JP4103509B2 - Control method of an internal combustion engine having a continuously variable transmission by an air-fuel ratio control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無段変速機を有する内燃機関の空燃比制御装置による制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
無段変速機を有する内燃機関では、一般的に、無段変速機の変速比を制御して、車両の目標駆動力を得るための要求出力を発生するのに燃料消費を最小とする機関回転数が実現されるようにしている。
【0003】
このような内燃機関において、スロットル弁ではなく、吸気弁によって吸入空気量を制御して、スロットル弁の閉弁に伴うポンピング損失の発生を防止するものがある(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、こうして気筒毎に吸気弁によって吸入空気量を制御すると、気筒間において吸入空気量のばらつきが発生し易く、気筒間で噴射燃料を等量としていると、気筒によっては所望の燃焼空燃比を実現することができないことがある。もちろん、このような現象は、吸気弁により吸入空気量を制御する内燃機関だけでなく、スロットル弁により吸入空気量を制御する内燃機関においても各燃料噴射弁で所望量の燃料が噴射されないことによっても発生する。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−159326号公報(段落番号0020から0029)
【特許文献2】
特開平11−257112号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
各気筒において所望の燃焼空燃比を実現するためには、定期的に各気筒から排出される排気ガス毎の空燃比を検出して気筒毎に燃料噴射量を学習制御することが必要であるが、そのためには、各気筒の排気ポート毎に空燃比センサを配置しなければならず、かなりのコストアップとなる。
【0006】
従って、本発明の目的は、各気筒の排気ポート毎に空燃比センサを配置しなくても、各気筒から排出される排気ガス毎の正確な空燃比を検出可能とする無段変速機を有する内燃機関の空燃比制御装置による制御方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項1に記載の制御方法は、無段変速機を有する内燃機関の空燃比制御装置による制御方法であって、定期的な又は任意の要求に基づく空燃比学習時期である時には、各気筒の排気管の合流部の下流側に設けられた空燃比センサにより各気筒の排気ガス毎の空燃比を検出するために、無段変速機の変速比を変化させ、内燃機関には機関回転数を低下させて要求出力を発生させる低回転運転を実施させることを特徴とする。
【0008】
また、本発明による請求項2に記載の制御方法は、請求項1に記載の制御方法において、前記内燃機関は可変動弁機構によって吸入空気量が制御されることを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は本発明による空燃比制御装置が取り付けられる内燃機関を示す概略図である。同図において、1は内燃機関であり、2は内燃機関1の出力軸である。出力軸2はトルクコンバータ3の一方側に接続され、トルクコンバータの他方側は前後進切換機構5に接続されている。前後進切換機構5は、自動無段変速機6の入力軸7に接続され、自動無段変速機6の出力軸8が車両のデファレンシャルギヤ(図示せず)に接続される。
【0010】
自動無段変速機6は、一般的に公知なベルト式又はトロイダル式であり、自由に変速比を変化させることができる。前後進切換機構5は、内燃機関1の出力軸2の回転方向をそのまま又は反転して自動無段変速機6の入力軸7へ伝達するものであり、それにより、車両は、前進に加えて後進が可能となる。トルクコンバータ3は、ロックアップ状態とされて内燃機関1の出力軸2と前後進切換機構5とを機械的に連結することを可能とすることに加えて、ロックアップ状態が解除されて非ロックアップ状態とされれば、内燃機関1の出力は、流体を介して前後進切換機構5へ伝達され、また、車両停止時には、内燃機関1の出力を前後進切換機構5へ伝達させないようにすることも可能である。トルクコンバータ3、前後進切換機構5、及び、自動無段変速機6は、運転者によるアクセルペダルの踏込量及び運転者によるシフトレバー位置に基づき電子制御装置(図示せず)によって自動的に制御される。
【0011】
図2は内燃機関1の概略断面図である。図2において、10は燃焼室、11はピストンである。12は排気弁であり、13は排気弁12を介して燃焼室10内へ通じる排気ポートである。14は吸気弁であり、15は吸気弁14を介して燃焼室10へ通じる吸気ポートである。吸気ポート15には吸気管16が接続され、吸気管16は各気筒共通のサージタンク17を介して大気へ通じている。サージタンク17の直上流側にはスロットル弁18が配置されている。19は気筒毎に設けられて吸気管16内へ燃料を噴射するための燃料噴射弁であり、20は燃焼室10へ臨む点火プラグである。
【0012】
スロットル弁18は、アクセルペダルと機械的に連動するものではなく、ステップモータ等によって自由に開度制御可能なものである。本内燃機関においては、吸気弁14の開弁期間及びリフト量が可変とされて燃焼室10内へ供給される吸入空気量を制御するようになっており、それにより、スロットル弁18は通常時において全開され、ポンピング損失を発生しないようになっている。
【0013】
排気ポート13には排気管21が接続され、各気筒の排気管21は合流して触媒装置(図示せず)を介して大気へ開放されており、この合流部の直下流側には、排気ガス中の酸素濃度に基づき排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ22が配置されている。
【0014】
図3は、吸気弁14の開弁期間及びリフト量を可変とする可変動弁機構を示す概略図である。同図において、30はカムシャフトであり、軸線方向にテーパ状のカム面を有するカム31が取り付けられている。吸気弁14のバルブリフタ32には揺動子33が設けられ、バルブスプリング34によって揺動子33がカム31に常に当接するようになっている。
【0015】
このような構成によって、カムシャフト30を油圧力又は電気モータ駆動力等により軸線方向D1へ移動させると、揺動子33とテーパ状のカム面との当接位置が変化し、吸気弁14の開弁期間が長くなると共にリフト量も大きくなる。逆に、カムシャフト30を軸線方向D2へ移動させると、図3に示すようになって、吸気弁14の開弁期間が短くなると共にリフト量も小さくなる。
【0016】
こうして、必要吸気量が少ない時には吸気弁14の開弁期間を短くすると共にリフト量を小さくし、必要吸気量が多くなるほど吸気弁14の開弁期間を長くすると共にリフト量も大きくされ、スロットル弁18を全開してポンピング損失を発生させることなく、所望量の吸気を燃焼室10内へ供給することが可能となる。
【0017】
各気筒における吸気弁14の開弁期間及びリフト量は、カムシャフト30に設けられた同一形状の各カム31によって、同じ開弁期間及び同じリフト量に制御されるが、実際的には、各カム31の僅かな形状の違いや、各カム31のカムシャフト30への取り付け位置の僅かなずれ等によって、各気筒間で吸気弁の開弁期間及びリフト量に僅かな違いが発生することがある。また、各気筒において吸気弁及び吸気ポートへのデポジット付着量は異なり、特に、吸気弁の開弁期間及びリフト量が小さくされて吸入吸気量が少なくされる時には、このデポジット付着量が吸入吸気量に大きく影響する。それにより各気筒における吸入空気量にばらつきが発生すると、各燃料噴射弁19において等量の燃料が噴射されても、気筒によっては、所望の燃焼空燃比が実現されずに意図する燃焼を実施することができない。
【0018】
所望燃焼空燃比を実現するために、排気合流部の下流側に設けられた空燃比センサ22によって、定期的に排気ガスの空燃比を検出し、学習制御によって燃料噴射量の補正値を更新することは一般的である。しかしながら、空燃比センサ22によって各気筒の排気ガス毎の空燃比を検出するためには、空燃比センサ22の検出位置において各気筒の排気ガスが混ざり合わないようにしなければならない。そのためには、空燃比センサ22による空燃比学習時期を低回転時としなければならないが、この空燃比学習時期が低回転時となっている保証はなく、また、低回転時であっても、排気ガス量が少ない時には、排気ガスの空燃比を正確に検出することができない。
【0019】
本発明による空燃比制御装置は、予め定められた空燃比学習時期に、空燃比センサ22によって各気筒の排気ガス毎の正確な空燃比を検出可能とするために、図4に示すフローチャートによって自動無段変速機6における変速比を制御する。先ず、ステップ101において、アクセルペダルの踏込量と車両速度とに基づき、予め定められたマップ等を使用して、自動無段変速機6の出力軸8における車両の目標駆動力Fが算出される。次いで、ステップ102では、この目標駆動力Fと車両速度とに基づき内燃機関の要求出力Pが、目標駆動力Fと車両速度との積によって算出される。ステップ103では、定期的な又は任意の要求に基づく空燃比学習時期であるか否かが判断される。この判断が否定される時にはステップ104へ進む。
【0020】
ステップ104では、要求出力Pに対して燃料消費を最小とする第一機関目標回転数Ntが、予め定めされたマップ等を使用して決定される。次いで、ステップ106では現在の機関回転数に基づき第一機関目標回転数Ntが実現されるように、自動無段変速機6の変速比Rが決定され、この変速比Rに基づき自動無段変速機6が制御される。
【0021】
図5は、機関回転数Nと機関トルクTとに基づく機関運転状態の等機関出力線図である。すなわち、各実線上の運転状態は同じ機関出力を発生し、高回転高トルク側の実線ほど(機関出力Pの添え字が小さい実線ほど)高い機関出力を発生する運転状態を示している。各機関出力(P1からP6)に対する第一機関目標回転数Ntは、図5において、各機関出力線と点線との交点における機関回転数である。こうして、前述した自動無段変速機6の変速比制御によって、内燃機関は、目標駆動力Fを得るための要求出力Pを発生させるために、燃料消費を最小とするように図5の点線上の運転状態が選択され、通常運転が実施される。
【0022】
一方、空燃比学習時期であれば、図4のフローチャートにおけるステップ103における判断が肯定され、ステップ105へ進む。ステップ105では、要求出力Pに対して第一機関目標回転数Nより低い第二機関目標回転数Nt’が、予め定められたマップ等を使用して決定される。次いで、ステップ106では現在の機関回転数に基づき第二機関目標回転数Nt’が実現されるように、自動無段変速機6の変速比Rが決定され、この変速比Rに基づき自動無段変速機6が制御される。
【0023】
各機関出力(P1からP6)に対する第二機関目標回転数Nt’は、図5において、各機関出力線と一点鎖線との交点における機関回転数である。こうして、前述した自動無段変速機6の変速比制御によって、内燃機関は、目標駆動力Fを得るための要求出力Pを発生させるために、空燃比学習制御時期においては、燃料消費を最小とする運転状態に比較して、機関回転数を低下させる運転状態が選択され、低回転運転が実施される。
【0024】
前述したように、図5における点線は、各機関出力を発生させるのに燃料消費を最小とする運転状態を示している。この通常運転に比較して、一点鎖線の低回転運転は、機関回転数Nが低く機関トルクTが高い運転である。それにより、低回転であるために、空燃比センサ22によって各気筒の排気ガス毎の空燃比を検出する際に、空燃比センサ22の検出位置において各気筒の排気ガスが混ざり合うことはなく、また、機関トルクTを高くするのに吸入空気量及び燃料噴射量が多くされ、排気ガス量が多くなるために、空燃比センサ22によって排気ガスの空燃比を正確に検出し易くなる。こうして、各気筒の排気ポート毎に空燃比センサを配置しなくても、排気集合部の直下流に配置された単一の空燃比センサ22を使用して、各気筒から排出される排気ガス毎の空燃比を正確に検出することが可能となる。
【0025】
気筒毎の排気ガスの空燃比が正確に検出されれば、所望燃焼空燃比が、理論空燃比、リーン空燃比、又は、リッチ空燃比のいずれであっても、燃料噴射弁毎に燃料噴射の補正量を正確に算出して、これまでの補正量を更新することができる。それにより、各気筒において吸入空気量が多少ばらついても、各気筒において所望の燃焼空燃比を実現することができ、各気筒において意図する燃焼が実施可能となる。
【0026】
本フローチャートにおいて、通常運転として燃料消費を最小とする運転を実施するようにしたが、これは本発明を限定するものではない。この時にどのような運転が実施されても、空燃比学習時期においては、目標駆動力を変化させないで機関回転数を低下させると共に機関トルクを高める運転をするようにすれば、検出位置において各気筒から排出される排気ガスが互いに混ざり難くなり、また、各気筒から排出される排気ガス量を増加させることもでき、各気筒の排気ガス毎の空燃比を正確に検出し易くなる。
【0027】
本実施形態において、燃料噴射弁19は吸気管16内に燃料を噴射するものとしたが、これは本発明を限定するものではなく、燃料噴射弁は、気筒内へ直接的に燃料を噴射するものでも良い。また、燃料噴射弁毎に燃料噴射量がばらつくことによっても各気筒で所望の燃焼空燃比を実現できないこととなり、可変動弁機構によって各気筒の吸入空気量を制御することは、本発明を限定するものではない。
【0028】
【発明の効果】
このように、本発明による制御方法は、無段変速機を有する内燃機関の空燃比制御装置による制御方法であって、定期的な又は任意の要求に基づく空燃比学習時期である時には、各気筒の排気管の合流部の下流側に設けられた空燃比センサにより各気筒の排気ガス毎の空燃比を検出するために、無段変速機の変速比を変化させ、内燃機関には機関回転数を低下させて要求出力を発生させる低回転運転を実施させるようになっている。それにより、各気筒の排気ポート毎に空燃比センサを配置せずに、排気合流部の下流側に少なくとも一つの空燃比センサを配置すれば、この空燃比センサによって空燃比を検出する際において、機関回転数の低下によって検出位置において各気筒から排出される排気ガスが互いに混ざり合うようなことはなく、また、要求出力を発生させるには機関回転数の低下に伴って機関トルクが高められ、各気筒から排出される排気ガス量を増加させることができ、空燃比センサによって空燃比を検出し易くなる。こうして、各気筒から排出される排気ガス毎の空燃比を正確に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による空燃比制御装置が取り付けられる内燃機関を示す概略図である。
【図2】図1の内燃機関の概略断面図である。
【図3】可変動弁機構を示す概略図である。
【図4】自動無段変速機の変速比制御を示すフローチャートである。
【図5】等機関出力の運転状態を示すマップである。
【符号の説明】
1…内燃機関
6…自動無段変速機
14…吸気弁
16…吸気管
19…燃料噴射弁
21…排気管
22…空燃比センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control method by an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine having a continuously variable transmission.
[0002]
[Prior art]
In an internal combustion engine having a continuously variable transmission, in general, an engine speed that controls fuel ratio of the continuously variable transmission to generate a required output for obtaining a target driving force of the vehicle to minimize fuel consumption. The number is to be realized.
[0003]
In such an internal combustion engine, there is an internal combustion engine that controls the amount of intake air not by a throttle valve but by an intake valve to prevent a pumping loss caused by closing the throttle valve (see, for example, Patent Document 1). However, if the intake air amount is controlled by the intake valve for each cylinder in this way, variations in the intake air amount are likely to occur between the cylinders. If the injected fuel is made equal between the cylinders, a desired combustion air-fuel ratio may be set depending on the cylinder. Sometimes it cannot be realized. Of course, this phenomenon is caused not only by the internal combustion engine that controls the intake air amount by the intake valve, but also by the fuel injection valve that does not inject the desired amount of fuel in the internal combustion engine that controls the intake air amount by the throttle valve. Also occurs.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-159326 A (paragraph numbers 0020 to 0029)
[Patent Document 2]
JP-A-11-257112 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
In order to achieve a desired combustion air-fuel ratio in each cylinder, it is necessary to periodically detect the air-fuel ratio for each exhaust gas discharged from each cylinder and perform learning control of the fuel injection amount for each cylinder. For this purpose, an air-fuel ratio sensor must be provided for each exhaust port of each cylinder, which results in a considerable cost increase.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a continuously variable transmission capable of detecting an accurate air-fuel ratio for each exhaust gas discharged from each cylinder without arranging an air-fuel ratio sensor for each exhaust port of each cylinder. It is to provide a control method by an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The control method according to claim 1 of the present invention is a control method by an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine having a continuously variable transmission, and when the air-fuel ratio learning timing is periodic or based on any request , In order to detect the air-fuel ratio for each exhaust gas of each cylinder by an air-fuel ratio sensor provided on the downstream side of the merging portion of the exhaust pipe of each cylinder, the gear ratio of the continuously variable transmission is changed. A low-rotation operation in which a required output is generated by reducing the number of revolutions is performed.
[0008]
The control method according to claim 2 of the present invention, in the control method according to claim 1, wherein the internal combustion engine is characterized in that the amount of intake air is controlled by the variable valve mechanism.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic view showing an internal combustion engine to which an air-fuel ratio control apparatus according to the present invention is attached. In the figure, 1 is an internal combustion engine, and 2 is an output shaft of the internal combustion engine 1. The output shaft 2 is connected to one side of the torque converter 3, and the other side of the torque converter is connected to the forward / reverse switching mechanism 5. The forward / reverse switching mechanism 5 is connected to the input shaft 7 of the automatic continuously variable transmission 6, and the
[0010]
The automatic continuously variable transmission 6 is a generally known belt type or toroidal type, and can change the gear ratio freely. The forward / reverse switching mechanism 5 transmits the rotation direction of the output shaft 2 of the internal combustion engine 1 to the input shaft 7 of the automatic continuously variable transmission 6 as it is or reversely reversed. Backward is possible. The torque converter 3 is brought into a lock-up state so that the output shaft 2 of the internal combustion engine 1 and the forward / reverse switching mechanism 5 can be mechanically coupled. If it is in the up state, the output of the internal combustion engine 1 is transmitted to the forward / reverse switching mechanism 5 via the fluid, and the output of the internal combustion engine 1 is not transmitted to the forward / reverse switching mechanism 5 when the vehicle is stopped. It is also possible. The torque converter 3, the forward / reverse switching mechanism 5, and the automatic continuously variable transmission 6 are automatically controlled by an electronic control unit (not shown) based on the depression amount of the accelerator pedal by the driver and the shift lever position by the driver. Is done.
[0011]
FIG. 2 is a schematic sectional view of the internal combustion engine 1. In FIG. 2, 10 is a combustion chamber and 11 is a piston.
[0012]
The
[0013]
An
[0014]
FIG. 3 is a schematic view showing a variable valve mechanism that makes the valve opening period and lift amount of the
[0015]
With such a configuration, when the
[0016]
Thus, when the required intake air amount is small, the valve opening period of the
[0017]
The valve opening period and the lift amount of the
[0018]
In order to achieve the desired combustion air-fuel ratio, the air-
[0019]
The air-fuel ratio control apparatus according to the present invention is automatically operated according to the flowchart shown in FIG. 4 so that the air-
[0020]
In
[0021]
FIG. 5 is an equi-engine output diagram of the engine operating state based on the engine speed N and the engine torque T. That is, the operating state on each solid line indicates the operating state in which the same engine output is generated and the higher engine output is generated as the solid line on the higher rotation high torque side (the smaller the subscript of the engine output P is). The first engine target speed Nt for each engine output (P1 to P6) is the engine speed at the intersection of each engine output line and the dotted line in FIG. In this manner, the internal combustion engine generates the required output P for obtaining the target driving force F by the speed ratio control of the automatic continuously variable transmission 6 described above, so that the fuel consumption is minimized. The operation state is selected and normal operation is performed.
[0022]
On the other hand, if it is the air-fuel ratio learning time, the determination in
[0023]
The second engine target speed Nt ′ for each engine output (P1 to P6) is the engine speed at the intersection of each engine output line and the one-dot chain line in FIG. Thus, the internal combustion engine generates the required output P for obtaining the target driving force F by the speed ratio control of the automatic continuously variable transmission 6 described above, so that the fuel consumption is minimized at the air-fuel ratio learning control timing. In comparison with the operation state to be performed, the operation state for reducing the engine speed is selected, and the low rotation operation is performed.
[0024]
As described above, the dotted line in FIG. 5 indicates an operating state in which fuel consumption is minimized in order to generate each engine output. Compared to this normal operation, the low-speed rotation operation indicated by the alternate long and short dash line is an operation in which the engine speed N is low and the engine torque T is high. Thereby, because of the low rotation speed, when the air-fuel ratio for each exhaust gas of each cylinder is detected by the air-
[0025]
If the air-fuel ratio of the exhaust gas for each cylinder is accurately detected, fuel injection is performed for each fuel injection valve regardless of whether the desired combustion air-fuel ratio is a stoichiometric air-fuel ratio, a lean air-fuel ratio, or a rich air-fuel ratio. The correction amount can be accurately calculated and the correction amount so far can be updated. Thereby, even if the intake air amount varies slightly in each cylinder, a desired combustion air-fuel ratio can be achieved in each cylinder, and intended combustion can be performed in each cylinder.
[0026]
In this flowchart, an operation that minimizes fuel consumption is performed as a normal operation, but this does not limit the present invention. Whatever operation is performed at this time, at the air-fuel ratio learning time, if the engine speed is decreased and the engine torque is increased without changing the target driving force, each cylinder is detected at the detection position. The exhaust gases discharged from the cylinders are less likely to mix with each other, and the amount of exhaust gas discharged from each cylinder can be increased, making it easy to accurately detect the air-fuel ratio for each exhaust gas in each cylinder.
[0027]
In the present embodiment, the
[0028]
【The invention's effect】
As described above, the control method according to the present invention is a control method by an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine having a continuously variable transmission, and each cylinder is in a periodic or arbitrary air-fuel ratio learning timing based on an arbitrary request. In order to detect the air-fuel ratio for each exhaust gas of each cylinder by an air-fuel ratio sensor provided downstream of the merging portion of the exhaust pipe, the speed ratio of the continuously variable transmission is changed. The low-rotation operation for generating the required output by reducing the pressure is performed. Accordingly, if at least one air-fuel ratio sensor is disposed downstream of the exhaust gas merging portion without disposing an air-fuel ratio sensor for each exhaust port of each cylinder, when detecting the air-fuel ratio by this air-fuel ratio sensor, The exhaust gas discharged from each cylinder at the detection position does not mix with each other due to the decrease in the engine speed, and in order to generate the required output, the engine torque is increased with the decrease in the engine speed, The amount of exhaust gas discharged from each cylinder can be increased, and the air-fuel ratio can be easily detected by the air-fuel ratio sensor. In this way, it becomes possible to accurately detect the air-fuel ratio for each exhaust gas discharged from each cylinder.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an internal combustion engine to which an air-fuel ratio control apparatus according to the present invention is attached.
2 is a schematic cross-sectional view of the internal combustion engine of FIG.
FIG. 3 is a schematic view showing a variable valve mechanism.
FIG. 4 is a flowchart showing gear ratio control of the automatic continuously variable transmission.
FIG. 5 is a map showing an operating state of equal engine output.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 6 ... Automatic continuously
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