JP4748120B2 - 内燃機関の運転制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の運転制御装置に関する。
ガソリン代替燃料を用いて走行する車両として、いわゆるFFV(Flexible Fuel Vehicle)が知られている。FFVのガソリン代替燃料としては、ガソリンとアルコール(エタノールやメタノール)との混合燃料が広く用いられている。FFVにおいては、混合燃料の混合比が変化しても運転特性を良好に維持して走行できるよう、種々の開発が行われている。
ところで、混合燃料の混合比を検出するには、混合率センサを用いて直接的に検出する方法のほか、内燃機関の排気系に配置されたO2センサの出力を用いて推定する方法が知られている。後者の方法は、例えば、排気の酸素濃度をO2センサにより計測して空燃比フィードバック制御を実施する際の燃料噴射量の補正値に基づき、アルコール濃度(混合率)を推定している。
この種の内燃機関の制御装置の一例としては、例えば、下記特許文献1を挙げることができる。この装置は、内燃機関の運転状態に基づいて内燃機関内の単一組成分濃度(アルコール濃度)推定の許可/禁止を判定する第1許可判定手段と、空燃比補正量が所定の範囲外にある場合に燃料内の単一組成分濃度推定を許可する第2許可判定手段とを備えている。この装置によれば、空燃比補正量が所定の範囲外にある場合でも、第2許可判定手段により単一組成分濃度推定が許可され、推定された単一組成分濃度推定値を用いて内燃機関の制御を実行することができる。
特開2004−285972号公報
しかしながら、上記特許文献1では、空燃比補正量が単一成分濃度(アルコール濃度)に基づいて推定され、かつ、第1許可判定手段は、排気空燃比に影響を与える外乱が発生しているときには推定を禁止するようになっており(上記特許文献1の請求項2参照)、運転条件が整っていなければ推定を行わない場合がある(例えば、上記特許文献1の図2のステップS9でYESの場合)。このため、例えば自動車の加速時や登坂時等における高出力又は高トルクを発生させているとき、すなわち内燃機関に高負荷がかかっているとき等は、燃料の混合率を求めることができず、内燃機関の燃焼制御が的確に実施できないおそれがある。
以上のことから、本発明は、混合燃料の混合率の検出をより確実に行って、内燃機関をより的確に制御することができる内燃機関の運転制御装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明は、内燃機関にガソリンとアルコールとの混合燃料を供給する混合燃料供給手段と、前記内燃機関の排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段の検出結果に基づき前記内燃機関の実空燃比を目標空燃比に近づけるようフィードバック制御するフィードバック制御手段と、該フィードバック制御手段の作動中に、前記空燃比検出手段の検出結果に基づき前記混合燃料の混合率を検出する混合率検出手段と、前記混合燃料の混合率が変化する期間を検出する期間検出手段と、該期間検出手段により検出された前記期間内にあるときは、前記フィードバック制御手段の作動領域を高回転数側及び高負荷側へ広げるよう修正する修正手段と、前記混合率検出手段の検出結果に基づき前記内燃機関の制御量を演算し、この制御量に基づいて前記内燃機関を制御する内燃機関制御手段と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、期間検出手段により混合燃料の混合率が変化する期間内にあると検出されたときは、修正手段がフィードバック制御手段の作動領域を広げるよう修正することで、内燃機関が高負荷時又は高回転時等の運転状態であっても、フィードバック制御手段の作動領域を広く確保して、混合率検出手段による混合率の検出機会を増すことができる。これにより、混合率に基づく内燃機関の制御量(例えば燃焼室への燃料噴射量や点火時期等)を一層的確に演算でき、内燃機関を一層的確に制御できるので、排ガス性能やドライバビリティの悪化を抑えることができる。
本発明においては、前記修正手段は、前記混合率検出手段で検出されたアルコール濃度が高いほど、前記フィードバック制御手段の作動領域を広げるよう修正することが好ましい。
この場合、アルコール濃度が高いほどフィードバック制御の作動領域を広げることにより、混合率の検出機会を一層増やすことができる。つまり、混合燃料の特性上、アルコール濃度が高い場合は低い場合に比べ、内燃機関の運転状態すなわち負荷及び回転数が上がる傾向があり、フィードバック制御の作動領域から外れる可能性が高い。そのため、アルコール濃度が高いほどフィードバック制御の作動領域を広げて、混合率の検出機会をより確実に確保するのである。
本発明においては、前記混合燃料供給手段から前記内燃機関への混合燃料の供給を一時的にカットする燃料カット手段と、前記期間検出手段により検出された前記期間内にあるときは、前記燃料カット手段による燃料カットを禁止する燃料カット禁止手段と、をさらに備えることが好ましい。
この場合、混合燃料の混合率が変化する期間内において燃料カットを禁止する。これにより、期間内にあるときにもより確実に燃料が供給されることとなり、フィードバック制御の実行機会を増やすことができるとともに、リーン空燃比下で生じ易い触媒の劣化(酸素被毒等)を抑制することができる。
本発明においては、前記内燃機関の吸入空気量を調整する吸入空気量制御手段を有し、該吸入空気量制御手段は、前記期間検出手段により検出された前記期間内にあるときは、前記内燃機関の運転状態を前記フィードバック制御手段の作動領域内に収めるよう前記吸入空気量を調整することが好ましい。
この場合、混合燃料の混合率が変化する期間内にあるときは、吸入空気量制御手段により内燃機関の運転状態をフィードバック制御手段の作動領域内に収めるよう調整する。具体的には、吸入空気量制御手段により吸入空気量が抑制されるよう制御する。これにより、内燃機関の運転状態をフィードバック制御の作動領域内により確実に収めることができる。
本発明においては、前記内燃機関の出力回転を変速する変速機の変速制御手段を有し、該変速制御手段は、前記期間検出手段により検出された前記期間内にあるときは、前記内燃機関の運転状態を前記フィードバック制御手段の作動領域内に収めるよう前記変速機の変速段又は変速比を制御することが好ましい。
この場合、混合燃料の混合率が変化する期間内にあるときは、変速制御手段により内燃機関の運転状態をフィードバック制御手段の作動領域内に収めるよう制御する。具体的には、変速制御手段により内燃機関の回転数が上昇しにくくなるよう制御する。これにより、内燃機関の出力を大きく変化させることなく、内燃機関の運転状態をフィードバック制御の作動領域内により確実に収めることができる。
本発明においては、前記混合燃料供給手段は、前記混合燃料を貯留する貯留部と、前記内燃機関内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記貯留部と前記燃料噴射弁との間の燃料供給配管と、を有し、前記期間検出手段は、前記貯留部に混合燃料が補給された時点からの、前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量の積算値に基づき、前記期間を検出することが好ましい。
この場合、混合燃料供給手段の貯留部に混合燃料が補給された時点からの燃料噴射量の積算値に基づき、混合燃料の混合率が変化する期間を検出することにより、燃料を補給した時点で燃料供給配管にある燃料が燃料噴射弁から噴射される状況を考慮した、より正確な期間を検出することができる。なお、混合率が変化した燃料が噴射される前に内燃機関が停止した場合は、その停止した時点までの燃料噴射量を記憶しておき、内燃機関の再始動時には、記憶されている燃料噴射量に対して燃料噴射量を積算していくことが好ましい。
本発明によれば、混合燃料の混合率の検出をより確実に行って、内燃機関をより的確に制御することができるので、排ガス性能やドライバビリティの悪化を抑えることができる。
以下、本発明に係る内燃機関の運転制御装置の一実施形態について、図1から図4を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る内燃機関及びその周辺装置の構成を示した模式図である。図1に示すように、内燃機関(以下、エンジン1という)の燃焼室1aの一方の側には、吸気弁1b及び吸気ポート4を介して吸気通路2が接続されている。エンジン1の燃焼室1aの他方の側には、排気弁1c及び排気ポート5を介して排気通路3が接続されている。
燃焼室1aのほぼ頂部には、点火プラグ7が設置されている。エンジン1のクランクシャフト1dには、エンジン1の回転数を検出するエンジン回転数センサ(クランク角センサ)13が設置されている。また、エンジン1には、クランクシャフト1dの回転を適切な回転数で駆動輪に伝えるためのAT(Automatic Transmission)21が設置されている。
吸気通路2には、エアクリーナ2a、吸入空気量を検出するエアフローセンサ(AFS)2b、吸入空気量を制御するスロットルバルブ2c、このスロットルバルブ2cの開度を検出するスロットルポジションセンサ(TPS)2dが設置されている。吸気通路2には、燃料の噴射口が吸気ポート4に向くようにインジェクタ8(燃料噴射弁)が設置されている。
インジェクタ8には、混合燃料9が貯えられた燃料タンク10(貯留部)から混合燃料9を供給するための燃料供給配管11が接続されている。なお、混合燃料9は、ガソリンとアルコールとが混合している場合だけでなく、ガソリンとアルコールとの混合比が100:0、すなわちガソリンのみの場合もあり得るものである。燃料供給配管11の途中には混合燃料9を圧送するための燃料ポンプ12が設置されている。燃料タンク10には、混合燃料9の残量を検出するためにレベルゲージ14が設置されている。本実施形態では、インジェクタ8、燃料タンク10及び燃料供給配管11により混合燃料供給手段を構成している。
なお、本実施形態では、スロットルバルブ2cはスロットルアクチュエータ2dの作動により開度が制御される、いわゆるドライブバイワイヤ式の電子制御スロットルバルブ(ETV)を適用している。また、排気通路3には、排気浄化装置である三元触媒(以下、単に触媒という)6が設置されており、この触媒6の上流側に排気中の酸素濃度を検出するO2センサ3aが設置されている。また、図示はしないが、エンジン1には上記以外にも、冷却水の温度を検出する水温センサ、アクセル踏み込み量を検出するアクセル開度センサ及びアイドル運転を検出するアイドルスイッチ等の種々の公知のセンサ類が設置されている。
さらに、エンジン1には、空燃比、点火タイミング、スロットルバルブ2cの開度及びAT21のシフト段等を制御する制御手段として、演算処理装置や記憶装置等を備える汎用的なコントローラ(ECU)20が付設されている。このECU20の入力ポートにO2センサ3a、AFS2b、TPS2d、エンジン回転数センサ13及びレベルゲージ14が接続され、これらのセンサからの検出情報がECU20に入力されている。
また、ECU20の出力ポートには、点火プラグ7、インジェクタ8、スロットルアクチュエータ2d及びAT21が接続されている。ECU20により、各種センサからの情報に基づき、吸入空気量制御手段としての吸入空気量制御及び変速制御手段としてのシフト段制御、さらに、空燃比制御、点火タイミングの進角制御又は遅角制御及び燃料噴射量制御等が行われる。
また、ECU20は、空燃比検出手段であるO2センサ3a及びAFS2b等からの検出情報に基づき、エンジン1の実空燃比を目標とする理論空燃比に近づけるように空燃比フィードバック制御するフィードバック制御手段としての機能も果たしている。フィードバック制御手段においては、空燃比検出手段からの検出情報に基づきエンジン1の実空燃比を目標とする理論空燃比となるように燃料噴射量を補正している。
また、ECU20は、フィードバック制御手段の作動中に、空燃比の補正値のずれから予め設定しておいたマップを参照するなどして混合燃料9のアルコール濃度を求める混合率検出手段としての機能も果たしている。また、ECU20は、混合燃料9の混合率が変化する期間を検出する期間検出手段としての機能も果たしている。
この期間検出手段は、燃料補給の時点で燃料供給配管11に残っている混合燃料9が、エンジン1の燃焼室1a内に供給され尽くすまでの期間、すなわち混合燃料9の混合率が変化する混合率変化期間を、混合燃料9を補給した時点からの燃料噴射量の積算値を算出することで正確に検出している。なお、本実施形態では、燃料補給後、混合率変化期間が終了する前にエンジンストップした場合には、エンジンストップ時の燃料噴射量の積算値を記憶しておき、エンジン1の再始動時に記憶しておいた積算値から続けて燃料噴射量の積算を行うようにした。
また、ECU20は、混合燃料供給手段からエンジン1への混合燃料の供給を一時的にカットする燃料カット手段と、期間検出手段により検出された混合燃料9の混合率変化期間内にあるときは、燃料カット手段による燃料カットを禁止する燃料カット禁止手段としての役割も果たしている。
そして、ECU20は、期間検出手段により混合率が変化する期間内にあるときは、フィードバック制御手段の作動領域を広げるよう修正する修正手段としての機能も果たしている。なお、修正手段については後ほど詳述する。また、ECU20は、混合率検出手段の検出結果に基づき空燃比及び点火タイミング等のエンジン1の制御量を調整する内燃機関制御手段としての機能も果たしている。
上述した図1に示すエンジン1及びその周辺装置の装置構成においては、スロットルバルブ2cの開度に応じエアクリーナ2aを通じて吸入された空気が吸気通路2及び吸気ポート4を介して燃焼室1a内に吸入され、この吸入空気とインジェクタ8から噴射された混合燃料9とが燃焼室1a内で混合される。そして、燃焼室1a内で点火プラグ7を適宜のタイミングで点火させて混合気を燃焼させた後、燃焼室1a内から排気ポート5を介して排気通路3へ排気ガスが排出される。この排気ガスは、触媒6で浄化されてから大気中へ排出される。
次に、上述した本実施形態に係るエンジン1及びその周辺装置における、制御の手順及び内容について説明する。図2は、本実施形態に係る燃料補給判断の手順を示したフロー図である。以下、図2を用い各ステップにおいて実施される処理の内容について各ステップごとに順に説明する。
始めに、ステップs11において、燃料タンク10内に混合燃料9の補給があったかどうか判断する。ここで、混合燃料9の補給があった場合、ステップs12を実行する。また、混合燃料9の補給がなかった場合、再度ステップs11を実行する。
本実施形態では、混合燃料9の補給があったかどうかは、燃料タンク10内の混合燃料9の量を示すレベルゲージ14の指示値に基づいて判断する。つまり、レベルゲージ14の指示値が増加した場合に混合燃料9の補給があったものと判断する。なお、本実施形態では、混合燃料9の補給があったことをレベルゲージ14の指示値に基づき判断したが、これ以外の方法、例えばトリップメータのリセットスイッチを押したときに燃料の補給があったものと判断するなどとしてもよい。
ステップs12において、燃料補給フラグをONに設定し、次にステップs13を実行する。なお、本実施形態においては、燃料補給フラグのON又はOFFはECU20において記憶する。
ステップs13において、燃料噴射量の積算値をクリアし、再度ステップs11を実行する。このように、燃料補給フラグがONになった時に燃料噴射量の積算値をクリアすることにより、新たに混合燃料9が補給された際には、その時点から再度燃料噴射量の積算値を求めることができる。
図3は、本実施形態に係る内燃機関及びその周辺装置における制御の手順を示したフロー図である。以下、図3を用い各ステップにおいて実施される処理の内容について、各ステップごとに順に説明する。
ステップs21において、燃料補給フラグがONかどうか判断する。ここで、燃料補給フラグがONの場合、ステップs22を実行する。また、燃料補給フラグがONでない、すなわちOFFの場合、ステップs32を実行しエンジン1の通常運転制御を行う。
ステップs22において、上述した期間算出手段により燃料噴射量の積算処理を実施し、次にステップs23を実行する。
ステップs23において、補給した混合燃料9が燃焼室1a内に供給が開始される時期以降であるか判断する。ここで、補給した混合燃料9が燃焼室1a内に供給が開始される時期以降の場合、ステップs24を実行する。また、補給した混合燃料9が燃焼室1b内に供給が開始される時期以降でない場合、ステップs32を実行しエンジン1の通常運転制御を行う。
ステップs24において、混合燃料9のアルコール濃度の変化が終了する時期以降であるか判断する。ここで、混合燃料9のアルコール濃度の変化が終了する時期以降の場合、ステップs25を実施する。また、混合燃料9のアルコール濃度の変化が終了する時期以降でない場合、ステップs26を実行する。
ステップs25において、燃料補給フラグをOFFにし、次にステップs32を実行してエンジン1の通常運転制御を行う。
ステップs26において、修正手段により空燃比フィードバック制御を実行するフィードバック制御手段の作動領域(以下、フィードバック制御領域という)を広げ、次にステップs27を実行する。図4は、本実施形態に係る修正手段がフィードバック制御領域を広げる様子を示した模式図である。図4に示すように、期間検出手段により検出された混合燃料9の混合率変化期間内においては、実線で示すエンジン1の通常制御時のフィードバック制御領域から、矢印Aで示すように破線で示す領域に広げる。
さらに、修正手段がフィードバック制御領域を広げる際、アルコール濃度が高いほどフィードバック制御領域をより大きく広げる。例えば、図4中に矢印Bで示すように、1点鎖線で示す領域に広げる。これは、混合燃料9の特性上、アルコール濃度が高い場合は低い場合に比べ、内燃機関の運転状態すなわち負荷及び回転数が上がる傾向があり、フィードバック制御領域から外れる可能性が高いためである。そのため、アルコール濃度が高いほどフィードバック制御領域を広げて、混合率の検出機会をより確実に確保するのである。
図5は本実施形態に係る混合率変化期間内における内燃機関の制御の様子を示した図である。なお、実線部は本実施形態に係る内燃機関の運転制御装置における制御の様子を示し、破線部は従来の内燃機関制御装置における制御の様子を示している。図5に示すように、従来はエンジン1の回転数が高いときには空燃比フィードバック制御禁止フラグをONにして空燃比フィードバック制御を禁止していた。これに対し本実施形態では、エンジン1の回転数が高いときでも図5中にCで示した混合率変化期間内である場合、フィードバック制御領域を広げ、空燃比フィードバック制御禁止フラグをOFFにして空燃比フィードバック制御を行うようにしている。
ステップs27において、燃料カット禁止手段により図5中にCで示す混合率変化期間内における燃料カットを禁止し、次にステップs28を実行する。これにより、混合率変化期間内にあるときにもより確実に混合燃料9が供給されることとなり、フィードバック制御の実行機会を増やすことができるとともに、リーン空燃比下で生じ易い触媒の劣化(酸素被毒等)を抑制することができる。
ステップs28において、エンジン1の運転状態がフィードバック制御領域内にあるかどうか判断する。ここでは、エンジン1の運転状態は、回転数と負荷とから判断している。エンジン1の運転状態がフィードバック制御領域内にある場合、ステップs21を再度実行する。また、エンジン1の運転状態がフィードバック制御領域内にない場合、ステップs29を実行する。
ステップs29において、AT21のシフト段を変更することにより、エンジン1の出力は等出力のまま、エンジン1の運転状態がフィードバック制御領域内に収められるかどうか判断する。ここで、AT21のシフト段を変更することにより等出力のままエンジン1の運転状態がフィードバック制御領域内に収められる場合、ステップs30を実行する。また、AT21のシフト段を変更することにより等出力のままエンジン1の運転状態がフィードバック制御領域内に収められない場合、ステップs31を実行する。
ステップs30において、AT21のシフト段を変更し、再度ステップs21を実行する。図4中に2点鎖線で例示する等出力線に添うようにAT21のシフト段を変更(図4中ではシフトダウン)することにより、図5中にCで示した混合率変化期間内におけるエンジン1の回転数を低下させることができ、エンジン1の運転状態を点aで示す状態から点bで示す位置まで変化させることができる。これにより、エンジン1の出力を変化させることなくエンジン1の運転状態をフィードバック制御領域内に収めることができる。そして、この場合エンジン1の出力は変化しないため、ドライバビリティが悪化することがない。なお、本実施形態では変速機としてAT21を用いたが、これ以外にも、例えばCVTを用いて変速比を変更するものとしてもよい。
ステップs31において、スロットルバルブ2cの開度を制限し、再度ステップs21を実行する。図5中にCで示した混合率変化期間内におけるスロットルバルブ2cの開度を制限することで、エンジン1の負荷を直接的に変化させることができるので、エンジン1の運転状態を確実にフィードバック制御領域内に収めることができる。
ステップs32において、エンジン1の通常運転制御が終了した後、ステップs21を再度実行して上述した制御を繰り返し実行する。
以上のように、本実施形態によれば、ガソリンとアルコールとを混合した混合燃料9の混合率の検出をより確実に行って、エンジン1をより的確に制御することができるので、排ガス性能やドライバビリティの悪化を抑えることができる。
本発明は、例えば、ガソリンとアルコールとを混合した混合燃料を使用するFFVの内燃機関の運転制御に適用することが可能である。
本発明の一実施形態に係る内燃機関及びその周辺装置の構成を示した模式図 本発明の一実施形態に係る燃料補給判断の手順を示したフロー図 本発明の一実施形態に係る内燃機関及びその周辺装置における制御の手順を示したフロー図 本発明の一実施形態に係る修正手段がフィードバック制御領域を広げる様子を示した模式図 本発明の一実施形態に係る混合率変化期間内における内燃機関の制御の様子を示した図
符号の説明
1 エンジン(内燃機関)
1a 燃焼室
2 吸気通路
2b エアフローセンサ
2c スロットルバルブ
3a O2センサ
8 インジェクタ
9 混合燃料
10 燃料タンク
11 燃料供給配管
20 ECU
21 AT

Claims (5)

  1. 内燃機関にガソリンとアルコールとの混合燃料を供給する混合燃料供給手段と、
    前記内燃機関の排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
    前記空燃比検出手段の検出結果に基づき前記内燃機関の実空燃比を目標空燃比に近づけるようフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
    該フィードバック制御手段の作動中に、前記空燃比検出手段の検出結果に基づき前記混合燃料の混合率を検出する混合率検出手段と、
    前記混合燃料の混合率が変化する期間を検出する期間検出手段と、
    該期間検出手段により検出された前記期間内にあるときは、前記フィードバック制御手段の作動領域を高回転数側及び高負荷側へ広げるよう修正する修正手段と、
    前記混合率検出手段の検出結果に基づき前記内燃機関の制御量を演算し、この制御量に基づいて前記内燃機関を制御する内燃機関制御手段と、
    前記内燃機関の吸入空気量を調整する吸入空気量制御手段と
    を備え
    前記吸入空気量制御手段は、前記期間検出手段により検出された前記期間内にあるときは、前記内燃機関の運転状態を前記フィードバック制御手段の作動領域内に収めるよう前記吸入空気量を調整する
    ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
  2. 前記修正手段は、前記混合率検出手段で検出されたアルコール濃度が高いほど、前記フィードバック制御手段の作動領域を広げるよう修正する
    ことを特徴とする請求項記載の内燃機関の運転制御装置。
  3. 前記混合燃料供給手段から前記内燃機関への混合燃料の供給を一時的にカットする燃料カット手段と、
    前記期間検出手段により検出された前記期間内にあるときは、前記燃料カット手段による燃料カットを禁止する燃料カット禁止手段と
    をさらに備える
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の運転制御装置。
  4. 前記内燃機関の出力回転を変速する変速機の変速制御手段を有し、
    該変速制御手段は、前記期間検出手段により検出された前記期間内にあるときは、前記内燃機関の運転状態を前記フィードバック制御手段の作動領域内に収めるよう前記変速機の変速段又は変速比を制御する
    ことを特徴とする請求項1〜いずれか1項記載の内燃機関の運転制御装置。
  5. 前記混合燃料供給手段は、
    前記混合燃料を貯留する貯留部と、
    前記内燃機関内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
    前記貯留部と前記燃料噴射弁との間の燃料供給配管と、を有し、
    前記期間検出手段は、前記貯留部に混合燃料が補給された時点からの、前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量の積算値に基づき、前記期間を検出する
    ことを特徴とする請求項1〜いずれか1項記載の内燃機関の運転制御装置。
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