JP4058784B2

JP4058784B2 - 内燃機関のアイドル時空燃比制御装置

Info

Publication number: JP4058784B2
Application number: JP31953697A
Authority: JP
Inventors: 勝夫斎藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2017-11-20
Also published as: JPH11153052A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のアイドル時空燃比制御装置に関し、詳しくは、エアコン用コンプレッサ等の補機負荷に対応する軸トルクを得るための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エアコン用コンプレッサの負荷（以下、エアコン負荷と略す）に対応するためのアイドル制御としては、例えば特開平４−２４１７５７号公報に開示されるようなものがあった。
このものは、アイドル時にエアコン負荷が投入されると、補助空気制御量を一旦上昇させた後、所定の減衰値に従ってエアコン負荷に応じた所定の制御量まで減少させるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、理論空燃比よりも大幅にリーンである目標空燃比で燃焼を行わせるリーン燃焼機関（所謂火花点火式直噴機関を含む）が開発されており、アイドルを含む低負荷，低回転運転領域においては、一般に、リーン燃焼（均質リーン燃焼又は成層リーン燃焼）が行われる設定となっている。
【０００４】
このようなリーン燃焼機関では、リーン燃焼が行われるアイドル運転時において発生可能なトルクが低く、理論空燃比での燃焼であれば空気量制御によってエアコン負荷に対応できるトルクを発生させることができる場合であっても、リーン燃焼のままでは、エアコン負荷に対応できるトルクを発生させることができなくなってしまう場合があった。
【０００５】
ここで、エアコン負荷の投入の有無を、エアコンスイッチのＯＮ・ＯＦＦに基づいて判断し、エアコン負荷投入時にリーン燃焼を禁止し、強制的に理論空燃比での燃焼に切り換えるようにすれば、エアコン負荷に対応できる軸トルクを確実に発生させることが可能となる。しかしながら、エアコン負荷は、季節（外気温度）によって大きく異なるため、上記のようにエアコン負荷の投入時にリーン燃焼を禁止すると、エアコン負荷が比較的小さい夏期以外において、リーン燃焼によって必要トルクを確保できるのに、エアコン負荷の投入によってリーン燃焼が一律に禁止されることになってしまい、燃費性能の悪化を招くという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、リーン燃焼機関において、燃費性能の悪化を回避しつつ、エアコン負荷に対応できる軸トルクを確実に発生させることができるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、図１に示すように構成される。図１において、内燃機関は、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、吸気行程にて燃料を噴射させて理論空燃比で燃焼させる均質ストイキ燃焼と、吸気行程にて燃料を噴射させてリーン空燃比で燃焼させる均質リーン燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射させてリーン空燃比で燃焼させる成層リーン燃焼とが切り換え可能な内燃機関であり、アイドル検出手段は機関のアイドル運転状態を検出し、補機負荷検出手段は、機関駆動される補機の負荷の大きさを検出する。そして、目標空燃比変更手段は、前記アイドル運転状態であってリーン燃焼の許可状態であるときに、前記補機負荷の大きさが第１所定値以上である場合には、リーン燃焼を禁止して前記均質ストイキ燃焼を行わせ、前記リーン燃焼の許可状態が成層リーン燃焼の許可状態であって、前記補機負荷の大きさが前記第１所定値よりも小さい第２所定値以下である場合には、成層リーン燃焼の範囲内で空燃比を前記補機負荷の大きさに応じて設定して成層リーン燃焼を行わせ、前記リーン燃焼の許可状態が成層リーン燃焼の許可状態であって、前記補機負荷の大きさが前記第１所定値未満でかつ前記第２所定値を超える場合には、均質リーン燃焼の範囲内で空燃比を前記補機負荷の大きさに応じて設定して均質リーン燃焼を行わせ、前記リーン燃焼の許可状態が均質リーン燃焼の許可状態であって、前記補機負荷の大きさが前記第１所定値未満でかつ前記第２所定値を超える場合には、均質リーン燃焼の範囲内で空燃比を前記補機負荷の大きさに応じて設定して均質リーン燃焼を行わせ、前記リーン燃焼の許可状態が均質リーン燃焼の許可状態であって、前記補機負荷の大きさが前記第２所定値以下である場合には、基準空燃比での均質リーン燃焼を行わせる。
【０００８】
かかる構成によると、アイドル運転時に、リーン燃焼の許可状態であっても、補機負荷の大きさが第１所定値以上である場合には、リーン燃焼を禁止して均質ストイキ燃焼を行わせて、理論空燃比で燃焼させる。また、補機負荷の大きさが第１所定値未満でかつ第２所定値を超える場合において、成層リーン燃焼の許可状態であれば、均質リーン燃焼を行わせることとし、かつ、均質リーン燃焼の範囲内で空燃比を補機負荷の大きさに応じて設定する。また、同じく、補機負荷の大きさが第１所定値未満でかつ第２所定値を超える場合において、均質リーン燃焼の許可状態であれば、均質リーン燃焼の範囲内で空燃比を補機負荷の大きさに応じて設定して均質リーン燃焼を行わせる。更に、成層リーン燃焼の許可状態であって、補機負荷の大きさが第２所定値以下である場合には、成層リーン燃焼の範囲内で空燃比を補機負荷の大きさに応じて設定して成層リーン燃焼を行わせ、均質リーン燃焼の許可状態であって、補機負荷の大きさが第２所定値以下である場合には、基準空燃比での均質リーン燃焼を行わせる。請求項２記載の発明では、前記補機負荷検出手段が、前記補機としてエアコン用コンプレッサの負荷の大きさを検出する構成とした。
【０００９】
かかる構成によると、補機負荷として特に大きなエアコン負荷の大きさが検出され、季節（外気温度）に応じて大きく変化するエアコン負荷に応じて目標空燃比が変更される。
請求項３記載の発明では、前記補機負荷検出手段が、前記エアコン用コンプレッサの吐き出し側の冷媒圧力を、前記エアコン用コンプレッサの負荷の大きさに相当する値として検出する構成とした。
【００１０】
かかる構成によると、エアコン用コンプレッサの吐き出し側（高圧側）の配管内における冷媒の圧力を検出し、該圧力がエアコン負荷に相当するものとして目標空燃比を変更する。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、リーン燃焼の許可状態であっても、エアコン負荷等の補機負荷に対応する発生トルクをリーン燃焼で確保できないときには、目標空燃比を理論空燃比に変更する一方、成層リーン燃焼の許可状態であってかつ補機負荷の小さいときには成層燃焼により超リーン空燃比での燃焼を行わせ、より補機負荷が大きくなって、成層リーン燃焼限界よりもリッチ化させる必要が生じたときには、均質リーン燃焼に移行させてリーン燃焼を行わせるので、リーン空燃比制御範囲を最大限に利用して必要トルクの確保を図れるという効果がある。請求項２記載の発明によると、比較的大きな変動を示すエアコン負荷が加わるときにでも、無用な空燃比のリッチ化を回避しつつ、エアコン負荷に対応する発生トルクを確保できるという効果がある。
【００１５】
請求項３記載の発明によると、エアコン負荷を、冷媒圧力として容易かつ精度良く検出して、エアコン負荷に応じた目標空燃比の変更を精度良く行えるという効果がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図２は、実施の形態の内燃機関を示すシステム構成図である。
この図２において、内燃機関１には、エアクリーナ２で濾過された空気がスロットル弁３を介して吸引される。
【００１８】
燃料噴射弁４は、機関１の燃焼室内に直接燃料を噴射する電磁式燃料噴射弁であり、該燃料噴射弁４から噴射される燃料と前記吸入空気とによって燃焼混合気が形成され、点火栓５の火花点火により着火燃焼する。
燃焼排気は、触媒６で浄化された後、大気中に放出される。
前記燃料噴射弁４による燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御するコントロールユニット７は、マイクロコンピュータを含んで構成され、各種センサからの検出信号に基づいて燃料噴射時期及び燃料噴射量を演算し、前記燃料噴射弁４に対して噴射パルス信号を出力する。
【００１９】
ここで、吸気行程にて燃料を噴射させて行う均質燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射させて行う成層燃焼とが運転領域に応じて切り換え制御される構成となっており、図３に示すように、予めトルク（機関負荷）と機関回転速度とによって区分される運転領域毎に成層燃焼，均質燃焼の別及び基準の目標空燃比が設定されている。尚、前記図３において、出力空燃比とは、理論空燃比よりもリッチな目標空燃比で均質燃焼を行わせることを示し、均質ストイキとは、理論空燃比での均質燃焼を行わせることを示し、均質リーン，成層リーンは、理論空燃比よりもリーンである目標空燃比で均質燃焼，成層燃焼を行わせることを示す。但し、図３に示す特性は、暖機後の定常時の特性を示すものであり、冷却水温度などに応じて、適宜目標空燃比，燃焼状態が変更されるようになっている。
【００２０】
前記各種センサとしては、機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ８，前記スロットル弁３の開度を検出するスロットルセンサ９，クランク角度を検出するクランク角センサ10，機関１の冷却水温度を検出する水温センサ11、機関１が搭載された車両の走行速度（車速）を検出する車速センサ12などが設けられている。
【００２１】
また、機関１の回転駆動力が伝達ベルト13を介して伝達されるエアコン用コンプレッサ14が設けられており、このエアコン用コンプレッサ14から吐き出された冷媒は、コンデンサー15，リキッドタンク16を介してエアコンユニット17に供給された後、前記コンプレッサ14に循環されるようになっている。
前記コンデンサー15とリキッドタンク16との間の高圧側配管には、冷媒圧力Ｐｄを検出する冷媒圧力センサ18が介装されている。尚、前記冷媒圧力センサ18で検出される冷媒圧力Ｐｄと、補機であるコンプレッサ14の負荷（エアコン負荷）との間には、図４に示すように一定相関があるので、前記冷媒圧力Ｐｄからエアコン負荷の大きさを推定できるものであり、前記冷媒圧力センサ18が補機負荷検出手段に相当する。
【００２２】
コントロールユニット７は、前述のようにトルク（機関負荷）と機関回転速度とに基づいて予め設定された燃焼状態及び目標空燃比に基づいて燃料噴射弁４による噴射量及び噴射時期を制御して燃焼混合気を形成させるが、アイドル運転時には、図５のフローチャートに示すようにして、エアコン負荷に応じて目標空燃比を変更するようになっている。
【００２３】
図５のフローチャートにおいて、まず、Ｓ１（アイドル検出手段）では、機関１がアイドル運転状態であるか否かを判別する。前記アイドル運転状態は、スロットルセンサ９で検出されるスロットル弁３の開度が全閉で、かつ、車速が所定速度以下（又は変速機がニュートラル状態）であるときとすれば良い。
機関１がアイドル運転状態であると判別されたときには、Ｓ２へ進み、リーン燃焼（均質リーン燃焼又は成層リーン燃焼）の許可状態であるか否かを判別する。ここでは、機関負荷，機関回転速度，水温，車速などの条件が全て成立しているときに、リーン燃焼が許可されるものとする。
【００２４】
リーン燃焼条件が成立していないときには、理論空燃比での燃焼が行われる設定となっており、この場合には、エアコン負荷に対応する必要トルクを目標空燃比の変更無しに得られるので、そのまま本ルーチンを終了させる。
一方、リーン燃焼条件が成立していて、リーン燃焼を行う条件であるときには、Ｓ３へ進み、エアコンスイッチ（図示省略）がＯＮになっているか否かを判別する。
【００２５】
エアコンスイッチがＯＦＦでエアコン負荷の非投入状態であるときには、エアコン負荷に対応するための目標空燃比の変更は必要ないので、通常に均質リーン燃焼又は成層リーン燃焼を行わせることになる。
エアコンスイッチがＯＮであって、エアコン負荷の投入状態であるときには、エアコン負荷に応じた目標空燃比の変更により、エアコン負荷に対応し得る必要充分なトルクを発生させるべく、Ｓ４以降へ進む。
【００２６】
Ｓ４では、前記冷媒圧力センサ18の検出結果を読み込む。
そして、次のＳ５では、エアコン負荷の大きさに相当する前記冷媒圧力Ｐｄが第１所定値（１）以上であるか否かを判別する。
ここで、冷媒圧力Ｐｄが第１所定値（１）以上であるときには、リーン燃焼状態では、エアコン負荷に対応し得る必要充分なトルクを発生させることができないと判断し、Ｓ６へ進んで、リーン燃焼を禁止し、強制的に理論空燃比（空燃比＝14〜15）での均質燃焼（均質ストイキ）を行わせる設定とする（目標空燃比変更手段）。
【００２７】
一方、前記冷媒圧力Ｐｄが第１所定値（１）未満であると判断されたときには、Ｓ７へ進んで、リーン燃焼の許可状態の中で、更に、成層リーン燃焼が許可される条件であるか否かを判別する。
そして、成層リーン燃焼が許可される条件であるときには、Ｓ８へ進み、前記冷媒圧力Ｐｄが第１所定値（１）よりも小さい第２所定値（２）以下であるか否かを判別する。
【００２８】
冷媒圧力Ｐｄが第２所定値（２）以下であるときには、成層リーン燃焼における空燃比制御範囲内（例えば空燃比25以上）で目標空燃比を変更することで、そのときのエアコン負荷に対応するトルクを発生させることができるものと判断し、Ｓ９（目標空燃比変更手段）へ進む。
Ｓ９では、例えば図６に示すように、予め冷媒圧力Ｐｄ（エアコン負荷）と目標空燃比との相関を記憶したテーブルを参照し、そのときの冷媒圧力Ｐｄ（エアコン負荷）に対応する目標空燃比を新たな目標空燃比として設定し、このエアコン負荷に対応する目標空燃比によって成層リーン燃焼を行わせる。このＳ９では、エアコン負荷が大きいときほど成層リーン燃焼における空燃比制御範囲内で目標空燃比をリッチ化させることになる。
【００２９】
一方、Ｓ８で冷媒圧力Ｐｄが第２所定値（２）を越えている（冷媒圧力Ｐｄが第１所定値（１）未満でかつ第２所定値（２）を越えている）と判断されたときには、成層リーン燃焼が可能な空燃比制御範囲では、エアコン負荷に対応するトルクを発生させることができないものと判断し、Ｓ10（目標空燃比変更手段）へ進む。
【００３０】
Ｓ10では、前記図６に示すようなテーブルを参照することで、均質リーン燃焼が可能な空燃比制御範囲内（例えば空燃比18〜25）で、そのとき冷媒圧力Ｐｄ（エアコン負荷）に対応する目標空燃比を検索し、該検索した目標空燃比によって均質リーン燃焼を行わせる。このＳ10では、エアコン負荷が大きいときほど均質リーン燃焼における空燃比制御範囲内で目標空燃比をリッチ化させることになる。
【００３１】
一方、前記Ｓ７で、成層リーン燃焼の許可条件ではないと判断されたとき、即ち、リーン燃焼が許可される条件であるが成層リーン燃焼ではなく均質リーン燃焼を行わせる条件であるときには、Ｓ11へ進み、前記Ｓ８と同様に、冷媒圧力Ｐｄが第２所定値（２）以下であるか否かを判別する。
Ｓ11で、冷媒圧力Ｐｄが第２所定値（２）以下であると判断されたときには、基準の均質リーン燃焼のままで、エアコン負荷に対応するトルクを発生させることが可能であるので、目標空燃比の変更を行うことなく本ルーチンを終了させる。
【００３２】
また、Ｓ11で冷媒圧力Ｐｄが第２所定値（２）を越えていると判断されたときには、基準の均質リーン燃焼のままではエアコン負荷に対応するトルクを発生させることができないと判断し、前記Ｓ10へ進み、均質リーン燃焼が可能な空燃比制御範囲内（例えば空燃比18〜25）で、そのとき冷媒圧力Ｐｄ（エアコン負荷）に対応する目標空燃比を検索し、該検索した目標空燃比によって均質リーン燃焼を行わせる。
【００３３】
上記構成によると、エアコン負荷の大きさに応じて必要最小限だけ目標空燃比をリッチ化させることになり、エアコン負荷に対応するトルクを確実に発生させることができると共に、無用なリッチ化による燃費性能の悪化を回避できる。
【００３４】
尚、上記実施の形態では、補機負荷としてエアコン負荷のみを検出する構成としたが、エアコン負荷の他、電気負荷，自動変速機負荷，パワステ負荷などの補機負荷をそれぞれ検出し、これらの合計値に基づいて目標空燃比（及び燃焼状態）の変更を行う構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明の基本構成ブロック図。
【図２】実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図３】実施の形態における基準の目標空燃比及び燃焼状態を示す図。
【図４】冷媒圧力とエアコン負荷との相関を示す図。
【図５】実施の形態におけるアイドル時の空燃比制御の様子を示すフローチャート。
【図６】実施の形態における冷媒圧力（エアコン負荷）と目標空燃比との相関を示す図。
【符号の説明】
１内燃機関
２エアクリーナ
３スロットル弁
４燃料噴射弁
５点火詮
６触媒
７コントロールユニット
８エアフローメータ
９スロットルセンサ
10 クランク角センサ
11 水温センサ
12 車速センサ
13 伝達ベルト
14 エアコン用コンプレッサ
15 コンデンサー
16 リキッドタンク
17 エアコンユニット
18 冷媒圧力センサ

Claims

内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、吸気行程にて燃料を噴射させて理論空燃比で燃焼させる均質ストイキ燃焼と、吸気行程にて燃料を噴射させてリーン空燃比で燃焼させる均質リーン燃焼と、圧縮行程にて燃料を噴射させてリーン空燃比で燃焼させる成層リーン燃焼とが切り換え可能な内燃機関において、
機関のアイドル運転状態を検出するアイドル検出手段と、
機関駆動される補機の負荷の大きさを検出する補機負荷検出手段と、
前記アイドル運転状態であってリーン燃焼の許可状態であるときに、前記補機負荷の大きさが第１所定値以上である場合には、リーン燃焼を禁止して前記均質ストイキ燃焼を行わせ、
前記リーン燃焼の許可状態が成層リーン燃焼の許可状態であって、前記補機負荷の大きさが前記第１所定値よりも小さい第２所定値以下である場合には、成層リーン燃焼の範囲内で空燃比を前記補機負荷の大きさに応じて設定して成層リーン燃焼を行わせ、
前記リーン燃焼の許可状態が成層リーン燃焼の許可状態であって、前記補機負荷の大きさが前記第１所定値未満でかつ前記第２所定値を超える場合には、均質リーン燃焼の範囲内で空燃比を前記補機負荷の大きさに応じて設定して均質リーン燃焼を行わせ、
前記リーン燃焼の許可状態が均質リーン燃焼の許可状態であって、前記補機負荷の大きさが前記第１所定値未満でかつ前記第２所定値を超える場合には、均質リーン燃焼の範囲内で空燃比を前記補機負荷の大きさに応じて設定して均質リーン燃焼を行わせ、
前記リーン燃焼の許可状態が均質リーン燃焼の許可状態であって、前記補機負荷の大きさが前記第２所定値以下である場合には、基準空燃比での均質リーン燃焼を行わせる目標空燃比変更手段と、
を含んで構成された内燃機関のアイドル時空燃比制御装置。
前記補機負荷検出手段が、前記補機としてエアコン用コンプレッサの負荷の大きさを検出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のアイドル時空燃比制御装置。
前記補機負荷検出手段が、前記エアコン用コンプレッサの吐き出し側の冷媒圧力を、前記エアコン用コンプレッサの負荷の大きさに相当する値として検出することを特徴とする請求項２記載の内燃機関のアイドル時空燃比制御装置。