JP6008499B2

JP6008499B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP6008499B2
Application number: JP2011287064A
Authority: JP
Inventors: 孝治藤井; 裕司真野
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: JP2013136946A

Description

本発明は、スロットルバルブの開度を制御するための内燃機関の制御装置に関するものである。

従来、自動車に搭載されている内燃機関では、ユーザの加速要求による高負荷高回転時などにおける、回転数が所定の値を上回る過回転時には、燃料カットを行うよう制御される。そして、燃料カット後の所定時間において回転数が下がらずに燃料カットが継続される場合にはスロットルバルブ開度を所定量下げる補正が行なわれるという技術が開示されている（例えば、特許文献１〜４参照）。また、スロットルバルブの開度低下によるドライバビリティの低下を避けるべく燃料カットによる制御が複数回である所定回数行なわれた状態となってから、スロットルバルブの開度を低下させるという技術も開示されている（例えば、特許文献２及び３参照）。またさらに、ドライバビリティの低下を避ける他の態様としては、スロットルバルブ開度を低下させ得る条件が成立してから所定期間を経過した後に実行する技術も開示されている。

しかしながら、加速要求に対してスロットルバルブ開度を絞り過ぎるとドライバビリティの低下を招来する。具体的に説明すると、特に回転加速度の大きい時には、オーバーシュートを回避するために制御したい回転よりもかなり低い回転数にあるタイミングから制御を開始する必要が有り、ドライバが制御回転直前にアクセルペダルの踏み込みを小さくしアクセル開度を戻そうとしたときに、つまり制御回転直前までは通常の加速をしたいときに、それ以前にユーザの意志に反して加速度を低下させてしまうという問題がある。

さらに、ドライバビリティ低下を避けるための処置として、特許文献２〜４のように複数回の燃料カットを繰り返す態様であると、依然として触媒が高温状態となることによる触媒溶損が懸念される。具体的に説明すると、内燃機関の過回転が発生するような高負荷運転高回転域にあって、燃料噴射が実行されているときには、通常、燃料噴射量の増量補正が行なわれている。このことから、内燃機関の排気系には多くの未燃燃料が流入する。また、燃料カット処理の際には、燃料噴射が行なわれないため、排気通路には吸入空気がそのまま流入する。このようにして排気系に流入した未燃燃料と吸入空気が、排気系に設けられた触媒に達し燃焼状態となる。この状態が、触媒の過度の加熱を招来する。

特開平９−２８００９０号公報特開２００３−３３４４１５号公報特開２００４−６０５７８号公報特開２００８−１０１４７６号公報

本発明は、上述した不具合に着目したものであり、ドライバビリティを維持しつつ触媒の溶損を回避し得る内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は、アクセル開度とは異なる開度に調整可能なスロットルバルブを備え、加速要求が行なわれることにより内燃機関の回転数が第一の所定値以上となったときに燃料カットを実施するとともにスロットルバルブ開度を減じる補正を行う内燃機関の制御装置であって、燃料カット実行前の内燃機関の回転数の加速度が大きい程、又は燃料カット実行前のスロットルバルブ開度が大きい程前記スロットルバルブ開度を減じる補正量を大きく設定するものであり、内燃機関の回転数が上記第一の所定値以上である状態から当該第一の所定値よりも低い第二の所定値を下回った際、又は前記内燃機関の回転数の加速度により設定される所定時間後に燃焼カットを停止し、しかる後、燃料カットの実施及びスロットルバルブ開度を減じる補正の前から引き続き前記加速要求が行なわれている間は燃料カット実行を再び行わず前記スロットルバルブ開度を減じる補正により内燃機関の回転数を前記第一の所定値よりもやや下であるか僅かに低い回転数に維持することを特徴とする。

このようなものであれば、回転数の加速度又はスロットルバルブ開度に応じてスロットルバルブ開度の補正量を設定することにより、第一の所定値を上回った際の内燃機関の余剰トルクに応じた制御を行い得る。これにより、スロットルバルブ開度の制御により路面の勾配やその他の車両走行条件に拘わらず第一の所定値を好適に維持することに寄与し得る。また本発明では加速要求が行なわれている間に再び燃料カットが行なわれることがないため、燃料カットを複数繰り返すことに起因する触媒の過度な温度上昇を有効に回避することができる。

本発明によれば、ドライバビリティを維持しつつ触媒の溶損を回避し得る内燃機関の制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る概略構成図。同他の概略構成図。同実施形態に係る作用を示すタイミングチャート。同実施形態に係るフローチャート。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に１気筒の構成を概略的に示した自動車に搭載される内燃機関１００は、例えば図２に模式的に示すようなクラッチＣＬを介して手動変速機ＭＴに接続されるものである。内燃機関１００の吸気系１には、アクセルペダルＡＰの踏込量に応じて開閉するスロットルバルブ１１を設けており、スロットルバルブ１１の下流にはサージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２を取り付けている。シリンダ２上部に形成される燃焼室２１の天井部には点火プラグ８を、吸気マニホルド１２の吸気ポート側端部には燃料噴射弁３を、それぞれ設けている。

内燃機関１００の排気系５には、排気マニホルド５１を取り付け、かつ排気ガス浄化用の三元触媒５２を装着している。そして、触媒５２の上流にフロントＯ₂センサ５３を、下流にリアＯ₂センサ５４を、それぞれ設けている。これらＯ₂センサ５３、５４は、排気ガスに接触して反応することにより、排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力する。

吸気系１と排気系５との間は、ＥＧＲ（排気ガス再循環）装置６を介して接続する。ＥＧＲ装置６は、始端が排気マニホルド５１に連通し終端がサージタンク１３に連通するＥＧＲ通路６１と、ＥＧＲ通路６１上に設けた外部ＥＧＲバルブ６２とを要素とする。

内燃機関１００の運転制御を司るＥＣＵ（電子制御装置）４は、中央演算装置４１、記憶装置４２、入力インタフェース４３、出力インタフェース４４等を有するマイクロコンピュータシステムであり、本発明に係る内燃機関１００の制御装置に該当するものである。入力インタフェース４３には、吸気負圧を検出する圧力センサ７１から出力される吸気負圧信号ａ、内燃機関１００の回転数を検出する回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂ、車速を検出する車速センサ７３から出力される車速信号ｃ、アイドルスイッチ７４から出力されるＩＤＬ信号ｄ、冷却水温を検出する水温センサ７６から出力される水温信号ｆ、燃焼圧の変化によりノッキングの状態を検出するノッキングセンサ７５から出力されるノッキング信号ｅ、排気側カムシャフト９１の端部にある排気側タイミングセンサ９３から７２０°ＣＡ（クランク角度）回転毎に出力されるパルス信号である気筒判別信号ｇ１並びに２４０°ＣＡ回転毎に出力されるパルス信号である排気カム信号ｇ２、吸気側カムシャフト９２の端部にある吸気側タイミングセンサ９４から２４０°ＣＡ（クランク角度）回転毎に出力されるパルス信号である吸気カム信号ｈ、フロントＯ₂センサ５３から出力される上流側空燃比信号ｉ、リアＯ₂センサ５４から出力される下流側空燃比信号ｊ、そして図２でも示すような、手動変速機ＭＴにおける変速時に踏み込み操作されるアクセルペダルＡＰの状態を検出するアクセルセンサ７７から出力されるアクセル信号ｋ等が入力される。

出力インタフェース４４からは、燃料噴射弁３に対して燃料噴射信号ｎ、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、ＥＧＲバルブ６２に対してＥＧＲバルブ開度信号ｏ、スロットルバルブ１１に対してスロットルバルブ開度信号ｐ等を出力する。

中央演算装置４１は、予め記憶装置４２に格納されているプログラムを解釈、実行し、以て内燃機関１００の燃焼噴射制御、ＥＧＲ制御等を実行する。即ち、内燃機関１００の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ１、ｇ２、ｈ、ｉ、ｊ、ｋを入力インタフェース４３を介して取得し、それらに基づいて制御入力である燃料噴射量すなわち吸入空気量、点火時期、ＥＧＲバルブ６２の開度等を算出して、制御入力に対応した制御信号ｍ、ｎ、ｏ、ｐを出力インタフェース４４を介して印加する。

しかして本実施形態においてＥＣＵ４は、所定のプログラムに従い上記ハードウェア資源を作動することにより、アクセルペダルＡＰの操作による所謂アクセル全開による加速要求が行なわれることにより回転数が第一の所定値である燃料カット実行回転数以上となったときに燃料カットを実施するとともにスロットルバルブ１１の開度を減じる補正を行う制御を行なう。この実施形態のスロットルバルブ１１は、アクセルセンサ７７から出力されるアクセル信号ｋに基づいて、その開度を電気的に制御される型式の、いわゆる電子スロットルと呼ばれるもので、アクセルペダルＡＰが操作されることにより、その操作に対応して必ずしも開度が変更されるものではない。なお、本実施形態では第一の所定値である燃料カット実行回転数は、例えば７０００ｒｐｍ程度に設定されている。

しかして本実施形態に係る内燃機関１００の制御装置たるＥＣＵ４は、燃料カット実行前の回転数の加速度θ又はスロットルバルブ１１の開度が大きい程スロットルバルブ１１の開度を減じる補正量を大きく設定するものであり、回転数が燃料カット実行回転数である状態から当該燃料カット実行回転数よりも低い第二の所定値たる燃料カット停止回転数を下回った際、燃焼カットを停止し、しかる後、アクセルペダルＡＰの踏み込みによる加速要求が行なわれている間は燃料カット実行を再び行わずスロットルバルブ１１の開度を減じる補正により回転数を燃料カット実行回転数以下の値に維持するプログラムが内蔵されている。なお、本実施形態では第二の所定値である燃料カット停止回転数は、例えば燃料カット実行回転数よりも数百ｒｐｍ程度低い値に設定されている。

以下、本実施形態に係る回転数制御の具体的な態様について、図３及び図４を参照して具体的に説明する。

まず、アクセルペダルＡＰの踏み込みによりアクセル全開又はそれに近い開度とした場合、本実施形態の如く手動変速機ＭＴに接続された内燃機関１００では、その加速要求に応じるべく回転数が上昇を続ける（ステップＳ１）。そして回転数が、所謂レッドゾーンとされる燃料カット実行回転数を超えると（ステップＳ２）、燃料カットが開始される（ステップＳ３）。そしてＥＣＵ４により燃料カットが開始前の所定の時期での回転数の加速度θが算出されるとともに、この加速度θ、又は所定の時期でのスロットルバルブ１１の開度から、スロットルバルブ１１の開度を低下するための補正値（すなわち余剰開度）が決定される（ステップＳ４）。そして、この補正値に基づいたスロットルバルブ１１の開度を低下する補正が実行される（Ｓ５）。ここで図３においては加速度θをグラフにおける回転数の傾きとして表現しており、この傾きが大きい程補正値は大きく設定される。また加速度が小さい場合、回転数の傾きθは小さくなり、補正値は同図に破線及び破線矢印で示すように小さい値となる。他方同図においてはスロットルバルブ１１の開度の全開時を実線で表示しているが、同図左側の破線で表示の通り、スロットルバルブ１１の開度により補正値を決定する場合は当該スロットルバルブ１１の開度が大きいほど補正値は大きく設定される。つまり当該破線で示すようなスロットルバルブ１１の開度の場合は勿論、補正値は上記同様の小さい値となる。また同図では加速度θ又はスロットルバルブ１１の開度を求めるタイミングを回転数が燃料カット停止回転数にある時として示しているが、加速度θを求めるタイミング又はスロットルバルブ１１の開度を求めるタイミングは当該タイミングに限定されない。

そして燃料カットに関しては、回転数が第二の所定値すなわち燃料カット停止回転数を下回ると（ステップＳ６）、停止される(ステップＳ７)。

しかる後、例えばアクセル全開として加速要求が有る間は（ステップＳ８）燃料カットが再び行なわれることが無いままスロットルバルブ１１の開度を低下する補正が維持される（ステップＳ９）ことにより、図３に示すように回転数は燃料カット実行回転数よりもやや下であるか、僅かに低い回転数に維持される。

そして、アクセルペダルＡＰの踏み込み量の減少により加速要求が終わると（ステップＳ８）、スロットルバルブ１１の開度を低下する補正は終了し（ステップＳ１０）、その後のスロットルバルブ１１の開度はアクセルペダルＡＰの踏み込み量に応じた開度に制御される。

以上のようにすることにより、本実施形態では、燃料カット実行前の回転数の加速度θが大きい程、又はスロットルバルブ１１の開度が大きい程スロットルバルブ１１の開度の補正量を大きく設定することにより、燃料カット実行回転数を上回った際の内燃機関１００の余剰トルクに応じた制御を行い得る。これにより、複数回の燃料カットによらずにスロットルバルブ１１の開度の制御により路面の勾配やその他の車両走行条件に拘わらず回転数を燃料カット実行回転数以下の値に好適に維持することに寄与し得る。つまり、加速要求が行なわれている間に再び燃料カットが行なわれることがなく一回の燃料カットにより回転数を低下且つ維持させ得る。そのため、燃料カットを複数回繰り返すことに起因する触媒５２の過度な温度上昇を有効に回避し得るものとなっている。

特に本実施形態では、回転数の加速度θの大きさに応じて補正量を決定し、当該補正を燃料カット実行回転数となった時から実行する。そのため、加速度θの大きいときには補正量を大きくすることにより速やかに回転数を小さくすることができる。すなわち従来の如く、オーバーシュートを回避するために制御したい回転よりもかなり低い回転数にあるタイミングから制御を開始する必要が無い。これにより、ユーザが燃料カット実行回転数直前に自らアクセルペダルＡＰの踏み込みを小さくしアクセル開度を戻そうとしたとき、つまり制御回転直前までは通常の加速をしたいときに、それ以前に、ユーザの意志に反して加速度θが低下してしまうといったドライバビリティの低下を有効に回避し得るものとなっている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

例えば、上記実施形態では電子スロットルバルブにより制御を行なう態様を開示したが、吸気系においてスロットルバルブを迂回するバイパス通路に設けられたアイドルスピードコントロール（以下、ＩＳＣ）バルブにより上記制御を行なう態様であっても良い。その一例として、回転数が第一の所定値を超えた際にＩＳＣバルブを前回としておき、燃焼カット開始に応じてＩＳＣバルブの開度を所定量絞る制御を行なう態様が挙げられる。

また、上記実施形態では加速度θ及びスロットルバルブ開度の何れかにより補正値を決定する態様を開示したが勿論、これらの両方を参酌して補正値を決定する態様としても良い。また例えば、上記実施形態では燃料カット実行後、回転数が第一の回転数よりも低い第二の回転数を下回った際に停止される態様を開示したが、勿論、又は前記回転数の加速度により設定される所定時間後に燃料カットを停止するようにしてもよい。またスロットルバルブ開度を減じ始める具体的なタイミングは燃料カット実行時のみならず、所定時間後に行っても良い。さらに回転数の加速度又はスロットルバルブ開度と補正量との具体的な関係付けは、例えば予め決められた式によって算出する態様や予め記憶されたマップを参照する態様など、上記実施形態のものに限定されることはない。また補正値は固定された値に限られず、時間の経過に応じて変動するものであっても良い。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明はスロットルバルブの開度を制御するための内燃機関の制御装置として利用することができる。

４…内燃機関の制御装置（ＥＣＵ）
１１…スロットルバルブ
１００…内燃機関
θ…回転数の加速度（加速度）

Claims

アクセル開度とは異なる開度に調整可能なスロットルバルブを備え、加速要求が行なわれることにより内燃機関の回転数が第一の所定値以上となったときに燃料カットを実施するとともにスロットルバルブ開度を減じる補正を行う内燃機関の制御装置であって、
燃料カット実行前の内燃機関の回転数の加速度が大きい程、又は燃料カット実行前のスロットルバルブ開度が大きい程前記スロットルバルブ開度を減じる補正量を大きく設定するものであり、
内燃機関の回転数が上記第一の所定値以上である状態から当該第一の所定値よりも低い第二の所定値を下回った際、又は前記内燃機関の回転数の加速度により設定される所定時間後に燃焼カットを停止し、しかる後、燃料カットの実施及びスロットルバルブ開度を減じる補正の前から引き続き前記加速要求が行なわれている間は燃料カット実行を再び行わず前記スロットルバルブ開度を減じる補正により内燃機関の回転数を前記第一の所定値よりもやや下であるか僅かに低い回転数に維持する内燃機関の制御装置。