JP2013194532A

JP2013194532A - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP2013194532A
Application number: JP2012059683A
Authority: JP
Inventors: Masao Nakamura; 正生中村
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】スロットル弁下流の吸気圧から大気圧を推定する頻度を向上させる。
【解決手段】スロットル開度θが略全閉となる条件を含む所定条件が所定時間連続して成立した場合に（Ｓ１〜Ｓ９）、スロットル開度が略全閉である標準大気圧において、エンジン回転速度に応じた吸気圧が設定されたマップを参照し、エンジン回転速度Ｎｅに応じた吸気圧Ｐ₀（基準圧）を算出する（Ｓ１０）。また、センサからスロットル弁の下流における吸気圧Ｐを読み込み、吸気圧Ｐ₀から吸気圧Ｐを減算した差分を算出し、標準大気圧から差分を減算することで大気圧を推定する（Ｓ１１）。スロットル開度θが略全閉となる運転状況は、例えば、車両を減速させるべくアクセルペダルの踏み込みを中止する場合などであるため、所定条件が成立し易くなり、大気圧推定頻度を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの制御装置に関する。

山岳路などを走行する車両においては、高度に応じて空気密度が変化することから、大気圧に応じて燃料噴射量などを補正するエンジン制御がなされている。このため、特開２００５−３６７３３号公報（特許文献１）に記載されるように、スロットル弁が略全開となったときの吸気圧から大気圧を推定する技術が提案されている。

特開２００５−３６７３３号公報

しかしながら、車両を実際に運転する状況を考えると、スロットル弁が略全開となる運転状況、即ち、アクセルペダルを深く踏み込む運転状況は少なく、大気圧の推定頻度が低くなってしまう。このため、車両走行地点における大気圧が推定されないと、その地点における大気圧に基づいてエンジン制御が行われないおそれがあった。

そこで、本発明は、大気圧の推定頻度を向上させた、エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

エンジンの制御装置は、エンジンの吸気系に配設されたスロットル弁の開度が略全閉となった場合に、スロットル弁の下流における吸気圧と基準圧とに基づいて大気圧を推定する。ここで、スロットル弁の開度が略全閉となった場合とは、スロットル弁の開度が全閉位置となった場合だけでなく、標準大気圧に対して現在の大気圧において、スロットル弁の開度が全閉位置付近で、吸気圧が特定の負圧状態に収束する場合を含んでもよい。

車両制動時などは、スロットル弁が略全閉となる状況又はその可能性が増えるため、大気圧の推定頻度を向上させることができる。

車両用エンジンシステムの構成図である。大気圧推定処理を説明するフローチャートである。標準大気圧における吸気圧を算出するマップの説明図である。スロットル開度を一定とした場合における、大気圧とスロットル弁下流における吸気圧との関係を説明する図である。エンジン回転速度，スロットル開度及び吸気圧の変化状態を説明する図である。ターボチャージャを搭載した車両用エンジンシステムの構成図である。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、本実施形態に係るエンジンの制御装置を備えた、車両用エンジンのシステム構成を示す。

エンジン１０は、例えば、直列４気筒ガソリンエンジンであって、各気筒に吸気（吸入空気）を導入するための吸気管１２（吸気系）には、エンジン１０の負荷の一例として、エアクリーナ１４を通過した吸気の吸気流量Ｑを検出する吸気流量センサ１６が取り付けられている。吸気流量センサ１６としては、例えば、エアフローメータなどの熱線式流量計を使用することができる。なお、エンジン１０の負荷としては、吸気流量Ｑに限らず、吸気負圧，アクセル開度など、トルクと密接に関連する公知の状態量を使用することができる。

吸気流量センサ１６の吸気下流に位置する吸気管１２には、図示しないアクセルペダルに連動して開閉する、スロットル弁１８が配設されている。スロットル弁１８は、アクセルペダルと機械的にリンクして開閉する機械式のものに限らず、アクセルペダルの開度に応じて電気的に開閉する電子制御式のものでもよい。なお、機械式のスロットル弁１８を採用する場合には、アイドリングを行うために、アイドル制御弁が配設されたバイパス通路が併設される。

各気筒の燃焼室２０に吸気を導入する吸気ポート２２には、その開口を開閉する吸気弁２４が配設されている。吸気弁２４の吸気上流に位置する吸気管１２、具体的には、スロットル弁１８と吸気弁２４との間に位置する吸気管１２には、吸気ポート２２に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２６が取り付けられている。燃料噴射弁２６は、電磁コイルへの通電によって磁気吸引力が発生すると、スプリングによって閉弁方向に付勢されている弁体がリフトして開弁し、燃料を噴射する、電磁式の燃料噴射弁である。燃料噴射弁２６には、その開弁時間に比例した燃料が噴射されるように、所定圧力に調圧された燃料が供給されている。

燃料噴射弁２６から噴射された燃料は、吸気ポート２２と吸気弁２４との隙間を介して燃焼室２０に吸気と共に導入され、点火プラグ２８の火花点火によって着火燃焼し、その燃焼による圧力がピストン３０をクランクシャフト（図示省略）に向けて押し下げることで、クランクシャフトを回転駆動させる。

また、燃焼室２０から排気を導出する排気ポート３２には、その開口を開閉する排気弁３４が配設され、排気弁３４が開弁することで、排気ポート３２と排気弁３４との隙間を介して、排気が排気管３６へと排出される。排気管３６には、触媒コンバータ３８が配設されており、排気中の有害物質は、触媒コンバータ３８によって無害成分に浄化された後、排気管３６の終端開口から大気中に放出される。ここで、触媒コンバータ３８としては、例えば、排気中のＣＯ（一酸化炭素），ＨＣ（炭化水素）及びＮＯｘ（窒素酸化物）を同時に浄化する三元触媒を使用することができる。

燃料噴射弁２６及び点火プラグ２８は、マイクロコンピュータを内蔵した電子制御装置４０によって制御される。電子制御装置４０は、各種センサ，各種スイッチなどからの信号を入力し、予め格納された制御プログラムに従って、燃料噴射弁２６及び点火プラグ２８の各操作量を決定・出力する。燃料噴射弁２６による燃料噴射制御においては、例えば、各気筒の吸気行程に合わせて個別の燃料噴射を行う、いわゆる「シーケンシャル噴射制御」が行われる。

電子制御装置４０には、吸気流量センサ１６の信号に加え、スロットル弁１８の開度（スロットル開度）θを検出する開度センサ４２、スロットル弁１８の下流における吸気圧Ｐ（絶対圧）を検出する吸気圧センサ４４、エンジン１０の冷却水温度（水温）Ｔｗを検出する水温センサ４６、エンジン１０の回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ４８、車速ＶＳＰを検出する車速センサ５０の各信号が入力される。また、電子制御装置４０には、変速機（図示省略）がニュートラルのときに「ＯＮ」となる一方、変速機が走行段のときに「ＯＦＦ」となるニュートラルスイッチ５２の信号が入力される。なお、吸気流量Ｑ，スロットル開度θ，吸気圧Ｐ，水温Ｔｗ，回転速度Ｎｅ，車速ＶＳＰ及び変速機がニュートラルであるか否かを示すＯＮ／ＯＦＦ信号は、各センサ及びスイッチから読み込む代わりに、ＣＡＮ（Controller Area Network）などの車載ネットワークを介して接続された、他の電子制御装置から読み込むようにしてもよい。

電子制御装置４０は、次のように、燃料噴射弁２６及び点火プラグ２８を制御する。即ち、電子制御装置４０は、吸気流量センサ１６及び回転速度センサ４８から吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅを夫々読み込み、これらに基づいてエンジン運転状態に応じた基本燃料噴射量を算出する。また、電子制御装置４０は、吸気圧センサ４４から吸気圧Ｐを読み込み、後述する処理によって大気圧を推定すると共に、水温センサ４６から水温Ｔｗを読み込み、基本燃料噴射量を大気圧及び水温Ｔｗなどで補正した燃料噴射量を算出する。そして、電子制御装置４０は、エンジン運転状態に応じたタイミングで、燃料噴射量に応じた燃料を燃料噴射弁２６から噴射し、点火プラグ２８を適宜作動させて燃料と吸気との混合気を着火燃焼させる。このとき、電子制御装置４０は、図示省略の空燃比センサから空燃比を読み込み、排気中の空燃比が理論空燃比に近づくように、燃料噴射弁２６をフィードバック制御する。

図２は、電子制御装置４０が起動されたことを契機として、電子制御装置４０が所定時間Δｔごとに繰り返し実行する大気圧推定処理を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、電子制御装置４０が、所定条件が成立し続けている時間（持続時間）を計測するためのタイマーＣをリセット、即ち、タイマーＣを０にクリアする。

ステップ２では、電子制御装置４０が、例えば、回転速度センサ４８から回転速度Ｎｅを読み込み、これが０であるか否かを介して、エンジン１０が作動中であるか否かを判定する。ここで、回転速度Ｎｅが０であるとは、回転速度センサ４８の出力特性に応じて、回転速度を検出可能な最低速度以下を含む。そして、電子制御装置４０は、エンジン１０が作動中であると判定すれば処理をステップ３へと進める一方（Ｙｅｓ）、エンジン１０が作動中でない（即ち、停止中）と判定すれば処理を終了させる（Ｎｏ）。

ステップ３では、電子制御装置４０が、車速センサ５０から車速ＶＳＰを読み込み、これが所定値Ａ以上であるか否かを判定する。ここで、所定値Ａは、大気圧が変化する可能性がある走行状態であるか否かを判定するための閾値であって、例えば、所定時間Δｔの間に高度がある程度変化し得る車速をとる。そして、電子制御装置４０は、車速ＶＳＰが所定値Ａ以上であると判定すれば処理をステップ４へと進める一方（Ｙｅｓ）、車速ＶＳＰが所定値Ａ未満であると判定すれば処理を終了させる（Ｎｏ）。

ステップ４では、電子制御装置４０が、ニュートラルスイッチ５２からＯＮ／ＯＦＦ信号を読み込み、これがＯＦＦであるか否かを介して、変速機が走行段に変速されているか否かを判定する。そして、電子制御装置４０は、変速機が走行段に変速されていると判定すれば処理をステップ５へと進める一方（Ｙｅｓ）、変速機が走行段に変速されていない（即ち、ニュートラル）と判定すれば処理を終了させる（Ｎｏ）。

ステップ５では、電子制御装置４０が、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）などの車載ネットワークを介して接続された変速機制御装置から変速状態を読み込み、自動変速機がロックアップ中であるか否かを判定する。そして、電子制御装置４０は、自動変速機がロックアップ中であると判定すれば処理をステップ６へと進める一方（Ｙｅｓ）、自動変速機がロックアップ中でないと判定すれば処理を終了させる（Ｎｏ）。なお、車両が手動変速機を搭載する場合には、ステップ５の処理は不要である。

ステップ６では、電子制御装置４０が、開度センサ４２からスロットル開度θを読み込み、これが略全閉であるか否かを判定する。ここで、スロットル開度θが略全閉とは、その開度が全閉位置となった場合だけでなく、減速燃料カット中などのように、全閉位置付近で吸気圧が特定の負圧状態に収束するスロットル開度を含んでもよい。これは、スロットル弁１８を通過する吸気流量と燃焼室２０へと導入される吸気量とのバランスによって、吸気圧が定まるためである。この特定の負圧状態となる略全閉位置は、適合又はシミュレーションによって予め求められ、エンジン運転状態に応じた全閉位置が設定されたマップなどから算出することができる。なお、「スロットル弁の開度が略全閉となった場合」とは、このように、スロットル弁の開度が全閉位置となった場合だけでなく、標準大気圧に対して現在の大気圧において、スロットル弁の開度が全閉位置付近で、吸気圧が特定の負圧状態に収束する場合（収束し得る場合）を含んでもよい。そして、電子制御装置４０は、スロットル開度θが略全閉であると判定すれば処理をステップ７へと進める一方（Ｙｅｓ）、スロットル開度θが略全閉でないと判定すれば処理を終了させる（Ｎｏ）。

ステップ７では、電子制御装置４０が、回転速度センサ４８から回転速度Ｎｅを読み込み、これが所定値Ｂ以下であるか否かを判定する。ここで、所定値Ｂは、スロットル開度θが略全閉、かつ、回転速度Ｎｅがある程度高くなることで、十分な負圧が発生する状態になったか否かを判定するための閾値であって、例えば、アイドリング回転速度よりも若干高い値をとる。そして、電子制御装置４０は、回転速度Ｎｅが所定値Ｂ以下であると判定すれば処理をステップ８へと進める一方（Ｙｅｓ）、回転速度Ｎｅが所定値Ｂより大きいと判定すれば処理を終了させる（Ｎｏ）。

ステップ８では、電子制御装置４０が、タイマーＣをインクリメント（Ｃ＝Ｃ＋１）、即ち、タイマーＣによる計時をΔｔだけ進める。
ステップ９では、電子制御装置４０が、タイマーＣによる計数値に所定時間Δｔを乗算した持続時間が所定時間に達したか否かを介して、ステップ２〜ステップ７により規定される所定条件が成立してから所定時間経過したか否かを判定する。そして、電子制御装置４０は、所定条件が成立してから所定時間経過したと判定すれば処理をステップ１０へと進める一方（Ｙｅｓ）、所定条件が成立してから所定時間経過していないと判定すれば処理をステップ２へと戻す（Ｎｏ）。なお、電子制御装置４０が計時機能を有する場合には、タイマーＣに代えて、計時機能により持続時間を直接測定するようにしてもよい。

ステップ１０では、電子制御装置４０が、スロットル開度が略全閉である場合の標準大気圧（７６０mmHg＝１０１３２５Pa）における吸気圧Ｐ₀（基準圧）を算出する。即ち、電子制御装置４０は、図３に示すように、スロットル開度が略全閉である標準大気圧において、エンジン回転速度に応じた吸気圧が設定されたマップを参照し、エンジン１０の回転速度Ｎｅに応じた吸気圧Ｐ₀を求める。マップに設定される吸気圧は、エンジン回転速度が所定値以下の場合、エンジン回転速度の上昇に伴って変化率が徐々に小さくなりつつ減少する一方、エンジン回転速度が所定値より高い場合、略一定の値をとる特性を有している。ここで、エンジン回転速度に応じた吸気圧は、例えば、計算式や実験などにより求めればよい。

ステップ１１では、電子制御装置４０が、吸気圧センサ４４から吸気圧Ｐを読み込み、これと吸気圧Ｐ₀とに基づいて大気圧を推定する。即ち、電子制御装置４０は、標準大気圧における吸気圧Ｐ₀から吸気圧Ｐを減算した差分を算出し、標準大気圧から差分を減算することで大気圧を推定する（大気圧＝標準大気圧−（吸気圧Ｐ₀−吸気圧Ｐ））。

かかる大気圧推定処理によれば、エンジン作動中、車速ＶＳＰが所定値Ａ以上、変速機が走行段に変速、自動変速機がロックアップ中、エンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｂ以下であり、かつ、スロットル開度θが略全閉である場合に、所定条件が成立していると判定される。そして、この所定条件が連続して所定時間成立し続けた場合に、次のように、スロットル弁１８の下流における吸気圧Ｐから大気圧が推定される。

エンジン１０が有するポンプ能力は、大気圧によって変化しない特性がある。エンジン１０のポンプ能力が同一である場合、スロットル弁１８の開度が一定であると、エアクリーナ１４の周囲の大気圧が変化すると、スロットル弁１８が配設されている吸気管１２を流れる吸気流速は大気圧に比例して変化する。このため、スロットル弁１８の下流における吸気圧は、図４に示すように、大気圧に比例して変化することとなる。

車両走行中に、例えば、制動又は停車などに備えてアクセルペダルの踏み込みを中止したことに伴い、スロットル弁１８の開度が略全閉になると、スロットル弁１８の下流における吸気圧Ｐを読み込むと共に、標準大気圧においてエンジン回転速度Ｎｅに応じた吸気圧Ｐ₀を求める。標準大気圧における吸気圧Ｐ₀は、スロットル開度θが略全閉である場合、エンジン回転速度Ｎｅに応じて変化する吸気圧を示す。そして、吸気圧Ｐ₀と吸気圧Ｐとの偏差は、標準大気圧からのずれを示しているため、標準大気圧から偏差を減算することで、大気圧を推定することができる。

このとき、スロットル開度θが略全閉となる運転状況は、例えば、車両を制動させるべくアクセルペダルの踏み込みを中止する場合などであるため、この条件は頻繁に成立する。このため、大気圧の推定頻度を向上させることが可能となり、例えば、大気圧に応じたエンジン制御を行い易くなる。

また、大気圧の推定を行う条件として、スロットル開度θが略全閉となったことに加え、エンジン作動中、車速ＶＳＰが所定値Ａ以上、変速機が走行段、自動変速機がロックアップ中、かつ、回転速度Ｎｅが所定値Ｂ以下である条件が追加されている。このため、大気圧の推定精度を向上させることができる。なお、大気圧の推定を行う条件としては、スロットル開度θが略全閉となったことが必須条件であるが、要求される推定精度に応じて、他の条件の少なくとも１つを追加するようにしてもよい。

さらに、大気圧の推定は、所定条件が所定時間連続して成立した場合に行われる。即ち、アクセルペダルの踏み込みを中止した場合には、図５に示すように、エンジン回転速度Ｎｅ、スロットル開度θ及び吸気圧Ｐが徐々に低下する。ここで、図５におけるスロットル開度θ及び吸気圧Ｐの変化特性は、その一例として、大気圧が７３０mmHgの場合を実線で、大気圧が標準大気圧（７６０mmHg）の場合を破線で示している。そして、スロットル開度θが略全閉となってから所定時間経過したときに、吸気圧Ｐから大気圧が推定される。このため、吸気管１２を流れる吸気が定常状態となったときに大気圧が推定されることとなり、例えば、一時的に大気圧の推定条件が成立しても大気圧の推定が行われず、その推定精度を更に向上させることができる。

エンジン１０としては、図１に示すような自然吸気エンジンに限らず、図６に示すようなターボチャージャ５４を備えた過給エンジンであってもよい。即ち、エアクリーナ１４とスロットル弁１８との間に位置する吸気管１２にコンプレッサ（インペラ）５４Ａが配設されると共に、触媒コンバータ３８の上流に位置する排気管３６にタービン５４Ｂが配設される。この場合、ターボチャージャ５４により吸気が過給されるため、従来技術では大気圧の推定が困難となるが、前述した方法で大気圧の推定を行うことができる。ここで、ターボチャージャ５４を搭載したエンジン１０では、ターボラグ，回転慣性などによりスロットル弁１８の開閉とその下流における吸気圧Ｐとの相関関係がずれるが、所定条件が所定時間連続した場合に大気圧を推定することで、相関関係のずれを吸収できる。

なお、吸気管１２には、ターボチャージャ５４のコンプレッサ５４Ａを通過した吸気を冷却するインタークーラなどが配設されていてもよい。また、ターボチャージャ５４に代えて、又は、ターボチャージャ５４に加えて、クランクシャフトにより駆動されるスーパチャージャなどの過給器を搭載してもよい。

ここで、前記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）前記大気圧を推定する手段は、前記スロットル弁の開度が所定時間連続して略全閉となった場合に、大気圧を推定することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。

かかる構成によれば、スロットル弁の開度が所定時間連続して略全閉となった場合に大気圧が推定されるため、例えば、一時的にスロットル弁の開度が略全閉となっても大気圧が推定されず、その推定精度を向上させることができる。

（ロ）前記基準圧は、エンジンの回転速度に応じて変更されることを特徴とする請求項１〜請求項３及び（イ）のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。
かかる構成によれば、エンジンの回転速度に応じて基準圧が変更されるため、吸気の流速に応じた基準圧とすることができる。

（ハ）前記基準圧は、標準大気圧かつ前記スロットル弁の開度が略全閉の状態において、エンジンの回転速度に応じて変化する、前記スロットル弁の下流における吸気圧であることを特徴とする請求項１〜請求項３、（イ）及び（ロ）のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。

かかる構成によれば、スロットル弁の下流における吸気圧と標準大気圧における基準圧とに基づいて、大気圧を推定することができる。
（ニ）前記基準圧は、エンジンの回転速度に応じた吸気圧が設定されたマップを参照して求められることを特徴とする請求項１〜請求項３及び（イ）〜（ハ）のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。

かかる構成によれば、基準圧を設定する負荷を抑制することができる。
（ホ）前記大気圧を推定する手段は、前記基準圧から前記吸気圧を減算した値を、標準大気圧から減算することで、大気圧を推定することを特徴とする請求項１〜請求項３及び（イ）〜（ニ）のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。

かかる構成によれば、基準圧から吸気圧を減算し、標準大気圧からこれを減算することで、大気圧を推定することができる。
（ヘ）前記大気圧を推定する手段は、前記スロットル弁の開度が略全閉となったことに加え、エンジン作動中、車速が第１の所定値以上、変速機が走行段、自動変速機がロックアップ中、エンジンの回転速度が第２の所定値以下の少なくとも１つの条件が成立した場合に、大気圧の推定を行うことを特徴とする請求項１〜請求項３及び（イ）〜（ホ）のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。

かかる構成によれば、大気圧の推定を行う条件が増えることで、その推定精度を向上させることができる。

１０エンジン
１２吸気管（吸気系）
１８スロットル弁
４０電子制御装置
４４吸気圧センサ
４８回転速度センサ
５４ターボチャージャ（過給器）

Claims

エンジンの吸気系に配設されたスロットル弁の下流における吸気圧を検出する手段と、
前記スロットル弁の開度が略全閉となった場合に、前記吸気圧と基準圧とに基づいて大気圧を推定する手段と、
を有することを特徴とするエンジンの制御装置。
前記大気圧を推定する手段は、前記吸気圧とエンジン回転速度と前記基準圧とに基づいて大気圧を推定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
前記エンジンは、過給器を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの制御装置。