JP2009299669A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン回転速度の上昇を出力制限用の上限回転速度で制限するシステムにおいて、上限回転速度を燃料のアルコール濃度に応じた適正値に設定できるようにする。
【解決手段】シフト位置（シフトレバーの操作位置）に応じて基本上限回転速度を設定すると共に、燃料のアルコール濃度に応じてアルコール濃度補正係数を設定し、基本上限回転速度をアルコール濃度補正係数で補正して最終的な上限回転速度を求めることで、燃料のアルコール濃度に応じてエンジンの上限出力（エンジン出力の許容範囲の上限値）を発生するエンジン回転速度が変化するのに対応して、上限回転速度を補正して、上限回転速度を燃料のアルコール濃度に応じた適正値（上限出力に相当するエンジン回転速度）に精度良く設定する。この上限回転速度でエンジン回転速度の上昇を制限することで、エンジンを確実に保護しながら、エンジンの性能を十分に発揮させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の回転速度の上昇を出力制限用の上限回転速度で制限する内燃機関の制御装置に関する発明である。

近年、ＣＯ2 排出量削減、石油代替燃料の活用等の社会的要請から、燃料として、ガソリン、アルコール（エタノールやメタノール等）、ガソリンにアルコールを混合したアルコール混合燃料をいずれも使用可能な内燃機関を搭載した自動車の需要が増加してきている。このようなシステムにおいては、特許文献１（特開平４−３６０６６号公報）に記載されているように、ノックセンサの出力信号とノック判定値とを比較してノックの有無を判定し、その判定結果に応じて点火時期を補正するノック制御を行う際に、燃料のアルコール濃度が高くなるほどノック判定値を小さくすることで、点火時期を適正値に制御するようにしたものがある。
特開平４−３６０６６号公報（第１頁等）

一般に、アルコール燃料（アルコールやアルコール混合燃料）は、ガソリンに比べて、オクタン価が高く、点火時期のノック限界が進角側となるため、ノック制御により点火時期を進角側に補正して内燃機関の出力を高めることができる。しかも、アルコール燃料はガソリンに比べて、気化潜熱が大きく、気化潜熱による混合気の冷却効果が高いため、混合気の筒内充填効率が向上し、上述した点火時期の進角補正との相乗効果によって内燃機関の出力を効率良く高めることができるという特徴がある。このため、図２に示すように、燃料のアルコール濃度が高くなるほど、内燃機関の回転速度が同じであっても、内燃機関の出力が高くなるという出力特性となるが、このような燃料のアルコール濃度による内燃機関の出力特性の変化によって、次のような問題が発生する。

内燃機関の保護を目的として、内燃機関の出力が所定の上限出力（出力の許容範囲の上限値）を越えることを防止するために、内燃機関の回転速度の上昇を上限回転速度（上限出力に相当する回転速度）で制限する際に、燃料のアルコール濃度による内燃機関の出力特性の変化によって、図３に示すように、燃料のアルコール濃度に応じて内燃機関の上限出力を発生する回転速度が変化してしまう。

このため、燃料のアルコール濃度が低い時の出力特性を基準にして、上限出力を発生する回転速度（例えば６６００ｒｐｍ）を上限回転速度として設定すると、燃料のアルコール濃度が高くなったときに、内燃機関の回転速度が上限回転速度に到達する前に、内燃機関の出力が上限出力を越えて過大になってしまい、内燃機関が損傷したり耐久性が低下する原因となる。

反対に、燃料のアルコール濃度が高い時の出力特性を基準にして、上限出力を発生する回転速度（例えば６０００ｒｐｍ）を上限回転速度として設定すると、燃料のアルコール濃度が低くなったときに、内燃機関の出力が上限出力に到達する前に、内燃機関の回転速度が上限回転速度に到達して上限回転速度で制限されてしまうため、内燃機関の出力を上限出力付近まで上昇させることができず、内燃機関の性能を十分に発揮させることができない。

本発明は、これらの事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、内燃機関の出力制限用の上限回転速度を燃料のアルコール濃度に応じた適正値に設定することができ、内燃機関を確実に保護しながら、内燃機関の性能を十分に発揮させることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の回転速度の上昇を出力制限用の上限回転速度で制限する内燃機関の制御装置において、内燃機関に供給される燃料のアルコール濃度をアルコール濃度判定手段により検出又は推定し、そのアルコール濃度に応じて上限回転速度を上限回転速度補正手段により補正するようにしたものである。

この構成では、燃料のアルコール濃度に応じて上限回転速度を補正することができるため、燃料のアルコール濃度に応じて内燃機関の上限出力（出力の許容範囲の上限値）を発生する回転速度が変化するのに対応して、上限回転速度を補正して、上限回転速度を、実際に上限出力を発生する回転速度に設定することができる。これにより、燃料のアルコール濃度によって内燃機関の出力特性（回転速度と出力との関係）が変化するという事情があっても、内燃機関の出力制限用の上限回転速度を燃料のアルコール濃度に応じた適正値（上限出力を発生する回転速度）に設定することができ、内燃機関を確実に保護しながら、内燃機関の性能を十分に発揮させることができる。

この場合、請求項２のように、アルコール濃度が高くなるほど上限回転速度を低くするように補正すると良い。このようにすれば、燃料のアルコール濃度が高くなるほど内燃機関の上限出力を発生する回転速度が低くなるのに対応して、上限回転速度を低くすることができ、燃料のアルコール濃度に応じて上限回転速度を適正値（上限出力を発生する回転速度）に精度良く設定することができる。

また、上限回転速度の具体的な設定方法は、例えば、請求項３のように、変速機を操作するシフトレバーの操作位置に応じて基本上限回転速度を基本上限回転速度算出手段により設定すると共に、燃料のアルコール濃度に応じてアルコール濃度補正値を補正値設定手段により設定し、基本上限回転速度をアルコール濃度補正値で補正して上限回転速度を求めるようにしても良い。要するに、シフトレバーの操作位置に応じて変速機の状態（例えば、ニュートラル状態であるか否か等）が変化して内燃機関の上限回転速度が変化するため、シフトレバーの操作位置に応じて設定した基本上限回転速度を、アルコール濃度に応じて設定したアルコール濃度補正値で補正して上限回転速度を求めるようにすれば、内燃機関の出力制限用の上限回転速度をシフトレバーの操作位置（変速機の状態）と燃料のアルコール濃度とに応じた適正値に設定することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキング振動を検出するノックセンサ２９が取り付けられている。また、クランク軸２７の外周側には、クランク軸２７が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２８が取り付けられ、このクランク角センサ２８の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

エンジン１１は、燃料として、ガソリン、アルコール（エタノールやメタノール等）、ガソリンにアルコールを混合したアルコール混合燃料をいずれも使用可能であり、これらのガソリン、アルコール、アルコール混合燃料のいずれかを給油してエンジン１１に供給するようになっている。燃料を貯溜する燃料タンク３０内には、燃料を汲み上げる燃料ポンプ３１が設けられている。この燃料ポンプ３１から吐出される燃料は、燃料配管３２を通してデリバリパイプ３３に送られ、このデリバリパイプ３３から各気筒の燃料噴射弁２１に分配される。

また、燃料タンク３０から燃料噴射弁２１までの燃料供給系の適宜の箇所に、燃料のアルコール濃度（例えばエタノール混合率）を検出するアルコール濃度センサ３４（アルコール濃度判定手段）が設けられている。本実施例では、燃料タンク３０内に配置された燃料ポンプ３１と一体的にアルコール濃度センサ３４が設けられている。このアルコール濃度センサ３４は、例えば、燃料の誘電率に応じた静電容量を測定してアルコール濃度を検出する静電容量式のアルコール濃度センサ、或は、燃料の透過光量（透過率）を測定してアルコール濃度を検出する光学式（透過式）のアルコール濃度センサである。

これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３５に入力される。このＥＣＵ３５は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。

また、ＥＣＵ３５は、エンジン１１の保護を目的としてエンジン出力が所定の上限出力（エンジン出力の許容範囲の上限値）を越えて過大になることを防止するために、後述する図６の回転速度制限制御ルーチンを実行することで、エンジン回転速度を出力制限用の上限回転速度で制限する回転速度制限制御を次のようにして実行する。

図４に示すように、まず、基本上限回転速度設定部３７（基本上限回転速度設定手段）で、自動変速機（図示せず）を操作するシフトレバーの操作位置（シフト位置）に応じて基本上限回転速度を設定する。具体的には、シフト位置がＤレンジ（ドライブレンジ）であるかＮレンジ（ニュートラルレンジ）であるかを判定し、シフト位置がＤレンジの場合には、エンジン１１の動力が駆動系を介して車輪側に伝達される状態となっているため、エンジン１１の上限回転速度を、エンジン１１と駆動系の両方を保護するＤレンジ用の基本上限回転速度に設定する。ここで、Ｄレンジは、Ｌレンジ（ローレンジ）、２レンジ（セカンドレンジ）等の走行レンジを含めるようにしても良い。

一方、シフト位置がＮレンジの場合には、エンジン１１の動力が車輪側に伝達されないニュートラル状態であるため、エンジン１１の上限回転速度を、ニュートラル時にエンジン１１を保護するＮレンジ用の基本上限回転速度に設定する。尚、基本上限回転速度は、変速機の種類（自動変速機であるか手動変速機であるか等）に応じて変更しても良い。

また、アルコール濃度補正係数設定部３８（補正値設定手段）で、図５に示すアルコール濃度補正係数のマップを参照して、アルコール濃度センサ３４で検出した燃料のアルコール濃度に応じたアルコール濃度補正係数を算出する。一般に、燃料のアルコール濃度が高くなるほどエンジン１１の上限出力を発生するエンジン回転速度が低くなるため、図５のアルコール濃度補正係数のマップは、燃料のアルコール濃度が高くなるほどアルコール濃度補正係数が小さくなって上限回転速度が低くなるように設定されている。

この後、上限回転速度補正部３９（上限回転速度補正手段）で、基本上限回転速度にアルコール濃度補正係数を乗算して最終的な上限回転速度を求めることで、燃料のアルコール濃度に応じて補正した上限回転速度を設定する。
上限回転速度＝基本上限回転速度×アルコール濃度補正係数

これにより、燃料のアルコール濃度に応じてエンジン１１の上限出力を発生するエンジン回転速度が変化するのに対応して、上限回転速度を補正して、上限回転速度を、上限出力を発生するエンジン回転速度相当値に設定する。

このようにして、上限回転速度を設定した後、回転速度制限制御部４０で、エンジン回転速度が上限回転速度を越えたか否かを判定し、エンジン回転速度が上限回転速度を越えたと判定された場合に、スロットル開度を閉じ側（吸入空気量の減少側）に補正するようにスロットルバルブ１６のモータ１５を制御する。これにより、エンジン回転速度の上昇を上限回転速度で制限して、エンジン出力が上限出力を越えて過大になることを防止する。

尚、エンジン回転速度の上昇を上限回転速度で制限する際に、上記スロットル閉じ側制御の他に、一部の気筒の燃料噴射を停止（燃料カット）して減筒運転することでエンジン回転速度の上昇を抑制するようにしたり、点火時期を遅角制御してエンジン回転速度の上昇を抑制するようにしても良く、勿論、これらの制御を組み合わせて実施しても良い。

以上説明した回転速度制限制御は、ＥＣＵ３５によって図６の回転速度制限制御ルーチンに従って実行される。以下、このルーチンの処理内容を説明する。
図６に示す回転速度制限制御ルーチンは、ＥＣＵ３５の電源オン中に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、シフトレバーの操作位置（シフト位置）がＤレンジであるかＮレンジであるかを判定する。

このステップ１０１で、シフト位置がＤレンジであると判定された場合には、ステップ１０２に進み、エンジン１１の上限回転速度をＤレンジ用の基本上限回転速度に設定する。

一方、上記ステップ１０１で、シフト位置がＮレンジであると判定された場合には、ステップ１０３に進み、エンジン１１の上限回転速度をＮレンジ用の基本上限回転速度に設定する。

この後、ステップ１０４に進み、図５に示すアルコール濃度補正係数のマップを参照して、アルコール濃度センサ３４で検出した燃料のアルコール濃度に応じたアルコール濃度補正係数を算出した後、ステップ１０５に進み、基本上限回転速度をアルコール濃度補正係数で補正して最終的な上限回転速度を求めることで、燃料のアルコール濃度に応じて補正した上限回転速度を設定する。
上限回転速度＝基本上限回転速度×アルコール濃度補正係数

この後、ステップ１０６に進み、エンジン回転速度が上限回転速度を越えたか否かを判定し、エンジン回転速度が上限回転速度を越えたと判定された場合には、ステップ１０７に進み、スロットル開度を閉じ側（吸入空気量の減少側）に補正するようにスロットルバルブ１６のモータ１５を制御する。これにより、エンジン回転速度の上昇を上限回転速度で制限して、エンジン出力が上限出力を越えて過大になることを防止する。

以上説明した本実施例では、燃料のアルコール濃度に応じて上限回転速度を補正するようにしたので、燃料のアルコール濃度に応じてエンジン１１の上限出力（エンジン出力の許容範囲の上限値）を発生するエンジン回転速度が変化するのに対応して、上限回転速度を補正して、上限回転速度を、実際に上限出力を発生するエンジン回転速度に設定することができる。これにより、燃料のアルコール濃度によってエンジン１１の出力特性（回転速度と出力との関係）が変化するという事情があっても、エンジン１１の出力制限用の上限回転速度を燃料のアルコール濃度に応じた適正値（実際に上限出力を発生するエンジン回転速度）に設定することができ、エンジン１１を確実に保護しながら、エンジン１１の性能を十分に発揮させることができる。

また、本実施例では、シフトレバーの操作位置に応じて基本上限回転速度を設定すると共に、燃料のアルコール濃度に応じてアルコール濃度補正係数を設定し、基本上限回転速度をアルコール濃度補正係数で補正して最終的な上限回転速度を求めるようにしたので、エンジン１１の出力制限用の上限回転速度をシフトレバーの操作位置（自動変速機の状態）と燃料のアルコール濃度とに応じた適正値に設定することができる。

尚、燃料のアルコール濃度に応じて上限回転速度を補正する方法は、適宜変更しても良く、例えば、燃料のアルコール濃度に応じてアルコール濃度補正量を算出し、基本上限回転速度にアルコール濃度補正量を加算（又は減算）して最終的な上限回転速度を求めるようにしても良い。或は、シフトレバーの操作位置と燃料のアルコール濃度とをパラメータとして上限回転速度を算出するマップ又は数式を用いて上限回転速度を算出するようにしても良い。

また、上記実施例では、アルコール濃度センサ３４で燃料のアルコール濃度を検出するようにしたが、アルコール濃度センサ３４を備えていないシステムの場合には、例えば、空燃比フィードバック補正量、空燃比のずれ量、燃焼安定性（エンジン回転変動）、エンジントルク等の少なくとも１つに基づいて燃料のアルコール濃度を推定するようにしても良い。

その他、本発明は、図１に示すような吸気ポート噴射式エンジンに限定されず、筒内噴射式エンジンや、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたデュアル噴射式のエンジンにも適用して実施できる。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 燃料のアルコール濃度とエンジン出力との関係を示す特性図である。 燃料のアルコール濃度と上限出力を発生するエンジン回転速度との関係を示す特性図である。 回転速度制限制御の機能を概略的に示すブロック図である。 アルコール濃度補正係数のマップの一例を概念的に示す図である。 回転速度制限制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、３０…燃料タンク、３１…燃料ポンプ、３４…アルコール濃度センサ（アルコール濃度判定手段）、３５…ＥＣＵ、３７…基本上限回転速度設定部（基本上限回転速度設定手段）、３８…アルコール濃度補正係数設定部（補正値設定手段）、３９…上限回転速度補正部（上限回転速度補正手段）、４０…回転速度制限制御部

Claims (3)

1. 内燃機関の回転速度の上昇を出力制限用の上限回転速度で制限する内燃機関の制御装置において、
   内燃機関に供給される燃料のアルコール濃度を検出又は推定するアルコール濃度判定手段と、
   前記アルコール濃度に応じて前記上限回転速度を補正する上限回転速度補正手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記上限回転速度補正手段は、前記アルコール濃度が高くなるほど前記上限回転速度を低くするよう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。
3. 変速機を操作するシフトレバーの操作位置に応じて基本上限回転速度を設定する基本上限回転速度設定手段と、
   前記アルコール濃度に応じてアルコール濃度補正値を設定する補正値設定手段とを備え、
   前記上限回転速度補正手段は、前記基本上限回転速度を前記アルコール濃度補正値で補正して前記上限回転速度を求め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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