JP3803717B2 - 車両用エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン本体の吸気経路から取り出される負圧を利用して作動する負圧式ブレーキブースタを有する車両用エンジンの制御装置に関し、特に、空燃比を希薄化して燃費の向上を図るようにした希薄燃焼運転が可能なエンジンに適用するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３に負圧式ブレーキブースタを有する従来の希薄燃焼エンジンにおける吸気及び排気の流れを表す概略を示す。
【０００３】
図３に示すように、外気を取り入れるエアクリーナ101には吸気管102を介してサージタンク103が接続されており、この吸気管102には運転状態に応じて電気的に開度を変更して燃焼室内に流入する空気量を調整するスロットルバルブ104が取付けられている。そして、このサージタンク103は吸気マニホールド105を介してエンジン本体106に接続されている。このエンジン本体は４つの気筒を有しており、排気マニホールド107を介して排気管108に接続されている。また、サージタンク103には連結管109を介して負圧式ブレーキ機構110が接続されている。
【０００４】
従って、エアクリーナ101から吸入された空気は吸気管102に流入し、スロットルバルブ104によってその流量が調整されてサージタンク103に入り、吸気マニホールド105を通してエンジン本体106の図示しない燃焼室に供給される。一方、図示しない燃料噴射装置からは吸入空気量に見合った燃料が燃焼室に噴射され、ここで混合して適正な空燃比で燃焼が行われる。この燃焼によって発生した排気ガスは排気マニホールド107を介して排気管108に流出し、触媒によって処理されて大気に排出される。そして、ドライバがブレーキペダルを踏み込んだときには、サージタンク103内で生じる負圧が予め連結管109を介して負圧式ブレーキ機構110内に蓄積され、その圧力が作用することで、車両に制動力を生じさせる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では、エンジン本体に供給する混合気を希薄化することで、燃料消費率を向上させるようにした希薄燃焼エンジンが実用化されている。この希薄燃焼エンジンの場合、リーン運転時にはエンジン本体内に導入される吸気量が多いので、これに伴ってスロットルバルブの下流側（サージタンク）での負圧が低下する。そのため、例えば、車両の減速時に、スロットルバルブを開けて吸気を取り込むことでエンジンをリーン運転できるにも拘らず、負圧式ブレーキ機構の負圧確保のために、スロットルバルブを閉じて空燃比を理論空燃比近傍とし、サージタンク内の負圧を大きくすることで負圧式ブレーキ機構に必要な負圧を確保する必要がある。従って、希薄燃焼エンジンとして十分な燃料消費率の向上が図れていない。また、車両の通常走行時と減速時と運転状態が変化するとき、エンジンがリーン運転と非リーン運転との間で切り換わるため、ここでトルク変動が発生し易く、ドライバビリティが悪化する虞もある。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するものであって、負圧式ブレーキブースタの負圧を確実に確保する一方で燃料消費率の向上を図った車両用エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成する請求項１の発明の車両用エンジンの制御装置は、内燃機関の第１の気筒または気筒群に接続される第１吸気経路に設けられた第１絞り弁手段と、前記内燃機関の第２の気筒または気筒群に接続される第２吸気経路に設けられた第２絞り弁手段と、前記第１絞り弁手段の下流の前記第１吸気経路に接続されて該第１吸気経路内の負圧を利用してブレーキペダルの踏力を増大される負圧式ブレーキブースタと、該負圧式ブレーキブースタの作動またはその作動要求あるいは該負圧式ブレーキブースタの負圧低下を検出または推定する負圧低下検出手段と、該負圧低下検出手段の検出結果に基づいて該負圧式ブレーキブースタの作動またはその作動要求あるいは負圧低下が検出または推定されたときには前記第１絞り弁を閉じ前記第２絞り弁を若干開けると共に前記第１の気筒または気筒群を非リーン運転とし前記第２の気筒または気筒群をリーン運転とする空燃比制御手段とを具えたものである。
【０００８】
従って、負圧式ブレーキブースタの作動またはその作動要求、あるいは負圧低下が検出または推定されたときには、第１吸気経路の第１絞り弁手段の開度を小さく設定して第１の気筒または気筒群を非リーン運転とすることで、負圧式ブレーキブースタ用の負圧を十分に確保できる一方で、第２吸気経路の第２絞り弁手段の開度を大きく設定して第２の気筒または気筒群をリーン運転とすることで、燃料消費率を向上できる。
【０００９】
また、請求項２の発明の車両用エンジンの制御装置は、第１吸気経路と第２吸気経路には共通のサージタンクが介装され、サージタンクには車両減速時にはサージタンク内を第１吸気経路側と第２吸気経路側とに仕切り、通常時には両者間を連通する仕切り弁が設けられたものである。
【００１０】
従って、通常時には、サージタンクの内の第１吸気経路側と第２吸気経路側とが連通することで、吸気慣性効果を利用してエンジン効率を向上できる一方で、負圧式ブレーキブースタの作動またはその作動要求、あるいは負圧低下が検出または推定されたときには、サージタンク内が仕切り弁によって第１吸気経路側と第２吸気経路側とに仕切られることで、負圧式ブレーキブースタ用の負圧を十分に確保できると共に燃料消費率を向上できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１に本発明の一実施形態に係る車両用エンジンの制御装置の概略構成、図２に本実施形態の車両用エンジンの制御装置の制御のフローチャートを示す。
【００１３】
本実施形態の車両用エンジンの制御装置において、図１に示すように、エンジン１０は燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジンであって、シリンダヘッド１１には４つの気筒（＃１，＃２，＃３，＃４）毎に点火プラグ１２が取付けられると共に、インジェクタ１３が取付けられている。シリンダヘッド１１とシリンダ１４とピストン１５によって形成される燃焼室１６内にはこのインジェクタ１３の噴射口が開口し、燃料がこの燃焼室１４内に直接噴射されるようになっている。シリンダヘッド１１には燃焼室１６を臨む吸気ポート１７及び排気ポート１８が形成され、吸気ポート１７は吸気弁１９の駆動によって開閉され、排気ポート１８は排気弁２０の駆動によって開閉される。
【００１４】
エンジン１０の各気筒（＃１，＃２，＃３，＃４）における吸気ポート１７には、吸気マニホールドの４つの流通路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを介してサージタンク２２が接続され、このサージタンク２２には２つの吸気管２３ａ，２３ｂが接続され、各吸気管２３ａ，２３ｂの空気取入口にはエアクリーナ２４が取付けられている。このサージタンク２２には内部を２つの部屋２２ａ，２２ｂに仕切る仕切り弁２５が取付けられている。また、各吸気管２３ａ，２３ｂにはそれぞれスロットルバルブ２６ａ，２６ｂが設けられ、各スロットルバルブ２６ａ，２６ｂの開度を検出するスロットルポジションセンサ２７ａ，２７ｂと、スロットルバルブ２６ａ，２６ｂの開閉状態によりアイドリング状態を認識するアイドルスイッチ２８ａ，２８ｂが取り付けられている。
【００１５】
この場合、吸気管２３ａとサージタンク２２の部屋２２ａが本発明の第１吸気経路として構成され、吸気管２３ａに第１絞り弁手段としてスロットルバルブ２６ａが設けられる一方、吸気管２３ｂとサージタンク２２の部屋２２ｂが本発明の第２吸気経路として構成され、吸気管２３ｂに第２絞り弁手段としてスロットルバルブ２６ｂが設けられている。
【００１６】
一方、排気ポート１８には排気マニホールド２９を介して排気管３０が接続され、排気管３０には三元触媒３１及び図示しないマフラーが備えられている。
【００１７】
また、サージタンク２２の一方の部屋２２ａには連結管３２を介して負圧式ブレーキ機構３３が接続されている。この負圧式ブレーキ機構３３は、スロットルバルブ２６ａの下流に位置するサージタンク２２の一方の部屋２２ａに連通する負圧倍力装置（ブレーキブースタ）３４を有しており、ブレーキペダル３５の踏力を増大させてマスタシリンダ３６を作動させ、車両の制動力を生起することができる。なお、３７はブレーキペダル３５の踏み込みによってオン作動する負圧低下検出手段としてのブレーキスイッチ、３８は負圧倍力装置３４に組み込まれて、例えば、負圧が所定値を下回ったときにオン作動する負圧低下検出手段としての負圧スイッチである。
【００１８】
車両には空燃比制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０が設けられており、このＥＣＵ４０には前述したスロットルポジションセンサ２７ａ，２７ｂの検出値やアイドルスイッチ２８ａ，２８ｂの検出値が入力され、また、スロットル開度やエンジン回転数などに基づいてスロットルバルブ２６ａ，２６ｂの開閉制御を行っている。また、ＥＣＵ４０は車両の走行状態に応じて仕切り弁２５の開閉制御を行っており、具体的には、車両の通常走行時は仕切り弁２５を開放してサージタンク２２の２つの部屋２２ａ，２２ｂを連通し、減速走行時は仕切り弁２５を閉鎖して２つの部屋２２ａ，２２ｂを仕切っている。なお、ＥＣＵ４０にはブレーキスイッチ３７や負圧スイッチ３８のオンオフ信号が入力されるようになっており、負圧倍力装置３４の負圧の低下は、このブレーキスイッチ３７や負圧スイッチ３８のオン信号が出力されることで判定している。
【００１９】
なお、ＥＣＵ４０には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が具備されており、このＥＣＵ４０によって筒内噴射エンジン１０の総合的な制御が実施される。前述した各種センサ類の検出情報はＥＣＵ４０に入力され、ＥＣＵ４０は各種センサ類の検出情報に基づいて、燃料噴射モードや燃料噴射量を始めとして点火時期等を決定し、インジェクタ１３や点火プラグ１２等を駆動制御する。
【００２０】
このように構成された筒内噴射エンジン１０において、図示しないイグニッションキースイッチをスタータオン位置に入れてエンジン１０を始動させると、図示しないクランクシャフトが回転駆動してピストン１５がシリンダ１４内で往復移動する一方、クランクシャフトの駆動と同期する各カムシャフトの回転駆動によって吸気弁１９が開放して空気が吸気ポート１７から燃焼室１６内に供給されると同時に、インジェクタ１３から燃料が燃焼室１６内に直接噴射され、点火プラグ１２により着火されて爆発された後、排気バルブ２０の開放時、排気ガスが排気ポート１８から排気管３０に排気される。
【００２１】
この場合、エアクリーナ２４から吸入された空気は２つの吸気管２３ａ，２３ｂに流入し、スロットルバルブ２６ａ，２６ｂによって流量が調整されてサージタンク２２に入り、吸気マニホールド（流通路２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）を通してエンジン本体１０の燃焼室１６に供給される。一方、インジェクタ１３はこの吸入空気量に見合った燃料が燃焼室１６に直接噴射され、ここで混合して適正な空燃比で燃焼が行われる。
【００２２】
本実施形態の車両用エンジンの制御装置では、主に吸気行程中に燃料を噴射して理論空燃比で予混合燃焼を行うストイキオモードと、主に吸気行程中に燃料を噴射して理論空燃比よりもリーンな空燃比で予混合燃焼を行う吸気リーンモードと、主に圧縮行程中に燃料を噴射して吸気リーンモードよりもリーンな空燃比で層状燃焼を行う圧縮リーンモードとの切り換えを行うことで、燃料噴射モードの制御を行っている。
【００２３】
本実施形態では、希薄燃焼エンジンとして問題となる負圧倍力装置３４への負圧確保をサージタンク２２を仕切り弁２５によって２つの部屋２２ａ，２２ｂに仕切り可能とすると共に、このサージタンク２２の各部屋２２ａ，２２ｂに２つの吸気管２３ａ，２３ｂを接続し、エンジン１０の運転状態に応じて仕切り弁２５を開閉制御可能とし、負圧式ブレーキ機構３３を作動させる場合には、サージタンク２２を仕切り弁２５で各部屋２２ａ，２２ｂに仕切ることで、サージタンク２２の一方の部屋２２ａをストイキモードで運転可能として負圧式ブレーキ機構３３のための負圧を確保視、他方の部屋２２ｂをリーンオモードで運転可能として燃料消費率の向上を図るようにしている。
【００２４】
ここで、本実施形態の車両用エンジンの制御装置による空燃比制御について、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００２５】
図２のフローチャートに示すように、ステップＳ１において、負圧不足条件が成立しているかどうかの判定を行うが、実際には、車両が減速しているかどうかを判定するものであり、ここでは、負圧スイッチ３８のオン信号が出力されているかどうかを判定する。ここで、負圧スイッチ３８のオン信号が出力されてなければ、負圧倍力装置３４内に負圧が確保されている状態であると判定してステップＳ２に移行する。そして、このステップＳ２では、ＥＣＵ４０が仕切り弁２５を全開としてサージタンク２２の各部屋２２ａ，２２ｂを連通し、ステップＳ３にて、エンジン１０をエンジン負荷やエンジン回転数などに応じて運転制御する。即ち、ストイキオモード、吸気リーンモード、圧縮リーンモードを運転状態に応じて切り換えて運転制御する。
【００２６】
一方、ステップＳ１にて、ブレーキペダル３５が踏み込まれて負圧倍力装置３４内の負圧が所定値を下回って負圧スイッチ３８がオン作動すると、次のブレーキ作動の際、十分に負圧倍力装置３４が作動しないと判定してステップＳ４に移行する。そして、このステップＳ４では、ＥＣＵ４０が仕切り弁２５を全閉としてサージタンク２２を各部屋２２ａ，２２ｂに仕切り、ステップＳ５にて、第１スロットルバルブ２６ａを閉じる一方、第２スロットルバルブ２６ｂを若干開けてサージタンク２２の部屋２２ｂに空気を流入する。そして、ステップＳ６にて、サージタンク２２の部屋２２ａから流通路２１ａ，２１ｂを通してエンジン１０の気筒＃２，＃３には吸気されずにストイキオモードで運転することとなり、サージタンク２２の部屋２２ａに負圧が生起して負圧式ブレーキ機構３３のための負圧を確保できると共に、サージタンク２２の部屋２２ｂから流通路２１ｃ，２１ｄを通してエンジン１０の気筒＃１，＃４には吸気されて圧縮リーンモードで運転することとなり、燃料消費率の向上が図れる。
【００２７】
このように本実施形態にあっては、車両の通常走行時には、サージタンク２２の部屋２２ａ，２２ｂを連通し、ストイキオモード、吸気リーンモード、圧縮リーンモードを運転状態に応じて切り換えて運転制御することとなり、希薄燃焼を実現して燃料消費率を向上できると共に、吸気慣性効果を利用してエンジン効率を向上できる。また、負圧倍力装置３４内の負圧が低下したときには、仕切り弁２５によってサージタンク２２内を２つの部屋２２ａ，２２ｂに仕切ると共にスロットルバルブ２６ａを閉じ、スロットルバルブ２６ｂを若干開け、第１吸気経路（吸気管２３ａ）に接続されたエンジン１０の第１気筒群としての気筒＃２，＃３をストイキオモードとしてサージタンク２２の部屋２２ａに負圧式ブレーキ機構３３が適正に作動するための負圧を確保する一方、第２吸気経路（吸気管２３ｂ）に接続されたエンジン１０の第２気筒群としての気筒＃１，＃４を圧縮リーンモードで運転して燃料消費率を向上できる。
【００２８】
なお、車両の通常走行時にて、燃料噴射モードの切り換えによる空燃比制御はエンジン１０の各気筒（＃１，＃２，＃３，＃４）で同様の制御を行ってるものであり、上述した負圧倍力装置３４への負圧確保のための空燃比制御に移行しても、この時のトルク変動は小さく、ドライバビリティが悪化することはない。
【００２９】
また、上述の実施形態では、吸気管２３ａ，２３ｂに下流側にサージタンク２２を接続し、この吸気管２３ａ，２３ｂにスロットルバルブ２６ａ，２６ｂを設けたが、スロットルバルブ２６ａ，２６ｂの上流側にサージタンク２２を設けてもよい。また、前述のフローチャートで、負圧不足条件が成立しているかどうかの判定を、負圧スイッチ３８のオン信号を用いて行ったが、負圧低下検出手段としてのブレーキスイッチ３７のオン信号や図示しないアクセルペダルのオフ信号などを用いて判定してもよく、両者を併用してもよい。更に、負圧倍力装置３４の負圧低下を負圧ブースタの作動変位を検出したり、エンジン回転数や負圧時の運転情報から推定するなど、他の検出方法を使用するようにしてもよい。
【００３０】
また、本実施形態では、各吸気経路が２気筒ずつ気筒群として接続されていたが、一方の吸気経路を１つの気筒とし、他方の吸気経路を気筒群に接続するようにしてもよい。
【００３１】
更に、上述の実施形態では、ＥＣＵ４０が駆動モータを作動してスロットルバルブ２６ａ，２６ｂを開閉制御する電子制御式スロットルバルブとしたが、アクセルペダルとワイヤで接続されてアクセル操作に直接連動するスロットルバルブをバイパスするバイパス通路を設け、このバイパス通路に制御弁を設けた吸入空気量を調整するタイプにも適用することができる。更に、本発明の車両用エンジンの制御装置を筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジンに適用して説明したが、燃料を吸気ポートに噴射するタイプのエンジンやＶ型エンジンにも適用することもできる。
【００３２】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように本発明の車両用エンジンの制御装置によれば、負圧式ブレーキ機構を適正に作動させることで信頼性を向上することができると共に、減速時の燃料消費率の向上を図ることでエンジン効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用エンジンの制御装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態の車両用エンジンの制御装置の制御のフローチャートである。
【図３】負圧式ブレーキブースタを有する従来の希薄燃焼エンジンにおける吸気及び排気の流れを表す概略図である。
【符号の説明】
１０ 筒内噴射エンジン
２２ サージタンク
２２ａ 部屋（第１吸気経路）
２２ｂ 部屋（第２吸気経路）
２３ａ 吸気管（第１吸気経路）
２３ｂ 吸気管（第２吸気経路）
２５ 仕切り弁
２６ａ スロットルバルブ（第１絞り弁手段）
２６ｂ スロットルバルブ（第２絞り弁手段）
３３ 負圧式ブレーキ機構
３４ 負圧倍力装置（ブレーキブースタ）
３５ ブレーキペダル
３７ ブレーキスイッチ（負圧低下検出手段）
３８ 負圧スイッチ（負圧低下検出手段）
４０ エンジンコントロールユニット、ＥＣＵ（空燃比制御手段）

Claims (2)

1. 内燃機関の第１の気筒または気筒群に接続される第１吸気経路に設けられた第１絞り弁手段と、前記内燃機関の第２の気筒または気筒群に接続される第２吸気経路に設けられた第２絞り弁手段と、前記第１絞り弁手段の下流の前記第１吸気経路に接続されて該第１吸気経路内の負圧を利用してブレーキペダルの踏力を増大される負圧式ブレーキブースタと、該負圧式ブレーキブースタの作動またはその作動要求あるいは該負圧式ブレーキブースタの負圧低下を検出または推定する負圧低下検出手段と、該負圧低下検出手段の検出結果に基づいて該負圧式ブレーキブースタの作動またはその作動要求あるいは負圧低下が検出または推定されたときには前記第１絞り弁を閉じ前記第２絞り弁を若干開けると共に前記第１の気筒または気筒群を非リーン運転とし前記第２の気筒または気筒群をリーン運転とする空燃比制御手段とを具えたことを特徴とする車両用エンジンの制御装置。
2. 請求項１記載の車両用エンジンの制御装置において、前記第１吸気経路と前記第２吸気経路には共通のサージタンクが介装され、該サージタンクには車両減速時に該サージタンク内を前記第１吸気経路側と第２吸気経路側とに仕切り、通常時に両者間を連通する仕切り弁が設けられていることを特徴とする車両用エンジンの制御装置。

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