JP4126520B2

JP4126520B2 - 車両用内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP4126520B2
Application number: JP2000196550A
Authority: JP
Inventors: 勝彦宮本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JP2002013421A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス還流（ＥＧＲ）装置を備えた車両用内燃機関の制御装置に係り、特に、車両の運転状態や内燃機関の出力特性等に応じて好適なＥＧＲ制御を実行する車両用内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の制御装置に関する従来技術としては、例えば特公平６−１０３００９号公報に記載された排気還流制御方法が挙げられる。この公知の制御方法は、所定車速以下の条件で車速に対するエンジン回転速度の比が所定値以上となったときに車両が発進状態にあるものと判別し、その発進状態ではＥＧＲ弁開度を減少させてＥＧＲ量を減少させるものとしている。具体的には、車両の発進時にはエンジンに高出力が要求されるため、このとき低負荷運転時と同程度にまでＥＧＲ量を減少させてエンジンの出力不足を防止しようとするものである。
【０００３】
また、特開平１１−７２０３２号公報に記載された燃料制御装置は、筒内噴射型内燃機関の圧縮行程噴射から吸気行程噴射への噴射モード切り替えに先駆けてＥＧＲ量を減少することにより、安定な燃焼状態を保持しながら噴射モードを切り替え可能とするものである。すなわち、筒内噴射型内燃機関にあっては、低負荷のリーン運転では大量のＥＧＲを導入して排ガス特性を向上させるとともに、高負荷ではストイキ運転に切り替えて必要な出力を得ているため、圧縮行程噴射（リーン運転）から吸気行程噴射（ストイキ運転）へのモード切り替え時にはＥＧＲ量を減少させることが有効であると考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の制御装置のように発進状態を判別した時点でＥＧＲ弁開度を減少させたとしても、吸気管内の残留ＥＧＲが消費されるまでの間はエンジン出力の立ち上がりが妨げられる。このため、公知の制御方法では速やかな発進加速が得られず、車両の運転性能を充分に向上させることができない。
【０００５】
一方、後者の燃料制御装置では、制御上のモード切替条件が成立した時点でＥＧＲ制御が実施されるため、この後、実際にＥＧＲ量が充分に減少するまで燃料噴射モードの切り替えを待たなければならない。それ故、車両の発進時のように速やかにエンジン出力を立ち上げる必要がある状況では、実際の噴射モード切替が遅れることにより車両の発進性能を悪化させるおそれがある。
【０００６】
そこで本発明は、車両の発進時にＥＧＲ量を速やかに減少させ、良好な発進加速性能を得ることができる制御技術の開発を課題としてなされ、具体的には車両用内燃機関の制御装置の提供を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両用内燃機関の制御装置（請求項１）は、車両の制動装置に対する運転者の操作入力の状態を検出し、車両の停止状態で制動装置に対する操作入力の解除が検出され、且つ、アイドルスイッチにより内燃機関がアイドル状態にある判定されたときにＥＧＲ量を低減させることで上記の課題を解決するものである。
【０００８】
具体的には、本発明では検出した車速に基づいて車両が停止状態にあると認められたとき、排ガスの一部を吸気管内に還流（ＥＧＲを導入）して排ガス特性の向上を図ることができるが、制動装置に対する運転者の操作入力の解除がなされ、且つ、内燃機関がアイドル状態にあるときには発進の予備的操作とみなし、その解除があった時点で予めＥＧＲ量を低減することとした。これにより、運転者が次に発進操作を行ったときは、既にＥＧＲ量が充分に低減しているため内燃機関の出力が速やかに立ち上がり、良好な発進加速性能を発揮させることができる。
【０００９】
また、本発明の制御装置（請求項２）は特に、筒内噴射型内燃機関の制御に好適し、この場合、燃料噴射モードの切り替えに先立って上述したＥＧＲ量の低減を行う。すなわち、筒内噴射型内燃機関では少なくとも圧縮行程噴射モードおよび吸気行程噴射モードの何れかを選択的に実行可能であるが、本発明の制御装置は、上述のように車両の停止状態でＥＧＲを導入するとき圧縮行程噴射モードを選択させる。そして、上述したように制動装置に対する操作入力解除の検出とともに予めＥＧＲ量を低減させておき、この後に運転者の加速要求操作が検出されると圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの切り替えを行う。
【００１０】
上述のように、車両の停止状態で運転者が制動装置への操作入力を解除し、そして、内燃機関がアイドル状態にある場合、その解除は運転者による発進の予備的操作とみなすことができる。実際にはこの後、運転者が加速要求操作を行ってはじめて内燃機関の出力が立ち上がるところ、本発明の制御装置では、その加速要求操作がなされる前にＥＧＲ量が低減されているため、加速要求操作の検出とともに直ちに噴射モードの切り替えを行って速やかに発進加速性能を発揮させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の車両用内燃機関の制御装置は、例えば筒内噴射型内燃機関の制御に好適した実施形態をとることができる。ただし、本発明の適用を筒内噴射型内燃機関のみに限定するものではない。
図１は、上述した実施形態における制御装置の構成を概略的に示している。筒内噴射内燃機関であるエンジン１は、個々の気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２を有しており、また吸気ポート４の形状やピストン６の頂面形状などは筒内噴射の形態に適した設計となっている。
【００１２】
吸気ポート４には吸気マニホールド８（吸気管）が接続されており、その一端部にサージタンク１０が一体的に形成されている。サージタンク１０には電子スロットルバルブ１２を介して吸気通路１４およびエアクリーナ１６が接続されており、吸気通路１４の途中には例えばカルマン渦式のエアフローメータ１８が取り付けられている。
【００１３】
また、エンジン１には排ガス還流（ＥＧＲ）装置が装備されており、具体的には排気マニホールド２０とサージタンク１０との間がＥＧＲ管路２２により接続されている。またＥＧＲ管路２２にはＥＧＲ弁２４が介挿されており、ＥＧＲ装置はＥＧＲ管路２２を通じて排ガスの一部を吸気マニホールド８内へ還流させるとともに、ＥＧＲ弁２４の開度を増減してＥＧＲ量を調節する機能を有している（排ガス還流手段）。なお、ＥＧＲ装置による排ガスの還流は、特に吸気マニホールド８に対して行われる態様だけに限定されず、吸気系のその他の部位に対して行われる態様であってもよい。
【００１４】
上述した各種の電子機器類である燃料噴射弁２、電子スロットルバルブ１２、エアフローメータ１８およびＥＧＲ弁２４は、何れも電子制御ユニット（ＥＣＵ）２６に接続されている。ＥＣＵ２６にはまた、エンジン１の回転速度検出にも利用されるクランク角センサ２８が接続されており、ＥＣＵ２６はエアフローメータ１８およびクランク角センサ２８から入力されるセンサ信号に基づいて吸入空気量およびエンジン回転速度の情報を収集する。
【００１５】
更にＥＣＵ２６は、アクセルポジションセンサ３０およびブレーキスイッチ３２からのセンサ信号に基づき、車両の運転者による運転操作、例えばアクセルペダル３４の踏み込み量や、フートブレーキペダル３６の踏み込みとその解除（オン／オフ）等を検出することができる。アクセルペダル３４の踏み込み量はエンジン１の運転負荷情報として利用できるほか、運転者の車両に対する加速要求操作として検出することもできる（加速操作検出手段）。また、ブレーキペダル３２の踏み込みは制動装置に対する操作入力として検出することができ、そして、その踏み込み解除は操作入力の解除として検出することができる（制動操作検出手段）。
【００１６】
その他、ＥＣＵ２６には図示しない車速センサが接続されており、そのセンサ信号に基づいて車両の車速を検出することができる（車速検出手段）。またＥＣＵ２６には、エンジン１のアイドルスイッチ（図示しない）からオン／オフ信号が供給されている。
ＥＣＵ２６は、検出した各種の情報に基づいてエンジン１の運転モードを設定し、所定の目標空燃比に従って燃料噴射弁２を作動させる機能を有している。その運転モードには、例えば各気筒の圧縮行程で希薄（リーン）空燃比となる燃料を噴射する圧縮行程噴射モードと吸気行程でストイキ空燃比となる燃料を噴射する吸気行程噴射モードとがあり、ストイキ空燃比は通常、希薄空燃比よりも濃化側に設定されている。ＥＣＵ２６はこれら運転モードの何れか一方を選択的に実行し、エンジン１の回転速度や運転負荷に応じた燃料噴射制御を実行する（噴射制御手段）。
【００１７】
【実施例】
以下に具体的な実施例を挙げて本発明の制御装置によるエンジン制御を詳細に説明する。また以下の説明により、制御装置の機能に関するその他の具体的な構成（制御手段、モード切換手段）もまた明らかとなる。
図２は、一実施例としてＥＣＵ２６が実行することができるメイン制御ルーチンを示しており、このメイン制御ルーチンでは制御装置によるＥＧＲ制御の開始条件をフラグ形式で設定する。
【００１８】
具体的には先ず、ＥＣＵ２６はステップＳ１で車両が停止中であると判定し、且つ、ステップＳ２でブレーキスイッチ３２がオンの状態にあると判定した場合、ステップＳ３にて発進前条件フラグをセットする。このような処理手順が成立する状況としては、例えば実際に車両が停止状態にあって運転者がブレーキペダル３６を踏み込んでいる状況、つまり、車両が次の発進前にあるという条件を想定することができる。なお、本実施例では車両に自動変速機が搭載されており、車両の停止状態で運転者はブレーキペダル３６を踏み込んだまま保持することを運転操作の前提としている。
【００１９】
図３は、上述のメイン制御ルーチンと並行してＥＣＵ２６が実行するＥＧＲ制御ルーチンを示しており、このルーチンにおいて実際にＥＧＲ量の制御が実行される。具体的には、そのステップＳ１１において上述した発進前条件フラグのセットが確認でき、且つ、ステップＳ１２でブレーキスイッチ３２のオン信号の入力があると判定できる場合は、ステップＳ１３に進んでＥＧＲ弁２４を規定の開度に設定する。
【００２０】
このようにＥＧＲ制御ルーチンにおいてステップＳ１３が実行されると、ＥＧＲ装置により排ガスの一部が吸気マニホールド８内に還流される（制御手段）。ＥＣＵ２６は、ステップＳ１３を実行した後もＥＧＲ制御ルーチンをリターンして続行する。そして、車両の停止状態において運転者によるブレーキペダル３６の踏み込みが解除されると、ブレーキスイッチ３２がオフの状態となるためステップＳ１２の判定がこれまでとは逆になる（Ｎｏ）。この場合、ＥＣＵ２６はステップＳ１４に進み、アイドルスイッチがオンの状態になっているか否かを判別する。通常、車両の停止状態にあっては、ブレーキペダル３６の踏み込みが解除されたとしてもアイドルスイッチはオンの状態のままであるため、ステップＳ１４に続いてステップＳ１５が実行される。ただし、例えばブレーキ解除とともにアクセルペダル３４が直ちに踏み込まれ、その結果、アイドルスイッチがオフとなった場合は、ＥＣＵ２６はステップＳ１３を実行してＥＧＲ弁２４を規定の開度（加速時）に設定する場合もあり得る。
【００２１】
ここで、上述した車両の停止状態におけるブレーキペダル３６の踏み込み解除は、次の発進に向けての予備的な操作とみなすことができる。具体的には、運転者が車両を発進させるためにブレーキペダル３６から足を離してアクセルペダル３４への踏み代え動作を行っている状況が想定される。このときＥＣＵ２６は、ステップＳ１５の実行によりＥＧＲ弁２４の開度を規定値よりも減少させるので、これにより実際のＥＧＲ量が低減されることになる（制御手段）。
【００２２】
このようなＥＧＲ量の低減に伴い、運転者がアクセルペダル３４への踏みかえを行っている間に吸気マニホールド８内の残留ＥＧＲが消費される。従って、運転者が発進加速のためにアクセルペダル３４を踏み込んだときは、既にＥＧＲ量が充分に減少しているので、エンジン１の出力が速やかに立ち上がり、良好な発進加速性能が発揮される。
【００２３】
なお、本実施例では上述したＥＧＲ制御に合わせて、エンジン１の運転モードの切り替えをも行っている。
図４は、ＥＧＲ制御ルーチンと合わせて実行することができるモード制御ルーチンの一例を示しており、ＥＣＵ２６はステップＳ２１でエンジン１が圧縮行程噴射モードを実行していると判定でき、且つ、ステップＳ２２でアイドルスイッチがオンからオフの状態へ変化したものと判定できる場合であって、更に、車両の発進によりステップＳ２３にて車速が所定値を超えたときは、ステップＳ２４を実行して圧縮行程噴射モードを禁止する。
【００２４】
ステップＳ２４の実行に伴い、ＥＣＵ２６は圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへの切り替えを行うことになる。より詳しくは、例えば車両の停止中にエンジン１がアイドリング状態にあるとき、ＥＣＵ２６はエンジン１の運転モードのうち圧縮行程噴射モードを選択的に実行している。この後、発進加速のために運転者がアクセルペダル３４を踏み込んで車速が所定値を超えたときは、ＥＣＵ２６は圧縮行程噴射モードを禁止して吸気行程噴射モードへの切り替えを実行する（モード切替手段）。モード制御ルーチンの実行により、車両の発進加速時にはストイキ空燃比にて高出力が得られ、車両の加速性能を向上することができる。
【００２５】
図５は、上述したメイン制御ルーチン、ＥＧＲ制御ルーチンおよびモード制御ルーチンの実行に伴う各種の信号や状態量の時間的な変化を表している。
例えば、ある時刻ｔ₀に車両が停止状態にあるとき、上述のようにＥＣＵ２６は圧縮行程噴射モードを選択し、その空燃比をリーンに設定してアイドリング時の燃料噴射制御を行う。このとき、ＥＣＵ２６はＥＧＲ制御ルーチンにおいてステップＳ１３を実行し、ＥＧＲ弁２４をアイドリング時の規定開度Ｇ₁に設定している。この規定開度Ｇ₁において比較的大量の外部ＥＧＲが導入され、エンジン１のアイドリング（回転速度Ｎｅ₀）中における排ガス特性が改善されている。なお、ブレーキスイッチはオンの状態であり、また、ＡＰＳ信号および車速信号の出力は何れも０である。
【００２６】
車両の停止状態で、時刻ｔ₁にブレーキペダル３６の踏み込み解除が検出されると、ＥＣＵ２６はＥＧＲ制御ルーチンのステップＳ１５を実行してＥＧＲ弁２４を規定開度Ｇ₁から例えば開度Ｇ₂に向けて減少させる（Ｇ₁＞Ｇ₂）。なお、このブレーキ解除に伴い、車両のクリープ走行により時刻ｔ₁から車速が増加する。
【００２７】
車両がクリープ走行を開始すると、メイン制御ルーチンではステップＳ１およびステップＳ２の判定が何れも成立しなくなり（Ｎｏ）、ＥＣＵ２６はステップＳ４に移行して発進前条件フラグをリセットする。この場合、ＥＧＲ制御ルーチンではステップＳ１１の判定が成立しなくなるため（Ｎｏ）、ＥＣＵ２６は次にステップＳ１６に移行する。ステップＳ１６では車速条件の判定が行われるが、クリープ走行時の車速では所定値を超えることがないように設定されており、それ故、ＥＣＵ２６はそのままＥＧＲ制御ルーチンをリターンする。
【００２８】
この後、例えば時刻ｔ₂に運転者がアクセルペダル３４を踏み込んでＡＰＳ信号が入力されると、ＥＣＵ２６は圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードへのモード切替を実行し、空燃比をリーンからストイキに変更するべく制御する。具体的には、モード切替の時点（時刻ｔ₂）から空燃比を次第にリッチ化させるテーリング処理を行い、そのリッチ化限界に達した時点でストイキに切り替える。また、アクセルペダル３４の踏み込みにより、時刻ｔ₂からエンジン１の回転速度が上昇し、車両が発進加速を開始する。
【００２９】
車両が発進加速を開始すると、ＥＣＵ２６はＥＧＲ制御ルーチンのステップＳ１６にて車速条件または運転モード条件を判定し、それぞれ車速が所定値を超えるか、または、吸気行程噴射（ストイキ）モードに切り替えられたと判定できる場合、ステップＳ１３を実行してＥＧＲ弁２４を規定開度Ｇ₃に制御する。なお、規定開度Ｇ₃はストイキ運転に適したＥＧＲ量を供給することができる値に設定されている。
【００３０】
以上の実施例を挙げて説明したように、本発明の制御装置は車両の発進前条件を判定してＥＧＲ制御を行い、停止状態でブレーキ解除とともにＥＧＲ量を低減しているので、発進時のＥＧＲ弁２４の動作応答遅れがなく、また、吸気マニホールド８内の残留ＥＧＲによる燃焼悪化の影響もない。
また、筒内噴射型のエンジン１において、車両発進時の運転モード切り替えに伴うＥＧＲ量の減少が速やかに行われるため、ストイキ空燃比での燃焼悪化を防止して良好な加速フィーリングを得ることができる。
【００３１】
なお、実施例で挙げた各制御ルーチンは、例えば一つの制御ルーチンに統合することも可能である。また、個々の制御ルーチンにおける処理は適宜に書き替えが可能であり、その処理ステップの組み立てや制御内容は特に限定されるものではない。
その他、本発明の制御装置は筒内噴射型内燃機関だけでなく、吸気経路内噴射型の内燃機関に適用される実施形態をとることもできるし、図１に示した制御装置の具体的な構成は、その他の均等物や均等手段にて適宜に置き換えが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の車両用内燃機関の制御装置（請求項１）は、車両の発進加速性能を大きく向上し、良好な運転性能（ドライバビリティ）を実現する。
また、本発明の制御装置（請求項２）によれば、筒内噴射型内燃機関を好適に制御し、車両停止時の排ガス改善と発進時の加速性能向上とを同時にバランスよく実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御装置の概略図である。
【図２】制御装置において一実施例として実行されるメイン制御ルーチンのフローチャートである。
【図３】図２のメイン制御ルーチンと並行して実行されるＥＧＲ制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】実施例において図３のＥＧＲ制御ルーチンと合わせて実行されるモード制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】各種制御ルーチンの実行に伴う制御信号および状態量の時間的な変化を表すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１エンジン
２燃料噴射弁
８吸気マニホールド（吸気管）
２０排気マニホールド
２２ＥＧＲ管路（排ガス還流手段）
２４ＥＧＲ弁（排ガス還流手段）
２６ＥＣＵ（制御手段、噴射制御手段、モード切替手段）
３０アクセルポジションセンサ（加速操作検出手段）
３２ブレーキスイッチ（制動操作検出手段）

Claims

駆動源として内燃機関を搭載した車両において、
車両の車速を検出する車速検出手段と、
運転者により操作される車両の制動装置に対する操作入力の状態を検出する制動操作検出手段と、
前記内燃機関がアイドル状態にあるか否かを検出するアイドルスイッチと、
内燃機関の排気経路から排ガスの一部を吸気管内に還流させる排ガス還流手段と、
前記車速検出手段により検出された車速に基づいて車両が停止状態にあると認められたときには、前記排ガス還流手段により吸気管内に排ガスを還流させ、前記停止状態において前記制動操作検出手段により前記操作入力の解除が検出され、且つ、前記アイドルスイッチにより前記内燃機関がアイドル状態にあると判定されたときには、前記排ガス還流手段による排ガスの還流量を低減させる制御手段と
を具備したことを特徴とする車両用内燃機関の制御装置。
内燃機関の筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁により圧縮行程で希薄空燃比となる燃料を噴射する圧縮行程噴射モードおよび吸気行程で前記希薄空燃比よりも濃化側の空燃比となる燃料を噴射する吸気行程噴射モードの何れか一方を選択的に実行する噴射制御手段と、
運転者の車両に対する加速要求操作を検出する加速操作検出手段と、
前記制御手段により車両の停止状態で排ガスが還流されるとき、前記噴射制御手段にて前記圧縮行程噴射モードを選択させるとともに、この後、車両の停止状態で前記加速操作検出手段により運転者の加速要求操作が検出されたとき、前記噴射制御手段にて前記圧縮行程噴射モードから前記吸気行程噴射モードへの切り替えをなすモード切替手段と
を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の車両用内燃機関の制御装置。