JP2018162686A - スロットルバルブの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットルバルブの開度を高精度で調整する。【解決手段】ＥＣＵ５２は、エンジン１２に吸入される空気の量を規制するスロットルバルブ３６を制御する制御装置であって、エンジン１２の充填密度を繰り返し算出する算出手段によって、充填密度を繰り返し算出し、算出された充填密度が閾値を下回るようにスロットルバルブ３６の開度を調整する。充填効率の算出にあたっては、吸入空気温を含む複数のパラメータが参照され、これによって、スロットルバルブ３６の開度の調整精度を高めることができる。【選択図】図１

Description

この発明は、スロットルバルブの制御装置に関し、特に、内燃機関に吸入される空気の量を規定するスロットルバルブの開度を制御する、制御装置に関する。

この種の制御装置の一例が、特許文献１に開示されている。この背景技術によれば、エンジン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に属し、かつ、エンジン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に属するときに、上限ガードとなる吸入空気量が決定される。スロットルバルブの開度は、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調整される。これによって、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することができる。

特開２０１０−１９１５３号公報

しかし、背景技術では、エンジンの回転数およびエンジンの出口水温から上限ガードとなる吸入空気量が決定されるため、スロットルバルブや過給器（ターボチャージャ）の個体差によっては、吸入空気量が過度に制限され、動力性能が低下するおそれがある。

また、背景技術では、スロットルバルブの開度の調整量が実測結果に基づいて決定されるところ、エンジンの個体差が調整量に反映されず、スロットルバルブの開度の調整精度に限界がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、スロットルバルブの開度の調整精度を高めることができる、制御装置を提供することである。

この発明の制御装置は、内燃機関に吸入される空気の量を規制するスロットルバルブを制御する制御装置であって、内燃機関の充填密度を繰り返し算出する算出手段、および算出手段によって算出された充填密度が閾値を下回るようにスロットルバルブの開度を調整する調整手段を備える。

スロットルバルブの開度は充填効率が閾値を下回るように調整されるところ、充填効率の算出にあたっては、吸入空気温を含む複数のパラメータが参照される。これによって、スロットルバルブの開度の調整精度を高めることができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この実施例の車両の要部構成の一部を示すブロック図である。 この実施例の車両の要部構成の他の一部を示すブロック図である。 図１に示すＥＣＵの動作の一部を示すフロー図である。 （Ａ）は吸入空気温の変化の一例を示す波形図であり、（Ｂ）は充填効率の変化の一例を示す波形図であり、（Ｃ）はスロットルバルブの開度の変化の一例を示す波形図である。

図１および図２を参照して、この実施例の車両１０は、４ストローク型のエンジン（内燃機関）１２を動力源として備える。気筒１４に設けられた燃焼室１６には、吸気バルブ１８を介して吸気管３２が接続され、排気バルブ２０を介して排気管３４が接続される。なお、図１では単一の気筒１４しか示していないが、エンジン１２は複数の気筒１４を有する。吸気管３２は、吸気バルブ１８の上流の位置で各気筒１４に分岐する。

吸気管３２には、燃焼室１６に吸入される空気の圧力を高める単一の過給器３８と、バルブモータ４２によって開度が調整される単一のスロットルバルブ３６と、吸気管３２に燃料を噴射するべく各気筒１４に割り当てられた燃料噴射装置４０とが設けられる。スロットルバルブ３６よりも下流でかつ燃料噴射装置４０よりも上流の位置（吸気管３２の分岐位置）には、空気流量を平準化するためのサージタンク４４が設けられる。

なお、燃焼室１６に吸入される空気の量は、エアフローメータ４８によって測定され、燃焼室１６に吸入される空気の温度および圧力はそれぞれ、温度センサ５０および吸気圧センサ６６によって検知される。

イグニッションキー（図示せず）によってＩＧオン操作が行われると、ＥＣＵ５２は、エンジン１２を始動するべく図２に示すリレー６２をオンする。バッテリ６４の電力はオン状態のリレー６２を介してスタータ６６に供給され、スタータ６６はバッテリ６４の電力によってクランキングを実行する。これによって、エンジン１２が始動する。

アイドル状態では、スロットルバルブ３６は、アイドル状態を維持できる開度を示すように、バルブモータ４２によって調整される。吸入空気量は、スロットルバルブ３６によって規定され、燃料噴射装置４０の燃料噴射量は、理論空燃比（＝１４．６）を示す混合気が生成されるように調整される。

この状態からアクセルペダル（図示せず）が踏み込まれると、ＥＣＵ５２は、バルブモータ４２を駆動する。スロットルバルブ３６はバルブモータ４２によって開かれ、これによって、理論空燃比を保ちつつ吸入空気量および燃料噴射装置４０の燃料噴射量が増大する。

混合気は、吸気バルブ１８が開かれたときに燃焼室１６に供給される。供給された混合気は、コンロッド２４を介してクランクシャフト２６と結合されたピストン２２が上死点に達する直前に、点火プラグ３０によって点火される。これによって、混合気が燃焼され、爆発が生じる。

混合気を燃焼した後の空気つまり燃焼ガスは、排気バルブ２０が開かれたときに燃焼室１６から排出され、排気管３４およびマフラー（図示せず）を介して車両１０の外部に排気される。なお、排気管３４を流れる燃焼ガスの一部は過給器３８に供給され、これによって過給器３８が駆動される。

ピストン２２は、混合気の爆発によって上下動し、これによってクランクシャフト２６が回転する。クランクシャフト２６にはフライホイール２８が装着され、クランクシャフト２６の回転数つまりエンジン１２の回転数のぶれはフライホイール２８によって抑制される。また、エンジン１２の回転数は、エンジン回転センサ４６によって検知される。

クランクシャフト２６の回転力は、図２に示すトルクコンバータ５４および無段変速機５６を介して、ドライブシャフト（図示せず）に伝達される。これによって、車両１０が前進または後進する。クランクシャフト２６の回転力はまた、ベルト５８を介してオルタネータ６０の回転軸６０ｓに伝達される。回転軸６０ｓの回転力は電力に変換され、変換された電力はバッテリ６４に蓄えられる。

吸入空気温が低いと、空気密度が上昇し、充填効率が増大する。すると、燃焼時に燃焼室１６の圧力が増大し、エンジン１２が破損してしまうおそれがある。そこで、通常は、エンジン１２の回転数と吸入空気温とに基づいてスロットルバルブ３６の上限開度を設定し、設定された上限開度を超えない範囲でスロットルバルブ３６の開度を調整する。

しかし、スロットルバルブ３６の上限開度は、設計段階で設定されるか、或いは一部の実車を対象とする実測によって設定される。この結果、スロットルバルブ３６や過給器３８の設計のばらつき（個体差）に起因して上限開度が必要以上に抑制され、動力性能が低下するおそれがある。さらに、エンジン１２の回転数と吸入空気温とに基づく上限開度の設定は、参照するパラメータの少なさから、スロットルバルブ３６の開度の調整精度に限界がある。

そこで、この実施例では、図３に示すフロー図に従うスロットルバルブ制御処理をＥＣＵ５２に実行させるようにしている。なお、このフロー図に対応する制御プログラムは、メモリ５２ｍｍに記憶される。

図３を参照して、ステップＳ１では、エンジン回転センサ４６を通してエンジン１２の回転数を検出する。ここで、エンジン１２の回転数の単位は［ｒｐｍ］である。ステップＳ３では検出されたエンジン回転数が閾値ＴＨｒ以上であるか否かを判別し、判別結果がＮＯであればステップＳ１５に進む一方、判別結果がＹＥＳであればステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、エアフローメータ４８を通して吸入空気量を測定する。ステップＳ７では、温度センサ５０を通して吸入空気温を検出し、検出された吸入空気温に基づいて空気密度を算出する。ここで、吸入空気量の単位は［ｇ／ｓｅｃ］であり、空気密度の単位は［ｋｇ／ｍ^３］である。

ステップＳ９では、ステップＳ５およびＳ７で得られた吸入空気量および吸入空気温を数式１に適用して、エンジン１２の充填効率をＬ−Ｊ方式で算出する。
［数式１］
充填効率＝吸入空気量／空気密度／１０００×ストローク数／２×エンジン回転数／排気量×６０×１００×１０００

なお、数式１に順に出てくる“１０００”，“６０”，“１００”および“１０００”はそれぞれ、［ｇ］，［ｓｅｃ］，［％］，［ｍ^３］を単位とする。また、排気量は、［Ｌ］を単位とする。

ステップＳ１１では、こうして算出された充填効率が閾値ＴＨｃ以上であるか否かを判別する。判別結果がＹＥＳであればステップＳ１３に進み、判別結果がＮＯであればステップＳ１５に進む。

スロットルバルブ１３では、スロットルバルブ３６の開度の制限を要求するべくフラグＦＬＧｓｖを“１”に設定する。スロットルバルブ１５では、スロットルバルブ３６の開度の調整を許可するべくフラグＦＬＧｓｖを“０”に設定する。今回のスロットルバルブ制御処理は、ステップＳ１３またはＳ１５の処理の後に終了する。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を参照して、スロットルバルブ３６の開度が一定であれば、吸入空気量およびエンジン１２の回転数もまた一定となる。この状況で吸入空気温が徐々に低下すると、充填効率は徐々に上昇する。

ただし、充填効率が閾値ＴＨｃに達すると、フラグＦＬＧｓｖが“１”に設定され、吸入空気温の低下に伴ってスロットルバルブ３６の開度が徐々に低減される。低減されたスロットルバルブ３６の開度は、吸気温度が上昇に転じたときに、徐々に元の開度に戻る。フラグＦＬＧｓｖは、充填効率が閾値ＴＨｃを下回った時に“１”から“０”に更新される。

なお、図４（Ｂ）に示す閾値ＴＨｃ´は、スロットルバルブ３６や過給器３８の設計のばらつき（個体差）を想定して低めに設定された閾値である。また、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）に示す一点鎖線は、閾値ＴＨｃ´を参照した場合の充填効率の変化およびスロットルバルブ３６の開度の変化を示す。

以上の説明から分かるように、ＥＣＵ５２は、充填密度を繰り返し算出し(S9)、算出された充填密度が閾値ＴＨｃを下回るようにスロットルバルブ３６の開度を調整する(S11~S15)。エンジン１２への吸入空気量は、こうして制御されるスロットルバルブ３６によって規制される。

充填効率の算出にあたっては、吸入空気温に加えて吸入空気量が参照される。これによって、スロットルバルブ３６や過給器３８の個体差を排除することができ、スロットルバルブ３６の開度を高精度で調整することができる。

また、充填効率については先読みが可能であるため、吸入空気量の応答遅れを考慮してスロットルバルブ３６の開度を調整することができる。さらに、充填効率を参照することで、過給圧が制御不能となった場合でも、エンジン１２の破損を防止できる。

なお、この実施例ではＬ−Ｊ方式で充填効率を算出しているが、充填効率はＤ−Ｊ方式で算出するようにしてもよい。

１０ …車両
１２ …エンジン
１６ …燃焼室
１８ …吸気バルブ
３６ …スロットルバルブ
３８ …過給器
４６ …エンジン回転センサ
４８ …エアフローメータ
５０ …温度センサ
５２ …ＥＣＵ
６６ …吸気圧センサ

Claims (1)

1. 内燃機関に吸入される空気の量を規制するスロットルバルブを制御する制御装置であって、
   前記内燃機関の充填密度を繰り返し算出する算出手段、および
   前記算出手段によって算出された充填密度が閾値を下回るように前記スロットルバルブの開度を調整する調整手段を備える、制御装置。

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