JP6245940B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される内燃機関の燃料噴射量の制御を司る制御装置に関する。

従来より、内燃機関の排気通路に設置した空燃比センサの出力信号を参照して排気ガスの空燃比を検知し、その実空燃比を目標空燃比（典型的には、理論空燃比近傍の一定範囲内）に収束させるフィードバック制御を実行することが公知である。

この種の空燃比制御では、実空燃比が目標空燃比に安定したときの燃料噴射量（フィードバック補正係数）を、エンジン回転数及び吸気管内圧力（吸気通路におけるスロットルバルブ下流側の吸気圧）に応じて区分される複数の領域毎に学習し、その学習値を以後の燃料噴射量の制御に利用する学習制御を併用することが多い（例えば、下記特許文献１を参照）。エンジン回転数によって気筒に充填される吸気の量が影響を受け、具現される空燃比が変動することがその理由の一つである。

近時の車両では、信号待ち等による停車中に、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実施することが普遍化しつつある（例えば、下記特許文献２を参照）。既知のアイドリングストップシステムでは、車速が所定以下で、ブレーキペダルが踏み込まれており、冷却水温及びバッテリ電圧が十分高い、といった諸条件が成立したときに、内燃機関を停止させる。アイドルストップ後、運転者がブレーキペダルから足を離すかアクセルペダルを踏み込む等の再始動要求があったとき、またはアイドルストップしている時間の長さが所定以上となったときには、停止した内燃機関を再始動する。

特開２０１２−００２１５１号公報 特開２０１２−１３７０１８号公報

内燃機関のアイドルストップ時には、吸気管内圧力が大気圧に近くなる、換言すれば吸気負圧が小さくなる。このときの内燃機関は、最低回転数かつ高吸気管内圧力の領域に属していることになる。よって、当該内燃機関を再始動する際には、最低回転数かつ高吸気管内圧力の領域に対応した学習値を参照して燃料噴射量を決定することとなる。

しかしながら、内燃機関の運転中に、最低回転数かつ高吸気管内圧力の領域に遷移することは殆どない。それ故、当該領域における適正な燃料噴射量の学習値を学習する機会が殆どない。従って、そのような学習値を参照して燃料噴射量を決定しても、再始動時に気筒に充填される混合気を所望の空燃比に制御できる可能性は低い。混合気の空燃比が目標から逸脱してしまうと、エンジン回転が不安定となったり、有害物質の排出量が増加したりする不具合を招来する。

本発明は、以上の問題に初めて着目してなされたものであり、アイドルストップ後の内燃機関の再始動時の燃料噴射量の適正化を図ることを所期の目的としている。

本発明では、エンジン回転数と吸気管内圧力とにより定義される複数の領域毎に燃料噴射量の学習を行い、その学習後に再び同じ運転領域に遷移したときに当該学習値を参照して燃料噴射量を決定するものであって、アイドルストップした内燃機関の再始動時における内燃機関の運転領域を、同じエンジン回転数の領域であって実際の吸気管内圧力よりも低い吸気管内圧力の領域であると見なした上で、その領域に対応した前記学習値を参照して当該内燃機関の再始動時の燃料噴射量を決定する内燃機関の制御装置を構成した。

本発明によれば、アイドルストップ後の内燃機関の再始動時の燃料噴射量の適正化を図り得る。

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。 同実施形態の内燃機関の制御装置が実行する学習制御における学習領域の区画の例を示す図。 同実施形態の内燃機関の制御装置が実行する学習制御の模様を示すタイミング図。 従来の学習制御の模様を示すタイミング図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、ポート噴射式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備し、各気筒１の吸気ポート近傍に燃料を噴射するインジェクタ１１を設けてある。各気筒１の燃焼室の天井部には、点火プラグ１２を取り付けている。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（運転者が要求する機関出力、いわば要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側（特に、サージタンク３３内）の圧力である吸気管内圧力及び吸気温度を検出する吸気圧・吸気温センサから出力される吸気圧・吸気温信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、車載バッテリの充電状態を示唆するバッテリ電流（または、電圧）及びバッテリ温度を検出するセンサから出力されるバッテリ状態信号ｈ、触媒４１の上流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ（Ｏ₂センサまたはリニアＡ／Ｆセンサ）から出力される空燃比信号ｐ、触媒４１の下流側における排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサから出力される空燃比信号ｑ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｐ、ｑを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋを出力インタフェースを介して印加する。

ＥＣＵ０は、気筒１に充填される混合気の空燃比、ひいては気筒１から排出され触媒４１へと導かれる排気ガスの空燃比をフィードバック制御する。ＥＣＵ０は、まず、現在のエンジン回転数、吸気管内圧力及び吸気温度等から、気筒１に充填される吸気の量を算出し、これに見合った基本噴射量ＴＰを決定する。次いで、この基本噴射量ＴＰを、空燃比センサ４３、４４の出力信号ｐ、ｑを基に知得される現在のガスの実空燃比と目標空燃比との偏差に応じたフィードバック補正係数ＦＡＦで補正する。さらには、後述する学習値ＫＧ、内燃機関の冷却水温やその他の環境条件に応じて定まる各種補正係数Ｋ、並びにインジェクタ３６の無効噴射時間ＴＡＵＶを加味して、最終的な燃料噴射時間（インジェクタ１１に対する通電時間）Ｔを算定する。燃料噴射時間Ｔは、
Ｔ＝ＴＰ×ＦＡＦ×ＫＧ×Ｋ＋ＴＡＵＶ
となる。そして、燃料噴射時間Ｔだけインジェクタ１１に信号ｊを入力、インジェクタ１１を開弁して燃料を噴射させる。

加えて、ＥＣＵ０は、実空燃比が目標空燃比に安定したときの燃料噴射量を示唆するフィードバック補正係数ＦＡＦを、エンジン回転数及び吸気管内圧力に応じて区分される複数の領域毎に学習してメモリに記憶する。図２に、学習領域の例を示している。図示例では、エンジン回転数及び吸気管内圧力をそれぞれ四つの領域に区画している。即ち、内燃機関の運転領域を、全体で十六の領域に区分し、各領域毎に補正係数ＦＡＦの学習値ＫＧを記憶、更新することとしている。

各領域の補正係数ＦＡＦの学習値ＫＧは、その学習後に内燃機関が再び当該領域に遷移したときにメモリから読み出され、当該領域への遷移直後の時期における燃料噴射時間Ｔの算定に利用される。

なお、内燃機関がある領域から他の領域に遷移した場合において、燃料噴射時間Ｔの算定に用いる学習値ＫＧをその遷移の直前の値から遷移先の領域に対応した値に即時に切り換えると、燃料噴射量ひいてはエンジントルクが急変して、運転者を含む車両の搭乗者にショックを感じさせる懸念がある。

そこで、内燃機関の運転領域が遷移する際には、学習値ＫＧをその遷移の直前の値から、遷移先の領域に対応した値に向けて徐変させる、なまし処理を行う。例えば、直近の過去の複数回の（燃料噴射時間Ｔの）演算機会におけるＫＧの値の時系列と、今回の演算機会における（遷移先の領域に対応した）ＫＧの値との移動平均をとり、その移動平均値を今回の演算機会における燃料噴射時間Ｔの算定に用いる（移動平均値を上式のＫＧに代入する）。

また、ＥＣＵ０は、内燃機関の始動（冷間始動であることもあれば、アイドルストップからの復帰であることもある）時において、電動機（スタータ（セル）モータまたはモータジェネレータ。図示せず）に制御信号ｏを入力し、このスタータによりクランクシャフトを回転駆動するクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数即ちクランクシャフトの回転速度が冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。

本実施形態のＥＣＵ０は、信号待ち等により車両が停車する際に、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実施する。即ち、ＥＣＵ０は、所定のアイドルストップ条件が成立したときに、インジェクタ１１からの燃料噴射及び点火プラグ１２による火花点火を停止して内燃機関の回転を停止に至らしめるアイドルストップの実行を開始する（但し、既に燃料カット状態にあることがある）。ＥＣＵ０は、車速が所定値（例えば、９ｋｍ／ｈないし１３ｋｍ／ｈの値）以下で、ブレーキペダルが踏み込まれており、冷却水温及びバッテリ電圧が十分高い、といった諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドルストップ条件が成立したものと判断する。

アイドルストップ後、アイドルストップ終了条件が成立した暁には、内燃機関の再始動を実行する。ＥＣＵ０は、運転者がブレーキペダルから足を離した、逆にブレーキペダルがさらに強く踏み込まれた、アクセルペダルが踏み込まれた、等のうちの何れかを以て、アイドルストップ終了条件が成立したものと判断する。

内燃機関の再始動時においても、燃料噴射量のフィードバック補正係数ＦＡＦの学習値ＫＧを用いた燃料噴射時間Ｔの算定を行う。アイドルストップ中の内燃機関が属する運転領域は、図２中のＲ１の領域、即ち最低回転数かつ高吸気管内圧力の領域である。アイドルストップ時には、吸気管内圧力が大気圧に近くなるからである。

ところが、内燃機関の運転中に当該領域Ｒ１に遷移することは殆どない。つまり、当該領域Ｒ１に対応した学習値ＫＧを学習する機会が殆どない。従って、メモリに記憶保持している当該領域Ｒ１に係る学習値ＫＧを用いた場合に、気筒１に充填される混合気の空燃比が好適な大きさになることは全く保証されていない。

仮に、内燃機関のクランキング、初爆及び連爆によりエンジン回転数が上昇し、内燃機関の運転領域が図２中のＲ５またはＲ６に遷移したとしても、その領域遷移の際には上述したなまし処理を通じて上式中のＫＧの値を徐変させることとなるので、依然として領域Ｒ１に対応した学習値ＫＧの影響が残る。図４に、このときの制御の模様を示している。時点ｔ₀が内燃機関の停止時、時点ｔ₁が内燃機関の始動時である。時点ｔ₁において、燃料噴射時間Ｔの算出に用いられる学習値ＫＧがその正当性を保証されていない領域Ｒ１に対応する値（図示例では、１．０）をとり、以後もこの値が影響を及ぼす。即ち、内燃機関の始動開始直後の領域はＲ２（または、Ｒ３）にあるにもかかわらず、時点ｔ₁後に学習値ＫＧが当該領域Ｒ２に対応した適正値（図示例では、０．９）をとらない期間が発生し、これがエンジン回転の不安定化や有害物質の排出量の増加につながり得る。

よって、本実施形態のＥＣＵ０は、アイドルストップ中における内燃機関の運転領域を、領域Ｒ１と同じエンジン回転数の領域であって実際の吸気管内圧力よりも低い吸気管内圧力の領域、例えばＲ１に隣接しＲ１よりも吸気管内圧力の低いＲ２（または、吸気管内圧力のさらに低いＲ３）の領域であると見なす。いわば、吸気圧・吸気温センサの出力信号ｅに基づく実際の吸気管内圧力を無視する。そして、内燃機関の再始動時において、領域Ｒ１ではなく領域Ｒ２（または、Ｒ３）に対応した学習値ＫＧをメモリから読み出し、これを用いて（必要であれば上述したなまし処理により上式のＫＧに代入する値を求めて）燃料噴射時間Ｔを算定、インジェクタ１１から燃料を噴射する。図３に、このときの制御の模様を示している。図４と異なり、時点ｔ₁及びその直後に時期において、燃料噴射時間Ｔの算出に用いられるＫＧの値が、実際の内燃機関の運転領域Ｒ２に対応した適正値（図示例では、０．９）をとるようになる。

因みに、内燃機関の再始動のためのクランキング中のスロットルバルブ３２の開度は、アクセルペダルの踏込量に応じた開度即ち全閉とはせず、通常のアイドル運転時よりもやや大きく開いた開度に操作する。

本実施形態では、エンジン回転数と吸気管内圧力とにより定義される複数の領域毎に燃料噴射量の学習を行い、その学習後に再び同じ運転領域に遷移したときに当該学習値ＫＧを参照して燃料噴射量を決定するものであって、アイドルストップの実行中における内燃機関の運転領域を、同じエンジン回転数の領域であって実際の吸気管内圧力よりも低い吸気管内圧力の領域Ｒ２（または、Ｒ３）であると見なした上で、当該内燃機関の再始動時の燃料噴射量を決定する内燃機関の制御装置を構成した。

本実施形態によれば、アイドルストップ後の内燃機関の再始動時の燃料噴射量の適正化を図り得る。内燃機関のクランキング中や再始動完了直後の時期において、気筒１に充填される混合気の空燃比を所望の大きさに制御できるようになり、エンジン回転の不安定化や有害物質の排出量の増加を回避することが可能となる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、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、車両に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
３３…サージタンク

Claims (1)

1. エンジン回転数と吸気管内圧力とにより定義される複数の領域毎に燃料噴射量の学習を行い、その学習後に再び同じ運転領域に遷移したときに当該学習値を参照して燃料噴射量を決定するものであって、
   アイドルストップした内燃機関の再始動時における内燃機関の運転領域を、同じエンジン回転数の領域であって実際の吸気管内圧力よりも低い吸気管内圧力の領域であると見なした上で、その領域に対応した前記学習値を参照して当該内燃機関の再始動時の燃料噴射量を決定する内燃機関の制御装置。

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