JP3817991B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特にアクセル開度から目標吸入空気量を求める内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関のトルク制御では、アクセル開度に応じた目標トルクを発生させるために、アクセル開度からスロットル開口面積を求め、このスロットル開口面積と、排気量及びエンジン回転数とによって係数を算出し、この係数を用いてエンジン内に流入する空気量（目標吸入空気量）の演算を行う方式がある。
【０００３】
一方、近年においては、燃費の向上や減速ショックの低減等を図るために、電磁的に吸排気バルブの作動を停止させて特定の気筒内に対する吸排気を制限し所定数の気筒の稼働を停止させる気筒休止運転や、電磁的に吸排気バルブを閉塞させて再圧縮行程や再膨張行程を設けてサイクル数を変化させる可変サイクル運転が開発されている。また、バルブ故障等が発生した場合に、故障が検知された気筒について燃料供給を停止させて気筒の動作を停止させるフェイルセーフ制御が開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術による内燃機関の制御方法では、気筒休止運転や可変サイクル運転、フェイルセーフ制御など、バルブの作動を停止させ気筒内に空気を流入させない方式を採用すると、通常の運転時と比較して必要とされる吸気量が変化することから、算出される目標空気量に誤差を生じる場合があった。
【０００５】
すなわち、気筒休止運転時や可変サイクル運転時、フェイルセーフ制御時等のようにバルブの作動が休止され、一部の気筒内に空気を流入させない状況下においては、通常運転時に比較してエンジンの稼働中の気筒に吸入される空気量が変動することになる。
【０００６】
そのため、従来の内燃機関の制御方法では、エンジン側に吸入される空気量が変動することによって、インテークマニホールドやコレクター内の負圧が変化し、所望のトルクとなる目標空気量が変化してしまい、エンジントルク制御の精度が低下する惧れがある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、気筒休止や可変サイクル等の運転状態においても高精度なエンジンのトルク制御を行うことができる内燃機関の制御装置を提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に係る発明は、複数の気筒を有し、バルブの作動を休止して一部の気筒内に空気を流入させないような気筒休止運転を行う内燃機関の制御装置であって、アクセル開度をスロットル開口面積に変換する変換手段と、スロットル開口面積を現在稼動している気筒数に対応する排気量及び機関回転数で除算した値と対応させて目標吸入空気量を記憶させた制御マップと、前記変換出段から出力されるスロットル開口面積を現在稼働している気筒数に対応する排気量及び機関回転数で除算した値に相当する係数を算出する係数算出手段と、前記制御マップに基づいて前記係数演算手段から算出される係数を目標吸入空気量に変換する目標吸入空気量演算手段とを有することを特徴とする内燃機関の制御装置である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は、機関が２回転する間に全ての気筒が吸気を行う４サイクル機関であり、かつ、電磁的に吸気弁及び排気弁を開閉する可変動弁手段によってサイクル数を４以外の数に変化させる機能を有し、前記係数演算手段は、機関が２回転する間に吸気を行う気筒の数を現在稼働している気筒数として前記係数を算出するものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２のいずれかの請求項に係る内燃機関の制御装置において、前記係数演算手段は、稼働を休止している気筒数を判定して、前記稼働している気筒数を求める機能を有するものである。
【００１１】
【発明の効果】
上記請求項１に係る発明によれば、アクセル開度をもとに目標吸入空気量を算出する際、現在の稼働気筒数を反映させた係数を用いて目標吸入空気量が求められるので、例えば、バルブ故障等に対するフェイルセーフ制御などで稼働気筒数が減少した場合であっても最適な目標吸入空気量が求められ、内燃機関のトルク制御の精度を確保することができる。
【００１３】
上記請求項２に係る発明によれば、４サイクル機関で可変サイクル運転を行う場合に、サイクル数が４以外の数に変化され、機関が２回転する間に吸気を行う気筒の数が変化して、通常運転時と比較して同一回転数当たりの吸入空気量が増減した場合であっても、この増減に応じて前記係数が算出されるので、精度の高い内燃機関の出力制御を行うことができる。
【００１４】
上記請求項３に係る発明によれば、気筒休止運転を行う場合に、稼働を休止している気筒を判定して、稼働している気筒数を求めて前記係数を算出することにより、休止している気筒数分の目標吸入空気量を減少させ、内燃機関のトルク制御の精度の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
（内燃機関の制御装置の構成）
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の第１実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る内燃機関１を示す概略構成図である。
【００１６】
同図に示すように、本実施形態に係る内燃機関１は、シリンダブロック２と、このシリンダブロック２内に挿通されるピストン３と、シリンダヘッド４とから画成される燃焼室５を備えており、エンジンコントロールユニット６によってその動作が制御されるものである。
【００１７】
前記シリンダヘッド４には、吸気ポート７を開閉する吸気バルブ８と、排気ポート９を開閉する排気バルブ１０とが配設されているとともに、燃焼室５に臨ませて点火プラグ１２が配設されている。また、吸気ポート７内には、燃料を噴射する燃料噴射弁１１が設けられている。
【００１８】
そして、このような内燃機関１では、吸気行程において燃料噴射弁１１から例えばガソリン等の燃料が噴射されて燃焼室５内に混合気が形成され、この混合気を圧縮行程におけるピストン３の上昇によって高温高圧化するとともに、点火プラグ１２によってこの混合気に点火させ、燃焼を行わせる。尚、燃噴射方式は直噴式でも予混合方式でもいずれの形態でもよい。その後、燃焼された排気ガスは排気バルブ１０の開動作時に排気ポート９に排出される。
【００１９】
また、前記吸気バルブ８及び排気バルブ１０は、電磁アクチュエータ１３，１４によって電磁的に上下動されて開閉されるものである。即ち、この電磁アクチュエータ１３，１４は、アクチュエータ制御部１５から送出される制御信号に基づいて供給される電流によって任意の時期にそれぞれ独立して吸気バルブ８及び排気バルブ１０を開閉駆動する。
【００２０】
このような電磁アクチュエータ１３，１４で吸排気バルブ８，１０の開閉動作を制御することによって、本実施形態に係る内燃機関１では、バルブ動作及び点火を停止させ稼働気筒数を減少させる気筒休止運転や、吸排気バルブ８，１０を所定のタイミングで閉塞させるとともに点火プラグ１２による点火を停止させて、サイクル中に再圧縮行程及び再膨張行程を設けることでサイクル数を変化させる可変サイクル運転が可能となっている。
【００２１】
（エンジンコントロールユニットの構成）
前記エンジンコントロールユニット６には、車両各部から運転状態を示す信号、例えばアクセル開度や、ピストンクランク１５に設けられたクランク角センサ１６からのエンジン回転数等が入力され、エンジンコントロールユニット６は、これらの信号に基づいて演算処理を行い、燃料噴射弁１１による燃料噴射時期や燃料噴射量、点火プラグ１２による点火時期、及び電磁アクチュエータ１３，１４の動作制御等を行う。この動作制御によって、本実施形態に係るエンジンコントロールユニット６は、気筒休止運転や、サイクル数を変化させる可変サイクル運転によって内燃機関１の出力を制御することができる。
【００２２】
さらに、このエンジンコントロールユニット６は、上記気筒休止時又は可変サイクル運転時における運転状態に応じてエンジン吸入空気量を調節し、内燃機関の出力を制御する機能を有する。具体的には、図１中に示すように、エンジンコントロールユニット６は、メモリ部６１と、目標トルク演算部６２と、目標吸入量演算部６３と、開口面積演算部６４とを備えている。
【００２３】
メモリ部６１は、内燃機関の排気量や、現在の運転状態における気筒休止数や可変サイクル数を記憶するものである。目標トルク演算部６２は、メモリ部６１からの情報及び現在の運転状態に基づいて目標吸入空気量を演算するものである。ＥＧＲ演算部６３は、目標トルク演算部６２の演算結果から目標ＥＧＲ量を演算し開口面積演算部６４に出力するものである。また、開口面積演算部６４は、目標ＥＧＲ量や排気量、エンジン回転数、最大吸気量等に応じて目標スロットル開度を演算するものである。
【００２４】
前記目標トルク演算部６２は、具体的には、スロットル開度、エンジン回転数及び排気量から係数を算出する係数演算手段と、算出された前記係数を、稼働している気筒数に基づいて補正する係数補正手段と、補正された係数に基づいて目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量演算手段とを有している。
【００２５】
詳述すると、図２に示すように、目標トルク演算部６２は、係数演算手段としてスロットル開度→スロットル開口面積変換部（以下、「変換部」とする）１７及び除算部６２ｂ、６２ｃとを備え、係数補正手段として稼働気筒数演算部１８及び乗算部６２ａとを備え、目標吸入空気量演算手段として目標吸入空気量演算部１９を備えている。なお、本実施形態に係る補正手段は、１気筒（シリンダ）当たりの排気量に稼働気筒数を乗算するようにする例を示している。
【００２６】
変換部１７は、入力されたアクセル開度〔deg〕をスロットル開口面積に変換し、このスロットル開口面積をパラメータＡＡＰＯ〔cm2〕として、除算部６２ｂに出力するものである。即ち、この変換部１７は、図４（ａ）に示すマップに基づいて、入力されたアクセル開度（図中ＡＰＯ）に対応するスロットル開口面積（ＡＡＰＯ）を求めて出力する。
【００２７】
乗算部６２ａは、稼働気筒数演算部１８によって演算された稼働気筒数に、メモリ部６１に記憶された１シリンダ当たりの排気量〔cc〕を乗算し、その乗算した値〔cc〕を除算部６２ｂに出力するものである。また、除算部６２ｂは、変換部１７から出力されたパラメータＡＡＰＯの値を、乗算部６２ａからの出力値で除算し、その除算した値〔cm2／cc〕を除算部６２に出力するものである。さらに、除算部６２ｃは、除算部６２ｂからの出力値を、入力されたエンジン回転数〔rpm〕で除算し求められた値をパラメータＴＧＡＤＮＶ〔cm2／rpm／cc〕として目標吸入空気量演算部１９に出力するものである。
【００２８】
目標吸入空気量演算部１９は、除算部６２ｃから取得したパラメータＴＧＡＤＮＶから目標吸入空気量（体積流量比）を算出し、この算出した値をパラメータＴＱＨ０ＳＴ〔%〕として、前記ＥＧＲ演算部６３に対して出力するものである。即ち、この目標吸入空気量演算部は、図４（ｂ）に示すマップに基づいて、除算部６２ｃから入力されたパラメータＴＧＡＤＮＶに対応するパラメータＴＱＨ０ＳＴを出力する。ＥＧＲ演算部６３は、このパラメータＴＱＨ０ＳＴに基づいて目標ＥＧＲ量を演算する。
【００２９】
稼働気筒数演算部１８は、メモリ部６１に記憶された現在の気筒休止数や可変サイクル数など、現在の運転状態を示すパラメータを取得し、このパラメータに応じて実際に稼働している気筒数を演算し、この演算結果を乗算部６２ａに出力するものである。詳述すると、気筒休止について、例えば４気筒エンジンの場合に、１気筒が休止しているときには稼働気筒数は３となる。また、可変サイクルについては、図５に示すように、４気筒エンジンにおいて、エンジン２回転当たり、４サイクル時には４気筒が吸気を行っているが、サイクルが変化されて８サイクルとなったときには２気筒が稼働していることとなり、１６サイクルとなったときには１気筒が吸気を行っていることとなる。
【００３０】
（稼働気筒数演算部の動作）
上記稼働気筒数演算部１８における演算は以下のように行われる。図３は、本実施形態に係る稼働気筒数演算部１８による演算処理を示すフロー図である。
【００３１】
同図に示すように、先ず、メモリ部６１に記憶されている現在の気筒休止数を読み込み（Ｓ１０１）、休止している気筒の有無を判断する（Ｓ１０２）。このステップＳ１０２において、休止している気筒が有ると判断した場合はステップＳ１０３に進み、無いと判断した場合にはステップＳ１０９に進む。
【００３２】
ステップＳ１０２において休止している気筒があると判断した場合には、実際に稼働している気筒数を演算し（Ｓ１０３）、さらにメモリ部６１から現在の可変サイクル数を読み込み（Ｓ１０４）、可変サイクルの有無について判断する（Ｓ１０５）。
【００３３】
このステップＳ１０５で可変サイクルが有ると判断した場合は、その可変サイクルの運転状態に基づいて実際に稼働している気筒（Cyl:シリンダ）数を演算し（Ｓ１０６）、気筒休止と可変サイクルの両者を考慮した場合の気筒数を出力する（Ｓ１０７）。一方、StepＳ１０５で可変サイクルが無いと判断した場合には、上記ステップＳ１０３で演算した気筒休止のみに基づく稼働気筒数を出力する（Ｓ１０８）。
【００３４】
他方、ステップ１０２において休止している気筒が無いと判断した場合には、メモリ部６１から現在の可変サイクル数を読み込み（Ｓ１０９）、可変サイクルの有無について判断する（Ｓ１１０）。
【００３５】
このステップＳ１１０で可変サイクルが有ると判断した場合は、その可変サイクルの運転状態に基づいて実際に稼働している気筒数を演算し（Ｓ１１１）、気筒休止と可変サイクルの両者を考慮した場合の気筒数を出力する（Ｓ１１２）。また、StepＳ１１０で可変サイクルが無いと判断した場合には、気筒休止及び可変サイクルのいずれも行われていないこととなるため、全気筒数を稼働気筒数として出力する（Ｓ１１３）。
【００３６】
（制御装置による効果）
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、目標トルク制御や目標駆動力制御のようなアクセル開度より目標吸入空気量を算出する際、気筒休止運転や可変サイクルなどで稼働気筒数が減少している場合に、減少した気筒分の排気量を減算して補正することによって、内燃機関１のトルク制御の精度を確保することができる。
【００３７】
［第２実施形態］
次いで、本発明である内燃機関の制御装置の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る制御装置の概略構成は、図１に示した第１実施形態に係るものと同様であるため、その説明は省略する。本実施形態では、第１実施形態で説明した目標トルク演算部６２に代えて別なる目標トルク演算部１６２を設けたことを特徴とする。図６は、本実施形態に係る目標トルク演算部１６２の概略構成を示すブロック図である。
【００３８】
即ち、同図に示すように、目標トルク演算部１６２は、係数演算手段として変換部１７及び除算部１６２ｂ、１６２ｃとを備え、係数補正手段として稼働気筒数−回転数係数演算部２０及び乗算部１６２ａとを備え、目標吸入空気量演算部１９を備えている。なお、本実施形態に係る係数補正手段は、増減した気筒数をエンジン回転数に換算するための係数を用いる例を示している。
【００３９】
乗算部１６２ａは、稼働気筒数−回転数係数演算部２０によって演算された稼働気筒数−回転数係数に、入力されたエンジン回転数〔rpm〕を乗算し、除算部１６２ｃに出力するものである。除算部１６２ｂは、変換部１７からの出力値〔cm2〕を、メモリ部６１に記憶された排気量〔cc〕で乗算し、その乗算した値〔cm2／cc〕を除算部１６２ｂに出力するものである。除算部１６２ｃは、除算部１６２ｂからの出力値〔cm2／cc〕を、乗算部１６２ａからの出力値〔rpm〕で除算して求められた値〔cm2／rpm／cc〕をパラメータＴＧＡＤＮＶ〔cm2／rpm／cc〕として目標吸入空気量演算部１９に出力するものである。
【００４０】
稼働気筒数−回転数係数演算部２０は、メモリ部６１に記憶された現在の気筒休止数や可変サイクル数など、現在の運転状態を示すパラメータを取得し、このパラメータに応じて実際に稼働している気筒数を演算し、この気筒数から回転数係数を算出し、この算出結果を乗算部１６２ａに出力するものである。
【００４１】
なお、本実施形態における変換部１７及び目標吸入空気量演算部１９の構成及び動作は、上述した第１実施形態に係るものと同様である。
【００４２】
（稼働気筒数演算部の動作）
上記稼働気筒数−回転数係数演算部２０における演算は以下のように行われる。図７は、本実施形態に係る稼働気筒数演算部２０による演算処理を示すフロー図である。
【００４３】
同図に示すように、気筒休止数の読み込みから、気筒休止の有無及び可変サイクルの有無に基づいて求められる各場合の気筒数の出力（Ｓ２０１〜Ｓ２１３）については、上述した第１実施形態と同様である。特に、本実施形態においては、求められた気筒数から稼働気筒数−回転数係数を求めるステップＳ２１４が設けられている。このステップＳ２１４により、気筒休止の有無及び可変サイクルの有無に基づいて求められた各場合の気筒数の出力（Ｓ２０７，Ｓ２０８，Ｓ２１２，Ｓ２１３）を、エンジン回転数を加減するための係数である稼働気筒数−回転数係数を演算し、出力する。
【００４４】
（制御装置による効果）
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、アクセル開度より目標吸入空気量を算出する際、気筒休止運転や可変サイクルなどで稼働気筒数が減少している場合に、休止気筒分の吸入空気量をエンジン回転数に換算した係数を用いて補正することによって、内燃機関１のトルク制御の精度を確保することができる。
【００４５】
［第３実施形態］
次いで、本発明である内燃機関の制御装置の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る制御装置の概略構成は、図１に示した第１実施形態に係るものと同様であるため、その説明は省略する。本実施形態では、第１実施形態で説明した目標トルク演算部６２に代えて別なる目標トルク演算部２６２を設けたことを特徴とする。図８は、本実施形態に係る目標トルク演算部２６２の概略構成を示すブロック図である。
【００４６】
即ち、同図に示すように、目標トルク演算部２６２は、係数演算手段として変換部１７及び除算部２６２ｂ、２６２ｃとを備え、係数補正手段として稼働気筒数係数演算部２１及び乗算部２６２ａとを備え、目標吸入空気量演算部１９を備えている。なお、本実施形態に係る係数補正手段は、増減した気筒数を、スロットル開口面積を排気量及びエンジン回転数で除した係数に換算したものを用いる例を示している。
【００４７】
乗算部２６２ａは、稼働気筒数係数演算部２１によって演算された稼働気筒数係数に、除算部２６２ｃからの出力値〔cm2／rpm／cc〕を乗算し、この乗算した値をパラメータＴＧＡＤＮＶ〔cm2／rpm／cc〕として目標吸入空気量演算部１９に出力するものである。除算部２６２ｂは、変換部１７からの出力値〔cm2〕を、メモリ部６１に記憶された排気量〔cc〕で乗算し、その乗算した値〔cm2／cc〕を除算部２６２ｂに出力するものである。除算部２６２ｃは、除算部２６２ｂからの出力値〔cm2／cc〕を、入力されたエンジン回転数〔rpm〕で乗算した値〔cm2／rpm／cc〕を乗算部２６２ａに出力するものである。
【００４８】
稼働気筒数係数演算部２１は、メモリ部６１に記憶された現在の気筒休止数や可変サイクル数など、現在の運転状態を示すパラメータを取得し、このパラメータに応じて実際に稼働している気筒数を演算し、この気筒数から稼働気筒数係数を算出し、この算出結果を乗算部１６２ａに出力するものである。
【００４９】
なお、本実施形態における変換部１７及び目標吸入空気量演算部１９の構成及び動作は、上述した第１実施形態に係るものと同様である。
【００５０】
（稼働気筒数演算部の動作）
上記稼働気筒数係数演算部２１における演算は以下のように行われる。図９は、本実施形態に係る稼働気筒数係数演算部２１による演算処理を示すフロー図である。
【００５１】
同図に示すように、気筒休止数の読み込みから、気筒休止の有無及び可変サイクルの有無に基づいて求められる各場合の気筒数の出力（Ｓ３０１〜Ｓ３１３）については、上述した第１実施形態と同様である。特に、本実施形態においては、求められた気筒数から稼働気筒数係数を求めるステップＳ３１４が設けられている。このステップＳ３１４により、気筒休止の有無及び可変サイクルの有無に基づいて求められた各場合の気筒数の出力（Ｓ３０７，Ｓ３０８，Ｓ３１２，Ｓ３１３）〔cm2／rpm／cc〕を加減するための係数である稼働気筒数係数を演算し、出力する。
【００５２】
（制御装置による効果）
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、係数を用いてスロットル開度より目標吸入空気量を算出する際、気筒休止運転や可変サイクルなどで稼働気筒数が減少している場合に、係数を休止気筒分補正することによって、内燃機関１のトルク制御の精度を確保することができる。即ち、エンジントルクや駆動力を目標値に制御する場合、稼働気筒数や燃焼サイクルが変動した場合において補正係数を適用することによって、初期の目標トルクや目標駆動力に精度良く整合、補正制御することができ、良好な運転性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係るエンジンコントロールユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態に係るエンジンコントロールユニットの動作を示すフロー図である。
【図４】第１〜第３実施形態に係るエンジン制御に用いられるマップであり、（ａ）は、アクセル開度（deg）とスロットル開口面積（cm2）との関係を示すものであり、（ｂ）は、パラメータＴＱＨ０ＳＴとＴＧＡＤＮＶとの関係を示すものである。
【図５】第１〜第３実施形態に係るエンジン制御における可変サイクルの説明図である。
【図６】第２実施形態に係るエンジンコントロールユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図７】第２実施形態に係るエンジンコントロールユニットの動作を示すフロー図である。
【図８】第３実施形態に係るエンジンコントロールユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図９】第３実施形態に係るエンジンコントロールユニットの動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…シリンダ
３…ピストン
４…シリンダヘッド
５…燃焼室
６…エンジンコントロールユニット
７…吸気ポート
８…吸気バルブ
９…排気ポート
１０ 排気バルブ
１１…燃料噴射弁
１２…点火プラグ
１３，１４…アクチュエータ
１５…ピストンクランク
１６…クランク角センサ
１７…スロットル開度−スロットル開口面積変換部
１８…稼働気筒数演算部
１９…目標吸入空気量演算部
２０…稼働気筒数−回転数係数演算部
２１…稼働気筒数係数演算部
６１…メモリ部
６２…目標トルク演算部
６３…ＥＧＲ演算部
６４…開口面積演算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特にアクセル開度から目標吸入空気量を求める内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関のトルク制御では、アクセル開度に応じた目標トルクを発生させるために、アクセル開度からスロットル開口面積を求め、このスロットル開口面積と、排気量及びエンジン回転数とによって係数を算出し、この係数を用いてエンジン内に流入する空気量（目標吸入空気量）の演算を行う方式がある。
【０００３】
一方、近年においては、燃費の向上や減速ショックの低減等を図るために、電磁的に吸排気バルブの作動を停止させて特定の気筒内に対する吸排気を制限し所定数の気筒の稼働を停止させる気筒休止運転や、電磁的に吸排気バルブを閉塞させて再圧縮行程や再膨張行程を設けてサイクル数を変化させる可変サイクル運転が開発されている。また、バルブ故障等が発生した場合に、故障が検知された気筒について燃料供給を停止させて気筒の動作を停止させるフェイルセーフ制御が開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術による内燃機関の制御方法では、気筒休止運転や可変サイクル運転、フェイルセーフ制御など、バルブの作動を停止させ気筒内に空気を流入させない方式を採用すると、通常の運転時と比較して必要とされる吸気量が変化することから、算出される目標空気量に誤差を生じる場合があった。
【０００５】
すなわち、気筒休止運転時や可変サイクル運転時、フェイルセーフ制御時等のようにバルブの作動が休止され、一部の気筒内に空気を流入させない状況下においては、通常運転時に比較してエンジンの稼働中の気筒に吸入される空気量が変動することになる。
【０００６】
そのため、従来の内燃機関の制御方法では、エンジン側に吸入される空気量が変動することによって、インテークマニホールドやコレクター内の負圧が変化し、所望のトルクとなる目標空気量が変化してしまい、エンジントルク制御の精度が低下する惧れがある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、気筒休止や可変サイクル等の運転状態においても高精度なエンジンのトルク制御を行うことができる内燃機関の制御装置を提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に係る発明は、複数の気筒を有し、バルブの作動を休止して一部の気筒内に空気を流入させないような気筒休止運転を行う内燃機関の制御装置であって、アクセル開度をスロットル開口面積に変換する変換手段と、スロットル開口面積を現在稼動している気筒数に対応する排気量及び機関回転数で除算した値と対応させて目標吸入空気量を記憶させた制御マップと、前記変換出段から出力されるスロットル開口面積を現在稼働している気筒数に対応する排気量及び機関回転数で除算した値に相当する係数を算出する係数算出手段と、前記制御マップに基づいて前記係数演算手段から算出される係数を目標吸入空気量に変換する目標吸入空気量演算手段とを有することを特徴とする内燃機関の制御装置である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は、機関が２回転する間に全ての気筒が吸気を行う４サイクル機関であり、かつ、電磁的に吸気弁及び排気弁を開閉する可変動弁手段によってサイクル数を４以外の数に変化させる機能を有し、前記係数演算手段は、機関が２回転する間に吸気を行う気筒の数を現在稼働している気筒数として前記係数を算出するものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２のいずれかの請求項に係る内燃機関の制御装置において、前記係数演算手段は、稼働を休止している気筒数を判定して、前記稼働している気筒数を求める機能を有するものである。
【００１１】
【発明の効果】
上記請求項１に係る発明によれば、アクセル開度をもとに目標吸入空気量を算出する際、現在の稼働気筒数を反映させた係数を用いて目標吸入空気量が求められるので、例えば、バルブ故障等に対するフェイルセーフ制御などで稼働気筒数が減少した場合であっても最適な目標吸入空気量が求められ、内燃機関のトルク制御の精度を確保することができる。
【００１３】
上記請求項２に係る発明によれば、４サイクル機関で可変サイクル運転を行う場合に、サイクル数が４以外の数に変化され、機関が２回転する間に吸気を行う気筒の数が変化して、通常運転時と比較して同一回転数当たりの吸入空気量が増減した場合であっても、この増減に応じて前記係数が算出されるので、精度の高い内燃機関の出力制御を行うことができる。
【００１４】
上記請求項３に係る発明によれば、気筒休止運転を行う場合に、稼働を休止している気筒を判定して、稼働している気筒数を求めて前記係数を算出することにより、休止している気筒数分の目標吸入空気量を減少させ、内燃機関のトルク制御の精度の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
（内燃機関の制御装置の構成）
以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の第１実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る内燃機関１を示す概略構成図である。
【００１６】
同図に示すように、本実施形態に係る内燃機関１は、シリンダブロック２と、このシリンダブロック２内に挿通されるピストン３と、シリンダヘッド４とから画成される燃焼室５を備えており、エンジンコントロールユニット６によってその動作が制御されるものである。
【００１７】
前記シリンダヘッド４には、吸気ポート７を開閉する吸気バルブ８と、排気ポート９を開閉する排気バルブ１０とが配設されているとともに、燃焼室５に臨ませて点火プラグ１２が配設されている。また、吸気ポート７内には、燃料を噴射する燃料噴射弁１１が設けられている。
【００１８】
そして、このような内燃機関１では、吸気行程において燃料噴射弁１１から例えばガソリン等の燃料が噴射されて燃焼室５内に混合気が形成され、この混合気を圧縮行程におけるピストン３の上昇によって高温高圧化するとともに、点火プラグ１２によってこの混合気に点火させ、燃焼を行わせる。尚、燃噴射方式は直噴式でも予混合方式でもいずれの形態でもよい。その後、燃焼された排気ガスは排気バルブ１０の開動作時に排気ポート９に排出される。
【００１９】
また、前記吸気バルブ８及び排気バルブ１０は、電磁アクチュエータ１３，１４によって電磁的に上下動されて開閉されるものである。即ち、この電磁アクチュエータ１３，１４は、アクチュエータ制御部１５から送出される制御信号に基づいて供給される電流によって任意の時期にそれぞれ独立して吸気バルブ８及び排気バルブ１０を開閉駆動する。
【００２０】
このような電磁アクチュエータ１３，１４で吸排気バルブ８，１０の開閉動作を制御することによって、本実施形態に係る内燃機関１では、バルブ動作及び点火を停止させ稼働気筒数を減少させる気筒休止運転や、吸排気バルブ８，１０を所定のタイミングで閉塞させるとともに点火プラグ１２による点火を停止させて、サイクル中に再圧縮行程及び再膨張行程を設けることでサイクル数を変化させる可変サイクル運転が可能となっている。
【００２１】
（エンジンコントロールユニットの構成）
前記エンジンコントロールユニット６には、車両各部から運転状態を示す信号、例えばアクセル開度や、ピストンクランク１５に設けられたクランク角センサ１６からのエンジン回転数等が入力され、エンジンコントロールユニット６は、これらの信号に基づいて演算処理を行い、燃料噴射弁１１による燃料噴射時期や燃料噴射量、点火プラグ１２による点火時期、及び電磁アクチュエータ１３，１４の動作制御等を行う。この動作制御によって、本実施形態に係るエンジンコントロールユニット６は、気筒休止運転や、サイクル数を変化させる可変サイクル運転によって内燃機関１の出力を制御することができる。
【００２２】
さらに、このエンジンコントロールユニット６は、上記気筒休止時又は可変サイクル運転時における運転状態に応じてエンジン吸入空気量を調節し、内燃機関の出力を制御する機能を有する。具体的には、図１中に示すように、エンジンコントロールユニット６は、メモリ部６１と、目標トルク演算部６２と、目標吸入量演算部６３と、開口面積演算部６４とを備えている。
【００２３】
メモリ部６１は、内燃機関の排気量や、現在の運転状態における気筒休止数や可変サイクル数を記憶するものである。目標トルク演算部６２は、メモリ部６１からの情報及び現在の運転状態に基づいて目標吸入空気量を演算するものである。ＥＧＲ演算部６３は、目標トルク演算部６２の演算結果から目標ＥＧＲ量を演算し開口面積演算部６４に出力するものである。また、開口面積演算部６４は、目標ＥＧＲ量や排気量、エンジン回転数、最大吸気量等に応じて目標スロットル開度を演算するものである。
【００２４】
前記目標トルク演算部６２は、具体的には、スロットル開度、エンジン回転数及び排気量から係数を算出する係数演算手段と、算出された前記係数を、稼働している気筒数に基づいて補正する係数補正手段と、補正された係数に基づいて目標吸入空気量を算出する目標吸入空気量演算手段とを有している。
【００２５】
詳述すると、図２に示すように、目標トルク演算部６２は、係数演算手段としてスロットル開度→スロットル開口面積変換部（以下、「変換部」とする）１７及び除算部６２ｂ、６２ｃとを備え、係数補正手段として稼働気筒数演算部１８及び乗算部６２ａとを備え、目標吸入空気量演算手段として目標吸入空気量演算部１９を備えている。なお、本実施形態に係る補正手段は、１気筒（シリンダ）当たりの排気量に稼働気筒数を乗算するようにする例を示している。
【００２６】
変換部１７は、入力されたアクセル開度〔deg〕をスロットル開口面積に変換し、このスロットル開口面積をパラメータＡＡＰＯ〔cm2〕として、除算部６２ｂに出力するものである。即ち、この変換部１７は、図４（ａ）に示すマップに基づいて、入力されたアクセル開度（図中ＡＰＯ）に対応するスロットル開口面積（ＡＡＰＯ）を求めて出力する。
【００２７】
乗算部６２ａは、稼働気筒数演算部１８によって演算された稼働気筒数に、メモリ部６１に記憶された１シリンダ当たりの排気量〔cc〕を乗算し、その乗算した値〔cc〕を除算部６２ｂに出力するものである。また、除算部６２ｂは、変換部１７から出力されたパラメータＡＡＰＯの値を、乗算部６２ａからの出力値で除算し、その除算した値〔cm2／cc〕を除算部６２に出力するものである。さらに、除算部６２ｃは、除算部６２ｂからの出力値を、入力されたエンジン回転数〔rpm〕で除算し求められた値をパラメータＴＧＡＤＮＶ〔cm2／rpm／cc〕として目標吸入空気量演算部１９に出力するものである。
【００２８】
目標吸入空気量演算部１９は、除算部６２ｃから取得したパラメータＴＧＡＤＮＶから目標吸入空気量（体積流量比）を算出し、この算出した値をパラメータＴＱＨ０ＳＴ〔%〕として、前記ＥＧＲ演算部６３に対して出力するものである。即ち、この目標吸入空気量演算部は、図４（ｂ）に示すマップに基づいて、除算部６２ｃから入力されたパラメータＴＧＡＤＮＶに対応するパラメータＴＱＨ０ＳＴを出力する。ＥＧＲ演算部６３は、このパラメータＴＱＨ０ＳＴに基づいて目標ＥＧＲ量を演算する。
【００２９】
稼働気筒数演算部１８は、メモリ部６１に記憶された現在の気筒休止数や可変サイクル数など、現在の運転状態を示すパラメータを取得し、このパラメータに応じて実際に稼働している気筒数を演算し、この演算結果を乗算部６２ａに出力するものである。詳述すると、気筒休止について、例えば４気筒エンジンの場合に、１気筒が休止しているときには稼働気筒数は３となる。また、可変サイクルについては、図５に示すように、４気筒エンジンにおいて、エンジン２回転当たり、４サイクル時には４気筒が吸気を行っているが、サイクルが変化されて８サイクルとなったときには２気筒が稼働していることとなり、１６サイクルとなったときには１気筒が吸気を行っていることとなる。
【００３０】
（稼働気筒数演算部の動作）
上記稼働気筒数演算部１８における演算は以下のように行われる。図３は、本実施形態に係る稼働気筒数演算部１８による演算処理を示すフロー図である。
【００３１】
同図に示すように、先ず、メモリ部６１に記憶されている現在の気筒休止数を読み込み（Ｓ１０１）、休止している気筒の有無を判断する（Ｓ１０２）。このステップＳ１０２において、休止している気筒が有ると判断した場合はステップＳ１０３に進み、無いと判断した場合にはステップＳ１０９に進む。
【００３２】
ステップＳ１０２において休止している気筒があると判断した場合には、実際に稼働している気筒数を演算し（Ｓ１０３）、さらにメモリ部６１から現在の可変サイクル数を読み込み（Ｓ１０４）、可変サイクルの有無について判断する（Ｓ１０５）。
【００３３】
このステップＳ１０５で可変サイクルが有ると判断した場合は、その可変サイクルの運転状態に基づいて実際に稼働している気筒（Cyl:シリンダ）数を演算し（Ｓ１０６）、気筒休止と可変サイクルの両者を考慮した場合の気筒数を出力する（Ｓ１０７）。一方、StepＳ１０５で可変サイクルが無いと判断した場合には、上記ステップＳ１０３で演算した気筒休止のみに基づく稼働気筒数を出力する（Ｓ１０８）。
【００３４】
他方、ステップ１０２において休止している気筒が無いと判断した場合には、メモリ部６１から現在の可変サイクル数を読み込み（Ｓ１０９）、可変サイクルの有無について判断する（Ｓ１１０）。
【００３５】
このステップＳ１１０で可変サイクルが有ると判断した場合は、その可変サイクルの運転状態に基づいて実際に稼働している気筒数を演算し（Ｓ１１１）、気筒休止と可変サイクルの両者を考慮した場合の気筒数を出力する（Ｓ１１２）。また、StepＳ１１０で可変サイクルが無いと判断した場合には、気筒休止及び可変サイクルのいずれも行われていないこととなるため、全気筒数を稼働気筒数として出力する（Ｓ１１３）。
【００３６】
（制御装置による効果）
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、目標トルク制御や目標駆動力制御のようなアクセル開度より目標吸入空気量を算出する際、気筒休止運転や可変サイクルなどで稼働気筒数が減少している場合に、減少した気筒分の排気量を減算して補正することによって、内燃機関１のトルク制御の精度を確保することができる。
【００３７】
［第２実施形態］
次いで、本発明である内燃機関の制御装置の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る制御装置の概略構成は、図１に示した第１実施形態に係るものと同様であるため、その説明は省略する。本実施形態では、第１実施形態で説明した目標トルク演算部６２に代えて別なる目標トルク演算部１６２を設けたことを特徴とする。図６は、本実施形態に係る目標トルク演算部１６２の概略構成を示すブロック図である。
【００３８】
即ち、同図に示すように、目標トルク演算部１６２は、係数演算手段として変換部１７及び除算部１６２ｂ、１６２ｃとを備え、係数補正手段として稼働気筒数−回転数係数演算部２０及び乗算部１６２ａとを備え、目標吸入空気量演算部１９を備えている。なお、本実施形態に係る係数補正手段は、増減した気筒数をエンジン回転数に換算するための係数を用いる例を示している。
【００３９】
乗算部１６２ａは、稼働気筒数−回転数係数演算部２０によって演算された稼働気筒数−回転数係数に、入力されたエンジン回転数〔rpm〕を乗算し、除算部１６２ｃに出力するものである。除算部１６２ｂは、変換部１７からの出力値〔cm2〕を、メモリ部６１に記憶された排気量〔cc〕で乗算し、その乗算した値〔cm2／cc〕を除算部１６２ｂに出力するものである。除算部１６２ｃは、除算部１６２ｂからの出力値〔cm2／cc〕を、乗算部１６２ａからの出力値〔rpm〕で除算して求められた値〔cm2／rpm／cc〕をパラメータＴＧＡＤＮＶ〔cm2／rpm／cc〕として目標吸入空気量演算部１９に出力するものである。
【００４０】
稼働気筒数−回転数係数演算部２０は、メモリ部６１に記憶された現在の気筒休止数や可変サイクル数など、現在の運転状態を示すパラメータを取得し、このパラメータに応じて実際に稼働している気筒数を演算し、この気筒数から回転数係数を算出し、この算出結果を乗算部１６２ａに出力するものである。
【００４１】
なお、本実施形態における変換部１７及び目標吸入空気量演算部１９の構成及び動作は、上述した第１実施形態に係るものと同様である。
【００４２】
（稼働気筒数演算部の動作）
上記稼働気筒数−回転数係数演算部２０における演算は以下のように行われる。図７は、本実施形態に係る稼働気筒数演算部２０による演算処理を示すフロー図である。
【００４３】
同図に示すように、気筒休止数の読み込みから、気筒休止の有無及び可変サイクルの有無に基づいて求められる各場合の気筒数の出力（Ｓ２０１〜Ｓ２１３）については、上述した第１実施形態と同様である。特に、本実施形態においては、求められた気筒数から稼働気筒数−回転数係数を求めるステップＳ２１４が設けられている。このステップＳ２１４により、気筒休止の有無及び可変サイクルの有無に基づいて求められた各場合の気筒数の出力（Ｓ２０７，Ｓ２０８，Ｓ２１２，Ｓ２１３）を、エンジン回転数を加減するための係数である稼働気筒数−回転数係数を演算し、出力する。
【００４４】
（制御装置による効果）
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、アクセル開度より目標吸入空気量を算出する際、気筒休止運転や可変サイクルなどで稼働気筒数が減少している場合に、休止気筒分の吸入空気量をエンジン回転数に換算した係数を用いて補正することによって、内燃機関１のトルク制御の精度を確保することができる。
【００４５】
［第３実施形態］
次いで、本発明である内燃機関の制御装置の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る制御装置の概略構成は、図１に示した第１実施形態に係るものと同様であるため、その説明は省略する。本実施形態では、第１実施形態で説明した目標トルク演算部６２に代えて別なる目標トルク演算部２６２を設けたことを特徴とする。図８は、本実施形態に係る目標トルク演算部２６２の概略構成を示すブロック図である。
【００４６】
即ち、同図に示すように、目標トルク演算部２６２は、係数演算手段として変換部１７及び除算部２６２ｂ、２６２ｃとを備え、係数補正手段として稼働気筒数係数演算部２１及び乗算部２６２ａとを備え、目標吸入空気量演算部１９を備えている。なお、本実施形態に係る係数補正手段は、増減した気筒数を、スロットル開口面積を排気量及びエンジン回転数で除した係数に換算したものを用いる例を示している。
【００４７】
乗算部２６２ａは、稼働気筒数係数演算部２１によって演算された稼働気筒数係数に、除算部２６２ｃからの出力値〔cm2／rpm／cc〕を乗算し、この乗算した値をパラメータＴＧＡＤＮＶ〔cm2／rpm／cc〕として目標吸入空気量演算部１９に出力するものである。除算部２６２ｂは、変換部１７からの出力値〔cm2〕を、メモリ部６１に記憶された排気量〔cc〕で乗算し、その乗算した値〔cm2／cc〕を除算部２６２ｂに出力するものである。除算部２６２ｃは、除算部２６２ｂからの出力値〔cm2／cc〕を、入力されたエンジン回転数〔rpm〕で乗算した値〔cm2／rpm／cc〕を乗算部２６２ａに出力するものである。
【００４８】
稼働気筒数係数演算部２１は、メモリ部６１に記憶された現在の気筒休止数や可変サイクル数など、現在の運転状態を示すパラメータを取得し、このパラメータに応じて実際に稼働している気筒数を演算し、この気筒数から稼働気筒数係数を算出し、この算出結果を乗算部１６２ａに出力するものである。
【００４９】
なお、本実施形態における変換部１７及び目標吸入空気量演算部１９の構成及び動作は、上述した第１実施形態に係るものと同様である。
【００５０】
（稼働気筒数演算部の動作）
上記稼働気筒数係数演算部２１における演算は以下のように行われる。図９は、本実施形態に係る稼働気筒数係数演算部２１による演算処理を示すフロー図である。
【００５１】
同図に示すように、気筒休止数の読み込みから、気筒休止の有無及び可変サイクルの有無に基づいて求められる各場合の気筒数の出力（Ｓ３０１〜Ｓ３１３）については、上述した第１実施形態と同様である。特に、本実施形態においては、求められた気筒数から稼働気筒数係数を求めるステップＳ３１４が設けられている。このステップＳ３１４により、気筒休止の有無及び可変サイクルの有無に基づいて求められた各場合の気筒数の出力（Ｓ３０７，Ｓ３０８，Ｓ３１２，Ｓ３１３）〔cm2／rpm／cc〕を加減するための係数である稼働気筒数係数を演算し、出力する。
【００５２】
（制御装置による効果）
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、係数を用いてスロットル開度より目標吸入空気量を算出する際、気筒休止運転や可変サイクルなどで稼働気筒数が減少している場合に、係数を休止気筒分補正することによって、内燃機関１のトルク制御の精度を確保することができる。即ち、エンジントルクや駆動力を目標値に制御する場合、稼働気筒数や燃焼サイクルが変動した場合において補正係数を適用することによって、初期の目標トルクや目標駆動力に精度良く整合、補正制御することができ、良好な運転性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係るエンジンコントロールユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態に係るエンジンコントロールユニットの動作を示すフロー図である。
【図４】第１〜第３実施形態に係るエンジン制御に用いられるマップであり、（ａ）は、アクセル開度（deg）とスロットル開口面積（cm2）との関係を示すものであり、（ｂ）は、パラメータＴＱＨ０ＳＴとＴＧＡＤＮＶとの関係を示すものである。
【図５】第１〜第３実施形態に係るエンジン制御における可変サイクルの説明図である。
【図６】第２実施形態に係るエンジンコントロールユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図７】第２実施形態に係るエンジンコントロールユニットの動作を示すフロー図である。
【図８】第３実施形態に係るエンジンコントロールユニットの概略構成を示すブロック図である。
【図９】第３実施形態に係るエンジンコントロールユニットの動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…シリンダ
３…ピストン
４…シリンダヘッド
５…燃焼室
６…エンジンコントロールユニット
７…吸気ポート
８…吸気バルブ
９…排気ポート
１０ 排気バルブ
１１…燃料噴射弁
１２…点火プラグ
１３，１４…アクチュエータ
１５…ピストンクランク
１６…クランク角センサ
１７…スロットル開度−スロットル開口面積変換部
１８…稼働気筒数演算部
１９…目標吸入空気量演算部
２０…稼働気筒数−回転数係数演算部
２１…稼働気筒数係数演算部
６１…メモリ部
６２…目標トルク演算部
６３…ＥＧＲ演算部
６４…開口面積演算部
Claims (3)
- 複数の気筒を有し、バルブの作動を休止して一部の気筒内に空気を流入させないような気筒休止運転を行う内燃機関の制御装置であって、
アクセル開度をスロットル開口面積に変換する変換手段と、
スロットル開口面積を現在稼動している気筒数に対応する排気量及び機関回転数で除算した値と対応させて目標吸入空気量を記憶させた制御マップと、
前記変換出段から出力されるスロットル開口面積を現在稼働している気筒数に対応する排気量及び機関回転数で除算した値に相当する係数を算出する係数算出手段と、
前記制御マップに基づいて前記係数演算手段から算出される係数を目標吸入空気量に変換する目標吸入空気量演算手段とを有することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関は、機関が２回転する間に全ての気筒が吸気を行う４サイクル機関であり、かつ、電磁的に吸気弁及び排気弁を開閉する可変動弁手段によってサイクル数を４以外の数に変化させる機能を有し、
前記係数演算手段は、機関が２回転する間に吸気を行う気筒の数を現在稼働している気筒数として前記係数を算出することを特徴とする請求項１に係る内燃機関の制御装置。 - 前記係数演算手段は、稼働を休止している気筒数を判定して、前記稼働している気筒数を求める機能を有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかの請求項に係る内燃機関の制御装置。
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