ステップＳ２０５では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０２で読み込まれた次回要求トルクに対応する実現燃料噴射量を決定する。具体的には、ＥＣＵ２０は、トルクと実現燃料噴射量とが対応付けられたマップを参照して、次回要求トルクに対応する実現燃料噴射量を得る。そして、処理はステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０５で求められた実現燃料噴射量と空気量（吸入空気量）とに基づいて、推定Ａ／Ｆを算出する。そして、処理はステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２０６で算出された推定Ａ／Ｆが可燃限界内にあるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ２０は、推定Ａ／Ｆが、予め定められた所定範囲内（可燃限界内）にあるか否かを判定する。推定Ａ／Ｆが可燃限界内にある場合（ステップＳ２０７；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０８に進む。これに対して、推定Ａ／Ｆが可燃限界内にない場合（ステップＳ２０７；Ｎｏ）、処理はステップＳ２０９に進む。この場合には、燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行した場合、適切な燃焼を行わせることは困難であると考えられる。つまり、燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行可能な状態にはないと言える。

ステップＳ２０８では、ＥＣＵ２０は、燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行する。ステップＳ２０８に進んだ状況は、燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行すべき状況であり、且つ燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行可能な状態にある場合に相当する。つまり、ステップＳ２０１、ステップＳ２０３、ステップＳ２０４、及びステップＳ２０７の条件を全て満たした場合に相当する。したがって、ＥＣＵ２０は、スロットル制御を実行せずに燃料噴射量制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ２０は、スロットル開度を現状の開度に維持して、燃料噴射量を増量させる制御を実行する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

一方、ステップＳ２０９では、ＥＣＵ２０は、通常のスロットル制御を実行する。ステップＳ２０９に進んだ状況は、燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行すべき状況ではない場合（ステップＳ２０１；Ｎｏ、又はステップＳ２０３；Ｎｏ）、或いは燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行可能な状態にない場合（ステップＳ２０４；Ｎｏ、又はステップＳ２０７；Ｎｏ）に相当する。したがって、ＥＣＵ２０は、燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行せずに、スロットル制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ２０は、次回要求トルクが出力されるように、スロットル開度を調整する制御を実行する。なお、現在まで燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行していた場合には、燃焼悪化対応の燃料増量制御を中止して、スロットル制御を実行するものとする。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

以上説明した処理によれば、燃焼悪化を効果的に抑制して、トルク制御性を向上させることが可能となる。

［変形例］
上記では、要求トルクが増大変化している場合に、スロットル制御の実行を禁止して燃料噴射量制御を実行する例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。本発明は、要求トルクが減少変化している場合にも適用することができる。つまり、要求トルクの減少変化に対して、スロットル制御を実行せずに燃料噴射量制御を実行することによって、要求トルクを実現させることができる。具体的には、ＥＣＵ２０は、スロットル開度を現状の開度に維持して、要求トルクの減少変化に対して燃料噴射量を減量させる制御を実行する。これによっても、燃焼悪化を効果的に抑制して、トルク制御性を向上させることが可能となる。

本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたシステムの概略構成図を示す。 燃焼悪化対応の燃料増量制御を実行すべき状態であるかを判定するための処理を示すフローチャートである。 燃焼悪化対応の燃料増量制御を行うために実行される処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
３ 吸気通路
４ スロットルバルブ
５ 燃料噴射弁
６ａ 気筒
１０ 点火プラグ
１１ 回転数センサ
１２ 水温センサ
１３ アクセル開度センサ
２０ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 要求トルクが実現されるように、内燃機関に対する制御を行う内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の冷間時において燃焼悪化が生じているか否かを判定する燃焼悪化判定手段と、
   前記燃焼悪化判定手段によって前記燃焼悪化が生じていると判定された場合に、前記要求トルクの変化に対して、スロットル制御の実行を禁止して燃料噴射量制御を実行することによって、前記要求トルクを実現させる制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記要求トルクが増大変化した場合、燃料噴射量が増量されるように前記燃料噴射量制御を実行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. 前記制御手段は、前記要求トルクの変化が所定以下である場合にのみ、前記スロットル制御の実行を禁止して前記燃料噴射量制御を実行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。

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