JP4858237B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機付き過給機を有する内燃機関に対して制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

従来から、モータアシスト機能付きの過給機（ＭＡＴ（Motor Assist Turbo））を有する内燃機関が提案されている。例えば、特許文献１には、実空燃比が目標空燃比となるように、過給機に設けられた電動機の制御量を決定する技術が記載されている。また、特許文献２には、電動機付き過給機の制御装置において、過給圧に応じて燃料の噴射量制御を行う技術が記載されている。

特開２００３−３２２０３８号公報 特許２７８２７１１号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、電動機に対する制御を変化させてから、過給圧が変化して筒内の充填効率が変化するまでに、タイムラグが発生する場合があった。そのため、過給圧センサなどで検出された過給圧に基づいて空燃比制御などを実行した場合、制御に過渡的なずれが生じてしまう場合があった。また、特許文献２に記載された技術でも、このようなタイムラグの影響を抑制して燃料の噴射量制御などを適切に行うことが困難であった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電動機付き過給機を有する内燃機関において、電動機のアシスト量を考慮に入れて燃料噴射制御を適切に行うことが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、過給機と前記過給機の過給圧を上昇させることが可能なアシスト手段とを有する内燃機関に対して制御を行う内燃機関の制御装置は、前記アシスト手段の制御量に基づいて、前記内燃機関が噴射すべき燃料噴射量を決定する噴射量決定手段を備え、前記噴射量決定手段は、過給圧が取得される前に、前記アシスト手段の制御量に基づいて前記燃料噴射量を決定する。

上記の内燃機関の制御装置は、過給機と過給圧を上昇させることが可能なアシスト手段とを有する内燃機関に対して制御を行うために好適に利用される。具体的には、内燃機関の制御装置は、アシスト手段の制御量を考慮に入れて、噴射すべき燃料噴射量を決定する。こうするのは、アシスト手段による制御により、内燃機関の充填効率が向上してスモークが発生しにくくなるため、燃料噴射量を相対的に増量させることが可能となるからである。よって、噴射量決定手段は、アシスト手段の制御量に基づいて噴射すべき燃料噴射量を決定する。これにより、スモーク悪化を抑制しつつ、燃料噴射量を適切に増量させることができる。したがって、上記の内燃機関の制御装置によれば、加速時における内燃機関の出力を効果的に上昇させることができ、加速性能を向上させることが可能となる。
また、噴射量決定手段は、過給圧が取得される前に、アシスト手段の制御量に基づいて燃料噴射量を決定する。これにより、アシスト手段の制御量を変化させてから、過給圧が変化して筒内の充填効率が変化するまでに発生し得るタイムラグによる影響を抑制することができる。つまり、このようなタイムラグに起因する制御の過渡的なずれの発生を抑制することができる。よって、燃費やエミッションの悪化を抑制することが可能となる。
本発明の他の観点では、過給機と前記過給機の過給圧を上昇させることが可能なアシスト手段とを有する内燃機関に対して制御を行う内燃機関の制御装置は、前記アシスト手段の制御量に基づいて、前記内燃機関が噴射すべき燃料噴射量を決定する噴射量決定手段を備え、前記噴射量決定手段は、前記アシスト手段の制御量を低下させる要求が発せられた場合、前記アシスト手段の制御量を低下させる制御の実行前に、前記燃料噴射量を低下させる。これにより、アシスト手段による制御量を低下させる際に発生し得るスモーク悪化を効果的に抑制することが可能となる。

好ましくは、前記噴射量決定手段は、前記アシスト手段の制御量の増加に伴って、前記燃料噴射量を増加させることができる。

上記の内燃機関の制御装置において好適には、前記噴射量決定手段は、前記燃料噴射量として、前記内燃機関におけるスモーク限界噴射量を決定する。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［全体構成］
まず、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されたシステムの全体構成について説明する。

図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両の構成を示す概略図である。なお、図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。

車両は、主に、エアクリーナ（ＡＣ）２と、吸気通路３と、ターボ過給機４と、インタークーラ（ＩＣ）５と、スロットルバルブ６と、モータ７と、エンジン（内燃機関）８と、排気通路１８と、触媒２１と、インバータ２５と、バッテリ２６と、回転数センサ３２と、アクセル開度センサ３３と、ＳＯＣ（State Of Charge）センサ３６と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）５０と、を備える。

吸気通路３上には、外部から取得された空気（吸気）を浄化するエアクリーナ２が設けられている。また、吸気通路３中には、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａが配設されており、吸気はコンプレッサ４ａの回転によって圧縮される（過給される）。ターボ過給機４は、所謂ＭＡＴ（Motor Assist Turbo）として構成されており、その回転軸にはモータ７が直結されている。モータ７は、ターボ過給機４における回転をアシストする電動機として機能する。つまり、モータ７は、ターボ過給機４における過給圧を上昇させるように機能するアシスト手段として機能する。

また、モータ７は、ターボ過給機４における回転によって回生する発電機として機能する。更に、モータ７は、インバータ２５を介してバッテリ２６に接続されている。インバータ２５は、モータ７とバッテリ２６との電力の入出力を行う直流交流変換機である。バッテリ２６は、モータ７で発電された電力を充電する蓄電池として機能する共に、モータ７を駆動させるための電力を放電する電源として機能する。なお、モータ７は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号によって、その動作が制御される。具体的には、ＥＣＵ５０によって、モータ７におけるアシスト量などの制御が行われる。

更に、吸気通路３中には、吸気を冷却するインタークーラ５と、エンジン８に供給する吸気量を調整するスロットルバルブ６が設けられている。スロットルバルブ６は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号によって、空燃比制御などを行うために、スロットル開度の制御が行われる。スロットルバルブ６を通過した吸気は、エンジン８が有する複数の気筒（不図示）内に導入される。エンジン８は、供給された吸気と燃料とを混合した混合気を気筒内で燃焼することによって動力を発生する。エンジン８は、例えばガソリンエンジンやデーゼルエンジンなどによって構成される。エンジン８内における燃焼により発生した排気ガスは、排気通路１８に排出される。なお、エンジン８は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号によって、図示しない燃料噴射弁より噴射させる燃料の量を調整する制御（燃料噴射制御）などが実行される。

エンジン８より排出された排気ガスは、排気通路１８に設けられたターボ過給機４のタービン４ｂを回転させる。このようなタービン４ｂの回転トルクが、過給機４内のコンプレッサ４ａに伝達されて回転することによって、ターボ過給機４を通過する吸気が圧縮される（過給される）。また、排気通路１８上には、排気ガスを浄化する機能を有する触媒２１が設けられている。

回転数センサ３２は、エンジン８の回転数（エンジン回転数）を検出するセンサであり、アクセル開度センサ３３は、運転者によるアクセルペダルの操作に対応するアクセル開度を検出する。また、ＳＯＣセンサ３６は、バッテリ２６の充電状態（以下、「ＳＯＣ」と呼ぶ。）を検出することが可能に構成されたセンサである。これらのセンサが検出した検出値は、検出信号としてＥＣＵ５０に供給される。

ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ５０は、前述した各種センサから供給される出力に基づいて、車両内の制御を行う。本実施形態では、ＥＣＵ５０は、主に、ターボ過給機４に設けられたモータ７に対する制御を行うと共に、エンジン８より噴射させる燃料の量を調整する燃料噴射制御を行う。

このように、ＥＣＵ５０は、本発明における内燃機関の制御装置として機能する。具体的には、ＥＣＵ５０は噴射量決定手段として動作する。なお、ＥＣＵ５０は車両内の他の構成要素の制御も行うが、ここでは、本実施形態と特に関係の無い部分については説明を省略する。

［燃料噴射制御］
次に、本実施形態において、ＥＣＵ５０が実行する燃料噴射制御について具体的に説明する。

本実施形態では、ＥＣＵ５０は、モータ７の制御量（具体的には、モータ７におけるアシスト量）に基づいて、エンジン８において噴射すべき燃料噴射量を決定する。詳しくは、ＥＣＵ５０は、モータ７のアシスト量の増加に伴って、噴射すべき燃料噴射量を増量させる。このような制御を行う理由は、以下の通りである。モータ７によるアシスト時には、モータ７によるアシストを行っていない時と比較して、過給圧の立ち上がりが向上するため、エキゾーストマニホールドのボリューム充填速度の差により、相対的にインテークマニホールドにおける圧力に対して背圧が低くなる傾向にある。そのため、エンジン８の充填効率が向上し、相対的に空気が入り易くなるため、スモークが発生しにくくなる。したがって、モータ７によるアシスト時には、アシストを行っていない時と比較して、燃料噴射量を相対的に増量することが可能になる。つまり、スモークを悪化させることなく、燃料噴射量を増量することが可能となる。詳しくは、モータ７のアシスト時におけるスモークが発生しない限界の燃料噴射量（以下、「スモーク限界噴射量」と呼ぶ。）は、アシストを行っていない時におけるスモーク限界噴射量と比べて、大きくなる傾向にある。

したがって、本実施形態では、ＥＣＵ５０は、モータ７によるアシストを行っている際に、燃料噴射量を増量させる制御を行う。この場合、前述した過給圧の立ち上がりはモータ７のアシスト量に依存するため、即ちアシスト量によってスモーク限界噴射量が変化するため、ＥＣＵ５０は、モータ７のアシスト量（モータ出力に対応する）に基づいて燃料噴射量を決定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、モータ７のアシスト量の増加に伴って増量させた燃料噴射量を決定する。以上のようにして決定された燃料噴射量によって燃料噴射制御を行うことにより、加速時におけるエンジン出力を効果的に上昇させることができ、加速性能を向上させることが可能となる。また、モータ７のアシスト量に基づいて燃料噴射量を決定するため、スモーク悪化を抑制しつつ、燃料噴射量を適切に増量させることが可能となる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ５０は、過給圧が取得される前に、上記した手順により燃料噴射量を決定する。これにより、モータ７のアシスト量を変化させてから過給圧が変化して筒内の充填効率が変化するまでに発生し得るタイムラグによる影響を抑制することができる。つまり、このようなタイムラグに起因する制御（例えば、検出された過給圧に基づいて行う制御など）の過渡的なずれの発生を抑制することができる。よって、燃費やエミッションの悪化を抑制することが可能となる。

更に、本実施形態では、ＥＣＵ５０は、モータ７のアシスト量を低下させる要求（モータ７のアシストを停止させる要求も含む）が発せられた場合、モータ７のアシスト量を低下させる制御の前に、燃料噴射量を低下させる。これにより、アシスト量を低下させる際に発生し得るスモーク悪化を効果的に抑制することが可能となる。

次に、図２を参照して、上記した燃料噴射制御において実行される処理を具体的に説明する。図２は、本実施形態に係る燃料噴射処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５０によって繰り返し実行される。なお、ここでは、スモーク限界噴射量に基づいて燃料噴射制御を行う例について説明する。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ５０は、入力信号処理を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、前述した各種センサ（回転数センサ３２、アクセル開度センサ３３、及びＳＯＣセンサ３６など）から供給される検出信号を処理する。ステップＳ１０１で処理された信号は、以降の処理で用いられる。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ５０は、ターボ過給機４に設けられたモータ７によるアシストの開始条件又はアシストの継続条件（以下、「電動アシスト開始／継続条件」と呼ぶ。）が成立しているか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ５０は、アクセル開度やエンジン負荷などに基づいて、電動アシスト開始／継続条件が成立しているか否かを判定する。電動アシスト開始／継続条件が成立している場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０３に進み、電動アシスト開始／継続条件が成立していない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ５０は、エンジン８の運転状態に基づいて、ターボ過給機４における目標ターボ回転数を決定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、アクセル開度、エンジン回転数、目標スロットル開度などに基づいて、目標ターボ回転数を決定する。そして、処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ５０は、モータ７によるアシスト（以下、「電動アシスト」とも呼ぶ。）を開始／継続する。そして、処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ５０は、燃料噴射量を決定するために用いるマップを切り替える処理を行う。基本的には、スモーク限界噴射量に基づいて燃料噴射が行われるため、ステップＳ１０５では、スモーク限界噴射量を規定したマップ（以下、「スモーク限界噴射量マップ」と呼ぶ。）の切り替えを行う。詳しくは、ＥＣＵ５０は、電動アシストを行っていない際におけるスモーク限界噴射量によって規定されたマップ（以下、「第１のスモーク限界噴射量マップ」と呼ぶ。）から、電動アシスト時におけるスモーク限界噴射量によって規定されたマップ（以下、「第２のスモーク限界噴射量マップ」と呼ぶ。）へと切り替える。なお、第１及び第２のスモーク限界噴射量マップは、予め適合などによって求められ、ＥＣＵ５０内のメモリなどに記憶されている。

この場合、第２のスモーク限界噴射量マップに規定されたスモーク限界噴射量は、同一のパラメータにおいて、第１のスモーク限界噴射量マップに規定されたスモーク限界噴射量よりも、大きな噴射量となるように設定されている。つまり、第２のスモーク限界噴射量マップを用いた場合には、第１のスモーク限界噴射量マップを用いた場合よりも、同一のパラメータから、大きな値を有するスモーク限界噴射量が得られることとなる。例えば、第２のスモーク限界噴射量マップにおけるスモーク限界噴射量は、第１のスモーク限界噴射量マップにおけるスモーク限界噴射量よりも、相対的に数％増量されている。上記のように第２のスモーク限界噴射量マップを設定しているのは、電動アシスト時には、電動アシストを行っていない時と比較して、エンジン８の充填効率が向上してスモークが発生しにくくなるため、燃料噴射量を相対的に増量させることが可能となるからである。つまり、モータ７の電動アシスト時におけるスモーク限界噴射量は、電動アシストを行っていない時におけるスモーク限界噴射量と比べて、大きくなる傾向にあるからである。このようにしてスモーク限界噴射量マップを切り替えることにより、燃料噴射量を適切に増量させることができ、加速性能を向上させることが可能となる。以上のステップＳ１０５の処理が終了すると、処理はステップＳ１０６に進む。

なお、ステップＳ１０５の処理は、過給圧が取得される前に実行される。つまり、ＥＣＵ５０は、過給圧が取得される前に、スモーク限界噴射量マップの切り替えを行い、このマップに基づいてスモーク限界噴射量を決定する。これにより、前述したようなタイムラグに起因する制御の過渡的なずれの発生を抑制することができる。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ５０は、モータ７の出力（モータ出力）を算出する。具体的には、ＥＣＵ５０は、アクセル開度やバッテリ２６のＳＯＣなどに基づいてモータ出力を算出する。そして、処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０６で算出されたモータ出力に基づいて、スモーク限界噴射量を補正するための補正量（以下、「スモーク限界噴射量補正量」と呼ぶ。）を算出する。このスモーク限界噴射量補正量は、前述した第１のスモーク限界噴射量マップにおけるスモーク限界噴射量を補正するための補正量である。具体的には、ＥＣＵ５０は、メモリに記憶されたマップを参照して、モータ出力に対応するスモーク限界噴射量補正量を決定する。このようにモータ出力に基づいてスモーク限界噴射量を補正するのは、モータ７によるアシスト量によって過給圧の立ち上がりが変化するため、モータ７のアシスト量によってスモーク限界噴射量が変化するからである。つまり、第１のスモーク限界噴射量マップにおけるスモーク限界噴射量から増量することが可能な燃料噴射量が変化するからである。このようにしてスモーク限界噴射量補正量を求めることにより、スモーク悪化を抑制しつつ、燃料噴射量を適切に増量させることが可能となる。

図３は、スモーク限界噴射量補正量を決定するためのマップの一例を示す。図３は、横軸にモータ出力を示し、縦軸にスモーク限界噴射量補正量を示す。図３より、モータ出力が小さいほど小さな値を有するスモーク限界噴射量補正量が決定され、モータ出力が大きいほど大きな値を有するスモーク限界噴射量補正量が決定される。これにより、モータ出力が大きい場合にはスモーク限界噴射量が大きく補正されるため、電動アシストを行っていない際に用いられるスモーク限界噴射量に比して大きな値を有するスモーク限界噴射量が求められることとなる。これに対して、モータ出力が小さい場合にはスモーク限界噴射量はほとんど補正されないため、電動アシストを行っていない際に用いられるスモーク限界噴射量に近い値を有するスモーク限界噴射量が求められることとなる。

図２に戻って、ステップＳ１０７以降の処理を説明する。上記のようにしてスモーク限界噴射量補正量が決定されると、処理はステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０７で決定されたスモーク限界噴射量補正量に基づいて、スモーク限界噴射量の補正を開始する。そして、処理はステップＳ１０９に進む。

なお、ステップＳ１０７及びＳ１０８の処理も、ステップＳ１０５の処理と同様に、過給圧が取得される前に実行される。つまり、ＥＣＵ５０は、過給圧が取得される前に、スモーク限界噴射量補正量を求め、このスモーク限界噴射量補正量に基づいてスモーク限界噴射量の補正を行う。これによっても、前述したようなタイムラグに起因する制御の過渡的なずれの発生を抑制することができる。

ステップＳ１０９では、ＥＣＵ５０は、モータ７による電動アシストの停止条件（以下、「電動アシスト停止条件」と呼ぶ。）が成立しているか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ５０は、アクセル開度やエンジン負荷などに基づいて、電動アシスト停止条件が成立しているか否かを判定する。電動アシスト停止条件が成立している場合（ステップＳ１０９；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１０に進み、電動アシスト停止条件が成立していない場合（ステップＳ１０９；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ１１０では、ＥＣＵ５０は、スモーク限界噴射量マップを切り替える処理を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、電動アシスト時に用いるスモーク限界噴射量マップから、電動アシストを行っていない際に用いられる元のスモーク限界噴射量マップに切り替える処理を行う。つまり、ＥＣＵ５０は、第１のスモーク限界噴射量マップに切り替える。そして、処理はステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、ＥＣＵ５０は、モータ７による電動アシストを停止させる処理を実行する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。上記のようにして、ステップＳ１１０及びステップＳ１１１において、電動アシストを停止する前にスモーク限界噴射量マップを切り替えることにより、電動アシストを停止する前に燃料噴射量を低下させることができ、電動アシストを停止する際に発生し得るスモーク悪化を効果的に抑制することが可能となる。

以上説明した処理によれば、スモーク悪化を抑制しつつ、電動アシスト時に燃料噴射量を適切に増量させることができると共に、燃料噴射量の増量によって、加速性能を効果的に向上させることが可能となる。

［変形例］
上記では、スモーク限界噴射量に基づいて燃料噴射制御を実行する実施形態を示したが、これに限定はされない。他の例では、スモーク限界噴射量に基づく制御の代わりに、空燃比（Ａ／Ｆ）制御を実行することができる。更に他の例では、過給圧の増量係数を変化させる制御を実行することができる。この場合には、モータ出力などに基づいて過給圧の増量係数を変化させることができる。このような他の例に係る制御を実行した場合にも、電動アシスト時に燃料噴射量を適切に増量させることができ、加速性能を向上させることが可能となる。

本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両の構成を示す概略図である。 本実施形態に係る燃料噴射処理を示すフローチャートである。 スモーク限界噴射量補正量を決定するためのマップの一例を示す。

符号の説明

３ 吸気通路
４ ターボ過給機
６ スロットルバルブ
７ モータ
８ エンジン（内燃機関）
１８ 排気通路
２６ バッテリ
３２ 回転数センサ
３３ アクセル開度センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 過給機と前記過給機の過給圧を上昇させることが可能なアシスト手段とを有する内燃機関に対して制御を行う内燃機関の制御装置であって、
   前記アシスト手段の制御量に基づいて、前記内燃機関が噴射すべき燃料噴射量を決定する噴射量決定手段を備え、
   前記噴射量決定手段は、過給圧が取得される前に、前記アシスト手段の制御量に基づいて前記燃料噴射量を決定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 過給機と前記過給機の過給圧を上昇させることが可能なアシスト手段とを有する内燃機関に対して制御を行う内燃機関の制御装置であって、
   前記アシスト手段の制御量に基づいて、前記内燃機関が噴射すべき燃料噴射量を決定する噴射量決定手段を備え、
   前記噴射量決定手段は、前記アシスト手段の制御量を低下させる要求が発せられた場合、前記アシスト手段の制御量を低下させる制御の実行前に、前記燃料噴射量を低下させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記噴射量決定手段は、前記アシスト手段の制御量の増加に伴って、前記燃料噴射量を増加させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記噴射量決定手段は、前記燃料噴射量として、前記内燃機関におけるスモーク限界噴射量を決定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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