JP2009138603A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関始動時に高い加速度が予想される状況下においてもドライバのブレーキ要求に対応可能な吸入負圧を確保する内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の吸入負圧を倍力源とするブレーキブースタ２８を備えた車両に搭載されると共に、機関始動時に点火時期を遅角する点火時期遅角制御を行うことで排気浄化触媒２０を昇温させる制御装置であって、車両位置の勾配を検出する勾配検出手段５２と、勾配検出手段によって検出された勾配情報に基づいて車両の加速度を推定する加速度推定手段とを具備し、機関始動時に加速度推定手段によって推定された加速度が予め定められた値以上のときは点火時期遅角制御を制限する。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

排気ガスを浄化すべく排気通路に設けられた触媒を昇温させるため、点火時期を出力及び燃料消費率が最良となる点火時期（ＭＢＴ）よりも遅角する点火時期遅角制御を行う内燃機関が周知である。これは、点火時期を遅角すると、燃焼終了時期及び燃焼速度が遅れて排気熱損失が増大し、その結果、高温の排気ガスが触媒に供給されて、触媒の昇温が実現されることに基づくものである。そして、点火時期の遅角は、機関出力トルクの低下を伴うため、かかる点火時期遅角制御の実行時には、一般に、機関出力トルクの低下を防止するために吸入空気量を増加させる制御が同時に実行される。

ところで、車両において、制動時にブレーキペダルの操作力を軽くするためにブレーキブースタが広く採用されている。ブレーキブースタは、一般に、内燃機関の吸入負圧を倍力源としている。従って、触媒昇温のための点火時期遅角制御に対応して吸入空気量を増加させた場合には、スロットルバルブが開かれて吸入負圧の絶対値が低下（大気圧に近づく）するためにブレーキ性能が低下してしまう。

そこで、触媒昇温のための点火時期遅角制御中に、車両速度が一定以上になると点火時期遅角制御をキャンセルし、ドライバのブレーキ要求に対応可能な吸入負圧を確保する内燃機関の制御装置が公知である（特許文献１参照）。

特開平１０−１４７１６１号公報

しかし、例えば、車両を強い下り勾配で駐車した状態から内燃機関を始動させた場合等では、車両発進時の加速度が非常に高く、車両速度が一定以上になってから点火時期遅角制御のキャンセルをしたのでは、ドライバのブレーキ要求に対応可能な吸入負圧を確保出来ない場合がある。

そこで本発明は、上記問題に鑑み、機関始動時に高い加速度が予想される状況下においてもドライバのブレーキ要求に対応可能な吸入負圧を確保する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の吸入負圧を倍力源とするブレーキブースタを備えた車両に搭載されると共に、機関始動時に点火時期を遅角する点火時期遅角制御を行うことで触媒を昇温させる制御装置であって、車両位置の勾配を検出する勾配検出手段と、該勾配検出手段によって検出された勾配情報に基づいて車両の加速度を推定する加速度推定手段とを具備し、機関始動時に該加速度推定手段によって推定された加速度が予め定められた値以上のときは点火時期遅角制御を制限する内燃機関の制御装置が提供される。即ち、請求項１に記載の発明では、勾配情報に基づいて推定された車両の加速度を用いることによって、従来の車両速度を用いた場合に比べてより短時間で点火時期遅角制御の制限が可能となり、ドライバのブレーキ要求に対応可能な吸入負圧を確保することが可能となる。

また、請求項２に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、自動変速機搭載車両において、前記加速度推定手段が、前記勾配情報とクリープ現象に起因する駆動力とに基づいて車両の加速度を推定する内燃機関の制御装置が提供される。即ち、請求項２に記載の発明では、自動変速機搭載車両（オートマチックトランスミッション車）において、勾配情報に加え、クリープ現象に起因する駆動力を考慮して加速度を推定することによって、より正確な加速度の推定が可能となる。

各請求項に記載の発明によれば、機関始動時に高い加速度が予想される状況下においてもドライバのブレーキ要求に対応可能な吸入負圧を確保することが可能となるという共通の効果を奏する。

図１は本発明の制御装置が搭載される内燃機関全体の図である。図１に示した実施形態では本発明の空燃比制御装置が筒内直噴型火花点火式内燃機関に用いられた場合を示しているが、他の火花点火式内燃機関にも用いることができる。

図１を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。またピストン３の頂面上には燃料噴射弁１１の下方から点火プラグ１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。

各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気マニホルド１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ（図示せず）に連結される。吸気管１５内には吸入空気流量Ｇａを検出するためのエアフローメータ１６が配置されると共にステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結され、この排気マニホルド１９は排気浄化触媒２０を内蔵した触媒コンバータ２１に連結される。触媒コンバータ２１の出口は排気管２２に連結される。排気マニホルド１９、即ち排気浄化触媒２０上流側の排気通路内には空燃比センサ２３が配置されると共に、排気管２２、即ち排気浄化触媒２０下流側の排気通路内には排気浄化触媒２０の触媒温度Ｔｃを示す排気温センサ２４が配置される。機関本体１には機関冷却水温Ｔｋを検出するための水温センサ２５が取り付けられている。

サージタンク１４には、サージタンク１２内の圧力を検出するための圧力センサ２６が設けられると共に負圧導管２７が連結され、負圧導管２７はブレーキブースタ２８に連結される。ブレーキブースタ２８はブレーキペダル２９に連結され、またブレーキブースタ２８にはブレーキブースタ内の負圧を検出するための負圧センサ３０が設けられる。

さらに、ピストン３はクランクシャフト３１に連結され、クランクシャフト３１は変速機（トランスミッション）３２に連結される。本実施形態において変速機３２は、トルクコンバータを備えた通常の自動変速機を使用しているが、手動変速機等を用いることもできる。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）４１はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス４２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）４４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４５、入力ポート４６及び出力ポート４７を具備する。エアフローメータ１６、空燃比センサ２３、排気温センサ２４、水温センサ２５、圧力センサ２６、及び負圧センサ３０の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器４８を介して入力ポート４６に入力される。

また、アクセルペダル５０にはアクセルペダルの踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４８を介して入力ポート４６に入力される。さらに、車両には現在位置における地面の勾配を検出するため加速度センサ５２が取り付けられており、加速度センサ５２の出力電圧は対応するＡＤ変換器４８を介して入力ポート４６に入力される。クランク角センサ５３は例えばクランクシャフトが３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート４６に入力される。ＣＰＵ４５ではこのクランク角センサ５３の出力パルスから機関回転数Ｎｅが計算される。一方、出力ポート４７は対応する駆動回路４９を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１、ステップモータ１７、及び変速機３２に接続される。

図２は、機関始動時において点火時期を制御する機関始動時点火時期制御操作のフローチャートである。この操作はＥＣＵ４１によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。設定時間毎の割り込みではなく、機関始動後最初にブレーキが解除されたことをトリガーとして１回だけ実行されるように、ＥＣＵ４１によって予め定められたルーチンとして行われるようにしてもよい。

まず、ステップ１０１において、点火時期の補正量の算出が行われる。点火時期の補正は、触媒温度Ｔｃをどれだけ早く、何度まで昇温させたいか応じて算出される。算出方法はいくつか考えられるが、例えば、水温センサ２５によって検出された機関冷却水温Ｔｋと機関回転数Ｎｅとを引数としたマップ又は計算式より求められる。このマップ又は計算式は予め実験的に又は計算によって求められ、ＲＯＭ４４に保存されている。この場合、まだ機関始動直後で機関冷却水温Ｔｋが低い場合は、触媒温度Ｔｃもまだ低いと考えられるため、排気浄化触媒２０を昇温させるための補正量、即ち、出力及び燃料消費率が最良となる点火時期（ＭＢＴ）からの遅角量が算出される。次いでステップ１０２へと進む。

ステップ１０２では、加速度センサ５２によって検出された、車両の現在位置における勾配情報Ｉｇを読み込み、ステップ１０３へと進む。ここで、勾配情報Ｉｇには、車両が現在車両の進行方向に向かって、上り坂にいるのか、下り坂にいるのか、さらに上り坂又は下り坂にいるのであれば、その傾斜角は何度であるのか、といった情報が含まれている。なお、加速度センサ５２は、全地球測位システム（ＧＰＳ：グローバル・ポジショニング・システム）によって代用可能である。即ち、地図情報を三次元的に有し、車両の位置及び向いている方位を測定可能なシステムを車両が備えていれば、加速度センサ５２と同様の勾配情報Ｉｇをそれによって検出することが可能である。

次いで、ステップ１０３では、トルクコンバータを備えた自動変速機において、アクセルペダルを踏まないエンジンアイドリング状態で車両が動く、クリープ現象に起因する駆動力によって生じる車輪軸に作用するトルクの推定値である、推定車輪軸トルクＮｓを算出する。推定車輪軸トルクＮｓは、例えば、吸入空気流量Ｇａと機関回転数Ｎｅとを引数としたトランスミッションギア位置毎のマップ又は計算式より求められる。このマップ又は計算式は予め実験等に又は計算によって求められ、ＲＯＭ４４に保存されている。推定車輪軸トルクＮｓを算出した後、ステップ１０４へと進む。なお、変速機３２に手動変速機を用いた場合には、このステップ１０３は省略される。

次いで、ステップ１０４では、ステップ１０２で読み込まれた勾配情報Ｉｇ及びステップ１０３で算出された推定車輪軸トルクＮｓ、その他車両重量、摩擦抵抗等に基づいて推定される車両の推定加速度Ａｅが算出される。この推定加速度Ａｅは、車両が下り坂にいる場合の進行方向の加速度のみならず、車両が上り坂にいる場合に、進行方向とは反対側の後方への加速度も含まれている絶対値を表す値である。その後、ステップ１０５へと進む。

次いで、ステップ１０５では、ステップ１０４で算出した推定加速度Ａｅが予め定められた加速度Ａ０以上か否かが判定される。加速度Ａ０は、例えば、推定加速度Ａｅがその値以上である場合に点火時期遅角制御を行うと、ブレーキ解除後に車両速度が上昇した場合、ドライバのブレーキ要求に対応可能な吸入負圧を確保できなくなる値として実験的に求められる。加速度Ａ０は、一定の値であってもよく、ステップ１０１で算出した点火時期の補正量やその他触媒温度Ｔｃ等に基づいて変動する値であってもよい。

ステップ１０５において、推定加速度Ａｅが予め定められた加速度Ａ０以上であるならば、次いでステップ１０６へと進む。ステップ１０６では、上述のように推定加速度Ａｅが、このまま車両速度が上昇すると、ドライバのブレーキ要求に対応可能な吸入負圧を確保できない状況に成りうることが予見されている。従って、触媒温度Ｔｃの昇温より吸入負圧の確保を優先し、点火時期の遅角量にゼロを設定し、点火時期遅角制御は行わずにルーチンを終了する。即ち、本発明では、車両速度ではなく、車両が動き出す前又は動き出した直後に推定された推定加速度Ａｅを用いて判定していることから、より早いタイミングで遅角量をゼロにすることが可能となる。なお、ドライバのブレーキ要求に対応可能な吸入負圧を確保できるのであれば、遅角量をゼロでなく、ステップ１０１で算出された遅角量よりも減少するようにしてもよい。

一方、ステップ１０５において、推定加速度Ａｅが予め定められた加速度Ａ０未満であるならば、次いでステップ１０７へと進む。ステップ１０７では、車両速度が急激に上昇することはなく、ドライバのブレーキ要求に対応可能な吸入負圧を確保できない状況になることはない。従って、触媒温度Ｔｃを昇温させるべく、ステップ１０１で算出された遅角量に基づいて点火時期遅角制御が実行される。

本発明の点火制御装置が用いられる内燃機関全体の図である。 点火時期制御操作のフローチャートである。

符号の説明

１ 機関本体
３ ピストン
５ 燃焼室
６ 吸気弁
８ 排気弁
１０ 点火プラグ
２０ 排気浄化触媒
２８ ブレーキブースタ
３２ 変速機
４１ ＥＣＵ
５１ 負荷センサ
５２ 加速度センサ
５３ クランク角センサ

Claims (2)

1. 内燃機関の吸入負圧を倍力源とするブレーキブースタを備えた車両に搭載されると共に、機関始動時に点火時期を遅角する点火時期遅角制御を行うことで触媒を昇温させる制御装置であって、車両位置の勾配を検出する勾配検出手段と、該勾配検出手段によって検出された勾配情報に基づいて車両の加速度を推定する加速度推定手段とを具備し、機関始動時に該加速度推定手段によって推定された加速度が予め定められた値以上のときは点火時期遅角制御を制限する内燃機関の制御装置。
2. 自動変速機搭載車両において、前記加速度推定手段が、前記勾配情報とクリープ現象に起因する駆動力とに基づいて車両の加速度を推定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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