JP3855493B2 - 筒内噴射式内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮行程噴射モードと吸気行程噴射モードとを有する筒内噴射式内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料を吸気ポートではなく、筒内に直接噴射する筒内噴射式内燃機関と呼ばれるものがある。この筒内噴射式内燃機関では、エンジン回転数とスロットル開度とから目標負荷を求め、エンジン回転数とこの目標負荷とに基づいて燃料噴射モードを決定している。筒内噴射式内燃機関における燃料噴射モードは、加速走行時の高負荷域にて、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、定速走行時の中負荷域にて、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、アイドル運転や低速走行時等の低負荷域にて、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があり、エンジン回転数と目標負荷に基づき燃料噴射モードの切換制御を行っている。
【0003】
ところで、上記のような筒内噴射式内燃機関に限らず、車両の内燃機関においては、所定の運転状態下で出力低下要求を受けて出力を低下させるものがある。例えば、特開平4−50440号公報に記載されたものでは、可変V形プーリとスチールベルトとの間で滑りが発生しないようにCVT(Continuously Variable Trasmission) へ作用するエンジントルクを制限するするようにしている。この公報に記載された「CVTシステム搭載車のエンジン制御方法」は、CVTプーリにかかる油圧を検出してその伝達可能トルクを算出する一方、エンジンの出力トルクを求め、この両トルクからエンジンの要求低減トルクを求め、要求低減トルク及びエンジンの運転状態を表すパラメータ(エンジン回転数、吸入空気量等)によりエンジンの空燃比・点火時期を決定してエンジンの出力トルクを制限するようにしたものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そして、所定の運転状態下で、前述の筒内噴射式内燃機関の出力を低下させるために、前述した特開平4−50440号公報に記載されたエンジン制御方法を適用することが考えられるが、その場合、要求低減トルクとエンジンの運転状態を表すパラメータにより、各燃料噴射モードにて、エンジンの空燃比・点火時期を決定してエンジンの出力トルクを制限することとなる。
【0005】
ところが、吸気行程中に燃料を噴射するストイキオモードや吸気リーンモードと、圧縮行程中に燃料を噴射する圧縮リーンモードとで、空燃比や点火時期を同じように制御してエンジンの出力トルクを制限すると適正な燃焼が行われなくなってしまう。例えば、吸気リーンモードでリーン化するように空燃比を制御すると、燃焼が不安定となってスモークが発生してしまう虞がある。また、圧縮リーンモードで点火時期を遅らせると、燃料噴霧が点火プラグ近傍に存在しないときに点火することとなり、失火が発生するする虞がある。
【0006】
本発明は、このような問題を解決するものであって、車両から出力低下要求を受けたときに運転状態に応じて制御パラメータ変えることで安定した燃焼状態を維持したままで適正に内燃機関の出力を低下させることができる筒内噴射式内燃機関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ための本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置は、圧縮行程で燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードと、吸気行程で燃料噴射を行う吸気行程噴射モードとを有するとともに、エンジンの出力軸に装着された無段変速機を有する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、実際のエンジン負荷が前記無段変速機の許容負荷よりも大きくて出力低下要求を受けたときに前記内燃機関の出力を低下させる出力低減手段を設け、該出力低減手段は、前記圧縮行程噴射モードでは燃料噴射量を減量する一方、前記吸気行程噴射モードでは燃料噴射量を減量すると共に点火時期を遅らせることを特徴とするものである。
また、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置は、前記許容負荷は前記無段変速機の実ライン油圧に基づいて算出されることを特徴とするものである。
また、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置は、前記実際のエンジン負荷はエンジン回転数と燃料噴射パルス幅に基づいて算出されることを特徴とするものである。
【0008】
従って、車両の運転状態に応じて出力低下要求を受けたときに、圧縮行程噴射モードでは燃料噴射量を減量して内燃機関の出力を低下させる一方、吸気行程噴射モードでは燃料噴射量を減量すると共に点火時期を遅らせて内燃機関の出力を低下させることとなり、安定した燃焼状態を維持したままで適正に内燃機関の出力を低下させることができる。
【0009】
【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。
【0010】
図1に本発明の一実施形態に係る筒内噴射式内燃機関の制御装置の概略構成、図2にエンジンの電子制御ユニットによる制御のフローチャート、図3にCVTの電子油圧コントローラによる制御のフローチャートを示す。
【0011】
本実施形態の筒内噴射式内燃機関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には各気筒毎に点火プラグ12が取付けられると共に、電磁式のインジェクタ13が取付けられている。燃焼室14内にはインジェクタ13の噴射口が開口し、ドライバ15を介してインジェクタ13から噴射される燃料が燃焼室14内に直接噴射されるようになっている。筒内噴射エンジン10のシリンダ16にはピストン17が上下に摺動自在に支持され、ピストン17の頂面にはキャビティ18が形成されており、キャビティ18によって吸気流に通常のタンブル流とは逆の逆タンブル流を発生させることができる。
【0012】
シリンダヘッド11には燃焼室14を臨む吸気ポート19及び排気ポート20が形成され、吸気ポート19は吸気弁21の駆動によって開閉され、排気ポート20は排気弁22の駆動によって開閉される。シリンダヘッド11の上部には吸気側のカムシャフト23及び排気側のカムシャフト24が回転自在に支持され、吸気側のカムシャフト23の回転により吸気弁21が駆動され、排気側のカムシャフト24の回転により排気弁22が駆動される。
【0013】
筒内噴射エンジン10には各気筒の所定のクランク位置でクランク角信号SGT を出力するクランク角センサ25が設けられ、クランク角センサ25はエンジン回転速度(Ne)を検出可能としている。また、クランクシャフトの半分の回転数で回転するカムシャフト23,24には気筒識別信号SGC を出力する識別センサ26が設けられ、気筒識別信号SGC によりクランク角信号SGT がどの気筒のものか識別可能とされている。
【0014】
吸気ポート19には吸気マニホールド27を介して吸気管28が接続され、吸気管28の空気取入口にはエアクリーナ29が取付けられている。この吸気管28には駆動モータ30によって駆動して流路を開閉する電子制御スロットル弁31が設けられると共に、スロットル弁31の開度を検出するスロットルポジションセンサ32が取付けられている。このスロットル弁31はアクセル開度やエンジン回転数等に基づいて駆動モータ30により開閉するものであり、スロットルポジションセンサ32からはこのスロットル弁31の開度に応じた開度信号がフィードバックされてスロットル弁31の開度が認識されるようになっている。また、スロットル弁31にはその全閉状態を検出して筒内噴射エンジン10のアイドリング状態を認識するアイドルスイッチ33が備えられている。更に、吸気管28には吸入空気量を検出するエアフローセンサ34が取付けられている。
【0015】
一方、排気ポート20には排気マニホールド35を介して排気管36が接続され、排気管36には三元触媒37及び図示しないマフラーが備えられている。
【0016】
上述した筒内噴射エンジン10の出力軸38には無段変速機としてのCVT39が装着されている。このCVT39は、図示しない一対の可変V形プーリの間に無端のスチールベルトを掛け回し、一方の可変V形プーリの回転軸をエンジン10の出力軸38に連結し、他方の可変V形プーリの回転軸をドライブシャフト40に連結して構成されている。従って、油圧の給排によって各可変V形プーリの幅を変更してプーリ比を変えると、エンジン10の出力軸38の回転力を一対の可変V形プーリ及びスチールベルトを介して無段階に調節してドライブシャフト40に伝達することができる。
【0017】
車両には出力低減手段としての機能を有するエンジンの電子制御ユニット(ECU)41が設けられ、このECU41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ECU41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。前述したクランク角センサ25、識別センサ26、スロットルポジションセンサ32、アイドルスイッチ33、エアフローセンサ34などの各種センサ類の検出情報がECU41に入力され、このECU41が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のドライバ15、点火プラグ12、スロットル弁31の駆動モータ30等を駆動制御する。
【0018】
また、車両にはCVT39の制御を行う電子油圧コントローラ(ELC)42が設けられ、このELC42は油圧ポンプ及び電磁弁を制御することで、車両の運転状態に応じたライン油圧PL を調節し、可変V形プーリによるスチールベルトの挾持圧力を所定値に維持して動力が確実に伝達されるようにしている。また、このELC42は変速指令に対して各可変V形プーリへの供給油圧(プライマリー油圧PP 、セカンダリー油圧PS )を制御することで、各可変V形プーリの幅を調節して変速比を無段階に調整している。
【0019】
このCVT39において、ライン油圧PL は、エンジン10の出力軸38からの入力トルクの大きさによって決まるものであり、この大きい入力トルクが可変V形プーリに作用すると、可変V形プーリとスチールベルトとの間で滑りが発生し、ドライブシャフト40への駆動力の伝達効率が低下してしまう。一方で、この滑りが発生しないように予めライン油圧PL を大きくすると、可変V形プーリとスチールベルトとの間の摩擦抵抗が大きくなってエンジン10の出力軸38に負荷が作用して燃料消費率が低下してしまう。
【0020】
そこで、本実施形態の筒内噴射式内燃機関の制御装置では、車両から出力低下要求を受けたとき、即ち、実際のエンジン負荷(エンジン10の出力軸38からの入力トルク)がCVT39における許容負荷よりも大きいときには、ECU41がエンジン10の出力を低下させるようにしている。この場合、本実施形態の筒内噴射式エンジン10では、燃料噴射モードの制御を、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などを切り換えて行っており、各燃料噴射モードに応じて制御パラメータ変えることでエンジン10の出力を低下させている。
【0021】
ここで、ECU41によるエンジン10の出力を低下させる制御方法を図2及び図3のフローチャートを用いて説明する。
【0022】
図2に示すように、ステップS1において、ECU41はエンジン回転数Neとスロットル開度TPSを読み込み、ステップS2にてエンジン回転数Neとスロットル開度TPSから目標負荷Peを求める。そして、ステップS3にて、この目標負荷Peとエンジン回転数Neとに基づいて図示しない燃料噴射マップから現在の燃料噴射域を検索して燃料噴射モードを決定する。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、あるいはオープンループモード、燃料カットモードに設定する。このステップS3で、圧縮リーンモードと判定されたときはステップS4に移行し、目標空燃比に応じた燃料噴射量が決定され、所定の噴射時期に燃料噴射が実行される。
【0023】
そして、ステップS5では、燃料噴射量と相関関係にあるインジェクタ13による燃料噴射のパルス幅Pwを読み込み、ステップS6にて、エンジン回転数Neとこの噴射パルス幅Pwから実際のエンジン負荷PePwをマップ検索し、ステップS7にて、ECU41は求めた実エンジン負荷PePwをCVT39のELC42に出力する。
【0024】
ここで、図3に示すように、ELC42は、ステップT1において、実エンジン負荷PePwを読み込み、ステップT2にて、この実エンジン負荷PePwに応じた制御ライン油圧PL0を算出し、ステップT3にて、CVT39に出力する一方、ステップT4にて、CVT39の図示しない油圧センサから実際のライン油圧PL1を入力する。そして、ステップT5にて、この実ライン油圧PL1に基づき安全率を加味して許容負荷PeCVTを算出し、ステップT5で、ELC42はこの許容負荷PeCVTをECU41に出力する。
【0025】
一方、ECU41では、図2に示すように、ステップS8で、ELC42から許容負荷PeCVTの入力待ちに状態にあり、ECU41に許容負荷PeCVTが入力されると、ステップS9にて、許容負荷PeCVTと実エンジン負荷PePwとの比較判定を行う。ここで、許容負荷PeCVTが実エンジン負荷PePwよりも大きければ、現在の燃料噴射モードを継続する。即ち、エンジン10の出力軸38からの入力トルクの大きさは、CVT39にて、可変V形プーリとスチールベルトとの間で適正にトルク伝達が実行されるような許容範囲内にあると判定される。
【0026】
また、ステップS9にて、許容負荷PeCVTよりも実エンジン負荷PePwの方が大きければ、CVT39にて、可変V形プーリとスチールベルトとの間で滑りが発生する虞があるため、ステップS10に移行し、ここで、エンジンのトルク抑制を行う。即ち、現在、エンジン10は圧縮リーンモードで燃料噴射制御されているが、目標スロットル開度を減少してインジェクタ13から噴射される燃料を減少させると共に、空燃比をリーン化傾向となるように駆動モータ30を駆動してスロットル弁31によるスロットル開度を閉方向側に調整することで、エンジンの出力トルクを抑制する。従って、エンジンの出力トルクが抑制されて実エンジン負荷PePwが低減し、エンジン10の出力軸38からの入力トルクは、CVT39にて適正にトルク伝達され、ドライブシャフト40に出力される。
【0027】
一方、ステップS3にて、目標負荷Peとエンジン回転数Neとに基づいて燃料噴射マップから現在の燃料噴射域を検索し、圧縮リーンモード以外の燃料噴射モード(ストイキオモード、吸気リーンモード他)と判定されたときはステップS11に移行し、目標空燃比に応じた燃料噴射量が決定され、所定の噴射時期に燃料噴射が実行される。そして、ステップS12以降では前述と同様の処理が行われる。即ち、ステップS12で燃料噴射パルス幅Pwを読み込み、ステップS13で実エンジン負荷PePwを求め、ステップS14でECU41が実エンジン負荷PePwをCVT39のELC42に出力する。
【0028】
ELC42は実エンジン負荷PePwに応じた制御ライン油圧PL0を算出してCVT39に出力する一方、CVT39の実ライン油圧PL1を入力して許容負荷PeCVTを算出し、ECU41に出力する。ECU41では、ステップS15でELC42から許容負荷PeCVTが入力されると、ステップS16にて、許容負荷PeCVTと実エンジン負荷PePwとの比較判定を行う。ここで、許容負荷PeCVTが実エンジン負荷PePwよりも大きければ、現在の燃料噴射モードを継続する。
【0029】
また、ステップS16にて、許容負荷PeCVTよりも実エンジン負荷PePwの方が大きければ、CVT39にて、可変V形プーリとスチールベルトとの間で滑りが発生する虞があるため、ステップS17に移行し、ここで、エンジンのトルク抑制を行う。即ち、現在、エンジン10は非圧縮リーンモードで燃料噴射制御されているが、インジェクタ13から噴射される燃料を減少させるように駆動モータ30を駆動してスロットル弁31のよるスロットル開度を減少すると共に、点火時期を遅らせることで、エンジンの出力トルクを抑制する。従って、エンジンの出力トルクが抑制されて実エンジン負荷PePwが低減し、エンジン10の出力軸38からの入力トルクは、CVT39にて適正にトルク伝達され、ドライブシャフト40に出力される。
【0030】
このように本実施形態にあっては、CVT39の許容負荷PeCVTよりもエンジン10の実エンジン負荷PePwの方が大きい場合、CVT39にて、可変V形プーリとスチールベルトとの間で滑りが発生する虞があるため、エンジン10が圧縮リーンモードで燃料噴射制御されているときは、燃料噴射量を減少させると共に空燃比をリーン化することでエンジンの出力トルクを抑制する一方、エンジン10が非圧縮リーンモードで燃料噴射制御されているときは、燃料噴射量を減少させると共に点火時期を遅らせることで、エンジンの出力トルクを抑制する。このようにCVT39から出力低下要求を受けたときには、燃料噴射モードに応じて制御パラメータ変えてエンジン出力を抑制することで、安定した燃焼状態を維持したままで適正にエンジン10の出力を低下させることができる。
【0031】
なお、上述の実施形態では、CVT39の許容負荷PeCVTよりもエンジン10の実エンジン負荷PePwの方が大きいとき、圧縮リーンモードでは燃料噴射量を減少させると共に空燃比をリーン化し、非圧縮リーンモードでは燃料噴射量を減少させると共に点火時期を遅らせたが、目標負荷Peを変更して同様の制御を行ってもよい。
【0032】
また、上述の実施形態では、本発明の筒内噴射式内燃機関の制御装置をCVT39を有する筒内噴射式エンジン10に適用したが、オートマチックトランスミッション(有段変速機)に適用することで、ロックアップ時の加速ショックを低減することもでき、更に、トラクションコントロールにも適用することで、スリップを防止することもできる。
【0033】
【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筒内噴射式内燃機関の制御装置によれば、実際のエンジン負荷が前記無段変速機の許容負荷よりも大きくて出力低下要求を受けたときに、圧縮行程噴射モードでは燃料噴射量を減量して内燃機関の出力を低下させる一方、吸気行程噴射モードでは燃料噴射量を減量すると共に点火時期を遅らせて内燃機関の出力を低下させることとなり、安定した燃焼状態を維持したままで適正に内燃機関の出力を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る筒内噴射式内燃機関の制御装置の概略構成図である。
【図2】エンジンの電子制御ユニットによる制御のフローチャートである。
【図3】CVTの電子油圧コントローラによる制御のフローチャートである。
【符号の説明】
10 筒内噴射エンジン
13 インジェクタ
25 クランク角センサ
30 駆動モータ
31 スロットル弁
32 スロットルポジションセンサ
34 エアフローセンサ
38 出力軸
39 CVT
40 ドライブシャフト
41 電子制御ユニット(ECU)
42 電子油圧コントローラ(ELC)
Claims (3)
- 圧縮行程で燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードと、吸気行程で燃料噴射を行う吸気行程噴射モードとを有するとともに、エンジンの出力軸に装着された無段変速機を有する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、実際のエンジン負荷が前記無段変速機の許容負荷よりも大きくて出力低下要求を受けたときに前記内燃機関の出力を低下させる出力低減手段を設け、該出力低減手段は、前記圧縮行程噴射モードでは燃料噴射量を減量する一方、前記吸気行程噴射モードでは燃料噴射量を減量すると共に点火時期を遅らせることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
- 請求項1に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
前記許容負荷は前記無段変速機の実ライン油圧に基づいて算出されることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。 - 請求項2に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
前記実際のエンジン負荷はエンジン回転数と燃料噴射パルス幅に基づいて算出されることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
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1998
- 1998-10-13 JP JP29062798A patent/JP3855493B2/ja not_active Expired - Lifetime
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