JP2010019153A - エンジンの出力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの不要な重量増加を抑え、フリクションを低減し得る、エンジンの出力制御装置を提供すること。
【解決手段】エンジン回転数およびエンジン出口水温をパラメータとしてマップを参照することによって上限ガードとなる吸入空気量Ｇａを決定し、吸入空気量が決定された吸入空気量Ｇａに制限されるようにスロットルバルブの開度を調整することによって気筒内圧を太い実線で示すように制御する。これにより、シリンダボア低水温時に、疲労限度線に沿わせる形で最大気筒内圧が抑制される。
【選択図】図４

Description

本発明は、ガソリンエンジンの出力制御装置に関する。

一般に、ターボ過給機付ディーゼルエンジンでは、オイルポンプにより圧送される潤滑用のオイルがメインギャラリから流通量調節用の絞りなどを介してターボ過給機の軸受部分に供給されるようになっているが、０°Ｃ以下の極冷間時におけるエンジン始動直後には、ターボ過給機の軸受部分に潤滑オイルが充分に行き渡るまでにターボ過給機の回転数が上昇して、ターボ過給機の軸受部分の焼付きが懸念される場合がある。

上記極冷間時でもエンジンの始動は良好に行なわれることが望ましく、このため、最近のディーゼルエンジンでは、たとえば、始動時に燃焼室を加熱するグロープラグを設けることなどで始動促進が図られているが、このように始動促進が図られて極冷間時でも短時間で始動が完了すると、始動直後にアクセルペダルが踏み込まれることなどでターボ過給機の回転数がかなり高くなることがある。

一方、このような極冷間時にはオイルの粘度が高いために、オイルポンプにより圧送されたオイルがメインギャラリおよび絞りなどを経てターボ過給機の軸受部分に達するまでにはかなりの時間を要するため、始動完了後もある程度の時間はターボ過給機の軸受部分に対してオイルが供給されない状態が持続し、その間にターボ過給機の回転数が上昇すると焼付きなどの問題が生じる。

そこで、特許文献１では、ターボ過給機付で、かつ、少なくともエンジン低負荷域で吸入空気量を規制しないようになっているディーゼルエンジンにおいて、エンジン温度が０°Ｃ以下の極冷間時においてエンジン始動開始時から設定時間だけ、最大燃料噴射量を抑制することによってターボ過給機の高回転化を抑制する技術が提案されている。
特開平１１−３２４７５８号公報

ところで、ガソリンエンジンにおいては、外気温および油温が低いときのエンジンの始動にあたって、暖機運転なしに最高回転および最高トルクで運転するというあり得ない条件でも強度保証するために、極低温始動時にシリンダボアとピストンとの熱膨張差で応力が大きくなることを考慮して、ピストンのスカート部からサイドウォール部にかけて肉盛りしている。

そのため、エンジン重量が増加し、フリクションが悪化している。このフリクションの悪化は、燃費の悪化をまねく。

本発明は、上記に鑑みなされたもので、エンジンの不要な重量増加を抑え、フリクションを低減し得る、エンジンの出力制御装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明にかかるエンジンの出力制御装置は、エンジンの回転数およびエンジンの出口水温に基づいて上限ガードとなる吸入空気量を決定するための吸入空気量決定手段と、吸入空気量が前記吸入空気量決定手段により決定された吸入空気量に制限されるようにスロットルバルブの開度を調整することによって気筒内圧を制御するための気筒内圧制御手段とを含む。

上記構成において、エンジンの回転数およびエンジンの出口水温に基づいて上限ガードとなる吸入空気量が決定される。そして、吸入空気量が決定された吸入空気量に制限されるようにスロットルバルブの開度が調整され、それによって気筒内圧が制御される。これにより、シリンダボア低水温時に、疲労限度線に沿わせる形で最大気筒内圧を抑制できる。したがって、エンジンの不要な重量増加が抑えられ、フリクションが低減される。

なお、上限ガードとなる吸入空気量を決定する手法としては、エンジン回転数およびエンジン出口水温をパラメータとしてマップを参照することにより吸入空気量を決定する手法、およびエンジン回転数およびエンジン出口水温から計算により吸入空気量を決定する手法などを例示することができる。

具体的には、前記吸気量決定手段は、前記エンジンの回転数がピストンのスカート部の過大応力が問題となる高回転領域で、かつ、前記エンジンの出口水温がピストンのスカート部の過大応力が問題となる低温領域であるときに、前記上限ガードとなる吸入空気量を決定する。

なお、前記エンジンは、ガソリンエンジンである。

本発明によると、シリンダボア低水温時に、疲労限度線に沿わせる形で最大気筒内圧を抑制できるので、エンジンの不要な重量増加を抑えてフリクションを低減することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

＜エンジン＞
図１は本発明の実施の形態にかかるエンジンの出力制御装置が適用されるエンジンの概略図である。

図１において、参照符号１はエンジンである。このエンジン１は、たとえば、４気筒ガソリンエンジンであって、図１に示すように、各気筒を構成するシリンダブロック１ａ内に、上下方向に往復運動するピストン１ｂが設けられている。

ピストン１ｂは、コネクティングロッド１７を介してクランクシャフト１１に連結されており、ピストン１ｂの往復運動がコネクティングロッド１７によってクランクシャフト１１の回転へと変換される。

クランクシャフト１１は、たとえば、図示しないトルクコンバータの入力軸に接続される。

クランクシャフト１１の回転数（エンジン回転数）は、エンジン回転数センサ２０１によって検出される。このエンジン回転数センサ２０１は、たとえば、電磁ピックアップであって、クランクシャフト１１が回転する際にシグナルロータ１８の突起１８ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。

エンジン１のシリンダブロック１ａには、エンジン１の出口水温を検出する水温センサ２０７が配置されている。

エンジン１の燃焼室１ｃには、点火プラグ１５が配置されている。この点火プラグ１５の点火タイミングは、イグナイタ１６によって調整される。イグナイタ１６は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００によって制御される。

また、エンジン１の燃焼室１ｃには、吸気通路１ｄと排気通路１ｅとが接続されている。吸気通路１ｄと燃焼室１ｃとの間には、吸気バルブ１ｆが設けられており、この吸気バルブ１ｆを開閉駆動することにより、吸気通路１ｄと燃焼室１ｃとが連通または遮断される。一方、燃焼室１ｃと排気通路１ｅとの間には、排気バルブ１ｇが設けられており、この排気バルブ１ｇを開閉駆動することにより、燃焼室１ｃと排気通路１ｅとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１ｆおよび排気バルブ１ｇの開閉駆動は、クランクシャフト１１の回転が伝達される吸気カムシャフトおよび排気カムシャフト（いずれも図示せず。）の各回転によって行なわれる。

吸気通路１ｄには、熱線式のエアフロメータ（吸入空気量センサ）２０８、エアフロメータ２０８に内蔵された吸気温センサ２０９、およびエンジン１の吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ１２が配置されている。

スロットルバルブ１２は、スロットルモータ１３によって駆動される。このスロットルバルブ１２は、運転者のアクセルペダル操作とは独立してスロットル開度を電子的に制御することが可能であり、その開度（スロットル開度）はスロットル開度センサ２０２によって検出される。また、スロットルモータ１３は、ＥＣＵ１００によって駆動制御される。

具体的には、エンジン回転数センサ２０１によって検出されるエンジン回転数と運転者のアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）等のエンジン１の運転状態に応じた最適な吸入空気量（目標吸気量）が得られるようにスロットルバルブ１２のスロットル開度を制御している。より詳細には、スロットル開度センサ２０２を用いてスロットルバルブ１２の実際のスロットル開度を検出し、その実スロットル開度が、上記目標吸気量が得られるスロットル開度（目標スロットル開度）に一致するようにスロットルバルブ１２のスロットルモータ１３をフィードバック制御している。

そして、吸気通路１ｄには、燃料噴射用のインジェクタ（燃料噴射弁）１４が配置されている。インジェクタ１４には、燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料が供給され、吸気通路１ｄに燃料が噴射される。この噴射燃料は、吸入空気と混合されて混合気となってエンジン１の燃焼室１ｃに導入される。燃焼室１ｃに導入された混合気（燃料＋空気）は、点火プラグ１５にて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室１ｃ内での燃焼・爆発によりピストン１ｂが往復運動してクランクシャフト１１が回転する。

上記のエンジン１の運転状態は、ＥＣＵ１００によって制御される。

＜ＥＣＵ＞
図２はＥＣＵの構成を示すブロック図である。

図２を参照して、ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３およびバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。

ＣＰＵ１０１は、ＥＣＵ１００の制御中枢を司るものであって、ＲＯＭ１０２に記憶された各種の制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。

ＲＯＭ１０２には、各種の制御プログラムや、図３に示すマップなどが記憶されている。

ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４は、エンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性メモリである。

これらＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３およびバックアップＲＡＭ１０４はバス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５および出力インターフェース１０６と接続されている。

入力インターフェース１０５には、エンジン回転数センサ２０１、スロットル開度センサ２０２、水温センサ２０７、エアフロメータ（吸入空気量センサ）２０８および吸気温センサ２０９などが接続されており、これらの各センサからの信号がＥＣＵ１００に入力される。

出力インターフェース１０６には、スロットルバルブ１２のスロットルモータ１３、インジェクタ１４、および点火プラグ１５のイグナイタ１６などが接続されている。

ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、エンジン１のスロットルバルブ１２の開度制御、点火時期制御（イグナイタ１６の駆動制御）、および燃料噴射量制御（インジェクタ１４の開閉制御）などを含むエンジン１の各種制御を実行する。特に、本実施の形態では、後述するエンジン１の出力制御を行なう。

＜マップ＞
図３はエンジン回転数およびエンジン出口水温をパラメータとして吸入空気量を決定するためのマップの一例を示す図である。

図３を参照して、このマップでは、エンジン回転数がピストン１ｂのスカート部の過大応力が問題となる高回転領域（４０００〜６２００ｒｐｍ）で、かつ、エンジン出口水温がピストン１ｂのスカート部の過大応力が問題となる低温領域（３５〜−３０℃）であるときに、上限ガードとなる吸入空気量Ｇａ（Ｇａ−１１＜Ｇａ−１２＜Ｇａ−１３＜Ｇａ−１４・・・＜Ｇａ―１Ｎ，・・・，Ｇａ−２１＜Ｇａ−２２＜Ｇａ−２３＜Ｇａ―２４・・・＜Ｇａ―２Ｎ）が決定されるように構成されている。

換言すると、シリンダボア温度≒エンジン出口水温と仮定して、エンジン回転数が４０００〜６２００ｒｐｍの範囲では、エンジン出口水温に対して、図４に示すように、最大気筒内圧が従来の値以下になるように吸入吸気量Ｇａに制限をかけるようになっている。詳細には、エンジン出口水温が３５〜０℃の範囲では、エンジン出口水温が下がるにしたがって最大気筒内圧が従来の値より漸次低下するように設定され、エンジン出口水温が０〜−３０℃の範囲では、最大気筒内圧が従来の値の０．８倍に設定される。

＜エンジンの出力制御動作＞
ＥＣＵ１００内のＣＰＵ１０１は、エンジン回転数センサ２０１および水温センサ２０７からの各検出データを読み込む。この読み込んだエンジン１の回転数がピストン１ｂのスカート部の過大応力が問題となる高回転領域（４０００〜６２００ｒｐｍ）で、かつ、エンジン１の出口水温がピストン１ｂのスカート部の過大応力が問題となる低温領域（３５〜−３０℃）であれば、ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３に記憶されている図３のマップを参照して吸入空気量Ｇａ（Ｇａ−１１，Ｇａ−１２，Ｇａ−１３，Ｇａ−１４，・・・Ｇａ―１Ｎ，・・・Ｇａ−２１，Ｇａ−２２，Ｇａ−２３，Ｇａ―２４，・・・Ｇａ―２Ｎ）を決定する。

エンジン回転数およびエンジン出口水温をパラメータとして吸入空気量Ｇａを決定すると、ＥＣＵ１００内のＣＰＵ１０１は、スロットルモータ１３の駆動を制御して、吸入空気量が上記決定された吸入空気量Ｇａに制限されるようにスロットルバルブ１２の開度を調整する。そうすると、図４において太い実線で示すように、最大気筒内圧が制御される。

＜作用・効果＞
本実施の形態によると、以下の作用・効果を奏する。

エンジン１の回転数およびエンジン１の出口水温をパラメータとしてマップが参照され、それによって上限ガードとなる吸入空気量Ｇａが決定される。具体的には、エンジン回転数がピストン１ｂのスカート部の過大応力が問題となる高回転領域で、かつ、エンジン出口水温がピストン１ｂのスカート部の過大応力が問題となる低温領域であるときに、上限ガードとなる吸入空気量Ｇａが決定される。そして、吸入空気量が決定された吸入空気量Ｇａに制限されるようにスロットルバルブ１２の開度が調整され、それによって気筒内圧が制御される（図４参照）。

これにより、シリンダボア低水温時に、疲労限度線に沿わせる形で最大気筒内圧を抑制できる。したがって、エンジン１の不要な重量増加が抑えられ、フリクションが低減される。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。

たとえば、上記実施の形態においては、エンジン回転数およびエンジン出口水温をパラメータとしてマップを参照することにより吸入空気量を決定する例について記載した。しかし、本発明はそのような構成には限定されない。エンジン回転数およびエンジン出口水温から計算により吸入空気量を決定するようにしても、本発明の目的は十分に達成できる。

その他、本明細書に添付の特許請求の範囲内での種々の設計変更および修正を加え得ることは勿論である。

本発明の実施の形態にかかるエンジンの出力制御装置が適用されるエンジンの概略図である。 ＥＣＵの構成を示すブロック図である。 エンジン回転数およびエンジン出口水温をパラメータとして吸入空気量を決定するためのマップの一例を示す図である。 エンジン出口水温と気筒内圧との関係を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
１００ ＥＣＵ
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ
２０１ エンジン回転数センサ
２０７ 水温センサ

Claims (3)

1. エンジンの回転数およびエンジンの出口水温に基づいて上限ガードとなる吸入空気量を決定するための吸入空気量決定手段と、
   吸入空気量が前記吸入空気量決定手段により決定された吸入空気量に制限されるようにスロットルバルブの開度を調整することによって気筒内圧を制御するための気筒内圧制御手段とを含むことを特徴とするエンジンの出力制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの出力制御装置において、
   前記吸気量決定手段は、前記エンジンの回転数がピストンのスカート部の過大応力が問題となる高回転領域で、かつ、前記エンジンの出口水温がピストンのスカート部の過大応力が問題となる低温領域であるときに、前記上限ガードとなる吸入空気量を決定することを特徴とするエンジンの出力制御装置。
3. 請求項１または２に記載のエンジンの出力制御装置において、
   前記エンジンは、ガソリンエンジンであることを特徴とするエンジンの出力制御装置。

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