JP2016173061A - 内燃機関のエンジントルク補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火時期の変更によりターボ過給機の回転数が変化して吸入空気量の変化があった場合でも、エンジントルクを補正することで適切なエンジントルクを求めることができる内燃機関のエンジントルク補正装置を提供すること。【解決手段】ＥＣＵ１００は、スロットル開度の変化量が所定値以下であり、且つ、点火時期の変更があった場合に、点火時期の変更前後の差に応じたエンジントルク変動量を算出するエンジントルク変動量算出部１０１と、エンジントルク変動量を補正量としてエンジントルクを補正する補正部１０２と、を備える。エンジントルク変動量算出部１０１は、点火時期の変更前後の差から求めた吸気管圧力の変化量または吸入空気量の変化量に基づいて、エンジントルク変動量を算出する。エンジントルク変動量算出部１０１は、エンジン回転数に応じてエンジントルク変動量を補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ過給機を備える内燃機関のエンジントルクを補正する内燃機関のエンジントルク補正装置に関する。

ターボ過給機を備えない内燃機関においては、エンジン回転数とスロットル開度とによって吸気管圧力が一義的に決定されるため、エンジントルクは、エンジン回転数とスロットル開度とにより推定することができる。

一方、ターボ過給機を備える内燃機関においては、スロットル開度が変化してからエンジントルクが変化するまでに応答遅れが生じるため、この応答遅れを考慮してエンジントルクを推定することが求められる。

これに対し、従来、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載されたものは、ターボ過給機を備える内燃機関において、エンジン回転数とスロットル開度の変化量とに基づいてエンジントルクを演算することで、応答遅れが考慮されたエンジントルクを推定している。

特開２００９−１３７３５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来の内燃機関においては、スロットル開度が一定であっても、ノッキング抑制等のために点火時期が変更された場合は、排気圧力が変化することでターボ過給機の回転数が変化するため、吸気管圧力が変化する。したがって、吸気管圧力の変化によりエンジントルクも変化する。この結果、従来の内燃機関は、点火時期の変更による影響を考慮していないため、エンジントルクを精度良く推定することができないという問題があった。エンジントルクを精度良く推定することができない場合、推定されたエンジントルクが実エンジントルクと乖離するため、例えば変速ショックが発生してしまう。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、点火時期の変更によりターボ過給機の回転数が変化して吸入空気量の変化があった場合でも、エンジントルクを補正することで適切なエンジントルクを求めることができる内燃機関のエンジントルク補正装置を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的達成のため、ターボ過給機を備える内燃機関のエンジントルクを補正する内燃機関のエンジントルク補正装置であって、スロットル開度の変化量が所定値以下であり、且つ、点火時期の変更があった場合に、前記点火時期の変更前後の差に応じたエンジントルク変動量を算出するエンジントルク変動量算出部と、前記エンジントルク変動量を補正量として前記エンジントルクを補正する補正部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、点火時期の変更によりターボ過給機の回転数が変化して吸気管圧力または吸入空気量の変化があった場合でも、点火時期の変更前後の差に応じたエンジントルク変動量を補正量としてエンジントルクを補正することで、適切なエンジントルクを求めることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関のエンジントルク補正装置が適用されるエンジンの概略を示す構成図である。 図２は、本発明の実施の形態に係るＥＣＵによって実行されるエンジントルク算出処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図１、図２を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、本実施の形態に係る内燃機関としてのエンジン１は、例えば直列４気筒のガソリンエンジンで構成されている。なお、エンジン１の気筒数は４気筒に限られない。また、エンジン１は、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンであってもよい。

エンジン１は、図示しないシリンダブロックと、このシリンダブロックの上部に締結されたシリンダヘッド３とを含んで構成されている。シリンダブロックには、シリンダ５が形成されている。シリンダ５の上部には、燃焼室７が設けられている。

エンジン１は、シリンダ５内で図示しないピストンが往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行う、いわゆる４サイクルのガソリンエンジンである。

また、エンジン１は、図示しないインジェクタを備えており、このインジェクタは、燃料をシリンダ５の図示しない吸気ポートに噴射する、ポート噴射式の燃料噴射弁である。なお、インジェクタは、ポート噴射式に限らず、燃焼室７内に燃料を直接噴射する、直噴式の燃料噴射弁であってもよい。

シリンダヘッド３には、燃焼室７内に電極を突出させた状態で点火プラグ１０が設けられており、この点火プラグ１０は、図示しないイグナイタから高圧電流が供給されることで、燃焼室７の混合気を点火する。

シリンダヘッド３には、多岐状の吸気マニホールド１１が設けられており、この吸気マニホールド１１は、後述する吸気管１６から導かれた空気を各燃焼室７に分配する。

シリンダヘッド３には、多岐状の排気マニホールド１２が設けられており、この排気マニホールド１２は、燃焼室７から排出された排気ガスを集合させて後述する排気管２６に導く。

また、吸気マニホールド１１の上流側には吸気管１６が接続されており、この吸気管１６の内部には吸気通路１６ａが形成されている。吸気通路１６ａには、電子制御式のスロットルバルブ１８が設けられている。

スロットルバルブ１８は、後述するＥＣＵ１００に電気的に接続されており、ＥＣＵ１００からの指令信号に応じてスロットル開度が制御されることで、エンジン１の吸入空気量を調整する。

一方、排気マニホールド１２の下流側には排気管２６が接続されており、この排気マニホールド１２の内部には排気通路２６ａが形成されている。排気通路２６ａ上には、触媒２７が設けられており、この触媒２７は、燃焼室７から排出された排気ガスを浄化する。

エンジン１はＥＧＲ装置４０を備えており、このＥＧＲ装置４０は、排気還流管４１、ＥＧＲバルブ４２およびＥＧＲクーラ４３を有している。排気還流管４１は、吸気通路１６ａと排気通路２６ａとを連通しており、排気ガスの一部を吸気側に還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環）を行わせるようになっている。

排気還流管４１には、排気ガスが還流する方向である還流方向の上流側から順に、ＥＧＲクーラ４３と、ＥＧＲバルブ４２とが設けられている。ＥＧＲクーラ４３は、冷却水または外気との熱交換により、吸気側に還流される排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却する。

ＥＧＲバルブ４２は、ＥＣＵ１００に電気的に接続されており、ＥＣＵ１００からの指令信号に応じてスロットル開度が全開から全閉の間で制御されることで、吸気側に還流される排気ガスの量を調整する。

また、エンジン１は、排気ガスを利用して過給を行うターボ過給機５０を備えている。ターボ過給機５０は、互いに機械的に接続されたタービン５１とコンプレッサ５２とを有している。

タービン５１は、排気通路２６ａにおける触媒２７の上流側に設けられており、排気ガスによって回転される。コンプレッサ５２は、吸気通路１６ａにおけるエアクリーナ１９の下流側に設けられており、タービン５１の回転が伝達されることで回転し、吸気通路１６ａの空気を圧縮する。このように、ターボ過給機５０は、排気ガスを利用して過給を行う。また、吸気通路１６ａにおけるコンプレッサ５２とスロットルバルブ１８との間には、インタークーラ５３が設けられている。インタークーラ５３は、コンプレッサ５２を通過した空気を、外気との熱交換により冷却する。

上述のように構成されたエンジン１は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１００によってその運転状態が制御されるようになっている。ＥＣＵ１００は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータを含んで構成されている。

ＥＣＵ１００において、ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用するとともにＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うようになっている。ＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等が予め記憶されている。

ＥＣＵ１００の入力側には、クランク角センサ３２等の各種センサ類が接続されている。

クランク角センサ３２は、エンジン１の図示しないクランクシャフトの回転角度を検出し、検出信号をＥＣＵ１００に出力する。したがって、クランク角センサ３２はエンジン回転数を検出する。また、ＥＣＵ１００には、スロットルバルブ１８からスロットル開度が入力される。

一方、ＥＣＵ１００の出力側には、前述した点火プラグ１０、インジェクタ、スロットルバルブ１８およびＥＧＲバルブ４２等の各種装置が接続されている。

ＥＣＵ１００は、ドライバによる操作やエンジン１の運転状態等に基づいて、点火プラグ１０、インジェクタ、スロットルバルブ１８およびＥＧＲバルブ４２を制御する。

ＥＣＵ１００は、クランク角センサ３２等の各種センサからの検出信号に基づいて、点火プラグ１０の基準点火時期を決定する。本実施形態では、基準点火時期は、エンジン回転数およびスロットル開度に基づいて決定される。なお、基準点火時期は、エンジン回転数と、エンジン１の吸入する空気量やエンジン１の吸入する空気の吸気圧を用いて求めても良い。

また、ＥＣＵ１００は、図示しないノックセンサからの検出信号に基づいて、点火プラグ１０の点火時期を、基準点火時期から変更する。ＥＣＵ１００は、ノッキングが検出された場合に点火時期を基準点火時期から遅角させる。

ＥＣＵ１００は、エンジン回転数とスロットル開度とに基づいてエンジントルクを推定するとともに、推定されたエンジントルクを補正する。

本実施の形態では、ＥＣＵ１００は、スロットル開度の変化量が所定値以下であり、且つ、点火時期が変更された場合に、点火時期の変更前後の差に応じたエンジントルク変動量を算出する。そして、ＥＣＵ１００は、算出されたエンジントルク変動量を補正量として、エンジン回転数とスロットル開度とに基づいて推定されたエンジントルクを補正する。ここで、スロットル開度の変化量が所定値以下である場合とは、スロットル開度が実質的に変化しておらず一定である場合を意味する。

このように、ＥＣＵ１００は、エンジントルク変動量算出部１０１としての機能と、補正部１０２としての機能を有する。本実施の形態におけるＥＣＵ１００は、本発明における内燃機関のエンジントルク補正装置を構成する。

エンジントルク変動量算出部１０１は、点火時期の変更前後の差から求めた吸気管圧力の変化量または吸入空気量の変化量に基づいて、エンジントルク変動量を算出する。エンジントルク変動量算出部１０１は、エンジン回転数に応じてエンジントルク変動量を補正する。

次に、図２を参照して、本実施の形態に係るＥＣＵ１００によって実行されるエンジントルク算出処理について説明する。

図２に示すように、ＥＣＵ１００は、各種のセンサからの検出値を読み込む（ステップＳ１）。ここでは、ＥＣＵ１００は、読み込んだ検出値に基づいて基準点火時期を決定する。

次いで、ＥＣＵ１００は、実際の点火時期である実点火時期が基準点火時期と等しいか否かを判定する（ステップＳ２）。

ステップＳ２で実点火時期が基準点火時期と等しいと判定された場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ８に移行し、エンジン回転数とスロットル開度とに基づいてエンジントルクを決定（算出）する。

一方、ステップＳ２で実点火時期が基準点火時期と異なると判定された場合、ＥＣＵ１００は、実点火時期と基準点火時期との差を算出する（ステップＳ３）。すなわち、ノッキングが検出された場合等に実点火時期が基準点火時期から変更されるため、ＥＣＵ１００は、点火時期の変更前後の差を算出する。

次いで、ＥＣＵ１００は、実点火時期と基準点火時期との差に基づいて、吸気管圧力変化量△ｐｂ１を決定（算出）する（ステップＳ４）。ここでは、ＥＣＵ１００は、点火時期の変化量に対する吸気管圧力変化量△ｐｂ１の相関を予めマップとして記憶しておき、このマップを参照して吸気管圧力変化量△ｐｂ１を決定する。

次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４で決定された吸気管圧力変化量△ｐｂ１に対して回転数補正を適用し（ステップＳ５）、回転数補正が適用された吸気管圧力変化量△ｐｂ２を決定（算出）する（ステップＳ６）。ステップＳ５では、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１で読み込んだエンジン回転数で吸気管圧力変化量△ｐｂ１を補正する。すなわち、吸気管圧力変化量△ｐｂ１はエンジン回転数によっても異なるため、ＥＣＵ１００は、回転数補正が適用された吸気管圧力変化量△ｐｂ２を求める。エンジン回転数に対する吸気管圧力変化量△ｐｂ１への補正量は、マップとして予めＥＣＵ１００に記憶されている。

次いで、ＥＣＵ１００は、吸気管圧力変化量△ｐｂ２に応じてエンジントルク変動量を決定する（ステップＳ７）。

次いで、ＥＣＵ１００は、エンジントルクを決定する（ステップＳ８）。ここでは、ＥＣＵ１００は、ステップＳ７で求めたエンジントルク変動量を補正量として、エンジン回転数とスロットル開度とに基づいて決定されたエンジントルクを、補正する。

このように、図２のエンジントルク算出処理では、基準点火時期からの点火時期の変更分とエンジン回転数から吸気管圧力変化量△ｐｂ２を求めるとともに、この吸気管圧力変化量△ｐｂ２からエンジントルク変動量を求め、エンジントルクを補正する。このため、ステップＳ８で決定されたエンジントルクは、実際にエンジンが発生する実エンジントルクに近い値となる。

なお、図２のフローチャートでは、ＥＣＵ１００は、吸気管圧力の変化量に基づいてエンジントルク変動量を算出しているが、ＥＣＵ１００は、吸入空気量の変化量に基づいてエンジントルク変動量を算出してもよい。

以上のように、本実施の形態に係るＥＣＵ１００は、スロットル開度の変化量が所定値以下であり、且つ、点火時期の変更があった場合に、点火時期の変更前後の差に応じたエンジントルク変動量を算出するエンジントルク変動量算出部１０１と、エンジントルク変動量を補正量としてエンジントルクを補正する補正部１０２と、を備える。

このため、点火時期の変更によりターボ過給機５０の回転数が変化して吸入空気量の変化があった場合でも、点火時期の変更前後の差に応じたエンジントルク変動量を補正量としてエンジントルクを補正することで、適切なエンジントルクを求めることができる。

また、本実施の形態に係るＥＣＵ１００において、エンジントルク変動量算出部１０１は、点火時期の変更前後の差から求めた吸気管圧力の変化量または吸入空気量の変化量に基づいて、エンジントルク変動量を算出する。

このため、点火時期の変更前後の差から吸気管圧力の変化量または吸入空気量の変化量を求めることで、精度良くエンジントルクを補正することができる。

また、本実施の形態に係るＥＣＵ１００において、エンジントルク変動量算出部１０１は、エンジン回転数に応じてエンジントルク変動量を補正する。

これにより、エンジン回転数によって吸入空気量は異なるため、エンジン回転数によりエンジントルク変動量を補正することで、エンジン回転数が加味されたエンジントルク変動量を算出でき、より精度良くエンジントルクを補正することができる。

上述の通り、本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ エンジン（内燃機関）
５０ ターボ過給機
１００ ＥＣＵ（内燃機関のエンジントルク補正装置）
１０１ エンジントルク変動量算出部
１０２ 補正部

Claims (3)

1. ターボ過給機を備える内燃機関のエンジントルクを補正する内燃機関のエンジントルク補正装置であって、
   スロットル開度の変化量が所定値以下であり、且つ、点火時期の変更があった場合に、前記点火時期の変更前後の差に応じたエンジントルク変動量を算出するエンジントルク変動量算出部と、
   前記エンジントルク変動量を補正量として前記エンジントルクを補正する補正部と、を備えることを特徴とする内燃機関のエンジントルク補正装置。
2. 前記エンジントルク変動量算出部は、
   前記点火時期の変更前後の差から求めた吸気管圧力の変化量または吸入空気量の変化量に基づいて、前記エンジントルク変動量を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のエンジントルク補正装置。
3. 前記エンジントルク変動量算出部は、
   エンジン回転数に応じて前記エンジントルク変動量を補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のエンジントルク補正装置。

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