JP4425713B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関装置を制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来においては、吸気集合管と、この吸気集合管に一端が接続され他端が各シリンダにそれぞれ接続された複数個の吸気管を備え、空気量を制御するバタフライ弁を回動することにより吸気管内の吸気通路面積を調整して各シリンダへの吸気量を電子的に制御する内燃機関の吸気装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記の内燃機関の吸気装置は、吸気集合管にバタフライ弁を設けた吸気装置と比較して、バタフライ弁を各吸気管にそれぞれ配置することで、バタフライ弁と各シリンダの吸気弁との間の吸気管(以下では「独立吸気管」という)内の容積が減少し、またその容積が独立吸気管毎に独立性を持つため、吸気行程終了後の独立吸気管内の圧力回復が早まる。そのため、ポンプ損失の低減効果が著しく、燃費効率が向上する。

特開平４−３５０３２４号公報

上記の内燃機関の吸気装置では、独立吸気管の容積が最適空間容積以下の場合、独立吸気管の容積不足のため、吸気行程開始時は最適空間容積と同様に略大気圧の状態からシリンダ内への吸気が行われるものの、ピストンの下動により吸気管側の負圧が大きくなるために、大気圧であるクランク側との間で、ピストンの下動を妨げる差圧が生じる結果、ポンプ損失が増大してしまう。

また、独立吸気管の容積が最適空間容積以上の場合でも、最適空間容積分だけの空気が独立吸気管内に供給されるため独立吸気管内の圧力が大気圧よりも初めから低下するため、吸気行程開始時から大気圧であるクランク側との間で、ピストンの下動を妨げる差圧が生じる結果、ポンプ損失が増大してしまう。

従って、ポンプ損失を低減するためには、独立吸気管の容積を最適空間容積で運転する必要性があるが、この最適空間容積は内燃機関の運転状態で変化するので、独立吸気管の容積が一定の内燃機関の吸気装置では、運転状況に応じてポンプ損失の低減効果が大きくなったり小さくなったりして、常に最適なポンプ損失低減効果を得ることが困難であり、特定の運転条件下でしか高いポンプ損失の低減効果が得られないという問題点がある。

一方、内燃機関の運転状態によっては、ポンプ損失低減効果による燃費向上よりも慣性過給および脈動効果による出力向上を優先するのが好ましい場合もある。

この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、内燃機関の運転状態が変化しても、ポンプ損失低減効果による燃費の向上と慣性過給および脈動効果による出力の向上とをバランス良く行える内燃機関の制御装置を得ることを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、内燃機関装置を制御する制御装置であって、前記内燃機関装置は、吸気集合管と、前記吸気集合管に一端が接続され他端が複数のシリンダそれぞれに接続された複数の吸気管と、前記複数の吸気管それぞれに設けられ、前記吸気集合管から前記吸気管を介し前記シリンダに設けられた吸気弁を通って前記シリンダ内に供給する空気量を制御する制御弁と、前記制御弁と前記吸気弁との間の空間容積を変更する容積変更手段とを備え、前記制御装置は、(a)前記内燃機関装置に関する負荷を検出する負荷検出手段と、(b)前記内燃機関装置に関する回転数を検出する回転数検出手段と、(c)前記負荷検出手段で検出される負荷と、前記回転数検出手段で検出される回転数とに基づき、前記容積変更手段を用いて前記空間容積を変更させる制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記内燃機関装置の負荷の増加に従って前記空間容積を増加させることによりポンプ損失の低減を図る第１制御を行う第１制御手段と、前記回転数の増加に従って前記空間容積を減少させることにより慣性過給および脈動効果の向上を図る第２制御を行う第２制御手段と、前記内燃機関装置の運転状態に応じて、前記第１制御と前記第２制御とを切替える切替手段とを有する。

請求項１の発明によれば、負荷検出手段で検出される負荷と回転数検出手段で検出される回転数とに基づき吸気管に係る制御弁と吸気弁との間の空間容積を変更させるため、内燃機関の運転状態が変化しても、ポンプ損失低減効果による燃費の向上と慣性過給および脈動効果による出力の向上とをバランス良く行える。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関システム１Ａの要部構成を示す図である。

内燃機関システム１Ａは、例えば自動車に搭載されており、エンジン２と、エンジン２を制御する制御部４とを備えている。

エンジン２は、４気筒の内燃機関装置として働き、各シリンダ２０に対応してスロットル弁２１と燃料噴射弁２２とエアフローセンサ２３とがそれぞれ４つ設けられている。なお、図１では、４気筒のうちの１気筒分を表しているが、他の３気筒も同様の構成を有している。

また、エンジン２には、各シリンダ２０に接続する吸気管部３と、シリンダ２０の底部に取付けられたクランク角センサ２４とが設けられている。

スロットル弁２１は、バタフライ弁として構成されており、シリンダ２０内に供給する空気量を制御する制御弁として機能する。

エアフローセンサ２３は、スロットル弁２１の上流に配設されており、通過する空気量を検出し、吸気量検出信号を出力する。

クランク角検出センサ２４は、エンジン２の回転数を検出するための部位で、クランク角検出信号を出力する。このクランク角検出信号に基づくエンジン２の回転数と、エアフローセンサ２３からの吸気量検出信号に基づく吸気量とからシリンダ２０内の充填効率を算出して、エンジン２に関する負荷検出が行われる。

吸気管部３は、吸気集合管３０と、吸気集合管３０に一端が接続され他端が各シリンダ２０にそれぞれ接続された４つの独立吸気管３１とを備えている。

独立吸気管３１は、スロットル弁２１からシリンダ２０の吸気弁２０ａまでの間に設けられた容積可変部３２を備えている。

容積可変部３２は、円筒形状のケース３３と、このケース３３の中心軸線に沿って延びた回動軸３４と、回動軸３４に固定され回動軸３４を中心に回動自在となっている可動板３５とを備えている。

この容積可変部３２においては、制御部４から送信される制御信号に基づき、可動板３５が回動軸３４を中心に回動することにより、スロットル弁２１と吸気弁２０ａとの間の独立吸気管３１の容積Ｖｏを変更できる。そして、センサにより例えば可動板３５の角度を検出して、容積Ｖｏの検出信号が制御部４に送信される。

制御部４は、例えばＣＰＵおよびメモリを有しており、エンジン２を制御する制御装置として機能する。この制御部４は、後述する容積可変制御方式選択用マップなどのデータテーブルを記憶するマップ記憶部４１を有している。

また、制御部４は、エアフローセンサ２３からの吸気量検出信号や、クランク角センサ２４からのクランク角検出信号、容積可変部３２からの容積値信号、アクセルポジション(図示省略)からのアクセル位置検出信号を受信し、後で詳述する独立吸気管３１の容積可変制御などのエンジン２の制御に利用する。

以下では、独立吸気管３１の容積可変制御を説明する。

容積可変部３２により独立吸気管３１の容積Ｖｏが変化するが、この容積Ｖｏを各シリンダ２０の充填効率の増減に応じて増減させることで、ポンプ損失(ポンピングロス)の低減による燃費向上が図れる。しかしながら、充填効率に応じて独立吸気管３１の容積Ｖｏを変更すれば、ポンプ損失低減が図れるものの、エンジン２の中〜高回転域の高負荷時には慣性過給および脈動効果が悪化することとなる。したがって、独立吸気管３１の容積Ｖｏは、ポンプ損失低減効果と慣性過給および脈動効果との両面から、最適な値を決定する必要がある。

そこで、内燃機関システム１Ａでは、ポンプ損失低減効果と慣性過給および脈動効果とのバランスを取るために、ポンプ損失低減を重視して燃費の向上を図る容積可変制御方式（以下では「燃費重視制御方式」という）と、慣性過給および脈動効果を重視して出力向上を図る容積可変制御方式（以下では「出力重視制御方式」という）とを選択的に切り替えるための容積可変制御方式選択マップを作成して、制御部４のマップ記憶部４１に格納する。このマップにより、簡易で確実に２つの制御方式の切替えが可能となる。

図２は、上記の容積可変制御方式選択用マップを示す図である。

容積可変制御方式選択用マップは、２次元マップであり、エンジン回転数およびシリンダの充填効率をパラメータ(入力値)とし、２つの容積可変制御方式を選択する選択値γを参照値(出力値)として構成されている。この選択値γは、「０」または「１」の２値データであり、γ＝１では燃費重視制御方式が選択され、γ＝０では出力重視制御方式が選択される。すなわち、γは燃費重視制御(第１制御)と出力重視制御(第２制御)との切替えに関する情報として働く。

この容積可変制御方式選択用マップは、図３に示すグラフに基づいて作成されるが、このグラフを簡単に説明する。

図３に示すグラフについては、横軸をエンジン回転数とし、縦軸を充填効率にとっている。このグラフでは、実機の試験データに基づいて求められ、燃費重視制御方式と出力重視制御方式との切替え基準の指標となる充填効率曲線ＢＤが設定されており、充填効率曲線ＢＤより下側の領域Ｂでは燃費重視制御方式を実施し、充填効率曲線ＢＤより上側の領域Ａでは出力重視制御方式を実施する。この充填効率曲線ＢＤは、エンジン２の回転数に応じて変化、具体的には回転数の増加に従って充填効率（負荷）が減少する特性を有している。そして、この充填効率曲線ＢＤより充填効率が大きい場合には、エンジン２の回転数に基づき独立吸気管３１の容積が変更される。これにより、出力向上を図るために有効な独立吸気管３１の容積に設定でき、出力向上を図る出力重視制御を適切に行える。

この充填効率曲線ＢＤで分割される領域Ａおよび領域Ｂに対応して、図２に示すγ＝０の領域とγ＝１の領域とが設定される。すなわち、充填効率(負荷)において低・中・高負荷域の３段階の負荷域に分けると、低〜中負荷域(低〜中の充填効率)ではエンジン２の負荷の増加に従って独立吸気管３１の容積を増加させるためのγ＝１に、高負荷域ではエンジン２の回転数の増加に従って独立吸気管３１の容積を減少させるためのγ＝０に設定されるとともに、エンジン２の回転数が高くなるにつれ、γ＝０の領域が低負荷側に広くなる。このように領域Ａ、Ｂを分けることにより、低負荷域および中負荷域で有効なポンプ損失低減効果による燃費の向上を図れるとともに、高負荷域での出力を確保できる。

以上のような容積可変制御方式選択用マップのγに応じて燃費重心制御方式または出力重視制御方式が実施されるが、これらの制御方式を実施する際には、それぞれポンプ損失低減を狙った燃費重視制御用マップと、慣性過給および脈動効果を狙った出力重視制御用マップとを参照し、独立吸気管３１の容積目標値を求めて容積可変制御が行われることとなる。これらの２種類のマップは、容積可変制御方式選択用マップと同様に、制御部４のマップ記憶部４１に格納されている。

上記の燃費重視制御用マップは、１次元マップであり、シリンダの充填効率をパラメータとし、独立吸気管３１の容積値を参照値として構成されている。ポンプ損失の低減効果は、エンジン２の回転数に依存せず、シリンダ２０の充填効率と独立吸気管３１の容積とに応じて変化するため、燃費重視制御用マップでは、エンジン２での充填効率が増加(減少)すれば、独立吸気管３１の容積値も増加(減少)するように設定されている。なお、燃料重視制御用マップにおける充填効率と容積値との関係は、実機試験データに基づき求められる。

出力重視制御用マップは、１次元マップであり、エンジン回転数をパラメータとし、独立吸気管３１の容積値を参照値として構成されている。慣性過給および脈動効果は、充填効率に依存せず、エンジン２の回転数と独立吸気管３１の容積とに応じて変化するため、燃費重視制御用マップでは、エンジン２の回転数が増加(減少)すれば、独立吸気管３１の容積値も減少(増加)するように設定されている。なお、出力重視制御用マップにおけるエンジン回転数と容積値との関係は、実機試験データに基づき求められる。

次に、上記の独立吸気管３１の容積可変制御の動作について説明する。

図４は、独立吸気管３１の容積可変制御の動作を示すフローチャートである。この制御ロジックは、制御部４によって実行される。

まず、ステップＳ１では、クランク角センサ２４から送信されるクランク角検出信号に基づきエンジン２の回転数を算出するとともに、エアフローセンサ２３から送信される吸気量検出信号に基づき各シリンダ２０の充填効率を算出する。

ステップＳ２では、ステップＳ１で算出したエンジン回転数と充填効率とをパラメータとして、図２に示す容積可変制御方式選択用マップを参照して、選択値γを求める。

ステップＳ３では、ステップＳ２で求めた選択値γが０であるかを判定する。ここで、γが０である場合には、ステップＳ４に進み、γが１である場合には、ステップＳ５に進む。

ステップＳ４では、エンジン回転数をパラメータに出力重視制御用マップを参照して独立吸気管３１の容積目標値を求める。これにより、慣性過給および脈動効果を重視して出力の向上を図る出力重視制御方式が実施されることとなる。

ステップＳ５では、充填効率をパラメータに燃費重視制御用マップを参照して独立吸気管３１の容積目標値を求める。これにより、ポンプ損失の低減効果を重視して燃費の向上を図る燃費重視制御方式が実施されることとなる。

ステップＳ６では、ステップＳ４またはステップＳ５で求められた独立吸気管３１の容積目標値と、容積可変部３２から送信される容積検出信号に基づく現在の容積値との偏差を算出する。

ステップＳ７では、ステップＳ６で算出された偏差に基づき、容積可変部３２に制御信号を送信する。これにより、容積可変部３２の可動板３５の角度が変更されて、独立吸気管３１の容積Ｖｏが変化することとなる。

以上の内燃機関システム１Ａの動作により、エンジン２の運転状態に応じて制御方式を切り替える、具体的にはエンジンの低〜中負荷時には燃費向上のために最適なポンプ損失低減効果が得られるような独立吸気管の容積可変制御を行うとともに、高負荷時には出力向上のために最適な慣性過給および脈動効果が得られるような独立吸気管の容積可変制御を行うため、運転状態が変化しても燃費向上と出力向上とをバランス良く行える。すなわち、充填効率（負荷）とエンジン回転数とに基づき独立吸気管の容積を変更させる独立吸気管の容積可変制御を適切に切替えることで、燃費効率が優れ、かつ高出力を実現できる。

この内燃機関システム１Ａの効果について、図５を参照し簡単に説明する。図５に示す曲線Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃは、それぞれ燃費重視制御のみ行う場合、独立吸気管の容積が一定である従来の制御を行う場合、および本実施の形態１の独立吸気管の容積可変制御を行う場合に対応する。

燃費重視制御のみ、すなわち充填効率だけに基づく独立吸気管の容積可変制御を行う場合、曲線Ｇａに示すようにエンジン回転数が低回転数の時には、従来の曲線Ｇｂに対して充填効率が高く十分な出力が得られるが、エンジン回転数が中〜高回転数の時には、従来技術の曲線Ｇｂに対して充填効率が低くなり、出力が低下してしまう。

そこで、本実施の形態１の内燃機関システム１Ａでは、エンジン回転数に応じても独立吸気管の容積を変更させている。すなわち、上述したように燃費重視制御と出力重視制御とを適切なタイミングで切替えるハイブリッド制御により、曲線Ｇｃに示すように、従来の曲線Ｇｂに対してエンジンの低回転域はもちろん、中〜高回転域についても充填効率が大きくなり、燃費と出力とのバランスをとることが可能となる。

なお、内燃機関システム１Ａでは、図２に示す容積可変制御方式選択用マップを作成する際に、γ＝１の領域を広くすれば燃費性能を重視したシステムとなり、γ＝０の領域を広くすれば加速性能を重視したシステムとなる。これにより、ユーザの要求に応じた車両に設定できる。また、γ＝０とγ＝１との領域の広さが異なる複数の容積可変制御方式選択用マップを保持し、これらのマップをスイッチ等で切替えれば、燃費と加速とのどちらをより重視するかを容易に選択できるようになる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る内燃機関システム１Ｂについては、図１に示す実施の形態１の内燃機関システム１Ａと類似の構成を有しているが、制御部４のマップ記憶部４１に記憶されるマップが異なっている。この内燃機関システム１Ｂのマップについて、以下で説明する。

図６は、内燃機関システム１Ｂで使用する容積可変制御方式選択用マップを示す図である。

容積可変制御方式選択用マップは、２次元マップであり、エンジン回転数およびシリンダの充填効率をパラメータ(入力値)とし、独立吸気管３１の容積値を参照値(出力値)として構成されている。

この容積可変制御方式選択用マップは、実施の形態１の容積可変制御方式選択用マップ（図２）のγ＝１の領域に実施の形態１で使用する燃費重視制御用マップの参照値を、γ＝０の領域に実施の形態１で使用する出力重視制御用マップの参照値を設定することで作成されている。

すなわち、図６に示す容積可変制御方式選択用マップでは、図３に示す領域Ａおよび領域Ｂに相当する燃費重視制御方式の選択領域と出力重視制御方式の選択領域とに分けられるとともに、各選択領域には参照値として独立吸気管３１の容積値が設定されている。

そして、ポンプ損失低減を図る燃費重視制御時の容積値が記述される下側領域（図３の領域Ｂに相当）については、充填効率が同値ならば、エンジン回転数に拘わらず容積値が同値であり、また充填効率が大きくなれば、独立吸気管３１の容積値も大きくなるように設定されている。

一方、慣性過給および脈動効果を図る出力重視制御時の容積値が記述される上側領域（図３の領域Ａに相当）については、エンジン回転数が同値ならば、充填効率に拘わらず容積値が同値であり、エンジン回転数が大きくなれば、独立吸気管３１の容積値が小さくなるように設定されている。

図７は、独立吸気管３１の容積可変制御の動作を示すフローチャートである。この制御ロジックは、制御部４によって実行される。

まず、ステップＳ１１では、図４のフローチャートに示すステップＳ１と同様に、クランク角センサ２４から送信されるクランク角検出信号に基づきエンジン２の回転数を算出するとともに、エアフローセンサから送信される吸気量検出信号に基づき各シリンダ２０の充填効率を算出する。

ステップＳ１２では、ステップＳ１１で算出したエンジン回転数と充填効率とをパラメータとして、図６に示す容積可変制御方式選択用マップを参照して、独立吸気管３１の容積目標値を求める。この場合、実施の形態１の内燃機関システム１Ａのように、容積値が記述される燃費重視制御用マップや出力重視制御用マップを参照しなくとも、容積可変制御方式選択用マップに直接記述している独立吸気管３１の容積値を参照すれば、容積目標値が決定できる。

ステップＳ１３およびステップＳ１４では、図４のフローチャートに示すステップＳ１と同様の動作を行う。

以上の内燃機関システム１Ｂの動作により、実施の形態１の内燃機関システム１Ａと同様の効果を奏する。さらに、容積可変制方式選択用マップのみを参照すれば独立吸気管３１の容積値が求まるため、簡単に適切な容積値を得られるとともに、容積可変制御方式を選択する工程など（図４のステップＳ３〜Ｓ５）を省略でき、処理動作を単純化できる。また、独立吸気管３１の容積値を求めるためのマップは、図６に示す容積可変制御方式選択用マップのみとなるため、実施の形態１と比べてマップを記憶するために必要なメモリの容量が少なくて良い。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る内燃機関システム１Ｃについては、図１に示す実施の形態１〜２の内燃機関システム１Ａ〜Ｂと類似の構成を有しているが、制御部４のマップ記憶部４１に記憶されるマップが異なっている。この内燃機関システム１Ｃのマップについて、以下で説明する。

図８は、内燃機関システム１Ｃで使用する容積可変制御方式選択用マップを示す図である。

容積可変制御方式選択用マップは、２次元マップであり、図６に示す実施の形態２のマップと同様に、エンジン回転数およびシリンダの充填効率をパラメータとし、独立吸気管３１の容積値を参照値として構成されている。ただし、この容積可変制御方式選択用マップは、２つつの領域に分割されている図６のマップに比べて、３つの領域に分かれている点が異なっている。

図６に示すマップにおいて、シリンダ２０の充填効率に応じて独立吸気管３１の容積を変化させる燃費重視制御を行う領域と、エンジン２の回転数に応じて独立吸気管３１の容積を変化させる出力重視制御を行う領域とでは、これらの境界付近、つまり図３に示す充填効率曲線ＢＤの直上・直下の充填効率において独立吸気管３１の容積値に差が生じており、この差はエンジン回転数が高くなるほど大きくなる。

このため、図３に示す領域Ａから領域Ｂへの移行、または領域Ｂから領域Ａへの移行を行う場合、つまり領域Ａ、Ｂの境界線である充填効率曲線ＢＤを跨いで燃費重視制御方式と出力重視制御方式とを切替える場合には、瞬間的に独立吸気管３１の容積値が不連続に増減する。この容積値を目標値として独立吸気管３１の容積可変制御を行うと、シリンダ２０に吸引される吸気量が急変し燃料噴射制御の精度悪化やドラビリの悪化などの可能性がある。

そこで、図３に示す領域Ａと領域Ｂとを分割する充填効率曲線ＢＤの近傍において、図９に示すような緩衝領域(切替制御領域)Ｃを新たに設けて、この領域Ｃで出力重視制御(領域Ａ)と燃費重視制御(領域Ｂ)との中間的な制御（以下では「中間制御」ともいう）を行うこととする。

この領域Ｃは、燃費重視制御と出力重視制御との切替えの際に独立吸気管３１の容積を連続的に変更するために充填効率(負荷)とエンジン回転数とによって定められる領域である。そして、領域Ｃは、エンジン回転数の増加に従って充填効率の範囲が拡大するように設定されている。これにより、燃費重視制御と出力重視制御との独立吸気管の容積差が大きくなる高回転数において、独立吸気管３１の容積をスムーズに変更できる。

そして、この図９に示す領域Ａ〜Ｃに相当する領域を、図８に示す容積可変制御方式選択用マップに設けて、各領域には出力重視制御時の容積値、燃費重視制御時の容積値、および中間制御時の容積値を記述する。ここで、中間制御時の容積値については、燃費重視制御方式と出力重視制御方式との切替えをスムーズにするために、これらの制御方式切替え時の容積変化を緩和するような値、つまり連続的に変化する容積値が設定される。

内燃機関システム１Ｃにおける独立吸気管３１の容積可変制御の動作については、図７に示す実施の形態２のフローチャートと同様の動作を行う。ただし、図７のフローチャートに示すステップＳ１２では、図８に示す容積可変制御方式選択用マップを参照して独立吸気管３１の容積目標値を求めることとなる。

以上の内燃機関システム１Ｃの動作により、容積可変制御方式を切替える際の独立吸気管の容積変化においてシリンダの充填効率とエンジン回転数とに応じて目標値まで連続的に独立吸気管容積を変更するため、各シリンダに供給される吸気量の急変を抑制してスムーズな容積変化を実現でき、燃料噴射制御の精度悪化、ドラビリの悪化などを回避することができる。

なお、内燃機関システム１Ｃで使用する容積可変制御方式選択用マップについては、図９に示すＡ〜Ｃの領域分けに対応したものに限らず、図９の領域Ｃに対して領域Ｂ側を縮小して領域Ａ側を拡大させた燃費向上重視の領域分けに対応したマップでも良い。また、図９の領域Ｃに対して領域Ａ側を縮小して領域Ｂ側を拡大させた出力向上重視の領域分けに対応したマップであっても良い。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る内燃機関システム１Ｄについては、図１に示す実施の形態１の内燃機関システム１Ａと同様の構成を有しているが、制御部４で行う容積可変制御が異なっている。この内燃機関システム１Ｄの制御方法について、以下で説明する。

内燃機関システム１Ｄにおいては、実施の形態１の内燃機関システム１Ａで行う容積可変制御方式選択用マップ(図２)に従った独立吸気管３１の容積可変制御（以下では「切替制御」という）をベースにして、所定時間当たり(単位時間当たり)のアクセル踏み込み量が大きい場合には、燃費重視または出力重視のいずれの制御方式が選択されているかに拘わらず、慣性過給および脈動効果による出力重視制御(以下では「急加速制御」という)を行うこととする。この急加速制御が行われることより、運転者が急加速や高トルクを必要とする場合に対処して、速やかな出力上昇が図れる。そして、急加速制御に切替えられた後は、単位時間当たりのアクセル戻し量が大きい場合に、容積可変制御方式選択用マップに従う切替制御に復帰する。

以下では、具体的に内燃機関システム１Ｄの制御方法を説明する。

図１０および図１１は、内燃機関システム１Ｄの容積可変制御を説明するための図である。図１０は、図３に対応しており、横軸がエンジン回転数を示し、縦軸がシリンダの充填効率を示している。また、図１１において、横軸は時間を示し、図１１(ａ)〜(ｃ)の縦軸はそれぞれアクセル位置、充填効率および制御方式の選択を示している。そして、図１０および図１１の符号ε１〜７は、エンジン２の運転履歴εにおける各時点(ε１→ε２→・・・→ε７)を表している。

運転時点ε１では、運転状態が図１０に示す領域Ｂに属しており、ポンプ損失低減効果による燃費重視制御方式が選択されている(図１１(ｃ)参照)。

次に、運転時点ε１からε２に移行しても、運転状態は図１０に示す領域Ｂに属している。このような場合、実施の形態１では引き続き燃費重視制御が行われることとなるが、図１１(ａ)に示すように単位時間当たりのアクセル踏み込み量Ｄａが大きい(後述の閾値αを超える)ので、内燃機関システム１Ｄでは、急加速制御を行うため図１１(ｃ)に示すように出力重視制御方式に切替えられる。

そして、運転時点ε３に移行した際には、運転状態が図１０に示すように充填効率曲線ＢＤを跨いで領域Ａに入るが、既に運転時点ε２で急加速制御に切替えられているため、出力重視制御を継続する(図１１(ｃ)参照)。

その後、運転時点ε４を経て運転時点ε５に移行した際には、図１１(ａ)に示すように単位時間当たりのアクセル戻し量Ｄｂが大きい(後述の閾値βを超える)ため、図２の容積可変制御方式選択用マップに従う切替制御に復帰する。ただし、この運転時点ε５では、運転状態が図１０に示す領域Ａに属しているため、図１１(ｃ)に示すように出力重視制御を継続する。

運転時点ε６に移行した際には、運転状態が図１０に示すように充填効率曲線ＢＤを跨いで領域Ｂに入るが、この時には急加速制御が行われていないため、図１０の領域Ｂで実施する燃費重視制御に切替えられる(図１１(ｃ)参照)。さらに時間が経過した運転時点ε７においても運転状態が図１０に示す領域Ｂに属しているため、図１１(ｃ)のように燃費重視制御を継続する。

以上のような容積可変制御を行う内燃機関システム１Ｄの動作について説明する。

図１２は、独立吸気管３１の容積可変制御の動作を示すフローチャートである。この制御ロジックは、制御部４によって実行される。なお、本動作では、急加速フラグＦ(初期値は０)により、急加速制御への切替えの有無を判断する。

まず、ステップＳ２１では、図４のフローチャートに示すステップＳ１と同様に、クランク角センサ２４から送信されるクランク角検出信号に基づきエンジン２の回転数を算出するとともに、エアフローセンサから送信される吸気量検出信号に基づき各シリンダ２０の充填効率を算出する。

ステップＳ２２では、ステップＳ２１で算出したエンジン回転数と充填効率とをパラメータとして、図２に示す容積可変制御方式選択用マップを参照して、選択値γを求める。

ステップＳ２３では、アクセル位置検出信号(図１参照)に基づき、運転者が踏み込むアクセル位置を算出する。このアクセル位置の時間変化から、単位時間当たりのアクセル踏み込み量およびアクセル戻し量が求められる。なお、アクセル踏み込み量とはアクセルが踏み込み方向に移動する量であり、アクセル戻し量とはアクセルが戻し方向(上記の踏み込み方向と逆方向)に移動する量である。

ステップＳ２４では、ステップＳ２３で求められた単位時間当たりのアクセル踏み込み量が閾値(所定値)αより大きいという条件を満たすかを判定する。ここで、閾値αより大きい場合には、ステップＳ２５に進み、閾値α以下の場合には、ステップＳ２６に進む。

ステップＳ２５では、急加速フラグＦに１を代入する。これにより、切替制御がオフ（不能化）されて、急加速制御がオン（能動化）される。

ステップＳ２６では、ステップＳ２３で求められた単位時間当たりのアクセル戻し量が閾値(特定値)βより小さいかを判定する。ここで、閾値βより小さい場合には、ステップＳ２７に進む。一方、単位時間当たりのアクセル戻し量が閾値β以上であるという条件を満たす場合には、ステップＳ２８に進む。

ステップＳ２７では、急加速フラグＦが１であるかを判定する。ここで、急加速フラグＦが１である場合には、ステップＳ３０に進み、急加速フラグＦが１でない場合には、ステップＳ２９に進む。

ステップＳ２８では、急加速フラグＦに０を代入する。これにより、急加速フラグＦ＝１によって急加速制御が行われている際に、急加速制御がオフ（不能化）されて、切替制御がオン（能動化）される。

ステップＳ２９では、ステップＳ２２で求めた選択値γが０であるかを判定する。ここで、γが０である場合には、ステップＳ３０に進み、γが１である場合には、ステップＳ３１に進む。

ステップＳ３０では、実施の形態１と同様にエンジン回転数をパラメータに出力重視制御用マップを参照して独立吸気管３１の容積目標値を求める。これにより、慣性過給および脈動効果を重視して出力の向上を図る出力重視制御方式が実施される。

ステップＳ３１では、実施の形態１と同様に充填効率をパラメータとして燃費重視制御用マップを参照して独立吸気管３１の容積目標値を求める。これにより、ポンプ損失の低減効果を重視して燃費の向上を図る燃費重視制御方式が実施される。

ステップＳ３２では、ステップＳ３０またはステップＳ３１で求められた独立吸気管３１の容積目標値と、容積可変部３２から送信される容積検出信号に基づく現在の容積値との偏差を算出する。

ステップＳ３３では、ステップＳ３２で算出された偏差に基づき、容積可変部３２に制御信号を送信する。これにより、容積可変部３２の可動板３５の角度が変更されて、容積Ｖｏが変化することとなる。

以上の内燃機関システム１Ｄの動作により、充填効率とエンジン回転数とに基づき容積可変制御方式選択用マップを参照して制御方式を切替えるだけでなく、単位時間当りのアクセル踏み込み量が大きくなる場合には強制的に出力重視制御方式(急加速制御)に切替えるため、適切なタイミングで急加速などの過渡応答時に速やかな出力向上を行える。また、急加速制御に設定される際に単位時間当たりのアクセル戻し量が大きくなる場合には、容積可変制御方式選択用マップを参照する切替制御に切替えるため、適切なタイミングで切替制御に復帰でき、燃費向上と出力向上とをバランス良く行える。

なお、内燃機関システム１Ｄのようにアクセル踏み込み量に応じて出力重視制御に切替える場合には、速やかな出力向上が要求される過渡時であるため、実施の形態３のような容積可変制御方式切替え時に独立吸気管の容積を緩やかに変化させる制御は行わないこととする。

変形例．
・上記の各実施の形態については、エアフローセンサの出力に基づき負荷検出を行うのは必須でなく、スロットル弁の開度とエンジン回転数、軸トルク等によって負荷検出を行っても良い。

・上記の各実施の形態においては、容積可変部のケースは、円筒形状に限らず、球状などの形状であっても良い。

本発明の実施の形態１に係る内燃機関システム１Ａの要部構成を示す図である。 容積可変制御方式選択用マップを示す図である。 容積可変制御方式選択用マップを説明するための図である。 独立吸気管３１の容積可変制御の動作を示すフローチャートである。 内燃機関システム１Ａの効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る内燃機関システム１Ｂで使用する容積可変制御方式選択用マップを示す図である。 独立吸気管３１の容積可変制御の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る内燃機関システム１Ｃで使用する容積可変制御方式選択用マップを示す図である。 容積可変制御方式選択用マップを説明するための図である。 本発明の実施の形態４に係る内燃機関システム１Ｄの容積可変制御を説明するための図である。 内燃機関システム１Ｄの容積可変制御を説明するための図である。 独立吸気管３１の容積可変制御の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１Ａ〜１Ｄ 内燃機関システム、２ エンジン、４ 制御部、２３ エアフローセンサ、２４ クランク角検出センサ、３１ 独立吸気管、３２ 容積可変部、４１ マップ記憶部。

Claims (14)

1. 内燃機関装置を制御する制御装置であって、
   前記内燃機関装置は、
   吸気集合管と、
   前記吸気集合管に一端が接続され他端が複数のシリンダそれぞれに接続された複数の吸気管と、
   前記複数の吸気管それぞれに設けられ、前記吸気集合管から前記吸気管を介し前記シリンダに設けられた吸気弁を通って前記シリンダ内に供給する空気量を制御する制御弁と、
   前記制御弁と前記吸気弁との間の空間容積を変更する容積変更手段と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   (a)前記内燃機関装置に関する負荷を検出する負荷検出手段と、
   (b)前記内燃機関装置に関する回転数を検出する回転数検出手段と、
   (c)前記負荷検出手段で検出される負荷と、前記回転数検出手段で検出される回転数とに基づき、前記容積変更手段を用いて前記空間容積を変更させる制御を行う制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記内燃機関装置の負荷の増加に従って前記空間容積を増加させることによりポンプ損失の低減を図る第１制御を行う第１制御手段と、
   前記回転数の増加に従って前記空間容積を減少させることにより慣性過給および脈動効果の向上を図る第２制御を行う第２制御手段と、
   前記内燃機関装置の運転状態に応じて、前記第１制御と前記第２制御とを切替える切替手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記負荷と前記回転数との入力に対して、前記第１制御と前記第２制御との切替えに関する情報を出力する第１のデータテーブルを記憶する手段、
   をさらに備え、
   前記切替手段は、
   前記第１のデータテーブルに基づき、前記第１制御と前記第２制御とを切替える手段、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記負荷と前記回転数との入力に対して、前記空間容積を出力する第２のデータテーブルを記憶する手段、
   をさらに備え、
   前記制御手段は、
   前記第２のデータテーブルに基づき、前記容積変更手段を用いて前記空間容積を変更させる制御を行う手段、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関装置の負荷は、低負荷域と中負荷域と高負荷域との３段階の負荷域に分けられ、
   前記制御手段は、
   前記低負荷域および前記中負荷域では、前記第１制御を行う手段、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関装置の負荷は、低負荷域と中負荷域と高負荷域との３段階の負荷域に分けられ、
   前記制御手段は、
   前記高負荷域では、前記第２制御を行う手段、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
   前記制御手段は、
   前記負荷が所定の負荷より大きい場合には、前記容積変更手段を用いて前記回転数に基づき前記空間容積を変更させる制御を行う手段、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記所定の負荷は、前記回転数に応じて変化する所定の特性を有しており、
   前記所定の特性は、前記回転数の増加に従って前記負荷が減少する特性であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
   前記切替手段は、
   前記第１制御と前記第２制御との切替えの際には、前記空間容積を連続的に変更させる切替制御手段、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
9. 請求項８に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記切替制御手段は、
   前記第１制御と前記第２制御との切替えの際には、前記負荷と前記回転数とに応じて前記空間容積を連続的に変更させる連続変更手段、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
10. 請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記連続変更手段では、
    前記第１制御と前記第２制御との切替えの際に前記空間容積を連続的に変更させるために、前記負荷を縦軸に前記回転数を横軸として前記回転数に応じた前記負荷の領域幅が定められる切替制御領域が設定され、
    前記切替制御領域は、前記回転数の増加に従って前記負荷の領域幅が大きくなることを特徴とする内燃機関の制御装置。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
    前記制御手段は、
    第１の条件を満たす場合には、前記切替手段により前記第１制御または前記第２制御のいずれが選択されているかに拘わらず、前記第２制御に設定する設定制御手段、
    を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
12. 請求項１１に記載の内燃機関の制御装置において、
    アクセルの踏み込み量を検出する踏み込み量検出手段、
    をさらに備え、
    前記第１の条件は、単位時間当たりのアクセル踏み込み量が所定値より大きくなる条件であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
13. 請求項１１または請求項１２に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記制御手段は、
    前記設定制御手段による前記第２制御が行われている際に、第２の条件を満たす場合には、前記切替手段による前記第１制御と前記第２制御との切替制御に復帰する手段、
    をさらに備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
14. 請求項１３に記載の内燃機関の制御装置において、
    アクセルの戻し量を検出する戻し量検出手段、
    をさらに備え、
    前記第２の条件は、単位時間当たりのアクセル戻し量が特定値より大きくなる条件であることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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