JP3875964B2

JP3875964B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP3875964B2
Application number: JP2003181465A
Authority: JP
Inventors: 隆史松本; 雄治岸本; 亮治西山; 有啓浜田; 敏和知; 浩治永尾; 弘道津上; 敏克齋藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2023-06-25
Also published as: JP2005016392A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数の気筒を有する内燃機関において、気筒毎に要求されるトルクに対応して気筒毎の吸気量を個別に制御する内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両などに搭載される複数気筒を有する内燃機関では、エアクリーナの下流部における吸気系の集合部に設けられたスロットル弁により各気筒に供給する空気量が制御され、各気筒で発生するトルクは点火時期と燃料噴射量とで制御するのが一般的である。このような内燃機関ではスロットル弁から各気筒までの間の容積が大きいため、加速時においてはスロットル弁が開いてから各気筒の吸気量が増加するまでに時間を要し、内燃機関の回転上昇が遅れると共に、減速時においてはスロットル弁が閉じてから各気筒の吸気量が減少するまでにも時間を要して内燃機関の回転下降が遅くなる。すなわち、吸気系の集合部にスロットル弁を有する内燃機関ではアクセル操作に対する応答性が悪いということになる。
【０００３】
また、このような内燃機関においては減速時にスロットル弁を閉じることに伴って、スロットル弁下流側の負圧が急激に高まり、吸気管の壁面などに付着した燃料が急激に気化して各気筒に吸入されるため、空燃比が悪化して排出ガスの悪化や失火を生じることがあった。一方、応答性を向上させることと、可変吸気制御への対応とから、気筒毎にスロットル弁を配することによりスロットル弁の下流側の容積を小さくする、所謂多連スロットル弁を採用した内燃機関が提案されており、このような内燃機関ではスロットル弁下流側の容積を小さくすることにより、アクセル操作に対する応答性を向上させることができる。
【０００４】
例えば特許文献１には、ツインスロットル弁、または、各気筒にスロットル弁を有する多連スロットルシステムにおいて、各スロットル弁の連動手段を、点火順の２ｎ番目の気筒と、２ｎ＋１番目の気筒とをそれぞれセットにし、セット毎の気筒におけるスロットル弁の開度変化に位相差を生じさせ、吸気量に差を持たせて平均有効圧力に差を持たせることにより、加減速時におけるトルク振動を低減させ、運転品質を向上させる技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭６３−１８２２４９号公報（第６〜１８頁、第１図、第４〜９図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来例の内燃機関においては多連スロットル弁を使用しているため、スロットル弁下流の容積を小さくすることにより、アクセル操作に対する応答性の向上は達成できるが、反面、過渡時における振動の増大を招くという問題が生じる。また、加速時は空燃比をややリ−ン気味に推移させることにより、加速初期のトルクの上昇をマイルドにして振動の増大を抑制することができるが、リ−ン化し過ぎるとトルクの上昇が緩慢になりすぎて応答性が確保できず、また、トルク上昇直後に失火を生じるなどの問題があり、応答性の確保と振動の抑制を両立させることは困難であった。
【０００７】
また、特許文献１に開示された技術では、多連スロットル弁を使用した内燃機関において、点火順序の２ｎ番目と、２ｎ＋１番目との気筒をそれぞれセットにして吸気量を制御し、これらの気筒間に圧力差を設けることにより、加減速時のトルク振動の低減を行っているが、２ｎ番目と、２ｎ＋１番目との気筒間でトルクが変化するため、場合によっては振動が増大するという新たな振動要因となることがあった。
【０００８】
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、過渡時における応答性の向上と振動の抑制とを両立した内燃機関の制御装置を得ることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の複数の気筒に対して個別に吸気量を供給する吸気量制御手段と、内燃機関の各気筒に対して個別に燃料を供給する燃料噴射弁と、内燃機関の要求トルクを気筒毎に算出し、この要求トルクに対応して気筒毎の吸気量と吸気量に対応する燃料噴射量とを個別に演算して吸気量制御手段と燃料噴射弁とを操作すると共に、内燃機関の要求トルクが増減するとき、これに対応して気筒毎の吸気量を吸気行程順に逐次増減制御する制御手段とを備えるようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図６は、この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を説明するもので、図１は構成の一例を説明するブロック図、図２と図３とは動作を説明するフローチャート、図４ないし図６は動作および効果を説明する説明図である。この実施の形態においては、点火順序を、第一気筒−第三気筒−第四気筒−第二気筒の順とした直列四気筒の内燃機関を一例としており、各気筒に対して個別に吸気制御を行う吸気量制御手段としては、気筒毎に配設された吸気管に独立して設けられたスロットル弁を、気筒毎に独立して駆動するようにしたものである。ここでは、第一気筒についてのみ説明するが、第二〜四気筒についても同様に構成されるものである。
【００１１】
図１において、内燃機関１には気筒毎に設けられた吸気管２に吸気量を制御するスロットル弁３と、スロットル弁３を開閉駆動するスロットルアクチュエ−タ４と、スロットル弁３の開度を検出するスロットル開度センサ５と、気筒毎に燃料を噴射する燃料噴射弁６とが設けられ、スロットルアクチュエ−タ４および燃料噴射弁６は制御手段７からの指令により駆動される。そして、このスロットル弁３は各気筒に設けられ、吸気量制御手段を形成している。
【００１２】
内燃機関１には気筒識別や回転検出などを行う気筒識別手段８が設けられており、制御手段７には気筒識別手段８からの信号、スロットル開度センサ５からのスロットル開度信号、および、以下は図示しないが、各気筒に供給される空気量を計測する吸入空気量計測手段からの信号、アクセルポジションセンサからの信号、変速位置など運転モードを検出する運転モ−ド変更手段からの信号、水温センサからの信号、および、吸入空気温計測手段からの信号などが入力される。なお、各気筒と吸気管２との接続部には吸気バルブ９が、各気筒と排気管１０との接続部には排気バルブ１１が設けられている。
【００１３】
このような構成を持つ内燃機関の制御装置において、制御手段７が実行する動作を図２および図３のフローチャートにより説明すると次の通りである。まず、図２の吸気量制御処理において、ステップ２０１では内燃機関１の回転速度と、各気筒の吸入空気量と、各スロットル弁３の開度と、アクセルポジションの検出と、現在の各気筒の出力トルクなどが検出される。続くステップ２０２ではアクセルポジション信号の変化量が検出され、アクセル操作が過渡時であるかどうかが判定される。
【００１４】
ステップ２０２にて過渡時であると判定されるとステップ２０３に進むが、ステップ２０３は図３に示す過渡時吸気量制御処理を行うものである。ステップ２０２にて過渡時でないと判定されるとステップ２０４に進んで、ここでは吸気量制御処理が過渡制御中であるかどうかが判定され、過渡時における制御中であると判定されるとステップ２０３（すなわち図３の処理）に進み、過渡時制御中でないと判定されると定常状態もしくは緩加速、緩減速であると判断してステップ２０５に進む。ステップ２０５では気筒別の要求トルクを算出し、さらに、ステップ２０６に進んで気筒別のバラツキや吸気温、水温などにより気筒別の要求トルクの補正値が算出される。
【００１５】
ステップ２０７では以上の結果から得られた各気筒別の要求トルクを基に、各気筒のスロットル開度を算出し、さらに、ステップ２０８に進んでスロットルアクチュエ−タ４を駆動してスロットル開度をステップ２０７での算出値に設定する。また、図３の過渡時吸気量制御処理では、ステップ３０１にて最終目標要求トルクを算出し、続くステップ３０２においては運転モ−ド変更手段により運転モ−ドが変更されているかどうかを評価して、運転モ−ドに合わせた気筒別要求トルク算出法を選択する。そして、ステップ３０３、または、ステップ３０４に進んで運転モ−ドに合わせた気筒別の要求トルクを算出する。
【００１６】
上記のフローチャートにおいて、要求トルクはステップ２０５やステップ３０３およびステップ３０４などに示すように気筒別に算出される。各気筒で要求されるトルクの算出法としては、気筒識別手段８より得られる内燃機関１の回転速度と、図示しない吸入空気量計測手段による気筒毎の吸気量とから得られる現在のトルクに対し、例えばアクセルポジション信号の変化量から得られる最終到達トルクからトルクの増加量を算出し、各気筒のトルクの変化分を段階に分けて、例えばトルク変化の初期、中期、後期、もしくは、単に前期、後期に分けて、各期間で異なる変化量を設定する方法を採ることができる。また、単純に行程数で気筒毎のトルク増分を均等割する方法を採ってもよい。すなわち、最適な運転フィーリングを得るためにトルクの配分を設定すればよいことになる。
【００１７】
このようにして得られた各気筒の要求トルクを基に各気筒の吸気量を逐次制御する。例えば吸気量をα１、α２、α３、α４、α５（ただし、α１＜α２＜α３＜α４＜α５）とし、内燃機関１の吸気行程順を第一気筒、第三気筒、第四気筒、第二気筒としたとき、アクセルポジション変化後の出力上昇時においては、内燃機関１の出力増加は各気筒の吸気行程順に従い、各気筒の吸気量の低下が生じないように第一気筒はα１、第三気筒はα２、第四気筒はα３、第二気筒はα４、続く第一気筒はα５と設定される。また、この設定を、第一気筒はα１、第三気筒はα２、第四気筒はα２、第二気筒はα３、次の第一気筒はα３とすることもできる。
【００１８】
内燃機関１の出力低下時は、各気筒の吸気行程順に従い、各気筒の吸気量の上昇が生じないように、第一気筒はα５、第三気筒はα４、第四気筒はα３、第二気筒はα２、次の第一気筒はα１となるように設定する。また、第一気筒をα５、第三気筒をα５、第四気筒をα４、第二気筒をα３とし、続く第一気筒をα３と設定してもよい。各気筒の増分や減分（すなわち、上記のα１〜α５）は変速比などの運転モード、現在の出力トルク、そして、現在の出力トルクから最終目標トルクまでの差分により設定される。
【００１９】
なお、図２のフローチャートにおいて、ステップ２０６にて行われる気筒別要求トルクの補正に関しては、補正するためのパラメ−タとして、アクセルワ−クを学習した値、気筒別発生トルクのバラツキを学習した値、および、大気圧を用いることができる。
【００２０】
ステップ２０８ではスロットルアクチュエ−タを駆動するが、この駆動は、例えば、図４に示すように行うことができる。すなわち、図４（ａ）に示すようにアクセルポジションが急峻に変化したとき、図４（ｂ）は、気筒毎の吸気終了行程と同期してスロットルアクチュエ−タを駆動した場合を一例として示したものである。このように、内燃機関１の回転と同期して、特に、吸気行程の終了に同期してスロットルアクチュエ−タを駆動することにより、吸気量に対して正確な燃料量を制御することができ、排気ガスの悪化を防止することができる。
【００２１】
図４においては、アクセルポジションの変化に対して最も近い吸気行程の終了は第三気筒であるが、第一気筒においては、次の吸気行程に間に合うため第一気筒と第三気筒の目標スロットル開度を同時に変更し、スロットルアクチュエ−タを駆動するようにしている。そして、それ以降については第四気筒、第二気筒、第一気筒、第三気筒と順に吸気行程の順に従い、吸気行程の終了に同期してスロットルアクチュエ−タを駆動している。
【００２２】
また、第４図（ｂ）では、定常状態（図の区間Ａ）から加速初期（区間Ｂ）は急激なエンジン出力増に伴う振動を低減するように、加速中期（区間Ｃ）では出力増となるように、そして、加速後期（区間Ｄ）では最終目標到達トルクに滑らかに繋ぐことができるように各気筒の吸気量を設定し、設定量に応じた目標スロットル開度に駆動している。このようにトルク増を配分することにより、円滑な加速ができるものであり、このトルク増の配分は必要により様々なパターンとすることができる。また、ステップ３０２における運転モードの変更手段として、単に切換手段による変更以外に、アクセルの踏込み量、もしくは踏込み時間を運転モ−ド変更手段とすることもできる。
【００２３】
以上に説明した処理の一例として、加速時における動作を示したのが図５である。図５は、吸気系の集合部にスロットル弁を配して吸気量を調節する場合と、気筒毎にスロットル弁を配してその全スロットル弁が同時に駆動される多連スロットルの場合とを従来例とし、この発明における実施の形態１による内燃機関用制御装置と比較したものである。以下にこの発明による内燃機関用制御装置と従来例とを比較して説明する。
【００２４】
まず、従来例としての多連スロットル方式の場合を説明すると、図５（ａ）のようにアクセルポジションが変化したとき、多連スロットル方式の場合には図５（ｂ）の鎖線にて示すようにアクセルポジションに同期して全スロットル弁が同時に開くため、第５図（ｄ）の鎖線に示すように充填効率の増加が急峻となり、そのために内燃機関のトルクが急上昇して第５図（ｃ）の鎖線に示すように加速時に大きな振動を引き起こすことになる。
【００２５】
また、吸気系の集合部にスロットル弁を配した従来例の場合は、スロットル弁から各気筒のシリンダまでの容積が大きいために、図５（ｄ）の点線に示すように充填効率の増加は緩慢となり、図５（ｃ）の点線に示すように加速時における振動は軽減されるが、トルクの上昇も緩慢となって応答性が悪化する。これに対してこの発明による内燃機関用制御装置では、図５の（ｂ）と（ｃ）との実線にて示すように、加速初期にはスロットルの開度変化を緩慢にしてトルク変動による振動を低減し、加速中期では応答性を向上させるために開度変化を大きくし、加速後期ではスロットル開度変化を緩慢にするなど、振動を抑制して最適な目標要求トルクを得ることができる。
【００２６】
この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置では以上のような処理を行うため、図５の（ｃ）に示すように応答性の向上と振動の抑制を両立することが可能になるものである。また、減速時においても、図６の（ａ）に示すようにアクセルポジションが変化したとき、図６の（ｂ）に示すようにスロットル開度を操作することにより、図６の（ｃ）に示すように振動を軽減することができると共に、応答性を向上することができるものである。さらに、図６の（ｄ）に示すように、減速時の空燃比の濃化を防ぎ、排気ガスの悪化を防ぐことができるものである。
【００２７】
実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置の構成を説明するブロック図であり、図１と同一機能部分には同一符号が付与されている。また、図７には代表的に第一気筒のみ示したが、内燃機関１の第二〜四気筒も同様に構成されるものである。この実施の形態による内燃機関の制御装置は図７に示すように、吸気量制御手段として実施の形態１の各吸気管２に設けたスロットル弁３に代わり、吸気バルブ９の開弁期間と開弁タイミング、または、開弁動作量を制御することにより吸気量を制御するようにしたものである。
【００２８】
吸気バルブ９は、バルブ制御手段１２により動作制御され、バルブ制御手段１２には、電子的に制御される、例えば、電子直動バルブ制御手段などが使用され、実施の形態２においては各気筒の吸気量の制御をこの電子直動バルブ制御手段１２により行うものである。このように構成しても、電子直動バルブ制御手段１２が各気筒への充填吸気量を個別にしかも高速に行う事ができるため、実施の形態１で説明した効果を容易に実現することができるものである。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の複数の気筒に対して個別に吸気量を供給する吸気量制御手段と、内燃機関の各気筒に対して個別に燃料を供給する燃料噴射弁と、内燃機関の要求トルクを気筒毎に算出し、この要求トルクに対応して気筒毎の吸気量と吸気量に対応する燃料噴射量とを個別に演算して吸気量制御手段と燃料噴射弁とを操作すると共に、内燃機関の要求トルクが増減するとき、これに対応して気筒毎の吸気量を吸気行程順に逐次増減制御する制御手段を備えるようにしたので、気筒別の要求トルクに適合した吸気量を気筒別に個別に逐次制御することが可能となって、気筒間バラツキのない円滑な加減速が可能となり、排気ガスの悪化を防止することが可能になると共に、アクセル操作に対して良好な応答性により内燃機関の出力を制御することができ、内燃機関の出力変化に伴う振動を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の構成を説明するブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の動作を説明する説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の効果を説明する説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置の効果を説明する説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２による内燃機関の制御装置の構成を説明するブロック図である。
【符号の説明】
１内燃機関、２吸気管、３スロットル弁（吸気量制御手段）、
４スロットルアクチュエータ、５スロットル開度センサ、
６燃料噴射弁、７制御手段、８気筒識別手段、９吸気バルブ、
１０排気管、１１排気バルブ、１２バルブ制御手段。

Claims

内燃機関の複数の気筒に対して個別に吸気量を供給する吸気量制御手段、前記内燃機関の各気筒に対して個別に燃料を供給する燃料噴射弁、前記内燃機関の要求トルクを気筒毎に算出し、この要求トルクに対応して気筒毎の吸気量と吸気量に対応する燃料噴射量とを個別に演算して前記吸気量制御手段と前記燃料噴射弁とを操作すると共に、前記内燃機関の要求トルクが増減するとき、これに対応して気筒毎の吸気量を吸気行程順に逐次増減制御する制御手段を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の要求トルクが増加するときには、前記制御手段が、前記内燃機関の吸気行程順に吸気量を増加させるように前記吸気量制御手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御手段による吸気量の増加が、要求トルク増加の初期には増加量を少なく、中期には多く、後期には少なくなるように制御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制御装置。
前記制御手段による吸気量の増加が、要求トルク増加の初期には増加量を少なくし、中期以降は増加量を多く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制御装置。
前記内燃機関の要求トルクが減少するときには、前記制御手段が、前記内燃機関の吸気行程順に吸気量を減少させるように前記吸気量制御手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御手段による吸気量の減少が、要求トルク減少の初期には減少量を少なく、中期には多く、後期には少なくなるように制御することを特徴とする請求項１または請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御手段による吸気量の減少が、要求トルク減少の初期には減少量を少なくし、中期以降は減少量を多くすることを特徴とする請求項１または請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
運転モード変更信号発生手段が設けられており、前記制御手段は、前記運転モード変更信号発生手段からの信号に対応して前記気筒毎の要求トルクを算出することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御手段は、前記アクセルポジション信号からアクセルの踏み込み量と踏み込み時間とを検知し、このアクセル踏み込み量と踏み込み時間とから前記気筒毎の要求トルクを算出することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御手段は、吸気量の増減量を制御する複数のパターンを保有しており、前記運転モード変更信号発生手段からの信号、または、前記アクセルポジション信号により保有するパターンを切り換えることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御手段による吸気量の変更が、前記内燃機関の回転に同期して行われることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御手段による吸気量の変更が、前記内燃機関の吸気行程の終了時点で行われることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の制御装置。
前記吸気量制御手段が、気筒毎に配設される吸気管に設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
前記吸気量制御手段が、気筒毎に設けられた吸気バルブの開弁期間または動弁量を制御するものであることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。