JP2015203388A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＫ領域であっても、燃費の悪化を抑制しながら、触媒温度の上昇を抑制するとともに、出力トルクの低減を図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】ＥＣＵ１００は、トルクダウン要求がされた場合に、触媒ＯＴ領域であり、かつ、エンジン１の運転領域がＴＫ領域であるときに、トレースノック点火時期よりも進角側であって、ＭＢＴを含むノッキング領域よりも進角側に点火時期を設定するように構成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関の点火時期を制御する内燃機関の制御装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１の内燃機関の制御装置は、トルクダウン要求がされた場合に、点火時期を遅角するとともに、燃料噴射量を増量するように構成されている。このため、トルクダウン要求がされた場合には、点火時期の遅角により、出力トルクを低減しながら、燃料噴射量の増量により、点火時期の遅角に起因する触媒温度の上昇を抑制することが可能である。

特開平０３−１１５７５７号公報 特開２００６−２４２１０９号公報

しかしながら、特許文献１の内燃機関の制御装置では、触媒温度の上昇を抑制するために、燃料噴射量の増量を行う必要があるので、燃費が悪化するという問題点がある。

なお、特許文献２には、点火時期をＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）よりも進角側に設定する内燃機関の制御装置が開示されている。これにより、燃料噴射量の増量を行うことなく、排気温度の上昇を抑制することが可能である。

ここで、内燃機関の運転領域は、出力トルクが最大になる点火時期であるＭＢＴに設定できるＭＢＴ領域と、ノッキングの発生を抑制するためにＭＢＴに設定できないＴＫ領域とを含んでいる。そして、ＴＫ領域では、ＭＢＴよりも遅角側であって、ノッキングが発生する限界まで進角させた点火時期であるトレースノック点火時期に設定される。

したがって、特許文献２の技術は、ＭＢＴ領域である場合には適用可能であるが、ＴＫ領域である場合には適用することができない。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ＴＫ領域であっても、燃費の悪化を抑制しながら、触媒温度の上昇を抑制するとともに、出力トルクの低減を図ることが可能な内燃機関の制御装置を提供することである。

本発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関の点火時期を制御するものである。内燃機関の運転領域は、出力トルクが最大になる点火時期であるＭＢＴに設定できるＭＢＴ領域と、ＭＢＴに設定できないＴＫ領域とを含む。内燃機関の制御装置は、ＴＫ領域では、ＭＢＴよりも遅角側であって、ノッキングが発生する限界まで進角させた点火時期であるトレースノック点火時期に設定されるように構成されている。そして、内燃機関の制御装置は、トルクダウン要求がされた場合に、触媒温度が所定値よりも高く、かつ、内燃機関の運転領域がＴＫ領域であるときに、トレースノック点火時期よりも進角側であって、ＭＢＴを含むノッキング領域よりも進角側に点火時期を設定するように構成されている。

このように、ノッキング領域よりも進角側に点火時期を設定することによって、ノッキングの発生を抑制しながら、出力トルクの低減を図ることができる。また、排気温度の低減を図ることができるので、燃料噴射量の増量を行うことなく、触媒温度の上昇を抑制することができる。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、ＴＫ領域であっても、燃費の悪化を抑制しながら、触媒温度の上昇を抑制するとともに、出力トルクの低減を図ることができる。

本発明の一実施形態によるＥＣＵによって制御されるエンジンの一例を示した概略構成図である。 図１のＥＣＵの構成を示したブロック図である。 所定の運転条件における点火時期と出力トルクとの関係を示したマップである。 ＥＣＵによるトルクダウン制御を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下では、内燃機関の制御装置の一例であるＥＣＵに本発明を適用した場合について説明する。

まず、図１〜図３を参照して、走行用の駆動力源であるエンジン（内燃機関）１と、エンジン１を制御するＥＣＵ１００とについて説明する。

−エンジン−
エンジン１は、たとえば、車両に搭載される４気筒ガソリンエンジンであって、図１に示すように、燃焼室１ａを形成するピストン１ｂと、出力軸であるクランクシャフト１５とを備えている。ピストン１ｂはコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５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１６によってクランクシャフト１５の回転へと変換される。

クランクシャフト１５には、外周面に複数の突起（歯）１７ａを有するシグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の側方近傍にはクランクポジションセンサ３６が配置されている。クランクポジションセンサ３６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１５が回転する際にシグナルロータ１７の突起１７ａ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の燃焼室１ａには点火プラグ２２が配置されている。点火プラグ２２の点火時期はイグナイタ２３によって調整される。

エンジン１のシリンダブロック１ｃには、水温センサ３１およびノックセンサ３２が配置されている。水温センサ３１はエンジン水温（冷却水温）を検出するセンサであり、ノックセンサ３２はエンジン１の振動を検出するセンサである。

エンジン１の燃焼室１ａには吸気通路１１および排気通路１２が接続されている。吸気通路１１と燃焼室１ａとの間に吸気バルブ１３が設けられており、この吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ａとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ａとの間に排気バルブ１４が設けられており、この排気バルブ１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ａとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３および排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５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の各回転によって行われる。

エンジン１の吸気通路１１には、エアクリーナ２６、熱線式のエアフロメータ３３、エアフロメータ３３に内蔵された吸気温センサ３４、および、エンジン１の吸入空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ２４などが配置されている。スロットルバルブ２４はスロットルモータ２５によって駆動される。スロットルバルブ２４の開度はスロットル開度センサ３７によって検出される。エンジン１の排気通路１２には、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ３５や三元触媒２７などが配置されている。

そして、吸気通路１１には燃料噴射用のインジェクタ（燃料噴射弁）２１が配置されている。インジェクタ２１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１１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１ａに導入される。燃焼室１ａに導入された混合気（燃料＋空気）は点火プラグ２２にて点火されて燃焼する。この混合気の燃焼室１ａ内での燃焼によりピストン１ｂが往復運動してクランクシャフト１５が回転する。以上のエンジン１の運転状態はＥＣＵ１００によって制御される。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転制御などを行うように構成されている。具体的には、ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１０１と、ＲＯＭ１０２と、ＲＡＭ１０３と、バックアップＲＡＭ１０４と、入力インターフェース１０５と、出力インターフェース１０６とを含んでいる。

ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種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、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１による演算結果や各センサの検出結果などを一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ１０４は、イグニッションをオフする際に保存すべきデータなどを記憶する不揮発性のメモリである。

入力インターフェース１０５には、水温センサ３１、ノックセンサ３２、エアフロメータ３３、吸気温センサ３４、Ｏ₂センサ３５、クランクポジションセンサ３６、スロットル開度センサ３７、および、アクセルペダルの操作量（踏込量）を検出するアクセル開度センサ３８などが接続されている。出力インターフェース１０６には、インジェクタ２１、イグナイタ２３およびスロットルモータ２５などが接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、各種センサの検出結果などに基づいて、スロットル開度（吸入空気量）、燃料噴射量および点火時期などを制御することにより、エンジン１の運転状態を制御可能に構成されている。

ここで、エンジン１の運転領域は、出力トルクが最大になる点火時期であるＭＢＴに設定できるＭＢＴ領域と、ノッキングの発生を抑制するためにＭＢＴに設定できないＴＫ領域とを含んでいる。すなわち、ＭＢＴ領域は、ノッキングが発生しない運転領域であることから、点火時期をＭＢＴに設定することができる。これに対して、ＴＫ領域は、ノッキングが発生し得る運転領域であり、ノッキングが発生するノッキング領域（図３参照）にＭＢＴが含まれることから、点火時期をＭＢＴに設定することができない。

このため、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転領域がＭＢＴ領域である場合に、点火時期をＭＢＴに設定するように構成されている。また、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転領域がＴＫ領域である場合に、図３に示すように、点火時期を、ＭＢＴよりも遅角側であって、ノッキングが発生する限界まで進角させた点火時期であるトレースノック点火時期に設定するように構成されている。なお、トレースノック点火時期は、ＭＢＴよりも遅角側であって、ノッキングが発生しない領域における最進角側の点火時期である。

また、図３は、所定の運転条件における点火時期と出力トルクとの関係を示したマップであり、たとえば、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２には、各運転条件における点火時期と出力トルクとの関係を示したマップが記憶されている。すなわち、ＲＯＭ１０２には複数のマップが記憶されており、その複数のマップの中から運転条件に応じて１つのマップが選択される。そして、エンジン１の運転領域がＭＢＴ領域である場合には、選択されたマップのＭＢＴが点火時期に設定され、エンジン１の運転領域がＴＫ領域である場合には、選択されたマップのトレースノック点火時期が点火時期に設定される。

さらに、ＥＣＵ１００は、トルクダウン要求がされた場合に、点火時期を制御することにより出力トルクの低減を行うように構成されている。なお、トルクダウン要求は、たとえば、変速機を制御する変速機ＥＣＵ（図示省略）からシフトチェンジの際などに出力されてＥＣＵ１００に入力される。すなわち、このトルクダウンは、たとえば、シフトチェンジ時の変速ショックを低減するために行われる。

−トルクダウン制御−
図４は、ＥＣＵによるトルクダウン制御を説明するためのフローチャートである。次に、図４を参照して、ＥＣＵ１００により実行されるトルクダウン制御について説明する。

まず、ステップＳ１において、トルクダウン要求がされたか否かが判断される。そして、トルクダウン要求がされたと判断した場合には、ステップＳ２に移る。その一方、トルクダウン要求がされていないと判断した場合には、リターンに移る。なお、この場合には、トルクダウンが行われないことから、ＭＢＴ領域であれば点火時期がＭＢＴに設定され、ＴＫ領域であれば点火時期がトレースノック点火時期に設定される。

次に、ステップＳ２において、触媒ＯＴ領域か否かが判断される。なお、触媒ＯＴ領域とは、点火時期を遅角した場合に排気ガスの温度上昇に起因して三元触媒２７が過熱される領域であり、三元触媒２７の触媒温度が所定値よりも高い場合に触媒ＯＴ領域であると判断される。また、触媒温度は、たとえば、エンジン１の回転数および負荷率に基づいて推定され、所定値は、予め設定された値である。そして、触媒ＯＴ領域であると判断された場合には、ステップＳ３に移る。その一方、触媒ＯＴ領域ではないと判断された場合には、ステップＳ８に移る。

次に、ステップＳ３において、ＴＫ領域であるか否かが判断される。なお、ＴＫ領域であるか否かは、たとえば、エンジン１の回転数および負荷率に基づいて判断される。そして、ＴＫ領域であると判断された場合には、ステップＳ４に移る。その一方、ＴＫ領域ではないと判断された場合、すなわち、ＭＢＴ領域であると判断された場合には、ステップＳ７に移る。

次に、ステップＳ４において、トルクダウンの要求値が所定値Ｐ以上であるか否かが判断される。そして、トルクダウンの要求値が所定値Ｐ以上であると判断された場合には、ステップＳ５に移る。その一方、トルクダウンの要求値が所定値Ｐ以上ではないと判断された場合には、ステップＳ６に移る。

ここで、所定値Ｐ（図３参照）は、トレースノック点火時期での出力トルクと、図３の過進角領域において最も大きい出力トルクとの差であり、エンジン１の運転条件に応じて予め設定された値である。また、過進角領域とは、ＭＢＴを含むノッキング領域よりも進角側の領域であって、ノッキングが発生しない領域である。すなわち、ＴＫ領域では、図３に示すように、トレースノック点火時期の進角側に、ＭＢＴを含むノッキング領域が存在し、ノッキング領域よりも進角側に、ノッキングの発生しない過進角領域が存在する。そこで、この過進角領域を利用してトルクダウンを実現できるか否かをステップＳ４で判断している。つまり、トルクダウンの要求値が所定値Ｐ以上であれば、点火時期を過進角領域に設定することにより、ノッキングを回避しながら、要求を満たすトルクダウンを行うことが可能であるが、トルクダウンの要求値が所定値Ｐ未満であれば、トレースノック点火時期から進角させるとノッキングが発生するので、この場合には後述するように遅角によってトルクダウンを行うようになっている。

そして、トルクダウンの要求値が所定値Ｐ以上である場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）には、ステップＳ５において、点火時期がトレースノック点火時期から進角されて過進角領域に設定される。すなわち、点火時期が、トレースノック点火時期からノッキング領域を飛び越えて進角側に設定される。なお、進角量はトルクダウンの要求値に応じて設定される。これにより、ノッキングを回避しながら、要求を満たすトルクダウンが行われる。また、この場合には、点火時期がトレースノック点火時期である場合に比べて、燃焼時の最高温度が高くなるとともに、筒内での冷却時間が長くなることにより、冷却損失が上がるので、排気ガスの温度が低減される。これにより、燃料噴射量の増量を行うことなく、触媒温度の上昇が抑制される。その後、リターンに移る。

また、トルクダウンの要求値が所定値Ｐ以上ではない場合（ステップＳ４：Ｎｏ）には、ステップＳ６において、点火時期がトレースノック点火時期から遅角されるとともに、燃料噴射量が増量される。なお、遅角量はトルクダウンの要求値に応じて設定される。このため、点火時期の遅角により、ノッキングを回避しながら、要求を満たすトルクダウンが行われ、燃料噴射量の増量により、点火時期の遅角に起因する触媒温度の上昇が抑制される。その後、リターンに移る。

また、ＴＫ領域ではない場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、すなわち、ＭＢＴ領域である場合には、ステップＳ７において、点火時期がＭＢＴから進角される。なお、進角量はトルクダウンの要求値に応じて設定される。これにより、触媒温度の上昇を抑制しながら、要求を満たすトルクダウンが行われる。なお、ＭＢＴ領域であるので、点火時期をＭＢＴから進角してもノッキングは発生しない。その後、リターンに移る。

また、触媒ＯＴ領域ではない場合（ステップＳ２：Ｎｏ）には、ステップＳ８において、点火時期が遅角される。具体的には、ＭＢＴ領域であれば点火時期がＭＢＴから遅角され、ＴＫ領域であれば点火時期がトレースノック点火時期から遅角される。なお、遅角量はトルクダウンの要求値に応じて設定される。これにより、要求を満たすトルクダウンが行われる。なお、触媒ＯＴ領域ではないので、点火時期を遅角しても三元触媒２７は過熱されない。その後、リターンに移る。

−効果−
本実施形態では、上記のように、トルクダウン要求がされた場合に、触媒ＯＴ領域であり、かつ、ＴＫ領域であるときに、トレースノック点火時期よりも進角側であって、ＭＢＴを含むノッキング領域よりも進角側に点火時期を設定することによって、ノッキングの発生を抑制しながら、出力トルクの低減を図ることができる。また、排気ガスの温度の低減を図ることができるので、燃料噴射量の増量を行うことなく、触媒温度の上昇を抑制することができる。その結果、ＴＫ領域であっても、燃費の悪化を抑制しながら、触媒温度の上昇を抑制するとともに、出力トルクの低減を図ることができる。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、本実施形態では、触媒ＯＴ領域ではない場合（ステップＳ２：Ｎｏ）に、点火時期が遅角される例を示したが、これに限らず、触媒ＯＴ領域ではない場合に、ＭＢＴ領域であるときに、点火時期を進角させるようにしてもよい。

また、本実施形態では、ＭＢＴ領域である場合（ステップＳ３：Ｎｏ）に、点火時期を進角させる例を示したが、これに限らず、ＭＢＴ領域である場合に、点火時期を遅角させるとともに、燃料噴射量を増量させるようにしてもよい。

本発明は、内燃機関の点火時期を制御する内燃機関の制御装置に利用可能である。

１ エンジン（内燃機関）
１００ ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）

Claims (1)

1. 内燃機関の点火時期を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の運転領域は、出力トルクが最大になる点火時期であるＭＢＴに設定できるＭＢＴ領域と、ＭＢＴに設定できないＴＫ領域とを含み、
   前記ＴＫ領域では、ＭＢＴよりも遅角側であって、ノッキングが発生する限界まで進角させた点火時期であるトレースノック点火時期に設定されるように構成されており、
   トルクダウン要求がされた場合に、触媒温度が所定値よりも高く、かつ、前記内燃機関の運転領域がＴＫ領域であるときに、トレースノック点火時期よりも進角側であって、ＭＢＴを含むノッキング領域よりも進角側に点火時期を設定するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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